WO2012017799A1 - 冷媒分流器、冷媒分流器一体型の膨張装置及び冷凍装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a refrigerant flow divider that branches a gas-liquid two-phase flow refrigerant decompressed by an expansion valve into a plurality of flow dividing pipes, an expansion device to which the refrigerant flow divider is connected, and a refrigeration using the refrigerant flow divider or the expansion device. Relates to the device.
- the refrigerant flowing in the flow path may have a non-uniform density distribution in a cross-sectional view.
- the refrigerant flow in the refrigerant flow divider is likely to be affected by gravity depending on the shape of the inlet channel connected to the refrigerant flow divider and the state of attachment of the refrigerant flow divider. For this reason, liquid refrigerant may be unevenly distributed in the cross section of the flow path.
- the gas-liquid two-phase flow that flows through the expansion valve may have a non-uniform density distribution over time.
- the refrigerant may flow into the expansion valve as a discontinuous gas-liquid two-phase flow such as a slag flow or a plug flow.
- the refrigerant after passing through the expansion valve also tends to have a non-uniform density distribution over time.
- the refrigerant flow distributor is required to uniformly mix and split the gas-liquid two-phase flow without causing a drift.
- noise may be generated when the gas-liquid two-phase flow passing through the refrigerant flow divider flows nonuniformly in time. For this reason, the refrigerant flow divider is also required to reduce such noise.
- Patent Document 1 a structure disclosed in Patent Document 1 is proposed.
- an inlet channel (corresponding to an inlet pipe of the present invention) 102 is connected to one end of a refrigerant distributor (corresponding to the refrigerant distributor of the present invention) body 101, and the other end.
- a refrigerant distributor corresponding to the refrigerant distributor of the present invention
- a mixing unit 104 is connected between the end surface of the refrigerant distributor body 101 facing the inlet channel 102 and the inlet channel 102.
- the mixing unit 104 is made of a thin tube and has a channel smaller than the inner diameter of the inlet channel 102.
- the inner diameter of the flow path of the mixing unit 104 is considerably smaller than the length along the refrigerant flow direction in the mixing unit 104.
- the inlet 104 a of the mixing unit 104 is connected to the center of the cross section of the branch chamber 105.
- the outlets 103a and 103b of the outlet channel 103 are arranged so as to overlap with the inlet 104a evenly.
- the refrigerant flow in the mixing unit 104 is homogenized and becomes a high-speed flow, and is directly and evenly blown into each outlet of the outlet channel 103.
- the refrigerant ejected from the inlet 104 a collides with the inner wall of the branch chamber 105.
- the collision surface 106 of the branch chamber 105 is made as small as possible, and the force of the refrigerant flow received by the refrigerant distributor body 101 is made small.
- an inlet pipe (this application) extends along the tangential direction of the inner wall of the cylindrical container 111 on the upper portion of the cylindrical container 111 (corresponding to the main body of the present invention).
- 112 (corresponding to the inlet pipe of the invention).
- a plurality of distribution pipes 113 (corresponding to the distribution pipes of the present invention) 113 are connected to the lower portion of the cylindrical container 111.
- Each distribution pipe 113 extends in the radial direction of the cylindrical container 111 and is arranged at equal intervals along the circumferential direction of the cylindrical container 111.
- the gas-liquid two-phase flow refrigerant is introduced into the cylindrical container 111 from the expansion valve through the inlet pipe 112. Then, the refrigerant flows along the tangential direction of the inner wall of the cylindrical container 111 and swirls in the cylindrical container 111.
- the refrigerant swirls, heavy liquid a is collected on the outer peripheral side and light gas b is collected in the center by centrifugal force, and gas-liquid separation is performed.
- the gas b becomes a uniform pressure in the process of descending while turning, and flows into each distribution pipe 113.
- the liquid a falls by its own weight while turning along the inner surface of the cylindrical wall 111a.
- the liquid a forms a liquid film while swirling.
- the liquid a flows into the distribution pipes 113 with the thickness of the liquid film made uniform by the surface tension action.
- the liquid a and the gas b flow into each distribution pipe 113, and the gas-liquid two-phase refrigerant is evenly distributed.
- a mixing unit 104 that is a thin tube is used.
- coolant passes the inside of the mixing part 104 at high speed, and a homogeneous flow is obtained. For this reason, the energy loss in the mixing part 104 becomes large.
- the refrigerant flows linearly from the inlet channel 102 toward the outlet channel 103, the refrigerant is easily affected by gravity.
- the refrigerant flowing from the mixing unit 104 directly flows into each outlet channel 103 and is divided.
- Patent Document 2 discloses a structure in which the distribution pipes 113 are arranged uniformly along the circumferential direction of the cylindrical container 111.
- the energy loss caused by this structure is smaller than that of Patent Document 1. It is also easy to increase the number of distribution pipes 113.
- the configuration disclosed in this document is based on the premise that the liquid a falls by its own weight while turning along the inner surface of the cylindrical wall 111a. For this reason, the cylindrical container 111 needs to be attached with its center line aligned with the vertical direction. In this case, the refrigerant flow flows into the cylindrical container 111 from one inlet pipe 112 to form a swirling flow.
- the central axis of the swirling flow may not coincide with the central axis of the cylindrical container 111. Therefore, it is difficult to form a swirl flow stably. If the central axis of the swirling flow does not coincide with the central axis of the cylindrical container 111, it becomes impossible to distribute the refrigerant by making the gas-liquid ratio and the divided flow rate of the refrigerant uniform for each distribution pipe 113.
- An object of the present invention is to provide a refrigerant flow divider and a refrigerant flow divider with a refrigerant flow divider and a refrigerant flow divider in which the gas-liquid ratio and flow rate of the refrigerant flowing into each flow dividing pipe are made uniform and the mounting posture of the refrigerant flow divider is not limited to a fixed direction.
- An object of the present invention is to provide an apparatus and a refrigeration apparatus including a refrigerant distributor or an expansion device.
- a main body part comprising a cylindrical container having a circular cross section and a lid part closing both ends of the cylindrical container is provided, and is expanded at one end of the main body part.
- a refrigerant flow divider in which an inlet pipe for introducing refrigerant from a valve is connected and a plurality of flow dividing pipes are connected to the other end of the main body.
- the inside of the main body is divided into a first chamber, a second chamber, and a third chamber in order from one end of the main body along the axial direction of the main body, and a pipe connection in which an inlet pipe is connected to the first chamber
- the first chamber is provided with a swirling flow by introducing the refrigerant flowing in from the pipe connection port in a tangential direction of the inner peripheral surface of the outer peripheral wall of the first chamber, and the diameter of the second chamber is In order to increase the flow velocity of the swirling flow coming from one chamber, it becomes smaller as it goes to the third chamber, and between the second chamber and the third chamber, the refrigerant from the second chamber is introduced into the third chamber while swirling.
- the diameter of the third chamber is such that the swirl flow introduced from the neck is rich in gas refrigerant near the center of the third chamber due to the density difference between the liquid refrigerant and gas refrigerant, and the center of the third chamber Is set to form a swirling flow so as to be rich in liquid refrigerant as it goes from the outer wall to the outer peripheral wall, near the outer periphery of the lid portion of the third chamber, or third Near the lid of the third chamber on the outer peripheral wall, a plurality of refrigerant distribution ports to which flow dividing pipes are connected are provided, and each refrigerant distribution port is arranged at equal intervals along the circumferential direction of the third chamber. Yes.
- the refrigerant is introduced from the expansion valve into the first chamber through the pipe connection port.
- the refrigerant is introduced into the first chamber in the tangential direction of the inner peripheral surface of the outer peripheral wall thereof.
- it becomes a liquid rich refrigerant on the outer peripheral wall side of the first chamber, and the gas refrigerant swirls near the center of the main body to form a swirling flow.
- the diameter of the second chamber decreases toward the third chamber. For this reason, the swirl diameter of the swirling flow flowing through the second chamber becomes smaller toward the third chamber. Therefore, the swirl flow velocity of the swirl flow increases.
- the refrigerant density is distributed in contour lines that are concentric with the central axis of the main body.
- the swirling flow is stabilized.
- the discontinuity in the density distribution of the refrigerant that causes the pulsation is alleviated.
- the refrigerant whose flow velocity has been increased in the second chamber passes through the neck and flows into the third chamber while maintaining a swirling flow.
- the neck acts as a nozzle that ejects the refrigerant.
- the center of the swirl flow approaches the central axis of the main body.
- the refrigerant flowing through the neck and flowing into the third chamber maintains a swirling flow
- the refrigerant becomes rich near the center and becomes rich near the inner peripheral surface of the outer peripheral wall.
- the central axis of the swirling flow approaches the central axis of the main body and the state is maintained, the swirling flow is stabilized. Thereby, the density distribution of the refrigerant in the circumferential direction of the third chamber becomes uniform. After the gas refrigerant near the center of the third chamber collides with the lid of the third chamber, the gas refrigerant is uniformly sucked into a plurality of refrigerant distribution ports near the outer peripheral wall of the third chamber.
- the liquid refrigerant swirling along the inner peripheral surface of the outer peripheral wall of the third chamber advances to the lid portion of the third chamber while swirling, and is divided into a plurality of refrigerant distribution ports. Therefore, the gas-liquid ratio and the divided flow rate of the refrigerant flowing into each branch pipe are made uniform. Further, the refrigerant flowing in from the pipe connection port forms a swirling flow in which the gas refrigerant becomes rich near the center and the liquid refrigerant becomes rich near the inner peripheral surface of the outer peripheral wall until the refrigerant flows into the refrigerant distribution port. . Therefore, the refrigerant flow divider is not easily affected by gravity, and the mounting posture of the refrigerant flow divider is not limited to a certain direction.
- the outer peripheral wall of the first chamber is preferably formed in a cylindrical shape with a circular cross section, and the diameter of the outer peripheral wall of the first chamber is preferably increased toward the second chamber.
- the outer peripheral wall of the third chamber is preferably formed in a conical shape extending from the neck portion toward the lid portion of the third chamber.
- a smooth passage is formed in the third chamber so that the diameter increases from the neck to the refrigerant distribution port. For this reason, the swirling flow of the refrigerant in the third chamber is stabilized.
- a vortex is generated at the stepped portion where the diameter suddenly increases. For this reason, an energy loss becomes large, a vortex is generated and the swirl flow is easily disturbed.
- the neck preferably connects the second chamber and the third chamber with a smooth curved surface.
- This configuration eliminates unnecessary energy loss and allows a strong swirling flow due to the refrigerant to be introduced into the third chamber.
- the second chamber and the third chamber are integrally formed with the neck portion, and the first chamber is formed by a member different from the second chamber and the third chamber and is joined to the second chamber. Preferably it is.
- This structure eliminates the need for joining at the neck where the flow rate of the refrigerant is the fastest. For this reason, the disturbance of the fluid in the neck can be avoided. Therefore, it is possible to flow the refrigerant from the second chamber to the third chamber in a state where the swirling flow of the refrigerant is stabilized.
- the second chamber is preferably formed by a member different from the third chamber and connected to the third chamber at the neck.
- the members forming the first chamber, the second chamber, and the third chamber can be joined to each other through the portion having a small diameter. Accordingly, the members can be easily connected to each other, and refrigerant leakage and the like can be avoided.
- the central portion of the lid of the first chamber is preferably formed in a spherical shape that swells outward.
- the center of the swirling flow of the refrigerant approaches the center of the spherical portion that swells outward. Therefore, since the center of a swirl flow approaches the central axis of a main part, a swirl flow is stabilized.
- the central portion of the lid of the first chamber is preferably formed in a spherical shape that swells inward.
- the occupied area of the portion where the pressure is lowest in the vicinity of the center of the first chamber is reduced by the inward projection of the lid portion of the first chamber.
- the central portion of the lid portion of the third chamber is formed in a spherical shape that swells outward.
- the central axis of the swirling flow of the refrigerant approaches the center of the spherical portion that swells outward. Therefore, since the center of the swirl flow approaches the center axis of the main body, the refrigerant can be divided stably and evenly.
- the central portion of the lid portion of the third chamber is formed in a spherical shape that swells inward.
- the occupied area of the portion where the pressure is lowest in the vicinity of the center of the third chamber is reduced by the inward projection of the lid portion of the third chamber.
- the pipe connection port is provided with a curved pipe part that curves from the inlet pipe to the first chamber.
- the refrigerant flows from the pipe connection port and circulates in the curved pipe portion.
- the gas-rich refrigerant flows inside the curved pipe portion in the radial direction, and the liquid-rich refrigerant flows outside.
- the density distribution of the refrigerant flowing into the first chamber is stabilized. Therefore, the swirl flow of the refrigerant is stabilized in the first chamber.
- a refrigerant filter made of a porous material is preferably provided in the main body.
- This configuration simplifies the refrigerant circuit because it is not necessary to provide a refrigerant filter which is a separate member in the refrigerant circuit.
- the refrigerant flow divider is preferably configured as an assembly in which an inlet pipe is connected to a pipe connection port and a branch pipe is connected to each of the plurality of refrigerant flow outlets.
- the refrigerant shunt can be incorporated into the refrigeration apparatus in a state where the shunt pipe and the refrigerant shunt are connected and the inlet pipe and the refrigerant shunt are connected. Therefore, it becomes easy to incorporate the refrigerant flow divider into the refrigeration apparatus.
- the inlet pipe is connected so as to project outside the first chamber at the pipe connection port, thereby increasing the amount of eccentricity of the inlet pipe from the central axis of the main body.
- the refrigerant flows into the first chamber along the tangential direction of the inner peripheral surface of the outer peripheral wall.
- the amount of eccentricity of the inlet pipe from the central axis of the main body can be increased.
- the influence on the center part of a swirl flow can be made small.
- a swirl flow having a center near the central axis of the main body can be easily formed.
- a refrigerant flow divider integrated expansion device in which the above refrigerant flow divider is integrated with an outlet of an expansion valve.
- the expansion valve and the refrigerant flow divider are integrated. For this reason, the incorporation of the refrigerant flow divider into the refrigeration apparatus is simplified. Further, in the first chamber into which the refrigerant flow at the outlet of the expansion valve is introduced, the jet energy at the outlet of the expansion valve can be used effectively, and a strong swirling flow of the refrigerant can be formed. Therefore, the swirl flow of the refrigerant in the main body is stabilized, and the refrigerant can be evenly divided into the respective diversion pipes.
- a refrigeration apparatus using the above refrigerant flow divider.
- a refrigeration apparatus using an expansion device integrated with a refrigerant flow divider.
- coolant flow divider which concerns on 1st Embodiment of this invention.
- (A) is the side view which looked at the member which forms the outer peripheral wall of a 2nd chamber and a 3rd chamber from the outer side of the 3rd chamber
- (b) is a longitudinal cross-sectional view of the member shown to Fig.3 (a).
- A) is the side view which looked at the lid member of the 3rd chamber from the outside of the 3rd chamber
- (b) is a longitudinal section of the lid member of the 3rd chamber.
- (A) is a longitudinal cross-sectional view which shows the flow of the refrigerant
- (b) is sectional drawing which followed the 5b-5b line
- coolant flow divider which concerns on 2nd Embodiment of this invention.
- coolant flow divider which concerns on 3rd Embodiment of this invention.
- coolant flow divider which concerns on 4th Embodiment of this invention.
- coolant flow divider which concerns on 5th Embodiment of this invention.
- coolant flow divider which concerns on 6th Embodiment of this invention.
- coolant flow divider which concerns on 7th Embodiment of this invention.
- (A) is a front view of the expansion apparatus which concerns on 12th Embodiment of this invention,
- (b) is a side view of an expansion apparatus.
- A) is a fragmentary sectional view of an expansion valve
- (b) is a fragmentary sectional view which shows the state where the valve body of the expansion valve closed
- (c) is a fragmentary sectional view which shows the state where the valve body of the expansion valve opened.
- FIG. 24 is a sectional view taken along line 24-24 in FIG.
- coolant flow divider which concerns on another prior art example.
- the refrigerant flow divider of the first embodiment is used between an expansion valve and an evaporator in a heat pump type refrigeration apparatus.
- the main body 2 of the refrigerant flow divider 1 is a cylindrical container having an outer peripheral wall with a circular cross section.
- An inlet pipe 3 is connected to one end of the main body 2, and a plurality of flow dividing pipes 4 are connected to the other end of the main body 2.
- the inlet pipe 3 is connected to the outlet of an expansion valve attached to the upstream side of the refrigerant flow divider 1.
- the gas-liquid two-phase flow refrigerant decompressed by the expansion valve flows into the refrigerant distributor 1 through the inlet pipe 3.
- the space in the main body 2 is divided into three chambers along the axial direction of the main body 2. Specifically, the first chamber 10, the second chamber 20, and the third chamber 30 are sequentially arranged from the upstream side.
- the first chamber 10 has an outer peripheral wall 11 having a circular cross section that extends toward the second chamber 20.
- a lid 12 is provided at the end of the outer peripheral wall 11.
- the cover part 12 the part which cross
- the refrigerant that has flowed in from the inlet pipe 3 is introduced into the outer peripheral wall 11 in the tangential direction of the inner peripheral surface thereof to become a swirling flow S (see FIG. 5).
- the second chamber 20 is continuous with the largest diameter portion of the first chamber 10.
- the diameter of the outer peripheral wall 21 of the second chamber 20 is reduced from the connecting portion with the first chamber 10 toward the third chamber 30.
- the smallest portion of the second chamber 20 is the neck 40 and is continuous with the third chamber 30. According to this configuration, the swirl flow velocity of the swirl flow S increases as it goes from the first chamber 10 to the third chamber 30.
- the neck 40 connects the second chamber 20 to the third chamber 30 in a smooth curve.
- the neck 40 flows the swirl flow S whose flow velocity is increased in the second chamber 20 into the third chamber 30 while swirling.
- the neck 40 is formed in a smooth curved surface so as to suppress the occurrence of useless disturbances and vortices as much as possible.
- the third chamber 30 includes a conical outer peripheral wall 31 that expands toward the lid portion 32.
- a plurality of flow dividing pipes 4 are connected to the peripheral surface of the lid portion 32 facing the outer peripheral wall 31.
- the refrigerant flows into the third chamber 30 from the neck portion 40 in a swirling flow S state.
- the gas refrigerant becomes rich near the center, and the liquid refrigerant becomes richer from the center toward the outer peripheral wall 31.
- 18 shunt pipes 4 are connected to the refrigerant shunt 1.
- a linear portion 31 b is provided near the lid portion 32.
- the straight portion 31b extends in parallel with the central axis J and is formed short.
- the lid 32 is a separate member from the refrigerant flow divider 1. As shown in FIGS. 4A and 4B, a plurality of rising walls 32 a that are fitted into the inner periphery of the outer peripheral wall 31 are formed on the peripheral surface of the lid portion 32.
- the dish-shaped lid portion 32 is disposed with the concave surface of the dish facing outward.
- the bottom wall 32b of the lid portion 32 is formed so that the vicinity of the central axis bulges outward.
- 18 refrigerant distribution ports 33 are formed between the rising wall 32a of the lid part 32 and the open end 31a of the outer peripheral wall 31, 18 refrigerant distribution ports 33 are formed.
- Each refrigerant distribution port 33 is formed by the semicircular hole wall 321 of the lid portion 32 and the semicircular hole wall 311 of the outer peripheral wall 31.
- the branch pipe 4 is inserted and connected to the refrigerant branch port 33.
- the branch pipe 4 is inserted and connected along the central axis J. For this reason, the refrigerant is diverted by the diversion pipe 4 and flows along the central axis of the swirl flow S.
- the outer peripheral wall 11 and the lid portion 12 of the first chamber 10 are integrally formed.
- the outer peripheral wall 21 of the second chamber 20, the neck 40, and the outer peripheral wall 31 of the third chamber 30 are integrally formed.
- An outer peripheral wall 21 of the second chamber 20 is inserted into the opening end which is the largest diameter portion of the first chamber 10 and brazed.
- the refrigerant flows from the inlet pipe 3 into the refrigerant distributor 1 through the pipe connection port 13.
- the refrigerant is a gas-liquid two-phase flow decompressed by the expansion valve, and flows in a tangential direction of the inner peripheral surface of the outer peripheral wall 11 of the refrigerant flow divider 1.
- the swirling flow S of the refrigerant is formed in the first chamber 10 regardless of the mounting posture of the refrigerant flow divider 1.
- the swirl flow S is formed, the gas-rich refrigerant swirls near the center and the liquid-rich refrigerant swirls near the outer peripheral wall 11 due to the density difference between the liquid refrigerant and the gas refrigerant.
- the swirling flow S is formed by flowing into the first chamber 10 from one pipe connection port 13. For this reason, the center of the swirl flow S does not necessarily coincide with the central axis J of the main body 2.
- the portion of the lid 12 that intersects the central axis J is formed in a spherical shape that bulges outward. Due to the portion that swells outside the lid 12, a stagnation having only a turning speed component is generated at the center of the lid 12. Thereby, since the center of the swirl flow S approaches the central axis J of the main body 2, the swirl flow S is stabilized.
- the first chamber 10 has an outer peripheral wall 11 that extends toward the second chamber 20. The outer peripheral wall 11 gives the swirl flow S a flow component toward the second chamber. That is, the refrigerant flow is guided to the second chamber 20 by the outer peripheral wall 11. For this reason, regardless of the mounting posture of the refrigerant flow divider 1, the refrigerant can move while smoothly turning to the second chamber 20.
- the swirl flow S of the refrigerant moves from the first chamber 10 to the second chamber 20 and then moves to the third chamber 30.
- the diameter of the outer peripheral wall 21 of the second chamber 20 becomes smaller toward the third chamber 30.
- the swirl diameter of the swirl flow S becomes smaller from the outer peripheral wall 21 of the second chamber 20 toward the third chamber 30. Therefore, the swirl flow velocity of the swirl flow S is increased.
- the center of the swirling flow S of the refrigerant approaches the central axis J.
- the refrigerant density in the cross section of the flow path in the second chamber 20 is distributed concentrically with the central axis J of the main body 2.
- the swirl flow S of the refrigerant is stabilized. Further, even if a pulsating refrigerant flow flows from the expansion valve, the discontinuity in the density distribution of the refrigerant that causes the pulsation is alleviated.
- the refrigerant passes through the neck 40 while increasing the flow velocity in the second chamber 20 and flows into the third chamber 30 while maintaining the swirling flow S.
- the neck 40 acts as a nozzle that ejects the refrigerant. For this reason, the center of the swirl flow S is closer to the central axis J of the main body 2.
- the neck 40 connects the second chamber 20 and the third chamber 30 with a smooth curved surface. For this reason, no energy loss occurs when the refrigerant passes through the neck 40. Therefore, it is possible to cause the refrigerant to flow into the third chamber 30 while maintaining a strong swirl flow S of the refrigerant.
- the gas refrigerant becomes rich near the center and the liquid refrigerant becomes rich near the outer peripheral wall 31. Further, since the center of the swirl flow S approaches the central axis J of the main body 2 and the state is maintained, the swirl flow S is stabilized. In particular, in the cover part 32, the part which cross
- the third chamber 30 has an outer peripheral wall 31 that expands toward the lid portion 32.
- the third chamber 30 is formed so as not to undergo a sudden change in cross-sectional area from the neck 40 to the third chamber 30 and to have a large diameter. For this reason, a flow path with little energy loss can be formed. Therefore, the swirl flow S is stabilized and the density distribution of the refrigerant in the circumferential direction of the third chamber 30 is homogenized.
- the gas refrigerant collides with the lid portion 32, the gas refrigerant is equally sucked into each refrigerant distribution port 33 near the outer peripheral wall 31. Further, in the vicinity of the inner peripheral surface of the outer peripheral wall 31, the liquid refrigerant turns toward the lid portion 32 while turning and is diverted to each refrigerant distribution port 33.
- the straight part 31b may be deleted from the outer peripheral wall 31, the straight part 31b can have the following effects.
- the flow rate of the swirling flow S can be stabilized immediately before the refrigerant flows into the refrigerant distribution port 33 by the straight line portion 31b. Further, if the axial length of the straight portion 31b is adjusted without changing the radius of the third chamber 30 based on the relationship between the circulation amount of the system and the number of branch pipes, the gas refrigerant flowing through the center portion of the bottom wall 32b. Can adjust the speed at the time of collision with the lid portion 32. That is, in order to reduce the refrigerant flow velocity that collides with the bottom wall 32b, the straight portion 31b may be lengthened.
- the gas-liquid ratio and the divided flow rate of the refrigerant flowing into each refrigerant distribution port 33 are made uniform. Further, the refrigerant flowing in from the pipe connection port 13 forms a swirl flow S and becomes rich in the gas refrigerant near the center and becomes rich in the liquid refrigerant near the outer peripheral wall 31 until it is diverted by the refrigerant diversion port 33. Therefore, the refrigerant flow divider 1 is not easily affected by gravity, and the mounting posture of the refrigerant flow divider 1 is not limited to a certain direction.
- the refrigerant shunt 1 of the first embodiment has the following effects.
- the first chamber 10 has a cylindrical shape with a circular cross section and includes an outer peripheral wall 11 extending toward the second chamber 20.
- the outer peripheral wall 11 imparts a flow component toward the second chamber 20 to the swirling flow S of the refrigerant in the first chamber 10. For this reason, the refrigerant is guided to the second chamber 20 by the outer peripheral wall 11.
- the third chamber 30 includes a conical outer peripheral wall 31 that extends from the neck 40 toward the lid 32. For this reason, the path
- the refrigerant distribution port 33 is formed near the outer periphery of the lid portion 32 in the third chamber 30. For this reason, the refrigerant is diverted by the refrigerant diversion port 33 and flows in a direction parallel to the center of the swirl flow S. Thereby, the drift to the refrigerant distribution port 33 is reduced, and the inlet / outlet piping can be arranged compactly with respect to the main body 2.
- the neck 40 connects the second chamber 20 and the third chamber 30 with a smooth curved surface. For this reason, useless energy loss does not occur when passing through the neck 40. Therefore, it is possible to cause the refrigerant to flow out into the third chamber 30 while maintaining a strong swirl flow S.
- An inlet pipe 3 for introducing a refrigerant is connected to the pipe connection port 13.
- a branch pipe 4 is connected to each of the plurality of refrigerant branch ports 33.
- the main body 2 includes a member that forms the first chamber 10, a member that forms the outer peripheral wall 21 of the second chamber 20, the neck 40, and the outer peripheral wall 31 of the third chamber 30, and a lid of the third chamber 30. It consists of the member which forms the part 32.
- the neck 40 has a smooth shape without a joint between the outer peripheral walls 21 and 31. That is, the parts are not connected to each other at the neck 40 where the flow rate of the refrigerant is the fastest. For this reason, the fluid flow is not disturbed at the neck 40. Therefore, the refrigerant can be flowed from the second chamber 20 to the third chamber 30 in a state where the swirl flow S is stabilized.
- the outer peripheral wall 31 and the lid portion 32 forming the third chamber 30 are separate members. Moreover, the cover part 32 is provided with the dish-like standing wall 32a and the bottom wall 32b which expanded the center axis
- the second embodiment is different from the first embodiment in that the shape of the lid 12 is changed. As shown in FIG. 6, the part which cross
- the refrigerant flows into the first chamber 10 from the inlet pipe 3 through the pipe connection port 13. Then, the refrigerant is introduced in the tangential direction of the inner peripheral surface of the outer peripheral wall 11 to form the swirling flow S.
- the third embodiment is different from the first embodiment in that the shape of the lid portion 32 is changed. As shown in FIG. 7, a portion that intersects the central axis J of the lid portion 32 is formed in a spherical shape that swells inward.
- the swirling flow S of the refrigerant is strongly maintained.
- the gas refrigerant becomes rich near the center
- the liquid refrigerant becomes rich near the outer peripheral wall 31. Further, the state in which the center of the swirl flow S approaches the central axis J of the main body 2 is maintained.
- the occupied area of the portion intersecting the central axis J where the pressure is lowest on the inner surface of the lid portion 32 is reduced. For this reason, the refrigerant flows along a depression around the bulge. Therefore, the swirl flow S of the refrigerant is stabilized.
- the fourth embodiment is different from the first embodiment in that the neck 40 is formed in a straight line and the connecting portions of the constituent members of the main body 2 are changed. As shown in FIG. 8, the neck 40 is formed in a linear shape.
- the main body 2 includes a member that forms the first chamber 10 and the second chamber 20, a member that forms the outer peripheral wall 31 of the third chamber 30, and a member that forms the lid portion 32 of the third chamber 30.
- the neck portion 40 is formed as a connection portion between a member forming the first chamber 10 and the second chamber 20 and a member forming the outer peripheral wall 31 of the third chamber 30.
- the refrigerant flowing from the pipe connection port 13 becomes the swirl flow S in the first chamber 10.
- the swirl flow velocity of the swirl flow S is increased, and in the neck 40, the swirl flow S receives a nozzle action.
- the swirl flow S flows into the third chamber 30, the swirl flow S is maintained in a gas-liquid separated state in the third chamber 30.
- the swirl flow S is corrected so that the center of the swirl flow S approaches the central axis J of the main body 2 through the first chamber 10, the second chamber 20, and the third chamber 30.
- the neck 40 is formed as a passage having a constant diameter. The length of the neck 40 is longer than the neck 40 of the first embodiment.
- the following effects are obtained in addition to the effects (1) to (4), (6) to (11), and (13) of the first embodiment.
- the neck 40 is a passage having a constant diameter. Moreover, the length of the neck 40 is longer than the neck 40 of the first embodiment. For this reason, even if a pulsating refrigerant flow flows from the inlet pipe 3, the discontinuity of the density distribution of the refrigerant that causes the pulsation is effectively mitigated.
- the main body 2 forms a member that integrally forms the first chamber 10 and the second chamber 20, a member that forms the outer peripheral wall 31 of the third chamber 30, and a lid portion 32 of the third chamber 30. It consists of members.
- the neck portion 40 is a connection portion between a member forming the first chamber 10 and the second chamber 20 and a member forming the outer peripheral wall 31 of the third chamber 30.
- the members formed by the first chamber 10, the second chamber 20, and the third chamber 30 can be connected to each other at a portion having a small diameter. Therefore, the members can be easily connected to each other, and refrigerant leakage and the like can be avoided.
- the fifth embodiment differs from the fourth embodiment in that the shape of the lid 12 is changed.
- the vicinity of the central axis J of the main body portion 2 is limitedly bulging outward. According to this configuration, stagnation is generated, and in the first chamber 10, the center of the swirl flow S approaches the center of the spherical portion that swells outward. Thereby, since the center of the swirl flow S approaches the central axis J of the main body 2, the swirl flow S is stabilized.
- the diameter of the spherical portion that expands outward does not have a significant functional impact.
- the effects according to the above-described effects (1) to (4), (6) to (11), (13), (16) and (17) are achieved.
- the sixth embodiment is different from the first embodiment in that the shape of the opening end 31a of the third chamber 30 and the configuration of the lid portion 32 are changed.
- the open end 31a of the third chamber 30 is circular.
- the rising wall 32a of the lid part 32 is formed in a substantially cylindrical shape.
- Eight substantially cylindrical socket portions 32c are provided on the bottom wall 32b, and refrigerant distribution ports 33 are formed at the centers of the respective socket portions 32c.
- a branch pipe 4 is connected to each refrigerant branch port 33 of the lid portion 32.
- the opening end 31a and the rising wall 32a can be easily processed. Further, the processing of the refrigerant distribution port 33 is facilitated.
- the seventh embodiment is different from the first embodiment in that the shape of the opening end 31a of the third chamber 30 and the configuration of the lid portion 32 are changed.
- the open end 31 a of the third chamber 30 is circular.
- the lid portion 32 is made of a thick plate member.
- the inner wall surface 32d of the lid portion 32 is formed in a spherical shape that is recessed outward.
- the inner wall surface 32d has the same function as the bottom wall 32b of the first embodiment.
- eight refrigerant distribution ports 33 are formed.
- a branch pipe 4 is connected to each refrigerant branch port 33.
- the lid portion 32 is made of a thick member. For this reason, it is possible to easily process the refrigerant distribution port 33 of the opening end 31a and the lid portion 32.
- the eighth embodiment is different from the first embodiment in that the arrangement position of the inlet pipe 3 is changed.
- the refrigerant flow divider is shown in the same direction as in FIG.
- the connection portion between the inlet pipe 3 and the pipe connection port 13 projects outward from the outer peripheral wall 11.
- the eccentric amount H of the inlet pipe 3 from the central axis J of the main body 2 becomes larger than the eccentric amount H1 in the case of the first embodiment (see FIG. 5B).
- H Eccentric amount of the eighth embodiment, that is, the distance between the central axis J of the main body 2 and the inner wall surface of the inlet pipe 3 (see FIG. 14)
- H1 When the outer wall surface of the inlet pipe 3 is arranged in the tangential direction of the inner peripheral surface of the outer peripheral wall 11, that is, the eccentric amount of the first embodiment (see FIG. 5B).
- the inlet pipe 3 is arranged so as to satisfy H ⁇ r ⁇ H + d. In this case, H> H1.
- a connecting portion 14 that connects the inlet pipe 3 and the outer peripheral wall 11 to each other is provided.
- the connecting portion 14 guides the refrigerant in the inlet pipe 3 in the tangential direction of the inner peripheral surface of the first chamber 10.
- the connecting portion 14 is preferably connected to the outer peripheral wall 11 in the tangential direction of the inner peripheral surface or substantially along the tangential direction.
- the refrigerant flows along the connecting portion 14 from the inlet pipe 3 when flowing from the inlet pipe 3 to the first chamber 10. Thereafter, the refrigerant flows along the inner peripheral surface of the outer peripheral wall 11 and forms a swirl flow S as in the first embodiment.
- the refrigerant flow in the second chamber 20, the neck 40 and the third chamber 30 is basically the same as in the first embodiment.
- the refrigerant flow distributor 1 is increased in size.
- the inlet pipe 3 protrudes outside the first chamber 10.
- the inner diameter d of the inlet pipe 3 can be increased, and the flow rate of the refrigerant flowing into the first chamber 10 can be lowered.
- the eccentric amount H with respect to the central axis J of the inlet pipe 3 can be increased without changing the inner diameter of the outer peripheral wall 11. Therefore, in the first chamber 10, the swirl flow S of the refrigerant having a center close to the central axis J of the main body 2 can be easily formed.
- Embodiment 9th Embodiment differs from 1st Embodiment by the point which added the structure which isolate
- FIG. 15 the refrigerant flow divider is shown in the same direction as in FIG.
- the inlet pipe 3 is disposed outside the outer peripheral wall 11 of the first chamber 10.
- the inlet pipe 3 is provided with a curved pipe section 15 and a connection pipe section 16.
- the curved pipe portion 15 is bent from the inlet pipe 3 toward the pipe connection port 13 of the outer peripheral wall 11.
- the connection pipe part 16 connects the curved pipe part 15 and the pipe connection port 13.
- the connection pipe portion 16 extends in the tangential direction of the inner peripheral surface of the outer peripheral wall 11 at the connection position with the pipe connection port 13.
- the refrigerant flowing in the inlet pipe 3 is subjected to the action of centrifugal force when passing through the curved pipe portion 15.
- the refrigerant rich in liquid refrigerant flows on the outer peripheral side of the curved pipe portion 15, and the refrigerant rich in gas refrigerant flows on the inner peripheral side of the curved pipe portion 15.
- the refrigerant flows into the first chamber 10 through the connection pipe portion 16.
- the refrigerant flows into the first chamber 10 with the density distribution of the refrigerant stabilized in the radial direction of the curved pipe portion 15.
- the swirl flow S is stabilized in the first chamber 10.
- the flow of the refrigerant in the second chamber 20, the neck 40 and the third chamber 30 is basically the same as in the first embodiment.
- the following effects are obtained in addition to the effects (1) to (13) of the first embodiment.
- the inlet pipe 3 is disposed outside the outer peripheral wall 11 of the first chamber 10. Further, a curved pipe portion 15 is provided between the inlet pipe 3 and the pipe connection port 13.
- the curved pipe portion 15 the refrigerant flows into the first chamber 10 in a state where gas and liquid are separated in advance. For this reason, the liquid refrigerant flows in the vicinity of the outer peripheral wall 11, and the gas refrigerant flows in the vicinity of the central axis J. Therefore, the flow of the refrigerant in the first chamber 10 is stabilized, and the swirl flow S of the refrigerant in the first chamber 10 is also stabilized.
- 10th Embodiment differs from 1st Embodiment by the point which added the structure which isolate
- FIG. 16 the refrigerant flow divider is shown in the same direction as in FIG.
- the inlet pipe 3 is disposed outside the outer peripheral wall 11 of the first chamber 10.
- the inlet pipe 3 is provided with a curved pipe part 15 and an inner pipe part 17.
- the curved pipe portion 15 is bent from the inlet pipe 3 toward the pipe connection port 13 of the outer peripheral wall 11.
- the inner piping part 17 is expanded from the curved piping part 15 toward the center of the first chamber 10. That is, the outlet of the curved pipe part 15 is extended to the vicinity of the center of the first chamber 10 by the inner pipe part 17.
- the outer wall of the inner piping part 17 is integrated with the outer peripheral wall 11 of the first chamber 10.
- the inner side wall of the inner pipe part 17 is located near the central axis J of the main body part 2.
- the inner piping part 17 is inserted into the pipe connection port 13, and the curved piping part 15 and the inside of the first chamber 10 are connected.
- the refrigerant in the inlet pipe 3 is subjected to centrifugal force when passing through the curved pipe portion 15.
- the refrigerant rich in liquid refrigerant flows on the outer peripheral side of the curved pipe portion 15, and the refrigerant rich in gas refrigerant flows on the inner peripheral side of the curved pipe portion 15.
- the refrigerant flows into the first chamber 10 through the connection pipe portion 16. That is, the refrigerant in the inlet pipe 3 is gas-liquid separated in advance, the liquid refrigerant flows along the outer peripheral wall 11, and the gas refrigerant flows near the central axis J.
- the flow of the refrigerant in the first chamber 10 is stabilized, and the swirl flow S having the center near the central axis J can be easily formed.
- the flow of the refrigerant in the second chamber 20, the neck 40, and the third chamber 30 is basically the same as in the first embodiment.
- the inlet pipe 3 is disposed outside the outer peripheral wall 11 of the first chamber 10. Further, a curved pipe portion 15 is provided between the inlet pipe 3 and the pipe connection port 13.
- the curved pipe portion 15 the refrigerant flows into the first chamber 10 in a state where gas and liquid are separated in advance. For this reason, the liquid refrigerant flows in along the outer peripheral wall 11, and the gas refrigerant flows in the vicinity of the central axis J by the inner piping portion 17. For this reason, the density distribution of the refrigerant in the first chamber 10 is stabilized, and the swirl flow S having the center near the central axis J can be easily formed. Therefore, the swirl flow S of the refrigerant in the first chamber 10 is stabilized.
- the eleventh embodiment differs from the first embodiment in that the connection structure of the inlet pipe 3 to the first chamber 10 is changed.
- the refrigerant flow divider is shown in the same direction as in FIG.
- the inlet pipe 3 extends from the outside of the first chamber 10 to the inside of the first chamber 10.
- the inlet pipe 3 has an extending portion 3 a that extends along the inner peripheral surface of the outer peripheral wall 11.
- the inlet pipe 3 is integrated with the outer peripheral wall 11.
- the twelfth embodiment is different from the first embodiment in that the refrigerant flow divider 1 is connected to the outlet of the expansion valve 5 and the expansion valve 5 and the refrigerant flow divider 1 are integrated.
- the vertical and horizontal directions are described below as the vertical and horizontal directions in FIGS. 18 and 19.
- the solid line arrow in FIG.18 and FIG.19 shows the flow of a refrigerant
- the expansion valve 5 includes a valve main body 51 having a valve mechanism, an inlet side refrigerant pipe 52 connected to the inlet of the expansion valve 5, and an outlet side refrigerant pipe 53 connected to the outlet of the expansion valve 5.
- the inlet pipe 3 of the refrigerant flow divider 1 is used as the outlet side refrigerant pipe 53 of the expansion valve 5.
- the inlet pipe 3 is formed as short as possible. For this reason, the expansion valve 5 and the refrigerant flow divider 1 are close to each other and integrated through the inlet pipe 3.
- the valve body 51 is composed of a container extending in the vertical direction.
- a valve chamber 54 is formed inside the container.
- a needle valve 55 is disposed at the center of the valve chamber 54.
- the needle valve 55 is driven by a stepping motor (not shown).
- a valve seat 57 having a valve hole 56 is provided below the valve chamber 54.
- the needle valve 55 is close to or away from the valve hole 56.
- a throttle part 58 is formed by the needle valve 55 and the valve hole 56.
- the opening degree of the throttle unit 58 is adjusted by a control device (not shown).
- An inlet 52 a is provided on the side of the valve chamber 54.
- An inlet side refrigerant pipe 52 is connected to the inlet 52a.
- An outlet 53 a is provided below the valve seat 57.
- the outlet side refrigerant pipe 53 (the inlet pipe 3 of the refrigerant flow divider 1) is connected to the outlet 53a.
- the high-pressure liquid refrigerant condensed and liquefied by a condenser (not shown) is introduced into the valve chamber 54 from the inlet-side refrigerant pipe 52 through the inlet 52a.
- the refrigerant in the valve chamber 54 is depressurized by the throttle portion 58 and ejected from the valve hole 56 in a gas-liquid two-phase flow state.
- the refrigerant ejected in the gas-liquid two-phase flow passes through the inlet pipe 3 and flows into the refrigerant distributor 1.
- coolant receives the refrigerant
- the refrigerant flow divider 1 is disposed close to the outlet 53a of the expansion valve 5. For this reason, the flow energy of the refrigerant flow ejected from the expansion valve 5 can be used effectively. Therefore, a strong swirl flow S can be formed in the first chamber 10 of the refrigerant flow divider 1. Therefore, the swirl flow S of the refrigerant in the main body 2 is stabilized, and the refrigerant can be evenly divided into the respective branch pipes 4.
- a discontinuous slag flow or plug flow may flow from the inlet side refrigerant pipe 52 via the condenser, and the refrigerant flow on the expansion valve outlet side may be discontinuous.
- the refrigerant distributor 1 is close to the outlet of the expansion valve 5. For this reason, a refrigerant
- coolant can be shunted with respect to each branch pipe 4 by equalizing the ratio of a gas-liquid and a partial flow rate.
- the refrigeration apparatus of the thirteenth embodiment uses the expansion device of the twelfth embodiment.
- the refrigeration apparatus is formed as a separation type air conditioner equipped with a heat pump refrigeration cycle.
- the refrigeration apparatus includes a compressor 61.
- a high pressure port 62 a and a low pressure port 62 b of the four-way switching valve 62 are connected to the inlet / outlet of the compressor 61.
- the outdoor expansion device 64 including the outdoor heat exchanger 63, the refrigerant flow divider 1 and the expansion valve 5, the refrigerant flow divider 1 and the expansion valve 5 are provided.
- the indoor side expansion device 65 and the indoor side heat exchanger 66 are sequentially connected.
- the outdoor side expansion device 64 and the indoor side expansion device 65 have the same configuration as the expansion device of the twelfth embodiment.
- the indoor / outdoor communication pipe 67 connecting the outdoor side and indoor side expansion devices 64 and 65 is connected to the inlets of the expansion valves 5 of the outdoor side and indoor side expansion devices 64 and 65, respectively.
- the refrigerant circulates as shown by the solid arrows during the cooling operation.
- the refrigerant discharged from the compressor 61 includes a four-way switching valve 62, an outdoor heat exchanger 63, an outdoor expansion device 64, an indoor expansion device 65, an indoor heat exchanger 66, a four-way switching valve 62, and a compressor. It circulates in order of 61.
- the outdoor heat exchanger 63 functions as a condenser
- the indoor heat exchanger 66 functions as an evaporator.
- the refrigerant flow divider 1 and the expansion valve 5 of the indoor expansion device 65 perform their original functions.
- the refrigerant flow divider 1 of the outdoor expansion device 64 does not act as a refrigerant flow divider because the refrigerant flows from the flow dividing pipe 4. Further, the expansion valve 5 of the outdoor expansion device 64 adjusts the degree of supercooling of the liquid refrigerant flowing out from the outdoor heat exchanger 63. Accordingly, during the cooling operation, the indoor air is cooled by the indoor heat exchanger 66 that acts as an evaporator.
- the refrigerant discharged from the compressor 61 includes a four-way switching valve 62, an indoor heat exchanger 66, an indoor expansion device 65, an outdoor expansion device 64, an outdoor heat exchanger 63, a four-way switching valve 62, and a compressor. It circulates in order of 61.
- the indoor side heat exchanger 66 acts as a condenser
- the outdoor side heat exchanger 63 acts as an evaporator.
- the refrigerant flow divider 1 and the expansion valve 5 of the outdoor expansion device 64 fulfill their original functions.
- the refrigerant flow divider 1 of the indoor expansion device 65 does not act as a refrigerant flow divider because the refrigerant flows from the flow dividing pipe 4.
- the expansion valve 5 of the indoor expansion device 65 adjusts the degree of supercooling of the liquid refrigerant flowing out from the indoor heat exchanger 66. Accordingly, during the heating operation, the indoor air is heated by the indoor heat exchanger 66 acting as a condenser.
- a refrigerant filter made of a porous material may be provided in the main body 2.
- a conical refrigerant filter 25 may be provided in the second chamber 20 of the refrigerant flow divider 1 of the first embodiment.
- foam metal, ceramic, foam resin, mesh, perforated plate, or the like is used as a material for the refrigerant filter 25.
- the flow of the refrigerant in the first chamber 10, the second chamber 20, and the third chamber 30 is the same as in the first embodiment. According to this configuration, when the refrigerant flows from the first chamber 10 to the second chamber 20, dust in the refrigerant is captured by the refrigerant filter 25. Further, by providing the refrigerant filter 25 in the refrigerant flow divider 1, the expansion device and the refrigeration device can be downsized.
- the outer peripheral wall 21 of the second chamber 20 is formed in a substantially conical shape whose diameter decreases toward the third chamber 30 at a certain rate. You may form by two inclined surfaces so that it may change in the middle. Moreover, you may form the outer peripheral wall 21 in the curved surface shape which curves inward or outward.
- the number of the branch pipes 4 may be changed to an arbitrary number other than four.
- Each branch pipe 4 was parallel to the central axis J of the main body 2, but the radial direction or tangential direction of a circle centered on the central axis J of the main body 2 from the vicinity of the lid 32 of the third chamber 30. It may extend to.
- the outer peripheral wall 11 and the cover part 12 of the 1st chamber 10 were formed as one member, the outer peripheral wall 11 of the 1st chamber 10, the cover part 12, and the outer peripheral wall of the 2nd chamber 20 Up to an intermediate portion of 21 may be formed with one member. Moreover, you may join the 2nd chamber 20 and the 3rd chamber 30 in the smooth curved surface neck 40 like 1st Embodiment. In the fourth and fifth embodiments, the boundary between the neck 40 and the second chamber 20 and the boundary between the neck 40 and the third chamber 30 may be formed into a smooth curved surface.
- the first chamber 10, the second chamber 20, and the third chamber 30 may be formed by separate members and brazed.
- the first chamber 10 and the second chamber 20 may be joined as in the first embodiment
- the second chamber 20 and the third chamber 30 may be joined as in the fourth embodiment.
- the labor of assembling increases, the shape of each part is simplified, so that each part can be easily manufactured.
- the main body 2 and the inlet pipe 3 have a seamless integrated structure, but a plurality of members may be connected to each other. Further, the connection structure of the inlet pipe 3 of the eighth to eleventh embodiments may be applied to other embodiments.
- the expansion device according to the present invention may be, for example, an expansion valve that is used by flowing a refrigerant in the reverse direction, in addition to the expansion valve 5 using the needle valve shown in the twelfth embodiment.
- the inlet side refrigerant pipe 52 in FIG. 18 serves as the outlet.
- the refrigerant flow divider 1 may be connected to the inlet-side refrigerant pipe 52. In this case, the same effect as that of the twelfth embodiment can be obtained.
- the refrigerant flow divider 1 of another embodiment other than the first embodiment may be used.
- the refrigeration apparatus according to the present invention is not limited to the heat pump type separation type air conditioner shown in the thirteenth embodiment.
- the refrigeration apparatus may be used.
- the expansion device according to the twelfth embodiment is used, but the expansion device is not the one in which the expansion valve 5 and the refrigerant distributor 1 are integrated, but the expansion valve 5 and the refrigerant distributor 1 may be a separate member. Moreover, you may use the thing of other embodiment other than 1st Embodiment as the refrigerant
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Abstract
冷媒分流器1は、断面円形をなす筒状容器の本体部2を備えている。本体部2の一端には、膨張弁からの冷媒を導入する入口配管3が接続されている。本体部2の他端には、複数の分流管4が接続されている。本体部2は、本体部2の軸方向に沿って、本体部2の一端から順に第一室10、第二室20、及び第三室30に区分されている。第二室20及び第三室30間には、頚部40が形成されている。頚部40により、第二室20からの冷媒が旋回しながら第三室30へと流れる。第一室10では、旋回流Sが形成される。第二室20では、旋回流Sの流速が高められる。そして、冷媒は、第三室30の中心部から外周壁31に向かうにつれ液冷媒リッチとなるよう旋回しながら分流される。
Description
本発明は、膨張弁で減圧された気液二相流の冷媒を複数の分流管に分岐する冷媒分流器、冷媒分流器が接続された膨張装置、及び冷媒分流器又は膨張装置を用いた冷凍装置に関する。
一般に、冷凍装置において、冷媒は、膨張弁を通過して減圧された後、ガス冷媒と液冷媒とが混在した気液二相流となる。このとき、流路内を流れる冷媒は、断面視で、不均一な密度分布を有することがある。冷媒分流器内の冷媒流は、冷媒分流器に接続される入口流路の形状や冷媒分流器の取付状態によっては重力の影響を受け易い。このため、流路断面において液冷媒が偏在することがある。また、膨張弁を通過して流れる気液二相流は、時間的にも不均一な密度分布を有することがある。例えば、冷媒は、スラグ流やプラグ流といった不連続な気液二相流として膨張弁に流入することがある。この場合、膨張弁通過後の冷媒も、時間的に不均一な密度分布を有する傾向にある。
従って、冷媒分流器には、偏流を生じずに気液二相流を均一に混合して、均等に分流することが求められている。また、冷媒分流器を通過する気液二相流が時間的に不均一に流れると、騒音が発生することもある。このため、冷媒分流器には、こうした騒音を低減することも求められている。
この問題に対し、特許文献1に開示の構造が提案されている。図23及び図24に示すように、冷媒分配器(本願発明の冷媒分流器に相当)本体101の一端には、入口流路(本願発明の入口配管に相当)102が接続され、他端には、2本の出口流路(本願発明の分流管に相当)103が接続されている。また、冷媒分配器本体101の入口流路102に面する端面と入口流路102との間には、混合部104が接続されている。混合部104は、細管からなり、入口流路102の内径よりも小さい流路を有している。混合部104の流路の内径は、混合部104における冷媒の流れ方向に沿った長さよりもかなり小さい。混合部104の流入口104aは、分岐室105の断面中央に接続されている。出口流路103の流出口103a、103bは、流入口104aに対してそれぞれ均等に重なるように配置されている。
こうすることで、混合部104内における冷媒の流れが均質化されて高速流となり、出口流路103の各流出口に対し直接的に、かつ均等に吹き込まれる。このとき、流入口104aから噴出される冷媒は分岐室105の内壁に衝突する。このため、分岐室105の衝突面106を極力小さくし、冷媒分配器本体101が受ける冷媒流の力を小さくしている。
図25及び図26に示す特許文献2に開示の構成によれば、円筒容器(本願発明の本体部に相当)111の上部には、円筒容器111の内壁の接線方向に沿って入口管(本願発明の入口配管に相当)112が接続されている。また、円筒容器111の下部には、複数の分配管(本願発明の分流管に相当)113が接続されている。各分配管113は、円筒容器111の径方向に延び、かつ円筒容器111の周方向に沿って等間隔に配置されている。
気液二相流の冷媒は、入口管112を通じて、膨張弁から円筒容器111内に導入される。すると、冷媒は、円筒容器111の内壁の接線方向に沿って流れ、円筒容器111内で旋回する。冷媒が旋回すると、遠心力により重い液体aが外周側に、軽い気体bが中央にそれぞれ集められて、気液分離される。気体bは、旋回しながら下降する過程で均一な圧力となり、各分配管113に流入する。液体aは、円筒壁111aの内面に沿って旋回しながら自重により落下する。液体aは、旋回しながら液膜を形成する。そして、液体aは、表面張力作用により液膜の厚さを均一にして各分配管113に流入する。こうして、液体a及び気体bが各分配管113に流入し、気液二相冷媒が均等に分配される。
ところで、特許文献1の冷媒分配器では、細い管である混合部104が用いられる。これにより、冷媒が混合部104内を高速で通過して、均質な流れが得られる。このため、混合部104でのエネルギーロスは大きくなる。また、入口流路102から出口流路103に向けて冷媒を直線的に流すため、冷媒は、重力による影響を受け易い。また、混合部104から流れる冷媒は、各出口流路103に直接流入して分流される。このため、不均一な密度分布を有する気液二相流が冷媒分配器内に流入すると、出口流路103内の冷媒流にもその影響が及ぶため、冷媒流動音が緩和されることはない。更に、この構造は、多くの出口流路103を要する大容量型冷媒分流器に適用することが困難である。
一方、特許文献2は、分配管113を円筒容器111の周方向に沿って均等に配置した構造を開示している。この構造で生じるエネルギーロスは、特許文献1に比べて小さい。また、分配管113の数を増やすことも容易である。しかしながら、同文献に開示の構成は、液体aが円筒壁111aの内面に沿って旋回しながら自重により落下することを前提としている。このため、円筒容器111は、その中心線を鉛直方向に一致させて取り付ける必要がある。また、この場合、円筒容器111内に1つの入口管112から冷媒流が流入して旋回流が形成される。このため、旋回流の中心軸が円筒容器111の中心軸と一致しないこともある。よって、旋回流の安定的な形成が困難である。旋回流の中心軸が円筒容器111の中心軸と一致しない場合、各分配管113に対し冷媒の気液の比率及び分流量を均一にして冷媒を分流することができなくなる。
本発明の目的は、各分流管に流入する冷媒の気液の比率及び分流量の均一化すると共に冷媒分流器の取付姿勢が一定の方向に限定されない冷媒分流器、冷媒分流器を備えた膨張装置、並びに、冷媒分流器又は膨張装置を備えた冷凍装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の第一の態様によれば、断面円形をなす筒状容器と筒状容器の両端を閉塞する蓋部とからなる本体部を備え、本体部の一端に膨張弁からの冷媒を導入するための入口配管を接続し、本体部の他端に複数の分流管を接続した冷媒分流器が提供される。本体部内は、本体部の軸方向に沿って、本体部の一端から順に、第一室、第二室、及び第三室に区分され、第一室には、入口配管が接続される配管接続口が設けられ、第一室は、配管接続口から流入される冷媒を第一室の外周壁の内周面の接線方向に導入して旋回流を形成し、第二室の径は、第一室から流入される旋回流の流速を高めるべく第三室に向かうに従い小さくなり、第二室及び第三室間には、第二室からの冷媒を旋回させながら第三室に導入するように頚部が形成され、第三室の径は、頚部から導入された旋回流を、液冷媒とガス冷媒との密度差により、第三室の中心付近でガス冷媒リッチとし、第三室の中心から外周壁に向かうにつれ液冷媒リッチとすべく旋回流を形成するように設定され、第三室の蓋部の外周付近、又は第三室の外周壁における第三室の蓋部付近には、分流管が接続される複数の冷媒分流口が設けられ、各冷媒分流口は、第三室の周方向に沿って等間隔に配置されている。
この構成によれば、冷媒は、膨張弁から配管接続口を介して第一室に導入される。このとき冷媒は、第一室に対しその外周壁における内周面の接線方向に導入される。このため、第一室の外周壁側で液リッチな冷媒となり、本体部の中心付近でガス冷媒が旋回して旋回流が形成される。また、第二室の径は、第三室に向けて小さくなる。このため、第二室を流れる旋回流の旋回径は、第三室に向かうにつれて小さくなる。よって、旋回流の旋回流速が増加する。これにより、第二室内の流路断面において、冷媒密度は、本体部の中心軸と同心円をなす等高線状に分布する。その結果、冷媒の旋回流の中心軸が本体部の中心軸に近づくため、旋回流は安定化する。また、入口配管から脈動する冷媒流が流入しても、その脈動の原因となる冷媒の密度分布の不連続性が緩和される。また、第二室で流速が高められた冷媒は、旋回流を維持しながら頚部を通過して第三室に流入する。頚部は、冷媒を噴出するノズルとして作用する。このため、旋回流の中心が本体部の中心軸に近づく。また、頚部を通過して第三室に流入した冷媒は、旋回流が維持されるため、中心付近でガス冷媒リッチとなり、外周壁の内周面付近で液冷媒リッチとなる。また、旋回流の中心軸が本体部の中心軸に近づき、その状態が維持されるため、旋回流は安定化する。これにより、第三室の円周方向における冷媒の密度分布は均一になる。第三室の中心付近のガス冷媒は、第三室の蓋部に衝突した後、第三室の外周壁付近にある複数の冷媒分流口に対し均等に吸い込まれる。また、第三室の外周壁の内周面に沿って旋回する液冷媒は、旋回しながら第三室の蓋部へと進み、複数の冷媒分流口に分流される。従って、各分流管に流入する冷媒の気液の比率及び分流量の均一化される。また、配管接続口から流入した冷媒は、冷媒分流口に分流されるまでの間、中心付近でガス冷媒がリッチとなり、外周壁の内周面付近で液冷媒がリッチとなる旋回流を形成する。従って、冷媒分流器は重力の影響を受けにくくなり、冷媒分流器の取付姿勢は一定の方向に限定されることはない。
上記の冷媒分流器において、第一室の外周壁は断面円形の筒状に形成され、第一室の外周壁の径は、第二室に向うに従い大きくなることが好ましい。
この構成によれば、第一室における冷媒の旋回流に対し第二室へ向かう流れ成分が付与される。このため、第一室の外周壁により、冷媒を第二室へ案内することができる。
上記の冷媒分流器において、第三室の外周壁は、頚部から第三室の蓋部に向けて拡がる円錐状に形成されていることが好ましい。
この構成によれば、第三室において、頚部から冷媒分流口にかけて径が大きくなるように滑らかな通路が形成される。このため、第三室における冷媒の旋回流が安定化する。一方、頚部から第三室にかけて径が急に大きくなる通路の場合、径が急に大きくなる段差部において渦が発生する。このため、エネルギーロスが大きくなり、渦が発生して旋回流が乱され易くなる。
上記の冷媒分流器において、頚部は、第二室と第三室とを滑らかな曲面により接続することが好ましい。
この構成によれば、無駄なエネルギーロスがなくなり、冷媒による強い旋回流を第三室へ導入することができる。
上記の冷媒分流器において、第二室及び第三室は頚部と共に一体形成され、第一室は、第二室及び第三室とは別の部材により形成されると共に第二室に接合されていることが好ましい。
この構成によれば、冷媒の流速が最も速くなる頚部での接合が不要となる。このため、頚部での流体の乱れを回避することができる。従って、冷媒の旋回流を安定にした状態で、第二室から第三室へと冷媒を流すことができる。
上記の冷媒分流器において、第二室は、第三室とは別の部材により形成されると共に頚部において第三室に接続されていることが好ましい。
この構成によれば、第一室、第二室及び第三室を形成する各部材同士を径の細い部分を介して接合することができる。よって、各部材同士の接続が容易となり、冷媒の漏れ等を回避することもできる。
上記の冷媒分流器において、第一室の蓋部の中心部が、外側に膨らむ球状に形成されていることが好ましい。
この構成によれば、第一室では、冷媒の旋回流の中心が、外側に膨らむ球状部分の中央に近づく。これにより、旋回流の中心が本体部の中心軸に近づくため、旋回流は安定化する。
上記の冷媒分流器において、第一室の蓋部の中心部が、内側に膨らむ球状に形成されていることが好ましい。
この構成によれば、第一室の蓋部における内側への張り出しによって第一室の中心付近における最も圧力が低くなる部分の占有面積は小さくなる。この結果、内側への膨らみに沿って冷媒が流れるため、旋回流が安定され易くなる。
上記の冷媒分流器において、第三室の蓋部の中心部が、外側に膨らむ球状に形成されていることが好ましい。
この構成によれば、第三室において、冷媒の旋回流の中心軸が、外側に膨らむ球状部分の中央に近づく。これにより、旋回流の中心が本体部の中心軸に近づくため、冷媒を安定的に、かつ均等に分流することができる。
上記の冷媒分流器において、第三室の蓋部の中心部が、内側に膨らむ球状に形成されていることが好ましい。
この構成によれば、第三室の蓋部における内側への張り出しによって第三室の中心付近における最も圧力が低くなる部分の占有面積は小さくなる。この結果、内側への膨らみに沿って冷媒が流れるため、旋回流が安定化する。
上記の冷媒分流器において、配管接続口には、入口配管から第一室にかけて湾曲する湾曲配管部が設けられていることが好ましい。
この構成によれば、冷媒は、配管接続口から流れて、湾曲配管部内を流通する。このとき、湾曲配管部の半径方向の内側をガスリッチの冷媒が流れ、外側を液リッチの冷媒が流れる。これにより、第一室に流入する冷媒の密度分布が安定化する。よって、第一室内において、冷媒の旋回流が安定化する。
上記の冷媒分流器において、本体部内には、多孔質材料からなる冷媒フィルタが設けられていることが好ましい。
この構成によれば、冷媒回路内に別部材である冷媒フィルタを設ける必要がないため、冷媒回路が簡略化される。
上記の冷媒分流器において、冷媒分流器は、配管接続口に入口配管を接続し、かつ複数の冷媒分流口のそれぞれに分流管を接続した組み付け品として構成されていることが好ましい。
この構成によれば、分流管と冷媒分流器とを接続し、入口配管と冷媒分流器とを接続した状態で、冷媒分流器を冷凍装置に組み込むことができる。よって、冷媒分流器の冷凍装置内への組み込みが容易になる。
上記の冷媒分流器において、入口配管は、配管接続口において第一室の外側に張り出すように接続され、それにより、本体部の中心軸からの入口配管の偏心量が大きくなることが好ましい。
この構成によれば、第一室には、外周壁の内周面の接線方向に沿って冷媒が流入される。このとき、本体部の中心軸からの入口配管の偏心量を大きくすることができる。このため、旋回流の中心部への影響を小さくすることができる。これにより、本体部の中心軸付近に中心を有する旋回流を容易に形成できる。
上記目的を達成するため、本発明の第二の態様によれば、上記の冷媒分流器が膨張弁の出口に一体化された冷媒分流器一体型の膨張装置が提供される。
この構成によれば、膨張弁と冷媒分流器とが一体化されている。このため、冷凍装置への冷媒分流器の組み込みが簡略化される。また、膨張弁出口の冷媒流が導入される第一室では、膨張弁出口の噴流エネルギを有効に活用でき、冷媒の強い旋回流を形成することができる。よって、本体部内における冷媒の旋回流が安定化し、各分流管に対し冷媒を均等に分流することができる。
上記目的を達成するため、本発明の第三の態様によれば、上記の冷媒分流器を用いた冷凍装置が提供される。
上記目的を達成するため、本発明の第四の態様によれば、冷媒分流器一体型の膨張装置を用いた冷凍装置が提供される。
この構成によれば、各分流管に対し冷媒が均等に分流される冷凍装置を提供できる。
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態に係る冷媒分流器について、図1~図5に基づいて説明する。第1実施形態の冷媒分流器は、ヒートポンプ方式の冷凍装置における膨張弁と蒸発器との間に使用される。
以下、本発明の第1実施形態に係る冷媒分流器について、図1~図5に基づいて説明する。第1実施形態の冷媒分流器は、ヒートポンプ方式の冷凍装置における膨張弁と蒸発器との間に使用される。
冷媒分流器1の本体部2は、断面円形の外周壁を有する筒状容器からなる。本体部2の一端には入口配管3が接続され、本体部2の他端には複数の分流管4が接続されている。入口配管3は、冷媒分流器1の上流側に取り付けられた膨張弁の出口に接続されている。膨張弁で減圧された気液二相流の冷媒は、入口配管3を介して冷媒分流器1内に流入する。
本体部2内の空間は、本体部2の軸方向に沿って三つの室に区分されている。詳しくは、第一室10、第二室20、及び第三室30が上流側から順に配置されている。第一室10は、第二室20に向けて拡がる断面円形の外周壁11を有している。外周壁11の端部には、蓋部12が設けられている。蓋部12では、本体部2の中心軸Jと交差する部分が外側に膨らむ球状に形成されている。外周壁11には、膨張弁の出口から延びる入口配管3を接続するための配管接続口13が形成されている。入口配管3から流入された冷媒は、外周壁11内にその内周面の接線方向に導入されて旋回流Sとなる(図5参照)。
第二室20は、第一室10の最も径が大きい部分と連続している。第二室20の外周壁21の径は、第一室10との連結部分から第三室30に向けて縮小している。第二室20の最も径の小さい部分は頚部40であり、第三室30と連続している。この構成によれば、旋回流Sの旋回流速は、第一室10から第三室30に向かう従い高くなる。
頚部40は、滑らかな曲線を描いて第二室20を第三室30に接続する。頚部40は、第二室20で流速が高められた旋回流Sを旋回させながら第三室30へと流入させる。頚部40は、無駄な乱れや渦の発生を極力抑制すべく滑らかな曲面状に形成されている。
第三室30は、蓋部32に向けて拡がる円錐状の外周壁31を備えている。蓋部32の外周壁31と対向する周面には、複数の分流管4が接続されている。第三室30には、頚部40から旋回流Sの状態で冷媒が流入する。第三室30内では、液冷媒とガス冷媒との密度差により、中心付近でガス冷媒リッチとなり、中心部から外周壁31に向かうにつれて液冷媒リッチとなる。ここでは、18本の分流管4が冷媒分流器1に接続されている。第三室30の外周壁31において蓋部32近傍には、直線部31bが設けられている。直線部31bは、中心軸Jと平行に延びると共に短く形成されている。
蓋部32は、冷媒分流器1とは別部材である。図4(a),(b)に示すように、蓋部32の周面には、外周壁31の内周に嵌め込まれる複数の立上り壁32aが形成されている。皿状をなす蓋部32は、皿の凹面を外側に向けて配置されている。蓋部32の底壁32bでは、中心軸付近が外側に膨らむように形成されている。蓋部32の立上り壁32a及び外周壁31の開口端31a間には、18個の冷媒分流口33が形成されている。各冷媒分流口33は、蓋部32の半円周孔壁321と、外周壁31の半円周孔壁311とにより形成されている。冷媒分流口33には、分流管4が挿入及び接続されている。分流管4は、中心軸Jに沿って挿入及び接続されている。このため、冷媒は、分流管4により分流され、旋回流Sの中心軸に沿って流れる。
図1に示すように、第一室10の外周壁11及び蓋部12は一体形成されている。図3に示すように、第二室20の外周壁21、頚部40及び第三室30の外周壁31は一体形成されている。第一室10の最も径の大きい部分である開口端には、第二室20の外周壁21が差し込まれて、ろう付されている。
上記の冷媒分流器による冷媒流れについて、図5を参照して説明する。
冷媒は、入口配管3から配管接続口13を通じて冷媒分流器1内に流入する。このとき、冷媒は、膨張弁で減圧された気液二相流であり、冷媒分流器1の外周壁11における内周面の接線方向に流入する。これにより、冷媒分流器1の取付姿勢に関係なく、第一室10内では、冷媒の旋回流Sが形成される。旋回流Sが形成されると、液冷媒とガス冷媒との密度差により、中心付近でガスリッチな冷媒が旋回し、外周壁11付近で液リッチな冷媒が旋回する。旋回流Sは、一つの配管接続口13から第一室10に流入して形成される。このため、旋回流Sの中心は、必ずしも本体部2の中心軸Jに一致しない。
その点、第1実施形態では、蓋部12の中心軸Jと交差する部分が外側に膨らむ球状に形成されている。蓋部12の外側に膨らむ部分により、蓋部12の中心部において、旋回速度成分のみを有するよどみが生成される。これにより、旋回流Sの中心が本体部2の中心軸Jに近づくため、旋回流Sは安定化する。さらに、第一室10は、第二室20に向けて拡がる外周壁11を有している。外周壁11は、旋回流Sに対し第二室へ向かう流れ成分を付与する。つまり、外周壁11により冷媒流が第二室20に案内される。このため、冷媒分流器1の取付姿勢に関係なく、冷媒は、第二室20へと円滑に旋回しながら移動することができる。
次に、冷媒の旋回流Sは、第一室10から第二室20へ移動した後、第三室30へと向かう。第二室20の外周壁21の径は、第三室30に向うに従い小さくなっている。このため、旋回流Sの旋回径は、第二室20の外周壁21から第三室30に向かうに従い小さくなる。よって、旋回流Sの旋回流速は高められる。また、このとき、冷媒の旋回流Sの中心が中心軸Jに近づく。これにより、第二室20内の流路断面における冷媒密度は、本体部2の中心軸Jと同心円上に分布するようになる。その結果、冷媒の旋回流Sは安定化する。また、膨張弁から脈動する冷媒流が流入しても、その脈動の原因となる冷媒の密度分布の不連続性が緩和される。
冷媒は、第二室20でその流速を高めつつ頚部40を通過し、旋回流Sを維持しながら第三室30に流入する。頚部40は、冷媒を噴出するノズルとして作用する。このため、旋回流Sの中心は、本体部2の中心軸Jに対しより一層近づく。頚部40は、滑らかな曲面により第二室20と第三室30とを接続する。このため、冷媒が頚部40を通過するときにエネルギーロスは生じない。よって、冷媒の強い旋回流Sを維持しつつ、第三室30へ冷媒を流出させることができる。
冷媒の強い旋回流Sが維持されると、中心付近でガス冷媒リッチとなり、外周壁31付近で液冷媒リッチとなる。また、旋回流Sの中心が本体部2の中心軸Jに近づき、その状態が維持されるため、旋回流Sは安定化する。特に、蓋部32では、中心軸Jと交差する部分が外側に膨らむ球状に形成されている。このため、頚部40の中央から噴出されるガス冷媒に多少の偏流が存在しても、旋回流Sの中心が蓋部32により導かれて、本体部2の中心軸Jに近づく。また、第三室30は、蓋部32に向けて拡がる外周壁31を有している。このため、第三室30は、頚部40から第三室30にかけて急激な断面積の変化を伴わず、かつ大きな直径を有するように形成されている。このため、エネルギーロスの少ない流路を形成することができる。よって、旋回流Sが安定化し、第三室30の円周方向における冷媒の密度分布が均質化される。なお、旋回流Sの中心付近では、ガス冷媒が蓋部32に衝突後、外周壁31付近の各冷媒分流口33に対し均等に吸い込まれる。また、外周壁31の内周面付近では、液冷媒が旋回しながら蓋部32に向かい、各冷媒分流口33に分流される。
外周壁31から直線部31bを削除してもよいが、直線部31bは、以下の効果を奏することができる。
外周壁31の径が拡がるに従い、冷媒の流速は変化し続ける。その点、第1実施形態によれば、直線部31bによって、冷媒分流口33へ冷媒が流入する直前に旋回流Sの流速を安定化させることができる。また、システムの循環量と分流管数との関係に基づき第三室30の半径を変更せずに直線部31bの軸方向の長さを調整すれば、底壁32bの中央部を流れるガス冷媒が蓋部32に衝突するときの速度を調整できる。つまり、底壁32bに衝突する冷媒流速を小さくするには、直線部31bを長くすればよい。
このように、本発明に係る冷媒分流器1によれば、各冷媒分流口33に流入する冷媒の気液の比率及び分流量が均一化される。また、配管接続口13から流入した冷媒は旋回流Sを形成し、冷媒分流口33によって分流されるまでの間、中心付近でガス冷媒リッチとなり、外周壁31付近で液冷媒リッチとなる。よって、冷媒分流器1は重力の影響を受けにくくなり、冷媒分流器1の取付姿勢は一定の方向に限定されることはない。
第1実施形態の冷媒分流器1は、次のような効果を奏する。
(1)配管接続口13から流入した冷媒は、第一室10に流入してから冷媒分流口33に分流されるまで旋回流Sを維持する。また、旋回流Sの旋回径は、第二室20から第三室30に向かうにつれて小さくなる。これにより、旋回流速は高められる。よって、旋回流Sの中心が中心軸Jに近づくため、旋回流Sは安定化する。
(2)第三室30において、中心付近でガス冷媒リッチとなり、かつ外周壁31付近で液冷媒リッチとなる強い旋回流Sが形成される。このため、蓋部32の外周壁近傍では、第三室30の円周方向に沿った冷媒の密度分布も均一化される。よって、各冷媒分流口33に流入する冷媒の気液の比率及び分流量が均一化される。
(3)本体部2内に流入した冷媒は、冷媒分流口33から分流されるまでの間に中心付近でガス冷媒リッチとなり、外周壁31の内周面付近で液冷媒リッチとなる旋回流Sを形成する。このため、冷媒分流器1は重力の影響を受けにくくなり、冷媒分流器1の取付姿勢は一定の方向に限定されることはない。
(4)頚部40は、旋回流Sを維持しながらノズル作用により冷媒を第三室30へ流出する。これにより、旋回流Sの中心が本体部2の中心軸Jに近づく。また、入口配管3から脈動する冷媒流が流入しても、その脈動の原因となる冷媒の密度分布の不連続性が緩和される。
(5)第一室10は、断面円形の筒状をなすと共に第二室20に向けて拡がる外周壁11を備えている。外周壁11は、第一室10内で、冷媒の旋回流Sに対し第二室20へ向かう流れ成分を付与する。このため、外周壁11によって冷媒が第二室20へ案内される。
(6)第三室30は、頚部40から蓋部32に向けて拡がる円錐状の外周壁31を備えている。このため、頚部40から冷媒分流口33に向かう通路が滑らかに拡がる。よって、第三室30内における冷媒の旋回流Sが安定化する。
(7)冷媒分流口33は、第三室30において蓋部32の外周付近に形成されている。このため、冷媒は、冷媒分流口33により分流されて、旋回流Sの中心と平行な方向に流れる。これにより、冷媒分流口33への偏流が軽減され、本体部2に対して出入口の配管をコンパクトに配置することができる。
(8)頚部40は、滑らかな曲面により第二室20と第三室30を接続する。このため、頚部40を通過するときに無駄なエネルギーロスは生じない。よって、冷媒の強い旋回流Sを維持したまま、第三室30へと流出させることができる。
(9)第一室10では、蓋部12の中心軸Jと交差する部分が外側に膨らむ球状に形成されている。このため、第一室10では、冷媒の旋回流Sの中心が、外側に膨らむ球状部分の中央へ近づく。よって、旋回流Sの中心が本体部2の中心軸Jに近づくため、旋回流Sが安定化する。
(10)第三室30では、蓋部32の中心軸Jと交差する部分が外側に膨らむ球状に形成されている。このため、第三室30では、冷媒の旋回流Sの中心が、外側に膨らむ球状部分の中央へと近づく。よって、旋回流Sの中心が本体部2の中心軸Jに近づくため、旋回流Sが安定化し、冷媒を安定的にかつ均等に分流することができる。
(11)配管接続口13には、冷媒を導入するための入口配管3が接続されている。また、複数の冷媒分流口33のそれぞれには、分流管4が接続されている。この構成によれば、予め分流管4と冷媒分流器1とを接続し、入口配管3と冷媒分流器1とを接続した状態で、冷媒分流器1を冷凍装置へ組み込むことができる。よって、冷媒分流器1の冷凍装置内への組み込みが容易になる。
(12)本体部2は、第一室10を形成する部材と、第二室20の外周壁21、頚部40及び第三室30の外周壁31を形成する部材と、第三室30の蓋部32を形成する部材とからなる。このため、頚部40は、外周壁21,31間に繋ぎ目の無い滑らかな形状となる。つまり、最も冷媒の流速が速くなる頚部40では部品同士が接続されない。このため、頚部40で流体の流れが乱れることはない。従って、旋回流Sを安定化させた状態で、第二室20から第三室30に冷媒を流すことができる。
(13)第三室30を形成する外周壁31及び蓋部32は別部材である。また、蓋部32は、皿状の立上り壁32aと、中心軸部を外側に膨らませた底壁32bとを備えている。よって、外周壁31の開口端31aと各立上り壁32aとの間には、冷媒分流口33が形成される。従って、加工の簡略化及び小型化を図ることができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係る冷媒分流器について図6に基づき説明する。
次に、本発明の第2実施形態に係る冷媒分流器について図6に基づき説明する。
第2実施形態は、蓋部12の形状を変更した点で、第1実施形態とは異なる。図6に示すように、蓋部12の中心軸Jと交差する部分が内側に膨らむ球状に形成されている。図6中、図面の簡略化のため、一部の分流管4のみが仮想線で示され、他の分流管4が省略されている。第2実施形態では、第1実施形態と同様に、入口配管3から配管接続口13を通じ冷媒が第一室10内に流入する。そして、冷媒は、外周壁11の内周面の接線方向に導入されて、旋回流Sを形成する。旋回流Sの存在下で、第一室10の蓋部12の内面において中心軸Jと交差する部分の圧力が最も低くなる。また、この部分の占有面積が小さくなるため、内側への膨らみの周囲にある窪みに沿って冷媒が流れる。これにより、冷媒の旋回流Sが安定化する。
第2実施形態によれば、第1実施形態の効果(1)~(8)及び(10)~(13)に加え、次の効果を奏する。
(14)第一室10では、蓋部12の中心軸Jと交差する部分が内側に膨らむよう球状に形成されている。このため、蓋部12の内面において圧力が最も低くなる中央部分の占有面積が小さくなる。これにより、内側への膨らみの周りにある窪みに沿って冷媒が流れるため、冷媒の旋回流Sが安定化される。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態に係る冷媒分流器について図7に基づき説明する。
次に、本発明の第3実施形態に係る冷媒分流器について図7に基づき説明する。
第3実施形態は、蓋部32の形状を変更した点で、第1実施形態とは異なる。図7に示すように、蓋部32の中心軸Jと交差する部分が内側に膨らむ球状に形成されている。第3実施形態では、第1実施形態と同様に、冷媒が頚部40を介して第三室30に流入すると、冷媒の旋回流Sは強く維持される。これにより、第三室30において、中心付近でガス冷媒リッチとなり、外周壁31付近で液冷媒リッチとなる。また、旋回流Sの中心が本体部2の中心軸Jに近づいた状態が維持される。この場合、第三室30では、蓋部32の内面において圧力が最も低くなる中心軸Jと交差する部分の占有面積が小さくなる。このため、膨らみの周りにある窪みに沿って冷媒が流れる。よって、冷媒の旋回流Sが安定化する。
第3実施形態によれば、第1実施形態の効果(1)~(9)及び(11)~(13)に加え、次の効果を奏する。
(15)第三室30では、蓋部32の内面において圧力が最も低くなる中心軸Jと交差する部分の占有面積が小さくなる。このため、膨らみの周りにある窪みに沿って冷媒が流れる。よって、冷媒の旋回流Sが安定化する。
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態に係る冷媒分流器について図8に基づき説明する。
次に、本発明の第4実施形態に係る冷媒分流器について図8に基づき説明する。
第4実施形態は、頚部40を直線状に形成し、本体部2の構成部材の繋ぎ個所を変更した点で、第1実施形態と異なる。図8に示すように、頚部40は、直線形状に形成されている。本体部2は、第一室10及び第二室20を形成する部材と、第三室30の外周壁31を形成する部材と、第三室30の蓋部32を形成する部材とからなる。頚部40は、第一室10及び第二室20を形成する部材と、第三室30の外周壁31を形成する部材との接続部として形成されている。
この構成によれば、配管接続口13から流入した冷媒は、第一室10にて旋回流Sとなる。そして、第二室20では、旋回流Sの旋回流速が高められ、頚部40では、旋回流Sがノズル作用を受ける。旋回流Sが第三室30に流入すると、第三室30では、旋回流Sが気液分離した状態に維持される。このように、旋回流Sは、第一室10、第二室20及び第三室30を経て、旋回流Sの中心を本体部2の中心軸Jに近づけるように修正される。これにより、旋回流Sが安定化する。頚部40は、一定直径を有する通路として形成されている。頚部40の長さは、第1実施形態の頚部40よりも長い。このため、旋回流Sの旋回速度は安定化する。また、頚部40のノズル作用は強くなる。このため、入口配管3から脈動する冷媒流が流入しても、その脈動の原因となる冷媒の密度分布の不連続性が緩和される。
第4実施形態によれば、第1実施形態の効果(1)~(4)、(6)~(11)及び(13)に加え、次の効果を奏する。
(16)頚部40は、一定直径を有する通路である。また、頚部40の長さは、第1実施形態の頚部40よりも長い。このため、入口配管3から脈動する冷媒流が流入しても、その脈動の原因となる冷媒の密度分布の不連続性が効果的に緩和される。
(17)本体部2は、第一室10及び第二室20を一体に形成する部材と、第三室30の外周壁31を形成する部材と、第三室30の蓋部32を形成する部材とからなる。頚部40は、第一室10及び第二室20を形成する部材と、第三室30の外周壁31を形成する部材との接続部である。この場合、第一室10、第二室20及び第三室30の形成する各部材同士を径の細い部分で接続することができる。よって、各部材同士の接続が容易となり、冷媒漏れ等を回避することもできる。
(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態に係る冷媒分流器について図9に基づき説明する。
次に、本発明の第5実施形態に係る冷媒分流器について図9に基づき説明する。
第5実施形態は、蓋部12の形状を変更した点で、第4実施形態と異なる。蓋部12では、本体部2の中心軸J付近が限定的に外側に膨らんでいる。この構成によれば、よどみが生成されて、第一室10では、旋回流Sの中心が外側に膨らむ球状部分の中央に近づく。これにより、旋回流Sの中心が本体部2の中心軸Jに近づくため、旋回流Sは安定化する。外側に脹らむ球状部分の直径は、機能的に大きな影響を及ぼさない。
第5実施形態によれば、前述の効果(1)~(4)、(6)~(11)、(13)、(16)及び(17)に準じた効果を奏する。
(第6実施形態)
次に、本発明の第6実施形態に係る冷媒分流器について図10及び図11に基づき説明する。
次に、本発明の第6実施形態に係る冷媒分流器について図10及び図11に基づき説明する。
第6実施形態は、第三室30の開口端31aの形状と蓋部32の構成とを変更した点で、第1実施形態とは異なる。図10及び図11に示すように、第三室30の開口端31aは円形である。蓋部32の立上り壁32aは略円筒状に形成されている。底壁32bには、8個の略円筒状のソケット部32cが設けられ、各ソケット部32cの中心には、冷媒分流口33がそれぞれ形成されている。蓋部32の各冷媒分流口33には、分流管4がそれぞれ接続されている。
第6実施形態によれば、第1実施形態の効果(1)~(12)に加え、次の効果を奏する。
(18)開口端31a及び立上り壁32aの加工が容易となる。また、冷媒分流口33の加工も容易になる。
(第7実施形態)
次に、本発明の第7実施形態に係る冷媒分流器について図12及び図13に基づき説明する。
次に、本発明の第7実施形態に係る冷媒分流器について図12及び図13に基づき説明する。
第7実施形態は、第三室30の開口端31aの形状と蓋部32の構成とを変更した点で、第1実施形態とは異なる。図12及び図13に示すように、第三室30の開口端31aは円形である。蓋部32は、厚肉の板状部材からなる。蓋部32の内壁面32dは、外側に窪む球状に形成されている。内壁面32dは、第1実施形態の底壁32bと同じ機能を奏する。蓋部32の外周付近には、8個の冷媒分流口33が形成されている。各冷媒分流口33には、分流管4がそれぞれ接続されている。
第7実施形態によれば、第1実施形態の効果(1)~(12)に加え、次の効果を奏する。
(19)蓋部32は厚肉の部材からなる。このため、開口端31a及び蓋部32の冷媒分流口33の加工が容易に行える。
(第8実施形態)
次に、本発明の第8実施形態に係る冷媒分流器について図14に基づき説明する。
次に、本発明の第8実施形態に係る冷媒分流器について図14に基づき説明する。
第8実施形態は、入口配管3の配置位置を変更した点で、第1実施形態とは異なる。図14では、冷媒分流器が図5(b)と同じ向きで示されている。図14に示すように、入口配管3の配管接続口13との接続部は、外周壁11よりも外側に張り出している。これにより、本体部2の中心軸Jからの入口配管3の偏心量Hが、第1実施形態の場合の偏心量H1よりも大きくなる(図5(b)参照)。
より具体的には、
H=第8実施形態の偏心量、即ち、本体部2の中心軸Jと入口配管3の内壁面との間隔(図14参照)
H1=入口配管3の外壁面を外周壁11の内周面の接線方向に配置した場合、即ち、第1実施形態の偏心量(図5(b)参照)
r=外周壁11の半径
d=入口配管3の内径(図14参照)
とした場合に、H<r<H+dを満たすように入口配管3を配置する。また、この場合、H>H1となる。
H=第8実施形態の偏心量、即ち、本体部2の中心軸Jと入口配管3の内壁面との間隔(図14参照)
H1=入口配管3の外壁面を外周壁11の内周面の接線方向に配置した場合、即ち、第1実施形態の偏心量(図5(b)参照)
r=外周壁11の半径
d=入口配管3の内径(図14参照)
とした場合に、H<r<H+dを満たすように入口配管3を配置する。また、この場合、H>H1となる。
入口配管3と外周壁11との間には、入口配管3と外周壁11とを互いに連結する連結部14が設けられている。連結部14は、入口配管3内の冷媒を第一室10の内周面の接線方向に案内する。連結部14は、外周壁11に対しその内周面の接線方向に又は略接線方向に沿って接続されることが好ましい。
この構成により、冷媒は、入口配管3から第一室10に流通する際、入口配管3から連結部14に沿って流れる。その後、冷媒は、外周壁11の内周面に沿って流れ、第1実施形態と同様に、旋回流Sを形成する。第8実施形態において、第二室20、頚部40及び第三室30における冷媒の流れは、第1実施形態1と基本的に同じである。
第8実施形態によれば、第1実施形態の効果(1)~(13)に加え、次の効果を奏する。
(20)第一室10内で旋回流を安定化させるには、入口配管3から流入する冷媒の流速が高すぎると、配管接続口13周辺にて局所的な渦が発生する。このため、旋回流Sの中心が中心軸Jからずれ易くなる。この場合、入口配管3の内径dを大きくすれば、入口配管3から流入する冷媒の流速を下げることはできる。しかしながら、入口配管3の内径dを大きくすると、その一方で偏心量Hが小さくなり、旋回流Sの旋回力が小さくなる。この場合、第一室10の外周壁11の内径を大きくすれば、旋回力の低下を防止することはできる。しかしながら、この場合、冷媒分流器1の大型化を招いてしまう。その点、第8実施形態では、入口配管3が第一室10の外側に張り出している。これにより、入口配管3の内径dを大きくして、第一室10に流入する冷媒の流速を下げることができる。また、外周壁11の内径を変更せずに、入口配管3の中心軸Jに対する偏心量Hを大きくすることもできる。従って、第一室10内では、本体部2の中心軸Jに近い中心を有する冷媒の旋回流Sを容易に形成できる。
(第9実施形態)
次に、本発明の第9実施形態に係る冷媒分流器について図15に基づき説明する。
次に、本発明の第9実施形態に係る冷媒分流器について図15に基づき説明する。
第9実施形態は、入口配管3及び第一室10間に、気液を予め分離する構成を付加した点で、第1実施形態とは異なる。図15では、冷媒分流器が図5(b)と同じ向きで示されている。
図15に示すように、入口配管3は、第一室10の外周壁11よりも外側に配置されている。入口配管3には、湾曲配管部15及び接続配管部16が設けられている。湾曲配管部15は、入口配管3から外周壁11の配管接続口13に向けて湾曲している。接続配管部16は、湾曲配管部15と配管接続口13とを接続する。接続配管部16は、配管接続口13との接続位置において外周壁11の内周面の接線方向に延びている。
この構成により、入口配管3内を流れる冷媒は、湾曲配管部15を通過する際に遠心力の作用を受ける。これにより、湾曲配管部15の外周側を液冷媒リッチの冷媒が流れ、湾曲配管部15の内周側をガス冷媒リッチの冷媒が流れる。こうして、冷媒は、接続配管部16を介して第一室10内に流入する。このとき、冷媒は、湾曲配管部15の径方向に冷媒の密度分布を安定化させた状態で第一室10内に流入する。このため、第一室10内では旋回流Sが安定化する。第二室20、頚部40及び第三室30における冷媒の流れは、第1実施形態1と基本的に同じである。
第9実施形態によれば、第1実施形態の効果(1)~(13)に加え、次の効果を奏する。
(21)入口配管3は、第一室10の外周壁11よりも外側に配置されている。また、入口配管3及び配管接続口13間には、湾曲配管部15が設けられている。この湾曲配管部15により、冷媒は、予め気液分離された状態で第一室10内に流入する。このため、液冷媒は外周壁11付近を流れるようになり、ガス冷媒は中心軸J付近を流れるようになる。従って、第一室10内における冷媒の流れが安定化し、第一室10内における冷媒の旋回流Sも安定化する。
(第10実施形態)
次に、本発明の第10実施形態に係る冷媒分流器について図16に基づき説明する。
次に、本発明の第10実施形態に係る冷媒分流器について図16に基づき説明する。
第10実施形態は、入口配管3及び第一室10間に、気液を予め分離する構成を付加した点で、第1実施形態とは異なる。図16では、冷媒分流器が図5(b)と同じ向きで示されている。
図16に示すように、入口配管3は、第一室10の外周壁11よりも外側に配置されている。入口配管3には、湾曲配管部15及び内側配管部17が設けられている。湾曲配管部15は、入口配管3から外周壁11の配管接続口13に向けて湾曲している。内側配管部17は、湾曲配管部15から第一室10の中心に向けて広げられている。つまり、内側配管部17により、湾曲配管部15の出口は、第一室10の中心付近にまで広げられている。内側配管部17の外側壁は、第一室10の外周壁11に一体化されている。内側配管部17の内側壁は、本体部2の中心軸J付近に位置している。内側配管部17が配管接続口13に挿入されて、湾曲配管部15と第一室10内とが接続されている。
この構成により、入口配管3内の冷媒は、湾曲配管部15を通過する際に遠心力の作用を受ける。これにより、湾曲配管部15の外周側を液冷媒リッチの冷媒が流れ、湾曲配管部15の内周側をガス冷媒リッチの冷媒が流れる。こうして、冷媒は、接続配管部16を介して第一室10内に流入する。つまり、入口配管3内の冷媒は予め気液分離され、液冷媒が外周壁11に沿って流入し、ガス冷媒が中心軸J付近に流入する。よって、第一室10内における冷媒の流れが安定化し、中心軸J付近に中心を有する旋回流Sを容易に形成できる。第二室20、頚部40及び第三室30における冷媒の流れは、第1実施形態と基本的に同じである。
第10実施形態によれば、第1実施形態の効果(1)~(13)に加え、次の効果を奏する。
(22)入口配管3は、第一室10の外周壁11よりも外側に配置されている。また、入口配管3及び配管接続口13間には、湾曲配管部15が設けられている。この湾曲配管部15により、冷媒は、予め気液分離された状態で第一室10内に流入する。このため、液冷媒は外周壁11に沿って流入されるようになり、ガス冷媒は内側配管部17によって中心軸J付近を流れるようになる。このため、第一室10内における冷媒の密度分布が安定化し、中心軸J付近に中心を有する旋回流Sを容易に形成できる。よって、第一室10内における冷媒の旋回流Sが安定化する。
(第11実施形態)
次に、本発明の第11実施形態に係る冷媒分流器について図17に基づき説明する。
次に、本発明の第11実施形態に係る冷媒分流器について図17に基づき説明する。
第11実施形態は、入口配管3の第一室10に対する接続構造を変更した点で、第1実施形態1とは異なる。図17では、冷媒分流器が図5(b)と同じ向きで示されている。
図17に示すように、入口配管3は、第一室10外から第一室10の内部にまで延びている。入口配管3は、外周壁11の内周面に沿って延びる延設部3aを有している。入口配管3は、外周壁11に一体化されている。この構成により、入口配管3内を流れる冷媒は、延設部3aにより旋回力を付与されてから第一室10内に流れる。このため、第一室10内において強い旋回流Sが容易に形成される。第二室20、頚部40及び第三室30における冷媒の流れは、第1実施形態と同じである。
第11実施形態によれば、第1実施形態の効果(1)~(13)に加え、次の効果を奏する。
(23)入口配管3内の冷媒は、延設部3aにより旋回力を付与されてから第一室10内に流れる。このため、冷媒分流器1の大型化を招くことなく、第一室10内における冷媒の旋回流Sが強められると共に、旋回流Sがより一層安定化する。
(第12実施形態)
次に、本発明の第12実施形態に係る膨張装置について図18及び図19に基づき説明する。
次に、本発明の第12実施形態に係る膨張装置について図18及び図19に基づき説明する。
第12実施形態は、冷媒分流器1を膨張弁5の出口に接続し、膨張弁5と冷媒分流器1とを一体化した点で、第1実施形態とは異なる。この冷媒分流器を説明する際、上下左右方向を、図18及び図19の上下左右として、以下に記載する。また、図18及び図19中の実線矢印は、冷媒の流れを示す。
膨張弁5は、弁機構を有する弁本体部51と、膨張弁5の入口に接続される入口側冷媒配管52と、膨張弁5の出口に接続される出口側冷媒配管53とを備えている。ここでは、冷媒分流器1の入口配管3が、膨張弁5の出口側冷媒配管53として用いられている。入口配管3は、極力短く形成されている。このため、膨張弁5及び冷媒分流器1は近接し、入口配管3を介して一体化されている。
弁本体部51は、上下方向に延びる容器からなる。容器の内部には、弁室54が形成されている。弁室54の中心部には、ニードル弁55が配置されている。ニードル弁55は、図示しないステッピングモータにより駆動される。弁室54の下方には、弁孔56を有する弁座57が設けられている。ニードル弁55は、弁孔56に対し近接したり、離間したりする。ニードル弁55及び弁孔56により絞り部58が形成されている。絞り部58の開度は、図示しない制御装置により調整される。また、弁室54の側方には、入口52aが設けられている。この入口52aには、入口側冷媒配管52が接続されている。弁座57の下方には、出口53aが設けられている。この出口53aには、出口側冷媒配管53(冷媒分流器1の入口配管3)が接続されている。
この構成により、図示しない凝縮器により凝縮液化された高圧液冷媒が、入口側冷媒配管52から入口52aを介して弁室54内に導入される。弁室54内の冷媒は、絞り部58により減圧され、弁孔56から気液二相流の状態で噴出される。気液二相流の状態で噴出された冷媒は、入口配管3を通過して冷媒分流器1に流入する。そして、冷媒は、第1実施形態で説明した冷媒流れ作用を受けて複数の分流管4にそれぞれ分流される。このとき、冷媒は、気液比率及び分流量を均等にして分流される。
第12実施形態によれば、次のような効果を奏する。
(24)膨張弁5と冷媒分流器1とが各別に設けられる場合、膨張弁5と冷媒分流器1とを接続するため、膨張弁5の出口側冷媒配管53に連絡配管を接続する必要がある。その点、第12実施形態によれば、膨張弁5と冷媒分流器1とが一体化されているため、上記の連絡配管が不要となる。また、膨張弁5の出口側冷媒配管53を冷媒分流器1の入口配管3として用いるため、配管装置をコンパクトにすることができる。
(25)冷媒分流器1は、膨張弁5の出口53aに近接して配置されている。このため、膨張弁5から噴出される冷媒流の流動エネルギを有効に利用できる。よって、冷媒分流器1の第一室10内において、強い旋回流Sを形成することができる。従って、本体部2内における冷媒の旋回流Sが安定化し、各分流管4に対し冷媒を均等に分流することができる。
(26)例えば、凝縮器を介して入口側冷媒配管52から不連続性のあるスラグ流やプラグ流が流入し、膨張弁出口側の冷媒流が不連続性を帯びることがある。その点、第12実施形態によれば、冷媒分流器1が膨張弁5の出口に近接している。このため、気液の比率及び分流量を均等して、各分流管4に対し冷媒を分流できる。
(第13実施形態)
次に、本発明の第13実施形態に係る冷凍装置について図20に基づき説明する。
次に、本発明の第13実施形態に係る冷凍装置について図20に基づき説明する。
第13実施形態の冷凍装置は、第12実施形態の膨張装置を利用している。図20に示すように、冷凍装置は、ヒートポンプ式冷凍サイクルを備えた分離型冷暖房装置として形成されている。冷凍装置は、圧縮機61を備えている。圧縮機61の出入り口には、四路切換弁62の高圧ポート62a及び低圧ポート62bが接続されている。四路切換弁の2個の切換えポート62c,62d間には、室外側熱交換器63、冷媒分流器1及び膨張弁5からなる室外側膨張装置64、冷媒分流器1及び膨張弁5からなる室内側膨張装置65、室内側熱交換器66が順次接続されている。室外側膨張装置64及び室内側膨張装置65は、第12実施形態の膨張装置と同様の構成を有している。室外側及び室内側膨張装置64,65を接続する室内外連絡配管67は、室外側及び室内側膨張装置64,65の各膨張弁5の入口にそれぞれ接続されている。
冷凍装置では、冷房運転時に、実線矢印のように冷媒が循環する。圧縮機61から吐出された冷媒は、四路切換弁62、室外側熱交換器63、室外側膨張装置64、室内側膨張装置65、室内側熱交換器66、四路切換弁62、圧縮機61の順に循環する。また、室外側熱交換器63が凝縮器として作用し、室内側熱交換器66が蒸発器として作用する。この場合、室内側膨張装置65の冷媒分流器1及び膨張弁5は本来の機能を果たしている。一方、室外側膨張装置64の冷媒分流器1は、分流管4から冷媒が流入するため冷媒分流器として作用しない。また、室外側膨張装置64の膨張弁5は、室外側熱交換器63から流出する液冷媒の過冷却度を調整する。従って、冷房運転時に、室内空気は、蒸発器として作用する室内側熱交換器66により冷却される。
一方、冷凍装置では、暖房運転時に、四路切換弁62が切り換えられて、破線矢印で示すように冷媒が循環する。圧縮機61から吐出された冷媒は、四路切換弁62、室内側熱交換器66、室内側膨張装置65、室外側膨張装置64、室外側熱交換器63、四路切換弁62、圧縮機61の順に循環する。また、室内側熱交換器66が凝縮器として作用し、室外側熱交換器63が蒸発器として作用する。この場合、室外側膨張装置64の冷媒分流器1及び膨張弁5は本来の機能を果たしている。一方、室内側膨張装置65の冷媒分流器1は、分流管4から冷媒が流入するため冷媒分流器として作用しない。また、室内側膨張装置65の膨張弁5は、室内側熱交換器66から流出する液冷媒の過冷却度を調整する。従って、暖房運転時に、室内空気は、凝縮器として作用する室内側熱交換器66により加熱される。
第13実施形態によれば、次のような効果を奏する。
(27)第12実施形態の膨張装置を用いた冷凍装置によれば、気液の比率及び分流量を均一化した冷媒を、蒸発器として作用する室外側熱交換器63又は室内側熱交換器66の複数の冷媒通路に供給することができる。よって、冷凍装置を効率良く運転することができ、冷媒流動音を低減することができる。
尚、上記各実施形態は、以下のように変更してもよい。
・各実施形態において、外周壁31は、蓋部32に向けて拡がるように形成されていたが、外周壁31の形状を、図21に示すように変更してもよい。図21の例では、第三室30を形成する外周壁31の半径が一定である。この場合、本体部2の内部空間は、頚部40から第三室30にかけて急に大きくなっている。このため、渦uが発生してエネルギーロスを生じるものの、第4実施形態と同様の作用効果を奏する。
・各実施形態において、本体部2内に、多孔質材料からなる冷媒フィルタを設けてもよい。図22に示すように、第1実施形態の冷媒分流器1における第二室20内に、円錐状の冷媒フィルタ25を設けてもよい。冷媒フィルタ25の材料として、発泡金属、セラミック、発泡性樹脂、メッシュ、多孔板等が用いられる。第一室10、第二室20及び第三室30における冷媒の流れは、第1実施形態と同じである。この構成によれば、冷媒が第一室10から第二室20に流れると、冷媒フィルタ25により冷媒中の塵埃が捕捉される。また、冷媒分流器1内に冷媒フィルタ25を設けることで、膨張装置や冷凍装置の小型化を図ることができる。
・各実施形態において、第二室20の外周壁21は、その径を第三室30に向けて一定の割合で小さくする略円錐形状に形成されていたが、外周壁21を、傾斜角度が途中で変更するよう二つの傾斜面により形成してもよい。また、外周壁21を、内方又は外方に湾曲する曲面状に形成してもよい。
・各実施形態において、分流管4の数は、4本以外に、任意の数に変更してもよい。また、各分流管4は、本体部2の中心軸Jと平行であったが、第三室30の蓋部32付近から本体部2の中心軸Jを中心とする円の半径方向や接線方向に延びていてもよい。
・第1実施形態において、第一室10の外周壁11及び蓋部12が一部材として形成されていたが、第一室10の外周壁11、蓋部12、及び第二室20の外周壁21の中間部までを一部材で形成してもよい。また、第1実施形態のように滑らかな曲面状の頚部40にて、第二室20と第三室30とを接合してもよい。また、第4及び第5実施形態において、頚部40と第二室20との境界部及び頚部40と第三室30との境界部を、滑らかな曲面状に形成してもよい。
・第一室10、第二室20、及び第三室30をそれぞれ別部材により形成し、これらをろう付してもよい。この場合、第1実施形態のように、第一室10と第二室20とを接合し、第4実施形態のように、第二室20と第三室30とを接合すればよい。この場合、組立ての手間は増えるが、各部品の形状が簡素化されるため、各部品を容易に作製できる。
・第8~第11実施形態において、本体部2と入口配管3とはつなぎ目のない一体化構造を有していたが、複数の部材を互い連結してもよい。また、第8~第11実施形態の入口配管3の接続構造を、他の実施形態に適用してもよい。
・本発明に係る膨張装置は、第12実施形態に示すニードル弁を用いた膨張弁5以外に、例えば、冷媒を逆方向に流して使用される膨張弁であってもよい。膨張弁5における冷媒の流れを逆方向として使用する場合、図18の入口側冷媒配管52が出口となる。このため、冷媒分流器1を入口側冷媒配管52に接続すればよい。この場合も、第12実施形態と同様の効果が得られる。
・第12実施形態において、第1実施形態以外の他の実施形態の冷媒分流器1を用いてもよい。
・本発明に係る冷凍装置は、第13実施形態に示すヒートポンプ式の分離型空気調和機以外に、例えば、一体型空気調和機、分離型冷房専用機等の空気調和機や、冷蔵庫、冷凍庫などの冷凍装置であってもよい。
・第13実施形態の冷凍装置において、第12実施形態に係る膨張装置を用いたが、膨張装置は、膨張弁5及び冷媒分流器1を一体化したもの以外に、膨張弁5及び冷媒分流器1をそれぞれ別部材としてものであってもよい。また、冷媒分流器1として、第1実施形態以外の他の実施形態のものを用いてもよい。
Claims (17)
- 断面円形をなす筒状容器と前記筒状容器の両端を閉塞する蓋部とからなる本体部を備え、前記本体部の一端に膨張弁からの冷媒を導入するための入口配管を接続し、前記本体部の他端に複数の分流管を接続した冷媒分流器であって、
前記本体部内は、前記本体部の軸方向に沿って、前記本体部の一端から順に、第一室、第二室、及び第三室に区分され、前記第一室には、前記入口配管が接続される配管接続口が設けられ、前記第一室は、前記配管接続口から流入される冷媒を前記第一室の外周壁の内周面の接線方向に導入して旋回流を形成し、前記第二室の径は、前記第一室から流入される旋回流の流速を高めるべく前記第三室に向かうに従い小さくなり、前記第二室及び前記第三室間には、前記第二室からの冷媒を旋回させながら前記第三室に導入するように頚部が形成され、前記第三室の径は、前記頚部から導入された旋回流を、液冷媒とガス冷媒との密度差により、前記第三室の中心付近でガス冷媒リッチとし、前記第三室の中心から外周壁に向かうにつれ液冷媒リッチとすべく旋回流を形成するように設定され、前記第三室の蓋部の外周付近、又は前記第三室の外周壁における前記第三室の蓋部付近には、前記分流管が接続される複数の冷媒分流口が設けられ、前記各冷媒分流口は、前記第三室の周方向に沿って等間隔に配置されていることを特徴とする冷媒分流器。 - 請求項1記載の冷媒分流器において、
前記第一室の外周壁は断面円形の筒状に形成され、
前記第一室の外周壁の径は、前記第二室に向うに従い大きくなることを特徴とする冷媒分流器。 - 請求項1又は2記載の冷媒分流器において、
前記第三室の外周壁は、前記頚部から前記第三室の蓋部に向けて拡がる円錐状に形成されていることを特徴とする冷媒分流器。 - 請求項1~3のいずれか一項に記載の冷媒分流器において、
前記頚部は、前記第二室と前記第三室とを滑らかな曲面により接続することを特徴とする冷媒分流器。 - 請求項1~4のいずれか一項に記載の冷媒分流器において、
前記第二室及び第三室は前記頚部と共に一体形成され、
前記第一室は、前記第二室及び前記第三室とは別の部材により形成されると共に前記第二室に接合されていることを特徴とする冷媒分流器。 - 請求項1~4のいずれか一項に記載の冷媒分流器において、
前記第二室は、前記第三室とは別の部材により形成されると共に前記頚部において前記第三室に接続されていることを特徴とする冷媒分流器。 - 請求項1~6のいずれか一項に記載の冷媒分流器において、
前記第一室の蓋部の中心部が、外側に膨らむ球状に形成されていることを特徴とする冷媒分流器。 - 請求項1~6のいずれか一項に記載の冷媒分流器において、
前記第一室の蓋部の中心部が、内側に膨らむ球状に形成されていることを特徴とする冷媒分流器。 - 請求項1~8のいずれか一項に記載の冷媒分流器において、
前記第三室の蓋部の中心部が、外側に膨らむ球状に形成されていることを特徴とする冷媒分流器。 - 請求項1~8のいずれか一項に記載の冷媒分流器において、
前記第三室の蓋部の中心部が、内側に膨らむ球状に形成されていることを特徴とする冷媒分流器。 - 請求項1~10のいずれか一項に記載の冷媒分流器において、
前記配管接続口には、前記入口配管から前記第一室にかけて湾曲する湾曲配管部が設けられていることを特徴とする冷媒分流器。 - 請求項1~11のいずれか一項に記載の冷媒分流器において、
前記本体部内には、多孔質材料からなる冷媒フィルタが設けられていることを特徴とする冷媒分流器。 - 請求項1~12のいずれか一項に記載の冷媒分流器において、
前記冷媒分流器は、前記配管接続口に前記入口配管を接続し、かつ前記複数の冷媒分流口のそれぞれに分流管を接続した組み付け品として構成されていることを特徴とする冷媒分流器。 - 請求項1~13のいずれか一項に記載の冷媒分流器において、
前記入口配管は、前記配管接続口において前記第一室の外側に張り出すように接続され、それにより、前記本体部の中心軸からの前記入口配管の偏心量が大きくなることを特徴とする冷媒分流器。 - 請求項1~14のいずれか一項に記載の冷媒分流器が膨張弁の出口に一体化されていることを特徴とする冷媒分流器一体型の膨張装置。
- 請求項1~14のいずれか一項に記載の冷媒分流器を用いたことを特徴とする冷凍装置。
- 請求項15記載の冷媒分流器一体型の膨張装置を用いたことを特徴とする冷凍装置。
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