(57)【要約】【課題】  従来の気液分離装置も分離性能向上に関しては、種々の手段を講じているが、気相渦の挙動に注目して液相出口管より液相に混じって気相が出てしまうことを防止する提案はなかった。【解決手段】  二相流入口管より円筒容器内に導入される二相流に旋回力を付与し、遠心力で気液を分離し、気相は気相出口管より、液相は液相出口管より、それぞれ流出させるようにした気液分離装置に於いて、円筒部の中心軸を含む断面で頂角１２０度以下の下向き円錐形状の斜面部を形成すると共に該斜面部と円筒容器の円筒部との間に設けられる接続曲面を外した該斜面部の位置に液相出口管を設け、且つ、円筒部の中心軸を含む断面に於いて、円筒部内壁２ｂと接続曲面内壁１３ａとの稜線をＸとし、稜線Ｘと円筒部の中心軸との距離をＬ０、稜線Ｘと液相出口管の中心軸との距離をＬ１としたとき、Ｌ１／Ｌ０＜０．６とした気液分離装置。【選択図】    図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二相流入口管より円筒容器内に導入される二相流に旋回力を付与し、遠心力で気液を分離し、気相は気相出口管より、液相は液相出口管より、それぞれ流出させるようにした気液分離装置に於いて、
円筒容器の円筒部下端に円筒部の中心軸を含む断面で頂角１２０度以下であり、且つ、円筒部の略中心軸に斜面部外側最下点ｈを有する下向き円錐形状の斜面部を形成すると共に、該斜面部と円筒容器の円筒部との間に設けられる接続曲面を外した該斜面部の位置に液相出口管を設け、且つ、
円筒部の中心軸を含む断面に於いて、円筒部内壁と接続曲面内壁との稜線をＸとし、稜線Ｘと円筒部の中心軸との距離をＬ０とし、稜線Ｘと、液相出口管の中心軸と該斜面部内側との交点を含む円筒部の中心軸に平行な線分と、の距離をＬ１としたとき、Ｌ１／Ｌ０＜０．６としたことを特徴とする気液分離装置。
【請求項２】
二相流入口管より円筒容器内に導入される二相流に旋回力を付与し、遠心力で気液を分離し、気相は気相出口管より、液相は液相出口管より、それぞれ流出させるようにした気液分離装置に於いて、
円筒容器の円筒部下端に円筒部の中心軸を含む断面で頂角１２０度以下であり、且つ、円筒部の略中心軸以外に斜面部外側最下点ｈを有する下向き円錐形状の斜面部を形成すると共に、該斜面部と円筒容器の円筒部との間に設けられる接続曲面を外した該斜面部の位置で、且つ、円筒部の中心軸に対して斜面部外側最下点ｈと反対側の該斜面部の位置に液相出口管を設け、且つ、
円筒部の中心軸を含む断面に於いて、円筒部内壁と接続曲面内壁との稜線をＸとし、稜線Ｘと円筒部の中心軸との距離をＬ０とし、斜面部外側最下点ｈを含む円筒部の中心軸に平行な線分と円筒部の中心軸との距離をＬ２とし、稜線Ｘと、液相出口管の中心軸と該斜面部内側との交点を含む円筒部の中心軸に平行な線分と、の距離の短い側をＬ１としたとき、Ｌ１／（Ｌ０  ＋Ｌ２  ）＜０．６としたことを特徴とする気液分離装置。
【請求項３】
二相流入口管より円筒容器内に導入される二相流に旋回力を付与し、遠心力で気液を分離し、気相は気相出口管より、液相は液相出口管より、それぞれ流出させるようにした気液分離装置に於いて、
円筒容器の円筒部下端に円筒部の中心軸を含む断面で頂角１２０度以下の下向き円錐形状の斜面部を形成すると共に、該斜面部と円筒容器の円筒部との間に設けられる接続曲面を外した円筒部下端の位置に液相出口管を設け、且つ、
円筒部の中心軸を含む断面に於いて、円筒部内壁と接続曲面内壁との稜線をＸとし、稜線Ｘと接続曲面を外した円筒部下端の位置に設けられる液相出口管の外径下端との距離をＬとし、液相出口管の内径をｄとした時、Ｌ／ｄ＜２．５であることを特徴とする気液分離装置である。
【請求項４】
円筒容器の円筒部下端の斜面部最下端内側に突起を設けたことを特徴とする請求項１〜３の記載の気液分離装置。
【請求項５】
斜面部最下端内側に形成される突起は、円筒容器と一体に形成されたことを特徴とする請求項４記載の気液分離装置。
【請求項６】
斜面部最下端内側に形成される突起は、円筒容器の斜面部先端を封止するろう材を斜面部最下端内側に隆起させて形成したことを特徴とする請求項４記載の気液分離装置。
【請求項７】
円筒容器の円筒部の中心軸を含む断面に於いて、円筒部内壁と接続曲面内壁との稜線をＸとし、稜線Ｘを含む円筒部の中心軸に垂直な平面と円筒容器の円筒部下端の斜面部内側最下点ｈｉｎとの距離をｈ１とし、上向きの突起の頂点を含む円筒部の中心軸に垂直な平面と円筒容器の円筒部下端の斜面部内側最下点ｈｉｎとの距離をｈ０とした時、ｈ０／ｈ１＞０．０６としたことを特徴とする請求項４〜６記載の気液分離装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項記載の気液分離装置を冷凍サイクルの圧縮機吐出管と凝縮器の間に配設し、気液分離装置の二相流入口管に圧縮機吐出管を接続し、気液分離装置の液相出口管を流量調整絞りを介して圧縮機吸い込み管に接続し、気液分離装置の気相出口管を凝縮器に至る管路に接続したことを特徴とする冷凍装置。
【請求項９】
請求項１から請求項７のいずれか一項記載の気液分離装置を冷凍サイクルの減圧器と蒸発器の間に配設し、減圧器出口管を気液分離装置の二相流入口管に接続し、液相出口管を蒸発器入口に接続し、気相出口管を蒸発器をバイパスさせた後に圧縮機吸い込み管に接続したことを特徴とする冷凍装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項項７のいずれか一項記載の気液分離装置を配設し、気液二相流を気相と液相に分離することを特徴とする流体機械装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷凍サイクルや蒸気サイクルや気液二相流を扱う機械システムに使用される気相と液相を分離する気液分離装置およびこれらを用いた冷凍装置や蒸気サイクル装置や気液二相流を扱う機械装置に関し、詳細には、より一層の高性能化、小形化並びに低価格化を図る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
気相冷媒と液相冷媒を分離する気液分離装置、水蒸気と水あるいは空気と水を分離する気液分離装置、油と気体を分離するオイルセパレータ、および、気液二相流を扱う機械システム等の気体と液体とを分離する気液分離装置（以下これらを総称して気液分離装置と呼ぶ）は、二相流を旋回させ、旋回流の遠心力によって液体を壁面に付着させた後、重力によって液体を分離する気液分離装置が主に用いられている。
【０００３】
例えば、気相冷媒と液相冷媒を分離する冷凍サイクルの気液分離装置では、容器の上端部に気相出口管を設け、容器の下部に液相出口管を設け、二相流入口管を容器上方に設け、入口管から容器に流入した二相流を容器内壁面に沿って旋回させ、遠心力の作用で気相と液相に分離し、気相は気相出口管から流出させ、液相は容器内壁面に付着させた後、重力の作用により一旦容器の下方に溜め、それを液相出口管から取り出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２６５３８７号
【特許文献２】特開２００２−０６１９９３号
【特許文献３】特開２００７−１０７８６１号
【特許文献４】特開２００１−９９５２７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
先に説明した特許文献１〜４の気液分離装置も気液分離性能向上に関しては、種々の手段を講じているが、気相渦との関係で液相出口管の入口位置を決め、液相に混じって気相が吸い込まれ液相出口管より出てしまうのを防止した引用文献は少なかった。
【０００６】
即ち、引用文献１（図１６）と２（図１７）に開示された気液分離装置５１は、共に底壁に円錐状の斜面部を設け、その最下端に液相出口管の入口位置を設けたもので、底壁を円錐状の斜面部にすることで液面を高くし、性能向上を図ったものである。
しかしながら、この種の気液分離装置にあっては、円錐状の斜面部に沿って旋回しながら流れる液相の旋回流は、遠心力が増す分、下方に行く程発達する。
旋回流が発達すると、底壁に溜められた液相は、図１６の破線の如く円筒容器周壁側面に沿って押し上げられる。これに伴い、気相渦の最下端は下がり、液相出口管入口５５ａに接近し、気相は液相出口管５５から流出してしまい、気液分離性能を低下させてしまっていた。
特許文献１、２には、このような旋回流と液相出口管５５との関係に着目して、気液分離性能を向上させようとする記載はなかった。
【０００７】
また、特許文献３（図１８）は底壁中央部に突起を設け、突起の上端位置より下に液相出口管５５を設けたものである。この突起５７は、底壁５２ａに溜る液溜めの液面５６を上昇させ液相出口管５５から液相と一緒に気相が流れ出ることを防止する意味では大きな働きをしているが、大きな突起５７を底壁５２ａに取付けるには費用がかかり、加工工数も増大するという課題があった。なお、この特許文献３には、旋回流についての記載がなく、突起５７の役目として、旋回流にどのように貢献するかということは記載されていない。
【０００８】
また、特許文献４（図１９）は、液相出口管５５を、ほぼ平らな底壁５２ａの中心でなく、円筒側壁近くに設けたものである。この場合も底壁５２ａがほぼ平らな為、速度、圧力変動等で容器中心軸より気相渦がふらつきやすく、液相出口管入口５５ａに気相渦が接近しやすいので、液相出口管５５から気相が液相と一緒に流れ出やすい。また、複雑な曲面形状を有す曲面に液相出口管５５を設けなければならない為に、穴あけ作業が難しく、また、溶接作業も難しくなる等の課題があった。
また、特許文献１、３と同様に、旋回流について全く記載されておらず、旋回流の挙動に対する考察がなされていない。
以上の特許文献の事例を参考にして検証を行い、発明者は、気相が液相出口管に吸い込まれる現象を明らかにした。即ち、入口管より流入した二相流は、遠心力により液相と気相に分離され、気相は遠心力によって気相渦となり最終的に気相出口管に排出されるが、例えば、機器の運転条件により、二相流の速度、圧力等に変動があると、該気相渦の形状の違いや不安定さの程度により、該気相渦が液相出口管入口に接近し、液相出口管に吸い込まれることとなる。その結果、気液分離性能が悪化することが明らかになった。また、該気相渦の形状や安定さは、容器底部の形状や液相出口管入口の配設位置により変化することも判った。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とする所は、旋回流による遠心力で気液の分離を行う小形気液分離装置の性能向上および更なる小形化を図ると共に、更に、冷凍装置や蒸気サイクル装置や気液二相流を扱う流体機械装置などの各種の装置に組み込むことができ、装置の効率や信頼性を向上させることが可能な気液分離装置を提供することにある。
【課題を解決する為の手段】
【００１０】
本発明は小形のままで性能向上を図れる気液分離装置を提供するものである。
即ち、二相流入口管より円筒容器内に導入される二相流に旋回力を付与し、遠心力で気液を分離し、気相は気相出口管より、液相は液相出口管より、それぞれ流出させるようにした気液分離装置に於いて、円筒容器の円筒部下端に円筒部の中心軸を含む断面で頂角１２０度以下（好ましくは９０〜１２０度）であり、且つ、円筒部の略中心軸に斜面部外側最下点ｈを有する下向き円錐形状の斜面部を形成すると共に、該斜面部と円筒容器の円筒部との間に設けられる接続曲面を外した該斜面部の位置に液相出口管を設け、且つ、円筒部の中心軸を含む断面に於いて、円筒部内壁２ｂと接続曲面内壁１３ａとの稜線をＸとし、稜線Ｘと円筒部の中心軸との距離をＬ０とし、稜線Ｘと、液相出口管６の中心軸と該斜面部内側１０ｂとの交点を含む円筒部の中心軸に平行な線分と、の距離をＬ１としたとき、Ｌ１／Ｌ０＜０．６とした気液分離装置である。
【００１１】
また、二相流入口管より円筒容器内に導入される二相流に旋回力を付与し、遠心力で気液を分離し、気相は気相出口管より、液相は液相出口管より、それぞれ流出させるようにした気液分離装置に於いて、円筒容器の円筒部下端に円筒部の中心軸を含む断面で頂角１２０度以下（好ましくは９０〜１２０度）であり、且つ、円筒部の略中心軸以外に斜面部外側最下点ｈを有する下向き円錐形状の斜面部を形成すると共に、該斜面部と円筒容器の円筒部との間に設けられる接続曲面を外した該斜面部の位置で、且つ、円筒部の中心軸に対して斜面部外側最下点ｈと反対側の該斜面部の位置に液相出口管を設け、且つ、円筒部の中心軸を含む断面に於いて、円筒部内壁２ｂと接続曲面内壁１３ａとの稜線をＸとし、稜線Ｘと円筒部の中心軸との距離をＬ０とし、斜面部外側最下点ｈを含む円筒部の中心軸に平行な線分と円筒部の中心軸との距離をＬ２、稜線Ｘと、液相出口管の中心軸と該斜面部内側１０ｂとの交点を含む円筒部の中心軸に平行な線分と、の距離の短い側をＬ１としたとき、Ｌ１／（Ｌ０  ＋Ｌ２  ）＜０．６とした気液分離装置である。
【００１２】
また、二相流入口管より円筒容器内に導入される二相流に旋回力を付与し、遠心力で気液を分離し、気相は気相出口管より、液相は液相出口管より、それぞれ流出させるようにした気液分離装置に於いて、円筒容器の円筒部下端に円筒部の中心軸を含む断面で頂角１２０度以下（好ましくは９０〜１２０度）の下向き円錐形状の斜面部を形成すると共に、該斜面部と円筒容器の円筒部との間に設けられる接続曲面を外した円筒部下端の位置に液相出口管を設け、且つ、円筒部の中心軸を含む断面に於いて、円筒部内壁２ｂと接続曲面内壁１３ａとの稜線をＸとし、稜線Ｘと接続曲面を外した円筒部下端の位置に設けられる液相出口管の外径下端との距離をＬとし、液相出口管の内径をｄとした時、Ｌ／ｄ＜２．５とした気液分離装置である。
【００１３】
また、円筒容器の円筒部下端の斜面部最下端内側に突起を設けた前記した気液分離装置である。
【００１４】
また、斜面部最下端内側に形成される突起は、円筒容器と一体に形成された前記した気液分離装置である。
【００１５】
また、斜面部最下端内側に形成される突起は、円筒容器の斜面部先端を封止するろう材を斜面部最下端内側に隆起させて形成した前記した気液分離装置である。
【００１６】
また、斜面部最下端内側に形成される突起は、円筒容器の円筒部の中心軸を含む断面に於いて、円筒部内壁２ｂと接続曲面内壁１３ａとの稜線をＸとし、稜線Ｘを含む円筒部の中心軸に垂直な平面と円筒容器の円筒部下端の斜面部内側最下点ｈｉｎとの距離をｈ１とし、突起の頂点を含む円筒部の中心軸に垂直な平面と円筒容器の円筒部下端の斜面部内側最下点ｈｉｎとの距離をｈ０とした時、ｈ０／ｈ１＞０．０６とした前記した気液分離装置である。
【００１７】
また、本気液分離装置を冷凍サイクルの圧縮機吐出管と凝縮器の間に配設し、気液分離装置の二相流入口管に圧縮機吐出管を接続し、気液分離装置の液相出口管を流量調整絞りを介して圧縮機吸い込み管に接続し、一方気液分離装置の気相出口管を凝縮器に至る管路に接続した冷凍装置である。
【００１８】
また、本気液分離装置を冷凍サイクルの減圧器と蒸発器の間に配設し、減圧器出口管に気液分離装置の二相流入口管を接続し、液相出口管を蒸発器入口に接続し、気相出口管を蒸発器をバイパスさせた後に圧縮機吸い込み管に接続した冷凍装置である。
【００１９】
また、本気液分離装置を配設した、気液二相流を気相と液相に分離する流体機械装置である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の気液分離装置は、斜面部を持ち、液相出口管を最適位置に規定したものであるから、小形で、気液分離性能がよい気液分離装置とすることができる。更には、本発明の気液分離装置は、量産性がよく安価な気液分離装置とすることもできる。更に、本気液分離装置を採用することにより、装置の効率や信頼性を向上させた冷凍装置や蒸気サイクル装置や気液二相流を扱う機械装置などの各種の装置とすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明を備えた実施形態１の気液分離装置を示す断面図である。
【図１−１】図１とは異なる、本発明を備えた実施形態１の気液分離装置を示す断面図である。
【図２】図１に示す気液分離装置の拡大Ａ−Ａ断面図である。
【図３】図１−１の要部拡大説明図である。
【図３−１】図３で示す液相出口管の取付け位置（Ｌ／ｄ）と液相出口側気相混入割合、およびＬ／ｄと距離Ｌとの関係の一実施例である。
【図４】図１とは異なる液相出口管の取付け位置を説明する断面図である。
【図５】図４の要部拡大説明図である。
【図５−１】図１、図４とは異なる液相出口管の取付け位置を説明する断面図の要部拡大説明図である。
【図６】円筒容器下部絞り形状の異なる遠心式気液分離装置の液相出口側気相混入割合を比較検討した説明図である。
【図７】図６に於ける検証結果のうち、本発明を備えた気液分離装置と従来構造の気液分離装置について、液相出口側気相混入割合と気相出口側液相混入割合との関係を検証した説明図である。
【図７−１】図６に於ける検証結果のうち、上向きの突起の大小と液相出口側気相混入割合を検証した説明図である。
【図８】図５で示す液相出口管の取付け位置（Ｌ１／Ｌ０）を可変させた時の液相出口側気相混入割合を検証した説明図である
【図９】円錐形状頂角と液相出口側気相混入割合の関係を示す図である。
【図１０ａ】本発明を備えた気液分離装置の液相出口管部の液相と気相の動きを写真で説明した図である。
【図１０ｂ】本発明を備えていない気液分離装置の液相出口管部の液相と気相の動きを写真で説明した図である。
【図１１】図４とは異なる気液分離装置の構造の要部を説明する断面図である。
【図１１−１】図１１とは異なる液相出口管の取付け位置を説明する断面図である。
【図１２】図１−１と異なる上向きの突起を説明する断面図である。
【図１３】本発明を備えた実施形態を示すもので、気液分離装置を冷凍サイクルに使用した場合の冷凍サイクル構成図である。
【図１４】図１３とは異なる、本発明の気液分離装置を冷凍サイクルに使用した場合の他の冷凍サイクル構成図の一例である。
【図１５】本発明を備えた他の実施形態を示すもので、気液分離装置を気液二相流を扱う流体機械装置に適用した系統図である。
【図１６】従来の気液分離装置の構造と気液分離状態を説明する図である。
【図１７】図１６とは異なる構造の従来の気液分離装置の構造と気液分離状態を説明する図である。
【図１８】図１６、図１７とは異なる構造の従来の気液分離装置の構造と気液分離状態を説明する図である。
【図１９】図１６〜図１８とは異なる構造の従来の気液分離装置の構造と気液分離状態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下本発明の実施の形態について、図を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって、この発明が限定されるものではない。また、各実施の形態において、ある実施の形態において既に説明された内容について、別の実施の形態では説明を省略する場合がある。従って、発明の効果を阻害しない範囲において、各実施の形態で説明された構成を自由に組み合わせることができる。
【実施の形態１】
【００２３】
図１、図１−１、図２、図３で、本発明の第１の実施の形態を説明する。ここで、図１は、本発明を備えた気液分離装置１の構造および旋回流と液相出口管６との関係を説明する断面図であり、図１−１は、図１に於いて傾斜部下端の内側に上向き突起を追加した構造の断面図であり、図２は、図１、図１−１のＡ−Ａ断面図であり、図３は、図１−１の要部拡大説明図である。
図１、図２に於いて、本発明の気液分離装置１は、円筒容器２を構成する円筒部２ａ、接続曲面１３、それに、斜面部１０等を有し、上記円筒容器２により外郭が形成されている。そして、この円筒容器２は、図２にも示す如く上部壁面横から中心線をずらして設けられた二相流入口管７を有している。また円筒容器２は、円筒容器２を中心軸方向に貫通した気相出口管９、円筒容器２の下部壁面横に液相出口管６を有している。なお円筒容器２の内径をＤとし、液相出口管６の内径をｄとした時、ｄ／Ｄ≦０．３になるよう、液相出口管６の内径を設定している。なお、ｄ／Ｄは、０．２９以下、０．２８以下、０．２７以下、０．２６以下等であってもよい。また、ｄ／Ｄは、０．１０以上、０．１３以上、０．１６以上、０．１９以上等であってもよい。
３は上記円筒容器２内に形成される気液分離室であり、４は液溜めであり、５、５ａは液溜め４の液面を示す。１０は円筒部下部を形成する斜面部で下向き円錐形状をなしており、その頂角は円筒部の中心軸を含む断面で、９０〜１２０度である。なお、頂角の下限値は、５０度、５５度、６０度、６５度、７０度、７５度、８０度、８５度等であってもよい。
以下に、円錐形状の斜面部１０についてその効果を述べる。
液面５ａは本発明の、円筒部下部が円錐形状の斜面部１０である場合の液面である。液面５は円筒部底部が、例えば平らな場合の液面であり，液面５ａとの違いを説明するために表示している。
液面５、５ａは、液相出口管６の入口６ａより常に上方にあるように設計管理されており、該液相出口管６より気相が液相と一緒になって流れ出て、分離性能が低下するのを防止している。
円筒部下部が円錐形状の斜面部１０であることにより、遠心力が増加するので液相の旋回流（液相渦）は、例えば、円筒部底部が平らな場合に比べ、液面５ａは、液面５より、中央部は更に凹み、外周部は円筒部内壁２ｂに沿って更に立ち上がる。
円筒部下部が円錐形状の斜面部１０の場合は、円筒部底面が平らな場合より、円筒部内壁２ｂに於ける液面５と液面５ａとの高低差の分だけ、液相出口管６の入口６ａから液面が離れるので、例えば運転条件により液面が変動しても入口６ａが液面でふさがれやすくなり、液相出口管６への気相混入割合を抑えることができる。液面を上げるには、円筒容器を長くして液面５を高く設計管理することもできるが、この場合は、円筒容器の小型化に逆行することになる。本発明のように円筒部下部に円錐形状の斜面部１０を設ければ、円筒容器を長くしないで、即ち、気液分離装置を大きくしないで、分離性能を高く維持できるものである。更に、上記斜面部１０は気液分離室３内に流入する気相の旋回流（気相渦）を斜面部に沿って円錐形状の中心に誘導し集める働きを有しており、液相出口管６への気相混入割合を抑えるものである。
【００２４】
次に、円筒容器２への液相出口管６の取付け構造について図３を用いて説明する。なお、図３では液面を省略してある。
図３に於いて、１は気液分離装置であり、２は円筒容器、６は液相出口管、７は二相流入口管、９は気相出口管、１０は斜面部で、この斜面部１０は円筒部の中心軸を含む断面で頂角９０〜１２０度の下向き円錐形状を作る斜面部である。１１は上向きの突起である。なお、図３に於いても、実施の形態２で後述するＬ１／Ｌ０は実施の形態２と同様に定義でき、Ｌ１／Ｌ０はゼロであり、Ｌ１／Ｌ０＜０．６を満足している。即ち、実施の形態２と同様の考え方により、円筒容器の円筒部の中心軸を含む断面に於いて、Ｌ０は、円筒部内壁２ｂと接続曲面内壁１３ａとの稜線をＸとしたとき、稜線Ｘと円筒部の中心軸との距離と定義される。また、Ｌ１は、稜線Ｘと、液相出口管６の中心軸と（実施の形態２では斜面部内側１０ｂに相当する）該円筒部内壁２ｂとの交点を含む円筒部の中心軸に平行な線分との距離と定義されるが、該平行な線分は即ち円筒部内壁２ｂであり、したがってＬ１＝０である。これより、Ｌ１／Ｌ０＝０である。なお、Ｌ１／Ｌ０は、０．５未満、０．４未満、０．３未満、０．２未満等であってもよい。
【００２５】
本発明は、円筒部下部に下向き円錐形状を構成し、且つ、円筒容器２への液相出口管６の取付け位置を規定することにより、液相出口管６への気相混入割合を抑えると共に、小形化、液相出口管６の取付け作業性を向上させたものである。なお、液相出口側気相混入割合はゼロが理想であるが、実用上許容される液相出口側気相混入割合は０．０３である。
【００２６】
図３に於いて、液相出口管６は、接続曲面内壁１３ａを外した円筒部下端側に設けられている。また、図３に於いては、液相出口管６は、稜線Ｘよりも上側に設けられている。
【００２７】
ここで、接続曲面内壁１３ａを外した円筒部下端側に設けられる液相出口管６の位置を、円筒容器の円筒部の中心軸を含む断面に於いて、円筒部内壁２ｂと接続曲面内壁１３ａとの稜線をＸとし、稜線Ｘと液相出口管外径下端との距離をＬとし、液相出口管内径をｄとしたとき、Ｌ／ｄ＜２．５と管理することにより、液相出口側気相混入割合がより小さくなり、小形化が可能となり、一方、液相出口管取付けのための円筒容器加工性も優れる。またＬが短くなり、貯液量を少なくできるので、滞在する液量を少なくでき、冷凍サイクルの省資源化に寄与できる気液分離装置を得ることができる。なお、ここで示す液相出口管外径下端とは、円筒容器と液相出口管６との接続部における、液相出口管の外径下端部を示す。
【００２８】
例えば、円筒容器の内径Ｄを３５ｍｍ、液相出口管の内径ｄを６ｍｍ、液相出口管の外径下端と稜線Ｘとの距離Ｌを１５ｍｍとした時、Ｌ／ｄ＝２．５となる。
図３−１に、図３で示す液相出口管の取付け位置（Ｌ／ｄ）と液相出口側気相混入割合および距離Ｌとの関係を実施例で示す。
図３−１から明らかなように、液相出口側気相混入割合が実用上許容される値０．０３以下である為には、Ｌ／ｄ＜１９であればよいが、この場合は、円筒容器の全長が長くなってしまう。更にＬを短くしＬ／ｄ＜６．５になると、液相出口側気相混入割合が実用上許される０．０３より小さい０．０２以下の高性能が確保されるが、小形化、加工性、貯液性の点で最適でない。Ｌ／ｄ＜２．５、即ちＬ=１５ｍｍ以下で、液相出口側気相混入割合を０．０２に維持しつつ、小形化、加工性、貯液性が最適となる。
また、Ｌ／ｄ＜２．５とすることで、図７で後述するように、気相出口側液相混入割合を小さく維持しつつ液相出口側気相混入割合を大幅に改善することができる。
なお、Ｌ／ｄは、２．０未満、１．５未満、１．０未満、０．５未満等であってもよい。
なお、液相出口管を接続曲面１３から外す理由は、下記のとおりである。
即ち、接続曲面内壁１３ａは、円筒部内壁２ｂと円錐状の斜面部内側１０ｂとを、滑らかに接続した複雑な曲面であるので、曲面上に液相出口管６の取付け穴を形成し、また高精度でろう付けすることは加工難度が高い。したがって、接続曲面内壁１３ａを避けて液相出口管６を取付けることにより、穴あけ作業、溶接作業が容易となる。
【００２９】
次に、図１、図９に於いて、円筒容器の円筒部の中心軸を含む断面で下向き円錐形状の頂角を９０〜１２０度と設定した理由を説明する。図９は、図１の形状で頂角を９０〜１８０度まで変化させた場合の液相出口側気相混入割合を示しており、横軸は下向き円錐形状の頂角、縦軸は液相出口側気相混入割合である。更に、太線は液相出口側気相混入割合の実測値であり、上下の細線は、液相出口側気相混入割合実測値に対するばらつきを示す。ここで、ばらつきを含めて実用上許容される液相出口側気相混入割合０．０３に対応する頂角は１２０度となる。即ち、上記頂角９０〜１２０度は液相出口側気相混入割合を図９に示す如く０．０３以下に維持できる角度である。
なお、液相出口側気相混入割合０．０３は実用上許容される液相出口側気相混入割合であるが、後述する図８に於いて、Ｌ１／Ｌ０＜０．６に対応する液相出口側気相混入割合０．０３は曲率変化の開始点でもあるので、頂角の上限を０．０３に対応する１２０度としている。頂角の下限については、頂角が小さくなるほど、液相出口側気相混入割合は改善される。実験値からの近似式により推定すると、例えば、頂角９０度で０．０１９、頂角６０度で０．０１１、図３に於いて液相出口管が最下端であるＬ＝０の時、頂角は約５０度で０．００９となる。一方、頂角が小さくなると、気液分離器の全長が長くなってしまう。例えば、頂角が約５０度では円錐部長さが３７ｍｍなってしまい、加工費、材料費も増大してしまう。気液分離性能を重視するか、全長を重視するかにより、頂角は選択が可能であるが、頂角の下限は構造上約５０度である。分離性能と全長のバランスを考慮すれば、好ましくは頂角の下限は６０度であり、より好ましくは頂角の下限は９０度であり、この時円錐部長さは約１８ｍｍである。
【００３０】
次に、図３に於いて、円筒容器の円筒部下部の斜面部最下端内側の円筒部の中心軸付近に上向きの突起を設けた気液分離装置の実施例を説明する。
即ち、円錐形状斜面部下端に上向きの突起があると、液相の旋回流（液相渦）は上向きの突起の周りを旋回しようとするため、液相渦は円錐形状斜面部の中心に保持される。
そのため、気相渦も液相渦の動きに伴い円錐形状中心部に、より一層安定的に保持される。
【００３１】
また、二相流の流入速度が速く気相渦の下端が上向きの突起まで到達する場合もある。この場合には気相渦が上向きの突起の周りを旋回しようとするため、気相渦は円錐形状中心部に、より一層安定的に保持される。
即ち、上記構成にすることにより、後段で詳述する円錐形状斜面部の作用効果と上向きの突起の作用効果の両方の作用効果により、液相渦、気相渦は円錐形状中心部に、より一層安定的に保持される。
【００３２】
次に、図３に於いて、円筒容器の斜面部先端を封止するろう材を斜面部最下端内側に隆起させて、上向きの突起を形成させた気液分離装置の実施例を説明する。
本発明の上向きの突起１１は従来の如く気液分離装置１の製作段階で特別な別部品を使用して作るものでなく構成上必要な部材を使用して構成されるものである。従って、従来の気液分離装置の容器底面に別部品を使用して設けた突起に比べ、構成部品も工程も少なくて済み、量産に向いた構造である。例えば、スピニング加工やヘラ絞り加工によって製作する気液分離装置に於いて、工程の一部であるろう付け時に、ろう材を斜面部最下端内側に隆起するように充填するものである。
上記のろう付けによる突起形成を詳説すれば下記の通りである。即ち、斜面部１０をスピニング加工、ヘラ絞り加工で形成すると、絞り加工の最終段階で斜面部１０の先端部に穴ができる。通常、この穴はろう付けで塞ぐ。本発明の突起１１はそのろう付けで使用するろう材１１ａで、上向きの突起１１を形成するもので、ろう付けする時、傾斜部１０の端部を上面にして、穴を塞ぐようにろう材１１ａを注ぎ、ろう材１１ａを自重で垂下させて上向きの突起１１を形成するものである。
以上の如く、突起をろう材を使用して構成することにより、先に記した突起の作用効果が得られることは勿論である。
【００３３】
以上の実施の形態１をまとめて、本発明を備えた二相流入口管７より気液分離室３内に入る旋回流の動きと、上記した円錐形状の斜面部１０、上向きの突起の旋回流との係り、更には、これらのものによる気液分離性能向上との係りについて説明する。
即ち、円筒容器２の気液分離室３内を二相流が旋回すると、遠心力の作用により、密度の高い液相成分は円筒内外周部に沿って旋回し、密度の小さな気相成分は旋回する液相成分の内側、即ち円筒内中心部付近を旋回する。この時、遠心力の作用により液相と気相の境界面である液相渦の液面は、実線液面５（図１に図示）のように、円筒容器の円筒部の中心を軸とした回転放物体状になる。即ち、液面の旋回中心部は液溜めの中まで入り込み、中心がくぼむ。
【００３４】
円筒下部が円錐形状の斜面になっていると、円錐形状の斜面部１０に沿って旋回半径が小さくなるので、遠心力が増す。その為、遠心力が増す分、液相渦は、破線液面５ａ（図１に図示）のように、より一層下方に向けて発達すると共に、円錐形状の中心下部に、より一層安定的に保持される。
一方、気相渦も液相渦の動きに伴い円錐形状の中心下部に誘導されるので、気相渦の下端は円錐形状中心部に安定的に保持される。
更に、先に記したように、円錐形状斜面部１０下端に上向きの突起１１があると、液相渦は突起の周りを旋回しようとするため、液相渦の中心は突起１１の中心、即ち、円錐形状斜面部１０の中心に保持される。そのため、気相渦も液相渦の動きに伴い円錐形状中心部に、より一層安定的に保持される。
【００３５】
上述した円錐形状斜面部の作用効果と上向きの突起の作用効果との両方により、気相渦のふらつきは抑制され、気相が液相に混ざって液相出口管より流出するのを防止できる。従って、気液分離性能を大幅に向上させた気液分離装置が得られるものである。
【００３６】
一方、機器の運転条件により、気液分離装置内に流入する二相流の速度、圧力および気相液相の割合等が変動する場合がある。この時、本発明の形状でない場合、気相渦の下端旋回中心位置は円錐形状の中心部から外れふらつくことがあるが、本発明に於いては気相渦の下端旋回中心を円錐形状中心部付近に保持し、液相出口管６との距離を常に一定値以上確保しているので、気相渦のふらつきは抑えられ、気相が液相出口管６から流出することを抑えることができる。
【００３７】
以下に、図６、図７、図７−１を用いて、縷々説明してきた本発明の効果を従来例と比較しながら説明する。
まず、気液分離性能として、液相出口側気相混入割合と気相出口側液相混入割合を、以下のように定義する。
即ち、入口管から流入する二相流のうち、液相全流量をＷＬ、気相全流量をＷｇとし、
液相出口管から吐出する二相流のうち、液相流量をＷＬ（液相出口管）、気相流量をＷｇ（液相出口管）とし、
気相出口管から吐出する二相流のうち、液相流量をＷＬ（気相出口管）、気相流量をＷｇ（気相出口管）とし、
液相出口側気相混入割合を、Ｗｇ（液相出口管）／Ｗｇと定義し、
気相出口側液相混入割合を、ＷＬ（気相出口管）／ＷＬと定義する。
本定義によれば、液相出口側気相混入割合および気相出口側液相混入割合は、いずれも値が小さいほど、気液分離性能が良い。
また、気液分離装置の理想的機能としては、液相出口側気相混入割合は０が望ましいが、実用上、多くの場合、液相出口側気相混入割合は０．０３程度まで許容される。
【００３８】
図６は、円筒容器下部形状を変えた場合の、液相出口側気相混入割合を比較検証した結果を示す図である。なお、この時の試験条件は次の通りである。
１．流入する二相流流量を一定とする。
２．流入する気相と液相の割合を一定とする。
３．気相出口側液相混入割合を一定とする。
この試験結果からも明らかな如く、液相出口側気相混入割合が目標の０．０３以下を達成しているものは、「Ｃ  本発明円錐形状」と「Ｄ  本発明円錐形状＋突起形状低」と「Ｅ  本発明円錐形状＋突起形状高」であり、従来形状の「Ａ  従来円錐形状（液相出口管が円筒容器の円筒部と同心である）」、「Ｂ  鏡板形状」は本発明で目標とする０．０３を達成できない。
これは、「Ｃ  本発明円錐形状」と「Ｄ  本発明円錐形状＋突起形状低」と「Ｅ  本発明円錐形状＋突起形状高」は、斜面部を有し、更に、液相出口管６の取付け位置をＬ１／Ｌ０＝０、即ち、Ｌ１／Ｌ０＜０．６として、気相渦のふらつきを抑え込み、ふらつきが液相出口管６に届かないようにした為である。
また、「Ｃ  本発明円錐形状」より「Ｄ  本発明円錐形状＋突起形状低」と「Ｅ  本発明円錐形状＋突起形状高」の方が良い結果となるのは、上向きの突起が、気相渦のふらつきを、より一層抑え込み、液相出口管より気相が流出するのを防止している為である。
【００３９】
次に図７は、本発明を備えた気液分離装置（図１または、図６の「Ｃ  本発明円錐形状」）と従来構造の気液分離装置（図１７または、図６の「Ａ  従来円錐形状（液相出口管が円筒容器の円筒部と同心である）」）に於ける、液相出口側気相混入割合と気相出口側液相混入割合の関係を示し、横軸を液相出口側気相混入割合に、縦軸を気相出口側液相混入割合としたグラフである。なお、この時の試験条件は次の通りである。
１．流入する二相流流量を一定とする。
２．流入する気相と液相の割合を一定とする。
図７からわかるように、従来構造（図１７または、図６の「Ａ  従来円錐形状（液相出口管が円筒容器の円筒部と同心である）」）では、液相出口側気相混入割合を小さくしようとする（即ち、液相出口側の気液分離性能を向上させようとする）と、気相出口側液相混入割合が増加して気相側の気液分離性能が悪くなってしまうが、本発明を備えた気液分離装置（図１または、図６の「Ｃ  本発明円錐形状」）では、液相出口側気相混入割合を小さくして液相側の気液分離性能を向上させても、気相出口側液相混入割合が小さいまま維持でき、気相側の気液分離性能を良く維持できている。
即ち、本発明を備えた気液分離装置（図６の「Ｃ  本発明円錐形状」）であると気相出口側液相混入割合を小さく維持しつつ液相出口側気相混入割合を大幅に小さく改善できることが検証された。
【００４０】
次に、先に記した、「Ｃ  本発明円錐形状」と「Ｄ  本発明円錐形状＋突起形状低」と「Ｅ  本発明円錐形状＋突起形状高」即ち、上向きの突起１１の高さと液相出口側気相混入割合の関係を、図３、図７−１で説明する。
まず、図３に於いて、上向きの突起１１の高さを、下記のように定義する。即ち、円筒容器の円筒部の中心軸を含む断面に於いて、円筒部内壁２ｂと接続曲面内壁１３ａとの稜線をＸとし、Ｘを含む円筒容器中心軸に垂直な平面と円筒容器の円筒部下端の斜面部内側最下点ｈｉｎとの距離をｈ１、上向きの突起の頂点を含む円筒容器中心軸に垂直な平面と円筒容器の円筒部下端の斜面部内側最下点ｈｉｎとの距離をｈ０とする。この時、図７−１のように、ｈ０／ｈ１を横軸に、液相出口側気相混入割合を縦軸にとると、ｈ０／ｈ１＞０．０６とすることにより、液相出口管から気相が流出するのをより一層抑え込むことができる。上向きの突起がなくても、実用上許容される液相出口側気相混入割合０．０３は確保できるが、ｈ０／ｈ１＞０．０６とすることにより、液相出口管から気相が流出するのをより一層抑え込むことができる。
なお、ｈ０／ｈ１は、０．０７超、０．０８超、０．０９超、０．１超等であってもよい。また、ｈ０／ｈ１は、１未満、０．８未満、０．６未満、０．５未満、０．４未満、０．３５未満等であってもよい。０．３５＞ｈ０／ｈ１の場合、突起なしに比べ液相出口側気相混入割合を約１／２に抑え込むことができる。
【００４１】
例えば、ｈ０／ｈ１＞０．０６を満たすように、斜面部の高さ寸法ｈ１を１４．５ｍｍ、上向きの突起高さ寸法ｈ０を０．８８ｍｍ（即ち、ｈ０／ｈ１＞０．０６）あるいは、５ｍｍ（即ち、ｈ０／ｈ１＜０．３５）とした気液分離装置であると、先に記した上向きの突起の効果が得られる。
換言すると、先に記したように、この上向きの突起（例えば、０．８８ｍｍあるいは、５ｍｍ）があることにより、液相渦は上向きの突起の周りを旋回する。これにより気相渦も液相渦にならって円錐形状中心部に安定的に保持される。従って、気相渦が、ふらつかず、液相出口管入口６ａに近づかず、液相と一緒に流出しないので、気液分離性能を低下させることがなくなる。
【実施の形態２】
【００４２】
次に、図４、図５、図５−１、図８、図１０ａ、図１０ｂ、図１１、図１１−１で、本発明の第２の実施の形態を説明する。第２の実施の形態は、液相出口管６を円筒部下部の円錐形状斜面部１０に設けた構造である。
図４は図１−１で液相出口管６を円筒部下部の円錐形状斜面部１０に設け、円錐形状の中心軸が円筒部２ａの中心軸と同心である場合の断面図であり、図５は図４の要部拡大説明図であり、図５−１は液相出口管６を斜面部１０に略直角に取付けた断面図であり、図８は液相出口管６の位置と液相出口側気相混入割合の関係を示す図であり、図１０ａは本発明を備えた液相出口管部の液相と気相の動きを示した写真であり、図１０ｂは本発明を備えていない液相出口管部の液相と気相の動きを示した写真であり、図１１は円錐形状の中心軸が円筒部２ａの中心軸と同心でなく、且つ、平行でない場合の断面図であり、図１１−１は液相出口管６を斜面部１０に略直角に取付けた断面図である。なお、図３と同様に、液面は省略してある。
まず、図４、図５に於いて、液相出口管６を接続曲面１３を外した斜面部１０に設け、且つ、円筒容器２の円筒部２ａの中心軸と円錐形状の中心軸とが同心である場合、即ち、円筒部の略中心軸に斜面部１０の外側最下点ｈを有する場合の実施例を説明する。円筒容器２の円筒部２ａの中心軸を含む断面に於いて、液相出口管６を接続曲面内壁１３ａを外した斜面部１０に円筒部２ａの中心軸に略平行に設けると共に、先の稜線Ｘと円錐形状の中心軸即ち円筒部１２の中心軸との距離をＬ０、先の稜線Ｘと液相出口管６の中心軸との距離をＬ１としたとき、Ｌ１／Ｌ０＜０．６と管理し、液相出口管６の位置を気相渦の中心からずらすことにより、気相出口側液相混入割合を０．０２以下と小さく維持しつつ、図８のように、液相出口側気相混入割合を小さくすることができる。
なお、上記では、円筒部の中心軸と円錐形状の中心軸とが同心であるとしたが、円錐形状の斜面部外側最下点ｈが円筒部の略中心軸にあれば同様の効果が得られる。また、円錐形状の斜面部の作用効果は、実施の形態１と同様である。
また、図５では、液相出口管６を円筒部の中心軸に略平行に設けているが、液相出口管６は、斜面部にあって、且つ、Ｌ１／Ｌ０＜０．６であればよく、円筒部の中心軸に略平行でなくても良い。即ち、斜面部内側１０ｂと液相出口管６の中心軸とのなす角度θが任意の角度であっても図５と同様な効果が得られる。ここで、液相出口管６が円筒部の中心軸に略平行でない場合、Ｌ１は、稜線Ｘと液相出口管６の中心軸と該斜面部内側１０ｂとの交点を含む円筒部の中心軸に平行な線分との距離である。
図５−１は、液相出口管６を斜面部１０に略直角に設けた場合であるが、図５と同様な効果が得られる。
図８は、図５と同一構造で、且つ、上向きの突起のない場合に、Ｌ１／Ｌ０を変化させたときの、液相出口側気相混入割合の変化を示した図である。図８の試験条件は次の通りである。
１．流入する気相と液相の割合を一定とする。
２．気相側液相混入割合を一定とする。
本発明に於いて、液相出口側気相混入割合は０．０３以下を目標値として設定しているが、図８から明らかなように、Ｌ１／Ｌ０＜０．６と設定することにより、液相出口側気相混入割合を０．０３以下にできる。
また、Ｌ１／Ｌ０＜０．６であれば、液相出口管が、横取り出し（図３）でも、下取り出し（図５）でも、気相出口側液相混入割合を小さく維持しつつ、液相出口側気相混入割合を小さくすることができることを確認した。
上述のように、Ｌ１／Ｌ０＜０．６とすることにより、従来の気液分離装置単体の性能を大幅に向上させることができることは勿論、小形軽量化が図れるので、製品等への組み込み性も向上する。
【００４３】
図１０ａは、図５の構造の気液分離装置に於いて、本発明を備えた場合（Ｌ１／Ｌ０≒０．３、即ち、Ｌ１／Ｌ０＜０．６）の、液溜め４付近の流れの状態を写真で示したもので、気相渦下端は円錐形状中心部付近に保持され、液相出口管６からは、液相のみが流出していることが確認できる。
図１０ｂは、図５の構造の気液分離装置に於いて、本発明を備えていない場合（Ｌ１／Ｌ０≒０．７、即ち、Ｌ１／Ｌ０≧０．６）の液溜め４付近の流れの状態を写真で示したもので、気相渦下端が液相出口管６に近づいており、液相に混じり、気相が液相出口管６から流出していることが確認できる。
【００４４】
次に図１１で、円錐形状の中心軸が円筒部の中心軸と同心でなく、且つ、平行でない場合であって、更に図５のように、液相出口管６を、接続曲面１３を外した斜面部１０に、円筒部の中心軸と平行に設けた場合の実施例を説明する。
本実施例は、円筒容器２の径が小さくなった時でも、図５で示したＬ１／Ｌ０＜０．６の値を容易に得る手段であると共に、液相出口側気相混入割合を、より一層小さくできる手段である。
以下、図１１で本発明を詳説する。即ち、図５に於いて円筒容器２の径が小さくなると、当然Ｌ１／Ｌ０＜０．６を得ることが難しくなる。この時、例えば、偏心絞り加工あるいはプレス、鍛造等を用いて、図１１の如く、斜面部１０外側最下点ｈを液相出口管６から離れる方向にＬ２移動すれば、図から明らかなように、円筒容器２の径が小さくＬ０寸法が小さくても、Ｌ１／Ｌ０＜０．６が容易になる。即ち、図１１に於いて、Ｌ１／Ｌ０＜０．６と同様に定義すれば、先の稜線Ｘと円筒部２ａの中心軸との距離をＬ０、先の稜線Ｘと液相出口管６の中心軸との距離の短い側をＬ１、円錐形状斜面部外側最下点ｈを含む円筒部の中心軸に平行な線分と円筒部２ａの中心軸との距離をＬ２とし、Ｌ１／（Ｌ０  ＋Ｌ２  ）＜０．６と定義することができ、Ｌ１／Ｌ０＜０．６と同様に、液相出口管６の位置を気相渦の中心から、より一層離すことができ、液相出口側気相混入割合を、より一層小さくでき、液相出口管への気相の流出を抑えることが出来る。
なお、円筒容器２の径が必ずしも小さくなくても、Ｌ１／（Ｌ０  ＋Ｌ２  ）＜０．６であれば、上記の効果が得られることは明らかである。Ｌ１／（Ｌ０  ＋Ｌ２  ）は、０以上０．６未満であればよく、例えば、０．５５未満、０．５未満、０．４５未満、０．４未満等であってもよい。
また、上記説明に於いて、Ｌ２は、例えば、Ｌ０の１／５〜１／２、Ｌ０の１／４〜１／２であるが、実用上、Ｌ０の１／３〜１／２となることが好ましい。
なお、上記では、円錐形状の中心軸が円筒部の中心軸と同心でなく、且つ、平行でない場合であるが、当然、円錐形状の中心軸は、円筒部の中心軸と平行であってもよい。
また、図１１は、液相出口管６が円筒部の中心軸に略平行な場合の実施例であるが、図１１−１のように、液相出口管６を斜面部１０に略直角に設けてもよい。更に、液相出口管６は、斜面部にあって、且つ、Ｌ１／（Ｌ０  ＋Ｌ２  ）＜０．６であればよく、円筒部の中心軸に略平行でなくても良い。即ち、斜面部内側１０ｂと液相出口管６の中心軸とのなす角度θが任意の角度であっても図１１と同様な効果が得られる。
図１１、図１１−１の実施形態は、円筒部の中心軸と円錐形状の中心軸とが同心でないこと以外は、前述（図５、図５−１）の円筒部の中心軸と円錐形状の中心軸とが同心である場合と同じ構造であり、作用効果も円筒部の中心軸と円錐形状の中心軸とが同心である場合と同様である。
【実施の形態３】
【００４５】
次に実施の形態１（図１−１、図３）とは異なる形成方法で作られる突起形状を、図１２を用いて説明する。
本実施例は、上向き突起を、円筒容器と一体に形成した気液分離装置であり、例えば、鍛造またはプレス加工で斜面部１０を形成する時に、上向きの突起１１を同時に一体で形成するものである。本実施例によれば、実施の形態１（図３）のようにろう付けをする必要がないので構成部品も加工工数も少なくてすみ、また、寸法精度もよいので、量産性に優れたものとなる。
上記構成は、加工方法が異なるのみで液溜め４側の形状および作用効果は実施の形態１（図３）と同じであり、図３と同様の斜面部１０と上向きの突起１１を設けることができるので、実施の形態１と同等の効果が得られるものである。
なお、突起形状は、図３、図６のＤ、Ｅ、図１２の他に、山形の突起形状でも、銛状の突起形状でもよい。
【実施の形態４】
【００４６】
図１３は、上記した気液分離装置を冷凍サイクルに使用した場合の冷凍サイクル構成図である。図１３に示した冷凍サイクル構成図には本実施形態を説明するために必要な基本的構成要素を示している。即ち、圧縮機１８は第一のシリンダ１９のみを有し、圧縮機で吸い込んだ低温低圧の気相冷媒は第一のシリンダ１９で圧縮され高温高圧気相冷媒となり冷媒吐出管２０を経て、凝縮器２１で凝縮器用送風機２２で送られる空気に放熱し、高圧液冷媒となる。その液冷媒は第一の減圧器２３で減圧され二相流となり、二相流入口管７から気液分離装置１に流入し、液相冷媒は液相出口管６から蒸発器２４に入り蒸発器用送風機２５で送られる空気から熱を奪い低温低圧の気相冷媒となり、圧縮機１８に吸い込まれる。一方、気液分離装置で分離された気相冷媒は気相出口管９から蒸発器バイパス管２６を経て圧縮機１８に吸い込まれる。
【００４７】
気液分離装置１を用いない場合には、減圧器２３で減圧された二相流の気相冷媒も蒸発器に流入するため、蒸発器用送風機２５で送られる空気温度が低い場合には蒸発圧力が低下し、気相冷媒の密度は小さくなり体積流量が大きくなるため、蒸発器２４での圧力損失が大きく蒸発器２４の出口圧力、即ち、圧縮機吸込み圧力が低下するため、圧縮動力が増大し、高効率な運転ができなくなる。
それに対して、本実施例で示したように気液分離装置１を設け、分離された気相冷媒を気相出口管９から蒸発器バイパス管２６を経て圧縮機１８に吸い込ませることにより、冷却に寄与が極めて少ない気相冷媒は蒸発器２４に流入しないため蒸発器２４での圧力損失を抑えることができ、圧縮動力が節減でき、高効率な運転を可能にできる。
【実施の形態５】
【００４８】
図１４は気液分離装置を冷凍サイクルに使用した場合の図１３とは異なる冷凍サイクル構成図である。図１４はセパレート型エアコンの例であり、室外ユニット２７と室内ユニット２８より構成され、冷房運転時のサイクルを示している。圧縮機１８で圧縮された高温高圧気相冷媒には冷凍機油が混入しており、圧縮機から吐出された気相冷媒に混入する冷凍機油量が多くなると、冷凍サイクル冷媒流路の圧力損失が増加し、また蒸発熱伝達率および凝縮熱伝達率が低下し、冷凍サイクル効率の低下の原因になる。更に、圧縮機起動時には圧縮機内に封入されている冷凍機油がフォーミングし、大量の冷凍機油が気相冷媒に混入し圧縮機から吐出され、冷凍サイクルに流出する。特にセパレート型エアコンの場合には、室内ユニットと室外ユニットを接続する接続配管が設けられており、この接続配管３４が長い場合には、冷凍サイクルに流出した冷凍機油は長時間圧縮機に戻らず、運転条件によっては圧縮機内の冷凍機油が不足し、圧縮機の信頼性に支障をきたす問題があった。
【００４９】
そこで、図１４は上記課題を解決するために、圧縮機１８の冷媒吐出管にコンパクトな気液分離装置１を設け、冷凍サイクル効率の向上および圧縮機の信頼性確保を図るものである。即ち、圧縮機１８で吸い込んだ低温低圧の気相冷媒は圧縮機１８で圧縮され高温高圧気相冷媒となり圧縮機吐出管を経て、気液分離装置１の二相流入口管７から気液分離装置に流入する。圧縮機１８で圧縮された高温高圧気相冷媒には冷凍機油が混入しており、気液分離装置１内で冷凍機油は液相として、気相冷媒は気相として分離され、それぞれ液相出口管６および気相出口管９から取り出される。液相出口管６を出た冷凍機油は液レシーバ３０、流量調整絞り３１をへて、圧縮機吸込み管３２に吸い込まれ、冷凍機油は圧縮機に戻る。流量調整絞り３１を設けている理由は、通常の運転条件では圧縮機１８から吐出される高温高圧気相冷媒に混入している冷凍機油は気相冷媒に比べて少ないため、気液分離装置１で分離した冷凍機油を流量調整絞り３１で徐々に圧縮機１８に冷凍機油を戻すためである。また、液レシーバ３０を設けている理由は、圧縮機起動時に圧縮機内に封入されている冷凍機油がフォーミングし、大量の冷凍機油が気相冷媒に混入し圧縮機から吐出されるが、これは一時的な現象であるため、気液分離装置１で分離した冷凍機油を一時的に溜め込み、流量調整絞り３１で徐々に圧縮機１８に冷凍機油を戻すためである。
【００５０】
一方、気液分離装置１内で分離された気相冷媒は気相出口管９から四方弁３３を経て、凝縮器２１で凝縮器用送風機２２から送られる空気に放熱し、高圧液冷媒となる。その液冷媒は第一の減圧器２３で減圧され低温低圧の二相流となり、蒸発器２４に入り蒸発器用送風機２５で送られる空気から熱を奪い低温低圧の気相冷媒となり、圧縮機１８に吸い込まれる。したがって、気液分離装置１内で冷凍機油は液相として分離され、液相出口管６から液レシーバ３０、流量調整絞り３１を経て、圧縮機吸込み管３２に吸い込まれ、冷凍機油は圧縮機に戻るため、冷凍機油が冷凍サイクルに流出するのを防止でき、高効率な冷凍サイクル運転が可能になり、また、起動時にも冷凍機油が冷凍サイクルに流出するのを防止でき、信頼性の高い運転が可能になる。
【実施の形態６】
【００５１】
図１５は気液分離装置を気液二相流を扱う機械装置に適用した一例を示す系統図である。
具体的には、図１５は空気清浄装置であり、空気中に混入している臭い成分、微粒子成分等の汚れ成分を除去し、清浄な空気を得るものである。臭い成分、微粒子成分を含んだ汚れ空気３５は送風機３６で汚れ吸着室３７に送られる。一方、ポンプ３８から吸着水３９がノズル４０に送られ、ノズル４０から汚れ吸着室３７内に微細水滴４１を噴霧する。微細水滴４１は汚れ吸着室３７に送られた汚れ空気の臭い成分、微粒子成分を吸着し、下方に落下しドレン管４２から取り出される。一方、清浄化された空気は空気取り出し部４３から取り出されるが、その空気中には多数の微細水滴４１が含まれている。そこで、多数の微細水滴を含む清浄化された空気を気液分離装置１の二相流入口管７から気液分離装置１内に導入して、微細水滴４１を分離し、その微細水滴は液相出口管６より取り出す。一方、微細水滴を除いた清浄化された空気は気相出口管９より取り出される。従って、本発明の気液分離装置を用いることにより、気相成分を効率的に取り出すことができる。
【００５２】
以上に述べた実施の形態４及び実施の形態５の気液分離装置は、冷媒ＨＦＣ−３２と冷凍機油を用いた実験による知見に基づき考案されたものであるが、その基本的考え方は他のＨＦＣ系冷媒、ＨＦＯ系冷媒、自然冷媒にも適用可能である。また、実施の形態６の気液分離装置は、空気―水の二相流の事例であるが、一般的な気相と液相からなる二相流にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
空気調和機等の冷凍装置やガスインジェクションを備えた冷凍装置や蒸気サイクル装置や気液二相流を扱う機械装置に、本発明の気液分離装置を組み込むことにより、効率が良く、信頼性を向上させた、低価格の冷凍装置や蒸気サイクル装置や気液二相流を扱う機械装置が得られるものである。
なお、二相流を扱う機械装置には、実施の形態６の空気浄化装置の他に、燃料電池のように排気（窒素等）に混入している水を分離する装置、超臨界水による廃プラスチック油化装置のように生成ガスと油や水を分離する装置、超臨界水によるバイオガス生産装置のように生成ガス（メタン等）と水を分離する装置、電気化学によるオゾン水発生装置のようにカソードで生成する水素と水を分離する装置等が含まれる。
【符号の説明】
【００５４】
１  気液分離装置  
２  円筒容器  ２ａ 円筒部  ２ｂ 円筒部内壁  
３  気液分離室
４  液溜め  
５  実線液面    ５ａ破線液面
６  液相出口管  ６ａ入口
７  二相流入口管
８  気相渦先端
９  気相出口管
１０  斜面部    １０ｂ 斜面部内側
１１  上向きの突起      １１ａろう材
１２  円筒部下端
１３  接続曲面    １３ａ接続曲面内壁
１８  圧縮機
１９  第一のシリンダ
２０  冷媒吐出管
２１  凝縮器
２２  凝縮器用送風機
２３  第一の減圧器
２４  蒸発器
２５  蒸発器用送風機
２６  蒸発器バイパス管
２７  室外ユニット
２８  室内ユニット
２９  冷媒吐出管
３０  液レシーバー
３１  流量調整絞り
３３  四方弁
３４  接続配管
３５  汚れ空気
３６  送風機
３７  汚れ吸着室
３８  ポンプ
３９  吸着水
４０  ノズル
４１  微細水滴
４２  ドレン管
４３  空気取り出し部
５１  気液分離装置    ５１ａ内周壁
５２  容器        ５２ａ底壁
５３  二相流の入口
５４  気相出口管
５５  液相出口管      ５５ａ入口
５６  液面
５７  突起
【図１】
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【図１−１】
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【図２】
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【図３】
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【図３−１】
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【図４】
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【図５】
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【図５−１】
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【図６】
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【図７】
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【図７−１】
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【図８】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１】
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【図１１−１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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