JP6977184B1

JP6977184B1 - 空気調和機、冷凍機及び分配器

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Publication number: JP6977184B1
Application number: JP2020560856A
Authority: JP
Inventors: 麻里内田; 浩之豊田; 重幸佐々木; 広米田; 禎夫関谷; 博光清野
Original assignee: Hitachi Johnson Controls Air Conditioning Inc
Current assignee: Hitachi Johnson Controls Air Conditioning Inc
Priority date: 2020-04-21
Filing date: 2020-04-21
Publication date: 2021-12-08
Anticipated expiration: 2040-04-21
Also published as: CN113906262B; WO2021214849A1; CN113906262A; JPWO2021214849A1

Abstract

【課題】適切な液冷媒流量比で冷媒を分配することを目的とする。【解決手段】冷媒の複数の流路を有する熱交換器と、熱交換器の各流路に冷媒を分配する分配器とを備え、分配器は、分配器の筐体内へ冷媒を流入させる流入管と、筐体内の冷媒を流出させる複数の流出管とを有し、複数の流出管それぞれは、筐体内における気液界面の高さに応じて流出するガス冷媒及び液冷媒の割合が変わる第１の開口部を有する第１の配管と、筐体内から筐体外へ延びる第２の配管と、第１の配管と第２の配管を接続する接続部とを有する。

Description

本発明は、空気調和機、冷凍機及び分配器に関する。

冷暖房に対応した空気調和機の多くでは、円形銅製伝熱管とアルミ製の短冊状のフィンで構成されるクロスフィンチューブ型熱交換器が用いられている。この熱交換器は、銅製伝熱管内にフロン系の冷媒を流動させることで、冷媒と空気の間で熱交換を行う。

一方、自動車用ラジエータや冷房専用のエアコンでは、小型軽量化、高性能化、低コスト化を目的として、パラレルフロー型の熱交換器が利用されている。この熱交換器は、外表面にアルミ製フィンをろう付けした複数の扁平伝熱管の両端の開口部に２本のヘッダ管が設けられ、流入側のヘッダ管から流出側のヘッダ管に冷媒を流動させるものである。

熱交換器を有効に利用すべく、熱交換器を構成する各伝熱管に流れる気液二相冷媒量を適正化できる分配器が望まれている。これに対し、特許文献１には、気液混合部に開口部を設けた複数の連通管を設けることで、分配器下流の冷媒回路の熱負荷に合わせた分配を行う分配器が開示されている。また、特許文献２には、流入管と、流出管と、底部に配置された仕切板と、を備えた冷媒分流器が開示されている。この冷媒分流器では、気液混合冷媒を、一旦液冷媒とガス冷媒に分離した後で、それぞれを合流させることにより、分配精度を向上させている。

特開２０１８−１６２９０１号公報特開２０１２−１３７２２３号公報

しかしながら、低負荷条件や中負荷条件においては、冷媒の流れが緩やかになり、液とガスが分離して配管を流れることになる。特許文献１の技術では、この状態のまま冷媒を分配することになるため、ある流路においては液の比率が高く、他の流路ではガスの比率が高い、というように、適切な液冷媒流量比で冷媒を分配することができないという問題がある。

また、特許文献２の技術においては、気液を分離させた上で気液混合冷媒を流出管から吸い上げるが、流出管が液冷媒を吸い上げるためには、流入口から分配器に流入した液冷媒が仕切板を超えて流出管の下方まで流れ込む必要がある。すなわち、ある程度の液冷媒が分配器内に蓄えられていない状態においては、液冷媒が仕切板を超えることができず、したがって、適切な液冷媒流量比で熱交換器の各流路に分配することが困難であるという問題がある。このように、従来技術においては、適切な液冷媒流量比で冷媒を分配することができない場合があるという問題があった。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたもので、適切な液冷媒流量比で冷媒を分配することを目的とする。

本発明は、空気調和機であって、冷媒の複数の流路を有する熱交換器と、前記熱交換器の各流路に冷媒を分配する分配器とを備え、前記分配器は、前記分配器の筐体内へ冷媒を流入させる流入管と、前記筐体内の冷媒を流出させる複数の流出管とを有し、前記複数の流出管それぞれは、前記筐体内における気液界面の高さに応じて流出するガス冷媒及び液冷媒の割合が変わる第１の開口部を有する第１の配管と、前記筐体内から前記筐体外へ延びる第２の配管と、前記第１の配管と前記第２の配管を接続する接続部とを有する。

本発明の他の形態は、冷凍機であって、冷媒の複数の流路を有する熱交換器と、前記熱交換器の各流路に冷媒を分配する分配器とを備え、前記分配器は、前記分配器の筐体内へ冷媒を流入させる流入管と、前記筐体内の冷媒を流出させる複数の流出管とを有し、前記複数の流出管それぞれは、前記筐体内における気液界面の高さに応じて流出するガス冷媒及び液冷媒の割合が変わる第１の開口部を有する第１の配管と、前記筐体内から前記筐体外へ延びる第２の配管と、前記第１の配管と前記第２の配管を接続する接続部とを有する。

本発明の他の形態は、熱交換器の各流路に冷媒を分配する分配器であって、前記分配器の筐体内へ冷媒を流入させる流入管と、前記筐体内の冷媒を流出させる複数の流出管とを有し、前記複数の流出管それぞれは、前記筐体内における気液界面の高さに応じて流出するガス冷媒及び液冷媒の割合が変わる第１の開口部を有する第１の配管と、前記筐体内から前記筐体外へ延びる第２の配管と、前記第１の配管と前記第２の配管を接続する接続部とを有する。

本発明によれば、適切な液冷媒流量比で冷媒を分配することができる。

第１の実施形態に係る分配器の全体構成図である。分配器のＡ−Ａ線断面図である。接続部及び第１の配管の斜視図である。接続部の上面を上から見た図である。第１の配管を示す図である。第１の実施形態の第２の変形例に係る開口部を示す図である。第１の実施形態の第２の変形例に係る開口部を示す図である。第４の変形例に係る接続部を示す図である。第６の変形例に係る分配器の概略断面図である。第２の実施形態に係る分配器の概略断面図である。第２の実施形態の分配器のＢ−Ｂ線断面図である。第２の実施形態の第２の変形例に係る分配器の概略断面図である。第３の実施形態に係る分配器の側壁を示す図である。第４の実施形態に係る分配器の全体構成図である。第４の実施形態に係る接続部及び第１の配管の斜視図である。接続部の上面を示す図である。第４の実施形態の第３の変形例に係る接続部を示す図である。第５の実施形態に係る分配器の全体構成図である。第６の実施形態に係る空気調和機の全体構成図である。第７の実施形態に係る冷凍機の全体構成図である。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る分配器１０の全体構成図である。図２は、図１に示す分配器１０のＡ−Ａ線断面図である。分配器１０は、冷凍サイクルにおいて熱交換器の複数の伝熱管に冷媒を分配する。本実施形態の分配器１０は、パラレルフロー型の熱交換器及びフィンチューブ型の熱交換器のいずれに対しても適切な液冷媒流量比の冷媒を供給することができる。

分配器１０は、筐体１１と、１本の流入管１３と、４本の流出管１４と、を有している。筐体１６１は、上下方向Ｈを長手方向とする略円筒状の筐体であり、上面１６ａ、底面１６ｂ及び側壁１６ｃを有している。流入管１３及び流出管１４は、分配器１０の上下方向Ｈに沿って設けられている。さらに、流入管１３及び流出管１４は、筐体１１の上面１６ａを貫通するように設けられている。すなわち、流入管１３の上端１３ａは、筐体１１の外側に位置し、流入管１３の下端１３ｂは筐体１１の内部に位置する。同様に、流出管１４の上端１４ａは、筐体１１の外側に位置し、流出管１４の下端１４ｂは、筐体１１の内部に位置する。流入管１３は、分配器１０の上面１６ａ側（上部）から分配器１０の内部の気液分離空間１２に冷媒を流入させる。流出管１４は、分配器１０から冷媒を熱交換器に向けて流出する。

流出管１４は、第１の配管２１１と、第２の配管２２と、を有している。第１の配管２１１は底面１６ｂ側に位置し、第２の配管２２は、第１の配管２１１の上部に接続し、筐体１１の上面１６ａを貫通するように設けられている。第１の配管２１１と第２の配管２２は、筐体１１内において、接続部１８１により接続されている。接続部１８１は、流入管１３の下端１３ｂよりも下側に配置されている。さらに、接続部１８１は、第１の配管２１１の開口部１９１よりも上側、すなわち、第１の配管２１１の開口部１９１よりも流出管１４における下流側に配置されている。

図１及び図２に示すように、複数の第１の配管２１１ａ〜２１１ｄ（複数の流出管１４）は、流入管１３を囲うように配置されている。なお、図２においては、４本の第１の配管２１１を区別すべく、２１１ａ〜２１１ｄとして示している。より具体的には、筐体１１の横方向における中心位置に流入管１３が配置され、４本の第１の配管２１１ａ〜２１１ｄは、流入管１３よりも側壁１６ｃ側に配置されている。さらに、第１の配管２１１ａ〜２１１ｄそれぞれは、筐体１１の中心位置を中心とした所定の円周上に等間隔に配置されている。ただし、各第１の配管２１１ａ〜２１１ｄは、必ずしも等間隔に配置されていなくともよい。４本の第１の配管２１１ａ〜２１１ｄに接続される４本の第２の配管２２の配置は複数の第１の配管２１１ａ〜２１１ｄの配置と同様である。すなわち、第２の配管２２も、流入管１３よりも側壁１６ｃ側において所定の円周上に等間隔に配置されている。

図３は、接続部１８１及び第１の配管２１１の斜視図である。図４は、接続部１８１の上面１８１１を上から見た図である。図３に示すように、接続部１８１は、上下方向Ｈを高さ方向とする略円柱形状の部品であり、上部には、筐体１１の径方向に延びる平面状の上面１８１１が設けられている。図１に示すように、上面１８１１は、上下方向Ｈに略垂直、すなわち、上面１６ａ及び底面１６ｂと略平行な面である。

さらに、図１に示すように、接続部１８１には、上面１８１１から下面まで貫通する開口部１８１２が形成されている。図３及び図４においては、接続部１８１に形成された４つの開口部１８１２を区別すべく１８１２ａ、１８１２ｂ、１８１２ｃ、１８１２ｄとして示している。図３及び図４に示すように４つの開口部１８１２ａ〜１８１２ｄは、円状の上面１８１１において、所定の円周上に等間隔に配置されている。すなわち、４つの開口部１８１２ａ〜１８１２ｄは、４本の流出管１４の配置に対応した位置に設けられている。

さらに、図３に示すように、接続部１８１の下側には、４本の第１の配管２１１（２１１ａ〜２１１ｄ）それぞれの上端２１１１が接続されている。第１の配管２１１ａ〜２１ｄは、それぞれ接続部１８１の開口部１８１２ａ〜１８１２ｄと繋がるように、ロウ付けなどにより接続部１８１に接続される。

接続部１８１は、金属材料で製作されるものとする。また、他の例としては、接続部１８１は、樹脂等の材質で製作されてもよい。材質を樹脂とした場合には、冷凍サイクルに封入された冷媒による樹脂の変質が許容範囲であるものを使用することが望ましい。

また、接続部１８１の加工方法としては、削り出しや３Ｄプリンタ等による積層構造（樹脂モールド品）が考えられる。樹脂モールド品の場合には、管表面に開口部を直接加工する方法に対して、開口部の向きや形状などのバリエーションを増やすことができる。

なお、他の例としては、少なくとも１つの第１の配管２１１は、接続部１８１と一体に形成されていてもよく、この場合には、第１の配管２１１も、接続部１８１と同様の材質で、一体に加工形成される。

第１の配管２１１の内径は、Ｄ１であり、第２の配管２２の内径は、Ｄ１よりも大きいＤ２である。接続部１８１の開口部１８１２ａ〜１８１２ｄは、この内径の差に対応し、図４に示すように、接続部１８１の上面１８１１側の内径がＤ２、上面１８１１と反対側の面における内径がＤ１となっている。そして、開口部１８１２ａ〜１８１２ｄ内において、上面１８１１から上下方向Ｈにおいて所定の距離のところで、内径がＤ２からＤ１に狭くなっている。これにより、接続部１８１は、内径の異なる第１の配管２１１と第２の配管２２とを接続することができる。

また、第２の配管２２は、開口部１８１２ａ〜１８１２ｄに接続され、さらに筐体１１の上面１６ａとロウ付けなどにより接続される。開口部１８１２ａ〜１８１２ｄは、その内径が第２の配管２２の外径よりもわずかに大きくなるように形成されている。このため、第２の配管２２と開口部１８１２ａ〜１８１２ｄとの接続において、第２の配管２２の外壁と開口部１８１２ａ〜１８１２ｄの内壁との間に隙間が形成される。このように、隙間が形成されることにより、第１の配管２１が偏芯した状態で筐体１１の上面１６ａに固定された場合であっても、これを吸収し、開口部１８１２ａを介した第１の配管２１１と第２の配管２２の接続を可能にすることができる。

図５は、第１の配管２１１を示す図である。各第１の配管２１１ａ〜２１１ｄには、流出管１４（第１の配管２１１）の下端１４ｂから上方向に延びた切り欠き形状の開口部１９１が設けられている。図２に示すように、開口部１９１は、いずれも分配器１０の円周方向を向くように設けられている。このように、開口部１９１を下端１４ｂから延びる形状にすることにより、加工を容易にすることができる。さらに、図１に示すように、開口部１９１は、開口部１９１の上下方向Ｈにおける中心位置Ｐが気液分離空間１２の上下方向における中心位置Ｑよりも下側に位置するように設けられている。これにより、開口部１９１が気液分離空間１２中の液相に届かず、ガス冷媒のみを吸い上げてしまうのを防ぐことができる。すなわち、開口部１９１から確実に液冷媒を吸い上げることができる。

さらに、開口部１９１の中心位置Ｐ及びその長手方向の長さは、分配器１０が使用される冷凍サイクルの能力から推定される気液界面１７の高さに応じて設計されるのが好ましい。具体的には、開口部１９１の上端から下端の間に気液界面１７が位置するような位置及び長さに開口部１９１を設けるのが好ましい。これにより、各流出管１４から流出する冷媒の液冷媒流量比を適切に保つことができる。また、開口部１９１の横方向の幅は第１の配管２１１の円周の半分以下であるものとする。

次に、分配器１０における冷媒の流れについて説明する。分配器１０は、その下方向が重力方向に対応するように設置される。このため、冷媒は、流入管１３から重力方向に沿って筐体１１に流入し、流出管１４から重力方向と逆の方向に沿って流出する。流入管１３の上端１３ａから下端１３ｂへ流れることで、下向きに気液分離空間１２に流入した気液混合冷媒は、接続部１８１の上面１８１１に接触する。これにより、気液混合冷媒の流れの向きが下向きから側壁１６ｃ側に変えられる。このように、上面１８１１は、気液混合冷媒が衝突し、流れの向きを変える衝突面として機能する。気液混合冷媒は、その後、側壁１６ｃを伝って下方に流れ落ちる。このように、気液混合冷媒の流れが下向きから側壁１６ｃ側に変えられることで、気液分離が促進される。さらに、冷媒が側壁１６ｃを伝って落ちるので、気液界面１７が乱されたり、気泡が生じたりするのを低減することができる。すなわち、気液分離空間１２を液体と気体とが良好に分離した状態とすることができる。

第１の配管２１１（流出管１４）の開口部１９１のうち、下側の領域は気液界面１７の下側において液体と接触し、開口部１９１のうち上側の領域は気液界面１７の上側においてガスと接触している。このため、流出管１４からは適切な液冷媒流量比で液冷媒とガス冷媒が吸い上げられる。すなわち、本実施形態に係る分配器１０は、熱交換器の各流路に、液冷媒流量比が適切な冷媒を供給することができる。さらに、気液界面１７の上下変動に応じて、開口部１９１において、ガスが接触する面積と液体が接触する面積の比も変動する。換言すれば、開口部１９１から流出するガス冷媒及び液冷媒の割合（液冷媒流量比）は気液界面１７の高さに応じて変わる。

以上のように、本実施形態に係る分配器１０は、気液を分離させるので、中負荷条件や低負荷条件においても、気液分離空間１２における液冷媒流量比に応じた適切な液冷媒流量比の冷媒を流出管１４から熱交換器の各流路に流出させることができる。

従来技術において説明したように、特許文献２の技術においては、仕切板を超える量の液冷媒が分配器に溜まらないと、流出管に液冷媒が流入しない。これに対し、本実施形態の流出管１４においては、開口部１９１は、流出管１４の中心位置Ｐが気液分離空間１２の中心位置Ｑよりも下に位置するよう、気液分離空間１２の下方に設けられている。このため、気液分離空間１２に存在する液冷媒の量が少ない状態においても、流出管１４は、適切な量の液冷媒を吸い上げることができる。

また、上述のように、分配器１０は、その下方向と重力方向が一致するように設置されるのが望ましいが、実際の設置状態においては、分配器１０の下方向と重力方向はわずかにずれる。このように分配器１０が傾いた状態においても、本実施形態の分配器１０においては、複数の流出管１４が等しい液冷媒流量比の冷媒を熱交換器の各流路に供給することができる。

さらに、本実施形態の分配器１０を組み立てる際には、まず第１の配管２１１と接続部１８１とを接続させ、その後、第２の配管２２を筐体１１の上面１６ａにロウ付けする。第２の配管２２を筐体１１の上面１６ａにロウ付けする際には、第１の配管２１１が接続部１８１と既に接続されている。したがって、ロウ付けの際には、接続部１８１と第２の配管２２とが接合されていることを確認できればよく、気液界面１７と開口部１９１の位置調整を容易にすることができる。すなわち、分配器１０の組み立てを従来よりも容易にすることができる。

なお、第１の実施形態に係る分配器１０の第１の変形例としては、流出管の数は、２本以上であればよく、実施形態に限定されるものではない。流出管の数が４本以下の場合には第１の実施形態において説明した接続部１８１を用いることができる。例えば、流出管の数が２本の場合には、接続部１８１の開口部１８１２ａ〜１８１２ｄのうち、２つの開口部１８１２ａ，１８１２ｃにのみ流出管１４を接続する。これにより、２分岐の分配器を構成することができる。このように、接続部１８１を共通部品とし、筐体１１に取り付ける流出管の本数を調整することで、分岐数を自由に変更することができる。さらに、流出管の数は、６本や、８本以上であってもよい。この場合は、流出管の数に対応した開口部が形成された接続部を用いればよい。

第２の変形例としては、第１の配管２１１の開口部１９１の形状は、実施形態に限定されるものではない。例えば、図６Ａに示すように、第１の配管２１２には、開口部１９２として第１の配管２１１の長手方向、すなわち上下方向Ｈに延びた長穴が形成されていてもよい。この場合、流出管１４の下端１４ｂは閉じられていてもよく、開口していてもよい。また、例えば、図６Ｂに示すように、第１の配管２１３には、開口部１９３として、複数の穴１９３ａ〜１９３ｇが形成されていてもよい。さらに、各穴１９３ａ〜１９３ｇは円形であり、等間隔に設けられているものとする。この場合も、各穴１９３ａ〜１９３ｇからガス冷媒及び液冷媒の少なくとも一方が流入し、複数の穴１９３ａ〜１９３ｇで構成された開口部１９３における液冷媒流量比を各流出管１４においてほぼ等しくすることができる。なお、この場合、開口部１９３の中心は、開口部１９３の全長Ｌの中間位置（Ｌ／２）とする。

第３の変形例としては、複数の流出管１４の開口部１９１の位置、サイズ及び形状は、互いに異なっていてもよい。例えば、熱交換器の各流路へ流出させる冷媒の液冷媒流量比を異ならせたい場合がある。このような場合には、要求される液冷媒流量比に応じて、複数の開口部１９１の位置及びサイズのうち少なくとも一方を制御してもよい。また、例えば、一の流出管１４の開口部は長穴の形状であるのに対し、他の流出管１４の開口部はスリット形状であってもよい。

第４の変形例としては、接続部１８１の形状は、実施形態に限定されるものではない。例えば、図７に示すように、接続部１８２は、中央から各開口部１８２２ａ、１８２２ｂ、１８２２ｃ、１８２２ｄに延びる複数の片部１８２１ａ、１８２１ｂ、１８２１ｃ、１８２１ｄを有するような形状であってもよい。この場合も、流入管１３から流入した冷媒は接続部１８２に接触し、流れの向きが下向きから側壁１６ｃ側に変えられる。

第５の変形例としては、接続部１８１の上面１８１１は、筐体１１の横方向に延びる平面でなくてもよい。例えば、上面１８１１は、上方向に凸の勾配を有する面であってもよい。上面１８１１は、例えば円錐形状や四角形状に設けられていてもよい。

図８は、第６の変形例に係る分配器１０の概略断面図である。第６の変形例としては、第１の配管２１１のうち、開口部１９１の上の側壁に張出部６０が形成されていてもよい。張出部６０は、第１の配管２１１の径方向の外側に向かって張り出している。張出部６０は、底面１６ｂと略平行な平面である。気液界面１７は冷凍サイクルの運転条件によって変化するが、張出部６０が気液界面１７の近傍に設けられていることにより、液面の波立ちを抑制し、開口部１９１からの冷媒の流出を安定させることができる。

第７の変形例としては、第１の配管２１１と第２の配管２２の径の大きさの関係は実施形態に限定されるものではない。すなわち、第１の配管２１１の径Ｄ１と第２の配管２２の径Ｄ２は等しくてもよく、第１の配管２１１の径Ｄ１が第２の配管２２の径Ｄ２よりも大きくてもよい。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る分配器２０について、第１の実施形態に係る分配器１０と異なる点を主に説明する。図９は、第２の実施形態に係る分配器２０の概略断面図である。図１０は、図９に示す分配器２０のＢ−Ｂ線断面図である。筐体１１の底面１６ｂに溝７０が形成されている。図１０に示すように、底面１６ｂの円の半径方向において、側壁１６ｃ側の端（外端７０ａ）から内側の端（内端７０ｂ）までが窪みとなり、環状の溝７０が設けられている。ここで、溝７０は、窪み部の一例である。溝７０の半径方向の幅、すなわち外端７０ａから内端７０ｂまでの距離は、第１の配管２１１の外径よりも大きい。そして、４本の第１の配管２１１の下端１４ｂは、溝７０内に位置する。このように、溝７０が形成され、溝７０内に第１の配管２１１の下端１４ｂが位置するように配置することにより、第１の配管２１１の位置決めを容易にし、分配器２０の組み立て性を良好にすることができる。さらに、窪み部を環状の１つの溝７０として形成することにより、加工を容易とすることができ、また第１の配管２１１を窪み部内に位置させる調整を容易とすることができる。また、第１の配管２１１の下端１４ｂは、溝７０内の底面７０ｃに接しているものとする。ただし、下端１４ｂは、溝７０内に位置していればよく、底面７０ｃに接していなくともよい。

第２の実施形態の第１の変形例としては、筐体１１の底面１６ｂのうち、流出管１４の下端１４ｂが位置する領域に窪みが形成されていればよく、その形状は、環状の溝７０に限定されるものではない。他の例としては、底面１６ｂのうち、流出管１４の下端１４ｂが位置する４か所に、円形の４つの窪み部が形成されてもよい。

図１１は、第２の変形例に係る分配器２０の概略断面図である。第２の変形例としては、溝７０内に突起部８０が形成されていてもよい。突起部８０は、流出管１４の下端１４ｂが位置する位置に配置される。これにより、第１の配管２１１の内側（管内）に突起部８０の少なくとも一部が位置することになるため、第１の配管２１１の横方向の動きが制限される。すなわち、第１の配管２１１の、筐体１１の底面１６ｂへの設置を安定化させることができる。なお、第１の配管２１１の下端１４ｂは開口していることとしたが、他の例としては、第１の配管２１１の下端１４ｂは閉じられていてもよい。閉じられている場合には、下端１４ｂには、突起部８０に対応した窪み部が形成されているものとする。これにより、閉じられている場合においても、突起部８０が窪み部内に挿入されることで、第１の配管２１１の横方向の動きが制限され、第１の配管２１１の設置を安定化させることができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る分配器３０について、他の実施形態に係る分配器と異なる点を主に説明する。図１２は、第３の実施形態に係る分配器３０の側壁１６ｃを示す図である。第３の実施形態に係る分配器３０においては、流入管１３１は、側壁１６ｃの上側に設けられた開口部１６ｄに接続され、開口部１６ｄを通じて、気液分離空間１２と連通している。

開口部１６ｄから流入した気液冷媒は、側壁１６ｃに沿って底面１６ｂに向けてらせん状に流れ落ちる。このため、冷媒流入による気液界面１７の乱れを低減でき、気液分離空間１２の下に溜まった液相中に気泡が生じるのを避けることができる。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施気体に係る分配器４０について、他の実施形態に係る分配器と異なる点を主に説明する。図１３は、第４の実施形態に係る分配器４０の全体構成図である。図１４は、第４の実施形態に係る分配器４０に設けられた接続部１８３及び第１の配管２１１の斜視図である。図１５は、接続部１８３の上面１８３１を上から見た図である。第４の実施形態に係る分配器４０においては、接続部１８３には、流出管１４に対応した４つの開口部１８３２ａ〜１８３２ｄの他、接続部１８３の中央に上下方向Ｈに延びる開口部１８３３が設けられている。開口部１８３３には、衝突部１５が挿入されている。具体的には、衝突部１５の下側に開口部１８３３の形状に対応した挿入部１５ａが設けられており、挿入部１５ａが開口部１８３３に挿入されることで、衝突部１５の上面１５ｂが接続部１８３の上に配置される。上面１５ｂは、上方向に凸の勾配を有する面である。上面１５ｂは、例えば円錐形状や四角形状に設けられているものとする。

このような構成により、第４の実施形態の分配器４０においては、流入管１３から下向きに気液分離空間１２に流入した気液混合冷媒は、衝突部１５の上面１５ｂに接触する。これにより、気液混合冷媒の流れの向きが下向きから側壁１６ｃ側に変えられ、側壁１６ｃを伝って下方に流れ落ちる。このように、気液混合冷媒の流れの向きが下向きから側壁１６ｃ側に変えられることで、気液分離が促進される。さらに、冷媒が側壁１６ｃを伝って落ちるので、気液界面１７が乱されたり、気泡が生じたりするのを低減することができる。すなわち、気液分離空間１２を液体と気体とが良好に分離した状態とすることができる。

第４の実施形態の第１の変形例としては、開口部１８３３は貫通していなくともよい。すなわち、接続部１８３は、挿入部１５ａの形状に対応した、窪み部を有してもよい。

第２の変形例としては、衝突部１５の上面１５ｂの形状は、実施形態に限定されるものではない。他の例としては、上面１５ｂは、曲面であってもよい。また他の例としては、上面１５ｂは、底面１６ｂに略平行な平面であってもよい。

第３の変形例としては、接続部１８３の形状は実施形態に限定されるものではない。例えば、図１６に示すように、接続部１８４は、上面１８４１が略正方形の形状に形成され、正方形の各頂点に対応した位置に４つの開口部１８４２ａ〜１８４２ｄが形成されてもよい。さらに、その一辺に、上面１８４１の中心まで延びる切り欠き部１８４３が形成されていてもよい。この場合には、切り欠き部１８４３のうち、接続部１８４の略正方形の中心位置に衝突部１５が挿入されればよい。

このように、接続部１８３の形状は実施形態に限定されるものではなく、円形及び正方形に限定されるものではない。また、接続部１８４の中央の領域において、上下に貫通していればよく、そのための開口部は、穴状に形成されてもよく、切り欠き形状に形成されてもよい。例えば、第４の実施形態において図１５を参照しつつ説明したような円形の接続部１８３において、開口部１８３３に変えて、外周から中心に伸びる切り欠き部が形成されてもよい。

（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態に係る分配器５０について、他の実施形態に係る分配器と異なる点を主に説明する。図１７は、第５の実施形態に係る分配器５０の全体構成図である。第５の実施形態に係る分配器５０の接続部１８３は、第４の実施形態に係る接続部１８３と同様であり、中央に開口部１８３３を有している。さらに、第４の実施形態においては、流入管１３は、筐体１１の下部から上に向けて筐体１１内に冷媒が流入するように接続されている。具体的には、流入管１３は、底面１６ｂ及び接続部１８３を貫通するように設けられている。そして、流入管１３の下端１３ｂは、筐体１１の下側に位置し、流入管１３の上端１３ａは、筐体１１内において、接続部１８３と上面１６ａの間に位置する。

このような構成により、本実施形態においては、流入管１３から気液分離空間１２に流入した気液混合冷媒は、筐体１１の上面１６ａと接触して流れの向きは上向きから側壁１６ｃ側に変えられ、側壁１６ｃを伝って下方に流れ落ちる。このように、流れの向きが上向きから側壁１６ｃ側に変えられることで、気液分離が促進される。さらに、冷媒が側壁１６ｃを伝って落ちるので、気液界面１７が乱されたり、気泡が生じたりするのを低減することができる。すなわち、気液分離空間１２を液体と気体とが良好に分離した状態とすることができる。さらに、接続部１８３は、第４の実施形態において説明した分配器４０の接続部１８３と共用することができる。

（第６の実施形態）
図１８は、第６の実施形態に係る空気調和機３００の全体構成図である。空気調和機３００には、第１〜５の実施形態の何れかの分配器が適用されている。空気調和機３００は、室内機３１０と、室外機３２０と、を有している。室内機３１０と室外機３２０は、液管３３１及びガス管３３２により接続され、冷凍サイクルを構成している。

室内機３１０は、室内熱交換器３１１と、室内送風機３１２と、室内膨張弁３１３と、を備える。室内膨張弁３１３と室内熱交換器３１１の間には、室内分配器３１４が設けられている。室外機３２０は、室外熱交換器３２１と、室外送風機３２２と、圧縮機３２３と、四方弁３２４と、室外膨張弁３２５と、を備える。室外膨張弁３２５と室外熱交換器３２１の間には、室外分配器３２６が設けられている。ここで、室内分配器３１４及び室外分配器３２６は、第１〜５の実施形態において説明した分配器１０、２０、３０、４０、５０の何れかであるものとする。

暖房運転時は、圧縮機３２３で高温・高圧状態になった冷媒３４１は、四方弁３２４を介して室内機３１０内の室内熱交換器３１１（凝縮器）に導かれる。そして、室内熱交換器３１１を流れる高温の冷媒が、室内送風機３１２から供給される室内空気に放熱することで、室内が暖められる。このとき、室内熱交換器３１１内では、熱を奪われたガス冷媒が次第に液化し、室内熱交換器３１１の出口からは、室内分配器３１４を経由して、過冷却状態の液冷媒が流出する。

その後、室内膨張弁３１３を経由して、室内機３１０から流出した液冷媒は、室外膨張弁３２５を通過する時の膨張作用により低温・低圧状態の気液二相冷媒となる。この低温・低圧の気液二相冷媒は、室外分配器３２６により分配され、室外熱交換器３２１（蒸発器）の複数の流路に導かれる。そして、室外熱交換器３２１を流れる低温の冷媒が、室外送風機３２２から供給される外気から吸熱する。室外熱交換器３２１の出口では、冷媒はガス化して圧縮機３２３に戻る。以上で説明した、反時計回りに冷媒３４１が循環する一連の冷凍サイクルによって、空気調和機３００の暖房運転が実現される。

一方、冷房動作時には、四方弁３２４を切り替えて、時計回りに冷媒３４１が循環する冷凍サイクルを形成する。この場合、室内熱交換器３１１が蒸発器として作用し、室外熱交換器３２１が凝縮器として作用する。

（第７の実施形態）
図１９は、第７の実施形態に係る冷凍機４００の全体構成図である。冷凍機４００には、第１〜５の実施形態の何れかの分配器が適用されている。冷凍機４００においては、圧縮機４０１と、凝縮器４０２と、膨張弁４０３と、分配器４０４と、蒸発器４０５と、により冷凍サイクルが構成されている。ここで、分配器４０４は、第１〜５の実施形態において説明した分配器１０、２０、３０、４０、５０の何れかであるものとする。

圧縮機４０１で高温・高圧状態になった冷媒は、凝縮器４０２において凝縮されて液冷媒となる。その後、膨張弁４０３で減圧された低温低圧の液冷媒は分配器４０４で複数の流路に分配された上で蒸発器４０５に供給される。蒸発器４０５では、熱交換することでガス冷媒となり圧縮機４０１に戻る。冷却器４０６は、凝縮器４０２に冷却水を流すことで凝縮器４０２を冷却する。

以上、上述した各実施形態によれば、適切な液冷媒流量比で冷媒を分配する分配器、空気調和機及び冷凍機を提供することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０，２０，３０，４０，５０分配器
１２気液分離空間
１３，１３１流入管
１４流出管
１５衝突部
１７気液界面
２２第２の配管
１８１，１８２，１８３，１８４接続部
１８１２ａ〜１８１２ｄ開口部
１８２２ａ〜１８２２ｄ開口部
１８３２ａ〜１８３２ｄ開口部
１８３３開口部
１８４２ａ〜１８４２ｄ開口部
１８４３切り欠き部
１９１，１９２，１９３開口部
２１１，２１２，２１３第１の配管
３００空気調和機
４００冷凍機

Claims

冷媒の複数の流路を有する熱交換器と、
前記熱交換器の各流路に冷媒を分配する分配器と
を備え、
前記分配器は、
前記分配器の筐体内へ冷媒を流入させる流入管と、
前記筐体内の冷媒を流出させる複数の流出管と
を有し、
前記複数の流出管それぞれは、
前記筐体内における気液界面の高さに応じて流出するガス冷媒及び液冷媒の割合が変わる第１の開口部を有する第１の配管と、
前記筐体内から前記筐体外へ延びる第２の配管と、
前記第１の配管と前記第２の配管を接続する接続部と
を有し、
前記第１の配管及び前記第２の配管は、前記接続部に形成された第２の開口部に挿入されることにより接続される、空気調和機。
冷媒の複数の流路を有する熱交換器と、
前記熱交換器の各流路に冷媒を分配する分配器と
を備え、
前記分配器は、
前記分配器の筐体内へ冷媒を流入させる流入管と、
前記筐体内の冷媒を流出させる複数の流出管と
を有し、
前記複数の流出管それぞれは、
前記筐体内における気液界面の高さに応じて流出するガス冷媒及び液冷媒の割合が変わる第１の開口部を有する第１の配管と、
前記筐体内から前記筐体外へ延びる第２の配管と、
前記第１の配管と前記第２の配管を接続する接続部と
を有し、
前記流入管は、前記分配器の下部から冷媒を流入させ、
前記接続部は、前記流入管を通す第３の開口部を有し、
前記流入管は、前記第３の開口部に挿入され、
前記流入管の上端は、前記接続部よりも上に位置する、空気調和機。
冷媒の複数の流路を有する熱交換器と、
前記熱交換器の各流路に冷媒を分配する分配器と
を備え、
前記分配器は、
前記分配器の筐体内へ冷媒を流入させる流入管と、
前記筐体内の冷媒を流出させる複数の流出管と
を有し、
前記複数の流出管それぞれは、
前記筐体内における気液界面の高さに応じて流出するガス冷媒及び液冷媒の割合が変わる第１の開口部を有する第１の配管と、
前記筐体内から前記筐体外へ延びる第２の配管と、
前記第１の配管と前記第２の配管を接続する接続部と
を有し、
前記第１の配管の前記第１の開口部よりも前記流出管の下流側において前記第１の配管の側壁から前記第１の配管の径方向の外側に向かって張り出す張出部をさらに備える、空気調和機。
前記接続部は、前記第１の開口部よりも、前記流出管の下流側に位置する、請求項１乃至３の何れか１項に記載の空気調和機。
前記流入管は、前記分配器の上部から冷媒を流入させ、
前記接続部は、前記流入管から前記筐体内へ流入した冷媒の流れの向きを前記筐体の側壁側に変える衝突面を有する、請求項１乃至４の何れか１項に記載の空気調和機。
前記流入管は、前記分配器の上部から冷媒を流入させ、
前記分配器は、前記流入管と前記接続部の間に設けられ、前記流入管から前記筐体内へ流入した冷媒が衝突する衝突部をさらに有する、請求項１乃至４の何れか１項に記載の空気調和機。
前記接続部は、第３の開口部を有し、
前記衝突部は、前記第３の開口部に挿入される挿入部を有する、請求項６に記載の空気調和機。
前記筐体の底部に、窪み部が形成され、
前記流出管の下端は、前記窪み部内に位置する、請求項１乃至７の何れか１項に記載の空気調和機。
前記窪み部は、環状に形成されている、請求項８に記載の空気調和機。
前記窪み部内に突起部が形成され、
前記流出管の側壁の内側に、前記突起部の少なくとも一部が位置する、請求項８又は９に記載の空気調和機。
前記第２の配管の内径は、前記第１の配管の内径よりも大きい、請求項１乃至１０の何れか１項に記載の空気調和機。
前記接続部は、樹脂で形成されている、請求項１乃至１１の何れか１項に記載の空気調和機。
前記接続部及び前記第１の配管は、一体に形成されている、請求項１乃至１２の何れか１項に記載の空気調和機。
冷媒の複数の流路を有する熱交換器と、
前記熱交換器の各流路に冷媒を分配する分配器と
を備え、
前記分配器は、
前記分配器の筐体内へ冷媒を流入させる流入管と、
前記筐体内の冷媒を流出させる複数の流出管と
を有し、
前記複数の流出管それぞれは、
前記筐体内における気液界面の高さに応じて流出するガス冷媒及び液冷媒の割合が変わる第１の開口部を有する第１の配管と、
前記筐体内から前記筐体外へ延びる第２の配管と、
前記第１の配管と前記第２の配管を接続する接続部と
を有し、
前記第１の配管及び前記第２の配管は、前記接続部に形成された第２の開口部に挿入されることにより接続される、冷凍機。
熱交換器の各流路に冷媒を分配する分配器であって、
前記分配器の筐体内へ冷媒を流入させる流入管と、
前記筐体内の冷媒を流出させる複数の流出管と
を有し、
前記複数の流出管それぞれは、
前記筐体内における気液界面の高さに応じて流出するガス冷媒及び液冷媒の割合が変わる第１の開口部を有する第１の配管と、
前記筐体内から前記筐体外へ延びる第２の配管と、
前記第１の配管と前記第２の配管を接続する接続部と
を有し、
前記第１の配管及び前記第２の配管は、前記接続部に形成された第２の開口部に挿入されることにより接続される、分配器。