JP2007298259A

JP2007298259A - 気液分離器モジュール

Info

Publication number: JP2007298259A
Application number: JP2006129083A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Wada; 賢一和田
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2006-05-08
Filing date: 2006-05-08
Publication date: 2007-11-15

Abstract

【課題】気液分離器と内部熱交換器の一体化による部品点数の低減やスリム化を実現するとともに、内部熱交換器の性能向上と、気液分離器本来の機能である気液分離性能の向上を実現することが可能な、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。
【解決手段】圧縮機と、圧縮機から吐出された冷媒を冷却する放熱器と、放熱器の出口側冷媒を減圧する減圧装置と、減圧装置で減圧された低圧冷媒を蒸発させる蒸発器と、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圧縮機の吸入側に流出させる気液分離器と、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、内部熱交換器が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、内部熱交換器を、その少なくとも一部が常時、気液分離器内下部に貯留された液相冷媒の領域内に位置するように配置したことを特徴とする気液分離器モジュール。
【選択図】図５

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。

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）。

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。
特開平１０−１９４２１号公報特開２００２−２０６８２３号公報特開２００４−１００９７４号公報特開２００５−２９９９４９号公報特開２００６−４４６０７号公報

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サイクル部品点数の低減やスリム化は図れるものの、内部熱交換器の性能や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、内部熱交換器による熱交換性能や気液分離器による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。

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、気液分離器と内部熱交換器の一体化による部品点数の低減やスリム化を実現するとともに、併せて、内部熱交換器の性能向上と、気液分離器本来の機能である気液分離性能の向上を実現することが可能な、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。

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、その少なくとも一部が常時、前記気液分離器内下部に貯留された液相冷媒の領域内に位置するように配置したことを特徴とするものからなる。

つまり、この気液分離器モジュールにおいては、内部熱交換器が気液分離器内下部に貯留された液相冷媒の領域内に配置されるので、気液分離によって気液分離器内下部に貯留された液相冷媒が常時、内部熱交換器と直接接触することになる。したがって、気相冷媒が接触する場合に比べて、内部熱交換器との間の熱交換における熱伝達率が大幅に高められ、内部熱交換器による熱交換性能が向上する。また、内部熱交換器を構成するために通常設けられるチューブやフィン等が、気液分離器本体の振動による液相冷媒の揺れを抑える防波堤の機能を果たすことになり、気液分離器の気液分離性能も同時に向上されることになる。

この本発明に係る気液分離器モジュールにおいては、上記内部熱交換器が、その実質的に全部が上記液相冷媒の領域内に位置するように配置されていることが好ましい。これによって一層確実に上記熱伝達率の向上が達成される。

また、上記内部熱交換器が、上記液相冷媒の気液界面部（つまり、液相冷媒の液面部）に接するように配置されていることも好ましい。このように配置すれば、気液分離器本体の振動による液相冷媒の揺れを抑える上記防波堤の機能が、より効率よく発揮される。

また、本発明に係る気液分離器モジュールにおいては、上記気液分離器内部への冷媒の流入口および該気液分離器内部からの冷媒の流出口が、共に上記内部熱交換器よりも上方に配置されていることが好ましい。このように構成すれば、気液分離部を確実に内部熱交換器の上方に形成でき、該気液分離部には目標とする所定の気液分離機能を、気液分離器内下部に貯留された液相冷媒部に対しては上記のような熱伝達率向上機能や内部熱交換器による防波堤の機能を、それぞれ効率よく付与することが可能となる。

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、内部熱交換器の熱交換性能向上、気液分離器の気液分離性能の向上を達成しつつ、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部品点数の低減、スリム化を図ることが可能になる。

また、本発明に係る気液分離器モジュールは、とくに部品点数の低減、スリム化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。

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、内部熱交換器と気液分離器の一体化により冷凍サイクルの部品点数の低減やスリム化を達成しつつ、内部熱交換器の気液分離器内特定位置への配置により、内部熱交換器の熱交換性能向上、気液分離器の気液分離性能の向上を達成することができ、ひいては冷凍サイクルの性能を向上することができる。

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。

図１〜図５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、その少なくとも一部が常時、気液分離器２内下部に貯留された液相冷媒４（図５に図示）の領域内に位置するように配置されている。本実施態様では、内部熱交換器３は、その実質的に全部が液相冷媒４の領域内に位置するように配置されている。さらに、内部熱交換器３は、とくにその上面部が、図５に示すように、液相冷媒４の気液界面部５に接するように配置されている。

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６を流入させる流入管７と、減圧装置１０４側へと冷媒８を流出させる流出管９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１０を気液分離器２内へ流入させる流入管１１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１２を圧縮機１０２側へと流出させる流出管１３が接続されている。気液分離器２の流入管１１は、気液分離器２内における内部熱交換器３よりも上方の位置に、気液分離器２内への冷媒の流入口１４を有しており、そこから気液分離器２内に気液混合冷媒１５が放出される。気液分離器２の流出管１３は、気液分離器２内において内部熱交換器３を貫通してＵ字状に延び、気液分離器２内における、気液分離器２内からの冷媒の流出口１６が、内部熱交換器３よりも上方の位置に開口されている。上記流入管１１の流入口１４から、気液分離器２内における内部熱交換器３よりも上方の位置に形成された気液分離部１７内に流入された蒸発器１０５からの気液混合冷媒１５は、該気液分離部１７内で気液分離され、気液分離器２内下部に分離された液相冷媒４が貯留されるとともに、分離された気相冷媒１８は上記流出口１６から流出管１３内に流入され、Ｕ字状に折れ曲がった流出管１３内を通過した後（管内気相冷媒流１９）、その上部開口端から、内部熱交換器３との熱交換により過熱された気相冷媒１２として圧縮機１０２側へと流出される。

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６が流入管７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２０の如く流れた後、流出冷媒８として流出管９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１０が、流入管１１を介して気液分離器２内の気液分離部１７内へと流入され、そこで気液分離され、液相冷媒４が気液分離器２内下部に貯留されるとともに、気相冷媒１８が流出管１３を通して圧縮機１０２の吸入側へと流出される。

内部熱交換器３は、少なくともその一部が、常時、貯留されている液相冷媒４の領域内に位置するように配置されているので、内部熱交換器３はこの液相冷媒４と常時直接接触することになり、気相冷媒が接触する場合に比べて熱伝達率が大幅に向上し、内部熱交換器３の性能が向上される。上記実施態様では、内部熱交換器３の実質的に全部が液相冷媒４の領域内に位置されているので、一層効率よく熱伝達率が向上され、内部熱交換器３の性能がより向上される。

また、内部熱交換器３が常時、貯留されている液相冷媒４の領域内に位置するように配置されることにより、内部熱交換器３を構成するためのチューブやフィン等が、気液分離器２本体の振動等による液相冷媒４の揺れを抑える防波堤の機能を果たすことができ、気液分離器２の安定した気液分離性能が得られる。とくに本実施態様のように、内部熱交換器３の上面部が、液相冷媒４の気液界面部５に接するように配置されていれば、より高い防波堤の機能が得られ、より安定した気液分離性能が得られる。

このように、内部熱交換器３の性能向上と気液分離器２の気液分離性能の向上が共に達成される。そして、内部熱交換器３と気液分離器２との一体化モジュール構成により、冷凍サイクルの部品点数の低減、スリム化も同時に達成される。

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。

本発明の一実施態様に係る気液分離器モジュールの側面図である。図１の気液分離器モジュールの平面図である。図１のＡ−Ａ線に沿って見た気液分離器モジュールの横断面図である。図１のＢ−Ｂ線に沿って見た気液分離器モジュールの横断面図である。図１の気液分離器モジュールの冷媒の流れ状態を示す、図２のＣ方向から見た一部断面表示側面図である。本発明の気液分離器モジュールが適用可能な、従来の冷凍サイクルの構成の一例を示す概略機器系統図である。

符号の説明

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液相冷媒
５気液界面部
６放熱器側から流入される冷媒
７流入管
８減圧装置側へ流出される冷媒
９流出管
１０蒸発器からの気液混合冷媒
１１流入管
１２気液分離器内で分離された気相冷媒
１３流出管
１４気液分離器内への冷媒の流入口
１５気液分離器内に放出される気液混合冷媒
１６気液分離器内からの冷媒の流出口
１７気液分離部
１８分離された気相冷媒
１９管内気相冷媒流
２０内部熱交換器内の冷媒流
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

Claims

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、その少なくとも一部が常時、前記気液分離器内下部に貯留された液相冷媒の領域内に位置するように配置したことを特徴とする気液分離器モジュール。
前記内部熱交換器が、その実質的に全部が前記液相冷媒の領域内に位置するように配置されている、請求項１に記載の気液分離器モジュール。
前記内部熱交換器が、前記液相冷媒の気液界面部に接するように配置されている、請求項１または２に記載の気液分離器モジュール。
前記気液分離器内部への冷媒の流入口および該気液分離器内部からの冷媒の流出口が、共に前記内部熱交換器よりも上方に配置されている、請求項１〜３のいずれかに記載の気液分離器モジュール。
使用される冷媒が二酸化炭素からなる、請求項１〜４のいずれかに記載の気液分離器モジュール。
車両用空調装置の冷凍サイクルに設けられる、請求項１〜５のいずれかに記載の気液分離器モジュール。