JP2005233470A - Gas-liquid separator - Google Patents
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- Separating Particles In Gases By Inertia (AREA)
Abstract
Description
本発明は、気液2相状態の流体を気相流体と液相流体に分離する気液分離器に関するもので、エジェクタサイクル用の気液分離器に適用して有効である。 The present invention relates to a gas-liquid separator that separates a gas-liquid two-phase fluid into a gas-phase fluid and a liquid-phase fluid, and is effective when applied to a gas-liquid separator for an ejector cycle.
従来、気液2相状態の冷媒を気相冷媒と液相冷媒に分離するとともに、余剰冷媒を内部に蓄えている一般的な構造の気液分離器が特許文献1(以下従来例1と称す)および特許文献2(以下従来例2と称す)にて知られている。図7の従来例1および図8の従来例2の気液分離器50、52では、液相冷媒が流出する液流出口19aが、分離空間18の最下部に配置されており、気液分離器50、52の設置状態における上方向に向かって開口している。なお、51は圧縮機に供給されるオイルの流出管路51である。
Conventionally, a gas-liquid separator having a general structure that separates a gas-liquid two-phase refrigerant into a gas-phase refrigerant and a liquid-phase refrigerant and stores excess refrigerant therein is referred to as Patent Document 1 (hereinafter referred to as Conventional Example 1). ) And Patent Document 2 (hereinafter referred to as Conventional Example 2). In the gas-
これにより、液冷媒が溜まる分離空間18の最下部から液冷媒を流出させることができる。
しかし、従来例1および従来例2では、液冷媒は分離空間18内で一度速度エネルギーが略0の状態となった後に、冷媒の自重(位置エネルギー)と液流出口19aの下流の冷媒輸送手段(例えばエジェクタなど)の吸引エネルギーとにより流出する。このため、流出速度が低くなってしまい、最悪の場合には冷媒が液流出口19aの下流で滞留してしまう。
However, in the conventional example 1 and the conventional example 2, after the liquid refrigerant once has a velocity energy of approximately 0 in the
本発明は、上記点に鑑み、気液分離器から流出する冷媒の流出速度の低下、言い換えると気液分離器内での冷媒の速度エネルギーの損失を低減することを目的とする。 In view of the above points, an object of the present invention is to reduce the flow rate of refrigerant flowing out of the gas-liquid separator, in other words, to reduce the loss of velocity energy of the refrigerant in the gas-liquid separator.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、気液分離器において、気液二相状態の流体が流入する流入口(17a)と、気液二相状態の流体が、液相流体と気相流体に分離する分離空間(18)と、分離空間(18)から気相流体が流出するガス流出口(20a)と、分離空間(18)から液相流体が流出する液流出口(19a)とを備え、
気液二相状態の流体は分離空間(18)内で旋回するようになっており、液流出口(19a)は分離空間(18)の下部、かつ、流体の旋回流れ(S)に向かって開口するように配置されていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, in the gas-liquid separator, the inlet (17a) into which the fluid in the gas-liquid two-phase state flows and the fluid in the gas-liquid two-phase state are in the liquid phase. Separation space (18) for separating fluid and gas phase fluid, gas outlet (20a) from which gas phase fluid flows out from separation space (18), and liquid outlet from which liquid phase fluid flows out from separation space (18) (19a)
The gas-liquid two-phase fluid is swirled in the separation space (18), and the liquid outlet (19a) is below the separation space (18) and toward the swirling flow (S) of the fluid. It is characterized by being arranged to open.
これによると、気液二相状態の流体が分離空間(18)内で旋回するため、分離空間(18)の下部に溜まる液相流体も一緒に旋回する。そして、液流出口(19a)が流体の旋回流れ(S)に向かって開口するように配置されているため、液相流体を速度エネルギーの損失無く液流出口(19a)から流出させることができる。したがって、液流出口(19a)から流出する液相流体の流出速度の低下、つまり気液分離器内での流体の速度エネルギーの損失を低減することができる。これにより、流体が液流出口(19a)の下流で滞留してしまうことを防止できる。 According to this, since the fluid in the gas-liquid two-phase state swirls in the separation space (18), the liquid-phase fluid accumulated in the lower portion of the separation space (18) also swirls together. Since the liquid outlet (19a) is arranged so as to open toward the swirling flow (S) of the fluid, the liquid phase fluid can be discharged from the liquid outlet (19a) without loss of velocity energy. . Accordingly, it is possible to reduce the decrease in the outflow speed of the liquid phase fluid flowing out from the liquid outlet (19a), that is, the loss of the velocity energy of the fluid in the gas-liquid separator. Thereby, it is possible to prevent the fluid from staying downstream of the liquid outlet (19a).
また、請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の気液分離器を用いたエジェクタサイクルであって、
気相流体を吸入圧縮する圧縮機(11)と、圧縮機(11)から吐出した気相流体の熱を放熱する放熱器(12)と、液相流体を蒸発させることにより吸熱作用を発揮する蒸発器(16)と、放熱器(12)から流出した高圧の気相流体を減圧膨張する減圧手段であるとともに、高速度の作動流体の巻き込み作用によって蒸発器(16)にて蒸発した流体を吸引輸送する運動量輸送式ポンプであるエジェクタ(13)とを備え、
エジェクタ(13)から流出した流体が流入口(17a)に流入するようになっていることを特徴としている。
Moreover, in invention of Claim 2, it is an ejector cycle using the gas-liquid separator of
A compressor (11) that sucks and compresses the gas phase fluid, a radiator (12) that radiates heat of the gas phase fluid discharged from the compressor (11), and an endothermic effect by evaporating the liquid phase fluid. The depressurization means for decompressing and expanding the high-pressure gas-phase fluid flowing out from the evaporator (16) and the radiator (12), and the fluid evaporated in the evaporator (16) by the entrainment action of the high-speed working fluid An ejector (13) which is a momentum transporting pump for sucking and transporting,
The fluid flowing out from the ejector (13) flows into the inlet (17a).
これによると、エジェクタ(13)から流出する流体、つまり気液二相流体は分離空間(18)に流入し、分離空間(18)で液相流体と気相流体に分離する。そして、流入時に持っている速度エネルギーの損失が少ない状態で、液流体を液流出口(19a)から蒸発器(16)に流入させることができる。このため、蒸発器(16)に流入する液流体の速度が高くなり、蒸発器(16)内で流体が滞留することを防止できる。さらに、蒸発器(16)に流入できる流体の量が増えるため、蒸発器(16)がより大きな吸熱作用を発揮でき、エジェクタサイクルの冷凍効率を向上できる。 According to this, the fluid flowing out from the ejector (13), that is, the gas-liquid two-phase fluid, flows into the separation space (18), and is separated into the liquid phase fluid and the gas phase fluid in the separation space (18). And a liquid fluid can be made to flow in into an evaporator (16) from a liquid outlet (19a) in the state where there is little loss of velocity energy which it has at the time of inflow. For this reason, the speed of the liquid fluid flowing into the evaporator (16) is increased, and it is possible to prevent the fluid from staying in the evaporator (16). Furthermore, since the amount of fluid that can flow into the evaporator (16) increases, the evaporator (16) can exhibit a larger heat absorption effect, and the refrigeration efficiency of the ejector cycle can be improved.
ところで、従来例1および従来例2の気液分離器をエジェクタサイクルに適用した場合には、気液分離器内で一度略0となった液相流体の速度エネルギーを圧縮機(11)による流体の圧縮吸引等により、再び上昇させなければならない。しかし、請求項2のエジェクタサイクルでは請求項1に記載の気液分離器を使用しているため、気液分離器内での流体の速度エネルギーの損失が少ない。つまり、圧縮機(11)による流体の圧縮吸引動作を少なくできるため、エジェクタサイクル全体としてのエネルギー効率を高くすることができる。
By the way, when the gas-liquid separators of the conventional example 1 and the conventional example 2 are applied to the ejector cycle, the velocity energy of the liquid-phase fluid that has once become substantially zero in the gas-liquid separator is converted to the fluid by the compressor (11). It must be lifted again, such as by compression suction. However, since the gas-liquid separator according to
また、請求項3に記載の発明のように、請求項2に記載のエジェクタサイクルにおいて、流体に密度比が大きいものを使用してもよい。 Further, as in the invention described in claim 3, in the ejector cycle described in claim 2, a fluid having a large density ratio may be used.
また、請求項4に記載の発明のように、請求項3に記載のエジェクタサイクルにおいて、密度比が大きい流体として冷媒であるR404A、HC、R134a、R410A、R407Cのいずれか1つを使用してもよい。 Further, as in the invention according to claim 4, in the ejector cycle according to claim 3, any one of the refrigerants R404A, HC, R134a, R410A, and R407C is used as the fluid having a large density ratio. Also good.
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
(第1実施形態)
本実施形態は、本発明に係る気液分離器を、エジェクタを使用した車両用空調装置のエジェクタ(冷凍)サイクルに適用したものであり、図1は本実施形態の模式図である。図1中、11は冷媒を吸入圧縮する圧縮機11である。この圧縮機11で高圧状態となった冷媒は放熱器12に流入する。放熱器12では冷媒が室外空気へ放熱する、言い換えると冷媒が室外空気により冷却される。
(First embodiment)
In the present embodiment, the gas-liquid separator according to the present invention is applied to an ejector (refrigeration) cycle of a vehicle air conditioner using an ejector, and FIG. 1 is a schematic diagram of the present embodiment. In FIG. 1, 11 is a
冷却された冷媒は、エジェクタ13に流入する。エジェクタ13は、冷凍サイクルにおいて冷媒減圧手段および冷媒循環手段としての機能を有している。エジェクタ13に流入した冷媒は、エジェクタ13内部のノズル部で圧力エネルギーが速度エネルギーに変換される。そして、ノズルから高速で噴出する作動流体の巻き込み作用によって後述する蒸発器16にて蒸発した気相冷媒を吸引する。さらに、冷媒の通路面積が拡大していくディフューザ部で冷媒の膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換し、エジェクタ13の冷媒流れ下流の圧縮機11の吸入圧を上昇させている。
The cooled refrigerant flows into the
エジェクタ13から流出した冷媒は、冷媒流入管路17を流れて気液分離器14に流入する。この時、エジェクタ13から流出する冷媒は、エジェクタ13の減圧作用により気液2相状態となっている。気液分離器14では、流入した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して冷媒を蓄えており、分離された気相冷媒は圧縮機11に吸引されて再び圧縮され、一方、分離された液相冷媒は蒸発器16側に吸引される。この気液分離器14については後述する。
The refrigerant that has flowed out of the
蒸発器16は、液相冷媒が室内に吹き出す空気と熱交換して蒸発することにより冷房能力を発揮するものである。なお、気液分離器14と蒸発器16との間に配置される第1減圧器15は、気液分離器14から蒸発器16側に吸引される液相冷媒を減圧する絞り(減圧)手段であり、この第1減圧器15により蒸発器16内の圧力(蒸発圧力)を確実に低下させている。
The
なお、本実施形態では液相密度を気相密度で除した密度比が大きい流体であるR404Aを冷媒として使用している。R404Aの気相密度は約42kg/m3、液相密度は約1134kg/m3である。 In this embodiment, R404A, which is a fluid having a large density ratio obtained by dividing the liquid phase density by the gas phase density, is used as the refrigerant. Vapor density of R404A is about 42 kg / m 3, the liquid phase density is about 1134kg / m 3.
次に、図2の側面図および図3の平面図を使用して、気液分離器14の詳細について説明すると、気液分離器14は略円筒形状の分離空間18を有している。この分離空間18には、エジェクタ13から流出した気液2相状態の冷媒が流入(図中矢印IN)する流入管路17の流入口17aが配置されている。流入口17aは分離空間18の上下方向長さの中間よりもやや上側、かつ平面視(図3)において、分離空間18に流入する2相冷媒流れが分離空間18の外周接線方向となるように開口している。なお、図中の矢印上下は、気液分離器14の設置状態における上下方向を示す。
Next, the details of the gas-
分離空間18に流入した2相冷媒流れINは、分離空間18を形成する内壁18aにより分離空間18内を旋回する流れSとなる。2相冷媒のうち、特に液相冷媒は密度が高いため旋回しながら重力により図中下方向へ落ちていき(図2中矢印S参照)、分離空間18の下側に溜まる。一方、気相冷媒は密度が低いため分離空間18の上側に溜まる。
The two-phase refrigerant flow IN flowing into the
分離空間18の最下部には分離した液相冷媒が流出する液流出管路19が配置されており、この液流出管路19は後述する旋回流れSに向かう液流出口19aを有している。別の言い方をすると、平面視(図3)における旋回流れSの接線方向と液流出口19aから液流出管路19を通って流出する液冷媒流れLoutの方向が一致するようになっている。なお、液流出口19aは分離空間18から流出する液冷媒流れLoutが分離空間18の外周接線方向となるように配置されている。
A
一方、分離した気相冷媒は、ガス流出管路20から流出する。このガス流出管路20のガス流出口20aは分離空間18内の流入口17aよりも上方に位置している。これにより、分離空間18に流入する2相流中の液相冷媒を流出させずに分離空間18の上側に溜まっているガス冷媒のみを流出させることができる。
On the other hand, the separated gas-phase refrigerant flows out from the
次に、第1実施形態による作用効果を列挙すると、(1)液流出口19aが旋回流れSに向かって開口しているため、液相冷媒を速度エネルギーの損失無く液流出口19aから流出させることができる。
Next, the effects of the first embodiment will be listed. (1) Since the
より詳細に述べると、分離空間18に流入した2相冷媒は内壁18aに沿った旋回流れとなり、分離空間18の下部に溜まる液相冷媒も内壁18aに沿って旋回する。そして、液流出口19aが平面視(図3)における旋回流れSの接線方向と液流出口19aから流出する液冷媒流れLoutの方向が一致するように開口しているため、液相冷媒は速度エネルギーの損失無く液流出口19aから流出する。
More specifically, the two-phase refrigerant flowing into the
これにより、気液分離器14に流入する冷媒の運動エネルギの損失を低減できる。つまり液流出管路19の下流に配置されている蒸発器16へ流入する液冷媒の速度を高くすることができる。これにより、蒸発器16内への冷媒流入量を増やすことができ、蒸発器16における熱交換効率を高くでき、冷凍能力の向上が図れる。本発明者らの評価によると、冷媒としてR404Aを使用した冷凍機において本実施形態の構造により、60%の冷凍能力向上効果が確認されている。
Thereby, the loss of the kinetic energy of the refrigerant | coolant which flows in into the gas-
さらに、蒸発器16へ流入する液冷媒の速度が高くなると、蒸発器16内の冷媒速度も高くなるため、蒸発器16内の冷媒および冷媒に含まれているオイルの滞留を低減することができる。本発明者らの評価によると、冷媒としてR404Aを使用した冷凍機において、同一冷凍能力時の必要冷媒量を30%低減できることが確認されている。
Further, when the speed of the liquid refrigerant flowing into the
ところで、従来例1(図7)および従来例2(図8)の気液分離器50、52をエジェクタサイクルに適用した場合には、気液分離器50、52内で一度略0となった液冷媒の速度エネルギーを圧縮機11による冷媒の圧縮吸引で再び上昇させなければならない。しかし、本実施形態では気液分離器14内での冷媒の速度エネルギーの損失が少ない、つまり、圧縮機11による冷媒の圧縮吸引動作を少なくできるため、エジェクタサイクル全体としてのエネルギー効率を高くすることができる。
By the way, when the gas-
(2)分離空間18の最下部、かつ分離空間18から流出する液冷媒流れLoutが分離空間18の外周接線方向となるように液流出口19aが配置されているため、液流出口19aから気相冷媒が流出することを軽減することができる。
(2) Since the
ところで、近年では環境に対する影響等の問題から冷媒の使用量を必要最低限ギリギリまで少なくしている。したがって、気液分離器14に蓄えられる冷媒は当然に少なくなる。図4は本実施形態における液冷媒Lの量が少ない状態を示したもので、図2のA視図である。
By the way, in recent years, the amount of refrigerant used has been reduced to the bare minimum due to problems such as environmental impact. Accordingly, the refrigerant stored in the gas-
流入口17aから分離空間18に流入した2相冷媒流れは、分離空間18をなす内壁18aにより、分離空間18内を矢印Sのように旋回する。この時、分離空間18下部に溜まる液相冷媒Lも旋回するため、液面は遠心力により内壁18aに近づくに従って高くなる。逆に旋回流れSの中心付近では液面は低くなる。本実施形態の液流出口19aは、最も液面が高くなる内壁18a近傍、つまり分離空間18から流出する液冷媒流れLoutが分離空間18の外周接線の方向とほぼ同一となる位置に配置されている。そのため、高い液面により、液冷媒の量が少なくなっても液流出口19aから気相冷媒が流出することを軽減することができる。
The two-phase refrigerant flow that has flowed into the
なお、内壁近傍18aと旋回流れS中心付近との液面高さの差は、液相の密度を気相の密度で除した密度比が大きい流体ほど大きくなる。したがって、密度比が大きい流体ほど少ない冷媒量であっても液流出口19aから気相冷媒が流出することを軽減できる。
The difference in liquid level between the vicinity of the
(3)平面視(図3)において、分離空間18に流入する2相冷媒流れINが分離空間18の外周接線方向となるように流入口17aが開口しているため、より大きな旋回流れSを作ることができ、気液分離器14内でのエネルギー損失を低減することができる。
(3) In plan view (FIG. 3), since the
(第2実施形態)
第1実施形態では、ガス流出管路20を分離空間18の下部から分離空間18外に取り出し配置したが、本実施形態はガス流管路20を分離空間18の側面から分離空間18外に取り出し配置している(図5参照)。ガス流出口20aは流入口17aよりも上側に開口していれば良好に気相冷媒の吸引を行えるため、本実施携帯のようにガス流出管路20を分離空間18の側面から取り出しても気液分離器14の分離性能に影響はない。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the
これにより、ガス流出管路20の配置の設計自由度を高くすることができる。
Thereby, the design freedom degree of arrangement | positioning of the
なお、本実施形態においても第1実施形態の(1)〜(3)の作用効果を発揮することができる。 In addition, also in this embodiment, the effect of (1)-(3) of 1st Embodiment can be exhibited.
(第3実施形態)
第1、第2実施形態では、流入口17aを平面視において、分離空間18に流入する2相冷媒流れINが分離空間18の外周接線方向となるように開口したが、本実施形態のように分離空間18の平面視における中心に向けて配置してもよい(図6参照)。
(Third embodiment)
In the first and second embodiments, the
これによっても、分離空間18の内壁18aにより旋回流れSが発生する。したがって、第1実施形態の(1)、(2)の作用効果を発揮することができる。
Also by this, the swirling flow S is generated by the
(他の実施形態)
上述の第1〜第3実施形態では、冷媒がR404Aの例を示したが冷媒は、HC、R134a、R410A、R407Cなど種々に変更可能である。また、本発明の気液分離器は冷媒に限らず2相状態の流体に適用可能である。
(Other embodiments)
In the first to third embodiments described above, the example in which the refrigerant is R404A has been described, but the refrigerant can be variously changed such as HC, R134a, R410A, and R407C. Further, the gas-liquid separator of the present invention is not limited to the refrigerant and can be applied to a fluid in a two-phase state.
上述の第1〜第3実施形態では、車両用空調装置のエジェクタサイクルに本発明の気液分離器を適用した例を示したが、本発明は車両用空調装置に限らず、冷媒にCO2を使用した給湯用ヒートポンプサイクル等他の用途に使用されるエジェクタサイクルであってもよい。 In the first to third embodiments described above, the example in which the gas-liquid separator of the present invention is applied to the ejector cycle of the vehicle air conditioner has been shown. However, the present invention is not limited to the vehicle air conditioner, and CO2 is used as a refrigerant. The ejector cycle used for other uses, such as the used heat pump cycle for hot water supply, may be used.
11…圧縮機、12…放熱器、13…エジェクタ、16…蒸発器、17a…流入口、
18…分離空間、19a…液流出口、20a…ガス流出口。
DESCRIPTION OF
18 ... Separation space, 19a ... Liquid outlet, 20a ... Gas outlet.
Claims (4)
前記分離空間(18)から前記気相流体が流出するガス流出口(20a)と、
前記分離空間(18)から前記液相流体が流出する液流出口(19a)とを備え、
前記気液二相状態の流体は、前記分離空間(18)内で旋回するようになっており、
前記液流出口(19a)は前記分離空間(18)の下部、かつ、前記流体の旋回流れ(S)に向かって開口するように配置されていることを特徴とする気液分離器。 A separation space (18) into which a gas-liquid two-phase fluid flows from the inlet (17a) and separates into a liquid-phase fluid and a gas-phase fluid;
A gas outlet (20a) through which the gaseous fluid flows out of the separation space (18);
A liquid outlet (19a) through which the liquid phase fluid flows out from the separation space (18),
The gas-liquid two-phase fluid swirls in the separation space (18),
The gas-liquid separator, wherein the liquid outlet (19a) is disposed below the separation space (18) and so as to open toward the swirling flow (S) of the fluid.
前記気相流体を吸入圧縮する圧縮機(11)と、
前記圧縮機(11)から吐出した気相流体の熱を放熱する放熱器(12)と、
前記液相流体を蒸発させることにより吸熱作用を発揮する蒸発器(16)と、
前記放熱器(12)から流出した高圧の前記気相流体を減圧膨張する減圧手段であるとともに、高速度の作動流体の巻き込み作用によって前記蒸発器(16)にて蒸発した流体を吸引輸送する運動量輸送式ポンプであるエジェクタ(13)とを備え、
前記エジェクタ(13)から流出した流体が前記流入口(17a)に流入するようになっていることを特徴とするエジェクタサイクル。 An ejector cycle using the gas-liquid separator according to claim 1,
A compressor (11) for sucking and compressing the gas phase fluid;
A radiator (12) for radiating heat of the gas-phase fluid discharged from the compressor (11);
An evaporator (16) that exerts an endothermic effect by evaporating the liquid phase fluid;
A momentum for sucking and transporting the fluid evaporated by the evaporator (16) by the entrainment action of the high-speed working fluid as well as decompression means for decompressing and expanding the high-pressure gas-phase fluid flowing out from the radiator (12) Ejector (13) which is a transport pump,
The ejector cycle characterized in that the fluid flowing out from the ejector (13) flows into the inlet (17a).
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