JP2012241962A

JP2012241962A - 気液分離器

Info

Publication number: JP2012241962A
Application number: JP2011111523A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Onishi; 祐輔大西; Yukihiro Takano; 幸裕高野; Kentetsu Yasujima; 賢哲安嶋; Toshiaki Tsuchiya; 敏章土屋
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd; Fuji Electric Retail Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd; Fuji Electric Retail Systems Co Ltd
Priority date: 2011-05-18
Filing date: 2011-05-18
Publication date: 2012-12-10
Anticipated expiration: 2031-05-18
Also published as: JP5803263B2

Abstract

【課題】高い気液分離効率を維持しつつ、通過抵抗の小さい気液分離器を提供する。
【解決手段】気液二相冷媒を流入させる気液二相冷媒流入パイプ１、分離された気相冷媒を流出させる気相冷媒流出パイプ２、分離された液相冷媒を流出させる液相冷媒流出パイプ３、これらのパイプが挿入される本体容器４、金属板を蛇腹状に加工し、本体容器４の内壁を一周するように配設されている整流器５、気相冷媒流出パイプ２の周囲に配設されている円筒形のガイド壁６などから構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍サイクル装置などで使用される気液二相冷媒（気液混相体）を気相冷媒（気体）と液相冷媒（液体）に分離する気液分離器に関する。

冷凍サイクル装置などで使用されている気液分離器は、気液二相冷媒の中の液滴を気相冷媒と液相冷媒に分離する。分離する方式としては、主に、遠心力分離、表面張力分離、重力分離の３つの方式がある。

遠心力分離方式による気液分離器は、タンクなどの本体容器の容器側面から気液二相冷媒の流体を容器内壁接線方向から流入させ、容器内壁を周方向に流して旋回流とする。本体容器内を周方向に旋回しながら流れる気液二相冷媒は、旋回流の遠心力により、気体と液体の密度の差から、内側に密度の小さい気相冷媒、外側に密度の大きい液相冷媒に分離する（たとえば、特許文献１参照）。

また、表面張力分離方式による気液分離器は、蛇腹状の溝付き体の流路に気液二相冷媒を流すことにより、液相冷媒は表面張力を利用し、溝付き体内に付着して流れ、気相冷媒と分離する（たとえば、特許文献２参照）。

さらに、遠心力分離方式と表面張力分離方式を組み合わせ、気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒に分離する気液分離器も知られている（たとえば、特許文献３参照）。

特開２００１−２４６２１６号公報特開２０１０−１８５６４４号公報特開２００５−９８６６４号公報

しかしながら、旋回流を用いた遠心力分離方式は、旋回流により、気液分離器底部液溜の液相冷媒表面が波打つことや、液相冷媒の入口での気泡の吸い込みを避けることができなかった。また、液相冷媒表面が波打つことによる再液滴化（再ミスト化）や、気相冷媒流出パイプの気相冷媒の入口が気液二相冷媒流入パイプの冷媒の吐出口に近いことによる直接の液滴（ミスト）の吸い込みなどの課題がある。さらに、旋回流の遠心力により外側の液相冷媒化、内側の気相冷媒化により、気液二相冷媒が分離され、重力によって液相冷媒が下方に流れていくが、この状態では冷媒の流速が速く、液相冷媒の流体に気泡も含まれてしまうという課題もある。

また、表面張力分離方式は、すべての気液二相冷媒を蛇腹状の溝付き体を通す必要があり、冷媒の通過抵抗が大きくなるという課題がある。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、高い気液分離効率を維持しつつ、通過抵抗の小さい気液分離器を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る気液分離器は、円筒型の本体容器に供給された気液混相体を旋回流によって気体と液体に分離する気液分離器において、
前記本体容器の下部に前記旋回流を整流する整流部を備え、該整流部から前記旋回流領域にはガイド壁を設けたことを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る気液分離器は、上述した請求項１において、前記ガイド壁は、前記旋回流の領域から前記整流部まで設けられ、その上端を解放していることを特徴とする。

本発明によれば、円筒型の本体容器に供給された気液混相体を旋回流によって気体と液体に分離する気液分離器において、前記本体容器の下部に前記旋回流を整流する整流部を備え、該整流部から前記旋回流領域にはガイド壁を設け、前記ガイド壁は、前記旋回流の領域から前記整流部まで設けられ、その上端を解放していることにより、旋回流による気液分離器底部液溜の液相冷媒表面が波打つことや、液相冷媒の入口での気泡の吸い込みが避けられる。また、液相冷媒表面が波打つことによる再液滴化（再ミスト化）や、気相冷媒流出パイプの気相冷媒の入口が気液二相冷媒流入パイプの冷媒の吐出口に近いことによる直接の液滴（ミスト）の吸い込みや、液相冷媒の流体に気泡も含まれることを防ぐことができる。さらに、すべての気相冷媒を蛇腹状の溝付き体に通す必要がなくなるので、冷媒の通過抵抗が小さくなり、高い気液分離効率を維持しつつ、通過抵抗の小さい気液分離器を提供することが可能となる。

本発明に係る気液分離器の断面側面図である。図１に示した気液分離器の冷媒流動図である。図１に示した気液分離器のＡ−Ａ方向の断面平面図である。図１に示した気液分離器のＢ−Ｂ方向の断面平面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る気液分離器の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

この実施の形態の気液分離器は、冷凍サイクル装置などで使用されている気液二相冷媒（気液混相体）の中の液滴を気相冷媒（気体）と液相冷媒（液体）に分離する装置である。

図１は、本発明に係る気液分離器の実施の形態の断面側面図である。

図１に示すように、気液分離器は、気液二相冷媒を流入させる気液二相冷媒流入パイプ（気液混相体流入パイプ）１、分離された気相冷媒を流出させる気相冷媒流出パイプ（気体流出パイプ）２、分離された液相冷媒を流出させる液相冷媒流出パイプ（液体流出パイプ）３、これらのパイプが挿入される本体容器４、金属板を蛇腹状に加工し、本体容器４の内壁を一周するように配設されている整流器（整流部）５、気相冷媒流出パイプ２の周囲に配設されている円筒形のガイド壁６などから構成されている。

本体容器４は、頂部４ａ、底部４ｃ、および、頂部４ａと底部４ｃの間を連結する中空円筒型の胴部４ｂとから構成されている。気液二相冷媒流入パイプ１は、胴部４ｂの上方側面に接線方向に内壁面を貫通して取付けられ、胴部４ｂの接線方向から本体容器４内に流入された気液二相冷媒は、その内部で旋回流となる。

気相冷媒流出パイプ２は、頂部４ａから胴部４ｂの軸心方向に内壁面を貫通して装入され、気液二相冷媒から分離された気相冷媒を気相冷媒入口２ａから取り込み、本体容器４の外部へと流出させる。液相冷媒流出パイプ３は、底部４ｃの下方側面の内壁面を貫通して取付けられ、気液二相冷媒から分離されて底部４ｃの整流器液溜８に溜まった液相冷媒を液相冷媒入口３ａから取り込み、本体容器４の外部へと流出させる。

整流器（整流部）５は、本体容器４の下部で、図４に示すように、胴部４ｂの内壁を一周するように配設されている。この整流器５は、溝付き体のように金属板を蛇腹状に加工したものを用いている。ガイド壁６は、円筒形の形をしており、気相冷媒流出パイプ２の周囲に配設してある。また、ガイド壁６の上端は気相冷媒流出パイプ２の上端の気相冷媒入口２ａより若干低い位置に解放され、ガイド壁６の下端は整流器５の上端まで設けられている。さらに、ガイド壁６の下端と整流器５の接続部である旋回流部液溜７から下方には流体が流れ込まないように密封構造にしてある。

上述した実施の形態である気液分離器で、気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒に分離させる動作を説明すると、図２の気液分離器の冷媒流動図、および、図３の気液分離器のＡ−Ａ方向の断面平面図で示しているように、気液二相冷媒は、気液二相冷媒流入パイプ１の冷媒吐出口１ａから、本体容器４内を周方向（矢印参照）に流入し、流入した気液二相冷媒は本体容器４内壁を沿うように案内されて流れ、旋回流となる。このようにして、本体容器４内壁を周方向に旋回しながら流れる気液二相冷媒は、旋回流の遠心力により、気体と液体の密度の差から、内側に密度が小さい気相冷媒、外側に密度が大きい液相冷媒に分離される。気相冷媒と液相冷媒とに分離されると、重力により、密度の小さい気相冷媒は内側を上方に、密度の大きい液相冷媒は外側を下方に分かれる。

そして、本体容器４の内壁とガイド壁６との間を上方に向かった気相冷媒は、本体容器４の頂部４ａに上昇すると、気相冷媒入口２ａから気相冷媒流出パイプ２に取り込まれ、気相冷媒流出パイプ２内を矢印方向に流出する。

また、本体容器４の内壁とガイド壁６との間を下方に向かった液相冷媒には気泡などが含まれているが、下方に向かった液相冷媒は、整流器５によって流速を低下させながら下方に流れていく。そして、整流器５で整流されることにより、液相冷媒は表面張力を利用して付着して流れ、液相冷媒に含まれていた気泡が液相冷媒から分離される。この整流器５で分離された気相冷媒はガイド壁６と気相冷媒流出パイプ２との間を通り、上方に向かい、気相冷媒入口２ａから気相冷媒流出パイプ２に取り込まれ、気相冷媒流出パイプ２内を矢印方向に流出する。また、整流器５で分離した気泡を含まない液相冷媒は、整流器液溜８に溜まり、液相冷媒入口３ａから液相冷媒流出パイプ３に取り込まれ、液相冷媒流出パイプ３内を矢印方向に流出する。

これにより、旋回流を用いた遠心力分離方式で課題となっていた気相冷媒と液相冷媒を通過抵抗を少なくして効率的に完全に分離することができ、旋回流による気液分離器底部液溜の液相冷媒表面が波打つことや、液相冷媒の入口での気泡の吸い込みが避けられる。また、液相冷媒表面が波打つことによる再液滴化（再ミスト化）や、気相冷媒流出パイプ２の気相冷媒入口２ａが気液二相冷媒流入パイプ１の冷媒吐出口１ａに近いことによる直接の液滴（ミスト）の吸い込みや、液相冷媒の流体に気泡も含まれることを防ぐことができる。さらに、すべての気相冷媒を蛇腹状の溝付き体に通す必要がなくなるので冷媒の通過抵抗が小さくなり、高い気液分離効率を維持しつつ、通過抵抗の小さい気液分離器を提供することが可能となる。

１気液二相冷媒流入パイプ（気液混相体流入パイプ）
２気相冷媒流出パイプ（気体流出パイプ）
３液相冷媒流出パイプ（液体流出パイプ）
４本体容器
４ａ頂部
４ｂ胴部
４ｃ底部
５整流器（整流部）
６ガイド壁
７旋回流部液溜
８整流器液溜

Claims

円筒型の本体容器に供給された気液混相体を旋回流によって気体と液体に分離する気液分離器において、
前記本体容器の下部に前記旋回流を整流する整流部を備え、該整流部から前記旋回流領域にはガイド壁を設けたことを特徴とする気液分離器。
前記ガイド壁は、前記旋回流の領域から前記整流部まで設けられ、その上端を解放していることを特徴とする請求項１に記載の気液分離器。