(57)【要約】【課題】複数の冷媒パスに分岐させて冷媒を流す形態の熱交換器において、熱交換器出口における各冷媒パス内の冷媒の状態に応じて、冷媒分流器での冷媒分流を自律的に調整することで蒸発器性能の向上を図ることが可能な熱交換器を提供すること。【解決手段】複数の冷媒パスを有する熱交換器１は、各々の冷媒パスは熱交入口管１１１、１１２を介して冷媒分流器６へ接続されるとともに、熱交出口管１０１、１０２を介して動圧受け部９１、９２に接続され、動圧受け部９１、９２において受けた熱交出口管１０１、１０２を流れる冷媒の動圧を圧力伝達経路８１、８２により冷媒分流器６へ伝達し、冷媒分流器６内において各冷媒パスへの冷媒流入量を自律調整する構成とした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒流路を複数に分割した冷媒パスと、前記複数の冷媒パス各々に冷媒を分配する冷媒分流器と、前記冷媒パスの出口各々に備えられ冷媒の動圧を受ける動圧受け部と、前記動圧受け部から前記冷媒分流器へ圧力を伝達する圧力伝達経路と、前記冷媒分流器の内部に備えられ前記圧力伝達経路を介して伝達される前記冷媒パスの出口各々の動圧を受けて可動するとともに前記冷媒分流器へ流入する冷媒の流路を偏向させる冷媒偏向板を備え、前記冷媒パスの出口各々における冷媒の動圧が均等となるように冷媒分流を自律調整するように構成したことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
冷媒偏向板は、球を平行な２平面でＤ形に切除してなる形状であり、一方の面で圧力伝達経路を介して伝達される冷媒パスの出口各々の動圧を受け、他方の面で冷媒分流器へ流入する冷媒を偏向させるように構成した請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
冷媒偏向板は、球を平行な２平面でＤ形に切除してなる形状であり、球の中心を支点とするように冷媒分流器内部に備えられた円錐状の支持部により支えられるように構成した請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
冷媒分流器には、冷媒偏向板の動圧を受ける面側の空間である受圧室の圧力を熱交換器出口の圧力近傍まで低下させるための均圧管を備えた請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器およびこれを備えた空気調和機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱交換器は、特に空気調和機の用途に使用されるものでは、図８に示すように一定間隔で平行に並んで配置されて伝熱用の気体が流送される複数のフィンに、所定の段ピッチおよび列ピッチでフィンに直角に挿入された複数の伝熱管から構成されている。この熱交換器を蒸発器として作用させる場合、単一の冷媒パスで構成すると冷媒の流動抵抗が大きくなり蒸発圧力が低くなるため、冷凍サイクル性能が低下する等の問題が発生する。それを回避するために、１本の入口から複数の冷媒パスに分岐させて冷媒を流す形態を採用するのが一般的である。
【０００３】
しかし、熱交換器を冷凍サイクルに実装する場合、構造上の制約により、伝熱管本数や送風機等による伝熱用の気体の量に差が生じることを余儀なくされる場合がある。この場合には、各冷媒パスの熱交換量の差から流動抵抗の変化割合が異なることにより、冷媒分配に偏りが生じる。冷媒分配の偏りにより冷媒が不足気味となった冷媒パスでは、出口において過熱冷媒となり熱伝達性能が著しく低下する。また冷媒が多量に流れる冷媒パスにおいては、出口においても未蒸発の冷媒が多量に存在するため、結露や圧縮機損傷といった悪影響が危惧される。
【０００４】
そこで各冷媒パスには、熱交換器の伝熱面積を有効に作用させるため、各冷媒パスに応じた適正な冷媒量を流す手段として、冷媒分流器の筐体内部に移動可能なように開口板を入れ、開口板の端部に冷媒パスの冷媒圧力を導入し、冷媒パスの冷媒圧力差によって開口板を移動させるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図９は特許文献１に記載された従来の熱交換器を示すものである。図９において、熱交換器１は、フィン２および伝熱管３で構成される。複数の伝熱管を仮に２本の冷媒パスになるように、リターンベンド４で接続し、冷媒パスの出口近傍（圧力検出位置）の冷媒配管４１、４２に圧力管５１および５２を備えている。冷媒分流器６には、冷媒の入口部６１と出口部６２、および冷媒パス数に応じた圧力導入部６３１、６３２が設けられ、中空空間を有する筐体６Ａと、冷媒の流動する開口部７１を有する開口板７とから構成され、筐体６Ａの中空空間内には前記開口板７が移動可能に収納されている。複数の出口近傍に接続した圧力管５１、５２を、冷媒分流器の圧力導入部６３１、６３２と連通させるように構成されている。
【０００６】
図１０は、冷媒分流器内の冷媒の流れ方と分流器の動作についての説明図であり、横軸に冷媒の流動長さ（伝熱管本数に対応）を示し、最も左側が冷媒分流器６の位置で、右側は再度合流する位置を示している。縦軸はその位置における冷媒温度と冷媒圧力とをそれぞれ２本の冷媒パスＡ，Ｂをパラメータとして示している。図１０（ａ）は冷媒パスＡ、Ｂの２本で冷媒温度および冷媒圧力が等しく冷媒の分配が良好の場合を示している。図１０（ｂ）は、冷媒流動に偏流が生じ各冷媒パスで冷媒の過不足がある場合の特性を示している。
【０００７】
まず、図１０（ａ），（ｂ）共に、冷媒分流器の入口部分と出口部分は冷媒パスＡ、冷媒パスＢ共に冷媒の圧力と温度とは同一である。次に、図１０（ａ）の冷媒の分配が良好の場合には、冷媒は空気と熱交換しながら伝熱管３内を流動し、冷媒の圧力、温度が２本の冷媒パスＡ、Ｂで共に減少しながら熱交換器１の出口である冷媒の合流位置に向かって
流れる。出口部では入口部と同様に連通するため、冷媒温度と圧力とは完全に同一となる。一方、図１０（ｂ）に示すように偏流が生じた場合は、冷媒パスと熱交換器１の出口部分では同一の圧力になるように各冷媒パスの冷媒流量と冷媒乾き度が自然に、かつ、安定な量の関係で定まる。このとき、著しい冷媒の偏流が起こると、熱交換器１の出口近傍では液冷媒の不足により枯渇した冷媒パスに温度上昇（過熱）が生じる（図では冷媒パスＡに液冷媒不足があることを示している）。また、このとき液冷媒が必要以上に存在する冷媒パスＢでは、冷媒圧力に差が生じることになる。
【０００８】
この差圧は、図１０（ａ）に示した冷媒分流器６に接続された圧力管５１、５２により冷媒分流器内部に導かれ、空間６４と開口板７とで構成される圧力室Ａよりも他方の圧力室Ｂの圧力が高いため開口板７を圧力室Ａの方向に移動させる力として作用する。この作用により、図１０（ｂ）に示すように、開口板７と冷媒出口部６２１、６２２とで構成される冷媒の流動開口部の面積が各冷媒パスで異なる。その結果、冷媒流量が十分な冷媒パスＢの開口面積が狭められ冷媒の流動が制限される。他方、冷媒が枯渇している冷媒パスＡでは開口面積が広がり冷媒が多く流れる。冷媒パスの状態が逆の場合には、上述とは逆の動作により各冷媒パスに常に望ましい冷媒量を流すことができるように構成されている。
【特許文献１】特開２００２−３０３４６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記従来の構成では、冷媒パスの出口近傍の冷媒圧力が冷媒分流器内部の冷媒圧力よりも低いために、冷媒分流器の筐体と開口板との隙間から冷媒パス出口近傍の圧力検出位置へ向かって冷媒の流れが生じるために、意図した差圧による動作が行われない、あるいは差圧が極めて微小であるために、冷媒分流器の筐体と開口板との摩擦抵抗により開口板が意図した動作をしないといった理由で、冷媒分流の改善による蒸発器性能の向上が図れないという課題を有していた。
【００１０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、熱交換器出口における各冷媒パス内の冷媒の状態に応じて、冷媒分流器での冷媒分流を自律的に調整することで蒸発器性能の向上を図ることが可能な熱交換器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】
【００１１】
前記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は、冷媒流路を複数に分割した冷媒パスと、前記複数の冷媒パス各々に冷媒を分配する冷媒分流器と、前記冷媒パスの出口各々に備えられ冷媒の動圧を受ける動圧受け部と、前記動圧受け部から前記冷媒分流器へ圧力を伝達する圧力伝達経路と、前記冷媒分流器の内部に備えられ前記圧力伝達経路を介して伝達される前記冷媒パスの出口各々の動圧を受けて可動するとともに前記冷媒分流器へ流入する冷媒の流路を偏向させる冷媒偏向板を備え、前記冷媒パスの出口各々における冷媒の動圧が均等となるように冷媒分流を自律調整するように構成したものである。
【００１２】
これによって、各冷媒パス出口における冷媒の動圧の僅かな差で冷媒偏向板を可動させることにより、各冷媒パスへ流入する冷媒量を調整することができるので、従来の構成と比較して微差圧のために冷媒分流器内で意図した動作が行なわれないことがなくなるといった課題を解決することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の熱交換器は、冷媒流路を複数に分割した冷媒パスと、前記複数の冷媒パス各々に冷媒を分配する冷媒分流器と、前記冷媒パスの出口各々に備えられ冷媒の動圧を受ける動圧受け部と、前記動圧受け部から前記冷媒分流器へ圧力を伝達する圧力伝達経路と、前
記冷媒分流器の内部に備えられ前記圧力伝達経路を介して伝達される前記冷媒パスの出口各々の動圧を受けて可動するとともに前記冷媒分流器へ流入する冷媒の流路を偏向させる冷媒偏向板を備え、前記冷媒パスの出口各々における冷媒の動圧が均等となるように冷媒分流を自律調整するように構成しているので、各冷媒パス出口における冷媒の動圧の僅かな差で冷媒偏向板を可動させることにより、各冷媒パスへ流入する冷媒量を調整することができるので、従来の構成と比較して微差圧のために冷媒分流器内で意図した動作が行なわれないことがなくなるといった課題を解決することができ、蒸発器性能の向上を図ることが可能な熱交換器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
第１の発明は、冷媒流路を複数に分割した冷媒パスと、前記複数の冷媒パス各々に冷媒を分配する冷媒分流器と、前記冷媒パスの出口各々に備えられ冷媒の動圧を受ける動圧受け部と、前記動圧受け部から前記冷媒分流器へ圧力を伝達する圧力伝達経路と、前記冷媒分流器の内部に備えられ前記圧力伝達経路を介して伝達される前記冷媒パスの出口各々の動圧を受けて可動するとともに前記冷媒分流器へ流入する冷媒の流路を偏向させる冷媒偏向板を備え、前記冷媒パスの出口各々における冷媒の動圧が均等となるように冷媒分流を自律調整するように構成したことにより、各冷媒パス出口における冷媒の動圧の僅かな差で冷媒偏向板を可動させることにより、各冷媒パスへ流入する冷媒量を調整することができるので、従来の構成と比較して微差圧のために冷媒分流器内で意図した動作が行なわれないことがなくなるといった課題を解決することができ、蒸発器性能の向上を図ることが可能な熱交換器を提供することができる。
【００１５】
第２の発明は、特に、第１の発明の冷媒分流器を、球を平行な２平面でＤ形に切除してなる形状であり、一方の面で圧力伝達経路を介して伝達される冷媒パスの出口各々の動圧を受け、他方の面で冷媒分流器へ流入する冷媒を偏向させるように構成したことで、冷媒パスが複数になった場合においても、基本的な構成を変えることなく容易に第一の発明と同等の作用を実現することができる。
【００１６】
第３の発明は、特に、第１の発明の冷媒分流器を、球を平行な２平面でＤ形に切除してなる形状であり、球の中心を支点とするように冷媒分流器内部に備えられた円錐状の支持部により支えられるように構成することで、冷媒分流器内部の壁面と冷媒変更板外周面との摩擦を増大させることなく滑らかに可動し、かつ隙間を小さくすることが可能となり、各冷媒パス出口の動圧による冷媒流入量調整をより正確に実現することができる。
【００１７】
第４の発明は、特に、第１の発明の冷媒分流器を、冷媒偏向板の動圧を受ける面側の空間である受圧室の圧力を熱交換器出口の圧力近傍まで低下させるための均圧管を備えたことで、各冷媒パス出口の動圧を冷媒分流器内部で冷媒流速に変換して冷媒偏向板を可動させることができ、より的確に第１の発明の作用を実現することができる。
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における熱交換器の構成図を示すものである。図１において、熱交換器１は、フィン２および伝熱管３で構成される。複数の伝熱管は仮に２本の冷媒パスになるように、リターンベンド４で接続し、各々の冷媒パスは熱交入口管１１１、１１２を介して冷媒分流器６へ接続されるとともに、熱交出口管１０１、１０２を介して動圧受け部９１、９２に接続される。動圧受け部９１、９２においては、熱交出口管１０１、１０２と略鉛直方向に圧力伝達経路８１、８２が接続され、また略直角方向に冷媒合流管１２１、１２２が接続されて、その下流にて冷媒が合流するように構成される
。圧力伝達経路８１、８２は引き回しが容易な毛細管で構成され、他端が冷媒分流器６に接続されて動圧受け部９１、９２で受けた熱交出口管１０１、１０２を流れる冷媒の動圧を冷媒分流器６へ伝えるように構成されている。
【００２０】
図２は、本発明の第１の実施の形態における熱交換器の斜視図を示すものである。図２において、動圧受け部９１、９２はＴ字型の分岐管であり、熱交出口管１０１、１０２と圧力伝達経路８１、８２が略直線上になるように、また冷媒合流管１２１、１２２が略鉛直方向になるように接続されている。図３は、本発明の第１の実施の形態における熱交換器の一部断面図を示すものであり、図３に示すように、圧力伝達経路８１、８２は、先端部が動圧受け部９１、９２において急縮小する構成であり、熱交出口管１０１、１０２を介して流出する冷媒の動圧を毛細管の他端まで伝達するように構成されている。
【００２１】
図４は、本発明の第１の実施の形態における冷媒分流器の分解斜視図を示すものである。図４において、冷媒分流器上部６ａは、外部が円柱の形状を成し、当該円柱の中心線上に半球形状の中空空間を設けたものである。支持部１５は半球形状の中空空間の中心位置に先端が位置するように備えられた円錐形状のものである。圧力伝達経路８１、８２は、各々冷媒分流器上部６ａを貫通し、半球形状の中空空間と連通するように備えられる。冷媒偏向板７ａは、冷媒分流器上部６ａの半球形状の中空空間よりも、僅かに小さい半径の球を平行な２平面でＤ形に切除してなる形状で、球の中心において支持部１５の先端と接し得る略円錐形状の穴を有する構造であり、組み立てられた状態において、支持部１５の先端を中心として中空空間内において揺動できるように構成されている。冷媒分流器下部６ｂは、冷媒分流器上部６ａと同一半径の円筒形状であり、冷媒分流器上部６ａに備えられた半球形状の中空空間と同一中心、同一半径の半球形状の中空空間を有する構造のものである。熱交入口管１１１、１１２、および冷媒分流器入口管１３は、冷媒分流器下部６ｂを貫通し、半球形状の中空空間と連通するように備えられている。
【００２２】
以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。図５（ａ）、図５（ｂ）、および図５（ｃ）は、本発明の第１の実施の形態における冷媒分流器の断面図を示すものである。
【００２３】
図５（ａ）は、圧力伝達経路８１、８２を介して伝達される熱交換器各パス出口の動圧が均等な場合を示している。冷媒偏向板７ａは、圧力伝達経路８１、８２を介して伝達される熱交換器パス出口の動圧により水平な状態となる。冷媒分流器入口管１３を介して冷媒分流器６へ流入した冷媒は、冷媒偏向板７ａへ衝突し、冷媒分流器６内部の半球形状の中空空間で攪拌された後に、中空空間の壁部に開口された熱交入口管１１１、１１２へ通じる穴から熱交換器１の各々の冷媒パスへ流出する。この時、中空空間の壁部に開口された熱交入口管１１１、１１２へ通じる穴は、冷媒偏向板７ａの外周部により、略半分が閉塞された状態であり、冷媒は残された略半分の穴を介して熱交入口管１１１、１１２へ均等に流出する。
【００２４】
図５（ｂ）においては、圧力伝達経路８２を介して伝達される熱交換器パス出口の動圧が、圧力伝達経路８１を介して伝達される熱交換器パス出口の動圧よりも大なる場合の不均等な状態を示している。冷媒偏向板７ａは圧力伝達経路８２を介して伝達される熱交換器パス出口の動圧により、熱交入口管１１１へ通じる穴を熱交入口管１１２へ通じる穴よりも大きく開口するように傾いた状態となる。結果、冷媒分流器入口管１３を介して冷媒分流器６へ流入した冷媒は、冷媒偏向板７ａに衝突した後、熱交入口管１１１へ通じる穴の方向へ偏向され、
熱交入口管１１１へ多量に流出する。一方、熱交入口管１１２へ通じる穴は、冷媒偏向板７ａの外周部により大半が閉塞された状態となり、冷媒の流出量が極端に減少する。
【００２５】
図５（ｃ）は、逆に、圧力伝達経路８１を介して伝達される熱交換器パス出口の動圧が、圧力伝達経路８２を介して伝達される熱交換器パス出口の動圧よりも大なる場合の不均等な状態を示しており、上述の作用と逆の作用により、熱交入口管１１２へ流出する冷媒量が増し、熱交入口管１１１へ流出する冷媒量が減じられるように動作する。以上のような作用を繰り返すことで、２つの冷媒パスへ流入する冷媒量を自律的に調整することが可能となる。
【００２６】
また、本実施の形態においては、冷媒パス数を２とした場合を例に説明したが、球を平行な２平面でＤ形に切除してなる形状により成る冷媒偏向板、および外部が円柱形状である冷媒分流器を用いており、中心軸から均等割りの角度位置に熱交入口管と圧力伝達経路を増設することができるので、さらに複数の冷媒パスへの展開も容易に実施することが可能である。
【００２７】
以上のように、本実施の形態においては、冷媒偏向板７ａが球の中心を支点とした遥動運動により冷媒の流れ方向を偏向させる構成とすることで、機械的摩擦を最小限に留めることができ、各冷媒パスへ流入する冷媒量を、各冷媒パス出口における冷媒の動圧に応じて自律的に調整することが可能な冷媒分流器を提供することができる。
【００２８】
また、本実施の形態の冷媒分流器は、図６、図７に示すように、冷媒偏向板７ａに圧力伝達経路８１、８２の先端から動圧を受ける空間である受圧室１７から、熱交出口ヘッダー管１４へ連通する均圧管１６を備えることで、受圧室１７内部の圧力が低下し、圧力伝達経路８１、８２の先端において冷媒動圧が流速に変換されて、冷媒偏向板７ａをさらに能動的に動作させることが可能となり、より正確に冷媒分流を自律的に調整することが可能な冷媒分流器を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上のように、本発明にかかる熱交換器は、冷媒偏向板が球の中心を支点とした遥動運動により冷媒の流れ方向を偏向させる構成とすることで、機械的摩擦を最小限に留めることができ、各冷媒パスへ流入する冷媒量を、各冷媒パス出口における冷媒の動圧に応じて自律的に調整することが可能となるので、空気調和機以外の冷凍サイクル装置においても、構造上の制約により、伝熱管本数や送風機等による伝熱用の気体の量に差が生じることを余儀なくされる複数の冷媒パスを備えた熱交換器の性能向上の手段に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態１における熱交換器の構成図
【図２】本発明の実施の形態１における熱交換器の斜視図
【図３】本発明の実施の形態１における熱交換器の一部断面図
【図４】本発明の実施の形態１における冷媒分流器の分解斜視図
【図５】本発明の実施の形態１における冷媒分流器の断面図で、（ａ）熱交換器各パス出口の動圧が均等な場合の断面図、（ｂ），（ｃ）熱交換器各パス出口の動圧が不均等な場合の断面図
【図６】本発明の実施の形態１における熱交換器の構成図
【図７】本発明の実施の形態１における熱交換器の冷媒分流器の断面図
【図８】従来の熱交換器の斜視図
【図９】従来の熱交換器の構成図
【図１０】従来の熱交換器の特性図で、（ａ）冷媒パスＡ、Ｂの２本で冷媒の分配が良好の場合の特性図、（ｂ）冷媒の分配に過不足がある場合の特性図
【符号の説明】
【００３１】
１      熱交換器
２      フィン
３      伝熱管
４      リターンベンド
４１    圧力検出位置
４２    圧力検出位置
５１    圧力管
５２    圧力管
６      冷媒分流器
６Ａ    筐体
６ａ    冷媒分流器上部
６ｂ    冷媒分流器下部
６１    冷媒入口
６２１  冷媒出口
６２２  冷媒出口
６３１  圧力導入部
６３２  圧力導入部
６４    空間
７      開口板
７１    開口部
７ａ    冷媒偏向板
８      圧力伝達経路
８１    圧力伝達経路
８２    圧力伝達経路
９１    動圧受け部
９２    動圧受け部
１０１  熱交出口管
１０２  熱交出口管
１１    熱交入口管
１１１  熱交入口管
１１２  熱交入口管
１２１  冷媒合流管
１２２  冷媒合流管
１３    冷媒分流器入口管
１４    熱交出口ヘッダー管
１５    支持部
１６    均圧管
１７    受圧室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008215785.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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