JP5887157B2 - 気液分離器 - Google Patents

Description

本発明は、気液分離器に関し、特に、冷凍サイクルを循環する冷媒等を気液分離して貯留する気液分離器に関する。

上記気液分離器の一例として、図４に示すように、有底筒状の胴体２２と、この胴体２２の上部開口端を封止するヘッダ２３と、胴体２２の内部に配置される筒状の冷媒吐出管２５と、冷媒吐出管２５を囲繞する冷媒吸込管２４と、冷媒吸込管２４の下端部に形成されたオイル戻し穴２４ａを囲繞するように胴体２２の底面２２ａ上に配置されるストレーナ２６と、下方に開口するカップ状の気液分離部材２７とを備える気液分離器２１が用いられている。

上記気液分離器２１において、蒸発器等からヘッダ２３の冷媒流入孔２３ｄを介して胴体２２の内部に流入する冷媒は、気液分離部材２７によって気液分離され、分離された液冷媒、及び冷媒中に含まれているコンプレッサオイル（圧縮機用の潤滑油、以下「オイル」という）は、そのまま直進下降して胴体２２の内部に貯留される。その後、液冷媒Ｌとオイルとの分離が進み、オイルは液冷媒Ｌの下方に溜まる。

一方、ガス冷媒は、胴体２２の内部の液冷媒Ｌに合流する前に上方へ移動し、冷媒吸込管２４の上部開口から冷媒吸込管２４の内部に進入し、冷媒吸込管２４の内周面と冷媒吐出管２５の外周面との間を下降した後、一旦冷媒吸込管２４の下端部に達し、オイル戻し穴２４ａから液冷媒Ｌの下方に溜まったオイルを吸引しながら上方へ折り返して冷媒吐出管２５の内部を上昇し、ヘッダ２３の冷媒流出孔２３ｅからオイルを含んだガス冷媒が排出され、圧縮機へ戻される。また、冷媒に含まれている異物は、上記液冷媒と同様のルートにて胴体２２の底部に達し、ストレーナ２６によって捉えられ、圧縮機への異物の侵入を防止する。

しかし、上記従来の気液分離器２１においては、図５に示すように、気液分離器２１のヘッダ２３を配管に接続するための雌ねじ部２３ｃのボス２３ｆや、冷媒吐出管２５を接続するための接続部２３ａがヘッダ２３の下面２３ｇ（図５（ｃ）において網点で示した領域が平面状に形成されている）から下方に突出するため、これらの突出部によって冷媒の整流化が阻害される結果、冷媒が気泡となり、冷媒の気液分離性が悪化したり、オイルがオイル戻し穴２４ａ（図４参照）から冷媒吐出管２５を経て圧縮機に戻り難くなるという問題があった。

また、気液分離器２１の使用中に、結露によって生成した水が、ヘッダ２３の上面２３ｂと気液分離器２１を配管に接続するための相手方のフランジとの間に溜まり、ヘッダ２３とフランジの材質が一般的に異なることもあり、ヘッダ２３等が腐食し易くなるという問題があった。

さらに、ヘッダ２３は、冷間鍛造及び機械加工により製造しているが、ボス２３ｆや雌ねじ部２３ｃがヘッダ２３の下面２３ｇから不規則に突出しているため、鍛造性が悪く、金型の耐久性が低下するという問題もあった。

そこで、本発明は、上記従来の気液分離器における問題点に鑑みてなされたものであって、冷媒の気液分離性の悪化を防止し、オイルが圧縮機に戻り難くなることを回避し、ヘッダ等の腐食を防止し、ヘッダの鍛造性を高めることもできる気液分離器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、一端が開口した筒状の胴体と、該胴体の前記開口端を封止し、冷媒流入孔及び冷媒流出孔が穿設されたヘッダと、該ヘッダの前記冷媒流入孔から流入する冷媒を気液分離する気液分離部材と、該気液分離部材によって分離されたガス冷媒を前記胴体の底部に貯留されたオイルと共に前記冷媒流出孔に導く冷媒吐出管とを備える気液分離器であって、前記冷媒流入孔に連通させる入口側配管と前記冷媒流出孔に連通させる出口側配管とを該ヘッダに接続するためのフランジを取り付ける突出部を該ヘッダの外面に備えると共に、該突出部の前記フランジとの当接面の輪郭線の全部又は一部が該フランジの輪郭線の全部又は一部と一致し、前記気液分離部材が、前記冷媒吐出管に形成された鍔部と、前記ヘッダの下面によって挟持されていることを特徴とする。

そして、本発明によれば、ヘッダの内面を平面状に形成するため、ヘッダの内面において冷媒の整流化を効果的に行うことができ、冷媒の気液分離性の悪化を防止し、オイルが圧縮機に戻り難くなることを回避することができる。

また、冷媒流入孔に連通させる入口側配管と冷媒流出孔に連通させる出口側配管とをヘッダに接続するためのフランジを取り付ける突出部をヘッダの外面に設け、突出部のフランジとの当接面の輪郭線の全部又は一部をフランジの輪郭線の全部又は一部と一致させるため、突出部とフランジとの間に水が溜まり難くなり、突出部とフランジの材質が異なる場合であっても、突出部等の腐食を防止することができる。

上記気液分離器において、前記突出部の前記フランジとの当接面の形状を該突出部の中心点に対して点対称又は線対称に形成することができる。これにより、ヘッダの鍛造性が良好となり、金型の耐久性を向上させることができる。

上記気液分離器において、前記ヘッダの内面を前記気液分離部材に当接する突出部を除いて平面状に形成するか、前記ヘッダの内面を全体的に平面状に形成し、かつ前記気液分離部材に前記ヘッダの内面に当接する突出部を設けることができる。

また、上記気液分離器において、前記冷媒吐出管の上端部の拡径部を前記冷媒流出孔の下部に係合させることができる。

以上のように、本発明によれば、冷媒の気液分離性の悪化を防止し、オイルが圧縮機に戻り難くなることを回避し、ヘッダの腐食を防止し、ヘッダの鍛造性を高めることができる。

本発明に係る気液分離器の第１の実施形態を示す断面図である。 図１の気液分離器を示す図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明に係る気液分離器の第２の実施形態を示す図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図、（ｃ）は（ｂ）のＤ−Ｄ線断面図である。 従来の気液分離器の一例を示す断面図である。 図４の気液分離器を示す図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図、（ｃ）は（ｂ）のＤ−Ｄ線断面図である。

次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明に係る気液分離器の第１の実施形態を示し、この気液分離器１は、有底筒状の胴体２と、この胴体２の開口端を封止するヘッダ３と、胴体２の内部に配置される筒状の冷媒吐出管５と、冷媒吐出管５を囲繞する冷媒吸込管４と、冷媒吸込管４の下端部に形成されたオイル戻し穴４ａを囲繞するように胴体２の底面２ａ上に配置されるストレーナ６と、下方に開口するカップ状の気液分離部材７等で構成される。

胴体２は、アルミニウム合金等の金属からなり、有底円筒状で上部が開口する瓶状に形成される。上述のように、胴体２の上部開口はヘッダ３によって封止され、胴体２の内部には、冷媒吸込管４、冷媒吐出管５、ストレーナ６及び気液分離部材７が収容される。

ヘッダ３は、アルミニウム合金等の金属からなり、円板状の基部３ａと、基部３ａから上方へ突出する上部（突出部）３ｂと、基部３ａから下方に突出する円筒状の下部３ｃとで構成され、これらを冷媒流入孔３ｄ及び冷媒流出孔３ｅが上下方向に貫通する。上部３ｂの上面３ｇには、冷媒流入孔３ｄ及び冷媒流出孔３ｅと嵌合する配管を接続するためのフランジを固定するための雌ねじ部３ｆ（図２参照）が螺設される。

ヘッダ３の上部３ｂの上面３ｇの形状は、図２（ａ）に示すように、上面３ｇの中心Ｏに対して点対称に形成され、この上面３ｇに、冷媒流入孔３ｄに連通させる入口側配管（不図示）と冷媒流出孔３ｅに連通させる出口側配管（不図示）とをヘッダ３に接続するためのフランジ（図２（ａ）において上面３ｇと共通の輪郭線と点線９とで囲まれた形状を有する）が当接する。

一方、ヘッダ３の下面３ｈは、全体的に平面状に形成され（図２（ｃ）において網点で示した領域が平面状に形成される）、下部３ｃのみが下面３ｈから下方に突出する。

図１に示すように、冷媒吐出管５は、アルミニウム合金等の金属からなり、冷媒吸込管４の内部に軸線方向に延設されたリブ（不図示）によって冷媒吸込管４内に圧入固定される。冷媒吐出管５の上端部５ａが冷媒流出孔３ｅの下部にかしめ等によって固定される。

冷媒吸込管４は、冷媒吐出管５を囲繞するように形成され、冷媒吸込管４の上端部が開口すると共に、下端部にオイル戻し穴４ａが形成される。この冷媒吸込管４の下端部は、ストレーナ６に囲繞されながら下方に突出し、その先端部にオイル戻し穴４ａが絞り加工又は切削加工やプレス加工等の機械加工により形成される。

ストレーナ６は、冷媒吸込管４の下端部の下方に位置し、オイル戻し穴４ａを囲繞した状態で胴体２の底面２ａ上に固定される。

気液分離部材７は、樹脂又は金属等により成形され、上面に上方に突出する円錐状部７ａを備える。この円錐状部７ａの頂部は、上方のヘッダ３の冷媒流入孔３ｄの中心線上に存在するか又は冷媒流入孔３ｄに対向し、冷媒流入孔３ｄから流入する冷媒を放射状に整流化する。

次に、上記構成を有する気液分離器１の動作について、図１を参照しながら説明する。なお、以下の説明においては、気液分離器１を冷凍サイクルの蒸発器と圧縮機との間に配置し、蒸発器からの冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離し、液冷媒を気液分離器１内に貯留し、ガス冷媒を圧縮機へ戻す場合（所謂アキュムレータ）を例にとって説明する。

蒸発器からの冷媒は、図１のヘッダ３の冷媒流入孔３ｄから胴体２の内部に流入した後、気液分離部材７に衝突して気液分離される。この際、上述のように、ヘッダ３は、図４に示したヘッダ２３よりも、ボス２３ｆが存在しない分だけ平面を広く確保することができ、冷媒をより効果的に整流化することができると共に、図２（ｂ）に示すように、気液分離部材７の円錐状部７ａを冷媒流入孔３ｄに近づけることができるため、冷媒の速度がより低い状態で気液分離部材７の円錐状部７ａに衝突して放射状に整流される。これにより、冷媒が気泡となって冷媒の気液分離性が悪化したり、オイルがオイル戻し穴４ａ（図１参照）から冷媒吐出管５を経て圧縮機に戻り難くなることを防止することができ、圧損も小さく抑えることができる。

気液分離部材７によって分離された液冷媒、及び冷媒中に含まれているオイルは、そのまま直進下降して胴体２の内部に貯留される。その後、液冷媒Ｌとオイルとの分離が進み、オイルは液冷媒Ｌの下方に溜まる。

一方、ガス冷媒は、胴体２の内部の液冷媒Ｌに合流する前に上方へ移動し、冷媒吸込管４の上部開口から冷媒吸込管４の内部に進入し、冷媒吸込管４の内周面と冷媒吐出管５の外周面との間を下降した後、一旦冷媒吸込管４の下端部に達し、オイル戻し穴４ａから液冷媒Ｌの下方に溜まったオイルを吸引しながら上方へ折り返して冷媒吐出管５の内部を上昇し、ヘッダ３の冷媒流出孔３ｅからオイルを含んだガス冷媒が排出され、圧縮機へ戻される。また、冷媒に含まれている異物は、上記液冷媒と同様のルートにて胴体２の底部に達し、ストレーナ６によって捉えられる。

また、ヘッダ３の上部３ｂの上面３ｇの形状を上面３ｇの中心Ｏに対して点対称にすることで、ヘッダ３の鍛造性が良好となり、金型の耐久性を向上させることができる。なお、上面３ｇの形状を上面３ｇの中心Ｏに対して点対称ではなく線対称に形成する場合でも、同様にヘッダ３の鍛造性が良好となり、金型の耐久性が向上する。

さらに、ヘッダ３の上部３ｂの上面３ｇの輪郭線の一部を前記フランジの輪郭線の全部と一致させるため、上面３ｇの一部のみに水が溜まり、従来と比較して水が溜まる面積を大幅に小さく抑えることができ、ヘッダ３とフランジの材質が異なる場合であっても、ヘッダ３等の腐食を防止することができる。すなわち、上部３ｂの周囲の部分と上部３ｂの上面との間に段差が生じているため、上部３ｂの周囲からフランジと上部３ｂとの接触面に水が浸入しにくくなっている。尚、上面３ｇの輪郭線の全部をフランジの輪郭線の全部と一致させると、上面３ｇには水が溜まることがなく、ヘッダ３等の腐食防止に最も効果的である。また、上面３ｇの輪郭線の一部とフランジの輪郭線の一部とを一致させるだけでも、ヘッダ３の腐食防止にある程度の効果を奏する。

次に、本発明に係る気液分離器の第２の実施形態について、図３を参照しながら説明する。

この気液分離器１１は、上記第１の実施形態における気液分離器１のヘッダ３、冷媒吐出管５及び気液分離部材７に代えて、ヘッダ１３、冷媒吐出管１５及び気液分離部材１７を備えるものであって、胴体２や冷媒吸込管４等その他の構成要素は気液分離器１と同じものを備える。

ヘッダ１３は、アルミニウム合金等の金属からなり、円板状の基部１３ａと、基部１３ａから上方へ突出する上部（突出部）１３ｂとで構成され、これらを冷媒流入孔１３ｄ及び冷媒流出孔１３ｅが上下方向に貫通する。上部１３ｂの上面１３ｇには、冷媒流入孔１３ｄ及び冷媒流出孔１３ｅと嵌合する配管を接続するためのフランジを固定するための雌ねじ部１３ｆが螺設される。

ヘッダ１３の上部１３ｂの上面１３ｇの形状は、図２（ａ）に示したヘッダ３の上面３ｇと同様に形成され、この上面１３ｇに、冷媒流入孔１３ｄに連通させる入口側配管（不図示）と冷媒流出孔１３ｅに連通させる出口側配管（不図示）とをヘッダ１３に接続するためのフランジが当接する。

一方、ヘッダ１３の下面１３ｈは、全体的に突出部等が全く存在しない平面状に形成される（図３（ｃ）において網点で示した領域が平面状に形成される）。

気液分離部材１７は、樹脂又は金属等により成形され、上面に上方に突出する円錐状部１７ａを備え、この円錐状部１７ａの頂部は、上方のヘッダ１３の冷媒流入孔１３ｄの中心線上に存在するか又は冷媒流入孔１３ｄに対向し、冷媒流入孔１３ｄから流入する冷媒を放射状に整流化する。また、気液分離部材１７の上面には、ヘッダ１３の下面１３ｈに当接する突出部１７ｂが設けられ、突出部１７ｂの開口を冷媒吐出管１５が貫通する。

冷媒吐出管１５は、アルミニウム合金等の金属からなり、冷媒吸込管４の内部に軸線方向に延設されたリブ（不図示）によって冷媒吸込管４内に圧入固定される。冷媒吐出管１５の上端部１５ａ付近には鍔部１５ｂが形成され、この鍔部１５ｂとヘッダ１３の下面１３ｈとで気液分離部材１７の突出部１７ｂが挟持される。冷媒吐出管１５の上端部１５ａは、冷媒流出孔１３ｅの下部にかしめ等によって固定される。

上記構成を有する気液分離器１１の動作は、第１の実施形態における気液分離器１と同様であるため、説明を省略する。

上述のように、本実施の形態では、ヘッダ１３の下面１３ｈの全面は、突出部等の全く存在しない平面状に形成されるため、第１実施形態よりもヘッダ１３の鍛造性がより良好となり、金型の耐久性を向上させることができる。また、ヘッダ１３の下面１３ｈにおいて冷媒の整流化をさらに効果的に行うことができ、冷媒の気液分離性の悪化を防止し、オイルが圧縮機に戻り難くなることをより効果的に回避することができる。

１ 気液分離器
２ 胴体
２ａ 底面
３ ヘッダ
３ａ 基部
３ｂ 上部
３ｃ 下部
３ｄ 冷媒流入孔
３ｅ 冷媒流出孔
３ｆ 雌ねじ部
３ｇ 上面
３ｈ 下面
４ 冷媒吸込管
４ａ オイル戻し穴
５ 冷媒吐出管
５ａ 上端部
６ ストレーナ
７ 気液分離部材
７ａ 円錐状部
９ フランジの輪郭を示す点線
１１ 気液分離器
１３ ヘッダ
１３ａ 基部
１３ｂ 上部
１３ｄ 冷媒流入孔
１３ｅ 冷媒流出孔
１３ｆ 雌ねじ部
１３ｇ 上面
１３ｈ 下面
１５ 冷媒吐出管
１５ａ 上端部
１５ｂ 鍔部
１７ 気液分離部材
１７ａ 円錐状部
１７ｂ 突出部

Claims (5)

1. 一端が開口した筒状の胴体と、
   該胴体の前記開口端を封止し、冷媒流入孔及び冷媒流出孔が穿設されたヘッダと、
   該ヘッダの前記冷媒流入孔から流入する冷媒を気液分離する気液分離部材と、
   該気液分離部材によって分離されたガス冷媒を前記胴体の底部に貯留されたオイルと共に前記冷媒流出孔に導く冷媒吐出管とを備える気液分離器であって、
   前記冷媒流入孔に連通させる入口側配管と前記冷媒流出孔に連通させる出口側配管とを該ヘッダに接続するためのフランジを取り付ける突出部を該ヘッダの外面に備えると共に、該突出部の前記フランジとの当接面の輪郭線の全部又は一部が該フランジの輪郭線の全部又は一部と一致し、
   前記気液分離部材が、前記冷媒吐出管に形成された鍔部と、前記ヘッダの下面によって挟持されていることを特徴とする気液分離器。
2. 前記突出部の前記フランジとの当接面の形状を該突出部の中心点に対して点対称又は線対称に形成したことを特徴とする請求項１に記載の気液分離器。
3. 前記ヘッダの内面は前記気液分離部材に当接する突出部を除いて平面状に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の気液分離器。
4. 前記ヘッダの内面は全体的に平面状に形成され、前記気液分離部材は前記ヘッダの内面に当接する突出部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の気液分離器。
5. 前記冷媒吐出管の上端部の拡径部が前記冷媒流出孔の下部に係合していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の気液分離器。

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