WO2021234959A1 - 冷媒分配器、熱交換器及び空気調和装置 - Google Patents

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WO2021234959A1
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inner pipe
heat exchanger
pipe
flow hole
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洋次 尾中
崇 松本
理人 足立
哲二 七種
祐基 中尾
裕之 森本
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三菱電機株式会社
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    • F28F2009/0285—Other particular headers or end plates
    • F28F2009/0297—Side headers, e.g. for radiators having conduits laterally connected to common header

Definitions

  • the present disclosure relates to a double-structured refrigerant distributor, heat exchanger, and air conditioner including an inner pipe and an outer pipe.
  • a refrigerant distributor that distributes a refrigerant using a double-structured pipe having an inner pipe and an outer pipe is known.
  • a refrigerant flow hole also called an orifice hole is provided at the lowermost portion of the inner pipe.
  • the refrigerant flowing out of the refrigerant flow hole is ejected into the space between the inner pipe and the outer pipe, flows into the heat transfer pipe from the outer pipe, and exchanges heat with air there (see, for example, Patent Document 1).
  • the refrigerant distributor it is difficult for the flow state of the refrigerant to transition to the annular flow for various reasons, and the refrigerant distributor is in the vertical direction even though it is in the annular basin in the general flow mode diagram.
  • the liquid phase distribution in the cross section is biased.
  • the inflow pipe of the refrigerant is short, or when the heat exchanger and the heat exchanger are connected by a connecting pipe having a bent portion to form one heat exchanger.
  • the conventional refrigerant distributor has a problem that the refrigerant cannot be sufficiently distributed due to the bias of the liquid phase distribution.
  • the present disclosure has been made in view of the above circumstances, and provides a refrigerant distributor, a heat exchanger, and an air conditioner capable of suppressing the bias of the liquid phase distribution of the refrigerant distributor and appropriately distributing the refrigerant.
  • the purpose is to provide.
  • the refrigerant distributor of the present disclosure includes an outer pipe in which a plurality of heat transfer pipes are connected at predetermined intervals, and an inner pipe housed in the outer pipe and having a refrigerant flow hole, and the refrigerant flow hole is the inner pipe.
  • the angle ⁇ seen from the center of the inner pipe from the lower end of the inner pipe on the vertical line passing through the center of the pipe to the position where the refrigerant flow hole exists is provided in the range of 10 ° ⁇ ⁇ ⁇ 80 °, and the refrigerant is provided.
  • the refrigerant distributor of the present disclosure has only one refrigerant flow hole in the vertical cross section of the inner pipe at the position where the refrigerant flow hole is provided.
  • the refrigerant flow hole is provided in a range where the angle ⁇ from the lower end of the inner pipe on the vertical line passing through the center of the inner pipe to the position where the refrigerant flow hole exists is in the range of 10 ° ⁇ ⁇ ⁇ 80 °. Therefore, the refrigerant flow holes are provided only in the vicinity of the liquid level of the refrigerant. Thereby, the refrigerant distributor can uniformly distribute the refrigerant in the space formed between the inner pipe and the outer pipe, and can appropriately distribute the refrigerant.
  • FIG. It is a refrigerant circuit diagram of the air conditioner which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a side schematic of the outdoor heat exchanger of the air conditioner which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a top view of the outdoor heat exchanger of the air conditioner according to the first embodiment. It is a figure which shows the state of the refrigerant in the inner pipe of the air conditioner which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a vertical sectional view of the refrigerant distributor of line AA of FIG. 3 of the air conditioner which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is sectional drawing in the vertical direction which shows the relationship between the liquid level of the refrigerant of the inner pipe and the refrigerant outflow hole for demonstrating the effect of the air conditioner which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the influence range to the refrigerant of the refrigerant outflow hole for explaining the effect of the air conditioner which concerns on Embodiment 1, and the flow state of a refrigerant. It is a figure which shows the refrigerant distribution amount characteristic when the refrigerant outflow hole for demonstrating the effect of the air conditioner which concerns on Embodiment 1 is provided in the lower part of the inner pipe.
  • FIG. 1 It is sectional drawing in the vertical direction which shows the relationship between the liquid level of the refrigerant of the inner pipe, and the refrigerant outflow hole for demonstrating the effect of the air conditioner which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the influence range to the refrigerant of the refrigerant outflow hole for explaining the effect of the air conditioner which concerns on Embodiment 1, and the flow state of a refrigerant. It is a figure which shows the refrigerant distribution amount characteristic at the time of providing the refrigerant outflow hole in the upper part of the inner pipe for explaining the effect of the air conditioner which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. 15 is a vertical cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG.
  • FIG. 15 is a vertical sectional view taken along line BB shown in FIG. 15 of the refrigerant distributor of the air conditioner according to the second embodiment. It is a side schematic of the 2nd outdoor heat exchanger of the air conditioner which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. 15 is a vertical sectional view taken along line BB shown in FIG. 15 of the refrigerant distributor of the air conditioner according to the second embodiment. It is a side schematic of the 2nd outdoor heat exchanger of the air conditioner which concerns on Embodiment 3.
  • Embodiment 1 an air conditioner having a refrigerant distributor according to the embodiment will be described with reference to the drawings.
  • the same components will be described with the same reference numerals, and duplicate explanations will be given only when necessary.
  • the present disclosure may include any combination of configurable configurations among the configurations described in each of the following embodiments.
  • FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram of the air conditioner 100 according to the first embodiment.
  • the air conditioner 100 includes an outdoor unit 10 and a plurality of indoor units 11, 12, and 13.
  • the indoor units 11, 12 and 13 are connected in parallel with each other.
  • the refrigerant circulates inside the outdoor unit 10 and the plurality of indoor units 11, 12, and 13.
  • the air conditioner 100 is a multi-type air conditioner.
  • the first embodiment does not limit the number of indoor units 11, 12, and 13 connected to the outdoor unit 10.
  • the air conditioner 100 has a refrigerant circuit in which a compressor 1, a four-way valve 2, an outdoor heat exchanger 3, an expansion valve 5, an indoor heat exchanger 6, and an accumulator 8 are connected by a refrigerant pipe. .. In each of the outdoor heat exchanger 3 and the indoor heat exchanger 6, heat is exchanged between the refrigerant flowing inside and the air by the wind generated by the fan 4 and the fan 7.
  • the refrigerant of the high-temperature and high-pressure gas compressed by the compressor 1 is transferred from the refrigerant pipe 26 connecting the four-way valve 2 and the outdoor heat exchanger 3 to the outdoor heat exchanger 3 via the four-way valve 2. Inflow.
  • the refrigerant flowing into the outdoor heat exchanger 3 exchanges heat with the wind generated by the fan 4, and then flows out from the refrigerant pipe 27 connecting the outdoor heat exchanger 3 and the expansion valve 5.
  • the refrigerant flows in the direction opposite to the refrigerant flow direction in the case of the above-mentioned condenser.
  • FIG. 2 is a schematic side view of the outdoor heat exchanger 3 of the air conditioner 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a top-level drawing of the outdoor heat exchanger 3 of the air conditioner 100 according to the first embodiment.
  • the black arrow in the figure indicates the flow of the refrigerant when it functions as an evaporator.
  • the outdoor heat exchanger 3 mounted on the outdoor unit 10 of the air conditioner 100 exchanges heat between the outside air sucked from the suction port by the fan 4 and the refrigerant.
  • the outdoor heat exchanger 3 is arranged below the fan 4.
  • the outdoor heat exchanger 3 has a refrigerant distributor 30, a plurality of heat transfer tubes 31, and a plurality of fins 32.
  • the refrigerant distributor 30 is arranged in the horizontal direction.
  • the plurality of heat transfer tubes 31 are provided at intervals, and one end of each is inserted into the refrigerant distributor 30.
  • the fin 32 is attached to the heat transfer tube 31 and is provided between the heat transfer tubes 31. The fin 32 transfers heat to the heat transfer tube 31.
  • the refrigerant distributor 30 has a double pipe structure including an inner pipe 33 and an outer pipe 34.
  • a plurality of heat transfer tubes 31 are connected to the outer tube 34 in the extending direction of the outer tube 34.
  • the refrigerant flowing between the inner pipe 33 and the outer pipe 34 is distributed to the plurality of heat transfer pipes 31.
  • the inner pipe 33 is held horizontally in the pipe extension direction.
  • a refrigerant including a liquid refrigerant flows into one end of the inner pipe 33.
  • a cap 36 is provided at the most downstream end of the inner pipe 33 of the flow of the refrigerant when the outdoor heat exchanger 3 functions as an evaporator.
  • the refrigerant pipe 27 of the refrigerating cycle circuit is connected to the uppermost flow end of the inner pipe 33 of the refrigerant flow of the inner pipe 33.
  • a refrigerant outflow hole 35 which is also called an orifice hole, is formed between the heat transfer pipes 31 at intervals in the pipe extending direction of the inner pipe 33. .. Since the refrigerant outflow hole 35 is provided between the heat transfer tubes 31, the refrigerant distribution of the refrigerant distributor 30 is compared with the case where the refrigerant outflow hole 35 is provided in the inner pipe 33 directly below the heat transfer tube 31. Performance can be improved.
  • the refrigerant outflow hole 35 may be formed in the inner pipe 33 directly below the heat transfer pipe 31.
  • the inner pipe 33 is provided with a refrigerant inflow portion 41.
  • the refrigerant inflow portion 41 has a length L as a run-up distance.
  • L when the inner diameter of the inner pipe 33 is D, L ⁇ 5D.
  • FIG. 4 is a diagram showing a state of the refrigerant in the inner pipe 33 of the air conditioner 100 according to the first embodiment.
  • the inner pipe 33 there are two types of refrigerant, a gas phase and a liquid phase.
  • the refrigerant outflow hole 35 is provided in the vicinity of the angle ⁇ 'of the liquid level AL of the liquid phase refrigerant.
  • FIG. 5 is a vertical sectional view of the refrigerant distributor 30 of the AA line of FIG. 3 of the air conditioner 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing a state in which the refrigerant is flowing in the inner pipe 33 in a semi-circular flow state.
  • FIG. 5 shows an example in which the refrigerant outflow hole 35 is provided at the angle ⁇ 'of the liquid level AL of the liquid phase refrigerant.
  • the angle ⁇ at which the refrigerant outflow hole 35 is provided is the angle ⁇ from the lower end of the vertical inner pipe 33 passing through the center of the inner pipe 33 as seen from the center of the inner pipe 33 to the position where the refrigerant outflow hole 35 exists. 10 ° ⁇ ⁇ ⁇ 80 ° It may be provided in the range of.
  • Equation (1) is a prediction equation that reflects the experimental results of the inventors based on the estimation equation of the Nusselt liquid film.
  • x is the distance projected from the refrigerant outflow hole 35 onto the horizontal line orthogonal to the pipe extension direction passing through the center of the inner pipe 33.
  • Ja is the number of Jacobs
  • Ga is the number of Galileo
  • Pr L is the number of liquid Prandtl numbers
  • ⁇ L is the hydraulic viscosity coefficient
  • L is the approach distance of the inner pipe
  • D is the inner diameter of the inner pipe
  • Ga gD 3 / ⁇ L 2
  • Ja CpL / ⁇ iv
  • CpL is constant pressure specific heat
  • ⁇ iv latent heat
  • L ⁇ 5D Each state quantity and physical property value shall be estimated by the pressure flowing into the refrigerant distributor 30.
  • FIG. 6 is a vertical sectional view showing the relationship between the liquid level AL of the refrigerant of the inner pipe 33 and the refrigerant outflow hole 35 for explaining the effect of the air conditioner 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 6 shows a case where the liquid phase of the refrigerant flowing through the inner pipe 33 is a semi-circular flow. Further, the case where the refrigerant outflow hole 35 is provided at the lowermost portion of the inner pipe 33 is shown.
  • FIG. 7 is a diagram showing the range of influence of the refrigerant outflow hole 35 on the refrigerant and the flow state of the refrigerant for explaining the effect of the air conditioner 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing the refrigerant distribution amount characteristics when the refrigerant outflow hole 35 for explaining the effect of the air conditioner 100 according to the first embodiment is provided in the lower part of the inner pipe 33.
  • FIGS. 7 and 8 show a case where the refrigerant outflow hole 35 is provided at the lowermost portion of the inner pipe 33, as shown in FIG.
  • the position of the refrigerant outflow hole 35 near the refrigerant inflow portion 41 is designated as A
  • the position far from the refrigerant inflow portion 41 is designated as G in alphabetical order.
  • the broken line represents the range of influence of each refrigerant outflow hole 35, and at a certain time, the refrigerant in the broken line passes through the refrigerant outflow hole 35 and is distributed.
  • the liquid refrigerant distribution amount of the refrigerant outflow holes A to D on the upstream side is the liquid refrigerant distribution of the refrigerant outflow holes E to G on the downstream side. It is large compared to the amount.
  • FIG. 9 is a vertical sectional view showing the relationship between the liquid level AL of the refrigerant of the inner pipe 33 and the refrigerant outflow hole 35 for explaining the effect of the air conditioner 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 9 shows a case where the liquid phase of the refrigerant flowing
  • FIG. 10 is a diagram showing the range of influence of the refrigerant outflow hole 35 on the refrigerant and the flow state of the refrigerant for explaining the effect of the air conditioner 100 according to the first embodiment.
  • the liquid refrigerant distribution amount of the refrigerant outflow holes A to C on the upstream side is the liquid refrigerant distribution of the refrigerant outflow holes D to G on the downstream side. Less than the amount.
  • FIG. 12 is a vertical sectional view showing the relationship between the liquid level AL of the refrigerant of the inner pipe 33 of the inner pipe 33 of the air conditioner 100 according to the first embodiment and the refrigerant outflow hole 35.
  • FIG. 12 shows a case where the liquid phase of the refrigerant flowing through the inner pipe 33 is a semi-circular flow.
  • the refrigerant outflow hole 35 is provided near the liquid level AL of the inner pipe 33. Only one refrigerant outflow hole 35 is provided in the vertical cross section of the inner pipe 33.
  • FIG. 13 is a diagram showing the range of influence of the refrigerant outflow hole 35 of the air conditioner 100 according to the first embodiment on the refrigerant and the flow state.
  • FIG. 14 is a diagram showing the refrigerant distribution amount characteristics when the refrigerant outflow hole 35 of the air conditioner 100 according to the first embodiment is provided on the liquid level AL of the inner pipe 33. 13 and 14 show a case where the refrigerant outflow hole 35 is provided at the position of the liquid level AL of the inner pipe 33, as shown in FIG. Even when the flow mode of the refrigerant is a semi-circular flow, as shown in FIG. 14, the liquid refrigerant distribution amounts of the refrigerant outflow holes A to G are relatively uniform as compared with FIGS. 8 and 11. ..
  • the refrigerant outflow hole 35 is provided in the vicinity of the liquid level AL even when a sufficient approach distance cannot be secured (L ⁇ 5D).
  • the gas and liquid can be relatively uniformly distributed to the space formed between the outer pipe 34 and the inner pipe 33. Therefore, the refrigerant distributor 30 can appropriately distribute the refrigerant.
  • Embodiment 2 In the first embodiment, the case of one outdoor heat exchanger 3 has been described. In the second embodiment, a case where the first outdoor heat exchanger 3a and the second outdoor heat exchanger 3b are connected by the bending inner pipe 33r will be described.
  • FIG. 15 is a top-level drawing of the outdoor heat exchanger 3 of the air conditioner 100 according to the second embodiment.
  • the outdoor heat exchanger 3 has a first outdoor heat exchanger 3a and a second outdoor heat exchanger 3b.
  • the first refrigerant distributor 30a of the first outdoor heat exchanger 3a and the second refrigerant distributor 30b of the second outdoor heat exchanger 3b are connected by a bent inner pipe 33r having a bent portion having a curvature.
  • the bent inner pipe 33r connects the inner pipe 33 of the first outdoor heat exchanger 3a and the inner pipe 33 of the second outdoor heat exchanger 3b.
  • FIG. 16 is a vertical sectional view taken along line AA shown in FIG. 15 of the first refrigerant distributor 30a of the air conditioner 100 according to the second embodiment.
  • the flow mode of the refrigerant flowing through the inner pipe 33 of the first refrigerant distributor 30a of the first outdoor heat exchanger 3a is a semi-circular flow.
  • FIG. 17 is a vertical sectional view taken along line BB shown in FIG. 15 of the first refrigerant distributor 30a of the air conditioner 100 according to the second embodiment.
  • the flow mode of the refrigerant flowing through the inner pipe 33 of the second refrigerant distributor 30b of the second outdoor heat exchanger 3b is a separate flow.
  • the angle ⁇ 2 of the refrigerant outflow hole 35 of the second refrigerant distributor 30b includes one having a larger angle ⁇ 1 of the refrigerant outflow hole 35 of the first refrigerant distributor 30a in the range of ⁇ 180 ° to 180 ° ( ⁇ 2>. ⁇ 1).
  • the flow mode of the refrigerant flowing through the inner pipe 33 of the first refrigerant distributor 30a before passing through the bent inner pipe 33r is a semi-circular flow.
  • the flow mode of the refrigerant flowing through the inner pipe 33 of the second refrigerant distributor 30b after passing through the bent inner pipe 33r is a separated flow. Therefore, as shown in FIG. 17, the liquid level AL of the refrigerant rises, and the refrigerant distribution performance deteriorates.
  • the angle ⁇ 2 of the refrigerant outflow hole 35 of the second refrigerant distributor 30b is larger than the angle ⁇ 1 of the refrigerant outflow hole 35 of the first refrigerant distributor 30a. Thereby, the refrigerant distribution performance of the first refrigerant distributor 30a and the second refrigerant distributor 30b can be improved.
  • the bent inner pipe 33r may be an L-shaped pipe joint (elbow). Further, it may be formed by bending the outer pipe 34 of the first refrigerant distributor 30a.
  • Embodiment 3 As the outdoor heat exchanger 3 of the third embodiment, the configuration including the first outdoor heat exchanger 3a and the second outdoor heat exchanger 3b is adopted as in the second embodiment shown in FIG. In the third embodiment, in such a configuration, the diameter of the inner pipe 33 of the second outdoor heat exchanger 3b is reduced toward the end portion.
  • FIG. 18 is a schematic side view of the second outdoor heat exchanger 3b of the air conditioner 100 according to the third embodiment.
  • the second outdoor heat exchanger 3b has an inner pipe 33a and an inner pipe 33b.
  • the inner pipe 33 of the first outdoor heat exchanger 3a is connected to the inner pipe 33a (see FIG. 15) of the second outdoor heat exchanger 3b via the bent inner pipe 33r (see FIG. 15). It is connected.
  • the inner diameter of the inner pipe 33a of the second outdoor heat exchanger 3b is the same as the inner diameter of the inner pipe 33 of the first outdoor heat exchanger 3a.
  • the inner pipe 33a is connected to the inner pipe 33b.
  • the inner diameter of the inner pipe 33b is smaller than the inner diameter of the inner pipe 33a.
  • a cap 36 is provided at the end of the inner pipe 33b. That is, the inner diameter of the end portion of the inner pipe 33b of the second outdoor heat exchanger 3b on the side where the cap 36 is provided is the side to which the bent inner pipe 33r of the inner pipe 33a of the second heat exchanger is connected. It is smaller than the inner diameter of the starting end.
  • the refrigerant flow rate at the terminal portion of the second refrigerant distributor 30b of the second outdoor heat exchanger 3b is reduced, and the flow mode changes from the semi-circular flow to the separated flow. Can be suppressed. Therefore, the flow rate robustness of the refrigerant distribution characteristic can be improved.
  • the inner pipe 33 of the second outdoor heat exchanger 3b ends from the start end.
  • the pipe may be such that the inner diameter gradually decreases toward the portion.
  • 1 Compressor 2 4-way valve, 3 Outdoor heat exchanger, 3a 1st outdoor heat exchanger, 3b 2nd outdoor heat exchanger, 4 fan, 5 expansion valve, 6 indoor heat exchanger, 7 fan, 8 accumulator, 10 Outdoor unit, 11, 12, 13 indoor unit, 26, 27 refrigerant pipe, 30 refrigerant distributor, 30a first refrigerant distributor, 30b second refrigerant distributor, 31 heat transfer tube, 32 fins, 33, 33a, 33b inner tube , 33r bending inner pipe, 34 outer pipe, 35 refrigerant outflow hole, 36 cap, 41 inflow part, 100 air exchanger, AL liquid level.

Abstract

本開示の冷媒分配器は、複数の伝熱管が所定間隔で接続された外管と、外管内に収容され、冷媒流通孔を有する内管とを具備し、冷媒流通孔は、内管の中心を通る鉛直線上の内管の下端から冷媒流通孔が存在する位置までの内管の中心から見た角度θが１０°≦θ≦８０°の範囲に設けられ、冷媒流通孔が設けられた位置の内管の鉛直方向の断面には、冷媒流通孔が１つのみである。

Description

冷媒分配器、熱交換器及び空気調和装置
　本開示は、内管と外管とを備える２重構造の冷媒分配器、熱交換器及び空気調和装置に関する。
　内管と外管とを有する２重構造の配管を使用して冷媒の分配を行なう冷媒分配器が知られている。このような２重構造の配管を使用した冷媒分配器では、内管の最下部にオリフィス孔とも呼ばれる冷媒流通孔が設けられる。冷媒流通孔から流出した冷媒は、内管と外管との間の空間に噴出され、外管から伝熱管に流入し、そこで、空気と熱交換が行なわれる（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１２－２４７５号公報
　しかし、従来の冷媒分配器では、種々の理由により、冷媒の流動状態が環状流に遷移しにくく、一般的な流動様式線図で環状流域であるにも関わらず、冷媒分配器の鉛直方向の断面の液相分布に偏りが発生する。例えば、冷媒の流入管が短い場合又は熱交換器と熱交換器との間を屈曲部を有する接続配管により接続して１つの熱交換器を構成する場合等である。従来の冷媒分配器は、この液相分布の偏りに起因して、十分に冷媒の分配を行なえない問題があった。
　本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、冷媒分配器の液相分布の偏りを抑制し、冷媒の分配を適切に行なうことができる冷媒分配器、熱交換器及び空気調和装置を提供することを目的とする。
　本開示の冷媒分配器は、複数の伝熱管が所定間隔で接続された外管と、前記外管内に収容され、冷媒流通孔を有する内管とを具備し、前記冷媒流通孔は、前記内管の中心を通る鉛直線上の前記内管の下端から前記冷媒流通孔が存在する位置までの前記内管の中心から見た角度θが１０°≦θ≦８０°の範囲に設けられ、前記冷媒流通孔が設けられた位置の前記内管の鉛直方向の断面には、前記冷媒流通孔が１つのみである。
　本開示の冷媒分配器は、冷媒流通孔が設けられた位置の内管の鉛直方向の断面には、冷媒流通孔が１つのみである。冷媒流通孔は、内管の中心を通る鉛直線上の内管の下端から冷媒流通孔が存在する位置までの角度θが１０°≦θ≦８０°の範囲に設けられる。従って、冷媒流通孔は、冷媒の液面近傍にのみ設けられている。これにより、冷媒分配器は、冷媒を均一に内管と外管との間の形成される空間に分配することができ、適切な冷媒の分配を行なうことができる。
実施の形態１に係る空気調和装置の冷媒回路図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の室外熱交換器の側面模式図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の室外熱交換器の上面摸式図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の内管内の冷媒の状態を示す図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の図３のＡ－Ａ線の冷媒分配器の鉛直方向断面図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の効果を説明するための内管の冷媒の液面と冷媒流出孔の関係を示す鉛直方向の断面図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の効果を説明するための冷媒流出孔の冷媒への影響範囲及び冷媒の流動状態を示す図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の効果を説明するための冷媒流出孔を内管の下部に設けた場合の冷媒分配量特性を示す図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の効果を説明するための内管の冷媒の液面と冷媒流出孔との関係を示す鉛直方向の断面図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の効果を説明するための冷媒流出孔の冷媒への影響範囲及び冷媒の流動状態を示す図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の効果を説明するための冷媒流出孔を内管の上部に設けた場合の冷媒分配量特性を示す図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の内管の冷媒の液面と冷媒流出孔との関係を示す鉛直方向の断面図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の冷媒流出孔の冷媒への影響範囲及び流動状態を示す図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の冷媒流出孔を内管の液面に設けた場合の冷媒分配量特性を示す図である。 実施の形態２に係る空気調和装置の室外熱交換器の上面摸式図である。 実施の形態２に係る空気調和装置の冷媒分配器の図１５に示したＡ－Ａ線の鉛直方向断面図である。 実施の形態２に係る空気調和装置の冷媒分配器の図１５に示したＢ－Ｂ線の鉛直方向断面図である。 実施の形態３に係る空気調和装置の第２室外熱交換器の側面模式図である。
　以下、図面を参照して、実施の形態に係る冷媒分配器を有する空気調和装置について説明する。なお、図面において、同一の構成要素には同一符号を付して説明し、重複説明は必要な場合にのみ行なう。本開示は、以下の各実施の形態で説明する構成のうち、組合せ可能な構成のあらゆる組合せを含み得る。
実施の形態１．
＜空気調和装置１００＞
　図１は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の冷媒回路図である。図１に示すように、空気調和装置１００は、室外機１０及び複数の室内機１１、１２及び１３を備える。室内機１１、１２及び１３は、互いに並列に接続される。冷媒は、室外機１０と複数の室内機１１、１２及び１３との内部を冷媒が循環する。空気調和装置１００は、マルチ型空気調和装置である。なお、実施の形態１は、室外機１０に接続される室内機１１、１２及び１３の接続台数を限定するものではない。
　空気調和装置１００は、圧縮機１と、四方弁２と、室外熱交換器３と、膨張弁５と、室内熱交換器６と、アキュムレータ８と、が冷媒配管で接続された冷媒回路を有する。室外熱交換器３及び室内熱交換器６のそれぞれは、ファン４及びファン７により発生する風によって内部に流れる冷媒と空気とが熱交換される。
　冷房運転時には、圧縮機１にて圧縮された高温高圧のガスの冷媒は、四方弁２を介して、四方弁２と室外熱交換器３とを接続する冷媒配管２６から室外熱交換器３に流入する。室外熱交換器３に流入した冷媒は、ファン４によって発生する風と熱交換が行なわれた後、室外熱交換器３と膨張弁５とを接続する冷媒配管２７から流出する。暖房運転の場合、すなわち室外熱交換器３が蒸発器として機能する場合には、冷媒が上述の凝縮器の場合の冷媒流れ方向と逆に流れる。
＜室外熱交換器３＞
　図２は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の室外熱交換器３の側面模式図である。図３は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の室外熱交換器３の上面摸式図である。図中の黒矢印は蒸発器として機能する場合の冷媒の流れを表している。
　空気調和装置１００の室外機１０に搭載された室外熱交換器３は、ファン４によって吸込口から吸い込まれた外気と冷媒とを熱交換する。室外熱交換器３は、ファン４の下方に配置されている。
　図２に示すように、室外熱交換器３は、冷媒分配器３０と、複数の伝熱管３１と、複数のフィン３２とを有する。冷媒分配器３０は、水平方向に配置される。複数の伝熱管３１は、間隔を空けて設けられ、それぞれの一端が冷媒分配器３０に挿入される。フィン３２は、伝熱管３１に取り付けられ、伝熱管３１の間に設けられる。フィン３２は、伝熱管３１に伝熱を行なう。
＜冷媒分配器３０＞
　図２に示すように、冷媒分配器３０は、内管３３と、外管３４とを備える２重管構造である。外管３４には、外管３４の延出方向に複数の伝熱管３１が接続される。内管３３と外管３４との間に流入した冷媒は、複数の伝熱管３１に分配される。
　内管３３は、管延出方向が水平に保持される。液冷媒を含む冷媒が内管３３の一端に流入する。室外熱交換器３が蒸発器として機能する場合の冷媒の流れの内管３３の最下流端部には、キャップ３６が設けられる。室外熱交換器３が蒸発器として機能する場合の内管３３の冷媒の流れの内管３３の最上流端部には、冷凍サイクル回路の冷媒配管２７が接続される。
　図２及び図３に示すように、内管３３には、内管３３の管延出方向に間隔を空けてオリフィス孔とも称される冷媒流出孔３５が伝熱管３１の間に形成されている。冷媒流出孔３５が伝熱管３１の間に設けられていることにより、冷媒流出孔３５が伝熱管３１の直下の内管３３に設けられている場合に比して、冷媒分配器３０の冷媒分配性能を向上することができる。なお、冷媒流出孔３５は、伝熱管３１の直下の内管３３に形成されていても良い。また、内管３３には冷媒流入部４１が設けられている。冷媒流入部４１は、助走距離としての長さＬを有する。ここで、内管３３の内径をＤとした場合に、Ｌ＜５Ｄである。
　図４は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の内管３３内の冷媒の状態を示す図である。図４に示すように、内管３３内では、冷媒はガス相と液相との２つの状態の冷媒が存在する。実施の形態１においては、液相の冷媒の液面ＡＬの角度θ’の近傍に、冷媒流出孔３５が設けられる。
　図５は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の図３のＡ－Ａ線の冷媒分配器３０の鉛直方向断面図である。図５は、冷媒が内管３３内を半環状流状態で流れている状態を示す図である。図５は、冷媒流出孔３５が、液相の冷媒の液面ＡＬの角度θ’に設けられた例を示している。
　冷媒流出孔３５が設けられる角度θは、内管３３の中心から見た内管３３の中心を通る鉛直線の内管３３の下端から冷媒流出孔３５が存在する位置までの角度θは、
　１０°≦θ≦８０°
の範囲に設けられれば良い。
　より具体的には、冷媒流出孔３５が設けられる角度は、式（１）で定められる。式（１）は、ヌッセルトの液膜の推算式を基に発明者らの実験結果を反映させた予測式である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 ここで、
　ｘは、冷媒流出孔３５を内管３３の中心を通る管延方向に直交する水平線に投影した距離、
　Ｊａはヤコブ数、
　Ｇａはガリレオ数、
　ＰｒＬは液プラントル数、
　νＬは液動粘性係数、
　Ｌは内管の助走距離、
　Ｄは内管の内径であり、
　Ｇａ＝ｇＤ３／νＬ ２、Ｊａ＝ＣｐＬ／Δｉｖ、
　ＣｐＬは定圧比熱、
　Δｉｖは潜熱、
　Ｌ＜５Ｄである。
　各状態量及び物性値は冷媒分配器３０に流入する圧力により推算されるものとする。
　図６は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の効果を説明するための内管３３の冷媒の液面ＡＬと冷媒流出孔３５との関係を示す鉛直方向の断面図である。図６においては、内管３３を流れる冷媒の液相が半環状流の場合を示している。また、冷媒流出孔３５が内管３３の最下部に設けられている場合を示している。図７は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の効果を説明するための冷媒流出孔３５の冷媒への影響範囲及び冷媒の流動状態を示す図である。図８は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の効果を説明するための冷媒流出孔３５を内管３３の下部に設けた場合の冷媒分配量特性を示す図である。
　図７及び図８は、図６に示すように、冷媒流出孔３５が内管３３の最下部に設けられている場合を示している。図７及び図８において、冷媒流出孔３５は、冷媒流入部４１に近い位置をＡとし、冷媒流入部４１から遠い位置をアルファベット順にＧとする。図７及び図８において、破線は各冷媒流出孔３５の影響範囲を表わし、ある時間において、破線内の冷媒が冷媒流出孔３５を通過し、分配される。冷媒の流動様式が半環状流である場合には、図８に示すように、上流側の冷媒流出孔Ａ～Ｄの液冷媒分配量は、下流側の冷媒流出孔Ｅ～Ｇの液冷媒分配量に比して多い。
　図９は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の効果を説明するための内管３３の冷媒の液面ＡＬと冷媒流出孔３５との関係を示す鉛直方向の断面図である。図９においては、内管３３を流れる冷媒の液相が半環状流の場合を示している。また、冷媒流出孔３５が内管３３のθ＝９０°の位置に設けられている場合を示している。すなわち、冷媒流出孔３５の位置は、液面ＡＬよりも上方である。図１０は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の効果を説明するための冷媒流出孔３５の冷媒への影響範囲及び冷媒の流動状態を示す図である。図１１は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の効果を説明するための冷媒流出孔３５を内管３３の上部に設けた場合の冷媒分配量特性を示す図である。図１０及び図１１は、図９に示すように、冷媒流出孔３５が内管３３のθ＝９０°の位置に設けられている場合を示している。冷媒の流動様式が半環状流である場合には、図１１に示すように、上流側の冷媒流出孔Ａ～Ｃの液冷媒分配量は、下流側の冷媒流出孔Ｄ～Ｇの液冷媒分配量に比して少ない。
　図１２は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の内管３３の冷媒の液面ＡＬと冷媒流出孔３５との関係を示す鉛直方向の断面図である。図１２においては、内管３３を流れる冷媒の液相が半環状流の場合を示している。実施の形態１においては、冷媒流出孔３５は、内管３３の液面ＡＬ付近に設けられる。冷媒流出孔３５は、内管３３の鉛直方向の断面において１つのみが設けられる。図１３は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の冷媒流出孔３５の冷媒への影響範囲及び流動状態を示す図である。図１４は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の冷媒流出孔３５を内管３３の液面ＡＬに設けた場合の冷媒分配量特性を示す図である。図１３及び図１４は、図１２に示すように、冷媒流出孔３５が内管３３の液面ＡＬの位置に設けられている場合を示している。冷媒の流動様式が半環状流である場合であっても、図１４に示すように、冷媒流出孔Ａ～Ｇの液冷媒分配量は、図８及び図１１に比して比較的均等になる。
　従って、実施の形態１に係る空気調和装置１００によれば、十分な助走距離が確保できない場合（Ｌ＜５Ｄ）においても、液面ＡＬ近傍に冷媒流出孔３５が設けられる。これにより、実施の形態１に係る空気調和装置１００によれば、気液を比較的均一に外管３４と内管３３との間に形成される空間に分配することができる。従って、冷媒分配器３０は、冷媒の分配を適切に行なうことができる。
実施の形態２．
　実施の形態１においては、１つの室外熱交換器３の場合について説明した。実施の形態２においては、第１室外熱交換器３ａと第２室外熱交換器３ｂとが屈曲内管３３ｒにより接続される場合について説明する。
　図１５は、実施の形態２に係る空気調和装置１００の室外熱交換器３の上面摸式図である。図１５に示すように、室外熱交換器３は、第１室外熱交換器３ａと第２室外熱交換器３ｂとを有する。第１室外熱交換器３ａの第１冷媒分配器３０ａと第２室外熱交換器３ｂの第２冷媒分配器３０ｂとは、曲率を有する屈曲部を有する屈曲内管３３ｒにより接続されている。屈曲内管３３ｒは、第１室外熱交換器３ａの内管３３と、第２室外熱交換器３ｂの内管３３とを接続する。
　図１６は、実施の形態２に係る空気調和装置１００の第１冷媒分配器３０ａの図１５に示したＡ－Ａ線の鉛直方向断面図である。図１６に示すように、第１室外熱交換器３ａの第１冷媒分配器３０ａの内管３３を流れる冷媒の流動様式は、半環状流となる。冷媒流出孔３５の角度θ１は、例えば、内管３３の最下部であるθ１＝０°である。
　図１７は、実施の形態２に係る空気調和装置１００の第１冷媒分配器３０ａの図１５に示したＢ－Ｂ線の鉛直方向断面図である。図１７に示すように、第２室外熱交換器３ｂの第２冷媒分配器３０ｂの内管３３を流れる冷媒の流動様式は、分離流となる。冷媒流出孔３５の角度θ２は、例えば、内管３３の中心を通る管延方向と直交する水平方向となるθ２＝｜４５°｜である。
　第２冷媒分配器３０ｂの冷媒流出孔３５の角度θ２は、－１８０°～１８０°の範囲において、第１冷媒分配器３０ａの冷媒流出孔３５の角度θ１よりも大きいものが含まれる（θ２＞θ１）。
　実施の形態２の空気調和装置１００によれば、屈曲内管３３ｒを通過する前の第１冷媒分配器３０ａの内管３３を流れる冷媒の流動様式は半環状流である。屈曲内管３３ｒを通過した後の第２冷媒分配器３０ｂの内管３３を流れる冷媒の流動様式は分離流となる。そのため、図１７に示すように、冷媒の液面ＡＬが上昇し、冷媒分配性能が悪化する。実施の形態２では、第２冷媒分配器３０ｂの冷媒流出孔３５の角度θ２が、第１冷媒分配器３０ａの冷媒流出孔３５の角度θ１よりも大きくなるものを有する。これにより、第１冷媒分配器３０ａ及び第２冷媒分配器３０ｂの冷媒分配性能を向上することができる。
　なお、屈曲内管３３ｒはＬ形の配管継手（エルボ）であっても良い。また、第１冷媒分配器３０ａの外管３４を曲げて形成したものであっても良い。
実施の形態３．
　実施の形態３の室外熱交換器３は、図１５に示した実施の形態２と同様に、第１室外熱交換器３ａ及び第２室外熱交換器３ｂからなる構成が採用される。実施の形態３は、このような構成において、第２室外熱交換器３ｂの内管３３の径を終端部にかけて細径化したものである。
　図１８は、実施の形態３に係る空気調和装置１００の第２室外熱交換器３ｂの側面模式図である。図１８に示すように、第２室外熱交換器３ｂは内管３３ａと内管３３ｂとを有する。図１５に示すように、第１室外熱交換器３ａの内管３３は、屈曲内管３３ｒ（図１５参照）を介して、第２室外熱交換器３ｂの内管３３ａ（図１５参照）と接続されている。第２室外熱交換器３ｂの内管３３ａの内径は、第１室外熱交換器３ａの内管３３の内径と同一である。内管３３ａは、内管３３ｂに接続されている。内管３３ｂの内径は、内管３３ａの内径よりも小さい。内管３３ｂの終端には、キャップ３６が設けられる。すなわち、第２室外熱交換器３ｂの内管３３ｂのキャップ３６が設けられている側の終端部の内径は、第２熱交換器の内管３３ａの屈曲内管３３ｒが接続されている側の始端部の内径よりも小さい。
　実施の形態３の空気調和装置１００によれば、第２室外熱交換器３ｂの第２冷媒分配器３０ｂの終端部における冷媒流量が減少し、流動様式が半環状流から分離流に変化することを抑制することができる。従って、冷媒分配特性の流量ロバスト性を向上することができる。
　なお、実施の形態３においては、第２室外熱交換器３ｂが内管３３ａと内管３３ｂとを有する場合について説明したが、第２室外熱交換器３ｂの内管３３は、始端部から終端部にかけて徐々に内径が小さくなるような配管であっても良い。
　実施の形態は、例として提示したものであり、請求の範囲を限定することは意図していない。実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、実施の形態の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行なうことができる。これら実施の形態及びその変形は、実施の形態の範囲及び要旨に含まれる。
　１　圧縮機、２　四方弁、３　室外熱交換器、３ａ　第１室外熱交換器、３ｂ　第２室外熱交換器、４　ファン、５　膨張弁、６　室内熱交換器、７　ファン、８　アキュムレータ、１０　室外機、１１、１２、１３　室内機、２６、２７　冷媒配管、３０　冷媒分配器、３０ａ　第１冷媒分配器、３０ｂ　第２冷媒分配器、３１　伝熱管、３２　フィン、３３、３３ａ、３３ｂ　内管、３３ｒ　屈曲内管、３４　外管、３５　冷媒流出孔、３６　キャップ、４１　流入部、１００　空気調和装置、ＡＬ　液面。

Claims (8)

  1. 　複数の伝熱管が所定間隔で接続された外管と、
    　前記外管内に収容され、冷媒流通孔を有する内管と
    を具備し、
    　前記冷媒流通孔は、前記内管の中心を通る鉛直線上の前記内管の下端から前記冷媒流通孔が存在する位置までの前記内管の中心から見た角度θが
    　１０°≦θ≦８０°の範囲に設けられ、
    　前記冷媒流通孔が設けられた位置の前記内管の鉛直方向の断面には、前記冷媒流通孔が１つのみである
    冷媒分配器。
  2. 　複数の伝熱管が所定間隔で接続された外管と、
    　前記外管内に収容され、冷媒流通孔を有する内管と
    を具備し、
    　前記冷媒流通孔は、前記内管の中心を通る鉛直線上の前記内管の下端から前記冷媒流通孔が存在する位置までの前記内管の中心から見た角度θは、内部を流れる気液二相冷媒の液面の付近に位置するように設けられる
    冷媒分配器。
  3. 　前記冷媒流通孔が設けられる角度θは、式（１）から求められる
    請求項１又は２に記載の冷媒分配器。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
     ここで、
    　ｘは、冷媒流出孔を内管の中心を通る管延方向に直交する水平線に投影した距離、
    　Ｊａはヤコブ数、
    　Ｇａはガリレオ数、
    　ＰｒＬは液プラントル数、
    　νＬは液動粘性係数、
    　Ｌは内管の助走距離、
    　Ｄは内管の内径であり、
    　Ｇａ＝ｇＤ３／νＬ ２、Ｊａ＝ＣｐＬ／Δｉｖ、
    　ＣｐＬは定圧比熱、
    　Δｉｖは潜熱、
    　Ｌ＜５Ｄである。
  4. 　前記冷媒流通孔は、互いに隣接する前記伝熱管と前記伝熱管との間に設けられる
    請求項１～３のいずれか１項に記載の冷媒分配器。
  5. 　請求項１記載の冷媒分配器を２つ備え、２つの前記冷媒分配器のうち、１つを第１冷媒分配器とし、他の１つを第２冷媒分配器とした場合、
    　前記第１熱交換器の内管と、前記第２熱交換器の内管とを接続する屈曲内管を具備し、
    　前記第２冷媒分配器の前記冷媒流通孔の角度θ２は、前記第１冷媒分配器の前記冷媒流通孔の角度θ１よりも－１８０°～１８０°の範囲において、絶対値が大きい
    請求項１～４のいずれか１項に記載の冷媒分配器。
  6. 　前記第２熱交換器の内管のギャップが設けられている側の終端部の内径は、前記屈曲内管に接続されている側の始端部の内径よりも小さい
    請求項５記載の冷媒分配器。
  7. 　請求項１～６のいずれか１項に記載の冷媒分配器を有する熱交換器。
  8. 　請求項７記載の熱交換器を有する空気調和装置。
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