(57)【要約】【課題】製造が容易で、大口径化することなく、コンパクトでシンプルな構造で低コスト化が図れ、気液分離効率を高めることができる気液分離器を提供する。【解決手段】気液二相冷媒が流入する冷媒流入配管１１の内壁１１ａ側に螺旋形状の冷媒ガイド板１２を形成し、冷媒流入配管１１に流入した気液二相冷媒を冷媒流入配管１１の内壁１１ａ側に形成した螺旋形状の冷媒ガイド板１２に沿わせて通流させることで気液二相冷媒の流れに旋回流を発生させ、この旋回流で生じる遠心力分離作用によって気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する気液分離器において、
前記気液二相冷媒が流入する冷媒流入配管の内壁側に螺旋形状の冷媒ガイド板を形成し、
前記冷媒流入配管に流入した前記気液二相冷媒を前記冷媒流入配管の内壁側に形成した前記螺旋形状の冷媒ガイド板に沿わせて通流させることで前記気液二相冷媒の流れに旋回流を発生させ、この旋回流で生じる遠心力分離作用によって前記気液二相冷媒を前記気相冷媒と前記液相冷媒とに分離させることを特徴とする気液分離器。
【請求項２】
前記螺旋形状の冷媒ガイド板は、細長い薄板状の金属を前記冷媒流入配管の内径に合わせて螺旋形状に巻いてコイルを形成し、該コイルを前記冷媒流入配管内に通して内設させたことを特徴とする請求項１に記載の気液分離器。
【請求項３】
前記螺旋形状の冷媒ガイド板を内設した前記冷媒流入配管の一端は下方に向かって開口し、
前記気液二相冷媒から分離した前記気相冷媒を流出させるための気相冷媒流出管と、前記液相冷媒を流出させるための液相冷媒流出管と、が設けられた配管端部を前記冷媒流入配管の開口に接続していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の気液分離器。
【請求項４】
前記液相冷媒流出管は前記配管端部の胴部に接続されて開口し、
前記気相冷媒流出管は前記冷媒流入配管より小さな外径を有し、前記冷媒流入配管内における前記冷媒流入配管との中心軸が略一致するように前記配管端部底面を貫通して前記液相冷媒流出管より上部に気相冷媒流出口を設けたことを特徴とする請求項３に記載の気液分離器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクル装置などで使用される気液二相冷媒（気液混合冷媒）を気相冷媒（気体冷媒）と液相冷媒（液体冷媒）とに分離する気液分離器に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動販売機や冷凍／冷蔵ショーケース、飲料ディスペンサなどに設けられる断熱筐体の内部雰囲気を冷却するための冷凍サイクル装置は、圧縮機、放熱器、蒸発器、エジェクタおよび気液分離器などを備えて構成されている。
【０００３】
圧縮機は、供給された冷媒を圧縮するものである。放熱器は、圧縮機で圧縮された高圧冷媒を放熱させるものである。蒸発器は、商品収容庫などの断熱筐体の内部に配設されており、供給された冷媒を蒸発させるものである。
【０００４】
エジェクタは、放熱器から供給された高圧の冷媒（高圧冷媒）を減圧させることによるエネルギーを利用して、蒸発器で蒸発した低圧の冷媒（低圧冷媒）を吸引し、吸引した低圧冷媒を高圧冷媒と混合させ、低圧冷媒を昇圧させた後に吐出するものである。気液分離器は、エジェクタから供給された気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離し、気相冷媒を圧縮機に送出する一方、液相冷媒を蒸発器に送出するものである。
【０００５】
そして、圧縮機、放熱器、エジェクタおよび気液分離器が冷媒管路で順次環状に接続され、エジェクタの低圧冷媒の吸入口と気液分離器の液相冷媒の送出口との間に蒸発器が設けられることにより、冷媒循環回路が構成され、この冷媒循環回路に冷媒を循環させるようにしている。これにより、蒸発器の周辺領域は、冷媒が蒸発することで熱を吸収することにより冷却され、断熱筐体の内部雰囲気が冷却される（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
このような構成の冷凍サイクル装置に備えられている気液分離器で、気液二相冷媒の中の液滴を凝縮させて気相冷媒と液相冷媒に分離する方式には、主に、重力分離方式、表面張力分離方式、遠心分離方式と３つの方式がある。
【０００７】
例えば、重力分離方式と表面張力分離方式とを組み合わせた気液分離器では、気液二相冷媒が流入する冷媒流入配管に管の向きが途中で曲げられている流入配管曲がり部を設け、また、冷媒流入配管の途中に冷媒流入配管の内径よりも小さな外径を持つ気相冷媒流出管を流入配管曲がり部の管壁を貫通して接続して設けて冷媒流入配管と気相冷媒流出管の中心軸を略一致させ、さらに、冷媒流入配管内側にある気相冷媒流出管の端部である気相冷媒流入口を流入配管曲がり部から所定の距離位置となるように気相冷媒流出管を配設し、そして、気液分離後に液相冷媒が流出する液相冷媒流出管を冷媒流入配管と同一の管で構成するようにしている。
【０００８】
このように気液分離器を構成することにより、気相冷媒流出管の端部付近において気液二相冷媒が環状流になっている場合、冷媒流入配管と気相冷媒流出管の中心軸は略一致しているため、気液二相冷媒の中から気相冷媒を分離して取り出すことができる。一方、気相冷媒流出管の端部付近において気液二相冷媒が環状流になっていない場合でも、流れ方向に進む慣性力が大きな液相冷媒は液相冷媒流出管方向に流れていき、気相冷媒は気相冷媒流出管を通過するため、気相冷媒を分離して取り出すことができるようになる（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
また、遠心分離方式による気液分離器は、内部に螺旋状流路が形成された本体部と、螺旋状流路の一端側に連通するように設けられた冷媒流入配管と、螺旋状流路の他端側で且つ螺旋状流路の軸線方向から見て螺旋状流路の外周側部分に連通するように設けられ、螺旋状流路内で分離された液相冷媒を流出させる液相冷媒流出管と、螺旋状流路の他端側で且つ軸線方向から見て螺旋状流路の内周側部分に連通するように設けられ、螺旋状流路内で分離された気相冷媒を流出させる気相冷媒流出管と、を備えている。
【００１０】
そして、気液分離器の本体部内に冷媒流入配管から流入した気液二相冷媒は、螺旋状流路によって旋回成分が与えられ、その遠心力によって液相冷媒と気相冷媒とに分離される。すなわち、比重の大きい液相冷媒は、より大きな遠心力を受けるため、螺旋状流路の外周側に集まる一方、比重の小さい気相冷媒はそれ以外の部分、つまり螺旋状流路の内周側に集まることになる（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−５７９４１号公報
【特許文献２】特開２０１１−２４７４７３号公報
【特許文献３】特開２００８−５１３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒に分離する気液分離器の気液分離効率を高めるためには、遠心分離方式による気液分離器は、大型化、大口径化が求められるが、コスト増加および大型化、大口径化に伴う配置スペースに制約が生じることとなる。
【００１３】
また、表面張力分離方式による気液分離器は、小型化に適する反面、構造が複雑となり、コスト増加および圧力損失が増加するという課題がある。
【００１４】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、製造が容易で、大口径化することなく、コンパクトでシンプルな構造で低コスト化が図れ、気液分離効率を高めることができる気液分離器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る気液分離器は、気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する気液分離器において、
前記気液二相冷媒が流入する冷媒流入配管の内壁側に螺旋形状の冷媒ガイド板を形成し、
前記冷媒流入配管に流入した前記気液二相冷媒を前記冷媒流入配管の内壁側に形成した前記螺旋形状の冷媒ガイド板に沿わせて通流させることで前記気液二相冷媒の流れに旋回流を発生させ、この旋回流で生じる遠心力分離作用によって前記気液二相冷媒を前記気相冷媒と前記液相冷媒とに分離させることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項２に係る気液分離器は、上述した請求項１において、前記螺旋形状の冷媒ガイド板は、細長い薄板状の金属を前記冷媒流入配管の内径に合わせて螺旋形状に巻いてコイルを形成し、該コイルを前記冷媒流入配管内に通して内設させたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項３に係る気液分離器は、上述した請求項１または請求項２において、前記螺旋形状の冷媒ガイド板を内設した前記冷媒流入配管の一端は下方に向かって開口し、
前記気液二相冷媒から分離した前記気相冷媒を流出させるための気相冷媒流出管と、前記液相冷媒を流出させるための液相冷媒流出管と、が設けられた配管端部を前記冷媒流入配管の開口に接続していることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項４に係る気液分離器は、上述した請求項３において、前記液相冷媒流出管は前記配管端部の胴部に接続されて開口し、
前記気相冷媒流出管は前記冷媒流入配管より小さな外径を有し、前記冷媒流入配管内における前記冷媒流入配管との中心軸が略一致するように前記配管端部底面を貫通して前記液相冷媒流出管より上部に気相冷媒流出口を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明によれば、気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する気液分離器において、前記気液二相冷媒が流入する冷媒流入配管の内壁側に螺旋形状の冷媒ガイド板を形成し、前記冷媒流入配管に流入した前記気液二相冷媒を前記冷媒流入配管の内壁側に形成した前記螺旋形状の冷媒ガイド板に沿わせて通流させることで前記気液二相冷媒の流れに旋回流を発生させ、この旋回流で生じる遠心力分離作用によって前記気液二相冷媒を前記気相冷媒と前記液相冷媒とに分離させることにより、製造が容易で、大口径化することなく、コンパクトでシンプルな構造で低コスト化が図れ、気液分離効率を高めることができる気液分離器を提供することが可能となる。
【００２０】
また、請求項２の発明によれば、前記螺旋形状の冷媒ガイド板は、細長い薄板状の金属を前記冷媒流入配管の内径に合わせて螺旋形状に巻いてコイルを形成し、該コイルを前記冷媒流入配管内に通して内設させたことにより、製造が容易でコンパクトでシンプルな構造で低コスト化を図ることができる気液分離器を提供することが可能となる。
【００２１】
また、請求項３の発明によれば、前記螺旋形状の冷媒ガイド板を内設した前記冷媒流入配管の一端は下方に向かって開口し、前記気液二相冷媒から分離した前記気相冷媒を流出させるための気相冷媒流出管と、前記液相冷媒を流出させるための液相冷媒流出管と、が設けられた配管端部を前記冷媒流入配管の開口に接続していることにより、コンパクトでシンプルな構造で気液分離効率を高めることができる気液分離器を提供することが可能となる。
【００２２】
また、請求項４の発明によれば、前記液相冷媒流出管は前記配管端部の胴部に接続されて開口し、前記気相冷媒流出管は前記冷媒流入配管より小さな外径を有し、前記冷媒流入配管内における前記冷媒流入配管との中心軸が略一致するように前記配管端部底面を貫通して前記液相冷媒流出管より上部に気相冷媒流出口を設けたことにより、コンパクトでシンプルな構造で気液分離効率をさらに高めることができる気液分離器を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る気液分離器の構成を示す外観斜視図である。
【図２】図１に示した気液分離器の一部を示す断面側面図である。
【図３】図１に示した気液分離器の冷媒流入配管の配管内径と気液分離効率を説明する図である。
【図４】図１に示した気液分離器の螺旋形状の冷媒ガイド板の幅および間隔による気液分離効率を説明する図である。
【図５】図１に示した気液分離器の冷媒流入配管の流路抵抗を説明する図である。
【図６】図１に示した気液分離器の螺旋形状の冷媒ガイド板の幅および間隔を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る気液分離器の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２５】
この実施の形態の気液分離器は、冷凍サイクル装置などで使用されている気液二相冷媒（気液混合冷媒）の中の液滴を凝縮させて気相冷媒（気体冷媒）と液相冷媒（液体冷媒）とに分離する装置である。
【００２６】
図１は、本発明に係る気液分離器の構成を示す外観斜視図であり、図２は、図１に示した気液分離器の一部を示す断面側面図である。
【００２７】
図に示すように、気液分離器１は、エジェクタ２から供給された気液二相冷媒が流入する冷媒流入配管１１の内壁１１ａ側に螺旋形状の冷媒ガイド板１２を形成し、冷媒流入配管１１に流入した気液二相冷媒を冷媒流入配管１１の内壁１１ａ側に形成した螺旋形状の冷媒ガイド板１２に沿わせて通流させることで気液二相冷媒の流れに旋回流を発生させ、この旋回流で生じる遠心力分離作用を利用することによって気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒に分離させるようにしている。
【００２８】
この冷媒流入配管１１の内壁１１ａ側に螺旋形状の冷媒ガイド板１２を形成する製造方法を詳述すると、細長い薄板状の金属（例えば、ステンレス）を配管（冷媒流入配管１１）の内径に合わせて螺旋形状に巻いてコイルを形成する。次に、配管を縦置きにし、細長い薄板状の金属を螺旋形状に巻いて形成したコイルを配管内に通し、コイル最上部にろう材（例えば、銅ろう）を置いておく。この時、螺旋形状に巻いて形成したコイルと配管内側に若干の隙間を設けておく。そして、配管を縦置きの状態で加熱炉に入れて加熱し、ろう材が溶けてコイルと配管内側の隙間にろう材が行き渡ることでろう付けが完了する。このようにして、螺旋形状の冷媒ガイド板１２を冷媒流入配管１１の内壁１１ａ側に内設した螺旋ガイド板付き配管が完成する。
【００２９】
螺旋ガイド板付き配管の配管径、螺旋金属の幅（高さ）、螺旋間隔（ピッチ）については任意のものが製造可能である。そして、配管径が小さいほど、螺旋金属の幅が広いほど、螺旋間隔を狭めるほど、旋回流の遠心力を大きくすることができ、よって気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離させる気液分離効率を高めることができる。ただし、これらは圧力損失の増加とトレードオフの関係にあるので、両者のバランス点を考慮して決定することが重要である。
【００３０】
そして、図に示しているように、螺旋形状の冷媒ガイド板１２を内設した冷媒流入配管１１は逆Ｕ字状に曲げられて、その一端が下方に向かって開口している。この冷媒流入配管１１の開口部１１ｂには、気液二相冷媒から分離した気相冷媒を流出させるための気相冷媒流出管１４と、気液二相冷媒から分離した液相冷媒を流出させるための液相冷媒流出管１５とを設けた配管端部１３を接続している。
【００３１】
この液相冷媒流出管１５は配管端部１３の胴部１３ａに接続されて開口し、気相冷媒流出管１４は冷媒流入配管１１より小さな外径を有し、冷媒流入配管１１内における冷媒流入配管１１との中心軸が略一致するように配管端部１３の底面１３ｂを貫通して液相冷媒流出管１５より上部に気相冷媒流出口１４ａを設けている。
【００３２】
このように気液分離器１を構成することで、冷媒流入配管１１を大口径化することなく、製造が容易で、コンパクトでシンプルな構造で低コスト化が図れ、気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒に分離させる気液分離効率を高めることができる気液分離器１を提供することができる。
【００３３】
次に、図３を用いて冷媒流入配管１１の配管内径と気液分離効率について詳述する。冷媒流入配管１１はその内径が小さい（細い）ほど、管内を通流する気液二相冷媒の旋回流の遠心力が大きくなり、気相冷媒と液相冷媒との気液分離効率を高めることができる。冷媒流入配管１１を通流する気液二相冷媒流の流速が同じ場合、配管内径が小さいほど気液二相冷媒（気相冷媒と液相冷媒）に働く遠心力は大きくなり、それによって気相冷媒と液相冷媒との分離距離を大きくすることができる。
【００３４】
さらに、図４、図５を用いて螺旋形状の冷媒ガイド板１２の幅（高さ）および間隔（ピッチ）の違いによる気液分離効率について詳述する。冷媒流入配管１１の配管内径が同じ場合、螺旋形状の冷媒ガイド板１２の幅を拡げるほど、配管中央の素通し（スルー）部分の領域が小さくなるため、旋回流成分が大きくなる。それによって旋回流による遠心力が大きくなり、気相冷媒と液相冷媒との気液分離効率を高めることができる。さらに、配管内部の表面積が大きくなるので、表面張力による液滴捕捉を向上させることができる。
【００３５】
また、螺旋形状の冷媒ガイド板１２の間隔を狭めるほど、同じ配管長でも旋回流が通過する長さを長くすることができるため、通流する気液二相冷媒に遠心力が働く長さが長くなる。これによっても気相冷媒と液相冷媒との気液分離効率を高めることができる。さらに配管内部の表面積が大きくなるので、表面張力による液滴捕捉を向上させることができる。
【００３６】
例えば、図５に示している螺旋形状の冷媒ガイド板１２の幅を拡げた場合、冷媒ガイド板１２の螺旋部分の流路断面積が大きくなるため流路抵抗は減少し、反対に配管中央の素通し（スルー）部分の流路断面積は小さくなるため流路抵抗は増加する。また、螺旋形状の冷媒ガイド板１２の間隔を狭めた場合、冷媒ガイド板１２の螺旋部分の流路断面積は小さくなるため流路抵抗は増加するが、一方で配管中央の素通し（スルー）部分の流路断面積は変わらないため流路抵抗は変化しない。
【００３７】
そして、螺旋形状の冷媒ガイド板１２の部分と配管中央の素通し（スルー）部分の流路抵抗が異なる場合は、流路抵抗が小さい側により多くの冷媒が流れることになる。仮に「螺旋形状の冷媒ガイド板１２の部分の流路抵抗＞配管中央の素通し（スルー）部分の流路抵抗」の場合、配管中央部分に多くの冷媒が流れ、螺旋形状の冷媒ガイド板１２の部分に流れる流量は小さくなるため、螺旋形状の冷媒ガイド板１２で発生する旋回流の流量は小さくなる。この場合、旋回流によって遠心力が働く流量が小さいため、高い気液分離効率を得ることができなくなる。
【００３８】
従って、図６に示している、流路抵抗のクロス点（バランス点）を選んで螺旋形状の冷媒ガイド板１２の幅および間隔を設定することにより、バランスの取れた流量の旋回流を得ることができるようになる。
【００３９】
以上説明したように本発明によれば、気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する気液分離器１において、気液二相冷媒が流入する冷媒流入配管１１の内壁１１ａ側に螺旋形状の冷媒ガイド板１２を形成し、冷媒流入配管１１に流入した気液二相冷媒を冷媒流入配管１１の内壁１１ａ側に形成した螺旋形状の冷媒ガイド板１２に沿わせて通流させることで気液二相冷媒の流れに旋回流を発生させ、この旋回流で生じる遠心力分離作用によって気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離させることにより、製造が容易で、大口径化することなく、コンパクトでシンプルな構造で低コスト化が図れ、気液分離効率を高めることができる気液分離器１を提供することが可能となる。
【００４０】
また、螺旋形状の冷媒ガイド板１２は、細長い薄板状の金属を冷媒流入配管１１の内径に合わせて螺旋形状に巻いてコイルを形成し、該コイルを冷媒流入配管１内に通して内設させたことにより、製造が容易でコンパクトでシンプルな構造で低コスト化を図ることができる気液分離器１を提供することが可能となる。
【００４１】
また、螺旋形状の冷媒ガイド板１２を内設した冷媒流入配管１１の一端は下方に向かって開口し、気液二相冷媒から分離した気相冷媒を流出させるための気相冷媒流出管１４と、液相冷媒を流出させるための液相冷媒流出管１５と、が設けられた配管端部１３を冷媒流入配管１１の開口部１１ｂに接続していることにより、コンパクトでシンプルな構造で気液分離効率を高めることができる気液分離器１を提供することが可能となる。
【００４２】
また、液相冷媒流出管１５は配管端部１３の胴部１３ａに接続されて開口し、気相冷媒流出管１４は冷媒流入配管１１より小さな外径を有し、冷媒流入配管１１内における冷媒流入配管１１との中心軸が略一致するように配管端部１３の底面１３ｂを貫通して液相冷媒流出管１５より上部に気相冷媒流出口１４ａを設けたことにより、コンパクトでシンプルな構造で気液分離効率をさらに高めることができる気液分離器１を提供することが可能となる。
【符号の説明】
【００４３】
１      気液分離器
２      エジェクタ
１１      冷媒流入配管
１２      螺旋形状の冷媒ガイド板
１３      配管端部
１４      気相冷媒流出管
１４ａ      気相冷媒流出口
１５      液相冷媒流出管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2015218982.tif 000008