层叠型集管、热交换器以及空调装置的制作方法

本发明涉及层叠型集管、热交换器以及空调装置。

背景技术：

以往，向热交换器的各传热管分配并供给制冷剂的层叠型集管是已知的。该层叠型集管通过将板状体层叠多张，从而向热交换器的各传热管分配并供给制冷剂，所述板状体形成相对于一条入口流路而分支为多条出口流路的分配流路(例如参照专利文献1)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9-189463号公报(参照图1等)

技术实现要素：

发明要解决的课题

在这样的层叠型集管中，为了向热交换器的各传热管均匀地供给制冷剂，将从多条出口流路的每一条分别流出的液体制冷剂的流量的比率即分配率均匀地保持，这在确保作为蒸发器发挥功能的热交换器的性能方面很重要。

在以往的层叠型集管中，在制冷剂在分支流路中反复进行分支的过程中，成为液体制冷剂在分配流路内偏向的状态，在层叠型集管的多个出口处液体制冷剂不均匀地流出。于是，制冷剂不均匀地被供给到热交换器的各传热管而存在热交换性能降低的问题。

本发明以上述那样的课题为背景而作出，其目的在于得到一种层叠型集管，在该层叠型集管中，向热交换器的各传热管均匀地分配制冷剂来确保热交换器的热交换性能，并且，实现了小型化。另外，本发明的目的在于得到一种具有上述那样的层叠型集管的热交换器。另外，本发明的目的在于得到一种具有上述那样的热交换器的空调装置。

用于解决课题的方案

本发明的层叠型集管具有一个第一开口、多个第二开口、以及将第一开口和第二开口连接的分配流路，将多个板状体层叠而形成所述层叠型集管，其特征在于，分配流路具有：成为直线形状的第一流路、将第一流路分支为多条流路的第一分支流路、与在第一分支流路分支出的多条流路连接并成为直线形状的第二流路、将第二流路分支为多条流路的第二分支流路、以及与在第二分支流路分支出的多条流路连接并成为直线形状的第三流路，流入到分配流路的制冷剂构成为在第一流路和第二流路中相向地向相反方向流动，并且，在第二流路和第三流路中相向地向相反方向流动。

发明的效果

在本发明的层叠型集管中，流入到分配流路的制冷剂在第一流路和第二流路中相向地向相反方向流动，并且，在第二流路和第三流路中相向地向相反方向流动，因此，可以使层叠型集管小型化，并且，可以将分配流路的直线部分确保为恒定长度，因此，可以抑制制冷剂的偏向以使分支流路中的分配率均匀化。

附图说明

图1是表示实施方式1的热交换器的结构的图。

图2是实施方式1的层叠型集管的分解立体图。

图3是实施方式1的层叠型集管的分配流路的正面剖视图以及侧面剖视图。

图4是表示向实施方式1的各传热管分配的制冷剂分配比与l/d(l：直线部分s的长度、d：流路的内径)之间的关系的曲线图。

图5是表示应用实施方式1的热交换器的空调装置的结构的图。

图6是表示实施方式1的层叠型集管的变形例的分解立体图。

图7是表示相对于实施方式1的层叠型集管的比较例的分解立体图。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的层叠型集管2进行说明。

另外，以下，对本发明的层叠型集管2是对向热交换器1流入的制冷剂进行分配的集管的情况进行说明，但本发明的层叠型集管2也可以是对向其他设备流入的制冷剂进行分配的集管。另外，以下说明的结构、动作等仅仅是一例，本发明的层叠型集管2并未限定于那样的结构、动作等情况。另外，在各图中，对于相同或类似的部件，标注相同的附图标记或省略标注附图标记。另外，对于细微的结构，适当简化或省略图示。另外，对于重复或类似的说明，适当简化或省略。

实施方式1.

说明实施方式1的热交换器1。

<热交换器的结构>

以下，说明实施方式1的热交换器1的结构。

图1是表示实施方式1的热交换器的结构的图。

如图1所示，热交换器1具有：层叠型集管2、圆筒型集管3、多个传热管4、保持部件5、以及多个翅片6。

层叠型集管2具有：一个制冷剂流入部2a(相当于本发明的第一开口)和多个制冷剂流出部2b(相当于本发明的第二开口)。圆筒型集管3具有多个制冷剂流入部3a和一个制冷剂流出部3b。在层叠型集管2的制冷剂流入部2a以及圆筒型集管3的制冷剂流出部3b，连接有制冷循环装置的制冷剂配管。在层叠型集管2的制冷剂流出部2b和圆筒型集管3的制冷剂流入部3a之间连接有传热管4。

传热管4是形成有多条流路的扁平管或圆管。传热管4例如是铜制的或铝制的。传热管4的层叠型集管2侧的端部在由板状的保持部件5保持的状态下，与层叠型集管2的制冷剂流出部2b连接。保持部件5例如是铝制的。在传热管4上接合有多个翅片6。翅片6例如是铝制的。另外，在图1中，示出传热管4为8根的情况，但并未限定于这种情况。例如，也可以是2根。

<热交换器中的制冷剂的流动>

以下，对实施方式1的热交换器1中的制冷剂的流动进行说明。

在制冷剂配管中流动的制冷剂，例如在热交换器1作为蒸发器发挥功能时，经由制冷剂流入部2a流入到层叠型集管2而被分配，并经由多个制冷剂流出部2b流出到多个传热管4。制冷剂在多个传热管4中例如与由送风机供给的空气等进行热交换。在多个传热管4中流动的制冷剂，经由多个制冷剂流入部3a流入到圆筒型集管3而汇合，并经由制冷剂流出部3b流出到制冷剂配管。另外，在热交换器1作为冷凝器发挥功能的情况下，制冷剂沿与该流动相反的方向流动。

<层叠型集管的结构>

以下，对实施方式1的热交换器1的层叠型集管2的结构进行说明。

图2是实施方式1的层叠型集管的分解立体图。

图2所示的层叠型集管2由例如矩形形状的第一板状体111、112、113、114、115、116和被夹入在上述各第一板状体之间的第二板状体121、122、123、124、125构成。

在第二板状体121、122、123、124、125的双面或单面涂敷钎料。第一板状体111、112、113、114、115、116隔着第二板状体121、122、123、124、125被层叠，并利用钎焊一体地接合。第一板状体111、112、113、114、115、116和第二板状体121、122、123、124、125例如厚度为1～10mm左右，是铝制的。

在层叠型集管2中，由第一流路10a、第二流路11a、第三流路12a、第四流路13a和分支流路10b、11b、12b形成有分配流路，所述第一流路10a、第二流路11a、第三流路12a、第四流路13a是在第一板状体111、112、113、114、115、116以及第二板状体121、122、123、124、125上形成的圆形的通孔，所述分支流路10b、11b、12b是大致z形的贯通槽。另外，各板状体通过冲压加工或切削加工而被加工。在通过冲压加工进行加工的情况下，使用能够冲压加工的厚度为5mm以下的板材，在通过切削加工进行加工的情况下，也可以使用厚度为5mm以上的板材。

制冷循环装置的制冷剂配管与第一板状体111的第一流路10a连接。第一板状体111的第一流路10a相当于图1中的制冷剂流入部2a。

在第一板状体111、112、113以及第二板状体121、122、123的大致中央，第一流路10a开口。另外，在第一板状体113以及第二板状体122、123上，在与第一流路10a相向的位置，一对第二流路11a开口。

并且，在第一板状体113、114以及第二板状体122、123、124的与第二流路11a相向的位置，第三流路12a在4个部位开口。

而且，在第一板状体116和第二板状体125上，第四流路13a在8个部位开口。

这些第一流路10a、第二流路11a、第三流路12a、第四流路13a，以在将第一板状体111、112、113、114、115、116以及第二板状体121、122、123、124、125层叠时分别连通的方式被定位而开口。

另外，在第一板状体114(相当于本发明的第一分支板状体)上形成有第一分支流路10b，在第一板状体112(相当于本发明的第二分支板状体)上形成有第二分支流路11b，在第一板状体115上形成有第三分支流路12b。

在此，在各板状体被层叠而形成有分配流路时，在形成于第一板状体114的第一分支流路10b的中央连接有第一流路10a，并且，在第一分支流路10b的两端部连接有第二流路11a。

另外，在形成于第一板状体112的第二分支流路11b的中央连接有第二流路11a，并且，在第二分支流路11b的两端部连接有第三流路12a。

并且，在形成于第一板状体115的第三分支流路12b的中央连接有第三流路12a，并且，在第三分支流路12b的两端部连接有第四流路13a。

通过如上所述将第一板状体111、112、113、114、115、116以及第二板状体121、122、123、124、125层叠并进行钎焊，从而可以将各流路连接并形成分配流路。

<层叠型集管中的制冷剂的流动>

接着，对层叠型集管2内的分配流路以及制冷剂的流动进行说明。

在热交换器1作为蒸发器发挥功能的情况下，气液二相流的制冷剂从第一板状体111的第一流路10a流入到层叠型集管2内。流入的制冷剂在第一流路10a内直线行进，在第一板状体114的第一分支流路10b内与第二板状体124的表面碰撞并向重力方向上的上下分流。

分流的制冷剂行进至第一分支流路10b的两端部并流入到一对第二流路11a内。

流入到第二流路11a内的制冷剂，沿与在第一流路10a内行进的制冷剂相向的相反方向在第二流路11a内直线行进。该制冷剂在第一板状体112的第二分支流路11b内与第二板状体121的表面碰撞并向重力方向上的上下分流。

分流的制冷剂行进至第二分支流路11b的两端部并流入到4条第三流路12a内。

流入到第三流路12a内的制冷剂，沿与在第二流路11a内行进的制冷剂相向的相反方向在第三流路12a内直线行进。该制冷剂在第一板状体115的第三分支流路12b内与第二板状体125的表面碰撞并向重力方向上的上下分流。

分流的制冷剂行进至第三分支流路12b的两端部并流入到8条第四流路13a内。

流入到第四流路13a内的制冷剂，沿与在第三流路12a内行进的制冷剂相向的相反方向在第四流路13a内直线行进。接着，从第四流路13a流出并经由保持部件5的流路均匀地被分配而流入到多个传热管4。

另外，在实施方式1的分配流路中，示出了3次经过分支流路并分为8个分支的层叠型集管2的例子，但分支的次数并未特别限定。

<关于层叠型集管内的分配流路中的液膜的状态>

在此，使用图3对层叠型集管2内的流路中的液膜的状态进行说明。

图3是实施方式1的层叠型集管的分配流路的正面剖视图以及侧面剖视图。

层叠型集管2内的制冷剂的分配流路如图3所示呈直角弯折并且反复进行多个分支，从而与多个制冷剂流出部2b连接。当制冷剂在分配流路中流动时，如图3所示以制冷剂的液膜在流路的弯折部分和分支部分因离心力而偏向流路的外侧方向大量存在的方式流动。若制冷剂以该状态向接下来的分支流路流入，则大量的液体制冷剂偏向分支流路的一方而流入，从而不再能够向多个传热管4均匀地分配气液二相制冷剂。

于是，在实施方式1的层叠型集管2中，在从流路的弯折部分或分支部分到流入到接下来的分支流路这中间，形成有图2中虚线所示的恒定长度的直线部分s。

具体而言，成为将第一流路10a、第二流路11a、第三流路12a确保为恒定长度的结构。

通过如上所述在从制冷剂的流路的弯折部分或分支部分到流入到接下来的分支流路这中间形成恒定距离的直线部分s，液膜的偏向在这些直线部分s处被均匀化，在接着流入的分支流路中均匀地分配气液二相制冷剂。

对气液二相流进行整流的直线部分s的长度的指标成为直线部分s的长度l相对于流路的内径d的值，用l/d表示(l：图3所示的流路的直线部分s的长度[m]、d：流路的内径[m])。直线部分s的长度l越长，另外，流路的内径d越小，则整流效果越好。

在此，考虑直线部分s的流路的气液二相流的压力损失δp。

直线部分s的流路的气液二相流的压力损失δp用下述式(1)表示。

[式1]

f：摩擦系数、ρ：密度[kg/m³]、u：流速[m/s]、gr：制冷剂循环量[kg/h]、φ：二相流增大系数、l：直线部分s的长度[m]、d：流路的内径[m]。

由式(1)可知，在为了得到气液二相流的整流效果而减小流路的内径d时，对压力损失δp增大的贡献度变得非常大。于是，通过增长直线部分s的长度l，可以在抑制压力损失δp增大的同时得到气液二相流的整流效果。

并且，本发明的层叠型集管2的各板材通过在炉中一体钎焊而被接合。为了防止由钎料引起的堵塞，需要使流路的内径d≥2[mm]，不能设为非常小的流路的内径d。因此，难以使用节流功能使在流路中流动的制冷剂的流动状态为环状喷雾流等均质流，流路内成为环状流、节涌流或层状流，因此，需要用于进行气液二相流的整流的直线部分s。

在此，使用图4对l/d的最适当的值进行说明。

图4是表示向实施方式1的各传热管分配的制冷剂分配比与l/d(l：直线部分s的长度[m]、d：流路的内径[m])之间的关系的曲线图。

由图4可知，流路的直线部分的长度l越长，则液膜的整流效果越好，但在5<l/d的范围，整流效果的增加变得平稳。而且，若增大l/d，则层叠型集管2大型化。

另外，由图4可知，为了使分支部分处的制冷剂分流比为在实用方面不会给热交换器1的性能带来障碍的值即48％以上，优选使l/d的值为2以上。

根据上述情况，通过在2≤l/d≤5的范围在直线部分s的流路内对制冷剂进行整流，从而可以在分支部分处有效地使制冷剂分流比为最佳值即48～52％，可以确保热交换器1的热交换性能。

在实施方式1的层叠型集管2中，作为流路的直线部分s，在将第一流路10a的长度设为l1、将流路的内径设为d1时，确保2≤l1/d1≤5的范围。同样地，作为流路的直线部分s，在将第二流路11a的长度设为l2、将流路的内径设为d2时，确保2≤l2/d2≤5的范围。并且，作为流路的直线部分s，在将第三流路12a的长度设为l3、将流路的内径设为d3时，确保2≤l3/d3≤5的范围。这样，通过将第一流路10a、第二流路11a、第三流路12a的直线部分s的长度全部确保在2≤l/d≤5的范围，从而可以向热交换器1的传热管4均等地供给制冷剂来确保热交换性能。

另外，制冷剂在第一流路10a、第二流路11a、第三流路12a、第四流路13a中相向地向相反方向流动，从而可以使层叠型集管2小型化。

另外，即便将第一流路10a、第二流路11a、第三流路12a中的至少任一个直线部分s的长度确保在2≤l/d≤5的范围，也可以在该直线部分s的下游的各分支流路中均等地对制冷剂进行分支。

另外，即便l/d的值增大到5以上，整流效果也不会降低，因此，可以在层叠型集管2的尺寸允许的范围内增大l/d的取值。

另外，通过至少将第一分支流路10b和第二分支流路11b之间的第二流路11a的直线部分s的长度l2确保在2≤l2/d2≤5的范围，第一流路10a和第三流路12a的长度变得比第二流路11a长，因此可以得到必要且充分的整流效果。

并且，在图3中，将大致z形的贯通槽即第一分支流路10b、第二分支流路11b、第三分支流路12b中的两端部的流路轴与铅垂方向(第一板状体111、112、113、114、115、116以及第二板状体121、122、123、124、125的长度方向)所成的角度设为θ。于是，铅垂方向上的高度按照第一分支流路10b、第二分支流路11b、第三分支流路12b的顺序降低，因此，角度θ的值以该顺序变大。该角度θ越大，则液膜的偏向越大地产生。

因此，尤其是通过将位于第三分支流路12b的上游侧的第三流路的直线部分s的长度l3确保在2≤l3/d3≤5的范围，从而可以在第三分支流路12b中将制冷剂均匀地分支。

<热交换器的使用形态>

以下，说明实施方式1的热交换器1的使用形态的一例。

另外，以下，对实施方式1的热交换器1用于空调装置20的情况进行说明，但并不限定于那样的情况，例如，也可以用于具有制冷剂循环回路的其他的制冷循环装置。另外，对空调装置20是切换制冷运转和制热运转的空调装置的情况进行说明，但并不限定于那样的情况，也可以是仅进行制冷运转或制热运转的空调装置。

图5是表示应用实施方式1的热交换器的空调装置的结构的图。

另外，在图5中，制冷运转时的制冷剂的流动用虚线的箭头表示，制热运转时的制冷剂的流动用实线的箭头表示。

如图5所示，空调装置20具有：压缩机21、四通阀22、室外热交换器(热源侧热交换器)23、节流装置24、室内热交换器(负荷侧热交换器)25、室外风扇(热源侧风扇)26、室内风扇(负荷侧风扇)27、以及控制装置28。压缩机21、四通阀22、室外热交换器23、节流装置24以及室内热交换器25用制冷剂配管连接而形成制冷剂循环回路。

在控制装置28上，例如连接有压缩机21、四通阀22、节流装置24、室外风扇26、室内风扇27、各种传感器等。通过控制装置28来切换四通阀22的流路，从而切换制冷运转和制热运转。

说明制冷运转时的制冷剂的流动。

从压缩机21排出的高温高压的气态的制冷剂经由四通阀22流入到室外热交换器23，与由室外风扇26供给的空气进行热交换而冷凝。冷凝了的制冷剂成为高压的液态，从室外热交换器23流出，借助节流装置24成为低压的气液二相状态。低压的气液二相状态的制冷剂流入到室内热交换器25，通过与由室内风扇27供给的空气进行热交换而蒸发，从而冷却室内。蒸发的制冷剂成为低压的气态，从室内热交换器25流出并经由四通阀22被吸入到压缩机21。

说明制热运转时的制冷剂的流动。

从压缩机21排出的高温高压的气态的制冷剂经由四通阀22流入到室内热交换器25，与由室内风扇27供给的空气进行热交换而冷凝，从而对室内制热。冷凝了的制冷剂成为高压的液态，从室内热交换器25流出，借助节流装置24成为低压的气液二相状态的制冷剂。低压的气液二相状态的制冷剂流入到室外热交换器23，与由室外风扇26供给的空气进行热交换而蒸发。蒸发的制冷剂成为低压的气态，从室外热交换器23流出并经由四通阀22被吸入到压缩机21。

室外热交换器23以及室内热交换器25的至少一方使用热交换器1。热交换器1在作为蒸发器起作用时被连接成制冷剂从层叠型集管2流入并使制冷剂流出到圆筒型集管3。即，在热交换器1作为蒸发器起作用时，气液二相状态的制冷剂从制冷剂配管流入到层叠型集管2，进行分支以流入到热交换器1的各传热管4。另外，在热交换器1作为冷凝器起作用时，液体制冷剂从各传热管4流入到层叠型集管2并汇合后流出到制冷剂配管。

[变形例]

在实施方式1的层叠型集管2中，为了将由第一流路10a、第二流路11a、第三流路12a得到的直线部分s的长度l1、l2、l3确保在恒定长度以上，将第一板状体113以及第二板状体122、123层叠多张来确保直线部分s的长度l，但在该变形例中，是通过一张第二板状体123的厚度来调节第一流路10a、第二流路11a、第三流路12a的长度的例子。

另外，其他分配流路的结构与实施方式1的层叠型集管2相同。

另外，使用该变形例的层叠型集管2的热交换器1和热交换器1的使用形态等与实施方式1的层叠型集管2相同。

<层叠型集管的结构>

以下，说明实施方式1的层叠型集管2的变形例的结构。

图6是表示实施方式1的层叠型集管的变形例的分解立体图。

层叠型集管2例如由第一板状体111、112、114、115、116和被夹入在上述各第一板状体之间的第二板状体121、123、124、125构成。

在第二板状体121、123、124、125的双面或单面涂敷钎料。第一板状体111、112、114、115、116隔着第二板状体121、123、124、125被层叠，并利用钎焊一体地接合。

在层叠型集管2中，形成有由第一流路10a、第二流路11a、第三流路12a、第四流路13a和分支流路10b、11b、12b构成的分配流路，所述第一流路10a、第二流路11a、第三流路12a、第四流路13a是在第一板状体111、113、114、115、116以及第二板状体121、123、124、125上形成的圆形的通孔，所述分支流路10b、11b、12b是大致s形或大致z形的贯通槽。

这样，在图6所示的变形例的层叠型集管2中，形成有与上述实施方式1的层叠型集管2相同的分配流路，调节一张第二板状体123的厚度，从而将用虚线部表示的流路的直线部分s即第一流路10a确保在2≤l1/d1≤5的范围。同样地，将第二流路11a确保在2≤l2/d2≤5的范围。并且，将第三流路12a确保在2≤l3/d3≤5的范围。

于是，仅通过调节一张第二板状体123的厚度即可向热交换器1的传热管4均等地供给制冷剂来确保热交换性能，与实施方式1的层叠型集管2相比，可以简化制造工序。

另外，关于其他效果，与实施方式1的层叠型集管2相同。

[比较例]

在实施方式1的层叠型集管2中，采用了如下结构：在分配流路中制冷剂在第一流路10a、第二流路11a、第三流路12a、第四流路13a中相向地向相反方向流动。

相比之下，在比较例中，成为制冷剂在第一流路10a、第二流路11a、第三流路12a、第四流路13a中向相同方向流动的结构。

<层叠型集管的结构>

以下，说明实施方式1的层叠型集管2的比较例的结构。

是表示相对于实施方式1的层叠型集管的比较例的分解立体图。

层叠型集管2例如由第一板状体111、112、113、114、115、116、117、118、119和被夹入在上述各第一板状体之间的第二板状体121、122、123、124、125、126、127、128构成。

在第二板状体121、122、123、124、125、126、127、128的双面或单面涂敷钎料。第一板状体111、112、113、114、115、116、117、118、119隔着第二板状体121、122、123、124、125、126、127、128被层叠，并利用钎焊一体地接合。

在层叠型集管2中，形成有由第一流路10a、第二流路11a、第三流路12a、第四流路13a和分支流路10b、11b、12b构成的分配流路，所述第一流路10a、第二流路11a、第三流路12a、第四流路13a是在第一板状体111、112、113、114、115、116、117、118、119以及第二板状体121、122、123、124、125、126、127、128上形成的圆形的通孔，所述分支流路10b、11b、12b是大致s形或大致z形的贯通槽。

在图7所示的比较例的层叠型集管2中，相对于上述实施方式1的层叠型集管2的制冷剂的流动成为相向流的结构，而成为制冷剂在第一流路10a、第二流路11a、第三流路12a、第四流路13a中向相同方向流动的分配流路的结构。

在此，在比较例中，若将图7所示的虚线部的直线部分s即第一流路10a、第二流路11a、第三流路12a分别确保在2≤l/d≤5(l：直线部分s的长度[m]、d：流路的内径[m])的范围，则由于第一流路10a、第二流路11a、第三流路12a、第四流路13a沿直列方向排列而配置，因此，相对于实施方式1和上述变形例的层叠型集管2的层叠侧的尺寸，比较例的层叠侧的尺寸变长。

相比之下，在实施方式1和实施方式1的上述变形例的层叠型集管2中，分配流路采用制冷剂在第一流路10a、第二流路11a、第三流路12a、第四流路13a中相向地向相反方向流动的结构，相对于该比较例，可以使层叠型集管2小型化。另外，在使实施方式1和实施方式1的上述变形例的层叠型集管2为与比较例相同的尺寸的情况下，可以将第一流路10a、第二流路11a、第三流路12a的直线部分s的长度l设定为比比较例的长度长，因此可以进一步提高液膜的整流效果。

附图标记说明

1热交换器、2层叠型集管、2a制冷剂流入部(第一开口)、2b制冷剂流出部(第二开口)、3圆筒型集管、3a制冷剂流入部、3b制冷剂流出部、4传热管、5保持部件、6翅片、10a第一流路、10b第一分支流路、11a第二流路、11b第二分支流路、12a第三流路、12b第三分支流路、13a第四流路、20空调装置、21压缩机、22四通阀、23室外热交换器、24节流装置、25室内热交换器、26室外风扇、27室内风扇、28控制装置、111、112、113、114、115、116、117、118、119第一板状体、121、122、123、124、125、126、127、128第二板状体。