JP2009300002A - Refrigerating cycle device - Google Patents
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Abstract
【課題】沸点が−40℃以上の冷媒を使用しても、各枝管に冷媒を均等に分配できる冷媒分配器を備えた冷凍サイクル装置を得る。
【解決手段】圧縮機2、凝縮器3、減圧弁4及び蒸発器5を冷媒配管で接続した冷媒回路と、減圧弁4と蒸発器5の間の冷媒配管又は蒸発器5の内部に設けられた冷媒分配器10を備え、冷媒分配器10は、冷媒流れ方向の上流側となる流入管11と、流入管11に接続され、冷媒流れ方向の下流側となる複数の枝管12とを有し、冷媒回路には、沸点が−40℃以上の冷媒が循環し、冷媒分配器10の流入管11を流れる冷媒の流れが上昇流となるように、冷媒分配器10が設置されているものである。
【選択図】図1A refrigeration cycle apparatus including a refrigerant distributor that can evenly distribute refrigerant to each branch pipe even when a refrigerant having a boiling point of −40 ° C. or higher is used.
A refrigerant circuit in which a compressor, a condenser, a pressure reducing valve, and an evaporator are connected by a refrigerant pipe, and a refrigerant pipe between the pressure reducing valve and the evaporator or the inside of the evaporator is provided. The refrigerant distributor 10 includes an inflow pipe 11 on the upstream side in the refrigerant flow direction, and a plurality of branch pipes 12 connected to the inflow pipe 11 and on the downstream side in the refrigerant flow direction. In the refrigerant circuit, the refrigerant distributor 10 is installed so that the refrigerant having a boiling point of −40 ° C. or higher circulates and the flow of the refrigerant flowing through the inflow pipe 11 of the refrigerant distributor 10 becomes an upward flow. It is.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、空調や冷凍・冷蔵等の用途に利用する冷凍サイクル装置に関するものである。 The present invention relates to a refrigeration cycle apparatus used for applications such as air conditioning and freezing / refrigeration.
蒸発器での熱交換効率を向上させるため、流入管と複数の枝管で構成された冷媒分配器を減圧弁と蒸発器との間に備えた冷凍サイクル装置が提案されている。この冷媒分配器は、蒸発器から冷媒分配器の流入管に流入した気液二相状態の冷媒を、枝管を介して蒸発器の各伝熱管に分配する機能を果たす。このような冷媒分配器を備えた従来の冷凍サイクル装置としては、例えば「熱交換器に接続された主流路12の径よりも小さい径の分配孔13を介して、主流路12に分配室14をそれぞれ連通する。そして、複数の分配室14を配置してそれぞれに熱交換器を構成する複数の伝熱管2を接続する。」(例えば特許文献1参照)というものが提案されている。
In order to improve the heat exchange efficiency in the evaporator, there has been proposed a refrigeration cycle apparatus provided with a refrigerant distributor composed of an inflow pipe and a plurality of branch pipes between the pressure reducing valve and the evaporator. This refrigerant distributor fulfills the function of distributing the gas-liquid two-phase refrigerant flowing from the evaporator into the inlet pipe of the refrigerant distributor to each heat transfer pipe of the evaporator via the branch pipe. As a conventional refrigeration cycle apparatus provided with such a refrigerant distributor, for example, “a
冷媒分配器を備えた従来の冷凍サイクル装置は、R410A又はR407C等のHFC冷媒が循環することを前提に構成されている。しかしながら、これらの冷媒は地球温暖化係数が高く、冷媒が漏洩等した場合、地球の温室効果を促進するという問題点があった。例えば、R410Aの地球温暖化係数は二酸化炭素の約2000倍、R407Cの地球温暖化係数は二酸化炭素の約1800倍となっている。このため、地球温暖化係数の小さい冷媒を冷凍サイクル装置に使用することが望まれていた。地球温暖化係数の小さい冷媒のうち、実用化が期待されているものとしては、例えばテトラフルオロプロペンやR152a等がある。テトラフルオロプロペンの地球温暖化係数はR410Aの約500分の1、R152aの地球温暖化係数はR410Aの約200分の1となっている。 A conventional refrigeration cycle apparatus including a refrigerant distributor is configured on the assumption that an HFC refrigerant such as R410A or R407C circulates. However, these refrigerants have a high global warming potential, and when the refrigerant leaks, there is a problem of promoting the global greenhouse effect. For example, the global warming potential of R410A is about 2000 times that of carbon dioxide, and the global warming potential of R407C is about 1800 times that of carbon dioxide. For this reason, it has been desired to use a refrigerant having a small global warming potential in the refrigeration cycle apparatus. Among refrigerants having a small global warming potential, those expected to be put to practical use include, for example, tetrafluoropropene and R152a. Tetrafluoropropene has a global warming potential of about 1/500 of that of R410A, and R152a has a global warming potential of about 1/200 of that of R410A.
しかしながら、これら地球温暖化係数の小さい冷媒は、従来の冷媒と比較して沸点が高い。沸点の高い冷媒は、冷媒分配器を流れる際に発生する圧力損失が大きいため、冷媒分配器の配管径を大きくして圧力損失を低減する必要がある。このため、冷媒分配器の流入管を流れる液状冷媒に偏在が生じ、各枝管に流入する冷媒の分布(液状冷媒とガス状冷媒の比率)が不均一となってしまう。また、沸点の高い冷媒、特に沸点が−40℃以上の冷媒は液滴流量比(全冷媒液流量に対する液滴流量の比)が極端に減少する。このため、各枝管に流入する冷媒の分布はさらに不均一となってしまう。したがって、沸点の高い冷媒、特に沸点が−40℃以上の冷媒を冷凍サイクル装置に使用した場合、冷媒分配器で冷媒を均等に分配できないという課題があった。 However, these refrigerants having a low global warming potential have a higher boiling point than conventional refrigerants. Since a refrigerant having a high boiling point has a large pressure loss when flowing through the refrigerant distributor, it is necessary to reduce the pressure loss by increasing the pipe diameter of the refrigerant distributor. For this reason, the liquid refrigerant flowing through the inlet pipe of the refrigerant distributor is unevenly distributed, and the distribution of the refrigerant flowing into each branch pipe (ratio between the liquid refrigerant and the gaseous refrigerant) becomes uneven. In addition, a refrigerant having a high boiling point, particularly a refrigerant having a boiling point of −40 ° C. or higher, has an extremely reduced droplet flow rate ratio (ratio of droplet flow rate to total refrigerant liquid flow rate). For this reason, the distribution of the refrigerant flowing into each branch pipe becomes even more uneven. Therefore, when a refrigerant having a high boiling point, particularly a refrigerant having a boiling point of −40 ° C. or higher is used in the refrigeration cycle apparatus, there is a problem that the refrigerant cannot be evenly distributed by the refrigerant distributor.
本発明は上述のような課題を解消するためになされたものであり、沸点が−40℃以上の冷媒を使用しても、各枝管に冷媒を均等に分配できる冷媒分配器を備えた冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a refrigeration equipped with a refrigerant distributor that can evenly distribute the refrigerant to each branch pipe even when a refrigerant having a boiling point of −40 ° C. or higher is used. The object is to obtain a cycle device.
なお、地球温暖化係数とは、各温室効果ガスの地球温暖化をもたらす効果の程度を二酸化炭素の当該効果に対する比で表したものであり、気候変動に関する政府間パネル(IPCC)が承認し、締約国会議が合意した値である。 The global warming potential is the ratio of the effect of each greenhouse gas that causes global warming to the effect of carbon dioxide, which is approved by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) This is the value agreed by the Conference of the Parties.
本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、減圧弁及び蒸発器を冷媒配管で接続した冷媒回路と、前記冷媒回路の前記減圧弁と前記蒸発器の間の冷媒配管又は前記蒸発器の内部に設けられた冷媒分配器を備え、該冷媒分配器は、冷媒流れ方向の上流側となる流入管と、該流入管に接続され、冷媒流れ方向の下流側となる複数の枝管とを有し、前記冷媒回路には、沸点が−40℃以上の冷媒が循環し、前記冷媒分配器の前記流入管を流れる前記冷媒の流れが上昇流となるように、前記冷媒分配器が設置されているものである。 The refrigeration cycle apparatus according to the present invention includes a refrigerant circuit in which a compressor, a condenser, a pressure reducing valve, and an evaporator are connected by a refrigerant pipe, and a refrigerant pipe or the evaporator between the pressure reducing valve and the evaporator of the refrigerant circuit. A refrigerant distributor provided inside the refrigerant distributor, the refrigerant distributor including an inflow pipe on the upstream side in the refrigerant flow direction, and a plurality of branch pipes connected to the inflow pipe and on the downstream side in the refrigerant flow direction. The refrigerant distributor is installed in the refrigerant circuit so that a refrigerant having a boiling point of −40 ° C. or more circulates and the flow of the refrigerant flowing through the inlet pipe of the refrigerant distributor is an upward flow. It is what has been.
本発明によれば、流入管を流れる冷媒の流れが上昇流となっているため、流入管の横断面において液状冷媒の偏在が生じにくくなる。このため、沸点が−40℃以上の冷媒を使用しても、流入管を流れる冷媒を均等に各枝管へ分配することが可能となる。したがって、冷凍サイクル装置の効率が向上する。 According to the present invention, since the flow of the refrigerant flowing through the inflow pipe is an upward flow, the liquid refrigerant is less likely to be unevenly distributed in the cross section of the inflow pipe. For this reason, even if a refrigerant having a boiling point of −40 ° C. or higher is used, the refrigerant flowing through the inflow pipe can be evenly distributed to the branch pipes. Therefore, the efficiency of the refrigeration cycle apparatus is improved.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。なお、図1に示す矢印は冷媒の流れ方向を表す。冷凍サイクル装置1の冷媒回路は、圧縮機2、凝縮器3、減圧弁4、及び蒸発器5が順次冷媒配管で接続されることにより構成されている。また、本実施の形態1に係る冷凍サイクル装置1には、減圧弁4と蒸発器5との間に冷媒分配器10が設けられている。この冷凍サイクル装置1には、テトラフルオロプロペンやジフルオロエタンを主成分とする冷媒、例えば2,3,3,3−テトラフルオロプロペンや1,1−ジフルオロエタン(R152a)を主成分とする冷媒が用いられる。なお、前記「テトラフルオロプロピレン」及び「ジフルオロエタン」は、各種異性体を含む全てのテトラフルオロプロピレン及びジフルオロエタンを指す。
FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram of the refrigeration cycle apparatus according to
図2は、本発明の実施の形態1に係る冷媒分配器の縦断面模式図である。なお、図2に示す矢印は冷媒の流れ方向を表す。冷媒分配器10は、流入管11及び複数の枝管12等から構成されている。流入管11は略円筒形状の配管である。冷凍サイクル装置1が設置された状態においては、流入管11は略垂直方向に設置される。このとき、流入管11の下側端部が冷媒の流入口となり、流入管11の上側端部が冷媒の流出口となる。つまり、流入管11を流れる冷媒の流れが上昇流になるように、流入管11は設置される。枝管12は略円筒形状の配管である。これら複数の枝管12の一方の端部(冷媒の流入口)は、例えばろう付け等により、接合部13を介して流入管11の流出口(先端)と接続されている。また、枝管12の他方の端部(冷媒の流出口)は、蒸発器5の伝熱管に接続されている。
FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view of the refrigerant distributor according to
なお、本実施の形態1では流入管11の設置方向を略垂直方向(流入管11を流れる冷媒の流れが上昇流となる方向)としたが、これは流入管11の中心軸の鉛直方向に対する傾きが4°以下の状態を表す。このように流入管11を設置することにって、流入管11を流れる冷媒に作用する重力の鉛直方向成分は、ガス状冷媒と流入管11の内壁に液状冷媒によって形成される液膜との間に作用する摩擦力の1/10程度まで小さくなる。このため、流入管11内の冷媒は、流入管11の横断面において偏在が生じない。
In the first embodiment, the installation direction of the
また、本実施の形態1では、流入管11の管直径は流入管11の流入口に接続される冷媒配管の管直径よりも大きくなっているが(図1)、流入管11の管直径と流入管11の流入口に接続される冷媒配管の管直径を同じとしてもよい。減圧弁4と蒸発器5の間の冷媒配管を流入管11として用い、この冷媒配管に枝管12を接続してもよい。この場合、この冷媒配管のうち、略垂直方向に設置されている部分が流入管11に相当する。
In the first embodiment, the pipe diameter of the
(動作説明)
次に本発明の冷凍サイクル装置の動作について説明する。
図3は、本発明の実施の形態1に係る冷凍サイクル装置の冷媒の変遷を表すp−h線図である。なお、図3に示すa〜dの冷媒状態は、それぞれ図1にa〜dで示す箇所での冷媒状態である。また、図3に示す矢印は冷媒の流れ方向を表す。
低温低圧のガス状冷媒が圧縮機2より圧縮され、高温高圧の冷媒となって吐出される。この圧縮機2の冷媒圧縮過程は、周囲との熱の出入はないものとすると、図3の点aからbに示す等エントロピ線で表される。圧縮機2から吐出された高温高圧の冷媒は凝縮器3に流入する。そして、凝縮器3で空気や水に放熱しながら凝縮液化し、高圧液状冷媒となる。凝縮器3での冷媒の変化は、ほぼ圧力一定のもとで行われる。このときの冷媒変化は、凝縮器3の圧力損失を考慮すると、図3の点bからcに示すやや傾いた水平に近い直線で表される。
(Description of operation)
Next, the operation of the refrigeration cycle apparatus of the present invention will be described.
FIG. 3 is a ph diagram showing the transition of the refrigerant in the refrigeration cycle apparatus according to
A low-temperature and low-pressure gaseous refrigerant is compressed by the
凝縮器3から出た高圧の液状冷媒は減圧弁4に流入する。そして、高圧の液状冷媒は減圧弁4で絞られて膨張(減圧)し、低温低圧の気液二相状態になる。このときの冷媒乾き度は0.1〜0.3程度である。減圧弁4での冷媒の変化は、エンタルピ一定のもとで行われる。このときの冷媒変化は、図3の点cからdに示す垂直線で表される。
The high-pressure liquid refrigerant that has come out of the
減圧弁4を出た低温低圧で気液二相状態の冷媒は、冷媒分配器10の流入管11に流入する。流入管11に流入した冷媒は各枝管12に分配され、蒸発器5の伝熱管に流入する。そして、蒸発器5で空気や水に放熱しながら、低温低圧のガス状冷媒となる。蒸発器5での冷媒の変化は、ほぼ圧力一定のもとで行われる。このときの冷媒変化は、蒸発器5の圧力損失を考慮すると、図3の点dからaに示すやや傾いた水平に近い直線で表される。蒸発器5を出た低温低圧のガス状冷媒は圧縮機2に流入し、圧縮される。
The low-temperature and low-pressure refrigerant in the gas-liquid two-phase state that exits the
(冷媒特性)
上述したように、この冷凍サイクル装置1には、テトラフルオロプロペンやR152aを主成分とする冷媒が用いられている。これらの冷媒は、物性に起因して、従来の冷媒(例えばR410A等)と冷媒分配器10での分配性能が異なる。したがって、以下にテトラフルオロプロペン及びR152aとR410Aの冷媒分配器10での分配性能の違いを説明する。
(Refrigerant characteristics)
As described above, the
図4は、テトラフルオロプロペン及びR152aとR410Aの特性を示す特性図である。この図4は、冷媒温度25℃における各冷媒の液密度及び蒸気密度、密度比(蒸気密度/液密度)、表面張力、並びに沸点を示している。
図4に示すように、テトラフルオロプロペン及びR152aの沸点はそれぞれ−29℃及び−24℃となっており、R410Aの沸点(−51℃)よりも高い。冷媒は沸点が高いと蒸気密度が小さくなり、配管内を流れるときに発生する圧力損失が大きくなる。また、冷凍サイクル装置の能力や性能は冷媒の圧力損失が大きいほど低下する。このため、テトラフルオロプロペン及びR152aをR410Aと同程度の圧力損失で冷凍サイクル装置に使用するためには、冷凍サイクル装置の配管径をそれぞれ、1.3倍及び1.15倍程度まで大きくする必要がある。冷凍サイクル装置の配管径を大きくすると、配管を流れる冷媒の流速が減少する。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the characteristics of tetrafluoropropene and R152a and R410A. FIG. 4 shows the liquid density and vapor density, density ratio (vapor density / liquid density), surface tension, and boiling point of each refrigerant at a refrigerant temperature of 25 ° C.
As shown in FIG. 4, the boiling points of tetrafluoropropene and R152a are −29 ° C. and −24 ° C., respectively, which is higher than the boiling point of R410A (−51 ° C.). When the boiling point of the refrigerant is high, the vapor density decreases, and the pressure loss generated when flowing in the pipe increases. Moreover, the capacity | capacitance and performance of a refrigerating-cycle apparatus fall, so that the pressure loss of a refrigerant | coolant is large. For this reason, in order to use tetrafluoropropene and R152a in the refrigeration cycle apparatus with the same pressure loss as R410A, it is necessary to increase the pipe diameter of the refrigeration cycle apparatus to about 1.3 times and 1.15 times, respectively. There is. When the pipe diameter of the refrigeration cycle apparatus is increased, the flow rate of the refrigerant flowing through the pipe decreases.
したがって、テトラフルオロプロペンやR152aを冷凍サイクル装置の冷媒として使用する場合、気液二相冷媒が流れる流入管11においては、液状冷媒とガス状冷媒との界面に作用するせん断応力が小さくなり、R410Aと比較して、液状冷媒とガス状冷媒とが分離して流れやすくなる。このため、流入管11の設置姿勢や形状等により流入管11の内壁に形成される液膜に偏在が生じやすくなり、各枝管12に流入する冷媒の分布が不均一となりやすい。つまり、各枝管12に流入するガス状冷媒の流量に応じた量の液状冷媒を各枝管12に供給できにくい。
Therefore, when tetrafluoropropene or R152a is used as the refrigerant of the refrigeration cycle apparatus, in the
また、図4に示すように、沸点の高いテトラフルオロプロペン及びR152aの表面張力はそれぞれ0.008N/m及び0.010N/mとなっており、沸点の低いR410Aの表面張力(0.005N/m)よりも大きい。通常、気液二相状態の冷媒が配管内を流れる場合、液滴となって流れる液状冷媒が多いほうが冷媒を均等に分配できる。液滴となった液状冷媒は、ガス状冷媒の流れに乗って移動することができるからである。しかしながら、R410Aよりも表面張力が大きいテトラフルオロプロペン及びR152aは、R410Aと比べて液滴の直径が大きくなる。このため、テトラフルオロプロペン及びR152aはR410Aよりも液滴が形成されにくくなる。 Further, as shown in FIG. 4, the surface tension of tetrafluoropropene having a high boiling point and R152a are 0.008 N / m and 0.010 N / m, respectively, and the surface tension of R410A having a low boiling point (0.005 N / m). greater than m). Normally, when a gas-liquid two-phase refrigerant flows in a pipe, the more liquid refrigerant that flows as droplets, the more equally the refrigerant can be distributed. This is because the liquid refrigerant that has become droplets can move along the flow of the gaseous refrigerant. However, tetrafluoropropene and R152a, which have a higher surface tension than R410A, have a larger droplet diameter than R410A. For this reason, tetrafluoropropene and R152a are less likely to form droplets than R410A.
図5は、冷媒の沸点と液滴流量比との関係を示す特性図である。この図5は、冷媒流量60kg/h、乾き度0.2〜0.5及び冷媒温度10℃の状態で、単位配管長さあたりの圧力損失が同程度になる配管内を冷媒が流れるときの、冷媒の沸点と液滴流量比との関係を示す。なお、液滴流量比とは、全冷媒液流量に対する液滴流量の比を表す。 FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the boiling point of the refrigerant and the droplet flow rate ratio. FIG. 5 shows a case where the refrigerant flows through the pipe where the pressure loss per unit pipe length is about the same in a state where the refrigerant flow rate is 60 kg / h, the dryness is 0.2 to 0.5, and the refrigerant temperature is 10 ° C. The relationship between the boiling point of the refrigerant and the droplet flow rate ratio is shown. The droplet flow rate ratio represents the ratio of the droplet flow rate to the total refrigerant liquid flow rate.
図5からわかるように、沸点が−40℃以上の冷媒は、液滴流量比が極端に少ない。つまり、沸点が−40℃以上の冷媒であるテトラフルオロプロペン及びR152aは、液滴流量比が極端に少ない。したがって、テトラフルオロプロペンやR152aを冷凍サイクル装置の冷媒として使用する場合、気液二相冷媒が流れる流入管11においては、各枝管12に流入する冷媒の分布が不均一となりやすい。テトラフルオロプロペンやR152aを冷凍サイクル装置の冷媒として使用する場合、上述のように冷凍サイクル装置の配管径を大きくしなければならないので、配管内を流れる液状冷媒はますます液滴となりにくく、各枝管12に流入する冷媒の分布はさらに不均一となりやすい。
As can be seen from FIG. 5, the refrigerant having a boiling point of −40 ° C. or higher has an extremely small droplet flow rate ratio. That is, tetrafluoropropene and R152a, which are refrigerants having a boiling point of −40 ° C. or higher, have an extremely small droplet flow rate ratio. Therefore, when tetrafluoropropene or R152a is used as the refrigerant of the refrigeration cycle apparatus, in the
このように、冷媒分配器10での冷媒の分配が不均一となりやすいテトラフルオロプロペン又はR152aを主成分とする冷媒が冷凍サイクル装置1に用いられるが、本実施の形態1に係る冷媒分配器10では、以下に示すように均等に冷媒を分配することが可能となっている。以下、冷媒分配器10の流入管11内を流れる冷媒の流動様式について説明する。
As described above, a refrigerant mainly composed of tetrafluoropropene or R152a, which is likely to cause uneven distribution of refrigerant in the
図6は、本発明の実施の形態1に係る流入管11を流れる冷媒の流動様式を示す要部拡大図である。説明を容易とするため、図6では一部を破断して流入管11を示している。なお、図6に示す矢印は冷媒の流れ方向を表す。
FIG. 6 is an enlarged view of a main part showing the flow mode of the refrigerant flowing through the
流入管11を流れる冷媒の流動様式は、一般的に環状噴霧流と称される流動様式となっている。つまり、液状冷媒の一部は流入管11の内壁を覆うように液膜101を形成して流れている。また、液状冷媒の残りの一部は、液滴102となって分散し、ガス状冷媒とともに流入管11の中央部付近を流れている。このとき、流入管11を流れる冷媒の流れ方向が上昇流となっているため(略垂直上向きに流れているため)、テトラフルオロプロペンやR152aで問題となる液膜の偏在(流入管11の横断面における偏在)を生じにくく、液膜の厚さはほぼ均等になる。また、非定常に液膜101の上面に発生する波101aも同様に流入管11の横断面における偏在を生じにくい。したがって、冷媒分配器10の上流側に接続された配管に水平設置された箇所や曲がり部があり、冷媒の流動様式がいわゆる層状流や波状流となっていても、流入管11で冷媒の流動様式が環状噴霧流となるので、液膜101、液滴102及び冷媒蒸気からなる冷媒が、均等に枝管12へ流入する。
The flow mode of the refrigerant flowing through the
なお、本実施の形態1では、流入管11を流れる冷媒の流動様式が環状噴霧流となっているが、例えば、環状流等その他の流動様式であってもよい。流入管11を流れる冷媒の流れ方向が上昇流となっていれば、流入管11の横断面における液状冷媒の偏在が生じず、流入管11を流れる冷媒は均等に枝管12へ分配される。
In the first embodiment, the flow mode of the refrigerant flowing through the
このように構成された冷凍サイクル装置1においては、流入管11を流れる冷媒の流れが上昇流となっているため、流入管11の横断面における液状冷媒の偏在が生じない。このため、沸点が−40℃以上の冷媒を使用しても、流入管11を流れる冷媒を均等に各枝管12へ分配することが可能となる。したがって、冷凍サイクル装置の効率が向上する。
In the
また、流入管11を流れる冷媒の流動様式が環状噴霧流又は環状流となっているので、流入管11の内壁に形成される液膜101の横断面における偏在が生じない。このため、流入管11の内壁に形成される液状冷媒の液膜101の厚さが均等になる。したがって、流入管11を流れる冷媒をより均等に各枝管12へ分配することが可能となる。
Further, since the flow mode of the refrigerant flowing through the
また、冷凍サイクル装置1には、例えばテトラフルオロプロペン又はR152aを主成分とする冷媒等、地球温暖化係数が150以下の冷媒を使用しているので、冷媒が漏洩した場合でも温室効果を抑制することができる。
Moreover, since the refrigerant | coolant whose global warming potential is 150 or less, such as a refrigerant | coolant which has tetrafluoropropene or R152a as a main component, is used for the refrigerating-
なお、本実施の形態1では流入管11の長さ(流入管11の流入口から枝管12の流入口までの長さ)について特に説明していないが、例えば、流入管11の長さが流入管11の管内直径の5倍以上、好ましくは10倍以上の長さを有しているのが好ましい。このようにすることにより、流入管11を流れる冷媒の流動様式が環状噴霧流又は環状流となる。
In the first embodiment, the length of the inflow pipe 11 (the length from the inlet of the
また、本実施の形態1では流入管11の内壁形状について特に説明していないが、流入管11の内壁に溝を形成してもよい。このような形態によれば、テトラフルオロプロペンやR152aが有する大きな表面張力が有効に作用して、安定した液膜101が流入管11の内壁に形成できる。このため、上昇流となるように設置した流入管11の長さを短くでき、冷媒分配器を小型化できる効果が得られる。なお、流入管11の内壁に形成する溝は、流入管11の中心軸(冷媒の流れ方向)と略平行な直線上の溝でもよいし、流入管11の中心軸(冷媒の流れ方向)と所定の角度を持った螺旋状の溝でもよい。つまり、流入管11の内壁に形成する溝は、冷媒が溝に沿って流れることができるような(冷媒が溝を乗り越えてしまわないような)溝であればよい。
Although the inner wall shape of the
また、本実施の形態では、冷媒分配器10を減圧弁4と蒸発器5の間に設けたが、冷媒が気液二相状態で流れる経路内に冷媒分配器10を設けることにより同様の効果が得られる。例えば、圧力損失を軽減するために蒸発器内で伝熱管を分岐する場合があるが、この分岐部に冷媒分配器10を設けてもよい。
Further, in the present embodiment, the
また、本実施の形態1では、流入管11の管内直径D1と枝管12の管内直径D2との関係については特に説明していないが、枝管12の単位長さあたりの圧力損失が流入管11の単位長さあたりの圧力損失よりも大きくなるようにすることが好ましい。例えば、枝管12の数がnの場合、次式(1)を満たすように流入管11の管内直径D1及び枝管12の管内直径D2を決定することが好ましい。このような形態によれば、冷媒分配器10の圧力損失を最小化でき、冷凍サイクル装置1の効率が向上する。
1≦D1/D2≦n0.368・・・(1)
Further, in the first embodiment, the relationship between the in-pipe diameter D1 of the
1 ≦ D1 / D2 ≦ n 0.368 (1)
また、本実施の形態1では流入管11の先端に枝管12が接続された冷媒分配器10について説明したが、流入管11を流れる冷媒が順次分配されるように、例えば流入管11の側面部に枝管12を接続してもよい。
In the first embodiment, the
また、本実施の形態1では、流入管11内の乾き度について、特に説明していないが、流入する冷媒の乾き度が0.15以上であることが望ましい。例えば、図7は、横軸に流入管に流入する冷媒の乾き度、縦軸に質量流量を流入管断面積で割った値である質量速度を示す図である。図中の○印は冷媒の分配が安定して行なえる条件であり、×印は冷媒の分配が不安定になる条件である。したがって、このような形態によれば、冷媒分配器10の分配を安定して行なうことができ、冷凍サイクル装置1の効率が向上する。
In the first embodiment, the dryness in the
また、本実施の形態1では、テトラフルオロプロペンを主成分とする冷媒の組成について特に説明していないが、沸点が低いジフルオロメタンを30重量パーセント以下の範囲で混ぜてもよい。このような形態によれば、沸点は−40℃以上であるが、冷媒を均等に分配できる。 In the first embodiment, the composition of the refrigerant mainly composed of tetrafluoropropene is not particularly described, but difluoromethane having a low boiling point may be mixed in a range of 30 weight percent or less. According to such a form, although a boiling point is -40 degreeC or more, a refrigerant | coolant can be distributed equally.
実施の形態2.
流入管11の内壁に溝を形成することにより、より均等に各枝管12へ冷媒を分配することができる。なお、本実施の形態2において、特に記述しない項目については実施の形態1と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
By forming a groove in the inner wall of the
図8は、本発明の実施の形態2に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。また、図9は図8に示す冷媒分配器の斜視図である。なお、図9では説明を容易とするため、一部を破断して流入管11を示している。また、図8及び図9に示す矢印は、冷媒の流れ方向を表す。
FIG. 8 is a refrigerant circuit diagram of the refrigeration cycle apparatus according to
冷媒分配器10は、流入管11及び複数の枝管12等から構成されている。流入管11は略円筒形状の配管である。冷凍サイクル装置1が設置された状態においては、流入管11は略垂直方向に設置される。このとき、流入管11の下側端部が冷媒の流入口となる。つまり、流入管11を流れる冷媒の流れが上昇流になるように、流入管11は設置される。また、流入管11の内壁には、流入管11の中心軸(流入管11を流れる冷媒の流れ方向)と略平行に溝14が形成されている。
The
枝管12は略円筒形状の配管である。これら複数の枝管12の一方の端部(冷媒の流入口)は、流入管11を流れる冷媒の流れ方向の上流側から下流側にかけて(つまり、流入管11の長さ方向にそって)、流入管11側面部に順次接続されている。また、枝管12の他方の端部(冷媒の流出口)は、蒸発器5の伝熱管に接続されている。なお、本実施の形態2では、枝管12は流入管11と略垂直に接続されているが、枝管12と流入管11の接合角度は任意に設定可能である。
The
このように構成された冷凍サイクル装置1においては、流入管11を流れる気液二相冷媒中の液状冷媒は、毛管力によって溝14の間を流れ、流入管11の内壁に液膜101を形成する。また、この溝14の間を流れる液状冷媒は、溝14の間を流れる液状冷媒と流入管11の略中心部を流れるガス状冷媒との界面に生じるせん断応力によって溝14を乗り越えることがない。つまり、液膜101の乱れを発生させることがない。このため、気液二相流に特有な時間的又は空間的に不均一な流れ(例えば液膜101上に発生する波101a等)を抑制でき、安定した液膜101を流入管11の内壁に形成できる。これにより、各枝管12に流入するガス状冷媒の流量に応じた量の液状冷媒を各枝管12に供給でき、効率よく蒸発器を動作させることができる。
In the
実施の形態3.
冷凍サイクル装置1の設置場所や蒸発器の構造等、冷媒分配器10の設置条件によっては流入管11を略垂直方向に設置出来ない場合がある。このような場合でも、本実施の形態3のようにすることで本発明を実施することができる。なお、本実施の形態3において、特に記述しない項目については実施の形態1又は実施の形態2と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
Depending on the installation conditions of the
図10は、本発明の実施の形態3に係る冷媒分配器の斜視図である。なお、図10では説明を容易とするため、一部を破断して流入管11を示している。また、図10に示す矢印は、冷媒の流れ方向を表す。
流入管11の内壁には、流入管11の中心軸(流入管11を流れる冷媒の流れ方向)に対して角度αの傾きをもつ螺旋状の溝14が形成されている。このように冷媒分配器10を構成することにより、内壁11a側に偏在しやすい液状冷媒は、毛管力によって溝14を介して内壁11b側に流れる。このため、冷媒の流れ方向が略垂直方向にならないような姿勢で流入管11が設置された場合でも流入管11の内壁に安定した液膜101を形成でき、流入管11を流れる冷媒を均等に枝管12へ分配することができる。
FIG. 10 is a perspective view of a refrigerant distributor according to
On the inner wall of the
なお、本実施の形態3では溝14の数や寸法について説明していないが、溝14の数Naを、溝14のうち流入管11と枝管12の接合部で切断される溝の数Ncの2倍より大きくしてもよい。なお、流入管11と枝管12の接合部で切断される溝とは、図11において、枝管12と交わる溝である。図11ではNc=8となっている。このような形態の冷媒分配器10においては、上記実施の形態3の効果に加えて、ガス状冷媒の流量と液状冷媒の流量との比率に偏りを生じ易い冷媒流れ最上流側に接続された枝管12へも液状冷媒が多量に流入することがない。このため、冷媒流れ下流側に接続された枝管12へも液状冷媒を供給できる。
また、枝管12の数(分岐数)がNsの場合には、Na≧Nc×Nsの関係を満たすように溝14の数Naを決定することにより、冷媒流れ上流側の枝管12への液状冷媒の偏流をさらに抑制でき、液状冷媒を均等に各枝管12へ分配できる効果が得られる。
Although the number and dimensions of the
When the number of branch pipes 12 (the number of branches) is Ns, the number Na of
1 冷凍サイクル装置、2 圧縮機、3 凝縮器、4 減圧弁、5 蒸発器、10 冷媒分配器、11 流入管、11a 内壁、11b 内壁、12 枝管、13 接合部、14 溝、101 液膜、101a 波、102 液滴。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
該冷媒分配器は、冷媒流れ方向の上流側となる流入管と、該流入管に接続され、冷媒流れ方向の下流側となる複数の枝管とを有し、
前記冷媒回路には、沸点が−40℃以上の冷媒が循環し、
前記冷媒分配器の前記流入管を流れる前記冷媒の流れが上昇流となるように、前記冷媒分配器が設置されることを特徴とする冷凍サイクル装置。 A refrigerant circuit in which a compressor, a condenser, a pressure reducing valve and an evaporator are connected by a refrigerant pipe; and a refrigerant pipe provided between the pressure reducing valve and the evaporator or a refrigerant distributor provided in the evaporator,
The refrigerant distributor has an inflow pipe on the upstream side in the refrigerant flow direction, and a plurality of branch pipes connected to the inflow pipe and on the downstream side in the refrigerant flow direction,
In the refrigerant circuit, a refrigerant having a boiling point of −40 ° C. or higher circulates,
The refrigeration cycle apparatus, wherein the refrigerant distributor is installed so that the refrigerant flowing through the inlet pipe of the refrigerant distributor is an upward flow.
前記溝の数Naは、
前記流入管と前記枝管との接合部によって切断される前記溝の数Ncの2倍より多いことを特徴とする請求項4に記載の冷凍サイクル装置。 Each of the branch pipes is provided in order along the length direction of the inflow pipe,
The number Na of the grooves is
5. The refrigeration cycle apparatus according to claim 4, wherein the refrigeration cycle apparatus has more than twice the number Nc of the grooves cut by a joint portion between the inflow pipe and the branch pipe.
前記枝部の数がNsで、前記流入管と前記枝管との接合部によって切断される前記溝の数がNcの場合、
前記溝の数Naは、Na≧Nc×Nsであることを特徴とする請求項4に記載の冷凍サイクル装置。 Each of the branch pipes is provided in order along the length direction of the inflow pipe,
When the number of branches is Ns, and the number of grooves cut by the junction between the inflow pipe and the branch pipe is Nc,
The refrigeration cycle apparatus according to claim 4, wherein the number Na of the grooves is Na ≧ Nc × Ns.
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