JPH06109345A - 気液分離器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 ヒートポンプ式空調装置に適するよう気液分
離器の液面変化を適正範囲内に制御可能とする。 【構成】 ２相冷媒導入口１４，気液分離室上部に設け
られたガス冷媒流出口１８，底部に設けられた液冷媒流
出口１３を有する気液分離器２０において，上記液冷媒
流出口部に対して気液分離室内の液面位が第１の基準液
面レベル以下の時は液冷媒流出口１３を閉塞する一方，
液面位が第１の基準液面レベルを超えた時は液冷媒流出
口を開放する第１のフロート２６を有する弁体２７を設
け，またガス冷媒流出口１８に対して液面位が第１の基
準液面レベルよりも高い第２の基準液面レベル以下の時
はガス冷媒流出口を開放する一方，液面位が上記第２の
基準液面レベルを超えた時はガス冷媒流出口を閉塞する
第２のフロート２９を有する弁体３１を設け，常に液面
レベルを一定変動範囲以内に維持するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明はヒートポンプ式の冷凍
サイクルに適用可能な気液分離器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に大容量の熱交換器や複数本の細径
管(例えば、直径9.5mm以下)を伝熱管として用いた熱交
換器をヒートポンプ式冷凍冷凍サイクルに用いる場合に
は、熱交換器の管内を流れる冷媒の圧力損失による冷媒
温度の低下を防止する観点から、特に蒸発器などにおい
ては伝熱管を複数本使用する多パス式とし、１パス当た
りの冷媒循環量を減少させて圧力損失の増大を抑えるこ
とが試みられている。ところが、蒸発器の入口側におい
ては膨張後の冷媒が気液二相状態となっていることか
ら、気液比率の正確な制御が不能で冷媒を蒸発器の各パ
スに対して均一に分配することが難しい。このため各パ
ス毎の冷媒循環量の不均一により本来有している熱交換
器の能力を十分に活用できないという問題があった。

【０００３】このような問題を解決する手段の一つとし
て、例えば図１２に示すように多パス分配が必要となる
蒸発器４の冷媒入口側に気液分離器２０を設け、該気液
分離器２０において気液二相状態の冷媒をガス冷媒と液
冷媒とに分離させ、熱交換に対する貢献度の小さいガス
冷媒はこれを蒸発器４をバイパスするバイパス管路１８
から蒸発器４の下流側に迂回させ、該蒸発器４には液冷
媒のみを単相で各パスに分配させることで気液比率を考
慮することなく冷媒の均一分配を実現することが考えら
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って、そのような構
成では、上記気液分離器で可能な限り確実にガス冷媒と
液冷媒とを分離することが必要となる。

【０００５】ところが、従来の気液分離器２０の構造
は、例えば図１３に示すように、圧縮機の容量やチャー
ジ量に応じた大きさの気液分離室を有する筺体の上部に
上記ガス冷媒のバイパス管路１８を、また同底部に蒸発
器４への供給用の第３の冷媒循環管路１３を各々設け、
２相冷媒導入口１４を上部側壁側から導入し、ガス冷媒
と液冷媒とを比重差により上下方向に分離するようにな
っているだけである。

【０００６】その結果、例えば図１４に示すように気液
分離室内の液面位が高くなりすぎると、取出口側に液冷
媒が混入し、また図１５に示すように同液面位が低くな
りすぎると、液冷媒取出口側にガス冷媒が混入してしま
うといった不具合を生じ、確実な気液分離性能を発揮し
得ない欠点がある。

【０００７】また、上記のようなバイパス管路を気液分
離器に設けたものを、そのままヒートポンプ冷凍サイク
ルに適用した場合には、冷房運転時と暖房運転時とで冷
媒が逆方向に流れ、冷房運転時に蒸発器として機能して
いた熱交換器が暖房運転時には凝縮器として機能するこ
とから、暖房運転時には該熱交換器に流入するガス冷媒
が上記バイパス管路を通過していしまい上記熱交換器に
流入する冷媒量が著しく減少して熱交換能力が極端に低
下することとなる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１〜３各項
記載の発明は、それぞれ上記の問題を解決することを目
的としてなされたもので、各々次のように構成されてい
る。

【０００９】 (１) 請求項１記載の発明の気液分離器の構成 請求項１記載の発明の気液分離器は、例えば図１〜図５
に示すように、２相冷媒導入口１４と、該２相冷媒導入
口１４を介して気液２相冷媒が壁面方向に導入される気
液分離室と、該気液分離室の上部に設けられたガス冷媒
流出口１８と、上記気液分離室の底部に設けられた液冷
媒流出口１３とを備えてなる気液分離器において、上記
液冷媒流出口部１３に対して上記気液分離室内の液面位
が第１の基準液面レベル以下の時は上記液冷媒流出口を
閉塞する一方、同気液分離室内の液面位が上記第１の基
準液面レベルを越えた時は上記液冷媒流出口を開放する
第１のフロート弁２７を設け、また上記ガス冷媒流出口
１８に対して上記気液分離室内の液面位が上記第１の基
準液面レベルよりも高い第２の基準液面レベル以下の時
は上記ガス冷媒流出口を開放する一方、同気液分離室内
の液面位が上記第２の基準液面レベルを越えた時は上記
ガス冷媒流出口を閉塞する第２のフロート弁３１を設け
たことを特徴とするものである。

【００１０】 (２) 請求項２記載の発明の気液分離器の構成 請求項２記載の発明の気液分離器は、例えば図６〜図１
０に示すように、２相冷媒導入口１４と、該２相冷媒導
入口１４を介して気液２相冷媒が壁面方向に導入される
気液分離室と、該気液分離室の上部に設けられたガス冷
媒流出口１８と、上記気液分離室の底部に設けられた液
冷媒流出口１３とを備えてなる気液分離器において、上
記ガス冷媒流出口１８と液冷媒流出口１３とを上記気液
分離室内において内側フロート室内にフロート４７を上
下移動自在に収納した中空のフロートパイプ５１で一体
に連結するとともに該フロートパイプ５１の上下両端部
に当該フロートパイプ５１内のフロート室と上記気液分
離室とを相互に連通させる開孔部４９,４９・・、５０,
５０・・を形成し、上記ガス冷媒流出口１８を該フロー
トパイプ５１上端部側の開口部４９,４９・・を介して
上記気液分離室上部に連通せしめる一方、上記液冷媒流
出口１３を該フロートパイプ５１下端部側の開口部５
０,５０・・を介して上記気液分離室下部に連通せし
め、上記気液分離室内の液面位の変化に応じて上記フロ
ート室内のフロート４７を上下に移動させ、上記気液分
離室内の液面位が第１の基準液面レベル以下の時は上記
液冷媒流出口１３側の開口部５０,５０・・を閉塞する
一方、同気液分離室内の液面位が上記第１の基準液面レ
ベルを越えた時は上記液冷媒流出口１３側の開口部を開
放し、また上記気液分離室内の液面位が上記第１の基準
液面レベルよりも高い第２の基準液面レベル以下の時は
上記ガス冷媒流出口１８側の開口部４９,４９・・を開
放する一方、同気液分離室内の液面位が上記第２の基準
液面レベルを越えた時は上記ガス冷媒流出口１８側の開
口部４９,４９・・を閉塞するようにしたことを特徴と
するものである。

【００１１】 (３) 請求項３記載の発明の気液分離器の構成 請求項３記載の発明の気液分離器は、上記請求項２記載
の発明の構成を前提とし、同構成において、さらに上記
ガス冷媒流出口１８部にガス冷媒の流出を許容する一
方、同ガス冷媒の流入を禁止する所定の重量の球体弁４
８を設けたことを特徴とするものである。

【００１２】

【作用】本願の請求項１〜３各項記載の発明の気液分離
器は、各々以上のように構成されている結果、当該各構
成に対応して、それぞれ次のように作用する。

【００１３】 (１) 請求項１記載の発明の気液分離器の作用 すなわち、請求項１記載の発明の気液分離器では、２相
冷媒導入口１４と、該２相冷媒導入口１４を介して気液
２相冷媒が壁面方向に導入される気液分離室と、該気液
分離室の上部に設けられたガス冷媒流出口１８と、上記
気液分離室の底部に設けられた液冷媒流出口１３とを備
えてなる気液分離器において、上記液冷媒流出口部１３
に対して上記気液分離室内の液面位が第１の基準液面レ
ベル以下の時は上記液冷媒流出口１３を閉塞する一方、
同気液分離室内の液面位が上記第１の基準液面レベルを
越えた時は上記液冷媒流出口１３を開放する第１のフロ
ート弁２７を設け、また上記ガス冷媒流出口１８に対し
て上記気液分離室内の液面位が上記第１の基準液面レベ
ルよりも高い第２の基準液面レベル以下の時は上記ガス
冷媒流出口１８を開放する一方、同気液分離室内の液面
位が上記第２の基準液面レベルを越えた時は上記ガス冷
媒流出口１８を閉塞する第２のフロート弁３１を設けて
構成されている。

【００１４】したがって、今該構成を具体的に実施例に
対応させて、その作用を説明すると、先ず例えば上記図
１２のヒートポンプサイクルの冷房運転が開始されたす
ると、先ず図２に示すように上記図１２の第４の冷媒循
環管路１４よりなる２相冷媒導入口を介して図示のよう
に気液２相状態の冷媒流が順次導入されるようになり、
その重量差(比重差)により液冷媒が気液分離室の下層部
に溜って行く一方、ガス冷媒が上層部に溜るようにな
り、ガス冷媒と液冷媒は上下２層に確実に分離される。

【００１５】しかし、上記冷房運転を開始してから所定
時間が経過するまでは、同図２に示すように、未だ液冷
媒の液面位も低いので、上下各フロート２９,２６およ
び弁体３１,２７よりなる上下各フロート弁は最下端位
置まで下降していて、先ず上方側フロート２９の弁体３
１は上記フロートパイプ５１上端側の開孔部３２を開放
している一方、下方側フロート弁のフロート２６は、そ
の弁体２７により上記第３の冷媒循環管路１３よりなる
液冷媒流出口側の開孔２５を閉塞している。従って、上
記室内熱交換器(蒸発器)４側第３の冷媒循環管路１３に
は未だ液冷媒が供給されない。しかし、上記のようにガ
ス冷媒流出口を形成するバイパス管路１８側の開孔部３
２は開放されているので、上記分離されたガス冷媒は当
該開孔３２を介して上記バイパス管路１８側に流れて行
く。

【００１６】次に、上記運転の開始から所定の時間が経
過して、例えば図３に示すようになった定常状態では液
冷媒の液面位が同図示のように略気液分離室の中間位置
に達し、下方側フロート弁のフロート２６は最上端に位
置するようになるので、上記気液分離室内の低部の液冷
媒は液冷媒の流出口である第３の冷媒循環管路１３の開
孔２５を介して同室内熱交換器(蒸発器)側第３の冷媒循
環管路１３側に圧力差に応じて流出して行くようになる
一方、上部側のガス冷媒はガス冷媒流出口であるバイパ
ス管路１８側開孔３２を介して十分な圧力差により上記
バイパス管路１８側に効率良く流出して行く。このよう
にして、連続的な気液分離が行われ、上述した多パス式
の室内熱交換器(蒸発器)４側では、各パスに均一な液冷
媒の分配が行われて本来の良好な熱交換性能が発揮され
る。

【００１７】他方、さらに上記冷房運転中の負荷変動や
システム自体の圧力変化などによって、例えば図４に示
すように、液面位が上昇しすぎると、上記上方側フロー
ト弁のフロート２９もフロート作動範囲の最上端位置ま
で上昇して、その弁体３１がガス冷媒流出口であるバイ
パス管路１８側開孔３２を閉塞する。この結果、気液分
離室内上層側ガス冷媒のバイパス管路１８側への流出は
停止され、気液分離室内の内圧が高くなり、液冷媒の流
出速度が上昇して速やかに液面位が下がり、やがて再び
ガス冷媒の流出が始まるようになる。このようにして、
本実施例では、負荷変動により冷媒流量や乾き度が変化
したような場合でも、常に液面位の変動を一定の範囲内
に抑制することができ、常に良好な熱交換性能を維持し
得るようになる。

【００１８】また、暖房運転時には、上記上方側フロー
ト弁のフロート２９の弁体３１が開孔部３２を閉じてい
るので、上記バイパス管路１８からのガス冷媒の逆流は
阻止される。

【００１９】 (２) 請求項２記載の発明の気液分離器の作用 すなわち、請求項２記載の発明の気液分離器では、２相
冷媒導入口１４と、該２相冷媒導入口１４を介して気液
２相冷媒が壁面方向に導入される気液分離室と、該気液
分離室の上部に設けられたガス冷媒流出口１８と、上記
気液分離室の底部に設けられた液冷媒流出口１３とを備
えてガス冷媒を分離する作用を果たす気液分離器におい
て、先ず上記ガス冷媒流出口１８と液冷媒流出口１３と
を上記気液分離室内において内側フロート室内にフロー
ト４７を上下移動自在に収納した中空のフロートパイプ
５１で一体に連結するとともに該フロートパイプ５１の
上下両端部に当該フロートパイプ５１内のフロート室と
上記気液分離室とを相互に連通させる開孔部４９,４９
・・、５０,５０・・を形成し、上記ガス冷媒流出口１
８を該フロートパイプ５１上端部側の開口部４９,４９
・・を介して上記気液分離室上部に連通せしめる一方、
上記液冷媒流出口１３を該フロートパイプ５１下端部側
の開口部５０,５０・・を介して上記気液分離室下部に
連通せしめ、上記気液分離室内の液面位の変化に応じて
上記フロート室内のフロート４７を上下に移動させ、上
記気液分離室内の液面位が第１の基準液面レベル以下の
時は上記液冷媒流出口１３側の開口部５０,５０・・を
閉塞する一方、同気液分離室内の液面位が上記第１の基
準液面レベルを越えた時は上記液冷媒流出口１３側の開
口部５０,５０・・を開放し、また上記気液分離室内の
液面位が上記第１の基準液面レベルよりも高い第２の基
準液面レベル以下の時は上記ガス冷媒流出口１８側の開
口部４９,４９・・を開放する一方、同気液分離室内の
液面位が上記第２の基準液面レベルを越えた時は上記ガ
ス冷媒流出口１８側の開口部を閉塞するようになってい
る。

【００２０】したがって、該構成を実施例に対応させ
て、その作用を説明すると、今例えば上記図１２のヒー
トポンプサイクルの冷房運転が開始された場合には、先
ず図７に示すように上記第４の冷媒循環管路１４を介し
て矢印旋回方向に気液２相状態の冷媒流が順次導入され
るようになり、その重量差(比重差)により液冷媒が下層
部に溜って行く一方、ガス冷媒が上層部に溜るようにな
り、ガス冷媒と液冷媒は上下２層に確実に分離される。

【００２１】しかし、上記冷房運転を開始してから所定
時間が経過するまでは、同図７に示すように、未だ液冷
媒の液面位も低いので、上記フロートパイプ５１内のフ
ロート４７はフロート室下端まで下降していて、その本
体部により上記フロートパイプ５１下端側の開孔５０,
５０・・・を閉塞している。従って、上記室内熱交換器
(蒸発器)４側第３の冷媒循環管路１３には未だ液冷媒が
供給されない。一方、上記フロートパイプ５１上端側の
開孔４９,４９・・・は開放されているので、上記分離
されたガス冷媒は当該開孔４９,４９・・・を介して上
記ガス冷媒流出口であるバイパス管路１８側に流れて行
く。

【００２２】次に、上記運転の開始から所定の時間が経
過して、例えば図８に示すようになった定常状態では液
冷媒の液面位が同図示のように略気液分離室の中間位置
に達し、フロート４７はフロートパイプ５１のの上端側
開孔４９,４９・・・と下端側開孔５０,５０・・・との
中間に位置するようになっているので、上記気液分離室
内部の液冷媒は下端側開孔５０,５０・・・を介して室
内熱交換器(蒸発器)側の液冷媒流出口である第３の冷媒
循環管路１３側に圧力差に応じて流出して行くようにな
る一方、上部側のガス冷媒は同フロートパイプ５１の上
端側開孔４９,４９・・・を介してフロート室に入り十
分な圧力差により上記ボール４８を十分に浮上させるこ
とにより上記バイパス管路１８側に効率良く流出して行
く。このようにして、連続的な気液分離が行われ、上述
した多パス式の室内熱交換器(蒸発器)４側では、各パス
に均一な液冷媒の分配が行われて本来の良好な熱交換性
能が発揮される。

【００２３】他方、さらに上記冷房運転停止時などにお
いて、例えば図９に示すように、液面位が上昇しすぎる
と、上記フロート４７もフロートパイプ５１内のフロー
ト室上端まで上昇して、その本体部が上記フロートパイ
プ５１上端側の開孔４９,４９・・・を閉塞する。この
結果、気液分離室内上層側ガス冷媒のバイパス管路１８
側への流出は停止され、気液分離室内の内圧が高くな
り、液冷媒の流出速度が上昇して速やかに液面位が下が
り、やがて再びガス冷媒の流出が始まるようになる。こ
のようにして、本実施例では、負荷変動により冷媒流量
や乾き度が変化したような場合でも、常に液面位の変動
を一定の範囲内に抑制することができ、常に良好な熱交
換性能を維持し得るようになる。

【００２４】 (３) 請求項３記載の発明の気液分離器の作用 すなわち、請求項３記載の発明の気液分離器では、その
基本構成に基く上記請求項２記載の発明と同様の作用に
加えて、上記ガス冷媒流出口１８部にガス冷媒の流出を
許容する一方、同ガス冷媒の流入を禁止する所定の重量
の球体弁４８を設けていることから、例えば図１０に示
すように暖房運転に切替えられた時には、液冷媒が逆方
に流れる一方、ガス冷媒流出口である上記バイパス管路
１８側のガス冷媒が上記フロートパイプ５１側に流入し
ようとするが、本実施例では上述のように上記ガス冷媒
流出口であるバイパス管路１８の基端部に逆止弁機能を
果たす球体弁(ボール)４８が設けられていてるために、
該場合には例えば同図に示すように該球体弁(ボール)４
８が当該バイパス管路１８の基端部を閉塞し、液冷媒だ
けがスムーズに液冷媒流出口である第３の冷媒循環管路
１３から第４の冷媒循環管路１４側に流れるようにな
る。

【００２５】

【発明の効果】従って、本願発明によると、コンパクト
な構成でありながら２相冷媒の気液分離を効率的、且つ
安定的に行うことができるようになるとともに、低圧力
損失条件下においても暖房時など的確な逆止弁作用が得
られるようになり、ヒートポンプ式冷凍サイクルにも十
分に適用可能な気液分離器を提供することができる。

【００２６】

【実施例】

(基本となる冷凍システム)先ず、図１２には、後述する
本願発明の各実施例に係る気液分離器が適用されるヒー
トポンプ式空気調和装置の冷凍システムの一例が示され
ている。

【００２７】この空気調和装置は、圧縮機１と四路切換
弁２と後述の室内熱交換器４と本願発明の要部である気
液分離器２０と膨張弁５と室外熱交換器６とアキューム
レータ７とを順次第１〜第７の冷媒循環管路１１〜１７
で各々接続して全体としての冷媒循環系を構成し、上記
四路切換弁２の切換操作によって暖房運転(この場合の
冷媒の流れを実線矢印で示す)と冷房運転(この場合の冷
媒の流れを破線矢印で示す)とを任意に選択するように
なっている。

【００２８】上記室内熱交換器４は、例えば上述した多
パス式の熱交換器で構成され、冷房運転時において冷媒
の入口となる側には分配器８を、暖房運転時に冷媒入口
となる側にヘッダー９をそれぞれ備えている。

【００２９】上記気液分離器２０は、その内室の上部を
気相部、底部を液相部とした円筒状の密閉容器よりなる
気液分離器筺体に、その他端が上記室内熱交換器４の分
配器８に接続された第３の冷媒循環管路１３の一端と、
その他端が上記膨張弁５を介して上記室外熱交換器６に
接続された第４の冷媒循環管路１４の一端と、その他端
が上記室内熱交換器４のヘッダー９と四路切換弁２とを
接続する第２の冷媒循環管路１２の途中に接続されたバ
イパス管路１８の一端をそれぞれ取り付けている。

【００３０】そして、これらの各管路１３,１４,１８の
うち、上記第３の冷媒循環管路１３の一端は上記液相部
の底部に開口している。また、上記第４の循環管路１４
の一端は、上記気液分離器筺体内の上方部位置において
側方に向けて開口せしめられている。

【００３１】さらに、上記バイパス管路１８は、上方か
ら筺体内下方に向けて取り付けられている。

【００３２】次に、このように構成された上記空気調和
装置全体の作動を説明する。

【００３３】Ａ:冷房運転時 冷房運転時には、上記室内熱交換器４は蒸発器として、
また室外熱交換器６は凝縮器として、それぞれ機能し、
冷媒は図１２に破線矢印で示す方向に循環する。即ち、
圧縮機１から吐出される高温高圧のガス冷媒Ｆgは、第
１の冷媒循環管路１１及び第５の冷媒循環管路１５を介
して室外熱交換器６に流入し、該室外熱交換器６におい
て凝縮されて液冷媒Ｆlとなる。そして、この液冷媒Ｆl
は、膨張弁５において減圧され、気液二相冷媒Ｆglとな
って第４の冷媒循環管路１４から上記気液分離器２０内
に流入する。

【００３４】気液分離器２０においては、図２に示すよ
うに、気液二相冷媒Ｆglが第４の冷媒循環管路１４の導
入開口から側方へ向けて流入する。

【００３５】そして、該気液二相冷媒Ｆglは、その導入
時の流路面積の急拡大に伴う流速の低下によりスムーズ
に気液分離される。そして、分離された液冷媒は底部の
液相部に溜り、ここから循環管路１３を介して上記室内
熱交換器４の分配器８側に流出せしめられる。これに対
して、分離されたガス冷媒Ｆgは、バイパス管路１８を
介して上記室内熱交換器４をバイパスしてその下流側に
流出される。

【００３６】従って、室内熱交換器４においては、分配
器８に液冷媒Ｆlのみが単相状態で導入されることか
ら、例えば、冷媒が気液二相状態で導入される場合に比
して、各パスへの冷媒の均一分配が実現され、この結
果、該室内熱交換器４においては、熱交換にほとんど貢
献しないガス冷媒Ｆgが流れず、室内熱交換器４におけ
る冷媒の圧力損失も小さいことも手伝って、より高い熱
交換性能が確保される。

【００３７】即ち、このようなヒートポンプシステムに
おいては、気液分離器２０を配置することにより、冷房
運転時においては高水準の気液分離作用と室内熱交換器
４の各パスへの冷媒の均一分配とが同時に実現されるこ
とになる。

【００３８】Ｂ:暖房運転時 一方、暖房運転時には、上記室内熱交換器４が凝縮器と
して、また室外熱交換器６が蒸発器として、それぞれ機
能する。従って、上記室内熱交換器４には第４の冷媒循
環管路１２からガス冷媒Ｆgが導入されることになる。
この場合、上記バイパス管路１８が開放状態にあるとガ
ス冷媒Ｆgが抵抗の少ないバイパス管路１８を流れ、室
内熱交換器４側にはほとんど流れず、熱交換作用がほと
んど行なわれないことになる。ところが、本願発明の実
施例のものにおいては、後述するように、かかる場合に
は、循環管路１３から気液分離器２０内に流入し第４の
冷媒循環管路１４から流出する液冷媒Ｆlの流動圧によ
り所定の構造の逆止弁が下動して閉弁する。従って、バ
イパス管路１８に導入されるガス冷媒Ｆgの圧力にかか
わらず上記バイパス管路１８は閉塞せしめられる。従っ
て、圧縮機１から送られるガス冷媒Ｆgはその全量が室
内熱交換器４を流れ、良好な熱交換作用が実現され、高
性能の暖房運転が可能となるようになっている。

【００３９】(１) 第１実施例 先にも述べたように、多パス分配が必要となる室内熱交
換器(蒸発器)の冷媒入口に気液分離器を設けてガス冷媒
と液冷媒とを確実に分離し、熱交換寄与度の小さいガス
冷媒は同室内熱交換器(蒸発器)をバイパスさせる一方、
熱交換寄与度の高い液冷媒を単相で各パスに分配するよ
うにすると、圧損が低くなるという多パス方式の利点に
加えて、各パスへの均一分配が可能となり、単純なヘッ
ダー構造でも足りるようになる。

【００４０】従って、該構成では、上記気液分離器で可
能な限り確実にガス冷媒と液冷媒とを分離することが必
要となる。

【００４１】ところが、従来の気液分離器の構造は、例
えば図１３に示すように、圧縮機の容量やチャージ量に
応じた大きさの気液分離室を有する筺体６１の上部にガ
ス冷媒の取出口(圧縮機吸込口)６２を、また同底部に液
冷媒の取出口６３を各々設け、蒸発器からの２相冷媒導
入口６４を上部側壁側から導入し、ガス冷媒と液冷媒と
を上下方向に分離するようになっているだけであった。

【００４２】その結果、例えば図１４に示すように気液
分離室内の液面位が高くなりすぎると、ガス冷媒の取出
口６２側に液冷媒が混入し、また図１５に示すように同
液面位が低くなりすぎると、液冷媒取出口６３側にガス
冷媒が混入してしまう不具合を生じ、確実な気液分離性
能を発揮し得ない欠点があった。

【００４３】本実施例は、このような問題を解決するた
めに提案されたもので、例えば図１〜図５に示すように
ガス冷媒取出口および液冷媒取出口の各々にフロート弁
を設けて構成されている。

【００４４】すなわち、先ず図１において、符号２１は
内部に所定の広さの気液分離室を形成した気液分離器筺
体であり、該筺体２１の上部には上述したガス冷媒をバ
イパスさせるためのバイパス管路１８の基端部が、また
下部には液冷媒を上述した室内熱交換器４の分配器８に
供給するための第３の冷媒循環管路１３が、さらに側部
上方には気液２相冷媒を導入する第４の冷媒循環管路１
４の先端部が各々接続されている。

【００４５】そして、第４の冷媒循環管路１４からは、
冷房運転時において上記膨張弁５を介した気液２相状態
の冷媒流が旋回方向に向けて導入され、その重量差を利
用してガス冷媒と液冷媒とが図示のように上下２層に分
離される。

【００４６】また、ガス冷媒をバイパスさせるための上
記図１２のバイパス管路１８の基端部と上記室内熱交換
器４の分配器８に液冷媒を供給するための第３の冷媒循
環管路１３の基端部は、各々所定長さ気液分離室内に突
出されており、該突出部１８a,１３a内には球形のフロ
ート２９,２６に対し連結ロッド３０,２７を介して連結
された弁体３１,２７が摺動自在に遊嵌された構造とな
っており、その側壁部には気液分離室側への開孔３２,
２５が形成されている。そして、上記バイパス管路１８
基端部および第３の冷媒循環管路１３の基端部内の各弁
体収納室と気液分離室とが上記開孔３２,２５を介して
フロート位置、換言すると、液冷媒の液面位置に応じた
弁体３１,２７の位置に応じて連通せしめられるように
なっている。

【００４７】したがって、今例えば上記１０のヒートポ
ンプサイクルの冷房運転が開始されたすると、先ず図２
に示すように上記第４の冷媒循環管路１４を介して図示
のように気液２相状態の冷媒流が順次導入されるように
なり、その重量差(比重差)により液冷媒が下層部に溜っ
て行く一方、ガス冷媒が上層部に留るようになり、ガス
冷媒と液冷媒は上下２層に確実に分離される。

【００４８】しかし、上記冷房運転を開始してから所定
時間が経過するまでは、同図２に示すように、未だ液冷
媒の液面位も低いので、上記上下各フロート２９,２６
および弁体３１,２７は最下端位置まで下降していて、
先ず上方側フロート２９の弁体は上記開孔部３２を開放
している一方、下方側フロート２６は、弁体２７により
上記第３の冷媒循環管路１３側の開孔２５を閉塞してい
る。従って、上記室内熱交換器(蒸発器)４側第３の冷媒
循環管路１３には未だ液冷媒が供給されない。しかし、
上記のようにバイパス管路１８側の開孔部３２は開放さ
れているので、上記分離されたガス冷媒は当該開孔３２
を介して上記バイパス管路１８側に流れて行く。

【００４９】次に、上記運転の開始から所定の時間が経
過して、例えば図３に示すようになった定常状態では液
冷媒の液面位が同図示のように略気液分離室の中間位置
に達し、下方側フロート２６は最上端に位置するように
なるので、上記気液分離室内の低部の液冷媒は第３の冷
媒循環管路１３の開孔２５を介して同室内熱交換器(蒸
発器)側第３の冷媒循環管路１３側に圧力差に応じて流
出して行くようになる一方、上部側のガス冷媒はバイパ
ス管路１８側開孔３２を介して十分な圧力差により上記
バイパス管路１８側に効率良く流出して行く。このよう
にして、連続的な気液分離が行われ、上述した多パス式
の室内熱交換器(蒸発器)４側では、各パスに均一な液冷
媒の分配が行われて本来の良好な熱交換性能が発揮され
る。

【００５０】他方、さらに上記冷房運転中の負荷変動や
システム自体の圧力変化などによって、例えば図４に示
すように、液面位が上昇しすぎると、上記上方側フロー
ト２９もフロート作動範囲の最上端位置まで上昇して、
その弁体３１部が上記バイパス管路１８側の開孔３２を
閉塞する。この結果、気液分離室内上層側ガス冷媒のバ
イパス管路１８側への流出は停止され、気液分離室内の
内圧が高くなり、液冷媒の流出速度が上昇して速やかに
液面位が下がり、やがて再びガス冷媒の流出が始まるよ
うになる。このようにして、本実施例では、負荷変動に
より冷媒流量や乾き度が変化したような場合でも、常に
液面位の変動を一定の範囲内に抑制することができ、常
に良好な熱交換性能を維持し得るようになる。

【００５１】また、一方暖房運転に切替えられた時に
は、液冷媒が逆方向に流れる一方、上記バイパス管路１
８側のガス冷媒が上記気液分離室側に流入しようとする
が、本実施例では該状態では上述のように上方側フロー
ト２９が上昇位置にありバイパス管路１８の基端部位置
で逆止弁機能を果たすために、該場合には例えば図５に
示すように、その弁体３１が当該バイパス管路１８の基
端部開孔３２を閉塞し、液冷媒だけがスムーズに第３の
冷媒循環管路１３から第４の冷媒循環管路１４側に流れ
るようになる。

【００５２】(２) 第２実施例 次に、図６〜図１１は、本願発明の第２実施例に係る気
液分離器の構成および作用を示している。

【００５３】本実施例の気液分離器は、上記図１２の多
パス型の室内熱交換器４を備えたヒートポンプサイクル
に適するように、冷房運転時の液面制御機能および暖房
運転時のガス冷媒逆流防止機能を備えて構成されてい
る。

【００５４】先ず図６は、同気液分離器２０の構造を示
すもので、４１は上下方向に延びて上記ヒートポンプサ
イクルの循環管路１４上に配設された円筒体状の気液分
離器筺体であり、該気液分離器筺体４１内の上下に所定
の長さを有する気液分離室内には、その側壁上方部に位
置して上記図１２の第４の冷媒循環管路１４の先端部が
連結開口せしめられている一方、上下垂直方向に液面制
御部４０を形成するフロートパイプ５１が貫通せしめら
れている。

【００５５】そして、上記第４の冷媒循環管路１４から
は、冷房運転時において上記膨張弁５を介した気液２相
状態の冷媒流が旋回方向に向けて導入され、その重量差
を利用してガス冷媒と液冷媒とが図示のように上下２層
に分離される。

【００５６】また、上記フロートパイプ５１は、ガス冷
媒をバイパスさせるための上記図１２のバイパス管路１
８の基端部と上記室内熱交換器４の分配器８に液冷媒を
供給するための第３の冷媒循環管路１３の基端部とを相
互に連通一体化させる構造となっており、その上下両端
部は細径部４６a,４６bに形成されている。そして、そ
の内部には、上下両端部が円錐形状の弁体部４７b,４７
aとなった所定長さの円柱体形状のフロート４７が上記
気液分離室内の液冷媒の液面位の変化に応じて上下移動
自在に嵌挿されている。さらに該フロートパイプ５１の
上下両端部には、各々複数の開孔４９,４９・・および
５０,５０・・が形成されており、同フロートパイプ５
１内のフロート室とフロートパイプ５１外の気液分離室
とがフロート位置、換言すると、液冷媒の液面位置に応
じて連通せしめられるようになっている。

【００５７】他方、上記フロートパイプ５１の上記上端
側細径部４６a上端側のバイパス管路１８基端部内には
逆止弁を形成する球体弁てあるボール４８が遊嵌されて
おり、該ボール４８は所定位置上方側の上昇位置規制用
凸部４５によって上昇位置が規制されている。該ボール
４８の比重は、上記ガス冷媒の比重よりも若干重い比重
に設定されている。また、上記フロート４７の比重は、
ガス冷媒と液冷媒の比重の中間の比重に設定されてい
る。

【００５８】したがって、今例えば上記図１２のヒート
ポンプサイクルの冷房運転が開始されたすると、先ず図
７に示すように、上記第４の冷媒循環管路１４を介して
矢印旋回方向に気液２相状態の冷媒流が順次導入される
ようになり、その重量差(比重差)により液冷媒が下層部
に溜って行く一方、ガス冷媒が上層部に留るようにな
り、ガス冷媒と液冷媒は上下２層に確実に分離される。

【００５９】しかし、上記冷房運転を開始してから所定
時間が経過するまでは、同図７に示すように、未だ液冷
媒の液面位も低いので、上記フロートパイプ５１内のフ
ロート４７はフロート室下端まで下降していて、その本
体部により上記フロートパイプ５１下端側の開孔５０,
５０・・・を閉塞している。従って、上記室内熱交換器
(蒸発器)４側第３の冷媒循環管路１３には未だ液冷媒が
供給されない。一方、上記フロートパイプ５１上端側の
開孔部４９,４９・・・は開放されているので、上記分
離されたガス冷媒は当該開孔４９,４９・・・を介して
上記バイパス管路１８側に流れて行く。

【００６０】次に、上記運転の開始から所定の時間が経
過して、例えば図８に示すようになった定常状態では液
冷媒の液面位が同図示のように略気液分離室の中間位置
に達し、フロート４７はフロートパイプ５１のの上端側
開孔４９,４９・・・と下端側開孔５０,５０・・・との
中間に位置するようになるので、上記気液分離室内低部
の液冷媒は下端側開孔５０,５０・・・を介して室内熱
交換器(蒸発器)４側第３の冷媒循環管路１３側に圧力差
に応じて流出して行くようになる一方、上部側のガス冷
媒は同フロートパイプ５１の上端側開孔４９,４９・・
・を介してフロート室に入り十分な圧力差により上記ボ
ール４８を十分に浮上させることにより上記バイパス管
路１８側に効率良く流出して行く。このようにして、連
続的な気液分離が行われ、上述した多パス式の室内熱交
換器(蒸発器)４側では、各パスに均一な液冷媒の分配が
行われて本来の良好な熱交換性能が発揮される。

【００６１】他方、さらに負荷変動等により冷媒流量が
増大した冷房運転時などにおいて、例えば図９に示すよ
うに、液面位が上昇しすぎると、上記フロート４７もフ
ロートパイプ５１内のフロート室上端まで上昇して、そ
の本体部が上記フロートパイプ５１上端側の開孔４９,
４９・・・を閉塞する。この結果、気液分離室内上層側
ガス冷媒のバイパス管路１８側への流出は停止され、気
液分離室内の内圧が高くなり、液冷媒の流出速度が上昇
して速やかに液面位が下がり、やがて再びガス冷媒の流
出が始まるようになる。このようにして、本実施例で
は、負荷変動により冷媒流量や乾き度が変化したような
場合でも、常に液面位の変動を一定の範囲内に抑制する
ことができ、常に良好な熱交換性能を維持し得るように
なる。

【００６２】また、一方暖房運転に切替えられた時に
は、液冷媒が逆方に流れる一方、上記バイパス管路１８
側のガス冷媒が上記フロートパイプ５１側に流入しよう
とするが、本実施例ではバイパス管路１８の基端部で逆
止弁機能を果たすボール４８が設けられているために、
該場合には例えば図１０に示すように、球体弁であるボ
ール４８が当該バイパス管路１８の基端部を閉塞し、液
冷媒だけがスムーズに第３の冷媒循環管路１３から第４
の冷媒循環管路１４側に流れるようになる。

【００６３】なお、上記液面位は、例えば図１０の仮想
線に示すように、２相冷媒の導入口位置よりも高くなる
と、液面が波立って気泡が発生するなど、気液分離性能
が低下するので、少なくとも同液面位は２相冷媒の導入
口部より低く維持されるように設計される。

【００６４】上記液面位変動は、上記２相冷媒導入口部
の取付け高さとフロートパイプ部およびフロート等の長
さ、気液分離室の容積などを最適な条件関係で設計する
ことにより、可及的に液面変動を小さくすることが可能
であるので、上記構成の気液分離器では相当なコンパク
ト化が可能である。

【００６５】ところで、上記気液分離室内に導入される
気液２相状態の冷媒は、相当の噴出速度を有している。

【００６６】したがって、例えば上記図６〜図１０のよ
うに側方から旋回状に２相冷媒を噴出した場合には、上
述の如く衝撃による飛散度は低いが、一方、その旋回力
のために、液冷媒中に気柱を生じ、液冷媒の出口へガス
冷媒が混入する問題がある。

【００６７】そこで、該問題に対する対策として、例え
ば図１１に示すように液面部に透孔６１,６１・・を形
成したドーナツ状の渦消し板６０を浮設する。

【００６８】このようにすると、上記のような気柱は発
生せず、液面が安定して気液分離性能が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本願発明の第１実施例に係る気液分離
器の構成を示す断面図である。

【図２】図２は、同気液分離器の冷房運転開始時(低液
面時)の作用を説明する断面図である。

【図３】図３は、同気液分離器の定常冷房運転時(通常
液面時)の作用を説明する断面図である。

【図４】図４は、同気液分離器の冷媒流量が増大した冷
房運転時(高液面時)の作用を説明する断面図である。

【図５】図５は、同気液分離器の暖房運転時の作用を説
明する断面図である。

【図６】図６は、本願発明の第２実施例に係る気液分離
器の構成を示す断面図である。

【図７】図７は、同気液分離器の冷房運転開始時(低液
面時)の作用を示す断面図である。

【図８】図８は、同気液分離器の定常冷房運転時(通常
液面時)の作用を示す断面図である。

【図９】図９は、同気液分離器の冷媒流量が増大した冷
房運転時(高液面時)の作用を示す断面図である。

【図１０】図１０は、同気液分離器の暖房運転時の作用
を説明する断面図である。

【図１１】図１１は、同気液分離器に渦消し板を組合せ
た場合の液面安定化作用を説明する断面図である。

【図１２】図１２は、気液分離器を備えた多パス式ヒー
トポンプ空気調和装置の基本冷凍サイクル図である。

【図１３】図１３は、従来の気液分離器の構成を示す断
面図である。

【図１４】図１４は、同従来の気液分離器の高液面時の
問題となる作用を示す断面図である。

【図１５】図１５は、同従来の気液分離器の低液面時の
問題となる作用を示す説明図である。

【符号の説明】

１３は第３の冷媒循環管路、１４は第４の冷媒循環管
路、１８はバイパス管路、２０は気液分離器、２１は気
液分離器筺体、２５は開孔、２６は下方側フロート、２
７は下方側弁体、２９は上方側フロート、３１は上方側
弁体、３２は開孔、４０は液面制御部、４１は気液分離
器筺体、４６aは上端側細径部、４６bは下端側細径部、
４７はフロート、４８はボール、４９,５０は開孔、５
１はフロートパイプである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 浩幸 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 (72)発明者 蛭子 毅 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２相冷媒導入口と、該２相冷媒導入口を
   介して気液２相冷媒が壁面方向に導入される気液分離室
   と、該気液分離室の上部に設けられたガス冷媒流出口
   と、上記気液分離室の底部に設けられた液冷媒流出口と
   を備えてなる気液分離器において、上記液冷媒流出口部
   に対して上記気液分離室内の液面位が第１の基準液面レ
   ベル以下の時は上記液冷媒流出口を閉塞する一方、同気
   液分離室内の液面位が上記第１の基準液面レベルを越え
   た時は上記液冷媒流出口を開放する第１のフロート弁を
   設け、また上記ガス冷媒流出口に対して上記気液分離室
   内の液面位が上記第１の基準液面レベルよりも高い第２
   の基準液面レベル以下の時は上記ガス冷媒流出口を開放
   する一方、同気液分離室内の液面位が上記第２の基準液
   面レベルを越えた時は上記ガス冷媒流出口を閉塞する第
   ２のフロート弁を設けたことを特徴とする気液分離器。
2. 【請求項２】 ２相冷媒導入口と、該２相冷媒導入口を
   介して気液２相冷媒が壁面方向に導入される気液分離室
   と、該気液分離室の上部に設けられたガス冷媒流出口
   と、上記気液分離室の底部に設けられた液冷媒流出口と
   を備えてなる気液分離器において、上記ガス冷媒流出口
   と液冷媒流出口とを上記気液分離室内において内側フロ
   ート室内にフロートを上下移動自在に収納した中空のフ
   ロートパイプで一体に連結するとともに該フロートパイ
   プの上下両端部に当該フロートパイプ内のフロート室と
   上記気液分離室とを相互に連通させる開孔部を形成し、
   上記ガス冷媒流出口を該フロートパイプ上端部側の開口
   部を介して上記気液分離室上部に連通せしめる一方、上
   記液冷媒流出口を該フロートパイプ下端部側の開口部を
   介して上記気液分離室下部に連通せしめ、上記気液分離
   室内の液面位の変化に応じて上記フロート室内のフロー
   トを上下に移動させ、上記気液分離室内の液面位が第１
   の基準液面レベル以下の時は上記液冷媒流出口側の開口
   部を閉塞する一方、同気液分離室内の液面位が上記第１
   の基準液面レベルを越えた時は上記液冷媒流出口側の開
   口部を開放し、また上記気液分離室内の液面位が上記第
   １の基準液面レベルよりも高い第２の基準液面レベル以
   下の時は上記ガス冷媒流出口側の開口部を開放する一
   方、同気液分離室内の液面位が上記第２の基準液面レベ
   ルを越えた時は上記ガス冷媒流出口側の開口部を閉塞す
   るするようにしたことを特徴とする気液分離器。
3. 【請求項３】 上記ガス冷媒流出口部にガス冷媒の流出
   を許容する一方、同ガス冷媒の流入を禁止する所定の重
   量の球体弁を設けたことを特徴とする請求項２記載の気
   液分離器。