JPH07294061A - 冷媒分流器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】冷媒流を複数経路に分流させる冷媒分流器にお
いて、安定的にかつ所定の流量比に分流することを目的
とする。 【構成】冷媒分流器本体２内の冷媒の流路上に、先細り
の内部形状を有する絞り弁７を設置すると共に、複数の
流出口６ａ〜６ｄの面積の総和が流入口５の面積以下に
なるように流入口６ａ〜６ｄと流出口５を設定すること
によって偏流の発生を抑制する。さらに、流出管４ａ〜
４ｄを細径管となし、細径管の長さを調節することによ
って各流出管４ａ〜４ｄの冷媒流量を所定の流量比に設
定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧縮式冷凍機等の冷媒
流の回路において冷媒の流れを複数の経路に分岐させる
冷媒分流器に関するものであり、特に、所定の流量比へ
の分流を安定的に行う冷媒分流器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】物質の気相状態における圧縮や膨張に伴
う熱変化と液相−気相間の相変化に伴う熱変化を利用し
た冷却法に圧縮式冷凍法があり、空調機器をはじめとし
て種々の冷却装置で利用されている。圧縮式冷凍装置
は、相変化する媒質すなわち冷媒を閉回路内で循環さ
せ、その循環経路において冷媒の圧縮、凝縮、蒸発、膨
張のサイクルを行い、冷却対象物を冷却するものであ
る。その構成を図１に模式的に示す。まず、気相状態に
ある冷媒は圧縮機によって圧縮される。圧縮された冷媒
は温度上昇するが、凝縮器において外部から冷却される
ことにより、大部分が液化する。この冷却された液相と
気相の２相状態の冷媒は、熱交換器において冷却対象物
と熱交換し、対象物を冷却する。ここでの冷却対象物
は、例えば空調機器の場合は室内空気である。対象物か
ら奪った熱は冷媒が液相から気相へと変化する際の気化
熱として吸収される。熱交換後の冷媒はほとんど全て気
相状態になっており、これが再び圧縮機で圧縮され、凝
縮器で冷却液化され、循環する。

【０００３】熱交換器内には冷媒を通し、冷媒と冷却対
象物との熱交換を行うための伝熱管が配設されている。
熱交換は冷媒の流路が長いほど、すなわち伝熱管が長い
ほど効率がよい。また、冷媒の単位体積あたりの表面積
が大きいほど、すなわち冷媒が流れる伝熱管の径を小さ
くするほど、熱交換の効率がよくなる。このため通常、
冷媒の流路を複数に分岐させ、熱交換器内に複数の伝熱
管を配する方法が採られている。近年では、冷却システ
ムの多様化、小型化のために、伝熱管の細径化、多岐化
が著しい。

【０００４】熱交換器内を流れる冷媒の経路の複数化
は、図１に示したように熱交換器の前に冷媒分流器を設
置することによりなされる。この冷媒分流器から送り出
される冷媒の経路は、熱交換器の伝熱管の数だけ必要に
なる。従来の冷媒分流器の例を図６に示し、その断面図
を図７に示す。この分流器を熱交換器へ取付た状態を図
８、および図９に示す。ここでは分流器からの流出は４
経路であるものを例示した。

【０００５】冷凍サイクルの閉回路を流れる冷媒は、流
入管２２から冷媒分流器本体２１に流入し、流出管２３
ａ〜２３ｄを通って熱交換器２４へと流れる。４本の流
出管２３ａ〜２３ｄは熱交換器２４の４本の伝熱管２５
ａ〜２５ｄとそれぞれ接続されており、熱交換器２４を
通過して気化した冷媒はヘッダー管２６ａ〜２６ｄを経
てメインヘッダー管２７に集まり、圧縮機へと送られ
る。図８、９における矢印ａは冷媒分流器本体２１への
冷媒の流入方向、矢印ｂは熱交換器通過後のメインヘッ
ダー管２７からの冷媒の流れの方向を表す。

【０００６】冷媒は冷媒分流器２０に流入する以前に、
凝縮器において液化されているが、完全に液相になって
いるわけではなく、分流器本体２１内においては液相と
気相とが混じり合った状態になっている。この２相状態
のまま分流がなされ、冷媒は熱交換器２４へと送られ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】冷媒分流器２０内での
冷媒が液相と気相の２相状態であることは、次の問題を
もたらす。気相と液相とは分離しがちであり、分流器本
体２１内に気相が多く存在する部位と気相が僅かしか存
在しない部位とが生じ、液相と気相の存在比率が一定せ
ず、冷媒の組成が不均一になる。これは冷媒分流器本体
２１内での冷媒の流れに偏りを発生させ、この偏流のた
めに流出管２３ａ〜２３ｄから流出する冷媒の量は流出
管２３ａ〜２３ｄの取付位置によってバラツキが生じ
る。このため熱交換器２４の伝熱管２５ａ〜２５ｄを通
過する冷媒量に差が生じ、熱交換器２４のある部位では
多量の熱交換が行われているのに、他の部位ではあまり
熱交換がなされないという効率の低下が起きる。偏流の
発生や程度、方向は、冷媒分流器２０を構成する部品の
加工精度や分流器２０の取付姿勢にも大きく左右される
ため、効率のよい熱交換を行うためには、部品間のバラ
ツキのない高精度の加工技術と、厳密な取付姿勢とその
維持とが要求される。

【０００８】本発明の１つの目的は、冷媒の組成を冷媒
分流器内部で均一にすることで、偏流の発生を抑え、各
流出管からの冷媒流出量を安定化させることにある。

【０００９】一方、熱交換器においても、その全部位に
おいて均一に熱交換がなされるとは限らない。例えば空
調機器においては、冷却対象である室内空気を送風して
冷媒との熱交換を行うが、送風自体に偏りがあるため、
熱交換器の一部のみで熱交換がなされ、他の部分ではあ
まり熱交換しないという事態が生じる。これは、熱交換
の効率低下を招くが、特に複数の伝熱管を配設して効率
向上を図ろうとする熱交換器においては、十分に機能し
ない伝熱管が存在することになって、目的が達成されな
い。この不都合は、偏流がなく各流出管に均等な冷媒が
送り出される冷媒分流器を用いて、各伝熱管に均等な冷
媒流量を供給したとしても解決できない問題である。

【００１０】本発明のもう一つの目的は、各流出管から
の冷媒の流出量比を調節し、所定流量の冷媒を各伝熱管
に安定的に供給することにある。

【００１１】これらの目的を達成することにより、熱交
換器の効率向上と、それによる装置の小型化が実現でき
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、複数の流出管を接続し冷媒の流れを複数
の経路に分岐させる冷媒分流器において、内部形状を先
細りにした絞り弁を流路途中に設置し、流入する冷媒を
通過させる。また、各流出管へ冷媒を流出させる複数の
流出口の面積の総和が、流入管から冷媒を流入させる流
入口の面積以下になるように、流出口、流入口の大きさ
を設定する。さらに、各流出管を細径管となし、細径管
長を各管ごとに個別に設定した構成とする。

【００１３】

【作用】冷媒分流器内で発生する偏流は、冷媒が２相状
態であり液相と気相が分離することが一因である。した
がって、液相と気相とを均一に混合すれば偏流の発生が
かなり抑制される。冷媒の流路途中に絞り弁を設けた構
成では、小径の絞り穴を通過することにより気相の塊が
細分化され液相と混合し易くなる。さらに、絞り弁通過
時に流速が著しく増すため、通過後の冷媒が撹拌されて
２相の混合が促進され、冷媒の均一化がもたらされる。
冷媒分流器内に絞りを設けることは、例えば特開平２−
２１９９６６に記されているように、既知ではあるが、
その形状により得られる効果に差異が生じる。

【００１４】絞り板の一部に小径の絞り穴を設け、この
絞り板を冷媒の流路を遮る形に設置する絞り機構では、
流入管から流入してきた冷媒が、常に順次その絞り穴を
通過することは期待できない。気相状態の冷媒が絞り穴
周辺に貯留し、ある時点でまとめて通過し、その後再び
絞り穴周辺に貯留するということを繰り返す。この現象
は、絞り通過後の冷媒の均一な混合の妨げになるだけで
なく、冷媒分流器から流出する冷媒総量が安定せず、脈
流を生じる原因になる。

【００１５】本発明における絞り弁は、冷媒の通過経路
を次第に細くする構造であり、冷媒分流器に流入する冷
媒は常に順次絞り弁を通過するので、安定的に２相の混
合が行われる。したがって偏流の抑制効果も安定してお
り、脈流発生の恐れもない。

【００１６】冷媒分流器内で液相と気相とが均一度高く
混合していても、偏流は発生し得る。冷媒は流入する圧
力により流出口から流出する。冷媒に加わる圧力が弱け
れば、各流出口の面積が同一であっても、流出口の設置
位置によって流出量は異なってくる。これは直接、各流
出管の流量の差異として現れるが、さらに冷媒分流器内
の冷媒の流れに偏りを生じる。そうすると冷媒の流れは
不安定になり、各流出管から流出する冷媒量も不安定な
ものになる。

【００１７】流入口の面積に対し流出口面積の総和が大
きければ、分流器内の冷媒圧は流入時の圧に比べ低下
し、上記現象の原因となる。本発明の冷媒分流器のよう
に、流出口の総面積を流入口の面積以下に設定すれば、
分流器内部には常に冷媒流入時以上の圧力が加えられ
る。このため、各流出口における冷媒は、流出口の設定
位置にあまり影響されずにほぼ均等な圧力を受ける。し
たがって、各流出口からの冷媒流出量も安定し、偏流の
発生も抑制される。

【００１８】各流出口における冷媒圧が均等であれば、
各流出口から流出する冷媒量は、流出管およびそれ以降
の管内での抵抗によって異なってくる。冷媒流に対する
抵抗は、管の内径が小さいほど大きくなり、管が長いほ
ど大きくなる。また、抵抗の管の長さへの依存性は管の
内径が小さいほど顕著に現れる。

【００１９】本発明における冷媒分流器では細径化した
流出管を用いるので、それを通過する冷媒に対する抵抗
を細径管の長さによって調節し得る。したがって、各細
径管を適切な長さに設定することにより、各流出管の流
量を所定の流量比に設定することが容易に達成される。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例について説
明する。図２は本発明に係わる冷媒分流器１の正面断面
図であり、図３は図２のＸ−Ｘ面での断面図である。こ
の冷媒分流器１を熱交換器９に付設した状態を図４の正
面図、図５の側面図に示す。本実施例の分流器１には、
従来の銅プレス加工品と比べて加工精度が高く、部品の
バラツキに起因する分流発生をほぼ皆無にし得る、黄銅
製の切削加工品を用いる。

【００２１】図２に示すように本実施例の冷媒分流器１
は、一端に冷媒を流入させる流入口５と他端に冷媒を流
出させる複数の流出口６ａ〜６ｄを有する分流器本体２
と、流入口５に接続された流入管３と、各流出口６ａ〜
６ｄに接続された複数の流出管４ａ〜４ｄと、流入口５
に設置された絞り弁７とから構成されている。本実施例
は、冷媒流を４経路に分岐させる分流器を示したもの
で、４本の流出管４ａ〜４ｄが接続されている。

【００２２】各流出管４ａ〜４ｄの他端は図４、５に示
すように熱交換器９の４本の伝熱管１０ａ〜１０ｄに接
続されており、冷媒は分流器１によって分流された後、
熱交換器９内の伝熱管１０ａ〜１０ｄを通過して冷却対
象と熱交換を行い気化する。伝熱管１０ａ〜１０ｄの他
端はヘッダー管１１ａ〜１１ｄに接続されており、冷媒
はヘッダー管１１ａ〜１１ｄを経てメインヘッダー管１
２に集められ、矢印ｂ方向へと流れ圧縮機に送られる。

【００２３】冷媒分流器１において冷媒は、図２の矢印
Ｆ１〜Ｆ３で示した方向に流れる。流入管３から流入し
た冷媒は分流器本体２内部を通過し流出管４ａ〜４ｄか
ら流出する。分流器本体２への冷媒の入り口となる流入
口５には、内部を円錐形状に形成した絞り弁７が、円錐
底面を流入管３に向ける方向に設置されている。円錐の
頂点部には小径の絞り孔８が設けられており、流入管３
より流入する冷媒は全て、円錐の底面から入り頂点から
出ていく形で、この絞り弁７を通過することになる。

【００２４】各流出管４ａ〜４ｄが接続される流出口６
ａ〜６ｄは、その面積の総和が流入口５の面積以下であ
るように設定されている。すなわち、分流器本体２は冷
媒の流出部の断面積の総和が流入部の断面積を超えない
ように形成されている。

【００２５】さらに、冷媒を流出させる各流出管４ａ〜
４ｄには内径の小さい細径管を用い、これに合わせ分流
器本体２の各流出口６ａ〜６ｄも細径化されている。細
径管の長さは必ずしも各流出管４ａ〜４ｄで均等ではな
く、それぞれが接続される伝熱管１０ａ〜１０ｄの熱交
換器内での配設状況を考慮して、調節設定する。

【００２６】次に、本実施例の冷媒分流器１の動作につ
いて説明する。冷凍サイクルを流れる冷媒は、液相と気
相の２相状態となって冷媒分流器１へと流入する。液相
と気相は本来互いに分離しようとする性質をもち、冷媒
は分流器本体２への流入時に両相が均一に混合した状態
にはなっていない。そのため偏流が生じている。偏流は
分流器２の取付姿勢や部品加工精度、あるいは分流器本
体２へ流入する以前の冷媒流の状況、すなわち流入管３
の配設形状によっても影響される。分流器本体２へ流入
した冷媒は、絞り弁７を通過することにより、それまで
に存在していた偏流を除去される。また、気相の塊が絞
り孔８通過時に細分化され液相と気相とが均一に混合さ
れる。さらに、小径の絞り孔８を通過することにより流
速が著しく高められ、これにより絞り弁７通過後の冷媒
は常に撹拌されている状態となり、混合の均一性が常時
保たれる。こうして冷媒分流器本体２内部でも偏流の発
生が抑制され、液相と気相が均一に混合した冷媒が安定
的に流出管４ａ〜４ｄへと送られる。

【００２７】ここでは絞り弁７の内部形状を円錐形とし
たが、これに限らず、冷媒の流路を次第に先細りにする
形状であればよい。内部形状が先細りであれば、流入す
る冷媒を順次通過させることができるので、絞り弁７の
絞り孔８周辺に気相が貯留することはなく、冷媒の液相
と気相の組成比を常に一定に保って混合することができ
る。

【００２８】絞り弁７の設置位置は、冷媒の流入部から
流出部までの流路上であればどこでもよいが、絞り孔８
通過後の高速流が直接流出管４ａ〜４ｄに達しないよう
にするために、流入口５近傍の流入部に設置する方が望
ましい。また、本実施例では絞り弁７として独立な部材
を用いたが、流入管３の末端部を次第に細くして先端に
絞り孔を設けることで、絞り弁を流入管と一体的に形成
することも可能である。

【００２９】液相と気相が均一に混合された冷媒は、流
出口６ａ〜６ｄを経て流出管４ａ〜４ｄから流出する。
本発明においては、流出口６ａ〜６ｄの面積の合計は流
入口５の面積以下に設定されているので、分流器本体２
内の冷媒に加わる圧力は、流入管３からの流入時よりも
低下することはない。したがって、適度な圧力が流出部
全域にわたって常時加えられており、各流出口６ａ〜６
ｄにおける冷媒は均等に加圧されている。このため、各
流出管４ａ〜４ｄを流れる冷媒量は安定している。

【００３０】流入口５および流出口６ａ〜６ｄを円形に
形成すると、本実施例のように４経路に分流する冷媒分
流器１の場合では、各流出口６ａ〜６ｄの直径を流入口
５の直径の１／２以下にすれば、流出口６ａ〜６ｄの総
面積を流入口５の面積以下に設定できる。例えば、流出
口６ａ〜６ｄ直径を流入口５直径の１／３とすれば、流
出口６ａ〜６ｄの総面積は流入口５の面積の４／９にな
る。流出口６ａ〜６ｄの総面積を流入口５面積よりもど
の程度小さく設定するかは、冷媒流入総量、流入圧、液
相と気相の比率、分岐経路数、流出管長、冷媒分流器の
強度等を考慮して決める。冷却サイクルの用途や使用条
件に応じて、他の種々の条件と共に設定する。

【００３１】前述のように冷媒は各流出口６ａ〜６ｄで
均等に加圧されている。各流出管４ａ〜４ｄをすべて同
径、同長にすれば、そこを流れる冷媒に対する抵抗は同
じになり、均等量の冷媒が流れる。本発明の冷媒分流器
１に接続する流出管４ａ〜４ｄには細径管を用いてお
り、細径管の長さを調節することによって、各流出管４
ａ〜４ｄの冷媒流量は所定の流量比に設定される。こう
して所定流量比の冷媒が伝熱管１０ａ〜１０ｄに送ら
れ、熱交換器９における熱交換の不均一性を補うことが
できる。なお、流出管４ａ〜４ｄはその全長にわたって
細径管としてもよく、部分的に、例えば分流器本体２と
の接続部からの一部分だけをを、細径管としてもよい。

【００３２】熱交換器９の伝熱管１０ａ〜１０ｄを通過
して熱交換した冷媒は、図４、５に示したように各伝熱
管１０ａ〜１０ｄに接続されたヘッダー管１１ａ〜１１
ｄを経てメインヘッダー管１２に集まり、圧縮機へと送
られる。ここで、各ヘッダー管１１ａ〜１１ｄの温度を
測定することにより、伝熱管１０ａ〜１０ｄの熱交換の
均一性を知ることができる。実際に測定を行った結果、
従来の冷媒分流器では、部品のバラツキ、冷媒分流器の
取付姿勢、熱交換器の送風量のバランス等の変動諸要因
によって、各ヘッダー管の温度差が５℃を超えることが
あったが、本発明の冷媒分流器によれば、種々の条件下
でもヘッダー管の温度差は３℃以下で安定しており、伝
熱管間での熱交換の均一性が向上した。ヘッダー管の温
度差に大きな差異があるということは、単に熱交換効率
が悪いというだけにとどまらず、低温のヘッダー管に結
露が発生し易いという問題を生じるもので、本発明の分
流器ではこの不都合も解消される。

【００３３】このように、本発明の冷媒分流器１では分
流の流量比が一定化されているので、各流出管４ａ〜４
ｄを流れる冷媒の流量は、流入管３からの冷媒流入量を
調節することにより、容易に設定可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数の流出管に流れる冷媒の流量比を所定の値に設定で
きるので、その流出管の冷媒を熱交換に用いるときに、
熱交換器内の各部位における風量等の条件に合致させる
ように流出管の流量比を決めることにより、効率のよい
熱交換を実現できる。しかも、流量比の決定は細径管の
長さによって行うので、構成が簡素である。

【００３５】請求項２の構成によれば、さらに、各流出
口における冷媒に分流器本体内への冷媒流入時以上の圧
力を加えることができ、偏流の発生が抑制され、所定分
流比へ分流を安定的に行うことができる。

【００３６】請求項３の構成によれば、絞り弁によって
液相と気相が均一に混合されることで偏流発生がさらに
抑制され、分流の安定化が向上する。

【００３７】また、請求項４の構成では、分流器本体に
流入する冷媒は順次絞り弁を通過するので、常に液相と
気相の比率を一定に保ったまま両相を混合することがで
き、分流器内での偏流の発生を抑えながらも、分流後の
冷媒に脈流を生じることはない。したがって、安定した
分流を行うことができる。

【００３８】これらの効果に加え、本発明の冷媒分流器
では、偏流の発生が抑制されることによって、部品の加
工精度や冷媒分流器の取付姿勢の許容範囲が拡大される
ので、コストの低減化にも有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 冷媒分流器を用いる圧縮式冷凍装置の構成を
示す模式図。

【図２】 本発明実施例における冷媒分流器の正面断面
図。

【図３】 本発明実施例における冷媒分流器の平面断面
図。

【図４】 本発明実施例における冷媒分流器の熱交換器
への取付態様を示す正面図。

【図５】 本発明実施例における冷媒分流器の熱交換器
への取付態様を示す側面図。

【図６】 従来の冷媒分流器の投影斜視図。

【図７】 従来の冷媒分流器の正面断面図。

【図８】 従来の冷媒分流器の熱交換器への取付態様を
示す正面図。

【図９】 従来の冷媒分流器の熱交換器への取付態様を
示す側面図。

【符号の説明】

１ 冷媒分流器 ２ 冷媒分流器本体 ３ 流入管 ４ａ〜４ｄ 流出管 ５ 流入口 ６ａ〜６ｄ 流出口 ７ 絞り弁 ９ 熱交換器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒を流入させるための流入管と、冷媒
   を流出させるための複数の流出管を備えた冷媒分流器に
   おいて、流出管を細径管と成し、該細径管の長さによっ
   て各流出管から流出する冷媒の流量比が設定されること
   を特徴とする冷媒分流器。
2. 【請求項２】 請求項１の冷媒分流器であって、流入管
   が接続される流入口と各流出管が接続される複数の流出
   口を本体に有し、流出口の面積の総和が流入口の面積以
   下であることを特徴とする冷媒分流器。
3. 【請求項３】 請求項２の冷媒分流器であって、流入口
   から流出口に至る冷媒の流路上に絞り弁を設置すること
   を特徴とする冷媒分流器。
4. 【請求項４】 冷媒を複数の経路に分岐させる冷媒分流
   器において、先細りの内部形状を有する絞り弁を分流器
   本体の冷媒流入部に設置することを特徴とする冷媒分流
   器。