JPH0658653A - 気液分離器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷媒の気液分離を確実且つ安定的に行うとと
もに、ヒートポンプ冷凍サイクるに適用した場合には冷
媒の多パス均一分配を可能ならしめる気液分離器を得
る。 【構成】 気液分離器３においては、第１の管路１４か
ら冷媒が導入される場合にはその流動圧を受けて逆止弁
３５の抵抗体３４が移動し弁体４２をして第３の管路１
８を閉塞せしめる一方、第１の管路１４から冷媒が流出
する場合にはその流動圧を受けて抵抗体３４が移動し弁
体４２をして第３の管路１８を開口させる。従って、こ
の気液分離器３をヒートポンプ冷凍サイクロに適用し、
第１の管路１４を室内熱交換器４側に、第２の管路１３
を膨張弁５側に、さらに第３の管路１８を室内熱交換器
４をバイパスしてその下流側にそれぞれ接続すると、冷
房運転時には室内熱交換器４に液冷媒のみが流れ、その
多パス均一分配が実現される

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明はヒートポンプ冷凍サイ
クルに適用可能な気液分離器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に大容量の熱交換器や細径管(例え
ば、直径9.5mm以下)を用いた熱交換器を圧縮式冷凍冷凍
サイクルに用いる場合には、熱交換器の管内を流れる冷
媒の圧力損失による冷媒温度の低下を防止する観点か
ら、特に蒸発器においてはこれを多パス式とし、１パス
当たりの冷媒循環量を減少させて圧力損失の増大を抑え
ることが試みられている。ところが、蒸発器の入口側に
おいては冷媒が気液二相状態となっていることから、冷
媒を蒸発器の各パスに均一に分配することは難しく、こ
のため各パス毎の冷媒循環量の不均一により熱交換器の
能力を十分に活用できないという問題があった。

【０００３】かかる問題を解決する手段の一つとして、
多パス分配が必要となる蒸発器の冷媒入口側に気液分離
器を設け、該気液分離器において気液二相状態の冷媒を
ガス冷媒と液冷媒とに分離させ、熱交換に対する貢献度
の小さいガス冷媒はこれを蒸発器をバイパスするバイパ
ス路から蒸発器の下流側に迂回させ、該蒸発器には液冷
媒のみを単相で各パスに分配させることで冷媒の均一分
配を実現することも考えられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなバイパス路を気液分離器に設けたものをそのままヒ
ートポンプ冷凍サイクルに適用した場合には、冷房運転
時と暖房運転時とで冷媒が逆方向に流れ、冷房運転時に
蒸発器として機能していた熱交換器が暖房運転時には凝
縮器として機能することから、暖房運転時には該熱交換
器に流入するガス冷媒が上記バイパス路を通過していし
まい上記熱交換器に流入する冷媒量が著しく減少して熱
交換能力が極端に低下することとなる。かかる場合の対
策として、上記バイパス路に逆止機構を設けることが考
えられるが、凝縮器においては圧力損失が非常に小さい
ために、従来公知の逆止弁では的確な作動を確保するこ
とが困難であり、その目的を十分に達成することができ
ない。

【０００５】そこで本願発明では、コンパクトな構成で
ありながら冷媒の気液分離を効率的に且つ安定的に行う
ことができるとともに、低圧力損失条件下においても的
確な逆止作用が得られるようにすることでヒートポンプ
冷凍サイクルにも適用可能とした気液分離器を提供せん
としてなされたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本願発明ではかかる課題
を解決するための具体的手段として、請求項１記載の発
明では、図１〜図４に例示するように、所定容積をもつ
ケーシング３１内の上下方向の中間部に、冷房運転時に
凝縮器として機能する室外熱交換器６の冷媒出口側に接
続される第１の管路１４の一端１４aを上方または下方
に向けて開口させる一方、該ケーシング３１の下部に位
置する液相部３２aには、冷房運転時に蒸発器として機
能する室内熱交換器４の冷媒入口側に接続される第２の
管路１３の一端１３aを開口させるとともに、上記ケー
シング３１の上部に位置する気相部３２bには、上記室
内熱交換器４をバイパスしてその冷媒出口側に接続され
る第３の管路１８の一端１８aを開口させ、さらに上記
気相部３２bには、上下方向変位により上記第３の管路
１８の一端１８aを開口あるいは閉塞し得るようにされ
た弁体４２と、上記第１の管路１４の一端１４aに臨ん
で配置され該第１の管路１４から冷媒がケーシング３１
内に流入する場合にはその流動圧を受けて上記弁体４２
を閉弁方向に付勢する一方、該ケーシング３１内から第
１の管路１４を通して冷媒が流出する場合にはその流動
圧を受けて上記弁体４２を開弁方向に付勢する抵抗体３
４とを一体的に連結してなる逆止弁３５を配置したこと
を特徴としている。

【０００７】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
気液分離器において、上記抵抗体３４を球状体で構成す
る一方、上記第１の管路１４の一端１４aをその端面１
４b側に向って次第に拡径する拡開部４３としたことを
特徴としている。

【０００８】

【作用】本願各発明ではかかる構成とすることによって
それぞれ次のような作用が得られる。

【０００９】第１の管路１４から気液分離器３内に凝縮
器として機能する室外熱交換器６側から気液二相冷媒が
導入される冷房運転時には、該第１の管路１４の一端１
４aに臨んで設けられた逆止弁３５の抵抗体３４が上記
冷媒の流動圧を受けて上記弁体４２をして第３の管路１
８を開口せしめる如く作動する。従って、気液分離器３
内において気液分離された液冷媒は液相部３２aに開口
する第２の管路１３から蒸発器として機能する室内熱交
換器４側に流出し、またガス冷媒は気相部３２bに開口
する上記第３の管路１８から該室内熱交換器４をバイパ
スしてその下流側に流出せしめられる。このため、室内
熱交換器４においては液冷媒が単相状態で流れることか
ら、該室内熱交換器４を多パス式熱交換器で構成した場
合においては該各パスへの冷媒の均一分配が実現される
ものである。

【００１０】一方、暖房運転時においては、凝縮器とし
て機能する室内熱交換器４側にガス冷媒が導入されるた
め、上記第３の管路１８が開口状態にあると、該ガス冷
媒はそのほとんど該第３の管路１８から上記室内熱交換
器４を迂回してそのまま気液分離器３側に流入し該室内
熱交換器４での熱交換が行なわれないこととなるが、こ
の場合には、第１の管路１４を通して蒸発器として機能
する室外熱交換器６側に冷媒が流出する際、その流動圧
を受けて抵抗体３４が変位し上記弁体４２をして上記第
３の管路１８を閉塞せしめることから、上記ガス冷媒は
その全量が室内熱交換器４を流通することとなり、良好
な熱交換作用が実現される。

【００１１】さらに、上記逆止弁３５の抵抗体３４が球
状とされるとともに、該抵抗体３４が臨む上記第１の管
路１４の一端１４aがその端面１４b側に向って拡径変化
する拡開部４３とされていることから、冷房運転時にお
いては、上記第１の管路１４から気液分離器３内に流入
する気液二相冷媒は、上記抵抗体３４の外周面によるガ
イド作用と上記拡開部４３の内面によるガイド作用とを
受けて該気液分離器３の周壁側へ拡散状態で流れること
となる。この結果、冷媒の流路面積が拡大し、これに伴
って冷媒の流速が低下することで、該冷媒の気液分離が
より一層促進されるものである。

【００１２】また一方、上記第１の管路１４を流れる冷
媒の流量の変化に伴って上記抵抗体３４に対する流動圧
も変化することから、ガス冷媒の流路となる上記第３の
管路１８の開口面積が冷媒流量の変化に追従して自動的
に増減変化し、気液分離器３内における気液界面位置が
制御されるものである。

【００１３】

【発明の効果】従って、本願各発明の気液分離器によれ
ば次のような効果が得られる。

【００１４】(i) 第１の管路１４から冷媒が流入する冷
房運転時にはガス冷媒の流路となる第３の管路１８が開
口される一方、該第１の管路１４から冷媒が流出する暖
房運転時には上記第３の管路１８が閉塞されることか
ら、この気液分離器３をヒートポンプ冷凍サイクルに適
用することが可能ならしめられるものである。そして、
この気液分離器３をヒートポンプ冷凍サイクルに適用し
た場合には、冷房運転時には室内熱交換器４へ液冷媒の
み単相で導入されることから、該室内熱交換器４を多パ
ス式熱交換器で構成した場合においてもより簡単な構造
の分配器で各パスへの冷媒の均一分配を実現することが
できそれだけヒートポンプ冷凍サイクルの低コスト化が
図れるとともに、熱交換にほとんど貢献しないガス冷媒
を室内熱交換器４に通さないことから、該室内熱交換器
４での冷媒の圧力損失が低減でき、それだけ熱交換性能
の向上が図れるものである。

【００１５】(ii) 気液分離器３は、その逆止弁３５の
抵抗体３４を球状とし且つ第１管路循環管路１４の一端
１４aを拡開部４３としたことで冷媒の流速を低下させ
て該冷媒の気液分離を促進するようにしていることか
ら、より小形の気液分離器３でしかも確実な気液分離を
実現することができ、該気液分離器３のコンパクト化と
気液分離性能の向上との両立が可能ならしめられるもの
である。

【００１６】(iii) また、冷媒流量の増減変化に対応し
て第３の管路１８の開口面積が変化し、気液分離器３内
における気液界面位置が自動的に制御されることから、
該気液分離器３にける気液分離が冷媒流量の多少に拘わ
らずより安定的に行なわれるものである。

【００１７】

【実施例】以下、本願発明の気液分離器を、ヒートポン
プ式空気調和装置に適用した場合を例にとって具体的に
説明すると、図１にはヒートポンプ式空気調和装置の全
体システムが示されている。この空気調和装置は、圧縮
機１と四路切換弁２と後述の室内熱交換器４と本発明の
要旨である後述の気液分離器３と膨張弁５と室外熱交換
器６とアキュームレータ７とを順次循環管路１１〜１７
で接続して冷媒循環系を構成し、上記四路切換弁２の切
換操作によって暖房運転(この場合の冷媒の流れを実線
矢印で示す)と冷房運転(この場合の冷媒の流れを破線矢
印で示す)とを選択するようになっている。

【００１８】上記室内熱交換器４は、多パス式熱交換器
で構成され、冷房運転時に冷媒入口となる側には分配器
８を、暖房運転時に冷媒入口となる側にヘッダー９をそ
れぞれ備えている。

【００１９】上記気液分離器３は、図２及び図３に示す
ように、その内室３２の上部を気相部３２b、下部を液
相部３２aとした円筒状の密閉容器でなるケーシング３
１に、その他端が上記室内熱交換器４の分配器８に接続
された循環管路１３(特許請求の範囲中の第２の管路に
該当する)の一端１３aと、その他端が上記膨張弁５を介
して上記室外熱交換器６に接続された循環管路１４(特
許請求の範囲中の第１の管路に該当する)の一端１４a
と、その他端が上記室内熱交換器４のヘッダー９と四路
切換弁２とを接続する循環管路１２の途中に接続された
バイパス管路１８の一端１８aそれぞれ取り付けてい
る。

【００２０】そして、この各管路１３,１４,１８のう
ち、上記循環管路１３の一端１３aは上記液相部３２aの
底部に開口している。また、上記循環管路１４の一端１
４aは、その端面１４b側に向って次第に拡径する拡開部
４３とされるとともに、上記内室３２の上下方向中間位
置において上方に向けて開口せしめられている。

【００２１】さらに、上記バイパス管路１８は、上記循
環管路１４に対向する如くケーシング３１の上面側から
下方に向けて取り付けられている。そして、このバイパ
ス管路１８の一端１８aの端面１８bは、深皿状の蓋体３
７により閉塞されるとともに、該一端１８aの外周面の
上記蓋体３７の周壁３７aに対応する部位には、開口４
１,４１,・・が形成されている。従って、該バイパス管
路１８は、上記開口４１から上記蓋体３７の内側を通っ
てその端面３７b側に環状に開口することとなる。ま
た、この蓋体３７の端面３７b側には、環状の弁シート
３８が取り付けられており、該弁シート３８には後述す
る逆止弁３５の弁体４２が着座あるいは離間可能に配置
される。

【００２２】上記逆止弁３５は、上記バイパス管路１８
側の弁シート３８に着座してこれを閉塞し得る環状の弁
体４２を有している。この弁体４２は弁支持スプリング
３９により常時上記弁シート３８に着座する方向に付勢
されるとともに、制振スプリング４０によりケーシング
３１側に弾性支持された支持フレーム３６を介して球状
の抵抗体３４と一体的に連結されている。そして、この
抵抗体３４は、上記循環管路１４の拡開部４３に臨んで
同軸状に配置されるとともに、上下方向における該拡開
部４３との相対位置は、図３に示すように上記弁体４２
が上記弁シート３８に着座して上記バイパス管路１８を
閉塞した状態においては該拡開部４３の深部に位置し、
また図２に示すように上記弁体４２が弁シート３８から
上方に離間して上記バイパス管路１８を開口した状態に
おいては上記拡開部４３の端部近傍に位置するようにな
っている。従って、上記拡開部４３部分における冷媒通
路は、上記抵抗体３４の位置が上下方向に変化するのに
対応して増減変化するようになっている。

【００２３】続いて、このように構成された気液分離器
３の作動を、空気調和装置全体の作動に関連させて説明
する。

【００２４】冷房運転時 冷房運転時には、室内熱交換器４は蒸発器として、室外
熱交換器６は凝縮器として、それぞれ機能し、冷媒は図
１に鎖線矢印で示す方向に循環する。即ち、圧縮機１か
ら吐出される高温高圧のガス冷媒Ｆgは、循環管路１１
及び循環管路１５を介して室外熱交換器６に流入し、該
室外熱交換器６において凝縮されて液冷媒Ｆlとなる。
そして、この液冷媒Ｆlは、膨張弁５において減圧さ
れ、気液二相冷媒Ｆglとなって循環管路１４から上記気
液分離器３内に流入する。

【００２５】気液分離器３においては、図２に示すよう
に、気液二相冷媒Ｆglが循環管路１４の拡開部４３から
上方へ向けて流入する場合、その冷媒の流動圧を受けて
上記逆止弁３５の抵抗体３４が上方に押し上げられ、こ
れに伴って弁体４２が弁シート３８から離間して該逆止
弁３５は開弁状態とされる。

【００２６】一方、気液二相冷媒Ｆglは、拡開部４３の
内面と抵抗体３４の外周面とによるガイド作用を受けて
周囲からケーシング３１の周壁内面側に向けて拡散状態
で流出する。このため、該気液二相冷媒Ｆglは、その流
路面積の急拡大に伴う流速の低下によりスムーズに気液
分離される。そして、分離された液相部３２aは液相部
３２aに溜りここから循環管路１３を介して上記室内熱
交換器４の分配器８側に流出せしめられる。これに対し
て、分離されたガス冷媒Ｆgは、バイパス管路１８を介
して上記室内熱交換器４をバイパスしてその下流側に流
出される。

【００２７】従って、室内熱交換器４においては、分配
器８に液冷媒Ｆlのみが単相状態で導入されることか
ら、例えば、冷媒が気液二相状態で導入される場合に比
して、各パスへの冷媒の均一分配が実現され、この結
果、該室内熱交換器４においては、熱交換にほとんど貢
献しないガス冷媒Ｆgが流れず室内熱交換器４における
冷媒の圧力損失も小さいことも手伝って、より高い熱交
換性能が確保されるものである。

【００２８】また、この気液分離器３における気液分離
に際しては、上記逆止弁３５の開度がその抵抗体３４に
作用する冷媒の流動圧、即ち、冷媒の流量によって支配
され、冷媒流量が減少すればこれに対応して上記バイパ
ス管路１８の流路面積も減少し、該気液分離器３内の気
液分離界面位置が自動的に制御されることから、室内熱
交換器４における負荷が変動し冷媒流量が変化したよう
な場合でも常時良好な気液分離作用が確保されるもので
ある。

【００２９】即ち、この実施例においては、気液分離器
３を配置することにより、冷房運転時においては高水準
の気液分離作用と室内熱交換器４の各パスへの冷媒の均
一分配とが同時に実現されるものである。

【００３０】暖房運転時 暖房運転時には、室内熱交換器４が凝縮器として、室外
熱交換器６が蒸発器として、それぞれ機能する。従っ
て、上記室内熱交換器４には循環管路１２からガス冷媒
Ｆgが導入されることになる。この場合、上記バイパス
管路１８が開通状態にあるとガス冷媒Ｆgが抵抗の少な
いバイパス管路１８を流れ、室内熱交換器４側にはほと
んど流れず、熱交換作用がほとんど行なわれないことと
なる。ところが、この実施例のものにおいては、かかる
場合には図３に示すように、循環管路１３から気液分離
器３内に流入し循環管路１４の拡開部４３部分から流出
する液冷媒Ｆlの流動圧により上記逆止弁３５の抵抗体
３４が下動し、上記弁体４２を上記弁支持スプリング３
９の付勢力と共働して閉弁方向に付勢する。従って、バ
イパス管路１８に導入されるガス冷媒Ｆgの圧力にかか
わらず上記逆止弁３５は閉弁状態を保持し、該バイパス
管路１８を閉塞せしめる。従って、圧縮機１から送られ
るガス冷媒Ｆgはその全量が室内熱交換器４を流れ、良
好な熱交換作用が実現され、暖房運転が可能となるもの
である。

【００３１】図４には、本発明の他の実施例にかかる気
液分離器３が示されている。この気液分離器３は、上記
実施例のものが循環管路１４とバイパス管路１８を対向
状態に配置し且つ該バイパス管路１８に取り付けた蓋体
３７の端面に弁シート３８を配置していたのに対して、
上記循環管路１４とバイパス管路１８とを略直交状態に
配置し且つ弁シート３８をケーシング３１の周壁に直接
取り付けたものである。このような構造とした場合に
は、上記実施例の場合に比して、弁体４２が大きくなり
運動質量が増加する分だけ作動性という点において劣る
ものの、蓋体３７等の部材が不要である分だけ構造が簡
略化され、低コスト化が図れるという利点があるもので
ある。尚、この実施例の気液分離器３も基本的には上記
実施例と同様に作動し且つ同様の作用効果が得られるも
のであるため、その詳細説明は省略する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の実施例にかかる気液分離器を備えた
ヒートポンプ式空気調和装置の全体システム図である。

【図２】図１に示した気液分離器の詳細構造説明図であ
る。

【図３】図２に示した気液分離器の状態変化図である。

【図４】他の実施例にかかる気液分離器の詳細構造説明
図である。

【符号の説明】

１は圧縮機、２は四路切換弁、３は気液分離器、４は室
内熱交換器、５は膨張弁、６は室外熱交換器、７はアキ
ュームレータ、８は分配器、９はヘッダー、１３は循環
管路(第２の管路)、１４は循環管路(第１の管路)、１８
はバイパス管路(第３の管路)、３１はケーシング、３２
は内室、３４は抵抗体、３５は逆止弁、３６は支持フレ
ーム、３７は蓋体、３８は弁シート、３９は弁支持スプ
リング、４０は制振スプリング、４１は開口、４２は弁
体、４３は拡開部、４５及び４６は弁支持スプリングで
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安尾 晃一 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 (72)発明者 蛭子 毅 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定容積をもつケーシング(３１)内の上
   下方向の中間部に、冷房運転時に凝縮器として機能する
   室外熱交換器(６)の冷媒出口側に接続される第１の管路
   (１４)の一端(１４a)を上方または下方に向けて開口さ
   せる一方、 該ケーシング(３１)の下部に位置する液相部(３２a)に
   は、冷房運転時に蒸発器として機能する室内熱交換器
   (４)の冷媒入口側に接続される第２の管路(１３)の一端
   (１３a)を開口させるとともに、 上記ケーシング(３１)の上部に位置する気相部(３２b)
   には、上記室内熱交換器(４)をバイパスしてその冷媒出
   口側に接続される第３の管路(１８)の一端(１８a)を開
   口させ、 さらに上記気相部(３２b)には、上下方向変位により上
   記第３の管路(１８)の一端(１８a)を開口あるいは閉塞
   し得るようにされた弁体(４２)と、上記第１の管路(１
   ４)の一端(１４a)に臨んで配置され該第１の管路(１４)
   から冷媒がケーシング(３１)内に流入する場合にはその
   流動圧を受けて上記弁体(４２)を閉弁方向に付勢する一
   方、該ケーシング(３１)内から第１の管路(１４)を通し
   て冷媒が流出する場合にはその流動圧を受けて上記弁体
   (４２)を開弁方向に付勢する抵抗体(３４)とを一体的に
   連結してなる逆止弁(３５)を配置したことを特徴とする
   気液分離器。
2. 【請求項２】 請求項１において、上記抵抗体(３４)が
   球状体で構成される一方、上記第１の管路(１４)の一端
   (１４a)がその端面(１４b)側に向って次第に拡径する拡
   開部(４３)とされていることを特徴とする気液分離器。