JP2015014413A - 気液分離器および冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容器を大きくしなくても、ガス冷媒流出路から液冷媒が流出することを防止できる気液分離器を提供する。【解決手段】気液冷媒流入路５１から容器５０内に気液冷媒が流入すると、液冷媒の減少に伴って液面Ｓが下がって、フロート５４が下降する。すると、ガス冷媒流出路５３は、開閉弁５５によって開かれ、ガス冷媒が、ガス冷媒流出路５３から流出する。一方、気液冷媒流入路５１から容器５０内に液リッチな冷媒が流入すると、液冷媒の増加に伴って液面Ｓが上がって、フロート５４が上昇する。すると、ガス冷媒流出路５３は、開閉弁５５によって閉じられ、液冷媒が、ガス冷媒流出路５３から流出しない。【選択図】図２

Description

この発明は、気液分離器および冷凍装置に関する。

従来、冷凍装置に用いられる気液分離器としては、特開２００２−８１８０２号公報（特許文献１）に記載されたものがある。この気液分離器は、容器と、容器の下部に開口する気液冷媒流入路および液冷媒流出路と、容器の上部に開口するガス冷媒流出路とを備えていた。そして、気液冷媒が、気液冷媒流入路を介して、容器内に流入すると、液冷媒は、液冷媒流出路を介して、容器外に流出する一方、ガス冷媒は、ガス冷媒流出路を介して、容器外に流出していた。

特開２００２−８１８０２号公報

ところで、冷凍装置の蒸発器において効率を良くするには、液リッチな冷媒を流すことにあるが、上記従来の気液分離器では、容器内に液リッチな冷媒が流入すると、容器は、液冷媒で満たされやすくなって、本来流したくないガス冷媒流出路に、液冷媒が流れ込むおそれがある。この液冷媒のガス冷媒流出路への流れを避けるためには、必然的に、容器を大きくしなければならない。しかし、容器が大きくなると、容器には、圧力に耐え得る材料や肉厚が必要となって、コストが高くなり、また、気液分離器の収納スペースは、制約される。

そこで、この発明の課題は、容器を大きくしなくても、ガス冷媒流出路から液冷媒が流出することを防止できる気液分離器を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の気液分離器は、
冷凍装置の気液冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離するための気液分離器であって、
容器と、
上記容器の下部に開口する開口部を有すると共に、上記気液冷媒を上記容器内に流入するための気液冷媒流入路と、
上記容器の下部に開口する開口部を有すると共に、上記液冷媒を上記容器外に流出するための液冷媒流出路と、
上記容器の上部に開口する開口部を有すると共に、上記ガス冷媒を上記容器外に流出するためのガス冷媒流出路と、
上記容器内に収容され、上記気液冷媒流入路の上記開口部および上記液冷媒流出路の上記開口部と上記ガス冷媒流出路の上記開口部との間に配置されるフロートと、
上記フロートに連結され、上記フロートの上昇により上記ガス冷媒流出路を閉じる一方、上記フロートの下降により上記ガス冷媒流出路を開く開閉弁と
を備えることを特徴としている。

この発明の気液分離器によれば、上記開閉弁は、上記フロートの上昇により上記ガス冷媒流出路を閉じる一方、上記フロートの下降により上記ガス冷媒流出路を開く。これにより、容器内に気液冷媒が流入すると、フロートが液冷媒の減少に伴って下降し、ガス冷媒流出路は開閉弁によって開かれ、ガス冷媒がガス冷媒流出路から流出する。一方、容器内に液リッチな冷媒が流入すると、フロートが液冷媒の増加に伴って上昇し、ガス冷媒流出路は開閉弁によって閉じられ、液冷媒がガス冷媒流出路から流出しない。

したがって、容器を大きくしなくても、ガス冷媒流出路から液冷媒が流出することを防止できる。

また、一実施形態の気液分離器では、上記気液冷媒流入路の上記開口部と上記液冷媒流出路の上記開口部とは、対向している。

ここで、「対向する」とは、上記気液冷媒流入路の上記開口部または上記液冷媒流出路の上記開口部の中心軸方向からみて、上記気液冷媒流入路の上記開口部と上記液冷媒流出路の上記開口部との少なくとも一部が、重なることをいう。

この実施形態の気液分離器によれば、上記気液冷媒流入路の上記開口部と上記液冷媒流出路の上記開口部とは、対向しているので、気液冷媒流入路から液冷媒流出路への冷媒の流れは、略直線状となる。これにより、気液冷媒流入路から流入する冷媒によるフロートの乱れを防止し、開閉弁の意図しない乱れた開閉動作を低減する。

また、一実施形態の冷凍装置では、
圧縮機と、
凝縮器と、
膨張機構と、
蒸発器と、
上記気液分離器と
を備え、
上記圧縮機と上記凝縮器と上記膨張機構と上記蒸発器とは、順に、環状に接続され、
上記気液分離器の上記気液冷媒流入路および上記液冷媒流出路は、上記膨張機構と上記蒸発器との間に、接続され、
上記気液分離器の上記ガス冷媒流出路は、上記蒸発器と上記圧縮機との間に、接続される。

この実施形態の冷凍装置によれば、上記気液分離器を有するので、気液分離器を大きくしなくても、熱交換の効率を上げ、かつ、気液分離器から圧縮機へ液冷媒が流出することを防止できる。したがって、小型でかつ品質のよい冷凍装置を実現できる。

また、一実施形態の冷凍装置では、
圧縮機と、
第１熱交換器と、
膨張機構と、
第２熱交換器と、
上記気液分離器と、
四路弁と、
ブリッジ回路と
を備え、
上記圧縮機と上記四路弁と上記第１熱交換器と上記ブリッジ回路と上記膨張機構と上記第２熱交換器とは、順に、環状に接続され、
上記四路弁は、上記第１熱交換器および上記第２熱交換器を流れる冷媒の方向を正逆方向に切り換えて、上記第１熱交換器または上記第２熱交換器を蒸発器として作用させ、
上記ブリッジ回路は、上記膨張機構を流れる冷媒の方向を、一方向とし、
上記気液分離器の上記気液冷媒流入路および上記液冷媒流出路は、上記膨張機構と上記蒸発器との間に、接続され、
上記気液分離器の上記ガス冷媒流出路は、上記蒸発器と上記圧縮機との間に、接続される。

この実施形態の冷凍装置によれば、上記気液分離器を有するので、気液分離器を大きくしなくても、熱交換の効率を上げ、かつ、気液分離器から圧縮機へ液冷媒が流出することを防止できる。したがって、小型でかつ品質のよい冷凍装置を実現できる。

この発明の気液分離器によれば、上記開閉弁は、上記フロートの上昇により上記ガス冷媒流出路を閉じる一方、上記フロートの下降により上記ガス冷媒流出路を開くので、容器を大きくしなくても、ガス冷媒流出路から液冷媒が流出することを防止できる。

本発明の第１実施形態の冷凍装置を示す簡略構成図である。 本発明の気液分離器の開閉弁による閉状態を示す断面図である。 本発明の気液分離器の開閉弁による開状態を示す断面図である。 本発明の気液分離器を用いたときのモリエル線図である。 本発明の第２実施形態の冷凍装置を示す簡略構成図である。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、この発明の第１実施形態の冷凍装置を示す簡略構成図である。図１に示すように、この冷凍装置は、圧縮機１と、凝縮器２と、膨張機構としての膨張弁３と、蒸発器４と、気液分離器５とを備える。圧縮機１と凝縮器２と膨張弁３と蒸発器４とは、順に環状に接続されて、冷媒回路を構成する。

上記圧縮機１は、冷媒回路の冷媒を圧縮し、この冷媒を、矢印で示すように、圧縮機１、凝縮器２、膨張弁３および蒸発器４を順に流す。圧縮機１は、例えば、ロータリタイプ、スクロールタイプ、または、スクリュータイプの圧縮機である。圧縮機１には、アキュームレータ６が取り付けられている。

上記凝縮器２は、冷媒を凝縮する。凝縮器２は、室内で用いられると、室内を暖房する。凝縮器２は、例えば、フィンタイプ、チューブタイプ、または、プレートタイプの凝縮器である。

上記蒸発器４は、冷媒を蒸発する。蒸発器４は、室内で用いられると、室内を冷房する。蒸発器４は、例えば、フィンタイプ、チューブタイプ、または、プレートタイプの蒸発器である。

上記気液分離器５は、気液二相の冷媒（以下、気液冷媒という。）をガス冷媒と液冷媒とに分離する。気液分離器５は、膨張弁３と蒸発器４との間に接続される。つまり、気液分離器５の気液冷媒流入路５１は、膨張弁３の下流に、接続され、気液分離器５の液冷媒流出路５２は、蒸発器４の上流に、接続される。気液分離器５のガス冷媒流出路５３は、蒸発器４と圧縮機１との間に、接続される。そして、気液分離器５は、膨張弁３から気液冷媒を取り込んで、液冷媒を蒸発器４に流す一方、ガス冷媒を圧縮機１に流す。

図２に示すように、上記気液分離器５は、容器５０と、気液冷媒流入路５１と、液冷媒流出路５２と、ガス冷媒流出路５３と、フロート５４と、開閉弁５５とを有する。

上記気液冷媒流入路５１は、配管から構成され、容器５０の下部を貫通する。気液冷媒流入路５１は、容器５０の下部に開口する開口部５１ａを有する。この開口部５１ａは、水平方向を向く。気液冷媒流入路５１は、膨張弁３からの気液冷媒を容器５０内に流入する。

上記液冷媒流出路５２は、配管から構成され、容器５０の下部を貫通する。液冷媒流出路５２は、容器５０の下部に開口する開口部５２ａを有する。この開口部５２ａは、水平方向を向く。液冷媒流出路５２は、分離した液冷媒を容器５０外に流出する。

上記ガス冷媒流出路５３は、配管から構成され、容器５０の上部を貫通する。ガス冷媒流出路５３は、容器５０の上部に開口する開口部５３ａを有する。この開口部５３ａは、鉛直方向下側を向く。ガス冷媒流出路５３は、分離したガス冷媒を容器５０外に流出する。

上記気液冷媒流入路５１の開口部５１ａと上記液冷媒流出路５２の開口部５２ａとは、対向している。具体的に述べると、これら２つの開口部５１ａ，５２ａの中心軸は、互いに一致し、かつ、同一の水平面上に位置する。いずれか一方の開口部５１ａ，５２ａの中心軸方向からみて、２つの開口部５１ａ，５２ａは、重なる。

上記フロート５４は、容器５０内に収容されている。フロート５４は、気液冷媒流入路５１の開口部５１ａおよび液冷媒流出路５２の開口部５２ａとガス冷媒流出路５３の開口部５３ａとの間に、配置される。

上記開閉弁５５は、フロート５４に連結され、フロート５４の上昇によりガス冷媒流出路５３を閉じる一方、フロート５４の下降によりガス冷媒流出路５３を開く。

具体的に述べると、上記開閉弁５５は、弁体５５１とバネ５５２と連結棒５５３とを有する。弁体５５１は、ガス冷媒流出路５３内に設けられた弁座５３１の下方に配置され、弁座５３１を開閉する。バネ５５２は、弁座５３１を常時閉じる方向に、弁体５５１を付勢する。連結棒５５３は、弁体５５１を、フロート５４の上面に設けられたピン部５４１に連結させる。

そして、上記フロート５４が、上昇すると、ピン部５４１は、連結棒５５３を介して、弁体５５１を上方に移動可能とする。すると、弁体５５１は、バネ５５２の力により、上方に移動して、弁座５３１を閉じる。これにより、開閉弁５５は、ガス冷媒流出路５３を閉じる。

一方、図３に示すように、上記フロート５４が、下降すると、ピン部５４１は、連結棒５５３を介して、弁体５５１を下方に移動させる。すると、弁体５５１は、バネ５５２の力に逆らいながら、下方に移動して、弁座５３１を開く。これにより、開閉弁５５は、ガス冷媒流出路５３を開く。

上記気液分離器５の作用について説明する。

図３に示すように、上記気液冷媒流入路５１から容器５０内に気液冷媒が流入すると、液冷媒の減少に伴って液面Ｓが下がって、フロート５４が下降する。すると、ガス冷媒流出路５３は、開閉弁５５によって開かれ、ガス冷媒が、ガス冷媒流出路５３から流出する。液冷媒は、液冷媒流出路５２から流出する。

これにより、図４に示すように、蒸発器４での蒸発工程において、液冷媒は、点Ａ、点Ｂ１、点Ｃを順に、移行する。ガス冷媒は、点Ａ、点Ｂ２、点Ｃを順に、移行する。したがって、蒸発器４において、冷媒をより液状態から熱交換させることができ、熱交換の効率がよくなる。

一方、図２に示すように、上記気液冷媒流入路５１から容器５０内に液リッチな冷媒が流入すると、液冷媒の増加に伴って液面Ｓが上がって、フロート５４が上昇する。すると、ガス冷媒流出路５３は、開閉弁５５によって閉じられ、液冷媒が、ガス冷媒流出路５３から流出しない。液冷媒は、液冷媒流出路５２から流出する。

これにより、上記容器５０を大きくしなくても、ガス冷媒流出路５３から液冷媒が流出することを防止できる。

また、上記気液冷媒流入路５１の上記開口部５１ａと上記液冷媒流出路５２の上記開口部５２ａとは、対向しているので、気液冷媒流入路５１から液冷媒流出路５２への冷媒の流れは、略直線状となる。これにより、気液冷媒流入路５１から流入する冷媒によるフロート５４の乱れを防止し、開閉弁５５の意図しない乱れた開閉動作を低減する。

また、この冷凍装置は、上記気液分離器５を有するので、気液分離器５を大きくしなくても、熱交換の効率を上げ、かつ、気液分離器５から圧縮機１へ液冷媒が流出することを防止できる。したがって、小型でかつ品質のよい冷凍装置を実現できる。

（第２の実施形態）
図５は、この発明の第２実施形態の冷凍装置を示す簡略構成図である。なお、この第２の実施形態において、上記第１の実施形態と同一の部分には、同一の参照番号を付して、詳細な説明を省略する。

図５に示すように、この冷凍装置は、上記圧縮機１と、第１熱交換器２１と、膨張機構としての上記膨張弁３と、第２熱交換器２２と、上記気液分離器５と、四路弁２３と、ブリッジ回路３０とを備える。圧縮機１と四路弁２３と第１熱交換器２１とブリッジ回路３０と膨張弁３と第２熱交換器２２とは、順に、環状に接続される。気液分離器５は、膨張弁３に接続される。

上記四路弁２３は、第１熱交換器２１および第２熱交換器２２を流れる冷媒の方向を正逆方向に切り換えて、第１熱交換器２１または第２熱交換器２２を蒸発器として作用させる。具体的に述べると、冷媒を実線の矢印に示す方向に流すことで、第２熱交換器２２を蒸発器として作用させる。冷媒を点線の矢印に示す方向に流すことで、第１熱交換器２１を蒸発器として作用させる。

上記ブリッジ回路３０は、膨張弁３および気液分離器５を流れる冷媒の方向を、一方向とする。具体的に述べると、ブリッジ回路３０は、環状に接続された第１から第４の逆止弁３１〜３４を有する。第１逆止弁３１は、第１熱交換器２１と膨張弁３との間に接続され、冷媒が第１熱交換器２１から膨張弁３に向かう方向にのみ流れるように、配置される。第２逆止弁３２は、第２熱交換器２２と膨張弁３との間に接続され、冷媒が第２熱交換器２２から膨張弁３に向かう方向にのみ流れるように、配置される。第３逆止弁３３は、第２熱交換器２２と気液分離器５との間に接続され、冷媒が気液分離器５から第２熱交換器２２に向かう方向にのみ流れるように、配置される。第４逆止弁３４は、第１熱交換器２１と気液分離器５との間に接続され、冷媒が気液分離器５から第１熱交換器２１に向かう方向にのみ流れるように、配置される。

上記冷凍装置の作用を説明する。

冷媒を実線の矢印の方向に流すように四路弁２３を切り換えると、冷媒は、圧縮機１、第１熱交換器２１、ブリッジ回路３０の第１逆止弁３１、膨張弁３、気液分離器５、ブリッジ回路３０の第３逆止弁３３、第２熱交換器２２を、順に流れる。このとき、第１熱交換器２１は、凝縮器として作用し、第２熱交換器２２は、蒸発器として作用する。

冷媒を点線の矢印の方向に流すように四路弁２３を切り換えると、冷媒は、圧縮機１、第２熱交換器２２、ブリッジ回路３０の第２逆止弁３２、膨張弁３、気液分離器５、ブリッジ回路３０の第４逆止弁３４、第１熱交換器２１を、順に流れる。このとき、第１熱交換器２１は、蒸発器として作用し、第２熱交換器２２は、凝縮器として作用する。

つまり、上記気液分離器５の気液冷媒流入路５１および液冷媒流出路５２は、膨張弁３と蒸発器との間に、接続される。気液分離器５のガス冷媒流出路５３は、蒸発器と圧縮機１との間に、接続される。

上記構成の冷凍装置によれば、上記気液分離器５を有するので、気液分離器５を大きくしなくても、熱交換の効率を上げ、かつ、気液分離器５から圧縮機１へ液冷媒が流出することを防止できる。したがって、小型でかつ品質のよい冷凍装置を実現できる。

なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記第１と上記第２の実施形態のそれぞれの特徴点を様々に組み合わせてもよい。

上記実施形態では、膨張機構を、膨張弁としたが、例えば、キャピラリーチューブ等としてもよい。

上記実施形態では、気液冷媒流入路、液冷媒流出路およびガス冷媒流出路を、容器を貫通する配管としたが、例えば、容器に設けられる貫通孔としてもよい。

上記実施形態では、開閉弁の弁体を、連結棒を介して、フロートに間接的に連結したが、フロートに直接に連結するようにしてもよい。

上記実施形態では、気液冷媒流入路の開口部の中心軸と液冷媒流出路の開口部の中心軸とは、互いに一致していたが、これら２つの開口部の中心軸は、互いにずれていてもよく、いずれか一方の開口部の中心軸方向からみて、２つの開口部の少なくとも一部が、重なっていればよい。上記実施形態では、これら２つの開口部の中心軸は、水平面上に位置していたが、水平面に交差してもよい。

上記実施形態では、気液冷媒流入路、液冷媒流出路およびガス冷媒流出路の開口部を、配管の開口としたが、容器に設けた孔としてもよく、この場合、孔の形状は、円筒面形状やすり鉢状であってもよい。

１ 圧縮機
２ 凝縮器
３ 膨張弁（膨張機構）
４ 蒸発器
５ 気液分離器
２１ 第１熱交換器
２２ 第２熱交換器
２３ 四路弁
３０ ブリッジ回路
５０ 容器
５１ 気液冷媒流入路
５１ａ 開口部
５２ 液冷媒流出路
５２ａ 開口部
５３ ガス冷媒流出路
５３ａ 開口部
５４ フロート
５５ 開閉弁
Ｓ 液面

Claims (4)

1. 冷凍装置の気液冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離するための気液分離器であって、
   容器（５０）と、
   上記容器（５０）の下部に開口する開口部（５１ａ）を有すると共に、上記気液冷媒を上記容器（５０）内に流入するための気液冷媒流入路（５１）と、
   上記容器（５０）の下部に開口する開口部（５２ａ）を有すると共に、上記液冷媒を上記容器（５０）外に流出するための液冷媒流出路（５２）と、
   上記容器（５０）の上部に開口する開口部（５３ａ）を有すると共に、上記ガス冷媒を上記容器（５０）外に流出するためのガス冷媒流出路（５３）と、
   上記容器（５０）内に収容され、上記気液冷媒流入路（５１）の上記開口部（５１ａ）および上記液冷媒流出路（５２）の上記開口部（５２ａ）と上記ガス冷媒流出路（５３）の上記開口部（５３ａ）との間に配置されるフロート（５４）と、
   上記フロート（５４）に連結され、上記フロート（５４）の上昇により上記ガス冷媒流出路（５３）を閉じる一方、上記フロート（５４）の下降により上記ガス冷媒流出路（５３）を開く開閉弁（５５）と
   を備えることを特徴とする気液分離器。
2. 請求項１に記載の気液分離器において、
   上記気液冷媒流入路（５１）の上記開口部（５１ａ）と上記液冷媒流出路（５２）の上記開口部（５２ａ）とは、対向していることを特徴とする気液分離器。
3. 圧縮機（１）と、
   凝縮器（２）と、
   膨張機構（３）と、
   蒸発器（４）と、
   請求項１または２に記載の気液分離器（５）と
   を備え、
   上記圧縮機（１）と上記凝縮器（２）と上記膨張機構（３）と上記蒸発器（４）とは、順に、環状に接続され、
   上記気液分離器（５）の上記気液冷媒流入路（５１）および上記液冷媒流出路（５２）は、上記膨張機構（３）と上記蒸発器（４）との間に、接続され、
   上記気液分離器（５）の上記ガス冷媒流出路（５３）は、上記蒸発器（４）と上記圧縮機（１）との間に、接続されることを特徴とする冷凍装置。
4. 圧縮機（１）と、
   第１熱交換器（２１）と、
   膨張機構（３）と、
   第２熱交換器（２２）と、
   請求項１または２に記載の気液分離器（５）と、
   四路弁（２３）と、
   ブリッジ回路（３０）と
   を備え、
   上記圧縮機（１）と上記四路弁（２３）と上記第１熱交換器（２１）と上記ブリッジ回路（３０）と上記膨張機構（３）と上記第２熱交換器（２２）とは、順に、環状に接続され、
   上記四路弁（２３）は、上記第１熱交換器（２１）および上記第２熱交換器（２２）を流れる冷媒の方向を正逆方向に切り換えて、上記第１熱交換器（２１）または上記第２熱交換器（２２）を蒸発器として作用させ、
   上記ブリッジ回路（３０）は、上記膨張機構（３）を流れる冷媒の方向を、一方向とし、
   上記気液分離器（５）の上記気液冷媒流入路（５１）および上記液冷媒流出路（５２）は、上記膨張機構（３）と上記蒸発器との間に、接続され、
   上記気液分離器（５）の上記ガス冷媒流出路（５３）は、上記蒸発器と上記圧縮機（１）との間に、接続されることを特徴とする冷凍装置。

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