(57)【要約】【課題】  表面張力効果により気液分離装置のより一層の高性能化、小形化が図れる気液分離装置を提供することを目的とする。【解決手段】  気液二相流を気相と液相に分離させる気液分離装置において、気液二相流の入口管後流に入り口仕切り体をもって作られる狭小空間を構成し、入り口仕切り体の一部は溝付き面の溝頂部に概略接し、入り口仕切り体の後流に急拡大部を設け、気液二相流を該狭小空間を通した後で気液分離室に導き、溝付き面で液相は表面張力の効果により溝内に保持され溝内を流れ続け、気相は液相より分離し溝外に出て行く気液分離機構を持ち、良好な気液分離を行える二相流質量流量Ｇと溝内流路断面積Ｓｌおよび溝幅ｂの関係、溝幅ｂと溝深さｈの比ｂ／ｈおよび溝に沿って二相流を溝に導く方向付けを行う流入条件を与えた。【選択図】  図１
2007055386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外郭を構成する外郭体と、  気液二相流を導入可能な入口管と、  前記入口管と流体導通可能に連絡した、前記気液二相流を気相と液相に分離する気液分離室と、  前記気液分離室と流体導通可能に連絡した、前記分離した気相が導かれる気相出口管と、  前記気液分離室と流体導通可能に連絡した、前記分離した液相が導かれる液相出口管とを有する気液分離器であって、  前記気液分離室は、  前記入口管からの気液二相流を導入するための入口空間と、  前記入口空間の下流に設けられた空間であって、前記入口空間よりも流路断面積が拡大した拡大空間と、  前記入口空間からの気液二相流が直接導かれる、前記液相出口管に向かう溝付き部とを有する気液分離器において、  ウエーバー数をＷｅ、気液分離器に流入する気液二相流の質量流量をＧ、二相流の密度をρ、表面張力をσ、溝幅をｂ、該入口空間から溝に流入する溝内流路断面積をＳｌとしたとき、
【数１】
2007055386.tif 000059
としたことを特徴とする気液分離器。
【請求項２】
外郭を構成する外郭体と、  気液二相流を入流可能な入口管と、  前記入口管と流体導通可能に連絡した、前記気液二相流を気相と液相に分離する気液分離室と、  前記気液分離室と流体導通可能に連絡した、前記分離した気相が導かれる気相出口管と、  前記気液分離室と流体導通可能に連絡した、前記分離した液相が導かれる液相出口管とを有する気液分離器であって、  前記気液分離室は、  前記入口管からの気液二相流を導入するための入口空間と、  前記入口空間の下流に設けられた空間であって、前記入口空間よりも流路断面積が拡大した拡大空間と、  前記入口空間からの気液二相流が直接導かれる、前記液相出口管に向かう溝付き部とを有する気液分離器において、  前記溝付き部が、前記外郭体と別体である、溝付き面をもつ溝付き体であることを特徴とする気液分離器。
【請求項３】
溝付き面をもつ溝付き体が、薄板を折り曲げて構成されたものであり、溝幅をｂ、溝深さをｈとしたとき
【数２】
2007055386.tif 000060
とした、請求項２記載の気液分離器。
【請求項４】
溝の表面が親水性処理されている、請求項１〜３のいずれか一項記載の気液分離器。
【請求項５】
前記気液分離器は、  前記外郭体内に設置されていると共に、前記外郭体と協同して前記入口空間を形成する、前記溝付き部の溝先端と係合する段差部を備えた入口仕切り体を更に有しており、  前記入口仕切り体の溝先端から上流側の長さをＬ１、溝先端から下流側の段差部の長さをＬ２としたとき、
【数３】
2007055386.tif 000061
とした、請求項１〜４のいずれか一項記載の気液分離器。
【請求項６】
前記気液分離器は、  前記外郭体内に設置されていると共に、前記外郭体と協同して前記入口空間を形成する、前記溝付き部の溝先端と係合する段差部を備えた入口仕切り体を更に有しており、  前記入口仕切り体の上流側外周と外郭体との距離をＨ１、溝先端から外殻体との距離をＨ２としたとき、
【数４】
2007055386.tif 000062
とした、請求項１〜５のいずれか一項記載の気液分離器。
【請求項７】
前記入口管の内面に内面螺旋溝が設けられている、請求項１〜６のいずれか一項記載の気液分離器。
【請求項８】
前記入口管の出口側端を末広がりに広げた広がり部を設けた、請求項１〜７のいずれか一項記載の気液分離器。
【請求項９】
前記入口仕切り体の上流部先端を円錐体とした、請求項５〜８のいずれか一項記載の気液分離器。
【請求項１０】
溝の上流側の流入室の外郭体内面に溝の溝深さより深さの浅い導入溝が設けられている、請求項１〜９のいずれか一項記載の気液分離器。
【請求項１１】
溝の上流側の流入室の外郭体内面に溝の溝深さより厚さの薄い多孔質体が設けられている、請求項１〜９のいずれか一項記載の気液分離器。
【請求項１２】
液相出口管が複数設けられている、請求項１〜１１のいずれか一項記載の気液分離器。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項記載の気液分離器を空気調和機等の冷凍サイクル中に組み込んだことを特徴とする気液分離器を備えた冷凍装置。
【請求項１４】
外郭を構成する外郭体と、  気液二相流を導入可能な入口管と、  前記入口管と流体導通可能に連絡した、前記気液二相流を気相と液相に分離する気液分離室と、  前記気液分離室と流体導通可能に連絡した、前記分離した気相が導かれる気相出口管と、  前記気液分離室と流体導通可能に連絡した、前記分離した液相が導かれる液相出口管とを有する気液分離器であって、  前記気液分離室は、  前記入口管からの気液二相流を導入するための入口空間と、  前記入口空間の下流に設けられた空間であって、前記入口空間よりも流路断面積が拡大した拡大空間と、  前記入口空間からの気液二相流が直接導かれる、前記液相出口管に向かう溝付き部とを有する気液分離器において、  前記入口空間よりも拡大した位置を基準とし、その基準位置から気液分離器への二相流流入方向をプラス方向、その流れ方向と逆方向をマイナス方向とし、その基準位置から気相出口管の気相流入端位置までの距離をＬとし、溝頂点仮想円の径をＤtとしたとき、気相出口管の気相流入端位置を
【数５】
2007055386.tif 000063
としたことを特徴とする気液分離器。
【請求項１５】
外郭を構成する外郭体と、  気液二相流を導入可能な入口管と、  前記入口管と流体導通可能に連絡した、前記気液二相流を気相と液相に分離する気液分離室と、  前記気液分離室と流体導通可能に連絡した、前記分離した気相が導かれる気相出口管と、  前記気液分離室と流体導通可能に連絡した、前記分離した液相が導かれる液相出口管とを有する気液分離器であって、  前記気液分離室は、  前記入口管からの気液二相流を導入するための入口空間と、  前記入口空間の下流に設けられた空間であって、前記入口空間よりも流路断面積が拡大した拡大空間と、  前記入口空間からの気液二相流が直接導かれる、前記液相出口管に向かう溝付き部とを有する気液分離器において、  前記気液分離器は、  前記外郭体内に設置されていると共に、前記外郭体と協同して前記入口空間を形成する、入口仕切り体を更に有しており、  前記気相出口管内径部の気相流入端上部の入口仕切り体位置から気相出口管の気相流入端内径部の距離をＨ、気相出口管の内径をｄiとしたとき、
【数６】
2007055386.tif 000064
としたことを特徴とする気液分離器。
【請求項１６】
外郭を構成する外郭体と、  気液二相流を導入可能な入口管と、  前記入口管と流体導通可能に連絡した、前記気液二相流を気相と液相に分離する気液分離室と、  前記気液分離室と流体導通可能に連絡した、前記分離した気相が導かれる気相出口管と、  前記気液分離室と流体導通可能に連絡した、前記分離した液相が導かれる液相出口管とを有する気液分離器であって、  前記気液分離室は、  前記入口管からの気液二相流を導入するための入口空間と、  前記入口空間の下流に設けられた空間であって、前記入口空間よりも流路断面積が拡大した拡大空間と、  前記入口空間からの気液二相流が直接導かれる、前記液相出口管に向かう溝付き部とを有する気液分離器において、  前記気液分離器は、  前記外郭体内に設置されていると共に、前記外郭体と協同して前記入口空間を形成する、入口仕切り体を更に有しており、  気液分離室に対向する側の入口仕切り体下面に、開放された中空部が設けられていることを特徴とする気液分離器。
【請求項１７】
外郭を構成する外郭体と、  気液二相流を導入可能な入口管と、  前記入口管と流体導通可能に連絡した、前記気液二相流を気相と液相に分離する気液分離室と、  前記気液分離室と流体導通可能に連絡した、前記分離した気相が導かれる気相出口管と、  前記気液分離室と流体導通可能に連絡した、前記分離した液相が導かれる液相出口管とを有する気液分離器であって、  前記気液分離室は、  前記入口管からの気液二相流を導入するための入口空間と、  前記入口空間の下流に設けられた空間であって、前記入口空間よりも流路断面積が拡大した拡大空間と、  前記入口空間からの気液二相流が直接導かれる、前記液相出口管に向かう溝付き部と  を有する気液分離器において、  前記気液分離器は、  気液分離室の下流に気相と液相の流路を分離する、気相出口管を貫通して当該気相出口管に接合された、出口仕切り体を有していることを特徴とする気液分離器。
【請求項１８】
外郭を構成する外郭体と、  気液二相流を入流可能な入口管と、  前記入口管と流体導通可能に連絡した、前記気液二相流を気相と液相に分離する気液分離室と、  前記気液分離室と流体導通可能に連絡した、前記分離した気相が導かれる気相出口管と、  前記気液分離室と流体導通可能に連絡した、前記分離した液相が導かれる液相出口管とを有する気液分離器であって、  前記気液分離室は、  前記入口管からの気液二相流を導入するための入口空間と、  前記入口空間の下流に設けられた空間であって、前記入口空間よりも流路断面積が拡大した拡大空間と、  前記入口空間からの気液二相流が直接導かれる、前記液相出口管に向かう溝付き部とを有する気液分離器において、  前記気液分離器は、  前記外郭体内に設置されていると共に、前記外郭体と協同して前記入口空間を形成する、入口仕切り体と、  前記外郭体内に設置されていると共に、気液分離室の下流に気相と液相の流路を分離する、気相出口管が貫通して当該気相出口管に接合された、出口仕切り体とを更に有していると共に、  前記溝付き部が、前記外郭体と別体である、溝付き面をもつ溝付き体であり、  外郭体と入口仕切り体及び出口仕切り体とで溝付き体を挟み込むことにより、溝付き体が所定位置に固定されていることを特徴とする気液分離器。
【請求項１９】
外郭を構成する外郭体と、  気液二相流を入流可能な入口管と、  前記入口管と流体導通可能に連絡した、前記気液二相流を気相と液相に分離する気液分離室と、  前記気液分離室と流体導通可能に連絡した、前記分離した気相が導かれる気相出口管と、  前記気液分離室と流体導通可能に連絡した、前記分離した液相が導かれる液相出口管とを有する気液分離器であって、  前記気液分離室は、  前記入口管からの気液二相流を導入するための入口空間と、  前記入口空間の下流に設けられた空間であって、前記入口空間よりも流路断面積が拡大した拡大空間と、  前記入口空間からの気液二相流が直接導かれる、前記液相出口管に向かう溝付き部とを有する気液分離器において、  前記溝付き部が、前記外郭体と別体である、溝付き面をもつ溝付き体であると共に、  前記気液分離器は、  溝付き体の内径側に溝付き体が溝頂点仮想円の内側に飛び出すことを防止する内径支持体を更に備えたことを特徴とする気液分離器。
【請求項２０】
請求項１４〜１９のいずれか一項記載の気液分離器を空気調和機等の冷凍サイクル中に組み込んだことを特徴とする気液分離器を備えた冷凍装置。
【請求項２１】
請求項１４〜１９のいずれか一項記載の気液分離器の二相流入口管に、冷凍サイクル中の減圧器の出口管を接続し、気液分離器の液相出口管を蒸発器に接続し、一方、気液分離器の気相出口管をバイパス路および抵抗調整体を介して圧縮機の吸込み管に接続したことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２２】
請求項１４〜１９のいずれか一項記載の気液分離器の二相流入口管に、冷凍サイクル中の圧縮機吐出管を接続し、気液分離器の液相出口管を流量調整絞りを介して圧縮機吸込み管に接続し、一方、気液分離器の気相出口管を冷凍サイクルの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２３】
圧縮機、凝縮器、減圧器、気液分離器および蒸発器を順次接続し冷凍サイクルを構成し、凝縮器に空気を送る凝縮器用送風機および蒸発器に空気を送る蒸発器用送風機を持ち、  気液分離器の液相出口管を蒸発器に接続し、気相出口管をバイパス管を経て圧縮機の吸い込み側に接続した冷凍サイクルにおいて、蒸発器の伝熱管の一部をバイパス管として使用したことを特徴とする冷凍サイクル。
【請求項２４】
圧縮機、凝縮器、減圧器、気液分離器および蒸発器を順次接続し冷凍サイクルを構成し、凝縮器に空気を送る凝縮器用送風機および蒸発器に空気を送る蒸発器用送
風機を持ち、  気液分離装置の液相出口管を蒸発器に接続し、気相出口管をバイパス管を経て圧縮機の吸い込み側に接続した冷凍サイクルにおいて、バイパス管を蒸発器用送風機で送られる空気流中に配置したことを特徴とする冷凍サイクル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば冷凍サイクルや蒸気サイクル等の熱機関の気液分離器に関し、詳細には、より一層の高性能化並びに小形化および高信頼性を図る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、冷凍サイクルで使用される気液分離器としては、重力によって液を溜めるタンクを用いたり、旋回流の遠心力によって液相を外壁に付着させ、重力によって液を回収する気液分離器等が用いられている。  また、上記気液分離を重力場のみならず微少重力あるいは無重力環境でも気液分離が出来るよう濡れ性の良い面と悪い面を作り、気液を分離することが出来るようにした提案もあるが、このものに於いては気液を効率良く分離する手段は開示されていなかった。換言すると気液が混合された状態で排出路２(本来なら気相主体)に供給されてしまっていた。【０００３】
かかる構成の気液分離器では、基本的に重力や遠心力などの体積力によって密度の大きい液相を分離する構造となっている。このため、気液分離器の設置位置や向きに自由度が少ない上、タンクや旋回流発生装置を用いるため大形の装置となっている。更には気液を効率良く分離する手段が示されていないものであった。  そこで、先に、発明者らは前記した課題を解決すべく、表面張力効果を用いることで、気液分離器をより高性能化並びに小形化することを目的とする発明の基本的構成および詳細構造の特許を出願した。
【特許文献１】特許公開平１１−３７２２号公報
【特許文献２】特許公開２００３−１１４２９３号公報
【特許文献３】特許公開２００２−２０４９０５号公報
【特許文献４】特願２００４−３８２４９３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の気液分離器では、密度の大きな液相を重力や遠心力などの体積力で分離する構造となっているため、体積力が支配的となるように設置方向と重力方向とをマッチングさせる必要があり、また、旋回流れや曲がり流れのような加速度を伴う流れを発生させるなどの工夫が必要であった。【０００５】
これらは、重力方向に距離を確保したタンクが必要である、あるいは旋回流れを用いる場合は旋回羽根が必要である。また、曲がり流れを発生させるために仕切り板によって流れの向きを変える必要がある。このため、装置が大形なものとなり、小形化が困難であった。また、濡れ性を利用する気液分離器にあっては液体を濡れ性の良い所に、気体を濡れ性の悪い所に効率良く供給する手段は開示されていなかった。【０００６】
上記した気液分離器を小形化しようとする場合には、遠心力や重力等の体積力に対して粘性力や表面張力等の影響が無視できなくなるため、装置自体の気液分離特性が低下してしまうという問題があった。  また、前記課題を解決するために、先に発明者らが出願した表面張力効果を用いることで、気液分離器をより高性能化並びに小形化することを目的とする発明の特許では、求められる運転条件および冷媒流量に対し適切な仕様の気液分離装置を提供する具体的手段は開示されていなかったことに加え、安価で信頼性の高い高性能な仕様の気液分離器を提供する具体的手段は開示されていなかった。【０００７】
本発明は、先に出願した特願２００４−３８２４９３を更に発展させ、表面張力効果を用いることで気液分離器をより高性能化並びに小形化することを目的とする気液分離器にあって、様々な運転条件で使用される各種冷凍サイクルや蒸気サイクル等の熱機関の気液分離器として、求められる運転条件および冷媒流量に対し適切な仕様の気液分離装置を提供し、また、求められる運転条件に対し安価で効率の良い気液分離性能を確保できる気液分離装置を提供することを目的とすることに加え、安価で信頼性の高い高性能な仕様の気液分離器を提供する具体的手段として、各部品間の相対的位置関係および安価な組み立て方法を提供することを目的とし、さらに、その気液分離器を空気調和機、冷蔵庫、冷凍庫、除湿機、ショーケース、自動販売機およびカーエアコン等の冷凍装置等への採用を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明（１）は、外郭を構成する外郭体（外郭体１０−１）と、  気液二相流を導入可能な入口管（入口管５−１）と、  前記入口管（入口管５−１）と流体導通可能に連絡した、前記気液二相流を気相と液相に分離する気液分離室（気液分離室１−１）と、  前記気液分離室（気液分離室１−１）と流体導通可能に連絡した、前記分離した気相が導かれる気相出口管（気相出口管６−１）と、  前記気液分離室（気液分離室１−１）と流体導通可能に連絡した、前記分離した液相が導かれる液相出口管（液相出口管７−１）とを有する気液分離器（気液分離装置）であって、  前記気液分離室（気液分離室１−１）は、  前記入口管（入口管５−１）からの気液二相流を導入するための入口空間（狭小空間１２−１）と、  前記入口空間（狭小空間１２−１）の下流に設けられた空間であって、前記入口空間（狭小空間１２−１）よりも流路断面積が拡大した拡大空間（急拡大部３−１）と、  前記入口空間（狭小空間１２−１）からの気液二相流が直接導かれる、前記液相出口管（液相出口管７−１）に向かう溝付き部（溝付き体４−１）とを有する気液分離器（気液分離装置）において、  ウエーバー数をＷｅ、気液分離器（気液分離装置）に流入する気液二相流の質量流量をＧ、二相流の密度をρ、表面張力をσ、溝幅をｂ、該入口空間（狭小空間１２−１）から溝（溝２−１）に流入する溝内流路断面積をＳｌとしたとき、
【数７】
2007055386.tif 000003
としたことを特徴とする気液分離器（気液分離装置）である。【０００９】
本発明（２）は、外郭を構成する外郭体（外郭体１０−１）と、  気液二相流を入流（導入）可能な入口管（入口管５−１）と、  前記入口管（入口管５−１）と流体導通可能に連絡した、前記気液二相流を気相と液相に分離する気液分離室（気液分離室１−１）と、  前記気液分離室（気液分離室１−１）と流体導通可能に連絡した、前記分離した気相が導かれる気相出口管（気相出口管６−１）と、  前記気液分離室（気液分離室１−１）と流体導通可能に連絡した、前記分離した液相が導かれる液相出口管（液相出口管７−１）とを有する気液分離器（気液分離装置）であって、  前記気液分離室（気液分離室１−１）は、  前記入口管（入口管５−１）からの気液二相流を導入するための入口空間（狭小空間１２−１）と、  前記入口空間（狭小空間１２−１）の下流に設けられた空間であって、前記入口空間（狭小空間１２−１）よりも流路断面積が拡大した拡大空間（急拡大部３−１）と、  前記入口空間（狭小空間１２−１）からの気液二相流が直接導かれる、前記液相出口管（液相出口管７−１）に向かう溝付き部（溝付き体４−１）とを有する気液分離器（気液分離装置）において、  前記溝付き部が、前記外郭体（外郭体１０−１）と別体である、溝付き面をもつ溝付き体（溝付き体４−１）であることを特徴とする気液分離器（気液分離装置）である。【００１０】
本発明（３）は、溝付き面をもつ溝付き体（溝付き体４−１）が、薄板を折り曲げて構成されたものであり、溝幅をｂ、溝深さをｈとしたとき
【数８】
2007055386.tif 000004
とした、前記発明（２）の気液分離器（気液分離装置）である。【００１１】
本発明（４）は、溝（溝２−１）の表面が親水性処理されている、前記発明（１）〜（３）のいずれか一つの気液分離器（気液分離装置）である。【００１２】
本発明（５）は、前記気液分離器（気液分離装置）は、  前記外郭体（外郭体１０−１）内に設置されていると共に、前記外郭体（外郭体１０−１）と協同して前記入口空間（狭小空間１２−１）を形成する、前記溝付き部（溝付き体４−１）の溝（溝２−１）先端と係合する段差部（段差部１５−１）を備えた入口仕切り体（入り口仕切体１６−１）を更に有しており、  前記入口仕切り体（入り口仕切体１６−１）の溝（溝２−１）先端から上流側の長さをＬ１、溝（溝２−１）先端から下流側の段差部（段差部１５−１）の長さをＬ２としたとき、
【数９】
2007055386.tif 000005
とした、前記発明（１）〜（４）のいずれか一つの気液分離器（気液分離装置）である。【００１３】
本発明（６）は、前記気液分離器（気液分離装置）は、  前記外郭体（外郭体１０−１）内に設置されていると共に、前記外郭体（外郭体１０−１）と協同して前記入口空間（狭小空間１２−１）を形成する、前記溝付き部（溝付き体４−１）の溝（溝２−１）先端と係合する段差部（段差部１５−１）を備えた入口仕切り体（入り口仕切体１６−１）を更に有しており、  前記入口仕切り体（入り口仕切体１６−１）の上流側外周と外郭体（外郭体１０−１）との距離をＨ１、溝先端から外殻体との距離をＨ２としたとき、
【数１０】
2007055386.tif 000006
とした、前記発明（１）〜（５）のいずれか一つの気液分離器（気液分離装置）である。【００１４】
本発明（７）は、前記入口管（入口管５−１）の内面に内面螺旋溝（内面螺旋溝３５−１）が設けられている、前記発明（１）〜（６）のいずれか一つの気液分離器（気液分離装置）である。【００１５】
本発明（８）は、前記入口管（入口管５−１）の出口側端を末広がりに広げた広がり部（広がり部３８−１）を設けた、前記発明（１）〜（７）のいずれか一つの気液分離器（気液分離装置）である。【００１６】
本発明（９）は、前記入口仕切り体（入り口仕切体１６−１）の上流部先端を円錐体とした、前記発明（５）〜（８）のいずれか一つの気液分離器（気液分離装置）である。【００１７】
本発明（１０）は、溝（溝２−１）の上流側の流入室の外郭体（外郭体１０−１）内面に溝（溝２−１）の溝深さより深さの浅い導入溝（導入溝４４−１）が設けられている、前記発明（１）〜（９）のいずれか一つの気液分離器（気液分離装置）である。【００１８】
本発明（１１）は、溝（溝２−１）の上流側の流入室の外郭体（外郭体１０−１）内面に溝（溝２−１）の溝深さより厚さの薄い多孔質体（多孔質体４７−１）が設けられている、前記発明（１）〜（９）のいずれか一つの気液分離器（気液分離装置）である。【００１９】
本発明（１２）は、液相出口管（液相出口管７−１）が複数設けられている、前記発明（１）〜（１１）のいずれか一つの気液分離器（気液分離装置）である。【００２０】
本発明（１３）は、前記発明（１）〜（１２）のいずれか一つの気液分離器（気液分離装置）を空気調和機等の冷凍サイクル中に組み込んだことを特徴とする気液分離器（気液分離装置）を備えた冷凍装置である。【００２１】
本発明（１４）は、外郭を構成する外郭体（外郭体Ａ１０−２等）と、  気液二相流を導入可能な入口管（入口管５−２）と、  前記入口管（入口管５−２）と流体導通可能に連絡した、前記気液二相流を気相と液相に分離する気液分離室（気液分離室１−２）と、  前記気液分離室（気液分離室１−２）と流体導通可能に連絡した、前記分離した気相が導かれる気相出口管（気相出口管６−２）と、  前記気液分離室（気液分離室１−２）と流体導通可能に連絡した、前記分離した液相が導かれる液相出口管（液相出口管７−２）とを有する気液分離器（気液分離器）であって、  前記気液分離室（気液分離室１−２）は、  前記入口管（入口管５−２）からの気液二相流を導入するための入口空間（狭小空間１２−２）と、  前記入口空間（狭小空間１２−２）の下流に設けられた空間であって、前記入口空間（狭小空間１２−２）よりも流路断面積が拡大した拡大空間（急拡大部３−２）と、  前記入口空間（狭小空間１２−２）からの気液二相流が直接導かれる、前記液相出口管（液相出口管７−２）に向かう溝付き部（溝付き体４−２）とを有する気液分離器（気液分離器）において、  前記入口空間（狭小空間１２−２）よりも拡大した位置を基準とし、その基準位置から気液分離器（気液分離器）への二相流流入方向をプラス方向、その流れ方向と逆方向をマイナス方向とし、その基準位置から気相出口管（気相出口管６−２）の気相流入端位置までの距離をＬとし、溝頂点仮想円の径をＤtとしたとき、気相出口管（気相出口管６−２）の気相流入端位置を
【数１１】
2007055386.tif 000007
としたことを特徴とする気液分離器（気液分離器）である。【００２２】
本発明（１５）は、外郭を構成する外郭体（外郭体Ａ１０−２等）と、  気液二相流を導入可能な入口管（入口管５−２）と、  前記入口管（入口管５−２）と流体導通可能に連絡した、前記気液二相流を気相と液相に分離する気液分離室（気液分離室１−２）と、  前記気液分離室（気液分離室１−２）と流体導通可能に連絡した、前記分離した気相が導かれる気相出口管（気相出口管６−２）と、  前記気液分離室（気液分離室１−２）と流体導通可能に連絡した、前記分離した液相が導かれる液相出口管（液相出口管７−２）とを有する気液分離器（気液分離器）であって、  前記気液分離室（気液分離室１−２）は、  前記入口管（入口管５−２）からの気液二相流を導入するための入口空間（狭小空間１２−２）と、  前記入口空間（狭小空間１２−２）の下流に設けられた空間であって、前記入口空間（狭小空間１２−２）よりも流路断面積が拡大した拡大空間（急拡大部３−２）と、  前記入口空間（狭小空間１２−２）からの気液二相流が直接導かれる、前記液相出口管（液相出口管７−２）に向かう溝付き部（溝付き体４−２）とを有する気液分離器（気液分離器）において、  前記気液分離器（気液分離器）は、  前記外郭体（外郭体Ａ１０−２等）内に設置されていると共に、前記外郭体（外郭体Ａ１０−２等）と協同して前記入口空間（狭小空間１２−２）を形成する、入口仕切り体（入り口仕切り体１６−２）を更に有しており、  前記気相出口管（気相出口管６−２）内径部の気相流入端上部の入口仕切り体（入り口仕切り体１６−２）位置から気相出口管（気相出口管６−２）の気相流入端内径部の距離をＨ、気相出口管（気相出口管６−２）の内径をｄiとしたとき、
【数１２】
2007055386.tif 000008
としたことを特徴とする気液分離器（気液分離器）である。【００２３】
本発明（１６）は、外郭を構成する外郭体（外郭体Ａ１０−２等）と、  気液二相流を導入可能な入口管（入口管５−２）と、  前記入口管（入口管５−２）と流体導通可能に連絡した、前記気液二相流を気相と液相に分離する気液分離室（気液分離室１−２）と、  前記気液分離室（気液分離室１−２）と流体導通可能に連絡した、前記分離した気相が導かれる気相出口管（気相出口管６−２）と、  前記気液分離室（気液分離室１−２）と流体導通可能に連絡した、前記分離した液相が導かれる液相出口管（液相出口管７−２）とを有する気液分離器（気液分離器）であって、  前記気液分離室（気液分離室１−２）は、  前記入口管（入口管５−２）からの気液二相流を導入するための入口空間（狭小空間１２−２）と、  前記入口空間（狭小空間１２−２）の下流に設けられた空間であって、前記入口空間（狭小空間１２−２）よりも流路断面積が拡大した拡大空間（急拡大部３−２）と、  前記入口空間（狭小空間１２−２）からの気液二相流が直接導かれる、前記液相出口管（液相出口管７−２）に向かう溝付き部（溝付き体４−２）とを有する気液分離器（気液分離器）において、  前記気液分離器（気液分離器）は、  前記外郭体（外郭体Ａ１０−２等）内に設置されていると共に、前記外郭体（外郭体Ａ１０−２等）と協同して前記入口空間（狭小空間１２−２）を形成する、入口仕切り体（入り口仕切り体１６−２）を更に有しており、  気液分離室（気液分離室１−２）に対向する側の入口仕切り体（入り口仕切り体１６−２）下面に、開放された中空部（中空部２２）が設けられていることを特徴とする気液分離器（気液分離器）である。【００２４】
本発明（１７）は、外郭を構成する外郭体（外郭体Ａ１０−２等）と、  気液二相流を導入可能な入口管（入口管５−２）と、  前記入口管（入口管５−２）と流体導通可能に連絡した、前記気液二相流を気相と液相に分離する気液分離室（気液分離室１−２）と、  前記気液分離室（気液分離室１−２）と流体導通可能に連絡した、前記分離した気相が導かれる気相出口管（気相出口管
６−２）と、  前記気液分離室（気液分離室１−２）と流体導通可能に連絡した、前記分離した液相が導かれる液相出口管（液相出口管７−２）とを有する気液分離器（気液分離器）であって、  前記気液分離室（気液分離室１−２）は、  前記入口管（入口管５−２）からの気液二相流を導入するための入口空間（狭小空間１２−２）と、  前記入口空間（狭小空間１２−２）の下流に設けられた空間であって、前記入口空間（狭小空間１２−２）よりも流路断面積が拡大した拡大空間（急拡大部３−２）と、  前記入口空間（狭小空間１２−２）からの気液二相流が直接導かれる、前記液相出口管（液相出口管７−２）に向かう溝付き部（溝付き体４−２）とを有する気液分離器（気液分離器）において、  前記気液分離器（気液分離器）は、  気液分離室（気液分離室１−２）の下流に気相と液相の流路を分離する、気相出口管（気相出口管６−２）を貫通して当該気相出口管（気相出口管６−２）に接合された、出口仕切り体（出口仕切り体８−２）を有していることを特徴とする気液分離器（気液分離器）である。【００２５】
本発明（１８）は、外郭を構成する外郭体（外郭体Ａ１０−２等）と、  気液二相流を入流（導入）可能な入口管（入口管５−２）と、  前記入口管（入口管５−２）と流体導通可能に連絡した、前記気液二相流を気相と液相に分離する気液分離室（気液分離室１−２）と、  前記気液分離室（気液分離室１−２）と流体導通可能に連絡した、前記分離した気相が導かれる気相出口管（気相出口管６−２）と、  前記気液分離室（気液分離室１−２）と流体導通可能に連絡した、前記分離した液相が導かれる液相出口管（液相出口管７−２）とを有する気液分離器（気液分離器）であって、  前記気液分離室（気液分離室１−２）は、  前記入口管（入口管５−２）からの気液二相流を導入するための入口空間（狭小空間１２−２）と、  前記入口空間（狭小空間１２−２）の下流に設けられた空間であって、前記入口空間（狭小空間１２−２）よりも流路断面積が拡大した拡大空間（急拡大部３−２）と、  前記入口空間（狭小空間１２−２）からの気液二相流が直接導かれる、前記液相出口管（液相出口管７−２）に向かう溝付き部（溝付き体４−２）とを有する気液分離器（気液分離器）において、  前記気液分離器（気液分離器）は、  前記外郭体（外郭体Ａ１０−２等）内に設置されていると共に、前記外郭体（外郭体Ａ１０−２等）と協同して前記入口空間（狭小空間１２−２）を形成する、入口仕切り体（入り口仕切り体１６−２）と、  前記外郭体（外郭体Ａ１０−２等）内に設置されていると共に、気液分離室（気液分離室１−２）の下流に気相と液相の流路を分離する、気相出口管（気相出口管６−２）が貫通して当該気相出口管（気相出口管６−２）に接合された、出口仕切り体（出口仕切り体８−２）とを更に有していると共に、  前記溝付き部が、前記外郭体（外郭体Ａ１０−２等）と別体である、溝付き面をもつ溝付き体（溝付き体４−２）であり、  外郭体（外郭体Ａ１０−２等）と入口仕切り体（入り口仕切り体１６−２）及び出口仕切り体（出口仕切り体８−２）とで溝付き体を挟み込むことにより、溝付き体（溝付き体４−２）が所定位置に固定されていることを特徴とする気液分離器（気液分離器）である。【００２６】
本発明（１９）は、外郭を構成する外郭体（外郭体Ａ１０−２等）と、  気液二相流を入流（導入）可能な入口管（入口管５−２）と、  前記入口管（入口管５−２）と流体導通可能に連絡した、前記気液二相流を気相と液相に分離する気液分離室（気液分離室１−２）と、  前記気液分離室（気液分離室１−２）と流体導通可能に連絡した、前記分離した気相が導かれる気相出口管（気相出口管６−２）と、  前記気液分離室（気液分離室１−２）と流体導通可能に連絡した、前記分離した液相が導かれる液相出口管（液相出口管７−２）とを有する気液分離器（気液分離器）であって、  前記気液分離室（気液分離室１−２）は、  前記入口管（入口管５−２）からの気液二相流を導入するための入口空間（狭小空間１２−２）と、  前記入口空間（狭小空間１２−２）の下流に設けられた空間であって、前記入口空間（狭小空間１２−２）よりも流路断面積が拡大した拡大空間（急拡大部３−２）と、  前記入口空間（狭小空間１２−２）からの気液二相流が直接導かれる、前記液相出口管（液相出口管７−２）に向かう溝付き部（溝付き体４−２）とを有する気液分離器（気液分離器）において、  前記溝付き部が、前記外郭体（外郭体Ａ１０−２等）と別体である、溝付き面をもつ溝付き体（溝付き体４−２）であると共に、  前記気液分離器（気液分離器）は、  溝付き体（溝付き体４−２）の内径側に溝付き体（溝付き体４−２）が溝頂点仮想円の内側に飛び出すことを防止する内径支持体（内径支持体Ｄ３７−２）を更に備えたことを特徴とする気液分離器（気液分離器）である。【００２７】
本発明（２０）は、前記発明（１４）〜（１９）のいずれか一つの気液分離器（気液分離器）を空気調和機等の冷凍サイクル中に組み込んだことを特徴とする気液分離器（気液分離器）を備えた冷凍装置である。【００２８】
本発明（２１）は、前記発明（１４）〜（１９）のいずれか一つの気液分離器（気液分離器）の二相流入口管（入口管５−２）に、冷凍サイクル中の減圧器の出口管を接続し、気液分離器（気液分離器）の液相出口管（液相出口管７−２）を蒸発器に接続し、一方、気液分離器（気液分離器）の気相出口管（気相出口管６−２）をバイパス路および抵抗調整体を介して圧縮機の吸込み管に接続したことを特徴とする冷凍装置である。【００２９】
本発明（２２）は、前記発明（１４）〜（１９）のいずれか一つの気液分離器（気液分離器）の二相流入口管（入口管５−２）に、冷凍サイクル中の圧縮機吐出管を接続し、気液分離器（気液分離器）の液相出口管（液相出口管７−２）を流量調整絞りを介して圧縮機吸込み管に接続し、一方、気液分離器（気液分離器）の気相出口管（気相出口管６−２）を冷凍サイクルの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である。【００３０】
本発明（２３）は、圧縮機、凝縮器、減圧器、気液分離器（気液分離装置）および蒸発器を順次接続し冷凍サイクルを構成し、凝縮器に空気を送る凝縮器用送風機および蒸発器に空気を送る蒸発器用送風機を持ち、  気液分離器（気液分離装置）の液相出口管（液相出口管７−１）を蒸発器に接続し、気相出口管（気相出口管６−１）をバイパス管を経て圧縮機の吸い込み側に接続した冷凍サイクルにおいて、蒸発器の伝熱管の一部をバイパス管として使用したことを特徴とする冷凍サイクルである。【００３１】
本発明（２４）は、圧縮機、凝縮器、減圧器、気液分離器（気液分離装置）および蒸発器を順次接続し冷凍サイクルを構成し、凝縮器に空気を送る凝縮器用送風機および蒸発器に空気を送る蒸発器用送風機を持ち、気液分離装置の液相出口管（液相出口管７−１）を蒸発器に接続し、気相出口管（気相出口管６−１）をバイパス管を経て圧縮機の吸い込み側に接続した冷凍サイクルにおいて、バイパス管を蒸発器用送風機で送られる空気流中に配置したことを特徴とする冷凍サイクルである。【００３２】
好適態様１−１は、気液分離室の一部に液相出口管に向かう溝付き部を設け、その気液分離室の上流に外郭体と入口仕切り体をもって狭小空間を作ると共に入口管より導かれた気液二相流を該狭小空間を通した後で急拡大部をもって構成される気液分離室に導き、上記気液二相流を気相と液相に分離し、その気液分離室の下流に気相と液相の流路を分離する出口仕切り体を設け、液相は溝付き部を通して液相出口管に導くようにし、気相は気液分離室から気相出口管に導くようにした気液分離機構とすると共に、ウエーバー数をＷｅ、気液分離装置に流入する気液二相流の質量流量をＧ、二相流の密度をρ、表面張力をσ、溝幅をｂ、該狭小空間から溝に流入する溝内流路断面積をＳｌとしたとき、
【数１３】
2007055386.tif 000009
としたことを特徴とする気液分離装置である。【００３３】
好適態様２−１は、気液分離室の一部に液相出口管に向かう溝付き部を設け、その気液分離室の上流に外郭体と入口仕切り体をもって狭小空間を作ると共に入口管より導かれた気液二相流を該狭小空間を通した後で急拡大部をもって構成される気液分離室に導き、上記気液二相流を気相と液相に分離し、その気液分離室の下流に気相と液相の流路を分離する出口仕切り体を設け、液相は溝付き部を通して液相出口管に導くようにし、気相は気液分離室から気相出口管に導くようにした気液分離機構とすると共に、溝付き面をもつ溝付き体を気液分離装置の外郭を構成する外郭体と別体としたことを特徴とする気液分離装置である。【００３４】
好適態様３−１は、好適態様１−１または２−１の気液分離装置であって、溝の表面を親水性処理面としたことを特徴とする気液分離装置である。【００３５】
好適態様４−１は、好適態様２−１の気液分離装置であって、溝付き面をもつ溝付き体を薄板を折り曲げて構成し、溝幅をｂ、溝深さをｈとしたとき
【数１４】
2007055386.tif 000010
としたことを特徴とする気液分離装置である。【００３６】
好適態様５−１は、好適態様１−１から２−１の気液分離装置であって、入口仕切り体の溝先端から上流側の長さをＬ１、溝先端から下流側の段差部の長さをＬ２としたとき、
【数１５】
2007055386.tif 000011
としたことを特徴とする気液分離装置である。【００３７】
好適態様６−１は、好適態様１−１から２−１の気液分離装置であって、入口仕切り体の上流側外周と外殻体との距離をＨ１、溝先端から外殻体との距離をＨ２としたとき、
【数１６】
2007055386.tif 000012
としたことを特徴とする気液分離装置である。【００３８】
好適態様７−１は、好適態様１−１から１−２の気液分離装置であって、入口管の内面に内面螺旋溝を設けたことを特徴とする気液分離装置である。【００３９】
好適態様８−１は、好適態様１−１から１−２の気液分離装置であって、入口管の出口側端を末広がりに広げた広がり部を設けたことを特徴とする気液分離装置である。【００４０】
好適態様９−１は、好適態様１−１から１−２の気液分離装置であって、入口仕切り体の上流部先端を円錐体としたことを特徴とする気液分離装置である。【００４１】
好適態様１０−１は、好適態様１−１から１−２の気液分離装置であって、溝の上流側の流入室の外郭体内面に溝の溝深さより深さの浅い導入溝を設けたことを特徴とする気液分離装置である。【００４２】
好適態様１１−１は、好適態様１−１から１−２の気液分離装置であって、溝の上流側の流入室の外郭体内面に溝の溝深さより厚さの薄い多孔質体を設けたことを特徴とする気液分離装置である。【００４３】
好適態様１２−１は、好適態様１−１から１−２の気液分離装置であって、液相出口管を複数設けたことを特徴とする気液分離装置である。【００４４】
好適態様１３−１は、圧縮機、凝縮器、減圧器、気液分離装置および蒸発器を順次接続し冷凍サイクルを構成し、凝縮器に空気を送る凝縮器用送風機および蒸発器に空気を送る蒸発器用送風機を持ち、  気液分離装置の液相出口管を蒸発器に接続し、気相出口管をバイパス管を経て圧縮機の吸い込み側に接続した冷凍サイクルにおいて、蒸発器の伝熱管の一部をバイパス管として使用したことを特徴とする冷凍サイクルである。【００４５】
好適態様１４−１は、圧縮機、凝縮器、減圧器、気液分離装置および蒸発器を順次接続し冷凍サイクルを構成し、凝縮器に空気を送る凝縮器用送風機および蒸発器に空気を送る蒸発器用送風機を持ち、  気液分離装置の液相出口管を蒸発器に接続し、気相出口管をバイパス管を経て圧縮機の吸い込み側に接続した冷凍サイクルにおいて、バイパス管を蒸発器用送風機で送られる空気流中に配置したことを特徴とする冷凍サイクルである。【００４６】
好適態様１５−１は、好適態様１の気液分離装置を空気調和機等の冷凍サイクル中に組み込んだことを特徴とする気液分離装置を備えた冷凍装置である。【００４７】
好適態様１６−１は、好適態様２の気液分離装置を空気調和機
等の冷凍サイクル中に組み込んだことを特徴とする気液分離装置を備えた冷凍装置である。【００４８】
好適態様１−２は、気液分離室の一部に液相出口管に向かう溝付き部を設け、その気液分離室の上流に外郭体と入口仕切り体をもって狭小空間を作ると共に入口管より導かれた気液二相流を該狭小空間を通した後で急拡大部をもって構成される気液分離室に導き、上記気液二相流を気相と液相に分離し、その気液分離室の下流に気相と液相の流路を分離する出口仕切り体を設け、液相は溝付き部を通して液相出口管に導くようにし、気相は気液分離室から気相出口管に導くようにした気液分離機構とすると共に、急拡大部位置を基準とし,その基準位置から気液分離器への二相流流入方向をプラス方向、その流れ方向と逆方向をマイナス方向とし、その基準位置から気相出口管の気相流入端位置までの距離をＬとし、溝頂点仮想円の径をＤtとしたとき、気相出口管の気相流入端位置を
【数１７】
2007055386.tif 000013
としたことを特徴とする気液分離器である。【００４９】
好適態様２−２は、気液分離室の一部に液相出口管に向かう溝付き部を設け、その気液分離室の上流に外郭体と入口仕切り体をもって狭小空間を作ると共に入口管より導かれた気液二相流を該狭小空間を通した後で急拡大部をもって構成される気液分離室に導き、上記気液二相流を気相と液相に分離し、その気液分離室の下流に気相と液相の流路を分離する出口仕切り体を設け、液相は溝付き部を通して液相出口管に導くようにし、気相は気液分離室から気相出口管に導くようにした気液分離機構とすると共に、気相出口管内径部の気相流入端上部の入り口仕切り体位置から気相出口管の気相流入端内径部の距離をＨ、気相出口管の内径をｄiとしたとき、
【数１８】
2007055386.tif 000014
としたことを特徴とする気液分離器である。【００５０】
好適態様３−２は、気液分離室の一部に液相出口管に向かう溝付き部を設け、その気液分離室の上流に外郭体と入口仕切り体をもって狭小空間を作ると共に入口管より導かれた気液二相流を該狭小空間を通した後で急拡大部をもって構成される気液分離室に導き、上記気液二相流を気相と液相に分離し、その気液分離室の下流に気相と液相の流路を分離する出口仕切り体を設け、液相は溝付き部を通して液相出口管に導くようにし、気相は気液分離室から気相出口管に導くようにした気液分離機構とすると共に、気液分離室に対向する側の入口仕切り体下面が開放された中空部を設けたことを特徴とする気液分離器である。【００５１】
好適態様４−２は、気液分離室の一部に液相出口管に向かう溝付き部を設け、その気液分離室の上流に外郭体と入口仕切り体をもって狭小空間を作ると共に入口管より導かれた気液二相流を該狭小空間を通した後で急拡大部をもって構成される気液分離室に導き、上記気液二相流を気相と液相に分離し、その気液分離室の下流に気相と液相の流路を分離する出口仕切り体を設け、液相は溝付き部を通して液相出口管に導くようにし、気相は気液分離室から気相出口管に導くようにした気液分離機構とすると共に、気相出口管を出口仕切り体に通し、出口仕切り体を気相出口管に接合することにより、限られた液溜め高さのもとで液相の容積的なバッファとして最大に近い液溜め容積を確保したことを特徴とする気液分離器である。【００５２】
好適態様５−２は、気液分離室の一部に液相出口管に向かう溝付き部を設け、その気液分離室の上流に外郭体と入口仕切り体をもって狭小空間を作ると共に入口管より導かれた気液二相流を該狭小空間を通した後で急拡大部をもって構成される気液分離室に導き、上記気液二相流を気相と液相に分離し、その気液分離室の下流に気相と液相の流路を分離する出口仕切り体を設け、液相は溝付き部を通して液相出口管に導くようにし、気相は気液分離室から気相出口管に導くようにした気液分離機構とすると共に、溝付き体位置を適切な位置に固定するように気相出口管に接合された出口仕切り体により溝付き体の下部位置を固定し、入口仕切り体が確実に溝付き体に密着するように、外郭体により入口仕切り体を溝付き体に押し付け、入口仕切り体位置を固定したことを特徴とする気液分離器である。【００５３】
好適態様６−２は、気液分離室の一部に液相出口管に向かう溝付き部を設け、その気液分離室の上流に外郭体と入口仕切り体をもって狭小空間を作ると共に入口管より導かれた気液二相流を該狭小空間を通した後で急拡大部をもって構成される気液分離室に導き、上記気液二相流を気相と液相に分離し、その気液分離室の下流に気相と液相の流路を分離する出口仕切り体を設け、液相は溝付き部を通して液相出口管に導くようにし、気相は気液分離室から気相出口管に導くようにした気液分離機構とすると共に、溝付き体の内径側に溝付き体が溝頂点仮想円の内側に飛び出すことを防止する内径支持体を設けたことを特徴とする気液分離器である。【００５４】
好適態様７−２は、好適態様１−２から６−２の気液分離器の二相流入口管に、冷凍サイクル中の減圧器の出口管を接続し、気液分離器の液相出口管を蒸発器に接続し、一方、気液分離器の気相出口管をバイパス路および抵抗調整体を介して圧縮機の吸込み管に接続したことを特徴とする冷凍装置である。【００５５】
好適態様８−２は、好適態様１−２から６−２の気液分離器の二相流入口管に、冷凍サイクル中の圧縮機吐出管を接続し、気液分離器の液相出口管を流量調整絞りを介して圧縮機吸込み管に接続し、一方、気液分離器の気相出口管を冷凍サイクルの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である。【００５６】
好適態様１−１から８−２は、以下のようにも表現できる。【００５７】
好適態様１−１の発明は、求められる運転条件および冷媒流量に対し適切な仕様の気液分離装置を提供するものであり、ウエーバー数をＷｅ、気液分離装置に流入する気液二相流の質量流量をＧ、二相流の密度をρ、表面張力をσ、溝幅をｂ、該狭小空間から溝に流入する溝内流路断面積をＳｌとしたとき、
【数１９】
2007055386.tif 000015
としたものである。【００５８】
好適態様２−１の発明は、安価で加工性の良い溝を提供するために、溝付き面をもつ溝付き体を気液分離装置の外郭を構成する外郭体と別体で構成したものである。【００５９】
好適態様３−１の発明は、気液分離性能向上のために、溝の表面に親水性処理を行うようにしたものである。【００６０】
好適態様４−１の発明は、好適態様２−１の気液分離装置であって、気液分離性能向上のために、溝付き面をもつ溝付き体を薄板を折り曲げて構成し、溝幅をｂ、溝深さをｈとしたときとき、
【数２０】
2007055386.tif 000016
としたものである。【００６１】
好適態様５−１の発明は、好適態様１−１または２−１の気液分離装置であって、気液分離性能向上のために、入口仕切り体の溝先端から上流側の長さをＬ１、溝先端から下流側の段差部の長さをＬ２としたとき、
【数２１】
2007055386.tif 000017
としたものである。  【００６２】
好適態様６−１の発明は、好適態様１−１または２−１の気液分離装置であって、気液分離性能向上のために、入口仕切り体の上流側外周と外殻体との距離をＨ１、溝先端から外殻体との距離をＨ２としたとき、
【数２２】
2007055386.tif 000018
としたものである。【００６３】
好適態様７−１の発明は、好適態様１−１または２−１の気液分離装置であって、気液分離性能向上のために、入口管の内面に内面螺旋溝を設けたものである。【００６４】
好適態様８−１の発明は、好適態様１−１または２−１の気液分離装置であって、気液分離性能向上のために、入口管の出口側端を末広がりに広げた広がり部を設けたものである。【００６５】
好適態様９−１の発明は、好適態様１−１または２−１の気液分離装置であって、気液分離性能向上のために、入口仕切り体の上流部先端を円錐体としたものである。【００６６】
好適態様１０−１の発明は、好適態様１−１または２−１の気液分離装置であって、気液分離性能向上のために、溝の上流側の流入室の外郭体内面に溝の溝深さより深さの浅い導入溝を設けたものである。【００６７】
好適態様１１−１の発明は、好適態様１−１または２−１の気液分離装置であって、気液分離性能向上のために、溝の上流側の流入室の外郭体内面に溝の溝深さより厚さの薄い多孔質体を設けたものである。【００６８】
好適態様１２−１の発明は、好適態様１−１または２−１の気液分離装置であって、冷媒分流器としての機能を付加するために、液相出口管を複数設けたものである。【００６９】
好適態様１３−１の発明は、溝から液が溢れた場合でも、バイパス管に流れる液を無駄にしないために、蒸発器の伝熱管の一部をバイパス管として使用したものである。【００７０】
好適態様１４−１の発明は、溝から液が溢れた場合でも、バイパス管に流れる液を無駄にしないために、バイパス管を蒸発器用送風機で送られる空気流中に配置したものである。【００７１】
好適態様１５−１の発明は、空気調和機等の冷凍サイクルの高効率運転のために、好適態様１−１に記載の気液分離装置を冷凍サイクル中に組み込んだものである。【００７２】
好適態様１６−１の発明は、空気調和機等の冷凍サイクルの高効率運転のために、好適態様２−１に記載の気液分離装置を冷凍サイクル中に組み込んだものである。【００７３】
好適態様１−２の発明は、求められる運転条件および冷媒流量に対し適切な仕様の気液分離器を提供するものであり、急拡大部位置を基準とし、その基準位置から気液分離器への二相流流入方向をプラス方向、流れと逆方向をマイナス方向とし、その基準位置から気相出口管の気相流入端位置までの距離をＬとし、溝頂点仮想円の径をＤtとしたとき、気相出口管の気相流入端位置を  
【数２３】
2007055386.tif 000019
としたものである。【００７４】
好適態様２−２の発明は、求められる運転条件および冷媒流量に対し適切な仕様の気液分離器を提供するものであり、気相出口管内径部の気相流入端上部の入り口仕切り体位置から気相出口管内径部の気相流入端の距離をＨ、気相出口管の内径をｄiとしたとき、
【数２４】
2007055386.tif 000020
としたものである。【００７５】
好適態様３−２の発明は、求められる運転条件および冷媒流量に対し適切な仕様の気液分離器を提供するものであり、急拡大部位置を基準とし、その基準位置から気液分離器への二相流流入方向をプラス方向、流れと逆方向をマイナス方向とし、急拡大部位置から気相出口管の気相流入端位置をマイナスＬとすることを可能にするために、気液分離室に対向する入り口仕切り体下面が開放された中空部を設けたものである。【００７６】
好適態様４−２の発明は、出口仕切り体を概略平板状にし、気相出口管に通し気相出口管に接合することにより、限られた液溜め高さのもとで液相の容積的なバッファとして最大に近い液溜めの容積を確保したものである。【００７７】
好適態様５−２の発明は、信頼性の高い気液分離器を提供するものであり、溝付き体位置を適切な位置に固定するように気相出口管に接合された出口仕切り体により溝付き体の下部位置を固定し、入口仕切り体が確実に溝付き体に密着するように、外郭体により入口仕切り体を溝付き体に押し付け入口仕切り体位置を固定したものである。【００７８】
好適態様６−２の発明は、信頼性の高い気液分離器を提供するものであり、薄板を折り曲げて構成した溝付き体が溝頂点仮想円の内側の気液分離室への飛び出しを防止する飛び出し防止体を設けたものである。【００７９】
好適態様７−２の発明は、冷凍サイクルの高効率運転のために、好適態様１−２から６−２の気液分離器の二相流入口管に冷凍サイクル中の減圧器の出口管を接続し、気液分離器の液相出口管を蒸発器に接続し、一方、気液分離器の気相出口管をバイパス路および抵抗調整体を介して圧縮機の吸込み管に接続したものである。【００８０】
好適態様８−２の発明は、冷凍サイクルの高効率、高信頼性運転のために、好適態様１−２から６−２の気液分離器の二相流入口管に圧縮機吐出管を接続し、気液分離器の液相出口管を流量調整絞りを介して圧縮機の吸込み管に接続し、一方、気液分離器の気相出口管を冷凍サイクルの凝縮器に至る管路に接続したものである。
【発明の効果】
【００８１】
本発明（１）及び好適態様１−１の気液分離装置によれば、ウエーバー数をＷｅ、気液分離装置に流入する気液二相流の質量流量をＧ、二相流の密度をρ、表面張力をσ、溝幅をｂ、該狭小空間から溝に流入する溝内流路断面積をＳｌとしたとき、
【数２５】
2007055386.tif 000021
とすることにより、表面張力効果を用いた気液分離効果を安定的に確保し、効率の良い気液分離装置を提供できる。  すなわち、該狭小空間から溝に流入直後の流路断面積である溝内流路断面積Ｓｌに対して、気液二相流の質量流量Ｇが大きすぎると、表面張力効果により溝面に付着した液が気相流のせん断力により引きちぎられ、気相中に液相ミストが混入した噴霧流となり気相中に液が混じり十分な気液分離効果が得られない。  したがって、上記の関係を満たすことにより表面張力効果を用いた気液分離効果を安定的に確保し、効率の良い気液分離装置を提供できる。【００８２】
本発明（２）及び好適態様２−１の気液分離装置によれば、気液分離装置の外郭を構成する外郭体と別体で溝を有する溝付き体を構成することにより、気液分離装置の使い方あるいは適用機種に応じて適切な気相断面積Ｓｇ、液相断面積Ｓｌをもつ溝付き体４のみを複数準備することにより、外郭体をはじめとする共通部品に対して適切な溝付き体を選ぶことにより、安価な気液分離装置を提供できる。また、溝２を有する溝付き体４を別体で作ることにより、いかなる溝形状でも加工しやすく安価な気液分離装置を提供できる。【００８３】
本発明（４）及び好適態様３−１の気液分離装置によれば、溝の表面に親水性処理を行うことにより、溝の面に付着した液滴を親水性処理の作用により直ちに液膜化し、溝底に集まった液相と合流させることにより、液相を安定的に溝に捕捉でき、良好な気液分離が可能になる。【００８４】
本発明（３）及び好適態様４−１の気液分離装置によれば、溝付き面を有する溝付き体を薄板を折り曲げて構成し、溝幅をｂ、溝深さをｈとしたとき
【数２６】
2007055386.tif 000022
とすることにより、気相主流路に対して外側の溝流路を流れる気相流量を許容できる程度に十分に小さくする気液分離器を提供できる。【００８５】
本発明（５）及び好適態様５−１の気液分離装置によれば、入口仕切り体の溝先端から上流側の長さをＬ１、溝先端から下流側の段差部の長さをＬ２としたとき、
【数２７】
2007055386.tif 000023
とすることにより、気相出口管に混入する液相成分を許容値以下に抑え、良好な気液分離性能を確保できる気液分離器を提供できる。【００８６】
本発明（６）及び好適態様６−１の気液分離装置によれば、入口仕切り体の上流側外周と外殻体との距離をＨ１、溝先端から外殻体との距離をＨ２としたとき、
【数２８】
2007055386.tif 000024
とすることにより、溝内に導入される気液二相流を溝の外殻体側、すなわち溝の谷部へ導入できるので、溝部から離脱する液相成分を許容値以下に抑え、良好な気液分離性能を確保できる気液分離器を提供できる。【００８７】
本発明（７）及び好適態様７−１の気液分離装置によれば、入口管の内面に内面螺旋溝を設けることにより、入口管の出口で二相流は広がり流れとなり外郭体にいたる。そのため、液相成分を溝底部に流入させる方向付けを行うことができるため良好な気液分離性能を確保できる。【００８８】
本発明（８）及び好適態様８−１の気液分離装置によれば、入口管の出口側端を末広がりに広げた広がり部を設けることにより、入口管の出口では二相流は広がり流れとなり外郭体にいたる。そのため、液相成分は外郭体に沿う流れとなり、液相成分を溝底部に流入させる方向付けを行うことが出来るため良好な気液分離性能を確保できる。【００８９】
本発明（９）及び好適態様９−１の気液分離装置によれば、入口仕切り体の上流部先端を円錐体とすることにより、入口管を流出した二相流はスムーズに広がり流れとなり外郭体にいたる。そのため、液相成分は外郭体に沿う流れとなり、液相成分を溝底部に流入させる方向付けを行うことができるため良好な気液分離性能を確保できる。【００９０】
本発明（１０）及び好適態様１０−１の気液分離装置によれば、溝の上流側の流入室の外郭体内面に溝の溝深さより深さの浅い導入溝を設けることにより、外郭体に向かう流れを受け止め、導入溝内に液滴を捕捉し溝の方向に流すことにより液相成分を溝底部に流入させる方向付けを行うことが出来るため良好な気液分離性能を確保できる。【００９１】
本発明（１１）及び好適態様１１−１の気液分離装置によれば、溝の上流側の流入室の外郭体内面に溝の溝深さより厚さの薄い多孔質体を設けることにより、外郭体に向かう流れを受け止め、多孔質体内に液滴を捕捉し溝の方向に流すことにより液相成分を溝底部に流入させる方向付けを行うことが出来るため良好な気液分離性能を確保できる。【００９２】
本発明（１２）及び好適態様１２−１の気液分離装置によれば、液相出口管を複数設けることにより、気液分離装置は分流器も兼ねることができる。すなわち、入口管から流入した二相流は気相と液相に分離され、気相は気相出口管から蒸発器バイパス管側に流れる。したがって、複数の液相出口管に流入する冷媒は液相単相であるため、冷媒を均等に分流することが容易になり、気液分離装置は分流器も兼ねることができる。【００９３】
本発明（２３）及び好適態様１３−１の気液分離装置によれば、蒸発器の伝熱管の一部をバイパス管として使用することにより、たとえバイパス管に液冷媒が混入しても液冷媒は空気から吸熱し蒸発するので、液冷媒を無駄にすることなく高効率な運転を可能にできる。【００９４】
本発明（２４）及び好適態様１４−１の気液分離装置によれば、バイパス管を蒸発器用送風機で送られる空気流中に配置することにより、たとえバイパス管に液冷媒が混入しても液冷媒は空気から吸熱し蒸発するので、液冷媒を無駄にすることなく高効率な運転を可能にできる。【００９５】
本発明（１３）及び好適態様１５−１の気液分離装置を備えた冷凍装置によれば、本発明（１）及び好適態様１−１の効果が得られる他、蒸発器での圧力損失を抑えることが出来、圧縮動力が節減でき高効率な運転を可能に出来る冷凍装置が得られる。【００９６】
本発明（１３）及び好適態様１６−１の気液分離装置を備えた冷凍装置によれば、本発明（２）及び好適態様２−１の効果が得られる他、蒸発器での圧力損失を抑えることが出来、圧縮動力が節減でき高効率な運転を可能に出来る冷凍装置が得られる。【００９７】
本発明（１４）及び好適態様１−２の気液分離器によれば、急拡大部位置を基準としその基準位置から二相流流入方向をプラス方向、その流れ方向と逆方向をマイナス方向とし、その基準位置から気相出口管の気相流入端位置までの距離をＬとし、溝頂点仮想円の径をＤtとしたとき、気相出口管の気相流入端位置を
【数２９】
2007055386.tif 000025
とすることにより、急拡大部から気相成分が気液分離室に流入するとき伴流される微細液滴ミストが気相出口管に吸い込まれ難く、効率の良い気液分離器を提供できる。【００９８】
本発明（１５）及び好適態様２−２の気液分離器によれば、気相出口管内径部の気相流入端上部の入り口仕切り体位置から気相出口管内径部の気相流入端の距離をＨ、気相出口管内径をｄiとしたとき、
【数３０】
2007055386.tif 000026
とすることにより、気相出口管の入口直前における流速を気相出口管入口流速よりも低下させることができ、気相出口管の入口近傍に存在する微細液滴ミストが気相出口管に吸い込まれ難く、効率の良い気液分離器を提供できる。【００９９】
本発明（１６）及び好適態様３−２の気液分離器によれば、入り口仕切り体をその下面が開放された中空部を設けることにより、急拡大部位置から気相出口管の気相流入端位置をマイナスＬとすることを可能にするため、すなわち、気相出口管の気相流入端位置を急拡大部位置より上方にすることを可能にするため、急拡大部から気相成分が気液分離室に流入するとき伴流される微細液滴ミストが気相出口管に吸い込まれ難く、効率の良い気液分離器を提供できる。【０１００】
本発明（１７）及び好適態様４−２の気液分離器によれば、出口仕切り体を概略平板状にし、気相出口管に通し気相出口管に接合することにより、限られた液溜め高さのもとで液相の容積的なバッファとして最大に近い液溜め容積を確保できる。【０１０１】
本発明（１８）及び好適態様５−２の気液分離器によれば、溝付き体位置を適切な位置に固定するように気相出口管に接合された出口仕切り体により溝付き体の下部位置を固定し、入口仕切り体が確実に溝付き体に密着するように、外郭体により入口仕切り体を溝付き体に押し付け入口仕切り体位置を固定することにより、二相流が狭小空間から溝に流入するとき、入口仕切り体と溝付き体の間に隙間が無いため、液相成分が直接気液分離室に流入することなく、効率の良い気液分離器を提供できる。【０１０２】
本発明（１９）及び好適態様６−２の気液分離器によれば、薄板を折り曲げて構成した溝付き体が溝頂点仮想円の内側の気液分離室への飛び出しを防止する内径支持体を設けることにより、気液分離器に何らかの衝撃的外力が作用しても、溝付き体が気液分離室へ飛び
出すことを防止でき、信頼性の高い気液分離器を提供できる。【０１０３】
本発明（２０）及び好適態様７−２の気液分離器を備えた冷凍装置によれば、本発明（１４）〜（１９）及び好適態様１−２〜６−２の効果が得られる他、蒸発器での圧力損失を抑えることが出来、圧縮動力が節減でき高効率な運転を可能に出来る冷凍装置が得られる。【０１０４】
本発明（２１）及び好適態様８−２の気液分離器を備えた冷凍装置によれば、本発明（１４）〜（１９）及び好適態様１−２〜６−２の効果が得られる他、冷凍サイクルへの冷凍機油の流出を防止できるので、高効率および高信頼性運転を可能に出来る冷凍装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１０５】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。【０１０６】
「第１−１の実施の形態」  図１は第１−１の実施の形態の気液分離装置を示す断面図である。図２は図１に示す気液分離装置のＡ−Ａ断面図である。また図３は図２の溝部詳細拡大断面図である。図１に示すように外郭体１０−１内に液相出口管７−１に向かう溝２−１を有する溝付き体４−１が設けられており、溝付き体４−１の上流には入り口仕切り体１６−１が設けられ、入り口仕切り体の後流で流路断面積が急激に拡大する急拡大部３−１を設け、気液分離室１−１を構成している。入り口仕切り体１６−１の一部は段差部１５−１が設けられ、段差部１５−１が溝２−１の溝頂部３０−１に概略接することにより溝付き体４−１の中心軸と入り口仕切り体１６−１の中心軸が概略一致する構成としている。なお、上記した概略接しとは、設計上では接するように設計しても、実際には加工上の寸法公差により入り口仕切り体と溝頂部がわずかに離れ、近接状態にある場合を含めたことを意味する。  気液二相流は入口管５−１から流入室４８−１に流入し、さらに入り口仕切り体１６−１と外郭体１０−１をもって作られる狭小空間１２−１に流入し、急拡大部３−１で流路断面積が拡大する。入り口仕切り体１６−１をもって作られる狭小空間１２−１で気液二相流を急拡大部３−１後流の溝２−１に沿って供給する傾向付けをするので、気液二相流は溝に沿って溝に流入する。【０１０７】
ここで、図３に示す溝幅をｂ、液面曲率半径をｒ、液密度をρ、液表面張力をσおよび重力加速度をｇとしたとき、溝は
【数３１】
2007055386.tif 000027
となるように設計されているため、重力よりも表面張力が支配的となり、液相は表面張力の作用により溝内に保持され流れる。  また、急拡大部３−１で急に流路断面積が拡大するため流速が低下し、二相流はその条件に応じたボイド率βの流れとなり、気相は液相より分離し溝外に出て行く。二相流のボイド率とは全流路断面積に占める気相流路断面積の割合であり、例えば有名なＳｍｉｔｈの式を用いれば、気液分離装置の溝に流入する乾き度χと気液密度比ρＧ/ρＬの関数で式２−１に示す関数で表すことができることが知られている。
【数３２】
2007055386.tif 000028
【０１０８】
溝頂点仮想円９−１の内側の気相流路断面積をＳｇ、溝頂点仮想円９−１の外側の液相流路断面積をＳｌとしたとき、
【数３３】
2007055386.tif 000029
の関係を満たすようにＳｇとＳｌを設計しておくことにより、液は溝から溢れることなく溝内を流れ続け、気相は溝頂点仮想円９−１の内側の流路断面積Ｓｇの部分を流れるため、二相流は気液に分離される。  溝２−１で気液分離された後、分離された気相と液相が混じり合わないように出口仕切り体８−１で気相と液相の流路が分けられ、気相出口管６−１から気相が、液相出口管７−１から液相が流出する。【０１０９】
以上に述べた式１−１および式３−１が表面張力の作用により液が溝から溢れることなく溝内を流れ、気液分離を行うための必要条件であるが、確実に二相流を気液分離するためには二相流の流量に関する条件が必要である。すなわち、該狭小空間から溝に流入直後の流路断面（図１に示すＢ−Ｂ断面）における溝内流路断面積Ｓｌに対して、気液二相流の質量流量Ｇが大きすぎると、非常に速い流速となり、流れのせん断力が表面張力に勝り、表面張力効果により溝面に付着した液が気相流のせん断力により引きちぎられ、気相中に液相ミストが混入した噴霧流となり、気相中に液が混じり十分な気液分離効果が得られない。
このような高速気相流のせん断力による噴霧流発生限界はIshii（M.Ishii and M.A.Grolmes， Inception Criteria
for Droplet Entrainment in Two-Phase Concurrent Film Flow, AIChE Journal
Vol.21,No.2, March,1975）の研究がよく知られている。
すなわち、図４においてガス流によるせん断力で液が引きちぎられる力Fdが液面を保持しようとする表面張力Fσを上回ったとき、ミストが発生し噴霧流になる。
【数３４】
2007055386.tif 000030
したがって、ミストの発生をなくし、噴霧流に遷移するのを防止するには式５−１を満足すればよい。
【数３５】
2007055386.tif 000031
式５−１は無次元速度Ｕと膜レイノルズ数Ｒefにより次式の形で表現される。
【数３６】
2007055386.tif 000032
【数３７】
2007055386.tif 000033
【数３８】
2007055386.tif 000034
ここに  μl：液粘性係数、Ｊg：ガスの速度、σ：表面張力、ρg：ガス密度、ρl：液密度、ｖl：液速度、δ：液膜厚さ、Ｇl：液質量流量、Ｌw：濡れぶち長さである。【０１１０】
すなわち、式６−１の関係を満たすことにより噴霧流の発生を防止でき、その例として、表１に示す具体的な複数の冷凍サイクル運転条件例と表２に示す複数の気液分離装置仕様例に対して式７−１、式８−１で示される無次元速度Ｕ、膜レイノルズ数Ｒefを計算した結果を図５に示し、また、式６−１で示される噴霧流発生限界を計算した結果も図５に示した。
【表１】
2007055386.tif 000035
【表２】
2007055386.tif 000036
図５に示したプロット記号は、表２に示したａからｅの各仕様の気液分離装置を表1に示す各運転条件で使用した場合に対応している。  図５において、各仕様の気液分離装置に対する運転条件は左から（１）（２）（３）（４）の順となっている。噴霧流遷移限界無次元速度Ｕlimは膜レイノルズ数Ｒefに対して勾配をもっており、この例では仕様ａ，ｂでは噴霧流遷移限界以下の無次元速度Ｕを確保できているが、仕様ｃ，ｄ，ｅでは運転条件によっては噴霧流遷移限界無次元速度Ｕlimを超えることが分かる。【０１１１】
図５に示したように各気液分離装置を各運転条件で使用した場合の噴霧流遷移限界無次元速度Ｕlimに対する位置づけは把握できる。しかし、各点は膜レイノルズ数Ｒefに対する無次元速度Ｕの分布を示すが、この図から各仕様の気液分離装置に流すことが出来る冷媒流量を直接把握することは出来ない。【０１１２】
そこで、噴霧流を起こさない冷媒流量を直接把握するための具体的手段として以下の発明を行った。すなわち、噴霧流を起こさない冷媒流量を直接把握するために、冷媒流量と無次元速度Ｕの関係を検討した。この物理モデルでは冷媒の運動量と表面張力が関係しているため、冷媒流量が関係する物理量として、ウエーバー数Ｗｅを選んだ。ウエーバー数Ｗｅは冷媒の運動量すなわち慣性力と表面張力の比で定義される無次元数であり、二相流の密度をρ、流速をu、表面張力をσ、液面の曲率半径をｒとしたとき次式となる。
【数３９】
2007055386.tif 000037
ここで、液面の曲率半径ｒは図３に示すように溝を構成する板１３−１の頂部が角を持っている場合は比較的に容易に求められるが、図１９に示すように薄板を折り曲げて溝を構成する場合には（図１９の詳細は後述の第５−１の実施形態にて詳述する）溝を構成する板の頂部は曲率を持つため、液面の曲率半径ｒを求めるには非常に煩雑な計算になる。  ここで、図３および図１９を見ると液面の曲率半径ｒは近似的に溝幅ｂの１／２と考えることができる。したがって式９−１は次式となる。なお、溝幅ｂは溝頂点仮想円９−１の円周を溝数で除した円弧長さで定義している。
【数４０】
2007055386.tif 000038
ここで、二相流の流速ｕは、二相流の流量をＧ，二相流の比容積をｖ、溝に流入直後の流路断面積である溝内流路断面積をＳｌとしたとき次式となる。
【数４１】
2007055386.tif 000039
式１１−１を式１０−１に代入し、ρ＝１／ｖの関係を考慮すると、ウエーバー数Ｗｅは式１２−１に示すように二相流の流量Ｇと気液分離器の形状より求められる溝内流路断面積Ｓｌ、溝幅ｂおよび物性値で表現できる。
【数４２】
2007055386.tif 000040
【０１１３】
そこで、図５の場合と同様に、表２に示すａからｅの各仕様の気液分離器を表１に示す各運転条件で使用した場合の無次元速度Ｕを式７−１より計算し、噴霧流遷移限界無次元速度Ｕlimに対する比Ｕ／Ｕlimを求め、ウエーバー数Ｗｅに対してプロットした結果を図６に示す。Ｗｅに対してＵ／Ｕlimをプロットすることにより、各気液分離装置を各運転条件で使用した場合のＵ／Ｕlimはほぼ一つの線上に乗っていることが分かる。なお、図６中のプロット記号も表２の記号に対応している。  したがって、噴霧流を越さない限界、すなわち、各点の無次元速度Ｕが噴霧流遷移限界無次元速度Ｕlimより小さい  Ｕ／Ｕlim＜１  とするには図６より
【数４３】
2007055386.tif 000041
を満足すればよいことを明かにした。【０１１４】
「第２−１の実施の形態」  先に説明した、図1および図２を用いて第２−１の実施の形態の気液分離装置を説明する。  図１は、第２−１の実施の形態の気液分離装置を示す断面図である。図２は、図１に示す気液分離装置のＡ−Ａ断面図である。本実施形態の気液分離装置は、図１および図２に示すように外郭体１−１内に外郭体と別体で溝２−１を有する溝付き体４−１が設けられており、溝頂点仮想円９−１の内側がガスが流れる流路断面積Ｓｇであり、溝頂点仮想円９−１の外側の溝内が液が流れる流路断面積Ｓｌであり、その構成および作用は先に説明したとおりである。【０１１５】
本発明の気液分離装置を実際の冷凍サイクルに適用する場合、色々な使い方があり、適用対象となる冷凍サイクルそれぞれの条件に適切な気液分離装置を提供する必要がある。具体的な適用例として、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第一の冷凍サイクル構成図を図７に示す。図７に示した冷凍サイクル構成図には適用例を説明するために必要な基本的構成要素を示している。すなわち、圧縮機1７−１は第一のシリンダ１８−１と第二のシリンダ１９−１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１８−１と第二のシリンダ１９−１で二段に圧縮され高温高圧気相冷媒となり冷媒吐出管２０−１を経て、凝縮器２１−１で凝縮器用送風機２２−１より送られる空気に放熱し、低温高圧液冷媒となる。その液冷媒は第一の減圧器２３−１で減圧され二相流となり、入り口管５−１から気液分離装置３３−１に流入し、液相冷媒は液相出口管７−１から第二の減圧器２４−１でさらに減圧され、蒸発器２５−１に入り蒸発器用送風機２６−１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１７−１に吸い込まれる。一方、気液分離装置３３−１で分離された気相冷媒は気相出口管６−１から第二のシリンダ１９−１に吸い込まれるため、気液分離装置３３−１で分離された蒸発に寄与しない気相冷媒は第一のシリンダ１８−１で圧縮する必要が無く、圧縮動力が節減でき、高効率な運転を可能にできる。【０１１６】
図７に示した冷凍サイクルにおいて、気液分離装置に流入する冷媒の状態は図８に示すモリエル線図で示すことができ、点ａの状態で第一の減圧器２３−１に流入した冷媒は第一の減圧器２３−１で中間圧力Pmまで減圧され、点ｂの乾き度Ｘmで気相と液相が混合した状態の冷媒となり気液分離器３３−１に流入する。【０１１７】
図９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第二の冷凍サイクル構成図である。すなわち、圧縮機1７−１は第一のシリンダ１８−１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１８−１で圧縮され高温高圧気相冷媒となり冷媒吐出管２０−１を経て、凝縮器２１−１で凝縮器用送風機２２−１から送られる空気に放熱し、低温高圧液冷媒となる。その液冷媒は第一の減圧器２３−１で減圧され二相流となり、入り口管５−１から気液分離装置３３−１に流入し、液相冷媒は液相出口管７−１から蒸発器２５−１に入り蒸発器用送風機２６−１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１７−１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６−１から蒸発器バイパス管２７−１を経て圧縮機１７−１に吸い込まれる。【０１１８】
気液分離装置３３−１を用いない場合には、減圧器２３−１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、特に、蒸発器用送風機２６−１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２５−１での圧力損失が大きく蒸発器２５−１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、図９で示したように気液分離装置３３−１を設け、分離された気相冷媒を気相出口管６−１から蒸発器バイパス管２７−１を経て圧縮機1７−１に吸い込ませることにより、蒸発に寄与しない気相冷媒は蒸発器２５−１に流入しないため蒸発器２５−１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。【０１１９】
図９に示した冷凍サイクルは、減圧器２３−１により蒸発圧力まで減圧され、使用対象となる蒸発温度に設定される。すなわち、この冷凍サイクルの状態は図１０に示すモリエル線図で表現でき、例えば（Ａ）は蒸発温度が−２０℃程度まで対象とする低温冷凍サイクル、（Ｂ）は蒸発温度が０℃程度まで対象とする中温冷凍サイクルの例であり、それぞれにおいて、点ａは減圧器入口、点ｂは気液分離装置入口の冷媒状態であり、気液分離装置入口のそれぞれの冷媒乾き度Ｘ１，Ｘ２は減圧器入口のサブクール量Ｓc1，Ｓc2及び蒸発圧力Ｐs1、Ｐs2が変わることにより異なった値となる。【０１２０】
以上に述べたように、気液分離装置の使い方により、気液分離装置に流入する冷媒の状態が異なり、それに対応してそれぞれの条件に適切な気液分離装置を提供する必要がある。  それぞれの条件に対して適切な気液分離装置を提供する要件は先に述べたように、冷媒流量に対して適切な流路断面積をもち、かつ、液が溝から溢れないようにし、表面張力の作用により溝内に液を保持することであり、式１３−１、式３−１および式１−１の関係を満たすことである。【０１２１】
気液分離装置の使い方あるいは適用機種により適切な気液分離装置を提供するためには溝の断面形状を変えることにより気相断面積Ｓｇ、液相断面積Ｓｌが式１３−１、式３−１および式１−１の関係を満たすようにする。例えば、気液分離装置の溝に流入する二相流の液の割合が少ない条件の場合には図１１に示す浅い溝２−１を有する溝付き体４−１が用いられ、気液分離装置の溝に流入する二相流の液の割合が多い条件の場合には図１２に示す深い溝２−１を有する溝付き体４−１が用いられる。したがって、図１に示すように外郭体１−１と別体で溝２−１を有する溝付き体４−１を設けることにより、気液分離装置の使い方あるいは適用機種に応じて適切な気相断面積Ｓｇ、液相断面積Ｓｌをもつ溝付き体４−１のみを複数準備することにより、外郭体をはじめとする共通部品に対して適切な溝付き体を選ぶことにより、安価な気液分離装置を提供できる。また、溝２−１を有する溝付き体４−１を別体で作ることにより、いかなる溝形状でも加工しやすく安価な気液分離装置を提供できる。【０１２２】
「第３−１の実施の形態」  先に説明した図1および図１３を用いて第３−１の実施の形態の気液分離装置を説明する。図１は第３−１の実施の形態の気液分離装置を示す断面図である。図１３は図１に示す気液分離装置のＢ−Ｂ断面図における溝部詳細断面図である。第３−１の実施の形態では溝２−１の表面を親水性処理面４３−１としていることが特徴であり、その他の構成および作用は第１−１の実施の形態の場合と同じである。  図１に示す気液分離装置のＢ−Ｂ断面図に流入した二相流は気相中に多くの液滴ミスト４０−１を含んでおり、それらの液滴ミスト４０−１は溝２−１の表面に付着し溝に捕捉される。しかし、溝面に付着した液滴４１−１がそのままの状態で留まっていると、図４に示した噴霧流発生メカニズムの原理により、高速ガス流によるせん断力で液滴が引きちぎられ噴霧流となりやすい。したがって、第３−１の実施の形態では溝２−１の表面を親水性処理面４３−１とし、溝２−１の溝面に付着した液滴４１−１を親水性処理の作用により直ちに液膜化し、溝底に集まった液相４２−１と合流させることにより、液相を安定的に溝に補足でき良好な気液分離が可能になる。親水性処理面４３−１の加工方法はたとえば、ショットブラスト等による機械的手段または化学的処理により微細凹凸加工、あるいは親水性材料の塗布でも良い。【０１２３】
「第４−１の実施の形態」  図１４は第４−１の実施の形態の気液分離装置を示す断面図である。図１５は図１４に示す気液分離装置のＣ−Ｃ断面図である。本実施形態の気液分離装置は溝２−１を有する溝付き体４−１を平板状にし、それに応じて外郭体１−１を箱状にしたものであり、図１４および図１５に示すよう外郭体１−１内に外郭体と別体で溝２−１を有する溝付き体４−１が設けられ
ており、その作用及び効果は図１に示した第２−１の実施の形態と同じである。【０１２４】
また、図１５において、溝付き体４−１の溝頂部３０−１から第２の外郭体１０−１の上蓋に当たる第2の外郭体１１−２の内面までの距離Ｈは二相流のボイド率βを用いて決められる。すなわち、ボイド率とは全流路断面積に占める気相断面積の割合であり、気相断面積をＳｇ、液相断面積をＳｌとしたとき、
【数４４】
2007055386.tif 000042
となるようにＨを決めることにより第２−１の実施の形態の場合と同様に液相は溝内に保持され、液溢れが生じない。【０１２５】
「第５−１の実施の形態」  図１６は第５−１の実施の形態の気液分離装置を示す断面図である。図１７は図１６に示す気液分離装置のＡ−Ａ断面図である。図１６に示す第５−１の実施の形態の気液分離装置では溝２−１をもつ溝付き体４−１を薄板を折り曲げて構成したものであり、そのＡ−Ａ断面は図１７に示すようになっている。薄板を折り曲げて構成した溝付き体４−１は図１８に示した薄板を折り曲げた溝付き体４−１を製作し、それを丸め、図１７に示すように外郭体１０−１に挿入している。【０１２６】
一般的に、図１１、図１２に示したような浅い溝は切削、焼結加工等により加工が可能であるが、溝深さが深くなるとそれらによる加工方法で深い溝を実現することは難しく、また、たとえ可能になっても加工費が高くなる。  さらに噴霧流を起さない条件として示した式１３−１において、溝内流路断面積Ｓｌを大きくすることにより、噴霧流を起こすことなく気相質量流量Ｇを大きく出来る。したがって図２に示す溝面を構成する肉部１３−１の厚さｔが厚いと溝内流路断面積Ｓｌは小さくなるため、Ｓｌを大ききとるためには肉部１３−１の厚さｔを薄くするかまたは溝深さｈを深くすることが必要になり、この点からも切削、焼結加工等による溝加工が難しくなる。  したがって、薄板を折り曲げて溝付き体４−１を構成することにより安価な深溝を構成でき、さらに、図１８に示した薄板を折り曲げた溝付き体４−１を丸め、図１７に示すように外郭体１０−１に挿入することにより溝内流路断面積Ｓｌを確保し、かつ深溝を安価で容易に実現できる。【０１２７】
しかし、薄板を折り曲げて溝付き体４−１を構成する方法は深溝を安価で容易に実現できる一方で、解決しなければならない課題があり、以下にその課題を解決する具体的発明について述べる。【０１２８】
溝付き体４−１を丸め、外郭体１０−１に挿入した気液分離装置では、図１６に示すように、入口管５−１から流入した二相流は入り口仕切り体１６−１と外郭体１０−１をもって作られる狭小空間１２−１を通り図１６に矢印で示すように溝２−１に流入する。このとき、溝に流入した二相流は図１７に示す内側の溝２−１iと外側の溝２−１oの両側に流入する。内側の溝２−１iに流入した二相流の液相は表面張力の作用により溝内に付着して流れ、気相は溝頂点仮想円９−１の内側の気相流路Ｓｇ側に流れる。しかし、外側の溝２−１oに流入した二相流は気相成分もそのまま外側の溝２−１o側を流れ続け、液相出口管７−１に至るため、液相側に気相成分が混入し良好な気液分離を出来ないという課題が考えられる。【０１２９】
上記した課題を解決する具体的発明を図１９を用いて説明する。外側の溝２−１oには気相と液相が二相流の状態で流れ、液相は表面張力の作用により外側の溝２−１o内のコーナ部２８−１に付着して流れると考えることができ、その結果気相流路は狭まり、気相は外側の溝２−１oに内接する円２９−１内を流れると考えることができる。  溝数を多くしていくと、内接する円２９−１の径ｄｇは小さくなり、その部分を流れる気相流速は気相主流路すなわち、溝頂点仮想円９−１の内側の流路を流れる気相流速に対し小さく、さらに、気相主流路断面積に対する全内接円流路断面積も小さいため、気相主流路に対する全内接円流路を流れる気相流量が十分に小さくなる溝幅ｂと溝深さｈの関係が存在すると考えた。  そこで、すべての外側の溝２−１o全体を流れる気相流量Ｇgoが気相主流路すなわち、溝頂点仮想円９−１の内側の流路を流れる気相流量Ｇgiに対してどの程度の割合になるのかを把握するため、Ｇgo/Ｇgiを以下の考え方で計算した。一般に、円形流路における圧力損失ΔＰは流体密度をρg、管摩擦係数をλ、流路径をＤ，流路長さをＬ，管内流速をＶおよび重力加速度をｇとしたとき次式で示される。
【数４５】
2007055386.tif 000043
溝頂点仮想円９−１の内側の流路と溝２−１oに内接する円２９−１内を流れる流路の入口の圧力と出口の圧力はそれぞれ等しいため、内接する円２９−１の径をｄｇ、その流速をｖｇとし、溝頂点仮想円９−１の内側の流路径をＤｇ，その流速をＶｇおよび流路長さをＬ、気相密度をρｇとすると次式が得られる。
【数４６】
2007055386.tif 000044
ここで、管摩擦係数λは有名なブラジウスの式を用いると流速をＶ、流路径をＤ、動粘性係数をνとすると次式となる。
【数４７】
2007055386.tif 000045
流路ｄｇとＤｇの両者の流路のρｇとＬも等しいため、次式が得られる。
【数４８】
2007055386.tif 000046
故に
【数４９】
2007055386.tif 000047
したがって、気相主流路Ｄｇを流れる気相流量に対する全内接円ｄｇを流れる気相流量の比は気相主流路断面積をＳｇ，全内接円流路断面積をｓｇとすると、気相主流路に対する全内接円流路の流量比は次式となる。
【数５０】
2007055386.tif 000048
【０１３０】
式１６−１は気液分離装置の幾何学的形状により決まるため、表３に示す具体的気液分離装置仕様例に対して流量比を計算した結果を図２０に示す。計算において、本気液分離装置が使用される運転条件は表１の条件とした。表1によると各運転条件の中で最も小さなボイド率βは０.７３２であり、式３−１のＳｇ／（Ｓｇ＋Ｓｌ）≦０.７３２になるように溝設計を行えばいずれの条件で運転しても液相が溝から溢れることなく流れるため、本計算では、余裕を見て、Ｓｇ／（Ｓｇ＋Ｓｌ）＝０.７０となるようにｈを求めた。また、溝幅ｂは溝頂点仮想円９−１の円周を溝数で除した円弧長さで定義し、溝幅ｂは溝数を変えることにより求められる。上記より求められるｂ／ｈに対して流量比Ｇgo/Ｇgiを図２０に示した。  なお、溝の折り曲げ加工を行う場合、折り曲げ部は鋭角に折り曲げることは難しく、実際には図１９に示すように折り曲げ半径ｒｃが必要であり、本計算では折り曲げ半径ｒｃ＝板厚ｔとして計算した。
【表３】
2007055386.tif 000049
【０１３１】
図２０より明かなように、ｂ／ｈに対して流量比Ｇgo/Ｇgiをプロットすることにより、気液分離装置仕様例Ａ，Ｂ，Ｃいずれもほぼ同一線上に乗っていることがわかる。理想的には液相側に混入する気相は０％であることが望ましいが、工業的には広い運転条件を考慮すると１から２％程度の混入は許容する必要があり、Ｇgo/Ｇgiが２％以下になるのは図２０よりｂ／ｈが０．６以下の場合であることが分かる。したがって、液相側に混入する気相成分を２％以下に抑えるためには
【数５１】
2007055386.tif 000050
を満足すればよいことを明かにした。【０１３２】
「第６−１の実施の形態」  図２１は第６−１の実施の形態の気液分離装置を示す断面図である。  図２１に示す気液分離装置は図1に示した気液分離装置とその構成、作用は同じであり、外郭体１０−１内に液相出口管７−１に向かう溝２−１を有する溝付き体４−１が設けられており、溝付き体４−１の上流には入り口仕切り体１６−１が設けられ、入り口仕切り体の後流で流路断面積が急激に拡大する急拡大部３−１を設け気液分離室１−１を構成している。入り口仕切り体１６−１の一部は段差部１５−１が設けられ、段差部１５−１が溝２−１の溝頂部に概略接することにより溝付き体４−１の中心軸と入り口仕切り体１６−１の中心軸が概略一致する構成としている。すなわち、入り口仕切り体１６−１は二相流が気液分離室１−１に直接流入しないようにする機能を持つため、溝付き体４−１の中心軸と入り口仕切り体１６−１の中心軸のずれを防ぐための位置あわせのために入り口仕切り体１６−１の一部に段差部１５−１を設けている。  気液二相流は入口管５−１から流入し、入り口仕切り体１６−１と外郭体１０−１をもって作られる狭小空間１２−１に流入し、狭小空間１２−１で気液二相流を急拡大部３−１後流の溝２−１に沿って供給する傾向付けをするので、気液二相流は溝に沿って溝に流入する。  気液分離性能は基本的には先に述べた溝の特性に依存しているが、溝の特性以外に気液二相流の溝への流入条件も気液分離性能を確保する上で重要な要件である。その第一の流入条件は入り口仕切り体１６−１の寸法に関する条件である。  入り口仕切り体１６−１は気液二相流を溝に沿って溝に流入させる機能も果たすことが気液分離性能を確保する上で重要な要件である。したがって、そのためには、図２１に示す入口仕切り体１６−１の溝先端から上流側の長さＬ１、溝先端から下流側の段差部１５−１の長さＬ２寸法が気液分離性能に重要な意味を持つ。【０１３３】
一般的に、図２２に示すように流れの中に置かれた板をよぎる流れの物理モデルを考えたとき、板３１−１の厚さが薄い場合には、流線３２−１は板の後流側で板の中心部方向に回り込みやすい性質があり、Ｌ１寸法が小さいと溝に供給された二相流の液相成分が溝内に捕捉される前に溝の外の気相流路部に流れ込み、良好な気液分離が出来ない可能性を予測した。そこで、Ｌ１、Ｌ２寸法を種々変え、気相出口管６−１中に混入する液量を実験により計測し、二相流全液量に対する液混合割合を求めた。図２３に液混合割合をＬ１／Ｌ２に対してプロットした結果を示す。理想的には液混合割合が０であることが望ましいが工業的には若干の許容値が必要であり、液混合割合を０．００３すなわち０．３％許容すると、図２３より
【数５２】
2007055386.tif 000051
を満たすことにより、良好な気液分離性能を確保できることが分かる。  【０１３４】
なお、Ｌ１／Ｌ２＜１．６で液混合割合が大きくなっている理由は以下による。  Ｌ１／Ｌ２が小さな場合の第一点はＬ１が小さな場合でありこの場合には図２２に示した流れの物理モデルにより溝に供給された二相流の液相成分が溝内に捕捉される前に溝の外の気相流路部に流れ込むためである。Ｌ１／Ｌ２が小さな場合の第二点はＬ２が大きな場合である。この場合には、図２４に示すように溝頂部３０−１が入口仕切り体の段差部１５−１に接することによりコーナー部ができ、そこにコーナー付着液３４−１が蓄積し流れ、急拡大部３−１でその液が気相流路部に流れ込むためである。この場合、Ｌ２が大きいとコーナー付着液３４−１の量が増えるため、Ｌ２が大きいほど、すなわちＬ１／Ｌ２が小さいほど液混合割合が大きくなる。一方、Ｌ１／Ｌ２が大きくなると液混合割合が若干増大する傾向が見られるが、その理由はＬ１が大きくなると、二相流中の液滴ミストが入口仕切り体１６−１の表面に付着する量が増え、入口仕切り体１６−１の表面に蓄積された液相が急拡大部で気相流路Ｓｇ中に流入しやすくなるためである。  以上より、良好な気液分離を行うためには、ある程度の長さを持つＬ１寸法が必要であり、一方、Ｌ１寸法が長すぎても良くないことが分かる。【０１３５】
また、許容値０．３％の考え方は以下の理由による。気液分離装置を図９に示した冷凍サイクルに適用する場合を例にとると、分離された気相冷媒を気相出口管６−１から蒸発器バイパス管２７−１を経て圧縮機1７−１に吸い込ませると、気相出口管６−１中に混入する液相冷媒は外気から吸熱することなく、圧縮機に戻ってしまい、その分圧縮機動力に対する吸熱能力が低下し冷凍サイクル効率が低下することになる。最近では冷凍サイクル効率を向上させるためにあらゆる努力が行われており、効率向上効果が０．５％程度の手段も取り入れていることを考えると、液混合割合の許容値は０．３％以下と考えるのが妥当である。【０１３６】
「第７−１の実施の形態」  図２５は第７−１の実施の形態の気液分離装置を示す断面図である。  図２５に示す気液分離装置は図1に示した気液分離装置とその構成、作用は同じであり、外郭体１０−１内に
液相出口管７−１に向かう溝２−１を有する溝付き体４−１が設けられており、溝付き体４−１の上流には入り口仕切り体１６−１が設けられ、入り口仕切り体の後流で流路断面積が急激に拡大する急拡大部３−１を設け気液分離室１−１を構成している。入り口仕切り体１６−１の一部は段差部１５−１が設けられ、段差部１５−１が溝２−１の溝頂部に概略接することにより溝付き体４−１の中心軸と入り口仕切り体１６−１の中心軸が概略一致する構成としている。すなわち、入り口仕切り体１６−１は二相流が気液分離室１−１に直接流入しないようにする機能を持つため、溝付き体４−１の中心軸と入り口仕切り体１６−１の中心軸のずれを防ぐための位置あわせのために入り口仕切り体１６−１の一部に段差部１５−１を設けている。  気液二相流は入口管５−１から流入し、入り口仕切り体１６−１と外郭体１０−１をもって作られる狭小空間１２−１に流入し、狭小空間１２−１で気液二相流を急拡大部３−１後流の溝２−１に沿って供給する傾向付けをするので、気液二相流は溝に沿って溝に流入する。  気液分離性能は基本的には先に述べた溝の特性に依存しているが、溝の特性以外に気液二相流の溝への流入条件も気液分離性能を確保する上で重要な要件である。その第二の流入条件は入り口仕切り体１６−１と外郭体までの寸法に関する条件である。即ち，入り口仕切り体１６−１と外殻体１０−１内壁との距離Ｈ１、溝頂部から外殻体１０−１内壁との距離Ｈ２の相対関係が、
【数５３】
2007055386.tif 000052
を満たすようにすることで、先に図２４で示したようなコーナー付着液３４−１の蓄積を防ぐことができ，急拡大部３−１でその液が気相流路部に流れ込むことを防止することができる。溝や溝付き体の加工精度や，仕切り体の位置決め精度のばらつきを考慮した上で、Ｈ１をＨ２よりも小さくしておくことが肝要である。【０１３７】
「第８−１の実施の形態」  図２６は第８−１の実施の形態の気液分離装置を示す断面図である。  図２６に示す気液分離装置は入口管５−１の内面に内面螺旋溝を設けており、その他は図２１に示した気液分離装置とその構成、作用は同じであり、外郭体１０−１内に液相出口管７−１に向かう溝２−１を有する溝付き体４−１が設けられており、溝付き体４−１の上流には入り口仕切り体１６−１が設けられ、入り口仕切り体の後流で流路断面積が急激に拡大する急拡大部３−１を設け気液分離室１−１を構成している。入口管５−１に流入した二相流は管内面に設けられた螺旋溝３５−１の作用により入口管５−１内で旋回流となり、二相流の液相成分は遠心力の作用により入口管５−１の内壁に沿い旋回しながら流れる。したがって、入口管５−１の出口では液相成分は広がり流れ３６−１となり外郭体１０−１にいたる。そのため、液相成分は外郭体に沿う流れ３７−１となり、液相成分を溝底部１４−１に流入させる方向付けを行うことができるため良好な気液分離性能を確保できる。【０１３８】
「第９−１の実施の形態」  図２７は第９−１の実施の形態の気液分離装置を示す断面図である。  図２７に示す気液分離装置は入口管５−１の出口側端を末広がりに広げた広がり部３８−１を設けており、その他は図２１に示した気液分離装置とその構成、作用は同じであり、外郭体１０−１内に液相出口管７−１に向かう溝２−１を有する溝付き体４−１が設けられており、溝付き体４−１の上流には入り口仕切り体１６−１が設けられ、入り口仕切り体の後流で流路断面積が急激に拡大する急拡大部３−１を設け気液分離室１−１を構成している。入口管５−１に流入した二相流はその出口側端に末広がりに広げた広がり部３８−１を設けてあり、また、二相流は広がり部３８−１の内面に沿い流れる性質があるため、入口管５−１の出口では二相流は広がり流れ３６−１となり外郭体１０−１にいたる。そのため、液相成分は外郭体に沿う流れ３７−１となり、液相成分を溝底部１４−１に流入させる方向付けを行うことが出来るため良好な気液分離性能を確保できる。【０１３９】
「第１０−１の実施の形態」  図２８は第１０−１の実施の形態の気液分離装置を示す断面図である。  図２８に示す気液分離装置は、入り口仕切り体上流部先端に円錐体３９−１を設けており、その他は図２１に示した気液分離装置とその構成、作用は同じであり、外郭体１０−１内に液相出口管７−１に向かう溝２−１を有する溝付き体４−１が設けられており、溝付き体４−１の上流には入り口仕切り体１６−１が設けられ、入り口仕切り体の後流で流路断面積が急激に拡大する急拡大部３−１を設け気液分離室１−１を構成している。入口管５−１から流出した二相流は、その下流に先端に円錐体３９−１を設けた入り口仕切り体１６−１を設けているため、入口管５−１を流出した二相流はスムーズに広がり流れ３６−１となり外郭体１０−１にいたる。そのため、液相成分は外郭体に沿う流れ３７−１となり、液相成分を溝底部１４−１に流入させる方向付けを行うことが出来るため良好な気液分離性能を確保できる。【０１４０】
「第１１−１の実施の形態」  図２９は第１１−１の実施の形態の気液分離装置を示す断面図である。図３０は図２９に示す気液分離装置のＤ−Ｄ断面図である。図２９に示す気液分離装置は溝２−１の上流側の流入室４８−１の外郭体内面に溝２−１の溝深さより浅い導入溝４４−１を持つ導入溝付き体４５−１を設けており、その他は図２１に示した気液分離装置とその構成、作用は同じである。入口管５−１から流出した二相流は、入口仕切り体に衝突し外郭体に向かう流れ４６−１となる。外郭体に向かう流れ４６−１が直接外郭体に衝突すると、流入室４８−１内は微細液滴ミストが発生し、溝２−１に流入する二相流は液滴ミスト成分が多く、液相成分を溝底部１４−１に流入させる方向付けを行うことが出来にくくなり、気液分離性能が低下する。  したがって、導入溝４４−１を持つ導入溝付き体４５−１を設けることにより、外郭体に向かう流れ４６−１を受け止め、導入溝４４−１内に液滴を捕捉し溝２−１の方向に流すことにより液相成分を溝底部１４−１に流入させる方向付けを行うことが出来るため良好な気液分離性能を確保できる。【０１４１】
「第１２−１の実施の形態」  図３１は第１２−１の実施の形態の気液分離装置を示す断面図である。図３２は図３１に示す気液分離装置のＤ−Ｄ断面図である。図３１に示す気液分離装置は溝２−１の上流側の流入室４８−１の外郭体内面に溝２−１の溝深さより厚さの薄い多孔質体４７−１を設けており、その他は図２１に示した気液分離装置とその構成、作用は同じである。入口管５−１から流出した二相流は、入口仕切り体に衝突し外郭体に向かう流れ４６−１となる。外郭体に向かう流れ４６−１が直接外郭体に衝突すると、流入室４８−１内は微細液滴ミストが発生し、溝２−１に流入する二相流は液滴ミスト成分が多く、液相成分を溝底部１４−１に流入させる方向付けを行うことが出来にくくなり、気液分離性能が低下する。  したがって、多孔質体４７−１を設けることにより、外郭体に向かう流れ４６−１を受け止め、多孔質体４７−１内に液滴を捕捉し溝２−１の方向に流すことにより液相成分を溝底部１４−１に流入させる方向付けを行うことが出来るため良好な気液分離性能を確保できる。多孔質体４７−１は例えば図３３に示すように金網シートを丸めることにより構成できる。【０１４２】
「第１３−１の実施の形態」  図３４は第１３−１の実施の形態の気液分離装置を示す断面図である。図３４に示すように外郭体１０−１内に二つの液相出口管７−１ａ，７−１ｂに向かう溝２−１を有する溝付き体４−１が設けられており、溝付き体４−１の上流には入り口仕切り体１６−１が設けられ、入り口仕切り体の後流で流路断面積が急激に拡大する急拡大部３−１を設け気液分離室１−１を構成している。入り口仕切り体１６−１の一部は段差部１５−１が設けられ、段差部１５−１が溝２−１の溝頂部に概略接することにより溝付き体４−１の中心軸と入り口仕切り体１６−１の中心軸が概略一致する構成としている。  気液二相流は入口管５−１から流入室４８−１に流入し、入り口仕切り体１６−１と外郭体１０−１をもって作られる狭小空間１２−１に流入し、急拡大部３−１で流路断面積が拡大する。入り口仕切り体１６−１をもって作られる狭小空間１２−１で気液二相流を急拡大部３−１後流の溝２−１に沿って供給する傾向付けをするので、気液二相流は溝に沿って溝に流入する。溝２−１で気液分離された後、分離された気相と液相が混じり合わないように出口仕切り体８−１で気相と液相の流路が分けられ、気相出口管６−１から気相が、液相出口管７−１ａ，７−１ｂから液相が流出する。【０１４３】
図３５は一般的な多パス蒸発器冷凍サイクル構成図である。蒸発器２５−１は例えばクロスフィンアンドチューブ蒸発器であり、蒸発器伝熱管内の圧力損失を低減するために分流器５２−１を設け、パスＡ４９−１，パスＢ５０−１の２パスに分岐して冷媒を流している。この場合、分岐点５１−１における冷媒は減圧器２３−１で減圧された後であるため冷媒は気相と液相が混入している二相流になっている。したがって、分岐点では重力の影響を強く受け、パスＡ４９−１，パスＢ５０−１の２パスに冷媒を均等に分流することが難しく、分岐点５１への流入姿勢、各パスへの分岐姿勢及び各パスの抵抗設定等の調整を試行錯誤的に行うため、多大な時間を必要としている。【０１４４】
図３６は第１３−１の実施の形態の気液分離装置を冷凍サイクルに適用した場合の冷凍サイクル構成図である。上記課題に対して、第１３−１の実施の形態の気液分離装置を使用することにより冷媒を均等に分流することが容易になる。すなわち、気液分離装置３３−１を設けることにより、入口管５−１から流入した二相流は気相と液相に分離され気相は気相出口管６−１から蒸発器バイパス管２７−１に流れるため、液相出口管７−１ａ，７−１ｂに流入する冷媒は液相単相であるため、冷媒を均等に分流することが容易になり、気液分離器は分流器も兼ねることができる。さらにこの場合、図９でも説明したように分離された気相冷媒を気相出口管６−１から蒸発器バイパス管２７−１を経て圧縮機1７−１に吸い込ませることにより、蒸発に寄与しない気相冷媒は蒸発器２５−１に流入しないため蒸発器２５−１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。なお、本実施例では２パスの分岐の場合について述べたが、分岐数に応じて複数の液相出口管を設けることが有効なことは言うまでもない。【０１４５】
「第１４−１の実施の形態」  図３７は第１４−１の実施の形態として、気液分離装置の適用例を示す第三の冷凍サイクル構成図である。すなわち、圧縮機1７−１は第一のシリンダ１８−１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１８−１で圧縮され高温高圧気相冷媒となり冷媒吐出管２０−１を経て、凝縮器２１−１で凝縮器用送風機２２−１から送られる空気に放熱し、低温高圧液冷媒となる。その液冷媒は第一の減圧器２３−１で減圧され二相流となり、入り口管５−１から気液分離装置３３−１に流入し、液相冷媒は液相出口管７−１から蒸発器２５−１に入り蒸発器用送風機２６−１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１７−１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６−１から蒸発器バイパス管２７−１を経て圧縮機1７−１に吸い込まれる。ここで、蒸発器２５−１は例えばクロスフィンアンドチューブ蒸発器を使用しており、その蒸発器２５−１の伝熱管の一部をバイパス管２７−１として使用することにより、バイパス管でも蒸発器用送風機２６−１で送られる空気から熱を吸熱できる構成としている。  【０１４６】
気液分離装置３３−１は冷凍サイクルの様々な運転条件範囲を考慮して、溝から液が溢れないように式３−１に基づき適切な設計をしている。しかし、冷凍サイクルが実際に市場で運転される条件は予想の範囲を超えることが多く、そのような場合には液が溝から溢れ、気液分離装置３３−１の気相側出口管６−１にも液冷媒が混入す
ることが想定できる。したがって、蒸発器２５−１の伝熱管の一部をバイパス管２７−１として使用することにより、バイパス管でも蒸発器用送風機２６−１で送られる空気から熱を吸熱でき、たとえ、バイパス管に液冷媒が混入しても、液冷媒を無駄にすることなく、吸熱に寄与でき高効率な運転を可能にできる。【０１４７】
「第１５−１の実施の形態」  図３８は第１５−１の実施の形態として、気液分離装置の適用例を示す第四の冷凍サイクル構成図である。すなわち、圧縮機1７−１は第一のシリンダ１８−１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１８−１で圧縮され高温高圧気相冷媒となり冷媒吐出管２０−１を経て、凝縮器２１−１で凝縮器用送風機２２−１から送られる空気に放熱し、低温高圧液冷媒となる。その液冷媒は第一の減圧器２３−１で減圧され二相流となり、入り口管５−１から気液分離装置３３−１に流入し、液相冷媒は液相出口管７−１から蒸発器２５−１に入り蒸発器用送風機２６−１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１７−１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６−１から蒸発器バイパス管２７−１を経て圧縮機1７−１に吸い込まれる。ここで、バイパス管２７−１を蒸発器用送風機２６−１で送られる空気流５３−１中に配置することにより、バイパス管でも蒸発器用送風機２６−１で送られる空気から熱を吸熱でき、たとえ、バイパス管に液冷媒が混入しても、液冷媒を無駄にすることなく、吸熱に寄与でき高効率な運転を可能にできる。【０１４８】
「第１−２の実施の形態」  図３９は第１−２の実施の形態の気液分離器を示す断面図である。図４０は図３９に示す気液分離器のＡ−Ａ断面図である。図４１は薄板を折り曲げて構成した溝付き体４−２の展開斜視図であり、また図４２は図３９の入口仕切り体１６−２の平面拡大図であり、図４３は溝の拡大断面図である。図３９に示すように外郭体Ａ１０−２内に液相出口管７−２に向かう溝２−２を有する溝付き体４−２が設けられており、溝付き体４−２の上流には入り口仕切り体１６−２が設けられ、入り口仕切り体の後流で流路断面積が急激に拡大する急拡大部３−２を設け、気液分離室１−２を構成している。溝付き体４−２は図４１に示す薄板を折り曲げ溝２−２を構成し、これをまるめて図４０に示すように外郭体Ａ１０−２内に挿入している。溝付き体４−２の下流には気相出口管６−２に接合された出口仕切り体８−２により溝付き体４−２の高さ方向の下部位置を規定するように、気相出口管６−２が外郭体Ａ１０−２の下縮管部１３−２に接合されている。【０１４９】
入り口仕切り体１６−２には図４２の平面拡大図に示すように、つば部１４−２が設けられ、つば部１４−２には二相流が流れることが出来るようにスリット１５−２が設けられている。図３９に示すように、入り口仕切り体１６−２は溝付き体４−２の上に置かれ、外郭体Ｂ１１−２によりつば部外周１７−２を押し付けた状態で、入り口仕切り体１６−２と溝付き体４−２が密着するように外郭体Ａ１０−２と外郭体Ｂ１１−２は外郭体接合部１８−２で接合されている。【０１５０】
気液二相流は入口管５−２から流入室１９−２に流入し、さらに入り口仕切り体１６−２と外郭体Ａ１０−２とをもって作られる狭小空間１２−２に流入し、急拡大部３−２で流路断面積が拡大する。入り口仕切り体１６−２と外郭体Ａ１０−２とをもって作られる狭小空間１２−２で気液二相流を急拡大部３−２後流の溝２−２に沿って供給する傾向付けをするので、気液二相流は溝に沿って溝に流入する。ここで、図４３に示す溝幅をｂ、液面曲率半径をｒ、液密度をρ、液表面張力をσおよび重力加速度をｇとしたとき、溝は
【数５４】
2007055386.tif 000053
となるように設計されているため、重力よりも表面張力が支配的となり、液相は表面張力の作用により溝内に保持され流れる。  また、急拡大部３−２で急に流路断面積が拡大するため流速が低下し、二相流はその条件に応じたボイド率βの流れとなり、気相は液相より分離し溝外に出て行く。二相流のボイド率とは全流路断面積に占める気相流路断面積の割合であり、例えば有名なＳｍｉｔｈの式を用いれば、気液分離器の溝に流入する乾き度χと気液密度比ρＧ/ρＬの関数で式２−２に示す関数で表すことができることが知られている。
【数５５】
2007055386.tif 000054
【０１５１】
溝頂点仮想円９−２の内側の気相流路断面積をＳｇ、溝頂点仮想円９−２の外側の液相流路断面積をＳｌとしたとき、
【数５６】
2007055386.tif 000055
の関係を満たすようにＳｇとＳｌを設計しておくことにより、液は溝から溢れることなく溝内を流れ続け、気相は溝頂点仮想円９−２の内側の流路断面積Ｓｇの部分を流れるため、二相流は気液に分離される。溝２−２で気液分離された後、分離された気相と液相が混じり合わないように出口仕切り体８−２で気相と液相の流路が分けられ、気相出口管６−２から気相が、液相出口管７−２から液相が流出する。【０１５２】
以上に述べた原理により気液分離がおこなわれるが、溝に流入する二相流には微細な液滴ミストも含まれているため、溝壁面に捕捉されない微細な液滴ミストは気相が溝２−２から出るときに気液分離室１−２に流出し、気相と一緒に気相出口管から液滴が流出する。特に二相流が狭小空間１２−２を出て、溝に流入した直後は急拡大部３−２で流路断面積が拡大するため、急拡大部３−２における気相のベクトル２０−２は気相出口管６−２の方向を向く傾向が強く、図４４に示したように気相出口管６−２の気相流入端２１−２の位置によっては、溝２−２に捕捉されない微細な液滴ミストは気相と一緒に気相出口管６−２から流出することが考えられた。【０１５３】
そこで、図４４に示すように急拡大部３の位置を基準としその基準位置から気液分離器への二相流流入方向をプラス方向、その流れ方向と逆方向をマイナス方向とし、その基準位置から気相出口管６−２の気相流入端２１−２の位置までの距離Ｌを変化させた場合の気相出口管６−２に流入する液量を実験により計測した。その結果を図４５に示す。図４５において、縦軸は気液分離器に流入する全液量Ｇｌに対する気相出口管６−２に流入する液量ｇlの比ｇl／Ｇｌであり、横軸は溝頂点仮想円９−２の径Ｄｔと基準位置から気相出口管６−２の気相流入端２１−２の位置までの距離Ｌの比Ｌ／Ｄｔである。図４５より、無次元距離Ｌ／Ｄｔのマイナス領域にｇl／Ｇｌの最小値があることが判る。これは、微細な液滴ミストといえどもある程度の重力の影響を受けるため、気相出口管６−２の気相流入端２１−２の位置が上方になるほど気相出口管６−２に液滴ミストが吸い込まれ難くなるためである。  理想的には気相出口管への液混合割合が０であることが望ましいが工業的には若干の許容値が必要であり、気相出口管への液混合割合ｇl／Ｇｌを０．５％許容すると、図４５より
【数５７】
2007055386.tif 000056
にすることにより気相出口管６−２への液混合割合を許容値以下に抑えることができ、Ｌの上限値が規定され、良好な気液分離性能が得られる。なお、図４５において、横軸の無次元数としてＬ／Ｄtを選んだ理由は以下による。溝頂点仮想円９−２の径Ｄｔが大きくなると、溝頂点から溝付き管までの水平方向距離が離れるため、微細な液滴ミストが気相出口管６−２に吸い込まれ難くなり、ＬとＤｔは相関があると考えたためである。【０１５４】
「第２−２の実施の形態」  図４６および先の図４５を用いて第２−２の実施の形態の気液分離器を説明する。図４６は第２−２の実施の形態の気液分離器を示す断面図であり、気相出口管６−２の気相流入端２１−２の位置が入り口仕切り体１６−２の中空部２２−２の天井面に近い場合があり、それ以外の構成および作用は図３９の実施形態の場合と同じである。図４５において、無次元距離Ｌ／ＤtのＬがマイナス側になり過ぎるとｇl／Ｇｌは大きくなる傾向が示されている。Ｌの下限値を規定する現象は先に述べたＬの上限値を規定する現象とは別であり、以下に図４６を用い、Ｌの下限値に対する説明を行う。  気相出口管６−２の気相流入端２１−２の位置が入り口仕切り体１６−２の中空部２２−２の天井面に近づくと、気相出口管６−２に流入する気相の流れは、図４６に気相出口管６−２の内径ｄｉの上部に破線で示した高さＨの仮想円筒面２３−２を通り気相出口管６−２に流入する。したがって、Ｈが小さくなると、仮想円筒面２３−２の面積は小さくなり仮想円筒面を通る気相の流速が大きくなり気相流入端２１−２近傍の微細液滴ミストが気相出口管６−２に吸い込まれやすくなる。そのため、無次元距離Ｌ／ＤtのＬがマイナス側になり過ぎるとｇl／Ｇｌは大きくなる。したがって、仮想円筒面２３−２の面積は気相出口管６−２の流路断面積より大きいことが必要であり、気相出口管６−２の内径をｄｉとしたとき、次の関係を満足する必要がある。
【数５８】
2007055386.tif 000057
この式を整理変形すると、Ｌのマイナス側の下限値は式５−２を満足するＨにより与えられる。
【数５９】
2007055386.tif 000058
したがって、式５−２を満足することにより良好な気液分離器性能が得られる。【０１５５】
「第３−２の実施の形態」  先に説明した、図３９および図４５を用いて第３−２の実施の形態の気液分離器を説明する。  図４５において、無次元距離Ｌ／Ｄｔのマイナス領域にｇl／Ｇｌの小さな領域があり、無次元距離Ｌ／Ｄｔをマイナス領域に構成するためには、急拡大部３−２の位置を基準とし気相出口管６−２の気相流入端２１−２の位置を急拡大部３−２の位置より上にすることを意味し、そのためには入り口仕切り体１６−２の気液分離室１−２に対向する側の入口仕切り体下面が開放された中空部２２−２を設けることが必要である。中空部２２−２を設けた入り口仕切り体１６−２はプレス加工等により加工される。入り口仕切り体１６−２の気液分離室１−２に対向する側の入口仕切り体下面が開放された中空部２２−２を設けることにより、無次元距離Ｌ／Ｄｔのマイナス領域を構成でき、ｇl／Ｇｌを最小にでき、良好な気液分離器性能が得られる。【０１５６】
「第４−２の実施の形態」  先に説明した、図３９を用いて第４−２の実施の形態の気液分離器を説明する。気液分離器を実際に冷凍サイクルに組込み使用する場合を想定すると、気液分離器に流入する二相流の冷媒流量あるいは気相成分と液相成分の混合割合は、気温および室温の変化に伴いある程度変動する。従って、それらの変動に対応するためには分離された気相および液相の容積的なバッファが必要になる。本発明の図1では気相側の容積的なバッファとしては気液分離室１−２がその機能を果たしているが、液相の容積的なバッファは十分に考慮されていなかった。そこで本発明における、限られた気液分離器の大きさの中で、十分な大きさの液相の容積的なバッファを確保する手段を図３９により説明する。【０１５７】
図３９に示しように気液二相流は溝２−２で気液分離された後、分離された気相と液相が混じり合わないように出口仕切り体８−２で気相と液相の流路が分けられ、気相出口管６−２から気相が、液相出口管７−２から液相が流出する。ここで、出口仕切り体８−２を概略平板状にし、気相出口管６−２に通し、気相出口管に接合することにより、限られた液溜め高さのもとで液相の容積的なバッファとして最大に近い液溜め３６−２の容積を確保できる。【０１５８】
「第５−２の実施の形態」  先に説明した、図３９および図４７を用いて第５−２の実施の形態の気液分離器を説明する。  図４７は気液分離器組み立て上の課題を示す断面図である。図３９に示した気液分離器が目的とする気液分離性能を発揮するための組み立て上の課題は、図４７に示したように入り口仕切り体１６−２のつば部１４−２と溝付き体４−２の間に隙間２４−２が出来ない状態で組み立てることが重要である。すなわち、図４７に示したように、つば部１４−２と溝付き体４−２の間に隙間２４−２が存在すると、狭小空間１２−２からつば部１４−２のスリット１５−２に流入した二相流の大部分は溝に流入するが、液相
成分を含む二相流の一部２５−２は隙間２４−２から直接気液分離室１−２の中央方向に流入する。気液分離器に要求されている気液分離性能は図４５に示したように、全液量Ｇｌに対する気相出口管６−２に流入する液量ｇlの比ｇl／Ｇｌが０．５％以下であるため、液相成分が直接気液分離室１−２の中央方向に流入すると要求される性能は維持できなくなる。  気液分離器を構成する部品には寸法公差があり、また組み立て時の位置決め公差もあるため、隙間２４−２が発生しない組み立て構造が必要である。【０１５９】
上記課題を解決するための第一の発明例を第５−２の実施形態として図３９により説明する。外郭体を外郭体Ａ１０−２と外郭体Ｂ１１−２の二つに分けて構成し、外郭体Ａ１０−２には拡管部２６−２を設け、拡管部２６−２に入り口仕切り体１６−２のつば部１４−２と外郭体Ｂ１１−２を嵌め込めるように構成している。  外郭体Ａ１０−２の下縮管部１３−２には気相出口管６−２が接合され、気相出口管６−２には出口仕切り体８−２が接合され、溝付き体下部位置を適切な位置に固定するようにそれらの接合位置は接合加工時に位置決めされて接合されている。以上に述べた構成で出口仕切り体により溝付き体の下部位置を固定し、さらに、入口仕切り体１６−２が確実に溝付き体４−２に密着するように、外郭体Ｂ１１−２により入口仕切り体１６−２のつば部外周１７−２を溝付き体に押し付け、入口仕切り体位置を固定し、外郭体Ａ１０−２の拡管部２６−２に外郭体Ｂ１１−２を接合したものである。  したがって、入口仕切り体１６−２のつば部１４−２が確実に溝付き体４−２に密着するように、外郭体Ｂ１１−２により入口仕切り体１６−２を溝付き体４−２に押し付け入口仕切り体位置を固定することにより、二相流が狭小空間１２−２から溝２−２に流入するとき、入口仕切り体１６−２と溝付き体４−２の間に隙間が無いため、液相成分が気液分離室１−２に直接流入することなく、効率の良い気液分離器を提供できる。【０１６０】
「第６−２の実施の形態」  図４７に示した気液分離器組み立て上の課題を解決するための第二の発明例を第６−２の実施の形態として図４８により説明する。図４８は第６−２の実施形態を示す半断面図であり、外郭体Ｃ２７−２が一体となっている場合であり、外郭体Ｃ２７−２の壁面を内側に絞ったビード２８−２が外郭体Ｃ２７−２の全周に設けられており、それ以外の構成および作用は図３９と同じである。図４８に示した第６−２の実施形態では、以下のように組み立てられる。外郭体Ｃ２７−２は最初に下縮管部１３−２のみを絞り、上縮管部２９−２は縮管しない状態としておく。気相出口管６−２には出口仕切り体８−２が接合され、出口仕切り体８−２が接合された気相出口管６−２は、上部が縮管されていない外郭体Ｃ２７−２の上部から外郭体Ｃ２７−２の下縮管部１３−２に通され、その後に外郭体Ｃ２７−２の下縮管部１３−２に気相出口管６−２が接合され、溝付き体４−２の下部位置を適切な位置に固定するようにそれらの接合位置は接合加工時に位置決めされて接合されている。次に、上部が縮管されていない外郭体Ｃ２７−２の上部から溝付き体４−２を挿入し、その上に入口仕切り体１６−２を挿入し、入口仕切り体１６−２のつば外周部１７−２の直上部をビード加工し、入口仕切り体１６−２を溝付き体４−２に密着させる。最後に、外郭体Ｃ２７−２の上部を絞り加工により上縮管部２９−２を加工し、上縮管部２９−２に入口管５−２が接合され、気液分離器が組み立てられる。入口仕切り体１６−２のつば外周部１７−２の直上部をビード加工するとき入口仕切り体１６−２が溝付き体４−２を押し付けるようにビード加工しているため、二相流が狭小空間１２−２から溝２−２に流入するとき、入口仕切り体１６−２と溝付き体４−２の間に隙間が無いため、液相成分が気液分離室１−２に直接流入することなく、効率の良い気液分離器を提供できる。【０１６１】
「第７−２の実施の形態」  図４７に示した気液分離器組み立て上の課題を解決するための第三の発明例を第７−２の実施形態として図４９により説明する。図４９は第７−２の実施形態を示す半断面図であり、外郭体Ｃ２７−２が一体となっている場合であり、外郭体Ｃ２７−２の壁面に内側に向け部分的にノッチ３０−２が外郭体Ｃ２７−２に複数設けられており、それ以外の構成および作用は図３９と同じである。また、図４８に示した第６−２の実施形態との相違点は図４８のビード２８−２に変えてノッチ３０−２を設けている点であり、その他の組み立て方は図４８の場合と同じである。従って、入口仕切り体１６−２のつば外周部１７−２の直上部をノッチ加工するとき入口仕切り体１６−２が溝付き体４−２を押し付けるようにノッチ加工しているため、二相流が狭小空間１２−２から溝２−２に流入するとき、入口仕切り体１６−２と溝付き体４−２の間に隙間が無いため、液相成分が気液分離室１−２に直接流入することなく、効率の良い気液分離器を提供できる。【０１６２】
「第８−２の実施の形態」  図５０および図５１を用いて第８−２の実施の形態の気液分離器を説明する。図５０は第８−２の実施形態を示す半断面図であり、図５１は気液分離器信頼性上の課題を示す断面図である。溝付き体４−２は図４１に示したようにその展開長Ｂが外郭体Ａ１０−２の内径周長より長い自由長で加工されており、これをまるめて図５０に示すように外郭体Ａ１０−２内に挿入している。したがって、溝付き体４−２が外郭体Ａ１０−２内に挿入されたとき、外郭体Ａ１０−２の内径周長は上記Ｂより短いため、溝付き体４−２はＢ方向に圧縮され各溝の弾性力の反力により外郭体Ａ１０−２の内面に密着している。しかし、単に外郭体Ａ１０−２の内面に密着しているだけでは、気液分離器に何らかの衝撃力等が作用したとき、図５１に示したように溝付き体４−２の一部が溝頂点仮想円９−２の内側に飛び出す可能性があり、信頼性上の課題がある。  すなわち、図５１に示したように溝付き体４−２が溝頂点仮想円９−２の内側に飛び出すと狭小空間１２−２から溝２−２に流入すべき二相流が溝付き体の裏側に流れ、適切に気液分離できないという課題がある。【０１６３】
上記図５１に示した課題に対する第一の発明例を第８−２の実施形態として図５０により説明する。図５０では入口仕切り体１６−２の内周に円筒リング状の内径支持体Ａ３１−２を挿入し、内径支持体Ａ３１−２の下部を溝付き体４−２の溝頂点仮想円９−２の内側に挿入し、溝付き体４−２の一部が溝頂点仮想円９−２の内側に飛び出すことを防止する構成としており、それ以外の構成および作用は図３９と同じである。入口仕切り体１６−２と円筒リング状の内径支持体Ａ３１−２を一体でプレス加工等により安価に加工することは難しいため、入口仕切り体１６−２と円筒リング状の内径支持体Ａ３１−２を別体として加工し、入口仕切り体１６−２の内周に円筒リング状の内径支持体Ａ３１−２を挿入し、結合している。内径支持体Ａ３１−２を設けることにより、溝付き体４−２は溝頂点仮想円９−２の内側に飛び出すことは無く、信頼性の高い良好な気液分離がおこなえる。【０１６４】
「第９−２の実施の形態」  上記図５１に示した課題に対する第二の発明例を第９−２の実施の形態として図５２および図５３により説明する。図５２は第９−２の実施の形態を示す断面図であり、図５３は第９−２の実施の形態で使用する内径支持体Ｂ３３−２の断面図である。図５２では入口仕切り体１６−２の下に図５３に示す内径支持体Ｂ３２−２の内径支持体Ｂつば部３３−２を挟みこみ、内径支持体Ｂ３２−２の下部を溝付き体４−２の溝頂点仮想円９−２の内側に挿入し、溝付き体４−２の一部が溝頂点仮想円９−２の内側に飛び出すことを防止する構成としており、それ以外の構成および作用は図３９と同じである。内径支持体Ｂ３２−２を設けることにより、溝付き体４−２は溝頂点仮想円９−２の内側に飛び出すことは無く、信頼性の高い良好な気液分離がおこなえる。【０１６５】
「第１０−２の実施の形態」  上記図５１に示した課題に対する第三の発明例を第１０−２の実施の形態として図５４および図５５により説明する。図５４は第１０−２の実施の形態を示す断面図であり、図５５は第１０−２の実施の形態で使用する内径支持体Ｃ３４−２の平面図であり、内径支持体Ｃ３４−２には気液分離室内でその上下方向に気相が流動できる複数の切り欠き部３５−２が設けられている。内径支持体Ｃ３４−２は、図５４に示すように気相出口管６−２に接合され、溝付き体４−２の溝頂点仮想円９−２の内側中に挿入され、溝付き体４−２の一部が溝頂点仮想円９−２の内側に飛び出すことを防止する構成としており、それ以外の構成および作用は図３９と同じである。内径支持体Ｃ３４−２を設けることにより、溝付き体４−２は溝頂点仮想円９の内側に飛び出すことは無く、信頼性の高い良好な気液分離がおこなえる。【０１６６】
「第１１−２の実施の形態」  上記図５１に示した課題に対する第四の発明例を第１１−２の実施の形態として図５６および図５７により説明する。図５６は第１１−２の実施形態を示す断面図であり、図５７は第１０−２の実施形態で使用する内径支持体Ｄ３７−２の断面図であり、出口仕切り体８の機能を兼ねている。内径支持体Ｄ３７−２の外周には段差部３８−２をもち、図５６に示すように段差部３８−２が溝付き体４−２の溝頂点仮想円９−２の内側中に挿入され、溝付き体４−２の一部が溝頂点仮想円９−２の内側に飛び出すことを防止する構成としており、それ以外の構成および作用は図３９と同じである。内径支持体Ｄ３７−２を設けることにより、溝付き体４−２は溝頂点仮想円９−２の内側に飛び出すことは無く、信頼性の高い良好な気液分離がおこなえる。【０１６７】
上記図５１に示した課題に対するそれぞれの発明例は、内径支持体を溝の二相流入口側、溝の中間、溝の出口側に設けた例としてそれぞれ別々に説明したが、必要に応じてそれらを組み合わせて使用しても良いことは言うまでもない。【０１６８】
「第１２−２の実施の形態」  図５８は第１２−２の実施の形態として、上記した気液分離器を冷凍サイクルに使用した場合の第一の冷凍サイクル構成図である。すなわち、圧縮機３９−２で吸い込んだ低温低圧の気相冷媒は圧縮機３９−２で圧縮され高温高圧気相冷媒となり冷媒吐出管４０−２を経て、凝縮器４１−２で凝縮器用送風機４２−２から送られる空気に放熱し、低温高圧液冷媒となる。その液冷媒は減圧器４３−２で減圧され二相流となり、入り口管５−２から気液分離器４４−２に流入し、液相冷媒は液相出口管７−２から蒸発器４５−２に入り蒸発器用送風機４６−２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３９−２に吸い込まれる。一方、気液分離器で分離された気相冷媒は気相出口管６−２から蒸発器バイパス管４７−２、抵抗調整体４８−２を経て圧縮機３９−２に吸い込まれる。一般に蒸発器の冷媒流路管長さは長く、蒸発器バイパス管長さは短いため、両者の圧力損失のバランスを取るために抵抗調整体４８−２が設けられている。【０１６９】
気液分離器４４−２を用いない場合には、減圧器４３−２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、特に、蒸発器用送風機４６−２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４５−２での圧力損失が大きく、蒸発器４５−２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、図５８で示したようにコンパクトな気液分離器４４−２を設け、分離された気相冷媒を気相出口管６−２から蒸発器バイパス管４７−２を経て圧縮機３９−２に吸い込ませることにより、蒸発に寄与しない気相冷媒は蒸発器４５−２に流入しないため蒸発器４５−２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。【０１７０】
「第１３−２の実施の形態」  図５９は第１３−２の実施の形態として、上記した気液分離器を冷凍サイクルに使用した場合の第
二の冷凍サイクル構成図である。図５９はセパレート型エアコンの例であり、室外ユニット４９−２と室内ユニット５０−２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３９−２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、また冷媒の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。さらに、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。【０１７１】
そこで、図５９は上記課題を解決するために、圧縮機３９−２の冷媒吐出管にコンパクトな気液分離器４４−２を設け、冷凍サイクル効率の確保および圧縮機の信頼性確保を図るものである。すなわち、圧縮機３９−２で吸い込んだ低温低圧の気相冷媒は圧縮機３９−２で圧縮され高温高圧気相冷媒となり冷媒吐出管４０−２を経て、気液分離器４４−２の入口管５−２から気液分離器に流入する。圧縮機３９−２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、気液分離器４４−２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７−２および気相出口管６−２から取り出される。液相出口管７を出た冷凍機油は液レシーバ５２−２、流量調整絞り５３−２をへて、圧縮機吸込み管５４−２に吸い込まれ、冷凍機油は圧縮機に戻る。流量調整絞り５３−２を設けている理由は、通常の運転条件では圧縮機３９−２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、気液分離器４４−２で分離した冷凍機油を流量調整絞り５３−２で徐々に圧縮機３９−２に冷凍機油を戻すためである。また、液レシーバ５２−２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、気液分離器４４−２で分離した冷凍機油を一時的に液レシーバ５２−２に溜め込み、流量調整絞り５３−２で徐々に圧縮機３９−２に冷凍機油を戻すためである。なお、気液分離器の液溜め３６−２の容積が大きな場合には必ずしも液レシーバは必要としない。【０１７２】
一方、気液分離器４４−２内で分離された気相冷媒は気相出口管６−２から四方弁を経て、凝縮器４１−２で凝縮器用送風機４２−２から送られる空気に放熱し、低温高圧液冷媒となる。その液冷媒は減圧器４３−２で減圧され低温低圧の二相流となり、蒸発器４５−２に入り蒸発器用送風機４６−２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３９−２に吸い込まれる。したがって、気液分離器４４−２内で冷凍機油は液相として分離され、液相出口管７−２から液レシーバ５２−２、流量調整絞り５３−２を経て、圧縮機吸込み管５４−２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。
【産業上の利用可能性】
【０１７３】
本発明は気液二相流を狭小空間に通すことで、液相を溝に導き、表面張力効果により液相を溝に効率良く捕捉し、取付位置や取付角度に関係なく気液分離を効率良く行うようにしたものであるから、冷凍装置の小形化に追従出来る冷凍サイクルの提供を可能とすることは勿論、冷凍装置の冷却性能改善および信頼性の改善に大幅に貢献出来るものであり、空気調和機、冷蔵庫、冷凍庫、除湿機、ショーケース、自動販売機およびカーエアコン等の冷凍装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１７４】
【図１】第１−１、第２−１および第３−１の実施の形態の気液分離装置の断面図である。
【図２】図１に示す気液分離装置のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図２に示す気液分離装置の溝部詳細拡大断面図である。
【図４】噴霧流発生メカニズムを示すモデル図である。
【図５】Ishiiの理論による噴霧流遷移限界無次元速度Ｕlimに対し、例として取り上げた気液分離装置の無次元速度Ｕの位置づけを示すグラフである。
【図６】噴霧流を起こさない冷媒量を直接把握するための、本発明におけるウエーバー数Ｗｅに対するＵ／Ｕlimの関係を示すグラフである。
【図７】気液分離装置の適用例を示す第一の冷凍サイクル構成図である。
【図８】図７に示す第一の冷凍サイクルの動作状態を示すモリエル線図である。
【図９】気液分離装置の適用例を示す第二の冷凍サイクル構成図である
【図１０】図９に示す第二の冷凍サイクルの動作状態を示すモリエル線図である。
【図１１】浅い溝を持つ溝付き体の断面図である。
【図１２】深い溝を持つ溝付き体の断面図である。
【図１３】図１に示す気液分離装置のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１４】第４−１の実施の形態の気液分離装置の断面図である。
【図１５】図１４に示す気液分離装置のＣ-Ｃ断面図である。
【図１６】第５−１の実施の形態の気液分離装置の断面図である。
【図１７】図１６に示す気液分離装置のＡ-Ａ断面図である。
【図１８】第５−１の実施の形態の気液分離装置の溝付き体斜視図である。
【図１９】図１７に示す溝部詳細断面図である。
【図２０】本発明におけるｂ／ｈに対する流量比Ｇgo/Ｇgiの関係を示すグラフである。
【図２１】第６−１の実施の形態の気液分離装置の断面図である。
【図２２】流れの中に置かれた板をよぎる流れの物理モデルである。
【図２３】本発明におけるＬ１／Ｌ２に対する液混合割合の関係を示すグラフである。
【図２４】溝頂部３０が入口仕切り体の段差部１５に接することによりできるコーナー付着液モデルを示す断面図である。
【図２５】第７−１の実施の形態の気液分離装置の断面図である。
【図２６】第８−１の実施の形態の気液分離装置の断面図である。
【図２７】第９−１の実施の形態の気液分離装置の断面図である。
【図２８】第１０−１の実施の形態の気液分離装置の断面図である。
【図２９】第１１−１の実施の形態の気液分離装置の断面図である。
【図３０】図２９に示す気液分離装置のＤ−Ｄ断面図である。
【図３１】第１２−１の実施の形態の気液分離装置の断面図である。
【図３２】図３１に示す気液分離装置のＤ−Ｄ断面図である。
【図３３】第１２−１の実施の形態に使用される多孔質体の断面図である。
【図３４】第１３−１の実施の形態の気液分離装置の断面図である。
【図３５】一般的な多パス蒸発器冷凍サイクル構成図である。
【図３６】第１３−１の実施の形態の気液分離装置を冷凍サイクルに適用した場合の冷凍サイクル構成図である。
【図３７】第１４−１の実施の形態として、気液分離装置の適用例を示す第三の冷凍サイクル構成図である。
【図３８】第１５−１の実施の形態として、気液分離装置の適用例を示す第四の冷凍サイクル構成図である。
【図３９】第１−２の実施の形態、第３−２、第４−２および第５−２の実施の形態の気液分離器の断面図である。
【図４０】図３９に示す気液分離器のＡ−Ａ線断面図である。
【図４１】図４０に示す溝付き体の展開斜視図である。
【図４２】図３９の入口仕切り体１６の平面拡大図である。
【図４３】溝の拡大断面図である。
【図４４】第１−２の実施形態の気液分離器の説明の背景を示す断面図である。
【図４５】本発明におけるＬ／Ｄｔに対するｇl／Ｇｌの関係を示すグラフである。
【図４６】第２−２の実施の形態の気液分離器を示す断面図である。
【図４７】気液分離器組み立て上の課題を示す断面図である。
【図４８】第６−２の実施形態を示す半断面図である。
【図４９】第７−２の実施形態を示す半断面図である。
【図５０】第８−２の実施形態を示す半断面図である。
【図５１】気液分離器信頼性上の課題を示す断面図である。
【図５２】第９−２の実施形態を示す断面図である。
【図５３】第９−２の実施形態で使用する内径支持体Ｂの断面図である。
【図５４】第１０−２の実施形態を示す断面図である。
【図５５】第１０−２の実施形態で使用する内径支持体Ｃの平面図である。
【図５６】第１１−２の実施形態を示す断面図である。
【図５７】第１１−２の実施形態で使用する内径支持体Ｄの断面図である。
【図５８】第１２−２の実施の形態として、気液分離器を冷凍サイクルに使用した場合の第一の冷凍サイクル構成図である。
【図５９】第１３−２の実施の形態として、気液分離器を冷凍サイクルに使用した場合の第二の冷凍サイクル構成図である。
【符号の説明】
【０１７５】
<第１−１の実施の形態〜第１５−１の実施の形態>  １−１…気液分離室  ２−１…溝  ３−１…急拡大部  ４−１…溝付き体  ５−１…入口管  ６−１…気相出口管  ７−１…液相出口管  ８−１…出口仕切り体  ９−１…溝頂点仮想円  １０−１…外郭体  １１−１…第２の外郭体  １２−１…狭小空間  １３−１…溝を構成する板  １４−１…溝底部  １５−１…段差部  １６−１…入り口仕切体  １７−１…圧縮機  １８−１…第一のシリンダ  １９−１…第二のシリンダ  ２０−１…冷媒吐出管  ２１−１…凝縮器  ２２−１…凝縮器用送風機  ２３−１…第一の減圧器  ２４−１…第二の減圧器  ２５−１…蒸発器  ２６−１…蒸発器用送風機  ２７−１…蒸発器バイパス管  ２８−１…コーナ部  ２９−１…外側の溝２oに内接する円  ３０−１…溝頂部  ３１−１…流れの中に置かれた板  ３２−１…流線  ３３−１…気液分離装置  ３４−１…コーナー付着液  ３５−１…内面螺旋溝  ３６−１…広がり流れ  ３７−１…外郭体に沿う流れ  ３８−１…広がり部  ３９−１…円錐体  ４０−１…液滴ミスト  ４１−１…溝面に付着した液滴  ４２−１…溝底に集まった液相  ４３−１…親水性処理面  ４４−１…導入溝  ４５−１…導入溝付き体  ４６−１…外郭体に向かう流れ  ４７−１…多孔質体  ４８−１…流入室  ４９−１…パスＡ  ５０−１…パスＢ  ５１−１…分岐点  ５２−１…分流器  ５３−１…蒸発器用送風機で送られる空気流
【０１７６】
<第１−２の実施の形態〜第１３−２の実施の形態>  １−２…気液分離室  ２−２…溝  ３−２…急拡大部  ４−２…溝付き体  ５−２…入口管  ６−２…気相出口管  ７−２…液相出口管  ８−２…出口仕切り体  ９−２…溝頂点仮想円  １０−２…外郭体Ａ  １１−２…外郭体Ｂ  １２−２…狭小空間  １３−２…下縮管部  １４−２…つば部  １５−２…スリット  １６−２…入り口仕切り体  １７−２…つば部外周  １８−２…外郭体接合部  １９−２…流入室  ２０−２…急拡大部気相ベクトル  ２１−２…気相流入端  ２２−２…中空部  ２３−２…仮想円筒面  ２４−２…隙間  ２５−２…二相流の一部  ２６−２…拡管部  ２７−２…外郭体Ｃ  ２８−２…ビード  ２９−２…上縮管部  ３０−２…ノッチ  ３１−２…内径支持体Ａ  ３２−２…内径支持体Ｂ  ３３−２…内径支持体Ｂつば部  ３４−２…内径支持体Ｃ  ３５−２…切り欠き部  ３６−２…液溜め  ３７−２…内径支持体Ｄ  ３８−２…段差部  ３９−２…圧縮機  ４０−２…冷媒吐出管  ４１−２…凝縮器  ４２−２…凝縮器用送風機  ４３−２…減圧器  ４４−２…気液分離器  ４５−２…蒸発器  ４６−２…蒸発器用送風機  ４７−２…バイパス管  ４８−２…抵抗調整体  ４９−２…室外ユニット  ５０−２…室内ユニット  ５１−２…接続配管  ５２−２…液レシーバ  ５３−２…流量調整絞り  ５４−２…圧縮機吸込み管 
【図１】
2007055386.tif 000065
【図２】
2007055386.tif 000066
【図３】
2007055386.tif 000067
【図４】
2007055386.tif 000068
【図５】
2007055386.tif 000069
【図６】
2007055386.tif 000070
【図７】
2007055386.tif 000071
【図８】
2007055386.tif 000072
【図９】
2007055386.tif 000073
【図１０】
2007055386.tif 000074
【図１１】
2007055386.tif 000075
【図１２】
2007055386.tif 000076
【図１３】
2007055386.tif 000077
【図１４】
2007055386.tif 000078
【図１５】
2007055386.tif 000079
【図１６】
2007055386.tif 000080
【図１７】
2007055386.tif 000081
【図１８】
2007055386.tif 000082
【図１９】
2007055386.tif 000083
【図２０】
2007055386.tif 000084
【図２１】
2007055386.tif 000085
【図２２】
2007055386.tif 000086
【図２３】
2007055386.tif 000087
【図２４】
2007055386.tif 000088
【図２５】
2007055386.tif 000089
【図２６】
2007055386.tif 000090
【図２７】
2007055386.tif 000091
【図２８】
2007055386.tif 000092
【図２９】
2007055386.tif 000093
【図３０】
2007055386.tif 000094
【図３１】
2007055386.tif 000095
【図３２】
2007055386.tif 000096
【図３３】
2007055386.tif 000097
【図３４】
2007055386.tif 000098
【図３５】
2007055386.tif 000099
【図３６】
2007055386.tif 000100
【図３７】
2007055386.tif 000101
【図３８】
2007055386.tif 000102
【図３９】
2007055386.tif 000103
【図４０】
2007055386.tif 000104
【図４１】
2007055386.tif 000105
【図４２】
2007055386.tif 000106
【図４３】
2007055386.tif 000107
【図４４】
2007055386.tif 000108
【図４５】
2007055386.tif 000109
【図４６】
2007055386.tif 000110
【図４７】
2007055386.tif 000111
【図４８】
2007055386.tif 000112
【図４９】
2007055386.tif 000113
【図５０】
2007055386.tif 000114
【図５１】
2007055386.tif 000115
【図５２】
2007055386.tif 000116
【図５３】
2007055386.tif 000117
【図５４】
2007055386.tif 000118
【図５５】
2007055386.tif 000119
【図５６】
2007055386.tif 000120
【図５７】
2007055386.tif 000121
【図５８】
2007055386.tif 000122
【図５９】
2007055386.tif 000123
【手続補正書】
【提出日】平成20年4月1日(2008.4.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外郭を構成する外郭体と、
気液二相流を導入可能な入口管と、
前記入口管と流体導通可能に連絡した、前記気液二相流を気相と液相に分離する気液分離室と、
前記気液分離室と流体導通可能に連絡した、前記分離した気相が導かれる気相出口管と、
前記気液分離室と流体導通可能に連絡した、前記分離した液相が導かれる液相出口管と
を有する気液分離器であって、
前記気液分離室は、
前記入口管からの気液二相流を導入するための入口空間と、
前記入口空間の下流に設けられた空間であって、前記入口空間よりも流路断面積が拡大した拡大空間と、
前記入口空間からの気液二相流が直接導かれる、前記液相出口管に向かう溝付き部と
を有する気液分離器において、
ウエーバー数をＷｅ、気液分離器に流入する気液二相流の質量流量をＧ、二相流の密度をρ、表面張力をσ、溝幅をｂ、該入口空間から溝に流入する溝内流路断面積をＳｌとしたとき、
【数１】
2007055386.tif 000124
としたことを特徴とする気液分離器。
【請求項２】
外郭を構成する外郭体と、
気液二相流を入流可能な入口管と、
前記入口管と流体導通可能に連絡した、前記気液二相流を気相と液相に分離する気液分離室と、
前記気液分離室と流体導通可能に連絡した、前記分離した気相が導かれる気相出口管と、
前記気液分離室と流体導通可能に連絡した、前記分離した液相が導かれる液相出口管と
を有する気液分離器であって、
前記気液分離室は、
前記入口管からの気液二相流を導入するための入口空間と、
前記入口空間の下流に設けられた空間であって、前記入口空間よりも流路断面積が拡大した拡大空間と、
前記入口空間からの気液二相流が直接導かれる、前記液相出口管に向かう溝付き部と
を有する気液分離器において、
前記溝付き部が、薄板を折り曲げて構成された、溝付き面をもつ溝付き体であることを特徴とする気液分離器。
【請求項３】
前記溝付き体が、溝幅をｂ、溝深さをｈとしたとき
【数２】
2007055386.tif 000125
とした、請求項２記載の気液分離器。
【請求項４】
溝の表面が親水性処理されている、請求項１〜３のいずれか一項記載の気液分離器。
【請求項５】
前記気液分離器は、
前記外郭体内に設置されていると共に、前記外郭体と協同して前記入口空間を形成する、前記溝付き部の溝先端と係合する段差部を備えた入口仕切り体を更に有しており、
前記入口仕切り体の溝先端から上流側の長さをＬ１、溝先端から下流側の段差部の長さをＬ２としたとき、
【数３】
2007055386.tif 000126
とした、請求項１〜４のいずれか一項記載の気液分離器。
【請求項６】
前記気液分離器は、
前記外郭体内に設置されていると共に、前記外郭体と協同して前記入口空間を形成する、前記溝付き部の溝先端と係合する段差部を備えた入口仕切り体を更に有しており、
前記入口仕切り体の上流側外周と外郭体との距離をＨ１、溝先端から外殻体との距離をＨ２としたとき、
【数４】
2007055386.tif 000127
とした、請求項１〜５のいずれか一項記載の気液分離器。
【請求項７】
前記入口管の内面に内面螺旋溝が設けられている、請求項１〜６のいずれか一項記載の気液分離器。
【請求項８】
前記入口管の出口側端を末広がりに広げた広がり部を設けた、請求項１〜７のいずれか一項記載の気液分離器。
【請求項９】
前記入口仕切り体の上流部先端を円錐体とした、請求項５又は６記載の気液分離器。
【請求項１０】
溝の上流側の流入室の外郭体内面に溝の溝深さより深さの浅い導入溝が設けられている、請求項１〜９のいずれか一項記載の気液分離器。
【請求項１１】
溝の上流側の流入室の外郭体内面に溝の溝深さより厚さの薄い多孔質体が設けられている、請求項１〜９のいずれか一項記載の気液分離器。
【請求項１２】
液相出口管が複数設けられている、請求項１〜１１のいずれか一項記載の気液分離器。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項記載の気液分離器を空気調和機等の冷凍サイクル中に組み込んだことを特徴とする気液分離器を備えた冷凍装置。
【請求項１４】
外郭を構成する外郭体と、
気液二相流を導入可能な入口管と、
前記入口管と流体導通可能に連絡した、前記気液二相流を気相と液相に分離する気液分離室と、
前記気液分離室と流体導通可能に連絡した、前記分離した気相が導かれる気相出口管と、
前記気液分離室と流体導通可能に連絡した、前記分離した液相が導かれる液相出口管と
を有する気液分離器であって、
前記気液分離室は、
前記入口管からの気液二相流を導入するための入口空間と、
前記入口空間の下流に設けられた空間であって、前記入口空間よりも流路断面積が拡大した拡大空間と、
前記入口空間からの気液二相流が直接導かれる、前記液相出口管に向かう溝付き部と
を有する気液分離器において、
前記入口空間よりも拡大した位置を基準とし、その基準位置から気液分離器への二相流流入方向をプラス方向、その流れ方向と逆方向をマイナス方向とし、その基準位置から気相出口管の気相流入端位置までの距離をＬとし、溝頂点仮想円の径をＤtとしたとき、気相出口管の気相流入端位置を
【数５】
2007055386.tif 000128
としたことを特徴とする気液分離器。
【請求項１５】
外郭を構成する外郭体と、
気液二相流を導入可能な入口管と、
前記入口管と流体導通可能に連絡した、前記気液二相流を気相と液相に分離する気液分離室と、
前記気液分離室と流体導通可能に連絡した、前記分離した気相が導かれる気相出口管と、
前記気液分離室と流体導通可能に連絡した、前記分離した液相が導かれる液相出口管と
を有する気液分離器であって、
前記気液分離室は、
前記入口管からの気液二相流を導入するための入口空間と、
前記入口空間の下流に設けられた空間であって、前記入口空間よりも流路断面積が拡大した拡大空間と、
前記入口空間からの気液二相流が直接導かれる、前記液相出口管に向かう溝付き部と
を有する気液分離器において、
前記気液分離器は、
前記外郭体内に設置されていると共に、前記外郭体と協同して前記入口空間を形成する、入口仕切り体を更に有しており、
前記気相出口管内径部の気相流入端上部の入口仕切り体位置から気相出口管の気相流入端内径部の距離をＨ、気相出口管の内径をｄiとしたとき、
【数６】
2007055386.tif 000129
としたことを特徴とする気液分離器。
【請求項１６】
外郭を構成する外郭体と、
気液二相流を導入可能な入口管と、
前記入口管と流体導通可能に連絡した、前記気液二相流を気相と液相に分離する気液分離室と、
前記気液分離室と流体導通可能に連絡した、前記分離した気相が導かれる気相出口管と、
前記気液分離室と流体導通可能に連絡した、前記分離した液相が導かれる液相出口管と
を有する気液分離器であって、
前記気液分離室は、
前記入口管からの気液二相流を導入するための入口空間と、
前記入口空間の下流に設けられた空間であって、前記入口空間よりも流路断面積が拡大した拡大空間と、
前記入口空間からの気液二相流が直接導かれる、前記液相出口管に向かう溝付き部と
を有する気液分離器において、
前記気液分離器は、
前記外郭体内に設置されていると共に、前記外郭体と協同して前記入口空間を形成する、入口仕切り体を更に有しており、
気液分離室に対向する側の入口仕切り体下面に、開放された中空部が設けられていることを特徴とする気液分離器。
【請求項１７】
外郭を構成する外郭体と、
気液二相流を入流可能な入口管と、
前記入口管と流体導通可能に連絡した、前記気液二相流を気相と液相に分離する気液分離室と、
前記気液分離室と流体導通可能に連絡した、前記分離した気相が導かれる気相出口管と、
前記気液分離室と流体導通可能に連絡した、前記分離した液相が導かれる液相出口管と
を有する気液分離器であって、
前記気液分離室は、
前記入口管からの気液二相流を導入するための入口空間と、
前記入口空間の下流に設けられた空間であって、前記入口空間よりも流路断面積が拡大した拡大空間と、
前記入口空間からの気液二相流が直接導かれる、前記液相出口管に向かう溝付き部と
を有する気液分離器において、
前記気液分離器は、
前記外郭体内に設置されていると共に、前記外郭体と協同して前記入口空間を形成する、入口仕切り体と、
前記外郭体内に設置されていると共に、気液分離室の下流に気相と液相の流路を分離する、気相出口管が貫通して当該気相出口管に接合された、出口仕切り体とを更に有していると共に、
前記溝付き部が、前記外郭体と別体である、溝付き面をもつ溝付き体であり、
外郭体と入口仕切り体及び出口仕切り体とで溝付き体を挟み込むことにより、溝付き体が所定位置に固定されている
ことを特徴とする気液分離器。
【請求項１８】
外郭を構成する外郭体と、
気液二相流を入流可能な入口管と、
前記入口管と流体導通可能に連絡した、前記気液二相流を気相と液相に分離する気液分離室と、
前記気液分離室と流体導通可能に連絡した、前記分離した気相が導かれる気相出口管と、
前記気液分離室と流体導通可能に連絡した、前記分離した液相が導かれる液相出口管と
を有する気液分離器であって、
前記気液分離室は、
前記入口管からの気液二相流を導入するための入口空間と、
前記入口空間の下流に設けられた空間であって、前記入口空間よりも流路断面積が拡大した拡大空間と、
前記入口空間からの気液二相流が直接導かれる、前記液相出口管に向かう溝付き部と
を有する気液分離器において、
前記溝付き部が、前記外郭体と別体である、溝付き面をもつ溝付き体であると共に、
前記気液分離器は、
溝付き体の内径側に溝付き体が溝頂点仮想円の内側に飛び出すことを防止する内径支持体を更に備えたことを特徴とする気液分離器。
【請求項１９】
請求項１４〜１８のいずれか一項記載の気液分離器を空気調和機等の冷凍サイクル中に組み込んだことを特徴とする気液分離器を備えた冷凍装置。
【請求項２０】
請求項１４〜１８のいずれか一項記載の気液分離器の二相流入口管に、冷凍サイクル中の減圧器の出口管を接続し、気液分離器の液相出口管を蒸発器に接続し、一方、気液分離器の気相出口管をバイパス路を介して圧縮機の吸込み管に接続したことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２１】
請求項１４〜１８のいずれか一項記載の気液分離器の二相流入口管に、冷凍サイクル中の圧縮機吐出管を接続し、気液分離器の液相出口管を流量調整絞りを介して圧縮機吸込み管に接続し、一方、気液分離器の気相出口管を冷凍サイクルの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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１２】
そこで、噴霧流を起こさない冷媒流量を直接把握するための具体的手段として以下の発明を行った。すなわち、噴霧流を起こさない冷媒流量を直接把握するために、冷媒流量と無次元速度Ｕの関係を検討した。この物理モデルでは冷媒の運動量と表面張力が関係しているため、冷媒流量が関係する物理量として、ウエーバー数Ｗｅを選んだ。ウエーバー数Ｗｅは冷媒の運動量すなわち慣性力と表面張力の比で定義される無次元数であり、二相流の密度をρ、流速をu、表面張力をσ、液面の曲率半径をｒとしたとき次式となる。
【数３９】
2007055386.tif 000130
ここで、液面の曲率半径ｒは図３に示すように溝を構成する板１３−１の頂部が角を持っている場合は比較的に容易に求められるが、図１９に示すように薄板を折り曲げて溝を構成する場合には（図１９の詳細は後述の第５−１の実施形態にて詳述する）溝を構成する板の頂部は曲率を持つため、液面の曲率半径ｒを求めるには非常に煩雑な計算になる。  ここで、図３および図１９を見ると液面の曲率半径ｒは近似的に溝幅ｂの１／２と考えることができる。したがって式９−１は次式となる。なお、溝幅ｂは溝頂点仮想円９−１の円周を溝数で除した円弧長さで定義している。
【数４０】
2007055386.tif 000131
ここで、二相流の流速ｕは、二相流の流量をＧ，二相流の比容積をｖ、溝に流入直後の流路断面積である溝内流路断面積をＳｌとしたとき次式となる。
【数４１】
2007055386.tif 000132
式１１−１を式１０−１に代入し、ρ＝１／ｖの関係を考慮すると、ウエーバー数Ｗｅは式１２−１に示すように二相流の流量Ｇと気液分離器の形状より求められる溝内流路断面積Ｓｌ、溝幅ｂおよび物性値で表現できる。
【数４２】
2007055386.tif 000133
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２８】
溝付き体４−１を丸め、外郭体１０−１に挿入した気液分離装置では、図１６に示すように、入口管５−１から流入した二相流は入り口仕切り体１６−１と外郭体１０−１をもって作られる狭小空間１２−１を通り図１６に矢印で示すように溝２−１に流入する。このとき、溝に流入した二相流は図１７に示す内側の溝２i−１と外側の溝２o−１の両側に流入する。内側の溝２i−１に流入した二相流の液相は表面張力の作用により溝内に付着して流れ、気相は溝頂点仮想円９−１の内側の気相流路Ｓｇ側に流れる。しかし、外側の溝２o−１に流入した二相流は気相成分もそのまま外側の溝２o−１側を流れ続け、液相出口管７−１に至るため、液相側に気相成分が混入し良好な気液分離を出来ないという課題が考えられる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２９】
上記した課題を解決する具体的発明を図１９を用いて説明する。
外側の溝２o−１には気相と液相が二相流の状態で流れ、液相は表面張力の作用により外側の溝２o−１内のコーナ部２８−１に付着して流れると考えることができ、その結果気相流路は狭まり、気相は外側の溝２o−１に内接する円２９−１内を流れると考えることができる。
溝数を多くしていくと、内接する円２９−１の径ｄｇは小さくなり、その部分を流れる気相流速は気相主流路すなわち、溝頂点仮想円９−１の内側の流路を流れる気相流速に対し小さく、さらに、気相主流路断面積に対する全内接円流路断面積も小さいため、気相主流路に対する全内接円流路を流れる気相流量が十分に小さくなる溝幅ｂと溝深さｈの関係が存在すると考えた。
そこで、すべての外側の溝２o−１全体を流れる気相流量Ｇgoが気相主流路すなわち、溝頂点仮想円９−１の内側の流路を流れる気相流量Ｇgiに対してどの程度の割合になるのかを把握するため、Ｇgo/Ｇgiを以下の考え方で計算した。
一般に、円形流路における圧力損失ΔＰは流体密度をρg、管摩擦係数をλ、流路径をＤ，流路長さをＬ，管内流速をＶおよび重力加速度をｇとしたとき次式で示される。
【数４５】
2007055386.tif 000134
溝頂点仮想円９−１の内側の流路と溝２o−１に内接する円２９−１内を流れる流路の入口の圧力と出口の圧力はそれぞれ等しいため、内接する円２９−１の径をｄｇ、その流速をｖｇとし、溝頂点仮想円９−１の内側の流路径をＤｇ，その流速をＶｇおよび流路長さをＬ、気相密度をρｇとすると次式が得られる。
【数４６】
2007055386.tif 000135
ここで、管摩擦係数λは有名なブラジウスの式を用いると流速をＶ、流路径をＤ、動粘性係数をνとすると次式となる。
【数４７】
2007055386.tif 000136
流路ｄｇとＤｇの両者の流路のρｇとＬも等しいため、次式が得られる。
【数４８】
2007055386.tif 000137
故に
【数４９】
2007055386.tif 000138
したがって、気相主流路Ｄｇを流れる気相流量に対する全内接円ｄｇを流れる気相流量の比は気相主流路断面積をＳｇ，全内接円流路断面積をｓｇとすると、気相主流路に対する全内接円流路の流量比は次式となる。
【数５０】
2007055386.tif 000139
【国際調査報告】
2007055386.tif 000140
2007055386.tif 000141
2007055386.tif 000142
2007055386.tif 000143