JP6080982B2 - 積層型ヘッダー、熱交換器、及び、空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、積層型ヘッダー、熱交換器、及び、空気調和装置に関するものである。

従来の熱交換器においては、扁平管と部材とを接着する管接着部材と、扁平管端部の位置合わせをする管固定部材と、スペーサー部と、背板とを備え、冷媒を列方向に移動させる冷媒合流空間が形成されたリターンヘッダを有するものが知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１３−２９２４３号公報（段落［００３３］、第６図）

上記特許文献１に記載の熱交換器においては、配管（扁平管）の各流路穴を通過した冷媒は、リターンヘッダ内の冷媒合流空間で合流し、配管の流路と直交する方向に移動する。そして、冷媒合流空間を移動した冷媒は、他の配管の各流路穴に流入する。
しかしながら、冷媒合流空間を流通する冷媒には慣性力が作用するため、冷媒合流空間から配管の各流路穴へ流入する冷媒に偏りが生じ、冷媒を均等分配できない、という課題があった。

一方、熱交換器の配管に気液二相状態の冷媒が流れる場合、配管の内部の複数の流路へ流入する気相冷媒と液相冷媒との比率（分配率）を適宜調整できることが望まれている。
例えば、熱交換器を通過する空気と配管内の冷媒とを熱交換する熱交換器においては、風上側の熱負荷（熱交換量）が風下側よりも大きくなるため、風上側の流路を流れる冷媒の潜熱量が多くなるように分配率を調整すること望まれている。

本発明は、上記のような課題を背景としてなされたものであり、複数の配管と接続され、１つの配管から流入した流体を他の配管へ流入させる積層型ヘッダーにおいて、配管へ流入する流体の偏りを低減することができる積層型ヘッダーを得ることを目的とする。
また、本発明は、積層型ヘッダーから配管へ流入する流体の分配率を調整することができる積層型ヘッダーを得ることを目的とする。
また、本発明は、そのような積層型ヘッダーを備えた熱交換器を得ることを目的とする。
また、本発明は、そのような熱交換器を備えた空気調和装置を得ることを目的とする。

本発明に係る積層型ヘッダーは、第１配管と第２配管とに接続され、前記第１配管から流入した流体を前記第２配管へ流入させる積層型ヘッダーであって、前記第１配管と第２配管がそれぞれ接続される２つの第１開口を有する第１板状体と、２つの第２開口を有し、前記２つの第２開口が前記２つの第１開口とそれぞれ連通するように前記第１板状体に積層された第２板状体と、前記第２板状体に積層された第３板状体と、を備え、前記第３板状体は、前記第１配管に対応する前記第２開口と、前記第２配管に対応する前記第２開口とを連通する跨ぎ流路が形成され、前記第２開口の断面積が、前記第１開口の断面積よりも小さいものである。

本発明に係る熱交換器は、上記積層型ヘッダーと、前記積層型ヘッダーに接続された複数の配管と、を備え、前記複数の配管は、内部に複数の流路が設けられたものである。

本発明に係る空気調和装置は、上記熱交換器を備えたものである。

本発明は、複数の配管と接続され、１つの配管から流入した流体を他の配管へ流入させる積層型ヘッダーにおいて、配管へ流入する流体の偏りを低減することができる。
また、本発明は、積層型ヘッダーから配管へ流入する流体の分配率を比較的容易に調整することができる。

実施の形態１に係る熱交換器１の概略構成を示す側面図である。 実施の形態１に係る熱交換器１の概略構成を示す上面図である。 実施の形態１に係る熱交換器１の第１伝熱管４及び第２伝熱管７の断面を示す概略構成図である。 実施の形態１に係る熱交換器１の積層型ヘッダー２を分解した状態での斜視図である。 実施の形態１に係る熱交換器１の積層型ヘッダー２の概略断面図である。 実施の形態１に係る熱交換器１の積層型ヘッダー２の、冷媒の流れを説明する概略断面図である。 図６のＩ−Ｉ断面図である。 図６のＩＩ−ＩＩ断面図である。 図６のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 実施の形態２に係る熱交換器１の積層型ヘッダー２の概略断面図である。 実施の形態２に係る熱交換器１の積層型ヘッダー２の、冷媒の流れを説明する概略断面図である。 図１１のＩ−Ｉ断面図である。 図１１のＩＩ−ＩＩ断面図である。 図１１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 実施の形態２に係る熱交換器１が適用される空気調和装置の、構成を示す図である。 実施の形態２に係る熱交換器１が蒸発器として作用する場合の、第２伝熱管７に流入する冷媒の液量分布を説明する図である。 実施の形態２に係る熱交換器１が蒸発器として作用する場合の、第２伝熱管７に流入する冷媒の液量分布を説明する図である。 実施の形態２に係る熱交換器１が蒸発器として作用する場合の、空気と冷媒の温度変化を示す図である。 実施の形態２に係る熱交換器１が凝縮器として作用する場合の、第１伝熱管４に流入する冷媒の液量分布を説明する図である。 実施の形態２に係る熱交換器１が凝縮器として作用する場合の、第１伝熱管４に流入する冷媒の液量分布を説明する図である。 実施の形態２に係る熱交換器１が凝縮器として作用する場合の、空気と冷媒の温度変化を示す図である。 従来の積層型ヘッダーにおける折り返し流路を示す図である。

以下、本発明に係る積層型ヘッダーについて、図面を用いて説明する。
なお、以下では、本発明に係る積層型ヘッダーが、熱交換器の伝熱管である扁平管に流入する冷媒を分配するものである場合を説明しているが、本発明に係る積層型ヘッダーが、他の機器に流入する冷媒を分配するものであってもよい。また、以下で説明する構成、動作等は、一例にすぎず、そのような構成、動作等を限定するものではない。また、各図において、同一又は類似するものには、同一の符号を付すか、又は、符号を付すことを省略している。また、細かい構造については、適宜図示を簡略化又は省略している。また、重複又は類似する説明については、適宜簡略化又は省略している。

実施の形態１．
＜熱交換器の構成＞
以下に、実施の形態１に係る熱交換器１の構成について説明する。
図１は、実施の形態１に係る熱交換器１の概略構成を示す側面図である。
図２は、実施の形態１に係る熱交換器１の概略構成を示す上面図である。
図１及び図２に示されるように、熱交換器１は、積層型ヘッダー２と、複数の第１伝熱管４と、保持部材５と、複数のフィン６と、複数の第２伝熱管７とを有する。

積層型ヘッダー２は、少なくとも１つの第１入口流路２Ａと、複数の第１出口流路２Ｂと、複数の第２入口流路２Ｃと、第２出口流路２Ｄと、第１伝熱管４を通過した冷媒を第２伝熱管７に折り返すための折り返し流路２Ｅとを有する。
積層型ヘッダー２の第１入口流路２Ａと、第２出口流路２Ｄには、冷媒配管が接続される。
積層型ヘッダー２の複数の第１出口流路２Ｂと折り返し流路２Ｅとの間に複数の第１伝熱管４が接続され、折り返し流路２Ｅと複数の第２入口流路２Ｃとの間に複数の第２伝熱管７が接続される。

フィン６は、例えば板状形状を有し、所定の間隔で複数積層されて、その間を熱媒体（例えば空気等）が流通する。フィン６は、例えば、アルミニウム、銅などの金属材料によって構成されている。フィン６は、例えばアルミニウム製である。

第１伝熱管４と第２伝熱管７は、熱交換器１の積層型ヘッダー２とは反対の端部側において、例えばヘアピン曲げ加工が施された扁平管である。
第１伝熱管４および第２伝熱管７は、例えば、アルミニウム、銅などの金属材料によって構成されている。
第１伝熱管４および第２伝熱管７の積層型ヘッダー２側の端部は、板状の保持部材５によって保持され、積層型ヘッダー２の複数の第１出口流路２Ｂに接続される。

第１伝熱管４および第２伝熱管７は、空気の流通方向に対して交差する段方向に複数段配置される。第１伝熱管４と第２伝熱管７とは、空気の流通方向に沿う列方向に列配置されている。
第１伝熱管４および第２伝熱管７は、扁平形状の長軸の向きが空気の流通方向（列方向）を向き、扁平形状の短軸の方向（段方向）に間隔を空けて複数配置されている。なお、第１伝熱管４は、例えば、段方向において隣接する列の第２伝熱管７と互い違いに配列されている（千鳥配列）。図１、図２に示す例では、第１伝熱管４と第２伝熱管７の２列が配置されている。
なお、図１では、第１伝熱管４と第２伝熱管７がそれぞれ８本である場合を示しているが、そのような場合に限定されない。例えば、２本であってもよい。

図３は、実施の形態１に係る熱交換器１の第１伝熱管４及び第２伝熱管７の断面を示す概略構成図である。
図３に示すように、第１伝熱管４及び第２伝熱管７の内部は、少なくとも１枚以上の仕切りを設け、複数の流路３０が形成されている。
なお、第１伝熱管４および第２伝熱管７は、本発明における「配管」に相当する。
なお、本実施の形態１においては扁平管を用いた場合を説明するが、本発明はこれに限定されず、円管、角管等の任意の形状の配管を用いることができる。

＜熱交換器における冷媒の流れ＞
以下に、実施の形態に係る熱交換器１における冷媒の流れについて説明する。
冷媒配管を流れる冷媒は、第１入口流路２Ａを介して積層型ヘッダー２に流入して分配され、複数の第１出口流路２Ｂを介して複数の第１伝熱管４に流出する。
複数の第１伝熱管４を通過した冷媒は、積層型ヘッダー２の複数の折り返し流路２Ｅに流入して折り返され、複数の第２伝熱管７に流出する。複数の第２伝熱管７を通過した冷媒は、第２入口流路２Ｃから再び積層型ヘッダー２に流入して合流し、第２出口流路２Ｄを介して冷媒配管に流出する。
冷媒は、複数の第１伝熱管４及び複数の第２伝熱管７において、例えば、ファンによって供給される空気等と熱交換する。冷媒は、逆流することができる。

＜積層型ヘッダーの構成＞
以下に、実施の形態１に係る熱交換器１の積層型ヘッダー２の構成について説明する。
図４は、実施の形態１に係る熱交換器１の積層型ヘッダー２を分解した状態での斜視図である。
図４に示されるように、積層型ヘッダー２は、第１板状体１１と、第２板状体１２と、第３板状体１３と、第４板状体１４と、第５板状体１５とを有する。

第１板状体１１は、保持部材５と、クラッド材２６＿１と、第１板状部材２１と、を有する。
第２板状体１２は、クラッド材２６＿２を有する。
第３板状体１３は、第３板状部材２３と、クラッド材２６＿３とを有する。
第４板状体１４は、複数の第４板状部材２４＿１〜２４＿３と、複数のクラッド材２６＿４〜２６＿５と、を有する。
第５板状体１５は、第５板状部材２５と、クラッド材２６＿６と、を有する。

クラッド材２６＿１〜２６＿６の両面又は片面には、ロウ材が塗布される。
第１板状部材２１は、保持部材５に、クラッド材２６＿１を介して積層される。
第３板状部材２３は、第１板状部材２１に、クラッド材２６＿２を介して積層される。
複数の第４板状部材２４＿１〜２４＿３は、第３板状部材２３に、クラッド材２６＿３〜２６＿４を介して積層される。
第５板状部材２５は、第４板状部材２４＿３にクラッド材２６＿６を介して積層される。

第１板状部材２１と、第３板状部材２３と、複数の第４板状部材２４＿１〜２４＿３と、第５板状部材２５は、例えば、厚さ１〜１０ｍｍ程度であり、アルミニウム製である。
なお、第４板状部材２４＿１〜２４＿３を総称して、第４板状部材２４と記載する場合がある。また、クラッド材２６＿１〜２６＿６を総称して、クラッド材２６と記載する場合がある。

第１板状部材２１に形成された流路２１Ｂと、クラッド材２６＿１に形成された流路２６Ｂとによって、図１における複数の第１出口流路２Ｂが形成される。流路２１Ｂと流路２６Ｂとは、内周面が第１伝熱管４の外周面に沿う形状の貫通穴である。
第１伝熱管４の端部は、保持部材５にロウ付けによって接合されて保持される。第１板状体１１と保持部材５とが接合されると、第１伝熱管４の端部と第１出口流路２Ｂとが接続される。
なお、保持部材５が設けられず、第１出口流路２Ｂと第１伝熱管４とが接合されてもよい。そのような場合には、部品費等が削減される。

第１板状部材２１に形成された流路２１Ｅ＿１、２１Ｅ＿２と、クラッド材２６＿２に形成された流路２６Ｅ＿１、２６Ｅ＿２と、第３板状部材２３に形成された流路２３Ｅと、クラッド材２６＿３の側面とによって、図１における複数の折り返し流路２Ｅが形成される。
折り返し流路２Ｅに接続される第１伝熱管４及び第２伝熱管７の端部は、保持部材５にロウ付けによって接合されて保持される。第１伝熱管４及び第２伝熱管７と、保持部材５とが接合されると、第１伝熱管４及び第２伝熱管７の端部と、折り返し流路２Ｅとが接続される。

図５は、実施の形態１に係る熱交換器１の積層型ヘッダー２の概略断面図である。なお、図５においては、積層型ヘッダー２の要部の断面を拡大して示している。
図５に示すように、クラッド材２６＿２は第１板状部材２１に積層され、クラッド材２６＿２の流路２６Ｅ＿１、２６Ｅ＿２と、第１板状部材２１の流路２１Ｅ＿１、２１Ｅ＿２とが連通する。第１伝熱管４及び第２伝熱管７の端部は、クラッド材２６＿２とは間隔を空けて配置されており、第１板状部材２１の流路２１Ｅ＿１、２１Ｅ＿２が開空間となっている。
第３板状部材２３に形成された流路２３Ｅは、クラッド材２６＿２に形成された２つの流路２６Ｅ＿１、２６Ｅ＿２を含む大きさの１つの開口によって形成されている。クラッド材２６＿３は、流路２３Ｅに面する部分に開口が設けられていない。この第３板状部材２３及びクラッド材２６＿３が、クラッド材２６＿２に積層されることで、クラッド材２６＿２に形成された２つの流路２６Ｅ＿１、２６Ｅ＿２の間を連通する列渡し流路が形成されている。

クラッド材２６＿２に形成された流路２６Ｅ＿１の流路面積（開口断面積）は、第１板状部材２１に形成された流路２１Ｅ＿１の流路面積よりも小さく形成されている。また、クラッド材２６＿２に形成された流路２６Ｅ＿２の流路面積（開口断面積）は、第１板状部材２１に形成された流路２１Ｅ＿２の流路面積よりも小さく形成されている。
また、クラッド材２６＿２に形成された流路２６Ｅ＿１の流路面積は、第１伝熱管４の流路面積よりも小さく形成されている。また、クラッド材２６＿２に形成された流路２６Ｅ＿２の流路面積は、第２伝熱管７の流路面積よりも小さく形成されている。

クラッド材２６＿２に形成された流路２６Ｅ＿１の流路断面Ｖ１は、第１伝熱管４の中心軸Ｃ１と直交している。つまり、流路２６Ｅ＿１の流路断面Ｖ１は、第１伝熱管４の流路断面と平行になるよう形成されている。
また、クラッド材２６＿２に形成された流路２６Ｅ＿２の流路断面Ｖ２は、第２伝熱管７の中心軸Ｃ２と直交している。つまり、流路２６Ｅ＿２の流路断面Ｖ２は、第２伝熱管７の流路断面と平行になるよう形成されている。

クラッド材２６＿２に形成された流路２６Ｅ＿１、２６Ｅ＿２は、例えば、円形形状を有する。
なお、流路２６Ｅ＿１、２６Ｅ＿２の形状は円形形状に限らず任意の形状でよい。例えば、長軸方向が第１伝熱管４、第２伝熱管７と同一である扁平形状を有しても良い。この場合、流路２６Ｅ＿１、２６Ｅ＿２の長軸方向の幅を、第１伝熱管４、第２伝熱管７の長軸方向の幅よりも短くする。

第１板状部材２１に形成された流路２１Ｅ＿１の形状は、断面視において第１伝熱管４の外形を含む形状であれ任意の形状でよい。また、流路２１Ｅ＿２の形状は、断面視において第２伝熱管７の外形を含む形状であれ任意の形状でよい。
例えば、流路２１Ｅ＿１、２１Ｅ＿２を扁平形状とし、長軸方向の幅及び短軸方向の幅の少なくとも一方を、第１伝熱管４、第２伝熱管７よりも大きく形成する。

なお、第１板状部材２１、クラッド材２６＿１、及び保持部材５は、本発明における「第１板状体」に相当する。
また、クラッド材２６＿２は、本発明における「第２板状体」に相当する。
また、第３板状部材２３、クラッド材２６＿３は、本発明における「第３板状体」に相当する。
また、第１板状部材２１に形成された流路２１Ｅ＿１、２１Ｅ＿２は、本発明における「第１開口部」に相当する。
また、クラッド材２６＿２に形成された流路２６Ｅ＿１、２６Ｅ＿２は、本発明における「第２開口部」に相当する。
また、第３板状部材２３に形成された流路２３Ｅは、本発明における「跨ぎ流路」に相当する。

再び図４を参照する。
第４板状部材２４に形成された流路２４Ａによって、分岐流路が形成される。流路２４Ａは、線状の貫通溝である。分岐流路は第１入口流路２Ａから流入した冷媒を、２分岐を複数繰り返すことで複数の第１出口流路２Ｂに分配する。
また、第４板状部材２４に形成された流路２４Ｂによって、合流流路が形成される。流路２４Ｂは、線状の貫通溝である。合流流路は第２入口流路２Ｃから流入した冷媒を合流して、第２出口流路２Ｄへ流出させる。

第５板状部材２５に形成された流路２５Ａと、クラッド材２６＿６に形成された流路２５Ａとによって、図１における第１入口流路２Ａが形成される。第１入口流路２Ａは、例えば円形状の貫通孔である。
また、第５板状部材２５に形成された流路２５Ｄと、クラッド材２６＿６に形成された２５Ｄとによって、図１における第２出口流路２Ｄが形成される。第２出口流路２Ｄは、例えば円形状の貫通孔である。

＜積層型ヘッダーにおける冷媒の流れ＞
以下に、実施の形態に係る熱交換器１の積層型ヘッダー２における冷媒の流れについて説明する。
積層型ヘッダー２から複数の第１伝熱管４へ流入した冷媒は、第１伝熱管４を流れ、熱交換器１の端部側で折り返され、折り返し流路２Ｅから再び積層型ヘッダー２へ流入する。折り返し流路２Ｅへ流入した冷媒は、折り返し流路２Ｅの第２伝熱管７側に移動し、複数の第２伝熱管７へ流出する。
積層型ヘッダー２から複数の第２伝熱管７へ流入した冷媒は、第２伝熱管７を流れ、熱交換器１の端部側で折り返され、第２入口流路２Ｃから再び積層型ヘッダー２に流入し、第２出口流路２Ｄを介して冷媒配管に流出する。
冷媒は、複数の第１伝熱管４と、第２伝熱管７において、例えば、ファンによって供給される空気等と熱交換する。冷媒は、逆流することができる。

＜折り返し流路おける冷媒の流れ＞
次に、実施の形態１に係る熱交換器１の折り返し流路２Ｅにおける冷媒の流れについて説明する。
図６は、実施の形態１に係る熱交換器１の積層型ヘッダー２の、冷媒の流れを説明する概略断面図である。なお、図６においては、積層型ヘッダー２の要部の断面を拡大して示している。
図７は、図６のＩ−Ｉ断面図である。図８は、図６のＩＩ−ＩＩ断面図である。図９は、図６のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
なお、図７〜図９に示される矢印は、冷媒が流れる向きを示している。
ここでは、第１伝熱管４から積層型ヘッダー２へ冷媒が流入し、積層型ヘッダー２から第２伝熱管７へ冷媒が流出する場合を例に説明する。

第１伝熱管４を流通する冷媒は、第１伝熱管４の端部から第１板状部材２１の流路２１Ｅ＿１へ流入する。流路２１Ｅ＿１の開空間を流通した冷媒は、クラッド材２６＿２の流路２６Ｅ＿１によって縮流され、第３板状部材２３に形成された流路２３Ｅへ流出する。
流路２３Ｅを流通した冷媒は、第２伝熱管７側へ移動し、クラッド材２６＿２の流路２６Ｅ＿２によって縮流され、第１板状部材２１の流路２１Ｅ＿２へ流入する。
この際、クラッド材２６＿２の流路２６Ｅ＿２から第１板状部材２１の流路２１Ｅ＿２へ流出した冷媒は、流路２１Ｅ＿２の開空間を広がって流通するため、第２伝熱管７の複数の流路３０へ冷媒が均等分配される。
なお、冷媒の流通方向は、上記説明に限定されず、逆方向に流しても良い。

（比較例）
図２２は、従来の積層型ヘッダーにおける折り返し流路を示す図である。
図２２に示す折り返し流路２Ｅには、第１板状部材２１の流路２１Ｅ＿１、２１Ｅ＿２と、クラッド材２６＿２の流路２６Ｅ＿１、２６Ｅ＿２とが設けられていない。
このように、クラッド材２６＿２の流路２６Ｅ＿１、２６Ｅ＿２が設けられない場合、慣性力によって、流れ方向の壁面に液が偏り、第１伝熱管４、第２伝熱管７に形成される複数の流路３０流入する冷媒が流れ方向に偏り、冷媒を均等分配できない。

一方、実施の形態１に係る熱交換器１の積層型ヘッダー２は、第１板状部材２１の流路２１Ｅ＿１、２１Ｅ＿２と、クラッド材２６＿２の流路２６Ｅ＿１、２６Ｅ＿２とを設け、流路２６Ｅ＿１、２６Ｅ＿２の流路面積（開口断面積）を、流路２１Ｅ＿１、２１Ｅ＿２の流路面積よりも小さく形成している。
このため、積層型ヘッダー２から第１伝熱管４、第２伝熱管７へ流入する冷媒の偏りを抑制することができる。
また、例えば、折り返し流路２Ｅに気液二相流状態の冷媒が流れる場合、第１板状部材２１の流路２１Ｅ＿１、２１Ｅ＿２における液相冷媒の偏りを抑制することができ、第１伝熱管４、第２伝熱管７に形成された複数の流路３０の分配率の偏りを抑制できる。

また、クラッド材２６＿２に形成された流路２６Ｅ＿１の流路断面Ｖ１は、第１伝熱管４の中心軸Ｃ１と直交している。また、クラッド材２６＿２に形成された流路２６Ｅ＿２の流路断面Ｖ２は、第２伝熱管７の中心軸Ｃ２と直交している。
このため、冷媒が、流路２６Ｅ＿１、２６Ｅ＿２に流入する際、冷媒の流れ方向が９０°変更されるため、慣性力による液相冷媒の偏りの抑制効果が大きくなる。

実施の形態２．
以下、実施の形態２に係る熱交換器１の積層型ヘッダー２について、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
尚、実施の形態１と同一の構成要素については、同一の符号を付している。

＜流路２６Ｅ＿１、２６Ｅ＿２の偏心構造＞
図１０は、実施の形態２に係る熱交換器１の積層型ヘッダー２の概略断面図である。なお、図１０においては、積層型ヘッダー２の要部の断面を拡大して示している。
図１０に示すように、実施の形態２に係る積層型ヘッダー２は、第１板状部材２１の流路２１Ｅ＿１の中心軸と、クラッド材２６＿２の流路２６Ｅ＿１の中心軸とが、互いに偏心している。また、第１板状部材２１の流路２１Ｅ＿２の中心軸と、クラッド材２６＿２の流路２６Ｅ＿２の中心軸とが、互いに偏心している。
即ち、第１伝熱管４に対応する流路２６Ｅ＿１の中心軸が、流路２１Ｅ＿１の中心軸よりも、第２伝熱管７側へ偏心し、第２伝熱管７に対応する流路２６Ｅ＿２の中心軸が、流路２１Ｅ＿２の中心軸よりも、第１伝熱管４側へ偏心している。
その偏心量Ｚは、第１伝熱管４及び第２伝熱管７の長軸方向の外径をＷ３とすると、０＜Ｚ＜Ｗ３／２である。

また、第１伝熱管４に対応する流路２６Ｅ＿１の中心軸と、第１伝熱管４の中心軸との間の距離が、第２伝熱管７の中心軸と、第１伝熱管４に対応する流路２６Ｅ＿１の中心軸との間の距離と比較して短くなるように偏心される。
また、第２伝熱管７に対応する流路２６Ｅ＿２の中心軸と、第２伝熱管７の中心軸との間の距離が、第１伝熱管４の中心軸と、第２伝熱管７に対応する流路２６Ｅ＿１の中心軸との間の距離と比較して短くなるように偏心される。

＜折り返し流路おける冷媒の流れ＞
次に、実施の形態２に係る熱交換器１の折り返し流路２Ｅにおける冷媒の流れについて説明する。
図１１は、実施の形態２に係る熱交換器１の積層型ヘッダー２の、冷媒の流れを説明する概略断面図である。なお、図１１においては、積層型ヘッダー２の要部の断面を拡大して示している。
図１２は、図１１のＩ−Ｉ断面図である。図１３は、図１１のＩＩ−ＩＩ断面図である。図１４は、図１１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
なお、図１１〜図１４に示される矢印は、冷媒が流れる向きを示している。
ここでは、第１伝熱管４から積層型ヘッダー２へ気液二相状態の冷媒が流入し、積層型ヘッダー２から第２伝熱管７へ気液二相状態の冷媒が流出する場合を例に説明する。

第１伝熱管４を流通する冷媒は、第１伝熱管４の端部から第１板状部材２１の流路２１Ｅ＿１へ流入する。流路２１Ｅ＿１の開空間を流通した冷媒は、第２伝熱管７側に偏心した流路２６Ｅ＿１によって縮流され、第３板状部材２３に形成された流路２３Ｅへ流出する。
流路２３Ｅを通過する気液二相状態の冷媒は、慣性力の影響を受け、密度の大きい冷媒が外側を流れ、密度の小さい冷媒が内側を流れることとなる。

流路２３Ｅを流通した冷媒は、第２伝熱管７側へ移動し、クラッド材２６＿２の流路２６Ｅ＿２によって縮流され、第１伝熱管４側に偏心した流路２１Ｅ＿２へ流入する。
この際、クラッド材２６＿２の流路２６Ｅ＿２から第１板状部材２１の流路２１Ｅ＿２へ流出した液冷媒は、第２伝熱管７の端部が接続された流路２１Ｅ＿２の開空間のうち、第１伝熱管４側に多く流通する。そのため、第１板状部材２１の流路２１Ｅ＿２から、第２伝熱管７内部の複数の流路３０へ流入する液冷媒は、第１伝熱管４側の流路に液冷媒が多く流入することとなる。
つまり、偏心量Ｚを調整することで、第２伝熱管７内部の複数の流路３０へ流入する気相冷媒と液相冷媒との比率（分配率）を、適宜調整することが可能となる。

なお、冷媒の流通方向は、上記説明に限定されず、逆方向に流しても良い。上記説明とは逆方向の場合には、偏心量Ｚを調整することで、第１伝熱管４内部の複数の流路３０へ流入する気相冷媒と液相冷媒との比率（分配率）を、適宜調整することが可能となる。

＜熱交換器の使用態様＞
以下に、実施の形態２に係る熱交換器１の使用態様の一例について説明する。
なお、以下では、実施の形態２に係る熱交換器１が、空気調和装置に使用される場合を説明しているが、そのような場合に限定されず、例えば、冷媒循環回路を有する他の冷凍サイクル装置に使用されてもよい。また、空気調和装置が、冷房運転と暖房運転とを切り替えるものである場合を説明しているが、そのような場合に限定されず、冷房運転又は暖房運転のみを行うものであってもよい。

図１５は、実施の形態２に係る熱交換器１が適用される空気調和装置の、構成を示す図である。なお、図１５では、冷房運転時の冷媒の流れが実線の矢印で示され、暖房運転時の冷媒の流れが点線の矢印で示される。
図１５に示されるように、空気調和装置は、圧縮機７１と、四方弁７２と、室外熱交換器（熱源側熱交換器）７３と、絞り装置７４と、室内熱交換器（負荷側熱交換器）７５と、室外ファン（熱源側ファン）７６と、室内ファン（負荷側ファン）７７と、を有する。圧縮機７１と四方弁７２と室外熱交換器７３と絞り装置７４と室内熱交換器７５とが冷媒配管で接続されて、冷媒循環回路が形成される。四方弁７２の流路が切り替えられることで、冷房運転と暖房運転とが切り替えられる。

冷房運転時の冷媒の流れについて説明する。
圧縮機７１から吐出される高圧高温のガス状態の冷媒は、四方弁７２を介して室外熱交換器７３に流入し、室外ファン７６によって供給される空気と熱交換を行い、凝縮する。凝縮した冷媒は、高圧の液状態となり、室外熱交換器７３から流出し、絞り装置７４によって、低圧の気液二相状態となる。低圧の気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器７５に流入し、室内ファン７７によって供給される空気との熱交換によって蒸発することで、室内を冷却する。蒸発した冷媒は、低圧のガス状態となり、室内熱交換器７５から流出し、四方弁７２を介して圧縮機７１に吸入される。

暖房運転時の冷媒の流れについて説明する。
圧縮機７１から吐出される高圧高温のガス状態の冷媒は、四方弁７２を介して室内熱交換器７５に流入し、室内ファン７７によって供給される空気との熱交換によって凝縮することで、室内を暖房する。凝縮した冷媒は、高圧の液状態となり、室内熱交換器７５から流出し、絞り装置７４によって、低圧の気液二相状態の冷媒となる。低圧の気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器７３に流入し、室外ファン７６によって供給される空気と熱交換を行い、蒸発する。蒸発した冷媒は、低圧のガス状態となり、室外熱交換器７３から流出し、四方弁７２を介して圧縮機７１に吸入される。

室外熱交換器７３及び室内熱交換器７５の少なくとも一方に、熱交換器１が用いられる。熱交換器１は、蒸発器として作用する際に、積層型ヘッダー２の第１入口流路２Ａから冷媒が流入し、第２出口流路２Ｄから冷媒が流出するように接続される。つまり、熱交換器１が蒸発器として作用する際は、冷媒配管から積層型ヘッダー２に気液二相状態の冷媒が流入する。また、熱交換器１が凝縮器として作用する際は、積層型ヘッダー２を冷媒が逆流する。

また、熱交換器１が蒸発器として作用する際に、冷媒は、風上側の列に配置された第１伝熱管４を通過して、積層型ヘッダー２の折り返し流路２Ｅを経て、風下側の列に配置された第２伝熱管７に流入する。
また、熱交換器１が凝縮器として作用する際に、冷媒は、風下側の列に配置された第２伝熱管７を通過して、積層型ヘッダー２の折り返し流路２Ｅを経て、風上側の列に配置された第２伝熱管７に流入する。

＜熱交換器の作用＞
以下に、実施の形態２に係る熱交換器１の作用について説明する。
図１６及び図１７は、本発明の実施の形態２に係る熱交換器１が蒸発器として作用する場合の、第２伝熱管７に流入する冷媒の液量分布を説明する図である。
図１８は、実施の形態２に係る熱交換器１が蒸発器として作用する場合の、空気と冷媒の温度変化を示す図である。

図１６に示されるように、熱交換器１が蒸発器として作用する場合においては、冷媒は、室外ファン７６の駆動によって生じる空気流れと並行流になる。つまり、第１伝熱管４から流路２６Ｅ＿１に流れ、流路２３Ｅから流路２６Ｅ＿２に気液二相状態で流入する。流路２３Ｅを通過する気液二相状態の冷媒は、慣性力の影響を受け、密度の大きい冷媒が外側を流れ、密度の小さい冷媒が内側を流れることとなる。
そのため、図１７に示されるように、流路２６Ｅ＿２において、偏心量Ｚが、Ｚ＝０である場合には、流路２６Ｅ＿２に流入した液冷媒は、第２伝熱管７のＬ点側に、Ｓ点側と比較して多く流入することとなる。

それに対し、熱交換器１では、流路２６Ｅ＿２において、偏心量Ｚが、Ｚ＞０であるため、流路２６Ｅ＿２に流入した液冷媒は、第２伝熱管７のＳ点側に多く流入することとなる。
また、図１８に示すように、熱交換器１が蒸発器として作用する場合、熱交換器１を通過する空気と冷媒との温度差は、風上側ほど大きくなる。つまり、室外ファン７６の駆動によって生じる空気流れの風上側の熱負荷（熱交換量）が大きいため、第２伝熱管７のＳ点側、つまり風上側の流路に液冷媒が多く流れるように、第２伝熱管７の流路３０に分配されることで、液冷媒の蒸発が促進され、熱交換効率が向上される。

図１９は、実施の形態２に係る熱交換器１が凝縮器として作用する場合の、第１伝熱管４に流入する冷媒の液量分布を説明する図である。
図２０は、実施の形態２に係る熱交換器１が凝縮器として作用する場合の、第１伝熱管４に流入する冷媒の液量分布を説明する図である。
図２１は、実施の形態２に係る熱交換器１が凝縮器として作用する場合の、空気と冷媒の温度変化を示す図である。

図１９に示されるように、熱交換器１が凝縮器として作用する場合においては、冷媒は、室外ファン７６の駆動によって生じる空気流れと対向流になる。つまり、第２伝熱管７から流路２６Ｅ＿２に流れ、流路２３Ｅから流路２６Ｅ＿１に気液二相状態で流入する。流路２３Ｅを通過する気液二相状態の冷媒は、慣性力の影響を受け、密度の大きい冷媒が外側を流れ、密度の小さい冷媒が内側を流れることとなる。
そのため、図２０に示されるように、流路２６Ｅ＿１において、偏心量Ｚが、Ｚ＝０である場合には、流路２６Ｅ＿１に流入した液冷媒は、第１伝熱管４のＳ点側に、Ｌ点側と比較して多く流入することとなる。

それに対し、熱交換器１では、流路２６Ｅ＿１において、偏心量Ｚが、Ｚ＞０であるため、流路２６Ｅ＿１に流入したガス冷媒は、第１伝熱管４のＬ点側に多く流入することとなる。
また、図２１に示すように、熱交換器１が凝縮器として作用する場合、熱交換器１を通過する空気と冷媒との温度差は、風上側ほど大きくなる。つまり、室外ファン７６の駆動によって生じる空気流れの風上側の熱負荷（熱交換量）が大きいため、第１伝熱管４のＬ点側、つまり風上側の流路に、ガス冷媒が多く流れるように、第１伝熱管４の複数の流路３０に分配されることで、ガス冷媒の凝縮が促進され、熱交換効率が向上される。

なお、本実施の形態２においては、気液二相状態の冷媒の流れ方向と空気流の方向との関係で、流路２６Ｅ＿１、２６Ｅ＿２を偏心させる場合を説明したが、本発明はこれに限定されず、偏心量および偏心方向を任意に設定することで、積層型ヘッダー２から第１伝熱管４、第２伝熱管７へ流入する流体の分配率を適宜調整することができる。
このように、冷媒の分配率を比較的容易に調整できるため、積層型ヘッダー２を多種多様な状況、環境等で使用することが可能である。

また、折り返し流路２Ｅが、第１板状部材２１に形成された流路２１Ｅ＿１、２１Ｅ＿２と、クラッド材２６＿２に形成された第１出口流路２Ｂと、第３板状部材２３に形成された流路２３Ｅとによって形成されるため、上述の偏心量及び偏心方向の調整を、構造を複雑化することなく実現でき、部品費、製造工程等が削減される。

１ 熱交換器、２ 積層型ヘッダー、２Ａ 第１入口流路、２Ｂ 第１出口流路、２Ｃ 第２入口流路、２Ｄ 第２出口流路、２Ｅ 折り返し流路、４ 第１伝熱管、５ 保持部材、６ フィン、７ 第２伝熱管、１１ 第１板状体、１２ 第２板状体、１３ 第３板状体、１４ 第４板状体、１５ 第５板状体、２１ 第１板状部材、２１Ｂ 流路、２１Ｅ＿１ 流路、２１Ｅ＿２ 流路、２３ 第３板状部材、２３Ｅ 流路、２４ 第４板状部材、２４Ａ 流路、２４Ｂ 流路、２４＿１ 第４板状部材、２４＿２ 第４板状部材、２４＿３ 第４板状部材、２５ 第５板状部材、２５Ａ 流路、２５Ｄ 流路、２６ クラッド材、２６Ｂ 流路、２６Ｅ＿１ 流路、２６Ｅ＿２ 流路、２６＿１ クラッド材、２６＿２ クラッド材、２６＿３ クラッド材、２６＿４ クラッド材、２６＿５ クラッド材、２６＿６ クラッド材、３０ 流路、７１ 圧縮機、７２ 四方弁、７３ 室外熱交換器、７４ 絞り装置、７５ 室内熱交換器、７６ 室外ファン、７７ 室内ファン。

Claims (12)

1. 第１配管と第２配管とに接続され、前記第１配管から流入した流体を前記第２配管へ流入させる積層型ヘッダーであって、
   前記第１配管と第２配管がそれぞれ接続される２つの第１開口を有する第１板状体と、
   ２つの第２開口を有し、前記２つの第２開口が前記２つの第１開口とそれぞれ連通するように前記第１板状体に積層された第２板状体と、
   前記第２板状体に積層された第３板状体と、
   を備え、
   前記第３板状体は、
   前記第１配管に対応する前記第２開口と、前記第２配管に対応する前記第２開口とを連通する跨ぎ流路が形成され、
   前記第２開口の断面積が、前記第１開口の断面積よりも小さい
   積層型ヘッダー。
2. 前記第１開口の中心軸と、前記第２開口の中心軸とが、互いに偏心した
   請求項１に記載の積層型ヘッダー。
3. 第１配管と第２配管を有する複数の配管と接続され、前記第１配管から流入した流体を前記第２配管へ流入させる積層型ヘッダーであって、
   前記複数の配管がそれぞれ接続される複数の第１開口を有する第１板状体と、
   複数の第２開口を有し、前記第２開口が前記第１開口と連通するように前記第１板状体に積層された第２板状体と、
   前記第２板状体に積層された第３板状体と、
   を備え、
   前記第３板状体は、
   前記第１配管に対応する前記第２開口と、前記第２配管に対応する前記第２開口とを連通する跨ぎ流路が形成され、
   前記第２開口の断面積が、前記第１開口の断面積よりも小さく、
   前記第１配管に対応する前記第２開口の中心軸は、当該第２開口に対応する前記第１開口の中心軸よりも、前記第２配管側へ偏心した
   積層型ヘッダー。
4. 前記第１板状体、前記第２板状体、及び前記第３板状体は、
   ロウ材が塗布されたクラッド材と、ロウ材が塗布されていないベア材とにより構成され、
   前記クラッド材と前記ベア材とが交互に積層された
   請求項１〜３の何れか一項に記載の積層型ヘッダー。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の積層型ヘッダーと、
   前記積層型ヘッダーに接続された複数の配管と、を備え、
   前記複数の配管は、内部に複数の流路が設けられた
   熱交換器。
6. 前記第２開口の断面積が、前記配管の断面積よりも小さい
   請求項５に記載の熱交換器。
7. 前記第２開口の断面積が、前記配管の中心軸と直交する
   請求項５又は６に記載の熱交換器。
8. 前記第２開口は、円形形状を有する
   請求項５〜７の何れか一項に記載の熱交換器。
9. 前記複数の配管は、扁平管によって構成され、
   前記第２開口は、長軸方向が前記扁平管と同一である扁平形状を有し、長軸方向の幅が前記扁平管よりも短い
   請求項５〜７の何れか一項に記載の熱交換器。
10. 前記複数の配管は、扁平管によって構成され、
    前記第１開口は、長軸方向の幅及び短軸方向の幅の少なくとも一方が前記扁平管よりも大きい
    請求項５〜９の何れか一項に記載の熱交換器。
11. 請求項５〜１０の何れか一項に記載の熱交換器を備えた
    空気調和装置。
12. 前記熱交換器は、前記複数の配管が、空気の通風方向に複数列配置され、
    前記熱交換器が蒸発器として作用する際に、
    風上側の前記配管を流通した冷媒が前記積層型ヘッダーに流入し、前記積層型ヘッダーから風下側の前記配管へ流入する
    請求項１１に記載の空気調和装置。

Images