WO2023058179A1 - 冷媒分配器、熱交換器及び空気調和装置 - Google Patents

冷媒分配器、熱交換器及び空気調和装置 Download PDF

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WO2023058179A1
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liquid
gas
heat exchanger
convex portion
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篤史 ▲高▼橋
悟 梁池
宗希 石山
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三菱電機株式会社
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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
    • F25B41/40—Fluid line arrangements
    • F25B41/42—Arrangements for diverging or converging flows, e.g. branch lines or junctions

Definitions

  • the present disclosure relates to a double structure refrigerant distributor comprising an inner tube and an outer tube, and a heat exchanger and an air conditioner having such a refrigerant distributor.
  • the liquid refrigerant condensed by the heat exchanger that functions as a condenser mounted on the indoor unit is decompressed by the expansion device. Then, the refrigerant becomes a gas-liquid two-phase state in which gas refrigerant and liquid refrigerant are mixed, and flows into a heat exchanger functioning as an evaporator mounted on the outdoor unit.
  • the flat tubes of the heat exchanger mounted on the outdoor unit are arranged vertically upward, and the refrigerant distributor is arranged horizontally to reduce the effect of gravity and reduce the refrigerant flow.
  • the present disclosure has been made in view of the above circumstances, and aims to provide a refrigerant distributor capable of evenly distributing refrigerant to each heat transfer tube, and a heat exchanger and an air conditioner having such a refrigerant distributor.
  • a refrigerant distributor includes an outer tube to which a heat transfer tube is connected, and an inner tube that is housed in the outer tube and has a distribution hole for allowing the refrigerant to pass through the outer tube. is formed with a convex portion extending in the extending direction of the inner pipe, and a plurality of the convex portions are formed on the inner wall of the inner pipe in the circumferential direction.
  • the liquid refrigerant of the gas-liquid two-phase refrigerant flowing through the inner pipe is evenly held in the circumferential direction between the projections formed on the inner wall of the inner pipe.
  • the gas-liquid two-phase refrigerant uniformly flows out through the distribution holes and is distributed to each heat transfer tube.
  • FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram schematically showing a refrigerant circuit configuration of a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 1;
  • FIG. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the first heat exchanger of the refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 1 as viewed from the front;
  • FIG. 2 is a schematic side cross-sectional view showing a cross section of the first heat exchanger of the refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 1 as seen from the side;
  • 4 is a diagram showing a cross section orthogonal to the vertical direction with respect to the extending direction of the inner pipe of the first refrigerant distributor in the refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 1;
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the extending direction of a convex portion formed on the inner wall of the inner pipe in the first refrigerant distributor according to Embodiment 1;
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the extending direction of a modified convex portion formed on the inner wall of the inner pipe in the first refrigerant distributor according to Embodiment 1;
  • FIG. 10 is a diagram showing a cross section orthogonal to the vertical direction with respect to the extension direction of the inner pipe of the first refrigerant distributor in the refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 2;
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the extending direction of a convex portion formed on the inner wall of the inner pipe in the first refrigerant distributor according to Embodiment 2;
  • FIG. 11 is a diagram showing the height of a protrusion formed on the inner wall of the inner pipe in the first refrigerant distributor according to Embodiment 3;
  • FIG. 12 is a cross-sectional view perpendicular to the extending direction of the inner pipes, showing the positions of the distribution holes of the inner pipes in the first refrigerant distributor according to Embodiment 4; It is the cross-sectional schematic diagram which looked at the 1st heat exchanger of the refrigerating-cycle apparatus which concerns on Embodiment 5 from the front. It is the cross-sectional schematic diagram which looked at the 1st heat exchanger of the refrigerating-cycle apparatus which concerns on Embodiment 6 from the front.
  • FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram schematically showing a refrigerant circuit configuration of a refrigeration cycle device 200 according to Embodiment 1.
  • FIG. The configuration and operation of the refrigeration cycle device 200 will be described based on FIG.
  • the refrigeration cycle apparatus 200 according to Embodiment 1 includes a first heat exchanger 152 having a first refrigerant distributor 152a and a second heat exchanger 154 having a second refrigerant distributor 154a as elements of a refrigerant circuit. It is prepared.
  • the refrigeration cycle device 200 has an outdoor unit 101 and an indoor unit 102 .
  • the outdoor unit 101 has a compressor 100 , a channel switching device 151 , a first heat exchanger 152 and an expansion device 153 .
  • An accumulator 300 is arranged upstream of the compressor 100 .
  • the first heat exchanger 152 is provided with a first refrigerant distributor 152a.
  • the first refrigerant distributor 152 a distributes the refrigerant to the heat transfer tubes 13 (see FIG. 2) of the first heat exchanger 152 .
  • An outdoor fan 156 is provided near the first heat exchanger 152 .
  • the outdoor unit 101 has a control device 160 .
  • the indoor unit 102 has a second heat exchanger 154.
  • the second heat exchanger 154 is provided with a second refrigerant distributor 154a.
  • the second refrigerant distributor 154 a distributes the refrigerant to heat transfer tubes (not shown) of the second heat exchanger 154 .
  • An indoor fan 157 is provided near the second heat exchanger 154 .
  • the compressor 100, the first heat exchanger 152 and the expansion device 153 are connected by a pipe 155a, and the expansion device 153, the second heat exchanger 154 and the compressor 100 are connected by a pipe 155b to form a refrigerant circuit. ing.
  • the compressor 100 compresses the sucked refrigerant into a high-temperature and high-pressure state.
  • the refrigerant compressed by compressor 100 is discharged from compressor 100 and sent to first heat exchanger 152 or second heat exchanger 154 .
  • the flow path switching device 151 switches the refrigerant flow between heating operation and cooling operation.
  • the flow switching device 151 is switched to connect the compressor 100 and the second heat exchanger 154 during the heating operation, and is switched to connect the compressor 100 and the first heat exchanger 152 during the cooling operation.
  • the channel switching device 151 may be composed of, for example, a four-way valve. However, a combination of two-way valves or three-way valves may be employed as the channel switching device 151 .
  • the first heat exchanger 152 functions as an evaporator during heating operation and as a condenser during cooling operation.
  • the first heat exchanger 152 exchanges heat between the low-temperature, low-pressure refrigerant flowing out of the expansion device 153 and the air supplied by the outdoor fan 156 to produce a low-temperature, low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant. of the liquid refrigerant evaporates.
  • the first heat exchanger 152 when functioning as a condenser, in the first heat exchanger 152, heat is exchanged between the high temperature and high pressure refrigerant discharged from the compressor 100 and the air supplied by the outdoor fan 156, and high temperature and high pressure gas refrigerant is produced. condensed.
  • the first heat exchanger 152 may be composed of a refrigerant-water heat exchanger. In this case, in the first heat exchanger 152, heat exchange is performed between the refrigerant and the heat medium such as water.
  • the expansion device 153 expands the refrigerant flowing out of the first heat exchanger 152 or the second heat exchanger 154 to reduce the pressure.
  • the expansion device 153 may be composed of, for example, an electric expansion valve capable of adjusting the flow rate of the refrigerant.
  • an electric expansion valve capable of adjusting the flow rate of the refrigerant.
  • the expansion device 153 not only an electric expansion valve but also a mechanical expansion valve employing a diaphragm as a pressure receiving portion, a capillary tube, or the like can be applied.
  • the second heat exchanger 154 functions as a condenser during heating operation and as an evaporator during cooling operation.
  • the second heat exchanger 154 exchanges heat between the high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the compressor 100 and the air supplied by the indoor fan 157 to condense the high-temperature and high-pressure gas refrigerant. be.
  • the second heat exchanger 154 heat is exchanged between the low-temperature, low-pressure refrigerant discharged from the expansion device 153 and the air supplied by the indoor fan 157, resulting in a gas-liquid two-phase refrigerant. Low-temperature, low-pressure liquid refrigerant evaporates.
  • the second heat exchanger 154 may be composed of a refrigerant-water heat exchanger. In this case, in the second heat exchanger 154, heat exchange is performed between the refrigerant and the heat medium such as water.
  • the first refrigerant distributor 152a distributes the refrigerant to the plurality of heat transfer tubes 13 of the first heat exchanger 152 (see FIGS. 2 and 3).
  • the outdoor fan 156 blows air for heat exchange to the first heat exchanger 152 .
  • the second refrigerant distributor 154 a distributes the refrigerant to heat transfer tubes (not shown) of the second heat exchanger 154 .
  • the indoor fan 157 blows air for heat exchange to the second heat exchanger 154 .
  • control device 160 comprehensively controls the refrigeration cycle device 200 as a whole. Specifically, control device 160 controls the driving frequency of compressor 100 according to the required cooling capacity or heating capacity. Further, the control device 160 controls the opening degree of the expansion device 153 according to the operating state and each mode. Furthermore, the control device 160 controls the flow path switching device 151 according to each mode.
  • the control device 160 uses information sent from each temperature sensor (not shown) and each pressure sensor (not shown) based on the operation instruction from the user, etc. to control each actuator.
  • the control device 160 can be configured with hardware such as a circuit device that realizes its functions, or can be configured with an arithmetic device such as a microcomputer or a CPU and software executed thereon. can.
  • the control device 160 is composed of dedicated hardware or a CPU (Central Processing Unit, also referred to as a central processing unit, a processing unit, an arithmetic unit, a microprocessor, a microcomputer, or a processor) that executes programs stored in memory. . If the control device 160 is dedicated hardware, the control device 160 may be, for example, a single circuit, a composite circuit, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field Programmable Gate Array), or a combination thereof. do. Each functional unit implemented by the control device 160 may be implemented by separate hardware, or each functional unit may be implemented by one piece of hardware. When the control device 160 is a CPU, each function executed by the control device 160 is implemented by software, firmware, or a combination of software and firmware.
  • a CPU Central Processing Unit, also referred to as a central processing unit, a processing unit, an arithmetic unit, a microprocessor, a microcomputer, or a processor
  • the CPU reads out and executes programs stored in the memory to realize each function of the control device 160 .
  • the memory is, for example, non-volatile or volatile semiconductor memory such as RAM, ROM, flash memory, EPROM, EEPROM.
  • a part of the functions of the control device 160 may be realized by dedicated hardware, and a part thereof may be realized by software or firmware.
  • first heat exchanger 152 is provided with the first refrigerant distributor 152a and the second heat exchanger 154 is provided with the second refrigerant distributor 154a. Only one of them may be provided with a refrigerant distributor.
  • the compressor 100 is driven, and high-temperature and high-pressure gaseous refrigerant is discharged from the compressor 100 .
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant (single-phase) discharged from the compressor 100 flows into the first heat exchanger 152 .
  • the first heat exchanger 152 heat is exchanged between the flowing high-temperature and high-pressure gas refrigerant and the air supplied by the outdoor fan 156, and the high-temperature and high-pressure gas refrigerant is condensed into a high-pressure liquid refrigerant. (single phase).
  • the high-pressure liquid refrigerant sent out from the first heat exchanger 152 is turned into a two-phase refrigerant of low-pressure gas refrigerant and liquid refrigerant by the expansion device 153 .
  • the gas-liquid two-phase refrigerant is collected by the second refrigerant distributor 154 a , and the collected gas-liquid two-phase refrigerant flows into the second heat exchanger 154 .
  • heat is exchanged between the gas-liquid two-phase refrigerant that is distributed by the second refrigerant distributor 154a and flows in, and the air that is supplied by the indoor fan 157.
  • the liquid refrigerant evaporates to become a low-pressure single-phase gas refrigerant.
  • the low-pressure gas refrigerant sent out from the second heat exchanger 154 flows into the compressor 100 via the accumulator 300, is compressed into high-temperature and high-pressure gas refrigerant, and is discharged from the compressor 100 again. After that, this cycle is repeated.
  • the flow of the refrigerant may be set in a constant direction without providing the flow switching device 151 provided on the discharge side of the compressor 100 .
  • the channel switching device 151 may not be provided.
  • refrigeration cycle device 200 includes, in addition to air conditioners, water heaters, refrigerators, and air conditioning/hot water supply complex machines.
  • FIG. 2 is a cross-sectional schematic diagram of the first heat exchanger 152 of the refrigeration cycle apparatus 200 according to Embodiment 1 as viewed from the front.
  • FIG. 3 is a schematic side cross-sectional view showing a cross section of the first heat exchanger 152 of the refrigeration cycle apparatus 200 according to Embodiment 1 as viewed from the side.
  • the second heat exchanger 154 has the same configuration as the first heat exchanger 152. Also, the second refrigerant distributor 154a of the second heat exchanger 154 employs the same configuration as the first refrigerant distributor 152a of the first heat exchanger 152 . In FIG. 2, white arrows indicate the flow of refrigerant when the first heat exchanger 152 is used as an evaporator.
  • the first heat exchanger 152 has multiple heat transfer tubes 13 .
  • the gas header 14 and the first refrigerant distributor 152a are arranged to extend horizontally.
  • the plurality of heat transfer tubes 13 are provided at intervals in the horizontal direction, one end of each of which is inserted into the outer tube 11 of the first refrigerant distributor 152a and the other end of which is inserted into the gas header 14 .
  • Fins (not shown) are attached to the heat transfer tubes 13 so as to be positioned between adjacent heat transfer tubes 13 . Fins (not shown) transfer heat to the heat transfer tubes 13 .
  • the gas header 14 is provided with an outflow portion 14 a that communicates with the inside of the gas header 14 .
  • the outflow portion 14a is connected to a pipe 155a that is connected to the compressor 100 .
  • the first refrigerant distributor 152a has a double-tube structure including an inner tube 12 and an outer tube 11. As shown in FIG. A plurality of heat transfer tubes 13 are connected to the outer tube 11 along the extending direction of the outer tube 11 . The gas-liquid two-phase refrigerant that has flowed between the inner tube 12 and the outer tube 11 is distributed to the plurality of heat transfer tubes 13 .
  • the first refrigerant distributor 152a is connected to the inlet side of the gas-liquid two-phase refrigerant that flows when the first heat exchanger 152 is operated as an evaporator.
  • the extension direction of the inner tube 12 is held horizontally.
  • a gas-liquid two-phase refrigerant flows into one end of the inner tube 12 .
  • a cap 12b is provided at the most downstream end of the inner pipe 12 for the refrigerant flow when the first heat exchanger 152 functions as an evaporator.
  • a pipe 155a connected to an expansion device 153 of a refrigerating cycle circuit is connected to the most upstream end of the inner pipe 12 for the flow of refrigerant in the inner pipe 12 when the first heat exchanger 152 functions as an evaporator. be.
  • the inner tube 12 has dispersion holes 12a, also called orifice holes, through which the refrigerant passes through the outer tube 11 at intervals in the direction in which the inner tube 12 extends. It is provided at the bottom of the direction.
  • the dispersion hole 12a has a diameter of 0.5 [mm] to 4 [mm].
  • the dispersion holes 12 a may be provided between the heat transfer tubes 13 at the lower part of the inner tube 12 in the direction of gravity. Thereby, the refrigerant distribution performance of the first refrigerant distributor 152a can be improved compared to the case where the distribution holes 12a are provided in the inner pipes 12 directly below the heat transfer pipes 13 .
  • the inner pipe 12 is provided with an inflow portion 12c into which the refrigerant flows.
  • FIG. 4 is a diagram showing a cross section orthogonal to the direction perpendicular to the extension direction of the inner pipe 12 of the first refrigerant distributor 152a in the refrigeration cycle apparatus 200 according to Embodiment 1.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the extending direction of the convex portion 31 formed on the inner wall 12d of the inner pipe 12 in the first refrigerant distributor 152a according to the first embodiment.
  • the inner wall 12d of the inner tube 12 is formed with a plurality of protrusions 31 along the circumferential direction.
  • the plurality of protrusions 31 are provided parallel to each other so as to extend in the extending direction of the inner tube 12, as shown in FIG.
  • the cross-sectional shape of the convex portion 31 is not limited to the triangular shape shown in FIG.
  • the liquid refrigerant 32 of the gas-liquid two-phase refrigerant is held between the convex portions 31 and 31 .
  • the liquid refrigerant 32 is evenly held in the circumferential direction of the inner tube 12 .
  • a gas refrigerant 33 that is a gas-liquid two-phase refrigerant flows through the center of the inner tube 12 .
  • the gas-liquid two-phase refrigerant passes through the dispersion holes 12 a and evenly flows out from the inner tube 12 to the outer tube 11 and is evenly distributed to the plurality of heat transfer tubes 13 .
  • the gas-liquid two-phase refrigerant that has flowed into the inflow portion 12c of the inner pipe 12 flows inside the inner pipe 12 and is dispersed in the outer pipe 11 through the dispersion holes 12a of the inner pipe 12.
  • the gas-liquid two-phase refrigerant dispersed in the outer tube 11 flows into the heat transfer tubes 13 , exchanges heat with the air in the process of flowing through the heat transfer tubes 13 , becomes low-pressure gas refrigerant, and flows into the gas header 14 .
  • the low-pressure gas refrigerant that has flowed into the gas header 14 is output from the outflow portion 14a.
  • the liquid refrigerant 32 of the gas-liquid two-phase refrigerant that has flowed into the inflow portion 12 c of the inner tube 12 flows between the convex portions 31 .
  • the liquid refrigerant 32 flowing between the protrusions 31 is evenly held in the circumferential direction of the inner tube 12 .
  • a gas refrigerant 33 that is a gas-liquid two-phase refrigerant flows through the center of the inner tube 12 .
  • the gas-liquid two-phase refrigerant flowing inside the inner tube 12 flows out to the outer tube 11 through the dispersion holes 12a.
  • the gas-liquid two-phase refrigerant that has flowed into the outer tube 11 is distributed to the plurality of heat transfer tubes 13 .
  • the liquid refrigerant 32 is evenly held in the circumferential direction between the projections 31 extending along the extending direction of the inner tube 12 . Therefore, the gas-liquid two-phase refrigerant passes through the dispersion holes 12a and evenly flows out from the inner tube 12 to the outer tube 11 from upstream to downstream in the flow direction of the refrigerant, and is evenly distributed to the plurality of heat transfer tubes 13 .
  • the gas-liquid two-phase refrigerant distributed to the plurality of heat transfer tubes 13 undergoes heat exchange with air to become gas refrigerant, and is output from the outflow portion 14 a of the gas header 14 via the gas header 14 .
  • the gas refrigerant output from the outflow portion 14 a of the gas header 14 passes through the pipe 155 a and returns to the compressor 100 via the flow path switching device 151 and the accumulator 300 .
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the extending direction of the convex portion 31 of the modification formed on the inner wall 12d of the inner pipe 12 in the first refrigerant distributor 152a according to the first embodiment.
  • two protrusions 31 a and 31 b are representatively shown among the plurality of protrusions 31 .
  • the convex portions 31a and the convex portions 31b are formed to extend obliquely to the extending direction of the inner tube 12 and extend in the extending direction of the inner tube 12.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the extending direction of the convex portion 31 of the modification formed on the inner wall 12d of the inner pipe 12 in the first refrigerant distributor 152a according to the first embodiment.
  • two protrusions 31 a and 31 b are representatively shown among the plurality of protrusions 31 .
  • the convex portions 31a and the convex portions 31b are formed to extend obliquely to the extending direction of the inner tube 12 and extend in the
  • the gas-liquid two-phase refrigerant flowing through the inner pipe 12 is formed on the inner wall 12d of the inner pipe 12.
  • the liquid refrigerant is evenly held in the circumferential direction between the convex portions 31a and the convex portions 31b.
  • the gas-liquid two-phase refrigerant flows out evenly through the distribution holes 12 a and is distributed to the heat transfer tubes 13 .
  • the gas-liquid two-phase refrigerant uniformly flows out through the dispersion holes 12a regardless of whether the heating operation or the cooling operation is performed. and distributed to each heat transfer tube 13 .
  • Embodiment 2 Next, a refrigeration cycle device 200 according to Embodiment 2 will be described.
  • the refrigerant circuit configuration of the second embodiment is the same as the refrigerant circuit configuration of the refrigeration cycle apparatus 200 of the first embodiment shown in FIG. is different.
  • FIG. 7 is a diagram showing a cross section orthogonal to the direction perpendicular to the extension direction of the inner pipe 12 of the first refrigerant distributor 152a in the refrigeration cycle apparatus 200 according to Embodiment 2. As shown in FIG.
  • the inner wall 12d of the inner tube 12 is formed with a plurality of projections 31 along the circumferential direction.
  • the plurality of protrusions 31 are provided parallel to each other so as to extend in the extending direction of the inner tube 12 .
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the extending direction of the convex portion 31 formed on the inner wall 12d of the inner pipe 12 in the first refrigerant distributor 152a according to the second embodiment.
  • two convex portions 31 c and 31 d are representatively shown among the plurality of convex portions 31 .
  • the convex portions 31c and 31d are formed so as to extend parallel to each other in a helical shape in the extending direction of the inner pipe 12.
  • the remaining protrusions 31 are also spirally provided in parallel to each other, like the protrusions 31c and 31d.
  • the first refrigerant distributor 152a is shown in FIGS. 7 and 8, the second refrigerant distributor 154a also employs the same configuration as the first refrigerant distributor 152a.
  • the liquid refrigerant of the gas-liquid two-phase refrigerant flowing through the inner pipe 12 is held between the convex portions 31 formed on the inner wall 12 d of the inner pipe 12 .
  • the convex portion 31 is formed in a helical shape, the centrifugal force generated in the liquid refrigerant in the course of flowing through the inner pipe 12 increases the force for uniformly holding the inner pipe 12 in the circumferential direction.
  • the gas-liquid two-phase refrigerant uniformly flows out through the dispersion holes 12 a and is distributed to the heat transfer tubes 13 regardless of the flow rate of the refrigerant.
  • the gas-liquid two-phase refrigerant flowing through the inner pipe 12 displaces the convex portion 31 formed in the spiral shape on the inner wall 12d of the inner pipe 12. is formed.
  • a centrifugal force that uniformly holds the liquid refrigerant 32 in the circumferential direction acts between the protrusions 31c and 31d.
  • the gas-liquid two-phase refrigerant uniformly flows out through the distribution holes 12 a and is distributed to the heat transfer tubes 13 regardless of the flow rate of the refrigerant.
  • Embodiment 3 Next, a refrigeration cycle device 200 according to Embodiment 3 will be described.
  • the refrigerant circuit configuration of the third embodiment is the same as the refrigerant circuit configuration of the refrigeration cycle apparatus 200 of the first embodiment shown in FIG. is different.
  • FIG. 9 is a diagram showing the height of the projections 31 formed on the inner wall 12d of the inner pipe 12 in the first refrigerant distributor 152a according to Embodiment 3.
  • white arrows indicate the flow of gas-liquid two-phase refrigerant when the first refrigerant distributor 152a is used as an evaporator.
  • the height h2 of the protrusion 31 on the downstream side of the gas-liquid two-phase refrigerant from the inner wall 12d of the inner tube 12 is equal to the height h2 of the protrusion 31 on the upstream side of the gas-liquid two-phase refrigerant from the inner tube 12. It is higher than the height h1 from the inner wall 12d.
  • FIG. 9 shows the case of the first refrigerant distributor 152a, the second refrigerant distributor 154a also employs the same configuration as the first refrigerant distributor 152a.
  • the gas-liquid two-phase refrigerant continues to flow out to the outer tube 11 through the dispersion holes 12a.
  • the flow rate of the liquid refrigerant 32 flowing through the inner tube 12 is lower on the downstream side than on the upstream side of the gas-liquid two-phase refrigerant.
  • the holding force with which the liquid refrigerant 32 is held by the inner wall 12d of the inner tube 12 decreases toward the downstream side of the gas-liquid two-phase refrigerant.
  • the height h2 from the inner wall 12d of the inner tube 12 of the convex portion 31 on the downstream side of the gas-liquid two-phase refrigerant is reduced to the height h2 on the upstream side of the gas-liquid two-phase refrigerant.
  • the height h1 of the protrusion 31 from the inner wall 12d of the inner tube 12 is set higher than the height h1.
  • the height of the convex portion 31 rises gently from the upstream side to the downstream side of the gas-liquid two-phase refrigerant.
  • the height may be stepwise from the upstream side to the downstream side of the refrigerant.
  • the height h2 on the downstream side of the projection 31 is made higher than the height h1 on the upstream side. Therefore, the holding force with which the liquid refrigerant 32 is held by the inner wall 12d can be increased. Therefore, according to the first refrigerant distributor 152 a of the refrigeration cycle apparatus 200 according to Embodiment 3, the gas-liquid two-phase refrigerant flows out evenly through the dispersion holes 12 a and is distributed to the heat transfer tubes 13 .
  • Embodiment 4 Next, a refrigeration cycle device 200 according to Embodiment 4 will be described.
  • the refrigerant circuit configuration of Embodiment 4 is the same as the refrigerant circuit configuration of refrigeration cycle apparatus 200 of Embodiment 1 shown in FIG.
  • the dispersion holes 12a are provided in the lower portion of the inner tube 12 in the direction of gravity.
  • the positions of the distribution holes 12a of the inner pipe 12 in the first refrigerant distributor 152a are different.
  • the positions of the distribution holes 12a of the inner pipes 12 in the second refrigerant distributor 154a are the same as the positions of the distribution holes 12a of the inner pipes 12 in the first refrigerant distributor 152a. .
  • FIG. 10 is a cross-sectional view perpendicular to the direction in which the inner pipe 12 extends, showing the positions of the distribution holes 12a of the inner pipe 12 in the first refrigerant distributor 152a according to Embodiment 4. As shown in FIG.
  • the angle ⁇ [deg] from the vertical direction of the center of the inner tube 12 to the dispersion hole 12a satisfies the relationships of formulas (1) and (2).
  • ⁇ 20 ⁇ 180 (1) ⁇ 1 ⁇ /180+sin ⁇ cos ⁇ / ⁇ (2) here, ⁇ is the estimated liquid level angle [deg], and ⁇ is the void fraction.
  • the formulas (1) and (2) are calculated from the liquid cross-sectional area calculated from the void ratio ⁇ by trigonometric function as fan-shaped area ⁇ triangular area.
  • the positions of the dispersion holes 12a are calculated from the void fraction of the gas-liquid interface 34 in the laminar flow. from an angle slightly lower than 180°. This is because the gas-liquid interface 34 has a liquid level higher than that in the case of a laminar flow due to surface tension.
  • the first refrigerant distributor 152a and the second refrigerant distributor 154a of the refrigeration cycle apparatus 200 according to Embodiment 4 even when the liquid refrigerant 32 approaches the laminar flow from the annular flow, the gas-liquid interface 34 , the gas-liquid two-phase refrigerant flows out to the dispersion holes 12a. Thereby, the refrigerant can be evenly distributed to each heat transfer tube 13 .
  • Embodiment 5 Next, a refrigeration cycle device 200 according to Embodiment 5 will be described.
  • the refrigerant circuit configuration of Embodiment 5 is the same as the refrigerant circuit configuration of refrigeration cycle apparatus 200 of Embodiment 1 shown in FIG.
  • the position of the protrusion 31 provided on the inner wall 12d of the inner pipe 12 of the first refrigerant distributor 152a is different.
  • the position of the convex portion 31 in the second refrigerant distributor 154a is the same as the position of the convex portion 31 in the first refrigerant distributor 152a.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of the first heat exchanger 152 of the refrigeration cycle apparatus 200 according to Embodiment 5 as viewed from the front.
  • FIG. 11 only some of the protrusions 31 formed on the inner wall 12d of the inner tube 12 in the circumferential direction are shown for the sake of illustration. Note that description of the same parts as in FIG. 2 is omitted, and different parts are described here.
  • the second heat exchanger 154 also has the same configuration as the first heat exchanger 152.
  • white arrows indicate the flow of refrigerant when the first heat exchanger 152 is used as an evaporator.
  • the inner tube 12 has a convex portion forming portion 41 and a smooth portion 42 .
  • the convex portion forming portion 41 is provided on the upstream side of the gas-liquid two-phase refrigerant and upstream of the dispersion hole 12a on the most upstream side.
  • a convex portion 31 is formed on the inner wall 12 d of the inflow portion 12 c of the inner tube 12 in the convex portion forming portion 41 .
  • the smooth portion 42 is provided downstream of the convex portion forming portion 41 for the gas-liquid two-phase refrigerant.
  • the inner wall 12d of the inner tube 12 at the smooth portion 42 is smooth.
  • the convex portion 31 is formed on the upstream side of the gas-liquid two-phase refrigerant, the liquid refrigerant is evenly distributed in the circumferential direction of the inner pipe 12 on the upstream side. Further, even when the liquid refrigerant flows from upstream to downstream, the state of the liquid refrigerant distributed in the circumferential direction is maintained, and even the smooth portion 42 follows the inner wall 12d.
  • the liquid is also distributed in the smooth portion 42 on the downstream side.
  • Refrigerant flows along the inner wall 12 d of the inner tube 12 .
  • Embodiment 6 Next, a refrigeration cycle device 200 according to Embodiment 6 will be described.
  • the refrigerant circuit configuration of Embodiment 6 is the same as the refrigerant circuit configuration of refrigeration cycle apparatus 200 of Embodiment 1 shown in FIG.
  • the positions of the protrusions 31 provided on the inner wall 12d of the inner pipe 12 of the first refrigerant distributor 152a are different from the positions of the protrusions 31 in the fifth embodiment.
  • the position of the convex portion 31 in the second refrigerant distributor 154a is the same as the position of the convex portion 31 in the first refrigerant distributor 152a.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of the first heat exchanger 152 of the refrigeration cycle apparatus 200 according to Embodiment 6 as viewed from the front.
  • FIG. 12 only some of the protrusions 31 formed on the inner wall 12d of the inner tube 12 in the circumferential direction are shown for the sake of illustration. Note that description of the same parts as in FIG. 2 is omitted, and different parts are described here.
  • the second heat exchanger 154 also has the same configuration as the first heat exchanger 152.
  • white arrows indicate the flow of refrigerant when the first heat exchanger 152 is used as an evaporator.
  • the inner tube 12 has a smooth portion 42 and a convex portion forming portion 41 .
  • the smooth portion 42 has a smooth inner wall 12d of the inner tube 12 and is provided upstream of the gas-liquid two-phase refrigerant.
  • the convex portion forming portion 41 is provided downstream of the smooth portion 42 of the gas-liquid two-phase refrigerant, and the convex portion 31 is formed. More specifically, the convex portion forming portion 41 is provided downstream of the range in which the heat transfer tubes 13 are provided.
  • the convex portion 31 formed in the convex portion forming portion 41 is provided on the downstream side of the distribution hole 12a on the most downstream side, and on the inner wall 12d of the inner tube 12 on the downstream side of the range in which the heat transfer tube 13 is provided. formed in
  • the gas-liquid two-phase refrigerant flows in a state in which the pressure loss in the region in the inner pipe 12 where the flow rate of the gas-liquid two-phase refrigerant is high is suppressed.
  • a two-phase refrigerant flows. Since the convex portion 31 is provided in the convex portion forming portion 41 on the downstream side, the liquid refrigerant flows along the inner wall 12d of the inner pipe 12, and even when the flow rate of the gas-liquid two-phase refrigerant is reduced, the gas-liquid refrigerant separation is suppressed.
  • the liquid refrigerant is distributed to the inner wall 12d of the inner pipe 12. flow along.
  • the convex portion 31 is formed only in the convex portion forming portion 41 on the downstream side, the gas-liquid separation is suppressed when the flow rate of the gas-liquid two-phase refrigerant is reduced.
  • the two-phase refrigerant evenly flows out through the distribution holes 12a around the downstream end where the convex portion 31 is formed, and is distributed to each heat transfer tube 13 .

Abstract

冷媒分配器は、伝熱管が接続される外管と、外管内に収容され、冷媒を外管に通す分散用孔を有する内管とを具備し、内管の内壁には、内管の延伸方向に延びる凸部が形成され、凸部は、内管の内壁に周方向に複数形成される。

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二重構造の冷媒分配器、このような冷媒分配器を有する熱交換器及び空気調和装置に関する。
　空気調和装置では、室内機に搭載された凝縮器として機能する熱交換器で凝縮された液冷媒が絞り装置によって減圧される。そして、冷媒は、ガス冷媒と液冷媒とが混在する気液二相状態となって室外機に搭載された蒸発器として機能する熱交換器に流入する。
　気液二相状態の冷媒が蒸発器として機能する熱交換器に流入すると、熱交換器への冷媒の分配性能が悪化する。そこで、冷媒の分配性能が改善するように、室外機に搭載された熱交換器の扁平管を鉛直上向きに配置し、冷媒分配器を水平に配置して、重力の影響を軽減し、冷媒の分配を改善する方法などがある（例えば、特許文献１参照。）。
特許第６５７６５７７号公報
　しかし、上記のように冷媒分配器が水平に配置された場合でも、冷媒分配器内部を流動する冷媒流量又は乾き度に依存し、分配性能が変動するなどの課題がある。特に、低冷媒流量及び低渇き度の条件では、二相冷媒が分離され易くなる。液冷媒が内管の内壁に均一に沿って流れていない場合、内管に形成された分散用孔を通じて、液冷媒のみ又はガス冷媒のみが流れる領域が発生し、冷媒分配器の分配性能が低下する。また、このような冷媒分配器を有する熱交換器及び空気調和装置の熱交換性能が低下する。
　本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、各伝熱管に均等に冷媒を分配できる冷媒分配器、このような冷媒分配器を有する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。
　本開示に係る冷媒分配器は、伝熱管が接続される外管と、前記外管内に収容され、冷媒を前記外管に通す分散用孔を有する内管とを具備し、前記内管の内壁には、前記内管の延伸方向に延びる凸部が形成され、前記凸部は、前記内管の内壁に周方向に複数形成される。
　本開示によれば、内管を流れる気液二相冷媒のうちの液冷媒が、内管の内壁に形成された凸部と凸部との間に周方向に均等に保持される。これにより、冷媒の流量によらず、気液二相冷媒が分散用孔を通じて、均等に流出し、各伝熱管に分配される。
実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路構成を概略的に示す冷媒回路図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の第１熱交換器を正面から見た断面模式図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の第１熱交換器を側面から見た断面を示す側面断面模式図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置における第１冷媒分配器の内管の延伸方向に対して鉛直方向に直交する断面を示す図である。 実施の形態１に係る第１冷媒分配器における内管の内壁に形成される凸部の延伸方向を説明するための図である。 実施の形態１に係る第１冷媒分配器における内管の内壁に形成される変形例の凸部の延伸方向を説明するための図である。 実施の形態２に係る冷凍サイクル装置における第１冷媒分配器の内管の延伸方向に対して鉛直方向に直交する断面を示す図である。 実施の形態２に係る第１冷媒分配器における内管の内壁に形成される凸部の延伸方向を説明するための図である。 実施の形態３に係る第１冷媒分配器における内管の内壁に形成される凸部の高さを示す図である。 実施の形態４に係る第１冷媒分配器における内管の分散用孔の設けられる位置を示す内管の延伸方向に対して鉛直方向に直交する断面図である。 実施の形態５に係る冷凍サイクル装置の第１熱交換器を正面から見た断面模式図である。 実施の形態６に係る冷凍サイクル装置の第１熱交換器を正面から見た断面模式図である。
　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熱交換器について説明する。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。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００の冷媒回路構成を概略的に示す冷媒回路図である。図１に基づいて、冷凍サイクル装置２００の構成及び動作について説明する。実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００は、第１冷媒分配器１５２ａを備えた第１熱交換器１５２及び第２冷媒分配器１５４ａを備えた第２熱交換器１５４を冷媒回路の一要素として備えたものである。
＜冷凍サイクル装置２００の構成＞
　図１に示すように、冷凍サイクル装置２００は、室外機１０１と室内機１０２とを有する。室外機１０１は、圧縮機１００、流路切替装置１５１、第１熱交換器１５２及び膨張装置１５３を有する。また、圧縮機１００の上流側にはアキュームレータ３００が配置されている。第１熱交換器１５２には、第１冷媒分配器１５２ａが設けられている。第１冷媒分配器１５２ａは、第１熱交換器１５２の伝熱管１３（図２参照）に冷媒を分配する。第１熱交換器１５２の近傍には、室外ファン１５６が設けられている。さらに、室外機１０１は制御装置１６０を有する。
　室内機１０２は、第２熱交換器１５４を有する。第２熱交換器１５４には、第２冷媒分配器１５４ａが設けられている。第２冷媒分配器１５４ａは、第２熱交換器１５４の図示せぬ伝熱管に冷媒を分配する。第２熱交換器１５４の近傍には、室内ファン１５７が設けられている。
　圧縮機１００、第１熱交換器１５２及び膨張装置１５３が配管１５５ａにより配管接続され、膨張装置１５３、第２熱交換器１５４及び圧縮機１００が、配管１５５ｂにより配管接続されて冷媒回路を形成している。
　圧縮機１００は、吸入された冷媒を圧縮して高温高圧の状態とするものである。圧縮機１００で圧縮された冷媒は、圧縮機１００から吐出されて第１熱交換器１５２又は第２熱交換器１５４へ送られる。
　流路切替装置１５１は、暖房運転と冷房運転とにおいて冷媒の流れを切り替えるものである。流路切替装置１５１は、暖房運転時には圧縮機１００と第２熱交換器１５４とを接続するように切り替えられ、冷房運転時には圧縮機１００と第１熱交換器１５２とを接続するように切り替えられる。なお、流路切替装置１５１は、たとえば四方弁で構成するとよい。ただし、二方弁又は三方弁の組み合わせを流路切替装置１５１として採用してもよい。
　第１熱交換器１５２は、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時には凝縮器として機能する。蒸発器として機能する場合、第１熱交換器１５２では、膨張装置１５３から流出された低温低圧の冷媒と、室外ファン１５６により供給される空気とが熱交換され、低温低圧の気液二相冷媒の液冷媒が蒸発する。一方、凝縮器として機能する場合、第１熱交換器１５２では、圧縮機１００から吐出された高温高圧の冷媒と、室外ファン１５６により供給される空気とが熱交換され、高温高圧のガス冷媒が凝縮される。なお、第１熱交換器１５２を、冷媒－水熱交換器で構成してもよい。この場合、第１熱交換器１５２では、冷媒と、水などの熱媒体とで熱交換が実行される。
　膨張装置１５３は、第１熱交換器１５２又は第２熱交換器１５４から流出した冷媒を膨張させて減圧するものである。膨張装置１５３は、例えば冷媒の流量を調整可能な電動膨張弁等で構成するとよい。なお、膨張装置１５３としては、電動膨張弁だけでなく、受圧部にダイアフラムを採用した機械式膨張弁、又は、キャピラリーチューブ等を適用することも可能である。
　第２熱交換器１５４は、暖房運転時には凝縮器として機能し、冷房運転時には蒸発器として機能するものである。凝縮器として機能する場合、第２熱交換器１５４では、圧縮機１００から吐出された高温高圧の冷媒と、室内ファン１５７により供給される空気とが熱交換され、高温高圧のガス冷媒が凝縮される。一方、蒸発器として機能する場合、第２熱交換器１５４では、膨張装置１５３から流出された低温低圧の冷媒と、室内ファン１５７により供給される空気とが熱交換され、気液二相冷媒の低温低圧の液冷媒が蒸発する。なお、第２熱交換器１５４を、冷媒－水熱交換器で構成してもよい。この場合、第２熱交換器１５４では、冷媒と、水などの熱媒体とで熱交換が実行される。
　第１冷媒分配器１５２ａは、第１熱交換器１５２の複数の伝熱管１３（図２及び図３参照）に冷媒を分配する。室外ファン１５６は、第１熱交換器１５２に熱交換のための空気を送風する。第２冷媒分配器１５４ａは、第２熱交換器１５４の図示せぬ伝熱管に冷媒を分配する。室内ファン１５７は、第２熱交換器１５４に熱交換のための空気を送風する。
　制御装置１６０は、冷凍サイクル装置２００全体を統括制御する。具体的には、制御装置１６０は、必要とする冷却能力又は加熱能力に応じて圧縮機１００の駆動周波数を制御する。また、制御装置１６０は、運転状態及びモード毎に応じて膨張装置１５３の開度を制御する。さらに、制御装置１６０は、モード毎に応じて流路切替装置１５１を制御する。
　制御装置１６０は、ユーザーからの運転指示に基づいて、図示省略の各温度センサー及び図示省略の各圧力センサーから送られる情報を利用し、例えば、圧縮機１００、膨張装置１５３及び流路切替装置１５１等の各アクチュエーターを制御する。
　なお、制御装置１６０は、その機能を実現する回路デバイスのようなハードウェアで構成することもできるし、マイコン又はＣＰＵのような演算装置と、その上で実行されるソフトウェアとにより構成することもできる。
　制御装置１６０は、専用のハードウェア、又はメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサともいう）で構成される。制御装置１６０が専用のハードウェアである場合、制御装置１６０は、例えば、単一回路、複合回路、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、又はこれらを組み合わせたものが該当する。制御装置１６０が実現する各機能部のそれぞれを、個別のハードウェアで実現してもよいし、各機能部を一つのハードウェアで実現してもよい。制御装置１６０がＣＰＵの場合、制御装置１６０が実行する各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア及びファームウェアはプログラムとして記述され、メモリに格納される。ＣＰＵは、メモリに格納されたプログラムを読み出して実行し、制御装置１６０の各機能を実現する。ここで、メモリは、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性又は揮発性の半導体メモリである。なお、制御装置１６０の機能の一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェア又はファームウェアで実現するようにしてもよい。
　なお、図１においては、第１熱交換器１５２に第１冷媒分配器１５２ａが設けられ、第２熱交換器１５４に第２冷媒分配器１５４ａが設けられている場合を示しているが、いずれか一方にのみに冷媒分配器が設けられていても良い。
＜冷凍サイクル装置２００の動作＞
　次に、冷凍サイクル装置２００の動作について、冷媒の流れとともに説明する。ここでは、第１熱交換器１５２及び第２熱交換器１５４での熱交換流体が空気である場合を例に、冷凍サイクル装置２００の冷房運転時の動作について説明する。なお、図１では、冷房運転時の冷媒の流れを破線矢印で示し、暖房運転時の冷媒の流れを実線矢印で示している。
　圧縮機１００が駆動され、圧縮機１００から高温高圧のガス状態の冷媒が吐出される。圧縮機１００から吐出された高温高圧のガス冷媒（単相）は、第１熱交換器１５２に流れ込む。第１熱交換器１５２では、流れ込んだ高温高圧のガス冷媒と、室外ファン１５６によって供給される空気との間で熱交換が行われて、高温高圧のガス冷媒は、凝縮されて高圧の液冷媒（単相）になる。
　第１熱交換器１５２から送り出された高圧の液冷媒は、膨張装置１５３によって、低圧のガス冷媒と液冷媒との二相状態の冷媒になる。気液二相状態の冷媒は、第２冷媒分配器１５４ａにより収集され、収集された気液二相状態の冷媒は第２熱交換器１５４に流れ込む。第２熱交換器１５４では、第２冷媒分配器１５４ａにより分配され、流れ込んだ気液二相状態の冷媒と、室内ファン１５７によって供給される空気との間で熱交換が行われて、気液二相状態の冷媒のうち液冷媒が蒸発して低圧であって単相のガス冷媒になる。第２熱交換器１５４から送り出された低圧のガス冷媒は、アキュームレータ３００を介して圧縮機１００に流れ込み、圧縮されて高温高圧のガス冷媒となって、再び圧縮機１００から吐出される。以降、このサイクルが繰り返される。
　なお、冷凍サイクル装置２００の暖房運転時の動作は、流路切替装置１５１により冷媒の流れを図１に示す実線矢印の流れにすることで実行される。
　また、圧縮機１００の吐出側に設けた流路切替装置１５１を設けずに、冷媒の流れを一定方向にしてもよい。
　冷凍サイクル装置２００が冷房専用又は暖房専用であって冷媒の流れ方向を切り替える必要が無い場合には、流路切替装置１５１を設けなくてよい。
　さらに、冷凍サイクル装置２００の適用例としては、空気調和装置の他、給湯器、冷凍機、又は空調給湯複合機などがある。
＜第１熱交換器１５２＞
　図２は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００の第１熱交換器１５２を正面から見た断面模式図である。図３は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００の第１熱交換器１５２を側面から見た断面を示す側面断面模式図である。
　図２及び図３においては、第１熱交換器１５２を示したが、第２熱交換器１５４も第１熱交換器１５２と同様の構成が採用される。また、第２熱交換器１５４の第２冷媒分配器１５４ａは、第１熱交換器１５２の第１冷媒分配器１５２ａと同様の構成が採用される。図２においては、第１熱交換器１５２が蒸発器として利用された場合の冷媒の流れを白矢印で示している。
　図２及び図３に示すように、第１熱交換器１５２は、複数の伝熱管１３を有する。ガスヘッダ１４及び第１冷媒分配器１５２ａは、水平方向に延びるように配置される。複数の伝熱管１３は、水平方向に間隔を空けて設けられ、それぞれの一端が第１冷媒分配器１５２ａの外管１１に挿入され、他端がガスヘッダ１４に挿入される。伝熱管１３には図示せぬフィンが隣接する伝熱管１３の間に位置するようにして取り付けられる。図示せぬフィンは、伝熱管１３に伝熱を行なう。ガスヘッダ１４には、ガスヘッダ１４内と連通する流出部１４ａが設けられる。流出部１４ａは、圧縮機１００に接続される配管１５５ａに接続される。
＜第１冷媒分配器１５２ａ＞
　図２及び図３に示すように、第１冷媒分配器１５２ａは、内管１２と、外管１１とを備える２重管構造である。外管１１には、外管１１の延出方向に沿って複数の伝熱管１３が接続される。内管１２と外管１１との間に流入した気液二相冷媒は、複数の伝熱管１３に分配される。
　第１冷媒分配器１５２ａは、第１熱交換器１５２が蒸発器として運転される場合に流れる気液二相冷媒の入口側に接続される。
　内管１２は、内管１２の延伸方向が水平に保持される。気液二相冷媒が内管１２の一端に流入する。第１熱交換器１５２が蒸発器として機能する場合の冷媒の流れの内管１２の最下流端部には、キャップ１２ｂが設けられる。第１熱交換器１５２が蒸発器として機能する場合の内管１２内の冷媒の流れの内管１２の最上流端部には、冷凍サイクル回路の膨張装置１５３に接続される配管１５５ａが接続される。
　図２及び図３に示すように、内管１２には、内管１２の延伸方向に間隔を空けてオリフィス孔とも称される冷媒を外管１１に通す分散用孔１２ａが内管１２の重力方向下部に設けられる。分散用孔１２ａは、分散用孔１２ａの直径は、０．５［ｍｍ］から４［ｍｍ］である。分散用孔１２ａは、内管１２の重力方向下部であって、伝熱管１３の間に設けられていても良い。これにより、分散用孔１２ａが伝熱管１３の直下の内管１２に設けられている場合に比して、第１冷媒分配器１５２ａの冷媒分配性能を向上することができる。また、内管１２には、冷媒が流入する流入部１２ｃが設けられている。
　図４は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００における第１冷媒分配器１５２ａの内管１２の延伸方向に対して鉛直方向に直交する断面を示す図である。図５は、実施の形態１に係る第１冷媒分配器１５２ａにおける内管１２の内壁１２ｄに形成される凸部３１の延伸方向を説明するための図である。
　図４に示すように、内管１２の内壁１２ｄには複数の凸部３１が周方向に沿って形成されている。これら複数の凸部３１は、図５に示すように、内管１２の延伸方向に延びるように互いに平行して設けられている。
　凸部３１の断面形状は、図４に示す三角形状に限らず、台形、矩形あるいは半円形など他の形状のものであっても良い。
　このように、凸部３１を設けることにより、気液二相冷媒の液冷媒３２が凸部３１と凸部３１との間に保持される。これにより、液冷媒３２が内管１２の周方向に均等に保持される。内管１２の中心部には気液二相冷媒のガス冷媒３３が流れる。これにより、気液二相冷媒が分散用孔１２ａを通り、内管１２から外管１１に均等に流出し、複数の伝熱管１３に均等に分配される。
＜第１熱交換器１５２の動作＞
　次に、第１熱交換器１５２が蒸発器として使用される暖房運転の場合の動作について説明する。なお、ここでは、第１熱交換器１５２が蒸発器として使用される場合の動作について説明するが、第２熱交換器１５４が蒸発器として使用される場合の動作は、第１熱交換器１５２の動作と同様である。また、第１熱交換器１５２が凝縮器として使用される場合には、冷媒の流れの方向が逆方向になる。
　図２において、内管１２の流入部１２ｃに流入した気液二相冷媒は、内管１２内を流れ、内管１２の分散用孔１２ａを通じて、外管１１内に分散される。外管１１内に分散された気液二相冷媒は、伝熱管１３に流入し、伝熱管１３を流れる過程において空気と熱交換が行われ低圧のガス冷媒となり、ガスヘッダ１４に流入する。ガスヘッダ１４に流入した低圧のガス冷媒は、流出部１４ａから出力される。
　図４に示すように、内管１２の流入部１２ｃに流入した気液二相冷媒のうち液冷媒３２は、凸部３１の間を流れる。凸部３１の間を流れる液冷媒３２は、内管１２の周方向に均等に保持される。内管１２の中心部には気液二相冷媒のガス冷媒３３が流れる。
　内管１２の内部を流れる気液二相冷媒は、分散用孔１２ａ通り外管１１に流出する。外管１１に流入した気液二相冷媒は、複数の伝熱管１３に分配される。液冷媒３２は、内管１２の延伸方向に沿って延びる凸部３１と凸部３１との間に周方向に均等に保持される。従って、気液二相冷媒が分散用孔１２ａを通り、冷媒の流れ方向の上流から下流にわたって内管１２から外管１１に均等に流出し、複数の伝熱管１３に均等に分配される。
　複数の伝熱管１３に分配された気液二相冷媒は、空気と熱交換が行われガス冷媒となり、ガスヘッダ１４を介して、ガスヘッダ１４の流出部１４ａから出力する。ガスヘッダ１４の流出部１４ａから出力したガス冷媒は、配管１５５ａを通り、流路切替装置１５１及びアキュームレータ３００を介して圧縮機１００に戻る。
＜変形例＞
　なお、凸部３１は、内管１２の延伸方向に対して斜め方向に形成されていても良い。図６は、実施の形態１に係る第１冷媒分配器１５２ａにおける内管１２の内壁１２ｄに形成される変形例の凸部３１の延伸方向を説明するための図である。図６では、複数の凸部３１のうち、２つの凸部３１ａと凸部３１ｂとを代表して示している。図６に示すように、凸部３１ａと凸部３１ｂとは、内管１２の延伸方向に対して斜め方向に延び、かつ内管１２の延伸方向に延びるように形成されている。
　実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００の第１冷媒分配器１５２ａ及び第２冷媒分配器１５４ａによれば、内管１２を流れる気液二相冷媒のうち、内管１２の内壁１２ｄに形成された凸部３１ａと凸部３１ｂとの間に液冷媒が、周方向に均等に保持される。これにより、冷媒の流量にかかわらず、気液二相冷媒が分散用孔１２ａを通じて、均等に流出し、各伝熱管１３に分配される。また、第１冷媒分配器１５２ａ及び第２冷媒分配器１５４ａに凸部３１が設けられているので、暖房運転及び冷房運転にかかわらず、気液二相冷媒が分散用孔１２ａを通じて、均等に流出し、各伝熱管１３に分配される。
実施の形態２．
　次に、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００について説明する。実施の形態２の冷媒回路構成は、図１に示された実施の形態１の冷凍サイクル装置２００の冷媒回路構成と同じであるが、第１冷媒分配器１５２ａ及び第２冷媒分配器１５４ａの構成が異なる。
　図７は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００における第１冷媒分配器１５２ａの内管１２の延伸方向に対して鉛直方向に直交する断面を示す図である。
　図７に示すように、内管１２の内壁１２ｄには複数の凸部３１が周方向に沿って形成されている。これら複数の凸部３１は、内管１２の延伸方向に延びるように互いに平行して設けられている。
　図８は、実施の形態２に係る第１冷媒分配器１５２ａにおける内管１２の内壁１２ｄに形成される凸部３１の延伸方向を説明するための図である。図８では、複数の凸部３１のうち、２つの凸部３１ｃと凸部３１ｄとを代表して示している。図８において、凸部３１ｃと凸部３１ｄとは、内管１２の延伸方向に螺旋形状に互いに平行に延びるように形成されている。残りの凸部３１も凸部３１ｃと凸部３１ｄと同様に、互いに平行に螺旋形状に設けられている。なお、図７及び図８においては、第１冷媒分配器１５２ａを示したが、第２冷媒分配器１５４ａも第１冷媒分配器１５２ａと同様の構成が採用される。
　このような構成では、内管１２を流れる気液二相冷媒のうちの液冷媒が、内管１２の内壁１２ｄに形成された凸部３１と凸部３１との間に保持される。そして、凸部３１が螺旋形状に形成されていることから、内管１２内を流れる過程において液冷媒に生じる遠心力により、内管１２の周方向に均等に保持する力が増大する。これにより、冷媒の流量によらず、気液二相冷媒が分散用孔１２ａを通じて、均等に流出し、各伝熱管１３に分配される。
　実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００の第１冷媒分配器１５２ａによれば、内管１２を流れる気液二相冷媒のうち、内管１２の内壁１２ｄに螺旋形状に形成された凸部３１が形成される。これにより、凸部３１ｃと凸部３１ｄとの間に液冷媒３２を周方向に均等に保持する遠心力が働く。その結果、冷媒の流量によらず、気液二相冷媒が分散用孔１２ａを通じて、均等に流出し、各伝熱管１３に分配される。
実施の形態３．
　次に、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置２００について説明する。実施の形態３の冷媒回路構成は、図１に示された実施の形態１の冷凍サイクル装置２００の冷媒回路構成と同じであるが、第１冷媒分配器１５２ａ及び第２冷媒分配器１５４ａの構成が異なる。
　図９は、実施の形態３に係る第１冷媒分配器１５２ａにおける内管１２の内壁１２ｄに形成される凸部３１の高さを示す図である。図９において、白矢印は、第１冷媒分配器１５２ａが蒸発器として使用されている場合の気液二相冷媒の流れを示す。図９に示すように、気液二相冷媒の下流側における凸部３１の内管１２の内壁１２ｄからの高さｈ２が、気液二相冷媒の上流側における凸部３１の内管１２の内壁１２ｄから高さｈ１よりも高い。なお、図９においては、第１冷媒分配器１５２ａの場合を示したが、第２冷媒分配器１５４ａも第１冷媒分配器１５２ａと同様の構成が採用される。
　第１熱交換器１５２が蒸発器として使用される場合、気液二相冷媒が分散用孔１２ａを通り、外管１１に流出し続ける。これにより、内管１２を流れる液冷媒３２の流量は、気液二相冷媒の上流側に対して、下流側は低下する。その結果、内管１２の内壁１２ｄに液冷媒３２が保持される保持力は、気液二相冷媒の下流側にいくほど低下する。
　実施の形態３の第１冷媒分配器１５２ａによれば、気液二相冷媒の下流側における凸部３１の内管１２の内壁１２ｄからの高さｈ２を、気液二相冷媒の上流側における内管１２の内壁１２ｄからの凸部３１の高さｈ１よりも高くする。
　このように凸部３１を構成することにより、内管１２を流れる液冷媒３２の表面張力の影響が大きくなり、液冷媒３２が内壁１２ｄに保持される保持力が増大する。
　なお、図９においては、凸部３１の高さは、気液二相冷媒の上流側から下流側になだらかに高くなる場合を示しているが、凸部３１の高さは、気液二相冷媒の上流側から下流側にかけて階段状に高くなっても良い。
　実施の形態３に係る冷凍サイクル装置２００の第１冷媒分配器１５２ａによれば、凸部３１の下流側における高さｈ２を、上流側における高さｈ１よりも高くする。これにより、液冷媒３２が内壁１２ｄに保持される保持力を大きくすることができる。従って、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置２００の第１冷媒分配器１５２ａによれば、気液二相冷媒が分散用孔１２ａを通じて、均等に流出し、各伝熱管１３に分配される。
実施の形態４．
　次に、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置２００について説明する。実施の形態４の冷媒回路構成は、図１に示された実施の形態１の冷凍サイクル装置２００の冷媒回路構成と同じである。実施の形態１においては、分散用孔１２ａは、内管１２の重力方向下部に設けられていた。実施の形態４においては、第１冷媒分配器１５２ａにおける内管１２の分散用孔１２ａの設けられている位置が異なる。なお、第２冷媒分配器１５４ａにおける内管１２の分散用孔１２ａの設けられている位置は、第１冷媒分配器１５２ａにおける内管１２の分散用孔１２ａの設けられている位置と同様である。
　図１０は、実施の形態４に係る第１冷媒分配器１５２ａにおける内管１２の分散用孔１２ａの設けられる位置を示す内管１２の延伸方向に対して鉛直方向に直交する断面図である。
　内管１２における中心の鉛直方向から分散用孔１２ａまでの角度φ［ｄｅｇ］は、（１）式及び（２）式の関係を満たす。
θ－２０＜φ＜１８０　・・・（１）
α＝１－θ／１８０＋ｓｉｎθｃｏｓθ／π　・・・（２）
ここで、
θは、推定液面角度［ｄｅｇ］、αはボイド率である。（１）式及び（２）式は、ボイド率αから算出される液断面積から三角関数により扇形の面積－三角形の面積として算出したものである。
　このように、上記（１）式及び（２）式を満たす角度φに分散用孔１２ａを設けることにより、分散用孔１２ａの位置はボイド率から計算される層状流における気液界面３４の位置よりもわずかに低い角度から１８０°の間に存在する。気液界面３４は、表面張力により、層状流になっている場合よりも液面は上の位置にあるからである。
　従って、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置２００の第１冷媒分配器１５２ａ及び第２冷媒分配器１５４ａによれば、液冷媒３２が環状流から層状流に近づいた場合にも、気液界面３４から分散用孔１２ａに気液二相冷媒が流出する。これにより、各伝熱管１３に冷媒を均等に分配することが可能となる。
実施の形態５．
　次に、実施の形態５に係る冷凍サイクル装置２００について説明する。実施の形態５の冷媒回路構成は、図１に示された実施の形態１の冷凍サイクル装置２００の冷媒回路構成と同じである。実施の形態５では、第１冷媒分配器１５２ａの内管１２の内壁１２ｄに設けられている凸部３１の位置が異なる。なお、第２冷媒分配器１５４ａにおける凸部３１の位置は、第１冷媒分配器１５２ａにおける凸部３１の位置と同様である。
　図１１は、実施の形態５に係る冷凍サイクル装置２００の第１熱交換器１５２を正面から見た断面模式図である。図１１においては、図示の関係上、内管１２の内壁１２ｄに周方向に形成される凸部３１のうち、一部の凸部３１のみを示している。なお、図２と同一部分には説明を省略し、ここでは異なる部分について説明する。
　図１１においては、第１熱交換器１５２を示したが、第２熱交換器１５４も第１熱交換器１５２と同様の構成が採用される。図１１においては、第１熱交換器１５２が蒸発器として利用された場合の冷媒の流れを白矢印で示している。
　図１１に示すように、内管１２は、凸部形成部４１と、平滑部４２とを有する。凸部形成部４１は、気液二相冷媒の上流側であって、最も上流側の分散用孔１２ａよりも上流側に設けられる。凸部形成部４１における内管１２の流入部１２ｃの内壁１２ｄには凸部３１が形成される。平滑部４２は、気液二相冷媒の凸部形成部４１よりも下流側に設けられる。平滑部４２における内管１２の内壁１２ｄは平滑である。
　このような構成によれば、気液二相冷媒の上流側に凸部３１が形成されているため、上流側において、液冷媒が内管１２の周方向に均等に分配される。そして、液冷媒が上流から下流に流れる際にも周方向に分配された液冷媒の状態が維持されて平滑部４２でも内壁１２ｄに沿う。
　従って、実施の形態５の第１冷媒分配器１５２ａによれば、内管１２の内壁１２ｄに凸部３１を気液二相冷媒の上流側に設けることにより、下流側の平滑部４２においても液冷媒が内管１２の内壁１２ｄに沿って流れる。これにより、凸部３１を上流側の凸部形成部４１にのみ形成する場合であっても、下流側の平滑部４２において気液二相冷媒が分散用孔１２ａを通じて、均等に流出し、各伝熱管１３に分配される。
実施の形態６．
　次に、実施の形態６に係る冷凍サイクル装置２００について説明する。実施の形態６の冷媒回路構成は、図１に示された実施の形態１の冷凍サイクル装置２００の冷媒回路構成と同じである。実施の形態６では、第１冷媒分配器１５２ａの内管１２の内壁１２ｄに設けられている凸部３１の位置が第５の実施の形態の凸部３１の位置と異なる。なお、第２冷媒分配器１５４ａにおける凸部３１の位置は、第１冷媒分配器１５２ａにおける凸部３１の位置と同様である。
　図１２は、実施の形態６に係る冷凍サイクル装置２００の第１熱交換器１５２を正面から見た断面模式図である。図１２においては、図示の関係上、内管１２の内壁１２ｄに周方向に形成される凸部３１のうち、一部の凸部３１のみを示している。なお、図２と同一部分には説明を省略し、ここでは異なる部分について説明する。
　図１２においては、第１熱交換器１５２を示したが、第２熱交換器１５４も第１熱交換器１５２と同様の構成が採用される。図１２においては、第１熱交換器１５２が蒸発器として利用された場合の冷媒の流れを白矢印で示している。
　図１２に示すように、内管１２は、平滑部４２と、凸部形成部４１とを有する。平滑部４２は、内管１２の内壁１２ｄが平滑で、気液二相冷媒の上流側に設けられる。凸部形成部４１は、気液二相冷媒の平滑部４２よりも下流側に設けられ、凸部３１が形成される。より具体的には、凸部形成部４１は、伝熱管１３が設けられた範囲よりも下流側に設けられる。凸部形成部４１に形成された凸部３１は、最も下流側の分散用孔１２ａよりも下流側に設けられ、かつ伝熱管１３が設けられた範囲よりも下流側の内管１２の内壁１２ｄに形成される。
　このような構成によれば、気液二相冷媒の上流側に平滑部４２があるので、内管１２内の気液二相冷媒の流量が多い領域の圧力損失が抑制された状態で気液二相冷媒が流れる。下流側では、凸部形成部４１において凸部３１が設けられているので、内管１２の内壁１２ｄに液冷媒が沿い、気液二相冷媒の流量が低下した状態であっても、気液が分離することが抑制される。
　従って、実施の形態６の第１冷媒分配器１５２ａによれば、内管１２の内壁１２ｄに凸部３１を気液二相冷媒の下流側に設けることにより、液冷媒が内管１２の内壁１２ｄに沿って流れる。これにより、凸部３１を下流側の凸部形成部４１にのみ形成する場合であっても、気液二相冷媒の流量が低下した状態で、気液が分離することが抑制され、気液二相冷媒が凸部３１を施した下流端部の周辺に存在する分散用孔１２ａを通じて、均等に流出し、各伝熱管１３に分配される。
　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。
　１１　外管、１２　内管、１２ａ　分散用孔、１２ｂ　キャップ、１２ｃ　流入部、１２ｄ　内壁、１３　伝熱管、１４　ガスヘッダ、１４ａ　流出部、３１、３１ａ～３１ｄ　凸部、３２　液冷媒、３３　ガス冷媒、３４　気液界面、４１　凸部形成部、４２　平滑部、１００　圧縮機、１０１　室外機、１０２　室内機、１５１　流路切替装置、１５２　第１熱交換器、１５２ａ　第１冷媒分配器、１５３　膨張装置、１５４　第２熱交換器、１５４ａ　第２冷媒分配器、１５５ａ、１５５ｂ　配管、１５６　室外ファン、１５７　室内ファン、１６０　制御装置、２００　冷凍サイクル装置、３００　アキュームレータ、ｈ１　凸部の気液二相冷媒上流側の高さ、ｈ２　凸部の気液二相冷媒下流側の高さ、θ　推定液面角度、α　ボイド率、φ　分散用孔の角度。

Claims (9)

  1. 　伝熱管が接続された外管と、
    　前記外管内に収容され、冷媒を前記外管に通す分散用孔を有する内管と
    を具備し、
    　前記内管の内壁には、前記内管の延伸方向に延びる凸部が形成され、
    　前記凸部は、前記内管の内壁に周方向に複数形成される
    冷媒分配器。
  2. 　前記凸部は、前記内管の延伸方向に螺旋形状で延びるように形成されている
    請求項１記載の冷媒分配器。
  3. 　前記凸部は、前記内管の延伸方向に対して斜め方向に延びるように形成されている
    請求項１記載の冷媒分配器。
  4. 　気液二相の前記冷媒の下流側における前記凸部の高さが、前記気液二相の前記冷媒の上流側における前記凸部の高さよりも高い
    請求項１～３のいずれか１項に記載の冷媒分配器。
  5. 　前記内管における中心の鉛直方向から前記分散用孔までの角度φは、（１）式及び（２）式の関係を満たす
    請求項１～４のいずれか１項に記載の冷媒分配器。
    θ－２０＜φ＜１８０　・・・（１）
    α＝１－θ／１８０＋ｓｉｎθｃｏｓθ／π　・・・（２）
    ここで、
    θ：推定液面角度、
    α：ボイド率
    である。
  6. 　前記内管は、気液二相の前記冷媒の上流側に設けられ、前記凸部が形成された凸部形成部と、前記気液二相の前記冷媒の前記凸部形成部よりも下流側に設けられ、前記内管の内壁が平滑な平滑部とを有する
    請求項１～５のいずれか１項に記載の冷媒分配器。
  7. 　前記内管は、気液二相の前記冷媒の上流側に設けられ、前記内管の内壁が平滑な平滑部と、前記気液二相の前記冷媒の前記平滑部よりも下流側に設けられ、前記凸部が形成された凸部形成部とを有する
    請求項１～５のいずれか１項に記載の冷媒分配器。
  8. 　請求項１～７のいずれか１項に記載の前記冷媒分配器を有する
    熱交換器。
  9. 　請求項８記載の前記熱交換器を有する
    空気調和装置。
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