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技術 気液分離器モジュール

出願人 サンデンホールディングス株式会社
発明者 和田賢一
出願日 2006年5月8日 (12年9ヶ月経過) 出願番号 2006-129083
公開日 2007年11月15日 (11年3ヶ月経過) 公開番号 2007-298259
状態 拒絶査定
技術分野 不可逆サイクルによる圧縮式冷凍機械 気液分離装置、除霜装置、制御または安全装置
主要キーワード 一体化モジュール 高圧仕様 特定位 気液分離性能 気液分離器内 流れ状態 流出冷媒 超臨界域
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2007年11月15日)のものです。
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図面 (7)

課題

気液分離器内部熱交換器一体化による部品点数の低減やスリム化を実現するとともに、内部熱交換器の性能向上と、気液分離器本来の機能である気液分離性能の向上を実現することが可能な、内部熱交換器一体型気液分離器としての気液分離器モジュールを提供する。

解決手段

圧縮機と、圧縮機から吐出された冷媒を冷却する放熱器と、放熱器の出口側冷媒を減圧する減圧装置と、減圧装置で減圧された低圧冷媒蒸発させる蒸発器と、蒸発器で蒸発した冷媒を気液分離するとともに気液分離された低圧冷媒を圧縮機の吸入側に流出させる気液分離器と、放熱器の出口側冷媒と圧縮機の吸入側冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器とを備えた冷凍サイクルに設けられ、内部熱交換器が気液分離器内に一体的に組み込まれた気液分離器モジュールにおいて、内部熱交換器を、その少なくとも一部が常時、気液分離器内下部に貯留された液相冷媒の領域内に位置するように配置したことを特徴とする気液分離器モジュール。

概要

背景

蒸気圧縮式の冷凍サイクル、とくに、超臨界域を含む冷凍サイクル、例えば、二酸化炭素等の自然系冷媒を使用する冷凍サイクルにおいては、冷凍サイクルの効率向上のため、放熱器出口側冷媒圧縮機の吸入側冷媒との間で熱交換させる内部熱交換器具備させる技術が一般的に広く知られている。そして、この種の冷凍サイクルにおいて、部品点数の削減、省スペース化等のために、気液分離器と内部熱交換器を一体化する技術も提案されている(例えば、特許文献1〜5)。

この一体化は、次のような思想に基づく技術である。例えば図6に示す冷凍サイクル101は、冷媒を圧縮し吐出する圧縮機102と、圧縮機102から吐出された冷媒を冷却する放熱器103と、放熱器103の出口側冷媒を減圧する減圧装置104と、減圧装置104で減圧された低圧冷媒蒸発させる蒸発器105と、蒸発器105で蒸発した冷媒を気液分離するとともに気液分離された低圧冷媒を圧縮機102の吸入側に流出させる気液分離器106と、放熱器103の出口側冷媒と圧縮機102の吸入側冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器107とを備えているが、この内部熱交換器107を例えば気液分離器106内に組み込んで一体化されたモジュール108として構成するものである。
特開平10−19421号公報
特開2002−206823号公報
特開2004−100974号公報
特開2005−299949号公報
特開2006−44607号公報

概要

気液分離器と内部熱交換器の一体化による部品点数の低減やスリム化を実現するとともに、内部熱交換器の性能向上と、気液分離器本来の機能である気液分離性能の向上を実現することが可能な、内部熱交換器一体型気液分離器としての気液分離器モジュールを提供する。圧縮機と、圧縮機から吐出された冷媒を冷却する放熱器と、放熱器の出口側冷媒を減圧する減圧装置と、減圧装置で減圧された低圧冷媒を蒸発させる蒸発器と、蒸発器で蒸発した冷媒を気液分離するとともに気液分離された低圧冷媒を圧縮機の吸入側に流出させる気液分離器と、放熱器の出口側冷媒と圧縮機の吸入側冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器とを備えた冷凍サイクルに設けられ、内部熱交換器が気液分離器内に一体的に組み込まれた気液分離器モジュールにおいて、内部熱交換器を、その少なくとも一部が常時、気液分離器内下部に貯留された液相冷媒の領域内に位置するように配置したことを特徴とする気液分離器モジュール。

目的

そこで本発明の課題は、上記のような従来技術における問題点に着目し、気液分離器と内部熱交換器の一体化による部品点数の低減やスリム化を実現するとともに、併せて、内部熱交換器の性能向上と、気液分離器本来の機能である気液分離性能の向上を実現することが可能な、内部熱交換器一体型気液分離器としての気液分離器モジュールを提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

冷媒圧縮吐出する圧縮機と、該圧縮機から吐出された冷媒を冷却する放熱器と、該放熱器の出口側冷媒を減圧する減圧装置と、該減圧装置で減圧された低圧冷媒蒸発させる蒸発器と、該蒸発器で蒸発した冷媒を気液分離するとともに気液分離された低圧冷媒を前記圧縮機の吸入側に流出させる気液分離器と、前記放熱器の出口側冷媒と前記圧縮機の吸入側冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器とを備えた冷凍サイクルに設けられ、前記内部熱交換器が前記気液分離器内に一体的に組み込まれた気液分離器モジュールにおいて、前記内部熱交換器を、その少なくとも一部が常時、前記気液分離器内下部に貯留された液相冷媒の領域内に位置するように配置したことを特徴とする気液分離器モジュール。

請求項2

前記内部熱交換器が、その実質的に全部が前記液相冷媒の領域内に位置するように配置されている、請求項1に記載の気液分離器モジュール。

請求項3

前記内部熱交換器が、前記液相冷媒の気液界面部に接するように配置されている、請求項1または2に記載の気液分離器モジュール。

請求項4

前記気液分離器内部への冷媒の流入口および該気液分離器内部からの冷媒の流出口が、共に前記内部熱交換器よりも上方に配置されている、請求項1〜3のいずれかに記載の気液分離器モジュール。

請求項5

使用される冷媒が二酸化炭素からなる、請求項1〜4のいずれかに記載の気液分離器モジュール。

請求項6

車両用空調装置の冷凍サイクルに設けられる、請求項1〜5のいずれかに記載の気液分離器モジュール。

技術分野

0001

本発明は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル中に設けられる気液分離器モジュールに関し、とくに、気液分離器内内部熱交換器を一体的に組み込んだ、車両用空調装置冷凍サイクル等に用いて好適な気液分離器モジュールに関する。

背景技術

0002

蒸気圧縮式の冷凍サイクル、とくに、超臨界域を含む冷凍サイクル、例えば、二酸化炭素等の自然系冷媒を使用する冷凍サイクルにおいては、冷凍サイクルの効率向上のため、放熱器出口側冷媒圧縮機の吸入側冷媒との間で熱交換させる内部熱交換器を具備させる技術が一般的に広く知られている。そして、この種の冷凍サイクルにおいて、部品点数の削減、省スペース化等のために、気液分離器と内部熱交換器を一体化する技術も提案されている(例えば、特許文献1〜5)。

0003

この一体化は、次のような思想に基づく技術である。例えば図6に示す冷凍サイクル101は、冷媒を圧縮し吐出する圧縮機102と、圧縮機102から吐出された冷媒を冷却する放熱器103と、放熱器103の出口側冷媒を減圧する減圧装置104と、減圧装置104で減圧された低圧冷媒蒸発させる蒸発器105と、蒸発器105で蒸発した冷媒を気液分離するとともに気液分離された低圧冷媒を圧縮機102の吸入側に流出させる気液分離器106と、放熱器103の出口側冷媒と圧縮機102の吸入側冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器107とを備えているが、この内部熱交換器107を例えば気液分離器106内に組み込んで一体化されたモジュール108として構成するものである。
特開平10−19421号公報
特開2002−206823号公報
特開2004−100974号公報
特開2005−299949号公報
特開2006−44607号公報

発明が解決しようとする課題

0004

ところが、上記特許文献1〜5で開示されているような構造においては、気液分離器と内部熱交換器の一体化によりサイクル部品点数の低減やスリム化は図れるものの、内部熱交換器の性能や気液分離器の基本性能である気液分離性能に関しては、積極的に向上することが意図されていない。したがって、冷凍サイクルの部品点数の削減や省スペース化等は達成できるかも知れないが、内部熱交換器による熱交換性能や気液分離器による気液分離性能の向上による冷凍サイクルの性能向上は期待できない。

0005

そこで本発明の課題は、上記のような従来技術における問題点に着目し、気液分離器と内部熱交換器の一体化による部品点数の低減やスリム化を実現するとともに、併せて、内部熱交換器の性能向上と、気液分離器本来の機能である気液分離性能の向上を実現することが可能な、内部熱交換器一体型気液分離器としての気液分離器モジュールを提供することにある。

課題を解決するための手段

0006

上記課題を解決するために、本発明に係る気液分離器モジュールは、冷媒を圧縮し吐出する圧縮機と、該圧縮機から吐出された冷媒を冷却する放熱器と、該放熱器の出口側冷媒を減圧する減圧装置と、該減圧装置で減圧された低圧冷媒を蒸発させる蒸発器と、該蒸発器で蒸発した冷媒を気液分離するとともに気液分離された低圧冷媒を前記圧縮機の吸入側に流出させる気液分離器と、前記放熱器の出口側冷媒と前記圧縮機の吸入側冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器とを備えた冷凍サイクルに設けられ、前記内部熱交換器が前記気液分離器内に一体的に組み込まれた気液分離器モジュールにおいて、前記内部熱交換器を、その少なくとも一部が常時、前記気液分離器内下部に貯留された液相冷媒の領域内に位置するように配置したことを特徴とするものからなる。

0007

つまり、この気液分離器モジュールにおいては、内部熱交換器が気液分離器内下部に貯留された液相冷媒の領域内に配置されるので、気液分離によって気液分離器内下部に貯留された液相冷媒が常時、内部熱交換器と直接接触することになる。したがって、気相冷媒が接触する場合に比べて、内部熱交換器との間の熱交換における熱伝達率が大幅に高められ、内部熱交換器による熱交換性能が向上する。また、内部熱交換器を構成するために通常設けられるチューブフィン等が、気液分離器本体の振動による液相冷媒の揺れを抑える防波堤の機能を果たすことになり、気液分離器の気液分離性能も同時に向上されることになる。

0008

この本発明に係る気液分離器モジュールにおいては、上記内部熱交換器が、その実質的に全部が上記液相冷媒の領域内に位置するように配置されていることが好ましい。これによって一層確実に上記熱伝達率の向上が達成される。

0009

また、上記内部熱交換器が、上記液相冷媒の気液界面部(つまり、液相冷媒の液面部)に接するように配置されていることも好ましい。このように配置すれば、気液分離器本体の振動による液相冷媒の揺れを抑える上記防波堤の機能が、より効率よく発揮される。

0010

また、本発明に係る気液分離器モジュールにおいては、上記気液分離器内部への冷媒の流入口および該気液分離器内部からの冷媒の流出口が、共に上記内部熱交換器よりも上方に配置されていることが好ましい。このように構成すれば、気液分離部を確実に内部熱交換器の上方に形成でき、該気液分離部には目標とする所定の気液分離機能を、気液分離器内下部に貯留された液相冷媒部に対しては上記のような熱伝達率向上機能や内部熱交換器による防波堤の機能を、それぞれ効率よく付与することが可能となる。

0011

さらに、本発明は超臨界域を含む冷凍サイクルに、とくに使用される冷媒が二酸化炭素である場合に好適なものである。冷媒が二酸化炭素等の場合には、高圧仕様機器が多くなり、機器が大型化、コストアップする傾向にあるため、冷凍サイクル全体の小型化、コストダウンが難しくなるが、本発明の適用により、内部熱交換器の熱交換性能向上、気液分離器の気液分離性能の向上を達成しつつ、併せて、内部熱交換器と気液分離器の一体化により、効果的に冷凍サイクルの部品点数の低減、スリム化を図ることが可能になる。

0012

また、本発明に係る気液分離器モジュールは、とくに部品点数の低減、スリム化の要求が高い車両用空調装置の冷凍サイクルに用いて最適なものである。

発明の効果

0013

このように、本発明に係る気液分離器モジュールによれば、内部熱交換器と気液分離器の一体化により冷凍サイクルの部品点数の低減やスリム化を達成しつつ、内部熱交換器の気液分離器内特定位置への配置により、内部熱交換器の熱交換性能向上、気液分離器の気液分離性能の向上を達成することができ、ひいては冷凍サイクルの性能を向上することができる。

発明を実施するための最良の形態

0014

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図1図5は、本発明の一実施態様に係る気液分離器モジュールを示している。なお、冷凍サイクル全体の構成は、図6に示した構成に準じることとし、図6における内部熱交換器と気液分離器の一体化モジュール108に相当する部分が、図1図5に示されている。

0015

図1図5において、1は気液分離器モジュール全体を示しており、気液分離器モジュール1は、気液分離器2内に内部熱交換器3が一体的に組み込まれたものとして構成されている。この気液分離器2は、図6に示したような蒸発器105で蒸発した冷媒を気液分離するとともに気液分離された低圧冷媒を圧縮機102の吸入側に流出させるものであり、内部熱交換器3は、放熱器103の出口側冷媒と圧縮機102の吸入側冷媒との間で熱交換を行うものである。内部熱交換器3は、その少なくとも一部が常時、気液分離器2内下部に貯留された液相冷媒4(図5に図示)の領域内に位置するように配置されている。本実施態様では、内部熱交換器3は、その実質的に全部が液相冷媒4の領域内に位置するように配置されている。さらに、内部熱交換器3は、とくにその上面部が、図5に示すように、液相冷媒4の気液界面部5に接するように配置されている。

0016

内部熱交換器3には、気液分離器2の上部外側まで延びる、放熱器103側からの出口冷媒6を流入させる流入管7と、減圧装置104側へと冷媒8を流出させる流出管9が接続されている。気液分離器2には、その上部外側から、蒸発器105からの気液混合冷媒10を気液分離器2内へ流入させる流入管11が設けられているとともに、気液分離器2内で分離された気相冷媒12を圧縮機102側へと流出させる流出管13が接続されている。気液分離器2の流入管11は、気液分離器2内における内部熱交換器3よりも上方の位置に、気液分離器2内への冷媒の流入口14を有しており、そこから気液分離器2内に気液混合冷媒15が放出される。気液分離器2の流出管13は、気液分離器2内において内部熱交換器3を貫通してU字状に延び、気液分離器2内における、気液分離器2内からの冷媒の流出口16が、内部熱交換器3よりも上方の位置に開口されている。上記流入管11の流入口14から、気液分離器2内における内部熱交換器3よりも上方の位置に形成された気液分離部17内に流入された蒸発器105からの気液混合冷媒15は、該気液分離部17内で気液分離され、気液分離器2内下部に分離された液相冷媒4が貯留されるとともに、分離された気相冷媒18は上記流出口16から流出管13内に流入され、U字状に折れ曲がった流出管13内を通過した後(管内気相冷媒流19)、その上部開口端から、内部熱交換器3との熱交換により過熱された気相冷媒12として圧縮機102側へと流出される。

0017

このように構成された気液分離器モジュール1においては、内部熱交換器3には、放熱器103側からの出口冷媒6が流入管7に流入され、内部熱交換器3内を図3の矢印で示される冷媒流20の如く流れた後、流出冷媒8として流出管9を介して減圧装置104側へと流出される。一方、気液分離器2には、図5に示すように、蒸発器105で蒸発され、気液混合状態にある冷媒10が、流入管11を介して気液分離器2内の気液分離部17内へと流入され、そこで気液分離され、液相冷媒4が気液分離器2内下部に貯留されるとともに、気相冷媒18が流出管13を通して圧縮機102の吸入側へと流出される。

0018

内部熱交換器3は、少なくともその一部が、常時、貯留されている液相冷媒4の領域内に位置するように配置されているので、内部熱交換器3はこの液相冷媒4と常時直接接触することになり、気相冷媒が接触する場合に比べて熱伝達率が大幅に向上し、内部熱交換器3の性能が向上される。上記実施態様では、内部熱交換器3の実質的に全部が液相冷媒4の領域内に位置されているので、一層効率よく熱伝達率が向上され、内部熱交換器3の性能がより向上される。

0019

また、内部熱交換器3が常時、貯留されている液相冷媒4の領域内に位置するように配置されることにより、内部熱交換器3を構成するためのチューブやフィン等が、気液分離器2本体の振動等による液相冷媒4の揺れを抑える防波堤の機能を果たすことができ、気液分離器2の安定した気液分離性能が得られる。とくに本実施態様のように、内部熱交換器3の上面部が、液相冷媒4の気液界面部5に接するように配置されていれば、より高い防波堤の機能が得られ、より安定した気液分離性能が得られる。

0020

このように、内部熱交換器3の性能向上と気液分離器2の気液分離性能の向上が共に達成される。そして、内部熱交換器3と気液分離器2との一体化モジュール構成により、冷凍サイクルの部品点数の低減、スリム化も同時に達成される。

0021

本発明に係る気液分離器モジュールは、気液分離器内に内部熱交換器を一体的に組み込んだあらゆる冷凍サイクルに適用でき、とくに二酸化炭素を使用冷媒とする冷凍サイクル、中でも車両用空調装置の冷凍サイクルに用いて好適なものである。

図面の簡単な説明

0022

本発明の一実施態様に係る気液分離器モジュールの側面図である。
図1の気液分離器モジュールの平面図である。
図1のA−A線に沿って見た気液分離器モジュールの横断面図である。
図1のB−B線に沿って見た気液分離器モジュールの横断面図である。
図1の気液分離器モジュールの冷媒の流れ状態を示す、図2のC方向から見た一部断面表示側面図である。
本発明の気液分離器モジュールが適用可能な、従来の冷凍サイクルの構成の一例を示す概略機器系統図である。

符号の説明

0023

1気液分離器モジュール
2気液分離器
3内部熱交換器
4液相冷媒
5気液界面部
6放熱器側から流入される冷媒
7流入管
8減圧装置側へ流出される冷媒
9流出管
10蒸発器からの気液混合冷媒
11 流入管
12気液分離器内で分離された気相冷媒
13 流出管
14 気液分離器内への冷媒の流入口
15 気液分離器内に放出される気液混合冷媒
16 気液分離器内からの冷媒の流出口
17気液分離部
18 分離された気相冷媒
19 管内気相冷媒流
20 内部熱交換器内の冷媒流
101冷凍サイクル
102圧縮機
103 放熱器
104 減圧装置
105 蒸発器
106 気液分離器
107 内部熱交換器
108 一体化モジュール

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