(57)【要約】【課題】複数の微小径の冷媒管（４）のそれぞれに冷媒を分配するマイクロ分流器（１）において、いかなる運転状況においても最適な熱交換効率が得られるようにする。【解決手段】冷媒管（４）を開閉するマイクロバルブ（１０）と、このマイクロバルブ（１０）を駆動制御する制御回路（１１）とを流量調整部（８）の基板（９）上に形成する。この流量調整部（８）により、各冷媒管（４）に分配する冷媒の流量を調整する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の微小径の冷媒管（４）のそれぞれに冷媒を分配するマイクロ分流器であって、
上記各冷媒管（４）を開閉するマイクロバルブ（１０）と、該マイクロバルブ（１０）を駆動制御する制御回路（１１）とが基板（９）上に形成されて冷媒管（４）の冷媒流量を調整する流量調整部（８）を備えている
ことを特徴とするマイクロ分流器。
【請求項２】
請求項１に記載のマイクロ分流器において、
上記複数の冷媒管（４）は、熱交換器（２）を構成する一方、
上記流量調整部（８）は、上記熱交換器（２）の流入側に配置されている
ことを特徴とするマイクロ分流器。
【請求項３】
請求項２に記載のマイクロ分流器において、
上記マイクロバルブ（１０）は、複数の板部材（１５）により構成され、
上記流量調整部（８）は、開閉する上記板部材（１５）の数を制御して各冷媒管（４）における開口面積を変化させて流量を調整するように構成されている
ことを特徴とするマイクロ分流器。
【請求項４】
請求項２に記載のマイクロ分流器において、
上記各マイクロバルブ（１０）の開閉する時間を制御して流量を調整するように構成されている
ことを特徴とするマイクロ分流器。
【請求項５】
請求項３又は４に記載のマイクロ分流器において、
上記熱交換器（２）の流出側には、各冷媒管（４）を通過した冷媒の流量を検出する流量検出部（２１）が配置されている
ことを特徴とするマイクロ分流器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の微小径の冷媒管のそれぞれに分配する冷媒の流量を調整可能なマイクロ分流器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、空気調和器用の蒸発器、凝縮器などの熱交換器に備えられ、熱交換器の複数の冷媒管のそれぞれに冷媒を分配する冷媒分流器は知られている。
【０００３】
上記熱交換器は、冷凍サイクルを行う冷媒回路に配置され、その冷媒管に冷媒が通ることで、該冷媒と冷却対象（例えば空気など）との間で熱交換が行われる。この冷媒管の総経路が長いほど熱交換効率がよくなることから、通常、熱交換器内には複数の微小径の冷媒管が設けられている。上記冷媒分流器は、これらの冷媒管に冷媒を分配する役割を果たしている。
【０００４】
しかし、従来の冷媒分流器は、一般に、単に流入してきた冷媒を各冷媒管に機械的に分配する構造を備えるだけのため、必ずしも冷媒が均等に各冷媒管に分配されず、冷媒の偏流が発生し、結果として熱交換器の熱交換率が低下するという問題がある。
【０００５】
そこで、例えば、特許文献１のように、各冷媒管内に流路の断面積を変化させる板状のバネ部材を設けるものが知られている。このバネ部材は、冷媒の流量が増加するにつれて、より強く冷媒に押されて起立することにより、各冷媒管内の流路の断面積を小さくして流量の増加を防ぐようにしている。
【特許文献１】特開平９−２１７９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の冷媒分流器では、一部の冷媒管に冷媒が多量に流れ込むのを防ぐことができるものの、あくまで機械的な構造で流量を制限しているため、冷媒回路の運転状況に合わせて最適な流量の冷媒を分配することができないという問題がある。
【０００７】
また、上記冷媒分流器では、機械的な構造により冷媒管ごとの冷媒流量が均一になるように設計されているが、実際には、冷媒回路の圧縮機における一部の運転周波数領域のみで最適化されているため、周波数変化による冷媒状態の変化により、冷媒の偏流が生じるのを防ぐことができない。このため、圧縮機の全周波数領域で熱交換効率の最適化を図ることができない。
【０００８】
また、従来のような機械的な構造では、熱交換器を通過する空気の偏流や温度分布の偏りにより、熱交換器内で冷媒の偏流が生じ、熱交換効率が低下するという問題がある。
【０００９】
さらに、従来のような機械的な構造では、最適な熱交換効率を得るために、圧縮機の全周波数領域のうち、最も効率的な周波数を選んで、その周波数に合わせた冷媒分流器の設計をしなければならず、設計工数が多くなる。また、熱交換器の仕様に合わせて冷媒分流器の最適な設計をしなければならず、その仕様の変化に対して柔軟に対応することができないという問題がある。
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、冷媒分流器のうち、特に複数の微小径の冷媒管のそれぞれに冷媒を分配するマイクロ分流器において、冷媒の流量調整構造に工夫を加えることで、いかなる運転状況においても最適な熱交換効率を得ようとすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、この発明では、各冷媒管（４）のそれぞれに開閉自在なマイクロバルブ（１０）を設けた。
【００１２】
具体的には、第１の発明では、複数の微小径の冷媒管（４）のそれぞれに冷媒を分配するマイクロ分流器を対象とする。
【００１３】
そして、各冷媒管（４）を開閉するマイクロバルブ（１０）と、該マイクロバルブ（１０）を駆動制御する制御回路（１１）とが基板（９）上に形成されて冷媒管（４）の冷媒流量を調整する流量調整部（８）を備えている。
【００１４】
上記の構成によると、流量調整部（８）の制御回路（１１）がマイクロ分流器の接続される冷媒回路の圧縮機の運転状況などに合わせて適宜マイクロバルブ（１０）を駆動制御して開閉し、各冷媒管（４）に流れる冷媒の量を調整する。したがって、マイクロ分流器における製造上のばらつきや、冷媒回路の運転状況の変化などがあっても、最適な流量の冷媒が各冷媒管（４）に分配される。
【００１５】
第２の発明では、上記複数の冷媒管（４）は、熱交換器（２）を構成する一方、上記流量調整部（８）は、上記熱交換器（２）の流入側に配置されている。
【００１６】
上記の構成によると、熱交換器（２）の流入側に流量調整部（８）を配置することで、熱交換器（２）を構成する複数の冷媒管（４）に最適な流量の冷媒が分配される。そして、冷媒管（４）内の冷媒と冷却対象との間で効率的に熱交換が行われる。
【００１７】
第３の発明では、上記マイクロバルブ（１０）は、複数の板部材（１５）により構成され、上記流量調整部（８）は、開閉する上記板部材（１５）の数を制御して各冷媒管（４）における開口面積を変化させて流量を調整するように構成されている。
【００１８】
上記の構成によると、制御回路（１１）が運転状況などに合わせ、各マイクロバルブ（１０）を構成する複数の板部材（１５）のうち、開閉する板部材（１５）の数を制御することで、冷媒管（４）の開口面積が調整される。したがって、運転状況などに合わせた最適な流量の調整が行われる。
【００１９】
第４の発明では、上記各マイクロバルブ（１０）の開閉する時間を制御して冷媒の流量を調整するように構成されている。
【００２０】
上記の構成によると、例えば、制御回路（１１）が、パルス幅が時間とともに変化する矩形波よりなる制御信号により、各冷媒管（４）のマイクロバルブ（１０）の開閉時間を調整する。このことで、各冷媒管（４）に分配する冷媒の量が適切に調整される。
【００２１】
第５の発明では、上記熱交換器（２）の流出側には、各冷媒管（４）を通過した冷媒の流量を検出する流量検出部（２１）が配置されている。
【００２２】
上記の構成によると、熱交換器（２）の流出側に設けた流量検出部（２１）により、各冷媒管（４）を通過した冷媒の流量が検出されるので、その検出信号を制御回路（１１）にフィードバックして各マイクロバルブ（１０）を駆動制御することができる。このことにより、マイクロ分流器によって、アクティブな冷媒流量の制御が行われる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、上記第１の発明によると、流量調整部（８）の制御回路（１１）が、冷媒回路の運転状況などに合わせてマイクロバルブ（１０）を駆動制御することにより、該マイクロバルブ（１０）を開閉して各冷媒管（４）に分配する冷媒流量を調整している。このため、マイクロ分流器における製造上のばらつきや、冷媒回路の運転状況の変化に合わせて最適な流量の冷媒を各冷媒管（４）に分配することができる。
【００２４】
上記第２の発明によると、流量調整部（８）を熱交換器（２）の流入側に配置し、熱交換器（２）を構成する複数の冷媒管（４）に冷媒を分配している。このため、冷媒回路のいかなる運転状況においても最適な量の冷媒を熱交換器（２）の各冷媒管（４）に分配することができるので、熱交換器（２）の熱交換効率を最適化することができる。
【００２５】
上記第３の発明によると、流量調整部（８）の制御回路（１１）がマイクロバルブ（１０）を構成する複数の板部材（１５）のうち、開閉する板部材（１５）の数を制御し、各冷媒管（４）における開口面積を変化させてマイクロバルブ（１０）を通過する冷媒の流量を調整している。このため、運転状況などに合わせた細かな制御が可能となり、さらに最適な流量の調整を行うことができる。
【００２６】
上記第４の発明によると、各マイクロバルブ（１０）の開閉する時間を制御してマイクロバルブ（１０）を通過する冷媒の流量を調整している。このようなデジタル制御においても、各冷媒管（４）に分配する冷媒の量を適切に調整することができる。
【００２７】
上記第５の発明によると、熱交換器（２）の流出側に設けた流量検出部（２１）により、各冷媒管（４）を通過した冷媒の流量を検出している。このため、アクティブな冷媒流量の制御が可能となるので、熱交換器（２）内の冷媒の偏流を防ぐことができ、運転状況に合わせた最適な冷媒の分配が極めて容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【００２９】
図１に本発明の実施形態にかかるマイクロ分流器（１）を備えた熱交換器（２）を示す。この熱交換器（２）は、上記マイクロ分流器（１）と、流出側ヘッド部（３）と、これらマイクロ分流器（１）と流出側ヘッド部（３）との間をつなぐ複数の微小径の冷媒管（４）と、この冷媒管（４）の周囲に設けられた複数のフィン（５）とを備えている。この冷媒管（４）内の冷媒と冷却対象（例えば、空気）との間で熱交換が行われる。
【００３０】
上記マイクロ分流器（１）は、上記熱交換器（２）の流入側に設けられている。このマイクロ分流器（１）は、１つの冷媒入口（６）に流入した冷媒を上記複数の冷媒管（４）のそれぞれに分配するように構成されている。
【００３１】
図２に示すように、上記マイクロ分流器（１）は、内部が空洞の分流器本体（１６）と、上記冷媒入口（６）と、上記複数の冷媒管（４）につながる複数の冷媒管側出口（７）とを備えている。また、マイクロ分流器（１）は、冷媒管（４）の冷媒流量を調整する流量調整部（８）を備えている。この流量調整部（８）は、基板（９）と、この基板（９）上に形成されたマイクロバルブ（１０）と、このマイクロバルブ（１０）を駆動制御する制御回路（１１）とを備えている。
【００３２】
上記流量調整部（８）は、近年急激に発達している、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System ）加工技術により、極めて精巧に製造される。
【００３３】
具体的に説明すると、上記基板（９）は、シリコン層（９ａ）、シリコン酸化膜層（９ｂ）、形状記憶合金層（９ｃ）及び制御回路層（９ｄ）よりなる。上記マイクロバルブ（１０）は、例えば、直径が１ｍｍ程度の各冷媒管（４）につながる上記冷媒管側出口（７）を開閉するものである。このマイクロバルブ（１０）は、上記基板（９）を加工することにより、製造される。すなわち、基板（９）の制御回路層（９ｄ）に各冷媒管側出口（７）に対応するように矩形状の貫通口（１２）を切り欠き、さらに、この貫通口（１２）に対応する基板（９）のシリコン酸化膜層（９ｂ）及び形状記憶合金層（９ｃ）を一辺を残して切り欠く。このことで、一辺に片持ち支持された一枚の板部材（１５）よりなるカンチレバー型のマイクロバルブ（１０）が形成される。上記基板（９）のシリコン層（９ａ）には、上記冷媒管側出口（７）に対応する円形の開口が設けられ、この開口に冷媒管側出口（７）が接続される。この構成により、常温状態では、板部材（１５）はシリコン酸化膜（９ｂ）および形状記憶合金（９ｃ）の熱応力の違いから反った形状を有していて、上記冷媒管側出口（７）は開いているが、電流を流すことで、形状記憶合金（９ｃ）が発熱して形状記憶効果により延び、反っていた板部材（１５）がまっすぐとなる。このことで、マイクロバルブ（１０）が上記冷媒管側出口（７）を閉じるように構成されている。
【００３４】
上記流量調整部（８）の制御回路（１１）には、上記各マイクロバルブ（１０）を駆動制御するバルブ駆動ドライバ（１３）と、各バルブ駆動ドライバ（１３）を制御するコントローラ（１４）とが集積化されている。このコントローラ（１４）により、各バルブ駆動ドライバ（１３）に制御信号を送り、バルブ駆動ドライバ（１３）がマイクロバルブ（１０）に電流を加えることで反っていたマイクロバルブ（１０）が延びて冷媒管側出口（７）を閉じるようになっている。このコントローラ（１４）から各バルブ駆動ドライバ（１３）に送り出される制御信号により、上記各マイクロバルブ（１０）の開閉する時間が制御されて流量が調整される。この制御信号は、例えば、パルス幅が時間とともに変化する矩形波よりなるものとすることができる。
【００３５】
図１に示すように、上記流出側ヘッド部（３）は、熱交換器（２）の流出側に設けられている。この流出側ヘッド部（３）は、上記各冷媒管（４）の出口にそれぞれ接続される複数の冷媒管側入口（２０）と、１つの冷媒出口（２３）と、冷媒管側入口（２０）から流入した冷媒を冷媒出口（２３）に合流させる空洞の合流部（２４）とを備えている。
【００３６】
上記流出側ヘッド部（３）には、各冷媒管（４）を通過した冷媒の流量を検出する流量検出部（２１）が配置されている。この流量検出部（２１）は、各冷媒管側入口（２０）にそれぞれ設けた流量検出センサ（２２）と、各流量検出センサ（２２）からの信号を集めてシリアル化し、送信するセレクタ（図示せず）とを備えている。流量検出センサ（２２）は、冷媒の圧力、温度などを検出する。流量検出部（２１）のセレクタは、流量調整部（８）の制御回路（１１）のコネクタ（１７）に図示しないハーネスによって接続されている。流量検出部（２１）で得られた冷媒流量の情報は、上記コントローラ（１４）に随時送り出されるようになっている。
【００３７】
−運転動作−
次に、図３を用いて、本実施形態にかかるマイクロ分流器（１）の運転動作について説明する。
【００３８】
まず、冷媒回路の圧縮機（図示せず）が駆動されて冷凍サイクルを行うことにより、熱交換器（２）に冷媒が流入する。このとき、上位コントローラである室内又は室外のマイクロコンピュータ（２５）からマイクロ分流器（１）の流量調整部（８）のコントローラ（１４）に制御信号が送られる。さらに、このコントローラ（１４）から各バルブ駆動ドライバ（１３）に制御信号が送られ、冷媒回路の圧縮機の周波数に合わせ、各マイクロバルブ（１０）が開閉される。このことで、冷媒入口（６）から流入した冷媒が、分流器本体（１６）内を流れ、電流が流れずに開いたままのマイクロバルブ（１０）を通って各冷媒管（４）に分配される。
【００３９】
次いで、各冷媒管（４）を通過した冷媒の流量が流量検出部（２１）の各流量検出センサ（２２）によって検出され、その検出結果がセレクタに集合されてシリアル化された後、流量調整部（８）のコントローラ（１４）に送り出される。この検出結果をもとに、制御回路（１１）で熱交換器（２）の状況に応じた最も熱交換率の高い冷媒の分配パターンが計算される。この計算結果により、コントローラ（１４）が各バルブ駆動ドライバ（１３）に矩形状の制御信号を送り出してマイクロバルブ（１０）の開閉時間を制御する。このことで、アクティブにマイクロバルブ（１０）の開閉制御が行われる。
【００４０】
−実施形態の効果−
上記実施形態にかかるマイクロ分流器によると、流量調整部（８）の制御回路（１１）が、冷媒回路の運転状況などに合わせてマイクロバルブ（１０）を駆動制御することにより、該マイクロバルブ（１０）を開閉して各冷媒管（４）に分配する冷媒流量を調整している。このため、マイクロ分流器（１）における製造上のばらつきや、冷媒回路の運転状況の変化に合わせて最適な流量の冷媒を各冷媒管（４）に分配することができる。
【００４１】
また、流量調整部（８）を熱交換器（２）の流入側に配置し、熱交換器（２）を構成する複数の冷媒管（４）に冷媒を分配している。このため、冷媒回路のいかなる運転状況においても最適な量の冷媒を熱交換器（２）の各冷媒管（４）に分配することができるので、熱交換器（２）の熱交換効率を最適化することができる。
【００４２】
また、各マイクロバルブ（１０）の開閉する時間を制御してマイクロバルブ（１０）を通過する冷媒の流量を調整している。このようなデジタル制御においても、各冷媒管（４）に分配する冷媒の量を適切に調整することができる。
【００４３】
さらに、熱交換器（２）の流出側に設けた流量検出部（２１）により、各冷媒管（４）を通過した冷媒の流量を検出している。このため、アクティブな冷媒流量の制御が可能となるので、熱交換器（２）内の冷媒の偏流を防ぐことができ、運転状況に合わせた最適な冷媒の分配が極めて容易となる。
【００４４】
−実施形態の変形例−
図４は上記実施形態の変形例を示し、マイクロバルブ（１０）の構成が異なる点で上記実施形態と異なる。なお、図１〜図３と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００４５】
すなわち、本変形例におけるマイクロバルブ（１０）は、上記実施形態のマイクロバルブ（１０）の板部材（１５）が、その片持ち支持された一辺に垂直な方向の分割線で分割されたものである。各バルブ駆動ドライバ（１３）は、分割された各板部材（１５）に電流を加えることができるように構成されている。なお、マイクロバルブ（１０）の板部材（１５）は、均等な幅に分割しても、不均等な幅に分割してもよく、その分割数にも限定されない。
【００４６】
よって、コントローラ（１４）によって指示された上記各バルブ駆動ドライバ（１３）が、各板部材（１５）のうち指示された板部材（１５）に電流を流すことで、その板部材（１５）がまっすぐに延びる。このことで、各冷媒管（４）における冷媒管側出口（７）が閉じられることで、その開口面積が変化する。
【００４７】
このように、流量調整部（８）の制御回路（１１）がマイクロバルブ（１０）を構成する複数の板部材（１５）のうち、開閉する板部材（１５）の数を制御し、各冷媒管（４）における開口面積を変化させてマイクロバルブ（１０）を通過する冷媒の流量を調整している。このため、運転状況などに合わせた細かな制御が可能となり、さらに最適な流量の調整を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上説明したように、本発明は、例えば、空気調和器用の蒸発器、凝縮器などの熱交換器を構成する複数の微小径の冷媒管のそれぞれに冷媒を分配するマイクロ分流器について有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態にかかるマイクロ分流器を備えた熱交換器を示す概略図である。
【図２】マイクロ分流器を一部破断して示す拡大斜視図である。
【図３】マイクロ分流器のシステム構成図である。
【図４】実施形態の変形例にかかる図１相当図である。
【符号の説明】
【００５０】
１      マイクロ分流器
２      熱交換器
４      冷媒管
８      流量調整部
９      基板
１０      マイクロバルブ
１１      制御回路
１５      板部材
２１      流量検出部
【図１】
2006029689.tif 000003
【図２】
2006029689.tif 000004
【図３】
2006029689.tif 000005
【図４】
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