気液分離装置及び気液分離装置を備えた冷凍装置
【課題】溝付き体を損傷することがなく、直線部立ち上げ長さを短く出来、良好な分離性能を確保出来る低価格な気液分離装置を提供する。
【解決手段】上容器と下容器を一体容器１とし、一体容器には、液出口管４を溶接するバーリング２と下ビードを設け、バーリング２に液出口管４を溶接した後、一体容器１内に溝下側支持体５を挿入し、下ビードに突きあて溝下側支持体の下端位置を決めた後、溝下側支持体５、溝付体６、入口仕切体７が密着するように押し付けて溝付体、入口仕切体７を挿入し、上ビード８等で入口仕切体の上端位置を位置決めし、その後、容器上下両端を絞る容器一体構造とし、最終的に入口管９、ガス出口管１１を溶接する構成とした。
【解決手段】上容器と下容器を一体容器１とし、一体容器には、液出口管４を溶接するバーリング２と下ビードを設け、バーリング２に液出口管４を溶接した後、一体容器１内に溝下側支持体５を挿入し、下ビードに突きあて溝下側支持体の下端位置を決めた後、溝下側支持体５、溝付体６、入口仕切体７が密着するように押し付けて溝付体、入口仕切体７を挿入し、上ビード８等で入口仕切体の上端位置を位置決めし、その後、容器上下両端を絞る容器一体構造とし、最終的に入口管９、ガス出口管１１を溶接する構成とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は例えば冷凍サイクルや蒸気サイクル等の熱機関および気液二相流を扱う流体機械装置の気液分離装置に関し、詳細には、より一層の高性能化並びに低価格を図る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、気液二相流を扱う流体機械で、冷凍サイクルでは気体冷媒と液体冷媒を分離する気液分離装置、水蒸気と水あるいは空気と水を分離する気液分離装置および油と気体を分離するオイルセパレータ等の気液分離装置（以下これらを総称して気液分離装置と呼ぶ）は、重力によって液あるいは油を溜めるタンクを用いたり、旋回流の遠心力によって液あるいは油を壁面に付着させた後に重力によって液あるいは油を回収する気液分離装置が用いられている。
【０００３】
かかる構成の気液分離装置では、基本的に重力や遠心力などの体積力によって密度の大きい液相を分離する構造となっている。このため、タンクや旋回流発生装置を用いるため大型の装置となる問題が有った。
【０００４】
そこで、先に、発明者らは前記した課題を解決すべく、表面張力の作用により液相を溝内に付着させて流すことで、気液分離装置をより高性能化並びに小形化することを目的とする表面張力型気液分装置を発明し、その特許を出願した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許番号 特許第４２６８９９４号
【特許文献２】出願番号 特願２００８−３８０３４
【特許文献３】出願番号 特願２００８−２９０３６４
【特許文献４】出願番号 特願２００９−５２６４５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、先に出願した表面張力型気液分離装置（以下これを従来技術と呼ぶ）をさらに高性能化し且つ低価格化、高信頼性化を図るための課題を解決するものである。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題を図３と図１５から図２０を用い、具体的に説明する。図１５は先に出願した表面張力型気液分離装置の縦断面図であり、図１６は図１５のＥ−Ｅ断面図であり、図３は図１６に示した溝付き体の展開図である。図１７は図１５の入口仕切体の平面拡大図である。図１８は図１５に示した上容器の直線部長さｈｕが分離性能におよぼす実験結果を示すグラフである。図１９は図２０に示した入口管出口Ｏ点から入口仕切体に沿う流路断面積の変化を示すグラフである。図２０は入口管出口から溝に流入するまでの入口仕切体に沿う流路断面位置を示す断面図である。
【０００８】
先に出願した表面張力型気液分離装置は図１５に示すように、上容器６５と下容器６６の２分割構造になっており、下容器６６内に溝下側支持体Ｂ６７、微細溝を持つ溝付き体６、入口仕切体Ｂ６８が設けられている。溝下側支持体Ｂ６７はガス出口管１１に接合され、ガス出口管１１は下容器６６の下部縮管部Ｂ６９に接合されており、溝付き体６の下部位置を規定している。入口仕切体Ｂ６８には図１７に示すように、つば部Ｂ７０が設けられ、つば部Ｂ７０には二相流が流れることが出来るようにスリットＢ７１が設けられている。図１５に示すように、入口仕切体Ｂ６８は溝付き体６の上に設けられ、上容器直線部７２を下容器６６の拡管部７３にはめ込み、上容器直線部７２でつば部Ｂ７０の外周を押し付けた状態で入口仕切体Ｂ６８と溝付き体６が密着するように、拡管部上端７４で上容器６５と下容器６６を溶接した構造になっている。二相流の入口管９は上容器６５に取り付けられ、気液分離装置内で分離された液相は下容器底部７５に設けた液出口管４より取り出され、気相は下容器６６の下端から入口仕切体Ｂ６８の中空部７６まで挿入されたガス出口管１１より取り出される。
【０００９】
微細溝内において表面張力の作用により、気液分離を行うために必要な溝仕様を理論的に求めると、図１６に示すように、溝幅ｂは非常に小さく、溝深さｈは深い溝が必要であり、図３に示したように薄い金属板を折り曲げ、溝を構成し、これを丸めて溝付き体６として下容器６６に挿入する構造となっている。図３に示した溝付き体の自由長Ｌは下容器内径の周長より長く加工することにより、溝付き体６を丸めて下容器６６に挿入した時、溝付き体の弾性力により溝付き体６は下容器６６の内面に安定的に密着する。かかる構造において二相流は入口管９から流入し、入口仕切体Ｂ６８により溝１３に導かれ、全ての二相流は溝１３内に流入する。溝１３内で液相成分は表面張力の作用により溝１３内に付着しながら下降し、溝下部から下容器底部７５に流れ、下容器底部７５に設けた液出口管４より取り出される。一方、気相成分は溝１３内を下降する過程で気液分離室２４に流出し、気液分離室２４内を上昇し、ガス出口管上端２５よりガス出口管１１に入り取り出される。
【００１０】
良好な分離性能を得る為には、上記溝仕様の適正化が必要なことは言うまでもないが、溝１３に流入する液相成分に微細液滴ミストが多く存在すると、微細液滴ミストは溝表面に付着することなく、溝間をすり抜け気液分離室２４に流出し、ガス出口管１１から液も流出することになる。従って、入口管９から流入した二相流が溝１３に流入するまでの間に、極力微細液滴ミストが発生し難い流路形状が必要になる。そこで、入口管９から流入した二相流が溝１３に流入するまでの流路形状に影響を与えるパラメータの一つとして、図１５に示した上容器６５の直線部立ち上げ長さｈｕを変えた場合に分離性能におよぼす影響の実験を行い、その結果を図１８に示した。図１８において、横軸は図１５に示した入口仕切り体Ｂ６８の直線立ち上げ長さｈｉに対する上容器６５の直線部立ち上げ長さｈｕの比ｈｕ／ｈｉであり、縦軸は実験に用いた気液分離装置設計仕様の最大流量の二相流を入口管９から流入させたときに、流入二相流の全液量に対する、ガス側出口管１１に混入する液量の割合、即ち、ガス側液混入割合を示している。図１８より、上容器の直線部立ち上げ長さｈｕを短くすることにより、ガス側液混入割合が少なくなり、良好な分離性能が得られることが分かる。
【００１１】
そこで、入口管９の出口から溝１３に流入するまでの入口仕切体６８に沿う流路断面積の変化を求めた結果を図１９に示す。図１９において、横軸は図２０に示した入口管９の出口Ｏ点から入口仕切体Ｂ６８に沿うＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ点間の線分長さＯ−Ａ、Ａ−Ｂ、Ｂ−Ｃ、Ｃ−Ｄ、Ｄ−Ｅ、Ｅ−Ｆの総和Ｌに対するＯ点から各点までの長さＬｘの比Ｌｘ／Ｌであり、縦軸はＥ点の流路断面積Ｓｅに対する各点の位置における流路断面積Ｓｘの比Ｓｘ／Ｓｅである。Ｏ点の流路断面積は入口管内径の断面積であり、Ｂ、Ｃ、Ｄ点の流路断面積は入口仕切体の傾斜面に直角に引いた線分Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’、Ｄ−Ｄ’の中心軸Ｙ−Ｙに対する回転体として形成される部分円錐の側面積Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄとして定義されている。Ｅ点の流路断面積Ｓｅは入口仕切体Ｂ６８の直線部外径と上容器６５の直線部内径の間の断面積である。Ｆ点の流路断面積ＳｆがＳｅより若干小さくなっている理由は、図２０に示した様に、入口仕切体が溝に対してδラップしているためである。なお、Ｂ’点が入口管９の内径ｄｉの中に入る場合には、Ｂ点をＡ点からε下げた位置で定義している。
【００１２】
入口管から流入した二相流が溝に流入するまでの間に、極力微細液滴ミストが発生し難い流路形状にするためには、ＳｏからＳｅまで徐々に流路断面積が変化することが望ましいが、上容器６５の直線部立ち上げ長さｈｕが長いｈｕ／ｈｉ＝２．１２の場合にはＤ点の流路断面積は大幅に大きくなり、その後Ｅ点に向け、急激に流路断面積が縮小し、この部分で流れの減速、加速が起こるため、図１８に示したようにガス側液混入割合が大きくなっている。ｈｕ／ｈｉ＝１．４９の場合にもＤ点の流路断面積はＥ点の流路断面積より若干大きくなっているが、図１８に示したガス側液混入割合はｈｕ／ｈｉ＝２．１２の場合より改善されている。更にｈｕ／ｈｉ＝０．８７と小さくすると、流路断面積はＳｏからＳｅまで徐々に大きくなり、図１８に示したガス側液混入割合は十分に小さくなる。なお、図１９において、横軸上のＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ点の位置が変化している理由は、上容器６５の直線部立ち上げ長さｈｕが変わることにより距離Ｏ−Ａが変化するためである。
【００１３】
以上に述べたように、入口管９から流入した二相流が溝１３に流入するまでの間に、極力微細液滴ミストが発生し難い流路形状にするために、上容器６５の直線部立ち上げ長さｈｕを短くすることが有効であることが明らかになった。しかし、図１５に示した上容器６５の直線部立ち上げ長さｈｕを短くすると、溝付き体上面７７から溶接点７８までの距離が短くなり、溶接による熱影響で薄板金属の溝付き体６は焼きなまされ、弾性力を失い、溝付き体６が下容器６６に密着出来ず、冷媒の流れの影響等により、溝付き体６と下容器６６、あるいは溝付き体６と溝下側支持体Ｂ６７がぶつかり合い摩耗や、音の発生等、信頼性の問題が発生する可能性の課題が明らかになった。また、溶接時に下容器６６の溝付き体６の部分を水没させることにより、溶接による熱影響を避けることも考えられるが、実際の製品の溝付き体上面７７から溶接点７８までの距離は１０ｍｍ程度以下であり、作業性が悪く、また確実に熱影響を避けることの信頼性が低い課題が明らかになった。本発明の目的とするところは、以上の観点より、気液容器自体を絞り品で形成し溶接工程をなくし、溝付き体の熱による損傷を防止すると共に、気液容器の絞り部と入口仕切体間に形成される流路断面積を急激に変化させないように構成し、該流路内で微細液滴ミストが多量に発生してしまうことを防止するようにしたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明はかかる課題を解決するため第一に、従来技術の様に上容器と下容器を別体にすることなく、一体容器とし、一体容器には、液出口管を溶接するバーリングと下ビード等を設け、バーリングに液出口管を溶接した後、一体容器内に溝下側支持体を挿入し、下ビード等に突きあて溝下側支持体の下端位置を決めた後、溝下側支持体、溝付き体、入口仕切体が密着するように押し付けて溝付体、入口仕切体を挿入し、上ビード等で入口仕切体の上端位置を位置決めし、その後、容器上下両端を絞る容器一体構造とし、最終的に入口管、ガス出口管を溶接する構成とすると共に、絞り部と入口仕切体間に形成される流路断面積を急激に変化させないようにしたものである。
【００１５】
かかる構成にすることにより、溝付き体直近での溶接を無くすことにより、溝付き体が溶接による熱影響を受けないため、直線部立ち上げ長さｈｕを短く出来、良好な分離性能を確保出来る。
【００１６】
本発明はかかる課題を解決するため第二に、気液容器の絞り部を構成する傾斜面開始点Ｐ１から入口仕切体の上つば部までの距離をｈｕとし、上記入口仕切体の山形部を形成する傾斜面開始点Ｐ２から入口仕切体の上つば部までの距離をｈｉとした時、ｈｕ／ｈｉを１．５以下としたものである。
【００１７】
かかる構成にすることにより、流路内で撹乱を生じさせないので、多量の微細液滴ミストを発生することがない。従って、良好な分離性能を確保することが出来る。
【００１８】
本発明はかかる課題を解決するため第三に、金属製の入口仕切体と金属製の溝付き体および金属製の溝付き体と金属製の溝下側支持体をそれぞれ密着させ、点溶接等で三者をそれぞれ接合した後、一体容器内に挿入し、ビード等で位置決めし、その後、容器上下両端を絞る容器一体構造とし、最終的に入口管、ガス出口管を溶接する構成とした。
【００１９】
かかる構成にすることにより、溝下側支持体、溝付き体、入口仕切体を一体容器内に組み込む前に、溝下側支持体、溝付き体、入口仕切体が密着していることを確認でき、信頼性が高く、良好な分離性能を確保でき、また、溝下側支持体、溝付き体、入口仕切体を一つの部品として一体容器内に組み込むことができるため、組み立て工数が低減し低価格な気液分離装置を提供できる。
【００２０】
本発明はかかる課題を解決するため第四に、従来技術の様に上容器と下容器を別体にすることなく、一体容器とし、溝付き体直近での溶接を無くすことにより、溝付き体が溶接による熱影響を受けない構成となるため、溝付き体と入口仕切体を樹脂で構成することができるため、溝付き体と入口仕切体を樹脂で一体成形した樹脂一体成型溝入口仕切体とし、一体容器に液出口管を溶接した後、一体容器内に樹脂一体成型溝入口仕切体を挿入し、ビード等で位置決めし、その後、容器上下両端を絞る容器一体構造とし、最終的に入口管、ガス出口管を溶接する構成とした。
【００２１】
かかる構成にすることにより、溝付き体と入口仕切体を樹脂で構成することができるため低価格化に有効である。また、溝付体と入口仕切体を一体にすることにより、一体容器内に１部品として組み込むことができ、加工工数が減少し低価格の気液分離装置を提供出来できる。
さらに、樹脂製の溝付き体にすることにより、溝付き体外周部に樹脂肉厚部が存在するため、溝付き体下端の樹脂肉厚部を、一体容器に設けた下ビードに接触させることにより樹脂一体成型溝入口仕切体の位置決めが可能になり、溝下側支持体が不要になるため、一層低価格な気液分離装置を提供できる。
【００２２】
本発明はかかる課題を解決するため第五に、従来技術の様に上容器と下容器を別体にすることなく、一体容器とし、溝付き体直近での溶接を無くすことにより、入口仕切体、溝付き体が溶接による熱影響を受けない構成となるため、入口仕切体、溝付き体、溝下側支持体の何れかを樹脂製とし、一体容器に液出口管を溶接した後、一体容器内に溝下側支持体、溝付き体、入口仕切体を挿入し、ビード等で位置決めし、その後、容器上下両端を絞る容器一体構造とし、最終的に入口管、ガス出口管を溶接する構成とした。
【００２３】
かかる構成にすることにより、溝下側支持体、溝付き体、入口仕切体の何れかを必要に応じ樹脂製にでき、低価格化に有効である。
【００２４】
本発明はかかる課題を解決した気液分離装置を冷凍サイクルの減圧器の下流に組み込んだ冷凍装置とした。
【００２５】
本発明の気液分離装置を冷凍装置に組み込むことにより、効率の良い冷凍装置が得られるものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、以上説明した如き構成を有するものであるから、従来のごとく溝付き体を損傷することがないことは勿論、直線部立ち上げ長さｈｕを短く出来、良好な分離性能を確保出来る。さらに、先に出願した従来技術の様に下容器に拡管加工することなく、また下容器と上容器の溶接も不要なため、低価格の表面張力型気液分離装置を提供出来る。
【００２７】
また、溝下側支持体、溝付き体、入口仕切体を密着させ、点溶接等で三者を接合した後、一体容器内に挿入し、ビード等で位置決めし、その後、容器上下両端を絞る容器一体構造とし、最終的に入口管、ガス出口管を溶接する構成とすることにより、溝下側支持体、溝付き体、入口仕切体を一体容器内に組み込む前に、溝下側支持体、溝付き体、入口仕切体が互いに密着しているかを確認出来、信頼性が高く、良好な分離性能を確保でき、また、溝下側支持体、溝付き体、入口仕切体を一つの部品として一体容器内に組み込むことが出来るため、組み立て工数が低減し低価格な気液分離装置を提供できる。
【００２８】
従来技術の様に上容器と下容器を別体にすることなく、一体容器とし、溝付き体直近での溶接を無くし、溝付き体が溶接による熱影響を受けない構成となるため、溝付き体と入口仕切体を樹脂で構成することができるため低価格化に有効である。
また、溝付き体と入口仕切体を樹脂で一体成形した樹脂一体成型溝入口仕切体とし、一体容器に液出口管を溶接した後、一体容器内に樹脂一体成型溝入口仕切体を挿入し、ビード等で位置決めし、その後、容器上下両端を絞る容器一体構造とし、最終的に入口管、ガス出口管を溶接する構成とすることにより、溝付き体と入口仕切体が一体であるため一体容器内に１部品として組み込むことができ、加工工数が減少し低価格の気液分離装置を提供出来できる。
さらに、樹脂製の溝付き体にすることにより、溝付き体外周部に樹脂肉厚部が存在するため、溝付き体下端の樹脂肉厚部を、一体容器に設けた下ビードに接触させることにより樹脂一体成型溝入口仕切体の位置決めが可能になり、溝下側支持体が不要になるため、一層低価格な気液分離装置を提供できる。
【００２９】
従来技術の様に上容器と下容器を別体にすることなく、一体容器とし、溝付き体直近での溶接を無くすことにより、溝下側支持体、溝付き体、入口仕切体が溶接による熱影響を受けないため、溝下側支持体、溝付体、入口仕切体の何れかを必要に応じ樹脂製にでき、低価格化に有効である。
【００３０】
本発明の気液分離装置を冷凍装置に組み込むことにより、効率の良い冷凍装置が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明を備えた第１の実施の形態の気液分離装置を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す気液分離装置の拡大Ａ−Ａ水平断面図である。
【図３】薄板を折り曲げて構成した溝付き体６の展開斜視図である。
【図４】（ａ）は図１に示す溝下側支持体５の拡大平面図である。（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】（ａ）は図１に示す入口仕切体７の拡大平面図である。（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図６】図１の一体容器上下両端絞り前の容器一体構造を示す断面図である。
【図７】本発明を備えた第２の実施の形態の気液分離装置に関わる部品を示す縦断面図である。
【図８】本発明を備えた第３の実施の形態の樹脂一体成型溝入口仕切体を示す斜視縦断面図である。
【図９】図８に示す、樹脂一体成型溝入口仕切体のＤ−Ｄ拡大断面図である。
【図１０】図８に示す樹脂一体成型溝入口仕切体を組み込んだ気液分離装置を示す斜視縦断面図である。
【図１１】本発明を備えた第４の実施の形態の気液分離器を示す縦断面図である。
【図１２】図１１に組み込まれる金属製の溝付き体平面図である。
【図１３】本発明を備えた第５の実施の形態として、上記した気液分離装置を冷凍サイクルに使用した場合の第一の冷凍サイクル構成図である。
【図１４】本発明を備えた第６の実施の形態として、上記した気液分離装置を冷凍サイクルに使用した場合の第二の冷凍サイクル構成図である。
【図１５】先に出願した表面張力型気液分離装置の縦断面図である。
【図１６】図１５のＥ−Ｅ断面図である。
【図１７】図１５の入口仕切体の平面拡大図である。
【図１８】上容器の直線部長さｈｕが分離性能におよぼす実験結果を示すグラフで、本発明と従来課題を説明する図である。
【図１９】入口管出口Ｏ点から入口仕切体に沿う流路断面積の変化を示すグラフで、本発明と従来課題を説明する図ある。
【図２０】入口管出口から溝に流入するまでの入口仕切体に沿う流路断面位置を示す断面図で、本発明と従来課題を説明する図ある。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって、この発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００３３】
図１は本発明を備えた第１の実施の形態の気液分離装置を示す縦断面図であり、図２は図１に示す気液分離装置の拡大Ａ−Ａ水平断面図である。図３は薄板を折り曲げて溝１３を構成した溝付き体６の展開斜視図である。図４（ａ）は図１に示す溝下側支持体５の拡大平面図である。図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図５（ａ）は図１に示す入口仕切体７の拡大平面図である。図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
図６は図１の一体容器上下両端絞り前の容器一体構造を示す断面図である。
図１において、円筒状の一体容器１には、液出口管４を溶接するバーリング２と下ビード３を設け、バーリング２に液出口管４を溶接した後、一体容器内に金属製薄板材で加工された溝下側支持体５を挿入し、下ビード３に突きあて溝下側支持体５の下端位置を決めた後、溝付き体６、その上流部に金属製薄板材で加工された入口仕切体７を設け、気液分離室２４を構成する気液分離体とし、溝下側支持体５、溝付き体６、入口仕切体７が密着するように押し付けて挿入し、上ビード８等で入口仕切体７の上端位置を決め、図６に示す一体容器上下両端絞り前の容器一体構造を構成する。その後、一体容器上下両端を絞り容器一体構造とし、最終的に入口管９を上絞り部１０に溶接し、ガス出口管１１を下絞り部１２に溶接する構成としている。
【００３４】
溝付き体６は入口仕切体７から溝下側支持体５に向かう溝１３が設けられており、溝付き体６は図３に示す金属製薄板材を折り曲げて溝１３が構成され、これを丸めて図２に示すように一体容器１に挿入されている。
【００３５】
金属製薄板材で加工された溝下側支持体５には図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、下つば部１４が設けられ、下つば部１４には二相流が流れることが出来るように下スリット１５が設けられ、さらに、下つば部１４の外周には、下つば立下り部１６が設けられ、下つば立下り部１６の下端１７が下ビード３に突き当たり、一体容器１内における溝下側支持体５の高さ方向の位置が規定される。
【００３６】
金属製薄板材で加工された入口仕切体７には図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、上つば部１８が設けられ、上つば部１８には二相流が流れることが出来るように上スリット１９が設けられ、さらに、上つば部１８の外周には上つば立上がり部２０が設けられ、上つば立上がり部上端２１が上ビード８に突き当てられ、一体容器１内で溝下側支持体５、溝付き体６、入口仕切体７をお互いに密着するように押し付けた状態で高さ方向の位置が規定される。
【００３７】
以上に述べたように、円筒状の一体容器１に、液出口管４を溶接するバーリング２と下ビード３を設け、バーリング２に液出口管４を溶接した後、一体容器内に溝下側支持体５を挿入し、下つば立下り部下端１７を下ビード３に突き当て、溝下側支持体５の下端位置を決めた後、溝下側支持体５、溝付き体６、入口仕切体７が密着するように溝付き体６、入口仕切体７を押し付けて挿入し、上つば立上がり部上端２１が上ビード８に突き当たるよう上ビード８を加工し上端位置を位置決めし、一体容器上下両端を絞る前の状態を構成する。一体容器上下両端を絞る前の状態が図６である。
【００３８】
かかる構成において、気液二相流は図１の入口管９から流入室２２に流入し、一体容器１と入口仕切体７の間に形成される狭小空間４７を通り全ての二相流は溝１３内に流入する。溝１３内で液相成分は表面張力の作用により溝内に付着しながら下降し、溝下部から容器底部２３に流れ、容器底部２３に設けた液出口管４より取り出される。一方、気相成分は溝１３内を下降する過程で気液分離室２４に流出し、気液分離室２４内を上昇し、ガス出口管上端２５よりガス出口管１１に入り、取り出される。
【００３９】
先に出願した従来技術の様に、上容器と下容器を別体にすることなく、一体容器１とし、一体容器１に液出口管４を溶接した後、一体容器内に溝下側支持体５、溝付き体６、入口仕切体７を挿入し、下ビード３、上ビード８等で位置決めし、その後、容器上下両端を絞る容器一体構造とし、最終的に入口管９、ガス出口管１１を溶接する構成にすることにより、溝付き体６の直近での溶接を無くし、溝付き体６が溶接による熱影響を受けないため、直線部立ち上げ長さｈｕを短く出来、良好な分離性能を確保出来る。さらに、先に出願した表面張力型気液分離装置のように下容器に拡管加工することなく、また下容器と上容器の溶接も不要なため、低価格で、信頼性の高い表面張力型気液分離装置を提供出来る。
【００４０】
また、上記気液分離装置の外郭を構成する一体容器１の絞り部１ａを構成する傾斜面開始点Ｐ１から入口仕切体７の上つば部１８までの距離をｈｕとし、上記入口仕切体７の山形部７ａを形成する傾斜面開始点Ｐ２から入口仕切体７の上つば部１８までの距離をｈｉとした時、ｈｕ／ｈｉを図１５に示す如く１．５以下とする。
ｈｕ／ｈｉが１．５以上になると、図１９に示す如く流路断面積比が例えば２．１２の曲線の如く、途中で大きく変ることとなる。
流路断面積比が上記の如く、大きく変ると入口管９より吐出された気液二相流がこの変わったところで撹拌され、多量の微細液滴ミストを発生させ、気液分離性能を低下させてしまう。
【００４１】
なお、ｈｕ／ｈｉ比の限界は、１．０以下であっても良いことを図１９に示す如く実験で確認している。
また、ここで言う流路とは、絞り部１ａを含む一体容器と、山形部７ａを含む入口仕切体７との間に形成される流路であり、流入室２２、狭小空間４７等を含むものである。そして、この流路は項番［００１１］で説明した流路断面積と同じものをさしている。
【実施例２】
【００４２】
図７は本発明を備えた第２の実施の形態の気液分離装置に関わる部品を示す縦断面図である。
図７は金属製の入口仕切体７と金属製の溝付き体６および金属製の溝付き体６と金属製の溝下側支持体５をそれぞれ密着させ、複数の溶接点で接合した接合体２６の断面図である。
入口仕切体７と溝付き体の上端面３２の間に隙間があると溝１３に流入する二相流の一部は気液分離室２４に流れやすくなり、液相成分が気液分離室２４に流れ、図１に示すガス出口管上端部２５からガス出口管１１に流れ、分離性能が低下する問題がある。
また、入口仕切体７と溝付き体の上端面３２の間、および、溝付き体の下端面３３と溝下側支持体５の間に隙間があると冷媒の流れの影響等により溝付き体６が上下方向に振動する可能性ができ、入口仕切体７および溝下側支持体５とぶつかり合い、摩耗や、音の発生等、信頼性の問題が発生する可能性が考えられる。
そこで、図７に示すように、入口仕切体７と溝付き体６を密着させた状態で、入口仕切体７の下突起部２７と溝１３の溝頂部２８を複数の上溶接点２９で溶接し、さらに、溝付き体６と溝下側支持体５を密着させた状態で、溝１３の溝頂部２８と溝下側支持体５の上突起部３０を複数の下溶接点３１で溶接している。
【００４３】
かかる構成にすることにより、入口仕切体７、溝付き体６、溝下側支持体５を一体容器内に組み込む前に、入口仕切体７、溝付き体６、溝下側支持体５が互いに密着しているかを確認出来、信頼性が高く、良好な分離性能を確保でき、また、溝下側支持体、溝付き体、入口仕切体を一つの部品として一体容器内に組み込むことが出来るため、組み立て工数が低減し低価格な気液分離装置を提供できる。
【実施例３】
【００４４】
図８は本発明を備えた第３の実施の形態の樹脂一体成型溝入口仕切体を示す斜視縦断面図であり、図９は図８に示す樹脂一体成型溝入口仕切体のＤ−Ｄ拡大断面図である。図１０は樹脂一体成型溝入口仕切体を組み込んだ気液分離装置を示す斜視縦断面図である。
図１０において、従来技術のように上容器と下容器を別体にすることなく、一体容器とし、溝付き体直近での溶接を無くすことにより、溝付き体が溶接による熱影響を受けない構成となるため、溝付き体と入口仕切体を樹脂で構成することができ、樹脂製入口仕切体４１と樹脂製溝付き体４８は図９に示すように樹脂一体成型溝入口仕切体３４として一体で成形されている。図９に示すように、溝付き体外周部には樹脂肉厚部３５が存在し、この樹脂肉厚部は、図８に示すように溝付き部上端面３６から上部突起３７として立ち上がっている。溝付き部上端面３６から上部突起３７を設けている理由は、上部突起３７が無いと一体容器１の内面に沿った二相流の流れは図９に示した樹脂肉厚部３５に衝突し、多くの微細液滴ミストを発生させ、微細液滴ミストは溝１３内に流入し、溝表面に付着することなく溝間をすり抜け気液分離室２４に流出する確率が高くなり、ガス出口管１１から液も流出し、十分な分離性能を確保出来なくなるのを防止するためである。
【００４５】
図１０に示すように、円筒状の一体容器１に、液出口管を溶接するバーリング２と下ビード３を設け、バーリング２に液出口管４を溶接した後、樹脂一体成型溝入口仕切体３４を一体容器１に挿入し、樹脂一体成型溝入口仕切体下端面３８を下ビード３に突きあて、樹脂一体成型溝入口仕切体３４の下端位置を決めた後、樹脂一体成型溝入口仕切体３４に設けた上部突起３７の上部突起上端面外周３９を上絞り部起点４０として上絞り部１０を絞り、樹脂一体成型溝入口仕切体３４の上部を位置決めし、同時に下絞り部１２を絞る構成としている。
【００４６】
かかる構成において、気液二相流は入口管９から流入室２２に流入し、上部突起３７と樹脂製入口仕切体４１の間に構成される狭小空間４７を通り全ての二相流は溝１３内に流入する。溝１３内で液相成分は表面張力の作用により溝内に付着しながら下降し、溝下部から容器底部２３に流れ、容器底部に設けた液出口管４より取り出される。一方、気相成分は溝１３内を下降する過程で気液分離室２４に流出し、気液分離室２４内を上昇し、ガス出口管上端２５よりガス出口管１１に入り、取り出される。
【００４７】
従来技術の様に上容器と下容器を別体にすることなく、一体容器とし、溝付き体直近での溶接を無くすことにより、溝付き体が溶接による熱影響を受けない構成となるため、溝付き体と入口仕切体を樹脂で構成することができるため低価格化に有効である。
また、溝付き体と入口仕切体が一体であるため、一体容器内に１部品として組み込むことができ、加工工数が減少し低価格の気液分離装置を提供出来できる。
さらに、樹脂製の溝付き体にすることにより、溝付き体外周部に樹脂肉厚部３５が存在するため、樹脂一体成型溝入口仕切体下端面３８を、一体容器に設けた下ビード３に突き当てることにより樹脂一体成型溝入口仕切体の位置決めが可能になり、溝下側支持体が不要になるため、一層低価格な気液分離装置を提供できる。
【実施例４】
【００４８】
図１１は本発明を備えた第４の実施の形態の気液分離器を示す縦断面図である。図１２は図１１に組み込まれる金属製の溝付き体平面図である。
図１１は基本的には図１と同様な構成であるが、図１と異なる点は図１の金属製の入口仕切体７および金属性の溝下支持体５に代え、図１１では樹脂製入口仕切体４１および樹脂製溝下支持体４２としている点である。溝付き体は図１、図１１共に図１２に示す金属製の溝付き体６である。図１１の樹脂製入口仕切体４１には上つば部１８が設けられ、上つば部１８には二相流が流れることが出来るように上スリット１９が設けられ、上つば部肉厚Ｂ１は樹脂製でも強度を確保出来るように肉厚を厚くしている。また、図１１の樹脂製溝下支持体４２には下つば部１４が設けられ、下つば部１４には二相流が流れることが出来るように下スリット１５が設けられ、下つば部肉厚Ｂ２は樹脂製でも強度を確保出来るように肉厚を厚くしている。
【００４９】
かかる構成において、気液二相流は入口管９から流入室２２に流入し、一体容器１と樹脂製入口仕切体４１の間に形成される狭小空間４７を通り全ての二相流は溝１３内に流入する。溝１３内で液相成分は表面張力の作用により溝内に付着しながら下降し、溝下部から容器底部２３に流れ、容器底部に設けた液出口管４より取り出される。一方、気相成分は溝１３内を下降する過程で気液分離室２４に流出し、気液分離室２４内を上昇し、ガス出口管上端２５よりガス出口管１１に入り、取り出される。
【００５０】
このように樹脂製入口仕切体４１、金属製の溝付き体６、樹脂製溝下支持体４２を組み合わせる理由は以下によるものである。
【００５１】
第３の実施の形態において、溝付き体と入口仕切体を樹脂で構成することができるため低価格化に有効であると述べた。
しかし、入口管９から流入する二相流に多くの微細液滴ミストが含まれる場合には、高い分離性能を得るために、溝数を多くし、また、溝幅を狭くすることにより微細液滴ミストが溝壁面に付着する確率を高くする必要がある。しかし、図９に示した樹脂製溝付き体４８では、溝を構成する溝立ち上がり部肉厚４３を小さくするには限界があり、また、溝幅ｂを小さくするには成型上の限界がある。従って、上記したように極めて微細な溝を必要とする場合には、図１２に示した金属性の溝付き体６を使用し、入口仕切体と溝下支持体には価格低減の観点から、樹脂製入口仕切体４１および樹脂製溝下支持体４２を使用している。
【００５２】
一方、入口管９から流入する二相流の条件によっては、図９に示した樹脂製の溝付き体４８で分離性能を確保出来る条件も勿論あり、その場合には低価格化の観点から図９に示した樹脂製溝付き体４８を使用出来る。それに対して、図１１に示す、溝付き体に流入する二相流の流速４４が速い場合には、一体容器内面に沿う流れ４５も速く、一体容器内面に沿う流れは、上つば外周部上面４６に勢いよく衝突し多くの微細液滴ミストを発生させ、微細液滴ミストは溝１３内に流入する。溝に流入する微細液滴ミストが多く存在すると、微細液滴ミストは溝表面に付着することなく、溝間をすり抜け気液分離室２４に流出する確率が高くなり、ガス出口管１１から液も流出し、十分な分離性能を確保出来なくなる。
【００５３】
このような使用条件の場合には、低価格化の観点から図９に示した樹脂製溝付き体４８を使用し、分離性能確保の観点から、図１、図５に示した金属製薄板材で加工された入口仕切体６を使用することにより、上つば部１８の外周に設けられた上つば立上がり部２０の肉厚Ｔが薄いため、一体容器内面に沿う流れ４５が上つば立上がり部上端２１に衝突しても微細液滴ミストの発生が緩和され、良好な分離性能を確保出来る。
【００５４】
以上に述べた第１の実施の形態から第４の実施の形態では、一体容器１内に挿入される入口仕切体６溝下支持体５等の位置決めをするために、上ビード８、下ビード３を用いているが、それらの位置決めを行う手段として、一体容器１の内側に複数の点状突起を一体容器１の外側から加工した、ディンプルでも良い。
また、以上に述べた第１の実施の形態、第２の実施の形態および第４の実施の形態では、下ビード３に溝下側支持体５を突き当て位置決めしているが、溝付き体の剛性が十分にある場合には溝付き体の下端面３３を下ビード３に突き当て、位置決め出来る為、この場合は溝下側支持体５は不要になる。
【実施例５】
【００５５】
図１３は第５の実施の形態として、上記した気液分離装置を冷凍サイクルに使用した場合の第一の冷凍サイクル構成図である。図１３に示した冷凍サイクル構成図には本実施形態を説明するために必要な基本的構成要素を示している。すなわち、圧縮機５０は第一のシリンダ５１と第二のシリンダ５２を有し、圧縮機で吸い込んだ低温低圧の気相冷媒は第一のシリンダ５１と第二のシリンダ５２で二段に圧縮され高温高圧気相冷媒となり冷媒吐出管５３を経て、凝縮器５４で凝縮器用送風機５５で送られる空気に放熱し、高圧液冷媒となる。その液冷媒は第一の減圧器５６で減圧され二相流となり、入り口管９から気液分離装置５７に流入し、液相冷媒は液出口管４から出た後、第二の減圧器５８でさらに減圧され、蒸発器５９に入り蒸発器用送風機６０で送られる空気から熱を奪い低温低圧の気相冷媒となり、圧縮機５０に吸い込まれる。一方、気液分離装置５７で分離された気相冷媒はガス出口管１１から第二のシリンダ５２に吸い込まれるため、気液分離装置５７で分離された蒸発に寄与しない気相冷媒は第一のシリンダ５１で圧縮する必要が無く、圧縮動力が節減でき、高効率な運転を可能にできる。
【実施例６】
【００５６】
図１４は第６の実施の形態として、上記した気液分離装置を冷凍サイクルに使用した場合の第二の冷凍サイクル構成図である。図１４に示した冷凍サイクル構成図には本実施形態を説明するために必要な基本的構成要素を示しており、ルームエアコン等の冷房運転、暖房運転切り替え可能なサイクルの暖房運転時の状態を示しており、室外ユニット６３と室内ユニット６４で構成されている。
圧縮機５０は第一のシリンダ５１を有し、圧縮機で吸い込んだ低温低圧の気相冷媒は第一のシリンダ５１で圧縮され高温高圧気相冷媒となり冷媒吐出管５３、四方弁６２を経て、凝縮器５４で凝縮器用送風機５５で送られる空気に放熱し、高圧液冷媒となる。その液冷媒は第一の減圧器５６で減圧され二相流となり、入り口管９から気液分離装置５７に流入し、液相冷媒は液出口管４から出た後、蒸発器５９に入り蒸発器用送風機６０で送られる空気から熱を奪い低温低圧の気相冷媒となり、圧縮機５０に吸い込まれる。一方、気液分離装置５７で分離された気相冷媒はガス出口管１１から圧縮機５０に吸い込まれる。気液分離装置５７で分離された蒸発に寄与しない気相冷媒はバイパス管６１を通り圧縮機５０に吸い込まれる。そのため、蒸発に寄与しない気相冷媒は蒸発器５９に流入しない為、蒸発器５９内の流速が低下し、蒸発器５９の圧力損失が低減され、圧縮動力が節減でき、高効率な運転を可能にできる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は従来の表面張力型気液分離装置の課題を解決するためになされたものであって、小型化を維持しながら高効率、低価格、高信頼性の気液分離装置を提供し、その基本的考え方はＨＦＣ系冷媒、ＨＦＯ系冷媒、自然冷媒および空気−水等の一般的な気相−液相からなる二相流にも適用可能であり、さらに、その気液分離装置を空気調和機、冷蔵庫、冷凍庫、除湿機、ショーケース、自動販売機、車両用冷凍・空調機および気液二相流を扱う流体機械装置等の産業上の利用可能性が高い。
【符号の説明】
【００５８】
１ 一体容器 １ａ 絞り部 ２ バーリング
３ 下ビード ４ 液出口管
５ 溝下側支持体 ６ 溝付き体
７ 入口仕切体 ７ａ 山形部 ８ 上ビード
９ 入口管 １０ 上絞り部
１１ ガス出口管 １２ 下絞り部
１３ 溝 １４ 下つば部
１５ 下スリット １６ 下つば立下り部
１７ 下つば立下り部下端 １８ 上つば部
１９ 上スリット ２０ 上つば立上がり部
２１ 上つば立上がり部上端 ２２ 流入室
２３ 容器底部 ２４ 気液分離室
２５ ガス出口管上端 ２６ 接合体
２７ 下突起部 ２８ 溝頂部
２９ 上溶接点 ３０ 上突起部
３１ 下溶接点 ３２ 溝付き体の上端面
３３ 溝付き体の下端面 ３４ 樹脂一体成型溝入口仕切体
３５ 樹脂肉厚部 ３６ 溝付き部上端面
３７ 上部突起 ３８ 樹脂一体成型溝入口仕切体下端面
３９ 上部突起上端面外周 ４０ 上絞り部起点
４１ 樹脂製入口仕切体 ４２ 樹脂製溝下支持体
４３ 溝立ち上がり部肉厚 ４４ 二相流の流速
４５ 一体容器内面に沿う流れ ４６ 上つば外周部上面
４７ 狭小空間 ４８ 樹脂製溝付き体
４９ ５０ 圧縮機
５１ 第一のシリンダ ５２ 第二のシリンダ
５３ 冷媒吐出配管 ５４ 凝縮器
５５ 凝縮器用送風機 ５６ 第一の減圧器
５７ 気液分離装置 ５８ 第二の減圧器
５９ 蒸発器 ６０ 蒸発器用送風機
６１ バイパス管 ６２ 四方弁
６３ 室外ユニット ６４ 室内ユニット
６５ 上容器 ６６ 下容器
６７ 溝下側支持体Ｂ ６８ 入口仕切体Ｂ
６９ 下部縮管部Ｂ ７０ つば部Ｂ
７１ スリットＢ ７２ 上容器直線部
７３ 拡管部 ７４ 拡管部上端
７５ 下容器底部 ７６ 中空部
７７ 溝付き体上面 ７８ 溶接点
【技術分野】
【０００１】
本発明は例えば冷凍サイクルや蒸気サイクル等の熱機関および気液二相流を扱う流体機械装置の気液分離装置に関し、詳細には、より一層の高性能化並びに低価格を図る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、気液二相流を扱う流体機械で、冷凍サイクルでは気体冷媒と液体冷媒を分離する気液分離装置、水蒸気と水あるいは空気と水を分離する気液分離装置および油と気体を分離するオイルセパレータ等の気液分離装置（以下これらを総称して気液分離装置と呼ぶ）は、重力によって液あるいは油を溜めるタンクを用いたり、旋回流の遠心力によって液あるいは油を壁面に付着させた後に重力によって液あるいは油を回収する気液分離装置が用いられている。
【０００３】
かかる構成の気液分離装置では、基本的に重力や遠心力などの体積力によって密度の大きい液相を分離する構造となっている。このため、タンクや旋回流発生装置を用いるため大型の装置となる問題が有った。
【０００４】
そこで、先に、発明者らは前記した課題を解決すべく、表面張力の作用により液相を溝内に付着させて流すことで、気液分離装置をより高性能化並びに小形化することを目的とする表面張力型気液分装置を発明し、その特許を出願した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許番号 特許第４２６８９９４号
【特許文献２】出願番号 特願２００８−３８０３４
【特許文献３】出願番号 特願２００８−２９０３６４
【特許文献４】出願番号 特願２００９−５２６４５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、先に出願した表面張力型気液分離装置（以下これを従来技術と呼ぶ）をさらに高性能化し且つ低価格化、高信頼性化を図るための課題を解決するものである。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題を図３と図１５から図２０を用い、具体的に説明する。図１５は先に出願した表面張力型気液分離装置の縦断面図であり、図１６は図１５のＥ−Ｅ断面図であり、図３は図１６に示した溝付き体の展開図である。図１７は図１５の入口仕切体の平面拡大図である。図１８は図１５に示した上容器の直線部長さｈｕが分離性能におよぼす実験結果を示すグラフである。図１９は図２０に示した入口管出口Ｏ点から入口仕切体に沿う流路断面積の変化を示すグラフである。図２０は入口管出口から溝に流入するまでの入口仕切体に沿う流路断面位置を示す断面図である。
【０００８】
先に出願した表面張力型気液分離装置は図１５に示すように、上容器６５と下容器６６の２分割構造になっており、下容器６６内に溝下側支持体Ｂ６７、微細溝を持つ溝付き体６、入口仕切体Ｂ６８が設けられている。溝下側支持体Ｂ６７はガス出口管１１に接合され、ガス出口管１１は下容器６６の下部縮管部Ｂ６９に接合されており、溝付き体６の下部位置を規定している。入口仕切体Ｂ６８には図１７に示すように、つば部Ｂ７０が設けられ、つば部Ｂ７０には二相流が流れることが出来るようにスリットＢ７１が設けられている。図１５に示すように、入口仕切体Ｂ６８は溝付き体６の上に設けられ、上容器直線部７２を下容器６６の拡管部７３にはめ込み、上容器直線部７２でつば部Ｂ７０の外周を押し付けた状態で入口仕切体Ｂ６８と溝付き体６が密着するように、拡管部上端７４で上容器６５と下容器６６を溶接した構造になっている。二相流の入口管９は上容器６５に取り付けられ、気液分離装置内で分離された液相は下容器底部７５に設けた液出口管４より取り出され、気相は下容器６６の下端から入口仕切体Ｂ６８の中空部７６まで挿入されたガス出口管１１より取り出される。
【０００９】
微細溝内において表面張力の作用により、気液分離を行うために必要な溝仕様を理論的に求めると、図１６に示すように、溝幅ｂは非常に小さく、溝深さｈは深い溝が必要であり、図３に示したように薄い金属板を折り曲げ、溝を構成し、これを丸めて溝付き体６として下容器６６に挿入する構造となっている。図３に示した溝付き体の自由長Ｌは下容器内径の周長より長く加工することにより、溝付き体６を丸めて下容器６６に挿入した時、溝付き体の弾性力により溝付き体６は下容器６６の内面に安定的に密着する。かかる構造において二相流は入口管９から流入し、入口仕切体Ｂ６８により溝１３に導かれ、全ての二相流は溝１３内に流入する。溝１３内で液相成分は表面張力の作用により溝１３内に付着しながら下降し、溝下部から下容器底部７５に流れ、下容器底部７５に設けた液出口管４より取り出される。一方、気相成分は溝１３内を下降する過程で気液分離室２４に流出し、気液分離室２４内を上昇し、ガス出口管上端２５よりガス出口管１１に入り取り出される。
【００１０】
良好な分離性能を得る為には、上記溝仕様の適正化が必要なことは言うまでもないが、溝１３に流入する液相成分に微細液滴ミストが多く存在すると、微細液滴ミストは溝表面に付着することなく、溝間をすり抜け気液分離室２４に流出し、ガス出口管１１から液も流出することになる。従って、入口管９から流入した二相流が溝１３に流入するまでの間に、極力微細液滴ミストが発生し難い流路形状が必要になる。そこで、入口管９から流入した二相流が溝１３に流入するまでの流路形状に影響を与えるパラメータの一つとして、図１５に示した上容器６５の直線部立ち上げ長さｈｕを変えた場合に分離性能におよぼす影響の実験を行い、その結果を図１８に示した。図１８において、横軸は図１５に示した入口仕切り体Ｂ６８の直線立ち上げ長さｈｉに対する上容器６５の直線部立ち上げ長さｈｕの比ｈｕ／ｈｉであり、縦軸は実験に用いた気液分離装置設計仕様の最大流量の二相流を入口管９から流入させたときに、流入二相流の全液量に対する、ガス側出口管１１に混入する液量の割合、即ち、ガス側液混入割合を示している。図１８より、上容器の直線部立ち上げ長さｈｕを短くすることにより、ガス側液混入割合が少なくなり、良好な分離性能が得られることが分かる。
【００１１】
そこで、入口管９の出口から溝１３に流入するまでの入口仕切体６８に沿う流路断面積の変化を求めた結果を図１９に示す。図１９において、横軸は図２０に示した入口管９の出口Ｏ点から入口仕切体Ｂ６８に沿うＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ点間の線分長さＯ−Ａ、Ａ−Ｂ、Ｂ−Ｃ、Ｃ−Ｄ、Ｄ−Ｅ、Ｅ−Ｆの総和Ｌに対するＯ点から各点までの長さＬｘの比Ｌｘ／Ｌであり、縦軸はＥ点の流路断面積Ｓｅに対する各点の位置における流路断面積Ｓｘの比Ｓｘ／Ｓｅである。Ｏ点の流路断面積は入口管内径の断面積であり、Ｂ、Ｃ、Ｄ点の流路断面積は入口仕切体の傾斜面に直角に引いた線分Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’、Ｄ−Ｄ’の中心軸Ｙ−Ｙに対する回転体として形成される部分円錐の側面積Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄとして定義されている。Ｅ点の流路断面積Ｓｅは入口仕切体Ｂ６８の直線部外径と上容器６５の直線部内径の間の断面積である。Ｆ点の流路断面積ＳｆがＳｅより若干小さくなっている理由は、図２０に示した様に、入口仕切体が溝に対してδラップしているためである。なお、Ｂ’点が入口管９の内径ｄｉの中に入る場合には、Ｂ点をＡ点からε下げた位置で定義している。
【００１２】
入口管から流入した二相流が溝に流入するまでの間に、極力微細液滴ミストが発生し難い流路形状にするためには、ＳｏからＳｅまで徐々に流路断面積が変化することが望ましいが、上容器６５の直線部立ち上げ長さｈｕが長いｈｕ／ｈｉ＝２．１２の場合にはＤ点の流路断面積は大幅に大きくなり、その後Ｅ点に向け、急激に流路断面積が縮小し、この部分で流れの減速、加速が起こるため、図１８に示したようにガス側液混入割合が大きくなっている。ｈｕ／ｈｉ＝１．４９の場合にもＤ点の流路断面積はＥ点の流路断面積より若干大きくなっているが、図１８に示したガス側液混入割合はｈｕ／ｈｉ＝２．１２の場合より改善されている。更にｈｕ／ｈｉ＝０．８７と小さくすると、流路断面積はＳｏからＳｅまで徐々に大きくなり、図１８に示したガス側液混入割合は十分に小さくなる。なお、図１９において、横軸上のＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ点の位置が変化している理由は、上容器６５の直線部立ち上げ長さｈｕが変わることにより距離Ｏ−Ａが変化するためである。
【００１３】
以上に述べたように、入口管９から流入した二相流が溝１３に流入するまでの間に、極力微細液滴ミストが発生し難い流路形状にするために、上容器６５の直線部立ち上げ長さｈｕを短くすることが有効であることが明らかになった。しかし、図１５に示した上容器６５の直線部立ち上げ長さｈｕを短くすると、溝付き体上面７７から溶接点７８までの距離が短くなり、溶接による熱影響で薄板金属の溝付き体６は焼きなまされ、弾性力を失い、溝付き体６が下容器６６に密着出来ず、冷媒の流れの影響等により、溝付き体６と下容器６６、あるいは溝付き体６と溝下側支持体Ｂ６７がぶつかり合い摩耗や、音の発生等、信頼性の問題が発生する可能性の課題が明らかになった。また、溶接時に下容器６６の溝付き体６の部分を水没させることにより、溶接による熱影響を避けることも考えられるが、実際の製品の溝付き体上面７７から溶接点７８までの距離は１０ｍｍ程度以下であり、作業性が悪く、また確実に熱影響を避けることの信頼性が低い課題が明らかになった。本発明の目的とするところは、以上の観点より、気液容器自体を絞り品で形成し溶接工程をなくし、溝付き体の熱による損傷を防止すると共に、気液容器の絞り部と入口仕切体間に形成される流路断面積を急激に変化させないように構成し、該流路内で微細液滴ミストが多量に発生してしまうことを防止するようにしたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明はかかる課題を解決するため第一に、従来技術の様に上容器と下容器を別体にすることなく、一体容器とし、一体容器には、液出口管を溶接するバーリングと下ビード等を設け、バーリングに液出口管を溶接した後、一体容器内に溝下側支持体を挿入し、下ビード等に突きあて溝下側支持体の下端位置を決めた後、溝下側支持体、溝付き体、入口仕切体が密着するように押し付けて溝付体、入口仕切体を挿入し、上ビード等で入口仕切体の上端位置を位置決めし、その後、容器上下両端を絞る容器一体構造とし、最終的に入口管、ガス出口管を溶接する構成とすると共に、絞り部と入口仕切体間に形成される流路断面積を急激に変化させないようにしたものである。
【００１５】
かかる構成にすることにより、溝付き体直近での溶接を無くすことにより、溝付き体が溶接による熱影響を受けないため、直線部立ち上げ長さｈｕを短く出来、良好な分離性能を確保出来る。
【００１６】
本発明はかかる課題を解決するため第二に、気液容器の絞り部を構成する傾斜面開始点Ｐ１から入口仕切体の上つば部までの距離をｈｕとし、上記入口仕切体の山形部を形成する傾斜面開始点Ｐ２から入口仕切体の上つば部までの距離をｈｉとした時、ｈｕ／ｈｉを１．５以下としたものである。
【００１７】
かかる構成にすることにより、流路内で撹乱を生じさせないので、多量の微細液滴ミストを発生することがない。従って、良好な分離性能を確保することが出来る。
【００１８】
本発明はかかる課題を解決するため第三に、金属製の入口仕切体と金属製の溝付き体および金属製の溝付き体と金属製の溝下側支持体をそれぞれ密着させ、点溶接等で三者をそれぞれ接合した後、一体容器内に挿入し、ビード等で位置決めし、その後、容器上下両端を絞る容器一体構造とし、最終的に入口管、ガス出口管を溶接する構成とした。
【００１９】
かかる構成にすることにより、溝下側支持体、溝付き体、入口仕切体を一体容器内に組み込む前に、溝下側支持体、溝付き体、入口仕切体が密着していることを確認でき、信頼性が高く、良好な分離性能を確保でき、また、溝下側支持体、溝付き体、入口仕切体を一つの部品として一体容器内に組み込むことができるため、組み立て工数が低減し低価格な気液分離装置を提供できる。
【００２０】
本発明はかかる課題を解決するため第四に、従来技術の様に上容器と下容器を別体にすることなく、一体容器とし、溝付き体直近での溶接を無くすことにより、溝付き体が溶接による熱影響を受けない構成となるため、溝付き体と入口仕切体を樹脂で構成することができるため、溝付き体と入口仕切体を樹脂で一体成形した樹脂一体成型溝入口仕切体とし、一体容器に液出口管を溶接した後、一体容器内に樹脂一体成型溝入口仕切体を挿入し、ビード等で位置決めし、その後、容器上下両端を絞る容器一体構造とし、最終的に入口管、ガス出口管を溶接する構成とした。
【００２１】
かかる構成にすることにより、溝付き体と入口仕切体を樹脂で構成することができるため低価格化に有効である。また、溝付体と入口仕切体を一体にすることにより、一体容器内に１部品として組み込むことができ、加工工数が減少し低価格の気液分離装置を提供出来できる。
さらに、樹脂製の溝付き体にすることにより、溝付き体外周部に樹脂肉厚部が存在するため、溝付き体下端の樹脂肉厚部を、一体容器に設けた下ビードに接触させることにより樹脂一体成型溝入口仕切体の位置決めが可能になり、溝下側支持体が不要になるため、一層低価格な気液分離装置を提供できる。
【００２２】
本発明はかかる課題を解決するため第五に、従来技術の様に上容器と下容器を別体にすることなく、一体容器とし、溝付き体直近での溶接を無くすことにより、入口仕切体、溝付き体が溶接による熱影響を受けない構成となるため、入口仕切体、溝付き体、溝下側支持体の何れかを樹脂製とし、一体容器に液出口管を溶接した後、一体容器内に溝下側支持体、溝付き体、入口仕切体を挿入し、ビード等で位置決めし、その後、容器上下両端を絞る容器一体構造とし、最終的に入口管、ガス出口管を溶接する構成とした。
【００２３】
かかる構成にすることにより、溝下側支持体、溝付き体、入口仕切体の何れかを必要に応じ樹脂製にでき、低価格化に有効である。
【００２４】
本発明はかかる課題を解決した気液分離装置を冷凍サイクルの減圧器の下流に組み込んだ冷凍装置とした。
【００２５】
本発明の気液分離装置を冷凍装置に組み込むことにより、効率の良い冷凍装置が得られるものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、以上説明した如き構成を有するものであるから、従来のごとく溝付き体を損傷することがないことは勿論、直線部立ち上げ長さｈｕを短く出来、良好な分離性能を確保出来る。さらに、先に出願した従来技術の様に下容器に拡管加工することなく、また下容器と上容器の溶接も不要なため、低価格の表面張力型気液分離装置を提供出来る。
【００２７】
また、溝下側支持体、溝付き体、入口仕切体を密着させ、点溶接等で三者を接合した後、一体容器内に挿入し、ビード等で位置決めし、その後、容器上下両端を絞る容器一体構造とし、最終的に入口管、ガス出口管を溶接する構成とすることにより、溝下側支持体、溝付き体、入口仕切体を一体容器内に組み込む前に、溝下側支持体、溝付き体、入口仕切体が互いに密着しているかを確認出来、信頼性が高く、良好な分離性能を確保でき、また、溝下側支持体、溝付き体、入口仕切体を一つの部品として一体容器内に組み込むことが出来るため、組み立て工数が低減し低価格な気液分離装置を提供できる。
【００２８】
従来技術の様に上容器と下容器を別体にすることなく、一体容器とし、溝付き体直近での溶接を無くし、溝付き体が溶接による熱影響を受けない構成となるため、溝付き体と入口仕切体を樹脂で構成することができるため低価格化に有効である。
また、溝付き体と入口仕切体を樹脂で一体成形した樹脂一体成型溝入口仕切体とし、一体容器に液出口管を溶接した後、一体容器内に樹脂一体成型溝入口仕切体を挿入し、ビード等で位置決めし、その後、容器上下両端を絞る容器一体構造とし、最終的に入口管、ガス出口管を溶接する構成とすることにより、溝付き体と入口仕切体が一体であるため一体容器内に１部品として組み込むことができ、加工工数が減少し低価格の気液分離装置を提供出来できる。
さらに、樹脂製の溝付き体にすることにより、溝付き体外周部に樹脂肉厚部が存在するため、溝付き体下端の樹脂肉厚部を、一体容器に設けた下ビードに接触させることにより樹脂一体成型溝入口仕切体の位置決めが可能になり、溝下側支持体が不要になるため、一層低価格な気液分離装置を提供できる。
【００２９】
従来技術の様に上容器と下容器を別体にすることなく、一体容器とし、溝付き体直近での溶接を無くすことにより、溝下側支持体、溝付き体、入口仕切体が溶接による熱影響を受けないため、溝下側支持体、溝付体、入口仕切体の何れかを必要に応じ樹脂製にでき、低価格化に有効である。
【００３０】
本発明の気液分離装置を冷凍装置に組み込むことにより、効率の良い冷凍装置が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明を備えた第１の実施の形態の気液分離装置を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す気液分離装置の拡大Ａ−Ａ水平断面図である。
【図３】薄板を折り曲げて構成した溝付き体６の展開斜視図である。
【図４】（ａ）は図１に示す溝下側支持体５の拡大平面図である。（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】（ａ）は図１に示す入口仕切体７の拡大平面図である。（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図６】図１の一体容器上下両端絞り前の容器一体構造を示す断面図である。
【図７】本発明を備えた第２の実施の形態の気液分離装置に関わる部品を示す縦断面図である。
【図８】本発明を備えた第３の実施の形態の樹脂一体成型溝入口仕切体を示す斜視縦断面図である。
【図９】図８に示す、樹脂一体成型溝入口仕切体のＤ−Ｄ拡大断面図である。
【図１０】図８に示す樹脂一体成型溝入口仕切体を組み込んだ気液分離装置を示す斜視縦断面図である。
【図１１】本発明を備えた第４の実施の形態の気液分離器を示す縦断面図である。
【図１２】図１１に組み込まれる金属製の溝付き体平面図である。
【図１３】本発明を備えた第５の実施の形態として、上記した気液分離装置を冷凍サイクルに使用した場合の第一の冷凍サイクル構成図である。
【図１４】本発明を備えた第６の実施の形態として、上記した気液分離装置を冷凍サイクルに使用した場合の第二の冷凍サイクル構成図である。
【図１５】先に出願した表面張力型気液分離装置の縦断面図である。
【図１６】図１５のＥ−Ｅ断面図である。
【図１７】図１５の入口仕切体の平面拡大図である。
【図１８】上容器の直線部長さｈｕが分離性能におよぼす実験結果を示すグラフで、本発明と従来課題を説明する図である。
【図１９】入口管出口Ｏ点から入口仕切体に沿う流路断面積の変化を示すグラフで、本発明と従来課題を説明する図ある。
【図２０】入口管出口から溝に流入するまでの入口仕切体に沿う流路断面位置を示す断面図で、本発明と従来課題を説明する図ある。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって、この発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００３３】
図１は本発明を備えた第１の実施の形態の気液分離装置を示す縦断面図であり、図２は図１に示す気液分離装置の拡大Ａ−Ａ水平断面図である。図３は薄板を折り曲げて溝１３を構成した溝付き体６の展開斜視図である。図４（ａ）は図１に示す溝下側支持体５の拡大平面図である。図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図５（ａ）は図１に示す入口仕切体７の拡大平面図である。図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
図６は図１の一体容器上下両端絞り前の容器一体構造を示す断面図である。
図１において、円筒状の一体容器１には、液出口管４を溶接するバーリング２と下ビード３を設け、バーリング２に液出口管４を溶接した後、一体容器内に金属製薄板材で加工された溝下側支持体５を挿入し、下ビード３に突きあて溝下側支持体５の下端位置を決めた後、溝付き体６、その上流部に金属製薄板材で加工された入口仕切体７を設け、気液分離室２４を構成する気液分離体とし、溝下側支持体５、溝付き体６、入口仕切体７が密着するように押し付けて挿入し、上ビード８等で入口仕切体７の上端位置を決め、図６に示す一体容器上下両端絞り前の容器一体構造を構成する。その後、一体容器上下両端を絞り容器一体構造とし、最終的に入口管９を上絞り部１０に溶接し、ガス出口管１１を下絞り部１２に溶接する構成としている。
【００３４】
溝付き体６は入口仕切体７から溝下側支持体５に向かう溝１３が設けられており、溝付き体６は図３に示す金属製薄板材を折り曲げて溝１３が構成され、これを丸めて図２に示すように一体容器１に挿入されている。
【００３５】
金属製薄板材で加工された溝下側支持体５には図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、下つば部１４が設けられ、下つば部１４には二相流が流れることが出来るように下スリット１５が設けられ、さらに、下つば部１４の外周には、下つば立下り部１６が設けられ、下つば立下り部１６の下端１７が下ビード３に突き当たり、一体容器１内における溝下側支持体５の高さ方向の位置が規定される。
【００３６】
金属製薄板材で加工された入口仕切体７には図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、上つば部１８が設けられ、上つば部１８には二相流が流れることが出来るように上スリット１９が設けられ、さらに、上つば部１８の外周には上つば立上がり部２０が設けられ、上つば立上がり部上端２１が上ビード８に突き当てられ、一体容器１内で溝下側支持体５、溝付き体６、入口仕切体７をお互いに密着するように押し付けた状態で高さ方向の位置が規定される。
【００３７】
以上に述べたように、円筒状の一体容器１に、液出口管４を溶接するバーリング２と下ビード３を設け、バーリング２に液出口管４を溶接した後、一体容器内に溝下側支持体５を挿入し、下つば立下り部下端１７を下ビード３に突き当て、溝下側支持体５の下端位置を決めた後、溝下側支持体５、溝付き体６、入口仕切体７が密着するように溝付き体６、入口仕切体７を押し付けて挿入し、上つば立上がり部上端２１が上ビード８に突き当たるよう上ビード８を加工し上端位置を位置決めし、一体容器上下両端を絞る前の状態を構成する。一体容器上下両端を絞る前の状態が図６である。
【００３８】
かかる構成において、気液二相流は図１の入口管９から流入室２２に流入し、一体容器１と入口仕切体７の間に形成される狭小空間４７を通り全ての二相流は溝１３内に流入する。溝１３内で液相成分は表面張力の作用により溝内に付着しながら下降し、溝下部から容器底部２３に流れ、容器底部２３に設けた液出口管４より取り出される。一方、気相成分は溝１３内を下降する過程で気液分離室２４に流出し、気液分離室２４内を上昇し、ガス出口管上端２５よりガス出口管１１に入り、取り出される。
【００３９】
先に出願した従来技術の様に、上容器と下容器を別体にすることなく、一体容器１とし、一体容器１に液出口管４を溶接した後、一体容器内に溝下側支持体５、溝付き体６、入口仕切体７を挿入し、下ビード３、上ビード８等で位置決めし、その後、容器上下両端を絞る容器一体構造とし、最終的に入口管９、ガス出口管１１を溶接する構成にすることにより、溝付き体６の直近での溶接を無くし、溝付き体６が溶接による熱影響を受けないため、直線部立ち上げ長さｈｕを短く出来、良好な分離性能を確保出来る。さらに、先に出願した表面張力型気液分離装置のように下容器に拡管加工することなく、また下容器と上容器の溶接も不要なため、低価格で、信頼性の高い表面張力型気液分離装置を提供出来る。
【００４０】
また、上記気液分離装置の外郭を構成する一体容器１の絞り部１ａを構成する傾斜面開始点Ｐ１から入口仕切体７の上つば部１８までの距離をｈｕとし、上記入口仕切体７の山形部７ａを形成する傾斜面開始点Ｐ２から入口仕切体７の上つば部１８までの距離をｈｉとした時、ｈｕ／ｈｉを図１５に示す如く１．５以下とする。
ｈｕ／ｈｉが１．５以上になると、図１９に示す如く流路断面積比が例えば２．１２の曲線の如く、途中で大きく変ることとなる。
流路断面積比が上記の如く、大きく変ると入口管９より吐出された気液二相流がこの変わったところで撹拌され、多量の微細液滴ミストを発生させ、気液分離性能を低下させてしまう。
【００４１】
なお、ｈｕ／ｈｉ比の限界は、１．０以下であっても良いことを図１９に示す如く実験で確認している。
また、ここで言う流路とは、絞り部１ａを含む一体容器と、山形部７ａを含む入口仕切体７との間に形成される流路であり、流入室２２、狭小空間４７等を含むものである。そして、この流路は項番［００１１］で説明した流路断面積と同じものをさしている。
【実施例２】
【００４２】
図７は本発明を備えた第２の実施の形態の気液分離装置に関わる部品を示す縦断面図である。
図７は金属製の入口仕切体７と金属製の溝付き体６および金属製の溝付き体６と金属製の溝下側支持体５をそれぞれ密着させ、複数の溶接点で接合した接合体２６の断面図である。
入口仕切体７と溝付き体の上端面３２の間に隙間があると溝１３に流入する二相流の一部は気液分離室２４に流れやすくなり、液相成分が気液分離室２４に流れ、図１に示すガス出口管上端部２５からガス出口管１１に流れ、分離性能が低下する問題がある。
また、入口仕切体７と溝付き体の上端面３２の間、および、溝付き体の下端面３３と溝下側支持体５の間に隙間があると冷媒の流れの影響等により溝付き体６が上下方向に振動する可能性ができ、入口仕切体７および溝下側支持体５とぶつかり合い、摩耗や、音の発生等、信頼性の問題が発生する可能性が考えられる。
そこで、図７に示すように、入口仕切体７と溝付き体６を密着させた状態で、入口仕切体７の下突起部２７と溝１３の溝頂部２８を複数の上溶接点２９で溶接し、さらに、溝付き体６と溝下側支持体５を密着させた状態で、溝１３の溝頂部２８と溝下側支持体５の上突起部３０を複数の下溶接点３１で溶接している。
【００４３】
かかる構成にすることにより、入口仕切体７、溝付き体６、溝下側支持体５を一体容器内に組み込む前に、入口仕切体７、溝付き体６、溝下側支持体５が互いに密着しているかを確認出来、信頼性が高く、良好な分離性能を確保でき、また、溝下側支持体、溝付き体、入口仕切体を一つの部品として一体容器内に組み込むことが出来るため、組み立て工数が低減し低価格な気液分離装置を提供できる。
【実施例３】
【００４４】
図８は本発明を備えた第３の実施の形態の樹脂一体成型溝入口仕切体を示す斜視縦断面図であり、図９は図８に示す樹脂一体成型溝入口仕切体のＤ−Ｄ拡大断面図である。図１０は樹脂一体成型溝入口仕切体を組み込んだ気液分離装置を示す斜視縦断面図である。
図１０において、従来技術のように上容器と下容器を別体にすることなく、一体容器とし、溝付き体直近での溶接を無くすことにより、溝付き体が溶接による熱影響を受けない構成となるため、溝付き体と入口仕切体を樹脂で構成することができ、樹脂製入口仕切体４１と樹脂製溝付き体４８は図９に示すように樹脂一体成型溝入口仕切体３４として一体で成形されている。図９に示すように、溝付き体外周部には樹脂肉厚部３５が存在し、この樹脂肉厚部は、図８に示すように溝付き部上端面３６から上部突起３７として立ち上がっている。溝付き部上端面３６から上部突起３７を設けている理由は、上部突起３７が無いと一体容器１の内面に沿った二相流の流れは図９に示した樹脂肉厚部３５に衝突し、多くの微細液滴ミストを発生させ、微細液滴ミストは溝１３内に流入し、溝表面に付着することなく溝間をすり抜け気液分離室２４に流出する確率が高くなり、ガス出口管１１から液も流出し、十分な分離性能を確保出来なくなるのを防止するためである。
【００４５】
図１０に示すように、円筒状の一体容器１に、液出口管を溶接するバーリング２と下ビード３を設け、バーリング２に液出口管４を溶接した後、樹脂一体成型溝入口仕切体３４を一体容器１に挿入し、樹脂一体成型溝入口仕切体下端面３８を下ビード３に突きあて、樹脂一体成型溝入口仕切体３４の下端位置を決めた後、樹脂一体成型溝入口仕切体３４に設けた上部突起３７の上部突起上端面外周３９を上絞り部起点４０として上絞り部１０を絞り、樹脂一体成型溝入口仕切体３４の上部を位置決めし、同時に下絞り部１２を絞る構成としている。
【００４６】
かかる構成において、気液二相流は入口管９から流入室２２に流入し、上部突起３７と樹脂製入口仕切体４１の間に構成される狭小空間４７を通り全ての二相流は溝１３内に流入する。溝１３内で液相成分は表面張力の作用により溝内に付着しながら下降し、溝下部から容器底部２３に流れ、容器底部に設けた液出口管４より取り出される。一方、気相成分は溝１３内を下降する過程で気液分離室２４に流出し、気液分離室２４内を上昇し、ガス出口管上端２５よりガス出口管１１に入り、取り出される。
【００４７】
従来技術の様に上容器と下容器を別体にすることなく、一体容器とし、溝付き体直近での溶接を無くすことにより、溝付き体が溶接による熱影響を受けない構成となるため、溝付き体と入口仕切体を樹脂で構成することができるため低価格化に有効である。
また、溝付き体と入口仕切体が一体であるため、一体容器内に１部品として組み込むことができ、加工工数が減少し低価格の気液分離装置を提供出来できる。
さらに、樹脂製の溝付き体にすることにより、溝付き体外周部に樹脂肉厚部３５が存在するため、樹脂一体成型溝入口仕切体下端面３８を、一体容器に設けた下ビード３に突き当てることにより樹脂一体成型溝入口仕切体の位置決めが可能になり、溝下側支持体が不要になるため、一層低価格な気液分離装置を提供できる。
【実施例４】
【００４８】
図１１は本発明を備えた第４の実施の形態の気液分離器を示す縦断面図である。図１２は図１１に組み込まれる金属製の溝付き体平面図である。
図１１は基本的には図１と同様な構成であるが、図１と異なる点は図１の金属製の入口仕切体７および金属性の溝下支持体５に代え、図１１では樹脂製入口仕切体４１および樹脂製溝下支持体４２としている点である。溝付き体は図１、図１１共に図１２に示す金属製の溝付き体６である。図１１の樹脂製入口仕切体４１には上つば部１８が設けられ、上つば部１８には二相流が流れることが出来るように上スリット１９が設けられ、上つば部肉厚Ｂ１は樹脂製でも強度を確保出来るように肉厚を厚くしている。また、図１１の樹脂製溝下支持体４２には下つば部１４が設けられ、下つば部１４には二相流が流れることが出来るように下スリット１５が設けられ、下つば部肉厚Ｂ２は樹脂製でも強度を確保出来るように肉厚を厚くしている。
【００４９】
かかる構成において、気液二相流は入口管９から流入室２２に流入し、一体容器１と樹脂製入口仕切体４１の間に形成される狭小空間４７を通り全ての二相流は溝１３内に流入する。溝１３内で液相成分は表面張力の作用により溝内に付着しながら下降し、溝下部から容器底部２３に流れ、容器底部に設けた液出口管４より取り出される。一方、気相成分は溝１３内を下降する過程で気液分離室２４に流出し、気液分離室２４内を上昇し、ガス出口管上端２５よりガス出口管１１に入り、取り出される。
【００５０】
このように樹脂製入口仕切体４１、金属製の溝付き体６、樹脂製溝下支持体４２を組み合わせる理由は以下によるものである。
【００５１】
第３の実施の形態において、溝付き体と入口仕切体を樹脂で構成することができるため低価格化に有効であると述べた。
しかし、入口管９から流入する二相流に多くの微細液滴ミストが含まれる場合には、高い分離性能を得るために、溝数を多くし、また、溝幅を狭くすることにより微細液滴ミストが溝壁面に付着する確率を高くする必要がある。しかし、図９に示した樹脂製溝付き体４８では、溝を構成する溝立ち上がり部肉厚４３を小さくするには限界があり、また、溝幅ｂを小さくするには成型上の限界がある。従って、上記したように極めて微細な溝を必要とする場合には、図１２に示した金属性の溝付き体６を使用し、入口仕切体と溝下支持体には価格低減の観点から、樹脂製入口仕切体４１および樹脂製溝下支持体４２を使用している。
【００５２】
一方、入口管９から流入する二相流の条件によっては、図９に示した樹脂製の溝付き体４８で分離性能を確保出来る条件も勿論あり、その場合には低価格化の観点から図９に示した樹脂製溝付き体４８を使用出来る。それに対して、図１１に示す、溝付き体に流入する二相流の流速４４が速い場合には、一体容器内面に沿う流れ４５も速く、一体容器内面に沿う流れは、上つば外周部上面４６に勢いよく衝突し多くの微細液滴ミストを発生させ、微細液滴ミストは溝１３内に流入する。溝に流入する微細液滴ミストが多く存在すると、微細液滴ミストは溝表面に付着することなく、溝間をすり抜け気液分離室２４に流出する確率が高くなり、ガス出口管１１から液も流出し、十分な分離性能を確保出来なくなる。
【００５３】
このような使用条件の場合には、低価格化の観点から図９に示した樹脂製溝付き体４８を使用し、分離性能確保の観点から、図１、図５に示した金属製薄板材で加工された入口仕切体６を使用することにより、上つば部１８の外周に設けられた上つば立上がり部２０の肉厚Ｔが薄いため、一体容器内面に沿う流れ４５が上つば立上がり部上端２１に衝突しても微細液滴ミストの発生が緩和され、良好な分離性能を確保出来る。
【００５４】
以上に述べた第１の実施の形態から第４の実施の形態では、一体容器１内に挿入される入口仕切体６溝下支持体５等の位置決めをするために、上ビード８、下ビード３を用いているが、それらの位置決めを行う手段として、一体容器１の内側に複数の点状突起を一体容器１の外側から加工した、ディンプルでも良い。
また、以上に述べた第１の実施の形態、第２の実施の形態および第４の実施の形態では、下ビード３に溝下側支持体５を突き当て位置決めしているが、溝付き体の剛性が十分にある場合には溝付き体の下端面３３を下ビード３に突き当て、位置決め出来る為、この場合は溝下側支持体５は不要になる。
【実施例５】
【００５５】
図１３は第５の実施の形態として、上記した気液分離装置を冷凍サイクルに使用した場合の第一の冷凍サイクル構成図である。図１３に示した冷凍サイクル構成図には本実施形態を説明するために必要な基本的構成要素を示している。すなわち、圧縮機５０は第一のシリンダ５１と第二のシリンダ５２を有し、圧縮機で吸い込んだ低温低圧の気相冷媒は第一のシリンダ５１と第二のシリンダ５２で二段に圧縮され高温高圧気相冷媒となり冷媒吐出管５３を経て、凝縮器５４で凝縮器用送風機５５で送られる空気に放熱し、高圧液冷媒となる。その液冷媒は第一の減圧器５６で減圧され二相流となり、入り口管９から気液分離装置５７に流入し、液相冷媒は液出口管４から出た後、第二の減圧器５８でさらに減圧され、蒸発器５９に入り蒸発器用送風機６０で送られる空気から熱を奪い低温低圧の気相冷媒となり、圧縮機５０に吸い込まれる。一方、気液分離装置５７で分離された気相冷媒はガス出口管１１から第二のシリンダ５２に吸い込まれるため、気液分離装置５７で分離された蒸発に寄与しない気相冷媒は第一のシリンダ５１で圧縮する必要が無く、圧縮動力が節減でき、高効率な運転を可能にできる。
【実施例６】
【００５６】
図１４は第６の実施の形態として、上記した気液分離装置を冷凍サイクルに使用した場合の第二の冷凍サイクル構成図である。図１４に示した冷凍サイクル構成図には本実施形態を説明するために必要な基本的構成要素を示しており、ルームエアコン等の冷房運転、暖房運転切り替え可能なサイクルの暖房運転時の状態を示しており、室外ユニット６３と室内ユニット６４で構成されている。
圧縮機５０は第一のシリンダ５１を有し、圧縮機で吸い込んだ低温低圧の気相冷媒は第一のシリンダ５１で圧縮され高温高圧気相冷媒となり冷媒吐出管５３、四方弁６２を経て、凝縮器５４で凝縮器用送風機５５で送られる空気に放熱し、高圧液冷媒となる。その液冷媒は第一の減圧器５６で減圧され二相流となり、入り口管９から気液分離装置５７に流入し、液相冷媒は液出口管４から出た後、蒸発器５９に入り蒸発器用送風機６０で送られる空気から熱を奪い低温低圧の気相冷媒となり、圧縮機５０に吸い込まれる。一方、気液分離装置５７で分離された気相冷媒はガス出口管１１から圧縮機５０に吸い込まれる。気液分離装置５７で分離された蒸発に寄与しない気相冷媒はバイパス管６１を通り圧縮機５０に吸い込まれる。そのため、蒸発に寄与しない気相冷媒は蒸発器５９に流入しない為、蒸発器５９内の流速が低下し、蒸発器５９の圧力損失が低減され、圧縮動力が節減でき、高効率な運転を可能にできる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は従来の表面張力型気液分離装置の課題を解決するためになされたものであって、小型化を維持しながら高効率、低価格、高信頼性の気液分離装置を提供し、その基本的考え方はＨＦＣ系冷媒、ＨＦＯ系冷媒、自然冷媒および空気−水等の一般的な気相−液相からなる二相流にも適用可能であり、さらに、その気液分離装置を空気調和機、冷蔵庫、冷凍庫、除湿機、ショーケース、自動販売機、車両用冷凍・空調機および気液二相流を扱う流体機械装置等の産業上の利用可能性が高い。
【符号の説明】
【００５８】
１ 一体容器 １ａ 絞り部 ２ バーリング
３ 下ビード ４ 液出口管
５ 溝下側支持体 ６ 溝付き体
７ 入口仕切体 ７ａ 山形部 ８ 上ビード
９ 入口管 １０ 上絞り部
１１ ガス出口管 １２ 下絞り部
１３ 溝 １４ 下つば部
１５ 下スリット １６ 下つば立下り部
１７ 下つば立下り部下端 １８ 上つば部
１９ 上スリット ２０ 上つば立上がり部
２１ 上つば立上がり部上端 ２２ 流入室
２３ 容器底部 ２４ 気液分離室
２５ ガス出口管上端 ２６ 接合体
２７ 下突起部 ２８ 溝頂部
２９ 上溶接点 ３０ 上突起部
３１ 下溶接点 ３２ 溝付き体の上端面
３３ 溝付き体の下端面 ３４ 樹脂一体成型溝入口仕切体
３５ 樹脂肉厚部 ３６ 溝付き部上端面
３７ 上部突起 ３８ 樹脂一体成型溝入口仕切体下端面
３９ 上部突起上端面外周 ４０ 上絞り部起点
４１ 樹脂製入口仕切体 ４２ 樹脂製溝下支持体
４３ 溝立ち上がり部肉厚 ４４ 二相流の流速
４５ 一体容器内面に沿う流れ ４６ 上つば外周部上面
４７ 狭小空間 ４８ 樹脂製溝付き体
４９ ５０ 圧縮機
５１ 第一のシリンダ ５２ 第二のシリンダ
５３ 冷媒吐出配管 ５４ 凝縮器
５５ 凝縮器用送風機 ５６ 第一の減圧器
５７ 気液分離装置 ５８ 第二の減圧器
５９ 蒸発器 ６０ 蒸発器用送風機
６１ バイパス管 ６２ 四方弁
６３ 室外ユニット ６４ 室内ユニット
６５ 上容器 ６６ 下容器
６７ 溝下側支持体Ｂ ６８ 入口仕切体Ｂ
６９ 下部縮管部Ｂ ７０ つば部Ｂ
７１ スリットＢ ７２ 上容器直線部
７３ 拡管部 ７４ 拡管部上端
７５ 下容器底部 ７６ 中空部
７７ 溝付き体上面 ７８ 溶接点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液出口管が接合された一体容器内に液出口管に向かう溝を持つ溝付き体を設け、溝付き体の上流部に入口仕切体を設け、気液分離室を構成する気液分離体とし、気液分離体の一体容器内の軸方向位置を規定する位置決め手段を一体容器に設け、一体容器に対する気液分離体の前後を位置決めした後、気液分離体の上流側と下流側の一体容器を絞り、上流側絞り部に二相流入口管を、下流絞り部に気相出口管を接合し、入口管から流入した気液二相流を一体容器と入口仕切体との間に形成される狭小空間、溝、気液分離室へと導き、気相と液相に分離し、気相は気相出口管に、液相は液相出口管に導くと共に絞り部と入口仕切体間に形成される流路断面積を急激に変化させないようにしたことを特徴とする気液分離装置。
【請求項２】
気液容器の絞り部を構成する傾斜面開始点Ｐ１から入口仕切体の上つば部までの距離をｈｕとし、上記入口仕切体の山形部を形成する傾斜面開始点Ｐ２から入口仕切体の上つば部までの距離をｈｉとした時、ｈｕ／ｈｉを１．５以下としたことを特徴とする請求項１記載の気液分離装置。
【請求項３】
溝付き体と入口仕切体を一体容器内に組み込む前に接合したことを特徴とする請求項１に記載の気液分離装置。
【請求項４】
溝付き体と入口仕切体を樹脂で一体成型したことを特徴とする請求項１に記載の気液分離装置。
【請求項５】
溝付き体と入口仕切体の何れかを樹脂で成型したことを特徴とする請求項１に記載の気液分離装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５に記載の気液分離装置を冷凍サイクルの減圧器の下流に設けたことを特徴とする気液分離装置を備えた冷凍装置。
【請求項１】
液出口管が接合された一体容器内に液出口管に向かう溝を持つ溝付き体を設け、溝付き体の上流部に入口仕切体を設け、気液分離室を構成する気液分離体とし、気液分離体の一体容器内の軸方向位置を規定する位置決め手段を一体容器に設け、一体容器に対する気液分離体の前後を位置決めした後、気液分離体の上流側と下流側の一体容器を絞り、上流側絞り部に二相流入口管を、下流絞り部に気相出口管を接合し、入口管から流入した気液二相流を一体容器と入口仕切体との間に形成される狭小空間、溝、気液分離室へと導き、気相と液相に分離し、気相は気相出口管に、液相は液相出口管に導くと共に絞り部と入口仕切体間に形成される流路断面積を急激に変化させないようにしたことを特徴とする気液分離装置。
【請求項２】
気液容器の絞り部を構成する傾斜面開始点Ｐ１から入口仕切体の上つば部までの距離をｈｕとし、上記入口仕切体の山形部を形成する傾斜面開始点Ｐ２から入口仕切体の上つば部までの距離をｈｉとした時、ｈｕ／ｈｉを１．５以下としたことを特徴とする請求項１記載の気液分離装置。
【請求項３】
溝付き体と入口仕切体を一体容器内に組み込む前に接合したことを特徴とする請求項１に記載の気液分離装置。
【請求項４】
溝付き体と入口仕切体を樹脂で一体成型したことを特徴とする請求項１に記載の気液分離装置。
【請求項５】
溝付き体と入口仕切体の何れかを樹脂で成型したことを特徴とする請求項１に記載の気液分離装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５に記載の気液分離装置を冷凍サイクルの減圧器の下流に設けたことを特徴とする気液分離装置を備えた冷凍装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１２−５７９２４（Ｐ２０１２−５７９２４Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２２７３７（Ｐ２０１０−２２２７３７）
【出願日】平成２２年９月１３日（２０１０．９．１３）
【出願人】（５９６０８３３６４）日冷工業株式会社 (10)
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１３日（２０１０．９．１３）
【出願人】（５９６０８３３６４）日冷工業株式会社 (10)
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