JP6278904B2 - 冷媒分配器及びこの冷媒分配器を用いたヒートポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷媒分配器に関する。

空気調和機又は冷凍装置などのヒートポンプ装置において凝縮器又は蒸発器として作用する熱交換器では、冷媒流路が複数パスとなる場合、その冷媒入口側に各パスへ冷媒を分配する冷媒分配器が必要である。

冷媒分配器として従来よりディストリビュータが用いられており、ディストリビュータで分配した各冷媒を、キャピラリーチューブで熱交換器の各伝熱管に流入させるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１２１９８４号公報（第４頁、図１）

熱交換器における熱交換効率の高効率化手法として、伝熱管に管径を小さくした円管を用いたり、複数の冷媒流路が形成された扁平管を用いたりすることが知られている。このように伝熱管の細径化、扁平管化を行うと、一つの熱交換器に用いられる伝熱管数も増える。

特許文献１では、複数の伝熱管において外部からの冷媒流入口となる端部を個々にキャピラリーチューブを介してディストリビュータに接続する方式であり、熱交換器のパス数とキャピラリーチューブの数とが同数である。このため、伝熱管数が増えてパス数が増えると、それに伴いキャピラリーチューブの数も増える。

キャピラリーチューブの数が増えると、キャピラリーチューブの取り回しが困難になり、また、キャピラリーチューブを実機に搭載する際の配置スペースが大きくなるという問題があった。また、キャピラリーチューブの数が増えると、その分、コスト高となるため、伝熱管の細径化、扁平管化に伴うコスト増を低減することが求められている。

本発明はこのような点を鑑みなされたもので、キャピラリーチューブの接続本数を削減でき、キャピラリーチューブを実機に搭載する際の設置スペースのコンパクト化、コストダウンを可能とする冷媒分配器及びこの冷媒分配器を用いたヒートポンプ装置を提供する。

本発明に係る冷媒分配器は、熱交換器を構成する複数の伝熱管に冷媒を分配するための冷媒分配器であって、冷媒を複数に分配する第１の分配器と、第１の分配器で分配された冷媒を２つに分岐して２つの伝熱管に流入させる複数の第２の分配器とを備え、第２の分配器は、互いに並行に延びる２つの腕部を有するＵ字状のＵベンド部と、Ｕベンド部の２つの腕部のうちの一方に形成された直線状流入部とを有し、直線状流入部が一方の腕部を有する面内で、一方の腕部に対して傾斜して形成されており、その傾斜角は、直線状流入部から一方の腕部に流入して２方向に分かれる各冷媒の分配比が、熱交換器における各パスの熱負荷分布に応じた分配比となるように決められた角度であるものである。

本発明によれば、キャピラリーチューブの接続本数を削減でき、キャピラリーチューブを実機に搭載する際の設置スペースのコンパクト化、コストダウンが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る冷媒分配器を熱交換器に接続した状態を示した概略構成図である。 図１の２方分岐管の斜視図である。 円管−扁平管ジョイントの斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る冷媒分配器の２方分岐管の構造説明図である。 本発明の実施の形態１に係る冷媒分配器が用いられるヒートポンプ装置の冷媒回路を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る冷媒分配器を、伝熱管に扁平管を用いた空調機の室外機用の熱交換器に接続した構成例を示す図である。 図６の熱交換器の冷媒分配器との接続部分を背面側から見た拡大斜視図である。 図６の扁平管の斜視図である。 ３列構成の熱交換器において２方分岐管を用いない従来例を示した図である。 本発明の実施の形態２に係る冷媒分配器の構成図である。 図１０の冷媒分配器における第３の分配器を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る冷媒分配器における第２の分配器の構成図である。 本発明の実施の形態４における冷媒分配器における第２の分配器の構成図である。 図１３（Ａ）の要部拡大図である。 第１の分配器にヘッダを用いた構成例を示す図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る冷媒分配器を熱交換器に接続した状態を示した概略構成図である。図１及び後述の図において、同一の符号を付したものは、同一の又はこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。更に、明細書全文に表れている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。

熱交換器１は、互いに間隔をあけて積層された複数の板状フィン２と、板状フィン２を積層方向に貫通し、内部に冷媒が流れる複数の伝熱管３とを備えたフィンアンドチューブ熱交換器である。伝熱管３は、銅又はアルミ製の円管、扁平管などである。複数の伝熱管３の一端側には冷媒分配器１０が接続され、他端側にはガスヘッダ６が接続されている。

次に、この熱交換器１に接続された冷媒分配器１０について説明する。
冷媒分配器１０は、第１の分配器２０と第２の分配器としての複数の２方分岐管３０とを備えている。第１の分配器２０には、気液二相状態で第１の分配器２０に流入した冷媒を均等に熱交換器１の各伝熱管３に分岐することが求められる。このため、第１の分配器２０として、図１ではディストリビュータを用いている。

ディストリビュータの内部にはオリフィスなどの絞り機構が挿入されており、流入した二相流をオリフィスに通過させることで噴霧流状態とし、均等分配し易い状態にする。噴霧流化された冷媒は、各キャピラリーチューブ４０に均等に分配される。また、ディストリビュータには、その内部にオリフィス等の絞り機構が挿入されていない仕様のものを用いても良く、要は、第１の分配器２０には均等に分配できる分配器を用いればよい。ディストリビュータの材質は、銅製、アルミ製、黄銅製などである。

キャピラリーチューブ４０には、ここでは内径が約３.５ｍｍ、長さが約１０００ｍｍのキャピラリーチューブ４０が用いられる。キャピラリーチューブ４０の上記の寸法はあくまで１つの例である。キャピラリーチューブ４０は、その長さと設置スペースとの関係から、円状に曲げられる場合もある。

また、キャピラリーチューブ４０は、その仕様（内径、長さ）で管内圧損を調整でき、第１の分配器２０から各２方分岐管３０への分流比を調整することができる。熱交換器１に空気を送風する送風ファン（図示せず）からの風速は、熱交換器１の全面において均一とは限らず、風速分布が存在する場合がある。例えば、熱交換器１の上部に送風ファンが設置される場合、熱交換器１の上部の方が下部に比べて風速が速くなる。

熱交換器１を蒸発器として用いる場合において、風速が速い部分を通過する冷媒は、風速が遅い部分を通過する冷媒に比べてガス化が進み、乾きやすくなる。よって、各伝熱管３に流入する冷媒量が同じ場合、風速が速い部分を通過した冷媒は、風速が遅い部分を通過した冷媒よりも乾き度が高くなり、熱交換器出口において冷媒状態にばらつきが生じ、冷媒状態が安定しなくなる。よって、風速が速い部分に位置する伝熱管には冷媒が多く流入するように分流することが求められる。このように、分流比を調整することが求められる場合に、キャピラリーチューブ４０の仕様を調整することで、分流比を調整することができる。

キャピラリーチューブ４０の第１の分配器２０と反対側の端部には２方分岐管３０が接続される。２方分岐管３０を用いることで、第１分配器２０の分岐数及びキャピラリーチューブ４０の本数をＡとすると、２×Ａの分岐数（パス数）に冷媒を分配することが可能となる。以下、２方分岐管３０の構造について説明する。

図２は、図１の２方分岐管の斜視図である。
２方分岐管３０は、円管をＵ字状に折り曲げて形成されたＵベンド部３１と、直線状流入部３５とを有している。Ｕベンド部３１は、連結部３２と、連結部３２の両端から互いに並行に延びる２つの腕部３３、３４とを有している。直線状流入部３５は、Ｕベンド部３１の２つの腕部３３、３４のうちの一方（ここでは腕部３４）をバルジ成形加工して形成されている。ここでは、腕部３４側に直線状流入部３５を設けた例を示している。バルジ成形加工とは、まずプレス内の金型にパイプ形状の素材をセット後、型締めする。そして、素材内に高圧の液体を充填しながら素材の両端を互いに近づくように軸方向に圧縮する事で、金型に彫られた形状に素材を伸ばして中空成形を行う加工法のことである。

このように構成された２方分岐管３０の直線状流入部３５には、Ｌ字状に曲げられたＬ字管３６の一端が取り付けられ、Ｌ字管３６の他端はキャピラリーチューブ４０に接続される。そして、２方分岐管３０の２つの腕部３３、３４の開口部Ａ、Ｂは、熱交換器１の伝熱管３に接続される。なお、２つの腕部３３、３４と伝熱管３との接続は、伝熱管３が円管であれば直接接続され、伝熱管３が扁平管であれば図３に示す円管−扁平管ジョイント４を介して接続される。また、２方分岐管３０は、２つの腕部３３、３４が水平方向に沿うように熱交換器１に接続され、直線状流入部３５から腕部３４に流入後の冷媒が水平方向に分岐して流れるようにしている。その理由については後述する。

図２の右図において点線矢印は、熱交換器１を蒸発器として用いる場合の冷媒の流れを示しており、２方分岐管３０には、キャピラリーチューブ４０から流入した冷媒がＬ字管３６を介して直線状流入部３５に流入する。直線状流入部３５に流入した冷媒は、腕部３３側と腕部３４側との２つに分岐し、それぞれが各伝熱管３に流入する。

このように、２方分岐管３０は、流入した冷媒を２つに分岐させて各伝熱管３に流入させるため、各伝熱管３のそれぞれに直接、キャピラリーチューブ４０を接続する構成に比べて、キャピラリーチューブ４０の数を半分に減らすことができる。よって、本実施の形態１の冷媒分配器１０を用いることで、キャピラリーチューブ４０の設置性を向上することできる。

２方分岐管３０には、キャピラリーチューブ４０の設置性の向上の他、キャピラリーチューブ４０から流入した冷媒を均等に分配して各伝熱管３に流入させる機能も求められる。冷媒分配器１０では、第１の分配器２０において各キャピラリーチューブ４０に冷媒を均等に分配させることができるが、その均等分配状態を保ったまま最終的に熱交換器１の各伝熱管に流入させる必要があり、２方分岐管３０部分でも均等に分配することが求められる。

一般にヒートポンプ装置の膨張弁を通過した冷媒及び蒸発器入口の冷媒は、ガス冷媒と液冷媒との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。例えば配管に曲がりがある場合、遠心力の影響により液冷媒が一方の管内面に偏って流れる偏流現象が生じてしまう。つまり、二相冷媒が気液分離してしまう。

従って熱交換器を蒸発器として使用する際には、その流入側に位置する冷媒分配器に対し、上記のような偏流現象が生じず、気液が分離するのを防止できる機能が要求される。そして、冷媒分配器には、冷媒が均質に混合され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とが均等の状態で冷媒を分配する機能が要求される。また、上述したように円管の細径化、扁平管化によりパス数が増加すると、その各パスに均一の冷媒流量を分岐することが、より一層、重要な課題となってくる。

そこで、２方分岐管３０において冷媒を均等に分岐するために採用した構成について以下に説明する。

図４は、本発明の実施の形態１に係る冷媒分配器の２方分岐管の構造説明図である。図４において（ａ）は２方分岐管３０の正面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。
２方分岐管３０においてバルジ成形された直線状流入部３５は、その管軸Ｘ１と腕部３４の管軸Ｘ２との角度θ_１ が９０度になるように成形される。

角度θ_１ が９０度より１０度以上ずれる場合、直線状流入部３５から流入した冷媒が、腕部３４の直線状流入部３５に対向する部分に斜めに衝突して偏流してしまい、熱交換効率が悪化してしまう。このため、角度θ_１ を９０度とする。なお、完全な９０度に限定されるものではなく、僅かに前後するものも含むものとする。

また、直線状流入部３５の長さを５ｍｍ以上とすると、均等分配に更に効果的である。この点について説明する。冷媒二相流はキャピラリーチューブ４０により冷媒の液部が片側端部に偏った状態となる。そのため、２分岐に分岐する衝突するまでの助走区間を内径の２０倍以上とすることで、十分に安定した流れとなる。しかし、本実施の形態１では２０倍以上を確保することが構造的に難しい。そこで、本実施の形態１の場合、直線状流入部３５の長さを５ｍｍ以上確保し、キャピラリーチューブ４０、又は、Ｌ字管３６の水平部の距離を合わせて１５ｍｍ以上（内径の２倍以上）確保する。

この寸法を確保すれば、直線状流入部３５に流入した冷媒二相流は、液膜が管内に均等となり安定した環状流となることを実験的に確認した。この環状流は、直線状流入部３５に対向する衝突壁３４ａに垂直に衝突し、かつ、衝突後の分岐方向は水平方向であるため重力の影響を受けず、循環量に依らず均等に分配することが可能となる。

なお、直線状流入部３５が５ｍｍ未満となる場合は、気液二相流はキャピラリーチューブ４０の曲がりの影響を受け、直線状流入部３５の管内の液面が偏った状態となる。この場合、直線状流入部３５に流入した気液二相流は液面の偏りの影響を受けて偏流してしまい、２方分岐管３０で均等分配できず、熱交換効率が悪化してしまう。

以上のことから、２方分岐管３０は、直線状流入部３５の腕部３４との角度θ_１ を９０度とすると共に、直線状流入部３５の長さを５ｍｍ以上とすることが好ましい。

２方分岐管３０の直線状流入部３５をバルジ成形する点については上述したが、バルジ成形加工を用いることで、角度θ_１ が９０度の形状を安定して加工することができ、かつ、直線状流入部３５を５ｍｍ以上の長めに確保することができる。バルジ成形加工では直線ではなく曲げたパイプにも適用でき、また、減肉を抑制しながら、直線状流入部３５の長さを長く成形が可能である。

２方分岐管３０とキャピラリーチューブ４０との接合は、バルジ成形加工された直線状流入部３５の流入口に、この流入口の内径より外径を小さく形成したＬ字管３６又はキャピラリーチューブ４０を挿入し、ロウ付け接合すればよい。このように製造することで、不良無く安定して製造することが可能である。一方、バルジ成形を用いず直線状流入部３５を形成した場合、直線状流入部３５の長さが短くなり、また、直線状流入部３５の肉厚が薄くなる。そうすると、Ｌ字管３６又はキャピラリーチューブ４０を直線状流入部３５に接合する時に、角度θ_１ が９０度より大きくずれる。また、ロウ付け接合時には直線状流入部３５がロウ付け域となるため、減肉、接合部の長さが短い影響で安定したロウ付けができない。

また、腕部３４の管軸Ｘ２を中心とした直線状流入部３５の角度θ_２は何度であっても構わないが、ここでは、図２に示したようにθ_２を９０度としている。その理由について説明する。伝熱管３の細径化、扁平管化を行うと、空気の通風抵抗が小さくなるため、伝熱管３の配列ピッチを狭くする設計となり、伝熱管３の実装密度が高くなる。２方分岐管３０を用いることで、上述したようにキャピラリーチューブ４０の設置性の向上が図れるが、２方分岐管３０の直線状流入部３５の角度θ_２（図４に記載）を９０度とすることで、更にキャピラリーチューブ４０の接続性を向上できる。

配管を変形、しわがでないように曲げるには、内径の２〜３倍以上の曲げＲを確保する必要があり、角度θ_２ が０度の場合では、Ｌ字管３６、又は、キャピラリーチューブ４０が２方分岐管３０に干渉してしまう。よって、角度θ_２ が０度の場合では、伝熱管３の実装密度が高くなった場合、キャピラリーチューブ４０、又は、Ｌ字管３６を直線状流入部３５に接続し難い。角度θ_２ を９０度にすることで、キャピラリーチューブ４０、又は、Ｌ字管３６との接続部が空気流入方向となり、２方分岐管３０と干渉することなく、接続性が向上できる。

ここで、Ｌ字管３６の有益性について説明する。予めＬ字管３６と２方分岐管３０の直線状流入部３５とをロウ付け接合し、次に、開口部Ａ、Ｂをそれぞれ円管―扁平管ジョイント４とロウ付け接合し、最後にＬ字管３６とキャピラリーチューブ４０とをロウ付け接合するという手順とすることで、不良率が少ない安定した製造工程となる。これは以下の理由による。すなわち、ここでのロウ付けはバーナーロウ付けを前提としており、最後にＬ字管３６とキャピラリーチューブ４０とをロウ付け接合することで、バーナーの火が他の配管に当たり難くなるためである。

更に、Ｌ字管３６を用いることで、２方分岐管に流入する角度θ_１ を９０度にし、２方分岐管に流入する助走距離を長くすることが容易となるため、均等分配性が向上する。Ｌ字管３６を用いない場合では、キャピラリーチューブ４０を２方分岐管３０の直線状流入部３５に直接接続するため、キャピラリーチューブ４０が長く、安定性が悪く、取り回しが悪く、２方分岐管３０に流入する角度θ_１ のバラつきが大きくなりやすい。

なお、上記では、２方分岐管３０の直線状流入部３５を５ｍｍ以上としたが、要は、１０ｍｍ以上の直線状の流路を有すれば良いため、Ｌ字管３６と直線状流入部３５との合計で１０ｍｍ以上としてもよい。

図５は、本発明の実施の形態１に係る冷媒分配器が用いられるヒートポンプ装置の冷媒回路を示す図である。
ヒートポンプ装置６０は、圧縮機６１と、凝縮器６２（熱交換器１）と、減圧装置としての膨張弁６３と、蒸発器６４（熱交換器１）とを備えている。圧縮機６１から吐出されたガス冷媒は凝縮器６２に流入し、凝縮器６２を通過する空気と熱交換して高圧液冷媒となって流出する。凝縮器６２を流出した高圧液冷媒は膨張弁６３で減圧されて低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器６４に流入する。蒸発器６４に流入した低圧の気液二相冷媒は、蒸発器６４を通過する空気と熱交換して低圧ガス冷媒となり、再び圧縮機６１に吸入される。

以下、図１及び図５を参照して熱交換器１を蒸発器として用いる場合の動作について説明する。図１において実線矢印は熱交換器１を蒸発器として用いる場合の冷媒の流れを示している。
膨張弁６３から流出した気液二相冷媒流は、まず第１の分配器２０に流入して噴霧流化される。噴霧流化された冷媒は、各キャピラリーチューブ４０に均等に分配されて流入する。各キャピラリーチューブ４０を通過した各冷媒は２方分岐管３０に流入し、上述したように均等に２つに分岐されて流出し、伝熱管３に流入する。各伝熱管３内に流入した冷媒は空気と熱交換してガス状態となり、ガスヘッダ６で合流する。ガスヘッダ６で合流した冷媒は、圧縮機６１に吸入される。

以下、図１及び図５を参照して熱交換器１を凝縮器として用いる場合の動作について説明する。図１において点線矢印は熱交換器１を凝縮器として用いる場合の冷媒の流れを示している。
凝縮器の場合は、蒸発器の場合と逆の冷媒流れ方向となり、圧縮機６１から流出したガス冷媒流はガスヘッダ６内に流入する。ガスヘッダ６に流入した冷媒は、ガスヘッダ６で均等分配されて各伝熱管３に流入する。冷媒がガス状態の場合は均等分配が容易であるため、ディストリビュータ等は不要であり、円筒状の中空管で構成されたガスヘッダ６を用いるようにしている。

各伝熱管３内に流入した冷媒は空気と熱交換した後、２方分岐管３０、キャピラリーチューブ４０、第１の分配器２０の順番に流れる。そして、第１の分配器２０で合流し、膨張弁６３に流入する。

次に、本実施の形態１の冷媒分配器１０を用いた具体的な配管接続例について説明する。

図６は、本発明の実施の形態１に係る冷媒分配器を、伝熱管に扁平管を用いた空調機の室外機用の熱交換器に接続した構成例を示す図である。図７は、図６の熱交換器の冷媒分配器との接続部分を背面側から見た拡大斜視図である。図７においてベタ塗りした部分が２方分岐管３０である。図８は、図６の扁平管の斜視図である。

熱交換器１００は、互いに間隔をあけて積層された複数の板状フィン２と、板状フィン２を積層方向に貫通し、内部に冷媒が流れる複数の扁平管３とを有する熱交換部が、空気通過方向である列方向に３列設けられた構成を有している。複数の扁平管３の端部には、２方分岐管３０の他、ヘアピン曲げされたベンド５及びガスヘッダ６が接続されている。また、この熱交換器１００では、伝熱管として扁平管３を用いているため、扁平管３は円管−扁平管ジョイント４を介して２方分岐管３０及びベンド５に接続されている。

また、熱交換器１００は、熱交換器１００を蒸発器として用いる場合に、冷媒流れが空気流れ方向に対して上流側から下流側に折り返すようにして冷媒を流す、いわゆる並行流になるようにパス組みされている。逆に熱交換器１００を凝縮器として用いる場合は、空気の流れ方向に対して下流側から上流側に折り返すようにして冷媒を流す、いわゆる対向流となるようにパス組みされる。凝縮器では冷媒がサブクール化するので、冷媒温度が低くなる。このため、空気流れに対して冷媒が対向流になるようにパス組みすることで、熱交換器１００を凝縮器として使用した際の熱交換効率を向上できる。

板状フィン２はアルミ製であり、扁平管３と板状フィン２とは炉中ロウ付けにより接合される。伝熱管が円管である熱交換器の、伝熱管と板状フィンとの接合方法は機械拡管方式であり、伝熱管と板状フィンの間には空気層があるため、熱交換効率を悪化させる課題があった。しかし、扁平管３と板状フィン２とは炉中ロウ付けにより接合されるため、扁平管３と板状フィン２間の熱抵抗がゼロとなり、熱交換効率を向上させることができる。

扁平管３はアルミ製であり、図８に示すように内部が仕切られて複数の通路３１ａが形成されており、この各通路３１ａに冷媒が流れる。扁平管３は、冷媒と接触伝熱面積が円管に比べて３倍以上に増大することが可能となる。

次に、３列構成の熱交換器において、本実施の形態１の冷媒分配器１０を用いた場合と用いない場合とを、図７と図９とを用いて比較する。図９は、３列構成の熱交換器において２方分岐管を用いない従来例を示した図である。
図７と図９とを比較して明らかなように、２方分岐管３０を用いることにより、キャピラリーチューブ４０の本数を、従来に比べて半数に削減することができる。

以上説明したように本実施の形態１によれば、第１の分配器２０の流出管であるキャピラリーチューブ４０に２方分岐管３０を組み合わせた冷媒分配器１０としたことで、キャピラリーチューブ４０の本数を削減できる。よって、実機にキャピラリーチューブ４０を搭載するときのキャピラリーチューブ４０の設置スペースがコンパクトになる。また、キャピラリーチューブ４０の本数削減によるコストダウンが可能であり、実機を安価に構成できる。

直線状流入部３５の腕部３４との角度θ_１ が９０度であるので、冷媒二相流は流入部に対向する衝突壁３４ａに垂直に衝突し、かつ、衝突後の分岐方向は水平方向であり、重力の影響を受けず、循環量に依らず均等分配が可能となる。なお、直線状流入部３５はバルジ成形加工を用いて形成するため、角度θ_１ が９０度の形状を安定して加工することができる。

また、直線状流入部３５を１０ｍｍ以上とすることにより、直線状流入部３５に流入した冷媒二相流を安定した環状流として衝突壁３４ａに垂直に衝突させることができ、冷媒分配のばらつきを抑制でき、均等分配が可能となる。

以上のように、冷媒分配器１０を用いることで気液二相流を均等分配できるため、熱交換器１において所定の熱交換性能を十分に発揮させることが可能となる。

実施の形態２．
実施の形態２は、キャピラリーチューブ４０の本数の更なる低減を図ったものである。以下、実施の形態２が実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。なお、実施の形態１と同様の構成部分について適用される変形例は、本実施の形態２についても同様に適用される。

図１０は、本発明の実施の形態２に係る冷媒分配器の構成図である。図１０において（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１１は、図１０の冷媒分配器における第３の分配器を示す図である。図１１において（ａ）は冷媒分配器１０Ａの正面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は（ａ）の底面図である。

実施の形態２の冷媒分配器１０Ａは、実施の形態１の第１の分配器２０及び第２の分配器としての２方分岐管３０に加えて更に、第３の分配器としての２方分岐管５０を複数備えた構成を有する。２方分岐管５０は、実施の形態１の２方分岐管３０と構造的な特徴は同じであり、円管をＵ字状に折り曲げて形成されたＵベンド部５１と、直線状流入部５５とを有している。Ｕベンド部５１は、連結部５２と、連結部５２の両端から互いに並行に延びる２つの腕部５３、５４とを有している。直線状流入部５５は、Ｕベンド部５１の２つの腕部５３、５４のうちの一方（ここでは腕部５４）をバルジ成形加工して形成されている。

そして、２方分岐管５０の直線状流入部５５はキャピラリーチューブ４０に接続され、２つの腕部５３、５４は、互いに隣接する２方分岐管３０の直線状流入部３５に接続される。また、２方分岐管５０も実施の形態１の２方分岐管３０と同様、２つの腕部５３、５４が水平方向に沿うように設置される。

以上のように構成した実施の形態２の冷媒分配器１０Ａは、実施の形態１と同様の効果が得られると共に以下の効果が得られる。すなわち、第３の分配器として２方分岐管５０を設けたので、第１の分配器２０に接続されるキャピラリーチューブ４０の本数を実施の形態１に比べて半数に減らすことができる。

なお、２方分岐管５０は、キャピラリーチューブ４０から流出した冷媒の流入管となるため、実施の形態１の２方分岐管３０と同様の機能が求められる。すなわち、キャピラリーチューブ４０から流入した冷媒を均等に分配して各伝熱管３に流入させる機能が求められる。２方分岐管５０は２方分岐管３０と同様の構成であるため、２方分岐管５０の直線状流入部５５から流入した冷媒は、腕部５４において直線状流入部５５と対向する壁面である衝突壁に垂直に衝突する。そして、衝突後の分岐方向は水平方向であるため、重力の影響を受けず、循環量に依らず均等分配が可能となる。

実施の形態３．
実施の形態３は、冷媒の分配比を調整できる冷媒分配器に関する。以下、実施の形態３が実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。なお、実施の形態３において実施の形態１と同様の構成部分について適用される変形例は、本実施の形態３についても同様に適用される。

図１２は、本発明の実施の形態３に係る冷媒分配器における第２の分配器の構成図である。図１２において（ａ）は第２の分配器の正面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。
実施の形態３の冷媒分配器は、実施の形態１の２方分岐管３０に代えて２方分岐管３０Ａを備えた構成を有し、それ以外の構成は実施の形態１と同様である。

実施の形態１の２方分岐管３０では、直線状流入部３５の腕部３４との角度θ_１ を９０度としていた。これに対し、実施の形態３の２方分岐管３０Ａでは、角度θ_１ を所望の分配比に応じた角度に調整した構成としたものである。角度θ_１ を９０度より小さい角度に設定した場合、開口部Ｂ側よりも開口部Ａ側に流れる冷媒の流量が多くなり、角度θ_１ を９０度より大きい角度に設定した場合、開口部Ａ側よりも開口部Ｂ側に流れる冷媒の流量が多くなる。このように角度調整が必要な直線状流入部３５は、実施の形態１と同様、バルジ成形加工で形成される。このようにバルジ成形加工で形成することにより、角度θ_１ のバラツキを小さくでき、決められた角度で精度良く成形することができる。また、角度θ_２ は、実施の形態１と同様に何度であっても構わないが、キャピラリーチューブ４０の接続性を考慮すると、９０度とすることが好ましい。

２方分岐管３０Ａは、一端がキャピラリーチューブ４０に接続され、他端が伝熱管３に接続される。

熱交換器１に空気を送風する送風ファンからの風速は、上述したように熱交換器１の全面において均一とは限らず、風速分布が存在する。このような風速分布又は熱１パス当たりの冷媒流路の長さの違いにより、各パスにおいて熱負荷が異なる場合がある。このため、開口部Ａ及び開口部Ｂのそれぞれに接続されるパスのうち、例えば風速が速い方のパス、又は伝熱管本数が多く、流路長さが長い方のパスには、冷媒を多く流す必要がある。よって、熱交換器１における各パスの熱負荷分布に応じて開口部Ａ側と開口部Ｂ側への冷媒の分配比を決定し、角度θ_１ を決定する。

このようにして角度θ_１を決定することにより、直線状流入部３５から流入した冷媒は、その角度θ_１で直線状流入部３５の対向面に衝突後、傾斜角θ _１ に応じて腕部３３側と腕部３４側とにそれぞれ流量が調整されて分配される。そして、各分配された流量の冷媒が開口部Ａ及び開口部Ｂから熱交換器１の各パスの各伝熱管３に流入する。

以上説明したように本実施の形態３によれば、実施の形態１と同様にキャピラリーチューブ４０の本数の低減を可能とし、また、冷媒の分配比を調整できる冷媒分配器を得ることができる。

実施の形態４．
実施の形態４は、実施の形態３と同様、冷媒の分配比を調整できる冷媒分配器に関する。以下、実施の形態４が実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。なお、実施の形態４において実施の形態１と同様の構成部分について適用される変形例は、本実施の形態４についても同様に適用される。

図１３は、本発明の実施の形態４における冷媒分配器における第２の分配器の構成図である。図１３において（Ａ）は、開口部Ａ側よりも開口部Ｂ側の分配比が大きい場合の２方分岐管３０Ｂの構成例、（Ｂ）はその逆の場合の２方分岐管３０Ｂの構成例を示している。また、図１３の（Ａ）、（Ｂ）のそれぞれにおいて（ａ）は２方分岐管３０Ｂの正面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。図１４は、図１３（Ａ）の要部拡大図である。

実施の形態４の冷媒分配器は、実施の形態１の２方分岐管３０に代えて２方分岐管３０Ｂを備えた構成を有し、それ以外の構成は実施の形態１と同様である。２方分岐管３０Ｂは、衝突壁３４ａの並びに隣接して、内側に凹んだ窪み３７を設けたものである。その他、直線状流入部３５をバルジ成形で加工する点及び角度θ_２ が何度であっても構わない点等は実施の形態１と同様である。

窪み３７の形成位置は、例えば、開口部Ｂ側の熱負荷が高い場合、つまり開口部Ａ側よりも開口部Ｂ側の冷媒流量を多くしたい場合は、図１３（Ａ）に示すように窪み３７を、Ｕベンド部３１の管軸方向において衝突壁３４ａよりも開口部Ａ側に設ける。逆に、開口部Ａ側の熱負荷が高い場合、つまり開口部Ｂ側よりも開口部Ａ側の冷媒流量を多くしたい場合は、図１３（Ｂ）に示すようにＵベンド部３１の管軸方向において衝突壁３４ａよりも開口部Ｂ側に窪み３７を設ける。

このように衝突壁３４ａの並びに隣接して窪み３７を設けることで通過断面積が小さくなり、衝突壁３４ａに衝突後の冷媒が流れ難くなる。このため、図１３（Ａ）の場合であれば、開口部Ａよりも開口部Ｂの分配比を大きくでき、図１３（Ｂ）の場合であれば、開口部Ｂよりも開口部Ａの分配比を大きくできる。

なお、直線状流入部３５に対向する衝突壁３４ａには窪み３７は設けない。これは、窪み３７はプレス又はポンチを用いて形成されるため、衝突壁３４ａに窪み３７を設けると、その形成時に直線状流入部３５が変形する可能性があるためである。このように、直線状流入部３５に対向する衝突壁３４ａに窪み３７を設けない構造とすることで、変形が生じる不都合を回避でき、安定して２方分岐管３０Ｂを製造できる。

以上説明したように本実施の形態４によれば、実施の形態１と同様にキャピラリーチューブ４０の本数の低減を可能とし、また、冷媒の分配比を調整できる冷媒分配器を得ることができる。

なお、上記実施の形態１〜４において第１の分配器２０をディストリビュータとして説明したが、これに限るものではなく、図１５に示すようにヘッダ７０としてもよい。この場合も上記と同様の効果を得ることができる。

また、上述の実施の形態で述べた熱交換器及びそれを用いた空気調和機については、鉱油系、アルキルベンゼン油系、エステル油系、エーテル油系、フッ素油系など、冷媒と油が溶ける溶けないに拘わらず、どんな冷凍機油においても、その効果を達成することができる。

なお、上記実施の形態１〜４においてそれぞれ別の実施の形態として説明したが、組みあわせが可能な実施の形態については、適宜組み合わせた構成としてもよい。例えば、実施の形態２と実施の形態３とを組み合わせ、図１０に示した実施の形態２の２方分岐管３０を、実施の形態３の２方分岐管３０Ａに代えた構成としてもよい。

本発明の活用例として、熱交換性能を向上し、性能を向上することが必要なヒートポンプ装置の熱交換器に使用することができる。

１ 熱交換器、２ 板状フィン、３ 伝熱管（扁平管）、４ 円管−扁平管ジョイント、５ ベンド、６ ガスヘッダ、１０ 冷媒分配器、１０Ａ 冷媒分配器、２０ 第１の分配器、３０ ２方分岐管（第２の分配器）、３０Ａ ２方分岐管（第２の分配器）、３０Ｂ ２方分岐管（第２の分配器）、３１ Ｕベンド部、３１ａ 通路、３２ 連結部、３３ 腕部、３４ 腕部、３４ａ 衝突壁、３５ 直線状流入部、３６ Ｌ字管、３７ 窪み、４０ キャピラリーチューブ、５０ ２方分岐管（第３の分配器）、５１ Ｕベンド部、５２ 連結部、５３ 腕部、５４ 腕部、５５ 直線状流入部、６０ ヒートポンプ装置、６１ 圧縮機、６２ 凝縮器、６３ 膨張弁、６４ 蒸発器、７０ ヘッダ、１００ 熱交換器。

Claims (6)

1. 熱交換器を構成する複数の伝熱管に冷媒を分配するための冷媒分配器であって、
   冷媒を複数に分配する第１の分配器と、
   前記第１の分配器で分配された冷媒を２つに分岐して２つの前記伝熱管に流入させる複数の第２の分配器とを備え、
   前記第２の分配器は、
   互いに並行に延びる２つの腕部を有するＵ字状のＵベンド部と、
   前記Ｕベンド部の前記２つの腕部のうちの一方に形成された直線状流入部とを有し、前記直線状流入部が前記一方の前記腕部を有する面内で、前記一方の腕部に対して傾斜して形成されており、その傾斜角は、前記直線状流入部から前記一方の腕部に流入して２方向に分かれる各冷媒の分配比が、前記熱交換器における各パスの熱負荷分布に応じた分配比となるように決められた角度であることを特徴とする冷媒分配器。
2. 前記直線状流入部は、前記２つの腕部のうちの一方をバルジ成形加工して形成されたことを特徴とする請求項１記載の冷媒分配器。
3. 前記直線状流入部が形成された前記腕部は、
   前記直線状流入部から流入した冷媒が衝突する壁面の並びに、内側に凹んだ窪みを有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の冷媒分配器。
4. 前記第１の分配器はディストリビュータ又はヘッダで構成されることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の冷媒分配器。
5. 前記第１の分配器と前記第２の分配器との間に設けられ、前記第１の分配器で分配された冷媒を２つに分岐して、互いに隣接する２つの前記第２の分配器に流入させる複数の第３の分配器を有することを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の冷媒分配器。
6. 請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の冷媒分配器を用いたヒートポンプ装置。

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