JP2007071511A

JP2007071511A - アキュームレータ構造

Info

Publication number: JP2007071511A
Application number: JP2005262106A
Authority: JP
Inventors: Kazue Yoshida; 一恵吉田
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2005-09-09
Publication date: 2007-03-22

Abstract

【課題】車両用空調装置などの冷凍サイクルに用いられるアキュームレータにおいて、汎用のオイルを使用することができ、且つオイルを確実に圧縮機へ循環させる。
【解決手段】アキュームレータ１６において、液相状態の冷媒とオイルとを貯留する領域に近接した位置に、内部熱交換器１３の低圧側冷媒通路となるチューブ１３１を接合することにより、液相状態の冷媒と相溶しているオイルの温度上昇を抑えるようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両用空調装置の冷凍サイクルに用いられるアキュームレータに関し、詳しくはアキュームレータと内部熱交換器とを一体化したアキュームレータ構造に関する。

近年、車両用空調装置の冷凍サイクルには、温暖化係数が低い二酸化炭素などの気液臨界温度・圧力以上で利用される冷媒が用いられており、冷媒が外部に漏れた場合にも環境への影響を少なくする配慮がなされている。

このような冷凍サイクルは、圧縮機、放熱器、膨張弁、蒸発器、アキュームレータが環状に配管接続され、サイクル内には熱交換媒体となる冷媒と、圧縮機を潤滑するためのオイルとが相溶した状態で循環している。

上記冷凍サイクルのアキュームレータでは、内部の貯留部に気液分離された液相状態の冷媒とオイルとが一時的に貯留されている。このアキュームレータの内部では、圧縮機へつながる出口配管がこの貯留部に浸かるように略Ｕ字形状に曲げられ、その曲がり部分に開けられた小穴（オイル戻し穴）からオイルを出口パイプに吸入することにより、オイルを圧縮機に戻すようにしている。

このようなアキュームレータに関する従来技術として、圧縮機にオイルとともに液相状態の冷媒が吸入されるのを防ぐために、オイルとして臨界圧力Ｐｃ以下のときの二酸化炭素に対する相溶性が臨界圧力Ｐｃより高いときの相溶性に比べて低くなるものを使用するようにした冷凍サイクルが提案されている（特許文献１参照）。
特開平１１−９４３８０号公報

上記のような冷凍サイクルにおいて、蒸発器から排出されたオイルは液相二酸化炭素を多く含んでいるために粘度は低くなっている。しかしながら、アキュームレータを設置するエンジンルームは温度が高く、アキュームレータへの入り熱のために、オイル＋液相二酸化炭素の温度は高くなる。通常、オイルのみであれば、温度が上昇するにしたがって粘性は低くなるが、オイル＋二酸化炭素では、オイルと二酸化炭素との相溶性が下がるため（オイル＋液相二酸化炭素の二酸化炭素比率が減る）、逆に粘性が高くなる。このように、アキュームレータでオイルの粘度が高くなると、アキュームレータ内部のオイル戻し穴からオイルが吸入されにくくなるため、圧縮機へのオイルの循環が悪化することになる。

本発明の目的は、汎用のオイルを使用することができ、且つオイルを確実に圧縮機へ循環させることができるアキュームレータ構造を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係わるアキュームレータ構造は、冷媒を圧縮する圧縮機と、この圧縮機で圧縮された冷媒と外気との間で熱交換する放熱器と、この放熱器を通過した冷媒を減圧する減圧手段と、この減圧手段で減圧された冷媒と供給空気との間で熱交換する蒸発器と、前記放熱器を通過した冷媒と前記蒸発器を通過した冷媒との間で熱交換する内部熱交換器と、前記蒸発器を通過した冷媒を気液分離して気相状態の冷媒を前記内部熱交換器に送り出し、液相状態の冷媒をオイルとともに貯留部に貯留するアキュームレータとを備えた冷凍サイクルのアキュームレータ構造であって、前記アキュームレータの前記液相状態の冷媒とオイルとを貯留する領域に近接した位置に、前記内部熱交換器の低圧側冷媒通路を接合したことを特徴とするものである。

本発明に係わるアキュームレータ構造によれば、アキュームレータ内のオイルは低圧側冷媒通路を流れる冷媒により温度の上昇が抑えられるため、液相二酸化炭素比率の減少が抑えられる。これによれば、オイル＋液相二酸化炭素の粘度が低く保たれるため、オイルはオイル戻し穴から吸入されやすくなり、オイルを確実に圧縮機へ循環させることができる。

以下、本発明に係わるアキュームレータ構造の実施例を添付の図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施例に係わる冷凍サイクルの回路図であり、とくに二酸化炭素を冷媒とする冷凍サイクルの一例を示している。

本実施例の冷凍サイクル１０は、冷媒を圧縮する圧縮機１１と、この圧縮機１１で圧縮された冷媒を外気により冷却する放熱器１２と、この放熱器１２で冷却された冷媒を減圧する膨張弁（減圧手段）１４と、この膨張弁１４で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器１５と、放熱器１２で冷却された冷媒と圧縮機１１へ戻る低圧の冷媒との間で熱交換する内部熱交換器１３と、蒸発器１５を通過した冷媒を気液分離して気相状態の冷媒のみを圧縮機１１へ送るアキュームレータ（気液分離器）１６とを備え、蒸発器１５を通過した冷媒を圧縮機１１へ戻し、圧縮機１１により運動エネルギー（圧力）を与えた冷媒をサイクル内に循環させるように構成したものである。

圧縮機１１は、図示しないモータまたはエンジンからの駆動力を得て気相状態の二酸化炭素を圧縮して、高温高圧となった冷媒を吐出している。

放熱器１２は、圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒の熱を外気に放熱させることにより、冷媒の温度を外気温近くまで冷却する。この放熱器１２には、例えば電動ファン等が駆動されることにより外気が吹き付けられる。そして、この放熱器１２内を通る高温高圧の冷媒と、吹き付けられる外気との間で熱交換を行わせることで、高温高圧の冷媒を中温まで冷却している。

内部熱交換器１３は、放熱器１２で冷却された冷媒と後述する蒸発器１５で蒸発した低温低圧の冷媒との間で熱交換させて、放熱器１２から膨張弁１４へ送られる冷媒をさらに冷却している。本実施例の内部熱交換器１３は、後述するようにアキュームレータ１６と一体に接合されている。

膨張弁１４は、内部熱交換器１３で冷却された中温高圧の冷媒を減圧（膨張）させて低温低圧のガス状冷媒として蒸発器１５に送り出している。

蒸発器１５は、膨張弁１４で減圧された低温低圧の冷媒とブロアファンから供給される空調風との間で熱交換させる熱交換器である。膨張弁１４で低温低圧となった冷媒は、蒸発器１５を通過する際に空調ダクト内を流れる空調風の熱を奪って気化（蒸発）する。そして、蒸発器１５内の冷媒に吸熱された空調風は冷却、除湿されて冷房風となり車室内等に供給される。

アキュームレータ１６は、蒸発器１５から吐出された冷媒を気液分離して、気相状態の冷媒（以下、気相冷媒）を内部熱交換器１３へ送り出し、液相状態の冷媒（以下、液相冷媒）を一時的に貯留している。本実施例に示すアキュームレータ１６では、液相冷媒とオイルとを貯留する領域に近接した位置に内部熱交換器１３の低圧側冷媒通路を接合した構造となっている。ここで、本実施例におけるアキュームレータ１６の構造について説明する。

図２は、実施例１に係わるアキュームレータ１６の構造を示す斜視図、図３は、アキュームレータ本体の断面図である。

本実施例のアキュームレータ１６は、略円筒形の本体内部に液相冷媒およびオイルの貯留部１６１が設けられ、その上部には蒸発器１５から送られてきた冷媒を取り込む入口配管１６２が取り付けられている。また、貯留部１６１の内部には、気相冷媒を流通させる略Ｕ字形状の出口配管１６３が設置されている。この出口配管１６３の一端は気相冷媒が吸引されるように貯留部１６１の上部に開口し、他端は内部熱交換器１３への配管につながっている。さらに、出口配管１６３の略Ｕ字形状の曲がり部分には、貯留部１６１の下部に滞留しているオイルを圧縮機１１へ戻すためのオイル戻し穴１６４が形成されている。

上記構成によれば、蒸発器１５から送られてきた気液二相の冷媒は入口配管１６２から貯留部１６１へ流れ込み、ここで気液分離され、気相冷媒は出口配管１６３の一端から吸入されて内部熱交換器１３へ送られる。また、液相冷媒１７はオイルとともに貯留部１６１の下部に貯留される。そして、貯留部１６１の下部に滞留しているオイルはオイル戻し穴１６４に吸入されて出口配管１６３へ流れ込み、気相冷媒とともに圧縮機１１へ戻される。

また、本実施例のアキュームレータ１６では、貯留部１６１の下部に近接した位置に内部熱交換器１３が接合されている。この内部熱交換器１３は、多穴管構造のチューブ１３１、１３２からなる熱交換部１３３と、これらチューブの両端に連結された出／入口ヘッダタンク（図２では出口ヘッダタンク１３４、１３５のみ図示している）とから構成されている。

チューブ１３１、１３２の内部には、図４の部分断面図に示すように、それぞれ冷媒流路となる複数のチューブ穴１３１ａ、１３２ａが形成されている。本実施例では、チューブ１３１を低圧側の冷媒通路、チューブ１３２を高圧側の冷媒通路とし、このうち低圧側の冷媒通路となるチューブ１３１をアキュームレータ１６の貯留部１６１の下部に近接した位置に接合し、その外側に高圧側の冷媒通路となるチューブ１３２を接合している。チューブ１３１、１３２からなる熱交換部１３３は略Ｕ字形状に成形され、アキュームレータ１６の側面に巻き付くように接合されている。アキュームレータ１６と内部熱交換器１３の熱交換部１３３は、例えば一体ロウ付けにより接合することができる。

一方、チューブ１３１の一端には低圧側の入口ヘッダタンク（図示せず）が連結され、他端には低圧側の出口ヘッダタンク１３４が連結されている。このうち、図示しない低圧側の入口ヘッダタンクはアキュームレータ１６の出口配管１６３と接続され、低圧側冷媒が供給される。また低圧側の出口ヘッダタンク１３４は圧縮機１１への入口配管に接続され、熱交換部１３３で高圧側冷媒と熱交換した低圧側冷媒を圧縮機１１へ送り出している。

他方、チューブ１３２の一端には高圧側の入口ヘッダタンク（図示せず）が連結され、他端には高圧側の出口ヘッダタンク１３５が連結されている。このうち、図示しない高圧側の入口ヘッダタンクは放熱器１２からの出口配管に接続され、高圧側冷媒が供給される。また高圧側の出口ヘッダタンク１３５は、膨張弁１４への入口配管に接続され、熱交換部１３３で低圧側冷媒と熱交換した高圧側冷媒を膨張弁１４へ送り出している。

次に、本実施例におけるアキュームレータ構造の作用について説明する。

先に説明したように、蒸発器１５から出てきたオイルは、液相二酸化炭素を多く含んでおり、このオイル＋液相二酸化炭素の粘性は低くなっている。しかしながら、アキュームレータが設置されるエンジンルームは温度が高いために、アキュームレータ１６で気液分離されたオイル＋液相二酸化炭素は温度が上昇することになる。通常、二酸化炭素を含まない状態のオイルでは温度が上昇するにしたがって粘性は低くなるが、オイル＋液相二酸化炭素では温度が上昇するのにつれてオイルから二酸化炭素が抜けてしまうため、図５の特性図に示すように粘性は高くなり、オイルがオイル戻し穴１６４へ吸引されにくくなる。

これに対して本実施例のアキュームレータ１６では、貯留部１６１に近接した位置に内部熱交換器１３の低圧側冷媒通路となるチューブ１３１を接合した構造としたため、アキュームレータ１６内のオイルはチューブ１３１を流れる低圧側冷媒により温度の上昇が抑えられる。これにより、液相二酸化炭素比率の減少が抑えられ、オイル＋液相二酸化炭素の粘度は低く保たれるため、オイルは出口配管１６３のオイル戻し穴１６４から吸入されやすくなり、オイルを確実に圧縮機１１へ循環させることができる。

また、本実施例のアキュームレータ構造では、オイルと液相二酸化炭素との相溶性を考慮する必要がないため、使用できるオイルを広い範囲から選択することが可能となる。

図６は、実施例２に係わるアキュームレータの構造を示す断面図であり、実施例１と同等部分を同一符号で示している。

本実施例のアキュームレータ１６では、貯留部１６１の底面部に略Ｌ字形状に成形した内部熱交換器１３を接合している。また、低圧側の冷媒通路となるチューブ１３１を、アキュームレータ１６の貯留部１６１の底面部および側面部に接合し、その外側に高圧側の冷媒通路となるチューブ１３２を接合している。

本実施例の構成においても実施例１と同様に、アキュームレータ１６内のオイルはチューブ１３１を流れる低圧側冷媒により温度の上昇を抑えることができるため、液相二酸化炭素比率の減少が抑えられ、オイル＋液相二酸化炭素の粘度を低く保つことができる。このため、オイルは出口配管１６３のオイル戻し穴１６４から吸入されやすくなり、オイルを確実に圧縮機１１へ循環させることができる。

また、本実施例のアキュームレータ構造においても、オイルと液相二酸化炭素との相溶性を考慮する必要がないため、使用できるオイルを広い範囲から選択することが可能となる。

とくに、本実施例のアキュームレータ構造では、略Ｌ字形状に成形された内部熱交換器１３を、貯留部１６１の底面部および側面部に接合して熱伝導面積を増やしているため、内部に貯留されているオイルと液相二酸化炭素の量に係わらず、温度の上昇を効果的に抑えることができる。

実施例に係わる冷凍サイクルの回路図。実施例１に係わるアキュームレータ１６の構造を示す斜視図。アキュームレータ本体の断面図。内部熱交換器の部分断面図。オイル＋液相二酸化炭素と温度との関係を示す特性図。実施例２に係わるアキュームレータの構造を示す断面図。

符号の説明

１０…冷凍サイクル
１１…圧縮機
１２…放熱器
１３…内部熱交換器
１４…膨張弁
１５…蒸発器
１６…アキュームレータ
１７…液相冷媒
２３…出口配管
１３１、１３２…チューブ
１３１ａ、１３２ａ…チューブ穴
１３３…熱交換部
１６１…貯留部
１６２…入口配管
１６３…出口配管
１６４…オイル戻し穴

Claims

冷媒を圧縮する圧縮機（１１）と、この圧縮機で圧縮された冷媒と外気との間で熱交換する放熱器（１２）と、この放熱器を通過した冷媒を減圧する減圧手段（１４）と、この減圧手段で減圧された冷媒と供給空気との間で熱交換する蒸発器（１５）と、前記放熱器を通過した冷媒と前記蒸発器を通過した冷媒との間で熱交換する内部熱交換器（１３）と、前記蒸発器を通過した冷媒を気液分離して気相状態の冷媒を前記内部熱交換器に送り出し、液相状態の冷媒とオイルとを貯留するアキュームレータ（１６）とを備えた冷凍サイクルのアキュームレータ構造であって、
前記アキュームレータ（１６）の前記液相状態の冷媒とオイルとを貯留する領域に近接した位置に、前記内部熱交換器（１３）の低圧側冷媒通路を接合したことを特徴とする冷凍サイクルのアキュームレータ構造。