JP2007298258A - Gas-liquid separator module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル中に設けられる気液分離器モジュールに関し、とくに、気液分離器内に内部熱交換器を一体的に組み込んだ、車両用空調装置の冷凍サイクル等に用いて好適な気液分離器モジュールに関する。 The present invention relates to a gas-liquid separator module provided in a vapor compression refrigeration cycle, and more particularly, to a refrigeration cycle of a vehicle air conditioner in which an internal heat exchanger is integrated in a gas-liquid separator. And a suitable gas-liquid separator module.
蒸気圧縮式の冷凍サイクル、とくに、超臨界域を含む冷凍サイクル、例えば、二酸化炭素等の自然系冷媒を使用する冷凍サイクルにおいては、冷凍サイクルの効率向上のため、放熱器の出口側冷媒と圧縮機の吸入側冷媒との間で熱交換させる内部熱交換器を具備させる技術が一般的に広く知られている。そして、この種の冷凍サイクルにおいて、部品点数の削減、省スペース化等のために、気液分離器と内部熱交換器を一体化する技術も提案されている(例えば、特許文献1〜5)。 In a vapor compression refrigeration cycle, particularly in a refrigeration cycle including a supercritical region, for example, a refrigeration cycle using a natural refrigerant such as carbon dioxide, the refrigerant is compressed with the refrigerant at the outlet side of the radiator to improve the efficiency of the refrigeration cycle. A technique for providing an internal heat exchanger for exchanging heat with a refrigerant on the suction side of a machine is generally widely known. And in this kind of refrigerating cycle, the technique which unifies a gas-liquid separator and an internal heat exchanger is proposed for reduction of a number of parts, space saving, etc. (for example, patent documents 1-5). .
この一体化は、次のような思想に基づく技術である。例えば図6に示す冷凍サイクル101は、冷媒を圧縮し吐出する圧縮機102と、圧縮機102から吐出された冷媒を冷却する放熱器103と、放熱器103の出口側冷媒を減圧する減圧装置104と、減圧装置104で減圧された低圧冷媒を蒸発させる蒸発器105と、蒸発器105で蒸発した冷媒を気液分離するとともに気液分離された低圧冷媒を圧縮機102の吸入側に流出させる気液分離器106と、放熱器103の出口側冷媒と圧縮機102の吸入側冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器107とを備えているが、この内部熱交換器107を例えば気液分離器106内に組み込んで一体化されたモジュール108として構成するものである。
ところが、上記特許文献1〜5で開示されているような構造においては、気液分離器と内部熱交換器の一体化により部品点数は低減するものの、気液分離器の基本性能である気液分離性能に関しては、積極的に向上することが意図されていない。したがって、冷凍サイクルの部品点数の削減や省スペース化等は達成できるかも知れないが、気液分離性能の向上による冷凍サイクルの性能向上は期待できない。
However, in the structures as disclosed in
そこで本発明の課題は、上記のような従来技術における問題点に着目し、内部熱交換器としての熱交換性能を維持しつつ、気液分離器本来の機能である気液分離性能を向上させることが可能な、内部熱交換器一体型気液分離器としての気液分離器モジュールを提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to improve the gas-liquid separation performance, which is the original function of the gas-liquid separator, while maintaining the heat exchange performance as an internal heat exchanger, focusing on the problems in the prior art as described above. An object of the present invention is to provide a gas-liquid separator module as an internal heat exchanger-integrated gas-liquid separator.
上記課題を解決するために、本発明に係る気液分離器モジュールは、冷媒を圧縮し吐出する圧縮機と、該圧縮機から吐出された冷媒を冷却する放熱器と、該放熱器の出口側冷媒を減圧する減圧装置と、該減圧装置で減圧された低圧冷媒を蒸発させる蒸発器と、該蒸発器で蒸発した冷媒を気液分離するとともに気液分離された低圧冷媒を前記圧縮機の吸入側に流出させる気液分離器と、前記放熱器の出口側冷媒と前記圧縮機の吸入側冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器とを備えた冷凍サイクルに設けられ、前記内部熱交換器が前記気液分離器内に一体的に組み込まれた気液分離器モジュールにおいて、前記内部熱交換器を、前記気液分離器の内部を上下室に区画するように前記気液分離器内に配置したことを特徴とするものからなる。 In order to solve the above problems, a gas-liquid separator module according to the present invention includes a compressor that compresses and discharges a refrigerant, a radiator that cools the refrigerant discharged from the compressor, and an outlet side of the radiator A decompression device that decompresses the refrigerant, an evaporator that evaporates the low-pressure refrigerant decompressed by the decompression device, and gas-liquid separation of the refrigerant evaporated by the evaporator and suction of the low-pressure refrigerant separated from the liquid into the compressor Provided in a refrigeration cycle comprising a gas-liquid separator that flows out to the side, and an internal heat exchanger that exchanges heat between an outlet-side refrigerant of the radiator and a suction-side refrigerant of the compressor, In the gas-liquid separator module in which an exchanger is integrally incorporated in the gas-liquid separator, the gas-liquid separator is configured so that the internal heat exchanger is partitioned into upper and lower chambers. It is characterized by being placed inside.
つまり、この気液分離器モジュールにおいては、気液分離器の内部が、内部熱交換器によって明確に上室と下室とに区画されるので、気液分離器内における冷媒流は必然的にこの内部熱交換器を通過することになる。とくに、気相状態の冷媒流が内部熱交換器を通過することにより、その気相冷媒流が内部熱交換器によって過熱され、過熱された後に気液分離器から流出されることになる。したがって、気液分離器から流出される冷媒は、より完全に気相状態とされ、内部熱交換器の熱交換性能が維持されつつ、気液分離器本来の機能である気液分離性能が向上されることになる。 That is, in this gas-liquid separator module, the interior of the gas-liquid separator is clearly divided into an upper chamber and a lower chamber by the internal heat exchanger, so that the refrigerant flow in the gas-liquid separator inevitably occurs. It will pass through this internal heat exchanger. In particular, when the gas-phase refrigerant flow passes through the internal heat exchanger, the gas-phase refrigerant flow is superheated by the internal heat exchanger, and after being heated, flows out of the gas-liquid separator. Therefore, the refrigerant flowing out of the gas-liquid separator is more completely in the gas phase state, and the heat-exchange performance of the internal heat exchanger is maintained, and the gas-liquid separation performance, which is the original function of the gas-liquid separator, is improved. Will be.
この本発明に係る気液分離器モジュールにおいては、上記気液分離器の冷媒流入口が上記内部熱交換器よりも下側に配置されていることが好ましい。すなわち、分離された液相冷媒は気液分離器内の下部に溜められるので、このような配置により、冷媒を内部熱交換器よりも下側から流入させ、分離された気相冷媒を効率よく内部熱交換器を通過させた後、過熱された気相冷媒を気液分離器から流出させることができるようになる。 In the gas-liquid separator module according to the present invention, it is preferable that the refrigerant inlet of the gas-liquid separator is disposed below the internal heat exchanger. That is, since the separated liquid-phase refrigerant is stored in the lower part of the gas-liquid separator, such an arrangement allows the refrigerant to flow from the lower side than the internal heat exchanger, and the separated gas-phase refrigerant is efficiently discharged. After passing through the internal heat exchanger, the superheated gas phase refrigerant can be discharged from the gas-liquid separator.
また、上記気液分離器の冷媒流出口が上記内部熱交換器よりも上側に配置されていることが好ましい。上記同様の理由から、内部熱交換器通過により過熱され、より完全に気相状態とされた冷媒を効率よく気液分離器から流出させることができるようになる。 Moreover, it is preferable that the refrigerant | coolant outflow port of the said gas-liquid separator is arrange | positioned above the said internal heat exchanger. For the same reason as described above, the refrigerant that is superheated by passing through the internal heat exchanger and more completely in the gas phase can be efficiently discharged from the gas-liquid separator.
また、本発明に係る気液分離器モジュールにおいては、上記気液分離器内において、上記内部熱交換器によって区画された下室にて気液分離が行われることが好ましい。分離された液相冷媒は気液分離器内の下部に溜められるので、下室で気液分離が行われることにより、分離された気相冷媒を効率よく内部熱交換器を通過させることができるようになる。このように、上記気液分離器内において、上記内部熱交換器によって区画された下室から上室へと気相状態の冷媒が流される構造とすることが好ましい。 In the gas-liquid separator module according to the present invention, it is preferable that gas-liquid separation is performed in the lower chamber partitioned by the internal heat exchanger in the gas-liquid separator. Since the separated liquid-phase refrigerant is stored in the lower part of the gas-liquid separator, the separated gas-phase refrigerant can be efficiently passed through the internal heat exchanger by performing gas-liquid separation in the lower chamber. It becomes like this. As described above, it is preferable that the gas-liquid separator has a structure in which a refrigerant in a gas phase flows from the lower chamber partitioned by the internal heat exchanger to the upper chamber.
とくに本発明に係る気液分離器モジュールにおいては、上記気液分離器内において、上記内部熱交換器によって区画された下室で気液分離された気相状態の冷媒が全量、バイパスされることなく上記内部熱交換器を通過されて上室へ流入されることが好ましい。これは、内部熱交換器が気液分離器内を完全に横断するように配置されることによって、すなわち、内部熱交換器によって気液分離器内が明確にかつ完全に上下室に区画されることによって達成できる。下室で気液分離された気相状態の冷媒が全量内部熱交換器を通過されることにより、通過冷媒流がより効率よく過熱され、上室へ流入される冷媒は一層完全な気相状態とされた後流出されることになり、一層望ましい気液分離性能が得られることになる。 In particular, in the gas-liquid separator module according to the present invention, in the gas-liquid separator, the gas phase liquid refrigerant separated in the lower chamber partitioned by the internal heat exchanger is completely bypassed. It is preferable that the air passes through the internal heat exchanger and flows into the upper chamber. This is because the internal heat exchanger is arranged to completely traverse the gas-liquid separator, that is, the gas-liquid separator is clearly and completely partitioned into upper and lower chambers by the internal heat exchanger. Can be achieved. The refrigerant in the gas phase separated by gas and liquid in the lower chamber is passed through the internal heat exchanger, so that the passing refrigerant flow is more efficiently superheated and the refrigerant flowing into the upper chamber is more completely in the gas phase. After that, the gas is discharged and a more desirable gas-liquid separation performance is obtained.
さらに、本発明は超臨界域を含む冷凍サイクルに、とくに使用される冷媒が二酸化炭素である場合に好適なものである。冷媒が二酸化炭素等の場合には、高圧仕様の機器が多くなり、機器が大型化、コストアップする傾向にあるため、冷凍サイクル全体の小型化、コストダウンが難しくなるが、本発明の適用により、内部熱交換器に熱交換性能を維持しつつ、気液分離性能の向上を達成でき、併せて、内部熱交換器と気液分離器の一体化により、効果的に冷凍サイクルの小型化、コストダウンを図ることが可能になる。 Furthermore, the present invention is suitable for a refrigeration cycle including a supercritical region, particularly when the refrigerant used is carbon dioxide. When the refrigerant is carbon dioxide, etc., there are many high-pressure equipment, which tends to increase in size and cost, making it difficult to reduce the size and cost of the entire refrigeration cycle. , While maintaining heat exchange performance in the internal heat exchanger, improvement in gas-liquid separation performance can be achieved. In addition, the integration of the internal heat exchanger and gas-liquid separator effectively reduces the size of the refrigeration cycle. Cost can be reduced.
また、本発明に係る気液分離器モジュールは、とくに小型化、コストダウンの要求が高い車両用空調装置の冷凍サイクルに用いて最適なものである。 Further, the gas-liquid separator module according to the present invention is optimal for use in a refrigeration cycle of a vehicle air conditioner that is particularly demanded for downsizing and cost reduction.
このように、本発明に係る気液分離器モジュールによれば、内部熱交換器に要求される熱交換性能については実質的にそのまま維持しつつ、気液分離器内において分離された気相冷媒が確実に内部熱交換器を通過するようにして、該通過による過熱によってより完全な気相状態になるようにすることにより、気液分離器本来の機能である気液分離性能を大幅に向上させることができる。 Thus, according to the gas-liquid separator module according to the present invention, the gas-phase refrigerant separated in the gas-liquid separator while substantially maintaining the heat exchange performance required for the internal heat exchanger as it is. The gas-liquid separation performance, which is the original function of the gas-liquid separator, is greatly improved by ensuring that the gas passes through the internal heat exchanger and overheats due to the passage. Can be made.
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図1〜図5は、本発明の一実施態様に係る気液分離器モジュールを示している。なお、冷凍サイクル全体の構成は、図6に示した構成に準じることとし、図6における内部熱交換器と気液分離器の一体化モジュール108に相当する部分が、図1〜図5に示されている。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 5 show a gas-liquid separator module according to an embodiment of the present invention. The overall configuration of the refrigeration cycle is the same as that shown in FIG. 6, and the portion corresponding to the integrated
図1〜図4において、1は気液分離器モジュール全体を示しており、気液分離器モジュール1は、気液分離器2内に内部熱交換器3が一体的に組み込まれたものとして構成されている。この気液分離器2は、図6に示したような蒸発器105で蒸発した冷媒を気液分離するとともに気液分離された低圧冷媒を圧縮機102の吸入側に流出させるものであり、内部熱交換器3は、放熱器103の出口側冷媒と圧縮機102の吸入側冷媒との間で熱交換を行うものである。内部熱交換器3は、気液分離器2の内部を上室4と下室5に区画するために、気液分離器2の内部を横断するように配置されている。本実施態様では、気液分離器2の内部が上室4と下室5とに完全に区画されるように、内部熱交換器3と気液分離器2の胴体6との間、および内部熱交換器3の中央部に生じる隙間にそれぞれ仕切り材7が充填されている。
1 to 4,
内部熱交換器3には、気液分離器2の上部外側まで延びる、放熱器103側からの出口冷媒8を流入させる流入管9と、減圧装置104側へと冷媒10を流出させる流出管11が接続されている。気液分離器2には、その上部外側から、蒸発器105からの気液混合冷媒12を気液分離器2内へ流入させる流入管13が設けられているとともに、気液分離器2内で分離された気相冷媒14を圧縮機102側へと流出させる流出管15が接続されている。気液分離器2の流入管13は、内部熱交換器3を貫通して、内部熱交換器3によって区画された気液分離器2の下室5まで延びており、そこで下室5内に開口されている(開口端16)。気液分離器2の流出管15は、内部熱交換器3を貫通して、内部熱交換器3によって区画された気液分離器2の下室5まで延び、そこでU字状に折れ曲がって上方に延び、再び内部熱交換器3を貫通し、内部熱交換器3によって区画された気液分離器2の上室4まで延びて、そこで上室4内に開口されている(開口端17)。
The
このように構成された気液分離器モジュール1においては、内部熱交換器3には、放熱器103側からの出口冷媒8が流入管9に流入され、内部熱交換器3内を図3の矢印で示される冷媒流18の如く流れた後、流出冷媒10として流出管11を介して減圧装置104側へと流出される。一方、気液分離器2には、図5に示すように、蒸発器105で蒸発され、気液混合状態にある冷媒12が、流入管13を介して気液分離器2の下室5へと流入される。下室5に流入された冷媒の流れ19が、気相冷媒と液相冷媒とに分離され、液相冷媒20は下室5内の下部側に溜まる。分離された気相冷媒は、図5に示す気相冷媒流21のように、内部熱交換器3を通過して上室4内に流入する。この気相冷媒は、内部熱交換器3を通過する際に、内部熱交換器3との熱交換により過熱され、より完全な気相状態とされた後、開口端17から流出管15内に流入し、U字状の流出管15を通して(流出管15内の通過冷媒流22)、吸入冷媒14として圧縮機102の吸入側に流出される。
In the gas-
このように、内部熱交換器3によって気液分離器2の内部が上室4と下室5とに区画され、蒸発器105から気液分離器2に流入される冷媒が下室5へと流入されて気液分離され、分離された気相冷媒が下室5から上室4へ移動される際、確実に内部熱交換器3を通過することで、とくに本実施態様のようにその全量が内部熱交換器3を確実に通過することで、気相冷媒が過熱されて一層完全な気相状態とされた後、流出管15を介して圧縮機102の吸入側に流出される。したがって、内部熱交換器3の熱交換性能は実質的にそのまま維持されつつ、気液分離器2の気液分離性能が大幅に向上されることになる。
As described above, the interior of the gas-
本発明に係る気液分離器モジュールは、気液分離器内に内部熱交換器を一体的に組み込んだあらゆる冷凍サイクルに適用でき、とくに二酸化炭素を使用冷媒とする冷凍サイクル、中でも車両用空調装置の冷凍サイクルに用いて好適なものである。 The gas-liquid separator module according to the present invention can be applied to any refrigeration cycle in which an internal heat exchanger is integrally incorporated in the gas-liquid separator, and in particular, a refrigeration cycle using carbon dioxide as a refrigerant, particularly a vehicle air conditioner. It is suitable for use in the refrigeration cycle.
1 気液分離器モジュール
2 気液分離器
3 内部熱交換器
4 上室
5 下室
6 気液分離器の胴体
7 仕切り材
8 放熱器側からの出口冷媒
9 流入管
10 減圧装置側へ流出される冷媒
11 流出管
12 蒸発器からの気液混合冷媒
13 流入管
14 圧縮機側へ流出される気相冷媒
15 流出管
16、17 開口端
18 内部熱交換器内の冷媒流
19 下室に流入された冷媒の流れ
20 液相冷媒
21 気相冷媒流
22 流出管内の通過冷媒流
101 冷凍サイクル
102 圧縮機
103 放熱器
104 減圧装置
105 蒸発器
106 気液分離器
107 内部熱交換器
108 一体化モジュール
DESCRIPTION OF
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5025111U (en) * | 1973-06-28 | 1975-03-22 | ||
JPH1019421A (en) * | 1996-07-05 | 1998-01-23 | Nippon Soken Inc | Refrigerating cycle and accumulator used for the cycle |
JP2004028525A (en) * | 2002-06-28 | 2004-01-29 | Zexel Valeo Climate Control Corp | Accumulator and refrigeration cycle using the same |
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