WO2020178930A1 - 空気調和機、冷凍機及び分配器 - Google Patents

空気調和機、冷凍機及び分配器 Download PDF

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WO2020178930A1
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distributor
gas
opening
flow
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PCT/JP2019/008290
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French (fr)
Inventor
麻理 内田
浩之 豊田
佐々木　重幸
禎夫 関谷
広 米田
Original Assignee
日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements

Definitions

  • the present invention relates to an air conditioner, a refrigerator and a distributor.
  • parallel flow type heat exchangers are used in automobile radiators and air conditioners exclusively for air conditioning in order to reduce size, weight, performance, and cost.
  • this heat exchanger two header tubes are provided at the openings at both ends of a plurality of flat heat transfer tubes having aluminum fins brazed on the outer surface, and refrigerant is transferred from the header tube on the inflow side to the header tube on the outflow side. It is made to flow.
  • Patent Document 1 discloses a distributor in which a plurality of communication pipes having openings in the gas-liquid mixing unit are provided to perform distribution according to the heat load of the refrigerant circuit downstream of the distributor.
  • Patent Document 2 discloses a refrigerant shunt including an inflow pipe, an outflow pipe, and a partition plate arranged at the bottom. In this refrigerant shunt, the gas-liquid mixed refrigerant is once separated into a liquid refrigerant and a gas refrigerant, and then they are merged to improve the distribution accuracy.
  • the gas-liquid is separated and then the gas-liquid mixed refrigerant is sucked from the outflow pipe.
  • the liquid refrigerant flowing from the inflow port into the distributor is used. Needs to flow over the partition plate to the bottom of the outflow pipe. That is, in a state where a certain amount of liquid refrigerant is not stored in the distributor, the liquid refrigerant cannot exceed the partition plate, and therefore is distributed to each flow path of the heat exchanger at an appropriate liquid refrigerant flow ratio. There is a problem that it is difficult. As described above, the conventional technique has a problem that the refrigerant may not be distributed at an appropriate liquid refrigerant flow rate ratio.
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to distribute the refrigerant at an appropriate liquid refrigerant flow rate ratio.
  • the present invention comprises a heat exchanger having a plurality of flow paths for the refrigerant, and a distributor for distributing the refrigerant to each flow path of the heat exchanger, wherein the distributor is located inside the casing of the distributor. It has an inflow pipe for inflowing a refrigerant and a plurality of outflow pipes for outflowing the refrigerant in the housing, and each of the plurality of outflow pipes is a gas that flows out according to the height of a gas-liquid interface in the housing. It is characterized by having an opening in which the ratio of the refrigerant and the liquid refrigerant changes.
  • the refrigerant can be distributed at an appropriate liquid refrigerant flow rate ratio.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a distributor 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the AA portion of the distributor 10.
  • the distributor 10 distributes the refrigerant to a plurality of heat transfer tubes of the heat exchanger in the refrigeration cycle.
  • the distributor 10 of the present embodiment can supply the refrigerant having an appropriate liquid refrigerant flow rate ratio to both the parallel flow type heat exchanger and the fin tube type heat exchanger.
  • the distributor 10 has a housing 11, one inflow pipe 13, four outflow pipes 14, and a drift mechanism 15.
  • the inflow pipe 13 allows the refrigerant to flow into the gas-liquid separation space 12 inside the distributor 10.
  • the outflow pipe 14 flows out the refrigerant from the distributor 10 toward the heat exchanger.
  • the non-uniform flow mechanism 15 deflects the flow of the refrigerant flowing from the inflow pipe 13 in the gas-liquid separation space 12.
  • the inflow pipe 13, the outflow pipe 14, and the drift mechanism 15 are provided along the vertical direction H of the distributor 10. Further, the inflow pipe 13 and the outflow pipe 14 are provided so as to penetrate the upper portion 16 a of the housing 11.
  • the plurality of outflow pipes 14 are arranged so as to surround the inflow pipe 13. More specifically, the inflow pipe 13 is arranged at the center position in the lateral direction of the housing 11, and each outflow pipe 14 is arranged on the side wall 16c side of the inflow pipe 13. Further, the outflow pipes 14 are arranged at equal intervals on a predetermined circumference centered on the center position of the housing 11. However, the outflow pipes 14 do not necessarily have to be arranged at equal intervals.
  • the inflow pipe 13 and the outflow pipe 14 are both provided on the upper surface 16a side.
  • the size can be reduced as compared with the configuration in which the inflow pipe 13 is provided on the bottom surface 16b side and the outflow pipe 15 is provided on the upper surface 16a side.
  • the uneven flow mechanism 15 is provided below the inflow pipe 13 and apart from the lower end 13 a of the inflow pipe 13.
  • the drift mechanism 15 has a sloped surface 15a and a support member 15b.
  • the support member 15b is a rod-shaped member extending upward from the bottom portion 16b of the distributor 11, and a gradient surface 15a is formed on the upper end side thereof.
  • the gradient surface 15a is a surface having an upwardly convex gradient.
  • the sloped surface 15a is provided, for example, in a conical shape or a quadrangular pyramid shape. Further, the sloped surface 15a is assumed to be located closer to the center of the housing 11 in the lateral direction than the outflow pipe 14, but as another example, the sloped surface 15a is located in the lateral direction of the housing 11. It may be provided so as to project from the center to the outside (side wall 16c side) of the outflow pipe 14.
  • FIG. 3 is a diagram showing the outflow pipe 14.
  • the opening 19 is an elongated hole extending in the longitudinal direction of the outflow pipe 14, that is, the up-down direction H.
  • the opening 19 is provided such that the center position P of the opening 19 in the vertical direction is lower than the center position Q of the gas-liquid separation space 12 in the vertical direction. This can prevent the opening 19 from reaching the liquid phase in the gas-liquid separation space 12 and sucking up only the gas refrigerant. That is, the liquid refrigerant can be surely sucked up from the opening 19.
  • the center position P of the opening 19 and its length in the longitudinal direction are preferably designed according to the height of the gas-liquid interface 17 estimated from the capacity of the refrigeration cycle in which the distributor 10 is used. Specifically, it is preferable to provide the opening 19 at a position and a length such that the gas-liquid interface 17 is located between the upper end and the lower end of the opening 19. Thereby, the liquid refrigerant flow rate ratio of the refrigerant flowing out from each outflow pipe 14 can be appropriately maintained.
  • the width of the opening 19 in the lateral direction is less than half the circumference of the outflow pipe 14.
  • the opening 19 is arranged so as to face the center (inside) of the housing 11 in the lateral direction. Further, the opening 19 is provided below the sloped surface 15 a of the drift mechanism 15.
  • the lower end 14a of the outflow pipe 14 of this embodiment is also open.
  • the lower end 14a may be closed.
  • the distributor 10 is installed so that its downward direction corresponds to the direction of gravity. Therefore, the refrigerant flows from the inflow pipe 13 into the housing 11 along the direction of gravity, and flows out from the outflow pipe 14 along the direction opposite to the direction of gravity.
  • the flow direction of the gas-liquid mixed refrigerant is deflected from the downward direction to the side wall 16c side, and flows down through the side wall 16c.
  • gas-liquid separation is promoted.
  • the refrigerant drops along the side wall 16c, it is possible to reduce the disturbance of the gas-liquid interface 17 and the generation of bubbles. That is, the gas-liquid separation space 12 can be in a state where the liquid and the gas are well separated.
  • the opening 19 is arranged so as to face the center of the housing 11. Therefore, it is possible to prevent the refrigerant flowing out of the inflow pipe 13 from directly entering the opening 19.
  • the distributor 10 can supply a refrigerant having an appropriate liquid refrigerant flow rate ratio to each flow path of the heat exchanger.
  • the ratio of the area in contact with the gas and the area in contact with the liquid in the opening 19 also changes according to the vertical movement of the gas-liquid interface 17.
  • the ratio of the gas refrigerant and the liquid refrigerant (liquid refrigerant flow ratio) flowing out from the opening 19 changes depending on the height of the gas-liquid interface 17.
  • the distributor 10 since the distributor 10 according to the present embodiment separates gas and liquid, even under medium load conditions and low load conditions, an appropriate liquid refrigerant flow rate according to the liquid refrigerant flow rate ratio in the gas-liquid separation space 12 is obtained. A specific ratio of the refrigerant can be made to flow from the outflow pipe 14 to each flow path of the heat exchanger.
  • the liquid refrigerant does not flow into the outflow pipe unless the liquid refrigerant in an amount exceeding the partition plate is accumulated in the distributor.
  • the outflow pipe 14 of the present embodiment is provided below the gas-liquid separation space 12 so that the center position P of the outflow pipe 14 is located below the center position Q of the gas-liquid separation space 12. .. Therefore, even when the amount of the liquid refrigerant existing in the gas-liquid separation space 12 is small, the outflow pipe 14 can suck up an appropriate amount of the liquid refrigerant.
  • the lower side of the outflow pipe is made thinner than the upper side to make it easier to suck up the liquid refrigerant.
  • the outflow pipe 14 of the present embodiment has the relatively large opening 19 in the shape of an elongated hole, an appropriate amount of the liquid refrigerant can be obtained without reducing the diameter of the outflow pipe 14 below. Can be sucked up.
  • the outflow pipe 14 of the present embodiment can suck up the refrigerant having an appropriate liquid refrigerant flow ratio even when the amount of the liquid refrigerant is small.
  • the distributor 10 is installed so that the downward direction thereof and the gravity direction coincide with each other.
  • the downward direction of the distributor 10 and the gravity direction are slightly different. It shifts.
  • the plurality of outflow pipes 14 can supply the refrigerant having the same liquid refrigerant flow ratio to each flow path of the heat exchanger. ..
  • FIGS. 4A and 4B are graphs showing the liquid refrigerant flow rate ratios of each of the plurality of outflow pipes in a state where the distributor is tilted from the direction of gravity.
  • the vertical axis of the graph indicates the liquid refrigerant flow rate ratio.
  • A, B, C, and D on the horizontal axis are identification numbers of each outflow pipe. It corresponds to the outflow pipes arranged in the order of A, C, B, and D in the clockwise direction.
  • FIG. 4A shows the gas-liquid distribution ratio of the four outflow pipes 14 of the distributor 10 according to this embodiment.
  • FIG. 4B shows the liquid refrigerant flow rate ratios of the four outflow pipes of the distributor according to the related art.
  • the graph shown by a quadrangle, the graph shown by a diamond, and the graph shown by a triangle are graphs in which the inclination of the distributor 10 is 0°, plus 8°, and minus 8°, respectively.
  • the inflow pipe is provided on the bottom side of the distributor, the refrigerant flows in the direction opposite to gravity, and the gas and liquid are mixed by colliding with the upper surface, and the distributor is provided on the upper side.
  • the gas-liquid mixed refrigerant flows out from the four outflow pipes.
  • the distributor 10 increases or decreases by 8° (tilts), so that the liquid refrigerant flow rate ratios in the B and C outflow pipes and the A and D outflow pipes are large. It will be different.
  • the liquid refrigerant flow rate ratios of the outflow pipes A to D are substantially constant. In this way, in the distributor 10 of the present embodiment, even if the distributor 10 is tilted, it is possible to cause the refrigerant having substantially the same liquid refrigerant flow ratio to flow out from the outflow pipe 14.
  • the number of outflow pipes may be two or more, and is not limited to the embodiment. As another example, the number may be eight, for example. In any case, it is desirable that the plurality of outflow pipes be arranged at equal intervals on the circumference.
  • the number of outflow pipes of the distributor 10 is preferably 8 or less. Then, when the heat exchanger has, for example, 10 flow paths, for example, 5 distributors may be used in combination.
  • the shape of the opening 19 of the outflow pipe 14 is not limited to the embodiment.
  • the elongated hole of the opening 191 of the outflow pipe 141 may reach the lower end 141a.
  • the opening 191 may be provided in the shape of a notch extending upward from the lower end 141a of the outflow pipe 141. This structure has excellent workability.
  • the opening 192 of the outflow pipe 142 may have a plurality of holes 192a to 192g. Further, each of the holes 192a to 192g has a circular shape and is provided at equal intervals. In this case as well, at least one of the gas refrigerant and the liquid refrigerant flows in from each hole, and the liquid refrigerant flow rate ratio in the opening 192 formed by the plurality of holes 192a to 192g can be made substantially equal in each outflow pipe 14. In this case, the center of the opening 192 is set to an intermediate position (L / 2) of the total length L of the opening 192.
  • the positions and sizes of the openings 19 of the plurality of outflow pipes 14 may be different.
  • the positions and sizes of the openings 19 of the plurality of outflow pipes 14 may be different.
  • the opening 19 of one outflow pipe 14 may have an elongated hole shape, while the opening 19 of the other outflow pipe 14 may have a slit shape.
  • the size of the opening of each outflow pipe may be controlled according to the liquid refrigerant flow rate ratio of each flow path.
  • FIG. 6 is an overall configuration diagram of the distributor 20 according to the second embodiment.
  • the distributor according to the second embodiment will be mainly described about differences from the distributor 10 according to the first embodiment.
  • the inflow pipe 131a and the drift mechanism 131b are integrally provided as the inflow mechanism 131.
  • the inflow pipe 131a has almost the same configuration as the inflow pipe 13 described with reference to FIG.
  • the drift mechanism 131b is provided at the lower end of the inflow pipe 131a.
  • the non-uniform flow mechanism 131b is an upwardly convex sloped surface that continuously extends from the inner wall of the inflow pipe 131a.
  • the inner wall of the drift mechanism 131b is provided in the shape of a truncated cone.
  • the drift mechanism 131b is provided above the opening 19.
  • the direction of the refrigerant flowing into the gas-liquid separation space 12 from the drift mechanism 131b through the inflow pipe 131a is deflected toward the side wall 16c.
  • the distributor 20 of the second embodiment can also allow the refrigerant to flow in through the side wall 16c without disturbing the gas-liquid interface 17.
  • FIG. 7 is an overall configuration diagram of the distributor 30 according to the third embodiment.
  • the distributor 30 according to the third embodiment will be mainly described as being different from the distributor according to the other embodiments.
  • the inflow pipe 132 of the distributor 30 according to the third embodiment has a lower end 132a extending to the vicinity of the bottom portion 16b. That is, the lower end 132 a is located below the gas-liquid interface 17.
  • the drift mechanism 151 is a plate-shaped member protruding from the inflow pipe 132 on the lower side of the outflow pipe 14.
  • the drift mechanism 151 is assumed to project from the inflow pipe 132 to at least the side wall 16c side below the outflow pipe 14 in the lateral direction of the housing 11. However, it is assumed that a gap is provided between the side wall 16c and the drift mechanism 151.
  • the drift mechanism 151 is provided substantially parallel to the bottom portion 16b. Further, the drift mechanism 151 is arranged so as to be located below the gas-liquid interface 17.
  • the gas-liquid mixed refrigerant flowing from the inflow pipe 132 flows into the liquid phase accumulated under the gas-liquid separation space 12. Since the nonuniform flow mechanism 151 is provided in the upper part of the liquid phase, the upward flow is restricted, and the refrigerant flows to the upper part of the gas-liquid separation space 12 from the gap between the nonuniform flow mechanism 151 and the side wall 16c. According to this flow, the bubbles in the liquid phase also rise to the gas phase from the gap between the drift mechanism 151 and the side wall 16c.
  • the non-uniform flow mechanism 151 functions as a flow blocking surface that restricts the upward flow of the refrigerant, and prevents the non-uniform flow mechanism 151 from causing bubbles to flow from the region of the opening 19 facing the liquid phase. You can Also in this embodiment, since the opening 19 faces the center of the housing, bubbles can be prevented from flowing in.
  • the gas-liquid mixed refrigerant flows from a position near the bottom portion 16b in the gas-liquid separation space 12. Therefore, it is possible to reduce the generation of bubbles. In addition, it is possible to prevent the generated air bubbles from flowing into the opening 19. That is, the inflow pipe 13 can distribute the refrigerant at an appropriate liquid refrigerant flow rate ratio.
  • the shape of the drift mechanism 151 is not limited to the embodiment.
  • the drift mechanism 151 may be a downwardly sloping sloped surface with the inflow pipe 132 substantially at the center.
  • the surface of the drift mechanism 151 may not be a flat surface but may be a curved surface that is convex downward.
  • the shape and inclination of the drift mechanism 151 are not limited to those in the embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic sectional view of the distributor 40 according to the fourth embodiment as viewed from the lateral direction.
  • the inflow pipe 133 is connected to the opening 16d provided on the upper side of the side wall 16c, and communicates with the gas-liquid separation space 12 through the opening 16d.
  • the gas-liquid refrigerant flowing from the opening 16d spirally flows down along the side wall 16c toward the bottom 16b. Therefore, the disturbance of the gas-liquid interface 17 due to the inflow of the refrigerant can be reduced, and it is possible to avoid the generation of bubbles in the liquid phase accumulated under the gas-liquid separation space 12.
  • FIG. 9 is an overall configuration diagram of the air conditioner 50 according to the fifth embodiment.
  • the distributor according to any one of the first to fourth embodiments is applied to the air conditioner 50.
  • the air conditioner 50 includes an indoor unit 200 and an outdoor unit 210.
  • the indoor unit 200 and the outdoor unit 210 are connected by a liquid pipe 221 and a gas pipe 222 to form a refrigeration cycle.
  • the indoor unit 200 includes an indoor heat exchanger 201, an indoor blower 202, and an indoor expansion valve 203, and an indoor distributor 204 is provided between the indoor expansion valve 203 and the indoor heat exchanger 201.
  • the outdoor unit 210 includes an outdoor heat exchanger 211, an outdoor blower 212, a compressor 213, a four-way valve 214, and an outdoor expansion valve 215, and is provided between the outdoor expansion valve 215 and the outdoor heat exchanger 211.
  • a distributor 216 is provided.
  • the indoor distributor 204 and the outdoor distributor 216 are assumed to be any of the distributors 10, 20, 30, and 40 described in the first to fourth embodiments.
  • the refrigerant 80 having a high temperature and high pressure in the compressor 213 is guided to the indoor heat exchanger 201 (condenser) in the indoor unit 200 via the four-way valve 214. Then, the high temperature refrigerant flowing through the indoor heat exchanger 201 radiates heat to the indoor air supplied from the blower 202, thereby warming the room. At this time, in the indoor heat exchanger 201, the heat-deprived gas refrigerant gradually liquefies, and the supercooled liquid refrigerant flows out from the outlet of the indoor heat exchanger 201 via the indoor distributor 204. To do.
  • the liquid refrigerant flowing out of the indoor unit 200 via the indoor expansion valve 203 becomes a gas-liquid two-phase refrigerant in a low temperature/low pressure state due to the expansion action when passing through the outdoor expansion valve 215.
  • the low-temperature / low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant is distributed by the outdoor distributor 216 and guided to a plurality of flow paths of the outdoor heat exchanger 211 (evaporator).
  • the low-temperature refrigerant flowing through the outdoor heat exchanger 211 absorbs heat from the outside air supplied from the outdoor blower 212.
  • the refrigerant is gasified and returns to the compressor 213.
  • the heating operation of the air conditioner 50 is realized by the series of refrigeration cycles in which the refrigerant 80 circulates counterclockwise as described above.
  • the four-way valve 214 is switched to form a refrigeration cycle in which the refrigerant 81 circulates clockwise.
  • the indoor heat exchanger 201 acts as an evaporator and the outdoor heat exchanger 211 acts as a condenser.
  • FIG. 10 is an overall configuration diagram of the refrigerator 60 according to the sixth embodiment.
  • the distributor according to any one of the first to fourth embodiments is applied to the refrigerator 60.
  • the compressor 61, the condenser 62, the expansion valve 63, the distributor 64, and the evaporator 65 constitute a refrigeration cycle.
  • the distributor 64 is assumed to be any of the distributors 10, 20, 30, and 40 described in the first to fourth embodiments.
  • the high temperature and high pressure refrigerant in the compressor 61 is condensed in the condenser 62 to become a liquid refrigerant.
  • the low-temperature low-pressure liquid refrigerant decompressed by the expansion valve 63 is distributed to the plurality of flow paths by the distributor 64 and then supplied to the evaporator 65.
  • the evaporator 65 heat is exchanged to become a gas refrigerant and return to the compressor 61.
  • the cooler 66 cools the condenser 62 by flowing cooling water to the condenser 62.

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Abstract

冷媒の複数の流路を有する熱交換器と、前記熱交換器の各流路に冷媒を分配する分配器とを備え、前記分配器は、前記分配器の筐体内へ冷媒を流入させる流入管と、前記筐体内の冷媒を流出させる複数の流出管とを有し、前記複数の流出管のそれぞれは、前記筐体内における気液界面の高さに応じて流出するガス冷媒及び液冷媒の割合が変わる開口部を有することを特徴とする。

Description

空気調和機、冷凍機及び分配器
　本発明は、空気調和機、冷凍機及び分配器に関する。
　冷暖房に対応した空気調和機の多くでは、円形銅製伝熱管とアルミ製の短冊状のフィンで構成されるクロスフィンチューブ型熱交換器が用いられている。この熱交換器は、銅製伝熱管内にフロン系の冷媒を流動させることで、冷媒と空気の間で熱交換を行う。
　一方、自動車用ラジエータや冷房専用のエアコンでは、小型軽量化、高性能化、低コスト化を目的として、パラレルフロー型の熱交換器が利用されている。この熱交換器は、外表面にアルミ製フィンをろう付けした複数の扁平伝熱管の両端の開口部に２本のヘッダ管が設けられ、流入側のヘッダ管から流出側のヘッダ管に冷媒を流動させるものである。
　熱交換器を有効に利用すべく、熱交換器を構成する各伝熱管に流れる気液二相冷媒量を適正化できる分配器が望まれている。これに対し、特許文献１には、気液混合部に開口部を設けた複数の連通管を設けることで、分配器下流の冷媒回路の熱負荷に合わせた分配を行う分配器が開示されている。また、特許文献２には、流入管と、流出管と、底部に配置された仕切板と、を備えた冷媒分流器が開示されている。この冷媒分流器では、気液混合冷媒を、一旦液冷媒とガス冷媒に分離した後で、それぞれを合流させることにより、分配精度を向上させている。
特開２０１８－１６２９０１号公報 特開２０１２－１３７２２３号公報
　しかしながら、低負荷条件や中負荷条件においては、冷媒の流れが緩やかになり、液とガスが分離して配管を流れることになる。特許文献１の技術では、この状態のまま冷媒を分配することになるため、ある流路においては液の比率が高く、他の流路ではガスの比率が高い、というように、適切な液冷媒流量比で冷媒を分配することができないという問題がある。
　また、特許文献２の技術においては、気液を分離させた上で気液混合冷媒を流出管から吸い上げるが、流出管が液冷媒を吸い上げるためには、流入口から分配器に流入した液冷媒が仕切板を超えて流出管の下方まで流れ込む必要がある。すなわち、ある程度の液冷媒が分配器内に蓄えられていない状態においては、液冷媒が仕切板を超えることができず、したがって、適切な液冷媒流量比で熱交換器の各流路に分配することが困難であるという問題がある。このように、従来技術においては、適切な液冷媒流量比で冷媒を分配することができない場合があるという問題があった。
　本発明はこのような問題点に鑑みなされたもので、適切な液冷媒流量比で冷媒を分配することを目的とする。
　そこで、本発明は、冷媒の複数の流路を有する熱交換器と、前記熱交換器の各流路に冷媒を分配する分配器とを備え、前記分配器は、前記分配器の筐体内へ冷媒を流入させる流入管と、前記筐体内の冷媒を流出させる複数の流出管とを有し、前記複数の流出管のそれぞれは、前記筐体内における気液界面の高さに応じて流出するガス冷媒及び液冷媒の割合が変わる開口部を有することを特徴とする。
　本発明によれば、適切な液冷媒流量比で冷媒を分配することができる。
分配器の全体構成図である。 分配器の断面図である。 流出管を示す図である。 実施形態に係る分配器の液冷媒流量比のグラフを示す図である。 従来技術に係る配器の液冷媒流量比のグラフを示す図である。 開口部の変形例を示す図である。 開口部の変形例を示す図である。 第２の実施形態に係る分配器の全体構成図である。 第３の実施形態に係る分配器の全体構成図である。 第４の実施形態に係る分配器の全体構成図である。 第５の実施形態に係る空気調和機の全体構成図である。 第６の実施形態に係る冷凍機の全体構成図である。
（第１の実施形態）
　図１は、第１の実施形態に係る分配器１０の全体構成図である。図２は、分配器１０のＡＡ部における断面図である。分配器１０は、冷凍サイクルにおいて熱交換器の複数の伝熱管に冷媒を分配する。本実施形態の分配器１０は、パラレルフロー型の熱交換器及びフィンチューブ型の熱交換器のいずれに対しても適切な液冷媒流量比の冷媒を供給することができる。
　分配器１０は、筐体１１と、１本の流入管１３と、４本の流出管１４と、偏流機構１５と、を有している。流入管１３は、分配器１０内部の気液分離空間１２に冷媒を流入させる。流出管１４は、分配器１０から冷媒を熱交換器に向けて流出する。偏流機構１５は、気液分離空間１２において、流入管１３から流入した冷媒の流れを偏向する。
　流入管１３、流出管１４及び偏流機構１５は、分配器１０の上下方向Ｈに沿って設けられている。さらに、流入管１３及び流出管１４は、筐体１１の上部１６ａを貫通するように設けられている。複数の流出管１４は、流入管１３の周囲を囲うように配置されている。より具体的には、筐体１１の横方向における中心位置に流入管１３が配置され、各流出管１４は、流入管１３よりも側壁１６ｃ側に配置されている。また、各流出管１４は、筐体１１の中心位置を中心とした所定の円周上に等間隔に配置されている。ただし、各流出管１４は必ずしも等間隔に配置されていなくともよい。
　本実施形態の分配器１０においては、流入管１３及び流出管１４は、いずれも上面１６ａ側に設けられている。これにより、流入管１３を底面１６ｂ側に設け、流出管１５を上面１６ａ側に設けた構成に比べて小型化することができる。
　偏流機構１５は、流入管１３の下方位置において、流入管１３の下端１３ａから離間して設けられている。偏流機構１５は、勾配面１５ａと、支持部材１５ｂとを有している。支持部材１５ｂは、分配器１１の底部１６ｂから上方向に延びる棒状部材であり、その上端側に勾配面１５ａが形成されている。勾配面１５ａは、上方向に凸の勾配を有する面である。勾配面１５ａは、例えば、円錐形状、四角錐形状に設けられている。また、勾配面１５ａは、流出管１４よりも、筐体１１の横方向の中心側に位置しているものとするが、他の例としては、勾配面１５ａは、筐体１１の横方向の中心から流出管１４よりも外側（側壁１６ｃ側）まで張り出すように設けられてもよい。
　各流出管１４の下側には、開口部１９が設けられている。図３は、流出管１４を示す図である。開口部１９は、流出管１４の長手方向、すなわち上下方向Ｈに延びた長穴である。図１に示すように、開口部１９は、開口部１９の上下方向における中心位置Ｐが、気液分離空間１２の上下方向における中心位置Ｑよりも下側に位置するように設けられている。これにより、開口部１９が気液分離空間１２中の液相に届かず、ガス冷媒のみを吸い上げてしまうのを防ぐことができる。すなわち、開口部１９から確実に液冷媒を吸い上げることができる。
　さらに、開口部１９の中心位置Ｐ及びその長手方向の長さは、分配器１０が使用される冷凍サイクルの能力から推定される気液界面１７の高さに応じて設計されるのが好ましい。具体的には、開口部１９の上端から下端の間に気液界面１７が位置するような位置及び長さに開口部１９を設けるのが好ましい。これにより、各流出管１４から流出する冷媒の液冷媒流量比を適切に保つことができる。
　また、開口部１９の横方向の幅は流出管１４の円周の半分以下であるものとする。そして、開口部１９は、筐体１１の横方向における中心（内側）を向くように配置されている。また、開口部１９は、偏流機構１５の勾配面１５ａよりも下側に設けられている。
　本実施形態の流出管１４は、さらに、下端１４ａも開口している。但し、他の例としては、下端１４ａは閉じられていてもよい。
　分配器１０は、その下方向が重力方向に対応するように設置される。このため、冷媒は流入管１３から重力方向に沿って筐体１１に流入し、流出管１４から重力方向と逆の方向に沿って流出する。
　次に、分配器１０における冷媒の流れについて説明する。流入管１３から下向きに気液分離空間１２に流入した気液混合冷媒は、勾配面１５ａに接触する。これにより、気液混合冷媒の流れの向きが下向きから側壁１６ｃ側に偏向され、側壁１６ｃを伝って下方に流れ落ちる。このように、側壁１６ｃ側に偏向されることで、気液分離が促進される。さらに、冷媒が側壁１６ｃを伝って落ちるので、気液界面１７が乱されたり、気泡が生じたりするのを低減することができる。すなわち、気液分離空間１２を液体と気体とが良好に分離した状態とすることができる。さらに、開口部１９は、筐体１１の中心を向くように配置されている。このため、流入管１３から流出した冷媒が開口部１９に直接入るのを防ぐことができる。
　流出管１４の開口部１９の下側の領域は気液界面１７の下側において液体と接触し、開口部１９の上側の領域は気液界面１７の上側においてガスと接触している。このため、流出管１４からは適切な液冷媒流量比で液冷媒とガス冷媒が吸い上げられる。すなわち、本実施形態に係る分配器１０は、熱交換器の各流路に、液冷媒流量比が適切な冷媒を供給することができる。
　さらに、気液界面１７の上下変動に応じて、開口部１９において、ガスが接触する面積と液体が接触する面積の比も変動する。換言すれば、開口部１９から流出するガス冷媒及び液冷媒の割合（液冷媒流量比）は気液界面１７の高さに応じて変わる。
　以上のように、本実施形態に係る分配器１０は、気液を分離させるので、中負荷条件や低負荷条件においても、気液分離空間１２における液冷媒流量比に応じた適切な液冷媒流量比の冷媒を流出管１４から熱交換器の各流路に流出させることができる。
　従来技術において説明したように、特許文献２の技術においては、仕切板を超える量の液冷媒が分配器に溜まらないと、流出管に液冷媒が流入しない。これに対し、本実施形態の流出管１４は、流出管１４の中心位置Ｐが気液分離空間１２の中心位置Ｑよりも下に位置するよう、気液分離空間１２の下方に設けられている。このため、気液分離空間１２に存在する液冷媒の量が少ない状態においても、流出管１４は、適切な量の液冷媒を吸い上げることができる。
　さらに、特許文献２の技術においては、流出管の下側を上側に比べて細くすることで液冷媒を吸い上げ易くしている。これに対し、本実施形態の流出管１４は、長穴形状の比較的大きな開口部１９を有しているため、流出管１４の下側において径を小さくしなくとも、適切な量の液冷媒を吸い上げることができる。このように、本実施形態の流出管１４は、液冷媒が少ない状態においても、適切な液冷媒流量比の冷媒を吸い上げることができる。
　また、上述のように、分配器１０は、その下方向と重力方向が一致するように設置されるのが望ましいが、実際の設置状態においては、分配器１０の下方向と重力方向はわずかにずれる。このように分配器１０が傾いた状態においても、本実施形態の分配器１０においては、複数の流出管１４が等しい液冷媒流量比の冷媒を熱交換器の各流路に供給することができる。
　図４Ａ及び図４Ｂは、分配器が重力方向から傾いた状態での、複数の流出管それぞれの液冷媒流量比を示すグラフである。グラフの縦軸は、液冷媒流量比を示している。横軸のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、各流出管の識別番号である。時計回りに、Ａ、Ｃ、Ｂ、Ｄの順に配置された流出管に対応するものとする。図４Ａは、本実施形態に係る分配器１０の４本の流出管１４の気液分配比を示している。一方、図４Ｂは、従来技術に係る分配器の４本の流出管の液冷媒流量比を示している。四角形で示すグラフ、ひし形で示すグラフ、三角形で示すグラフは、それぞれ分配器１０の傾きが０°、プラス８°、マイナス８°のグラフである。なお、従来技術に係る分配器は、流入管が分配器の底辺部側に設けられ、重力と逆向きに冷媒が流入し、上面に衝突することで気液を混合させ、上部側に設けられた４本の流出管から気液混合冷媒が流出する構成である。
　図４Ｂのグラフからわかるように従来の分配器においては、分配器１０が８°増減する（傾く）ことにより、Ｂ、Ｃの流出管と、Ａ、Ｄの流出管における液冷媒流量比が大きく異なってしまう。これに対し、図４Ａのグラフからわかるように、本実施形態の分配器１０においては、分配器１０が傾いた場合においても、Ａ～Ｄの流出管の液冷媒流量比はほぼ一定である。このように、本実施形態の分配器１０においては、分配器１０が傾いた場合においても、ほぼ等しい液冷媒流量比の冷媒を流出管１４から流出させることができる。
　なお、第１の実施形態に係る分配器１０の第１の変形例としては、流出管の数は、２本以上であればよく、実施形態に限定されるものではない。他の例としては、例えば８本でもよい。なお、いずれの場合も、複数の流出管は、円周上に等間隔に配置されるのが望ましい。また、分配器１０の流出管の数は、８本以下であるのが好ましい。そして、熱交換器が例えば、１０の流路を有しているような場合には、例えば、５本の分配器を２つ組み合わせて用いることとすればよい。
　第２の変形例としては、流出管１４の開口部１９の形状は、実施形態に限定されるものではない。例えば、図５Ａに示すように、流出管１４１の開口部１９１の長穴が下端１４１ａに達していてもよい。換言すれば、開口部１９１は、流出管１４１の下端１４１ａから上方向に延びた切り欠きの形状に設けられていてもよい。本構造は加工性に優れている。
　また、他の例としては、図５Ｂに示すように、流出管１４２の開口部１９２は、複数の穴１９２ａ～１９２ｇを有してもよい。さらに、各穴１９２ａ～１９２ｇは円形であり、等間隔に設けられているものとする。この場合も、各穴からガス冷媒及び液冷媒の少なくとも一方が流入し、複数の穴１９２ａ～１９２ｇで構成された開口部１９２における液冷媒流量比を各流出管１４においてほぼ等しくすることができる。なお、この場合、開口部１９２の中心は、開口部１９２の全長Ｌの中間位置（Ｌ／２）とする。
　第３の変形例としては、複数の流出管１４の開口部１９の位置及びサイズは、異なっていてもよい。例えば、熱交換器の各流路へ流出させる冷媒の液冷媒流量比を異ならせたい場合がある。このような場合には、要求される液冷媒流量比に応じて、開口部１９の位置及びサイズのうち少なくとも一方を制御してもよい。さらに、他の例としては、複数の流出管１４の開口部１９の形状は、異なっていてもよい。例えば、一の流出管１４の開口部１９は長穴の形状であるのに対し、他の流出管１４の開口部１９はスリット形状であってもよい。この場合も、各流路の液冷媒流量比に応じて、各流出管の開口部の大きさを制御してもよい。
（第２の実施形態）
　図６は、第２の実施形態に係る分配器２０の全体構成図である。ここでは、第２の実施形態に係る分配器について、第１の実施形態に係る分配器１０と異なる点を主に説明する。第２の実施形態に係る分配器２０においては、流入管１３１ａと偏流機構１３１ｂは流入機構１３１として一体に設けられている。
　流入管１３１ａは、図１等を参照しつつ説明した流入管１３とほぼ同様の構成である。偏流機構１３１ｂは、流入管１３１ａの下端に設けられている。偏流機構１３１ｂは、流入管１３１ａの内壁から連続して延びる、上に凸の勾配面である。具体的には、偏流機構１３１ｂの内壁は円錐台の形状に設けられている。さらに、偏流機構１３１ｂは、開口部１９よりも上側に設けられている。これにより、流入管１３１ａを通り偏流機構１３１ｂから気液分離空間１２に流入する冷媒の向きは、側壁１６ｃ側に偏向される。これにより、第２の実施形態の分配器２０も、気液界面１７を乱すことなく、側壁１６ｃを伝って冷媒を流入させることができる。
（第３の実施形態）
　図７は、第３の実施形態に係る分配器３０の全体構成図である。ここで、第３の実施形態に係る分配器３０について、他の実施形態に係る分配器と異なる点を主に説明する。図７に示すように、第３の実施形態に係る分配器３０の流入管１３２は、下端１３２ａが底部１６ｂ付近まで延びている。すなわち、下端１３２ａは、気液界面１７の下に位置する。また、偏流機構１５１は、流出管１４よりも下側において、流入管１３２から張り出した板状部材である。偏流機構１５１は、筐体１１の横方向において、流入管１３２から少なくとも流出管１４の下方よりも側壁１６ｃ側まで張り出しているものとする。ただし、側壁１６ｃと偏流機構１５１の間には隙間が設けられているものとする。偏流機構１５１は、底部１６ｂに略平行に設けられている。さらに、偏流機構１５１は、気液界面１７の下に位置するように配置されるものとする。
　第３の実施形態においては、流入管１３２から流入した気液混合冷媒は、気液分離空間１２の下に溜まった液相中に流れ込む。液相の上部には偏流機構１５１が設けられているため、上への流れは制限され、冷媒は、偏流機構１５１と側壁１６ｃの間の隙間から気液分離空間１２の上部に流れる。この流れに従い、液相中の気泡も偏流機構１５１と側壁１６ｃの間の隙間から気相に上がっていく。このように、偏流機構１５１は、冷媒の上方向への流れを制限する遮流面として機能し、偏流機構１５１により、開口部１９のうち液相に面した領域から気泡が流れ込むのを防ぐことができる。なお、本実施形態においても、開口部１９は、筐体の中心を向いているため、気泡が流れ込むのを避けることができる。
　以上のように、第３の実施形態の分配器１０においては、気液混合冷媒は、気液分離空間１２のうち底部１６ｂに近い位置から流入する。このため、気泡が発生するのを低減することができる。また、発生した気泡が開口部１９に流れ込むのを防ぐことができる。すなわち、流入管１３は、適切な液冷媒流量比で冷媒を分配することができる。
　なお、第３の実施形態の変形例としては、偏流機構１５１の形状は実施形態に限定されるものではない。例えば、偏流機構１５１は、流入管１３２を略中心とした下に凸の勾配面であってもよい。また、偏流機構１５１の面は平面ではなく、下に凸の曲面であってもよい。このように、偏流機構１５１の形状や、傾きは実施形態に限定されるものではない。
（第４の実施形態）
　次に、第４の実施形態に係る分配器４０について、他の実施形態に係る分配器と異なる点を主に説明する。図８は、第４の実施形態に係る分配器４０を横方向から見た概略断面図である。第４の実施形態に係る分配器４０においては、流入管１３３は、側壁１６ｃの上側に設けられた開口部１６ｄに接続され、開口部１６ｄを通じて、気液分離空間１２と連通している。
　開口部１６ｄから流入した気液冷媒は、側壁１６ｃに沿って底部１６ｂに向けてらせん状に流れ落ちる。このため、冷媒流入による気液界面１７の乱れを低減でき、気液分離空間１２の下に溜まった液相中に気泡が生じるのを避けることができる。
（第５の実施形態）
　図９は、第５の実施形態に係る空気調和機５０の全体構成図である。空気調和機５０には、第１～４の実施形態の何れかの分配器が適用されている。空気調和機５０は、室内機２００と、室外機２１０と、を有している。室内機２００と室外機２１０は、液管２２１及びガス管２２２により接続され、冷凍サイクルを構成している。
　室内機２００は、室内熱交換器２０１と、室内送風機２０２と、室内膨張弁２０３と、を備え、室内膨張弁２０３と室内熱交換器２０１の間に室内分配器２０４が設けられている。室外機２１０は、室外熱交換器２１１と、室外送風機２１２と、圧縮機２１３と、四方弁２１４と、室外膨張弁２１５と、を備え、室外膨張弁２１５と室外熱交換器２１１の間に室外分配器２１６が設けられている。ここで、室内分配器２０４及び室外分配器２１６は、第１～４の実施形態において説明した分配器１０、２０、３０、４０の何れかであるものとする。
　暖房運転時は、圧縮機２１３で高温・高圧状態になった冷媒８０は、四方弁２１４を介して室内機２００内の室内熱交換器２０１（凝縮器）に導かれる。そして、室内熱交換器２０１を流れる高温の冷媒が、送風機２０２から供給される室内空気に放熱することで、室内が暖められる。このとき、室内熱交換器２０１内では、熱を奪われたガス冷媒が次第に液化し、室内熱交換器２０１の出口からは、室内分配器２０４を経由して、過冷却状態の液冷媒が流出する。
　その後、室内膨張弁２０３を経由して、室内機２００から流出した液冷媒は、室外膨張弁２１５を通過する時の膨張作用により低温・低圧状態の気液二相冷媒となる。この低温・低圧の気液二相冷媒は、室外分配器２１６により分配され、室外熱交換器２１１（蒸発器）の複数の流路に導かれる。そして、室外熱交換器２１１を流れる低温の冷媒が、室外送風機２１２から供給される外気から吸熱する。室外熱交換器２１１の出口では、冷媒はガス化して圧縮機２１３に戻る。以上で説明した、反時計回りに冷媒８０が循環する一連の冷凍サイクルによって、空気調和機５０の暖房運転が実現される。
　一方、冷房動作時には、四方弁２１４を切り替えて、時計回りに冷媒８１が循環する冷凍サイクルを形成する。この場合、室内熱交換器２０１が蒸発器として作用し、室外熱交換器２１１が凝縮器として作用する。
（第６の実施形態）
　図１０は、第６の実施形態に係る冷凍機６０の全体構成図である。冷凍機６０には、第１～４の実施形態の何れかの分配器が適用されている。冷凍機６０においては、圧縮機６１と、凝縮器６２と、膨張弁６３と、分配器６４と、蒸発器６５と、により冷凍サイクルが構成されている。ここで、分配器６４は、第１～４の実施形態において説明した分配器１０、２０、３０、４０の何れかであるものとする。
　圧縮機６１で高温・高圧状態になった冷媒は、凝縮器６２において凝縮されて液冷媒となる。その後、膨張弁６３で減圧された低温低圧の液冷媒は分配器６４で複数の流路に分配された上で蒸発器６５に供給される。蒸発器６５では、熱交換することでガス冷媒となり圧縮機６１に戻る。冷却器６６は、凝縮器６２に冷却水を流すことで凝縮器６２を冷却する。
　以上、上述した各実施形態によれば、適切な液冷媒流量比で冷媒を分配する分配器、空気調和機及び冷凍機を提供することができる。
　以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１０　分配器
５０　空気調和機
６０　冷凍機
１２　気液分離空間
１３　流入管
１４　流出管
１５　偏流機構
１７　気液界面
１９　開口部

Claims (12)

  1. 　冷媒の複数の流路を有する熱交換器と、
    　前記熱交換器の各流路に冷媒を分配する分配器と
    を備え、
    　前記分配器は、
    　前記分配器の筐体内へ冷媒を流入させる流入管と、
    　前記筐体内の冷媒を流出させる複数の流出管と
    を有し、
    　前記複数の流出管のそれぞれは、前記筐体内における気液界面の高さに応じて流出するガス冷媒及び液冷媒の割合が変わる開口部を有することを特徴とする空気調和機。
  2. 前記複数の流出管のうち少なくとも１つの流出管の前記開口部は、前記気液分離空間の上下方向における前記開口部の中心位置が、前記気液分離空間の上下方向の中心位置よりも下側に位置することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
  3. 　前記複数の流出管のうち少なくとも１つの流出管の前記開口部は、前記上下方向に延びた長穴であることを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和機。
  4. 　前記複数の流出管のうち少なくとも１つの流出管の前記開口部は、前記流出管の下端から前記上方向に延びた切り欠きであることを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和機。
  5. 　前記流入管は、前記分配器の上部から冷媒を流入させ、
    　前記流出管は、前記分配器の上方向に向かって、冷媒を流出させることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の空気調和機。
  6. 　前記流入管から前記気液分離空間に流入した冷媒の流れの向きを前記筐体の側壁側に偏向する偏流機構をさらに有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の空気調和機。
  7. 　前記流入管の下端は、前記開口部よりも上に位置し、
    　前記偏流機構は、前記流入管の下方位置に設けられた上方向に凸の勾配面であることを特徴とする請求項６に記載の空気調和機。
  8. 　前記流入管の下端は、前記開口部よりも上に位置し、
    　前記偏流機構は、前記流入管の下端の内壁から連続した上方向に凸の勾配面であることを特徴とする請求項６に記載の空気調和機。
  9. 　前記流入管の下端は、前記開口部よりも下に位置し、
    　前記偏流機構は、前記流入管の前記下端より上で、且つ前記開口部よりも下の位置に設けられ、前記下端から流入した冷媒の上方向への流れを制限する遮流面であることを特徴とする請求項６に記載の空気調和機。
  10. 　前記複数の流出管は、前記流入管よりも前記筐体の側壁側に配置されることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の空気調和機。
  11. 　冷媒の複数の流路を有する熱交換器と、
    　前記熱交換器の各流路に冷媒を分配する分配器と
    を備え、
    　前記分配器は、
    　前記分配器の筐体内へ冷媒を流入させる流入管と、
    　前記筐体内の冷媒を流出させる複数の流出管と
    を有し、
    　前記複数の流出管のそれぞれは、前記筐体内における気液界面の高さに応じて流出するガス冷媒及び液冷媒の割合が変わる開口部を有することを特徴とする冷凍機。
  12. 　熱交換器の各流路に冷媒を分配する分配器であって、
    　前記分配器の筐体内へ冷媒を流入させる流入管と、
    　前記筐体内の冷媒を流出させる複数の流出管と
    を有し、
    　前記複数の流出管のそれぞれは、前記筐体内における気液界面の高さに応じて流出するガス冷媒及び液冷媒の割合が変わる開口部を有することを特徴とする分配器。
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