JP2008051426A - Accumulator - Google Patents
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- F25B2400/051—Compression system with heat exchange between particular parts of the system between the accumulator and another part of the cycle
Abstract
Description
本発明は、冷凍サイクルのアキュムレータに関し、その内部に高圧側の冷媒と低圧側の冷媒とを熱交換する内部熱交換器を設けてなるものである。 The present invention relates to an accumulator for a refrigeration cycle, in which an internal heat exchanger for exchanging heat between a high-pressure side refrigerant and a low-pressure side refrigerant is provided.
冷媒を循環する蒸気圧縮式の冷凍サイクルは、高圧側の冷媒と低圧側の冷媒とを熱交換することにより、その冷凍効率を向上させることが可能である。かかる熱交換を行うものが、内部熱交換器である。特に近年では、冷媒としてCO2を採用し、放熱器の内部の圧力が冷媒の臨界点を超える超臨界冷凍サイクルも知られている。内部熱交換器による効果は、このような超臨界冷凍サイクルにおいて顕著である。 A vapor compression refrigeration cycle that circulates refrigerant can improve the refrigeration efficiency by exchanging heat between the high-pressure side refrigerant and the low-pressure side refrigerant. What performs such heat exchange is an internal heat exchanger. Particularly in recent years, a supercritical refrigeration cycle is also known in which CO2 is used as a refrigerant and the pressure inside the radiator exceeds the critical point of the refrigerant. The effect of the internal heat exchanger is remarkable in such a supercritical refrigeration cycle.
また、内部熱交換器としては、特許文献1乃至3にも開示されているように、アキュムレータと一体型のものが提案されている。それらを一体型とする利点は、設置スペースの有効利用や、冷凍サイクルの組立て作業の簡略化等である。そもそもアキュムレータは、低圧側の冷媒を流通する圧力容器である。故に、その内部に高圧側の冷媒を流通させて熱交換をすれば、合理的であると考えられる。
さて、冷凍サイクルのアキュムレータや内部熱交換器については、耐圧性及び熱交換効率の向上とともに、設置スペースの狭小化、製造コストの低減等が非常に重要な課題とされており、前述したようにそれらを一体型とする場合にも、こうした課題を踏まえつつ更なる構造的工夫が求められている。 Now, with regard to accumulators and internal heat exchangers for refrigeration cycles, improvement of pressure resistance and heat exchange efficiency, as well as reduction of installation space and reduction of manufacturing costs are considered as very important issues. Even when they are integrated, further structural ingenuity is demanded in light of these issues.
例えば、超臨界冷凍サイクルに用いるアキュムレータは、設置スペースを確保すべく小径化すると、上下に細長いものとなる。この点、特許文献1乃至3に開示されているものは、高圧側の冷媒を流通する熱交換チューブの流路が水平方向に延びているため、アキュムレータの小径化によると、その流路の長さが制約されてしまう。或は、製造が困難になる。つまり、小径化には不向きである。
For example, an accumulator used in a supercritical refrigeration cycle is elongated in the vertical direction when the diameter is reduced to secure an installation space. In this respect, the ones disclosed in
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内部熱交換器を合理的に設けてなるアキュムレータを提供することである。 This invention is made | formed in view of this situation, The objective is to provide the accumulator which provides an internal heat exchanger rationally.
本願第1請求項に記載した発明は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器で冷却された冷媒を減圧して膨張する減圧器と、前記減圧器で減圧された冷媒を蒸発するエバポレータと、前記エバポレータから流出する冷媒を気層と液層に分離して気層の冷媒を前記圧縮機へ送るアキュムレータと、高圧側の前記冷媒と低圧側の前記冷媒とを熱交換する内部熱交換器とを備えた冷凍サイクルに用いられるアキュムレータにおいて、当該アキュムレータは、その内部に前記内部熱交換器を設けてなるものであり、前記内部熱交換器は、前記気層の冷媒を流通する気層冷媒流通容器と、前記気層冷媒流通容器の内部に配置された熱交換チューブとを備え、前記熱交換チューブに前記高圧側の冷媒を流通する構成のアキュムレータである。
The invention described in
本願第2請求項に記載した発明は、請求項1において、前記熱交換チューブは、その外面にフィンが一体に成形された押出し成形チューブである構成のアキュムレータである。
The invention described in claim 2 of the present application is the accumulator according to
本願第3請求項に記載した発明は、請求項1において、前記熱交換チューブは、その外面にフィンが装着された押出し成形チューブである構成のアキュムレータである。
The invention described in claim 3 of the present application is the accumulator according to
本願第4請求項に記載した発明は、請求項1乃至3のいずれかにおいて、前記熱交換チューブとしては、前記高圧側の冷媒を上方から下方へ流通する第1熱交換チューブと、前記高圧側の冷媒を下方から上方へ流通する第2熱交換チューブとを備えた構成のアキュムレータである。 According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects of the present invention, the heat exchange tube includes a first heat exchange tube that circulates the high-pressure side refrigerant from above to the lower side, and the high-pressure side. It is an accumulator of the structure provided with the 2nd heat exchange tube which distribute | circulates the said refrigerant | coolant from the downward direction upwards.
本願第5請求項に記載した発明は、請求項1乃至4のいずれかにおいて、前記熱交換チューブは、複数の流路を一体に成形してなるものであり、前記熱交換チューブの端部には、前記複数の流路を連通する端部部材を設けた構成のアキュムレータである。
The invention described in claim 5 of the present application is the heat exchange tube according to any one of
本願第6請求項に記載した発明は、請求項1乃至5のいずれかにおいて、前記気層冷媒流通容器は、これを上下方向に貫通する中空貫通部を備えた円筒型の容器である構成のアキュムレータである。
The invention recited in claim 6 of the present application is the structure according to any one of
本願第7請求項に記載した発明は、請求項1乃至6のいずれかにおいて、前記気層冷媒流通容器には、当該アキュムレータの内部で分離された前記気層の冷媒を流入する気層冷媒入口部と、前記気層の冷媒を当該アキュムレータの外部へ流出する気層冷媒出口部とを設けた構成のキュムレータである。
The invention described in claim 7 of the present application is the gas-phase refrigerant inlet according to any one of
本願第8請求項に記載した発明は、請求項1乃至7のいずれかにおいて、前記気層冷媒流通容器には、前記高圧側の冷媒を前記熱交換チューブへ流入する高圧冷媒入口部と、前記高圧側の冷媒を前記熱交換チューブから流出する高圧冷媒出口部とを貫通した構成のアキュムレータである。
The invention described in claim 8 of the present application is the gas-phase refrigerant circulation container according to any one of
本願第9請求項に記載した発明は、請求項1乃至8のいずれかにおいて、前記気層冷媒流通容器の内部には、前記気層の冷媒の流れを規制する仕切体を設けた構成のアキュムレータである。
The invention described in claim 9 of the present application is the accumulator according to any one of
本願第10請求項に記載した発明は、請求項1乃至9のいずれかにおいて、前記気層冷媒流通容器を流通する前記気層の冷媒と、前記熱交換チューブを流通する前記高圧側の冷媒は、それらの流れが互いに対向する対向流となるようにした構成のアキュムレータである。
The invention described in
本願第11請求項に記載した発明は、請求項1乃至10のいずれかにおいて、当該アキュムレータの内面には、前記気層冷媒流通容器を位置決めする位置決め手段を設けた構成のアキュムレータである。
The invention described in claim 11 of the present application is the accumulator according to any one of
本願第12請求項に記載した発明は、請求項1乃至11のいずれかにおいて、当該アキュムレータには、その内部に溜まったオイルを前記圧縮機へ送るためのオイル循環手段を設けた構成のアキュムレータである。
The invention described in claim 12 of the present application is the accumulator according to any one of
本願第13請求項に記載した発明は、請求項1乃至12のいずれかにおいて、前記冷凍サイクルは、前記放熱器の内部の圧力が前記冷媒の臨界点を超える超臨界冷凍サイクルである構成のアキュムレータである。
The invention described in claim 13 of the present application is the accumulator according to any one of
本発明によれば、内部熱交換器を合理的に設けてなるアキュムレータを得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain an accumulator that is rationally provided with an internal heat exchanger.
以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図1に示す冷凍サイクル1は、自動車に搭載される車内空調用のものであり、冷媒を圧縮する圧縮機200と、圧縮機200で圧縮された冷媒を冷却する放熱器300と、放熱器300で冷却された冷媒を減圧して膨張する減圧器400と、減圧器400で減圧された冷媒を蒸発するエバポレータ500と、エバポレータ500から流出する冷媒を気層と液層に分離して気層の冷媒を圧縮機200へ送るアキュムレータ600と、高圧側の冷媒と低圧側の冷媒とを熱交換する内部熱交換器700とを備えている。図中の白矢印は高圧側の冷媒が流れる方向を示し、黒矢印は、低圧側の冷媒が流れる方向を示している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. A
冷媒としては、CO2を採用しており、放熱器300の内部の圧力は、気温等の使用条件により、冷媒の臨界点を超える。ここで、臨界点とは、気層と液層が共存する状態の高温側の限界、つまり高圧側の限界であり、蒸気圧曲線の一方での終点である。臨界点での圧力、温度、密度は、それぞれ臨界圧力、臨界温度、臨界密度となる。放熱器の内部において、圧力が冷媒の臨界点を上まわると、冷媒は凝縮されない。
As the refrigerant, CO 2 is adopted, and the pressure inside the
図2及び図3に示すように、本例のアキュムレータ600は、その内部に内部熱交換器700を設けてなるものである。このアキュムレータ700は、上部開口611を蓋部材620にて閉鎖した上下に細長い円筒状のハウジング610からなり、この圧力容器たるハウジング610の内部には、低圧側の冷媒を内部下方へと導く低圧冷媒導入管630と、内部熱交換器700が配置されている。蓋部材620には、第1開口部621a、第2開口部621b、第3開口部621c、及び第4開口部621dが設けられている。第1開口部621aには、エバポレータ500から冷媒を流入する配管101が接続され、第2開口部621bには、圧縮機200へ冷媒を流出する配管102が接続され、第3開口部621cには、放熱器300から冷媒を流入する配管103が接続され、第4開口部621dには、減圧器400へ冷媒を流出する配管104が接続される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
図4乃至図10に示すように、本例の内部熱交換器700は、気層の冷媒を流通する気層冷媒流通容器710と、気層冷媒流通容器710の内部に配置された複数の熱交換チューブ720a,720bを備え、これらの熱交換チューブ720a,720bに高圧側の冷媒を流通するものとなっている。本例の場合、熱交換チューブとしては、高圧側の冷媒を上方から下方へ流通する第1熱交換チューブ720aと、高圧側の冷媒を下方からから上方へ流通する第2熱交換チューブ720bとを備えている。気層冷媒流通容器710は、これを上下方向に貫通する中空貫通部710aを備えた円筒型の樹脂製の容器である。気層冷媒流通容器710の側面とハウジング610の内面とは、若干のクリアランスを介して合致する構成となっている。アキュムレータ600の内面、すなわちハウジング610の内面の要所には、気層冷媒流通容器710を位置決めする位置決め手段612が設けられており、気層冷媒流通容器710は、ハウジング610の上部部位に位置決めされている。図2及び図3に示した位置決め手段612は、気層冷媒流通容器710の下面に当接する凸部である。
As shown in FIGS. 4 to 10, the
アキュムレータ600の低圧冷媒導入管630は、中空貫通部710aに挿通されている。低圧冷媒導入管630の要所にはフランジ体631が設けられており、低圧冷媒導入管630は、気層冷媒流通容器710の上面にフランジ体631を係止することにより位置決めされている。また、低圧冷媒導入管630の上端部は、蓋部材620の第1開口部621aに連結されている。尚、フランジ体631と気層冷媒流通容器710との間には隙間が形成されており、低圧冷媒導入管630にてハウジング610の内部下方にもたらされた冷媒は、気層のみが中空貫通部710aを通過して上昇し、気層冷媒流通容器710の上面に回り込む構成となっている。
The low-pressure
気層冷媒流通容器710の上面には、気層冷媒入口部711及び気層冷媒出口部712が設けられており、更に、高圧冷媒入口部701及び高圧冷媒出口部702が貫通されている。気層冷媒入口部711は、気層冷媒流通容器710の上面に回り込んだ気層の冷媒を気層冷媒流通容器710の内部へ流入する開口状の部位である。気層冷媒出口部712は、気層の冷媒を気層冷媒流通容器710からアキュムレータ600の外部へ流出するパイプ状の部位であり、蓋部材620の第2開口部621bに連結されている。高圧冷媒入口部701は、高圧側の冷媒を第1熱交換チューブ720aへ流入するパイプ状の部位であり、蓋部材620の第3開口部621cに連結されている。高圧冷媒出口部702は、高圧側の冷媒を第2熱交換チューブ720bから流出するパイプ状の部位であり、蓋部材620の第4開口部621dに連結されている。
A gas phase
各熱交換チューブ720a,720bは、その外面に放熱用のフィン721が一体に成形された押出し成形チューブである。各熱交換チューブ720a,720bの断面は、気層冷媒流通容器710の内部に納めるべく、それぞれ円弧状を呈する。
Each of the
これらの熱交換チューブ720a,720bは、複数の流路722を一体に成形してなるものであり、第1熱交換チューブ720a及び第2熱交換チューブ720bの各端部には、複数の流路722を連通する連通部731を備えた端部部材730a,730b,730cをそれぞれ設けている。第1熱交換チューブの720aの上端部には、連通部731に高圧冷媒入口部701を連通した第1端部部材730aを設け、第1熱交換チューブ720aの下端部及び第2熱交換チューブ720bの下端部には、これらの熱交換チューブ720a,720bを連通する第2端部部材730bを設け、第2熱交換チューブ720bの上端部には、連通部731に高圧冷媒出口部702を連通した第3端部部材730cを設けている。各熱交換チューブ720a,720bの端部においては、各端部部材730a,730b,730cを接続すべく押出し成形の後にフィン721を部分的に削除している。
These
気層冷媒流通容器710の内部には、気層の冷媒の流れを規制する仕切体713を設けている。仕切体713は、気層冷媒流通容器710の内部最上部から第2端部部材730bにかけて、第1熱交換チューブ720aと第2熱交換チューブ720bの間に設けられている。気層冷媒入口部711から流入した気層の冷媒は、順次、気層冷媒流通容器710と第3端部部材730cとの隙間を通過し、第2熱交換チューブ720bに対し上方から下方へと流通し、気層冷媒流通容器710と第2端部部材730bとの隙間を通過し、第1熱交換チューブ720aに対し下方から上方へと流通し、気層冷媒流通容器710と第1端部部材730aとの隙間を通過し、気層冷媒出口部712から流出する。気層の冷媒(低圧側の冷媒)と高圧側の冷媒は、各熱交換チューブ720a,720bに伝わる熱にて熱交換をする。気層冷媒流通容器710を流通する気層の冷媒と、熱交換チューブ720a,720bを流通する高圧側の冷媒は、それらの流れが互いに対向する対向流となっている。故に、優れた熱交換効率を確保することが可能である。
A
以上説明したように、本例のアキュムレータは、その内部に気層冷媒流通容器を設けるとともに、気層冷媒流通容器の内部に熱交換チューブを配置して内部熱交換器を構成することにより、製造の容易化、設置スペースの狭小化、及び内部熱交換器における熱交換効率の向上を達成してなるものである。従来技術と異なる大きな特徴は、圧力容器たるハウジングの内部に気層の冷媒を流通する気層冷媒流通容器を設けたことである。この気層冷媒流通容器は、単にハウジングの内部を区画するものではなく、それ自体が容器として独立したものとなっている。すなわち、容器を2重構造とし、外側の容器(ハウジング)にて耐圧性を確保するとともに、内側の容器(気層冷媒流通容器)にて内部熱交換をユニット化する構成となっている。製造性及び機能性を向上するための技術的思想である。また特に、アキュムレータの内部に熱交換チューブを上下方向に向けて配置したので、超臨界冷凍サイクルにおけるアキュムレータの小径化にも対応することができるという利点がある。尚、本例における各部の構成は、特許請求の範囲に記載した技術的範囲において適宜に設計変更が可能であり、図例説明したものに限定されないことは勿論である。 As described above, the accumulator of the present example is manufactured by providing an air-layer refrigerant circulation container in the interior and arranging a heat exchange tube inside the gas-layer refrigerant circulation container to constitute an internal heat exchanger. This is achieved by reducing the installation space, reducing the installation space, and improving the heat exchange efficiency of the internal heat exchanger. A major feature different from the prior art is that a gas-phase refrigerant circulation container that circulates a gas-layer refrigerant is provided inside a housing that is a pressure vessel. This gas-phase refrigerant circulation container does not simply divide the interior of the housing, but is itself independent as a container. That is, the container has a double structure, the pressure resistance is ensured by the outer container (housing), and the internal heat exchange is unitized by the inner container (gas-layer refrigerant circulation container). This is a technical idea for improving manufacturability and functionality. In particular, since the heat exchange tubes are arranged inside the accumulator in the vertical direction, there is an advantage that the accumulator can be reduced in diameter in the supercritical refrigeration cycle. In addition, it is needless to say that the configuration of each part in the present example can be appropriately changed in design within the technical scope described in the claims, and is not limited to that illustrated in the drawings.
次に、本発明の第2実施例を図11及び図12に基づいて説明する。本例のアキュムレータは、その内部に溜まった潤滑オイルを圧縮機200へ送るためのオイル循環手段を設けたものである。冷凍サイクル1は、冷媒とともに圧縮機200の潤滑オイルの一部を循環するものであり、アキュムレータ600のハウジング610の底部には、その潤滑オイルが溜まる。本例のオイル循環手段は、ハウジング610の底部に溜まった潤滑オイルを気層冷媒流通容器710の内部へ導くオイルリターンパイプ800を設けてなるものである。潤滑オイルは、圧力差によりオイルリターンパイプ800を上昇し、気層冷媒流通容器710の内部において気層の冷媒と混合し、圧縮機200へと送られる。その他の基本構成は、前述した実施例と同様である。アキュムレータ600には、このようなオイル循環手段を設けるとよい。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The accumulator of this example is provided with an oil circulation means for sending the lubricating oil accumulated inside to the
次に、本発明の第3実施例を図13乃至図16に基づいて説明する。本例の気層冷媒流通容器710は、第1熱交換チューブ720a及び第1端部部材730aを収納する矩形の第1収納部714と、第2熱交換チューブ720b及び第3端部部材730cを収納する矩形の第2収納部715と、第1収納部714及び第2収納部715の下部を連結するとともに第2端部部材720bを収納する第3収納部716と、位置決め手段612に位置決めされる円形の鍔部717とを備えたものである。第3収納部716及び鍔部717には、中空貫通部710aが設けられている。ここで、第1端部部材730a、第2端部部材730b、及び第3端部部材730cは、形状は異なるがその機能・構造は前述した実施例と同様であるため、共通の符号を使用するとともに図示は省略する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The gas-phase
また、第1熱交換チューブ720a及び第2熱交換チューブ720bは、その外面に別体のフィン723が装着された扁平型の押出し成形チューブである。第1熱交換チューブ720a及び第2熱交換チューブ720bは、それぞれ複数本設けられている。フィン723は、位相が異なる波を気層の冷媒の流通方向(図17中の矢印方向)に所定の間隔で列設した形状を呈するものである。このようなフィン723によれば、気層の冷媒に乱流が生じるので、熱交換効率が確実に向上するという利点がある。前述した実施例におけるフィン721は、各チューブ720a,720bと一体に押出し成形したものであるが、本例のようなフィン723に置きかえることも可能である。尚、その他の基本構成は、前述した実施例と同様である。
Further, the first
このように、各チューブ720a,720bにはフィン723を装着するように構成してもよい。また、気層冷媒流通容器710の形状は、各チューブ720a,720b及びフィン723の構成に応じて適宜に設定することが可能である。
As described above, the
本発明のアキュムレータは、内部熱交換器一体型のものであり、超臨界冷凍サイクルに用いられるアキュムレータとして、極めて好適に利用することが可能である。 The accumulator of the present invention is an internal heat exchanger integrated type, and can be used very suitably as an accumulator used in a supercritical refrigeration cycle.
1 冷凍サイクル
101 配管
102 配管
103 配管
104 配管
200 圧縮機
300 放熱器
400 減圧器
500 エバポレータ
600 アキュムレータ
610 ハウジング
611 上部開口
612 位置決め手段
620 蓋部材
621a 第1開口部
621b 第2開口部
621c 第3開口部
621d 第4開口部
630 低圧冷媒導入管
631 フランジ体
700 内部熱交換器
701 高圧冷媒入口部
702 高圧冷媒出口部
710 気層冷媒流通容器
710a 中空貫通部
711 気層冷媒入口部
712 気層冷媒出口部
713 仕切体
714 第1収納部
715 第2収納部
716 第3収納部
717 鍔部
720a 第1熱交換チューブ
720b 第2熱交換チューブ
721 フィン
722 流路
723 フィン
730a 第1端部部材
730b 第2端部部材
730c 第3端部部材
731 連通部
800 オイルリターンパイプ
DESCRIPTION OF
Claims (13)
当該アキュムレータは、その内部に前記内部熱交換器を設けてなるものであり、
前記内部熱交換器は、前記気層の冷媒を流通する気層冷媒流通容器と、前記気層冷媒流通容器の内部に配置された熱交換チューブとを備え、前記熱交換チューブに前記高圧側の冷媒を流通することを特徴とするアキュムレータ。 A compressor that compresses the refrigerant; a radiator that cools the refrigerant compressed by the compressor; a decompressor that decompresses and expands the refrigerant cooled by the radiator; and a refrigerant that is decompressed by the decompressor. Heat exchange is performed between the evaporator that evaporates, the accumulator that separates the refrigerant flowing out of the evaporator into a gas layer and a liquid layer, and sends the refrigerant in the gas layer to the compressor, and the refrigerant on the high-pressure side and the refrigerant on the low-pressure side In an accumulator used for a refrigeration cycle with an internal heat exchanger,
The accumulator is provided with the internal heat exchanger therein,
The internal heat exchanger includes an air-layer refrigerant circulation container that circulates the gas-layer refrigerant, and a heat exchange tube that is disposed inside the gas-layer refrigerant circulation container. An accumulator characterized by circulating a refrigerant.
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