JPWO2014115240A1 - Refrigerant distributor and heat pump device using the refrigerant distributor - Google Patents
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Abstract
熱交換器1を構成する複数の伝熱管3に冷媒を分配するための冷媒分配器10であって、冷媒を複数に分配する第1の分配器20と、第1の分配器20で分配された冷媒を2つに分岐して2つの伝熱管3に流入させる複数の2方分岐管30とを備えた。A refrigerant distributor 10 for distributing a refrigerant to a plurality of heat transfer tubes 3 constituting the heat exchanger 1, wherein the refrigerant is distributed by a first distributor 20 that distributes the refrigerant into a plurality of parts, and the first distributor 20. And a plurality of two-way branch pipes 30 for branching the refrigerant into two and flowing into the two heat transfer pipes 3.
Description
本発明は、冷媒分配器に関する。 The present invention relates to a refrigerant distributor.
空気調和機又は冷凍装置などのヒートポンプ装置において凝縮器又は蒸発器として作用する熱交換器では、冷媒流路が複数パスとなる場合、その冷媒入口側に各パスへ冷媒を分配する冷媒分配器が必要である。 In a heat exchanger that acts as a condenser or an evaporator in a heat pump apparatus such as an air conditioner or a refrigeration apparatus, when the refrigerant flow path has a plurality of paths, a refrigerant distributor that distributes the refrigerant to each path is provided on the refrigerant inlet side. is necessary.
冷媒分配器として従来よりディストリビュータが用いられており、ディストリビュータで分配した各冷媒を、キャピラリーチューブで熱交換器の各伝熱管に流入させるようにしている(例えば、特許文献1参照)。 A distributor is conventionally used as a refrigerant distributor, and each refrigerant distributed by the distributor is caused to flow into each heat transfer tube of the heat exchanger through a capillary tube (see, for example, Patent Document 1).
熱交換器における熱交換効率の高効率化手法として、伝熱管に管径を小さくした円管を用いたり、複数の冷媒流路が形成された扁平管を用いたりすることが知られている。このように伝熱管の細径化、扁平管化を行うと、一つの熱交換器に用いられる伝熱管数も増える。 As a method for increasing the efficiency of heat exchange in a heat exchanger, it is known to use a circular tube with a reduced diameter as a heat transfer tube or a flat tube in which a plurality of refrigerant channels are formed. If the diameter of the heat transfer tube is reduced and the tube is flattened in this way, the number of heat transfer tubes used in one heat exchanger also increases.
特許文献1では、複数の伝熱管において外部からの冷媒流入口となる端部を個々にキャピラリーチューブを介してディストリビュータに接続する方式であり、熱交換器のパス数とキャピラリーチューブの数とが同数である。このため、伝熱管数が増えてパス数が増えると、それに伴いキャピラリーチューブの数も増える。
In
キャピラリーチューブの数が増えると、キャピラリーチューブの取り回しが困難になり、また、キャピラリーチューブを実機に搭載する際の配置スペースが大きくなるという問題があった。また、キャピラリーチューブの数が増えると、その分、コスト高となるため、伝熱管の細径化、扁平管化に伴うコスト増を低減することが求められている。 When the number of capillary tubes is increased, it is difficult to handle the capillary tubes, and there is a problem that an arrangement space for mounting the capillary tubes on an actual machine increases. Further, since the cost increases as the number of capillary tubes increases, it is required to reduce the cost increase associated with the diameter reduction and flattening of the heat transfer tubes.
本発明はこのような点を鑑みなされたもので、キャピラリーチューブの接続本数を削減でき、キャピラリーチューブを実機に搭載する際の設置スペースのコンパクト化、コストダウンを可能とする冷媒分配器及びこの冷媒分配器を用いたヒートポンプ装置を提供する。 The present invention has been made in view of the above points, a refrigerant distributor capable of reducing the number of connections of capillary tubes, reducing the installation space when mounting the capillary tubes on an actual machine, and reducing the cost, and the refrigerant. Provided is a heat pump device using a distributor.
本発明に係る冷媒分配器は、熱交換器を構成する複数の伝熱管に冷媒を分配するための冷媒分配器であって、冷媒を複数に分配する第1の分配器と、第1の分配器で分配された冷媒を2つに分岐して2つの伝熱管に流入させる複数の第2の分配器とを備えたものである。 A refrigerant distributor according to the present invention is a refrigerant distributor for distributing refrigerant to a plurality of heat transfer tubes constituting a heat exchanger, the first distributor for distributing the refrigerant into a plurality of parts, and the first distributor And a plurality of second distributors for branching the refrigerant distributed by the distributor into two and allowing the refrigerant to flow into the two heat transfer tubes.
本発明によれば、キャピラリーチューブの接続本数を削減でき、キャピラリーチューブを実機に搭載する際の設置スペースのコンパクト化、コストダウンが可能となる。 According to the present invention, the number of connected capillary tubes can be reduced, and the installation space for mounting the capillary tubes on an actual machine can be made compact and the cost can be reduced.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る冷媒分配器を熱交換器に接続した状態を示した概略構成図である。図1及び後述の図において、同一の符号を付したものは、同一の又はこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。更に、明細書全文に表れている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a state in which the refrigerant distributor according to
熱交換器1は、互いに間隔をあけて積層された複数の板状フィン2と、板状フィン2を積層方向に貫通し、内部に冷媒が流れる複数の伝熱管3とを備えたフィンアンドチューブ熱交換器である。伝熱管3は、銅又はアルミ製の円管、扁平管などである。複数の伝熱管3の一端側には冷媒分配器10が接続され、他端側にはガスヘッダ6が接続されている。
The
次に、この熱交換器1に接続された冷媒分配器10について説明する。
冷媒分配器10は、第1の分配器20と第2の分配器としての複数の2方分岐管30とを備えている。第1の分配器20には、気液二相状態で第1の分配器20に流入した冷媒を均等に熱交換器1の各伝熱管3に分岐することが求められる。このため、第1の分配器20として、図1ではディストリビュータを用いている。Next, the
The
ディストリビュータの内部にはオリフィスなどの絞り機構が挿入されており、流入した二相流をオリフィスに通過させることで噴霧流状態とし、均等分配し易い状態にする。噴霧流化された冷媒は、各キャピラリーチューブ40に均等に分配される。また、ディストリビュータには、その内部にオリフィス等の絞り機構が挿入されていない仕様のものを用いても良く、要は、第1の分配器20には均等に分配できる分配器を用いればよい。ディストリビュータの材質は、銅製、アルミ製、黄銅製などである。
A throttling mechanism such as an orifice is inserted inside the distributor, and the two-phase flow that has flowed in is passed through the orifice to form a spray flow state, which facilitates uniform distribution. The sprayed refrigerant is evenly distributed to each
キャピラリーチューブ40には、ここでは内径が約3.5mm、長さが約1000mmのキャピラリーチューブ40が用いられる。キャピラリーチューブ40の上記の寸法はあくまで1つの例である。キャピラリーチューブ40は、その長さと設置スペースとの関係から、円状に曲げられる場合もある。
Here, a
また、キャピラリーチューブ40は、その仕様(内径、長さ)で管内圧損を調整でき、第1の分配器20から各2方分岐管30への分流比を調整することができる。熱交換器1に空気を送風する送風ファン(図示せず)からの風速は、熱交換器1の全面において均一とは限らず、風速分布が存在する場合がある。例えば、熱交換器1の上部に送風ファンが設置される場合、熱交換器1の上部の方が下部に比べて風速が速くなる。
In addition, the
熱交換器1を蒸発器として用いる場合において、風速が速い部分を通過する冷媒は、風速が遅い部分を通過する冷媒に比べてガス化が進み、乾きやすくなる。よって、各伝熱管3に流入する冷媒量が同じ場合、風速が速い部分を通過した冷媒は、風速が遅い部分を通過した冷媒よりも乾き度が高くなり、熱交換器出口において冷媒状態にばらつきが生じ、冷媒状態が安定しなくなる。よって、風速が速い部分に位置する伝熱管には冷媒が多く流入するように分流することが求められる。このように、分流比を調整することが求められる場合に、キャピラリーチューブ40の仕様を調整することで、分流比を調整することができる。
In the case where the
キャピラリーチューブ40の第1の分配器20と反対側の端部には2方分岐管30が接続される。2方分岐管30を用いることで、第1分配器20の分岐数及びキャピラリーチューブ40の本数をAとすると、2×Aの分岐数(パス数)に冷媒を分配することが可能となる。以下、2方分岐管30の構造について説明する。
A two-
図2は、図1の2方分岐管の斜視図である。
2方分岐管30は、円管をU字状に折り曲げて形成されたUベンド部31と、直線状流入部35とを有している。Uベンド部31は、連結部32と、連結部32の両端から互いに並行に延びる2つの腕部33、34とを有している。直線状流入部35は、Uベンド部31の2つの腕部33、34のうちの一方(ここでは腕部34)をバルジ成形加工して形成されている。ここでは、腕部34側に直線状流入部35を設けた例を示している。バルジ成形加工とは、まずプレス内の金型にパイプ形状の素材をセット後、型締めする。そして、素材内に高圧の液体を充填しながら素材の両端を互いに近づくように軸方向に圧縮する事で、金型に彫られた形状に素材を伸ばして中空成形を行う加工法のことである。FIG. 2 is a perspective view of the two-way branch pipe of FIG.
The two-
このように構成された2方分岐管30の直線状流入部35には、L字状に曲げられたL字管36の一端が取り付けられ、L字管36の他端はキャピラリーチューブ40に接続される。そして、2方分岐管30の2つの腕部33、34の開口部A、Bは、熱交換器1の伝熱管3に接続される。なお、2つの腕部33、34と伝熱管3との接続は、伝熱管3が円管であれば直接接続され、伝熱管3が扁平管であれば図3に示す円管−扁平管ジョイント4を介して接続される。また、2方分岐管30は、2つの腕部33、34が水平方向に沿うように熱交換器1に接続され、直線状流入部35から腕部34に流入後の冷媒が水平方向に分岐して流れるようにしている。その理由については後述する。
One end of an L-shaped
図2の右図において点線矢印は、熱交換器1を蒸発器として用いる場合の冷媒の流れを示しており、2方分岐管30には、キャピラリーチューブ40から流入した冷媒がL字管36を介して直線状流入部35に流入する。直線状流入部35に流入した冷媒は、腕部33側と腕部34側との2つに分岐し、それぞれが各伝熱管3に流入する。
In the right diagram of FIG. 2, the dotted arrows indicate the flow of refrigerant when the
このように、2方分岐管30は、流入した冷媒を2つに分岐させて各伝熱管3に流入させるため、各伝熱管3のそれぞれに直接、キャピラリーチューブ40を接続する構成に比べて、キャピラリーチューブ40の数を半分に減らすことができる。よって、本実施の形態1の冷媒分配器10を用いることで、キャピラリーチューブ40の設置性を向上することできる。
Thus, since the two-
2方分岐管30には、キャピラリーチューブ40の設置性の向上の他、キャピラリーチューブ40から流入した冷媒を均等に分配して各伝熱管3に流入させる機能も求められる。冷媒分配器10では、第1の分配器20において各キャピラリーチューブ40に冷媒を均等に分配させることができるが、その均等分配状態を保ったまま最終的に熱交換器1の各伝熱管に流入させる必要があり、2方分岐管30部分でも均等に分配することが求められる。
In addition to improving the ease of installation of the
一般にヒートポンプ装置の膨張弁を通過した冷媒及び蒸発器入口の冷媒は、ガス冷媒と液冷媒との気液二相の状態となっており、配管内を流れる冷媒の断面において密度分布が生じている。例えば配管に曲がりがある場合、遠心力の影響により液冷媒が一方の管内面に偏って流れる偏流現象が生じてしまう。つまり、二相冷媒が気液分離してしまう。 In general, the refrigerant that has passed through the expansion valve of the heat pump device and the refrigerant at the inlet of the evaporator are in a gas-liquid two-phase state of a gas refrigerant and a liquid refrigerant, and a density distribution occurs in the cross section of the refrigerant flowing in the pipe. . For example, when the pipe is bent, a drift phenomenon occurs in which the liquid refrigerant is biased toward the inner surface of one of the pipes due to the centrifugal force. That is, the two-phase refrigerant is gas-liquid separated.
従って熱交換器を蒸発器として使用する際には、その流入側に位置する冷媒分配器に対し、上記のような偏流現象が生じず、気液が分離するのを防止できる機能が要求される。そして、冷媒分配器には、冷媒が均質に混合されて冷媒分配器入口での気液質量流量比と冷媒分配器出口での気液質量流量比とが均等の状態で冷媒を分配する機能が要求される。また、上述したように円管の細径化、扁平管化によりパス数が増加すると、その各パスに均一の冷媒流量を分岐することが、より一層、重要な課題となってくる。 Therefore, when the heat exchanger is used as an evaporator, the refrigerant distributor located on the inflow side is required to have a function that prevents the above-described drift phenomenon and prevents the gas and liquid from separating. . The refrigerant distributor has a function of distributing the refrigerant in a state where the refrigerant is homogeneously mixed and the gas-liquid mass flow ratio at the refrigerant distributor inlet and the gas-liquid mass flow ratio at the refrigerant distributor outlet are equal. Required. Further, as described above, when the number of passes increases due to the diameter reduction and flattening of the circular tube, it becomes an even more important issue to branch a uniform refrigerant flow rate into each pass.
そこで、2方分岐管30において冷媒を均等に分岐するために採用した構成について以下に説明する。
Therefore, the configuration adopted for equally branching the refrigerant in the two-
図4は、本発明の実施の形態1に係る冷媒分配器の2方分岐管の構造説明図である。図4において(a)は2方分岐管30の正面図、(b)は(a)の側面図である。
2方分岐管30においてバルジ成形された直線状流入部35は、その管軸X1と腕部34の管軸X2との角度θ1 が90度になるように成形される。FIG. 4 is an explanatory diagram of the structure of the two-way branch pipe of the refrigerant distributor according to
The
角度θ1 が90度より10度以上ずれる場合、直線状流入部35から流入した冷媒が、腕部34の直線状流入部35に対向する部分に斜めに衝突して偏流してしまい、熱交換効率が悪化してしまう。このため、角度θ1 を90度とする。なお、完全な90度に限定されるものではなく、僅かに前後するものも含むものとする。When the angle θ 1 deviates from 90 degrees by 10 degrees or more, the refrigerant flowing in from the
また、直線状流入部35の長さを5mm以上とすると、均等分配に更に効果的である。この点について説明する。冷媒二相流はキャピラリーチューブ40により冷媒の液部が片側端部に偏った状態となる。そのため、2分岐に分岐する衝突するまでの助走区間を内径の20倍以上とすることで、十分に安定した流れとなる。しかし、本実施の形態1では20倍以上を確保することが構造的に難しい。そこで、本実施の形態1の場合、直線状流入部35の長さを5mm以上確保し、キャピラリーチューブ40、又は、L字管36の水平部の距離を合わせて15mm以上(内径の2倍以上)確保する。
If the length of the
この寸法を確保すれば、直線状流入部35に流入した冷媒二相流は、液膜が管内に均等となり安定した環状流となることを実験的に確認した。この環状流は、直線状流入部35に対向する衝突壁34aに垂直に衝突し、かつ、衝突後の分岐方向は水平方向であるため重力の影響を受けず、循環量に依らず均等に分配することが可能となる。
If this dimension is secured, it has been experimentally confirmed that the refrigerant two-phase flow flowing into the
なお、直線状流入部35が5mm未満となる場合は、気液二相流はキャピラリーチューブ40の曲がりの影響を受け、直線状流入部35の管内の液面が偏った状態となる。この場合、直線状流入部35に流入した気液二相流は液面の偏りの影響を受けて偏流してしまい、2方分岐管30で均等分配できず、熱交換効率が悪化してしまう。
When the
以上のことから、2方分岐管30は、直線状流入部35の腕部34との角度θ1 を90度とすると共に、直線状流入部35の長さを5mm以上とすることが好ましい。From the above, 2-
2方分岐管30の直線状流入部35をバルジ成形する点については上述したが、バルジ成形加工を用いることで、角度θ1 が90度の形状を安定して加工することができ、かつ、直線状流入部35を5mm以上の長めに確保することができる。バルジ成形加工では直線ではなく曲げたパイプにも適用でき、また、減肉を抑制しながら、直線状流入部35の長さを長く成形が可能である。Although a
2方分岐管30とキャピラリーチューブ40との接合は、バルジ成形加工された直線状流入部35の流入口に、この流入口の内径より外径を小さく形成したL字管36又はキャピラリーチューブ40を挿入し、ロウ付け接合すればよい。このように製造することで、不良無く安定して製造することが可能である。一方、バルジ成形を用いず直線状流入部35を形成した場合、直線状流入部35の長さが短くなり、また、直線状流入部35の肉厚が薄くなる。そうすると、L字管36又はキャピラリーチューブ40を直線状流入部35に接合する時に、角度θ1 が90度より大きくずれる。また、ロウ付け接合時には直線状流入部35がロウ付け域となるため、減肉、接合部の長さが短い影響で安定したロウ付けができない。For joining the two-
また、腕部34の管軸X2を中心とした直線状流入部35の角度θ2 は何度であっても構わないが、ここでは、図4に示したようにθ2 を90度としている。その理由について説明する。伝熱管3の細径化、扁平管化を行うと、空気の通風抵抗が小さくなるため、伝熱管3の配列ピッチを狭くする設計となり、伝熱管3の実装密度が高くなる。2方分岐管30を用いることで、上述したようにキャピラリーチューブ40の設置性の向上が図れるが、2方分岐管30の直線状流入部35の角度θ2 (図4に記載)を90度とすることで、更にキャピラリーチューブ40の接続性を向上できる。Further, the angle θ 2 of the
配管を変形、しわがでないように曲げるには、内径の2〜3倍以上の曲げRを確保する必要があり、角度θ2 が0度の場合では、L字管36、又は、キャピラリーチューブ40が2方分岐管30に干渉してしまう。よって、角度θ2 が0度の場合では、伝熱管3の実装密度が高くなった場合、キャピラリーチューブ40、又は、L字管36を直線状流入部35に接続し難い。角度θ2 を90度にすることで、キャピラリーチューブ40、又は、L字管36との接続部が空気流入方向となり、2方分岐管30と干渉することなく、接続性が向上できる。In order to bend the pipe so as not to be deformed or wrinkled, it is necessary to secure a bending R that is 2 to 3 times the inner diameter. When the angle θ 2 is 0 degree, the L-shaped
ここで、L字管36の有益性について説明する。予めL字管36と2方分岐管30の直線状流入部35とをロウ付け接合し、次に、開口部A、Bをそれぞれ円管―扁平管ジョイント4とロウ付け接合し、最後にL字管36とキャピラリーチューブ40とをロウ付け接合するという手順とすることで、不良率が少ない安定した製造工程となる。これは以下の理由による。すなわち、ここでのロウ付けはバーナーロウ付けを前提としており、最後にL字管36とキャピラリーチューブとをロウ付け接合することで、バーナーの火が他の配管に当たり難くなるためである。
Here, the usefulness of the L-shaped
更に、L字管36を用いることで、2方分岐管に流入する角度θ1 を90度にし、2方分岐管に流入する助走距離を長くすることが容易となるため、均等分配性が向上する。L字管36を用いない場合では、キャピラリーチューブ40を2方分岐管30の直線状流入部35に直接接続するため、キャピラリーチューブ40が長く、安定性が悪く、取り回しが悪く、2方分岐管30に流入する角度θ1 のバラつきが大きくなりやすい。Furthermore, the use of the L-shaped
なお、上記では、2方分岐管30の直線状流入部35を5mm以上としたが、要は、10mm以上の直線状の流路を有すれば良いため、L字管36と直線状流入部35との合計で10mm以上としてもよい。
In the above description, the
図5は、本発明の実施の形態1に係る冷媒分配器が用いられるヒートポンプ装置の冷媒回路を示す図である。
ヒートポンプ装置60は、圧縮機61と、凝縮器62(熱交換器1)と、減圧装置としての膨張弁63と、蒸発器64(熱交換器1)とを備えている。圧縮機61から吐出されたガス冷媒は凝縮器62に流入し、凝縮器62を通過する空気と熱交換して高圧液冷媒となって流出する。凝縮器62を流出した高圧液冷媒は膨張弁63で減圧されて低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器64に流入する。蒸発器64に流入した低圧の気液二相冷媒は、蒸発器64を通過する空気と熱交換して低圧ガス冷媒となり、再び圧縮機61に吸入される。FIG. 5 is a diagram showing a refrigerant circuit of the heat pump device in which the refrigerant distributor according to
The
以下、図1及び図5を参照して熱交換器1を蒸発器として用いる場合の動作について説明する。図1において実線矢印は熱交換器1を蒸発器として用いる場合の冷媒の流れを示している。
膨張弁63から流出した気液二相冷媒流は、まず第1の分配器20に流入して噴霧流化される。噴霧流化された冷媒は、各キャピラリーチューブ40に均等に分配されて流入する。各キャピラリーチューブ40を通過した各冷媒は2方分岐管30に流入し、上述したように均等に2つに分岐されて流出し、伝熱管3に流入する。各伝熱管3内に流入した冷媒は空気と熱交換してガス状態となり、ガスヘッダ6で合流する。ガスヘッダ6で合流した冷媒は、圧縮機61に吸入される。Hereinafter, an operation when the
The gas-liquid two-phase refrigerant flow flowing out from the
以下、図3及び図5を参照して熱交換器1を凝縮器として用いる場合の動作について説明する。図1において点線矢印は熱交換器1を凝縮器として用いる場合の冷媒の流れを示している。
凝縮器の場合は、蒸発器の場合と逆の冷媒流れ方向となり、圧縮機61から流出したガス冷媒流はガスヘッダ6内に流入する。ガスヘッダ6に流入した冷媒は、ガスヘッダ6で均等分配されて各伝熱管3に流入する。冷媒がガス状態の場合は均等分配が容易であるため、ディストリビュータ等は不要であり、円筒状の中空管で構成されたガスヘッダ6を用いるようにしている。Hereinafter, the operation when the
In the case of the condenser, the refrigerant flow direction is opposite to that in the case of the evaporator, and the gas refrigerant flow flowing out of the
各伝熱管3内に流入した冷媒は空気と熱交換した後、2方分岐管30、キャピラリーチューブ40、第1の分配器20の順番に流れる。そして、第1の分配器20で合流し、膨張弁63に流入する。
The refrigerant flowing into each
次に、本実施の形態1の冷媒分配器10を用いた具体的な配管接続例について説明する。
Next, a specific pipe connection example using the
図6は、本発明の実施の形態1に係る冷媒分配器を、伝熱管に扁平管を用いた空調機の室外機用の熱交換器に接続した構成例を示す図である。図7は、図5の熱交換器の冷媒分配器との接続部分を背面側から見た拡大斜視図である。図7においてベタ塗りした部分が2方分岐管30である。図8は、図6の扁平管の斜視図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example in which the refrigerant distributor according to
熱交換器100は、互いに間隔をあけて積層された複数の板状フィン2と、板状フィン2を積層方向に貫通し、内部に冷媒が流れる複数の扁平管3とを有する熱交換部が、空気通過方向である列方向に3列設けられた構成を有している。複数の扁平管3の端部には、2方分岐管30の他、ヘアピン曲げされたベンド5及びガスヘッダ6が接続されている。また、この熱交換器100では、伝熱管として扁平管3を用いているため、扁平管3は円管−扁平管ジョイント4を介して2方分岐管30及びベンド5に接続されている。
The
また、熱交換器100は、熱交換器100を蒸発器として用いる場合に、冷媒流れが空気流れ方向に対して上流側から下流側に折り返すようにして冷媒を流す、いわゆる並行流になるようにパス組みされている。逆に熱交換器100を凝縮器として用いる場合は、空気の流れ方向に対して下流側から上流側に折り返すようにして冷媒を流す、いわゆる対向流となるようにパス組みされる。凝縮器では冷媒がサブクール化するので、冷媒温度が低くなる。このため、空気流れに対して冷媒が対向流になるようにパス組みすることで、熱交換器100を凝縮器として使用した際の熱交換効率を向上できる。
Further, when the
板状フィン2はアルミ製であり、扁平管3と板状フィン2とは炉中ロウ付けにより接合される。伝熱管が円管である熱交換器の、伝熱管と板状フィンとの接合方法は機械拡管方式であり、伝熱管と板状フィンの間には空気層があるため、熱交換効率を悪化させる課題があった。しかし、扁平管3と板状フィン2とは炉中ロウ付けにより接合されるため、扁平管3と板状フィン2間の熱抵抗がゼロとなり、熱交換効率を向上させることができる。
The plate-
扁平管3はアルミ製であり、図8に示すように内部が仕切られて複数の通路31aが形成されており、この各通路31aに冷媒が流れる。扁平管3は、冷媒と接触伝熱面積が円管に比べて3倍以上に増大することが可能となる。
The
次に、3列構成の熱交換器において、本実施の形態1の冷媒分配器10を用いた場合と用いない場合とを、図7と図9とを用いて比較する。図9は、3列構成の熱交換器において2方分岐管を用いない従来例を示した図である。
図7と図9とを比較して明らかなように、2方分岐管30を用いることにより、キャピラリーチューブ40の本数を、従来に比べて半数に削減することができる。Next, in the three-row heat exchanger, the case where the
As apparent from comparison between FIG. 7 and FIG. 9, the use of the two-
以上説明したように本実施の形態1によれば、第1の分配器20の流出管であるキャピラリーチューブ40に2方分岐管30を組み合わせた冷媒分配器10としたことで、キャピラリーチューブ40の本数を削減できる。よって、実機にキャピラリーチューブ40を搭載するときのキャピラリーチューブ40の設置スペースがコンパクトになる。また、キャピラリーチューブ40の本数削減によるコストダウンが可能であり、実機を安価に構成できる。
As described above, according to the first embodiment, the
直線状流入部35の腕部34との角度θ1 が90度であるので、冷媒二相流は流入部に対向する衝突壁34aに垂直に衝突し、かつ、衝突後の分岐方向は水平方向であり、重力の影響を受けず、循環量に依らず均等分配が可能となる。なお、直線状流入部35はバルジ成形加工を用いて形成するため、角度θ1 が90度の形状を安定して加工することができる。The angle theta 1 of the
また、直線状流入部35を10mm以上とすることにより、直線状流入部35に流入した冷媒二相流を安定した環状流として衝突壁34aに垂直に衝突させることができ、冷媒分配のばらつきを抑制でき、均等分配が可能となる。
Further, by setting the
以上のように、冷媒分配器10を用いることで気液二相流を均等分配できるため、熱交換器1において所定の熱交換性能を十分に発揮させることが可能となる。
As described above, since the gas-liquid two-phase flow can be evenly distributed by using the
実施の形態2.
実施の形態2は、キャピラリーチューブ40の本数の更なる低減を図ったものである。以下、実施の形態2が実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。なお、実施の形態1と同様の構成部分について適用される変形例は、本実施の形態2についても同様に適用される。
In the second embodiment, the number of
図10は、本発明の実施の形態2に係る冷媒分配器の構成図である。図10において(a)は正面図、(b)は(a)のA−A断面図である。図11は、図10の冷媒分配器における第3の分配器を示す図である。図11において(a)は冷媒分配器10Aの正面図、(b)は(a)の側面図、(c)は(a)の底面図である。
FIG. 10 is a configuration diagram of a refrigerant distributor according to
実施の形態2の冷媒分配器10Aは、実施の形態1の第1の分配器20及び第2の分配器としての2方分岐管30に加えて更に、第3の分配器としての2方分岐管50を複数備えた構成を有する。2方分岐管50は、実施の形態1の2方分岐管30と構造的な特徴は同じであり、円管をU字状に折り曲げて形成されたUベンド部51と、直線状流入部55とを有している。Uベンド部51は、連結部52と、連結部52の両端から互いに並行に延びる2つの腕部53、54とを有している。直線状流入部55は、Uベンド部51の2つの腕部53、54のうちの一方(ここでは腕部54)をバルジ成形加工して形成されている。
The
そして、2方分岐管50の直線状流入部55はキャピラリーチューブ40に接続され、2つの腕部53、54は、互いに隣接する2方分岐管30の直線状流入部35に接続される。また、2方分岐管50も実施の形態1の2方分岐管30と同様、2つの腕部53、54が水平方向に沿うように設置される。
The
以上のように構成した実施の形態2の冷媒分配器10Aは、実施の形態1と同様の効果が得られると共に以下の効果が得られる。すなわち、第3の分配器として2方分岐管50を設けたので、第1の分配器20に接続されるキャピラリーチューブ40の本数を実施の形態1に比べて半数に減らすことができる。
The
なお、2方分岐管50は、キャピラリーチューブ40から流出した冷媒の流入管となるため、実施の形態1の2方分岐管30と同様の機能が求められる。すなわち、キャピラリーチューブ40から流入した冷媒を均等に分配して各伝熱管3に流入させる機能が求められる。2方分岐管50は2方分岐管30と同様の構成であるため、2方分岐管50の直線状流入部35から流入した冷媒は、腕部54において直線状流入部55と対向する壁面である衝突壁に垂直に衝突する。そして、衝突後の分岐方向は水平方向であるため、重力の影響を受けず、循環量に依らず均等分配が可能となる。
Since the two-
実施の形態3.
実施の形態3は、冷媒の分配比を調整できる冷媒分配器に関する。以下、実施の形態3が実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。なお、実施の形態3において実施の形態1と同様の構成部分について適用される変形例は、本実施の形態3についても同様に適用される。
図12は、本発明の実施の形態3に係る冷媒分配器における第2の分配器の構成図である。図12において(a)は第2の分配器の正面図、(b)は(a)の側面図である。
実施の形態3の冷媒分配器は、実施の形態1の2方分岐管30に代えて2方分岐管30Aを備えた構成を有し、それ以外の構成は実施の形態1と同様である。FIG. 12 is a configuration diagram of a second distributor in the refrigerant distributor according to
The refrigerant distributor of the third embodiment has a configuration provided with a two-
実施の形態1の2方分岐管30では、直線状流入部35の腕部34との角度θ1 を90度としていた。これに対し、実施の形態3の2方分岐管30Aでは、角度θ1 を所望の分配比に応じた角度に調整した構成としたものである。角度θ1 を90度より小さい角度に設定した場合、開口部B側よりも開口部A側に流れる冷媒の流量が多くなり、角度θ1 を90度より大きい角度に設定した場合、開口部A側よりも開口部B側に流れる冷媒の流量が多くなる。このように角度調整が必要な直線状流入部35は、実施の形態1と同様、バルジ成形加工で形成される。このようにバルジ成形加工で形成することにより、角度θ1 のバラツキを小さくでき、決められた角度で精度良く成形することができる。また、角度θ2 は、実施の形態1と同様に何度であっても構わないが、キャピラリーチューブ40の接続性を考慮すると、90度とすることが好ましい。In two-
2方分岐管30Aは、一端が第1の分配器20に接続され、他端がキャピラリーチューブ40の他端に接続される。
The two-
熱交換器1に空気を送風する送風ファンからの風速は、上述したように熱交換器1の全面において均一とは限らず、風速分布が存在する。このような風速分布又は熱1パス当たりの冷媒流路の長さの違いにより、各パスにおいて熱負荷が異なる場合がある。このため、開口部A及び開口部Bのそれぞれに接続されるパスのうち、例えば風速が速い方のパス、又は伝熱管本数が多く、流路長さが長い方のパスには、冷媒を多く流す必要がある。よって、熱交換器1における各パスの熱負荷分布に応じて開口部A側と開口部B側への冷媒の分配比を決定し、角度θ1 を決定する。The wind speed from the blower fan that blows air to the
このようにして角度θ1 を決定することにより、直線状流入部35から流入した冷媒は、その角度θ1 で直線状流入部35の対向面に衝突後、傾斜角θに応じて腕部33側と腕部34側とにそれぞれ流量が調整されて分配される。そして、各分配された流量の冷媒が開口部A及び開口部Bから熱交換器1の各パスの各伝熱管3に流入する。By determining the angle θ 1 in this way, the refrigerant flowing from the
以上説明したように本実施の形態3によれば、実施の形態1と同様にキャピラリーチューブ40の本数の低減を可能とし、また、冷媒の分配比を調整できる冷媒分配器を得ることができる。
As described above, according to the third embodiment, the number of the
実施の形態4.
実施の形態4は、実施の形態3と同様、冷媒の分配比を調整できる冷媒分配器に関する。以下、実施の形態4が実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。なお、実施の形態3において実施の形態1と同様の構成部分について適用される変形例は、本実施の形態4についても同様に適用される。
The fourth embodiment relates to a refrigerant distributor that can adjust the distribution ratio of the refrigerant, as in the third embodiment. Hereinafter, the difference between the fourth embodiment and the first embodiment will be mainly described. Note that the modification applied to the same components in the third embodiment as those in the first embodiment is similarly applied to the fourth embodiment.
図13は、本発明の実施の形態4における冷媒分配器における第2の分配器の構成図である。図13において(A)は、開口部A側よりも開口部B側の分配比が大きい場合の2方分岐管30Bの構成例、(B)はその逆の場合の2方分岐管30Bの構成例を示している。また、図13の(A)、(B)のそれぞれにおいて(a)は2方分岐管30Bの正面図、(b)は(a)の側面図である。図14は、図13(A)の要部拡大図である。
FIG. 13 is a configuration diagram of a second distributor in the refrigerant distributor according to
実施の形態4の冷媒分配器は、実施の形態1の2方分岐管30に代えて2方分岐管30Bを備えた構成を有し、それ以外の構成は実施の形態1と同様である。2方分岐管30Bは、衝突壁34aの並びに隣接して、内側に凹んだ窪み37を設けたものである。その他、直線状流入部35をバルジ成形で加工する点及び角度θ2 が何度であっても構わない点等は実施の形態1と同様である。The refrigerant distributor of the fourth embodiment has a configuration provided with a two-
窪み37の形成位置は、例えば、開口部B側の熱負荷が高い場合、つまり開口部A側よりも開口部B側の冷媒流量を多くしたい場合は、図13(A)に示すように窪み37を、Uベンド部31の管軸方向において衝突壁34aよりも開口部A側に設ける。逆に、開口部A側の熱負荷が高い場合、つまり開口部B側よりも開口部A側の冷媒流量を多くしたい場合は、図13(B)に示すようにUベンド部31の管軸方向において衝突壁34aよりも開口部B側に窪み37を設ける。
For example, when the heat load on the opening B side is high, that is, when it is desired to increase the refrigerant flow rate on the opening B side than on the opening A side, the
このように衝突壁34aの並びに隣接して窪み37を設けることで通過断面積が小さくなり、衝突壁34aに衝突後の冷媒が流れ難くなる。このため、図13(A)の場合であれば、開口部Aよりも開口部Bの分配比を大きくでき、図13(B)の場合であれば、開口部Bよりも開口部Aの分配比を大きくできる。
Thus, by providing the
なお、直線状流入部35に対向する衝突壁34aには窪み37は設けない。これは、窪み37はプレス又はポンチを用いて形成されるため、衝突壁34aに窪み37を設けると、その形成時に直線状流入部35が変形する可能性があるためである。このように、直線状流入部35に対向する衝突壁34aに窪み37を設けない構造とすることで、変形が生じる不都合を回避でき、安定して2方分岐管30Bを製造できる。
Note that the
以上説明したように本実施の形態4によれば、実施の形態1と同様にキャピラリーチューブ40の本数の低減を可能とし、また、冷媒の分配比を調整できる冷媒分配器を得ることができる。
As described above, according to the fourth embodiment, similarly to the first embodiment, the number of
なお、上記実施の形態1〜4において第1の分配器20をディストリビュータとして説明したが、これに限るものではなく、図15に示すようにヘッダ70としてもよい。この場合も上記と同様の効果を得ることができる。
In the first to fourth embodiments, the
また、上述の実施の形態で述べた熱交換器及びそれを用いた空気調和機については、鉱油系、アルキルベンゼン油系、エステル油系、エーテル油系、フッ素油系など、冷媒と油が溶ける溶けないに拘わらず、どんな冷凍機油においても、その効果を達成することができる。 In addition, the heat exchanger described in the above embodiment and the air conditioner using the heat exchanger are soluble in the refrigerant and oil such as mineral oil, alkylbenzene oil, ester oil, ether oil, and fluorine oil. The effect can be achieved with any refrigeration oil, whether or not.
なお、上記実施の形態1〜4においてそれぞれ別の実施の形態として説明したが、組みあわせが可能な実施の形態については、適宜組み合わせた構成としてもよい。例えば、実施の形態2と実施の形態3とを組み合わせ、図10に示した実施の形態2の2方分岐管30を、実施の形態3の2方分岐管30Aに代えた構成としてもよい。
In addition, although it demonstrated as another embodiment in said Embodiment 1-4, about the embodiment which can be combined, it is good also as a structure combined suitably. For example, the second embodiment and the third embodiment may be combined to replace the two-
本発明の活用例として、熱交換性能を向上し、性能を向上することが必要なヒートポンプ装置の熱交換器に使用することができる。 As an application example of the present invention, it can be used in a heat exchanger of a heat pump apparatus that requires improved heat exchange performance and improved performance.
1 熱交換器、2 板状フィン、3 伝熱管(扁平管)、4 円管−扁平管ジョイント、5 ベンド、6 ガスヘッダ、10 冷媒分配器、10A 冷媒分配器、20 第1の分配器、30 2方分岐管(第2の分配器)、30A 2方分岐管(第2の分配器)、30B 2方分岐管(第2の分配器)、31 Uベンド部、31a 通路、32 連結部、33 腕部、34 腕部、34a 衝突壁、35 直線状流入部、36 L字管、37 窪み、40 キャピラリーチューブ、50 2方分岐管(第3の分配器)、51 Uベンド部、52 連結部、53 腕部、54 腕部、55 直線状流入部、60 ヒートポンプ装置、61 圧縮機、62 凝縮器、63 膨張弁、64 蒸発器、70 ヘッダ、100 熱交換器。
DESCRIPTION OF
また、腕部34の管軸X2を中心とした直線状流入部35の角度θ2は何度であっても構わないが、ここでは、図2に示したようにθ2を90度としている。その理由について説明する。伝熱管3の細径化、扁平管化を行うと、空気の通風抵抗が小さくなるため、伝熱管3の配列ピッチを狭くする設計となり、伝熱管3の実装密度が高くなる。2方分岐管30を用いることで、上述したようにキャピラリーチューブ40の設置性の向上が図れるが、2方分岐管30の直線状流入部35の角度θ2(図4に記載)を90度とすることで、更にキャピラリーチューブ40の接続性を向上できる。
Further, the angle theta 2 of the
ここで、L字管36の有益性について説明する。予めL字管36と2方分岐管30の直線状流入部35とをロウ付け接合し、次に、開口部A、Bをそれぞれ円管―扁平管ジョイント4とロウ付け接合し、最後にL字管36とキャピラリーチューブ40とをロウ付け接合するという手順とすることで、不良率が少ない安定した製造工程となる。これは以下の理由による。すなわち、ここでのロウ付けはバーナーロウ付けを前提としており、最後にL字管36とキャピラリーチューブ40とをロウ付け接合することで、バーナーの火が他の配管に当たり難くなるためである。
Here, the usefulness of the L-shaped
以下、図1及び図5を参照して熱交換器1を凝縮器として用いる場合の動作について説明する。図1において点線矢印は熱交換器1を凝縮器として用いる場合の冷媒の流れを示している。
凝縮器の場合は、蒸発器の場合と逆の冷媒流れ方向となり、圧縮機61から流出したガス冷媒流はガスヘッダ6内に流入する。ガスヘッダ6に流入した冷媒は、ガスヘッダ6で均等分配されて各伝熱管3に流入する。冷媒がガス状態の場合は均等分配が容易であるため、ディストリビュータ等は不要であり、円筒状の中空管で構成されたガスヘッダ6を用いるようにしている。
Hereinafter, the operation when the
In the case of the condenser, the refrigerant flow direction is opposite to that in the case of the evaporator, and the gas refrigerant flow flowing out of the
図6は、本発明の実施の形態1に係る冷媒分配器を、伝熱管に扁平管を用いた空調機の室外機用の熱交換器に接続した構成例を示す図である。図7は、図6の熱交換器の冷媒分配器との接続部分を背面側から見た拡大斜視図である。図7においてベタ塗りした部分が2方分岐管30である。図8は、図6の扁平管の斜視図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example in which the refrigerant distributor according to
なお、2方分岐管50は、キャピラリーチューブ40から流出した冷媒の流入管となるため、実施の形態1の2方分岐管30と同様の機能が求められる。すなわち、キャピラリーチューブ40から流入した冷媒を均等に分配して各伝熱管3に流入させる機能が求められる。2方分岐管50は2方分岐管30と同様の構成であるため、2方分岐管50の直線状流入部55から流入した冷媒は、腕部54において直線状流入部55と対向する壁面である衝突壁に垂直に衝突する。そして、衝突後の分岐方向は水平方向であるため、重力の影響を受けず、循環量に依らず均等分配が可能となる。
Since the two-
2方分岐管30Aは、一端がキャピラリーチューブ40に接続され、他端が伝熱管3に接続される。
The two-
このようにして角度θ1を決定することにより、直線状流入部35から流入した冷媒は、その角度θ1で直線状流入部35の対向面に衝突後、傾斜角θ 1 に応じて腕部33側と腕部34側とにそれぞれ流量が調整されて分配される。そして、各分配された流量の冷媒が開口部A及び開口部Bから熱交換器1の各パスの各伝熱管3に流入する。
By determining the angle theta 1 In this manner, the refrigerant flowing from the
実施の形態4.
実施の形態4は、実施の形態3と同様、冷媒の分配比を調整できる冷媒分配器に関する。以下、実施の形態4が実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。なお、実施の形態4において実施の形態1と同様の構成部分について適用される変形例は、本実施の形態4についても同様に適用される。
The fourth embodiment relates to a refrigerant distributor that can adjust the distribution ratio of the refrigerant, as in the third embodiment. Hereinafter, the difference between the fourth embodiment and the first embodiment will be mainly described. Note that the modification applied to the same components in the fourth embodiment as those in the first embodiment is similarly applied to the fourth embodiment.
本発明に係る冷媒分配器は、熱交換器を構成する複数の伝熱管に冷媒を分配するための冷媒分配器であって、冷媒を複数に分配する第1の分配器であって、内部に絞り機構を有し、流入した二相流を絞り機構に通過させることで噴霧流状態とするディストリビュータと、ディストリビュータとキャピラリーチューブで接続され、第1の分配器で分配された冷媒を2つに分岐して2つの伝熱管に流入させる複数の第2の分配器とを備えたものである。 Refrigerant distributor according to the present invention, there is provided a refrigerant distributor for distributing a refrigerant to a plurality of heat transfer tubes that constitute the heat exchanger, a first distributor for distributing a refrigerant to a plurality, in the interior Distributor that has a throttle mechanism and passes the two-phase flow that has flowed through the throttle mechanism to a spray flow state, and is connected to the distributor and the capillary tube, and the refrigerant distributed by the first distributor is branched into two And a plurality of second distributors that flow into the two heat transfer tubes.
Claims (10)
冷媒を複数に分配する第1の分配器と、
前記第1の分配器で分配された冷媒を2つに分岐して2つの前記伝熱管に流入させる複数の第2の分配器と
を備えたことを特徴とする冷媒分配器。A refrigerant distributor for distributing refrigerant to a plurality of heat transfer tubes constituting a heat exchanger,
A first distributor for distributing a plurality of refrigerants;
A refrigerant distributor comprising: a plurality of second distributors that branch the refrigerant distributed by the first distributor into two and flow into the two heat transfer tubes.
前記2方分岐管は、
連結部及び前記連結部の両端から互いに並行に延びる2つの腕部を有するU字状のUベンド部と、
前記Uベンド部の前記2つの腕部のうちの一方をバルジ成形加工して形成された直線状流入部とを有する
ことを特徴とする請求項1記載の冷媒分配器。The second distributor is composed of a two-way branch pipe,
The two-way branch pipe is
A U-shaped U-bend portion having a connecting portion and two arm portions extending in parallel with each other from both ends of the connecting portion;
The refrigerant distributor according to claim 1, further comprising: a linear inflow portion formed by bulging one of the two arm portions of the U-bend portion.
冷媒を複数に分配する第1の分配器と、
冷媒を2つに分岐して2つの前記伝熱管に流入させる複数の第2の分配器と、
前記第1の分配器と前記第2の分配器との間に設けられ、前記第1の分配器で分配された冷媒を2つに分岐して、互いに隣接する2つの前記第2の分配器に流入させる複数の第3の分配器と
を有することを特徴とする冷媒分配器。A refrigerant distributor for distributing refrigerant to a plurality of heat transfer tubes constituting a heat exchanger,
A first distributor for distributing a plurality of refrigerants;
A plurality of second distributors that branch the refrigerant into two and flow into the two heat transfer tubes;
The two second distributors that are provided between the first distributor and the second distributor, branch the refrigerant distributed by the first distributor into two, and are adjacent to each other. And a plurality of third distributors that flow into the refrigerant distributor.
前記2方分岐管は、
連結部及び前記連結部の両端から互いに並行に延びる2つの腕部を有するU字状のUベンド部と、
前記Uベンド部の前記2つの腕部のうちの一方をバルジ成形加工して形成された直線状流入部とを有する
ことを特徴とする請求項3記載の冷媒分配器。Each of the second distributor and the third distributor is composed of a two-way branch pipe,
The two-way branch pipe is
A U-shaped U-bend portion having a connecting portion and two arm portions extending in parallel with each other from both ends of the connecting portion;
The refrigerant distributor according to claim 3, further comprising: a linear inflow portion formed by bulging one of the two arm portions of the U bend portion.
前記直線状流入部と、前記直線状流入部が形成された一方の前記腕部との角度が90度に形成されている
ことを特徴とする請求項2又は請求項4記載の冷媒分配器。The two-way branch pipe is
5. The refrigerant distributor according to claim 2, wherein an angle between the linear inflow portion and the one arm portion on which the linear inflow portion is formed is 90 degrees.
前記直線状流入部が前記一方の前記腕部に対して傾斜して形成されていることを特徴とする請求項2又は請求項4記載の冷媒分配器。The second distributor is
The refrigerant distributor according to claim 2 or 4, wherein the linear inflow portion is formed to be inclined with respect to the one arm portion.
ことを特徴とする請求項6記載の冷媒分配器。The refrigerant distribution according to claim 6, wherein an inclination angle of the linear inflow portion with respect to the one arm portion is an angle determined according to a heat load distribution of each path in the heat exchanger. vessel.
前記一方の前記腕部において前記直線状流入部と対向する壁面である衝突壁の並びに、内側に凹んだ窪みを有する
ことを特徴とする請求項2、請求項4〜請求項7の何れか一項に記載の冷媒分配器。The second distributor is
The said one arm part has the hollow recessed inward along with the collision wall which is a wall surface facing the said linear inflow part, The any one of Claims 2-8 characterized by the above-mentioned. The refrigerant distributor according to Item.
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