(57)【要約】  熱交換器は、上下に配置された第一熱交換部及び第二熱交換部を有し、熱交換器が凝縮器として機能する場合、冷媒は第一熱交換部を流れた後、第二熱交換部を流れる。第一熱交換部と第二熱交換部とを連通する中間ヘッダ部は、第一熱交換部の風上側の第一伝熱管群を流れた冷媒の少なくとも一部を、第二熱交換部の風下側の第四伝熱管群に流す。また、中間ヘッダ部は、第一熱交換部の風下側の第二伝熱管群を流れた冷媒の少なくとも一部を、第二熱交換部の風上側の第三伝熱管群又は風下側の第四伝熱管群に流入させる。
2020129180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下に配置された第一熱交換部及び第二熱交換部を有し、
前記第一熱交換部及び前記第二熱交換部のそれぞれは、
上下方向の第一方向に延びて冷媒が流れる複数の伝熱管が、前記第一方向に直交する第二方向に並列に配置された構成の伝熱管群を、水平方向に沿う空気の流れ方向である第三方向に少なくとも２列有し、
前記第一熱交換部の風上側の前記伝熱管群を第一伝熱管群、前記第一熱交換部の風下側の前記伝熱管群を第二伝熱管群、前記第二熱交換部の風上側の前記伝熱管群を第三伝熱管群、前記第二熱交換部の風下側の前記伝熱管群を第四伝熱管群としたとき、
前記第一伝熱管群の下端部及び前記第二伝熱管群の下端部と、前記第三伝熱管群の上端部及び前記第四伝熱管群の上端部とを連通する中間ヘッダ部を備え、
熱交換器が凝縮器として機能する場合、前記中間ヘッダ部は、前記第一伝熱管群を下降して流れて前記第一伝熱管群の前記下端部から流出した冷媒の少なくとも一部を、前記第四伝熱管群の前記上端部に流入させて下降して流れるようにし、且つ、前記第二伝熱管群を下降して流れて前記第二伝熱管群の前記下端部から流出した冷媒の少なくとも一部を、前記第三伝熱管群の前記上端部又は前記第四伝熱管群の前記上端部に流入させて下降して流れるようにした熱交換器。
【請求項２】
前記第一伝熱管群及び前記第二伝熱管群のそれぞれの上端部に接続された２つの第一ヘッダと、
４つの第二ヘッダを有する前記中間ヘッダ部と、
前記第三伝熱管群及び前記第四伝熱管群のそれぞれの前記下端部に接続された２つの第三ヘッダとを備え、
前記中間ヘッダ部は、４つの前記第二ヘッダのうちの２つが前記第一伝熱管群及び前記第二伝熱管群のそれぞれの前記下端部に接続され、残りの２つが前記第三伝熱管群及び前記第四伝熱管群のそれぞれの上端部に接続されており、上側の２つの前記第二ヘッダと、下側の２つの前記第二ヘッダとを連通する連通部を備えた請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
前記連通部は、
一端が前記第一伝熱管群の前記下端部の前記第二ヘッダに接続され、他端が前記第四伝熱管群の前記上端部の前記第二ヘッダに接続された第一連通管と、
一端が前記第二伝熱管群の前記下端部の前記第二ヘッダに接続され、他端が前記第三伝熱管群の前記上端部の前記第二ヘッダに接続された第二連通管とを有する請求項２記載の熱交換器。
【請求項４】
前記第一連通管及び前記第二連通管の両方が、前記第二方向の正側又は負側のうち、同一側に接続されている請求項３記載の熱交換器。
【請求項５】
前記第一伝熱管群及び前記第二伝熱管群のそれぞれの上端部に接続された２つの前記第一ヘッダに接続された２つの上側出入口管と、
前記第三伝熱管群及び前記第三伝熱管群のそれぞれの下端部に接続された２つの前記第三ヘッダに接続された２つの下側出入口管とを備え、
前記第一熱交換部において、上端部に接続された２つの前記第一ヘッダと、下端部に接続された２つの前記第二ヘッダと、の冷媒の流れ方向が逆向きとなり、且つ前記第二熱交換部において、上端部に接続された２つの前記第二ヘッダと、下端部に接続された２つの前記第三ヘッダと、の冷媒の流れ方向が逆向きとなるように、前記２つの上側出入口管及び前記２つの下側出入口管が、前記第二方向において前記第一連通管及び前記第二連通管と同一側に接続されている請求項４記載の熱交換器。
【請求項６】
前記第一伝熱管群及び前記第二伝熱管群のそれぞれの上端部に接続された２つの前記第一ヘッダに接続された２つの上側出入口管と、
前記第三伝熱管群及び前記第三伝熱管群のそれぞれの前記下端部に接続された２つの前記第三ヘッダに接続された２つの下側出入口管とを備え、
前記第一熱交換部において、上端部に接続された２つの前記第一ヘッダと、下端部に接続された２つの前記第二ヘッダと、の冷媒の流れ方向が同じ向きとなり、且つ前記第二熱交換部において、上端部に接続された２つの前記第二ヘッダと、下端部に接続された２つの前記第三ヘッダと、の冷媒の流れ方向が同じ向きとなるように、
前記２つの上側出入口管及び前記２つの下側出入口管が、前記第二方向において前記第一連通管及び前記第二連通管のある側と逆側に接続されている請求項４記載の熱交換器。
【請求項７】
前記第三伝熱管群及び前記第四伝熱管群のそれぞれの上端部に接続された２つの前記第二ヘッダのそれぞれの内部は、前記第二方向の中心部で分割されて正側ヘッダと負側ヘッダとが形成され、
前記連通部は、
一端が前記第一伝熱管群の下端部に接続された前記第二ヘッダに接続され、他端が分岐して前記第三伝熱管群及び前記第四伝熱管群のそれぞれの前記正側ヘッダに接続された第一連通管と、
一端が前記第二伝熱管群の下端部に接続された前記第二ヘッダに接続され、他端が分岐して前記第三伝熱管群及び前記第四伝熱管群のそれぞれの前記負側ヘッダと接続された第二連通管とを有する請求項２記載の熱交換器。
【請求項８】
前記熱交換器が蒸発器として機能する場合、
前記第三伝熱管群の前記下端部に接続された前記第三ヘッダに流入した冷媒は、前記第三伝熱管群を通過して前記上端部に接続された前記第二ヘッダの前記正側ヘッダ及び前記負側ヘッダのそれぞれに流入し、
前記第四伝熱管群の下端部に接続された前記第三ヘッダに流入した冷媒は、前記第三伝熱管群を通過して上端部に接続された前記第二ヘッダの前記正側ヘッダ及び前記負側ヘッダに流入し、
前記第三伝熱管群及び前記第四伝熱管群のそれぞれの前記上端部で前記正側ヘッダに流入した前記冷媒は、前記第二方向の正方向に流出後、合流して前記第一伝熱管群の前記下端部に接続された前記第二ヘッダに前記第二方向の負方向に流入し、
前記第三伝熱管群及び前記第四伝熱管群のそれぞれの前記上端部で前記負側ヘッダに流入した前記冷媒は、前記第二方向の負方向に流出後、合流して前記第二伝熱管群の前記下端部に接続された前記第二ヘッダに前記第二方向の正方向に流入する請求項７記載の熱交換器。
【請求項９】
前記連通部は、
前記第一伝熱管群及び前記第二伝熱管群のそれぞれの前記下端部に接続された２つの前記第二ヘッダに、２つに分岐した一端のそれぞれが接続され、前記第四伝熱管群の前記上端部に接続された前記第二ヘッダに、他端が接続された分岐管を有する請求項２記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記熱交換器は、前記第二方向に２つに分割されて、負側熱交換器と正側熱交換器とを形成し、前記負側熱交換器と前記正側熱交換器とを直列に接続する接続部を備えた請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の熱交換器。
【請求項１１】
前記熱交換器が凝縮器として機能する場合、前記正側熱交換器を下降して流れた後の冷媒が、前記接続部を介して前記負側熱交換器に流入する流路が形成され、
前記正側熱交換器の容量は、前記負側熱交換器の容量の２倍以上である請求項１０記載の熱交換器。
【請求項１２】
前記第三方向に対する前記第一熱交換部の角度θ１は、０°＜θ１≦９０°であり、
前記第三方向に対する前記第二熱交換部の角度θ２は、９０°≦θ２＜１８０°である請求項１〜請求項１１の何れか一項に記載の熱交換器。
【請求項１３】
請求項１〜請求項１２の何れか一項に記載の熱交換器を備えた冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝熱管内を通過する冷媒と空気とを熱交換する熱交換器及び冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばカーエアコン用の熱交換器として上下で水平に対峙する一対のヘッダと、これらヘッダに一定の間隔を保って平行に連通して接続される複数の扁平伝熱管と、扁平伝熱管同士の隙間に密着介入させるコルゲートフィンを備えた熱交換器がある。この熱交換器は、冷凍サイクル装置に組み込まれて使用され、熱交換媒体である冷媒を複数の扁平伝熱管に対して同時にパラレル流通させ、小型軽量でありながら高性能を発揮しうるものとして凝縮器用に利用されている。【０００３】
例えば、特許文献１記載の熱交換器は、風の通風方向に２列に配置された風上熱交換器と風下熱交換器とを備える。この熱交換器が蒸発器として機能する場合、冷媒は風上熱交換器を経て風下熱交換器を通過する流れとなっている。具体的には、風上側熱交換器に流入した冷媒は、風上側熱交換器内で複数に分岐し、重力方向に下降する流れで通過する。前記風上側熱交換器を通過した各冷媒は、合流して風下側熱交換器に送られる。風下側熱交換器に送られた冷媒は、前記風下側熱交換器内で再び複数に分岐して重力に対向する上昇する流れで通過する。特許文献１では、この冷媒流れにおいて、全ての冷媒が風上側と風下側とで等しい長さの流路を通過することにより、各冷媒流路の冷媒と空気との温度交換を均一化させて熱交換器の高効率化を図った提案がなされている。【０００４】
更に、前記特許文献１の技術では、風上側熱交換器及び風下側熱交換器のどちらも、一部の扁平伝熱管群と他方の扁平伝熱管群とに二分割されて２つのコア部を形成している。つまり、風上側熱交換器は第一コア部と第二コア部とに分けられ、風下側熱交換器は第三コア部と第四コア部とに分けられている。そして、第一コア部と第三コア部とを直列に繋げ、第二コア部と第四コア部とを直列に繋げる流路としている。この構成により、特許文献１の技術は、冷媒分配の不均一に対する熱交換器性能の低下の抑制を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−１５３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載の熱交換器が凝縮器として機能する場合、蒸発器として機能する場合と冷媒の流れ方向が逆となり、以下の問題が生じる。高温のガス冷媒は、まず、風下側熱交換器に流入し、風下側熱交換器を下降しながら空気との熱交換によってガス単相から気液二相の冷媒に相変化する。通過した気液二相の冷媒は、風上側熱交換器において重力に対向して上昇する流れとなる。このように、風上側熱交換器において気液二相の冷媒が上昇流となることで、液冷媒の一部が風上側熱交換器内を上昇出来ず、風上側熱交換器の下端部に設けられたヘッダ内に滞留してしまう。この場合、結果として冷凍サイクルに充填する冷媒量を増加する必要が生じる。【０００７】
また、空気の流れ方向に複数列の熱交換部を有し、各熱交換部において冷媒がパラレル流通する熱交換器では、各冷媒流れ同士の熱交換バランスを均一化して熱交換性能の向上を図ることが求められている。【０００８】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、各冷媒流れ同士の熱交換バランスを図りつつ、凝縮器として機能する際に熱交換器内で液化した冷媒を熱交換器内に滞留させることなく排出させることが可能な熱交換器及び冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る熱交換器は、上下に配置された第一熱交換部及び第二熱交換部を有し、第一熱交換部及び第二熱交換部のそれぞれは、上下方向の第一方向に延びて冷媒が流れる複数の伝熱管が、第一方向に直交する第二方向に並列に配置された構成の伝熱管群を、水平方向に沿う空気の流れ方向である第三方向に少なくとも２列有し、第一熱交換部の風上側の伝熱管群を第一伝熱管群、第一熱交換部の風下側の伝熱管群を第二伝熱管群、第二熱交換部の風上側の伝熱管群を第三伝熱管群、第二熱交換部の風下側の伝熱管群を第四伝熱管群としたとき、第一伝熱管群の下端部及び第二伝熱管群の下端部と、第三伝熱管群の上端部及び第四伝熱管群の上端部とを連通する中間ヘッダ部を備え、熱交換器が凝縮器として機能する場合、中間ヘッダ部は、第一伝熱管群を下降して流れて第一伝熱管群の下端部から流出した冷媒の少なくとも一部を、第四伝熱管群の上端部に流入させて下降して流れるようにし、且つ、第二伝熱管群を下降して流れて第二伝熱管群の下端部から流出した冷媒の少なくとも一部を、第三伝熱管群の上端部又は第四伝熱管群の上端部に流入させて下降して流れるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の熱交換器によれば、凝縮器として機能する場合、熱交換器を構成する伝熱管を冷媒が下降する流路とすることで、液冷媒を熱交換器内に滞留することなく排出出来る。また、複数列の伝熱管群内を流れる冷媒流れの少なくとも一部が、冷媒上流側と冷媒下流側とで、風上側の流路と風下側の流路とを入れ替えて流れることで、冷媒と空気との温度差が大きい熱交換と小さい熱交換を風上側と風下側とで分けて作り出すことが出来る。その結果、冷媒上流側と下流側とで熱交換のバランスを揃えることが出来、熱交換器性能を向上させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る熱交換器を示す正面斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る熱交換器を側方から見た概略図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る熱交換器を通過する空気と冷媒との温度差の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態１に係る熱交換器を凝縮器として使用する際の冷媒の流れを詳細に表す斜視図である。
【図５】比較例の熱交換器が凝縮器として機能する場合の冷媒の流れを示す図である。
【図６】図５の冷媒の流れにおける第一流れ及び第二流れのそれぞれの冷媒が、流れ方向に進むにつれて変化するエンタルピ状態を示したグラフである。
【図７】本発明の実施の形態１に係る熱交換器が凝縮器として機能する場合の第一流れ及び第二流れのそれぞれの冷媒が、流れ方向に進むにつれて変化するエンタルピ状態を示したグラフである。
【図８】本発明の実施の形態１に係る熱交換器を蒸発器として使用する際の冷媒の流れを表す正面斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る熱交換器を示す正面斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る熱交換器が蒸発器として機能する場合の熱交換器内における液冷媒の分布を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る熱交換器を示す正面斜視図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係る熱交換器が蒸発器として機能する場合の熱交換器内における液冷媒の分布を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施の形態４に係るパターン１の熱交換器における冷媒の流れを示す斜視図である。
【図１４】本発明の実施の形態４に係るパターン２の熱交換器における冷媒の流れを示す斜視図である。
【図１５】図１４の熱交換器の変形例を示す図である。
【図１６】図１５のヘッダ５１の構成図である。
【図１７】図１５のヘッダ６１の構成図である。
【図１８】本発明の実施の形態４に係るパターン３の熱交換器における冷媒の流れを示す斜視図である。
【図１９】図１８の熱交換器の変形例を示す図である。
【図２０】本発明の実施の形態４に係るパターン４の熱交換器における冷媒の流れを示す斜視図である。
【図２１】図２０の熱交換器の変形例を示す図である。
【図２２】ヘッダ同士を接続する配管構成の概要図である。
【図２３】ヘッダ同士を接続する他の配管構成の概要図である。
【図２４】熱交換器への冷媒流入箇所及び冷媒流出箇所における配管構成の概要図である。
【図２５】本発明の実施の形態５に係る空気調和装置の構成図である。
【図２６】本発明の実施の形態５に係る空気調和装置における熱交換器とターボファンとの関係を示す概要図である。
【図２７】本発明の実施の形態５に係る空気調和装置における熱交換器とシロッコファンとの関係を示す概要図である。
【図２８】本発明の実施の形態５に係る空気調和装置における熱交換器とシロッコファンとの関係を示す概要図である。
【図２９】本発明の実施の形態５に係る空気調和装置における熱交換器とラインフローファンとの関係を示す概要図である。
【図３０】本発明の実施の形態５に係る空気調和装置における熱交換器とプロペラファンとの配置関係を示す概要図である。
【図３１】本発明の実施の形態５に係る空気調和装置における熱交換器とプロペラファンとの配置関係を示す概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。ここで、図１を含めた、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。また、各実施形態において、先行する実施形態で説明した事項と同一もしくは均等である部分には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する場合がある。そして、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。また、以下の実施形態は、特に組み合わせに支障が生じない範囲であれば、特に明示していない場合であっても、各実施形態同士を部分的に組み合わせることが出来る。
【００１３】
実施の形態１．
本実施の形態１について図１〜図８を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器を示す正面斜視図である。図１及び後述の各図において、上下方向を第一方向、第一方向に直交する左右方向を第二方向、水平方向であって空気の流れ方向を三方向とする。図１において第一方向の矢印は鉛直方向を示しているが、本明細書において第一方向とは、鉛直方向の他、傾斜した方向も含むものとし、要するに上下方向全般を含むものとする。
【００１４】
この熱交換器は、冷凍サイクル装置に組み込まれて凝縮器又は蒸発器として機能するものであり、第一熱交換部３ａと、第一熱交換部３ａの下側に配置された第二熱交換部３ｂとを有する。第一熱交換部３ａ及び第二熱交換部３ｂのそれぞれは、第一方向に延びる複数の伝熱管が第二方向に並列に配置された構成の伝熱管群を第三方向に２列有する。具体的には、第一熱交換部３ａは、風上側の伝熱管群で構成された第一伝熱管群２１ａと、風下側の伝熱管群で構成された第二伝熱管群２１ｂとを有する。第二熱交換部３ｂは、風上側の伝熱管群で構成された第三伝熱管群２１ｃと、風下側の伝熱管群で構成された第四伝熱管群２１ｄとを有する。なお、図１では、伝熱管群が２列の構成を示しているが、２列に限られたものではなく、更に複数列としてもよい。
【００１５】
熱交換器において、伝熱管は扁平管で構成されており、各扁平管同士の間に波状のフィン２２を備えている。これにより、扁平管内の冷媒から得る熱量を空気へと放熱するための空気との接触面積の拡大が図られている。
【００１６】
熱交換器は更に、第一伝熱管群２１ａ及び第二伝熱管群２１ｂのそれぞれの上端部に接続された２つの第一ヘッダ１０及び第一ヘッダ１１と、４つの第二ヘッダを有する中間ヘッダ部１８と、第三伝熱管群２１ｃ及び第四伝熱管群２１ｄのそれぞれの下端部に接続された２つの第三ヘッダ１６及び第三ヘッダ１７とを備える。
【００１７】
中間ヘッダ部１８の４つの第二ヘッダのうちの２つの第二ヘッダ１２及び第二ヘッダ１３は、第一伝熱管群２１ａ及び第二伝熱管群２１ｂのそれぞれの下端部に接続されている。中間ヘッダ部１８の４つの第二ヘッダのうちの残りの２つの第二ヘッダ１４及び第二ヘッダ１５は、第三伝熱管群２１ｃ及び第四伝熱管群２１ｄのそれぞれの上端部に接続されている。これら各ヘッダは、第二方向に延びる中空状の部材で構成され、一端が閉塞され、他端に後述の出入口管又は接続管が接続される。
【００１８】
第一ヘッダ１９及び第一ヘッダ２０において、第二方向の負側（図１の左側）には、冷媒の出入口となる上側出入口管１１０及び上側出入口管１１１が接続されている。また、第三ヘッダ１６及び第三ヘッダ１７において、第二方向の負側には、冷媒の出入口となる下側出入口管１１６及び下側出入口管１１７が接続されている。
【００１９】
中間ヘッダ部１８は、上側の第二ヘッダ１２及び第二ヘッダ１３と、下側の第二ヘッダ１４及び第二ヘッダ１５とを連通する連通部１１８を有する。連通部１１８は、後述の図２２に示すように、一端が第二ヘッダ１２に接続され、他端が第二ヘッダ１５に接続された第一連通管１１８ａと、一端が第二ヘッダ１３に接続され、他端が第二ヘッダ１４に接続された第二連通管１１８ｂとを有する。第一連通管１１８ａは、接続管１１２、Ｕベンド１０１ａ及び接続管１１５で接続されている。第二連通管１１８ｂは、接続管１１３、Ｕベンド１０１ｂ及び接続管１１４で構成されている。
【００２０】
このように、連通部１１８により、第二ヘッダ１２と第二ヘッダ１５とが連通し、第二ヘッダ１３と第二ヘッダ１４とが連通している。
【００２１】
第一連通管１１８ａ及び第二連通管１１８ｂの両方は、第二方向の正側（図１の右側）又は負側（図１の左側側）のうち、同一側、図１の例では負側に接続されている。これにより、第一連通管１１８ａと第二連通管１１８ｂとを第二方向の正側と負側とで分けて接続するよりも、上側の第二ヘッダ１２及び第二ヘッダ１３と、下側の第二ヘッダ１４及び第二ヘッダ１５との流路を短く出来る。
【００２２】
そして、本実施の形態１では、上側出入口管１１０及び上側出入口管１１１と、下側出入口管１１６及び下側出入口管１１７とが、第一連通管１１８ａ及び第二連通管１１８ｂと同じく第二方向の負側に接続されている。熱交換器における冷媒の流れについては以下に詳述するが、この構成により、第一熱交換部３ａの上側に接続された第一ヘッダ１０及び第一ヘッダ１１と、下側に接続された第二ヘッダ１２及び第二ヘッダ１３とで、冷媒の流れ方向が逆向きとなる。同様に、第二熱交換部３ｂの上側に接続された第二ヘッダ１４及び第二ヘッダ１５と、下側に接続された第三ヘッダ１６及び第三ヘッダ１７とで、冷媒の流れ方向が逆向きとなる。
【００２３】
以上の構成により、熱交換器は、２つの独立した並列の冷媒流路が構成され、各冷媒流において、風上側の流路部分と風下側の流路部分とが等しい長さとなっている。これにより、風上側と風下側とで、各冷媒流路の空気との温度交換を均一化させて熱交換器の高効率化を図っている。
【００２４】
図２は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器を側方から見た概略図である。図２において、実線矢印は冷媒の流れを示し、白抜き矢印は空気の流れを示している。以降の図においても同様である。図２に示すように、第一熱交換部３ａは、第三方向に対する第一熱交換部３ａの角度をθ１としたとき、０°＜θ１≦９０°である。また、第二熱交換部３ｂは、第三方向に対する第二熱交換部３ｂの角度をθ２としたとき、９０°≦θ２＜１８０°である。ここで、第三方向に対する第一熱交換部の角度とは、第三方向と第一熱交換部の伝熱管の延出方向との成す角度に相当する。
【００２５】
以上のように構成された熱交換器が凝縮器として機能する場合、冷媒は第一熱交換部３ａ及び第二熱交換部３ｂの順に通過する流れとなる。そして、ガス冷媒又は気液二相冷媒は、熱交換器を通過する際にファンから送風される空気と熱交換をしながら液化して流出する。この際、第一熱交換部３ａの風上側の第一伝熱管群２１ａの冷媒は第二熱交換部３ｂの風下側の第四伝熱管群２１ｄに流れる。また、第一熱交換部３ａの風下側の第二伝熱管群２１ｂの冷媒は第二熱交換部３ｂの風上側の第三伝熱管群２１ｃに流れる。
【００２６】
図３は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器を通過する空気と冷媒との温度差の関係を示すグラフである。図３において、（ａ）は、熱交換器が凝縮器として使用される場合の空気の温度変化を示すグラフである。（ｂ）は、冷媒が気液二相冷媒である場合の温度を示すグラフである。図３において横軸は、熱交換器における冷媒流路を示し、縦軸は温度を示している。
【００２７】
第一熱交換部３ａ及び第二熱交換部３ｂのそれぞれにおいて空気の温度変化は同一の傾向となる。よって、ここでは、第一熱交換部３ａを通過する空気の温度変化について説明する。
【００２８】
図３（ａ）に示すように、冷媒の温度は、冷媒が気液二相冷媒である場合、風上側の第一伝熱管群２１ａと風下側の第二伝熱管群２１ｂとで一定である。
【００２９】
熱交換器が凝縮器として機能する場合、空気は、風上側の第一伝熱管群２１ａ及び風下側の第二伝熱管群２１ｂの順に通過することで空気の温度は、（ａ）に示すように上昇し、冷媒の温度に近づく。よって、空気と冷媒との温度差は風上側で大きく、風下側で小さくなる。この温度差の違いにより、冷媒は風上側の方が風下側より大きな熱量を熱交換することが可能である。
【００３０】
図４は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器を凝縮器として使用する際の冷媒の流れを詳細に表す斜視図である。
高温高圧のガス冷媒又は気液二相冷媒は、上側出入口管１１０及び上側出入口管１１１からそれぞれ流入して第一ヘッダ１０及び第一ヘッダ１１に至る。以下、第一ヘッダ１０に流入した冷媒の流れを第一流れとし、第一ヘッダ１１に流入した冷媒の流れを第二流れとし、それぞれの流れについて説明する。
【００３１】
（第一流れ）
第一ヘッダ１０に流入した冷媒は、第一ヘッダ１０内を第二方向の正方向に流れ、第一熱交換部３ａにおける風上側の第一伝熱管群２１ａに流入する。第一伝熱管群２１ａを通過した冷媒は、第二ヘッダ１２で合流し、第二方向の負方向に流れて第二ヘッダ１２から流出する。第二ヘッダ１２から流出した冷媒は、接続管１１２から接続管１１５を経て第二ヘッダ１５へ、第二方向の正方向に流入する。
【００３２】
第二ヘッダ１５に流入した冷媒は、第二熱交換部３ｂにおける風下側の第四伝熱管群２１ｄに流入する。第四伝熱管群２１ｄを通過した冷媒は、第三ヘッダ１７で合流して第二方向の負方向に流れ、下側出入口管１１７より流出する。
【００３３】
（第二流れ）
第一ヘッダ１１に流入した冷媒は、第一ヘッダ１１内を第二方向の負方向に流れ、第一熱交換部３ａにおける風下側の第二伝熱管群２１ｂに流入する。第二伝熱管群２１ｂを通過した冷媒は、第二ヘッダ１３で合流し、第二方向の負方向に流れて第二ヘッダ１３から流出する。第二ヘッダ１３から流出した冷媒は、接続管１１３から接続管１１４を経て第二ヘッダ１４へ、第二方向の正方向に流入する。
【００３４】
第二ヘッダ１４に流入した冷媒は、第二熱交換部３ｂにおける風上側の第三伝熱管群２１ｃに流入する。第三伝熱管群２１ｃを通過した冷媒は、第三ヘッダ１６で合流して第二方向の負方向に流れ、下側出入口管１１６より流出する。
【００３５】
ここで、実施の形態１の特徴を整理すると、以下の２つある。
（１）熱交換器が凝縮器として機能する場合に、冷媒の流れが、下降する流れであること。
（２）並列な２つの冷媒の流れを有し、一方の第一流れと他方の第二流れとが、それぞれの冷媒上流側と冷媒下流側とで、風上側と風下側とを入れ替えて流れる流路構成であること。
【００３６】
上記（１）の特徴を備えたことにより、熱交換器が凝縮器として機能する場合に、重力方向に対して逆向きに冷媒を流す流路を有さない。このため、中間ヘッダ部１８内において、液冷媒が重力に逆らえず滞留することが発生しない。
【００３７】
また、上記（２）の特徴を備えたことより、以下の効果を有する。ここではまず、比較例として特に（２）の構成を備えず、冷媒が上昇もしくは下降する流れの過程において、冷媒上流側と冷媒下流側とで、風上側と風下側とが入れ替わらない従来構成の熱交換器について説明する。
【００３８】
図５は、比較例の熱交換器が凝縮器として機能する場合の冷媒の流れを示す図である。図６は、図５の冷媒の流れにおける第一流れ及び第二流れのそれぞれの冷媒が、流れ方向に進むにつれて変化するエンタルピ状態を示したグラフである。
図５に示した比較例の熱交換器は、上述したように、第一流れと第二流れとが、それぞれの冷媒上流側と冷媒下流側とで、風上側と風下側とを入れ替えない流路構成を有する。つまり、中間ヘッダ部１８０において、風上側の第二ヘッダ１２と風上側の第二ヘッダ１４とが連通し、風下側の第二ヘッダ１３と風下側の第二ヘッダ１５とが連通する構成である。
【００３９】
この構成の場合、第一流れは、第一ヘッダ１０に流入した冷媒が、第一熱交換部３ａにおける風上側の第一伝熱管群２１ａに流入する。第一伝熱管群２１ａを通過した冷媒は、第二ヘッダ１２で合流して接続管１１２から接続管１１４を経て第二ヘッダ１４へと流入する。第二ヘッダ１４に流入した冷媒は第二熱交換部３ｂにおける風上側の第三伝熱管群２１ｃに流入する。第三伝熱管群２１ｃを通過した冷媒は、第三ヘッダ１６で合流して下側出入口管１１６より流出する流れとなる。
【００４０】
一方、第二流れは、第一ヘッダ１１に流入した冷媒が、第一熱交換部３ａにおける風下側の第二伝熱管群２１ｂに流入する。第二伝熱管群２１ｂを通過した冷媒は、第二ヘッダ１３で合流して接続管１１３から接続管１１５を経て第二ヘッダ１５へと流入する。第二ヘッダ１５に流入した冷媒は第二熱交換部３ｂにおける風下側の第四伝熱管群２１ｄに流入する。第四伝熱管群２１ｄを通過した冷媒は、第三ヘッダ１７で合流して下側出入口管１１７より流出する流れとなる。
【００４１】
以上の流れを経た第一流れ及び第二流れは、図６に示すように熱交換器の流出時の冷媒のエンタルピ状態が異なり、風上側を流れ続ける第一流れは、風下側を流れ続ける第二流れに比べて冷媒エンタルピが小さくなる。
【００４２】
第一流れは、上記図３で説明したように風上側を流れることで空気との温度差が大きく、第一熱交換部３ａにおいて冷媒エンタルピの低下が大きい。そして、第一流れは、第二熱交換部３ｂにおいて気液二相の冷媒状態からガス単相の冷媒状態まで空気との熱交換を終えたことで、ガス単相の冷媒状態が空気の温度まで近づいてしまう。よって、第一流れは、第二熱交換部３ｂにおいてほとんど冷媒エンタルピを低下させることが出来なくなってしまっている。そのため、第一流れの一部は、ほとんど熱交換として機能しにくくなり、結果として熱交換器の効率悪化につながる。
【００４３】
また、第二流れでは、上記図３で説明したように風下側を流れることで空気との温度差が小さく、第二熱交換部３ｂを通過した後の冷媒のエンタルピ状態が高い状態のままとなっている。そのため、第二流れが持つ熱量を空気に放熱しきれないまま熱交換器を流出し、結果として第二流れの冷媒から空気に与えられる熱量が不十分となる。
【００４４】
このように、比較例の熱交換器では、第一流れ及び第二流れにおいて、一方が風上側、他方が風下側を流れ続けることで、第一熱交換部３ａ及び第二熱交換部３ｂを通過した後の冷媒のエンタルピ状態が異なったものとなり、熱交換のバランスが悪い。
【００４５】
これに対し、本実施の形態１の熱交換器は、上記（２）の特徴を備えたことにより、第一流れ及び第二流れにおいて、バランスの良い熱交換が可能となっている。以下、詳細に説明する。
【００４６】
図７は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器が凝縮器として機能する場合の第一流れ及び第二流れ、のそれぞれの冷媒が、流れ方向に進むにつれて変化するエンタルピ状態を示したグラフである。
図７に示すように、第一流れは、第一熱交換部３ａでは風上側を流れ、第二熱交換部３ｂでは風下側を流れる。また、第二流れは、第一熱交換部３ａでは風下側を流れ、第二熱交換部３ｂでは風上側を流れる。そして、第一熱交換部３ａにおいて第一流れと第二流れとを比較すると、風上側を流れる第一流れの方が、風下側を流れる第二流れよりも、冷媒と空気との温度差が大きいため、冷媒エンタルピの低下が大きい。一方、第二熱交換部３ｂにおいて第一流れと第二流れとを比較すると、風上側を流れる第二流れの方が、風下側を流れる第一流れよりも、冷媒と空気との温度差が大きいため、冷媒エンタルピの低下が大きい。
【００４７】
以上のような冷媒エンタルピの変化となるため、第一流れ及び第二流れのどちらの冷媒も、熱交換器を通過した後の冷媒のエンタルピは等しい値となり、バランスよく空気との熱交換を実施出来る。
【００４８】
本実施の形態１は、熱交換器が凝縮器として機能する場合に特徴を有するものであるが、以下、熱交換器が蒸発器として機能する場合の冷媒の流れについて説明しておく。
【００４９】
図８は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器を蒸発器として使用する際の冷媒の流れを表す正面斜視図である。熱交換器が蒸発器として機能する場合、低温低圧のガス冷媒と液冷媒が混在した気液二相冷媒が流入し、熱交換器を流れる過程で空気との熱交換により液化し、液冷媒となって流出する。以下、更に具体的に説明する。
【００５０】
下側出入口管１１６及び下側出入口管１１７のそれぞれから流入した気液二相冷媒は、第三ヘッダ１６及び第三ヘッダ１７に至る。
【００５１】
第三ヘッダ１６に流入した冷媒は、第二熱交換部３ｂにおける風上側の第三伝熱管群２１ｃに流入する。第三伝熱管群２１ｃを通過した冷媒は、第二ヘッダ１４で合流して接続管１１４から接続管１１３を経て第二ヘッダ１３へと流入する。第二ヘッダ１３に流入した冷媒は、第一熱交換部３ａにおける風下側の第二伝熱管群２１ｂに流入する。第二伝熱管群２１ｂを通過した冷媒は、第一ヘッダ１１で合流して上側出入口管１１１より流出する。
【００５２】
第三ヘッダ１７に流入した冷媒は、第二熱交換部３ｂにおける風下側の第四伝熱管群２１ｄに流入する。第四伝熱管群２１ｄを通過した冷媒は、第二ヘッダ１５で合流して接続管１１５から接続管１１２を経て第二ヘッダ１２へと流入する。第二ヘッダ１２に流入した冷媒は、第一熱交換部３ａにおける風上側の第一伝熱管群２１ａに流入する。第一伝熱管群２１ａを通過した冷媒は、第一ヘッダ１０で合流して上側出入口管１１０より流出する。
【００５３】
ここで、第二ヘッダ１２及び第二ヘッダ１３には液冷媒が存在する。よって、重力の影響を受けて第二ヘッダ１２及び第二ヘッダ１３のそれぞれにおいて、第二ヘッダ１５及び第二ヘッダ１４に向けて逆流しようとする冷媒の流れが発生する。しかし、第二ヘッダ１２及び第二ヘッダ１３では、第二ヘッダ１５及び第二ヘッダ１４から流入する後続の冷媒の流れが発生している。よって、第二ヘッダ１２及び第二ヘッダ１３のそれぞれの内部の液冷媒は、第二ヘッダ１５及び第二ヘッダ１４から流入する冷媒の流れによって押し出される。これにより、第二ヘッダ１２及び第二ヘッダ１３のそれぞれの内部の液冷媒は、第二ヘッダ１２及び第二ヘッダ１３に滞留することなく、第一熱交換部３ａへと送られる。
【００５４】
また、第二ヘッダ１４及び第二ヘッダ１５では、それぞれの下側に位置する第三伝熱管群２１ｃ及び第四伝熱管群２１ｄから流入する冷媒の流れが発生している。よって、第二ヘッダ１４及び第二ヘッダ１５のそれぞれの内部の液冷媒は、第三伝熱管群２１ｃ及び第四伝熱管群２１ｄから流入する冷媒の流れによって押し出され、第二ヘッダ１４及び第二ヘッダ１５の内部で滞留することなく、それぞれ接続管１１４及び接続管１１５へと送られる。
【００５５】
以上説明したように、本実施の形態１では、熱交換器が凝縮器として機能する場合、熱交換器内における冷媒の流れが、入口から出口に至るまで下降する流れとなる。これにより、液冷媒が重力に逆らえず熱交換器内に滞留することがない。つまり、液冷媒が熱交換器内に滞留することなく排出される。また、液冷媒が熱交換器内に滞留しないことで、液冷媒に冷凍機油が溶け込んで滞留することも抑制出来る。滞留する液冷媒に溶け込む冷凍機油が増加する場合、圧縮機の冷媒吸入側への冷凍機油の戻り量が減少する一因となる。よって、結果として圧縮機の摩擦保護のために充填する冷凍機油を増加する必要がある。しかし、本実施の形態１では、液冷媒及び冷凍機油の滞留を抑制出来ることで、冷媒及び冷凍機油の過剰な充填を回避出来る。
【００５６】
本実施の形態１では、並列な２つの冷媒の流れを有しており、各冷媒の流れが中間ヘッダ部１８を介して、第一熱交換部３ａから第二熱交換部３ｂに流れる。熱交換器が凝縮器として機能する場合、中間ヘッダ部１８は、第一伝熱管群２１ａを下降して流れて第一伝熱管群２１ａの下端部から流出した冷媒の少なくとも一部を、第四伝熱管群２１ｄの上端部に流入させて下降して流れるようにした。また、中間ヘッダ部１８は、第二伝熱管群２１ｂを下降して流れて第二伝熱管群２１ｂの下端部から流出した冷媒の少なくとも一部を、第三伝熱管群２１ｃの上端部に流入させて下降して流れるようにした。
【００５７】
つまり、熱交換器は、２列の伝熱管群を流れる第一流れと第二流れとを、それぞれの冷媒上流側と冷媒下流側とで、風上側と風下側とを入れ替えて流す流路構成を有する。これにより、冷媒と空気との温度差が大きい熱交換と、冷媒と空気との温度差が小さい熱交換とを、第一流れ及び第二流れで交互に行い、熱交換のバランスを揃えることが出来る。このため、熱交換器性能を向上させることが出来る。
【００５８】
また、実施の形態１の熱交換器は、第一ヘッダ１０及び第一ヘッダ１１と、中間ヘッダ部１８と、第三ヘッダ１６及び第三ヘッダ１７とを備える。中間ヘッダ部１８は、上側の第二ヘッダ１２及び第二ヘッダ１３と、下側の第二ヘッダ１４及び第二ヘッダ１５とを連通する連通部１１８とを備えた構成である。このように複数のヘッダ及び連通部１１８により流路を構成出来る。
【００５９】
連通部１１８は、第一連通管１１８ａと、第二連通管１１８ｂとを有する。第一連通管１１８ａは、一端が第一伝熱管群２１ａの下端部の第二ヘッダ１２に接続され、他端が第四伝熱管群の上端部の第二ヘッダ１５に接続されている。第二連通管１１８ｂは、一端が第二伝熱管群２１ｂの下端部の第二ヘッダ１３に接続され、他端が第三伝熱管群２１ｃの上端部の第二ヘッダ１４に接続されている。これにより、第一流れと第二流れとにおいて、冷媒上流側と冷媒下流側とで、風上側と風下側とを入れ替える流路を構成出来る。
【００６０】
第一連通管１１８ａ及び第二連通管１１８ｂの両方が、第二方向の正側又は負側のうち、同一側、ここでは負側に接続されている。これにより、第一連通管１１８ａと第二連通管１１８ｂとを第二方向の正側と負側とで分けて接続するよりも、上側の第二ヘッダ１２及び第二ヘッダ１３と、下側の第二ヘッダ１４及び第二ヘッダ１５との流路を短く出来る。
【００６１】
上側出入口管１１０及び上側出入口管１１１と、下側出入口管１１６及び下側出入口管１１７とが、第一連通管１１８ａ及び第二連通管１１８ｂと同じく第二方向の負側に接続されている。これにより、第一熱交換部３ａの上側に接続された第一ヘッダ１０及び第一ヘッダ１１と、下側に第二ヘッダ１２及び第二ヘッダ１３とで、冷媒の流れ方向が逆向きとなる。同様に、第二熱交換部３ｂの上側に接続された第二ヘッダ１４及び第二ヘッダ１５と、下側に接続された第三ヘッダ１６及び第三ヘッダ１７とで、冷媒の流れ方向が逆向きとなる。
【００６２】
実施の形態２．
実施の形態２は、中間ヘッダ部１８における冷媒の流れ方向が実施の形態１と異なる。以下、実施の形態２が実施の形態１と異なる構成を中心に説明する。
【００６３】
図９は、本発明の実施の形態２に係る熱交換器を示す正面斜視図である。図９には、熱交換器が蒸発器として機能する場合の冷媒の流れを示している。
実施の形態２の熱交換器は、実施の形態１では第二方向の負側に接続されていた中間ヘッダ部１８の接続管１１２〜接続管１１５が、第二方向の正側に接続された構成を有する。つまり、「中間ヘッダ部１８の接続管１１２〜接続管１１５」と、「上側出入口管１１０及び上側出入口管１１１並びに下側出入口管１１６及び下側出入口管１１７」とが、対応のヘッダに対して、第二方向において互いに逆側に接続された構成を有する。
【００６４】
この構成により、第一熱交換部３ａの上側に接続された第一ヘッダ１０及び第一ヘッダ１１と、下側に接続された第二ヘッダ１２及び第二ヘッダ１３と、の冷媒の流れ方向が同じ向きとなっている。また、第二熱交換部３ｂの上側に接続された第二ヘッダ１４及び第二ヘッダ１５と、下側に接続された第三ヘッダ１６及び第三ヘッダ１７と、の冷媒の流れ方向が同じ向きとなっている。
【００６５】
以上のように構成された熱交換器が蒸発器として機能する場合、低温低圧のガス冷媒と液冷媒とが混在した気液二相冷媒が、第二方向の正側に接続された下側出入口管１１６及び下側出入口管１１７から流入して第三ヘッダ１６及び第三ヘッダ１７に至る。
【００６６】
第三ヘッダ１６に流入した冷媒は、第三ヘッダ１６内を第二方向の正方向に流れ、第二熱交換部３ｂにおける風上側の第三伝熱管群２１ｃに流入する。第三伝熱管群２１ｃを通過した冷媒は、第二ヘッダ１４で合流して第二方向の正方向に流れ、第二ヘッダ１４から流出する。第二ヘッダ１４から流出した冷媒は、接続管１１４から接続管１１３を経て第二ヘッダ１３へ、第二方向の負方向に流入する。
【００６７】
第二ヘッダ１３に流入した冷媒は、第一熱交換部３ａにおける風下側の第二伝熱管群２１ｂに流入する。第二伝熱管群２１ｂを通過した冷媒は、第一ヘッダ１１で合流して第二方向の負方向に流れ、上側出入口管１１１より流出する流れとなる。
【００６８】
一方、第三ヘッダ１７に流入した冷媒は、第三ヘッダ１７内を正方向に流れ、第二熱交換部３ｂにおける風下側の第四伝熱管群２１ｄに流入する。第四伝熱管群２１ｄを通過した冷媒は、第二ヘッダ１５で合流して第二方向の正方向に流れ、第二ヘッダ１５から流出する。第二ヘッダ１５から流出した冷媒は、接続管１１５から接続管１１２を経て第二ヘッダ１２へ、第二方向の負方向に流入する。
【００６９】
第二ヘッダ１２に流入した冷媒は、第一熱交換部３ａにおける風上側の第一伝熱管群２１ａに流入する。第一伝熱管群２１ａを通過した冷媒は、第一ヘッダ１０で合流して第二方向の負方向に流れ、上側出入口管１１０より流出する流れとなる。
【００７０】
次に本実施の形態２による効果に関して図１０を用いて説明する。図１０は、本発明の実施の形態２に係る熱交換器が蒸発器として機能する場合の熱交換器内における液冷媒の分布を示すグラフである。図１０では本実施の形態２と実施の形態１との差異を明確にするため、実施の形態１における液冷媒の分配分布もあわせて示す。図１０において横軸は第二ヘッダ及び第三ヘッダの第二方向の位置を示し、縦軸は液冷媒量を示している。
【００７１】
第三ヘッダには第二方向の正方向に気液二相の冷媒が流入する。このため、図１０より、気液二相の冷媒は、密度の大きい液冷媒が慣性力により第三ヘッダ内において第二方向の正方向（図１０の右側）に多く配分されやすい。
【００７２】
上記実施の形態１の場合、第二熱交換部３ｂにおいて上側のヘッダと下側のヘッダにおける冷媒の流れ方向が逆向きである。よって、冷媒の圧力損失が大きいガス冷媒が、第三ヘッダの第二方向の負方向に多く分布し、第二熱交換部３ｂにおける第二方向の負側の伝熱管群を通過して接続管１１４及び接続管１１５へと最短距離で流れる流路が形成される。これにより、冷媒の圧力損失を低下させようとする流れが発生する。
【００７３】
これに対し、本実施の形態２の場合、第二熱交換部３ｂにおいて上側のヘッダと下側のヘッダにおける冷媒の流れ方向が同じ向きである。これにより、下側出入口管１１６及び下側出入口管１１７から第三ヘッダ内に流入し、各伝熱管のそれぞれを通過した後、接続管１１４及び接続管１１５に到達するまでの流路長さは、どの伝熱管を通過しても均一となる。そのため、第二熱交換部３ｂを流れるガス冷媒が第二方向に均一に配分されやすくなり、ガス冷媒の均一な配分に伴って、第二方向の正方向に多く偏った液冷媒が撹拌され、液冷媒もガス冷媒と同様に第二方向に均一に配分されやすくなる。
【００７４】
また、第一熱交換部３ａにおいても同様の効果を狙い、第二熱交換部３ｂにおいて上側のヘッダと下側のヘッダにおける冷媒の流れ方向が同じ向きである。これにより、ガス冷媒と液冷媒の分配が均一に配分されやすくなる。
【００７５】
以上説明したように、本実施の形態２では、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、以下の効果が得られる。本実施の形態２では、「中間ヘッダ部１８の接続管１１２〜接続管１１５」と、「上側出入口管１１０、上側出入口管１１１、下側出入口管１１６及び下側出入口管１１７」とが、対応のヘッダに対して、第二方向において互いに逆側に接続された構成を有する。この構成により、第一熱交換部３ａの上側に接続された第一ヘッダ１０及び第一ヘッダ１１と、下側に接続された第二ヘッダ１２及び第二ヘッダ１３と、の冷媒の流れ方向が同じ向きとなっている。また、第二熱交換部３ｂの上側に接続された第二ヘッダ１４及び第二ヘッダ１５と、下側に接続された第三ヘッダ１６及び第三ヘッダ１７と、の冷媒の流れ方向が同じ向きとなっている。
【００７６】
これにより、熱交換器が蒸発器として機能する場合、熱交換器内を流れる液冷媒が均一に分配されやすくなり、結果として熱交換器の熱交換効率を実施の形態１より高くすることが可能となる。
【００７７】
また、本実施の形態２においても、実施の形態１と同様に熱交換器が凝縮器として機能する場合において、液化する冷媒が下降して流れる流路としている。このため、液冷媒及び液冷媒に溶け込んだ冷凍機油が熱交換器内に滞留されず、冷媒及び冷凍機油の過剰な充填を回避出来る。
【００７８】
実施の形態３．
実施の形態３は、中間ヘッダ部１８の構成が実施の形態１と異なる。以下、実施の形態３が実施の形態１と異なる構成を中心に説明する。
【００７９】
図１１は、本発明の実施の形態３に係る熱交換器を示す正面斜視図である。図１１には、熱交換器が蒸発器として機能する場合の冷媒の流れを示している。
実施の形態３の熱交換器は、中間ヘッダ部１８の第二ヘッダ１４及び第二ヘッダ１５のそれぞれの内部が、第二方向の中心部で仕切板１４０及び仕切板１５０によって分割されている。このように分割されることで、第二ヘッダ１４に負側ヘッダ１４ａ及び正側ヘッダ１４ｂが形成され、第二ヘッダ１５に負側ヘッダ１５ａ及び正側ヘッダ１５ｂが形成されている。
【００８０】
また、中間ヘッダ部１８は、上側の第二ヘッダ１２及び第二ヘッダ１３と、下側の第二ヘッダ１４及び第二ヘッダ１５とを連通する連通部１１８を有する。連通部１１８は、後述の図２３に示すように第一連通管１１８ａと第二連通管１１８ｂとを有する。第二連通管１１８ｂは、一端が第二ヘッダ１２に接続され、他端が分岐して正側ヘッダ１４ｂ及び正側ヘッダ１５ｂに接続されている。第二連通管１１８ｂは、具体的には接続管１１２、Ｕベンド１０１ｂ、二分岐管２５、接続管１１４ｂ及び接続管１１５ｂで構成されている。第一連通管１１８ａは、一端が第二ヘッダ１３に接続され、他端が分岐して負側ヘッダ１４ａ及び負側ヘッダ１５ａに接続されている。第一連通管１１８ａは、具体的には接続管１１２、Ｕベンド１０１ｂ、二分岐管２５、接続管１１４ａ及び接続管１１５ａで構成されている。
【００８１】
以上のように構成された熱交換器が蒸発器として機能する場合、低温低圧のガス冷媒と液冷媒が混在した気液二相冷媒が、第二方向の負側に配置された下側出入口管１１６及び下側出入口管１１７からそれぞれ流入して第三ヘッダ１６及び第三ヘッダ１７に至る。
【００８２】
第三ヘッダ１６に流入した冷媒は、第二熱交換部３ｂにおける風上側の第三伝熱管群２１ｃに流入する。第三伝熱管群２１ｃを通過した冷媒は、２分割された第二ヘッダ１４、つまり負側ヘッダ１４ａ及び正側ヘッダ１４ｂに流入する。
【００８３】
一方、第三ヘッダ１７に流入した冷媒は、第二熱交換部３ｂにおける風下側の第四伝熱管群２１ｄに流入する。第四伝熱管群２１ｄを通過した冷媒は、２分割された第二ヘッダ１５、つまり負側ヘッダ１５ａ及び正側ヘッダ１５ｂに流入する。
【００８４】
負側ヘッダ１４ａの冷媒と負側ヘッダ１５ａの冷媒は、それぞれ接続管１１４ａ及び接続管１１５ａから流出後、合流する。そして、合流した冷媒は、接続管１１３へと流入し、第二ヘッダ１３へと流入する。第二ヘッダ１３に流入した冷媒は、第二伝熱管群２１ｂに流入する。第二伝熱管群２１ｂを通過した冷媒は、第一ヘッダ１１で合流して上側出入口管１１０から流出する流れとなる。
【００８５】
一方、正側ヘッダ１４ｂの冷媒と正側ヘッダ１５ｂの冷媒は、それぞれ接続管１１４ｂ及び接続管１１５ｂから流出後、合流する。そして、合流した冷媒は、接続管１１２へと流入し、第二ヘッダ１２へと流入する。第二ヘッダ１２に流入した冷媒は、第一伝熱管群２１ａに流入する。第一伝熱管群２１ａを通過した冷媒は、第一ヘッダ１０で合流して上側出入口管１１０から流出する流れとなる。
【００８６】
次に、本実施の形態３による効果に関して図１２を用いて説明する。図１２は、本発明の実施の形態３に係る熱交換器が蒸発器として機能する場合の熱交換器内における液冷媒の分布を示すグラフである。図１２では本実施の形態３と実施の形態２との差異を明確にするため、実施の形態２における液冷媒の分配分布もあわせて示す。図１２において横軸は第二ヘッダ及び第三ヘッダの第二方向の位置を示し、縦軸は液冷媒量を示している。
【００８７】
図１２より、第三ヘッダに流入する気液二相の冷媒において密度の大きい液冷媒は、慣性力により第二方向の正方向に多く配分されやすい。この配分のまま、第三ヘッダから第二熱交換部３ｂを経て第二ヘッダに冷媒が流入する。このため、第二ヘッダでは、第二方向の正方向に液冷媒が多く配分されやすい。
【００８８】
図１１に示すように第二ヘッダ１４及び第二ヘッダ１５のそれぞれの内部は、上述したように仕切板１４０及び仕切板１５０で第二方向の中心部で２つに分割されている。よって、第二方向の正側に位置する正側ヘッダ１４ｂ及び正側ヘッダ１５ｂには液冷媒が多く分布し、第二方向の負側に位置する負側ヘッダ１４ａ及び負側ヘッダ１５ａにはガス冷媒が多く分布する。
【００８９】
液冷媒が多く分布する正側ヘッダ１４ｂ及び正側ヘッダ１５ｂの液冷媒は、接続管１１４ｂ、接続管１１５ｂ及び接続管１１２を経て第一熱交換部３ａの風上側の第二ヘッダ１２へと供給された後、第一伝熱管群２１ａに流入する。
【００９０】
このように、風上側の第一伝熱管群２１ａには多くの液冷媒が流入する。そして、風上側の第一伝熱管群２１ａに流入した多くの液冷媒は、空気との温度差が大きいことにより第一伝熱管群２１ａ内で十分な熱交換を行うことが出来る。
【００９１】
一方、ガス冷媒が多く分布し、液冷媒の少ない負側ヘッダ１４ａ及び負側ヘッダ１５ａ内の冷媒は、接続管１１４ａ、接続管１１５ａ及び接続管１１３を経て第一熱交換部３ａの風下側の第二ヘッダ１３へと供給された後、第二伝熱管群２１ｂに流入する。
【００９２】
第二伝熱管群２１ｂに流入する少ない液冷媒は、空気との温度差が小さいことにより、第二伝熱管群２１ｂの途中で液冷媒が完全に蒸発してしまうことがない。よって、効率の良い熱交換を行うことが出来る。
【００９３】
更に、第二ヘッダ１２には、液冷媒が第二方向の負方向に流入するため、第二ヘッダ１２内では第二方向の負方向に液冷媒が多く配分されやすい。この配分のまま第一伝熱管群２１ａに冷媒が流入するため、第一伝熱管群２１ａでは、正側に位置する伝熱管よりも負側に位置する伝熱管の方に液冷媒が多く配分されている。一方、第二ヘッダ１３には、液冷媒が第二方向の正の方向に向けて流入するため、第二ヘッダ１３内では第二方向の正方向に液冷媒が多く配分されやすい。この配分のまま第二伝熱管群２１ｂに冷媒が流入するため、第二伝熱管群２１ｂでは、負側に位置する伝熱管よりも正側に位置する伝熱管の方に液冷媒が多く配分されている。
【００９４】
よって、第一熱交換部３ａのうち第二方向の正側領域に流入する空気は、風上側の第一伝熱管群２１ａで、第二方向の負側よりも少ない液冷媒と熱交換をすることにより空気の温度変化が小さい。そして、風下側の第二伝熱管群２１ｂに流入した空気は、第二方向の負側よりも「多い液冷媒」と熱交換することになる。この場合、第二伝熱管群２１ｂで、「多い液冷媒」と行う熱交換であっても、空気側の温度と液冷媒側の温度との温度差を大きく出来ていることにより、第一熱交換部３ａの風下側で、「多い液冷媒」は必要な熱交換を行うことが出来る。
【００９５】
また、第一熱交換部３ａのうち第二方向の負側領域に流入する空気は、風上側の第一伝熱管群２１ａで、第二方向の正側よりも多い液冷媒と熱交換をすることにより空気の温度変化が大きい。そして、風下側の第二伝熱管群２１ｂに流入した空気は、第二方向の負側よりも「少ない液冷媒」と熱交換することになる。この場合、第二伝熱管群２１ｂでは、「少ない液冷媒」との熱交換であるため、空気側の温度と液冷媒側の温度との温度差が小さくても、第一熱交換部３ａの風下側で、「少ない液冷媒」は必要な熱交換を行うことが出来る。
【００９６】
以上説明したように、本実施の形態３では、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、以下の効果が得られる。本実施の形態３では、第二ヘッダ１４及び第二ヘッダ１５のそれぞれの内部が、第二方向の中心部で分割されて正側ヘッダ１４ｂと負側ヘッダ１４ａ、正側ヘッダ１５ｂと負側ヘッダ１５ａとが形成されている。連通部１１８は、第一連通管１１８ａと、第二連通管１１８ｂとを有する。第一連通管１１８ａは、一端が第二ヘッダ１２に接続され、他端が分岐して正側ヘッダ１４ｂ及び正側ヘッダ１５ｂに接続されている。第二連通管１１８ｂは、一端が第二ヘッダ１３に接続され、他端が分岐して負側ヘッダ１４ａ及び負側ヘッダ１５ａに接続されている。この構成により、第一熱交換部３ａにおいて液冷媒を第二方向の正側領域と負側領域とにバランス良く分配することが出来、効率の良い熱交換を行うことが出来る。
【００９７】
また、本実施の形態３では、熱交換器が蒸発器として機能する場合、熱交換器内を流れる液冷媒が風上側では多く、風下側では少なくなる。これにより、空気と液冷媒との温度差に応じた冷媒配分をすることが可能となる。結果として熱交換器の熱交換効率を実施の形態２より高くすることが可能となる。また、本実施の形態３においても、実施の形態２と同様に凝縮器として使用する場合の液化する冷媒が、下降する流れとなる流路としている。このため、液冷媒及び液冷媒に溶け込んだ冷凍機油が熱交換器内に滞留されず、過剰な冷媒や冷凍機油の充填を削減することが出来る。
【００９８】
実施の形態４．
実施の形態４は、熱交換器を複数に分割した構成に関する。また、実施の形態４では、熱交換器が凝縮器として機能する場合について説明する。
【００９９】
熱交換器を複数に分割した構成において、熱交換器を凝縮器として使用する際の冷媒の流れは、複数パターンある。以下、各パターンについて説明する。
【０１００】
（パターン１）
図１３は、本発明の実施の形態４に係るパターン１の熱交換器における冷媒の流れを示す斜視図である。
実施の形態４の熱交換器は、第二方向に２分割され、正側熱交換器３００ｂと負側熱交換器３００ａとが形成されている。正側熱交換器３００ｂと負側熱交換器３００ａとは接続部３２０で直列に接続されている。実施の形態４の熱交換器は、この構成を、パターン１を含め、以下のパターン２〜パターン４において共通に備えている。
【０１０１】
そして、パターン１の熱交換器は、図９に示した実施の形態２の熱交換器、つまり、熱交換部の上側ヘッダと下側ヘッダとにおける冷媒の流れ方向が同じ向きの熱交換器が第二方向に２分割された構成を有する。また、パターン１の熱交換器は、正側熱交換器３００ｂと負側熱交換器３００ａとの接続部分において冷媒が２列で流れる構成を有する。
【０１０２】
図１３において、冷媒下流側となる負側熱交換器３００ａの各部には、図２で用いていた符号を引き続き利用する。冷媒上流側の正側熱交換器３００ｂには、適宜新たな符号を付している。冷媒上流側の正側熱交換器３００ｂのうち、重力方向の上側が第一熱交換部３ｃ、重力方向の下側が第二熱交換部３ｄとなっている。第一熱交換部３ｃは、第一熱交換部３ａと同様の角度θ１の方向に延びている。第二熱交換部３ｄは、第二熱交換部３ｂと同様、角度θ２の方向に延びている。
【０１０３】
以下、図１３の熱交換器が凝縮器として機能する場合の冷媒の流れについて説明する。
高温高圧のガス冷媒もしくは気液二相冷媒が、出入口配管３１０及び出入口配管３１１からそれぞれ流入して第一ヘッダ３０及び第一ヘッダ３１に至る。以下、第一ヘッダ３０に流入した冷媒を第一流れとし、第一ヘッダ３１に流入した冷媒を第二流れとする。
【０１０４】
（第一流れ）
第一ヘッダ３０に流入した冷媒は、第一熱交換部３ｃにおける風上側の第一伝熱管群２１ａに流入する。第一伝熱管群２１ａを通過した冷媒は、第二ヘッダ３２で合流して接続管３１２から接続管３１５を経て第二ヘッダ３５へと流入する。第二ヘッダ３５に流入した冷媒は第二熱交換部３ｄにおける風下側の第四伝熱管群２１ｄに流入する。第四伝熱管群２１ｄを通過した冷媒は、第三ヘッダ３７で合流して接続管３１７より上側出入口管１１１を経て第一ヘッダ１１へと至る。
【０１０５】
第一ヘッダ１１に流入した冷媒は、実施の形態２と同様に第一熱交換部３ａにおける風下側の第二伝熱管群２１ｂ、第二ヘッダ１３、接続管１１３、接続管１１４、第二ヘッダ１４、第二熱交換部３ｂにおける風上側の第三伝熱管群２１ｃ、第三ヘッダ１６、下側出入口管１１６を経由して流出する流れとなる。
【０１０６】
（第二流れ）
第一ヘッダ３１に流入した冷媒は、第一熱交換部３ｃにおける風下側の第二伝熱管群２１ｂに流入する。第二伝熱管群２１ｂを通過した冷媒は、第二ヘッダ３３で合流して接続管３１３から接続管３１４を経て第二ヘッダ３４へと流入する。第二ヘッダ３４に流入した冷媒は第二熱交換部３ｄにおける風上側の第三伝熱管群２１ｃに流入する。第三伝熱管群２１ｃを通過した冷媒は、第三ヘッダ３６で合流して接続管３１６より上側出入口管１１０を経て第一ヘッダ１０へと至る。
【０１０７】
第一ヘッダ１０に流入した冷媒は、実施の形態２と同様に第一熱交換部３ａにおける風上側の第一伝熱管群２１ａ、第二ヘッダ１２、接続管１１２、接続管１１５、第二ヘッダ１５、第二熱交換部３ｂにおける風下側の第四伝熱管群２１ｄ、第三ヘッダ１７、下側出入口管１１７を経由して流出する流れとなる。
【０１０８】
以上の構成にすることで、熱交換器が第二方向に長く、製造上の都合により分割する必要が出た場合においても実施の形態２と同様の効果を得ることが出来る。また、図１３では例として実施の形態２を用いて示したが、実施の形態１又は実施の形態３の構成を用いて、第二方向に分割した熱交換器を構成してもよい。また、実施の形態１〜実施の形態３の構成を組み合わせて、第二方向に分割した熱交換器を構成してもよい。
【０１０９】
（パターン２）
図１４は、本発明の実施の形態４に係るパターン２の熱交換器における冷媒の流れを示す斜視図である。
パターン２の熱交換器は、図４に示した実施の形態１の熱交換器を第二方向に２分割して直列に接続し、直列の接続部分において冷媒が２列から１列にまとめられて流れる構成を有する。また、パターン２の熱交換器は、第一熱交換部３ｃに実施の形態１を適用し、第二熱交換部３ｄに実施の形態２を適用している。つまり、第一熱交換部３ｃは、上側のヘッダと下側のヘッダとにおける冷媒の流れ方向が逆向きである。また、第二熱交換部３ｄは、上側のヘッダと下側のヘッダとにおける冷媒の流れ方向が逆向きである。
【０１１０】
そして、正側熱交換器３００ｂでは、第一熱交換部３ｃで風上側に流れていた冷媒が第二熱交換部３ｄでは風下側を流れ、第一熱交換部３ｃでは風下側に流れていた冷媒が第二熱交換部３ｄでは風上側を流れるように、第二ヘッダ３２及び第二ヘッダ３３と、第二ヘッダ３４及び第二ヘッダ３５とが接続される構成は、上記実施の形態１と同じである。しかし、負側熱交換器３００ａでは、従来の熱交換器のように、冷媒が上昇もしくは下降する流れの過程において、風上側を通過する流れと風下側を通過する流れが切り替わらない構成を適用している。
【０１１１】
以下、図１４の熱交換器が凝縮器として機能する場合の冷媒の流れについて説明する。正側熱交換器３００ｂにおける冷媒の流れは、第一ヘッダ３０及び第一ヘッダ３１に対する冷媒の流入方向が図１３と逆方向になる以外、図１３の正側熱交換器３００ｂと同様である。そして、正側熱交換器３００ｂの接続管３１６及び接続管３１７から流出した冷媒は、二分岐管２５で合流し、負側熱交換器３００ａの第三ヘッダ４７に至る。
【０１１２】
第三ヘッダ４７を経た冷媒は、第二熱交換部３ｂの風下側、第二ヘッダ４５、第二ヘッダ４３、第一熱交換部３ａの風下側、第一ヘッダ４１、接続管４１１、接続管４１０、第一ヘッダ４０、第一熱交換部３ａの風上側、第二熱交換部３ｂの風上側及び第三ヘッダ４６を経て出入口管４１６より流出する。
【０１１３】
ここで、パターン２では、冷媒流路の上流側となる正側熱交換器３００ｂの容量が、冷媒流路の下流側となる負側熱交換器３００ａの容量の２倍以上とし、負側熱交換器３００ａへと流入する冷媒状態が液単相状態となるようにしている。これにより、負側熱交換器３００ａは、液単相冷媒の過冷却を行う用途として使用されることになる。
【０１１４】
（パターン２の変形例）
図１５は、図１４の熱交換器の変形例を示す図である。
図１５に示すように、図１４の第三ヘッダ３６及び第三ヘッダ３７に代えてヘッダ５１を用いてもよい。また、図１４の第一ヘッダ４０及び第一ヘッダ４１に代えてヘッダ６１を用いてもよい。また、図１４の接続管３１６、接続管３１７及び二分岐管２５に代えて接続管５１０を用いてもよい。ヘッダ５１及びヘッダ６１は、次の図１６及び図１７に示す構成を有する。
【０１１５】
図１６は、図１５のヘッダ５１の構成図である。図１７は、図１５のヘッダ６１の構成図である。
ヘッダ５１は、図１６に示すように、扁平伝熱管が挿入される複数の挿入孔５１ａａが形成されたヘッダプレート５１ａと、枠プレート５１ｂと、ヘッダカバー５１ｃとを有している。ヘッダ５１は、第二熱交換部３ｄの風上側の伝熱管群と風下側の伝熱管群から流出した冷媒を合流させて接続管５１０へと冷媒を流す機能がある。
【０１１６】
ヘッダ６１は、図１７に示すように、扁平伝熱管が挿入される複数の挿入孔６１ａａが形成されたヘッダプレート６１ａと、偏流防止プレート６１ｂと、ヘッダカバー６１ｃとを有している。ヘッダ６１は、第一熱交換部３ａの風下側の伝熱管群を通過した冷媒を、第一熱交換部３ａの風上側の伝熱管群へと流す機能がある。
【０１１７】
ところで、図１４及び図１５に示したパターン２の構成では、負側熱交換器３００ａにおいて、従来の熱交換器のように、凝縮器として機能する場合に流路の一部で冷媒が上昇する。つまり、上昇流が発生する。このため、上昇流が二相冷媒であると、第三ヘッダ４７に液冷媒が滞留する懸念が生じる。しかし、負側熱交換器３００ａに流入する冷媒を液単相冷媒とすれば、第三ヘッダ４７よりも冷媒下流側の流路が上昇流及び下降流のどちらであっても、第三ヘッダ４７内の冷媒状態に影響はなく、第三ヘッダ４７内は液冷媒で満液となる。
【０１１８】
このように、第三ヘッダ４７内が液冷媒で満液となると、負側熱交換器３００ａの伝熱管群もまた液冷媒で満たされることになる。つまり、負側熱交換器３００ａに流入する冷媒が液単相冷媒であれば、第三ヘッダ４７よりも冷媒下流側において上昇流が発生しても、液冷媒が流れずに滞留するといった不都合は生じない。よって、正側熱交換器３００ｂにおいて実施の形態１〜実施の形態３の構成が適用できていれば、過剰な冷媒量を必要としない構成が出来ているといえる。
【０１１９】
（パターン３）
図１８は、本発明の実施の形態４に係るパターン３の熱交換器における冷媒の流れを示す斜視図である。
パターン３の熱交換器は、図１に示した実施の形態１の熱交換器の第一熱交換部３ａを、第二方向に延長すると共に第二方向に２分割し、第一熱交換部３ａ、第一熱交換部３ｃ及び第二熱交換部３ｂを形成している。また、パターン３の熱交換器は、従来のように凝縮器として機能する場合に冷媒が上昇流となる第二熱交換部３ｄを有する。このようにパターン３の熱交換器は、実施の形態１の熱交換器を分割した構成と、従来の熱交換器とを組み合わせたものである。
【０１２０】
（パターン３の変形例）
図１９は、図１８の熱交換器の変形例を示す図である。
上記図１８の第二熱交換部３ｄでは、冷媒が風上側と風下側とで並行に流れる構成であった。これに対し、この変形例では、第二熱交換部３ｄにおいて、冷媒が風上側から風下側へと流れる対向流とした従来の熱交換器を使用している。
【０１２１】
（パターン４）
図２０は、本発明の実施の形態４に係るパターン４の熱交換器における冷媒の流れを示す斜視図である。
パターン４の熱交換器では、第一熱交換部３ａ及び第一熱交換部３ｃを通過したそれぞれの冷媒が、第二熱交換部３ｂの風下側及び第二熱交換部３ｄの風下側をそれぞれ通過した後、合流する。そして、合流した冷媒が、第二熱交換部３ｂの風上側及び第二熱交換部３ｄの風上側の順に通過する。
【０１２２】
この構成では、第一熱交換部３ａ及び第一熱交換部３ｃの風上側の第一伝熱管群２１ａを流れた冷媒が、第二熱交換部３ｂ及び第二熱交換部３ｄの風下側の第四伝熱管群２１ｄに流れる。つまり、冷媒上流側と冷媒下流側とで、風上側と風下側とが入れ替わった構成である。しかし、第一熱交換部３ａ及び第一熱交換部３ｃの風下側については、第二伝熱管群２１ｂを流れた冷媒が、第二熱交換部３ｂ及び第二熱交換部３ｄの風下側の第四伝熱管群２１ｄに流れる。このため、冷媒上流側と冷媒下流側とで、風上側と風下側とが入れ替わっていない。しかし、上側出入口管１１０ａ及び上側出入口管１１０ｂから熱交換器に流入する冷媒のうち、少なくとも一方は冷媒上流側と冷媒下流側とで、風上側と風下側とが入れ替わった構成を有するため、熱交換バランスを均一化して熱交換性能の向上を図ることが出来る。
【０１２３】
（パターン４の変形例）
図２１は、図２０の熱交換器の変形例を示す図である。
上記図２０では、第二ヘッダ１２及び第二ヘッダ１３から流出した冷媒と、第二ヘッダ３２及び第二ヘッダ３３から流出した冷媒とが並列に第二熱交換部３ｂの風下側及び第二熱交換部３ｄの風下側に流入する構成であった。これに対し、この変形例では、第二ヘッダ１２及び第二ヘッダ１３から流出した冷媒が第二ヘッダ３２及び第二ヘッダ３３に流入する。そして、第二ヘッダ３２及び第二ヘッダ３３のそれぞれから流出した冷媒が合流し、第二ヘッダ３５に流入する。
【０１２４】
第二ヘッダ３５に流入した冷媒は、第二ヘッダ１５に向かう冷媒と、第二熱交換部３ｂの風下側の第四伝熱管群２１ｄに向かう冷媒とに分けられる。第二ヘッダ１５に向かった冷媒は、第二熱交換部３ｄの風下側を通過後、第三ヘッダ１７を経て、第二ヘッダ３５から直接、第四伝熱管群２１ｄを通過した冷媒と第三ヘッダ３７で合流する。第三ヘッダ３７を通過後の冷媒の流れは、図２０と同様であり、第二熱交換部３ｂの風上側及び第二熱交換部３ｄの風上側の順に通過する。
【０１２５】
図１８〜図２１の構成においても、図１４及び図１５の場合と同様に、一部で冷媒の上昇流が発生してしまう。しかし、図１８〜図２０の構成において、上昇流が発生する部分から冷媒下流の流路では、冷媒状態は液冷媒であり、満液となる。具体的には、図１８及び図１９の第二熱交換部３ｄと、図２０及び図２１の第二熱交換部３ｂの風上側及び第二熱交換部３ｄの風上側と、を流れる冷媒状態は液冷媒で満液となる。このため、前記液冷媒で満液状態の該当する熱交換器に関与するヘッダでは、上昇流又は下降流といった冷媒の流れ方向に冷媒の滞留量は依存しない。
【０１２６】
したがって、図１８及び図１９の構成では、第一熱交換部３ａ、第一熱交換部３ｃ及び第二熱交換部３ｂにおいて実施の形態１〜実施の形態３の構成が適用出来ていれば過剰な冷媒量を必要としない構成が出来ているといえる。また、図２０及び図２１の第一熱交換部３ａ、第一熱交換部３ｃ、第二熱交換部３ｂの風下側及び第二熱交換部３ｄの風下側、において実施の形態１〜実施の形態３の構成が適用出来ていれば過剰な冷媒量を必要としない構成が出来ているといえる。
【０１２７】
以上より、本実施の形態４では、熱交換器を第二方向に２分割した場合において、実施の形態１〜３の構成を一部もしくは２分割のどちらにも適用した構成を適用することで、熱交換器性能を向上させることが出来る。また、ガス単相もしくは気液二相状態の冷媒が液化する過程において、鉛直下向きに流れる流路とすることで液冷媒及び液冷媒に溶け込んだ冷凍機油が熱交換器内に滞留されない。このため、冷媒及び冷凍機油の過剰な充填を削減することが出来る。
【０１２８】
次に、実施の形態１〜実施の形態４においてヘッダ同士を接続する具体的な配管の構成例について説明する。
【０１２９】
図２２は、ヘッダ同士を接続する配管構成の概要図である。
図２２では、Ｕベンド１０１ａ及びＵベンド１０１ｂを使用してヘッダ同士を接続している。図２２の構成は、具体的には図４、図５、図７、図９、図１３〜図１５の第二ヘッダ部分の接続に適用される。
【０１３０】
図２３は、ヘッダ同士を接続する他の配管構成の概要図である。
図２３では、Ｕベンド１０１ａ、Ｕベンド１０１ｂ、二分岐管２５ａ及び二分岐管２５ｂを使用してヘッダ同士を接続している。図２３の構成は、具体的には図１１、図２０及び図２１の第二ヘッダ部分の接続に適用される。
【０１３１】
図２４は、熱交換器への冷媒流入箇所及び冷媒流出箇所における配管構成の概要図である。図２４の配管構成は実施の形態１〜実施の形態４の全ての実施の形態に適用されるが、ここでは図４に示した実施の形態１に適用した例を示している。
実施の形態１〜実施の形態４の何れも、熱交換器において冷媒流入箇所は２箇所であり、冷媒流出箇所も２箇所である。図２４では、その冷媒流入箇所と冷媒流出箇所のそれぞれに二分岐管２５を用いている。
【０１３２】
実施の形態５．
実施の形態５は、実施の形態１〜実施の形態４の何れかの熱交換器を備えた冷凍サイクル装置に関する。ここでは、冷凍サイクル装置の一例として空気調和装置について説明する。
【０１３３】
図２５は、本発明の実施の形態５に係る空気調和装置の構成図である。図２５において実線矢印は冷房時の冷媒の流れを示し、点線矢印は暖房時の冷媒の流れを示している。
【０１３４】
空気調和装置は、圧縮機１と、四方弁２と、室外熱交換器３と、膨張弁４と、室内熱交換器５とを有し、これらが配管で接続されて冷媒が循環する冷媒回路を構成している。冷媒回路には、圧縮機１の内部における摩耗による圧縮効率の低下及び耐久寿命の低下を抑えるために冷凍機油が混入されており、冷凍機油は、冷媒と共に一部が冷媒回路内を循環する。空気調和装置は更に、室外熱交換器３に送風するファン７と、室内熱交換器５に送風するファン６とを備えている。実施の形態１〜実施の形態４の熱交換器は、室外熱交換器３に適用してもよいし、室内熱交換器５に適用してもよい。
【０１３５】
このように構成された空気調和装置において、冷房運転時は、圧縮機１で圧縮された高温高圧のガス冷媒が、四方弁２を通過し、点Ａに到達する。ガス冷媒は点Ａを通過した後、室外熱交換器３に流入する。室外熱交換器３は凝縮器として機能し、室外熱交換器３に流入したガス冷媒は、ファン７によって流れる空気により冷却され、液化した状態で点Ｂに到達する。液化された液冷媒は、膨張弁４を通過することで低温低圧のガス冷媒と液冷媒が混在した二相冷媒状態となり、点Ｃに至る。その後、点Ｃを通過した二相冷媒は、室内熱交換器５に流入する。室内熱交換器５は蒸発器として機能し、室内熱交換器５に流入した二相冷媒は、ファン６によって流れる空気により加熱され、ガス化した状態で点Ｄに至る。点Ｄを経たガス冷媒は、四方弁２を通過してから圧縮機１に戻る。このサイクルにより、室内空気を冷却する冷房運転がなされている。
【０１３６】
暖房運転時には、上記の流れが逆走するように四方弁２の冷媒の流れ方向を切り替える。つまり、圧縮機１で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、四方弁２を通過した後に点Ｄへと流れ、室内熱交換器５、膨張弁４及び室外熱交換器３を経た冷媒が点Ａに到り、四方弁２によって圧縮機１に戻る流路となっている。このサイクルにより、室内空気を加熱する暖房運転がなされている。
【０１３７】
ここで、ファンの構成例と、ファンと熱交換器の配置例と、について図２６〜図３１を用いて説明する。
【０１３８】
図２６は、本発明の実施の形態５に係る空気調和装置における熱交換器とターボファンとの関係を示す概要図である。
この例では、熱交換器の風上側にターボファン７０を配置している。
【０１３９】
図２７は、本発明の実施の形態５に係る空気調和装置における熱交換器とシロッコファンとの関係を示す概要図である。
この例では、熱交換器の風上側にシロッコファン７１を配置している。
【０１４０】
図２８は、本発明の実施の形態５に係る空気調和装置における熱交換器とシロッコファンとの関係を示す概要図である。
この例では、熱交換器の風下側にシロッコファン７１を配置している。
【０１４１】
図２９は、本発明の実施の形態５に係る空気調和装置における熱交換器とラインフローファンとの関係を示す概要図である。
この例では、熱交換器の風下側にラインフローファン７２を配置している。
【０１４２】
図３０は、本発明の実施の形態５に係る空気調和装置における熱交換器とプロペラファンとの配置関係を示す概要図である。
この例では、熱交換器の風下側にプロペラファン７３を配置している。
【０１４３】
図３１は、本発明の実施の形態５に係る空気調和装置における熱交換器とプロペラファンとの配置関係を示す概要図である。
この例では、熱交換器の風下側にプロペラファン７３を配置している。図３１と図３０との違いは、図３０では空気の流れ方向が直線的となるように熱交換器とプロペラファン７３とが配置されているのに対し、図３１では空気の流れ方向が曲がるように熱交換器とプロペラファン７３とが配置されている。
【０１４４】
上記図２６〜図３１に示したように、ファンと熱交換器は、ファンからの空気が熱交換器を通過するように配置されればよい。
【産業上の利用可能性】
【０１４５】
本発明に係る熱交換器は、上記の空気調和装置以外にも、例えば、ヒートポンプ装置、給湯装置又は冷凍装置に適用することが出来る。
【符号の説明】
【０１４６】
１  圧縮機、２  四方弁、３  室外熱交換器、３ａ  第一熱交換部、３ｂ  第二熱交換部、３ｃ  第一熱交換部、３ｄ  第二熱交換部、４  膨張弁、５  室内熱交換器、６  ファン、７  ファン、１０  第一ヘッダ、１１  第一ヘッダ、１２  第二ヘッダ、１３  第二ヘッダ、１４  第二ヘッダ、１４ａ  負側ヘッダ、１４ｂ  正側ヘッダ、１５  第二ヘッダ、１５ａ  負側ヘッダ、１５ｂ  正側ヘッダ、１６  第三ヘッダ、１７  第三ヘッダ、１８  中間ヘッダ部、１９  第一ヘッダ、２０  第一ヘッダ、２１ａ  第一伝熱管群、２１ｂ  第二伝熱管群、２１ｃ  第三伝熱管群、２１ｄ  第四伝熱管群、２２  フィン、２５  二分岐管、２５ａ  二分岐管、２５ｂ  二分岐管、３０  第一ヘッダ、３１  第一ヘッダ、３２  第二ヘッダ、３３  第二ヘッダ、３４  第二ヘッダ、３５  第二ヘッダ、３６  第三ヘッダ、３７  第三ヘッダ、４０  第一ヘッダ、４１  第一ヘッダ、４３  第二ヘッダ、４５  第二ヘッダ、４６  第三ヘッダ、４７  第三ヘッダ、５１  ヘッダ、５１ａ  ヘッダプレート、５１ａａ  挿入孔、５１ｂ  枠プレート、５１ｃ  ヘッダカバー、６１  ヘッダ、６１ａ  ヘッダプレート、６１ａａ  挿入孔、６１ｂ  偏流防止プレート、６１ｃ  ヘッダカバー、７０  ターボファン、７１  シロッコファン、７２  ラインフローファン、７３  プロペラファン、１０１ａ  Ｕベンド、１０１ｂ  Ｕベンド、１１０  上側出入口管、１１０ａ  上側出入口管、１１０ｂ  上側出入口管、１１１  上側出入口管、１１２  接続管、１１３  接続管、１１４  接続管、１１４ａ  接続管、１１４ｂ  接続管、１１５  接続管、１１５ａ  接続管、１１５ｂ  接続管、１１６  下側出入口管、１１７  下側出入口管、１１８  連通部、１１８ａ  第一連通管、１１８ｂ  第二連通管、１４０  仕切板、１５０  仕切板、１８０  中間ヘッダ部、３００ａ  負側熱交換器、３００ｂ  正側熱交換器、３１０  出入口配管、３１１  出入口配管、３１２  接続管、３１３  接続管、３１４  接続管、３１５  接続管、３１６  接続管、３１７  接続管、３２０  接続部、４１０  接続管、４１１  接続管、４１６  出入口管、５１０  接続管。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【国際調査報告】
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