(57)【要約】【課題】液相部及び気相部の間の境界面が不安定であっても、液相及び気相を均一な割合で複数の冷媒出口管へ流出するようにした二相流分配器を提供することにある。【解決手段】冷媒を貯留する容器１の底面に冷媒入口管２を接続すると共に前記容器１の上面に複数の冷媒出口管３を接続して、前記冷媒入口管２を通じて前記容器１内に流入した気液二相流の冷媒を前記複数の冷媒出口管３へ分配して流出させる二相流分配器において、前記冷媒入口管２は、前記容器内に突き出した上部開口管２ａを有すると共に該上部開口管２ａ側面に複数の小穴４が形成され、該小穴４を通じて管外部から管内部に前記冷媒が吸い込まれることにより、前記容器１内部で液相と気相に分離せずに攪拌される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を貯留する容器の底面に冷媒入口管を接続すると共に前記容器の上面に複数の冷媒出口管を接続して、前記冷媒入口管を通じて前記容器内に流入した気液二相流の冷媒を前記複数の冷媒出口管へ分配して流出させる二相流分配器において、前記冷媒入口管は、前記容器内に突き出した上部開口管を有すると共に該上部開口管側面に複数の小穴が形成され、該小穴を通じて管外部から管内部に前記冷媒が吸い込まれることにより、前記容器内部で液相と気相に分離せずに攪拌されることを特徴とする二相流分配器。
【請求項２】
前記小穴を通じて前記冷媒入口管内部に前記冷媒が確実に吸い込まれる程度に、前記容器下面から前記小穴までの高さを低くしたことを特徴とする請求項１記載の二相流分配器。
【請求項３】
前記容器底面は前記冷媒入口管を中心として下向きに傾斜する円錐形状とすることにより、液冷媒を前記冷媒入口管側面に集まり易くしたことを特徴とする請求項１又は２記載の二相流分配器。
【請求項４】
前記冷媒入口管の接続する前記容器底面の部分に前記冷媒入口管よりも管径の大きな筒部を形成し、該筒部に液冷媒とガス冷媒の界面を位置させたことを特徴とする請求項１、２又は３記載の二相流分配器。
【請求項５】
前記冷媒入口管より流入した冷媒が前記容器の上面に衝突して、液冷媒とガス冷媒の攪拌・混合が促進される程度に、前記冷媒入口管と前記容器上面との距離を狭くしたことを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の二相流分配器。
【請求項６】
前記冷媒入口管内部の流速を高めるために、前記上部開口管側面に内側に凹む絞り部を形成し、該絞り部に前記小穴を設ることを特徴とする請求項１，２，３，４又は５記載の二相流分配器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、気液二相流の冷媒を複数に分配させる二相流分配器に関する。
【背景技術】
【０００２】
室外機に複数台の室内機を接続したマルチシステムの冷凍装置においては、室外機の膨張弁から複数の室内機内の蒸発器へ冷媒を分配させるために冷媒分配器が使用される(特許文献１参照)。その一例を図７に示す。
【０００３】
図７に示す冷媒分配器は、冷媒を貯留する冷媒貯留部である容器０１の底面に冷媒入口管０２を接続し、容器０１の上面に複数の冷媒出口管０３を接続して構成される二相流分配器であり、冷媒入口管０２を通じて容器０１に流入した気液二相流の冷媒は複数の冷媒出口管０３へ分配して流出される。
【０００４】
特許文献１では、容器０１内に流入した気液二相流の冷媒は容器０１内において液相部（液冷媒）Ｌと気相部（ガス冷媒）Ｇとに分離されると説明されている。
【特許文献１】特開２００１−５０６１３
【非特許文献１】「水力学概論」、藤本武助著、(株)養賢堂発行、１９６２第９版
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、容器０１内において液相部Ｌと気相部Ｇとに分離されると説明されていたが、実際には、液相部Ｌ及び気相部Ｇの間の界面が波打った状態となり、安定した状態で分離されていない。特に容器０１が小型の場合には、その傾向が著しく、容器０１内部では液相部Ｌと気相部Ｇが混ざり合った状態となる。
【０００６】
そのため、複数の冷媒出口管０３へは異なった液相と気相の割合で二相流が流入することとなり、分配管下流にある熱交換器への冷媒二相流の流量分配が不均一になり、以下の問題(1)(2)を生じる。
(1)熱交換器の能力が低下する。
(2)気相の割合が多いと熱交換器の一部に過熱領域が存在し、過熱領域から通った乾いた冷却された空気によって冷やされた送風機やユニット壁面に、過熱領域を通った湿った空気が接触して結露し、時間と共に結露が成長して、ユニットから外へ飛び出る。
【０００７】
本願発明は、上述した背景技術に鑑みてなされたものであり、液相部及び気相部の間の境界面が不安定であっても、均一な液相及び気相の割合で冷媒を複数の冷媒出口管へ流出するようにした二相流分配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】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係る二相流分配器は、冷媒を貯留する容器の底面に冷媒入口管を接続すると共に前記容器の上面に複数の冷媒出口管を接続して、前記冷媒入口管を通じて前記容器内に流入した気液二相流の冷媒を前記複数の冷媒出口管へ分配して流出させる二相流分配器において、前記冷媒入口管は、前記容器内に突き出した上部開口管を有すると共に該上部開口管側面に複数の小穴が形成され、該小穴を通じて管外部から管内部に前記冷媒が吸い込まれることにより、前記容器内部で液相と気相に分離せずに攪拌されることを特徴とする。
【０００９】
また、上記課題を解決する本発明の請求項２に係る二相流分配器は、前記小穴を通じて前記冷媒入口管内部に前記冷媒が確実に吸い込まれる程度に、前記容器下面から前記小穴までの高さを低くしたことを特徴とする。
【００１０】
また、上記課題を解決する本発明の請求項３に係る二相流分配器は、請求項１又は２において、前記容器底面は前記冷媒入口管を中心として下向きに傾斜する円錐形状とすることにより、液冷媒を前記冷媒入口管側面に集まり易くしたことを特徴とする。
【００１１】
また、上記課題を解決する本発明の請求項４に係る二相流分配器は、請求項１，２又は３において、前記冷媒入口管の接続する前記容器底面の部分に前記冷媒入口管よりも管径の大きな筒部を形成し、該筒部に液冷媒とガス冷媒の界面を位置させたことを特徴とする。
【００１２】
また、上記課題を解決する本発明の請求項５に係る二相流分配器は、請求項１，２，３又は４において、前記冷媒入口管より流入した冷媒が前記容器の上面に衝突して、液冷媒とガス冷媒の攪拌・混合が促進される程度に、前記冷媒入口管と前記容器の上面との距離を狭くしたことを特徴とする。
【００１３】
また、上記課題を解決する本発明の請求項６に係る二相流分配器は、請求項１，２，３，４又は５において、前記冷媒入口管内部の流速を高めるために、前記上部開口管側面に内側に凹む絞り部を形成し、該絞り部に前記小穴を設ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
冷媒二相流は冷媒入口管から容器内に噴出されて、液冷媒とガス冷媒が攪拌され混ざり合う。そのうち、大きな液滴などは容器下部へ溜まりこむが、冷媒入口管内での冷媒の流速により冷媒入口管側面の小穴から管外部から管内部へ吸込まれ、再び攪拌される。これにより、容器内部では、液冷媒とガス冷媒が分離せずに、常に液冷媒とガス冷媒が偏りなく攪拌された状態で容器内に充満し、各冷媒出口管から液冷媒とガス冷媒とが均一に混合されて流出する。
【００１５】
冷媒入口管内部に小穴を通じて冷媒が確実に吸い込まれる程度に、小穴と容器下面との距離を狭くすることにより、液冷媒が小穴から冷媒入口管に確実に吸い込まれるという効果も奏する。
【００１６】
特に、容器底面を、その中心に配置された冷媒入口管に対して下向きに傾斜する円錐形状とすると、液冷媒が冷媒入口管に対して溜まり易くなり、液冷媒が小穴から冷媒入口管に確実に吸い込まれるという効果も奏する。
【００１７】
また、容器底面に冷媒入口管よりも管径の大きな筒部を形成し、この筒部に冷媒入口管を接続して、その内側に液冷媒とガス冷媒の界面を位置させると、液冷媒とガス冷媒の界面面積が小さくなるため、液面の乱れが少なくなり、容器上部の液冷媒とガス冷媒が攪拌された領域と、容器下部の液溜り部とを確実に分離できるという効果も奏する。
【００１８】
更に、冷媒入口管より流入した冷媒が容器の上面に衝突して、液冷媒とガス冷媒の攪拌・混合が促進される程度に、冷媒入口管と容器の上面との距離を狭くすることで、冷媒入口管から流出した二相流冷媒を容器上面に衝突させて、液冷媒とガス冷媒の攪拌・混合が促進される効果も奏する。
【００１９】
冷媒入口管内部の流速を高めるために、上部開口管側面に内側に凹む絞り部を形成し、この絞り部に小穴を設けると、ベンチェリ効果により、冷媒入口管内部の流速が高くなり、液冷媒とガス冷媒がより一層攪拌されて均一に混合される効果も奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明を実施するための最良の形態を図１に示す。図１（ａ）（ｂ）は、二相流分配器の平面図、断面図、図１（ｃ）は二相流分配器の原理図である。
【００２１】
図１（ａ）（ｂ）に示すように、冷媒貯留部１に下方から冷媒入口管２が接続されると共に冷媒貯留部１に上方から冷媒出口管３（図中では、８本）が接続されている。
冷媒貯留部１は、冷媒入口管２と複数の冷媒出口管３とを繋ぎ、冷媒を貯留する円筒状の容器である。
【００２２】
冷媒入口管２は冷媒貯留部１の底面１ａの中心部に配置されるのに対し、冷媒出口管３は冷媒貯留部１の上面１ｂに放射状に配置されている。
ここで、冷媒入口管２は、冷媒貯留部１内に突き出した上部開口管２ａを有し、上部開口管２ａの側面には複数の小穴４が形成されている。
【００２３】
図１（ｃ）に示すように、上部開口管２ａの内側の小穴近傍の圧力Ｐ1と上部開口管２ａの外部の圧力Ｐ2とを比較すると、式（１）が成り立つ。
Ｐ1＋(1/2)ρｖ12＝Ｐ2＋ΔＰ        …（１）
ただし、上部開口管２ａの内側の小穴近傍の流速をｖ1とし、上部開口管２ａの外部の流速をｖ2は零とし、冷媒の粘性をρとする。ΔＰは、小穴４の位置から上部開口管２ａの上端までの圧力差である。
【００２４】
式（１）から、式（２）が導かれる。
Ｐ2−Ｐ1＝(1/2)ρｖ12 ＋ΔＰ …（２）
式（２）において、右辺第２項のΔＰは零にほとんど等しいとすると（ΔＰ≒０）、Ｐ2＞Ｐ1となり、Ｐ2はＰ1に比較して、右辺第１項の動圧分に相当する圧力差が生じるため、小穴４を通じて管外部から管内部に冷媒が吸い込まれることとなる。
【００２５】
これにより、冷媒貯留部１内部で液冷媒とガス冷媒が分離せずに攪拌され、冷媒入口管２を通じて冷媒貯留部１内に流入した気液二相流の冷媒は複数の冷媒出口管３へ分配して流出する際、液冷媒とガス冷媒が攪拌されて均一に混合することとなる。
なお、上部開口管２ａは、式（２）において、右辺第１項の動圧分を生じさせるように、ある程度の流速をかせげる程度の管長を有することが望ましい。
【実施例１】
【００２６】
本発明の実施例１に係る二相流分配器を図２に示す。
本実施例では、冷媒貯留部下面から小穴４までの高さ（距離）Ｈと冷媒入口管２の内径Ｄの比（Ｈ／Ｄ）に着目したものである。
【００２７】
即ち、冷媒貯留部１下面から冷媒入口管２の側面に設けた小穴４までの高さＨをあまり大きくすると、容器下部に溜まった液冷媒を小穴４から吸い込みにくくなる。従って、高さＨは小さいほうが望ましい。
【００２８】
そこで、冷媒貯留部下面から小穴４までの高さ（距離）Ｈと冷媒入口管２の内径Ｄの比（Ｈ／Ｄ）に着目すると、目安として、Ｈ／Ｄ≦1とすることで、容器下部に溜まった液冷媒を確実に、冷媒入口管２の側面の小穴４から吸い込むことができるという効果も奏する。
本実施例においても、その他の構成は、図１に示す構造と同一であり、同様の作用効果を奏する。
【実施例２】
【００２９】
本発明の実施例２に係る二相流分配器を図３に示す。
本実施例は、冷媒貯留部１の底面１ａの形状に改良を加えたものである。
即ち、冷媒貯留部１である容器の底面１ａを冷媒入口管２を中心として下向きに傾く円錐形状としたものである。
【００３０】
このようにすると、容器底面１ａに溜まった液冷媒が、円錐形状に沿って重力により冷媒入口管２へ集まり易くなり、液冷媒が小穴４から冷媒入口管２に確実に吸い込まれるという効果も奏する。
本実施例においても、その他の構成は、図１に示す構造と同一であり、同様の作用効果を奏する。
【実施例３】
【００３１】
本発明の実施例３に係る二相流分配器を図４に示す。
本実施例は、液冷媒とガス冷媒の界面面積を小さくするよう改良したものである。
即ち、冷媒入口管２が接続する冷媒貯留部１の底面１ａに、冷媒入口管２より一回り大きい径を有する筒部１ｃを設けたものである。
【００３２】
このようにすると、筒部１ｃに液冷媒が溜まり、筒部１ｃに液冷媒とガス冷媒の界面が位置することとなり、液冷媒とガス冷媒の界面面積が小さくなるため、液面の乱れが少なくなり、容器上部の液冷媒とガス冷媒が攪拌された領域と、容器下部の液溜り部とを確実に分離できるという効果も奏する。
本実施例においても、その他の構成は、図１に示す構造と同一であり、同様の作用効果を奏する。
【実施例４】
【００３３】
本発明の実施例４に係る二相流分配器を図５に示す。
本実施例は、冷媒入口管２の上端から容器上面までの距離δと、冷媒入口管２の内径Ｄとの比（δ／Ｄ）に着目したものである。
即ち、冷媒入口管２の上端から容器上面までの距離δがあまり大きいと、冷媒入口管２から吹き上げられた二相流冷媒が容器上面に衝突せず攪拌されにくくなる。
つまり、距離δは小さいほうが望ましい。
【００３４】
そこで、冷媒入口管２の上端から容器上面までの距離δと、冷媒入口管２の内径Ｄの比（δ／Ｄ）に着目すると、目安として、（δ／Ｄ）≦２とすることが考えられる（非特許文献１の第１４０ページ、７．２図（ａ）参照）。
これにより、冷媒入口管２から流出した二相流冷媒を容器上面に衝突させて、容器上面を衝突構造として利用することにより、液冷媒とガス冷媒の攪拌・混合が促進されるという効果も奏する。
本実施例においても、その他の構成は、図１に示す構造と同一であり、同様の作用効果を奏する。
【実施例５】
【００３５】
本発明の実施例５に係る二相流分配器を図６に示す。
本実施例は、冷媒入口管２内の流速を早めるように改良したものである。
即ち、図６に示すように、上部開口管２ａの側面に形成された内側に凹む絞り部２ｂに小穴４を設けたものである。
【００３６】
これにより、ベンチェリ効果によって冷媒入口管２の内部の流速が高くなり、液冷媒とガス冷媒がより一層攪拌されて均一に混合されるという効果も奏する。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、気液二相流の冷媒を複数に分配させる二相流分配器として、例えば、マルチシステムの冷凍機、空気調和機に利用可能なものである。更に、複数の蒸発器への冷媒分配のみならず、複数の流路を持つ蒸発器の各流路への冷媒分配のためにも利用できるものである。また、それぞれ独立した複数の冷媒流路を構成する複数の伝熱管を有する熱交換器の各伝熱管に冷媒を分配するためにも利用可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の最良の形態に係る二相流分配器の平面図、断面図及び原理図である。
【図２】本発明の実施例１に係る二相流分配器の断面図である。
【図３】本発明の実施例２に係る二相流分配器の断面図である。
【図４】本発明の実施例３に係る二相流分配器の断面図である。
【図５】本発明の実施例４に係る二相流分配器の断面図である。
【図６】本発明の実施例５に係る二相流分配器の断面図である。
【図７】背景技術に係る二相流分配器の断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  冷媒貯留部（容器）
２  冷媒入口管
３  冷媒出口管
４  小穴
【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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