JP3480392B2 - 冷媒分配器およびそれを用いた冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、空気調和機や冷
凍装置などの冷凍サイクル装置に用いられる冷媒分配器
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】空気調和機や冷凍装置などの冷凍サイク
ル装置の凝縮器あるいは蒸発器として作用する熱交換器
において、内部の冷媒流路を複数パスに分割した場合
に、熱交換器の入り口には各パスへ冷媒を分配する分配
器が必要である。また例えば複数台の室外ユニットや室
内ユニットを並列に接続してなるマルチ型空気調和機で
は、メインの冷媒流路から各ユニットへ冷媒を分配する
ためにも冷媒分配器が必要である。一般に冷凍サイクル
装置の膨張弁を通過した冷媒や蒸発器入口の冷媒は、気
液二相の状態となっており、配管内を流れる冷媒の断面
において密度分布が生じている。例えば流入配管に曲が
りがある場合は遠心力の影響、流入配管や分配器本体が
水平に配置されている場合は重力の影響により、液冷媒
がある一方の管内面に偏って流れる偏流現象が生じる。
従って冷媒分配器には、気液二相冷媒であってもこうし
た偏流の影響を受けずに、気液の分離が生じることなく
冷媒を均質に攪拌、混合し、冷媒分配器入口での気液質
量流量比と冷媒分配器出口での気液質量流量比が均等の
状態で冷媒を分配する機能が要求される。

【０００３】従来の冷媒分配器に関する技術は特開平１
１−１０１５３０号公報により知られている。図２０は
従来の冷媒分配器の断面図であり、図において、４は流
入管３から流入する冷媒を混合する分配器本体１内の混
合部、７は複数の流出管、５は混合部４から流出管７に
至る間の分配器本体２の内部の分岐空間である。流入管
３から流入した気液二相状態の冷媒が、流入管３の径よ
り小さい混合部４そして分岐空間５を通過して、流出管
７から冷媒が分配される構造となっている。この冷媒分
配器において、前記混合部の内径をＤ［ｍ］、長さをＬ
［ｍ］とし、前記分岐空間の流れ方向の高さをｈ
［ｍ］、容積をＶ[ｍ³]、混合部を流れる冷媒の質量流
量をＷ［kg/s］としたとき、Ｄ、Ｌ、Ｗ、ｈ、Ｖが、Ｌ
／Ｄ＞５、Ｗ／（π×Ｄ²／４）＞５００（π：円周
率）を満足させて、混合部４での気液二相冷媒の流れを
均質流とし、また、Ｗ／ｈ＞２、Ｗ／Ｖ＞１０として、
冷媒分配器入口での気液質量流量比と冷媒分配器出口で
の気液質量流量比が均等の状態で冷媒を分配する機能を
確保している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように構成した冷
媒分配器では、気液二相冷媒が分配器を通過するときに
音が発生する。分配器を室内ユニットで使用する場合、
その音が室内ユニットの送風音よりも大きいならば、耳
障りな騒音になってしまう。上記従来例では分配器の各
寸法パラメータの範囲を設定することにより冷媒の分配
性能を改善することはできるが、騒音発生を考慮してい
ないため、騒音が大きくなってしまう寸法パラメータが
存在するという問題点があった。

【０００５】本発明の冷媒分配器は、以上のような問題
点を解決するためになされたもので、流入管入口が気液
二相冷媒で配管に曲がりがある場合や、配管、冷媒分配
器本体が水平に配置されている場合など、冷媒分配器の
設置状況によらず、偏流の影響を受けずに気液の分離が
生じることなく冷媒を撹拌、混合し、均質に冷媒を分配
すると共に、騒音の発生を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【０００６】本発明の請求項１における冷媒分配器は、
流入管から流入した冷媒を通過させる前記流入管より細
長い内径の流路を持つ混合部と、前記混合部に連続して
冷媒を複数の分岐部それぞれに分配する分岐空間とを備
えた冷媒分配器において、前記混合部の内径をＤ１
［ｍ］、この混合部の流れ方向の長さをＬ１［ｍ］、前
記分岐部の内径をＤ２［ｍ］、この分岐部の流れ方向の
長さをＬ２［ｍ］、この分岐部の分岐数をｎ、前記分岐
空間の流れ方向の高さをｈ［ｍ］、混合部入口から分岐
空間出口の冷媒圧力損失をΔＰ［ＭＰａ］、前記混合部
を流れる冷媒の質量流量をＷ［ｋｇ／ｓ］とすると、
（Ｗ／ｎ）／（π×Ｄ２ ^２ ／４）＜２５００（π：円周
率）を満たすように前記分岐部を構成するとともに、前
記冷媒分配器から発生する騒音値が所定値以下となるよ
うにΔＰ／Ｗ＜７を満足する前記Ｄ１，Ｄ２，Ｌ１，Ｌ
２，ｈの寸法を設定したものである。

【０００７】

【０００８】本発明の請求項２における冷媒分配器は、
請求項１に記載の冷媒分配器において、混合部および分
岐空間の少なくともいずれか一方を、多孔質材で満たし
たものである。

【０００９】本発明の請求項３における冷凍サイクル装
置は、請求項１乃至請求項２のいずれか１項に記載の冷
媒分配器を、冷媒を循環させる冷媒流路の冷媒分岐箇所
に設けたものである。

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、本発明の実
施の形態１を説明する。図１は本実施の形態１の冷媒分
配器の断面図であり、図２は４本の流出管を設置した場
合の冷媒分配器を示す斜視図である。図において、３は
流入管、４は冷媒分配器本体１内の混合部、５は冷媒分
配器本体２内部の分岐空間、６は分岐空間５から複数の
分岐管７へ接続する分岐部である。また、図中の矢印は
冷媒の流れ方向を示し、Ｌ１は混合部４の流れ方向の長
さ［ｍ］、Ｄ１は混合部４の内径［ｍ］、ｈは分岐空間
５の流れ方向の高さ［ｍ］、Ｌ２は分岐部６の流れ方向
の長さ［ｍ］、Ｄ２は分岐部６の内径［ｍ］を示してい
る。流入管３から流入した気液二相冷媒は、流入管３に
接続する混合部４へ導かれ、ここで縮流加速される。こ
の混合部４は細管で構成されているため、前記気液二相
冷媒を均質流にする機能を有している。そして、混合部
４で均質化された冷媒は、分岐空間５を経由して分岐部
６で冷媒が分配され、分岐管７からそれぞれ分流が流れ
出て行く。なお冷媒分配器本体１は冷媒分配器本体２に
挿入された構造となっている。

【００１６】図３および図４は実施の形態１の冷媒分配
器を用いた冷凍サイクル装置の冷媒回路図であり、１５
は圧縮機、１６は凝縮熱交換器、１８は凝縮熱交換器用
送風機、１７は膨張弁、１４は冷媒分配器、１９は蒸発
熱交換器、２０は蒸発熱交換器用送風機である。蒸発熱
交換器１９は複数の冷媒流路に別れており、冷媒分配器
１４で冷媒を分配している。冷房運転を行うセパレート
タイプの冷凍サイクル装置の場合は、図３のように冷媒
分配器１４と蒸発熱交換器１９と蒸発熱交換器用送風機
２０は室内機に設置される。また暖房運転を行うセパレ
ートタイプの冷凍サイクル装置の場合は、図４のように
冷媒分配器１４と蒸発熱交換器１９と蒸発熱交換器用送
風機２０は室外機に設置される。

【００１７】次に動作を説明する。圧縮機１５でガス冷
媒が圧縮され、凝縮熱交換器１６に流入し、ここで凝縮
熱交換器用送風機１８からの送風される空気等と冷媒が
熱交換され、冷媒が高圧のガスから高圧の液に凝縮され
る。次に凝縮された冷媒が、膨張弁１７を通過すること
により減圧され、冷媒は低圧のガスと低圧の液が混合さ
れた気液二相状態になる。その気液二相冷媒が、冷媒分
配器１４で複数に分配され、蒸発熱交換器１９に流入
し、蒸発熱交換器用送風機２０から送風される空気等と
熱交換して、低圧のガスとなり圧縮機に戻り、再び圧縮
される循環サイクルを成す。

【００１８】この時の冷媒分配器の動作について説明す
る。前記冷凍サイクル装置において、膨張弁１７を通過
した冷媒は低圧二相冷媒の状態で図１の流入管３から冷
媒分配器本体の混合部４に流れ込む。このときの冷媒の
流動状態を図５に示す。流路内径や冷媒質量流量および
気液の質量流量比によって成層流(図５（ａ））、波状
流（図５（ｂ））、スラグ流（図５（ｃ））、環状流
（図５（ｄ））、気泡流（図５（ｅ））、環状噴霧流
（図５（ｆ））に示すような６パターンの流動状態に分
かれる。成層流(図５（ａ））、波状流（図５
（ｂ））、スラグ流（図５（ｃ））は液冷媒と蒸気冷媒
が上下に分離して流れており不均一になっている。これ
は比較的流路内径が大きい場合や、冷媒質量流量が小さ
い場合や、冷媒乾き度が小さい場合に生じる流動状態で
ある。また流入管３や冷媒分配器本体が水平に設置され
た場合、そして冷媒流体に対する遠心力や、重力の影響
を受ける場合にも、気液二相冷媒は、成層流(図５
（ａ））、波状流（図５（ｂ））、スラグ流（図５
（ｃ））のような流動状態となる。 一方、環状流（図
５（ｄ））、気泡流（図５（ｅ））、環状噴霧流（図５
（ｆ））は、液冷媒と蒸気冷媒とが混合して流れてお
り、成層流(図５（ａ））、波状流（図５（ｂ））、ス
ラグ流（図５（ｃ））と比べると均質になっている。こ
れは比較的流路内径が小さい場合や、質量流量が大きい
場合や、冷媒乾き度が大きい場合に生じる流動状態であ
る。

【００１９】流入管３を流れる冷媒が成層流(図５
（ａ））、波状流（図５（ｂ））、スラグ流（図５
（ｃ））である場合でも、流入管３に連続して接続され
た混合部４の内径を流入管の内径よりも小さく構成する
ことにより、流動状態が環状流（図５（ｄ））、気泡流
（図５（ｅ））、環状噴霧流（図５（ｆ））へ移行す
る。このように均質化された気液二相冷媒が分岐空間５
に流れ込み、分岐部６へと達して冷媒が均一に分配され
る。

【００２０】このとき流入管３から混合部４に気液二相
冷媒が流れるとき流入管３と混合部４の内径が違うた
め、縮流により圧力損失が生じる。さらに混合部４では
流入管３よりも内径を小さくしているので、気液二相冷
媒の流速が、流入管部よりも速くなるため、壁面との摩
擦抵抗等の増大により、さらに圧力損失が生じる。また
混合部４から分岐空間５そして分岐部６にいたるまで、
流路が拡大、縮小となるので、そこでも圧力損失が生じ
る。また分岐部６においても、圧力損失が生じる。そし
て冷媒分配器を流れるのは気液二相冷媒のため、液冷媒
と蒸気冷媒ではそれぞれ圧力損失量が異なってくる。流
動状態が、環状流（図５（ｄ））、気泡流（図５
（ｅ））、環状噴霧流（図５（ｆ））となり、液冷媒と
蒸気冷媒が均質的になっているように見えても、ごく短
い時間でみると蒸気冷媒が多い状態と、液冷媒が多い状
態があり、たえず圧力損失は変動している。

【００２１】一般的には、流体から発生する音は圧力変
動が原因であるので、上記圧力損失の変動が音となって
しまう。また圧力損失そのものも、圧力変動なので、そ
れ自体で音となってしまう。従って、冷媒分配器から発
生する音を抑制するには、圧力損失の変動を抑えるか、
圧力損失そのものを小さくすることが考えられる。ここ
で全体の圧力損失を小さくすれば、それに伴い圧力損失
の変動も小さくなり、音の発生を低減させることができ
る。

【００２２】上記のことから、冷媒分配器より音が発生
する原因は圧力損失にある。ところで、圧力損失は冷媒
の質量流量に比例しているので、同一の冷媒分配器でも
質量流量が大きいと音も大きくなる。図６は、冷媒分配
器の混合部入口と分岐部出口の間の冷媒の圧力損失をΔ
Ｐ［ＭＰａ］、冷媒の質量流量をＷ［ｋｇ／ｓ］とする
と、ΔＰ／Ｗと冷媒分配器単体が発生する騒音値との関
係を示したグラフである。ここで曲線８は本実施の形態
の冷媒分配器の場合を示し、曲線９は冷媒分配器を取り
付けずに流入管３のみ（一般的な冷媒配管）に冷媒を流
したときのΔＰ/Ｗと騒音の関係を示している。

【００２３】このとき図３における蒸発熱交換器と蒸発
熱交換器用送風機と冷媒分配器を持つ室内機の中心から
前方１ｍ、下方０．８ｍの位置（ＪＩＳ点）で騒音を測
定した場合、蒸発熱交換器用送風機の騒音よりも冷媒分
配器の騒音値が十分小さい、例えば蒸発熱交換器用送風
機の騒音よりも、冷媒分配器から発生する騒音が１ｄＢ
以上小さければ、冷媒分配器から発生する音は送風音に
かき消され目立たなくなり、耳障りな騒音とはならな
い。そこでその時の騒音値をＡとすると、図６よりΔＰ
／Ｗ＜７以下であればよい。その場合、流入管３の発生
する騒音値Ｂに対しても差を小さくしている。圧力損失
は内径でほぼ決まるので、ΔＰ／Ｗ＜７の条件を満足す
るようにＤ１［ｍ］、Ｄ２［ｍ］、ｈ［ｍ］、Ｌ１
［ｍ］、Ｌ２［ｍ］の寸法を設定すれば、低騒音の冷媒
分配器および冷凍サイクル装置を得ることができる。例
えば、Ｄ１＝０．００４８ｍ、Ｄ２＝０．００４ｍ、Ｌ
１＝０．０１ｍ、Ｌ２＝０．００２ｍ、ｈ＝０．００２
ｍの寸法をもつ冷媒分配器の場合、実験によると質量流
量がＷ＝０．０２５ｋｇ/ｓの時、ΔＰ＝０．０５９Ｍ
Ｐａであり、ΔＰ／Ｗ＝２．３６となり、十分低騒音と
なる。

【００２４】ここで、質量流量Ｗは、冷媒が分配器に流
入する流入管の上流部にて流量計で測定して求まる。あ
るいは、冷媒回路内の冷媒循環流量が分かっていれば、
混合部での冷媒状態の特性値より計算でも求まる。一
方、分配器における冷媒の圧力損失ΔＰは、分配器前後
の冷媒配管に圧力計を使って、その前後の圧力差を測定
すればよい。あるいは、分配器の形状による流路径と長
さ、その管摩擦係数と冷媒の流速および状態密度、そし
て流路の縮流または拡大係数により計算でも求まる。

【００２５】分配器における冷媒の分配性能を確保する
には、流入管から流入する気液二相冷媒の偏流現象を防
止して、冷媒を均質流にしなければならない。従って、
冷媒を十分に攪拌、混合させるために、混合部４の構成
要素であるＬ１、Ｄ１にて、Ｌ１／Ｄ１値を大きく、つ
まり流路を細長くすると、分配性能は良好となる。しか
し、この混合部で発生する騒音は、分配性能の改善傾向
とは逆に、Ｌ１／Ｄ１値が大きくなると騒音値が増加し
て悪化し、またその値が小さくなれば発生騒音も低減し
良好となる。Ｌ１／Ｄ１値が小さく、つまり流路が短く
広くなると、同一流量では圧力損失は小さくなり、それ
により上述のように騒音が低くなる。ここで、Ｌ１／Ｄ
１値の増加変化による分配性能の変化量と騒音値の変化
量を比較すると、騒音値の増加量がはるかに大きく変化
する。従って、分配性能面の効果より騒音低減の効果を
重要視する必要がある。もう一つの検討側面として分配
器の部品形状サイズによるコストがある。当然、コスト
は材料体積に比例するので、小形コンパクトつまりＬ１
／Ｄ１が小さいほど良好となる。これらの３つの側面、
分配性能と騒音低減とコストより、Ｌ１／Ｄ１＞２が最
適条件として必要となる。

【００２６】図１７は冷暖房兼用タイプ冷凍サイクル装
置の冷媒回路図、図１８は除湿機の冷媒回路図である。
図において、１４は冷媒分配器、２１は四方弁、そして
個々の符号で図３及び図４と同一符号は同じ物を示す。
図１７のように四方弁２１を使用し、冷媒の流れる方向
を変え、冷房運転、暖房運転で、熱交換器それぞれを、
蒸発熱交換器、凝縮熱交換器の双方へ切り変えることが
できる冷凍サイクル装置においても同様の効果を得る。
またこれらの冷凍サイクル装置の構成が一つの筐体に設
置されているウィンドタイプのエアコンも同様であり、
さらに例えば図１８のように凝縮熱交換器用送風器１８
と蒸発熱交換器用送風機２０を一つで兼ねている除湿機
のような冷凍サイクル装置も同様の効果が得られる。

【００２７】実施の形態２．本発明の実施の形態２によ
る冷媒分配器は、図１に示す冷媒分配器の断面図におい
て前記混合部４の内径をＤ１［ｍ］、混合部を流れる冷
媒の質量流量をＷ［ｋｇ／ｓ］とすると、Ｗ／（π×Ｄ
１²／４）＜４５００（π：円周率）を満たすようにＤ
１を設定した冷媒分配器である。分配器からの騒音は冷
媒の圧力損失に関係しているのでその圧力損失を考え
る。図７の横軸はパラメータＷ／（π×Ｄ１²／４）
（混合部４の断面における単位面積あたりの質量流量）
であり、縦軸は分配器単体から発生する騒音値［ｄＢ
（Ａ）］を示している。

【００２８】一般的に、配管での圧力損失ΔＰは式
（１）による。 ΔＰ＝ｆ×Ｇ²／（ρ×２×Ｄ）×Ｌ ・・・（１） ただし、Ｇ：質量速度（＝Ｗ／ａ）［ｋｇ／ｍ²・ｓ］ ａ：断面積（＝π×Ｄ²／４）［ｍ²］ Ｄ：流路径［ｍ］ Ｌ：流路長さ［ｍ］ ｆ：管摩擦係数 ρ：冷媒の密度［ｋｇ／ｍ³］ 従って、圧力損失ΔＰはＧ²＝（Ｗ／（π×Ｄ1²／
４））²に比例している。また、本発明の冷媒分配器の
圧力損失には、流入管３から混合部４に二相冷媒が流れ
るときの管路縮小による圧力損失、混合部４での圧力損
失、さらに混合部４から分岐空間５そして分岐部６にい
たるまでの流路拡大そして縮小での圧力損失、分岐管で
の圧力損失があるが、そのなかでは混合部４での圧力損
失が他に比べて大きく、そのため発生する音も大きくな
る。前記分岐部６の内径Ｄ１と分岐空間５の高さｈ、お
よび混合部４の長さＬを一定とすると、前記送風機の騒
音より１ｄＢ以上小さい条件を満たす騒音値Ａ以下の範
囲は図７で示すようにＷ／（π×Ｄ1²／４）＜４５００
（π：円周率）となる。このとき例えばＷ＝０．０３ｋ
ｇ／ｓの場合、Ｄ１＞０．００２９ｍと設定することに
より、十分に低騒音な冷媒分配器および冷凍サイクル装
置を得ることができる。

【００２９】実施の形態３．本発明の実施の形態３によ
る冷媒分配器は、図１に示す冷媒分配器の断面図におい
て、前記分岐部６の内径をＤ２［ｍ］、分配器の分岐数
をｎ、混合部を流れる冷媒の質量流量をＷ［ｋｇ／ｓ］
とすると、（Ｗ／ｎ）／（π×Ｄ２²／４）＜２５００
（π：円周率）を満たすようにＤ２を設定した冷媒分配
器である。図８の横軸はパラメータＷ／（ｎ×π×Ｄ２
²／４）（分岐部６の断面における単位面積あたりの質
量流量）であり、縦軸は分配器単体から発生する騒音値
［ｄＢ（Ａ）］を示している。

【００３０】冷媒が分岐される分岐部１本の圧力損失を
考えと、圧力損失は（（Ｗ／ｎ）／（π×Ｄ２²／
４））²に比例している。本発明の冷媒分配器には、流
入管３から混合部４へ気液二相冷媒が流れるときの管路
縮小による圧力損失、混合部４での圧力損失、さらに混
合部４から分岐空間５そして分岐部６にいたるまでの流
路拡大と縮小による圧力損失、分岐管７での圧力損失が
あり、そのなかでは分岐部６の圧力損失は混合部４の圧
力損失の次に大きいと考えられる。そこで混合部４の内
径Ｄ１と分岐空間５の高さｈを一定、また混合部４の長
さＬ１を一定とすると、前記送風機の騒音より１ｄＢ以
上小さい条件を満たす騒音値Ａ以下の範囲は図８で示す
ようにＷ／（ｎ×π×Ｄ２²／４）＜２５００（π：円
周率）となる。このとき例えばＷ＝０．０３ｋｇ／ｓ、
ｎ＝４の場合、Ｄ２＞０．００２ｍと設定することによ
り、十分に低騒音な冷媒分配器および冷凍サイクル装置
を得ることができる。

【００３１】実施の形態４．本発明の実施の形態４によ
る冷媒分配器は、図１に示す冷媒分配器の断面図におい
て前記分岐空間５の高さをｈ［ｍ］、混合部４を流れる
冷媒の質量流量をＷ［ｋｇ／ｓ］とすると、Ｗ／ｈ＞４
を満たすようにｈを設定した冷媒分配器である。図９の
横軸はパラメータＷ／ｈ（質量流量／分岐空間５の高
さ）であり、縦軸は分配器単体から発生する騒音値［ｄ
Ｂ（Ａ）］を示している。

【００３２】実施の形態１から実施の形態３までを満た
すＤ１、Ｄ２、Ｌ１を持った分配器において、図９のよ
うにＷ／ｈ＞４とすることにより実施の形態１を満たす
騒音値になる。この場合例えばＷ＝０．０３ｋｇ／ｓ、
このときｈ＜０．０７６ｍとすることにより、十分に低
騒音な冷媒分配器および冷凍サイクル装置を得ることが
できる。

【００３３】実施の形態５．本発明の実施の形態５によ
る冷媒分配器は、図１に示す冷媒分配器の断面図におい
て前記混合部４の内径をＤ１［ｍ］、混合部を流れる冷
媒の質量流量をＷ［ｋｇ／ｓ］とすると、２５０＜Ｗ／
（π×Ｄ１²／４）（π：円周率）を満たすようにＤ１
を設定した冷媒分配器である。図１０の横軸はパラメー
タＷ／（π×Ｄ１²／４）（混合部４の断面における単
位面積あたりの質量流量）であり、縦軸は分配比率
［％］を示している。

【００３４】実施の形態２にて、混合部４の内径Ｄ１が
大きければ混合部での圧力損失は小さくなり、騒音も小
さくなることを示した。しかし、一方、Ｄ１を大きくす
ると、流入する二相冷媒の液冷媒と蒸気冷媒が混ざりに
くくなり、流入管３での流れが、成層流(図５
（ａ））、波状流（図５（ｂ））、スラグ流（図５
（ｃ））の場合、混合部４でもそのままの流動形態を維
持しながら通過してしまい、分岐管への分配性能を悪化
させてしまう。そこで、４分岐の冷媒分配器を例として
気液二相冷媒の偏流が一番大きい場合(たとえば水平設
置した場合など)を示したのが図１０であり、このとき
等分岐されたなら各パスの分配器比率は２５となる。ま
た性能低下をきたさない実用上の流出管の分配比率の許
容範囲を図１０に斜線の範囲内で示す。図に示されるよ
うに、２５０＜Ｗ／（π×Ｄ１²／４）の場合に許容範
囲に入る。この斜線の範囲に入っていれば、冷媒分配器
の姿勢の変化、流量変化、流入冷媒の乾き度変化に対し
ても良好な分配性能が得られ冷凍サイクル装置の能力が
確保でき高効率な運転ができる。一方分岐部６の内径に
ついては、分岐した後であるため、分配性能に影響がな
く、実施の形態４の範囲にしている。

【００３５】実施の形態６．図１１は実施の形態６の分
配器の断面図である。図において、１３は多孔質材、そ
して個々の符号で図１と同一符号は同じ物を示す。冷媒
分配器本体１の一端側に流入管３を、本体２に複数の分
岐部６を得て分岐管７をそれぞれ接続し、上記本体１の
流入管側に混合部４を設けるとともに、この混合部から
複数の分岐管に至る間に分岐空間５を本体２に設け、流
入管３から混合部４、分岐空間５を経由して分岐部６か
ら冷媒が分配される構造とし、分岐空間５の部分を多孔
質材１３で満たしている。多孔質材１３は燒結金属、樹
脂、セラミックス等で構成されている。なお本体１は本
体２に挿入された構造となっている。

【００３６】冷媒分配器へ流入する気液二相流の冷媒を
均質に混ぜ合わせ分配性能を確保するために、混合部４
の内径を小さくする必要があるが、それにより圧力損失
が大きくなり、音が発生するということをこれまで述べ
たが、その発生した騒音を多孔質材１３で満たした分岐
空間５の部分に通すことにより、音を減衰させて小さく
することができる。さらに混合部で気液二相流の冷媒が
十分に均質化されなくても、例えば成層流(図５
（ａ））、波状流（図５（ｂ））、スラグ流（図５
（ｃ））のままでも、分岐空間を多孔質材１３で満たし
ているので均質に気液二相流の冷媒が混ざり、分配性能
を確保できる。つまり、分岐空間に多孔質材１３を充填
することにより、混合部４での気液二相流の均質化効果
を緩和させることができる。よって、混合部４の流路内
径を大きく、又は流れ方向の長さを短くでき、その部分
での圧力損失を少なくできるため、そこから発生する音
を小さくできるとともに発生した音を多孔質材１３で満
たした部分に通すことにより、さらに音を減衰させて小
さくすることができる。

【００３７】実施の形態７．以下、本発明の実施の形態
７による冷媒分配器について説明する。図１２から図１
６は本実施の形態による冷媒分配器を示す断面図であ
り、図中、個々の符号で図１と同一符号は同じ物を示
す。図１２のように、本体１が本体２に挿入される構造
において、本体１の端と本体２の端が同じ位置になって
いる場合でも、Ｄ１［ｍ］、Ｄ２［ｍ］、ｈ［ｍ］、Ｌ
１［ｍ］、Ｌ２［ｍ］を実施の形態１〜６を満たすよう
に設定すれば気液の分離が生じることなく均質に冷媒を
分配できると共に低騒音の冷媒分配器を得られる効果が
ある。更に本体１と本体２を接合する場合、本体１と本
体２の端の位置が同一なので、流入管と本体１と本体２
の接合が同時に出来るため製造コストが安くなる効果も
ある。また図１３のように分岐部６、分岐管７をもつ本
体２が流入管３、混合部４をもつ本体１に挿入された構
造となっている場合でも、Ｄ１［ｍ］、Ｄ２［ｍ］、ｈ
［ｍ］、Ｌ１［ｍ］、Ｌ２［ｍ］を実施の形態１〜６を
満たすように設定すれば上記と同様の効果がある。更に
本体１と本体２を接合する場合、分岐管と、本体１、本
体２の接合部が近いため、分岐管と本体１、本体２の接
合が同時に出来るので製造コストが安くなる効果があ
る。さらに図１４では、図１３の本体２が本体１に挿入
される構造において、本体１、本体２の端部が同じ位置
となる構成であり、この場合でも同様の効果が得られ
る。

【００３８】また図１５では冷媒分配器本体１の一端側
に流入管３を、そして本体２に複数の分岐部６を得て分
岐管７をそれぞれ接続し、上記本体１の流入管側に混合
部４を設けるとともに、この混合部から複数の分岐管に
至る間に分岐空間５を本体１に設け、流入管３から混合
部４、分岐空間５を経由して冷媒の流れが流入管とは逆
向きに、分岐部６から冷媒が分配される構造とした場合
においても、Ｄ１［ｍ］、Ｄ２［ｍ］、ｈ［ｍ］、Ｌ１
［ｍ］、Ｌ２［ｍ］を実施の形態１〜６を満たすように
設定すれば同様の効果がある。さらに本体１と本体２及
び、流入管、分岐管が同一の端部に集中しているため、
流入管、分岐管と本体１、本体２の接合が同時に出来る
ため製造コストが安くなる効果がある。図１６では図１
５と同様に冷媒の流れが流入管とは逆向きに分配流出さ
れる構造において、本体１、本体２の端部が同じ位置の
面にある場合も同様の効果を得る。

【００３９】また、実施の形態１から実施の形態７に述
べた冷媒分配器を構成する各部材、本体１、本体２、流
入管３、分岐管７の全てを同一の材料、たとえば純銅、
アルミ、鉄等で構成すれば、リサイクルが容易となる特
徴を持つ。そして、これら本発明の冷媒分配器を使用し
た冷凍サイクル装置は分配器が低騒音であるため、ゴム
等のダンピング材、吸音材を分配器の外殻表面に貼る必
要がなくなり、低コストであると共に、リサイクルも容
易となる。

【００４０】また、実施の形態１から実施の形態７に述
べた冷媒分配器は、冷媒の種類が変わった場合、例えば
ＨＣＦＣ系冷媒（Ｒ２２など、単一冷媒、混合冷媒含
む）やＨＦＣ系冷媒（Ｒ１３４ａ，Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４１
０Ａ、Ｒ４０４Ａなど、単一冷媒、混合冷媒含む）、Ｈ
Ｃ系冷媒（メタン、エタン、プロパン、ブタン、イソブ
タンなど、単一冷媒、混合冷媒含む）や以上述べた冷媒
の混合冷媒でも同様であり、冷媒を均質にかつ低騒音に
分配する効果を得る。また同一能力で冷媒圧力損失が小
さくなる冷媒、たとえばＲ４１０ＡやＲ３２、Ｒ２９０
を使用することにより、より低騒音の冷凍サイクル装置
を得ることが出来ると共に、地球環境保護に役立つ効果
がある。

【００４１】また、図１９は複数台の圧縮機１５と室外
側熱交換器２３ａで構成された室外ユニット２３や室内
側熱交換器２２ａで構成された室内ユニット２２を並列
に接続してなるマルチ型空気調和機の冷媒回路図であ
る。図において、１４は本発明による冷媒分配器、１７
は膨張弁である。図１９では、メイン冷媒流路の複数の
室内ユニット２２に分岐する配管箇所と複数の室外ユニ
ット２３に分岐する配管箇所の２ヶ所に本発明の冷媒分
配器１４を設けることにより、冷媒を均質に分配して空
気調和機の性能を向上させると共に、冷媒配管でもさら
に低騒音が図れる冷凍サイクル装置を得ることが出来
る。

【００４２】

【発明の効果】本発明の請求項１における冷媒分配器
は、流入管から流入した冷媒を通過させる前記流入管よ
り細長い内径の流路を持つ混合部と、前記混合部に連続
して冷媒を複数の分岐部それぞれに分配する分岐空間と
を備えた冷媒分配器において、前記混合部の内径をＤ１
［ｍ］、この混合部の流れ方向の長さをＬ１［ｍ］、前
記分岐部の内径をＤ２［ｍ］、この分岐部の流れ方向の
長さをＬ２［ｍ］、この分岐部の分岐数をｎ、前記分岐
空間の流れ方向の高さをｈ［ｍ］、混合部入口から分岐
空間出口の冷媒圧力損失をΔＰ［ＭＰａ］、前記混合部
を流れる冷媒の質量流量をＷ［ｋｇ／ｓ］とすると、
（Ｗ／ｎ）／（π×Ｄ２ ^２ ／４）＜２５００（π：円周
率）を満たすように前記分岐部を構成するとともに、前
記冷媒分配器から発生する騒音値が所定値以下となるよ
うにΔＰ／Ｗ＜７を満足する前記Ｄ１，Ｄ２，Ｌ１，Ｌ
２，ｈの寸法を設定したので、冷媒分配器から発生する
騒音を抑制して低騒音で分配性能の良い冷媒分配器が得
られる効果がある。

【００４３】

【００４４】本発明の請求項２における冷媒分配器は、
請求項１に記載の冷媒分配器において、混合部および分
岐空間の少なくともいずれか一方を、多孔質材で満たし
た冷媒分配器を使用することにより、使用状況および冷
媒状態によらず低騒音で分配性能の良い冷媒分配器を得
ることができる。

【００４５】本発明の請求項３における冷凍サイクル装
置は、請求項１乃至請求項２のいずれか１項に記載の冷
媒分配器を、冷媒を循環させる冷媒流路の冷媒分岐箇所
に設けたので、冷凍サイクル装置の性能や効率を向上さ
せるとともに、冷媒音の低騒音化を向上させる効果があ
り、また蒸発器での露飛びなどを防止できる冷凍サイク
ル装置が得られる効果がある。

【００４６】

【００４７】

【００４８】

【００４９】

【００５０】

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施の形態による冷媒分配器を示
す断面図である。

【図２】 本発明の一実施の形態に係り、４本の流出管
を設置した場合の冷媒分配器を示す斜視図である。

【図３】 本発明の冷媒分配器を用いた冷凍サイクル装
置の冷媒回路図である。

【図４】 本発明の冷媒分配器を用いた冷凍サイクル装
置の他の冷媒回路図である。

【図５】 気液二相冷媒の流動形態を表した説明図であ
る。

【図６】 本発明の実施の形態１に係り、冷媒分配器前
後の冷媒圧力損失をΔＰ、冷媒の質量流量をＷとした場
合の、ΔＰ／Ｗと騒音の関係を示したグラフである。

【図７】 本発明の実施の形態２に係り、冷媒の質量流
量をＷ、混合部の内径をＤ１とした場合の、Ｗ／（π×
Ｄ１²／４）と騒音の関係を示したグラフである。

【図８】 本発明の実施の形態３に係り、冷媒の質量流
量をＷ、分岐部の内径をＤ２、分岐数をｎとした場合
の、（Ｗ／ｎ）／（π×Ｄ２²／４）と騒音の関係を示
したグラフである。

【図９】 本発明の実施の形態４に係り、冷媒の質量流
量をＷ、分岐空間の冷媒流れ方向の高さをｈとした場合
の、Ｗ／ｈと騒音の関係を示したグラフである。

【図１０】 本発明の実施の形態５に係り、冷媒の質量
流量をＷ、分岐部の内径をＤ２、分岐数を４とした場合
の、Ｗ／（π×Ｄ１²／４）と分配比率の関係を示した
グラフである。

【図１１】 本発明の他の実施の形態による冷媒分配器
の断面図である。

【図１２】 本発明の一実施の形態による冷媒分配器の
構成を示す断面図である。

【図１３】 本発明の一実施の形態による冷媒分配器の
他の構成を示す断面図である。

【図１４】 本発明の一実施の形態による冷媒分配器の
他の構成を示す断面図である。

【図１５】 本発明の他の実施の形態による、流入と流
出が逆向きとなる構成の冷媒分配器を示す断面図であ
る。

【図１６】 本発明の他の実施の形態による、流入と流
出が逆向きとなる他の構成の冷媒分配器を示す断面図で
ある。

【図１７】 本発明の一実施の形態による冷暖房兼用タ
イプ冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。

【図１８】 本発明の一実施の形態による除湿機の冷媒
回路図である。

【図１９】 本発明の一実施の形態によるマルチ型空気
調和機の冷媒回路図である。

【図２０】 従来の冷媒分配器を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 分配器本体１、２ 分配器本体２、３ 流入管、４
混合部、５ 分岐空間、６ 分岐部、７ 分岐管、８
本実施の形態の特性曲線、９ 一般的な冷媒配管の特
性曲線、１３ 多孔質材、１４ 冷媒分配器、１５ 圧
縮機、１６，１６‘ 凝縮熱交換器、１７ 膨張弁、１
８ 凝縮熱交換器用送風機、１９，１９’ 蒸発熱交換
器、２０ 蒸発熱交換器用送風機、２１ 四方弁、２２
室内ユニット、２２ａ 室内側熱交換器、２３ 室外
ユニット、２３ａ 室外側熱交換器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中出口 真治 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三菱電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平11−101530（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−7364（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 41/00 - 41/02

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流入管から流入した冷媒を通過させる前
   記流入管より細長い内径の流路を持つ混合部と、前記混
   合部に連続して冷媒を複数の分岐部それぞれに分配する
   分岐空間とを備えた冷媒分配器において、前記混合部の
   内径をＤ１［ｍ］、この混合部の流れ方向の長さをＬ１
   ［ｍ］、前記分岐部の内径をＤ２［ｍ］、この分岐部の
   流れ方向の長さをＬ２［ｍ］、この分岐部の分岐数を
   ｎ、前記分岐空間の流れ方向の高さをｈ［ｍ］、混合部
   入口から分岐空間出口の冷媒圧力損失をΔＰ［ＭＰ
   ａ］、前記混合部を流れる冷媒の質量流量をＷ［ｋｇ／
   ｓ］とすると、（Ｗ／ｎ）／（π×Ｄ２ ^２ ／４）＜２５
   ００（π：円周率）を満たすように前記分岐部を構成す
   るとともに、前記冷媒分配器から発生する騒音値が所定
   値以下となるようにΔＰ／Ｗ＜７を満足する前記Ｄ１，
   Ｄ２，Ｌ１，Ｌ２，ｈの寸法を設定したことを特徴とす
   る冷媒分配器。
2. 【請求項２】 混合部および分岐空間の少なくともいず
   れか一方を、多孔質材で満たしたことを特徴とする請求
   項１記載の冷媒分配器。
3. 【請求項３】 請求項１乃至請求項２のいずれか１項に
   記載の冷媒分配器を、冷媒を循環させる冷媒流路の冷媒
   分岐箇所に設けたことを特徴とする冷凍サイクル装置。