| 【発明の名称】 |
気液分離器およびその製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】森本 修
【氏名】河西 智彦
【氏名】嶋本 大祐
【氏名】隅田 嘉裕
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| 【要約】 |
【課題】気液分離器内部へ流入する気液二相冷媒が内壁面と衝突することにより圧力損失が増大したり、衝突により液が噴霧化して気液分離効率を低下させたり、液を溜める機能のために気液分離器の容積が大きくなり実装スペースを広く取らなければならなかったりしたこと。
【解決手段】気液分離器１０は、密閉容器から成る気液分離部２の横方向一端側に、気液二相状態の流体をほぼ水平方向に流入させる向きで流入口１を配置し、流入口１に対しほぼ水平方向に位置する気液分離部２の他端側には液流出口４を設けるとともに、気液分離部２内における、ガス６の流速を１０ｍ／秒以下とし、かつ、液５の流速を０．２ｍ／秒以下とする流速設定手段１０ａを備えた構成にされている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 密閉容器から成っていて当該容器内で気液二相状態の流体をガスと液に分離させる気液分離部と、前記気液分離部内に気液二相状態の流体を流入させる流入口と、前記気液分離部内で分離されたガスを前記気液分離部から流出させるガス流出口と、前記気液分離部内で分離された液を前記気液分離部から流出させる液流出口とを備えた気液分離器において、前記気液分離部の横方向一端側に、気液二相状態の流体をほぼ水平方向に流入させる向きで前記流入口を配置し、前記流入口に対しほぼ水平方向に位置する前記気液分離部の他端側には、前記液流出口を設けるとともに、前記気液分離部内における、ガスの流速を１０ｍ／秒以下とし、かつ、液の流速を０．２ｍ／秒以下とする流速設定手段を備えていることを特徴とする気液分離器。
【請求項２】 気液分離部内におけるガス流出口の流体流れ方向上流側または下流側の少なくとも一方に、気液界面に生じる波を抑制する波抑制手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の気液分離器。
【請求項３】 ガス流出口もしくは液流出口の少なくとも一方を気液分離部に複数口設けたことを特徴とする請求項第１項または第２項に記載の気液分離器。
【請求項４】 ガス流出口に、前記ガス流出口からの液の流出を防ぐ液流出防止手段を設けたことを特徴とする請求項第１項ないし第３項のいずれかに記載の気液分離器。
【請求項５】 液流出口が流入口よりも下方位置となるように、気液分離部を傾けて配置したことを特徴とする請求項第１項ないし第４項のいずれかに記載の気液分離器。
【請求項６】 ガス流出口から分岐接続されるとともに流体の絞り手段および加熱手段を有するガスバイパス配管と、前記ガスバイパス配管における前記加熱手段の流体流れ方向下流側に前記ガスバイパス配管内を流れるガスの温度を検知するガス温度検知手段とを設けたことを特徴とする請求項第１項ないし第５項のいずれかに記載の気液分離器。
【請求項７】 請求項第１項に記載の気液分離器を製造するにあたり、横置きした配管の一端開口を流入口とし、前記配管の他端開口の上下ほぼ中央部を横からプレスして圧潰することにより、当該圧潰部の上方にガス流出口を形成し圧潰部下方に液流出口を形成して、気液分離部を構成したことを特徴とする気液分離器の製造方法。
【請求項８】 請求項第１項に記載の気液分離器を製造するにあたり、気液二相状態の流体を流通させる中抜き部が形成された中板と、前記中板の両側に重ねて配備されて前記中抜き部を密閉するとともに流入口、ガス流出口、液流出口が形成される２枚の側板を用い、前記中板および前記２枚の側板を重ねて一体に固着して、気液分離部を構成したことを特徴とする気液分離器の製造方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、主に、冷凍サイクル中における気液二相流体をガスと液とに分離する気液分離器、および、その製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１９は例えば特開平９−２５０８４８号公報に開示された気液分離器を用いた冷媒回路図である。図１９において、１は気液二相冷媒の流入口、２は気液分離部、３はガス流出口、４は液流出口であり、これらによって気液分離器１０全体が構成されている。気液分離器１０内部にはバッフル手段１１が内蔵され、ガス流出口３と気液分離部２の接続口は突起部１７を介して接続されている。また、１２は冷媒の圧縮機、１３は凝縮器、１４は絞り装置、１５は蒸発器であり、これらと気液分離器１０が順次配管接続されて、冷媒回路が構成される。尚、液流出口４は毛細管１６を介して圧縮機１２の吸込側と接続される。
【０００３】次に動作について説明する。流入口１から気液分離器１０内へ流入した一部蒸発の液冷媒とガス冷媒は、気液分離部２の上部内壁に向かって吹き出され、液冷媒の大部分は壁面に沿って流れ落ち、気液分離部２の下部に溜まる。また、液冷媒の一部は、ガス冷媒とともに気液分離部２の液面上方を流れるが、バッフル手段１１によって気液分離部２の内周へ導かれ気液分離部２の下部に流れ落ちるようになっている。
【０００４】かかる気液分離器１０において、気液分離部２内部の液面が上昇して気液分離部２の上面付近まで達した場合でも突起部１７は大径であるので、突起部１７におけるガス冷媒速度はガス流出口３におけるガス冷媒速度よりも小さい。そのため、液冷媒がガス流出口３に吸い上げられることは防止される。
【０００５】一方、他の気液分離器として、特開平９−１７８２７６号公報開示のものが知られている。図２０はこの公報に開示された気液分離器の構成図である。図２０において、１は流入口、２は気液分離部、１８はガス流出管である。前記の気液分離部２は、水平面に対してα度傾斜させて設置される。
【０００６】次に動作について説明する。流入口１から気液分離部２へ流入したガス冷媒は気液分離部２内部でＵ字に曲げられたガス流出管１８から流出する。この気液分離部２では、圧縮機から持ち出された冷凍機油が溜められる構成であり、ガス冷媒がガス流出管１８から流出する際には、ガス流出管１８のＵ字部下方の孔１９から、気液分離部２の下部に溜まる冷凍機油を吸引し、冷凍機油とガス冷媒がガス流出管１８から流出する。
【０００７】他方、別の気液分離器として、特開平１０−３００２８７号公報開示のものが知られている。図２１および図２２は前記公報に記載された気液分離器であり、図２１は側断面図、図２２は気液分離器を上方から見た平断面図である。図２１において、１は冷媒の流入口、２は流入口１が接線方向に接続された気液分離部、３はガス流出口、４は液流出口である。また、気液分離部２の内部には、気液分離を助ける分離材２０が内蔵されている。この分離材２０は気液分離部２に対して所定の角度に傾斜して設置されている。
【０００８】次に動作について説明する。流入口１から流入する油の液適を含むガス冷媒は、気液分離部２の側面に沿って螺旋上に旋回するように気液分離部２内に流れ込む。気液分離部２内部では、下部に油が溜まり、上部からは分離材２０を通ったガス冷媒がガス流出口３から流出する。ガス冷媒が分離材２０を通過する際には、ガス冷媒中に浮遊する油の液滴が捕獲され、分離材２０の傾斜に沿って気液分離部２の下方に速やかに流れる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところが、特開平９−２５０８４８号公報開示の気液分離器では、流入口１から流入した気液二相状態の流体は、気液分離部２の内壁に向かって吹き出されるので、流体が壁面に衝突する際に圧力損失が大きくなる。また、気液二相流体が壁面に衝突する際に噴霧状の液滴を生じやすく、この微細な液滴がガス中を浮遊しながらガス流出口３から流出することによって、気液分離性能を低下させる要因となっていた。また、気液分離部２に液を溜める機能を持たせているため、気液分離部２の内容積が大きくなり、例えば冷凍機に実装する場合はスペースを大きくとってしまうという課題もあった。
【００１０】また、特開平９−１７８２７６号公報開示の気液分離器では、前記の課題に加え、Ｕ字に曲げられたガス流出管１８を気液分離部２に内挿しなければならないので、製造上、ガス流出管１８の曲げ工程や、ガス流出管１８を気液分離部２に内挿してから気液分離部２となる容器を溶接して成形する工程などを必要とし、製造コストがかかるという課題があった。
【００１１】更に、特開平１０−３００２８７号公報開示の気液分離器は鉛直方向に縦長の構造となるため、例えば冷凍機へ実装する場合は鉛直方向の設置スペースが必要となり、冷凍機自体を鉛直方向に薄型化できないという課題があった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前述した種々の課題を解消するために、この発明の第１の発明に係る気液分離器は、密閉容器から成っていて当該容器内で気液二相状態の流体をガスと液に分離させる気液分離部と、気液分離部内に気液二相状態の流体を流入させる流入口と、気液分離部内で分離されたガスを気液分離部から流出させるガス流出口と、気液分離部内で分離された液を気液分離部から流出させる液流出口とを備えた気液分離器において、気液分離部の横方向一端側に、気液二相状態の流体をほぼ水平方向に流入させる向きで流入口を配置し、流入口に対しほぼ水平方向に位置する気液分離部の他端側には、液流出口を設けるとともに、気液分離部内における、ガスの流速を１０ｍ／秒以下とし、かつ、液の流速を０．２ｍ／秒以下とする流速設定手段を備えた構成にしたものである。
【００１３】また、この発明の第２の発明に係る気液分離器は、前記の構成において、気液分離部内におけるガス流出口の流体流れ方向上流側または下流側の少なくとも一方に、気液界面に生じる波を抑制する波抑制手段を設けたものである。
【００１４】そして、この発明の第３の発明に係る気液分離器は、前記の各構成において、ガス流出口もしくは液流出口の少なくとも一方を気液分離部に複数口設けたものである。
【００１５】更に、この発明の第４の発明に係る気液分離器は、前記の各構成において、ガス流出口に、ガス流出口からの液の流出を防ぐ液流出防止手段を設けたものである。
【００１６】また、この発明の第５の発明に係る気液分離器は、前記の各構成において、液流出口が流入口よりも下方位置となるように、気液分離部を傾けて配置したものである。
【００１７】そして、この発明の第６の発明に係る気液分離器は、前記の各構成において、ガス流出口から分岐接続されるとともに流体の絞り手段および加熱手段を有するガスバイパス配管と、ガスバイパス配管における加熱手段の流体流れ方向下流側にガスバイパス配管内を流れるガスの温度を検知するガス温度検知手段とを設けたものである。
【００１８】更に、この発明の第７の発明に係る気液分離器の製造方法は、請求項第１項に記載の気液分離器を製造するにあたり、横置きした配管の一端開口を流入口とし、配管の他端開口の上下ほぼ中央部を横からプレスして圧潰することにより、当該圧潰部の上方にガス流出口を形成し圧潰部下方に液流出口を形成して、気液分離部を構成したものである。
【００１９】また、この発明の第８の発明に係る気液分離器の製造方法は、請求項第１項に記載の気液分離器を製造するにあたり、気液二相状態の流体を流通させる中抜き部が形成された中板と、中板の両側に重ねて配備されて中抜き部を密閉するとともに流入口、ガス流出口、液流出口が形成される２枚の側板を用い、中板および２枚の側板を重ねて一体に固着して、気液分離部を構成したものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。
発明の実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態の一例に係る気液分離器を示す側断面図であり、従来の気液分離器と同様の部分は同一の符号で示す。図２は気液分離器の気液分離部で見られる気液二相流の流動様式、図３はＡＩＣｈＥ Ｊｏｕｒｎａｌ（Ｖｏｌ ２４，Ｎｏ５）に掲載された論文「Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｇａｓ−Ｌｉｑｕｉｄ Ｆｌｏｗ ｉｎ Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ Ｐｉｐｅｓ：Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｔｈｅ Ｆｌｏｗ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ」中に記載されている気液二相流のガスの見かけ流速（ガスの容積流量を気液分離部２の配管内断面積で除した値）を横軸にとり、液の見かけ流速（液の容積流量を気液分離部２の配管内断面積で除した値）を縦軸にとった気液二相流の流動様式線図である。
【００２１】図１において、１は気液二相流体の流入口、２は密閉容器から成る気液分離部、３はガス流出口、４は液流出口である。気液分離部２はその長手方向を水平面と平行にして設置され、ガス流出口３は気液分離部２の上面から分岐し、液流出口４は気液分離部２の下面から分岐する構造によって、気液分離器１０全体が構成される。気液分離部２の管内径Ｄは、ガスの見かけ流速が１０ｍ／秒以下で液の見かけ流速が０．２ｍ／秒以下となるように設定されていて、かかる設定構成が流速設定手段１０ａを成している。また、気液分離部２の横方向一端側には気液二相状態の流体を水平方向に流入させる向きで流入口１が配置され、この流入口１に対し水平方向に位置する気液分離部２の他端側には液流出口４が設けられている。因みに、流入口１と気液分離部２の位置は、流入口１から流入する気液二相流体の流入方向と、気液分離部２内での流体流れ方向とが同じ向きとなる位置に設定されている。尚、流入口１からガス流出口３および液流出口４までの距離は、流入する気液二相流体の速度に応じて変更する方が分離効率がよくなる。因みに、図５に示すように、流入口１からガス流出口３および液流出口４までの距離が短い場合は気液の分離効率が低下するため、流入口１からガス流出口３および液流出口４までの距離は１０ｍｍ以上とるのが望ましい。
【００２２】また、図４はこの気液分離器１０を冷凍サイクルに実装した場合の冷媒回路図である。図４において、１２は圧縮機、１３ａは第１の凝縮器、１０は気液分離器、１３ｂは第２の凝縮器、１４ａ〜１４ｄは第１〜第４の絞り装置、１５は蒸発器であり、これらによって冷凍サイクルが構成される。２１は、気液分離器１０と第２の絞り装置１４ｂの間から分岐し、第４の絞り装置１４ｄおよび冷媒熱交換器２０を介して冷凍サイクルの低圧部に至るバイパス回路である。また、２２は気液分離器１０の底部と第２の絞り装置１４ｂをつなぐ配管に設けられた温度検出手段、２３は気液分離器１０の底部と第２の絞り装置１４ｂをつなぐ配管に設けられた圧力検出手段、２４は気液分離器１０の底部と第２の絞り装置１４ｂをつなぐ配管内の冷媒とバイパス回路２１内の冷媒との間で熱交換を行う冷媒熱交換器である。
【００２３】ここで、気液分離器１０の動作について図１を用いて説明する。まず、気液二相状態の流体が流入口１から気液分離部２へ流入する。気液分離部２の管内径Ｄは、ガスの見かけ流速が１０ｍ／秒以下で液の見かけ流速が０．２ｍ／秒以下となるように設定されているので、図３に示した流動様式線図から、気液分離部２内での流動様式は成層流となる。従って、液とガスの流れが減速し、重力にしたがって、液は気液分離部２の下部に沿って流れ、ガスは気液分離部２の上部に沿って流れるようになる。ここで、流入口１から流入する気液二相流体の流入方向と、気液分離部２内での流体流れ方向が同じ向きであるため、気液分離部２に流入した気液二相流体を壁面に衝突させることなく気液に分離することが可能となる。
【００２４】更に、気液分離器１０を組み入れた冷凍サイクルの動作を図４により説明する。圧縮機１２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、第１の凝縮器１３ａで所定の乾き度まで凝縮されて気液二相状態となり、気液分離器１０へ流入する。気液分離器１０へ流入した気液二相冷媒は、未凝縮のガス冷媒と凝縮液とに分離される。未凝縮のガス冷媒は、第２の凝縮器１３ｂで凝縮・液化し、第１の絞り装置１４ａを介して中間圧部に流入する。気液分離部１０で分離された液冷媒は、冷媒熱交換器２４および第２の絞り装置１４ｂで流量調節された後、中間圧部に流入し、第１の絞り装置１４ａから中間圧部へ流入した液冷媒と合流する。合流した液冷媒は、第３の絞り装置１４ｃにより低圧の気液二相冷媒となって蒸発器１５へ流れ込んで蒸発・気化し、圧縮機１２へ戻る。
【００２５】気液分離器１０で分離された液冷媒は、冷媒熱交換器２４で過冷却された後、一部はバイパス回路２１へ流れ、第４の絞り装置１４ｄで低温・低圧の気液二相状態となり冷媒熱交換器２４へ至る。冷媒熱交換器２４において、バイパス回路２１を流れる低温の気液二相冷媒は、気液分離器１０からの液冷媒より熱を奪って蒸発・気化し冷凍サイクルの低圧部である圧縮機１２の吸込側に流れる。気液分離器１０からの液冷媒に未凝縮のガス冷媒が混入した場合には、冷媒熱交換器２４においてバイパス回路２１内を流れる気液二相冷媒に奪われた熱は気液分離器１０からの液冷媒中に混入したガス冷媒を凝縮させるために使用されるので、冷媒熱交換器２４を流出する液冷媒は飽和状態に近い。そこで、温度検出手段２２と圧力検出手段２３により冷媒熱交換器２４出口における冷媒の温度と圧力を検出し、冷媒熱交換器２４を通過後の液冷媒が飽和状態であれば、気液分離器１０からの液冷媒に未凝縮のガス冷媒が混入したものと判断して、第２の絞り装置１４ｂで流量を低下させるように制御する。かかる制御により、気液分離部２に流入した液を気液分離部２に滞留させることなく流出させることができる。
【００２６】従って、この実施の形態の気液分離器１０によれば、ガスの見かけ流速が１０ｍ／秒以下で液の見かけ流速が０．２ｍ／秒以下となるように気液分離部２の管内径Ｄが選定されるとともに、流入口１からの冷媒流入方向と気液分離部２内での冷媒流れ方向が同一にされているので、気液分離部２内部での流体の壁面への衝突をなくし、圧力損失を小さくすることができる。また、気液分離部２には液が滞留することがなく、気液分離器１０に液を溜める機能を持たせなくてもよいので、気液分離器１０の空間容積をコンパクトにすることが可能であり、かつ、軽量化することができる。尚、図３に示す流動様式線図は、流体の密度、粘度、流路の管径、重力などの影響により気液二相流の流動様式の遷移境界が変化するので、ガスの見かけ流速および液の見かけ流速の目標値は流体の物性値や管の形状に応じて修正することが望ましい。
【００２７】発明の実施の形態２．図６はこの発明の実施の形態２を示す図である。図中、実施の形態１と同様の部分には同一の記号を付して説明を省略する。図６において、７は仕切板から成り気液界面に生じる波を抑制する波抑制手段である。ここで、波抑制手段７，７は、気液分離部２内においてガス流出口３の流体流れ方向上流側および下流側の双方に設置されている。
【００２８】次に動作について説明する。気液二相状態の流体が流入口１から気液分離部２へ流入する。気液分離部２では液とガスの流れが減速し、重力にしたがって、液は気液分離部２の下部に沿って流れ、ガスは気液分離部２の上部に沿って流れるようになる。このとき、流量が非定常的に変動したり、もしくは、流速が速くなった場合には、気液分離部２内部において気液界面が波立つようになる。ところが、波抑制手段７を設置したことによって、発生した波が波抑制手段７に衝突し壁面を流れ落ちて静められ、ガス流出口３への液の進入が防止される。
【００２９】従って、ガス流出口３の前後に波抑制手段７，７を設置したことによって、ガス流出口３の近傍で気液界面が波立つことが抑えられる。これにより、特に、ガス流出口３からの液の流出を防ぎ、ガスの分離効率を向上することができる。
【００３０】発明の実施の形態３．図７はこの発明の実施の形態３を示す図である。図中、実施の形態１と同様の部分には同一の記号を付して説明を省略する。図７において、４ａ，４ｂは気液分離部２の底部に複数口設けられた液流出口である。
【００３１】次に動作について説明する。まず、気液二相状態の流体が流入口１から気液分離部２へ流入する。気液分離部２では、液とガスの流れが減速し、重力にしたがって、液は気液分離部２の下部に沿って流れ、ガスは気液分離部２の上部に沿って流れるようになる。ここで、流入口１から流入する気液二相流体の速度が速くなった場合、気液分離部２内部において気液界面が波立つようになるが、手前の液流出口４ａによってまず一部の液が合流液流出口４ｃへ排出される。これにより、気液分離部２内部の気液界面の高さ位置が低くなる。液流出口４ａから流出しなかった液は気液分離部２を流れ、液流出口４ｂから合流液流出口４ｃへ排出される。
【００３２】従って、流入口１から気液分離部２に流入する気液二相流体の流量が増えても、ガス流出口３近傍における液面を低く抑えることができ、液がガス流出口３に届きにくくなる。これにより、ガス流出口３から流出する液冷媒を低減できるので、広い流量範囲において安価に、かつ、効率的に気液を分離することができる。
【００３３】尚、図示はしないが、複数のガス流出口３を気液分離部２の上部に設けることもできる。かかる構成の場合は、気液分離部２内でガス量が多いときに複数口のガス流出口３からガスが抜かれて気液分離部２内の流速が抑えられるので、気液界面のせん断力によってガス中に霧状の液滴が飛散することを抑えることができる。
【００３４】発明の実施の形態４．図８はこの発明の実施の形態４を示す図である。図中、実施の形態１と同様の部分には同一の記号を付して説明を省略する。ガス流出口３は、気液分離部２との接続部付近においてその管内径Ｄ１が気液分離部２の管内径Ｄ以上に設定されている。
【００３５】次に動作について説明する。気液二相状態の流体が流入口１から気液分離部２へ流入する。気液分離部２では液とガスの流れが減速し、重力にしたがって、液は気液分離部２の下部に沿って流れ、ガスは気液分離部２の上部に沿って流れるようになる。ここで、ガス流出口３の接続部近傍の管内径Ｄ１は、気液分離部２の管内径Ｄ以上であるため、気液分離部２からガス流出口３に流入するガスの速度は気液分離部２内よりも遅くなり、ガス中を浮遊する液滴は重力によってガス流出口３の入口付近で下降する。そこで、ガス流出口３から流出する液量が低下する。
【００３６】従って、ガス流出口３の接続部近傍の管内径Ｄ１を気液分離部２の管内径Ｄ以上とした液流出防止手段８ａを採用することによって、ガス流出口３から流出しようとする液滴を重力で降下させることができる。これにより、ガス流出口３から液が流出することを防ぐことができ、簡易構成で安価にガスの分離効率を向上させることができる。
【００３７】尚、図９に示すように、気液分離部２の接続口近傍のガス流出口３内に、液滴を捕獲する網状の液流出防止手段８を設置し、液滴を捕獲するようにしても同様の効果を有する。
【００３８】発明の実施の形態５．図１０はこの発明の実施の形態５を示す図である。図中、実施の形態１と同様の部分には同一の記号を付して説明を省略する。図１０に示すように、液流出口４が流入口１よりも下方位置となるように、気液分離部２は角度θぶん傾斜配置されている。
【００３９】次に動作について説明する。気液二相状態の流体が流入口１から気液分離部２へ流入する。気液分離部２では、液とガスの流れが減速し、重力にしたがって、液は気液分離部２の下部に沿って流れ、ガスは気液分離部２の上部に沿って流れるようになる。ここで、液は気液分離部２の傾斜にしたがって液流出口４へ流れやすくなり、しかも液流出口４付近での液面の高さが高くなるので、ガスが液に同伴して液流出口４から流出することを防ぐことができる。
【００４０】従って、気液分離部２を上記のように傾斜させたことによって、特に、液流出口４からガスが流出することを防ぐことができるので、安価に効率よく液を分離することが可能となる。
【００４１】発明の実施の形態６．図１１および図１２はこの発明の実施の形態６を示す図であり、図１１は構成図、図１２は正面図である。図中、実施の形態１と同様の部分には同一の記号を付して説明を省略する。
【００４２】引続き、気液分離器の製造方法について説明する。配管径が均等な配管の一端側を配管上下中央部でプレスして圧潰部３０とし、ガス流出口３を上部に液流出口４を下部に成型する。一方、配管の他端側は所要の配管径になるまで絞るか、あるいはプレス加工を施して、流入口１を形成する。このとき、流入口１とガス流出口３および液流出口４の間には、気液分離部２となる空間を空けるようにする。このように製造した気液分離器１０は、ガス流出口３が上で液流出口４が下になるように設置されるので、コンパクトな形状で気液を分離することが可能となる。
【００４３】従って、１本の配管をプレス加工することによって、気液分離器を成型することができるため、安価で、かつ、コンパクトな気液分離器を製造することが可能となる。
【００４４】発明の実施の形態７．図１３および図１４はこの発明の実施の形態７を示す図であり、図１３は気液分離器の分解構成図、図１４は気液分離器の組立図を示す。図中、９ａは前部の側板、９ｂは中板、９ｃは後部の側板である。
【００４５】この実施の形態による気液分離器の製造方法について説明する。側板９ａ、中板９ｂ、側板９ｃは、板金プレスによって所定の大きさ・形状に切断される。このとき、側板９ａには流入口１、ガス流出口３、および液流出口４が打抜かれる。また、中板９ｂには気液二相流の流路となる中空の中抜き部９ｄが打抜かれる。このように板金プレス加工して得られた側板９ａ、中板９ｂ、および側板９ｃは、それら３枚を１組として重ねられ、炉中のろう付けにより一体化して固着され気液分離器１０となる。
【００４６】従って、側板９ａ、中板９ｂ、側板９ｃの３枚の板を炉中のろう付けにより一体化して気液分離器１０を製造することによって、製造が容易となり、かつ、厚みの薄い気液分離器１０を得ることができる。尚、図１５に示すように中板９ｂの中抜き部９ｄの上部に突起２５，２５を垂設し、図１６に示すように気液分離器１０を組み立てた際に、ガス流出口３の両側を突起２５，２５で囲うようにすると、中抜き部９ｄ内で液面が波立ったときでも、突起２５，２５に波があたることで、ガス流出口３から液が流出することを抑えることが可能であり、気液分離効率が向上する。尚、流入口１、ガス流出口３、液流出口４の全てを前側の側板９ａに設けたが、これらの一部または全てを後側の側板９ｃに設けても構わない。
【００４７】発明の実施の形態８．図１７はこの発明の実施の形態８を示す図である。図中、実施の形態１と同様の部分には同一の記号を付して説明を省略する。図１７において、２６はガス流出口３から分岐し、毛細管などから成る絞り手段２７や熱交換器などから成る加熱手段２８を介してガスを流出させるガスバイパス配管、２９はガスバイパス配管２６における加熱手段２８下流側のガス温度を検出するガス温度検知手段である。
【００４８】また、図１８はこの気液分離器１０を冷凍サイクルに実装した場合の冷媒回路図である。図１８において、１２は圧縮機、１３ａは第１の凝縮器、１０は気液分離器、１３ｂは第２の凝縮器、１４ａ〜１４ｃは第１〜第３の絞り装置、１５は蒸発器であり、これらによって冷凍サイクルが構成される。上記したガスバイパス配管２６の出口は、冷凍サイクル中の低圧部、例えば蒸発器１５出側の配管と接続される。
【００４９】次に動作について説明する。圧縮機１２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、第１の凝縮器１３ａで所定の乾き度まで凝縮されて気液二相状態となり、気液分離器１０へ流入する。気液分離器１０へ流入した気液二相冷媒は、未凝縮のガス冷媒と凝縮液とに分離される。未凝縮のガス冷媒は、第２の凝縮器１３ｂで凝縮・液化し、第１の絞り装置１４ａを介して中間圧部に流入する。気液分離部１０で分離された液冷媒は、冷媒熱交換器２４および第２の絞り装置１４ｂで流量調節された後、中間圧部に流入し、第１の絞り装置１４ａから流入した液冷媒と合流する。合流した液冷媒は、第３の絞り装置１４ｃにより低圧の気液二相冷媒となって蒸発器１５へ流れ込んで蒸発・気化し、圧縮機１２へ戻る。また、気液分離部２で分離された未凝縮のガス冷媒の一部は、ガスバイパス配管２６を流れ、絞り手段２７で低圧になるまで絞られた後、加熱手段２８を介して蒸発器１５出口のガス冷媒と合流する。
【００５０】ガス流出口３から流出するガス冷媒に液冷媒が混入した場合、ガスバイパス配管２６を流れる冷媒は、絞り手段２７で絞られた際に、低温・低圧の気液二相冷媒となり、加熱手段２８で加熱された後にも低温の飽和に近い状態となる。このため、ガス温度検知手段２９で検知したガス温度が冷凍サイクルでバランスする飽和温度の値に近い場合には、第２の絞り装置４ｂを開く操作を行い、液流出口４から流出させる液流量を増大させる。これにより、気液分離部２内部の液面の高さを低く抑えて、ガス流出口３から液冷媒が流出することを防ぐことができる。
【００５１】従って、絞り手段２７、加熱手段２８を介してガスを流出させるようにガス流出口３から分岐したガスバイパス配管２６と、加熱手段２８下流側のガスの温度を検出するガス温度検知手段２９を備えた構成とすることによって、ガス流出口３から流出する液冷媒の有無を検知し、ガス流出口３から液冷媒が流出することを防止し、ガスの分離効率を向上させることができる。尚、この実施の形態では、加熱手段２８における熱源として、気液分離部２中を流れる冷媒を用いた例を示したがそれに限らず、熱源はヒータなど何でもよい。また、ガス温度検知手段の設置位置は加熱手段２８の出口としたが、加熱量との関係で、加熱手段２８の途中のガスバイパス配管の温度を検知しても構わない。
【００５２】
【発明の効果】以上詳述した通り、第１の発明に係る気液分離器は、気液分離部の横方向一端側に、気液二相状態の流体をほぼ水平方向に流入させる向きで流入口を配置し、流入口に対しほぼ水平方向に位置する気液分離部の他端側には、液流出口を設けるとともに、気液分離部内における、ガスの流速を１０ｍ／秒以下とし、かつ、液の流速を０．２ｍ／秒以下とする流速設定手段を備えているので、気液分離部内で流体が例えば壁面へ衝突することを防ぐことができて、圧力損失を小さくできる。また、気液分離部には大量の液を滞留させる機能を持たせなくてもよいので、気液分離器の空間容積をコンパクトにすることが可能で、かつ、軽量化することができる。
【００５３】また、第２の発明に係る気液分離器では、気液分離部内におけるガス流出口の流体流れ方向上流側または下流側の少なくとも一方に、気液界面に生じる波を抑制する波抑制手段を設けたことによって、ガス流出口近傍における気液界面の波立ちを抑えることができる。これにより、特に、ガス流出口からの液の流出を防ぎ、ガスの分離効率を向上させることができる。
【００５４】そして、第３の発明に係る気液分離器では、流入口から気液分離部に流入する気液二相状態の流体の流量が変動しても、ガス流出口での液面を低く抑え、かつ、気液界面のせん断力によってガス中に霧状の液滴が飛散することを抑えることが可能となり、特に、ガス流出口から流出する液の量を低減できるので、広い流量範囲において安価に、かつ、効率的に気液を分離することができる。
【００５５】更に、第４の発明に係る気液分離器では、ガス流出口からの液の流出を防ぐ液流出防止手段をガス流出口に設けたことによって、ガス流出口からの液の流出を防ぐことができるので、簡易な構成で、かつ、安価にガスの分離効率を向上させることができる。
【００５６】また、第５の発明に係る気液分離器では、液流出口が流入口よりも下方位置となるように気液分離部を傾けて配置したことによって、特に、液流出口からのガスの流出を防ぐことができる。従って、安価に、かつ、効率よく液を分離することが可能となる。
【００５７】また、第６の発明に係る気液分離器では、ガス流出口から分岐接続されたガスバイパス配管における加熱手段の流体流れ方向下流側に、ガスバイパス配管内を流れるガスの温度を検知するガス温度検知手段を設けたことによって、ガス温度検知手段で検知したガス温度に基づいてガス流出口から流出する液の有無を検知し、それに応じてガス流出口からの液の流出を防止できるので、ガスの分離効率を向上させることが可能である。
【００５８】そして、第７の発明に係る製造方法によれば、横置きした配管の他端開口の上下ほぼ中央部を横からプレスして圧潰し、当該圧潰部の上方にガス流出口を形成し圧潰部下方に液流出口を形成することによって、気液分離部を構成するようにしたため、安価で、かつ、コンパクトな気液分離器を製造することが可能となる。
【００５９】更に、第８の発明に係る製造方法によれば、側板、中板、側板といった、少なくとも３枚の板を重ねて一体に固着することによって、気液分離器を製造するようにしたので、製造が容易で、かつ、薄手の気液分離器を提供することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６０１３
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年５月１１日（１９９９．５．１１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１０２４３９
【弁理士】
【氏名又は名称】宮田 金雄 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３２０９３３（Ｐ２０００−３２０９３３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１１月２４日（２０００．１１．２４） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１２９７５９ |
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