JP6319272B2 - 冷媒分流器 - Google Patents
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図1には、本発明の一実施形態に係る冷媒分流器が設けられる空気調和機の回路構成が示されている。図1に示されている空気調和機1は、室内の壁面などに取り付けられる室内機3と、屋外に設置される室外機2とを備えている。この空気調和機1は、冷媒回路10を備えており、冷媒回路10の中の冷媒を循環させることにより蒸気圧縮式冷凍サイクルを実行することができる。冷媒が循環する冷媒回路10を形成するために、冷媒配管4によって、室内機3と室外機2が接続されている。
冷媒回路10は、圧縮機11と、四路切換弁12と、室外熱交換器13と、膨張機構14と、アキュムレータ15と、室内熱交換器16と、冷媒分流器20とを備えている。吸入口から冷媒を吸入して圧縮した冷媒を、圧縮機11は、吐出口から四路切換弁12の第1ポートに対して吐出する。四路切換弁12は、さらに、室外熱交換器13に接続された第2ポートと、アキュムレータ15に接続された第3ポートと、室内熱交換器16に接続された第4ポートとを有する。
空気調和機1の冷房運転のときは、四路切換弁12は、図1に示された実線の状態に切り換わる。そして、冷媒回路10においては、矢印で示されている方向に冷媒が流れる。すなわち、圧縮機11から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四路切換弁12を介して室外熱交換器13に流れ込む。このとき、室外熱交換器13は、凝縮器として機能する。そのため、室外熱交換器13の中を流れるに従って、冷媒は、室外空気との熱交換によって冷やされ、凝縮してガス冷媒から液冷媒に変化する。室外熱交換器13で温度を奪われた低温高圧の冷媒は、膨張機構14によって減圧されて低温低圧の冷媒に変化する。膨張機構14を経て室内熱交換器16に流れ込む冷媒は、室内空気との熱交換によって室内空気を冷やして自身が暖められ、蒸発して液冷媒からガス冷媒に変化する。このとき、室内熱交換器16は、蒸発器として機能している。そして、室内熱交換器16から四路切換弁12及びアキュムレータ15を介して、主に低温のガス冷媒からなる冷媒が圧縮機11に吸入される。
(2−1)冷媒分流器の構成
図2は、冷媒分流器の外観を示す斜視図であり、図3は、冷媒分流器の側面図であり、図4は、冷媒分流器を斜め上方から見た拡大斜視図である。図5は、図4のI−I線に沿って切断した断面図である。図2乃至図5に示されている上下方向が鉛直方向であり、上下方向と直交する水平方向における2つの方向を前後方向と左右方向と呼ぶ。ここでは、前後方向と左右方向とが互いに直交する方向として定義されている。図2乃至図5に示されている矢印が冷媒の流れる方向を示している。
入口部40には、入口部40の入口41と実質的に直径が同じ大きさの冷媒配管4が接続されている。冷媒配管4には、冷媒分流器20に近い順に、U字状に曲がったU字部4aと、ほぼ直角に曲がっているクランク部4bとがある。冷媒分流器20の取り付けられる空間が狭く且つその形状が他の機器の配置によって限られたものとなるため、冷媒配管4には、U字部4a及びクランク部4bのように曲がった箇所を形成せざるを得なくなる。冷媒配管4では、左から右に向かって水平に流れてきた冷媒が下方に向けて流れるように、クランク部4bによって流れの向きが変更される。さらに、鉛直下方に向かって流れてきた冷媒が鉛直上方に向かって流れるように、U字部4aによって流れの向きが変更される。これらU字部4a及びクランク部4bのように冷媒配管4が曲がっていて冷媒の流れの向きが変わる箇所では、冷媒に対して遠心力が働く。この遠心力によって、U字部4a及びクランク部4bの曲率中心から遠い方に密度の大きな液冷媒が集まり、密度の小さなガス冷媒が曲率中心に近い方に集まる。このような作用によって、冷媒配管4の曲がっている箇所では、気液二相状態の冷媒において、液冷媒とガス冷媒の偏りが生じる。
図6には、本体部30を上方から見た場合における内側空間S1と外側空間S2と第1開口部64と第2開口部65と出口51〜54と入口41との平面的な位置関係が示されている。また、矢印で本体部30の内部を流れる冷媒の流れの方向の概要が示されている。本体部30の入口41から入った冷媒は、上方に向かって進み、本体部30の下面31が上部に行くに従って広がること及び上面32に衝突することによって、中心Oから放射状に広がる。しかし、冷媒配管4のU字部4aの影響で、入口41から流れ出した冷媒は、出口51(開口32a)の方に液冷媒が多く流れ、出口53(開口32c)の方に流れる冷媒が少なくなる。その結果、液冷媒を第1開口部64から外側空間S2を通って第2開口部65に向けて循環させる圧力が生じる。このように、液冷媒が第1開口部64から入って第2開口部65から出ることで、液冷媒の偏りが緩和される。
(4−1)変形例1A
ここでは、4つの出口51〜54(開口32a〜32d)が形成されているが、出口(開口)の数は、4つに限定されるものではない。出口の数は、冷媒分流器20において分流される冷媒経路の数に対応していればよく、2つであっても、3つであっても、5つ以上であってもよい。また、入口41は、圧損を抑制するために1つであることが好ましいが、1つに限られるものではなく、複数であってもかまわない。
また、出口51〜54(開口32a〜32d)の径の大きさは、ここでは、同じに形成されているが、必ずしも同じである必要はない。また、出口51〜54(開口32a〜32d)の形状も円形に限られるものではない。
上記実施形態では、出口51〜54(開口32a〜32d)が平面視において回転対称に配置される場合について説明したが、出口51〜54(開口32a〜32d)の配置は、必ずしも対称である必要はない。
上記実施形態では、本体部30の上面32が平坦な場合について説明したが、上面32は平坦なものに限られるものではない。例えば、内側空間S1の側に凹凸が形成されていてもよい。
上記実施形態では、内側空間S1と外側空間S2とが比較的離れている場合について説明した。そのため、内側空間S1と外側空間S2が前後に長さのあるダクト部63で繋がっていて、第1開口部64と第2開口部65が前後方向に長さのある場合について説明した。しかし、第1開口部64及び第2開口部65は実施形態のような計上に限られるものではなく、例えば、仕切部が薄い板であり、第1開口部及び第2開口部が板に開けられた単なる穴であってもよい。
上記実施形態では、第1開口部64が1つである場合について説明したが、第1開口部64の数は1つに限られるものではなく、複数であってもかまわない。また、第2開口部65が1つである場合について説明したが、第2開口部65の数は1つに限られるものではなく、複数であってもかまわない。
上記実施形態では、外側空間S2が1つだけの場合について説明したが、外側空間S2は1つには限られず、複数であってもよい。例えば、外側空間S2以外にリング状の他の外側空間をさらにもう1つ設けて、第1開口部64及び第2開口部65以外の第3開口部と第4開口部によって他の外側空間と内側空間S1とを繋いでもよい。また、外側空間の形状は、リング状に限られるものではなく、例えば、円弧状及び直線状であってもよい。
上記実施形態では、第1開口部64と第2開口部65とが反対側に位置する場合について説明した。ところで、この反対側に位置するとは、必ずしも正反対の位置ではなく、第1開口部64と第2開口部651に比較的液冷媒の多い領域と少ない領域の2つの領域ができるときに、第1開口部64と第2開口部65とが互いに離れて配置され、一方の領域に第1開口部64があれば、他方の領域に第2開口部65があるという意味である。例えば、上面から見て円形(中心Oの周りの360度)の内側空間S1を比較的液冷媒が多い120度の第1区間と比較的液冷媒が少ない120度の第2区間とその中間の60度×2の第3区間及び第4区間の4つに分けて、第1区間(一方の領域)に第1開口部64を配置し、第2区間(他方の領域)に第2開口部65を配置するなどである。この場合、第1区間に第1開口部64が配置され、第2区間に第2開口部65が配置されていれば、第1開口部64と中心Oと第2開口部65とが一直線上になくても、第1区間の第1開口部64において内側空間S1から外側空間S2に液冷媒が流入し、液冷媒が外側空間S2を通って、第2区間の第2開口部において外側空間S2から内側空間S1に液冷媒が流出する。
(5−1)
以上説明したように、仕切部60には、第1開口部64と、平面視において入口41を挟んで第1開口部64の反対側に位置する第2開口部65とが形成されている。仕切部60がこのように構成されていることから、部品点数を増加させることなく例えば鋳造によって仕切部60を本体部30、入口部40及び出口部50と一体的に形成することができる。そして、この仕切部60によって内側空間S1から分けられた外側空間S2に、内側空間S1から第1開口部64と第2開口部65を通って液冷媒を流して液冷媒の偏りが少なくなるように調整することができる。その結果、安価で分流性能が安定した冷媒分流器20を提供することができる。
また、冷媒分流器20では、仕切部60は、第1開口部64が第2開口部65よりも入口41から液冷媒の多く流れ込む場所に配置され、液冷媒の動圧で外側空間S2を通って第1開口部64から第2開口部65に液冷媒が循環するように設置されている。入口41から流入する液冷媒の動圧で外側空間S2を通って第1開口部64から第2開口部65に液冷媒が循環することから、第1開口部64に多く流れ込む液冷媒を効率良く第2開口部65に分配することができる。その結果、冷媒分流器20は、液冷媒の偏りに対して高い調整機能を発揮することができる。
上記実施形態の冷媒分流器20では、ダクト部63が本体部30の外面において、第1開口部64及び第2開口部65の位置を示す目印として機能している。ここでは、本体部30の外面において第1開口部64及び第2開口部65の位置を両方とも示す目印が例示されているが、第1開口部64及び第2開口部65のうちのいずれか一方のみの位置を示す目印があればよい。また、仕切部60の内壁61と外壁62との間が埋まっていて第1開口部64と第2開口部65の位置が分からない場合において、これら両方の位置又はいずれか一方の位置を示す目印は、入口部40の外面又は出口部50の外面あるいはそれらの両方に設けられていてもよい。また、目印は、本体部30と入口部40の両方に設けられてもよく、本体部30と出口部50の両方に設けられてもよく、又は本体部30と入口部40と出口部50の全てに設けられてもよい。
また、上記実施形態の本体部30は、平面視において内側空間S1が円形に形成され、仕切部60は、平面視において内側空間S1の円周上に形成されるとともに、仕切部60が描く円の中心Oを通る直線上に第1開口部64及び第2開口部65が形成されていることから、外側空間S2において第1開口部64から第2開口部65に向かう2つの流路(右回りと左回り)がほぼ円弧を描いて長さがほぼ同じになる。その結果、第1開口部64から第2開口部65に向かってスムーズに液冷媒を流すことができ、液冷媒の偏りを解消する能力が向上する。
30 本体部
40 入口部
41 入口
50 出口部
51,52,53,54 出口
60 仕切部
63 ダクト部(目印の例)
S1 内側空間
S2 外側空間
Claims (6)
- 冷媒が流入する入口(41)が形成されている入口部(40)と、
前記入口部から入った冷媒が流出する複数の出口(51,52,53,54)が形成されている出口部(50)と、
前記入口から複数の前記出口に流れる冷媒が通過する内部空間を形成している本体部(30)と、
前記本体部の前記内部空間に配置され、前記入口と前記出口とに連通する内側空間(S1)と、前記内側空間の外側の外側空間(S2)とに前記内部空間を分ける仕切部(60)と
を備え、
前記仕切部は、第1開口部と、平面視において前記入口を挟んで前記第1開口部の反対側に位置する第2開口部とがそれぞれ前記内側空間と前記外側空間とを繋ぎ、液冷媒の動圧で前記外側空間を通って前記第1開口部から前記第2開口部に液冷媒が水平面に沿って循環するように設置されている、冷媒分流器。 - 冷媒が流入する入口(41)が形成されている入口部(40)と、
前記入口部から入った冷媒が流出する複数の出口(51,52,53,54)が形成されている出口部(50)と、
前記入口から複数の前記出口に流れる冷媒が通過する内部空間を形成している本体部(30)と、
前記本体部の前記内部空間に配置され、前記入口と前記出口とに連通する内側空間(S1)と、前記内側空間の外側の外側空間(S2)とに前記内部空間を分ける仕切部(60)と
を備え、
前記仕切部は、第1開口部と、平面視において前記入口を挟んで前記第1開口部の反対側に位置する第2開口部とが形成され、前記第1開口部が前記第2開口部よりも前記入口から液冷媒の多く流れ込む場所に配置され、液冷媒の動圧で前記外側空間を通って前記第1開口部から前記第2開口部に液冷媒が循環するように設置されている、冷媒分流器。 - 冷媒が流入する入口(41)が形成されている入口部(40)と、
前記入口部から入った冷媒が流出する複数の出口(51,52,53,54)が形成されている出口部(50)と、
前記入口から複数の前記出口に流れる冷媒が通過する内部空間を形成している本体部(30)と、
前記本体部の前記内部空間に配置され、前記入口と前記出口とに連通する内側空間(S1)と、前記内側空間の外側の外側空間(S2)とに前記内部空間を分ける仕切部(60)と
を備え、
前記仕切部は、第1開口部と、平面視において前記入口を挟んで前記第1開口部の反対側に位置する第2開口部とがそれぞれ前記内側空間と前記外側空間とを繋ぎ、
前記本体部は、平面視において前記内部空間が円形に形成され、
前記仕切部は、平面視において前記内部空間の円周上に形成されて前記外側空間を水平面に沿うリング状に構成する、冷媒分流器。 - 前記仕切部は、前記仕切部が描く円の中心を通る直線上に前記第1開口部及び前記第2開口部が形成されている、
請求項3に記載の冷媒分流器。 - 冷媒が流入する入口(41)が形成されている入口部(40)と、
前記入口部から入った冷媒が流出する複数の出口(51,52,53,54)が形成されている出口部(50)と、
前記入口から複数の前記出口に流れる冷媒が通過する内部空間を形成している本体部(30)と、
前記本体部の前記内部空間に配置され、前記入口と前記出口とに連通する内側空間(S1)と、前記内側空間の外側の外側空間(S2)とに前記内部空間を分ける仕切部(60)と
を備え、
前記仕切部は、第1開口部と、平面視において前記入口を挟んで前記第1開口部の反対側に位置する第2開口部とがそれぞれ前記内側空間と前記外側空間とを繋ぎ、前記入口の方向に冷媒の向きを変える前記入口に最も近い冷媒配管の曲がった箇所の曲がりはじめに近い側に前記第2開口部が配置されるとともに遠い側に前記第1開口部が配置されて前記第1開口部から前記第2開口部まで前記外側空間によって連通している、冷媒分流器。 - 前記冷媒配管の曲がった箇所がU字管である、
請求項5に記載の冷媒分流器。
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