JP2014119213A - 冷媒分配器 - Google Patents

Abstract

【課題】垂直方向に延びる分岐管を有する冷媒分配器において、簡素な構成で冷媒に含まれる潤滑油の分配性の向上を図る。
【解決手段】潤滑油が混入された冷媒が流入する入口管部７１、および入口管部７１よりも下方に位置して入口管部７１から分岐する第１、第２出口管部７２、７３を有し、垂直方向に延びる分岐管７０と、分岐管７０の内部に設けられ、入口管部７１に流入した冷媒に混入する潤滑油を各出口管部７２、７３へ分配する分配部７４と、を備える。この分配部７４は、入口管部７１の内壁面に接合された筒状の接合部７４１、接合部７４１から各出口管部７２、７３それぞれの内部に向かって延びる第１、第２突出片７４２ａ、７４２ｂを有し、各突出片７４２ａ、７４２ｂが、それぞれ出口管部７２、７３の内壁から離間すると共に、冷媒流れ上流側から下流側に向かって先細り形状となっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、冷媒および冷媒に含まれる潤滑油を分配する冷媒分配器に関する。

従来、流入した冷媒を複数の圧縮機の吸入側へ導く分岐管、分岐管に流入した冷媒に含まれる潤滑油を各圧縮機の吸入側へ分配する機構を備える冷媒分配器が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１には、分岐管を水平方向に延びるように配置し、分岐管の内部に配置した仕切板を、重力によって分岐管内を周方向に移動させることで、潤滑油を各圧縮機の吸入側に分配する冷媒分配器が開示されている。

特開平０９−１３３４１８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の冷媒分配器は、分岐管が垂直方向に延びるように配置されると、仕切板の移動方向に重力が作用せず、仕切板が所望の位置に移動しない。つまり、特許文献１に記載の冷媒分配器は、分岐管が垂直方向に延びるように配置されていると、仕切板により潤滑油を分配することができず、潤滑油を適切に各圧縮機の吸入側へ分配することができない。

また、特許文献１の如く、分岐管の内部に仕切板といった可動部材を設ける構成とすると、分岐管の内部に仕切板の移動を案内する機構等が必要となり、冷媒分配器の内部構成が著しく複雑となってしまうといった問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、垂直方向に延びる分岐管を有する冷媒分配器において、簡素な構成で冷媒に含まれる潤滑油の分配性の向上を図ることを目的とする。

本発明は、冷媒に混入された潤滑油が表面張力により管の内壁面に付着して当該内壁面に沿って移動する傾向があることに着眼して案出されたものであり、以下の特徴的な構成を採用している。すなわち、本発明は、上記目的を達成するため、潤滑油が混入された冷媒が流入する入口管部（７１）、および入口管部よりも下方に位置して入口管部から分岐する複数の出口管部（７２、７３）を有し、垂直方向に延びる分岐管（７０）と、分岐管の内部に設けられ、入口管部に流入した冷媒に混入する潤滑油を複数の出口管部へ分配する分配部（７４）と、を備え、分配部は、入口管部の内壁面に接合された筒状の接合部（７４１）、接合部から複数の出口管部それぞれの内部に向かって延びる複数の突出片（７４２ａ、７４２ｂ）を有し、複数の突出片は、それぞれ出口管部の内壁から離間すると共に、冷媒流れ上流側から下流側に向かって先細り形状となっていることを特徴としている。

これによれば、入口管部の内部に可動部材を用いることなく、各出口管部への潤滑油の適切な分配を実現することができる。従って、簡素な構成で入口管部に流入した冷媒に含まれる潤滑油の各出口管部への分配性の向上を図ることができる。

また、請求項２に記載の発明では、入口管部の上方であって、入口管部における冷媒流れ上流側に接続された筒状の均等管（７５）を備え、均等管の内部には、径方向内側に向かって隆起する隆起部（７５３）が設けられていることを特徴としている。

これによれば、表面張力により均等管の内壁面に付着した潤滑油を隆起部にて内壁面から離間させ、分岐管における各出口管部側へ飛散させることができるので、分岐管における各出口管部へ潤滑油をより均等に分配することが可能となる。

また、請求項３に記載の発明では、隆起部は、内壁側から径方向の中央側に向かって切り起こされた複数の切起片（７５３ａ）で構成されており、複数の切起片は、均等管の内壁面の周方向に均等に設けられていることを特徴としている。これによれば、分岐管に流入する潤滑油の偏りをより効果的に抑制することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態に係る冷媒分配器を含む冷凍サイクルの模式図である。 第１実施形態に係る冷媒分配器を示す斜視図である。 第１実施形態に係る冷媒分配器の縦断面図である。 第１実施形態に係る分配部を示す斜視図である。 第１実施形態に係る分配部の展開図である。 図３のVI−VI断面図である。 第１実施形態に係る冷媒分配器における冷媒の流れを示す縦断面図である。 第１実施形態に係る分配部の突出片における潤滑油の流れを説明するための説明図である。 第２実施形態に係る冷媒分配器を示す斜視図である。 第２実施形態に係る均等管の縦断面図である。 第２実施形態に係る均等管の内管部の斜視図である。 図１０のXII−XII断面図である。 第２実施形態に係る均等管内部における潤滑油の流れを説明するための説明図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
まず、第１実施形態について説明する。本実施形態では、バス等の大型車両に搭載される蒸気圧縮式の冷凍サイクル１に本発明の冷媒分配器７を適用した例について説明する。

図１の模式図に示すように、本実施形態の冷凍サイクル１は、主に、圧縮装置２、放熱器３、気液分離器４、減圧器５、蒸発器６、冷媒分配器７で構成されている。本実施形態の冷凍サイクル１では、冷媒に圧縮装置２内部の摺動部位を潤滑するための潤滑油（冷凍機油）が混入されており、潤滑油の一部が冷媒と共にサイクル内を循環している。

圧縮装置２は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮手段であり、本実施形態では、並列に接続された第１、第２圧縮機２１、２２で構成されている。各圧縮機２１、２２それぞれは、図示しない車両走行用のエンジンを駆動源とするエンジン駆動式の圧縮機で構成されている。なお、各圧縮機２１、２２は、電動モータを駆動源とする電動式の圧縮機で構成されていてもよい。

各圧縮機２１、２２は、それぞれ冷媒の吐出側が冷媒を合流させる第１合流部１１に接続されている。そして、第１合流部１１の冷媒出口側には、冷媒配管および冷媒の流れを二手に分ける第１分岐部１２を介して放熱器３が接続されている。

放熱器３は、各圧縮機２１、２２から吐出された高圧冷媒を外気と熱交換させて放熱する放熱手段であり、本実施形態では、並列に接続された第１、第２室外熱交換器３１、３２で構成されている。

各室外熱交換器３１、３２は、それぞれ冷媒出口側が冷媒を合流させる第２合流部１３に接続されている。そして、第２合流部１３の冷媒出口側には、気液分離器４が接続されている。

気液分離器４は、各室外熱交換器３１、３２から流出した冷媒の気液を分離し、分離した液相冷媒を下流側へ流出させる気液分離手段である。この気液分離器４の液相冷媒の出口側には、冷媒の流れを二手に分ける第２分岐部１４を介して減圧器５が接続されている。

減圧器５は、気液分離器４から流出した液相冷媒を減圧する減圧手段であり、本実施形態では、並列に接続された第１、第２膨張弁５１、５２で構成されている。

各膨張弁５１、５２の冷媒出口側には、それぞれ蒸発手段を構成する第１、第２室内熱交換器６１、６２が接続されている。各室内熱交換器６１、６２は、各膨張弁５１、５２にて減圧された冷媒を車室内へ送風する空気と熱交換させて冷却する蒸発器６である。

各室内熱交換器６１、６２は、それぞれ冷媒出口側が冷媒を合流させる第３合流部１５に接続されている。そして、第３合流部１５の冷媒出口側には、冷媒分配器７が接続されている。

冷媒分配器７は、各室内熱交換器６１、６２から流出した低圧の気相冷媒、および冷媒に含まれる潤滑油を各圧縮機２１、２２の冷媒吸入側へ分配するものである。冷媒分配器７にて分配された冷媒および潤滑油は、各圧縮機２１、２２に再び吸入されて、サイクル内を循環する。

ここで、本実施形態の冷媒分配器７の詳細について図２〜図６を用いて説明する。本実施形態の冷媒分配器７は、図２の斜視図および図３の縦断面図（軸方向の断面図）に示すように、分岐管７０、および分岐管７０の内部に配置された分配部７４で構成されている。

分岐管７０は、垂直方向（天地方向）に延びる逆Ｙ字形状の配管であり、各室内熱交換器６１、６２から流出した気相冷媒が流入する入口管部７１、および入口管部７１よりも下方に位置して入口管部７１から二股に分岐した第１、第２出口管部７２、７３で構成されている。なお、本実施形態の分岐管７０は、入口管部７１および各出口管部７２、７３が一体成型された成型品で構成されている。

分岐管７０は、入口管部７１における冷媒流れ上流側が、第３合流部１５を介して蒸発器６の冷媒出口側に接続されると共に、各出口管部７２、７３の冷媒流れ下流側が圧縮装置２を構成する各圧縮機２１、２２の冷媒吸入側に接続されている。

各出口管部７２、７３は、それぞれ異なる圧縮機２１、２２の冷媒吸入側に接続されている。具体的には、第１出口管部７２の冷媒流れ下流側が、第１圧縮機２１の冷媒吸入側に接続され、第２出口管部７３の冷媒流れ下流側が、第２圧縮機２２の冷媒吸入側に接続されている。

分配部７４は、分岐管７０における入口管部７１側の内部に設けられた筒状部材で構成され、入口管部７１から流入した気相冷媒、および気相冷媒に含まれる潤滑油を第１、第２出口管部７２、７３の双方へ分配するものである。

具体的には、分配部７４は、図４の斜視図および図５の展開図に示すように、入口管部７１の内壁面に接合される筒状の接合部７４１、接合部７４１から各出口管部７２、７３側へ延びる突出部７４２で構成されている。

接合部７４１は、入口管部７１の内径と適合する外径を有する筒状部材で構成されており、圧入やろう付け等により入口管部７１に接合されている。

本実施形態の突出部７４２は、各出口管部７２、７３それぞれの内部に向かって延びる第１、第２突出片７４２ａ、７４２ｂを有している。各突出片７４２ａ、７４２ｂは、それぞれ各出口管部７２、７３に対応しており、第１突出片７４２ａが第１出口管部７２の内部に向かって延び、第２突出片７４２ｂが第２出口管部７３の内部に延びるように構成されている。

各突出片７４２ａ、７４２ｂは、それぞれ各出口管部７２、７３の内壁から離間すると共に、冷媒流れ上流側（上方側）から下流側（下方側）に向かって先細り形状となっている。本実施形態の各突出片７４２ａ、７４２ｂは、図５に示すように、冷媒流れ下流側に頂点が位置する逆三角形状となっている。なお、各突出片７４２ａ、７４２ｂは、分岐管７０内部における圧力損失を抑制する観点から、その先端が各出口管部７２、７３の分岐点７０ａよりも上方に位置する長さとすることが望ましい。

また、本実施形態の各突出片７４２ａ、７４２ｂは、図６の断面図に示すように、入口管部７１の軸方向から見たときに、対応する出口管部７２、７３の内部空間Ａ、Ｂに重合する形状となっている。すなわち、入口管部７１の軸方向から各突出片７４２ａ、７４２ｂを見たときに、第１突出片７４２ａが第１出口管部７２の内部空間Ａに重合し、第２突出片７４２ｂが第２出口管部７３の内部空間Ｂに重合している。

次に、本実施形態の冷媒分配器７における冷媒の流れについて図７を用いて説明する。図７に示すように、各室内熱交換器６１、６２から入口管部７１に流入した気相冷媒は、入口管部７１内部を上方から下方側へと流れ、各出口管部７２へ均等に分配される。

この際、冷媒に混入された潤滑油は、表面張力により管の内壁面に付着して当該内壁面に沿って移動し易い傾向がある。つまり、表面張力により分配部７４の接合部７４１の内壁面に付着した潤滑油は、内壁面に沿って下方側の各突出片７４２ａ、７４２ｂに流下する。

ここで、本実施形態の各突出片７４２ａ、７４２ｂは、各出口管部７２、７３の壁面から離間すると共に、先細り形状となっている。このため、各突出片７４２ａ、７４２ｂを流下する潤滑油は、図８に示すように、各突出片７４２ａ、７４２ｂの先端側にて凝集して油滴となって壁面から離脱し、各出口管部７２、７３へと飛散する。つまり、第１突出片７４２ａを流下する潤滑油が第１突出片７４２ａの壁面から離脱して第１出口管部７２へと飛散すると共に、第２突出片７４２ｂを流下する潤滑油が第２突出片７４２ｂの壁面から離脱して第２出口管部７３へ飛散する。

これにより、表面張力により冷媒分配器７の内壁面に付着した潤滑油が、冷媒と共に各突出片７４２ａ、７４２ｂを介して各出口管部７２、７３へ均等に分配される。

以上説明した本実施形態の冷媒分配器７によれば、垂直方向に延びる分岐管７０を有する冷媒分配器７において、入口管部７１の内部に可動部材を用いることなく、各出口管部７２、７３への潤滑油の適切な分配を実現することができる。

従って、簡素な構成で入口管部７１に流入した冷媒に含まれる潤滑油の各出口管部７２、７３への分配性の向上を図ることができる。この結果、各圧縮機２１、２２に対して適量の潤滑油が供給されるので、潤滑油不足による各圧縮機２１、２２の磨耗や焼き付き等を効果的に防止することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。なお、本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。

本実施形態の冷媒分配器７は、図９の斜視図に示すように、分岐管７０における入口管部７１の上方であって冷媒流れ上流側に、各出口管部７２、７３に分配する潤滑油の偏りを抑制するための均等管７５が設けられている。

本実施形態の均等管７５は、図１０の断面図に示すように、分岐管７０の入口管部７１に接続される外管部７５１、および外管部７５１内に圧入等により接合された内管部７５２からなる筒状の二重管で構成されている。

本実施形態の内管部７５２は、冷媒流れ下流側の端部が内壁側から径方向内側に向かって隆起する形状となっている。なお、本実施形態では、内管部７５２における冷媒流れ下流側の端部が、径方向内側に向かって隆起する隆起部７５３を構成している。

具体的には、隆起部７５３は、図１１の斜視図および図１２の断面図に示すように、内壁側から径方向の中央側に向かって切り起こされた複数の切起片７５３ａで構成されている。本実施形態の複数の切起片７５３ａは、外管部７５１の壁面から離間すると共に、均等管７５の内壁面において周方向に均等に設けられている。

次に、本実施形態の均等管７５の内部における潤滑油の流れについて図１３を用いて説明する。図１３に示すように、内管部７５２の内壁に付着した潤滑油は、内壁面に沿って下方側の隆起部７５３に流下し、当該隆起部７５３から径方向の内側（中央側）に向けて飛散して下流へと流れる。

ここで、本実施形態の各隆起部７５３は、周方向に均等に設けられた複数の切起片７５３ａで構成されている。このため、各切起片７５３ａを流下する潤滑油は、切起片７５３ａの先端側にて凝集して油滴となって壁面から離脱し、冷媒流れ下流側の分岐管７０へと均等に飛散する。つまり、分岐管７０には、管内に均等に飛散した油滴が流入し易くなり、分岐管７０における各出口管部７２、７３へ潤滑油をより均等に分配することが可能となる。

その他の構成については第１実施形態と同様である。本実施形態によれば、第１実施形態で説明した作用効果に加えて、以下の作用効果を奏する。

本実施形態の冷媒分配器７は、分岐管７０の冷媒流れ上流側に、潤滑油の偏りを抑制する均等管７５を設ける構成としているので、第１実施形態に比べて、潤滑油を各出口管部７２、７３へより均等に分配することが可能となる。特に、本実施形態では、隆起部７５３を周方向に均等に設けた複数の切起片７５３ａで構成しているので、分岐管７０に流入する潤滑油の偏りをより効果的に抑制することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

また、上述の各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されない。

また、上述の各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されない。

本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。例えば、以下のように種々変形可能である。

（１）上述の各実施形態では、分岐管７０を、入口管部７１および各出口管部７２、７３を一体成型した成型品で構成する例について説明したが、これに限らず、例えば、別体の入口管部７１および各出口管部７２、７３を接合した構成としてもよい。

（２）上述の第２実施形態では、隆起部７５３を複数の切起片７５３ａで構成する例について説明したが、これに限定されず、例えば、単に、内管部７５２における冷媒流れ下流側の端部を内壁面から径方向内側に向かって隆起させる構成としてもよい。

（３）上述の第２実施形態では、均等管７５を外管部７５１および内管部７５２からなる二重管で構成する例について説明したが、これに限定されない。例えば、均等管７５を単一の筒状部材で構成し、その内部の一部を隆起させる構成としてもよい。

（３）上述の各実施形態では、圧縮装置２を並列に接続した２台の圧縮機２１、２２で構成する例について説明したが、これに限定されず、圧縮装置２を、３台以上の圧縮機を並列に接続した構成としてもよい。この場合、冷媒分配器７には、圧縮機の数に対応する数の出口管部を設けると共に、分配部７４の突出部７４２を、当該出口管部の数に対応する数の突出片で構成すればよい。

（４）上述の各実施形態では、放熱器３を並列に接続した第１、第２室外熱交換器３１、３２で構成する例について説明したが、これに限定されず、単一の室外熱交換器にて放熱器３を構成したり、３つ以上の室外熱交換器を並列に接続して放熱器３を構成したりしてもよい。同様に、減圧器５および蒸発器６を単一の膨張弁および室内熱交換器で構成したり、３つ以上の膨張弁および室内熱交換器で構成したりしてもよい。

（５）上述の各実施形態では、車両用空調装置の冷凍機として機能する冷凍サイクル１に冷媒分配器７を適用する例について説明したが、冷媒分配器７の用途はこれに限定されず、例えば、家庭用や業務用の冷凍機として機能する冷凍サイクルに適用してもよい。

７０ 分岐管
７１ 入口管部
７２ 第１出口管部
７３ 第２出口管部
７４ 分配部
７４２ａ 第１突出片
７４２ｂ 第２突出片

Claims (4)

1. 潤滑油が混入された冷媒が流入する入口管部（７１）、および前記入口管部よりも下方に位置して前記入口管部から分岐する複数の出口管部（７２、７３）を有し、垂直方向に延びる分岐管（７０）と、
   前記分岐管の内部に設けられ、前記入口管部に流入した冷媒に混入する前記潤滑油を前記複数の出口管部へ分配する分配部（７４）と、を備え、
   前記分配部は、前記入口管部の内壁面に接合された筒状の接合部（７４１）、前記接合部から前記複数の出口管部それぞれの内部に向かって延びる複数の突出片（７４２ａ、７４２ｂ）を有し、
   前記複数の突出片は、それぞれ前記出口管部の内壁から離間すると共に、冷媒流れ上流側から下流側に向かって先細り形状となっていることを特徴とする冷媒分配器。
2. 前記入口管部の上方であって、前記入口管部における冷媒流れ上流側に接続された筒状の均等管（７５）を備え、
   前記均等管の内部には、径方向内側に向かって隆起する隆起部（７５３）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の冷媒分配器。
3. 前記隆起部は、内壁側から径方向の中央側に向かって切り起こされた複数の切起片（７５３ａ）で構成されており、
   前記複数の切起片は、前記均等管の内壁面の周方向に均等に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の冷媒分配器。
4. 並列に接続された複数の圧縮機（２１、２２）、前記複数の圧縮機から吐出された冷媒を放熱する放熱手段（３）、前記放熱手段から流出した冷媒を減圧する減圧手段（５）、前記減圧手段にて減圧された冷媒を蒸発させる蒸発手段（６）を含んでなる蒸気圧縮式の冷凍サイクル（１）に適用され、
   前記分岐管は、冷媒流れ上流側が前記蒸発手段の冷媒出口側に接続されると共に、冷媒流れ下流側が前記複数の圧縮機の冷媒吸入側に接続されており、
   前記複数の出口管部それぞれは、異なる前記圧縮機の冷媒吸入側に接続されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷媒分配器。

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