(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、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においても、安定した冷媒分流が保て、蒸発器性能の向上を図ることができる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、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１２１、１２２を介して合流するように構成され、冷媒分流器６の上流側の冷媒分流器入口管１３から引き出された冷媒導出管８１、８２からは、一部の冷媒を冷媒パス出口熱量検出器９１、９２へ導き、冷媒パス出口熱量検出器９１、９２において、熱交出口管１２１、１２２と熱交換した冷媒が、冷媒導入管１０１、１０２を介して冷媒分流器６の側面へ戻るように構成した。【選択図】図１
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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、前記冷媒分流器の上流側から一部の冷媒を導出する複数の冷媒導出管と、前記冷媒パス出口各々に備えられ、前記冷媒導出管により導かれた冷媒と前記冷媒パス内を流れる冷媒を熱交換する冷媒パス出口熱量検出器と、前記冷媒パス出口熱量検出器の前記冷媒導出管により導かれた側の冷媒を前記冷媒分流器へ導く冷媒導入管を備え、前記冷媒分流器の内部は、前記冷媒導入管から戻される冷媒を前記冷媒パスへ流入する流路に沿って噴射し、流速に応じて主たる冷媒の流れを誘引するように構成することで、前記冷媒パス出口における冷媒の単位流量あたりの熱量に応じて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】
冷媒分流器は、冷媒分流器出口部と冷媒分流器入口部で構成され、冷媒分流器入口部は、冷媒導入管を介して冷媒パス出口熱量検出器から戻された冷媒を噴射する冷媒噴射穴を備えた請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
冷媒分流器の上流側に接続された整流タンクを備え、冷媒導出管は前記整流タンク下部に接続され、各冷媒導出管へ導出される冷媒量を均等に配分するように構成した請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項４】
冷媒パス出口熱量検出器は、冷媒パス出口管を内側に配し、周囲に冷媒導出管より導かれた冷媒を流す２重管構造とした請求項１から３のうちいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項５】
冷媒パス出口熱量検出器は、冷媒パス出口管と平行に冷媒導出管より導かれた冷媒を流す管を配し、熱伝導するように接合した請求項１から３のうちいずれか一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、空気調和機等に用いられる熱交換器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、冷媒分流器の上流側から一部の冷媒を導出する複数の冷媒導出管と、冷媒パス出口各々に備えられ、冷媒導出管により導かれた冷媒と冷媒パス内を流れる冷媒を熱交換する冷媒パス出口熱量検出器と、冷媒パス出口熱量検出器の冷媒導出管により導かれた側の冷媒を冷媒分流器へ導く冷媒導入管を備え、冷媒分流器の内部は、冷媒導入管から戻される冷媒を冷媒パスへ流入する流路に沿って噴射し、流速に応じて主たる冷媒の流れを誘引するように構成することで、冷媒パス出口における冷媒の単位流量あたりの熱量に応じて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、冷媒分流器の上流側から導出した一部の冷媒を媒体として各冷媒パス出口における冷媒の熱量を検出し、乾き度の変化に伴って流量の異なる冷媒を冷媒分流器へ戻し、各冷媒パスへ流入する冷媒流路に沿って噴射し、主たる冷媒の流れを誘引することで、その冷媒パスへの流入量を調整することができるので、従来の構成と比較して、高い圧力の冷媒を媒体としているので、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もに、機械的に可動する構成要素を有さないことから、摩擦抵抗により意図した動作をしないといった課題も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、前記冷媒分流器の上流側から一部の冷媒を導出する複数の冷媒導出管と、前記冷媒パス出口各々に備えられ、前記冷媒導出管により導かれた冷媒と前記冷媒パス内を流れる冷媒を熱交換する冷媒パス出口熱量検出器と、前記冷媒パス出口熱量検出器の前記冷媒導出管により導かれた側の冷媒を前記冷媒分流器へ導く冷媒導入管を備え、前記冷媒分流器の内部は、前記冷媒導入管から戻される冷媒を前記冷媒パスへ流入する流路に沿って噴射し、流速に応じて主たる冷媒の流れを誘引するように構成することで、前記冷媒パス出口における冷媒の単位流量あたりの熱量に応じて冷媒分流を自律調整するように構成されているので、高い圧力の冷媒を媒体とし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もに、機械的な可動部を有さず、摩擦抵抗により意図した動作をしないといった課題なく、各冷媒パス出口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が可能で、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、前記冷媒分流器の上流側から一部の冷媒を導出する複数の冷媒導出管と、前記冷媒パス出口各々に備えられ、前記冷媒導出管により導かれた冷媒と前記冷媒パス内を流れる冷媒を熱交換する冷媒パス出口熱量検出器と、前記冷媒パス出口熱量検出器の前記冷媒導出管により導かれた側の冷媒を前記冷媒分流器へ導く冷媒導入管を備え、前記冷媒分流器の内部は、前記冷媒導入管から戻される冷媒を前記冷媒パスへ流入する流路に沿って噴射し、流速に応じて主たる冷媒の流れを誘引するように構成することで、前記冷媒パス出口における冷媒の単位流量あたりの熱量に応じて冷媒分流を自律調整するように構成したことにより、高い圧力の冷媒を媒体とし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もに、機械的な可動部を有さず、摩擦抵抗により意図した動作をしないといった課題なく、各冷媒パス出口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が可能で、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、冷媒分流器出口部と冷媒分流器入口部で構成し、冷媒分流器入口部に冷媒導入管を介して冷媒パス出口熱量検出器から戻された冷媒を噴射する冷媒噴射穴を備えたことで、冷媒分流器の加工が容易でありながら、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の上流側に整流タンクを備え、冷媒導出管は整流タンク下部に接続され、各冷媒導出管へ導出される冷媒量を均等に配分するように構成することで、各冷媒パス出口熱量検出器へ流入する冷媒量を均等にして冷媒パス出口における冷媒の単位流量あたりの熱量をより正確に検出することで、第一の発明と同等の作用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の発明の冷媒パス出口熱量検出器を、冷媒パス出口管を内側に配し、周囲に冷媒導出管より導かれた冷媒を流す２重管構造としたことで、冷媒パス出口の熱量を的確に検出して第１の発明の作用を実現することができる。
【００１８】
第５の発明は、特に、第１の発明の冷媒パス出口熱量検出器を、冷媒パス出口管と平行に冷媒導出管より導かれた冷媒を流す管を配し、熱伝導するように接合したことで、冷媒パス出口熱量検出器が簡易な構造でありながら、第１の発明と同等の作用を実現することができる。
【００１９】
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。
【００２０】
（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１２１、１２２を介して合流するように構成される。冷媒分流器６の上流側は冷媒分流器入口管１３が接続され、途中に冷媒導出管８１、８２が接続されており、一部の冷媒を冷媒パス出口熱量検出器９１、９２へ導く。冷媒パス出口熱量検出器９１、９２において、熱交出口管１２１、１２２と熱交換した冷媒が、冷媒導入管１０１、１０２を介して冷媒分流器６の側面へ戻るように構成されている。
【００２１】
図２（ａ）は、本発明の第１の実施の形態における冷媒パス出口熱量検出器の断面図を示し、図２（ｂ）は同冷媒パス出口熱量検出器の斜視一部断面図示す。図２（ａ）において、冷媒導出管８より流入した冷媒は、熱交出口管１２内を流れる冷媒と管壁を介して熱交換し、冷媒導入管１０より流出する様に構成されている。
【００２２】
図３（ａ）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し、図３（ｂ）は冷媒パス数を増やした場合の斜視図を示す。図３（ａ）において、冷媒分流器６内部では、冷媒分流器入口管１３から流入した冷媒が小孔部１４を介して分流空間１５へ至り、分流空間１５内での攪拌作用により略均等に分配され、熱交入口管１１１、１１２へ流出する。冷媒導入管１０１、１０２は、先端部が分流空間１５内で熱交入口管１１１、１１２の延長線方向に沿う形に配され、先端部から噴射される冷媒の流速により、分流空間１５内の冷媒を誘引して熱交入口管１１１、１１２へ流出する冷媒量を調整する様に構成されている。図３（ｂ）においては、冷媒パス数を４とした場合の斜視図を示すが、内部断面構造は図３（ａ）と同等である。
【００２３】
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４は、本発明の第１の実施の形態における熱交換器の動作説明図である。図４（ａ）は、冷媒パスへ流入する冷媒量が当該冷媒パスの熱交換量に対して過少であり、結果として冷媒パス出口において過熱気味となった状態をｐ−ｈ線図上に示したものであり、図４（ｂ）は、逆に冷媒パスへ流入する冷媒量が当該冷媒パスの熱交換量に対して過多であり、結果として冷媒パス出口において未蒸発冷媒が残った状態をｐ−ｈ線図上に示したものである。
【００２４】
図４（ａ）において、Ｐ１ａ点は過熱ガス冷媒であり、図１における熱交出口管１２１内部の冷媒の状態を示している。Ｐ１ａ点の冷媒は、図１における冷媒パス出口熱量検出器９１により冷媒導出管８１を介して流入してきたＰ２ａ点の２相冷媒と熱交換するが、過熱ガス冷媒であるため体積当たりの熱量が小さく、Ｐ２ａ点の２相冷媒を僅かに冷却しＰ３ａ点の冷媒状態とする。Ｐ３ａ点の冷媒は、図１における冷媒導入管１０１を介して冷媒分流器６へ戻り、図３（ａ）における冷媒導入管１０１の先端部より、分流空間１５内へ噴射されＰ４ａ点の状態となる。
【００２５】
図４（ｂ）においては、Ｐ１ｂ点は未蒸発液冷媒を含んだ冷媒であり、図１における熱交出口管１２２内部の冷媒の状態を示している。Ｐ１ｂ点の冷媒は、図１における冷媒パス出口熱量検出器９２により冷媒導出管８２を介して流入してきたＰ２ｂ点の２相冷媒と熱交換するが、未蒸発液冷媒を含むため体積当たりの熱量が大きく、Ｐ２ｂ点の２相冷媒を大きく冷却しＰ３ｂ点の冷媒状態とする。冷却され乾き度が低下したＰ３ｂ点の冷媒は、圧力が低下しＰ３ｂＤ点の冷媒となった後、図１における冷媒導入管１０２を介して冷
媒分流器６へ戻り、図３（ａ）における冷媒導入管１０２の先端部より、分流空間１５内へ噴射されＰ４ｂ点の状態となる。
【００２６】
上述のＰ３ａ点の冷媒とＰ３ｂＤ点の冷媒の状態の違いから、冷媒導入管１０１の先端部から噴出される冷媒の流速と、冷媒導入管１０２の先端部から噴出される冷媒の流速を比較した場合、前者の方が後者に対して高速となる。したがって、図３（ａ）における冷媒分流器６の分流空間１５内においては、冷媒導入管１０１の先端部から噴出される高速の冷媒流が、分流空間１５内の冷媒をより多く誘引し、熱交入口管１１１へ流出する冷媒量を増加させる。逆に冷媒導入管１０２の先端部から噴出される低速の冷媒流は、分流空間１５内の冷媒を比較的少なく誘引し、熱交入口管１１２へ流出する冷媒量を減少させる。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。
【００２７】
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、冷媒導出管、冷媒パス出口熱量検出器、冷媒導入管の要素は、各冷媒パス毎に独立して構成されることから、図３（ｂ）に示す例のとおり、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。
【００２８】
以上のように、本実施の形態においては、冷媒分流器の上流側から導出した一部の冷媒を媒体として各冷媒パス出口における冷媒の熱量を検出し、乾き度の変化に伴って流量の異なる冷媒を冷媒分流器へ戻し、各冷媒パスへ流入する冷媒流路に沿って噴射し、主たる冷媒の流れを誘引することで、その冷媒パスへの流入量を調整することができるので、各冷媒パス出口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が可能となり、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。
【００２９】
また、本実施の形態の冷媒分流器は、図５に示すように冷媒分流器出口部６Ｂ、冷媒分流器入口部６Ｃの２部品で構成し、冷媒分流器入口部６Ｃに冷媒噴射穴６Ｄの穴加工を施した構成とすることで、冷媒分流器の加工が容易でありながら、本実施の形態の作用を実現することができる。
【００３０】
また、本実施の形態の冷媒分流器上流側に、図６に示すように整流タンク１６を備え、整流タンク１６の下部に冷媒導出管８１、８２を接続することで、冷媒流速が低下した状態で下部に滞留した液状態の冷媒を導出することで、冷媒パス出口熱量検出器９１、９２へ流入する冷媒量を均等でき、より正確に本実施の形態の作用を実現することができる。
【００３１】
また、本実施の形態の冷媒パス出口熱量検出器は、図７に示すように冷媒導出管８と冷媒導入管１０を１部品で構成し、熱交換用接合部９３を介して熱交出口管１２と熱交換するように構成することで、冷媒パス出口熱量検出器が簡易な構造でありながら、本実施の形態の作用を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上のように、本発明にかかる熱交換器は、高い圧力の冷媒を媒体とし、かつ機械的な可動部を有さず、冷媒パス出口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が可能なるので、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】
【００３３】
【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、（ａ）冷媒パス出口熱量検出器の断面図、（ｂ）斜視部分断面図
【図３】本発明の実施の形態１における熱交換器の、（ａ）冷媒分流器の断面図、（ｂ）冷媒分流器の斜視図
【図４】本発明の実施の形態１における熱交換器の状態説明図（（ａ）流入冷媒過小状態、（ｂ）流入冷媒過多状態）
【図５】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６】本発明の実施の形態１における熱交換器の整流タンクの断面図
【図７】本発明の実施の形態１における熱交換器の冷媒パス出口熱量検出器の斜視図
【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】従来の熱交換器の状態説明図
【符号の説明】
【００３４】
１  熱交換器
２  フィン
３  伝熱管
４  リターンベンド
６  冷媒分流器
６Ａ  筐体
６Ｂ  冷媒分流器出口部
６Ｃ  冷媒分流器入口部
６Ｄ  冷媒噴射穴
７  開口板
８，８１，８２  冷媒導出管
９，９１，９２  冷媒パス出口熱量検出器
９３  熱交換用接合部
１０，１０１，１０２  冷媒導入管
１２，１２１，１２２  熱交出口管
１３  冷媒分流器入口管
１４  小孔部
１５  分流空間
１６    整流タンク
１１１  熱交入口管
１１２  熱交入口管
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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