JPWO2020217419A1 - 気液分離装置および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

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、遮蔽壁（１６）とを備えている。遮蔽壁（１６）は、複数の遮蔽部（１６ａ）を含んでいる。複数の遮蔽部（１６ａ）の各々は、気体排出管（１４）から容器（１１）の内壁面（ＩＳ）に向けて延在している。複数の遮蔽部（１６）は、中心軸（ＣＬ）に沿って互いにずれるように配置されており、かつ中心軸（ＣＬ）に沿う方向から見て中心軸回りに容器（１１）の全周にわたって配置されている。

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。

たとえば、特開２００１−２４６２１６号公報（特許文献１）には、サイクロン式の気液分離装置が記載されている。この気液分離装置はオイルミストセパレータである。この気液分離装置では、サイクロン室の上端中央部を貫通して内部に延びるガス導出管の外周に略リング状のバッフルプレートが配置されている。バッフルプレートはガス導出管のガス導出口よりも上側に配置されている。ガス導入管のガス導入口はバッフルプレートよりも上側に配置されている。オイル排出管のオイル排出口はガス導出口よりも下側に配置されている。ガス導出口からサイクロン室に導出されたガスは、バッフルプレートを超えてガス導出口から導出される。

特開２００１−２４６２１６号公報

上記公報に記載された気液分離装置では、バッフルプレートを超えてサイクロン室の下部に流れたガスがサイクロン室の下部で巻き上げられる。これにより、サイクロン室の上部で分離されて下部に流れたオイルが巻き上げられる。この巻き上げられたオイルがガス導出口に吸引される。したがって、一度分離されたオイルがガス導出口に吸引されるため、気体と液体との分離効率が低下する。

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る気液分離装置および冷凍サイクル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、遮蔽壁とを備えている。容器は、上下に延びる中心軸に沿って延在し、かつ中心軸を取り囲む内壁面を有する。流入管は、容器内に気液二相流体を流入させる流入口を有する。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。遮蔽壁は、容器内に配置され、かつ気体排出管に接続されている。流入管の流入口は、遮蔽壁の上方に配置されている。液体排出管の液体排出口は、遮蔽壁の下方に配置されている。気体排出管の気体排出口は、遮蔽壁の上方に配置されている。遮蔽壁は、複数の遮蔽部を含んでいる。複数の遮蔽部の各々は、気体排出管から容器の内壁面に向けて延在している。複数の遮蔽部は、中心軸に沿って互いにずれるように配置されており、かつ中心軸に沿う方向から見て中心軸回りに容器の全周にわたって配置されている。

本発明の気液分離装置によれば、遮蔽壁の複数の遮蔽部は、中心軸に沿って互いにずれるように配置されており、かつ中心軸に沿う方向から見て中心軸回りに容器の全周にわたって配置されている。このため、容器内において遮蔽壁よりも下方で巻き上げられた気液二相流体が遮蔽壁を超えて気体排出口に吸引されることを抑制することができる。これにより、容器内において遮蔽壁よりも下方に流れた液体が巻き上げられて気体排出口に吸引され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る。

本発明の実施の形態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。 本発明の実施の形態１に係る気液分離装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る気液分離装置の遮蔽壁が気体排出管に接続された構成を上方から示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る気液分離装置の遮蔽壁が気体排出管に接続された構成を下方から示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る気液分離装置の遮蔽壁が気体排出管に接続された構成を示す正面図である。 本発明の実施の形態１に係る気液分離装置の遮蔽壁が容器内に配置された構成を示す上面図である。 本発明の実施の形態１に係る気液分離装置内での気液二相流体の流れを説明するための断面図である。 本発明の実施の形態１に係る気液分離装置内での遮蔽壁を通過する気液二相流体の流れを説明するための斜視図である。 比較例の気液分離装置での気液二相流体の流れを説明するための断面図である。 本発明の実施の形態１に係る気液分離装置の変形例の遮蔽壁が気体排出管に接続された構成を上方から示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る気液分離装置の変形例の遮蔽壁が気体排出管に接続された構成を下方から示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る気液分離装置の変形例の遮蔽壁が気体排出管に接続された構成を示す正面図である。 本発明の実施の形態１に係る気液分離装置の変形例の遮蔽壁が容器内に配置された構成を示す上面図である。 本発明の実施の形態２に係る気液分離装置の遮蔽壁が気体排出管に接続された構成を示す正面図である。 本発明の実施の形態２に係る気液分離装置内での気液二相流体の流れを説明するための断面図である。 本発明の実施の形態３に係る気液分離装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係る気液分離装置内での気液二相流体の流れを説明するための断面図である。

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または室内熱交換器５に流入する冷媒を圧縮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、暖房運転時と冷房運転時とによって、室外熱交換器３または室内熱交換器５への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と液体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１０としての油分離器は、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１０としての油分離器は、油含有冷媒から分離された油を圧縮機１に返すように、圧縮機１の吸入管の上流側に接続されている。

続いて、図２〜図６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、遮蔽壁１６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。なお、気液分離装置１０は、サイクロン方式が用いられていてもよい。サイクロン方式では、容器の周壁に沿って気液二相流体が流れるように気体排出管から容器に気液二相流体が流れることで、旋回流が発生する。したがって、サイクロン方式が用いられる場合には、気液分離装置１０は旋回羽根１５を有していなくてもよい。

また、本実施の形態に係る気液分離装置１０は、流入部１０ａと、分離部１０ｂと、助走区間１０ｃ１と、遷移部１０ｃ２と、集液部（集油部）１０ｄとを有している。流入部１０ａは、気液分離装置１０に気液二相流体が流入する部分である。流入部１０ａは、流入管１２によって構成されている。分離部１０ｂは、気液二相流体を気体と液体とに分離する部分である。分離部１０ｂは、容器１１の上部および旋回羽根１５により構成されている。助走区間１０ｃ１は、気体排出管１４と旋回羽根１５との間の区間である。助走区間１０ｃ１は、遷移部１０ｃ２に設けられている。遷移部１０ｃ２は、分離され気体が気体排出管１４から排出される部分である。遷移部１０ｃ２は、容器１１の中央部および気体排出管１４の上部により構成されている。集液部（集油部）１０ｄは、分離された液体を集める部分である。集液部（集油部）１０ｄは、容器１１の下部および気体排出管１４の中央部により構成されている。集液部（集油部）１０ｄに液体排出管１３が接続されている。

容器１１は、上下に延びる中心軸ＣＬに沿って延在している。容器１１の中心軸ＣＬは、上下方向に延びている。容器１１は、内部空間を有している。容器１１は、中心軸ＣＬを取り囲む内壁面ＩＳを有する。容器１１の内壁面ＩＳは、中心軸ＣＬ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、分離部１０ｂと遷移部１０ｃ２との径（内径および外径）が等しくなるように構成されており、遷移部１０ｃ２よりも集液部（集油部）１０ｄの径が大きくなるように構成されている。

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の上端に接続されている。流入管１２は、容器１１の中心軸ＣＬと同軸上に配置されている。流入管１２は、容器１１の天井部を貫通している。流入管１２は、容器１１内に気液二相流体を流入させるように構成されている。流入管１２は、容器１１内に気液二相流体を流入させる流入口１２ａを有している。本実施の形態では、流入管１２は、容器１１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の流入口１２ａは、遮蔽壁１６の上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。液体排出管１３の液体排出口１３ａは遮蔽壁１６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の下側に接続されている。気体排出管１４は、容器１１の中心軸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１０ｃ１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。

気体排出管１４の気体排出口１４ａは、遮蔽壁１６の上方に配置されている。気体排出管１４の気体排出口１４ａは、上下方向において遮蔽壁１６の上方に配置されている。気体排出管１４の気体排出口１４ａは、上下方向において遮蔽壁１６と間隔をあけて配置されている。

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壁面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、容器１１内に配置されている。旋回羽根１５は、容器１１内部の上側に配置されている。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。

旋回羽根１５は、軸１５ａと、複数の螺旋状板１５ｂとを有している。軸１５ａは中心軸ＣＬに沿って延在する。軸１５ａは中心軸と同軸上に配置されていることが好ましい。複数の螺旋状板１５ｂは、軸１５ａの外周面に接続されている。複数の螺旋状板１５ｂは気液二相流体に対し旋回力を発生させるように構成されている。複数の螺旋状板１５ｂは中心軸ＣＬに沿って螺旋状に延在する。複数の螺旋状板１５ｂは中心軸ＣＬ回りに互いに等しい角度で配置されていてもよい。複数の螺旋状板１５ｂの各々の外周端は、容器１１の内壁面ＩＳに接していることが好ましい。

遮蔽壁１６は、容器１１内に配置されている。遮蔽壁１６は、上下方向において容器１１の中央部分に配置されている。具体的には、遮蔽壁１６は、遷移部１０ｃ２に配置されている。遮蔽壁１６は、気体排出管１４に接続されている。遮蔽壁１６は、気体排出管１４の上部に接続されている。

図３は、本実施の形態に係る気液分離装置１０の遮蔽壁１６が気体排出管１４に接続された構成を上方から示す斜視図である。図４は、本実施の形態に係る気液分離装置１０の遮蔽壁１６が気体排出管１４に接続された構成を下方から示す斜視図である。図３および図４に示されるように、遮蔽壁１６は、複数の遮蔽部１６ａを有している。遮蔽壁１６は、複数の遮蔽部１６ａの各々の間を気液二相流体が流れるように構成されている。複数の遮蔽部１６ａは、気液二相流体の流れ方向における上流側に密集している。

遮蔽壁１６は、２つ以上の遮蔽部１６ａを有していればよい。本実施の形態では、遮蔽壁１６は、３つの遮蔽部１６ａを含んでいる。具体的には、遮蔽壁１６は、第１の遮蔽部１６ａ１と、第２の遮蔽部１６ａ２と、第３の遮蔽部１６ａ３とを有している。第１の遮蔽部１６ａ１、第２の遮蔽部１６ａ２および第３の遮蔽部１６ａ３は、全体として中心軸ＣＬに沿って螺旋状にねじれるように配置されている。

図５は、本実施の形態に係る気液分離装置１０の遮蔽壁１６が気体排出管１４に接続された構成を示す正面図である。図５に示されるように、複数の遮蔽部１６ａは、中心軸ＣＬに沿って互いにずれるように配置されている。複数の遮蔽部１６ａは、上下方向に互いにずれるように配置されている。本実施の形態では、上方から下方に向けて、第１の遮蔽部１６ａ１、第２の遮蔽部１６ａ２、第３の遮蔽部１６ａ３の順に配置されている。複数の遮蔽部１６ａの各々は、上下方向に互いに重なっていることが好ましい。具体的には、上下方向において、第１の遮蔽部１６ａ１の下端と第２の遮蔽部１６ａ２の上端とが重なっており、第２の遮蔽部１６ａ２の下端と第３の遮蔽部１６ａ３の上端とが重なっていることが好ましい。

図６は、本実施の形態に係る気液分離装置１０の遮蔽壁１６が容器１１内に配置された構成を示す上面図である。図６に示されるように、複数の遮蔽部１６ａの各々は、気体排出管１４から容器１１の内壁面ＩＳに向けて延在している。複数の遮蔽部１６ａの各々は、気体排出管１４から容器１１の内壁面ＩＳに向けて容器１１の径方向に延在している。複数の遮蔽部１６ａは気体排出管１４から容器１１の内壁面ＩＳに向けて放射状に延伸している。複数の遮蔽部１６ａの各々の内周端は、気体排出管１４の外周面に接続されている。複数の遮蔽部１６ａの各々の外周端は、容器１１の内壁面ＩＳに接していることが好ましい。

複数の遮蔽部１６ａは、中心軸ＣＬに沿う方向から見て中心軸ＣＬ回りに容器１１の全周にわたって配置されている。中心軸ＣＬに沿って上方から下方に向けて遮蔽壁１６を見たときに、複数の遮蔽部１６ａは、中心軸ＣＬ回りに隙間なく並ぶように配置されている。中心軸ＣＬに沿って上方から下方に向けて遮蔽壁１６を見たときに、複数の遮蔽部１６ａの各々は、扇形状に構成されている。中心軸ＣＬに沿って上方から下方に向けて遮蔽壁１６を見たときに、複数の遮蔽部１６ａの各々は、中心軸ＣＬ回りに１２０°の角度で扇形状に構成されていることが好ましい。

本実施の形態では、中心軸ＣＬに沿って上方から下方に向けて遮蔽壁１６を見たときに、容器１１の内壁面ＩＳと気体排出管１４との間の領域が遮蔽壁１６によって隙間なく覆われている。本実施の形態では、遮蔽壁１６は、気液二相流体の流動方向から見て、容器１１の底部が見えないように配置されている。

図２および図５に示されるように、本実施の形態では、複数の遮蔽部１６ａの各々は、気体排出管１４から容器１１の内壁面ＩＳに向けて下方に傾斜するように構成されている。具体的には、第１の遮蔽部１６ａ１、第２の遮蔽部１６ａ２、第３の遮蔽部１６ａ３はいずれも下向きに傾斜している。なお、複数の遮蔽部１６ａの各々は、水平に構成されていてもよい。

図３および図４に示されるように、本実施の形態では、複数の遮蔽部１６ａの各々は、上方向に突き出すように湾曲している。複数の遮蔽部１６ａの各々は、上方に突き出すように湾曲した曲面状に構成されている。具体的には、第１の遮蔽部１６ａ１、第２の遮蔽部１６ａ２、第３の遮蔽部１６ａ３はいずれも上方向に突き出すように湾曲した曲面状に構成されている。

図２および図５に示されるように、気体排出管１４の気体排出口１４ａから複数の遮蔽部１６ａのうち最も上方に配置された遮蔽部１６ａまでの中心軸ＣＬに沿う寸法は、容器１１の内径の半分以上の寸法でありかつ気体排出管１４の容器１１内に配置された部分の長さの半分以下の寸法である。具体的には、上下方向において、気体排出管１４の気体排出口１４ａから第１の遮蔽部１６ａ１までの距離は、容器１１の内径の半分以上の寸法を有している。また、上下方向において、気体排出管１４の気体排出口１４ａから第１の遮蔽部１６ａ１までの距離は、気体排出管１４の容器１１内に配置された部分の長さの半分以上の寸法を有している。つまり、上下方向において、第１の遮蔽部１６ａ１は、気体排出管１４の容器１１内に配置された部分の中央から上側の範囲に配置されている。

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を介して室外熱交換器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二相状態の冷媒になる。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、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を介して圧縮機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二相状態の冷媒になる。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、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を介して圧縮機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、図１および図７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７は、本実施の形態に係る気液分離装置１０内での気液二相流体の流れを説明するための断面図である。図７では、気液二相流体の流れは白抜き矢印で示されており、気体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７に示されるように、気液分離装置１０内に流入管１２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の複数の螺旋状板１５ｂ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、容器１１の内壁面ＩＳへ衝突することで液膜となり、重力と旋回流とによって容器１１の内壁面ＩＳに沿って容器１１の底部へ流れる。このようにして、集油部１０ｄで油が集油される。集油された油は液体排出管１３から排出される。液体排出管１３から排出された油は、油戻し管２０を通って圧縮機１の吸入側に返される。他方、油が分離された冷媒は、気体排出管１４から排出される。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。

図８は、本実施の形態に係る気液分離装置１０内での遮蔽壁１６を通過する気液二相流体の流れを説明するための斜視図である。図８では、気体の流れは破線矢印で示されている。図７および図８に示されるように、旋回羽根１５を通過した時に油が分離された冷媒の一部は、旋回流によって複数の遮蔽部１６ａの各々の間を通って容器１１の下部に配置された集油部１０ｄに流入する。この冷媒の一部は集油部１０ｄで巻き上げられる。このとき、集油部１０ｄの油が冷媒とともに巻き上げられる。この巻き上げられた冷媒および油が遮蔽壁１６よりも上方へ流れることが遮蔽壁１６によって抑制される。したがって、遮蔽壁１６よりも上方に配置された気体排出管１４の気体排出口１４ａにこの巻き上げられた冷媒および油が吸引されることが抑制される。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態の気液分離装置１０によれば、遮蔽壁１６の複数の遮蔽部１６ａは、中心軸ＣＬに沿って互いにずれるように配置されており、かつ中心軸ＣＬに沿う方向から見て中心軸ＣＬ回りに容器１１の全周にわたって配置されている。このため、容器１１内において遮蔽壁１６よりも下方で巻き上げられた気液二相流体が遮蔽壁１６よりも上方に移動することが遮蔽壁１６によって抑制される。よって、容器１１内において遮蔽壁１６よりも下方で巻き上げられた気液二相流体が遮蔽壁１６超えて気体排出口１４ａに吸引されることを抑制することができる。これにより、容器１１内において遮蔽壁１６よりも下方に流れた液体が巻き上げられて気体排出口１４ａに吸引され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る。

本実施の形態の気液分離装置１０では、気体排出管１４の気体排出口１４ａは、遮蔽壁１６の上方に配置されている。したがって、従来のサイクロン式分離器と比べて、気体排出口１４ａに向けて気体が通過する有効断面積を広くすることができる。このため、圧力損失を増加させずに気体と液体との分離効率を向上させることができる。

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。

本実施の形態の気液分離装置１０は、容器１１内に配置された旋回羽根１５をさらに備えている。従来のサイクロン式分離器は、気液二相流体を容器の内壁面に垂直に衝突させる。つまり、気液二相流体は上下方向に直交する水平方向に内壁面に衝突する。しかしながら、従来のサイクロン式分離器では、容器の内壁面と気体排出管との離間距離が短い場合、分離された液体が再飛散して気体とともに気体排出口に吸引されることで気体と液体との分離効率が低下する。そのため、従来のサイクロン式分離器では小型化は困難である。これに対して、本実施の形態に係る気液分離装置１０では、旋回羽根１５によって容器１１の内部で旋回流による遠心力を発生させることができる。したがって、本実施の形態に係る気液分離装置１０では、従来のサイクロン式分離器と比較して小型化することが容易となる。

本実施の形態に係る気液分離装置１０によれば、複数の遮蔽部１６ａの各々は、気体排出管１４から容器１１の内壁面ＩＳ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、上方から下方に向けて流れる気体を複数の遮蔽部１６ａに沿わせて下方に流すことが容易となる。

本実施の形態に係る気液分離装置１０によれば、複数の遮蔽部１６ａの各々は、上方向に突き出すように湾曲している。このため、容器１１内において遮蔽壁１６よりも下方で巻き上げられた気液二相流体を複数の遮蔽部１６ａによって捉えることが容易となる。

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から複数の遮蔽部１６ａのうち最も上方に配置された遮蔽部１６ａまでの中心軸ＣＬに沿う寸法は、容器１１の内径の半分以上の寸法でありかつ気体排出管１４の容器１１内に配置された部分の長さの半分以下の寸法である。このため、上方から下方に向かう旋回流を複数の遮蔽部１６ａを通過させるとともに下方から上方に巻き上げられる気液二相流体を複数の遮蔽部１６ａによって捉えることができる。

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る。

実施の形態２．
図１０〜図１３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。本実施の形態では、実施の形態１に比べて、複数の遮蔽部１６ａの構造が異なっている。

図１０は、本実施の形態に係る気液分離装置１０の遮蔽壁１６が気体排出管１４に接続された構成を上方から示す斜視図である。図１１は、本実施の形態に係る気液分離装置１０の遮蔽壁１６が気体排出管１４に接続された構成を下方から示す斜視図である。図１０および図１１に示されるように、複数の遮蔽部１６ａの各々は、中心軸ＣＬに沿って螺旋状に延在するように構成されている。第１の遮蔽部１６ａ１、第２の遮蔽部１６ａ２および第３の遮蔽部１６ａ３の各々は、中心軸ＣＬに沿って螺旋状にねじれるように構成されている。また、第１の遮蔽部１６ａ１、第２の遮蔽部１６ａ２および第３の遮蔽部１６ａ３は、全体として中心軸ＣＬに沿って螺旋状にねじれるように配置されている。

図１２は、本実施の形態に係る気液分離装置１０の遮蔽壁１６が気体排出管１４に接続された構成を示す正面図である。図１２に示されるように、本実施の形態では、上方から下方に向けて、第１の遮蔽部１６ａ１、第２の遮蔽部１６ａ２、第３の遮蔽部１６ａ３の順に配置されている。上下方向において、第１の遮蔽部１６ａ１の下端と第２の遮蔽部１６ａ２の上端とが重なっており、第２の遮蔽部１６ａ２の下端と第３の遮蔽部１６ａ３の上端とが重なっていることが好ましい。

図１３は、本実施の形態に係る気液分離装置１０の遮蔽壁１６が容器１１内に配置された構成を示す上面図である。図１３に示されるように、第１の遮蔽部１６ａ１、第２の遮蔽部１６ａ２および第３の遮蔽部１６ａ３の各々は、気体排出管１４から容器１１の内壁面ＩＳに向けて延在している。第１の遮蔽部１６ａ１、第２の遮蔽部１６ａ２および第３の遮蔽部１６ａ３の各々は、中心軸ＣＬに沿う方向から見て中心軸ＣＬ回りに容器１１の全周にわたって配置されている。

本実施の形態に係る気液分離装置１０によれば、複数の遮蔽部１６ａの各々は、中心軸ＣＬに沿って螺旋状に延在するように構成されているため、複数の遮蔽部１６ａの各々によって旋回流を発生させることができる。これにより、さらに分離効率を向上させることができる。

実施の形態３．
図１４および図１５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。本実施の形態では、実施の形態１と比べて、遮蔽壁１６の構造が異なっている。

図１４は、本実施の形態に係る気液分離装置１０の遮蔽壁１６が気体排出管１４に接続された構成を示す正面図である。図１４に示されるように、本実施の形態では、遮蔽壁１６は、多孔質状の部材ＰＭにより構成されている。多孔質状の部材ＰＭは、各孔に液体を捕捉するように構成されている。多孔質状の部材ＰＭの各孔の直径は、たとえば１００μｍ以下である。

図１５は、本実施の形態に係る気液分離装置１０内での気液二相流体の流れを説明するための断面図である。図１５では、気液二相流体の流れは白抜き矢印で示され、気体の流れは破線矢印で示されている。図１５に示されるように、気体とともに巻き上げられた液体が多孔質状の部材ＰＭにより構成された遮蔽壁１６に捕捉される。

本実施の形態に係る気液分離装置１０によれば、遮蔽壁１６は多孔質状の部材ＰＭにより構成されている。このため、多孔質状の部材ＰＭからなる遮蔽壁１６によって気体とともに巻き上げられた液体を捕捉することができる。これにより、さらに分離効率を向上させることができる。

実施の形態４．
図１６および図１７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。本実施の形態では、実施の形態１と比べて、容器１１の構造が異なっている。

図１６は、本実施の形態に係る気液分離装置１０を示す断面図である。図１６に示されているように、本実施の形態では、容器１１の内壁面ＩＳに多孔質状の捕捉体１１ａが設けられている。容器１１の内壁面ＩＳは、多孔質状の捕捉体１１ａを含んでいる。多孔質状の捕捉体１１ａは、集油部１０ｄの全周にわたって設けられていてもよい。多孔質状の捕捉体１１ａは、各孔に液体を捕捉するように構成されている。多孔質状の捕捉体１１ａの各孔の直径は、たとえば１００μｍ以下である。

図１７は、本実施の形態に係る気液分離装置１０内での気液二相流体の流れを説明するための断面図である。図１７では、気液二相流体の流れは白抜き矢印で示され、気体の流れは破線矢印で示されている。図１７に示されるように、容器１１の内壁面ＩＳを流れる液体および気体とともに巻き上げられた液体が多孔質状の捕捉体１１ａに捕捉される。

本実施の形態に係る気液分離装置１０によれば、容器１１の内壁面ＩＳは、多孔質状の捕捉体１１ａを含んでいる。このため、多孔質状の捕捉体１１ａによって容器１１の内壁面ＩＳを流れる液体および気体とともに巻き上げられる液体を捕捉することができる。これにより、さらに分離効率を向上させることができる。

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、１１ａ 捕捉体、１２ 流入管、１２ａ 流入口、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、１６ 遮蔽壁、１６ａ 遮蔽部、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、ＩＳ 内壁面。

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、遮蔽壁とを備えている。容器は、上下に延びる中心軸に沿って延在し、かつ中心軸を取り囲む内壁面を有する。流入管は、容器内に気液二相流体を流入させる流入口を有する。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。遮蔽壁は、容器内に配置され、かつ気体排出管に接続されている。流入管の流入口は、遮蔽壁の上方に配置されている。液体排出管の液体排出口は、遮蔽壁の下方に配置されている。気体排出管の気体排出口は、遮蔽壁の上方に配置されている。遮蔽壁は、複数の遮蔽部を含んでいる。複数の遮蔽部の各々は、気体排出管から容器の内壁面に向けて延在している。複数の遮蔽部は、中心軸に沿って互いにずれるように配置されており、かつ中心軸に沿う方向から見て中心軸回りに容器の全周にわたって配置されている。複数の遮蔽部の各々は、中心軸に沿って螺旋状に延在するように構成されている。

Claims (9)

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、
   上下に延びる中心軸に沿って延在し、かつ前記中心軸を取り囲む内壁面を有する容器と、
   前記容器内に前記気液二相流体を流入させる流入口を有する流入管と、
   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、
   前記容器内に配置され、かつ前記気体排出管に接続された遮蔽壁とを備え、
   前記流入管の前記流入口は、前記遮蔽壁の上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、前記遮蔽壁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、前記遮蔽壁の上方に配置されており、
   前記遮蔽壁は、複数の遮蔽部を含み、
   前記複数の前記遮蔽部の各々は、前記気体排出管から前記容器の前記内壁面に向けて延在しており、
   前記複数の遮蔽部は、前記中心軸に沿って互いにずれるように配置されており、かつ前記中心軸に沿う方向から見て前記中心軸回りに前記容器の全周にわたって配置されている、気液分離装置。
2. 前記容器内に配置された旋回羽根をさらに備え、
   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いる、請求項１に記載の気液分離装置。
3. 前記複数の遮蔽部の各々は、前記気体排出管から前記容器の前記内壁面に向けて下方に傾斜するように構成されている、請求項１または２に記載の気液分離装置。
4. 前記複数の遮蔽部の各々は、上方向に突き出すように湾曲している、請求項３に記載の気液分離装置。
5. 前記気体排出管の前記気体排出口から前記複数の遮蔽部のうち最も上方に配置された前記遮蔽部までの前記中心軸に沿う寸法は、前記容器の内径の半分以上の寸法でありかつ前記気体排出管の前記容器内に配置された部分の長さの半分以下の寸法である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の気液分離装置。
6. 前記複数の遮蔽部の各々は、前記中心軸に沿って螺旋状に延在するように構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の気液分離装置。
7. 前記遮蔽壁は、多孔質状の部材により構成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の気液分離装置。
8. 前記容器の前記内壁面は多孔質状の捕捉体を含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の気液分離装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の気液分離装置を備えた、冷凍サイクル装置。

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