JP2017172873A - 中間圧レシーバ及びこの中間圧レシーバを用いた冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 効率よく、気液分離をおこなう中間圧レシーバ及びこれを用いた冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】実施形態の中間圧レシーバは、円筒状の容器と、第１の冷媒流通管と、第２の冷媒流通管と、気相冷媒流出管と、第１の冷媒流通管の開口端と第２の冷媒流通管の開口端とを隔てる仕切り部材と、を備える。前記仕切り部材は、環状に構成され、前記容器内下部に位置する。前記気相冷媒流出管の開口端は、前記円筒状の容器の上部に位置する。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、気液分離機能を有する中間圧レシーバ及び中間圧レシーバを用いた冷凍サイクル装置に関する。

従来、空気調和装置等に用いられる冷凍サイクル装置には、凝縮器と蒸発器との間で冷媒を循環させる経路に、気液二相状態の冷媒を液相冷媒（液）と気相冷媒（ガス）とに分離する、気液分離機能を有するレシーバを設置したものが知られている。
また、気液分離の方法として、旋回流による遠心力を利用して分離するものが知られている。

この種の冷凍サイクル装置によると、凝縮器で凝縮された高圧の液相冷媒は、第１の膨張装置で減圧されて中間圧の気液二相冷媒になる。第１の膨張装置を通過した気液二相冷媒は、第１の冷媒流通管を介して中間圧レシーバに流入し、当該中間圧レシーバ内で気相冷媒と液相冷媒とに分離される。気相冷媒は、気相流出管から圧縮機吸入側に戻される。
一方、中間圧レシーバに蓄えられた液相冷媒は、第２の冷媒流通管を介して第２の膨張装置に導かれ、第２の膨張装置で減圧されて低圧の気液二相冷媒になる。低圧の気液二相冷媒は、蒸発器を通過する過程で低圧の気相冷媒になるとともに、四方弁を経た後、気相流出管から流出した気相冷媒と合流し、圧縮機に戻される。
中間圧の気液二相冷媒が流入する中間圧レシーバは、円筒状の容器を備えており、当該容器の底部に第１の冷媒流通管および第２の冷媒流通管を接続されている。
第１の冷媒流通管（若しくは第２の冷媒流通管）から容器内に流入した気液二相冷媒により遠心力が生じる。この遠心力と、密度差（気相冷媒の密度と、液相冷媒の密度との差）とを利用して、気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離させる。

特開２０１０−１８１０９０号公報 特開２０１３−２４５９１７号公報

従来の中間圧レシーバでは、気液分離を行うためには流入管端部及び流出管端部を液冷媒で満たす必要がある。液面が低く且つ冷媒流速が速い場合には、気相冷媒が液冷媒の中を上昇する前に流出管に吸込まれるため、気相冷媒を分離できず、気液分離効率が低下してしまう。これを改善するためには冷媒の充填量を増やせばよいが、充填量の増加に伴い環境負荷並びにコストの増加が懸念される。
さらに、気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する際に生じる旋回流について、容器内で旋回流を発生させるためにはある程度の流速が必要であるが、圧力損失の増加により液冷媒のフラッシュが生じやすくなり、制御性が悪化するという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、効率よく、気液分離をおこなう中間圧レシーバ及びこれを用いた冷凍サイクル装置を提供することである。

上記課題を達成するために、実施形態の中間圧レシーバは、円筒状の容器と、第１の冷媒流通管と、第２の冷媒流通管と、気相冷媒流出管と、第１の冷媒流通管の開口端と第２の冷媒流通管の開口端とを隔てる仕切り部材と、を備える。
前記仕切り部材は、環状に構成され、前記容器内下部に位置する。前記気相冷媒流出管の開口端は、前記円筒状の容器の上部に位置する。

第１の実施形態に係る冷凍サイクル装置の回路図である。 同実施形態で用いる中間圧レシーバの断面概略図である。 同実施形態で用いる中間圧レシーバの、図２i−i部を示す断面概略図である。 第２の実施形態で用いる中間圧レシーバの断面概略図である。 同実施形態で用いる中間圧レシーバの、図４ii−ii部を示す断面概略図である。 第３の実施形態に係る冷凍サイクル装置の回路図である。 第４の実施形態で用いる中間圧レシーバの一部を示す断面概略図である。

以下、発明を実施するための実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
第１の実施形態の中間圧レシーバについて、図１乃至図３を参照して説明する。図１は、例えば冷水もしくは温水を生成するヒートポンプチリングユニット等に用いられる冷凍サイクル装置１００の回路図である。本実施形態の冷凍サイクル装置１００は、冷却モードおよび加熱モードで運転が可能である。

図１に示すように、冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１、四方弁２、第１の熱交換器としての空気熱交換器３、第１の膨張装置４、中間圧レシーバ５、第２の膨張装置６、第２の熱交換器としての水熱交換器７およびアキュムレータ８を主要な要素として備えている。前記複数の要素は、冷媒が流通する冷媒配管９を介して接続されている。

具体的に述べると、圧縮機１の吐出口は、四方弁２の第１ポート２ａに接続されている。四方弁２の第２ポート２ｂは、空気熱交換器３に接続されている。空気熱交換器３は、電子膨張弁である第１の膨張装置４を介してレシーバ５の底部に接続されている。また、レシーバ５の底部は、電子膨張弁である第２の膨張装置６を介して水熱交換器７の冷媒流路の一端に接続されている。
水熱交換器７の冷媒流路の他端は、四方弁２の第４ポート２ｄに接続されている。四方弁２の第３ポート２ｃは、アキュムレータ８を介して圧縮機１の吸引口に接続されている。

水熱交換器７は、冷媒流路との間で熱交換を行う水流路を有している。水流路の入口側は、給水源に接続されている。水流路の出口側は、例えば貯湯タンク、給湯栓又は空調用機器、産業用途（加熱工程、殺菌工程等）の機器に接続されている。

さらに、レシーバ５の上部は、例えば電子膨張弁であるバイパス用膨張装置１０を介してバイパス配管１１に接続されている。バイパス配管１１は、四方弁２とアキュムレータ８との間を結ぶ循環回路９の吸入回路に接続されている。

レシーバ５は、第１の膨張装置４を通過した気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する機能を兼ね備えている。
図２に示すように、レシーバ５は、円筒状の容器本体５１、第１の冷媒流通管２１および第２の冷媒流通管２２、気相冷媒流出管２３、仕切り部材５２、を主要な要素として備えている。

容器本体５１は、中空円筒状の胴体５１ａと、胴体５１ａの下端開口部を閉塞する底板５１ｂと、胴体５１ａの上端開口部を閉塞する上蓋５１ｃと、で構成されている。

底板５１ｂの外周上縁部は、胴体５１ａの下端部に嵌合され、例えば溶接等の手段により胴体５１ａに固定されている。同様に、上蓋５１ｃの外周下縁部は、胴体５１ａの上端部に嵌合され、胴体５１ｂに固定されている。このため、胴体５１ａ、底板５１ｂおよび上蓋５１ｃは、互いに協働して液相冷媒を蓄える分離室５３を構成している。
ここで、容器本体５１の分離室５３の中心を通って鉛直方向に延びる線を中心線Ｏ１とする。

底板５１ｂは、円盤状の中間部と、中間部の周縁から上向きに張り出す外周部と、を含んでいる。同様に、上蓋５１ｃは、円盤状の中間部と、中間部の周縁から下向きに張り出す外周部と、を含んでいる。底板５１ｂの外周部および上蓋５１ｃの外周部は、共に円弧状に湾曲されている。
このため、底板５１ｂおよび上蓋５１ｃは、それぞれ椀形の形状を有している。底板５１ｂおよび上蓋５１ｃを椀形とすることで、容器本体５１を薄肉化しつつ容器本体５１の強度を確保することができる。
また、底板５１ｂは、中心線Ｏ１上の中央部が最も低い位置となる凹んだ形状に形成される。そして、底板５１ｂの最も低い位置に、第２の冷媒流通管２２が位置し、第２の冷媒流通管２２の開口端２２０は、底板の最も低い位置よりも高い位置に位置する。
しかし、底板５１ｂは、中心線Ｏ１上の中央部が最も低い位置となれば良いため、椀形状に限られず、台形や円錐などの形状としても良い。

また、容器本体５１は、脚５４、５４を介して水平な設置面Ｇの上に据え付けられている。脚５４、５４は、容器本体５１の底部から設置面Ｇを指向するように下向きに延びている。そのため、容器本体５１は、設置面Ｇよりも高い位置で起立した姿勢に保持されている。

図２に示すように、気相冷媒流出管２３は直管で構成されているとともに、容器本体５１の中心線Ｏ１と同軸状に配置されている。気相冷媒流出管２３の下端部２３ａは、上蓋５１ｃの中間部に接続されている。本実施形態では、気相冷媒流出管２３は、上蓋５１ｃの中間部を貫通し、溶接等の手段により固定されている。

さらに、気相冷媒入口２３０が気相冷媒流出管２３の下端部２３ａに形成されている。気相冷媒入口２３０は、分離室５３に蓄えられた液相冷媒の液面Ｌよりも上方に位置するように分離室５３の上端部に開口されている。気相冷媒流出管２３の上端部２３ｂは、容器本体５１の上方に突出されており、バイパス用膨張装置１０を介して、バイパス配管１１に接続されている。

図２に示すように、第１の冷媒流通管２１は、底板５１ｂに接続され、容器本体５１の中心線Ｏ１の上下方向に沿って起立している部分を有する。また、第１の冷媒流通管２１は、容器本体５１の下方から底板５１ｂを貫通し、溶接等の手段により固定されている。

第一冷媒流通口２１０が第１の冷媒流通管２１の上端部２１ａに形成されている。本実施形態では、図３に示すように、第１の冷媒流通管２１の上端部２１ａは、中心線Ｏ１（鉛直方向）に対して左右方向に曲げられ、開口端である第一冷媒流通口２１０が、垂直方向に開口せず、傾斜して開口するよう、曲げられている。
この角度は、垂直方向を０度とすると、９０度（直角）までの傾斜が望ましい。またこのとき、第１の冷媒流通管２１の上端部２１ａが、分離室５３の内壁から出来るだけ離れないよう（第一冷媒流通口２１０と分離室５３の内壁との距離が短くなるよう）、形成されると尚良い。
このように構成されることで、第一冷媒流通口２１０は、気液二相冷媒を流出した際、冷媒の流れが分離室５３の内壁に沿いやすいので、旋回流を形成しやすい。

図２に示すように、第２の冷媒流通管２２は、容器本体５１の中心線Ｏ１に沿って起立している。第２の冷媒流通管２２の上端部２２ａは、底板５１ｂの中間部に接続されている。本実施形態では、第２の冷媒流通管２２は、容器本体５１の下方から底板５１ｂの中間部を貫通し、溶接等の手段により固定されている。

第二冷媒流通口２２０が第２の冷媒流通管２２の上端部２２ａに形成されている。第二冷媒流通口２２０は、分離室５３の底部に開口されているとともに、分離室５３内で容器本体５１の上蓋５１ｃと向かい合っている。

仕切り部材５２は、環状や、筒状（例えば円筒形状）に形成され、容器本体５１の中心線Ｏ１と同軸状に、レシーバ５内下端部に配置される。仕切り部材５２において、環状とは環のような形のことを意味するが、必ずしも円に限定されず、環になっていれば多角形、または曲線により構成された形状であってもよく、輪、螺旋等、それらの複合形状も含まれる。また、環形状は、性能に影響がでない範囲であれば、部分的に途切れていてもよい。本実施形態では、仕切り部材５２は筒状であり、上端及び下端は開口している。
また、仕切り部材５２は、その直径が、第２の冷媒流通管２２の直径よりも大きく形成され、第２の冷媒流通管２２を囲うように設置される。仕切り部材５２の筒の外側には第１の冷媒流通管２１が位置し、仕切り部材５２の筒の内側には第２の冷媒流通管２２が位置する。すなわち、第１の冷媒流通管２１の開口端である第一冷媒流通口２１０と、第２の冷媒流通管２２の開口端である第二冷媒流通口２２０と、は、これらの間に仕切り部材５２を配することで隔たっている。具体的には、第一冷媒流通口２１０から第二冷媒流通口２２０へと直線的に冷媒が行き来しない配置となっている。

そして、仕切り部材５２の下端開口部は、底板５１ｂとは、若干の隙間を設けて設置される。この隙間は、底板５１ｂが椀形であれば、仕切り部材５２を設置すると自然に生じる隙間で良く、仕切り部材５２の高さの４分の１以下の高さであることが望ましい。

第１の冷媒流通管２１および第２の冷媒流通管２２は、容器本体５１の底から設置面Ｇに向けて突出されている。さらに、第一冷媒流通口２１０および第二冷媒流通口２２０は、分離室５３に蓄えられた液相冷媒の液面Ｌよりも下方に位置されている。そのため、第１の冷媒流通管２１の内部および第２の冷媒流通管２２の内部には、液冷媒のヘッド分の圧力が作用するようになっている。

第１の冷媒流通管２１の下端部２１ｂは、第１の接続配管１２１を介して第１の膨張装置４に接続されている。同様に、第２の冷媒流通管２２の下端部２２ｂは、第２の接続配管１２２を介して第２の膨張装置６に接続されている。

本実施形態によると、レシーバ５の容器本体５１は、脚５４、５４の長さに対応した分だけ設置面Ｇよりも高い位置に据え付けられている。この場合、容器本体５１は、冷凍サイクル装置１００の中で第１の膨張装置４および第２の膨張装置６よりも高い位置に保持される。しかし、必ずしもこれらを高い位置に保持する必要はない。

次に、冷凍サイクル装置１００を冷却モードで運転した時の動作について説明する。

冷却モードでは、四方弁２は、図１に実線で示すように第１ポート２ａが第２ポート２ｂに連通し、第３ポート２ｃが第４ポート２ｄに連通するように切り替えられている。

冷却モードで冷凍サイクル装置１００の運転が開始されると、低圧の気相冷媒が圧縮機１で圧縮され、高圧の過熱度の大きな気相冷媒（過熱蒸気）となって冷媒配管９に吐出される。圧縮機１から吐出された高圧の気相冷媒は、四方弁２を経由して凝縮器として機能する空気熱交換器３に導かれる。空気熱交換器３に導かれた気相冷媒は、空気と熱交換することにより凝縮し、高圧の液相冷媒になる。

空気熱交換器３を通過した高圧の液相冷媒は、第１の膨張装置４で減圧され、中間圧の気液二相冷媒になる。この気液二相冷媒は、第１の接続配管１２１および第１の冷媒流通管２１を介してレシーバ５の分離室５３の底部に流入する。

具体的に述べると、図２に示すように、気液二相冷媒は、第１の冷媒流通管２１の第一冷媒流通口２１０から分離室５３の底部に流入する。気液二相冷媒が分離室５３に流入すると、気相冷媒は液相冷媒よりも密度が低いために、浮力を受けて上昇する。この結果、気相冷媒よりも密度が高い液相冷媒が飽和液となって分離室５３の底部に溜まり、液相冷媒よりも密度が小さい気相冷媒が飽和蒸気となって、分離室５３の上部に溜まる。

このため、冷却モードでは、第１の冷媒流通管２１が中間圧の気液二相冷媒を分離室５３に流入させる冷媒流入管として機能する。第１の冷媒流通管２１から分離室５３に流入した中間圧の気液二相冷媒は、分離室５３内で中間圧の気相冷媒と中間圧の液相冷媒とに分離される。

分離室５３の上部に溜まった中間圧の気相冷媒は、気相冷媒流出管２３を通って分離室５３から流出するとともに、第３の接続配管１２３を経てバイパス用膨張装置１０に導かれる。中間圧の気相冷媒は、バイパス用膨張装置１０で減圧され、低圧の気相冷媒になる。バイパス用膨張装置１０を通過した低圧の気相冷媒は、バイパス配管１１および循環回路９の吸入回路を通じてアキュムレータ８に流入する。

一方、分離室５３の底部に蓄えられた液相冷媒は、重力を受けて第２の冷媒流通管２２の第二冷媒流通口２２０に流入する。すなわち、第二冷媒流通口２２０は、分離室５３に蓄えられた液相冷媒の液面Ｌよりも下方で分離室５３の底部に開口されているので、第２の冷媒流通管２２の内部に液ヘッド分の圧力が作用する。
この結果、分離室５３に蓄えられた中間圧の液相冷媒は、そのまま第二冷媒流通口２２０から第２の冷媒流通管２２を通じて容器本体５１の下方に流出する。したがって、冷却モードでは、第２の冷媒流通管２２が冷媒流出管として機能する。

分離室５３から流出した中間圧の液相冷媒は、第２の冷媒流通管２２から第２の接続配管１２２を経て第２の膨張装置６に導かれる。中間圧の液相冷媒は、第２の膨張装置６で減圧され、低圧の気液二相冷媒になる。第２の膨張装置６を通過した低圧の気液二相冷媒は、水熱交換器７の冷媒流路に導かれ、当該冷媒流路を通過する過程で水流路を流れる水と熱交換する。言い換えると、水熱交換器７が蒸発器として機能する。

この結果、冷媒流路を流れる気液二相冷媒は、蒸発して水流路内の水から熱を受け入れ、潜熱によって低圧の気相冷媒になる。水流路内の水は、顕熱を奪われることにより冷やされ、冷水となって例えば空調用機器に供給される。

水熱交換器７を通過した低温・低圧の気相冷媒は、四方弁２を通じて冷媒配管９の吸入回路に流入し、当該吸入回路でバイパス配管１１から戻される低温・低圧の気相冷媒と合流した後、アキュムレータ８を経て圧縮機１の吸込口に吸い込まれる。圧縮機１に吸い込まれた低温・低圧の気相冷媒は、再び高温の高圧な（過熱度の大きな）気相冷媒となって圧縮機１から冷媒配管９に吐出される。

本実施形態によると、第２の冷媒流通管２２の第二冷媒流通口２２０は、レシーバ５の分離室５３に蓄えられた液相冷媒の液面Ｌよりも下方に位置している。このため、液相冷媒は、第２の冷媒流通管２２の内部に作用する液冷媒のヘッド分の圧力、ならびに中間圧力と吸入圧力との圧力差により第二冷媒流通口２２０からそのまま下方に流出する。

この際、レシーバ５の分離室５３は、第２の冷媒流通管２２の下流に位置された第２の膨張装置６よりも高い位置に設置されているので、分離室５３から第２の膨張装置６に至る経路を流れる冷媒に生じる圧力損失よりも、第２の冷媒流通管２２の内部に作用する液冷媒のヘッド分の圧力を高くすることができる。

特に、第２の冷媒流通管２２から第２の膨張装置６までの配管長を極力短くしたり、あるいは配管径を太くして内部流速を遅くすれば、分離室５３から第２の膨張装置６に至る経路の圧力損失が抑制され、液相冷媒に過大な圧力降下が生じるのを回避することができる。

この結果、分離室５３に飽和液となって蓄えられた液相冷媒を、フラッシュを生じさせることなく第２の膨張装置６に導くことが可能となり、冷凍サイクル装置１００の冷却能力の低下あるいは制御性の悪化を防止できる。

一方、加熱モードでは、四方弁２３は、図１に破線で示すように、第１ポート２ａが第３ポート２ｃに連通し、第２ポート２ｂが第４ポート２ｄに連通するように切り替えられている。

加熱モードで運転が開始されると、低圧の気相冷媒が圧縮機１で圧縮され、高圧の過熱度の大きな気相冷媒となって冷媒配管９に吐出される。圧縮機１から吐出された高圧の気相冷媒は、四方弁２を経由して水熱交換器７の冷媒流路に導かれ、当該冷媒流路を流れる過程で水流路を流れる水と熱交換する。すなわち、加熱モードでは、水熱交換器７が凝縮器として機能する。

この結果、冷媒流路を流れる気相冷媒は、水流路を流れる水と熱交換することにより凝縮し、高圧の液相冷媒になる。水流路内の水は、気相冷媒の熱を受けることにより加熱され、温水となって例えば空調用機器に供給される。

水熱交換器７を通過した液相冷媒は、第２の膨張装置６で減圧され、中間圧の気液二相冷媒になる。第２の膨張装置６を通過した中間圧の気液二相冷媒は、第２の接続配管１２２および第２の冷媒流通管２２を介してレシーバ５の分離室５３の底部に流入する。
加熱モードでは、第２の冷媒流通管２２が中間圧の気液二相冷媒を分離室５３に導く冷媒流入管として機能する。

分離室５３の上部に溜まった中間圧の気相冷媒は、冷却モード同様に、気相冷媒流出管２３から第３の接続配管１２３を経て冷媒配管９に流入する。

分離室５３の底部に蓄えられた液相冷媒は、重力を受けて第１の冷媒流通管２１の第一冷媒流通口２１０に流入する。すなわち、第一冷媒流通口２１０は、分離室５３内の液相冷媒の液面Ｌよりも下方で分離室５３の底部に開口されているので、第１の冷媒流通管２１の内部に液冷媒のヘッド分の圧力が作用する。
この結果、分離室５３に蓄えられた中間圧の液相冷媒は、そのまま第一冷媒流通口２１０から第１の冷媒流通管２１を通じて容器本体５１の下方に流出する。したがって、加熱モードでは、第１の冷媒流通管２１が冷媒流出管として機能する。

分離室５３から流出した中間圧の液相冷媒は、第１の冷媒流通管２１から第１の接続配管１２１を経て第１の膨張装置４に導かれる。中間圧の液相冷媒は、第１の膨張装置４で減圧され、低圧の気液二相冷媒になる。第１の膨張装置４を通過した低圧の気液二相冷媒は、空気熱交換器３で熱交換することにより蒸発し、低圧の気相冷媒になる。言い換えると、空気熱交換器３が蒸発器として機能する。

空気熱交換器３を通過した低圧の気相冷媒は、四方弁２を通じて冷媒配管９の吸入回路１２に流入する。

本実施形態によると、第１の冷媒流通管２１の第一冷媒流通口２１０は、レシーバ５の分離室５３に蓄えられた液相冷媒の液面Ｌよりも下方に位置するので、液相冷媒は、第１の冷媒流通管２１の内部に作用する液冷媒のヘッド分の圧力、ならびに中間圧力と吸入圧力との圧力差により第一冷媒流通口２１０からそのまま下方に流出する。

第１の実施形態において、第１の冷媒流通管２１および第２の冷媒流通管２２の形状は直管に限らず、例えば第１の冷媒流通管２１の下端部２１ｂおよび第２の冷媒流通管２２の下端部２２ｂを横向きに折り曲げるようにしてもよい。

さらに、レシーバ５の容器本体５１を第１の膨張装置４および第２の膨張装置６よりも高い位置に設置する手段は、脚５４に特定されるものではない。例えば、レシーバ５の容器本体５１を設置面Ｇから起立した壁にブラケットを用いて固定することで、レシーバ５の設置位置を高めてもよい。

上述した第１の実施形態によれば、容器本体５１に仕切り部材５２をもうけたことにより、効率よく気液分離を行う中間圧レシーバを提供することができる。

具体的には、容器本体５１内下部に仕切り部材５２を設け、第１の冷媒流通管２１を仕切り５２の外側に、第２の冷媒流通管２２を仕切り部材５２の内側に位置させることで、冷媒の流出口と流入口とを仕切り５２により隔てることができる。
気液二相冷媒としてレシーバ５に流入した冷媒は、遠心力により気相冷媒と液相冷媒とに分離され、気相冷媒は上部の気相冷媒流出管２３より流出し、冷却モード時は第２の冷媒流通管２２より流出し、加熱モード時は第１の冷媒流通管２１より流出する。このとき、第１の冷媒流通管２１と第２の冷媒流通管２２とは仕切り部材５２で隔てられているため、気液二相冷媒や気相冷媒が第１の冷媒流通管２１又は第２の冷媒流通管２２から流出しにくくすることができる。このため、中間圧レシーバ５では、効率よく気液分離を行うことができる。

また、仕切り部材５２は、筒状に形成され、その上端および下端は開口しているので、冷媒の流れを必要以上にせき止めることはない。
そして、仕切り部材５２の下端と底板５１ｂとの間には隙間を設けているため、仕切り部材５２内外での液相冷媒の流動が容易となり、仕切り部材５２内外の冷媒液面の高さも同一に保つことができる。

加えて、仕切り部材５２の外側に配置される第１の冷媒流通管２１の第１冷媒流通口２１０（先端開口部）が、仕切り部材５２の高さ方向の中間に配置されることで、仕切り部材５２が第１の冷媒流通管から流入した気相冷媒の第２の冷媒流通管への直接的な移動を妨げるため、気液二相冷媒の分離効率の向上が可能となる。

また、容器本体５１の底部５１ｂは、中央部が最も低い位置となる凹んだ形状に形成されることで、底板５１ｂ中央に液溜りができる。そして、底部５１ｂの最も低い位置に第２の冷媒流通管２２が位置し、第２の冷媒流通管２２の第二冷媒流通口２２０（先端開口部）が、底部５１ｂの最も低い位置よりも高い位置に位置することで、流出管を液相冷媒で満たしておくことが容易となる。
さらに、第二冷媒流通口２２０を第一冷媒流通口２１０より低い位置とした場合、第１および第２の冷媒流通口２１０および２２０を液冷媒で満たすのに必要な液面高さＬを低くすることが可能となるため、充填する冷媒量を削減する事ができる。

そして、第１の冷媒流通管２１の上端部２１ａが、分離室５３の内壁に向かって、第一冷媒流通口２１０が横方向に開口するように曲げられているため、第一冷媒流通口２１０は、気液二相冷媒を流出した際、冷媒の流れが分離室５３の内壁に沿いやすいので、旋回流を形成しやすい。
分離室５３内を旋回する気液二相冷媒は、遠心力及び密度差によって気液分離され、分離された液相冷媒は分離室５３下方向に溜り、分離された気相冷媒は分離室５３上方向に上昇することができる。

また、冷却モードと加熱モードとを切り替えて使用する際は、凝縮器と蒸発器の機能を入れ替えて運転することとなり、第１の冷媒流通管２１の第一冷媒流通口２１０と、第２の冷媒流通管２２の第二冷媒流通口２２０とが、流出口としての役割も切り替わる。そのため、どちらの運転状態においても、少なくとも冷媒流出管となる流出口を液相冷媒で満たしていることが望ましい 。

（第２の実施形態）
第２の実施形態の中間圧レシーバについて、図４乃至図５を参照して説明する。図４は、中間圧レシーバの断面概略を示している。この第２の実施形態の各部について、第１の実施形態の中間圧レシーバの各部と同一部分は同一符号で示す。この第２の実施形態が、第１の実施形態と異なる点は、仕切り部材５２を、螺旋状に巻かれた管で構成したことにある。以下、螺旋状に巻かれた管を螺旋管２４として説明する。

図４に示すように、螺旋管２４は、螺旋状に配置された管で構成され、容器本体５１の中心線Ｏ１と同軸状に、レシーバ５内下端部に配置される。
なお、螺旋管２４を構成する螺旋状に巻かれた管は、管であれば良く、円管に限定されず、扁平管でも良い。
また、螺旋管２４は、その螺旋形状の直径が、第２の冷媒流通管２２の直径よりも大きく形成され、第２の冷媒流通管２２を囲うように設置される。螺旋管２４の螺旋形状の円の外側には、第１の冷媒流通管２１が位置し、螺旋管２４の螺旋形状の円の内側には、第２の冷媒流通管２２が位置する。

螺旋管２４は、下側に位置する螺旋巻初め側を螺旋管入口部２４ａ、上側に位置する螺旋巻終わり側を螺旋管出口部２４ｂとする。
螺旋管入口部２４ａ及び螺旋管出口部２４ｂは、ともに、中間圧レシーバ５の底板５１ｂを貫通し、溶接等の手段により固定されている。

また、図５に示すように、第１の冷媒流通管２１の上端部２１ａは、分離室５３の内壁に向かって、第一冷媒流通口２１０が開口するように、曲げられている。螺旋管２４の螺旋形状は、螺旋管入口部２４ａを下側として、第１の冷媒流通管２１の上端部２１ａの曲げ方向と同方向に螺旋が形成されるよう、巻かれている。

第２の実施形態によると、第１の冷媒流通管２１（又は第２の冷媒流通管２２）から気液二相冷媒が流入する際、螺旋管２４は、液相冷媒の流出口である第２の冷媒流通管２２（又は第１の冷媒流通管２１）へと気相冷媒が流れることを阻害する。

さらに、第１の冷媒流通管２１（又は第２の冷媒流通管２２）から気液二相冷媒が流入する際、螺旋管２４は、気相冷媒が容器本体５１上部へと上昇する旋回流の流れをサポートする、ガイドの役割を行う。

上述した第２の実施形態によれば、仕切り部材５２を、螺旋状に巻かれた管で構成する螺旋管２４としたことにより、気液分離をより効率よく行うことができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態の中間圧レシーバについて、図６を参照して説明する。図６は、第３の実施形態に係る冷凍サイクルを示している。この第３の実施形態の各部について、第１又は第２の実施形態の中間圧レシーバの各部と同一部分は同一符号で示す。この第３の実施形態が、第１又は第２の実施形態と異なる点は、螺旋管２４（螺旋状に巻かれた管）を気液熱交換器１３として用いたことにある。

図６に示すように、冷凍サイクル装置１００において、気相冷媒流出管２３はバイパス用膨張装置１０を介し、バイパス管１１ａに接続する。さらにこれを、螺旋管入口部２４ａへと接続し、容器本体５１内の螺旋管２４内を螺旋巻初めから螺旋巻終わりまで、連続する。そして、螺旋管出口部２４ｂから容器本体５１外のバイパス管１１ｂに接続する。バイパス管１１ｂは圧縮機１の吸入側へと接続する。

このように構成することにより、螺旋管２４は、気液熱交換器１２として用いることができる。

第３の実施形態によると、容器本体５１の分離室５３に流入した気液二相冷媒は、液相冷媒は下部に貯留し、第１又は第２の冷媒流通管より流出する。一方気相冷媒は、上方の気相冷媒流出管２３より、容器本体５１から流出する。そして、流出した気相冷媒はバイパス用膨張装置１０を介し、減圧され、バイパス管１１ａを流れ、螺旋管入口部２４ａへと流れる。

螺旋管入口部２４ａから気液熱交換器１３（螺旋管２４）を構成する円管内に流入した気相冷媒は、容器本体５１の下部に貯留する液冷媒を冷却する。

気液熱交換器１２（螺旋管２４）の円管内を螺旋に沿って流れた気相冷媒は、螺旋管出口部２４ｂより容器本体５１外に出る。さらに、バイパス管１１ｂを流れ、四方弁２から出てきた冷媒と合流し、圧縮機１の吸入側へと吸い込まれる。

上述した第３の実施形態によれば、螺旋管２４を気液熱交換器１３とすることで、容器本体５１内の液冷媒を冷却し、第１又は第２の冷媒流出管流出管２１又は２２内でのフラッシュを抑制し、減圧弁の性能低下を防ぐことができる。

また、螺旋管入口部２４ａを、気液熱交換機１２下側端部とすることで、容器本体５１下部に貯留された液相冷媒との熱交換を積極的に行うと共に、液面Ｌの高さに関わらず液相冷媒を冷却することができる。

さらに、第２の冷媒流通管２２を液相冷媒流出口とした場合（冷却モード）では、螺旋管２４の下側端部を気相冷媒流入口とすることで、第二冷媒流出口２２０近傍での液相冷媒の冷却が可能であり、第２の冷媒流通管２２内でのフラッシュを抑制する効果をより大きくすることができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態の中間圧レシーバについて、図７を参照して説明する。図７は、第４の実施形態に係る中間圧レシーバの一部を示している。この第４の実施形態の各部について、第１乃至第３の実施形態の中間圧レシーバの各部と同一部分は同一符号で示す。この第４の実施形態が、第１乃至第３の実施形態と異なる点は、螺旋管２４を形成する管が、隣接する管との間に隙間を有していることにある。

図７に示すように、螺旋管２４を形成する管は、隣接する管との間を密着させず、隙間ｓを有している。

この隙間ｓは、螺旋管２４を構成する管の、隣接する管同士を、溶接等により密着させないことから生じる、ほんのわずかの隙間も含めて、隙間ｓと称している。

隙間ｓを設けることで、このわずかな隙間を、冷媒が流れることができる。

隙間ｓが僅かであればあるほど、容器本体５１内に流入した気液二相冷媒が、分離せずすぐに液相冷媒流出口より流出してしまうことを防ぐことができ、なおかつ、容器本体５１下部に貯留した液相冷媒の液面が、螺旋管２４内外で均一になるよう保つことができる。

上述した第４の実施形態によれば、螺旋管２４を形成する管と管の間に隙間ｓを設けることで、伝熱面積の拡大を図ることができる。また、管間の僅かな隙間を冷媒が流れることで冷媒の流速が上がるので、熱伝達率を向上させることができる。

以上説明した少なくとも一つの実施形態の気液分離器によれば、効率よく気液分離を行う中間圧レシーバを提供することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

冷凍サイクル装置…１００，圧縮機…１，四方弁…２，四方弁の第１ポート…２ａ，四方弁の第２ポート…２ｂ，四方弁の第３ポート…２ｃ，四方弁の第４ポート…２ｄ，空気熱交換器…３，第１の膨張装置…４，中間圧レシーバ…５，第２の膨張装置…６，水熱交換器…７，アキュムレータ…８，循環回路…９，バイパス用膨張装置…１０，バイパス管…１１，第１の接続配管…１２１，第２の接続配管…１２２，第３の接続配管…１２３，気液熱交換器…１３，
第１の冷媒流通管…２１，上端部…２１ａ，下端部…２１ｂ，第一冷媒流通口…２１０，第２の冷媒流通管…２２，上端部…２２ａ，下端部…２２ｂ，第二冷媒流通口…２２０，気相冷媒流出管…２３，下端部…２３ａ，上端部…２３ｂ，気相冷媒入口…２３０，螺旋管…２４，螺旋管入口部…２４ａ，螺旋管出口部…２４ｂ，
容器本体…５１，容器の周壁…５１ａ，底板…５１ｂ，上蓋…５１ｃ，仕切り部材…５２，分離室…５３，脚…５４，

Claims (13)

1. 円筒状の容器と、第１の冷媒流通管と、第２の冷媒流通管と、気相冷媒流出管と、第１の冷媒流通管の開口端と第２の冷媒流通管の開口端とを隔てる仕切り部材と、を備え、
   前記仕切り部材は、環状に構成され、前記容器内下部に位置し、
   前記気相冷媒流出管の開口端は、前記円筒状の容器の上部に位置し、
   気液分離機能を有する、中間圧レシーバ。
2. 前記仕切り部材は、筒状に構成され、
   前記第１の冷媒流通管の開口端は、筒状である前記仕切り部材の内側に位置し、
   前記第２の冷媒流通管の開口端は、筒状である前記仕切り部材の外側に位置する、
   請求項１に記載の中間圧レシーバ。
3. 前記仕切り部材は、円筒形状に構成される、
   請求項１又は２に記載の中間圧レシーバ。
4. 前記仕切り部材は、前記容器の底部との間に、
   前記仕切り部材の高さの４分の１以下の隙間を有して位置する、
   請求項１乃至３に記載の中間圧レシーバ。
5. 前記第１の冷媒流通管の開口端の高さは、
   前記仕切り部材の上端より下であり、前記仕切り部材の下端より上、に位置する
   請求項１乃至４に記載の中間圧レシーバ。
6. 前記第１の冷媒流通管の開口端の高さは、
   前記第２の冷媒流通管の開口端よりも上部に位置する、
   請求項１乃至５に記載の中間圧レシーバ。
7. 前記容器の底部は、中央部が最も低い位置となる凹んだ形状に構成され、
   前記底部の最も低い位置に前記第２の冷媒流通管が位置し、
   前記第２の冷媒流通管の開口端は、前記底部の最も低い位置よりも高い位置に位置する、
   請求項１乃至６に記載の中間圧レシーバ。
8. 前記仕切り部材は、螺旋状に巻かれた管で構成される、
   請求項１乃至７に記載の中間圧レシーバ。
9. 前記螺旋状に巻かれた管は、隣接する管の間に隙間を有する、
   請求項８に記載の中間圧レシーバ。
10. 前記１乃至９に記載の中間圧レシーバを用いた、冷凍サイクル装置。
11. 前記螺旋状に巻かれた管を、熱交換器として用いる、
    請求項１０に記載の冷凍サイクル装置。
12. 前記気相冷媒流出管は、前記螺旋管の入口部へと連通し、
    前記螺旋状に巻かれた管の螺旋巻初めから螺旋巻終わりまで気相冷媒が流れることができるよう接続し、
    前記螺旋状に巻かれた管の出口部は冷媒配管を介して圧縮機１の吸引側へと接続される、
    請求項１１又は１２に記載の冷凍サイクル装置。
13. 凝縮器の容量が蒸発器の容量よりも大きいときは、前記第１の冷媒流通管が冷媒流入管となり、
    前記蒸発器の容量が前記凝縮器の容量よりも大きいときは、前記第２の冷媒流通管が冷媒流入管となる、
    請求項１０乃至１２に記載の冷凍サイクル装置。
    

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