JP6599010B2 - 分配器及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体を複数のユニットへ分配する分配器、及び、この分配器を備えた冷凍サイクル装置に関するものである。

室外機などのユニットと室内機などのユニットとを備えた冷凍サイクル装置が種々提案されている。このような冷凍サイクル装置は、空気調和装置又は給湯器などとして利用されている。空気調和装置においては、１台の室外機に対して複数台の室内機を接続し、室外機側から室内機側へ流体を分配して循環させるための分配器（ヘッダー）を備えたものが存在する。そのようなものとして、たとえば特許文献１に記載されているような温水暖房用ヘッダーが提案されている。

特許文献１に記載されている温水暖房用ヘッダーは、負荷機器（室内機）へ温水を供給する温水供給管（往き配管）が接続される温水供給管ヘッダーと、負荷機器で使用された温水を熱源機（貯湯槽）へ戻す温水戻し管（戻り配管）が接続される温水戻しヘッダーとを有している。

実開昭５７−１６７０８号公報

特許文献１に記載されている温水暖房用ヘッダーは、温水供給用ヘッダーと温水戻し用ヘッダーとを二重管構造とし、温水供給用ヘッダーにバイパス孔を形成し、互いをバイパスする回路構成となっている。

しかしながら、特許文献１の回路構成においては、温水供給用ヘッダーと温水戻し用ヘッダーとが二重管構造となっているので、特に熱源機側の往き戻り口から離れた位置にある負荷機器側の往き戻り口において流体がショートサイクルしてしまう可能性がある。
また、特許文献１の回路構成においては、熱源機側の往き戻り口から離れた位置にある負荷機器側の往き戻り回路の不使用時においても、負荷機器側へ流体が不用意に流入してしまう可能性がある。

さらに、特許文献１においては、バイパス孔の内径が往き口の径を同等以上である場合、熱源側でも流体がショートサイクルしてしまう可能性がある。
加えて、特許文献１においては、温水供給用ヘッダーと温水戻し用ヘッダーとが二重管構造となっているので、温水供給用ヘッダーとを流れる流体と温水戻し用ヘッダーを流れる流体とが熱交換してしまい、熱交換効率が低減してしまうことにもなる。

本発明は、上記のような課題を背景としてなされたものであり、流体のショートサイクルが発生しないようにした分配器、及び、この分配器を備えた冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本発明に係る分配器は、複数本の往き配管が接続されている往き側ヘッダーと、複数本の戻り配管が接続されている戻り側ヘッダーと、前記往き側ヘッダーと前記戻り側ヘッダーとを接続するバイパス管と、を有し、前記複数本の往き配管は、流体分配側に接続されている少なくとも２本の第１往き配管と、流体供給側に接続されている１本の第２往き配管と、を含み、前記複数本の戻り配管は、前記流体分配側に接続されている少なくとも２本の第１戻り配管と、前記流体供給側に接続されている１本の第２戻り配管と、を含み、少なくとも２本の前記第１往き配管のそれぞれ、又は、少なくとも２本の前記第１戻り配管のそれぞれにポンプを設け、前記第２戻り配管は、少なくとも２本の前記第１戻り配管から戻ってくる流体の流れ方向下流側であって、少なくとも２本の前記第１戻り配管の前記戻り側ヘッダーの接続位置とは前記戻り側ヘッダーの長手方向の反対側に接続され、前記往き側ヘッダーと前記戻り側ヘッダーとは、長手方向が平行となるように配置され、前記第２戻り配管は、少なくとも２本の前記第１戻り配管の前記戻り側ヘッダーの接続位置よりも前記往き側ヘッダーに近い位置で接続され、前記第２往き配管は、前記往き側ヘッダーの長さ方向において前記第１往き配管の接続位置の間に接続され、前記バイパス管の内径は、前記第１往き配管、前記第２往き配管、前記第１戻り配管、及び、前記第２戻り配管の内径よりも小さいものである。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、熱源機と、複数台の負荷側機と、前記熱源機と前記複数台の負荷側機との間に接続された上記の分配器と、備えたものである。

本発明に係る分配器によれば、第２戻り配管が少なくとも２本の第１戻り配管から戻ってくる流体の流れ方向下流側であって、少なくとも２本の第１戻り配管の戻り側ヘッダーの接続位置とは戻り側ヘッダーの長手方向の反対側に接続されているので、戻り側ヘッダーにおいて流体の流れが妨げられず、流体分配側の回路内で流体のショートサイクルが発生することがない。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、上記の分配器を用いているので、流体分配側の回路内での流体のショートサイクルが発生することがなく、流体のショートサイクルによって効率が低下することがない。

本発明の実施の形態１に係る分配器の構成例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の回路構成の一例を概略的に示す回路構成図である。

以下、図面を適宜参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図１を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。さらに、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る分配器ｅの構成例を示す斜視図である。図１に基づいて、分配器ｅについて説明する。
分配器ｅは、空気調和装置等の冷凍サイクル装置を構成している少なくとも１台の室外機と複数台の室内機との間に接続され、複数台の室内機のそれぞれへ流体を分配するものである。
なお、以下の説明において、熱源機である室外機側を流体供給側と称し、負荷機器である室内機側を流体分配側と称するものとする。

図１に示すように、分配器ｅは、流体を分配するための往き側ヘッダー１と、流体を合流するための戻り側ヘッダー２と、を有している。往き側ヘッダー１と、戻り側ヘッダー２とは、たとえば流体の流れ方向、つまり長手方向が平行となるように配置されている。また、往き側ヘッダー１と戻り側ヘッダー２とは、バイパス管３で接続されている。

バイパス管３は、往き側ヘッダー１の一方の端部側と戻り側ヘッダー２の一方の端部側とを接続している。つまり、バイパス管３は、往き側ヘッダー１と戻り側ヘッダー２とを紙面右側の端部側の側面で接続している。バイパス管３は、直線的に延び、往き側ヘッダー１及び戻り側ヘッダー２の対面している位置を接続している。バイパス管３は、内径が、往き側ヘッダー１に接続している往き配管、及び、戻り側ヘッダー２に接続している戻り配管の内径のいずれよりも小さく構成されている。こうすることにより、バイパス管３における流体の流れを往き配管における流体の流れよりも流れにくくできる。こうすることにより、流体供給側で流体がショートサイクルしたり、流体分配側で流体が逆流したり、することが低減できる。

往き側ヘッダー１には、複数本の往き配管が接続されている。複数本の往き配管のうち流体分配側に接続される少なくとも２本の往き配管を、第１往き配管１ａ−１、第１往き配管１ａ−２と称する。複数本の往き配管のうち流体供給側に接続される少なくとも１本の往き配管を、第２往き配管１ｂと称する。
第１往き配管１ａ−１と第１往き配管１ａ−２とは、往き側ヘッダー１に対して並列に配置されている。一方、第２往き配管１ｂは、第１往き配管１ａ−１及び第１往き配管１ａ−２と対向する側であって、第１往き配管１ａ−１の接続位置と第１往き配管１ａ−２の接続位置との間に接続されている。

なお、第２往き配管１ｂと、第１往き配管１ａ−１及び第１往き配管１ａ−２とが対向する側とは、第２往き配管１ｂの接続位置が、第１往き配管１ａ−１及び第１往き配管１ａ−２の接続位置と反対側に位置していることを意味している。
また、第１往き配管１ａ−１には、流体を循環させるポンプ５ａが設置されている。同様に、第１往き配管１ａ−２には、流体を循環させるポンプ５ｂが設置されている。

戻り側ヘッダー２には、複数本の戻り配管が接続されている。複数本の戻り配管のうち流体分配側に接続される少なくとも２本の戻り配管を、第１戻り配管２ａ−１、第１戻り配管２ａ−２と称する。複数本の戻り配管のうち流体供給側に接続される少なくとも１本の戻り配管を、第２戻り配管２ｂと称する。
第１戻り配管２ａ−１と第１戻り配管２ａ−２とは、戻り側ヘッダー２に対して並列に配置されている。一方、第２戻り配管２ｂは、第１戻り配管２ａ−１及び第１戻り配管２ａ−２と対向する側であって、第１戻り配管２ａ−２と最も離れた位置に接続されている。

なお、第２戻り配管２ｂと、第１戻り配管２ａ−１及び第１戻り配管２ａ−２とが対向する側とは、第２戻り配管２ｂの接続位置が、第１戻り配管２ａ−１及び第１戻り配管２ａ−２の接続位置と反対側に位置していることを意味している。
また、ポンプ５ａを第１往き配管１ａ−１ではなく、第１戻り配管２ａ−１に設置してもよく、ポンプ５ｂを第１往き配管１ａ−２ではなく、第１戻り配管２ａ−２に設置してもよい。

ここでは、分配器ｅが流体を２分岐する場合を例に示しているが、流体の分岐数を特に限定するものではない。流体を３分岐以上にする場合であっても、第２戻り配管２ｂを、他の戻り配管の接続位置よりも往き側ヘッダー１に最も近接した位置、つまり第１戻り配管から戻ってくる流体の流れ方向下流側であって、第１戻り配管の戻り側ヘッダー２の接続位置とは戻り側ヘッダー２の長手方向の反対側に接続すればよい。こうすることで、戻り側ヘッダー２における流体の流れが妨げられないことになる。

以上のように、分配器ｅによれば、流体供給側に接続される戻り配管（第２戻り配管２ｂ）の戻り側ヘッダー２での接続位置が、流体分配側に接続される戻り配管（第１戻り配管２ａ−１、第１戻り配管２ａ−２）の戻り側ヘッダー２での接続位置よりも往き側ヘッダー１に近いので、戻り側ヘッダー２において流体の流れが妨げられず、流体分配側の回路内で流体のショートサイクルが発生することがない。

また、分配器ｅを以上のような構成とすることで、往き側ヘッダー１及び戻り側ヘッダー２の間の距離を短くすることができ、分配器ｅの小型化に寄与することになる。また、分配器ｅを以上のような構成とすることで、逆止弁などの部品が不要となり、シンプルな回路構成が実現できる。そのため、分配器ｅによれば、省スペースでの設置が可能になる。

実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１００の回路構成の一例を概略的に示す回路構成図である。図２に基づいて、冷凍サイクル装置１００について説明する。なお、実施の形態２では、冷凍サイクル装置１００の一例として空気調和装置を例に説明するものとする。また、図２では、冷媒又は水などの流体の流れを矢印で示している。以下の説明において、熱源機ｃから分配器ｅに供給される冷媒又は水などの流体をまとめて流体と称するものとする。

＜冷凍サイクル装置１００の構成＞
冷凍サイクル装置１００は、上述した実施の形態１に係る分配器ｅを構成の１つとして備えている。具体的には、図１に示すように、冷凍サイクル装置１００は、１台の熱源機ｃと、複数台の負荷側機Ａ（負荷側機ａ及び負荷側機ｂ）と、分配器ｅと、を有している。図１では、熱源機ｃが１台の場合を例に示しているが、熱源機ｃの台数を特に限定するものではなく、複数台の熱源機ｃを分配器ｅに対して直列又は並列に設けるようにしてもよい。また、図１では、負荷側機Ａとして負荷側機ａ及び負荷側機ｂの２台が接続されている場合を例に示しているが、３台以上の負荷側機を分配器ｅに対して並列に接続してもよい。

（熱源機ｃ）
熱源機ｃは、冷凍サイクル装置１００の用途に応じ、たとえば室外機、室外ユニットとして利用され、流体を介して負荷側機Ａに熱源を供給するものである。この熱源機ｃが、実施の形態１で説明した流体供給側である。
熱源機ｃには、図示してはいないが、圧縮機、絞り装置、熱源側熱交換器、及び、送風機等が収容されている。

これらの要素が、負荷側機Ａに収容されている負荷側熱交換器と配管接続される場合、これらの要素と負荷側熱交換器とにより冷媒回路が形成される。この場合、熱源が流体である冷媒に蓄えられて熱源機ｃから負荷側機Ａに供給されることになる。
あるいは、熱源機ｃに、熱源側熱交換器の他に別の熱交換器を設け、熱源を間接的に負荷側機Ａに供給するようにしてもよい。この場合、熱源が流体である水などに蓄えられて負荷側機Ａに供給されることになる。つまり、熱源機ｃで冷媒に蓄えられた熱源を、別の熱交換器を介して水等の他の流体に伝達し、この流体を負荷側機Ａに供給するようにしてもよい。

なお、熱源側熱交換器の態様によっては、送風機ではなく、水又は不凍液を循環させるポンプが熱媒体搬送装置として熱源機ｃに収容される。

（負荷側機Ａ）
負荷側機Ａは、冷凍サイクル装置１００の用途に応じ、たとえば室内機、室内ユニット、あるいは、給湯ユニットとして利用され、流体を介して熱源機ｃから供給された熱源によって負荷側対象である空気又は水などを加温又は冷却するものである。この負荷側機Ａが、実施の形態１で説明した流体分配側である。

負荷側機Ａには、負荷側熱交換器、及び、送風機等が収容されている。
なお、負荷側熱交換器の態様によっては、送風機ではなく、水又は不凍液を循環させるポンプが熱媒体搬送装置として負荷側機Ａに収容される。
また、負荷側機ａに収容されている負荷側熱交換器を負荷側熱交換器ａ１、負荷側機ｂに収容されている負荷側熱交換器を負荷側熱交換器ｂ１と称するものとする。
さらに、負荷側機ａと負荷側機ｂを区別する必要がない場合には、負荷側機Ａと称して説明するものとする。

（分配器ｅ）
分配器ｅは、熱源機ｃと負荷側機Ａとの間に接続され、熱源機ｃから供給された流体を負荷側機Ａのそれぞれに分配循環させるものである。
分配器ｅの構成は、実施の形態１で説明した通りである。

＜冷凍サイクル装置１００の動作＞
まず、負荷側機ａ及び負荷側機ｂの双方が使用されている時の冷凍サイクル装置１００の動作について説明する。
この場合、熱源機ｃから供給される流体は、第２往き配管１ｂを通り、分配器ｅの往き側ヘッダー１に流入する。往き側ヘッダー１に流入した流体は、第１往き配管１ａ−１を流れる流体と、第１往き配管１ａ−２を流れる流体とに分配される。

第１往き配管１ａ−１を流れる流体は、負荷側機ａの負荷側熱交換器ａ１に流入し、負荷側熱交換器ａ１において負荷側対象である空気又は水などの熱媒体を熱交換により加温又は冷却する。
第１往き配管１ａ−２を流れる流体は、負荷側機ｂの負荷側熱交換器ｂ１に流入し、負荷側熱交換器ｂ１において負荷側対象である空気又は水などの熱媒体を熱交換により加温又は冷却する。

負荷側熱交換器ａ１及び負荷側熱交換器ｂ１で熱媒体と熱交換した流体は、負荷側機ａ及び負荷側機ｂから流出する。
負荷側機ａから流出した流体は、第１戻り配管２ａ−１を通り、分配器ｅの戻り側ヘッダー２に流入する。
負荷側機ｂから流出した流体は、第１戻り配管２ａ−２を通り、分配器ｅの戻り側ヘッダー２に流入する。
戻り側ヘッダー２に流入した流体は、合流され、第２戻り配管２ｂを通って熱源機ｃに戻される。

負荷側機ａが使用されている時は、負荷側機ａから戻る流体は、第１戻り配管２ａ−１を流れて戻り側ヘッダー２に流入する。戻り側ヘッダー２に流入した流体は、第１戻り配管２ａ−１の直後、つまり第１戻り配管２ａ−１と反対側に位置している第２戻り配管２ｂに導かれる。そして、熱源機ｃへと戻されることになる。つまり、分配器ｅによれば、第１戻り配管２ａ−１を介して戻り側ヘッダー２に流入した流体が第２戻り配管２ｂを介して熱源機ｃに戻ることになるため、戻り側ヘッダー２において流体が円滑に流れ、負荷側機ａの回路において流体がショートサイクルしない。

また、負荷側機ｂが使用されている時も同様に、負荷側機ｂから戻る流体は、第１戻り配管２ａ−２を流れて戻り側ヘッダー２に流入する。戻り側ヘッダー２に流入した流体は、第１戻り配管２ａ−２と反対側に位置している第２戻り配管２ｂに導かれる。そして、熱源機ｃへと戻されることになる。つまり、分配器ｅによれば、第１戻り配管２ａ−２を介して戻り側ヘッダー２に流入した流体も第２戻り配管２ｂを介して熱源機ｃに戻ることになるため、戻り側ヘッダー２において流体が円滑に流れ、負荷側機ａの回路において流体がショートサイクルしない。

負荷側機ａ及び負荷側機ｂの双方が使用されている場合、負荷側機ａ及び負荷側機ｂから戻る流体は、第１戻り配管２ａ−１及び第１戻り配管２ａ−２をそれぞれ流れて戻り側ヘッダー２に流入する。戻り側ヘッダー２に流入した流体は、合流され、第１戻り配管２ａ−１及び第１戻り配管２ａ−２と反対側に位置している第２戻り配管２ｂに導かれる。そして、熱源機ｃへと戻されることになる。したがって、分配器ｅによれば、戻り側ヘッダー２で合流した流体が第２戻り配管２ｂを介して円滑に熱源機ｃに戻ることになるため、戻り側ヘッダー２において流体が妨げられず、負荷側機ａの回路において流体がショートサイクルしない。

次に、負荷側機ａ、負荷側機ｂのどちらか一方のみが使用されている時の冷凍サイクル装置１００の動作について説明する。ここでは、負荷側機ａが使用され、負荷側機ｂが使用されていない場合を例に挙げて説明する。

この場合、熱源機ｃから供給される流体は、第２往き配管１ｂを通り、分配器ｅの往き側ヘッダー１に流入する。往き側ヘッダー１に流入した流体は、第１往き配管１ａ−１に導かれる。つまり、この場合、ポンプ５ａのみが駆動され、ポンプ５ｂが停止されている。そのため、往き側ヘッダー１に流入した流体は、第１往き配管１ａ−１のみに導かれることになる。

第１往き配管１ａ−１を流れる流体は、負荷側機ａの負荷側熱交換器ａ１に流入し、負荷側熱交換器ａ１において負荷側対象である空気又は水などの熱媒体を熱交換により加温又は冷却する。
負荷側熱交換器ａ１で熱媒体と熱交換した流体は、負荷側機ａから流出する。
負荷側機ａから流出した流体は、第１戻り配管２ａ−１を通り、分配器ｅの戻り側ヘッダー２に流入する。
戻り側ヘッダー２に流入した流体は、第２戻り配管２ｂを通って熱源機ｃに戻される。

負荷側機ａ、負荷側機ｂのどちらか一方のみの使用時においては、熱源機ｃ側からみた場合、第２戻り配管２ｂの接続位置が第１戻り配管２ａ−１及び第１戻り配管２ａ−２の接続位置よりも往き側ヘッダー１に近い位置となるため、使用しない負荷側機への流体の逆流を防ぐことができる。

ここで、使用頻度が高く回路の開閉が頻繁に繰り返されるような負荷側機が存在する場合を想定する。ここでは、負荷側機ｂが、使用頻度が高く回路の開閉が頻繁に繰り返される負荷側機である場合を例として説明する。なお、負荷側機Ａの使用頻度の多少については、冷凍サイクル装置１００の据え付け時に設定される。また、使用頻度が高いとは、接続されている負荷側機のそれぞれ用途に応じて使用頻度が高くなることが予め想定されているものであることを意味している。負荷側機の用途とは、居室の空調、倉庫の空調、共有空間の空調、床暖房、給湯などを含む。

負荷側機ｂと戻り側ヘッダー２とを接続している第１戻り配管２ａ−２は、戻り側ヘッダー２において第２戻り配管２ｂから最も離れた位置に接続されている。このような構成とすることで、負荷側機ｂの使用頻度が高く、回路の開閉が頻繁に繰り返されるような場合であっても、戻り側ヘッダー２において流体の流れが妨げられず、負荷側機ｂ内で流体がショートサイクルすることがなく、また熱源機ｃ側からの流体の逆流も発生することがない。

以上のように、冷凍サイクル装置１００によれば、分配器ｅを構成として備えているので、逆止弁等の部品が不要なシンプルな配管構成で、負荷側機側の回路内でショートサイクルを発生させないようにできる。
また、冷凍サイクル装置１００によれば、バイパス管３の内径が、往き側ヘッダー１及び戻り側ヘッダー２の内径よりも小さく構成しているので、負荷側機側の回路で流体のショートサイクルを発生させないようにできる。
さらに、冷凍サイクル装置１００によれば、第２戻り配管２ｂを熱源機ｃ側に最も近い位置に接続しているので、負荷側機の全部が使用されていない運転時においても負荷側機側の回路への流体の逆流が発生しない。

１ 往き側ヘッダー、１ａ−１ 第１往き配管、１ａ−２ 第１往き配管、１ｂ 第２往き配管、２ 戻り側ヘッダー、２ａ−１ 第１戻り配管、２ａ−２ 第１戻り配管、２ｂ 第２戻り配管、３ バイパス管、５ａ ポンプ、５ｂ ポンプ、１００ 冷凍サイクル装置、Ａ 負荷側機、ａ 負荷側機、ａ１ 負荷側熱交換器、ｂ 負荷側機、ｂ１ 負荷側熱交換器、ｃ 熱源機、ｅ 分配器。

Claims (5)

1. 複数本の往き配管が接続されている往き側ヘッダーと、
   複数本の戻り配管が接続されている戻り側ヘッダーと、
   前記往き側ヘッダーと前記戻り側ヘッダーとを接続するバイパス管と、を有し、
   前記複数本の往き配管は、
   流体分配側に接続されている少なくとも２本の第１往き配管と、
   流体供給側に接続されている１本の第２往き配管と、を含み、
   前記複数本の戻り配管は、
   前記流体分配側に接続されている少なくとも２本の第１戻り配管と、
   前記流体供給側に接続されている１本の第２戻り配管と、を含み、
   少なくとも２本の前記第１往き配管のそれぞれ、又は、少なくとも２本の前記第１戻り配管のそれぞれにポンプを設け、
   前記第２戻り配管は、
   少なくとも２本の前記第１戻り配管から戻ってくる流体の流れ方向下流側であって、少なくとも２本の前記第１戻り配管の前記戻り側ヘッダーの接続位置とは前記戻り側ヘッダーの長手方向の反対側に接続され、
   前記往き側ヘッダーと前記戻り側ヘッダーとは、
   長手方向が平行となるように配置され、
   前記第２戻り配管は、
   少なくとも２本の前記第１戻り配管の前記戻り側ヘッダーの接続位置よりも前記往き側ヘッダーに近い位置で接続され、
   前記第２往き配管は、
   前記往き側ヘッダーの長さ方向において前記第１往き配管の接続位置の間に接続され、
   前記バイパス管の内径は、
   前記第１往き配管、前記第２往き配管、前記第１戻り配管、及び、前記第２戻り配管の内径よりも小さい
   分配器。
2. 前記第１往き配管は、
   前記往き側ヘッダーに対して並列に、かつ、前記第２往き配管の前記往き側ヘッダーの接続位置と反対側に接続される
   請求項１に記載の分配器。
3. 前記第１戻り配管は、
   前記戻り側ヘッダーに対して並列に、かつ、前記第２戻り配管の前記戻り側ヘッダーの接続位置と反対側に接続される
   請求項１または２に記載の分配器。
4. 熱源機と、複数台の負荷側機と、前記熱源機と前記複数台の負荷側機との間に接続された請求項１〜３のいずれか一項に記載の分配器と、を備えた
   冷凍サイクル装置。
5. 前記複数台の負荷側機のうち予め使用頻度が高いものとして設定された負荷側機に接続される前記第１戻り配管は、
   その他の前記第１戻り配管よりも前記第２戻り配管から最も離れた位置で前記戻り側ヘッダーに接続されている
   請求項４に記載の冷凍サイクル装置。

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