(57)【要約】【課題】流体分配器の流入配管とヘッダ主管との間に屈曲部が存在する場合や、流入流量の変化によって、ヘッダ主管内の液膜厚さに偏りが生じ、各冷媒分配管に流れる液流量の割合が変化する。その結果、熱交換器能力が大きく低下する場合があった。【解決手段】冷媒分配管１２をヘッダ主管１１に設ける際、流入配管１０方向と交差する方向に設ける。これにより、冷媒の屈曲部１９への衝突による変化が少なく、また冷媒流量の変化による液膜厚さの変化も少ない部分から冷媒を分配することができ、各冷媒分配管１２に均等に冷媒を分配することができる。この結果、熱交換器の能力を最大限向上させることができることとなる。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入配管と、
前記流入配管と屈曲部を介して接続するヘッダ主管と、
前記ヘッダ主管に連結されるとともに、前記流入配管の方向と交差する方向に設けられる流体分配管と、
を含むことを特徴とする流体分配器。
【請求項２】
前記流体分配管は、前記流入配管の方向に対して略直交する方向に設けられていることを特徴とする流体分配器。
【請求項３】
前記流体分配管が前記ヘッダ主管に複数設けられ、かつ、前記ヘッダ主管における流入配管方向を中心として、それぞれ反対側の方向に交互に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の流体分配器。
【請求項４】
室内の空気と冷媒とを熱交換させる熱交換器と、
前記熱交換器へ前記室内の空気を流す送風機と、を備え、
前記熱交換器の冷媒導入部には、請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体分配器を備えることを特徴とする空気調和装置の室内機。
【請求項５】
略Ｌ字形状であって室内の空気と冷媒とを熱交換させる複数の熱交換器と、
前記複数の熱交換器へ前記室内の空気を流す送風機と、を備え、
前記複数の熱交換器の冷媒導入部には、請求項３に記載の流体分配器を備えることを特徴とする空気調和装置の室内機。
【請求項６】
室外の空気と冷媒とを熱交換させる熱交換器と、
前記熱交換器へ前記室外の空気を流す送風機と、を備え、
前記熱交換器の冷媒導入部には、請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体分配器を備えることを特徴とする空気調和装置の室外機。
【請求項７】
略Ｌ字形状であって室外の空気と冷媒とを熱交換させる複数の熱交換器と、
前記複数の熱交換器へ前記室外の空気を流す送風機と、を備え、
前記複数の熱交換器の冷媒導入部には、請求項３に記載の流体分配器を備えることを特徴とする空気調和装置の室外機。
【請求項８】
冷媒を圧縮する圧縮機と、
室内機が備える熱交換器又は室外機が備える熱交換器の少なくとも一方の冷媒導入部に設けられる請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体分配器と、
を含むことを特徴とする空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体分配器及び当該流体分配器を備えた空気調和装置の室内機および室外機、並びに空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和器の蒸発器として使用される熱交換器に冷媒を供給する際に、メインの流入配管から熱交換器の冷媒流路に気液二相状態の冷媒を分配する流体分配器が用いられている。従来、前記冷媒流路へ流れる液流量が同じになるように、冷媒流れ方向で冷媒分配管の径を大きくし、各冷媒分配管への分配量を偏りなく均等化させることが知られている（例えば特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開平３−２６０５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、縦型の室外機や室内機のように熱交換器がケーシングの底部近くまで存在する場合には、流体分配器の流入配管とヘッダ主管との間に屈曲部が存在することとなる。このような屈曲部を有する場合、ヘッダ主管内の液膜厚さに偏りが生じ、屈曲部の向きと流入配管の向きによって冷媒液の流量分配割合が変化する場合がある。また、冷媒液の流入流量が変化した場合、液膜厚さの偏りの度合いも変化するので各冷媒分配管に流れる冷媒液の割合が変化する。その結果、熱交換器能力が大きく低下する場合があった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、流入配管とヘッダ主管との間に屈曲部を有する場合においても気液二相状態の液相流体の分配量の偏りを抑制することができ、さらに、流入流量が変化した場合であっても、各流体分配管に偏りなく気液二相状態の液相流体を流すことができる流体分配器及び当該流体分配器を備えた空気調和装置の室内機および室外機、並びに空気調和装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る流体分配器は、流入配管と、前記流入配管と屈曲部を介して接続するヘッダ主管と、前記ヘッダ主管に連結されるとともに、前記流入配管の方向と交差する方向に設けられる流体分配管と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、流体分配管が流入配管の方向に対して交差するように設けられているため、屈曲部がある場合においても液膜が平均的な厚さにある方向から分配でき、各流体分配管に均等に冷媒を分配することができる。さらに、空気調和機の運転中に流入流量が急激に変化した場合においても、液膜厚さの変化の割合が少ない部分から冷媒を分配するため、流入流量の変化による冷媒分配の偏りを抑制することができる。その結果、熱交換器の能力を最大限向上させることができる。
【０００８】
次の発明による流体分配器は、前記流体分配管は、前記流入配管の方向に対して略直交する方向に設けられていることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、流体分配管が流入配管の方向に対して略直交する方向に設けられているため、屈曲部がある場合においても液膜厚さが最も変化しにくい部分から分配でき、各流体分配管に均等に冷媒を分配することができる。さらに、空気調和機の運転中に流入流量が急激に変化した場合においても、液膜厚さの変化の割合が最も少ない部分から冷媒を分配するため、流入流量の変化による冷媒分配の偏りを抑制することができる。よって、熱交換器の能力を最大限向上させることができる。
【００１０】
次の発明による流体分配器は、前記流体分配管が前記ヘッダ主管に複数設けられ、かつ、前記ヘッダ主管における流入配管方向を中心として、それぞれ反対側の方向に交互に設けられていることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、流体分配管が流入配管に対して交差するように設けられているため、屈曲部がある場合においても液膜厚さに偏りがない部分から分配でき、各流体分配管に均等に冷媒を分配することができる。さらに、空気調和機の運転中に流入流量が急激に変化した場合においても、液膜厚さの変化の割合が少ない部分から冷媒を分配するため、流入流量の変化による冷媒分配の偏りを抑制することができ、熱交換器の能力を最大限向上させることができる。また、ヘッダ主管における流入配管方向を中心としてそれぞれ反対側の方向に交互に設けられているため、１つの流体分配管から冷媒が分配されたときに発生する液膜の乱れを回復させることができる。よって、流量変化時にも液分配特性を変化させずに安定して分配することができる。さらには、同時に二つの熱交換器に対して冷媒を供給することができる。
【００１２】
次の発明による空気調和装置の室内機は、室内の空気と冷媒とを熱交換させる熱交換器と、前記熱交換器へ前記室内の空気を流す送風機と、を備え、前記熱交換器の冷媒導入部には、前記流体分配器を備えることを特徴とする。さらに、次の発明による空気調和装置の室外機は、室外の空気と冷媒とを熱交換させる熱交換器と、前記熱交換器へ前記室外の空気を流す送風機と、を備え、前記熱交換器の冷媒導入部には、前記流体分配器を備えることを特徴とする。
【００１３】
これらの発明によれば、流入配管とヘッダ主管との間に屈曲部がある場合や空気調和機の運転中に流入流量が急激に変化した場合においても、液膜厚さの変化の割合が少ない部分から冷媒を分配するため、流入流量の変化による冷媒分配の偏りを抑制することができ、熱交換器の能力を最大限向上させることができる。
【００１４】
次の発明による空気調和装置の室内機は、略Ｌ字形状であって室内の空気と冷媒とを熱交換させる複数の熱交換器と、前記複数の熱交換器へ前記室内の空気を流す送風機と、を備え、前記複数の熱交換器の冷媒導入部には、前記流体分配器を備えることを特徴とする。さらに次の発明による空気調和装置の室外機は、略Ｌ字形状であって室外の空気と冷媒とを熱交換させる複数の熱交換器と、前記複数の熱交換器へ前記室外の空気を流す送風機と、を備え、前記複数の熱交換器の冷媒導入部には、前記流体分配器を備えることを特徴とする。
【００１５】
これらの発明によれば、流入配管とヘッダ主管との間に屈曲部がある場合や空気調和機の運転中に流入流量が急激に変化した場合においても、液膜厚さの変化の割合が少ない部分から冷媒を分配するため、流入流量の変化による冷媒分配の偏りを抑制することができる。これにより、熱交換器の能力を最大限利用することができる。また、ひとつの流体分配器で二つの熱交換器に対して冷媒を供給することができるため、省スペース化を図ることができ、設計の自由度を確保することができる。
【００１６】
次の発明による空気調和装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、室内機が備える熱交換器又は室外機が備える熱交換器の少なくとも一方の冷媒導入部に設けられる前記流体分配器を備えることを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、流入配管とヘッダ主管との間に屈曲部がある場合や空気調和機の運転中に流入流量が急激に変化した場合においても、液膜厚さの変化の割合が少ない部分から冷媒を分配するため、流入流量の変化による冷媒分配の偏りを抑制することができ、熱交換器の能力を最大限向上させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る流体分配器によれば、流体分配管が流入配管に対して交差するように設けられているため、屈曲部１９がある場合においても液膜が平均的な厚さにある方向から分配でき、各流体分配管に均等に冷媒を分配することができる。さらに、流入流量が急激に変化した場合においても、液膜厚さの変化の割合が少ない部分から冷媒を分配するため、流入流量の変化による冷媒分配の偏りを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に説明する流体分配器は、気液二相流を取り扱う熱交換器に対して広く適用でき、空調機に使用する場合は、室内機、室外機を問わず適用できるものである。
【実施例１】
【００２０】
まず、本発明を適用する空気調和機の冷凍サイクルについて図１を用いて説明する。ここで、室外機３１は、実施例１に係る流体分配器を備えた室外熱交換器６と、送風機である室外ファン７とを含むものである。暖房運転時、圧縮機１から吐出されたガス冷媒は、実線矢印で示すように、四方弁２を経て室内機３０の室内熱交換器３へ入り、室内ファン４によって送られる空気と熱交換することにより凝縮して液冷媒となる。この液冷媒は、膨張弁等の絞り機構５により減圧膨張し、気液二相流となる。この気液二相の冷媒は、室外機３１の室外熱交換器６に入り、室外ファン７によって送られる空気と熱交換することにより、蒸発し、ガス冷媒となる。このガス冷媒は、四方弁２を経て圧縮機１に吸入され、圧縮機１で再び圧縮される。冷房運転時には、四方弁２を切り替えることにより、破線矢印で示すように冷媒が循環する。
【００２１】
図２は、本発明の第１の実施例にかかる流体分配器を用いた熱交換器を示す図であり、図３は、本発明に係る流体分配器を示した図である。上記のような冷凍サイクルにおいて、気液二相の冷媒を熱交換器８に流入させる際、当該熱交換器８が備える複数の冷媒流路に冷媒を供給するため、各冷媒流路に冷媒を分配する流体分配器９が設けられている。この流体分配器９は、熱交換器８の入口に設けられるものであって、流入配管１０とヘッダ主管１１と冷媒分配管１２とから構成される。また、流入配管１０とヘッダ主管１１との間には屈曲部１９が設けられている。
【００２２】
流入配管１０とヘッダ主管１１とは屈曲部１９を介して略直角に連結されており、ヘッダ主管１１には流体分配管としての複数の冷媒分配管１２が差し込まれて設けられている。この冷媒分配管１２は、前記流入配管１０に対して交差する方向に設けられており、本実施例においては、略直交する方向に設けられている。
【００２３】
次に、本発明において、冷媒分配管１２を流入配管１０と交差する方向に設けた理由について説明する。図４は、本発明に係る流体分配器における液冷媒分布を示す図であり、図５は、本発明の流体分配器における液冷媒分布を示す縦断面図である。流入配管１０を流れる気液二相の冷媒は、流入配管１０とヘッダ主管１１との間に設けられている屈曲部１９に達すると、壁部への衝突及び急激な曲がりの影響から気相と液相とに分離することとなる。そして、液相は図４に示すように冷媒流れ方向奥側Ａ部に多く分布するようになる。この結果、冷媒流れ方向の一本目の冷媒分配管に液冷媒が多く流れ込み、二本目以降の冷媒分配管にはほとんど液冷媒が流れ込まない状態になる。
【００２４】
これに対し、冷媒流れ方向に対して略直交する側Ｂ部の液相は、図５に示すように屈曲部１９への衝突による変化が少なく、常に安定して液膜を保持している部分である。よって、この部分に冷媒分配管１２を配置することにより、屈曲部１９を有する構成の流体分配器９においても各冷媒分配管１２に均等に冷媒を分配することができる。冷媒分配管を配置する位置については、流入配管に略直交する部分に設けることが最も好ましいが、図４に示す角度θが６０度〜１２０度程度までの間に前記冷媒分配管を配置しても同様の効果を得ることができる。
【００２５】
また、空気調和機の運転中、運転状態によっては流入配管１０内を流れる冷媒の流量が急激に変化することがある。このとき、気液二相の冷媒においては、流入配管１０及びヘッダ主管１１内の気相と液相との分布が変化する。例えば、冷媒の流量が増加した場合は、上述したように液相が冷媒流れ方向奥側Ａ部（図４）に多く分布することになり、冷媒流れ方向の一本目の冷媒分配管１２に多くの液冷媒が流れ込むことになり、二本目以降の冷媒分配管１２に流れ込む液冷媒の割合が減少することとなる。すなわち、運転状態の変化による冷媒の流量変化によって、熱交換器８の各冷媒流量に供給される液冷媒の量に不均等が生じることがある。
【００２６】
これに対し、本発明の冷媒分配管１２は、流入配管１０に対して略直交する位置Ｂ部（図５）に設けられており、流量変化による液相の膜厚変化が少ない部分から冷媒を分配することができるため、冷媒の流量が急激に変化したときであっても、安定して均等に各冷媒分配管１２に液冷媒を供給することができる。
【００２７】
また、従来では、気相と液相の分布を均等化させてから各冷媒分配管１２へ冷媒を分配しなければならなかったため、屈曲部１９から一本目の冷媒分配管１２までの距離を長くとらなければならなかった。具体的には、ヘッダ主管の流入部に最も近い冷媒分配管１２とヘッダ主管流入部との距離、すなわち屈曲部１９から一本目の冷媒分配管１２までの距離をＨとすると、この距離Ｈは、ヘッダ主管の内径の３０倍〜１００倍程度必要であった。これに対し、本発明の流体分配器１０は、気相と液相の分布の変化が少ないＢ部に冷媒分配管１２を設けたため、気相と液相の分布を均等化させるための距離を長くする必要がなく、よって、屈曲部１９から一本目の冷媒分配管１２までの距離を短くすることができる。具体的には、ヘッダ主管の流入部に最も近い冷媒分配管１２とヘッダ主管流入部との距離、すなわち屈曲部１９から一本目の冷媒分配管１２までの距離をＨとすると、この距離Ｈをヘッダ主管内径の３０倍以下にすることができる。これにより、縦長タイプの熱交換器のように、熱交換器がケーシングの底部近くまで存在し、屈曲部１９から冷媒流れ方向の一本目の冷媒分配管１２までの距離が短いものについても均等に液冷媒を分配することができる。
【００２８】
図６は、本発明の第１の実施例に係る流体分配器の変形例を示す図である。この図に示すように、本発明の屈曲部１９に突き当たり部１３を設けても良い。この突き当たり部１３は、流入配管１０の一部であって、流入配管１０とヘッダ主管１１との接続部よりも、流入配管１０を流れる流体の流れ方向に向かって前記流入配管１０を突出させた部分である。このような突き当たり部１３を設けることにより、流入配管１０を流れてきた冷媒が一度前記突き当たり部１３に衝突して、気相と液相とを混合させることができる。よって、気相と液相との分布を均等にすることができ、より均等な冷媒分配が可能となる。
【００２９】
以上説明したように、本発明の第１の実施例によれば、冷媒分配管が流入配管の方向に対して略直交する方向に設けられているため、屈曲部１９がある場合においても液膜厚さが最も変化しにくい部分から分配でき、各冷媒分配管に対して略均等に冷媒を分配することができる。さらに、空気調和機の運転中に流入流量が急激に変化した場合においても、液膜厚さの変化の割合が最も少ない部分から冷媒を分配するため、流入流量の変化による冷媒分配の偏りを抑制することができる。よって、熱交換器の能力を最大限向上させることができる。
【実施例２】
【００３０】
次に本発明の第２の実施例について説明する。第２の実施例に係る流体分配器は、上記実施例１に係る流体分配器と略同一の構成であるが、冷媒分配管の配置が異なる。その他の構成は実施の形態１と同様なのでその説明を省略するとともに、同一の構成要素には同一の符号を付する。
【００３１】
図７は、本発明の第２の実施例に係る流体分配器１４を示した図である。流入配管１０とヘッダ主管１１とは、屈曲部１９を介して略直角に連結されている。このヘッダ主管１１には複数の冷媒分配管１５が複数設けられており、図７に示すようにヘッダ主管１１の流入配管１０方向を中心としてそれぞれ反対側の方向に交互に設けられている。
【００３２】
このように、冷媒分配管１５を一本ごと交互に反対方向に設けることにより、気相と液相との分布の変化が少ない部分から冷媒を分配することができ、常に安定して各冷媒分配管１５に均等に冷媒を分配することができる。また、ヘッダ主管１１における流入配管１０の方向を中心としてそれぞれ反対側の方向に交互に設けられているため、１つの冷媒分配管から冷媒が分配されたときに発生する液膜の乱れを回復させることができる。よって、流量変化時にも液分配特性を変化させずに安定して分配することができる。さらには、一本のヘッダ主管１１から両側へ冷媒を分配することができるため、複数の熱交換器に同時に冷媒を供給することができる。
【００３３】
図８は、本発明の第２の実施例に係る流体分配器１４を備えた空気調和装置の室内機１８を示す図である。前記室内機１８は、送風機２０、略L字形状の熱交換器１６、１７及び当該熱交換器の冷媒導入部に流体分配器１４を備えている。図８において、気液二相の冷媒は流入配管１０から流体分配器１４を経て熱交換機１６、１７に流入する。流体分配器１４には、各熱交換器１６，１７へ冷媒を分配する冷媒分配管１５が設けられている。当該冷媒分配管１５は、ヘッダ主管１１の流入配管１０の方向を中心として一本おきに交互に１８０度反対方向に設けられている。このように冷媒分配管１５を設けることにより、安定して液相を保持する部分から冷媒を常に均等に供給できるとともに、同時に二つの熱交換器に対して冷媒を分配できる。これにより、熱交換器の能力を最大限向上させることができるとともに、省スペース化及び設計の自由度を確保することができる。
【００３４】
以上説明したように、本発明の第２の実施例によれば、冷媒分配管が流入配管に対して交差するように設けられているため、屈曲部１９がある場合においても液膜厚さに偏りがない部分から分配でき、各冷媒分配管に均等に冷媒を分配することができる。さらに、空気調和機の運転中に流入流量が急激に変化した場合においても、液膜厚さの変化の割合が少ない部分から冷媒を分配するため、流入流量の変化による冷媒分配の偏りを抑制することができ、熱交換器の能力を最大限向上させることができる。また、ヘッダ主管における流入配管方向を中心としてそれぞれ反対側の方向に交互に設けられているため、同時に二つの熱交換器に対して冷媒を供給することができる。よって、省スペース化を図ることができ、設計の自由度を確保することができる。
【００３５】
なお、本実施例においては、冷媒分配管を室内機に適用した場合について説明したが、これに限られるものではなく、略L字形状の熱交換器を複数備えた室外機にも同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の冷凍サイクルを示す図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る流体分配器とそれを用いた熱交換器を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係る流体分配器を示す図である。
【図４】本発明に係る流体分配器における液冷媒分布を示す図である。
【図５】本発明に係る流体分配器における液冷媒分布を示す縦断面図である。
【図６】本発明の第１の実施例に係る流体分配器の変形例を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施例に係る流体分配器を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施例に係る流体分配器を用いた室内機を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  圧縮機
２  四方弁
３  室内熱交換器
４  室内ファン
５  絞り機構
６  室外熱交換器
７  室外ファン
８，１６，１７  熱交換器
９，１４  流体分配器
１０  流入配管
１１  ヘッダ主管
１２，１５  冷媒分配管
１３  突き当り部
１８，３０  室内機
１９  屈曲部
２０  送風機
３１  室外機
【図１】
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【図２】
2006170482.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006170482.tif 000008
【図７】
2006170482.tif 000009
【図８】
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