JP2013257081A - Gas/liquid separating heat exchanger and air conditioner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、湿り蒸気冷媒と気相冷媒の熱交換と、湿り蒸気冷媒の気液分離とを行う気液分離熱交換器、及び、これを用いた空気調和装置に関する。 The present invention relates to a gas-liquid separation heat exchanger that performs heat exchange between a wet vapor refrigerant and a gas-phase refrigerant and gas-liquid separation of the wet vapor refrigerant, and an air conditioner using the same.
高い暖房性能や冷房性能を確保するために、冷媒を2段圧縮する空気調和装置が提案されている。このような2段圧縮の空気調和装置では、気液分離熱交換器(中間冷却器)が使用されている。 In order to ensure high heating performance and cooling performance, an air conditioner that compresses refrigerant in two stages has been proposed. In such a two-stage compression air conditioner, a gas-liquid separation heat exchanger (intercooler) is used.
従来の気液分離熱交換器として、特許文献1に開示されたものがある。図6に示すように、この気液分離熱交換器50のタンク51には、低圧側圧縮機(図示せず)から吐出された気相冷媒をタンク51の壁面の接線に沿って流入させる第1入口部52と、コンデンサから送り込まれる湿り蒸気冷媒をタンク51の壁面の接線に沿って流入させる第2入口部53と、タンク51内の気相冷媒がタンク51外に流出する第1出口部54と、タンク51内の液相冷媒がタンク51外に流出する第2出口部55とが形成されている。
A conventional gas-liquid separation heat exchanger is disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG. 6, the gas-phase refrigerant discharged from the low-pressure compressor (not shown) flows into the
上記の気液分離熱交換器50では、タンク51内において、第1入口部52から流入させた気相冷媒と、第2入口部53から流入させた湿り蒸気冷媒とを旋回流で流れさせ、互いを熱交換させつつ、湿り蒸気冷媒の気液分離を図っている。
In the gas-liquid
しかしながら、前記従来の気液分離熱交換器50にあって、高圧側圧縮機がタンク51内の気相冷媒を吸引すると、低圧側圧縮機からの気相冷媒が、旋回流を形成することなくショートカットして第1出口部54から流出する恐れがある。その結果、気相冷媒がタンク51内に滞留する時間が短くなり、湿り蒸気冷媒と気相冷媒間で熱交換を促進させることができなくなる恐れがある。
However, in the conventional gas-liquid
そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、タンク内の気相冷媒を吸引しても、湿り蒸気冷媒と気相冷媒間の熱交換を促進させつつ、湿り蒸気冷媒を気液分離することが可能な気液分離熱交換器、及び、これを用いた空気調和装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problem, and even if the vapor phase refrigerant in the tank is sucked, the wet vapor refrigerant is promoted while promoting heat exchange between the wet vapor refrigerant and the vapor phase refrigerant. An object of the present invention is to provide a gas-liquid separation heat exchanger capable of gas-liquid separation, and an air conditioner using the same.
本発明は、冷媒を収容可能なタンクと、前記タンク内に配置され、気相冷媒が流通可能な管状部材と、を備え、前記管状部材には、前記気相冷媒を前記タンク内に流出させる流出部が設けられ、前記タンクは、前記管状部材の上部に、湿り蒸気冷媒を吹き掛ける入口部と、前記タンク内の前記気相冷媒の出口部と、を有することを特徴とする気液分離熱交換器である。 The present invention includes a tank capable of storing a refrigerant, and a tubular member disposed in the tank and capable of circulating a gas phase refrigerant, and the tubular member causes the gas phase refrigerant to flow out into the tank. An outflow part is provided, and the tank has an inlet part for spraying wet vapor refrigerant on an upper part of the tubular member, and an outlet part for the gas-phase refrigerant in the tank. It is a heat exchanger.
前記入口部は、前記湿り蒸気冷媒を噴霧状態にして吹き掛けるものであっても良い。前記タンク内には、前記湿り蒸気冷媒から気液分離した液相冷媒が貯留され、前記管状部材は、液相冷媒の液面から少なくとも一部が露出しているものであっても良い。前記管状部材は、螺旋状に形成されているものであっても良い。前記管状部材は、螺旋錐状に形成されているものであっても良い。前記管状部材は、前記タンク内に直線状に突出しているものであっても良い。 The inlet portion may be sprayed with the wet vapor refrigerant sprayed. A liquid phase refrigerant separated from the wet vapor refrigerant may be stored in the tank, and the tubular member may be at least partially exposed from the liquid surface of the liquid phase refrigerant. The tubular member may be formed in a spiral shape. The tubular member may be formed in a spiral cone shape. The tubular member may protrude linearly into the tank.
他の発明は、第1の熱交換器と、前記第1の熱交換器を通過した冷媒を減圧する高圧側減圧手段と、第2の熱交換器と、前記第2の熱交換器に送る冷媒を減圧する低圧側減圧手段と、前記高圧側減圧手段と前記低圧側減圧手段との間の冷媒流路に設けられた請求項1〜請求項6のいずれかに記載の気液分離熱交換器と、前記第2の熱交換器を通過した気相冷媒を圧縮し、当該気相冷媒を前記気液分離熱交換器に送る第1の圧縮機と、前記気液熱交換器から前記冷媒を吸引し、当該冷媒を圧縮して前記第1の熱交換器に送る第2の圧縮機とを備えたことを特徴とする空気調和装置である。 In another aspect of the invention, the first heat exchanger, the high pressure side pressure reducing means for reducing the pressure of the refrigerant that has passed through the first heat exchanger, the second heat exchanger, and the second heat exchanger are sent. The gas-liquid separation heat exchange according to any one of claims 1 to 6, provided in a refrigerant flow path between the low-pressure side decompression means for decompressing the refrigerant, and the high-pressure side decompression means and the low-pressure side decompression means. And a first compressor that compresses the gas-phase refrigerant that has passed through the second heat exchanger and sends the gas-phase refrigerant to the gas-liquid separation heat exchanger, and the refrigerant from the gas-liquid heat exchanger And a second compressor that compresses the refrigerant and sends it to the first heat exchanger.
本発明によれば、気相冷媒はタンク内に配置された管状部材内を通ってタンク内に流入するため、管状部材内を通過する時間をタンク内の滞留時間として確保され、気相冷媒と湿り蒸気冷媒間の熱交換が促進される。従って、湿り蒸気冷媒と気相冷媒間の熱交換を促進させつつ、湿り蒸気冷媒を気液分離することが可能である。 According to the present invention, since the gas-phase refrigerant flows into the tank through the tubular member disposed in the tank, the time for passing through the tubular member is secured as the residence time in the tank, Heat exchange between the wet steam refrigerant is promoted. Accordingly, it is possible to gas-liquid separate the wet vapor refrigerant while promoting heat exchange between the wet vapor refrigerant and the gas phase refrigerant.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(一実施形態)
図1及び図2は本発明の一実施形態を示す。図1において、空気調和装置である車両用空気調和装置は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置1を備えている。この冷凍サイクル装置1は、圧縮機2と、第1の熱交換器である室内熱交換器3と、高圧側減圧手段である高圧側膨張弁4と、気液分離熱交換器5と、低圧側減圧手段である低圧側膨張弁6と、第2の熱交換器である室外熱交換器7と、これらの間を接続する複数の冷媒配管8a〜8fとを備えている。
(One embodiment)
1 and 2 show an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a vehicle air conditioner that is an air conditioner includes a vapor compression refrigeration cycle apparatus 1. The refrigeration cycle apparatus 1 includes a
圧縮機2は、第1の圧縮機である低圧側圧縮機2aと第2の圧縮機である高圧側圧縮機2bを備えている。各圧縮機2a,2bは、冷媒をそれぞれ圧縮する。
The
室内熱交換器3は、高圧側圧縮機2bで圧縮された高温高圧の冷媒と車室内に供給する空気との間で熱交換する。室内熱交換器3は、冷媒の放熱作用によって室内に供給する空気を加熱する。これにより、室内熱交換器3からは、冷媒配管8bに高圧の液相冷媒が送出される。
The indoor heat exchanger 3 exchanges heat between the high-temperature and high-pressure refrigerant compressed by the high-
高圧側膨張弁4は、室内熱交換器3を通過した高圧の液相冷媒を中間圧に減圧する。これにより、高圧側膨張弁4からは、冷媒配管8cに液相冷媒及び気相冷媒を含む湿り蒸気冷媒が送出される。
The high-pressure
気液分離熱交換器5の構成は、下記に詳述する。
The configuration of the gas-liquid
低圧側膨張弁6は、気液分離熱交換器5より送出される液相冷媒を低圧に減圧する。
The low pressure
室外熱交換器7は、低圧側膨張弁6から送出された冷媒と車室外の空気との間で熱交換する。室外熱交換器7は、車室外の空気より冷媒が吸熱する。室外熱交換器7からは、冷媒配管8fに低圧の気相冷媒が送出される。
The
次に、気液分離熱交換器5の構成を説明する。図2に示すように、気液分離熱交換器5は、冷媒を収容可能なタンク10を有する。タンク10内には、気相冷媒が流通可能な管状部材11が配置されている。管状部材11は、実質的に同一半径で巻回された螺旋状に形成されている。管状部材11は、タンク10内に貯留された液相冷媒の液面から少なくとも一部が露出するよう配置されている。管状部材11の一方端の開口が気相冷媒の流出部12として形成されている。管状部材11の他端側は、低圧側圧縮機2aの冷媒吐口に冷媒配管9aによって接続されている。低圧側圧縮機2aで圧縮された中間圧の気相冷媒は、管状部材11の内部を通って流出部12よりタンク10内に流出する。
Next, the configuration of the gas-liquid
タンク10には、入口部13、第1出口部14及び第2出口部15がそれぞれ設けられている。入口部13は、管状部材11の上端より更に上方位置に設けられている。入口部13は、管状部材11に向かって開口している。入口部13には、高圧側膨張弁4の出口側の冷媒配管8cが接続されている。入口部13は、管状部材11の上部に、湿り蒸気冷媒を噴霧状態にして吹き掛ける。
The
第1出口部14は、タンク10内の最上方位置に設けられている。つまり、第1出口部14は、タンク10内に貯留された液相冷媒の液面より所定距離を置いた高い位置に設けられている。第1出口部14は、高圧側圧縮機2bの冷媒吸入口に冷媒配管9bによって接続されている。タンク10内の中間圧の気相冷媒は、高圧側圧縮機2bに送出される。
The
第2出口部15は、タンク10内の最下方位置、つまり、タンク10内に貯留された液相冷媒の液面より低い位置に設けられている。第2出口部15は、低圧側膨張弁6の冷媒入口に冷媒配管8dによって接続されている。タンク10内の液相冷媒は、低圧側膨張弁6に送出される。
The
次に、上記構成の作用を気液分離熱交換器5の作用を中心に説明する。タンク10内には、低圧側圧縮機2aで圧縮された気相冷媒が管状部材11の内部を通って流出部12からタンク10内に流出すると共に、高圧側膨張弁4で減圧された液相冷媒を含む湿り蒸気冷媒が入口部13から噴霧される。噴霧状の湿り蒸気冷媒は、タンク10内にまんべんなく飛散し、管状部材11の外面に膜状に付着する。管状部材11に付着した湿り蒸気冷媒は、その自重によって管状部材11の下方に向かって滴り落ちる。従って、気相冷媒と湿り蒸気冷媒とは、タンク10内の空間内で熱交換する共に、気相冷媒が管状部材11内を通過する過程でも熱交換する。
Next, the operation of the above configuration will be described focusing on the operation of the gas-liquid
このように気相冷媒と湿り蒸気冷媒が熱交換しつつ、湿り蒸気冷媒は比重の大きい液相冷媒がタンク10内の下方に、比重の小さいガス冷媒(気相冷媒)がタンク10内の上方に分離される。そして、タンク10内の下方に開口する第2出口部15より液相冷媒が低圧側膨張弁6に供給される。タンク10内の上方に開口する第1出口部14より中間圧の気相冷媒が高圧側圧縮機2bに供給される。高圧側圧縮機2bには、湿り蒸気冷媒との間で十分に熱交換された気相冷媒が供給される。
As described above, while the gas-phase refrigerant and the wet vapor refrigerant exchange heat, the wet vapor refrigerant has a liquid phase refrigerant having a large specific gravity below the
図3は、冷凍サイクル装置1のp−h特性線である。仮に、タンク10内に管状部材11を配置せずに気相冷媒をタンク10内に流入させた場合には、高圧側圧縮機2bの冷媒圧縮に対応する箇所の特性線(Bの特性)が図3にて破線で示すものとなる。本実施形態のように、管状部材11をタンク10内に配置した場合には、気相冷媒と湿り蒸気冷媒とが、上記したように、タンク10内の空間内で熱交換すると共に、気相冷媒が管状部材11内を通過する過程でも熱交換するため、高圧側圧縮機2bには過熱度が低い(飽和蒸気に近い)気相冷媒が供給される。これにより、高圧側圧縮機から吐出される冷媒は、吐出温度が低下する。従って、高圧側圧縮機2bの冷媒圧縮に対応する箇所の特性線(Aの特性)が図3にて実線で示すものとなる。これにより、高圧側圧縮機2bから吐出される冷媒の圧縮効率の向上を図ることができる。
FIG. 3 is a ph characteristic line of the refrigeration cycle apparatus 1. If the gas-phase refrigerant is allowed to flow into the
上記した気液分離熱交換器5の作用過程において、仮に、高圧側圧縮機2bによってタンク10内の気相冷媒が強く吸引されても、気相冷媒はタンク10内に配置された管状部材11内を通ってタンク10内に流入するため、管状部材11内を通過する時間をタンク10内の滞留時間として確保され、気相冷媒と湿り蒸気冷媒間の熱交換が促進される。従って、高圧側圧縮機2bによってタンク10内の気相冷媒が強く吸引されても、湿り蒸気冷媒と気相冷媒間の熱交換を促進させつつ、湿り蒸気冷媒を気液分離することが可能である。
In the operation process of the gas-liquid
また、管状部材11の上部に付着した湿り蒸気冷媒中の液相冷媒が管状部材11の下部に向かって滴り落ちる過程で、液相冷媒と管状部材11内の気相冷媒とが熱交換するため、これによっても熱交換が促進される。
Further, in the process in which the liquid phase refrigerant in the wet vapor refrigerant adhering to the upper part of the
入口部13は、管状部材(11),(11A),(11B)の上部に、タンク10内に湿り蒸気冷媒を噴霧状態にして吹き掛ける。従って、液相冷媒を管状部材11の外面に膜状に付着させることができるため、液相冷媒と気相冷媒の熱交換がこの点でも促進される。
The
管状部材11は、タンク10内に貯留された液相冷媒の液面から少なくとも一部が露出している。これにより、タンク10の大型化を抑制しつつ、湿り蒸気冷媒と気相冷媒の熱交換を促進させることができる。つまり、管状部材11を液相冷媒に完全に漬かるようにすると、熱交換性が向上するが、第1出口部14から液相冷媒を吸い込まない程度に液相冷媒の液面と第1出口部14の間の距離を取る必要があり、このように構成するとタンク10が大型化する。そのため、管状部材11の一部を液相冷媒に漬かるようにして熱交換を促進させ、管状部材11の他の部分を液相冷媒の液面より露出させることで、液相冷媒の液面と第1出口部14との間の所定距離を確保でき、これによりタンク10の大型化を抑制できる。
The
管状部材11は、螺旋状に形成されている。従って、管状部材11の収容スペースを小さくしつつ管状部材11の経路を長くできるため、タンク10の小型化を図りつつ熱交換の促進を図ることができる。
The
(気液分離熱交換器の第1変形例)
図4は気液分離熱交換器5Aの第1変形例を示す。図4において、この第1変形例の気液分離熱交換器5Aは、前記実施形態のものと比較するに、管状部材11Aの形態のみが相違する。つまり、管状部材11Aは、徐々に異なる半径(円錐面上)で巻回された螺旋錐状に形成されている。
(First modification of gas-liquid separation heat exchanger)
FIG. 4 shows a first modification of the gas-liquid
他の構成は、前記実施形態のものと同一であるため、同一箇所に同一符号を付してその説明を省略する。 Since other configurations are the same as those of the above-described embodiment, the same portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
この第1変形例の気液分離熱交換器5Aでも、前記実施形態のものと同様の作用・効果が得られる。
Even in the gas-liquid
管状部材11Aは、螺旋錐状に形成されている。従って、管状部材11Aの収容スペースを小さくしつつ管状部材11Aの経路を長くできるため、タンク10の小型を図りつつ熱交換の促進を図ることができる。その上、螺旋錐状であるので、管状部材11Aの上段箇所が下段箇所の真下位置に位置せずにシフトした位置に位置するため、噴霧状の湿り蒸気冷媒が管状部材11Aの各段の表面に付着し易く、この点からも熱交換の促進を図ることができる。
The
(気液分離熱交換器の第2変形例)
図5(a)、(b)は気液分離熱交換器5Bの第2変形例を示す。図5(a)、(b)において、この第2変形例の気液分離熱交換器5Bは、前記実施形態のものと比較するに、管状部材11Bの形態のみが相違する。つまり、タンク10の外部には、冷媒配管9aからの気相冷媒を分岐する分配ヘッダ20が設けられている。そして、この分配ヘッダ20に複数の管状部材11Bが接続されている。複数の管状部材11Bは、間隔を置いてタンク10内に水平方向に沿って直線状に突出している。各管状部材11Bの先端が流出部12として形成されている。
(Second modification of gas-liquid separation heat exchanger)
5A and 5B show a second modification of the gas-liquid separation heat exchanger 5B. 5 (a) and 5 (b), the gas-liquid
他の構成は、前記実施形態のものと同一であるため、同一箇所に同一符号を付してその説明を省略する。 Since other configurations are the same as those of the above-described embodiment, the same portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
この第2変形例の気液分離熱交換器でも、前記実施形態のものと同様の作用・効果が得られる。 In the gas-liquid separation heat exchanger of the second modification, the same operation and effect as those of the above embodiment can be obtained.
2a 低圧側圧縮機(第1の圧縮機)
2b 高圧側圧縮機(第2の圧縮機)
3 室内熱交換器(第1の熱交換器)
4 高圧側膨張弁(高圧側減圧手段)
5,5A,5B 気液分離熱交換器
6 低圧側膨張弁(低圧側減圧手段)
7 室外熱交換器(第2の熱交換器)
10 タンク
11 管状部材
12 流出部
13 入口部
14 第1出口部(出口部)
2a Low pressure side compressor (first compressor)
2b High-pressure side compressor (second compressor)
3 Indoor heat exchanger (first heat exchanger)
4 High pressure side expansion valve (High pressure side pressure reducing means)
5, 5A, 5B Gas-liquid
7 Outdoor heat exchanger (second heat exchanger)
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記タンク(10)内に配置され、気相冷媒が流通可能な管状部材(11),(11A),(11B)と、を備え、
前記管状部材(11),(11A),(11B)には、前記気相冷媒を前記タンク(10)内に流出させる流出部(12)が設けられ、
前記タンク(10)は、
前記管状部材(11),(11A),(11B)の上部に、湿り蒸気冷媒を吹き掛ける入口部(13)と、
前記タンク(10)内の前記気相冷媒の出口部(14)と、を有することを特徴とする気液分離熱交換器(5),(5A),(5B)。 A tank (10) capable of containing a refrigerant;
Tubular members (11), (11A), (11B) disposed in the tank (10) and capable of circulating a gas-phase refrigerant,
The tubular members (11), (11A), (11B) are provided with an outflow part (12) for allowing the gas-phase refrigerant to flow out into the tank (10),
The tank (10)
An inlet (13) for spraying wet vapor refrigerant on top of the tubular members (11), (11A), (11B);
And a gas-liquid separation heat exchanger (5), (5A), (5B), comprising an outlet (14) for the gas-phase refrigerant in the tank (10).
前記入口部(13)は、前記湿り蒸気冷媒を噴霧状態にして吹き掛けることを特徴とする気液分離熱交換器(5),(5A),(5B)。 The gas-liquid separation heat exchanger (5), (5A), (5B) according to claim 1,
Gas-liquid separation heat exchangers (5), (5A), (5B), wherein the inlet (13) sprays the wet vapor refrigerant in a sprayed state.
前記タンク(10)内には、前記湿り蒸気冷媒から気液分離した液相冷媒が貯留され、
前記管状部材(11),(11A)は、前記タンク(10)内に貯留された液相冷媒の液面から少なくとも一部が露出していることを特徴とする気液分離熱交換器(5),(5A)。 The gas-liquid separation heat exchanger (5), (5A) according to claim 1 or 2,
In the tank (10), liquid phase refrigerant separated from the wet vapor refrigerant is stored,
The tubular members (11) and (11A) are at least partially exposed from the liquid level of the liquid-phase refrigerant stored in the tank (10). ), (5A).
前記管状部材(11)は、螺旋状に形成されていることを特徴とする気液分離熱交換器(5)。 A gas-liquid separation heat exchanger (5) according to any one of claims 1 to 3,
The gas-liquid separation heat exchanger (5), wherein the tubular member (11) is formed in a spiral shape.
前記管状部材(11A)は、螺旋錐状に形成されていることを特徴とする気液分離熱交換器(5A)。 It is a gas-liquid separation heat exchanger (5A) in any one of Claims 1-3,
The said tubular member (11A) is formed in the shape of a spiral cone, The gas-liquid separation heat exchanger (5A) characterized by the above-mentioned.
前記管状部材(11B)は、前記タンク(10)内に直線状に突出していることを特徴とする気液分離熱交換器(5B)。 It is a gas-liquid separation heat exchanger (5B) in any one of Claims 1-3, Comprising:
The gas-liquid separation heat exchanger (5B), wherein the tubular member (11B) projects linearly into the tank (10).
前記第1の熱交換器(3)を通過した冷媒を減圧する高圧側減圧手段(4)と、
第2の熱交換器(7)と、
前記第2の熱交換器(7)に送る冷媒を減圧する低圧側減圧手段(6)と、
前記高圧側減圧手段(4)と前記低圧側減圧手段(6)との間の冷媒流路に設けられた請求項1〜請求項6のいずれかに記載の気液分離熱交換器(5),(5A),(5B)と、
前記第2の熱交換器(7)を通過した気相冷媒を圧縮し、当該気相冷媒を前記気液分離熱交換器(5),(5A),(5B)に送る第1の圧縮機(2a)と、
前記気液熱交換器(5),(5A),(5B)から前記冷媒を吸引し、当該冷媒を圧縮して前記第1の熱交換器(3)に送る第2の圧縮機(2b)とを備えたことを特徴とする空気調和装置。 A first heat exchanger (3);
High pressure side decompression means (4) for decompressing the refrigerant that has passed through the first heat exchanger (3);
A second heat exchanger (7);
Low pressure side decompression means (6) for decompressing the refrigerant sent to the second heat exchanger (7);
The gas-liquid separation heat exchanger (5) according to any one of claims 1 to 6, provided in a refrigerant flow path between the high-pressure side pressure reducing means (4) and the low-pressure side pressure reducing means (6). , (5A), (5B),
A first compressor that compresses the gas-phase refrigerant that has passed through the second heat exchanger (7) and sends the gas-phase refrigerant to the gas-liquid separation heat exchangers (5), (5A), and (5B). (2a) and
A second compressor (2b) that sucks the refrigerant from the gas-liquid heat exchangers (5), (5A), (5B), compresses the refrigerant, and sends it to the first heat exchanger (3). And an air conditioner.
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