JP2008045777A - アキュームレータ - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度の増加をより安定的に抑制することのできるアキュームレータを得る。
【解決手段】冷媒を循環させて空気の冷却を行う冷凍サイクル１０に設けられ、蒸発器５から流入した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して一時的に貯留する貯留室６０が形成された本体部６ａと、前記蒸発器５から冷媒を前記本体部６ａ内に流入させる導入管６１と、主に気相冷媒を圧縮機１に送り込む導出管６５と、を備えたアキュームレータ６であって、前記導出管６５の冷媒吸入口６２を前記貯留室６０上部の気相冷媒貯留部６６に臨ませて開口させるとともに、当該導出管６５を折り曲げて折曲部６５ｃを形成し、前記導出管６５の前記折曲部６５ｃよりも下流側に、前記液相冷媒の液面の高さが上昇した際に前記液相冷媒を前記導出管６５内に流入させる液相冷媒吸引孔６３を設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用空調装置などの冷凍サイクルシステムで用いられるアキュームレータに関する。

従来、冷媒圧縮機で加圧させた冷媒を、水−冷媒熱交換器にて熱交換を行って冷却し、減圧弁を通過させることで冷媒を減圧して膨張させ、冷媒蒸発器にて蒸発させて冷媒圧縮機に戻す冷凍サイクルにおいて、冷媒圧縮機に冷媒液が供給されることにより冷媒圧縮機の作業能率が悪化したり冷媒圧縮機が壊れたりすることを抑制するために、冷媒蒸発器から流入した冷媒を冷媒ガスと冷媒液とに分離させて冷媒ガスを冷媒圧縮機に送り込むアキュームレータを設けたものがある。

しかしながら、かかる従来の構造では、外気温の上昇等により冷媒圧縮機から吐出する冷媒の温度が上昇して高温になりすぎると、冷媒圧縮機の性能が低下してしまい、冷房能力も低下してしまうという問題があった。

ところで、冷凍サイクルにおいて、冷媒圧縮機の吐出口より吐出される冷媒の吐出温度が高くなると、冷媒圧縮機から減圧弁までの高圧区間内の冷媒の密度が低下する。すなわち、かかる区間に存在する冷媒の質量が減少する。したがって、逆に、減圧弁から冷媒圧縮機までの低圧区間内に存在する冷媒の質量が増加することとなり、アキュームレータ内に貯留される冷媒の質量も増加し、アキュームレータ内の冷媒の液面の高さが増すことになる。

そこで、上記現象を利用して、冷媒圧縮機の吐出口より吐出される冷媒の吐出温度が高くなった場合に、導出パイプ内に冷媒液が供給されるようにして、当該冷媒液の蒸発潜熱を利用して冷媒圧縮機に吸入される冷媒の温度を低下させ、冷媒圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度の増加の抑制を図るアキュームレータの構造が提案されている（例えば、特許文献１）。

この特許文献１に開示されるアキュームレータは、冷媒蒸発器から冷媒を吸入する流入パイプと、吸入した冷媒を一時的に貯留する貯留室が形成された容器本体と、この貯留室内に貯留した冷媒を主に必要な量だけ冷媒圧縮機の吸入側に供給する略円筒状の導出パイプと、を備え、当該導出パイプの下部に、冷媒圧縮機の摺動部分の潤滑をよくするために冷媒内に混入した潤滑油を導出パイプ内に導入するためのオイル戻し穴を設けるとともに、その上部に冷媒液戻し穴を設け、冷媒の液面の高さが増した場合に当該冷媒液戻し穴から導出パイプ内に冷媒液が導入されるようにした構造をしている。
特開２００３−９０６５１号公報

しかしながら、特許文献１にかかるアキュームレータの構造にあっては、冷媒液戻し穴は、冷媒ガスが吸入される導出パイプの開口部近傍に設けられており、アキュームレータ内圧と冷媒液戻し穴における管内静圧との圧力差が大きくならない。そのため、冷媒液戻し穴から導出パイプ内への冷媒液の供給が不安定となり、冷媒圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度の増加を安定して抑制することができないおそれがあった。

そこで、本発明は、冷媒圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度の増加をより安定的に抑制することのできるアキュームレータを得ることを目的とする。

本発明にあっては、冷媒を循環させて空気の冷却を行う冷凍サイクルに設けられ、蒸発器から流入した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して一時的に貯留する貯留室が形成された本体部と、前記蒸発器から冷媒を前記本体部内に流入させる導入管と、主に気相冷媒を圧縮機に送り込む導出管と、を備えたアキュームレータであって、前記導出管の冷媒吸入口を前記貯留室上部の気相冷媒貯留部に臨ませて開口させるとともに、当該導出管を折り曲げて折曲部を形成し、前記導出管の前記折曲部よりも下流側に、前記液相冷媒の液面の高さが上昇した際に前記液相冷媒を前記導出管内に流入させる液相冷媒吸引孔を設けたことを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、導出管を折り曲げて折曲部を形成し、折曲部を通過する冷媒に圧力損失を生じさせることで、導出管の折曲部よりも下流側に設けた液相冷媒吸引孔近傍における導出管内部の圧力を低下させることができる。さらに、液相冷媒吸引孔と冷媒吸入口との距離が長くなるため、管路抵抗によって導出管内部の圧力を大きく低下させることができる。その結果、アキュームレータ内圧と液相冷媒吸引孔における管内静圧との圧力差が大きくなり、液相冷媒を、液相冷媒吸引孔から導出管内へとより安定的に供給することができ、冷媒圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度の増加をより安定的に抑制することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。ここでは、車両用空調装置等に適用される冷凍サイクルを例示する。

（第１実施形態）図１は、本実施形態にかかるアキュームレータを備える冷凍サイクルのブロック図、図２は、アキュームレータの断面図である。

冷凍サイクル１０は、図１に示すように、炭酸ガスからなる冷媒を加圧吐出するコンプレッサ（圧縮機）１と、外気との熱交換によりコンプレッサ１から送られる冷媒を冷却するコンデンサ（ガスクーラ）２と、このコンデンサ２から送られる冷媒を減圧する膨張弁４と、この膨張弁４から送られる冷媒を蒸発させることにより空気を冷却するエバポレータ（蒸発器）５と、コンデンサ２から送られた高圧の冷媒が流動する高圧側通路３Ｈとコンプレッサ１へ戻る低圧の冷媒が流動する低圧側通路３Ｌとの両方に接合され、高圧の冷媒と低圧の冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器３と、エバポレータ５から送られる冷媒を受け入れるとともに、冷媒の気液分離を行い気相冷媒をコンプレッサ１へ送り出すアキュームレータ６とを備えている。

この冷凍サイクル１０では、冷媒にコンプレッサ１を潤滑するための潤滑オイルを混入させた混合流体を循環させている。

本実施形態にかかるアキュームレータ６は、図２に示すように、上下両端が閉じられた円筒形の本体部６ａと、エバポレータ５に接続され、エバポレータ５から送られてきた混合流体（冷媒および潤滑オイルからなる混合流体）を本体部６ａに形成された貯留室６０内に流入させる導入管６１と、内部熱交換器３の低圧側通路３Ｌに接続され、主に気相冷媒を吸入してコンプレッサ１の吸入側に供給する導出管６５と、を備えている。

貯留室６０内に送られた冷媒および潤滑オイルからなる混合流体は、比重の差により、最も比重の大きい潤滑オイルが貯留室６０の底部に沈下するとともに、その上方には、次に比重の大きい液相冷媒が沈下し、最も比重の小さい気相冷媒が液相冷媒の上部に充満して、潤滑オイル、液相冷媒および気相冷媒とに分離した状態で貯留室６０内に一時的に貯留されることとなる。すなわち、貯留室６０には、図２に示すように、気相冷媒が貯留される領域である気相冷媒貯留部６６と、液相冷媒が貯留される領域である液相冷媒貯留部６７と、潤滑オイルが貯留される領域である潤滑オイル貯留室６８と、が形成されている。

導入管６１は、本体部６ａの上部に取り付けられており、エバポレータ５から送られた冷媒および潤滑オイルからなる混合流体を貯留室６０内に流入させる排出口６１ａを気相冷媒貯留部６６に臨ませるとともに下側に向けて開口させている。

導出管６５は、本体部６ａの上部に取り付けられており、貯留室６０内の導出管６５を略Ｕ字状に折り曲げて折曲部６５ｃを形成し、導出管６５が液相冷媒貯留部６７および潤滑オイル貯留部６８を通るように、折曲部６５ｃを潤滑オイル貯留部６８内に配置させるとともに、気相冷媒を吸入する冷媒吸入口６２を気相冷媒貯留部６６に臨ませて上側に向けて開口させている。

そして、導出管６５の潤滑オイル貯留部６８内に位置する部位に吸引孔６４を設け、潤滑オイルを導出管６５内に吸入して、コンプレッサ１に戻している。

さらに、本実施形態では、折曲部６５ｃよりも下流側の所定の高さに液相冷媒吸引孔６３を設けることで、コンプレッサ１から吐出する冷媒の温度が上昇して高温になり、貯留室６０内の液相冷媒の液面高さが上昇した際に、液相冷媒が液相冷媒吸引孔６３から導出管６５内に供給されて、コンプレッサ１から吐出する冷媒の温度が上昇するのを抑制している。

すなわち、外気温度の上昇に伴い、コンプレッサ１から吐出する冷媒の温度が上昇して高温になると、コンプレッサ１から膨張弁４までの高圧区間内の冷媒の密度が低下するとともに冷媒の質量が減少し、膨張弁４からコンプレッサ１までの低圧区間内に存在する冷媒の質量が増加することとなり、アキュームレータ内に貯留される冷媒の質量も増加し、アキュームレータ内の冷媒の液面の高さが増す。そして、貯留室６０内の液相冷媒の液面高さの上昇により液相冷媒吸引孔６３が液相冷媒で覆われると、液相冷媒が液相冷媒吸引孔６３から導出管６５内に供給されて内部熱交換器３の低圧側通路３Ｌに流入し、液相冷媒の蒸発潜熱により内部熱交換器３での冷媒の温度上昇が抑制される。その結果、コンプレッサ１から吐出する冷媒の温度が上昇するのが抑制される。

このとき、液相冷媒吸引孔６３を設ける高さを、適宜変更することで、コンプレッサ１から吐出する冷媒の温度を所望温度以下となるように制御することが可能となる。

以上の構成による本実施形態によれば、導出管６５を折り曲げて折曲部６５ｃを形成し、折曲部６５ｃを通過する冷媒に圧力損失を生じさせることで、導出管６５の折曲部６５ｃよりも下流側に設けた液相冷媒吸引孔６３の近傍における導出管６５の内部の圧力を低下させることができる。

さらに、本実施形態によれば、液相冷媒吸引孔６３と冷媒吸入口６２との距離が長くなるため、管路抵抗によって導出管６５の内部の圧力を大きく低下させることができる。

その結果、アキュームレータ６の内圧と液相冷媒吸引孔６３における管内静圧との圧力差が大きくなり、液相冷媒を、液相冷媒吸引孔６３から導出管６５内へとより安定的に供給することができ、コンプレッサ１から吐出される冷媒の吐出温度の増加をより安定的に抑制することことができる。

（第２実施形態）図３は、本実施形態にかかるアキュームレータの断面図である。なお、本実施形態にかかるアキュームレータは、上記第１実施形態にかかるアキュームレータと同様の構成要素を備える。よって、それら同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。

本実施形態にかかるアキュームレータ６Ａは、上記第１実施形態と比べて、本体部６ａＡの上部を縮径させることで、貯留室６０下部の液相冷媒貯留部６７より小さな略一定断面積で上下方向に延びる狭窄領域６ｂを気相冷媒貯留部６６に形成するとともに、液相冷媒吸引孔６３を当該狭窄領域６ｂに臨ませて設けたことが異なっており、その他の構成は、上記第１実施形態と基本的に同様である。

以上の本実施形態によれば、貯留室６０下部の液相冷媒貯留部６７より小さな略一定断面積で上下方向に延びる狭窄領域６ｂを形成したことで、かかる領域におけるコンプレッサ１から吐出される冷媒の吐出温度の変化に対する液相冷媒の液面高さ変化量を大きくすることができる。さらに、液相冷媒吸引孔６３を、この狭窄領域６ｂに臨ませて設けたため、液相冷媒吸引孔６３の設置高さの寸法公差を大きくすることができる。

（第３実施形態）図４は、本実施形態にかかるアキュームレータの断面図である。なお、本実施形態にかかるアキュームレータは、上記第１実施形態にかかるアキュームレータと同様の構成要素を備える。よって、それら同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。

本実施形態にかかるアキュームレータ６Ｂは、上記第１実施形態と比べて、略一定断面積で上下方向に延びる略円筒状の絞り部材６９を貯留室６０内の上部内周に設置して、貯留室６０下部の液相冷媒貯留部６７よりも内部空間の断面積が小さくなるようにして狭窄領域６ｂＢを形成し、液相冷媒吸引孔６３を当該狭窄領域６ｂＢに臨ませて設けたことが異なっており、その他の構成は、上記第１実施形態と基本的に同様である。

なお、絞り部材６９として、冷媒を乾燥させるための乾燥剤や多孔質部材などを用いることができる。

以上の本実施形態によれば、略一定断面積で上下方向に延びる略円筒状の絞り部材６９を貯留室６０内の上部内周に設置して、貯留室６０下部の液相冷媒貯留部６７よりも内部空間の断面積が小さくなるようにして狭窄領域６ｂＢを形成したことで、かかる領域におけるコンプレッサ１から吐出される冷媒の吐出温度の変化に対する液相冷媒の液面高さ変化量を大きくすることができる。さらに、液相冷媒吸引孔６３を、この狭窄領域６ｂに臨ませて設けたため、液相冷媒吸引孔６３の設置高さの寸法公差を大きくすることができる。

さらに、本実施形態によれば、絞り部材６９を貯留室６０内に設置するだけで容易に狭窄領域６ｂＢを形成することができる上、本体部６ａの形状を複雑にする必要がなく、本体部６ａに応力集中が生じるのを抑制することができるという利点もある。

（第４実施形態）図５は、本実施形態にかかるアキュームレータの断面図である。なお、本実施形態にかかるアキュームレータは、上記第１実施形態にかかるアキュームレータと同様の構成要素を備える。よって、それら同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。

本実施形態にかかるアキュームレータ６Ｃは、上記第１実施形態と比べて、導出管６５Ｃの折曲部６５ｃよりも上流側の上部に、略一定断面積で上下方向に延びる略円筒状の拡径部６５ａを設け、貯留室６０下部の液相冷媒貯留部６７よりも内部空間の断面積が小さくなるようにして狭窄領域６ｂＣを形成し、液相冷媒吸引孔６３を当該狭窄領域６ｂＣに臨ませて設けたことが異なっており、その他の構成は、上記第１実施形態と基本的に同様である。

以上の本実施形態によっても、上記第３実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。

（第５実施形態）図６は、本実施形態にかかるアキュームレータの断面図である。なお、本実施形態にかかるアキュームレータは、上記第１実施形態にかかるアキュームレータと同様の構成要素を備える。よって、それら同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。

本実施形態にかかるアキュームレータ６Ｄは、上記第１実施形態と比べて、導出管６５Ｄに設けた液相冷媒吸引孔６３よりも上流側に、狭窄部６５ｂを設けたことが異なっており、その他の構成は、上記第１実施形態と基本的に同様である。

以上の本実施形態によれば、液相冷媒吸引孔６３よりも上流側に、狭窄部６５ｂを設けたため、液相冷媒吸引孔６３における管内静圧をさらに低下させることができ、アキュームレータ６Ｄの内圧と液相冷媒吸引孔６３における管内静圧との圧力差がさらに大きくなり、液相冷媒を、液相冷媒吸引孔６３から導出管６５内へとより一層安定的に供給することができるようになる。

以上、本発明にかかる車両用内装部品の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限ることなく要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態を採用することができる。

例えば、上記第１〜第５実施形態で用いた導出管は、略Ｕ字状をしているが、種々の形状のものを用いることができる。

また、上記第２実施形態では、本体部の上部全体を縮径させているが、一部のみ縮径させてもよい。

また、導入管の排出口を横向きに開口させてもよい。

本発明の第１実施形態にかかるアキュームレータを備える冷凍サイクルのブロック図。 本発明の第１実施形態にかかるアキュームレータの断面図。 本発明の第２実施形態にかかるアキュームレータの断面図。 本発明の第３実施形態にかかるアキュームレータの断面図。 本発明の第４実施形態にかかるアキュームレータの断面図。 本発明の第５実施形態にかかるアキュームレータの断面図。

符号の説明

１ コンプレッサ（圧縮機）
５ エバポレータ（蒸発器）
６ アキュームレータ
６ａ 本体部
６ｂ 狭窄領域
１０ 冷凍サイクル
６０ 貯留室
６１ 導入管
６２ 冷媒吸入口
６３ 液相冷媒吸引孔
６５ 導出管
６５ａ 拡径部
６５ｂ 狭窄部
６５ｃ 折曲部
６６ 気相冷媒貯留部
６７ 液相冷媒貯留部
６９ 絞り部材

Claims (5)

1. 冷媒を循環させて空気の冷却を行う冷凍サイクル（１０）に設けられ、蒸発器（５）から流入した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して一時的に貯留する貯留室（６０）が形成された本体部（６ａ）と、前記蒸発器（５）から冷媒を前記本体部（６ａ）内に流入させる導入管（６１）と、主に気相冷媒を圧縮機（１）に送り込む導出管（６５）と、を備えたアキュームレータ（６）であって、
   前記導出管（６５）の冷媒吸入口（６２）を前記貯留室（６０）上部の気相冷媒貯留部（６６）に臨ませて開口させるとともに、当該導出管（６５）を折り曲げて折曲部（６５ｃ）を形成し、
   前記導出管（６５）の前記折曲部（６５ｃ）よりも下流側に、前記液相冷媒の液面の高さが上昇した際に前記液相冷媒を前記導出管（６５）内に流入させる液相冷媒吸引孔（６３）を設けたことを特徴とするアキュームレータ。
2. 前記貯留室（６０）の一部に、当該貯留室（６０）下部の液相冷媒貯留部（６７）より小さな略一定断面積で上下方向に延びる狭窄領域（６ｂ）を形成し、前記液相冷媒吸引孔（６３）を当該狭窄領域（６ｂ）に臨ませて設けたことを特徴とする請求項１に記載のアキュームレータ。
3. 前記狭窄領域（６ｂ）は、略一定断面積で上下方向に延びる絞り部材（６９）を前記貯留室（６０）内に設置することで形成されることを特徴とする請求項２に記載のアキュームレータ。
4. 前記狭窄領域（６ｂ）は、略一定断面積で上下方向に延びる拡径部（６５ａ）を前記導出管（６５）に設けることで形成されることを特徴とする請求項２に記載のアキュームレータ。
5. 前記導出管（６５）の前記液相冷媒吸引孔（６３）よりも上流側に狭窄部（６５ｂ）を設けたことを特徴とする請求項１〜４のうち何れか１項に記載のアキュームレータ。

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