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WO2021182161A1 - 熱交換器 - Google Patents

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Publication number
WO2021182161A1
WO2021182161A1 PCT/JP2021/007769 JP2021007769W WO2021182161A1 WO 2021182161 A1 WO2021182161 A1 WO 2021182161A1 JP 2021007769 W JP2021007769 W JP 2021007769W WO 2021182161 A1 WO2021182161 A1 WO 2021182161A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
refrigerant
header
heat transfer
heat exchanger
circulation portion
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/007769
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
孝多郎 岡
政利 渡辺
慶成 前間
亮 ▲高▼岡
昇平 仲田
太貴 島野
Original Assignee
株式会社富士通ゼネラル
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 株式会社富士通ゼネラル filed Critical 株式会社富士通ゼネラル
Priority to AU2021233334A priority Critical patent/AU2021233334B2/en
Priority to CN202180019039.6A priority patent/CN115244356A/zh
Priority to US17/907,877 priority patent/US20230133342A1/en
Priority to EP21767675.8A priority patent/EP4119867A4/en
Publication of WO2021182161A1 publication Critical patent/WO2021182161A1/ja

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-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
    • F28D1/02—Heat-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
    • F28D1/04—Heat-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
    • F28D1/053—Heat-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
    • F28D1/0535—Heat-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 the conduits having a non-circular cross-section
    • F28D1/05366—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/02—Evaporators
    • F25B39/028—Evaporators having distributing means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/04—Condensers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/0265—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits by using guiding means or impingement means inside the header box
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/028—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits by using inserts for modifying the pattern of flow inside the header box, e.g. by using flow restrictors or permeable bodies or blocks with channels

Definitions

  • the technology of this disclosure relates to heat exchangers.
  • both ends of a flat heat transfer tube having a plurality of flow paths are connected to one header and the other header, respectively, and the refrigerant is diverted from one header to each flat heat transfer tube.
  • Has a structure to do For example, a technique has been proposed in which a refrigerant is circulated inside a header and the refrigerant is evenly distributed to a plurality of flat heat transfer tubes connected to the header (see Patent Document 1).
  • the disclosed technique has been made in view of the above, and heat exchange can be performed for each flat heat transfer tube in consideration of the difference in the amount of heat exchange between the windward and leeward flow paths.
  • the purpose is to provide a vessel.
  • the heat exchanger includes a plurality of flat heat transfer tubes laminated at intervals, and a hollow header to which the ends of the plurality of flat heat transfer tubes are connected.
  • the header has a plurality of inflow plates and a plurality of circulation portions that divide the inside of the header into an inflow portion into which the refrigerant flows, a circulation portion located above the inflow portion and connected to the ends of a plurality of flat heat transfer tubes. It is divided into an ascending path located on the inside, which is the side to which the end of the flat heat transfer tube is connected, and a descending path located on the outside, which is the opposite side of the inside.
  • the inflow plate has at least one first ejection hole for ejecting the refrigerant from the inflow portion to the ascending path on the ascending path side and the leeward side.
  • the heat exchanger of the present disclosure can perform refrigerant diversion to each flat heat transfer tube in consideration of the difference in the amount of heat exchange between the windward and leeward flow paths.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an air conditioner to which the heat exchanger according to the first embodiment is applied.
  • FIG. 2A is a plan view of the heat exchanger.
  • FIG. 2B is a front view of the heat exchanger.
  • FIG. 3 is a perspective view of the header of the heat exchanger according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an inflow plate having two ejection holes.
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of a part of the header and the plurality of flat heat transfer tubes as seen from the windward side.
  • FIG. 6 shows a cross-sectional view of the header seen from the side of the plurality of flat heat transfer tubes.
  • FIG. 7 is a perspective view of the header of the heat exchanger according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the header of the heat exchanger according to the second embodiment as viewed from the windward direction.
  • 9A is a cross-sectional view taken along the line aa of FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line aa of FIG.
  • FIG. 10 shows a cross-sectional view of the header seen from the side of the plurality of flat heat transfer tubes.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a comparison example with the header shown in FIG.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an air conditioner 1 to which the heat exchanger 4 and the heat exchanger 5 according to the first embodiment are applied.
  • the air conditioner 1 includes an indoor unit 2 and an outdoor unit 3.
  • the indoor unit 2 is provided with an indoor heat exchanger 4, and the outdoor unit 3 is provided with a compressor 6, an expansion valve 7, and a four-way valve 8 in addition to the outdoor heat exchanger 5.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 6 of the outdoor unit 3 flows into the heat exchanger 4 that functions as a condenser via the four-way valve 8.
  • the refrigerant is flowing in the direction indicated by the black arrow in FIG.
  • the refrigerant that has exchanged heat with the external air is liquefied.
  • the liquefied high-pressure refrigerant passes through the expansion valve 7 and is depressurized, and flows into the heat exchanger 5 which functions as an evaporator as a low-temperature low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant.
  • the refrigerant that has exchanged heat with the external air is gasified.
  • the gasified low-pressure refrigerant is sucked into the compressor 6 via the four-way valve 8.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 6 of the outdoor unit 3 flows into the heat exchanger 5 that functions as a condenser via the four-way valve 8.
  • the refrigerant is flowing in the direction indicated by the white arrow in FIG.
  • the refrigerant that has exchanged heat with the external air is liquefied.
  • the liquefied high-pressure refrigerant passes through the expansion valve 7 and is depressurized, and flows into the heat exchanger 4 which functions as an evaporator as a low-temperature low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant.
  • the refrigerant that has exchanged heat with the external air is gasified.
  • the gasified low-pressure refrigerant is sucked into the compressor 6 via the four-way valve 8.
  • the heat exchanger according to the first embodiment can be applied to any of the heat exchanger 4 and the heat exchanger 5.
  • the heat exchanger according to the first embodiment will be described as being applied to the heat exchanger 5 that functions as an evaporator during the heating operation.
  • FIG. 2A is a plan view of the heat exchanger 5
  • FIG. 2B is a front view of the heat exchanger 5.
  • the heat exchanger 5 includes a plurality of flat heat transfer tubes 11, a header 12, a header 13, and fins 14.
  • the gas-liquid two-phase refrigerant that has passed through the expansion valve 7 and is depressurized and has a low temperature and low pressure is supplied to the header 12 by the pipe 15 and is diverted to each flat heat transfer tube 11.
  • the gas-liquid two-phase refrigerant that has exchanged heat with air through the fins 14 is gasified and flows out to the header 13, and the refrigerant merged at the header 13 passes through the pipe 16 and the four-way valve 8. Is sucked into the compressor 6.
  • specific configurations of the plurality of flat heat transfer tubes 11, the header 12, the header 13, and the fins 14 will be described.
  • Each of the plurality of flat heat transfer tubes 11 is a conduction tube having a flat cross section and a plurality of flow paths for flowing a refrigerant inside the flat heat transfer tube along the direction in which the flat heat transfer tube extends.
  • the plurality of flat heat transfer tubes 11 are laminated so that the plurality of flat heat transfer tubes 11 face each other in the width direction at intervals along the vertical direction of the header 12 and the header 13.
  • One end of each of the plurality of flat heat transfer tubes 11 is connected to the header 12, and the other end of each of the plurality of flat heat transfer tubes 11 is connected to the header 13.
  • each flat heat transfer tube 11 The refrigerant diverted from the header 12 to each flat heat transfer tube 11 flows through the internal flow path of each flat heat transfer tube 11 and flows out to the header 13.
  • the refrigerant flowing through the internal flow path of each flat heat transfer tube 11 exchanges heat with the external air passing through the space between the plurality of flat heat transfer tubes 11.
  • the upstream side of the external air flow is referred to as upwind, and the downstream side is referred to as leeward.
  • FIG. 2B and the like exemplify a case where the number of flat heat transfer tubes 11 is nine. However, this is merely an example, and the number of flat heat transfer tubes 11 is not limited to nine.
  • the header 12 is a refrigerant flow path having a tubular shape (for example, a cylindrical shape).
  • the inside of the header 12 is formed hollow so that the refrigerant is divided into a plurality of flat heat transfer tubes 11.
  • the pipe 15 and the ends of the plurality of flat heat transfer tubes 11 are connected to the header 12.
  • the refrigerant flowing into the header 12 through the pipe 15 is diverted to each flat heat transfer tube 11 in the header 12.
  • FIG. 3 is a perspective view of the header 12 of the heat exchanger 5 according to the first embodiment.
  • the header 12 includes an inflow plate 120 and a first partition member 121.
  • the side to which the ends of the plurality of flat heat transfer tubes 11 are connected is referred to as the inside, and the side opposite to the inside, which is the opposite side of the inside, is the respective side of the plurality of flat heat transfer tubes 11.
  • the side to which the ends are not connected is called the outside.
  • the arrow indicates the direction of the external air flow, and the fin 14 is not shown.
  • the inflow plate 120 divides the inside of the header 12 into an inflow portion 12F and a circulation portion 12S located above the inflow portion 12F.
  • a pipe 15 is connected to the inflow portion 12F.
  • the end portions of a plurality of flat heat transfer tubes 11 are connected to the circulation portion 12S.
  • the first partition member 121 is provided inside the header 12 along the longitudinal direction of the tubular header 12 (that is, the stacking direction of the flat heat transfer tubes 11).
  • the first partition member 121 divides the circulation portion S into an ascending path 12Su located on the inner side and a descending path 12Sd located on the outer side.
  • the cross-sectional areas of the ascending path 12Su and the descending path 12Sd can be designed in advance according to the state and type of the flowing refrigerant. These items can be appropriately set according to the performance required for the heat exchanger 5.
  • the first partition member 121 is provided so as to be separated from the upper surface and the bottom surface of the header 12.
  • the first partition member 121 forms an upper communication passage 12St that communicates the ascending passage 12Su and the descending passage 12Sd on the upper side inside the circulation portion 12S.
  • the first partition member 121 forms a lower communication passage 12Sb that communicates the ascending passage 12Su and the descending passage 12Sd on the lower side inside the circulation portion S.
  • the upper end of the first partition member 121 is located above the uppermost flat heat transfer tube 11 among the plurality of flat heat transfer tubes 11.
  • the lower end of the first partition member 121 is located below the flat heat transfer tube 11 at the bottom of the plurality of flat heat transfer tubes 11.
  • the inflow plate 120 has at least one first ejection hole (orifice) 121H1 for ejecting the refrigerant from the inflow portion 12F to the ascending path 12Su on the ascending path 12Su side and the leeward side. Further, the first ejection hole 121H1 is located between the first partition member 121 and the ends of the plurality of flat heat transfer tubes 11 in a top view. In this way, since the first ejection hole 121H1 is arranged at a position where it does not overlap with the end portions of the plurality of flat heat transfer tubes 11, the refrigerant ejected from the first ejection hole 121H1 to the circulation portion 12S is transmitted to the plurality of flat heat transfer tubes 11. It is possible to prevent deceleration by the heat tube 11.
  • FIG. 3 illustrates a case where one first ejection hole 121H1 is formed in the inflow plate 120.
  • a plurality of first ejection holes 121H1 may be formed in the inflow plate 120.
  • the number and size (cross-sectional area) of the first ejection holes 121H1 can be designed in advance according to the state and type of the flowing refrigerant. These items can be appropriately set according to the performance required for the heat exchanger 5.
  • the inflow plate 120 may have at least one second ejection hole for ejecting the refrigerant from the inflow portion 12F to the ascending passage 12Su on the ascending path 12Su side and on the windward side of the first ejection hole 121H1. good.
  • the second ejection hole is formed smaller than the first ejection hole 121H1. In other words, the first ejection hole 121H1 is formed larger than the second ejection hole.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an inflow plate 120 having a second ejection hole 121H2. As shown in FIG. 4, the first ejection hole 121H1 on the leeward side is formed larger than the second ejection hole 121H2 on the leeward side.
  • the header 13 is a refrigerant flow path that is paired with the header 12 and has a tubular shape (for example, a cylindrical shape).
  • the header 13 has substantially the same configuration as the header 12.
  • the pipe 16 and the other ends of the plurality of flat heat transfer tubes 11 are connected to the header 13.
  • the other ends of the plurality of flat heat transfer tubes 11 are connected, and the refrigerants flowing out from the flat heat transfer tubes 11 merge in the header 13.
  • the fin 14 extends in a direction intersecting the plurality of flat heat transfer tubes 11 and joins the plurality of flat heat transfer tubes 11.
  • the fins 14 are arranged along the longitudinal direction of the plurality of flat heat transfer tubes 11 at a predetermined pitch with an interval for air to pass through.
  • FIGS. 5 and 6 are diagrams for explaining the circulation of the refrigerant in the header 12.
  • FIG. 5 shows a partial cross-sectional view of the header 12 and the plurality of flat heat transfer tubes 11 as viewed from the windward side.
  • FIG. 6 shows a cross-sectional view of the header 12 as viewed from the side of the plurality of flat heat transfer tubes 11.
  • the dot region of the circulation portion 12S schematically illustrates the distribution of the liquid refrigerant
  • the white region of the circulation portion 12S schematically illustrates the distribution of the gas refrigerant.
  • the fin 14 is not shown.
  • the refrigerant (gas-liquid two-phase refrigerant) supplied from the pipe 15 to the inflow portion 12F is ejected to the circulation portion 12S through the first ejection hole 121H1 of the inflow plate 120.
  • the first ejection hole 121H1 is formed on the ascending path 12Su side and the leeward side in the inflow portion 12F. Therefore, the refrigerant ejected from the first ejection hole 121H1 to the circulation portion 12S rises on the leeward side of the ascending path 12Su as shown by the arrow A1 in FIG.
  • the refrigerant ejected from the first ejection hole 121H1 into the ascending path 12Su of the circulation portion 12S is a gas-liquid two-phase refrigerant of a liquid refrigerant and a gas refrigerant, but the gas refrigerant has a higher flow velocity than the liquid refrigerant. fast. Therefore, when the refrigerant is ejected from the first ejection hole 121H1 to the leeward side of the ascending path 12Su and rises, most of the gas refrigerant rises from the first ejection hole 121H1 as shown by the arrow A1 in FIG. It flows vigorously toward the upper part of the leeward side of the road 12Su.
  • the liquid refrigerant having a slow flow velocity is pushed out from the leeward side to the leeward side by the air flow of the gas refrigerant ejected from the first ejection hole 121H1 as shown by the arrow A2 in FIG. Therefore, as shown in FIG. 6, a large amount of high-velocity gas refrigerant that has blown up is distributed on the leeward side of the ascending path 12Su, and a large amount of liquid refrigerant that is slower than the gas refrigerant is distributed on the leeward side of the ascending path 12Su. It will be distributed.
  • the refrigerant having the phase distribution shown in FIG. 6 is divided into a plurality of flat heat transfer tubes 11.
  • the refrigerant divided into the plurality of flat heat transfer tubes 11 flows through each of the flat heat transfer tubes 11, the refrigerant that has exchanged heat with air through the fins 14 is gasified and flows out to the header 13.
  • the refrigerant that has not been divided into the plurality of flat heat transfer tubes 11 reverses the vertical flow direction in the upper connecting passage 12St and flows into the descending path 12Sd of the circulation portion 12S.
  • the refrigerant that has flowed into the descending path 12Sd descends from the descending path 12Sd of the circulation portion 12S, reverses the vertical flow direction in the lower continuous passage 12Sb, and flows into the ascending path 12Su again.
  • the refrigerant that has flowed into the ascending path 12Su as described above merges with the refrigerant newly ejected from the first ejection hole 121H1 into the circulation portion 12S, and the same circulation is repeated again.
  • the gas refrigerant can be vigorously ejected to the upper part of the ascending path 12Su.
  • the flow rate ratio of the gas refrigerant and the liquid refrigerant in the width direction of each of the plurality of flat heat transfer tubes 11 can be changed by the upward flow of the gas refrigerant on the leeward side.
  • a large amount of liquid refrigerant is diverted to the wind side, which has a large amount of heat exchange, among the gas-liquid two-phase refrigerants, and the leeward side, which has a small amount of heat exchange compared to the wind side.
  • a large amount of gas refrigerant can be diverted.
  • the effect of making the flow rate ratios of the gas refrigerant and the liquid refrigerant different in the width direction of the plurality of flat heat transfer tubes 11 is called a refrigerant phase distribution bias effect.
  • the bias effect of the refrigerant phase distribution also acts on the flat heat transfer tube 11 on the upper part of the header 12 because the gas refrigerant is vigorously ejected from the first ejection hole 121H1 to the upper part of the ascending path 12Su. Further, since the liquid refrigerant is vigorously ejected from the first ejection hole 121H1 together with the gas refrigerant to the upper part of the ascending path 12Su, the inflow of the liquid refrigerant into the flat heat transfer tube 11 at the lowermost stage can be suppressed.
  • the inflow plate 120 is provided with the second ejection hole 121H2 on the leeward side and the first ejection hole 121H1 on the leeward side (see FIG. 4).
  • the liquid refrigerant that tends to stay on the windward side of the upper surface of the inflow plate 120 can be pushed up by the gas refrigerant ejected from the second ejection hole 121H2, and the liquid refrigerant can be pushed up to the plurality of flat heat transfer tubes 11. It is possible to suppress the unevenness of the amount of the flowing refrigerant.
  • the first ejection hole 121H1 on the leeward side is formed larger than the first ejection hole 121H1 on the leeward side.
  • the amount of refrigerant flowing into the circulation portion 12S from each of the first ejection hole 121H1 on the leeward side and the second ejection hole 121H2 on the leeward side is proportional to the opening area of each. Therefore, the amount of the refrigerant ejected from the first ejection hole 121H1 on the leeward side can be increased as compared with the amount of the refrigerant ejected from the second ejection hole 121H2 on the leeward side.
  • the inflow plate 120 has the second ejection hole 121H2 on the leeward side and the first ejection hole 121H1 on the leeward side, the wind having a large amount of heat exchange among the gas-liquid two-phase refrigerants.
  • a large amount of liquid refrigerant can be diverted to the upper side, and a large amount of gas refrigerant can be diverted to the leeward side where the amount of heat exchange is smaller than that of the leeward side.
  • the refrigerant can be diverted to each flat heat transfer tube 11 in consideration of the difference in the amount of heat exchange between the leeward and leeward flow paths. ..
  • FIG. 7 is a perspective view of the header 12 of the heat exchanger 5 according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the header 12 of the heat exchanger 5 according to the second embodiment as viewed from the windward direction.
  • the heat exchanger 5 according to the second embodiment has a second structure in the circulation portion 12S in the header 12 in addition to the configuration of the heat exchanger 5 according to the first embodiment. It is configured to further include a partition member.
  • the second partition member 123 divides the circulation portion 12S in the header 12 into an upper circulation portion 12S1 located on the upper side and a lower circulation portion 12S2 located on the lower side.
  • the second partition member 123 is provided, for example, in the center or above the center of the circulation portion S with respect to the stacking direction of the plurality of flat heat transfer tubes 11 (longitudinal direction of the header 12 in FIGS. 7 and 8).
  • the number of flat heat transfer tubes 11 connected to the upper circulation portion 12S1 is 4, and the number of flat heat transfer tubes 11 connected to the lower circulation portion 12S2 is 5.
  • FIGS 9A and 9B are cross-sectional views taken along the line aa of FIG. 8 and correspond to the front view of the second partition member 123.
  • the second partition member 123 has an opening 123H1 on the ascending path 12Su side and the leeward side.
  • the opening 123H1 ejects the refrigerant from the lower circulation portion 12S2 to the upper circulation portion 12S1.
  • the second partition member 123 has at least one opening 123H2 on the descending path 12Sd side for ejecting the refrigerant from the upper circulation portion 12S1 to the lower circulation portion 12S2.
  • the shape of the opening 123H1 may be a hole shape or a notch shape. Further, as shown in FIG. 9B, the opening 123H1 has a positional relationship so as to overlap with at least one first ejection hole 121H1 in a top view. For example, the opening 123H1 is located above (for example, directly above) the first ejection hole 121H1 of the inflow plate 120. Further, the size (opening area) of the opening 123H1 is larger than, for example, the total opening area of at least one first ejection hole 121H1.
  • the positional relationship and the size relationship between the opening 123H1 and the first ejection hole 121H1 are as follows. That is, this is to prevent the portion of the second partition member 123 other than the opening 123H1 (that is, the plate-shaped portion) from becoming the flow path resistance of the refrigerant ejected from the first ejection hole 121H1.
  • the specific number and size of the openings 123H1 can be designed in advance according to the state and type of the flowing refrigerant. These items can be appropriately set according to the performance required for the heat exchanger 5.
  • FIG. 10 shows a cross-sectional view of the header 12 as seen from the side of the plurality of flat heat transfer tubes 11.
  • the dot region of the circulation portion 12S schematically shows the distribution of the liquid refrigerant
  • the white region of the circulation portion 12S schematically shows the distribution of the gas refrigerant.
  • the fin 14 is not shown.
  • the refrigerant (gas-liquid two-phase refrigerant) supplied from the pipe 15 to the inflow portion 12F enters the ascending path 12Su of the lower circulation portion 12S2 via the first ejection hole 121H1 of the inflow plate 120. It is ejected.
  • the first ejection hole 121H1 is formed on the ascending path 12Su side and the leeward side in the inflow portion 12F. Therefore, the refrigerant ejected from the first ejection hole 121H1 to the ascending path 12Su of the lower circulation portion 12S2 rises vigorously on the leeward side as shown by the arrow A3 in FIG.
  • the refrigerant in which a large amount of gas refrigerant is distributed on the leeward side and a large amount of liquid refrigerant is distributed on the windward side is divided into a plurality of flat heat transfer tubes 11 connected to the lower circulation portion 12S2.
  • the refrigerant divided into the plurality of flat heat transfer tubes 11 connected to the lower circulation portion 12S2 flows through the flat heat transfer tubes 11, the refrigerant that has exchanged heat with air through the fins 14 is gasified and flows out to the header 13. .
  • the refrigerant that has not been divided into the plurality of flat heat transfer tubes 11 is ejected from the opening 123H1 of the second partition member 123 to the ascending path 12Su of the upper circulation portion 12S1.
  • Most of the gas refrigerant is accelerated again by the opening 123H1 of the second partition member 123, and as shown by the arrow A4 in FIG. 10, it rises vigorously toward the upper side of the upper circulation portion 12S1.
  • the above-mentioned bias effect of the refrigerant phase distribution is realized in the upper circulation portion 12S1.
  • the refrigerant that has not been diverted into the plurality of flat heat transfer tubes 11 connected to the upper circulation portion 12S1 reverses the vertical flow direction in the upper communication passage 12St and flows into the descending passage 12Sd of the circulation portion 12S.
  • the refrigerant that has flowed into the descending passage 12Sd descends from the descending passage 12Sd of the circulation portion 12S, reverses the vertical flow direction in the lower continuous passage 12Sb, and flows into the ascending passage 12Su of the lower circulation portion 12S2 again.
  • the upper circulation portion 12S1 can also realize the effect of biasing the refrigerant phase distribution without lowering the efficiency as compared with the lower circulation portion 12S2.
  • the refrigerant diversion can be more efficiently performed for each flat heat transfer tube 11 in consideration of the difference in the amount of heat exchange between the leeward and leeward flow paths.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a case where a low circulation amount (low flow rate) refrigerant is flowed into the header of the first embodiment as a comparative example with the header shown in FIG. Comparing the header shown in FIG. 11 with the header shown in FIG. 10, the header shown in FIG. 11 does not have the second partition member 123 having the opening 123H1.
  • the shaded region of the ascending path 12Su of the circulation portion 12S is the distribution of the gas-liquid two-phase refrigerant
  • the dot region of the circulation portion 12S is the distribution of the liquid refrigerant
  • the white region of the circulation portion 12S is the gas refrigerant.
  • Each distribution is schematically illustrated. Further, in FIG. 11, the fin 14 is not shown.
  • the bias effect of the refrigerant phase distribution is caused by the gas refrigerant being accelerated again by the opening 123H1 and vigorously ejected above the upper circulation portion 12S1. It also acts more efficiently on the flat heat transfer tube 11 above. Further, since the gas refrigerant is vigorously ejected from the first ejection hole 121H1 to the upper part of the upper circulation portion 12S1, the inflow of the liquid refrigerant into the flat heat transfer tube 11 at the lowermost stage can be suppressed.
  • the refrigerant can be diverted to each flat heat transfer tube 11 in consideration of the difference in the amount of heat exchange between the leeward and leeward flow paths. ..

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Abstract

熱交換器（５）は、複数の扁平伝熱管（１１）と中空のヘッダ（１２）とを備え、ヘッダ（１２）は、ヘッダ（１２）の内部を、冷媒が流入する流入部（１２Ｆ）と、流入部（１２Ｆ）の上側に位置される循環部（１２Ｓ）とに区画する流入板（１２０）と、循環部（１２Ｓ）を、複数の扁平伝熱管（１１）の端部が接続される内側に位置する上昇路（１２Ｓｕ）と、外側に位置する下降路（１２Ｓｄ）とに区画し、循環部（１２Ｓ）の上側で上昇路（１２Ｓｕ）と下降路（１２Ｓｄ）とを連通させる上側連通路（１２Ｓｔ）を形成し、循環部（１２Ｓ）の下側で上昇路（１２Ｓｕ）と下降路（１２Ｓｄ）とを連通させる下側連通路（１２Ｓｂ）とを形成する第１の仕切り部材（１２１）とを有し、流入板（１２０）は、上昇路（１２Ｓｕ）側且つ風下側において、冷媒を流入部（１２Ｆ）から上昇路（１２Ｓｕ）に噴出する第１の噴出孔（１２１Ｈ１）を有する。

Description

熱交換器
　本開示の技術は、熱交換器に関する。
　空気調和機に用いられる熱交換器は、一般的に、複数の流路を有する扁平伝熱管の両端が一方と他方のヘッダにそれぞれ接続され、一方のヘッダから各扁平伝熱管に冷媒の分流を行う構造を有する。例えば、ヘッダ内部で冷媒を循環させ、ヘッダに接続された複数の扁平伝熱管に対し冷媒を偏りなく分配させる技術が提案されている（特許文献１参照）。
特開２０１５－１２７６１８号公報
　しかしながら、各扁平伝熱管内においては、風上側と風下側の流路において熱交換量に差が生じる。このため、各扁平伝熱管内の複数の流路間で冷媒の状態が不均一となり、熱交換能力が低下する場合がある。
　開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、各扁平伝熱管に対し、風上側と風下側の流路との熱交換量の差を考慮した冷媒分流を行うことができる熱交換器を提供することを目的とする。
　本開示の一態様による熱交換器は、間隔を開けて積層された複数の扁平伝熱管と、複数の扁平伝熱管の端部が接続された中空のヘッダと、を備える。ヘッダは、ヘッダの内部を、冷媒が流入する流入部と、流入部の上側に位置し複数の扁平伝熱管の端部が接続される循環部とに区画する流入板と、循環部を、複数の扁平伝熱管の端部が接続される側である内側に位置する上昇路と、内側と反対側である外側に位置する下降路とに区画し、循環部の内部の上側で上昇路と下降路とを連通させる上側連通路を形成し、循環部の内部の下側で上昇路と下降路とを連通させる下側連通路とを形成する第１の仕切り部材と、を有する。流入板は、上昇路側且つ風下側において、冷媒を流入部から上昇路に噴出する少なくとも一つの第１の噴出孔を有する。
　本開示の熱交換器は、各扁平伝熱管に対し、風上側と風下側の流路との熱交換量の差を考慮した冷媒分流を行うことができる。
図１は、実施の形態１に係る熱交換器が適用される空気調和機の構成を説明する図である。 図２Ａは熱交換器の平面図である。 図２Ｂは熱交換器の正面図である。 図３は、実施の形態１に係る熱交換器のヘッダの斜視図である。 図４は、二つの噴出孔を有する流入板を例示した図である。 図５は、風上側から見たヘッダ及び複数の扁平伝熱管の一部の断面図を示している。 図６は、複数の扁平伝熱管側から見たヘッダの断面図を示している。 図７は、実施の形態２に係る熱交換器のヘッダの斜視図である。 図８は、風上方向から見た実施の形態２に係る熱交換器のヘッダの断面図である。 図９Ａは、図８のａ－ａに沿った断面図である。 図９Ｂは、図８のａ－ａに沿った断面図である。 図１０は、複数の扁平伝熱管側から見たヘッダの断面図を示している。 図１１は、図１０に示したヘッダとの比較例を説明するための図である。
　以下、添付図面を参照して、実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、実施の形態の説明の全体を通して同じ構成には同じ番号を付している。
[実施の形態１]
（空気調和機）
　図１は、実施の形態１に係る熱交換器４および熱交換器５が適用される空気調和機１の構成を説明する図である。図１に示すように、空気調和機１は、室内機２と、室外機３とを備える。室内機２は、室内用の熱交換器４が設けられ、室外機３には、室外用の熱交換器５のほかに、圧縮機６、膨張弁７、四方弁８が設けられている。
　暖房運転時には、室外機３の圧縮機６から吐出された高温高圧のガス冷媒が四方弁８を介して凝縮器として機能する熱交換器４に流入する。暖房運転時には、図１において黒矢印で示す方向に冷媒が流れている。熱交換器４では、外部の空気と熱交換した冷媒が液化する。液化した高圧の冷媒は、膨張弁７を通過して減圧され、低温低圧の気液二相冷媒として蒸発器として機能する熱交換器５に流入する。熱交換器５では、外部の空気と熱交換した冷媒はガス化する。ガス化した低圧の冷媒は、四方弁８を介して圧縮機６に吸入される。
　冷房運転時には、室外機３の圧縮機６から吐出された高温高圧のガス冷媒が四方弁８を介して凝縮器として機能する熱交換器５に流入する。冷房運転時には、図１において白矢印で示す方向に冷媒が流れている。熱交換器５では、外部の空気と熱交換した冷媒が液化する。液化した高圧の冷媒は、膨張弁７を通過して減圧され、低温低圧の気液二相冷媒として蒸発器として機能する熱交換器４に流入する。熱交換器４では、外部の空気と熱交換した冷媒はガス化する。ガス化した低圧の冷媒は、四方弁８を介して圧縮機６に吸入される。
（熱交換器）
　実施の形態１に係る熱交換器は、熱交換器４および熱交換器５のいずれにも適用可能である。以下においては、説明を具体的にするため、実施の形態１に係る熱交換器を、暖房運転時に蒸発器として機能する熱交換器５に適用するものとして説明する。
　図２Ａは熱交換器５の平面図、図２Ｂは熱交換器５の正面図である。熱交換器５は、複数の扁平伝熱管１１、ヘッダ１２、ヘッダ１３、フィン１４を備える。
　膨張弁７を通過して減圧され、低温低圧の気液二相冷媒は、配管１５によりヘッダ１２に供給され、各扁平伝熱管１１に分流される。扁平伝熱管１１を流れる際に、フィン１４を介して空気と熱交換した気液二相冷媒はガス化してヘッダ１３に流出し、ヘッダ１３で合流した冷媒は、配管１６、四方弁８を介して圧縮機６に吸入される。以下、複数の扁平伝熱管１１、ヘッダ１２、ヘッダ１３、フィン１４の具体的な構成について説明する。
　複数の扁平伝熱管１１は、それぞれ扁平な断面と、扁平伝熱管が伸びる方向に沿って、その内部に冷媒を流すための複数の流路を有する伝導管である。複数の扁平伝熱管１１は、複数の扁平伝熱管１１は、幅方向が対向するように、ヘッダ１２及びヘッダ１３の上下方向に沿って間隔を開けて積層される。複数の扁平伝熱管１１のそれぞれの一端はヘッダ１２に接続され、複数の扁平伝熱管１１のそれぞれの他端はヘッダ１３に接続される。
　ヘッダ１２から各扁平伝熱管１１に分流される冷媒は、各扁平伝熱管１１の内部の流路を流れてヘッダ１３に流出する。各扁平伝熱管１１の内部の流路を流れる冷媒は、複数の扁平伝熱管１１の間の空間を通過する外部の空気と熱交換を行う。以下の説明においては、外部の空気の流れの上流側を風上、下流側を風下という。
　なお、図２Ｂ等では、扁平伝熱管１１の数を９本とする場合を例示した。しかしながら、これはあくまでも例示であり、扁平伝熱管１１の数は９本に限定されない。
　ヘッダ１２は、管状（例えば円筒形状）を有する冷媒流路である。ヘッダ１２の内部は、冷媒が複数の扁平伝熱管１１に分流されるように中空に形成されている。ヘッダ１２には、配管１５と、複数の扁平伝熱管１１のそれぞれの端部が接続される。配管１５を介してヘッダ１２に流入する冷媒は、ヘッダ１２において各扁平伝熱管１１へ分流される。
　図３は、実施の形態１に係る熱交換器５のヘッダ１２の斜視図である。図３に示した様に、ヘッダ１２は、流入板１２０、第１の仕切り部材１２１を備える。なお、以下の説明においては、ヘッダ１２において、複数の扁平伝熱管１１のそれぞれの端部が接続される側を内側と呼び、内側の反対側であって、複数の扁平伝熱管１１のそれぞれの端部が接続されていない側を外側と呼ぶ。また、図３において、矢印は外部の空気の流れの方向を示しており、フィン１４の図示は省略されている。
　流入板１２０は、ヘッダ１２の内部を、流入部１２Ｆと、流入部１２Ｆの上側に位置する循環部１２Ｓとに区画する。流入部１２Ｆには、配管１５が接続される。循環部１２Ｓには、複数の扁平伝熱管１１の端部が接続される。
　第１の仕切り部材１２１は、管状のヘッダ１２の長手方向（すなわち、扁平伝熱管１１の積層方向）に沿って、ヘッダ１２の内部に設けられる。第１の仕切り部材１２１は、循環部Ｓを、内側に位置する上昇路１２Ｓｕと、外側に位置する下降路１２Ｓｄとに区画する。
　なお、上昇路１２Ｓｕ、下降路１２Ｓｄの断面積は、流れる冷媒の状態や種類に応じて、予め設計することができる。これらの事項は、熱交換器５に必要とされる性能に応じて、適宜設定され得る。
　また、第１の仕切り部材１２１は、ヘッダ１２の上面及び底面と離間して設けられている。第１の仕切り部材１２１は、循環部１２Ｓの内部の上側で上昇路１２Ｓｕと下降路１２Ｓｄとを連通させる上側連通路１２Ｓｔを形成する。また、第１の仕切り部材１２１は、循環部Ｓの内部の下側で上昇路１２Ｓｕと下降路１２Ｓｄとを連通させる下側連通路１２Ｓｂを形成する。
　ここで、第１の仕切り部材１２１の上端は、複数の扁平伝熱管１１のうちの最上段の扁平伝熱管１１よりも上方に位置する。第１の仕切り部材１２１の下端は、複数の扁平伝熱管１１のうちの最下段の扁平伝熱管１１よりも下方に位置する。
　流入板１２０は、上昇路１２Ｓｕ側且つ風下側において、冷媒を流入部１２Ｆから上昇路１２Ｓｕに噴出する少なくとも一つの第１の噴出孔（オリフィス）１２１Ｈ１を有する。また、第１の噴出孔１２１Ｈ１は、上面視において、第１の仕切り部材１２１と複数の扁平伝熱管１１の端部との間に位置している。この様に、第１の噴出孔１２１Ｈ１が複数の扁平伝熱管１１の端部と重ならない位置に配置されるため、第１の噴出孔１２１Ｈ１から循環部１２Ｓへ噴出される冷媒が複数の扁平伝熱管１１によって減速されることを抑止できる。
　なお、図３においては、流入板１２０において、一つの第１の噴出孔１２１Ｈ１が形成されている場合を例示した。これに対し、流入板１２０において、第１の噴出孔１２１Ｈ１は複数形成されていてもよい。また、第１の噴出孔１２１Ｈ１の数や大きさ（断面積）は、流れる冷媒の状態や種類に応じて、予め設計することができる。これらの事項は、熱交換器５に必要とされる性能に応じて、適宜設定され得る。
　また、流入板１２０は、上昇路１２Ｓｕ側且つ第１の噴出孔１２１Ｈ１に対して風上側において、冷媒を流入部１２Ｆから上昇路１２Ｓｕに噴出する少なくとも一つの第２の噴出孔を有してもよい。この第２の噴出孔は、第１の噴出孔１２１Ｈ１に比して小さく形成される。言い換えれば、第１の噴出孔１２１Ｈ１は、第２の噴出孔に比して大きく形成される。
　図４は、第２の噴出孔１２１Ｈ２を有する流入板１２０を例示した図である。図４に示した様に、風下側の第１の噴出孔１２１Ｈ１は、風上側の第２の噴出孔１２１Ｈ２に比して大きく形成されている。
　図２Ａ、図２Ｂ、図３に示されているように、ヘッダ１３は、ヘッダ１２と対をなし、管状（例えば円筒形状）を有する冷媒流路である。ヘッダ１３は、ヘッダ１２と実質的に同様の構成を有する。ヘッダ１３には、配管１６と、複数の扁平伝熱管１１のそれぞれの他端が接続される。複数の扁平伝熱管１１の他端が接続され、各扁平伝熱管１１から流出した冷媒は、ヘッダ１３内において合流する。
　フィン１４は、複数の扁平伝熱管１１と交差する方向に伸び、複数の扁平伝熱管１１と接合する。フィン１４は、複数の扁平伝熱管１１の長手方向に沿って、空気が通過するための間隔を介して所定のピッチで配列される。
（ヘッダ内での冷媒の循環）
　次に、ヘッダ内での冷媒の循環について説明する。なお、以下においては、説明を具体的にするため、ヘッダ１２を例とする。
　図５、図６は、ヘッダ１２内での冷媒の循環について説明するための図である。図５は、風上側から見たヘッダ１２及び複数の扁平伝熱管１１の一部の断面図を示している。また、図６は、複数の扁平伝熱管１１側から見たヘッダ１２の断面図を示している。なお、図６において、循環部１２Ｓのドット領域は液体冷媒の分布を、循環部１２Ｓの白抜き領域はガス冷媒の分布を、それぞれ模式的に例示している。また、図５、図６においては、フィン１４の図示が省略されている。
　図５に示した様に、配管１５から流入部１２Ｆに供給された冷媒（気液二相冷媒）は、流入板１２０の第１の噴出孔１２１Ｈ１を介して循環部１２Ｓへ噴出される。第１の噴出孔１２１Ｈ１は、流入部１２Ｆにおいて、上昇路１２Ｓｕ側且つ風下側に形成されている。従って、第１の噴出孔１２１Ｈ１から循環部１２Ｓへ噴出した冷媒は、図６の矢印Ａ１で示した様に、上昇路１２Ｓｕの風下側において上昇する。
　すなわち、第１の噴出孔１２１Ｈ１から循環部１２Ｓの上昇路１２Ｓｕに噴出される冷媒は、液冷媒とガス冷媒の気液二相冷媒であるが、ガス冷媒は、液冷媒に比して流速が速い。このため、冷媒が第１の噴出孔１２１Ｈ１から上昇路１２Ｓｕの風下側に噴出され上昇する場合、ガス冷媒の多くは、図６の矢印Ａ１で示した様に、第１の噴出孔１２１Ｈ１から上昇路１２Ｓｕの風下側の上方に向かって勢いよく流れる。
　一方、流速の遅い液冷媒は、図６の矢印Ａ２で示した様に、第１の噴出孔１２１Ｈ１から噴出されるガス冷媒の気流によって、風下側から風上側に押し出される。このため、図６に示した様に、上昇路１２Ｓｕの風下側には吹き上がった高流速のガス冷媒が多く分布し、上昇路１２Ｓｕの風上側にはガス冷媒よりも低速な液冷媒が多く分布することになる。
　上昇路１２Ｓｕにおいて、図６に示した相分布となった冷媒は、複数の扁平伝熱管１１に分流される。複数の扁平伝熱管１１に分流した冷媒は、各扁平伝熱管１１を流れる際に、フィン１４を介して空気と熱交換した冷媒はガス化してヘッダ１３に流出される。
　また、複数の扁平伝熱管１１に分流されなかった冷媒は、上側連通路１２Ｓｔで上下の流れ方向が反転し、循環部１２Ｓの下降路１２Ｓｄへと流れ込む。下降路１２Ｓｄへ流れ込んだ冷媒は、循環部１２Ｓの下降路１２Ｓｄを下降し、下側連通路１２Ｓｂで上下の流れ方向が反転し、再び上昇路１２Ｓｕへと流れ込む。
　上記のようにして上昇路１２Ｓｕへと流れ込んだ冷媒は、第１の噴出孔１２１Ｈ１から循環部１２Ｓへ新たに噴出された冷媒と合流し、再び同様の循環を繰り返す。
　以上述べた様に、流入板１２０の上昇路１２Ｓｕ側であり且つ風下側に第１の噴出孔１２１Ｈ１を設けることにより、ガス冷媒を上昇路１２Ｓｕの上方まで勢いよく噴出させることができる。このガス冷媒の風下側の上昇流により、図６に示した様に、複数の扁平伝熱管１１のそれぞれの幅方向についてのガス冷媒と液冷媒との流量比を変化させることができる。具体的には、各扁平伝熱管１１に対して、気液二相冷媒のうち、熱交換量の多い風上側に液冷媒を多く分流させ、風上側に比して熱交換量の少ない風下側にガス冷媒を多く分流させることができる。なお、本実施形態においては、この様に、複数の扁平伝熱管１１の幅方向についてのガス冷媒と液冷媒との流量比を異ならせる効果を冷媒相分布の偏り効果と呼ぶ。
　また、上記冷媒相分布の偏り効果は、第１の噴出孔１２１Ｈ１からガス冷媒が上昇路１２Ｓｕの上方まで勢いよく噴出することから、ヘッダ１２上部の扁平伝熱管１１に対しても作用する。さらに、第１の噴出孔１２１Ｈ１から液冷媒がガス冷媒と共に上昇路１２Ｓｕの上方まで勢いよく噴出することから、最下段の扁平伝熱管１１への液冷媒流入を抑制することができる。
　また、流入板１２０が風上側に第２の噴出孔１２１Ｈ２を、風下側に第１の噴出孔１２１Ｈ１をそれぞれ設ける場合が考えられる（図４参照）。第２の噴出孔１２１Ｈ２を設けることによって、流入板１２０上面の風上側に滞留し易い液冷媒を第２の噴出孔１２１Ｈ２から噴出されたガス冷媒によって押し上げることができ、複数の扁平伝熱管１１へ流入させる冷媒の量の偏りを抑制できる。この場合、風下側の第１の噴出孔１２１Ｈ１は、風上側の第１の噴出孔１２１Ｈ１に比して大きく形成される。一般に、風下側の第１の噴出孔１２１Ｈ１、風上側の第２の噴出孔１２１Ｈ２のそれぞれから循環部１２Ｓへ流入する冷媒の量は、それぞれの開口面積に比例する。従って、風下側の第１の噴出孔１２１Ｈ１からの冷媒の噴出量を風上側の第２の噴出孔１２１Ｈ２からの冷媒の噴出量に比して多くすることができる。これにより、流入板１２０が風上側に第２の噴出孔１２１Ｈ２を、風下側に第１の噴出孔１２１Ｈ１をそれぞれ有する場合であっても、気液二相冷媒のうち、熱交換量の多い風上側に液冷媒を多く分流させ、風上側に比して熱交換量の少ない風下側にガス冷媒を多く分流させることができる。
　以上より、実施の形態１に係る熱交換器５によれば、各扁平伝熱管１１に対し、風上側と風下側の流路との熱交換量の差を考慮した冷媒分流を行うことができる。
[実施の形態２]
　次に、実施の形態２に係る熱交換器について説明する。
　図７は、実施の形態２に係る熱交換器５のヘッダ１２の斜視図である。図８は、風上方向から見た実施の形態２に係る熱交換器５のヘッダ１２の断面図である。図７、図８に示した様に、実施の形態２に係る熱交換器５は、実施の形態１に係る熱交換器５の構成に加えて、ヘッダ１２内の循環部１２Ｓにおいて第２の仕切り部材をさらに備える構成となっている。
　第２の仕切り部材１２３は、ヘッダ１２内の循環部１２Ｓを、上側に位置する上循環部１２Ｓ１と下側に位置する下循環部１２Ｓ２とに区画する。第２の仕切り部材１２３は、例えば、複数の扁平伝熱管１１の積層方向（図７、図８ではヘッダ１２の長手方向）に関して、循環部Ｓの中央又は中央よりも上方に設けられている。
　なお、図７、図８では、上循環部１２Ｓ１に接続された扁平伝熱管１１の数を４本とし、下循環部１２Ｓ２に接続された扁平伝熱管１１の数を５本とした。しかしながら、これらはあくまでも例示であり、上循環部１２Ｓ１、下循環部１２Ｓ２に接続される扁平伝熱管１１の数はこれらの例に限定されない。
　図９Ａ、図９Ｂは、図８のａ－ａに沿った断面図であり、第２の仕切り部材１２３の正面図に対応する図である。図９Ａに示した様に、第２の仕切り部材１２３は、上昇路１２Ｓｕ側且つ風下側において開口部１２３Ｈ１を有する。開口部１２３Ｈ１は、冷媒を下循環部１２Ｓ２から上循環部１２Ｓ１へ噴出する。また、第２の仕切り部材１２３は、下降路１２Ｓｄ側に、上循環部１２Ｓ１から下循環部１２Ｓ２へ冷媒を噴出する少なくとも一つの開口部１２３Ｈ２を有する。
　なお、開口部１２３Ｈ１の形状は、孔形状でも切欠き形状でも良い。また、開口部１２３Ｈ１は、図９Ｂに示した様に、上面視において少なくとも一つの第１の噴出孔１２１Ｈ１と重なるような位置関係となっている。例えば、開口部１２３Ｈ１は、流入板１２０の第１の噴出孔１２１Ｈ１の上（例えば真上）に位置する。また、開口部１２３Ｈ１の大きさ（開口面積）は、例えば、少なくとも一つの第１の噴出孔１２１Ｈ１の総開口面積よりも大きい。
　開口部１２３Ｈ１と第１の噴出孔１２１Ｈ１との間において、この様な位置関係及び大きさ関係とするのは、以下の理由による。すなわち、第２の仕切り部材１２３の開口部１２３Ｈ１以外の部分（すなわち、板状の部分）が、第１の噴出孔１２１Ｈ１から噴出される冷媒の流路抵抗にならないようにするためである。
　なお、開口部１２３Ｈ１の具体的な数や大きさは、流れる冷媒の状態や種類に応じて、予め設計することができる。これらの事項は、熱交換器５に必要とされる性能に応じて、適宜設定され得る。
（ヘッダ内での冷媒の循環）
　次に、ヘッダ内での冷媒の循環について図８、図１０を参照しながら説明する。
　図１０は、複数の扁平伝熱管１１側から見たヘッダ１２の断面図を示している。なお、図１０においても図６と同様に、循環部１２Ｓのドット領域は液体冷媒の分布を、循環部１２Ｓの白抜き領域はガス冷媒の分布を、それぞれ模式的に例示している。また、図１０においては、フィン１４の図示が省略されている。
　図１０に示した様に、配管１５から流入部１２Ｆに供給された冷媒（気液二相冷媒）は、流入板１２０の第１の噴出孔１２１Ｈ１を介して下循環部１２Ｓ２の上昇路１２Ｓｕへ噴出される。第１の噴出孔１２１Ｈ１は、流入部１２Ｆにおいて、上昇路１２Ｓｕ側且つ風下側に形成されている。従って、第１の噴出孔１２１Ｈ１から下循環部１２Ｓ２の上昇路１２Ｓｕへ噴出した冷媒は、図１０の矢印Ａ３で示した様に、風下側において勢いよく上昇する。この第１の噴出孔１２１Ｈ１から噴出されるガス冷媒の気流によって、流速の遅い液冷媒は、図１０の矢印Ａ５で示した様に、風下側から風上側に押し出される。その結果、下循環部１２Ｓ２において、上述した冷媒相分布の偏り効果が実現される。
　下循環部１２Ｓ２の上昇路１２Ｓｕにおいて、風下側にガス冷媒が多く分布し風上側に液冷媒が多く分布した冷媒は、下循環部１２Ｓ２に接続された複数の扁平伝熱管１１に分流される。下循環部１２Ｓ２に接続された複数の扁平伝熱管１１に分流した冷媒は、各扁平伝熱管１１を流れる際に、フィン１４を介して空気と熱交換した冷媒はガス化してヘッダ１３に流出する。
　また、複数の扁平伝熱管１１に分流されなかった冷媒は、第２の仕切り部材１２３の開口部１２３Ｈ１から上循環部１２Ｓ１の上昇路１２Ｓｕへ噴出される。ガス冷媒の多くは、第２の仕切り部材１２３の開口部１２３Ｈ１によって再度加速され、図１０の矢印Ａ４で示した様に、上循環部１２Ｓ１の上方に向かって勢いよく上昇する。この開口部１２３Ｈ１から再加速して噴出されるガス冷媒の気流によって、流速の遅い液冷媒は、図１０の矢印Ａ５で示した様に、風下側から風上側に押し出される。その結果、上循環部１２Ｓ１において、上述した冷媒相分布の偏り効果が実現される。
　上循環部１２Ｓ１の上昇路１２Ｓｕにおいて、風下側にガス冷媒が多く分布し風上側に液冷媒が多く分布した冷媒は、上循環部１２Ｓ１に接続された複数の扁平伝熱管１１に分流される。上循環部１２Ｓ１に接続された複数の扁平伝熱管１１に分流した冷媒は、各扁平伝熱管１１を流れる際に、フィン１４を介して空気と熱交換した冷媒はガス化してヘッダ１３に流出する。
　また、上循環部１２Ｓ１に接続された複数の扁平伝熱管１１に分流されなかった冷媒は、上側連通路１２Ｓｔで上下の流れ方向が反転し、循環部１２Ｓの下降路１２Ｓｄへと流れ込む。下降路１２Ｓｄへ流れ込んだ冷媒は、循環部１２Ｓの下降路１２Ｓｄを下降し、下側連通路１２Ｓｂで上下の流れ方向が反転し、再び下循環部１２Ｓ２の上昇路１２Ｓｕへと流れ込む。
　上記のようにして下循環部１２Ｓ２の上昇路１２Ｓｕへと流れ込んだ冷媒は、第１の噴出孔１２１Ｈ１から下循環部１２Ｓ２へ新たに噴出された冷媒と合流し、再び同様の循環を繰り返す。
　以上述べた様に、流入板１２０の上昇路１２Ｓｕ側であり且つ風下側に第１の噴出孔１２１Ｈ１を設けることにより、下循環部１２Ｓ２から上循環部１２Ｓ１へ流れるガス冷媒の多くは、第２の仕切り部材１２３の開口部１２３Ｈ１によって再度加速される。これにより、循環部１２Ｓ内の上方において、開口部１２３Ｈ１を有する第２の仕切り部材１２３がない場合に比して、複数の扁平伝熱管１１の幅方向についてのガス冷媒と液冷媒との流量比をさらに異ならせることができる。言い換えれば、上循環部１２Ｓ１においても下循環部１２Ｓ２に比して効率を落とすことなく、冷媒相分布の偏り効果を実現することができる。その結果、各扁平伝熱管１１に対し、風上側と風下側の流路との熱交換量の差を考慮した冷媒分流をより効率的に行うことができる。
　図１１は、図１０に示したヘッダとの比較例として、実施形態１のヘッダに低循環量（低流量）の冷媒を流入させた場合を説明するための図である。図１１に示したヘッダと図１０に示したヘッダとを比較した場合、図１１に示したヘッダは、開口部１２３Ｈ１を有する第２の仕切り部材１２３が存在しない。なお、図１１において、循環部１２Ｓの上昇路１２Ｓｕの斜線領域は気液二相冷媒の分布を、循環部１２Ｓのドット領域は液体冷媒の分布を、循環部１２Ｓの白抜き領域はガス冷媒の分布を、それぞれ模式的に例示している。また、図１１においては、フィン１４の図示が省略されている。
　図１１に示した比較例に係るヘッダにおいては、第１の噴出孔１２１Ｈ１から循環部１２Ｓの上昇路１２Ｓｕへ噴出した冷媒は、低循環量であるため、図１１の矢印Ａ６で示した様に、上昇するに従って失速する。このため、循環部１２Ｓの上昇路１２Ｓｕにおける風上側と風下側の流速差は、循環部１２Ｓの上部に向かうに従って小さくなる。循環部１２Ｓの上昇路１２Ｓｕの第１の噴出孔１２１Ｈ１に近い領域においては、図１１の矢印Ａ７で示した様に、上昇速度の速いガス冷媒によって、流速の遅い液冷媒を風下から風上側に押し出すことができる。一方、ガス冷媒が失速すると、ガス冷媒は液冷媒を風下から風上側に押し出すことができない。従って、循環部１２Ｓの上昇路１２Ｓｕの上方向に行くに従って、図１１の矢印Ａ８で示した様に、気液二相冷媒が多く流れることになり、液冷媒とガス冷媒との相分布は、偏りが無くなる方向に変化すると考えられる。
　これに対し、本実施形態に係る熱交換器では、冷媒相分布の偏り効果は、ガス冷媒が開口部１２３Ｈ１によって再度加速され上循環部１２Ｓ１の上方まで勢いよく噴出することから、上循環部１２Ｓ１の上部の扁平伝熱管１１に対してもより効率的に作用する。さらに、第１の噴出孔１２１Ｈ１からガス冷媒が上循環部１２Ｓ１の上方まで勢いよく噴出することから、最下段の扁平伝熱管１１への液冷媒流入を抑制することができる。
　以上より、実施の形態１に係る熱交換器５によれば、各扁平伝熱管１１に対し、風上側と風下側の流路との熱交換量の差を考慮した冷媒分流を行うことができる。
　以上、実施の形態について説明したが、開示の技術はこれに限定されるものではなく、ここでは記載していない様々な実施の形態等を含み得るものである。
１　空気調和機
２　室内機
３　室外機
４、５　熱交換器
６　圧縮機
７　膨張弁
８　四方弁
１１　扁平伝熱管
１２、１３　ヘッダ
１４　フィン
１５、１６　配管
１２Ｆ　流入部
１２Ｓ　循環部
１２Ｓ１　上循環部
１２Ｓ２　下循環部
１２Ｓｕ　上昇路
１２Ｓｄ　下降路
１２Ｓｔ　上側連通路
１２Ｓｂ　下側連通路
１２０　流入板
１２１　第１の仕切り部材
１２１Ｈ１　第１の噴出孔
１２１Ｈ２　第２の噴出孔
１２３　第２の仕切り部材
１２３Ｈ１　開口部

Claims (5)

  1. 　間隔を開けて積層された複数の扁平伝熱管と、
    　複数の前記扁平伝熱管の端部が接続された中空のヘッダと、を備え、
    　前記ヘッダは、
    　前記ヘッダの内部を、冷媒が流入する流入部と、前記流入部の上側に位置し複数の前記扁平伝熱管の端部が接続される循環部とに区画する流入板と、
    　前記循環部を、複数の前記扁平伝熱管の前記端部が接続される側である内側に位置する上昇路と、前記内側と反対側である外側に位置する下降路とに区画し、前記循環部の内部の上側で前記上昇路と前記下降路とを連通させる上側連通路を形成し、前記循環部の内部の下側で前記上昇路と前記下降路とを連通させる下側連通路とを形成する第１の仕切り部材と、
    　を有し、
    　前記流入板は、前記上昇路側且つ風下側において、冷媒を前記流入部から前記上昇路に噴出する少なくとも一つの第１の噴出孔を有する熱交換器。
  2. 　前記流入板は、前記上昇路側且つ少なくとも一つの前記第１の噴出孔に対して風上側において、冷媒を前記流入部から前記上昇路に噴出する少なくとも一つの第２の噴出孔を有し、
    　少なくとも一つの前記第２の噴出孔は、少なくとも一つの前記第１の噴出孔に比して小さく形成されている、
    　請求項１に記載の熱交換器。
  3. 　前記ヘッダは、前記循環部を上側に位置する上循環部と下側に位置する下循環部とに区画する第２の仕切り部材をさらに有し、
    　前記第２の仕切り部材は、前記上昇路側且つ風下側において、冷媒を前記下循環部から前記上循環部に噴出する開口部を有する、
    　請求項１に記載の熱交換器。
  4. 　前記第２の仕切り部材は、複数の前記扁平伝熱管の積層方向に関して、前記循環部の中央又は中央よりも上方に設けられている請求項３に記載の熱交換器。
  5. 　前記開口部は、上面視において少なくとも一つの前記第１の噴出孔と重なる請求項３に記載の熱交換器。
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