JPWO2019058540A1 - 冷媒分配器、及び、空気調和装置 - Google Patents

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Abstract

冷媒分配器は、冷媒回路を流れる冷媒を3つに分岐させる冷媒分配器であって、下端に1つの流入口を形成する第1管部と、上端に第1管部の流入口と連通する2つの流出口を形成する第2管部及び第3管部と、を有する第1の二分岐分流器と、下端に1つの流入口を形成する第4管部と、上端に第4管部の流入口と連通する2つの流出口を形成する第5管部及び第6管部と、を有する第2の二分岐分流器と、を備え、第3管部の流出口と第4管部の流入口とが連通し、第1の二分岐分流器の1つの流入口と2つの流出口の各中心点を通る第1平面と、第2の二分岐分流器の1つの流入口と2つの流出口の各中心点を通る第2平面とのなす角度θが60度以上120度以下であるものである。

Description

本発明は、冷媒分配器、及び、この冷媒分配器を備えた空気調和装置に関するものである。
従来の空気調和装置において、室内機に搭載された凝縮器として機能する熱交換器で凝縮された液冷媒は、膨張弁によって減圧され、ガス冷媒と液冷媒とが混在する気液二相状態となる。この気液二相状態の冷媒は、室外機に搭載された蒸発器として機能する熱交換器に流入する。室外機において、蒸発器が3つ以上搭載されており、冷媒回路上で3つの蒸発器が並列に接続されている場合、気液二相冷媒を3方向に分配する必要がある。気液二相冷媒を3方向に分配するには、Y字管などの二分岐構造の分流器を2つ組み合わせて、2段階の二分岐分配を行うことにより、三分岐分配とする方法が提供されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2010−127601号公報
従来の空気調和装置は、三分岐分配を行うと、第1段階の分配を行う第1の分流器において、流出口の冷媒の気液界面が偏ることで、第2の分流器において気液分配の偏った冷媒が流入し、第2の段階の気液分配が不均等になる場合がある。その結果、空気調和装置は、蒸発器の熱交換性能が低下する場合がある。
本発明は、上記のような課題を解決するためのものであり、三分岐分配を行う空気調和装置において、第2の段階の気液分配の不均等を抑制する冷媒分配器、及び、空気調和装置を提供するものである。
本発明に係る冷媒分配器は、冷媒回路を流れる冷媒を3つに分岐させる冷媒分配器であって、下端に1つの流入口を形成する第1管部と、上端に第1管部の流入口と連通する2つの流出口を形成する第2管部及び第3管部と、を有する第1の二分岐分流器と、下端に1つの流入口を形成する第4管部と、上端に第4管部の流入口と連通する2つの流出口を形成する第5管部及び第6管部と、を有する第2の二分岐分流器と、を備え、第3管部の流出口と第4管部の流入口とが連通し、第1の二分岐分流器の1つの流入口と2つの流出口の各中心点を通る第1平面と、第2の二分岐分流器の1つの流入口と2つの流出口の各中心点を通る第2平面とのなす角度θが60度以上120度以下であるものである。
本発明に係る冷媒分配器によれば、第1の二分岐分流器の1つの流入口と2つの流出口の各中心点を通る第1平面と、第2の二分岐分流器の1つの流入口と2つの流出口の各中心点を通る第2平面とのなす角度θが60度以上120度以下である。冷媒分配器は、上記構成を備えることで、第2の二分岐分流器において液冷媒に作用する遠心力の方向が、第1の二分岐分流器において液冷媒に作用する遠心力の方向と異なる。そのため、冷媒分配器は、第1の二分岐分流器の出口における液冷媒の偏りに起因する第2の二分岐分流器における一方の流路への液冷媒の偏りを抑制することができ、気液二相冷媒の分配性能の低下を抑制することができる。その結果、本発明に係る空気調和機によれば、3つの室外熱交換器への適正な気液二相分配が可能となり、室外熱交換器の熱交換性能を向上させることができる。
本発明の実施の形態1に係る三分岐分配器を備えた空気調和装置の構成図である。 本発明の実施の形態1に係る三分岐分配器の斜視図である。 図2の三分岐分配器を構成する第1の二分岐分流器の正面模式図である。 図2の三分岐分配器を構成する第2の二分岐分流器の正面模式図である。 図2の三分岐分配器の平面模式図である。 図2の三分岐分配器の正面模式図である。 図6の三分岐分配器のB−B線の位置における側面模式図である。 図3に示す第1の二分岐分流器の断面模式図である。 図8に示す第1の二分岐分流器に接続された入口配管のD−D線断面模式図である。 図8に示す第1の二分岐分流器のE−E線断面模式図である。 図8に示す第1の二分岐分流器のF−F線断面模式図である。 図6の三分岐分配器のG−G線断面模式図である。 本発明の実施の形態1に係る三分岐分配器における、角度θと液分配偏差の改善効果との関係を示す図である。 本発明の実施の形態2に係る三分岐分配器の寸法定義を示す正面模式図である。 本発明の実施の形態2に係る三分岐分配器における、接続配管の長さL/内径Dと、角度θ=0°に対する液分配偏差の改善度との関係を示す図である。 本発明の実施の形態3に係る三分岐分配器の斜視図である。 本発明の実施の形態3に係る三分岐分配器の正面模式図である。 本発明の実施の形態3に係る三分岐分配器における、接続配管の長さLc/内径Dcと、角度θ=0°に対する液分配偏差の改善度との関係を示す図である。 本発明の実施の形態4に係る三分岐分配器の斜視図である。 本発明の実施の形態4に係る三分岐分配器の側面模式図である。 本発明の実施の形態4に係る三分岐分配器における、入口配管の長さLd/内径Ddと、角度θ=0°に対する液分配偏差の改善度との関係を示す図である。 本発明の実施の形態5に係る空気調和装置における室外熱交換器の配置形態を示す室外機の模式図である。 本発明の実施の形態5に係る空気調和装置の第1の二分岐分流器における冷媒の分流比と分配液流量比を示す配管断面模式図である。 本発明の実施の形態5に係る空気調和装置の第1の二分岐分流器における冷媒の分流比と分配液流量比を示す図である。 本発明の実施の形態6に係る空気調和装置における室外熱交換器の配置形態を示す室外機の斜視図である。 本発明の実施の形態6に係る空気調和装置における室外熱交換器の配置形態を示す上視図である。 本発明の実施の形態6に係る空気調和装置における室外熱交換器の配置形態の変形例を示す上視図である。 本発明の実施の形態7に係る空気調和装置の構成図である。 本発明の実施の形態7に係る空気調和装置の変形例の構成図である。 本発明の実施の形態7に係る空気調和装置の他の変形例の構成図である。
以下、本発明の実施の形態に係る三分岐分配器10及び空気調和装置200について図面等を参照しながら説明する。なお、図1を含む以下の図面では、各構成部材の相対的な寸法の関係及び形状等が実際のものとは異なる場合がある。また、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。また、理解を容易にするために方向を表す用語(例えば「上」、「下」、「右」、「左」、「前」、「後」など)を適宜用いるが、それらの表記は、説明の便宜上、そのように記載しているだけであって、装置あるいは部品の配置及び向きを限定するものではない。
実施の形態1.
[空気調和装置の構成]
図1は、本発明の実施の形態1に係る三分岐分配器10を備えた空気調和装置200の構成図である。図1において実線の矢印は、空気調和装置200における暖房運転時の冷媒の流れを示す。図1の空気調和装置200は、室外機201と、室内機202とを有し、室外機201と室内機202とは冷媒配管により接続されている。そして、空気調和装置200は、圧縮機14、流路切替装置15、室内熱交換器16、減圧装置17、三分岐分配器10、室外熱交換器30が冷媒配管を介して順次接続されている。なお、図1で示す空気調和装置200の構成は1例であり、例えば、空気調和装置200にマフラー、アキュムレータ等が設けられていてもよい。
(室内機202)
室内機202は、室内熱交換器16及び減圧装置17を有する。室内熱交換器16は、空調対象となる空気と冷媒との熱交換を行う。室内熱交換器16は、暖房運転時においては凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。また、室内熱交換器16は、冷房運転時においては蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。室内熱交換器16の近傍には、図示しないファンが、室内熱交換器16と対面するように設けられていてもよい。減圧装置17は、絞り装置(流量制御手段)であり、減圧装置17を流れる冷媒の流量を調節することにより、膨張弁として機能し、流入してきた冷媒を膨張させて減圧するものである。例えば、減圧装置17が、電子式膨張弁等で構成された場合は、制御装置(図示せず)等の指示に基づいて開度調整が行われる。なお、図1において、減圧装置17は、室内機202内に配置されているが、室内機202内に配置されず室外機201内に配置されてもよい。
(室外機201)
室外機201は、圧縮機14、流路切替装置15、室外熱交換器30、及び三分岐分配器10を有している。圧縮機14は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。流路切替装置15は、例えば四方弁であり、冷媒の流路の方向の切り替えが行われる装置である。空気調和装置200は、流路切替装置15を用いて冷媒の流れる方向を切り替えることで、暖房運転と冷房運転とを切り替えて実現することができる。
(室外熱交換器30)
室外熱交換器30は、冷媒と室外の空気との熱交換を行う。室外熱交換器30は、暖房運転時においては蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。また、室外熱交換器30は、冷房運転時においては凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。室外熱交換器30の近傍には図示しないファンが設けられていてもよい。室外熱交換器30の入口及び出口には、図1に示すように分配器31が設けられている。分配器31は、ヘッダー型の分配器であってもよく、ディストリビュータ型の衝突式分配器であってもよい。空気調和装置200の室外熱交換器30は、第1室外熱交換器11と、第2室外熱交換器12と、第3室外熱交換器13との3つの熱交換器を有する。第1室外熱交換器11と、第2室外熱交換器12と、第3室外熱交換器13とは、減圧装置17と圧縮機14との間の冷媒回路において並列に接続されている。図1に示す室外機201に搭載する室外熱交換器30の個数は3つであるが、少なくとも3つの室外熱交換器30が並列に接続されていればよく、4つ以上の室外熱交換器30であってもよい。また、室外機201に搭載する室外熱交換器30の伝熱管は、水平に配置されても良く、垂直に配置されても良い。並列に接続された第1室外熱交換器11と、第2室外熱交換器12と、第3室外熱交換器13とのそれぞれに冷媒を分流するために、これらの熱交換器の入口には分配器31を介して三分岐分配器10が接続されている。なお、図1に示すように、三分岐分配器10の流出口と、室外熱交換器30の分配器31とを直接冷媒配管で接続しても良いし、三分岐分配器10の流出口と、室外熱交換器30の分配器31との間に流量調整弁などを設置してもよい。
(三分岐分配器10)
図2は、本発明の実施の形態1に係る三分岐分配器10の斜視図である。三分岐分配器10は、冷媒回路を流れる冷媒を3つに分岐させるものであり、並列に接続された第1室外熱交換器11と、第2室外熱交換器12と、第3室外熱交換器13とのそれぞれに冷媒を分流させるものである。なお、三分岐分配器10は、本発明の「冷媒分配器」に相当する。三分岐分配器10は、図2に示すように、第1の二分岐分流器1と、第2の二分岐分流器2と、有する。また、三分岐分配器10は、第1の二分岐分流器1と第2の二分岐分流器2とを接続する接続配管20と、第1の二分岐分流器1の流入口51に接続される入口配管21とを有する。接続配管20は、断面が円形状の直管である。図1及び図2に示すように、第1の二分岐分流器1の流出口52は、第1室外熱交換器11に接続され、第1の二分岐分流器1の流出口53は、第2の二分岐分流器2の流入口54と連通している。また、第2の二分岐分流器2の流出口55は、第2室外熱交換器12に接続され、第2の二分岐分流器2の流出口56は、第3室外熱交換器13に接続されている。さらに、三分岐分配器10は、第1の二分岐分流器1の流入口51に入口配管21が垂直上向きに接続され、第1の二分岐分流器1と第2の二分岐分流器2とを接続する接続配管20は、第2の二分岐分流器2の流入口54に垂直上向きに接続されている。
(第1の二分岐分流器1)
図3は、図2の三分岐分配器10を構成する第1の二分岐分流器1の正面模式図である。ここで、第1の二分岐分流器1について、図3を用いて説明する。第1の二分岐分流器1は、一方の端部から流入する冷媒を2つに分岐させて他方の端部に流出させるものである。第1の二分岐分流器1は、下端に1つの流入口51を形成する第1管部1aと、上端に第1管部1aの流入口51と連通する流出口52及び流出口53の2つの流出口を形成する第2管部1b及び第3管部1cと、を有する。第1の二分岐分流器1は、2つの流出口52及び流出口53が、流入口51とは反対側に開口している。流入口51は、第1管部1aの端部に位置する円形状の開口であり、流出口52は、第2管部1bの端部に位置する円形状の開口であり、流出口53は、第3管部1cの端部に位置する円形状の開口である。流入口51を構成する第1管部1aの中心線と、流出口52を構成する第2管部1bの中心線と、流出口53を構成する第3管部1cの中心線とが同一平面にある。第1の二分岐分流器1は、Y字形状に形成されており、流入口51の中心点と流出口52の中心点とを結ぶ仮想線L1と、流入口51の中心点と流出口53の中心点とを結ぶ仮想線L2との間の角αは180度よりも小さい。
流入口51から流出口52及び流出口53への管の構成を冷媒の流れる方向に見た場合、第1管部1aから第2管部1b及び第3管部1cへは、第2管部1b及び第3管部1cの中心線が、第1管部1aの中心線に対してそれぞれ90度以下の角度で分かれる。その後、第2管部1bの中心線と、第3管部1cの中心線は、第1管部1aの中心線の延長線に沿った方向に進む。換言すると、第1の二分岐分流器1は、第2管部1b及び第3管部1cとの分岐点において、第2管部1b及び第3管部1cが、第1管部1aに対して約90度をなす角度で互いに反対方向に分かれる。その後、第1の二分岐分流器1は、第2管部1b及び第3管部1cの管断面の中心点と流入口51の中心点とを結ぶ仮想線と、第1管部1aの中心線の延長線との間の角度が、管径の5倍以内の短い距離で徐々に小さくなるなめらかに曲がった管で構成される。この場合、第1の二分岐分流器1は、流出口52と流出口53とをつなぐU字形状の管の折り返しの中間点に流入口51を構成する第1管部1aが接続されたような形状となる。ただし、配管を管径の5倍以内の距離で曲げるため、分岐点は局所的に円管状にはならず、流出口52を構成する第2管部1bと流出口53を構成する第3管部1cとをつなげる複雑な3次元形状となることもある。
第1の二分岐分流器1において、流出口52を構成する第2管部1bと、流出口53を構成する第3管部1cとは、対称な形状の管である。流出口52の中心点を通る第2管部1bの中心線と、流出口53の中心点を通る第3管部1cの中心線とが、流入口51の中心点を通る第1管部1aの中心線を境に反対方向にある。流出口52を構成する第2管部1bの径と、流出口53を構成する第3管部1cの径は、同じ大きさであっても良く、異なる大きさであっても良い。第2管部1bの径の大きさと、第3管部1cの径の大きさとが異なる場合には、径の大きな管部の流出口には多くの冷媒が供給されることとなる。この場合、流出口52の中心点を通る第2管部1bの中心線と、流出口53の中心点を通る第3管部1cの中心線とは、流入口51の中心点を通る第1管部1aの中心線と対称な距離に位置しなくてもよい。すなわち、流出口52の中心点を通る第2管部1bの中心線と、流出口53の中心点を通る第3管部1cの中心線のいずれか一方の中心線が、第1管部1aの中心線の近くに位置していてもよい。なお、第1の二分岐分流器1の内部には、仕切板に類する狭窄部を形成する機構は存在しない。
(第2の二分岐分流器2)
図4は、図2の三分岐分配器10を構成する第2の二分岐分流器2の正面模式図である。ここで、第2の二分岐分流器2について、図4を用いて説明する。第2の二分岐分流器2は、一方の端部から流入する冷媒を2つに分岐させて他方の端部に流出させるものである。第2の二分岐分流器2は、下端に1つの流入口54を形成する第4管部2aと、上端に第4管部2aの流入口54と連通する流出口55及び流出口56の2つの流出口を形成する第5管部2b及び第6管部2cと、を有する。第2の二分岐分流器2は、2つの流出口55及び流出口56が、流入口54とは反対側に開口している。流入口54は、第4管部2aの端部に位置する円形状の開口であり、流出口55は、第5管部2bの端部に位置する円形状の開口であり、流出口56は、第6管部2cの端部に位置する円形状の開口である。流入口54を構成する第4管部2aの中心線と、流出口55を構成する第5管部2bの中心線と、流出口56を構成する第6管部2cの中心線とが同一平面にある。第2の二分岐分流器2は、Y字形状に形成されており、流入口54の中心点と流出口55の中心点とを結ぶ仮想線L1と、流入口54の中心点と流出口56の中心点とを結ぶ仮想線L2との間の角αは180度よりも小さい。
流入口54から流出口55及び流出口56への管の構成を冷媒の流れる方向に見た場合、第4管部2aから第5管部2b及び第6管部2cへは、第5管部2b及び第6管部2cの中心線が、第4管部2aの中心線に対してそれぞれ90度以下の角度で分かれる。その後、第5管部2bの中心線と、第6管部2cの中心線は、第4管部2aの中心線の延長線に沿った方向に進む。換言すると、第2の二分岐分流器2は、第5管部2b及び第6管部2cとの分岐点において、第5管部2b及び第6管部2cが、第4管部2aに対して約90度をなす角度で互いに反対方向に分かれる。その後、第2の二分岐分流器2は、第5管部2b又は第6管部2cの管断面の中心点と流入口54の中心点とを結ぶ仮想線と、第4管部2aの中心線の延長線との間の角度が、管径の5倍以内の短い距離で徐々に小さくなるなめらかに曲がった管で構成される。この場合、第2の二分岐分流器2は、流出口55と流出口56とをつなぐU字形状の管の折り返しの中間点に流入口54を構成する第4管部2aが接続されたような形状となる。ただし、配管を管径の5倍以内の距離で曲げるため、分岐点は局所的に円管状にはならず、流出口55を構成する第5管部2bと流出口56を構成する第6管部2cとをつなげる複雑な3次元形状となることもある。
第2の二分岐分流器2において、流出口55を構成する第5管部2bと、流出口56を構成する第6管部2cとは、対称な形状の管である。流出口55の中心点を通る第5管部2bの中心線と、流出口56の中心点を通る第6管部2cの中心線とが、流入口54の中心点を通る第4管部2aの中心線を境に反対方向にある。流出口55を構成する第5管部2bの径と、流出口56を構成する第6管部2cの径は、同じ大きさであっても良く、異なる大きさであっても良い。第5管部2bの径の大きさと、第6管部2cの径の大きさとが異なる場合には、径の大きな管部の流出口には多くの冷媒が供給されることとなる。この場合、流出口55の中心点を通る第5管部2bの中心線と、流出口56の中心点を通る第6管部2cの中心線とは、流入口54の中心点を通る第4管部2aの中心線と対称な距離に位置しなくてもよい。すなわち、流出口55の中心点を通る第5管部2bの中心線と、流出口56の中心点を通る第6管部2cの中心線のいずれか一方の中心線が、第4管部2aの中心線の近くに位置していてもよい。なお、第2の二分岐分流器2の内部には、仕切板に類する狭窄部を形成する機構は存在しない。
接続配管20は、図2に示すように、上端が垂直上向きに第4管部2aと接続し、下端が第3管部1cと接続する。なお、流入口54を形成する第4管部2aは、流出口53を形成する第3管部1cと、直接的に接続され又は接続配管20とは異なる他の配管を介して間接的に接続されてもよい。入口配管21は、上端が垂直上向きに第1管部1aと接続し、下端が減圧装置17に繋がる冷媒回路と接続する。
図5は、図2の三分岐分配器10の平面模式図である。ここで、第1の二分岐分流器1の分岐方向が形成する平面111と、第2の二分岐分流器2の分岐方向が形成する平面112との2平面がなす角度θについて、図2及び図5を用いて説明する。平面111は、流入口51の中心点C1と、流出口52の中心点C2とを結ぶ直線と、流入口51の中心点C1と、流出口53の中心点C3とを結ぶ直線とを含む平面である。換言すると、平面111は、第1の二分岐分流器1の1つの流入口51の中心点C1と、流出口52の中心点C2及び流出口53の中心点C3の2つの流出口の各中心点を通る平面である。同様に平面112は、流入口54の中心点C4と、流出口55の中心点C5とを結ぶ直線と、流入口54の中心点C4と、流出口56の中心点C6とを結ぶ直線とを含む平面である。換言すると、平面112は、第2の二分岐分流器2の1つの流入口54の中心点C4と、流出口55の中心点C5及び流出口56の中心点C6の2つの流出口の各中心点を通る平面である。三分岐分配器10は、第1の二分岐分流器1の分岐方向が形成する平面111と、第2の二分岐分流器2の分岐方向が形成する平面112との2平面がなす水平方向の角度を角度θとすると、角度θは60度以上120度以下の角度である。なお、平面111と平面112との2平面がなす角度θは、平面111と平面112との交線113上の点Oを通り、交線113と直行する平面111上の線114と、点Oを通り交線113と直行する平面112上の線115とがなす角度である。また、平面111は、本発明の「第1平面」に相当し、平面112は、本発明の「第2平面」に相当する。
[空気調和装置200の動作]
図6は、図2の三分岐分配器10の正面模式図である。図7は、図6の三分岐分配器10のB−B線の位置における側面模式図である。図2、図6、図7において上向きの矢印は、冷媒の流れを表すものである。次に、実施の形態1に係る空気調和装置200の動作について、暖房運転を例に説明する。図1に示すように、室内熱交換器16において室内空気に熱を供給し過冷却された液冷媒は、減圧装置17によって減圧されて気液二相冷媒となり、三分岐分配器10に流入する。
図8は、図3に示す第1の二分岐分流器1の断面模式図である。図9は、図8に示す第1の二分岐分流器1に接続された入口配管21のD−D線断面模式図である。なお、図9以下の図面で示す平面111Aは、平面111と平行な平面であり、平面112Aは、平面112と平行な平面である。三分岐分配器10に流入した気液二相冷媒は、図5に示すように、第1の二分岐分流器1に接続された入口配管21によって、重力上向きに上昇する。入口配管21内を流れる気液二相冷媒は、図8及び図9に示すように、管内の内壁に液冷媒100が多く分布し、管内の中心にガス冷媒101が多く分布する環状流またはチャーン流の気液界面102を形成する。入口配管21を流れ、重力上向きに上昇した気液二相冷媒は、図5に示す第1管部1aの流入口51から第1の二分岐分流器1に流入する。
図10は、図8に示す第1の二分岐分流器1のE−E線断面模式図である。図11は、図8に示す第1の二分岐分流器1のF−F線断面模式図である。流入口51から第1の二分岐分流器1に流入した気液二相冷媒は、流出口52を構成する第2管部1bと、流出口53を構成する第3管部1cとに分かれて管内を流れる。図10及び図11に示すように、第2管部1bと、第3管部1cとにおいて、それぞれの管内では、平面111Aと平行な方向に液冷媒100が偏って分布する。すなわち、液冷媒100は、図10及び図11に示すように、第2管部1b内では、第3管部1cが位置する側とは反対側の内壁に偏って分布し、第3管部1c内では、第2管部1bが位置する側とは反対側の内壁に偏って分布する。冷媒は、その後、流出口52から第1室外熱交換器11へ、流出口53から接続配管20へ流れる。
図12は、図6の三分岐分配器10のG−G線断面模式図である。接続配管20へ流れる冷媒は、図6に示すように、第2の二分岐分流器2に接続する接続配管20で重力上向きに上昇して、流入口54から第2の二分岐分流器2に流入する。第2の二分岐分流器2に流入した冷媒は、第2の二分岐分流器2内において、図12に示すように、平面112と平行な方向に分配される。図12に示す矢印RF1は、第1の二分岐分流器1から第2の二分岐分流器2へ流入した冷媒の流れる方向を表したものである。なお、平面112と平行な方向は、第1の二分岐分流器1における液冷媒100が偏る方向とは略垂直となる方向である。第2の二分岐分流器2へ流入した冷媒は、その後、流出口55から第2室外熱交換器12へ流れ、流出口53から第3室外熱交換器13へ流れる。
図13は、本発明の実施の形態1に係る三分岐分配器10における、角度θと液分配偏差の改善効果との関係を示す図である。図13は、三分岐分配器10において、流入冷媒の質量速度260〜2145kg/m^2s、乾き度0.05〜0.60の条件範囲で、角度θと液分配偏差の改善効果との関係を調べたものである。このとき、平面111と平面112の角度θを60度以上120度以下とすることで、図13に示すように、三分岐分配器10の液分配偏差の改善効果を得られることが、発明者らの試験で実証されている。また、図13に示すように、平面111と平面112の角度θを80度以上100度以下とすることで、更に三分岐分配器10の液分配偏差の改善効果を得られることが、発明者らの試験で実証されている。液分配偏差は次のように定義される。(液分配偏差)=|(1−(三分岐分配器10の流出口52、流出口55、または流出口56を流れる冷媒乾き度))/(1−(流入口51を流れる冷媒乾き度))|−1。また、図13の改善効果はθ=0°に対して示している。
第1室外熱交換器11、第2室外熱交換器12、第3室外熱交換器13でそれぞれ空気と熱交換した冷媒は、下流の第3の二分岐分流器3及び第4の二分岐分流器4で合流し、流路切替装置15を介して、圧縮機14の入口へ流れる。圧縮機14内に流入した冷媒は、圧縮されて高温高圧のガス冷媒となり流路切替装置15を介して、室内熱交換器16に再度流れる。なお、下流の第3の二分岐分流器3及び第4の二分岐分流器4は、二つの分岐管から流入する冷媒が合流して1つの管から流出する合流器として用いられている。
次に、実施の形態1に係る空気調和装置200の動作について、冷房運転を例に説明する。図1に示すように、圧縮機14で圧縮されて高温高圧に過熱されたガス冷媒は、流路切替装置15と、第3の二分岐分流器3及び第4の二分岐分流器4とを介して第1室外熱交換器11、第2室外熱交換器12、第3室外熱交換器13のそれぞれに流入する。第1室外熱交換器11、第2室外熱交換器12、第3室外熱交換器13のそれぞれに流入した冷媒は、空気と熱交換し、過冷却されて液冷媒となり各熱交換器から流出する。第1室外熱交換器11、第2室外熱交換器12、第3室外熱交換器13のそれぞれから流出した冷媒は、下流の第2の二分岐分流器2及び第1の二分岐分流器1で合流し、減圧装置17によって減圧されて気液二相冷媒となる。その後、気液二相冷媒は、室内熱交換器16において室内空気から熱を吸収し、流路切替装置15を介して圧縮機14に流入する。圧縮機14に流入した冷媒は、再び圧縮機14で圧縮されて高温高圧に過熱されたガス冷媒となる。このガス冷媒は、流路切替装置15と、第3の二分岐分流器3及び第4の二分岐分流器4とを介して第1室外熱交換器11、第2室外熱交換器12、第3室外熱交換器13のそれぞれに流入する。
以上のように三分岐分配器10は、第1の二分岐分流器1の1つの流入口51と2つの流出口52及び流出口53の各中心点を通る平面111と、第2の二分岐分流器2の1つの流入口54と2つの流出口55及び流出口56の各中心点を通る平面112とのなす角度θが60度以上120度以下である。すなわち、三分岐分配器10は、第2の二分岐分流器2の2つの分岐方向である平面112が、第1の二分岐分流器1の流出口の液冷媒の偏り方向である平面111に対して60度以上120度以下の角度である。例えば、三分岐分配器の平面111及び平面112が略平行である場合には、第1の二分岐分流器1において遠心力で偏った液冷媒が、第2の二分岐分流器2の一方の流路に多量に流入してしまう場合がある。三分岐分配器10は、上記構成を備えることで、第2の二分岐分流器2において液冷媒に作用する遠心力の方向が、第1の二分岐分流器1において液冷媒に作用する遠心力の方向と異なる。そのため、第1の二分岐分流器1の流出口53において遠心力により偏って分布している液冷媒が、第2の二分岐分流器2の分岐において、第5管部2b又は第6管部2cの1方の流路に偏ることなく液冷媒を分配することができる。その結果、第1の二分岐分流器1の流出口53での液冷媒の偏りに起因する第2の二分岐分流器2における気液二相冷媒の分配性能の低下を抑制することができる。また、空気調和装置200は、三分岐分配器10を備えることで、気液二相冷媒の分配性能の低下を抑制することができ、3つの室外熱交換器30へ供給する二相冷媒の液分配量の偏差を小さくすることができる。その結果、空気調和装置200は、室外熱交換器30の熱交換性能を向上させることができ、省エネ性能を向上させることができる。さらに、三分岐分配器10は、平面111と平面112との角度θが80度以上100度以下となるように、第1の二分岐分流器1と、第2の二分岐分流器2とを配置することで、より均等な気液二相分配が可能となる。そのため、空気調和装置200は、室外熱交換器30の熱交換性能を向上させることができる。
実施の形態2.
図14は、本発明の実施の形態2に係る三分岐分配器10の寸法定義を示す正面模式図である。本発明の実施の形態2に係る三分岐分配器10は、実施の形態1の三分岐分配器10を構成する接続配管20の形状に関して言及したものであり、三分岐分配器10及び空気調和装置200の構成は実施の形態1と同様である。そのため、図1〜図13の三分岐分配器10及び空気調和装置200と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。実施の形態2に係る三分岐分配器10は、第2の二分岐分流器2の流入口54に接続する垂直上向きの接続配管20の長さを長さL、内径を内径Dとした場合に、接続配管20の長さLを5D以上20D以下に形成されている。すなわち、接続配管20は、接続配管20の内径Dに対して、第4管部2aから下方に延設する直線部分の配管の長さLが5D以上20D以下の長さである。
図15は、本発明の実施の形態2に係る三分岐分配器10における、接続配管20の長さL/内径Dと、角度θ=0°に対する液分配偏差の改善度との関係を示す図である。接続配管20は、助走距離が確保されるように、長さLが5D以上の長さに形成されている。接続配管20がこのように形成されることで、図15に示すように、三分岐分配器10は、第2の二分岐分流器2の管内壁面へ液冷媒が衝突して第1の二分岐分流器1へ逆流することによる、二相分配の性能の低下を低減できる。さらに、第1の二分岐分流器1による分流で乱れた気液界面は、接続配管20において助走距離を確保することにより、再び環状流になる。そのため、三分岐分配器10は、第1の二分岐分流器1の分配による第2の二分岐分流器2内の二相分配の性能低下を抑制することができ、三分岐分配器10の分配性能を向上させることができる。また、三分岐分配器10は、三分岐分配器10の分配性能が向上することで、室外熱交換器30の熱交換性能を向上させることができる。なお、接続配管20の長さLを20D以上にすると、角度θ=0°においても接続配管20において十分な助走距離を確保することができ、第1の二分岐分流器1の分流で乱れた管内の流れが発達して液分配偏差が小さくなるため、分配性能の改善効果が小さくなる。
以上のように実施の形態2に係る三分岐分配器10は、接続配管20の内径Dに対して、第4管部2aから下方に延設する直線部分の接続配管20の長さLが5D以上20D以下の長さである。三分岐分配器10は、助走距離が確保されるように、接続配管20の長さLが5D以上の形成されている。そのため、三分岐分配器10は、第2の二分岐分流器2の管内壁面へ液冷媒が衝突して第1の二分岐分流器1へ逆流することによる、二相分配の性能の低下を低減できる。さらに、三分岐分配器10は、第1の二分岐分流器1の分流で乱れた気液界面が、接続配管20において助走距離を確保することで再び環状流になる。そのため、三分岐分配器10は、第1の二分岐分流器1の分配による第2の二分岐分流器2内の二相分配の性能低下を抑制することができ、三分岐分配器10の分配性能を向上させることができる。また、三分岐分配器10は、三分岐分配器10の分配性能が向上することで、室外熱交換器30の熱交換性能を向上させることができる。また、空気調和装置200は、接続配管20の長さLを20D以下にすることで、室外機201の筐体201A内のスペース性の改善および部材コストを低減することができる。
実施の形態3.
図16は、本発明の実施の形態3に係る三分岐分配器10の斜視図である。図17は、本発明の実施の形態3に係る三分岐分配器10の正面模式図である。本発明の実施の形態3に係る三分岐分配器10は、実施の形態1の三分岐分配器10を構成する接続配管20の形状を変更したものであり、三分岐分配器10及び空気調和装置200の他の構成は実施の形態1又は2と同様である。そのため、図1〜図15の三分岐分配器10及び空気調和装置200と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。
実施の形態3に係る三分岐分配器10は、第1の二分岐分流器1と第2の二分岐分流器2との間に複数の屈曲部を有する接続配管20Aが接続されている。接続配管20Aは、図16に示すように、上端が垂直上向きに第4管部2aと接続し、下端が第3管部1cと接続する。図16に示すように、接続配管20Aは、断面円形状の管であり、冷媒の流れ方向において、重力方向で上向きから下向きに転向する第1曲管部23Aと、重力方向で下向きから上向きに転向する第2曲管部23Bとを、少なくとも1つずつ有する。また、接続配管20Aは、第1の二分岐分流器1と第1曲管部23Aとの間に位置し、第3管部1cと接続する第1直管部22Aと、第2の二分岐分流器2と第2曲管部23Bとの間に位置し、第4管部2aと接続する第2直管部22Bとを有する。第2直管部22Bは、図16及び図17に示すように、垂直方向に延設されている。また、接続配管20Aは、第1曲管部23Aと第2曲管部23Bとの間に配置され、下端が第2曲管部23Bと接続する第3直管部22Cを有する。第3直管部22Cは、図17では垂直方向に延設されているが、両端部が上下方向に位置していればよく、傾いて配置されていてもよい。第1直管部22A、第2直管部22B、第3直管部22Cは、接続配管20Aを構成する管路の直線部分を構成するものである。なお、第1曲管部23A又は第2曲管部23Bが複数ある場合には、第1曲管部23Aと第2曲管部23Bとの間には、複数の他の直管部が配置されている。また、接続配管20Aは、第1曲管部23Aと、第2曲管部23Bと、第1直管部22Aと、第2直管部22Bと、第3直管部22Cとが一体に形成されていてもよく、それぞれが組み合わされて構成されていてもよい。
接続配管20Aの中心線は、図16に示すように、平面111に位置している。なお、接続配管20Aは、中心線が平面111に位置しているものに限定するものではない。たとえば、接続配管20Aは、第1直管部22Aの中心線が平面111に位置し、第2直管部22Bの中心線が平面112に位置していればよく、第2直管部22Bの中心線が平面111に位置していなくてもよい。
接続配管20Aは、図17に示すように、流入口51と流入口54との間の垂直方向距離を距離Hとし、接続配管20Aの内径を内径Daとした場合、距離Hを−5Da以上かつ5Da以内とすることが望ましい。三分岐分配器10は、距離Hを−5Da以上かつ5Da以内にすると、第1の二分岐分流器1と第2の二分岐分流器2との間における冷媒の位置エネルギーの差が、冷媒の運動エネルギーに対して相対的に小さくなる。そのため、三分岐分配器10は、暖房中間負荷運転など冷媒流量が少なく冷媒の運動エネルギーが小さい場合においても、分配性能が低下することがない。
三分岐分配器10は、第2の二分岐分流器2の流入口54に接続する垂直上向きの接続配管20Aの第2直管部22Bの長さをLa、内径をDaとした場合に、接続配管20Aの第2直管部22Bの長さLaが5Da以上20Da以下に形成されている。すなわち、接続配管20Aの第2直管部22Bは、第2直管部22Bの内径Daに対して、第4管部2aから下方に延設する第2直管部22Bの配管の長さLaが5Da以上20Da以下の長さである。
実施の形態3に係る三分岐分配器10において、図16に示す接続配管20Aの中心線L3が通る平面を平面116と称する。実施の形態3に係る三分岐分配器10は、接続配管20Aの中心線を通る平面116と、平面112とのなす角度βが60度以上120度以下の角度である。また、図17に示す、第2曲管部23Bを介して第2直管部22Bと接続される第3直管部22Cは、第3直管部22Cの内径Dcに対して、第3直管部22Cの長さLcが10Dc以上20Dc以下の長さである。なお、平面116は、本発明の「第3平面」に相当する。
図18は、本発明の実施の形態3に係る三分岐分配器10における、接続配管20Aの長さLc/内径Dcと、角度θ=0°に対する液分配偏差の改善度との関係を示す図である。図18に示すように、接続配管20Aは、助走距離が確保されるように、第3直管部22Cの長さLcが10Dc以上に形成されることで、冷媒が発達した流れで第2曲管部23Bに流入するため、角度θ=0°に対する液分配偏差の改善度が上昇する。なお、第3直管部22Cの長さLcを20Dc以上にすると、角度θ=0°においても接続配管20Aにおいて十分な助走距離を確保でき、第2の二分岐分流器2の分流で乱れた管内の流れが発達して液分配偏差が小さくなるため、分配性能の改善効果が小さくなる。
以上のように本発明の実施の形態3に係る三分岐分配器10は、第1の二分岐分流器1と第2の二分岐分流器2との間に複数の屈曲部を有する接続配管20Aが接続されている。そのため、三分岐分配器10は、第2の二分岐分流器2の管内壁面へ液冷媒が衝突して第1の二分岐分流器1へ逆流することによる第1の二分岐分流器1における二相分配の性能の低下を抑制することができる。また、三分岐分配器10は、第1の二分岐分流器1の分流で乱れた気液界面により、第2の二分岐分流器2に流入する冷媒が環状流を形成できないことによる第2の二分岐分流器2における二相分配の性能の低下を抑制することができる。その結果、空気調和装置200は、三分岐分配器10の分配性能が向上することで、室外熱交換器30の熱交換性能が向上する。さらに、空気調和装置200は、第2の二分岐分流器2の高さ方向の設置の自由度が上がり、たとえば、第2の二分岐分流器2を、第1の二分岐分流器1と同じ垂直高さに設置できる。そのため、空気調和装置200は、三分岐分配器10を搭載するために室外機201の筐体201Aを大型化する必要がなく、筐体201Aの小型化を図ることができ、筐体201Aの大型化に伴うコストを抑制することができる。
また、実施の形態3に係る三分岐分配器10は、第2直管部22Bの内径Daに対して、第4管部2aから下方に延設する第2直管部22Bの配管の長さLaが5Da以上20Da以下の長さである。三分岐分配器10は、助走距離が確保されるように、第2直管部22Bの長さLaが5Da以上の形成されている。そのため、三分岐分配器10は、第2の二分岐分流器2の管内壁面へ液冷媒が衝突して第1の二分岐分流器1へ逆流することによる、二相分配の性能の低下を低減できる。さらに、三分岐分配器10は、第1の二分岐分流器1の分流で乱れた気液界面が、第2直管部22Bにおいて助走距離を確保することで再び環状流になる。そのため、三分岐分配器10は、第1の二分岐分流器1の分配による第2の二分岐分流器2内の二相分配の性能低下を抑制することができ、三分岐分配器10の分配性能を向上させることができる。また、空気調和装置200は、三分岐分配器10の分配性能が向上することで、室外熱交換器30の熱交換性能を向上させることができる。また、空気調和装置200は、接続配管20の第2直管部22Bの長さLaを20Da以下にすることで、室外機201の筐体201A内のスペース性の改善および部材コストを低減することができる。
また、実施の形態3に係る三分岐分配器10は、第3直管部22Cの内径Dcに対して、第3直管部22Cの長さLcが10Dc以上20Dc以下の長さである。接続配管20Aは、第3直管部22Cの長さLcが10Dc以上の助走距離を確保するように形成されることで、冷媒が発達した流れで第2曲管部23Bに流入するため、角度θ=0°に対する液分配偏差の改善度が上昇する。また、三分岐分配器10において、第2の二分岐分流器2の分岐方向に形成する平面112と、入口配管21の中心線L3が位置する平面116との2平面がなす角を角度βとすると、角度βは60度以上120度以下の角度である。三分岐分配器10は、上記構成を備えることで、第2の二分岐分流器2において液冷媒に作用する遠心力の方向が、第2曲管部23Bにおいて液冷媒に作用する遠心力の方向と異なる。そのため、第2曲管部23Bにおいて遠心力により偏って分布している液冷媒が、第2の二分岐分流器2の分岐において、第5管部2b又は第6管部2cの1方の流路に偏ることなく液冷媒を分配することができる。そのため、第2曲管部23Bにおいて、気相冷媒と液相冷媒の密度差により、それぞれの冷媒に作用する遠心力の違いから発生する曲げの外周側への液冷媒の偏りに起因する、第2の二分岐分流器2の気液二相分配の分配性能低下を抑制することができる。また、空気調和装置200は、上記構成の三分岐分配器10を備えることで、3つの室外熱交換器30への気液二相分配を適正化して液冷媒の分配偏差を小さくすることができる。その結果、空気調和装置200は、室外熱交換器30の熱交換性能が向上し、省エネ性能を向上させることができる。
さらに、実施の形態3に係る三分岐分配器10は、平面111と平面112との角度θを80度以上100度以下となるように、第1の二分岐分流器1と、第2の二分岐分流器2とを配置することで、より均等な気液二相分配が可能となる。その結果、空気調和装置200は、三分岐分配器10の分配性能が向上することで、室外熱交換器30の熱交換性能を向上させることができ、省エネ性能を向上させることができる。また、空気調和装置200は、第3直管部22Cの長さLcを20Dc以下にすることで、三分岐分配器10を搭載するために室外機201の筐体201Aを大型化する必要がなく、筐体201Aの小型化を図ることができる。そのため、空気調和装置200は、筐体201Aの大型化に伴うコストを抑制することができる。
実施の形態4.
図19は、本発明の実施の形態4に係る三分岐分配器10の斜視図である。図20は、本発明の実施の形態4に係る三分岐分配器10の側面模式図である。なお、図20は、第1の二分岐分流器1と第2の二分岐分流器2との位置関係を表すために、第2管部1bの記載を省略している。本発明の実施の形態4に係る三分岐分配器10は、実施の形態1の三分岐分配器10を構成する入口配管21の形状を変更したものであり、三分岐分配器10及び空気調和装置200の他の構成は実施の形態1〜3と同様である。そのため、図1〜図18の三分岐分配器10及び空気調和装置200と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。
実施の形態4に係る三分岐分配器10は、断面円形状の入口配管21を有する。実施の形態4に係る三分岐分配器10の入口配管21は、曲げ配管であり、入口直管部21Aと、曲折部21Bと、直線配管部21Cとを有する。入口直管部21Aは、上端部が第1管部1aと垂直上向きに接続し、上下方向に延設された部分である。曲折部21Bは、入口配管21において、入口直管部21Aと、直線配管部21Cとの間に位置する部分である。曲折部21Bは、一端が入口直管部21Aの下端部と接続され、他端が直線配管部21Cの一端と接続されており、入口配管21の管路において円弧状に曲折された部分である。直線配管部21Cは、一端が曲折部21Bの他端と接続された直線状の管路を形成する部分である。入口配管21は、入口直管部21Aと、曲折部21Bと、直線配管部21Cとが一体として形成されていてもよく、それぞれが組み合わされて構成されていてもよい。
実施の形態4に係る三分岐分配器10において、図19に示す入口配管21の中心線L4が通る平面を平面117と称する。実施の形態4に係る三分岐分配器10は、入口配管21の中心線を通る平面117と、平面111とのなす角度γが60度以上120度以下の角度である。また、図20に示す直線配管部21Cは、直線配管部21Cの内径Ddに対して、直線配管部21Cの配管の長さLdが10Dd以上20Dd以下の長さである。なお、平面117は、本発明の「第4平面」に相当する。
図21は、本発明の実施の形態4に係る三分岐分配器10における、入口配管21の長さLd/内径Ddと、角度θ=0°に対する液分配偏差の改善度との関係を示す図である。図21に示すように、入口配管21は、助走距離を確保するように、直線配管部21Cの配管の長さLdが10Dd以上の形成されることで、冷媒が発達した流れで曲折部21Bに流入するため、角度θ=0°に対する液分配偏差の改善度が上昇する。なお、直線配管部21Cの長さLdを20Dd以上にすると、θ=0°においても入口配管21において十分な助走距離を確保することができる。そのため、第1の二分岐分流器1の分流で乱れた管内の流れが発達して液分配偏差が小さくなり、分配性能の改善効果が小さくなる。
以上のように実施の形態4に係る三分岐分配器10は、入口配管21の直線配管部21Cは、直線配管部21Cの内径Ddに対して、直線配管部21Cの配管の長さLdが10Dd以上20Dd以下の長さである。入口配管21は、助走距離を確保するように、直線配管部21Cの長さLdが10Dd以上の形成されることで、冷媒が発達した流れで曲折部21Bに冷媒が流入するため、角度θ=0°に対する液分配偏差の改善度が上昇する。また、三分岐分配器10において、第1の二分岐分流器1の分岐方向に形成する平面111と、入口配管21の中心線L4が位置する平面117との2平面がなす角を角度γとすると、角度γは60度以上120度以下の角度である。三分岐分配器10は、上記構成を備えることで、曲折部21Bにおいて液冷媒に作用する遠心力の方向が、第2曲管部23Bにおいて液冷媒に作用する遠心力の方向と異なる。そのため、曲折部21Bにおいて遠心力により偏って分布している液冷媒が、第2の二分岐分流器2の分岐において、第5管部2b又は第6管部2cの1方の流路に偏ることなく液冷媒を分配することができる。そのため、曲折部21Bにおいて、気相冷媒と液相冷媒の密度差により、それぞれの冷媒に作用する遠心力の違いから発生する曲げの外周側への液冷媒の偏りに起因する、第1の二分岐分流器1の気液二相分配の分配性能低下を抑制することができる。そのため、空気調和装置200は、3つの室外熱交換器30への気液二相分配が適正化して液冷媒の分配偏差が小さくなる。その結果、空気調和装置200は、室外熱交換器30の熱交換性能が向上し、省エネ性能を向上させることができる。
さらに、実施の形態4に係る三分岐分配器10は、平面111と平面112との角度θを80度以上100度以下となるように、第1の二分岐分流器1と、第2の二分岐分流器2とを配置することで、より均等な気液二相分配が可能となる。その結果、空気調和装置200は、三分岐分配器10の分配性能が向上することで、室外熱交換器30の熱交換性能を向上させることができ、省エネ性能を向上させることができる。また、空気調和装置200は、直線配管部21Cの長さLdを20Dd以下にすることで、三分岐分配器10を搭載するために室外機201の筐体201Aを大型化する必要がなく、筐体201Aの小型化を図ることができる。そのため、空気調和装置200は、筐体201Aの大型化に伴うコストを抑制することができる。
実施の形態5.
図22は、本発明の実施の形態5に係る空気調和装置200における室外熱交換器30の配置形態を示す室外機201の模式図である。本発明の実施の形態5に係る空気調和装置200は、実施の形態1の空気調和装置200の第1室外熱交換器11、第2室外熱交換器12、第3室外熱交換器13の室外機201における配置形態に関して言及したものである。実施の形態5に係る空気調和装置200の他の構成は、実施の形態1〜4と同様である。そのため、図1〜図21の空気調和装置200と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。
実施の形態5に係る空気調和装置200の室外機201は、図22に示すように、送風機18が、第1室外熱交換器11、第2室外熱交換器12、第3室外熱交換器13の3つの室外熱交換器30よりも上方に設けられた上吹きタイプである。第1室外熱交換器11、第2室外熱交換器12、第3室外熱交換器13の3つの室外熱交換器30は、室外機201内において、それぞれ上下方向に配置されている。室外機201は、第1の二分岐分流器1の第2管部1bと接続する第1室外熱交換器11が、第2の二分岐分流器2の第5管部2bと接続する第2室外熱交換器12及び第6管部2cと接続する第3室外熱交換器13よりも上側に配置されている。そのため、室外機201は、第1室外熱交換器11と送風機18との距離が、第2室外熱交換器12及び第3室外熱交換器13と送風機18との距離に対して小さい。その結果、第2室外熱交換器12及び第3室外熱交換器13と比較して、送風機18による風が、第1室外熱交換器11に対して多く流れる。
図23は、本発明の実施の形態5に係る空気調和装置200の第1の二分岐分流器1における冷媒の分流比と分配液流量比を示す配管断面模式図である。図24は、本発明の実施の形態5に係る空気調和装置200の第1の二分岐分流器1における冷媒の分流比と分配液流量比を示す図である。第1の二分岐分流器1は、流出口52の下流に1つの第1室外熱交換器11が接続され、流出口53の下流には第2の二分岐分流器2を介して第2室外熱交換器12及び第3室外熱交換器13の2つの室外熱交換器30が並列に接続されている。そのため、第1の二分岐分流器1は、流出口52側の流路の流動抵抗が、流出口53側の流路の流動抵抗に対して大きく、流出口52と流出口53との冷媒流量比は、図23及び図24のように、不均等流量で分流する。図23に示すように、第1の二分岐分流器1の流入口51において、気液二相冷媒は環状流であり、壁面に液が多く分布しており、流出口52及び流出口53のそれぞれの流出口へは、流出口に近い領域の冷媒が流れる。そのため、分流比が少ない流出口52へ、均等乾き度分配と比較して液冷媒が多く流れる。一方で、均等乾き度分配と比較して液冷媒が少ない流出口53を出た冷媒は、第2の二分岐分流器2において下流に接続する第2室外熱交換器12と第3室外熱交換器13の流動抵抗に応じた分流比で分配される。
以上のように実施の形態5に係る空気調和装置200の室外機201は、送風機18による風が、第2室外熱交換器12及び第3室外熱交換器13と比較して、第1室外熱交換器11に対して多く流れる。また、第1の二分岐分流器1の流入口51において、気液二相冷媒は、環状流であり壁面に液が多く分布しており、流出口52及び流出口53のそれぞれの流出口へは、流出口に近い領域の冷媒が流れる。そのため、分流比が少ない流出口52へ、均等乾き度分配と比較して液冷媒が多く流れる。一方で、均等乾き度分配と比較して液冷媒が少ない流出口53を出た冷媒は、第2の二分岐分流器2において下流に接続する第2室外熱交換器12と第3室外熱交換器13の流動抵抗に応じた分流比で分配される。このため、比較的液冷媒が多く流れる第1室外熱交換器11への通風量が多くなるため、熱交換性能が向上し、省エネ性能を向上できる。なお、実施の形態5の空気調和装置200は、室外熱交換器30の寸法形状およびパス数を限定するものではないが、異なる形状の室外熱交換器30を製造する場合と比較して、製造コストを小さくするために同一の形状で構成することが望ましい。
実施の形態6.
図25は、本発明の実施の形態6に係る空気調和装置200における室外熱交換器30の配置形態を示す室外機201の斜視図である。図26は、本発明の実施の形態6に係る空気調和装置200における室外熱交換器30の配置形態を示す上視図である。本発明の実施の形態6に係る空気調和装置200は、実施の形態1の空気調和装置200の第1室外熱交換器11、第2室外熱交換器12、第3室外熱交換器13の室外機201における配置形態に関して言及したものである。実施の形態6に係る空気調和装置200の他の構成は、実施の形態1〜4と同様である。そのため、図1〜図24の空気調和装置200と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。
実施の形態6に係る空気調和装置200の室外機201は、図25に示すように、送風機18が、第1室外熱交換器11、第2室外熱交換器12、第3室外熱交換器13の3つの室外熱交換器30よりも上方に設けられた上吹きタイプである。室外機201は、第1室外熱交換器11、第2室外熱交換器12、第3室外熱交換器13の3つの室外熱交換器30を水平方向に配置している。空気調和装置200は、平面視で長手方向(Y軸方向)を構成する側面に第1室外熱交換器11が配置されている。空気調和装置200は、第1室外熱交換器11が配置されている面と対向する側面の一部と、短手方向(X軸方向)の側面とに第2室外熱交換器12及び第3室外熱交換器13を配置している。室外機201は、第1の二分岐分流器1の第2管部1bと接続されている第1室外熱交換器11の通風面積が、第5管部2bと接続されている第2室外熱交換器12及び第6管部2cと接続されている第3室外熱交換器13の通風面積よりも大きい。通風面積とは、室外機201を構成する筐体201Aの側壁の外周側に向いている室外熱交換器30の側面部分の面積である。すなわち、第1室外熱交換器11は、第2室外熱交換器12及び第3室外熱交換器13よりも、3つの室外熱交換器30を収容する室外機201の筐体201Aの外周側に面する面積が大きい。
以上のように、実施の形態6に係る空気調和装置200の室外機201は、第1室外熱交換器11の通風面積が、第2室外熱交換器12及び第3室外熱交換器13の通風面積よりも大きい。そのため、第2室外熱交換器12及び第3室外熱交換器13と比較して、送風機18による風が、第1室外熱交換器11に比較的多く流れる。第1の二分岐分流器1の分配では、図23及び図24に示したように、環状流の気液二相冷媒が不均等流量で分流するため、分流比が少ない流出口52へ、均等乾き度分配時と比較して液冷媒が多く流れる。空気調和装置200は、液冷媒が多く流れる流出口52と、通風量が多い第1室外熱交換器11とを接続することで、管内冷媒圧力損失の増大を抑制して熱交換性能を向上させることができる。その結果、空気調和装置200は、熱交換性能が向上することで、省エネ性能を向上させることができる。
なお、図25では室外熱交換器30の鉛直方向の高さをほぼ同一に記載しているが、通風面積を広げるために第1室外熱交換器11の上下方向の高さを、第2室外熱交換器12及び第3室外熱交換器13の高さよりも高くしても良い。室外機201をこのように構成することで、送風機18による風が、第1室外熱交換器11に更に多く流れる。そのため、空気調和装置200は、液冷媒が多く流れる流出口52と、通風量が多い第1室外熱交換器11とを接続することで、管内冷媒圧力損失の増大を抑制して熱交換性能を向上させることができる。その結果、空気調和装置200は、熱交換性能が向上することで、省エネ性能を向上させることができる。
また、空気調和装置200は、図26に示すように、室外機201の長手方向の一面に第1室外熱交換器11を配置し、残りの面に第2室外熱交換器12及び第3室外熱交換器13を配置すると、第1室外熱交換器11は平面視でL字状の矩形部を持たない。そのため、第1室外熱交換器11は、管外の風及び管内の冷媒が流れやすくなり、より効果的に管内冷媒圧力損失の増大を抑制して熱交換性能を向上させることができる。その結果、空気調和装置200は、熱交換性能が向上し、省エネ性能を向上させることができる。
図27は、本発明の実施の形態6に係る空気調和装置200における室外熱交換器30の配置形態の変形例を示す上視図である。室外機201は、送風機18が、第1室外熱交換器11、第2室外熱交換器12、第3室外熱交換器13の3つの室外熱交換器30よりも上方に設けられた上吹きタイプである。室外機201は、第1室外熱交換器11、第2室外熱交換器12、第3室外熱交換器13の3つの室外熱交換器30を水平方向に配置している。空気調和装置200は、平面視で筐体201Aの長手方向(Y軸方向)を構成する側面に第1室外熱交換器11が配置されている。空気調和装置200は、第2室外熱交換器12及び第3室外熱交換器13が筐体201Aの残りの外周面に配置されている。より詳細には、空気調和装置200は、第1室外熱交換器11が配置されている面と対向する側面の一部と、筐体201Aの短手方向(X軸方向)の側面とに第2室外熱交換器12及び第3室外熱交換器13を配置している。第2室外熱交換器12及び第3室外熱交換器13は、それぞれ分配器31が設けられている側とは反対側の端部が、平面視で室外機201の内部方向に向かって延設されている。すなわち、第2室外熱交換器12と第3室外熱交換器13とは、向かい合う端部が筐体201Aの内部に曲折している。そのため、実施の形態6に係る空気調和装置200の室外機201は、第2室外熱交換器12及び第3室外熱交換器13が、対向距離Zで対向する通風面を一部に持つ。室外機201の筐体201Aは、平面視で、筐体201Aの短手方向の長さX、長手方向の長さYとした場合に、筐体201Aの長さの比率Y/Xが2より大きく4より小さい。また、第2室外熱交換器12と第3室外熱交換器13との間の対向距離Zが0mmより大きく100mm以下の距離である。また、第1室外熱交換器11と、第2室外熱交換器12と、第3室外熱交換器13とは、同一の通風面積を有する。
実施の形態6に係る空気調和装置200は、室外機201の筐体201Aのアスペクト比Y/Xが、2より大きく4より小さい。また、空気調和装置200は、第2室外熱交換器12と第3室外熱交換器13との間の対向距離Zが0mmより大きく100mm以下である。そのため、空気調和装置200は、同一の通風面積を有する3つの室外熱交換器30を当該構成に配置することで、第1室外熱交換器11に流れる風量を、第2室外熱交換器12及び第3室外熱交換器13に流れる風量よりも多くすることができる。その結果、空気調和装置200は、室外熱交換器30への液冷媒の分配にあわせた風量負荷を実現できるため、熱交換性能が向上し、省エネ性能を向上させることができる。
実施の形態7.
図28は、本発明の実施の形態7に係る空気調和装置200の構成図である。本発明の実施の形態7に係る空気調和装置200は、実施の形態1の空気調和装置200の第1室外熱交換器11、第2室外熱交換器12、第3室外熱交換器13の出口配管に関して言及したものである。実施の形態7に係る空気調和装置200の他の構成は、実施の形態1〜6と同様である。そのため、図1〜図27の空気調和装置200と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。
実施の形態7に係る空気調和装置200は、第1の二分岐分流器1の第2管部1bと接続する第1室外熱交換器11の出口と、第2の二分岐分流器2の第5管部2bと接続する第2室外熱交換器12の出口とが、第3の二分岐分流器3と接続されている。また、実施の形態7に係る空気調和装置200は、第3の二分岐分流器3の出口と、第2の二分岐分流器2の第6管部2cと接続する第3室外熱交換器13の出口とが、第4の二分岐分流器4と接続されている。なお、実施の形態7に係る空気調和装置200の室外機201においては、三分岐分配器10の接続配管20の流動抵抗に起因する第1室外熱交換器11、第2室外熱交換器12、第3室外熱交換器13への冷媒流量偏差が生じている。この室外機201に生じている冷媒流量偏差は、第1室外熱交換器11を第3の二分岐分流器3に接続し、第1の二分岐分流器1から第4の二分岐分流器4までの並列な3本の冷媒回路の流動抵抗の差を小さくすることでさらに低減されている。
以上のように、実施の形態7に係る空気調和装置200は、三分岐分配器10の接続配管20の流動抵抗に起因する室外熱交換器30の冷媒流量偏差を、第1の二分岐分流器1から第4の二分岐分流器4までの並列な3本の冷媒回路の流動抵抗の差を小さくすることでさらに低減している。そのため、空気調和装置200は、3つの室外熱交換器30の熱交換量の偏差をさらに低減できるため、熱交換性能が向上し、省エネ性能を向上できる。
図29は、本発明の実施の形態7に係る空気調和装置200の変形例の構成図である。室外機201は、減圧装置17と第1の二分岐分流器1とを接続する入口側冷媒配管24と、第3室外熱交換器13と第4の二分岐分流器4とを接続する出口側冷媒配管26と、を有している。そして、空気調和装置200は、入口側冷媒配管24と出口側冷媒配管26との間に接続され、流量調整弁19を備えたバイパス流路25を備えている。
空気調和装置200は、第1の二分岐分流器1から第4の二分岐分流器4までの3本の冷媒回路上で、比較的流動抵抗が小さくなる第3室外熱交換器13と第4の二分岐分流器4とを接続する出口側冷媒配管26へ、一部の冷媒を分流させることができる。空気調和装置200は、第3室外熱交換器13と第4の二分岐分流器4とを接続する出口側冷媒配管26の流量を増やして圧損を増加することで、第1室外熱交換器11と、第2室外熱交換器12と、第3室外熱交換器13との冷媒流量偏差を小さくできる。その結果、空気調和装置200は、3つの室外熱交換器30の熱交換量の偏差を低減できるため、熱交換性能が向上させ、省エネ性能を向上させることができる。
図30は、本発明の実施の形態7に係る空気調和装置200の他の変形例の構成図である。本発明の実施の形態7に係る空気調和装置200の他の変形例は、図30に示すように、減圧装置17と第1の二分岐分流器1とを接続する入口側冷媒配管24と、バイパス流路25との接続部に気液分離器27を設けている。空気調和装置200は、入口側冷媒配管24と、バイパス流路25との接続部に気液分離器27を用いることで、液相に対して圧損が大きい気相冷媒を優先的にバイパスできる。また、空気調和装置200は、入口側冷媒配管24と、バイパス流路25との接続部に気液分離器27を用いることで、第1室外熱交換器11、第2室外熱交換器12、第3室外熱交換器13へ流れる冷媒の乾き度も低減できる。そのため、空気調和装置200は、室外熱交換器30での熱交換性能を向上させ、空調機の省エネ性能を向上させることができる。
なお、本発明の実施の形態は、上記実施の形態1〜7に限定されず、種々の変更を加えることができる。例えば、室外熱交換器30と流路切替装置15との間で合流する第3の二分岐分流器3及び第4の二分岐分流器4は、図1に示すように二分岐分流器であっても良いし、ディストリビュータ型の分配器でも良い。また、室外機201の台数を1つに限定するものではなく、複数接続していてもよい。さらに、室内熱交換器16は、気液分離器27との間の入口側冷媒配管24に減圧装置17を備えていれば複数あっても良く、室内機202を複数接続するマルチエアコンであっても良い。さらに減圧装置17と三分岐分配器10とを接続する入口側冷媒配管24は、複数の室内機202に供給する冷媒を制御する分流コントローラーなどを介しても良いし、気液分離器27を介しても良い。なお、空気調和装置200を循環する冷媒種を特に限定するものではない。また、空気調和装置200の室外機201は、図25に示すように、室外熱交換器30に冷媒を分配する分配器31が、室外熱交換器30の水平方向において、室外熱交換器30の右端に設けられている。しかし、分配器31の設置位置は、室外熱交換器30の右端に設けられることに限定されるものではなく、分配器31は、室外熱交換器30の左端に設けられていてもよい。
1 第1の二分岐分流器、1a 第1管部、1b 第2管部、1c 第3管部、2 第2の二分岐分流器、2a 第4管部、2b 第5管部、2c 第6管部、3 第3の二分岐分流器、4 第4の二分岐分流器、10 三分岐分配器、11 第1室外熱交換器、12 第2室外熱交換器、13 第3室外熱交換器、14 圧縮機、15 流路切替装置、16 室内熱交換器、17 減圧装置、18 送風機、19 流量調整弁、20 接続配管、20A 接続配管、21 入口配管、21A 入口直管部、21B 曲折部、21C 直線配管部、22A 第1直管部、22B 第2直管部、22C 第3直管部、23A 第1曲管部、23B 第2曲管部、24 入口側冷媒配管、25 バイパス流路、26 出口側冷媒配管、27 気液分離器、30 室外熱交換器、31 分配器、51 流入口、52 流出口、53 流出口、54 流入口、55 流出口、56 流出口、100 液冷媒、101 ガス冷媒、102 気液界面、111 平面、111A 平面、112 平面、112A 平面、113 交線、116 平面、117 平面、200 空気調和装置、201 室外機、201A 筐体、202 室内機。

Claims (13)

  1. 冷媒回路を流れる冷媒を3つに分岐させる冷媒分配器であって、
    下端に1つの流入口を形成する第1管部と、上端に前記第1管部の流入口と連通する2つの流出口を形成する第2管部及び第3管部と、を有する第1の二分岐分流器と、
    下端に1つの流入口を形成する第4管部と、上端に前記第4管部の流入口と連通する2つの流出口を形成する第5管部及び第6管部と、を有する第2の二分岐分流器と、
    を備え、
    前記第3管部の流出口と前記第4管部の流入口とが連通し、前記第1の二分岐分流器の1つの流入口と2つの流出口の各中心点を通る第1平面と、前記第2の二分岐分流器の1つの流入口と2つの流出口の各中心点を通る第2平面とのなす角度θが60度以上120度以下である冷媒分配器。
  2. 上端が垂直上向きに前記第4管部と接続し、下端が前記第3管部と接続する接続配管を更に有し、
    前記接続配管は、
    前記接続配管の内径Dに対して、前記第4管部から下方に延設する直線部分の配管の長さLが5D以上20D以下の長さである請求項1に記載の冷媒分配器。
  3. 上端が垂直上向きに前記第4管部と接続し、下端が前記第3管部と接続する接続配管を更に有し、
    前記接続配管は、
    冷媒の流れ方向において、重力方向で上向きから下向きに転向する第1曲管部と、重力方向で下向きから上向きに転向する第2曲管部とを、少なくとも1つずつ有し、かつ
    前記第1の二分岐分流器と第1曲管部との間に位置し、前記第3管部と接続する第1直管部と、
    前記第2の二分岐分流器と第2曲管部との間に位置し、前記第4管部と接続する第2直管部とを有する請求項1に記載の冷媒分配器。
  4. 前記第2直管部は、
    前記第2直管部の内径Daに対して、前記第4管部から下方に延設する前記第2直管部の配管の長さLaが5Da以上20Da以下の長さであり、
    前記接続配管の中心線を通る第3平面と、前記第2平面とのなす角度βが60度以上120度以下である請求項3に記載の冷媒分配器。
  5. 前記接続配管は、
    前記第1曲管部と前記第2曲管部との間に配置され、下端が前記第2曲管部と接続する第3直管部を有し、
    前記第3直管部の内径Dcに対して、前記第3直管部の長さLcが10Dc以上20Dc以下の長さである請求項3又は4に記載の冷媒分配器。
  6. 上端が垂直上向きに前記第1管部と接続し、下端が前記冷媒回路と接続する入口配管を更に有し、
    前記入口配管は、
    上端部が前記第1管部と垂直上向きに接続し、上下方向に延設された入口直管部と、
    一端が前記入口直管部の下端部と接続され、円弧状に曲折された曲折部と、
    一端が前記曲折部の他端と接続された直線状の管路を形成する直線配管部と、
    を有し、
    前記直線配管部は、
    前記直線配管部の内径Ddに対して、前記直線配管部の配管の長さLdが10Dd以上20Dd以下の長さであり、
    前記入口配管の中心線を通る第4平面と、前記第1平面とのなす角度γが60度以上120度以下である請求項1〜5のいずれか1項に記載の冷媒分配器。
  7. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
    冷媒を膨張させて減圧させる減圧装置と、
    冷媒と室外の空気とを熱交換し、前記減圧装置と前記圧縮機との間の冷媒回路において並列に接続された少なくとも3つの室外熱交換器と、
    前記少なくとも3つの室外熱交換器の入口に接続された請求項1〜6のいずれか1項に記載された少なくとも1つの冷媒分配器と、
    を備えた空気調和装置。
  8. 前記少なくとも3つの室外熱交換器の上方に送風機を有し、
    前記少なくとも3つの室外熱交換器は、それぞれ上下方向に配置されており、
    前記第2管部と接続する第1室外熱交換器が、前記第5管部と接続する第2室外熱交換器及び前記第6管部と接続する第3室外熱交換器よりも上方に配置されている請求項7に記載の空気調和装置。
  9. 前記少なくとも3つの室外熱交換器の上方に送風機を有し、
    前記少なくとも3つの室外熱交換器は、それぞれ水平方向に配置されており、
    前記第2管部と接続する第1室外熱交換器は、前記第5管部と接続する第2室外熱交換器及び前記第6管部と接続する第3室外熱交換器よりも、前記少なくとも3つの室外熱交換器を収容する室外機の筐体の外周側に面する面積が大きい請求項7に記載の空気調和装置。
  10. 平面視で、前記筐体の短手方向の長さX、長手方向の長さYとした場合に、前記筐体の長さの比率Y/Xが2より大きく4より小さく、
    前記第1室外熱交換器が前記筐体の長手方向に配置され、前記第2室外熱交換器及び前記第3室外熱交換器が前記筐体の残りの外周面に配置され、前記第2室外熱交換器と前記第3室外熱交換器とは向かい合う端部が前記筐体の内部に曲折しており、前記第2室外熱交換器と前記第3室外熱交換器とは100mm以下の距離で対向する通風面を一部に備える請求項9に記載の空気調和装置。
  11. 前記第2管部と接続する前記第1室外熱交換器の出口と、前記第5管部と接続する前記第2室外熱交換器の出口とが第3の二分岐分流器と接続され、
    前記第3の二分岐分流器の出口と、前記第6管部と接続する前記第3室外熱交換器の出口とが第4の二分岐分流器で接続されている請求項8〜10のいずれか1項に記載の空気調和装置。
  12. 前記減圧装置と前記第1の二分岐分流器とを接続する入口側冷媒配管と、前記第3室外熱交換器と前記第4の二分岐分流器とを接続する出口側冷媒配管との間に接続され、流量調整弁を有するバイパス流路を備えた請求項11に記載の空気調和装置。
  13. 前記入口側冷媒配管と、前記バイパス流路との接続部に気液分離器を備える請求項12に記載の空気調和装置。
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