JP2009139004A - アキュムレータ - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタの目詰まりを遅らせて長く異物除去機能を発揮できるアキュムレータを提供する。
【解決手段】アキュムレータ６は、二酸化炭素を主成分とする冷媒を用いる冷凍サイクル１０に設けられ、分離された液相冷媒を溜めるタンク本体６０と、タンク本体６０に冷媒を流入させるように設けられた冷媒流入管６１と、タンク本体６０内の気相冷媒を冷媒吸入口６２ａから吸入して外部に流出するように延設された冷媒流出管６２と、タンク本体６０内下部の液相冷媒中のオイルを吸入するために冷媒流出管６２に設けられるオイル戻し穴６３ａと、オイル戻し穴６３ａに吸入される異物を取り除くフィルタ部６４と、を備えている。そして、フィルタ部６４は網目部分を有し、網目部分は、目の開きが５００μｍ以下であり、さらにその表面積が１００ｍｍ^２以上となるように形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、冷凍サイクル内を循環する二酸化炭素冷媒を容器内に取り入れて気液分離するアキュムレータに関する。

従来、二酸化炭素冷媒を用いる蒸気圧縮式冷凍サイクル装置の構成部品であるアキュムレータとして、特許文献１に記載の装置が知られている。このアキュムレータは、その本体内に冷媒を流入させるために設けられた流入管と、本体内の上部で一端側が開口し他端側が圧縮機と連通するように、本体内部に配置された配管と、本体内の下方部に位置するように当該配管に設けられたオイル戻し孔と、オイル戻し孔からの異物侵入防止のために配管の外部に突出する形状で本体内の下方部に設けられた網目状のフィルタ部と、を備えている。
特開２００７−４６７９８号公報

上記特許文献１に記載されるアキュムレータは、二酸化炭素冷媒が流れる蒸気圧縮式冷凍サイクル装置の構成部品であるため、他の冷媒を用いる場合と比較して吐出冷媒が高温になり、サイクル内で様々な劣化物が発生することになる。そして、この様々な劣化物には、冷媒や潤滑油の劣化による酸化劣化物、冷凍サイクル装置の各構成部品を形成する材料の腐食により発生する劣化物、圧縮摺動部等における摩擦、磨耗、焼き付きにより発生する劣化物等があり、これらの形状やサイズの大小は広きにわたっている。

以上のことから、上記網目状のフィルタ部材において、網目の大きさが大きいと劣化物等の異物がオイル戻し孔から侵入しやすくなり、逆に網目の大きさが小さいと当該異物が網目に詰まって目詰まりを起こしやすくなるという問題がある。

そこで、本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、その目的はフィルタの目詰まりを遅らせて長く異物除去機能を発揮できるアキュムレータを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために下記の技術的手段を採用する。すなわち、第１の発明は、二酸化炭素を主成分とする冷媒を用いる冷凍サイクル（１０）に設けられ、内部に流入する冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離し当該気相冷媒を外部に流出させるアキュムレータに係る発明であって、
分離された液相冷媒を溜めるタンク本体（６０）と、
タンク本体（６０）に冷媒を流入させるように設けられた冷媒流入部材（６１）と、
冷媒吸入部（６２ａ）を有し、タンク本体（６０）内の気相冷媒を当該冷媒吸入部（６２ａ）から吸入して外部に流出するように延設された冷媒流出部材（６２）と、
タンク本体（６０）内の下部に溜まっている液相冷媒中のオイルを吸入するために冷媒流出部材（６２）の途中に設けられるオイル戻し穴（６３ａ）と、
当該オイル戻し穴（６３ａ）の外側に設けられ、当該オイル戻し穴（６３ａ）に吸入される異物を取り除くフィルタ部材（６４）と、を備え、
上記フィルタ部材（６４）は網目部分を有しており、
当該網目部分は、目の線間間隔が５００μｍ以下であり、さらにその表面積が１００ｍｍ^２以上となるように形成されていることを特徴とする。

二酸化炭素を主成分とする冷媒を用いる冷凍サイクルの場合、冷媒の吐出温度が高温のためサイクル内の冷媒中に種々の劣化物等の異物が発生することになるが、本発明によれば、目の開きが５００μｍ以下になるように網目部分を形成することにより、網目部分で小さな異物を捕集でき、高い捕集性能を実現できる。さらに網目部分をその表面積が１００ｍｍ^２以上となるように形成することにより、捕集のための表面積を十分に確保することができ、網目部分の目詰まりが遅くでき、フィルタ部の目詰まり寿命が長くなる。したがって、長く異物除去機能を発揮できるアキュムレータが得られる。

また、上記網目部分は冷媒流出部材（６２）の外方に突出する椀状体に形成されていることが好ましい。この発明によれば、オイル戻し穴が小さくても、網目部分の表面積を１００ｍｍ^２以上にするための形状を形成しやすくなり、また網目部分における異物の捕集箇所が偏らないような形状を形成しやすくなる。したがって、網目部分全体が目詰まりを起こしてしまう時期を可能な限り遅らせることができる。

また、上記フィルタ部（６４）は、冷媒流出部材（６２）の途中に設けられる箱体状部（６３）の表面から突出する形状であり、当該箱体状部（６３）に固定されていることが好ましい。この発明によれば、フィルタ部をその形態が安定して保持されるように固定することができる。

なお、上記各手段に記載の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（第１実施形態）
本発明の一実施例である第１実施形態について図１〜図５にしたがって説明する。図１は、第１実施形態における冷凍サイクル装置１０の構成を示す概略図である。

図１に示すように、蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置１０は、エンジンやモータなどの駆動源により駆動され、二酸化炭素を主成分とする冷媒を吸入して圧送する圧縮機１と、圧縮機１から吐出された高圧冷媒の放熱を行う放熱器２と、放熱器２を流出した高圧冷媒を減圧する減圧器４と、減圧器４により減圧された冷媒によって周囲を流れる空気を冷却するとともに当該冷媒が蒸発する蒸発器５と、蒸発器５を流出した冷媒を気液分離し、液体冷媒と分離されたガス冷媒を圧縮機１へ戻す働きをするアキュムレータ６と、を備え、これら各部品を配管によって環状に接続して構成されている。

さらに冷凍サイクル装置１０は、冷却性能を高めるために放熱器２を出た冷媒が蒸発器５を出た冷媒で冷却されるように設けられた内部熱交換器３を備えている。冷凍サイクル装置１０においては、二酸化炭素冷媒を使用しているため、サイクル内の圧力が臨界圧力以上の高圧になるため、冷媒中に多様な劣化物等からなる異物が混在することがある。

図２はアキュムレータ６内部の構成を模式的に示す縦断面図である。図２に示すように、アキュムレータ６は、上下方向に延びる縦長の円筒状に形成されたタンク本体６０を有している。タンク本体６０は、例えばアルミニウム等の金属により成形された上側タンクと下側タンクとを溶接等の接合手段によって一体に結合して形成されている。タンク本体６０の上部には、タンク本体６０内に冷媒を流入させるために冷媒流入管６１が接続されており、その流入口６１ａはタンク本体６０の内部に位置している。冷媒流入管６１は、蒸発器５出口から流出する冷媒をタンク本体６０内に流入させる冷媒流入部材を構成する。

さらにタンク本体６０の内部には、略Ｕ字状に形成された冷媒流出管６２が設けられている。冷媒流出管６２の一方側は、タンク本体６０の上面部を貫通してタンク本体６０外部へ延設されている。この冷媒流出管６２の一方側は、内部熱交換器３を介して圧縮機１の吸入側に接続されている。

また、冷媒流出管６２の他方側は、タンク本体６０内の上部で上方に向けて開口する冷媒吸入口６２ａを備えている。この冷媒吸入口６２ａは、タンク本体６０内の上部に存在する気相冷媒（ガス冷媒）を吸入する冷媒吸入部を構成する。冷媒流出管６２は、タンク本体６０内で気液分離された気相冷媒を冷媒吸入口６２ａから吸入して、アキュムレータ６の外部に流出させる冷媒流出部材を構成する。なお、冷媒吸入口６２ａの上方には、椀状形状の気液分離板を設けてもよい。

冷媒流入管６１および冷媒流出管６２は、タンク本体６０と同様にアルミニウム等の金属により成形される。冷媒流入管６１および冷媒流出管６２はともに、溶接等の接合手段によってタンク本体６０に一体に固定されている。

全体としてＵ字状を呈する冷媒流出管６２の下部には、微小な円形状の開口であるオイル戻し穴６３ａが形成されている。このオイル戻し穴６３ａは、冷媒流出管６２の途中に設けられ、タンク本体６０の底面に載置されている箱体状部６３の側面に形成されている。この箱体状部６３は、略直方体に形成されており、内部にチャンバを有し、このチャンバの横断面積は、冷媒流入管６１または冷媒流出管６２の横断面積よりも大きくなっている。箱体状部６３には、側面に冷媒流出管６２の冷媒吸入口６２ａ側が接続され、天面部に冷媒流出管６２の出口側が接続されている。

さらにオイル戻し穴６３ａの外側には、オイル戻し穴６３ａの開口位置に重合し、オイル戻し穴６３ａを完全に覆うようにフィルタ部６４が装着されている。図３はタンク本体６の内部下方に設けられるフィルタ部６４の形状を示す斜視図である。図４はフィルタ部６４の縦断面形状を示す縦断面図である。図５はフィルタ部６４に形成される網目寸法を示す概略図である。

図３および図４に示すように、フィルタ部６４は細かい網目部分を有している。フィルタ部６４は網目部分の他に網目部分を保持する枠部を備えていてもよい。この網目部分は、所定範囲当たり、所定個数の開口部を有するようなメッシュ構造となっている。この網目部分は、金属の線材または樹脂材料によって形成されている。

網目部分は、このようなメッシュ構造を有することにより、目の線間間隔が５００μｍ以下であり、その表面積が１００ｍｍ^２以上となるように形成されている。すなわち、目の線間間隔とは、図５に示すように、格子状に配された網目において構成される最も小さい一つの略正方形状開口を形成する一辺の長さであり、この一辺が５００μｍ以下の長さに形成されていることである。ここでいう表面積は、網目部分が形成する面の面積であり、線材がフィルタ部外方に面している部分の面積と当該線材によって囲まれて形成されている開口部分がフィルタ部外方に面している部分の面積の総和である。

網目部分は、箱体状部６３の外方に突出する椀状体、略円柱状体、半球面体等に形成されており、１００ｍｍ^２以上の表面積を有している。この網目部分の表面積とは、箱体状部６３の外表面から突出している部分であって、オイル戻し穴６３ａを覆っている網目の表面積である。出願人は、上記のような目の線間間隔、表面積で網目部分を構成することにより、異物の捕集性能とフィルタ部の目詰まり寿命の両面において、所定の製品機能を長く発揮できるアキュムレータが提供できることを確認している。

網目部分は、箱体状部６３の外表面に固定されているフランジ部６４ｃと、箱体状部６３の表面から離間した位置にある突面部６４ａと、フランジ部６４ｃと突面部６４ａを連結する立面部６４ｂとから構成されている。また、フランジ部６４ｃの周縁部には所定幅のリング部を設け、このリング部により網目部分を保持する構成としてもよい。タンク本体６０内の下部に溜まっている潤滑用オイルは、突面部６４ａおよび立面部６４ｂを通過してオイル戻し穴６３ａに吸入されることになる。

箱体状部６３がナイロンなどの樹脂で形成されている場合には、フィルタ部６４も樹脂で形成し、フランジ部６４ｃは溶着等により箱体状部６３に固定することができる。箱体状部６３が金属で形成されている場合には、フィルタ部６４も金属で形成することとし、フランジ部６４ｃはろう付け接合、溶接（ＴＩＧ溶接、アーク溶接、スポット溶接等）、かしめ等により箱体状部６３に固定することができる。

したがって、オイル戻し穴６３ａはタンク本体６０内の下部に溜まる潤滑用オイルをフィルタ部６４の網目部分を通して冷媒流出管６２の内部に吸入することができる。また、潤滑用オイルは二酸化炭素冷媒に溶け込んでいるため、潤滑用オイルとともに液相冷媒がオイル戻し穴６３ａから冷媒流出管６２の内部に吸入されることになる。そして、液相冷媒等がフィルタ部の網目部分を通過するときに、目の線間間隔が５００μｍ以下である極小の開口部によって異物が取り除かれ、この網目部分の表面積が１００ｍｍ^２以上に亘っているので、フィルタ部６４の網目部分全体が完全に詰まる目詰まりによってフィルタ部６４が機能を発揮しないような状態になることを防止することができる。

二酸化炭素冷媒を用いる冷凍サイクルにおいて発生する異物は、様々な大きさ、形状、材質（金属、酸化物等）、性質のものがあり、例えば、冷凍サイクル装置１０の各構成部品を形成する材料の腐食により発生する劣化物、圧縮摺動部等における摩擦、磨耗、焼き付きにより発生する劣化物等がある。

次に、上記構造のアキュムレータ６を流通する冷媒流れについて概要を説明する。冷媒流入管６１の流入口６１ａからアキュムレータ６内に流入した冷媒は、タンク本体６０内の上部から吹き出され、タンク本体６０の内壁に沿って回りながら下方へ落ちて行く旋回冷媒流となり、この旋回する中で気液分離が行われる。そして、比重の小さい気相冷媒（ガス冷媒）は冷媒流出管６２の冷媒吸入口６２ａに吸入されて冷媒流出管６２内に流入し、残余の比重の大きい液相冷媒はタンク本体６０内の下方に向けて流下することになる。

気液分離された後の液相冷媒は、タンク本体６０の下部に溜まるとともに、液相冷媒と冷媒中に含まれていた潤滑用オイル（冷凍機油）との分離が進み、潤滑用オイルは液相冷媒の下の最下部に溜まるようになる。

一方、冷媒吸入口６２ａに吸入された気相冷媒（ガス冷媒）は、冷媒吸入口６２ａから下方に延びる冷媒流出管６２内を進み、箱体状部６３内でオイル戻し穴６３ａから潤滑用オイルを吸引しつつ冷媒流出管６２内を上方に向けて流れ、タンク本体６０外部へ流出し内部熱交換器３を通って圧縮機１に吸入される。

次に、本実施形態の作用効果について述べる。アキュムレータ６は、二酸化炭素を主成分とする冷媒を用いる冷凍サイクル１０に設けられ、分離された液相冷媒を溜めるタンク本体６０と、タンク本体６０に冷媒を流入させるように設けられた冷媒流入管６１と、タンク本体６０内の気相冷媒を冷媒吸入口６２ａから吸入して外部に流出するように延設された冷媒流出管６２と、タンク本体６０内下部の液相冷媒中のオイルを吸入するために冷媒流出管６２に設けられるオイル戻し穴６３ａと、オイル戻し穴６３ａに吸入される異物を取り除くフィルタ部６４と、を備えている。そして、フィルタ部６４は網目部分を有し、網目部分は、目の開きが５００μｍ以下であり、さらにその表面積が１００ｍｍ^２以上となるように形成されている。

この構成によれば、二酸化炭素冷媒を用いる冷凍サイクル１０において特有な現象である高温の冷媒吐出温度によって、様々な形状、大きさの劣化物がサイクル中に発生することになるが、これを取り除く劣化物捕集率が向上するとともに、長く捕集性能を発揮できるアキュムレータ６を提供することができる。すなわち、フィルタ部６４の網目部分を、目の開きが５００μｍ以下とし、その表面積が１００ｍｍ^２以上となるように形成することにより、フィルタ部６４の捕集効率と目詰まりの長寿命化との両面に優れたフィルタ部６４が得られる。

また、フィルタ部６４の網目部分は冷媒流出管６２の途中に設けられた箱体状部６３の外方に突出する椀状体に形成されている。この構成によれば、オイル戻し穴が小さくても、網目部分の表面積を１００ｍｍ^２以上にするための形状を形成しやすくなり、網目部分における異物の捕集箇所が偏らないような形状を容易に形成することができる。

また、フィルタ部６４は、箱体状部６３の外表面に固定されている。この構成によれば、フィルタ部６４をその形態が安定して保持されるように確実に固定することができる。

本発明の一実施例である第１実施形態における冷凍サイクル装置の構成を示す概略図である。 第１実施形態におけるアキュムレータ内部の概略構成を示す概略縦断面図である。 第１実施形態のアキュムレータ本体の内部下方に設けられるフィルタ部の形状を示す斜視図である。 第１実施形態のフィルタ部の縦断面形状を示す縦断面図である。 第１実施形態のフィルタ部に形成される網目寸法を示す概略図である。

符号の説明

６…アキュムレータ
１０…冷凍サイクル
６０…タンク本体
６１…冷媒流入管（冷媒流入部材）
６２…冷媒流出管（冷媒流出部材）
６２ａ…冷媒吸入口（冷媒吸入部）
６３…箱体状部
６３ａ…オイル戻し穴
６４…フィルタ部

Claims (3)

1. 二酸化炭素を主成分とする冷媒を用いる冷凍サイクル（１０）に設けられ、内部に流入する冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離し前記気相冷媒を外部に流出させるアキュムレータであって、
   前記分離された液相冷媒を溜めるタンク本体（６０）と、
   前記タンク本体（６０）に冷媒を流入させるように設けられた冷媒流入部材（６１）と、
   冷媒吸入部（６２ａ）を有し、前記タンク本体（６０）内の前記気相冷媒を前記冷媒吸入部（６２ａ）から吸入して外部に流出するように延設された冷媒流出部材（６２）と、
   前記タンク本体（６０）内下部に溜まっている液相冷媒中のオイルを吸入するために前記冷媒流出部材（６２）の途中に設けられるオイル戻し穴（６３ａ）と、
   前記オイル戻し穴（６３ａ）の外側に設けられ、前記オイル戻し穴（６３ａ）に吸入される異物を取り除くフィルタ部（６４）と、
   を備え、
   前記フィルタ部（６４）は網目部分を有しており、
   前記網目部分は、目の線間間隔が５００μｍ以下であり、さらにその表面積が１００ｍｍ^２以上となるように形成されていることを特徴とするアキュムレータ。
2. 前記網目部分は、前記冷媒流出部材（６２）の外方に突出する椀状体に形成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. 前記フィルタ部（６４）は、前記冷媒流出部材（６２）の途中に設けられる箱体状部（６３）の表面から突出する形状であり、前記箱体状部（６３）に固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載のアキュムレータ。

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