JP7343611B2 - 気液分離装置および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、気液分離装置および冷凍サイクル装置に関するものである。

従来、一般的な空気調和装置、冷凍装置等の駆動源として使用される圧縮機では、圧縮された高圧冷媒ガスとともに圧縮機内部を潤滑する油が圧縮機外へ排出される。この結果、油切れにより圧縮機の摺動部に焼付きが生じることがある。そこで、圧縮機から吐出された油含有冷媒から油を分離して圧縮機へ返油するために、油分離器が用いられる。この油分離器では、気体状の冷媒と液体状の油とが分離される。つまり、気体と液体とが混在する気液二相流が気体と液体とに分離される。

気液二相流を気体と液体とに分離する気液分離装置は、油分離器に限らず、様々な装置に用いられている。たとえば、特開２００２－３２４５６１号公報（特許文献１）には、燃料電池本体内で反応に使用された排水素ガスおよび排空気から水を分離する気液分離装置が記載されている。この気液分離装置では、受け入れダクトの内部に配置された軸の周面に複数の螺旋状の旋回翼が軸の周方向にわたって設けられている。複数の螺旋状の旋回翼によって旋回流が発生する。この旋回流の遠心力により気体と液体とが分離される。

特開２００２－３２４５６１号公報

上記公報に記載された気液分離装置では、旋回流の遠心力により液体が受け入れダクトの内周面側に移動する。受け入れダクトの内周面が大きくなると、液体の付着面積が大きくなるため、気体と液体との分離効率を向上させることが可能となる。しかしながら、受け入れダクトの内周面が大きくなると、受け入れダクト全体が大型化する。このため、気液分離装置が大型化する。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、気体と液体との分離効率を向上させることができ、かつ小型化できる気液分離装置を提供することである。

本発明の気液分離装置は、気液二相流体を気体と液体とに分離するものである。気液分離装置は、容器と、流入管と、液体排出管と、気体排出管と、旋回羽根とを備えている。容器は、上下方向に延在する。流入管は、上下方向に中心軸に沿って延在し、かつ中心軸を取り囲む内周面と、気液分離装置内に気液二相流体を流入させる流入口と、容器内に気液二相流体を流出させる流出口とを有する。液体排出管は、気液二相流体から分離された液体を容器から排出する液体排出口を有する。気体排出管は、気液二相流体から分離された気体を容器から排出する気体排出口を有する。旋回羽根は、流入管内に配置されている。流入管の流入口は、旋回羽根の上方に配置されている。流入管の流出口は、旋回羽根の下方に配置されている。液体排出管の液体排出口は、旋回羽根の下方に配置されている。気体排出管の気体排出口は、旋回羽根の下方であり、かつ液体排出口よりも上方に配置されている。流入管の内周面には、凹部が設けられている。凹部は、旋回羽根と向かい合っている。流入管は、管部と、メッシュ部とを含んでいる。凹部は、メッシュ部に設けられており、かつ管部に設けられた複数の溝部を含んでいる。複数の溝部の各々は、流入管の流入口から流出口まで延在している。メッシュ部は、旋回羽根と管部との間に配置されている。

本発明の気液分離装置によれば、流入管の内周面には、凹部が設けられおり、凹部は、旋回羽根と向かい合っている。このため、凹部によって液体の付着面積を大きくしつつ流入管が大きくなることを抑制することができる。したがって、気体と液体との分離効率を向上させることができ、かつ気液分離装置を小型化できる。

実施の形態１に係る気液分離装置を備えた冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。 実施の形態１に係る気液分離装置の構成を概略的に示す断面図である。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う断面図である。 図２のＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態１に係る気液分離装置の旋回羽根の構成を概略的に示す斜視図である。 実施の形態２に係る気液分離装置の構成を概略的に示す断面図である。 図６のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿う断面図である。 実施の形態２に係る旋回羽根が流入管内に配置された構成を概略的に示す斜視図である。 図８のＩＸ－ＩＸ線に沿う断面図である。 実施の形態２に係る気液分離装置の変形例１の管部の構成を概略的に示す断面図である。 実施の形態２に係る気液分離装置の変形例１の管部の構成を概略的に示す断面図である。 実施の形態２に係る気液分離装置の変形例２の管部の構成を概略的に示す断面図である。 図１２のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線に沿う断面図である。 実施の形態３に係る気液分離装置の構成を概略的に示す断面図である。 実施の形態４に係る気液分離装置の構成を概略的に示す断面図である。 図１５のＸＶＩ－ＸＶＩ線に沿う断面図である。 実施の形態４に係る旋回羽根が流入管内に配置された構成を概略的に示す斜視図である。 図１７のＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ線に沿う断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下においては、同一または相当する部材および部位に同一の符号を付し、重複する説明は繰り返さない。

実施の形態１．
まず、図１を参照して、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の冷媒回路図である。本実施の形態における冷凍サイクル装置１００は、たとえば圧縮機で冷媒を圧縮する蒸気圧縮式冷凍サイクルを用いた空気調和装置などである。また、気液分離装置１０の一例として、圧縮機で昇圧された高圧ガス冷媒から油を分離する油分離器について説明する。

図１に示されるように、本実施の形態における冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１と、四方弁２と、室外熱交換器３と、流量調整弁４と、室内熱交換器５と、気液分離装置（油分離器）１０とを主に備えている。圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、流量調整弁４、室内熱交換器５および気液分離装置１０は配管によって繋がっている。このようにして冷凍サイクル装置１００の冷媒回路が構成されている。室外機ユニット１００ａ内に、圧縮機１と、四方弁２と、室外熱交換器３と、流量調整弁４と、気液分離装置１０とが配置されている。室内機ユニット１００ｂ内に、室内熱交換器５が配置されている。室外機ユニット１００ａと、室内機ユニット１００ｂとは延長配管６ａ，６ｂで接続されている。

圧縮機１は、吸入した冷媒を圧縮して吐出するように構成されている。圧縮機１は、室外熱交換器３（暖房運転時）または室内熱交換器５（冷房運転時）から吸入した低圧ガス冷媒を圧縮し、高圧ガス冷媒を排出するように構成されている。圧縮機１は、圧縮容量が一定の一定速圧縮機であってもよく、また圧縮容量が可変のインバーター圧縮機であってもよい。このインバーター圧縮機は、回転数を可変に制御可能に構成されている。

四方弁２は、冷媒の流れを切り替えるように構成されている。具体的には、四方弁２は、圧縮機１から吐出された冷媒を室外熱交換器３（冷房運転時）または室内熱交換器５（暖房運転時）に流すように冷媒の流れを切り替えるように構成されている。

室外熱交換器３は、四方弁２と、流量調整弁４とに接続されている。室外熱交換器３は、冷房運転時、圧縮機１により圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器となる。また、室外熱交換器３は、暖房運転時、流量調整弁４により減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器となる。室外熱交換器３は冷媒と空気との熱交換を行うためのものである。室外熱交換器３は、たとえば冷媒が内側を流れるパイプ（伝熱管）と、パイプの外側に取り付けられたフィンとを備えている。

流量調整弁４は、室外熱交換器３と、室内熱交換器５とに接続されている。流量調整弁４は、冷房運転時、室外熱交換器３により凝縮された冷媒を減圧する絞り装置となる。また、流量調整弁４は、暖房運転時、室内熱交換器５により凝縮された冷媒を減圧する絞り装置となる。流量調整弁４は、たとえば、キャピラリーチューブ、電子膨張弁等である。

室内熱交換器５は、四方弁２と、流量調整弁４とに接続されている。室内熱交換器５は、冷房運転時、流量調整弁４により減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器となる。また、室内熱交換器５は、暖房運転時、圧縮機１により圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器となる。室内熱交換器５は冷媒と空気との熱交換を行うためのものである。室内熱交換器５、たとえば冷媒が内側を流れるパイプ（伝熱管）と、パイプの外側に取り付けられたフィンとを備えている。

気液分離装置（油分離器）１０は、圧縮機１の吐出管の下流側に接続されている。気液分離装置１０は、気液二相流体を気体（ガス冷媒）と液体（油）とに分離するように構成されている。本実施の形態では、気液分離装置（油分離器）１０は、圧縮機１から吐出された油含有冷媒から油を分離するように構成されている。また、気液分離装置（油分離器）１０には、油含有冷媒から分離された油を圧縮機１の吸入管の上流側に戻す油戻し管２０が接続されている。

続いて、図２～図５を参照して、本実施の形態に係る気液分離装置１０の構成について詳しく説明する。

図２は、本実施の形態に係る気液分離装置１０の構成を概略的に示す断面図である。図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う断面図である。図４は、図２のＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図である。図５は、本実施の形態に係る気液分離装置の旋回羽根１５の構成を概略的に示す斜視図である。

図２に示されるように、本実施の形態に係る気液分離装置１０は、容器１１と、流入管１２と、液体排出管１３と、気体排出管１４と、旋回羽根１５とを有している。本実施の形態に係る気液分離装置１０では、旋回下降流による分離方式が用いられている。

容器１１は、上下方向に延在している。容器１１は、内部空間を有している。容器１１は、内部空間を取り囲む内壁面を有している。容器１１の内壁面は、上下方向に直交する断面が円形状となるように構成されている。容器１１は、負荷変動によって、容器１１内が空になったり、油が溢れかえったりしない程度の貯油容積を有している。

容器１１は、上側部分ＵＰと、下側部分ＬＰとを含んでいる。上側部分ＵＰの上端部は、流入管１２に接続されている。上側部分ＵＰの上端部と流入管１２とは溶接部１７ａにより固定されている。上側部分ＵＰの下端部は、下側部分ＬＰに接続されている。上側部分ＵＰの下端部と下側部分ＬＰとは溶接部１７ｂにより固定されている。

容器１１は、流入管１２に接続されたテーパ部ＴＰを含んでいる。テーパ部ＴＰは、上側部分ＵＰに設けられている。テーパ部ＴＰは、流入管１２に向けて内径が小さくなるように傾斜している。テーパ部ＴＰの内径は、容器１１の外径までなだらかに広がっている。テーパ部ＴＰの上端は、流入管１２の流出口１２ｂに挿入されている。テーパ部ＴＰの上端が流入管１２の流出口１２ｂに挿入された状態でテーパ部ＴＰの外周面と流入管１２の内周面ＩＳとが溶接部１７ａにより溶接されている。下側部分ＬＰの上端は、テーパ部ＴＰの下端からテーパ部ＴＰ内に挿入されている。下側部分ＬＰの上端がテーパ部ＴＰの下端からテーパ部ＴＰ内に挿入された状態でテーパ部ＴＰの内壁面と下側部分ＬＰの外壁面とが溶接部１７ｂにより溶接されている。

流入管１２は、図１に示される圧縮機１の吐出側に接続されている。流入管１２は、容器１１の上端部に接続されている。流入管１２は、上下方向に中心軸ＣＬに沿って延在している。流入管１２の中心軸ＣＬは、上下方向に延びている。本実施の形態では、流入管１２の中心軸ＣＬは、容器１１の中心軸と同軸上に配置されている。流入管１２は、中心軸ＣＬを取り囲む内周面ＩＳを有している。

流入管１２は、気液分離装置１０内に気液二相流体を流入させるように構成されている。本実施の形態では、流入管１２は、気液分離装置１０内に油含有冷媒を流入させるように構成されている。流入管１２は、気液分離装置１０内に気液二相流体を流入させる流入口１２ａを有している。流入管１２は、容器１１内に気液二相流体を流出させる流出口１２ｂを有している。流入管１２の流入口１２ａは、旋回羽根１５の上方に配置されている。流入管１２の流出口１２ｂは、旋回羽根１５の下方に配置されている。

液体排出管１３は、図１に示される油戻し管２０に接続されている。液体排出管１３は、容器１１の下端に接続されている。液体排出管１３は、容器１１の中心軸および流入管１２の中心軸ＣＬと異なる位置に配置されている。液体排出管１３は、容器１１の底部を貫通している。液体排出管１３は、気液二相流体から分離された液体を容器１１から排出するように構成されている。液体排出管１３は、気液二相流体から分離された液体を容器１１から排出する液体排出口１３ａを有している。本実施の形態では、液体排出管１３は、油含有冷媒から分離された油を容器１１から排出するように構成されている。液体排出管１３の液体排出口１３ａは旋回羽根１５の下方に配置されている。

気体排出管１４は、図１に示される四方弁２に接続されている。気体排出管１４は、容器１１の下端に接続されている。気体排出管１４は、容器１１の中心軸および流入管１２に中心軸ＣＬと同軸上に配置されている。気体排出管１４は、容器１１の底部を貫通している。気体排出管１４は、気液二相流体から分離された気体を容器１１から排出する気体排出口１４ａを有している。本実施の形態では、気体排出管１４は、油含有冷媒から油が分離された冷媒を容器１１から排出するように構成されている。気体排出口１４ａは、中心軸ＣＬに重なるように配置されている。

気体排出管１４の気体排出口１４ａは、旋回羽根１５の下方であり、かつ液体排出口１３ａよりも上方に配置されている。つまり、気体排出管１４の気体排出口１４ａは、上下方向において旋回羽根１５と液体排出口１３ａとの間に配置されている。気体排出口１４ａは、容器１１内に配置された気体排出管１４の先端に設けられている。気体排出口１４ａは、旋回羽根１５の真下に配置されている。気体排出口１４ａは、上下方向において旋回羽根１５との間に助走区間をあけて配置されている。気体排出管１４は、容器１１の内径よりも小さい外径を有している。

旋回羽根１５は、気液二相流体を旋回させながら上方から下方へ流すように構成されている。旋回羽根１５は、旋回流を発生させるように構成されている。旋回羽根１５は、旋回流の旋回力によって気液二相流体から分離された液体を内周面ＩＳに沿って周回させながら上方から下方へ流すように構成されている。旋回羽根１５は、流入管１２内に配置されている。旋回羽根１５は、流入管１２の流入口１２ａの真下に配置されている。

図２および図３に示されるように、流入管１２の内周面ＩＳには、凹部ＤＰが設けられている。凹部ＤＰは、旋回羽根１５と向かい合っている。本実施の形態では、流入管１２は、管部ＰＰと、メッシュ部１６とを含んでいる。管部ＰＰは、円筒形状を有している。メッシュ部１６は、円筒形状を有している。メッシュ部１６は、管部ＰＰの内側に配置されている。メッシュ部１６は、旋回羽根１５と管部ＰＰとの間に配置されている。凹部ＤＰは、メッシュ部１６に設けられている。凹部ＤＰは、メッシュ部１６に設けられた孔である。メッシュ部１６は、たとえば金網メッシュである。

図２および図４に示されるように、旋回羽根１５は、本体部１５ａと、終端部１５ｂとを含んでいる。図２および図５に示されるように、本体部１５ａは、中心軸ＣＬに沿って螺旋状に延在している。本体部１５ａは、中心軸ＣＬ周りに３６０度の回転角度でねじれるように構成されている。旋回羽根１５は、一枚の薄い板がねじられることにより構成されていてもよい。本体部１５ａは、メッシュ部１６に取り囲まれている。本体部１５ａの外径はメッシュ部１６の内径に等しい。

終端部１５ｂは、本体部１５ａの下端に接続されている。終端部１５ｂは、根元部１５ｂ１と、突出部１５ｂ２とを含んでいる。根元部１５ｂ１は、本体部１５ａの下端に接続されている。突出部１５ｂ２は、流入管１２に径方向に根元部１５ｂ１から管部ＰＰに向けて突き出している。突出部１５ｂ２の上端にメッシュ部１６の下端が接している。突出部１５ｂ２は、旋回羽根１５とメッシュ部１６とを位置決めする。

図４および図５に示されるように、中心軸ＣＬに沿って下方から上方に向けて旋回羽根１５を見たときに、突出部１５ｂ２の一方端部および他方端部は互いに根元部１５ｂ１に対して反対側に湾曲している。中心軸ＣＬに沿って下方から上方に向けて旋回羽根１５を見たときに、突出部１５ｂ２の一方端部および他方端部は、円弧状に構成されている。突出部１５ｂ２の外径は、管部ＰＰの内径に等しい。

終端部１５ｂの下端に切り欠き部１５ｂ３が設けられている。切り欠き部１５ｂ３は、終端部１５ｂの下端の中心から外側に向けて下方に傾斜するように構成されている。

次に、再び図１を参照して、本実施の形態における冷凍サイクル装置１００の動作について説明する。図中実線矢印により冷房運転時の冷媒流れが示され、図中破線矢印により暖房運転時の冷媒流れが示されている。

本実施の形態の冷凍サイクル装置１００は、冷房運転と暖房運転とを選択的に行うことが可能である。冷房運転においては、圧縮機１、気液分離装置（油分離器）１０、四方弁２、室外熱交換器３、流量調整弁４、室内熱交換器５の順に冷媒が冷媒回路を循環する。冷房運転においては、室外熱交換器３は凝縮器として機能し、室内熱交換器５は蒸発器として機能する。暖房運転においては、圧縮機１、気液分離装置１０、四方弁２、室内熱交換器５、流量調整弁４、室外熱交換器３の順に冷媒が冷媒回路を循環する。暖房運転においては、室内熱交換器５は凝縮器として機能し、室外熱交換器３は蒸発器として機能する。

さらに、冷房運転について詳しく説明する。圧縮機１が駆動することによって、圧縮機１から高温高圧のガス状態の冷媒が吐出される。この冷媒には圧縮機内部を潤滑する油が含有されている。つまり、この冷媒は油含有冷媒である。圧縮機１から吐出された高温高圧のガス状態の油含有冷媒は、気液分離装置１０に流れ込む。気液分離装置１０で油含有冷媒から油が分離される。気液分離装置１０で油が分離された冷媒は、四方弁２を経由して室外熱交換器３に流れ込む。室外熱交換器３では、流れ込んだガス冷媒と、室外の空気との間で熱交換が行われる。これにより、高温高圧のガス冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒になる。

室外熱交換器３から送り出された高圧の液冷媒は、流量調整弁４によって、低圧のガス冷媒と液冷媒との気液二相状態の冷媒になる。気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器５に流れ込む。室内熱交換器５では、流れ込んだ気液二相状態の冷媒と、室内の空気との間で熱交換が行われる。これにより、気液二相状態の冷媒は、液冷媒が蒸発して低圧のガス冷媒になる。この熱交換によって、室内が冷やされる。室内熱交換器５から送り出された低圧のガス冷媒は、四方弁２を経由して圧縮機１に流れ込み、圧縮されて高温高圧のガス冷媒となって、再び圧縮機１から吐出される。以下、このサイクルが繰り返される。

また、暖房運転について詳しく説明する。冷房運転と同様に圧縮機１が駆動することによって、圧縮機１から高温高圧のガス状態の油含有冷媒が吐出される。圧縮機１から吐出された高温高圧のガス状態の油含有冷媒は、気液分離装置１０に流れ込む。気液分離装置１０で油含有冷媒から油が分離される。気液分離装置１０で油が分離された冷媒は、四方弁２を経由して室内熱交換器５に流れ込む。室内熱交換器５では、流れ込んだガス冷媒と、室内の空気との間で熱交換が行われる。これにより、高温高圧のガス冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒になる。この熱交換によって、室内が暖められる。

室内熱交換器５から送り出された高圧の液冷媒は、流量調整弁４によって、低圧のガス冷媒と液冷媒との気液二相状態の冷媒になる。気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器３に流れ込む。室外熱交換器３では、流れ込んだ気液二相状態の冷媒と、室外の空気との間で熱交換が行われる。これにより、気液二相状態の冷媒は、液冷媒が蒸発して低圧のガス冷媒になる。室外熱交換器３から送り出された低圧のガス冷媒は、四方弁２を経由して圧縮機１に流れ込み、圧縮されて高温高圧のガス冷媒となって、再び圧縮機１から吐出される。以下、このサイクルが繰り返される。

続いて、再び図１および図２を参照して、本実施の形態に係る気液分離装置（油分離器）１０の動作について説明する。図２では、本実施の形態に係る気液分離装置１０内での気体（冷媒）と液体（油）とが分離される様子が示されている。図２では、油の流れは破線矢印で示されている。

図１に示されるように、冷凍サイクル装置１００の冷媒回路において、圧縮機１から吐出された油含有冷媒は、気液分離装置１０により冷媒と油とに分離される。油含有冷媒は、冷媒と、圧縮機１内に封入される油（冷凍機油）とを含んでいる。気液分離装置１０により油含有冷媒から分離された冷媒は、四方弁２へ排出される。他方、気液分離装置１０により油含有冷媒から分離された油は、油戻し管２０を通って圧縮機１の吸入側へ排出される。

図２に示されるように、気液分離装置１０内に流入管１２の流入口１２ａから気液二相流体である油含有冷媒が流入すると、旋回羽根１５により発生した旋回流によって、油含有冷媒から油が分離される。油含有冷媒から分離された油は、遠心力により流入管１２の内周面ＩＳ側へ移動する。内周面ＩＳ側に移動した油は、流入管１２のメッシュ部１６に設けられた凹部ＤＰに付着する。凹部ＤＰによって内周面ＩＳの濡れ面積が大きくなるため、内周面ＩＳ側の油付着力が強化される。このため、油が旋回流に巻き上げられることが抑制される。

油は、重力および旋回流によって、内周面ＩＳに沿って流出口１２ｂから容器１１内に流れ、容器１１の内壁面に沿って底部に流れる。このようにして、容器１１に油２００が集められる。集められた油２００は、液体排出口１３ａから液体排出管１３を通って排出される。液体排出管１３から排出された油２００は、図１に示される油戻し管２０を通って圧縮機１の吸入側に返される。他方、油２００が分離された冷媒は、気体排出口１４ａから気体排出管１４を通って排出される。気体排出管１４から排出された冷媒は四方弁２に流れ込む。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態に係る気液分離装置１０によれば、流入管１２の内周面ＩＳには、凹部ＤＰが設けられおり、凹部ＤＰは、旋回羽根１５と向かい合っている。このため、凹部ＤＰによって液体の付着面積を大きくしつつ流入管１２が大きくなることを抑制することができる。したがって、気体と液体との分離効率を向上させることができ、かつ気液分離装置１０を小型化できる。

旋回羽根１５により発生した旋回流の遠心力により気液二相流体から分離された油は、流入管１２の内周面ＩＳ側に移動する。流入管１２に内周面ＩＳに付着した油は、内周面ＩＳの油付着力が弱いと、旋回流に巻き上げられるおそれがある。流入管１２の内周面ＩＳの油付着力を強化するためには、内周面ＩＳの濡れ表面積を大きくすることが有効である。凹部ＤＰによって流入管１２の内周面ＩＳの濡れ表面積が大きくなるため、内周面ＩＳの油付着力を強化することができる。したがって、流入管１２の内周面ＩＳに付着した油が旋回流に巻き上げられることを抑制できる。

旋回羽根１５の終端部１５ｂの下端に設けられた切り欠き部１５ｂ３は、終端部１５ｂの下端の中心から外側に向けて下方に傾斜するように構成されている。このため、終端部１５ｂの下端の中心から流入管１２の内周面ＩＳに向けて、終端部１５ｂの下端に付着した油を導くことができる。これにより、終端部１５ｂの下端の中心から油が垂れることを抑制できる。

本実施の形態に係る気液分離装置１０によれば、テーパ部ＴＰは流入管１２に向けて内径が小さくなるように傾斜しているため、流入管１２の内周面ＩＳから容器１１の内壁面に流れる油の抵抗および飛散を抑制することができる。

テーパ部ＴＰの上端が流入管１２の流出口１２ｂに挿入された状態で、テーパ部ＴＰの外周面と流入管１２の内周面ＩＳとが溶接されている。これにより、実用的な溶接組立て方法を考慮した構造を実現することができる。

本実施の形態に係る気液分離装置１０によれば、凹部ＤＰは、メッシュ部１６に設けられている。このため、メッシュ部１６によって液体の付着面積を大きくすることができる。

メッシュ部１６によって流入管１２の内周面ＩＳの濡れ面積が大きくなるため、内周面ＩＳの油付着力を強化することができる。

本実施の形態に係る気液分離装置１０としての油分離器では、油の分離効率を向上させることにより、圧縮機１への返油効率を向上させることができる。このため、油切れにより圧縮機１の摺動部に焼付きが生じることを抑制することができる。また、室外熱交換器３および室内熱交換器５に圧縮機１から排出された油が滞留することを抑制することができる。したがって、冷凍サイクル装置１００の成績係数（ＣＯＰ：Coefficient Of Performance）の低下を抑制することができる。

本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００によれば、気液分離装置１０を備えているため、気体と液体との分離効率を向上させることができ、かつ気液分離装置１０を小型化できる。その結果、空気調和装置、冷凍機などの蒸気圧縮式冷凍サイクルに適した高効率かつ小型の油分離器を提供することができる。

実施の形態２．
図６～図９を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。なお、本発明の実施の形態２は、特に説明しない限り、上記の本発明の実施の形態１と同一の構成、動作および効果を有している。したがって、上記の本発明の実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

図６は、本実施の形態に係る気液分離装置１０の構成を概略的に示す断面図である。図７は、図６のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿う断面図である。図８は、本実施の形態に係る旋回羽根１５が流入管１２内に配置された構成を概略的に示す斜視図である。なお、説明の便宜のため、図８では、流入管１２の旋回羽根１５よりも上側および下側の部分は記載されていない。図９は、図８のＩＸ－ＩＸ線に沿う断面図である。

図６および図７に示されるように、本実施の形態では、凹部ＤＰは、メッシュ部１６に設けられており、かつ管部ＰＰに設けられた複数の溝部１２ｃを含んでいる。複数の溝部１２ｃの各々は、流入管１２の管部ＰＰの内周面に設けられている。複数の溝部１２ｃの各々は、メッシュ部１６に設けられた孔に連通している。複数の溝部１２ｃの各々は、流入管１２の流入口１２ａから流出口１２ｂまで延在している。複数の溝部１２ｃの各々は、上下方向に直線状に延在している。メッシュ部１６は、旋回羽根１５と管部ＰＰとの間に配置されている。

管部ＰＰに肉厚は、たとえば１．０ｍｍであり、複数の溝部１２ｃの各々の深さは、たとえば０．３ｍｍである。複数の溝部１２ｃは、たとえばＶ字状またはＵ字状に構成されている。複数の溝部１２ｃの各々は、たとえば等間隔に配置されている。複数の溝部１２ｃの個数は、たとえば６０個である。

流入管１２の下端の内周側にテーパＴＡが設けられている。テーパＴＡは、たとえばＣ０．５の寸法を有している。

図７および図８に示されるように、本実施の形態では、旋回羽根１５は、６枚羽根である。つまり、旋回羽根１５は、６枚の羽根部材を有している。旋回羽根１５の６枚羽根の各々の捩り角度Ａ１は、たとえば３０度である。

図８および図９に示されるように、旋回羽根１５の６枚羽根の各々の捩り角度は、旋回羽根１５の上端から下端までの捩り角度である。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態に係る気液分離装置１０によれば、凹部ＤＰは、メッシュ部１６に設けられており、かつ管部ＰＰに設けられた複数の溝部１２ｃを含んでいる。このため、メッシュ部１６および溝部１２ｃによって液体の付着面積を大きくすることができる。したがって、気体と液体との分離効率をさらに向上させることができる。

流入管１２の下端の内周側にテーパＴＡが設けられている。このため、テーパ部ＴＰの内壁面とより滑らかに接続することが可能となる。これにより、流入管１２の下端からの油の巻き上げ飛散を抑制することができる。

旋回羽根１５は、６枚羽根であるため、実施の形態１に示されるような１枚羽根に比べて、旋回羽根１５の表面積を大きくすることができる。したがって、気液二相流体に含まれる液体が旋回羽根１５に接触して付着しやすくなるため、気体と液体との分離効率をさらに向上させることができる。

続いて、図１０～図１３を参照して、本実施の形態に係る気液分離装置１０の変形例について説明する。なお、本実施の形態に係る気液分離装置１０の変形例は、特に説明しない限り上記の本実施の形態に係る気液分離装置１０と同一の構成、動作および効果を有している。したがって、上記の本実施の形態に係る気液分離装置１０と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

図１０および図１１に示されるように、本実施の形態に係る気液分離装置１０の変形例１では、複数の溝部１２ｃの各々は、中心軸ＣＬに沿って螺旋状に延在している。複数の溝部１２ｃの各々の上下方向のリード角Ａ２は、たとえば３０度である。

本実施の形態に係る気液分離装置１０の変形例１によれば、複数の溝部１２ｃの各々は、中心軸ＣＬに沿って螺旋状に延在している。このため、複数の溝部１２ｃの各々が設けられた管部ＰＰとして量産された溝付き銅配管を用いることができる。したがって、加工コストの上昇を抑制しつつ、液体の付着面積を増やすことができる。

図１２および図１３に示されるように、本実施の形態に係る気液分離装置１０の変形例２では、旋回羽根１５は、４枚羽根である。旋回羽根１５の４枚はねの各々の捩り角度Ａ１は、たとえば６０度である。

本実施の形態に係る気液分離装置１０の変形例２によれば、旋回羽根１５は、４枚羽根であるため、実施の形態１に示されるような１枚羽根に比べて、旋回羽根１５の表面積を大きくすることができる。したがって、気液二相流体に含まれる液体が旋回羽根１５に接触して付着しやすくなるため、気体と液体との分離効率をさらに向上させることができる。

実施の形態３．
図１４を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。なお、本発明の実施の形態３は、特に説明しない限り、上記の本発明の実施の形態２と同一の構成、動作および効果を有している。したがって、上記の本発明の実施の形態２と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

図１４は、本実施の形態に係る気液分離装置１０の構成を概略的に示す断面図である。図１４に示されるように、本実施の形態では、気体排出管１４の気体排出口１４ａは、流入管１２の流出口１２ｂに挿入されている。気体排出管１４の気体排出口１４ａの高さ位置は、流入管１２の流出口１２ｂよりも上側である。

気体排出管１４は、大径部１４１と、小径部１４２とを含んでいる。大径部１４１は、小径部１４２の下方に配置されている。小径部１４２は、大径部１４１よりも径が小さい。小径部１４２は、流入管１２の流出口１２ｂに挿入されている。

本実施の形態に係る気液分離装置１０によれば、気体排出管１４の気体排出口１４ａは、流入管１２の流出口１２ｂに挿入されている。このため、流入管１２の下端から巻き上げられた油が気体排出口１４ａに流入することを抑制することができる。

気体排出管１４の小径部１４２が流入管１２の流出口１２ｂに挿入されている。このため、小径部１４２により流入管１２の圧力損失を低減できる。また、小径部１４２に気体排出口１４ａが設けられているため、油が気体排出口１４ａに流入することを抑制することができる。

実施の形態４．
図１５～図１８を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。なお、本発明の実施の形態４は、特に説明しない限り、上記の本発明の実施の形態２と同一の構成、動作および効果を有している。したがって、上記の本発明の実施の形態２と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

図１５は、本実施の形態に係る気液分離装置１０の構成を概略的に示す断面図である。図１６は、図１５のＸＶＩ－ＸＶＩ線に沿う断面図である。図１７は、本実施の形態に係る旋回羽根１５が流入管１２内に配置された構成を概略的に示す斜視図である。なお、説明の便宜のため、図１７では、流入管１２の旋回羽根１５よりも上側および下側の部分は記載されていない。図１８は、図１７のＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ線に沿う断面図である。

図１５および図１６に示されるように、本実施の形態では、流入管１２は、管部ＰＰからなっており、メッシュ部１６を備えていない。凹部ＤＰは、複数の溝部１２ｃを含んでいる。複数の溝部１２ｃは、管部ＰＰに設けられている。複数の溝部１２ｃの各々は、流入管１２の流入口１２ａから流出口１２ｂまで延在している。複数の溝部１２ｃの各々は、中心軸ＣＬに沿って螺旋状に延在している。複数の溝部１２ｃの各々の上下方向のリード角Ａ２は、たとえば３０度である。

旋回羽根１５は、中心軸ＣＬに沿って螺旋状に延在している。複数の溝部１２ｃの各々の上下方向におけるリード角Ａ２は、旋回羽根１５の捩り角と捩る方向が揃っている。複数の溝部１２ｃの各々の上下方向におけるリード角Ａ２（図１１参照）は、旋回羽根１５の捩り角度に一致する。旋回羽根１５の外周端は、流入管１２の内周面ＩＳに接している。

本実施の形態に係る気液分離装置１０によれば、複数の溝部１２ｃの各々の上下方向におけるリード角Ａ２は、旋回羽根１５の捩り角度に一致する。このため、旋回羽根１５の流入管１２への挿入が容易となる。また、旋回羽根１５の流入管１２への固定が容易となる。

上記の各実施の形態は適宜組み合わせられ得る。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 圧縮機、２ 四方弁、３ 室外熱交換器、４ 流量調整弁、５ 室内熱交換器、１０ 気液分離装置、１１ 容器、１２ 流入管、１２ａ 流入口、１２ｂ 流出口、１２ｃ 溝部、１３ 液体排出管、１３ａ 液体排出口、１４ 気体排出管、１４ａ 気体排出口、１５ 旋回羽根、１５ａ 本体部、１５ｂ 終端部、１６ メッシュ部、１００ 冷凍サイクル装置、１００ａ 室外機ユニット、１００ｂ 室内機ユニット、ＣＬ 中心軸、ＣＰ 中心、ＤＰ 凹部、ＩＳ 内周面、ＴＰ テーパ部。

Claims (8)

1. 気液二相流体を気体と液体とに分離する気液分離装置であって、
   上下方向に延在する容器と、
   前記上下方向に中心軸に沿って延在し、かつ前記中心軸を取り囲む内周面と、前記気液分離装置内に前記気液二相流体を流入させる流入口と、前記容器内に前記気液二相流体を流出させる流出口とを有する流入管と、
   前記気液二相流体から分離された前記液体を前記容器から排出する液体排出口を有する液体排出管と、
   前記気液二相流体から分離された前記気体を前記容器から排出する気体排出口を有する気体排出管と、
   前記流入管内に配置された旋回羽根とを備え、
   前記流入管の前記流入口は、前記旋回羽根の上方に配置されており、
   前記流入管の前記流出口は、前記旋回羽根の下方に配置されており、
   前記液体排出管の前記液体排出口は、前記旋回羽根の下方に配置されており、
   前記気体排出管の前記気体排出口は、前記旋回羽根の下方であり、かつ前記液体排出口よりも上方に配置されており、
   前記流入管の前記内周面には、凹部が設けられており、
   前記凹部は、前記旋回羽根と向かい合っており、
   前記流入管は、管部と、メッシュ部とを含み、
   前記凹部は、前記メッシュ部に設けられており、かつ前記管部に設けられた複数の溝部を含み、
   前記複数の溝部の各々は、前記流入管の前記流入口から前記流出口まで延在しており、
   前記メッシュ部は、前記旋回羽根と前記管部との間に配置されている、気液分離装置。
2. 前記容器は、前記流入管に接続されたテーパ部を含み、
   前記テーパ部は、前記流入管に向けて内径が小さくなるように傾斜している、請求項１に記載の気液分離装置。
3. 前記凹部は、前記メッシュ部に設けられている、請求項１または２に記載の気液分離装置。
4. 前記複数の溝部の各々は、前記流入管の前記流入口から前記流出口まで延在している、請求項１または２に記載の気液分離装置。
5. 前記複数の溝部の各々は、前記中心軸に沿って螺旋状に延在している、請求項１～４のいずれか１項に記載の気液分離装置。
6. 前記旋回羽根は、前記中心軸に沿って螺旋状に延在しており、
   前記複数の溝部の各々の前記上下方向におけるリード角は、前記旋回羽根の捩り角度に一致する、請求項５に記載の気液分離装置。
7. 前記気体排出管の前記気体排出口は、前記流入管の前記流出口に挿入されている、請求項１～６のいずれか１項に記載の気液分離装置。
8. 請求項１～７のいずれか１項に記載の前記気液分離装置を備えた、冷凍サイクル装置。

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