JP2008175433A

JP2008175433A - 空気調和機用気液分離器及び空気調和機

Info

Publication number: JP2008175433A
Application number: JP2007007753A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kakuwa; 孝嘉久和; Masaru Yonezawa; 勝米澤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-01-17
Filing date: 2007-01-17
Publication date: 2008-07-31

Abstract

【課題】熱交換器での圧力損失を削減することができる空気調和機用気液分離器を提供する。
【解決手段】冷凍サイクル内で蒸発器として使用する室外熱交換器１０を構成する冷媒配管（図示せず）の途中に鉛直方向に組み込まれる本体１ａを有し、前記室外熱交換器１０からの循環冷媒を、前記本体１ａの側壁１ｂの内面に衝突させ、前記本体１ａの鉛直下側から再び前記室外熱交換器１０へ循環冷媒を戻し、前記本体１ａの鉛直上側から、前記室外熱交換器１０の出口又は、前記冷凍サイクル内の圧縮機６の吸入口６ａへ循環冷媒を戻すようにしたもので、気液二相冷媒の液冷媒成分とガス冷媒成分を分離することが可能となり、室外熱交換器１０での冷媒圧損を減少させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気調和機などの冷凍サイクル内の蒸発器としての熱交換器に取り付けられる空気調和機用気液分離器及び空気調和機に関するものである。

従来、この種の蒸発用熱交換器に取り付けられる気液分離器としては、一般的に熱交換器の入口に取り付けられている場合が多い（例えば、特許文献１参照）。また熱交換器の途中につけることで大きな性能向上を示す研究結果もあるが、具体的に熱交換器途中に取り付けられるが故に、気液分離器に工夫が施されているわけではない。

また凝縮器としての熱交換器の中間に気液分離器を取り付け、液冷媒のみを分離して循環させることによって、冷媒の過冷却度を増加させ、熱交換器の性能向上を図る例もある（例えば、特許文献２参照）。

図３は、上記特許文献１に記載された従来の気液分離器を示すもので、図３に示すように、気液分離器１は、冷媒が流入する入口配管２と、鉛直下側出口配管３と、気液分離器１の上部に設けられた鉛直上側出口配管４と、気液分離器１の底に設けた側壁１１からから構成されている。

入口配管２から流入した気液混合冷媒は、気液分離器１の底面に衝突し、側壁１１と外郭１２の間に液冷媒が溜まる。そして側壁１１を越えた液冷媒が隣のエリアに流入し、鉛直下側出口配管３から吸引され、熱交換器（図示せず）の下流部へと流れる。このとき吸引される冷媒は、液冷媒が中心となっている。
そして、冷媒の気体成分は、比重の軽さから、気液分離器１内で上昇し上面に差し込まれた鉛直上側出口配管４から吸引され、蒸発器としての熱交換器（図示せず）の出口管または圧縮機（図示せず）の吸入口（図示せず）に流れていく。
特開２００２−８１８０３号公報特開平１０−４７８１１号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された従来の気液分離器の構成では、蒸発器としての熱交換器の入口に取り付けることを前提とした構成となっているもので、液冷媒が大部分を占める流速の遅い冷媒からの気液分離にしか対応できないという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、蒸発器として動作する室外熱交換器の途中に取り付けることができると共に、冷媒圧損の少ない空気調和機用気液分離器及び、空調性能に優れた空気調和機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の気液分離器は、冷凍サイクル内で蒸発器として使用する室外熱交換器を構成する冷媒配管の途中に鉛直方向に組み込まれる本体を有し、前記室外熱交換器からの循環冷媒を、前記本体の側壁の内面に衝突させ、前記本体の鉛直下側から再び前記室外熱交換器へ循環冷媒を戻し、前記本体の鉛直上側から、前記室外熱交換器の出口又は、前記冷凍サイクル内の圧縮機の吸入口へ循環冷媒を戻すようにしたもので、気液二相冷媒の液冷媒成分とガス冷媒成分を分離することが可能となり、室外熱
交換器での冷媒圧損を減少させることができる。
また、本発明の空気調和機は、蒸発器として使用する室外熱交換器と、圧縮機を有する冷凍サイクルを備え、前記室外熱交換器を構成する冷媒配管の途中に、請求項１〜３のいずれか１項に記載の気液分離器を組み込み、前記気液分離器の本体の鉛直上側から、逆止弁又は全閉可能な膨張弁を介して、循環冷媒を前記室外熱交換器の出口又は前記圧縮機の吸入口へ戻すようにしたもので、気液二相冷媒の液冷媒成分とガス冷媒成分を分離することが可能となり、室外熱交換器での冷媒圧損を減少させ、空調性能を向上させると共に、冷房運転時に、冷媒が、気液分離器に逆流するのを防止することができる。

本発明の空気調和機用気液分離器は、熱交換器中間部にも取り付けることができると共に冷媒圧損が少ない。また本発明の空気調和機は、空調性能に優れたものである。

第１の発明は、冷凍サイクル内で蒸発器として使用する室外熱交換器を構成する冷媒配管の途中に鉛直方向に組み込まれる本体を有し、前記室外熱交換器からの循環冷媒を、前記本体の側壁の内面に衝突させ、前記本体の鉛直下側から再び前記室外熱交換器へ循環冷媒を戻し、前記本体の鉛直上側から、前記室外熱交換器の出口又は、前記冷凍サイクル内の圧縮機の吸入口へ循環冷媒を戻すようにしたもので、気液二相冷媒の液冷媒成分とガス冷媒成分を分離することが可能となり、室外熱交換器での冷媒圧損を減少させることができる。
第２の発明は、特に、第１の発明の本体の内径を、前記本体の側壁の内面に循環冷媒を衝突させるための配管の内径よりも大きく設定したもので、循環冷媒の流速を減少させ、重力による気液分離効果を向上させることができる。
第３の発明は、特に、第１又は第２の発明の本体の鉛直下側から室外熱交換器へ循環冷媒を戻す配管の内径を、前記本体の鉛直上側から、前記室外熱交換器の出口又は、圧縮機の吸入口へ循環冷媒を戻す配管の内径よりも大きく設定したもので、循環冷媒の流速を減少させ、重力による気液分離効果を向上させることができる。
第４の発明は、蒸発器として使用する室外熱交換器と、圧縮機を有する冷凍サイクルを備え、前記室外熱交換器を構成する冷媒配管の途中に、請求項１〜３のいずれか１項に記載の気液分離器を組み込み、前記気液分離器の本体の鉛直上側から、逆止弁又は全閉可能な膨張弁を介して、循環冷媒を前記室外熱交換器の出口又は前記圧縮機の吸入口へ戻すようにしたもので、気液二相冷媒の液冷媒成分とガス冷媒成分を分離することが可能となり、室外熱交換器での冷媒圧損を減少させ、空調性能を向上させると共に、冷房運転時に、冷媒が、気液分離器に逆流するのを防止することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における空気調和機用気液分離器の断面図、図２は、同空気調和機用気液分離器を搭載した空気調和機の暖房運転時の冷凍サイクル図である。
図１、２において、本実施の形態における空気調和機用気液分離器１（以下、「気液分離器１」という）は、後述の室外熱交換器１０を構成する冷媒配管（図示せず）の途中に鉛直方向に組み込まれる本体１ａと、本体１ａの側壁１ｂの上下方向の略中央部に略垂直に取り付けられ、室外熱交換器１０からの冷媒が流入する入口配管２と、本体１ａの上部に設けた鉛直上側出口配管４と、本体１ａの底部に接続した鉛直下側出口配管３から構成され、入口配管２を通って、左から流入する気液二相の冷媒は、対向する側壁１ｂの内面に衝突するようになっている。
本実施の形態では、本体１ａの高さは約３００ｍｍ、内径ΦＢは、約１２ｍｍ、入口配管
２の内径ΦＡは、約７．９ｍｍで形成されている。

以上のように構成された気液分離器１について、以下その動作、作用を説明する。

内部配管２より気液分離器１に突入した気液二相冷媒は、本体１ａの側壁１ｂの内面にに衝突し、主として上下方向に分散する。下方向に分散した冷媒は、本体１ａの下側に滞留し、鉛直下側出口配管３から元の、蒸発器としての室外熱交換器１０の下流側へと戻っていく。
また、側壁１ｂの内面に衝突し上側へと分散した冷媒は、重力の影響によって、比重の重い液冷媒は下方向へ落下し、本体１ａの下側へ滞留する。一方ガス冷媒は、比重が軽いためそのままとどまり、鉛直上側出口配管４から吸引され、元の室外熱交換器１０の出口管１０ａまたは圧縮機６の吸入口６ａへと戻る。このような原理によって気液二相冷媒からガス冷媒が分離される。
ここで衝突し、下側へと分散した冷媒には、液冷媒だけではなく、ガス成分も混入しているが、この気液分離器１の目的は、完全に気液を分離することではなく、液体を混ぜることなくガス成分を取り除くことにあるので問題にはならない。

図２において、空気調和機は、室外熱交換器８を内蔵した室内ユニット１５と、室内ユニット１５に冷媒配管１７を介して接続され、気液分離器１、圧縮機６、四方弁７、室外熱交換器１０、膨張弁９を内蔵した室外ユニット１６から構成されている。
圧縮機６から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁７によって室内熱交換器８へと送り込まれ、放熱後高温の液冷媒として室外ユニット１６へと戻る。
室外ユニット１６では、膨張弁９によって減圧膨張され、低温低圧の二相冷媒に変化する。この二相冷媒の段階では、ガス成分は数％であり、従来は、この場所で気液を分離していたが、流速が遅いため気液分離器が設計しやすいという利点があるものの、分離できるガス量が少ないという課題を有していた。

しかしながら、本実施の形態では、室外ユニット１６で、膨張弁９によって気液二相冷媒となった後、蒸発器である室外熱交換器１０に流入した二相冷媒を、室外熱交換器１０の中間部分において分岐し、入口配管２を通して気液分離器１へと導く。
上述の通り、本体１ａの略中央部に接続された入口配管２によって、二相冷媒は、本体１ａの側壁１ｂの内面に衝突、分散し、鉛直上側からガス冷媒が、鉛直下側からは、液冷媒がそれぞれ流出する。
鉛直上側から流出するガス冷媒は、図２に示されるように、室外熱交換器１０の出口へと戻される。ガス冷媒は、吸熱能力の低い冷媒であるため、室外熱交換器１０を素通りしても、熱交換能力は低下しない。逆に室外熱交換器１０の後半部分を通過する冷媒量が、体積ベースで大きく減少するため、圧力損失が減少し圧縮機６の消費電力が減少する。
この場合、ガス冷媒が減少する領域は、室外熱交換器１０の半分に過ぎないが、流出するガス冷媒の量が、従来の気液分離器よりも大きいため、同等またはそれ以上の効果を得ることができる。
その結果、本実施の形態では、約０．１ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力損失の減少を得ることができた。また図２に示されるように、気液分離器１と室外熱交換器１０の出口の間には、逆止弁５を設け、逆冷凍サイクル（この図の場合、冷房運転時）の場合には、冷媒が逆流しないようになっている。図には示していないが、逆止弁５の前後に流れを安定させるためにキャピラリーチューブをつける場合もある。

あるいは逆止弁５と前記キャピラリーチューブを兼用して、全閉型の膨張弁を取り付けることによっても同様の効果を得ることができる。

また室外熱交換器１０の出口ではなく、圧縮機６の吸入口６ａに接続しても同様の効果
を得ることができる。

また、鉛直上側出口配管４は、ガス冷媒のみを流出させるために配置されている故、鉛直下側出口配管３よりも配管径を小さくすることで、液冷媒は全て鉛直下側出口配管３へと流れるように設定されている。本実施の形態では、鉛直下側出口配管３の配管径ΦＣ_１を７．９ｍｍとし、鉛直上側出口配管４の配管径ΦＣ_２を６．４ｍｍとした。

以上のように、本発明に係る空気調和機用気液分離器は、室外熱交換器での冷媒圧損を減少させ、空気調和機の空調性能を向上させることができるもので、家庭用、業務用の各種空気調和機に適用できる

本発明の実施の形態１における空気調和機用気液分離器の断面図同空気調和機用気液分離器を搭載した空気調和機の暖房運転時の冷凍サイクル図従来の気液分離器の断面図

符号の説明

１空気調和機用気液分離器（気液分離器）
１ａ本体
１ｂ側壁
２入口配管
３鉛直下側出口配管（配管）
４鉛直上側出口配管（配管）
５逆止弁
６圧縮機
６ａ吸入口
７四方弁
８室内熱交換器
９膨張弁
１０室外熱交換器

Claims

冷凍サイクル内で蒸発器として使用する室外熱交換器を構成する冷媒配管の途中に鉛直方向に組み込まれる本体を有し、前記室外熱交換器からの循環冷媒を、前記本体の側壁の内面に衝突させ、前記本体の鉛直下側から再び前記室外熱交換器へ循環冷媒を戻し、前記本体の鉛直上側から、前記室外熱交換器の出口又は、前記冷凍サイクル内の圧縮機の吸入口へ循環冷媒を戻すようにした空気調和機用気液分離器。
本体の内径を、前記本体の側壁の内面に循環冷媒を衝突させるための配管の内径よりも大きく設定した請求項１に記載の空気調和機用気液分離器。
本体の鉛直下側から室外熱交換器へ循環冷媒を戻す配管の内径を、前記本体の鉛直上側から、前記室外熱交換器の出口又は、圧縮機の吸入口へ循環冷媒を戻す配管の内径よりも大きく設定した請求項１又は２に記載の空気調和機用気液分離器。
蒸発器として使用する室外熱交換器と、圧縮機を有する冷凍サイクルを備え、前記室外熱交換器を構成する冷媒配管の途中に、請求項１〜３のいずれか１項に記載の気液分離器を組み込み、前記気液分離器の本体の鉛直上側から、逆止弁又は全閉可能な膨張弁を介して、循環冷媒を前記室外熱交換器の出口又は前記圧縮機の吸入口へ戻すようにした空気調和機。