JP2009150574A - 分配器、およびそれを搭載した熱交換器並びに空気調和機 - Google Patents
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Abstract
【課題】この発明は、特に、冷媒蒸気と冷媒液とが混在した気液二相状態の冷媒を略均等に分配できる分配器を得ること、さらには該分配器を搭載した熱交換器および空気調和機を得る。
【解決手段】環状流路部2が、流体分岐用の複数の連通穴7a〜7eが設けられて構成されるヘッダ部を有し、流路中心が同一平面上に位置する環状に構成され、該平面が略鉛直となるように配設されている。流入部8が、環状流路部2の最下位置に下方から連結され、絞り部9が、環状流路部2と流入部8との境界に設けられ、流入部8から流入する流体を増速して環状流路部2の流路方向に吹き出す。
【選択図】図1
【解決手段】環状流路部2が、流体分岐用の複数の連通穴7a〜7eが設けられて構成されるヘッダ部を有し、流路中心が同一平面上に位置する環状に構成され、該平面が略鉛直となるように配設されている。流入部8が、環状流路部2の最下位置に下方から連結され、絞り部9が、環状流路部2と流入部8との境界に設けられ、流入部8から流入する流体を増速して環状流路部2の流路方向に吹き出す。
【選択図】図1
Description
この発明は、冷媒などの流体を均等に分流させることができる分配器、およびそれを搭載した熱交換器並びに空気調和機に関するものである。
冷凍サイクルにおいて、凝縮器で凝縮された冷媒液は、膨張弁によって減圧され、冷媒蒸気と冷媒液とが混在する気液二相状態となって蒸発器に流入する。このとき、冷媒が蒸発器を通過する際の圧力損失が大きくなると、空気調和機のエネルギ効率が低下する。
このため、分配器を用いて冷媒を複数の冷媒配管に分配し、冷媒が蒸発器を通過する際の圧力損失を低減して、空気調和機のエネルギ効率を向上している。
このため、分配器を用いて冷媒を複数の冷媒配管に分配し、冷媒が蒸発器を通過する際の圧力損失を低減して、空気調和機のエネルギ効率を向上している。
従来の分配器では、一対の直線部、上側湾曲部、および下側湾曲部を有する環状の主管と、主管の直線部に軸方向に間隔を開けて一端がそれぞれ接続され、他端が4つのパスにそれぞれ接続される分岐管と、主管の下側湾曲部の接線方向に沿うように一端が接続された入口管と、を備えている(例えば、特許文献1参照)。
従来の分配器においては、入口管から分配器に流入する冷媒が、蒸気冷媒のみ、或いは冷媒液のみからなる単相状態の流れであれば、冷媒を各分岐管に略均等に分配することができると考えられる。しかしながら、分配器に流入する冷媒が、冷媒蒸気と冷媒液とが混在した気液二相状態の場合、冷媒液の密度が冷媒蒸気の密度に比べて大きいため、重力方向の上側に位置する分岐管まで冷媒液を搬送することができない。その結果、重力方向の下側に位置する分岐管に冷媒液が多く流れ、分岐後の各冷媒流路に流れる冷媒蒸気と冷媒液との割合が不均一となるという課題があった。そして、冷媒蒸気と冷媒液との割合が不均一となると、熱交換器が蒸発器として動作する場合、冷媒液の流量が少ない冷媒流路では、冷媒液が直ぐに蒸発して冷媒液が不足するため、熱交換器の伝熱性能が悪化するという不具合を発生する。
この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、特に、冷媒蒸気と冷媒液とが混在した気液二相状態の冷媒を略均等に分配できる分配器を得ること、さらには該分配器を搭載した熱交換器および空気調和機を得ることを目的とする。
この発明による分配器は、流体分岐用の複数の連通穴が設けられて構成されるヘッダ部を有し、流路中心が同一平面上に位置する環状に構成され、該平面が略鉛直となるように配設される環状流路部と、上記環状流路部の最下位置に下方から連結された流入部と、上記環状流路部と上記流入部との境界に設けられ、該流入部から流入する流体を増速して該環状流路部の流路方向に吹き出す絞り部と、を備えている。
この発明によれば、絞り部が環状流路部と流入部との境界に設けられているので、流体は絞り部で増速され、環状流路部内を循環する流れ強さを持って環状流路部の流路方向に吹き出される。流体は環状流路部を流れる過程で複数の連通穴に分配される。そして、連通穴に分配されなかった流体は、環状流路部の最下位置に連結された流入部に集まる。流入部に溜まった流体は、絞り部から吹き出される流体の剪断力により引っ張られ、絞り部から吹き出される流体に混合され、環状流路部内を循環する流れ強さを持って流れる。これにより、流体が環状流路部の最下位置に溜まることなく、環状流路部を循環し、複数の連通穴に略均等に分配される。
以下、この発明の実施の形態を、図を用いて説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る熱交換器を模式的に示す正面図、図2は図1のII−II矢視断面図、図3は図1のIII−III矢視断面図、図4はこの発明の実施の形態1に係る熱交換器に搭載された分配器の要部拡大断面図である。なお、各図中、冷媒の流れを矢印で示している。また、冷媒としては、フロンや、自然冷媒である二酸化炭素や炭化水素などが用いられる。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る熱交換器を模式的に示す正面図、図2は図1のII−II矢視断面図、図3は図1のIII−III矢視断面図、図4はこの発明の実施の形態1に係る熱交換器に搭載された分配器の要部拡大断面図である。なお、各図中、冷媒の流れを矢印で示している。また、冷媒としては、フロンや、自然冷媒である二酸化炭素や炭化水素などが用いられる。
図1乃至図4において、熱交換器30は、それぞれ細長の矩形の薄い金属板で作製され、所定の間隔で互いに平行に配列された多数枚のフィン32、および多数枚のフィン32を貫通して配設された5本の伝熱管33a〜33eからなる熱交換部31と、5本の伝熱管33a〜33eの各一端に連結されて各伝熱管33a〜33eに冷媒を分配する分配器1と、5本の伝熱管33a〜33eの各他端に連結されて各伝熱管33a〜33eを流通してフィン32を介して熱交換された冷媒を合流する分岐合流部35と、を備えている。
5本の伝熱管33a〜33eは、フィン配列方向と直交する方向に所定の間隔で1列に配列されている。各伝熱管33a〜33eは、円管をフィン配列方向の一側から他側にフィン配列方向にフィン32を貫通して延設され、折り返されてフィン配列方向の他側から一側にフィン配列方向にフィン32を貫通して延設され、折り返されてフィン配列方向の一側から他側にフィン配列方向にフィン32を貫通して延設され、さらに折り返されてフィン配列方向の他側から一側にフィン配列方向にフィン32を貫通して延設されている。これにより、5本の伝熱管33a〜33eの両端部が、それぞれ3回のUターン部34を介して、熱交換部31のフィン配列方向の一側に配置されている。
このように構成された熱交換部31は、フィン配列方向を水平方向とし、伝熱管配列方向を鉛直方向として配置されている。そして、5本の伝熱管33a〜33eの一端面および他端面が、フィン配列方向と直交し、かつ熱交換部31のフィン配列方向の一側に位置する同一鉛直面上に、水平方向に2列となって、それぞれ鉛直方向に1列に配列されている。また、5本の伝熱管33a〜33eの一端面が風上側に、他端面が風下側に配置される。なお、矢印18は重力方向を示し、矢印19は風の流れ方向を示している。
分流器1は、水平方向に所定の間隔をあけて配置された直管からなる第1および第2直線部3,4、第1および第2直線部3,4の上側端部同士を連結する180度曲げられた湾曲管からなる上側接続部5、および第1および第2直線部3,4の下側端部同士を連結する90度曲げられた湾曲管からなる下側接続部6からなり、流路中心が同一平面上に位置する環状に構成された環状流路部2と、第1直線部3の下端に接続された流入部8と、第1直線部3と流入部8との境界に設けられた絞り部9と、を備える。第2直線部4には、例えば、その流路方向に所定の間隔で5つの連通穴7a〜7eが設けられ、ヘッダ部として機能する。この分流器1は、環状流路部2の流路中心を含む平面が略鉛直となり、第1および第2直線部3,4の流路方向が略鉛直方向となり、かつ第1直線部3と下側接続部6との連結部が環状流路部2の最下位置となるように配設される。
下側接続部6の端部が、バーリング加工により第1直線部3の下端側にT字状に形成された環状フランジ部3aに嵌合され、ロウ付けにより密閉状態に接合される。また、絞り部9は、例えば、クロージング加工により流入部8の端部を密閉状に成形し、その先端に穴加工を施して作製される。この絞り部9は、口径が開口側に徐々に小さくなる切頭円錐状に形成され、その外周面が傾斜面9aとなっている。この流入部8は、絞り部9の傾斜面9aが環状フランジ部3aの形成位置に至るまで第1直線部3の下端から挿入され、ロウ付けにより密閉状態に接合される。さらに、ヘッダ部である第2直線部4には、管内壁に螺旋溝10を有する内面溝付き管が用いられ、第1直線部3、上側接続部5、および下側接続部6には、管内壁に溝のない平滑管が用いられる。
このように構成された分配器1は、環状流路部2の流路中心を含む平面を5本の伝熱管33a〜33eの流路方向と直交するように、熱交換部31のフィン配列方向の一側に配設されている。そして、5本の伝熱管33a〜33eの一端が、連通穴7a〜7eのそれぞれに連結されている。
分岐合流部35は、一端が塞口した平滑管で作製され、5つの連通穴36a〜36eが流路方向に所定の間隔で設けられている。この分岐合流部35は、塞口された一端を上方に向けて、流路方向を鉛直方向にして、熱交換部31のフィン配列方向の一側に、かつ分配器1の風下に配設されている。そして、5本の伝熱管33a〜33eの他端が、連通穴36a〜36eのそれぞれに連結されている。
つぎに、このように構成された熱交換器30を蒸発器として搭載した空気調和機100について図5を参照しつつ説明する。図5はこの発明の実施の形態1に係る熱交換器を搭載した空気調和機の冷媒回路図である。
図5において、空気調和機100は、冷媒を圧縮するための圧縮機41と、室外熱交換器42と、膨張弁43と、および蒸発器として動作する熱交換器30と、を備える。そして、圧縮機41の冷媒吐出口が室外熱交換器42の入口に接続され、室外熱交換器42の出口が膨張弁43を介して分配器1の流入部8に接続され、分岐合流部35が圧縮機41の冷媒吸入口に接続されている。冷媒は、圧縮機41→室外熱交換器42→膨張弁43→熱交換器30→圧縮機41の順で冷媒回路内を循環する。
図5において、空気調和機100は、冷媒を圧縮するための圧縮機41と、室外熱交換器42と、膨張弁43と、および蒸発器として動作する熱交換器30と、を備える。そして、圧縮機41の冷媒吐出口が室外熱交換器42の入口に接続され、室外熱交換器42の出口が膨張弁43を介して分配器1の流入部8に接続され、分岐合流部35が圧縮機41の冷媒吸入口に接続されている。冷媒は、圧縮機41→室外熱交換器42→膨張弁43→熱交換器30→圧縮機41の順で冷媒回路内を循環する。
このように構成された空気調和機100の動作について説明する。
まず、冷媒は、圧縮機41により圧縮され、高圧となって室外熱交換器42に導入される。そして、室外熱交換器42に導入された高圧の冷媒は、室外の空気と熱交換されて凝縮され、膨張弁43にて減圧されて、冷媒液11と冷媒蒸気12とが混在する気液二相状態で分配器1の流入部8に導入される。
まず、冷媒は、圧縮機41により圧縮され、高圧となって室外熱交換器42に導入される。そして、室外熱交換器42に導入された高圧の冷媒は、室外の空気と熱交換されて凝縮され、膨張弁43にて減圧されて、冷媒液11と冷媒蒸気12とが混在する気液二相状態で分配器1の流入部8に導入される。
流入部8に導入された冷媒は、絞り部9を通過することで速度が上げられる。また、絞り部9の開口直径を1〜6mmとすることで、気液二相状態の冷媒を噴霧流として混合を促進できる。これにより、冷媒は第1直線部3を上昇し上側接続部5まで搬送される。なお、流入部8に流入する冷媒の速度が十分に大きい場合は、絞り部9の開口直径を流入部8の内径と同一にしてもかまわない。冷媒は、上側接続部5を通過した後、第2直線部4に流れ込む。この時、螺旋溝10の溝高さは0.1〜0.3mm程度、溝幅は0.1〜0.3mm程度であり、毛細管力により、冷媒液11は螺旋溝10に沿って流れる。螺旋溝10に沿って流れる冷媒液11は、上流側に位置する連通穴7aから下流側に位置する連通穴7eに順次流入し、伝熱管33a〜33eに送り込まれる。
ここで、冷媒液11が上側接続部5まで搬送されるよう、冷媒流量、配管径、および流入部8から上側接続部5までの距離にあわせて、絞り部9の開口面積を決定することで、絞り部9を通過する冷媒の流動損失を低減することができる。
また、螺旋溝10が設けられ、かつ連通穴7a〜7eが螺旋溝10を遮断するように形成されているので、螺旋溝10に沿って流れる冷媒液11が確実に連通穴7a〜7eに流入する。また、冷媒が第2直線部4を下降して流れるとき、冷媒液11は連通穴7a〜7eから伝熱管33a〜33eに送り込まれるため、冷媒液11は冷媒の流れによる慣性力と重力の影響を受け、下降速度が増加する。そこで、下流側に位置する連通穴7d,7eに流入する冷媒液11の流量が増え、冷媒液11が上流側に位置する連通穴7a,7bから伝熱管33a,33bだけに大量に送り込まれることがない。これにより、冷媒液11および冷媒蒸気12を5本の伝熱管33a〜33eに略均等に分配することができる。
また、螺旋溝10が設けられ、かつ連通穴7a〜7eが螺旋溝10を遮断するように形成されているので、螺旋溝10に沿って流れる冷媒液11が確実に連通穴7a〜7eに流入する。また、冷媒が第2直線部4を下降して流れるとき、冷媒液11は連通穴7a〜7eから伝熱管33a〜33eに送り込まれるため、冷媒液11は冷媒の流れによる慣性力と重力の影響を受け、下降速度が増加する。そこで、下流側に位置する連通穴7d,7eに流入する冷媒液11の流量が増え、冷媒液11が上流側に位置する連通穴7a,7bから伝熱管33a,33bだけに大量に送り込まれることがない。これにより、冷媒液11および冷媒蒸気12を5本の伝熱管33a〜33eに略均等に分配することができる。
伝熱管33a〜33eに送り込まれなかった冷媒液11および冷媒蒸気12は、重力により、第2直線部4の下端から下側接続部6を通って、環状流路部2の最下位置である第1直線部3と下側接続部6との結合部に進む。ここで、気液二相状態の冷媒が流入部8の出口に設けられた絞り部9から第1直線部3内に吹き出されている。そこで、第1直線部3と下側接続部6との結合部に到達した冷媒は、絞り部9から吹き出される気液二相状態の冷媒の剪断力に引っ張られ、傾斜面9aに沿って流れ、第1直線部3と下側接続部6との結合部と絞り部9との間の吸い込み隙間13を通って、絞り部9から吹き出される気液二相状態の冷媒に合流、混合される。このように、冷媒は、下側接続部6に溜まることなく、環状流路部2を循環しつつ、伝熱管33a〜33eに分配される。
伝熱管33a〜33eに送り込まれた冷媒は、フィン32を介して外気と熱交換され、外気を冷却しながら、冷媒蒸気12に変化する。伝熱管33a〜33eを流れ終わった冷媒蒸気12は、連通穴36a〜36eから分岐合流部35内に流入し、圧縮機41に吸入されて再び圧縮される。
この実施の形態1によれば、環状流路部2の流路中心を含む平面が略鉛直となり、第1直線部3と下側接続部6との結合部が最下位置となるように環状流路部2を配置しているので、第2直線部4を下降する際に、伝熱管33a〜33eに分配されなかった冷媒が、第1直線部3と下側接続部6との結合部に到達しやすくなる。流入部8が第1直線部3と下側接続部6との結合部から第1直線部3に冷媒を流入させるように設けられ、絞り部9が流入部8の先端に設けられているので、冷媒が絞り部9で増速され、第2直線部4から第1直線部3と下側接続部6との結合部に到達した冷媒が、絞り部9から吹き出される冷媒の剪断力により引っ張られ、絞り部9から吹き出される冷媒と合流、混合され、第1直線部3を上昇する。そこで、環状流路部2を流れる冷媒の循環流れが大きくなり、冷媒を伝熱管33a〜33eに略均等に分配することができ、熱交換器30の伝熱性能が向上され、空気調和機100の性能が向上される。
このように、冷媒が第1直線部3と下側接続部6との結合部に溜まることが回避される。そこで、当該結合部に溜まった冷媒が下流側に位置する連通穴7eから伝熱管33eに流入し、5本の伝熱管33a〜33eへの冷媒分配量が不均一となることが未然に防止される。さらに、冷媒が蒸発器として機能する熱交換器30を通過する際の圧力損失が低減され、空気調和機100のエネルギ効率が向上する。
平滑管が第1直線部3、上側接続部5、および下側接続部6に用いられているので、第1直線部3、上側接続部5、および下側接続部6を通過する際の冷媒の流動損失を小さくでき、環状流路部2を流れる冷媒の循環流れをより強くすることができる。
また、絞り部9がクロージング加工により形成されているので、絞り部9が切頭円錐状の傾斜面9aとなる。そこで、第2直線部4を下降して下側接続部6に到達した冷媒液11は、傾斜面9aに沿って流れ、絞り部9から吹き出される気液二相状態の冷媒にスムーズに合流できる。そこで、環状流路部2を流れる冷媒の循環流れが強くなり、冷媒液11の下側接続部6での滞留が抑えられ、さらに伝熱管33a〜33eに略均等に分配することができ、熱交換器30の伝熱性能が向上される。
また、絞り部9がクロージング加工により形成されているので、絞り部9が切頭円錐状の傾斜面9aとなる。そこで、第2直線部4を下降して下側接続部6に到達した冷媒液11は、傾斜面9aに沿って流れ、絞り部9から吹き出される気液二相状態の冷媒にスムーズに合流できる。そこで、環状流路部2を流れる冷媒の循環流れが強くなり、冷媒液11の下側接続部6での滞留が抑えられ、さらに伝熱管33a〜33eに略均等に分配することができ、熱交換器30の伝熱性能が向上される。
連通穴7a〜7eが第2直線部4に設けられているので、冷媒が第2直線部4を下降して流れるとき、冷媒が伝熱管33a〜33eに分配される。この時、冷媒が冷媒の流れによる慣性力と重力の影響を受け、下降速度が増加するので、下流側に位置する連通穴7d,7eに流入する冷媒液11の流量が増え、5本の伝熱管33a〜33eに略均等に分配することができ、熱交換器30の伝熱性能が向上される。
流入部8の端部にクロージング加工と穴加工で絞り部9を形成しているので、絞り部9の加工が容易となると共に、絞り部を別部品で作製する必要がなく、部品点数を削減できる。
分配器1が環状流路部2の流路中心を含む平面を伝熱管33a〜33eを流れる冷媒の流れ方向と直交するようにフィン配列方向の一側に配置されているので、分配器1を含めた熱交換器30の幅Wが小さくなり、コンパクトな空気調和機100を実現できる。さらに、伝熱管33a〜33eを折り返して伝熱管33a〜33eの両端をフィン配列方向に一側に配置し、分岐合流部35を分配器1の風下に、かつフィン配列方向の一側に配置されているので、分配器1および分岐合流部35を含めた熱交換器30の幅Wが小さくなり、コンパクトな空気調和機100を実現できる。
分配器1が環状流路部2の流路中心を含む平面を伝熱管33a〜33eを流れる冷媒の流れ方向と直交するようにフィン配列方向の一側に配置されているので、分配器1を含めた熱交換器30の幅Wが小さくなり、コンパクトな空気調和機100を実現できる。さらに、伝熱管33a〜33eを折り返して伝熱管33a〜33eの両端をフィン配列方向に一側に配置し、分岐合流部35を分配器1の風下に、かつフィン配列方向の一側に配置されているので、分配器1および分岐合流部35を含めた熱交換器30の幅Wが小さくなり、コンパクトな空気調和機100を実現できる。
なお、上記実施の形態1では、冷媒液11と冷媒蒸気12とからなる気液二相状態の冷媒が分配器1に流入するものとしているが、冷媒液11のみ、或いは冷媒蒸気12のみの単相状態の冷媒であっても、環状流路部2に循環流を形成することにより、冷媒を各伝熱管33a〜33eに略均等に分配することができる。
また、上記実施の形態1では、伝熱管33a〜33eとして円管を用いるものとしているが、扁平管や楕円管を用いてもよい。扁平管や楕円管などでは管内の流動抵抗が大きくなるため、伝熱管の分配数を増やす必要があり、本実施の形態に示した分配器1を用いることで、伝熱管の分配数が増加した場合であっても、冷媒を各伝熱管に略均等に分配することができる。
また、上記実施の形態1では、伝熱管33a〜33eとして円管を用いるものとしているが、扁平管や楕円管を用いてもよい。扁平管や楕円管などでは管内の流動抵抗が大きくなるため、伝熱管の分配数を増やす必要があり、本実施の形態に示した分配器1を用いることで、伝熱管の分配数が増加した場合であっても、冷媒を各伝熱管に略均等に分配することができる。
また、上記実施の形態1では、熱交換器30の熱交換部31が、フィン配列方向を水平とし、かつ伝熱管配列方向を鉛直方向として配置されているものとしているが、熱交換器30の熱交換部31は、フィン配列方向が水平であれば、伝熱管配列方向を鉛直方向とする必要はなく、例えば伝熱管配列方向を傾斜させてもよく、水平としてもよい。
また、上記実施の形態1では、ヘッダ部として機能する第2直線部4のみに内面溝付き管を用いるものとしているが、第1直線部3、上側接続部5、および下側接続部6の何れか、或いは複数に内面溝付き管を用いてもよいし、ヘッダ部として機能する第2直線部4に平滑管を用いてもよい。分配器を製造する方法に応じて、適切な配管の組み合わせを選択することにより、加工費を削減することができる。
また、上記実施の形態1では、絞り部9が切頭円錐状に形成されているものとしているが、絞り部の形状は切頭円錐状に限定されるものではなく、冷媒を増速できる形状であればよく、例えば切頭半球状でもよい。
また、上記実施の形態1では、絞り部9が切頭円錐状に形成されているものとしているが、絞り部の形状は切頭円錐状に限定されるものではなく、冷媒を増速できる形状であればよく、例えば切頭半球状でもよい。
また、上記実施の形態1では、分配器1を熱交換器30に適用し、冷媒を伝熱管33a〜33eに略均等に分配するものとして説明しているが、分配器1は熱交換器30以外の用途に適用し、冷媒以外の流体を略均等に分配してもよい。
実施の形態2.
図6はこの発明の実施の形態2に係る熱交換器を模式的に示す正面図である。なお、図6中、冷媒の流れを矢印で示している。
図6において、熱交換部31Aを構成する複数本の伝熱管33が、それぞれ円管をフィン配列方向の一側から他側にフィン配列方向にフィン32を貫通して延設され、フィン配列方向と直交する方向に所定の間隔で1列に配列されている。熱交換部31Aは、フィン配列方向を水平方向とし、伝熱管配列方向を鉛直方向として配置されている。そして、複数本の伝熱管33の一端面がフィン配列方向と直交する、熱交換部31Aのフィン配列方向の一側の同一鉛直面上に、鉛直方向に1列に配列されている。複数本の伝熱管33の他端面がフィン配列方向と直交する、熱交換部31Aのフィン配列方向の他側の同一鉛直面上に、鉛直方向に1列に配列されている。
図6はこの発明の実施の形態2に係る熱交換器を模式的に示す正面図である。なお、図6中、冷媒の流れを矢印で示している。
図6において、熱交換部31Aを構成する複数本の伝熱管33が、それぞれ円管をフィン配列方向の一側から他側にフィン配列方向にフィン32を貫通して延設され、フィン配列方向と直交する方向に所定の間隔で1列に配列されている。熱交換部31Aは、フィン配列方向を水平方向とし、伝熱管配列方向を鉛直方向として配置されている。そして、複数本の伝熱管33の一端面がフィン配列方向と直交する、熱交換部31Aのフィン配列方向の一側の同一鉛直面上に、鉛直方向に1列に配列されている。複数本の伝熱管33の他端面がフィン配列方向と直交する、熱交換部31Aのフィン配列方向の他側の同一鉛直面上に、鉛直方向に1列に配列されている。
また、分配器1は、伝熱管33の本数分の連通穴が第2直線部に設けられており、環状流路部2の流路中心を含む平面を複数本の伝熱管33の流路方向と直交するように、熱交換部31Aのフィン配列方向の一側に配設されている。そして、複数本の伝熱管33の一端が、連通穴のそれぞれに連結されている。
また、分岐合流部35は、伝熱管33の本数分の連通穴が設けられており、塞口された一端を上方に向けて、流路方向を鉛直方向にして、熱交換部31Aのフィン配列方向の他側に配設されている。そして、複数本の伝熱管33の他端が、連通穴のそれぞれに連結されている。
なお、他の構成は上記実施の形態1と同様に構成されている。
また、分岐合流部35は、伝熱管33の本数分の連通穴が設けられており、塞口された一端を上方に向けて、流路方向を鉛直方向にして、熱交換部31Aのフィン配列方向の他側に配設されている。そして、複数本の伝熱管33の他端が、連通穴のそれぞれに連結されている。
なお、他の構成は上記実施の形態1と同様に構成されている。
このように構成された熱交換器30Aにおいても、分配器1を用いて冷媒を複数本の伝熱管33に分配しているので、上記実施の形態1と同様の効果を奏する。
実施の形態3.
図7はこの発明の実施の形態3に係る熱交換器における分配器の配置を説明するための断面図である。なお、図7中、冷媒の流れを矢印で示している。
図7において、分配器1Aは、5つの連通穴7a〜7eが第1直線部3の流路方向に所定の間隔で設けられている。そして、分配器1Aは、環状流路部2の流路中心を含む平面を5本の伝熱管33a〜33eの流路方向と直交するように、熱交換部31のフィン配列方向の一側に配設されている。そして、5本の伝熱管33a〜33eの一端が、第1直線部3に設けられた連通穴7a〜7eのそれぞれに連結されている。
なお、他の構成は上記実施の形態1と同様に構成されている。
図7はこの発明の実施の形態3に係る熱交換器における分配器の配置を説明するための断面図である。なお、図7中、冷媒の流れを矢印で示している。
図7において、分配器1Aは、5つの連通穴7a〜7eが第1直線部3の流路方向に所定の間隔で設けられている。そして、分配器1Aは、環状流路部2の流路中心を含む平面を5本の伝熱管33a〜33eの流路方向と直交するように、熱交換部31のフィン配列方向の一側に配設されている。そして、5本の伝熱管33a〜33eの一端が、第1直線部3に設けられた連通穴7a〜7eのそれぞれに連結されている。
なお、他の構成は上記実施の形態1と同様に構成されている。
このように構成された熱交換器30Bでは、流入部8から流入した冷媒が、第1直線部3を上昇しながら、連通穴7e〜7aを介して伝熱管33e〜33aに分配される。このとき、第1直線部3を上昇するに従い、冷媒流量が減少し、冷媒速度が低下する。さらに、冷媒が重力に逆らって第1直線部3を上昇することになる。そこで、絞り部9の開口面積をより小さくし、冷媒吹き出し速度を高めて、上側接続部5まで搬送する搬送力を確保することで、環状流路部2を流れる冷媒の循環流を形成することができる。従って、この実施の形態3においても、上記実施の形態1と同様の効果が得られる。
実施の形態4.
図8はこの発明の実施の形態4に係る熱交換器における分配器の配置を説明するための断面図である。なお、図8中、冷媒の流れを矢印で示している。
図8において、分配器1Bは、分配器1に対して、第2直線部4に設けられた連通穴7a〜7eの位置が環状流路部2の流路中心を含む平面の逆側である点を除いて、同様に構成されている。分配器1Bは、環状流路部2の流路中心を含む平面を5本の伝熱管33a〜33eの流路方向と直交するように、熱交換部31のフィン配列方向の一側に、かつ分配器1の風下に、第2直線部4を分配器1の第2直線部4側に向けて、配設されている。そして、5本の伝熱管33a〜33eの他端が、第2直線部4に設けられた連通穴7a〜7eのそれぞれに連結されている。
なお、この実施の形態4では、分岐合流部35に代えて分配器1Bを用いている点を除いて上記実施の形態1と同様に構成されている。
図8はこの発明の実施の形態4に係る熱交換器における分配器の配置を説明するための断面図である。なお、図8中、冷媒の流れを矢印で示している。
図8において、分配器1Bは、分配器1に対して、第2直線部4に設けられた連通穴7a〜7eの位置が環状流路部2の流路中心を含む平面の逆側である点を除いて、同様に構成されている。分配器1Bは、環状流路部2の流路中心を含む平面を5本の伝熱管33a〜33eの流路方向と直交するように、熱交換部31のフィン配列方向の一側に、かつ分配器1の風下に、第2直線部4を分配器1の第2直線部4側に向けて、配設されている。そして、5本の伝熱管33a〜33eの他端が、第2直線部4に設けられた連通穴7a〜7eのそれぞれに連結されている。
なお、この実施の形態4では、分岐合流部35に代えて分配器1Bを用いている点を除いて上記実施の形態1と同様に構成されている。
このように構成された熱交換器30Cでは、分配器1,1Bが伝熱管33a〜33eの両端に連結されているので、熱交換器30Cに導入される冷媒の方向が変わっても、冷媒を伝熱管33a〜33eに略均等に分配することができる。従って、熱交換器30Cは、冷媒の流れ方向を切り換えて冷房運転と暖房運転とを行う空気調和機に搭載することができる。
つぎに、このように構成された熱交換器30Cを搭載した空気調和機101について図9を参照しつつ説明する。図9はこの発明の実施の形態4に係る熱交換器を搭載した空気調和機の冷媒回路図である。
図9において、空気調和機101は、冷媒を圧縮するための圧縮機41と、冷媒流路を切り換える四方弁45と、室外熱交換器42と、膨張弁43と、および室内熱交換器44と、を備える。そして、圧縮機41の冷媒吐出口が四方弁45を介して室外熱交換器42の分岐部42aに接続され、室外熱交換器42の分岐部42bが膨張弁43を介して室内熱交換器44の分岐部44aに接続され、室内熱交換器44の分岐部44bが四方弁45を介して圧縮機41の冷媒吸入口に接続されている。ここで、熱交換器30Cが室外熱交換器42および室内熱交換器44に用いられる。
図9において、空気調和機101は、冷媒を圧縮するための圧縮機41と、冷媒流路を切り換える四方弁45と、室外熱交換器42と、膨張弁43と、および室内熱交換器44と、を備える。そして、圧縮機41の冷媒吐出口が四方弁45を介して室外熱交換器42の分岐部42aに接続され、室外熱交換器42の分岐部42bが膨張弁43を介して室内熱交換器44の分岐部44aに接続され、室内熱交換器44の分岐部44bが四方弁45を介して圧縮機41の冷媒吸入口に接続されている。ここで、熱交換器30Cが室外熱交換器42および室内熱交換器44に用いられる。
このように構成された空気調和機101の冷房運転について説明する。
まず、低温・低圧の冷媒蒸気が圧縮機41に吸入され、圧縮機41により圧縮され、高温・高圧の冷媒蒸気となって吐出され、四方弁45を介して分岐部42aから室外熱交換器42に導入される。室外熱交換器42に導入された冷媒蒸気は、室外空気と熱交換され、室外の空気を加熱しながら、冷媒液となり、分岐部42bから排出される。さらに、分岐部44bから排出された冷媒は、膨張弁43にて減圧されて低温・低圧の気液二相状態の冷媒となり、分岐部44aから室内熱交換器44に導入される。室内熱交換器44に導入された気液二相状態の冷媒は、室内空気と熱交換され、室内の空気を冷却しながら、冷媒蒸気に変化する。冷媒蒸気は、分岐部44bから排出され、四方弁45を介して圧縮機41に吸入されて再び圧縮される。
まず、低温・低圧の冷媒蒸気が圧縮機41に吸入され、圧縮機41により圧縮され、高温・高圧の冷媒蒸気となって吐出され、四方弁45を介して分岐部42aから室外熱交換器42に導入される。室外熱交換器42に導入された冷媒蒸気は、室外空気と熱交換され、室外の空気を加熱しながら、冷媒液となり、分岐部42bから排出される。さらに、分岐部44bから排出された冷媒は、膨張弁43にて減圧されて低温・低圧の気液二相状態の冷媒となり、分岐部44aから室内熱交換器44に導入される。室内熱交換器44に導入された気液二相状態の冷媒は、室内空気と熱交換され、室内の空気を冷却しながら、冷媒蒸気に変化する。冷媒蒸気は、分岐部44bから排出され、四方弁45を介して圧縮機41に吸入されて再び圧縮される。
このように、冷媒が、図9に実線の矢印で示されるように、圧縮機41→四方弁45→室外熱交換器42→膨張弁43→室内熱交換器44→四方弁45→圧縮機41の順で冷媒回路内を循環し、冷房運転が行われる。
つぎに、このように構成された空気調和機101の暖房運転について説明する。
まず、低温・低圧の冷媒蒸気が圧縮機41に吸入され、圧縮機41により圧縮され、高温・高圧の冷媒蒸気となって吐出される。冷媒蒸気12は、四方弁45を介して分岐部44bから室内熱交換器44に導入される。室内熱交換器44に導入された冷媒蒸気12は、室内空気と熱交換され、室内空気を加熱しながら冷媒液となる。そして、分岐部44aから排出された冷媒は、膨張弁43で絞られて減圧され、低温・低圧の気液二相状態に変化する。気液二相状態の冷媒は、分岐部42bから室外熱交換器42に導入され、室外空気と熱交換され、室外空気を冷却して冷媒蒸気に変化し、分岐部42aから排出される。分岐部42aから排出された冷媒蒸気は、四方弁45を通り圧縮機41に吸入されて再び圧縮される。
まず、低温・低圧の冷媒蒸気が圧縮機41に吸入され、圧縮機41により圧縮され、高温・高圧の冷媒蒸気となって吐出される。冷媒蒸気12は、四方弁45を介して分岐部44bから室内熱交換器44に導入される。室内熱交換器44に導入された冷媒蒸気12は、室内空気と熱交換され、室内空気を加熱しながら冷媒液となる。そして、分岐部44aから排出された冷媒は、膨張弁43で絞られて減圧され、低温・低圧の気液二相状態に変化する。気液二相状態の冷媒は、分岐部42bから室外熱交換器42に導入され、室外空気と熱交換され、室外空気を冷却して冷媒蒸気に変化し、分岐部42aから排出される。分岐部42aから排出された冷媒蒸気は、四方弁45を通り圧縮機41に吸入されて再び圧縮される。
このように、暖房運転では、冷媒が、図9に点線の矢印で示されるように、圧縮機41→四方弁45→室内熱交換器44→膨張弁43→室外熱交換器42→四方弁45→圧縮機41の順で冷媒回路内を循環する。
この空気調和機101においては、冷房運転時に、気液二相状態の冷媒が室内熱交換器44の分岐部44aに流入し、暖房運転時に、気液二相状態の冷媒が室外熱交換器42の分岐部42bに流入する。ここで、熱交換器30Cが室外熱交換器42および室内熱交換器44に用いられているので、分岐部42b,44aが分配器1,1Bで構成され、気液二相状態の冷媒が各伝熱管33a〜33eに略均等に分配される。
また、冷房運転時には、冷媒蒸気が単相状態で室外熱交換器42の分岐部42aに流入し、暖房運転時には、冷媒蒸気が単相状態で室内熱交換器44の分岐部44bに流入する。この場合も、分岐部42a,44bが分配器1,1Bで構成され、冷媒蒸気が各伝熱管33a〜33eに略均等に分配される。
従って、室外熱交換器42および室内熱交換器44の伝熱性能が向上され、空気調和機101の性能、即ち冷房性能および暖房性能が向上される。
また、冷房運転時には、冷媒蒸気が単相状態で室外熱交換器42の分岐部42aに流入し、暖房運転時には、冷媒蒸気が単相状態で室内熱交換器44の分岐部44bに流入する。この場合も、分岐部42a,44bが分配器1,1Bで構成され、冷媒蒸気が各伝熱管33a〜33eに略均等に分配される。
従って、室外熱交換器42および室内熱交換器44の伝熱性能が向上され、空気調和機101の性能、即ち冷房性能および暖房性能が向上される。
また、分配器1,1Bが、環状流路部2の流路中心を含む平面を5本の伝熱管33a〜33eの流路方向と直交するように、かつ空気の流れ方向に並んで、熱交換部31のフィン配列方向の一側に配設されているので、分配器1,1Bを含めた熱交換器30Cの幅Wが小さくなり、コンパクトな空気調和機101を実現できる。
なお、上記実施の形態4では、分配器1,1Bを熱交換部31のフィン配列方向の一側に配設するものとしているが、熱交換器31に代えて図6に示される熱交換器31Aを用い、分配器1,1Bを熱交換部31Aのフィン配列方向の両側に配設してもよい。この場合、熱交換器の幅Wがその分大きくなるものの、冷媒蒸気を各伝熱管に略均等に分配でき、室外熱交換器および室内熱交換器の伝熱性能が向上され、空気調和機の性能が向上される。
また、上記実施の形態4では、熱交換器30Cを室外熱交換器42および室内熱交換器44に用いるものとしているが、冷房運転時に冷媒蒸気が単相状態で流入する室外熱交換器42の分岐部42aと、暖房運転時に冷媒蒸気が単相状態で流入する室内熱交換器44の分岐部44bとには、必ずしも本分配器1,1Bを用いる必要はない。つまり、熱交換器30,30A,30Bを室外熱交換器42および室内熱交換器44に用い、分配器1,1A,1Bを室外熱交換器42の分岐部42bと室内熱交換器44の分岐部44aに対応させ、分岐合流部35を室外熱交換器42の分岐部42aと室内熱交換器44の分岐部44bに対応させてもよい。
実施の形態5.
図10はこの発明の実施の形態5に係る熱交換器における分配器の配置を説明するための断面図である。なお、図10中、冷媒の流れを矢印で示している。
図10において、熱交換部31は、10本の伝熱管33a〜33jがフィン配列方向と直交する方向に所定の間隔で1列に配列され、伝熱管33a〜33jの両端が、フィン配列方向の一側に、フィン配列方向と伝熱管配列方向とに直交する方向に2列となって配置されている。この熱交換部31は、フィン配列方向を水平方向とし、伝熱管配列方向を鉛直方向として配置されている。
図10はこの発明の実施の形態5に係る熱交換器における分配器の配置を説明するための断面図である。なお、図10中、冷媒の流れを矢印で示している。
図10において、熱交換部31は、10本の伝熱管33a〜33jがフィン配列方向と直交する方向に所定の間隔で1列に配列され、伝熱管33a〜33jの両端が、フィン配列方向の一側に、フィン配列方向と伝熱管配列方向とに直交する方向に2列となって配置されている。この熱交換部31は、フィン配列方向を水平方向とし、伝熱管配列方向を鉛直方向として配置されている。
2個の分配器1が、環状流路部2の流路中心を含む平面を10本の伝熱管33a〜33jの流路方向と直交するように、熱交換部31のフィン配列方向の一側に、鉛直方向に1列に配設されている。そして、5本の伝熱管33a〜33eの一端が、上部に配設された分配器1の連通穴7a〜7eのそれぞれに連結され、残る5本の伝熱管33f〜33jの一端が、下部に配設された分配器1の連通穴7a〜7eのそれぞれに連結されている。
さらに、2個の分配器1Bが、環状流路部2の流路中心を含む平面を10本の伝熱管33a〜33jの流路方向と直交するように、熱交換部31のフィン配列方向の一側に、
鉛直方向に1列に配設されている。そして、5本の伝熱管33a〜33eの他端が、上部に配設された分配器1Bの連通穴7a〜7eのそれぞれに連結され、残る5本の伝熱管33f〜33jの他端が、下部に配設された分配器1Bの連通穴7a〜7eのそれぞれに連結されている。
さらに、2個の分配器1Bが、環状流路部2の流路中心を含む平面を10本の伝熱管33a〜33jの流路方向と直交するように、熱交換部31のフィン配列方向の一側に、
鉛直方向に1列に配設されている。そして、5本の伝熱管33a〜33eの他端が、上部に配設された分配器1Bの連通穴7a〜7eのそれぞれに連結され、残る5本の伝熱管33f〜33jの他端が、下部に配設された分配器1Bの連通穴7a〜7eのそれぞれに連結されている。
このように構成された熱交換器30Dは、例えば熱交換器30Cに代えて、図9に示される空気調和機の室外熱交換器42および室内熱交換器44に用いられる。
そして、上部に配設された分配器1Bに流入した気液二相状態の冷媒は、連通穴7a〜7eを介して伝熱管33a〜33eに分配され、空気と熱交換して蒸発し、連通穴7a〜7eを介して上部に配設された分配器1に集められる。また、下部に配設された分配器1Bに流入した気液二相状態の冷媒は、連通穴7a〜7eを介して伝熱管33f〜33jに分配され、空気と熱交換して蒸発し、連通穴7a〜7eを介して下部に配設された分配器1Bに集められる。そして、上部および下部に配設された2個の分配器1Bに集められた冷媒が合流し、流出される。
そして、上部に配設された分配器1Bに流入した気液二相状態の冷媒は、連通穴7a〜7eを介して伝熱管33a〜33eに分配され、空気と熱交換して蒸発し、連通穴7a〜7eを介して上部に配設された分配器1に集められる。また、下部に配設された分配器1Bに流入した気液二相状態の冷媒は、連通穴7a〜7eを介して伝熱管33f〜33jに分配され、空気と熱交換して蒸発し、連通穴7a〜7eを介して下部に配設された分配器1Bに集められる。そして、上部および下部に配設された2個の分配器1Bに集められた冷媒が合流し、流出される。
ここで、熱交換部31は、10本の伝熱管33a〜33jを有しているので、高さが高くなっている。そこで、1個の分配器を用いて気液二相状態の冷媒を10本の伝熱管33a〜33jに分配する場合には、第1直線部3の長さが長くなり、冷媒を上側接続部5まで搬送することが難しくなる。この実施の形態5では、熱交換部31の気液二相状態の冷媒流入側に2個の分配器1Bが配設されている。そこで、第1直線部3の長さが短くなり、気液二相状態の冷媒を上側接続部5まで搬送し易くなり、分配性能を高めることができる。
なお、上記実施の形態5では、冷媒を上部に配設された分配器1,1Bと下部に配設された分配器1,1Bとに並列に流すものとしているが、上部に配設された分配器1B→上部に配設された分配器1→下部に配設された分配器1B→下部に配設された分配器1の順番に冷媒を直列に流してもよい。
また、上記実施の形態5では、気液二相状態の冷媒流入側に2個の分配器1Bを配設するものとしているが、気液二相状態の冷媒流入側に配設される分配器の個数は2個に限定されるものではなく、熱交換部の高さに合わせて適宜設定すればよい。また、気液二相状態の冷媒流入側に配設される分配器の個数を増やすことで、第1直線部3の距離を短くすることができるので、冷媒を増速するための絞り9の開口面積を大きくすることができ、分配器の圧力損失を低減できる。
また、上記実施の形態5では、気液二相状態の冷媒流入側に2個の分配器1Bを配設するものとしているが、気液二相状態の冷媒流入側に配設される分配器の個数は2個に限定されるものではなく、熱交換部の高さに合わせて適宜設定すればよい。また、気液二相状態の冷媒流入側に配設される分配器の個数を増やすことで、第1直線部3の距離を短くすることができるので、冷媒を増速するための絞り9の開口面積を大きくすることができ、分配器の圧力損失を低減できる。
実施の形態6.
図11はこの発明の実施の形態6に係る熱交換器における分配器の配置を説明するための断面図である。なお、図11中、冷媒の流れを矢印で示している。
図11において、分配器1は、第1および第2直線部3,4が長く、10個の連通穴7a〜7jが第2直線部4に設けられている。そして、10本の伝熱管33a〜33jの一端が、分配器1の連通穴7a〜7jのそれぞれに接続されている。
なお、この実施の形態6は、伝熱管33a〜33jの一端が1個の分配器1の連通穴7a〜7jのそれぞれに接続されている点を除いて、上記実施の形態5と同様に構成されている。
図11はこの発明の実施の形態6に係る熱交換器における分配器の配置を説明するための断面図である。なお、図11中、冷媒の流れを矢印で示している。
図11において、分配器1は、第1および第2直線部3,4が長く、10個の連通穴7a〜7jが第2直線部4に設けられている。そして、10本の伝熱管33a〜33jの一端が、分配器1の連通穴7a〜7jのそれぞれに接続されている。
なお、この実施の形態6は、伝熱管33a〜33jの一端が1個の分配器1の連通穴7a〜7jのそれぞれに接続されている点を除いて、上記実施の形態5と同様に構成されている。
このように構成された熱交換器30Eは、例えば熱交換器30Cに代えて、図9に示される空気調和機の室外熱交換器42および室内熱交換器44に用いられる。
そして、上部に配設された分配器1Bに流入した気液二相状態の冷媒は、連通穴7a〜7eを介して伝熱管33a〜33eに分配され、空気と熱交換して蒸発し、連通穴7a〜7eを介して分配器1に集められる。また、下部に配設された分配器1Bに流入した気液二相状態の冷媒は、連通穴7a〜7eを介して伝熱管33f〜33jに分配され、空気と熱交換して蒸発し、連通穴7f〜7jを介して分配器1に集められ、連通穴7a〜7eを介して集められた冷媒と合流し、流出される。
そして、上部に配設された分配器1Bに流入した気液二相状態の冷媒は、連通穴7a〜7eを介して伝熱管33a〜33eに分配され、空気と熱交換して蒸発し、連通穴7a〜7eを介して分配器1に集められる。また、下部に配設された分配器1Bに流入した気液二相状態の冷媒は、連通穴7a〜7eを介して伝熱管33f〜33jに分配され、空気と熱交換して蒸発し、連通穴7f〜7jを介して分配器1に集められ、連通穴7a〜7eを介して集められた冷媒と合流し、流出される。
この実施の形態6においても、気液二相状態の冷媒流入側に2個の分配器1Bを配設しているので、上記実施の形態5と同様に、高さの高い熱交換部31に対しても、分配性能を高めることができる。
また、分配器1の側から冷媒蒸気や乾き度の大きな冷媒が流入するときには、冷媒の流速が速いので、1個の分配器1であっても高い分配性能を確保することができる。従って、上記実施の形態5に比べて、同等の分配性能を確保しながら熱交換器に設ける分配器の数を削減して、低コスト化をはかることができる。
また、分配器1の側から冷媒蒸気や乾き度の大きな冷媒が流入するときには、冷媒の流速が速いので、1個の分配器1であっても高い分配性能を確保することができる。従って、上記実施の形態5に比べて、同等の分配性能を確保しながら熱交換器に設ける分配器の数を削減して、低コスト化をはかることができる。
なお、上記実施の形態6では、冷媒蒸気や乾き度の大きな冷媒の流入側に1個の分配器1を配設するものとしているが、冷媒蒸気や乾き度の大きな冷媒の流入側に配設される分配器の個数は、気液二相状態の冷媒流入側に配設される分配器の個数より少なくすればよい。
実施の形態7.
図12はこの発明の実施の形態7に係る分配器の構成を説明する図であり、図12の(a)は底側プレートを示す平面図、図12の(b)は上蓋プレートを示す平面図である。
図12はこの発明の実施の形態7に係る分配器の構成を説明する図であり、図12の(a)は底側プレートを示す平面図、図12の(b)は上蓋プレートを示す平面図である。
図12において、底側プレート21は、所定厚みを有する矩形平板状に作製され、その表面には、互いに平行な第1および第2直線溝22a,22b、第1および第2直線溝22a,22bの一端同士を連結する上側接続溝22c、および第1および第2直線溝22a,22bの他端同士を連結する下側接続溝22dからなる環状の流路溝22と、第1直線溝22aと下側接続溝22dとの連結部に臨むように環状の流路溝22に連結された流入溝23とが、プレス加工により凹設されている。また、溝方向を第2直線溝22bの長さ方向に対して所定の角度で傾斜する溝部24が第2直線溝22bの内壁面に第2直線溝22bの長さ方向に所定ピッチで凹設され、貫通穴25a〜25eが第2直線溝22bと底側プレート21の裏面とを貫通するように、第2直線溝22bの長さ方向に所定の間隔で穿設されている。なお、環状の流路溝22と流入溝23が環状流路部2、流入部8、および絞り部9を構成する凹溝である。
上蓋プレート26は、所定厚みを有する矩形平板状に作製され、流体流入穴としての貫通穴27が、流入溝23に対応する部位に、厚み方向に貫通するように穿設されている。
このように構成された底側プレート21と上蓋プレート26とを、両者の表面同士を密接させて、ロウ付け一体化し、分配器が作製される。このように作製された分配器は、環状の流路溝22および流入溝23が上蓋プレート26により塞口され、第2直線溝22bが貫通穴25a〜25eを介して外部と連通され、流入溝23が貫通穴27を介して外部と連通される。そこで、本分配器は、塞口された環状の流路溝22および流入溝23が分配器1の環状流路部2および流入部8に相当し、貫通穴25a〜25eが連通穴7a〜7eに相当し、流入溝23の環状の流路溝22との連結部が絞り部9に相当し、溝部24が螺旋溝10に相当し、上記実施の形態1における分配器1と同等に機能する。
この実施の形態7によれば、底側プレート21と上蓋プレート26との表面同士を密接させて、ロウ付け一体化するだけで分配器を作製できるので、分配器を安価に作製できると共に、部品点数を削減できる。
また、熱交換部を炉中にてロウ付けするような場合には、熱交換部と分配器とを一度にロウ付け一体化でき、熱交換器の組立性が高められる。
また、熱交換部を炉中にてロウ付けするような場合には、熱交換部と分配器とを一度にロウ付け一体化でき、熱交換器の組立性が高められる。
なお、上記実施の形態7では、環状の流路などの構成要素を底側プレート21の表面に形成するものとしているが、環状の流路などの構成要素を上蓋プレートに形成してもよく、さらに底側プレートと上蓋プレートとの両者に形成してもよい。
また、上記実施の形態7では、連通穴7a〜7eを第2直線部4に設ける場合について説明しているが、連通穴7a〜7eを第1直線部3に設けるようにしてもよい。このように作製された分配器は、実施の形態3における分配器1Aと同等に機能する。
また、上記実施の形態7では、1つの環状の流路溝および流入溝を底側プレート21の表面に形成するものとしているが、2つの環状の流路溝および流入溝を表面に並べて形成した底側プレートと上蓋プレートとを積層し、ロウ付け一体化してもよい。このように作製された積層体は、例えば図8における分配器1,1Bを一体成形でき、部品点数を削減できる。
また、上記実施の形態7では、連通穴7a〜7eを第2直線部4に設ける場合について説明しているが、連通穴7a〜7eを第1直線部3に設けるようにしてもよい。このように作製された分配器は、実施の形態3における分配器1Aと同等に機能する。
また、上記実施の形態7では、1つの環状の流路溝および流入溝を底側プレート21の表面に形成するものとしているが、2つの環状の流路溝および流入溝を表面に並べて形成した底側プレートと上蓋プレートとを積層し、ロウ付け一体化してもよい。このように作製された積層体は、例えば図8における分配器1,1Bを一体成形でき、部品点数を削減できる。
実施の形態8.
図13はこの発明の実施の形態8に係る分配器の構成を説明する図であり、図13の(a)は底側プレートを示す平面図、図13の(b)は上蓋プレートを示す平面図である。
図13はこの発明の実施の形態8に係る分配器の構成を説明する図であり、図13の(a)は底側プレートを示す平面図、図13の(b)は上蓋プレートを示す平面図である。
この実施の形態8では、底側プレート21Aは、図13の(a)に示されるように、流体流入用の連通溝27aが流入溝23を底側プレート21Aの側部に開口させるように凹設されている。また、上蓋プレート26Aは、図13の(b)に示されるように、所定厚みを有する矩形平板状に作製されており、貫通穴27が省略されている。
なお、他の構成は、上記実施の形態7と同様に構成されている。
なお、他の構成は、上記実施の形態7と同様に構成されている。
このように構成された底側プレート21Aと上蓋プレート26Aとを、両者の表面同士を密接させて、ロウ付け一体化し、分配器が作製される。このように作製された分配器は、環状の流路溝22および流入溝23が上蓋プレート26により塞口され、第2直線溝22bが貫通穴25a〜25eを介して外部と連通され、流入溝23が連通溝27aを介して外部と連通される。そこで、本分配器は、塞口された環状の流路溝22および流入溝23が分配器1の環状流路部2および流入部8に相当し、貫通穴25a〜25eが連通穴7a〜7eに相当し、流入溝23の環状の流路溝22との連結部が絞り部9に相当し、溝部24が螺旋溝10に相当し、上記実施の形態1における分配器1と同等に機能する。
この実施の形態8においても、底側プレート21Aと上蓋プレート26Aとの表面同士を密接させて、ロウ付け一体化するだけで分配器を作製でき、上記実施の形態7と同様の効果を奏する。
実施の形態9.
図14はこの発明の実施の形態9に係る分配器の構成を説明する図であり、図14の(a)は底側プレートを示す平面図、図14の(b)は中間プレートを示す平面図、図14の(c)は上蓋プレートを示す平面図である。
図14はこの発明の実施の形態9に係る分配器の構成を説明する図であり、図14の(a)は底側プレートを示す平面図、図14の(b)は中間プレートを示す平面図、図14の(c)は上蓋プレートを示す平面図である。
図14において、底側プレート21Bは、所定厚みを有する矩形平板状に作製され、その表面には、分配器1の環状流路部2の内周形状に適合する外周形状の島部29aが突設され、所定幅の溝部24が島部29aの一側に島部29aに沿って所定ピッチで凹設され、貫通穴25a〜25eが溝部24の形成領域に島部29aに沿って1列に穿設されている。
中間プレート28は、島部29aの突出高さに等しい厚みを有する矩形平板状に作製され、分配器1の環状流路部2の外周形状に適合する内周形状の第1穴29bと流入部8の外周形状に適合する内周形状の第2穴23aとが穿設されている。
上蓋プレート26は、所定厚みを有する矩形平板状に作製され、流体流入穴としての貫通穴27が、第2穴23aに対応する部位に厚み方向に貫通するように穿設されている。
中間プレート28は、島部29aの突出高さに等しい厚みを有する矩形平板状に作製され、分配器1の環状流路部2の外周形状に適合する内周形状の第1穴29bと流入部8の外周形状に適合する内周形状の第2穴23aとが穿設されている。
上蓋プレート26は、所定厚みを有する矩形平板状に作製され、流体流入穴としての貫通穴27が、第2穴23aに対応する部位に厚み方向に貫通するように穿設されている。
このように構成された底側プレート21Bと上蓋プレート26とを中間プレート28の両面に重ねて、ロウ付け一体化し、分配器が作製される。このように作製された分配器は、島部29aが第1穴29b内に挿入されて上蓋プレート26により塞口されて環状流路部2を構成し、第2穴23aが底側プレート21Bと上蓋プレート26とにより塞口されて流入部8を構成する。そして、貫通穴25a〜25eが連通穴7a〜7eに相当し、溝部24が螺旋溝10に相当する。また、第2穴23aが貫通穴27を介して外部と連通される。そこで、本分配器は、上記実施の形態1における分配器1と同等に機能する。
この実施の形態9によれば、底側プレート21Bと中間プレート28と上蓋プレート26とを積層し互いに密接させて、ロウ付け一体化するだけで分配器を作製でき、上記実施の形態7と同様の効果を奏する。
なお、上記実施の形態7〜9では、2枚又は3枚のプレートを積層し、互いに密接させてロウ付け一体化して分配器を作製するものとしているが、プレートの積層数はこれに限定されるものではなく、4枚以上であってもよい。
また、上記実施の形態7〜9では、積層されたプレートをロウ付けにより接合するものとしているが、プレートの接合方法はロウ付けに限定されるものではなく、圧接接合や共晶接合を用いてもよい。
また、上記実施の形態7〜9では、環状の流路などの構成要素が形成された複数枚のプレートをロウ付けして分配器を作製するものとしているが、分配器はアルミダイカスト、亜鉛ダイカストなどのダイカスト鋳造で作製してもよい。
また、上記実施の形態7〜9では、積層されたプレートをロウ付けにより接合するものとしているが、プレートの接合方法はロウ付けに限定されるものではなく、圧接接合や共晶接合を用いてもよい。
また、上記実施の形態7〜9では、環状の流路などの構成要素が形成された複数枚のプレートをロウ付けして分配器を作製するものとしているが、分配器はアルミダイカスト、亜鉛ダイカストなどのダイカスト鋳造で作製してもよい。
実施の形態10.
図15はこの発明の実施の形態10に係るルームエアコンの室内機における分配器の配置を説明する斜視図、図16はこの発明の実施の形態10に係るルームエアコンの室内機における分配器の配置を説明する断面図、図17はこの発明の実施の形態10に係るルームエアコンの冷媒回路図である。なお、図17中、冷房運転時の冷媒の流れを実線で示し、暖房運転時の冷媒の流れを点線で示している。
図15はこの発明の実施の形態10に係るルームエアコンの室内機における分配器の配置を説明する斜視図、図16はこの発明の実施の形態10に係るルームエアコンの室内機における分配器の配置を説明する断面図、図17はこの発明の実施の形態10に係るルームエアコンの冷媒回路図である。なお、図17中、冷房運転時の冷媒の流れを実線で示し、暖房運転時の冷媒の流れを点線で示している。
図15および図16において、空気調和機としてのルームエアコンの室内機50は、筐体51と、熱交換器30Cと同等に構成され、フィン配列方向を水平として、伝熱管配列方向を鉛直方向として筐体51内の前面側に配設された前面熱交換器52と、熱交換器30と同等に構成され、フィン配列方向を水平とし、上端側を前面熱交換器52の上端側に近接させ、かつ下端側を前面熱交換器52の下端側から離反させるように伝熱管配列方向を傾斜させ、前面熱交換器52の背面側に配設された背面熱交換器53と、前面熱交換器52と背面熱交換器53との下端側に配設され、空気19a、19bを前面側および上面側から流入させ、前面熱交換器52および背面熱交換器53を通過させた後、室内に吹き出すラインフローファン54と、を備えている。ここで、背面熱交換器53では、3本の伝熱管33a〜33cが配設されているので、分配器1Cの第2直線部4に設けられる連通穴7a〜7cおよび分岐合流部35に設けられる連通穴36a〜36cは3つである。
そして、前面熱交換器52の風下側に配置された分配器1Bの流入部8が配管55を介して背面熱交換器53の風上側に配置された分配器1Cの流入部8に連結されている。そして、再熱除湿用膨張弁57が配管55の経路中に配設され、電磁弁58がバイパス配管56の経路中に配設され、再熱除湿用膨張弁57と並列に設けられている。また、絞り部9の開口面積が、前面熱交換器52の風上側に配置された分配器1、前面熱交換器52の風下側に配置された分配器1B、背面熱交換器53の分配器1Cの順に大きくなっている。
空気調和機としてのルームエアコン102は、図17に示されるように、冷媒を圧縮するための圧縮機41、冷媒流路を切り換える四方弁45、室外熱交換器42、および膨張弁43からなる室外機40と、室内機50と、を備える。
そして、圧縮機41の冷媒吐出口が四方弁45を介して室外熱交換器42の入口に接続され、室外熱交換器42の吐出口が膨張弁43を介して室内機50の前面熱交換器52の分配器1の流入部8に接続され、背面熱交換器53の分岐合流部35が四方弁45を介して圧縮機41の冷媒吸入口に接続されている。
そして、圧縮機41の冷媒吐出口が四方弁45を介して室外熱交換器42の入口に接続され、室外熱交換器42の吐出口が膨張弁43を介して室内機50の前面熱交換器52の分配器1の流入部8に接続され、背面熱交換器53の分岐合流部35が四方弁45を介して圧縮機41の冷媒吸入口に接続されている。
このように構成されたルームエアコン102の冷房運転について説明する。
まず、低温・低圧の冷媒蒸気が圧縮機41に吸入され、圧縮機41により圧縮され、高温・高圧の冷媒蒸気となって吐出され、四方弁45を介して室外熱交換器42に導入される。室外熱交換器42に導入された冷媒蒸気は、室外空気と熱交換され、室外の空気を加熱しながら、冷媒となり、膨張弁43にて減圧されて低温・低圧の気液二相状態の冷媒となり、室内機50の前面熱交換器52の分配器1の流入部8に導入される。流入部8に導入された気液二相状態の冷媒は、環状流路部2内を循環しながら、連通穴7a〜7eを介して伝熱管33a〜33e内に略均等に分配される。伝熱管33a〜33e内を流通する気液二相状態の冷媒は、筐体51の前面側から流入した空気19aとフィン32を介して熱交換され、空気19aが冷却され、室内に吹き出される。この時、冷媒液11が蒸発し、冷媒蒸気12の割合が次第に増加する。
まず、低温・低圧の冷媒蒸気が圧縮機41に吸入され、圧縮機41により圧縮され、高温・高圧の冷媒蒸気となって吐出され、四方弁45を介して室外熱交換器42に導入される。室外熱交換器42に導入された冷媒蒸気は、室外空気と熱交換され、室外の空気を加熱しながら、冷媒となり、膨張弁43にて減圧されて低温・低圧の気液二相状態の冷媒となり、室内機50の前面熱交換器52の分配器1の流入部8に導入される。流入部8に導入された気液二相状態の冷媒は、環状流路部2内を循環しながら、連通穴7a〜7eを介して伝熱管33a〜33e内に略均等に分配される。伝熱管33a〜33e内を流通する気液二相状態の冷媒は、筐体51の前面側から流入した空気19aとフィン32を介して熱交換され、空気19aが冷却され、室内に吹き出される。この時、冷媒液11が蒸発し、冷媒蒸気12の割合が次第に増加する。
伝熱管33a〜33eを流通した冷媒は、前面熱交換器52の分配器1Bに集められる。この冷房運転では、電磁弁58が開かれた状態であるので、この分配器1Bに集められた冷媒は、再熱除湿用膨張弁57より流路抵抗の小さい電磁弁58を通って、配管55およびバイパス配管56を介して背面熱交換器53の分配器1Cの流入部8に導入される。この冷媒は、前面熱交換器52に導入された冷媒に比べ、冷媒蒸気12の割合が増加し、体積流量が増加している。そこで、背面熱交換器53の分配器1Cの絞り部9の開口面積が前面熱交換器52の分配器1の絞り部9に比べて大きくても、通過する冷媒を十分増速できる。
増速された冷媒は、背面熱交換器53の分配器1Cの環状流路部2内を循環しつつ、連通穴7a〜7cを介して伝熱管33a〜33c内に略均等に分配される。伝熱管33a〜33c内を流通する気液二相状態の冷媒は、筐体51の上面側から流入した空気19bとフィン32を介して熱交換され、空気19bが冷却され、室内に吹き出される。この時、冷媒液11が全て蒸発し、冷媒蒸気12となる。この冷媒蒸気12は、分岐合流部35に集められ、四方弁45を介して圧縮機41に戻されて再び圧縮される。
このように、冷房運転時における室内機50の前面熱交換器52および背面熱交換器53の冷媒流入側に分配器1,1Cを配設しているので、冷房運転時、気液二相状態の冷媒を各伝熱管に均等に分配することができ、前面熱交換器52および背面熱交換器53の伝熱性能が向上され、ルームエアコン102の性能、即ち冷房性能が向上される。
また、冷房運転時に、下流側の背面熱交換器53の分配器1Cの絞り部9の開口面積が、上流側の前面熱交換器52の分配器1の絞り部9の開口面積より大きくなっているので、冷媒が蒸発器として機能する前面熱交換器52および背面熱交換器53を通過する際の圧力損失を低減でき、ルームエアコン102のエネルギ効率が向上される。
また、冷房運転時に、下流側の背面熱交換器53の分配器1Cの絞り部9の開口面積が、上流側の前面熱交換器52の分配器1の絞り部9の開口面積より大きくなっているので、冷媒が蒸発器として機能する前面熱交換器52および背面熱交換器53を通過する際の圧力損失を低減でき、ルームエアコン102のエネルギ効率が向上される。
つぎに、ルームエアコン102の暖房運転について説明する。
まず、低温・低圧の冷媒蒸気が圧縮機41に吸入され、圧縮機41により圧縮され、高温・高圧の冷媒蒸気となって吐出され、四方弁45を介して室内機50の背面熱交換器53の分岐合流部35に導入される。分岐合流部35に導入された冷媒蒸気12は、連通穴36a〜36cを介して伝熱管33a〜33cに分配される。このとき、分岐合流部35に流入する冷媒蒸気は単相であるため、分配器1を用いなくとも、気液二相状態の場合ほど分配のバラツキは大きくならない。伝熱管33a〜33c内を流通する冷媒蒸気12は、筐体51の上面側から流入した空気19bとフィン32を介して熱交換され、空気19bが加熱され、室内に吹き出される。この時、冷媒蒸気12が凝縮し、冷媒液11の割合が次第に増加する。
まず、低温・低圧の冷媒蒸気が圧縮機41に吸入され、圧縮機41により圧縮され、高温・高圧の冷媒蒸気となって吐出され、四方弁45を介して室内機50の背面熱交換器53の分岐合流部35に導入される。分岐合流部35に導入された冷媒蒸気12は、連通穴36a〜36cを介して伝熱管33a〜33cに分配される。このとき、分岐合流部35に流入する冷媒蒸気は単相であるため、分配器1を用いなくとも、気液二相状態の場合ほど分配のバラツキは大きくならない。伝熱管33a〜33c内を流通する冷媒蒸気12は、筐体51の上面側から流入した空気19bとフィン32を介して熱交換され、空気19bが加熱され、室内に吹き出される。この時、冷媒蒸気12が凝縮し、冷媒液11の割合が次第に増加する。
伝熱管33a〜33cを流通した冷媒は、背面熱交換器53の分配器1Cに集められる。この暖房運転では、電磁弁58が開かれた状態であるので、この分配器1Cに集められた気液二相状態の冷媒は、再熱除湿用膨張弁57より流路抵抗の小さい電磁弁58を通って、配管55およびバイパス配管58を介して前面熱交換器52の分配器1Bの流入部8に導入される。分配器1Bの流入部8に導入された気液二相状態の冷媒は、環状流路部2内を循環しながら、連通穴7a〜7eを介して伝熱管33a〜33eに略均等に分配される。伝熱管33a〜33e内を流通する冷媒は、筐体51の前面側から流入した空気19aとフィン32を介して熱交換され、空気19aが加熱され、室内に吹き出される。この時、冷媒蒸気12が全て凝縮し、冷媒液11となる。この冷媒液11は、分配器1に集められ、膨張弁43で減圧された後、室外熱交換器42で蒸発され、冷媒蒸気12となって圧縮機41に戻されて再び圧縮される。
このように、暖房運転時における室内機50の前面熱交換器52の冷媒流入側に分配器1Bを配設しているので、暖房運転時、気液二相状態の冷媒を各伝熱管に均等に分配することができ、前面熱交換器52の伝熱性能が向上され、ルームエアコン102の性能、即ち暖房性能が向上される。
つぎに、ルームエアコン102の再熱除湿運転について説明する。
まず、低温・低圧の冷媒蒸気が圧縮機41に吸入され、圧縮機41により圧縮され、高温・高圧の冷媒蒸気となって吐出され、四方弁45を介して室外熱交換器42に導入される。冷媒蒸気は、室外熱交換器42で一部凝縮液化し、気液二相状態のまま減圧されずに膨張弁43を通過し、室内機50の前面熱交換器52の分配器1の流入部8に導入される。流入部8に導入された気液二相状態の冷媒は、環状流路部2内を循環しながら、連通穴7a〜7eを介して伝熱管33a〜33e内に略均等に分配される。伝熱管33a〜33e内を流通する気液二相状態の冷媒は、筐体51の前面側から流入した空気19aとフィン32を介して熱交換され、完全に凝縮して冷媒液11となる。
まず、低温・低圧の冷媒蒸気が圧縮機41に吸入され、圧縮機41により圧縮され、高温・高圧の冷媒蒸気となって吐出され、四方弁45を介して室外熱交換器42に導入される。冷媒蒸気は、室外熱交換器42で一部凝縮液化し、気液二相状態のまま減圧されずに膨張弁43を通過し、室内機50の前面熱交換器52の分配器1の流入部8に導入される。流入部8に導入された気液二相状態の冷媒は、環状流路部2内を循環しながら、連通穴7a〜7eを介して伝熱管33a〜33e内に略均等に分配される。伝熱管33a〜33e内を流通する気液二相状態の冷媒は、筐体51の前面側から流入した空気19aとフィン32を介して熱交換され、完全に凝縮して冷媒液11となる。
伝熱管33a〜33eを流通して冷媒液11となった冷媒は、前面熱交換器52の分配器1Bに集められる。この再熱除湿運転では、電磁弁58が閉じられており、この分配器1Bに集められた冷媒液11は、再熱除湿用膨張弁57で減圧され、冷媒液11と冷媒蒸気12が混在する低温・低圧の気液二相状態の冷媒となり、配管55を介して背面熱交換器53の分配器1Cの流入部8に導入される。この冷媒は、背面熱交換器53の分配器1Cの絞り部9で増速される。
増速された冷媒は、背面熱交換器53の分配器1Cの環状流路部2内を循環しつつ、連通穴7a〜7cを介して伝熱管33a〜33c内に略均等に分配される。伝熱管33a〜33c内を流通する気液二相状態の冷媒は、筐体51の上面側から流入した空気19bとフィン32を介して熱交換され、蒸発して冷媒蒸気12となる。この冷媒蒸気12は、分岐合流部35に集められ、四方弁45を介して圧縮機41に戻されて再び圧縮される。
ここで、前面熱交換器52を通過する空気19aは加熱され、背面熱交換器53を通過する空気19bは除湿冷却される。この加熱された空気19aと除湿冷却された空気19bとが混合し、低湿度の温度調整された空気となって室内に吹き出される。
このように、再熱除湿運転時における室内機50の前面熱交換器52および背面熱交換器53の冷媒流入側に分配器1,1Cを配設しているので、再熱除湿運転時、気液二相状態の冷媒を各伝熱管に均等に分配することができ、前面熱交換器52および背面熱交換器53の伝熱性能が向上され、ルームエアコン102の性能、即ち再熱除湿性能が向上される。
なお、上記実施の形態10では、背面熱交換器53が分配器1Cを伝熱管33a〜33cの一端に連結し、分岐合流部35を伝熱管33a〜33cの他端に連結しているものを用いるものとしているが、本構成の分配器が伝熱管33a〜33eの両端にそれぞれ連結されたものを背面熱交換器に用いてもよい。
また、上記実施の形態10では、前面熱交換器52の2つの分配器1,1Bと背面熱交換器53の1つの分配器1Cとを別体で構成するものとしているが、図12で説明した積層体構造を用いて、これらの3つの分配器1,1B,1Cを一体成形してもよい。この場合、部品点数が一層削減され、室内機の組立性が高められる。
また、冷房運転時に冷媒が分配器1,1B,1C、分岐合流部35と流れるようにしたが,分配器1B,1,1C、分岐合流部35と流すようにしてもよく、気液二相の冷媒が熱交換器に流入するときに,分配器1,1B,1Cを通過するような構成であればよい。
また、上記実施の形態10では、前面熱交換器52の2つの分配器1,1Bと背面熱交換器53の1つの分配器1Cとを別体で構成するものとしているが、図12で説明した積層体構造を用いて、これらの3つの分配器1,1B,1Cを一体成形してもよい。この場合、部品点数が一層削減され、室内機の組立性が高められる。
また、冷房運転時に冷媒が分配器1,1B,1C、分岐合流部35と流れるようにしたが,分配器1B,1,1C、分岐合流部35と流すようにしてもよく、気液二相の冷媒が熱交換器に流入するときに,分配器1,1B,1Cを通過するような構成であればよい。
実施の形態11.
上記実施の形態10では、前面熱交換器52の分配器1,1Bおよび背面熱交換器53の分配器1Cとして、環状流路部2を循環する冷媒が下降する第2直線部4をヘッダ部とする分配器を用いるものとしているが、この実施の形態11では、図18に示されるように、前面熱交換器52Aの分配器1A,1Dおよび背面熱交換器53Aの分配器1Eとして、環状流路部2を循環する冷媒が上昇する第1直線部3をヘッダ部とする分配器を用いるものとしている。
上記実施の形態10では、前面熱交換器52の分配器1,1Bおよび背面熱交換器53の分配器1Cとして、環状流路部2を循環する冷媒が下降する第2直線部4をヘッダ部とする分配器を用いるものとしているが、この実施の形態11では、図18に示されるように、前面熱交換器52Aの分配器1A,1Dおよび背面熱交換器53Aの分配器1Eとして、環状流路部2を循環する冷媒が上昇する第1直線部3をヘッダ部とする分配器を用いるものとしている。
この室内機50Aでは、分配器1Dは、分配器1Aに対して、第1直線部3に設けられた連通穴7a〜7eの位置が環状流路部2の流路中心を含む平面の逆側である点を除いて、同様に構成されている。そして、分配器1Aが、環状流路部2の流路中心を含む平面を5本の伝熱管33a〜33eの流路方向と直交するように、かつ熱交換部31のフィン配列方向の一側に配設されている。そして、5本の伝熱管33a〜33eの一端が、第1直線部3に設けられた連通穴7a〜7eのそれぞれに連結されている。また、分配器1Dは、環状流路部2の流路中心を含む平面を5本の伝熱管33a〜33eの流路方向と直交するように、熱交換部31のフィン配列方向の一側に、かつ分配器1Aの風下に、第1直線部3を分配器1Aの第1直線部3側に向けて、配設されている。そして、5本の伝熱管33a〜33eの他端が、第1直線部3に設けられた連通穴7a〜7eのそれぞれに連結されている。
背面熱交換器53Aでは、3本の伝熱管33a〜33cが配設され、分配器1Eの第1直線部3に設けられる連通穴7a〜7cおよび分岐合流部35に設けられる連通穴36a〜36cは3つである。
なお、冷媒が上昇する第1直線部3をヘッダ部としている分配器1A,1D,1Eを用いている点を除いて、上記実施の形態10と同様に構成されている。
なお、冷媒が上昇する第1直線部3をヘッダ部としている分配器1A,1D,1Eを用いている点を除いて、上記実施の形態10と同様に構成されている。
この実施の形態11においても、室内機50Aの前面熱交換器52Aおよび背面熱交換器53Aの気液二相冷媒の流入側に分配器1A,1Eを配設しているので、冷房運転時および暖房運転時に気液二相状態の冷媒を各伝熱管に均等に分配することができ、前面熱交換器52Aおよび背面熱交換器53Aの伝熱性能が向上される。
実施の形態12.
図19はこの発明の実施の形態12に係るルームエアコンの室内機における分配器の配置を説明する斜視図、図20はこの発明の実施の形態12に係るルームエアコンの室内機における分配器の配置を説明する断面図、図21はこの発明の実施の形態12に係るルームエアコンの冷媒回路図である。なお、図21中、冷房運転時の冷媒の流れを実線で示し、暖房運転時の冷媒の流れを点線で示している。
図19はこの発明の実施の形態12に係るルームエアコンの室内機における分配器の配置を説明する斜視図、図20はこの発明の実施の形態12に係るルームエアコンの室内機における分配器の配置を説明する断面図、図21はこの発明の実施の形態12に係るルームエアコンの冷媒回路図である。なお、図21中、冷房運転時の冷媒の流れを実線で示し、暖房運転時の冷媒の流れを点線で示している。
図19および図20において、空気調和機としてのルームエアコンの室内機50Bは、筐体51と、熱交換器30Fと、ラインフローファン54と、を備えている。
熱交換器30Fは、熱交換部31と同様に構成され、フィン配列方向を水平として、伝熱管配列方向を鉛直方向として筐体51内の前面側に配設された前面熱交換部60と、熱交換部31と同等に構成され、フィン配列方向を水平とし、上端側を前面熱交換部60の上端側に近接させ、かつ下端側を前面熱交換部60の下端側から離反させるように伝熱管配列方向を傾斜させ、前面熱交換部60の背面側に配設された背面熱交換部61と、前面熱交換部60および背面熱交換部61の伝熱管33a〜33hの一端に冷媒を分配する分配器1Fと、前面熱交換部60および背面熱交換部61の伝熱管33a〜33hの他端から排出される冷媒を合流させる分岐合流部62と、を備える。ここで、前面熱交換部60では、5本の伝熱管33a〜33eが配設され、背面熱交換部61では、3本の伝熱管33f〜33hが配設さている。
熱交換器30Fは、熱交換部31と同様に構成され、フィン配列方向を水平として、伝熱管配列方向を鉛直方向として筐体51内の前面側に配設された前面熱交換部60と、熱交換部31と同等に構成され、フィン配列方向を水平とし、上端側を前面熱交換部60の上端側に近接させ、かつ下端側を前面熱交換部60の下端側から離反させるように伝熱管配列方向を傾斜させ、前面熱交換部60の背面側に配設された背面熱交換部61と、前面熱交換部60および背面熱交換部61の伝熱管33a〜33hの一端に冷媒を分配する分配器1Fと、前面熱交換部60および背面熱交換部61の伝熱管33a〜33hの他端から排出される冷媒を合流させる分岐合流部62と、を備える。ここで、前面熱交換部60では、5本の伝熱管33a〜33eが配設され、背面熱交換部61では、3本の伝熱管33f〜33hが配設さている。
そして、分配器1Fは、流路方向を略鉛直方向として配置された第1直線部3、上端側を第1直線部3の上端側に近接させ、かつ下端側を第1直線部3の下端側から離反するように流路方向を傾斜させて配置された第2直線部4、第1および第2直線部3,4の上側端部同士を連結する上側接続部5、および第1および第2直線部3,4の下側端部同士を連結する下側接続部6からなり、流路中心が同一平面上に位置する環状に構成された環状流路部2と、第1直線部3の下端に接続された流入部8と、第1直線部3と流入部8との境界に設けられた絞り部9と、を備える。第1直線部3には、その流路方向に所定の間隔で5つの連通穴7a〜7eが設けられ、第2直線部4には、その流路方向に所定の間隔で3つの連通穴7f〜7hが設けられ、それぞれヘッダ部として機能する。
この分流器1Fは、環状流路部2の流路中心を含む平面が略鉛直となり、かつ第1直線部3と下側接続部6との連結部が環状流路部2の最下位置となるように配設される。分流器1Fは、環状流路部2の流路中心を含む平面を8本の伝熱管33a〜33hの流路方向と直交するように、前面熱交換部60および背面熱交換部61のフィン配列方向の一側に配設されている。そして、8本の伝熱管33a〜33hの一端が、連通穴7a〜7hのそれぞれに連結されている。
分岐合流部62は、一端が塞口した平滑管をV字状に折り曲げて作製され、5つの連通穴36a〜36eがV字状の一辺に流路方向に所定の間隔で穿設され、3つの連通穴36f〜36hがV字状の他辺に流路方向に所定の間隔で穿設されている。この分岐合流部62は、流路方向を鉛直面上として、塞口した一端を鉛直下方に向けて、前面熱交換部60および背面熱交換部61のフィン配列方向の一側に、かつ分流器1Fの風下に配設されている。そして、8本の伝熱管33a〜33hの他端が、連通穴36a〜36hのそれぞれに連結されている。
ラインフローファン54は、前面熱交換部60と背面熱交換部61との下端側に配設され、空気19a、19bを前面側および上面側から流入させ、前面熱交換部60および背面熱交換部61を通過させた後、室内に吹き出す。
空気調和機としてのルームエアコン103は、図21に示されるように、冷媒を圧縮するための圧縮機41、冷媒流路を切り換える四方弁45、室外熱交換器42、および膨張弁43からなる室外機40と、室内機50Bと、を備える。
そして、圧縮機41の冷媒吐出口が四方弁45を介して室外熱交換器42の入口に接続され、室外熱交換器42の吐出口が膨張弁43を介して室内機50Bの熱交換器30Fの分配器1Fの流入部8に接続され、熱交換器30Fの分岐合流部62の開放端が四方弁45を介して圧縮機41の冷媒吸入口に接続されている。
そして、圧縮機41の冷媒吐出口が四方弁45を介して室外熱交換器42の入口に接続され、室外熱交換器42の吐出口が膨張弁43を介して室内機50Bの熱交換器30Fの分配器1Fの流入部8に接続され、熱交換器30Fの分岐合流部62の開放端が四方弁45を介して圧縮機41の冷媒吸入口に接続されている。
このように構成されたルームエアコン103の冷房運転について説明する。
まず、低温・低圧の冷媒蒸気が圧縮機41に吸入され、圧縮機41により圧縮され、高温・高圧の冷媒蒸気となって吐出され、四方弁45を介して室外熱交換器42に導入される。室外熱交換器42に導入された冷媒蒸気は、室外空気と熱交換され、室外の空気を加熱しながら、冷媒液となり、膨張弁43にて減圧されて低温・低圧の気液二相状態の冷媒となり、室内機50Bの分配器1Fの流入部8に導入される。流入部8に導入された気液二相状態の冷媒は、絞り部9で増速されて、第1直線部3の流路方向に流入する。冷媒は、第1直線部3を上昇しつつ、連通穴7a〜7eから伝熱管33a〜33eに順次流入する。伝熱管33a〜33eに流入することなく上側接続部5に到達した冷媒は、第2直線部4を下降しつつ、連通穴7f〜7hから伝熱管33f〜33hに順次流入する。伝熱管33f〜33hに流入することなく第2直線部4の下端に到達した冷媒は、重力により下側接続部6を通って第1直線部3と下側接続部6との連結部に移動し、絞り部9から吹き出される冷媒の剪断力に引っ張られ、絞り部9から吹き出される冷媒と合流、混合され、第1直線部3を上昇する。流入部8から導入された冷媒は、このように環状流路部2内を循環しながら、連通穴7a〜7hを介して伝熱管33a〜33h内に略均等に分配される。
まず、低温・低圧の冷媒蒸気が圧縮機41に吸入され、圧縮機41により圧縮され、高温・高圧の冷媒蒸気となって吐出され、四方弁45を介して室外熱交換器42に導入される。室外熱交換器42に導入された冷媒蒸気は、室外空気と熱交換され、室外の空気を加熱しながら、冷媒液となり、膨張弁43にて減圧されて低温・低圧の気液二相状態の冷媒となり、室内機50Bの分配器1Fの流入部8に導入される。流入部8に導入された気液二相状態の冷媒は、絞り部9で増速されて、第1直線部3の流路方向に流入する。冷媒は、第1直線部3を上昇しつつ、連通穴7a〜7eから伝熱管33a〜33eに順次流入する。伝熱管33a〜33eに流入することなく上側接続部5に到達した冷媒は、第2直線部4を下降しつつ、連通穴7f〜7hから伝熱管33f〜33hに順次流入する。伝熱管33f〜33hに流入することなく第2直線部4の下端に到達した冷媒は、重力により下側接続部6を通って第1直線部3と下側接続部6との連結部に移動し、絞り部9から吹き出される冷媒の剪断力に引っ張られ、絞り部9から吹き出される冷媒と合流、混合され、第1直線部3を上昇する。流入部8から導入された冷媒は、このように環状流路部2内を循環しながら、連通穴7a〜7hを介して伝熱管33a〜33h内に略均等に分配される。
伝熱管33a〜33e内を流通する気液二相状態の冷媒は、筐体51の前面側から流入した空気19aとフィン32を介して熱交換され、空気19aが冷却され、室内に吹き出される。また、伝熱管33f〜33h内を流通する気液二相状態の冷媒は、筐体51の上面側から流入した空気19bとフィン32を介して熱交換され、空気19bが冷却され、室内に吹き出される。
伝熱管33a〜33hを流通した冷媒液11と冷媒蒸気12とが混合した気液二相状態の冷媒は、空気19a,19bと熱交換され、冷媒液11が全て蒸発し、冷媒蒸気12となる。この冷媒蒸気12は、分岐合流部62に集められ、四方弁45を介して圧縮機41に戻されて再び圧縮される。
このように、冷房運転時における室内機50Bの熱交換器30Fの冷媒流入側に分配器1Fを配設しているので、冷房運転時、気液二相状態の冷媒を各伝熱管33a〜33hに均等に分配することができ、熱交換器30Fの伝熱性能が向上され、ルームエアコン103の性能、即ち冷房性能が向上される。
つぎに、ルームエアコン103の暖房運転について説明する。
まず、低温・低圧の冷媒蒸気が圧縮機41に吸入され、圧縮機41により圧縮され、高温・高圧の冷媒蒸気となって吐出され、四方弁45を介して室内機50Bの熱交換器30Fの分岐合流部62に導入される。分岐合流部62に導入された冷媒蒸気12は、連通穴36a〜36hを介して伝熱管33a〜33hに分配される。このとき、分岐合流部62に流入する冷媒蒸気は単相であるため、分配器1Fを用いなくとも、気液二相状態の場合ほど分配のバラツキは大きくならない。伝熱管33a〜33e内を流通する冷媒蒸気12は、筐体51の前面側から流入した空気19aとフィン32を介して熱交換され、空気19aが加熱され、室内に吹き出される。伝熱管33f〜33h内を流通する冷媒蒸気12は、筐体51の上面側から流入した空気19bとフィン32を介して熱交換され、空気19bが加熱され、室内に吹き出される。
まず、低温・低圧の冷媒蒸気が圧縮機41に吸入され、圧縮機41により圧縮され、高温・高圧の冷媒蒸気となって吐出され、四方弁45を介して室内機50Bの熱交換器30Fの分岐合流部62に導入される。分岐合流部62に導入された冷媒蒸気12は、連通穴36a〜36hを介して伝熱管33a〜33hに分配される。このとき、分岐合流部62に流入する冷媒蒸気は単相であるため、分配器1Fを用いなくとも、気液二相状態の場合ほど分配のバラツキは大きくならない。伝熱管33a〜33e内を流通する冷媒蒸気12は、筐体51の前面側から流入した空気19aとフィン32を介して熱交換され、空気19aが加熱され、室内に吹き出される。伝熱管33f〜33h内を流通する冷媒蒸気12は、筐体51の上面側から流入した空気19bとフィン32を介して熱交換され、空気19bが加熱され、室内に吹き出される。
伝熱管33a〜33hを流通した冷媒蒸気12は、空気19a,19bと熱交換されて凝縮し、冷媒液11となる。この冷媒液11は、分配器1Fに集められ、膨張弁43で減圧された後、室外熱交換器42で蒸発され、冷媒蒸気12となって圧縮機41に戻されて再び圧縮される。
なお、上記実施の形態12では、分配器1Fを伝熱管33a〜33hの一端に連結し、分岐合流部62を伝熱管33a〜33hの他端に連結している熱交換器30Fを用いるものとしているが、本構成の分配器を伝熱管33a〜33hの両端にそれぞれ連結した熱交換器を用いてもよい。
また、上記実施の形態12では、伝熱管33a〜33hが分配器1Fに連結される一端を前面熱交換部60および背面熱交換部61の風上側に位置するように配設されているものとしているが、伝熱管33a〜33hは分配器1Fに連結される一端を前面熱交換部60および背面熱交換部61の風下側に位置するように配設されてもよい。
また、上記実施の形態12では、伝熱管33a〜33hが分配器1Fに連結される一端を前面熱交換部60および背面熱交換部61の風上側に位置するように配設されているものとしているが、伝熱管33a〜33hは分配器1Fに連結される一端を前面熱交換部60および背面熱交換部61の風下側に位置するように配設されてもよい。
また、上記実施の形態12では、分配器1Fは管体を接合して作製してもよいし、実施の形態7〜9で説明した積層体構造を用いて作製してもよい。
また、上記実施の形態12では、前面熱交換部60と背面熱交換部61との2つの熱交換部を有するものとしているが、3つ以上の熱交換部を有してもよい。この場合、フィン配列方向を平行とし、伝熱管の一端がフィン配列方向の一側のフィン配列方向と直交する同一平面上に位置するように各熱交換部を配置し、1つの分配器を各熱交換器の伝熱管の一端に接続すれば、1つの分配器で冷媒を各熱交換部の伝熱管に略均等に分配することができる。
また、上記実施の形態12では、前面熱交換部60と背面熱交換部61との2つの熱交換部を有するものとしているが、3つ以上の熱交換部を有してもよい。この場合、フィン配列方向を平行とし、伝熱管の一端がフィン配列方向の一側のフィン配列方向と直交する同一平面上に位置するように各熱交換部を配置し、1つの分配器を各熱交換器の伝熱管の一端に接続すれば、1つの分配器で冷媒を各熱交換部の伝熱管に略均等に分配することができる。
なお、上記各実施の形態では、熱交換部が細長の矩形平板状のフィンを互いに平行に配列して直方体に作製されているものとしているが、フィンは細長の矩形平板状に限定されるものではなく、曲率を有する湾曲平板状に作製されていてもよい。この場合、伝熱管の端部は直線状ではなく湾曲して配列されるので、分配器のヘッダ部の形状を伝熱管の端部の配列状態に合わせて湾曲させることになる。このように、分配器の環状流路部は、直線部を含む必要はなく、流路中心が同一鉛直面上に位置していればよい。そして、流入部は環状流路部の最下位置に下方から連結されていればよい。さらに、絞り部は環状流路部と流入部との境界に配設され、流入部から環状流路部に流入する流体を増速して環状流路部の流路方向に吹き出すように形成すればよい。
また、上記各実施の形態では、平行に配列された多数枚のフィンを用いた熱交換器を示したが、フィンの形状は任意であり、例えば、フィンを波状にしたコルゲート式の熱交換器であってもよい。さらに、フィンを用いなくともよく、例えば、二重管式の熱交換器やプレート式の熱交換器であってもよい。
1,1A,1B,1C,1D,1E,1F 分配器、2 環状流路部、7a〜7j 連通穴、8 流入部、9 絞り部、10 螺旋溝、21,21A,21B 底側プレート、26,26A 上蓋プレート、28 中間プレート、30,30A,30B,30C,30D,30E,30F 熱交換器、31,31A 熱交換部、32 フィン、33a〜33h 伝熱管、35 分岐合流部、36a〜36h 連通穴、50,50A,50B 室内機、52,52A 前面熱交換器、53,53A 背面熱交換器、60 前面熱交換部、61 背面熱交換部、62 分岐合流部、100,101 空気調和機、102,103 ルームエアコン(空気調和機)。
Claims (17)
- 流体分岐用の複数の連通穴が設けられて構成されるヘッダ部を有し、流路中心が同一平面上に位置する環状に構成され、該平面が略鉛直となるように配設される環状流路部と、
上記環状流路部の最下位置に下方から連結された流入部と、
上記環状流路部と上記流入部との境界に設けられ、該流入部から流入する流体を増速して該環状流路部の流路方向に吹き出す絞り部と、を備えたことを特徴とする分配器。 - 上記ヘッダ部が、上記環状流路部内を流通する上記流体の流れが上昇流となる該環状流路部の領域に形成されていることを特徴とする請求項1記載の分配器。
- 上記ヘッダ部が、上記環状流路部内を流通する上記流体の流れが下降流となる該環状流路部の領域に形成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の分配器。
- 上記ヘッダ部が形成されている上記環状流路部の領域の内壁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乃至請求項3のいずれか1項に記載の分配器。
- 上記絞り部は、上記流入部の端部をクロージング加工と穴加工することにより、切頭円錐状または切頭半球状に変形して構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の分配器。
- 複数枚のプレートを積層一体化して作製された積層体を備え、
上記環状流路、上記流入部、および絞り部が、上記積層体の内部に形成され、かつ上記複数の連通穴が、上記環状流路部のヘッダ部と外部とを連通するように上記積層体に形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の分配器。 - 複数の伝熱管と、
上記請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の分配器で構成された第1分配器と、を備え、
上記複数の伝熱管の一端が、上記第1分配器の上記ヘッダ部に設けられた上記複数の連通穴のそれぞれに連結されていることを特徴とする熱交換器。 - 上記第1分配器は、上記環状流路部の流路中心が位置する上記平面が、該環状流路部の上記複数の連通穴から分岐して上記複数の伝熱管内を流れる上記流体の流れ方向に対して略直交するように、配設されていることを特徴とする請求項7記載の熱交換器。
- 上記請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の分配器で構成された第2分配器を更に備え、
上記複数の伝熱管の他端が、上記第2分配器の上記ヘッダ部に設けられた上記複数の連通穴のそれぞれに連結されていることを特徴とする請求項7又は請求項8記載の熱交換器。 - 上記複数の伝熱管の両端が同一平面上に配列され、
上記第1および第2分配器の上記ヘッダ部に設けられた上記複数の連通穴が上記複数の伝熱管の両端部のそれぞれに連結され、
上記第1および第2分配器は、上記環状流路部の流路中心が位置する上記平面が、該環状流路部の上記複数の連通穴から分岐して上記複数の伝熱管内を流れる上記流体の流れ方向に対して略直交するように、並設されていることを特徴とする請求項9記載の熱交換器。 - それぞれ複数の伝熱管を有する複数の熱交換部と、
上記請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の分配器で構成された第1分配器と、を備え、
上記複数の熱交換部が、それぞれ、上記複数の伝熱管の一端が同一平面上に位置するように配設され、上記第1分配器の上記ヘッダ部に設けられた上記複数の連通穴が上記複数の熱交換部のそれぞれの上記複数の伝熱管の一端に連結され、
上記第1分配器は、上記環状流路部の流路中心が位置する上記平面が、該環状流路部の上記複数の連通穴から分岐して上記複数の伝熱管内を流れる上記流体の流れ方向に対して略直交するように、配設されていることを特徴とする熱交換器。 - 上記請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の分配器で構成された第2分配器を更に備え、
上記複数の熱交換部のそれぞれの上記複数の伝熱管の他端が上記複数の伝熱管の一端と同一平面上に位置し、上記第2分配器の上記ヘッダ部に設けられた上記複数の連通穴が上記複数の熱交換部のそれぞれの上記複数の伝熱管の他端に連結され、
上記第2分配器は、上記環状流路部の流路中心が位置する上記平面が、該環状流路部の上記複数の連通穴から分岐して上記複数の伝熱管内を流れる上記流体の流れ方向に対して略直交するように、配設されていることを特徴とする請求項11記載の熱交換器。 - 上記複数の伝熱管に扁平管または楕円管を用いたことを特徴とする上記請求項7乃至請求項12のいずれか1項に記載の熱交換器。
- 請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の分配器が3つ以上設けられたことを特徴とする上記請求項7乃至請求項13のいずれか1項に記載の熱交換器。
- 請求項7乃至請求項14のいずれか1項に記載の熱交換器が搭載されていることを特徴とする空気調和機。
- 請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の分配器が流体の流れ方向に複数個直列に設けられており、
上記分配器の上記絞り部の開口面積が、上記分配器が設けられた熱交換器が蒸発器として動作する際の流体の流れ方向の下流側ほど大きくなっていることを特徴とする請求項15記載の空気調和機。 - 請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の分配器が,室内機に総計3つ以上設けられていることを特徴とする上記請求項15又は請求項16記載の空気調和機。
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