热交换器分流器
技术领域
本发明涉及由一对集管和具有多个制冷剂流路的多个扁平管构成，利用在多个扁平管之间流动的空气和在扁平管的制冷剂流路中流动的制冷剂来进行热交换的热交换器。
背景技术
现有技术中，已知有如下所述的热交换器，其包括：在水平方向上左右相对的一对集管；具有多个制冷剂流路的多个扁平管；和设置于扁平管彼此之间的传热翅片，该热交换器利用在多个扁平管之间流动的空气和在扁平管的制冷剂流路中流动的制冷剂来进行热交换。
在此种热交换器中，公开了如下所述的热交换器分流器：将多个扁平管以多根一组的方式进一步分组，各组构成使制冷剂从一对集管的一根向另一根流动的单向热交换区间，构成单向热交换区间的扁平管的根数的上限和下限通过使用了空气调节机的额定能力、扁平管的制冷剂流路的截面积、水力直径的规定的算式来确定，由此，使热交换区间的扁平管根数最佳化，能够抑制偏流。(例如，专利文献1参照)。
图6是专利文献1记载的现有的热交换器。
如图6所示，热交换器100包括由多个制冷剂流路形成的多个扁平管101、和分别与扁平管101的两端部连接的一对集管102a、102b，在集管102a、102b设置有将多个扁平管101划分为多个热交换区间103a、103b、103c、103d的分隔板104a、104b、104c，一根集管102a与制冷剂配管105a、105b连接。
热交换区间103a、103b由分隔板104a隔开，热交换区间103b、103c由分隔板104b隔开，热交换区间103c、103d由分隔板104c隔开。
在将热交换器100用于空气调节机的室外机的情况下，构成各热交换区间103a、103b、103c、103d的扁平管101的根数设为通过使用供暖额定能力、一根扁平管101的制冷剂流路的截面积和水力直径的规定的算式求出的上限根数、下限根数内。
在作为蒸发器发挥作用的情况下，从制冷剂配管105b流入一根集管102a的制冷剂通过热交换区间103d流向另一根集管102b，在另一根集管102b内上升，通过热交换区间103c而流出到一根集管102a。
进一步，流至一根集管102a的制冷剂在一根集管102a内上升，通过热交换区间103b，流向另一根集管102b，在另一根集管102b内上升，通过热交换区间103a，流向一根集管102a。
因为扁平管101的根数被设定为在从集管102a、102b向多个扁平管101流动时，不发生偏流的根数，所以能够使制冷剂在各扁平管101均匀地分流。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-48028号公报
发明内容
发明要解决的课题
在作为蒸发器发挥作用的情况下，制冷剂在每次流经各热交换区间时蒸发，随着从热交换器的入口向出口流动而从液体状态(富含液体(liquid rich))向气体状态(富含气体(gas rich))变化，所以必须向各热交换区间分流的制冷剂状态不同。由于制冷剂状态不同，所以制冷剂的流动状态也不同，但在现有的结构中，没有考虑到制冷剂状态的差异，所以作为分流改善而言并不充分。
尤其是在密度大的液体制冷剂的比例较少(富含气体)的制冷剂流动的蒸发下游侧的集管内，来自热交换器的入口的制冷剂的流动距离长，因压力损失和/或压头差而丧失的损失能量较多，动能从流入到热交换器的状态下降，所以在集管内上升的惯性力小，液体密度大的液体制冷剂难以到达上方而向热交换区间的下方偏流，制冷剂在多个扁平管不均匀地流动的问题。
本发明是为了解决上述现有的问题而完成的，其目的在于：在包括由多个制冷剂流路形成的多个扁平管和分别与扁平管的两端部连接的一对集管的热交换器中，使制冷剂均匀地流入到多个扁平管。
用于解决课题的方法
为了解决上述现有问题，本发明的热交换器包括：具有多个制冷剂流路的多个扁平管；和分别与扁平管的两端部连接的一对集管，集管具有将多个扁平管划分为多个热交换区间的分隔板，在热交换器作为蒸发器发挥作用时，制冷剂流出的第1制冷剂配管设于一个集管的上方，制冷剂流入的第2制冷剂配管设于一个集管的下方，另一个集管在制冷剂向多个扁平管流出的制冷剂流出区间具有分隔出扁平管的连接侧空间和扁平管的非连接侧空间的分隔壁板，分隔壁板在比制冷剂流出区间的铅垂方向中间位置靠上方，具有在铅垂方向排列的多个连通孔，连通孔比正下方的连通孔的开口面积大。
由此，从多个扁平管流入集管的制冷剂流入到制冷剂流出区间的扁平管的非连接侧空间并上升。尤其是在液体制冷剂的比例少(富含气体)的制冷剂流动的蒸发下游侧的集管中，来自第2制冷剂配管的制冷剂的流动距离长，因压力损失和/或压头差而丧失的能量大，动能从流入到热交换器的状态下降，由此，在集管内上升的惯性力减小，密度大的液体制冷剂难以到达集管的上方，与上侧的连通孔相比，易于从下侧的连通孔流入扁平管的连接侧空间，但下侧的连通孔的开口面积小，所以流路阻力大，制冷剂难以流动。
上侧的连通孔中的开口面积大，所以流路阻力变小，制冷剂易于向扁平管的连接侧空间流动。
发明的效果
本发明的热交换器尤其是在液体制冷剂的比例少(富含气体)的制冷剂流动的情况下，能够在抑制从多个扁平管流入集管的制冷剂在集管内上升时，在流动至难以到达的集管的上方前，仅从下侧的连通孔流入扁平管的连接侧空间，制冷剂向集管的下方偏流的同时，通过使制冷剂易于从上侧的连通孔流入扁平管的连接侧空间，而使制冷剂能够流至上层的扁平管，所以能够使制冷剂在多个扁平管均匀地流动。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的热交换器的立体图。
图2是本发明的实施方式1的集管的x-y平面的截面图。
图3是表示使用了热交换器的室外机的内部结构的x-z主视图。
图4是表示使用了热交换器的室外机的内部结构的x-y主视图。
图5是本发明的实施方式2的集管的x-y平面的截面图。
图6是现有的热交换器的x-y平面的截面图。
附图标记说明
1 热交换器
2 扁平管
3a、3b 集管
4 翅片
5 制冷剂流路
6 第1制冷剂配管
7 第2制冷剂配管
8a、8b、8c、8d 热交换区间
9a、9b、9c 分隔板
10 制冷剂流入区间
11 制冷剂流出区间
12 分割板
13 连接侧空间
14 非连接侧空间
15 分隔壁板
16a、16b 连通孔
17 流动调整部
20 室外机
21 压缩机
22 切换阀
23 室外膨胀阀
24 风机
25 液体管
26 气体管
100 热交换器
101 扁平管
102a、102b 集管
103a、103b、103c、103d 热交换区间
104a、104b、104c 分隔板
105a、105b 制冷剂配管
具体实施方式
本发明的第1方面的热交换器包括：具有多个制冷剂流路的多个扁平管；和分别与扁平管的两端部连接的一对集管，集管具有将多个扁平管划分为多个热交换区间的分隔板，在热交换器作为蒸发器发挥作用时，制冷剂流出的第1制冷剂配管设于一个集管的上方，制冷剂流入的第2制冷剂配管设于一个集管的下方，另一个集管在制冷剂向多个扁平管流出的制冷剂流出区间具有分隔出扁平管的连接侧空间和扁平管的非连接侧空间的分隔壁板，分隔壁板在比制冷剂流出区间的铅垂方向中间位置靠上方，具有在铅垂方向排列的多个连通孔，连通孔比正下方的连通孔的开口面积大。
由此，从多个扁平管流入集管的制冷剂流入到制冷剂流出区间的扁平管的非连接侧空间并上升。尤其是在液体制冷剂的比例少(富含气体)的制冷剂流动的蒸发下游侧的集管中，来自第2制冷剂配管的制冷剂的流动距离长，因压力损失和/或压头差而丧失的能量大，动能从流入到热交换器1的状态下降，由此，在集管内上升的惯性力减小，密度大的液体制冷剂难以到达集管的上方，与上侧的连通孔相比，易于从下侧的连通孔流入扁平管的连接侧空间，但下侧的连通孔的开口面积小，所以流路阻力大，制冷剂难以流动。
上侧的连通孔中的开口面积大，所以流路阻力变小，制冷剂易于向扁平管的连接侧空间流动。
因此，尤其在液体制冷剂的比例少(富含气体)的制冷剂流动的情况下，能够在抑制从多个扁平管流入集管的制冷剂在集管内上升时，在流至难以到达的集管的上方前，仅从下侧的连通孔流入扁平管的连接侧空间，制冷剂向集管的下方偏流的同时，通过使制冷剂易于从上侧的连通孔流入到扁平管的连接侧空间，能够使制冷剂流至上层的扁平管，所以能够使制冷剂在多个扁平管均匀地流动。
本发明的第2方面采用在非连接侧空间，从集管的壁面朝向多个连通孔中的存在于最上层的连通孔的上端，设置有具有上升坡度的流动调整部。
由此，在扁平管的非连接侧空间上升的制冷剂的一部分沿着流动调整部从最上层的连通孔流入到扁平管的连接侧空间。
因此，尤其是在制冷剂循环量多且制冷剂流速快的过载运转时，能够抑制液体制冷剂在扁平管的非连接侧空间势头迅猛地上升，碰撞到非连接侧空间的上表面而动能减少，进而从连通孔落下并流入到连接侧空间，由此，能够使在非连接侧空间上升的制冷剂的动能不下降地向连接侧空间的上方流动，能够使制冷剂流至上层的扁平管，所以能够使制冷剂在多个扁平管均匀地流动。
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，并非利用本实施方式来限定本发明。
(实施方式1)
图1是本发明的实施方式1的热交换器的立体图，x方向是在扁平管的流路流动的制冷剂的流动方向，y方向是集管的轴向，z方向是空气流动的方向。图2是图1的A-A截面图(本发明的实施方式1的热交换器的x-y平面的截面图)。
在图1、图2中，热交换器1包括多个扁平管2和一对集管3a、3b。
多个扁平管2以沿着集管3a、3b的轴向(y方向)相互平行的方式分别沿水平方向(x方向)配置。
在多个扁平管2彼此之间，构成有形成为上下连续的波状的多个翅片4，利用流经多个翅片4之间的空气和流经多个扁平管2中的制冷剂来进行热交换。
另外，作为制冷剂，例如使用含有R410A、R32和R32的混合制冷剂等。
设置于扁平管2内的多个制冷剂流路5与集管3a、3b的内部连通。
集管3a、3b例如通过挤出成型而将铝等金属材料形成为圆筒状。
一根集管3a与第1制冷剂配管6和第2制冷剂配管7连接。第1制冷剂配管6与一根集管3a的上方连接，第2制冷剂配管7与一根集管3a的下方连接，构成为作为制冷剂的流入口或流出口发挥作用。
在集管3a、3b内，在第1制冷剂配管6与第2制冷剂配管7的高度方向(y方向)之间的位置，设有将多个扁平管2分隔为多个热交换区间8a、8b、8c、8d的分隔板9a、9b、9c。
热交换区间8a、8b由分隔板9a隔开，热交换区间8b、8c由分隔板9b隔开，热交换区间8c、8d由分隔板9c隔开。
在另一根集管3b内的由分隔板9b隔开的上方空间中，在作为蒸发器发挥作用的情况下，设置有分割板12和分隔壁板15，分割板12隔开制冷剂从热交换区间8b流入的制冷剂流入区间10和制冷剂向热交换区间8a流出的制冷剂流出区间11，分隔壁板15沿另一根集管3b的轴向(y方向)延伸，隔开制冷剂流出区间11的扁平管2的连接侧空间13和扁平管2的非连接侧空间14。
分割板12设置于与分隔板9a(其设置于一根集管3a内)在y方向上高度相同的位置。
分隔壁板15在铅垂方向(y方向)中间位置更上方，具有沿铅垂方向(y方向)排列的多个连通孔16a、16b，构成为连通孔16a比正下方的连通孔16b的开口面积大。
关于以上述方式构成的热交换器，在作为蒸发器发挥作用的情况下，从第2制冷剂配管7流入一根集管3a的制冷剂沿+x方向通过热交换区间8d，向另一个集管3b流动，在另一个集管3b内沿+y方向上升，在沿-x方向通过热交换区间8c后，向一个集管3a流出。
进一步，流入到一个集管3a的制冷剂沿+x方向通过热交换区间8b而流向另一根集管3b的制冷剂流入区间10。制冷剂流入区间10内的制冷剂朝向制冷剂流出区间11，在非连接侧空间14沿+y方向上升。上升后的制冷剂通过设置于分隔壁板15的多个连通孔16a、16b，流入到连接侧空间13，沿-x方向通过热交换区间8a后，流向一根集管3a。
接下来，以将本实施方式的热交换器1用于空气调节装置的室外机20的情况为例，对本实施方式的利用进行说明。
图3是表示使用了本实施方式的热交换器1的室外机20的内部结构的x-z平面图，图4是表示使用了本实施方式的热交换器1的室外机20的内部结构的x-y平面图。
如图3、图4所示，室外机20包括：压缩机21、切换阀22、室外膨胀阀23、风机24、和热交换器1。室外机20和室内机(未图示)由液体管25和气体管26连接。
热交换器1的集管3a、3b经由第1制冷剂配管6与切换阀22连接，经由第2制冷剂配管7与室外膨胀阀23连接。
首先，在进行供冷运转时，热交换器1作为冷凝器发挥作用。
从室外机20的压缩机21输送的气体制冷剂经由切换阀22从第1制冷剂配管6流入到一根集管3a中。该气体制冷剂通过由分隔板9a隔开的第1制冷剂配管6的连接侧的一根集管3a的内部，流入多个扁平管2内的多个制冷剂流路5，沿水平方向(+x方向，+z方向)在热交换区间8a流动，并向另一根集管3b流出。流出的制冷剂从连接侧空间13通过设置于分隔壁板15的多个连通孔16a、16b，流入非连接侧空间14，在另一根集管3b内沿铅垂方向(-y方向)下降，流入热交换区间8b，沿水平方向(-z方向，-x方向)流动并向一根集管3a流出。
此外，流出至一根集管3a的制冷剂在一根集管3a内沿铅垂方向(-y方向)下降，流入热交换区间8c，沿水平方向(+z方向，+x方向)流动，并向另一根集管3b流出。流出的制冷剂在另一根集管3b内沿铅垂方向(-y方向)下降，流入热交换区间8d并沿水平方向(-z方向，-x方向)流动。
制冷剂在扁平管2通过与由风机24输送来的空气进行热交换而散热、冷凝。
冷凝的制冷剂流出到由分隔板9c隔开的第2制冷剂配管7的连接侧的集管3a的空间，从第2制冷剂配管7通过室外膨胀阀23、液体管25后流出至室内机。
流至室内机的冷凝的制冷剂在室内热交换器(未图示)与空气热交换，由此吸热、蒸发。蒸发的制冷剂通过气体管26经由切换阀22向压缩机21循环。
在进行供暖运转的情况下，热交换器1作为蒸发器发挥作用。
从室外机20的压缩机21输送来的气体制冷剂经由切换阀22通过气体管26后向室内机流出。
流至室内机的气体制冷剂在设置于室内机的室内热交换器与空气热交换从而散热、冷凝。
冷凝的制冷剂通过液体管25、室外膨胀阀23，成为气液两相制冷剂，从第2制冷剂配管7通过由分隔板9c隔开的第2制冷剂配管7的连接侧的一根集管3a的内部而流入到多个扁平管2内的多个制冷剂流路5，在热交换区间8d沿水平方向(+x方向，+z方向)流动，然后，向另一根集管3b流出。流出的制冷剂在另一根集管3b内沿铅垂方向(+y方向)上升，流入热交换区间8c，沿水平方向(-z方向，-x方向)流动并向一根集管3a流出。
此外，流出到一个集管3a的制冷剂在一个集管3a内沿铅垂方向(+y方向)上升，流入热交换区间8b，然后，沿水平方向(+x方向，+z方向)流动，并流向另一个集管3b内的制冷剂流入区间10。
流动来的液体制冷剂的比例较少(富含气体)的制冷剂因来自第2制冷剂配管7的制冷剂的流动距离长，因压力损失和/或压头差而丧失的能量大，因而动能从流入到热交换器1的状态下降，由此，在另一根集管3b内上升的惯性力变小，密度大的液体制冷剂难以到达集管上方。
与上侧的连通孔16a相比，制冷剂易于从下侧的连通孔16b流入扁平管2的连接侧空间13，但下侧的连通孔16b的开口面积小，所以流路阻力大，制冷剂难以流动，而上侧的连通孔16a的开口面积大，流路阻力小，制冷剂从上侧的连通孔16a流入到连接侧空间13。
流入到连接侧空间13的制冷剂流入热交换区间8a，沿水平方向(-z方向、-x方向)流动。
制冷剂在扁平管2与由风机24输送来的空气进行热交换从而吸热、蒸发。
蒸发后的制冷剂流出至由分隔板9a隔开的第1制冷剂配管6的连接侧的集管3a的空间，并从第1制冷剂配管6经由切换阀22向压缩机21循环。
像以上那样，在本实施方式中，热交换器1包括：扁平管2，其具有多个制冷剂流路5；和一对集管3a、3b，其在将多个扁平管2沿水平方向设置时，分别与扁平管2的两端部连接，多个扁平管2沿集管3a、3b的轴向相互平行地连接起来。
集管3a、3b具有将多个扁平管2划分为多个热交换区间8a、8b、8c、8d的分隔板9a、9b、9c，在热交换器1作为蒸发器发挥作用时，将制冷剂流出的第1制冷剂配管6设于一根集管3a的上方，将制冷剂流入的第2制冷剂配管7设于一根集管3a的下方，在另一根集管3b内的制冷剂流出区间11，具有隔开扁平管2的连接侧空间13和扁平管2的非连接侧空间14的分隔壁板15，分隔壁板15z在铅垂方向(y方向)中间位置的更上方，具有沿铅垂方向(y方向)排列的多个连通孔16a、16b，构成为连通孔16a比正下方的连通孔16b的开口面积大。
由此，从多个扁平管2流入另一根集管3b的制冷剂流入到制冷剂流出区间11的扁平管2的非连接侧空间14并上升。尤其是在液体制冷剂的比例少(富含气体)的制冷剂流动的蒸发下游侧的另一根集管3b中，来自第2制冷剂配管7的制冷剂的流动距离长，因压力损失和/或压头差而丧失的能量大，动能从流入到热交换器的状态下降，由此，在另一根集管3b内上升的惯性力减小，密度大的液体制冷剂难以到达另一个集管3b的上方，与上侧的连通孔16a相比，易于从下侧的连通孔16b流入扁平管2的连接侧空间13，但下侧的连通孔16b的开口面积小，所以流路阻力大，制冷剂难以流动。
上侧的连通孔16a的开口面积大，所以流路阻力小，制冷剂易于向扁平管2的连接侧空间13流动。
因此，尤其是在液体制冷剂的比例少(富含气体)的制冷剂流动的情况下，在从多个扁平管2流入另一根集管3b的制冷剂在另一根集管3b内上升时，能够在抑制制冷剂仅从下侧的连通孔16b流入扁平管2的连接侧空间13而向另一个集管3b的下方偏流的同时，使制冷剂易于从上侧的连通孔16a向扁平管2的连接侧空间13流动，从而流至上层的扁平管2，所以能够使制冷剂在多个扁平管2均匀地流动。
此外，在制冷剂从热交换区间8b流向热交换区间8a时，能够不在另一根集管3b连接作为其他部件的连接管地、使液体制冷剂在另一根集管3b内优先地流动，所以能够抑制另一根集管3b的内容积的增大，能够削减所需的制冷剂量。
(实施方式2)
图5是本发明的实施方式2的x-y平面的截面图。
如图5所示，在非连接侧空间14，设置有从另一个集管3b的壁面朝向多个连通孔16a、16b中存在于最上层的连通孔16a的上端具有上升坡度的流动调整部17。
由此，在扁平管2的非连接侧空间14上升的制冷剂的一部分沿着流动调整部17从最上层的连通孔16a流入到扁平管2的连接侧空间13。
因此，尤其是在制冷剂循环量多且制冷剂流速变快的过载运转时，能够抑制液体制冷剂在扁平管2的非连接侧空间14势头迅猛地上升，碰撞到非连接侧空间14的上表面致使动能减少，而从上侧的连通孔16a下落并流入连接侧空间13，由此，能够使在非连接侧空间14上升的液体制冷剂的动能不减少地向连接侧空间13的上方流动，能够使制冷剂流至上层的扁平管2，所以能够使制冷剂在多个扁平管2均匀地流动。
此外，流动调整部17的另一个集管3b的壁面连接位置优选为位于最上层的连通孔16a的铅垂方向(y方向)中间位置以下。
由此，在扁平管2的非连接侧空间14上升的制冷剂从更倾斜的方向接触流动调整部17的面，液体制冷剂上升的势头不衰减地流入扁平管2的连接侧空间13，所以能够愈发向连接侧空间13的上方流动，能够使制冷剂流至上层的扁平管2，能够使制冷剂在多个扁平管2均匀地流动。
此外，多个连通孔16a、16b优选设置为：根据连通孔16a、16b的个数将与制冷剂流出区间11连接的扁平管2的根数等分地隔开，在被隔开的多个扁平管2中，多个连通孔16a、16b至少含有存在于最上层的扁平管2的y方向高度位置。例如，在制冷剂流出区间11连接有8根扁平管2，且设置有2个连通孔16a、16b的情况下，设为上侧的连通孔16a包含8根扁平管2中的最上层的扁平管2的y方向高度位置，下侧的连通孔16b包含8根扁平管2中的从上数第5根的扁平管2的y方向高度位置。
由此，在与各连通孔16a、16b对应的多个扁平管2中，能够确保制冷剂向分别存在于y方向高度最高的位置的扁平管2流动的流路，所以能够使制冷剂易于从制冷剂流出区间11的上方至下方均匀地流动，能够使制冷剂在多个扁平管2均匀地流动。
另外，在实施例中，设置了一列热交换器1，但例如也可以在空气流动方向(z方向)上设置2个以上，此外，在使用沿重力方向(y方向)重叠2个以上的热交换器1的结构的情况下，当然也能够得到同样的效果。
此外，在实施例中，多个翅片4采用了在多个扁平管2彼此之间以上下连续的波状形成的结构，但在采用如下所述的结构的情况下，当然也能够得到同样的效果：多个翅片4以相互平行的方式，形成为以直角插入多个扁平管2那样的板状的结构。
此外，在实施例中，在分隔壁板15沿铅垂方向(y方向)并排设置有2个连通孔16a、16b，但在设置2个以上的情况下，当然也能够得到同样的效果。
此外，在实施例中，流动调整部17由平面构成，但在采用设为向上方凸形状的曲面构成的情况下，当然也能够得到同样的效果。
工业上的可利用性
本发明涉及在利用扁平管的热交换器中，能够抑制在密度较大的液体制冷剂的比例少(富含气体)的制冷剂流经集管内时，液体制冷剂向下方偏斜，而向热交换区间的下方偏流的热交换器分流器，能够适用于冷冻机、空气调节装置、供热水空调复合装置等用途。
