JP7353480B2 - 冷媒分配器、熱交換器及び空気調和装置 - Google Patents

Description

本開示は、内管と外管とを備える２重構造の冷媒分配器、熱交換器及び空気調和装置に関する。

内管と外管とを有する２重構造の配管を使用して冷媒の分配を行なう冷媒分配器が知られている。このような２重構造の配管を使用した冷媒分配器では、内管の最下部にオリフィス孔とも呼ばれる冷媒流出孔が設けられる。冷媒流出孔から流出した冷媒は、内管と外管との間の空間に噴出され、外管から伝熱管に流入し、そこで、空気と熱交換が行なわれる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２－２４７５号公報

しかし、従来の冷媒分配器では、種々の理由により、冷媒の流動状態が環状流に遷移しにくく、一般的な流動様式線図で環状流域であるにも関わらず、冷媒分配器の鉛直方向の断面の液相分布に偏りが発生する。例えば、冷媒の流入管が短い場合又は熱交換器と熱交換器との間を屈曲部を有する接続配管により接続して１つの熱交換器を構成する場合等である。従来の冷媒分配器は、この液相分布の偏りに起因して、冷媒の分配に偏りがあった。

本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、冷媒分配器の液相分布の偏りを抑制し、冷媒の分配を適切に行なうことができる冷媒分配器、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。

本開示の冷媒分配器は、内部を冷媒が流れ、複数の伝熱管が所定間隔で接続された外管と、内部を前記冷媒が流れ、前記外管内に収容され、内部を流れる前記冷媒を前記外管に流す冷媒流出孔を有する内管と、前記内管又は前記外管に設けられ、前記冷媒が気液二相流が未発達な状態になり、前記冷媒を前記内管に流入させる構造部とを具備し、前記冷媒流出孔は、前記内管の中心を通る鉛直線上の前記内管の下端から前記冷媒流出孔が存在する位置までの前記内管の中心から見た角度θが１０°≦θ≦８０°の範囲に設けられ、前記冷媒流出孔が設けられた位置の前記内管の鉛直方向の断面には、前記冷媒流出孔が１つのみであり、前記冷媒流出孔が設けられる角度θは、式（１）から求められる。

ここで、
ｘは、冷媒流出孔を内管の中心を通る管延方向に直交する水平線に投影した距離、
Ｊａはヤコブ数、
Ｇａはガリレオ数、
Ｐｒ _Ｌ は液プラントル数、
ν _Ｌ は液動粘性係数、
Ｌは内管の助走距離、
Ｄは内管の内径であり、
Ｇａ＝ｇＤ ^３ ／ν _Ｌ ^２ 、Ｊａ＝ＣｐＬ／Δｉｖ、
ＣｐＬは定圧比熱、
Δｉｖは潜熱、
Ｌ＜５Ｄである。

本開示の冷媒分配器は、内管又は外管に冷媒が気液二相流が未発達な状態になる構造部が設けられている。構造部を通過した冷媒は、気液二相流が未発達な状態で内管に流入する。冷媒流出孔が設けられた位置の内管の鉛直方向の断面には、冷媒流出孔が１つのみである。冷媒流出孔は、内管の中心を通る鉛直線上の内管の下端から冷媒流出孔が存在する位置までの角度θが１０°≦θ≦８０°の範囲に設けられる。従って、冷媒流出孔は、冷媒の液面近傍にのみ設けられている。これにより、冷媒分配器は、気液二相流が未発達な状態で内管に流入しても、冷媒を均一に内管と外管との間の形成される空間に分配することができ、適切な冷媒の分配を行なうことができる。

実施の形態１に係る空気調和装置の冷媒回路図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の室外熱交換器の側面模式図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の室外熱交換器の上面摸式図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の内管内の冷媒の状態を示す図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の図３のＡ－Ａ線の冷媒分配器の鉛直方向断面図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の効果を説明するための内管の冷媒の液面と冷媒流出孔の関係を示す鉛直方向の断面図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の効果を説明するための冷媒流出孔の冷媒への影響範囲及び冷媒の流動状態を示す図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の効果を説明するための冷媒流出孔を内管の下部に設けた場合の冷媒分配量特性を示す図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の効果を説明するための内管の冷媒の液面と冷媒流出孔との関係を示す鉛直方向の断面図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の効果を説明するための冷媒流出孔の冷媒への影響範囲及び冷媒の流動状態を示す図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の効果を説明するための冷媒流出孔を内管の上部に設けた場合の冷媒分配量特性を示す図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の内管の冷媒の液面と冷媒流出孔との関係を示す鉛直方向の断面図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の冷媒流出孔の冷媒への影響範囲及び流動状態を示す図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の冷媒流出孔を内管の液面に設けた場合の冷媒分配量特性を示す図である。 実施の形態２に係る空気調和装置の室外熱交換器の上面摸式図である。 実施の形態２に係る空気調和装置の冷媒分配器の図１５に示したＡ－Ａ線の鉛直方向断面図である。 実施の形態２に係る空気調和装置の冷媒分配器の図１５に示したＢ－Ｂ線の鉛直方向断面図である。 実施の形態３に係る空気調和装置の第２室外熱交換器の側面模式図である。 実施の形態４に係る空気調和装置の第１の例に係る室外熱交換器の側面模式図である。 実施の形態４に係る空気調和装置の第２の例に係る室外熱交換器の側面模式図である。 実施の形態４に係る空気調和装置の第２の例に係る室外熱交換器の上側の外管及び上側の内管の、図２０のＡ－Ａ線に沿った断面模式図である。 実施の形態４に係る空気調和装置の第３の例に係る室外熱交換器の側面模式図である。 実施の形態４に係る空気調和装置の第４の例に係る室外熱交換器の側面模式図である。 実施の形態５に係る空気調和装置における内管内の冷媒流出孔の角度を示す図である。 実施の形態１～５に係る分配器において、発明者らの冷媒での実験条件における内管内部の冷媒の流動状態をプロットして示した流動様式線図（Ｂａｋｅｒ線図）を示す図である。 実施の形態６における図２５と同一の冷媒流入条件における修正したＢａｋｅｒ流動様式線図を示す図である。 実施の形態６における内管の流路断面積と冷媒流出孔による冷媒分配改善率との関係を示す図である。 実施の形態７に係る空気調和装置の冷媒分配器の鉛直方向断面図である。

以下、図面を参照して、実施の形態に係る冷媒分配器を有する空気調和装置について説明する。なお、図面において、同一の構成要素には同一符号を付して説明し、重複説明は必要な場合にのみ行なう。本開示は、以下の各実施の形態で説明する構成のうち、組合せ可能な構成のあらゆる組合せを含み得る。
実施の形態１．

＜空気調和装置１００＞
図１は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の冷媒回路図である。図１に示すように、空気調和装置１００は、室外機１０及び複数の室内機１１、１２及び１３を備える。室内機１１、１２及び１３は、互いに並列に接続される。冷媒は、室外機１０と複数の室内機１１、１２及び１３との内部を冷媒が循環する。空気調和装置１００は、マルチ型空気調和装置である。なお、実施の形態１は、室外機１０に接続される室内機１１、１２及び１３の接続台数を限定するものではない。

空気調和装置１００は、圧縮機１と、四方弁２と、室外熱交換器３と、膨張弁５と、室内熱交換器６と、アキュムレータ８と、が冷媒配管２６及び冷媒配管２７で接続された冷媒回路を有する。室外熱交換器３及び室内熱交換器６のそれぞれは、ファン４及びファン７により発生する風によって内部に流れる冷媒と空気とが熱交換される。

冷房運転時には、圧縮機１にて圧縮された高温高圧のガスの冷媒は、四方弁２を介して、四方弁２と室外熱交換器３とを接続する冷媒配管２６から室外熱交換器３に流入する。室外熱交換器３に流入した冷媒は、ファン４によって発生する風と熱交換が行なわれた後、室外熱交換器３と膨張弁５とを接続する冷媒配管２７から流出する。暖房運転の場合、すなわち室外熱交換器３が蒸発器として機能する場合には、冷媒が上記凝縮器の場合の冷媒流れ方向と逆に流れる。

＜室外熱交換器３＞
図２は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の室外熱交換器３の側面模式図である。図３は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の室外熱交換器３の上面摸式図である。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１０に搭載された室外熱交換器３は、ファン４によって吸込口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３は、ファン４の下方に配置されている。

図２に示すように、室外熱交換器３は、冷媒分配器３０と、複数の伝熱管３１と、複数のフィン３２とを有する。冷媒分配器３０は、水平方向に配置される。複数の伝熱管３１は、間隔を空けて設けられ、それぞれの一端が冷媒分配器３０に挿入される。フィン３２は、伝熱管３１に取り付けられ、伝熱管３１の間に設けられる。フィン３２は、伝熱管３１に伝熱を行なう。

＜冷媒分配器３０＞
図２に示すように、冷媒分配器３０は、内管３３と、外管３４とを備える２重管構造である。外管３４には、外管３４の延出方向に複数の伝熱管３１が接続される。内管３３と外管３４との間に流入した冷媒は、複数の伝熱管３１に分配される。

内管３３は、管延出方向が水平に保持される。液冷媒を含む冷媒が内管３３の一端に流入する。室外熱交換器３が蒸発器として機能する場合の冷媒の流れの内管３３の最下流端部には、キャップ３６が設けられる。室外熱交換器３が蒸発器として機能する場合の内管３３の冷媒の流れの内管３３の最上流端部には、冷凍サイクル回路の冷媒配管２７が接続される。

図２及び図３に示すように、内管３３には、内管３３の管延出方向に間隔を空けてオリフィス孔とも称される冷媒流出孔３５が伝熱管３１の間に形成されている。冷媒流出孔３５が伝熱管３１の間に設けられていることにより、冷媒流出孔３５が伝熱管３１の直下の内管３３に設けられている場合に比して、冷媒分配器３０の冷媒分配性能を向上することができる。なお、冷媒流出孔３５は、伝熱管３１の直下の内管３３に形成されていても良い。また、内管３３には流入部４１が設けられている。流入部４１は、助走距離としての長さＬを有する。ここで、内管３３の内径をＤとした場合に、Ｌ＜５Ｄである。

図４は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の内管３３内の冷媒の状態を示す図である。図４に示すように、シャワーパイプである内管３３内では、冷媒はガス相と液相との２つの状態の冷媒が存在する。実施の形態１においては、液相の冷媒の液面ＡＬの角度θ’の近傍に、冷媒流出孔３５が設けられる。

図５は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の図３のＡ－Ａ線の冷媒分配器３０の鉛直方向断面図である。図５は、冷媒が内管３３内を半環状流状態で流れている状態を示す図である。図５は、冷媒流出孔３５が、液相の冷媒の液面ＡＬの角度θ’に設けられた例を示している。

冷媒流出孔３５が設けられる角度θは、内管３３の中心から見た内管３３の中心を通る鉛直線の内管３３の下端から冷媒流出孔３５が存在する位置までの角度θは、
１０°≦θ≦８０°
の範囲に設けられれば良い。

より具体的には、冷媒流出孔３５が設けられる角度は、式（１）で定められる。式（１）は、ヌッセルトの液膜の推算式を基に発明者らの実験結果を反映させた予測式である。

ここで、
ｘは、冷媒流出孔３５を内管３３の中心を通る管延方向に直交する水平線に投影した距離、
Ｊａはヤコブ数、
Ｇａはガリレオ数、
Ｐｒ_Ｌは液プラントル数、
ν_Ｌは液動粘性係数、
Ｌは内管の助走距離、
Ｄは内管の内径であり、
Ｇａ＝ｇＤ^３／ν_Ｌ ^２、Ｊａ＝ＣｐＬ／Δｉｖ、
ＣｐＬは定圧比熱、
Δｉｖは潜熱、
Ｌ＜５Ｄである。
各状態量及び物性値は冷媒分配器３０に流入する圧力により推算されるものとする。

図６は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の効果を説明するための内管３３の冷媒の液面ＡＬと冷媒流出孔３５との関係を示す鉛直方向の断面図である。図６においては、内管３３を流れる冷媒の液相が半環状流の場合を示している。また、冷媒流出孔３５が内管３３の最下部に設けられている場合を示している。図７は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の効果を説明するための冷媒流出孔３５の冷媒への影響範囲及び冷媒の流動状態を示す図である。図８は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の効果を説明するための冷媒流出孔３５を内管３３の下部に設けた場合の冷媒分配量特性を示す図である。

図７及び図８は、図６に示すように、冷媒流出孔３５が内管３３の最下部に設けられている場合を示している。図７及び図８において、冷媒流出孔３５は、流入部４１に近い位置をＡとし、流入部４１から遠い位置をアルファベット順にＧとする。図７及び図８において、破線は各冷媒流出孔３５の影響範囲を表わし、ある時間において、破線内の冷媒が冷媒流出孔３５を通過し、分配される。冷媒の流動様式が半環状流である場合には、図８に示すように、上流側の冷媒流出孔Ａ～Ｄの液冷媒分配量は、下流側の冷媒流出孔Ｅ～Ｇの液冷媒分配量に比して多い。

図９は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の効果を説明するための内管３３の冷媒の液面ＡＬと冷媒流出孔３５との関係を示す鉛直方向の断面図である。図９においては、内管３３を流れる冷媒の液相が半環状流の場合を示している。また、冷媒流出孔３５が内管３３のθ＝９０°の位置に設けられている場合を示している。すなわち、冷媒流出孔３５の位置は、液面ＡＬよりも上方である。図１０は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の効果を説明するための冷媒流出孔３５の冷媒への影響範囲及び冷媒の流動状態を示す図である。図１１は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の効果を説明するための冷媒流出孔３５を内管３３の上部に設けた場合の冷媒分配量特性を示す図である。図１０及び図１１は、図９に示すように、冷媒流出孔３５が内管３３のθ＝９０°の位置に設けられている場合を示している。冷媒の流動様式が半環状流である場合には、図１１に示すように、上流側の冷媒流出孔Ａ～Ｃの液冷媒分配量は、下流側の冷媒流出孔Ｄ～Ｇの液冷媒分配量に比して少ない。

図１２は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の内管３３の冷媒の液面ＡＬと冷媒流出孔３５との関係を示す鉛直方向の断面図である。図１２においては、内管３３を流れる冷媒の液相が半環状流の場合を示している。実施の形態１においては、冷媒流出孔３５は、内管３３の液面ＡＬ付近に設けられる。冷媒流出孔３５は、内管３３の鉛直方向の断面において１つのみが設けられる。図１３は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の冷媒流出孔３５の冷媒への影響範囲及び流動状態を示す図である。図１４は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の冷媒流出孔３５を内管３３の液面ＡＬに設けた場合の冷媒分配量特性を示す図である。図１３及び図１４は、図１２に示すように、冷媒流出孔３５が内管３３の液面ＡＬの位置に設けられている場合を示している。冷媒の流動様式が半環状流である場合であっても、図１４に示すように、冷媒流出孔Ａ～Ｇの液冷媒分配量は、図８及び図１１に比して比較的均等になる。

従って、実施の形態１に係る空気調和装置１００によれば、十分な助走距離が確保できない場合（Ｌ＜５Ｄ）においても、液面ＡＬ近傍に冷媒流出孔３５が設けられる。これにより、実施の形態１に係る空気調和装置１００によれば、気液を比較的均一に外管３４と内管３３との間に形成される空間に分配することができる。従って、冷媒分配器３０は、冷媒の分配を適切に行なうことができる。

実施の形態２．
実施の形態１においては、１つの室外熱交換器３の場合について説明した。実施の形態２においては、第１室外熱交換器３ａと第２室外熱交換器３ｂとが屈曲内管３３ｒにより接続される場合について説明する。

図１５は、実施の形態２に係る空気調和装置１００の室外熱交換器３の上面摸式図である。図１５に示すように、室外熱交換器３は、第１室外熱交換器３ａと第２室外熱交換器３ｂとを有する。第１室外熱交換器３ａの第１冷媒分配器３０ａと第２室外熱交換器３ｂの第２冷媒分配器３０ｂとは、曲率を有する屈曲部を有する屈曲内管３３ｒにより接続されている。屈曲内管３３ｒは、第１室外熱交換器３ａの内管３３と、第２室外熱交換器３ｂの内管３３とを接続する。

図１６は、実施の形態２に係る空気調和装置１００の第１冷媒分配器３０ａの図１５に示したＡ－Ａ線の鉛直方向断面図である。図１６に示すように、第１室外熱交換器３ａの第１冷媒分配器３０ａの内管３３を流れる冷媒の流動様式は、半環状流となる。冷媒流出孔３５の角度θ１は、例えば、内管３３の最下部であるθ１＝０°である。

図１７は、実施の形態２に係る空気調和装置１００の第１冷媒分配器３０ａの図１５に示したＢ－Ｂ線の鉛直方向断面図である。図１７に示すように、第２室外熱交換器３ｂの第２冷媒分配器３０ｂの内管３３を流れる冷媒の流動様式は、分離流となる。冷媒流出孔３５の角度θ２は、例えば、内管３３の中心を通る管延方向と直交する水平方向となるθ２＝｜４５°｜である。

第２冷媒分配器３０ｂの冷媒流出孔３５の角度θ２は、－１８０°～１８０°の範囲において、第１冷媒分配器３０ａの冷媒流出孔３５の角度θ１よりも大きいものが含まれる（θ２＞θ１）。

実施の形態２の空気調和装置１００によれば、屈曲内管３３ｒを通過する前の第１冷媒分配器３０ａの内管３３を流れる冷媒の流動様式は半環状流である。屈曲内管３３ｒを通過した後の第２冷媒分配器３０ｂの内管３３を流れる冷媒の流動様式は分離流となる。そのため、図１７に示すように、冷媒の液面ＡＬが上昇し、冷媒分配性能が悪化する。実施の形態２では、第２冷媒分配器３０ｂの冷媒流出孔３５の角度θ２が、第１冷媒分配器３０ａの冷媒流出孔３５の角度θ１よりも大きくなるものを有する。これにより、第１冷媒分配器３０ａ及び第２冷媒分配器３０ｂの冷媒分配性能を向上することができる。

なお、屈曲内管３３ｒはＬ形の配管継手（エルボ）であっても良い。また、第１冷媒分配器３０ａの外管３４を曲げて形成したものであっても良い。

実施の形態３．
実施の形態３の室外熱交換器３は、図１５に示した実施の形態２と同様に、第１室外熱交換器３ａ及び第２室外熱交換器３ｂからなる構成が採用される。実施の形態３は、このような構成において、第２室外熱交換器３ｂの内管３３の径を終端部にかけて細径化したものである。

図１８は、実施の形態３に係る空気調和装置１００の第２室外熱交換器３ｂの側面模式図である。図１８に示すように、第２室外熱交換器３ｂは内管３３ａと内管３３ｂとを有する。図１５に示すように、第１室外熱交換器３ａの内管３３は、屈曲内管３３ｒ（図１５参照）を介して、第２室外熱交換器３ｂの内管３３ａ（図１５参照）と接続されている。第２室外熱交換器３ｂの内管３３ａの内径は、第１室外熱交換器３ａの内管３３の内径と同一である。内管３３ａは、内管３３ｂに接続されている。内管３３ｂの内径は、内管３３ａの内径よりも小さい。内管３３ｂの終端には、キャップ３６が設けられる。すなわち、第２室外熱交換器３ｂの内管３３ｂのキャップ３６が設けられている側の終端部の内径は、第２熱交換器の内管３３ａの屈曲内管３３ｒが接続されている側の始端部の内径よりも小さい。

実施の形態３の空気調和装置１００によれば、第２室外熱交換器３ｂの第２冷媒分配器３０ｂの終端部における冷媒流量が減少し、流動様式が半環状流から分離流に変化することを抑制することができる。従って、冷媒分配特性の流量ロバスト性を向上することができる。

なお、実施の形態３においては、第２室外熱交換器３ｂが内管３３ａと内管３３ｂとを有する場合について説明したが、第２室外熱交換器３ｂの内管３３は、始端部から終端部にかけて徐々に内径が小さくなるような配管であっても良い。

実施の形態４．
実施の形態４は、内管３３の上流に、内管３３を流れる冷媒が気液二相流が未発達な状態になる構造部Ｃを設けるものである。ここで、「気液二相流が未発達な状態」とは、内管３３を流れる冷媒が気液二相流でない状態であって、かつ成層流である状態である。

＜構造部の第１の例＞
図１９は、実施の形態４に係る空気調和装置１００の第１の例に係る室外熱交換器３の側面模式図である。図１９は、実施の形態４に係る空気調和装置１００に係る冷媒分配器３０の第１の例の構造部Ｃ１を示す図である。

なお、図１９において、下側の内管３３＿１には、実施の形態１において説明した位置に図示せぬ冷媒流出孔３５が設けられている。また、複数の伝熱管３１と、下側の外管３４＿１との接続関係は実施の形態１と同様である。さらに、複数の伝熱管３１及び図示せぬフィン３２の上部には、上側の外管３４が設けられている。上側の外管３４と、複数の伝熱管３１との接続関係は、下側の外管３４＿１と複数の伝熱管３１との接続関係と同様である。

上側の外管３４の冷媒の流出側の端部には、上側の外管３４の口径よりも小さい口径を有する流出配管４２が設けられている。

図１９に示すように、下側の内管３３＿１は、下側の外管３４＿１に収容されるとともに、上流側は下側の外管３４＿１よりも延伸している。下側の内管３３＿１の延伸した部分は直線状の流入部４１であり、下側の外管３４＿１に流入する冷媒の助走部となる。下側の内管３３＿１の延伸した部分である流入部４１は、構造部Ｃ１とも称する。

流入部４１の内径をＤ、流入部４１の長さをＬとした場合、Ｌ＜１０×Ｄである。更に、望ましくは、Ｌ＜５×Ｄである。

このような構造部Ｃ１を通過した冷媒は、気液二相流が未発達な状態になり、下側の内管３３＿１に流入する。そして、気液二相流が未発達な状態の冷媒は、下側の内管３３＿１から図示せぬ冷媒流出孔３５を通過し、下側の外管３４＿１に流出する。下側の外管３４＿１に流出した冷媒は、複数の伝熱管３１を通り、上側の外管３４に流入する。上側の外管３４に流入した冷媒は、流出配管４２に流入し、流出配管４２から室外熱交換器３の外へ流出する。

冷媒の流動様式を推算する方法として、例えば、Ｂａｋｅｒ線図などの様な流動様式線図がある。これら流動様式線図の多くは、十分に気液の流れが発達した状態、言い換えると、十分な助走距離を設けた場合の流動様式を表している。

発明者らの最新の冷媒可視化実験の結果に基づくと、実機に搭載した際のＢａｋｅｒ線図などで計算された流動様式は流れが発達していないため実際の流動様式と異なることが新たに判明した。具体的には流動様式線図上は環状流の流動様式でも、多くのケースで層状流及び波状流が確認された。発明者らの実験結果に基づくと、この傾向は、下側の内管３３＿１の助走距離がＬ＜１０×Ｄの範囲が多く、Ｌ＜５Ｄの場合に特に顕著であった。従って、下側の内管３３＿１の上流に十分な助走距離が備わっていない場合、下側の内管３３＿１の冷媒流出孔３５の位置を層状流又は波状流の界面近傍（θ＝１０°～８０°）に位置する様にする。

（効果）
従って、実施の形態４に係る空気調和装置１００の構造部Ｃ１を有する冷媒分配器３０によれば、下側の内管３３＿１に構造部Ｃ１を設けることにより、気液二相流を均一に分配する事が可能となり、分配性能が向上する。

＜構造部の第２の例＞
図２０は、実施の形態４に係る空気調和装置１００の第２の例に係る室外熱交換器３の側面模式図である。図２０は、実施の形態４に係る空気調和装置１００に係る冷媒分配器３０の第２の例の構造部Ｃ２を示す図である。

図２０は、室外熱交換器３では冷媒の流速を向上させ、性能を向上させるために、下側の外管３４＿１の内部に仕切り５１＿１を設け、上側の外管３４＿２の内部に仕切り５１＿２を設けたものである。

図２０に示すように、下側の外管３４＿１の内部には、仕切り５１＿１が設けられる。仕切り５１＿１は、下側の外管３４＿１の内部を下側の外管３４＿１＿１及び下側の外管３４＿１＿２を外管３４＿１の軸方向に仕切る。下側の外管３４＿１＿１の冷媒の流入側の端部には、下側の外管３４＿１＿１の口径よりも小さい口径を有する流入部４１が設けられている。下側の外管３４＿１＿２の流出側には、下側の外管３４＿１＿２の口径よりも小さい口径を有する流出配管４２が接続されている。

図２０において、複数の伝熱管３１と下側の外管３４＿１との接続関係は実施の形態１と同様である。複数の伝熱管３１及び図示せぬフィン３２の上部には、上側の外管３４＿２及び上側の内管３３＿２が設けられている。上側の外管３４＿２と、複数の伝熱管３１との接続関係は、下側の外管３４＿１と、複数の伝熱管３１との接続関係と同様である。

上側の外管３４＿２は、上側の内管３３＿２を収容する。上側の内管３３＿２は、実施の形態１と同様に、冷媒流出孔３５が設けられている。上側の外管３４＿２の内部には仕切り５１＿２が設けられている。仕切り５１＿２は、仕切り５１＿１の上側に設けられており、上側の外管３４＿２の内部を上側の外管３４＿２＿１及び上側の外管３４＿２＿２に外管２４＿２の軸方向に仕切る。具体的には、仕切り５１＿２は、上側の外管３４＿２の内周と上側の内管３３＿２との間を外管２４＿２の軸方向に仕切る。

上側の外管３４＿２は、上側の内管３３＿２よりも延伸している。上側の外管３４＿２＿１の内部は、合流空間Ｓ＿１を構成する。合流空間Ｓ＿１には、複数の伝熱管３１が接続されていて、流入部４１、下側の外管３４＿１＿１及び複数の伝熱管３１を通過した冷媒が合流する。

合流空間Ｓ＿１は、構造部Ｃ２とも称する。合流空間Ｓ＿１で合流した冷媒は、上側の内管３３＿２に流入する。また、合流空間Ｓ＿１で合流した冷媒の一部は、仕切り５１＿２により折り返された後に、上側の内管３３＿２に流入する。

合流空間Ｓ＿１は、合流空間Ｓ＿１の流路断面積をＡ１、上側の内管３３＿２の流路断面積をＡＳとした場合、
Ａ１＞ＡＳ
このような構造により、流路断面積の大きい合流空間Ｓ＿１から流路断面積の小さい上側の内管３３＿２に冷媒が流入するときに、気液二相流が縮小されるが、合流空間Ｓ＿１では気液二相流が未発達の状態になる。

図２１は、実施の形態４に係る空気調和装置１００の第２の例に係る室外熱交換器３の上側の外管３４＿２＿２及び上側の内管３３＿２の、図２０のＡ－Ａ線に沿った断面模式図である。

図２１に示すように、上側の内管３３＿２には、図５に示した実施の形態１と同様に、冷媒流出孔３５が、液相の冷媒における液面ＡＬの角度θ’に設けられた例を示している。

冷媒流出孔３５が設けられる角度θ’は、上側の内管３３＿２の中心から見た上側の内管３３＿２の中心を通る鉛直線の上側の内管３３＿２の下端から冷媒流出孔３５が存在する位置までの角度であり、
１０°≦θ’≦８０°
の範囲に設けられれば良い。

図２０において、上側の内管３３＿２の冷媒流出孔３５から流出した冷媒は、上側の外管３４＿２＿２、複数の伝熱管３１を順次通過し、下側の外管３４＿１＿２に流入する。下側の外管３４＿１＿２に流入した冷媒は、流出配管４２に流入し、室外熱交換器３の外へ流出する。

（効果）
実施の形態４に係る空気調和装置１００の構造部Ｃ２を有する冷媒分配器３０によれば、上側の外管３４＿２に構造部Ｃ２を設ける。これにより、合流空間Ｓ＿１の流路断面積Ａ１と、上側の内管３３＿２の流路断面積ＡＳとが異なるので、気液二相流が未発達となる。その結果、上側の内管３３＿２の上流には気液二相流れが未発達な領域が形成される。この場合、上側の内管３３＿２の冷媒流出孔３５の位置を層状流又は波状流の界面近傍（θ＝１０°～８０°）にする。

従って、実施の形態４に係る空気調和装置１００の構造部Ｃ２を有する冷媒分配器３０によれば、気液二相流を均一に分配する事が可能となり、分配性能が向上する。

＜構造部の第３の例＞
図２２は、実施の形態４に係る空気調和装置１００の第３の例に係る室外熱交換器３の側面模式図である。図２２は、実施の形態４に係る空気調和装置１００に係る冷媒分配器３０の第３の例の構造部Ｃ３を示す図である。

図２２に示すように、下側の外管３４＿１の内部には、仕切り６１が設けられる。仕切り６１は、下側の外管３４＿１を下側の外管３４＿１＿１及び下側の外管３４＿１＿２に仕切る。具体的には、仕切り６１は、下側の外管３４＿１の内周と下側の内管３３＿１との間を仕切る。

下側の外管３４＿１＿１は、下側の内管３３＿１よりも延伸している。下側の外管３４＿１＿１の下面は開口部（図示せず）を有する。開口部には冷媒流入管６２が接続されている。

下側の外管３４＿１の内部は、流入空間Ｓ＿２を構成する。流入空間Ｓ＿２には、冷媒流入管６２から冷媒が流入する。

流入空間Ｓ＿２は、構造部Ｃ３とも称する。流入空間Ｓ＿２に流入した冷媒は、下側の内管３３＿１に流入する。

流入空間Ｓ＿２は、流入空間Ｓ＿２の流路断面積をＡ２、下側の内管３３＿１の流路断面積をＡＳとした場合、
Ａ２＞ＡＳ
である。
このような構造により、流路断面積の大きい流入空間Ｓ＿２から流路断面積の小さい舌側の内管３３＿１に冷媒が流入するときに、気液二相流が縮小されるが、流入空間Ｓ＿２では気液二相流が未発達の状態になる。

図２２において、複数の伝熱管３１と、下側の外管３４＿１との接続関係は実施の形態１と同様である。複数の伝熱管３１及び図示せぬフィン３２の上部には、上側の外管３４＿２が設けられている。上側の外管３４＿２と、複数の伝熱管３１との接続関係は、下側の外管３４＿１と、複数の伝熱管３１との接続関係と同様である。

上側の外管３４＿２の冷媒流出側の端部には、上側の外管３４＿２の口径よりも小さい口径を有する流出配管４２が設けられている。

下側の内管３３＿１に流入した冷媒は、下側の内管３３＿１から図示せぬ冷媒流出孔３５を通過し、下側の外管３４＿１に流出する。下側の外管３４＿１に流出した冷媒は、複数の伝熱管３１を通り、上側の外管３４＿２に流入する。上側の外管３４＿２に流入した冷媒は、流出配管４２に流入し、室外熱交換器３の外へ流出する。

この場合、下側の内管３３＿１の冷媒流出孔３５の位置を層状流又は波状流の界面近傍（θ＝１０°～８０°）にする。

なお、図２２においては、冷媒流入管６２が下側の外管３４＿１＿１の下面に設けられている場合について示したが、冷媒流入管６２の数は１つに限られるものではない。また、冷媒流入管６２の取り付け位置は、例えば、下側の外管３４＿１＿１の上面部又は側面部であっても良い。

（効果）
実施の形態４に係る空気調和装置１００の冷媒分配器３０は、下側の外管３４＿１＿１を下側の内管３３＿１よりも延伸させた部分である構造部Ｃ３を有し、この構造部Ｃ３は流入空間Ｓ＿２を有する。下側の外管３４＿１の内部に下側の内管３３＿１は、下側の外管３４＿１に収容されていてこれに保護される。このため、強度を確保するために下側の内管３３＿１を厚くする必要がなく、下側の内管３３＿１の薄肉化及び省スペース化を実現することができる。また、下側の内管３３＿１が外部に露出しないので、下側の内管３３＿１の肉厚を薄くすることができる。

実施の形態４に係る空気調和装置１００の構造部Ｃ３を有する冷媒分配器３０によれば、下側の外管３４＿１＿１に構造部Ｃ３を設けることにより、気液二相流が未発達な状態になり、内管３３＿１において気液二相流を均一に分配する事が可能となる。その結果、冷媒分配器３０の分配性能が向上する。

また、下側の外管３４＿１＿１に冷媒流入管６２を接続することにより、冷媒流入管６２などの配管取り回しによる配管スペースの増加を抑制することができ、その分、室外熱交換器３の実装性を向上することができる。

＜構造部の第４の例＞
図２３は、実施の形態４に係る空気調和装置１００の第４の例に係る室外熱交換器３の側面模式図である。図２３は、実施の形態４に係る空気調和装置１００に係る冷媒分配器３０の第４の例の構造部Ｃ４を示す図である。

なお、図２３において、下側の内管３３＿１には、実施の形態１において説明した位置に図示せぬ冷媒流出孔３５が設けられている。また、複数の伝熱管３１と、下側の外管３４＿１との接続関係は実施の形態１と同様である。さらに、複数の伝熱管３１及び図示せぬフィン３２の上部には、上側の外管３４＿２が設けられている。上側の外管３４＿２と、複数の伝熱管３１との接続関係は、下側の外管３４＿１と、複数の伝熱管３１との接続関係と同様である。

上側の外管３４＿２の冷媒の流出側の端部には、上側の外管３４＿２の口径よりも小さい口径を有する流出配管４２が設けられている。

図２３に示すように、下側の内管３３＿１は、下側の外管３４＿１に収容されるとともに、上流側は下側の外管３４＿１よりも延伸している。下側の内管３３＿１の延伸した部分は直線状である。さらに、下側の内管３３＿１の延伸した直線状の部分の上流側には、曲げ流入管６３が設けられている。曲げ流入管６３は、構造部Ｃ４とも称する。

曲げ流入管６３の流路内径をＤＲ、下側の内管３３＿１の外管３４＿１＿２よりも延伸した直線部の長さをＬ２とした場合、
Ｌ２＜５×ＤＲ
である。

このような構造部Ｃ４を通過した冷媒は、気液二相流が未発達な状態になる。そして、気液二相流が未発達な状態の冷媒は、下側の内管３３＿１に流入する。下側の内管３３＿１に流入した冷媒は、下側の内管３３＿１から図示せぬ冷媒流出孔３５を通過し、下側の外管３４＿１に流出する。下側の外管３４＿１に流出した冷媒は、複数の伝熱管３１を通り、上側の外管３４＿２に流入する。上側の外管３４＿２に流入した冷媒は、流出配管４２に流入し、室外熱交換器３の外へ流出する。

この場合、下側の内管３３＿１の冷媒流出孔３５の位置を層状流又は波状流の界面近傍（θ＝１０°～８０°）にする。

なお、図２３においては、下側の内管３３＿１に曲げ流入管６３を設ける場合について示したが、下側の内管３３＿１の一部を折り曲げて、曲げ流入管６３を形成しても良い。

（効果）
実施の形態４に係る空気調和装置１００の構造部Ｃ４を有する冷媒分配器３０によれば、曲げ流入管６３を設けることにより、曲げ流入管６３を流れる気液の冷媒が遠心力を受ける。これにより、曲げ流入管６３を流れる気液二相流の冷媒が未発達な状態となる。

従って、実施の形態４に係る空気調和装置１００の構造部Ｃ４を有する冷媒分配器３０によれば、下側の外管３４＿１に構造部Ｃ４を設けることにより、気液二相流を均一に分配する事が可能となり、分配性能が向上する。

実施の形態５．
実施の形態４において述べた構造部Ｃ１～構造部Ｃ４を設けることにより、内管３３に流入する冷媒は、気液二相流が未発達な状態になる。この場合、発明者らの解析により、冷媒流出孔３５のより適切な角度が判明した。実施の形態５では、気液二相流が未発達な状態の場合に、冷媒流出孔３５のより適切な角度φを定義するものである。角度φは、内管３３の中心を通る鉛直線上の内管３３の下端から冷媒流出孔３５が存在する位置までの内管３３の中心から見た角度である。

図２４は、実施の形態５に係る空気調和装置１００における内管３３内の冷媒流出孔３５の角度φを示す図である。

図２４において、
φは、冷媒流出孔３５の最適角度であり、
φ_Ｄ０は、冷媒のガス及び液のスリップ比１及び気液界面が平面かつ水平であると仮定した場合の液面角度、
φ_ＤＳは、冷媒のガス及び液のスリップ比及び慣性力を考量した蒸発伝達率の予測などに用いられる管周方向のぬれ境界角度、
ＡＳは、内管３３の流路断面積である。

φ_ＤＳを流動様式の液面角度と定義した場合、冷媒流出孔３５の角度φは、
φ_Ｄ０＜φ＜φ_ＤＳ
である。

ここで、φ_Ｄ０、φ_ＤＳは、森らによって提案されている、水平平滑管の蒸発熱伝達率の予測に用いられている液面角度の式（２）～式（４）を用いて、式（５）及び式（６）によりそれぞれ算出される。

ここで、式中の変数は以下のとおりであり、冷媒乾き度、密度、質量速度及び潜熱などは内管３３の入口のものを代表値として用いる。また、内管３３においては、熱流速は十分に小さい値としてｑ＝０．００１とする。また、質量速度は冷媒質量流量をＭ［ｋｇ／ｈ］、内管３３の内径ｄ［ｍ］と定義したときＧ＝（Ｍ×３６００）／｛（Ｄ／２）^２×π｝で定義される。また、密度及び蒸発潜熱などの冷媒の状態量は例えば一般的な物性値表及び物性計算ソフトＲｅｆｐｒｏｐなどを用いて推算可能である。

ｘ：冷媒乾き度［－］、
ρ_Ｇ：冷媒ガス密度［ｋｇ／ｍ^３］、
ρ_Ｌ：冷媒液密度［ｋｇ／ｍ^３］、
Ｇ：質量速度［ｋｇ／（ｍ^２ｓ）］、
Ｄ：内管３３の内径［ｍ］、
ｇ：重力加速度［ｍ／ｓ^２］、
Δｈ_Ｇ：蒸発潜熱［ｋＪ／ｋｇ］、
ｑ：管内面周平均熱流速［ｋＷ／ｍ^２］

森らの式により算出される管周方向のぬれ境界角度φ_ＤＳは、熱伝達率の計測データベースを基に解析によって求められた式であり、熱伝達率は非常に薄い液膜領域における熱伝達率寄与が高いため、非常に薄い領域を考慮した境界角度となると考えられる。一方、冷媒分配における適正分配を実現するための冷媒流出孔３５の最適分配の角度φは、液膜がある度厚い部分、すなわちφ_ＤＳよりも小さい角度であるはずである。また、この最適分配の角度φは、図２４に示すように、仮想的に、ガス及び液のスリップ比＝１を仮定し、気液界面が平面かつ水平であると仮定した場合の液面角度φ_Ｄ０よりは大きい角度において存在する。

発明者らが実施した式（２）～式（６）を用いた解析及び冷媒可視化実験の比較結果によると、最適分配の角度φ≒１．５φ_Ｄ０と概ね一致することが分かっている。また、液面の角度は冷媒流速と乾き度、気液の密度比の影響を受けているが、その中でも特に乾き度の影響が支配的であることが分かっている。一般的な空調機器の蒸発器入口乾き度として発生する頻度の高い０．０５～０．８０の範囲を、代表的な暖房定格運転の条件の最大流量を想定する。この場合、最適分配角度は８０°～１０°の範囲に存在し、乾き度が大きくなるほど、最適分配角度は小さくなることが分かっている。

また、式（６）及び式（７）は、発明者らが式（２）～式（６）を用いて実施した解析によって得られたφ_Ｄ０及びφ_ＤＳの予測式である。式（６）及び式（７）には、空調機に一般的な暖房定格運転での冷媒流動状態を代表条件として考慮した場合の内管３３の支配的な形状パラメータである内管３３の流路断面積ＡＳ［ｍｍ^２］と最適分配の角度φとの関係を表したものである。最適分配の角度φはφ_Ｄ０＜φ＜φ_ＤＳを満足することで、内管３３の分配性能を向上させることができる。

従って、実施の形態５に係る空気調和装置１００の冷媒分配器３０によれば、冷媒流出孔３５の角度φをより適切な位置に配置することができるので、冷媒の分配をより均一に行なうことができる。

実施の形態６．
図２５は、実施の形態１～５に係る分配器において、発明者らの冷媒での実験条件における内管３３内部の冷媒の流動状態をプロットして示した流動様式線図（Ｂａｋｅｒ線図）を示す図である。

発明者らはＢａｋｅｒ線図上で環状流又は環状噴霧流となるような流動状態となる様に内管３３の内径を設計することで内管３３の内部の重力による液相の偏りを抑制することを試みた。

しかしながら、図２５に示す様に流動様式線図上で環状流及び環状噴霧流である条件においても、実際には冷媒は波状流または層状流で流動している事を冷媒の可視化実験により、確認した。

これは、Ｂａｋｅｒ線図等の流動様式線図の多くが、十分な助走距離を有した水－空気の実験ベースで構築されている事が多いためであると推定される。発明者らの冷媒可視化実験の結果、熱交換器に流れる冷媒の最大流量の条件において、Ｂａｋｅｒ線図上、環状流、環状噴霧流及びスラグ流の範囲になる内管３３の内径をＤ_Ａ［ｍ］と定義するとき、内管３３の内径Ｄ［ｍ］がＤ≧Ｄ_Ａ／６の範囲であれば、流れが未発達となり層状流になることが多いことが分かった。

この結果、Ｂａｋｅｒ流動様式線図を修正し、内管３３の内径ＤをＤ_Ａ／６とすることで、実際の流動様式を概ね予測できることを冷媒可視化実験に基づいて明らかにした。

図２６は、実施の形態６における図２５と同一の冷媒流入条件における修正したＢａｋｅｒ流動様式線図を示す図である。図２６においては、内管３３の内径ＤをＤ_Ａ／６とした。図２６に示す様に、図２５に示すＢａｋｅｒ流動様式線図上では環状流及び環状噴霧流であった条件が、層状流であり、実際の冷媒可視化によりみられた冷媒の流動様式が図２６に示した冷媒の流動様式と概ね一致することを確認している。従って、Ｄ≧Ｄ_Ａ／６となる内管３３の内径では、実施の形態１～５と同様に内部の冷媒流れが未発達な流れとなり、層状流となる。従って、例えば、下側の内管３３＿１の冷媒流出孔３５の位置を層状流又は波状流の界面近傍（θ＝１０°～８０°）に位置する様にすることで、気液二相流の分配性能を改善させることができる。

なお、Ｂａｋｅｒ線図の横軸は（Ｇ_Ｌ×λ×φ_ｍｏｄ）／Ｇ_Ｇ、縦軸はＧ_Ｇ／λであり、Ｇ_Ｇ＝Ｗ_Ｇ／Ａ_ｍ、Ｇ_Ｌ＝Ｗ_Ｌ／Ａ_ｍ、Ｗ_Ｇ＝Ｗ×ｘ、Ｗ_Ｌ＝Ｗ×（１－ｘ）、Ａ_ｍ＝（Ｄ／２）^２×πである。
ここで、
Ｇ_Ｌ：液相質量速度［ｋｇ／ｍ^２ｓ］
Ｇ_Ｇ：ガス相質量速度［ｋｇ／ｍ^２ｓ］
Ｗ_Ｌ：液相質量流量［ｋｇ／ｓ］
Ｗ_Ｇ：ガス相質量流量［ｋｇ／ｓ］
Ａ_ｍ：内管３３流路断面積［ｍ^２］
ｘ：乾き度［－］
ρ：密度［ｋｇ／ｍ^３］
μ：粘性係数［Ｐａ・ｓ］
σ：表面張力［Ｎ／ｍ］

である。添え字Ａ、Ｗで表した値は大気圧２０℃の空気と水の物性値、σ_ｗはこの状態の空気－水系の表面張力である。

また、発明者らの一般的なフロン冷媒を用いた冷媒可視化実験によると、内管３３の流路断面積ＡＳ＝３１．６ｍｍ^２～２０１．１ｍｍ^２では、ほとんどの流動条件において冷媒は層状流となっており、冷媒流出孔３５の角度を実施の形態１～５に示す様に液面ＡＬ近傍（θ＝１０°～８０°）に位置する様にすると、分配偏差の改善効果が特に高いことが分かった。

図２７は、実施の形態６における内管３３の流路断面積ＡＳと冷媒流出孔３５による冷媒分配改善率との関係を示す図である。図２７に示すように、０＜ＡＳ＜３１．６ｍｍ^２の領域Ｒ＿１では、多くの場合、冷媒流動様式が環状流に遷移し易くなるため冷媒流出孔３５の角度による分配改善効果が小さい。

一方で３１．６ｍｍ^２≦ＡＳ≦２０１．１ｍｍ^２の領域Ｒ＿２においては、流動様式が未発達で波状流及び層状流の領域になるため、分配改善効果が大きい。ＡＳ＞２０１．１ｍｍ^２の領域Ｒ＿３においては、内管３３の流路断面積が一般的な空調機に使用される熱交換器の割に大きくなるため、慣性力が小さく、分配が悪化する傾向がでてくるため、分配改善効果が低下していく。

実施の形態７．
図２８は、実施の形態７に係る空気調和装置１００の冷媒分配器３０の鉛直方向断面図である。

実施の形態１～実施の形態６においては、冷媒流出孔３５の角度θ１の向きについては特に規定するものではなく、冷媒流出孔３５の位置を液面ＡＬ近傍に位置することで分配改善効果が得られる。これに対して本実施の形態７では、熱交換器に冷媒分配器３０を実装する際の冷媒流出孔３５の角度θ１の向き、すなわち、冷媒流出孔３５の開口方向を次のようにする。具体的に、冷媒分配器３０を熱交換器に実装する場合、冷媒流出孔３５の位置を冷媒分配器３０の風上側で、かつ液面ＡＬの近傍（θ＝１０°～８０°）の範囲に備える。このようにすることで、扁平管の温度差の大きい領域に液冷媒を多く分配することができる。

実施の形態は、例として提示したものであり、請求の範囲を限定することは意図していない。実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、実施の形態の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行なうことができる。これら実施の形態及びその変形は、実施の形態の範囲及び要旨に含まれる。

１ 圧縮機、２ 四方弁、３ 室外熱交換器、３ａ 第１室外熱交換器、３ｂ 第２室外熱交換器、４ ファン、５ 膨張弁、６ 室内熱交換器、７ ファン、８ アキュムレータ、１０ 室外機、１１、１２、１３ 室内機、２６、２７ 冷媒配管、３０ 冷媒分配器、３０ａ 第１冷媒分配器、３０ｂ 第２冷媒分配器、３１ 伝熱管、３２ フィン、３３、３３ａ、３３ｂ、３３＿２ 内管、３３ｒ 屈曲内管、３４、３４＿１、３４＿１＿１、３４＿１＿２、３４＿２＿１、３４＿２＿２ 外管、３５ 冷媒流出孔、３６ キャップ、４１ 流入部、４２ 流出配管、５１＿１、５１＿２、６１ 仕切り、６２ 冷媒流入管、６３ 曲げ流入管、１００ 空気調和装置、ＡＬ 液面、Ｃ、Ｃ１～Ｃ４ 構造部、Ｌ 延伸した内管の長さ、Ｄ 延伸した内管の内径、Ａ１ 合流空間の流路断面積、Ａ２ 流入空間の流路断面積、ＡＳ 内管の流路断面積、ＤＲ 曲げ流入管の流路内径、Ｌ２ 延伸した内管の直線部の長さ、φ_Ｄ０ 液面角度、φ_Ｄｓ 液面角度、θ、φ、θ１ 冷媒流出孔の角度、θ’ 液面の角度、Ｒ＿１、Ｒ＿２、Ｒ＿３ 領域、Ｓ＿１ 合流空間、Ｓ＿２ 流入空間。

Claims (14)

1. 内部を冷媒が流れ、複数の伝熱管が所定間隔で接続された外管と、
   内部を前記冷媒が流れ、前記外管内に収容され、内部を流れる前記冷媒を前記外管に流す冷媒流出孔を有する内管と、
   前記内管又は前記外管に設けられ、前記冷媒が気液二相流が未発達な状態になり、前記冷媒を前記内管に流入させる構造部と
   を具備し、
   前記冷媒流出孔は、前記内管の中心を通る鉛直線上の前記内管の下端から前記冷媒流出孔が存在する位置までの前記内管の中心から見た角度θが
   １０°≦θ≦８０°の範囲に設けられ、
   前記冷媒流出孔が設けられた位置の前記内管の鉛直方向の断面には、前記冷媒流出孔が１つのみであり、
   前記冷媒流出孔が設けられる角度θは、式（１）から求められる
   冷媒分配器。
   

   

   ここで、
   ｘは、冷媒流出孔を内管の中心を通る管延方向に直交する水平線に投影した距離、
   Ｊａはヤコブ数、
   Ｇａはガリレオ数、
   Ｐｒ _Ｌ は液プラントル数、
   ν _Ｌ は液動粘性係数、
   Ｌは内管の助走距離、
   Ｄは内管の内径であり、
   Ｇａ＝ｇＤ ^３ ／ν _Ｌ ^２ 、Ｊａ＝ＣｐＬ／Δｉｖ、
   ＣｐＬは定圧比熱、
   Δｉｖは潜熱、
   Ｌ＜５Ｄである。
2. 内部を冷媒が流れ、複数の伝熱管が所定間隔で接続された外管と、
   内部を前記冷媒が流れ、前記外管内に収容され、内部を流れる前記冷媒を前記外管に流す冷媒流出孔を有する内管と
   を具備し、
   前記冷媒流出孔は、前記内管の中心を通る鉛直線上の前記内管の下端から前記冷媒流出孔が存在する位置までの前記内管の中心から見た角度θは、前記冷媒のガス及び液のスリップ比１及び気液界面が平面かつ水平であると仮定した場合の液面角度をφ_Ｄ０、
   前記冷媒の液面角度をφ_Ｄｓ、
   前記内管の流路断面積をＡＳ［ｍｍ^２］と定義した場合、
   φ_Ｄ０＜θ＜φ_Ｄｓを満たし、
   φ_Ｄ０＝（－０．０４０８×ＡＳ＋７４．１２４）×０．６２
   φ_Ｄｓ＝（－０．０４０８×ＡＳ＋７４．１２４）×１．２
   である冷媒分配器。
3. 前記冷媒流出孔は、互いに隣接する前記伝熱管と前記伝熱管との間に設けられる
   請求項１又は２に記載の冷媒分配器。
4. 第１冷媒分配器と、第２冷媒分配器とを備えた冷媒分配器であって、
   前記第１冷媒分配器及び前記第２冷媒分配器は、それぞれ、
   内部を冷媒が流れ、複数の伝熱管が所定間隔で接続された外管と、
   内部を前記冷媒が流れ、前記外管内に収容され、内部を流れる前記冷媒を前記外管に流す冷媒流出孔を有する内管と、
   前記内管又は前記外管に設けられ、前記冷媒が気液二相流が未発達な状態になり、前記冷媒を前記内管に流入させる構造部と
   を具備し、
   前記冷媒流出孔は、前記内管の中心を通る鉛直線上の前記内管の下端から前記冷媒流出孔が存在する位置までの前記内管の中心から見た角度θが
   １０°≦θ≦８０°の範囲に設けられ、
   前記冷媒流出孔が設けられた位置の前記内管の鉛直方向の断面には、前記冷媒流出孔が１つのみであり、
   前記第１冷媒分配器の前記内管と、前記第２冷媒分配器の前記内管とを接続する屈曲内管を具備し、
   前記第２冷媒分配器の前記冷媒流出孔の角度θ２は、前記第１冷媒分配器の前記冷媒流出孔の角度θ１よりも－１８０°～１８０°の範囲において、絶対値が大きい
   冷媒分配器。
5. 前記第２冷媒分配器の内管のギャップが設けられている側の終端部の内径は、前記屈曲内管に接続されている側の始端部の内径よりも小さい
   請求項４記載の冷媒分配器。
6. 内部を冷媒が流れ、複数の伝熱管が所定間隔で接続された外管と、
   内部を前記冷媒が流れ、前記外管内に収容され、内部を流れる前記冷媒を前記外管に流す冷媒流出孔を有する内管と、
   前記内管又は前記外管に設けられ、前記冷媒が気液二相流が未発達な状態になり、前記冷媒を前記内管に流入させる構造部と
   を具備し、
   前記冷媒流出孔は、前記内管の中心を通る鉛直線上の前記内管の下端から前記冷媒流出孔が存在する位置までの前記内管の中心から見た角度θが
   １０°≦θ≦８０°の範囲に設けられ、
   前記冷媒流出孔が設けられた位置の前記内管の鉛直方向の断面には、前記冷媒流出孔が１つのみであり、
   前記内管は、前記外管よりも直線状に延伸しており、
   前記構造部は、
   前記延伸した内管であり、
   前記内管の延伸した部分の内径をＤ、前記内管の前記延伸した部分の長さをＬとした場合、
   Ｌ＜１０×Ｄ
   である
   冷媒分配器。
7. 内部を冷媒が流れ、複数の伝熱管が所定間隔で接続された外管と、
   内部を前記冷媒が流れ、前記外管内に収容され、内部を流れる前記冷媒を前記外管に流す冷媒流出孔を有する内管と、
   前記内管又は前記外管に設けられ、前記冷媒が気液二相流が未発達な状態になり、前記冷媒を前記内管に流入させる構造部と
   を具備し、
   前記冷媒流出孔は、前記内管の中心を通る鉛直線上の前記内管の下端から前記冷媒流出孔が存在する位置までの前記内管の中心から見た角度θが
   １０°≦θ≦８０°の範囲に設けられ、
   前記冷媒流出孔が設けられた位置の前記内管の鉛直方向の断面には、前記冷媒流出孔が１つのみであり、
   前記外管は、前記内管よりも延伸しており、
   前記外管の内周と、前記内管の外周との間を前記外管の軸方向に仕切る仕切りを具備し、
   前記構造部は、
   前記延伸した外管に設けられ、前記仕切りにより仕切られた前記外管の内部における前記複数の伝熱管からの冷媒が合流する合流空間である
   冷媒分配器。
8. 前記合流空間の流路断面積をＡ１、前記内管の流路断面積をＡＳとした場合、
   Ａ１＞ＡＳ
   である
   請求項７に記載の冷媒分配器。
9. 内部を冷媒が流れ、複数の伝熱管が所定間隔で接続された外管と、
   内部を前記冷媒が流れ、前記外管内に収容され、内部を流れる前記冷媒を前記外管に流す冷媒流出孔を有する内管と、
   前記内管又は前記外管に設けられ、前記冷媒が気液二相流が未発達な状態になり、前記冷媒を前記内管に流入させる構造部と
   を具備し、
   前記冷媒流出孔は、前記内管の中心を通る鉛直線上の前記内管の下端から前記冷媒流出孔が存在する位置までの前記内管の中心から見た角度θが
   １０°≦θ≦８０°の範囲に設けられ、
   前記冷媒流出孔が設けられた位置の前記内管の鉛直方向の断面には、前記冷媒流出孔が１つのみであり、
   前記外管は、前記内管よりも延伸しており、
   前記外管の内周と、前記内管の外周との間を仕切る仕切りを具備し、
   前記構造部は、
   前記延伸した外管であり、前記延伸した外管は、前記仕切りにより仕切られた前記外管の内部に前記冷媒が流入する流入空間を有する
   冷媒分配器。
10. 内部を冷媒が流れ、複数の伝熱管が所定間隔で接続された外管と、
    内部を前記冷媒が流れ、前記外管内に収容され、内部を流れる前記冷媒を前記外管に流す冷媒流出孔を有する内管と、
    前記内管又は前記外管に設けられ、前記冷媒が気液二相流が未発達な状態になり、前記冷媒を前記内管に流入させる構造部と
    を具備し、
    前記冷媒流出孔は、前記内管の中心を通る鉛直線上の前記内管の下端から前記冷媒流出孔が存在する位置までの前記内管の中心から見た角度θが
    １０°≦θ≦８０°の範囲に設けられ、
    前記冷媒流出孔が設けられた位置の前記内管の鉛直方向の断面には、前記冷媒流出孔が１つのみであり、
    前記内管は、前記外管よりも延伸しており、
    前記構造部は、
    前記延伸した内管に接続され、前記冷媒が流入する曲げ流入管である
    冷媒分配器。
11. 前記曲げ流入管の流路内径をＤＲ、前記内管の延伸した直線部の長さをＬ２とした場合、
    Ｌ２＜５×ＤＲ
    である
    請求項１０に記載の冷媒分配器。
12. 前記内管の流路断面積をＡＳ［ｍｍ^２］と定義した場合、
    ＡＳ＝３１．６ｍｍ^２～２０１．１ｍｍ^２
    である
    請求項１又は２に記載の冷媒分配器。
13. 請求項１～１２のいずれか１項に記載の冷媒分配器を有する熱交換器。
14. 請求項１３に記載の熱交換器を有する空気調和装置。

Images