JP5982114B2 - 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、特許文献１には、冷媒流入孔が設けられたヘッダと、ヘッダの下方に配置された有蓋円筒状の分離部と、冷媒流出孔が設けられた胴体と、胴体内に収容されたパイプ等で構成され、冷媒流入孔から流入した冷媒が、分離部により気液分離され、気液分離後のガス冷媒がパイプを介して冷媒流出孔から流出する気液分離器が開示されている。

また、上記気液分離器とは異なる構造を有する気液分離器として、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の内部に配置された筒状の冷媒吐出管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上に配置されたストレーナ２６と、下方に開口するカップ状の気液分離部材２７等を備える気液分離器が用いられている。

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の内部に流入した冷媒は、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た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、気液分離部材２７によって分離されたガス冷媒は、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、冷媒に含まれていた異物は、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していた。

特開２０１１−１２２７８３号公報

しかし、上記従来の気液分離器２１においては、冷媒流入孔２３ｄから流入する高圧の冷媒は、図５において矢印で示すように、気液分離部材２７の上面に衝突した後、この上面とヘッダ２３の下面との間で衝突を繰り返して気泡となり、これによって、冷媒の気液分離性が悪化し、冷凍能力が低下するおそれがあると共に、オイルがオイル戻し穴２４ａから冷媒吐出管２５を経て圧縮機に戻り難くなり、さらに、気液分離部材２７における圧力損失が大きくな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に伴う冷凍能力の低下を招くことなく、気液分離部材の圧力損失を低減可能な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、前記胴体の内部に設けられ、前記冷媒流入孔から流入した冷媒を気液分離する気液分離部材と、前記胴体の内部に設けられ、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において、前記ヘッダは、前記冷媒流入孔及び前記冷媒流出孔が形成された円板状の基部を備え、前記冷媒流入孔及び前記冷媒流出孔は、それぞれ前記基部の中心軸から外れた位置に形成され、前記冷媒吐出管は、その上端部が前記冷媒流出孔の下部に固定され、前記気液分離部材は、前記冷媒流入孔と対向する平面状の上面及び側面を有して下方に開口するカップ状に形成され、さらに前記冷媒流入孔から流入した冷媒を整流化するため、前記上面の前記冷媒流入孔と対向する位置において該冷媒流入孔側に突出する円錐状の整流部を有することを特徴とする。

そして、本発明によれば、気液分離部材に円錐状の整流部を設けたため、冷媒流入孔から流入する高圧の冷媒が放射状に整流化され、滑らかに気液分離部材の上面及び側面を整流化された状態で移動するため、気液分離部材の上面における気泡の発生を防止することができる。これによって、冷媒の気液分離性の悪化に伴う冷凍能力の低下や、オイルが圧縮機に戻り難くなることを回避し、圧力損失を低減することもできる。

また、上記気液分離器において、前記気液分離部材の整流部の頂部を、前記冷媒流入孔内に位置するように構成してもよい。これにより、筒状の胴体のより上方で冷媒の整流化を行うことができるため、冷媒の流入速度の低い状態で気液分離を行うことができ、冷媒の気液分離性をより向上させることができる。また、胴体の内容積を実質的に拡大することができる。

上記アキュムレータにおいて、前記整流部を前記気液分離部材と一体成形することができ、部品点数及び組立工数を削減してアキュムレータの製造コストを低減することができる。

以上のように、本発明によれば、冷媒の気液分離性の悪化に伴う冷凍能力の低下を招くことなく、オイルが圧縮機に戻り難くなることを回避し、気液分離部材の圧力損失を低減可能な気液分離器を提供することができる。

本発明にかかる気液分離器の第１の実施形態を示す断面図である。 図１の気液分離器の気液分離部材及びその近傍を示す拡大断面図である。 本発明にかかる気液分離器の第２の実施形態の気液分離部材及びその近傍を示す断面図である。 従来の気液分離器の一例を示す断面図である。 図４の気液分離器の気液分離部材及びその近傍を示す拡大断面図である。

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、本発明にかかる気液分離器の第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の内部に配置された筒状の冷媒吐出管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上に配置されたストレーナ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。上面３ｂには、冷媒流入孔３ｄ及び冷媒流出孔３ｅに嵌合する配管をヘッダ３に装着するための雌ねじ部（不図示）が螺設される。

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等（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のの上端部５ａは冷媒流出孔３ｅの下部に圧入固定される。

冷媒吸込管４は、冷媒吐出管５を囲繞し、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。

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、ヘッダ３と一体に樹脂又は金属により成形され、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及び図２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、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、気液分離部材７の上面に上方に突出する円錐状部７ａが設けられているため、冷媒は放射状に整流され、図２に示すように、滑らかに気液分離部材７の上面及び側面を整流化された状態で移動する。これによって、気液分離部材７の上面での気泡の発生を防止することができ、冷媒の気液分離性の悪化に伴う冷凍能力の低下や、オイルが圧縮機に戻り難くなることを回避し、圧力損失を低減することもできる。

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たオイルは、図１に示すように、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、冷媒に含まれていた異物は、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。

次に、本発明にかかる気液分離器の第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、図１に示した気液分離器１の気液分離部材７全体を上方に移動させ、円錐状部７ａの頂部が冷媒流入孔３ｄの内部に位置するように構成したものである。これにより、胴体２のより上方で冷媒の整流を行うことができるため、冷媒の流入速度の低い状態で気液分離を行うことができ、冷媒の気液分離性をより向上させることができる。また、胴体２の内容積を実質的に拡大することができる。

１ 気液分離器
２ 胴体
２ａ 底面
３ ヘッダ
３ａ 基部
３ｂ 上面
３ｃ 下部
３ｄ 冷媒流入孔
３ｅ 冷媒流出孔
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（整流部）
１１ 気液分離器

Claims (3)

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、前記胴体の内部に設けられ、前記冷媒流入孔から流入した冷媒を気液分離する気液分離部材と、前記胴体の内部に設けられ、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において、
   前記ヘッダは、前記冷媒流入孔及び前記冷媒流出孔が形成された円板状の基部を備え、
   前記冷媒流入孔及び前記冷媒流出孔は、それぞれ前記基部の中心軸から外れた位置に形成され、
   前記冷媒吐出管は、その上端部が前記冷媒流出孔の下部に固定され、
   前記気液分離部材は、前記冷媒流入孔と対向する平面状の上面及び側面を有して下方に開口するカップ状に形成され、さらに前記冷媒流入孔から流入した冷媒を整流化するため、前記上面の前記冷媒流入孔と対向する位置において該冷媒流入孔側に突出する円錐状の整流部を有することを特徴とする気液分離器。
2. 前記気液分離部材の整流部の頂部は、前記冷媒流入孔内に位置することを特徴とする請
   求項１に記載の気液分離器。
3. 前記整流部は前記気液分離部材と一体成形されてい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。

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