JP3205673B2 - 冷媒分流器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧縮冷凍器等の冷媒流
の回路において冷媒の流れを複数の経路に分岐させる冷
媒分流器に関するものであり、特に、冷媒流量が変化す
る冷媒回路に用いられる冷媒分流器に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】物質の気相状態における圧縮や膨張に伴
う熱変化と、液相−気相間での相変化に伴う熱の吸収お
よび放出を利用した冷却法に圧縮式冷凍法があり、空調
機器をはじめとして種々の冷却装置で利用されている。
圧縮式冷凍装置は、相変化する媒質すなわち冷媒を閉回
路内で循環させ、その循環経路において冷媒の圧縮、凝
縮、蒸発、膨張のサイクルを行い、冷却対象を冷却する
ものである。

【０００３】その基本構成を図１に模式的に示す。ま
ず、気相状態にある冷媒は圧縮機によって圧縮される。
圧縮された冷媒は温度上昇するが、凝縮器において外部
から冷却されることにより大部分が液化する。この冷却
された液相と気相の２相状態の冷媒は、熱交換器におい
て冷却対象と熱交換し、対象を冷却する。ここでの冷却
対象は、例えば空調機器の場合は室内空気である。対象
から奪った熱は冷媒が液相から気相へと変化する際の気
化熱として吸収される。熱交換後の冷媒はほとんど全て
気相状態になっており、これが再び圧縮機で圧縮され、
凝縮器で凝縮され、循環する。

【０００４】熱交換器内には冷媒を通し、冷媒と冷却対
象との熱交換を行うための伝熱管が配設されている。熱
交換は冷媒の流路が長いほど、すなわち伝熱管の総経路
が長いほど効率がよい。また、冷媒の単位体積あたりの
表面積が大きいほど、すなわち冷媒が流れる伝熱管の径
が小さいほど、熱交換効率は向上する。このため通常、
冷媒の流路を複数に分岐させ、熱交換器内に複数の伝熱
管を配する方法が採られている。近年では冷却システム
の多様化、小型化のために、伝熱管の細径化、多岐化が
著しい。

【０００５】熱交換器内を流れる冷媒の経路の複数化
は、図１に示したように熱交換器に冷媒が流入する前に
冷媒分流器を設置することによりなされる。この冷媒分
流器から送り出される冷媒の経路は、熱交換器の伝熱管
の数だけ必要になる。

【０００６】最も簡素な構成の冷媒分流器の例を図２４
に示す。この冷媒分流器３１は、内部が中空の分流器本
体３２の一端に冷媒を流入させる流入管３３と、他端に
冷媒を流出させる複数の流出管３４が設けられている。
流出管３４はそれぞれ熱交換器の伝熱管に接続される。
流入管３３から流入した冷媒は本体３２内部を通過した
後、複数経路に分岐して流出管３４を経て熱交換器へと
流れる。

【０００７】冷媒は冷媒分流器３１に流入する以前に、
凝縮器において液化されているが、完全に液相になって
いるわけではなく、液相と気相とが混じり合った状態に
なっている。この２相状態のまま分流器３１により分流
がなされることになるが、これは次の問題をもたらす。

【０００８】液相と気相とは本来分離しがちであり、均
一に混合した状態にはなりにくい。すなわち液相は液
相、気相は気相で集合する性質があるため、冷媒分流器
３１内部においても液相と気相の分布に偏りが生じる。
冷媒は分流器内部で流動するものの偏った分布のまま移
動し流出管３４に至る。したがって、各流出管３４には
均等量の冷媒が流れるのではなく、その取付位置によっ
て、気相が多く流れるものと液相が多く流れるものが生
じる。

【０００９】この現象は冷媒の偏流と呼ばれるが、偏流
が生じると、熱交換器内の各伝熱管を流れる冷媒の量に
差が生じる。気相を多く含む冷媒が流れる伝熱管は、液
相冷媒が少ないために、全てが気化しても冷却対象から
奪った熱を気化熱として吸収できずに、温度上昇してし
まう。一方、偏流により所定量より多くの液相を含む冷
媒が流れる伝熱管においては、その伝熱管の全経路を冷
媒が通過した後も低温の液相冷媒が多量に存在すること
になる。

【００１０】このため、伝熱管ごとに熱交換にムラが生
じ熱交換器における熱交換の効率が低下してしまう。さ
らに、低温の液相冷媒が多量に残存する伝熱管には結露
が発生するという問題も生じる。

【００１１】偏流に起因するこれらの不都合を解消する
ために、冷媒分流器にいくつかの改良が加えられてい
る。

【００１２】図２５に示した冷媒分流器３１には、本体
３２内部に絞り弁３５が設けられている。この分流器３
１は、冷媒を強制的に絞り弁３５の小径口３５ａを通過
せしめ、これにより気相を細分化するとともに、高速に
なった冷媒流により本体３２内部の冷媒を撹拌して冷媒
の均一化を図り、偏流を抑制するものである。

【００１３】図２６の冷媒分流器３１の流入管３３は、
本体３２との接続部近傍を複数の小径管３３ａで構成し
たものである。この小径管３３ａは螺旋状に束ねられて
いる。流入管３３から分流器本体３２に流入する冷媒
は、小径管３３ａを通過することにより気相も液相も細
分化される。さらに小径管３３ａの螺旋状配置により、
本体３２に流入した冷媒は螺旋状に回転しながら流出管
３４へと向かい、その間冷媒が撹拌されて液相と気相が
均一に混合され、偏流の発生が抑制される。

【００１４】このように、分流器内部での偏流の発生を
抑え、熱交換器での熱交換効率を向上させる試みはある
程度成功している。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、偏流の
発生は冷媒の流量にも大きく影響される。上記の図２５
や図２６の冷媒分流器３１は、各流出管３４から均等量
の冷媒を流出させるために、本体３２内部で冷媒を撹拌
することで気相と液相を均一に混合するように構成され
ている。ある程度の冷媒流量がある場合には、この撹拌
は予定通りになされ、冷媒の均一な混合がなされる。し
かし、積極的な撹拌機構が設けられているわけではな
く、冷媒の流速を利用して撹拌させるため、冷媒の流量
が少なければ、所期の撹拌効果が得られなくなる。

【００１６】図２５の絞り弁３５を備えたものでは、流
入管３３の内断面積よりも孔面積が小さい小径口３５ａ
を通過する冷媒が高速になるため、これを通過したあと
の冷媒が撹拌される。しかし、流入管３３から流入する
冷媒量が所定量から減少するに従い小径口３５ａを通過
する冷媒の流速も下がり、撹拌効率も低下する。逆に所
定量よりも多量の冷媒が流入すると、小径口３５ａを通
過した高速の冷媒流が直接流出管３４に達することにな
り、流出管３４の取付位置によっては流出する冷媒量に
差が生じ得る。

【００１７】図２６の流入管３３を小径管３３ａで形成
したものでは、小径管３３ａの束を螺旋状に形成するこ
とで、本体３２に流入した冷媒が旋回し、これによって
撹拌が行われる。この場合も、冷媒の流入量が低減すれ
ば、小径管３３ａから流入した冷媒は低速であるため
に、所期の撹拌効率は得られないことになる。

【００１８】いずれの例においても、気相と液相を細分
化することで溶媒の混合を促進する効果は残存するが、
これも冷媒流量の減少にともない低減する。このよう
に、固定径の絞り弁や、冷媒流路を規制する固定された
手段を備えた冷媒分流器では、冷媒の流量変化に応じて
効果的に混合をし偏流の発生を抑制することは困難であ
る。

【００１９】特に、最近では熱負荷に応じて冷媒流量を
変化させるインバータ方式の冷却装置が多用されるよう
になってきている。上述の理由により、従来の冷媒分流
器では、冷媒流量が変化するこのような冷却装置には十
分対応することができない。また、偏流の発生は分流器
の設置姿勢にも影響を受ける。上記の図２５や図２６の
冷媒分流器３１は、流入管３３が下方に流出管３４が上
方になるよう設置すれば、冷媒の流れに対する各流出管
の位置の対称が保たれるが、分流器３１を横置きに設置
すると流出管３４の位置対称性は保たれなくなる。気相
は液相よりも軽く、横置きに設置された場合、本体３２
内の上部には気相が多く含まれ、下部には液相が多く存
在することになり、上方の流出管と下方の流出管とでは
流出する冷媒量に差が生じる。

【００２０】気相、液相の細分化と冷媒の撹拌が理想的
になされていればこの問題は生じないが、実際には既述
のように、撹拌が十分に行えない場合もある。そうする
と分流器３１の設置姿勢は縦置きに限定され、取付場所
にも制約が加えられることになる。

【００２１】本発明は、冷媒の流量や設置姿勢にかかわ
らず所望の流量比に分流を行う冷媒分流器、および安定
して均等量の分流を行う冷媒分流器を供することを目的
とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、冷媒を取り入れる流入管と冷媒を流出
させる複数の流出管を有し断面が円形で中空の本体と、
該本体の内部に設けられ冷媒通過経路となる複数の開口
を有する円盤状のマグネットロータと、前記本体の外周
に設置され前記マグネットロータを回転させるステータ
とから成り、各流出管からの冷媒流出量に起因して生じ
る物理量を検出して、検出した物理量に基づきステータ
によりマグネットロータを回転移動させてマグネットロ
ータの開口を所望の位置に停止させることで、各流出管
から流出する冷媒量比を制御するようにしている。

【００２３】

【００２４】

【００２５】上記構成において、マグネットロータの開
口を円形に形成し、その周縁に内側に向けて突出する複
数個の凸部が設けられている。

【００２６】

【００２７】そして、断面が円形で中空の分流器本体の
内部に、冷媒通過経路となる複数の開口を有する円盤状
のマグネットロータを設け、このマグネットロータに近
接してこれと平行に、冷媒通過経路となる複数の開口を
有する開口板を固定設置して、マグネットロータの開口
と固定開口板の開口との重なりにより通過する冷媒に対
する絞りを形成する。本体の外周にはマグネットロータ
を回転させるステータを設置し、このステータによりマ
グネットロータを回転移動させて開口の重なり面積を変
化させることで絞りを調節する。

【００２８】

【００２９】可動開口板を停止させてその開口により冷
媒流路を設定すると、冷媒の分流量に差が生じるが、開
口位置を変えれば新たな冷媒流路が設定され分流量の違
いも変化する。こうして冷媒流路を変化させることによ
り、所望の流量比に分流することが可能になる。この分
流量比の調節を、分流量に起因して生じる物理量を測定
してこれに基づいて行うと、その物理量を所望値に合致
させるのに適した流量比での分流ができる。

【００３０】

【００３１】

【作用】開口を有するマグネットロータを本体内部に設
け、これを本体外周に設置したステータによって回転さ
せる構成では、マグネットロータの開口により冷媒流路
が設定される。マグネットロータの回転移動により冷媒
流路は変えられるので、各流出管から流出する冷媒の流
量が調節できる。この分流量の調節を、分流量に起因し
て生じる物理量、例えば各分流冷媒の熱交換後の温度、
に基づいて行うと、適切な流量比での分流がなされる。

【００３２】また、マグネットロータの開口を円形に形
成し、その周縁に内側に向けて突出する複数個の凸部が
設けられた構成により、冷媒に与えられる回転力が増
し、冷媒が旋回混合され冷媒循環量の変化による分流の
不安定を防ぐことができる。

【００３３】分流器本体内部に、開口を有するマグネッ
トロータと固定開口板とを設け、本体外周にステータを
設置した構成では、マグネットロータの開口と固定開口
板の開口の重なりによって冷媒流路が設定される。マグ
ネットロータと固定開口板とは近接して配置されている
ので、この流路は絞りとして機能する。冷媒はこの絞り
を通過することにより細分化と高速化がなされ撹拌混合
される。マグネットロータはステータによって回転移動
できるので、開口の重なりすなわち絞りの大きさを調節
でき、したがって撹拌を調節制御することができる。

【００３４】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。ここに示す全ての実施例においては、
冷媒を４経路に分流する分流器の例を掲げ、このため流
出管の数を４本として示すが、本発明は４経路への分流
に限らず、任意の数の経路に冷媒を分流させる冷媒分流
器に用いられるものである。

【００３５】図２に本発明第１実施例の冷媒分流器の外
観を示し、図３にその断面を模式的に示す。また、図５
に本分流器が取り付けられる冷媒回路の主要部の構成を
模式的に示した。冷媒分流器１は、両端部を除く中央部
が円筒状の本体２から成り、本体２の一端には冷媒を本
体２の内部に流入させる流入管３が接続され、他端には
冷媒を流出させる４本の流出管４が接続されている。流
出管４と本体２との接続部である流出口５は同じ直径の
円になっており、各流出口５の中心は、本体２の円筒の
中心線の延長上の点を中心とする円周上に等間隔に配置
されている。

【００３６】本体２の内部には図４に示した円盤状に形
成されたフェライト製のマグネットロータ６が配置され
ている。このロータ６は、流出管４が接続されている端
部に近い位置に、本体２の円筒の中心線に対して垂直に
配置され、周辺部をベアリング（不図示）により支持さ
れており、前記中心線を軸として回転する。ロータ６の
周辺部と本体２の間隙はシール材により密閉されている
（不図示）。

【００３７】ロータ６の位置に対応する本体２の外周に
は、磁力を発生しロータ６を回転させるステータ７が固
定設置されている。図５に示したように、ステータ７は
マイクロコンピュータから成るコントローラ９に接続さ
れており、コントローラ９によって磁力の発生が制御さ
れる。したがってロータ６はコントローラ９により回
転、停止が制御されることになる。

【００３８】円盤状のロータ６は所定の厚さを有する
が、その厚さ方向に沿って貫通し断面が円形の４つの開
口８が設けられている。すなわち開口８はいずれも円柱
状で本体２の円筒の中心線と平行になっている。本体中
心線から各開口８の中心線までの距離は、本体中心線か
ら流出口５の中心までの距離と等しく、さらに、開口８
同士の中心間距離も等間隔に設定されている。したがっ
て、ロータ６の停止位置によっては各開口８の中心線の
延長上に流出口５の中心が存在し、開口８と流出口５と
が全て対向する状態になる。

【００３９】４つの開口８は、大口径の大開口８Ｌ、小
口径の小開口８Ｓそれぞれ１つと、中口径の２つの中開
口８Ｍから構成され、図４に示したように、大開口８Ｌ
と小開口８Ｓのそれぞれの両隣には中開口８Ｍが位置す
るように配置される。大開口８Ｌの直径は流出口５の直
径とほぼ等しくなっており、中開口８Ｍ、小開口８Ｓは
流出口５よりも小さい。

【００４０】一方、冷媒分流器１が取り付けられる熱交
換器１１には４本の伝熱管１２が配設されており、伝熱
管１２の一端は分流器１の流出管４に接続されている。
図５に示すように、伝熱管１２の他端近傍の外表面に
は、熱交換後の冷媒の温度を検出するための温度センサ
１０がそれぞれ設けられている。温度センサ１０による
検出温度はコントローラ９に送られ、冷媒分流器１の制
御に利用される。なお、図５の矢印Ｆは冷媒の流れを示
す。

【００４１】上記のように構成された冷媒分流器１にお
いて、図１の凝縮器で液化された冷媒は、液相と気相の
２相状態で流入管３から分流器本体２に流入する（図３
矢印Ａ）。本体２内部では冷媒はロータ６によりその流
路を遮られるが、ロータ６に設けられた開口８を通過し
て流出口５に向かう。この際、ロータ６と本体２との間
はシールされているため、冷媒がその間隙を通過するこ
とはなく、流入した冷媒は４つの開口８のいずれかを通
過することになる。流出口５から流出（図３矢印Ｂ）し
た冷媒は、流出管４を経て、熱交換器１１の伝熱管１２
を流れる。

【００４２】伝熱管１２を通過中に冷媒は冷却対象と熱
交換し対象から熱を奪う。奪った熱は液相状態にある冷
媒の気化熱として吸収され、これにより冷媒はほとんど
気相状態になる。熱交換後の冷媒は熱交換器１１を出
て、１つの流路に集められ、図１の圧縮機へと流れここ
にて圧縮され、次いで凝縮器で冷却、凝縮されて、再び
冷却回路を循環する。

【００４３】冷却装置運転開始時には、ロータ６は開口
８が流出口５に対向する位置に停止している。ロータ６
は流出口５に近接して配置されているので開口８を通過
した冷媒はほぼ直進し、対向する流出口５から流出管４
へと流出する。大開口８Ｌに対向した流出口からは多量
の冷媒が流出し、小開口８Ｓに対向した流出口からは少
量の冷媒が流出する。したがって運転開始時には各流出
管５から流出する冷媒量には差が生じ、伝熱管１２を流
れる冷媒量も均等ではない。

【００４４】少時経過後、ロータ６を９０゜回転させる
制御信号をコントローラ１０からステータ７に送り、ロ
ータ６を回転させる。９０゜の回転により大開口８Ｌが
対向していた流出口には中開口８Ｍが対向し、小開口８
Ｓが対向していた流出口にはもう１つの中開口８Ｍが対
向する。これにより、運転開始時に生じた不均等な冷媒
流とは異なる、新たな不均等な冷媒流出が生じる。少時
経過後、ロータ６を同方向にさらに９０゜回転させる。
この回転により最初大開口８Ｌが対向していた流出口に
は小開口８Ｓが対向し、同様に小開口８Ｓが対向してい
た流出口には大開口８Ｌが対向する。この状態では運転
開始時の不均等を相殺する不均等な冷媒流出が生じてい
る。

【００４５】ロータ６の９０゜ずつの回転をさらに２回
行うと、ロータ６は運転開始時から１回転したことにな
り、この間に各流出口５から流出した冷媒量は等しくな
る。このように各流出管４から流出する冷媒量は、開口
８の停止位置にかかわらずいかなる時点においても均等
ではない。しかし、ロータ６の各位置での停止時間を一
定にし、上記のようにロータ６を９０゜ずつ回転させる
ことを繰り返すうちに、時間平均すると各流出管４から
の冷媒流量は均等になる。ロータ６の停止時間を数秒か
ら数十秒に設定すれば、実質上十分に均等な冷媒分流が
達成される。

【００４６】ところで、一般に熱交換器内部での伝熱管
の配設は対称的にはなされていない。また、例えば空調
装置の場合、冷却対称である空気を送風して冷媒との熱
交換を行っているが、熱交換機内での送風量にも部位に
よって偏りがある。したがって、冷媒の分流が均等にな
されていて各伝熱管を流れる冷媒量に差がなくても、伝
熱管ごとに熱交換効率に差が生じる。

【００４７】これが甚だしい場合には、ある伝熱管では
冷媒が全て気化しても奪った熱を気化熱として吸収する
ことができずに温度上昇を起こし、他の伝熱管では液相
の冷媒が多量に残ったまま熱交換器から流出するという
不都合が生じる。これは冷却効率の著しい低下を招くの
みならず、低温の伝熱管への結露により装置や設置環境
への悪影響を及ぼす。

【００４８】このような熱交換の偏りが熱交換器１１に
ある場合には、分流器１の各流出管４への冷媒流量を均
等にするのではなく、逆に積極的に流量比を変化させて
熱交換の偏りを補う。図５に示したように、本実施例の
熱交換器では各伝熱管１２の冷媒流出端近傍に温度セン
サ１０が付設されており、熱交換後の冷媒温度を検出す
ることができる。検出された各伝熱管１２の温度は、コ
ントローラ９によるロータ６の回転の制御に用いられ
る。

【００４９】冷却装置の運転開始後は各停止位置でのロ
ータ６の停止時間を均等にし冷媒を均等量に分流する
が、４本の伝熱管１２のうちある一つの温度が他のもの
に比べて上昇した場合には、大開口８Ｌがその伝熱管１
２に接続された流出管４の流出口５に対向する時間を長
くする。これにより、その伝熱管１２にはそれまで以上
の冷媒が流れることになり、冷媒流量不足に起因する温
度上昇が解消されると共に、熱交換器１１の熱交換効率
が向上する。

【００５０】逆に、一つの伝熱管１２が他のものに比べ
温度が低い場合には、その伝熱管１２に対応する流出口
５に小開口８Ｓを対向させる時間を長くし、その伝熱管
１２を流れる冷媒量を減少させる。その結果、熱交換に
寄与しない過剰な冷媒の流出が抑制され、熱交換器１１
の熱交換効率が向上する。２本の伝熱管１２の温度が他
の２本と異なる場合にも、同様に、大開口８Ｌおよび小
開口８Ｓの対向する時間を適宜調節することにより、適
切な流量比に分流して、熱交換器１１で均等な熱交換を
行うことができる。

【００５１】冷媒流路としてロータ６に設けられた開口
８は、上記実施例では口径を大開口８Ｌ、中開口８Ｍ、
小開口８Ｓの三段階に設定しているが、これに限らず、
例えば図６のように、１つの大開口８Ｌと３つの中開口
８Ｍとしてもよい。この場合も９０゜ごとに停止させる
ロータ６の停止時間を一定にすれば、時間平均して均等
な冷媒分流がなされる。また、特定の流出口に対し大開
口８Ｌが対向する時間を他の流出口と比べ相対的に長く
または短くすることで、その流出口から流出する冷媒量
を相対的に多くまたは少なくすることができる。したが
って、任意の流量比への分流が可能である。

【００５２】さらに、ロータ６に設けられた開口８が１
つであっても流量制御は可能である。ただしこの場合
は、流出口５に開口８が対向するか否かで流量に大きな
差が生じるため、ロータ６の回転を頻繁に行う必要があ
ろう。

【００５３】冷媒分流器１内部での冷媒の流路を設定す
る本法は、ロータ６の設置位置とその厚さにより、流路
設定の効率が変わる。ロータ６を流出口５が設けられた
本体２端からあまりに離して設置すれば、開口８を通過
後の冷媒流は流出口５に向かって直進せず、全ての開口
８を通過した冷媒が混じり合い、流出口５から流出する
冷媒を所望の流量比に設定することが難しくなる。した
がって、本実施例では図３に示したように流出口近傍に
ロータ６を設置している。

【００５４】また、開口８を通過後の冷媒流を直進させ
るためにはロータ６の厚さは厚いほどよい。これがあま
りに薄いと開口８を通過後の冷媒は直進せずに混じり合
い、流出口５からの冷媒流出量を所望の比に設定できな
い。しかし、厚すぎるとマグネットロータ６が重くな
り、これを駆動させるステータ７としてより大型のもの
が必要になる上、多くの駆動電力を要する。本実施例で
は、ロータ６の厚さは、ロータ６から流出口５までの距
離とほぼ同じに設定している。

【００５５】このように、本実施例では、分流器１内部
の冷媒流路をロータ６に設けた大きさの異なる開口８に
より設定し、流路をロータ６の回転によって調節するの
で、均等な分流に加え、任意の比率での冷媒分流が可能
である。したがって、熱交換器において送風量の偏り等
に起因して伝熱管ごとに熱交換効率に差がある場合で
も、それに対応して適切な流量比に冷媒を分流すること
ができる。その結果、熱交換器全体としての熱交換効率
が向上する。また、過剰な冷媒が流れることにより熱交
換後に多量の液相が残存することで伝熱管に結露が発生
する不都合も解消される。

【００５６】さらに、分流器１を縦置きだけでなく横置
きに設置することも可能である。横置きに設置すると、
気相は液相よりも軽いため、上方に設けられた流出口か
らは、多くの気相状態の冷媒が流出し液相状態の冷媒流
出が減少する。これは、その流出口に接続された流出管
および伝熱管の冷媒流量が減少することを意味する。本
実施例の分流器１では、開口８の位置により流出する冷
媒流量を制御するので、上方に設けられた流出口に対し
大開口８Ｌが対向する時間を長くすることで、その冷媒
流出量不足を補うことができる。したがって、分流器１
を横置きに設置しても冷媒流量に関して何の問題も生じ
ない。冷媒分流器を縦置きだけでなく横置きにも設置し
得るということは、分流器の熱交換器への取り付けに自
由度が増すということであり、全体として装置の小型化
がなされる。

【００５７】本発明の第２の実施例の冷媒分流器の断面
図を図７に示す。この分流器は、第１実施例と同様、中
央部が円筒状の本体２の内部に開口８を有するマグネッ
トロータ６を配置し、本体外周にロータ６を磁力によっ
て回転させるステータ７を固定設置してあり、さらに、
本体２の内部に開口板１３が固定設置されている。本体
２の一端には流入管３が接続され、他端には４本の流出
管４が接続されている。

【００５８】ロータ６は薄い円盤状に形成されており、
流入管３の近傍に配置され、その外周部をベアリング
（不図示）によって支持されて本体２の円筒の中心線に
関して回転可能になっている。本体２とロータ６との間
隙はシール材によって密閉されている。固定開口板１３
も薄く形成され、ロータ６よりも流入管３側で、ロータ
６に近接してかつ平行に設置されている。ロータ６の回
転はステータ７を介して図５のコントローラ９によって
制御される。ただし、本実施例では熱交換器１１の伝熱
管１２の温度を検知する温度センサ１０は設けられてい
ない。

【００５９】ロータ６には図８に示したように、冷媒を
通過させる扇型状の開口８が４つ形成されている。固定
開口板１３にも冷媒を通過させる開口１４が設けられて
いる。開口１４は図９に示したように、同心円をなす円
の円周に沿って細い帯状に形成され、扇型状の４群を構
成している。各群の中心角は、ロータ６の扇型状の開口
８の中心角よりも僅かに大きく設定されている。ロータ
６の停止位置によって、開口８が開口１４に完全に対向
して全開になることもあれば、開口１４が開口８とごく
僅かしか重ならないこともあるが、開口１４がロータ６
によって完全に閉じられることはない。

【００６０】ロータ６と固定開口板１３は近接して配置
されているので、開口８と開口１４との重なりが冷媒の
流路を構成する。この重なりが大きければこの部位での
冷媒流路は広くなるし、重なりが小さければこの部位で
の冷媒流路は狭くなる。したがって、固定開口板１３の
開口１４とロータ６の開口８とは協同して、冷媒流に対
する絞りを形成する。この絞りの大きさは、ロータ６を
回転移動させることで調節可能である。

【００６１】単位時間当たりの流入冷媒量が一定の場
合、開口１４と開口８とで形成される絞りの大きさによ
り、この絞りを通過する冷媒の速度は変化する。ロータ
６の開口８が固定開口板１３の開口１４に完全に対向し
て開口１４が全開になっている時、すなわち絞りが全開
の時には、比較的低速で冷媒はこの絞りを通過し、開口
８と開口１４の重なりが小さい時、すなわち絞りが絞り
込まれた状態の時には、冷媒は比較的高速で通過する。

【００６２】このような構成において、流入管３から分
流器本体２に流入した冷媒は、開口１４と開口８による
絞りを通過した後、流出口５から流出管４に流出してい
く。冷媒はその後、熱交換器１１内の伝熱管１２を通過
中に冷却対象と熱交換して気化し、１経路に集められ、
圧縮機を経て凝縮器にて冷却液化されて、冷媒回路を再
循環する。

【００６３】既述のように、流入管３から本体２に流入
する冷媒は液相と気相の２相状態であり、偏流が生じ易
くなっているが、絞りの大きさを調節することによって
偏流は抑制される。まず、冷媒流入量が多い場合は絞り
を大きく開く。開口１４はそれぞれ細い帯状に形成され
ているので、これを通過する際に気相と液相は細分化さ
れる。さらに、たとえ絞り全開であっても、冷媒通過経
路の面積は本体２の断面積の数分の１の大きさに過ぎ
ず、冷媒は絞りを通過することによりかなり高速にな
る。このため絞り通過後の冷媒は十分に撹拌されること
になる。したがって固定開口板１３通過後の冷媒は均一
に混合される。

【００６４】一方、流入する冷媒量が少ない場合には、
ステータ７によってロータ６を回転させて、開口８の開
口１４への重なりを減少させ、絞りを小さくする。単位
時間当たりの流入量が少ないということは、冷媒流が低
速であるということであって本来撹拌作用の低減をもた
らすが、絞りを小さくすることで冷媒流が高速化される
ので、撹拌作用は保たれる。また、絞り全開時に比べて
固定開口板１３の各開口１４を通過する冷媒流路が小さ
くなるので、気相と液相の細分化が促進される。よっ
て、冷媒流量が少ない場合でも絞り通過後の冷媒は十分
に均一に混合撹拌される。

【００６５】このように本実施例の冷媒分流器１によれ
ば、流入する冷媒の量に応じて、絞りの大きさを可変調
節できるので、常に冷媒の撹拌混合が適切になされる。
したがって、偏流の発生は抑制され、均等量の冷媒分流
が達成される。

【００６６】さらに、冷媒流入量が多い時には絞りを大
きくするので、過度の冷媒圧が発生することはなく安全
であり、冷媒を循環させるための負荷を低減できる。ま
た、絞り通過後の冷媒が高速になり過ぎ、流出口５に直
接到達して流出管４からの冷媒流出量に差が生じるとい
う不都合も防止される。

【００６７】本実施例は可変絞りによって、冷媒を常に
均一に撹拌することで偏流の発生を抑え均等量の冷媒分
流を行うものであり、撹拌のために本体２内に適度な空
間が必要である。このため、ロータ６と固定開口板１３
は流出口５から離れた冷媒流入部付近に設置するのが望
ましい。また、開口８と開口１４によって絞りを形成す
るものであるから、ロータ６と固定開口板１３とを近接
させて両者間の間隙を小さくするのが好ましい。もし、
この間隙が大きければ、開口１４を通過した冷媒はこの
間隙を通り開口８全体を通過し得ることになって、絞り
の効果が減殺される。

【００６８】本実施例においては、冷媒の流路に対して
固定開口板１３とロータ６とをこの順序で配設している
が、順序を逆にしてロータ６を流入管３側に固定開口板
１３を流出管４側に配設してもよい。さらに、固定開口
板１３の開口１４は同心円上に細い帯状に形成されたも
のを示したが、図１０に示したように多数の小孔の集合
として形成してもよく、上記実施例と同様の効果が得ら
れる。

【００６９】本発明の第３の実施例の冷媒分流器の断面
を図１１に示す。この分流器１も第１、第２実施例と同
様に、中央部が円筒状の本体２から成る。本体２の一端
には流入管３が、他端には４本の流出管４が接続されて
いる。

【００７０】本体２の内部にはマグネットロータ６が配
置される。ロータ６は、図１２に示したように、薄い円
盤状に形成され、その中心を通る軸１６に垂直に固定さ
れている。ロータ６には扇型状の開口８が形成されてお
り、片面には冷媒を撹拌するための羽根１５が４枚付設
されている。

【００７１】図１１に示したように、本体２の内部には
支持アーム１７が設置されており、ロータ６は、軸１６
の両端をこの支持アーム１７で支持され、羽根１５を流
出管側に向け、軸１６が本体２の円筒の中心線と一致す
るように配置される。軸１６の両端は支持アーム１７と
の接触面積が小さくなるように鋭く形成されており、ロ
ータ６は軸１６を中心として容易に回転する。本体２の
内壁とロータ６の外周との間には間隙が存在する。

【００７２】ロータ６の配置位置に対応する本体２の外
周にはステータ７が固定設置されている。ステータ７は
図５のコントローラ９からの制御を受けて磁力を発生さ
せ、ロータ６を回転させる。ロータ６はステータ７を介
して、コントローラ９によって、回転、停止、回転速度
を制御される。

【００７３】このように構成された分流器１において、
気相と液相の２相状態の冷媒が流入管３から本体２に流
入し、ロータ６の開口８またはロータ６と本体２の間隙
を通過し、流出口５へと流れる。コントローラ９の制御
によりロータ６が回転している時には、ロータ６を通過
した冷媒は羽根１５によって撹拌されるが、ロータ６の
回転速度によってその撹拌効率は調節される。

【００７４】流入する冷媒量が多い時には、冷媒がある
程度の流速をもっており、冷媒流自身による撹拌作用が
ある。したがってロータ６の回転を遅くして羽根による
撹拌を減弱させても十分に撹拌がなされ、気相と液相が
均一に混合する。流入冷媒が少ない時には、冷媒流は低
速になっており、冷媒自身による撹拌作用はほとんど生
じない。この場合にはロータ６を高速で回転させ、羽根
１５によって強く撹拌する。そうすると流入時に分離し
ていた気相と液相が均一に混合され、均等量の冷媒が流
出管４から流出するすることになる。

【００７５】冷却回路を流れる冷媒の単位時間当たりの
流量は圧縮機の単位時間圧縮量によって決定される。常
時一定量の冷媒を循環させる従来からの方式の冷却装置
に本実施例の分流器１を用いる場合には、ロータ６を常
時一定の速度で回転させる。インバータ方式の冷却装置
では、冷媒流量は冷媒停止状態から最大流量までの間を
ほぼ直線的に連続的に変化するが、この場合は、インバ
ータ制御の信号をコントローラ９で受けるようにし、こ
れに基づいてコントローラ９でロータ６の回転速度を調
節する。これにより、均等量への冷媒分流を常時行うこ
とが可能である。

【００７６】本実施例は、ロータ６に設けられた羽根１
５によって冷媒を積極的に撹拌することで偏流の発生を
抑え均等量の冷媒分流を行うものであり、撹拌のために
本体２内に適度な空間が必要である。このため、ロータ
６は流出口５から離れた冷媒流入部付近に設置するのが
望ましい。羽根１５の形状や枚数は任意に設定すればよ
い。

【００７７】また、軸１６によってロータ６を支持する
のではなく、第１、第２実施例の如くロータ６の周辺を
ベアリングによって支持してもよい。この場合、ロータ
６と本体２の内壁間の間隙は密封する必要はない。

【００７８】第２実施例の可変絞りと、第３実施例の積
極的撹拌を組み合わせることができる。本発明の第４の
実施例では、図７に示した第２実施例において、薄いロ
ータに代えて図１３の厚い円盤状ロータ６を用いる。他
の構成は第２実施例と同一であり重複する説明は省略す
る。

【００７９】図１３に示したロータ６はフェライト製マ
グネットから成り、厚い円盤状に形成されている。ロー
タ６には冷媒を通過させる扇型状の開口８が設けられ、
ロータ６回転時にはその直径に平行な開口８の内断面８
ａによって通過する冷媒を押し、冷媒を撹拌する。

【００８０】冷媒流入量が一定量以上ある時には、固定
開口板１３の開口１４とロータ６の開口８との重なりに
よって形成される絞りによって冷媒を細分化、高速化し
て均一に混合する。その際、流入冷媒量に応じてコント
ローラ９によりロータ６を回転移動させ絞りの大きさを
調節することは、第２実施例で説明したとおりで、冷媒
の流入量に応じてロータ６を回転して、絞りが所望の大
きさになる位置で停止させる。

【００８１】単位時間当たりの冷媒流入量が著しく低下
している時には、絞りによる冷媒の混合ではなく、ロー
タ６の回転による積極的撹拌を行い冷媒を混合する。冷
媒は固定開口板１３の開口１４を通過した後ロータ６の
開口８を通過するが、この時ロータ６が回転しているた
め、開口８の内断面８ａに強く押される。内断面８ａに
押された冷媒は、ロータ６の流入管３側には近接して固
定開口板１３が設けられているため逆流せず、障害物の
ない流出口５側に旋回しながら進む。このためロータ６
を通過した冷媒は撹拌されることになる。

【００８２】また、固定開口板１３の開口１４は細い帯
状に形成されているので、これを通過する際に冷媒の気
相と液相は細分化されている。開口１４による細分化と
ロータ６による撹拌の作用が相俟って、冷媒は均一に混
合されて偏流の発生は抑制される。したがって、本実施
例によれば冷媒流入量が著しく少ない場合でも確実に冷
媒の撹拌と混合がなされ、常時安定して均等量の分流を
行うことができる。

【００８３】本実施例によれば、冷媒流入量が少ない時
にのみロータ６を連続回転させるので、冷却装置運転時
に常時ロータ６を回転させる実施例３に比べて、消費電
力の低下が図れる。

【００８４】本発明の第５の実施例の冷媒分流器の断面
図を図１４に示す。この分流器は、第１実施例と同様、
内部にマグネットロータ１９を配置し、本体外周にロー
タ１９を磁力によって回転させるステータ７を固定設置
している。本体２の一端には流入管３が接続され、他端
には４本の流出管４が接続されており、該本体２の胴部
分（ロータ１９設置部分）には、ロータ１９の摺動を防
止してロータ１９を回転可能に支持する凸部２ａが設け
られている。

【００８５】ロータ１９は図１４のＡ−Ａ断面図である
図１５に示すように円柱状に形成され、その外周に冷媒
通過経路となる溝２０が設けられており、ステータ７の
磁力によって本体２の中心線を回転軸として回転する。

【００８６】このような構成において、流入管３から分
流器本体２に流入した冷媒は、ロータ１９の溝２０を通
って流出管４に流出していく。ロータ１９の溝２０を冷
媒が通過するときに、ロータ１９が回転しているため冷
媒には回転力（遠心力）が与えられ、冷媒は旋回混合さ
れながら流出するので、複数の流出管４に均等に配分さ
れ流出される。

【００８７】また、本発明の第５の実施例の第１変形例
の冷媒分流器の断面図を図１６に示す。この分流器は、
第５実施例と同様、内部にマグネットロータ２１を配置
し、本体外周にロータ２１を磁力によって回転させるス
テータ７を固定設置している。本体２の一端には流入管
３が接続され、他端には４本の流出管４が接続されてお
り、該本体２の胴部分（ロータ２１設置部分）には、ロ
ータ２１の摺動を防止してロータ２１を回転可能に支持
する凸部２ａが設けられている。

【００８８】ロータ２１は図１６のＢ−Ｂ断面図である
図１７に示すように円柱状に形成され、その内側に円形
の開口２２が設けられ、開口２２の周縁に内側に向けて
複数個の凸部２３が設けられており、ステータ７の磁力
によって本体２の中心線を回転軸として回転する。

【００８９】このような構成において、流入管３から分
流器本体２に流入した冷媒は、ロータ２１の開口２２を
通って流出管４に流出していく。ロータ２１の開口２２
を冷媒が通過するときに、ロータ２１が回転しているた
め冷媒には開口２２の凸部２３により回転力（遠心力）
が与えられ、冷媒は旋回混合されながら流出するので、
複数の流出管４に均等に配分され流出される。

【００９０】さらに、本発明の第５の実施例の第２変形
例の冷媒分流器の断面図を図１８に示す。この分流器
は、第５実施例と同様、内部にマグネットロータ２４を
配置し、本体外周にロータ２４を磁力によって回転させ
るステータ７を固定設置している。本体２の一端には流
入管３が接続され、他端には４本の流出管４が接続され
ており、該本体２の胴部分（ロータ２４設置部分）に
は、ロータ２４の摺動を防止してロータ２４を回転可能
に支持する凸部２ａが設けられている。

【００９１】ロータ２４は図１８のＣ−Ｃ断面図である
図１９に示すように円柱状に形成され、その内側に複数
個の円形の開口２５が円周状に並べられて設けられてお
り、ステータ７の磁力によって本体２の中心線を回転軸
として回転する。

【００９２】このような構成において、流入管３から分
流器本体２に流入した冷媒は、ロータ２４の複数個の開
口２５を通って流出管４に流出していく。ロータ２４の
複数個の開口２５を冷媒が通過するときに、ロータ２４
が回転しているため冷媒には開口２５により回転力（遠
心力）が与えられ、冷媒は旋回混合されながら流出する
ので、複数の流出管４に均等に配分され流出される。

【００９３】そして、本発明の第５の実施例の第３変形
例の冷媒分流器のマグネットロータを図２０乃至図２２
に示す。このロータ２６は円柱状に形成され、その内側
に複数個例えば４個の円形の開口２７が円周状に並べら
れて設けられており、ロータ２６は第５実施例と同様、
分流器本体２の内部に配置されている。

【００９４】開口２７の冷媒入口（冷媒の流入側）は図
２１に示すようにロータ２６の中心部に位置し、冷媒出
口（冷媒の流出側）は図２２に示すようにロータ２６の
周縁近傍に位置するように設けられている。

【００９５】このような構成において、流入管３から分
流器本体２に流入した冷媒は、ロータ２６の複数個の開
口２７を通って流出管４に流出していく。ロータ２６の
複数個の開口２７を冷媒が通過するときに、ロータ２６
が回転しているため冷媒には開口２７により回転力（遠
心力）が与えられ、冷媒は旋回混合されながら流出する
ので、複数の流出管４に均等に配分され流出される。

【００９６】以上５つの実施例により本発明の冷媒分流
器について説明したが、第３実施例における羽根１５を
付設したロータに代えて、第４実施例で示した厚いロー
タを用いて撹拌を行ってもよい。この際、ロータ外周と
本体内壁の間隙は密閉する必要はない。また、いずれの
実施例においても回転開口板としてフェライト製のマグ
ネットロータを用いたものを示したが、これに限らず磁
力によって回転するものであれば他の開口板を用いるこ
とができる。たとえば、図２３に示したように、合成樹
脂製の開口板６’に棒状マグネット１８取り付けてこれ
をロータとして用いてもよい。

【００９７】冒頭に述べたように本発明の分流器は冷媒
流路を４経路に分岐するものに限らない。例えば６経路
に分岐させるためには、第１実施例の場合では６つの流
出口を同一円周上に等間隔で形成し、ロータのそれらに
対向する位置に開口を形成すればよい。他の実施例の場
合には、ロータや固定開口板を修飾することなくそのま
ま利用できる。さらに、流出管の本体への取り付けも同
一円周上にする必要はなく自由にすることができる。

【００９８】本発明の冷媒分流器は、回転可能な開口板
を分流器本体内に配置し外部からの制御で分流器内の冷
媒の流れを積極的に調節することにより、冷媒の均等量
への分流あるいは所望の流量比への分流を行うことを特
徴とするもので、冷媒流量が変化するインバータ方式の
冷却装置にも適用でき、次のような効果を表す。

【００９９】

【０１００】

【０１０１】

【０１０２】

【０１０３】

【０１０４】

【発明の効果】請求項１の冷媒分流器では、冷媒をマグ
ネットロータの複数の開口を流れさせることによって分
流器内部に複数の冷媒流路を設定し、冷媒流路に対向す
る流出管から冷媒を流出させる。これらの流路はマグネ
ットロータの回転移動によって変えることができる。複
数の開口の大きさを一律にせず異なる大きさの開口を設
ければ流出量比の調節ができる。また、たとえ全開口が
同じ大きさであっても、開口の数を流出管の数よりも少
なくすれば、冷媒流路に対向しないしたがって流出量が
激減する流出管が常に存在することになり、冷媒流路に
対向しない時間を流出管ごとに変えることで、分流量の
比を任意に設定できる。 また、分流量比の設定調節が容
易なので、分流器を横置きに設置しても所望の流量比を
実現でき、これによって熱交換器への取り付け姿勢の自
由度が増す。したがって熱交換器を含めた装置の小型化
を図ることができる。

【０１０５】請求項２の冷媒分流器では、冷媒の流路と
なる円形に形成されその周縁に内部に向かって突出する
凸部を設けた開口が設けられたマグネットロータを分流
器本体内に配置し回転させるので、冷媒に与えられる回
転力（遠心力）を増すことができ、旋回混合効果を向上
させることが可能であり、分流器内部での冷媒の流路の
設定や、分流器内部の冷媒の撹拌を容易に行うことがで
き、冷媒を旋回により撹拌することでは、偏流の発生を
抑制し、冷媒の均等量の分流が達成される。

【０１０６】

【０１０７】請求項３の冷媒分流器では、マグネットロ
ータの開口と固定開口板の開口の重なりによって絞りが
形成され、マグネットロータの回転移動によってこの絞
りの大きさが変えられる。したがって冷媒の流入量が少
ない時にも、絞りを小さくすることで通過する冷媒流を
高速化することができ、冷媒を十分に撹拌することがで
きる。また、絞りを小さくすれば冷媒の気相と液相が細
分化が促進されて２相の均一な混合が容易になる。これ
らの作用が相俟って、冷媒流入量が少なくても冷媒が均
一に混合されて偏流の発生が抑制され、均等量の分流を
行うことができる。

【０１０８】冷媒流入量が多い時には絞りを大きくして
も撹拌が十分になされるから、均等量の冷媒分流ができ
る。しかも、絞りを大きくすることで冷媒流を必要以上
に高速化することがないので、高速な冷媒流が流出管に
直接到達して均等量の分流がなされなくなるという不都
合は生じない。さらに、絞りを大きくすれば分流器内部
に過剰な圧力が加わることもなく、安全であり、冷却装
置全体にかかる負荷も低減される。

【０１０９】このように、冷媒流量にかかわらず常に安
定して均等量の冷媒分流ができるので、インバータ方式
の冷却装置に用いて有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】圧縮式冷凍装置の基本構成を模式的に示すブロ
ック図。

【図２】本発明第１実施例の冷媒分流器の外観を示す斜
視図。

【図３】第１実施例の冷媒分流器の正面断面図。

【図４】第１実施例のロータの平面図。

【図５】第１実施例の冷媒分流器と熱交換器の構成主要
素を示すブロック図。

【図６】第１実施例のロータの変形例の平面図。

【図７】本発明第２実施例の冷媒分流器の正面断面図。

【図８】第２実施例のロータの平面図。

【図９】第２実施例の固定開口板の平面図。

【図１０】第２実施例の固定開口板の変形例の平面図。

【図１１】本発明第３実施例の冷媒分流器の正面断面
図。

【図１２】第３実施例のロータの平面図。

【図１３】本発明第４実施例のロータの斜視図。

【図１４】本発明第５実施例の冷媒分流器の正面断面
図。

【図１５】図１４のＡ−Ａ断面図。

【図１６】本発明第５実施例の第１変形例の冷媒分流器
の正面断面図。

【図１７】図１６のＢ−Ｂ断面図。

【図１８】本発明第５実施例の第２変形例の冷媒分流器
の正面断面図。

【図１９】図１８のＣ−Ｃ断面図。

【図２０】本発明第５実施例の第３変形例のマグネット
ロータの正面断面図。

【図２１】第５実施例の第３変形例のマグネットロータ
を冷媒流入側から見た平面図。

【図２２】第５実施例の第３変形例のマグネットロータ
を冷媒流出側から見た平面図。

【図２３】本発明のロータの変形例の斜視図。

【図２４】従来例の冷媒分流器の正面断面図。

【図２５】絞り弁を備えた従来例冷媒分流器の正面断面
図。

【図２６】流入管を小径管の束で形成した従来例冷媒分
流器の正面断面図。

【符号の説明】

１ 冷媒分流器 ２ 分流器本体 ３ 流入管 ４ 流出管 ５ 流出口 ６ ロータ ７ ステータ ８ ロータの開口 ９ コントローラ １０ 温度センサ １１ 熱交換器 １２ 伝熱管 １３ 固定開口板 １４ 固定開口板の開口 １５ 撹拌羽根

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒を取り入れる流入管と冷媒を流出さ
   せる複数の流出管を有し断面が円形で中空の本体と、該
   本体の内部に設けられ冷媒通過経路となる複数の開口を
   有する円盤状のマグネットロータと、前記本体の外周に
   設置され前記マグネットロータを回転させるステータと
   から成り、各流出管からの冷媒流出量に起因して生じる
   物理量を検出して、検出した物理量に基づきステータに
   よりマグネットロータを回転移動させてマグネットロー
   タの開口を所望の位置に停止させることで、各流出管か
   ら流出する冷媒量比を制御することを特徴とする冷媒分
   流器。
2. 【請求項２】 前記マグネットロータの開口を円形に形
   成し、その周縁に内側に向けて突出する複数個の凸部が
   設けられたことを特徴とする請求項１の冷媒分流器。
3. 【請求項３】 冷媒を取り入れる流入管と冷媒を流出さ
   せる複数の流出管を有し断面が円形で中空の本体と、該
   本体の内部に設けられ冷媒通過経路となる複数の開口を
   有する円盤状のマグネットロータと、該マグネットロー
   タに近接してマグネットロータと平行に前記本体の内部
   に固定設置され冷媒通過経路となる複数の開口を有する
   固定開口板と、前記本体の外周に設置され前記マグネッ
   トロータを回転させるステータとから成り、マグネット
   ロータの開口と固定開口板の開口との重なりにより通過
   する冷媒に対する絞りを形成し、ステータによりマグネ
   ットロータを回転移動させて開口の重なり面積を変化さ
   せることで絞りを調節することを特徴とする冷媒分流
   器。