JP2009216276A - 冷媒分流器及び冷媒分流器を備えた熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】流入管の直線部を十分に確保出来ない場合や、流入口に流入する冷媒の乾き度が高い場合、あるいは、流入管の穴位置に制約が大きい場合や、大きな偏流が必要な場合においても、安定した分流性能を有し、さらに空調機器や冷凍機器への収納性の高い、コンパクトな冷媒分流器を提供すること。
【解決手段】流入管１０から流入した冷媒を複数の流出管に分流するための冷媒分流器２を、曲げ部８を有する流入管１０が接続される流入部ピース４と、複数の流出管が接続される流出部ピース６とで構成した。また、流入部ピース４に流入口４ｂを形成する一方、流出部ピース６に、流出口と、流出口と連通し流入部ピース４が挿入される流入部ピース挿入口６ｈとを形成した。さらに、流入口４ｂの内径を流入管１０の内径より小さく設定し、流入口４ｂの中心を流入管１０に対し偏心させ、流入部ピース４が流出部ピース６の流入部ピース挿入口６ｈに挿入されると、流入口４ｂと流出口との間に中空部６ｄが形成されるようにした。
【選択図】図６

Description

本発明は、空調機器や冷凍機器等の冷凍サイクルにおける冷媒の回路を複数に分岐するための冷媒分流器及びこの冷媒分流器を備えた熱交換器に関する。

近年、空調機器や冷凍機器に用いられる熱交換器においては、熱交換効率の促進及び小型化のため、伝熱管の細径化が進む動きがあり、それに伴い冷媒経路数も増加する傾向がある。

一般に、冷凍サイクルに用いるフロン系冷媒は、熱交換器内を密度が数十倍異なる冷媒蒸気と冷媒液が混在した気液二相となって流れる。そのため、熱交換器を設計する上で複数本の伝熱管への冷媒分配は難しい問題となっており、それを解決するため、種々の分流器の開発が行われてきた。

図面を参照しながら詳述すると、図７に示す分流器は、流入管１０３の内面に微細な溝または凹み１０２を設け、それにより生じた旋回流によって流出管１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃでの冷媒流速及び流量の均一化を図っている(例えば、特許文献１参照。)。

また、図８に示す分流器の場合、流出管２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃの流路断面積を変化させ、分流器２０２の流路断面積をあらかじめ設定しておくことで流入管２０１より入った冷媒の分流比率を任意に設定して流出管２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃの冷媒流量を調節している (例えば、特許文献２参照。)。

さらに、図９に示すように、流入管３０１と流出管３０２，３０４との間にオリフィスリング３０６を設け、オリフィスリング３０６の流通口３０６ａを熱交換器における通風量の大となる流出管３０２の方向へ偏心させたものもある（例えば、特許文献３参照。）。

また、図１０に示すように、冷媒の壁面への衝突攪拌作用により安定した分流性能を得るようにしたものも提案されている。流入口４０１より入った冷媒は平坦な衝突面４４１に衝突し、跳ね返る。これにより気液二相の混合状態となり、隣接して開口する各流出口４２１，４３１から流出管４０２，４０３へと流出する。このとき、衝突面４４１と複数の流出口４２１，４３１の少なくてもいずれか１つとの間に関４４２，４４３を形成することによって、流出口４２１、４３１から流出する冷媒（気液二相の混合状態）の流出を制限する。この衝突攪拌と流出量制限により、分流器が傾斜した場合でも冷媒を均等もしくは所定の比率に分流している (例えば、特許文献４参照。)。

特開平５−１８６３８号公報 特開２０００−３２０９２９号公報 実開昭５９−１７５９７０号公報 特開平１０−２５３１９７号公報

しかしながら、上述した従来の分流器にあっては、流入管の直線部を十分に確保できず、特に流入口に流入する冷媒の乾き度が高い場合や、流入管の穴位置に制約が大きい場合や、大きな偏流が必要な場合においては、液相成分が流入管内を均一に流れず、安定した分流性能が得られないという問題があった。

また、図７あるいは図８に示す構成のものにあっては、一般的な平滑管と比較し、コストが増大するとともに加工性が悪いという問題点があった。

さらに、図９に示す構成の場合、曲げ部を有する流入管に接続されると、偏心させる方向によっては、圧力損失が増大するのみで十分な整流が困難という問題があった。

また、図１０に示す構成の場合、図１１に示すように流出管４０２，４０３を分流器の側面に配置する必要があるため、特に流出管の数が増加した場合、大きな収納スペースが必要となる問題があった。

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、流入管の直線部を十分に確保出来ない場合や、流入口に流入する冷媒の乾き度が高い場合、あるいは、流入管の穴位置に制約が大きい場合や、大きな偏流が必要な場合においても、安定した分流性能を有し、さらに空調機器や冷凍機器への収納性の高い、コンパクトな冷媒分流器を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る冷媒分流器は、流入管が接続される流入部ピースと、複数の流出管が接続される流出部ピースとを備え、流入部ピースに流入口を形成する一方、流出部ピースに流出口と流入部ピース挿入口を形成し、流入部ピース挿入口に流入部ピースを挿入したものである。また、流入口の内径を流入管の内径より小さく設定し、流入口の中心を流入管挿入口に対し偏心させ、流入部ピースが流出部ピースの流入部ピース挿入口に挿入されると、流入口と流出口との間に中空部が形成されるようにしている。

このように、流入口の内径を流入管の内径より小さくし、かつ流入口の中心を偏心させることによって、流入管と流入口の接続部に段差（冷媒衝突面）が生じ、この段差に流入管内を気液二相状態で流れる冷媒の液成分が衝突して攪拌されるので、安定した分流性能を発揮することができる。

本発明によれば、分流器に接続される流入管の直線部を十分に確保出来ない場合や、流入口に流入する冷媒の乾き度が高い場合、あるいは、流入管の穴位置に制約が大きい場合や、大きな偏流が必要な場合においても、最小限の圧力損失で安定した分流性能が得られ、空調機器や冷凍機器への収納性の高い、コンパクトな冷媒分流器を構成できる。

第１の発明は、流入管から流入した冷媒を複数の流出管に分流するための冷媒分流器を、流入管が接続される流入部ピースと、複数の流出管が接続される流出部ピースとで構成し、流入部ピースに、流入管が挿入される流入管挿入口と、流入管挿入口と連通する流入口とを形成する一方、流出部ピースに、複数の流出管が挿入される流出管挿入口と、流出管挿入口と連通する流出口と、流出口と連通し流入部ピースが挿入される流入部ピース挿入口とを形成している。また、流入口の内径を流入管の内径より小さく設定し、流入口の中心を流入管挿入口に対し偏心させるとともに、流入部ピースが流出部ピースの流入部ピース挿入口に挿入されると、流入口と流出口との間に中空部が形成されるようにしている。

この構成により、流入部ピースに接続される流入管の直線部を十分に確保出来ない場合や、流入口に流入する冷媒の乾き度が高い場合においても、気液二相状態で流入する冷媒の液相成分が偏る箇所に冷媒を衝突・攪拌させる不連続な領域を十分に設けることができるとともに、流入口の内径を最大限に確保することができる。また、冷媒分流器本体を、流入部ピースと流出部ピースの２ピースで構成し、流入口と流出口の間に中空部を設けることで、衝突攪拌後に整流するスペースを確保し、流出口の入口側開口面積を十分広く確保することができるので、圧力損失が小さく、安定した分流性能を有し、さらに流入管の穴位置に制約が大きい場合や、大きな偏流が必要な場合においても、空調機器や冷凍機器への収納性の高い、コンパクトな冷媒分流器を構成できる。

第２の発明は、流入管挿入口の中心を流入部ピースの軸心から偏心させることにより、複数の流出管への分流比率を大きくすることができる。

第３の発明は、流出部ピースの流出口入口側の面に傾斜部を設けることで、最小限の高さで、流入管から流出管へ繋がる整流のための中空スペースを確保できるとともに、流出口の入口側開口面積を広く確保することができ、コンパクトで安定した分流性能を有し、圧力損失の低い分流器を構成できる。

第４の発明は、流入口の中心から複数の流出口の中心までの距離が同一ではない構成とすることで、流入口から各流出口へ流入する流路長を変化させることが可能となり、冷媒分流器を取り付ける熱交換器などの風速分布や伝熱特性に応じて、各流出口への偏流調整を行うことができる。

第５の発明は、流出口を異なる流路断面積とすることで、流入口から各流出口へ流入する流路断面積および流出口の流動損失を変化させることが可能となり、冷媒分流器を取り付ける熱交換器などの風速分布や伝熱特性に応じて、各流出口への偏流調整を行うことができる。

第６の発明は、流出口を異なる流路長とすることで、流入口から各流出口へ流入する流路断面積および流出口の流動損失を変化させることが可能となり、冷媒分流器を取り付ける熱交換器などの風速分布や伝熱特性に応じて、各流出口への偏流調整を行うことができる。

第７の発明は、流出部ピースの外面に切欠部を設けることで、加工・組立ての際に流出部ピースの固定が容易で、流入管及び流出管の挿入方向の決定を容易に行うことができる。

第８の発明は、流入部ピースと流出部ピースに流出口と流入口の相対位置を決定するための位置決め手段を設けることで、生産・加工の段階で、目的とする冷媒分配に応じた流出口と流入口の相対位置を決定、固定することが可能となり、製品にバラつきが少なく、安定した分流性能を有する冷媒分流器を構成できる。

第９の発明は、流出口を流入口の略真下に配置し、流入口の中心を流入管の曲げ部以前の冷媒の流入方向に偏心させることで、分流器に接続される流入管の直線部を十分に確保出来ない場合や、流入口に流入する冷媒の乾き度が高い場合においても、気液二相状態で流入する冷媒の液相成分が偏る箇所に冷媒を衝突させて攪拌させる不連続な領域を十分に設けることができるとともに、流入口の内径を最大限に確保することが可能になる。その結果、圧力損失が小さく、安定した分流性能を発揮することができるとともに、流入管の穴位置に制約が大きい場合や、大きな偏流が必要な場合においても、空調機器や冷凍機器への収納性の高い、コンパクトな冷媒分流器を構成できる。

第１０の発明は、流入管挿入口の中心を流入管の曲げ部の上流側に向かって偏心させることで、複数の流出管への分流比率を大きくすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

図１は本発明に係る冷媒分流器２を示しており、図２は冷媒分流器２を構成する流入部ピース４を、図３及び図４は冷媒分流器２を構成する流出部ピース６をそれぞれ示している。また、図５は冷媒分流器２をルームエアコンの室内熱交換器のドライブロックに搭載した場合の斜視図であり、図６は図５の線VI−VIに沿った断面図である。

図１乃至図４に示すように、本発明に係る冷媒分流器２は、ディスク状の流入部ピース４と、略円柱状の流出部ピース６とで構成されている。

流入部ピース４には、軸方向の一端側に一つの流入管挿入口４ａが形成され、軸方向の他端側には流入管挿入口４ａより直径が小さい流入口４ｂが流入管挿入口４ａと連通するように形成されている。流入管挿入口４ａの中心は流入部ピース４の軸心から偏心しており、流入口４ｂの中心は流入部ピース４の軸心から偏心するとともに、流入管挿入口４ａの中心からも偏心している。また、流入管挿入口４ａに対する流入口４ｂの偏心方向を、流入部ピース４に対する流入管挿入口４ａの偏心方向に略一致させ、流入口４ｂの内径を流入管１０（後述）の内径より小さく設定することで、流入管挿入口４ａと流入口４ｂとの境界部に、流入部ピース４の軸心に直交する冷媒衝突面４ｃが形成されている。

一方、流出部ピース６には、軸方向の一端側に断面積が等しい複数（例えば、三つ）の流出管挿入口６ａ，６ｂ，６ｃが分離した状態で形成され、軸方向の他端側に流入部ピース４が挿入される流入部ピース挿入口６ｈが形成されており、流出管挿入口６ａ，６ｂ，６ｃと流入部ピース挿入口６ｈとの間に中空部６ｄが形成されている。流出管挿入口６ａ，６ｂ，６ｃと中空部６ｄは、流出管挿入口６ａ，６ｂ，６ｃと同心状に形成された流出口６ｅ，６ｆ，６ｇを介して連通している。また、流出口６ｅ，６ｆ，６ｇの直径は、流出管挿入口６ａ，６ｂ，６ｃの直径より僅かに小さく設定されている。

図３及び図６に示すように、中空部６ｄは円筒状中空部６ｄ１と円錐状中空部６ｄ２とを有し、円筒状中空部６ｄ１は、円筒状中空部６ｄ１より直径が僅かに大きい流入部ピース挿入口６ｈと連通し、この流入部ピース挿入口６ｈに流入部ピース４は挿入される。また、円錐状中空部６ｄ２の底面（流出口６ｅ，６ｆ，６ｇの入口側の端面）は中心部に向かって円錐状に傾斜しており、底面に傾斜部６ｈを設けることで、流出口６ｅ，６ｆ，６ｇの入口側開口面積を流出口６ｅ，６ｆ，６ｇの断面積より大きく設定している。

図５に示すように、本発明に係る冷媒分流器２をルームエアコンの室内熱交換器のドライブロックに搭載した場合、冷媒分流器２の流出部ピース６は流入部ピース４の略真下に位置するように配置され、例えば流路を略Ｌ字状に曲げる開閉自在の二方弁８が流入管１０を介して接続される。このため、一端が二方弁８に接続された流入管１０の他端は、流入部ピース４の流入管挿入口４ａに挿入されて、ロウ付けにより流入部ピース４と接続され、流出部ピース６の流出管挿入口６ａ，６ｂ，６ｃには流出管１２，１４，１６の各端部が挿入されて、ロウ付けにより流出部ピース６と接続される。

このとき、流入部ピース４に形成された流入管挿入口４ａ及び流入口４ｂを、流入管１０の曲げ部（本実施の形態では二方弁８）の上流側に向かってずらして配置することで、気液二相冷媒のうち、特に液成分を冷媒衝突面４ｃに衝突させて攪拌するようにしている。

ルームエアコンの通常の運転モード（冷房運転）の場合、二方弁８は開放状態にあり、流入管１０より流入する冷媒は二方弁８を通過し、冷媒の流れ方向がＬ字状に曲がった時点で、遠心力により液相成分が図６のＡ側に偏った状態となり、冷媒分流器２に流入口４ｂより流入する。A側に偏った冷媒の液成分は、流入管１０と流入口４ｂの間に設けられた不連続な冷媒衝突面４ｃに衝突して分散し、流入口４ｂから流入する気相及び液相が混合する。

ここで、冷媒衝突面４ｃは冷媒の液成分が衝突するのに十分な面積を有する必要があるが、流入口４ｂにおける圧力損失を低減するためには、流入口４ｂの内径を大きくする必要がある。そのため、本実施の形態では、流入口４ｂの中心を流入管１０の中心に一致させない構成とすることで、冷媒衝突面４ｃの面積を十分に確保しながら、流入口４ｂの内径を大きくすることができ、圧力損失が小さい構成としている。

この構成により、冷媒分流器２に接続される流入管１０の直線部を十分に確保出来ない場合や、流入口４ｂに流入する冷媒の乾き度が高い場合、あるいは、流入管１０の穴位置に制約が大きい場合や、大きな偏流が必要な場合においても、最小限の圧力損失で安定した分流性能を得ることができる。また、冷媒分流器２を、空調機器や冷凍機器への収納性の高い、コンパクトな構成にすることができる。

混合された気相及び液相の冷媒は、流入口４ｂを通り中空部６ｄを経由して流出口６ｅ，６ｆ，６ｇへと流れるが、この時、冷媒分流器２が取り付けられる熱交換器の冷媒経路、風速分布に応じて、次のように設定することにより中空部６ｄと流出口６ｅ，６ｆ，６ｇとの連通部の面積を変えることができ、各流出口６ｅ，６ｆ，６ｇへの流量配分を適宜調節することができる。
（ｉ）流入口４ｂの中心から複数の流出口６ｅ，６ｆ，６ｇの中心までの距離を変える。
（ii）流出口６ｅ，６ｆ，６ｇを異なる流路断面積とする。
（iii）中空部６ｄの形状を変えて流出口６ｅ，６ｆ，６ｇを異なる流路長とする。
（iv）（ｉ）〜（iii）を適宜組み合わせる。

本発明に係る冷媒分流器２は、流入口４ｂと流出口６ｅ，６ｆ，６ｇと流入管挿入口４ａと流出管挿入口６ａ，６ｂ，６ｃとを備えているため、流入口４ｂと流出口６ｅ，６ｆ，６ｇの変更のみで概ね流量調節が可能である。すなわち、流入管挿入口４ａと流出管挿入口６ａ，６ｂ，６ｃ及びそれらに接続される流入管１０や流出管１２，１４，１６は変更する必要がないため、熱交換器の仕様変更等により、各流出経路への流量を変化させる必要が生じた場合、本発明に係る冷媒分流器２を使用すると、特に流入口４ｂと流出口６ｅ，６ｆ，６ｇを変更するのみで対応することができ、仕様変更に伴うコストの削減、部品の共用化を進める上で有利である。

なお、本実施の形態のように、冷媒分流器２を流入部ピース４と流出部ピース６の二つのピースで成形することで、流入口４ｂと流出口６ｅ，６ｆ，６ｇの組み合わせによる生産上のバラツキを最小限に抑え、流入口４ｂと流出口６ｅ，６ｆ，６ｇを接続する工数を省き、コンパクトで安価な冷媒分流器２を構成することが可能である。

なお、冷媒分流器２を流入部ピース４と流出部ピース６で構成した場合、冷媒分流器２が取り付けられる熱交換器の冷媒経路、風速分布に応じて、流入部ピース４と流出部ピース６との位置決めを行う必要があるが、図５に示すように、流入部ピース４と流出部ピース６の面一となった端面（入口側端面）に位置決め用溝を設け、この位置決め用溝に位置決めピン１８を嵌入させることで、流入部ピース４と流出部ピース６との位置決めを行っている。

また、流出部ピース６の外面の両側に切欠部２０を形成することで、加工や組立ての際に分流器のジグへの固定を容易とし、本実施の形態のように、流入管１０や流出管１２，１４，１６に指向性が有る場合においては、挿入方向の決定も容易になり、加工性あるいは組立て性も向上する。

なお、図５に示すように冷媒分流器２が取り付けられると、流出口６ｅ，６ｆ，６ｇは流入口４ｂの略真下に位置することになるが、本発明に係る冷媒分流器２は水平方向に取り付けることも可能で、この場合、冷媒液と冷媒蒸気の密度差を考慮して冷媒衝突面４ｃを流入口４ｂの真下に配置し、冷媒液を冷媒衝突面４ｃに衝突させることになる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限らず、種々変更して実施し得るものである。

本発明に係る冷媒分流器は、冷媒分流器に接続される流入管の直線部を十分に確保出来ない場合や、流入口に流入する冷媒の乾き度が高い場合、あるいは、流入管の穴位置に制約が大きい場合や、大きな偏流が必要な場合においても、安定した分流性能が得られ、コンパクトな構成が可能となるので、ルームエアコンのみならず小型化が要求される冷蔵庫やヒートポンプ乾燥方式を採用した洗濯乾燥機の熱交換器等の用途にも適用できる。

本発明に係る冷媒分流器の斜視図 図１の冷媒分流器を構成する流入部ピースの斜視図 図１の冷媒分流器を構成する流出部ピースの斜視図 図３の流出部ピースの別の斜視図 図１の冷媒分流器をルームエアコンの室内熱交換器の一部の搭載した場合の斜視図 図５の線VI−VIに沿った断面図 従来の冷媒分流器の部分断面正面図 別の従来の冷媒分流器の分解斜視図 さらに別の従来の冷媒分流器の断面図 さらに別の従来の冷媒分流器の断面図 図１０の冷媒分流器の斜視図

符号の説明

２ 冷媒分流器、
４ 流入部ピース、
４ａ 流入管挿入口、
４ｂ 流入口、
４ｃ 冷媒衝突面、
６ 流出部ピース、
６ａ，６ｂ，６ｃ 流出管挿入口、
６ｄ 中空部、
６ｄ１ 円筒状中空部、
６ｄ２ 円錐状中空部、
６ｅ，６ｆ，６ｇ 流出口、
６ｈ 流入部ピース挿入口、
６ｉ 傾斜部、
８ 二方弁、
１０ 流入管、
１２，１４，１６ 流出管、
１８ 位置決めピン
２０ 切欠部。

Claims (10)

1. 流入管と複数の流出管に接続され前記流入管から流入した冷媒を前記複数の流出管に分流するための冷媒分流器であって、
   前記流入管が接続される流入部ピースと、前記複数の流出管が接続される流出部ピースとを備え、前記流入部ピースは、前記流入管が挿入される流入管挿入口と、該流入管挿入口と連通する流入口とを有する一方、前記流出部ピースは、前記複数の流出管が挿入される流出管挿入口と、該流出管挿入口と連通する流出口と、該流出口と連通し前記流入部ピースが挿入される前記流入部ピース挿入口とを有し、前記流入口の内径は前記流入管の内径より小さく設定され、前記流入口の中心は前記流入管挿入口に対し偏心し、前記流入部ピースが前記流出部ピースの前記流入部ピース挿入口に挿入されると、前記流入口と前記流出口との間に中空部が形成されることを特徴とする冷媒分流器。
2. 前記流入管挿入口の中心は前記流入部ピースの軸心から偏心していることを特徴とする請求項１に記載の冷媒分流器。
3. 前記流出部ピースは、前記流出口の入口側の端面に傾斜部を有することを特徴とする請求項１あるいは２に記載の冷媒分流器。
4. 前記流入口の中心から前記複数の流出口の中心までの距離が同一ではないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の冷媒分流器。
5. 前記流出口は異なる流路断面積を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の冷媒分流器。
6. 前記流出口は異なる流路長を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の冷媒分流器。
7. 前記流出部ピースはその外面に切欠部を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の冷媒分流器。
8. 前記流入部ピースと前記流出部ピースを位置決めする位置決め手段をさらに備え、該位置決め手段により前記流入口と前記流出口の相対位置を決定することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の冷媒分流器。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の冷媒分流器を有する熱交換器であって、
   前記流入管挿入口に挿入され冷媒流入側に曲げ部を有する流入管と、前記複数の流出管挿入口に挿入される複数の流出管とを備え、前記複数の流出口は前記流入口の略真下に配置され、前記流入口の中心は前記流入管の曲げ部の上流側に向かって偏心していることを特徴とする熱交換器。
10. 前記流入管挿入口の中心は前記流入管の曲げ部の上流側に向かって偏心していることを特徴とする請求項９に記載の熱交換器。

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