JP2016180548A - 冷媒分配器及びこの冷媒分配器を備えた冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定格運転条件から低回転の運転条件までの流量条件において、コスト増大を抑制しつつ、各冷媒管に冷媒を安定して分配する。【解決手段】冷媒分配器２１は、ヘッダ管３０と、該ヘッダ管に冷媒を送るための入口管３１と、前記入口管よりも鉛直方向下方であって、前記ヘッダ管の一端側４３に接続された複数の冷媒管３２とを備え、前記ヘッダ管に流入した冷媒は複数の前記冷媒管に分配される。また、前記ヘッダ管の内部における前記冷媒管が接続された前記一端側に、前記入口管からの液体冷媒を偏らせて前記ヘッダ管の上方から流入させるための冷媒流動方向制御部３４を備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、複数に分岐した冷媒管に冷媒を分配する冷媒分配器及びこの冷媒分配器を備えた冷凍サイクル装置に関する。

一般に、空気調和機、ヒートポンプ式給湯機等の冷凍サイクル装置は、圧縮機、電動弁等の絞り装置、凝縮器及び蒸発器が配管で接続された冷媒回路を有する。この冷凍サイクル装置の冷凍サイクルでは、冷媒回路内を循環する冷媒が、熱交換器（凝縮器及び蒸発器）で熱交換の対象となる空気、水等に対して吸熱または放熱を繰り返す。

例えば、空気調和機の室内機または室外機の熱交換器は、熱交換器の空気側伝熱面であるフィンに対して複数の冷媒管を接合することで、冷媒管内の冷媒と空気間の熱移動を効率的に行う。この構造では、室内機または室外機の熱交換器内に並列に設けられた複数本の冷媒管のそれぞれに冷媒を分配する必要がある。熱交換器の配管内で気液二相流となって流れる冷媒は、その液体冷媒と気体冷媒との間で数十倍の密度の差があり、気液二相のそれぞれの流速も大きく異なる。そのため、気液二相状態で通流する冷媒は、気液界面が乱れて冷媒の流動が複雑かつ不安定となる。したがって、室内機または室外機の熱交換器で効率的に冷媒が作用するように、室内機または室外機の熱交換器の各冷媒管に対して、気液二相からなる冷媒を所定の分配比率で安定して分配することが必要となる。

また、通流する液体冷媒に重力の作用により配管内で液体冷媒が偏る場合があるため、冷媒に作用する重力の影響を考慮して、熱交換器の各冷媒管に対して気液二相からなる冷媒を所定の分配比率で安定して分配させる必要がある。

更に、定格回転数以下の回転数での運転時など冷媒流量が定格運転時より低くなる場合には、定格運転時とは冷媒の流速が異なり、流動形態が変動するが、これらを考慮して、気液二相からなる冷媒を回転数の変動に応じて適切に分配させる必要がある。

特許文献１（特開２０１３−００２６８８号公報）に記載された冷媒分配器においては、分配部として垂直方向に設置されるヘッダ管（ヘッダパイプ）を設け、該ヘッダ管に複数の配管（扁平チューブ）を水平方向に設置したものであり、前記ヘッダ管内部に冷媒誘導構造として、同心円状やらせん状のリブを設けることで、気体冷媒と液体冷媒の混合を促進し、冷媒を均等に分配するようにしている。

特開２０１３−００２６８８号公報

上記特許文献１に記載された冷媒分配器においては、液体冷媒の流量が少ない場合、液体冷媒の流速が低くなることで、液体冷媒が冷媒誘導構造の壁面に沿って流れ易くなるため、気体冷媒と液体冷媒の混合が促進されず、下流側の複数の各配管（冷媒管）へ冷媒を均等に分配する効果がほとんど得られない。従って、低流量時での性能が著しく低下する課題がある。また、ヘッダ管内部の構造が極めて複雑になり、製造コストも増大する。

本発明の目的は、定格運転条件から低回転の運転条件までの流量条件において、コスト増大を抑制しつつ、各冷媒管に冷媒を安定して分配することができる冷媒分配器及びこれを用いた冷凍サイクル装置を得ることにある。

上記目的を達成するため、本発明は、ヘッダ管と、該ヘッダ管に冷媒を送るための入口管と、前記入口管よりも鉛直方向下方であって、前記ヘッダ管の一端側に接続された複数の冷媒管とを備え、前記ヘッダ管に流入した冷媒が複数の前記冷媒管に分配される冷媒分配器であって、前記ヘッダ管の内部における前記冷媒管が接続された前記一端側に、前記入口管からの液体冷媒を偏らせて前記ヘッダ管の上方から流入させるための冷媒流動方向制御部を備えることを特徴とする。

本発明によれば、定格運転条件から低回転の運転条件までの流量条件において、コスト増大を抑制しつつ、各冷媒管に冷媒を安定して分配することができる冷媒分配器及びこれを用いた冷凍サイクル装置を得ることができる効果がある。

本発明の実施例１に係る冷凍サイクル装置（家庭用空気調和機）の冷媒回路図。 本発明の実施例１に係る冷媒分配器の断面図。 図２のIII−III線矢視断面図。 冷媒管への液体冷媒分配量相対ばらつき度の低減効果を説明する線図。 本発明の実施例２に係る冷媒分配器を示す図で、図３に相当する断面図。 本発明の実施例３に係る冷媒分配器の断面図。 図６のVII−VII線矢視断面図。 本発明の実施例４に係る冷媒分配器の断面図。 図８のIX−IX線矢視断面図。 本発明の実施例５に係る冷媒分配器の断面図。 図１０のXI−XI線矢視断面図。 本発明の実施例６に係る冷媒分配器の断面図。 図１２のXIII−XIII線矢視断面図。

以下、本発明の冷媒分配器及びこの冷媒分配器を備えた冷凍サイクル装置の具体的実施例を、図面を用いて説明する。なお、各図において、同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分を示している。

図１〜図４を用いて、本発明の実施例１について説明する。まず、本実施例の冷媒分配器が適用される冷凍サイクル装置としての家庭用空気調和機について説明し、その後、本実施例の冷媒分配器について説明する。

図１は実施例１における冷凍サイクル装置としての家庭用空気調和機の冷媒回路図の例である。図１に示すように、本実施例に係る家庭用空気調和機（以下「空気調和機」という）１００は、一般的な構成を有するものであり、圧縮機１、四方弁２、電動弁等の冷暖房絞り装置３、室内熱交換器４、及び室外熱交換器５が冷媒配管１４で環状に接続されている。

空気調和機１００は、四方弁２を切替えることで、室内熱交換器４を蒸発器、室外熱交換器５を凝縮器として使用する冷房運転と、室内熱交換器４を凝縮器、室外熱交換器５を蒸発器として使用する暖房運転とを行う。なお、図１において、実線矢印Ｘは冷房運転時における冷媒の循環方向を示し、破線矢印Ｙは暖房運転時における冷媒の循環方向を示している。

例えば、冷房運転時の空気調和機１００においては、圧縮機１で圧縮された高温高圧の冷媒が、四方弁２を通過して室外熱交換器５に流入し、空気との熱交換により放熱して凝縮する。その後、冷媒は、冷暖房絞り装置３により等エンタルピ膨張し、低温低圧で気体冷媒と液体冷媒とが混在した気液二相流となって室内熱交換器４へ流入する。そして、室内熱交換器４での液体冷媒は、冷媒管１１及びこれらに取り付けられたフィン（図示省略）を通して空気からの吸熱作用により気体冷媒に気化する。つまり、液体冷媒が気化する際に室内熱交換器４が周囲の空気を冷却することで空気調和機１００は、冷房機能を発揮する。

室内熱交換器４を出た冷媒は、圧縮機１へ戻って高温高圧に圧縮されると共に、四方弁２を通り室外熱交換器５に流入する。室外熱交換器５では、冷媒管１２及びこれらに取り付けられたフィン（図示省略）を通して液体冷媒に液化する。その後、冷暖房絞り装置３及び室内熱交換器４を循環する。このような冷媒の循環が繰り返されることで冷凍サイクルが構成される。尚、以上のような空気調和機１００は、一般的な構成について述べているが、本発明の適用に際しては、上記構成に限定されるものではない。

図２は、実施例１における冷媒分配器の構成を説明する断面図、図３は図２のIII−III線矢視断面図である。これらの図に基づいて、本実施例に係る冷媒分配器の構成を説明する。本実施例の冷媒分配器は、冷房暖房の運転形態により、気体冷媒と液体冷媒とが混在した気液二相流が流入する室内熱交換器４と室外熱交換器５の冷媒分配器２１〜２４の少なくとも何れかに適用される。以下の説明では冷媒分配器２１を代表にして説明する。

本実施例の冷媒分配器２１は、ヘッダ管３０と、該ヘッダ管３０に気体冷媒と液体冷媒が混在する気液二相状態の冷媒を送る入口管３１と、この入口管３１よりも鉛直方向下方であって、前記ヘッダ管の一端側に接続され、冷媒が流出する複数の冷媒管３２を備え、前記ヘッダ管３０に流入した冷媒が複数の前記冷媒管３２に分配されるように構成されている。

前記冷媒管３２にはフィン（図示省略）が接続される。前記ヘッダ管３０、入口管３１及び冷媒管３２は銅などの熱伝導率の高い金属材料のパイプで構成される。前記冷媒管３２は前記ヘッダ管３０の一端側４３に、ヘッダ管３０と内部に冷媒流路を形成するように、ろう付けまたは溶着などにより接続されている。

本実施例では、前記入口管３１と前記ヘッダ管３０の接続部に冷媒流動方向制御部３４が設けられている。この冷媒流動方向制御部３４は、前記ヘッダ管３０の内部における前記冷媒管３２が接続された前記一端側４３に、前記入口管３１からの液体冷媒を偏らせて前記ヘッダ管３０の上方から流入させるためのものである。従って、前記入口管３１と前記ヘッダ管３０とは、前記冷媒流動方向制御部３４を介して、内部に冷媒流路を形成するように接続されている。また、本実施例では、前記入口管３１が、前記ヘッダ管３０における前記冷媒管３２が接続されている前記一端側４３とは反対側となる冷媒流動方向制御部３４の箱体３５の部分に接続されている。即ち、鉛直上方から見て、入口管３１と冷媒管３２とは直線状に配置されている。

前記冷媒流動方向制御部３４は、鉛直方向上方から見て、前記ヘッダ管３０への流入部を囲むように配置される箱体３５を備え、この箱体３５には前記入口管３１がろう付けまたは溶着などにより接続されている。

また、この実施例では、前記ヘッダ管３０の上端部側は前記箱体３５の内部上方まで突き出た構成となっており、このヘッダ管３０も前記箱体３５にろう付けまたは溶着などにより接続されている。前記ヘッダ管３０の上端部は前記箱体３５内に開口する上方開口３３ａとなっており、また前記ヘッダ管３０の前記箱体内に突き出ている部分における前記一端側（冷媒管３２が接続されている側）４３も切欠きを設けて開口する側方開口３３ｂとなっている。前記ヘッダ管３０の前記箱体３５内で開口する前記上方開口２４ａ及び側方開口３３ｂを入口開口部３３と呼ぶことにする。

なお、本実施例では、前記ヘッダ管３０が前記箱体３５内に突き出た構成としているが、前記ヘッダ管３０の上端部が前記箱体３５の底部と面一となるようにして前記箱体３５内に開口させるようにしても良い。

３６は、前記箱体３５内の前記ヘッダ管３０の入口開口部３３に近接して設けられ、前記ヘッダ管３０内部における前記冷媒管３２が接続された前記一端側４３に、前記入口管３１からの液体冷媒を偏らせて流入させるための流動方向制御部材である。

前記流動方向制御部材３６は、前記ヘッダ管３０の入口開口部３３を包囲するように設けられており、その上端部側には上方開口部３７ａが形成されると共に、その水平方向における前記冷媒管３２側には側方開口部３７ｂが設けられている。

前記上方開口部３７ａの上端は前記入口管３１の下端部よりも上方側に位置するように構成されており、前記入口管３１から冷媒流動方向制御部３４へ流入した気液二相状態の冷媒のうちの主に気体冷媒が前記上方開口部３７ａから前記ヘッダ管３０に流入する。また、前記入口管３１から冷媒流動方向制御部３４へ流入した気液二相状態の冷媒のうちの主に液体冷媒は、前記流動方向制御部材３６に誘導されて、水平方向における前記冷媒管３２側に設けられている前記側方開口部３７ｂから前記ヘッダ管３０の入口開口部３３側に流入し、ここから前記ヘッダ管３０内部における前記一端側４３に偏らせて流入される。

前記流動方向制御部材３６は、前記ヘッダ管３０の前記入口開口部３３から、水平方向における前記冷媒管３２側に延長して構成されており、前記入口管３１からの気液二相状態の冷媒から、液体冷媒を前記入口管３１とは反対方向に流すようにしている。これにより、液体冷媒は流速の速い気体冷媒から分離され、比較的緩やかな流れとなって整流され、前記側方開口部３７ｂから、前記ヘッダ管３０の前記入口開口部３３の側方開口３３ｂに誘導される。

前記流動方向制御部材３６は、前記入口管３１などの管材と同様の金属材料からなり、板材の曲げ加工、プレス加工、切削加工などで作成され、ろう付け又は溶着などの方法で前記冷媒流動方向制御部３４に固定されている。

次に、前記冷媒分配器２１における冷媒の流れにについて説明する。
前記入口管３１から前記冷媒流動方向制御部３４へ気液二相状態の冷媒が流入する。この気液二相状態の冷媒のうち、気体冷媒は前記流動方向制御部材３６に誘導され、主として前記流動方向制御部材３６の前記上方開口部３７ａから前記ヘッダ管３０へ流入する。また、前記気液二相状態の冷媒のうち、液体冷媒は、重力作用により主として前記箱体３５内の底部側を前記流動方向制御部材３６により前記入口管３１とは反対側に誘導され、前記側方開口部３７ｂ側へ回り込んだ後、この側方開口部３７ｂを通過して、前記入口開口部３３からヘッダ管３０内に流入し、該ヘッダ管３０内面の前記冷媒管３２側を伝わって流下する。

入口管３１内での液体冷媒の流速は、狭い空間内に気体冷媒と液体冷媒が同時に流れるため、流速の速い気体冷媒の影響で、液体冷媒の流速も上昇している。この気液二相状態の冷媒が、前記冷媒流動方向制御部３４に流入すると、流路面積が大きくなること及び気体冷媒が主として前記上方開口部３７ａから流入するため、前記側方開口部３７ｂ近傍では気体冷媒の流速が低下し、液体冷媒の流速も低下する。

これにより、前記冷媒流動方向制御部３４から前記ヘッダ管３０に流入する液体冷媒は、ヘッダ管３０への流入部において流れのはく離が抑制されるから、ヘッダ管３０内面の前記冷媒管３２側を伝わって流下し易い状態となる。これにより、液体冷媒は前記ヘッダ管３０内面における前記冷媒管３２の入口側壁面により多く流れるようになる。気体冷媒は、ヘッダ管３０内における前記液体冷媒が流れている範囲（冷媒管３２の入口側壁面側）以外の範囲を流れる。

従って、本実施例によれば、前記ヘッダ管３０の上部に接続された前記冷媒管３２にも液体冷媒が充分に分配されるようになり、複数の冷媒管３２への冷媒の分配偏りを改善することができる。同時に、液体冷媒がヘッダ管３０の内面を冷媒管３２に分配されないまま流下して、ヘッダ管３０の下部に溜まり易くなることも抑制される。

なお、図２、図３に示した例では、前記ヘッダ管３０は鉛直方向に設置されているが、前記ヘッダ管３０を前記冷媒管３２が接続されている側、即ち前記冷媒管３２に冷媒が流入する入口方向に向けて、鉛直方向を基準にして角度θの角度で傾けて設置するようにしても良い。

図４は、前記冷媒流動方向制御部３４を設けずに、入口管３１を直接ヘッダ管３０に接続した場合において、ヘッダ管３０の傾き角度θと、複数の冷媒管３２への液体冷媒分配量の相対ばらつき度との関係（数値シミュレーション結果）を示す線図である。
この図３に示すように、前記ヘッダ管３０を前記冷媒管３２が接続されている側に傾けることにより、ヘッダ管の傾き角度θが１０°以上９０°以下の範囲で少なくとも１０％以上の冷媒分配量の相対ばらつき度の低減効果が得られることがわかった。

この図４に示す結果を応用した具体的実施例については、後述する実施例６で詳細に述べる。

図５は本発明の実施例２に係る冷媒分配器を示す図で、図３に相当する断面図である。この図５において、上記図２や図３と同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分であり、上記実施例１と同一部分については説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。

上記実施例１では、入口管３１が、ヘッダ管３０における冷媒管３２が接続されている一端側４３とは反対側となる冷媒流動方向制御部３４の箱体３５の部分に接続されている例、即ち鉛直上方から見て、入口管３１と冷媒管３２とが直線状に配置された例を説明した。これに対し、本実施例２では、図５に示すように、冷媒流動方向制御部３４の箱体３５に接続される入口管３１が、鉛直上方から見て、入口管３１と冷媒管３２とが所定の角度（この例では９０゜）で交差するように設置されているものである。他の構成は上記実施例１と同様である。

このように構成された本実施例２の冷媒分配器２１における冷媒の流れにについて説明する。
入口管３１から冷媒流動方向制御部３４へ流入した気液二相状態の冷媒は、実施例１の場合と同様に、気体冷媒は流動方向制御部材３６に誘導され、主として前記流動方向制御部材３６の上方開口部３７ａ（図２参照）からヘッダ管３０へ流入する。また、液体冷媒は、主として箱体３５内の底部側を前記流動方向制御部材３６に誘導されて流れる。本実施例では、鉛直方向から見て、入口管３１と冷媒管３２とは直線状に配置されておらず、入口管３１と冷媒管３２とが９０゜の角度を成して設置されているため、前記液体冷媒は、時計回りの流れと反時計回りの流れに分かれる。時計回りの流れと反時計回りの流れとでは流動距離が異なるが、最終的には前記流動方向制御部材３６の水平方向における冷媒管３２側に設けた側方開口部３７ｂ側へ回り込み、合流してこの側方開口部３７ｂを通過して、ヘッダ管３０の入口開口部３３から該ヘッダ管３０内に流入し、このヘッダ管３０内面の前記冷媒管３２側を伝わって流下する。

本実施例においても上記実施例１と同様に、気液二相状態の冷媒が入口管３１から冷媒流動方向制御部３４に流入すると、流路面積が大きくなること及び気体冷媒が主として上方開口部３７ａから流入するため、側方開口部３７ｂ近傍では気体冷媒の流速が低下し、液体冷媒の流速も低下する。これにより、冷媒流動方向制御部３４からヘッダ管３０に流入する液体冷媒は、ヘッダ管３０への流入部において流れのはく離が抑制され、ヘッダ管３０内面の冷媒管３２側を伝わって流下する。従って、液体冷媒は前記ヘッダ管３０内面における前記冷媒管３２の入口側壁面により多く流れ、前記ヘッダ管３０の上部に接続された前記冷媒管３２にも液体冷媒が充分に分配されるようになり、複数の冷媒管３２への冷媒の分配偏りを改善できる。

即ち、本実施例によれば、上記実施例１と同様の効果が得られると共に、前記入口管３１と前記冷媒管３２とを直線状に配置できない場合に有効である。

なお、本実施例２では、前記入口管３１と前記冷媒管３２とが９０゜の角度を成して設置している例について説明したが、前記入口管３１と前記冷媒管３２が９０゜の角度を成している場合に限らず、入口管３１と冷媒管３２が９０°以外の角度で交差するように前記入口管３１が前記冷媒流動方向制御部２５に接続される場合でも、本実施例は同様に適用できる。

本発明の冷媒分配器の実施例３を、図６及び図７を用いて説明する。図６は本発明の実施例３に係る冷媒分配器の断面図、図７は図６のVII−VII線矢視断面図である。これら図６及び図７において、上記図２や図３と同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分であり、上記実施例１と同一部分については説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。

本実施例においても、上記実施例１と同様に、ヘッダ管３０の上端部側は、冷媒流動方向制御部３４の箱体３５の内部上方まで突き出た構成となっており、前記ヘッダ管３０の上端部は前記箱体３５内に開口する上方開口３３ａとなっている。また本実施例においても、前記ヘッダ管３０の前記箱体３５内に突き出ている部分における前記一端側（冷媒管３２が接続されている側）４３も切欠きを設けて開口する側方開口３３ｂとなっている。

本実施例３では、前記ヘッダ管３０への入口開口部３３における側方開口３３ｂ、即ち冷媒管３２が接続されている一端側４３に設けている前記側方開口３３ｂの下部に突起部３８を設けたものである。この突起部３８は、冷媒流動方向制御部３４の底面よりも上方まで突出している。他の構成は上記実施例１と同様である。

本実施例３の冷媒分配器２１における冷媒の流れも、上述した実施例１とほぼ同様であり、入口管３１から冷媒流動方向制御部３４へ流入した気液二相状態の冷媒のうち、気体冷媒は流動方向制御部材３６に誘導されて主としてその上方開口部３７ａからヘッダ管３０へ流れる。液体冷媒は、箱体３５内の底部側を前記流動方向制御部材３６に誘導されて流れる。

本実施例においては、ヘッダ管３０に液体冷媒が流入する側方開口３３ｂ下部に突起部３８が設けられているため、一旦液体冷媒が前記突起部３８の高さ分だけせき止められる。これにより、液体冷媒は、冷媒流動方向制御部３５の箱体３５底部側に一定量プールされ、入口管３１から流入してプールされた液体冷媒が前記突起部３８の高さを超えると、この突起部３８を越流してヘッダ管３０内に流入するので、この液体冷媒は前記ヘッダ管３０内面における冷媒管３２入口側の壁面に、より多く流れる。

従って、ヘッダ管３０の上部に接続された冷媒管３２にも液体冷媒が分配されるようになり、複数の冷媒管３２への冷媒の分配偏りを改善することができる。また、液体冷媒がヘッダ管３０の内面を冷媒管３２に分配されないまま流下して、ヘッダ管３０の下部に溜まるのも抑制できる。

更に、本実施例では、液体冷媒のプール効果により、液体冷媒の流量変動が緩和されると共に、前記突起部３８によりヘッダ管への入口開口部３３近傍で液体冷媒は、水平方向の流速が弱まる。このため、ヘッダ管３０に流入した液体冷媒が、前記ヘッダ管３０内面における冷媒管３２入口側の壁面により安定して多く流すことが可能となる。

本発明の冷媒分配器の実施例４を、図８及び図９を用いて説明する。図８は本発明の実施例４に係る冷媒分配器の断面図、図９は図８のIX−IX線矢視断面図である。これら図８及び図９において、上記図２や図３と同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分であり、上記実施例１と同一部分については説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。

本実施例においても、上記実施例１と同様に、ヘッダ管３０の上端部側は、冷媒流動方向制御部３４の箱体３５の内部上方まで突き出た構成となっており、前記ヘッダ管３０の上端部は上方開口３３ａとなっている。また、前記ヘッダ管３０の前記箱体３５内に突き出ている部分における前記一端側（冷媒管３２が接続されている側）４３は側方開口３３ｂとなっている。

本実施例４では、冷媒流動方向制御部３４の箱体３５とヘッダ管３０との接続部における前記ヘッダ管３０への入口開口部３３に、流動方向制御部材３６の側方開口部３７ｂから流入する液体冷媒の流れとぶつかるように、鉛直方向の誘導壁３９を設けたものである。この誘導壁３９はヘッダ管３０にろう付けまたは溶着などにより取り付けられる。他の構成は上記実施例１と同様である。

本実施例４の冷媒分配器２１における冷媒の流れも、上述した実施例１とほぼ同様であり、入口管３１から冷媒流動方向制御部３４へ流入した気液二相状態の冷媒のうち、気体冷媒は流動方向制御部材３６に誘導されて主としてその上方開口部３７ａからヘッダ管３０へ流れ、液体冷媒は箱体３５内の底部側を前記流動方向制御部材３６に誘導されて流れる。

本実施例においては、ヘッダ管３０への入口開口部３３に、流動方向制御部材３６の側方開口部３７ｂから流入する液体冷媒の流れとぶつかるように鉛直方向の前記誘導壁３９を設けているので、ヘッダ管３０に流入する液体冷媒の水平方向流速を抑制することができ、液体冷媒は前記ヘッダ管３０内面における冷媒管３２入口側の壁面により多く流れる。

従って、本実施例においても、ヘッダ管３０の上部に接続された冷媒管３２にも液体冷媒が分配されるようになり、複数の冷媒管３２への冷媒の分配偏りを改善できる。また、液体冷媒がヘッダ管３０の内面を冷媒管３２に分配されないまま流下して、ヘッダ管３０の下部に溜まるのも抑制できる。

本発明の冷媒分配器の実施例５を、図１０及び図１１を用いて説明する。図１０は本発明の実施例５に係る冷媒分配器の断面図、図１１は図１０のXI−XI線矢視断面図である。
これら図１０及び図１１において、上記図２や図３と同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分であり、上記実施例１と同一部分については説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。

本実施例においても、上記実施例１と同様に、ヘッダ管３０の上端部側は、冷媒流動方向制御部３４の箱体３５の内部上方まで突き出た構成となっており、前記ヘッダ管３０の上端部は上方開口３３ａとなっている。また、前記ヘッダ管３０の前記箱体３５内に突き出ている部分における前記一端側（冷媒管３２が接続されている側）４３は側方開口３３ｂとなっている。また、本実施例においては、前記ヘッダ管３０は流動方向制御部材３６の上端を越えないように、前記冷媒流動方向制御部３４内に差し込まれている。

更に、本実施例では、前記ヘッダ管３０の前記箱体３５内に突き出ている部分に設けられている前記側方開口３３ｂは、前記冷媒流動方向制御部３４の箱体３５底面近傍側にのみ貫通孔として形成されている。従って、前記側方開口３３ｂの垂直方向上部側は壁面に構成されている。

本実施例５の冷媒分配器２１における冷媒の流れも、上述した実施例１とほぼ同様であり、入口管３１から冷媒流動方向制御部３４へ流入した気液二相状態の冷媒のうち、気体冷媒は流動方向制御部材３６に誘導されて主としてその上方開口部３７ａからヘッダ管３０へ流れる。但し、本実施例では、貫通孔形状の前記側方開口３３ｂの垂直方向上部側が壁面となっているため、前記上方開口部３７ａは、前記ヘッダ管３０の上端部の上方開口３３ａの部分のみが気体冷媒の流路として機能するようになる。従って、前記上方開口３３ａからヘッダ管３０に流入した気体冷媒は、前記側方開口３３ｂの垂直方向上部側が壁面となっていることから、前記側方開口３３ｂの近傍では前記ヘッダ管３０の長手方向に沿って気体冷媒の流れが整流されている。

液体冷媒については、流動方向制御部３５の箱体３５内の底部側を、前記流動方向制御部材３６に誘導されて流れ、前記流動方向制御部材３６の側方開口部３７ｂ及び前記側方開口３３ｂを経由し、ヘッダ管３０へ流入する。前記側方開口３３ばからヘッダ管３０内に流入した液体冷媒は、ヘッダ管３０の長手方向に沿って整流され流れている気体冷媒の流れと衝突し、液体冷媒には、ヘッダ管３０内の冷媒管３２入口側の壁面への押し付け力が作用する。これにより、液体冷媒が前記ヘッダ管３０内面における冷媒管３２入口側の壁面により多く流れる効果が促進される。

従って、本実施例においても、ヘッダ管３０の上部に接続された冷媒管３２にも液体冷媒が分配されるようになり、複数の冷媒管３２への冷媒の分配偏りを改善できる。また、液体冷媒がヘッダ管３０の内面を冷媒管３２に分配されないまま流下して、ヘッダ管３０の下部に溜まるのも抑制できる。更に、本実施例によれば、前記側方開口３３ｂを貫通孔として形成するので、側方開口３３ｂの製作も容易になる効果も得られる。

本発明の冷媒分配器の実施例６を、図１２及び図１３を用いて説明する。図１２は本発明の実施例６に係る冷媒分配器の断面図、図１３は図１２のXIII−XIII線矢視断面図である。これら図１２及び図１３において、上記図２や図３と同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分であり、上記実施例１と同一部分については説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。

本実施例においても、上記実施例１と同様に、ヘッダ管３０と入口管３１とは冷媒流動方向制御部３４を介して接続されている。但し、本実施例においてはヘッダ管３０の上端部が、前記冷媒流動方向制御部３４の箱体３５の底面と面一となるように接続されており、ヘッダ管３０の上端側が前記箱体３５の内部上方まで突き出た構成とはなっていない。従って、前記ヘッダ管３０の上端部が該ヘッダ管３０への入口開口部３３となっている。

前記冷媒流動方向制御部３４の箱体３５内には、上記実施例１と同様の流動方向制御部材３６が、図１３に示すように、前記入口開口部３３を囲むように設けられ、前記箱体３５に固定されている。この流動方向制御部材３６の上端部側には上方開口部３７ａが形成されると共に、その水平方向における前記冷媒管３２側には側方開口部３７ｂが設けられている。

また、本実施例では、前記ヘッダ管３０が、前記冷媒管３２が接続されている一端側４３に、即ち前記冷媒管３２に冷媒が流入する入口方向に向けて、鉛直方向を基準にして角度θの角度で傾けて設置されている。即ち、前記ヘッダ管３０は、前記冷媒管３２が接続された一端側４３に、該ヘッダ管３０の鉛直方向上方側が傾斜するように構成されている。

このようにヘッダ管３０を傾けて配置することにより、ヘッダ管３０の内部を通流する液体冷媒は、ヘッダ管３０の内面における冷媒管３２の入口側の壁面に、更により多く流れるようになる。その結果、ヘッダ管３０の上部に接続された冷媒管３２にも液体冷媒が分配されるようになるので、液体冷媒がヘッダ管３０の内面を流下してヘッダ管３０の下部に溜まることが更に抑制され、複数の冷媒管３２への冷媒分配の偏りを改善することができる。

ヘッダ管３１の傾き角度θと複数の冷媒管３２への液体冷媒分配量の相対ばらつき度との関係（数値シミュレーション結果）について、実施例１で説明した図４を用いて、詳しく説明する。ここで相対ばらつき度は、複数の冷媒管３２への冷媒分配比の標準偏差として定義する。相対ばらつき度が小さいほど複数の冷媒管３２へ冷媒が均等に分配されることを示す。

図４に示すように、ヘッダ管の傾き角度θが１０°以上９０°以下の範囲で少なくとも１０％以上の冷媒分配量の相対ばらつき度の低減効果を確認することができた。従って、ヘッダ管傾き角度θは１０°以上９０°以下とすることが好ましい。

ここで、冷媒分配量の相対ばらつき度の低減量を考慮すると、相対ばらつき度は５０％以下であることがより好ましい。従って、このような観点からは、ヘッダ管傾き角度θが３０°以上５０°以下であることがより好ましい。

一方、ヘッダ管傾き角度θが４５°以上では、冷媒分配量の相対ばらつき度が増加する。また、ヘッダ管の傾き角度θが大きくなるとより大きな設置面積が必要となる。従って、ヘッダ管傾き角度θは４５°以下が望ましい（同じ効果が得られるのであればヘッダ管の傾き角度θは小さいほど好ましく、例えば、相対ばらつき度が同じ５０％である３０°と５０°であれば、３０°がより好ましい。）。従って、このような観点からは、ヘッダ管傾き角度θが１０°以上４５°以下がより好ましい。

更に、冷媒分配量の相対ばらつき度の低減効果（ばらつき度５０％以下）及び設置面積を考慮すると、ヘッダ管の傾き角度θは３０°以上４５°以下であることが最も好ましい。

以上述べた本発明の各実施例によれば、ヘッダ管の内部における冷媒管が接続された一端側に、入口管からの液体冷媒を偏らせてヘッダ管の上方から流入させるための冷媒流動方向制御部を備える構成としているので、定格運転条件から低回転の運転条件までの流量条件において、コスト増大を抑制しつつ、各冷媒管に冷媒を安定して分配することができる冷媒分配器を得ることができ、またこの冷媒分配器を用いた冷凍サイクル装置を得ることができる効果がある。即ち、気液二相状態の冷媒が室内熱交換器や室外熱交換器に流入する条件で運転される場合でも、これらの熱交換器を大型化することなく、ヘッダ管から各冷媒管に、冷媒を、流量ばらつきを低減して、分配することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記実施例では冷凍サイクル装置として家庭用空気調和機に適用した場合について説明したが、本発明は、これに限らず、業務用空気調和機、ヒートポンプ式給湯機、冷凍機など各種の冷凍サイクル装置にも同様に適用できるものである。
また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。更に、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

１：圧縮機、２：四方弁、３：冷暖房絞り装置、
４：室内熱交換器、５：室外熱交換器、
１１，１２：冷媒管、
１４：冷媒配管、
２１〜２４：冷媒分配器、
３０：ヘッダ管、３１：入口管、３２：冷媒管、
３３：入口開口部、３３ａ：上方開口、３３ｂ：側方開口、
３４：冷媒流動方向制御部、３５：箱体、
３６：流動方向制御部材、３７ａ：上方開口部、３７ｂ：側方開口部、
３８：突起部、３９：誘導壁、
１００：家庭用空気調和機（冷凍サイクル装置）。

Claims (13)

1. ヘッダ管と、該ヘッダ管に冷媒を送るための入口管と、前記入口管よりも鉛直方向下方であって、前記ヘッダ管の一端側に接続された複数の冷媒管とを備え、前記ヘッダ管に流入した冷媒が複数の前記冷媒管に分配される冷媒分配器であって、
   前記ヘッダ管の内部における前記冷媒管が接続された前記一端側に、前記入口管からの液体冷媒を偏らせて前記ヘッダ管の上方から流入させることを特徴とする冷媒分配器。
2. ヘッダ管と、該ヘッダ管に冷媒を送るための入口管と、前記入口管よりも鉛直方向下方であって、前記ヘッダ管の一端側に接続された複数の冷媒管とを備え、前記ヘッダ管に流入した冷媒が複数の前記冷媒管に分配される冷媒分配器であって、
   前記ヘッダ管の内部における前記冷媒管が接続された前記一端側に、前記入口管からの液体冷媒を偏らせて前記ヘッダ管の上方から流入させるための冷媒流動方向制御部を備えることを特徴とする冷媒分配器。
3. 請求項２に記載の冷媒分配器において、
   前記冷媒流動方向制御部は前記入口管とヘッダ管の接続部に設けられ、
   この冷媒流動方向制御部は、鉛直方向上方から見て、前記ヘッダ管への流入部を囲むように配置されると共に前記入口管が接続される箱体を備え、
   前記ヘッダ管の上端部側は前記箱体内で開口する入口開口部を有し、
   前記箱体内の前記ヘッダ管の入口開口部に近接して設けられ、ヘッダ管内部における前記一端側に、前記入口管からの液体冷媒を偏らせて流入させるための流動方向制御部材を備えることを特徴とする冷媒分配器。
4. 請求項３に記載の冷媒分配器において、
   前記流動方向制御部材は、前記ヘッダ管の入口開口部を包囲するように設けられると共に、その鉛直方向上端部側には上方開口部が形成されると共に、その水平方向における前記冷媒管側には側方開口部が設けられ、前記入口管からの気液二相状態の冷媒のうち、主に気体冷媒を、前記上方開口部から前記ヘッダ管に流入させ、主に液体冷媒を、前記側方開口部を介してヘッダ管の前記入口開口部から、ヘッダ管内部における前記一端側に偏らせて流入させることを特徴とする冷媒分配器。
5. 請求項４に記載の冷媒分配器において、
   前記流動方向制御部材の前記上方開口部は前記入口管の下端部よりも上方側に位置するように構成され、且つ前記入口管が、前記ヘッダ管における前記冷媒管が接続されている前記一端側とは反対側となる前記冷媒流動方向制御部の部分に接続されていることを特徴とする冷媒分配器。
6. 請求項４に記載の冷媒分配器において、
   前記流動方向制御部材は、ヘッダ管の前記入口開口部から、水平方向における前記冷媒管側に延長して構成され、前記入口管からの気液二相状態の冷媒から液体冷媒が分離されるようにして前記ヘッダ管の入口開口部に誘導するように構成していることを特徴とする冷媒分配器。
7. 請求項４に記載の冷媒分配器において、
   前記冷媒流動方向制御部に接続される入口管が、鉛直上方から見て、入口管と冷媒管とが所定の角度で交差するように設置されていることを特徴とする冷媒分配器。
8. 請求項４に記載の冷媒分配器において、
   前記ヘッダ管の上端部側を前記冷媒流動方向制御部の箱体内部上方まで突き出し、そのヘッダ管の上端部には上方開口を設け、前記ヘッダ管の前記箱体内に突き出ている部分における前記一端側（冷媒管が接続されている側）には側方開口を設け、この側方開口の下部に突起部を設け、該突起部は前記冷媒流動方向制御部の底面よりも上方まで突出していることを特徴とする冷媒分配器。
9. 請求項４に記載の冷媒分配器において、
   前記冷媒流動方向制御部の箱体とヘッダ管との接続部における前記ヘッダ管への入口開口部に、前記流動方向制御部材の側方開口部から流入する液体冷媒の流れとぶつかるように、鉛直方向の誘導壁を設けていることを特徴とする冷媒分配器。
10. 請求項４に記載の冷媒分配器において、
    前記ヘッダ管の上端部側を前記冷媒流動方向制御部の箱体内部上方まで突き出し、そのヘッダ管の上端部には上方開口を設け、前記ヘッダ管の前記箱体内に突き出ている部分における前記一端側（冷媒管が接続されている側）には側方開口を設け、この側方開口は、前記箱体底面近傍側にのみ貫通孔として形成され、前記側方開口の垂直方向上部側は壁面に構成されていることを特徴とする冷媒分配器。
11. ヘッダ管と、該ヘッダ管に冷媒を送るための入口管と、前記入口管よりも鉛直方向下方であって、前記ヘッダ管の一端側に接続された複数の冷媒管とを備え、前記ヘッダ管に流入した冷媒が複数の前記冷媒管に分配される冷媒分配器であって、
    前記ヘッダ管の内部における前記冷媒管が接続された前記一端側に、前記入口管からの液体冷媒を偏らせて前記ヘッダ管の上方から流入させるための冷媒流動方向制御部を備え、
    更に、前記ヘッダ管は、前記冷媒管が接続された前記一端側に、前記ヘッダ管の鉛直方向上方側が傾斜するように配置されていることを特徴とする冷媒分配器。
12. 請求項１１に記載の冷媒分配器において、前記ヘッダ管と鉛直方向とのなす角度が１０°以上４５°以下であることを特徴とする冷媒分配器。
13. 請求項１〜１２の何れか１項に記載の冷媒分配器を備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。

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