(57)【要約】【課題】各枝管への冷媒の分配量を均一にできるようにする。【解決手段】冷媒を流すための複数の枝管６が所定間隔で接続された外管２と、複数の冷媒流出孔５ａ〜５ｊを有し、外管２内に収容され、上方が閉塞し、下方より冷媒が流入する内管３と、円筒状に形成され、外管２と内管３との間に挿入された金網４もしくは発泡金属と、を備え、金網４の表面張力効果、又は発泡金属の毛細管現象で液冷媒を内壁に均一に保持させ、外管２の各枝管６から均一に流出させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を流すための複数の枝管が所定間隔で接続された外管と、
複数の冷媒流出孔を有し、前記外管内に収容され、上方が閉塞し、下方より冷媒が流入する内管と、
円筒状に形成され、前記外管と前記内管との間に挿入された金網もしくは発泡金属と、
を備えることを特徴とする冷媒分配器。
【請求項２】
前記内管は、内面に螺旋溝が形成されていることを特徴とする請求項１記載の冷媒分配器。
【請求項３】
前記内管の複数の冷媒流出孔は、上下方向に沿って配置され、かつ上下方向の中間に位置する冷媒流出孔から上下方向に離れるに従って冷媒流出孔の径が小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の冷媒分配器。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の冷媒分配器を用いた熱交換器を有するヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば空気調和機等のヒートポンプ装置に用いられる熱交換器に取り付けられ、冷媒を分配する冷媒分配器に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍空調機において、蒸発器の冷媒流路が複数となる場合、その冷媒入口側に分配器を用いて、冷媒流量をそれぞれの流路毎に均等にして、蒸発器の能力が最大限に発揮できるようにする必要がある。
【０００３】
冷媒分配器は、ディストリビューター型とヘッダー型に大別できる。そのうち、ヘッダー型冷媒分配器は、ディストリビューター型冷媒分配器に比べて構造が簡単で、コスト低減でき、さらには設置容積を小さくすることができると期待されている。しかし、ヘッダー型冷媒分配器は、ディストリビューター型冷媒分配器に比べて、各枝管への冷媒の流量分配が著しく不均等となる。そこで、ヘッダー内部に多孔質体を挿入して、ヘッダー内の下部に液冷媒が滞留することがなくなるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、ヘッダー管を二重管構造として、流入管である内管に、複数の孔を重力方向（上下方向）に沿って配置し、かつこれら孔は、下方に位置するものほど、径が小さくなるように設置して、液冷媒の分配量を均一にできるようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１−３１２３６９号公報（第２頁、第１図）
【特許文献２】特開平３−１９５８７３号公報（第３頁、第1図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述のようにヘッダー内部に多孔質体を挿入するようにしたものにあっては、多孔質体を、ヘッダーの形状に合わせて、重力方向に長く、側面方向に短い構造をとらざるを得ない。そのため、毛細管現象は重力方向よりも側面方向に大きく作用し、冷媒の流量が小さい場合は、ヘッダー内上部まで液冷媒は到達することができず、不均一な分配となる。さらに、多孔質体の材質によるが、液冷媒を保持できる量が決まっているので、その量を超えた液冷媒はヘッダー内の下部に溜まり、不均一な分配となる。
【０００７】
また、ヘッダー管を二重管構造として、流入管である内管に複数の孔を重力方向に沿って配置し、かつこれら孔は下方に位置するものほど径が小さくなるように設置したものにあっては、内管から液冷媒が均等に分配されるが、冷媒が枝管まで流れるまでに、外管の内壁に衝突し、外管の内壁を伝い落ち、下部に溜まり、不均一な分配となる。
【０００８】
本発明の技術的課題は、各枝管への冷媒の分配量を均一にできるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る冷媒分配器は、冷媒を流すための複数の枝管が所定間隔で接続された外管と、複数の冷媒流出孔を有し、前記外管内に収容され、上方が閉塞し、下方より冷媒が流入する内管と、円筒状に形成され、外管と内管との間に挿入された金網もしくは発泡金属と、を備えるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の冷媒分配器によれば、冷媒を流すための複数の枝管が所定間隔で接続された外管と、複数の冷媒流出孔を有し、前記外管内に収容され、上方が閉塞し、下方より冷媒が流入する内管と、円筒状に形成され、外管と内管との間に挿入された金網もしくは発泡金属と、を備えるので、内管では各冷媒流出孔より順次、二相冷媒が流出され、円筒状に形成され、外管の内壁に挿入された金網の表面張力効果、又は発泡金属の毛細管現象で液冷媒は内壁に均一に保持され、外管の各枝管から均一に流出される。その結果、冷媒液流量を熱交換器のそれぞれの流路毎に均等に流出させることができて、蒸発器の能力を最大限に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る冷媒分配器を用いた熱交換器の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る冷媒分配器の構成を示す縦断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る冷媒分配器の金網の構成を示す斜視図である。
【図５】比較例１の冷媒分配器の冷媒流動状態を示す縦断面図である。
【図６】比較例２の冷媒分配器の冷媒流動状態を示す縦断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る冷媒分配器の冷媒流動状態を示す縦断面図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る冷媒分配器の構成を示す縦断面図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係る冷媒分配器の構成を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
以下、図示実施形態により本発明を説明する。
図１は本発明の実施の形態１に係る冷媒分配器を用いた熱交換器の構成図、図２は本実施の形態に係る冷媒分配器の構成を示す縦断面図である。
【００１３】
本実施の形態の冷媒分配器すなわち二相冷媒を分配する冷媒分配器１は、図１のように伝熱管とフィンで構成されるフィンアンドチューブ型熱交換器７に流入する二相冷媒９を分配するものであり、詳細については後述する。熱交換器７を通過したガス冷媒は、ガス合流管８で合流し、流出するようになっている。伝熱管とフィンは、いずれもアルミまたはアルミ合金で構成されている。なお、伝熱管は、円管、扁平管、その他どのような形状であっても採用可能である。
【００１４】
冷媒分配器１は、図２のように外管２と、冷媒流出孔５ａ〜５ｊを有し、外管２内に収容され、上方が閉塞した内管３と、円筒状に形成されて外管２と内管３との間に挿入された金網４と、外管２にロウ付け接合された枝管６とを備えている。冷媒流出孔５ａ〜５ｊと枝管６は、ほぼ同等の間隔で配置されている。
【００１５】
ここで、本実施の形態における各部品の寸法について説明する。外管２の外径φＤ１はφ１２．７mm、枝管６の外径φＤ２はφ５mm、内管３の外径φＤ３はφ７mm、内管３に設けられた冷媒流出孔５ａ〜５ｊの径φＤ４はここではいずれもφ５mmである。前述した寸法は一例であって、これに限定されるものでなく、それ以外の寸法でも本実施の形態と同様な効果を期待できる。
【００１６】
図３は図２のＡ−Ａ線矢視断面図であり、冷媒流出孔５ａの周方向の設置位置の配置例として（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の３パターンが示されている。（ａ）は周方向に１箇所のみ設置したものである。また、冷媒流出孔５ａの枝管６に対する設置角度θは何度でも構わない。（ｂ）は周方向に２箇所設置したものであり、（ａ）と同様に枝管６に対する設置角度θは何度でも構わない。（ｃ）は周方向に４箇所設置したものであり、（ａ）、（ｂ）と同様に枝管６に対する設置角度θは何度でも構わない。
【００１７】
図４は本実施の形態に係る円筒状に形成された金網の構成図である。金網４は金属の線材を織り込み網状にしたもので、多くの産業分野で広く使われている。ここで使用する金網４の仕様は、平織タイプのもので、１インチ内に１００から２００メッシュの網目があるものを用いればよい。また、金網４をここでは一重のものを使用しているが、二重に重ね合わせてもよい。金網４の円筒曲げ加工方法としては、例えば金網４を丸棒などの冶具を用いて、これに巻き付ける等により、容易に円筒状に加工することができる。また、金網４の他に発泡金属を用いてもよく、この場合でも本実施の形態と同様な効果を奏する。
【００１８】
ヒートポンプ装置（図示せず）は、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器（前記熱交換器７）とを備えている。圧縮機から吐出された高温高圧のガス冷媒は凝縮器を流れ、凝縮器を通過する空気と熱交換して高圧液状態となって流出する。凝縮器を流出した高圧液冷媒は膨張弁で減圧されて低圧二相冷媒となり、熱交換器７に流入する。熱交換器７に流入した低圧二相冷媒は熱交換器７を通過する空気と熱交換し、低圧ガス冷媒となり、圧縮機に吸入される。
【００１９】
次に、図１を用いて熱交換器７の動作について詳述する。図中の矢印は、蒸発器として使用されるときの冷媒の流れを示している。ガス冷媒と液冷媒が混合された二相冷媒９は、冷媒分配器１の内管３の下部より流入し、各枝管６に分配される。分配された二相冷媒９は熱交換器７の各パスを構成する伝熱管に流入する。伝熱管に流入した二相冷媒９は、伝熱管と一体化したアルミフィンを介して、熱交換器７を通過する空気と熱交換し、ガス冷媒となって各パス出口よりガス合流管８の内部で合流し、出口ガス冷媒１０となって流出する。
【００２０】
次に、冷媒分配器内部の動作について説明する。図７に示す本実施の形態の冷媒分配器１の内部の動作をより明確に説明するために、比較例１として図５に外管２に円筒状に形成された金網４だけを挿入した冷媒分配器１４を、比較例２として図６に内管３と外管２との二重管構造だけ（金網無し）の冷媒分配器１７を挙げ、これらと比較しながら説明する。
【００２１】
まず、図５により比較例１の冷媒分配器１４の冷媒流動状態について説明する。図５では各枝管６から流出する液冷媒１５の流出量１６を矢印の長さで模式的に表現している。二相冷媒の流れは、両相（液相と気相）の種類、流路条件及び流量に応じて極めて多様な状況を示す。空調機に用いられている冷媒の循環量は５０〜１０００ｋｇ／ｈ、乾き度（ガス冷媒の質量流量比）０．２、冷媒分配管の内径は１０〜５０mmである。これらの条件より、二相流の流動様式線図であるＢａｋｅｒ線図から二相流の流動状態を判断すると、その状態の二相冷媒は管壁に液膜があり、気相のコアー部には液滴が含まれる環状流となる。環状流の二相冷媒９が冷媒分配器１４の外管２内に流入すると、液冷媒１５は金網４に衝突し、上方向には進行せずに下部の枝管６に集中して液冷媒１５は流出する。上部の枝管６には液冷媒１５は流出しない。また、入口部を上下逆転した場合には、上部の枝管６に集中して液冷媒１５が流出される。つまり、外管２内に円筒状に形成された金網４だけを挿入した場合は、液冷媒１５は入口部に近い枝管６ばかりに集中して流出され、不均等な冷媒分配器となる。
【００２２】
次に、図６により比較例２の冷媒分配器１７の冷媒流動状態について説明する。図６でも各枝管６から流出する液冷媒１５の流出量１６を矢印の長さで模式的に表現している。冷媒分配器１７は、外管２と、下方に位置するものほど、径が小さくなるように配置した冷媒流出孔１８ａ〜１８ｊを有する内管３とを備えている。二相冷媒９は内管３の下部より流入する。内管３からは各冷媒流出孔１８ａ〜１８ｊより順次、二相冷媒９が流出される。しかしながら、二相冷媒９は枝管６に到達するまでに外管２の内壁に衝突し、外管２の下部に溜まる。このため、液冷媒１５は枝管６の下部に集中して流出される。
【００２３】
また、冷媒循環量が大きい場合は、内管３の下部より流入した二相冷媒９が内管３の上部に衝突し、内管上部に設けられた冷媒流出孔より液冷媒１５が多く流出されてしまう。つまり、外管２の内壁に衝突しなくとも、上部に設けられた枝管から液冷媒１５が多く流出されてしまう。
【００２４】
このように、冷媒流出孔１８ａ〜１８ｊを下方に位置するものほど、径が小さくなるように配置しても、単純に内管３と外管２の二重管構造にした場合は、液冷媒１５が上部もしくは下部ばかりに集中して流出され、不均等な冷媒分配器となる。
【００２５】
次に、図７により本実施の形態の冷媒分配器１の冷媒流動状態について説明する。図７でも各枝管６から流出する液冷媒１５の流出量１６を矢印の長さで模式的に表現している。二相冷媒９は内管３の下部より流入する。内管３からは各冷媒流出孔５ａ〜５ｊより順次、二相冷媒９が流出される。さらに、円筒状に形成されて外管２の内壁に挿入された金網４の表面張力効果で、液冷媒１５は外管２の内壁に均一に保持され、各枝管６から均一に流出される。その結果、冷媒液流量を熱交換器７のそれぞれの流路毎に均等に流出させることができて、蒸発器の能力を最大限に発揮させることができる。
【００２６】
以上のように、流入した二相冷媒９を内管３の流出孔５ａ〜５ｊから流出させ、円筒状に形成されて外管２の内壁に挿入した金網４の表面張力効果で液冷媒１５を均一に保持できるので、各枝管６より流出する二相冷媒を均一に分配することができ、蒸発器の能力を最大限に発揮することができ、延いてはこの冷媒分配器１を用いた熱交換器７を有するヒートポンプ装置の高効率な運転を実現することができる。
【００２７】
なお、内管３の冷媒流出孔５ａ〜５ｊは円形で構成することで、プレスやドリルなどにより容易に加工することが可能となり、加工コストを安価に抑えることができる。金網、発泡金属についても単純に円筒状に丸めて挿入すれば良いので製作が容易である。
【００２８】
実施の形態２．
図８は本発明の実施の形態２に係る冷媒分配器の構成を示す縦断面図であり、図中、前述の実施の形態１と同一部分には、同一符号を付し、説明を省略する。
【００２９】
本実施の形態の冷媒分配器１８は、内管３の内面に、螺旋溝１９を形成して、内管３の流出孔５ａ〜５ｊから均一に液冷媒が流出されるようにした点が、実施の形態１のものと異なっている。それ以外の構成は前述の実施の形態１と同様である。
【００３０】
次に動作について説明する。二相冷媒９は、内管３の下部より流入し、内管３の螺旋溝１９で攪拌されて環状流（管壁に液膜があり、気相のコアー部には液滴が含まれている）から、噴霧流（壁面上に連続した液膜がなく気相中に液滴が含まれる流れ）になる。噴霧流になった二相冷媒９は、内管３の各流出孔５ａ〜５ｊから均一に流出される。流出孔５ａ〜５ｊより流出した液冷媒は、外管２の内壁に挿入された金網４の表面張力効果で均一に保持され、各枝管６から均一に流出される。その結果、冷媒液流量を熱交換器７のそれぞれの流路毎に均等に流出させることができて、蒸発器の能力を最大限に発揮させることができ、延いてはこの冷媒分配器１８を用いた熱交換器を有するヒートポンプ装置の高効率な運転を実現することができる。
【００３１】
実施の形態３．
図９は本発明の実施の形態３に係る冷媒分配器の構成を示す縦断面図であり、図中、前述の実施の形態１と同一部分には、同一符号を付し、説明を省略する。
【００３２】
本実施の形態の冷媒分配器２０は、内管３の冷媒流出孔２１ａ〜２１ｊを、内管上下方向中間に位置するものから上下方向に離れるに従って径が小さくなるように構成したものであり、それ以外の構成は前述の実施の形態１と同様である。
【００３３】
ここで、本実施の形態における各冷媒流出孔の具体的な寸法について説明する。冷媒流出孔２１ａはφ２mm、２１ｂはφ２．７mm、２１ｃはφ３．３mm、２１ｄはφ４．３mm、２１ｅはφ５mm、２１ｆはφ５mm、２１ｇはφ４．３mm、２１ｈはφ３．３mm、２１ｉはφ２．７mm、２１ｊはφ２mmである。前述した寸法は一例であって、これに限定されるものでなく、上下方向中間位置から上下方向に離れるに従って冷媒流出孔を小さくすればよいものである。
【００３４】
次に動作について説明する。二相冷媒９は内管３の下部より流入する。重力の影響で上方向の慣性力は次第に小さくなり、液冷媒は下部の冷媒流出孔からたくさん流出しやすいが、本実施例では内管上下方向の中間位置から下方向に離れるに従って冷媒流出孔が小さくなっているので、液冷媒が下部に集中することがなくなって、液冷媒が各冷媒流出孔２１ａ〜２１ｊから均一に流出する。
【００３５】
また、二相冷媒９の循環量が大きい場合は、内管３の上部に衝突し、下方向に逆流する。そのため、上部の冷媒流出孔２１ａ、２１ｂ、２１ｃからの液冷媒流出量が大きくなるのを、上下方向中間位置から上方向に離れるに従って冷媒流出孔が小さくなっているので、液冷媒が上部に集中することがなくなって、液冷媒が各冷媒流出孔２１ａ〜２１ｊから均一に流出する。
【００３６】
このように、各冷媒流出孔２１ａ〜２１ｊより流出される液冷媒量が均一化される。冷媒流出孔２１ａ〜２１ｊより流出した液冷媒は外管２の内壁に挿入された金網４の表面張力効果で液冷媒が均一に保持され、各枝管６から均一に流出される。その結果、冷媒液流量を熱交換器７のそれぞれの流路毎に均等に流出させることができて、蒸発器の能力を最大限に発揮させることができ、延いてはこの冷媒分配器２０を用いた熱交換器７を有するヒートポンプ装置の高効率な運転を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の活用例として、二相冷媒を均等に分配することで熱交換性能を向上し、性能を向上することが必要なヒートポンプ装置の熱交換器に使用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１，１８，２０  冷媒分配器、２  外管、３  内管、４  金網、５ａ〜５ｊ、２１ａ〜２１ｊ  冷媒流出孔、６  枝管、７  熱交換器、８  ガス合流管、９  二相冷媒、１０  出口ガス冷媒、１４  比較例１の冷媒分配器、１５  液冷媒、１６  液冷媒の流出量、１７  比較例２の冷媒分配器、１８ａ〜１８ｊ  比較例２の冷媒流出孔、１９  螺旋溝。
【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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