JP6576577B1 - 冷媒分配器、熱交換器及び空気調和装置 - Google Patents

冷媒分配器、熱交換器及び空気調和装置 Download PDF

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Abstract

冷媒分配器は、内管と外管とを備える２重管構造の冷媒分配器であって、外管は、複数設けられ、複数の外管のうち隣り合う外管の間には、間隔が形成され、内管は、複数の外管に対して連続して１つ設けられ、外管には、外管の延出方向に複数の伝熱管が接続され、内管と外管との間に流入した冷媒を複数の伝熱管に分配する。

Description

本発明は、熱交換器が蒸発器として機能する場合に、気液二相状態の冷媒が流れる冷媒分配器、熱交換器及び空気調和装置に関する。
従来の空気調和装置では、室内機に搭載された凝縮器として機能する熱交換器で凝縮された液冷媒が絞り装置によって減圧される。そして、冷媒は、ガス冷媒と液冷媒とが混在する気液二相状態となって室外機に搭載された蒸発器として機能する熱交換器に流入する。冷媒が気液二相状態で蒸発器として機能する熱交換器に流入すると、熱交換器への冷媒の分配性能が悪化する。そこで、冷媒の分配性能が改善するように、室外機に搭載された熱交換器の扁平管が鉛直上向きに配置され、冷媒分配器が水平に配置され、重力の影響が軽減され、分配が改善される方法などがある。しかし、上記のように冷媒分配器が水平に配置された場合でも、冷媒分配器内部を流動する冷媒流量あるいは乾き度に依存し、分配性能が変動するなどの課題がある。このため、冷媒の流動条件が設計中心値から少しずれただけで、分配性能が低下し、熱交換器の熱交性能が悪化し、エネルギー効率の低下が引き起こされるという課題があった。
このような課題を解決するために、冷媒分配器が二重管に構成され、内管に多数の冷媒流出孔が並設され、冷媒分配性能が改善される技術が提案されている(たとえば、特許文献１参照)。
特開２０１５−２０３５０６号公報
特許文献１の技術では、伝熱管に扁平管が用いられる場合に、少なくとも扁平管の長軸よりも幅の大きい外管が用いられる必要があり、二重管の外管容積が大きくなる課題があった。また、凝縮運転時には、冷媒液が冷媒分配器に多く滞留することにより、熱交換効率が低下する課題があった。
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、冷媒分配器の容積が小さく、熱交換効率が改善される冷媒分配器、熱交換器及び空気調和装置を提供することを目的とする。
本発明に係る冷媒分配器は、内管と外管とを備える２重管構造の冷媒分配器であって、前記外管は、複数設けられ、複数の前記外管のうち隣り合う前記外管の間には、間隔が形成され、前記内管は、複数の前記外管に対して連続して１つ設けられ、前記外管には、前記外管の延出方向に複数の伝熱管が接続され、前記内管と前記外管との間に流入した冷媒を複数の前記伝熱管に分配するものである。
本発明に係る熱交換器は、上記の冷媒分配器を備えるものである。
本発明に係る空気調和装置は、上記の熱交換器を備え、当該熱交換器の前記冷媒分配器の前記内管は、管延出方向を水平に保持され、前記内管の一端から液冷媒を含む冷媒が導入されるものである。
本発明に係る冷媒分配器、熱交換器及び空気調和装置によれば、外管が複数設けられ、複数の外管のうち隣り合う外管の間には間隔が形成され、内管が複数の外管に対して連続して１つ設けられる。このため、冷媒分配器が複数の熱交換器に冷媒を分配する際に、冷媒が内管と隣り合う外管のみを流動する。したがって、冷媒量が削減できる。また、隣り合う外管の間には間隔が形成され、内管が複数の外管に連続して１つ設けられるため、冷媒分配器が小型化されて高密度に熱交換器が実装できる。さらに、熱交換器が凝縮器として機能する際には、冷媒が冷媒分配器の内部での液冷媒の滞留による熱交換効率の低下が抑制できる。したがって、冷媒分配器の容積が小さく、熱交換効率が改善される。
本発明の実施の形態１に係る空気調和装置を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の室外機を示す側面図である。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器を示す側面模式図である。 本発明の実施の形態１に係る冷媒分配器の一例を図３のＡ−Ａ線の断面にて示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る冷媒分配器の別の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る冷媒分配器の別の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る熱交換器を示す側面模式図である。 本発明の実施の形態２に係る内管での冷媒の流動状態と分配特性の関係を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る熱交換器の別の一例を示す側面模式図である。 本発明の実施の形態２に係る熱交換器の別の一例を示す側面模式図である。 本発明の実施の形態２に係る熱交換器の別の一例を示す側面模式図である。 本発明の実施の形態３に係る熱交換器の一例を示す側面模式図である。 本発明の実施の形態３に係る熱交換器の一例を示す上面模式図である。 本発明の実施の形態３に係る熱交換器の別の一例を示す上面模式図である。 本発明の実施の形態４に係る熱交換器の一例を示す上面模式図である。 本発明の実施の形態５に係る熱交換器の一例を示す側面模式図である。 本発明の実施の形態６に係る熱交換器の一例を示す側面模式図である。 本発明の実施の形態７に係る熱交換器の一例を示す側面模式図である。 本発明の実施の形態７に係る熱交換器の別の一例を示す側面模式図である。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、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。また、断面図の図面においては、視認性に鑑みて適宜ハッチングを省略している。さらに、明細書全文に示す構成要素の形態は、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。
実施の形態１．
＜空気調和装置１００の構成＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置１００を示す冷媒回路図である。図１に示す空気調和装置１００は、室外機１０１と室内機１０２とをガス冷媒配管１０３及び液冷媒配管１０４によって接続されている。
室外機１０１は、圧縮機１０５、四方弁１０６、室外熱交換器１０７及び膨張弁１０８を有する。
圧縮機１０５は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。圧縮機１０５は、たとえばインバータ回路などにより、運転周波数を任意に変化させ、圧縮機１０５の単位時間あたりの冷媒を送り出す容量を変化させてもよい。
四方弁１０６は、たとえば冷房運転時と暖房運転時とによって冷媒の流れを切り換える弁である。
室外熱交換器１０７は、冷媒と室外の空気との熱交換を行う。室外熱交換器１０７は、冷房運転時に凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。室外熱交換器１０７は、暖房運転時に蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させて気化させる。
膨張弁１０８は、流量制御弁であり、冷媒を減圧して膨張させる。膨張弁１０８は、たとえば電子式膨張弁などで構成された場合には、図示しない制御装置などの指示に基づいて開度調整を行える。
室内機１０２は、室内熱交換器１０９を有する。室内熱交換器１０９は、たとえば空調対象の空気と冷媒との熱交換を行う。室内熱交換器１０９は、冷房運転時に蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させて気化させる。室内熱交換器１０９は、暖房運転時に凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。
以上のように空気調和装置１００を構成することにより、室外機１０１の四方弁１０６によって冷媒の流れを切り換え、冷房運転又は暖房運転が実現できる。
＜空気調和装置１００の室外機１０１の構成＞
図２は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置１００の室外機１０１を示す側面図である。図中の破線矢印は空気の流れを表している。
空気調和装置１００の室外機１０１は、室外熱交換器１０７を搭載している。空気調和装置１００の室外機１０１は、トップフロー型であり、室内機１０２との間で冷媒を循環させることにより、冷凍サイクル回路を構成している。なお、室外機１０１は、たとえばビル用マルチの室外機などに用いられ、ビルの屋上などに設置される。
図２に示すように、室外機１０１は、箱状に形成されたケーシング１０１ａを備える。室外機１０１には、ケーシング１０１ａの側面に開口した吸込口１０１ｂが形成されている。室外機１０１は、吸込口１０１ｂに沿うようにケーシング１０１ａ内に配置された室外熱交換器１０７を備える。室外機１０１には、ケーシング１０１ａの上面に開口した吹出口１０１ｃが形成されている。室外機１０１は、吹出口１０１ｃを覆うように通風可能に設けられたファンガード１０１ｄを備える。室外機１０１は、ファンガード１０１ｄの内部に配置され、吸込口１０１ｂから外気を吸い込み、吹出口１０１ｃから熱交換後の排気を排出するトップフロー型のファン９０を備える。
＜室外熱交換器１０７＞
図３は、本発明の実施の形態１に係る室外熱交換器１０７を示す側面模式図である。図中の黒矢印は蒸発器として機能する場合の冷媒の流れを表している。
空気調和装置１００の室外機１０１に搭載された室外熱交換器１０７は、ファン９０によって吸込口１０１ｂから吸い込まれた外気と冷媒とを熱交換する。室外熱交換器１０７は、ファン９０の下方に配置されている。
図３に示すように、室外熱交換器１０７は、間隔を空けて並んで設けられた複数のフィン２と、複数のフィン２を挟み込むように並んで設けられた複数の伝熱管１と、重力に対し水平方向に配置された冷媒分配器３０と、を備える。室外熱交換器１０７は、少なくとも２つ以上設けられている。
＜冷媒分配器３０＞
図３に示すように、冷媒分配器３０は、内管３１と外管３２ａ、３２ｂとを備える２重管構造である。外管３２ａ、３２ｂは、室外熱交換器１０７の数であるように少なくとも２つ以上設けられている。複数の外管３２ａ、３２ｂのうち隣り合う外管３２ａ、３２ｂの間には、間隔３６が形成されている。内管３１は、複数の外管３２ａ、３２ｂに対して連続して１つ設けられている。外管３２ａ、３２ｂには、外管３２ａ、３２ｂの延出方向に複数の伝熱管１が接続され、内管３１と外管３２ａ、３２ｂとの間に流入した冷媒を複数の伝熱管１に分配する。
すなわち、冷媒分配器３０は、上流側の外管３２ａと下流側の外管３２ｂとを分割して備える。一方、冷媒分配器３０は、内管３１を連続して１つのみ備える。内管３１は、管延出方向を水平に保持され、内管３１の一端から液冷媒を含む冷媒が流入する。内管３１は、室外熱交換器１０７が蒸発器として機能する場合の冷媒の流れの最下流端部にキャップ３５が設けられて封止されている。なお、内管３１は、室外熱交換器１０７が蒸発器として機能する場合の冷媒の流れの最上流端部に冷凍サイクル回路の冷媒配管６２が接続されている。
この構造では、冷媒分配性能に寄与しない室外熱交換器１０７の接続部分の外管容積が削減できる。そして、冷媒分配器３０を流動する冷媒量が削減できる。また、内管３１のみが連続して２つの外管３２ａ、３２ｂの間を接続しているので、内管３１のみが屈曲することにより、室外熱交換器１０７が容易に曲げられる。これにより、高密度に室外熱交換器１０７が実装できる。
内管３１には、複数の外管３２ａ、３２ｂそれぞれと内管３１とで２重管構造を構成する複数の２重管部３３ａ、３３ｂに、内管３１の延出方向に間隔を空けて並ぶ複数の孔としての冷媒流出孔３４が形成されている。このような内管３１に複数並んで設けられた冷媒流出孔３４を有することにより、室外熱交換器１０７が蒸発器として機能する場合に、気液二相冷媒が内管３１を流動し、冷媒流出孔３４を通過する。そして、内管３１と上流側の外管３２ａとで構成される空間、及び、内管３１と下流側の外管３２ｂとで構成される空間に、気液二相冷媒が攪拌された状態で流動する。このように冷媒流出孔３４に冷媒を通過させ、気液二相冷媒が攪拌されることにより、冷媒が均質流に近い流れとなる。これにより、冷媒分配性能が改善され、室外熱交換器１０７の性能が向上できる。加えて、室外熱交換器１０７が凝縮器として機能する場合には、冷媒液が冷媒分配器３０の内部に溜まり難いため、熱交換効率の低下が抑制できる。
＜冷媒分配器３０の断面詳細＞
図４は、本発明の実施の形態１に係る冷媒分配器３０の一例を図３のＡ−Ａ線の断面にて示す断面図である。図４に示す冷媒分配器３０は、外管３２ａ、３２ｂに矩形管を用い、内管３１に円管を用い、冷媒流出孔３４を下向きに設けた構成である。外管３２ａ、３２ｂに矩形管が用いられることにより、伝熱管１に扁平管が用いられた場合に冷媒分配器３０の列方向の寸法が小さくできる。
＜冷媒分配器３０の変形例１＞
図５は、本発明の実施の形態１に係る冷媒分配器３０の別の一例を示す断面図である。ここでは、上記実施の形態と同構成については説明を省略し、特徴部分のみを説明する。図５に示すように、室外熱交換器１０７を２列に配置する場合に、冷媒分配器３０あるいはヘッダー集合管４０、４１が段差なく配置できる。このため、室外熱交換器１０７の前面面積が増やせる。また、扁平管である伝熱管１の接続部分が直線になるため、ロウ付け代を均一にとれ、ロウ付け性が良い。
＜冷媒分配器３０の変形例２＞
図６は、本発明の実施の形態１に係る冷媒分配器３０の別の一例を示す断面図である。ここでは、上記実施の形態と同構成については説明を省略し、特徴部分のみを説明する。図６に示すように、冷媒分配器３０は、外管３２ａ、３２ｂと内管３１とに円管を用い、冷媒流出孔３４を下向きに形成している。外管３２ａ、３２ｂと内管３１とに円管が用いられることにより、冷媒分配器３０の耐圧性が優れる。また、外管３２ａ、３２ｂと内管３１との間の空間における管延出方向との直交方向断面にて放射状の径方向の間隔が均一である。これにより、攪拌された冷媒が均質のまま伝熱管１に分配できる。
なお、本実施の形態では、冷媒分配器３０の外管３２ａ、３２ｂの管形状及び内管３１の管形状について例を出して説明した。しかし、本発明はこれらの形状に限るものではない。また、本実施の形態では、冷媒分配器３０の内管３１の冷媒流出孔３４の向きは下向きについてのみ説明した。しかし、あくまで一例として示しているものであり、これに限るものではない。また、本実施の形態では、あくまで一例としてトップフロー室外機に搭載した場合について説明した。しかし、これに限るものではない。冷媒分配器３０を備える室外熱交換器１０７は、たとえば、ルームエアコンあるいはパッケージエアコンの室外機などのサイドフロー室外機又は室内機などの熱交換器として搭載しても良い。
＜実施の形態１の効果＞
実施の形態１によれば、冷媒分配器３０は、内管３１と外管３２ａ、３２ｂとを備える２重管構造である。外管３２ａ、３２ｂは、複数設けられている。複数の外管３２ａ、３２ｂのうち隣り合う外管３２ａ、３２ｂの間には、間隔３６が形成されている。内管３１は、複数の外管３２ａ、３２ｂに対して連続して１つ設けられている。外管３２ａ、３２ｂには、外管３２ａ、３２ｂの延出方向に複数の伝熱管１が接続され、内管３１と外管３２ａ、３２ｂとの間に流入した冷媒を複数の伝熱管１に分配する。
この構成によれば、冷媒分配器３０が複数の室外熱交換器１０７に冷媒を分配する際に、冷媒が内管３１と隣り合う外管３２ａ、３２ｂのみを流動する。したがって、冷媒量が削減できる。また、隣り合う外管３２ａ、３２ｂの間には間隔が形成され、内管３１が複数の外管３２ａ、３２ｂに連続して１つ設けられるため、冷媒分配器３０が小型化されて高密度に室外熱交換器１０７が実装できる。さらに、室外熱交換器１０７が凝縮器として機能する際には、冷媒が冷媒分配器３０の内部での液冷媒の滞留による熱交換効率の低下が抑制できる。したがって、冷媒分配器３０の容積が小さく、熱交換効率が改善される。
実施の形態１によれば、内管３１には、複数の外管３２ａ、３２ｂそれぞれと内管３１とで２重管構造を構成する複数の２重管部３３ａ、３３ｂに、内管３１の延出方向に間隔を空けて並ぶ複数の孔としての冷媒流出孔３４が形成されている。
この構成によれば、室外熱交換器１０７が蒸発器として機能する場合に、気液二相冷媒が内管３１を流動して冷媒流出孔３４を通過する。そして、内管３１と上流側の外管３２ａとの２重管部３３ａと、内管３１と下流側の外管３２ｂとの２重管部３３ｂと、のそれぞれの外管３２ａ、３２ｂの内部空間に気液二相冷媒が攪拌された状態で流動する。このように冷媒流出孔３４を冷媒が通過して攪拌されることにより、冷媒が均質流に近い流れとなり、冷媒分配性能が改善され、室外熱交換器１０７の性能が向上できる。
実施の形態１によれば、室外熱交換器１０７は、上記の冷媒分配器３０を備える。
この構成によれば、冷媒分配器３０を備える室外熱交換器１０７では、冷媒分配器３０の容積が小さく、熱交換効率が改善される。
実施の形態１によれば、空気調和装置１００は、上記の室外熱交換器１０７を備える。特に、冷媒分配器３０の内管３１が管延出方向を水平に設置され、内管３１の一端から液冷媒を含む冷媒が導入されると良い。この場合には、液冷媒が内管３１の他端まで容易に流動でき、冷媒分配が良好となる。
この構成によれば、室外熱交換器１０７を備える空気調和装置１００では、冷媒分配器３０の容積が小さく、熱交換効率が改善される。
実施の形態２．
＜室外熱交換器１０７＞
図７は、本発明の実施の形態２に係る室外熱交換器１０７を示す側面模式図である。ここでは、上記実施の形態と同構成については説明を省略し、特徴部分のみを説明する。図７に示すように、複数の室外熱交換器１０７に接続された冷媒分配器３０の複数の外管３２ａ、３２ｂは、複数の室外熱交換器１０７ごとに分割され、内管３１のみが複数の外管３２ａ、３２ｂに連続して接続されている。なお、複数の室外熱交換器１０７は、上部にて、ヘッダー集合管４０から冷媒配管６１に接続されている。
内管３１の管径は、複数の外管３２ａ、３２ｂそれぞれと内管３１とで２重管構造を構成する複数の２重管部３３ａ、３３ｂそれぞれに区分けして、異なっている。具体的には、室外熱交換器１０７が蒸発器として機能する場合の気液二相冷媒が冷媒配管６２から内管３１を流動する図示白矢印の上流側の２重管部３３ａの内管３１ａの管径は、下流側の２重管部３３ｂの内管３１ｂの管径よりも大きい。言い換えれば、下流側の２重管部３３ｂの内管３１ｂの管径は、上流側の２重管部３３ａの内管３１ａの管径よりも小さい。
この構造であると、内管３１ａの入口付近に対し、冷媒流量の小さくなる内管３１ｂの下流側において、環状流から分離流となり、冷媒流出孔３４を通過する冷媒分配性能の悪化が抑制できる。内管３１の管径の変更位置は、たとえば、修正Ｂａｋｅｒ線図などの一般的な冷媒の流動様式線図を基に決定し、内管３１の大部分が分離流とならないように内管３１の管径を変更する。
＜内管３１での冷媒の流動状態と分配特性の関係＞
図８は、本発明の実施の形態２に係る内管３１での冷媒の流動状態と分配特性の関係を示す図である。図８には、図８（Ａ）の内管３１を流れる冷媒が環状流の場合と、図８（Ｂ）の内管３１を流れる冷媒が分離流の場合と、の各冷媒流出孔３４を通過する液冷媒の流量比を表している。図８の関係は、発明者らの実験と計算とにより得られた結果である。図中の冷媒流出孔３４は、冷媒流入部に近い位置をＡとし、冷媒流入部から遠い位置をアルファベット順にＧとする。図中の破線は各冷媒流出孔３４の影響範囲を表し、ある時間において、破線内の冷媒が冷媒流出孔３４を通過し、分配される。図８（Ａ）の冷媒の流動様式が環状流である場合には、薄液膜５が内管３１の内側全体を覆うように形成され、薄液膜５の厚さが内管３１の管延出方向に対し、ほぼ同じになる。このため、ほぼ全ての冷媒流出孔３４で液冷媒が同じ量だけ分配される。
一方、図８（Ｂ）の冷媒の流動様式が分離流である場合には、環状流と比べて冷媒液膜６が厚い。また、重力の影響で下部に液冷媒が多く分布する。このため、冷媒流入部に近い位置ほど冷媒流出孔３４で液冷媒が多く分配され、冷媒分配性能が悪化し、熱交換効率の低下が引き起こされる。
＜変形例３＞
図９は、本発明の実施の形態２に係る室外熱交換器１０７の別の一例を示す側面模式図である。ここでは、上記実施の形態と同構成については説明を省略し、特徴部分のみを説明する。図９に示すように内管３１の管径は、内管３１の延出方向で区分けして、異なる。具体的には、室外熱交換器１０７が蒸発器として機能する場合の気液二相冷媒が内管３１を流動する図示黒矢印の上流側の２重管部３３ａ内の内管３１ａの管径は、内管３１ａの延出方向の途中にて、上流側を下流側よりも大径に形成されている。
このように、上流側の２重管部３３ａの中で、内管３１ａの管径が変化している。この構造では、流動様式に対応した内管３１の管径の変更が細かく行え、冷媒分配性能が改善できる。
＜変形例４＞
図１０は、本発明の実施の形態２に係る室外熱交換器１０７の別の一例を示す側面模式図である。ここでは、上記実施の形態と同構成については説明を省略し、特徴部分のみを説明する。図１０に示すように、外管３２ａ、３２ｂの管径は、内管３１の延出方向で区分けして、異なる。具体的には、室外熱交換器１０７が蒸発器として機能する場合の気液二相冷媒が内管３１を流動する図示矢印の上流側の２重管部３３ａの外管３２ａの管径は、下流側の２重管部３３ｂの外管３２ｂの管径よりも大きい。より具体的には、下流側の２重管部３３ｂの内管３１ｂ及び外管３２ｂのそれぞれの管径は、上流側の２重管部３３ａの内管３１ａ及び外管３２ａの管径よりも小さい。
この構造であると、冷媒分配性能の改善に加えて、冷媒分配器３０を流動する冷媒量がより少なくできる。また、室外熱交換器１０７が凝縮器として機能する際に、冷媒液が冷媒分配器３０の内部に溜まり難く、熱交換効率の低下が抑制できる。
＜変形例５＞
図１１は、本発明の実施の形態２に係る室外熱交換器１０７の別の一例を示す側面模式図である。ここでは、上記実施の形態と同構成については説明を省略し、特徴部分のみを説明する。図１１に示すように、下流側の２重管部３３ｂの外管３２ｂの中心は、下流側の２重管部３３ｂの内管３１ｂの中心に対して上部に偏心している。そして、上流側の２重管部３３ａの外管３２ａと下流側の２重管部３３ｂの外管３２ｂとの上面部の位置を一致させ、２つの外管３２ａ、３２ｂに差し込まれた扁平管である伝熱管１の差し込み長さが同じに形成されている。
この構造であると、扁平管である伝熱管１のロウ付け代が複数の２重管部３３ａ、３３ｂにおいてほぼ等しくでき、ロウ付け性が優れる。また、複数の室外熱交換器１０７において同じ長さの扁平管である伝熱管１が併設されれば良く、複数の種類の扁平管である伝熱管１を準備する必要がなく、製造性が優れる。さらに、室外熱交換器１０７が凝縮器として機能する際に、冷媒液が冷媒分配器３０の内部に溜まり難く、熱交換効率の低下が抑制できる。
＜実施の形態２の効果＞
実施の形態２によれば、内管３１の管径は、複数の外管３２ａ、３２ｂそれぞれと内管３１とで２重管構造を構成する複数の２重管部３３ａ、３３ｂそれぞれに区分けして、異なる。
この構成によれば、内管３１を流動する冷媒の流動様式に対応して内管３１の管径が変更でき、冷媒分配性能が改善できる。
実施の形態２によれば、内管３１の管径は、内管３１の延出方向で区分けして、異なる。
この構成によれば、内管３１を流動する冷媒の流動様式に対応して内管３１の管径が細かく変更でき、冷媒分配性能がより改善できる。
実施の形態２によれば、外管３２ａ、３２ｂの管径は、内管３１の延出方向で区分けして、異なる。
この構成によれば、冷媒分配性能の改善に加えて、冷媒分配器３０を流動する冷媒量がより少なくできる。また、室外熱交換器１０７が凝縮器として機能する際に、冷媒液が冷媒分配器３０の内部に溜まり難く、熱交換効率の低下が抑制できる。
実施の形態３．
＜室外熱交換器１０７＞
図１２は、本発明の実施の形態３に係る室外熱交換器１０７の一例を示す側面模式図である。ここでは、上記実施の形態と同構成については説明を省略し、特徴部分のみを説明する。図１２に示すように、複数の室外熱交換器１０７に接続された冷媒分配器３０の外管３２ａ、３２ｂのそれぞれは、複数の室外熱交換器１０７ごとに分割されている。
内管３１は、複数の外管３２ａ、３２ｂそれぞれと内管３１とで２重管構造を構成する複数の２重管部３３ａ、３３ｂのうち隣り合う２重管部３３ａ、３３ｂの間に、屈曲部３１ｃを有する。具体的には、隣り合う２重管部３３ａ、３３ｂの間の内管３１は、Ｌ字形状に接続されている。
隣り合う室外熱交換器１０７の間を内管３１のみがＬ字形状の屈曲部３１ｃに形成されて接続される。これにより、たとえば、Ｌ字形状の曲げ内管３１を用いて複数の室外熱交換器１０７を上面視にてＬ字型に配置する際に、曲げ配管の曲げ半径が小さくでき、室外熱交換器１０７の実装面積が増やせ、熱交換効率が向上できる。
＜室外熱交換器１０７の上面視＞
図１３は、本発明の実施の形態３に係る室外熱交換器１０７の一例を示す上面模式図である。なお、ここでは一例として、複数の室外熱交換器１０７が上面視にてＬ字型に配置されている場合の冷媒分配器３０が示されている。しかし、複数の室外熱交換器１０７が上面視にてＬ字型に配置される場合のみに限るものではない。
＜変形例６＞
図１４は、本発明の実施の形態３に係る室外熱交換器１０７の別の一例を示す上面模式図である。ここでは、上記実施の形態と同構成については説明を省略し、特徴部分のみを説明する。図１４に示すように、内管３１が鈍角に屈曲させて配置される場合でも同様の効果が得られる。また、下流側の２重管部３３ｂの内管３１ｂの管径が細径化される際には、細径化される内管３１ｂの管径の位置は、屈曲された接続配管である屈曲部３１ｃの下流側に限るものではない。しかし、Ｌ字形状などの屈曲部３１ｃに形成された内管３１の直後の位置は、冷媒の流れが乱れ易いため、この位置にて内管３１が細径化されると、冷媒流速が増加し、冷媒が環状流に遷移し易くなって良い。また、室外熱交換器１０７が凝縮器として機能する際に、冷媒液が冷媒分配器３０の内部に溜まり難く、熱交換効率の低下が抑制できる。
＜実施の形態３の効果＞
実施の形態３によれば、内管３１は、複数の外管３２ａ、３２ｂそれぞれと内管３１とで２重管構造を構成する複数の２重管部３３ａ、３３ｂのうち隣り合う２重管部３３ａ、３３ｂの間に、屈曲部３１ｃを有する。
この構成によれば、内管３１のみが屈曲部３１ｃを有して連続するので、曲げ配管の曲げ半径が小さくでき、室外熱交換器１０７の実装面積が増やせ、熱交換効率が向上できる。
実施の形態４．
＜室外熱交換器１０７＞
図１５は、本発明の実施の形態４に係る室外熱交換器１０７の一例を示す上面模式図である。ここでは、上記実施の形態と同構成については説明を省略し、特徴部分のみを説明する。図１５に示すように、複数の冷媒流出孔３４の孔径は、複数の外管３２ａ、３２ｂそれぞれと内管３１とで２重管構造を構成する複数の２重管部３３ａ、３３ｂそれぞれに区分けして、異なる。具体的には、室外熱交換器１０７が蒸発器として機能する場合の気液二相冷媒が内管３１を流動する上流側の２重管部３３ａ内の複数の冷媒流出孔３４の孔径は、下流側の２重管部３３ｂ内の複数の冷媒流出孔３４の孔径よりも小径に形成されている。より具体的には、内管３１のＬ字形状の屈曲部３１ｃによってのみ接続された複数の室外熱交換器１０７において、上流側の２重管部３３ａの複数の冷媒流出孔３４の孔径は、下流側の２重管部３３ｂの複数の冷媒流出孔３４の孔径よりも小さい。
この構造であると、Ｌ字形状などの屈曲部３１ｃの衝突部による流動抵抗により、上流側の２重管部３３ａに分配される冷媒が多くなることが抑制でき、冷媒分配性能の改善が図れる。
また、図１５では、上流側の２重管部３３ａと下流側の２重管部３３ｂとの内管３１の管径は、同じである。しかし、これに限るものではない。たとえば、下流側の２重管部３３ｂの内管３１ｂの管径は、上流側の２重管部３３ａの内管３１ａの管径に対して細径であると、なお良い。この場合には、内管３１の管径が変化する部分での縮小流動抵抗の影響が内管３１の管径の差によって低減できる。
＜実施の形態４の効果＞
実施の形態４によれば、複数の孔である冷媒流出孔３４の孔径は、複数の外管３２ａ、３２ｂそれぞれと内管３１とで２重管構造を構成する複数の２重管部３３ａ、３３ｂそれぞれに区分けして、異なる。
この構成によれば、隣り合う２重管部３３ａ、３３ｂの間の内管３１の屈曲部３１ｃなどでの衝突による冷媒の流動抵抗により、冷媒の上流側に対する過剰な分配が抑制でき、冷媒分配性能が改善できる。
実施の形態５．
＜室外熱交換器１０７＞
図１６は、本発明の実施の形態５に係る室外熱交換器１０７の一例を示す側面模式図である。ここでは、上記実施の形態と同構成については説明を省略し、特徴部分のみを説明する。図１６に示すように、複数の冷媒流出孔３４の位置は、複数の外管３２ａ、３２ｂそれぞれと内管３１とで２重管構造を構成する複数の２重管部３３ａ、３３ｂそれぞれに区分けして、異なる。具体的には、屈曲部３１ｃによってのみ接続された複数の室外熱交換器１０７において、上流側の２重管部３３ａの内管３１ａに設けられた複数の冷媒流出孔３４の位置は、下流側の２重管部３３ｂに設けられた複数の冷媒流出孔３４の位置よりも高い。
発明者らの実験と解析とによると、この構造では、冷媒流速が小さい条件において、液冷媒が冷媒分配器３０の下流まで十分に流動させられる。
＜実施の形態５の効果＞
実施の形態５によれば、複数の孔である冷媒流出孔３４の位置は、複数の外管３２ａ、３２ｂそれぞれと内管３１とで２重管構造を構成する複数の２重管部３３ａ、３３ｂそれぞれに区分けして、異なる。
この構成によれば、冷媒流速が小さい条件の場合に、液冷媒が冷媒分配器３０の下流まで十分に流動させられる。
実施の形態６．
＜室外熱交換器１０７＞
図１７は、本発明の実施の形態６に係る室外熱交換器１０７の一例を示す側面模式図である。ここでは、上記実施の形態と同構成については説明を省略し、特徴部分のみを説明する。図１７に示すように、複数の冷媒流出孔３４の孔径は、内管３１の延出方向で区分けして、異なる。複数の冷媒流出孔３４の高さ位置は、内管３１の延出方向で区分けして、異なる。複数の冷媒流出孔３４の形成される範囲は、内管３１の延出方向で区分けして、位置の低い冷媒流出孔３４が小さく、かつ、位置の高い冷媒流出孔３４が大きく形成される範囲を有する。また、複数の冷媒流出孔３４の形成される範囲は、位置の低い冷媒流出孔３４が大きく、かつ、位置の高い冷媒流出孔３４が小さく形成される範囲を有する。
具体的には、複数の室外熱交換器１０７が内管３１でのみ接続され、上流側の２重管部３３ａと下流側の２重管部３３ｂとの内管３１には、それぞれ高さ及び孔径の異なる少なくとも２種類の複数の冷媒流出孔３４が形成されている。より具体的には、上流側の２重管部３３ａの下位置の複数の冷媒流出孔３４の孔径は、下流側の２重管部３３ｂの下位置の複数の冷媒流出孔３４の孔径よりも小さい。一方、上流側の２重管部３３ａの上位置の複数の冷媒流出孔３４の孔径は、下流側の２重管部３３ｂの上位置の複数の冷媒流出孔３４の孔径よりも大きい。
この構造であると、冷媒流速が小さい条件においては、分離流に近い流れになる。このため、上流側の２重管部３３ａの下位置の複数の冷媒流出孔３４では、孔径が小さいことにより、液冷媒の多くの分配が抑制され、下流側の２重管部３３ｂに液冷媒が十分に流動させられる。また、冷媒流速が大きい条件においては、環状流に近い流れになる。このため、上流側の２重管部３３ａの上位置及び下位置の複数の冷媒流出孔３４と、下流側の２重管部３３ｂの上位置及び下位置の複数の冷媒流出孔３４にてそれぞれ液冷媒が分配でき、冷媒分配性能が改善できる。すなわち、幅広い運転条件範囲において冷媒分配性能が改善できる。
＜実施の形態６の効果＞
実施の形態６によれば、複数の孔である冷媒流出孔３４の孔径は、内管３１の延出方向で区分けして、異なる。
この構成によれば、幅広い運転条件範囲において冷媒流速に応じて冷媒分配性能が改善できる。
実施の形態６によれば、複数の孔である冷媒流出孔３４の高さ位置は、内管３１の延出方向で区分けして、異なる。
この構成によれば、幅広い運転条件範囲において冷媒流速に応じて冷媒分配性能が改善できる。
実施の形態６によれば、複数の孔である冷媒流出孔３４の形成される範囲は、内管３１の延出方向で区分けして、位置の低い冷媒流出孔３４が小さく、かつ、位置の高い冷媒流出孔３４が大きく形成される範囲と、位置の低い冷媒流出孔３４が大きく、かつ、位置の高い冷媒流出孔３４が小さく形成される範囲と、を有する。
この構成によれば、冷媒流速が小さい条件において冷媒の流動が分離流に近い流れになる。このため、上流の位置の低い冷媒流出孔３４の孔径が小さいことにより、液冷媒の上流側に対しての過剰な分配が抑制でき、下流側に液冷媒が十分に流動できる。また、冷媒流速が大きい条件において冷媒の流動が環状流に近い流れになる。このため、上流の位置の高い冷媒流出孔３４及び位置の低い冷媒流出孔３４と、下流の位置の高い冷媒流出孔３４及び位置の低い冷媒流出孔３４と、にて、それぞれ液冷媒が分配でき、冷媒分配性能が改善できる。すなわち、幅広い運転条件範囲において冷媒流速に応じて冷媒分配性能が改善できる。
実施の形態７．
＜室外熱交換器１０７＞
図１８は、本発明の実施の形態７に係る室外熱交換器１０７の一例を示す側面模式図である。ここでは、上記実施の形態と同構成については説明を省略し、特徴部分のみを説明する。図１８には、内管３１のＬ字形状の屈曲部３１ｃのみにて接続された複数の室外熱交換器１０７を２組用いて構成している。これにより、複数の室外熱交換器１０７は、ファン９０を囲い込むように４面に室外熱交換器１０７が配置されている。
この構成であると、内管３１のＬ字形状の屈曲部３１ｃのみにて複数の室外熱交換器１０７が接続されるので、複数の室外熱交換器１０７がファン９０の周りに高密度に配置でき、複数の室外熱交換器１０７の伝熱面積を増やせる。これにより、エネルギー効率の向上が図れる。また、下流側の室外熱交換器１０７において、内管３１の管径を細くすることにより、冷媒流速が増加でき、冷媒の流動様式が環状流に近づけられ、冷媒分配性能の向上も図れる。
＜変形例７＞
図１９は、本発明の実施の形態７に係る室外熱交換器１０７の別の一例を示す側面模式図である。ここでは、上記実施の形態と同構成については説明を省略し、特徴部分のみを説明する。図１８では、内管３１のＬ字形状の屈曲部３１ｃのみにて接続された複数の室外熱交換器１０７が２組用いられていた。しかし、これに限られない。図１９に示すように、内管３１のＬ字形状の屈曲部３１ｃのみにて接続された４つの室外熱交換器１０７が直列に接続されても良い。
この場合には、冷媒分配器３０の管延出方向の距離が長くなる。このため、冷媒分配器３０の上流側と下流側とで内管３１ａ、３１ｂを流れる冷媒流速の差が大きくなり、下流側の内管３１ｂ内では冷媒が分離流になり易い。それにより、下流側の内管３１ｂの管径を細くすることによる冷媒分配性能の向上効果が特に大きくなる。
なお、本発明の実施の形態１〜７を組み合わせてもよいし、他の部分に適用してもよい。
１ 伝熱管、２ フィン、５ 薄液膜、６ 冷媒液膜、３０ 冷媒分配器、３１、３１ａ、３１ｂ 内管、３１ｃ 屈曲部、３２ａ、３２ｂ 外管、３３ａ、３３ｂ ２重管部、３４ 冷媒流出孔、３５ キャップ、４０ ヘッダー集合管、４１ ヘッダー集合管、６１ 冷媒配管、６２ 冷媒配管、９０ ファン、１００ 空気調和装置、１０１ 室外機、１０１ａ ケーシング、１０１ｂ 吸込口、１０１ｃ 吹出口、１０１ｄ ファンガード、１０２ 室内機、１０３ ガス冷媒配管、１０４ 液冷媒配管、１０５ 圧縮機、１０６ 四方弁、１０７ 室外熱交換器、１０８ 膨張弁、１０９ 室内熱交換器。

Claims (13)

  1. 内管と外管とを備える２重管構造の冷媒分配器であって、
    前記外管は、複数設けられ、
    複数の前記外管のうち隣り合う前記外管の間には、間隔が形成され、
    前記内管は、複数の前記外管に対して連続して１つ設けられ、
    前記外管には、前記外管の延出方向に複数の伝熱管が接続され、前記内管と前記外管との間に流入した冷媒を複数の前記伝熱管に分配する冷媒分配器。
  2. 前記内管には、複数の前記外管それぞれと前記内管とで２重管構造を構成する複数の２重管部に、前記内管の延出方向に間隔を空けて並ぶ複数の孔が形成される請求項１に記載の冷媒分配器。
  3. 前記内管の管径は、複数の前記外管それぞれと前記内管とで２重管構造を構成する複数の２重管部それぞれに区分けして、異なる請求項１又は２に記載の冷媒分配器。
  4. 複数の前記孔の孔径は、複数の前記外管それぞれと前記内管とで２重管構造を構成する複数の２重管部それぞれに区分けして、異なる請求項２又は３に記載の冷媒分配器。
  5. 複数の前記孔の位置は、複数の前記外管それぞれと前記内管とで２重管構造を構成する複数の２重管部それぞれに区分けして、異なる請求項２〜４のいずれか１項に記載の冷媒分配器。
  6. 前記内管の管径は、前記内管の延出方向で区分けして、異なる請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷媒分配器。
  7. 前記外管の管径は、前記内管の延出方向で区分けして、異なる請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷媒分配器。
  8. 複数の前記孔の孔径は、前記内管の延出方向で区分けして、異なる請求項２〜７のいずれか１項に記載の冷媒分配器。
  9. 複数の前記孔の高さ位置は、前記内管の延出方向で区分けして、異なる請求項２〜８のいずれか１項に記載の冷媒分配器。
  10. 複数の前記孔の形成される範囲は、前記内管の延出方向で区分けして、位置の低い前記孔が小さく、かつ、位置の高い前記孔が大きく形成される範囲と、位置の低い前記孔が大きく、かつ、位置の高い前記孔が小さく形成される範囲と、を有する請求項２〜９のいずれか１項に記載の冷媒分配器。
  11. 前記内管は、複数の前記外管それぞれと前記内管とで２重管構造を構成する複数の２重管部のうち隣り合う前記２重管部の間に、屈曲部を有する請求項１〜１０のいずれか１項に記載の冷媒分配器。
  12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の冷媒分配器を備える熱交換器。
  13. 請求項１２に記載の熱交換器を備え、
    当該熱交換器の前記冷媒分配器の前記内管は、管延出方向を水平に保持され、前記内管の一端から液冷媒を含む冷媒が導入される空気調和装置。
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