JP4147793B2

JP4147793B2 - エジェクタサイクル用の気液分離器

Info

Publication number: JP4147793B2
Application number: JP2002076076A
Authority: JP
Inventors: 進川村; 猛酒井; 真也加藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-03-19
Filing date: 2002-03-19
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2022-03-19
Also published as: JP2003269824A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エジェクタサイクル用の気液分離器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
エジェクタサイクルとは、周知のごとく、エジェクタにて冷媒を減圧膨張させて蒸発器にて蒸発した気相冷媒を吸引するとともに、膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換して圧縮機の吸入圧を上昇させる冷凍サイクルである。
【０００３】
つまり、エジェクタサイクルでは、圧縮機→放熱器→エジェクタ→気液分離器→圧縮機の順に循環する冷媒流れと、気液分離器→蒸発器→エジェクタ→気液分離器の順に循環する冷媒流れとが存在し、気液分離器は、エジェクタから流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を圧縮機の吸引側に供給し、液相冷媒を蒸発器側に供給する。
【０００４】
このとき、圧縮機にて液圧縮が発生することを防止するためには、理想的には気相冷媒、つまり飽和ガスのみを気液分離器から圧縮機に供給することが望ましい。なお、圧縮機にて液圧縮が発生すると、吐出温度及び吐出圧力が過度に上昇して圧縮機の寿命低下を招くとともに、圧縮機の消費動力が増大してしまう。
【０００５】
一方、液相冷媒と共に多くの冷凍機油が蒸発器内に流れ込んでしまうと、冷凍機油が蒸発器内面に付着するようにして、多量の冷凍機油が蒸発器に滞留してしまうおそれがある。
【０００６】
そして、冷凍機油が蒸発器内面に付着すると、液相冷媒と蒸発器との間の熱伝達率が低下して液相冷媒の蒸発を阻害し、蒸発器の熱交換効率の低下を招くとともに、実質的な冷媒通路断面積が縮小して蒸発器内を流れる冷媒流量の減少、及びこれに呼応して蒸発器での吸熱能力の低下を招く。
【０００７】
さらに、蒸発器で冷凍機油が滞留するため、圧縮機にて冷凍機油不足、つまり潤滑不足が発生するおそれもある。
【０００８】
本発明は、上記点に鑑み、気相冷媒、液相冷媒及び冷凍機油を分離することができる、従来と異なる新規な構造を有する気液気液分離器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、圧縮機（１０）にて圧縮された高圧の冷媒を放冷する放熱器（２０）と、低圧の冷媒を蒸発させる蒸発器（３０）、放熱器（２０）から流出した冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を減圧膨張させるノズル、及びノズルから噴射する冷媒と蒸発器（３０）から吸引した冷媒とを混合させながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させる昇圧部とを有するエジェクタ（４０）とを備えるエジェクタサイクルに適用され、エジェクタ（４０）から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を圧縮機（１０）の吸引側に供給し、液相冷媒を蒸発器（３０）側に供給する気液分離器であって、エジェクタ（４０）から流出した冷媒が流入する流入部（５２）、気相冷媒を流出させる気相冷媒流出部（５３）、液相冷媒を流出させる液相冷媒流出部（５４）、及び冷凍機油を流出させるオイル戻し部（５５）が設けられたタンク本体（５１）を有し、タンク本体（５１）の上部側にて、主に気相成分と液相成分とを遠心分離し、一方、タンク本体（５１）の下部側にて、主に液相冷媒と冷凍機油とを比重分離するように構成され、液相冷媒流出部（５４）及びオイル戻し部（５５）の上方側には、液相冷媒流出部（５４）及びオイル戻し部（５５）を覆うように流入抑止部材（５６）が設けられており、流入抑止部材（５６）には、タンク本体（５１）内を旋回するように流れる冷媒を減速させる減速手段（５６ａ）が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
これにより、気相冷媒、液相冷媒及び冷凍機油を分離することができる、従来と異なる新規な構造を有する気液気液分離器を得ることができる。
また、液相冷媒流出部（５４）及びオイル戻し部（５５）の上方側に、液相冷媒流出部（５４）及びオイル戻し部（５５）を覆うように流入抑止部材（５６）を設けることで、タンク本体（５１）内に流入した冷媒が、直接的に、液相冷媒流出部（５４）及びオイル戻し部（５５）側に流入することを抑制でき、気液分離器内に溜まった液相冷媒の液面をより一層安定させることができるので、液相冷媒と冷凍機油とを確実に比重分離することができる。
また、流入抑止部材（５６）に、タンク本体（５１）内を旋回するように流れる冷媒を減速させる減速手段（５６ａ）を設けることで、タンク断面積が小さい部位からタンク断面積が大きい部位に流入した冷媒の旋回速度を確実に低下させることができるので、気液分離器内に溜まった液相冷媒の液面をより一層安定させることができる、液相冷媒と冷凍機油とを確実に比重分離することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、タンク本体（５１）のうち液相冷媒流出部（５４）が設けられた部位におけるタンク断面積（Ｓ１）は、タンク本体（５１）のうち流入部（５２）が設けられた部位におけるタンク断面積（Ｓ２）に比べて大きいことを特徴とする。
【００１２】
これにより、タンク断面積が小さい部位からタンク断面積が大きい部位に流入した冷媒は、その旋回速度を低下させるので、気液分離器内に溜まった液相冷媒の液面を安定させることができる。
【００１３】
したがって、液相冷媒と冷凍機油とを確実に比重分離することができるので、、液相冷媒を蒸発器（３０）に安定的に供給することができ、封入冷媒量を低減することができる。延いては、エジェクタサイクルの製造原価低減を図ることができる。
【００１５】
これにより、気液分離器内に溜まった液相冷媒の液面をより一層安定させることができるので、液相冷媒と冷凍機油とを確実に比重分離することができる。
【００１８】
なお、液相冷媒の密度が冷凍機油の密度より小さい場合には、請求項３に記載の発明のごとく、液相冷媒流出部（５４）をオイル戻し部（５５）より上方側に位置させることが望ましい。
【００１９】
因みに、液相冷媒の密度より小さい密度を有する冷凍機油を採用した場合には、オイル戻し部（５５）を液相冷媒流出部（５４）より上方側に位置させることが望ましい。
【００２０】
請求項４に記載の発明では、圧縮機（１０）にて圧縮された高圧の冷媒を放冷する放熱器（２０）と、低圧の冷媒を蒸発させる蒸発器（３０）と、放熱器（２０）から流出した冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を減圧膨張させるノズル、及びノズルから噴射する冷媒と蒸発器（３０）から吸引した冷媒とを混合させながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させる昇圧部とを有するエジェクタ（４０）と、エジェクタ（４０）から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を圧縮機（１０）の吸引側に供給し、液相冷媒を蒸発器（３０）側に供給する請求項１ないし３のいずれか１つに記載の気液分離器（５０）とを備え、高圧の冷媒は、冷媒の臨界圧力以上まで加圧されることを特徴とする。
【００２１】
これにより、エジェクタサイクルを効率よく稼動させることができる。
【００２２】
なお、請求項５に記載の発明のごとく、冷媒は、二酸化炭素としてもよい。
【００２３】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本実施形態は、本発明に係るエジェクタサイクルを空調装置に適用したものであって、図１は本実施形態に係るエジェクタサイクルの模式図である。
【００２５】
圧縮機１０は冷媒を吸入圧縮するものであり、凝縮器２０は圧縮機１０から吐出した冷媒と室外空気とを熱交換して冷媒が吸熱した熱を放冷する高圧側熱交換器である。因みに、本実施形態では、冷媒としてフロン（Ｒ４０４)を用いているが、冷媒として二酸化炭素を用いてもよいことは言うまでもない。
【００２６】
なお、冷媒としてフロンを用いた場合には、凝縮器２０にて冷媒が凝縮するが、冷媒として、二酸化炭素を用いた場合には、高圧側冷媒圧力は冷媒の臨界圧力以上となり、かつ、凝縮器２０内で冷媒が凝縮することなく、冷媒入口側から冷媒出口側に向かうほど冷媒温度が低下するような温度分布を有するので、凝縮器２０は放熱器として機能する。
【００２７】
蒸発器３０は室内に吹き出す空気と液相冷媒とを熱交換させて液相冷媒を蒸発させることにより冷媒を蒸発させて空気から吸熱する低圧側熱交換器であり、エジェクタ４０は、冷媒を減圧膨張させるノズル、並びに蒸発器３０にて蒸発した気相冷媒を吸引するとともに膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換して圧縮機１０の吸入圧を上昇させる混合部及びディフューザからなる昇圧部を有して構成された減圧手段とポンプ手段とを兼ねるものである。
【００２８】
気液分離器５０はエジェクタ４０から流出した冷媒が流入するとともに、その流入した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して冷媒を蓄える気液分離手段であり、気液分離器５０の気相冷媒流出口は圧縮機１０の吸引側に接続され、液相冷媒流出口は蒸発器３０側の流入側に接続される。
【００２９】
次に、気液分離器５０の構造を述べる。
【００３０】
図２は気液分離器５０の模式図であり、タンク本体５１は、エジェクタ４０から流出した冷媒が流入する流入部をなす流入口５２、気相冷媒を流出させる気相冷媒流出部をなす気相冷媒流出口５３、液相冷媒を流出させる液相冷媒流出部をなす液相冷媒流出口５４、及び冷凍機油を流出させるオイル戻し部をなすオイル戻し穴５５が設けられ冷媒容器である。
【００３１】
そして、液相冷媒流出口５４及びオイル戻し穴５５は流入口５２より下方側に設けられ、気相冷媒流出口５３は液相冷媒流出口５４及びオイル戻し穴５５より上方側に設けられ、液相冷媒流出口５４はオイル戻し穴５５より上方側に設けられている。
【００３２】
なお、流入口５２は、図３に示すように、小径部５１ｂに流入した冷媒が小径部５１ｂ内で旋回するように小径部５１ｂの円周内壁の接線方向に向けて開口している。
【００３３】
また、タンク本体５１のうち液相冷媒流出口５４及びオイル戻し穴５５が設けられた大径部５１ａのタンク断面積Ｓ１は、図２に示すように、タンク本体５１のうち流入口５２が設けられた小径部５１ｂのタンク断面積Ｓ２に比べて大きくなっている。
【００３４】
そして、液相冷媒流出口５４及びオイル戻し穴５５より上方側には、図２に示すように、タンク本体５１内に流入した冷媒が、直接的に、液相冷媒流出口５４及びオイル戻し穴５５側に流入することを抑制する流入抑止部材としての遮蔽版５６が設けられており、この遮蔽版５６の上面側には、図４に示すように、タンク本体５１内を旋回するように流れる冷媒を減速させる減速手段としての減速ブレード５６ａが一体形成されている。
【００３５】
なお、タンク本体５１は、加工性に優れた材質であり、本実施形態では、アルミニウム合金を採用している。
【００３６】
次に、本実施形態に係る気液分離器５０の作用効果述べる。
【００３７】
流入口５２からタンク本体５１内に流入した冷媒は、タンク本体５１の上部側、つまり小径部５１ｂにて主に気相成分と液相成分とが遠心分離され、タンク本体５１の下部側、つまり大径部５１ａにて主に液相冷媒と冷凍機油とを比重分離される。
【００３８】
ここで、遠心分離とは、冷凍機油を含む冷媒を旋回させて、液相成分（液相冷媒及び冷凍機油）に作用する遠心力と気相成分（気相冷媒）に作用する遠心力との相違を利用して分離することであり、比重分離とは、液相冷媒に作用する重力と冷凍機油に作用する重力との相違を利用して分離することを言う。
【００３９】
そして、気相成分に比べて密度が大きい液相成分は、気相成分に比べて大きな旋回速度でタンク本体５１の内周壁に沿って下方側に螺旋状に流れ、気相成分は気相冷媒流出口５３から圧縮機１０側に流出する。
【００４０】
このとき、大径部５１ａにおけるタンク断面積Ｓ１が小径部５１ｂにおけるタンク断面積Ｓ２に比べて大きくなっているので、小径部５１ｂから大径部５１ａに流入した冷媒は、その旋回速度を低下させる。
【００４１】
したがって、気液分離器５０内に溜まった液相冷媒の液面を安定させることができるので、液相冷媒と冷凍機油とを確実に比重分離することができる。延いては、液相冷媒を蒸発器３０に安定的に供給することができるので、封入冷媒量を低減することができるので、エジェクタサイクルの製造原価低減を図ることができる。
【００４２】
また、遮蔽版５６にてタンク本体５１内に流入した冷媒が、直接的に、液相冷媒流出口５４及びオイル戻し穴５５側に流入することが確実に抑制されるので、気液分離器５０内に溜まった液相冷媒の液面をより一層安定させることができ、液相冷媒と冷凍機油とを確実に比重分離することができる。
【００４３】
さらに、遮蔽版５６に減速ブレード５６ａが設けられているので、小径部５１ｂから大径部５１ａに流入した冷媒の旋回速度を確実に低下させることができるので、気液分離器５０内に溜まった液相冷媒の液面をより一層安定させることができ、液相冷媒と冷凍機油とを確実に比重分離することができる。
【００４４】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、空調装置に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、給湯器や冷蔵庫等にも適用することができる。
【００４５】
また、遮蔽版５６、特に減速ブレード５６ａの形状は、図４に示された形状に限定されるものではなく、冷媒速度を減速させることができる形状であればよい。
【００４６】
また、上述の実施形態では、段付き状にタンク本体５１内の断面積が変化するものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、下方側に向かうほど、タンク断面積Ｓが増大するような円錐フラスコ状のタンク本体５１を採用してもよい。
【００４７】
また、冷媒は、二酸化炭素及びフロンに限定されるものではなく、炭化水素系の冷媒や窒素等の自然冷媒又は混合冷媒であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るエジェクタサイクルの模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る気液分離器の模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係る気液分離器の上面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る遮蔽版の二面図である。
【符号の説明】
５０…気液分離器、５１…タンク本体、５２…流入口、５３…気相冷媒流出口５３、５４…液相冷媒流出口、５５…オイル戻し穴、５６…遮蔽版。

Claims

圧縮機（１０）にて圧縮された高圧の冷媒を放冷する放熱器（２０）と、
低圧の冷媒を蒸発させる蒸発器（３０）、
前記放熱器（２０）から流出した冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を減圧膨張させるノズル、及び前記ノズルから噴射する冷媒と前記蒸発器（３０）から吸引した冷媒とを混合させながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させる昇圧部とを有するエジェクタ（４０）とを備えるエジェクタサイクルに適用され、
前記エジェクタ（４０）から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を前記圧縮機（１０）の吸引側に供給し、液相冷媒を前記蒸発器（３０）側に供給する気液分離器であって、
前記エジェクタ（４０）から流出した冷媒が流入する流入部（５２）、気相冷媒を流出させる気相冷媒流出部（５３）、液相冷媒を流出させる液相冷媒流出部（５４）、及び冷凍機油を流出させるオイル戻し部（５５）が設けられたタンク本体（５１）を有し、
前記タンク本体（５１）の上部側にて、主に気相成分と液相成分とを遠心分離し、一方、前記タンク本体（５１）の下部側にて、主に液相冷媒と冷凍機油とを比重分離するように構成され、
前記液相冷媒流出部（５４）及び前記オイル戻し部（５５）の上方側には、前記液相冷媒流出部（５４）及び前記オイル戻し部（５５）を覆うように流入抑止部材（５６）が設けられており、
前記流入抑止部材（５６）には、前記タンク本体（５１）内を旋回するように流れる冷媒を減速させる減速手段（５６ａ）が設けられていることを特徴とするエジェクタサイクル用の気液分離器。
前記タンク本体（５１）のうち前記液相冷媒流出部（５４）が設けられた部位におけるタンク断面積（Ｓ１）は、前記タンク本体（５１）のうち前記流入部（５２）が設けられた部位におけるタンク断面積（Ｓ２）に比べて大きいことを特徴とする請求項１に記載のエジェクタサイクル用の気液分離器。
前記液相冷媒流出部（５４）は、前記オイル戻し部（５５）より上方側に位置していることを特徴とする請求項１または２に記載のエジェクタサイクル用の気液分離器。
圧縮機（１０）にて圧縮された高圧の冷媒を放冷する放熱器（２０）と、
低圧の冷媒を蒸発させる蒸発器（３０）と、
前記放熱器（２０）から流出した冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を減圧膨張させるノズル、及び前記ノズルから噴射する冷媒と前記蒸発器（３０）から吸引した冷媒とを混合させながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させる昇圧部とを有するエジェクタ（４０）と、
前記エジェクタ（４０）から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を前記圧縮機（１０）の吸引側に供給し、液相冷媒を前記蒸発器（３０）側に供給する請求項１ないし３のいずれか１つに記載の気液分離器（５０）とを備え、
前記高圧の冷媒は、冷媒の臨界圧力以上まで加圧されることを特徴とするエジェクタサイクル。
前記冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする請求項４に記載のエジェクタサイクル。