JP7244293B2 - 分配管ユニット、プレート式熱交換器および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、分配管ユニット、プレート式熱交換器および冷凍サイクル装置に関する。

冷凍サイクル装置の蒸発器として、プレート式熱交換器が利用されている。プレート式熱交換器は、プレート式熱交換器の内部に冷媒を分配する分配管ユニットを有する。冷凍サイクル装置は、様々な運転状態（負荷率）で運転される。様々な状況において高い性能を発揮することができる分配管ユニット、プレート式熱交換器および冷凍サイクル装置が求められる。

特許第５９４６９９１号公報 特許第５６６５９８３号公報

本発明が解決しようとする課題は、様々な状況において高い性能を発揮することができる分配管ユニット、プレート式熱交換器および冷凍サイクル装置を提供することである。

実施形態の冷凍サイクル装置は、圧縮機と、凝縮器として機能することが可能な第１熱交換器と、膨張装置と、プレート式熱交換器を有し蒸発器として機能することが可能な第２熱交換器とを、順に連通する冷媒配管を有する。
前記プレート式熱交換器は、複数のプレートを積層して形成され、前記複数のプレートの積層方向に沿って交互に配置される第１流路および第２流路を有し、前記第１流路は隣り合うプレート間に第１流体である冷媒を流通させ、前記第２流路は隣り合うプレート間に第２流体を流通させる熱交換器本体と、管状に形成され、前記第１流路に連通する貫通孔を管壁に有する分配管ユニットと、を有する。
前記分配管ユニットは、固定部と、移動部と、圧力室と、を有し、前記固定部は、前記熱交換器本体に固定され、前記貫通孔の一部を形成する固定孔を有し、前記移動部は、前記固定部に対して第１方向に移動可能に形成され、前記貫通孔の一部を形成する移動孔を有し、前記圧力室は、前記移動部により形成される前記第１方向の側壁と、前記冷媒配管と前記圧力室とを連通する圧力配管と、前記圧力配管に設けられた開閉弁と、を有する。前記貫通孔の開口面積は、前記移動部の移動に伴って変化する。

第１の実施形態の冷凍サイクル装置の回路図。 第１の実施形態のプレート式熱交換器の斜視図。 プレート式熱交換器の分解斜視図。 プレート式熱交換器の側面断面の概略図。 第１の実施形態の分配管ユニットの側面断面図。 貫通孔の拡大図。 分配管ユニットの動作の第１説明図。 分配管ユニットの動作の第２説明図。 圧縮機の負荷率と圧力損失との関係を示すグラフ。 圧縮機の負荷率と蒸発温度との関係を示すグラフ。 第１の実施形態の第１変形例の冷凍サイクル装置の回路図。 第１の実施形態の第２変形例のプレート式熱交換器における分配管ユニットの側面断面図。 第１の実施形態の第３変形例のプレート式熱交換器における分配管ユニットの側面断面図。 第１の実施形態の第４変形例のプレート式熱交換器における分配管ユニットの底面図。 第２の実施形態のプレート式熱交換器における分配管ユニットの底面図。 分配管ユニットの正面断面図。

以下、実施形態の分配管ユニット、プレート式熱交換器および冷凍サイクル装置を、図面を参照して説明する。
本願において、直交座標系のＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向が以下のように定義される（図２参照）。Ｘ方向は、プレート式熱交換器１０における複数のプレート１４の積層方向である。＋Ｘ方向は、プレート式熱交換器１０の第１冷媒入出口１１または第２冷媒入出口１２に対する冷媒の流入方向である。Ｚ方向は、プレート式熱交換器１０の第１冷媒入出口１１と第２冷媒入出口１２とが並ぶ方向である。＋Ｚ方向は、第１冷媒入出口１１から第２冷媒入出口１２に向かう方向である。例えば、Ｚ方向は鉛直方向であり、＋Ｚ方向は上方向である。Ｙ方向は、Ｘ方向およびＺ方向に直交する方向である。Ｙ方向は、プレート式熱交換器１０の第１冷媒入出口１１と第２水入出口９２とが並ぶ方向である。＋Ｙ方向は、第１冷媒入出口１１から第２水入出口９２に向かう方向である。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の冷凍サイクル装置の回路図である。冷凍サイクル装置１は、主に圧縮機２と、四方弁３と、第１熱交換器４と、膨張装置５と、第２熱交換器６と、これらに対して順に接続される冷媒配管８と、を有する。冷媒配管８には、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２、二酸化炭素（ＣＯ_２）等の冷媒（第１流体）が流通する。冷媒は、相変化しながら冷凍サイクル装置１を循環する。

四方弁３は、冷媒配管８における冷媒の流通方向を逆転させる。四方弁３が図１の状態にあるとき、冷媒は、圧縮機２、第１熱交換器４、膨張装置５、第２熱交換器６の順に流通する。このとき、第２熱交換器６は吸熱器（例えば蒸発器）として機能する。以下には、第２熱交換器６が蒸発器として機能する場合が説明される。この場合における冷媒の流通方向に基づいて、冷媒の流通方向の上流側および下流側が定義される。

圧縮機２は、例えばロータリ式の圧縮機である。圧縮機２は、内部に取り込まれる低圧の気体冷媒を圧縮して高温・高圧の気体冷媒にする。圧縮機２の上流側には、アキュムレータ（気液分離器）２ａが配置される。

第１熱交換器４は、放熱器（例えば凝縮器）として機能する。第１熱交換器４は、圧縮機２から吐出される高温・高圧の気体冷媒から放熱して、高温・高圧の気体冷媒を高圧の液体冷媒にする。第１熱交換器４に隣接して、第１熱交換器４に送風するファン４ａが設置される。
膨張装置５は、第１熱交換器４から送り込まれる高圧の液体冷媒の圧力を下げ、高圧の液体冷媒を低温・低圧の気液二相冷媒にする。

第２熱交換器６は、吸熱器（例えば蒸発器）として機能する。第２熱交換器６は、膨張装置５から送り込まれる気液二相冷媒を低圧の気体冷媒にする。第２熱交換器６において、低圧の気液二相冷媒が気化する際に周囲から気化熱を奪うことで周囲が冷却される。第２熱交換器６を通過した低圧の気体冷媒は、アキュムレータ２ａを介して、上述した圧縮機２の内部に取り込まれる。

第２熱交換器６を流通する冷媒は、被冷却流体（第２流体）を冷却する。例えば、被冷却流体は水である。第２熱交換器６の内部には、冷媒流路（第１流路）１５に加えて、水流路（第２流路）９５が形成される。冷媒流路１５は冷媒配管８に接続され、水流路９５は水配管９０に接続される。水配管９０には、水を循環させるポンプ９８が設けられる。これにより、冷凍サイクル装置１は、チラー（冷却水循環装置）として機能する。なお、被冷却流体は水以外の流体でもよい。
第２熱交換器６は、プレート式熱交換器１０である。

プレート式熱交換器１０について詳細に説明する。
図２は、第１の実施形態のプレート式熱交換器の斜視図である。図３は、プレート式熱交換器の分解斜視図である。なお図３では、分配管ユニット２０の図示が省略されている。図４は、図２のＡ－Ａ線におけるプレート式熱交換器１０の側面断面図である。図２に示されるように、プレート式熱交換器１０は、熱交換器本体１０ａと、分配管ユニット２０と、を有する。

熱交換器本体１０ａは、複数のプレート１４を有する。
プレート１４は、ＹＺ平面と平行に配置される。プレート１４は、Ｚ方向を長手方向としＹ方向を短手方向とする長方形状に形成される。プレート１４は、四隅に円形状の孔を有する。－Ｙ方向および－Ｚ方向の孔は、第１冷媒入出口１１である。－Ｙ方向および＋Ｚ方向の孔は、第２冷媒入出口１２である。＋Ｙ方向および＋Ｚ方向の孔は、第１水入出口９１である。＋Ｙ方向および－Ｚ方向の孔は、第２水入出口９２である。プレート式熱交換器１０が蒸発器として機能するとき、第１冷媒入出口１１が冷媒の流入口であり、第２冷媒入出口１２が冷媒の流出口である。また、第１水入出口９１が水の流入口であり、第２水入出口９２が水の流出口である。なお、第２水入出口９２が水の流入口であり、第１水入出口９１が水の流出口であってもよい。

熱交換器本体１０ａは、複数のプレート１４をＸ方向に積層して形成される。積層された複数のプレート１４の周縁部は、ろう付け等により接合される。冷媒入出口１１，１２および水入出口９１，９２は、Ｘ方向に連続する。冷媒入出口１１，１２および水入出口９１，９２の－Ｘ方向の端部は開口し、冷媒配管に接続される。図３に示されるように、冷媒入出口１１，１２および水入出口９１，９２の＋Ｘ方向の端部は、端部プレート１４ｚにより閉塞される。

－Ｘ方向の端部から＋Ｘ方向にかけて、第１プレート１４ａ，第２プレート１４ｂ，第３プレート１４ｃが順に積層される。図４に示されるように、第１プレート１４ａと第２プレート１４ｂとの間において、冷媒入出口１１，１２の周縁部が閉塞される。これにより、冷媒入出口１１，１２を流通する冷媒Ｒは、第１プレート１４ａと第２プレート１４ｂとの間を流通しない。逆に、第１プレート１４ａと第２プレート１４ｂとの間において、水入出口９１，９２の周縁部には開口が形成される。これにより、図３に示されるように、第１プレート１４ａと第２プレート１４ｂとの間に水流路９５が形成される。

一方、第２プレート１４ｂと第３プレート１４ｃとの間において、水入出口９１，９２の周縁部は閉塞される。これにより、水入出口９１，９２を流通する水Ｗは、第２プレート１４ｂと第３プレート１４ｃとの間を流通しない。逆に、図４に示されるように、第２プレート１４ｂと第３プレート１４ｃとの間において、冷媒入出口１１，１２の周縁部には開口が形成される。これにより、第２プレート１４ｂと第３プレート１４ｃとの間に冷媒流路１５が形成される。

図３および図４に示されるように、Ｘ方向に沿って冷媒流路１５および水流路９５が交互に配置される。冷媒流路１５は、隣り合うプレート１４の間に冷媒を流通させる。水流路９５は、隣り合うプレート１４の間に水を流通させる。冷媒流路１５を流通する冷媒と水流路９５を流通する水とは、両者間に配置されるプレート１４を介して熱交換する。図３に示されるように、プレート１４には、ヘリンボーン型（Ｖ字型）の凹凸パターン１７，１８がＺ方向に連続して形成される。隣り合うプレート１４のＶ字パターン１７，１８は、相互に逆向きに形成される。凹凸パターン１７，１８により、プレート１４の表面積が大きくなり、熱交換効率が向上する。

冷媒は、冷媒流路１５を－Ｚ方向から＋Ｚ方向に流通する。重力に逆らって冷媒を流通させることにより、冷媒流路１５における冷媒の流速が抑制されるので、熱交換効率が向上する。一方で水は、水流路９５を＋Ｚ方向から－Ｚ方向に流通する。すなわち、冷媒と水とは相互に逆方向に流通する（カウンターフロー）。これにより、冷媒と水とが温度差を有しながら流通するので、熱交換の機会が多くなって熱交換効率が向上する。

分配管ユニット２０について詳細に説明する。
図４に示されるように、分配管ユニット２０は円管状に形成される。分配管ユニット２０は、その中心軸が、Ｘ方向に沿うように配置される。分配管ユニット２０は、頭部２０ａと、胴部２０ｂと、を有する。

頭部２０ａは、分配管ユニット２０の－Ｘ方向の端部に配置される。頭部２０ａの外径は、第１冷媒入出口１１の内径より大きい。頭部２０ａは、熱交換器本体１０ａの－Ｘ方向に配置される。頭部２０ａは、溶接等により熱交換器本体１０ａに固定される。頭部２０ａは、第１冷媒入出口１１の－Ｘ方向の端部を閉塞する。頭部２０ａの－Ｘ方向の端部には、冷媒配管が接続される。

胴部２０ｂは、頭部２０ａの＋Ｘ方向に配置される。胴部２０ｂの外径は、第１冷媒入出口１１の内径より小さく、Ｘ方向に沿って一定である。胴部２０ｂは、第１冷媒入出口１１の内部に配置される。胴部２０ｂの＋Ｘ方向の端部は閉塞される。胴部２０ｂは、－Ｚ方向の端部に複数の貫通孔２２を有する。複数の貫通孔２２は、分配管ユニット２０の管壁に形成され、Ｘ方向に並んで配置される。

冷媒は、頭部２０ａの－Ｘ方向の端部から、分配管ユニット２０の内部に流入する。冷媒は、分配管ユニット２０の内部を＋Ｘ方向に流通する。冷媒は、胴部２０ｂの複数の貫通孔２２から第１冷媒入出口１１に吐出される。これにより、冷媒が複数の冷媒流路１５に分配されるので、熱交換効率が向上する。冷媒は、複数の貫通孔２２から－Ｚ方向に吐出される。これにより、冷媒流路１５における冷媒の流速が抑制されるので、熱交換効率が向上する。Ｘ方向において、複数の貫通孔２２は、複数の冷媒流路１５と同じ位置に配置されることが望ましい。これにより、冷媒が複数の冷媒流路１５に対して略均等に分配されるので、熱交換効率が向上する。

図５は、分配管ユニットの側面断面図である。図６は、貫通孔の拡大図である。図５に示されるように、分配管ユニット２０は、固定部３０と、移動部４０と、を有する。
固定部３０は、熱交換器本体１０ａに固定される。固定部３０は、固定管３１と、操作室３３と、を有する。固定管３１はＸ方向に伸びる。固定管３１の－Ｘ方向の端部は、冷媒配管に接続される。固定管３１の＋Ｘ方向の端部は閉塞される。固定管３１は、－Ｚ方向の端部に固定孔３２を有する。固定孔３２は、分配管ユニット２０の貫通孔２２の一部を形成する。図６に示されるように、固定孔３２は、－Ｚ方向から見て円形状に形成される円形孔である。

図５に示されるように、移動部４０は、固定部３０に対してＸ方向に移動可能に形成される。移動部４０は、移動管４１と、フランジ４６と、を有する。移動管４１は、固定管３１の径方向の外側に配置される。移動管４１はＸ方向に伸びる。移動管４１の－Ｘ方向の端部には、フランジ４６が形成される。移動管４１の＋Ｘ方向の端部は、開口してもよいし、閉塞されてもよい。移動管４１は、－Ｚ方向の端部に移動孔４２を有する。移動孔４２は、分配管ユニット２０の貫通孔２２の一部を形成する。図６に示されるように、移動孔４２は、－Ｚ方向から見て非円形状に形成される非円形孔である。移動孔４２の開口面積は、固定孔３２の開口面積とは異なり、固定孔３２の開口面積より大きい。

図６に示されるように、移動孔４２はＸ方向に伸びる。移動孔４２のＸ方向の長さは、Ｙ方向の長さより長い。移動孔４２は、円形孔部４３と、長孔部４４と、を有する。円形孔部４３は、移動孔４２の－Ｘ方向の端部に配置される。円形孔部４３は、－Ｚ方向から見て円形状に形成される。円形孔部４３の直径は、固定孔３２の直径と同等である。長孔部４４は、円形孔部４３に連続して、円形孔部４３の＋Ｘ方向に配置される。長孔部４４の長軸方向は、Ｘ方向に沿って伸びる。長孔部４４の短軸方向の幅は、円形孔部４３の直径より小さい。長孔部４４は、円形孔部４３より小径のドリルを使用して形成される。移動孔４２のＸ方向の中央４２ｃから－Ｘ方向の端部４３ｅまでの開口面積４３ａは、Ｘ方向の中央４２ｃから＋Ｘ方向の端部４４ｅまでの開口面積４４ａより大きい。

固定部３０の操作室３３は、分配管ユニット２０の頭部２０ａの内側に形成される。操作室３３は、固定部３０の周方向の全体に形成される。操作室３３は、固定管３１の径方向の外側に配置されるスリーブ３４と、固定管３１との間に形成される。操作室３３の－Ｘ方向は、第１側壁３５により閉塞される。操作室３３の＋Ｘ方向には、第２側壁３６が配置される。第２側壁３６は、スリーブ３４から移動管４１の外周面に向かって伸びる。

移動部４０のフランジ４６は、操作室３３の内部に配置される。操作室３３は、フランジ４６によりＸ方向に分割される。フランジ４６の＋Ｘ方向には、バネ収容室２７が形成される。バネ収容室２７の第２側壁３６とフランジ４６との間には、弾性体であるコイルバネ２６が収容される。コイルバネ２６は、Ｘ方向に圧縮された状態で収容され、フランジ４６を－Ｘ方向に付勢する。フランジ４６の－Ｘ方向には、圧力室２８が形成される。圧力室２８の＋Ｘ方向の側壁は、移動部４０のフランジ４６により形成される。スリーブ３４の周方向の一部には、圧力室２８に開口する冷媒導入口３８が形成される。

図１に示されるように、冷凍サイクル装置１は、圧力配管５２ａ，５４ａと、開閉弁５２ｂ，５４ｂと、制御部５０と、を有する。圧力配管５２ａ，５４ａは、冷媒配管８と分配管ユニット２０の圧力室２８とを連通する。圧力配管５２ａ，５４ａは、高圧配管（第１圧力配管）５２ａと、低圧配管（第２圧力配管）５４ａと、を有する。

高圧配管５２ａは、第１熱交換器４と第２熱交換器６との間の冷媒配管８と、圧力室２８とを連通する。高圧配管５２ａは、第１熱交換器４と膨張装置５との間の冷媒配管８と、圧力室２８とを連通することが望ましい。これにより、冷媒配管８を流通する高圧の冷媒が、圧力室２８に導入される。
低圧配管５４ａは、第２熱交換器６と圧縮機２との間の冷媒配管８と、圧力室２８とを連通する。これにより、冷媒配管８を流通する低圧の冷媒が、圧力室２８に導入される。

開閉弁５２ｂ，５４ｂは、高圧開閉弁（第１開閉弁）５２ｂと、低圧開閉弁（第２開閉弁）５４ｂと、を有する。高圧開閉弁５２ｂは、高圧配管５２ａに設けられる。高圧配管５２ａおよび高圧開閉弁５２ｂにより、高圧導入部５２が形成される。低圧開閉弁５４ｂは、低圧配管５４ａに設けられる。低圧配管５４ａおよび低圧開閉弁５４ｂにより、低圧導入部５４が形成される。

図７は、分配管ユニットの動作の第１説明図である。
図１に示される高圧開閉弁５２ｂが開弁され、低圧開閉弁５４ｂが閉弁されると、図５に示される圧力室２８に高圧の冷媒が導入される。これにより、バネ収容室２７の圧力が第１冷媒入出口１１の圧力よりも大きくなるため、フランジ４６を含む移動部４０は、コイルバネ２６の付勢力に抗して＋Ｘ方向に移動する。したがって、移動孔４２が＋Ｘ方向に移動するため、図７に示されるように、移動孔４２の円形孔部４３が固定孔３２と重なる。これにより、貫通孔２２の開口面積が大きくなる。

図８は、分配管ユニットの動作の第２説明図である。
図１に示される高圧開閉弁５２ｂが閉弁され、低圧開閉弁５４ｂが開弁されると、図５に示される圧力室２８に低圧の冷媒が導入される。バネ収容室２７の圧力は、第１冷媒入出口１１の圧力と同等である。そのため、フランジ４６を含む移動部４０は、コイルバネ２６の付勢力により－Ｘ方向に移動する。したがって、移動孔４２が－Ｘ方向に移動するため、図８に示されるように、移動孔４２の長孔部４４が固定孔３２と重なる。これにより、貫通孔２２の開口面積が小さくなる。

図１に示される制御部５０は、ＣＰＵやＧＰＵなどのプロセッサを備えるマイクロコンピュータである。制御部５０は、例えば、ＣＰＵなどのプロセッサがプログラムを実行することにより実現される。また、制御部５０のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などのハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。

制御部５０は、圧縮機２の運転を制御するとともに、圧縮機２の回転数を監視する。制御部５０は、圧縮機２の回転数に基づいて、開閉弁５２ｂ，５４ｂの開閉を制御する。制御部５０は、冷凍サイクル装置の蒸発温度および凝縮温度のうち少なくとも一方により補正された圧縮機２の回転数に基づいて、開閉弁５２ｂ，５４ｂの開閉を制御してもよい。

図９及び図１０に、貫通孔の穴径が異なる分配管ユニットを有するプレート式熱交換器を用いた試験結果を示す。図９は、圧縮機の負荷率と圧力損失との関係を示すグラフである。図１０は、圧縮機の負荷率と蒸発温度との関係を示すグラフである。試験条件は、日本冷凍空調工業会が発行しているＪＲＡ４０６６に記載のＩＰＬＶｃ条件である。分配管ユニットの貫通孔が、冷媒に圧力損失を与える。分配管ユニットの貫通孔の開口面積が大きい場合に、圧力損失は小さくなる。分配管ユニットの貫通孔の開口面積が小さい場合に、圧力損失は大きくなる。負荷率は、圧縮機の最大出力に対する出力割合である。

図９に示されるように、負荷率が大きいほど、分配管ユニットを流通する冷媒の速度が大きくなるので、圧力損失が大きくなる。
一般に、図１０に示される冷凍サイクル装置の蒸発温度が高いほど、冷凍サイクル装置の成績係数（性能）が高くなる。図１０に示されるように、負荷率が７５％の場合には、圧力損失にかかわらず蒸発温度が同等になる。負荷率が７５％を上回る場合には、圧力損失の小さい方が蒸発温度は高くなる。負荷率が７５％を下回る場合には、圧力損失の大きい方が蒸発温度は高くなる。この結果から、負荷率が７５％を上回る場合には、分配管ユニットの貫通孔の開口面積は大きい方が良い。負荷率が７５％を下回る場合には、分配管ユニットの貫通孔の開口面積は小さい方が良い。

一般に、圧縮機の負荷率が１００％の場合の回転数（最大回転数）は一義的に決まる。より正しくは、圧縮機の能力と圧縮機の排除容積により決まる。本試験結果においては、負荷率が小さいほど、回転数も小さくなる。負荷率７５％の回転数は、冷凍サイクル装置の蒸発温度および凝縮温度の影響を受けるため、最大回転数の７２％程度になる。図１に示される制御部５０は、負荷率７５％の回転数を所定回転数として、開閉弁５２ｂ，５４ｂの開閉を制御する。

制御部５０は、圧縮機２の回転数が所定回転数を上回る場合に、高圧開閉弁５２ｂを開弁し、低圧開閉弁５４ｂを閉弁する。これにより、分配管ユニット２０の貫通孔２２の開口面積が大きくなる。これに伴って、圧力損失が小さくなるので、図１０に示されるように、蒸発温度が高くなる。したがって、プレート式熱交換器１０および冷凍サイクル装置１は、高い性能を発揮する。

制御部５０は、圧縮機２の回転数が所定回転数を下回る場合に、高圧開閉弁５２ｂを閉弁し、低圧開閉弁５４ｂを開弁する。これにより、分配管ユニット２０の貫通孔２２の開口面積が小さくなる。これに伴って、圧力損失が大きくなるので、図１０に示されるように、蒸発温度が高くなる。したがって、プレート式熱交換器１０および冷凍サイクル装置１は、高い性能を発揮する。

以上に詳述されたように、実施形態のプレート式熱交換器１０は、熱交換器本体１０ａと、分配管ユニット２０と、を有する。分配管ユニット２０は、固定部３０と、移動部４０と、を有する。固定部３０は、熱交換器本体１０ａに固定される。固定部３０は、貫通孔２２の一部を形成する固定孔３２を有する。移動部４０は、固定部３０に対してＸ方向に移動可能に形成される。移動部４０は、貫通孔２２の一部を形成する移動孔４２を有する。貫通孔２２の開口面積は、移動部４０の移動に伴って変化する。

プレート式熱交換器１０を蒸発器として運転させた場合、冷凍サイクル装置の異なる負荷率に応じて、分配管ユニット２０の貫通孔２２の開口面積を変化させることができる。これにより、分配管ユニット２０の圧力損失が最適化される。したがって、プレート式熱交換器１０は、冷凍サイクル装置の負荷率が異なる様々な状況において高い性能を発揮することができる。すなわち、水温が目標値に到達するまでの時間が短縮される。また、必要とされる冷凍サイクル装置の台数が減少する。

圧縮機２の回転数が所定回転数を上回る場合において、冷媒流路１５を流通する冷媒の速度を第１速度Ｖ１とし、分配管ユニット２０の貫通孔２２の開口面積を第１開口面積Ａ１とする。圧縮機２の回転数が所定回転数を下回る場合において、冷媒流路１５を流通する冷媒の速度を第２速度Ｖ２とし、分配管ユニット２０の貫通孔２２の開口面積を第２開口面積Ａ２とする。圧縮機２の回転数が小さいほど、冷媒流路１５を流通する冷媒の速度は小さくなるので、第２速度Ｖ２は第１速度Ｖ１より小さい。前述されたように、第１開口面積Ａ１は第２開口面積Ａ２より大きい。すなわち、冷媒が冷媒流路１５を第１速度Ｖ１で流通するときの貫通孔２２の第１開口面積Ａ１は、冷媒が冷媒流路１５を第１速度Ｖ１より小さい第２速度Ｖ２で流通するときの貫通孔２２の第２開口面積Ａ２より大きい。
これにより、プレート式熱交換器１０の状況に応じて、分配管ユニット２０の圧力損失が最適化される。したがって、プレート式熱交換器１０は、様々な状況において高い性能を発揮することができる。

固定孔３２および移動孔４２のうち、移動孔４２は非円形孔である。移動孔４２のＸ方向の長さは、Ｘ方向に交差するＹ方向の長さより長い。移動孔４２のＸ方向の中央４２ｃから－Ｘ方向の端部までの開口面積４３ａと、Ｘ方向の中央４２ｃから＋Ｘ方向の端部までの開口面積４４ａとが異なる。
移動部４０は、分配管ユニット２０の中心軸に沿って移動する。
これにより、貫通孔２２の開口面積が、移動部４０の移動に伴って変化する。

実施形態の冷凍サイクル装置１は、冷媒配管８を有する。冷媒配管８は、圧縮機２と、第１熱交換器４と、膨張装置５と、第２熱交換器６とを、順に連通する。第１熱交換器４は、凝縮器として機能する。第２熱交換器６は、前述されたプレート式熱交換器１０を有し、蒸発器として機能する。前述された冷媒は、冷媒配管８を流通する。分配管ユニット２０は、圧力室２８を有する。圧力室２８のＸ方向の側壁は、移動部４０により形成される。冷凍サイクル装置１は、圧力配管５２ａ，５４ａと、開閉弁５２ｂ，５４ｂと、をさらに有する。圧力配管５２ａ，５４ａは、冷媒配管８と圧力室２８とを連通する。開閉弁５２ｂ，５４ｂは、圧力配管５２ａ，５４ａに設けられる。
これにより、圧力室２８と第１冷媒入出口１１との冷媒の圧力差を利用して移動部４０を移動させる。モータで移動部４０を移動させる場合と比べて、安価かつ迅速に移動部４０を移動させることができる。

図１１は、第１の実施形態の第１変形例の冷凍サイクル装置の回路図である。第１変形例の冷凍サイクル装置１０１は、高圧導入部５２のみを有し、低圧導入部５４を有しない点で、第１の実施形態とは異なる。第１変形例のうち、第１の実施形態と同様の部分の説明は省略される。後述する第２変形例から第４変形例についても同様とする。

第１変形例の冷凍サイクル装置１０１は、高圧配管５２ａと、高圧開閉弁５２ｂと、を有する。高圧配管５２ａは、第１熱交換器４と第２熱交換器６との間の冷媒配管８と、分配管ユニット２０の圧力室２８とを連通する。高圧開閉弁５２ｂは、高圧配管５２ａに設けられる。
高圧開閉弁５２ｂを開弁して、圧力室２８に高圧の冷媒を導入すると、移動部４０が＋Ｘ方向に移動する。高圧開閉弁５２ｂを閉弁して、高圧の冷媒の導入を停止すると、圧力室２８の圧力が徐々に低下して、移動部４０が－Ｘ方向に移動する。したがって、移動部４０を双方向に移動させることができる。

これに対して、図１に示される第１の実施形態の冷凍サイクル装置１は、低圧配管５４ａと、低圧開閉弁５４ｂと、をさらに有する。低圧配管５４ａは、第２熱交換器６と圧縮機２との間の冷媒配管８と、分配管ユニット２０の圧力室２８とを連通する。低圧開閉弁５４ｂは、低圧配管５４ａに設けられる。
低圧配管５４ａにより圧力室２８に低圧の冷媒を導入すると、圧力室２８の圧力が瞬時に低下して、移動部４０が－Ｘ方向に移動する。したがって、移動部４０を迅速に双方向に移動させることができる。

図１２は、第１の実施形態の第２変形例のプレート式熱交換器における分配管ユニットの側面断面図である。第２変形例の分配管ユニット２２０は、コイルバネ２６がバネ収容室２７に代えて圧力室２８に収容される点で、第１の実施形態とは異なる。

第２変形例の分配管ユニット２２０では、弾性体であるコイルバネ２６が圧力室２８に収容される。コイルバネ２６のＸ方向の両端部は、固定部３０の第１側壁３５および移動部４０のフランジ４６に固定される。コイルバネ２６は、フランジ４６を－Ｘ方向に付勢する。
圧力室２８に高圧の冷媒が導入されると、フランジ４６を含む移動部４０は、コイルバネ２６の付勢力に抗して＋Ｘ方向に移動する。圧力室２８に低圧の冷媒が導入されると、フランジ４６を含む移動部４０は、コイルバネ２６の付勢力により－Ｘ方向に移動する。このように、第２変形例においても、移動部４０を双方向に移動させることができる。

図１３は、第１の実施形態の第３変形例のプレート式熱交換器における分配管ユニットの側面断面図である。第３変形例の分配管ユニット３２０は、移動部４０が移動管４１に代えて移動曲板３４１を有する点で、第１の実施形態とは異なる。

第３変形例の分配管ユニット３２０では、移動部４０が移動曲板３４１を有する。移動曲板３４１は、第１の実施形態の移動管４１の周方向の一部に相当する。移動曲板３４１は、周方向の中央部に移動孔４２を有する。図１３に示されるように、移動曲板３４１は、固定管３１の－Ｚ方向の外周に沿って配置される。移動曲板３４１は、固定部３０に対してＸ方向に移動可能に形成される。移動曲板３４１の周方向の両端部には、移動曲板３４１のＸ方向に沿った移動をガイドするガイド部材（不図示）が形成される。
第３変形例の分配管ユニット３２０を含むプレート式熱交換器１０も、第１の実施形態と同様に、様々な状況において高い性能を発揮することができる。

図１４は、第１の実施形態の第４変形例のプレート式熱交換器における分配管ユニットの底面図である。第４変形例の分配管ユニット４２０は、固定孔４３２が非円形孔であり、移動孔４４２が円形孔である点で、第１の実施形態とは逆である。

第４変形例の分配管ユニット４２０の移動孔４４２は円形孔であり、固定孔４３２は非円形孔である。第４変形例の固定孔４３２は、第１の実施形態の移動孔４２を、Ｘ方向に反転させた形状である。すなわち、円形孔部４３は、固定孔４３２の＋Ｘ方向の端部に配置される。長孔部４４は、円形孔部４３の－Ｘ方向に配置される。

圧力室２８に高圧の冷媒が導入されると、移動部４０が＋Ｘ方向に移動する。移動孔４４２が、固定孔４３２の円形孔部４３と重なる。これにより、貫通孔２２の開口面積が大きくなる。一方、圧力室２８に低圧の冷媒が導入されると、移動部４０が－Ｘ方向に移動する。移動孔４４２が、固定孔４３２の長孔部４４と重なる。これにより、貫通孔２２の開口面積が小さくなる。
第４変形例の分配管ユニット４２０を含むプレート式熱交換器１０も、第１の実施形態と同様に、様々な状況において高い性能を発揮することができる。

（第２の実施形態）
図１５は、第２の実施形態のプレート式熱交換器における分配管ユニットの底面図である。図１６は、図１５のＢ－Ｂ線における分配管ユニットの正面断面図である。第２の実施形態の分配管ユニット５２０は、移動部４０が分配管ユニット５２０の中心軸の周方向に移動する点で、第１の実施形態とは異なる。第２の実施形態のうち、第１の実施形態と同様の部分の説明は省略される。

第２の実施形態の分配管ユニット５２０では、移動部４０が分配管ユニット５２０の中心軸の周方向に移動可能に形成される。すなわち、移動部４０は、Ｘ方向の周方向であるθ方向に移動可能である。
図１５に示されるように、移動孔４２はθ方向に伸びる。移動孔４２のθ方向の長さは、Ｘ方向の長さより長い。移動孔４２は、円形孔部４３と、長孔部４４と、を有する。円形孔部４３は、移動孔４２の－θ方向の端部に配置される。長孔部４４は、円形孔部４３の＋θ方向に配置される。

図１６に示されるように、固定部３０の操作室３３は、θ方向の一部に形成される。移動部４０は、移動管４１の外周面にレバー４６Ｌを有する。レバー４６Ｌは、θ方向を厚さ方向とする平板状に形成される。レバー４６Ｌは、移動部４０の－Ｘ方向の端部に配置される。図１６に示されるように、レバー４６Ｌは、操作室３３の内部に配置され、操作室３３をθ方向に分割する。レバー４６Ｌの＋θ方向には、バネ収容室２７が形成される。コイルバネ２６は、レバー４６Ｌを－θ方向に付勢する。レバー４６Ｌの－θ方向には、圧力室２８が形成される。圧力室２８の＋θ方向の側壁は、移動部４０のレバー４６Ｌにより形成される。

図１６に示される圧力室２８に高圧の冷媒が導入されると、レバー４６Ｌを含む移動部４０は、コイルバネ２６の付勢力に抗して＋θ方向に移動する。図１５に示される移動孔４２が＋θ方向に移動すると、移動孔４２の円形孔部４３が固定孔３２と重なる。これにより、貫通孔２２の開口面積が大きくなる。
図１６に示される圧力室２８に低圧の冷媒が導入されると、レバー４６Ｌを含む移動部４０は、コイルバネ２６の付勢力により－θ方向に移動する。図１５に示される移動孔４２が－θ方向に移動すると、移動孔４２の長孔部４４が固定孔３２と重なる。これにより、貫通孔２２の開口面積が小さくなる。

このように、第２の実施形態の分配管ユニット５２０において、移動部４０は、分配管ユニット２０の中心軸の周方向であるθ方向に移動する。
第２の実施形態の分配管ユニット５２０を含むプレート式熱交換器１０も、第１の実施形態と同様に、様々な状況において高い性能を発揮することができる。

実施形態の冷凍サイクル装置１は、冷媒の圧力を利用して移動部４０を移動させる。これに対して、冷凍サイクル装置は、モータの動力などを利用して移動部４０を移動させてもよい。
実施形態の制御部５０は、圧縮機の所定回転数を境にして二段階に移動部４０を移動させる。これに対して、制御部５０は、圧縮機の回転数など冷凍サイクル装置の運転状態に応じて無段階に移動部４０を移動させてもよい。
実施形態の非円形孔は、円形孔部４３と、長孔部４４と、を有する。これに対して、非円形孔は、移動部４０の移動方向である第１方向に交差する第２方向の幅が、第１方向の位置に応じて連続的に変化する三角孔などであってもよい。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、貫通孔２２の開口面積が移動部４０の移動に伴って変化する分配管ユニット２０を持つ。これにより、プレート式熱交換器１０は、様々な状況において高い性能を発揮することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…冷凍サイクル装置、２…圧縮機、４…第１熱交換器、５…膨張装置、６…第２熱交換器、８…冷媒配管、１０…プレート式熱交換器、１０ａ…熱交換器本体、１４…プレート、１５…冷媒流路（第１流路）、２０…分配管ユニット、２２…貫通孔、３０…固定部、３２…固定孔、４０…移動部、４２…移動孔、５２ａ…高圧配管（第１圧力配管）、５２ｂ…高圧開閉弁（第１開閉弁）、５４ａ…低圧配管（第２圧力配管）、５４ｂ…低圧開閉弁（第２開閉弁）。

Claims (5)

1. 圧縮機と、凝縮器として機能することが可能な第１熱交換器と、膨張装置と、プレート式熱交換器を有し蒸発器として機能することが可能な第２熱交換器とを、順に連通する冷媒配管を有する冷凍サイクル装置において、
   前記プレート式熱交換器は、
   複数のプレートを積層して形成され、前記複数のプレートの積層方向に沿って交互に配置される第１流路および第２流路を有し、前記第１流路は隣り合うプレート間に第１流体である冷媒を流通させ、前記第２流路は隣り合うプレート間に第２流体を流通させる熱交換器本体と、
   管状に形成され、前記第１流路に連通する貫通孔を管壁に有する分配管ユニットと、を有し、
   前記分配管ユニットは、固定部と、移動部と、圧力室と、を有し、
   前記固定部は、前記熱交換器本体に固定され、前記貫通孔の一部を形成する固定孔を有し、
   前記移動部は、前記固定部に対して第１方向に移動可能に形成され、前記貫通孔の一部を形成する移動孔を有し、
   前記圧力室は、前記移動部により形成される前記第１方向の側壁と、前記冷媒配管と前記圧力室とを連通する圧力配管と、前記圧力配管に設けられた開閉弁と、を有し、
   前記貫通孔の開口面積は、前記移動部の移動に伴って変化する、冷凍サイクル装置。
2. 前記固定孔および前記移動孔のうち少なくとも一方は、非円形孔であり、
   前記非円形孔の前記第１方向の長さは、前記第１方向に交差する第２方向の長さより長く、
   前記非円形孔の前記第１方向の中央から前記第１方向の第１端部までの開口面積と、前記第１方向の中央から前記第１方向の第２端部までの開口面積とが異なる、
   請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記分配管ユニットは、その中心軸が前記複数のプレートの積層方向に沿うように配置され、
   前記第１方向は、前記分配管ユニットの中心軸に沿う方向である、
   請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記分配管ユニットは、その中心軸が前記複数のプレートの積層方向に沿うように配置され、
   前記第１方向は、前記分配管ユニットの中心軸の周方向である、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記圧力配管は、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間の前記冷媒配管と前記圧力室とを連通する第１圧力配管を含み、
   前記開閉弁は、前記第１圧力配管に設けられた第１開閉弁を含む、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。

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