(57)【要約】【課題】タンク内の気相冷媒を強く吸引しても、湿り蒸気冷媒と気相冷媒間の熱交換を促進させつつ、湿り蒸気冷媒を気液分離することが可能な気液分離熱交換器等を提供する。【解決手段】気液分離熱交換器５は、冷媒を収容可能なタンク１０と、タンク１０内に配置され、気相冷媒が流通可能な管状部材１１と、を備え、管状部材１１には、気相冷媒をタンク１０内に流出させる流出部１２が設けられ、タンク１０は、管状部材１１の上部に、湿り蒸気冷媒を吹き掛ける入口部１３と、タンク１０内の気相冷媒の出口部１４と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を収容可能なタンク（１０）と、
前記タンク（１０）内に配置され、気相冷媒が流通可能な管状部材（１１），（１１Ａ），（１１Ｂ）と、を備え、
前記管状部材（１１），（１１Ａ），（１１Ｂ）には、前記気相冷媒を前記タンク（１０）内に流出させる流出部（１２）が設けられ、
前記タンク（１０）は、
前記管状部材（１１），（１１Ａ），（１１Ｂ）の上部に、湿り蒸気冷媒を吹き掛ける入口部（１３）と、
前記タンク（１０）内の前記気相冷媒の出口部（１４）と、を有することを特徴とする気液分離熱交換器（５），（５Ａ），（５Ｂ）。
【請求項２】
請求項１記載の気液分離熱交換器（５），（５Ａ），（５Ｂ）であって、
前記入口部（１３）は、前記湿り蒸気冷媒を噴霧状態にして吹き掛けることを特徴とする気液分離熱交換器（５），（５Ａ），（５Ｂ）。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の気液分離熱交換器（５），（５Ａ）であって、
前記タンク（１０）内には、前記湿り蒸気冷媒から気液分離した液相冷媒が貯留され、
前記管状部材（１１），（１１Ａ）は、前記タンク（１０）内に貯留された液相冷媒の液面から少なくとも一部が露出していることを特徴とする気液分離熱交換器（５），（５Ａ）。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の気液分離熱交換器（５）であって、
前記管状部材（１１）は、螺旋状に形成されていることを特徴とする気液分離熱交換器（５）。
【請求項５】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の気液分離熱交換器（５Ａ）であって、
前記管状部材（１１Ａ）は、螺旋錐状に形成されていることを特徴とする気液分離熱交換器（５Ａ）。
【請求項６】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の気液分離熱交換器（５Ｂ）であって、
前記管状部材（１１Ｂ）は、前記タンク（１０）内に直線状に突出していることを特徴とする気液分離熱交換器（５Ｂ）。
【請求項７】
第１の熱交換器（３）と、
前記第１の熱交換器（３）を通過した冷媒を減圧する高圧側減圧手段（４）と、
第２の熱交換器（７）と、
前記第２の熱交換器（７）に送る冷媒を減圧する低圧側減圧手段（６）と、
前記高圧側減圧手段（４）と前記低圧側減圧手段（６）との間の冷媒流路に設けられた請求項１〜請求項６のいずれかに記載の気液分離熱交換器（５），（５Ａ），（５Ｂ）と、
前記第２の熱交換器（７）を通過した気相冷媒を圧縮し、当該気相冷媒を前記気液分離熱交換器（５），（５Ａ），（５Ｂ）に送る第１の圧縮機（２ａ）と、
前記気液熱交換器（５），（５Ａ），（５Ｂ）から前記冷媒を吸引し、当該冷媒を圧縮して前記第１の熱交換器（３）に送る第２の圧縮機（２ｂ）とを備えたことを特徴とする空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、湿り蒸気冷媒と気相冷媒の熱交換と、湿り蒸気冷媒の気液分離とを行う気液分離熱交換器、及び、これを用いた空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高い暖房性能や冷房性能を確保するために、冷媒を２段圧縮する空気調和装置が提案されている。このような２段圧縮の空気調和装置では、気液分離熱交換器（中間冷却器）が使用されている。
【０００３】
従来の気液分離熱交換器として、特許文献１に開示されたものがある。図６に示すように、この気液分離熱交換器５０のタンク５１には、低圧側圧縮機（図示せず）から吐出された気相冷媒をタンク５１の壁面の接線に沿って流入させる第１入口部５２と、コンデンサから送り込まれる湿り蒸気冷媒をタンク５１の壁面の接線に沿って流入させる第２入口部５３と、タンク５１内の気相冷媒がタンク５１外に流出する第１出口部５４と、タンク５１内の液相冷媒がタンク５１外に流出する第２出口部５５とが形成されている。
【０００４】
上記の気液分離熱交換器５０では、タンク５１内において、第１入口部５２から流入させた気相冷媒と、第２入口部５３から流入させた湿り蒸気冷媒とを旋回流で流れさせ、互いを熱交換させつつ、湿り蒸気冷媒の気液分離を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−３０１４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の気液分離熱交換器５０にあって、高圧側圧縮機がタンク５１内の気相冷媒を吸引すると、低圧側圧縮機からの気相冷媒が、旋回流を形成することなくショートカットして第１出口部５４から流出する恐れがある。その結果、気相冷媒がタンク５１内に滞留する時間が短くなり、湿り蒸気冷媒と気相冷媒間で熱交換を促進させることができなくなる恐れがある。
【０００７】
そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、タンク内の気相冷媒を吸引しても、湿り蒸気冷媒と気相冷媒間の熱交換を促進させつつ、湿り蒸気冷媒を気液分離することが可能な気液分離熱交換器、及び、これを用いた空気調和装置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】
【０００８】
本発明は、冷媒を収容可能なタンクと、前記タンク内に配置され、気相冷媒が流通可能な管状部材と、を備え、前記管状部材には、前記気相冷媒を前記タンク内に流出させる流出部が設けられ、前記タンクは、前記管状部材の上部に、湿り蒸気冷媒を吹き掛ける入口部と、前記タンク内の前記気相冷媒の出口部と、を有することを特徴とする気液分離熱交換器である。
【０００９】
前記入口部は、前記湿り蒸気冷媒を噴霧状態にして吹き掛けるものであっても良い。前記タンク内には、前記湿り蒸気冷媒から気液分離した液相冷媒が貯留され、前記管状部材は、液相冷媒の液面から少なくとも一部が露出しているものであっても良い。前記管状部材は、螺旋状に形成されているものであっても良い。前記管状部材は、螺旋錐状に形成されているものであっても良い。前記管状部材は、前記タンク内に直線状に突出しているものであっても良い。
【００１０】
他の発明は、第１の熱交換器と、前記第１の熱交換器を通過した冷媒を減圧する高圧側減圧手段と、第２の熱交換器と、前記第２の熱交換器に送る冷媒を減圧する低圧側減圧手段と、前記高圧側減圧手段と前記低圧側減圧手段との間の冷媒流路に設けられた請求項１〜請求項６のいずれかに記載の気液分離熱交換器と、前記第２の熱交換器を通過した気相冷媒を圧縮し、当該気相冷媒を前記気液分離熱交換器に送る第１の圧縮機と、前記気液熱交換器から前記冷媒を吸引し、当該冷媒を圧縮して前記第１の熱交換器に送る第２の圧縮機とを備えたことを特徴とする空気調和装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、気相冷媒はタンク内に配置された管状部材内を通ってタンク内に流入するため、管状部材内を通過する時間をタンク内の滞留時間として確保され、気相冷媒と湿り蒸気冷媒間の熱交換が促進される。従って、湿り蒸気冷媒と気相冷媒間の熱交換を促進させつつ、湿り蒸気冷媒を気液分離することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態を示し、空気調和装置の冷凍サイクル装置の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態を示し、気液分離熱交換器の概略断面図である。
【図３】本発明の一施形態を示し、冷凍サイクル装置のｐ−ｈ線図である。
【図４】気液分離熱交換器の第１変形例の概略断面図である。
【図５】（ａ）は気液分離熱交換器の第２変形例の概略断面図、（ｂ）は気液分離熱交換器の第２変形例の概略側面図である。
【図６】従来例の気液分離熱交換器の概略正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
（一実施形態）
図１及び図２は本発明の一実施形態を示す。図１において、空気調和装置である車両用空気調和装置は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置１を備えている。この冷凍サイクル装置１は、圧縮機２と、第１の熱交換器である室内熱交換器３と、高圧側減圧手段である高圧側膨張弁４と、気液分離熱交換器５と、低圧側減圧手段である低圧側膨張弁６と、第２の熱交換器である室外熱交換器７と、これらの間を接続する複数の冷媒配管８ａ〜８ｆとを備えている。
【００１５】
圧縮機２は、第１の圧縮機である低圧側圧縮機２ａと第２の圧縮機である高圧側圧縮機２ｂを備えている。各圧縮機２ａ，２ｂは、冷媒をそれぞれ圧縮する。
【００１６】
室内熱交換器３は、高圧側圧縮機２ｂで圧縮された高温高圧の冷媒と車室内に供給する空気との間で熱交換する。室内熱交換器３は、冷媒の放熱作用によって室内に供給する空気を加熱する。これにより、室内熱交換器３からは、冷媒配管８ｂに高圧の液相冷媒が送出される。
【００１７】
高圧側膨張弁４は、室内熱交換器３を通過した高圧の液相冷媒を中間圧に減圧する。これにより、高圧側膨張弁４からは、冷媒配管８ｃに液相冷媒及び気相冷媒を含む湿り蒸気冷媒が送出される。
【００１８】
気液分離熱交換器５の構成は、下記に詳述する。
【００１９】
低圧側膨張弁６は、気液分離熱交換器５より送出される液相冷媒を低圧に減圧する。
【００２０】
室外熱交換器７は、低圧側膨張弁６から送出された冷媒と車室外の空気との間で熱交換する。室外熱交換器７は、車室外の空気より冷媒が吸熱する。室外熱交換器７からは、冷媒配管８ｆに低圧の気相冷媒が送出される。
【００２１】
次に、気液分離熱交換器５の構成を説明する。図２に示すように、気液分離熱交換器５は、冷媒を収容可能なタンク１０を有する。タンク１０内には、気相冷媒が流通可能な管状部材１１が配置されている。管状部材１１は、実質的に同一半径で巻回された螺旋状に形成されている。管状部材１１は、タンク１０内に貯留された液相冷媒の液面から少なくとも一部が露出するよう配置されている。管状部材１１の一方端の開口が気相冷媒の流出部１２として形成されている。管状部材１１の他端側は、低圧側圧縮機２ａの冷媒吐口に冷媒配管９ａによって接続されている。低圧側圧縮機２ａで圧縮された中間圧の気相冷媒は、管状部材１１の内部を通って流出部１２よりタンク１０内に流出する。
【００２２】
タンク１０には、入口部１３、第１出口部１４及び第２出口部１５がそれぞれ設けられている。入口部１３は、管状部材１１の上端より更に上方位置に設けられている。入口部１３は、管状部材１１に向かって開口している。入口部１３には、高圧側膨張弁４の出口側の冷媒配管８ｃが接続されている。入口部１３は、管状部材１１の上部に、湿り蒸気冷媒を噴霧状態にして吹き掛ける。
【００２３】
第１出口部１４は、タンク１０内の最上方位置に設けられている。つまり、第１出口部１４は、タンク１０内に貯留された液相冷媒の液面より所定距離を置いた高い位置に設けられている。第１出口部１４は、高圧側圧縮機２ｂの冷媒吸入口に冷媒配管９ｂによって接続されている。タンク１０内の中間圧の気相冷媒は、高圧側圧縮機２ｂに送出される。
【００２４】
第２出口部１５は、タンク１０内の最下方位置、つまり、タンク１０内に貯留された液相冷媒の液面より低い位置に設けられている。第２出口部１５は、低圧側膨張弁６の冷媒入口に冷媒配管８ｄによって接続されている。タンク１０内の液相冷媒は、低圧側膨張弁６に送出される。
【００２５】
次に、上記構成の作用を気液分離熱交換器５の作用を中心に説明する。タンク１０内には、低圧側圧縮機２ａで圧縮された気相冷媒が管状部材１１の内部を通って流出部１２からタンク１０内に流出すると共に、高圧側膨張弁４で減圧された液相冷媒を含む湿り蒸気冷媒が入口部１３から噴霧される。噴霧状の湿り蒸気冷媒は、タンク１０内にまんべんなく飛散し、管状部材１１の外面に膜状に付着する。管状部材１１に付着した湿り蒸気冷媒は、その自重によって管状部材１１の下方に向かって滴り落ちる。従って、気相冷媒と湿り蒸気冷媒とは、タンク１０内の空間内で熱交換する共に、気相冷媒が管状部材１１内を通過する過程でも熱交換する。
【００２６】
このように気相冷媒と湿り蒸気冷媒が熱交換しつつ、湿り蒸気冷媒は比重の大きい液相冷媒がタンク１０内の下方に、比重の小さいガス冷媒（気相冷媒）がタンク１０内の上方に分離される。そして、タンク１０内の下方に開口する第２出口部１５より液相冷媒が低圧側膨張弁６に供給される。タンク１０内の上方に開口する第１出口部１４より中間圧の気相冷媒が高圧側圧縮機２ｂに供給される。高圧側圧縮機２ｂには、湿り蒸気冷媒との間で十分に熱交換された気相冷媒が供給される。
【００２７】
図３は、冷凍サイクル装置１のｐ−ｈ特性線である。仮に、タンク１０内に管状部材１１を配置せずに気相冷媒をタンク１０内に流入させた場合には、高圧側圧縮機２ｂの冷媒圧縮に対応する箇所の特性線（Ｂの特性）が図３にて破線で示すものとなる。本実施形態のように、管状部材１１をタンク１０内に配置した場合には、気相冷媒と湿り蒸気冷媒とが、上記したように、タンク１０内の空間内で熱交換すると共に、気相冷媒が管状部材１１内を通過する過程でも熱交換するため、高圧側圧縮機２ｂには過熱度が低い（飽和蒸気に近い）気相冷媒が供給される。これにより、高圧側圧縮機から吐出される冷媒は、吐出温度が低下する。従って、高圧側圧縮機２ｂの冷媒圧縮に対応する箇所の特性線（Ａの特性）が図３にて実線で示すものとなる。これにより、高圧側圧縮機２ｂから吐出される冷媒の圧縮効率の向上を図ることができる。
【００２８】
上記した気液分離熱交換器５の作用過程において、仮に、高圧側圧縮機２ｂによってタンク１０内の気相冷媒が強く吸引されても、気相冷媒はタンク１０内に配置された管状部材１１内を通ってタンク１０内に流入するため、管状部材１１内を通過する時間をタンク１０内の滞留時間として確保され、気相冷媒と湿り蒸気冷媒間の熱交換が促進される。従って、高圧側圧縮機２ｂによってタンク１０内の気相冷媒が強く吸引されても、湿り蒸気冷媒と気相冷媒間の熱交換を促進させつつ、湿り蒸気冷媒を気液分離することが可能である。
【００２９】
また、管状部材１１の上部に付着した湿り蒸気冷媒中の液相冷媒が管状部材１１の下部に向かって滴り落ちる過程で、液相冷媒と管状部材１１内の気相冷媒とが熱交換するため、これによっても熱交換が促進される。
【００３０】
入口部１３は、管状部材（１１），（１１Ａ），（１１Ｂ）の上部に、タンク１０内に湿り蒸気冷媒を噴霧状態にして吹き掛ける。従って、液相冷媒を管状部材１１の外面に膜状に付着させることができるため、液相冷媒と気相冷媒の熱交換がこの点でも促進される。
【００３１】
管状部材１１は、タンク１０内に貯留された液相冷媒の液面から少なくとも一部が露出している。これにより、タンク１０の大型化を抑制しつつ、湿り蒸気冷媒と気相冷媒の熱交換を促進させることができる。つまり、管状部材１１を液相冷媒に完全に漬かるようにすると、熱交換性が向上するが、第１出口部１４から液相冷媒を吸い込まない程度に液相冷媒の液面と第１出口部１４の間の距離を取る必要があり、このように構成するとタンク１０が大型化する。そのため、管状部材１１の一部を液相冷媒に漬かるようにして熱交換を促進させ、管状部材１１の他の部分を液相冷媒の液面より露出させることで、液相冷媒の液面と第１出口部１４との間の所定距離を確保でき、これによりタンク１０の大型化を抑制できる。
【００３２】
管状部材１１は、螺旋状に形成されている。従って、管状部材１１の収容スペースを小さくしつつ管状部材１１の経路を長くできるため、タンク１０の小型化を図りつつ熱交換の促進を図ることができる。
【００３３】
（気液分離熱交換器の第１変形例）
図４は気液分離熱交換器５Ａの第１変形例を示す。図４において、この第１変形例の気液分離熱交換器５Ａは、前記実施形態のものと比較するに、管状部材１１Ａの形態のみが相違する。つまり、管状部材１１Ａは、徐々に異なる半径（円錐面上）で巻回された螺旋錐状に形成されている。
【００３４】
他の構成は、前記実施形態のものと同一であるため、同一箇所に同一符号を付してその説明を省略する。
【００３５】
この第１変形例の気液分離熱交換器５Ａでも、前記実施形態のものと同様の作用・効果が得られる。
【００３６】
管状部材１１Ａは、螺旋錐状に形成されている。従って、管状部材１１Ａの収容スペースを小さくしつつ管状部材１１Ａの経路を長くできるため、タンク１０の小型を図りつつ熱交換の促進を図ることができる。その上、螺旋錐状であるので、管状部材１１Ａの上段箇所が下段箇所の真下位置に位置せずにシフトした位置に位置するため、噴霧状の湿り蒸気冷媒が管状部材１１Ａの各段の表面に付着し易く、この点からも熱交換の促進を図ることができる。
【００３７】
（気液分離熱交換器の第２変形例）
図５（ａ）、（ｂ）は気液分離熱交換器５Ｂの第２変形例を示す。図５（ａ）、（ｂ）において、この第２変形例の気液分離熱交換器５Ｂは、前記実施形態のものと比較するに、管状部材１１Ｂの形態のみが相違する。つまり、タンク１０の外部には、冷媒配管９ａからの気相冷媒を分岐する分配ヘッダ２０が設けられている。そして、この分配ヘッダ２０に複数の管状部材１１Ｂが接続されている。複数の管状部材１１Ｂは、間隔を置いてタンク１０内に水平方向に沿って直線状に突出している。各管状部材１１Ｂの先端が流出部１２として形成されている。
【００３８】
他の構成は、前記実施形態のものと同一であるため、同一箇所に同一符号を付してその説明を省略する。
【００３９】
この第２変形例の気液分離熱交換器でも、前記実施形態のものと同様の作用・効果が得られる。
【符号の説明】
【００４０】
２ａ  低圧側圧縮機（第１の圧縮機）
２ｂ  高圧側圧縮機（第２の圧縮機）
３  室内熱交換器（第１の熱交換器）
４  高圧側膨張弁（高圧側減圧手段）
５，５Ａ，５Ｂ  気液分離熱交換器
６  低圧側膨張弁（低圧側減圧手段）
７  室外熱交換器（第２の熱交換器）
１０  タンク
１１  管状部材
１２  流出部
１３  入口部
１４  第１出口部（出口部）
【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】
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