JP2008032269A - アキュムレータ - Google Patents

Abstract

【課題】圧力損失の増大を抑制しつつ、フォーミング状態を抑制して気液分離性能を確保すること。
【解決手段】タンク本体１１０内部には、２枚の抵抗板４１０，４２０を互いに対面状態で上下方向に並べて配置している。両者の位置関係は、抵抗板４１０が上側に、抵抗板４２０が下側とされているとともに、両者４１０，４２０はともに冷媒流出口１２３及び冷媒流入口１２４よりも下方位置に配置されている。そして、抵抗板４１０，４２０の流通抵抗は、上側に配置されている抵抗板４１０の流通抵抗が下側に配置されている抵抗板４２０の流通抵抗よりも小さくなっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、気液混合冷媒を液相冷媒と気相冷媒に分離するためのアキュムレータに関し、特に、圧力損失増大の抑止と気液分離性能の向上とを図ったものに関する。

この種のアキュムレータとしては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。これは、冷媒入口ポートからタンク内部に流入した気液混合冷媒をこのタンク内部で気相冷媒と液相冷媒とに上下に分離し、タンク下部に分離集合した液相冷媒を貯留する一方、タンク上部に上昇した気相冷媒をタンク上部に配置された吸入口から吸込パイプ内に進入させて冷媒出口ポートから外部に流出させるように構成されている。
特開２００２−５５４５号公報

ところで、冷媒入口ポートからタンク内部に流入する気液混合冷媒は、その圧力がタンク内の圧力に対して非常に高いため、流入した気液混合冷媒がタンク内部で旋回するフォーミング状態が発生することがあり、このフォーミング状態によって内部に貯留されている液相冷媒がタンク上部に舞い上がって吸込口から吸込パイプ内に進入することがある。そうすると、気相冷媒とともに液相冷媒も外部に流出してしまうため、気液分離性能を確保できないことがある。

ここで、タンク内部でのフォーミング状態を抑制するために、流通抵抗の大きい抵抗板を配置することが考えられる。これによれば、冷媒入口ポートからタンク内部に流入した気液混合冷媒は抵抗板によってその圧力が低減されることにより、フォーミング状態の発生は防止できるものの、同時に圧力損失も増大するという不具合が発生する。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、圧力損失の増大を抑制しつつ、フォーミング状態を抑制して気液分離性能を確保することができるアキュムレータを提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明では、冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離し、当該気相冷媒を外部に流出させるためのアキュムレータであって、冷媒を前記液相冷媒と前記気相冷媒とに分離するタンクと、冷媒を前記タンクに流入させる冷媒流入口と、タンク内に配され、気相冷媒を吸い込む吸込口と、吸込口から連通し、気相冷媒を外部に流出させる冷媒流出口と、タンク内において吸込口よりも下方位置に互いに対面状態で上下方向に並べて配置され、流通抵抗を有する複数の抵抗板とを備えたことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、複数の抵抗板によって、タンク内に流入した冷媒の圧力が抑えられることとなり、冷媒がタンク内で旋回するというフォーミング状態の発生が抑止できる。これにより、タンク下部に分離集合した液相冷媒がタンク上部に舞い上がって吸込口に進入することが防止され、気液分離性能を確保することができる。

また、タンク内部に流入した冷媒の圧力は、複数の抵抗板によって段階的に抑えられることとなるため、タンク上部へ上昇する気相冷媒に対する過度な圧力損失が防止でき、圧力損失の増大を抑えることができる。

請求項２の発明では、複数の抵抗板のうち少なくとも１つは、冷媒流入口よりも下方位置に配置されていることを特徴としている。

請求項２の発明によれば、タンク内に流入した冷媒の旋回によって液相冷媒がタンク上部に舞い上がることがあったとしても、抵抗板によって液相冷媒がタンク上部へ上昇することを防止することができる。

請求項３の発明では、複数の抵抗板のすべてが、前記冷媒流入口よりも下方位置に配置されていることを特徴としている。

請求項３の発明によれば、タンク内に流入した冷媒がタンク下部に到達するには、すべての抵抗板を通過することで、その圧力が十分に低減されるため、タンク内部に貯留された液相冷媒がタンク上部に舞い上がることを防止できるとともに、分離された気相冷媒に対しては、過度な圧力損失を防止することができる。

請求項４の発明では、複数の抵抗板のうち、最上側に位置する抵抗板は、その流通抵抗が複数の抵抗板のうち最も低く設定されていることを特徴としている。

これによれば、分離された気相冷媒に対する圧力損失を最小限に止めることができる。

請求項５の発明では、複数の抵抗板のうち、最下側に位置する抵抗板は、その流通抵抗が複数の抵抗板のうち最も高く設定されていることを特徴としている。

これによれば、流入した冷媒が最下側の抵抗板に到達したときには、その圧力が十分に低減されることで、タンク下部に貯留されている液相冷媒に対する影響を効果的に防止できる。

請求項６の発明では、複数の抵抗板の流通抵抗は、上側に位置する抵抗板の流通抵抗が下側に位置する抵抗板の流通抵抗よりも低くなるようにそれぞれ設定されていることを特徴としている。

これによれば、タンク内部に流入した冷媒の圧力は複数の抵抗板によって段階的に抑えられることとなるため、タンク下部に到達した冷媒の圧力は十分に低減されて、タンク内部に貯留されている液相冷媒に対する影響を効果的に防止できるとともに、タンク上部へ上昇する気相冷媒に対しては、圧力損失を最小限に止めることができる。

＜第１の実施形態＞
本発明に係るアキュムレータを車両用空調装置の冷凍サイクルに適用した実施形態について図１ないし図４を参照して説明する。図１は冷凍サイクルの全体図である。圧縮機１は電磁クラッチ２で駆動され、冷媒を圧縮して高圧気相冷媒を凝縮器３側へ吐出する。凝縮器３は、高圧気相冷媒を外気と熱交換することで冷却凝縮された後の液相冷媒を蒸発器５に送る。凝縮器３と蒸発器５との間には、凝縮器３を流出した液相冷媒を減圧する減圧装置４が配されており、この減圧装置４によって凝縮器３から流出した高圧液相冷媒を減圧膨張させて霧状の気液２相冷媒とする。蒸発器５は、減圧装置４から噴出された気液２相冷媒を外気と熱交換させて、熱交換後の冷媒をアキュムレータに送る。また、蒸発器５で熱交換された冷風は周知の如く図示しないヒータコア部で温度調整された後に車室内へ吹き出す。

アキュムレータ６は、蒸発器５を流出した冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離し、液相冷媒を内部に貯留する一方、気相冷媒を圧縮機１側へ流出させながら、内部に貯留されている圧縮機１の潤滑用オイルも圧縮機１側へ流出させる。

図２及び図３にアキュムレータ６の構成を示す。このアキュムレータ６はタンク１００内部に、液相冷媒と気相冷媒とを分離する分配器２００、分離された気相冷媒を圧縮機１側に流出させるための吸込パイプ３００、及びタンク１００内部で冷媒が旋回するフォーミング状態の発生を防止するための抵抗板４１０，４２０を収めた格好で構成されている。

タンク１００は、タンク本体１１０と、このタンク本体１１０の上端面を塞ぐヘッダー１２０とから構成されている。タンク本体１１０は上端面が開放された有底円筒形状とされており、内部に分配器２００、吸込パイプ３００、及び抵抗板４１０，４２０が収容されている。また、タンク本体１１０下部には、分離された液相冷媒が貯留されるようになっているとともに、潤滑用オイルがこの液相冷媒中に溶け込んだ状態で貯留されている。

ヘッダー１２０は、タンク本体１１０と同一径を有する扁平円柱形状に形成されており、当該ヘッダー１２０下部には段部１２１を介してタンク本体１１０の開口形状と同一形状の縮径嵌合部１２２が形成されている。この縮径嵌合部１２２は、段部１２１がタンク本体１１０の周壁に当接した状態でタンク本体１１０内に嵌め込まれている。

ヘッダー１２０の中心部には、上下方向に開口する円形の冷媒流出口１２３が形成されている。この冷媒流出口１２３は、配管を介して圧縮機１に連なっており、タンク本体１１０内で分離された気相冷媒を圧縮機１に流出させ得るようになっている。また、冷媒流出口１２３の横にも、上下方向に開口する円形の冷媒流入口１２４が形成されている。この冷媒流入口１２４は、配管を介して蒸発器５に連なっており、蒸発器５で熱交換された冷媒をタンク本体１１０内に流入し得るようになっている。

タンク本体１１０内部に納められた分配器２００は、傘形状に形成されており、このうち円形の天板面２１０の中央部分には冷媒流出口１２３の開口よりも大きい開口孔２２０が形成されている。この天板面２１０は開口孔２２０を冷媒流出口１２３に一致させた状態でヘッダー１２０の下面に固定されている。

また、天板面２１０外縁から下方へ延びる周側壁２３０は、タンク本体１１０内壁近傍にまで傾斜延伸されており、冷媒流入口１２４からタンク本体１１０を見たときに、周側壁２３０が外観される状態となっている。

吸込パイプ３００は、２重管式のものが用いられており、本実施形態では、内側配管３１０、外側配管３２０、及びホルダ３３０とから構成されている。内側配管３１０と外側配管３２０とはともに直線管とされて、直立姿勢でタンク本体１１０内に収められており、図示のように、内側配管３１０と外側配管３２０とが同軸状となるようにして内側配管３１０が外側配管３２０内に配置された格好となっている。

このうち内側配管３１０は、ヘッダー１２０の下面に固定されており、具体的には、内側配管３１０の上端部が、その開口と冷媒流出口１２３とを一致させた状態でヘッダー１２０の下面にろう付け固定されている。

また、外側配管３２０は、タンク本体１１０下部に配置されているホルダ３３０に保持されて、上述のように内側配管３１０が内部に配置されているとともに、当該外側配管３２０の上端部３２０Ａの開口（吸込口）が、分配器２００との間に所定の隙間を持ちながら分配器２００内に進入した状態とされている。

ホルダ３３０は、有底円筒形状に形成され、このホルダ３３０の側壁上端部には、薄肉部３３１が形成されており、薄肉部３３１に外側配管３２０が嵌め込まれている。また、ホルダ３３０内には内側配管３１０がホルダ３３０の内底面との隙間を保った状態で進入している。

従って、タンク本体１１０上部に上昇した気相冷媒は、外側配管３２０上端部３２０Ａの開口から内部に進入し、外側配管３２０を下降して内側配管３１０下端側の開口から内部に進入し、内側配管３１０を上昇して冷媒流出口１２３から圧縮機１側に流出する。

ホルダ３３０下部には、円形の凹部３３２が形成されており、凹部３３２の中心位置に、ホルダ３３０外底面とホルダ３３０内底面とを連通するオイル戻し穴３３３が形成されている。このオイル戻し穴３３３は、タンク本体１１０下部に貯留されている潤滑用オイルを、内側配管３１０に流入する気相冷媒によってホルダ３３０内に吸い上げて気相冷媒とともに内側配管３１０を通過させるようになっている。

ホルダ３３０下部には、潤滑用オイルがオイル戻し穴３３３に吸い上げられるときに、オイルに含まれるスラッジ等を除去するためのフィルタ３４０が取り付けられている。また、フィルタ３４０下部には、タンク本体１１０下部と当該フィルタ３４０との間に隙間を形成するスペーサ３４１が形成されており、潤滑用オイルがフィルタ３４０を通過できるようになっている。

抵抗板４１０，４２０は、円盤形状とされており、外側配管３２０の外径形状と同一形状の貫通孔４１１，４２１が形成されており、外側配管３２０がそれぞれの貫通孔４１１，４２１に通されている。従って、抵抗板４１０，４２０はタンク本体１１０内において上下方向に互いに対面状態で配置されており、両者の位置関係は、抵抗板４１０が上側に、抵抗板４２０が下側とされているとともに、両者４１０，４２０はともに冷媒流出口１２３及び冷媒流入口１２４よりも下方位置に配置されている。

図４に示すように、各抵抗板４１０，４２０には、貫通孔４１１，４２１を中心として周方向に等間隔で複数の通過孔４１２，４２２が形成されており、冷媒の通過を許容するものである。抵抗板４１０に形成されている通過孔４１２は２種類あって、内側には相対的に小さい小径通過孔４１２Ａが形成され、外側に相対的に大きい大径通過孔４１２Ｂが形成されている（図４（Ａ）参照）。また、抵抗板４２０には、抵抗板４１０に形成されている小径通過孔４１２Ａと同一径の小径通過孔４２２が抵抗板４１０に形成されている小径通過孔４１２Ａの数と同じ数だけ形成されている（図４（Ｂ）参照）。

従って、抵抗板４１０，４２０の流通抵抗を比較した場合、上側に配置されている抵抗板４１０の流通抵抗が下側に配置されている抵抗板４２０の流通抵抗よりも小さくなっている。

尚、図示はしていないが、抵抗板４１０，４２０の間に筒状の乾燥剤を配置し、冷媒内の水分を吸収するようにしても良い。

本実施形態の構成は以上であり、続いてその作用について説明する。蒸発器５を流出した冷媒は、冷媒流入口１２４からタンク本体１１０内部に流入する。タンク本体１１０内部に流入した冷媒は、分配器２００の周側壁２３０によって気液分離され、液相冷媒は、タンク本体１１０下部に分離集合し、気相冷媒は上述したように外側配管３２０から内側配管３１０を通過して冷媒流出口１２３から圧縮機１側に流出する。気相冷媒が外側配管３２０を流出して内側配管３１０に流入する際には、タンク本体１１０下部に貯留されている潤滑用オイルがオイル戻し穴３３３を通ってホルダ３３０内に吸い上げられ、気相冷媒とともに内側配管３１０を通って冷媒流出口１２３から圧縮機１側に流出する。

通常、冷媒流入口１２４からタンク本体１１０内部に流入した冷媒の圧力は、タンク本体１１０内の圧力よりも高いために、冷媒流入口１２４からは冷媒がタンク本体１１０内に噴射されることとなる。

仮に、抵抗板４１０，４２０を設けていない構成とした場合、タンク本体１１０内では噴射された冷媒とともにタンク本体１１０下部に貯留されている液相冷媒が旋回するというフォーミング状態が発生することとなる。フォーミング状態が発生することによって、液相冷媒がタンク本体１１０上部に舞い上がって外側配管３２０内に侵入し、液相冷媒が気相冷媒とともに圧縮機１側に流出することで気液分離性能が確保できないことがある。

また、流通抵抗の大きい抵抗板を設けた場合には、冷媒流入口１２４から噴射された冷媒の圧力を低減してフォーミング状態の発生を防止することはできるが、同時に気相冷媒に対する減圧作用も発生するため、圧力損失が増大するという問題が発生する。

一方、本実施形態のように、タンク本体１１０内に流通抵抗が異なる２枚の抵抗板４１０，４２０を配置し、それぞれの流通抵抗を上側の抵抗板４１０では相対的に低く、下側の抵抗板４２０では相対的に高くした構成では、タンク本体１１０下部に向かう液相冷媒は、この２枚の抵抗板４１０，４２０を通過することによって当該液相冷媒の圧力が段階的に低減されるため、タンク本体１１０下部に到達する頃にはその圧力は十分に低減され、タンク本体１１０内で旋回することがなくなり、フォーミング状態の発生が防止される。

勿論、冷媒流入口１２４からタンク本体１１０内部に流入する冷媒の圧力が高い場合には、たとえ抵抗板４１０，４２０でその圧力を低減できたとしても、圧力低減の度合いが足らずに、タンク本体１１０下部でフォーミング状態が発生することもある。しかしながら、フォーミングによってタンク本体１１０上部に舞い上がろうとする液相冷媒は、抵抗板４１０，４２０を通過しなければ外側配管３２０に上昇到達することができない。従って、フォーミングによってタンク本体１１０上部に向かおうとする液相冷媒は、抵抗板４１０，４２０に阻止されて、再びタンク本体１１０下部に戻されることとなる。

また、液相冷媒とともにタンク本体１１０下部に向かう一部の気相冷媒については、上側の抵抗板４１０の流通抵抗を低くしているため、気相冷媒に対する圧力損失が最小限に止められる。

上述したように、本実施形態によれば、２枚の抵抗板４１０，４２０によって、タンク本体１１０内に流入した冷媒の圧力が抑えられることとなり、流入した冷媒がタンク本体１１０内で旋回するというフォーミング状態の発生を防止することができる。これにより、タンク本体１１０下部に貯留されている液相冷媒が舞い上げられて気相冷媒とともに、圧縮機１側に流出することが防止され、気液分離性能を確保することができる。

また、２枚の抵抗板４１０，４２０のうち上側の抵抗板４１０の流通抵抗を相対的に低く、下側の抵抗板４２０の流通抵抗を相対的に高く設定しているため、タンク下部１１０に向かう気相冷媒に対する過度な圧力損失を防止して、その圧力損失を低減することができる。

従って、本実施形態では、フォーミング状態の発生を防止して気液分離性能の確保と、冷媒の圧力損失低減とを両立させることができる。

＜変形例１＞
上記実施形態では、タンク本体１１０内に２枚の抵抗板４１０，４２０を設けた構成としていたが、図５に示すように、３枚の抵抗板４１０，４２０，４３０を設けた構成としても良い。３枚の抵抗板４１０，４２０，４３０を設けた場合、各抵抗板４１０，４２０，４３０の流通抵抗は以下のように設定することができる。即ち、最上側の抵抗板４１０の流通抵抗を最も小さく設定し、最下側の抵抗板４２０の流通抵抗を最も大きく設定する。そして、中央の抵抗板４３０については、両抵抗４１０，４２０の流通抵抗の中間の流通抵抗に設定することができる。

＜第２の実施形態＞
アキュムレータの第２の実施形態について図６を参照して説明する。尚、上記実施形態と同一の部分については重複する説明を省略し、相違点のみを説明する。本実施形態では、吸込パイプとしてＵ字管６００を用いたものであり、タンク本体１１０内に抵抗板５１０，５２０を配置した構成である。

両者５１０，５２０の流通抵抗は、上記実施形態と同様に、上側に配置されている抵抗板５１０の流通抵抗が相対的に低く設定されており、下側に配置されている抵抗板５２０の流通抵抗が相対的に高く設定されている。

そして、抵抗板５１０，５２０には、それぞれ紙面直交方向に延びる２本のスリットが形成されており、これらのスリットにＵ字管６００を位置合わせした状態で抵抗板５１０，５２０をスライドさせることで、Ｕ字管６００に抵抗板５１０，５２０を取り付けるようになっている。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

上記実施形態では、２枚または３枚の抵抗板を備えた構成を示したが、例えば、４枚以上の抵抗板を備える構成としても良い。この場合にも、上側の抵抗板から順次流通抵抗を大きくするように設定することが望ましい。

また、上記第１の実施形態では、２枚の抵抗板４１０，４２０のうち、上側のものの流通抵抗を相対的に小さく設定し、下側のものの流通抵抗を相対的に大きく設定するようにしていたが、例えば、同一の流通抵抗に設定するようにしても良い。

また、上記第１の実施形態では、３枚の抵抗板４１０，４２０，４３０の流通抵抗を上側のものから順次大きくなるように設定していたが、例えば、中央の抵抗板４３０の流通抵抗を最も小さくしても良い。あるいは、中央の抵抗板４３０の流通抵抗を抵抗板４１０，４２０のいずれかの流通抵抗と同一となるように設定しても良い。

上記第１の実施形態では、冷媒流入口１２４が抵抗板４１０，４２０の上側に位置するように構成していたが、この冷媒流入口１２４から配管を導出し、その開口部を抵抗板４１０の下側あるいは、両抵抗板４１０，４２０の下側に配置するようにしても良い。

本実施形態の冷凍サイクルを示した全体構成図である。 アキュムレータの全体構成を示した斜視図である。 アキュムレータの全体構成を示した断面図である。 （Ａ）は上側の抵抗板を示す平面図である。（Ｂ）は下側の抵抗板を示す平面図である。 変形例に係るアキュムレータを示した断面図である。 第２の実施形態に係るアキュムレータを示した断面図である。

符号の説明

６…アキュムレータ
１００…タンク
１１０…タンク本体
１２０…ヘッダー
１２３…冷媒流出口
１２４…冷媒流入口
２００…分配器
３００…吸込パイプ
３１０…内側配管
３２０…外側配管
３２０Ａ…上端部（吸込口）
３３０…ホルダ
３３３…オイル戻し穴
４１０，４２０…抵抗板
４１２Ａ…大径通過孔
４１２Ｂ，４２２…小径通過孔

Claims (6)

1. 冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離し、当該気相冷媒を外部に流出させるためのアキュムレータであって、
   前記冷媒を前記液相冷媒と前記気相冷媒とに分離するタンクと、
   前記冷媒を前記タンクに流入させる冷媒流入口と
   前記タンク内に配され、前記気相冷媒を吸い込む吸込口と、
   前記吸込口から連通し、前記気相冷媒を外部に流出させる冷媒流出口と、
   前記タンク内において前記吸込口よりも下方位置に互いに対面状態で上下方向に並べて配置され、流通抵抗を有する複数の抵抗板とを備えたことを特徴とするアキュムレータ。
2. 前記複数の抵抗板のうち少なくとも１つは、前記冷媒流入口よりも下方位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアキュムレータ。
3. 前記複数の抵抗板のすべてが、前記冷媒流入口よりも下方位置に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアキュムレータ。
4. 前記複数の抵抗板のうち、最上側に位置する抵抗板は、その流通抵抗が前記複数の抵抗板のうち最も低く設定されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のアキュムレータ。
5. 前記複数の抵抗板のうち、最下側に位置する抵抗板は、その流通抵抗が前記複数の抵抗板のうち最も高く設定されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のアキュムレータ。
6. 前記複数の抵抗板の流通抵抗は、上側に位置する抵抗板の流通抵抗が下側に位置する抵抗板の流通抵抗よりも低くなるようにそれぞれ設定されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のアキュムレータ。

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