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WO2025069234A1 - 熱交換器、室外機および空気調和装置 - Google Patents

熱交換器、室外機および空気調和装置 Download PDF

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Publication number
WO2025069234A1
WO2025069234A1 PCT/JP2023/035082 JP2023035082W WO2025069234A1 WO 2025069234 A1 WO2025069234 A1 WO 2025069234A1 JP 2023035082 W JP2023035082 W JP 2023035082W WO 2025069234 A1 WO2025069234 A1 WO 2025069234A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
refrigerant
heat exchanger
heat transfer
tube
header
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/JP2023/035082
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
洋次 尾中
理人 足立
七海 岸田
暁 八柳
崇志 中島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2024524467A priority Critical patent/JP7612110B1/ja
Priority to PCT/JP2023/035082 priority patent/WO2025069234A1/ja
Publication of WO2025069234A1 publication Critical patent/WO2025069234A1/ja
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02Header boxes; End plates
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/22Arrangements for directing heat-exchange media into successive compartments, e.g. arrangements of guide plates

Definitions

  • This technology relates to heat exchangers, outdoor units, and air conditioners.
  • it relates to heat exchangers that have a header that acts as a refrigerant distributor.
  • heat transfer tubes in heat exchangers for air conditioning systems have been made thinner.
  • the number of branches in heat exchangers increases in order to suppress increases in pressure loss of the refrigerant.
  • heat exchangers have been developed in which a pair of headers that distribute the refrigerant are arranged in the vertical direction (up and down). In such heat exchangers, the longitudinal direction of cylindrical tubes with long sides is arranged horizontally (see, for example, Patent Document 1).
  • a two-phase refrigerant consisting of a mixture of liquid and gaseous refrigerant flows into the tubes of the header located at the bottom in the height direction.
  • the liquid refrigerant tends to accumulate in the lower part of the tubes.
  • the amount of refrigerant circulating in the refrigerant circuit decreases.
  • the refrigerant circuit needs to have an amount of refrigerant in the circuit in advance that takes into account the amount of refrigerant that will accumulate in the heat exchanger, and the amount of refrigerant increases accordingly. Therefore, heat exchangers that aim to reduce the amount of refrigerant that accumulates in the header have been proposed (see, for example, Patent Documents 2 and 3).
  • a heat exchanger can reduce the internal volume by reducing the cross-sectional area of the tubes in the header, preventing refrigerant from stagnating.
  • simply reducing the cross-sectional area of the tubes in the header to prevent refrigerant from stagnating can increase pressure loss of the refrigerant inside the tubes, which can lead to poor distribution of the refrigerant.
  • the disclosed heat exchanger, outdoor unit, and air conditioner are intended to solve the problems described above, prevent deterioration of refrigerant distribution, and reduce the amount of refrigerant remaining in the heat exchanger while maintaining high heat exchange performance.
  • the heat exchanger disclosed herein comprises a plurality of heat transfer tubes arranged horizontally and spaced apart from each other, with a flow path for a refrigerant to flow in the height direction, and a header having a cylindrical header tube extending in the direction in which the plurality of heat transfer tubes are arranged.
  • the header tube has a first member having a top wall into which the lower ends of the plurality of heat transfer tubes are inserted and two first side walls extending downward from both ends of the top wall and facing each other, and a second member having a bottom wall and two second side walls extending upward from both ends of the bottom wall and facing each other, the distance between the two second side walls is narrower than the distance between the two first side walls, the height of the first side wall is greater than the height of the second side wall, the first side wall covers a portion of the second side wall to form a cylindrical shape, and the distance from the lower ends of the heat transfer tubes to the bottom wall within the header tube is greater than the distance between the two first side walls.
  • the outdoor unit disclosed herein has the above-mentioned heat exchanger as an outdoor heat exchanger.
  • the air conditioning device comprises the outdoor unit described above, and an indoor unit that has an indoor heat exchanger and a throttling device and conditions the air in the space to be air-conditioned.
  • the distribution header has a first member that forms the top and two side surfaces, and a second member that forms the bottom surface, with the first member covering the second member.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an air conditioning apparatus according to a first embodiment.
  • 1 is a diagram illustrating a configuration of an outdoor unit 200 according to a first embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a heat exchanger 1000 according to a first embodiment.
  • 2 is a diagram showing a part of a cross section of the heat exchanger 1000 according to the first embodiment when viewed from the X direction.
  • FIG. 1 is a diagram showing a portion of a cross section of a heat exchanger 1000 according to embodiment 1 when viewed from the Y direction.
  • 11 is a diagram illustrating the aspect ratio of a header pipe 1110 of a distribution header 1100 according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram (part 1) for explaining the state of the refrigerant in the distribution header 1100 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram (part 2) for explaining the state of the refrigerant in the distribution header 1100 according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram (part 3) for explaining the state of the refrigerant in the distribution header 1100 according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the state of the refrigerant in the distribution header 1100 according to the first embodiment.
  • 11 is a diagram showing a part of a cross section of a heat exchanger 1000 according to a second embodiment when viewed from an X direction.
  • FIG. 1 is a diagram showing a part of a cross section of a heat exchanger 1000 according to a second embodiment when viewed from an X direction.
  • FIG. 11 is a diagram (part 1) for explaining the state of the refrigerant in the distribution header 1100 according to the second embodiment.
  • FIG. 11 is a second diagram for explaining the state of the refrigerant in the distribution header 1100 according to the second embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram (part 3) for explaining the state of the refrigerant in the distribution header 1100 according to the second embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram (part 4) for explaining the state of the refrigerant in the distribution header 1100 according to the second embodiment.
  • the high and low of pressure and temperature are not determined in relation to absolute values, but are determined relatively in the state, operation, etc. of the device, etc.
  • the subscripts may be omitted.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an air conditioner according to the first embodiment.
  • an air conditioner will be described as an example of a refrigeration cycle device.
  • the air conditioner according to the first embodiment has an outdoor unit 200, an indoor unit 100, and two refrigerant pipes 300.
  • the compressor 210, the four-way valve 220, and the outdoor heat exchanger 230 of the outdoor unit 200, and the indoor heat exchanger 110 and the throttling device 120 of the indoor unit 100 are connected by refrigerant pipes 300 to form a refrigerant circuit.
  • the air conditioner according to the first embodiment is assumed to have one outdoor unit 200 and one indoor unit 100 connected by piping. However, the number of connected units is not limited to this.
  • the indoor unit 100 is a device that is installed in the space to be air-conditioned and performs air conditioning.
  • the indoor unit 100 has an indoor heat exchanger 110 and a throttling device 120 that constitute the refrigerant circuit, as well as an indoor blower 130.
  • the throttling device 120 is a device that has an expansion valve that reduces the pressure of the refrigerant and expands it. For example, when the throttling device 120 is configured as an electronic expansion valve, it adjusts the opening degree based on instructions from the control device 400, which will be described later.
  • the indoor heat exchanger 110 is a load-side heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant and the air in the room, which is the space to be air-conditioned.
  • the indoor heat exchanger 110 functions as a condenser, condensing and liquefying the refrigerant.
  • the indoor heat exchanger 110 functions as an evaporator, evaporating and vaporizing the refrigerant.
  • the indoor blower 130 passes indoor air through the indoor heat exchanger 110 and supplies the air that has passed through the indoor heat exchanger 110 to the room.
  • the indoor heat exchanger 110 is described as directly exchanging heat between the refrigerant and the indoor air, but this is not limited to this.
  • the indoor heat exchanger 110 may exchange heat between the refrigerant and water via the medium of water, and the water may exchange heat with the indoor air.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the outdoor unit 200 according to the first embodiment.
  • the outdoor unit 200 is a device installed outside the space to be air-conditioned.
  • the outdoor unit 200 according to the first embodiment is, for example, a top-flow type device having an outlet of the outdoor blower 280 in the center of the top of the housing.
  • the outdoor unit 200 according to the first embodiment has a compressor 210, a four-way valve 220, an outdoor heat exchanger 230, an auxiliary heat exchanger 240, a refrigerant amount control valve 250, a bypass pipe 260, and an accumulator 270 as devices that constitute a refrigerant circuit.
  • the outdoor unit 200 also has an outdoor blower 280.
  • the compressor 210 compresses the refrigerant that is sucked in and discharges it.
  • the compressor 210 is, for example, a scroll compressor, a reciprocating compressor, or a vane compressor.
  • the air conditioning apparatus in the first embodiment has, for example, an inverter device (not shown) and can arbitrarily change the drive frequency of the power supplied to the compressor 210. By changing the drive frequency, the motor (not shown) of the compressor 210 can change the rotation speed and change the drive capacity of the compressor 210.
  • the four-way valve 220 which serves as the refrigerant flow switching device, is a valve that switches the flow of refrigerant depending on, for example, whether the device is in cooling operation or heating operation.
  • the four-way valve 220 connects the discharge side of the compressor 210 to the indoor heat exchanger 110, and also connects the suction side of the compressor 210 to the outdoor heat exchanger 230.
  • the four-way valve 220 connects the discharge side of the compressor 210 to the outdoor heat exchanger 230, and also connects the suction side of the compressor 210 to the indoor heat exchanger 110.
  • the example shows the use of the four-way valve 220, but the flow switching device is not limited to this.
  • the flow switching device may be, for example, a combination of multiple two-way valves.
  • the outdoor heat exchanger 230 exchanges heat between the refrigerant and the outdoor air.
  • the outdoor heat exchanger 230 in the first embodiment functions as an evaporator during heating operation, evaporating and vaporizing the refrigerant.
  • the outdoor heat exchanger 230 functions as a condenser, condensing and liquefying the refrigerant.
  • the outdoor heat exchanger 230 has two heat exchangers, 1000A and 1000B.
  • the heat exchanger 1000A and the heat exchanger 1000B are connected by piping so that they are parallel to each other. Details of the heat exchanger 1000 (heat exchanger 1000A and heat exchanger 1000B) will be described later.
  • the outdoor heat exchanger 230 is described as exchanging heat between the refrigerant and the outdoor air, but it may also exchange heat between another external fluid and the refrigerant.
  • the outdoor blower 280 passes air from outside the outdoor unit 200 through the outdoor heat exchanger 230, forming a flow of air that flows out from inside the outdoor unit 200.
  • the auxiliary heat exchanger 240 has, for example, a double pipe or a plate heat exchanger.
  • the auxiliary heat exchanger 240 supercools the refrigerant flowing out from the outdoor heat exchanger 230 during cooling operation.
  • the auxiliary heat exchanger 240 is a refrigerant-to-refrigerant heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant flowing out from the outdoor heat exchanger 230 and flowing through the main refrigerant circuit toward the indoor heat exchanger 110 and the refrigerant that has passed through the bypass piping 260 and the refrigerant amount control valve 250.
  • the bypass piping 260 is a piping that forms a bypass flow path.
  • the bypass flow path is a flow path in which, during cooling operation, a portion of the refrigerant that has passed through the main refrigerant circuit side of the auxiliary heat exchanger 240 branches off, passes through the refrigerant amount control valve 250 and the bypass flow path side of the auxiliary heat exchanger 240, and flows into the piping on the refrigerant inlet side of the accumulator 270.
  • the refrigerant amount control valve 250 is a refrigerant amount control device that is arranged in the bypass piping 260 and adjusts the amount of refrigerant passing through the bypass piping 260.
  • the refrigerant amount control valve 250 reduces the pressure of a portion of the refrigerant that has passed through the auxiliary heat exchanger 240 and branched off, and allows it to pass through the bypass flow path side of the auxiliary heat exchanger 240.
  • the accumulator 270 is installed on the suction side of the compressor 210.
  • the accumulator 270 passes gaseous refrigerant (hereinafter referred to as gas refrigerant) and stores liquid refrigerant (hereinafter referred to as liquid refrigerant).
  • the control device 400 controls the equipment of the air conditioning system.
  • the control device 400 controls the throttling device 120, the compressor 210, the refrigerant amount adjustment valve 250, etc.
  • the control device 400 can be configured with hardware such as a circuit device that realizes its functions. It can also be configured with a calculation device having a microcomputer, CPU, etc., and software. The calculation device executes and processes the software to realize control.
  • each device of the air conditioner will be described based on the flow of the refrigerant.
  • the operation of each device of the refrigerant circuit in heating operation will be described based on the flow of the refrigerant.
  • the control device 400 closes the refrigerant amount control valve 250.
  • the solid arrows in FIG. 1 indicate the flow of the refrigerant in heating operation.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant compressed and discharged by the compressor 210 passes through the four-way valve 220 and flows into the indoor heat exchanger 110.
  • the gas refrigerant condenses and liquefies by, for example, exchanging heat with the air in the space to be air-conditioned.
  • the condensed and liquefied refrigerant passes through the throttling device 120.
  • the refrigerant is decompressed when passing through the throttling device 120.
  • the refrigerant decompressed in the throttling device 120 to a gas-liquid two-phase state passes through the auxiliary heat exchanger 240 and the outdoor heat exchanger 230.
  • the refrigerant amount control valve 250 is closed, no heat exchange occurs between the refrigerants in the auxiliary heat exchanger 240.
  • the refrigerant evaporates by exchanging heat with the outdoor air sent from the outdoor blower 280, and the gasified refrigerant passes through the four-way valve 220 and the accumulator 270, and is sucked back into the compressor 210. In this manner, the refrigerant in the air conditioner circulates to perform air conditioning related to heating.
  • the control device 400 adjusts the refrigerant amount control valve 250 to pass a portion of the refrigerant passing through the main refrigerant circuit through the bypass piping 260.
  • the dotted arrows in FIG. 1 indicate the flow of the refrigerant during the cooling operation.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant compressed and discharged by the compressor 210 passes through the four-way valve 220 and flows into the outdoor heat exchanger 230.
  • the refrigerant then passes through the outdoor heat exchanger 230 and exchanges heat with the outdoor air supplied by the outdoor blower 280, causing it to condense and become liquefied.
  • the liquefied refrigerant passes through the expansion device 120.
  • the refrigerant is decompressed as it passes through the expansion device 120, and becomes a two-phase gas-liquid state.
  • the refrigerant that has been decompressed and become a two-phase gas-liquid state in the expansion device 120 passes through the indoor heat exchanger 110. Then, in the indoor heat exchanger 110, for example, the refrigerant evaporates by exchanging heat with the air in the space to be air-conditioned, and the gasified refrigerant passes through the four-way valve 220 and is sucked back into the compressor 210. In this way, the refrigerant in the air conditioner circulates, and air conditioning related to cooling is performed.
  • ⁇ Configuration of heat exchanger 1000> 3 is a diagram illustrating the configuration of the heat exchanger 1000 according to the first embodiment.
  • the outdoor heat exchanger 230 has a corrugated fin tube type heat exchanger 1000 of a parallel piping type.
  • the up-down direction in the heat exchanger 1000 is defined as the Z direction (height direction).
  • the direction perpendicular to the Z direction is defined as the horizontal direction.
  • a certain direction is defined as the X direction (vertical horizontal direction), and the direction perpendicular to the X direction is defined as the Y direction (horizontal horizontal direction).
  • the outdoor heat exchanger 230 of the outdoor unit 200 has two heat exchangers 1000 (heat exchanger 1000A and heat exchanger 1000B). Heat exchanger 1000A and heat exchanger 1000B are each connected by piping in parallel in the refrigerant circuit. However, the number and form of connections in the refrigerant circuit of embodiment 1 are not limited to this.
  • Each heat exchanger 1000 has two distribution headers 1100 (distribution header 1100A and distribution header 1100B), a folded header 1200, a number of heat transfer tubes 1300, and a number of corrugated fins 1400.
  • a pair of headers consisting of two distribution headers 1100 and a folded header 1200 are arranged above and below in the Z direction.
  • equipment such as the compressor 210 is installed below the outdoor unit 200.
  • the folded header 1200 is located on the upper side, and the two distribution headers 1100 that serve as refrigerant distributors are located below the folded header 1200.
  • a number of heat transfer tubes 1300 are arranged in line along the Y direction between the two distribution headers 1100 and the turn-back header 1200. As described below, the heat transfer tubes 1300 in the first embodiment have a flattened cross section. Here, a group of a number of heat transfer tubes 1300 is arranged in two rows, with the flat surfaces facing each other perpendicular to the distribution header 1100 and the turn-back header 1200 and parallel to each other. The group of heat transfer tubes 1300 in one row is connected to one distribution header 1100.
  • the distribution header 1100 which serves as a refrigerant distributor, is connected to other devices constituting the refrigeration cycle device by piping, and the refrigerant, which is a fluid that serves as a heat exchange medium, flows in and out, and the refrigerant branches or merges.
  • the distribution header 1100 has a header pipe 1110 (header pipe 1110A and header pipe 1110B) and a refrigerant inlet/outlet pipe 1120 (refrigerant inlet/outlet pipe 1120A and refrigerant inlet/outlet pipe 1120B).
  • the header pipe 1110 is a long cylindrical pipe.
  • the distribution header 1100 also has a refrigerant inlet/outlet pipe 1120 through which the refrigerant from the outside flows in and out.
  • the longitudinal direction of the header pipe 1110 is assumed to be along the Y direction, which is the arrangement direction of the multiple heat transfer pipes 1300. The structure of the distribution header 1100 will be further explained later.
  • the folded header 1200 also functions as a bridge, joining the refrigerant flowing in from the group of heat transfer tubes 1300 in one row and branching it out to the group of heat transfer tubes 1300 in the other row.
  • the heat transfer tube 1300 in the first embodiment has a flat cross section, and the outer surface on the long side of the flat shape along the depth direction, which is the air flow direction, is flat, and the outer surface on the short side perpendicular to the long side is curved.
  • the heat transfer tube 1300 in the first embodiment is a multi-hole flat heat transfer tube having a plurality of holes that serve as a flow path for the refrigerant inside the tube.
  • the holes of the heat transfer tube 1300 are formed facing the Z direction because they serve as a flow path between the distribution header 1100 and the turn-back header 1200.
  • the heat transfer tubes 1300 are arranged at equal intervals in the X direction with the outer surfaces on the long sides facing each other.
  • each heat transfer tube 1300 is inserted into an insertion hole (not shown) of the distribution header 1100 and the turn-back header 1200, and is brazed and joined.
  • each heat transfer tube 1300 is inserted into the top surface of the distribution header 1100 and joined to the top wall 1111B described below.
  • a brazing material containing aluminum is used for the brazing. This allows the distribution header 1100 and the turn-back header 1200 to communicate with the inside of each heat transfer tube 1300.
  • corrugated fins 1400 are arranged between the flat surfaces of the arranged heat transfer tubes 1300 facing each other.
  • the corrugated fins 1400 are arranged to increase the heat transfer area between the refrigerant and the outside air.
  • the corrugated fins 1400 are formed by corrugating a plate material, and folding the plate material into a corrugated shape by repeated mountain folds and valley folds, forming an accordion-like shape.
  • the folded parts due to the unevenness created by the corrugated shape become the apex of the corrugated shape.
  • the apex of the corrugated fins 1400 are aligned in the Z direction.
  • the corrugated fins 1400 are in surface contact with the apex of the corrugated shape and the flat surface of the heat transfer tube 1300.
  • the contact parts are brazed and joined with a brazing material.
  • the plate material of the corrugated fins 1400 is made of, for example, an aluminum alloy.
  • the surface of the plate material is clad with a brazing material layer.
  • the clad brazing material layer is based on, for example, an aluminum-silicon-based brazing material that contains aluminum.
  • FIG. 4 is a diagram showing a part of a cross section of the heat exchanger 1000 according to embodiment 1 when viewed from the X direction.
  • FIG. 5 is a diagram showing a part of a cross section of the heat exchanger 1000 according to embodiment 1 when viewed from the Y direction.
  • the header pipe 1110 of the distribution header 1100 is a refrigerant distribution pipe that has a long tubular shape.
  • the header pipe 1110 has a first member 1111, a second member 1112, and a cover body 1113.
  • the lid 1113 shown in FIG. 4 closes the openings at both ends of the tube formed by combining the first member 1111 and the second member 1112, and serves as a lid that separates the space inside the tube from the space outside the tube.
  • the lid 1113 is joined to the first member 1111 and the second member 1112 at both ends of the tube.
  • one lid 1113 has the refrigerant inlet/outlet pipe 1120 described above.
  • the first member 1111 is an inverted U-shaped semi-open member that forms the top surface and flat side surface of the header tube 1110, which is a long tubular shape extending in the Y direction.
  • the first member 1111 has a first side wall 1111A and a top wall 1111B.
  • the top wall 1111B is a wall into which the multiple heat transfer tubes 1300 are inserted and joined.
  • the top wall 1111B of the first embodiment is a wall having a curved surface, and forms an arc shape when the heat exchanger 1000 is viewed from the Y direction.
  • the two first side walls 1111A extend downward from first connection portions 1111C, which are connection portions at both ends of the top wall 1111B, and are walls that face each other.
  • each of the first side walls 1111A has a bent shape in which the lower end first side wall lower end 1111D, which is the lower end of the first side wall 1111A, is bent in a direction in which the distance between the walls becomes shorter. Therefore, each of the first side walls 1111A can cover up to a part of the bottom wall 1112B of the second member 1112 described later, and support the second member 1112 by embracing it. In addition, the bonding area between the inner surface of the first side wall lower end 1111D and the outer surface of the bottom wall 1112B can be increased.
  • the second member 1112 is a member that forms the bottom surface of the cylindrical header tube 1110.
  • the second member 1112 has a second side wall 1112A and a bottom wall 1112B.
  • the bottom wall 1112B is a wall that forms the bottom surface of the header tube 1110.
  • the bottom wall 1112B of the first embodiment is a wall having a curved surface, and forms an arc shape when the heat exchanger 1000 is viewed from the Y direction.
  • the two second side walls 1112A each extend upward from a second connection portion 1112C that is a connection portion at both ends of the bottom wall 1112B, and form walls that face each other.
  • the distance between the two second side walls 1112A is narrower than the distance between the two first side walls 1111A.
  • the height of each second side wall 1112A is lower than the height of the first side wall 1111A.
  • the second member 1112 is placed in the space formed by the first side wall 1111A and top wall 1111B of the first member 1111, and is joined to the first member 1111.
  • a portion of the inner wall surface of the first side wall 1111A of the first member 1111 is joined to the outer wall surface of a portion of the second side wall 1112A and bottom wall 1112B of the second member 1112.
  • the bending radius at the first connection portion 1111C of the first member 1111 is R1
  • the bending radius at the second connection portion 1112C of the second member 1112 is R2.
  • the bending radius R1 and the bending radius R2 have a relationship of R2 ⁇ R1.
  • the top wall 1111B of the first member 1111 and the bottom wall 1112B of the second member 1112 form an arc shape when viewed from the Y direction.
  • the radius of the arc of the bottom wall 1112B is larger than the radius of the arc of the top wall 1111B. Therefore, the curve of the bottom wall 1112B is gentler and closer to a straight line. As a result, the volume of the lower part of the header pipe 1110 is smaller.
  • the header tube 1110 of the distribution header 1100 has a long, flat shape with a different aspect ratio when viewed from the X direction, with a long vertical length (length in the Z direction) and a short horizontal length (length in the X direction). For example, in FIG.
  • the aspect ratio (vertical length/horizontal length) of the header tube 1110 of the distribution header 1100 is approximately 1.41 when viewed from the outer surface of the tube. Also, the aspect ratio is approximately 1.47 when viewed from the inner surface of the tube.
  • the aspect ratio of the header pipe 1110 is not limited to the ratio shown in FIG. 5. For example, if the distribution deviation is less than 30%, it can be said that there is little bias in the refrigerant distribution. As a result of trials, it was found that the effect of refrigerant distribution is effective when the aspect ratio of the header pipe 1110 is in the range of 1 ⁇ aspect ratio (length/width) ⁇ 2.4 as shown in FIG. 6, since the distribution deviation is less than 30%.
  • the aspect ratio of length/width in the space inside the pipe is 1.2 or more and 2 or less.
  • Such a range is effective in terms of both good refrigerant distribution and suppressing an increase in stagnant refrigerant.
  • Figures 7 to 10 are diagrams (1) to (4) explaining the state of the refrigerant in the distribution header 1100 according to the first embodiment.
  • Figures 7 to 10 are schematic diagrams showing the first member 1111 and the second member 1112 of the distribution header 1100 and the heat transfer tube 1300.
  • a gas-liquid two-phase refrigerant flows into the distribution header 1100.
  • the gas refrigerant in the gas-liquid two-phase refrigerant is concentrated at the top and the liquid refrigerant is concentrated at the bottom.
  • the liquid refrigerant forms a wavy flow in the tubes of the distribution header 1100.
  • the positional relationship between the liquid refrigerant that collects at the bottom and the lower end 1310 of the heat transfer tube 1300 is represented as the liquid level 2000.
  • the liquid level 2000 is a virtual surface, and in reality, as shown by the liquid level 2000 in Figures 7 to 10, the boundary surface between the gas refrigerant and the liquid refrigerant is not fixed.
  • FIG. 7 is a view from the Y direction of the state of the refrigerant in the distribution header 1100 according to embodiment 1, in which the Z-direction distance H between the heat transfer tube lower end 1310 and the bottom wall 1112B is longer than the X-direction distance W between the two first side walls 1111A.
  • FIG. 8 is a view from the X direction of the state of the refrigerant shown in FIG. 7.
  • FIG. 9 is a view from the Y direction of the state of the refrigerant in a distribution header 1100 having the same cross-sectional area as FIG. 7, but in which the distance H is shorter than the distance W.
  • FIG. 10 is a view from the X direction of the state of the refrigerant shown in FIG. 9.
  • the change in the Y direction of the liquid level 2000 becomes large, and in the heat transfer tube 1300 that is not close to the refrigerant inlet/outlet tube 1120, less liquid refrigerant passes through the heat transfer tube 1300. Therefore, the position of the heat transfer tube 1300 causes a bias in the ratio of gas refrigerant to liquid refrigerant.
  • liquid refrigerant can pass even through heat transfer tubes 1300 that are not close to the refrigerant inlet/outlet tube 1120, and the ratio of gas refrigerant and liquid refrigerant passing through each heat transfer tube 1300 can be made more uniform.
  • the distribution header 1100 has a first member 1111 which forms the top surface and two side surfaces, and a second member 1112 which forms the bottom surface, and is configured in such a way that the first member 1111 covers the second member 1112.
  • the distribution header 1100 is shaped so that the distance H between the heat transfer tube lower end 1310 of the heat transfer tube 1300 and the bottom wall 1112B is longer than the distance W between the two first side walls 1111A.
  • the lower area in the distribution header 1100 is reduced, and the cross-sectional area does not need to be reduced, and pressure loss can be reduced compared to when the tube diameter is simply reduced. This makes it possible to reduce the amount of refrigerant remaining in the heat exchanger 1000 while improving the distribution of the refrigerant flowing into each heat transfer tube 1300 to reduce bias. Therefore, the amount of refrigerant in the entire refrigerant circuit can be reduced.
  • first side wall 1111A of the first member 1111 is configured such that the opposing first side wall lower ends 1111D are bent in a direction narrowing the gap between them.
  • first side wall 1111A covers a portion of the outer surface of the bottom wall 1112B of the second member 1112 at the first side wall lower ends 1111D, and embraces the second member 1112, thereby increasing the bonding area with the second member 1112.
  • the bending radius R2 of the second connection portion 1112C and the bending radius R1 of the first connection portion 1111C are shaped so that the relationship R2 ⁇ R1 is satisfied.
  • the radius of the arc at the bottom wall 1112B of the second member 1112 is shaped to be larger than the radius of the arc at the top wall 1111B of the first member 1111. This makes it possible to reduce the lower area within the distribution header 1100.
  • Fig. 11 is a diagram showing a part of a cross section of the heat exchanger 1000 according to the second embodiment when viewed from the X direction.
  • Fig. 12 is a diagram showing a part of a cross section of the heat exchanger 1000 according to the second embodiment when viewed from the Y direction.
  • the members and the like having the same reference numerals as those in Figs. 4 and 5 perform the same functions and operations as those described in the first embodiment.
  • the distribution header 1100 in the heat exchanger 1000 of the second embodiment is a double-structure refrigerant distributor having an outer pipe 1110C and an inner pipe 1120C.
  • the outer pipe 1110C is a pipe formed by combining a first member 1111 and a second member 1112, similar to the header pipe 1110 described in the first embodiment.
  • the inner pipe 1120C is a long pipe that is installed inside the outer pipe 1110C along the outer pipe 1110C.
  • the refrigerant inlet/outlet pipes 1120 are integrated with the inner pipe 1120C.
  • the dimensional centerline of the outer pipe 1110C in the Z direction is line E-E
  • the dimensional centerline of the inner pipe 1120C in the Z direction is line F-F.
  • line F-F is lower than line E-E in the Z direction.
  • the inner tube 1120C has an orifice 1121 that serves as a refrigerant outflow hole.
  • the refrigerant flowing out from the orifice 1121 is sprayed into the space between the inner tube 1120C and the outer tube 1110C, and flows from the outer tube 1110C into the heat transfer tube 1300.
  • the two-phase gas-liquid refrigerant that flows into the inside of the inner tube 1120C from the refrigerant inlet/outlet tube 1120 is agitated when it flows out from the orifice 1121 into the space between the inner tube 1120C and the outer tube 1110C.
  • the liquid refrigerant and the gas refrigerant become nearly homogeneous.
  • the orifice 1121 in the second embodiment is not directly below the inner tube 1120C, but is obliquely below the inner tube 1120C and is oriented so as to spray the gas-liquid two-phase refrigerant onto the leeward side of the air passing through the heat exchanger 1000.
  • the heat transfer tube 1300 is a multi-hole flat heat transfer tube. Therefore, the heat transfer tube 1300 has multiple flow paths along the X direction, which is the direction in which the air passes.
  • the heat transfer tube 1300 has multiple flow paths along the X direction, which is the direction in which the air passes.
  • a liquid-rich refrigerant having a higher proportion of liquid refrigerant in the gas-liquid two-phase refrigerant is supplied to the upwind flow path of the heat transfer tube 1300. Therefore, a large amount of liquid refrigerant can be distributed to the upwind side where the temperature difference between the refrigerant and the air is large, improving the heat transfer performance.
  • the force of the ejection prevents the liquid refrigerant from accumulating. This allows for a reduction in the amount of refrigerant used.
  • the orifice 1121 is located at a position S in the Z direction that is higher than the position T of the second side wall upper end 1112D, which is the upper end of the second side wall 1112A of the second member 1112 of the outer tube 1110C. This allows the gas-liquid two-phase refrigerant to be ejected from the orifice 1121 without reducing its force, preventing the liquid refrigerant from accumulating.
  • FIGS. 13 to 16 are diagrams (part 1) to (part 4) explaining the state of the refrigerant in the distribution header 1100 according to the second embodiment.
  • FIGS. 13 to 16 show the outer tube 1110C (first member 1111 and second member 1112), inner tube 1120C, and heat transfer tube 1300 of the distribution header 1100.
  • the liquid level 2000 is a noodle, similar to that described in the first embodiment.
  • FIG. 13 is a view from the Y direction of the state of the refrigerant in the distribution header 1100 according to the second embodiment, in which the distance H in the Z direction between the lower end 1310 of the heat transfer tube and the bottom wall 1112B is longer than the distance W in the X direction between the two first side walls 1111A.
  • FIG. 14 is a view from the X direction of the state of the refrigerant shown in FIG. 13.
  • FIG. 15 is a view from the Y direction of the state of the refrigerant in a distribution header 1100 of FIG. 13, in which the cross-sectional area is the same, but the distance H is shorter than the distance W.
  • FIG. 16 is a view from the X direction of the state of the refrigerant shown in FIG. 15.
  • the distance between the lower end 1310 of the heat transfer tube 1300 and the orifice 1121 of the inner tube 1120C becomes closer. Therefore, the refrigerant that sprays out from the orifice 1121 has a large effect. For example, as shown in FIG. 16, a lot of liquid refrigerant passes through the heat transfer tube 1300 close to the refrigerant inlet/outlet tube 1120 on the refrigerant inlet side, and there are parts in the tube where the liquid refrigerant is less at positions away from the refrigerant inlet/outlet tube 1120.
  • the change in the liquid level 2000 in the Y direction becomes large, and in the heat transfer tube 1300 that is not close to the refrigerant inlet/outlet tube 1120, less liquid refrigerant passes through the heat transfer tube 1300. Therefore, the position of the heat transfer tube 1300 causes a bias in the ratio of gas refrigerant to liquid refrigerant.
  • the distance between the lower end 1310 of the heat transfer tube 1300 and the orifice 1121 of the inner tube 1120C is greater than in the case of FIG. 15. Therefore, the effect of the orifice 1121 is less when the refrigerant passes through the heat transfer tube 1300.
  • the liquid refrigerant that does not pass through the heat transfer tube 1300 close to the refrigerant inlet/outlet tube 1120 reaches a position away from the refrigerant inlet/outlet tube 1120, so that the change in the liquid level 2000 in the Y direction in the outer tube 1110C of the distribution header 1100 is small.
  • the liquid refrigerant can pass through, and the ratio of gas refrigerant and liquid refrigerant passing through each heat transfer tube 1300 can be made more uniform.
  • the distribution header 1100 is a refrigerant distributor having a double-tube structure with an outer tube 1110C and an inner tube 1120C.
  • the outer tube 1110C has a first member 1111 which forms the top surface and two side surfaces, and a second member 1112 which forms the bottom surface.
  • the second member 1112 is also configured to be covered by the first member 1111.
  • the distribution header 1100 is shaped so that the distance H between the heat transfer tube lower end 1310 of the heat transfer tube 1300 and the bottom wall 1112B is longer than the distance W between the two first side walls 1111A.
  • a space is provided between the heat transfer tube lower end 1310 of the heat transfer tube 1300 and the orifice 1121 of the inner tube 1120C. This makes it possible to reduce the amount of refrigerant remaining in the heat exchanger 1000 while improving the distribution of the refrigerant flowing into each heat transfer tube 1300. Therefore, the amount of refrigerant in the entire refrigerant circuit can be reduced.
  • the second member 1112 of the outer pipe 1110C is located lower in the Z direction than the multiple orifices 1121, so the two-phase gas-liquid refrigerant can be ejected from the orifices 1121 while maintaining its momentum, thereby reducing the amount of liquid refrigerant.
  • the dimensional center position of the inner pipe 1120C in the Z direction is lower than the dimensional center position of the outer pipe 1110C in the Z direction, so the internal volume of the space below the outer pipe 1110C can be reduced, and the amount of refrigerant remaining in the heat exchanger 1000 can be reduced.
  • the position of the orifice 1121 of the inner tube 1120C in the Z direction is higher than the position of the second side wall upper end 1112D of the second side wall 1112A in the Z direction.
  • gas-liquid two-phase refrigerant with a high proportion of liquid refrigerant flows into the flow path on the upwind side, and gas-liquid refrigerant with a high proportion of gas refrigerant can be flowed into the flow path on the downwind side. This improves the heat exchange efficiency in the heat exchanger 1000.
  • Fig. 17 is a diagram showing a part of a cross section of the heat exchanger 1000 according to the third embodiment as viewed from the Y direction.
  • the members and the like having the same reference numerals as those in Figs. 5 and 12 perform the same functions and operations as those described in the first and second embodiments.
  • the second side wall upper end 1112D of the second side wall 1112A of the second member 1112 of the outer tube 1110C is chamfered.
  • the diameter of the inner tube 1120C can be increased by the amount of the corner that is removed. This allows the internal volume of the space within the inner tube 1120C to be increased.
  • the internal volume of the space other than the inner tube 1120C in the space within the outer tube 1110C can be reduced.
  • the internal volume of the lower part of the space within the outer tube 1110C can be reduced, thereby reducing the area where liquid refrigerant is likely to stagnate.
  • Fig. 18 is a diagram showing a part of a cross section of the heat exchanger 1000 according to the fourth embodiment when viewed from the Y direction.
  • the members and the like having the same reference numerals as those in Figs. 5 and 12 perform the same functions and operations as those described in the first and second embodiments.
  • the inner tube 1120C has a flat top surface and curved other surfaces, giving it a D-shaped cross section. Because the cross section of the inner tube 1120C is D-shaped, the cross-sectional area of the inner tube 1120C can be increased, and the internal volume of the space within the tube can be increased. When the internal volume of the space within the inner tube 1120C is increased, the internal volume of the space within the outer tube 1110C other than the inner tube 1120C can be reduced. In particular, the internal volume of the lower part of the space within the outer tube 1110C can be reduced, thereby reducing the area where liquid refrigerant is likely to stagnate.

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Abstract

開示に係る熱交換器は、水平方向に沿って並んで間を隔てて配置され、高さ方向に冷媒が流れる流路を有する複数の伝熱管と、複数の伝熱管が配置された方向に沿って延びる筒状のヘッダ管を有するヘッダとを備え、ヘッダ管は、複数の伝熱管の下端側が挿入される天面壁および天面壁の両端から下方に延びて対向する2つの第1側面壁を有する第1部材と、底面壁および底面壁の両端から上方に延びて対向する2つの第2側面壁を有する第2部材とを有し、2つの第2側面壁の間の距離が、2つの第1側面壁の間の距離よりも狭く、第1側面壁の高さが第2側面壁の高さよりも高く、第1側面壁が第2側面壁の一部を覆って筒状となり、ヘッダ管内における伝熱管の下端から底面壁までの距離が、2つの第1側面壁の間の距離よりも長いものである。

Description

熱交換器、室外機および空気調和装置
 この技術は、熱交換器、室外機および空気調和装置に関するものである。特に、冷媒分配器となるヘッダを有する熱交換器などに関するものである。
 近年、冷媒量削減および熱交換器の高性能化をはかるため、空気調和装置用の熱交換器において、伝熱管の細管化が進められている。伝熱管の細管化が進む中で、冷媒の圧力損失増加を抑制するために、熱交換器は分岐数が増加する。このような多分岐分配に対応するために、冷媒の分配などを行う一対のヘッダを、高さ方向(上下方向)にそれぞれ配設した熱交換器が開発されている。このような熱交換器では、筒状で側面が長尺な管の長手方向が水平方向に沿って配置される(たとえば、特許文献1参照)。
 熱交換器が蒸発器として機能する場合、液状の冷媒と気体状の冷媒とが混在する二相冷媒が、高さ方向において、下側に位置するヘッダの管内に流入する。このとき、ヘッダでは、液状の冷媒が、管内の下部に滞留しやすくなる。熱交換器に冷媒が滞留すると、冷媒回路内を循環する冷媒量が少なくなる。冷媒回路内を循環する冷媒量を維持するため、冷媒回路では、熱交換器内の滞留分を考慮した量の冷媒を、あらかじめ回路内に有する必要があり、その分、冷媒量が増加する。そこで、ヘッダに滞留する冷媒量の削減をはかる熱交換器が提案されている(たとえば、特許文献2および特許文献3参照)。
特開平08-005194号公報 特表2014-512502号公報 国際公開第2019/078066号
 以上のように、熱交換器は、ヘッダにおける管の断面積を小さくして内容積を減らし、冷媒が滞留しないようにすることができる。ただ、ヘッダにおいて、単に管の断面積を小さくして冷媒の滞留を抑制するだけでは、管内において、冷媒の圧力損失が増加するなどして、冷媒の分配がうまくできないなどの可能性がある。
 そこで、開示に係る熱交換器、室外機および空気調和装置は、上記のような課題を解決し、冷媒分配の悪化を抑制し、熱交換性能を高く維持しつつ、熱交換器に滞留する冷媒量を低減しようとするものである。
 この開示に係る熱交換器は、水平方向に沿って並んで間を隔てて配置され、高さ方向に冷媒が流れる流路を有する複数の伝熱管と、複数の伝熱管が配置された方向に沿って延びる筒状のヘッダ管を有するヘッダとを備え、ヘッダ管は、複数の伝熱管の下端側が挿入される天面壁および天面壁の両端から下方に延びて対向する2つの第1側面壁を有する第1部材と、底面壁および底面壁の両端から上方に延びて対向する2つの第2側面壁を有する第2部材とを有し、2つの第2側面壁の間の距離が、2つの第1側面壁の間の距離よりも狭く、第1側面壁の高さが第2側面壁の高さよりも高く、第1側面壁が第2側面壁の一部を覆って筒状となり、ヘッダ管内における伝熱管の下端から底面壁までの距離が、2つの第1側面壁の間の距離よりも長いものである。
 また、この開示に係る室外機は、上記の熱交換器を、室外側熱交換器として有するものである。
 そして、この開示に係る空気調和装置は、上記の室外機と、室内側熱交換器および絞り装置を有し、空調対象空間の空気を調和する室内機とを備えるものである。
 開示に係る熱交換器、室外機および空気調和装置によれば、分配ヘッダは、天面および2つの側面となる第1部材および底面となる第2部材を有し、第2部材を第1部材が覆う形で構成する。第2部材が分配ヘッダの底面として設置されることで、分配ヘッダの下部において液冷媒が滞留する領域を減らし、滞留する冷媒を少なくすることができる。このとき、分配ヘッダは、縦長の形状とすることで、断面積を減らさなくても滞留する冷媒を少なくすることができ、圧力損失の低減をはかることができる。このため、伝熱管に流入する冷媒の分配を改善して熱交換性能を高く維持しつつ、熱交換器に滞留する冷媒量を低減することができる。したがって、冷媒回路全体の冷媒量を削減することができる。
実施の形態1に係る空気調和装置の構成を示す図である。 実施の形態1に係る室外機200の構成を説明する図である。 実施の形態1に係る熱交換器1000の構成を説明する図である。 実施の形態1に係る熱交換器1000をX方向から見たときの断面の一部を示す図である。 実施の形態1に係る熱交換器1000をY方向から見たときの断面の一部を示す図である。 実施の形態1に係る分配ヘッダ1100のヘッダ管1110における縦横比率について説明する図である。 実施の形態1に係る分配ヘッダ1100内における冷媒の状態を説明する図(その1)である。 実施の形態1に係る分配ヘッダ1100内における冷媒の状態を説明する図(その2)である。 実施の形態1に係る分配ヘッダ1100内における冷媒の状態を説明する図(その3)である。 実施の形態1に係る分配ヘッダ1100内における冷媒の状態を説明する図(その4)である。 実施の形態2に係る熱交換器1000をX方向から見たときの断面の一部を示す図である。 実施の形態2に係る熱交換器1000をY方向から見たときの断面の一部を示す図である。 実施の形態2に係る分配ヘッダ1100内における冷媒の状態を説明する図(その1)である。 実施の形態2に係る分配ヘッダ1100内における冷媒の状態を説明する図(その2)である。 実施の形態2に係る分配ヘッダ1100内における冷媒の状態を説明する図(その3)である。 実施の形態2に係る分配ヘッダ1100内における冷媒の状態を説明する図(その4)である。 実施の形態3に係る熱交換器1000をY方向から見たときの断面の一部を示す図である。 実施の形態4に係る熱交換器1000をY方向から見たときの断面の一部を示す図である。
 以下、実施の形態に係る熱交換器、室外機および空気調和装置について、図面などを参照しながら説明する。以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一また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、図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。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。特に、構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適用することができる。また、図における上方を「上」とし、下方を「下」として説明する。また、圧力および温度の高低については、特に絶対的な値との関係で高低が定まっているものではなく、装置などにおける状態、動作などにおいて相対的に定まるものとする。また、添字で区別などしている複数の同種の機器などについて、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、添字などを省略して記載する場合がある。
実施の形態1.
<空気調和装置の構成>
 図1は、実施の形態1に係る空気調和装置の構成を示す図である。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。図1に示すように、実施の形態1の空気調和装置は、室外機200、室内機100および2本の冷媒配管300を有する。そして、室外機200が有する圧縮機210、四方弁220および室外側熱交換器230と室内機100が有する室内側熱交換器110および絞り装置120が、冷媒配管300により配管接続され、冷媒回路を構成する。ここで、実施の形態1の空気調和装置は、1台の室外機200と1台の室内機100が配管接続されているものとする。ただし、接続台数は、これに限定するものではない。
 室内機100は、空気調和対象空間内に設置され、空気調和を行う装置である。室内機100は、冷媒回路を構成する室内側熱交換器110および絞り装置120のほかに、室内送風機130を有する。絞り装置120は、冷媒を減圧して膨張させる膨張弁などを有する機器である。絞り装置120は、たとえば、電子式膨張弁などで構成した場合は、後述する制御装置400などの指示に基づいて開度調整を行う。また、室内側熱交換器110は、空気調和対象空間である室内の空気と冷媒との熱交換を行う負荷側の熱交換器である。たとえば、暖房運転時においては、室内側熱交換器110は、凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。また、冷房運転時においては、室内側熱交換器110は、蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。室内送風機130は、室内側熱交換器110に室内の空気を通過させ、室内側熱交換器110を通過させた空気を室内に供給する。ここでは、室内側熱交換器110は、冷媒と室内の空気とを直接的に熱交換するものとして説明するが、これに限定しない。室内側熱交換器110は、たとえば、水を媒介して、冷媒と水とを熱交換し、水が室内の空気と熱交換を行うようにしてもよい。
 図2は、実施の形態1に係る室外機200の構成を説明する図である。室外機200は、空気調和対象空間外に設置される装置である。ここで、実施の形態1の室外機200は、たとえば、筐体の上部中央に室外送風機280の吹き出し口を有するトップフロー型の装置である。実施の形態1の室外機200は、図1に示すように、冷媒回路を構成する機器として、圧縮機210、四方弁220、室外側熱交換器230、補助熱交換器240、冷媒量調整弁250、バイパス配管260およびアキュムレータ270を有する。また、室外機200は、室外送風機280を有する。圧縮機210は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。圧縮機210は、たとえば、スクロール型圧縮機、レシプロ型圧縮機またはベーン型圧縮機などである。ここで、実施の形態1における空気調和装置は、たとえば、インバータ装置(図示せず)などを有し、圧縮機210に供給する電力の駆動周波数を任意に変化させることができる。駆動周波数を変化させることにより、圧縮機210が有するモータ(図示せず)は、回転数を変え、圧縮機210の駆動容量を変化させることができる。
 冷媒流路切替装置となる四方弁220は、たとえば、冷房運転時と暖房運転時とによって冷媒の流れを切り換える弁である。四方弁220は、暖房運転が行われる際、圧縮機210の吐出側と室内側熱交換器110とを接続するとともに、圧縮機210の吸引側と室外側熱交換器230と接続する。また、四方弁220は、冷房運転が行われる際、圧縮機210の吐出側と室外側熱交換器230とを接続するとともに、圧縮機210の吸引側を室内側熱交換器110と接続する。ここでは、四方弁220を用いた場合について例示しているが、流路切替装置はこれに限定されるものではない。流路切替装置は、たとえば、複数の二方弁などを組み合わせてもよい。
 室外側熱交換器230は、冷媒と室外の空気との熱交換を行う。ここで、実施の形態1の室外側熱交換器230は、暖房運転時においては蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。一方、冷房運転時においては、室外側熱交換器230は、凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。また、図1に示すように、ここでは、室外側熱交換器230は、2つの熱交換器1000Aおよび熱交換器1000Bを有する。冷媒回路において、熱交換器1000Aおよび熱交換器1000Bとが互いに並列になるように配管接続されているものとする。熱交換器1000(熱交換器1000Aおよび熱交換器1000B)の詳細については、後述する。ここでは、室外側熱交換器230は、冷媒と室外の空気との熱交換を行うものとして説明するが、他の外部流体と冷媒との熱交換を行ってもよい。また、室外送風機280は、駆動により、室外機200外部からの空気を室外側熱交換器230に通過させ、室外機200内から流出させる空気の流れを形成する。
 補助熱交換器240は、たとえば、二重管またはプレート熱交換器を有する。補助熱交換器240は、冷房運転時において、室外側熱交換器230から流出した冷媒を過冷却する。補助熱交換器240は、室外側熱交換器230から流出して室内側熱交換器110に向かって主冷媒回路を流れる冷媒とバイパス配管260および冷媒量調整弁250を通過した冷媒とを熱交換する冷媒間熱交換器である。バイパス配管260は、バイパス流路を形成する配管である。バイパス流路は、冷房運転時に、補助熱交換器240の主冷媒回路側を通過した冷媒の一部が分岐し、冷媒量調整弁250および補助熱交換器240のバイパス流路側を通過して、アキュムレータ270の冷媒流入側の配管に流れる流路である。冷媒量調整弁250は、バイパス配管260に配置され、バイパス配管260を通過する冷媒の冷媒量を調整する冷媒量調整装置である。このとき、冷媒量調整弁250は、補助熱交換器240を通過して分岐した冷媒の一部を減圧して、補助熱交換器240のバイパス流路側を通過させる。
 アキュムレータ270は、圧縮機210の吸入側に設置される。アキュムレータ270は、気体状の冷媒(以下、ガス冷媒という)を通過させ、液状の冷媒(以下、液冷媒という)を溜める。
 制御装置400は、空気調和装置の機器を制御する。制御装置400は、たとえば、絞り装置120、圧縮機210、冷媒量調整弁250などを制御する。制御装置400は、その機能を実現する回路デバイスのようなハードウェアで構成することができる。また、マイコン、CPUなどを有する演算装置とソフトウェアとで構成することができる。演算装置がソフトウェアを実行処理することで、制御を実現する。
<空気調和装置の動作>
 次に、空気調和装置の各機器の動作について、冷媒の流れに基づいて説明する。まず、暖房運転における冷媒回路の各機器の動作を、冷媒の流れに基づいて説明する。暖房運転のときには、制御装置400は、冷媒量調整弁250を閉止させる。図1の実線矢印は、暖房運転における冷媒の流れを示している。圧縮機210により圧縮されて吐出した高温および高圧のガス冷媒は、四方弁220を通過し、室内側熱交換器110に流入する。ガス冷媒は、室内側熱交換器110を通過中に、たとえば、空調対象空間の空気と熱交換することで凝縮し、液化する。凝縮し、液化した冷媒は、絞り装置120を通過する。冷媒は、絞り装置120を通過する際、減圧される。絞り装置120で減圧されて気液二相状態となった冷媒は、補助熱交換器240および室外側熱交換器230を通過する。ここで、冷媒量調整弁250が閉止しているため、補助熱交換器240では、冷媒間での熱交換は行われない。室外側熱交換器230において、室外送風機280から送られた室外の空気と熱交換することで蒸発し、ガス化した冷媒は、四方弁220およびアキュムレータ270を通過して、再度、圧縮機210に吸入される。以上のようにして、空気調和装置の冷媒が循環し、暖房に係る空気調和を行う。
 次に、冷房運転について説明する。冷房運転のときには、制御装置400は、冷媒量調整弁250を調整し、主冷媒回路を通過する冷媒の一部をバイパス配管260に通過させる。図1の点線矢印は、冷房運転における冷媒の流れを示している。圧縮機210により圧縮されて吐出した高温および高圧のガス冷媒は、四方弁220を通過し、室外側熱交換器230に流入する。そして、冷媒は、室外側熱交換器230を通過して、室外送風機280が供給する室外の空気と熱交換することで凝縮し、液化する。補助熱交換器240の主冷媒回路側を通過した冷媒の一部は、バイパス配管260を通過し、冷媒量調整弁250において減圧され、低温および低圧の冷媒となって補助熱交換器240のバイパス配管側を通過する。このため、冷媒間の熱交換が行われ、補助熱交換器240の主冷媒回路側を通過した冷媒が過冷却される。液化した冷媒は、絞り装置120を通過する。ここで、冷媒は、絞り装置120を通過する際、減圧され、気液二相状態となる。絞り装置120で減圧されて気液二相状態となった冷媒は、室内側熱交換器110を通過する。そして、室内側熱交換器110において、たとえば、空調対象空間の空気と熱交換することで蒸発し、ガス化した冷媒は、四方弁220を通過して、再度、圧縮機210に吸入される。以上のようにして空気調和装置の冷媒が循環し、冷房に係る空気調和を行う。
<熱交換器1000の構成>
 図3は、実施の形態1に係る熱交換器1000の構成を説明する図である。室外側熱交換器230は、パラレル配管形となるコルゲートフィンチューブ型の熱交換器1000を有する。ここで、以下においては、熱交換器1000における上下の方向をZ方向(高さ方向)とする。そして、Z方向と垂直に交わる方向を水平方向とする。また、水平方向において、ある方向をX方向(縦水平方向)とし、X方向に直交する方向をY方向(横水平方向)とする。
 前述したように、室外機200の室外側熱交換器230は、2台の熱交換器1000(熱交換器1000Aおよび熱交換器1000B)を有する。熱交換器1000Aおよび熱交換器1000Bは、冷媒回路において、それぞれ並列に配管接続される。ただし、実施の形態1の冷媒回路における接続数および形態は、これに限定するものではない。
 各熱交換器1000は、それぞれ2本の分配ヘッダ1100(分配ヘッダ1100Aおよび分配ヘッダ1100B)、折り返しヘッダ1200、複数の伝熱管1300および複数のコルゲートフィン1400を有する。
 実施の形態1における室外側熱交換器230の熱交換器1000は、2つの分配ヘッダ1100と折り返しヘッダ1200とによる一対のヘッダが、Z方向において、上下に分かれて配置される。たとえば、室外機200においては、圧縮機210などの機器が室外機200の下側に設置されている。このため、配管接続などの関係で、折り返しヘッダ1200が上側に位置し、冷媒分配器となる2つの分配ヘッダ1100が、折り返しヘッダ1200よりも下側の位置に配置される。
 そして、2つの分配ヘッダ1100と折り返しヘッダ1200との間には、複数の伝熱管1300がY方向に沿って並んで配置される。実施の形態1における伝熱管1300は、後述するように、断面が扁平形状を有する。ここでは、分配ヘッダ1100と折り返しヘッダ1200とに対して垂直となり、互いに平行となるように扁平面を対向させた複数の伝熱管1300の群が、2列に並んで配置されている。1つの列における伝熱管1300の群は、1本の分配ヘッダ1100に接続される。
 冷媒分配器となる分配ヘッダ1100は、それぞれ、冷凍サイクル装置を構成する他の装置と配管接続され、熱交換媒体となる流体である冷媒が流入出し、冷媒を分岐または合流させる。分配ヘッダ1100は、ヘッダ管1110(ヘッダ管1110Aおよびヘッダ管1110B)並びに冷媒出入口管1120(冷媒出入口管1120Aおよび冷媒出入口管1120B)を有する。ヘッダ管1110は、長尺の筒状の管である。また、分配ヘッダ1100は、それぞれ、外部からの冷媒が流入出する冷媒出入口管1120を有する。ここで、ヘッダ管1110の長手方向は、複数の伝熱管1300の配置方向であるY方向に沿っているものとする。分配ヘッダ1100の構造などについては、後にさらに説明する。
 また、折り返しヘッダ1200は、一方の列における伝熱管1300の群から流入する冷媒を合流させ、他方の列における伝熱管1300の群に分岐して流出させる橋渡し(ブリッジ)としての役割を果たすヘッダである。
 実施の形態1における伝熱管1300は、断面が扁平形状を有し、空気の流通方向である奥行き方向に沿った扁平形状の長手側における外面が平面状であり、当該長手方向に直交する短手側における外面が曲面状である。実施の形態1の伝熱管1300は、管の内部において、冷媒の流路となる複数の穴を有する多穴扁平伝熱管である。実施の形態1において、伝熱管1300の穴は、分配ヘッダ1100と折り返しヘッダ1200との間の流路となるため、Z方向を向いて形成されている。そして、前述したように、伝熱管1300は、長手側における外面が対向して、X方向に等間隔に配列される。実施の形態1における室外側熱交換器230の熱交換器1000を製造する際、各伝熱管1300は、分配ヘッダ1100と折り返しヘッダ1200とが有する挿入穴(図示せず)に挿し込まれ、ろう付けされて、接合される。前述したように、分配ヘッダ1100は下側に配置されるため、各伝熱管1300は、分配ヘッダ1100の天面に挿入され、後述する天面壁1111Bと接合される。ろう付けのろう材は、たとえば、アルミニウムを含むろう材が使用される。これにより、分配ヘッダ1100および折り返しヘッダ1200と、各伝熱管1300の内部とが連通する。
 また、配列された伝熱管1300の互いに対向する扁平面間には、コルゲートフィン1400が配列される。コルゲートフィン1400は、冷媒と外気との伝熱面積を広げるために配列される。コルゲートフィン1400は、板材に対してコルゲート加工が行われ、山折りおよび谷折りを繰返すつづら折りにより、折り曲げられて波形状に、蛇腹となって形成される。ここで、波形状に形成されてできた凹凸による折り曲げ部分は、波形状の頂部となる。実施の形態1において、コルゲートフィン1400の頂部は、Z方向にわたって並んでいる。コルゲートフィン1400は、波形状の頂部と伝熱管1300の扁平面とが面接触している。そして、接触部分は、ろう材によってろう付けされ、接合される。コルゲートフィン1400の板材は、たとえば、アルミニウム合金を材質とする。そして、板材表面には、ろう材層がクラッドされる。クラッドされたろう材層は、たとえば、アルミシリコン系のアルミニウムを含むろう材を基本とする。
 図4は、実施の形態1に係る熱交換器1000をX方向から見たときの断面の一部を示す図である。また、図5は、実施の形態1に係る熱交換器1000をY方向から見たときの断面の一部を示す図である。分配ヘッダ1100のヘッダ管1110は、長尺の管形状である冷媒分配管である。ヘッダ管1110は、第1部材1111、第2部材1112および蓋体1113を有する。
 図4に示す蓋体1113は、第1部材1111および第2部材1112を組み合わせてできる管の両端における開口部分を閉じ、管内の空間と管外の空間とを仕切る蓋となる。蓋体1113は、管両端において、第1部材1111および第2部材1112と接合される。2つの蓋体1113のうち、一方の蓋体1113は、前述した冷媒出入口管1120を有する。
 また、第1部材1111は、Y方向に延びる、長尺の管形状であるヘッダ管1110において、天面および扁平側面となる逆U字形状をなす半開放の部材である。第1部材1111は、第1側面壁1111Aおよび天面壁1111Bを有する。天面壁1111Bは、複数の伝熱管1300が挿入され、接合される壁である。図5に示すように、実施の形態1の天面壁1111Bは、曲面を有する壁であり、熱交換器1000をY方向から見たときに、弧状をなす。2つの第1側面壁1111Aは、天面壁1111Bの両端における接続部分となる第1接続部1111Cからそれぞれ下方に延びて、互いに対向する壁となる。各第1側面壁1111Aは、熱交換器1000をY方向から見たときに、互いの壁間距離が短くなる向きに、第1側面壁1111Aの下端となる下端第1側面壁下端部1111Dが屈曲して曲がった形状となっている。このため、各第1側面壁1111Aは、後述する第2部材1112の底面壁1112Bの一部まで覆い、第2部材1112を抱え込むようにして支えることができる。また、第1側面壁下端部1111Dの内面と底面壁1112Bの外面とによる接合面積を増やすことができる。
 第2部材1112は、筒状であるヘッダ管1110において、底面となる部材である。第2部材1112は、第2側面壁1112Aおよび底面壁1112Bを有する。底面壁1112Bは、ヘッダ管1110の底面となる壁である。図5に示すように、実施の形態1の底面壁1112Bは、曲面を有する壁であり、熱交換器1000をY方向から見たときに、弧状をなす。2つの第2側面壁1112Aは、底面壁1112Bの両端における接続部分となる第2接続部1112Cからそれぞれ上方に延びて、互いに対向する壁となる。2つの第2側面壁1112Aの間の距離は、2つの第1側面壁1111Aの間の距離よりも狭い。また、各第2側面壁1112Aの高さは、第1側面壁1111Aの高さよりも低い。
 ここで、第2部材1112は、第1部材1111の第1側面壁1111Aおよび天面壁1111Bによって形成される空間内に設置され、第1部材1111と接合される。したがって、第1部材1111の第1側面壁1111Aにおける壁内面の一部と、第2部材1112の第2側面壁1112Aおよび底面壁1112Bの一部における壁外面とが接合される。第2部材1112が、第1部材1111の第1側面壁1111Aおよび天面壁1111Bによって形成される空間内に設置されることで、図5に示すように、ヘッダ管1110の管内において、第2部材1112の分、下部が狭くなる。
 また、図5に示すように、第1部材1111の第1接続部1111Cにおける曲げ半径をR1とし、第2部材1112の第2接続部1112Cにおける曲げ半径をR2とする。このとき、曲げ半径R1と曲げ半径R2とは、R2<R1の関係にある。第2部材1112における曲げ半径R2を小さくし、ヘッダ管1110の下部における容積をより少なくすることで、液冷媒の滞留を少なくすることができる。
 さらに、前述したように、第1部材1111の天面壁1111Bと第2部材1112の底面壁1112Bは、Y方向から見たときに弧状をなしている。底面壁1112Bにおける弧の半径は、天面壁1111Bにおける弧の半径よりも大きい。したがって、底面壁1112Bの曲面の方が緩やかで直線に近くなる。このため、ヘッダ管1110の下部における容積が、より少なくなる。
 図6は、実施の形態1に係る分配ヘッダ1100のヘッダ管1110における縦横比率について説明する図である。実施の形態1における分配ヘッダ1100は、ヘッダ管1110内の空間において、伝熱管1300の下端となる伝熱管下端部1310と底面壁1112Bとの間におけるZ方向の距離Hが、2つの第1側面壁1111Aの間における幅方向の距離Wよりも長い。このため、図5に示すように、分配ヘッダ1100のヘッダ管1110は、外観においても、X方向から見たときには、縦長さ(Z方向の長さ)が長く、横長さ(X方向の長さ)が短い、縦横比率が異なる縦長の扁平形状となる。たとえば、図5では、分配ヘッダ1100のヘッダ管1110の縦横比率(縦長さ/横長さ)は、管の外面で見たときには、おおよそ1.41である。また、縦横比率は、管の内面で見たときには、おおよそ1.47である。ただし、ヘッダ管1110の縦横比率は、図5に表された比率に限定するものではない。たとえば、分配偏差が30[%]より小さい場合には、冷媒分配において偏りが少ないといえる。試行などの結果、図6に示すように、ヘッダ管1110の縦横比率について、1<縦横比率(縦長さ/横長さ)≦2.4の範囲で、分配偏差が30[%]より小さくなることから、縦横比率がこの範囲において、冷媒分配の効果が有効であることを見い出した。特に、管内の空間において、縦長さ/横長さによる縦横比率が、1.2以上2以下であることがより望ましいことがわかる。このような範囲は、良好な冷媒分配と滞留する冷媒の増加抑制との両面で有効である。
 図7~図10は、実施の形態1に係る分配ヘッダ1100内における冷媒の状態を説明する図(その1)~(その4)である。図7~図10は、分配ヘッダ1100の第1部材1111および第2部材1112並びに伝熱管1300を模式的に示している。また、前述したように、熱交換器1000が蒸発器として機能する場合、分配ヘッダ1100には、気液二相状態の冷媒が流入する。分配ヘッダ1100の管内において、重力などの関係で、気液二相状態の冷媒のうち、ガス冷媒は上部に多く、液冷媒は下部に多くなる。液冷媒は、分配ヘッダ1100の管内において波状流となる。図7~図10において、下部に集まる液冷媒と伝熱管1300の伝熱管下端部1310との位置関係を、液面2000として表す。ただし、液面2000は、仮想的な面であって、実際には、図7~図10の液面2000に示すように、ガス冷媒と液冷媒との境界面は固定的ではない。
 図7は、実施の形態1に係る分配ヘッダ1100において、伝熱管下端部1310と底面壁1112Bとの間におけるZ方向の距離Hが、2つの第1側面壁1111Aの間におけるX方向の距離Wよりも長い場合における冷媒の状態を、Y方向から見た図である。図8は、図7が示す冷媒の状態を、X方向から見た図である。図9は、図7の分配ヘッダ1100と断面積が同じではあるが、距離Hが距離Wよりも短い場合における冷媒の状態を、Y方向から見た図である。図10は、図9が示す冷媒の状態を、X方向から見た図である。
 距離Hが距離Wよりも短い場合、図9に示すように、伝熱管1300の伝熱管下端部1310と液面2000との距離が近くなる。このため、図10に示すように、冷媒流入側となる冷媒出入口管1120に近い伝熱管1300では液冷媒が多く通過し、管内において、冷媒出入口管1120から離れた位置では液冷媒が少なくなる部分が生じる。したがって、分配ヘッダ1100のヘッダ管1110において、液面2000のY方向における変化が大きくなり、冷媒出入口管1120から近い位置にない伝熱管1300では、伝熱管1300を通過する液冷媒が少なくなる。このため、伝熱管1300の位置により、ガス冷媒と液冷媒の割合に偏りが生じる。
 一方、距離Hが距離Wよりも長い場合、図7に示すように、伝熱管1300の伝熱管下端部1310と液面2000との距離が図9の場合よりも離れることになる。このため、冷媒出入口管1120に近い伝熱管1300を通過しなかった液冷媒が冷媒出入口管1120から離れた位置まで届くことで、分配ヘッダ1100のヘッダ管1110において、液面2000のY方向における変化が小さくなる。したがって、冷媒出入口管1120から近い位置にない伝熱管1300においても、液冷媒を通過させることができ、各伝熱管1300を通過するガス冷媒と液冷媒の割合をより均一にすることができる。
 以上のように、実施の形態1における熱交換器1000によれば、分配ヘッダ1100は、天面および2つの側面となる第1部材1111および底面となる第2部材1112を有し、第2部材1112を第1部材1111が覆う形で構成する。第1部材1111によって形成される半開放の空間内において、第2部材1112が分配ヘッダ1100の底面として設置されることで、分配ヘッダ1100の下部において液冷媒が滞留する領域を減らし、滞留する冷媒を少なくすることができる。このとき、分配ヘッダ1100は、伝熱管1300の伝熱管下端部1310と底面壁1112Bとの間の距離Hが、2つの第1側面壁1111Aの間の距離Wよりも長くなる形状とする。分配ヘッダ1100を縦長の形状とすることで、分配ヘッダ1100内において、下部となる領域を減らすことで、単純に管径を小さくする場合よりも、断面積を減らさずにすみ、圧力損失の低減をはかることができる。このため、各伝熱管1300に流入する冷媒の分配の偏りが少なくなるように改善しつつ、熱交換器1000に滞留する冷媒量を低減することができる。したがって、冷媒回路全体の冷媒量を削減することができる。
 また、第1部材1111の第1側面壁1111Aは、対向する第1側面壁下端部1111D同士が間隔が狭まる方向に曲げられて構成される。このため、第1側面壁1111Aは、第1側面壁下端部1111Dにおいて、第2部材1112の底面壁1112Bの外面の一部を覆い、第2部材1112を抱え込むことになり、第2部材1112との接合面積を増やすことができる。
 さらに、第2接続部1112Cの曲げ半径R2と第1接続部1111Cの曲げ半径R1とについて、R2<R1の関係となるような形状にする。また、第2部材1112の底面壁1112Bにおける弧の半径は、第1部材1111の天面壁1111Bにおける弧の半径よりも大きくする形状にする。これにより、分配ヘッダ1100内において、下部となる領域を減らすことができる。
実施の形態2.
 図11は、実施の形態2に係る熱交換器1000をX方向から見たときの断面の一部を示す図である。また、図12は、実施の形態2に係る熱交換器1000をY方向から見たときの断面の一部を示す図である。図11および図12において、図4および図5と同じ符号を付している部材などについては、実施の形態1で説明したことと同様の機能および動作を行う。
 図11において、実施の形態2の熱交換器1000における分配ヘッダ1100は、外管1110Cと内管1120Cとを有する2重構造の冷媒分配器である。外管1110Cは、実施の形態1で説明したヘッダ管1110と同様に、第1部材1111および第2部材1112を組み合わせて構成される管である。一方、内管1120Cは、外管1110Cに沿って外管1110Cの内部に設置される長尺の管である。特に限定するものではないが、実施の形態2の分配ヘッダ1100においては、冷媒出入口管1120は、内管1120Cと一体となっているものとする。
 ここで、実施の形態2における分配ヘッダ1100の外管1110Cと内管1120Cとの位置関係について説明する。図12に示すように、外管1110CのZ方向の寸法中心線をE-E線とし、内管1120CのZ方向の寸法中心線をF-F線とする。このとき、Z方向において、F-F線がE-E線よりも低い位置となる。外管1110C内の空間において、下部に内管1120Cが位置することで、液冷媒が滞留しやすい領域を減らすことができる。
 内管1120Cは、冷媒流出孔となるオリフィス1121を有する。オリフィス1121から流出した冷媒は、内管1120Cと外管1110Cとの間の空間に噴出され、外管1110Cから伝熱管1300に流入する。冷媒出入口管1120から内管1120Cの内部に流入した気液二相冷媒は、オリフィス1121から内管1120Cと外管1110Cとの間の空間に流出する際に攪拌される。このため、液冷媒とガス冷媒とが均質に近い状態となる。複数の伝熱管1300を通過する冷媒の冷媒分流比を、より均一化することで、熱交換器1000は熱交換性能が向上する。
 ここで、実施の形態2におけるオリフィス1121は、内管1120Cの直下ではなく、内管1120Cの斜め下方であって、熱交換器1000を通過する空気の風下側に気液二相冷媒を噴出する向きに設けられる。
 前述したように、伝熱管1300は、多穴扁平伝熱管である。このため、伝熱管1300は、空気が通過する方向となるX方向に沿って複数の流路を有する。オリフィス1121から風下側に気液二相冷媒を噴出することにより、また、図12の実線矢印で示すように、気液二相冷媒においてガス冷媒の割合が多いガスリッチ冷媒が、伝熱管1300の風下側流路に供給されることになる。一方、図12の点線矢印で示すように、気液二相冷媒において液冷媒の割合が多い液リッチ冷媒が、伝熱管1300の風上側流路に供給されることになる。したがって、冷媒と空気との温度差が大きい風上側に液冷媒を多く分配することができ、伝熱性能を向上させることができる。
 また、オリフィス1121は、環状流路の下部の領域に気液二相冷媒を噴出させることで、噴出の勢いにより液冷媒の滞留を抑制する。このため、冷媒の削減をはかることができる。さらに、オリフィス1121は、Z方向において、外管1110Cの第2部材1112における第2側面壁1112Aの上端となる第2側面壁上端部1112Dの位置Tよりも高い位置Sにある。このため、オリフィス1121から勢いを抑えることなく気液二相冷媒を噴出することができ、液冷媒の滞留を抑制することができる。
 図13~図16は、実施の形態2に係る分配ヘッダ1100内における冷媒の状態を説明する図(その1)~(その4)である。図13~図16は、分配ヘッダ1100の外管1110C(第1部材1111および第2部材1112)、内管1120C並びに伝熱管1300を模式的に示している。液面2000は、実施の形態1で説明したことと同様の麺である。
 図13は、実施の形態2に係る分配ヘッダ1100において、伝熱管下端部1310と底面壁1112Bとの間におけるZ方向の距離Hが、2つの第1側面壁1111Aの間におけるX方向の距離Wよりも長い場合における冷媒の状態を、Y方向から見た図である。図14は、図13が示す冷媒の状態を、X方向から見た図である。図15は、図13の分配ヘッダ1100と断面積が同じではあるが、距離Hが距離Wよりも短い場合における冷媒の状態を、Y方向から見た図である。図16は、図15が示す冷媒の状態を、X方向から見た図である。
 距離Hが距離Wよりも短い場合、図15に示すように、伝熱管1300の伝熱管下端部1310と内管1120Cのオリフィス1121との距離が近くなる。このため、オリフィス1121から噴出する冷媒が大きく影響する。たとえば、図16に示すように、冷媒流入側となる冷媒出入口管1120に近い伝熱管1300では液冷媒が多く通過し、管内において、冷媒出入口管1120から離れた位置では液冷媒が少なくなる部分が生じる。したがって、分配ヘッダ1100の外管1110Cにおいて、液面2000のY方向における変化が大きくなり、冷媒出入口管1120から近い位置にない伝熱管1300では、伝熱管1300を通過する液冷媒が少なくなる。このため、伝熱管1300の位置により、ガス冷媒と液冷媒の割合に偏りが生じる。
 一方、距離Hが距離Wよりも長い場合、図13に示すように、伝熱管1300の伝熱管下端部1310と内管1120Cのオリフィス1121との距離が図15の場合よりも遠くなる。このため、伝熱管1300の冷媒通過において、オリフィス1121の影響が少なくなる。冷媒出入口管1120に近い伝熱管1300を通過しなかった液冷媒が冷媒出入口管1120から離れた位置まで届くことで、分配ヘッダ1100の外管1110Cにおいて、液面2000のY方向における変化が小さくなる。したがって、冷媒出入口管1120から近い位置にない伝熱管1300においても、液冷媒を通過させることができ、各伝熱管1300を通過するガス冷媒と液冷媒の割合をより均一にすることができる。
 以上のように、実施の形態2に係る熱交換器1000によれば、分配ヘッダ1100は、外管1110Cと内管1120Cとを有する二重管構造の冷媒分配器である。そして、分配ヘッダ1100において、外管1110Cが、天面および2つの側面となる第1部材1111並びに底面となる第2部材1112を有する。また、第2部材1112を第1部材1111が覆う構成とする。このとき、分配ヘッダ1100は、伝熱管1300の伝熱管下端部1310と底面壁1112Bとの間の距離Hが、2つの第1側面壁1111Aの間の距離Wよりも長くなる形状とする。そして、外管1110C内において、伝熱管1300の伝熱管下端部1310と内管1120Cが有するオリフィス1121との間を空ける。このため、各伝熱管1300に流入する冷媒の分配の偏りが少なくなるように改善しつつ、熱交換器1000に滞留する冷媒量を低減することができる。したがって、冷媒回路全体の冷媒量を削減することができる。
 外管1110Cの第2部材1112は、複数のオリフィス1121の位置よりも、Z方向において下側の位置にあるため、オリフィス1121からの気液二相冷媒の勢いを保ったまま噴出させることで、液冷媒の削減をはかることができる。また、内管1120CのZ方向における寸法中心の位置が、外管1110CのZ方向における寸法中心の位置よりも低い位置にあることで、外管1110Cの下部における空間の内容積を減少させ、熱交換器1000に滞留する冷媒量を低減することができる。
 また、内管1120Cが有するオリフィス1121のZ方向における位置は、第2側面壁1112Aの第2側面壁上端部1112DのZ方向における位置よりも高い位置にある。オリフィス1121からの気液二相冷媒の勢いを保ったまま噴出させることで、液冷媒の削減をはかることができる。そして、内管1120Cにおいて、複数のオリフィス1121は、空気流れにおいて風下となる方向に設置される。このため、伝熱管1300において、風上側の流路には液冷媒の割合が多い気液二相冷媒が流入し、風下側の流路には、ガス冷媒の割合が多い気液に装冷媒を流入させることができる。したがって、熱交換器1000における熱交換効率がよくなる。
実施の形態3.
 図17は、実施の形態3に係る熱交換器1000をY方向から見たときの断面の一部を示す図である。図17において、図5および図12と同じ符号を付している部材などについては、実施の形態1および実施の形態2で説明したことと同様の機能および動作を行う。
 図17に示すように、実施の形態3の熱交換器1000は、外管1110Cの第2部材1112における第2側面壁1112Aの第2側面壁上端部1112Dにおいて、面取りがなされている。第2側面壁1112Aの第2側面壁上端部1112Dを面取りして傾斜させることにより、角部分が削られた分、内管1120Cの径を大きくすることができる。このため、内管1120C内の空間における内容積を大きくすることができる。内管1120C内の空間における内容積が大きくなると、外管1110C内の空間において、内管1120C以外の部分の空間の内容積を減少させることができる。特に、外管1110C内の空間下部における内容積を減少させることができるため、液冷媒が滞留しやすい領域を減らすことができる。
実施の形態4.
 図18は、実施の形態4に係る熱交換器1000をY方向から見たときの断面の一部を示す図である。図18において、図5および図12と同じ符号を付している部材などについては、実施の形態1および実施の形態2で説明したことと同様の機能および動作を行う。
 図18に示すように、実施の形態4の熱交換器1000は、内管1120Cは、上面が平面であり、他の面が湾曲面で構成されることで、断面がD字の管形状である。内管1120Cの断面の形状がD字形状であることで、内管1120Cの断面積を大きくすることができ、管内の空間における内容積を大きくすることができる。内管1120C内の空間における内容積が大きくなると、外管1110C内の空間において、内管1120C以外の部分の空間の内容積を減少させることができる。特に、外管1110C内の空間下部における内容積を減少させることができるため、液冷媒が滞留しやすい領域を減らすことができる。
 100 室内機、110 室内側熱交換器、120 絞り装置、130 室内送風機、200 室外機、210 圧縮機、220 四方弁、230 室外側熱交換器、240 補助熱交換器、250 冷媒量調整弁、260 バイパス配管、270 アキュムレータ、280 室外送風機、300 冷媒配管、400 制御装置、1000,1000A,1000B 熱交換器、1100,1100A,1100B 分配ヘッダ、1110,1110A,1110B ヘッダ管、1110C 外管、1111 第1部材、1111A 第1側面壁、1111B 天面壁、1111C 第1接続部、1111D 第1側面壁下端部、1112 第2部材、1112A 第2側面壁、1112B 底面壁、1112C 第2接続部、1112D 第2側面壁上端部、1113 蓋体、1120,1120A,1120B 冷媒出入口管、1120C 内管、1121 オリフィス、1200 折り返しヘッダ、1300 伝熱管、1310 伝熱管下端部、1400 コルゲートフィン、2000 液面。

Claims (13)

  1.  水平方向に沿って並んで間を隔てて配置され、高さ方向に冷媒が流れる流路を有する複数の伝熱管と、
     複数の前記伝熱管が配置された方向に沿って延びる筒状のヘッダ管を有するヘッダとを備え、
     前記ヘッダ管は、
     複数の前記伝熱管の下端側が挿入される天面壁および前記天面壁の両端から下方に延びて対向する2つの第1側面壁を有する第1部材と、
     底面壁および前記底面壁の両端から上方に延びて対向する2つの第2側面壁を有する第2部材とを有し、
     2つの前記第2側面壁の間の距離が、2つの前記第1側面壁の間の距離よりも狭く、前記第1側面壁の高さが前記第2側面壁の高さよりも高く、前記第1側面壁が前記第2側面壁の一部を覆って前記筒状となり、
     前記ヘッダ管内における前記伝熱管の下端から前記底面壁までの距離が、2つの前記第1側面壁の間の距離よりも長い熱交換器。
  2.  前記第1部材の2つの前記第1側面壁は、壁間の距離が狭まる方向に第1側面壁下端部が屈曲し、前記第1側面壁下端部が、前記第2部材の前記底面壁の外面の一部を覆う請求項1に記載の熱交換器。
  3.  水平方向に沿って並んで間を隔てて配置され、高さ方向に冷媒が流れる流路を有する複数の伝熱管と、
     複数の前記伝熱管が配置された方向に沿って延びる外管と前記外管内に設置された内管とを有するヘッダとを備え、
     前記外管は、複数の前記伝熱管の下端側が挿入される天面壁および前記天面壁の両端から下方に延びて対向する2つの第1側面壁を有する第1部材、および、底面壁および前記底面壁の両端から上方に延びて対向する2つの第2側面壁を有する第2部材を有し、前記第1側面壁が前記第2側面壁の一部を覆って筒状となり、
     前記内管は、前記外管との間で前記冷媒が連通させる複数のオリフィスを有する熱交換器。
  4.  前記第2部材の前記底面壁と2つの前記第2側面壁とのそれぞれの接続部分である第2接続部、および、前記第1部材の前記天面壁と2つの前記第1側面壁とのそれぞれの接続部分である第1接続部は、内面が曲面で形成されており、前記第2接続部の曲げ半径R2および前記第1接続部の曲げ半径R1は、R2<R1の関係にある請求項1~請求項3のいずれか一項に記載の熱交換器。
  5.  前記第1部材の前記天面壁は、高さ方向において上に突出する曲面を有する壁であり、前記第2部材の前記底面壁は、高さ方向において下に突出する曲面を有する壁であり、前記底面壁における弧の半径は、前記天面壁における弧の半径よりも大きい関係にある請求項1~請求項4のいずれか一項に記載の熱交換器。
  6.  前記ヘッダの外面において、前記天面壁と前記底面壁との間の距離と、前記第1側面壁の間の距離との比率が、1より大きく、2.4以下の関係にある請求項1~請求項5のいずれか一項に記載の熱交換器。
  7.  前記内管の高さ方向における寸法中心の位置は、前記外管の高さ方向における寸法中心の位置よりも低い位置にある請求項3に記載の熱交換器。
  8.  前記内管が有する前記オリフィスの高さ方向における位置は、前記第2部材の上端部の高さ方向における位置よりも高い位置にある請求項3または請求項7に記載の熱交換器。
  9.  前記内管は、前記伝熱管を通過する空気の流れにおいて風下となり、前記内管の高さ方向における寸法中心よりも下となる位置に、前記複数のオリフィスを有する請求項3、請求項7または請求項8に記載の熱交換器。
  10.  前記第2部材は、2つの前記第2側面壁における第2側面壁上端部の一部が面取りされた形状である請求項3、請求項7~請求項9のいずれか一項に記載の熱交換器。
  11.  前記内管は、上面が平面および他の面が湾曲面で構成され、断面がD字形状となる管である請求項3、請求項7~請求項10のいずれか一項に記載の熱交換器。
  12.  請求項1~請求項11のいずれか一項に記載の熱交換器を、室外側熱交換器として有する室外機。
  13.  請求項12に記載の室外機と、
     室内側熱交換器および絞り装置を有し、空調対象空間の空気を調和する室内機と
    を備える空気調和装置。
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