JP2012141108A

JP2012141108A - 分流器及び冷凍サイクル装置

Info

Publication number: JP2012141108A
Application number: JP2011000569A
Authority: JP
Inventors: Keiko Kanekawa; 桂子金川; Tetsuro Ozawa; 哲朗小澤; Yuji Ono; 裕司大野
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2011-01-05
Filing date: 2011-01-05
Publication date: 2012-07-26

Abstract

【課題】
複数の導出口を有する分流器は、各導出口に分配される流体に偏りが生じ導出口に供給される冷媒の気液状態にむらが生じると、流体装置としての機能が低下する問題が生じる。
【解決手段】
上記問題を解決するため本発明の実施形態における分流器は、流体を導入させる導入口と、流体を導出させる複数の導出口を備えており、本体内部に導入口側に設けられ導入口と連続し形成された導入側内面と、前記導入側内面に対向し、前記導出口側に設けられ導出口と連続し形成された導出側内面と、前記両内面間の側方を囲む内周面とを有する分岐空間と、前記導入口に対向し前記導出側内面に設けられた凹状部と、前記凹状部の周囲を等間隔で取り囲むように配置された前記複数の導出口のそれぞれに対応し、前記分岐空間の内面に設けられた複数の凹陥部と、を備えている。
【選択図】図４

Description

本発明の実施の形態は、流体を分流させるための分流器及び、この分流器を備えた冷凍サイクル装置に関する。

従来、冷凍サイクル装置などのような流体装置は、分流器を用いて単一の配管と複数の配管とを接続する場合があり、一般的な分流器は、単一の導入口と複数の導出口とを有している。
例えば、冷凍サイクル装置に分流器が組込まれる場合には、分流器の導入口に単一の冷媒配管が接続されるとともに、導出口には複数の分配管（冷媒配管）を備えた熱交換器の分配管が接続されており、流体である冷媒が内部を流動する。

特開２００５−１１４２１４号公報

しかしながら、導入口から分流器に流入した流体は、複数の導出口から流出する流量に偏りが生じることがある。特に、冷媒が液体とガスとの混在した気液二相の流体である場合、液体とガスの比重が異なるため、分流器内で液体とガスとが分離し偏って分布することがあり、各導出口から流出する冷媒が均等にならないことがある。例えば、上方に位置する分配管には液体が少なくガスが多くなるというように冷媒の気液状態（液体とガスとの混在する状態）にむらが生じ、分配管に冷媒を均一な気液状態で分配できないという問題点がある。

このように各導出口に分配される流体に偏りが生じ導出口に供給される冷媒の気液状態にむらが生じると、流体装置としての機能が低下する。例えば、冷凍サイクル装置の場合では複数の冷媒配管を備えた熱交換器に、均等に冷媒が流入しないと熱交換効率が低下し冷凍サイクル装置としての性能が低下する。

そこで、本発明の目的は、複数の導出口に、気液状態にむらがなく均等に冷媒を分配することができる分流器を提供することにある。

上記課題を解決するため本発明の実施形態においては流体を導入させる導入口と、流体を導出させる複数の導出口を備えた分流器において、内部に、導入口側に設けられ導入口と連続し形成された導入側内面と、前記導入側内面に対向し、前記導出口側に設けられ導出口と連続し形成された導出側内面と、前記両内面間の側方を囲む内周面とを有する分岐空間と、前記導入口に対向し前記導出側内面に設けられた凹状部と、前記凹状部の周囲を等間隔で取り囲むように配置された前記複数の導出口のそれぞれに対応し、前記分岐空間の内面に設けられた複数の凹陥部と、を備えたことを特徴とする。

第１の実施形態に係る分流器の断面斜視図。第１の実施形態に係る分流器の縦断面図。第１の実施形態に係る分流器の水平断面図。第２の実施形態に係る分流器の縦断面図。第２の実施形態に係る概略図。実施形態に係る概略図。実施形態に係る概略図。第４の実施形態に係る冷凍サイクル装置の概略図。

図１乃至図８を用いて本発明の実施形態について説明を行う。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る分流器１を示した縦断面の斜視図である。
本実施の形態に係る分流器１は、たとえば空気調和機の冷媒循環回路などに用いられる分流器であって、図１の縦断面図に示すように、円筒状の本体部２と、本体部２の一端側（図１における上側）に、同軸状に設けられた円管状の流入部３が、一体形成されて形成されている。流入部３の一端面には導入口１０が設けられており、本体部２の他端面には６つの導出口７が環状に配置されて設けられている。

本体部２の内部には、本体部２および導入口１０と同一の中心軸を有する円筒状の空洞である分岐空間８が設けられている。分岐空間８は導入口１０側に設けられ導入口１０と連続し形成された導入側内面８ａと、導入側内面８ａに所定間隔を置いて対向し導出口７側に設けられ導出口７と連続した導出側内面８ｂと、側方を囲む内周面８ｃに囲まれている。

流入側内面８ａの中央には導導入口１０が連通されており、導出側内面８ａの中央に連通して導入口１０に対向する位置には、本体部２の他端面方向へ略円錐状に凹陥した凹状部５が設けられている。凹状部５は導入口１０と略同一の直径を有しており、その周囲には、６つの導出口７が凹状部８の中心に対して同心円状に等間隔に配置され連通されている。

導入側内面８ａの導入口１０の周囲にはドーム状に凹陥した６つの凹陥部１４が、各導出口７に対向して設けられている。凹陥部１４は流出路７ａの直径Ｒ３と略同一の直径にて形成されている。
上記のように構成された分流器１には、導入口１０に流体を導入する導入管が接続され、６つの導出口７にはそれぞれ導出管が接続される。そして、導入管から気液二相の流体が導入され、分岐空間８を介して導出管へと流動する。

次に、分流器１の作用について図２及び図３を用いて説明する。
図２に実線矢印で示すように、流入管１２から不均一な気液二相の流体が、導入口１０を介して分岐空間８へ流入し、導導入口１０に対向した凹状部５の円錐頂部５ａへ衝突する。衝突した気液二相の流体は攪拌され、均一な気液二相の混合流体となり、凹状部５の周面５ｂに沿って逆流し、分岐空間８の流入側端面８ａに設けられた各凹陥部１４へ流動する。
各凹陥部１４へ流動した流体は凹陥部１４の壁面に沿って流れることで図３に実線矢印で示すように、自然渦が発生する。各凹陥部１４は同一寸法であるため、発生する自由渦は同一の流速ベクトルを有し、各凹陥部１４付近の圧力と流量は同一となる。これにより、各凹陥部１４に対向するそれぞれの流出路７ａから流出する流体の流量は均等であり、導出口７に接続された各導出管へ均一な気液二相混合流体を均等に流動させることができる。

ここで、上記実施形態では分岐空間８の導入側内面８ａと、導出側内面８ｂと内周面８ｃを別々の平面としたが、互いを滑らかに接続した連続した平面としても良い。

（第２の実施形態）
図４ないし図６を用いて第２の実施形態の分流器１Ａについて説明を行う。
第２の実施形態の分流器１は図４に示すように、第１の実施形態同様に分岐空間８と本体部２と流入部３を有しており、本体部２の内部に形成された分岐空間８の形状が第１の実施形態の分流器１とは異なっている。
本実施形態の分流器１は分岐空間８の流入側内面８ａは凹陥部１４が設けられておらず、図５に示すように、分岐空間８の内周面８ｃには円周方向に向かって凹陥した凹陥部１５が設けられている。この凹陥部１５は、各導出口７に対応して配置されており、詳しくは、導入口１０の中心と凹陥部１５の最凹点を結んだ線分Ｌが導出口７の中心点を通り、導入口１０の中心と凹陥部１５の端点を通過する線分ｌが隣合う導出口７の中点を通っている。

次に、分流器１Ａの作用について図５および図６を用いて説明する。
図５に実線矢印で示すように、導入口１０に接続された導入管から不均一な気液二相の流体が、導入口１０を介して分岐空間８内へ流入し、導入口１０に対向した凹状部５の円錐頂部５ａへ衝突する。衝突した気液二相の流体は攪拌され、均一な気液二相の混合流体となり、凹状部５の周面５ｂに沿って逆流し、分岐空間８の内周面８Ｃに設けられた６つの各凹陥部１５へ流出する。
各凹陥部１５において流体は、図６に示すように凹陥部１５の壁面に沿って流れることで自然渦を発生する。各凹陥部１５は同一寸法であるため、発生する自然渦は同一の流速ベクトルを有し、各凹陥部１５付近の圧力と流量は略同一となる。これにより、各凹陥部１５に対応する導出口７から流出する流体の流量を均等にさせることができる。
ここで、凹陥部１５は図５に示す水平断面視にて円弧状に凹陥しているが、三角形状等の用に角ばって設けられても良い。

（第３の実施形態）
図６に本実施形態の分流器１Ｂの断面図を示す。本実施形態の分流器１Ｂは第１の実施形態の分流器１と略同一の構成である本体部２と流入部３を有しており、本体部２内には分岐空間８と凹陥没１４（または凹陥部１５）と凹状部５が設けられている。
ここで、本実施形態の分流器は、第１、第２の実施形態と異なる構成として、凹状部５の内部に複数の導出口７に対応する整流板６が設けられている。
整流板６は、凹状部５の円錐頂部５ａ先端を基点として、周面５ｂの上端へ向かう６枚の平板であり、整流板６の導入口１０に面する縁部の延長線が、互いに隣り合う導出口７の中点を通るように配されている。

次に、分流器１の作用について説明する。
上記のような整流板６が設けられることで、導入口１０から流入した流体が凹状部５の円錐頂部５ａに衝突すると、
導入口１０ａから不均一な気液二相の冷媒が、流入路１０を介して分岐空間８へ流入し、凹状部５の円錐頂部５ａへ衝突する。衝突した気液二相の冷媒は攪拌され、均一な気液二相の混合流体となり、凹状部５の周面５ｂと整流板６に沿って逆流する。ここで、整流板６に沿って流体が流動することで、分岐空間８に設けられた凹陥部１４（１５）への流れが整流され、流れ損失が軽減される。これにより、効率よく凹陥部１４（１５）において自然渦を発生させることができ、各凹陥部１４（１５）に対向する流出口７から流出する流体の流量は均等にすることができる。

（第４の実施形態）
以上のように構成された分流器１は、図８に示すように、冷凍サイクル装置１００に備えられる熱交換器１０３、１０５の冷媒配管に接続される。
冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１０１に接続された四方弁１０２と室内熱交換器１０３と膨張装置１０４と室外熱交換器１０５を順次冷媒配管で接続されることで構成されている。

熱交換器１０３、１０５は、圧縮機１０１で圧縮された高温・高圧ガス状態の冷媒を凝縮する凝縮器として機能する場合と、凝縮後の高温・高圧の気液二相状態の冷媒を蒸発させる蒸発機として機能する場合がある。ここで、分流器１は熱交換器１０３、１０５が蒸発器として機能する場合の冷媒配管の流入側に接続され設けられる。即ち、熱交換器１０３と熱交換器１０５の複数の冷媒配管は、それぞれ分流器１（１Ａ、１Ｂ）の導出口７に接続され、分流器１（１Ａ、１Ｂ）の導入口１０は膨張装置１０４に接続されている。

熱交換器１０３が凝縮器として機能し、熱交換器１０５が蒸発器として機能する場合の冷媒の流れを実線矢印の方向に示し、熱交換器１０３が蒸発器として機能し、熱交換器１０５が凝縮器として機能する場合の冷媒の流れを破線矢印で示す。
ここで、実線矢印で示す流れについて説明する。圧縮器１０１で圧縮された高温・高圧の冷媒は四方弁１０２を介して、凝縮器である熱交換器１０３へ流動する。そして、熱交換器１０３で凝縮され気液二相となった冷媒は、熱交換器１０３の複数の冷媒配管に接続された分流器１を介して膨張装置１０４へ流動し、減圧されつつ膨張装置１０４から分流器１の導入口１０へ流動する。導入口１０から流入した気液二相の冷媒は分岐して、各導出口７ａに接続された熱交換器１０５の冷媒配管へ流動する。そして、熱交換器１０５内へ導かれた気液二相の冷媒は膨張し蒸発され低温低圧の冷媒ガスとなり、冷媒配管を介して圧縮機１０１へと流動する。そして、冷媒は以上のように状態変化しつつ上記冷凍サイクル装置１００内を循環する。
また、四方弁１０２の流路を切替えて、図８の破線で示す流路となった場合、熱交換器１０３が蒸発器として機能し、熱交換器１０５が凝縮器として機能する。

上記のように、分流器１を冷凍サイクル装置１００に備えることによって、単一の冷媒配管から熱交換器の複数の冷媒配管へ冷媒を流動させる。これにより、熱交換器が蒸発器として機能する場合であっても、均一な気液二相の混合冷媒を各冷媒配管へ均等に流動させることができ、液冷媒とガス冷媒とが均一な混合冷媒を熱交換器の各冷媒配管にむらなく均等に流動させることができる。

ここで、冷凍サイクル装置１００には熱交換器へ気液二相の混合冷媒が流入する場合について説明したが、ガス状態の冷媒が分流器１を通過する場合でも均等に分岐させることが可能で、凝縮器として機能する熱交換器の流入側に分流器１を設けても良い。即ち、分流器１（１Ａ、１Ｂ）の導入口１０を四方弁１０２に接続し、導出口７を熱交換器１０３、１０５に接続して、四方弁１０２と熱交換器１０３、１０５を連通させても良い。

第１、第２の実施形態では分岐空間８内に、凹陥部１４または凹陥部１５のどちらか一方を設けたが、両方を設けて良い。
その他、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。全ての構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

１…分流器、２・・・本体部、５…凹状部、６…整流板、７…導入口、８…分岐空間、８ａ…流入側内面、８ｂ…流出側内面、８ｃ…内周面、１０…導出口、１４、１５…凹陥部、１００・・・冷凍サイクル装置、１０１…圧縮器、１０２…四方弁、１０３、１０５…熱交換器、１０４・・・膨張装置

Claims

流体を導入させる導入口と、
流体を導出させる複数の導出口を備えた分流器において、
内部に、導入口側に設けられ導入口と連続し形成された導入側内面と、前記導入側内面に対向し、前記導出口側に設けられ導出口と連続し形成された導出側内面と、前記両内面間の側方を囲む内周面とを有する分岐空間と、
前記導入口に対向し前記導出側内面に設けられた凹状部と、
前記凹状部の周囲を等間隔で取り囲むように配置された前記複数の導出口のそれぞれに対応し、前記分岐空間の内面に設けられた複数の凹陥部と、
を備えたことを特徴とする分流器。
前記凹陥部が前記複数の導出口のそれぞれに対向し、導入側内面に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の分流器。
前記凹陥部が前記複数の導出口のそれぞれに対応し、内周面に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の分流器。
前記凹状部には、前記複数の導出口に対応して凹状部を周方向に仕切る整流板が設けられていることを特徴とする請求項１または３に記載の分流器。
請求項１乃至４の少なくともいずれかに記載の分流器を備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。