JP2011247473A

JP2011247473A - 気液分離器および冷凍サイクル装置

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Publication number: JP2011247473A
Application number: JP2010120891A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Nakamune; 浩昭中宗
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-05-26
Filing date: 2010-05-26
Publication date: 2011-12-08
Anticipated expiration: 2030-05-26
Also published as: JP5452367B2

Abstract

【課題】部品点数を少なく、簡素な構成とすることで、コストを安くすることができる気液分離器等を得る。
【解決手段】管途中に流入配管曲がり部１３を有し、気液二相冷媒４が流入する流入配管１と、流入配管１の内径より小さな外径を有し、流入配管曲がり部１３において流入配管１を貫通して一方の端部が流入配管１内に配置され、一方の端部から気液二相冷媒４の気相冷媒６を流出させるための気相流出管３と、流入配管１と同一管で構成し、気液二相冷媒４の液相冷媒８を流出させるための液相流出管２とを備えるものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、気液二相状態の冷媒を液相と気相に分離する気液分離器およびその気液分離器を有する冷凍サイクル装置に関するものである。

例えば、空気調和装置、冷凍装置等の冷凍サイクルを利用した冷凍サイクル装置では、基本的に、圧縮機、凝縮器（熱交換器）、膨張弁（減圧装置）および蒸発器（熱交換器）が配管接続され、各種冷媒を循環させる冷媒回路を構成している。そして、冷媒が、蒸発、凝縮時に、熱交換対象となる空気等に対して吸熱、放熱することを利用し、管内を通過する冷媒の圧力を変化させながら空調運転、冷却運転等を行っている。

このような冷凍サイクル装置において、凝縮器で凝縮された冷媒液（液状冷媒）は、膨張弁によって減圧され、気相冷媒と液相冷媒とが混在する気液二相状態の冷媒（気液二相冷媒）となって蒸発器に流入する。冷媒が気液二相状態で蒸発器に流入すると、冷媒が蒸発器を通過する際の圧力損失が大きくなり、冷凍サイクル装置のエネルギ効率が低下する。

このため、通常、冷媒が蒸発器に流入する前に、気液分離器を用いて気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離し、液相冷媒のみを蒸発器に流入させることにより、冷媒が蒸発器を通過する際の圧力損失を低減し、空気調和装置のエネルギ効率を向上することができるようにしている。

従来、このような気液分離器としては、例えば内部に螺旋状の流路が形成された柱状の本体部と、螺旋状流路の一端側に連通するように設けられた流入管と、螺旋状流路内で気液分離されたガス冷媒および液冷媒を流すためのガス排出管および液排出管とを備えているものがある。さらに本体部は、円柱状の棒状部材と、その外周を囲むように配設された有底円筒状の筒状部材からなっており、棒状部材の外周面上には、螺旋状に延びるネジ部が形成されていて、これにより、筒状部材の内周面との間に螺旋状流路が形成されている（例えば特許文献１）。

特開２００８−５１３４４号公報（要約、図２）

このような気液分離器にあっては、部品点数が多くなる、螺旋溝を加工する必要があるなど、製造等のコストがかかるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、部品点数を少なく、簡素な構成とすることで、コストを安くすることができる気液分離器およびその気液分離器を搭載した冷凍サイクル装置を得ることを目的としている。

この発明に係る気液分離器は、管途中に曲がり部を有し、気液二相流が流入する流入配管と、流入配管の内径より小さな外径を有し、曲がり部において流入配管を貫通して一方の端部が流入配管内に配置され、一方の端部から気液二相流の気相流を流出させるための気相流出管と、流入配管と同一管で構成し、気液二相流の液相流を流出させるための液相流出管とを備えるものである。

この発明によれば、液相流出管と同一管で構成した流入配管及び気相流出管により気液分離器を構成するようにしたことにより、気液分離器の部品点数を大きく削減することができる。また、簡素な構成となるため、コストを安くすることができる。

本発明の実施の形態１による気液分離器の構成を示す断面図である。配管内を流れる冷媒の流動態様を示す図である。気液分離器を搭載した冷凍サイクル装置を表す図である。冷凍サイクル装置の圧力とエンタルピとの関係を示す図である。本発明の実施の形態３による気液分離器の構成を示すための図である。本発明の実施の形態４による気液分離器の構成を示すための図である。本発明の実施の形態５による気液分離器の構成を示すための図である。本発明の実施の形態５による気液分離器の別の例を示すための図である。本発明の実施の形態５による気液分離器の他の例を示すための図である。本発明の実施の形態６による気液分離器の構成を示すための図である。本発明の実施の形態６による気液分離器の別の例を示すための図である。本発明の実施の形態６による気液分離器の他の例を示すための図である。本発明の実施の形態８による気液分離器の構成を示すための図である。本発明の実施の形態８による気液分離器の別の例を示すための図である。実施の形態８による多段の気液分離器の別の例を示すための図である。本発明の実施の形態８による気液分離器の他の例を示すための図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による気液分離器の構成を示すための図である。図１では、管内部における冷媒の様子等を示すために断面によって管を表している（以下、同様の図面については同じである）。本実施の形態の気液分離器は、例えば気相の冷媒と液相の冷媒とが混ざり合った冷媒（気液二相冷媒）４が流入する流入配管１を有している。流入配管１は流入配管曲がり部１３を有しており、管の向きが途中で曲げられている（図１ではほぼ直角方向に曲げられている。以下の図でも同様となる）。そして、流入配管１の途中において、流入配管１の内径よりも小さな外径を持つ気相流出管３が流入配管曲がり部１３の管壁を貫通してろう付けにより接続されて設けられている。このとき、流入配管１と気相流出管３の中心軸を略一致させるようにする。また、流入配管１内側にある気相流出管３の端部（気相冷媒６流入口）が、流入配管曲がり部１３から距離Ｌ１の位置となるように気相流出管３を設置する。そして、気液分離後に液相の冷媒が流出する液相流出管２は、流入配管１と同一の管で構成されている（一体形成する）。ここでは、気液分離器により冷媒を分離する場合について説明するが、他の気液二相流の流体であってもよい。

図２は配管内を流れる冷媒の流動態様を示す図である。図２では、気相冷媒と液相冷媒の流れについて、気泡流、スラグ流、環状流および噴霧流の４つの流動態様を示している。気泡流は、例えば液相冷媒中に微細な気泡（ガス状）の冷媒が含まれた流れである。スラグ流は、液相冷媒液中に大きな気泡の冷媒が含まれた流れである。環状流（分離流、層状流）は、気相冷媒と液相冷媒とが分離した流れである。このとき液相冷媒は、配管内面に沿って流れる。噴霧流は、気相冷媒中に微細な液滴（液状）の冷媒が含まれた流れである。

図１に示すように、流入配管１には気相の冷媒と液相の冷媒とが混じった気液二相冷媒４が流れ込む。図１では気液二相冷媒４の流れ方向を図中矢印の二相冷媒流れ方向５として示している。また気液分離後における気相冷媒６の流れ方向を気相冷媒流れ方向７とし、気液分離後の液相冷媒８の流れ方向を液相冷媒流れ方向９として示している。液滴１１と気泡１２は気液分離が完全に行われない場合に気相冷媒６と液相冷媒８にそれぞれ混入する冷媒である。これにより、気相流出管３に噴霧流が流れ、液相流出管２に気泡流が流れることもある。

このように気液分離器を構成し、気相流出管３の端部が、流入配管曲がり部１３から距離Ｌ１に位置するようにする。例えば、気相流出管３の端部付近において、気液二相冷媒４が環状流１０になっている場合には、流入配管１と気相流出管３の中心軸は略一致しているため、気液二相冷媒４の中から気相冷媒６を分離して取り出すことができる。

一方、気相流出管３の端部付近において気液二相冷媒４が環状流１０になっていない場合でも、流れ方向に進む慣性力が大きな液相冷媒８は液相流出管２方向に流れていき、気相冷媒６は気相流出管３を通過するため、分離して取り出すことができる。

ここで、例えば、流入配管１として空気調和装置で使用される一般的な外径１２．７ｍｍ、同じく気相流出管３として外径６．３５ｍｍの銅配管を用いるようにし、距離Ｌ１は流入配管１の外径の約４倍から１２倍とする。このとき、例えば気液二相冷媒４の乾き度を約０．１５から約０．３とし、気液二相冷媒４の質量流量を約５０ｋｇ／ｈから約１７０ｋｇ／ｈとした場合には、流入配管１から流入した気相冷媒量の約４０％から約８５％を気相冷媒６として分離することができる。

流入配管１と気相流出管３の配管径は、上記のものに限らず例えば９．５３ｍｍ、１５．８８ｍｍ、１９．０５ｍｍ、２２．２３ｍｍ、あるいはそれ以上の配管径など空気調和装置で使用される一般的なものを用いることができる。この場合でも特別な部材を用いる必要がないので、気液分離器製造に係るコストを抑えることができる。

また、本実施の形態に示した気液分離器を冷凍サイクル装置に搭載することにより、気液二相状態で流れる冷媒蒸気と冷媒液を分離し、冷媒液のみを蒸発器に流すことができる。このため、冷媒が蒸発器を通過する際の圧力損失を低減して、空気調和装置のエネルギ効率を向上することができる。

図３は気液分離器を搭載した冷凍サイクル装置を表す図である。また、図４は冷凍サイクル装置の圧力とエンタルピとの関係を示す図である。次に上記の気液分離器を冷凍サイクルに搭載したときの動作と効果について説明する。図４中のＡからＦの点は、図３中の冷凍サイクル装置における点ＡからＦにそれぞれ対応している。

図３において、気液分離器２０は上記の気液分離器であり、気液二相状の冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する。また、圧縮機２６は吸入した冷媒を圧縮して吐出する。圧縮機２６にインバータ装置等を備え、圧縮機２６の容量（単位時間あたりの冷媒を送り出す量）を細かく変化させるようにしてもよい。四方弁１９は、冷房運転時と暖房運転時とによって冷媒の流れを切り換える。また、室外熱交換器２７は、冷媒と空気（室外の空気）との熱交換を行う。暖房運転時においては蒸発器として機能し、冷房運転時においては凝縮器として機能する。

膨張弁２１は冷媒の減圧を行う。室内熱交換器１６は、冷媒と例えば空調対象空間の空気との熱交換を行う。暖房運転時においては凝縮器として機能し、冷房運転時においては蒸発器として機能する。

バイパス回路２５は、気液分離器２０の分離に係る気相冷媒を通過させる。電磁弁２２は開閉により気相冷媒の通過または非通過を制御する。逆止弁２４および毛細管２３によりバイパス回路２５を流れる冷媒の方向と量を調整する。

気液分離を行わない通常の冷房運転では、電磁弁２２を閉じ、バイパス回路２５に冷媒が流れないようにする。圧縮機２６により高圧になった冷媒（Ａ点）は、室外熱交換器２７で凝縮される（Ｂ点）。その後、膨張弁２１で減圧された後（Ｃ’点）、室内熱交換器１８で蒸発し（Ｄ’点）、四方弁１９を通って、圧縮機２６に戻る。

一方、気液分離器２０による気液分離を行う場合、電磁弁２２を開にして、バイパス回路２５上を冷媒蒸気（気相冷媒）が流れるようにする。圧縮機２６により高圧になった冷媒（Ａ点）は、室外熱交換器２７で凝縮されて（Ｂ点）、膨張弁２１で減圧された後（Ｃ’点）、気液分離器２０で冷媒蒸気と冷媒液に分離される。Ｃ点を通過する冷媒液は、室内熱交換器１８で蒸発する。一方、Ｆ点を通過する冷媒蒸気は、電磁弁２２、逆止弁２４、毛細管２３を介してバイパス回路２５を通過し、Ｄ点で室内熱交換器１８で蒸発した冷媒と合流する。合流した冷媒は、四方弁１９を通って圧縮機２６へ戻る。

ここで、気液分離を行う場合においても、運転開始直後には気液分離器２０による気液分離を行わず、運転動作が安定してから行うようにする。このため、例えば温度検出手段（図示せず）等により圧縮機２６からの冷媒吐出温度を検出するようにしておき、検出温度が所定温度になると、電磁弁２２を開にしてバイパス回路２５に冷媒蒸気が流れるようにする。

図４から分かるように、気液分離効率のよい本実施の形態の気液分離器を用いて気液分離を行う場合、冷媒が蒸発器（室内熱交換器１８）を通過する際の圧力損失（Ｃ点からＤ点の圧力差）を、気液分離器２０を搭載しない場合の圧力損失（Ｃ’点からＤ’点の圧力差）よりも小さくすることができる。これにより、図４において、圧縮機２６の吸入圧力がＤ’点からＤ点の位置に上昇し、圧縮機２６が吸入圧力から吐出圧力（Ａ点）まで圧縮するのに必要な仕事が減少する。このため、冷凍サイクル装置（空気調和装置）のエネルギ効率を向上させることができる。

実施の形態２．
上記の実施の形態１においては、流入配管１について特に規定しなかったが、例えば、空気調和装置の室内熱交換器、室外熱交換器に使用されるような内面溝付管を用いて作製しても良い。内面溝付管を流入配管１として用いることにより、気液二相冷媒４のうち、液相の冷媒が表面張力により溝部分に溜まりやすくなるので環状流１０を形成しやすくなる。このため、気相流出管３を通過する気相冷媒６に混入する液滴１１を少なくすることができる。また、液相流出管２を通過する液相冷媒８に混入する気泡１２も少なくすることができる。

以上のことから、流入配管１から流入する気相冷媒量に対する液相冷媒と分離して気相流出管３から流出する気相冷媒量の割合を分離効率とすると、本実施の形態のような構成とすることで分離効率が向上するという効果を奏することができる。

実施の形態３．
図５は本発明の実施の形態３による気液分離器の構成を示すための図である。本実施の形態の気液分離器は実施の形態１で示した気液分離器を直列に組み合わせて多段構成にしたものである。このとき、二相冷媒流れ方向５に対して上流（前段、１段目）側の気液分離器の液相流出管２と下流（後段、２段目）側の気液分離器の流入配管１とが接続されることになる。図４中の一点鎖線は接続部分の境界を示す。

このように気液分離器を直列に並べた構成にした気液分離器とすることで、気液分離器全体の分離効率をさらに向上させることができる。例えば流入配管１から流入した乾き度約０．２の気相冷媒量の約４０％について気相冷媒６として分離可能な気液分離器を２段直列に接続した場合、１段目と２段目の気相流出管３を合わせた気相冷媒量に対する分離効率は約６４％となる。このため、高い分離効率を得ることができる。

また、流入配管１と液相流出管２とは同一の配管で構成されているので、例えば１段目の気液分離器の液相流出管２を２段目の気液分離器の流入配管１に容易に接続することができる。あるいは同一の配管で構成できる。したがって、簡素な構成で高性能な気液分離器を低コストで得ることができる。

さらに、２段目の気液分離器の配管径を１段目と同一にしてもよいが、例えば、２段目に流入する冷媒は、１段目で気相冷媒６が分離した冷媒であるため、２段目の流入配管１に流入する気相の冷媒量は少なくなっている。このため２段目の気液分離器の配管径を１段目の配管径より小さくしてもよい。配管径を小さくすることで、単に多段にする場合に比べて小型化、軽量化をはかることができ、低コスト化をはかることができる。ここで、図５では２つの気液分離器を直列に組み合わせた気液分離器としたが、目的とする気液分離効率を得るために３個以上の多段構成にしても良い。

実施の形態４．
図６は本発明の実施の形態４による気液分離器の構成を示すための図である。本実施の形態では、実施の形態１で示した気液分離器を並列に接続して組み合わせた構成の気液分離器とするものである。図５では、二分岐管１４に、実施の形態１で説明した２つの気液分離器を並列に接続している。そして、流入した気液二相冷媒４を二分岐管１４で分岐させ、各気液分離器の流入配管１に流入させる。図６中の一点鎖線は二分岐管１４と各気液分離器との接続部分の境界を示す。

この構成によれば気液分離器全体の分離効率をさらに向上させることができる。例えば例えば流入配管１から流入した乾き度約０．２の気相冷媒量の約４０％について気相冷媒６として分離可能な気液分離器を二分岐管１４により２台並列に接続する。また、例えば流入配管１から流入する気液二相冷媒４の質量流量が約８０ｋｇ／ｈとする。このとき、気液分離器１台あたりに対する気液二相冷媒４の流量は半分になる。気液二相冷媒４の流量が少なくなると気液分離器の分離効率は上がるため、質量流量約４０ｋｇ／ｈ、乾き度約０．２の気相冷媒量の約５５％を気相冷媒６として分離することができる。したがって、気液分離器を２台並列に組み合わせることにより、気相流出管３からはもとの気相冷媒量の約５５％を気相冷媒６として分離することができることになるため、高い分離効率を得ることができる。

また、流入配管１と液相流出管２は同一の配管で構成されているので流入配管１への分岐と液相流出管２の合流、気相流出管３の合流は汎用の二分岐管１４などが使用でき、容易に接続することができる。したがって、簡素な構成で高性能な気液分離器を低コストで得ることができる。ここで、図６では２つの気液分離器を並列に組み合わせた気液分離器としたが、目的とする気液分離効率を得るために３個以上並列に組み合わせて構成しても良い。

実施の形態５．
図７は本発明の実施の形態５による気液分離器の構成を示すための図である。図７において、上記の実施の形態と同じ部分には同じ符号を付した。本実施の形態の気液分離器は、気相冷媒流れ方向７と二相冷媒流れ方向５の方向が一致するように、流入配管１と気相流出管３を接続したものである。このような構成にすることで、気相流出管３の端部付近の気液二相冷媒４が環状流１０になるようにした場合には、流入配管１と気相流出管３の中心軸は略一致しているため、気液二相冷媒４の中から気相冷媒６を分離して取り出すことができる。

ここで、例えば、流入配管１として空気調和装置で使用される一般的な外径１２．７ｍｍ、同じく気相流出管３として外径６．３５ｍｍの銅配管を用いるようにする。そして、例えば気液二相冷媒４の乾き度を約０．１５から約０．３とし、気液二相冷媒４の質量流量を約５０ｋｇ／ｈから約１７０ｋｇ／ｈとして、流入配管１から流入した気液二相冷媒４が気相流出管３の端部付近で環状流１０になるようにする。このとき、流入配管１から流入した気相冷媒量の約４０％から約８５％を気相冷媒６として分離することができる。

ここで、流入配管１と気相流出管３の配管径は、上記のものに限らず例えば９．５３ｍｍ、１５．８８ｍｍ、１９．０５ｍｍ、２２．２３ｍｍ、あるいはそれ以上の配管径など空気調和装置で使用される一般的なものを用いれば特別な部材を用いる必要がない。このため、気液分離器の製造等に係るコストを抑えることができる。

また、実施の形態５に示した気液分離器を図３等の冷凍サイクル装置に搭載することにより、気液二相状態で流れる冷媒蒸気と冷媒液を分離し、冷媒液のみを蒸発器に流すことができる。このため、冷媒が蒸発器を通過する際の圧力損失を低減して、空気調和装置のエネルギ効率を向上することができる。

また、例えば、空気調和装置の室内熱交換器、室外熱交換器に使用されるような内面溝付管を流入配管１に用いても良い。内面溝付管を流入配管１に用いることにより、気液二相冷媒４のうち、液相冷媒が表面張力により溝部分に溜まりやすくなるので環状流１０を形成しやすくなる。このため、気相冷媒６に混入する液滴１１を少なくすることができる。また、液相冷媒８に混入する気泡１２を少なくすることができる。

図８は実施の形態５による気液分離器の別の例を示すための図である。図８の気液分離器は、図７で示した気液分離器を直列に組み合わせて多段構成にしたものである。このとき、二相冷媒流れ方向５に対して上流（前段、１段目）側の気液分離器の液相流出管２と下流（後段、２段目）側の気液分離器の流入配管１とが接続される。図８中の一点鎖線は接続部分の境界を示す。

２段目の気液分離器の流入配管１内における気相流出管３の端部は、１段目の流入配管曲がり部１３の出口部分から距離Ｌ２の位置となるように設置してある。ここで、Ｌ２は１段目の気液分離が行われた後、２段目の気相流出管３の端部付近の気液二相冷媒４が環状流１０になるのに必要な距離となっている。

さらに、２段目の気液分離器の配管径を１段目と同一にしてもよいが、例えば、２段目に流入する冷媒は、１段目で気相冷媒６が分離した冷媒であるため、２段目の流入配管１に流入する気相の冷媒量は少なくなっている。このため２段目の気液分離器の配管径を１段目の配管径より小さくしてもよい。配管径を小さくすることで、単に多段にする場合に比べて小型化、軽量化をはかることができ、低コスト化をはかることができる。ここで、図８では２つの気液分離器を直列に組み合わせた気液分離器としたが、目的とする気液分離効率を得るために３個以上の多段構成にしても良い。

図９は実施の形態５による気液分離器の他の例を示すための図である。図９では図７で示した気液分離器を並列に組み合わせて構成した気液分離器とするものである。図９では、二分岐管１４に、図７で説明した２つの気液分離器を並列に接続している。そして、流入した気液二相冷媒４を二分岐管１４で分岐させ、各気液分離器の流入配管１に流入させる。

この構成によれば気液分離器全体の分離効率をさらに向上させることができる。例えば流入配管１から流入した乾き度約０．２の気相冷媒量の約４０％について気相冷媒６として分離可能な気液分離器を二分岐管１４により２台並列に接続する。また、例えば流入配管１から流入する気液二相冷媒４の質量流量が約８０ｋｇ／ｈとする。このとき、気液分離器１台あたりに対する気液二相冷媒４の流量は半分になる。気液二相冷媒４の流量が少なくなると気液分離器の分離効率は上がるため、質量流量約４０ｋｇ／ｈ、乾き度約０．２の気相冷媒量の約５５％を気相冷媒６として分離することができる。したがって、気液分離器を２台並列に組み合わせることにより、気相流出管３からはもとの気相冷媒量の約５５％を気相冷媒６として分離することができることになるため、高い分離効率を得ることができる。

また、流入配管１と液相流出管２は同一の配管で構成されているので流入配管１への分岐と液相流出管２の合流、気相流出管３の合流は汎用の二分岐管１４などが使用でき、容易に接続することができる。図９中の一点鎖線は二分岐管１４と各気液分離器との接続部分の境界を示す。

ここで、流入配管１内の気相流出管３の端部は、二分岐管１４との接続部分から距離Ｌ３の位置になるように設置してある。Ｌ３は二分岐管１４で気液二相冷媒４の分岐が行われた後、気相流出管３の端部付近の気液二相冷媒４が環状流１０になるのに必要な距離となっている。

したがって、簡素な構成で高性能な気液分離器を低コストで得ることができる。ここで、図９では２つの気液分離器を並列に組み合わせた気液分離器としたが、目的とする気液分離効率を得るために３個以上並列に組み合わせて構成しても良い。

実施の形態６．
図１０は本発明の実施の形態６による気液分離器の構成を示すための図である。図１０において、上記の実施の形態と同じ部分には同じ符号を付した。流入配管１の途中において、流入配管１の内径よりも小さな外径を持つ気相流出管３が流入配管曲がり部１３の管壁を貫通してろう付けにより接続されて設けられている。このとき、ここで、気相流出管３は、気相流出管３の中心軸が流入配管曲がり部１３の内周側に偏るように、また、流入配管１内の気相流出管３の端部が流入配管曲がり部１３下流の出口部分から距離Ｌ４となる位置に設置してある。また、気液分離後に液相の冷媒が流出する液相流出管２は、流入配管１と同一の配管で構成されている。

そして、流入配管１には気相の冷媒と液相の冷媒とが混じった気液二相冷媒４が流れ込む。図１０では気液二相冷媒４の流れ方向を図中矢印の二相冷媒流れ方向５として示している。また気液分離後における気相冷媒６の流れ方向を気相冷媒流れ方向７とし、気液分離後の液相冷媒８の流れ方向を液相冷媒流れ方向９として示している。液滴１１と気泡１２は気液分離が完全に行われない場合に気相冷媒６と液相冷媒８にそれぞれ混入する冷媒である。

流入配管１において、気液二相冷媒４が流入配管曲がり部１３を通過する際、気液二相冷媒４の液相の冷媒は遠心力により流入配管曲がり部１３の外周側に偏って流れる。本実施の形態の構成のように、気相流出管３を流入配管曲がり部１３の内周側に偏よるように設けることで、気液二相冷媒４の中から気相冷媒６を分離して取り出すことができる。

ここで、例えば、流入配管１として空気調和装置で使用される一般的な外径１２．７ｍｍ、同じく気相流出管３として外径６．３５ｍｍの銅配管を用いるようにし、距離Ｌ４は流入配管曲がり部１３下流の出口部分から流入配管１の外径の約４倍の位置となるようにする。このとき、例えば二相冷媒４の乾き度を約０．１５から約０．３とし、気液二相冷媒４の質量流量を約５０ｋｇ／ｈから約１７０ｋｇ／ｈとした場合には、流入配管１から流入した気相冷媒量の約４０％から約８５％を気相冷媒６として分離することができる。

また、本実施の形態に示した気液分離器を図３のような冷凍サイクル装置に搭載することにより、気液二相状態で流れる冷媒蒸気と冷媒液を分離し、冷媒液のみを蒸発器に流すことができる。このため、冷媒が蒸発器を通過する際の圧力損失を低減して、空気調和装置のエネルギ効率を向上することができる。

図１１は実施の形態６による気液分離器の別の例を示すための図である。図１１の気液分離器は、図１０で示した気液分離器を直列に組み合わせて多段構成にしたものである。このとき、二相冷媒流れ方向５に対して上流（前段、１段目）側の気液分離器の液相流出管２と下流（後段、２段目）側の気液分離器の流入配管１とが接続される。図１１中の一点鎖線は接続部分の境界を示す。

さらに、２段目の気液分離器の配管径を１段目と同一にしてもよいが、例えば、２段目に流入する冷媒は、１段目で気相冷媒６が分離した冷媒であるため、２段目の流入配管１に流入する気相の冷媒量は少なくなっている。このため２段目の気液分離器の配管径を１段目の配管径より小さくしてもよい。配管径を小さくすることで、単に多段にする場合に比べて小型化、軽量化をはかることができ、低コスト化をはかることができる。ここで、図１１では２つの気液分離器を直列に組み合わせた気液分離器としたが、目的とする気液分離効率を得るために３個以上の多段構成にしても良い。

図１２は実施の形態６による気液分離器の他の例を示すための図である。図１２では図１０で示した気液分離器を並列に組み合わせて構成した気液分離器とするものである。図１２では、二分岐管１４に、図１０で説明した２つの気液分離器を並列に接続している。そして、流入した気液二相冷媒４を二分岐管１４で分岐させ、各気液分離器の流入配管１に流入させる。

また、流入配管１と液相流出管２は同一の配管で構成されているので流入配管１への分岐と液相流出管２の合流、気相流出管３の合流は汎用の二分岐管１４などが使用でき、容易に接続することができる。図１２中の一点鎖線は二分岐管１４と各気液分離器との接続部分の境界を示す。

したがって、簡素な構成で高性能な気液分離器を低コストで得ることができる。ここで、図１２では２つの気液分離器を並列に組み合わせた気液分離器としたが、目的とする気液分離効率を得るために３個以上並列に組み合わせて構成しても良い。

実施の形態７．
上記の実施の形態６においては、気相冷媒流れ方向７と二相冷媒流れ方向５の方向が異なる方向となっていたが、例えば、気相冷媒流れ方向７と二相冷媒流れ方向５の方向が一致するように流入配管１と気相流出管３を接続するようにしてもよい。このような構成にしても、環状流１０になっている気液二相冷媒４の中から気相冷媒６を分離して取り出すことができる。

実施の形態８．
図１３は本発明の実施の形態８による気液分離器を示すための図である。図１３において、上記の実施の形態と同じ部分には同じ符号を付した。本実施の形態の気液分離器は、液相流出管２の上流側（流入配管１側）に液相流出管曲がり部１５を設けている。そして、流入配管１の内径よりも小さな外径を持つ気相流出管３が液相流出管曲がり部１５の管壁を貫通してろう付けにより接続されて設けられている。ここで、気相流出管３の中心軸は流入配管曲がり部１３の内周側に偏って配置され、流入配管１内の気相流出管３の端部は流入配管曲がり部１３下流の出口部分から距離Ｌ４となる位置に設置してある。また、気液分離後に液相冷媒８が流出する液相流出管２は、流入配管１と同一の配管で構成されている。

そして、流入配管１には気相の冷媒と液相の冷媒とが混じった気液二相冷媒４が流れ込む。図１３では気液二相冷媒４の流れ方向を図中矢印の二相冷媒流れ方向５として示している。また気液分離後における気相冷媒６の流れ方向を気相冷媒流れ方向７とし、気液分離後の液相冷媒８の流れ方向を液相冷媒流れ方向９として示している。液滴１１と気泡１２は気液分離が完全に行われない場合に気相冷媒６と液相冷媒８にそれぞれ混入する冷媒である。

図１４は実施の形態８による気液分離器の別の例を示すための図である。図１４の気液分離器は、図１３で示した気液分離器を直列に組み合わせて多段構成にしたものである。このとき、二相冷媒流れ方向５に対して上流（前段、１段目）側の気液分離器の液相流出管２と下流（後段、２段目）側の気液分離器の流入配管１とが接続される。図１４中の一点鎖線は接続部分の境界を示す。

さらに、２段目の気液分離器の配管径を１段目と同一にしてもよいが、例えば、２段目に流入する冷媒は、１段目で気相冷媒６が分離した冷媒であるため、２段目の流入配管１に流入する気相の冷媒量は少なくなっている。このため２段目の気液分離器の配管径を１段目の配管径より小さくしてもよい。配管径を小さくすることで、単に多段にする場合に比べて小型化、軽量化をはかることができ、低コスト化をはかることができる。ここで、図１４では２つの気液分離器を直列に組み合わせた気液分離器としたが、目的とする気液分離効率を得るために３個以上の多段構成にしても良い。

図１５は実施の形態８による多段構成の気液分離器のさらに別の例を示すための図である。図１５の気液分離器は、図１３で示した気液分離器を直列に組み合わせて多段構成にしたものである。このとき、１段目の気液分離器の液相流出管曲がり部１５と２段目の気液分離器の流入配管曲がり部１３を共通にして接続する。このような構成にすることで配管の長さを節約することができるので、より低コストにすることができる。

図１６は実施の形態８による気液分離器の他の例を示すための図である。図１６では図１３で示した気液分離器を並列に組み合わせて構成にした構成の気液分離器とするものである。図１６では、二分岐管１４に、図１３で説明した２つの気液分離器を並列に接続している。そして、流入した気液二相冷媒４を二分岐管１４で分岐させ、各気液分離器の流入配管１に流入させる。

また、流入配管１と液相流出管２は同一の配管で構成されているので流入配管１への分岐と液相流出管２の合流、気相流出管３の合流は汎用の二分岐管１４などが使用でき、容易に接続することができる。図１６中の一点鎖線は二分岐管１４と各気液分離器との接続部分の境界を示す。

したがって、簡素な構成で高性能な気液分離器を低コストで得ることができる。ここで、図１６では２つの気液分離器を並列に組み合わせた気液分離器としたが、目的とする気液分離効率を得るために３個以上並列に組み合わせて構成しても良い。

１流入配管、２液相流出管、３気相流出管、４気液二相冷媒、５二相冷媒流れ方向、６気相冷媒、７気相冷媒流れ方向、８液相冷媒、９液相冷媒流れ方向、１０環状流、１１液滴、１２気泡、１３流入配管曲がり部、１４二分岐管、１５液相流出管曲がり部、１６室内熱交換器、１９四方弁、２０気液分離器、２１膨張弁、２２電磁弁、２３毛細管、２４逆止弁、２５バイパス回路、２６圧縮機、２７室外熱交換器。

Claims

管途中に曲がり部を有し、気液二相流が流入する流入配管と、
前記流入配管の内径より小さな外径を有し、前記曲がり部において前記流入配管を貫通して一方の端部が前記流入配管内に配置され、前記一方の端部から前記気液二相流の気相流を流出させるための気相流出管と、
前記気液二相流の液相流を流出させるための前記液相流出管と
を備えることを特徴とする気液分離器。
前記液相流出管は、前記流入配管と同一管で構成することを特徴とする請求項１記載の気液分離器。
前記流入配管内における前記気相流出管と前記流入配管との中心軸が略一致するように、前記液相流出管を貫通して、前記気相流出管の前記一方の端部が配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の気液分離器。
前記流入配管を内面溝付管としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の気液分離器。
前記流入配管内における前記気相流出管の中心軸が、前記曲がり部の内周側に位置するように、前記液相流出管を貫通して、前記気相流出管の前記一方の端部が配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の気液分離器。
複数の前記気液分離器を直列に接続して構成することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の気液分離器。
複数の気液分離器を分岐管とそれぞれ接続して並列に構成することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の気液分離器。
請求項１〜７のいずれか一項に記載の気液分離器を搭載したことを特徴とする冷凍サイクル装置。