CN103245144A

CN103245144A - 节能器及冷冻机

Info

Publication number: CN103245144A
Application number: CN2013100324523A
Authority: CN
Inventors: 岩崎智彦; 西口章; 冈田健
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Johnson Controls Tyco IP Holdings LLP
Priority date: 2012-02-03
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2033-01-29
Also published as: JP5977952B2; CN103245144B; JP2013160417A

Abstract

本发明是一种节能器，以与以往的重力分离方式的节能器相比减少气液分离所需要的空间体积，实现装置整体的小型化为目的。将来自冷凝器的制冷剂液通过膨胀阀而成为气液二相流的制冷剂分离成向蒸发器输送的制冷剂液和向压缩机的中间压部输送的制冷剂气体的冷冻机的节能器，其特征在于，具备使上述气液二相流制冷剂流入的流入部；通过使从上述流入部流入的制冷剂回旋分离成制冷剂液和制冷剂气体的离心分离部；使被分离的制冷剂气体流出的制冷剂气体流出部；使被分离的制冷剂液流出的制冷剂液流出部。

Description

节能器及冷冻机

技术领域

本发明涉及节能器及具备节能器的冷冻机。

背景技术

作为背景技术，使用了具有压缩机、冷凝器、蒸发器、二级膨胀机构的冷冻装置。其中，还像专利文献1列举的那样，以提高冷冻系数（COP）为目的，使用了将来自冷凝器的制冷剂液通过膨胀阀而成为二相流的制冷剂分离成闪蒸蒸气（制冷剂气体）、制冷剂液，将闪蒸蒸气向中间吸入口送出，将制冷剂液向蒸发器送出的节能器。另外，专利文献1所示的节能器，作为气液分离方法采用了重力分离方式。

在先技术文献

专利文献

[专利文献1]日本特开平11-344265号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，在作为以往技术的重力分离方式中，通过使具有一定的流速的流体（制冷剂）向具有比窄的配管大的容积的空间流出，来降低流体的流速，通过重力的作用进行气液分离。

但是，在以往技术中，存在这样的问题：需要一定容积的空间，难以得到因气液分离的效率化和小型化带来的成本降低。

因此，本发明的目的是与以往技术（重力分离方式）的节能器相比，减少气液分离所需要的空间体积，实现装置整体的小型化。

为了解决课题的手段

例如，采用在权利要求书中记载的结构。

本申请包括了多个解决上述课题的手段，但是，在本发明中，是将来自冷凝器的制冷剂液通过膨胀阀而成为气液二相流的制冷剂分离成向蒸发器输送的制冷剂液和向压缩机的中间压部输送的制冷剂气体的冷冻机的节能器，其特征在于，具备使上述气液二相流制冷剂流入的流入部；通过使从上述流入部流入的制冷剂回旋分离成制冷剂液和制冷剂气体的离心分离部；使被分离的制冷剂气体流出的制冷剂气体流出部；使被分离的制冷剂液流出的制冷剂液流出部

发明的效果

根据本发明，因为与以往技术的重力分离方式节能器相比能够使气液分离性能提高，所以，能够小型化。另外，通过因小型化带来的必要部件的减少，能够降低成本。

附图说明

图1是表示本发明的实施例中的离心压缩机的系统结构的概略图。

图2是本发明的实施例中的冷冻循环线图。

图3是本发明的实施例中的节能器的例子。

图4是图3中的A-A剖视图。

图5是图3中的B-B剖视图。

具体实施方式

为了实施发明的方式

下面，根据附图，对本发明的实施例详细地进行说明。本实施例涉及将蒸气压缩式的冷冻循环作为基本原理的多级式（具体地说，是二级式的）涡轮冷冻机的实施例。图1是模式地表示有关本实施例的涡轮冷冻机的结构的图，图2是模式地表示以p-h线图为基础的冷冻循环线图的图。

此涡轮冷冻机是具备图1的那样的二级离心压缩机的涡轮冷冻机，按照下述的原理工作。如图2所示，在状态点S9，作为湿蒸气的制冷剂在蒸发器5中从被冷却物夺取热，成为状态点S1的饱和蒸气。状态变化成饱和蒸气的制冷剂由离心压缩机1的第一级进行隔热压缩，内部能量增大，向过热蒸气的状态点S2升压。在状态点S2的制冷剂通过由一次膨胀阀7节流产生膨胀，获取由节能器4分离了的闪蒸蒸气（制冷剂气体），到达状态点S3。状态点S3的蒸气由压缩机第二级升压到压力P4，成为具有进一步的过热度的状态点S4。

此后，制冷剂在通过冷凝器2的过程中，将输送的热量交接给冷却水，被冷却，在经过干饱和蒸气、湿蒸气、饱和液这样的状态变化后，经过过冷却器3，到达作为过冷却液的状态点S5。成为了过冷却液的制冷剂通过一次膨胀阀7，在二相流状态点S6流入节能器4。在节能器4中，被分离成在通过由一次膨胀阀7进行的节流膨胀而临时减压到中间压力Peco时产生的闪蒸蒸气（状态点S7）和制冷剂液（状态点S8）。其中，仅制冷剂液由二次膨胀阀8节流膨胀到蒸发压力P1，返回到湿蒸气（状态点S9），再次反复进行同样的循环。

若将在状态点S6、S7、S8的焓作为h6、h7、h8，则在节能器4内部的气液二相流制冷剂的流量比例成为焓的比｛（h7-h6）／（h7-h8）｝。此比例按照压缩比、过冷度进行变化，但大部分是液体。在此一例中，液体的比例达85％，占了冷剂整体的大部分，一部分（15％）闪蒸而成为蒸发的状态。在节能器4中，将此大部分的制冷剂液不混入闪蒸蒸气地送到蒸发器是重要的功能，进而，起到将闪蒸蒸气分离并送到压缩机的作用。

这里，对离心分离方式的节能器4的特异性进行说明。由气液分离器相互分离的两个成分能够按照装入了气液分离器的装置的本质的功能赋予优先顺序。若为了方便而将此优先顺序高的一方作为主要的成分，将优先顺序低的一方作为从属的成分，则一般的气液分离器是从气液分离器的上方流出的气体为主要的成分，从下方流出的液体成为从属的成分。例如，在将制冷剂气体和冷冻机油分离的油分离器的情况下，主要的成分是气体的制冷剂气体，从属的成分是液体的冷冻机油。另外，在配置在压缩机的上游侧的气液分离器的情况下，因为防止液制冷剂被吸入压缩机是本质的功能，所以，主要的成分是气体的制冷剂气体，从属的成分是液体的制冷剂液。而且，在这样的一般的气液分离器中，考虑从气液分离器的上方流出的主要的成分，但不特别考虑从气液分离器的下方流出的从属的成分。另一方面，节能器4，主要的成分是从气液分离器的下方流出的制冷剂液，从属的成分是从气液分离器的上方流出的制冷剂气体，与上述的那样的一般的气液分离器是主从的关系反转的结构。因此，节能器4，其分离对象是同一物质的二相流体，作为主要的成分的制冷剂液按照质量流量基准压倒性地多，在考虑了从气液分离器的下方良好地流出的方面是与一般的气液分离器不同之处。

图3是本实施例的节能器4中的结构图的例子。另外，节能器4被大致分为节能器主体29和液面检测部104。另外，节能器主体29被分为液滴除去部101、离心分离部102、回旋抑制部103。

节能器主体29具有外筒15和配置在外筒15的内部的内筒14。外筒15是圆筒状的容器，设置了用于通过焊接等固定二相流制冷剂流入部11的孔。在外筒15的上下通过焊接等固定了管板22。另外，在上方的管板22上通过焊接等固定了闪蒸蒸气流动的制冷剂气体出口部12用的配管，在下方的管板22上通过焊接等固定了制冷剂液流出的制冷剂液出口部13用的配管。

在液滴除去部101设置了除雾器16，其上下由二张固定板20固定。另外，除雾器16是将使不锈钢制金属丝不均匀地缠绕了的片材层叠了的部件，具有通过由该不均匀地缠绕了的金属丝捕捉制冷剂液滴将存在于闪蒸蒸气内部的细微的液滴除去的能力。

液滴除去部101和离心分离部102由固定板21划分。

在离心分离部102中，圆筒状的内筒14通过焊接等由固定板21固定成中心轴与外筒15的中心轴一致。而且，在内筒14的内壁部通过焊接等固定了呈十字地交叉的制冷剂气体整流板17。

在离心分离部102的下方设置了抑制制冷剂液的回旋的回旋抑制部103。

在回旋抑制部103，以与外筒15的内壁接触的方式呈90°间隔（共4张）地设置了制冷剂液回旋抑制板19。在离心分离部102和回旋抑制部103之间，通过焊接等固定了分隔板18，制冷剂液回旋抑制板19兼起支柱的作用。制冷剂液回旋抑制板19从回旋抑制部103的径方向外方朝向内方被设置，具体地说，从壁面设置到径方向中间位置。另外，回旋抑制部103，为了尽可能将制冷剂液液面高度维持得平，还作为存储制冷剂液的部分发挥功能，起到使制冷剂液不从制冷剂液出口部13流出的作用。

分隔板18是将空间分隔的部件，以便其上方的回旋流不会对其下方的制冷剂液带来影响而助长制冷剂液的回旋或卷起制冷剂液。在分隔板18和外筒15之间设置了间隙18a，沿外筒15的内面回旋的制冷剂液流入回旋抑制部103。在制冷剂液回旋抑制板19的上部，以促进制冷剂液流入为目的，设置了切口19a。

另外，在回旋抑制部103的中央，设置了制冷剂液液面调整空间23。在将回旋抑制部103的内部空间由制冷剂液回旋抑制板19在周方向分隔了的情况下，能由被分隔了的各空间产生制冷剂液液面高度的不均匀，但是，因为存在制冷剂液液面调整空间23，所以具有抑制此不均匀并防止制冷剂液再次流入离心分离部102的效果。另外，由于制冷剂液回旋抑制板19以不挂在回旋抑制部103中央部的制冷剂液出口部13用的配管开口部上的方式构成，所以，不会成为制冷剂液的流出阻力。

液面检测部104由外筒27和上下的管板26构成，在外筒27上开设了用于安装液面检测用传感器28的孔27a。在外筒27的上下，通过焊接等固定了管板26。

液面检测部104的上部和节能器主体29的上部（具体地说是液滴除去部101）由气相连通配管25连接，液面检测部104的下部和节能器主体29的下部（具体地说是回旋抑制部103）由液相连通配管24连接。另外，为了连接液相连通配管24，在节能器主体29的管板22上开设了安装孔24a，在液面检测部104的管板26上开设了安装孔24b。同样，为了连接气相连通配管25，在节能器主体29的管板22上开设了安装孔25a，在液面检测部104的管板26上开设了安装孔25b。

接着，对二相流制冷剂流入部11、制冷剂液出口部13中的截面积的关系进行说明。制冷剂液出口部13的流路截面积，是在将在制冷剂液出口部13的质量流量除以在二相流制冷剂流入部的质量流量而得到的值（比率）乘以二相流制冷剂流入部11的流路截面积而得到的值以上。另外，二相流制冷剂流入部11的流路截面积是流入部的与制冷剂流动方向正交的截面11a的面积，制冷剂液出口部13的流路截面积是流出部的与制冷剂流动方向正交的截面的面积。最好是，为了防止回旋抑制部103中的存储量变得过剩，选定具有余量的配管，以便制冷剂液出ロ部13的流路截面积在二相流制冷剂流入部11的流路截面积以上。

对选定配管的一例进行说明，在从制冷剂液出口部13流出的制冷剂的质量流量的比率为从二相流制冷剂流入部11流入的制冷剂的85％，入口的配管的内径为50mm的情况下，最好是作为出口的配管采用内径为46.1mm（=50×√0.85）或其以上的尺寸的配管。具体地说，作为出口的配管选定与入口的配管同径的50mm的配管或更大的径的配管即可。

接着，按照制冷剂的流动，对节能器4的作用进行说明。来自一次膨胀阀7的二相流制冷剂的流动，从二相流制冷剂流入部11向节能器4流入。流入的二相流制冷剂沿外筒15的内壁形成回旋流，由离心分离作用分离成在中央侧流动的制冷剂气体和在壁面侧流动的制冷剂液。

被分离了的制冷剂气体按照内筒14、制冷剂气体整流板17、除雾器16的顺序通过。制冷剂气体进一步经过制冷剂气体出口部12，向离心压缩机1的第二级入口流入。

被分离了的制冷剂液沿外筒15的内壁形成回旋流，流入分隔板18下部的回旋抑制部103。流入的制冷剂液碰撞到制冷剂液回旋抑制板19，在回旋流被抑制了的状态下经过制冷剂液出口部13，到达蒸发器5。

由于将二相流制冷剂流入部11和制冷剂液出口部13的流路截面积的比率设定成与分离后的制冷剂液相对于从二相流制冷剂流入口流入的二相流制冷剂液的比率相应的值，所以，具有能够防止因在出口的管内流速增加造成的压力损失增加，不会使从流入的二相流制冷剂分离的制冷剂液过剩地留存在节能器内地良好地流动这样的作用。

另外，设置与液滴除去部101及回旋抑制部103的每一个连通的液面检测部104，通过由来自液面检测用传感器28的信号使二次膨胀阀8动作，能够控制节能器4内部的制冷剂液液面。

接着，按照气液分离的过程，对节能器4的效果进行说明。来自一次膨胀阀7的二相流制冷剂的流动，从二相流制冷剂流入部11向节能器4流入。流入的二相流制冷剂沿外筒15的内壁形成回旋流，由离心分离作用分离成包含若干液滴的制冷剂气体的流动和制冷剂液的流动。

被分离了的包含若干液滴的制冷剂气体接着通过制冷剂气体整流板17，流入除雾器16。制冷剂气体整流板17具有由回旋流防止液滴与气体的流动同行的效果。进而，由除雾器16的液滴分离作用将被包含在制冷剂气体中的若干液滴除去，制冷剂气体在不包含液滴的状态下，经过制冷剂气体出口部12，向离心压缩机1的第二级入口流入。被分离了的制冷剂液流沿外筒15的内壁形成回旋流，流入分隔板18下部。另外，通过在设置在分隔板18下部的制冷剂液回旋抑制板19的上部配置切口形状，具有促进制冷剂液向分隔板18下部流入并且防止因冲击而飞散的液体流入分隔板18上部的效果。

分隔板18具有防止碰撞到制冷剂液回旋抑制板19的制冷剂液向分隔板18的上面飞散的效果，具有防止因碰撞而产生的液滴被卷起到离心分离部102的制冷剂气体的回旋流中而浸入液滴除去部101而导致气液分离性能降低的效果。

由于流入到分隔板18下部的制冷剂液由制冷剂液回旋抑制板19抑制回旋流，所以，能够防止制冷剂气体被卷入到从制冷剂液出口部13流出的制冷剂液中。另外，因为能够抑制回旋流的产生，所以，能够防止因制冷剂液液面高度在中央部变低而在壁面附近升高而造成的不良状况。即，若不抑制制冷剂液的回旋流，则存在中央部的制冷剂液液面高度因回旋流而降低，制冷剂液的排出因压头（押込みヘッド）不足而恶化的可能性，因情况不同，存在制冷剂液出口部13与制冷剂气体的空间连通，制冷剂气体从制冷剂液出口部13流出的可能性。在假设不设置回旋抑制部103的情况下，有必要提高整体的制冷剂液液面高度。此外，因为回旋抑制部103中的壁面附近的制冷剂液液面从分隔板18变高，制冷剂液流入离心分离部102，所以存在气液分离性能降低的可能性。关于这一点，在本实施例中，通过设置回旋抑制部103，抑制回旋流，通过抑制制冷剂液液面高度的不均匀，具有能够提高气液分离性能的效果。

另外，在由制冷剂液回旋抑制板19在周方向分隔了的各空间中在冷剂液的高度产生不均匀的情况下，存在一部分的液面到达分隔板18的上部，使气液分离性能降低的可能性。关于这一点，在本实施例中，制冷剂液回旋抑制板19，因为没有延伸到回旋抑制部103的中央部，能够良好地防止回旋抑制部103整体的液面的不均匀，所以，还能够防止回旋抑制部103中的制冷剂液向离心分离部102浸入。

在本实施例中，通过将液面检测部104与节能器主体29以分体的方式设置，能够稳定地检测回旋抑制部103中的制冷剂液液面位置。具有如下的效果：以检测的制冷剂液液面的高度为基础，通过二次膨胀阀8的开闭动作，将在节能器4内部的制冷剂液液面保持在比分隔板18低的位置，防止因制冷剂液液面比分隔板18的设置位置高而产生的气液分离性能的急剧的降低。

由于通过将制冷剂液出口部13的流路截面积设定在将在制冷剂液出口部13的质量流量除以在二相流制冷剂流入部的质量流量而得到的值（比率）乘以二相流制冷剂流入部11的流路截面积而得到的值以上，制冷剂液出口部13的流动阻力不会极端地变大，所以，能够防止从流入的二相流制冷剂分离的制冷剂液过剩地滞留在节能器内导致制冷剂液的液面上升。即，由于不存在液面上升到离心分离部102而使气液分离性能降低的情况，所以，能够提供小型且气液分离性能高的节能器。

另外，本发明不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行各种变更。例如，内筒14内部的制冷剂气体整流板17、制冷剂液回旋抑制板19的设置条件也可以不是4张，而可以是3张以下，也可以是5张。另外，可以不是每90°均等地配置，而是以不同的角度不均匀地配置，也可以遍及内筒的直径的全长地设置，还可以未与壁面接触。

另外，二相流制冷剂流入部11、制冷剂液出口部13既可以使用现有的JIS配管，也可以不是这样。例如，若制冷剂液出口部13的流路截面积是在将在制冷剂液出口部13的体积流量除以在二相流制冷剂流入部11的质量流量而得到的值（比率）乘以二相流制冷剂流入部11的流路截面积而得到的值以上，则也可以是规格之外的配管、纵长椭圆形状等异形配管。

另外，设置在液滴除去部的液滴除去装置也可以不是上述说明的那样的将金属丝片材层叠的构造。例如，也可以是由隔壁在液滴除去部设置多个空间，使液滴附着（捕捉）在壁面上的构造。

另外，在液滴除去部的内部，也可以不是具有除雾器16、隔壁等构造物，而是由大的空间使制冷剂气体的流速下降，将液滴除去的构造。或者，在液滴除去部中的气液分离性能高的情况下，也可以没有液滴除去部本身。

另外，在作为回旋抑制部确保了大的空间，确保了制冷剂液液面的情况下，也可以没有分隔板18、制冷剂液回旋抑制板19、制冷剂液液面调整空间23的任意一个或全部。

另外，若节能器的外筒为圆筒形状，则也可以不使用管板22，而是通过拉伸来成形圆筒上下的端部。

另外，在本实施方式中，以多级压缩式的涡轮冷冻机为例进行了说明，但本发明不限于此，能够对于涡旋式、螺旋式、旋转式等各种各样的压缩方式的冷冻机适用。

符号说明

1：离心压缩机；2：冷凝器；3：过冷却器；4：节能器；5：蒸发器；6：电动机；7：一次膨胀阀；8：二次膨胀阀；11：二相流制冷剂流入部；12：制冷剂气体出口部；13：制冷剂液出口部；14：内筒；15、27：外筒；16：除雾器；17：制冷剂气体整流板；18：分隔板；19：制冷剂液回旋抑制板；20、21：固定板；22、26：管板；23：制冷剂液液面调整空间；24：液面检测部用制冷剂液配管；25：液面检测部用制冷剂气体配管；28：液面检测用传感器；101：液滴除去部；102：离心分离部；103：回旋抑制部；104：液面检测部。

Claims

1.一种节能器，是将来自冷凝器的制冷剂液通过膨胀阀而成为气液二相流的制冷剂分离成向蒸发器输送的制冷剂液和向压缩机的中间压部输送的制冷剂气体的冷冻机的节能器，其特征在于，具备使上述气液二相流制冷剂流入的流入部；通过使从上述流入部流入的制冷剂回旋分离成制冷剂液和制冷剂气体的离心分离部；使被分离的制冷剂气体流出的制冷剂气体流出部；使被分离的制冷剂液流出的制冷剂液流出部。

2.如权利要求1所述的节能器，其特征在于，具备抑制由上述离心分离部分离的制冷剂液的回旋的回旋抑制部。

3.如权利要求2所述的节能器，其特征在于，在上述回旋抑制部，以与制冷剂液的回旋方向交叉的方式配置制冷剂液回旋抑制板，上述制冷剂液回旋抑制板在制冷剂液从上述离心分离部流入的部分具有切口。

4.如权利要求1所述的节能器，其特征在于，具备将被包含在由上述离心分离部分离的制冷剂气体中的液滴除去的液滴除去部。

5.如权利要求1所述的节能器，其特征在于，设置了对由上述离心分离部分离的制冷剂气体的流动进行整流的制冷剂气体整流部。

6.如权利要求1所述的节能器，其特征在于，

具备节能器主体和液面检测部，该节能器主体具有上述离心分离部；该液面检测部对滞留在上述节能器主体中的制冷剂液的滞留量进行检测，

上述液面检测部在上述节能器主体的上部及下部连通。

7.如权利要求1所述的节能器，其特征在于，制冷剂液流出部的截面积被设定为将从上述制冷剂液流出部流出的上述制冷剂液的质量流量除以从上述流入部流入的上述气液二相流制冷剂的质量流量而得到的值乘以流入部的与制冷剂流动方向正交的截面积而得到的值以上的大小。

8.一种冷冻机，其特征在于，具备如权利要求1至7中的任一项所述的节能器。