JP3583595B2 - 冷凍サイクル装置の気液分離器 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガス成分を運転状態に応じて圧縮機にインジェクションするようにした冷凍サイクル装置の気液分離器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の冷凍サイクル装置としては、圧縮機の能力を高める等の観点から、例えば実開平1ー58046号公報に見られるように、ガスインジェクションにより圧縮機の能力を向上させるようにした冷凍サイクル装置が提案されている。
一方、近年冷凍サイクル装置に用いる冷媒としては、環境破壊を防止すること等を考慮してHFC系冷媒の採用が検討されている。そして、このHFC系冷媒を採用するときには、これと相溶性のあるエステル系オイルを潤滑油として利用するのが望ましいとされている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ガスインジェクション機能を有する冷凍サイクル装置は、冷凍サイクル中に気液分離器やインジェクション管等を加える必要がある。
一方、HFC系冷媒を利用する場合に用いられるエステル系オイルは、水分が含まれることによって加水分解を起こし、劣化してしまうという問題を有する。従って、エステル系冷媒の水分による劣化を防止するには、冷凍サイクル中に、例えばドライヤ装置等の水分を除去するための装置を配設することが必要となる。 以上のことより、冷媒としてHFC系冷媒を用い、ガスインジェクション機能付きの冷凍サイクル装置にあっては、通常の冷凍サイクル装置に比べて、少なくとも気液分離器やガスインジェクション管、更にはドライヤ装置等を付加する必要がある。しかしこのような装置の付加は、昨今の空気調和装置の小型化の要請に逆行したものとならざるを得ない。特に、一般的にルームエアコンと呼ばれる家庭用の空気調和装置では、特に、部品点数の削減およびこれに伴う装置の小型化が強く要請される。
【0004】
そこで、本発明の目的は、気液分離器を備えてガスインジェクションを行う冷凍サイクル装置の冷媒としてHFC系冷媒を採用する場合に必要となる冷媒の乾燥を、別途ドライヤ装置を付設することなく、これを行うことのできる冷凍サイクル装置の気液分離器を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の本発明の冷凍サイクル装置の気液分離器は、運転状態に応じて、圧縮機にインジェクションするガス成分を分離する冷凍サイクル装置の気液分離器において、前記気液分離器の中の一部の領域に、冷媒に含まれる水分を吸収する乾燥剤を充填した水分除去層を設け、一対の区画板の間に押さえ板を取付け、一方の前記区画板と前記押さえ板との間に配置したスプリングによって前記押さえ板を他方の前記区画板の方向に付勢し、前記押さえ板と他方の前記区画板との間に前記乾燥剤を充填することで前記水分除去層が形成されることを特徴とする。
請求項2記載の本発明の冷凍サイクル装置の気液分離器は、上下方向に延びる本体と、前記本体の上端部に形成されたガス成分出口と、前記本体の下端部に形成された液体成分出口と、前記本体内に冷媒を導入する冷媒導入管と、乾燥剤を充填した水分除去層とを有し、前記水分除去層を、前記ガス成分出口と前記冷媒導入管の開口との間に設け、一対の区画板の間に押さえ板を取付け、一方の前記区画板と前記押さえ板との間に配置したスプリングによって前記押さえ板を他方の前記区画板の方向に付勢し、前記押さえ板と他方の前記区画板との間に前記乾燥剤を充填することで前記水分除去層が形成されることを特徴とする。
請求項3記載の本発明の冷凍サイクル装置の気液分離器は、請求項2に記載の冷凍サイクル装置の気液分離器において、前記冷媒導入管を前記本体の下端部から挿入したことを特徴とする。
請求項4記載の本発明の冷凍サイクル装置の気液分離器は、請求項3に記載の冷凍サイクル装置の気液分離器において、前記冷媒導入管の開口位置を前記液体成分出口の開口位置よりも高くしたことを特徴とする。
請求項5記載の本発明の冷凍サイクル装置の気液分離器は、上下方向に延びる本体と、前記本体の上端部に形成されたガス成分出口と、前記本体の下端部に形成された液体成分出口と、前記本体内に冷媒を導入する冷媒導入管と、乾燥剤を充填した水分除去層とを有し、前記水分除去層を、前記冷媒導入管と前記液体成分出口との間に設け、一対の区画板の間に押さえ板を取付け、一方の前記区画板と前記押さえ板との間に配置したスプリングによって前記押さえ板を他方の前記区画板の方向に付勢し、前記押さえ板と他方の前記区画板との間に前記乾燥剤を充填することで前記水分除去層が形成されることを特徴とする。
請求項6記載の本発明の冷凍サイクル装置の気液分離器は、請求項2又は請求項5に記載の冷凍サイクル装置の気液分離器において、前記冷媒導入管を前記本体の中間部から挿入し、前記冷媒導入管の開口が前記本体の側壁内面に向けられていることを特徴とする。
請求項7記載の本発明の冷凍サイクル装置の気液分離器は、請求項2又は請求項5に記載の冷凍サイクル装置の気液分離器において、前記冷媒導入管の開口を前記水分除去層に向けたことを特徴とする。
請求項8記載の本発明の冷凍サイクル装置の気液分離器は、請求項5に記載の冷凍サイクル装置の気液分離器において、前記冷媒導入管を前記本体の上端部から挿入したことを特徴とする。
請求項9記載の本発明の冷凍サイクル装置の気液分離器は、請求項8に記載の冷凍サイクル装置の気液分離器において、前記冷媒導入管の開口位置を前記ガス成分出口の開口位置よりも低くしたことを特徴とする。
請求項10記載の本発明の冷凍サイクル装置の気液分離器は、請求項1から請求項9のいずれかに記載の冷凍サイクル装置の気液分離器において、冷媒としてHFC系冷媒を用いたことを特徴とする。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明の第1の実施の形態における気液分離器は、ガスインジェクションを行う冷凍サイクルの要素として必須の気液分離器の中の一部を利用して、乾燥剤を充填した水分除去層を設けたことから、別途ドライヤ装置を設ける必要がない。したがって、HFC系冷媒の採用したときに、これに相溶性のあるエステル系オイルの劣化を装置の部品点数を増加させることなく達成することができる。またさらには、気液分離器の中では、乾燥剤のバッフル作用による気液分離を期待することができることから、気液分離器本来の機能を高めることができるという効果を有する。
【0007】
本発明の第2の実施形態における気液分離器は、水分除去層をガス成分出口と冷媒導入管の開口との間に設けたものである。このように、ガスインジェクションを行う冷凍サイクルの要素として必須の気液分離器の中の一部を利用して、乾燥剤を充填した水分除去層を設けたことから、別途ドライヤ装置を設ける必要がない。したがって、HFC系冷媒の採用したときに、これに相溶性のあるエステル系オイルの劣化を装置の部品点数を増加させることなく達成することができる。またさらには、水分除去層をガス成分出口と冷媒導入管の開口との間に設けたことから、この水分除去層による整流作用によってガス分離が一層促進されるとともにガスインジェクションの脈動も減少することができる。
【0008】
本発明の第3の実施の形態は、第2の実施形態において、冷媒導入管を本体の下端部から挿入したものである。従って、液体成分出口に接続される配管と冷媒導入管とを本体下部において同一方向に隣接して設けることになり加工工数を削減することができる。
【0009】
本発明の第4の実施の形態は、第3の実施の形態において、冷媒導入管の開口位置を液体成分出口の開口位置よりも高くしたものである。このように冷媒導入管の開口位置を高く設定することによって冷媒導入に伴って液体成分を乱すことを防止することができる。
【0010】
本発明の第5の実施形態における気液分離器は、水分除去層を冷媒導入管と液体成分出口との間に設けたものである。このように、ガスインジェクションを行う冷凍サイクルの要素として必須の気液分離器の中の一部を利用して、乾燥剤を充填した水分除去層を設けたことから、別途ドライヤ装置を設ける必要がない。したがって、HFC系冷媒の採用したときに、これに相溶性のあるエステル系オイルの劣化を装置の部品点数を増加させることなく達成することができる。またさらには、水分除去層を冷媒導入管と前記液体成分出口との間に設けたことから、液体成分の状態で水分除去層を通過するとともに、ガスインジェクションを行わない通常運転状態でも冷媒は水分除去層を通過し、水分吸収能力を高めることができる。
【0011】
本発明の第6の実施の形態は、第2又は第5の実施の形態に記載の冷凍サイクル装置の気液分離器において、冷媒導入管を前記本体の中間部から挿入し、冷媒導入管の開口を本体の側壁内面に向けたものである。このように冷媒導入管の開口を本体の側壁内面に向けることによって、導入された冷媒は、側壁内面と衝突するため、液体成分とガス成分との分離が一層促進されることになる。従って、気液分離機能を高めることができる。
【0012】
本発明の第7の実施の形態は、第2又は第5の実施の形態において、冷媒導入管の開口を水分除去層に向けたものである。このように冷媒導入管の開口を水分除去層に向けることにより、気液分離領域に存在する液体成分を乱すことがない。従って、気液分離機能を高めることができる。
【0013】
本発明の第8の実施の形態は、第5の実施形態において、冷媒導入管を本体の上端部から挿入したものである。従って、ガス成分出口に接続される配管と冷媒導入管とを本体上部において同一方向に隣接して設けることになり加工工数を削減することができる。
【0014】
本発明の第9の実施の形態は、第8の実施の形態において、冷媒導入管の開口位置をガス成分出口の開口位置よりも低くしたものである。このように冷媒導入管の開口位置を低く設定することによって、十分に気液分離されていない冷媒がガス成分出口から流出することを防止することができる。
【0015】
本発明の第10の実施の形態は、第1から第9の実施の形態において、冷媒としてHFC系冷媒を用いたものである。冷媒としてHFC系冷媒を用いた場合には、特に水分の除去機能が要求されるため、上記のような水分除去層を設ける効果が高い。
【0016】
【実施例】
以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明による冷凍サイクル装置の一例としての空気調和装置の全体構成図であり、図2はこの空気調和装置に組み込まれた気液分離器の拡大縦断面図である。この空気調和装置1は、概略的には、室内機2と、室外機3と、これらの間を接続する第1、第2の接続用配管4、5とで構成されている。室内機2は、蒸発器又は凝縮器となる室内側熱交換器6と、室内側熱交換器6の出入口に夫々接続された内部配管7、8とで構成され、この内部配管7、8に対して上述した第1、第2の接続用配管4、5の一端が着脱自在に連結されている。同図において9は室内送風機であり、この室内送風機9は、室内機2の吹き出し口(図示せず)に取付られる。
【0017】
室外機3は、凝縮器又は蒸発器となる室外側熱交換器10と、その出入口に夫々接続された第1、第2の内部配管11、12とを有し、第1の内部配管11は、前述した第1の接続用配管4の他端に着脱自在に連結され、第2の内部配管12は、前述した第2の接続用配管5の他端に着脱自在に連結されている。同図中、13は、室外側熱交換機10に隣接して配置された電動ファンを示す。第1の内部配管11には、ブリッジ回路14が介装され、このブリッジ回路14は第1ないし第4の4つの逆止弁15〜18を有し、また、その連絡配管19には第1の減圧機構としてのメイン膨張弁20と気液分離器21とが取付けられている。また、第1の内部配管11には、ブリッジ回路14と室外側熱交換器10との間に、第2の減圧機構としてのキャピラリーチューブ22が介装されている。
【0018】
他方、第2の内部配管12には圧縮機23と四方弁24とが設けられており、冷暖房の切り替えは、この四方弁24を切り替えることによって行われる。図中、実線で示す矢印の方向は暖房運転モードでの冷媒の流れ方向を示し、破線で示す矢印の方向は冷房運転モードでの冷媒の流れ方向を示す。圧縮機23は、その本来の吸込ポート23a又は吐出ポート23bとは別途独立したインジェクションポート23cを有し、このインジェクションポート23cは、電磁式の開閉弁26を備えたガスインジェクション管25を介して、気液分離器21に連結されている。ここに、この空気調和装置1は、冷媒としてHFC系冷媒が採用され、また潤滑油としてポリオールエステル油が採用されている。
【0019】
図1に図示する四方弁24は、その冷房運転モードでの態様を破線で図示してあり、暖房運転モードでの態様を実線で示してある。冷房運転モードでは、室外側熱交換器10を出て第1の内部配管11に入った冷媒は、ブリッジ回路14の第1の逆止弁15を通りメイン膨張弁20を経て気液分離器21を通った後に第2の逆止弁16を通って室内機2側に進む経路を通る。他方、暖房運転モードでは、室内機2側から第1の接続用配管4を通って室外機3側に入った冷媒は、ブリッジ回路14の第3の逆止弁17を通りメイン膨張弁20を経て気液分離器21を通った後に第4の逆止弁18を通りキャピラリーチューブ22を経て室外側熱交換器10に入る経路を進む。暖房運転中、特に大きな能力が要求されるときには、開閉弁26が開かれてガスインジェクション管25が開通され、このガスインジェクション管25を通じて、気液分離器21で分離されたガス成分が圧縮機23にインジェクションされる。これにより圧縮機23はその能力が増大される。
【0020】
気液分離器21は、図2に示すように、上下方向に延びる比較的細長い円筒状の本体30を備えている。この本体30は、上端にガス成分出口31を有し、下端に液体成分出口32を有する。また本体30は、その長手方向中央部分に冷媒導入管33を有する。この冷媒導入管33及び液体成分出口32は、上述した連絡配管19に接続されている。冷媒導入管33の開口33aは本体30の側壁に向けられている。すなわち、冷媒は、冷媒導入管33の開口33aを通じて、本体30の側壁に向けて吐出される。他方、ガス成分出口31は、上述したガスインジェクション管25に接続されている。
【0021】
本体30の内部には、冷媒導入管33よりも上方領域に水分除去層34が形成され、冷媒導入管33よりも下方領域が気液分離領域35とされている。すなわち、本体30の中には、冷媒導入管33よりも上方の領域に、上下に離間して一対の区画板36、37が設けられ、これら区画板36、37は、夫々、かしめ等によって本体30に固定されている。区画板36、37には、図3に示すように、多数の連通孔38が形成されている。下方の第1の区画板36の上にはスプリング39を介して押さえ板40が取付けられ、この押さえ板40には、区画板36、37と同様に、多数の連通孔(図示せず)が形成されている。押さえ板40と上方の第2の区画板37とで挟まれた空間には乾燥剤41が充填されて、上述した要素により水分除去層34が形成されている。乾燥剤41としては、水分を吸収する能力を備えたモレキュラシーブなどの比較的大きな粒子の乾燥剤を採用するのがよい。このような乾燥剤41は、バネ付勢された押さえ板40によって本体30の中に保持される。
【0022】
上述した気液分離器21の冷媒流れを、暖房運転モードにおけるガスインジェクション運転時について説明する。メイン膨張弁20を通過した気液2相の冷媒は、冷媒導入管33を通って気液分離器21内に導入される。このとき、本体30の内壁面との衝突及び気液分離領域35での液体粒子同士の凝集などにより、液体成分とガス成分との分離が促進される。気液分離された後の冷媒の液体成分は、液体成分出口32を通じて気液分離器21から流出する。一方、ガス成分は、乾燥剤41を通過し、このガス成分の中に混入した水分が除去された後に、ガス成分出口31を通じて気液分離器21から流出する。この冷媒ガスは、インジェクションポート23cから圧縮機23の中に入る。このように、ガスインジェクション運転モードを利用して冷媒の乾燥を行うことができる。また、ガス成分出口31の近傍に配置した乾燥剤41を通過することによる整流作用によってガス分離が一層促進されるとともに、ガスインジェクションの脈動を減少することになる。このように、気液分離器21は、その本来的な機能である気液分離が促進される他に乾燥剤41によるガス成分の乾燥も合わせて行われることになり、単体の装置で、気液分離と、HFC系冷媒の中に混入した水分の除去とを合わせて行うことができ、この2つの機能を別々の装置で構成する場合に比べて、省スペース化を図ることができる。
【0023】
図4ないし図8は、本発明の第2ないし第6実施例による気液分離器の拡大縦断面図である。これらの他の実施例の説明において、上述した第1実施例と同一の要素については同一の参照符号を付すことによりその説明を省略し、以下に、これら他の実施例の各々の特徴部分について説明する。
【0024】
図4は、本発明による第2実施例を示すものであり、この第2実施例にあっては、冷媒導入管33の開口33aが上方に向けて曲げられて、その開口33aが水分除去層34に向けて開放されている。
このように構成した第2実施例によれば、気液分離器21の本体30において、冷媒の液体成分が存在する気液分離領域35を回避するようにして冷媒導入管33から冷媒を導入することができるため、冷媒導入に伴って液体成分を乱すことを防止することができ、よって気液分離器21本来の気液分離性能を向上させることができる。
【0025】
図5は、本発明による第3実施例を示すものであり、この第3実施例にあっては、冷媒導入管33が本体30の下端に液体成分出口32に隣接して配置されており、冷媒導入管33は、本体30の軸線に沿って上方に真っ直ぐ延びており、その開口33aが水分除去領域34に向けて開放されている。
なお、冷媒導入管33の開口33aは、液体成分出口32の開口位置よりも高い位置に設けている。
このように構成した第2実施例によれば、冷媒の液体成分を流出させる連絡配管19と冷媒導入管33とを同一方向に隣接して設けることにより加工工数を削減できる。また、冷媒導入管33の開口33aを、液体成分出口32の開口位置よりも高い位置に設けることにより、冷媒導入に伴う液体成分の乱れを防止することができる。
【0026】
図6は、本発明による第4実施例を示すものであり、この第4実施例にあっては、本体30の下方領域つまり液体成分出口32に隣接した領域に水分除去層34が配設されている。
この第4実施例においては、気液分離器21の中の液体成分の中に乾燥剤41を存在させているので、乾燥剤41の水分吸収能力を最大限活用することができる。また、ガスインジェクションを行わない通常運転時にも、冷媒は水分除去層34を必ず通過することになるので水分除去効果は高い。
【0027】
図7は、本発明による第5実施例を示すものであり、この第5実施例にあっては、図6に示す第4実施例と同様に、本体30の下方領域つまり液体成分出口32に隣接した領域に乾燥剤41が配設されている。また、本体30の長手方向中央部分に配置された冷媒導入管33の開口33aは下方に向けて曲げられて、水分除去層34に向けて開放されている。
この第5実施例においては、本体内部に導入した冷媒を、直接、区画板36、押さえ板40、乾燥剤41に衝突させて、液体成分の凝集を促進し、これにより気液分離性能を向上させることができる。
【0028】
図8は、本発明による第6実施例を示すものであり、この第6実施例にあっては、図6に示す第4実施例と同様に、本体30の下方領域つまり液体成分出口32に隣接した領域に乾燥剤41が配設されている。また、冷媒導入管33が本体30の上端にガス成分出口31に隣接して配置されており、冷媒導入管33は、本体30の軸線に沿って下方に真っ直ぐ延びており、その開口33aが乾燥剤41に向けて下方に開放されている。
なお、冷媒導入管33の開口33aは、ガス成分出口31の開口位置よりも低い位置に設けている。
このように構成した第6実施例によれば、冷媒のガス成分を流出させる連絡配管19と冷媒導入管33とを同一方向に隣接して設けることにより加工工数を削減できる。また、冷媒導入管33の開口33aを、ガス成分出口31の開口位置よりも低い位置に設けることにより、気液分離が十分にされていない冷媒をガス成分出口から吐出することを防止することができる。
【0029】
【発明の効果】
以上のように本発明は、ガスインジェクション機能を備えた冷凍サイクル装置においては、この装置に付設される気液分離器の内部空間の一部を乾燥剤収納空間として利用したことから、装置の占めるスペースを増大することなく、HFC系冷媒の中に混入した水分の除去による潤滑剤の劣化防止を図ることができると共に、乾燥剤による整流作用によっても気液分離を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による実施例としての空気調和装置の全体構成図
【図2】本発明による空気調和装置に適用された第1実施例の気液分離器の拡大縦断面図
【図3】図2のIIIーIII線に沿った断面図
【図4】第2実施例の気液分離器の拡大縦断面図
【図5】第3実施例の気液分離器の拡大縦断面図
【図6】第4実施例の気液分離器の拡大縦断面図
【図7】第5実施例の気液分離器の拡大縦断面図
【図8】第6実施例の気液分離器の拡大縦断面図
【符号の説明】
1 空気調和装置
6 室内側熱交換器
10 室外側熱交換器
19 連絡配管
20 メイン膨張弁
21 気液分離器
22 キャピラリーチューブ
23 圧縮機
25 ガスインジェクション管
30 気液分離器の本体
31 ガス成分出口
32 液体成分出口
33 冷媒導入管
34 水分除去層
41 乾燥剤

Claims (10)

  1. 運転状態に応じて、圧縮機にインジェクションするガス成分を分離する冷凍サイクル装置の気液分離器において、前記気液分離器の中の一部の領域に、冷媒に含まれる水分を吸収する乾燥剤を充填した水分除去層を設け、一対の区画板の間に押さえ板を取付け、一方の前記区画板と前記押さえ板との間に配置したスプリングによって前記押さえ板を他方の前記区画板の方向に付勢し、前記押さえ板と他方の前記区画板との間に前記乾燥剤を充填することで前記水分除去層が形成されることを特徴とする冷凍サイクル装置の気液分離器。
  2. 上下方向に延びる本体と、前記本体の上端部に形成されたガス成分出口と、前記本体の下端部に形成された液体成分出口と、前記本体内に冷媒を導入する冷媒導入管と、乾燥剤を充填した水分除去層とを有し、前記水分除去層を、前記ガス成分出口と前記冷媒導入管の開口との間に設け、一対の区画板の間に押さえ板を取付け、一方の前記区画板と前記押さえ板との間に配置したスプリングによって前記押さえ板を他方の前記区画板の方向に付勢し、前記押さえ板と他方の前記区画板との間に前記乾燥剤を充填することで前記水分除去層が形成されることを特徴とする冷凍サイクル装置の気液分離器。
  3. 前記冷媒導入管を前記本体の下端部から挿入したことを特徴とする請求項2に記載の冷凍サイクル装置の気液分離器。
  4. 前記冷媒導入管の開口位置を前記液体成分出口の開口位置よりも高くしたことを特徴とする請求項3に記載の冷凍サイクル装置の気液分離器。
  5. 上下方向に延びる本体と、前記本体の上端部に形成されたガス成分出口と、前記本体の下端部に形成された液体成分出口と、前記本体内に冷媒を導入する冷媒導入管と、乾燥剤を充填した水分除去層とを有し、前記水分除去層を、前記冷媒導入管と前記液体成分出口との間に設け、一対の区画板の間に押さえ板を取付け、一方の前記区画板と前記押さえ板との間に配置したスプリングによって前記押さえ板を他方の前記区画板の方向に付勢し、前記押さえ板と他方の前記区画板との間に前記乾燥剤を充填することで前記水分除去層が形成されることを特徴とする冷凍サイクル装置の気液分離器。
  6. 前記冷媒導入管を前記本体の中間部から挿入し、前記冷媒導入管の開口が前記本体の側壁内面に向けられていることを特徴とする請求項2又は請求項5に記載の冷凍サイクル装置の気液分離器。
  7. 前記冷媒導入管の開口を前記水分除去層に向けたことを特徴とする請求項2又は請求項5に記載の冷凍サイクル装置の気液分離器。
  8. 前記冷媒導入管を前記本体の上端部から挿入したことを特徴とする請求項5に記載の冷凍サイクル装置の気液分離器。
  9. 前記冷媒導入管の開口位置を前記ガス成分出口の開口位置よりも低くしたことを特徴とする請求項8に記載の冷凍サイクル装置の気液分離器。
  10. 冷媒としてHFC系冷媒を用いたことを特徴とする請求項1から請求項9のいずれかに記載の冷凍サイクル装置の気液分離器。
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