JP2013137111A - アキュムレータ - Google Patents

Abstract

【課題】材料費及び加工費を低減できながら、コンパクトな容器に通路面積の大きい出口管を適用でき、圧力損失を低下できる高性能なアキュムレータを得る。
【解決手段】筒形の密閉容器１０と、内部に開口する入口管４及び出口管５を備え、出口管５は、密閉容器１０の内外を連絡する連絡管６と、プレート材７１０に入口から出口にかけてＵ字に沿う凹溝７１１を設けた第１プレート７１と該第１プレート７１の凹溝７１１を塞ぐプレート材７２０をもつ第２プレート７２とを接合して成り、凹溝７１１の入口を密閉容器１０の内部に開口し且つ凹溝７１１の出口を連絡管６に接続したプレート式Ｕ字管７とを備えて成る。
【選択図】図３

Description

本発明は、空調機や冷凍機の冷媒回路に設け、主に圧縮機の吸入側において気液分離するアキュムレータに関する。

この種一般的なアキュムレータは、特許文献１に記載されているように、筒形の密閉容器と、該容器内に蒸発器から取り込み運転状況により液が混じるガス冷媒を開放させる入口管と、容器内の上部からガス冷媒を取り出し且つ下部に溜まる冷凍機油を圧縮機側に回収する油戻し穴を設けたＵ字管から成る出口管とを備える。

また、やや特殊なアキュムレータとしては、特許文献２に記載されているように、瓶形の密閉容器と、その上部の開口に栓をするキャップに支持させる入口管と、同キャップに支持させる内管及び外管をもつ二重管から成る出口管とを備える。

特許第２６７４３７６号公報 特開２００８−２１５７２７号公報

しかし、特許文献１のように出口管にＵ字管を用いるものでは、直管をＵ字に曲げる加工が必要で、このような加工に適した伸び性の良い材料として銅管（どうかん）が広く用いられるが、容器内部の配管については本来高い耐圧性は必要なく、過剰品質であるばかりか、曲げ加工後に油戻し穴を別途手作業等で開ける必要があり、材料費及び加工費がかさむ。特に、油戻し穴の個数が増えると、手作業の手間が増える。さらに、Ｕ字形への曲げ加工は、銅管径が太くなるほど曲げアールを大きくとる必要があるため、容器の径に対して大径の出口管とすることは難しく、コンパクトな容器に太い出口管を適用するのは困難である。

また、出口管に二重管を用いる特許文献２のものでは、内管と外管との支持構造が複雑となり、特に、一つのキャップに、入口管の他、二重管を構成する外管と内管の両方を片持ち状に支持する必要があるため、キャップを特殊な形状に加工する必要があり、Ｕ字管を用いる場合よりもむしろコスト高となる。

本発明の課題は、材料費及び加工費を低減できながら、コンパクトな密閉容器に通路面積の大きい出口管を適用でき、圧力損失を低下できる高性能なアキュムレータを提供する点にある。

本発明は、上記課題を解決するため、図面に例示するように、筒形の密閉容器（１０）と、この密閉容器（１０）の内部に開口する入口管（４）及び出口管（５）を備えるアキュムレータにおいて、前記出口管（５）は、前記密閉容器（１０）の内外を連絡する連絡管（６）と、プレート材（７１０）に入口から出口にかけてＵ字に沿う凹溝（７１１）を設けた第１プレート（７１）と該第１プレート（７１）の前記凹溝（７１１）を塞ぐプレート材（７２０）をもつ第２プレート（７２）とを接合して成り、前記凹溝（７１１）の入口を前記密閉容器（１０）の内部に開口し且つ前記凹溝（７１１）の出口を前記連絡管（６）に接続したプレート式Ｕ字管（７）とを備えて成る特定事項をもつ。

この場合、前記プレート式Ｕ字管（７）の介在部分において、前記密閉容器（１０）の内部を、第１室（１１）と第２室（１２）とに間仕切りしていると共に、前記第１室（１１）及び前記第２室（１２）の一方側に、前記入口管（４）の開口端（４Ｂ）を位置させているのが好ましい。

さらに、前記第１室（１１）及び前記第２室（１２）のうち、前記入口管（４）の開口端（４Ｂ）を位置させる一方側の室（１１）を、他方側の室（１２）よりも大きくしているのが好ましい。

また、前記第１室（１１）及び前記第２室（１２）のうち、前記入口管（４）の開口端（４Ｂ）を位置させない他方側の室（１２）に、前記凹溝（７１１）に通じる油戻し穴（８）の入口を開口しているのが好ましい。

さらにまた、前記第１プレート（７１）と前記第２プレート（７２）とは、接合面を境に各プレート材（７１０，７２０）に凹溝（７１１，７２１）を対称に設けており、一対の凹溝（７１１，７２１）の出口部に前記連絡管（６）を挟み付けて結合しているのが好ましい。

本発明に係るアキュムレータによれば、出口管は、プレート材をもつ第１及び第２プレートを接合したプレート式Ｕ字管により密閉容器の内部における管路を構成するため、配管の曲げ加工を不要にでき、板金のプレス加工等により容易に加工が行え、加工費を低減できる。また、曲げ加工が不要になるため、プレート式Ｕ字管に鋼板（こうはん）等の安価な材料を選定でき、板厚も薄くすることができ、材料費も低減できる。しかも、配管によるＵ字形の曲げがなくなるため、出口管の通路面積が大きい場合でも筒形の密閉容器の径を必要以上に大きくしなくても組立が可能になるし、出口管の通路面積を大きくすることで圧力損失を低下させることができ、冷凍機の性能を向上できる。

プレート式Ｕ字管の介在部分において、密閉容器の内部を、第１室と第２室とに間仕切りし、その一方側の室に、入口管の開口端を位置させることにより、入口管から一方側の室に開放された液混じりの冷媒ガスが他方側の室に流量しようとするとき、間に介在するプレート式Ｕ字管に広範囲にわたって衝突し、気液分離が効果的に促進される。

入口管の開口端を位置させる一方側の室を他方側の室よりも大きくすることにより、密閉容器の内部に液混じりの冷媒ガスを抵抗少なく良好に開放でき、圧力損失を効果的に低減することができる。

入口管の開口端を位置させない他方側の室に、凹溝に通じる油戻し穴の入口を開口することにより、他方側の室は密閉容器に開放される冷媒ガスの流速による液面変動の影響を受け難いため、分離した冷凍機油及び液冷媒を少量ずつ良好に回収することができる。

第１プレートと第２プレートの各プレート材に接合面を境に凹溝を対称に設け、一対の凹溝の出口部に連絡管を挟み付けて結合することにより、出口管の通路面積を効果的に大きくすることができると共に、連絡管との接続強度を高めることができる。

本発明アキュムレータを適用する冷媒回路図。 本発明アキュムレータの縦断面図（図４のＣ−Ｃ断面図）。 図２の中間部を省略した倍率２の拡大断面図。 図３のＡ−Ａ線で切断した倍率２の拡大断面図。 図３のＢ−Ｂ線で切断した倍率２の拡大断面図。 製造時の第１工程に係る上鏡板側の組立図。 同第１工程に係る上鏡板側半完成品の斜視図。 同第２工程に係る組立図。 同第２工程に係る内部透視図。 同第２工程を経た完成図。 気液分離の原理説明図。

図１に示すように、本発明に係るアキュムレータ１００は、主に家庭用又は業務用エアコンの冷媒回路に設けて気液分離器として機能させるものであって、圧縮機２００、四路切換弁３００、冷房時に凝縮器となり暖房時に蒸発器となる熱源側熱交換器４００、膨張弁５００と共に、室外機６００に設けられる。室内機７００には、冷房時に蒸発器となり暖房時に凝縮器となる利用側熱交換器８００を設けている。

図２に示すように、アキュムレータ１００は、筒形の胴体１と、この胴体１の上部１Ａを塞ぐ上鏡板２と、胴体１の下部１Ｂを塞ぐ下鏡板３とから成る筒形の密閉容器１０を備え、この密閉容器１０の内部に、蒸発器側低圧ガス管（図１の四路切換弁３００のコモン低圧ポート側配管９０１）と接続する入口管４及び圧縮機側吸入ガス管（図１の圧縮機２００の吸入ガス管９０２）に接続する出口管５を開口している。

胴体１は、直径が数十ｍｍ〜百数十ｍｍ例えば７６．３ｍｍ、長さが数百ｍｍ〜千数百ｍｍ例えば３８９ｍｍ、管厚みが数ｍｍ例えば２ｍｍとした円筒形の鋼管（こうかん）から成る。

図３に明示するように、上鏡板２は、板の厚みを数ｍｍ例えば２．３ｍｍとした鋼板（こうはん）を用いたプレス成型品から成り、胴体１の上部１Ａを塞ぐ高さ数十ｍｍ例えば３０ｍｍとしたやや扁平な半球状の鏡餅形のドーム本体２１と、胴体１の上端外側に嵌合する胴体直径７６．３ｍｍに合わせた例えば７７ｍｍの内のり直径をもつ環状嵌合部２２とを一体に有する。

下鏡板３は、板の厚みを数ｍｍ例えば２．３ｍｍとした鋼板（こうはん）を用いたプレス成型品から成り、胴体１の下部１Ｂを塞ぐ高さ数十ｍｍ例えば３０ｍｍとしたやや扁平な半球状の鏡餅形のドーム本体３１と、胴体１の下端外側に嵌合する胴体直径７６．３ｍｍに合わせた例えば７７ｍｍの内のり直径をもつ環状嵌合部３２とを一体に有する。ボウル形を呈する下鏡板３の底部３Ｂは、分離した液を溜める液溜めの底となる。

入口管４は、直径が数十ｍｍ例えば１５．８８ｍｍ、管厚みが数ｍｍ例えば１ｍｍとした円筒形の銅管（どうかん）から成り、直管部４１の下部に曲率半径数十ｍｍ程度のアール例えば２０ｍｍのアールをつけた曲管部４２を連続的に一体に具備する。直管部４１の上部には、完成後に蒸発器側低圧ガス管の端部を挿入してロウ付け等の溶接により固定する拡管状の外部管継手４Ａを一体に具備する。

出口管５は、密閉容器１０の内外を連絡する連絡管６と、プレート材７１０に入口から出口にかけてＵ字に沿う凹溝７１１を設けた第１プレート７１と該第１プレート７１の凹溝７１１を塞ぐプレート材７２０をもつ第２プレート７２とを接合して成り、凹溝７１１の入口を密閉容器１０の内部上方に開口し且つ凹溝７１１の出口を連絡管６に接続するプレート式Ｕ字管７とを備えて成る。

連絡管６は、直径が数十ｍｍ例えば１５．８８ｍｍ、管厚みが数ｍｍ例えば１ｍｍとした円筒形の銅管（どうかん）から成り、上部には、完成後に圧縮機側吸入ガス管の端部を挿入してロウ付け等の溶接により固定する拡管状の外部管継手６Ａを一体に具備すると共に、下部には、プレート式Ｕ字管７の出口側との圧入を円滑にするための縮管状の挿入ガイド６Ｂを一体に具備する。また、ｈは、密閉容器１０の内部の液冷媒が過剰になった場合に溜っている液冷媒を吸い込むことなく、冷媒ガスのみを圧縮機に帰すためのバイパスルートを構成する均圧穴である。

プレート式Ｕ字管７における第１プレート７１と第２プレート７２とは、板の厚みをコンマ数ｍｍ〜数ｍｍ例えば０．５ｍｍした鋼板（こうはん）製のプレート材７１０，７２０を用いたプレス成型品から成り、完成時の高さを数百ｍｍ例えば４００ｍｍ、完成時の横幅を数十ｍｍ例えば５５ｍｍとしている。各プレート材７１０，７２０の上端側に位置させる入口７Ｊから出口７Ｋにかけては、正面視でＵ字に沿い、かつ、断面視で図５に明示するように幅が十数ｍｍ例えば１８．９ｍｍ・深さが数ｍｍ例えば７ｍｍとしたやや扁平な半円状の凹溝７１１，７２１を、第１及び第２プレート７１，７２の接合面を境にして対称に設けている。各凹溝７１１，７２１により、入口７Ｊから出口７Ｋにかけて、曲管から成るＵ字配管と等価なＵ字形通路７０を構成している。

第１及び第２プレート７１，７２の接合面は、各プレート材７１０，７２０における、左右及び下端の周辺耳部７１２，７２２と中央の平坦部７１３，７２３の各突合せ部分となる。Ｕ字形の凹溝７１１，７２１の下部のカーブに合わせて、各周辺耳部７１２，７２２の下部には左カット部７１４，７２４及び右カット部７１５，７２５をそれぞれ斜めに設けている。一対の凹溝７１１，７２１の上端側の出口７Ｋには、連絡管６の挿入ガイド６Ｂを受入れ且つ該挿入ガイド６Ｂの上部所定長さ例えば８〜１０ｍｍ程度にわたって圧入状に挟み付けて結合している。プレート式Ｕ字管７の下端（周辺耳部７１２，７２２の下端）は、下鏡板３の底部３Ｂから所定高さおおむね２０ｍｍ前後の位置にくる。

図４に示すように、上鏡板２には、中心２０から数十ｍｍ例えば２２ｍｍ偏心した位置２３（偏心中心）に、出口管５の連絡管６を貫通状にロウ付け等の溶接により固定する出口管貫通穴２４をバーリング加工により外向きにやや突出状に開口している。さらに、出口管貫通穴２４の偏心方向と１８０度反対側において中心２０から数十ｍｍ例えば２２ｍｍ偏心した位置２５（偏心中心）に、入口管４を貫通状にロウ付けにより固定する入口管貫通穴２６を同じくバーリング加工により外向きにやや突出状に開口している。

図５に示すように、プレート式Ｕ字管７の介在部分において、密閉容器１０の内部は、第１室１１と第２室１２とに間仕切りしている。また、一方側の第１室１１には、入口管４の曲管部４２の下部開口端４Ｂを位置させている。プレート式Ｕ字管７の周辺耳部における右端部７Ｒは胴体１の内面に接触又は近接状に位置させ、同左端部７Ｌ側の凹溝７１１の外面は入口管４の反開口端側の管外面に接触又は近接状に位置させ、入口管４を回避するするように開口端４Ｂの反対側にプレート式Ｕ字管７を配置することにより、入口管４の開口端４Ｂを位置させる一方側の第１室１１を、他方側の第２室１２よりも空間容積が大きくなるようにしている。入口管４の開口端４Ｂは、胴体１の片隅において略水平方向に指向させており、導入する冷媒は胴体１の内部上方から胴体１の内面に沿って第１室１１の全体に広がるように開放される。

入口管４の開口端４Ｂを位置させない他方側の第２室１２の下部には、プレート式Ｕ字管７の下端からの高さが数十ｍｍ例えば１１ｍｍの高さに、凹溝７１１，７２１に通じる直径数ｍｍ例えば１ｍｍの丸穴から成る油戻し穴８の入口を開口させている。この油戻し穴８は、第２プレート７２のプレス成型時に打ち抜きにより開口している。なお、油戻し穴８は、高さが異なる複数の位置に複数個設けてもよい（図６の第２油戻し穴８２，第３油戻し穴８３参照）。

図６に示すように、製造に際しては、上鏡板２に、出口管５の連絡管６と入口管４とを各貫通穴２４，２６に通すと共に、プレート式Ｕ字管７を構成する第１プレート７１と第２プレート７２とを突き合せ、かつ、その出口７Ｋと連絡管６の下部とを圧入する。このとき、連絡管６は出口管貫通穴２４にまだ溶接せずに軸方向にスライド可能としておき、第１プレート７１と第２プレート７２との突き合せが完了済みのプレート式Ｕ字管７の出口７Ｋを、下方へのスライドにより大きく突出させた連絡管６の挿入ガイド６Ｂに挿入して押し込み、圧入完了後に連絡管６を所定位置に引き上げて位置決めするとよい。

第１プレート７１と第２プレート７２との突き合せは、周辺耳部７１２，７２２及び平坦部７１３，７２３の適宜箇所に電気溶接等によるスポット溶接により実施している。これに代え、又はこれと併用し、周辺耳部７１２，７２２及び平坦部７１３，７２３の適宜箇所に設ける、突起や爪等の係合部とこれに係合する被係合部との係合により突き合わせを行ってもよい。

入口管４は、部品単独時に上部の外部管継手４Ａ及び下部の曲管部４２を予め加工してあり、曲管部４２を上鏡板２の表側から入口管貫通穴２６に挿入して定位置に位置決めしている。これに代え、外部管継手４Ａは後加工で拡管するものとし、直管部４１を上鏡板２の裏側から挿入して、定位置に位置決めしてもよい。

同様に、出口管５の連絡管６についても、外部管継手６Ａは後加工で拡管するものとし、第１プレート７１と第２プレート７２との突き合せが完了済みのプレート式Ｕ字管７の出口７Ｋに、連絡管６を予め圧入しておき、連絡管６を上鏡板２の裏側から挿入して、定位置に位置決めするようにしてもよい。

図７に示すように、図６の組み立てがされた後、全体をロウ付け炉に入れ、組み立て状態における各部の接合部分、すなわち、出口管貫通穴２４と連絡管６との接合部分、入口管貫通穴２６と入口管４との接合部分、連絡管６とプレート式Ｕ字管７の出口７Ｋとの接合部分、プレート式Ｕ字管７における第１プレート７１と第２プレート７２との周辺耳部同士の接合部分は、全部まとめて炉中ロウ付けしている。これに代え、各部の接合部分を個別にロウ付けにより固定してもよい。

なお、プレート式Ｕ字管７における第１プレート７１と第２プレート７２との周辺耳部同士のロウ付けによる接合は、突き合わせの際に行うものとしてもよいし、密閉容器１０の内部通路については必ずしも厳密なシール性は要しないため、この部分のロウ付けは省略してもよい。また、プレート式Ｕ字管７の左端部７Ｌ側の凹溝７１１の外面と入口管４の反開口端側の管外面との間をロウ付けし、プレート式Ｕ字管７の支持剛性を高めるようにしてもよい。

図８に示すように、図７の上鏡板２側の半完成製品を得た後、胴体１の上部１Ａにこれを挿入する。胴体１の下部１Ｂには下鏡板３を嵌合する。

図９に示すように、図８の組み立てがされた後の状態では、プレート式Ｕ字管７の入口７Ｊは、上鏡板２の内側上面近くに達する位置にくる。入口管４の開口端４Ｂの位置よりも出口管５の入口となるプレート式Ｕ字管７の入口７Ｊの位置は十分に高く、密閉容器１０の内部で気液分離後のガスを良好に取り出し得るものとなる。密閉容器１０の内部の第１室１１と第２室１２とは、プレート式Ｕ字管７の左端部７Ｌ及び下端７Ｂ側において相互に連通する。

図１０に示すように、胴体１と上鏡板２の環状嵌合部２２との間の接合部分、及び、胴体１と下鏡板３の環状嵌合部３２との間の接合部分をロウ付け等の溶接により固定する。こうして、完成に至る。

図１１に示すように、入口管４から密閉容器１０の内部に開放された液混じりの冷媒ガスは第１室１１側に開放され、プレート式Ｕ字管７と広範囲に衝突干渉して気液分離が促進される。液冷媒及び冷凍機油は密閉容器１の下方に落ち、第１室１１のみならず第２室１２側にも溜まる。ガス冷媒は、プレート式Ｕ字管７の入口７Ｊから流入し、Ｕ字形通路７０の下方で折り返して、出口７Ｋから連絡管６を経て圧縮機側に戻る。冷凍機油及び液冷媒は、第２室１２側から油戻し穴８，８２，８３を経てＵ字形通路７０に流入し、ガス冷媒の流速に乗って、ミスト状あるいは粒状等となり、少量ずつがガス冷媒と混ざって圧縮機に帰る。比較的スリムな胴体１をもつ密閉容器１０に比較的通路面積が大きいプレート式Ｕ字管７を適用することができ、圧力損失は極めて小さく、高性能を担保できる。

１；胴体
２；上鏡板
３；下鏡板
４；入口管
５；出口管
６；連絡管
７；プレート式Ｕ字管、７１；第１プレート、７２；第２プレート
８；油戻し穴
１０；密閉容器

Claims (5)

1. 筒形の密閉容器と、この密閉容器の内部に開口する入口管及び出口管を備えるアキュムレータにおいて、
   前記出口管は、
   前記密閉容器の内外を連絡する連絡管と、
   プレート材に入口から出口にかけてＵ字に沿う凹溝を設けた第１プレートと該第１プレートの前記凹溝を塞ぐプレート材をもつ第２プレートとを接合して成り、前記凹溝の入口を前記密閉容器の内部に開口し且つ前記凹溝の出口を前記連絡管に接続したプレート式Ｕ字管とを備えて成ることを特徴とするアキュムレータ。
2. 前記プレート式Ｕ字管の介在部分において、前記密閉容器の内部を、第１室と第２室とに間仕切りしていると共に、前記第１室及び前記第２室の一方側に、前記入口管の開口端を位置させていることを特徴とする請求項１記載のアキュムレータ。
3. 前記第１室及び前記第２室のうち、前記入口管の開口端を位置させる一方側の室を、他方側の室よりも大きくしていることを特徴とする請求項２記載のアキュムレータ。
4. 前記第１室及び前記第２室のうち、前記入口管の開口端を位置させない他方側の室に、前記凹溝に通じる油戻し穴の入口を開口していることを特徴とする請求項２又は３記載のアキュムレータ。
5. 前記第１プレートと前記第２プレートとは、接合面を境に各プレート材に凹溝を対称に設けており、一対の凹溝の出口部に前記連絡管を挟み付けて結合していることを特徴とする請求項１〜４何れか一項に記載のアキュムレータ。

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