CN101493275B - 气液分离装置及具有气液分离装置的冷冻装置 - Google Patents

Abstract

一种气液分离装置，以依靠表面张力效果谋求气液分离装置的进一步高性能化、小型化为目的。在使气液两相流分离成气相和液相的气液分离装置中，具有气液分离机构，所述气液分离机构在气液两相流的入口管下游构成以入口分隔体制造的狭小空间，入口分隔体的一部分大致与带槽体的槽顶部相接，在使气液两相流通过该狭小空间后，导入到带槽体，为了尽量捕捉由气相载运的液滴，依靠设置了相对于流动方向倾斜的大致波浪形状的带槽体，利用二次流动、使槽倾斜、使气液分离室截面积全体成为轴向气相上升流路，具有了能够高效率捕捉由气相输送的液滴。

Description

气液分离装置及具有气液分离装置的冷冻装置

技术领域

本发明涉及例如冷冻循环和蒸气循环等热机的气液分离装置及油分离器，具体地说，涉及谋求进一步的高性能化和小型化的技术。

背景技术

例如，作为在冷冻循环中使用的气液分离装置及油分离器，使用依靠重力储存液体或者油的罐，或依靠回旋流的离心力使液体或者油附着在外壁上，并依靠重力回收液体或者油的气液分离装置等。

在这样构成的气液分离装置及油分离器中，基本上是依靠重力、离心力等体积力分离密度大的液相的结构。因此，不仅因为使用了罐和回旋流发生装置而成为大型的装置，而且，在气液分离装置的设置位置和方向上自由度小，进而没有公开使气液高效地分离的手段。

因此，以前，发明者们为了解决上述的课题，申请了以通过在槽内依靠表面张力的作用使液相附着在槽上进行流动而使气液分离装置更高性能化及小型化为目的的发明的专利。

专利文献1：国际专利申请号：PCT/JP2006/322682

发明内容

发明所要解决的课题

在现有的气液分离装置及油分离器中，因为是依靠重力和离心力等体积力来分离密度大的液相(油)的结构，所以需要设定曲率半径和流速，使得体积力成为支配力，另外，需要研究需要协调设置方向和重力方向等的办法。

这些都需要在重力方向上确保了高度的罐，或者在使用离心力的情况下需要提高流速。另外，为了产生曲线流动需要依靠分隔板改变流动的方向。因此，压力损失容易变大，为了防止这一点，装置成为大型的装置，难以小型化。

在要使上述的气液分离装置实现小型化的情况下，需要增大流速，减小曲率半径，但是，因为伴随着小型化，对离心力和重力等体积力来说，粘性力和表面张力等的影响变得不能忽视，因为装置自身的特性降低，压力损失变大等，所以存在着冷冻循环性能降低的问题。

本发明进一步发展了以前申请的PCT/JP2006/322682，提供能够在以通过利用表面张力效果使气液分离装置更高性能化及小型化为目的的气液分离装置及油分离器中尽量捕捉由气相载运的液滴的高性能且小型的气液分离装置及油分离器，进而，也是对向空调机、冰箱、冰柜、除湿机、商品陈列柜、自动售货机及车厢空调等冷冻装置等采用该气液分离装置提出方案的发明。

为了解决课题的手段

尽量捕捉由气相载运的液滴的想法有两种，其第一种是在槽内尽量捕捉液滴的方法，第二种是做成即使万一液滴附着在气相中而从槽出来，也难以从气相出口管流出的结构的方法。下面对这些方法进行说明。

技术方案1所述的发明，其特征在于，为了做成在尽量在槽内捕捉液滴之后，即使万一液滴随气相从槽中流出，液滴也难以从气相出口流出的结构，将气相出口管设置在气液分离装置的上部，气相出口管的下部在可导通流体的状态下与入口分隔体的上部连接，使气液分离室截面积全体成为轴向气相上升流路。

技术方案2所述的发明，是对所求的运行条件及制冷剂流量提供在槽内捕捉液滴的适当的规格的气液分离装置及油分离器的发明，其特征在于，为了产生较强的二次流动并依靠其离心力的效果捕捉液滴，在带槽体上设置倾斜的大致波浪形状。

技术方案3所述的发明，是为了产生用于在槽内捕捉液滴的较强的二次流动，使依靠其离心力的效果捕捉的液滴利用流动的剪切力和重力向下流动，其特征在于，将设置在带槽体的表面上的向流动方向倾斜的大致波浪形状形成为在流动的方向上向半径方向外侧扩展。

技术方案4所述的发明，其特征在于，为了做成尽量在槽内捕捉液滴，即使万一液滴随气相从槽中流出，液滴也难以从气相出口管流出的结构，将槽相对于外壳体的中心线以角度α倾斜地设置。

技术方案5所述的发明，是对所求的运行条件及制冷剂流量提供在槽内捕捉液滴的适当的规格的气液分离装置及油分离器的发明，其特征在于，为了产生较强的二次流动，依靠其离心力的效果捕捉液滴，在带槽体上设置倾斜的大致波浪形状。

技术方案6所述的发明，是对所求的运行条件及制冷剂流量提供在槽内捕捉液滴的适当的规格的气液分离装置及油分离器的发明，其特征在于，为了产生较强的二次流动，依靠其离心力的效果捕捉液滴，在带槽体上设置倾斜的大致波浪形状。

技术方案7所述的发明，其特征在于，为了做成尽量在槽内捕捉液滴，即使万一液滴随气相从槽中流出，液滴也难以从气相出口管流出的结构，将槽相对于外壳体的中心线以角度α倾斜地设置。

技术方案8所述的发明是具有气液分离装置的制冷剂装置，其特征在于，将技术方案1至技术方案7中的任一项所述的气液分离装置组装到空调机等冷冻循环中。

技术方案9所述的发明是一种冷冻装置，其特征在于，在技术方案1至技术方案7中的任一项所述的气液分离装置的两相流入口管上，连接着冷冻循环中的减压器的出口管，将气液分离装置的液相出口管与蒸发器的管路连接，另一方面，将气液分离装置的气相出口管经旁通路及阻力调整体与压缩机的吸入管连接。

技术方案10所述的发明是一种冷冻装置，其特征在于，在技术方案1至技术方案7中的任一项所述的气液分离装置的两相流入口管上，连接着冷冻循环中的压缩机排出管，将气液分离装置的液相出口管经流量调整节流部与压缩机吸入管连接，另一方面，将气液分离装置的气相出口管与通至冷冻循环的冷凝器的管路连接。

发明的效果

根据技术方案1所述的气液分离装置，因为通过将气相出口管设置在气液分离装置的上部，气相出口管的下部在可导通流体的状态下与入口分隔体的上部连接，气相出口管没有贯通气液分离室，槽顶点假想圆的直径Dt内全体成为气液分离室内轴向气相上升流路，所以气相上升速度u_a降低，液滴容易向下方落下。因此，液滴难以从气相出口管流出，能够提供高性能的气液分离装置。

根据技术方案2、5、6所述的气液分离装置，通过在带槽体的表面上设置具有某种倾斜角的大致波浪形状，能够在由带槽体所夹的空间内产生较强的二次流动。另外，因为此二次流动成为由带槽体所夹的非常狭小的空间内的流动，所以能够使其流线的曲率半径成为非常小的曲率半径。因此，能够使较强的离心力作用于液滴。另外，由于通过紧凑地安装气液分离装置的单位体积的带槽体的表面积，能够增加单位体积的液滴捕获面积，所以能够构成非常紧凑的气液分离装置。

根据技术方案3所述的气液分离装置，通过把设置在带槽体的表面上的向流动方向倾斜的大致波浪形状形成为在流动方向上向半径方向外侧扩展，能够产生较强的二次流动，不会使依靠其离心力的效果捕捉的液滴再作为液滴飞散，能够利用流动的剪切力和重力在壁面上传递并有效地使之向下流动。

根据技术方案4、7所述的气液分离装置，因为将槽相对于外壳体的中心线以角度α倾斜地设置，所以能得到以下的三个效果。第一效果，通过使槽倾斜，槽宽度b′与不倾斜的情况下的槽宽度b相比变小。当气相在槽内流动时，由气相载运的液滴，因为槽宽度越小越容易与槽的表面碰撞形成液膜，所以通过使槽倾斜，减小实际的槽宽度，能够提高气液分离性能。第二效果，由于使槽以角度α倾斜，所以从槽出来的气相的流动方向以角度α流入到气液分离室。因此，通过气相以角度α从向气液分离室开口的全部的槽流入到气液分离室，在气液分离室内产生回旋流。随气相从槽流出的微细液滴，依靠由回旋流产生的离心力的作用，容易集中在靠近槽的开口部的气液分离室内的空间，微细液滴彼此结合，成为更大的液滴的概率增加。如果液滴直径d变大，则液滴容易向下方落下。因此，液滴难以从气相出口管流出，能够提供高性能的气液分离装置。第三效果，通过在槽的实际长度h为一定的状态下使槽倾斜，与槽底面垂直的方向的槽深度h′与不倾斜的情况下的槽深度h相比变小。因此，通过使槽倾斜，槽顶点假想圆的直径Dt实际上变大。因此，气液分离室内轴向气相上升速度u_a降低，液滴容易向下落下。因此，液滴难以从气相出口管流出，能够提供高性能的气液分离装置。

根据技术方案8、技术方案9所述的冷冻装置，除了能够得到技术方案1至技术方案7中所述的效果以外，还能够抑制蒸发器中的压力损失，能够提供可以节省压缩动力、能够进行高效率的运行的冷冻装置。

根据技术方案10所述的冷冻装置，除了能够得到技术方案1至技术方案7中所述的效果以外，由于能够防止冷冻机油向冷冻循环流出，所以能够提供可以高效率及高可靠性运行的冷冻装置。

附图说明

图1是第一实施方式的气液分离装置的剖视图。

图2是图1所示的气液分离装置的A-A线剖视图。

图3是图2所示的带槽体的展开立体图。

图4是表示图3所示的设置了相对于主流倾斜的大致波浪形状的带槽体的1节距的立体图。

图5是第二实施方式的气液分离装置的剖视图。

图6是图5所示的设置了相对于主流逐渐扩展的大致波浪形状的带槽体的展开立体图。

图7是表示图6所示的相对于主流设置了逐渐扩展的大致波浪形状的带槽体的1节距的立体图。

图8是第三实施方式的气液分离装置的剖视图。

图9是图8所示的气液分离装置的B-B线剖视图。

图10是图4及图7所示的带槽体的剖视图。

图11是表示液滴向壁面上附着的模型的图。

图12是表示由计算求得的带槽体的无量纲长度的图。

图13是表示第四实施方式的气液分离装置的剖视图。

图14是图13所示的气液分离装置的A-A剖视图。

图15是图13所示的带槽体的展开立体图。

图16是表示倾斜地设置槽2的效果的原理模型图。

图17是其他的带槽体的局部放大剖视图。

图18是表示第五实施方式的气液分离装置的剖视图。

图19是图18的C-C剖视图。

图20是图18的A-A剖视图。

图21是图18所示的带槽体的展开立体图。

图22是作为第六实施方式在冷冻循环中使用了上述的气液分离装置的情况下的第一冷冻循环构成图。

图23是作为第七实施方式在冷冻循环中使用了上述的气液分离装置的情况下的第二冷冻循环构成图。

图24是作为第八实施方式在冷冻循环中使用了上述的气液分离装置的情况下的第三冷冻循环构成图。

符号说明

1：气液分离室    2：槽

3：急剧扩大部    4：带槽体

5：入口管        6：气相出口管

7：液相出口管    8：出口分隔体

9：槽顶点假想圆  10：外壳体

11：外壳体B      12：狭小空间

13：下缩管部     14：液滴

15：中心线       16：入口分隔体

17：上缩管部     18：液储部

19：流入室       20：2次流动

21：气相流入端                22：连通孔

23：从槽出来的气相的流动方向  24：回旋流

25：轴向气相上升速度u_a        26：台肩

27：压缩机                    28：第一缸

29：第二缸                    30：排出管

31：冷凝器                    32：冷凝器用送风机

33：第一减压器                34：第二减压器

35：蒸发器                    36：蒸发器用送风机

37：分隔圆筒                  38：蒸发器旁通管

39：室外单元                  40：室内单元

41：制冷剂排出管              42：液接收器

43：气液分离装置              45：流量调整节流部

46：压缩机吸入管              47：四通阀

48：连接配管

具体实施方式

下面，参照附图对适用本发明的具体的实施方式详细地进行说明。

“第一实施方式”

图1是表示第一实施方式的气液分离装置的剖视图。图2是图1所示的气液分离装置的A-A剖视图。图3是将薄板折弯构成的带槽体4的展开立体图，图4是取出了图3的带槽体4的1节距时的放大图。如图1所示，在外壳体10内设置了具有朝向液相出口管7的槽2的带槽体4，在带槽体4的上游设置了入口分隔体16，构成了气液分离室1。带槽体4，如图3所示，是将薄板折弯构成槽2，并将其做成圆形，如图2所示的那样地插入到外壳体10内。在带槽体4的下游，气相出口管6与外壳体10的下缩管部13接合，以便由与气相出口管6接合的出口分隔体8规定带槽体4的高度方向的下部位置。

气液两相流从入口管5流入，进而流入到以入口分隔体16和外壳体B11制作的狭小空间12。由于在以入口分隔体16制造的狭小空间12中沿槽2供给气液两相流，所以气液两相流沿槽流入到槽中。流入到带槽体4的内部的两相流的液相，基本上成为附着在槽2的表面上的液膜。另外，由气相载运的液滴成为与槽2的表面碰撞的液膜。液膜向下方流动，从液相出口管7流出。已除去了液滴的气相从气相出口管6流出。

在此，在带槽体4的表面上，设有如图4所示的向主流方向倾斜的大致波浪形状，此大致波浪形状被形成为，在流动的方向上向半径方向外侧扩展。依靠此倾斜的大致波浪形状的效果，在槽2的内部产生如图10所示的剖面内的二次流动20。如果由气相输送的液滴14在其间流动，则此液滴由二次流动20在剖面内进行旋转运动，依靠此时起作用的离心力的效果而与带槽体4碰撞。碰撞的液滴14在带槽体的表面上成为液膜，依靠主流的剪切力和重力而沿大致波浪形状向下方流动。这样，能够使气相内的液滴进行气液分离。

另外，产生的二次流动，因为成为在带槽体的槽内的非常狭窄的空间内的流动，所以其流线的曲率半径也是非常小的曲率半径，因此，能够使非常强的离心力作用在液滴上。另外，由于能够紧凑地安装气液分离装置的单位体积的带槽体的表面积，所以能够增加单位体积的液滴捕获面积，能够构成非常紧凑的气液分离装置。

“第二实施方式”

图5是表示第二实施方式的气液分离装置的剖视图。图6是将薄板折弯构成的带槽体4的展开立体图，图7是取出了图3的带槽体4的1节距时的放大图。此大致波浪形状，是在流动的方向上逐渐扩展地形成的。

在此，在带槽体4的槽的表面上，设有如图7所示的那样的向主流方向倾斜的大致波浪形状。此大致波浪形状，被形成在流动的方向逐渐扩展。依靠此倾斜的大致波浪形状的效果，在槽2的内部，产生如图10所示的剖面内的二次流动20。如果由气相输送的液滴14在其间流动，则此液滴由二次流动20而在剖面内进行旋转运动，依靠此时起作用的离心力的效果而与带槽体4碰撞。碰撞的液滴14在带槽体的表面上成为液膜，依靠主流的剪切力和重力而沿大致波浪形状向下方流动。这样，能够使气相内的液滴进行气液分离。

“第三实施方式”

图8是表示第三实施方式的气液分离装置的剖视图。在第三实施例中，如图9所示，在带槽体4和气液分离室1之间设置了分隔圆筒37。依靠分隔圆筒37，在带槽体4中流动的气液两相流不会逃离于气液分离室1，能够一直流到带槽体4的下方，由此，能够充分地确保用于液滴与带槽体的壁面碰撞所必需的距离。到达带槽体4的下方的气相，从设置在出口分隔体8上的连通孔22流入到气液分离室1内，从气相出口管6流出。

下面，对直到液滴与壁面碰撞为止的现象进行考察。作为第一次近似，考虑如图11所示的模型。如果离心力作用于在半径为r₀的位置进行旋转运动的直径d的液滴14上，则考虑来自作用于液滴上的气相的半径方向阻力的平衡。如果设液滴的半径方向速度为u_r、圆周方向速度为u₁，则离心力和阻力的平衡可用下式表示。

$C_D\frac{{\mathrm{\πd}}^2}{4}\frac{{\mathrm{\ρ}}_G{u_r}^2}{2}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_L{\mathrm{\πd}}^3}{6}({\mathrm{\ρ}}_L-{\mathrm{\ρ}}_G)\frac{{u_l}^2}{r}---\left(1\right)$

在此，因为液滴小，所以按如下的方式计算阻力系数。

$C_D=\frac{24}{{\mathrm{Re}}_d}=\frac{{24\mathrm{\μ}}_G}{{\mathrm{\ρ}}_G{u}_{r}d}---\left(2\right)$

如果从式(1)和式(2)求半径方向速度u_r，则成为以下那样。

$u_r=\frac{d^2}{{18\mathrm{\μ}}_G}({\mathrm{\ρ}}_L-{\mathrm{\ρ}}_G)\frac{{u_l}^2}{r}---\left(3\right)$

在此，考虑以下的积分，如果注意到u_r＝dr/dt，则成为

${\∫}_0^T{\mathrm{ru}}_r\mathrm{dt}=\frac{d^2}{{18\mathrm{\μ}}_G}({\mathrm{\ρ}}_L-{\mathrm{\ρ}}_G){u_l}^2{\∫}_0^T\mathrm{dt}={\∫}_0^{r_0+h}\mathrm{rdr}---\left(4\right)$

在此，T是液滴从r₀移动到r₀+h的时间，即用于液滴与壁面碰撞所需要的飞行时间，如果对式(4)进行积分，则能得到

$\frac{d^2}{{18\mathrm{\μ}}_G}({\mathrm{\ρ}}_L-{\mathrm{\ρ}}_G){u_l}^{2}T=\frac{h({2r}_0+h)}{2}---\left(5\right)$

因此，直到液滴与壁面碰撞为止的飞行时间T为

$T=\frac{{18\mathrm{\μ}}_G}{({\mathrm{\ρ}}_L-{\mathrm{\ρ}}_G){u_l}^2{d}^2}\frac{h({2r}_0+h)}{2}---\left(6\right)$

主流速度u×飞行时间T，是直到液滴与壁面碰撞为止所需要的液滴的流动方向飞行距离，这是气液分离装置的带槽体的必要的长度L。

将此模型应用于图10的带槽体。作为二次流动，假设在槽节距之间形成1对涡流对的二次流动，假定涡流的半径r₀为带槽体节距p的a倍，

r₀＝a×p    (7)

另外，设涡流的流线到带槽体壁面的距离为h，假定其能够使用上述的涡流的半径r₀和带槽体节距p记述成下面的那样。

$h=\frac{p-{4r}_0}{2}=\frac{1-4a}{2}p---\left(8\right)$

这是基于如图10那样地在带槽体节距p之间形成一对半径r₀的涡流对这样的假定

另外，假定涡流的半径方向速度u₁是主流速度u的b倍。即

u_l＝b×u    (9)

若将式(7)～(9)代入式(6)，则得到直到液滴与壁面碰撞为止的飞行时间T，通过对其乘以主流速度u，则能如下面那样地求出液滴的飞行距离，即用于捕获液滴所需要的带槽体的长度L。

$L=\mathrm{uT}=\frac{{\mathrm{\μ}}_G{p}^2}{({\mathrm{\ρ}}_L-{\mathrm{\ρ}}_G){\mathrm{ud}}^2}\frac{9(a-{4a}^2)+9{\left(\frac{1-4a}{2}\right)}^2}{b^2}---\left(10\right)$

如对式(10)进行变形，则能得到下式。

$\mathrm{Lu}\frac{d^2}{p^2}\frac{({\mathrm{\ρ}}_L-{\mathrm{\ρ}}_G)}{{\mathrm{\μ}}_G}=\frac{9(a-{4a}^2)+9{\left(\frac{1-4a}{2}\right)}^2}{b^2}---\left(11\right)$

图12表示使系数a和b的值变化时的式(11)右边的值的变化。由本发明的倾斜的大致波浪形状诱发的二次流动的强度，被认为是大约0.05≤b≤0.3。另外，因为在每一个带槽体节距上构成一对涡流对，所以相对于涡流的半径而言是a≤0.25。如果假定这样的条件，则在a＝0、b＝0.05的情况下，式(11)成为最大，其值为900。因此，如果预先设

$\mathrm{Lu}\frac{a^2}{p^2}\frac{({\mathrm{\&rho;}}_L-{\mathrm{\&rho;}}_G)}{{\mathrm{\&mu;}}_G}<900---\left(12\right)$

则在此条件下能捕获任何位置的液滴。

“第四实施方式”

图13是表示第四实施方式的气液分离装置的剖视图。图14是图13所示的气液分离装置的A-A剖视图。图15是将薄板折弯构成的带槽体4的展开立体图。图16是表示倾斜地设置槽2的效果的原理模型图。如图13所示，在外壳体10内设置了具有朝向液相出口管7的槽2的带槽体4，在带槽体4的上游设置了入口分隔体16，构成了气液分离室1。带槽体4，如图15所示，将薄板折弯构成槽2，并将其做成圆形，如图14所示，插入到外壳体10内。在带槽体4的下游，气相出口管6与外壳体10的下缩管部13接合，以便由与气相出口管6接合的出口分隔体8规定带槽体4的高度方向的下部位置。

气液两相流从入口管5流入，进而流入到以入口分隔体16和外壳体B11制造的狭小空间12。由于在狭小空间12中沿槽2供给气液两相流，所以气液两相流沿槽流入到槽中。流入到带槽体4的内部的两相流的液相基本上附着在槽2的表面上，成为液膜。另外，由气相载运的液滴与槽2的表面碰撞并成为液膜。液膜向下方流动，从液相出口管7流出，已除去了液滴的气相从气相出口管6流出。

在此，带槽体4的槽2如图14所示，是相对于外壳体10的中心线15以角度α倾斜地设置的。用图16所示的原理模型图说明通过使槽以角度α倾斜产生的效果。图16是取出了带槽体4的一个槽的原理模型图，图16(a)是未使槽倾斜的情况下的模型图，图16(b)是使槽以角度α倾斜的情况下的模型图。

首先说明通过使槽倾斜产生的第一效果。通过使槽倾斜，槽宽度b′与未倾斜的情况下的槽宽度b相比变小。当气相在槽内流动时，因为由气相载运的液滴，槽宽度越小越容易与槽2的表面碰撞并成为液膜，所以通过使槽倾斜，即减小实际的槽宽度，能够提高气液分离性能。另外，在图16(a)中，也可以认为仅是减小槽节距p，但若在外壳体10的直径一定的状态下仅减小槽节距p，则意味着槽数增加，构成带槽体的材料的使用量增加，存在气液分离装置的价格变高的问题。因此，通过使槽倾斜，能够减小实际的槽宽度，能够提供高性能且廉价的气液分离装置。

用图14说明通过使槽倾斜产生的第二效果，如图14所示，通过使槽以角度α倾斜，从槽出来的气相的流动方向23以角度α流入到气液分离室1。因此，通过气相从向气液分离室1开口的全部的槽以角度α流入，在气液分离室1内产生回旋流24。

当在槽2内由气相载运的液滴非常小时，存在微细液滴不与槽表面碰撞地从槽2向气液分离室1流出的情况。这时，如图20所示，在槽不倾斜的情况下，向气液分离室1流出的微细液滴朝向气液分离室1的中心，同样地进行分布，在气液分离室内以轴向气相上升速度u_a25从气相出口管6流出。与其相对，通过使槽倾斜，在气液分离室1内产生回旋流24，微细液滴依靠由回旋流产生的离心力的作用，容易集中在靠近槽2的开口部的气液分离室内的空间里，微细液滴彼此结合，成为更大的液滴的概率增加。如果液滴变大，那么因为作用在液滴上的重力F_g超过由轴向气相上升速度u_a25产生的使液滴上升的阻力F_D，所以液滴容易向下方落下，难以从气相出口管6流出。即，如果满足

$\frac{F_D}{F_g}<1---\left(13\right)$

则液滴容易向下方落下。在此，将液滴直径作为d，将阻力系数作为C_D、将气相密度作为ρ_G、将液相密度作为ρ_L、将气相动粘性系数作为v_G、将液滴的投影面积作为A＝πd²/4，则F_g及F_D分别成为式(14)、式(15)。

$F_g=\frac{\mathrm{\&pi;}}{6}{\mathrm{g\&rho;}}_L{d}^3---\left(14\right)$

$F_D=C_D\frac{{\mathrm{\&rho;}}_G{u_a}^2}{2}A---\left(15\right)$

如果给予由式(2)定义的阻力系数，则成为

$\frac{F_D}{F_g}=\frac{{18\mathrm{\&rho;}}_G{v}_G{u}_a}{{\mathrm{g\&rho;}}_L{d}^2}<1---\left(16\right)$

如果液滴直径变大，则液滴容易向下方落下。因此，通过使槽倾斜，在气液分离室1内产生回旋流24，液滴难以从气相出口管6流出，能够提供高性能的气液分离装置。

用图13、图14及图16说明通过使槽倾斜产生的第三效果。如图16所示，通过在槽的实际长度h一定的状态下使槽倾斜，与槽底面垂直的方向的槽深度h′与未倾斜的情况下的槽深度h相比变小。因此，通过使槽倾斜，图14所示的槽顶点假想圆9的直径Dt实际上变大。因此，气液分离室内轴向气相上升速度u_a25降低，如式(16)所示，F_D＜F_g的倾向变强，液滴容易向下方落下。因此，通过使槽倾斜，液滴难以从气相出口管6流出，能够提供高性能的气液分离装置。另外，在以上所述的第四实施例中，叙述了使用将薄板折弯的带槽体4的例子，但带槽体如图17所示，即使是由机械加工等的某种手段制造的其他的带槽体，以上所述的效果当然也是同样的。

“第五实施方式”

图18是表示第五实施方式的气液分离装置的剖视图。图19是图18的C-C剖视图。图20是图18的A-A剖视图，如图19所示，入口管5是以从外壳体B11的侧面沿切线方向向流入室19流入的方式设置的。如图18所示，此气液分离装置是将气相出口管6设置在气液分离装置的上部的，气相出口管6的下部，在可导通流体的状态下与入口分隔体16的上部连接，气相出口管6被接合在外壳体B11的上缩管部17上。在外壳体10内设置了具有朝向液相出口管7的槽2的带槽体4，在带槽体4的上游，设置了入口分隔体16，构成了气液分离室1。带槽体4，如图21所示，将薄板折弯构成槽2，并将其做成圆形，如图20所示，插入到外壳体10内。带槽体4的下游由设置在外壳体10上的台肩26规定带槽体4的高度方向的下部位置，液相出口管7与外壳体10的下部的下缩管部13接合。

气液两相流从入口管5流入，进而流入到以入口分隔体16和外壳体B11制造的狭小空间12。由于在狭小空间12中沿槽2供给气液两相流，所以气液两相流沿槽流入到槽中，已流入到带槽体4的内部的两相流的液相基本上附着在槽2的表面上，成为液膜。另外，由气相载运的液滴与槽2的表面碰撞而成为液膜。液膜向下方流动，从液相出口管7流出。已除去了液滴的气相在气液分离室1中上升，并在入口分隔体16内通过，从气相出口管6流出。

根据图18所示的第五实施方式的气液分离装置，因为将气相出口管6设置在气液分离装置的上部，所以气相出口管没有贯通气液分离室1，如图20所示，因为槽顶点假想圆9的直径Dt内全体成为气液分离室内轴向气相上升流路，所以气相上升速度u_a降低，如式(16)所示，F_D＜F_g的倾向变强，液滴容易向下方落下。因此，通过在气液分离装置的上部设置气相出口管6，在可导通流体的状态下使气相出口管6的下部与入口分隔体16的上部连接，液滴难以从气相出口管6流出，能够提供高性能的气液分离装置。特别在气相流量比液相流量多的油分离器的情况下，需要增大图14所示的气相出口管6的直径dp，占据在气液分离室内轴向气相上升流路的气相出口管6的截面积不能忽视，气相出口管6不贯通气液分离室1的结构具有较大的效果。

“第六实施方式”

图22是作为第六实施方式在冷冻循环中使用上述的气液分离装置的情况下的第一冷冻循环构成图。在图22所示的冷冻循环构成图中，表示了为了说明本实施方式所需要的基本的构成要素。即，压缩机27具有第一缸28和第二缸29，已由压缩机吸入的低温低压的气相制冷剂，由第一缸28和第二缸29分两级进行压缩成为高温高压气相制冷剂，经过排出管30，在冷凝器31中向由冷凝器用送风机32输送的空气放热，成为高压液制冷剂。该液制冷剂由第一减压器33减压成为两相流，从入口管5流入到气液分离装置43，液相制冷剂从液相出口管7出来后，在第二减压阀34中被再次减压，进入到蒸发器35并从由蒸发器用送风机36输送的空气中夺取热量，成为低温低压的气相制冷剂，被压缩机27吸入。另一方面，由气液分离装置43分离的气相制冷剂，因为从气相出口管6被第二缸29吸入，所以无助于由气液分离装置43分离的蒸发的气相制冷剂没有必要由第一缸28压缩，能够节省压缩动力，能够进行高效率的运行。

“第七实施方式”

图23是作为第七实施方式在冷冻循环中使用了上述气液分离装置的情况下的第二冷冻循环构成图。在图23所示的冷冻循环构成图中，表示了为了说明本实施例所需要的基本的构成要素。即，压缩机27只有第一缸28，已由压缩机吸入的低温低压的气相制冷剂，由第一缸28压缩，成为高温高压气相制冷剂，经过排出管30，在冷凝器31中向由冷凝器用送风机32输送的空气放热，成为高压液制冷剂。该液制冷剂由第一减压器33减压，成为两相流，并从入口管5流入到气液分离装置43，液相制冷剂从液相出口管7进入到蒸发器35，从由蒸发器用送风机36输送的空气中夺取热量，成为低温低压的气相制冷剂，被压缩机27吸入。另一方面，由气液分离装置分离的气相制冷剂从气相出口管6经过蒸发器旁通管38被压缩机27吸入。

在不使用气液分离装置43的情况下，因为由第一减压器33减压的两相流的气相制冷剂也流入到蒸发器，特别是因为在由蒸发器用送风机36输送的空气温度低的情况下，蒸发压力下降，气相制冷剂的密度变小，体积流量变大，所以蒸发器35中的压力损失大，蒸发器35的出口压力，即压缩机的吸入压力下降，所以压缩动力增大，不能够进行高效率的运行。

与其相对，如本实施例所示的那样，通过设置气液分离装置43，使被分离的气相制冷剂从气相出口管6经过蒸发器旁通管38而被压缩机27吸入，无助于蒸发的气相制冷剂不流入到蒸发器35，因此能够抑制蒸发器35中的压力损失，能够节省压缩动力，能够进行高效率的运行。

以往，作为在冷冻循环中使用的气液分离装置，是使用由重力储存液体的罐，或使用由回旋流的离心力使液相附着在外壁上，并由重力回收液体的气液分离装置等，在这样的结构的气液分离装置中，因为基本上是由重力和离心力等体积力分离密度大的液相的结构，所以不仅在气液分离装置的设置位置和方向上自由度小，而且因为使用罐或回旋流发生装置而成为大型的装置，但通过使用本发明的气液分离装置，在发挥小型、设置位置和方向的自由度大的效果的同时，如上述第六实施例、第七实施例中叙述的那样，能够进行高效率的运行。

“第八实施方式”

图24是作为第八实施方式在冷冻循环中使用了上述的气液分离装置的情况下的第三冷冻循环构成图。图24是分离器型空调机的例子，由室外单元39和室内单元40构成，表示着制冷运转时的循环。如果在由压缩机27压缩的高温高压气相制冷剂中混入了冷冻机油，混入在从压缩机排出的气相制冷剂中的冷冻机油量变多，则冷冻循环制冷剂流路的压力损失增加，另外制冷剂的蒸发热传导率及冷凝热传导率降低，成为冷冻循环效率降低的原因。进而，在压缩机起动时，已封入在压缩机内的冷冻机油形成泡沫，大量的冷冻机油混入到气相制冷剂中并从压缩机排出，向冷冻循环流出。特别在分离型空调机的情况下，设置了连接室内单元和室外单元的连接配管，在此连接配管48长的情况下，向冷冻循环流出的冷冻机油长时间不返回到压缩机中，根据运行条件，存在着压缩机内的冷冻机油不足、给压缩机的可靠性带来障碍的问题。

因此，图24是为了解决上述课题，在压缩机27的制冷剂排出管上设置紧凑的气液分离装置43，谋求确保冷冻循环效率及压缩机的可靠性的图，即，已由压缩机27吸入的低温低压的气相制冷剂由压缩机27压缩，成为高温高压气相制冷剂，并经过制冷剂排出管41，从气液分离装置43的入口管5流入到气液分离装置。在由压缩机27压缩的高温高压气相制冷剂中混入了冷冻机油，在气液分离装置43内冷冻机油作为液相、气相制冷剂作为气相被分离，并分别从液相出口管7及气相出口管6被取出。从液相出口管7出来的冷冻机油经过液接收器42、流量调整节流部45，被压缩机吸入管46吸入，冷冻机油返回到压缩机。设置流量调整节流部45的理由是因为如下的缘故：因为在通常的运行条件下，混入在从压缩机27排出的高温高压气相制冷剂中的冷冻机油比气相制冷剂少，所以将由气液分离装置43进行了分离的冷冻机油由流量调整节流部45慢慢地返回到压缩机27内。另外，设置液接收器42的理由是因为如下的缘故：因为在压缩机起动时已封入在压缩机内的冷冻机油形成泡沫，大量的冷冻机油混入在气相制冷剂中从压缩机排出，但这是暂时的现象，所以将由气液分离装置43进行了分离的冷冻机油暂时地存入到液接收器42中，由流量调整节流部45慢慢地将冷冻机油机返回到压缩机27中。另外，在气液分离装置的液储部18的容积大的情况下，也不一定需要液接收器。

另一方面，在气液分离装置43内被分离的气相制冷剂，从气相出口管6经过四通阀47，在冷凝器31中向由冷凝器用送风机32输送的空气放热，成为高压液制冷剂。该液制冷剂由第一减压器33减压，成为低温低压的两相流，进入到蒸发器35，从由蒸发器用送风机36输送的空气中夺取热量，成为低温低压的气相制冷剂，被压缩机27吸入。因此，在气液分离装置43内冷冻机油作为液相被分离，从液相出口管7经过液接收器42、流量调整节流部45，被压缩机吸入管46吸入，因为冷冻机油返回到压缩机，所以能够防止冷冻机油向冷冻循环流出，能够进行高效率的冷冻循环运行，另外，在起动时也能够防止冷冻机油流出于冷冻循环，能够进行可靠性高的运行。

产业上的利用可能性

因为本发明为使气液两相流通过狭小的槽并分离气相和液相的气液分离装置，其中，为了尽量捕捉由气相载运的液滴，通过利用二次流动、使槽倾斜、使气液分离室截面积全体成为轴向气相上升流路，能够高效率地捕捉由气相输送的液滴，所以当然能够提供追随冷冻装置的小型化的气液分离装置，并能够对冷冻装置的冷却性能改善大幅度地做出贡献。

Claims (8)

1.一种气液分离装置，其特征在于，所述气液分离装置在气液分离室的一部分上设置具有朝向液相出口管的槽的带槽体，在该气液分离室的上游用外壳体(B)和入口分隔体制造狭小空间，同时，以气液两相流从切线方向流入到设置在狭小空间的上游的流入室的方式将入口管从外壳体(B)的侧面设置在流入室内，同时，将导入到流入室内的气液两相流在通过狭小空间后从带槽体导入到气液分离室，使得分离后的液相导入到以位于外壳体下部的下缩管部的方式设置的液相出口管，而分离后的气相导入到避开上述流入室内的入口管地将外壳体(B)的上缩管部与入口分隔体之间连接成可导通流体的状态的气相出口管。

2.如权利要求1所述的气液分离装置，其特征在于，将带槽体的表面做成向流动方向倾斜的大致波浪形状。

3.如权利要求2所述的气液分离装置，其特征在于，将设置在带槽体的表面上的向流动方向倾斜的大致波浪形状形成为在流动方向上向半径方向外侧扩展。

4.如权利要求1所述的气液分离装置，其特征在于，将槽相对于外壳体的中心线以角度α倾斜地设置。

5.如权利要求4所述的气液分离装置，其特征在于，将带槽体的表面做成向流动方向倾斜的大致波浪形状。

6.一种具有气液分离装置的冷冻装置，其特征在于，将权利要求1至权利要求5中的任一项所述的气液分离装置组装到空调机、冰箱、冰柜、除湿机、商品陈列柜、自动售货机的冷冻循环中。

7.一种冷冻装置，其特征在于，在权利要求1至权利要求5中的任一项所述的气液分离装置的两相流入口管上，连接着冷冻循环中的减压器的出口管，将气液分离装置的液相出口管与通至蒸发器的管路连接，另一方面，将气液分离装置的气相出口管经旁通路及阻力调整体与压缩机的吸入管连接。

8.一种冷冻装置，其特征在于，在权利要求1至权利要求5中的任一项所述的气液分离装置的两相流入口管上，连接着冷冻循环中的压缩机排出管，将气液分离装置的液相出口管经流量调整节流部与压缩机吸入管连接，另一方面，将气液分离装置的气相出口管与通至冷冻循环的冷凝器的管路连接。

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