JP2006343064A - 冷凍サイクル用気液分離器 - Google Patents

Abstract

【課題】 気液分離器の鉛直方向寸法の縮小と冷媒の気液分離性能の確保とを両立させる。
【解決手段】 横長形状のタンク本体１６ａ内部の液相冷媒中に冷媒入口配管１６ｂにより気液２相冷媒を水平に流入させ、タンク本体１６ａ内部にダム構造用仕切板１６ｇ、１６ｈを配置して液相冷媒の貯留部１６ｉ、１６ｊ、１６ｋを複数に仕切り、この複数の貯留部のうち、上流側の液相冷媒はダム構造用仕切板１６ｇ、１６ｈの上端部を乗り越えて下流側へ移動し、最も下流側の貯留部１６ｋに液相冷媒出口配管１６ｄおよび潤滑油戻し配管１６ｅを設け、タンク本体１６ａの上部に気相冷媒出口１６ｃを設ける。
【選択図】 図３

Description

本発明は、冷凍サイクルの冷媒の気液を分離する気液分離器に関するもので、エジェクタを用いる冷凍サイクルに適用して好適である。

従来、特許文献１においては、エジェクタを用いる冷凍サイクル用の気液分離器において、鉛直方向寸法（高さ寸法）を縮小する構成が提案されている。この従来技術では、気液分離器のタンク本体を横長円筒形状に形成し、このタンク本体の横長円筒形状の内部空間にて流入冷媒を旋回させることにより、流入冷媒の実質的な気液分離距離を長くできるようにしている。

これにより、気液分離器のタンク本体を水平方向寸法よりも鉛直方向寸法が小さい横長円筒形状に形成しても、冷媒の気液分離性能を確保できるようにしている。
特開２００３−２０２１６８号公報

しかし、上記の従来技術では、タンク本体の内部空間に冷媒の旋回流を形成するので、この冷媒旋回流によってタンク本体内部の冷媒液面が乱されやすい。そのため、この冷媒液面の乱れによって液相冷媒と気相冷媒とが混在したままタンク本体外部へ冷媒が流出する恐れがあり、冷媒の気液分離性能の確保が不十分となりやすい。

また、タンク本体内部の冷媒液面が乱れることによって、タンク本体底部に位置するオイル戻し口にオイルでなく、液相冷媒が流入する比率が高くなって圧縮機へのオイル戻り性も悪化する。

本発明は、上記点に鑑み、気液分離器の鉛直方向寸法の縮小と冷媒の気液分離性能の確保との両立を図ることを目的とする。

本発明は上記目的を達成するためになされたもので、鉛直方向寸法よりも水平方向寸法が大きい横長形状のタンク本体（１６ａ）に、タンク内部の液相冷媒中に気液２相冷媒を流入させる冷媒入口（１６ｂ）を設け、
タンク本体（１６ａ）内部に、液相冷媒の貯留部（１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ）を複数に仕切るダム構造用仕切板（１６ｇ、１６ｈ）を配置し、
複数の貯留部（１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ）のうち、上流側の貯留部の液相冷媒はダム構造用仕切板（１６ｇ、１６ｈ）の上端部を乗り越えて下流側の貯留部へ移動するようになっており、
複数の貯留部（１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ）のうち、最も下流側の貯留部（１６ｋ）に液相冷媒中に含まれる潤滑油を取り出す潤滑油戻し口（１６ｅ）を設け、
更に、タンク本体（１６ａ）の上部に、タンク内上側に溜まる気相冷媒を取り出す気相冷媒出口（１６ｃ）を設けることを特徴としている。

これによると、鉛直方向寸法よりも水平方向寸法が大きい横長形状のタンク本体（１６ａ）を採用して気液分離器の鉛直方向寸法を縮小できる。これによって、例えば、バス車両の天井置きパッケージタイプの空調装置においても、気液分離器の搭載が容易となる。

しかも、タンク本体（１６ａ）が鉛直方向寸法の小さい横長形状であっても、気液２相冷媒の気液分離性能を十分確保できる。

すなわち、冷媒入口（１６ｂ）から気液２相冷媒をタンク内部の液相冷媒中に流入させるから、タンク内部への冷媒流入時点での冷媒液面の乱れを抑制して、冷媒液面の泡立ちを良好に抑制できる。

そして、タンク本体（１６ａ）内部に配置したダム構造用仕切板（１６ｇ、１６ｈ）によって液相冷媒の貯留部（１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ）を複数に仕切り、上流側の貯留部の液相冷媒はダム構造用仕切板（１６ｇ、１６ｈ）の上端部を乗り越えて下流側の貯留部へ移動するようになっているから、複数の貯留部において気相冷媒と液相冷媒との密度差に基づく浮力にて気相冷媒を上方側へ移動させる。これに加え、液相冷媒が仕切板上端部を乗り越える際に、気相冷媒がタンク内部の上方空間部に近接したり、上方空間部と接触するので、気相冷媒が液相冷媒から容易に分離して上方空間部側へ移動する。これらの作用が相俟って、鉛直方向寸法が小さい横長形状であっても、十分な気液分離性能を確保できる。

また、タンク内上側に溜まる気相冷媒を気相冷媒出口（１６ｃ）にて外部へ取り出して圧縮機に吸入させることができる。更に、最も下流側の貯留部（１６ｋ）では、冷媒液面が安定した状態にて、液相冷媒と潤滑油とをその密度差で分離できるので、最も下流側の貯留部（１６ｋ）に設けた潤滑油戻し口（１６ｅ）から潤滑油を安定的に取り出すことができる。そのため、圧縮機への油戻しを確実に行うことができる。

本発明では、具体的には、冷媒入口（１６ｂ）をタンク本体（１６ａ）の横長形状の一端側の側面部（１６ａ−１）に水平方向に設けるようにしてよい。

これによれば、タンク内部の液相冷媒に対して気液２相冷媒を水平方向に流入することにより、冷媒液面の泡立ち防止をより効果的に実行できる。

本発明では、具体的には、タンク本体（１６ａ）内部に、冷媒入口（１６ｂ）から噴出する冷媒流れが衝突するように気相冷媒ガイド板（１６ｆ）を設け、この気相冷媒ガイド板（１６ｆ）は下方側に切り欠き部を有する形状であり、気相冷媒ガイド板（１６ｆ）の下端部とタンク本体（１６ａ）の底部との間に、複数の貯留部（１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ）側への冷媒の移動を許容する連通部（Ａ）を形成するようにしてよい。

これによれば、冷媒入口（１６ｂ）からの噴出冷媒流を気相冷媒ガイド板（１６ｆ）に衝突させた後に、この衝突流の気泡（気相冷媒）を気相冷媒ガイド板（１６ｆ）の板面に沿ってスムースに上昇させることができる。これにより、タンク本体（１６ａ）内の冷媒流入部（１６１）における気液分離性を向上できる。そして、この冷媒流入部における下方領域の冷媒（気相冷媒を含む液相冷媒）は、気相冷媒ガイド板下方の連通部（Ａ）を通過して下流の貯留部側へと支障なく移動させることができる。

本発明では、具体的には、ダム構造用仕切板（１６ｇ、１６ｈ）を少なくとも２枚以上設け、貯留部（１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ）は少なくとも３個以上に仕切り、
２枚以上のダム構造用仕切板（１６ｇ、１６ｈ）のうち、上流側の仕切板（１６ｇ）の高さよりも下流側の仕切板（１６ｈ）の高さを低くしている。

これにより、上流側の貯留部から下流側の貯留部へと冷媒液面高さが階段状に順次低くなるので、この冷媒液面高さの順次低下によって各仕切板（１６ｇ、１６ｈ）の上端部を液相冷媒がスムースに乗り越えて下流側へと移動していく。

本発明では、具体的には、タンク本体（１６ａ）内部において２枚以上のダム構造用仕切板（１６ｇ、１６ｈ）の中間部位に、タンク本体（１６ａ）の上部内壁面から下方へ垂下する上部仕切板（１６ｐ）を設け、この上部仕切板（１６ｐ）の下端部を２枚以上のダム構造用仕切板（１６ｇ、１６ｈ）の上端部よりも低い位置に位置させるとともに、上部仕切板（１６ｐ）の下端部とタンク本体（１６ａ）の底部との間に冷媒の連通部（Ｂ）を形成するようにしてよい。

これによると、２枚以上のダム構造用仕切板（１６ｇ、１６ｈ）の中間部位において、冷媒が上部仕切板（１６ｐ）下方の連通部（Ｂ）を通過して図５の矢印ｄのように大きく湾曲して流れる。この結果、ダム構造部の貯留部における液相冷媒流れの移動距離を長くすることができ、これによって、冷媒の気液分離性能をより一層向上できる。

本発明では、具体的には、減圧手段としてエジェクタ（１５）を用いる冷凍サイクルに適用される冷凍サイクル用気液分離器であって、
複数の貯留部（１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ）のうち、最も下流側の貯留部（１６ｋ）に液相冷媒を取り出す液相冷媒出口（１６ｄ）を設け、
エジェクタ（１５）の冷媒吸引口（１５ｂ）に接続される蒸発器（１７）に、液相冷媒出口（１６ｄ）から液相冷媒を供給するようにしてよい。

これによると、液相冷媒出口（１６ｄ）から取り出した液相冷媒を蒸発器（１７）に供給して、蒸発器（１７）をエジェクタ冷媒吸引側の低い蒸発圧力にて冷却性能を良好に発揮させることができる。

本発明では、具体的には、タンク本体（１６ａ）を横長の円筒形状とし、ダム構造用仕切板（１６ｇ、１６ｈ）は、タンク本体（１６ａ）内部においてタンク本体（１６ａ）の底部側に配置される半円板状の形状に形成すればよい。

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。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態による気液分離器を適用した車両用冷凍サイクル装置を示すものである。本実施形態の冷凍サイクルはエジェクタを用いる冷凍サイクル１０として構成されている。冷凍サイクル１０の冷媒流路内部は、冷媒とともに圧縮機１１の潤滑油が循環するようになっている。

本実施形態の冷凍サイクル１０において、圧縮機１１は冷媒を吸入圧縮するもので、電磁クラッチ１２、ベルト等を介して図示しない車両走行用エンジンにより回転駆動される。

この圧縮機１１としては、吐出容量の変化により冷媒吐出能力を調整できる可変容量型圧縮機、あるいは電磁クラッチ１２の断続により圧縮機作動の稼働率を変化させて冷媒吐出能力を調整する固定容量型圧縮機のいずれを使用してもよい。また、圧縮機１１として電動圧縮機を使用すれば、電動モータの回転数調整により冷媒吐出能力を調整できる。

この圧縮機１１の冷媒吐出側には放熱器１３が配置されている。放熱器１３は圧縮機１１から吐出された高圧冷媒と図示しない冷却ファンにより送風される外気（車室外空気）との間で熱交換を行って高圧冷媒を冷却する。

ここで、冷凍サイクル１０の冷媒として、本実施形態では高圧圧力が臨界圧力を超える冷媒、具体的にはＣＯ₂（二酸化炭素）を用いている。従って、冷凍サイクル１０は蒸気圧縮式の超臨界サイクルを構成することになり、このため、放熱器１３では冷媒（ＣＯ₂）が凝縮せず、超臨界状態のまま放熱することになる。

放熱器１３の出口側には内部熱交換器１４の高圧側冷媒流路１４ａが設けられている。この内部熱交換器１４は、高圧側冷媒流路１４ａの高温の高圧冷媒と低圧側冷媒流路１４ｂの低温の低圧冷媒との間で熱交換を行うものであって、低圧側冷媒流路１４ｂは圧縮機１１の吸入側に設けられている。

内部熱交換器１４の具体的構成としては種々なものを採用できるが、例えば、外側管の内側に内側管を配置した２重管式の熱交換器構成を採用でき、高圧側冷媒流路２１ａを外側管および内側管のいずれか一方で構成し、低圧側冷媒流路１４ｂを外側管および内側管の他方で構成すればよい。

内部熱交換器１４の高圧側冷媒流路１４ａの出口側にエジェクタ１５が配置されている。このエジェクタ１５は冷媒を減圧する減圧手段であるとともに、高速で噴出する冷媒流の吸引作用（巻き込み作用）によって冷媒の循環を行う冷媒循環手段（運動量輸送式ポンプ）でもある。

エジェクタ１５には、高圧側冷媒流路１４ａの出口側から流入する高圧冷媒の通路面積を小さく絞って、高圧冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させるノズル部１５ａと、ノズル部１５ａの冷媒噴出口と同一空間に配置され、後述する蒸発器１７からの気相冷媒を吸引する冷媒吸引口１５ｂが備えられている。

さらに、ノズル部１５ａおよび冷媒吸引口１５ｂの冷媒流れ下流側部位には、ノズル部１５ａからの高速度の冷媒流と冷媒吸引口１５ｂからの吸引冷媒とを混合する混合部１５ｃが設けられている。そして、混合部１５ｃの冷媒流れ下流側に昇圧部をなすディフューザ部１５ｄが配置されている。

このディフューザ部１５ｄは冷媒の通路面積を徐々に大きくする形状に形成されており、冷媒流れを減速して冷媒圧力を上昇させる作用、つまり、冷媒の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換する作用を果たす。エジェクタ１５のディフューザ部１５ｄの出口側に気液分離器１６が接続される。

この気液分離器１６には、タンク本体１６ａと、ディフューザ部１５ｄの出口側の気液２相冷媒をタンク本体１６ａ内部に流入させる冷媒入口配管１６ｂと、タンク本体１６ａ内部の上側に溜まる気相冷媒を取り出す気相冷媒出口配管１６ｃと、タンク本体１６ａ内部の下側に溜まる液相冷媒を取り出す液相冷媒出口配管１６ｄと、タンク本体１６ａ内部の下側に溜まる潤滑油を取り出す潤滑油戻し配管１６ｅが設けられる。なお、気液分離器１６の詳細構成は図２、図３により後述する。

一方、気液分離器１６の液相冷媒出口配管１６ｄとエジェクタ１５の冷媒吸引口１５ｂとの間に蒸発器１７が接続され、気液分離器１６内部の液相冷媒が蒸発器１７に流入するようになっている。蒸発器１７には電動送風機１８により空気が送風され、この送風空気が蒸発器１７で冷却され、その冷却空気が冷却対象空間に吹出して、冷却対象空間を冷却する。

ここで、本実施形態の冷凍サイクルを車両用空調装置に用いる場合は車室内空間が冷却対象空間であり、蒸発器１７の冷却空気（冷風）を車室内へ吹き出して車室内を冷房する。

また、本実施形態の冷凍サイクルを車載の冷凍冷蔵庫に用いる場合は、冷凍冷蔵庫の庫内空間が冷却対象空間であり、蒸発器１７により冷凍冷蔵庫の庫内空間を冷却する。

次に、本実施形態よる気液分離器１６の具体的構成を図２、図３により詳述する。気液分離器１６のタンク本体１６ａは図２に示すように鉛直方向寸法よりも水平方向寸法が大きい横長の円筒形状に形成されている。なお、タンク本体１６ａは通常、アルミニウムのような金属材料で形成される。

タンク本体１６ａの横長円筒形状の一端側（図示右側）の側面部１６ａ−１に冷媒入口配管１６ｂが水平方向に配置され、かつ、冷媒入口配管１６ｂはタンク本体１６ａの内部空間に所定長さＬ１だけ突き出すように挿入されている。

そして、冷媒入口配管１６ｂの鉛直方向位置をタンク本体１６ａの側面部１６ａ−１の下方寄りの位置に設定して、冷媒入口配管１６ｂの突出先端部がタンク本体１６ａ内部の液相冷媒中に位置するようにしてある。これにより、冷媒入口配管１６ｂから流出する気液２相冷媒が液相冷媒中に流入するようにしてある。

タンク本体１６ａの内部空間において、冷媒入口配管１６ｂの突出先端部の前方側（冷媒流出側）に所定間隔Ｌ２をあけて気相冷媒ガイド板１６ｆが配置されている。この気相冷媒ガイド板１６ｆは、その下方部に円弧状の切り欠き形状を形成した円形板部材で構成され、タンク本体１６ａの内壁面の上方側から下方へ向かって垂下するように配置される。

ここで、気相冷媒ガイド板１６ｆの下端部の位置は冷媒入口配管１６ｂの位置よりも下方に設定され、気相冷媒ガイド板１６ｆの下方側領域が必ず液相冷媒中に位置するようになっている。気相冷媒ガイド板１６ｆの下端部とタンク本体１６ａの内壁面の底部との間には、上記円弧状の切り欠き形状により高さｈ１の連通部Ａが形成される。

また、冷媒入口配管１６ｂの突出先端部と気相冷媒ガイド板１６ｆとの配置間隔Ｌ２は、冷媒入口配管１６ｂの突出先端部から噴出する冷媒流が図３の矢印ａに示すように気相冷媒ガイド板１６ｆに衝突するように設定してある。

タンク本体１６ａの内部空間において、気相冷媒ガイド板１６ｆの冷媒流出側に所定間隔Ｌ３をあけてダム構造用第１仕切板１６ｇが配置され、更に、この第１仕切板１６ｇの冷媒流出側に所定間隔Ｌ４をあけてダム構造用第２仕切板１６ｈが配置される。

これら第１、第２仕切板１６ｇ、１６ｈはその上方部に円弧状の切り欠き形状を形成した半円形状の板部材で構成され、タンク本体１６ａの内壁面の底部側から上方へ向かって立ち上がるように配置される。

第１仕切板１６ｇの半円形状は、その上端部が気相冷媒ガイド板１６ｆの下端部よりも所定高さｈ２だけ高くなるように形成されている。また、第２仕切板１６ｈの半円形状は、その上端部が第１仕切板１６ｇの上端部よりも所定高さｈ３だけ低くなるように形成されている。

気相冷媒ガイド板１６ｆの板面と第１仕切板１６ｇの板面との間に液相冷媒を溜めるダム構造の第１貯留部１６ｉが構成される。そして、第１、第２仕切板１６ｇ、１６ｈ相互の板面の間に、液相冷媒を溜めるダム構造の第２貯留部１６ｊが第１貯留部１６ｉよりも所定高さｈ３だけ低い高さにて構成される。

さらに、第２仕切板１６ｈとタンク本体１６ａの他端側（図示左側）の側面部１６ａ−２との間に液相冷媒を溜める最終貯留部１６ｋが構成される。ここで、第２仕切板１６ｈとタンク本体１６ａの側面部１６ａ−２との間隔Ｌ５は、上記第１、第２貯留部１６ｉ、１６ｊの間隔Ｌ３、Ｌ４よりも大きくしてある。

タンク本体１６ａの横長円筒形状において最終貯留部１６ｋの上方位置に気相冷媒出口配管１６ｃが配置される。つまり、気相冷媒出口配管１６ｃは、第２仕切板１６ｈよりも軸方向他端側（冷媒流れ下流側）の位置で、かつ、タンク本体１６ａの上方壁面に配置される。この気相冷媒出口配管１６ｃは図１に示すように内部熱交換器１４の低圧側流路１４ｂを介して圧縮機１１の吸入側に接続される。

また、タンク本体１６ａの横長円筒形状において最終貯留部１６ｋの底部に潤滑油戻し配管１６ｅが配置される。つまり、潤滑油戻し配管１６ｅは、第２仕切板１６ｈよりも軸方向他端側（冷媒流れ下流側）の位置で、かつ、タンク本体１６ａの底部に配置される。この潤滑油戻し配管１６ｅは、図１に示すように気相冷媒出口配管１６ｃに合流して圧縮機１１の吸入側へ接続される。

更に、タンク本体１６ａの他端側（図示左側）の側面部１６ａ−２に液相冷媒出口配管１６ｄが配置される。この液相冷媒出口配管１６ｄは、他端側の側面部１６ａ−２において第２仕切板１６ｈの上端部よりも低い高さに配置される。

図２に示すように、本実施形態の気液分離器１６では、その一端側（冷媒入口側）の側面部１６ａ−１と気相冷媒ガイド板１６ｆとの間の内部空間で冷媒流入部１６１が構成され、気相冷媒ガイド板１６ｆと第２仕切板１６ｈとの間の内部空間でダム構造部１６２が構成され、第２仕切板１６ｈと他端側（冷媒出口側）の側面部１６ａ−２との間の内部空間で冷媒流出部１６３が構成される。

次に、上記構成において第１実施形態の作動を説明する。最初に、サイクル全体の作動を説明する。圧縮機１１を車両エンジンにより駆動すると、冷媒（ＣＯ₂）は圧縮機１１で圧縮され高温高圧の超臨界状態で吐出される。この超臨界冷媒は放熱器１３に流入して外気により冷却されて放熱する。

放熱器１３から流出した放熱後の超臨界冷媒は内部熱交換器１４の高圧側冷媒流路１４ａに流入する。この内部熱交換器１４において高圧側冷媒流路１４ａの高温高圧の超臨界冷媒と低圧側冷媒流路１４ｂの低温の低圧冷媒との間で熱交換が行われ、高温高圧の超臨界冷媒が再度冷却され、放熱する。

次に、この放熱後の超臨界冷媒はエジェクタ１５に流入し、エジェクタ１５のノズル部１５ａで減圧され膨張する。従って、ノズル部１５ａで冷媒の圧力エネルギーが速度エネルギーに変換され、このノズル部１５ａの噴出口から冷媒は高速度となって噴出する。この際の冷媒吸引作用により、冷媒吸引口１５ｂから蒸発器１７通過後の冷媒（気相冷媒）を吸引する。

ノズル部１５ａから噴出した冷媒と冷媒吸引口１５ｂに吸引された冷媒は、ノズル部１５ａ下流側の混合部１５ｃで混合してディフューザ部１５ｄに流入する。このディフューザ部１５ｄでは通路面積の拡大により、冷媒の速度（膨張）エネルギーが圧力エネルギーに変換されるため、冷媒の圧力が上昇する。

そして、エジェクタ１５のディフューザ部１５ｄから流出した冷媒、すなわち、低圧の気液２相状態の冷媒は気液分離器１６内に流入し、ここで、低圧冷媒の気液が分離される。気液分離器１６内の液相冷媒は液相冷媒出口配管１６ｄから流出して蒸発器１７に流入する。この蒸発器１７では、低温の低圧冷媒が電動送風機１８の送風空気から吸熱して蒸発する。この蒸発器１７通過後の気相冷媒は冷媒吸引口１５ｂからエジェクタ１５内に吸引される。蒸発器１７で冷却された空気は冷却対象空間に吹き出して冷却対象空間を冷却する。

一方、気液分離器１６内で分離された気相冷媒および潤滑油はそれぞれ気相冷媒出口配管１６ｃ、潤滑油戻し配管１６ｅから流出して合流する。この合流後の気相冷媒および潤滑油は内部熱交換器１４の低圧側冷媒流路１４ｂを通過した後に圧縮機１１に吸入される。

ところで、気液分離器１６内の冷媒圧力はディフューザ部１５ｄで昇圧した後の圧力であり、一方、蒸発器１７の出口側はエジェクタ１５の冷媒吸引口１５ｂに接続されているから、ノズル部１５ａでの減圧直後の最も低い圧力を蒸発器１７に作用させることができる。これにより、蒸発器１７の冷媒蒸発圧力を圧縮機１１の吸入圧よりも低くすることができ、圧縮機１１の圧縮仕事量を低減でき、省動力効果を発揮できる。

次に、本実施形態による気液分離器１６の作用を詳述する。気液分離器１６の冷媒入口配管１６ｂに流入する低圧冷媒は、エジェクタ１５のディフューザ部１５ｄ出口側の気液２相状態である。この気液２相冷媒は、気相冷媒と液相冷媒と潤滑油とが混合した状態になっている。

冷凍サイクルの潤滑油（冷凍機油）は液相冷媒に対して溶解性の優れたものを選択しているので、潤滑油は基本的には液相冷媒中に溶け込むことになるが、潤滑油の一部は液相冷媒中に溶け込むことができず、液相冷媒から分離した状態で存在する。従って、冷媒入口配管１６ｂの気液２相冷媒は、より具体的には、気相冷媒と、潤滑油が溶け込んでいる液相冷媒と、液相冷媒から分離した潤滑油とが混合した状態になっている。

このような気液２相冷媒が冷媒入口配管１６ｂから気液分離器１６のタンク本体１６ａの内部空間に流入するのであるが、冷媒入口配管１６ｂの鉛直方向位置がタンク本体１６ａの側面部１６ａ−１の下方寄りの位置に設定されているので、冷媒入口配管１６ｂの気液２相冷媒はタンク本体１６ａ内の液相冷媒中に流入する。

ここで、タンク本体１６ａ内への冷媒流入に伴ってタンク本体１６ａ内の冷媒液面を乱すと、冷媒液面の泡立ちが生じて、気液分離性を著しく損なうことになるが、本実施形態では流入冷媒を上記のように液相冷媒中に噴出させることにより、冷媒流入時点での泡立ちを抑制できる。

そして、冷媒入口配管１６ｂは水平方向に配置され、かつ、タンク本体１６ａの内部空間に所定長さＬ１だけ突き出すように挿入され、冷媒入口配管１６ｂの突出先端部の前方側（冷媒流出側）に所定間隔Ｌ２をあけて気相冷媒ガイド板１６ｆが配置されている。このため、冷媒入口配管１６ｂの突出先端部から噴出する冷媒流が図３の矢印ａに示すように気相冷媒ガイド板１６ｆに衝突する。

この衝突後の冷媒のうち気相冷媒には、液相冷媒との密度差に基づく浮力が作用するので、気相冷媒はガイド板１６ｆの板面に沿ってスムースに上昇する。これにより、気泡状の気相冷媒が冷媒流入部１６１（図２）から下流側へ流出することを抑制できる。なお、ガイド板１６ｆの板面に沿って上昇する気相冷媒は冷媒流入部１６１（図２）の上方空間に達して液相冷媒から分離される。

一方、冷媒流入部１６１において気相冷媒の一部は液相冷媒に巻き込まれ液相冷媒から分離されない。この分離されない気相冷媒は、液相冷媒、潤滑油とともに気相冷媒ガイド板１６ｆ下方の高さｈ１の連通部Ａを通過してダム構造部１６２（図２）の第１貯留部１６ｉへ移動する。

この第１貯留部１６ｉにおいても気相冷媒は浮力によって上方側へ移動していく。これにより、気相冷媒の一部は第１貯留部１６ｉの上方空間へ分離される。第１貯留部１６ｉの液面高さがダム構造用第１仕切板１６ｇの上端部を上回ると、液相冷媒は気相冷媒、潤滑油とともに矢印ｂのようにダム構造用第１仕切板１６ｇの上端部を乗り越えて、第２貯留部１６ｊに流入する。この矢印ｂの乗り越え時に気相冷媒は上方の空間部に近接したり、直接接触したりするので、気相冷媒を上方の空間部側へ容易に分離できる。

次の第２貯留部１６ｊにおいても同様の作動が繰り返され、第２貯留部１６ｊの液面高さがダム構造用第２仕切板１６ｈの上端部を上回ると、矢印ｃのように液相冷媒が気相冷媒、潤滑油とともに第２仕切板１６ｈの上端部を乗り越えて、最終貯留部１６ｋに流入する。この際にも、気相冷媒を上方の空間部側へ容易に分離できる。

ところで、本実施形態では、冷媒としてＣＯ₂を用いており、潤滑油としてはこのＣＯ₂の液密度よりも密度が大きい潤滑油を用いている。この密度差によって、潤滑油（液相冷媒から分離している潤滑油）は、最終貯留部１６ｋのうち下方側貯留域１６ｎに主に溜まる。そして、上方側貯留域１６ｍには、潤滑油が溶け込んでいる液相冷媒と液相冷媒から分離した潤滑油とが混合した状態で溜まる。

最終貯留部１６ｋの下方側貯留域１６ｎの潤滑油はタンク本体１６ａの底部に配置された潤滑油戻し配管１６ｅから流出して圧縮機吸入側に戻される。また、最終貯留部１６ｋの上方側貯留域１６ｍの液相冷媒はタンク本体１６ａの冷媒流出側の側面部１６ａ−２に配置された液相冷媒出口配管１６ｄから流出して蒸発器１７へ向かう。

そして、最終貯留部１６ｋの上方側空間部には気相冷媒が溜まり、この気相冷媒はタンク本体１６ａ上部の気相冷媒出口配管１６ｃから流出して圧縮機吸入側へ向かう。

ところで、本実施形態によると、気液２相冷媒をタンク本体１６ａ内の液相冷媒中に水平方向から噴出して、タンク本体１６ａ内の冷媒液面の乱れ、泡立ちを抑制し、その後に、複数の仕切板１６ｇ、１６ｈを用いたダム構造部１６２を構成して冷媒の気液を分離しているから、特許文献１のような冷媒旋回流をタンク本体内に形成しなくても、冷媒の気液分離性能を十分確保できる。

その結果、横長円筒形状の採用に基づく気液分離器１６の鉛直方向寸法の縮小と、冷媒の気液分離性能の確保とを両立できる。

また、タンク本体１６ａ内の冷媒液面を安定化するとともに、液相冷媒の液密度と潤滑油との密度差を利用して、最終貯留部１６ｋの上方側貯留域１６ｍに液相冷媒を主に溜め、最終貯留部１６ｋの下方側貯留域１６ｎに液相冷媒から分離した潤滑油を主に溜めるから、潤滑油戻し配管１６ｅから潤滑油を安定的に取り出して、圧縮機１１へのオイル戻り性を向上できる。

（第２実施形態）
図４、図５は第２実施形態であり、第１実施形態のダム構造部１６２において、第１、第２仕切板１６ｇ、１６ｈの中間位置に、上部仕切板１６ｐを追加設置したものである。

この上部仕切板１６ｐは、気相冷媒ガイド板１６ｆと同様に、その下方部に円弧状の切り欠き形状を形成した円形板部材で構成され、タンク本体１６ａの内壁面の上方側から下方へ向かって垂下するように上部仕切板１６ｐは配置される。上部仕切板１６ｐの下方には高さｈ４の連通部Ｂが形成される。

ここで、上部仕切板１６ｐの下端部の位置は第２仕切板１６ｈの上端部位置よりも下方となるように設定される。具体的には、上部仕切板１６ｐの下端部とタンク本体１６ａの内壁面の底部との間の高さｈ４が第２仕切板１６ｈの高さｈ５よりも小さくしてある。つまり、ｈ４＜ｈ５の関係になっている。

このような配置関係で上部仕切板１６ｐを追加設置しているので、第１、第２仕切板１６ｇ、１６ｈの間に形成される第２貯留部１６ｊにおいて、気液２相冷媒が上部仕切板１６ｐ下方の連通部Ｂを通過して矢印ｄのように大きく湾曲して流れる。

これにより、第２貯留部１６ｊにおける冷媒移動距離を第１実施形態に比して一段と長くすることができ、気液分離性能をより一層向上できる。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく以下述べるごとく種々変形可能である。

（１）第１、第２実施形態では、ダム構造部１６２の仕切板として２枚の仕切板１６ｇ、１６ｈを用いているが、ダム構造部１６２の仕切板を必要に応じて３枚以上に増やしてもよいことはもちろんである。

その場合に、仕切板の増設に対応して第２実施形態の上部仕切板１６ｐも増設した方が好ましい。また、仕切板を１枚のみにすることも可能である。

（２）第１、第２実施形態では、液相冷媒の液密度よりも密度が大きい潤滑油を用いて、最終貯留部１６ｋの上方側貯留域１６ｍに液相冷媒を主に溜め、最終貯留部１６ｋの下方側貯留域１６ｎに液相冷媒から分離した潤滑油を主に溜めるようにしているが、液相冷媒の液密度よりも潤滑油密度が小さい場合は、最終貯留部１６ｋの上方側に潤滑油が主に溜まり、最終貯留部１６ｋの下方側に液相冷媒が主に溜まるので、最終貯留部１６ｋの底部に液相冷媒出口配管１６ｄを配置し、この液相冷媒出口配管１６ｄの上方側に潤滑油戻し配管１６ｅを配置すればよい。

（３）第１実施形態では、気相冷媒ガイド板１６ｆを連通穴部を持たない板形状のみで構成しているが、気相冷媒ガイド板１６ｆの板形状のうち最上部付近に位置して常に気相冷媒と接する部位に、例えば、メッシュ状の微細連通部を設けてもよい。このメッシュ状の微細連通部は気相冷媒の通過のみを許容し、液相冷媒の通過は阻止する。

これにより、冷媒流入部１６１の上部の気相冷媒が気相冷媒出口配管１６ｃ側へ直接移動することが可能となる。

同様に、第２実施形態の気相冷媒ガイド板１６ｆおよび上部仕切板１６ｐの両方に、上記メッシュ状の微細連通部を設けてもよい。

（４）第１実施形態では、減圧手段としてエジェクタ１５を用いる冷凍サイクルにおける気液分離器１６について説明したが、本発明は、減圧手段としてエジェクタ１５を用いずに、固定絞りや可変絞り機構を用いる冷凍サイクルにおいて蒸発器の下流側に接続される気液分離器に本発明を適用してもよい。この場合は、冷媒出口部１６３の液相冷媒出口配管１６ｄが不要となるので、冷媒出口部１６３に気相冷媒出口配管１６ｃと潤滑油戻し配管１６ｅを設けるだけでよい。

（５）第１実施形態では、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ₂）のように高圧圧力が臨界圧力を超える冷媒を用いて、蒸気圧縮式の超臨界サイクルを構成しているが、冷媒としてフロン系、ＨＣ系等の冷媒のように高圧圧力が臨界圧力を超えない冷媒を用いて、蒸気圧縮式の亜臨界サイクルを構成する場合に本発明を適用してもよい。この蒸気圧縮式の亜臨界サイクルでは、放熱器１３は冷媒を凝縮する凝縮器として作用する。

（６）第１実施形態の冷凍サイクル１０では、エジェクタ１５のディフューザ部１５ｄの出口側を気液分離器１６の冷媒入口配管１６ｂに直接接続しているが、エジェクタ１５のディフューザ部１５ｄの出口側と、気液分離器１６の冷媒入口配管１６ｂとの間に第２の蒸発器を接続して、この第２の蒸発器でも冷却機能を発揮するようにしてもよい。

（７）第１実施形態では、エジェクタ１５として、通路面積が一定のノズル部１５ａを有する固定エジェクタを例示しているが、エジェクタ１５として、通路面積を調整可能な可変ノズル部を有する可変エジェクタを用いてもよい。

（８）第１、第２実施形態では、気液分離器１６を横長の円筒形状にしているが、気液分離器１６を横長形状に形成するに当たり、その断面形状を断面長円状、断面多角形状、断面矩形状等に変更してもよい。

本発明の第１実施形態を示す冷凍サイクル図である。 第１実施形態による気液分離器の概略斜視図である。 第１実施形態による気液分離器の概略断面図である。 第２実施形態による気液分離器の概略斜視図である。 第２実施形態による気液分離器の概略断面図である。

符号の説明

１６ａ…タンク本体、１６ｂ…冷媒入口配管、１６ｃ…気相冷媒出口配管、
１６ｄ…液相冷媒出口配管、１６ｅ…潤滑油戻し配管、１６ｆ…気相冷媒ガイド板、
１６ｇ、１６ｈ…ダム構造用仕切板、１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ…貯留部、
１６ｐ…上部仕切板。

Claims (7)

1. 潤滑油を含む気液２相冷媒が流入し、気相冷媒と液相冷媒とを分離する冷凍サイクル用気液分離器であって、
   鉛直方向寸法よりも水平方向寸法が大きい横長形状のタンク本体（１６ａ）と、
   前記タンク本体（１６ａ）内部の液相冷媒中に前記気液２相冷媒を流入させる冷媒入口（１６ｂ）とを有し、
   前記タンク本体（１６ａ）内部に、液相冷媒の貯留部（１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ）を複数に仕切るダム構造用仕切板（１６ｇ、１６ｈ）を配置し、
   前記複数の貯留部（１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ）のうち、上流側の貯留部の液相冷媒は前記ダム構造用仕切板（１６ｇ、１６ｈ）の上端部を乗り越えて下流側の貯留部へ移動するようになっており、
   前記複数の貯留部（１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ）のうち、最も下流側の貯留部（１６ｋ）に液相冷媒中に含まれる潤滑油を取り出す潤滑油戻し口（１６ｅ）を設け、
   更に、前記タンク本体（１６ａ）の上部に、前記タンク本体（１６ａ）内上側に溜まる気相冷媒を取り出す気相冷媒出口（１６ｃ）を設けることを特徴とする冷凍サイクル用気液分離器。
2. 前記冷媒入口（１６ｂ）は、前記タンク本体（１６ａ）の横長形状の一端側の側面部（１６ａ−１）に水平方向に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル用気液分離器。
3. 前記タンク本体（１６ａ）内部に、前記冷媒入口（１６ｂ）から噴出する冷媒流れが衝突するように気相冷媒ガイド板（１６ｆ）を設け、
   前記気相冷媒ガイド板（１６ｆ）は下方側に切り欠き部を有する形状であり、前記気相冷媒ガイド板（１６ｆ）の下端部と前記タンク本体（１６ａ）の底部との間に、前記複数の貯留部（１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ）側への冷媒の移動を許容する連通部（Ａ）が形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル用気液分離器。
4. 前記ダム構造用仕切板（１６ｇ、１６ｈ）は少なくとも２枚以上設けられ、前記貯留部（１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ）は少なくとも３個以上に仕切られており、
   前記２枚以上のダム構造用仕切板（１６ｇ、１６ｈ）のうち、上流側の仕切板（１６ｇ）の高さよりも下流側の仕切板（１６ｈ）の高さを低くしたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷凍サイクル用気液分離器。
5. 前記タンク本体（１６ａ）内部おいて前記２枚以上のダム構造用仕切板（１６ｇ、１６ｈ）の中間部位に、前記タンク本体（１６ａ）の上部内壁面から下方へ垂下する上部仕切板（１６ｐ）を設け、
   前記上部仕切板（１６ｐ）の下端部を前記２枚以上のダム構造用仕切板（１６ｇ、１６ｈ）の上端部よりも低い位置に位置させるさせるとともに、
   前記上部仕切板（１６ｐ）の下端部と前記タンク本体（１６ａ）の底部との間に冷媒の連通部（Ｂ）が形成されることを特徴とする請求項４に記載の冷凍サイクル用気液分離器。
6. 減圧手段としてエジェクタ（１５）を用いる冷凍サイクルに適用される冷凍サイクル用気液分離器であって、
   前記複数の貯留部（１６ｉ、１６ｊ、１６ｋ）のうち、最も下流側の貯留部（１６ｋ）に液相冷媒を取り出す液相冷媒出口（１６ｄ）を設け、
   前記エジェクタ（１５）の冷媒吸引口（１５ｂ）に接続される蒸発器（１７）に、前記液相冷媒出口（１６ｄ）から液相冷媒を供給することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の冷凍サイクル用気液分離器。
7. 前記タンク本体（１６ａ）は横長の円筒形状であり、
   前記ダム構造用仕切板（１６ｇ、１６ｈ）は、前記タンク本体（１６ａ）内部において前記タンク本体（１６ａ）の底部側に配置される半円板状の形状であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の冷凍サイクル用気液分離器。
   

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