(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器に流入配管と流出配管を有した気液混合流体の気液分離器であって、上記流入配管の出口端部が閉止もしくは隙間をあけて形成され、気液分離器の容器と交わる部分の流入配管の直径よりも大きな幅を有する拡大端部を設け、上記拡大端部の側面に横穴を設けたことを特徴とする気液分離器。
【請求項２】
上記流入配管に流入して上記拡大端部を流れる冷媒液が、上記拡大端部の壁面に沿った液膜を形成するような壁面形状を、上記拡大端部が有する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】
上記拡大端部の幅は、徐々に変化していることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の気液分離器。
【請求項４】
上記拡大端部は、内部を流れる冷媒液の膜厚を上記流入配管側に比べて薄くさせる壁面形状を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の気液分離器。
【請求項５】
上記横穴の幅が上記流入配管の上記直径よりも大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の気液分離器。
【請求項６】
上記横穴よりも下流側となる上記拡大端部の側面に下穴を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の気液分離器。
【請求項７】
上記横穴よりも上流側に小穴を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の気液分離器。
【請求項８】
容器壁面から拡大端部にいたるまでの流入配管の差し込み長さが、容器壁面から流出配管の入口端部にいたるまでの差し込み長さに比べて大きいことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の気液分離器。
【請求項９】
上記拡大端部の幅を下流に進むに従い大きくしたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の気液分離器。
【請求項１０】
上記拡大端部の端部をクロージング加工することにより、拡大端部の端部を閉止もしくは下穴を設けたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の気液分離器。
【請求項１１】
上記横穴から吹き出す流体の方向が、容器側壁に対して略垂直となるように拡大端部を設けたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の気液分離器。
【請求項１２】
上記横穴から吹き出す流体の方向が、容器側壁に対して略接線方向となるように拡大端部を設けたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の気液分離器。
【請求項１３】
上記横穴から吹き出す流体の流速が、１．６ｍ／ｓ以下となるようにしたことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の気液分離器。
【請求項１４】
上記拡大端部の断面形状を扁平または楕円にしたことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の気液分離器。
【請求項１５】
上記拡大端部の断面形状は扁平であり、折り曲げ前に比べて最大幅が小さくなる方向に端部を折り曲げたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の気液分離器。
【請求項１６】
拡大端部の断面形状を円形にしたことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の気液分離器。
【請求項１７】
拡大端部の断面形状を多角形にしたことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の気液分離器。
【請求項１８】
上記拡大端部の内側に立ち上がり部ができるように横穴を設けたことを特徴とする請求項１〜１７のいずれか一項に記載の気液分離器。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の気液分離器を搭載したことを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、気液分離器とそれを搭載した空気調和機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷凍サイクルにおいて、凝縮器で凝縮された冷媒液は、膨張弁によって減圧され、冷媒蒸気と冷媒液が混在する気液二相状態となって蒸発器に流入する。冷媒が気液二相状態で蒸発器に流入すると、冷媒が蒸発器を通過する際の圧力損失が大きくなり、空気調和機のエネルギ効率が低下する。
【０００３】
このため、冷媒が蒸発器に流入する前に、気液分離器を用いて冷媒蒸気と冷媒液に分離し、冷媒液のみを蒸発器に流すことにより、冷媒が蒸発器を通過する際の圧力損失を低減し、空気調和機のエネルギ効率を向上することができる。
【０００４】
従来の気液分離器では、流入配管と流出配管を容器上部に設けて、流入配管の径を下端に行くに従って小さくし、流入配管の側面に流出穴を設けることにより、流入配管を容器側面に取り付ける方法に比べて加工時間を節約している（例えば特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】特許第３５９３５９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような気液分離器にあっては、流入配管の径を下端に行くに従って小さくするため、冷媒液が流入配管の壁面を流れ、冷媒蒸気が流入配管の中央を流れるような気液二相の環状流のような状況では、冷媒液の液膜厚さが増加し、流入配管の側面に設けた流出穴から大量の冷媒液が吹き出すため、分離効率が低下するという問題があった。さらに、流入配管の下端部分に大量の冷媒液をためておくことができず、冷媒液が前記流出穴からあふれ出すため、大幅に分離効率が低下するという問題があった。
【０００７】
従ってこの発明の目的は、高い分離効率を有する気液分離器を提供することであり、またそのような気液分離器を搭載した空気調和機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る気液分離器は、容器に流入配管と流出配管を有した気液混合流体の気液分離器において、流入配管の出口端部が閉止もしくは隙間をあけて形成され、気液分離器の容器と交わる部分の流入配管の直径よりも大きな幅を有する拡大端部を設け、拡大端部の側面に流入配管の直径よりも大きな幅を有する横穴を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、気液分離器の容器と交わる部分の流入配管の直径よりも大きな幅を有する拡大端部を容器内に設けることにより、拡大端部の側面に直径の大きな横穴を設けることができるようになり、横穴の数を少なくして加工費を削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による気液分離器を示す正面図である。気液分離器は、筒状の側壁１ａ、頂壁１ｂおよび底壁１ｃを持つ容器１と、頂壁１ｂを貫通して取り付けられた流入配管２と、流入配管２に並置されて頂壁１ｂに取り付けられた上部流出配管３と、容器１の底壁１ｃに取り付けられた下部流出配管４とを備えている。容器１は内部で気液混合流体の気液分離を行うものである。
【００１１】
図２は、図１のＡ−Ａ線に沿ってみたときの流入配管２だけを示す側面図である。流入配管２は、一端で外部回路に接続され、他端が容器１の頂壁１ｂを気密に貫通した円形断面の接続配管２ａと、接続配管２ａの他端に連結され、断面が図４に示すような扁平形状の拡大端部９とを備えている。拡大端部９の扁平断面の長辺を含む側面に接続配管２ａの直径ｄ１よりも大きな幅（直径）の横穴５を２箇所設けてある。たとえば、拡大端部９は、流入配管２を扁平に拡管することで形成することができる。ここで、拡大端部９の幅ｄ２は、気液分離器の容器１と交わる部分の流入配管２の直径ｄ１よりも大きい。また、横穴５から吹き出す冷媒の方向（矢印６）が、容器１の側壁１ａに対して略垂直となるように、拡大端部９が設けられている。また、横穴５よりも上側の流入配管２の側面、この例では接続配管２ａに小穴１４が設けてある。
【００１２】
ここで、接続配管２ａの直径ｄ１は流入配管２が容器１と交わる部分の流入配管２の直径である。拡大端部９の幅ｄ２は少なくとも横穴５が設けられる部分において接続配管２ａの直径ｄ１よりも大きくされている。また、横穴５の幅は接続配管２ａの直径ｄ１以上の大きさとするのが望ましい。図示の例では、横穴５の幅（直径）は接続配管２ａの直径ｄ１よりも僅かに大きく、この大きな横穴５を形成するための平坦部分を持つ拡大端部９の幅ｄ２は接続配管２ａの直径ｄ１よりも約２倍大きくされている。
【００１３】
図３は、拡大端部９を図２のＢ−Ｂ線で見たときの形状を示す底面図である。拡大端部９の下面には、数ｍｍの隙間を持つ長い下穴１０が設けてある。下穴１０は、例えば拡大端部９の下端をプレスすることにより形成することができる。
【００１４】
図４は、拡大端部９内を流れる冷媒の様子を示す図３のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【００１５】
以下、実施の形態１の動作について説明する。冷房運転時において、冷媒は、冷媒蒸気と冷媒液の気液二相の状態で流入配管２に流入し、容器１内に入って拡大端部９へ進む。このとき、拡大端部９の断面が扁平形状であるため、図４に示すように、扁平断面の短辺を含む面の冷媒液７ａの液膜が厚くなり、長辺を含む面の冷媒液７ｂの液膜が薄くなる。このため、拡大端部９の側面に設けた横穴５から冷媒蒸気８が吹き出すときにも、少量の冷媒液７ｂしか吹き出さない。
【００１６】
横穴５から吹き出した冷媒液７ｂは、容器１の側壁１ａに衝突してそこに付着して冷媒液７ｄとなり、冷媒蒸気８と分離して、容器１の側壁１ａに沿って重力により落下して容器１の底部に冷媒液７ｅとして溜まる。また、冷媒蒸気８は、上部流出配管３を通って容器１から流出する。
【００１７】
一方、横穴５から吹き出さずに拡大端部９の下側に進んだ冷媒液７ａは、拡大端部９の底面に溜まり、下穴１０から冷媒液７ｃとなって下向きに流出し、冷媒液７ｃと冷媒液７ｄは、容器１の底に溜まった冷媒液７ｅと合流し、下部流出配管４を通って、容器１から流出する。
【００１８】
このように、気液分離器は、気液混合流体の気液分離を行う容器１と、この容器１内に貫通して延びた接続配管２ａおよびこの接続配管２ａの内端に接続されて、気液混合流体の流れの方向を曲げる拡大端部９を持つ流入配管２と、容器１から貫通して延びた流出配管３とを備え、拡大端部９の幅寸法は、接続配管２ａの直径よりも大きく、拡大端部９の側面に横穴５が設けられている。
【００１９】
また、暖房運転時は、冷媒配管内を冷媒が逆方向に流れ、凝縮器で凝縮された過冷却状態の冷媒液が、液単相の状態で下部流出配管４から容器１内に流入し、流入配管２から流出する。このとき上部流出配管３につながる冷媒回路は電磁弁等により閉止されている。容器１内には、余剰の冷媒液がたまり、冷凍機油が冷媒に対して非相溶の場合は、冷媒液の上に冷凍機油が溜まるため、小穴１４をとおって冷凍機油が容器１から冷媒回路へ流出し、圧縮機に戻る。
【００２０】
このように、拡大端部９を通過する冷媒において、扁平断面の長辺を含む面の冷媒液７ｂの液膜が薄くなることで、横穴５から吹き出す冷媒液７ｂの量が減少して、下穴１０から吹き出る冷媒液７ｃが増加するため、拡大端部９において、冷媒蒸気８と冷媒液７ｃをより効率よく分離することができ、気液分離器の分離効率を向上させることができる。
【００２１】
また、拡大端部９の幅ｄ２は、気液分離器の容器１と交わる部分の流入配管２の直径ｄ１よりも大きく、拡大端部９の下側に大量の冷媒液７ａを溜めておくことができるため、流入配管２へ流れ込む冷媒液の量が増加した場合でも、冷媒液７ａが横穴５からあふれ出す量を少なくすることができ、さらに分離効率を向上させることができる。
【００２２】
また、流入配管２の下端に扁平な断面を有する拡大端部９を設けることで、扁平な断面の長辺となる面に穴径の大きな横穴５を設けることができるため、冷媒が横穴５から吹き出すときの圧力損失や冷媒音を低減することができる。
【００２３】
また、横穴５の数を少なくすることができるため、加工費を削減することができる。さらに、流入配管を短くして容器の小型化や材料費の削減を実現することができる。
【００２４】
また、横穴５から吹き出す冷媒の方向（矢印６）が容器１の内壁に略垂直となるように拡大端部９を設けたため、吹き出した冷媒液７ｂが、すぐに容器１の側壁１ａに衝突して冷媒液７ｄとなり、冷媒蒸気８と冷媒液７ｂをより効率よく分離でき、分離効率をさらに向上させることができる。
【００２５】
なお、本実施の形態１では、流入配管２を拡管して拡大端部９を形成するようにしたが、流入配管２に別体の拡大端部９をロウ付けしてもよい。
【００２６】
また、拡大端部９の断面を扁平形状とするケースを示したが、拡大端部９の幅ｄ２が、気液分離器の容器と交わる部分の流入配管の直径ｄ１よりも大きければよく、楕円であってもよい。
【００２７】
また、横穴５を２個設けた例を示したが、１個以上設けていればよく、穴の直径も任意である。なお、横穴を２個以上設ける場合、穴径を同一にすることより、穴加工に用いる工具が１種類ですむため、加工費を削減することができる。
【００２８】
また、図５に示すように、拡大端部９の扁平断面の長辺を含む面の両面に横穴５を設けても良い。この場合、容器１の側壁１ａから遠い側の横穴５から吹き出た冷媒液７ｂが、容器１の側壁１ａに付着するまでの距離が長くなるため分離効率は若干低下するが、横穴５から吹き出す冷媒の速度を小さくできるため、圧力損失や冷媒音をさらに低減することができ、また、容器の小型化、材料費の削減も可能となる。
【００２９】
また、図６に示すように、冷媒の吹き出し方向（矢印６）が容器１の側壁に対して略接線方向となるように横穴５を設けても良い。この場合、横穴から吹き出した冷媒蒸気８が旋回し、遠心力により冷媒液７ｂを分離することができるため、分離効率をさらに向上することができる。
【００３０】
さらに、図６に示すように、流出配管３の差し込み長さL１よりも、拡大端部９までの流入配管２の差し込み長さＬ２を大きくすることにより、流出配管３と拡大端部９の干渉を防ぐことができ、拡大端部９の幅ｄ２をさらに大きくすることができる。これにより、横穴５の径をさらに大きくして、さらなる、圧力損失や冷媒音の低減、容器の小型化、材料費の削減、分離効率の向上をはかることができる。
【００３１】
また、流入配管２に小穴１４を設けたため、暖房運転時に容器１内に溜まる冷凍機油を圧縮機にもどすことができるため、圧縮機の潤滑性を高めることができる。さらに、小穴１４と横穴５を流入配管２の同じ側の面に設けることにより、穴加工時にワークの向きを変える必要がないため、加工費をさらに削減することができる。
【００３２】
また、流入配管の下側に数ｍｍの隙間をもつ下穴１０をプレス加工により設けたため、穴加工をおこなう必要がなく、加工費を削減することができる。なお、下穴１０は、冷媒蒸気８が下穴１０から吹き出さない程度に下穴１０の開口面積が小さく、横穴５よりも下流側に下穴１０が設けてあればよい。
【００３３】
たとえば、図７に示すように、拡大端部９の出口端部の中央を圧着して、下穴１０を拡大端部９の下端の両側に設けてもよく、さらに、図８に示すように、拡大端部９の出口端部の中央から片端までを圧着して、下穴１０を拡大端部９の下端の片端に設けるようにしてもよい。これにより、拡大端部９の出口端部に下穴１０を設けるための穴加工が必要なくなるため、加工費を削減することができる。
【００３４】
さらに、図９に示すように、拡大端部９の出口端部を完全に閉止して、横穴５よりも下流に位置する拡大端部９の側面に下穴１０を穴加工により設けてもよい。この場合、拡大端部９の出口端部の閉じ加工が容易となるとともに、下穴１０を穴加工するため、穴の寸法を精度良く加工でき、分離効率を向上することができる。
【００３５】
また、下穴１０と横穴５を拡大端部９の同一面に設けることにより、穴加工時にワークの向きを変える必要がないため、加工費をさらに削減することができる。さらに、小穴１４と下穴１０と横穴５を流入配管の同一面に設けることにより、大幅に加工費を削減できる。さらに、下穴と小穴を同一径とすることにより、穴加工に用いる工具を共通化できるため、加工費を削減することができる。
【００３６】
もちろん、下穴１０を拡大端部９の出口端部と側面の両方に設けてもよい。
【００３７】
さらに、拡大端部９の出口端部を完全に閉止して、下穴１０を設けなくてもよく、この場合、一番下流側に設けた横穴５より冷媒液７ａがあふれ出し、分離効果は低下するが、下穴１０の加工を省略できるため、加工費を削減することができる。
【００３８】
さらに、図１０に示すように、拡大端部９の下側を曲げてもよく、この場合、拡大端部９の幅ｄ２の最大値が小さくなるため、容器１の上部の入口が小さい場合に、流入配管２の差し込みが容易になるとともに、拡大端部９と容器１の内壁との干渉を防ぐことができる。
【００３９】
また、図１１に示すように、下穴１０の開いた底板１１を、拡大端部９の底面にロウ付けしてもよく、この場合、下穴１０を精度良く加工でき、分離効率を向上することができる。なお、底板１１に下穴を設けずに閉止してもよく、底板１１をロウ付けすることにより、拡大端部９の多様な断面形状に対して、拡大端部９の下流端部を閉止もしくは下穴を設けることができる。
【００４０】
また、本実施の形態１に示した気液分離器を冷凍サイクルに搭載することにより、気液二相状態で流れる冷媒蒸気と冷媒液を分離し、冷媒液のみを蒸発器に流すことができるため、冷媒が蒸発器を通過する際の圧力損失を低減して、空気調和機のエネルギ効率を向上することができる。
【００４１】
ここで、図２５に示す冷凍サイクル図と、図２６に示す冷凍サイクルの圧力とエンタルピの関係を用いて、本実施の形態１に示す気液分離器を冷凍サイクルに搭載したときの動作と効果について説明する。図２５中のＡからＦの点は、図２６中の冷凍サイクルにおける点ＡからＦにそれぞれ対応する。
【００４２】
気液分離を行わない通常の冷房運転では、電磁弁２２を閉じ、バイパス回路２５に冷媒が流れないようにする。圧縮機２６により高圧になった冷媒（Ａ点）は、室外熱交換器２７で凝縮される（Ｂ点）。その後、膨張弁２１で減圧された後（Ｃ’点）、室内熱交換器１８で蒸発し（Ｄ’点）、四方弁１９を通って、圧縮機２６に戻る。
【００４３】
一方、本実施の形態１に示す気液分離器を冷凍サイクルに搭載した場合、電磁弁２２を開にして、バイパス回路２５上を冷媒蒸気が流れるようにする。圧縮機２６により高圧になった冷媒（Ａ点）は、室外熱交換器２７で凝縮されて（Ｂ点）、膨張弁２１で減圧された後（Ｃ’点）、気液分離器２０で冷媒蒸気と冷媒液に分離される。冷媒液（Ｃ点）は、室内熱交換器１８で蒸発し、冷媒蒸気（Ｆ点）は、電磁弁２２、逆止弁２４、毛細管２３からなるバイパス回路２５上を通り、Ｄ点で両者が合流する。合流した冷媒は、四方弁１９を通って圧縮機２６へ戻る。
【００４４】
図２６から分かるように、本実施の形態１の気液分離器を冷凍サイクルに搭載した場合、冷媒が蒸発器を通過する際の圧力損失（Ｃ点からＤ点の圧力差）を、気液分離器を搭載しない場合の圧力差（Ｃ’点からＤ’点の圧力差）よりも小さくすることができる。これにより、圧縮機２６の吸入圧力が、Ｄ’点からＤ点に上昇し、圧縮機が吸入圧力から吐出圧力（Ａ点）まで圧縮するのに必要な仕事が減少するため、空気調和機のエネルギ効率が向上する。
【００４５】
実施の形態２．
また、図１２に示すように、流入配管２の下側を円筒状に拡管して拡大端部１２を設け、拡大端部１２の側面に横穴５を設けてもよい。この例では、拡大端部１２の下側に下穴１０の開いた底板１１をろう付けしている。たとえば、接続配管２ａの直径ｄ１はおよそ６ｍｍ、拡大端部１２の直径はおよそ１３ｍｍであり、拡大端部９の幅ｄ２は接続配管２ａの直径ｄ１よりも約２倍大きくされている。また、横穴５の直径はおよそ６ｍｍ、下穴１０の直径はおよそ２ｍｍである。
【００４６】
この構成によれば、拡大端部１２の幅（直径）ｄ３が、気液分離器の容器と交わる部分の流入配管の直径ｄ１よりも大きいため、図１３に示すように、拡大端部１２内を流れる冷媒液７ａ、７ｂの液膜の厚さが円周全体で薄くなり、横穴５から冷媒蒸気８とともに吹き出す冷媒液７ｂの量が減少し、下穴１０から吹き出る冷媒液７ｃが増加するため、拡大端部１２において、冷媒蒸気８と冷媒液７ｃをより効率よく分離することができ、気液分離器の分離効率が向上する。
【００４７】
また、円管を拡管する加工が容易であるため、加工費を削減することができる。
【００４８】
なお、本実施の形態２では、拡大端部１２の下側に下穴１０の開いた底板１１をろう付けする構成を示したが、図１４のように、拡大端部１２の下側をプレスして、下穴１０を設けてもよい。また、流入配管２に別体の拡大端部１２をロウ付けしてもよい。
【００４９】
さらに、図２４に示すＤ−Ｄ断面のように、拡大端部１２の内側に立ち上り部１７ができるようにバーリング加工などにより横穴５を形成してもよい。このとき、立ち上がり部１７により、流入配管２の壁面に沿って流れる冷媒液７ａが、冷媒蒸気８といっしょに、横穴５から流出しにくくなるため、分離効率をさらに向上することができる。
【００５０】
さらに、図２７に、本実施の形態２に示す気液分離器を用いて、気液分離器に流入する冷媒流量Ｗ［ｋｇ／ｈ］と横穴５の開口面積の合計Ａ［ｍ２]を変化させたときの試験結果を示す。図２７の横軸は、拡大端部９の側面に設けた横穴５から吹き出す冷媒蒸気８の流速Ｖ［ｍ／ｓ］を示し、縦軸は気液分離効率Ｅ［％］を示す。
【００５１】
なお、冷媒蒸気８の速度Ｖ［ｍ／ｓ］は、式（１）により計算される。
Ｖ＝Ｗ／３６００×Ｘ／ρｇ／Ａ                                （１）
【００５２】
ここで、Ｘは気液分離器に流入する冷媒の乾き度［−］、ρｇは気液分離器に流入する冷媒蒸気の密度［ｋｇ／ｍ３]であり、乾き度Ｘは、式（２）を用いて計算される。
Ｘ＝（ｈｉｎ−ｈｌ）／（ｈｇ−ｈｌ）                          （２）
【００５３】
ここで、ｈｉｎは気液分離器に流入する冷媒のエンタルピ［Ｊ／ｋｇ］、ｈｇは冷媒の飽和蒸気エンタルピ［Ｊ／ｋｇ］、ｈｌは冷媒の飽和液エンタルピ［Ｊ／ｋｇ］を示す。なお、上記の各エンタルピおよび密度、流量は、気液分離器が搭載される冷凍サイクルの温度および圧力、能力を測定することにより求めることができる。
【００５４】
また、気液分離効率Ｅ［％］は、式（３）により計算される。
Ｅ＝Ｗｇ１／Ｗｇ×１００＝Ｗｇ１／（Ｗ×Ｘ）×１００          （３）
【００５５】
ここで、Ｗｇ１は気液分離器の上部流出配管３から冷媒蒸気のみが流出するときの最大流量［ｋｇ／ｈ］、Ｗｇは気液分離器に流入する冷媒蒸気８の流量［ｋｇ／ｈ］である。
【００５６】
図２７より、横穴５から吹き出す冷媒蒸気８の流速Ｖがおよそ１．８ｍ／ｓから１．６ｍ／ｓへ減少するに従い、気液分離効率Ｅが上昇することがわかる。また、横穴５から吹き出す冷媒蒸気の流速Ｖが、１．６ｍ／ｓ以下になったとき、気液分離効率Ｅは高い気液分離効率を維持したままでほぼ一定となることがわかる。これは、横穴５から冷媒蒸気８とともに吹き出した冷媒液７ｂが、容器１の側壁１ａに衝突して付着し、冷媒液７ｄとなるが、横穴５から吹き出す冷媒蒸気８の流速Ｖが１．６ｍ／ｓよりも大きい場合、容器１の側壁１ａに付着した冷媒液７ｄが、冷媒蒸気８の高い流速を受けて再飛散し、冷媒蒸気８とともに上部流出配管３から流出することにより、気液分離効率Ｅが低下するためである。
【００５７】
これより、横穴５から吹き出す冷媒蒸気８の流速Ｖが１．６ｍ／ｓ以下となるように、気液分離器に流入する冷媒の流量Ｗ、密度ρｇ、乾き度Ｘを調整するとともに、横穴５の開口面積の合計Ａを設定することにより、容器１の側壁１ａに付着した冷媒液７ｄの再飛散を抑えることができるため、高い気液分離効率を維持することができる。
【００５８】
実施の形態３．
図１５に示す例においては、流入配管２の下側を直方体に拡管して矩形あるいは正方形断面の拡大端部１３を設け、拡大端部１３の側面に横穴５を設けてもよい。この例では、拡大端部１３の下側の側面に下穴１０の開いた底板１１をろう付けしている。
【００５９】
この構成によれば、拡大端部１３の幅ｄ４が、気液分離器の容器１と交わる部分の流入配管の直径ｄ１よりも大きく、また、角を有しているため、図１６に示すように、拡大端部１３の正方形断面において、角付近を流れる冷媒液７ａの液膜が厚く、辺の中央を流れる冷媒液７ｂの液膜が薄くなる。このため、横穴５から冷媒蒸気８とともに吹き出す冷媒液７ｂの量が減少し、下穴１０から吹き出る冷媒液７ｃが増加するため、拡大端部１３において、冷媒蒸気８と冷媒液７ｃをより効率よく分離することができ、気液分離器の分離効率が向上する。ここで、辺の中央を流れる冷媒液７ｂの液膜が薄くなるため、横穴５を辺の中央に設けた方がよい。
【００６０】
なお、本実施の形態２では、拡大端部１３の下側に下穴１０の開いた底板１１をろう付けする構成を示したが、拡大端部１３の下側をプレスして、下穴１０を設けてもよい。また、流入配管２に別体の拡大端部１３をろう付けしてもよい。
【００６１】
また、拡大端部１３の断面積が正方形となるケースを示したが、拡大端部１３の幅（最大幅）ｄ４が、気液分離器の容器と交わる部分の流入配管の直径ｄ１よりも大きければよく、長方形やひし形、平行四辺形、台形、多角形などであってもよい。
【００６２】
また、横穴５を２個設けた例を示したが、１個以上設けていればよく、穴の直径は任意である。
【００６３】
また、図１７に示すように、横穴５を縦長にあけてもよく、この場合、加工費を削減できる。
【００６４】
また、流入配管の下側に下穴１０を設けることを示したが、冷媒蒸気８が下穴１０から吹き出さない程度に下穴１０の開口面積が小さく、横穴５よりも下流側に下穴１０が設けてあればよい。
【００６５】
さらに、拡大端部９の下面を完全に閉止して、下穴１０を設けなくてもよく、この場合、一番下に設けた横穴５より冷媒液７ａがあふれ出し、分離効果は低下するが、下穴加工を省略できるため、加工費を削減することができる。
【００６６】
また、流出配管３の差し込み長さL１よりも下側に拡大端部１３を設けることにより、流出配管３と拡大端部１３は干渉しないため、拡大端部１３の幅ｄ４をより大きくすることができ、分離効率をより向上することができる。
【００６７】
実施の形態４．
また、図１８のように、拡大端部１２の下側をクロージング加工１６により絞って閉止した後、下穴１０を穴加工してもよい。クロージング加工１６では、底板１１をろう付けする必要がないため、加工費を大幅に低減することができる。
【００６８】
さらに、図１９のように、拡大端部１２の下側をクロージング加工１６し、下穴１０を拡大端部１２の側面に、横穴５と同面上となるように穴加工することで、穴加工時にワークの向きを変える必要がないため、加工費をさらに削減することができる。
【００６９】
また、小穴１４も、拡大端部１２の側面に、横穴５と同面上となるように穴加工し、さらに、小穴１４と下穴１０の穴径を共通化することにより、加工費を大幅に削減することができる。
【００７０】
また、拡大端部１２の上流端部から、もっとも上流側に位置する横穴までの距離Ｌ３の長さを大きくすることにより、流入配管２の径がｄ１からｄ３へ拡大することによる冷媒の乱れをより安定させることができるため、横穴５から吹き出す冷媒液がより安定し、分離効率を向上させることができる。さらに、距離Ｌ３を大きくすることにより、素管の直径がｄ３の場合に、ｄ３からｄ１に絞り加工しなければならない長さＬ５が小さくなるため、絞り加工に要する加工コストを削減することができる。
【００７１】
また、もっとも下流側に位置する横穴５から拡大端部１２の下流端部までの距離Ｌ４を大きくすることにより、拡大端部１２の下側に大量の冷媒液７ａを溜めておくことができるため、流入配管２へ流れ込む冷媒液の量が増加した場合でも、冷媒液７ａが横穴５からあふれ出す量を少なくすることができ、分離効率を向上することができる。
【００７２】
また、拡大端部１２の径は任意であり、拡大端部１２の幅ｄ３が、気液分離器の容器１と交わる部分の流入配管の直径ｄ１よりも大きければよく、楕円であってもよい。
【００７３】
また、図２０に示すように、拡大端部１２の径が、下流に進むほど大きくなってもかまわない。このとき、拡大端部１２の下側に大量の冷媒液７ａを溜めておくことができるため、流入配管２へ流れ込む冷媒液の量が増加した場合でも、冷媒液７ａが横穴５からあふれ出す量を少なくすることができ、分離効率を向上することができる。
【００７４】
また、横穴５を２個設けた例を示したが、１個以上設けていればよく、穴の直径は任意である。
【００７５】
また、冷媒蒸気８が下穴１０から吹き出さない程度に下穴１０の開口面積が小さく、横穴５よりも下流側に下穴１０が設けてあればよい。
【００７６】
さらに、拡大端部９の下面を完全に閉止して、下穴１０を設けなくてもよく、この場合、一番下に設けた横穴５より冷媒液７ａがあふれ出し、分離効果は低下するが、下穴加工を省略できるため、加工費を削減することができる。
【００７７】
また、拡大端部１２は、流出配管３の差し込み長さＬ１（図６に示す）よりも下側に拡大端部１２を設けることにより、流出配管３と拡大端部１２が干渉しなくなり、拡大端部１２の幅ｄ３を大きくすることができる。
【００７８】
実施の形態５．
アキュムレータなどに使用する場合、図２１に示すように、上部流出配管３を設けず、下部流出配管４のみとしてもよい。このとき、容器１の底面近くに位置する下部流出配管４の側面に小穴１５を設けることにより、冷媒液に溶け込んだ冷凍機油を冷媒液とともに少しずつ圧縮機に送り返すことができるため、圧縮機の潤滑性を高めることができる。なお、冷凍機油が冷媒に対して非相溶の場合、冷媒液の上に冷凍機油が溜まるため、冷凍機油が溜まる位置にあわせて小穴１５の取り付け位置を決定することにより、効率よく冷凍機油を圧縮機に戻すことができる。
【００７９】
また、図２２に示すように、流入配管２を容器１の下部に設けてもよい。この場合、重力の影響をうけるため、流入配管２の拡大端部９に溜まる冷媒液７ａの量は減少するが、冷媒液の慣性力により気液分離は可能である。このとき、流入配管２と流出配管４の取り付けが容器１の片面のみとなるため、加工費を削減できる。さらに、冷凍サイクルを構成する要素の配置上、容器１の下側からのみ配管を取り付けることができない場合に対しても、設計の尤度を広げることができる。また、下穴１０が流入配管２の上側になるため、下穴１０で小穴１４の役割を補うことができ、加工費を削減することができる。
【００８０】
さらに、図２３に示すように、下部流出配管４を設けず、流入配管２と上部流出配管３を容器１の上部のみに設けてもよい。このとき、上部流出配管３を容器内でＵ字状に曲げ、容器１の底面近くに位置する上部流出配管３の側面に小穴１５を設けることにより、冷媒液に溶け込んだ油を冷媒液とともに少しずつ圧縮機に送り返すことができるため、圧縮機の潤滑性を高めることができる。
【００８１】
以上説明した通り、この発明の気液分離器は、気液混合流体の気液分離を行う容器と、この容器内に貫通して延びた接続配管およびこの接続配管の内端に接続されて気液混合流体の流れの方向を曲げる拡大端部を持つ流入配管と、容器に貫通して延びた流出配管とを備え、拡大端部は、接続配管の直径よりも大きな拡大端部幅寸法を有し、拡大端部９の側面に横穴５を有するものである。
【００８２】
また、上に説明した実施の形態に示した気液分離器を、エジェクタを用いた冷凍サイクルに搭載した場合、空気調和機をコンパクトにできるとともに、エネルギ効率を向上することができる。
【００８３】
また、上に説明した実施の形態に示した気液分離器を、圧縮機の下流側に配置して、圧縮機から冷凍サイクルに流出した冷凍機油と冷媒蒸気を分離し、冷凍機油を圧縮機に戻すための油分離器として使用してもよい。これにより、圧縮機の潤滑性を高めることができるとともに、冷媒に混じって冷凍サイクルに流出する冷凍機油の量を低減できるため、蒸発器や凝縮機の伝熱性能が向上し、空調機のエネルギ効率を高めることができる。
【００８４】
また、上に説明した実施の形態に示した気液分離器を、圧縮機の吸込み側に配置して、蒸発器で蒸発しきれなかった冷媒液と冷媒蒸気を分離し、冷媒蒸気のみを圧縮機にもどすアキュムレータとして使用してもよい。これにより、圧縮機での液圧縮を防ぎ、圧縮機の損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施の形態１による気液分離器を示す正面図である。
【図２】図１の気液分離器の流入配管だけを示す図１の矢印Ａの方向に見た側面図である。
【図３】図２の流入配管の矢印Ｂの方向に見た底面図である。
【図４】図２の流入配管の線Ｃ−Ｃに沿った断面図である。
【図５】本発明の気液分離器の変形例を示す正面図である。
【図６】本発明の気液分離器の別の変形例を示す正面図である。
【図７】本発明の気液分離器の流入配管の変形例を示す底面図である。
【図８】本発明の気液分離器の流入配管の別の変形例を示す底面図である。
【図９】本発明の気液分離器の流入配管の変形例を示す側面図である。
【図１０】本発明の気液分離器の流入配管の変形例を示す底面図である。
【図１１】本発明の気液分離器の流入配管の更に別の変形例を示す底面図である。
【図１２】本発明の実施の形態２による気液分離器の流入配管を示す側面図である。
【図１３】図２の流入配管の図２の線Ｄ−Ｄに沿った断面図である。
【図１４】本発明の気液分離器の流入配管の変形例を示す側面図である。
【図１５】本発明の実施の形態３による気液分離器の流入配管を示す側面図である。
【図１６】図１５の流入配管の図１５の線Ｅ−Ｅに沿った断面図である。
【図１７】本発明の気液分離器の流入配管の変形例を示す側面図である。
【図１８】本発明の実施の形態４による気液分離器の流入配管を示す側面図である。
【図１９】本発明の気液分離器の流入配管の変形例を示す側面図である。
【図２０】本発明の気液分離器の流入配管の別の変形例を示す側面図である。
【図２１】本発明の実施の形態５による気液分離器を示す正面図である。
【図２２】本発明の気液分離器の変形例を示す正面図である。
【図２３】本発明の気液分離器の別の変形例を示す正面図である。
【図２４】本発明の気液分離器の変形例を示す線Ｄ−Ｄに沿った断面図である。
【図２５】本発明の実施の形態１による気液分離器を冷凍サイクルに搭載したときの冷凍サイクル図である。
【図２６】本発明の実施の形態１による気液分離器を冷凍サイクルに搭載したときの冷凍サイクルの圧力とエンタルピの変化を示す図である。
【図２７】本発明の実施の形態２による気液分離器の気液分離効率を示す図である。
【符号の説明】
【００８６】
１  容器、１ａ  容器側壁、１ｂ  頂壁（容器壁面）、２  流入配管、２ａ  接続配管（交わる部分）、３  上部流出配管、４  下部流出配管、５  横穴、９、１２、１３  拡大端部、１０  下穴、１４  流入配管の小穴、１５  流出配管の小穴、１６  クロージング加工、１７  立ち上り部、１８  室内熱交換器、１９  四方弁、２０  気液分離器、２１  膨張弁、２２  電磁弁、２３  毛細管、２４  逆止弁、２５  バイパス回路、２６  圧縮機、２７  室外熱交換器、ｄ１  直径、ｄ２、ｄ３  幅、Ｌ１、Ｌ２  差し込み長さ。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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