JP2008045859A - 冷媒分流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分配器への流入管の直線部の長さを確保、及び熱交換器の各冷媒流路に冷媒を送る毛細管の長さ調整が不要で、流入管の屈曲部における遠心力による液冷媒の偏りを解消することができる冷媒分流装置を提供することを目的とする。
【解決手段】この発明に係る冷媒分流装置３は、熱交換器に気液二相状態の冷媒を分配して供給する分配器７に接続される流入管８を、上流側が略水平で、下流側を略直角に屈曲させて立ち上げる構成の冷媒分流装置３において、流入管８の屈曲部を、縦断面形状が直線の組合せで略直角に屈曲する構成としたことを特徴とする。
【選択図】図５

Description

この発明は、空気調和機等の冷媒流路中に設けられる気液二相冷媒分流装置（この明細書では、以下、冷媒分流装置と呼ぶ）に関するものである。対象となる空気調和機は、天井吊り下げ形、天井カセット形、壁掛け形、床置形、天井埋め込み形等の大型のものであるが、この明細書では、天井吊り下げ形を例に説明する。

従来の冷媒分流装置は、熱交換器の各冷媒流路への毛細管もしくは銅管が複数個接続される分配器に対して、その直前の気液二相冷媒が流入する流入管のＲ曲げ部において、より大きな比重を有する液相冷媒が、気相冷媒より大きな遠心力を受けることにより、Ｒ曲げ部外周方向に液冷媒が偏る状態になる。従って、この液冷媒の偏りを抑制するためにＲ曲げ部から分配器までの直線部を長く確保する必要が生じていた。

直線部が長く取れない場合は、分配器においてその偏りを解消する必要があり、分配器から出ている各冷媒流路への毛細管長さを長くする、もしくは各冷媒流路について毛細管を複数個配するなどの措置が必要であった（例えば、特許文献１参照）。
特開平０１−１５９５７１号公報

従来の冷媒分流装置は、Ｒ曲げ部で生じる遠心力による液冷媒の偏りを解消するために、Ｒ曲げ部の下流側の直線部の長さをある程度確保しなければならず、空気調和機本体のコンパクト化を妨げる要因となる課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、分配器への流入管の直線部の長さを確保、及び熱交換器の各冷媒流路に冷媒を送る毛細管の長さ調整が不要で、流入管の屈曲部における遠心力による液冷媒の偏りを解消することができる冷媒分流装置を提供することを目的とする。

この発明に係る冷媒分流装置は、熱交換器に気液二相状態の冷媒を分配して供給する分配器に接続される流入管を、上流側が略水平で、下流側を略直角に屈曲させて立ち上げる構成の冷媒分流装置において、流入管の屈曲部を、縦断面形状が直線の組合せで略直角に屈曲する構成としたことを特徴とする。

この発明の冷媒分流装置は、上記構成により、流入管の屈曲部における遠心力による液冷媒の偏りを解消することができる。

実施の形態１．
図１乃至図６は実施の形態１を示す図で、図１は冷媒分流装置３を適用した天井吊り下げ形空気調和機の室内機１の断面図、図２は冷媒のモリエル線図、図３は垂直管中の非加熱上向二相流の流動様式を示す図、図４は水平管中の非加熱二相流の流動様式を示す図、図５は冷媒分流装置３の全体構成模式図、図６は冷媒分流装置３の流入管８の屈曲部の縦断面図である。

図１１、図１２は参考図で、図１１は流入管８の屈曲部がＲ曲げ部となっている冷媒分流装置３の全体構成図、図１２は図１１の流入管８の屈曲部断面図である。

大型の空気調和機には、既に述べたように、天井吊り下げ形、天井カセット形、壁掛け形、床置形、天井埋め込み形等があるが、ここでは天井吊り下げ形を例に説明を行う。

天井吊り下げ形等の大型の空気調和機の室内機の熱交換器は、通常冷媒回路が複数に分割された多パス構成のものが使用される。

天井吊り下げ形等の大型の空気調和機の冷媒回路は（図示せず）、周知のように、室外機に、主に冷媒を圧縮する圧縮機、四方弁、室外熱交換器、減圧装置が設けられ、室内機に、主に室内熱交換器、冷媒分流装置が設けられる。

冷房運転時、圧縮機で高温・高圧に圧縮された冷媒は、室外熱交換器で凝縮して液冷媒となり、その後減圧装置で減圧されて気液二相冷媒となり、室内機に流れ、先ず冷媒分流装置に気液二相冷媒が流入する。冷媒分流装置で分流された気液二相冷媒が多パスの室内熱交換器に均等に供給される。

図１１の参考図に示すような、屈曲部がＲ曲げ部となっている冷媒分流装置３では、図１２に示すように、冷房運転時に流入管８に流入する気液二相冷媒の液冷媒に屈曲部のＲ曲げ部において、遠心力が作用して、液冷媒が屈曲部の外側に偏る。そのため、屈曲後の垂直部（立ち上がり部）では、図１２に示すように大気泡が内側に集中する。垂直部の長さが短いとそのままの状態で、室内熱交換器に流入するので、冷媒が室内熱交換器に均等に分配されないという課題がある。

本実施の形態は、冷媒分流装置の流入管の屈曲部を、縦断面形状を、Ｒを付けないで直線の組み合わせで略直角に曲げる構成にして、気液二相冷媒の液冷媒に遠心力が作用せず、液冷媒の偏りがないようにしたものである。

以下、図１乃至図６の図面を参照しながら説明する。図１において、天井吊り下げ形空気調和機の室内機１は、外形が高さが低い略四角形の箱体である。この箱体の底面から室内空気２０をファン４により吸込み、熱交換器２に送りここで冷媒と熱交換させ、熱交換させた二次空気を箱体の前面から室内吹出し空気６として室内へ吹出す。冷媒回路としては、冷房運転時に熱交換器２の上流側となる部位に、気液二相冷媒を分流して熱交換器２に供給する冷媒分流装置３を備える。

冷房運転時の冷媒回路の動作を、図２の冷媒のモリエル線図を参照しながら説明する。室外機（図示せず）の圧縮機に吸入される冷媒はガスの状態で、これをモリエル線図で示すと、図２のａ点である。圧縮機に吸入された冷媒は、圧縮されて高温・高圧のガス冷媒になり圧縮機から吐出される。これをモリエル線図で示すと、図２のｂ点である。さらに、室外機熱交換器で、高温・高圧のガス冷媒が凝縮し高圧の液冷媒になり、若干過冷却されて減圧装置に導かれる。これをモリエル線図で示すと、図２のｃ点である。減圧装置では、液冷媒が膨張して気液二相冷媒になる。これをモリエル線図で示すと、図２のｄ点である。この気液二相冷媒が、天井吊り下げ形空気調和機の室内機１の冷媒分流装置３に流入する。冷媒分流装置３で分流された気液二相冷媒が、熱交換器２で蒸発して徐々に乾き度が大きくなり、若干過熱度がついて圧縮機の吸入側に戻る（図２のａ点）。

気液二相冷媒の流れ、即ち、気液二相流の流れの様相について、簡単に触れておく（出典：「気液二相流」、赤川浩爾著、コロナ社、昭和４９年５月２０日発行）。

垂直管中の非加熱上向二相流の流動方式には、図３に示される５種類のものがある。冷媒分流装置３の流入管８（後述）の屈曲後の垂直部がこれに相当する。これらの各流動様式の特徴は次のようである。
（ａ）気ほう流：液相中に小気ほうの分散した流れ、
（ｂ）スラグ流：管路断面をほぼ満たし周囲に液膜のある砲弾形の大気ほうと、液体中に小気ほうを含む部分（液体スラグ部分）とが交互に存在する流れ、
（ｃ）フロス流：液体スラグ部分が短く、この部分の気体含有量が多く、液体が網目状になった流れ、
（ｄ）環状噴霧流：管壁に液膜があり、気相のコアー部には液滴が含まれている流れ、
（ｅ）噴霧流：壁面上に連続した液膜がなく気相中に液滴が含まれる流れ。
以上の流動様式の変化は、液流量一定の下で気体流量を漸次増加させた場合にほぼ対応している。

また、水平管中の非加熱二相流の流動様式は、図４に示されている８種類の様式がある。各流動様式の主な特徴で垂直管と異なるもののみを説明すると次のようになる。
（ａ）層状流：気液が上下二層に分離してほぼ平滑な境界面をもつ流れ、
（ｂ）波状流：気液境界面が波状を呈する流れ、
（ｄ）プラグ流：流路上部に長い大気ほうの存在する流れ、
（ｅ）スラグ流：大気ほう間の液体スラグ部分に多数の小気ほうを含む流れ。
図４の（ａ）〜（ｈ）は一定の液流量の下において、気体流量の増大に伴う流動様式にほぼ対応している。

図２の冷媒のモリエル線図に示したように、冷媒分流装置３に流入する気液二相冷媒は、通常乾き度が約０．２程度である。乾き度が約０．２程度の気液二相冷媒は、水平管中（冷媒分流装置３の流入管８の屈曲前の水平部）では、気ほう流、垂直管中（冷媒分流装置３の流入管８の屈曲後の垂直部）では、環状噴霧流又はフロス流になる。

図５、図６により、冷媒分流装置３の構成と、動作について説明する。冷媒分流装置３は、気液二相冷媒が流入するＬ字形の流入管８と、この流入管８の屈曲後の垂直部に接続する分配器７とを有する。流入管８の屈曲部の縦断面形状が、直線を組み合わせてほぼ直角に屈曲している構成である点が特徴である。従って、流入管８の屈曲部は、Ｒ曲げ部がない。

上記のような構成の冷媒分流装置３の流入管８の水平部（上流部）に、冷房運転時に室外機の減圧装置で減圧されて生じた気液二相冷媒が流入する。流入管８に流入した気液二相冷媒は、乾き度が約０．２程度であるから、水平部では気ほう流になっている。この水平部を気ほう流で流れる気液二相冷媒は、やがて屈曲部に到達するが、屈曲部の縦断面形状が、直線を組み合わせてほぼ直角に屈曲している構成であるから、遠心力が作用せずに屈曲部の対面壁９に衝突する。遠心力が働かないので、比重の異なる液相と気相とが、異なる外力を受けないので、分配器７へ接続する流入管８の垂直部において、環状噴霧流又はフロス流の大気ほうの偏分布が抑制される。

以上のように、冷媒分流装置３の流入管８の屈曲部の縦断面形状が、直線を組み合わせてほぼ直角に屈曲している構成としたので、流入管８の屈曲部において、気液二相冷媒に遠心力が作用しない。そのため、分配器７へ接続する流入管８の垂直部において、大気ほうの偏分布が抑制され、熱交換器２の各パスへの冷媒分配の偏りを解消することができる。

実施の形態２．
図７乃至図９は実施の形態２を示す図で、図７は冷媒分流装置３の流入管８の屈曲部の縦断面図、図８は冷媒分流装置３の斜視図、図９は冷媒分流装置３の分解斜視図である。

実施の形態２は、実施の形態１と同様、冷媒分流装置３の流入管８の屈曲部の縦断面形状が、直線を組み合わせてほぼ直角に屈曲している構成とし、さらに図７に示すように、水平に流入する気液二相冷媒に対面する対面壁９を形成する部分に、くぼみ１０を設けている。くぼみ１０は、流入管８の水平部を気液二相冷媒が流入する側と反対側に膨出することで形成される。

流入管８の屈曲部の対面壁９を形成する部分にくぼみ１０を設けたことにより、屈曲部付近の外周部での冷媒の立ち上がり速度を抑えることができる。従って、屈曲部付近での、冷媒流れの乱れの発生を抑制できる。冷媒流れの乱れは、冷媒管内の圧力損失や冷媒音の発生に結びつくものであり、冷媒流れの乱れを抑制することにより、冷媒管内の圧力損失や冷媒音の発生を抑制できる。

図８は冷媒分流装置３の斜視図、図９は冷媒分流装置３の分解斜視図である。Ｔ字管１１の頭部の一方の接続口に接続銅管１２が接続され、Ｔ字管１１の頭部の他方の開口部を塞いで対面壁９とくぼみ１０を形成する。Ｔ字管１１の足部の接続口に分配器７が接続されて冷媒分流装置３が製作される。

以上のように、３方に接続口（開口部）を有するＴ字管１１を用いれば、配管の屈曲を行うことなく全体がほぼＬ字形の、屈曲部の対面壁９部分にくぼみ１０を有する冷媒分流装置３を容易に製作することができる。

屈曲部の対面壁９部分にくぼみ１０を有することにより、屈曲部付近の外周部での冷媒の立ち上がり速度を抑え、屈曲部付近での、冷媒流れの乱れの発生を抑制できる。冷媒流れの乱れを抑制することにより、冷媒管内の圧力損失や冷媒音の発生を抑制できる。

実施の形態３．
図１０は実施の形態３を示す図で、（ａ）は冷媒分流装置３を対面壁９側から見た図、（ｂ）は冷媒分流装置３の全体構成模式図である。

赤川浩爾著「気液二相流」（前述のもの）によれば、傾斜管上向流においても、水平面に対する傾斜角が３０゜以上の場合には、垂直管における流動様式とほぼ同様であると記載されている。従って、分配器７が水平方向に対して３０゜〜１５０゜の範囲であれば傾斜していても、垂直の場合と同様に、分配器７への流入部における気ほうの偏分布は抑制される。分配器７を傾斜させることにより、冷媒分流装置３の高さを低くでき、天井吊り下げ形空気調和機の室内機１の高さ（厚さ）を小さくできる。

実施の形態１を示す図で、冷媒分流装置３を適用した天井吊り下げ形空気調和機の室内機１の断面図である。 実施の形態１を示す図で、冷媒のモリエル線図である。 実施の形態１を示す図で、垂直管中の非加熱上向二相流の流動様式を示す図である。 実施の形態１を示す図で、水平管中の非加熱二相流の流動様式を示す図である。 実施の形態１を示す図で、冷媒分流装置３の全体構成模式図である。 実施の形態１を示す図で、冷媒分流装置３の流入管８の屈曲部の縦断面図である。 実施の形態２を示す図で、冷媒分流装置３の流入管８の屈曲部の縦断面図である。 実施の形態２を示す図で、冷媒分流装置３の斜視図である。 実施の形態２を示す図で、冷媒分流装置３の分解斜視図である。 実施の形態３を示す図で、（ａ）は冷媒分流装置３を対面壁９側から見た図、（ｂ）は冷媒分流装置３の全体構成模式図である。 参考図で、流入管８の屈曲部がＲ曲げ部となっている冷媒分流装置３の全体構成図である。 参考図で、図１１の流入管８の屈曲部断面図である。

符号の説明

１ 天井吊り下げ形空気調和機の室内機、２ 熱交換器、３ 冷媒分流装置、４ ファン、５ 冷媒分配毛細管、６ 室内吹出し空気、７ 分配器、８ 流入管、９ 対面壁、１０ くぼみ、１１ Ｔ字管、１２ 接続銅管、２０ 室内空気。

Claims (4)

1. 熱交換器に気液二相状態の冷媒を分配して供給する分配器に接続される流入管を、上流側が略水平で、下流側を略直角に屈曲させて立ち上げる構成の冷媒分流装置において、
   前記流入管の屈曲部を、縦断面形状が直線の組合せで略直角に屈曲する構成としたことを特徴とする冷媒分流装置。
2. 前記屈曲部の冷媒流入方向に対面する対面壁付近にくぼみを形成したことを特徴とする請求項１記載の冷媒分流装置。
3. ３方向に接続口を有するＴ字管を備え、このＴ字管の足部の接続口に前記分配器を接続し、かつ前記Ｔ字管の頭部両端の一方の接続口に前記流入管の上流側を構成する接続銅管を接続し、他方の接続口を塞いで、前記屈曲部のくぼみを形成することを特徴とする請求項２記載の冷媒分流装置。
4. 前記分配器の水平方向に対する角度を３０°〜１５０°の範囲とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の冷媒分流装置。

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