JP4879306B2 - 分配器及びヒートポンプ装置 - Google Patents

Description

この発明は、複数に流体を分配させる分配器、及び分配器を用いたヒートポンプ装置に関する。

一般に、冷凍機、空調機、給湯器などのヒートポンプ装置は、圧縮機、放熱器（凝縮器）、膨張機構、蒸発器を備える。

ヒートポンプ装置では、圧縮機は、吸入した低圧のガス冷媒を圧縮して高温高圧のガス冷媒にして吐出する。放熱器は、圧縮機が吐出した高温高圧のガス冷媒を、空気もしくは水と熱交換して高温高圧の液冷媒にする。膨張機構は、放熱器から流出した液冷媒を減圧する。蒸発器は、膨張機構で減圧した冷媒を、空気と熱交換して低圧ガス冷媒にする。そして、蒸発器から流出した低圧ガス冷媒が再び圧縮機に吸入されることで、ヒートポンプサイクル（冷凍サイクル）を形成している。

ヒートポンプ装置が備える放熱器や蒸発器等の熱交換器は、流動損失を低減するために複数の伝熱管で構成されている。そして、熱交換器の性能を得るためには、複数の伝熱管の各伝熱管に冷媒を均等に分配する必要がある。
熱交換器が蒸発器として使用される場合、熱交換器の入口における冷媒の状態は、一般的にガス冷媒と液冷媒とが混合した気液二相状態である。したがって、この場合、気液二相状態の冷媒を各伝熱管に均等に分配する必要がある。均等に分配するとは、同一質量の冷媒を各伝熱管へ流すことである。

特許文献１には、オリフィスと毛細管で構成された分配器についての記載がある。
特許文献１に記載された分配器では、気液二相状態で流入した冷媒について、ガス冷媒と液冷媒とをオリフィスで均質混合させ、その後、熱交換器で生じる流動抵抗よりも流動抵抗が大きくなるように設計された毛細管により均等分配を行っている。

特許文献２には、鉛直方向の下側から上側へ向かって徐々に管径が細くなる鉛直管と、鉛直管に取り付けられた複数の分岐管で構成された分配器についての記載がある。
特許文献２に記載された分配器では、鉛直管の下側から流入した気液二相状態の冷媒が上側へ流れるとともに、途中に取り付けられた分岐管へ分流する。鉛直管の管径が徐々に細くなっているため、鉛直管の上側へ冷媒が流れても流速が低下することが緩和され、液冷媒とガス冷媒とが分離することが防止される。これにより、各分岐管へ液冷媒とガス冷媒とを均等に分配する。

特開平２−１７３６８号公報 特開平５−２６４１２６号公報 特開２００８−２５６３０４号公報 特開２００７−１３９２３１号公報

特許文献１に記載された分配器では、冷媒がオリフィスを通過するときの急縮小と急拡大と、毛細管内の流動抵抗とにより、冷媒の圧力が低下してしまう。

また、上述したように、熱交換器が蒸発器として使用される場合、熱交換器の入口における冷媒の状態は、一般的にガス冷媒と液冷媒とが混合した気液二相状態である。しかし、ヒートポンプサイクルの構成によっては、熱交換器の入口における冷媒の状態は、液冷媒である場合もある。
特許文献２に記載された分配器では、分配する冷媒が液冷媒である場合には、鉛直管に取り付けられた最上段の分岐管と最下段の分岐管との間にはヘッド差がある。また、鉛直管の上側ほど管径が細いため、鉛直管の下側では流速が遅い。そのため、分配する冷媒が液冷媒である場合には、鉛直管の上側に取り付けられた分岐管よりも、鉛直管の下側に取り付けられた分岐管へ多くの冷媒が流れてしまう。

この発明は、例えば、分配する流体が液体であっても、低い圧力損失で流体を均等に分配することを目的とする。

この発明に係る分配器は、例えば、
太さの異なる複数の管が太さ順に連結されて形成された連結管であって、隣り合う管のうち細い方の管の端部が太い方の管の内部へ前記太い方の管の端部から挿入され、前記太い方の管の内径側と前記細い方の管の外径側との間に前記外径側の一周にわたる環状隙間が形成されるとともに、前記太い方の管の前記端部が前記細い方の管の外壁に接合され封止された連結管を備え、
前記環状隙間を形成する前記太い方の管の内径側には、前記連結管の内部を最も太い方の管から最も細い方の管へ向かって流れる流体の一部を前記連結管の外部へ流出させる分配口が設けられた
ことを特徴とする。

この発明に係る分配器によれば、分配する流体が液体であっても、低い圧力損失で流体を均等に分配することができる。

実施の形態１に係る分配器１０の縦断面図。 図１におけるＡ−Ａ’断面図。 図１におけるＢ−Ｂ’断面図。 図１におけるＣ−Ｃ’断面図。 図１におけるＤ−Ｄ’断面図。 ヘッド差の影響を説明するための図。 実施の形態１に係る分配器１０を用いたヒートポンプ装置２０の構成図。 筐体３０内の機器の配置を説明するための図。 実施の形態２に係る分配器１０の縦断面図。 図９におけるＡ−Ａ’断面図。 図９におけるＢ−Ｂ’断面図。 図９におけるＣ−Ｃ’断面図。 図９におけるＤ−Ｄ’断面図。 流入管７が分配器１０の側面に設けられた状態を示す図。 実施の形態３に係る分配器１０の縦断面図。 図１５におけるＡ−Ａ’断面図。 図１５におけるＢ−Ｂ’断面図。 実施の形態３に係る分配器１０の縦断面図。 図１８におけるＡ−Ａ’断面図。 図１８におけるＢ−Ｂ’断面図。

実施の形態１．
まず、実施の形態１に係る分配器１０の構成について説明する。

図１は、実施の形態１に係る分配器１０の縦断面図である。
図２は、図１におけるＡ−Ａ’断面図である。
図３は、図１におけるＢ−Ｂ’断面図である。
図４は、図１におけるＣ−Ｃ’断面図である。
図５は、図１におけるＤ−Ｄ’断面図である。

分配器１０は、４本の管１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと、各管１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄのそれぞれに取り付けられた４本の分岐管２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄとを備える。
分配器１０は、図１の下側、つまり管１ａ側を下にして、図１の上側、つまり管１ｄ側を上にして鉛直に配置して用いられる。分配器１０がこのように配置される理由は後述する。各管１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは鉛直に配置されるため、以下便宜的に、管１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを鉛直管１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと呼ぶ。
なお、ここでは、分配器１０が冷媒（流体の一例）を４箇所に分配する場合について説明するため、分配器１０が４本の鉛直管と４本の分岐管とを備える。しかし、分配器１０が分配する箇所がＮ箇所であれば、分配器１０はＮ本の鉛直管とＮ本の分岐管とを備えることになる。

４本の鉛直管１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄはそれぞれ管径（太さ）が異なる。管径は、鉛直管１ａが最も大きく、次に鉛直管１ｂが大きく、次に鉛直管１ｃが大きく、鉛直管１ｄが最も小さい。特に、鉛直管１ａの内径は鉛直管１ｂの外径よりも大きく、鉛直管１ｂの内径は鉛直管１ｃの外径よりも大きく、鉛直管１ｃの内径は鉛直管１ｄの外径よりも大きい。
４本の鉛直管１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、管径の順に連結され連結管が形成される。つまり、鉛直管１ａと鉛直管１ｂとが連結され、鉛直管１ｂと鉛直管１ｃとが連結され、鉛直管１ｃと鉛直管１ｄとが連結されて連結管が形成される。
４本の鉛直管１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、隣り合う鉛直管のうち細い方の鉛直管の端部が太い方の鉛直管の内部へ太い方の鉛直管の端部から挿入されて連結される。例えば、鉛直管１ａと鉛直管１ｂとであれば、細い方の鉛直管１ｂの端部が太い方の鉛直管１ａの内部へ鉛直管１ａの端部から挿入されて連結される。隣り合う鉛直管のうち細い方の鉛直管の端部が太い方の鉛直管の内部へ挿入されることにより、４本の鉛直管１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが連結される連結部分には、隣り合う鉛直管が重なり合う二重管部が形成される。また、隣り合う鉛直管のうち太い方の鉛直管の端部は、細い方の鉛直管の外壁に接合され、封止される。例えば、鉛直管１ａと鉛直管１ｂとであれば、太い方の鉛直管１ａの端部は、細い方の鉛直管１ｂの外壁に接合され、封止される。

また、各二重管部において、隣り合う鉛直管のうち太い方の鉛直管の内径側（内壁）と、細い方の鉛直管の外径側（外壁）との間に、細い方の鉛直管の外径側の一周にわたる環状の隙間（環状隙間）が形成される。つまり、鉛直管１ａと鉛直管１ｂとの連結部分に形成された二重管部には環状隙間３ａが形成され、鉛直管１ｂと鉛直管１ｃとの連結部分に形成された二重管部には環状隙間３ｂが形成され、鉛直管１ｃと鉛直管１ｄとの連結部分に形成された二重管部には環状隙間３ｃが形成される。

また、分配器１０は、鉛直管１ａに、連結管の内部へ冷媒を流入させるための流入口４を備える。

４本の分岐管２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、４本の鉛直管１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにそれぞれ略垂直に取り付けられ、流入口４から流入した冷媒を連結管の外部へ流出させるための分配口を形成する。つまり、分岐管２ａは鉛直管１ａに取り付けられ、分岐管２ｂは鉛直管１ｂに取り付けられ、分岐管２ｃは鉛直管１ｃに取り付けられ、分岐管２ｄは鉛直管１ｄに取り付けられ、分配口を形成する。
４本の分岐管２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄのうち、最も細い鉛直管１ｄに取り付けられる分岐管２ｄを除いた３つの分岐管２ａ，２ｂ，２ｃは、取り付けられる鉛直管１ａ，１ｂ，１ｃが二重管部を形成する位置に取り付けられる。特に、３つの分岐管２ａ，２ｂ，２ｃは、取り付けられる鉛直管１ａ，１ｂ，１ｃが太い方の鉛直管として二重管部を形成する位置に取り付けられる。例えば、分岐管２ｂであれば、鉛直管１ｂが太いほうの鉛直管として二重管部を形成する位置、つまり、鉛直管１ｂが、鉛直管１ｂよりも細い鉛直管１ｃとの連結部分に二重管部を形成する位置に取り付けられる。
言い方を換えると、隣り合う鉛直管のうち細い方の鉛直管の端部は、太い方の鉛直管に分岐管が取り付けられた位置よりも深い位置（下側）まで、太い方の鉛直管の内部に挿入されて連結される。例えば、鉛直管１ａと鉛直管１ｂとであれば、細い方の鉛直管１ｂの端部は、分岐管２ａが取り付けられた位置よりも深い位置まで、太い方の鉛直管１ａの内部へ挿入されて連結される。
これにより、環状隙間を形成する太い方の鉛直管の内径側には、流入口４から連結管の内部へ流入した冷媒の一部を連結管の外部へ流出させる分配口が形成される。

ここで、各二重管部に形成された環状隙間３ａ，３ｂ，３ｃの流路面積は、最も管径が大きい鉛直管１ａの流路面積の１／４程度である。つまり、環状隙間３ａ，３ｂ，３ｃについての鉛直管１ａ，１ｂ，１ｃの径方向の断面積、すなわち図２から図４に示す環状隙間３ａ，３ｂ，３ｃの面積は、鉛直管１ａの中空部分の径方向の断面積の１／４程度である。
なお、ここでは、鉛直管の本数が４本であったため、環状隙間３ａ，３ｂ，３ｃの流路面積は、鉛直管１ａの流路面積の１／４程度である。しかし、鉛直管の本数がＮ本である場合には、各二重管部に形成される各環状隙間の流路面積は、管径が最も大きい鉛直管の流路面積の１／Ｎ程度である。つまり、環状隙間の流路面積は、管径が最も大きい鉛直管の流路面積を鉛直管の本数で割った面積程度である。

次に、実施の形態１に係る分配器１０の動作について説明する。

まず、冷媒は、流入口４から鉛直管１ａへ流入する。流入した冷媒は、鉛直管１ａを上方向へ（鉛直管１ｄ側へ）流れる。そして、鉛直管１ａを流れる冷媒は、鉛直管１ａと鉛直管１ｂとによって形成された二重管部で、鉛直管１ａの内径側と鉛直管１ｂの外径側とによって形成された環状隙間３ａと、鉛直管１ｂの内径側の空間とに分かれて流れる。
ここで、上述したように、環状隙間３ａの流路面積は鉛直管１ａの流路面積の１／４程度である。そのため、流入口４から流入した冷媒のうち、約１／４が環状隙間へ流れ、残りの約３／４が鉛直管１ｂの内径側の空間へ流れる。

環状隙間へ流れた冷媒は、分岐管２ａから外部へ流出する。一方、鉛直管１ｂの内径側の空間へ流れた冷媒は、鉛直管１ｂを上方向へ流れる。そして、鉛直管１ｂを流れる冷媒は、鉛直管１ｂと鉛直管１ｃとによって形成された二重管部で、鉛直管１ｂの内径側と鉛直管１ｃの外径側とによって形成された環状隙間３ｂと、鉛直管１ｃの内径側の空間とに分かれて流れる。
ここで、上記と同様に、環状隙間３ｂの流路面積は鉛直管１ａの流路面積の１／４程度である。そのため、流入口４から流入した冷媒のうち、約１／４が環状隙間へ流れ、残りの約２／４が鉛直管１ｃの内径側の空間へ流れる。

環状隙間へ流れた冷媒は、分岐管２ｂから外部へ流出する。一方、鉛直管１ｃの内径側の空間へ流れた冷媒は、鉛直管１ｃを上方向へ流れる。そして、鉛直管１ｃを流れる冷媒は、鉛直管１ｃと鉛直管１ｄとによって形成された二重管部で、鉛直管１ｃの内径側と鉛直管１ｄの外径側とによって形成された環状隙間３ｃと、鉛直管１ｄの内径側の空間とに分かれて流れる。
ここで、上記と同様に、環状隙間３ｃの流路面積は鉛直管１ａの流路面積の１／４程度である。そのため、流入口４から流入した冷媒のうち、約１／４が環状隙間へ流れ、残りの約１／４が鉛直管１ｄの内径側の空間へ流れる。

環状隙間３ｃへ流れた冷媒は、分岐管２ｃから外部へ流出する。一方、鉛直管１ｄの内径側の空間へ流れた冷媒は、分岐管２ｄから外部へ流出する。

なお、鉛直管の管壁面近傍の流速は、管中心部の流速よりも遅くなる。そのため、環状隙間の流路面積が鉛直管１ａの流路面積のちょうど１／４であると、流入口４から流入した冷媒の１／４より少ない冷媒しか環状隙間へ流入しない虞がある。

また、分配器１０は流入口４を下側にして鉛直に配置されるため、ヘッド差の影響を受ける。ここで、ヘッド差とは高低差のことであり、位置エネルギーの差のことである。
図６は、ヘッド差の影響を説明するための図であり、鉛直管１の縦断面図である。図６において、鉛直管１は、流入口を下側にして鉛直に配置されているとする。
図６に示す鉛直管１内の位置１の圧力は式１で表され、位置２の圧力は式２で表される。
（式１）Ｐ１＝Ｐ０＋ρｇＨ１
（式２）Ｐ２＝Ｐ０＋ρｇＨ２
ここで、ρは鉛直管１の内部を流れる流体の密度であり、ｇは重力加速度である。また、Ｈ１は基準位置（位置０）から位置１までの距離であり、Ｈ２は基準位置から位置２までの距離である。
式１，２において、右辺第１項は鉛直管１内の基準位置にかかる圧力である。また、右辺第２項は流体の自重により生じる圧力である。式１，２から明らかなように、右辺第２項が示す流体の自重による圧力は、基準位置からの距離が遠いほど高くなる。したがって、流体の自重による圧力は、鉛直管１の下側程、圧力が高くなる。これは、鉛直管１の下側における流体ほど自重により押えつけられた状態となるためである。このため、鉛直管１の下側における流体ほど、鉛直管１の上側へ流れづらい状態である。したがって、図６において、鉛直管１の流入口から流入した流体は、鉛直管１の上側の位置１に設けられた分配口よりも、鉛直管１の下側の位置２に設けられた分配口から多くの冷媒が流出することになる。これがヘッド差による影響である。
また、位置１と位置２との圧力差ΔＰは式３で表せる。
（式３）ΔＰ＝Ｐ２−Ｐ１＝ρｇ（Ｈ２−Ｈ１）
式３に示すように、圧力差ΔＰは、流体の密度に関する関数であり、流体の密度が高いほど圧力差ΔＰが大きくなる。そのため、液体のような密度の高い流体の方が、気体のような密度の低い流体よりもヘッド差の影響が大きい。

そこで、鉛直管の管壁面近傍の流速が管中心部の流速よりも遅くなることの影響（速度分布の影響）と、ヘッド差の影響とを合わせて考慮して環状隙間の流路面積を設計する必要がある。

上述したように、流入口４から流入する冷媒が液冷媒である場合には、ヘッド差の影響を大きく受ける。特に、流入口４から流入する冷媒が液冷媒である場合には、速度分布の影響よりも、ヘッド差の影響が非常に大きい。そのため、各環状隙間の流路面積を鉛直管１ａの流路面積の１／４以下としなければ、最も上の鉛直管１ｄの分岐管２ｄから流出する冷媒の量が、他の鉛直管１ａ，１ｂ，１ｃの分岐管２ａ，２ｂ，２ｃから流出する冷媒の量よりも少なくなってしまう。そこで、流入口４から流入する冷媒が液冷媒である場合には、各環状隙間の流路面積を鉛直管１ａの流路面積の１／４以下とする。
特に、ヘッド差により、下側（流入口４に近い側）の分岐管へ多くの冷媒が流入してしまう。そこで、流入口４から環状隙間までの距離が近いほど（下側の環状隙間ほど）、その環状隙間の流路面積を小さくする。なお、流入口４から環状隙間までの距離とは、流入口４からその環状隙間を形成する細い方の鉛直管の端部までの距離である。例えば、図１における流入口４から環状隙間３ｂまでの距離は、図１に示す距離Ｄ１である。
管径が最も大きい鉛直管（図１であれば鉛直管１ａ）の流路面積を面積Ｓとした場合、流入口４に最も近い環状隙間（最下段の環状隙間）の流路面積を、面積Ｓを鉛直管の本数Ｎで割った面積（Ｓ×１／Ｎ）よりも小さい面積Ｓ’とする。そして、流入口４からの距離が遠い環状隙間になるに従い比例的に流路面積を大きくし、流入口４に最も遠い環状隙間（最上段の環状隙間）の流路面積を、面積Ｓを鉛直管の本数Ｎで割った面積（Ｓ×１／Ｎ）としてもよい。

以上のように、実施の形態１に係る分配器１０は、特許文献１に記載された分配器等と比べ、流動抵抗が小さいため圧縮損失も少ない。また、実施の形態１に係る分配器１０は、分配する冷媒が液冷媒である場合であっても、冷媒を均等に分配することが可能である。

なお、流入口４から流入する冷媒がガス冷媒である場合、液冷媒と比べてヘッド差の影響が小さいことを考慮して環状部の流路面積を決定するとよい。

図７は、実施の形態１に係る分配器１０を用いたヒートポンプ装置２０の構成図である。なお、図７において、破線矢印は冷媒の流れを示す。
ヒートポンプ装置２０は、圧縮機１１の吐出側と放熱器１２の流入側とが冷媒配管で接続され、放熱器１２の流出側とエジェクタ１３の第１流入口２３とが冷媒配管で接続され、エジェクタ１３の冷媒出口２５と気液分離器１４の流入口とが冷媒配管で接続され、気液分離器１４のガス冷媒が流出するガス側出口と圧縮機１１の吸入側とが冷媒配管で接続された第１冷媒回路を備える。
また、ヒートポンプ装置２０は、気液分離器１４の液冷媒が流出する液側出口と蒸発器１５の流入側とが冷媒配管で接続され、蒸発器１５の出口側とエジェクタ１３の第２流入口２４（吸入口）とが冷媒配管で接続された第２冷媒回路を備える。

放熱器１２と蒸発器１５とは、複数の冷媒流路を有する熱交換器である。そのため、放熱器１２と蒸発器１５との冷媒流路の入口側には、各冷媒流路へ冷媒を分配する分配器が設けられ、出口側には各冷媒流路から流出した冷媒を合流させる混合器が設けられる。
具体的には、放熱器１２には、入口側に分配器１６が、出口側に混合器１７が設けられる。蒸発器１５には、入口側に分配器１８が、出口側に混合器１９が設けられる。ここで、蒸発器１５の入口側に設けられた分配器１８は、上述した分配器１０である。
つまり、気液分離器１４の液冷媒が流出する液側出口と分配器１０の流入口４とが冷媒配管で接続され、分配器１０の各分岐管により形成された各分配口と蒸発器１５の各冷媒流路の入口とが冷媒配管で接続されている。
なお、分配器１０の流入口４には、気液分離器１４の液側出口が接続されているため、分配器１０の流入口４から流入する冷媒は液冷媒である。

上述したように、分配器１０の流入口４から流入する冷媒は液冷媒であるが、流入口４から流入する冷媒が液冷媒であっても、分配器１０は冷媒を均等に分配することが可能である。そのため、蒸発器１５が有する各冷媒流路へ均等に冷媒が流入する。各冷媒流路へ均等に冷媒が流入するため、蒸発器１５における熱交換性能が高くなる。その結果、ヒートポンプ装置２０の性能が向上する。

ここで、エジェクタ１３は、ノズル部２１と昇圧部２２とを備える。
ノズル部２１は、放熱器１２から流出し第１流入口２３から流入した冷媒（駆動冷媒）を、急激に減圧膨張させて、圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して噴射する。
昇圧部２２は、ノズル部２１の出口の冷媒と第２流入口２４の冷媒との圧力差により、第２流入口２４の冷媒を吸引する。そして、昇圧部２２は、ノズル部２１が噴射した冷媒と吸引した冷媒とを混合して昇圧し、冷媒出口２５から冷媒を流出する。

昇圧部２２は、ノズル部２１の出口の冷媒と第２流入口の冷媒との圧力差により、第２流入口の冷媒を吸引するため、昇圧部２２において第２流入口から冷媒が吸引される吸引流量は、ノズル部２１の出口の冷媒と第２流入口の冷媒との圧力差が大きいほど多くなる。昇圧部２２において第２流入口から冷媒が吸引される吸引流量が多くなれば、蒸発器１５への冷媒の循環量が増加するため、ヒートポンプ装置２０の性能が向上する。つまり、ノズル部２１の出口の冷媒と第２流入口の冷媒との圧力差が大きくなれば、ヒートポンプ装置２０の性能が向上する。
分配器１０は、従来の分配器と比べ、流動抵抗が少ないため圧力損失が少ない。したがって、従来の分配器を用いた場合に比べ、第２流入口の冷媒の圧力を高く維持でき、ノズル部２１の出口の冷媒と第２流入口の冷媒との圧力差を大きくすることができる。その結果、ヒートポンプ装置２０の性能が向上する。

ここで、圧縮機１１、エジェクタ１３、気液分離器１４、蒸発器１５や、分配器１８（分配器１０）、混合器１９等の機器は、いわゆる室外機ユニット等の１つの筐体３０内に設けられる。図８は、筐体３０内の機器の配置を説明するための図である。なお、図８において、筐体３０は、Ａ側が鉛直方向下側、Ｂ側が鉛直方向上側となるように設置される。
一般に、筐体３０には、下側に、圧縮機１１、アキュムレータ、レシーバ等の重い機器が配置され、上側に蒸発器１５等の軽い機器が配置される。このように配置することにより、重心が低くなり、バランスがよくなる。
また、蒸発器１５の各冷媒流路は、複数回折り返されている。これは、各冷媒流路の流路長を長くし、各冷媒流路を流れる冷媒が熱交換され易くするためである。このように、複数回折り返されている各冷媒流路を冷媒が流れ易いように、各冷媒流路が略水平方向を向くように蒸発器１５は配置される。その結果、蒸発器１５の各冷媒流路の入口１５Ａが鉛直方向に並ぶ。蒸発器１５の各冷媒流路の入口１５Ａが鉛直方向に並んでいるため、上述したように、分配器１０は、各鉛直管が鉛直になるように配置される。
また、分配器１０の流入口４には配管を接続する必要があり、分配器１０の流入口４側にはスペースが必要である。ここで、一般に、筐体３０はできる限り小型化されている。そのため、蒸発器１５のすぐ上側には筐体３０の壁面があり、蒸発器１５の上側にはほとんどスペースがない。これに対して、蒸発器１５の下側には、上述したように、圧縮機１１等が配置されており、若干のスペースがある。そこで、分配器１０は、流入口４が設けられた鉛直管１ａ側を下にして、鉛直管１ｄ側を上にして鉛直に配置される。

なお、上記説明では分配器１８だけを上述した分配器１０とした。しかし、放熱器１２の入口側に設けられた分配器１６も、上述した分配器１０であってもよい。

また、分配器１０を用いたヒートポンプ装置として、エジェクタ１３を備えるヒートポンプ装置２０を説明した。しかし、分配器１０を用いたヒートポンプ装置は、これに限らず、他の構成であってもよい。ヒートポンプ装置が他の構成であっても、例えば、蒸発器の流入側が気液分離器の液側出口と接続されている場合等、蒸発器へ液冷媒が流入する構成である場合には、蒸発器の入口側に分配器１０を設けることにより、蒸発器の熱交換性能を高くすることができ、ヒートポンプ装置の性能が向上する。

また、ヒートポンプ装置２０が備える放熱器１２は、冷媒と空気とを熱交換するものであっても、冷媒と水等の液体とを熱交換するものであってもよい。つまり、ヒートポンプ装置２０は、冷媒と空気とを熱交換する空気調和装置であっても、冷媒と水等とを熱交換する暖房装置や給湯装置等であってもよい。

実施の形態２．
実施の形態２に係る分配器１０について、実施の形態１と異なる部分のみ説明する。

図９は、実施の形態２に係る分配器１０の縦断面図である。
図１０は、図９におけるＡ−Ａ’断面図である。
図１１は、図９におけるＢ−Ｂ’断面図である。
図１２は、図９におけるＣ−Ｃ’断面図である。
図１３は、図９におけるＤ−Ｄ’断面図である。

分配器１０は、中心位置をずらして鉛直管１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを連結されている。特に、鉛直管１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、太い管側（鉛直管１ａ側）から細い管側（鉛直管１ｄ側）へ向かって徐々に、中心位置を所定の方向側にずらして連結されている。
これは、流入口４から流入した冷媒の流速に偏りがある場合に、冷媒を均等に分配するためである。

図９では、流入口４に右側に曲がった流入管７が接続されている。この場合、流入口４から流入した冷媒の鉛直管１ａにおける流速は、符号５ａで示す矢印の長さにより示すように、左側が右側よりも速くなる。なお、符号５ａで示す矢印が長いほど流速が速いことを意味する。そのため、実施の形態１に係る分配器１０のように、中心位置を合わせて鉛直管１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを連結してしまった場合、流入口４寄り（図１の下側）の環状隙間へ多くの冷媒が流入してしまう虞がある。
そこで、中心位置を流入管７が曲がった方向と逆側にずらして、鉛直管１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを連結する。つまり、図９に示す分配器１０であれば、流入管７が右側に曲がっているため、中心位置６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを左側にずらして、鉛直管１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを連結する。すなわち、鉛直管１ａの中心位置６ａよりも、鉛直管１ｂの中心位置６ｂを左側にずらし、鉛直管１ｂの中心位置６ｂよりも、鉛直管１ｃの中心位置６ｃを左側にずらし、鉛直管１ｃの中心位置６ｃよりも、鉛直管１ｄの中心位置６ｄを左側にずらす。これにより、環状隙間の左側の領域が狭く、右側の領域が広くなり、流速の速い左側から環状隙間へ流入する冷媒量を減らし、流速の遅い右側から環状隙間へ流入する冷媒量を増やすことができる。その結果、各環状隙間へ流入する冷媒の量を均等にすることができ、冷媒を均等に分配することができる。

なお、図９では、鉛直管１ａの端部に流入口４が設けられていたため、流入口４に接続された流入管７が曲がった方向と逆側に、鉛直管１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの中心位置をずらして連結した。しかし、図１４に示すように、鉛直管１ａの側面に流入口４が設けられている場合には、流入口４が設けられた位置と逆側に鉛直管１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの中心位置をずらして連結すればよい。

また、連結管を流れる冷媒の流速は、細い鉛直管側へ進むほど、偏りが無くなってくる。つまり、図９において、冷媒の速度分布は、鉛直管１ａでは左側に大きく偏っているが、鉛直管１ｂ、鉛直管１ｃと進むにしたがって偏りが無くなり、一様になる。そのため、細い管側ほど、隣りの管との中心位置のずれを小さくしてもよい。つまり、図１０から図１２に示す中心位置のずれ幅Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３について、流入口４に近い鉛直管１ａと鉛直管１ｂとの中心位置のずれ幅Ｌ１を最も広く、流入口４から遠い鉛直管１ｃと鉛直管１ｄとの中心位置のずれ幅Ｌ３を最も狭くしてもよい。

以上のように、実施の形態２に係る分配器１０は、鉛直管を流れる冷媒の速度分布が一様（対称）にならない場合であっても、冷媒を均等に分配することが可能である。

実施の形態３．
実施の形態３に係る分配器１０について、実施の形態１と異なる部分のみ説明する。

図１５は、実施の形態３に係る分配器１０の縦断面図である。
図１６は、図１５におけるＡ−Ａ’断面図である。
図１７は、図１５におけるＢ−Ｂ’断面図である。

実施の形態３に係る分配器１０は、２本の鉛直管１ｅ，１ｆと、８本の分岐管２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈ，２ｉ，２ｊ，２ｋ，２ｌとを備える。
鉛直管１ｅと鉛直管１ｆとは管径が異なり、管径は鉛直管１ｅの方が鉛直管１ｆよりも大きい。特に、鉛直管１ｅの内径は鉛直管１ｆの外径よりも大きい。そして、実施の形態１に係る分配器１０と同様に、細い方の鉛直管１ｆの端部が太い方の鉛直管１ｅの内部へ鉛直管１ｅの端部から挿入され、鉛直管１ｅの端部が鉛直管１ｆの外壁に接合されて連結される。また、連結部分には二重管部が形成され、二重管部には鉛直管１ｅの内径側と鉛直管１ｆの外径側とによって環状隙間３ｄが形成される。
８本の分岐管２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈ，２ｉ，２ｊ，２ｋ，２ｌのうち、４本の分岐管２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈは、鉛直管１ｅが二重管部を形成する部分に取り付けられ、残りの４本の分岐管２ｉ，２ｊ，２ｋ，２ｌは、鉛直管１ｆに取り付けられ、分配口を形成する。
ここで、二重管部に形成された環状隙間の流路面積は、太い方の鉛直管１ｅの流路面積の１／２程度である。なお、流入する冷媒が液冷媒である場合には、ヘッド差の影響を考慮して、環状隙間の流路面積は１／２よりも若干小さくしてもよい。

流入口４から流入した冷媒は、鉛直管１ｅを上方向へ流れる。そして、鉛直管１ａを流れる冷媒は、鉛直管１ｅと鉛直管１ｆとによって形成された二重管部で、鉛直管１ｅの内径側と鉛直管１ｆの外径側とによって形成された環状隙間３ｄと、鉛直管１ｆの内径側の空間とに分かれて流れる。
ここで、上述したように、環状隙間３ｄの流路面積は鉛直管１ｅの流路面積の１／２程度である。そのため、流入口４から流入した冷媒のうち、約１／２が環状隙間３ｄへ流れ、残りの約１／２が鉛直管１ｂの内径側の空間へ流れる。
環状隙間３ｄへ流れた冷媒は、４本の分岐管２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈからそれぞれ外部へ流出する。また、鉛直管１ｂの内径側の空間へ流れた冷媒は、４本の分岐管２ｉ，２ｊ，２ｋ，２ｌからそれぞれ外部へ流出する。

なお、４本の分岐管２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈへ、冷媒が若干偏って分配される虞がある。例えば、冷媒が液冷媒である場合には、ヘッド差により上側の分岐管２ｈに比べ下側の分岐管２ｅから多くの冷媒が流出する虞がある。同様に、４本の分岐管２ｉ，２ｊ，２ｋ，２ｌへ、冷媒が若干偏って分配される虞がある。
しかし、実施の形態３に係る分配器１０によれば、実施の形態１に係る分配器１０に比べ、低コストで製造でき、コストを抑えつつ、多くの箇所へ分配することが可能となる。

なお、ここでは、上述した分配器１０が備える鉛直管の本数や分岐管の本数は一例であり、他の本数であってもよい。また、各鉛直管に取り付けられる分岐管の本数はそれぞれ異なる本数であってもよい。

実施の形態４．
実施の形態４に係る分配器１０について、実施の形態３と異なる部分のみ説明する。

図１８は、実施の形態３に係る分配器１０の縦断面図である。
図１９は、図１８におけるＡ−Ａ’断面図である。
図２０は、図１８におけるＢ−Ｂ’断面図である。

実施の形態４に係る分配器１０は、鉛直管１ｅ，１ｆの中心位置を所定の方向側にずらして連結されている。つまり、図１９に示すように、鉛直管１ｅの中心位置６ｅと、鉛直管１ｆの中心位置６ｆとがずれ幅Ｌ４だけずれている。
これは、実施の形態２と同様に、流入口４から流入した冷媒の流速に偏りがある場合に、冷媒を均等に分配するためである。

図１８では、流入口４に右側に曲がった流入管７が接続されている。この場合、流入口４から流入した冷媒の鉛直管１ａにおける流速は、符号５ｂで示す矢印の長さにより示すように、左側が右側よりも速くなる。なお、符号５ｂで示す矢印が長いほど流速が速いことを意味する。そのため、実施の形態３に係る分配器１０のように、鉛直管１ｅ，１ｆの中心位置を合わせて連結してしまった場合、環状隙間３ｄへ多くの冷媒が流入してしまう虞がある。そこで、鉛直管１ｅ，１ｆの中心位置を流入管７が曲がった方向と逆側にずらして連結する。

以上のように、実施の形態４に係る分配器１０は、鉛直管を流れる冷媒の速度分布が一様（対称）にならない場合であっても、冷媒を均等に分配することが可能である。

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ 鉛直管、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈ，２ｉ，２ｊ，２ｋ，２ｌ 分岐管、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 環状隙間、４ 流入口、５ａ，５ｂ 冷媒の流速、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆ 中心位置、７ 流入管、１０，１６，１８ 分配器、１１ 圧縮機、１２ 放熱器、１３ エジェクタ、１４ 気液分離器、１５ 蒸発器、１７，１９ 混合器、２０ ヒートポンプ装置、２１ ノズル部、２２ 昇圧部、２３ 第１流入口、２４ 第２流入口、２５ 冷媒出口、３０ 筐体。

Claims (12)

1. 太さの異なる複数の管が太さ順に連結されて形成された連結管であって、隣り合う管のうち細い方の管の端部が太い方の管の内部へ前記太い方の管の端部から挿入され、前記太い方の管の内径側と前記細い方の管の外径側との間に前記外径側の一周にわたる環状隙間が形成されるとともに、前記太い方の管の前記端部が前記細い方の管の外壁に接合され封止された連結管を備え、
   前記環状隙間を形成する前記太い方の管の内径側には、前記連結管の内部を最も太い方の管から最も細い方の管へ向かって流れる流体の一部を前記連結管の外部へ流出させる分配口が設けられた
   ことを特徴とする分配器。
2. 前記環状隙間についての前記連結管の径方向の断面積は、前記連結管の最も太い管の中空部分についての前記径方向の断面積を、前記連結管を構成する管の本数で割った面積以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載の分配器。
3. 前記環状隙間についての前記断面積は、３つ以上の管が連結されて前記連結管が形成されることにより、前記連結管に複数の前記環状隙間が形成されている場合、前記太い方の管の外径が大きいほど小さい
   ことを特徴とする請求項２に記載の分配器。
4. 前記環状隙間についての前記断面積は、前記流入口からその環状隙間までの距離に応じた大きさである
   ことを特徴とする請求項３に記載の分配器。
5. 前記連結管を形成する前記各管は、最も太い管側から最も細い管側へ向かって徐々に、径方向の中心位置が所定側にずれて連結された
   ことを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の分配器。
6. 前記連結管を形成する前記各管は、前記連結管の内部に最も太い方の管から最も細い方の管へ向かって流体が流れる場合に、前記流体の流れる速さが速くなる側に、前記中心位置がずれて連結された
   ことを特徴とする請求項５に記載の分配器。
7. 前記連結管の太い管側の端部には、前記連結管の内部へ流体を流入させる流入管であって、所定の方向側に曲がった流入管が取り付けられ、
   前記連結管を形成する前記各管は、前記流入管が曲がった側と逆側に、前記中心位置がずれて連結された
   ことを特徴とする請求項５に記載の分配器。
8. 前記連結管を形成する前記各管は、外径が細い管側ほど、連結された隣りの管との前記中心位置のずれが小さい
   ことを特徴とする請求項５から７までのいずれかに記載の分配器。
9. 前記分配口は、前記各管に複数設けられた
   ことを特徴とする請求項１から８までのいずれかに記載の分配器。
10. 前記分配器は、前記連結管の太い管側を下側にして、細い管側を上側にして設置される
    ことを特徴とする請求項１から９までのいずれかに記載の分配器。
11. 圧縮機と、放熱器と、膨張機構と、複数の冷媒流路を有する蒸発器と、前記蒸発器が有する前記複数の冷媒流路の各冷媒流路に冷媒を分配する分配器とを備える冷媒回路を備え、
    前記分配器は、
    太さの異なる複数の管が太さ順に連結されて形成された連結管であって、隣り合う管のうち細い方の管の端部が太い方の管の内部へ前記太い方の管の端部から挿入され、前記太い方の管の内径側と前記細い方の管の外径側との間に環状隙間が形成されるとともに、前記太い方の管の前記端部が前記細い方の管の外壁に接合され封止された連結管を備え、
    前記環状隙間を形成する太い方の管の内径には、前記連結管の内部を太い方の管から細い方の管へ向かって流れる流体の一部を前記蒸発器が有する複数の冷媒流路のいずれかの冷媒流路へ流出させる分配口が設けられた
    ことを特徴とするヒートポンプ装置。
12. 前記冷媒回路は、
    前記圧縮機の吐出側と、前記放熱器と、前記膨張機構であるエジェクタと、気液分離器とが順に接続され、前記気液分離器のガス側出口と前記圧縮機の吸入側とが接続された第１冷媒回路と、
    前記気液分離器の液側出口と前記分配器の入口側とが接続され、前記分配器の分配口と前記蒸発器の冷媒流路の入口とが接続され、前記蒸発器の前記各冷媒流路の出口側と前記エジェクタとが接続された第２冷媒回路とを備え、
    前記エジェクタは、
    前記放熱器から流出した冷媒を減圧膨張させて噴射するノズル部と、
    前記蒸発器の前記各冷媒流路の出口側と接続された吸引口を有し、前記ノズル部が噴射した冷媒と前記吸入口側の冷媒との圧力差により前記吸引口から冷媒を吸引して、前記ノズル部が噴射した冷媒と吸引した冷媒とを混合して昇圧する昇圧部とを備え、
    前記気液分離器は、前記昇圧部が昇圧した冷媒が流入するように前記エジェクタと接続される
    ことを特徴とする請求項１１に記載のヒートポンプ装置。

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