WO2019207806A1

WO2019207806A1 - 冷媒分配器、熱交換器および空気調和機

Info

Publication number: WO2019207806A1
Application number: PCT/JP2018/017333
Authority: WO
Inventors: 修平多田; 佐々木　重幸; 広米田; 大木　長斗司; 法福　守; 高藤　亮一
Original assignee: 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社
Priority date: 2018-04-27
Filing date: 2018-04-27
Publication date: 2019-10-31

Abstract

冷媒分配器は、冷媒の流路を形成する複数の扁平伝熱管（１）の端部とそれぞれ接続し、複数の扁平伝熱管（１）を連通させ、冷媒を分配する冷媒分配器であって、冷媒分配器（３ｘ）は、互いに組み合わせる扁平管側ヘッダ部材（３１ｘ）および組合せヘッダ部材（３４ｘ）を備え、扁平管側ヘッダ部材（３１ｘ）と組合せヘッダ部材（３４ｘ）とを組み合わせることによって、狭小流路（３８）を形成する。

Description

冷媒分配器、熱交換器および空気調和機

　本発明は、複数の伝熱管の各々に流動させる気液二相冷媒の分配量を適正化することができる冷媒分配器（ヘッダ）、その冷媒分配器を備えた熱交換器および空気調和機に関する。

　冷暖房に対応した空気調和機の多くは、現在、円形銅製伝熱管とアルミ製の短冊状のフィンで構成されるクロスフィンチューブ型熱交換器が用いられている。この熱交換器は、銅製伝熱管内にフロン系の冷媒を流動させることで、冷媒と空気の間で熱交換を行うものである。

　一方、自動車用ラジエータや冷房専用エアコンでは、小型軽量化、高性能、低コスト化を目的として、パラレルフロー型の熱交換器が広く利用されている。この熱交換器は、外表面にアルミ製フィンをロウ付けした複数の扁平伝熱管の両端開口部に二本のヘッダ管を設け、各扁平伝熱管を介して流入側のヘッダ管から流出側のヘッダ管に向けて冷媒を流動させる形態の熱交換器である。

　パラレルフロー型熱交換器では、全部のフィンの面積を有効に作用させるには、上下に並べられた複数の扁平伝熱管の各々へ、適正量の液冷媒を偏りなく流動させる必要がある。

　しかしながら、熱交換器内では、冷媒が蒸発や凝縮の相変化しながら、気液二相状態の冷媒となって流動するため、冷媒の流速が小さく運動量が低い条件下では、垂直方向に立った流入側のヘッダ管内の液冷媒は重力の影響で下方に滞留するため、流入側のヘッダ管の上部に接続された扁平伝熱管に十分な液冷媒を供給しにくい傾向がある。

　その結果、パラレルフロー型熱交換器を蒸発器として用いる場合、積層された扁平伝熱管のうち上方のものでは、供給される液冷媒の量が少なくなり、扁平伝熱管の上流で液冷媒が全て蒸発してしまうため、中流から下流では液冷媒の蒸発作用による熱吸収が発生しない。すなわち、上方の扁平伝熱管では、中流から下流にかけて、冷媒の液成分が少なく過熱度が大きくなり、その部分での伝熱面積が有効利用されないという問題が発生する。

　一方、積層された扁平伝熱管のうち下方のものでは、供給される液冷媒の量が過大であるため、扁平伝熱管の出口に至っても液冷媒が残存している。すなわち、下方の扁平伝熱管からは、熱吸収の余力を残した液冷媒が流出しており、熱交換器全体としての効率悪化を招いているという問題が発生する。

　加えて、下方の扁平伝熱管から熱交換器の下流の圧縮機に液冷媒が流入する「液戻り」が発生すると、その液冷媒が圧縮機の圧縮室を損傷する恐れがある。これを避けるには、熱交換器の上流の膨張弁を絞り蒸発圧力を下げるなどして、熱交換器の出口に至るまでに液冷媒を完全に蒸発させる必要があるが、この対策は熱交換器でのエネルギー消費量の増加を招くという問題がある。

　このような問題を避けるため、パラレルフロー型熱交換器を蒸発器として用いる場合には、流出側のヘッダ管近傍のほぼ揃った位置で各扁平伝熱管内の液冷媒が完全に無くなるのが、熱交換器の性能を最大化する上で望ましい。特に、空気調和機の室外ユニットのように、熱交換器に等風速の空気を供給する場合には、各扁平伝熱管に偏流なく冷媒を等分配できる性質が求められる。
　このような問題を解決するための従来技術として、例えば特許文献１の図６に示すものがある。この例では、垂直に立ったヘッダでの冷媒分配を改善するため、ヘッダの内部空間の一部を隔壁により区画し、前記隔壁に複数の貫通孔を設けている。これにより各扁平伝熱管に冷媒を均一に分配しようとするものである。

　また、特許文献２や特許文献３には、分配構造とは関係なく、それ自体の製作のしやすさや、冷媒分配のための内部構造の作りこみ易さのため長手方向に分割したヘッダ構造が示されている。

特許第５７７５２２６号公報特開２００９－２７０７８１号公報特許第４４０５８１９号公報

　特許文献１では、ヘッダ内の区角された空間から出された冷媒は、流路断面積が拡大するため液冷媒の流速が低下し、重力の作用を受けやすく液冷媒がヘッダ内の下方に落ちやすい。特に低冷媒流量域において重力の影響により液冷媒が下部に滞留しやすくなる構造であり、このような場合には下側の伝熱管に液が偏って流れてしまう可能性がある。

　特許文献２では、分割したヘッダ構造で折り返し流路や、分岐流路を構成するものである。冷媒流路としては、扁平伝熱管１本ずつ冷媒が流動する構成で複数本の伝熱管には冷媒が流動しない。循環量の多い場合には、流路断面積が不足するために圧力損失が大きくなり流動方向の下流では飽和温度が低下し所定の交換熱量が確保できない課題があった。

　特許文献３では、分割したヘッダ構造では、冷媒流路を細めることはできず、液冷媒が重力の作用を受け下方に溜まってしまい、熱交換器を蒸発器として用いる場合には冷媒分配の課題があった。

　本発明は、前記の課題を解決するための発明であって、最小負荷条件や中間負荷条件での運転時であっても、パラレルフロー型の蒸発器内の各扁平伝熱管への液冷媒供給量の偏りを単純な構造で抑制し、蒸発器としての性能を改善できる冷媒分配器、その冷媒分配器を備えた熱交換器および空気調和機を提供することを目的とする。

　前記目的を達成するため、本発明の冷媒分配器は、冷媒の流路を形成する複数の伝熱管の端部とそれぞれ接続し、複数の伝熱管を連通させ、冷媒を分配する冷媒分配器であって、冷媒分配器は、互いに組み合わせる第１部材および第２部材を備え、第１部材と第２部材とを組み合わせることによって、狭小流路を形成することを特徴とする。

　第１部材および第２部材は、板材で形成され、第１部材および第２部材は、板材を折り曲げてなる横断面形状がＤ字形状であり、該Ｄ字形状の直線部の一部に離間部分を有し、離間部分を通じて第１部材と第２部材とが組み合わされており、第１部材および第２部材の対向するＤ字形状の直線部の間に狭小流路を形成することを特徴とする。また、第１部材は、横断面が凹形状を呈しており、第２部材は、第１部材の内面に嵌合し、狭小流路を形成することを特徴とする。本発明のその他の態様については、後記する実施形態において説明する。

　本発明によれば、最小負荷条件や中間負荷条件での運転時であっても、パラレルフロー型の蒸発器内の各扁平伝熱管への液冷媒供給量の偏りを単純な構造で抑制し、蒸発器としての性能を改善できる。

第１実施形態に係る熱交換器の外観構成を示す図である。第１実施形態に係る扁平伝熱管を用いた場合の熱交換器の構成を示す図である。第１実施形態に係る扁平伝熱管の構成を示す図である。第１実施形態に係る熱交換器のヘッダの構成を示す図である。第１実施形態に係る熱交換器のヘッダの横断面を示す図である。第１実施形態に係るヘッダが点対称であることを示す図である。第１実施形態に係る熱交換器のヘッダの分解状態を示す図である。第１実施形態に係る熱交換器のヘッダの縦断面を示す図である。第１実施形態に係る冷媒分配器のロウ付け面を示す図である。第１実施形態に係る冷媒分配器の他のロウ付け面を示す図である。第２実施形態に係る熱交換器の外観構成を示す図である。第２実施形態の係る実施例１のヘッダの横断面を示す図である。第２実施形態に係る実施例１の熱交換器のヘッダの側面を示す図である。第２実施形態に係る実施例２の熱交換器のヘッダの横断面を示す図であり、ヘッダ差込み部材が凹字形状部材の図である。第２実施形態に係る実施例２の熱交換器のヘッダの横断面を示す図であり、ヘッダ差込み部材が筒形状（中空形状）の図である。第２実施形態に係る実施例２の熱交換器のヘッダの横断面を示す図であり、ヘッダ差込み部材がＨ字形状の図である。第２実施形態に係る実施例２の熱交換器のヘッダの横断面を示す図であり、ヘッダ差込み部材が台形形状の図である。第２実施形態に係る実施例３の熱交換器のヘッダの横断面を示す図である。第２実施形態に係る実施例４の熱交換器のヘッダの横断面を示す図である。第２実施形態に係る実施例５の熱交換器のヘッダの横断面を示す図であり、基準となる図である。第２実施形態に係る実施例５の熱交換器のヘッダの横断面を示す図であり、ヘッダ差込み部材の差込み長さを長めに設定する図である。第２実施形態に係る実施例５の熱交換器のヘッダの横断面を示す図であり、ヘッダ差込み部材とは別部材を流路に差し入れる図である。第２実施形態に係る実施例６のヘッダ内の孔空き仕切板の取付け方法を示す図である。第２実施形態に係る実施例６のヘッダ内の孔空き仕切板の取付け方法の他の例を示す図である。第２実施形態に係る実施例６のヘッダ内の孔空き仕切板の取付け方法のその他の例を示す図である。第２実施形態に係る実施例７のヘッダの孔空き仕切板の構成を示す図である。第２実施形態に係る実施例７のヘッダの孔空き仕切板の他の構成を示す図である。第２実施形態に係る実施例８のヘッダ内の偏流防止用の孔空き板を示す図である。第２実施形態に係る実施例８のヘッダ内の偏流防止用の孔空き板の縦断面を示す図である。第２実施形態に係る実施例９のヘッダ差込み部材の仕切り板の位置を示す図である。冷凍サイクルを説明する図である。熱交換器の冷媒分配の偏流による過熱度を説明する図であり、液冷媒の偏流がない場合の図である。熱交換器の冷媒分配の偏流による過熱度を説明する図であり、液冷媒の偏流がある場合の図である。比較例としてのヘッダ構造の模式図あり、丸型の横断面を示す図である。比較例としてのヘッダ構造の模式図あり、二つの部材で構成したヘッダの横断面を示す図である。比較例としてのヘッダ構造の模式図あり、二つの部材で構成したヘッダの他の横断面を示す図である。

　本発明を実施するための実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
　まず、最初に、本実施形態の冷媒分配器および熱交換器が適用される冷凍サイクルを説明し、従来の課題について詳細に説明する。

　図２１は、冷凍サイクルを説明する図である。ここで、図２１を用いて、暖房運転時を例に、ヒートポンプ式の空気調和機ＡＣの冷凍サイクルを説明する。ここに示すように、空気調和機ＡＣは、圧縮機８、四方弁９、室内熱交換器１０１、膨張弁１０３、室外熱交換器１０６等で構成される。

　圧縮機８はガス冷媒を圧縮するものであり、圧縮機８で高温・高圧状態になった冷媒６０は、四方弁９を介して室内ユニット１００内の室内熱交換器１０１（凝縮器）に導かれる。そして、室内熱交換器１０１の扁平伝熱管内を流れる高温の冷媒が、送風機１０２から供給される室内空気に放熱することで、室内が暖められる。このとき、扁平伝熱管内では、熱を奪われたガス冷媒が次第に液化し、室内熱交換器１０１の出口からは、飽和温度よりも数℃低温の過冷却状態の液冷媒が流出する。

　その後、室内ユニット１００から流出した液冷媒は、膨張弁１０３を通過する時の膨張作用により低温・低圧状態の気液二相冷媒となる。この低温・低圧の気液二相冷媒は、室外ユニット１０５内の室外熱交換器１０６（蒸発器）に導かれる。そして、室外熱交換器１０６の扁平伝熱管内を流れる低温の冷媒が、送風機１０７から供給される外気から吸熱することで、冷媒の乾き度（＝ガスの質量速度／（液の質量速度＋ガスの質量速度））が高まる。室外熱交換器１０６の出口では、冷媒はガス化して数℃の過熱度をとった状態で圧縮機８に戻る。以上で説明した、反時計回りに冷媒６０が循環する一連の冷凍サイクルによって、空気調和機ＡＣの暖房運転が実現される。

　一方、冷房動作時には、四方弁９を切り替えて、時計回りに冷媒６１が循環する冷凍サイクルを形成する。この場合、室内熱交換器１０１が蒸発器として作用し、室外熱交換器１０６が凝縮器として作用する。

　次に、室内熱交換器１０１または室外熱交換器１０６が蒸発器として作用している場合に、その蒸発器内で発生する冷媒偏流の様子を図２２Ａ、図２２Ｂで説明する。図２２Ａ、図２２Ｂは蒸発器を平面的、かつ、模式的に示したものであり、扁平伝熱管の個別表示を省略するなど一部を簡略化している。

　図２２Ａは、熱交換器の冷媒分配の偏流による過熱度を説明する図であり、液冷媒の偏流がない場合の図である。図２２Ｂは、熱交換器の冷媒分配の偏流による過熱度を説明する図であり、液冷媒の偏流がある場合の図である。これらに示すように、熱交換器は、左右に略垂直なヘッダ３ａ，３ｂを設け、それらの間を上下方向に積層した多数の扁平伝熱管１で接続したものである。各扁平伝熱管１には、伝熱面積を拡大するためのフィンがロウ付けされているが、ここでは図示を省略している。また、扁平伝熱管１内において、ハッチング部分は気液二相冷媒が流通する二相域９０で、白抜き部分はガス冷媒が流通する過熱領域９１である。

　図２２Ａ、図２２Ｂに示す、パラレルフロー型の蒸発器では、ヘッダ３ｂの下部から低温・低圧の気液二相冷媒が流入する。流入した冷媒は、流動方向を変えながら、領域（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）→（Ｄ）の順に扁平伝熱管１内を流れ、扁平伝熱管１間を通過する空気と熱交換（吸熱）した後、ヘッダ３ｂの上部から中温・低圧状態の冷媒となって排出される。

　図２２Ａのように、冷媒編流が生じない場合、すなわち、冷媒の流速が大きく、領域（Ｄ）の各扁平伝熱管１に略均等量の気液二相冷媒が供給される場合には、いずれの高さの扁平伝熱管１でも、流入側から同程度の距離で二相域９０から過熱領域９１になるため、いずれの扁平伝熱管１からも十分に吸熱したガス冷媒のみが流出している。

　一方、図２２Ｂのように、液冷媒の偏流が生じた場合、すなわち、流速の小さい気液二相冷媒にヘッダ３ａ内で重力が作用し、領域（Ｄ）上方の扁平伝熱管１に流入する液冷媒が少なく、下方の扁平伝熱管１に流入する液冷媒が多くなる場合、領域（Ｄ）の出口近傍では、下方が二相域９０、上方が過熱領域９１となる。

　前記したように、液冷媒を多く含む気液二相冷媒が圧縮機８に戻ると、「液戻り」によって圧縮室の損傷を招く。これを回避するには、図２２Ｂの領域（Ｄ）の出口近傍において、液冷媒が完全にガス化しているように、蒸発器の上流の膨張弁１０３を絞り、蒸発圧力（温度）を下げる必要がある。しかしながら、蒸発圧力を下げると、圧縮仕事が増大し空気調和機の省エネ性が阻害されるという問題がある。

　また、冷媒偏流が生じた場合、領域（Ｄ）上方の扁平伝熱管１内では、二相域９０が短く、過熱領域９１が長くなるため、空気からの吸熱に大きく寄与する二相域９０での伝熱面積が減少し、圧縮仕事が増加するという問題がある。
　前記問題を解決するために、特許文献１～３の各種の方法が試みられている。

　図２３Ａは、比較例としてのヘッダ構造の模式図あり、丸型の横断面を示す図である。図２３Ｂは、比較例としてのヘッダ構造の模式図あり、二つの部材で構成したヘッダの横断面を示す図である。図２３Ｃは、比較例としてのヘッダ構造の模式図あり、二つの部材で構成したヘッダの他の横断面を示す図である。

　図２３Ａは、主に自動車用ラジエータ等の凝縮器用として多用されている丸型横断面を示すヘッダである。扁平伝熱管１が接続されるヘッダ３ａが丸型形状をしている。図２３Ｂは、特許文献３の分割したヘッダの構造である。ヘッダ３ａは、第１部材３１０ａと第２部材３４０ａから構成されている。この他、図２３Ｃに示すような分割したヘッダ構造もある。ヘッダ３ａは、第１部材３１１ａと第２部材３４１ａから構成されている。

　図２３Ａ，図２３Ｂ，図２３Ｃのヘッダ構造では、流路断面積が大きいために液冷媒の速度が小さく重量の作用を受け、ヘッダ内の下部に溜まりやすい傾向があった。

　このため、本実施形態では、最小負荷条件や中間負荷条件での運転時であっても、パラレルフロー型の蒸発器内の各扁平伝熱管への液冷媒供給量の偏りを単純な構造で抑制し、蒸発器としての性能を改善できる冷媒分配器（ヘッダ）を提案している。

<<第１実施形態>>
　図１は、第１実施形態に係る熱交換器の外観構成を示す図である。図２は、第１実施形態に係る扁平伝熱管１にヘッダ３ｘ，３ｙを挿入する前の状態を示す図である。熱交換器は、冷媒が流動し、横方向に延びる多数の扁平伝熱管１と、多数の扁平伝熱管１が挿入され、冷媒との間の熱交換がなされるようにするフィン２と、多数の扁平伝熱管１の一方に結合されて縦方向（垂直方向）に延び、多数の扁平伝熱管１に冷媒が分配されるヘッダ３ｘ，３ｙとを備えている。ヘッダ３ｘの下方には、冷媒入口管３０が接続されている。また、ヘッダ３ｘの中央部には冷媒出口管３３が接続される。冷媒入口管３０から冷媒が流入し、複数の扁平伝熱管１内流路を冷媒が流動し冷媒出口管３３から流出する。なお、ヘッダ３ｘの上部、中間下部、下部には、仕切板３５ｘ（図４参照）が挿入されている。同様に、ヘッダ３ｙの冷媒出口管３３の上部、下部には、仕切板３５ｘ）が挿入されている。

　図３は、第１実施形態に係る扁平伝熱管１の構成を示す図である。扁平伝熱管１には、外観を形成する伝熱管ボディ１１および伝熱管ボディ１１の内部に多数の冷媒流路１２が形成されるようにする区画リブ１３が含まれる。扁平伝熱管１の内部に流入した冷媒は、多数の冷媒流路１２に均一に分配されて流動できる。

　図４は、第１実施形態に係る熱交換器のヘッダ３ｘの構成を示す図である。図５は、第１実施形態に係る熱交換器のヘッダ３ｘの横断面を示す図である。図５は、図４のＸ－Ｘ断面を示す。ヘッダ３ｘは、扁平管側ヘッダ部材３１ｘ（第１部材）と、組合せヘッダ部材３４ｘ（第２部材）とを含んで構成されている。また、ヘッダ３ｘの上部、中間部、下部には、仕切板３５ｘが挿入されている。

　扁平管側ヘッダ部材３１ｘ（第１部材）と組合せヘッダ部材３４ｘ（第２部材）とを組み合わせることによって、狭小流路３８を形成している。

　扁平管側ヘッダ部材３１ｘおよび組合せヘッダ部材３４ｘは、板材で形成され、扁平管側ヘッダ部材３１ｘおよび組合せヘッダ部材３４ｘは、板材を折り曲げてなる横断面形状がＤ字形状であり、該Ｄ字形状の直線部の一部に離間部３９（図７参照）を有している。離間部３９を通じて扁平管側ヘッダ部材３１ｘと組合せヘッダ部材３４ｘとが組み合わされており、扁平管側ヘッダ部材３１ｘおよび組合せヘッダ部材３４ｘの対向するＤ字形状の直線部の間に狭小流路３８を形成している。なお、扁平管側ヘッダ部材３１ｘおよび組合せヘッダ部材３４ｘ、または、その組合せ部材は、押出成形で製作してもよい。

　図６は、第１実施形態に係るヘッダ３ｘが点対称であることを示す図である。図６の左図は、扁平管側ヘッダ部材３１ｘと組合せヘッダ部材３４ｘとが組み合わされたヘッダ部材の横断面（Ｘ－Ｘ断面、図４参照）を示す。これを、点Ｏを中心に１８０度回転すると図６の右図となる。図６に示すように、扁平管側ヘッダ部材３１ｘと組合せヘッダ部材３４ｘとが組み合わされたヘッダ部材の横断面形状が、扁平伝熱管１を挿入する孔位置を除いて、点対称な形状であることがわかる。

　扁平管側ヘッダ部材３１ｘ（第１部材）には、開口部３１ｘ３を有し、組合せヘッダ部材３４ｘ（第２部材）には、開口部３４ｘ３を有している。第１部材および第２部材は、同じ伝熱管が接続される開口部を有している。

　扁平管側ヘッダ部材３１ｘ（第１部材）には、扁平伝熱管１の端面に平行な平行面３１ｘ４を有し、組合せヘッダ部材３４ｘ（第２部材）には、扁平伝熱管１の端面に平行な平行面３４ｘ４を有している。第１部材および第２部材は、それぞれ伝熱管の端面に平行な平行面を有し、平行面を形成するために曲げ部を少なくとも１箇所有する。なお、平行面は、前記したＤ字形状の直線部に対応する。

　図７は、第１実施形態に係る熱交換器のヘッダの分解状態を示す図である。扁平管側ヘッダ部材３１ｘに対し、組合せヘッダ部材３４ｘを縦方向上部から、離間部３９に合わせて挿入する。その後、組み合わされたヘッダ部材を扁平伝熱管１に挿入する。仕切板３５ｘは、組み合わされたヘッダ部材の上部、中間下部、下部に挿入される。

　図８は、第１実施形態に係る熱交換器のヘッダの縦断面を示す図である。図８は、図５のＹ－Ｙ断面を示す。ヘッダ３ｘ内に、扁平管側ヘッダ部材３１ｘ（第１部材）と組合せヘッダ部材３４ｘ（第２部材）とを組み合わせることによって、狭小流路３８を形成されることがわかる。このことで、図２３に示した比較例のヘッダ断面構造として示した形状に比べ、本実施形態によるヘッダ内部の冷媒の速度は速められる。その結果、液冷媒の運動量が大きくなりヘッダ上部に取り付けられた扁平伝熱管１まで液冷媒が到達できる。

　図９は、第１実施形態に係る冷媒分配器のロウ付け面を示す図である。扁平管側ヘッダ部材３１ｘの母材３１ｘ０の外側にロウ材３１ｘ１を積層したクラッド材とするものである。組合せヘッダ部材３４ｘの母材３４ｘ０の外側にロウ材３４ｘ１を積層したクラッド材とするものである。このような片面クラッド材を用いる構成で本実施形態によるヘッダ構造のロウ付けが可能となる。

　図１０は、第１実施形態に係る冷媒分配器の他のロウ付け面を示す図である。図１０は最低限必要なロウ付け面３７ａ，３７ｂ，３７ｃを示すものである。ロウ付け面３７ａは、扁平管側ヘッダ部材３１ｘと扁平伝熱管１との接合面であり、ロウ付け面３７ｂ，３７ｃは、扁平管側ヘッダ部材３１ｘと組合せヘッダ部材３４ｘとの接合面である。図１０の場合においても、ほぼ狭小流路３８が形成できる。

　第１実施形態によれば、ヘッダ部材の組合せによって、狭小流路３８を形成でき、冷媒流速をあげることによって、液冷媒を熱交換器の上部まで上昇させ冷媒分配を改善することができる。また、組合せ部材はほぼ同等な部材であり、組立て性が優れている。

<<第２実施形態>>
（実施例１）
　図１１Ａは、第２実施形態に係る熱交換器の外観構成を示す図である。図１１Ｂは、第２実施形態に係る実施例１のヘッダの横断面を示す図である。図１１Ｂは図１１ＡにおけるＡ－Ａ部の断面を示す。図１１Ａに示すように、上流側と下流側に略垂直に配置された二つのヘッダ３ａ、３ｂがあり、それらの間を略垂直方向に複数の扁平伝熱管１が接続されている。各扁平伝熱管１には、伝熱面積を拡大する複数のフィン２が水平方向に所定の間隙を空けて配置されている。フィン２は、詳細な図示はしないが、熱交換器を蒸発器として用いる場合にフィン表面で凝縮した水滴が落ちやすいように工夫がなされる。また、隣り合うフィンとの間隙を一定に保つように規定するための形状も有する。

　ヘッダ３ａは、凹字形状部材のヘッダベース部材３１ａ（第１部材）と、ヘッダ差込み部材３４ｂ（第２部材）とを含んで構成されている。同様に、ヘッダ３ｂは、凹字形状部材のヘッダベース部材３１ｂ（第１部材）と、ヘッダ差込み部材３４ｂ（第２部材）とを含んで構成されている。

　ヘッダ差込み部材３４ａの下方には、冷媒入口管３０が接続されている。また、ヘッダ差込み部材３４ｂには冷媒出口管３３が接続される。冷媒入口管３０から冷媒が流入し、複数の扁平伝熱管１内流路を冷媒が流動し冷媒出口管３３から流出する。

　空気が、紙面略垂直方向にフィン間を流動されることで冷媒と空気との間で熱交換を行う。空調機で広く用いられる条件では、空気側は数十から百Ｗ／（ｍ^２Ｋ）程度の層流熱伝達率であり、扁平伝熱管流路内は冷媒による数千Ｗ／（ｍ^２Ｋ）程度の沸騰熱伝達率の伝熱性能である。そのため、空気側の面積拡大の効果が大きいので熱交換器が同一の体積であれば極力空気側の面積が確保できるように、フィンはアルミ製の薄いフィンで１ｍｍから数ｍｍ程度のフィン間隙で構成される。

　本実施形態で特徴となる点は、凹字形状部材のヘッダベース部材３１ａの平面部分に設けた孔に、扁平伝熱管１の端部が差し込まれることである。凹字形状部材の扁平伝熱管１が接続された反対の開口側にはヘッダ差込み部材３４ａが差し込まれる。この両方を電気炉等の炉内でロウ付けすることで冷媒の流路となる狭小流路３８を備えたヘッダ構造となる。他方のヘッダ３ｂも同様に、ヘッダベース部材３１ｂにヘッダ差込み部材３４ｂが差し込まれ冷媒流路である狭小流路３８を構成する。つまり、凹字形状部材のヘッダベース部材３１ａとヘッダ差込み部材３４ａとの接触面がロウ付け面となる。

　図１１Ａにおいて、熱交換器を蒸発器として用いる場合の冷媒の流れを白抜きの矢印で示す。図１１Ａでは図示しない膨張弁の作用により低温、低圧になった冷媒は、熱交換器内の仕切板３５ａ、３５ｂで仕切られた空間ごとに並列に扁平伝熱管本数を流動する。そして、冷媒は、孔空き仕切板３６ａ（孔付仕切り板）を介して上方に流動し、並列に扁平伝熱管本数を流動する。冷媒入口管３０から流入した冷媒は、熱交換器下方からその流れ方向を変えながら領域ａ→領域ｂ→領域ｃの通り上方に向かって流れ、最終的に冷媒出口管３３から流れ出る。

　なお、図中では単純に熱交換器の下方から上方に向かって流れる冷媒の流動を示したが、仕切られた空間ごと部分的に一旦下方に向かう流れが含まれていても構わない。このように、冷媒がおよそ下から上に向かう熱交換器内の流れは、同じ熱交換器で流れ方向を変え凝縮器として用いる場合に、過冷却となった液冷媒が重力の作用で溜まりこみが生じないように下方に行きやすくするためである。

　蒸発器として用いた場合の冷媒は、流れ方向に向かって次第に液成分の蒸発が進みガス成分が多くなる。そのため、同一の流路断面積で流動させた場合、ガス冷媒では流速が早まることによる単位当たりの圧力損失が多くなる。その結果、冷媒の飽和温度の低下による空気との有効な温度差を確保できない不具合や、全体として圧縮仕事の増大による省エネ性能の悪化を招く。そこで、圧力損失があまり大きくならないように、出口に向かって次第に並列で流れる扁平伝熱管本数を増やすことが一般に行われる。

　図１１ＢにＡ－Ａ横断面の拡大図を示す。凹字形状部材のヘッダベース部材３１ａにヘッダ差込み部材３４ａが差し込まれ接触面がロウ付けされ、狭小流路３８（ヘッダ空間）が構成される。凹字形状部材のヘッダベース部材３１ａの開口側の仮想的な面で規定される凹字形状部材のヘッダベース部材３１ａ内側面積は、ヘッダ差込み部材３４ａが内部に差し込まれることにより狭められ、狭小流路３８が形成される。このことで、図２３に示した比較例のヘッダ断面構造として示した形状に比べ、本実施例によるヘッダ内部の冷媒の速度は速められる。その結果、液冷媒の運動量が大きくなりヘッダ上部に取り付けられた扁平伝熱管まで液冷媒が到達できる。さらに、孔空き仕切板３６ａがありここで最も小さい面積で狭められ流速が大きくなった状態で上方に液冷媒が導かれる。

　なお、図１１Ａでは説明のため簡略化した熱交換器の例で示したが、実際にはこれらの基本的な構成を複数、高さ方向に積層することや、同様の熱交換器を空気の風下、風上方向に並べることで所定の伝熱面積を確保することができる。さらに、孔空き仕切板３６ａは図１では説明を簡略化するため１箇所設けているが、仕切板３５ａと同一の高さ位置でヘッダ３ｂ内に設けても良く、領域ｂでの偏流改善が図れる。

　図１２は、凹字形状部材のヘッダベース部材３１ａの開放側から扁平伝熱管１端部を見た図である（図１１ＡのＢ矢視）。扁平伝熱管１には複数の冷媒が流動する１ｍｍから数ｍｍ程度の小さな流路が複数設けられ押出し加工や引き抜き加工で形成される。凹字形状部材のヘッダベース部材３１ａと各扁平伝熱管１は接続面１３１でロウ付けされる。

（実施例２）
　図１３Ａは、第２実施形態に係る実施例２の熱交換器のヘッダの横断面を示す図であり、ヘッダ差込み部材３４ａが凹字形状部材の図である。図１３Ｂは、第２実施形態に係る実施例２の熱交換器のヘッダの横断面を示す図であり、ヘッダ差込み部材３４ａが筒形状（中空形状）の図である。図１３Ｃは、第２実施形態に係る実施例２の熱交換器のヘッダの横断面を示す図であり、ヘッダ差込み部材３４ａがＨ字形状の図である。図１３Ｄは、第２実施形態に係る実施例２の熱交換器のヘッダ横断面を示す図であり、ヘッダ差込み部材３４ａが台形形状の図である。

　図１３Ａは、基準となる構成で、凹字形状部材のヘッダベース部材３１ａと同様に、ヘッダ差込み部材３４ａも同じ方向に開口する凹字形状部材で構成する。ヘッダ内圧に伴う強度を確保した形状であれば、このような構成はヘッダ部重量を最も削減できる。

　図１３Ｂは、ヘッダ差込み部材３４ａを筒形状（中空形状）で構成するものである。このような構成では、ヘッダ差込み部材３４ａの剛性を高めることが可能となる。なお、ヘッダ差込み部材３４ａは中実材であってもよく、この場合は、さらに剛性を高めることが可能となる。

　図１３Ｃは、ヘッダ差込み部材３４ａを略Ｈ字形状の部材で構成するものである。押出し加工で製作でき、凹字形状のヘッダベース部材３１ａとで囲まれる流路面積をさらに狭めることが可能となる。

　図１３Ｄは、凹字形状部材であるヘッダベース部材３１ａの横断面を末広がり形状とするものである。このような構成により、凹字形状部材のヘッダベース部材３１ａと差し込み部材３４ａの冶具等を用いた固定や、縛りながらロウ付けすることで接触面に接触荷重を加えながらロウ付けが可能となる。

　なお、各図共に凹字形状部材のヘッダベース部材３１ａの開口側端面とヘッダ差込み部材３４の面を揃えた形状として示しているが、段差を設けた形状であっても構わない。端面を揃えた場合には、部品組立て精度の向上が図れ、組立て具合が外観確認で管理が可能となる。

（実施例３）
　図１４は、第２実施形態に係る実施例３の熱交換器のヘッダの横断面を示す図である。図１３までの発明と異なる点は、凹字形状部材のヘッダベース部材３１ａの端部長さに比べ、他端は３１ａ１のように長めとするものである。このような構成により筐体３１９と接合部品３１８を介して熱交換器の固定ができるので固定のための別部材が不要となる。なお、延伸した３１ａ１は長手方向に全て設ける必要はなく、固定に必要な部位のみ設けることで材料と重量を削減できる。図１４では熱交換器と筐体との固定の例で示したが、熱交換器同士の固定に用いてもよい。

（実施例４）
　図１５は、第２実施形態に係る実施例４の熱交換器のヘッダの横断面を示す図である。略コ字状部材のヘッダベース部材３１ａの母材３１a０外側に３１ａ２として示すロウ材を積層したクラッド材とするものである。また、ヘッダ差込み部材３４ａの母材３４ａ０の外側にロウ材３４ａ１を施すものである。このような片面クラッド材を用いる構成で本発明によるヘッダ構造のロウ付けが可能となる。

（実施例５）
　図１６Ａは、第２実施形態に係る実施例５の熱交換器のヘッダ横断面を示す図であり、基準となる図である。図１６Ｂは、第２実施形態に係る実施例５の熱交換器のヘッダ横断面を示す図であり、ヘッダ差込み部材３４ａの差込み長さを長めに設定する図である。図１６Ｃは、第２実施形態に係る実施例５の熱交換器のヘッダ横断面を示す図であり、ヘッダ差込み部材３４ａとは別部材３４０を流路に差し入れる図である。

　図１６Ａを基準として、図１６Ｂは凹字形状部材のヘッダベース部材３１ａに差し込まれるヘッダ差込み部材３４ａの差込み長さを長めに設定するものである。差し込み長さを長めにすることで冷媒の流路面積を小さくできる等の調整が可能となる。図１６Ｃは、ヘッダ差込み部材３４ａとは別部材３４０を流路断面に差し入れるものである。このような構成でさらに冷媒流路を狭めることができるので熱交換器の中で領域にあわせて部分的に流路を狭めることが可能となり、事前の冷媒偏流調整の自由度が高まる。図１６Ｂにおいて、差込み部材３４ａの外面と、該外面に対抗するヘッダ内に挿入された扁平伝熱管１の端面との間隙Ｄが、１ｍｍから３ｍｍであることが好ましい。

（実施例６）
　図１７Ａは、第２実施形態に係る実施例６のヘッダ内の孔空き仕切板３６ａ（孔付仕切り板）の取付け方法を示す図である。図１７Ｂは、第２実施形態に係る実施例６のヘッダ内の孔空き仕切板３６ａの取付け方法の他の例を示す図である。図１７Ｃは、第２実施形態に係る実施例６のヘッダ内の孔空き仕切板３６ａの取付け方法のその他の例を示す図である。孔空き仕切板３６ａは、角孔の孔３６０を有する。

　図１７Ａは、ヘッダ差込み部材３４ａの孔３４ａ２に孔空き仕切板３６ａの突起３６ａ１を差込むことで孔空き仕切板３６ａを設置し、ヘッダベース部材３１ａ開口部に内蔵しロウ付けするものである。図１７Ｂは、差込み部材３４ａの角部を図のような切り落としや、丸型に加工しておくことで冷媒漏れを低減できるようにしたものである。図１７Ｃは、ヘッダ差込み部材３４ａに予め溝３４ａ３を設け、これに突起３６ａ１を有する孔空き仕切板３６ａを設置するものである。
なお、図１７では孔空き仕切板３６ａの例で示したが、仕切板３５ａ，３５ｂについて図１７に示した固定方法を適用してもよい。

（実施例７）
　図１８Ａは、第２実施形態に係る実施例７のヘッダの孔空き仕切板３６ａの構成を示す図である。図１８Ｂは、第２実施形態に係る実施例７のヘッダの孔空き仕切板３６ａの他の構成を示す図である。図１８Ａ、図１８Ｂは、実施例６を説明した孔空き仕切板３６ａに関するものである。図１８Ａは、孔３６０ａが１個空いた構成である。図１８Ｂは、孔３６０ａが２個空いた構成である。これまでの図１７で示した角孔のみでなく丸孔でもよく、孔径の選択によりヘッダ空間内でより速い冷媒速度を実現できる。

（実施例８）
　図１９Ａは、第２実施形態に係る実施例８のヘッダ３ａ内の偏流防止用の孔空き板１３２を示す図である。図１９Ａは、図１のＣ―Ｃ断面を示す図である。図１９Ｂは、第２実施形態に係る実施例８のヘッダ３ａ内の偏流防止用の孔空き板１３２の斜視図を示す図である。凹字形状部材のヘッダベース部材３１ａの内部に、扁平伝熱管１の端面と表面が揃うように、孔空き板１３２を内蔵するものである。孔空き板１３２には、扁平伝熱管１が入る孔１３３を複数設ける。このような構成により、扁平伝熱管側面の隙間と、上下間の段差を埋めることができより流路の段差を低減できヘッダ内の冷媒の乱れによる偏流を防止できる。

（実施例９）
　図２０は、第２実施形態に係る実施例９のヘッダ差込み部材の仕切り板の位置を示す図である。ヘッダ３ａは、図１に示すように、ヘッダベース部材３１ａにヘッダ差込み部材３４ａを差し込む構成である。図２０の（ｂ―１）、（ｂ―２）、（ｂ―３）ではヘッダ差込み部材３４ａに対しての仕切板３５ａと孔空き仕切板３６ａの取り付け高さ位置を変えている。このように、凹字形状部材のヘッダベース部材３１ａは共通として用いながら、ヘッダ差込み部材３４ａと仕切板（例えば、仕切板３５ａ、孔空き仕切板３６ａ）の取り付け位置の変更で、前記した冷媒を流す扁平伝熱管本数の組合せを自由に設定できる。これにより、能力機種ごとの違いや、凝縮器または蒸発器のどちらの性能を優先するかなど設計段階での調整が可能となる。

　第２実施形態によれば、パラレルフロー型の熱交換器の各扁平伝熱管への冷媒分配を均一化し、熱交換器を効率的に作用させることができる。これにより、空気調和機の省エネ性を改善することができる。

　本実施形態によれば、最小負荷条件や中間負荷条件での運転時であっても、パラレルフロー型の蒸発器内の各扁平伝熱管への液冷媒供給量の偏りを単純な構造で抑制できるヘッダ３ａ，３ｂ，３ｘ，３ｙを提供できる。従って、ヘッダをもつ熱交換器（室内熱交換器１０１、室外熱交換器１０６）（図２１参照）およびこれを備える空気調和機ＡＣ（図２１参照）、空気調和システムを実現できる。

　なお、本発明は以上述べた実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明で分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。

　１　　扁平伝熱管
　２　　フィン
　３ａ，３ｂ，３ｘ，３ｙ　　ヘッダ（冷媒分配器）
　８　　圧縮機
　９　　四方弁
　３０　　冷媒入口管
　３３　　冷媒出口管
　３１ａ，３１ｂ　　ヘッダベース部材（第１部材）
　３１ｘ　　扁平管側ヘッダ部材（第１部材）
　３４ａ，３４ｂ　　ヘッダ差込み部材（第２部材）
　３４ｘ　　組合せヘッダ部材（第２部材）
　３５ａ，３５ｂ，３５ｘ　仕切板
　３６ａ　　孔空き仕切板（孔付仕切り板）
　３８　　狭小流路
　３９　　離間部（離間部分）
　９０　　二相域
　９１　　過熱領域
　１００　　室内ユニット
　１０１　　室内熱交換器
　１０２　　室内用送風機
　１０３　　膨張弁
　１０５　　室外ユニット
　１０６　　室外熱交換器
　１０７　　室外送風機
　１３１　　接続面
　１３２　　孔空き板
　１３３　　孔
　３１８　　取り付け金具
　３１９　　筐体
　３６０，３６０ａ　　孔
　ＡＣ　　空気調和機

Claims

　冷媒の流路を形成する複数の伝熱管の端部とそれぞれ接続し、前記複数の伝熱管を連通させ、冷媒を分配する冷媒分配器であって、
　前記冷媒分配器は、互いに組み合わせる第１部材および第２部材を備え、
　前記第１部材と前記第２部材とを組み合わせることによって、狭小流路を形成する冷媒分配器。
　前記第１部材および前記第２部材は、板材で形成され、
　前記第１部材および前記第２部材は、前記板材を折り曲げてなる横断面形状がＤ字形状であり、該Ｄ字形状の直線部の一部に離間部分を有し、
　前記離間部分を通じて前記第１部材と前記第２部材とが組み合わされており、
　前記第１部材および前記第２部材の対向する前記Ｄ字形状の直線部の間に狭小流路を形成する
　ことを特徴とする請求項１に記載の冷媒分配器。
　前記第１部材および前記第２部材を組み合わせた部材の横断面形状が、点対称な形状である
　ことを特徴とする請求項１に記載の冷媒分配器。
　前記第１部材および前記第２部材は、同じ伝熱管が接続される開口部を有する
　ことを特徴とする請求項１に記載の冷媒分配器。
　前記第１部材および前記第２部材は、それぞれ伝熱管の端面に平行な平行面を有し、
　前記平行面を形成するために曲げ部を少なくとも１箇所有する
　ことを特徴とする請求項１に記載の冷媒分配器。
　前記第１部材および前記第２部材は、片面に接合用のロウ材が塗布されている
　ことを特徴とする請求項２に記載の冷媒分配器。
　前記第１部材は、横断面が凹形状を呈しており、
　前記第２部材は、前記第１部材の内面に嵌合し、前記狭小流路を形成する
　ことを特徴とする請求項１に記載の冷媒分配器。
　前記第２部材の横断面形状は、凹形状、筒形状、中実形状、Ｈ字形状、台形形状のいずれかである
　ことを特徴とする請求項７に記載の冷媒分配器。
　前記第１部材の前記凹形状の部材の開放端の一方端が、他端よりも延伸している
　ことを特徴とする請求項７に記載の冷媒分配器。
　前記第１部材である前記凹形状の部材の外側と、前記第２部材のそれぞれの母材の外側にロウ材を積層した
　ことを特徴とする請求項７に記載の冷媒分配器。
　前記第２部材は、前記第１部材内で差込み長さを変える
　ことを特徴とする請求項７に記載の冷媒分配器。
　前記第２部材に孔を有する孔付仕切り板を固定できる
　ことを特徴とする請求項７に記載の冷媒分配器。
　前記孔付仕切り板には、少なくとも一つの角孔か丸孔を有する
　ことを特徴とする請求項１２に記載の冷媒分配器。
　前記第１部材の前記凹形状の部材の内部には、流路空間を狭められる部材を設ける
　ことを特徴とする請求項７に記載の冷媒分配器。
　冷媒が流動し、横方向に延びる多数の冷媒管と、
　前記多数の冷媒管が挿入され、冷媒と流体との間の熱交換がなされるようにする放熱フィンと、
　前記多数の冷媒管の一方に結合されて縦方向に延び、前記多数の冷媒管に冷媒が分配されるようにする冷媒分配器と、を備え、
　前記冷媒分配器は、請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の冷媒分配器である熱交換器
　二つの冷媒分配器と、当該両冷媒分配器間を接続する複数の伝熱管と、該伝熱管の伝熱面積を拡大するフィンと、を含んでなる熱交換器であって、
　前記冷媒分配器内の一つの空間領域の下部から冷媒が流入し、
　前記冷媒分配器は、伝熱管を接続した横断面が凹字形状の第１部材の内面に、差込み部材である第２部材が嵌合し、狭小流路を形成する熱交換器。
　前記第２部材の外面と、該外面に対抗する前記冷媒分配器内に挿入された伝熱管端面との間隙が、１ｍｍから３ｍｍである
　　ことを特徴とする請求項１６に記載の熱交換器。
　請求項１５に記載の熱交換器を具備している空気調和機。