JP3780834B2 - Air conditioner - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はR22,R407CあるいはR410A等の冷媒を使用している空気調和機等において、気液分離器を設けてガスインジェクションが可能な冷凍サイクルとした空気調和機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
圧縮機、四方弁、冷房時に凝縮器として暖房時に蒸発器として機能する室外熱交換器、第1の減圧装置、気液分離器、第2の減圧装置、暖房時に凝縮器として冷房時に蒸発器として機能する室内熱交換器を順次配管によって接続する冷凍サイクルとし、気液分離器にて分離したガス冷媒を圧縮機の中間圧力段に注入する所謂ガスインジェクション回路を有する冷凍サイクルが実開平1-88362号(実願昭62-183746号のマイクロフィルム、以下文献という)に記載されている。
【0003】
この文献に記載された気液分離器は、それぞれ減圧装置と接続される第1冷媒管及び第2冷媒管を、円筒形状の容器底面から立設された遮蔽板によって区画された2つの空間にそれぞれ容器側面から挿入し、それぞれの先端を底面方向に曲げた構造となっている。そして、一方の冷媒管から流入した気液2相冷媒は筒体容器の底面に衝突し、容器内面と遮蔽板側面とで形成される空間を上昇し、液冷媒は他方の冷媒管が挿入されている隣の空間へ、ガス冷媒は容器上部に挿入されたガスインジェクション回路を構成する配管へと導かれることで、二相流冷媒が気液分離される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この文献では、気液分離器の構造が記述されているものの、気液分離器の形状や寸法について論じておらず、形状や寸法によっては充分気液に分離されず、気相の混じった冷媒が液保存室空間に流入してそのまま下流側冷媒管から流出してしまう問題がある。
【0005】
本発明の目的は、冷媒の気液分離精度がよい気液分離器の形状や寸法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、圧縮機、熱源側となる第1熱交換器、第1減圧器、気液分離器、第2減圧器、利用側となる第2熱交換器とを順次配管で接続した冷凍サイクルと、この気液分離器と前記圧縮機とを配管によって接続するインジェクション回路とを備えた空気調和機において、前記気液分離器を、筒状容器底面に遮蔽板を設け、前記第1減圧器に接続された第1冷媒管及び前記第2減圧器に接続された第2冷媒管をこれら冷媒管下端が前記遮蔽板と気液分離器の容器内壁面によって囲まれる空間まで挿入し、前記インジェクション回路に接続される第3の冷媒管を前記気液分離器上部に挿入して構成し、前記遮蔽板の上端から前記冷媒管の下端までの距離を7mmから15mmの範囲になるようにすることで達成される。
【0007】
さらに、上記目的は、圧縮機、熱源側となる第1熱交換器、第1減圧器、気液分離器、第2減圧器、利用側となる第2熱交換器とを順次配管で接続した冷凍サイクルと、この気液分離器と前記圧縮機とを配管によって接続するインジェクション回路とを備えた空気調和機において、前記気液分離器を、筒状容器底面に遮蔽板を設け、前記第1減圧器に接続された第1冷媒管及び前記第2減圧器に接続された第2冷媒管をこれら冷媒管下端が前記遮蔽板と気液分離器の容器内壁面によって囲まれる空間まで挿入し、前記インジェクション回路に接続される第3の冷媒管を前記気液分離器上部に挿入して構成し、前記筒状容器の底面を平面状にし、前記筒状容器の内径を36mmから55mmの範囲にし、前記第1及び第2の冷媒管の下端から筒状容器の内底面までの距離を8mmから15mmの範囲になるようにし、前記遮蔽板の上端から前記冷媒管の下端までの距離を7mmから15mmの範囲になるようにすることで達成される。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図を用いて説明する。図1は、本実施の形態に係る気液分離器を用いたガスインジェクション可能な冷凍サイクルの構成を示したものである。インジェクション可能な圧縮機1(インジェクションポートを設けたレシプロ、ロータリ、スクロール圧縮機、文献と同様2段圧縮機等がある)、サイクルの冷媒流れ方向を変更し冷房と暖房を切り替える四方弁8、熱源側の第1熱交換器2、第1減圧器で本実施の形態では電動膨張弁3、気液分離器4、第2減圧器で本実施の形態では電動膨張弁5、利用側の第2熱交換器6が順次配管によって接続して冷凍サイクルが構成され、気液分離器4から圧縮機1へのインジェクション量を制御する流量調整弁7を介してインジェクションガスを圧縮室1内に取り込むためのインジェクションポート9に配管により接続することでガスインジェクション回路が形成される。
【0010】
次に、図2に気液分離器4の一実施の形態を示した。筒状の本体(容器)20に図1の冷凍サイクルへの接続用としての冷媒管を設けた構成となっている。筒状本体20は円環状の容器側面を構成する筒体13と上フタ14及び下フタ15から形成されている。容器底面(下フタ15の内面)から遮蔽板16が立設されることで容器内の下部空間が第1冷媒室17及び第2冷媒室18に区画されている。第1減圧器3に接続される第1冷媒管10、及び第2減圧器5に接続される第2冷媒管11は、それぞれ先端が第1冷媒室17及び第2冷媒室18内となるように、上フタ14から挿入される。流量制御弁7に接続される第3冷媒管12は上フタ14の内面より筒上本体20の内部に若干飛び出る位置まで挿入されている。
【0011】
また、図示するように、第1冷媒管10と第2冷媒管11の間に設けられた遮蔽版16の下フタ15内面からの高さをbとし、第1および第2冷媒管10、11の先端は下フタ15の内面より長さaのギャップが開けられている。
【0012】
以上説明した冷凍サイクルにおいて、冷房運転時における動作を次に説明する。なお、図1において冷房時の冷媒の流れる方向は破線矢印にて示されている。圧縮機1によって圧縮された高温高圧のガス冷媒は四方弁8を介して凝縮器となる第1熱交換器2に至る。第1熱交換器2よって凝縮された低温高圧の液冷媒は、第1減圧器3にて圧縮機1の吸込圧力と吐出圧力の間の中間圧に減圧されて気液二相流となって第1冷媒管10より気液分離器4内に入る。
【0013】
第1冷媒管10を通過した冷媒は下フタ15に衝突し、遮蔽版16と筒体13で形成されるる空間(第1冷媒室17)に沿って上昇する。この上昇過程で、比重の小さいガス冷媒と比重の大きい液冷媒に分離される。ガス冷媒は重力に抗して筒体13内に拡散され、上部の第3冷媒管12へ入り、開となっている流量調節弁7を介してインジェクションポート9から圧縮機1内にインジェクションされる。
【0014】
これに対して、第1冷媒室17に残った液冷媒は、遮蔽板16を乗り越えて第2冷媒管側で遮蔽板と筒体で形成される空間(第2冷媒室18)に流れ込んで第2冷媒室18に溜まり、さらに第2冷媒管11を通って第2減圧弁5へと向かい、減圧された後蒸発器となる第2熱交換器6に流入し、室内の空気と熱交換することにより蒸発して高温低圧のガス冷媒となり四方弁8を介して圧縮機の吸入パイプに至る。
【0015】
さて、第2冷媒室18に溜まった冷媒の液面高さが第2冷媒管11の下端より高く、かつガス冷媒を含まなければ第2冷媒管11からは液冷媒のみが流れ出すことになる。このような動作の結果、第1冷媒管10より入ってきた気液二相流中のガス冷媒を第3冷媒管12、液冷媒を第2冷媒管11へ流すことにより気液分離することができる。
【0016】
この冷房サイクルの場合、気液分離性を向上するためには、第2冷媒室18に溜まる冷媒にガス冷媒が混入しないようにすることが重要である。このためには、第1冷媒室17及び第2冷媒室18に溜まる冷媒の乱れをできるだけ抑える必要があり、このための最も有効な方法は筒体13内の断面積を大きくして第1および第2冷媒室17、18内の冷媒流速を下げることである。ここで特に第1冷媒室17の断面積を大きくすると、第1冷媒管10から出てきた冷媒の流速は減速され、気相と液相の密度差により気液分離しやすくなる。しかし、断面積を大きくすることは、筒体13の径を大きくすることであり、気液分離器4が大型化することになる。この結果、冷凍サイクルを収納する機械室内での気液分離器の占有空間が大きくなり、ひいては室外機全体が大型化するという問題が生じる。
【0017】
そこで、気液分離器としては、十分な気液分離性能を確保しつつ、かつできるだけ筒体の径を抑える必要がある。
【0018】
また、暖房の場合、冷媒の流れが逆転し、第1冷媒管10と第2冷媒管11の関係および第1冷媒室17と第2冷媒室18との関係が逆転する。このため第2冷媒室18は冷媒の入口空間となるので、ここでも流速を遅くするために断面積を広げる必要がある。なお、冷房と暖房とでは冷媒の流れが逆転するだけで、冷媒の振る舞いは冷房と同様である。
【0019】
ところで気液分離器4の容器内圧力は20kg/cm2以上の高圧になるので圧力容器でなければならない。圧力容器としては球形が最も優れているが、製作が難しく高価となるので、スクロール圧縮機やロータリ圧縮機などの密閉容器と同様、円筒形とする。上記のように、気液分離器4の底面には遮蔽板16が配置されるため、この遮蔽板を下フタ15の中心を通る位置に置くと、第1冷媒室17及び第2冷媒室18ともに横断面が半円形状となる。このような冷媒室に冷媒管を挿入するため、下フタ17の内面と衝突した冷媒は上昇する際に、例えば遮蔽板16と冷媒管との間等の狭い部分では流速が増し、広い部分では流速が遅くなる。このため、冷媒管の径を変えずに気液分離器の内径を変化させると気液分離性能の面から何らかの最適な条件が見出されるはずである。
【0020】
図3は、一例として、JIS定格条件で定格冷房能力2.8kWのルームエアコンを用いて、気液分離器4の筒体13の内径を変えたときの冷房及び暖房のガスインジェクションによる性能向上の実測結果を、横軸に筒体13の内径、縦軸にルームエアコンのCOP(能力/入力)の向上率を取ってプロットしたものである。なお、遮蔽板16の厚みは0.5mmから0.8mm、挿入した冷媒管の外径は9.52mmのものを用いた。
【0021】
この図より、冷房の場合には筒体13の内径の広い範囲にわたってCOPを向上できるが、暖房の場合には筒体13の内径が約36mm以下ではCOPが下がってしまう。これより、冷房及び暖房の場合ともにCOPを向上させるには筒体13の内径を約36mm以上にする必要がある。また筒体13の内径が40mm〜55mm位では冷房及び暖房の場合ともCOPの向上率はあまり変わらずしかも高い値が得られている。
【0022】
但し、冷房の場合には筒体13の内径が49mm位からCOP向上率が低下する傾向を示している。これは、気液分離器4内に流入する二相流における気体の割合が暖房に比べて冷房の方が大きく、気体の冷媒は細い冷媒管10から急激に内径が大きくなる筒体13内を広がり、そして内径が小さい第3冷媒管12へと吸い込まれていく。筒体13の内径を大きくしすぎると、COP向上率が低下していく理由は、冷媒が第1接続管10から筒状の本体20内に流出するときの拡大損失や、筒状の本体20から第3接続管12に流入するときの縮小損失が増大することが関係していると考えられる。一方暖房では、気体の割合が少なく、流速を低下、筒体13の内径を大きくした方が分離率が向上するため、冷房時にCOP向上率が低下する内径レベルではまだ低下する傾向が示されない。
【0023】
従って、筒体13の内径を決める要素は、内径の下限は、暖房時のCOP向上率によって決め、内径の上限は冷房時のCOP向上率によって決めるという考え方に基づく。
【0024】
以上に述べた気液分離器4をできるだけコンパクトにしたいこと及び図4の結果から、筒体13の内径としては、COPの向上効果を得るためには35〜55mm位にする必要があり、特に冷房及び暖房の場合とも高いCOP向上率を得るためには40〜55mm位の範囲が最も適切である。
【0025】
冷媒室内における冷媒流の乱れが発生する原因は、冷房の場合を考えると、冷媒が第1冷媒管10から第1冷媒室17に噴出するときの流れの速度が考えられる。この冷媒の噴出速度を落とすには、第1冷媒管10の内径を大きくすることが考えられるが、これをあまり大きくすると、当然ながら外径も大きくなり、筒体13の内壁面や遮蔽板16とのギャップがとれなくなる。このため、場合によっては製作時や運搬時に第1冷媒管10が変形することが有り、この状態で運転すると第1冷媒管10が筒体13の内壁面や遮蔽板16に当たり異常音の発生や動作不良の原因となる。更に、第1冷媒室17の断面積から第1冷媒管10の断面積を引いた第1冷媒室17の有効断面積が小さくなり、第1冷媒室17での冷媒流速が上昇し気液分離性能が改善されないこともある。
【0026】
このため、第1冷媒管10の断面積(内径が大きくなると噴出速度が下がるが、同時に外径が大きくなり噴出した以降の上昇流速が増速する)及び第1冷媒室17の断面積と、気液分離性能との間に何らかの関係があるとみてよい。気液分離器をガラスで製作して可視化実験を行った結果、内径4.95(外径6.35)の冷媒管と、内径8.12(外径9.52)の冷媒管との気液分離状況を比較すると、COPを測定する迄もなく明らかに後者の径が広い冷媒管の方が良く分離されていることが確認された。このことから、冷媒管出口流速を決める管径の要素が強く働き、先ず関係(内径)が小さいものは排除されなければならない。なお、暖房の場合には、冷媒の流れが逆転し、第1冷媒管10と第2冷媒管11の関係および第1冷媒室17と第2冷媒室との関係が逆転するだけで、同様な動作を行う。
【0027】
図4に、JIS定格条件で定格冷房能力2.8kWのルームエアコンを用いて、冷房及び暖房の場合に対して、横軸に入口側冷媒室(17あるいは18)の断面積と入口側冷媒管(10あるいは11)の内断面積の比(R)を取り、縦軸に冷房及び暖房の場合のCOP向上率を取ってプロットした図を示す。
【0028】
図4(図3のと同様の傾向を示す)から、冷房の場合は、断面積比Rの広い範囲にわたってCOPを向上でき、気液分離器4をコンパクト化したいことも考慮して、4%以上のCOP向上率が見込める断面積比Rは7から20位である。但し、断面積比Rが約17.5以上になるとCOP向上率が低下する傾向を示しているが、これは前述した拡大・縮小損失によるものであると考えられる。
【0029】
これに対して、暖房の場合、多少なりともCOPの向上が見込めるのは断面積比Rが約10以上の場合であり、1%以上では断面積比Rが11以上、2%以上では13以上の断面積比Rの場合である。従って、暖房においては、断面積比Rが12〜20位とすると一定のCOPの向上率が見込める。
【0030】
そして、第1冷媒室17と第2冷媒室18の断面積を同一とした場合、冷房、暖房とも高いCOP向上率を得るには、断面積比Rは12〜20位の範囲が適切である。なおこの場合、筒体13の内径を40〜55とすると、第1冷媒管10及び第2冷媒管11の内径は6.3〜11.2mm程度となる。
【0031】
さらに、第1あるいは第2冷媒室17、18内の冷媒流の乱れは、第1あるいは第2冷媒管10、11から噴出された冷媒が下フタ15に衝突する場合にも発生する。この場合、少なくとも冷媒管17、18の出口直下およびその周辺において傾斜や変形があると、そのために冷媒流に偏りが生じ流速が速くなり、分離性能が低下する。一方、下フタ15において冷媒管10、11の出口直下およびその周辺が平板の場合には、冷媒が一様に広がることから、冷媒流の偏りが少なくなり流速が下がり気液分離性能が良くなる。
【0032】
この場合の例を図5(a)(b)に示す。図5(a)では気液分離器4の下端が逆円錐形になっており、この場合には、冷媒管からの噴出冷媒流が底面に衝突すると、この冷媒流が逆円錐状の斜面により遮蔽板の方に集められることから遮蔽板にそって流れる冷媒流量が増加し、流れの乱れが大きくなる。この結果、気液分離性能が低下し、特に暖房の場合に気液分離状態が悪かった。これに対し図5(b)のように気液分離器底面に底仕切を入れて底面を平面化すると気液分離性能が向上した。従って、気液分離性能を良くするには、気液分離器4における冷媒管10あるいは11の出口直下およびその周辺はほぼ平面にすることが望ましい。
【0033】
また、図2において、第1, 第2冷媒管の下端と下フタ15との距離aは、気液二相流冷媒が流れ出す上流側の冷媒管では、aが狭すぎると冷媒管下端で下フタ15によって流れが阻害されて乱れが増大し、分離性能の低下や圧力損失の増加による冷凍性能の低下が起こる可能性がある。
【0034】
一方、冷媒を吸い出す下流側の冷媒管の挙動について説明する。冷媒室に液冷媒が溜まっていない状態では、下流側冷媒管はガス冷媒を吸っている。液冷媒が溜まり始め、下流側冷媒管の下端部に到達すると、液冷媒を吸込み始める。このため、液面の上昇はここで止まる。換言すると、冷媒管の下端位置はその冷媒管が下流側(吸い込み側)冷媒管であれば、冷媒室に滞留する液冷媒の液面高さを意味する。
【0035】
以上のことから、液冷媒のみを吸い出すためには液面高さは下流側冷媒管の先端までなければならないことから、下フタ15とのギャップaが高ければ高いほど液面を確保するための冷媒が必要であり、その分余分な冷媒が必要となる。従って、このギャップaに関しても最適値があるはずである。本実施の形態では、冷房・暖房において第1,第2冷媒管の役割が逆転することを考慮してギャップaの長さを同じとした場合、筒体13の径が40〜55mm位では、aを8mmから15mm(採用値は約10mm)で良好な結果が得られた。
【0036】
また遮蔽板16の高さも最適値が存在すると考えられる。遮蔽板16の高さbは気液を分離する上流側の冷媒管側を考えると、液面乱れにより十分な気液分離ができず下流側冷媒管にガス冷媒が混入するのを防止するには、bは高いほうがよい。しかし、冷媒を吸い出す側の下流側冷媒管を考えると、遮蔽板16の上端から冷媒が落下してくることになり、bが大きく液面と遮蔽板16の上端との距離が大きいほど落下してくる冷媒による撹拌作用が増し、下流側冷媒管より吸い出す冷媒に気体が混合される可能性が高くなり分離性能が低下することになる。
【0037】
したがって、下流側冷媒管の下端と遮蔽板16の上端との差(重なり部分:b−a)としては、筒体13の内径が40〜55mmの時、7mmから15mm(採用値は約10mm)で良好な結果が得られる。
【0038】
ここで、以上に述べた各部の適正仕様を盛り込んだ気液分離器の概略構造と空気調和機としての性能向上を図5(c)(d)に示し、気液分離器の仕様を適正にすればCOPを大きく向上できることがわかる。
【0039】
すなわち、(c)においては、筒体内径を36mmから55mmの範囲内の48.6mmとし、断面積比Rを11から20の範囲の約13.0とし、接続管内径を8.12mmとし、底面と接続管先端との距離を8mmから15mmの範囲内の10mmとし、接続管下端と遮蔽板の上端との差を7mmから15mmの範囲内の10mmとし、下フタ形状を平板とした時、目視による気液分離性能は冷房及び暖房において良好になされ、この結果COPは冷房時4.7%、暖房時2.1%それぞれ向上した。
【0040】
また、(d)においては、筒体内径を36mmから55mmの範囲内の45.4mmとし、断面積比Rを11から20の範囲の約11.4とし、接続管内径を8.12mmとし、底面と接続管先端との距離を8mmから15mmの範囲内の10mmとし、接続管下端と遮蔽板の上端との差を7mmから15mmの範囲内の10mmとし、下フタ形状を平板とした時、目視による気液分離性能は冷房及び暖房において良好になされ、この結果COPは冷房時4.9%、暖房時1.7%それぞれ向上した。
【0041】
なお、これまでに述べた動作・効果は、定格冷房能力が更に大きな4〜5kWの空気調和機においても十分得られており、例えば、定格冷房能力4kWの空気調和機で、図5(d)の仕様の気液分離器を用いた場合、気液分離状態は良好で、冷房定格運転で7〜8%、暖房定格運転で3〜4%の高いCOP向上率が得られた。従って、上記で述べた気液分離器の寸法及び形状の仕様は、少なくとも家庭用あるいは業務用程度の容量の空気調和機に対して適用でき、十分なCOP向上効果を得ることができる。
【0042】
【発明の効果】
以上本発明によれば、気液分離精度がよい形状や寸法を気液分離器を備えた空気調和機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による気液分離器の実施の形態を用いるガスインジェクション冷凍サイクルの基本的構成を示す。
【図2】本発明による気液分離器の基本構造を示す。
【図3】本発明における気液分離器の筒体径とCOP向上効果の関係を示す。
【図4】本発明における気液分離器の冷媒室断面積と冷媒管内断面積の比に対するCOP向上効果の関係を示す
【図5】本発明において検討したいくつかの気液分離器の構造と性能の関係を示す。
【符号の説明】
1…圧縮機、2…第1熱交換器、3…第1減圧器(電動膨張弁)、4…気液分離器、5…第2減圧器(電動膨張弁)、6…第2熱交換器、7…流量調整弁、8…四方弁、9…インジェクションポート、10…第1冷媒管、11…第2冷媒管、12…第3冷媒管、13…筒体、14…上フタ、15…下フタ、16…遮蔽板、17…第1冷媒室、18…第2冷媒室、20…筒状の本体。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an air conditioner using a refrigerant such as R22, R407C, or R410A, etc., and providing a gas-liquid separator to form a refrigeration cycle capable of gas injection.
[0002]
[Prior art]
Compressor, four-way valve, outdoor heat exchanger that functions as a condenser during heating and an evaporator during heating, first decompressor, gas-liquid separator, second decompressor, condenser during heating and evaporator during cooling A refrigeration cycle having a so-called gas injection circuit for injecting gas refrigerant separated by a gas-liquid separator into an intermediate pressure stage of a compressor is used as a refrigeration cycle in which functioning indoor heat exchangers are sequentially connected by piping. (Microfilm of Japanese Utility Model Application No. Sho 62-183746, hereinafter referred to as literature).
[0003]
In the gas-liquid separator described in this document, the first refrigerant pipe and the second refrigerant pipe respectively connected to the decompression device are divided into two spaces partitioned by a shielding plate erected from the bottom surface of the cylindrical container. Each is inserted from the side of the container, and each tip is bent toward the bottom. Then, the gas-liquid two-phase refrigerant flowing from one refrigerant pipe collides with the bottom surface of the cylindrical container and rises in the space formed by the inner surface of the container and the side surface of the shielding plate, and the other refrigerant pipe is inserted into the liquid refrigerant. The gas refrigerant is guided to a pipe constituting a gas injection circuit inserted in the upper part of the container into the adjacent space, whereby the two-phase refrigerant is separated into gas and liquid.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, this document describes the structure of a gas-liquid separator, but does not discuss the shape and dimensions of the gas-liquid separator. There is a problem that the refrigerant flowing into the liquid storage chamber space flows out of the downstream refrigerant pipe as it is.
[0005]
The objective of this invention is providing the shape and dimension of a gas-liquid separator with the sufficient gas-liquid separation precision of a refrigerant | coolant.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The purpose is to provide a refrigeration cycle in which a compressor, a first heat exchanger on the heat source side, a first pressure reducer, a gas-liquid separator, a second pressure reducer, and a second heat exchanger on the usage side are sequentially connected by piping. And an air conditioner having an injection circuit for connecting the gas-liquid separator and the compressor by piping, the gas-liquid separator is provided with a shielding plate on the bottom surface of the cylindrical container, and the first pressure reducer The first refrigerant pipe connected to the second refrigerant pipe and the second refrigerant pipe connected to the second pressure reducer are inserted into a space where the lower ends of the refrigerant pipes are surrounded by the shielding plate and the inner wall surface of the gas-liquid separator, and the injection is performed. A third refrigerant pipe connected to the circuit is inserted into the upper part of the gas-liquid separator, and the distance from the upper end of the shielding plate to the lower end of the refrigerant pipe is in the range of 7 mm to 15 mm. To be achieved.
[0007]
Furthermore, the said objective connected the compressor, the 1st heat exchanger by the side of a heat source, the 1st decompressor, the gas-liquid separator, the 2nd decompressor, and the 2nd heat exchanger by the side of use in order by piping. In an air conditioner including a refrigeration cycle and an injection circuit for connecting the gas-liquid separator and the compressor by piping, the gas-liquid separator is provided with a shielding plate on a bottom surface of a cylindrical container, and the first Inserting the first refrigerant pipe connected to the pressure reducer and the second refrigerant pipe connected to the second pressure reducer to a space where the lower ends of these refrigerant pipes are surrounded by the shielding plate and the inner wall surface of the gas-liquid separator; A third refrigerant pipe connected to the injection circuit is inserted into the upper part of the gas-liquid separator, the bottom surface of the cylindrical container is planar, and the inner diameter of the cylindrical container is in the range of 36 mm to 55 mm. The cylinder from the lower end of the first and second refrigerant tubes The distance to the inner bottom surface of the container to be in the range of 15mm from 8 mm, is achieved by such the range distance from 7mm to 15mm from the upper end of the shielding plate to the lower end of the refrigerant pipe.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration of a refrigeration cycle capable of gas injection using a gas-liquid separator according to the present embodiment. Injectable compressor 1 (reciprocator with injection port, rotary, scroll compressor, two-stage compressor as in the literature, etc.), four-
[0010]
Next, FIG. 2 shows an embodiment of the gas-
[0011]
Further, as shown in the drawing, the height from the inner surface of the
[0012]
In the refrigeration cycle described above, the operation during the cooling operation will be described next. In FIG. 1, the flow direction of the refrigerant during cooling is indicated by broken line arrows. The high-temperature and high-pressure gas refrigerant compressed by the
[0013]
The refrigerant that has passed through the
[0014]
On the other hand, the liquid refrigerant remaining in the
[0015]
When the liquid level of the refrigerant accumulated in the
[0016]
In the case of this cooling cycle, in order to improve the gas-liquid separation, it is important to prevent the gas refrigerant from being mixed into the refrigerant accumulated in the second
[0017]
Therefore, it is necessary for the gas-liquid separator to suppress the diameter of the cylinder as much as possible while ensuring sufficient gas-liquid separation performance.
[0018]
In the case of heating, the refrigerant flow is reversed, and the relationship between the first
[0019]
By the way, since the pressure inside the container of the gas-
[0020]
As an example, FIG. 3 shows an improvement in performance by gas injection of cooling and heating when the inner diameter of the
[0021]
From this figure, it is possible to improve the COP over a wide range of the inner diameter of the
[0022]
However, in the case of cooling, the COP improvement rate tends to decrease from the inner diameter of the
[0023]
Therefore, the factors that determine the inner diameter of the
[0024]
From the fact that the gas-
[0025]
The cause of the disturbance of the refrigerant flow in the refrigerant chamber is considered to be the flow speed when the refrigerant is ejected from the first
[0026]
For this reason, the cross-sectional area of the first refrigerant tube 10 (when the inner diameter increases, the ejection speed decreases, but at the same time the outer diameter increases and the rising flow rate increases after ejection), and the cross-sectional area of the first
[0027]
FIG. 4 shows the cross-sectional area of the inlet side refrigerant chamber (17 or 18) and the inlet side refrigerant pipe on the horizontal axis in the case of cooling and heating using a room air conditioner with a rated cooling capacity of 2.8 kW under the JIS rated conditions. The figure which took the ratio (R) of the inner cross-sectional area of (10 or 11), and took and plotted the COP improvement rate in the case of cooling and heating on the vertical axis is shown.
[0028]
From FIG. 4 (showing the same tendency as in FIG. 3), in the case of cooling, the COP can be improved over a wide range of the cross-sectional area ratio R, and considering that the gas-
[0029]
On the other hand, in the case of heating, the COP can be expected to improve somewhat when the cross-sectional area ratio R is about 10 or higher. When the cross-sectional area ratio R is 1% or higher, the cross-sectional area ratio R is 11 or higher. This is the case of the cross-sectional area ratio R. Therefore, in heating, a constant COP improvement rate can be expected when the cross-sectional area ratio R is about 12-20.
[0030]
And when the cross-sectional area of the 1st refrigerant |
[0031]
Further, the turbulence of the refrigerant flow in the first or second
[0032]
An example of this case is shown in FIGS. In FIG. 5A, the lower end of the gas-
[0033]
In FIG. 2, the distance a between the lower ends of the first and second refrigerant pipes and the
[0034]
On the other hand, the behavior of the downstream refrigerant pipe that sucks out the refrigerant will be described. In a state where liquid refrigerant is not accumulated in the refrigerant chamber, the downstream refrigerant pipe sucks gas refrigerant. When the liquid refrigerant starts to accumulate and reaches the lower end of the downstream refrigerant pipe, the liquid refrigerant starts to be sucked. For this reason, the rise of the liquid level stops here. In other words, the lower end position of the refrigerant pipe means the liquid level height of the liquid refrigerant staying in the refrigerant chamber if the refrigerant pipe is a downstream (suction side) refrigerant pipe.
[0035]
From the above, in order to suck out only the liquid refrigerant, the liquid level must reach the tip of the downstream refrigerant pipe, so that the higher the gap a with the
[0036]
It is also considered that there is an optimum value for the height of the shielding
[0037]
Therefore, the difference between the lower end of the downstream refrigerant pipe and the upper end of the shielding plate 16 (overlapping portion: ba) is 7 mm to 15 mm when the inner diameter of the
[0038]
Here, the schematic structure of the gas-liquid separator incorporating the appropriate specifications of each part described above and the performance improvement as an air conditioner are shown in FIGS. 5C and 5D, and the specifications of the gas-liquid separator are appropriately set. It can be seen that the COP can be greatly improved.
[0039]
That is, in (c), the cylinder inner diameter is 48.6 mm in the range of 36 mm to 55 mm, the cross-sectional area ratio R is about 13.0 in the range of 11 to 20, the connection pipe inner diameter is 8.12 mm, When the distance between the bottom surface and the tip of the connecting tube is 10 mm within the range of 8 mm to 15 mm, the difference between the lower end of the connecting tube and the upper end of the shielding plate is 10 mm within the range of 7 mm to 15 mm, and the lower lid shape is a flat plate, The gas-liquid separation performance by visual inspection was good in cooling and heating, and as a result, COP was improved by 4.7% during cooling and by 2.1% during heating.
[0040]
In (d), the cylinder inner diameter is 45.4 mm in the range of 36 mm to 55 mm, the cross-sectional area ratio R is about 11.4 in the range of 11 to 20, the connecting pipe inner diameter is 8.12 mm, When the distance between the bottom surface and the tip of the connecting tube is 10 mm within the range of 8 mm to 15 mm, the difference between the lower end of the connecting tube and the upper end of the shielding plate is 10 mm within the range of 7 mm to 15 mm, and the lower lid shape is a flat plate, The gas-liquid separation performance by visual inspection was good in cooling and heating. As a result, COP was improved by 4.9% during cooling and 1.7% during heating.
[0041]
The operations and effects described so far are sufficiently obtained even in a 4 to 5 kW air conditioner having a larger rated cooling capacity. For example, in an air conditioner having a rated cooling capacity of 4 kW, FIG. When the gas-liquid separator of the specifications was used, the gas-liquid separation state was good, and a high COP improvement rate of 7 to 8% in the cooling rated operation and 3 to 4% in the heating rated operation was obtained. Therefore, the size and shape specifications of the gas-liquid separator described above can be applied to an air conditioner having a capacity of at least a household or business use, and a sufficient COP improvement effect can be obtained.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an air conditioner including a gas-liquid separator having a shape and size with good gas-liquid separation accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a basic configuration of a gas injection refrigeration cycle using an embodiment of a gas-liquid separator according to the present invention.
FIG. 2 shows the basic structure of a gas-liquid separator according to the present invention.
FIG. 3 shows the relationship between the cylinder diameter of the gas-liquid separator and the COP improvement effect in the present invention.
FIG. 4 shows the relationship of COP improvement effect to the ratio of the refrigerant chamber cross-sectional area and the refrigerant pipe cross-sectional area of the gas-liquid separator in the present invention. FIG. 5 shows the structures of several gas-liquid separators examined in the present invention. The relationship of performance is shown.
[Explanation of symbols]
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