WO2013061501A1 - 冷媒用遠心式分配器および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

分配器（１６）は、流入口（１６ａ）から流入した冷媒が旋回する分離室を有する。分離室には、隔壁（１６ｇ）が設けられている。隔壁（１６ｇ）は、分離室を、上流側旋回室（１６ｄ１）と、下流側旋回室（１６ｄ２）とに区画する。隔壁（１６ｇ）には、遠心分離された気相冷媒を主として加速する貫通穴（１６ｈ）が設けられている。この結果、流出口（１６ｃ）の開口位置における分離室（１６ｄ）の径方向内側には、液相冷媒の厚い膜が形成される。これにより、流出口（１６ｃ）に流入する冷媒の成分を安定化することができる。貫通穴（１６ｈ）は、流出口（１６ｃ）から離れるようにずれていてもよい。また、隔壁（１６ｇ）に代えて、旋回室の上流側部分だけが流出口（１６ｃ）から離れるようにずれしてもよい。

Description

冷媒用遠心式分配器および冷凍サイクル装置 関連出願の相互参照

　本出願は、当該開示内容が参照によって本出願に組み込まれた、２０１１年１０月２７日に出願された日本特許出願２０１１－２３６４２２を基にしている。

　本開示は、液相冷媒と気相冷媒とを遠心力によって分離する遠心式分配器、およびその分配器を備える冷凍サイクル装置に関する。

　特許文献１および特許文献２は、冷凍サイクル装置に用いられる遠心式分配器を開示している。この分配器によると、気液二相冷媒を少なくとも２つの通路に向けて分配することができる。例えば、第１通路には、気相冷媒が比較的多い気液二相冷媒が分配される。また、第２通路には、液相冷媒が比較的多い気液二相冷媒、または飽和液冷媒が分配される。

特開２００７－４６８０６号公報 特開２０１０－１８１１３６号公報

　従来技術の構成では、冷媒の旋回流によって、旋回室の内壁面上に液相冷媒の膜が形成される。しかし、液相冷媒と気相冷媒とが共に流れるため、気相冷媒が液相冷媒の膜の厚さの増加を妨げる。このため、液相冷媒を多く取り出したい出口において、液相冷媒の膜の厚さが十分に成長しないことがあった。

　また、別の観点では、液相冷媒の膜は、旋回方向、すなわち周方向に沿って同じ厚さで形成される。このため、液相冷媒を多く取り出したい出口において、液相冷媒の膜の厚さが十分に成長しないことがあった。

　さらに、上記点は、冷媒流量が減少する低負荷時に特に顕著となる。出口において液相冷媒の膜の厚さが十分に成長しない場合、期待されたより多くの気相冷媒が第２通路に分配されることがあった。

　本開示は上記点に鑑みてなされたものであり、その目的は、液相冷媒を集めやすい遠心式分配器を提供することである。

　本開示の他の目的は、気相冷媒の流れを促進することにより液相冷媒を集めることができる遠心式分配器を提供することである。

　本開示の他の目的は、旋回方向に沿って部分的に液相冷媒を集めることができる遠心式分配器を提供することである。

　本開示のさらに他の目的は、液相冷媒を集めやすい遠心式分配器を備えた冷凍サイクル装置を提供することである。

　本開示の実施例の第１態様によると、冷媒用遠心式分配器は、冷媒を旋回させ気相冷媒と液相冷媒とに分離するための分離室を区画形成するとともに、分離室へ冷媒を導入する流入口、分離室に開口する第１流出口、および分離室の径方向外側に開口する第２流出口を形成するハウジングと、第２流出口の径方向内側における液相冷媒の膜を厚くするために、分離室における冷媒の流れを操作する流れ操作部分とを備える。

　この構成によると、分離室における冷媒の流れを操作する流れ操作部分によって、第２流出口の径方向内側における液相冷媒の膜を厚くすることができる。この結果、第２流出口から流出する冷媒の成分を安定化することができる。

　本開示の実施例の第２態様によると、流れ操作部分は、第２流出口の径方向内側における気相冷媒の領域を第２流出口から遠ざけるように構成されてもよい。この構成によると、第２流出口の径方向内側における気相冷媒の領域を第２流出口から遠ざけることによって、第２流出口の径方向内側における液相冷媒の膜を厚くすることができる。

　本開示の実施例の第３態様によると、流れ操作部分は、分離室における気相冷媒の領域を細くするように構成されてもよい。この構成によると、気相冷媒の領域を細くすることによって、第２流出口の径方向内側における気相冷媒の領域を第２流出口から遠ざけることができる。

　本開示の実施例の第４態様によると、流れ操作部分は、分離室を上流側旋回室と下流側旋回室とに区画する隔壁であって、上流側旋回室における気相冷媒の流れを加速して下流側旋回室に流出させる貫通穴が形成された隔壁を含んでもよい。この構成によると、貫通穴によって気相冷媒の流れを加速することによって、気相冷媒の領域を細くすることができる。

　本開示の実施例の第５態様によると、貫通穴は、気相冷媒の領域を分離室の軸からずらすために、第２流出口から離れるように軸からずれた位置に設けられてもよい。この構成によると、貫通穴の位置を軸からずらすことによって、気相冷媒の領域を分離室の軸からずらすことができる。

　本開示の実施例の第６態様によると、流れ操作部分は、分離室における気相冷媒の領域を分離室の軸からずらしてもよい。この構成によると、気相冷媒の領域を分離室の軸からずらすことによって、第２流出口の径方向内側における気相冷媒の領域を第２流出口から遠ざけることができる。

　本開示の実施例の第７態様によると、分離室は、流入口が開口し、第１軸を有する上流側旋回室と、上流側旋回室より下流に位置し、第２流出口が開口するとともに、第２軸を有する下流側旋回室とを備え、流れ操作部分は、第２流出口と第１軸との間の距離を第２流出口と第２軸との間の距離より大きくすることにより提供されてもよい。この構成によると、軸がずれた２つの旋回室によって、第２流出口の径方向内側における気相冷媒の領域を第２流出口から遠ざけることができる。

　本開示の実施例の第８態様によると、流れ操作部分は、上流側旋回室から下流側旋回室へ断面積を急拡大させるとともに、下流側近傍に第２流出口が位置付けられた段差面を含んでもよい。この構成によると、段差面によって、第２流出口の径方向内側における気相冷媒の領域を第２流出口から遠ざけることができる。

　本開示の実施例の第９態様による冷凍サイクル装置は、上記の第１－第８態様のいずれかに記載の遠心式分配器と、第１流出口の下流に設けられたノズル部と、ノズル部から噴出される冷媒の流れにより冷媒を吸引する吸引口と、ノズル部から噴出された冷媒と吸引口から吸引された冷媒とを混合する混合部と、混合部の下流に設けられ冷媒を昇圧するディフューザ部とを備えるエジェクタと、第２流出口と吸引口との間に配置された蒸発器とを備えてもよい。この構成によると、分配器によって分配された冷媒は、第２流出口から蒸発器に供給される。蒸発器において蒸発した冷媒は、エジェクタによって吸引される。この構成によると、蒸発器に供給される冷媒の成分を安定化することができる。

　本開示の実施例の第１０態様によると、冷凍サイクル装置は、さらに、ディフューザ部の下流に設けられた他の蒸発器を備えてもよい。この構成によると、エジェクタを通過した後の冷媒をさらに蒸発させて冷却作用を発揮させることができる。

本開示を適用した第１実施形態のエジェクタ式冷凍サイクル装置のブロック図である。 第１実施形態の一体化ユニットの全体構成を示す模式的な斜視図である。 第１実施形態の一体化ユニットの模式的な分解斜視図である。 第１実施形態のエジェクタおよび分配器を示す断面図である。 第１実施形態のエジェクタおよび分配器を示す断面図である。 第１実施形態のエジェクタおよび分配器を示す断面図である。 本開示を適用した第２実施形態のエジェクタおよび分配器を示す断面図である。 本開示を適用した第３実施形態のエジェクタおよび分配器を示す断面図である。 第３実施形態のエジェクタおよび分配器を示す断面図である。 本開示を適用した第４実施形態のエジェクタおよび分配器を示す断面図である。 第４実施形態のエジェクタおよび分配器を示す断面図である。 第４実施形態のエジェクタおよび分配器を示す断面図である。

　以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。また、後続の実施形態においては、先行する実施形態で説明した事項に対応する部分に百以上の位だけが異なる参照符号を付することにより対応関係を示し、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
（第１実施形態）
　図１において、エジェクタ式冷凍サイクル装置１０は、圧縮機１１、放熱器１２、膨張弁１３、および蒸発器ユニット２０を備える。

　圧縮機１１は、冷媒を吸入し、圧縮した後に、高圧冷媒を吐出する。圧縮機１１は、電磁クラッチ１１ａ、およびベルト等を介して図示しない車両走行用エンジンにより回転駆動される。圧縮機１１は、吐出容量の変化により冷媒吐出能力を調整できる可変容量型圧縮機、あるいは電磁クラッチ１１ａの断続により圧縮機作動の稼働率を変化させて冷媒吐出能力を調整する固定容量型圧縮機によって提供することができる。また、圧縮機１１は、電動圧縮機でもよい。電動圧縮機では、電動モータの回転数調整により冷媒吐出能力を調整できる。

　圧縮機１１の冷媒吐出側には放熱器１２が配置されている。放熱器１２は室内機または室外機として用いることができる。室外機として利用されるとき、放熱器１２は、圧縮機１１から吐出された高圧冷媒と車室外空気との間の熱交換を提供する。放熱器１２は、高圧冷媒を冷却する。放熱器１２に送風する冷却ファンを備えることができる。冷凍サイクル装置１０は、フロン系、ＨＣ系等の冷媒のように高圧圧力が臨界圧力を超えない冷媒を用いている。冷凍サイクル装置１０は、蒸気圧縮式亜臨界サイクルを構成している。したがって、放熱器１２は冷媒を凝縮する凝縮器として機能する。

　放熱器１２の出口側には温度式膨張弁１３が配置されている。膨張弁１３は放熱器１２からの液冷媒を減圧する減圧装置であって、圧縮機１１の吸入側通路に配置された感温部１３ａを有している。膨張弁１３は、圧縮機１１の吸入側冷媒の温度と圧力とに基づいて圧縮機吸入側冷媒の過熱度を検出し、圧縮機吸入側冷媒の過熱度が予め設定された所定値となるように弁開度を調整する。吸入側冷媒は、後述の蒸発器の出口側冷媒に対応する。膨張弁１３の弁開度に応じて、冷媒流量が調整される。

　膨張弁１３の下流側には、蒸発器ユニット２０が接続されている。蒸発器ユニット２０は、膨張弁１３と圧縮機１１との間に位置付けられている。蒸発器ユニット２０は、配管を介して冷凍サイクル装置１０の他の構成部品と接続される。蒸発器ユニット２０は室内機または室外機として用いることができる。

　図２および図３において、蒸発器ユニット２０は、エジェクタ１４、第１蒸発器１５、分配器１６、減圧器１７、および第２蒸発器１８を備える。蒸発器ユニット２０は、これらの構成部品を接続することによって、一体的に取り扱い可能なユニットとして構成されている。蒸発器ユニット２０は、複数の構成部品をろう付け、ボルト、ねじ、接着などの固定装置によって一体的に接続することによって構成されている。蒸発器ユニット２０は、エジェクタ式冷凍サイクル装置用蒸発器ユニット、エジェクタ式冷凍サイクル装置用一体化ユニットあるいは、エジェクタ付き蒸発器ユニットとも呼ばれうるものである。２つの蒸発器１５、１８は、一体的に構成されている。２つの蒸発器１５、１８の側部には、筒状のエジェクタケース２３が配置されている。エジェクタ１４は、エジェクタケース２３に収納されている。分配器１６は、エジェクタケース２３内に形成されることによって、エジェクタ１４に一体的に設けられている。エジェクタ１４は、蒸発器ユニット２０の一部品として、蒸発器１５、１８に一体的に設けられている。蒸発器ユニット２０は、エジェクタ式冷凍サイクル装置１０の一部品である。

　図１に戻り、膨張弁１３の出口側には、エジェクタ１４が配置されている。エジェクタ１４は冷媒を減圧する減圧装置である。同時に、エジェクタ１４は、高速で噴出する冷媒流の吸引作用によって、冷媒の流れを生成する冷媒輸送装置を提供する。エジェクタ１４は、冷凍サイクル装置１０内の分岐経路内に冷媒を流す冷媒輸送装置を提供する。エジェクタ１４は、運動量輸送式ポンプとも呼ぶことができる。エジェクタ１４は、膨張弁１３通過後の冷媒の通路面積を小さく絞って冷媒をさらに減圧膨張させるノズル部１４ａを備える。膨張弁１３通過後の冷媒は、中間圧冷媒とも呼ばれる。エジェクタ１４は、ノズル部１４ａの噴出口から噴射される冷媒流によって、巻き込み作用、すなわち吸引力を発生する。エジェクタ１４は、ノズル部１４ａの噴出口の周辺に連絡する吸引口１４ｂを備える。エジェクタ１４は、吸引口１４ｂを通して、第２蒸発器１８から気相冷媒を吸引する。

　エジェクタ１４のうちノズル部１４ａおよび吸引口１４ｂの冷媒流れ下流側部位には、混合部１４ｃが設けられている。混合部１４ｃは、ノズル部１４ａからの高速度の冷媒流と、冷媒吸引口１４ｂから吸引された冷媒とを混合する。混合部１４ｃの冷媒流れ下流側に昇圧部をなすディフューザ部１４ｄが配置されている。ディフューザ部１４ｄは、冷媒の通路面積を冷媒流れ下流に向けて徐々に大きくする形状に形成されており、冷媒流れを減速して冷媒圧力を上昇させる作用、つまり、冷媒の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換する作用を果たす。ディフューザ部１４ｄの先端部は、エジェクタ１４の出口部である。エジェクタ１４の下流側には、第１蒸発器１５が配置されている。第１蒸発器１５は、ディフューザ部１４ｄの下流に設けられた他の蒸発器である。第１蒸発器１５の出口側は圧縮機１１の吸入側に接続されている。

　膨張弁１３の出口側には、冷媒用遠心式分配器１６が配置されている。分配器１６は、ノズル部１４ａに向かう主通路と、吸引口１４ｂに向かう分岐通路とに冷媒を分配する。分配器１６は、全体の流量Ｇを、主通路の流量Ｇｎと、分岐通路の流量Ｇｅとに分配する。分配器１６は、流量Ｇｎと流量Ｇｅとの比を、所定の比に調節する。さらに、分配器１６は、主通路に向かう冷媒の成分と、分岐通路に向かう冷媒の成分とを調整する。分配器１６は、主通路に向かう冷媒を、気相成分が比較的多い冷媒に調整する。分配器１６は、分岐通路に向かう冷媒を、液相成分が比較的多い冷媒に調整する。分配器１６は、主通路に向かう冷媒の気相成分が、分岐通路に向かう冷媒の気相成分より多くなるように、冷媒成分を調整する。分配器１６は、膨張弁１３の出口に接続されて、冷媒が流入する流入口１６ａを有する。分配器１６は、ノズル部１４ａの入口に接続された第１流出口１６ｂを備える。さらに、分配器１６は、分岐通路に接続された第２流出口１６ｃを備える。第２流出口１６ｃから、吸引口１４ｂに向かう冷媒が流出する。

　分配器１６の第２流出口１６ｃと吸引口１４ｂとの間には、減圧器１７と第２蒸発器１８とが配置されている。減圧器１７は第２蒸発器１８への冷媒流量の調節作用をなす減圧装置である。減圧器１７は、第２蒸発器１８の入口側に配置されている。減圧器１７は、キャピラリチューブ、または絞り通路などの絞り機構によって構成されてもよい。

　２つの蒸発器１５、１８は、温度調節の対象である空気流に対して、第１蒸発器１５が上流側に位置し、第２蒸発器１８が下流側に位置するように配置されている。２つの蒸発器１５、１８は、共通の冷却負荷、すなわち被冷却空気に対して作用するように構成され、配置されている。２つの蒸発器１５、１８は、図示しない空調ケース内に収納されている。空調ケースは、空調ダクトを提供する。空調ダクト内には、電動の送風機１９によって、被冷却空気が、矢印Ｆ１のように送風される。２つの蒸発器１５、１８は、送風機１９によって送風される空気を冷却する。２つの蒸発器１５、１８で冷却された冷風は、共通の冷却対象空間に送り込まれる。これにより２つの蒸発器１５、１８にて共通の冷却対象空間が冷房される。第１蒸発器１５は、エジェクタ１４の下流側の主通路に配置されている。第１蒸発器１５は、空気流れＦ１の上流側、すなわち風上側に配置された風上側蒸発器である。第２蒸発器１８は、エジェクタ１４の吸引口１４ｂに到達する分岐通路に配置されている。第２蒸発器１８は、空気流れＦ１の下流側、すなわち風下側に配置された風下側蒸発器である。

　図２および図３において、２つの蒸発器１５、１８は、完全に１つの蒸発器構造体として一体化されている。第１蒸発器１５は１つの蒸発器構造のうち空気流れＦ１の上流側領域を構成し、第２蒸発器１８は１つの蒸発器構造のうち空気流れＦ１の下流側領域を構成している。第１蒸発器１５および第２蒸発器１８の基本的構成は同一である。蒸発器１５、１８は、熱交換のためのコア部１５ａ、１８ａを備える。蒸発器１５、１８は、図中の上下方向（ＴＯＰ－ＢＯＴＴＯＭ）の両端に、図中の水平方向に延びるタンク部１５ｂ、１５ｃ、１８ｂ、１８ｃを備える。コア部１５ａの上下にタンク部１５ｂ、１５ｃが配置されている。コア部１８ａの上下にタンク部１８ｂ、１８ｃが配置されている。コア部１５ａ、１８ａは、上下方向に延びる複数の熱交換チューブ２１を備えている。複数のチューブ２１の間には、被熱交換媒体である被冷却空気が通る通路が形成されている。複数のチューブ２１相互間には、チューブ２１と接合されたフィン２２が配置されている。チューブ２１およびフィン２２はコア部１５ａ、１８ａの左右方向に交互に積層配置されている。チューブ２１とフィン２２との積層構造によってコア部１５ａ、１８ａが形成されている。フィン２２を備えないチューブ２１のみの構成によってコア部１５ａ、１８ａを形成してもよい。チューブ２１は冷媒通路を構成する扁平チューブよりなる。フィン２２は薄板材を波状に曲げ成形したコルゲートフィンである。フィン２２は、チューブ２１の平坦な外面に接合され、空気側伝熱面積を拡大している。コア部１５ａのチューブ２１とコア部１８ａのチューブ２１は互いに独立した冷媒通路を構成している。

　タンク部１５ｂ、１５ｃ、１８ｂ、１８ｃは互いに独立した冷媒通路空間、すなわちタンク空間を構成している。タンク部１５ｂ、１５ｃはチューブ２１の上下両端に連通している。同様に、タンク部１８ｂ、１８ｃはチューブ２１の上下両端に連通している。タンク部１５ｂ、１５ｃ、１８ｂ、１８ｃは、対応するコア部１５ａ、１８ａの複数のチューブ２１へ冷媒を分配したり、複数のチューブ２１からの冷媒を集合したりする役割を果たす。上側タンク部１５ｂの内部の長手方向における略中央部には、上側タンク部１５ｂの内部空間を第１空間２６と第２空間２７とに仕切る仕切板２８が配置されている。第２空間２７は第１蒸発器１５に属する複数のチューブ２１の第１群に対して冷媒を分配する分配タンクの役割を果たす。第１空間２６は第１蒸発器１５に属する複数のチューブ２１の第２群を通過した冷媒を集合する集合タンクの役割を果たす。下側タンク１５ｃは、第１群のチューブから冷媒を集合させ、その後に、第２群のチューブに冷媒を再分配する再分配タンクの役割を果たす。上側タンク部１８ｂの内部の長手方向における略中央部には、上側タンク部１８ｂの内部空間を第１空間２９と第２空間３０とに仕切る仕切板３１が配置されている。第１空間２９は第２蒸発器１８に属する複数のチューブ２１の第１群に対して冷媒を分配する分配タンクの役割を果たす。第２空間３０は第２蒸発器１８に属する複数のチューブ２１の第２群を通過した冷媒を集合する集合タンクの役割を果たす。下側タンク１８ｃは、第１群のチューブから冷媒を集合させ、その後に、第２群のチューブに冷媒を再分配する再分配タンクの役割を果たす。蒸発器ユニット２０の冷媒入口２４は、上側タンク部１８ｂの一端部、図中左端部に設けられている。冷媒出口２５は、上側タンク部１５ｂの一端部、図中左端部に設けられている。冷媒入口２４は流入口１６ａに連通している。冷媒出口２５は上側タンク部１５ｂと連通している。

　上側タンク部１５ｂ、１８ｂの図中の上側（ＴＯＰ）には、エジェクタ１４、分配器１６および減圧器１７が配置されている。エジェクタ１４は、ノズル部１４ａの軸方向に延びる細長形状となっている。エジェクタ１４は、その長手方向が、タンク部の長手方向と平行になるように上側タンク部１５ｂ、１８ｂ上に配置されている。エジェクタ１４の出口部はエジェクタケース２３の内部空間に開口する。エジェクタケース２３の内部空間は第２空間２７に連通している。吸引口１４ｂは第２空間３０に連通している。

　分配器１６は、エジェクタ１４の長手方向に沿って、エジェクタ１４と並ぶように配置されている。分配器１６は、円筒状のハウジング１６ｅを備える。ハウジング１６ｅは、ノズル部１４ａの軸方向に延びる円筒状に形成されている。ハウジング１６ｅは、冷媒を旋回させ気相冷媒と液相冷媒とに分離するための分離室１６ｄを区画形成する。分離室１６ｄは円柱状の空間である。ハウジング１６ｅは、分離室１６ｄへ冷媒を導入する流入口１６ａ、分離室１６ｄに開口する第１流出口１６ｂ、および分離室１６ｄの径方向外側に開口する第２流出口１６ｃを形成する。流入口１６ａは、分配器１６の一端部、すなわち図中の左端部に設けられている。第１流出口１６ｂは、分配器１６の他端部、すなわち図中の右端部に設けられている。分配器１６は、ノズル部１４ａの入口側に配置されている。第１流出口１６ｂとノズル部１４ａとは、直接的に接続されている。第２流出口１６ｃは、分配器１６の筒面部、すなわち外周壁に設けられている。第２流出口１６ｃには、減圧器１７が直接的に接続されている。減圧器１７は、第２蒸発器１８の上側タンク部１８ｂ内に連通している。

　図４は、エジェクタ１４の軸ＡＸＪを含む断面における分配器付エジェクタの縦断面を示す。図５は、流入口１６ａの開口位置における軸ＡＸＳに垂直な断面であって、図４のＶ－Ｖ断面を示す。図６は、第１流出口１６ｂの近傍における軸ＡＸＳに垂直な断面であって、図４のＶＩ－ＶＩ断面を示す。軸ＡＸＪは、ノズル部１４ａの中心軸である。軸ＡＸＳは、ハウジング１６ｅの中心軸であって、ハウジング１６ｅ内に形成される旋回流の中心軸に対応する。軸ＡＸＪと軸ＡＸＳとは一致している。図示されるように、分配器１６とエジェクタ１４とは、一体の部品を構成している。

　分配器１６は、遠心式気液分離器を構成している。ハウジング１６ｅの形状と、流入口１６ａに向かう通路１６ｆの延在方向とが、分配器１６内において冷媒の旋回流を発生させるように設定されている。通路１６ｆは、分配器１６のハウジング１６ｅの接線方向に延在している。冷媒は、通路１６ｆを通った後に流入口１６ａから分離室１６ｄに流入する。これにより、冷媒は、ハウジング１６ｅの内壁面に沿って旋回する。さらに、冷媒は、分配器１６内を軸ＡＸＳの周りを旋回しながら、ノズル部１４ａに向かって流れてゆく。この過程において、液相冷媒は遠心力によって分離室１６ｄの外側に集められる。また、気相冷媒は、旋回室の中央、すなわち軸ＡＸＳ上に集められる。ハウジング１６ｅの内壁面の形状と通路１６ｆの延在方向とによって旋回流を生成する装置が提供されている。

　分配器１６は、分離室１６ｄの軸方向の略中央に設けられた環状の隔壁１６ｇを備える。隔壁１６ｇは、分離室１６ｄを、上流側旋回室１６ｄ１と、下流側旋回室１６ｄ２とに不完全に区画する。隔壁１６ｇは、円板状である。隔壁１６ｇの流入口１６ａ側の面は、旋回室１６ｄ１に向けて突出する部位を持たない平面である。一方、隔壁１６ｇの流出口１６ｂ側の面は、旋回室１６ｄ２に向けてわずかに突出する部位を有している。隔壁１６ｇの外周縁は、ハウジング１６ｅの内壁面に液密に固定されている。隔壁１６ｇは、第１流出口１６ｂと、第２流出口１６ｃとの間に配置されている。隔壁１６ｇは、第２流出口１６ｃの近傍に配置されている。言い換えると、第２流出口１６ｃは、隔壁１６ｇの近傍であって、かつ、隔壁１６ｇより上流側においてハウジング１６ｅの内部に開口している。第２流出口１６ｃは、ハウジング１６ｅの内壁面、すなわち旋回室１６ｄ１の最も径方向外側に開口している。

　隔壁１６ｇは、そのほぼ中央に貫通穴１６ｈを有する。貫通穴１６ｈは、上流側旋回室１６ｄ１における気相冷媒の流れを加速して下流側旋回室１６ｄ２に流出させる。貫通穴１６ｈは、旋回室１６ｄ１において分離された液相冷媒よりも、気相冷媒を主として導出する位置、および大きさを有する。貫通穴１６ｈは、軸ＡＸＳと同軸上に位置している。貫通穴１６ｈは、軸ＡＸＳ上に、小さく開口している。貫通穴１６ｈは、上流側では、隔壁１６ｇの平面上に開口する。貫通穴１６ｈは、下流側では、隔壁１６ｇの突出部分上に開口する。貫通穴１６ｈは、旋回室１６ｄ１によって分離された気相成分を主として導出するように位置付けられている。ただし、貫通穴１６ｈは、気相冷媒を加速しながら、一部の液相冷媒も通過させるように形成されている。貫通穴１６ｈは、隔壁１６ｇの平面上に開口することにより、気相冷媒と液相冷媒を加速させる。このとき、気相冷媒は液相冷媒よりも圧縮性が高いため、気相冷媒の断面積は液相冷媒の断面積に対して小さくなり、気相冷媒の流速は液相冷媒の流速より速くなる。

　この実施形態では、流れ操作部分は、貫通穴１６ｈが形成された隔壁１６ｇを含む。分配器１６に気液二相の冷媒が流れると、旋回室１６ｄ１内における旋回流によって気相冷媒と液相冷媒とが分離し、両者の間にぼんやりとした気液境界面が形成される。貫通穴１６ｈは気相冷媒の流れを加速するから、気相冷媒が占める領域は、貫通穴１６ｈに向けて徐々に細くなる。すなわち、流れ操作部分は、分離室１６ｄにおける気相冷媒の領域を細くするように、分離室１６ｄにおける冷媒の流れを操作する。これによって、第２流出口１６ｃの開口位置における分離室１６ｄの径方向内側の気相冷媒の領域を第２流出口１６ｃから遠ざけることができる。反対に、液相冷媒が占める膜の厚さは、隔壁１６ｇに向けて徐々に厚くなる。旋回室１６ｄ１内には、貫通穴１６ｈに向けてすぼまるファンネル状の気液境界面が形成される。第２流出口１６ｃの開口位置の径方向内側においては、気液境界面の径が十分に小さくなる。気液境界面は、第２流出口１６ｃから遠ざけられる。この結果、第２流出口１６ｃの開口位置の径方向内側における液相冷媒の膜が厚くなる。したがって、流入口１６ａと隔壁１６ｇとの間の旋回室１６ｄ１の内部、特に、径方向外側、さらには隔壁１６ｇの近傍には、液相冷媒が溜まる。この結果、気相冷媒が第２流出口１６ｃに到達することが抑制されるから、第２流出口１６ｃから液相冷媒を安定的に流し出すことができる。

　貫通穴１６ｈを通過した冷媒は、旋回室１６ｄ２においてもやや旋回流を維持している。冷媒は、旋回室１６ｄ２においても、気相冷媒と液相冷媒とに不完全に分離され、徐々に混ざり合いながら、すなわち気液境界線を徐々に消失させながら、第１流出口１６ｂに向けて流れてゆく。このとき、隔壁１６ｇの下流側の面がやや突出し、その突出部位に貫通穴１６ｈが開口しているから、貫通穴１６ｈを通過した冷媒はノズル部１４ａに向けて案内される。

　図３に戻り、冷媒の流れを説明する。冷媒入口２４から分配器１６に流入した冷媒は、ノズル部１４ａに向かう主流と、減圧器１７に向かう分岐流とに分岐される。主流はエジェクタ１４を通過して減圧され、矢印Ｒ１のように第１蒸発器１５に供給される。冷媒は、上側タンク部１５ｂの第２空間２７に流入する。冷媒は、第２空間２７から下側タンク１５ｃに向けて、コア部１５ａの右半部の複数のチューブ２１を通って、矢印Ｒ２のように流れる。冷媒は、下側タンク１５ｃ内を矢印Ｒ３のように移動する。冷媒は、下側タンク１５ｃから上側タンク１５ｂの第１空間２６に向けて、コア部１５ａの左半部の複数のチューブ２１を通って、矢印Ｒ４のように流れる。その後、冷媒は、矢印Ｒ５のように、冷媒出口２５へ向けて流れる。分岐流は減圧器１７を通過することによって減圧される。減圧された低圧冷媒は、矢印Ｒ６のように、第２蒸発器１８に供給される。冷媒は、上側タンク部１８ｂの第１空間２９に流入する。冷媒は、第１空間２９から下側タンク１８ｃに向けて、コア部１８ａの左半部の複数のチューブ２１を通って、矢印Ｒ７のように流れる。冷媒は、下側タンク１８ｃ内を矢印Ｒ８のように移動する。冷媒は、下側タンク１８ｃから上側タンク１８ｂの第２空間３０に向けて、コア部１８ａの右半部の複数のチューブ２１を通って、矢印Ｒ９のように流れる。その後、冷媒は、吸引口１４ｂからエジェクタ１４内に吸引される。蒸発器ユニット２０は、上述のような流路構成を持つから、蒸発器ユニット２０全体として冷媒入口２４および冷媒出口２５を１つずつ設けるだけでよい。

　次に、第１実施形態の作動を説明する。圧縮機１１が作動すると、高温高圧の冷媒は放熱器１２に流入する。放熱器１２では高温の冷媒が外気により冷却されて凝縮する。放熱器１２から流出した高圧冷媒は膨張弁１３を通過するときに減圧される。膨張弁１３では、第１蒸発器１５の出口冷媒の過熱度が所定値となるように弁開度が調整される。膨張弁１３通過後の中間圧冷媒は冷媒入口２４に流入し、さらに流入口１６ａを通じて分配器１６の分離室１６ｄに流入する。冷媒は、分離室１６ｄにおいて、第１流出口１６ｂからノズル部１４ａに向かう主流と、第２流出口１６ｃから減圧器１７に向かう分岐流とに分流される。

　主流の冷媒は、ノズル部１４ａで減圧され膨張する。ノズル部１４ａで冷媒の圧力エネルギーが速度エネルギーに変換され、冷媒は、ノズル部１４ａの噴出口から高速度となって噴出する。高速の冷媒流によって生じる圧力低下により、吸引口１４ｂから第２蒸発器１８を通過した分岐流の冷媒が吸引される。ノズル部１４ａから噴出した冷媒と吸引口１４ｂから吸引された冷媒は、混合部１４ｃで混合された後に、ディフューザ部１４ｄに流入する。ディフューザ部１４ｄでは通路面積の拡大により、冷媒の速度エネルギーが圧力エネルギーに変換されるため、冷媒の圧力が上昇する。ディフューザ部１４ｄから流出した冷媒は第１蒸発器１５を流れる。この間に、コア部１５ａでは低温の低圧冷媒が、送風空気から吸熱して蒸発する。冷媒は冷媒出口２５から圧縮機１１に吸入され、再び圧縮される。

　一方、分岐流は、減圧器１７で減圧されて低圧冷媒、すなわち気液２相冷媒となる。減圧された冷媒は、第２蒸発器１８を流れる。この間に、コア部１８ａでは、低温の低圧冷媒が、第１蒸発器１５を通過した後の送風空気から吸熱して蒸発する。冷媒は吸引口１４ｂからエジェクタ１４内に吸引される。

　以上に説明したこの実施形態によると、第１蒸発器１５の冷媒蒸発圧力よりも第２蒸発器１８の冷媒蒸発圧力を低くすることができる。しかも、冷媒蒸発温度が高い第１蒸発器１５を空気流れ方向Ｆ１の上流側に配置し、冷媒蒸発温度が低い第２蒸発器１８を空気流れ方向Ｆ１の下流側に配置している。したがって、第２蒸発器１８における冷媒蒸発温度と送風空気との温度差を、大きく維持して、冷却性能を高めることができる。また、ディフューザ部１４ｄでの昇圧作用により圧縮機１１の吸入圧を高めることにより、圧縮機１１の駆動動力を低減できる。

　さらに、上記構成によると、簡単な構成で、第２流出口１６ｃの開口位置の径方向内側における液相冷媒の膜を厚くすることができる。この結果、第２流出口１６ｃに流入する冷媒の成分を安定化することができる。例えば、第２流出口１６ｃへの気相冷媒の流入を抑制することができ、安定した冷却能力、冷却効率を得ることができる。

　（第２実施形態）
　図７において、この実施形態では、第２流出口２１６ｃを、隔壁１６ｇより下流側に設けている。この構成においても、第２流出口２１６ｃの開口位置における下流側旋回室１６ｄ２の径方向内側の液相冷媒の膜を厚くすることができる。さらに、第１実施形態と第２実施形態とによると、隔壁１６ｇを設けることにより、液相冷媒の膜が厚くなるから、第２流出口１６ｃ、２１６ｃの設置位置の選択自由度が大きくなる。例えば、図２のような一体化ユニットの場合、第２流出口１６ｃの軸方向の位置が上側タンク部１８ｂの第１空間２９に流入する冷媒の位置であり、その位置により複数の熱交換チューブ２１への流量分配性を調整することができる。流出口１６ｃの設置位置を分配性を主として考慮して設定した場合であっても、隔壁１６ｇを設けることによって、第２流出口１６ｃに流入する冷媒の成分を安定化することができる。

　第２実施形態では、その他部分が、第１実施形態と同じように構成されてもよい。

　（第３実施形態）
　上記実施形態では、貫通穴１６ｈを軸ＡＸＳと同軸上に形成した。これに代えて、図８および図９に示すように、ずれた貫通穴３１６ｈを形成してもよい。貫通穴３１６ｈは、気相冷媒の領域を分離室１６ｄの軸ＡＸＳからずらすために、第２流出口１６ｃから離れるように軸ＡＸＳからずれた位置に設けられている。貫通穴３１６ｈは、軸ＡＸＳと同軸に形成された場合より第２流出口１６ｃから遠く離れるように、軸ＡＸＳからずれた位置に形成されている。貫通穴３１６ｈの縁と第２流出口１６ｃとの間の径方向距離ＬＳは、貫通穴が軸ＡＸＳ上に形成された場合の径方向距離ＬＣより大きい。

　この実施形態によると、気相冷媒が貫通穴３１６ｈによって加速される。しかも、貫通穴３１６ｈが第２流出口１６ｃから離れるようにずれているから、気液境界面のファンネルが、貫通穴３１６ｈを通るように歪む。ファンネルは、第２流出口１６ｃから離れるようにうねる。この実施形態によると、貫通穴３１６ｈを有する隔壁１６ｇは、分離室１６ｄにおける気相冷媒の領域を細くするとともに、同時に、分離室１６ｄにおける気相冷媒の領域を分離室１６ｄの軸ＡＸＳからずらす。この結果、第１旋回室１６ｄ１の旋回方向、すなわち周方向に沿って、液相冷媒の膜が厚い部分と、薄い部分とが形成される。特に、第２流出口１６ｃの開口位置上の液相冷媒の膜の厚さは、第２流出口１６ｃの開口位置に対して径方向反対側の位置における液相冷媒の膜の厚さより厚くなる。したがって、第２流出口１６ｃに流入する冷媒の成分を安定化することができる。

　第３実施形態では、その他部分が、第１実施形態と同じように構成されてもよい。

　（第４実施形態）
　上記実施形態では、第２流出口１６ｃ上の液相冷媒の膜を厚くするために、隔壁と貫通穴とを採用した。これに代えて、図１０、図１１、および図１２に示すように、ずれた旋回室４１６ｉを採用してもよい。この実施形態では、隔壁は採用されない。円筒状のハウジング４１６ｅは、その内部に、上流側旋回室４１６ｉと、下流側旋回室４１６ｊとを形成している。旋回室４１６ｊは、旋回室４１６ｉの下流側に直列的に配置されている。旋回室４１６ｉの直径は、旋回室４１６ｊの直径より小さい。軸ＡＸＪに沿って見た場合、旋回室４１６ｉの円領域は、旋回室４１６ｊの円領域の中に含まれている。

　第１旋回室４１６ｉは、第１軸ＡＸＳ１を中心とする円筒内壁面によって区画されている。第１旋回室４１６ｉには、流入口１６ａが開口している。通路１６ｆを流れた冷媒は、流入口１６ａから第１旋回室４１６ｉに流入して、旋回流を形成する。第１旋回室４１６ｉは、冷媒流に旋回成分を与える旋回付与部である。

　第２旋回室４１６ｊは、軸ＡＸＳ２を中心とする円筒内壁面によって区画されている。第２旋回室４１６ｊには、第１および第２流出口１６ｂ、１６ｃが開口している。第１旋回室４１６ｉで旋回力を与えられた冷媒は、旋回しながら、軸方向に流れ、第１旋回室４１６ｉから第２旋回室４１６ｊへ流れる。冷媒は、第２旋回室４１６ｊにおいても、旋回流を維持している。

　旋回室４１６ｉと旋回室４１６ｊとの間には、段差面４１６ｋが設けられている。段差面４１６ｋは、軸ＡＸＳ１、ＡＸＳ２に垂直な面、または旋回室４１６ｉから旋回室４１６ｊへ向けて内径が徐々に拡大するようにわずかに傾斜した面によって提供される。段差面４１６ｋは、旋回室（４１６ｉ）から下流側旋回室（４１６ｊ）へ向かう冷媒の流れ方向に沿って、分離室１６ｄの断面積を急拡大させる。第２流出口１６ｃは、段差面４１６ｋの下流側に位置しており、かつ、段差面４１６ｋの近傍に位置している。第２流出口１６ｃと段差面４１６ｋとの間の距離は、第２流出口１６ｃと第１流出口１５ｂとの間の距離より十分に短い。流れ操作部分は段差面４１６ｋを含む。

　軸ＡＸＳ２は、エジェクタ１４の軸ＡＸＪと一致している。軸ＡＸＳ１と軸ＡＸＳ２とは、互いに平行であるが、互いに所定の距離だけ離れている。軸ＡＸＳ１は、第２流出口１６ｃから離れるように、軸ＡＸＳ２からずれている。第２流出口１６ｃと軸ＡＸＳ１との間の距離ＬＳ１は、第２流出口１６ｃと軸ＡＸＳ２との間の径方向距離ＬＳ２より大きい。流れ操作部分は、距離ＬＳ１を距離ＬＳ２より大きくすることにより提供されている。

　第１旋回室４１６ｉで形成された旋回流は、第２旋回室４１６ｊに到達しても、旋回中心を軸ＡＸＳ１上に維持しようとする。このとき、軸ＡＸＳ１が第２流出口１６ｃから離れるように、軸ＡＸＳ２からずれているから、気液境界面のファンネルが、軸ＡＸＳ１上から軸ＡＸＳ２上へ徐々に推移するように歪む。ファンネルは、第２流出口１６ｃから離れるようにうねる。この結果、分離室１６ｄの旋回方向、すなわち周方向に沿って、液相冷媒の膜が厚い部分と、薄い部分とが形成される。特に、第２流出口１６ｃ上の液相冷媒の膜の厚さは、第２流出口１６ｃとは反対側における液相冷媒の膜の厚さより厚くなる。

　この実施形態によると、流れ操作部分は、分離室１６ｄにおける気相冷媒の領域を分離室１６ｄの軸ＡＸＳ２からずらす。これにより、分離室１６ｄの径方向内側における気相冷媒の領域を第２流出口１６ｃから遠ざけることができる。したがって、第２流出口１６ｃに流入する冷媒の成分を安定化することができる。

　第４実施形態では、その他部分が、第１実施形態と同じように構成されてもよい。

　（他の実施形態）
　以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本開示の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本開示の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

　例えば、蒸発器ユニット２０は、さらに膨張弁１３を含むユニットとすることができる。例えば、膨張弁１３をボックス型エキスパンションバルブによって提供し、蒸発器ユニット２０にボックス型エキスパンションバルブを装着することができる。

　また、上記実施形態では、蒸発器ユニット２０に分配器１６を設けたが、分配器１６を蒸発器１５、１８とは別体に設けてもよい。また、上記実施形態では、エジェクタ１４と分配器１６とを一体に連結して構成したが、分配器１６をエジェクタ１４とは別体に設けてもよい。

　また、第１蒸発器１５を備えない構成を採用してもよい。また、図８に図示された実施形態においても、第２流出口１６ｃを隔壁１６ｇの下流側に設けてもよい。また、図１０に図示された実施形態に、先行する実施形態の隔壁を追加的に採用してもよい。

Claims (10)

1. 　冷媒を旋回させ気相冷媒と液相冷媒とに分離するための分離室（１６ｄ）を区画形成するとともに、前記分離室へ冷媒を導入する流入口（１６ａ）、前記分離室に開口する第１流出口（１６ｂ）、および前記分離室の径方向外側に開口する第２流出口（１６ｃ、２１６ｃ）を形成するハウジング（１６ｅ）と、
   　前記第２流出口の径方向内側における液相冷媒の膜を厚くするために、前記分離室における冷媒の流れを操作する流れ操作部分（１６ｇ、１６ｈ、３１６ｈ、４１６ｉ、４１６ｊ、４１６ｋ）とを備える冷媒用遠心式分配器。
2. 　前記流れ操作部分（１６ｇ、１６ｈ、３１６ｈ、４１６ｉ、４１６ｊ、４１６ｋ）は、
   　前記第２流出口の径方向内側における前記気相冷媒の領域を前記第２流出口から遠ざけるように構成されている請求項１に記載の冷媒用遠心式分配器。
3. 　前記流れ操作部分（１６ｇ、１６ｈ、３１６ｈ）は、
   　前記分離室における気相冷媒の領域を細くするように構成されている請求項２に記載の冷媒用遠心式分配器。
4. 　前記流れ操作部分は、
   　前記分離室を上流側旋回室と下流側旋回室とに区画する隔壁（１６ｇ）であって、
   　前記上流側旋回室における気相冷媒の流れを加速して前記下流側旋回室に流出させる貫通穴（１６ｈ、３１６ｈ）が形成された隔壁を含んでいる請求項３に記載の冷媒用遠心式分配器。
5. 　前記貫通穴（３１６ｈ）は、気相冷媒の領域を前記分離室の軸（ＡＸＳ）からずらすために、前記第２流出口から離れるように前記軸（ＡＸＳ）からずれた位置に設けられている請求項４に記載の冷媒用遠心式分配器。
6. 　前記流れ操作部分（１６ｇ、３１６ｈ、４１６ｉ、４１６ｊ、４１６ｋ）は、
   　前記分離室における気相冷媒の領域を前記分離室の軸（ＡＸＳ、ＡＸＳ２）からずらすように構成されている請求項２に記載の冷媒用遠心式分配器。
7. 　前記分離室は、
   　前記流入口が開口し、第１軸（ＡＸＳ１）を有する上流側旋回室（４１６ｉ）と、
   　前記上流側旋回室より下流に位置し、前記第２流出口が開口するとともに、第２軸（ＡＸＳ２）を有する下流側旋回室（４１６ｊ）とを備え、
   　前記流れ操作部分は、
   　前記第２流出口と前記第１軸との間の距離（ＬＳ１）を前記第２流出口と前記第２軸との間の距離（ＬＳ２）より大きくすることにより提供されている請求項６に記載の冷媒用遠心式分配器。
8. 　前記流れ操作部分は、
   　前記上流側旋回室（４１６ｉ）から前記下流側旋回室（４１６ｊ）へ断面積を急拡大させるとともに、下流側の近傍に前記第２流出口が位置付けられた段差面（４１６ｋ）を含んでいる請求項７に記載の冷媒用遠心式分配器。
9. 　請求項１から請求項８のいずれかに記載の遠心式分配器と、
   　前記第１流出口の下流に設けられたノズル部（１４ａ）と、前記ノズル部から噴出される冷媒の流れにより冷媒を吸引する吸引口（１４ｂ）と、前記ノズル部から噴出された冷媒と前記吸引口から吸引された冷媒とを混合する混合部（１４ｃ）と、混合部の下流に設けられ冷媒を昇圧するディフューザ部（１４ｄ）とを備えるエジェクタと、
   　前記第２流出口と前記吸引口との間に配置された蒸発器（１８）とを備えている冷凍サイクル装置。
10. 　さらに、前記ディフューザ部の下流に設けられた他の蒸発器（１５）を備えている請求項９に記載の冷凍サイクル装置。
     

Images