JPH0829018A

JPH0829018A - 冷媒分流器

Info

Publication number: JPH0829018A
Application number: JP6161795A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Yanagisawa; 徹爾柳澤; Hiroshi Yasuda; 弘安田; Kensaku Kokuni; 研作小国; Kazutaka Suefuji; 和孝末藤; Hiroshi Takenaka; 寛竹中
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-07-14
Filing date: 1994-07-14
Publication date: 1996-02-02

Abstract

(57)【要約】【構成】構造が簡単で小さく、しかも部品点数を多く使
用せず、また設置角度に影響されず、均質な冷媒分流を
提供するために、冷媒分流器流入管８ａの上流に衝突面
１３を有する圧力室１２と、複数の管軸中心方向へ向か
う気液混合物１４を設け、液冷媒とガス冷媒に偏りのあ
る冷媒気液二相流を均一化する。【効果】冷凍空調装置の熱交換器の性能向上に効果があ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷凍空調装置におい
て、室外機から流れる冷媒気液二相流を、複数の室内機
へ均質に分配し、室内機の性能を向上するために好適な
冷媒分流器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の冷媒分流器としては、冷媒気液二
相流対応の分流器として、マルチディストリビュータ
（分配管）があるが、これは、多数の分配穴を形成した
主分配器と、分配容量の比に応じて主分配器の穴数にそ
の比を乗じた数の分配穴を形成した複数の枝分配器と
を、内径及び長さが等しい多数の分配管でそれぞれ接続
されている。また、実開昭57−179081号公報に記載のよ
うな冷媒分配装置がある。この冷媒分配装置は、開口部
を有する板で上下に仕切られた容器の上部空間に、気液
二相の冷媒を導く導入管が接続されている。そして、下
部空間は上部が開口され、胴部に多数の開口部を持つ複
数の流出管を、下部空間内へ突出させて接続した構造を
している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記の従来技術
には、次のような不具合な点がある。まず、主配管から
枝分かれするだけの単純な構造の分岐管は、水平に固定
した場合にも流入管の流れ様式が環状噴霧流やスラグ流
のような冷媒気液二相流では、液冷媒とガス冷媒に偏り
があり、この状態を維持したまま流入するために、均質
に分配することは困難である。また、取り付け状態が流
入管を軸として傾けられている場合には、重力の影響を
受けて、さらに均質分配は困難である。マルチディスト
リビュータについては、構造が複雑で加工においても手
間がかかり、また主分配器，枝分配器，多数の分配管と
いうように部品点数が多く安価な構造とは言えない。冷
媒分配装置は、実開昭57−179081号公報にも記載のよう
に容器型をしており、ガス冷媒と液冷媒を重力により分
離させているが、冷媒流量が多い場合、液冷媒にガス冷
媒が気泡として入り込み、完全に分離するには、容器を
大きくする必要がある。また、重力による分離から、地
面に対して鉛直方向に配置する必要があり、取り付け方
法の限定を生じる。

【０００４】本発明の目的は、冷媒気液二相流を均質で
適正な流量に分配し、冷凍サイクルの性能向上を図るこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】構造が簡単で小さく、し
かも部品点数を多く使用せずに、また設置角度に影響さ
れず、均質な冷媒分流を提供するために、冷媒分流器流
入管の上流に衝突面を有する圧力室と、複数の管軸中心
方向へ向かう冷媒気液二相混合手段を設けた。また、冷
媒気液二相流の撹拌を増大させるために、右旋回力と左
旋回力を与える旋回手段を設けた。

【０００６】

【作用】本発明によれば、従来の分岐管では冷媒気液二
相流の液冷媒とガス冷媒の偏りに対して補正がないため
に、均質な分配が不可能であるが、分岐管の流入管上流
側に衝突による混合と、ガス冷媒と液冷媒の合流による
混合を合わせ持つ混合手段を設けたので、設置角度に対
しても影響されない均質な分配が可能となる。また、構
造上，加工上の面においても、複雑さを避けた簡単構造
にし、大きさも必要としないので生産効率は上がり、安
価である。また、均質分配を行う別の方法として、撹拌
作用を有する旋回手段を設けたので、前記と同様な作用
が可能である。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例について、説明する。

【０００８】図１は、冷媒気液二相流分流器を使用した
冷媒系統図の一例を示し、室外ユニットＡと室内ユニッ
トＢ，Ｃの構成をしている。室外ユニットＡには、圧縮
機１，四方切換弁２，室外熱交換器３，室外熱交換器３
に空気を供給するファン４，液冷媒を気液二相冷媒に減
圧する減圧装置５，吸入ガス中の液冷媒を分離するため
のアキュムレータ６が配置されている。室内ユニット
Ｂ，Ｃには、減圧装置（例えば電子膨張弁）９，室内熱
交換器１０，ファン１１が配置されている。このような
ユニット間は、配管７で結合している。１台の室外機に
対して、複数台の室内機では、室内機へ分岐する前に冷
媒分流器８が必要である。このような機器では冷媒は、
まず最初に圧縮機１で圧縮され、高温高圧の状態で室外
熱交換器３に流入する。室外熱交換器３では、ファン４
による強制通風の空気によって冷媒は、冷却され凝縮す
る。凝縮した冷媒は、減圧装置５により気液二相状態に
なり、冷媒分流器８で分配されたのち各室内ユニットに
流入する。室内ユニットの電子膨張弁９で減圧された冷
媒は、一部の冷媒が気化し低温低圧の状態となって室内
熱交換器１０に流入し、ファン１１の強制通風による空
気から熱を奪い、気化した後アキュムレ−タ６を通って
圧縮機に戻る。

【０００９】図２では、冷媒分流器の流入管入口におけ
る冷媒流動様式の説明を示し、図３でこのような条件下
における従来技術の分岐管の冷媒分配状況を示す。液単
相流で流れる冷媒は、減圧装置（例えば、キャピラリチ
ューブ５）で減圧され、冷媒分流器の流入管８ａは、乾
き度（液とガスの混合の度合いを表す。つまり、乾き度
０.０とは全て液で、乾き度１.０は全てガスである。）
０.０５〜０.１の気液二相流の状態になり、冷媒分流器
８に流入した後、冷媒分流器の流出管８ｂから流出す
る。冷媒分流器の流入管での冷媒の流動様式は、図２上
の断面図で示すような環状噴霧流、あるいは下の断面図
に示すようなスラグ流となる。環状噴霧流は、管壁に液
膜が存在し、気相の管断面中心部に多数の液滴を同伴し
ている流れであり、また液膜中に気泡を伴うときもある
流れである。スラグ流は、液相は連続であるが、大気泡
間の液体スラグ部分に多数の小気泡が同伴する流れであ
る。このような冷媒流動様式を持つ流れに対して、従来
技術の分岐管は図３に示すような、設置角度に影響され
る冷媒分配を計測した。

【００１０】図３に従来技術の分岐管の設置角度に対す
る冷媒分配状況を示す。横軸は、図中の上に示すような
設置角度を示し、縦軸は冷媒分流器の流出管出口の乾き
度を示す。なお、図中丸印は主配管の枝分かれした側の
管を示し、三角印はもう一方の管を示す。なお実験は、
全質量流量が１２００kg／ｍ²・ｓ、冷媒分流器入口乾
き度が０.１の場合である。図から分かるように、従来
技術の分岐管は設置角度に対して大きな影響を受けてお
り、冷媒分配を均質に行えない。このように、施工業者
が配管と分岐管を、例えば、フレアナットで結合しよう
とする際、地面に対して角度をつけて設置してしまった
場合、熱交換器の性能を発揮させることは出来ず、冷凍
サイクルの信頼性を欠くことにつながる。

【００１１】図４は本発明の第１実施例の冷媒分流器の
気体と液体の混合手段を示す。図４の（ａ）は横断面図
であり、冷媒気液二相流は左方向から流れ込む。図４に
おいて、８ａは冷媒分流器の流入管、１２は圧力室、１
３は気液二相流の冷媒と偏りのある冷媒気液二相流の流
動様式を変化させる気液混合手段１４との衝突面を示
す。なお、図４の（ｂ)(ｃ）に衝突面１３の断面図を例
として示す。気液混合手段１４では、最初に流れてきた
二相冷媒を衝突面１３で撹拌する。衝突面１３を含む圧
力室で撹拌された二相冷媒は、複数個に分かれた孔から
管断面中心方向へ通路を介して流れ込み、出口で一つに
集合する際、合流による混合によりさらに二相冷媒の混
合が促進される。

【００１２】図５は本発明の第２実施例の冷媒分流器の
気体と液体の混合手段を示す。図５（ａ）は、図４の
（ａ）と同様である。図５の（ｂ）では、混合手段の断
面図に８個の孔を設けた衝突面１３を示す。この孔は、
外周に沿って開けてある。特に孔の数は、８個でなくと
もよい。孔を外周に等間隔に設けることは、気液混合手
段１４の出口で一つに集合する際の合流による混合をさ
らに促進するために、孔を増やす際、環状噴霧流のよう
に管中心の流速が最も速い部分での衝突面積を減らさ
ず、衝突させる効果がある。

【００１３】図６は本発明の第３実施例の冷媒分流器の
気体と液体の混合手段を示す。衝突面１３と気液二相の
冷媒の衝突面積、つまり圧力室を大きくする手段として
広がり管１５を設けた。広がり管による衝突面積の増加
は、確実に気液二相の冷媒を衝突面１３に衝突すること
が可能になり、撹拌作用はさらに増大し、気体と液体の
混合が促進され均質化する。

【００１４】図６に示すような気液混合手段を、従来技
術の分岐管の流入管に取り付けた場合の設置角度に対す
る冷媒分配状況を図７に示す。図７は、図３と同様な実
験状態にした場合の実験結果である。縦軸，横軸及び記
号は、図３と同様である。図７における結果は、図３と
比較した場合、冷媒分流器の流出管出口乾き度のばらつ
きにかなりの改善が見られ、設置角度に対しても影響さ
れず、熱交換器の性能に対して問題のない程度になって
いる。このように、従来技術の分岐管の上流側に本発明
の気液混合手段を設けることにより、設置状態に影響さ
れない均質分配が提供され、熱交換器の性能を向上させ
ることが可能になる。

【００１５】図８は本発明の第４実施例の冷媒分流器の
気体と液体の混合手段を示す。図８は、冷媒気液二相流
が左方向から流れ込む。１６は複数個の孔を有する板状
の気液混合手段、１７は絞り管である。加工を簡単にし
た板状の気液混合手段を用いることによって、冷媒によ
り腐食せず、また冷媒流量に耐えられる強度の材質であ
れば良い、例えば、銅板，鉄板，真鍮板，ステンレス
板，プラスチック板等を使用することができる。また、
絞り管による管中心方向への流れの制御は、第１実施例
と同様な効果をもたらす。

【００１６】図９も本発明の第４実施例の冷媒分流器を
示す。８は冷媒分流器で、左から流入管８ａ，広がり管
１５と複数個の孔を有する板状の気液混合部１６が挿入
できるようになっており、内部は流れが中心方向へ向く
ように絞り状態になっている。右側からは、流出管８ｂ
が挿入されるようになっている。管内径が除々に小さく
なる部分つまり絞り部の冷媒流れ方向長さについての制
限はない。このように、気液混合手段と冷媒分流器を一
体化することは、加工において手間を省け、部品点数を
減少させる効果がある。

【００１７】図１０は本発明の第５実施例の冷媒分流器
の気液混合手段を示す。流れ方向に対して右回りの旋回
力を与える右旋回手段１８と左回りの旋回力を与える左
旋回手段１９を、流入管８ａ内に設けている。同一方向
の旋回手段ではなく右旋回の後左旋回というように、撹
拌する方法は、偏りのある気液二相の冷媒を均質にでき
る。

【００１８】図１１は本発明の第６実施例の冷媒分流器
の気液混合手段を示す。第６実施例は、第４実施例で述
べた複数個の孔を有する板状の気液混合手段を複数個設
けたことを特徴としている。衝突により気液冷媒二相流
のガス冷媒と液冷媒を混合する効果があるから、これを
複数回繰り返し行うことは、気液混合の作用が単一に比
べてさらに高まる。なお、図には気液混合手段が４個で
あるが、特に数に制限はない。また、気液混合手段の取
り付け間隔においても、制限はなく特に等間隔でなくと
もよい。

【００１９】図１２も本発明の第６実施例の冷媒分流器
を示す。従来の分岐管の流入管８ａに、複数個の右旋回
手段１８と左旋回手段１９が挿入されている。図には６
個の旋回手段が示されているが、前述のように旋回手段
の数には特に制限はない。

【００２０】図１３は、図１２に示す６個の旋回手段を
流入管に挿入した場合の従来分配器による図３と同様な
実験状態で設置した場合の実験結果である。縦軸，横軸
及び記号は、図３と同様である。図１３でも、図３と比
較した場合、冷媒分流器の流出管乾き度のばらつきにか
なりの改善が見られ、熱交換器の性能に対して問題のな
い程度になっている。このように、本発明の右回りと左
回りの旋回力を与える旋回手段を有する冷媒分流器は、
設置角度に影響されない均質分配を提供できる。

【００２１】図１４は本発明の第８実施例の冷媒分流器
の気液混合手段の取り付け方法を示す。流入管８ａの外
周に溝２０を設けることにより、複数の孔を有する板状
の気液混合手段１６の位置決めが容易になり、さらに管
外周に溝を設けた管内径より、小さい内径の管により気
液混合手段をはさみ付けるので、気液混合手段を固定す
ることができる。

【００２２】図１５も本発明の第８実施例の冷媒分流器
の気液混合手段の取り付け方法を示す。第８実施例で記
したように、流入管８ａの外周に溝２０を設けることに
より、旋回手段１８を溶接等を用いずに固定することが
でき、位置決めも容易になる。

【００２３】図１６は本発明の第９実施例の冷媒分流器
の気液混合手段の取り付け方法を示す。図に示す複数の
孔を有する気液混合手段２１に、固定用の突起を設ける
ことにより両側から冷媒分流器の流入管８ａが挿入で
き、加工精度の優れた気液混合手段を得ることができ
る。

【００２４】図１７は本発明の第１０実施例の冷媒分流
器の気液混合手段の取り付け方法を示す。図に示す流れ
方向に対して右旋回力を与える旋回手段１８は、径の大
きな管２２に挿入され、これより径が小さな管により両
側からはさみ付けることによって固定される。この取り
付け方法は、実施例とは異なる方法で気液混合手段を取
り付けることができる。

【００２５】最後に、本発明の第７実施例の冷媒分流器
の冷媒について述べる。本発明の冷媒分流器における冷
媒は、単一の冷媒あるいは混合冷媒を用いることができ
る。

【００２６】

【発明の効果】本発明の冷媒分流器によれば、熱交換器
の性能向上に対して効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】冷媒気液二相流分流器を用いた冷凍空調装置の
冷媒系統図。

【図２】冷媒分流器入口の冷媒流動様式の説明図。

【図３】従来例の分岐管の冷媒分配状況を示す説明図。

【図４】本発明の第１実施例における冷媒分流器の気液
混合物を示す説明図。

【図５】本発明の第２実施例における冷媒分流器の気液
混合物を示す説明図。

【図６】本発明の第３実施例における冷媒分流器の気液
混合物を示す説明図。

【図７】本発明の第３実施例の冷媒分流器の冷媒分配状
況を示す特性図。

【図８】本発明の第４実施例における冷媒分流器の気液
混合物を示す断面図。

【図９】本発明の第４実施例における冷媒分流器を示す
断面図。

【図１０】本発明の第５実施例における冷媒分流器の気
液混合物を示す説明図。

【図１１】本発明の第６実施例における冷媒分流器の気
液混合物を示す説明図。

【図１２】本発明の第６実施例における冷媒分流器を示
す説明図。

【図１３】本発明の第６実施例の冷媒分流器の冷媒分配
状況を示す特性図。

【図１４】本発明の第８実施例における気液混合物の固
定方法を示す説明図。

【図１５】本発明の第８実施例における気液混合物の固
定方法を示す説明図。

【図１６】本発明の第９実施例における気液混合物の固
定方法を示す説明図。

【図１７】本発明の第１０実施例における気液混合物の
固定方法を示す説明図。

【符号の説明】

８ａ…流入管、８ｂ…流出管、１２…圧力室、１３…衝
突面、１４…気液混合物、１５…広がり管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者末藤和孝茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者竹中寛静岡県清水市村松390番地株式会社日立製作所空調システム事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単一の冷媒気液二相流流入管と複数の冷媒
気液二相流流出管を持つ冷媒分流器において、前記冷媒
分流器の流入管の上流に、圧力室と前記圧力室から管軸
中心方向に向かう複数個の孔を有する気体と液体の混合
手段を設けたことを特徴とする冷媒分流器。