压缩式制冷机的气液分离器的制作方法

本实用新型涉及在螺旋式制冷机、离心式制冷机等的压缩式制冷机中，将含有制冷剂蒸气(制冷剂气体)和制冷剂液以及/或者油的气液混合流体分离为气体和液体的气液分离器。

背景技术：

螺旋式制冷机虽然具备螺杆压缩机，但螺杆压缩机的转子、轴承等的滑动部需要由润滑油进行润滑。该情况下的润滑油一般选定与制冷剂具有相溶性的润滑油。这样，通过使润滑油溶解于制冷剂，从而泄漏到制冷剂系统的润滑油与制冷剂一起在机内循环，因此回收变得容易。将从螺杆压缩机排出的制冷剂气体送入油分离器，由油分离器对制冷剂气体中的润滑油进行分离。

另外，使用通过多级的叶轮而对制冷剂气体进行多级地压缩的多级压缩机作为压缩机的离心式制冷机，具备设置在冷凝器与蒸发器之间的制冷剂配管中的中间冷却器亦即经济器，在经济器中，将制冷剂液与制冷剂气体分离，并将分离出的制冷剂气体导入多级压缩机的中间级(多级的叶轮的中间部分)，由此增加作为制冷循环整体的制冷效果。

专利文献1：日本特开昭60-209276号公报

如上述那样，在螺旋式制冷机中，通过油分离器进行制冷剂气体(制冷剂蒸气)与润滑油的气液分离。在离心式制冷机中，通过经济器进行制冷剂气体(制冷剂蒸气)与制冷剂液的气液分离。螺旋式制冷机的油分离器以及离心式制冷机的经济器由较大的气液分离空间和除雾器构成的情况较多。

然而，为了可靠地实现气液分离而存在气液分离空间变大的问题。另外，在螺旋式制冷机的情况下，有时也采用旋流器式油分离器。但是存在导入到油分离器的制冷剂气体与液状油的混合流体中的液状油的量较多，而通过旋流器无法彻底分离的问题。

技术实现要素：

本实用新型是鉴于上述情况所做出的，目的在于提供具有较高的气液分离性能，并且能够使气液分离所需的空间大幅度减少的压缩式制冷机的气液分离器。

为了实现上述目的，本实用新型的压缩式制冷机的气液分离器的特征在于，具备：容器，其供含有制冷剂蒸气和制冷剂液以及/或者油的气液混合流体流入；挡板，其配置于所述容器内，供流入到所述容器内的所述气液混合流体碰撞，对所述气液混合流体中的液体进行一次分离；轴流旋流器，其配置于所述容器内，向所述一次分离后的气液混合流体赋予旋转流，对所述气液混合流体中的液体进行二次分离；上方流路，其由所述轴流旋流器的外壳外周部和所述气液分离器的容器内表面构成且通往所述轴流旋流器入口开口部；以及下方流路，其由所述外壳内表面和所述蒸气流出筒外壁面构成流路，并且借助所述轴流旋流器的旋转流进行气液的分离，所述气液混合流体经过所述上方流路、所述下方流路，由此将气液分离。

根据本实用新型的优选方式，气液分离器的特征在于，由分隔板构成，该分隔板配置于所述容器内的下部，并且形成用于将分离后的液体贮存于所述容器的底部的空间，在所述分隔板的位于进行所述一次分离的挡板与所述气液混合流体的流入口之间的大致下方的部分没有开口，所述气液分离器具备下部挡板，该下部挡板具有用于将所述分离后的液体向所述空间引导的开口。

根据本实用新型的优选方式，气液分离器的特征在于，所述下部挡板的所述开口由切口或者孔构成。

根据本实用新型的优选方式，气液分离器的特征在于，所述容器在上部具备制冷剂蒸气的流出口，在底部具备制冷剂液以及/或者油的流出口，在中段部具备所述气液混合流体的流入口。

根据本实用新型的优选方式，气液分离器的特征在于，所述一次分离用的挡板由所述轴流旋流器的外壳的外周面构成。

根据本实用新型的优选方式，气液分离器的特征在于，所述轴流旋流器的液体出口设置于轴中心或者设置于外周侧。

根据本实用新型的优选方式，气液分离器的特征在于，所述轴流旋流器的底部朝向设置于轴中心的液体出口倾斜。

根据本实用新型的优选方式，气液分离器的特征在于，所述容器是纵置型的圆筒容器。

根据本实用新型的优选方式，气液分离器的特征在于，所述容器是横置型的圆筒容器，在该圆筒容器内具备多个轴流旋流器。

根据本实用新型的优选方式，气液分离器的特征在于，所述气液分离器是离心式制冷机的经济器。

根据本实用新型的优选方式，气液分离器的特征在于，所述气液分离器是螺旋式制冷机的油分离器。

本实用新型起到以下列举的效果。

1)通过由挡板构成的一次分离部，能够将气液混合流体中的大部分液体分离。

2)二次分离部采用轴流旋流器，从而分离空间减少，分离器变得紧凑。

3)通过在容器的下部设置液面挡板，从而使液面稳定化，液面控制变得容易。通过降低用于防止制冷剂蒸气分流的液封高度，从而能够减少液体保有量。

4)由于气液分离器中的外部压力、内部压力的受压面成为圆筒形容器和盘状壁板，因此是耐外部压力、内部压力双方的构造，且板厚变薄，重量减少。内部构造也能够用薄板制作，进一步减轻重量。

5)横置型气液分离器在制冷机结构上能够设置于热交换器的上部、下部等。因此能够降低制冷机的高度。

6)横置型气液分离器能够确保内部流体流路，向多个轴流旋流器的流体分配变得容易，防止因处理流量的偏差引起的个别旋流器的转移(carry-over)。

附图说明

图1是表示具备本实用新型的气液分离器的螺旋式制冷机的示意图。

图2是表示具备本实用新型的气液分离器的离心式制冷机的示意图。

图3是表示适用于图1所示的油分离器以及图2所示的经济器的气液分离器的图，是将气液分离器的容器的前表面拆下观察的主视图。

图4是气液分离器的俯视图。

图5是图3的V-V线剖视图。

图6是说明通过图3至图5所示构成的气液分离器进行的气液混合流体的气液分离工序的图。

图7(a)、图7(b)是表示本实用新型的气液分离器的变形例的图，是将气液分离器的容器的前表面拆下观察的主视图。

图8是将表示本实用新型的气液分离器的其他实施方式的横置型气液分离器的容器的前表面拆下观察的主视图。

图9是图8的IX向视图。

图10是将横置型气液分离器的容器的前表面拆下观察的主视图。

图11是图10的XI向视图。

图12是图10的XII-XII线剖视图。

附图标记说明：1…螺杆压缩机；2…油分离器；3…冷凝器；4…冷却器；5…制冷剂配管；11…离心式压缩机；12…冷凝器；13…蒸发器；14…经济器；15…制冷剂配管；20…气液分离器；21…圆筒状容器；21a…流入口；21b…气体流出口；21c…液体流出口；22…轴流旋流器；22a…轴流旋流器入口开口部；23…外壳；23a…底板；23b…流出口；24…蒸气流出筒；24a…流出口；25…上部挡板；26…下部挡板；26a…开口部；S1、S2…空间；FP_U…上方流路；FP_L…下方流路。

具体实施方式

以下，参照图1至图12说明本实用新型的压缩式制冷机的气液分离器的实施方式。在图1至图12中，对相同或者相当的构成要素，标注相同的附图标记，并省略重复的说明。在本实施方式中，作为压缩式制冷机，示出使用了螺杆压缩机的螺旋式制冷机以及使用了离心式压缩机的离心式制冷机，但也可以是使用往复式、涡旋式等压缩机的制冷机。

图1是表示具备本实用新型的气液分离器的螺旋式制冷机的示意图。如图1所示，螺旋式制冷机构成为具备：压缩制冷剂的螺杆压缩机1、对从螺杆压缩机1排出的气液混合流体进行气液分离使其分离为制冷剂气体(制冷剂蒸气)和润滑油的油分离器2、用冷却水(冷却流体)冷却压缩后的制冷剂气体以使其冷凝的冷凝器3、以及从冷水(被冷却流体)夺取热以使制冷剂蒸发而发挥制冷效果的冷却器4，由供制冷剂循环的制冷剂配管5将上述各设备连结。螺旋式制冷机具备油箱6，该油箱6将通过油分离器2分离出的润滑油回收，并将回收的润滑油向螺杆压缩机1供给。油分离器2由本实用新型的气液分离器构成。

图2是表示具备本实用新型的气液分离器的离心式制冷机的示意图。如图2所示，离心式制冷机构成为具备：压缩制冷剂的离心式压缩机11、用冷却水(冷却流体)冷却压缩后的制冷剂气体使其冷凝的冷凝器12、从冷水(被冷却流体)夺取热以使制冷剂蒸发而发挥制冷效果的蒸发器13、以及配置于冷凝器12与蒸发器13之间的中间冷却器亦即经济器14，由供制冷剂循环的制冷剂配管15连结上述各设备。离心式压缩机11由多级离心式压缩机构成。离心式压缩机11通过制冷剂配管15而与经济器14连接，并利用经济器14进行制冷剂气体(制冷剂蒸气)与制冷剂液的气液分离，分离后的制冷剂气体被导入多级离心式压缩机的多级的压缩级(在该例中为两级)的中间部分(在该例中为第一级与第二级之间的部分)。经济器14由本实用新型的气液分离器构成。

图3以及图4是表示适用于图1所示的油分离器2以及图2所示的经济器14的本实用新型的气液分离器的图。图3是将本实用新型的气液分离器的容器的前表面拆下观察的主视图，图4是本实用新型的气液分离器的俯视图。

如图3以及图4所示，气液分离器20具备供含有制冷剂蒸气和液体(油或者制冷剂液)的气液混合流体流入的圆筒状容器21。如图3所示，圆筒状容器21以其轴心位于垂直方向的方式配置为纵置型。圆筒状容器21在下部具有供气液混合流体流入的流入口21a，在顶部具有供气液分离后的制冷剂蒸气(制冷剂气体)流出的气体流出口21b，在底部具有供气液分离后的液体(油或者制冷剂液)流出的液体流出口21c。

如图3所示，在圆筒状容器21的内部设置有轴流旋流器22。轴流旋流器22具备：圆筒容器状的外壳23、和收容于外壳23的上部并且在外周面具有多个螺旋状的叶片24v的蒸气流出筒24。外壳23以其轴心位于垂直方向的方式配置为纵置型。外壳23的上端部与蒸气流出筒24的外壁构成轴流旋流器入口开口部22a。外壳23的底部由底板23a堵塞，在底板23a形成有供气液分离后的液体(油或者制冷剂液)流出的流出口23b。流出口23b位于外壳23的轴中心。在圆筒状容器21的上部以及下部分别配置有由分隔板构成的上部挡板25和下部挡板26。由上述上下部挡板25、26、圆筒状容器21的内周面以及外壳23的外周面包围的空间构成上方流路FP_U，该上方流路FP_U供从圆筒状容器21的流入口21a流入的气液混合流体朝向轴流旋流器入口开口部22a且向上方流动。

如图3以及图4所示，蒸气流出筒24成为在圆筒的外周面具备多个螺旋状的叶片24v的构造，气液混合流体经过多个螺旋状的叶片24v而形成旋转流。由外壳23的内表面与蒸气流出筒24的外壁面构成流路，并且构成借助轴流旋流器22的旋转流进行气液分离的下方流路FP_L。气液混合流体通过下方流路FP_L中的旋转流的离心分离作用被分离为液体(油或者制冷剂液)和制冷剂蒸气，液体(油或者制冷剂液)从外壳23的下端的流出口23b向空间S1流出，制冷剂蒸气通过蒸气流出筒24的上端的流出口24a而向空间S2流出。

图5是图3的V-V线剖视图。如图5所示，位于圆筒状容器21的下部侧的下部挡板26，在外周侧具备多个开口部(在图示例子中为三个开口部)26a。开口部26a由切口或者孔构成。上述开口部26a用于使通过圆筒状容器21的流入口21a流入的气液混合流体与外壳23的外周面碰撞而气液分离后的液体(油或者制冷剂液)向空间S1流出。下部挡板26构成液面挡板。这样通过在容器21的下部设置液面挡板，从而使空间S1内的液面稳定化，因此液面控制变得容易。通过降低用于防止制冷剂蒸气分流的液封高度，能够降低液体保有量。

接下来，参照图6来说明由图3至图5所示构成的气液分离器20进行的气液混合流体的气液分离工序。

如图6所示，气液混合流体通过位于圆筒状容器21的下部的流入口21a而流入容器内，并与轴流旋流器22的外壳23的外周面碰撞。通过该碰撞，气液混合流体中的液体被一次分离，分离后的液体向下方流动并经过下部挡板26的开口部26a(参照图5)而流入空间S1。即，利用由外壳23的外周面构成的挡板的一次分离作用，由流入口21a流入的气液混合流体中的液体的大部分被分离，分离后的液体通过下部挡板26的开口部26a而向空间S1流动。在下部挡板26的位于进行一次分离的挡板(外壳23的外周面)与气液混合流体的流入口21a之间的大致下方的供分离后的液体落下的部分具有开口部26a的情况下，分离出的液体保持势头地从开口部26a流入底部的贮存部，从而搅乱液面而产生气体的分流，液面的控制也无法进行。由于在该部分没有开口部，因此分离出的液体在下部挡板26之上流动，并从用于将分离出的液体向下部空间S1引导的开口部26a流入到下部，因此抑制因液体的流入导致的液面的搅乱。

一次分离后的制冷剂蒸气以及在制冷剂蒸气中一同伴随的少量的液体，经过圆筒状容器21的内周面与外壳23的外周面之间的上方流路FP_U向上方流动，并在上部挡板25的近前回转而向下方流动，并从轴流旋流器入口开口部22a流入下方流路FP_L。通过这样弯曲的流路结构，能够促进气液分离，减少流入到轴流旋流器22的液滴。流入到轴流旋流器22中的外壳23的内周面与蒸气流出筒24的外周面之间的下方流路FP_L的制冷剂蒸气、以及在制冷剂蒸气中一同伴随的液体，经过多个螺旋状的叶片24v而形成旋转流。利用由该旋转流产生的离心分离作用将制冷剂蒸气与液体分离，制冷剂蒸气通过蒸气流出筒24的内部而流入到上部挡板25上方的空间S2，并从气体流出口21b向外部流出，而液体从外壳23的底部的流出口23b流出并流入空间S1，从液体流出口21c向外部流出。

根据图3至图6所示的气液分离器20，能够获得以下列举的作用。

1)利用位于气液分离器20的入口的挡板(由外壳23的外周面构成的一次分离部)的一次分离作用，使气液混合流体中的大部分液体分离，除去大部分液体之后的气液混合流体进入轴流旋流器22。因此流入到轴流旋流器22的气液混合流体中的液滴减少。

2)通过在圆筒状容器21的内部设置轴流旋流器22(二次分离部)，从而大幅度减少分离所需的空间。另外，通过利用一次分离部(挡板)将液体的大部分分离，由此提高轴流旋流器22中的旋流器分离效率。

3)通过在气液分离器20的下部设置液面挡板(由下部挡板26构成)，从而能够抑制由入口混合流体引起的液面的搅乱、蒸气的分流。并且实现降低所需的液封高度、控制稳定性。

4)由于圆筒状容器21成为外部压力、内部压力的受压面，因此位于圆筒状容器21内的内部构造，能够由薄板制作，能够减少重量以及成本。并且成为气液分离性能高且紧凑的气液分离器。

图7(a)、图7(b)是表示本实用新型的气液分离器的变形例的图，是将气液分离器的容器的前表面拆下观察的主视图。

在图3所示的例子中，在外壳23的底板23a形成的流出口23b，位于外壳23的轴中心，但在图7(a)所示的例子中，在外壳23的底板23a形成的流出口23b，从轴中心偏心而位于外周侧。

另外，在图7(b)所示的例子中，外壳23的底板23a由倾斜为倒圆锥台状的板构成，流出口23b形成于倒圆锥台状的板的下端并且位于壳体23的轴中心。

图8以及图9是表示本实用新型的气液分离器的其他实施方式的图。图8是将本实用新型的横置型气液分离器的容器的前表面拆下观察的主视图，图9是图8的IX向视图。

如图8以及图9所示，横置型气液分离器20具备圆筒状容器21，该圆筒状容器21供含有制冷剂蒸气和液体(油或者制冷剂液)的气液混合流体流入。圆筒状容器21以其轴心位于水平方向的方式配置为横置型。圆筒状容器21在侧部具有供气液混合流体流入的流入口21a，在顶部具有供气液分离后的制冷剂蒸气(制冷剂气体)流出的气体流出口21b，在底部具有供气液分离后的液体(油或者制冷剂液)流出的液体流出口21c。在圆筒状容器21内以与流入口21a对置的方式设置有板状的挡板30，通过流入口21a流入到圆筒状容器21内的气液混合流体与板状的挡板30碰撞，从而气液混合流体中的液体被一次分离。挡板30的上端部固定于圆筒状容器21的壁板部(参照图8)。在板状的挡板30中，与流入口21a对置并且供气液混合流体碰撞的部分，由矩形的板构成(参照图9)。

如图8所示，在圆筒状容器21的内部，沿圆筒状容器21的轴心方向并排设置有多个轴流旋流器22。各轴流旋流器22是与图3所示的轴流旋流器相同的结构，具备：圆筒容器状的外壳23、和收容于外壳23的上部并且在外周面具有多个螺旋状的叶片24v的蒸气流出筒24。外壳23以其轴心位于垂直方向的方式配置为纵置型。外壳23的上端部与蒸气流出筒24的外壁构成轴流旋流器入口开口部22a。外壳23的底部由底板23a闭塞，在底板23a形成有供气液分离后的液体(油或者制冷剂液)流出的流出口23b。流出口23b位于外壳23的轴中心。在圆筒状容器21的上部以及下部分别配置有由分隔板构成的上部挡板25和下部挡板26。由上述上部挡板25、下部挡板26、上述挡板30以及外壳23的外周面包围的空间构成上方流路FP_U，该上方流路FP_U供从圆筒状容器21的流入口21a流入的气液混合流体在与挡板30碰撞之后，朝向轴流旋流器入口开口部22a且向上方流动。

如图8所示，各蒸气流出筒24成为在圆筒的外周面具备多个螺旋状的叶片24v的构造，气液混合流体经过多个螺旋状的叶片24v而形成旋转流。由各外壳23的内表面和各蒸气流出筒24的外壁面构成流路，并且构成借助各轴流旋流器22的旋转流而进行气液的分离的下方流路FP_L。气液混合流体利用下方流路FP_L中的旋转流的离心分离作用而分离为液体(油或者制冷剂液)和制冷剂蒸气，并且液体(油或者制冷剂液)从各外壳23的下端的流出口23b向空间S1流出，而制冷剂蒸气通过各蒸气流出筒24的上端的流出口24a而向空间S2流出。

接下来，说明由图8以及图9所示构成的气液分离器20进行的气液混合流体的气液分离工序。

如图8所示，气液混合流体通过位于圆筒状容器21的侧部的流入口21a而流入到容器内并与板状的挡板30碰撞。通过该碰撞，气液混合流体中的液体被一次分离，分离后的液体向下方流动，并经过下部挡板26的多个开口部26a而流入空间S1。即，利用挡板30的一次分离作用，将通过流入口21a流入的气液混合流体中的液体的大部分分离，分离后的液体向空间S1流动。一次分离后的制冷剂蒸气以及在制冷剂蒸气中一同伴随的少量液体，经过板状的挡板30的背面与外壳23的外周面之间的上方流路FP_U而向上方流动，并在上部挡板25的近前回转而向下方流动，并从各轴流旋流器入口开口部22a流入下方流路FP_L。通过这样弯曲的流路结构，能够促进气液分离，减少流入到轴流旋流器22的液滴。流入到各轴流旋流器22中的外壳23的内周面与蒸气流出筒24的外周面之间的下方流路FP_L的制冷剂蒸气、以及在制冷剂蒸气中一同伴随的液体，经过多个螺旋状的叶片24v而形成旋转流。利用由该旋转流产生的离心分离作用将制冷剂蒸气与液体分离，制冷剂蒸气通过各蒸气流出筒24的内部而流入到上部挡板25上方的空间S2，并从气体流出口21b向外部流出，而液体从各外壳23的底部的流出口23b流出并流入空间S1，从液体流出口21c向外部流出。

图10至图12是表示本实用新型的横置型气液分离器的变形例的图。图10是将本实用新型的横置型气液分离器的容器的前表面拆下观察的主视图，图11是图10的XI向视图，图12是图10的XII-XII线剖视图。

在图8以及图9所示的横置型气液分离器20中，与流入口21a对置设置的板状的挡板30用矩形的板构成供气液混合流体碰撞的部分，在板状的挡板30的两侧缘与圆筒状容器21的内周面之间、以及板状的挡板30的下端与下部挡板26之间，形成有供流体流动的空间，但在图10至图12所示的横置型气液分离器20中，与流入口21a对置设置的板状的挡板30，用大致半圆形的板构成供气液混合流体碰撞的部分，使板状的挡板30的两侧缘与圆筒状容器21的内表面接触，并仅在板状的挡板30的下端与下部挡板26之间，形成有供流体流动的空间。

另外，在图8以及图9所示的横置型气液分离器20中，上部挡板25从圆筒状容器21的一侧端延伸设置到另一侧端，但在图10至图12所示的横置型气液分离器中，上部挡板25从板状的挡板30的背面延伸设置到圆筒状容器21的另一侧端。

图10至图12所示的横置型气液分离器的其他结构，与图8以及图9所示的横置型气液分离器相同。

根据图8至图12所示的横置型气液分离器20，能够获得以下列举的作用。

1)横置型气液分离器在制冷机结构上，能够配置于热交换器的上部空间、下部空间等。因此能够抑制制冷机整体的高度。

2)通过横置型气液分离器入口的挡板，使大部分液体分离，从而进入轴流旋流器的混合流体中的液滴减少。

3)通过在横置型气液分离器内设置抑制了高度的多个轴流旋流器，由此能够确保充分的处理流量。

至此，对本实用新型的实施方式进行了说明，但本实用新型并不限定于上述实施方式，当然在其技术思想的范围内可以以各种不同的方式来实施。