JP3552886B2

JP3552886B2 - 気液分離器

Info

Publication number: JP3552886B2
Application number: JP27525497A
Authority: JP
Inventors: 伸二渡辺; 成人山口; 正▲廣▼ 新; 雄一薬丸
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-09-22
Filing date: 1997-09-22
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2017-09-22
Also published as: JPH1194402A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍サイクル装置に用いられる気液分離器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍サイクル装置のうち、例えば実開平１−１３４８５７号公報に見られるように、サイクルの途中で冷媒中のガス成分を圧縮機に戻して圧縮機の能力を増大させる、いわゆるガスインジェクションを行う装置にあっては、ガスインジェクションのためのガス成分を分離するために気液分離器が用いられる。この種の気液分離器は、導入された気液混合流体つまり二相状態の冷媒をガス成分と液体成分とに分離するための本体と、この本体の中に気液混合流体を導入するための二相入口管と、分離したガス成分を導出するためのガス出口管と、分離した液体成分を導出するための液体出口管とを備え、ガス出口管は、本体の上端部分に取り付けられ、液体出口管は、本体の下端部分に取り付けられている。
【０００３】
具体的な従来例を図８、図９に示す。この従来の気液分離器は、円筒状の本体１００の下端部分１０１に挿入した液体出口管１０２を嵌合保持するようにこの本体１００の下端部分１０１を絞り込み、また、筒状の本体１００の上端部分１０３にガス出口管１０４と二相入口管１０５とを一定間隔を隔てた状態に設置して、この本体１００の上端部分１０３をガス出口管１０４及び二相入口管１０５とを夫々取り囲んで嵌合保持するようにこの本体１００の上端を絞り込む構造を有していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の気液分離器においては、本体１００の上端部分１０１が、ガス出口管１０４と二相入口管１０５とを一定の間隔を隔てて並設した状態で絞り込んだ構造を有することから、この上端部分１０３の実質的な径は相当に大きくなり、このため、構造的に耐圧性が低いものであった。
ところで、近時の環境問題から従来の冷媒（例えばＲ２２）に代わる代替冷媒（Ｒ４１０Ａ）の使用に伴って、比較的高い圧力で気液分離しようとする場合には構造上の耐圧性を考慮することが必要になる。
そこで、本発明の目的は、従来と基本的な構造を共通にしつつ耐圧性を向上することのできる気液分離器を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明の気液分離器は、上下方向に延びる筒状の本体の上端開口部分に、前記本体の中に気液混合状態の冷媒を導入するための二相入口管と、前記本体の中で分離した後のガス成分を導出するためのガス出口管とを連結した気液分離器において、前記上端開口部分の断面形状が円形であり、前記二相入口管及び前記ガス出口管が、これら二相入口管とガス出口管とを隣合わせたときに前記上端開口部分の内壁面で包囲される一つの円形輪郭を形成するような断面形状を有することを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載の本発明の気液分離器は、請求項１に記載の気液分離器において、前記二相入口管及び前記ガス出口管が共に断面半円形状を有することを特徴とする。
請求項３に記載の本発明の気液分離器は、請求項１に記載の気液分離器において、前記二相入口管又は前記ガス出口管のいずれか一方が断面三日月の形状を有し、他方が、前記断面三日月形状に包囲されて前記一つの円形輪郭を形成するように、前記上端開口部分の内径よりも相当に小さな直径の円形断面を有することを特徴とする。
【０００７】
請求項４に記載の本発明の気液分離器は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の気液分離器において、前記二相入口管が、前記ガス出口管よりも前記本体の中に侵入させて配置していることを特徴とする。
請求項５に記載の発明の気液分離器は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の気液分離器において、前記二相入口管の開口端部が、前記ガス出口管の配置位置とは直径方向反対側に折り曲げられて、前記二相入口管の出口が前記本体の側壁に向けて開放されていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態における気液分離器は、筒状本体の上端開口部分の断面形状が円形であり、前記二相入口管及び前記ガス出口管が、これら二相入口管とガス出口管とを隣合わせたときに前記上端開口部分の内壁面で包囲される一つの円形輪郭を形成するような断面形状を有することから、本体の上端開口部分の径は比較的小さなもので構成でき、これにより耐圧性を向上させることができる。また、上端開口部分の断面形状が円形であると共に、二相入口管とガス出口管とを隣合わせると円形輪郭になるため、管体の連結に従来から一般的に用いられている工具などの手段をそのまま利用して、本体と管体との連結を行うことができる。
【０００９】
本発明の第２の実施形態における気液分離器は、前記二相入口管及び前記ガス出口管が共に断面半円形状を有することから、両者を単に隣合わせるだけで、簡単に、上述した円形輪郭を作ることができ、本体の上端開口部分の内壁面との間の接触を均一且つ確実なものとすることができる。また、二相入口管とガス出口管との相対回転がその断面形状によって抑えられることから、この観点からも、本体に対する二相入口管及びガス出口管の連結を強固なものにすることができる。
【００１０】
本発明の第３の実施形態における気液分離器は、前記二相入口管又は前記ガス出口管のいずれか一方が断面三日月の形状を有し、他方が、前記断面三日月形状に包囲されて前記一つの円形輪郭を形成するように、前記上端開口部分の内径よりも相当に小さな直径の円形断面を有することから、円形断面の二相入口管又はガス出口管は最初から小さな直径の管体を採用することで、この管体の端部の断面形状を特定な形状にするための加工を省くことができる。
【００１１】
本発明の第４の実施形態における気液分離器は、前記二相入口管が、前記ガス出口管よりも前記本体の中に侵入させて配置していることから、ガス出口管から導出されるガス成分の中に、二相入口管から導入された気液混合流体が混入する可能性を低下させることができる。具体的には、例えば、二相入口管をガス出口管によりも２０ｍｍ以上深く侵入することが望ましい。
本発明の第５の実施形態における気液分離器は、前記二相入口管の開口端部が、前記ガス出口管の配置位置とは直径方向反対側に折り曲げられて、前記二相入口管の出口が前記本体の側壁に向けて開放されていることから、本体の中に導入された気液混合流体が本体側壁に直接的に衝突して液体粒子の凝集を促進させることができると共に、導入した気液混合流体の流れが、分離後のガス成分の上昇移動及び分離後の液体成分の下降移動の流れを乱す可能性を低減させることができる。
【００１２】
【実施例】
以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明による冷凍サイクル装置の一例としての空気調和装置の全体構成図であり、図２はこの空気調和装置に組み込まれた気液分離器の拡大縦断面図である。この空気調和装置１は、概略的には、室内機２と、室外機３と、これらの間を接続する第１、第２の接続用配管４、５とで構成されている。室内機２は、蒸発器又は凝縮器となる室内側熱交換器６と、室内側熱交換器６の出入口に夫々接続された内部配管７、８とで構成され、この内部配管７、８に対して上述した第１、第２の接続用配管４、５の一端が着脱自在に連結されている。同図において９は室内送風機であり、この室内送風機９は、室内機２の吹き出し口（図示せず）に取付られる。
【００１３】
室外機３は、凝縮器又は蒸発器となる室外側熱交換器１０と、その出入口に夫々接続された第１、第２の内部配管１１、１２とを有し、第１の内部配管１１は、前述した第１の接続用配管４の他端に着脱自在に連結され、第２の内部配管１２は、前述した第２の接続用配管５の他端に着脱自在に連結されている。同図中、１３は、室外側熱交換機１０に隣接して配置された電動ファンを示す。第１の内部配管１１には、ブリッジ回路１４が介装され、このブリッジ回路１４は第１ないし第４の４つの逆止弁１５〜１８を有し、また、その連絡配管１９には第１の減圧機構としてのメイン膨張弁２０と気液分離器２１とが取付けられている。また、第１の内部配管１１には、ブリッジ回路１４と室外側熱交換器１０との間に、第２の減圧機構としてのキャピラリーチューブ２２が介装されている。
【００１４】
他方、第２の内部配管１２には圧縮機２３と四方弁２４とが設けられており、冷暖房の切り替えは、この四方弁２４を切り替えることによって行われる。図中、実線で示す矢印の方向は暖房運転モードでの冷媒の流れ方向を示し、破線で示す矢印の方向は冷房運転モードでの冷媒の流れ方向を示す。圧縮機２３は、その本来の吸込ポート２３ａ又は吐出ポート２３ｂとは別途独立したインジェクションポート２３ｃを有し、このインジェクションポート２３ｃは、電磁式の開閉弁２６を備えたガスインジェクション管２５を介して、気液分離器２１に連結されている。ここに、この空気調和装置１は、冷媒としてＨＦＣ系冷媒が採用され、また潤滑油としてポリオールエステル油が採用されている。
【００１５】
図１に図示する四方弁２４は、その冷房運転モードでの態様を破線で図示してあり、暖房運転モードでの態様を実線で示してある。冷房運転モードでは、室外側熱交換器１０を出て第１の内部配管１１に入った冷媒は、ブリッジ回路１４の第１の逆止弁１５を通りメイン膨張弁２０を経て気液分離器２１を通った後に第２の逆止弁１６を通って室内機２側に進む経路を通る。他方、暖房運転モードでは、室内機２側から第１の接続用配管４を通って室外機３側に入った冷媒は、ブリッジ回路１４の第３の逆止弁１７を通りメイン膨張弁２０を経て気液分離器２１を通った後に第４の逆止弁１８を通りキャピラリーチューブ２２を経て室外側熱交換器１０に入る経路を進む。暖房運転中、特に大きな能力が要求されるときには、開閉弁２６が開かれてガスインジェクション管２５が開通され、このガスインジェクション管２５を通じて、気液分離器２１で分離されたガス成分が圧縮機２３にインジェクションされる。これにより圧縮機２３はその能力が増大される。
【００１６】
気液分離器２１は、図２に示すように、上下方向に延びる円筒状の本体３０を備え、この本体３０は、上端部分及び下端部分に、本体３０から絞り込んで縮径した開口部分３１、３２を備え、これら上下の開口部分３１、３２は、共に断面円形の形状を有している。気液分離器２１の上方開口３１には、連絡配管１９のうち気液分離器２１の中に二相状態の冷媒を導入する断面半円形状の二相入口管部分３４と、気液分離器２１の中のガス成分を圧縮機２３に導く断面半円形状のガス出口管３５とが、互いに突き合わせて一つの円形を作るような形態で嵌入されている。また、下方の開口部分３２には、連絡配管１９のうち気液分離器２１の中の液体成分を内部配管１１を通じてキャピラリーチューブ２２及び室外側熱交換器１０に送り出す断面円形の液体出口管部分３６が嵌入されている。
【００１７】
以上の構成からなる気液分離器２１においては、円筒状の本体３０の縮径した一つの上側円形開口部分３１の中に、隣接して配置したガス出口管３５と二相入口管部分３４とを受け入れることから、本体３０に、別途、二相入口管部分３４を受け入れるための開口を設ける必要が無いばかりか、上側開口部分３１が断面円形という管結合にとって最も一般的な形状でよいことから、ガス出口管３５及び二相入口管部分３４を受け入れてこれを密封状態で固定するのに、特別の工具などの手段を必要としない。加えて、上側開口部分３１が円形形状である共にその径が従来に比べて比較的小さいことから、この形状の特性によって比較的高い耐圧性を得ることができる。したがって、比較的高い圧力で運転したとしても、この圧力に耐えることのできる気液分離器２１を得やすい。
【００１８】
また、二相入口管部分３４及びガス出口管３５を突き合わせて全体として円形の外形輪郭を形成するようにしてあるため、円形上側開口部分３１の内壁面との間の接触を均一且つ確実にでき、本体３０に対して二相入口管部分３４及びガス出口管３５を強固に接続できることになる。また、二相入口管部分３４及びガス出口管３５が共に半円断面であることから、これら両者の相対回転を防止できる。よって、二相入口管部分３４及びガス出口管３５に対する本体３０の保持力は、この観点からも強固なものとなる。
【００１９】
図４ないし図７は、本発明の他の実施例を図示するものであり、図４及び図５は第２実施例を示し、図６は第３実施例を示し、図７は第４実施例を示すものである。これら各実施例において、上述した第１実施例と同一の要素については同一の参照符号を付すことによりその説明を省略し、以下に、第２ないし第４実施例の特徴部分について説明する。
【００２０】
第２実施例の気液分離器４０にあっては、図４、図５に示すように、二相入口管部分３４は、上側開口部分３１の内径よりも相当に小さな径を有する断面円形の形状を有し、また、ガス出口管３５は三日月形の形状を有する。そして、二相入口管部分３４及びガス出口管３５は、上側開口部分３１の中で、小径の二相入口管部分３４をガス出口管３５で包み込むようにして配置されている。この第２実施例の気液分離器４０によれば、二相入口管部分３４を含む連結配管１９を当初から小径な管体から作ることで、この二相入口管部分３４に対する加工を省くことができる。
【００２１】
第３実施例の気液分離器５０にあっては、上述した第１実施例又は第２実施例の変形例に相当するものであり、図６に示すように、二相入口管部分３４は、ガス出口管３５に比べて本体３０の中に深く侵入するように配置されている。より具体的には、二相入口管部分３４は、本体３０の中に、ガス出口管３５に比べてＬ＝２０ｍｍ深く侵入させている。この第３実施例の気液分離器５０によれば、二相入口管部分３４とガス出口管３５とを隣接して配置したとしても、二相入口管部分３４から導入される飽和蒸気が、気液分離後のガス成分に混入してガス出口管３５から出ることを防止することができる。
【００２２】
第４実施例の気液分離器６０にあっては、第３実施例の変形例に相当するものであり、図７に示すように、二相入口管部分３４の開口端部３４ａが、ガス出口管３５の配置位置とは直径方向反対側に折り曲げられている。この第４実施例の気液分離器６０によれば、第３実施例の作用効果に加えて、二相入口管部分３４から出た飽和蒸気を本体３０側壁に直接的に衝突させて液体粒子の凝集を促進できると共に、導入される飽和蒸気の流れが、本体３０の中で上昇するガス成分の流れを乱すことを最小限に抑えることができ、同じ理由で下降する液体成分の流れを乱すことを最小限に抑えることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように本発明は、従来と基本的な構造を共通にしつつ二相入口管及びガス出口管の耐圧性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガスインジェクションを行う空気調和装置に本発明の気液分離器を組み込んだ空気調和装置の全体系統図。
【図２】本発明に従う第１実施例の気液分離器の拡大縦断面図。
【図３】図２のＩＩＩーＩＩＩ線に沿って切断した断面図。
【図４】第２実施例の気液分離器の拡大断面図。
【図５】図４のＶーＶ線に沿って切断した断面図。
【図６】第３実施例の気液分離器の拡大縦断面図。
【図７】第４実施例の気液分離器の拡大縦断面図。
【図８】従来例の気液分離器の拡大縦断面図。
【図９】図８のＩＸーＩＸ線に沿って切断した断面図。
【符号の説明】
２１気液分離器
３０気液分離器の本体
３１気液分離器の上端開口部分
３２気液分離器の下端開口部分
３４二相入口管部分
３５ガス出口管

Claims

上下方向に延びる筒状の本体の上端開口部分に、前記本体の中に気液混合状態の冷媒を導入するための二相入口管と、前記本体の中で分離した後のガス成分を導出するためのガス出口管とを連結した気液分離器において、前記上端開口部分の断面形状が円形であり、前記二相入口管及び前記ガス出口管が、これら二相入口管とガス出口管とを隣合わせたときに前記上端開口部分の内壁面で包囲される一つの円形輪郭を形成するような断面形状を有することを特徴とする気液分離器。
前記二相入口管及び前記ガス出口管が共に断面半円形状を有することを特徴とする請求項１に記載の気液分離器。
前記二相入口管又は前記ガス出口管のいずれか一方が断面三日月の形状を有し、他方が、前記断面三日月形状に包囲されて前記一つの円形輪郭を形成するように、前記上端開口部分の内径よりも相当に小さな直径の円形断面を有することを特徴とする請求項１に記載の気液分離器。
前記二相入口管が、前記ガス出口管よりも前記本体の中に侵入させて配置していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の気液分離器。
前記二相入口管の開口端部が、前記ガス出口管の配置位置とは直径方向反対側に折り曲げられて、前記二相入口管の出口が前記本体の側壁に向けて開放されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の気液分離器。