JP2006125719A

JP2006125719A - エジェクタサイクル用気液分離器

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Publication number: JP2006125719A
Application number: JP2004313973A
Authority: JP
Inventors: Tomohiko Tsuruta; 知彦鶴田; Yukikatsu Ozaki; 幸克尾崎; Susumu Kawamura; 進川村; Jun Iwase; 潤岩瀬
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2004-10-28
Filing date: 2004-10-28
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2024-10-28
Also published as: JP4333556B2

Abstract

【課題】エジェクタサイクル用気液分離器において、冷凍機油が液相冷媒と共に低圧側熱交換器側に流出するのを抑制する。
【解決手段】エジェクタ４から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する気液分離器５において、液相冷媒が通過する際に冷凍機油の粒径を通過前に比べて大きくさせる粗粒化部材５６を設ける。粗粒化部材５６を通過して粗粒化した冷凍機油はその沈降速度が増加するため、液相冷媒と冷凍機油の分離効率が向上する。
【選択図】図２

Description

本発明は、エジェクタサイクル用の気液分離器に関するものである。

エジェクタサイクルにおいて、気液分離器内で冷媒と冷凍機油を比重差によって分離し、低圧側熱交換器に冷凍機油が流出することによる低圧側熱交換器の熱交換量の低下を防止するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１３０８７４号公報

しかしながら、特許文献１に記載のエジェクタサイクルでは、気液分離器内の貯液部の体積が小さいために十分な分離時間が得られず、粒径の小さな冷凍機油は液相冷媒と共に低圧側熱交換器側に流出してしまうため、低圧側熱交換器への油循環率が高くなってしまう。これにより低圧側熱交換器の熱伝達率の低下や圧損の増加を招き、サイクルの成績係数（ＣＯＰ）を低下させてしまうという問題があった。

本発明は上記点に鑑みて、エジェクタサイクル用気液分離器において、冷凍機油が液相冷媒と共に低圧側熱交換器側に流出するのを抑制することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、冷凍機油が混入された冷媒を高圧化する圧縮機（１）と、圧縮機（１）から流出した高圧の冷媒を放冷する高圧側熱交換器（２）と、低圧の冷媒を蒸発させる低圧側熱交換器（３）と、高圧側熱交換器（２）から流出した冷媒を減圧膨張させるとともに、減圧膨張させた冷媒と低圧側熱交換器（３）から吸引した冷媒とを混合させて昇圧させるエジェクタ（４）とを備えるエジェクタサイクルに適用され、エジェクタ（４）から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を圧縮機（１）の吸引側に供給し、液相冷媒を低圧側熱交換器（３）に供給する気液分離器（５）であって、液相冷媒が通過する際に冷凍機油の粒径を通過前に比べて大きくさせる粗粒化部材（５６）を備えることを特徴とする。

これによると、粗粒化部材を通過して粗粒化した冷凍機油はその沈降速度が増加するため、液相冷媒と冷凍機油の分離効率が向上する。したがって、冷凍機油が液相冷媒と共に低圧側熱交換器側に流出するのを抑制することができ、それにより、熱交換器内の熱伝達率を向上させ、また、配管内の圧損を低下させて、サイクルの成績係数（ＣＯＰ）を向上させることができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のエジェクタサイクル用気液分離器において、粗粒化部材（５６）は、繊維状の部材であることを特徴とする。

これによると、液相冷媒中の細かい油粒子が繊維状の部材の表面に付着し、付着した油粒子同士が合体・凝集し、油粒子が繊維状の部材から飛散するときにはその粒径が大きくなるため、請求項１の発明の効果を確実に得ることができる。

請求項３に記載の発明では、請求項１に記載のエジェクタサイクル用気液分離器において、粗粒化部材（５６）は、多孔体状の部材であることを特徴とする。

これによると、液相冷媒中の細かい油粒子が多孔体状の部材の表面に付着し、付着した油粒子同士が合体・凝集し、油粒子が多孔体状の部材から飛散するときにはその粒径が大きくなるため、請求項１の発明の効果を確実に得ることができる。

請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載のエジェクタサイクル用気液分離器において、エジェクタ（４）から流出した冷媒が流入する流入口（５２）、気相冷媒を流出させる気相冷媒流出口（５３）、液相冷媒を流出させる液相冷媒流出口（５４）、および冷凍機油を流出させる油戻し口（５５）を有し、流入口（５２）および気相冷媒流出口（５３）は、液相冷媒流出口（５４）および油戻し口（５５）よりも上方に位置し、液相冷媒流出口（５４）は油戻し口（５５）よりも上方に位置し、粗粒化部材（５６）は、流入口（５２）および気相冷媒流出口（５３）と、液相冷媒流出口（５４）および油戻し口（５５）との間に配置されていることを特徴とする。

これによると、粗粒化部材を通過した液相冷媒と冷凍機油の混相流体を比重差により分離した後、分離後の低油濃度の液相冷媒を低圧側熱交換器側へ流出させ、分離後の冷凍機油を圧縮機側へ流出させることができる。

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。

本発明の一実施形態について説明する。図１は一実施形態に係る気液分離器を備えるエジェクタサイクルの構成図、図２は図１の気液分離器の断面図、図３は図１の気液分離器の作用説明に供する模式図である。

本実施形態のエジェクタサイクルは、冷媒として二酸化炭素を用い、冷媒には圧縮機１を潤滑するための冷凍機油を混入している。その冷凍機油としては、ポリアルキル基グリコール（ＰＡＧ）系冷凍機油を用いている。

図１に示すように、エジェクタサイクルは、冷媒を吸入圧縮して高圧化する圧縮機１と、圧縮機１から吐出した高温高圧冷媒を外部流体と熱交換させて冷媒の熱を外部へ放熱する高圧側熱交換器２と、低温低圧冷媒を外部流体と熱交換させて蒸発させることにより外部流体から冷媒に吸熱させる低圧側熱交換器３と、高圧側熱交換器２と低圧側熱交換器３からの冷媒を混合して昇圧するエジェクタ４と、エジェクタ４から流出した気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒と冷凍機油に分離する気液分離器５と、冷凍機油を圧縮機１へ戻すための油戻し回路６とを備えている。

エジェクタ４は、高圧側熱交換器２から流出した冷媒を減圧膨張させるノズル、並びに低圧側熱交換器３にて蒸発した気相冷媒を吸引するとともに膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換して圧縮機１０の吸入圧を上昇させる混合部及びディフューザからなる昇圧部を有している。

図２に示すように、気液分離器５のタンク本体５１は、エジェクタ４０から流出した冷媒が流入する流入口５２、分離した気相冷媒を圧縮機１に流出させる気相冷媒流出口５３、分離した液相冷媒を低圧側熱交換器３に流出させる液相冷媒流出口５４、および分離した冷凍機油を圧縮機１に流出させる油戻し穴５５が設けられている。

流入口５２および気相冷媒流出口５３のタンク側開口部は、液相冷媒流出口５４および油戻し口５５のタンク側開口部よりも上方に位置し、液相冷媒流出口５４のタンク側開口部は油戻し穴５５のタンク側開口部より上方側に設けられている。

また、流入口５２のタンク側開口部は後述する粗粒化部材よりも上方に位置し、気相冷媒流出口５３のタンク側開口部はタンク本体５１の頂部に位置し、液相冷媒流出口５４のタンク側開口部は後述する粗粒化部材よりも下方に位置し、油戻し穴５５のタンク側開口部はタンク本体５１の底部に位置している。

タンク本体５１内には、液相冷媒と冷凍機油との混相流体が通過する際に、液相冷媒内に浮遊する冷凍機油の粒子同士を凝集・合体させて冷凍機油の粒子径を拡大させる粗粒化部材５６が配設されている。

この粗粒化部材５６は、流入口５２および気相冷媒流出口５３と、液相冷媒流出口５４および油戻し口５５との間に配置されている。また、粗粒化部材５６は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）にて繊維状または多孔体状に形成されたものであり、繊維間の隙間或いは穴の径は、２０〜５０μｍに設定されている。

次に、図２、図３に基づいて、気液分離器５内での油分離の作用を説明する。

図２、図３において、気液分離器５内で分離した液相冷媒と冷凍機油とが混ざった混相流体ａは、液相冷媒中に細かい油粒子ｘが浮遊している状態である。この混相流体ａが粗粒化部材５６を通過するときに、油粒子ｘが繊維または多孔体の表面に付着する。付着した油粒子ｘ同士が合体・凝集し、粗粒化部材５６から飛散するときには粒子径が大きくなる。

粒子径が大きくなった油粒子ｘはその自由沈降速度が上昇するため，液相冷媒中の冷凍機油の分離が促進され、気液分離器５の油分離能力が向上する。そして、粗粒化部材５６を通過した液相冷媒と冷凍機油の混相流体を比重差により分離し、分離後の低油濃度の液相冷媒ｂを液相冷媒流出口５４から低圧側熱交換器３側へ流出させ、分離後の冷凍機油ｃを油戻し穴５５から圧縮機１側へ流出させる。

このように、気液分離器５の油分離能力が向上することによって、液相冷媒流出口５４から低圧側熱交換器３に循環する冷媒中の油循環率が低減する。この油循環率低減によって、低圧側熱交換器３の熱伝達率が向上するとともに配管内の圧損が低下し、サイクルの成績係数（ＣＯＰ）が向上する。

（他の実施形態）
上述のエジェクタサイクルは、給湯器や空調装置に適用することができる。

また、冷媒は、二酸化炭素に限定されるものではなく、フロンなどの他の冷媒であってもよい。

また、冷凍機油は、ＰＡＧ系冷凍機油に限定されるものではなく、ＰＯＥ系冷凍機油などの他の冷凍機油を用いてもよい。

本発明の一実施形態に係る気液分離器を備えるエジェクタサイクルの構成図である。図１の気液分離器の断面図である。図１の気液分離器の作用説明に供する模式図である。

符号の説明

１…圧縮機、２…高圧側熱交換器、３…低圧側熱交換器、４…エジェクタ、５…気液分離器、５６…粗粒化部材。

Claims

冷凍機油が混入された冷媒を高圧化する圧縮機（１）と、
前記圧縮機（１）から流出した高圧の冷媒を放冷する高圧側熱交換器（２）と、
低圧の冷媒を蒸発させる低圧側熱交換器（３）と、
前記高圧側熱交換器（２）から流出した冷媒を減圧膨張させるとともに、減圧膨張させた冷媒と前記低圧側熱交換器（３）から吸引した冷媒とを混合させて昇圧させるエジェクタ（４）とを備えるエジェクタサイクルに適用され、
前記エジェクタ（４）から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を前記圧縮機（１）の吸引側に供給し、液相冷媒を前記低圧側熱交換器（３）に供給する気液分離器（５）であって、
液相冷媒が通過する際に冷凍機油の粒径を通過前に比べて大きくさせる粗粒化部材（５６）を備えることを特徴とするエジェクタサイクル用気液分離器。
前記粗粒化部材（５６）は、繊維状の部材であることを特徴とする請求項１に記載のエジェクタサイクル用気液分離器。
前記粗粒化部材（５６）は、多孔体状の部材であることを特徴とする請求項１に記載のエジェクタサイクル用気液分離器。
前記エジェクタ（４）から流出した冷媒が流入する流入口（５２）、気相冷媒を流出させる気相冷媒流出口（５３）、液相冷媒を流出させる液相冷媒流出口（５４）、および冷凍機油を流出させる油戻し口（５５）を有し、
前記流入口（５２）および前記気相冷媒流出口（５３）は、前記液相冷媒流出口（５４）および前記油戻し口（５５）よりも上方に位置し、
前記液相冷媒流出口（５４）は前記油戻し口（５５）よりも上方に位置し、
前記粗粒化部材（５６）は、前記流入口（５２）および前記気相冷媒流出口（５３）と、前記液相冷媒流出口（５４）および前記油戻し口（５５）との間に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のエジェクタサイクル用気液分離器。