JPWO2020090015A1 - 冷媒分配器、熱交換器および空気調和装置 - Google Patents

Abstract

冷媒分配器は、複数の板状体で構成され、流入口から流入する冷媒を複数に分岐し、高さ方向に配列された複数の流出口から冷媒を流出させる冷媒分配器であって、複数の板状体は、流入した冷媒を水平方向に分岐して流通させる分岐流路が形成された分岐流路板と、分岐流路によって分岐した冷媒を高さ方向に流通させる段跨ぎ流路が形成された段跨ぎ流路板と、冷媒が流通する貫通流路が形成された貫通流路板とを有し、分岐流路と段跨ぎ流路との間を、貫通流路を介して冷媒が流通するように、分岐流路板と段跨ぎ流路板との間に貫通流路板が配置されている。

Description

本発明は、流入する冷媒を分岐して流出させる冷媒分配器、熱交換器および空気調和装置に関するものである。

近年、冷媒量の削減および熱交換器の高性能化のため、空気調和装置に用いられる熱交換器における伝熱管の細径化が進んでいる。最近では、伝熱管を細径化するために、伝熱管として扁平多穴管のものが用いられている。伝熱管を細径化する場合、冷媒が伝熱管を通過する際の圧損の増加を抑制する必要がある。そのため、熱交換器の分岐数であるパス数を増加させることが行われている。

通常、熱交換器には、パス数を増加させるために、１つの入口流路から流入する冷媒を複数のパスへ分配して供給する多分岐の冷媒分配器が設けられる。この場合、熱交換器には、熱交換性能を維持するために、各パスへの冷媒の偏流を抑制することができるコンパクトな冷媒分配器が求められる。例えば、特許文献１には、冷媒分配時の重力の影響を抑制して各パスへの偏流を抑制するため、重力方向における水平方向に延びる２分岐部を有する略Ｚ字状の貫通溝が複数形成された板状体を積層して複数のパスを構成する冷媒分配器が開示されている。

特許第６２１４７８９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の冷媒分配器では、所望のパス数とするために、２分岐の略Ｚ字状の分岐流路が形成された板状体が順次積層される。そのため、パス数が増加するに従って、板状体の積層枚数が増加し、部品点数の増加による製造コストが上昇してしまうという課題がある。

また、この冷媒分配器では、２分岐の分岐流路が形成された板状体を積層することによって複数のパスが形成されるので、最終的な分岐数は２のｎ乗に限られてしまう。そのため、熱交換器における流路の分岐数について、設計制約が大きいという課題がある。

本発明は、上記従来の技術における課題に鑑みてなされたものであって、部品点数の増加を抑制し、分岐数の設計自由度を向上させることができる冷媒分配器、熱交換器および空気調和装置を提供することを目的とする。

本発明の冷媒分配器は、複数の板状体で構成され、流入口から流入する冷媒を複数に分岐し、高さ方向に配列された複数の流出口から前記冷媒を流出させる冷媒分配器であって、前記複数の板状体は、流入した前記冷媒を水平方向に分岐して流通させる分岐流路が形成された分岐流路板と、前記分岐流路によって分岐した前記冷媒を高さ方向に流通させる段跨ぎ流路が形成された段跨ぎ流路板と、前記冷媒が流通する貫通流路が形成された貫通流路板とを有し、前記分岐流路と前記段跨ぎ流路との間を、前記貫通流路を介して前記冷媒が流通するように、前記分岐流路板と前記段跨ぎ流路板との間に前記貫通流路板が配置されているものである。
本発明の熱交換器は、本発明に係る冷媒分配器と、前記複数の流出口のそれぞれに接続される複数の伝熱管とを備えたものである。
本発明の空気調和装置は、本発明に係る熱交換器を備えたものである。

本発明によれば、分岐流路が形成された板状体と段跨ぎ流路が形成された板状体との間を冷媒が流通するように板状体が積層される。これにより、板状体の積層枚数の増加を抑制しつつ分岐数を増加させることができるため、部品点数の増加を抑制し、分岐数の設計自由度を向上させることができる。

実施の形態１に係る熱交換器の構成の一例を示す斜視図である。 実施の形態１に係る冷媒分配器の構成の一例を示す概略図である。 １つの熱交換器に対して複数の冷媒分配器が設けられた場合の一例を示す外観図である。 実施の形態１に係る熱交換器が適用される空気調和装置の構成の一例を示す概略図である。 実施の形態１に係る冷媒分配器の第１の変形例の構成の一例を示す概略図である。 実施の形態１に係る冷媒分配器の第２の変形例の構成の一例を示す概略図である。 実施の形態２に係る冷媒分配器の構成の一例を示す概略図である。 実施の形態３に係る冷媒分配器の熱交換器に対する接続について説明するための外観図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る冷媒分配器について、図面などを参照しながら説明する。なお、以下では、本実施の形態１に係る冷媒分配器が、熱交換器に流入する冷媒を分配するものである場合を説明しているが、これに限られず、冷媒分配器が他の機器に流入する冷媒を分配するものであってもよい。また、以下の説明において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。さらに、図面では、各構成部材の大きさの関係が実際のものと異なる場合がある。また、細かい構造については、適宜図示を簡略化または省略する。そして、明細書全文に表されている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。

［熱交換器の構成］
本実施の形態に係る熱交換器１の構成について説明する。図１は、本実施の形態１に係る熱交換器１の構成の一例を示す斜視図である。図１に示すように、熱交換器１は、冷媒分配器２、ガスヘッダ３、複数の伝熱管４、保持部材５および複数のフィン６を備えている。冷媒分配器２には、冷媒の流入口である１つの冷媒流入部２Ａと、冷媒の流出口である複数の冷媒流出部２Ｂとが設けられている。複数の冷媒流出部２Ｂは、高さ方向に配列されている。ガスヘッダ３には、複数の冷媒流入部３Ａと、１つの冷媒流出部３Ｂとが設けられている。冷媒分配器２の冷媒流入部２Ａおよびガスヘッダ３の冷媒流出部３Ｂには、空気調和装置等の冷凍サイクル装置の冷媒配管が接続される。冷媒分配器２の冷媒流出部２Ｂとガスヘッダ３の冷媒流入部３Ａとの間には、伝熱管４が接続される。

伝熱管４は、複数の流路が形成された扁平管もしくは円管である。伝熱管４は、例えば、銅またはアルミニウムで形成されている。伝熱管４の冷媒分配器２側の端部は、板状の保持部材５によって保持された状態で、冷媒分配器２の冷媒流出部２Ｂに接続される。保持部材５は、例えば、アルミニウムで形成されている。伝熱管４には、複数のフィン６が接合されている。フィン６は、例えば、アルミニウムで形成されている。なお、図１の例では、伝熱管４が８本である場合を示しているが、これに限られない。

［熱交換器１における冷媒の流れ］
本実施の形態１に係る熱交換器１における冷媒の流れについて説明する。冷媒配管を流れる冷媒は、例えば熱交換器１が蒸発器として機能する際に、冷媒流入部２Ａを介して冷媒分配器２に流入して分配され、複数の冷媒流出部２Ｂを介して複数の伝熱管４に流出する。冷媒は、複数の伝熱管４において、例えば、図示しない送風機によって供給される空気等との間で熱交換される。複数の伝熱管４を流れる冷媒は、複数の冷媒流入部３Ａを介してガスヘッダ３に流入して合流し、冷媒流出部３Ｂを介して冷媒配管に流出する。なお、熱交換器１が凝縮器として機能する場合には冷媒は、この流れと逆方向に流れる。

［冷媒分配器２の構成］
本実施の形態１に係る冷媒分配器２の構成について説明する。図２は、本実施の形態１に係る冷媒分配器２の構成の一例を示す概略図である。図２では、冷媒分配器２を展開して並べた状態が示されている。

図２に示すように、冷媒分配器２は、例えば矩形形状の複数の板状体１０が積層されて形成されている。板状体１０は、複数の第１板状体１０１、１０２および１０３と、複数の第２板状体１１１、１１２および１１３とが交互に積層されて形成されている。第１板状体１０１、１０２および１０３と、第２板状体１１１、１１２および１１３とは、平面視で同一形状の外形となっている。第２板状体１１１、１１２および１１３は、第１板状体１０１、１０２および１０３を仕切るための仕切り板であり、両面にろう材が塗布されている。第１板状体１０１、１０２および１０３のそれぞれは、第２板状体１１１、１１２および１１３のそれぞれを介して積層され、ろう付けにより一体に接合される。なお、各板状体は、プレス加工または切削加工等によって加工される。プレス加工によって加工する場合は、プレス加工が可能な厚みが５ｍｍ以下の板材を使用し、切削加工によって加工する場合は、厚みが５ｍｍ以上の板材を使用してもよい。

冷凍サイクル装置の冷媒配管は、第１板状体１０１の第１流路１０Ａに接続される。第１板状体１０１の第１流路１０Ａは、図１における冷媒流入部２Ａに相当する。

保持部材５は、熱交換器１の伝熱管４の端部が保持される板状の部材である。保持部材５は、第１板状体１０１、１０２および１０３、ならびに、第２板状体１１１、１１２および１１３と平面視で同一形状の外形となっている。保持部材５には、伝熱管４がろう付けされ、保持部材５と第２板状体１１３とが積層されることにより、第２板状体１１３の第６流路１０Ｆに伝熱管４が接続される。保持部材５が設けられず、第２板状体１１３の第６流路１０Ｆに伝熱管４が直接接続されてもよい。その場合は、部品のコスト等が削減される。

冷媒分配器２には、第１板状体１０１、１０２および１０３、ならびに、第２板状体１１１、１１２および１１３に形成された流路により分配流路２ａが形成されている。分配流路２ａは、第１流路１０Ａ、第２流路１０Ｂ、第３流路１０Ｃ、第４流路１０Ｄ、第５流路１０Ｅおよび第６流路１０Ｆと、第１分岐流路１１Ａ、第２分岐流路１１Ｂおよび第３分岐流路１１Ｃと、第１段跨ぎ流路１２Ａおよび第２段跨ぎ流路１２Ｂとによって構成される。

第１板状体１０１および１０２、ならびに、第２板状体１１１および１１２の略中央には、円形の貫通孔である第１流路１０Ａが開口している。第２板状体１１２には、第１流路１０Ａに対して重力方向における水平の位置に、円形の貫通孔である一対の第２流路１０Ｂが開口し、第１流路１０Ａに対して対称となる位置に、円形の貫通孔である一対の第３流路１０Ｃが開口している。また、第２板状体１１２には、それぞれの第３流路１０Ｃに対して重力方向における水平の位置に、円形の貫通孔である一対の第４流路１０Ｄが開口し、第３流路１０Ｃに対して点対称となる位置に、円形の貫通孔である一対の第５流路１０Ｅが開口している。すなわち、第２流路１０Ｂおよび第３流路１０Ｃのそれぞれが２箇所、第４流路１０Ｄおよび第５流路１０Ｅのそれぞれが４箇所に開口している。第２板状体１１２は、貫通流路としての第１流路１０Ａ〜第５流路１０Ｅが形成された貫通流路板である。

第２板状体１１３には、第３分岐流路１１Ｃに連通し、伝熱管４の外形と同形状に形成された第６流路１０Ｆが８箇所開口している。第６流路１０Ｆは、伝熱管４と連通する。

第１板状体１０３には、積層状態において第１流路１０Ａと第２流路１０Ｂとが連通するように、重力方向における水平方向に延びた直線状の貫通溝である第１分岐流路１１Ａが形成されている。また、第１板状体１０３には、第１分岐流路１１Ａに対して対称となる位置であり、かつ、第３流路１０Ｃと第４流路１０Ｄとが連通するように、重力方向における水平方向に延びた直線状の貫通溝である第２分岐流路１１Ｂが形成されている。

さらに、第１板状体１０３には、略Ｓ字形状の貫通溝である第３分岐流路１１Ｃが４箇所形成されている。略Ｓ字形状とされたそれぞれの第３分岐流路１１Ｃは、中心部が重力方向における水平方向に延びる直線状に形成されており、積層状態において、この直線状部が第２板状体１１２の第５流路１０Ｅに対応する位置となるように設けられている。すなわち、第１板状体１０３は、分岐流路としての第１分岐流路１１Ａ〜第３分岐流路１１Ｃが形成された分岐流路板である。

第１板状体１０２には、積層状態において第２板状体１１２の第２流路１０Ｂと第３流路１０Ｃとが連通するように、高さ方向に延びる一対の貫通溝である第１段跨ぎ流路１２Ａが形成されている。また、第１板状体１０２には、積層状態において第２板状体１１２の第４流路１０Ｄと第５流路１０Ｅとが連通するように、高さ方向に延びる一対の貫通溝である第２段跨ぎ流路１２Ｂが形成されている。第１段跨ぎ流路１２Ａおよび第２段跨ぎ流路１２Ｂのそれぞれは、流出口である冷媒流出部２Ｂに接続された伝熱管４を跨ぐようにして、２つの流路が連通するように形成されている。第１板状体１０２は、段跨ぎ流路としての第１段跨ぎ流路１２Ａおよび第２段跨ぎ流路１２Ｂが形成された段跨ぎ流路板である。

各板状体が積層された場合、第１分岐流路１１Ａには、第１流路１０Ａおよび第２流路１０Ｂが接続される。また、第１段跨ぎ流路１２Ａの両端部には、第２流路１０Ｂおよび第３流路１０Ｃが接続される。第２分岐流路１１Ｂには、第３流路１０Ｃおよび第４流路１０Ｄが接続される。第２段跨ぎ流路１２Ｂの両端部には、第４流路１０Ｄおよび第５流路１０Ｅが接続される。そして、第３分岐流路１１Ｃの両端部には、第６流路１０Ｆが接続される。

このように、第１板状体１０１、１０２および１０３、ならびに、第２板状体１１１、１１２および１１３が積層されてろう付けされることにより、各流路が接続されて分配流路２ａが形成される。すなわち、分配流路２ａは、分岐流路板である第１板状体１０３と、段跨ぎ流路板である第１板状体１０２との間に、貫通流路板である第２板状体１１２が配置されることによって形成される。

［冷媒分配器２における冷媒の流れ］
次に、冷媒分配器２内の分配流路２ａおよび冷媒の流れについて説明する。熱交換器１が蒸発器として機能する場合、気液二相状態の冷媒が、第１板状体１０１の第１流路１０Ａから冷媒分配器２内に流入する。流入した冷媒は、第１流路１０Ａ内を直進し、第１板状体１０３の第１分岐流路１１Ａ内で第２板状体１１３の表面に衝突し、重力方向における水平方向に分流する。分流した冷媒は第１分岐流路１１Ａの両端部まで進み、一対の第２流路１０Ｂ内に流入する。

第２流路１０Ｂ内に流入した冷媒は、第１流路１０Ａ内を進む冷媒と反対向きに第２流路１０Ｂ内を直進する。この冷媒は、第１板状体１０２の第１段跨ぎ流路１２Ａの一端側に流入し、第１段跨ぎ流路１２Ａ内で第２板状体１１１の表面に衝突し、第１段跨ぎ流路１２Ａの他端側に進む。第１段跨ぎ流路１２Ａの他端側に到達した冷媒は、第３流路１０Ｃ内に流入する。

第３流路１０Ｃ内に流入した冷媒は、第２流路１０Ｂ内を進む冷媒と反対向きに第３流路１０Ｃ内を直進する。この冷媒は、第１板状体１０３の第２分岐流路１１Ｂ内で第２板状体１１３の表面に衝突し、重力方向における水平方向に分流する。分流した冷媒は、第２分岐流路１１Ｂの両端部まで進み、一対の第４流路１０Ｄ内に流入する。

第４流路１０Ｄ内に流入した冷媒は、第３流路１０Ｃ内を進む冷媒と反対向きに第４流路１０Ｄ内を直進する。この冷媒は、第１板状体１０２の第２段跨ぎ流路１２Ｂの一端側に流入し、第２段跨ぎ流路１２Ｂ内で第２板状体１１１の表面に衝突し、第２段跨ぎ流路１２Ｂの他端側に進む。第２段跨ぎ流路１２Ｂの他端側に到達した冷媒は、第５流路１０Ｅ内に流入する。

第５流路１０Ｅ内に流入した冷媒は、第４流路１０Ｄ内を進む冷媒と反対向きに第５流路１０Ｅ内を直進する。この冷媒は、第１板状体１０３の第３分岐流路１１Ｃ内で第２板状体１１３の表面に衝突し、重力方向における水平方向に分流する。分流した冷媒は、第３分岐流路１１Ｃの両端部まで進み、第６流路１０Ｆ内に流入する。そして、冷媒は、第６流路１０Ｆから流出し、保持部材５の流路を介して複数の伝熱管４に均一に分配される。

なお、この例では、冷媒が３つの分岐流路を通ることにより、８分岐とした冷媒分配器２について説明したが、これに限られず、分岐流路の数を変更することにより、分岐数をこれ以外の数にすることができる。

図３は、１つの熱交換器１に対して複数の冷媒分配器２が設けられた場合の一例を示す外観図である。図１に示す例では、１つの熱交換器１に対して１つの冷媒分配器２が設けられた場合について説明したが、この例に限られず、例えば図３に示すように、１つの熱交換器１に対して、１つの流入口である冷媒流入部２Ａを有する冷媒分配器２が複数接続されてもよい。

［熱交換器１の使用態様］
次に、本実施の形態１に係る熱交換器１の使用態様の一例について説明する。なお、以下では、熱交換器１が空気調和装置５０に使用される場合を説明しているが、これに限られず、例えば、冷媒循環回路を有する他の冷凍サイクル装置に使用されてもよい。また、空気調和装置５０が、冷房運転と暖房運転とを切り替えるものである場合を説明しているが、これに限られず、冷房運転または暖房運転のみを行うものであってもよい。

図４は、本実施の形態１に係る熱交換器１が適用される空気調和装置５０の構成の一例を示す概略図である。なお、図４では、冷房運転時の冷媒の流れが点線の矢印で示され、暖房運転時の冷媒の流れが実線の矢印で示されている。図４に示すように、空気調和装置５０は、圧縮機５１、四方弁５２、室外熱交換器５３、膨張弁５４、室内熱交換器５５、室外ファン５６および室内ファン５７を有している。圧縮機５１と四方弁５２と室外熱交換器５３と膨張弁５４と室内熱交換器５５とが冷媒配管で接続されることにより、冷媒循環回路が形成される。

冷房運転時の冷媒の流れについて説明する。圧縮機５１から吐出される高圧高温のガス状態の冷媒は、四方弁５２を介して室外熱交換器５３に流入し、室外ファン５６によって供給される空気と熱交換を行い、凝縮する。凝縮した冷媒は、高圧の液状態となり、室外熱交換器５３から流出し、膨張弁５４によって、低圧の気液二相状態となる。低圧の気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器５５に流入し、室内ファン５７によって供給される空気との熱交換によって蒸発することで、室内を冷却する。蒸発した冷媒は、低圧のガス状態となり、室内熱交換器５５から流出し、四方弁５２を介して圧縮機５１に吸入される。

暖房運転時の冷媒の流れについて説明する。圧縮機５１から吐出される高圧高温のガス状態の冷媒は、四方弁５２を介して室内熱交換器５５に流入し、室内ファン５７によって供給される空気との熱交換によって凝縮することで、室内を暖房する。凝縮した冷媒は、高圧の液状態となり、室内熱交換器５５から流出し、膨張弁５４によって、低圧の気液二相状態の冷媒となる。低圧の気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器５３に流入し、室外ファン５６によって供給される空気と熱交換を行い、蒸発する。蒸発した冷媒は、低圧のガス状態となり、室外熱交換器５３から流出し、四方弁５２を介して圧縮機５１に吸入される。

本実施の形態１において、室外熱交換器５３および室内熱交換器５５の少なくとも一方に、熱交換器１が用いられる。熱交換器１は、蒸発器として作用する際に、冷媒分配器２から冷媒が流入するように接続される。つまり、熱交換器１が蒸発器として作用する際は、冷媒配管から冷媒分配器２に気液二相状態の冷媒が流入し、分岐して熱交換器１の各伝熱管４に流入する。また、熱交換器１が凝縮器として作用する際は、各伝熱管４から冷媒分配器２に液冷媒が流入して合流し冷媒配管に流出する。

［第１の変形例］
本実施の形態１に係る冷媒分配器２では、第３分岐流路１１Ｃが略Ｓ字形状に形成されている場合について説明したが、第１の変形例は、分岐流路の形状を簡単化した例である。以下、本実施の形態１に冷媒分配器２の第１の変形例について説明する。なお、以下の説明において、本実施の形態１と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

［冷媒分配器２の構成］
図５は、本実施の形態１に係る冷媒分配器２の第１の変形例の構成の一例を示す概略図である。図５では、冷媒分配器２を展開して並べた状態が示されている。図５に示すように、冷媒分配器２は、例えば矩形形状の複数の板状体２１０が積層されて形成されている。板状体２１０は、複数の第１板状体１０１、２０１および２０２と、複数の第２板状体１１１、２１１および１１３とが交互に積層されて形成されている。

第１の変形例において、分配流路２ａは、第１流路１０Ａ、第２流路１０Ｂ、第３流路１０Ｃ、第４流路１０Ｄ、第５流路１０Ｅ、第７流路１０Ｇ、第８流路１０Ｈおよび第６流路１０Ｆと、第１分岐流路１１Ａ、第２分岐流路１１Ｂおよび第４分岐流路１１Ｄと、第１段跨ぎ流路１２Ａ、第２段跨ぎ流路１２Ｂおよび第３段跨ぎ流路１２Ｃとによって構成される。

第１板状体１０１および２０１、ならびに、第２板状体１１１および２１１の略中央には、円形の貫通孔である第１流路１０Ａが開口している。第２板状体２１１には、第２流路１０Ｂ、第３流路１０Ｃ、第４流路１０Ｄ、第５流路１０Ｅに加えて、第５流路１０Ｅに対して重力方向における水平の位置に、円形の貫通孔である一対の第７流路１０Ｇが開口している。また、第２板状体２１１には、第１流路１０Ａに対して略点対称となる位置に、円形の貫通孔である一対の第８流路１０Ｈが開口している。すなわち、第２板状体２１１は、貫通流路としての第１流路１０Ａ〜第５流路１０Ｅおよび第７流路１０Ｇ〜第８流路１０Ｈが形成された貫通流路板である。

第１板状体２０２には、第１分岐流路１１Ａおよび第２分岐流路１１Ｂに加えて、積層状態において第５流路１０Ｅと第７流路１０Ｇとが連通するように、重力方向における水平方向に延びた直線状の貫通溝である第４分岐流路１１Ｄが形成されている。また、第１板状体２０２には、第４分岐流路１１Ｄに対して点対称となる位置に、第８流路１０Ｈが形成されている。すなわち、第１板状体２０２は、分岐流路としての第１分岐流路１１Ａ、第２分岐流路１１Ｂおよび第４分岐流路１１Ｄが形成された分岐流路板である。

第１板状体２０１には、第１段跨ぎ流路１２Ａおよび第２段跨ぎ流路１２Ｂに加えて、積層状態において第２板状体２１１の第７流路１０Ｇと第８流路１０Ｈとが連通するように、高さ方向に延びる一対の貫通溝である第３段跨ぎ流路１２Ｃが形成されている。すなわち、第１板状体２０１は、段跨ぎ流路としての第１段跨ぎ流路１２Ａ〜第３段跨ぎ流路１２Ｃが形成された段跨ぎ流路板である。

各板状体が積層された場合、第１分岐流路１１Ａには、第１流路１０Ａおよび第２流路１０Ｂが接続される。また、第１段跨ぎ流路１２Ａの両端部には、第２流路１０Ｂおよび第３流路１０Ｃが接続される。第２分岐流路１１Ｂには、第３流路１０Ｃおよび第４流路１０Ｄが接続される。第２段跨ぎ流路１２Ｂの両端部には、第４流路１０Ｄおよび第５流路１０Ｅが接続される。第４分岐流路１１Ｄには、第５流路１０Ｅおよび第７流路１０Ｇが接続される。第３段跨ぎ流路１２Ｃの両端部には、第７流路１０Ｇおよび第８流路１０Ｈが接続される。そして、第８流路１０Ｈと第６流路１０Ｆとが接続される。

［冷媒分配器２における冷媒の流れ］
次に、第１の変形例における冷媒分配器２内の分配流路２ａおよび冷媒の流れについて説明する。熱交換器１が蒸発器として機能する場合、気液二相状態の冷媒が、第１板状体１０１の第１流路１０Ａから冷媒分配器２内に流入する。流入した冷媒は、第１流路１０Ａ内を直進し、第１板状体２０２の第１分岐流路１１Ａ内で第２板状体１１３の表面に衝突し、重力方向における水平方向に分流する。分流した冷媒は第１分岐流路１１Ａの両端部まで進み、一対の第２流路１０Ｂ内に流入する。

第２流路１０Ｂ内に流入した冷媒は、第１流路１０Ａ内を進む冷媒と反対向きに第２流路１０Ｂ内を直進する。この冷媒は、第１板状体２０１の第１段跨ぎ流路１２Ａの一端側に流入し、第１段跨ぎ流路１２Ａ内で第２板状体１１１の表面に衝突し、第１段跨ぎ流路１２Ａの他端側に進む。第１段跨ぎ流路１２Ａの他端側に到達した冷媒は、第３流路１０Ｃ内に流入する。

第３流路１０Ｃ内に流入した冷媒は、第２流路１０Ｂ内を進む冷媒と反対向きに第３流路１０Ｃ内を直進する。この冷媒は、第１板状体２０２の第２分岐流路１１Ｂ内で第２板状体１１３の表面に衝突し、重力方向における水平方向に分流する。分流した冷媒は、第２分岐流路１１Ｂの両端部まで進み、一対の第４流路１０Ｄ内に流入する。

第４流路１０Ｄ内に流入した冷媒は、第３流路１０Ｃ内を進む冷媒と反対向きに第４流路１０Ｄ内を直進する。この冷媒は、第１板状体２０１の第２段跨ぎ流路１２Ｂの一端側に流入し、第２段跨ぎ流路１２Ｂ内で第２板状体１１１の表面に衝突し、第２段跨ぎ流路１２Ｂの他端側に進む。第２段跨ぎ流路１２Ｂの他端側に到達した冷媒は、第５流路１０Ｅ内に流入する。

第５流路１０Ｅ内に流入した冷媒は、第４流路１０Ｄ内を進む冷媒と反対向きに第５流路１０Ｅ内を直進する。この冷媒は、第１板状体２０２の第４分岐流路１１Ｄ内で第２板状体１１３の表面に衝突し、重力方向における水平方向に分流する。分流した冷媒は、第４分岐流路１１Ｄの両端部まで進み、第７流路１０Ｇ内に流入する。

第７流路１０Ｇ内に流入した冷媒は、第５流路１０Ｅ内を進む冷媒と反対向きに第７流路１０Ｇ内を直進する。この冷媒は、第１板状体２０１の第３段跨ぎ流路１２Ｃの一端側に流入し、第３段跨ぎ流路１２Ｃ内で第２板状体１１１の表面に衝突し、第３段跨ぎ流路１２Ｃの他端側に進む。第３段跨ぎ流路１２Ｃの他端側に到達した冷媒は、第８流路１０Ｈ内に流入する。

第８流路１０Ｈ内に流入した冷媒は、第７流路１０Ｇ内を進む冷媒と反対向きに第８流路１０Ｈ内を直進する。そして、冷媒は、第６流路１０Ｆに流入し、第６流路１０Ｆおよび保持部材５の流路を介して複数の伝熱管４に均一に分配される。

［第２の変形例］
本実施の形態１に係る冷媒分配器２では、段跨ぎ流路が形成された第１板状体１０２が、分岐流路が形成された第１板状体１０３よりも全体としての冷媒の流れにおける上流側に積層される場合について説明した。第２の変形例は、段跨ぎ流路が形成された第１板状体と分岐流路が形成された第１板状体との位置を入れ替えた例である。以下、本実施の形態１に冷媒分配器２の第２の変形例について説明する。なお、以下の説明において、本実施の形態１および第１の変形例と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

［冷媒分配器２の構成］
図６は、本実施の形態１に係る冷媒分配器２の第２の変形例の構成の一例を示す概略図である。図６では、冷媒分配器２を展開して並べた状態が示されている。図６に示すように、冷媒分配器２は、例えば矩形形状の複数の板状体３１０が積層されて形成されている。板状体３１０は、複数の第１板状体１０１、３０１および３０２と、複数の第２板状体１１１、３１１および１１３とが交互に積層されて形成されている。

第２の変形例において、分配流路２ａは、第１流路１０Ａ、第２流路１０Ｂ、第３流路１０Ｃ、第４流路１０Ｄ、第５流路１０Ｅ、第９流路１０Ｉおよび第６流路１０Ｆと、第１分岐流路１１Ａ、第２分岐流路１１Ｂおよび第５分岐流路１１Ｅと、第１段跨ぎ流路１２Ａおよび第２段跨ぎ流路１２Ｂとによって構成される。

第１板状体１０１および第２板状体１１１の略中央には、円形の貫通孔である第１流路１０Ａが開口している。第２板状体３１１には、第２流路１０Ｂ、第３流路１０Ｃ、第４流路１０Ｄ、第５流路１０Ｅに加えて、第５流路１０Ｅに対して略点対称となる位置に、円形の貫通孔である一対の第９流路１０Ｉが開口している。すなわち、第２板状体３１１は、貫通流路としての第２流路１０Ｂ〜第５流路１０Ｅおよび第９流路１０Ｉが形成された貫通流路板である。

第１板状体３０１には、第１分岐流路１１Ａおよび第２分岐流路１１Ｂに加えて、積層状態において第５流路１０Ｅと第９流路１０Ｉとが連通するようにされた貫通溝である第５分岐流路１１Ｅが形成されている。第５分岐流路１１Ｅは、重力方向における水平方向に直線状に延びるとともに、直線部分の両端部が互いに異なる高さ方向に延びるように形成されている。すなわち、第１板状体３０１は、分岐流路としての第１分岐流路１１Ａ、第２分岐流路１１Ｂおよび第５分岐流路１１Ｅが形成された分岐流路板である。

第１板状体３０２には、第１段跨ぎ流路１２Ａおよび第２段跨ぎ流路１２Ｂに加えて、積層状態において第２板状体３１１の第９流路１０Ｉに対応する位置に、第９流路１０Ｉが形成されている。第１板状体３０２は、段跨ぎ流路としての第１段跨ぎ流路１２Ａおよび第２段跨ぎ流路１２Ｂが形成された段跨ぎ流路板である。また、第２の変形例において、第２板状体１１３に開口する第６流路１０Ｆは、第９流路１０Ｉに連通するように、第９流路１０Ｉと同様の円形の貫通孔状に形成されている。

各板状体が積層された場合、第１分岐流路１１Ａには、第１流路１０Ａおよび第２流路１０Ｂが接続される。また、第１段跨ぎ流路１２Ａの両端部には、第２流路１０Ｂおよび第３流路１０Ｃが接続される。第２分岐流路１１Ｂには、第３流路１０Ｃおよび第４流路１０Ｄが接続される。第２段跨ぎ流路１２Ｂの両端部には、第４流路１０Ｄおよび第５流路１０Ｅが接続される。第５分岐流路１１Ｅには、第５流路１０Ｅおよび第９流路１０Ｉが接続される。そして、第９流路１０Ｉと第６流路１０Ｆとが接続される。

［冷媒分配器２における冷媒の流れ］
次に、第２の変形例における冷媒分配器２内の分配流路２ａおよび冷媒の流れについて説明する。熱交換器１が蒸発器として機能する場合、気液二相状態の冷媒が、第１板状体１０１の第１流路１０Ａから冷媒分配器２内に流入する。流入した冷媒は、第１流路１０Ａ内を直進し、第１板状体３０１の第１分岐流路１１Ａ内で第２板状体３１１の表面に衝突し、重力方向における水平方向に分流する。分流した冷媒は第１分岐流路１１Ａの両端部まで進み、一対の第２流路１０Ｂ内に流入する。

第２流路１０Ｂ内に流入した冷媒は、第１流路１０Ａ内を進む冷媒と同一の向きに第２流路１０Ｂ内を直進する。この冷媒は、第１板状体３０２の第１段跨ぎ流路１２Ａの一端側に流入し、第１段跨ぎ流路１２Ａ内で第２板状体１１３の表面に衝突し、第１段跨ぎ流路１２Ａの他端側に進む。第１段跨ぎ流路１２Ａの他端側に到達した冷媒は、第３流路１０Ｃ内に流入する。

第３流路１０Ｃ内に流入した冷媒は、第２流路１０Ｂ内を進む冷媒と反対向きに第３流路１０Ｃ内を直進する。この冷媒は、第１板状体３０１の第２分岐流路１１Ｂ内で第２板状体１１１の表面に衝突し、重力方向における水平方向に分流する。分流した冷媒は、第２分岐流路１１Ｂの両端部まで進み、一対の第４流路１０Ｄ内に流入する。

第４流路１０Ｄ内に流入した冷媒は、第３流路１０Ｃ内を進む冷媒と反対向きに第４流路１０Ｄ内を直進する。この冷媒は、第１板状体３０２の第２段跨ぎ流路１２Ｂの一端側に流入し、第２段跨ぎ流路１２Ｂ内で第２板状体１１３の表面に衝突し、第２段跨ぎ流路１２Ｂの他端側に進む。第２段跨ぎ流路１２Ｂの他端側に到達した冷媒は、第５流路１０Ｅ内に流入する。

第５流路１０Ｅ内に流入した冷媒は、第４流路１０Ｄ内を進む冷媒と反対向きに第５流路１０Ｅ内を直進する。この冷媒は、第１板状体３０１の第５分岐流路１１Ｅ内で第２板状体１１１の表面に衝突し、重力方向における水平方向に分流する。分流した冷媒は、第５分岐流路１１Ｅの両端部まで進み、第９流路１０Ｉ内に流入する。

第９流路１０Ｉ内に流入した冷媒は、第５流路１０Ｅ内を進む冷媒と反対向きに第９流路１０Ｉ内を直進する。そして、冷媒は、第６流路１０Ｆに流入し、第６流路１０Ｆおよび保持部材５の流路を介して複数の伝熱管４に均一に分配される。

以上のように、本実施の形態１に係る冷媒分配器２では、分岐流路が形成された第１板状体１０３と段跨ぎ流路が形成された第１板状体１０２との間を冷媒が流通するように板状体が積層される。これにより、板状体の積層枚数を増やすことなく分岐数を増加させることができるため、部品点数の増加を抑制し、分岐数の設計自由度を向上させることができる。

また、分岐流路によって冷媒が水平方向に分岐するため、重力の影響を受けることなく冷媒が均一に分岐する。これにより、冷媒が不均一に分配されることによる熱交換器１の性能低下を抑制することができる。さらに、この熱交換器１が搭載された冷凍サイクル装置では、冷凍サイクル装置における運転効率の低下を抑制することができる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２は、分岐流路による分岐数が３以上である点で、実施の形態１と相違する。なお、以下の説明において、実施の形態１と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

［冷媒分配器２の構成］
本実施の形態２に係る冷媒分配器２の構成について説明する。図７は、本実施の形態２に係る冷媒分配器２の構成の一例を示す概略図である。図７では、冷媒分配器２を展開して並べた状態が示されている。

図７に示すように、冷媒分配器２は、複数の板状体５１０が積層されて形成されている。板状体５１０は、複数の第１板状体１０１、５０１および５０２と、複数の第２板状体１１１、５１１および１１３とが交互に積層されて形成されている。

冷凍サイクル装置の冷媒配管は、第１板状体１０１の第１流路１０Ａに接続される。第１板状体１０１の第１流路１０Ａは、図１における冷媒流入部２Ａに相当する。

冷媒分配器２には、第１板状体１０１、５０１および５０２、ならびに、第２板状体１１１、５１１および１１３に形成された流路により分配流路２ａが形成されている。分配流路２ａは、第１流路１０Ａ、第２流路１０Ｂ、第３流路１０Ｃおよび第６流路１０Ｆと、第１分岐流路５２１Ａおよび第３分岐流路１１Ｃと、第１段跨ぎ流路１２Ａとによって構成される。

第１板状体１０１および５０１、ならびに、第２板状体１１１および５１１の略中央には、円形の貫通孔である第１流路１０Ａが開口している。第２板状体５１１には、第１流路１０Ａの下方に、円形の貫通孔である３つの第２流路１０Ｂが水平方向に開口している。また、第２板状体５１１には、積層状態において第１板状体５０１の第１段跨ぎ流路１２Ａのそれぞれの他端に対応する位置に、第３流路１０Ｃが開口している。すなわち、第２板状体５１１は、貫通流路としての第１流路１０Ａ〜第３流路１０Ｃが形成された貫通流路板である。

第２板状体１１３には、第３分岐流路１１Ｃに連通し、伝熱管４の外形と同形状に形成された第６流路１０Ｆが８箇所開口している。第６流路１０Ｆは、伝熱管４と連通する。

第１板状体５０２には、積層状態において第１流路１０Ａと３つの第２流路１０Ｂとが連通するように、三角形状の貫通溝である第１分岐流路５２１Ａが形成されている。第１分岐流路５２１は、第１流路１０Ａから流入する冷媒を３つの第２流路１０Ｂに分岐させて流出させる。また、第１板状体５０２には、略Ｓ字形状の貫通溝である第３分岐流路１１Ｃが３箇所形成されている。略Ｓ字形状とされたそれぞれの第３分岐流路１１Ｃは、中心部が重力方向における水平方向に延びる直線状に形成されており、積層状態において、この直線状部が第２板状体５１１の第３流路１０Ｃに対応する位置となるように設けられている。すなわち、第１板状体５０２は、分岐流路としての第１分岐流路５２１Ａ、第３分岐流路１１Ｃが形成された分岐流路板である。

第１板状体５０１には、積層状態において第２板状体５１１の第２流路１０Ｂと第３流路１０Ｃとが連通するように、高さ方向に延びる貫通溝である３つの第１段跨ぎ流路１２Ａが形成されている。すなわち、第１板状体５０１は、段跨ぎ流路としての第１段跨ぎ流路１２Ａが形成された段跨ぎ流路板である。

各板状体が積層された場合、第１分岐流路５２１Ａには、第１流路１０Ａおよび第２流路１０Ｂが接続される。また、第１段跨ぎ流路１２Ａの両端部には、第２流路１０Ｂおよび第３流路１０Ｃが接続される。さらに、第３分岐流路１１Ｃには、第３流路１０Ｃおよび第６流路１０Ｆが接続される。このように、第１板状体１０１、５０１および５０２、ならびに、第２板状体１１１、５１１および１１３が積層されてろう付けされることにより、各流路が接続されて分配流路２ａが形成される。すなわち、分配流路２ａは、分岐流路板である第１板状体５０２と、段跨ぎ流路板である第１板状体５０１との間に、貫通流路板である第２板状体５１１が配置されることによって形成される。

［冷媒分配器２における冷媒の流れ］
次に、冷媒分配器２内の分配流路２ａおよび冷媒の流れについて説明する。熱交換器１が蒸発器として機能する場合、気液二相状態の冷媒が、第１板状体１０１の第１流路１０Ａから冷媒分配器２内に流入する。流入した冷媒は、第１流路１０Ａ内を直進し、第１板状体５０２の第１分岐流路５２１Ａ内で第２板状体１１３の表面に衝突し、重力方向における水平方向に分流する。分流した冷媒は第１分岐流路１１Ａの両端部まで進み、３つの第２流路１０Ｂ内に流入する。

第２流路１０Ｂ内に流入した冷媒は、第１流路１０Ａ内を進む冷媒と反対向きに第２流路１０Ｂ内を直進する。この冷媒は、第１板状体５０１の第１段跨ぎ流路１２Ａの一端側に流入し、第１段跨ぎ流路１２Ａ内で第２板状体１１１の表面に衝突し、第１段跨ぎ流路１２Ａの他端側に進む。第１段跨ぎ流路１２Ａの他端側に到達した冷媒は、第３流路１０Ｃ内に流入する。

第３流路１０Ｃ内に流入した冷媒は、第２流路１０Ｂ内を進む冷媒と反対向きに第３流路１０Ｃ内を直進する。この冷媒は、第１板状体５０２の第３分岐流路１１Ｃ内で第２板状体１１３の表面に衝突し、重力方向における水平方向に分流する。分流した冷媒は、第３分岐流路１１Ｃの両端部まで進み、第６流路１０Ｆ内に流入する。そして、冷媒は、第６流路１０Ｆから流出し、保持部材５の流路を介して複数の伝熱管４に均一に分配される。

なお、この例では、冷媒が２つの分岐流路を通ることにより、６分岐とした冷媒分配器２について説明したが、これはこの例に限られない。例えば、第１分岐流路５２１Ａで３つ以外に分岐させることにより、分岐数をこれ以外の数にすることができる。

以上のように、本実施の形態２に係る冷媒分配器２では、流入した冷媒を３つ以上に分岐させるように分岐流路が形成されている。そのため、部品点数の増加を抑制しながら、２のｎ乗にとらわれることなく任意の分岐数を実現できる。これによって冷媒分配器２の製造コストの増加をも抑制することができる。

また、この冷媒分配器２を熱交換器１に接続した場合、冷媒分配器２の制約にとらわれることなく、熱交換器１の性能等に応じて分岐数を適切に設定することができる。そのため、熱交換器１の性能を向上させることができる。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態３は、冷媒分配器２に複数の冷媒流入部２Ａが設けられ、それぞれの冷媒流入部２Ａに対して分配流路２ａがそれぞれ連通するように設けられている点で、実施の形態１および２と相違する。なお、以下の説明において、実施の形態１と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図８は、本実施の形態３に係る冷媒分配器２の熱交換器１に対する接続について説明するための外観図である。図８に示すように、本実施の形態３に係る冷媒分配器２は、冷媒流入部２Ａが複数設けられている。そして、それぞれの冷媒流入部２Ａに対して連通する分配流路２ａが１つの冷媒分配器２内に形成されている。

以上のように、本実施の形態３では、複数の流入口と、複数の流入口のそれぞれに連通する複数の分岐流路および複数の段跨ぎ流路とを有する冷媒分配器２が熱交換器１に接続される。これにより、熱交換器１に接続される冷媒分配器２の部品点数が全体として削減されるため、熱交換器１毎の冷媒分配器２の製造コストを抑制することができる。

以上、本発明の実施の形態１〜３について説明したが、本発明は、上述した本発明の実施の形態１〜３に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、実施の形態１〜３において、分岐流路および段跨ぎ流路は、流路全体が板状体の表裏面を貫通する貫通溝で形成されているように説明したが、これはこの例に限られない。分岐流路および段跨ぎ流路は、流路の一部が各流路１０Ａ〜１０Ｉと連通していればよく、例えば板状体の板厚未満の深さで形成された溝などのように流路の一部が板厚方向に貫通していない形状とされてもよい。

１ 熱交換器、２ 冷媒分配器、２Ａ 冷媒流入部、２ａ 分配流路、２Ｂ 冷媒流出部、３ ガスヘッダ、３Ａ 冷媒流入部、３Ｂ 冷媒流出部、４ 伝熱管、５ 保持部材、６ フィン、１０、１１０、３１０、５１０ 板状体、１０Ａ 第１流路、１０Ｂ 第２流路、１０Ｃ 第３流路、１０Ｄ 第４流路、１０Ｅ 第５流路、１０Ｆ 第６流路、１０Ｇ 第７流路、１０Ｈ 第８流路、１０Ｉ 第９流路、１１Ａ、５２１Ａ 第１分岐流路、１１Ｂ 第２分岐流路、１１Ｃ 第３分岐流路、１１Ｄ 第４分岐流路、１１Ｅ 第５分岐流路、１２Ａ 第１段跨ぎ流路、１２Ｂ 第２段跨ぎ流路、１２Ｃ 第３段跨ぎ流路、５０ 空気調和装置、５１ 圧縮機、５２ 四方弁、５３ 室外熱交換器、５４ 膨張弁、５５ 室内熱交換器、５６ 室外ファン、５７ 室内ファン、１０１、１０２、１０３、２０１、２０２、３０１、３０２、５０１、５０２ 第１板状体、１１１、１１２、１１３、２１１、３１１、５１１ 第２板状体。

本発明の冷媒分配器は、複数の板状体で構成され、流入口から流入する冷媒を複数に分岐し、高さ方向に配列された複数の流出口から前記冷媒を流出させる冷媒分配器であって、前記複数の板状体は、前記流入口から流入した前記冷媒を水平方向に分岐して流通させる第１分岐流路と、前記第１分岐流路と異なる第２分岐流路とが形成された分岐流路板と、前記第１分岐流路によって分岐した前記冷媒を高さ方向に流通させる段跨ぎ流路が形成された段跨ぎ流路板と、前記冷媒が流通する第１貫通流路および第２貫通流路が形成された貫通流路板とを有し、前記第１分岐流路と前記段跨ぎ流路との間を、前記第１貫通流路を介して前記冷媒が流通し、前記段跨ぎ流路と前記第２分岐流路との間を、前記第２貫通流路を介して前記冷媒が流通するように、前記分岐流路板と前記段跨ぎ流路板との間に前記貫通流路板が配置されているものである。
本発明の熱交換器は、本発明に係る冷媒分配器と、前記複数の流出口のそれぞれに接続される複数の伝熱管とを備えたものである。
本発明の空気調和装置は、本発明に係る熱交換器を備えたものである。

Claims (7)

1. 複数の板状体で構成され、流入口から流入する冷媒を複数に分岐し、高さ方向に配列された複数の流出口から前記冷媒を流出させる冷媒分配器であって、
   前記複数の板状体は、
   流入した前記冷媒を水平方向に分岐して流通させる分岐流路が形成された分岐流路板と、
   前記分岐流路によって分岐した前記冷媒を高さ方向に流通させる段跨ぎ流路が形成された段跨ぎ流路板と、
   前記冷媒が流通する貫通流路が形成された貫通流路板と
   を有し、
   前記分岐流路と前記段跨ぎ流路との間を、前記貫通流路を介して前記冷媒が流通するように、前記分岐流路板と前記段跨ぎ流路板との間に前記貫通流路板が配置されている冷媒分配器。
2. 前記段跨ぎ流路は、
   前記流出口を跨ぐようにして、前記冷媒を高さ方向に流通させる請求項１に記載の冷媒分配器。
3. 前記分岐流路は、
   流入した前記冷媒を３つ以上に分岐させるように形成されている請求項１または２に記載の冷媒分配器。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷媒分配器と、
   前記複数の流出口のそれぞれに接続される複数の伝熱管と
   を備えた熱交換器。
5. 前記熱交換器が蒸発器として機能する場合に、１つの前記流入口を有する前記冷媒分配器が複数接続される請求項４に記載の熱交換器。
6. 前記熱交換器が蒸発器として機能する場合に、複数の前記流入口と、前記複数の流入口のそれぞれに連通する複数の前記分岐流路および複数の前記段跨ぎ流路とを有する前記冷媒分配器が接続される請求項４に記載の熱交換器。
7. 請求項４〜６のいずれか一項に記載の熱交換器を備えた空気調和装置。

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