JP5193631B2 - 冷媒分流器及び冷媒分流器を備えた熱交換器 - Google Patents

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６に示す分流器は空調機器の熱交換器に使用され、流入管１００と流出管１０２，１０４との間で暖房時入口となる側にオリフィスリング１０６を設け、このオリフィスリング１０６の流通口１０６ａを、熱交換器の送風量の大となる部分に接続された複数の連絡管１０８側に偏芯して設けたものである。流入管１００より流入した気液２相冷媒はオリフィスリング１０６により整流される。その後、冷媒が通過する流通口１０６ａを送風量の大となる側、すなわち冷媒流量を増加させたい側に偏芯させることにより、目的とする冷媒分配を実現しようとするものである（例えば、特許文献１参照。)。

一方、個々の流出管への冷媒流量を調節するために、図７あるいは図８に示すものが提案されている。

図７は、内部に気液分離空間を有する分流器本体２００に、１本の流入管２０１と複数の流出管２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃ，２０２ｄを備えた分流器を示している。この分流器において、複数の流出管２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃ，２０２ｄは、先端開口部のガス流出口に加え、側壁に開口する液流出口２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄを有し、液流出口２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄの開口面積を変化させることで、目的とする冷媒分配を実現しようとしている（例えば、特許文献２参照。)。

図８は、分配管３００に並列に接続される複数の被分配管３０１，３０２，３０３の管径を冷媒分配量に応じて適宜設定することにより、目的とする冷媒分配を実現しようしている（例えば、特許文献３参照。)。

実開昭５９−１７５９７０号公報 特開２００５−１３４００９号公報 特開平７−２０８８３１号公報

しかしながら、図６に示した従来の分流器では、オリフィスリング１０６への衝突、攪拌による整流の際、圧力損失が増大し、能力が低下するという問題があった。また、オリフィスリング１０６に加え、このオリフィスリング１０６を固定するための機構が必要になり、コストが増大するという問題があった。

また、図７あるいは図８に示した従来の分流器では、分流器に流入する冷媒の流量が変化した場合や、乾き度が変化した場合には、所望の冷媒分配を実現できず、安定した分流性能が得られないという問題があった。

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、流入口に流入する冷媒の流量が変化した場合や、乾き度が変化した場合においても、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が高く、コンパクトかつ安価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、分流器本体と、該分流器本体に接続された流入管と、冷媒分流器に接続された複数の流出管を備え、複数の流出管の少なくとも一つを流入管の片側における分流器本体に接続し、他の流出管を流入管の反対側における分流器本体に接続したものである。

この構成により、複数の流出管の接続口を分流器本体の軸方向に対し流入管を隔てて２方向に分配することで、冷媒の乾き度や流量が変化した場合に影響を受ける分流器本体内を流れる冷媒の流速や分流器本体内の気相・液相分布の安定化を図ることができる。

本発明によれば、流入口に流入する冷媒の流量が変化した場合や、乾き度が変化した場合においても、安定した分流性能が得られ、さらに空調機器や冷凍機器への収納性の高い、コンパクトかつ安価な冷媒分流器を構成できる。

第１の発明は、分流器本体と、該分流器本体に接続された流入管と、冷媒分流器に接続された複数の流出管を備えた冷媒分流器であって、冷房時、前記流入管には上方から下方に向かって冷媒が流れて前記分流器本体に流入し、前記流出管には下方から上方に向かって冷媒が流れて前記分流器本体から冷媒が流出し、複数の流出管の少なくとも一つは流入管の片側における分流器本体に接続され、少なくとも一つの流出管を除く複数の流出管は流入管の反対側における分流器本体に接続されている。

この構成により、分流器本体内を流れる冷媒の流速や分流器本体内の気相・液相分布の安定化が可能となり、圧力損失が低く、安定した分流性能を発揮することができる。

第２の発明は、複数の流出管のうち、少なくとも一つの流出管の内径が他の流出管の内径と異なる構成とすることで、分流器本体から各流出口へ流入する流路断面積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が可能になる。

第３の発明は、複数の流出管のうち、分流器本体内部における少なくとも一つの流出管の開口面積が他の流出管の開口面積と異なる構成とすることで、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が可能になる。

第４の発明は、複数の流出管のうち、少なくとも一つの流出管の分流器本体に挿入された先端が斜めに切断された構成とすることで、複数の流出管の開口面積を容易に異ならせることができる。

第５の発明は、流入管の内径をＤ２、分流器本体の軸方向両端に接続された二つの流出管の中心線の間隔をＷとした場合、
Ｄ２ ≧ Ｗ／１０
を満たすように構成することで、圧力損失が低く、安定した分流性能を有する分流器を構成できる。

第６の発明は、分流器本体の流路径をＤ１、分流器本体の軸方向両端に接続された二つの流出管の中心線の間隔をＷとした場合、
Ｄ１ ≧ Ｗ／４
を満たすように構成することで、圧力損失が低く、安定した分流性能を有する分流器を構成できる。

第７の発明は、流入管及び複数の流出管を、分流器本体の軸に対し、略１列に配置することで、分流器本体に対して１方向のスペースのみで分流器を構成することが可能となり、コンパクトかつ加工・組立てが容易な冷媒分流器を構成できる。

第８の発明は、第１乃至第７の発明のいずれかの冷媒分流器を熱交換器に取り付けることで、熱交換器における圧力損失を低く抑えることができるとともに、安定した分流性能を得ることができる。

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。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について説明する。
図１は本実施の形態に係る冷媒分流器の断面図を示しており、図２はこの冷媒分流器を用いたルームエアコンの室内機の断面図を示している。

図１に示すように、本実施の形態に係る冷媒分流器は、円筒状の本体１と、本体１に接続された一つの流入管２及び複数の流出管３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆを備えており、流入管２及び流出管３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆは、本体１に略１列に形成された開口部に挿入され、ロウ付けによって接続される。

また、図２に示すように、ルームエアコンの室内機内部には熱交換器が設けられ、図１に示す流入管２及び流出管３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆは、図２の冷媒経路２’，３ａ’，３ｂ’，３ｃ’，３ｄ’，３ｅ’，３ｆ’に対応するようにそれぞれロウ付けにより接続される。

複数の流出管３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆの接続口は、分流器本体１の軸方向に対し、流入管２を隔てて２方向に分配されており、分流器本体１内を流れる冷媒の流速や、分流器本体１内の気相・液相分布を安定化させている。

冷房運転時、室内熱交換器に流入した冷媒は空気と熱交換を行い、気相成分が増加することで流速を増した冷媒は、気液２相の状態で、流入管２より冷媒分流器本体１へ流入する。その後、分流器本体１内を軸方向に２分して流れた冷媒は、流出管３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆよりそれぞれ流出する。このような構成とすることで、分流器本体１を流れる冷媒の流速や気相・液相分布が均一化され、衝突などによる攪拌作用無しに安定した冷媒分配が可能となる。

図４は、流入管２の内径Ｄ２とルームエアコンの室内機の蒸発能力Ｑを実測し、グラフ化したものである。内径Ｄ２を小さくとると、分流器本体１へ流入する冷媒の初速度が増加し、分流器本体１内に冷媒速度の不均一が生じる。すなわち、流入速度増加の影響を受ける流入管２の両隣の流出管３ｃ，３ｄへの冷媒分配が不足し、熱交換器能力を大きく低下させることとなる。

図４のグラフから分かるように、流入管２から最も遠い位置にある２本の流出管３ａ，３ｆの中心線の間隔をＷ３とすると、流入管２の内径Ｄ２が、Ｗ３／１４からＷ３／１０まで増加するにつれて蒸発能力Ｑも徐々に増加し、流入管２の内径Ｄ２がＷ３／１０を超えると、蒸発能力Ｑの増加率が低下していることから、流入管２の内径Ｄ２が次の式（１）を満足するように設定すれば、良好な熱交換器能力を実現することが出来る。
Ｄ２ ≧ Ｗ３／１０ ・・・（１）

図５は、分流器本体１の流路径Ｄ１とルームエアコンの室内機の蒸発能力Ｑを実測し、グラフ化したものである。内径Ｄ１を小さくとると、分流器本体１に挿入された流出管３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆの開口部近傍における冷媒の流速分布及び気相・液相分布が不均一となる。すなわち、各流出管３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆへの冷媒分配が不均一となり、熱交換器能力を大きく低下させることとなる。

図５のグラフから分かるように、分流器本体１の流路径Ｄ１が、Ｗ３／８からＷ３／４まで増加するにつれて蒸発能力Ｑも徐々に増加し、分流器本体１の流路径Ｄ１がＷ３／４を超えると、蒸発能力Ｑは略一定になっていることから、分流器本体１の流路径Ｄ１を次の式（２）を満足するように設定すれば、良好な熱交換器能力を実現することが出来る。
Ｄ１ ≧ Ｗ３／４ ・・・（２）

また、本実施の形態においては、流入管２の両隣に位置する流出管３ｃ，３ｄの管径を他の流出管３ａ，３ｂ，３ｅ，３ｆ の管径より大きくすることで、搭載する熱交換器の風速分布や伝熱特性に応じて、冷媒流量を調整している。

なお、管径が大きい流出管は、流入管２の両隣に位置する流出管３ｃ，３ｄに限定されるものではなく、搭載する熱交換器の風速分布や伝熱特性に応じて適宜選択される。

また、上記実施の形態においては、流入管２の片側に３本の流出管３ａ，３ｂ，３ｃを配置するとともに、流入管２の反対側に３本の流出管３ｄ，３ｅ，３ｆを配置するようにしたが、熱交換器の風速分布や伝熱特性に応じて、流入管２の片側に１本あるいは２本の流出管を配置するとともに、流入管２の反対側に５本あるいは４本の流出管を配置するようにしてもよい。

本発明に係る冷媒分流器は、流入管２及び流出管３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆを分流器本体１の軸に対して略１列に配置しているため、コンパクトで、組立て易く、安価な構成を実現している。

なお、コンパクト性あるいは組立性の面では、流入管２及び流出管３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆを略１列に配置するのが好ましいが、流入管２及び流出管３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆの開口端が分流器本体１内部の冷媒蒸気と連通する構成であれば、流入管２及び流出管３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆを必ずしも略１列に配置する必要はない。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
図３は本実施の形態に係る冷媒分流器の断面図を示しており、実施の形態１と同一符号は同一または対応部分を示しているので、説明を省略する。実施の形態１と異なる部分は、流出管３ｃ１の分流器本体１へ挿入された先端を斜めに切断していることである。

このような構成とすることで、流出管３ａ，３ｂ，３ｃ１，３ｄ，３ｅ，３ｆの流出口の開口面積を変化させ、大きな偏流が必要な場合、収納性の観点などから、流出管流出管３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆの管径変化のみでは目的とする冷媒分配が得られない場合にも、冷媒流量の調整が可能となる。

なお、本実施の形態においては、分流器本体１に挿入された流出管３ｃ１の先端を斜めに切断することで、分流器本体１の内部における流出管３ｃ１の開口面積を他の流出管３ａ，３ｂ，３ｄ，３ｅ，３ｆの開口面積より大きくしたが、開口面積を大きくする形状であれば、流出管の端面開口部に加え別の開口部を設ける形状等を採用することもできる。また、開口面積を大きくする流出管は流出管３ｃ１のみならず、他の複数の流出管であってもよい。

以上、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、流入口に流入する冷媒の流量が変化した場合や、乾き度が変化した場合においても、安定した分流性能が得られ、コンパクトかつ安価な構成が可能となるので、小型化が要求される冷蔵庫やヒートポンプ式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。

本発明の実施の形態１に係る冷媒分流器の断面図 図１の冷媒分流器を用いたルームエアコンの室内熱交換器の断面図 本発明の実施の形態２に係る冷媒分流器の断面図 図１の冷媒分流器における流入管内径と蒸発能力との関係を示すグラフ 図１の冷媒分流器における分流器本体の流路径と蒸発能力との関係を示すグラフ 従来の冷媒分流器の断面図 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

符号の説明

１ 分流器本体、
２ 流入管、
２’ 熱交換器への流入管挿入箇所
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ 流出管
３ａ’，３ｂ’，３ｃ’，３ｄ’，３ｅ’，３ｆ’ 熱交換器への流出管挿入箇所
３ｃ１ 流出管

Claims (8)

1. 流入した冷媒を分流するための冷媒分流器であって、分流器本体と、該分流器本体に接続された流入管と、前記冷媒分流器に接続された複数の流出管を備え、
   冷房時、前記流入管には上方から下方に向かって冷媒が流れて前記分流器本体に流入し、前記流出管には下方から上方に向かって冷媒が流れて前記分流器本体から冷媒が流出し、該複数の流出管の少なくとも一つは前記流入管の片側における前記分流器本体に接続され、前記少なくとも一つの流出管を除く前記複数の流出管は前記流入管の反対側における前記分流器本体に接続されていることを特徴とする冷媒分流器。
2. 前記複数の流出管のうち、少なくとも一つの流出管の内径が他の流出管の内径と異なることを特徴とする請求項１に記載の冷媒分流器。
3. 前記複数の流出管のうち、前記分流器本体内部における少なくとも一つの流出管の開口面積が他の流出管の開口面積と異な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. 前記複数の流出管のうち、少なくとも一つの流出管の分流器本体に挿入された先端が斜めに切断されたことを特徴とする請求項３に記載の冷媒分流器。
5. 前記流入管の内径をＤ２、前記分流器本体の軸方向両端に接続された二つの流出管の中心線の間隔をＷとした場合、次の式を満たすように構成された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
   Ｄ２ ≧ Ｗ／１０。
6. 前記分流器本体の流路径をＤ１、前記分流器本体の軸方向両端に接続された二つの流出管の中心線の間隔をＷとした場合、次の式を満たすように構成された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
   Ｄ１ ≧ Ｗ／４。
7. 前記流入管及び前記複数の流出管は、前記分流器本体の軸に対し略１列に配置された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. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の冷媒分流器を搭載した熱交換器。

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