JPH09217969A - 冷媒分流器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で、しかも電力を必要とせずに、
冷媒の流量や設置姿勢にかかわらず安定して均等量の分
流を行う冷媒分流器を提供する。 【解決手段】 複数の冷媒流出管３内に、矢印Ａ方向か
ら与えられる冷媒の流量の増大或いは減少に応じてその
傾きが変化し、それによって流路の断面積を縮小，拡大
させる板バネ４を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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及
び放出を利用した冷却法に圧縮冷凍法があり、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、相変化する媒質即ち冷媒を閉回路内で循
環させ、その循環回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２０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２１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２２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
２０で圧縮され、凝縮器２１で凝縮され、循環する。

【０００４】熱交換器２２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。熱交換は冷媒の経路が長いほど、即ち伝熱管の総経
路が長いほど効率がよい。また、冷媒の単位体積当たり
の表面積が大きいほど、即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２２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２２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２２に冷媒が流入す
る前に冷媒分流器１を設置することによりなされる。こ
の冷媒分流器１から送り出される冷媒の経路は、熱交換
器２２の伝熱管の数だけ必要になる。

【０００６】従来の最も簡素な冷媒分流器９の例を図１
１に示す。この冷媒分流器９は、内部が中空の分流器本
体１０の一端に冷媒を流入させる流入管１１と、他端に
冷媒を流出させる複数の流出管１２が設けられている。
流出管１２はそれぞれ熱交換器２２の伝熱管に接続され
る。流入管１１から流入した冷媒は本体１０内部を通過
した後、複数経路に分岐して流出管１２を経て熱交換器
２２へと流れる。

【０００７】冷媒は冷媒分流器９に流入する以前に、凝
縮器２１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９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。即ち液相は液相、気
相は気相で集合する性質があるため、冷媒分流器９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１２に至る。従って、各流出管１２には均等量の冷
媒が流れるのではなく、その取り付け位置によって、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２２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、その伝熱管の全径
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２２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】また、偏流の発生は分流器の流量にも大き
く影響される。ある程度の冷媒流量がある場合には、分
流器内部に固定径の絞り弁や、冷媒流路を規制する固定
された手段を備えることにより、冷媒の流速を利用して
分流器内部の冷媒を撹拌し、冷媒の均一な撹拌を行うこ
とができる。しかし、積極的な撹拌機構が設けられてい
るわけではないので、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。

【００１２】このように、上記のような分流器９では、
冷媒の流量変化に応じて効果的に混合し、偏流の発生を
抑制することは困難である。

【００１３】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９では、冷媒流量が変化するこのような冷却装置には
充分対応することができない。

【００１４】また、偏流の発生は分流器の設置姿勢にも
影響を受ける。上記のような冷媒分流器９では、流入管
が下方に流出管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
９を横置きに設置すると流出管の位置対象性は保たれな
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。

【００１５】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、撹拌が充分に行えない場合もある。そうする
と分流器９の設置姿勢は縦置きに限定され、取り付け場
所にも制約が加えられることになる。

【００１６】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９にいくつかの改良が加えられてい
る。

【００１７】例えば、特願平６−１３９９７５号に記載
されている如く、冷媒分流器９の中空の本体内部に、冷
媒の通過経路となる開口を有し磁力によって開口する可
動開口板を設け、この開口板を回転させるための磁力発
生手段を本体外周に設置し、磁力発生手段を制御する制
御手段を備えた構成とする。

【００１８】この構成において、分流器内部の冷媒流路
を開口板の開口により設定することで冷媒の分流量比を
制御し、その制御を冷媒流出量に起因して生じる物理量
に基づいて行うようにする。

【００１９】また、断面が円形で中空の分流器本体に、
冷媒を流出させる複数の流出管を接続し、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を回転させる
ステータを本体の外周に設置する。そして、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
を調節する。さらに、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い
て開口位置を変えて分流冷媒量比の制御を行う。

【００２０】さらには、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。

【００２１】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ことは、上
記のような構成により、実現可能である。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、可動開
口板と、この開口板を回転させるための磁力発生手段、
及び磁力発生手段を制御する制御手段を最低限必要とす
る上記のような構成では、駆動電力を要する上、分流器
がコスト高になるという課題を抱えている。

【００２３】本発明は、簡単な構成で、しかも電力を必
要とせずに、冷媒の流量や設置姿勢にかかわらず安定し
て均等量の分流を行う冷媒分流器を提供する事を目的と
する。

【００２４】

【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、冷媒分流器の複数の冷媒流出管内に、
冷媒の流量の増大或いは減少に応じて、流路の断面積を
各々縮小，拡大させる部材を設けた構成とする。

【００２５】この構成において各冷媒流出管における分
流量比に差が生じた場合、即ち偏流が生じた場合、流量
が大きい流出管においては流路の断面積が小さくなり、
流量が小さい流出管においては流路の断面積が大きくな
るので、各冷媒流出管を流れる冷媒の流量は結果として
均一になる。

【００２６】具体的には、複数の冷媒流出管各々の管内
に、冷媒の流量の増大或いは減少に応じて変形し、流路
の断面積を各々縮小，拡大させる部材を設ける。

【００２７】また、複数の冷媒流出管各々の管内に、固
定開口板と、該固定開口板の上流側の開口に対向し冷媒
流路方向に移動可能な移動部材と、該移動部材を冷媒流
路上流側に付勢する弾性体とを設けるようにしても良
い。

【００２８】さらに、各冷媒流出管に上記部材を複数設
け、それらの部材について、冷媒の流量の変動に応じて
流路の断面積を変化させる度合いを、各々適切な値に設
定することにより、流量の変動が小さい場合から大きい
場合まで、幅広く対応することができる。

【００２９】また、他の構成として、複数の冷媒流出管
同志を繋ぐバイパスを設ける。

【００３０】この構成において、各冷媒流出管における
分流量比に差が生じた場合、即ち偏流が生じた場合、各
冷媒流出管内の圧力にも差が生じるため、圧力の高い冷
媒流出管から圧力の低い冷媒流出管へ、バイパスを通っ
て冷媒が流れ込むので、各冷媒流出管を流れる冷媒の流
量は、結果として均一になる。

【００３１】以上のような手段により、簡単な構成で、
しかも電力を必要とせずに、冷媒の流量や設置姿勢にか
かわらず安定して均等量の分流を行う冷媒分流器を提供
する事が可能である。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。ここに示す全ての実施
形態においては、冷媒を３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３本として示すが、本発明
は３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。

【００３３】図２に本発明冷媒分流器の第１の実施形態
の断面を模式的に示す。冷媒分流器１は、流入管２と複
数の流出管３とからなり、矢印Ａの如く流入管２より流
入した冷媒は、流入管２と流出管３の接続部にて枝分か
れし、複数の各流出管３を通って矢印Ｂの如く流出する
ものである。また流出管３内部には板バネ４が設けられ
ており、これにより各流出管３における冷媒の流量を制
御する。

【００３４】図３，図４は板バネ４付近の拡大図であ
る。矢印Ｆは冷媒の流れを示す。図５，図６は板バネ４
を図３，図４各々の状態において冷媒の流れの方向より
見た図である。図３のように、当初は冷媒の流れの方向
に対して斜めに取り付けられていた板バネ４は、冷媒の
流量が増加するにつれて、より強く冷媒に押されること
により、図４のように冷媒の流れＦの方向に対して、よ
り垂直に近い状態となる。この場合、流路の断面は、図
５から図６の状態へと移行し、流路の断面積が板バネ４
によって縮小されるので、流量の増加は抑制されること
になる。この時、当該流出管内の流量が他の流出管内の
流量より大きい場合は、冷媒が他の流出管３へ流れ込む
割合が大きくなるので、各流出管３を流れる冷媒の流量
は結果として均一になる。

【００３５】ところで、板バネ４の材質は、いわゆるバ
ネ材にはこだわらない。要するに冷媒の流量に応じて変
形，復元すれば良いのであって、弾性体や形状記憶体そ
の他様々なものを使用することができる。また、形状や
取り付け状態も図示したものにはこだわらない。冷媒の
流量の増大或いは減少に応じて流路の断面積を各々縮
小，拡大させる働きを持っていれば良い。

【００３６】図７に示す第２の実施形態は流出管３各々
の内部に、板バネ４ａ，４ｂとして示すように、複数の
部材を設けた場合を示す。この場合、板バネ４ａ，４ｂ
各々について、冷媒の流量の変動に応じて流路の断面積
を変化させる度合い、つまり、例えば弾性体であれば弾
性係数を、各々適切な値に設定することにより、流量の
変動が大きい場合から小さい場合まで、幅広く対応する
ことができる。

【００３７】なお、ここでも板バネの材質，形状，取り
付け状態，個数等にこだわるものではないが、図７の板
バネ４ａ，４ｂに示すように、流出管内壁の、対向した
位置に板バネを取り付ければ、４ａを迂回した冷媒が４
ｂを確実に押すので、冷媒の流れに効率よく反応させる
ことができる。

【００３８】図８に、第３の実施形態の構造を示す。流
出管３内部に固定開口板７ａ，７ｂが設けられており、
球体５はコイルバネ６ａ，６ｂを介して固定開口板７
ａ，７ｂ間に保持されている。なお、矢印Ｆは冷媒の流
れを示す。この構造において、球体５は、冷媒の流量が
増加するにつれて、より強く冷媒に押されることによ
り、球体５の下流側のコイルバネ６ｂを圧縮させるの
で、球体５とその下流側の固定開口板７ｂの距離は小さ
くなる。この時、固定開口板７ｂの小径口１４と球体５
が相俟って、冷媒の流れが絞られ、即ち流路の断面積が
縮小されるので、流量の増加は抑制されることになる。
この時、当該流出管３内の流量が他の流出管３内の流量
より大きい場合は、冷媒が他の流出管３内へ流れ込む割
合が大きくなるので、各流出管３を流れる冷媒の流量
は、結果として均一になる。

【００３９】なお、球体５については必ずしも球形には
こだわらない。固定開口板と相俟って流量を制御するも
のであれば良く、例えば図９のような楔形のもの５′で
も良い。また、コイルバネ６ａ，６ｂについても必ずし
もコイルの形状にこだわるものではなく、冷媒の流量に
応じて、変形，復元するものであれば良いのであり、そ
の取り付け状態，材質においても同様である。さらに、
球体５が、その下流側のコイルバネ６ｂを介して下流側
の固定開口板７ｂと確実に結合されているのであれば、
球体５の上流側のコイルバネ６ａと固定開口板７ａは省
略しても良い。

【００４０】また、図８のような構造のものを、流出管
３各々の内部に複数設け、その各々について、冷媒の流
量の変動に応じて流路の断面積を変化させる度合い、例
えばコイルバネ６の弾性係数，球体５の径等を、適切な
値に設定することにより、図７の場合と同様に、流量の
変動の小さい場合から大きい場合まで、幅広く対応する
ことができる。

【００４１】図１０は、本発明の第４の実施形態を示し
ており、複数の流出管３同志を、バイパス管８にて繋い
だものである。

【００４２】この構成において、各流出管３における分
流量比に差が生じた場合、即ち偏流が生じた場合、各流
出管内の圧力にも差が生じるため、圧力の高い流出管か
ら圧力の低い流出管へ、バイパス管８を通って冷媒が流
れ込むので、各流出管３を流れる冷媒の流量は、結果と
して均一になる。

【００４３】なお、バイパス管の繋ぎかたは図のような
形にこだわらない。各々のバイパス管同志が何らかの形
で効果的にバイパスされていれば良い。また、熱交換器
２２の下流側に図示されているバイパス管１５は、必ず
しも設けなくとも良いが、各熱交換器２２を通る冷媒の
流れをスムーズにする上で効果がある。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の冷媒分流
器によれば、冷媒の流量や設置姿勢にかかわらず、電力
を必要とせずに、安定して均等量の分流を行うことがで
き、熱交換器での熱交換効率を向上させることができ
る。

【００４５】しかも請求項２の冷媒分流器では、複数の
冷媒流出管各々の管内に、冷媒の流量の増大或いは減少
に応じて自ら変形し、流路の断面積を縮小，拡大させる
部材を設けることにより、非常に簡単な構成で、上記の
効果を得ることができる。

【００４６】さらに請求項３の冷媒分流器では、冷媒流
出管各々の管内に、請求項２における部材を複数設ける
ことにより、流量の変動が小さい場合から大きい場合ま
で、幅広く対応することができる。

【００４７】また、請求項４のように、固定開口板と移
動部材及び弾性体とを設ける構造によっても、請求項２
の冷媒分流器と同等の効果を得ることができる。

【００４８】また、請求項５のように、冷媒流出管の各
々の管内に、請求項４における構造のものを複数設ける
ことにより、請求項３の冷媒分流器と同等の効果を得る
ことができる。

【００４９】そして請求項６のように、複数の冷媒流出
管同志をバイパスにて繋ぐことによっても、所期の効果
を得ることができる。

【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】 本発明の第１の実施形態の冷媒分流器の縦断
面図。

【図３】 第１の実施形態の板バネ付近の縦断面図。

【図４】 その板バネが変形した状態を示す縦断面図。

【図５】 板バネの側面を示す分流管の横断面図。

【図６】 その板バネが変形した状態を示す分流管の横
断面図。

【図７】 本発明の第２の実施形態の冷媒分流器の縦断
面図。

【図８】 本発明の第３の実施形態の構造を示す縦断面
図。

【図９】 第３の実施形態に適用可能な楔形の移動部材
の正面図。

【図１０】本発明の第４の実施形態の冷媒分流器及び熱
交換器の正面図。

【図１１】従来例の冷媒分流器の縦断面図。

【符号の説明】

１ 冷媒分流器 ２ 流入管 ３ 流出管 ４ 板バネ ５ 球体 ６ａ，６ｂ コイルバネ ７ａ，７ｂ 固定開口板 ８ バイパス管

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の冷媒流出管内に、冷媒の流量の増
   大或いは減少に応じて、流路の断面積を各々縮小，拡大
   させる部材を設けたことを特徴とする冷媒分流器。
2. 【請求項２】 複数の冷媒流出管各々の管内に、冷媒の
   流量の増大或いは減少に応じて自ら変形し、流路の断面
   積を各々縮小，拡大させる部材を設けたことを特徴とす
   る冷媒分流器。
3. 【請求項３】 複数の冷媒流出管各々の管内に、前記部
   材を複数設けたことを特徴とする請求項２に記載の冷媒
   分流器。
4. 【請求項４】 複数の冷媒流出管各々の管内に、固定開
   口板と、該固定開口板の上流側の開口に対向し冷媒流路
   方向に移動可能な移動部材と、該移動部材を冷媒流路上
   流側に付勢する弾性体とを設けたことを特徴とする冷媒
   分流器。
5. 【請求項５】 複数の冷媒流出管の各々の管内に、前記
   固定開口板と、前記移動部材と、前記弾性体とを各々複
   数設けたことを特徴とする請求項４に記載の冷媒分流
   器。
6. 【請求項６】 複数の冷媒流出管同志を繋ぐバイパスを
   設けたことを特徴とする冷媒分流器。