JP2007192433A - 気液分離器及び該気液分離器を備えた冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】気液二相流体をガス流体と液流体とに分離する気液分離器の分離性能の向上と、、気液分離器を備えた冷凍装置における運転の安定化とを図ることである。
【解決手段】冷凍装置は、気液分離器（18）を有して、２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えている。冷媒回路では、室外熱交換器から中間膨張弁を流れた中間圧の気液二相冷媒を気液分離器（18）の流入管（20）を介して容器本体（16）に導入し、液冷媒とガス冷媒とに分離する。液冷媒は液流出管（30）から流出し、主膨張弁を介して冷凍熱交換器を流れ、低段側圧縮機に吸入される。ガス冷媒はガス流出管（40）から流出して高段側圧縮機の吸入側に供給され、低段側圧縮機の吐出冷媒と共に高段側圧縮機に吸入される。流入管（20）には、気液二相冷媒中のガス冷媒からなる気泡（80）を細分化するメッシュ部材（50）が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、気液二相流体を液流体とガス流体とに分離する気液分離器、及び該気液分離器を有した冷媒回路を備えた冷凍装置に関するものである。

従来から、２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍装置には、気液二相流体を液流体とガス流体とに分離する気液分離器を有しているものがある（例えば、特許文献１）。

特許文献１に記載の冷凍装置は、暖房運転時に２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた空気調和装置であり、該冷媒回路には、気液二相冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する気液分離器が設けられている。２段圧縮２段膨張冷凍サイクルの暖房運転では、高段側圧縮機から吐出した冷媒は、室内熱交換器で凝縮して室内空気を加熱する。凝縮した冷媒は、中間膨張弁を通過して中間圧の気液二相状態となり、該気液分離器に導入されて、ガス冷媒と液冷媒とに分離される。該液冷媒は、気液分離器から流出し、室外膨張弁で低圧まで減圧されて膨張した後に室外熱交換器で蒸発する。蒸発した冷媒は、低段側圧縮機に吸入されて圧縮され、中間圧の吐出冷媒となる。そして、該中間圧の吐出冷媒に気液分離器のガス冷媒が合流して高段側圧縮機に吸入され、高圧まで圧縮される。

上記気液分離器は、具体的に、図８に示すように、円筒型の容器本体（a）を有し、該容器本体（a）の頂部には、流入管（b）、液流出管（c）、及びガス流出管（d）が貫通して接続されている。上記容器本体（a）の内部では、下部の液冷媒貯留部（e）と上部のガス冷媒貯留部（f）とが分離されている。そして、上記液流出管（c）の開口端は、上記液冷媒貯留部（e）に位置し、上記ガス流出管（d）の開口端は、ガス冷媒貯留部（f）に位置し、上記流入管（b）の開口端は、液流出管（c）の開口端とガス流出管（d）の開口端との間に位置している。

一方、上記気液分離器には、図９に示すように、縦長の容器本体（a）の頂部にガス流出管（d）が貫通して接続される一方、容器本体（a）の胴部の上部に流入管とが貫通して接続され、容器本体（a）の胴部の下部を液流出管が貫通して接続されたものがある。
特開２００１−２３５２４５号公報

ところで、上記特許文献１に記載の気液分離器では、流入管（b）を流れる冷媒が気液二相冷媒であるために、ガス冷媒からなる大きな気泡と液冷媒の塊とが不規則に流れるスラグ流が発生する場合がある。そして、このスラグ流が流入管（b）から容器本体（a）に導入されると、液冷媒貯留部（e）の液面の乱れやこの乱れによる液冷媒の飛散が生じ、ガス流出管（d）から流出するガス冷媒に液冷媒が混入する一方、液冷媒貯留部（e）に気泡が混入し、液流出管（c）から流出する液冷媒にガス冷媒が混入するという問題点があった。

さらに、図９に示す気液分離器では、容器本体（a）が縦長であり、流入管（b）の開口端と対向する容器本体（a）の内壁とが近いために、スラグ流の大きな気泡が流れて流速が一時的に速くなる場合は、流入管（b）から流入した気液二相冷媒が、図９の矢印で示すように、容器本体（a）の内壁に衝突して飛散する。これにより、この飛散した冷媒がガス流出管（d）から直接流出すると共に、さらに、この飛散した冷媒が液冷媒貯留部（e）に落下して液面の乱れ生じたり、気泡が混入するという問題点があった。

以上のように、従来の気液分離器では、流入管を流れる気液二相冷媒がスラグ流になると、気液二相冷媒の分離性能が低下し、分離器としての信頼性が低下するという問題点があった。さらに、冷凍装置において、気液二相冷媒の流動状態により気液分離器の分離性能が変動すると、蒸発器における蒸発能力の変動や、凝縮器における凝縮能力の変動が生じ、安定した運転を行うことができないという問題点があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、気液二相流体をガス流体と液流体とに分離する気液分離器において、分離性能を向上させると共に、この気液分離器を備えた冷凍装置において、運転の安定化を図ることを目的とする。

第１の発明は、気液二相流体を液流体とガス流体とに分離する容器本体（16）と、上記気液二相流体を上記容器本体（16）に流入させるための流入管（20）と、上記容器本体（16）内の液流体を上記容器本体（16）から流出させるための液流出管（30）と、上記容器本体（16）内のガス流体を上記容器本体（16）から流出させるためのガス流出管（40）とを備えた気液分離器であって、上記流入管（20）には、気液二相流体中の気泡を細分化する細分化手段（50）が設けられている。

この第１の発明では、上記流入管（20）に上記細分化手段（50）を設けたので、流入管（20）を流れる気液二相流体がスラグ流となる場合であっても、ガス流体からなる気泡を細分化することにより該気液二相流体を均一化して、規則的で安定した流動状態で容器本体（16）に導入する。そして、該容器本体（16）内では、気液二相流体が液流体とガス流体とに分離されて、下部に液流体の貯留部（23）が形成され、上部にガス流体の貯留部（24）が形成されているが、このように規則的な流動状態の気液二相流体を容器本体（16）に導入することにより、液流体の貯留部（23）の液面を乱れと、該乱れによる液流体の飛散と、液流体の貯留部（23）内への気泡の混入とを低減する。

第２の発明は、第１の発明において、上記細分化手段（50）は、メッシュ部材（50）で構成されている。

この第２の発明では、上記細分化手段（50）をメッシュ部材（50）で構成したので、気泡を確実に細分化すると共に、気液二相流体が細分化手段（50）によって受ける抵抗が比較的小さくなる。

第３の発明は、第１の発明において、上記流入管（20）の開口端（21）と上記ガス流出管（40）の開口端（41）とは、容器本体（16）の上部に配置されると共に、容器本体（16）の相対向する側に向かい合うように配置される一方、上記液流出管（30）の開口端（31）は、容器本体（16）の下部に配置されている。

この第３の発明では、上記流入管（20）の開口端（21）と上記ガス流出管（40）の開口端（41）とは、容器本体（16）の上部に容器本体（16）の相対向する側に向かい合うように配置されるので、上記流入管（20）の開口端（21）が、容器本体（16）の下部の液流体の貯留部（23）に浸漬されることがないことから、該液流体の貯留部（23）に気液二相流体が直接導入されて該液流体の貯留部（23）に気泡が混入したり、該液流体の貯留部（23）の液面が乱れたりすることが防止されると共に、上記流入管（20）の開口端（21）と該開口端（21）が対向する容器本体（16）の内壁とが近接することが防止されることから、流入管（20）から流入した気液二相流体が容器本体（16）の内壁に衝突して飛散することが低減される。また、上記ガス流出管（40）の開口端（41）は、容器本体（16）内において上記流入管（20）の開口端（21）と所定間隔を隔てて配置されることから、上記流入管（20）から容器本体（16）に流入する気液二相流体が、ガス流出管（40）の開口端（41）から直接流出することもない。また、液流出管（30）の開口端（31）は、容器本体（16）内の下部の液流体の貯留部（23）に配置される。

第４の発明は、気液二相流体を液流体とガス流体とに分離する容器本体（16）と、気液二相流体を上記容器本体（16）に流入させるための流入管（20）と、上記容器本体（16）内の液流体を上記容器本体（16）から流出させるための液流出管（30）と、上記容器本体（16）内のガス流体を上記容器本体（16）から流出させるためのガス流出管（40）とを備えた気液分離器であって、上記容器本体（16）は、水平方向の長手方向長さが鉛直方向の長さよりも長く形成される一方、上記流入管（20）の開口端（21）と上記ガス流出管（40）の開口端（41）とは、容器本体（16）の上部に配置されると共に、容器本体（16）の長手方向の相対向する側に向かい合うように配置され、上記液流出管（30）の開口端（31）は、容器本体（16）の下部に配置されている。

この第４の発明は、上記流入管（20）の開口端（21）と上記ガス流出管（40）の開口端（41）とは、容器本体（16）の上部に配置されると共に、容器本体（16）の長手方向の相対向する側に向かい合うように配置されるので、上記流入管（20）の開口端（21）と該開口端（21）が対向する容器本体（16）の内壁との距離が長くなる。これにより、流入管（20）から流入する気液二相流体が、容器本体（16）の内壁に衝突して飛散することが確実に防止されるので、容器本体（16）内の下部の液流体の貯留部（23）の液面の乱れや気泡の混入が防止されると共に、衝突により飛散した流体が、ガス流出管（40）から流出することが防止される。また、ガス流出管（40）の開口端（41）が、上記流入管（20）の開口端（21）と確実に離隔されることから、上記流入管（20）から容器本体（16）に流入する気液二相流体が、ガス流出管（40）の開口端（41）から直接流出することも防止される。

第５の発明は、第１又は第４の発明において、上記容器本体（16）は、該容器本体（16）の下面（16d）が上記液流出管（30）の開口端（31）に対応する位置に向かって下方に傾斜するように設置されている。

この第５の発明において、容器本体（16）の下面（16d）とは、容器本体（16）の下側に位置する面を意味し、平坦な一面だけでなく、容器本体（16）の他の面と連続して形成される曲面等も含む。この第５の発明では、容器本体（16）内の液流体が少量である場合であっても、液流出管（30）の開口端（31）の周辺に確実に液流体を貯留して、液流体を液流出管（30）から流出させる。

第６の発明は、第１又は第４の発明において、上記流入管（20）は、容器本体（16）内に水平方向に導入される一方、開口端（21）が斜め下方に向かって開口している。
。

この第６の発明では、上記流入管（20）の開口端（21）が斜め下方に向かって開口しているので、気液二相流体が、容器本体（16）の内壁に衝突して飛散することがない。また、気液二相流体が、容器本体（16）の液流体の液面に対して垂直に落下するよりも、緩やかに落下するので、液流体の貯留部（23）の液面の乱れや気泡の混入が低減される。

第７の発明は、第１又は第４の発明において、上記流入管（20）は、水平方向に延びるように設置されている。

この第７の発明では、上記流入管（20）が水平方向に延びるように設置されているので、気液二相流体がスラグ流となる場合であっても、該スラグ流のガス流体からなる大きな気泡の塊が壊れやすくなる。

第８の発明は、第３又は第４の発明において、上記ガス流出管（40）の開口端（41）は、上記流入管（20）の開口端（21）の上方に配置されている。

この第８の発明では、上記ガス流出管（40）の開口端（41）が、上記流入管（20）の開口端（21）の上方に配置されているので、流入管（20）から流入した気液二相流体が落下して、上記ガス流出管（40）の開口端（41）から直接流出することがない。

第９の発明は、第１又は第４の発明に記載の気液分離器（18）を有する冷媒回路（10）を備えた冷凍装置であって、上記冷媒回路（10）は、第１膨張機構（17）と蒸発器（13）と低段側圧縮機（11）と高段側圧縮機（12）と凝縮器（14）と第２膨張機構（15）とが順に接続されて２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行うように構成され、上記凝縮器（14）を流れた後に上記第２膨張機構（15）で減圧された中間圧の気液二相冷媒が、上記気液分離器（18）の容器本体（16）に流入するように、上記気液分離器（18）の流入管（20）が上記第２膨張機構（15）の下流側に接続され、上記気液分離器（18）で分離された液冷媒が上記第１膨張機構（17）に供給されるように、上記気液分離器（18）の液流出管（30）が上記第１膨張機構（17）の上流側に接続される一方、上記気液分離器（18）で分離されたガス冷媒が高段側圧縮機（12）の吸入側に供給されるように上記気液分離器（18）のガス流出管（40）が高段側圧縮機（12）の吸入側に接続されている。

この第９の発明では、第１又は第４の発明に記載の気液分離器（18）を有した冷媒回路（10）が２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行うので、上記第２膨張機構（15）で中間圧に減圧された気液二相冷媒を上記気液分離器（18）で液冷媒とガス冷媒とに確実に分離して、高段側圧縮機（12）の吸入側に供給されるガス冷媒に液冷媒が混入するのを防止すると共に、第１膨張機構（17）を介して蒸発器（13）に供給される液冷媒にガス冷媒が混入するのを防止する。これにより、蒸発器（13）における蒸発能力の安定化と、凝縮器（14）における凝縮能力の安定化を図り、運転の安定化を図る。

上記第１の発明によれば、上記流入管（20）に上記細分化手段（50）を設けたために、上記流入管（20）を流れる気液二相流体がスラグ流となる場合であっても、ガス流体からなる大きな気泡を細分化して該気液二相流体を均一化することができるので、該気液二相流体を規則的で安定した流動状態で容器本体（16）に導入することができる。そして、該容器本体（16）内では、気液二相流体が液流体とガス流体とに分離され、下部に液流体の貯留部（23）が形成され、上部にガス流体の貯留部（24）が形成されているが、このように気液二相流体が規則的な流動状態で容器本体（16）に導入されるので、液流体の貯留部（23）の液面を乱れと、該乱れによる液流体の飛散と、液流体の貯留部（23）の気泡の混入とを低減することができる。これにより、液流体の貯留部（23）から液流出管（30）へ流れる液流体にガス流体が混入することを防止することができると共に、ガス流体の貯留部（24）からガス流出管（40）へ流れるガス流体に液流体が混入することを防止することができるので、気液分離性能を向上させることができる。

また、上記第２の発明によれば、上記細分化手段（50）をメッシュ部材（50）で構成したために、気泡を確実に細分化することができると共に、気液二相流体が細分化手段（50）によって受ける抵抗を比較的小さくすることができる。これにより、容器本体（16）に流入する気液二相流体は、さらに規則的で安定した流動状態となる。

また、上記第３の発明によれば、上記流入管（20）の開口端（21）と上記ガス流出管（40）の開口端（41）とを、容器本体（16）の上部において、容器本体（16）の相対向する側に向かい合うように配置したために、上記流入管（20）の開口端（21）から容器本体（16）の下部の液流体の貯留部（23）に気液二相流体が直接導入されることを防止することができると共に、上記流入管（20）の開口端（21）から流入する気液二相流体が容器本体（16）の内壁に衝突して飛散することを防止することができるので、該液流体の貯留部（23）に気泡が混入したり、該液流体の貯留部（23）の液面が乱れたりすることを確実に防止することができる。また、上記ガス流出管（40）の開口端（41）は、容器本体（16）内において上記流入管（20）の開口端（21）と所定間隔を隔てて配置することができるので、上記流入管（20）から容器本体（16）に流入する気液二相流体が、ガス流出管（40）の開口端（41）から直接流出することを防止することができる。このようにして、液流体の貯留部（23）から液流出管（30）へ流れる液流体にガス流体が混入することを確実防止することができると共に、ガス流体の貯留部（24）からガス流出管へ流れるガス流体に液流体が混入することを確実防止することができる。

また、上記第４の発明によれば、上記流入管（20）の開口端（21）と上記ガス流出管（40）の開口端（41）とを、容器本体（16）の上部に配置すると共に、容器本体（16）の長手方向の相対向する側に向かい合うように配置したために、上記流入管（20）の開口端（21）と該開口端（21）が対向する容器本体（16）の内壁との距離を長くすることができるので、流入管（20）から流入する気液二相流体が、容器本体（16）の内壁に衝突して飛散することを確実に防止することができることから、容器本体（16）内の下部の液流体の貯留部（23）の液面の乱れや気泡の混入が防止することができると共に、衝突により飛散した流体が、ガス流出管（40）から流出することを防止することができる。また、ガス流出管（40）の開口端（41）が、上記流入管（20）の開口端（21）と確実に離隔して配置することができるので、上記上記流入管（20）から容器本体（16）に流入する気液二相流体が、ガス流出管（40）の開口端（41）から直接流出することを防止することができる。このようにして、液流体の貯留部（23）から液流出管（30）へ流れる液流体にガス流体が混入することを確実防止することができると共に、ガス流体の貯留部（24）からガス流出管へ流れるガス流体に液流体が混入することを確実防止することができるので、気液分離性能を向上させることができる。

また、上記第５の発明によれば、容器本体（16）の下面（16d）を上記液流出管（30）の開口端（31）に対応する位置に傾斜させたために、容器本体（16）内の液流体が少量であっても、液流出管（30）の開口端（31）周辺に確実に液流体を貯留させることができる。これにより、液流出管（30）から確実に液流体を流出させることができると共に、この液流体を流出させる際に、ガス流体が混入することを防止することができる。

また、上記第６の発明によれば、上記流入管（20）を容器本体（16）に水平方向に導入して、開口端（21）を斜め下方に向かって開口させたために、気液二相流体が、容器本体（21）の内壁に衝突して飛散することを防止することができる。また、気液二相流体が、容器本体（16）の液流体の液面に対して垂直に落下するよりも、緩やかに落下させることができるので、液流体の貯留部（23）の液面の乱れや気泡の混入を低減することができる。

また、上記第７の発明によれば、上記流入管（20）を水平方向に延びるように設置したために、気液二相流体がスラグ流となる場合であっても、該スラグ流のガス流体からなる大きな気泡の塊が壊れやすくなるので、スラグ流の発生を抑制することができる。

また、上記第８の発明によれば、上記ガス流出管（40）の開口端（41）を、上記流入管（20）の開口端（21）の上方に配置したために、流入管（20）から流入した気液二相流体が落下して上記ガス流出管（40）の開口端（41）から直接流出することを防止することができる。

また、上記第９の発明によれば、第１又は第４の発明に記載の気液分離器（18）を有した冷媒回路（10）が２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行うようにしたために、上記第２膨張機構（15）で中間圧に減圧された気液二相冷媒を上記気液分離器（18）で液冷媒とガス冷媒とに確実に分離することができるので、高段側圧縮機（12）の吸入側に供給されるガス冷媒に液冷媒が混入するのを防止することができると共に、第１膨張機構（17）を介して蒸発器（13）に供給される液冷媒にガス冷媒が混入するのを防止することができる。これにより、蒸発器（13）における蒸発能力の安定化すると共に、凝縮器（14）における凝縮能力の安定化するので、運転の安定化を図ることができることから、装置としての信頼性を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

《発明の実施形態１》
本実施形態は、図１に示すように、２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）を備え、庫内の冷凍運転を行う冷凍装置（1）である。

〈冷媒回路の構成〉
上記冷媒回路（10）は、図１に示すように、低段側圧縮機（11）と高段側圧縮機（12）と冷凍熱交換器（13）と室外熱交換器（14）と主膨張弁（17）と中間膨張弁（15）と本発明の特徴である気液分離器（18）とを備えている。

上記低段側圧縮機（11）の吐出側は、高段側圧縮機（12）の吸入側に接続されている。上記低段側圧縮機（11）と高段側圧縮機（12）とは、例えば、スクロール型圧縮機から構成されている。

上記冷凍熱交換器（13）は、庫内に設置され、冷媒が蒸発して庫内の冷却を行うものであり、蒸発器に構成されている。該冷凍熱交換器（13）は、出口側が低段側圧縮機（11）の吸入側に接続されている。該冷凍熱交換器（13）は、例えば、フィン・アンド・チューブ型熱交換器から構成されている。また、上記冷凍熱交換器（13）の入口側は、主膨張弁（17）の出口側に接続されている。上記主膨張弁（17）は、開度調整可能な電子膨張弁であり、第１膨張機構に構成されている。

上記室外熱交換器（14）は、室外に設置されて、冷媒が凝縮するものであり、凝縮器に構成されている。該室外熱交換器（14）は、入口側が高段側圧縮機（12）の吐出側に接続されている。また、上記室外熱交換器（14）は、例えば、フィン・アンド・チューブ熱交換器から構成されている。また、上記室外熱交換器（14）の出口側は中間膨張弁（15）の入口側に接続されている。該中間膨張弁（15）は、開度調整可能な電子膨張弁であり、第２膨張機構に構成されている。

上記気液分離器（18）は、容器本体（16）と流入管（20）と液流出管（30）とガス流出管（40）とを備えている。該容器本体（16）は、流入管（20）を介して中間膨張弁（15）の下流側である出口側に接続し、液流出管（30）を介して主膨張弁（17）の上流側である入口側に接続し、ガス流出管（40）を介して高段側圧縮機（12）の吸入側に接続している。このようにして、該中間膨張弁（15）の出口側は、上記気液分離器（18）を介して主膨張弁（17）の上流側である入口側と、上記高段側圧縮機（12）の吸入側とに接続されている。

〈気液分離器の構成〉
次に、上記気液分離器（18）の構成を、図２に基づいて、より詳細に説明する。

上記気液分離器（18）の容器本体（16）は、軸方向に長い略円筒状に形成され、該軸方向が鉛直方向となるように配置されている。上記容器本体（16）は、円筒の側面である胴部に、第１貫通孔（16a）と第２貫通孔（16b）と第３貫通孔（16c）とを備えている。上記第１貫通孔（16a）は、容器本体（16）の胴部の上部に設けられ、上記第２貫通孔（16b）は、容器本体（16）の胴部における上記第１貫通孔（16a）と対向する側であって且つ上記第１貫通孔（16a）よりも高い位置に設けられ、上記第３貫通孔（16c）は、容器本体（16）の胴部の下部に設けられている。また、容器本体（16）の内部では、下部に液冷媒の貯留部（23）が形成される一方、その上側にガス冷媒の貯留部（24）が形成される。

上記流入管（20）は、全体に亘って水平方向に延びるように配置されている。また上記流入管（20）の開口端（21）は、上記容器本体（16）の第１貫通孔（16a）を該容器本体（16）の胴部に対して略垂直に貫通して、容器本体（16）内に導入され、容器本体（16）の水平方向の中心よりも第１貫通孔（16a）を有する胴部側に配置されている。また、上記流入管（20）の開口端（21）は、鉛直方向に対して約４５°の角度をなして斜め下方に向かって開口している。

上記流入管（20）には、本発明の特徴であるメッシュ部材（50）が設けられている。具体的に、上記流入管（20）では、容器本体（16）の第１貫通孔（16a）の貫通部が容器本体（16）にろう付けされ、該貫通部の直近に上記メッシュ部材（50）が配置されている。該メッシュ部材（50）は、中空の円錐状に形成されて、該円錐の底面が開口する一方、該円錐の側面が金属製の線材を編んだ網材で構成されている。そして、メッシュ部材（50）の円錐の頂点が開口端（21）側となるように配置されている。つまり、流入管（20）では、中間膨張弁（15）を流れた冷媒が、メッシュ部材（50）の開口した底面を通って円錐の頂点に向かって流れ、その際に、側面の網材を通過するように構成されている。

上記ガス流出管（40）は、開口端（41）が、上記容器本体（16）の第２貫通孔（16b）を容器本体（16）の胴部に対して略垂直に貫通して、容器本体（16）内に導入されている。また、上記ガス流出管（40）の開口端（41）は、容器本体（16）の水平方向の中心より第２貫通孔（16b）を有する胴部側に配置されている。

このようにして、上記流入管（20）の開口端（21）とガス流出管（40）の開口端（41）とは、容器本体（16）の上部であるガス冷媒の貯留部（24）に配置され、且つ容器本体（16）の相対向する側に向かい合うように配置されている。また、ガス流出管（40）の開口端（41）は、上記流入管（20）の開口端（21）の上方に配置されている。

上記液流出管（30）は、開口端（31）が、容器本体（16）の第３貫通孔（16c）を容器本体（16）の胴部に対して略垂直に貫通することにより、容器本体（16）の下部の液冷媒の貯留部（23）に配置されている。

−運転動作−
次に、上記冷凍装置（1）の運転動作について説明する。

上記冷凍装置（1）を起動すると、冷媒回路（10）では、各圧縮機（11,12）の運転が開始し、各膨張弁（15,17）の開度が適宜設定され、冷媒が図１の矢印の方向に循環する。

高段側圧縮機（12）から吐出した高圧の冷媒は、室外熱交換器（14）を流れ、室外空気に放熱して凝縮する。凝縮した冷媒は、中間膨張弁（15）を流れて、中間圧まで減圧され、気液二相状態の冷媒となる。

上記気液二相状態の冷媒は、気液分離器（18）の流入管（20）を流れ、メッシュ部材（50）を通過する。この際、該気液二相状態の冷媒中の気泡は細分化される。つまり、図２に示すように、流入管（20）中の気液二相冷媒がスラグ流となって、ガス冷媒の大きな塊からなる気泡（80）が流れる場合であっても、この気泡（80）がメッシュ部材（50）を通過して細分化されて微小な気泡（81）となり、気液二相冷媒は、液冷媒中に微少な気泡（81）が分散した均一化された状態となる。そして、このメッシュ部材（50）が開口端（21）の近傍に設けられているために、気液二相冷媒は、均一化された状態が維持されたまま、鉛直方向に向かって４５°下方に開口している開口端（21）から、液冷媒の貯留部（23）に向かって緩やかに落下するようにして容器本体（16）の内部に導入される。このようにして、気液二相冷媒は、安定した流動状態で容器本体（16）内に導入されるので、液冷媒の貯留部（23）が泡立ち気泡が生じたり、該液冷媒の貯留部（23）の液面が乱れて、液冷媒が飛散したりすることことが低減される。そして、容器本体（16）内に導入された気液二相冷媒は、液冷媒とガス冷媒とに分離され、該ガス冷媒は、容器本体（16）上部のガス冷媒貯留部（24）に貯留され、上記液冷媒は、容器本体（16）下部の液冷媒貯留部（23）に貯留される。

容器本体（16）の液冷媒は、上記液流出管（30）を流れて主膨張弁（17）を通過し、低圧まで減圧されて膨張する。膨張した冷媒は、冷凍熱交換器（13）を流れる際に、庫内空気から吸熱して蒸発し、庫内空気を冷却する。

蒸発した冷媒は、低段側圧縮機（11）に吸入され、中間圧まで圧縮されて吐出される。そして、該中間圧の吐出冷媒に、上記気液分離器（18）の容器本体（16）内のガス冷媒がガス流出管（40）を介して供給され、高段側圧縮機（11）に吸入される。

−実施形態１の効果−
上記冷凍装置（1）では、気液分離器（18）の流入管（20）に、メッシュ部材（50）を設けたために、流入管（20）を流れる気液二相冷媒中のガス冷媒からなる気泡（80）を確実に細分化することができるので、該気液二相冷媒を均一化された状態とすることができる。これにより、気液二相冷媒は、規則的で安定した流動状態で容器本体（16）に導入されるので、液冷媒の貯留部（23）の液面を乱れと、該乱れによる液冷媒の飛散と、液冷媒の貯留部（23）の泡立ち等による気泡の混入とを低減することができる。

さらに、上記流入管（20）は、全体に亘って水平方向に延びるように設置されているので、気液二相流体中のガス冷媒からなる大きな気泡の塊が壊れやすくなっており、メッシュ部材（50）を通過する前から大きな気泡（80）の発生を抑制することができる。

また、上記気液分離器（18）では、上記流入管（20）の開口端（21）とガス流出管（40）の開口端（41）とは、容器本体（16）の上部であるガス冷媒の貯留部（24）に配置され、且つ容器本体（16）の相対向する側に向かい合うように配置したために、上記流入管（20）の開口端（21）から液冷媒の貯留部（23）に気液二相冷媒が直接導入されることを防止することができると共に、上記流入管（20）の開口端（21）から流入する気液二相冷媒が容器本体（16）の内壁に衝突して飛散することを防止することができるので、該液冷媒の貯留部（23）に気泡が混入したり、該液流体の貯留部（23）の液面が乱れたりすることを防止することができる。さらに、上記流入管（20）の開口端（21）は、約４５°に屈曲して斜め下方に向かって開口しているので、気液二相冷媒が、容器本体（16）の胴部に対して衝突することを、より確実に防止することができると共に、容器本体（16）内の液冷媒の貯留部（23）の液面に対して垂直に落下するよりも緩やかに落下するので、液冷媒の貯留部（23）の液面の乱れや泡立ちを低減することができる。

そして、ガス流出管（40）の開口端（41）は、容器本体（16）において上記流入管（20）の開口端（21）と相対向する側に配置され、さらに、上記流入管（20）の開口端（21）の上方に配置されているので、該流入管（20）から容器本体（16）に流入した気液二相冷媒が、上記ガス流出管（40）から直接流出することを防止することができる。

また、上記液流出管（30）の開口端（31）を、容器本体（16）の下部の液冷媒の貯留部（23）に配置したために、液流出管（30）から液冷媒が流出する際に、ガス冷媒が混入することを防止することができる。

以上のように、気液分離器（18）の各配管（20,30,40）を配置したことにより、液冷媒の貯留部（23）から液流出管（30）へ流れる液冷媒にガス冷媒が混入することを防止することができると共に、ガス冷媒の貯留部（24）からガス流出管（40）へ流れるガス冷媒に液冷媒が混入することを防止することができるので、気液分離性能を向上させることができる。

また、上記冷凍装置（1）において、冷媒回路（10）の気液分離器（18）の気液分離性能が向上するので、冷凍熱交換器（13）における蒸発能力と、室外熱交換器（14）における凝縮能力とが安定化されることから、運転の安定化を図ることができる。この結果、冷凍装置（1）の信頼性を向上させることができる。

〈実施形態１の変形例１〉
本実施形態は、上記実施形態１の気液分離器（1）では、流入管（20）が１本の配管から構成されていたことに代わり、図３に示すように、流入管（20）を、主配管部（20a）とメッシュ配管部（20b）とろう付け配管部（20c)とを順に接続することにより構成したものである。

具体的に、ろう付け配管部（20c）は、ケーシング（10）の第１貫通孔（16a）にろう付けされている。メッシュ配管部（20b）は、管径が、ろう付け配管部（20c）及び主配管（20a）の管径より大径に形成され、実施形態１と同様に円錐状に形成されたメッシュ部材（50）が配置されている。そして、主配管部（20a）は、該メッシュ配管部（20b）を介して、上記ろう付け配管部（20c）と接続されてる。

本実施形態では、流入管（20）を３つの配管部（20a,20b,20c）から構成したことにより、メッシュ部材（50）のメンテナンスや交換を容易に行うことができる。また、メッシュ配管部（20b）では、気液二相状態の冷媒が流れる際に、メッシュ部材（50）が抵抗となるが、やや大径に形成したことにより、抵抗を低減することができる。

その他の構成、作用及び効果は実施形態１と同じである。

〈実施形態１の変形例２〉
本実施形態は、上記実施形態１の気液分離器（1）が、容器本体（16）を略円筒状に形成したことに代わり、図４に示すように、容器本体（16）の下面（16d）を液流出管（30）の開口端（31）に対応する位置に向かって下方に傾斜させたものである。

本実施形態では、容器本体（16）の下面（16d）が上記液流出管（30）の開口端（31）に対応する位置に向かって下方に傾斜しているので、容器本体（16）内の液冷媒が少量であっても、液流出管（30）の開口端（31）周辺に確実に液冷媒を貯留させることができることから、液流出管（30）から確実に液冷媒を流出させることができる。また、液流出管（30）の開口端（31）が、ガス冷媒貯留部（24）に晒されることがないことから、液流出管（30）からガス冷媒が流出することを防止することができる。

その他の構成、作用及び効果は、実施形態１と同じである。

《発明の実施形態２》
本実施形態は、上記実施形態１と同様に、２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行う冷媒回路を備え、庫内の冷凍運転を行う冷凍装置であり、上記実施形態１と冷媒回路における気液分離器（18）の構成のみが異なる。

本実施形態の気液分離器（18）は、図５に示すように、上記容器本体（16）が、水平方向の長手方向長さが鉛直方向の長さよりも長く形成されている。また、上記気液分離器（18）の流入管（20）には、細分化手段であるメッシュ部材（50）が設けられていない。

具体的に、上記気液分離器（18）の容器本体（16）は、上記実施形態１の円筒状の容器本体（16）を、該円筒の軸方向が水平方向になるように横置きに設置されることにより、水平方向の長手方向長さが鉛直方向の長さよりも長く形成されている。

また、上記容器本体（16）の円筒の２つの底面のうち一方には、上部に第１貫通孔（16a）が、下部に第３貫通孔（16c）が、それぞれ形成されている。そして、流入管（20）と液流出管（30）とは、それぞれ、上記第１貫通孔（16a）と第３貫通孔（16c）とを容器本体（16）の底面に対して略垂直に貫通して容器本体（16）に接続されている。一方、容器本体（16）の底面のうち他方には、第１貫通孔（16a）に対応する位置の上部に第２貫通孔（16b）が形成され、該第２貫通孔（16b）にガス流出管（40）が貫通して接続されている。また、上記流入管（20）の開口端（21）と上記液流出管（30）の開口端（31）とは、容器本体（16）の水平方向の中心より第１貫通孔（16a）と第３貫通孔（16b）を有する底面側に配置されている。また、上記ガス流出管（40）の開口端（41）は、容器本体（16）の水平方向の中心より第２貫通孔（16b）を有する底面側に配置されている。

このようにして、上記液流出管（20）の開口端（21）とガス流出管（40）の開口端（41）とは、容器本体（16）上部のガス冷媒の貯留部（24）に配置され、且つ容器本体（16）の長手方向の相対向する側に向かい合うようにして配置されている。また、ガス流出管（40）の開口端（41）は、上記流入管（20）の開口端（21）の上方に配置されている。一方液流出管（30）は、開口端（31）は、容器本体（16）下部の液冷媒の貯留部（24）に配置されている。

本実施形態では、上記実施形態１と同じ形状の容器本体（16）を用いているが、容器本体（16）の水平方向が長手方向となるように設置したために、以下のような効果を奏す。まず、上記流入管（20）の開口端（21）と、該開口端（21）が対向する上記容器本体（16）の内壁（第２貫通孔（16b）を有した底面）との距離を長くすることができるので、流入管（20）を流れる気液二相冷媒がスラグ流となって一時的に流速が速くなる場合であっても、上記流入管（20）から流入した気液二相冷媒が、容器本体（16）の内壁に衝突することを防止することができる。これにより、この衝突によって生じる気液二相冷媒の飛散を防止することができるので、飛散した冷媒が、ガス流出管（40）から流出することを防止することができると共に、飛散した冷媒が液冷媒の貯留部（23）に落下して生じる液面の乱れ、該液面の乱れによって生じる液冷媒の飛散、及び液冷媒の貯留部（23）への気泡の混入を確実に防止することができる。さらに、流入管（20）の開口端（21）とガス流出管（40）の開口端（41）とを、確実に離隔して配置することができるので、該流入管（20）から流入した気液二相冷媒が、ガス流出管（40）から直接流出することを確実に防止することができる。

このようにして、上記気液分離器（18）では、ガス流出管（40）から流出するガス冷媒に液冷媒が混入することを防止することができると共に、液流出管（30）から流出する液冷媒にガス冷媒が混入することができるので、該気液分離器（18）の気液分離性能が向上する。

なお、本実施形態では、容器本体（16）の長手方向を水平方向とすることにより、流入管（20）から流入した気液二相冷媒が、容器本体（16）の内壁に衝突することが防止されているが、実施形態１と同様に、流入管（20）の開口端（21）が斜め下方に向かって開口するようにして、流入管（20）から流入した気液二相冷媒が、容器本体（16）の内壁に衝突することを、より確実に防止するようにしてもよい。

その他の構成、作用及び効果は、実施形態１と同じである。

−実施形態２の変形例１−
本実施形態は、上記実施形態２の気液分離器（18）の流入管（20）に、メッシュ部材（50）を設けたものである。

本実施形態では、上記メッシュ部材（50）を設けたことにより、流入管（20）から容器本体（50）内に導入される気液二相冷媒が均一化されて、該気液二相冷媒の流動状態が規則的かつ安定的となるので、液冷媒の貯留部（23）の液面の乱れや、該液面の乱れによるガス冷媒の貯留部（24）への液冷媒の飛散や、液冷媒の貯留部（23）の泡立ち等による気泡の混入などが防止される。これにより、上記気液分離器（18）の気液分離性能がさらに向上する。

その他の構成、作用及び効果は、実施形態２と同じである。

−実施形態２の変形例２−
本実施形態は、上記実施形態２の気液分離器（18）の容器本体（16）を、ガス流出管（40）が貫通した底面から液流出管（30）が貫通した底面の方向に向かって下方に傾斜させて設置させたものである。これにより、上記容器本体（16）の円筒の側面における下側部分（16d）が上記液流出管（30）の開口端（31）に対応する位置に向かって下方に傾斜し、上記側面における下側部分（16d）が容器本体（16）の下面に構成されている。また、本実施形態では、容器本体（16）のみが傾斜して配置され、各配管（20,30,40）は、容器本体（16）に水平方向に配置されている。

本実施形態では、容器本体（16）内の液冷媒が少量であっても、液流出管（30）の開口端（31）周辺に、確実に液冷媒を貯留させることができるので、液流出管（30）から確実に液冷媒を流出させることができる。また、液流出管（30）の開口端（31）がガス冷媒の貯留部（24）に晒されることを防止することができるので、液流出管（30）からガス冷媒が流出することを防止することができる。

なお、本実施形態では、容器本体（16）全体を傾斜させることにより、容器本体（16）の円筒側面の下側部分（16d）が、上記液流出管（30）の開口端（31）に対応する位置に向かって下方に傾斜するようにしたが、実施形態１の変形例２と同様に、容器本体（16）の下側部分（16d）のみが、上記液流出管（30）の開口端（31）に対応する位置に向かって下方に傾斜する形状としてもよい。また、各配管（20,30,40）を、容器本体（16）の底面に対して略垂直になるように導入して、容器本体（16）と同じ方向に傾斜するように配置してもよい。

その他の構成、作用及び効果は、実施形態２と同じである。

《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

上記各実施形態の冷凍装置（1）は、庫内の冷凍運転を行う冷凍装置としたが、気液分離器を有して２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍装置であればよく、例えば、室内の冷房運転又は暖房運転を行う冷凍装置であってもよく、さらに、冷暖房運転切換可能な冷凍装置や、単段圧縮単段膨張運転と２段圧縮２段膨張運転が切換可能な冷凍装置であってもよい。また、冷媒回路の圧縮機（11,12）や熱交換器（13,14）の構成も特に限定されない。

また、上記実施形態１では、気液分離器（18）の流入管（20）に設けたメッシュ部材（50）を円錐状に形成したが、メッシュ部材（50）の形状等は特に限定されず、例えば、板状のメッシュ部材を一枚又は複数枚重ねて流入管（20）内に配置するなどしてもよい。

また、上記各実施形態では、気液分離器（18）の容器本体（16）を円筒形としたが、容器本体（16）の形状は特に限定されず、例えば、直方体のものであってもよい。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、気液分離器及び該気液分離器を有する冷媒回路を備えた冷凍装置について有用である。

実施形態１に係る冷凍装置の冷媒回路の配管系統図である。 実施形態１に係る気液分離器の縦断面図である。 実施形態１の変形例１に係る気液分離器の縦断面図である。 実施形態１の変形例２に係る気液分離器の縦断面図である。 実施形態２に係る気液分離器の縦断面図である。 実施形態２の変形例１に係る気液分離器の縦断面図である。 実施形態２の変形例２に係る気液分離器の縦断面図である。 従来の気液分離器の縦断面図である。 従来の気液分離器の縦断面図である。

符号の説明

1 冷凍装置
10 冷媒回路
11 低段側圧縮機
12 高段側圧縮機
13 冷凍熱交換器（蒸発器）
14 室外熱交換器（凝縮器）
15 主膨張弁（第２膨張機構）
16 容器本体
16d 下側部分（下面）
17 中間膨張弁（第１膨張機構）
18 気液分離器
20 流入管
21 開口端
30 液流出管
31 開口端
40 ガス流出管
41 開口端
50 メッシュ部材（細分化手段）

Claims (9)

1. 気液二相流体を液流体とガス流体とに分離する容器本体（16）と、
   気液二相流体を上記容器本体（16）に流入させるための流入管（20）と、
   上記容器本体（16）内の液流体を上記容器本体（16）から流出させるための液流出管（30）と、
   上記容器本体（16）内のガス流体を上記容器本体（16）から流出させるためのガス流出管（40）とを備えた気液分離器であって、
   上記流入管（20）には、気液二相流体中の気泡を細分化する細分化手段（50）が設けられている
   ことを特徴とする気液分離器。
2. 請求項１において、
   上記細分化手段（50）は、メッシュ部材（50）で構成されている
   ことを特徴とする気液分離器。
3. 請求項１において、
   上記流入管（20）の開口端（21）と上記ガス流出管（40）の開口端（41）とは、容器本体（16）の上部に配置されると共に、容器本体（16）の相対向する側に向かい合うように配置される一方、
   上記液流出管（30）の開口端（31）は、容器本体（16）の下部に配置されている
   ことを特徴とする気液分離器。
4. 気液二相流体を液流体とガス流体とに分離する容器本体（16）と、
   気液二相流体を上記容器本体（16）に流入させるための流入管（20）と、
   上記容器本体（16）内の液流体を上記容器本体（16）から流出させるための液流出管（30）と、
   上記容器本体（16）内のガス流体を上記容器本体（16）から流出させるためのガス流出管（40）とを備えた気液分離器であって、
   上記容器本体（16）は、水平方向の長手方向長さが鉛直方向の長さよりも長く形成される一方、
   上記流入管（20）の開口端（21）と上記ガス流出管（40）の開口端（41）とは、容器本体（16）の上部に配置されると共に、容器本体（16）の長手方向の相対向する側に向かい合うように配置され、
   上記液流出管（30）の開口端（31）は、容器本体（16）の下部に配置されている
   ことを特徴とする気液分離器。
5. 請求項１又は４において、
   上記容器本体（16）は、該容器本体（16）の下面（16d）が上記液流出管（30）の開口端（31）に対応する位置に向かって下方に傾斜するように設置されている
   ことを特徴とする気液分離器。
6. 請求項１又は４において、
   上記流入管（20）は、容器本体（16）内に水平方向に導入される一方、開口端（21）が斜め下方に向かって開口している
   ことを特徴とする気液分離器。
7. 請求項１又は４において、
   上記流入管（20）は、水平方向に延びるように設置されている
   ことを特徴とする気液分離器。
8. 請求項３又は４において、
   上記ガス流出管（40）の開口端（41）は、上記流入管（20）の開口端（21）の上方に配置されている
   ことを特徴とする気液分離器。
9. 請求項１又は４に記載の気液分離器（18）を有する冷媒回路（10）を備えた冷凍装置であって、
   上記冷媒回路（10）は、第１膨張機構（17）と蒸発器（13）と低段側圧縮機（11）と高段側圧縮機（12）と凝縮器（14）と第２膨張機構（15）とが順に接続されて２段圧縮２段膨張冷凍サイクルを行うように構成され、
   上記凝縮器（14）を流れた後に上記第２膨張機構（15）で減圧された中間圧の気液二相冷媒が、上記気液分離器（18）の容器本体（16）に流入するように、上記気液分離器（18）の流入管（20）が上記第２膨張機構（15）の下流側に接続され、
   上記気液分離器（18）で分離された液冷媒が上記第１膨張機構（17）に供給されるように、上記気液分離器（18）の液流出管（30）が上記第１膨張機構（17）の上流側に接続される一方、
   上記気液分離器（18）で分離されたガス冷媒が高段側圧縮機（12）の吸入側に供給されるように上記気液分離器（18）のガス流出管（40）が高段側圧縮機（12）の吸入側に接続されている
   ことを特徴とする冷凍装置。

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