JP2008196762A - 分流器、熱交換器ユニット、及び冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸発器として機能する熱交換器（41）の複数の冷媒流通路（25）間における冷媒の偏流を抑制することができる分流器（42）を提供する。
【解決手段】冷媒を導入するための導入通路（26）と、熱交換器（41）に形成された複数の冷媒流通路（25）に対して冷媒を分配するための分配通路（27）とが設けられた分流器（42）を、導入通路（26）を通じて導入した冷媒を気液分離して、気液分離した液冷媒を分配通路（27）を通じて複数の冷媒流通路（25）に分配するように構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱交換器に形成された複数の冷媒流通路に対して冷媒を分配するための分流器、その分流器を備える熱交換器ユニット、及びその熱交換器ユニットを備える冷凍装置に関するものである。

従来より、熱交換器に形成された複数の冷媒流通路に対して冷媒を分配するための分流器が知られている。この種の分流器は、冷媒が充填された冷媒回路において、熱交換器の液側やガス側にその熱交換器に付属して設けられる。熱交換器の液側に配置される分流器は、蒸発器として機能する熱交換器の複数の冷媒流通路に対して冷媒を分配する。熱交換器のガス側に配置される分流器は、放熱器として機能する熱交換器の複数の冷媒流通路に対して冷媒を分配する。

特許文献１には、この種の分流器の一例としてのディストリビュータが開示されている。このディストリビュータは、容器状の本体を備えている。ディストリビュータは、冷凍サイクルを行う冷凍機に設けられ、減圧装置と室内熱交換器との間に配置されている。ディストリビュータ本体には、減圧装置との間をつなぐ配管の逆側に、室内熱交換器の冷媒流通路に接続される配管が複数本挿入されている。これらの配管は、本体の軸心に対して平行になるように設けられている。この冷凍機では、減圧装置で減圧された冷媒がディストリビュータで分岐して、分岐した冷媒が蒸発器として機能する熱交換器の各冷媒流通路に供給される。
実開昭６０−２７７５号公報

ところで、分流器が接続される熱交換器が蒸発器になる状態では、通常、気液二相状態の冷媒が分流器に流入する。気液二相状態の冷媒は、分流器で液成分とガス成分とが混ざり合い、熱交換器の各冷媒流通路に分配される。

しかし、例えば、分流器に流入する冷媒の流速（特にガス成分の流速）が遅い場合には、分流器で気液二相状態の冷媒の液成分とガス成分とが十分に混ざり合わない。このため、熱交換器の冷媒流通路によって流れる液冷媒の量が偏る冷媒の偏流が生じてしまう。そして、液冷媒の量が少ない冷媒流通路は熱交換に有効利用されない状態になるので、熱交換器における熱交換効率が低下するという問題が生じる。

特に、冷媒として二酸化炭素を用いる冷凍装置の場合は、ガス状態の冷媒の密度がフロン冷媒に比べて大きいので、分流器に流入する際の冷媒のガス成分の流速が、フロン冷媒を用いる冷凍装置に比べて小さくなる。このため、分流器で冷媒の液成分とガス成分とが混ざり合いにくいので、熱交換器の冷媒流通路間における冷媒の偏流の程度が大きくおそれがある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするこころは、蒸発器として機能する熱交換器の複数の冷媒流通路間における冷媒の偏流を抑制することができる分流器を提供することにある。

第１の発明は、蒸気圧縮冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）において蒸発器として機能する熱交換器（41）に形成された複数の冷媒流通路（25）に対して冷媒を分配するための分流器（42）を対象とする。そして、この分流器（42）は、流入した気液二相状態の冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する気液分離部（24）と、上記気液分離部（24）へ冷媒を導入するための導入通路（26）と、上記気液分離部（24）の液冷媒を分配して各冷媒流通路（25）に供給するための分配通路（27）とを備えている。

第１の発明では、分流器（42）が、導入通路（26）を通じて導入した気液二相状態の冷媒を液冷媒とガス冷媒とに気液分離して、気液分離した液冷媒を分配通路（27）を通じて分配するように構成されている。分流器（42）は、蒸気圧縮冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）において蒸発器として機能する熱交換器（41）に対して設けられ、分配通路（27）が複数の冷媒流通路（25）に接続される。熱交換器（41）が蒸発器となる状態では、分流器（42）に導入された気液二相状態の冷媒が分流器（42）で液冷媒とガス冷媒とに気液分離され、気液分離された液冷媒が分配通路（27）を通じて各冷媒流通路（25）に供給される。全ての冷媒流通路（25）には液冷媒が流入する。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記気液分離部（24）が、密閉容器状に形成された容器状部材（24）により構成されており、上記分配通路（27）は、上記容器状部材（24）の底部に開口している。

第２の発明では、容器状部材（24）が気液分離部（24）を構成しており、容器状部材（24）には導入通路（26）と分配通路（27）とが接続されている。この第２の発明の分流器（42）が接続された熱交換器（41）が蒸発器となる状態では、導入通路（26）を通じて容器状部材（24）に導入された冷媒が、容器状部材（24）内において液冷媒とガス冷媒とに気液分離される。そして、気液分離された液冷媒が、容器状部材（24）の底部に開口する分配通路（27）に流入して複数の冷媒流通路（25）に供給される。

第３の発明は、上記第２の発明において、上記容器状部材（24）が、軸が上下方向に延びる円筒状に形成される一方、上記導入通路（26）は、上記容器状部材（24）の側面において接線方向に沿うように接続されている。

第３の発明では、円筒状に形成された容器状部材（24）の側面において接線方向に沿うように、導入通路（26）が接続されている。このため、導入通路（26）から容器状部材（24）に流入した冷媒は、容器状部材（24）の内周面に沿うように流れて旋回する。そして、旋回する冷媒は、液成分とガス成分とに働く遠心力が異なるため、液冷媒とガス冷媒とに分離しやすくなる。

第４の発明は、上記第２又は第３の発明において、上記容器状部材（24）には、該容器状部材（24）に溜まる冷凍機油を抜くための油抜き通路（29）が上記分配通路（27）より下方に開口するように接続されている。

第４の発明では、容器状部材（24）に油抜き通路（29）が接続されている。油抜き通路（29）は、容器状部材（24）内において分配通路（27）より下方に開口している。ここで、分流器（42）が接続される冷凍装置（10）は、ほとんどのものが圧縮機（30）から吐出された冷媒に含まれる冷凍機油が冷媒回路（20）を循環している。このため、熱交換器（41）の冷媒流通路（25）に流入する冷媒に冷凍機油が含まれていると、冷媒流通路（25）の内表面に冷凍機油が付着して熱交換効率が低下する。特に熱交換器（41）が蒸発器として機能する場合には、冷凍機油の粘性が大きくなるので、冷凍機油が冷媒流通路（25）の内表面に付着しやすくなる。この第４の発明では、熱交換器（41）が蒸発器として機能する状態において、分流器（42）の容器状部材（24）内で液冷媒に溶けていない冷凍機油が油抜き通路（29）に流入する。このため、熱交換器（41）の冷媒流通路（25）に流入する冷凍機油の量が低減される。

第５の発明は、上記第２乃至第４の何れか１つの発明において、上記容器状部材（24）には、該容器状部材（24）で気液分離されたガス冷媒を抜くためのガス抜き通路（28）が上記分配通路（27）より上方に開口するように接続されている。

第５の発明では、容器状部材（24）にガス抜き通路（28）が接続されている。ガス抜き通路（28）は、容器状部材（24）内において分配通路（27）より上方に開口している。この第５の発明の分流器（42）では、気液分離されたガス冷媒がガス抜き通路（28）から抜き出される。

第６の発明は、上記第３の発明において、上記容器状部材（24）には、該容器状部材（24）で気液分離されたガス冷媒を抜くためのガス抜き通路（28）が、該容器状部材（24）の中心部における上記導入通路（26）より下方で且つ上記分配通路（27）より上方に開口するように接続されている。

第６の発明では、ガス抜き通路（28）が、容器状部材（24）の中心部における導入通路（26）より下方で且つ分配通路（27）より上方に開口している。ここで、導入通路（26）は容器状部材（24）の側面において接線方向に沿うように接続されている。このため、上述したように、導入通路（26）から容器状部材（24）に流入して旋回する冷媒は、液成分とガス成分とに働く遠心力が異なるため、容器状部材（24）の中心部の冷媒はガス成分の比率が高くなる。さらに、導入通路（26）より下方は、導入通路（26）から流入したばかりで気液分離が十分にされていない冷媒が流れない。このため、容器状部材（24）の中心部の中でも導入通路（26）より下方は、冷媒のガス成分の比率がさらに高くなる。この第６の発明では、ガス抜き通路（28）が、容器状部材（24）内においてガス成分の比率が高い位置に開口している。

第７の発明は、請求項１乃至６の何れか１つの分流器（42）と、一端が上記分流器（42）の分配通路（27）に接続された冷媒流通路（25）が複数形成された熱交換器（41）と、
上記熱交換器（41）の複数の冷媒流通路（25）の他端に接続された合流器（43）とを備え、蒸気圧縮冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）に対して、上記熱交換器（41）が蒸発器として機能する状態で上記分流器（42）から上記合流器（43）へ向かって冷媒が流れるように設置される熱交換器ユニット（34）である。

第７の発明では、第１乃至第６の何れか１つの発明の分流器（42）が、熱交換器（41）が蒸発器として機能する状態で熱交換器（41）の複数の冷媒流通路（25）に対して冷媒を分配する。このため、分流器（42）で気液分離された液冷媒が熱交換器（41）の各冷媒流通路（25）に供給される。

第８の発明は、請求項１乃至４の何れか１つの分流器（42）と、一端が上記分流器（42）の分配通路（27）に接続された冷媒流通路（25）が複数形成された熱交換器（41）と、上記熱交換器（41）の複数の冷媒流通路（25）の他端に接続された合流器（43）と、上記分流器（42）の気液分離部（24）と上記合流器（43）とに接続して、該気液分離部（24）からガス冷媒を該合流器（43）へ送るためのガス抜き通路（28）とを備え、蒸気圧縮冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）に対して、上記熱交換器（41）が蒸発器として機能する状態で上記分流器（42）から上記合流器（43）へ向かって冷媒が流れるように設置される熱交換器ユニット（34）である。

第８の発明では、第１乃至第４の何れか１つの発明の分流器（42）が、熱交換器（41）が蒸発器として機能する状態で熱交換器（41）の複数の冷媒流通路（25）に対して冷媒を分配する。このため、分流器（42）で気液分離された液冷媒が熱交換器（41）の各冷媒流通路（25）に供給される。

また、ガス抜き通路（28）が、分流器（42）の気液分離部（24）と合流器（43）とを連通している。このため、熱交換器（41）が蒸発器として機能する状態では、各冷媒流通路（25）を通過した冷媒と、気液分離部（24）で気液分離されたガス冷媒とが合流器（43）で合流する。

第９の発明は、上記第８の発明において、上記熱交換器（41）には、一端が上記合流器（43）に接続されて、該熱交換器（41）が蒸発器として機能する状態で該合流器（43）で合流した冷媒が流通する下流側冷媒流通路（21）が形成されている。

第９の発明では、熱交換器（41）に、一端が上記分流器（42）に接続されて他端が上記合流器（43）に接続された冷媒流通路（25）に加えて、下流側冷媒流通路（21）が形成されている。熱交換器（41）が蒸発器となる状態では、各冷媒流通路（25）を通過した冷媒とガス抜き通路（28）を通過した冷媒とが合流器（43）で合流する。そして、合流器（43）で合流した冷媒が下流側冷媒流通路（21）を流通する。

第１０の発明は、請求項６乃至８の何れか１つの熱交換器ユニット（34）と、圧縮機（30）と、膨張機構（36）とが接続された冷媒回路（20）を備え、上記熱交換器ユニット（34）の熱交換器（41）が蒸発器となる動作を実行可能に構成されている冷凍装置（10）である。

第１０の発明では、冷凍装置（10）が、第６乃至第８の何れか１つの発明の熱交換器ユニット（34）を備えている。第６乃至第８の何れか１つの発明の熱交換器ユニット（34）は、蒸発器となる熱交換器（41）の各冷媒流通路（25）に分流器（42）で気液分離された液冷媒が供給されるように構成されている。このため、複数の冷媒流通路（25）間おける冷媒の偏流の程度が比較的小さく、熱交換器（41）における熱交換効率が比較的高い熱交換器ユニット（34）になっている。

第１１の発明は、上記第１０の発明において、上記冷媒回路（20）には、冷媒として二酸化炭素が充填されている。

第１１の発明では、蒸発器となる熱交換器（41）の各冷媒流通路（25）に分流器（42）で気液分離された液冷媒が供給されるように構成された熱交換器ユニット（34）が、二酸化炭素冷媒が充填された冷媒回路（20）に接続されている。ここで、上述したように、二酸化炭素冷媒は、ガス状態の冷媒の密度がフロン冷媒に比べて大きいので、分流器（42）に流入する際の冷媒のガス成分の流速が、フロン冷媒に比べて小さくなる。従って、従来の分流器を用いる冷凍装置において、冷媒として二酸化炭素を用いる場合は、フロン冷媒を用いる場合に比べて熱交換器（41）の冷媒流通路（25）間における冷媒の偏流が生じやすい。この第１１の発明では、従来の分流器では熱交換器（41）の冷媒流通路（25）間における冷媒の偏流が生じやすい冷凍装置（10）に、蒸発器となる熱交換器（41）の各冷媒流通路（25）に分流器（42）で気液分離された液冷媒が供給されるように構成された熱交換器ユニット（34）を適用している。

第１乃至第６の各発明では、導入した冷媒を液冷媒とガス冷媒とに気液分離してから気液分離した液冷媒を分配通路（27）を通じて分配するように分流器（42）を構成することで、分流器（42）が接続される熱交換器（41）が蒸発器となる状態でその熱交換器（41）の全ての冷媒流通路（25）に液冷媒が供給されるようにしている。従って、蒸発器となる熱交換器（41）において、冷媒流通路（25）を流れる冷媒の液成分とガス成分との比率の違いによって冷媒流通路（25）間に液冷媒の量に差が生じることがないので、冷媒流通路（25）を流れる液冷媒の量が均一化される。このため、この第１乃至第６の各発明の分流器（42）によって、蒸発器として機能する熱交換器（41）の複数の冷媒流通路（25）間における冷媒の偏流を抑制することができる。

また、上記第３の発明では、円筒状に形成された容器状部材（24）の側面において接線方向に沿うように導入通路（26）を接続することで、導入通路（26）から容器状部材（24）に流入した冷媒が液冷媒とガス冷媒とに分離しやすくなるようにしている。従って、分配通路（27）を通じて各冷媒流通路（25）に供給される冷媒に混入するガス冷媒の量を減少させることができるので、分流器（42）が接続される熱交換器（41）の熱交換効率を向上させることができる。

また、上記第４の発明によれば、熱交換器（41）が蒸発器として機能する状態において、分流器（42）において液冷媒に溶けていない冷凍機油が油抜き通路（29）から抜き出されるので、冷媒流通路（25）に流入する冷凍機油の量を減少させることができる。従って、冷媒流通路（25）の内表面に付着する冷凍機油の量を減少させることができるので、冷凍機油による熱交換器（41）の熱交換効率の低下を抑制することができる。

また、上記第５の発明では、容器状部材（24）内において気液分離されたガス冷媒がガス抜き通路（28）を通じて抜き出されるようにしている。このため、容器状部材（24）内にガス冷媒が溜まっていく状態にならないので、容器状部材（24）内に導入された冷媒は液冷媒とガス冷媒とに分離しやすくなる。

また、上記第６の発明では、ガス抜き通路（28）が、容器状部材（24）内においてガス成分の比率が高い位置に開口している。従って、ガス抜き通路（28）に流入する液冷媒の量を減少させることができる。つまり、ガス抜き通路（28）を設けることによって減少する熱交換器（41）を通過する液冷媒の量を抑制することができる。

また、上記第７、第８の各発明では、流入した冷媒を液冷媒とガス冷媒とに気液分離して気液分離した液冷媒を分配する分流器（42）を用いることで、蒸発器となる熱交換器（41）の複数の冷媒流通路（25）に液冷媒が供給されるようにしている。このため、冷媒流通路（25）を流れる冷媒の液成分とガス成分との比率の違いによって冷媒流通路（25）間に液冷媒の量に差が生じることがないので、蒸発器として機能する熱交換器（41）の複数の冷媒流通路（25）間における冷媒の偏流が抑制される。よって、熱交換器（41）が蒸発器として機能する際の熱交換器ユニット（34）の熱交換効率を向上させることができる。

また、上記第８の発明では、熱交換器（41）が蒸発器として機能する状態において、各冷媒流通路（25）を通過した冷媒と気液分離部（24）で気液分離されたガス冷媒とが合流器（43）で混ざるようにしている。従って、合流器（43）では冷媒流通路（25）から流出した冷媒の液成分の比率が低減されるので、熱交換器ユニット（34）から流出する冷媒の液成分の比率を低減させることができる。

また、上記第９の発明では、各冷媒流通路（25）を通過した冷媒とガス抜き通路（28）を通過した冷媒とが混ざり合った冷媒が流通する下流側冷媒流通路（21）が、熱交換器（41）に形成されている。このため、ガス抜き通路（28）に流入するガス冷媒に液冷媒が混じっても、その液冷媒を下流側冷媒流通路（21）で蒸発させることができるので、熱交換器ユニット（34）から流出する液冷媒の量を減少させることができる。

また、各冷媒流通路（25）を通過した冷媒も下流側冷媒流通路（21）で蒸発させることができる。ここで、蒸発器となる熱交換器（41）では、例えば熱交換器ユニット（34）から流出した冷媒を吸入する圧縮機（30）において液圧縮が生じないように、流出した冷媒の過熱度が調節される。この第９の発明では、各冷媒流通路（25）を通過した冷媒を下流側冷媒流通路（21）でも蒸発させるので、冷媒流通路（25）から流出した冷媒の過熱度が比較的小さな値になるように調節しても、下流側冷媒流通路（21）で冷媒の過熱度が大きくなる。従って、冷媒流通路（25）から流出した冷媒の過熱度を比較的小さな値にして、冷媒流通路（25）内の液冷媒の流通範囲を拡大することができるので、冷媒流通路（25）における熱交換効率を向上させることができる。

また、上記第１０の発明では、第６乃至第８の何れか１つの発明の熱交換器ユニット（34）を用いるので、熱交換器ユニット（34）の熱交換器（41）が蒸発器となる動作の際に、その熱交換器ユニット（34）における熱交換効率が比較的高くなる。従って、熱交換器ユニット（34）の熱交換器（41）が蒸発器となる動作における冷凍装置（10）の運転効率を向上させることができる。

また、上記第１１の発明では、従来の分流器では熱交換器（41）の冷媒流通路（25）間における冷媒の偏流が生じやすい二酸化炭素冷媒の冷凍装置（10）に、蒸発器となる熱交換器（41）の各冷媒流通路（25）に分流器（42）で気液分離された液冷媒が供給されるように構成された熱交換器ユニット（34）を適用している。このため、冷媒のガス成分の流速に拘わらず複数の冷媒流通路（25）には液冷媒が供給されるので、熱交換器（41）の冷媒流通路（25）間における冷媒の偏流の程度が大きく改善される。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

本実施形態は、本発明に係る分流器（42）を備える熱交換器ユニット（34）が設けられた冷凍装置（10）である。以下では、まず冷凍装置（10）の構成について説明し、次に熱交換器ユニット（34）の構成について説明する。

〈冷凍装置の構成〉
本実施形態の冷凍装置（10）は、冷房運転と暖房運転とを選択可能な空気調和装置（10）として構成されている。この空気調和装置（10）は、図１に示すように、室外機（11）と室内機（13）とを備えている。

室外機（11）には、冷凍装置（10）の構成機器として、圧縮機（30）、四路切換弁（33）、第１熱交換器ユニット（34a）、室外膨張弁（36）、及び室外ファン（12）が設けられている。室内機（13）には、冷凍装置（10）の構成機器として、第２熱交換器ユニット（34b）及び室内ファン（14）が設けられている。これらの冷凍装置（10）の構成機器は、冷媒として二酸化炭素が充填された冷媒回路（20）に接続されている。この冷媒回路（20）では、冷媒を循環させて蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。

圧縮機（30）は、高圧ドーム型の圧縮機として構成されている。圧縮機（30）のドーム内には、冷媒に溶けにくい性質（弱相溶性）の冷凍機油が貯留されている。冷媒としての二酸化炭素に対して溶け込みにくい弱相溶性の冷凍機油には、例えばＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）がある。圧縮機（30）の吐出側は、四路切換弁（33）の第１ポート（P1）に接続されている。圧縮機（30）の吸入側は、四路切換弁（33）の第３ポート（P3）に接続されている。

第１熱交換器ユニット（34a）及び第２熱交換器ユニット（34b）は、熱交換器（41）と分流器（42）とガス側ヘッダ（43）とを備えている。分流器（42）は熱交換器（41）の液側に設けられ、合流器を構成するガス側ヘッダ（43）は熱交換器（41）のガス側に設けられている。なお、第１熱交換器ユニット（34a）及び第２熱交換器ユニット（34b）の詳細は後述する。

第１熱交換器ユニット（34a）のガス側端は、四路切換弁（33）の第２ポート（P2）に接続されている。第１熱交換器ユニット（34a）の液側端は、膨張機構である室外膨張弁（36）に接続されている。第２熱交換器ユニット（34b）のガス側端は、四路切換弁（33）の第４ポート（P4）に接続されている。第２熱交換器ユニット（34b）の液側端は、室外膨張弁（36）に接続されている。また、第２熱交換器ユニット（34b）のガス側にはガス側温度センサ（51）が設けられ、第２熱交換器ユニット（34b）の液側には液側温度センサ（52）が設けられている。

第１熱交換器ユニット（34a）の近傍には、熱交換器（41a）に空気を送る室外ファン（12）が配置されている。第２熱交換器ユニット（34b）の近傍には、熱交換器（41b）に空気を送る室内ファン（14）が配置されている。

四路切換弁（33）は、第１ポート（P1）と第２ポート（P2）が互いに連通して第３ポート（P3）と第４ポート（P4）が互いに連通する第１状態（図１に実線で示す状態）と、第１ポート（P1）と第４ポート（P4）が互いに連通して第２ポート（P2）と第３ポート（P3）が互いに連通する第２状態（図１に破線で示す状態）とが切り換え自在になっている。

〈熱交換器ユニットの構成〉
第１熱交換器ユニット（34a）及び第２熱交換器ユニット（34b）は、同じ構成であり、上述したように、熱交換器（41）と分流器（42）とガス側ヘッダ（43）とを備えている。

熱交換器（41）は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器として構成されている。各熱交換器（41）は、伝熱管の内側が冷媒流通路（25）になっている。各熱交換器（41）には、６つの冷媒流通路（25）が形成されている。

分流器（42）は、図２及び図３に示すように、密閉容器状に形成された容器状部材（24）を備えている。容器状部材（24）は、両端が閉塞された円筒状に形成され、気液分離部を構成している。容器状部材（24）は、軸が上下方向に延びるように設置される。容器状部材（24）には、導入通路となる導入管（26）と、分配通路となる分配管（27）と、ガス抜き通路となるガス抜き管（28）とが設けられている。導入管（26）及びガス抜き管（28）は１本ずつ設けられ、分配管（27）は６本設けられている。

導入管（26）は、容器状部材（24）の側面の上寄りの位置に接続されている。導入管（26）は、水平方向に延びており、容器状部材（24）の接線方向に沿うように接続されている。この状態では、容器状部材（24）を上側から見て、導入管（26）の軸心が、導入管（26）の軸心に対して平行で且つ容器状部材（24）の中心を通る線に対して所定距離だけ離れている。導入管（26）の容器状部材（24）の逆端は、室外膨張弁（36）に接続される。

６本の分配管（27）は、全て容器状部材（24）の底面に接続されている。６本の分配管（27）は、容器状部材（24）の底面において周方向に等間隔に配置されている。各分配管（27）は、容器状部材（24）内において底面から突出しており、容器状部材（24）の底部において底面より上方の位置に開口している。各分配管（27）の分流器（42）の逆端は、それぞれ冷媒流通路（25）に接続されている。

ガス抜き管（28）は、容器状部材（24）の上面の真ん中に接続されている。ガス抜き管（28）は、容器状部材（24）内において上面から下方へ真っ直ぐ延びている。ガス抜き管（28）は、容器状部材（24）の中心部における導入管（26）より下方で且つ分配管（27）より上方に開口している。ガス抜き管（28）の分流器（42）の逆端は、ガス側ヘッダ（43）に接続されている。ガス抜き管（28）は、分流器（42）とガス側ヘッダ（43）とを連通している。

ガス抜き管（28）には、分流器（42）側から順に、流量調節弁（18）と逆止弁（19）とが設けられている。流量調節弁（18）は、開度可変に構成されている。逆止弁（19）は、分流器（42）からガス側ヘッダ（43）へ向かう流れのみを許容する。

ガス側ヘッダ（43）は、両端が閉塞された細長い円筒状の密閉容器である。ガス側ヘッダ（43）には、上述のガス抜き管（28）に加えて、６つの冷媒流通路（25）からそれぞれ延びる接続配管（22）と、四路切換弁（33）へ延びる配管が接続されている。

この実施形態の熱交換器ユニット（34a,34b）は、熱交換器（41）が蒸発器として機能する状態で、導入管（26）を通じて分流器（42）の容器状部材（24）に流入した気液二相状態の冷媒が、容器状部材（24）内で液冷媒とガス冷媒とに気液分離される。容器状部材（24）で気液分離された液冷媒は、容器状部材（24）の底部に開口する分配管（27）を通じて各冷媒流通路（25）に供給される。全ての冷媒流通路（25）には液冷媒が流入する。

また、この実施形態の分流器（42）では、導入管（26）が容器状部材（24）の接線方向に沿うように接続されているので、容器状部材（24）に流入した冷媒は、容器状部材（24）の内周面に沿うように流れて旋回する。このため、分流器（42）に流入して旋回する気液二相状態の冷媒は、液成分とガス成分とに働く遠心力が異なるため、液成分とガス成分とに分離しやすくなる。

また、この実施形態の分流器（42）では、容器状部材（24）で気液分離されたガス冷媒が、ガス抜き管（28）を通じて抜き出される。ガス抜き管（28）は、容器状部材（24）の中心部における導入管（26）より下方に開口している。流入した冷媒が旋回する容器状部材（24）内では、上述したように、ガス抜き通路（28）が開口する位置が、容器状部材（24）内においてガス成分の比率が高くなっている。

−運転動作−
空気調和装置（10）の運転動作について説明する。この空気調和装置（10）は、四路切換弁（33）によって冷房運転と暖房運転との切り換えが行われる。

《冷房運転》
冷房運転時には、四路切換弁（33）が図１に実線で示す第１状態に設定される。この状態で圧縮機（30）を駆動すると、冷媒回路（20）で冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。その際、第１熱交換器ユニット（34a）の熱交換器（41a）が放熱器（ガスクーラ）として機能し、第２熱交換器ユニット（34b）の熱交換器（41a）が蒸発器として機能する。

具体的に、圧縮機（30）から吐出された二酸化炭素の臨界圧力よりも高圧の冷媒は、第１熱交換器ユニット（34a）に流入する。第１熱交換器ユニット（34a）では、ガス側ヘッダ（43a）で分岐した冷媒が、熱交換器（41a）の各冷媒流通路（25a）に流入する。各冷媒流通路（25a）では、冷媒が室外空気に放熱して冷却される。各冷媒流通路（25a）で冷却された冷媒は、分流器（42a）で合流し、室外膨張弁（36）で減圧されてから、室内機（13）に流入する。

室内機（13）では、冷媒が第２熱交換器ユニット（34b）に流入する。第２熱交換器ユニット（34b）では、分流器（42b）に流入した冷媒が液冷媒とガス冷媒とに気液分離され、分流器（42b）で気液分離された液冷媒が、熱交換器（41b）の各冷媒流通路（25b）に流入する。各冷媒流通路（25b）では、冷媒が室内空気から吸熱して蒸発する。冷却された室内空気は室内へ供給される。

各冷媒流通路（25b）で蒸発した冷媒は、ガス側ヘッダ（43b）に流入する。また、分流器（42b）で気液分離されたガス冷媒は、ガス抜き管（28b）を流通してガス側ヘッダ（43b）へ流入する。ガス側ヘッダ（43b）では、各冷媒流通路（25b）を通過した冷媒と、ガス抜き管（28b）を通過したガス冷媒とが合流する。ガス側ヘッダ（43b）で合流した冷媒は、室外機（11）に流入した後に、圧縮機（30）へ吸入され、再び圧縮されて吐出される。

なお、冷房運転時は、液側温度センサ（52）の検出値とガス側温度センサ（51）の検出値との差を第２熱交換器ユニット（34b）から流出した冷媒の過熱度として検出し、検出した過熱度が所定値（例えば４℃）になるように室外膨張弁（36）が調節される。この冷凍装置（10）では、冷媒流通路（25b）から流出した冷媒にガス抜き管（28b）を通過したガス冷媒が混ざると過熱度が小さくなる。このため、検出した過熱度が所定値（例えば４℃）になるように室外膨張弁（36）を調節することで、冷媒流通路（25b）から流出した冷媒が５℃程度になるようにしている。

《暖房運転》
暖房運転時には、四路切換弁（33）が図１に破線で示す第２状態に設定される。この状態で圧縮機（30）を駆動すると、冷媒回路（20）で冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。その際、第１熱交換器ユニット（34a）の熱交換器（41a）が蒸発器として機能し、第２熱交換器ユニット（34b）の熱交換器（41a）が放熱器（ガスクーラ）として機能する。

具体的に、圧縮機（30）から吐出された二酸化炭素の臨界圧力よりも高圧の冷媒は、室内機（13）の第２熱交換器ユニット（34b）に流入する。第２熱交換器ユニット（34b）では、ガス側ヘッダ（43b）で分岐した冷媒が、熱交換器（41b）の各冷媒流通路（25b）に流入する。各冷媒流通路（25b）では、冷媒が室内空気に放熱して冷却される。加熱された室内空気は室内へ供給される。各冷媒流通路（25b）で冷却された冷媒は、分流器（42b）で合流してから、室外機（11）に流入する。

室外機（11）では、冷媒が室外膨張弁（36）で減圧されてから、第１熱交換器ユニット（34a）に流入する。第１熱交換器ユニット（34a）では、分流器（42a）に流入した冷媒が液冷媒とガス冷媒とに気液分離され、分流器（42a）で気液分離された液冷媒が、熱交換器（41a）の各冷媒流通路（25a）に流入する。各冷媒流通路（25a）では、冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。

各冷媒流通路（25a）で蒸発した冷媒は、ガス側ヘッダ（43a）に流入する。また、分流器（42a）で気液分離されたガス冷媒は、ガス抜き管（28a）を流通してガス側ヘッダ（43a）へ流入する。ガス側ヘッダ（43a）では、各冷媒流通路（25a）を通過した冷媒と、ガス抜き管（28a）を通過したガス冷媒とが合流する。ガス側ヘッダ（43a）で合流した冷媒は、圧縮機（30）へ吸入され、再び圧縮されて吐出される。

−実施形態の効果−
本実施形態では、導入した冷媒を液冷媒とガス冷媒とに気液分離してから気液分離した液冷媒を分配管（27）を通じて分配するように分流器（42）を構成することで、分流器（42）が接続された熱交換器（41）が蒸発器となる状態でその熱交換器（41）の全ての冷媒流通路（25）に液冷媒が供給されるようにしている。従って、蒸発器となる熱交換器（41）において、冷媒流通路（25）を流れる冷媒の液成分とガス成分との比率の違いによって冷媒流通路（25）間に液冷媒の量に差が生じることがないので、冷媒流通路（25）を流れる液冷媒の量が均一化される。このため、蒸発器として機能する熱交換器（41）の複数の冷媒流通路（25）間における冷媒の偏流を抑制することができる。そして、熱交換器（41）が蒸発器として機能する際の熱交換器ユニット（34）の熱交換効率を向上させることができるので、空気調和装置（10）の運転効率を向上させることができる。

また、本実施形態では、分流器（42）が、冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する気液分離器の役割を兼ねている。つまり、熱交換器（41）の複数の冷媒流通路（25）に液冷媒を供給するために、気液分離器を設ける必要がない。従って、空気調和装置（10）の構成を簡素化することができる。

また、本実施形態では、円筒状に形成された容器状部材（24）の側面において接線方向に沿うように導入管（26）を接続することで、導入管（26）から容器状部材（24）に流入した冷媒が液冷媒とガス冷媒とに分離しやすくなるようにしている。従って、分配管（27）を通じて各冷媒流通路（25）に供給される冷媒に混入するガス冷媒の量を減少させることができるので、分流器（42）が接続された熱交換器（41）の熱交換効率を向上させることができる。

また、本実施形態では、容器状部材（24）内において気液分離されたガス冷媒がガス抜き管（28）を通じて抜き出されるようにしている。このため、容器状部材（24）内にガス冷媒が溜まっていく状態にならないので、容器状部材（24）内に導入された冷媒は液冷媒とガス冷媒とに分離しやすくなる。

また、本実施形態では、ガス抜き管（28）が、容器状部材（24）内においてガス成分の比率が高い位置に開口している。従って、ガス抜き管（28）に流入する液冷媒の量を減少させることができる。つまり、ガス抜き管（28）を設けることによって減少する熱交換器（41）を通過する液冷媒の量を抑制することができる。このため、冷房運転では、第２熱交換器ユニット（34b）において室内空気の冷却に用いられる液冷媒の量が減少することを抑制することができる。

また、本実施形態では、熱交換器（41）が蒸発器として機能する状態において、各冷媒流通路（25）を通過した冷媒と気液分離部（24）で気液分離されたガス冷媒とが、ガス側ヘッダ（43）で混ざるようにしている。従って、ガス側ヘッダ（43）では冷媒流通路（25）から流出した冷媒の液成分の比率が低減されるので、熱交換器ユニット（34）から流出する冷媒の液成分の比率を低減させることができる。

また、本実施形態では、従来の分流器では熱交換器（41）の冷媒流通路（25）間における冷媒の偏流が生じやすい二酸化炭素冷媒の空気調和装置（10）に、流入した冷媒を気液分離してから液冷媒を熱交換器（41）の複数の冷媒流通路（25）に分配する分流器（42）を適用している。このため、冷媒のガス成分の流速に拘わらず複数の冷媒流通路（25）には液冷媒が供給されるので、熱交換器（41）の冷媒流通路（25）間における冷媒の偏流の程度が大きく改善される。

−実施形態の変形例１−
実施形態の変形例１について説明する。この変形例１では、図４に示すように、油抜き通路となる油抜き管（29）が分流器（42）に設けられている。油抜き管（29）は、容器状部材（24）内の底面に接続されている。油抜き管（29）は、分配通路（27）より下方に開口している。

油抜き管（29）は、図５に示すように、ガス側ヘッダ（43）に接続されている。油抜き管（29）には、流量調節弁（15）と逆止弁（16）とが設けられている。流量調節弁（15）は、開度可変に構成されている。逆止弁（16）は、分流器（42）からガス側ヘッダ（43）へ向かう流れのみを許容する。

この変形例１の冷凍装置（10）では、圧縮機（30）から吐出された冷媒に含まれる冷凍機油が、分流器（42）に流入する。冷凍機油は弱相溶性であるため、その多くが液冷媒に溶けずに容器状部材（24）の底部に溜まる。容器状部材（24）の底部に溜まった冷凍機油は、油抜き管（29）を通じてガス側ヘッダ（43）へ送られる。従って、冷媒流通路（25）に流入する冷凍機油の量を減少させることができる。

ここで、冷凍機油が弱相溶性である場合は、冷媒流通路（25）に付着した冷凍機油が液冷媒に溶け込こんで流出しにくい。このため、油抜き管（29）がない分流器（42）を用いる場合は、冷媒流通路（25）に溜まる冷凍機油の量が比較的多くなる。これに対して、この変形例１では、油抜き管（29）を設けることで冷媒流通路（25）に流入する冷凍機油の量を減少させることができるので、冷媒流通路（25）の内表面に付着する冷凍機油の量を大幅に減少させることができ、冷凍機油による熱交換器（41）の熱交換効率の低下を大きく抑制することができる。

また、冷媒流通路（25）の内表面に付着する冷凍機油の量を大幅に減少させることができるので、圧縮機（30）に戻る冷凍機油の量が増加させることができる。従って、圧縮機（30）が冷凍機油の不足の状態に陥りにくいので、圧縮機（30）の信頼性を向上させることができる。

なお、油抜き管（29）は、図６に示すように、ガス抜き管（28）に接続してもよい。この場合、油抜き管（29）は、分流器（42）とガス抜き管（28）の流量調節弁（18）との間に接続される。従って、流量調節弁（15）と逆止弁（16）とを油抜き管（29）に設ける必要がないので、空気調和装置（10）の構成を簡素化することができる。また、油抜き管（29）は、ガス側ヘッダ（43）と四路切換弁（33）の間、すなわち熱交換器（41）が蒸発器になる状態におけるガス側ヘッダ（43）の下流に接続してもよい。

−実施形態の変形例２−
実施形態の変形例２について説明する。この変形例２では、図７に示すように、熱交換器ユニット（34）の熱交換器（41）に、下流側冷媒流通路（21）が形成されている。下流側冷媒流通路（21）の一端は、ガス側ヘッダ（43）に接続されている。下流側冷媒流通路（21）の他端は、第１熱交換器ユニット（34a）の場合は四路切換弁（33）の第２ポート（P2）に接続され、第２熱交換器ユニット（34b）の場合は四路切換弁（33）の第４ポート（P4）に接続されている。

この変形例２では、熱交換器ユニット（34）の熱交換器（41）が蒸発器となる際に、各冷媒流通路（25）を通過した冷媒とガス抜き管（28）を通過した冷媒とがガス側ヘッダ（43）で合流してから、下流側冷媒流通路（21）を流通する。このため、ガス抜き管（28）に流入するガス冷媒に液冷媒が混じっても、その液冷媒を下流側冷媒流通路（21）で蒸発させることができるので、熱交換器ユニット（34）から流出する液冷媒の量を減少させることができる。これにより、熱交換器（41）が蒸発器となる熱交換器ユニット（34）から流出した冷媒を吸入する圧縮機（30）において液圧縮が生じにくくなるので、圧縮機（30）の信頼性を向上させることができる。

また、この変形例２では、各冷媒流通路（25）を通過した冷媒も下流側冷媒流通路（21）で蒸発させることができる。このため、各冷媒流通路（25）を通過した冷媒の過熱度が比較的小さな値になるように室外膨張弁（36）を調節しても、下流側冷媒流通路（21）で冷媒の過熱度が大きくなる。従って、冷媒流通路（25）から流出した冷媒の過熱度を比較的小さな値にして、冷媒流通路（25）内の液冷媒の流通範囲を拡大することができるので、冷媒流通路（25）における熱交換効率を向上させることができる。

《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

上記実施形態について、分流器（42）、又は熱交換器ユニット（34）を、空気調和装置以外のタイプの冷凍装置（例えば冷蔵庫、冷凍庫）に適用してもよい。

また、上記実施形態について、分流器（42）、又は熱交換器ユニット（34）を、二酸化炭素以外の冷媒（例えばフロン冷媒）を用いる冷凍装置（10）に適用してもよい。

また、上記実施形態について、分流器（42）のガス抜き管（28）が、図８に示すように、ガス側ヘッダ（43）と四路切換弁（33）の間、すなわち熱交換器（41）が蒸発器になる状態におけるガス側ヘッダ（43）の下流に接続されていてもよい。

また、上記実施形態について、図９に示すように、分配管（27）が複数に分岐する管によって構成されていてもよい。

また、上記実施形態について、分流器（42）にガス抜き管（28）を設けなくてもよい。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、熱交換器に形成された複数の冷媒流通路に対して冷媒を分配するための分流器、その分流器を備える熱交換器ユニット、及びその熱交換器ユニットを備える冷凍装置について有用である。

実施形態に係る空気調和装置の概略構成図である。 実施形態に係る空気調和装置の分流器の縦断面図である。 実施形態に係る空気調和装置の分流器の底面図である。 実施形態の変形例１に係る空気調和装置の分流器の縦断面図である。 実施形態の変形例１に係る空気調和装置の熱交換器ユニットの概略構成図である。 実施形態の変形例１に係る空気調和装置の熱交換器ユニットの図５とは異なる形態の概略構成図である。 実施形態の変形例２に係る空気調和装置の熱交換器ユニットの概略構成図である。 その他の実施形態に係る空気調和装置の概略構成図である。 その他の実施形態に係る空気調和装置の分流器の縦断面図である。

符号の説明

10 空気調和装置（冷凍装置）
20 冷媒回路
21 下流側冷媒流通路
24 容器状部材（気液分離部）
25 冷媒流通路
26 導入管（導入通路)
27 分配管（分配通路）
28 ガス抜き管（ガス抜き通路）
29 油抜き管（油抜き通路）
30 圧縮機
34 熱交換器ユニット
36 室外膨張弁（減圧機構）
41 熱交換器
42 分流器
43 ガス側ヘッダ（合流器）

Claims (11)

1. 蒸気圧縮冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）において蒸発器として機能する熱交換器（41）に形成された複数の冷媒流通路（25）に対して冷媒を分配するための分流器であって、
   流入した気液二相状態の冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する気液分離部（24）と、
   上記気液分離部（24）へ冷媒を導入するための導入通路（26）と、
   上記気液分離部（24）の液冷媒を分配して各冷媒流通路（25）に供給するための分配通路（27）とを備えていることを特徴とする分流器。
2. 請求項１において、
   上記気液分離部（24）は、密閉容器状に形成された容器状部材（24）により構成されており、
   上記分配通路（27）は、上記容器状部材（24）の底部に開口していることを特徴とする分流器。
3. 請求項２において、
   上記容器状部材（24）は、軸が上下方向に延びる円筒状に形成される一方、
   上記導入通路（26）は、上記容器状部材（24）の側面において接線方向に沿うように接続されていることを特徴とする分流器。
4. 請求項２又は３において、
   上記容器状部材（24）には、該容器状部材（24）に溜まる冷凍機油を抜くための油抜き通路（29）が上記分配通路（27）より下方に開口するように接続されていることを特徴とする分流器。
5. 請求項２乃至４の何れか１つにおいて、
   上記容器状部材（24）には、該容器状部材（24）で気液分離されたガス冷媒を抜くためのガス抜き通路（28）が上記分配通路（27）より上方に開口するように接続されていることを特徴とする分流器。
6. 請求項３において、
   上記容器状部材（24）には、該容器状部材（24）で気液分離されたガス冷媒を抜くためのガス抜き通路（28）が、該容器状部材（24）の中心部における上記導入通路（26）より下方で且つ上記分配通路（27）より上方に開口するように接続されていることを特徴とする分流器。
7. 請求項１乃至６の何れか１つの分流器（42）と、
   一端が上記分流器（42）の分配通路（27）に接続された冷媒流通路（25）が複数形成された熱交換器（41）と、
   上記熱交換器（41）の複数の冷媒流通路（25）の他端に接続された合流器（43）とを備え、
   蒸気圧縮冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）に対して、上記熱交換器（41）が蒸発器として機能する状態で上記分流器（42）から上記合流器（43）へ向かって冷媒が流れるように設置されることを特徴とする熱交換器ユニット。
8. 請求項１乃至４の何れか１つの分流器（42）と、
   一端が上記分流器（42）の分配通路（27）に接続された冷媒流通路（25）が複数形成された熱交換器（41）と、
   上記熱交換器（41）の複数の冷媒流通路（25）の他端に接続された合流器（43）と、
   上記分流器（42）の気液分離部（24）と上記合流器（43）とに接続して、該気液分離部（24）からガス冷媒を該合流器（43）へ送るためのガス抜き通路（28）とを備え、
   蒸気圧縮冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）に対して、上記熱交換器（41）が蒸発器として機能する状態で上記分流器（42）から上記合流器（43）へ向かって冷媒が流れるように設置されることを特徴とする熱交換器ユニット。
9. 請求項８において、
   上記熱交換器（41）には、一端が上記合流器（43）に接続されて、該熱交換器（41）が蒸発器として機能する状態で該合流器（43）で合流した冷媒が流通する下流側冷媒流通路（21）が形成されていることを特徴とする熱交換器ユニット。
10. 請求項６乃至８の何れか１つの熱交換器ユニット（34）と、圧縮機（30）と、膨張機構（36）とが接続された冷媒回路（20）を備え、
    上記熱交換器ユニット（34）の熱交換器（41）が蒸発器となる動作を実行可能に構成されていることを特徴とする冷凍装置。
11. 請求項１０において、
    上記冷媒回路（20）には、冷媒として二酸化炭素が充填されていることを特徴とする冷凍装置。

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