JP2006234347A

JP2006234347A - 冷媒分流器および該冷媒分流器を用いた冷凍装置

Info

Publication number: JP2006234347A
Application number: JP2005052756A
Authority: JP
Inventors: Koichi Yasuo; 晃一安尾
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2006-09-07

Abstract

【課題】絞り機構を設けなくとも、均一な分流が可能な冷媒分流器を提供する。
【解決手段】入口管４が接続される入口側容積部１と、複数の分流管５，５・・が接続される出口側容積部２と、前記入口側容積部１と前記出口側容積部２との底部を連通する液溜まり部３とを備えて冷媒分流器を構成して、入口管４から流入したガス冷媒Ｘｇが液溜まり部３の液冷媒Ｘｌを押しのけ、噴き上げるようにして、出口側容積部２に移動するようにし（換言すれば、液冷媒Ｘｌがガス冷媒Ｘｇの流れに巻き込まれて移動し）、出口側容積部２に接続された複数の分流管５，５・・に均一に流入するようにしている。
【選択図】図１

Description

本願発明は、冷媒分流器および該冷媒分流器を用いた冷凍装置に関するものである。

従来から良く知られている冷媒分流器は、気液二層流の冷媒が流入する入口管と分流器本体との間に絞り機構を設けて、気液二層流の冷媒を混合状態として分流器本体に流入させ、その後複数の分流管に分流する構成とされている（特許文献１参照）。

特開平１１−２５７８０１号公報。

ところが、上記した特許文献１に開示されている冷媒分流器の場合、絞り機構を有しているところから、圧力損失が大きくならざるを得ない。

ところで、図１２に示す冷凍装置の場合、蒸気圧縮式の圧縮機Ａと、四路切換弁Ｂと、冷房運転時には凝縮器として作用し、暖房運転時には蒸発器として作用する室外側熱交換器Ｃと、減圧機構として作用する膨張弁Ｄと、冷房運転時には蒸発器として作用し、再熱ドライ運転時には再熱器として作用し、暖房運転時には凝縮器として作用する再熱熱交換器Ｅと、冷房運転時および再熱ドライ運転時には蒸発器として作用し、暖房運転時には凝縮器として作用する室内側熱交換器Ｆとを順次接続して構成されており、再熱ドライ運転時においては室内側熱交換器Ｆを通過して冷却除湿された空気Ｗは、再熱熱交換器Ｅを通過する過程で加熱され、湿度低下されているが、冷たくない状態で室内に吹き出されることとなっている。

上記のような構成の冷凍装置においては、再熱熱交換器Ｅと室内側熱交換器Ｆとの間には、再熱ドライ弁Ｇと冷媒分流器Ｈとが介設されることとなっているが、この冷媒分流器Ｈとして、前述した特許文献１に開示されているようなもの（即ち、絞り機構を備えた冷媒分流器）を採用すると、通常の冷房運転時に、圧力損失が大きくなるため、ＣＯＰの低下を招いてしまうこととなる。例えば、図１３のモリエル線図から明らかなように、冷凍装置における圧損ΔＰは、再熱ドライ弁Ｇの圧損ΔＰ₁と冷媒分流器Ｈの圧損ΔＰ₂とを合計したものとなる。

また、上記した圧損の増大を避けるために、絞り機構を有しない簡易型の分流器（所謂、パンツ式の分流器）を用いることも考えられるが、このタイプの分流器の場合、設置条件に制限がある（基本的に垂直設置とされる）。ところが、室内機のコンパクト化が進む現在、配管スペースも限られることとなってきている。例えば、図１４に示すように、再熱熱交換器Ｅを上側に、室内側熱交換器Ｆを下側に配設した室内機の場合、冷媒分流器Ｈを垂直に設置することが困難になっており、約４５°傾斜させた状態で設置することとなるが、この分流器として上記した簡易型の分流器（所謂、パンツ式の分流器）を用いると、分流管の入口に高さの違いが生じるところから、重力の影響を受けて、分流管相互において著しい偏流が発生し、性能低下を招くこととなるという新たな不具合が生ずる。図１３において符号Ｉは室内ファンである。

本願発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、絞り機構を設けなくとも、均一な分流が可能な冷媒分流器を提供することを第１の目的とし、このような冷媒分流器を用いて圧損の低減を図った冷凍装置を提供することを第２の目的としている。

本願発明では、上記課題を解決するための第１の手段として、入口管４が接続される入口側容積部１と、複数の分流管５，５・・が接続される出口側容積部２と、前記入口側容積部１と前記出口側容積部２との底部を連通する液溜まり部３とを備えて冷媒分流器を構成している。

上記のように構成したことにより、入口管４を介して流入した気液二層流の冷媒は、入口側容積部１において気液分離され、液冷媒Ｘｌは、入口側容積部１と出口側容積部２との底部に溜まり込み、液溜まり部３が形成される。その状態のもとに、ガス冷媒Ｘｇが流入すると、液溜まり部３の液冷媒Ｘｌを押しのけ、噴き上げるようにして、出口側容積部２に移動する。このとき、液冷媒Ｘｌもガス冷媒Ｘｇの流れに巻き込まれて移動し、出口側容積部２に接続された複数の分流管５，５・・に均一に流入することとなる。この場合、各分流管５の入口側に液溜まりがないので、冷媒流量や乾き度の変化に対して安定した分流性能が得られる。しかも、絞り機構を有していないので、圧損がほとんど無く、再熱ドライ方式の冷凍装置に適したものとなる。

本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第２の手段として、上記第１の手段を備えた冷媒分流器において、前記複数の分流管５，５・・を、前記出口側容積部２に対して上向きに接続することもでき、そのように構成した場合、重力の影響を受けにくくなり、設置条件の変化（例えば、図１４に示す約４５°設置）に対して安定した分流性能が得られる。

本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第３の手段として、上記第１又は第２の手段を備えた冷媒分流器において、前記入口側容積部１、前記出口側容積部２および前記液溜まり部３を断面略Ｕ字状の容器６により構成することもでき、そのように構成した場合、断面略Ｕ字状の容器６で入口側容積部１、前記出口側容積部２および液溜まり部３を構成できることとなり、構造が極めて簡略化できる。

本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第４の手段として、上記第１又は第２の手段を備えた冷媒分流器において、前記入口側容積部１、前記出口側容積部２および前記液溜まり部３を、一つの容器６内を上下方向に伸びる仕切板７により仕切ることにより構成することもでき、そのように構成した場合、一つの容器６内に上下方向に伸びる仕切板７を設けるだけで、入口側容積部１、出口側容積部２および液溜まり部３を構成できることとなり、構造が極めて簡略化できる。

本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第５の手段として、上記第３の手段を備えた冷媒分流器において、前記容器６を偏平なＵ字管とすることもでき、そのように構成した場合、出口側容積部２が扁平形状となるので、複数の分流管５，５・・を並べて接続するのに適したものとなるところから、安定した分流性能を発揮できる。

本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第６の手段として、上記第４の手段を備えた冷媒分流器において、前記容器６を横置き円筒体とすることもでき、そのように構成した場合、容器６の耐圧性が向上する。

本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第７の手段として、上記第４の手段を備えた冷媒分流器において、前記容器６を六面体とすることもでき、そのように構成した場合、容器６を据え付ける際の安定性が向上する。

本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第８の手段として、圧縮機Ａ、室外側熱交換器Ｃ、減圧機構Ｄ、再熱熱交換器Ｅおよび室内側熱交換器Ｆを順次接続してなる冷凍装置において、上記請求項１、２、３、４、５、６および７のいずれか一項記載の冷媒分流器Ｈを前記再熱熱交換器Ｅと前記室内側熱交換器Ｆとの間に介設することもでき、そのように構成した場合、冷媒分流器Ｈに圧損を生じる絞り機構が存在していないところから、通常の冷房運転時ににおける圧損を大幅に低減できることとなり、ＣＯＰが向上する。

本願発明の第１の手段によれば、入口管４が接続される入口側容積部１と、複数の分流管５，５・・が接続される出口側容積部２と、前記入口側容積部１と前記出口側容積部２との底部を連通する液溜まり部３とを備えて冷媒分流器を構成して、入口管４を介して流入した気液二層流の冷媒が、入口側容積部１において気液分離され、液冷媒Ｘｌが、入口側容積部１と出口側容積部２との底部に溜まり込み、液溜まり部３が形成され、入口管４から流入したガス冷媒Ｘｇが液溜まり部３の液冷媒Ｘｌを押しのけ、噴き上げるようにして、出口側容積部２に移動するようにしたので、液冷媒Ｘｌがガス冷媒Ｘｇの流れに巻き込まれて移動し、出口側容積部２に接続された複数の分流管５，５・・に均一に流入することとなり、冷媒流量や乾き度の変化に対して安定した分流性能が得られるという効果がある。しかも、絞り機構を有していないので、圧損がほとんど無く、再熱ドライ方式の冷凍装置に適したものとなるという効果もある。

本願発明の第２の手段におけるように、上記第１の手段を備えた冷媒分流器において、前記複数の分流管５，５・・を、前記出口側容積部２に対して上向きに接続することもでき、そのように構成した場合、重力の影響を受けにくく、設置条件の変化に対して安定した分流性能が得られる。

本願発明の第３の手段におけるように、上記第１又は第２の手段を備えた冷媒分流器において、前記入口側容積部１、前記出口側容積部２および前記液溜まり部３を断面略Ｕ字状の容器６により構成することもでき、そのように構成した場合、断面略Ｕ字状の容器６で入口側容積部１、出口側容積部２および液溜まり部３を構成できることとなり、構造が極めて簡略化できる。

本願発明の第４の手段におけるように、上記第１又は第２の手段を備えた冷媒分流器において、前記入口側容積部１、前記出口側容積部２および前記液溜まり部３を、一つの容器６内を上下方向に伸びる仕切板７により仕切ることにより構成することもでき、そのように構成した場合、一つの容器６内に上下方向に伸びる仕切板７を設けるだけで、入口側容積部１、出口側容積部２および液溜まり部３を構成できることとなり、構造が極めて簡略化できる。

本願発明の第５の手段におけるように、上記第３の手段を備えた冷媒分流器において、前記容器６を偏平なＵ字管とすることもでき、そのように構成した場合、出口側容積部２が扁平形状となるので、複数の分流管５，５・・を並べて接続するのに適したものとなるところから、安定した分流性能を発揮できる。

本願発明の第６の手段におけるように、上記第４の手段を備えた冷媒分流器において、前記容器６を横置き円筒体とすることもでき、そのように構成した場合、容器６の耐圧性が向上する。

本願発明の第７の手段におけるように、上記第４の手段を備えた冷媒分流器において、前記容器６を六面体とすることもでき、そのように構成した場合、容器６を据え付ける際の安定性が向上する。

本願発明の第８の手段におけるように、圧縮機Ａ、室外側熱交換器Ｃ、減圧機構Ｄ、再熱熱交換器Ｅおよび室内側熱交換器Ｆを順次接続してなる冷凍装置において、上記請求項１、２、３、４、５、６および７のいずれか一項記載の冷媒分流器Ｈを前記再熱熱交換器Ｅと前記室内側熱交換器Ｆとの間に介設することもでき、そのように構成した場合、冷媒分流器Ｈに圧損を生じる絞り機構が存在していないところから、通常の冷房運転時ににおける圧損を大幅に低減できることとなり、ＣＯＰが向上する。

以下、添付の図面を参照して、本願発明の幾つかの好適な実施の形態について説明する。

第１の実施の形態
図１には、本願発明の第１の実施の形態にかかる冷媒分流器が示されている。

この冷媒分流器Ｈは、例えば前述した図１２に示す冷凍装置において、再熱熱交換器Ｅと室内側熱交換器Ｆとの間に介設されるものであり、１本の入口管４が幅方向中央部に下向きに接続される入口側容積部１と、該入口側容積部１と平行であって、複数（本実施の形態においては、３本）の分流管５，５，５が幅方向に並んで上向きに接続される出口側容積部２と、前記入口側容積部１と前記出口側容積部２との底部を連通する液溜まり部３とを備えた断面略Ｕ字状の扁平管からなる容器６により構成されている。

上記のように構成したことにより、入口管４を介して流入した気液二層流の冷媒は、入口側容積部１において気液分離され、液冷媒Ｘｌは、入口側容積部１と出口側容積部２との底部に溜まり込み、液溜まり部３が形成される。その状態のもとに、入口管４からガス冷媒Ｘｇが流入すると、液溜まり部３の液冷媒Ｘｌを押しのけ、噴き上げるようにして、出口側容積部２に移動する。このとき、液冷媒Ｘｌもガス冷媒Ｘｇの流れに巻き込まれて、移動し、出口側容積部３に上向きに接続された複数の分流管５，５，５に均一に流入することとなる。この場合、分流管５，５，５の入口側に液溜まりがないので、冷媒流量や乾き度の変化に対して安定した分流性能が得られる。しかも、絞り機構を有していないので、圧損がほとんど無く、再熱ドライ方式の冷凍装置に適したものとなる。

また、複数の分流管５，５，５が、前記出口側容積部２に対して上向きに接続されているので、重力の影響を受けにくく、設置条件の変化（例えば、図１４に示す約４５°設置）に対して安定した分流性能が得られる。例えば、冷媒分流器Ｈの設置角度については、図２（イ）に示す垂直設置の場合、図２（ロ）に示す入口管４側に４５°傾斜させて設置した場合、図２（ハ）に示す出口管５側に４５°傾斜させて設置した場合のいずれの場合においても、安定した分流性能が得られる。また、入口側容積部１と出口側容積部２とのなす角度を４５°以内の角度に変えることも可能である。例えば、図３（イ）に示すように、出口側容積部２を鉛直姿勢とし、入口側容積部１を４５°傾斜させても良く、図３（ロ）に示すように、入口側容積部１を鉛直姿勢とし、出口側容積部２を４５°傾斜させても良い。なお、傾斜角が４５°を超えると、分流性能が低下する。また、幅方向への傾斜（即ち、分流管５，５，５の並び方向への傾斜）は、２０°傾斜が限度である。

第２の実施の形態
図４には、本願発明の第２の実施の形態にかかる冷媒分流器が示されている。

この場合、入口側容積部１、出口側容積部２および液溜まり部３が、一つの直方体形状の容器６内を上下方向に伸びる仕切板７により仕切ることにより構成されている。このようにすると、一つの容器６内に上下方向に伸びる仕切板７を設けるだけで、入口側容積部１、出口側容積部２および液溜まり部３を構成できることとなり、構造が極めて簡略化できる。

また、複数の分流管５，５，５が、前記出口側容積部２に対して上向きに接続されているので、重力の影響を受けにくく、設置条件の変化（例えば、図１４に示す約４５°設置）に対して安定した分流性能が得られる。例えば、冷媒分流器Ｈの設置角度については、図５（イ）に示す垂直設置の場合、図５（ロ）に示す入口管４側に４５°傾斜させて設置した場合、図５（ハ）に示す出口管５側に４５°傾斜させて設置した場合のいずれの場合においても、安定した分流性能が得られる。なお、傾斜角が４５°を超えると、分流性能が低下する。また、幅方向への傾斜（即ち、分流管５，５，５の並び方向への傾斜）は、２０°傾斜が限度である。

さらに、この場合、図６（イ）に示すように、入口管４を容器６の上部に対して横方向から接続しても良く、図６（ロ）に示すように、入口管４を容器６の底部から入口側容積部１の上部に臨むように接続してもよく、図６（ハ）に示すように、入口管４および分流管５，５，５を容器６に対して横方向から接続しても良い。なお、図６（ハ）の場合、分流管５，５，５が横向きとなるため、垂直姿勢設置に限定される。

その他の構成および作用効果は、第１の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。

ちなみに、従来の簡易型の冷媒分流器（所謂、パンツ式の冷媒分流器）を従来例とし、上記第１および第２の実施の形態にかかる冷媒分流器を実施例１および２とし、設置角度を変化させて、冷媒流量が大きい場合における各分流管への分岐流量比を測定したところ、図７の結果が得られた。

上記結果によれば、従来例においては、設置角度が２５°および４５°となると、各分流管への分岐流量比に大きな偏流が起きているが、実施例１および２においては、設置角度が変化しても、多少の偏流は生ずるものの、概ね均一な分流が得られていることが分かる。特に、実施例１の場合、設置角度が４５°でほぼ均一な分流が得られ、実施例２の場合、設置角度が２５°でほぼ均一な分流が得られている。

第３の実施の形態
図８には、本願発明の第３の実施の形態にかかる冷媒分流器が示されている。

この場合、第２の実施の形態における容器６を横置き円筒体とし、分流器５，５，５を容器６の軸心方向に並べて上向きに接続している。このようにすると、容器６の耐圧性が向上する。

その他の構成および作用効果は、第１および第２の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。

第４の実施の形態
図９には、本願発明の第４の実施の形態にかかる冷媒分流器が示されている。

この場合、容器６を縦置き円筒体とし、仕切板７を容器６と同心の円筒体として、仕切板６内には、入口管４が上向きに接続される入口側容積部１が形成される一方、仕切板６の外周側には、４本の分流管５，５，５，５が円周方向等間隔に接続される出口側容積部２が形成されている。この場合、分流管５，５，５，５が円周方向に接続されているため、傾斜設置すると偏流を起こすおそれがあるので、垂直設置が望ましい。

第５の実施の形態
図１０には、本願発明の第５の実施の形態にかかる冷媒分流器が示されている。

この場合、第４の実施の形態における入口管４を、容器６の底部から仕切板７内の入口側容積部１の上部に臨ませて接続している。この場合も、分流管５，５，５，５が円周方向に接続されているため、傾斜設置すると偏流を起こすおそれがあるので、垂直設置が望ましい。

第６の実施の形態
図１１には、本願発明の第６の実施の形態にかかる冷媒分流器が示されている。

この場合、縦置き円筒体からなる容器６の上面中心部から底部近傍に臨ませて入口管４を接続し、入口管４内を入口側容積部１とする一方、入口管４の外周側を出口側容積部２としている。つまり、入口管４が仕切板を兼用することとなっているのである。この場合も、分流管５，５，５，５が円周方向に接続されているため、傾斜設置すると偏流を起こすおそれがあるので、垂直設置が望ましい。

本願発明は、上記実施の形態に限定されることはなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜設計変更可能なことは勿論である。

本願発明の第１の実施の形態にかかる冷媒分流器の斜視図である。本願発明の第１の実施の形態にかかる冷媒分流器の設置例を示し、（イ）は垂直設置の場合、（ロ）は入口管側へ４５°傾斜設置の場合、（ハ）は分流管側へ４５°傾斜設置の場合である。本願発明の第１の実施の形態にかかる冷媒分流器の変形例を示し、（イ）は分流管を垂直とし且つ入口管を４５°傾斜させた場合、（ロ）は入口管を垂直とし且つ分流管を４５°傾斜させた場合である。本願発明の第２の実施の形態にかかる冷媒分流器の斜視図である。本願発明の第２の実施の形態にかかる冷媒分流器の設置例を示し、（イ）は垂直設置の場合、（ロ）は入口管側へ４５°傾斜設置の場合、（ハ）は分流管側へ４５°傾斜設置の場合である。本願発明の第２の実施の形態にかかる冷媒分流器の変形例を示し、（イ）は入口管を容器に対して横方向から接続した場合、（ロ）は入口管を容器底部から入口側容積部の上部に臨ませて接続した場合、（ハ）は入口管および分流管を容器に対して横方向から接続した場合である。従来の簡易型の冷媒分流器（所謂、パンツ式の冷媒分流器）を従来例とし、上記第１および第２の実施の形態にかかる冷媒分流器を実施例１および２とし、設置角度を変化させて、冷媒流量が大きい場合における各分流管への分岐流量比を測定した結果を比較した特性図である。本願発明の第３の実施の形態にかかる冷媒分流器の斜視図である。本願発明の第４の実施の形態にかかる冷媒分流器の斜視図である。本願発明の第５の実施の形態にかかる冷媒分流器の斜視図である。本願発明の第６の実施の形態にかかる冷媒分流器の斜視図である。本願発明の冷媒分流器が適用される再熱ドライ方式の冷凍装置の冷媒回路図である。再熱ドライ方式の冷凍装置における冷房運転時のモリエル線図である。再熱ドライ方式の冷凍装置における室内機の概略構成図である。

符号の説明

１は入口側容積部
２は出口側容積部
３は液溜まり部
４は入口管
５は分流管
６は容器
７は仕切板
Ａは圧縮機
Ｂは四路切換弁
Ｃは室外側熱交換器
Ｄは減圧機構（膨張弁）
Ｅは再熱熱交換器
Ｆは室内側熱交換器
Ｇは再熱ドライ弁
Ｈは冷媒分流器

Claims

入口管（４）が接続される入口側容積部（１）と、複数の分流管（５），（５）・・が接続される出口側容積部（２）と、前記入口側容積部（１）と前記出口側容積部（２）との底部を連通する液溜まり部（３）とを備えて構成したことを特徴とする冷媒分流器。
前記複数の分流管（５），（５）・・を、前記出口側容積部（２）に対して上向きに接続したことを特徴とする請求項１記載の冷媒分流器。
前記入口側容積部（１）、前記出口側容積部（２）および前記液溜まり部（３）を断面略Ｕ字状の容器（６）により構成したことを特徴とする請求項１および２のいずれか一項記載の冷媒分流器。
前記入口側容積部（１）、前記出口側容積部（２）および前記液溜まり部（３）を、一つの容器（６）内を上下方向に伸びる仕切板（７）により仕切ることにより構成したことを特徴とする請求項１および２のいずれか一項記載の冷媒分流器。
前記容器（６）を偏平なＵ字管としたことを特徴とする請求項３記載の冷媒分流器。
前記容器（６）を横置き円筒体としたことを特徴とする請求項４記載の冷媒分流器。
前記容器（６）を六面体としたことを特徴とする請求項４記載の冷媒分流器。
圧縮機（Ａ）、室外側熱交換器（Ｃ）、減圧機構（Ｄ）、再熱熱交換器（Ｅ）および室内側熱交換器（Ｆ）を順次接続してなる冷凍装置であって、上記請求項１、２、３、４、５、６および７のいずれか一項記載の冷媒分流器（Ｈ）を前記再熱熱交換器（Ｅ）と前記室内側熱交換器（Ｆ）との間に介設したことを特徴とする冷凍装置。