JP2020051645A - 消音器及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オイル分離機能を有する消音器において、分離したオイルを消音器から効率良く排出するとともに、耐圧性を高める。【解決手段】消音器（８０（８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃ））は、冷媒流入ポート（８４）と、冷媒流出ポート（８６）と、オイル流出ポート（８８）とを有する消音器ハウジング（８２）を備える。冷媒流入ポートを介して消音器ハウジング内に流入してきたミスト状のオイルを含む冷媒（Ｒ１）から少なくとも一部のオイルが分離され、分離されたオイルが液状のオイル（Ｏ）としてオイル流出ポートを介して消音器ハウジングから排出され、オイルの少なくとも一部が分離された冷媒（Ｒ２）が冷媒流出ポートを介して消音器ハウジングから排出される。消音器ハウジングは略球形である。消音器は、好ましくは、車両用冷凍サイクル装置において圧縮機の下流側に設けられる。【選択図】図３

Description

本発明は、消音器、並びに消音器を備えた冷凍サイクル装置に関する。

冷凍サイクル装置において、圧縮機から熱交換器に向けて吐出される冷媒ガス流は圧力脈動を伴っている。圧力脈動により熱交換器が振動することにより、不快な騒音が生じる。この問題に対応するため、圧縮機と熱交換器との間に消音器を設けて圧力脈動を減衰させることが行われている。

特許文献１には、冷蔵庫用の冷凍サイクル装置において、ロータリー式の圧縮機と熱交換器との間に、オイル分離機能を有する縦長の消音器（消音タンク）を配置することが記載されている。特許文献１では、圧縮機に接続された吐出パイプが消音タンク内に挿入され、吐出パイプの開口端が消音タンクの折れ曲がった内壁面の近傍において当該内壁面に対面している。圧縮機から吐出されたミスト状のオイル（冷凍機油）を含む冷媒ガスが、吐出パイプの開口端から消音タンクの内壁面に向けて吹き付けられる。これにより、オイルの少なくとも一部が、冷媒ガスから分離される。分離されたオイルは、消音タンクの内壁面に沿って流下する。圧縮機の運転が停止しているときに、吐出パイプと並列に圧縮機と消音タンクとの間に設けられたバイパスパイプを介して、分離されたオイルが圧縮機に戻される。

縦長の消音タンクの場合、分離されたオイルの回収効率の観点から、消音タンク設置姿勢は限定され、また、バイパスパイプと接続されるオイル流出ポートの位置も限定される。また、オイルは、縦長の消音タンク内をオイル流出ポートに向けてスムースに流れないので、消音タンク内に滞留するオイル量は多くなる。このため引用文献１の消音タンクは車載用途にはあまり適していない。また、吐出パイプの開口端を消音タンクの内壁面に近接対向配置すると、冷媒ガスの衝突により消音タンク自体が振動し、騒音源となる可能性もある。

特開平７−２１８００９号公報

本発明は、消音器の消音効果を確保しつつ、冷媒ガス中に含まれるオイルの回収を効率良く行うことができる消音器を提供するものである。

本発明の一実施形態によれば、冷媒流入ポートと、冷媒流出ポートと、オイル流出ポートとを有する消音器ハウジングを備えた消音器であって、冷媒流入ポートを介して前記消音器ハウジング内に流入してきたミスト状のオイルを含む分離前冷媒から少なくとも一部のオイルを分離し、分離したオイルを液状のオイルとしてオイル流出ポートを介して消音器ハウジングから排出するとともに、ミスト状のオイルの少なくとも一部が分離された分離後冷媒を冷媒流出ポートを介して消音器ハウジングから排出するように構成されたものにおいて、消音器ハウジングが略球形である消音器が提供される。

上記実施形態によれば、消音器の消音効果を確保しつつ、冷媒ガス中に含まれるオイルの回収を効率良く行うことができる。

車両用空調装置に含まれる冷凍サイクル装置の一実施形態を示す冷凍サイクル装置の回路図である。 図１の冷凍サイクル装置が暖房運転を行っているときの状態を示す図である。 図１の冷凍サイクル装置に含まれる消音器の構成の一例を示す概略図である。 図１の冷凍サイクル装置に含まれる消音器の構成の他の一例を示す概略図である。 図１の冷凍サイクル装置に含まれる消音器の構成のさらに他の一例を示す概略図である。 消音器の製造方法について説明する分解斜視図である。 消音器の製造方法について説明する部分断面図である。

以下に図面を参照して発明の実施形態について説明する。図１は、車両用空調装置に組み込まれる冷凍サイクル装置４０の一実施形態を示す回路図である。

車両用空調装置は、空調装置ケーシング１０を有する。空調装置ケーシング１０には、送風機１２と、内外気切替ドア１４と、蒸発器５８及び冷媒放熱器４４と、エアミックスドア（温調ドア）１６と、電気ヒータ１８（本例ではＰＴＣヒータ）と、が設けられている

切替ドア１４の位置を切り替えることにより、空調装置ケーシング１０内に導入される空気を、内気のみ、外気のみ、内気及び外気の両方、のうちのいずれかとすることができる。

エアミックスドア１６の位置を調節することにより、冷媒放熱器４４（及び電気ヒータ１８）を通過する空気の量と、冷媒放熱器４４（及び電気ヒータ１８）を迂回する空気の量との比率を調節することができる。

空調装置ケーシング１０の下流端部には、フロントガラスに向けて調和空気を吹き出すためのデフロスタ吹出口２０と、乗員の上半身に向けて調和空気を吹き出すためのベント吹出口２４と、乗員の足元に向けて調和空気を吹き出すためのフット吹出口２８とが設けられている。デフロスタ吹出口２０、ベント吹出口２４及びフット吹出口２８には、これら吹出口から吹き出される調和空気の流量を調節するためのドア２２、２６、３０がそれぞれ付設されている。

図１に示した空調装置ケーシング１０内の各種デバイス及びその配置は当業者に周知であり、本明細書では詳細な説明は省略する。

次に、冷凍サイクル装置４０について、図１に加えて図２も参照して説明する。以下においては、冷凍サイクル装置４０が暖房運転を行う前提で説明を行う。

冷凍サイクル装置４０は、圧縮機４２を備える。圧縮機４２内において、冷媒が圧縮されて高温高圧の気体となる。圧縮機４２の下流側には、冷媒通路を介して、消音器８０が接続されている。圧縮機４２から吐出される冷媒（気体）には、圧縮機４２の可動部の潤滑に用いられるオイルが不可避的に混入している。冷媒中のオイルはミスト状である。

なお、本明細書において、「冷媒通路」は、冷凍サイクルを構成するデバイス（圧縮機、消音器、熱交換器、各種弁等）と別体の管部材から構成されていてもよいし、内部に冷媒が通過可能な通路が設けられたデバイスと一体の構成要素（例えば流入ポート、排出ポート）であってもよい。

後に詳述するように、消音器８０は、脈動に起因する振動及び騒音を低減する機能を有する。消音器８０は、さらに、冷媒（気体）から、当該冷媒中に混入しているミスト状のオイルの少なくとも一部を分離除去する油分離器としての機能をも有する。

消音器８０の下流側には、冷媒通路を介して、冷媒放熱器４４が接続されている。冷媒放熱器４４は、この冷媒放熱器４４を通過する高温の冷媒（気体）から、車室内に供給される空気に熱を放熱する。冷媒放熱器４４を通過することにより、冷媒は冷却される。

冷媒放熱器４４は圧縮機４２から吐出された冷媒（気体）の脈動に起因して震動し、冷媒放熱器４４を通過する空気に振動を伝達する。震動が伝達された空気が車室内に吹き出されると、乗員が不快な騒音を感じることがある。冷媒放熱器４４の上流側に消音器８０を設けることにより、上記のメカニズムにより生じる騒音を抑制することができる。

圧縮機４２から吐出された冷媒（気体）中に含まれるオイルのミストは、冷媒放熱器４４の内壁表面に付着して断熱層を形成し、熱交換効率を低下させる。冷媒放熱器４４の上流側に消音器８０を設けてオイルを除去することにより、上記のメカニズムによる熱交換効率の低下を抑制することができる。また、圧縮機４２からオイルの流出が継続すると、圧縮機４２の内部での潤滑作用が低下し、圧縮機の円滑な作動に影響が出るおそれもある。消音器８０において分離したオイルを圧縮機４２に戻すことにより、このような問題を防止することができる。

冷媒放熱器４４の下流側には、冷媒通路を介して、電子膨張弁４６が接続されている。電子膨張弁４６は、任意の開度に調整可能（全開、全閉も可能）である。暖房運転時には、電子膨張弁４６は絞られている。このため、冷媒は、電子膨張弁４６を通過するときに膨張し、低温低圧の気液混合流体となる。

電子膨張弁４６の下流側には、冷媒通路を介して、車室外熱交換器４８が接続されている。車室外熱交換器４８は例えば車両のフロントグリルの背後に設けることができる。冷媒は、車室外熱交換器４８を通過するときに車外の空気と熱交換する。これにより、冷媒は、外気から熱を吸収して気化（蒸発）し、低温低圧の気体となる。車室外熱交換器４８にはファン４８Ａが付設されている。

車室外熱交換器４８の下流側には、開閉弁５０（暖房運転時には開いている）が設けられた冷媒通路を介して、アキュムレータ５２が接続されている。アキュムレータ５２において、車室外熱交換器４８で気化しなかった冷媒（液体）が分離され、気体状態の冷媒だけが、圧縮機４２に流入する。

上述したように、暖房運転時には、圧縮機４２から出発して、消音器８０、冷媒放熱器４４、電子膨張弁４６、車室外熱交換器４８及びアキュムレータ５２を順次経由して圧縮機４２に戻る単一の冷媒流れループのみが形成される。

なお、暖房運転時には開閉弁５４が閉じており、また、電子膨張弁５６が全閉状態となっており、冷媒は、蒸発器５８が介設された冷媒通路を流れない。

冷凍サイクル装置４０のその他の部分について簡単に説明しておく。参照符号６２は逆止弁を示している。参照符号６４，６６，６８，７０は切替弁が設けられていない冷媒通路の分岐／合流点を示している。参照符号７２，７４，７８は、冷媒の温度及び圧力を検出するセンサを示している。参照符号７６は冷媒の温度を検出するセンサである。なお、暖房運転時には、電子膨張弁４６の開度を絞るように調節される。このとき、センサ７２により検出された冷媒の温度及び圧力に基づいて電子膨張弁４６の開度を調節することにより、車室外熱交換器４８での熱交換条件を最適化してもよい。

暖房運転時には、送風機１２により空調装置ケーシング１０内に形成された空気流は、蒸発器５８（これは冷却されていない）を通過して下流側に流れる。その後、空気流は、冷媒放熱器４４（これは加熱されている）を通過し、さらに電気ヒータ１８（これは必要に応じて通電されて加熱されている）を通過することにより加熱される。加熱された空気は、デフロスタ吹出口２０、ベント吹出口２４及びフット吹出口２８のうちの少なくとも１つから車室内に吹き出される。

図１及び図２の回路図を見た当業者にとって、この冷凍サイクル装置４０により冷房運転及び除湿運転も可能であることは自明である。具体的には、例えば、開閉弁５４，５０を閉じ、電子膨張弁４６を全開とし、電子膨張弁５６を適当な開度に絞り、エアミックスドア１６により空気が冷媒放熱器４４を通過しないようにすれば、冷房運転が実現される。この状態から、エアミックスドア１６により空気が冷媒放熱器４４を通過するようにすれば、除湿運転を実現することもできる。他の態様で除湿運転を行うことも可能である。

次に、消音器８０について説明する。ここでは、消音器８０の３つの実施形態を示すが、各実施形態を互いに区別する必要があるときには、参照符号８０の後にアルファベットＡ、Ｂ，Ｃを付ける。

図３に示すように消音器８０Ａ（８０）は、略球形の消音器ハウジング８２を有する。消音器ハウジング８２は、冷媒流入ポート８４と、冷媒流出ポート８６と、オイル流出ポート８８とを有している。

オイル流出ポート８８は、圧縮機４２のオイルタンク（圧縮機４２内においてオイルが溜まる空間）に、戻し通路８９を介して連通している。戻し通路８９は、圧縮機４２及び消音器８０Ａの少なくともいずれか一方と一体の部材であってもよいし、別部材である管であってもよい。

ミスト状のオイルを含む気体状態の冷媒（Ｒ_１）（以下、「冷媒ガス」と呼ぶ）が冷媒流入ポート８４を通って消音器８０Ａの消音器ハウジング８２内に流入すると、冷媒ガスが流れる空間が広がったことにより（膨張効果により）、圧力脈動が軽減される。

また、消音器ハウジング８２内に流入した冷媒ガスに含まれるオイルは、消音器ハウジング８２の内壁面に衝突するときに、冷媒ガスから分離されて内壁面に付着する（捕捉される）。内壁面に付着したオイル（Ｏ）は、重力により内壁面から落下するかあるいは内壁面に沿って流下し、消音器ハウジング８２内の最も低い位置に集まる。

消音器８０は、オイル流出ポート８８が消音器ハウジング８２の最下部に位置するように設置することが好ましい。こうすることにより、消音器ハウジング８２の内壁面に捕捉されたオイルを、消音器ハウジング８２から効率良く排出することができる。但し、オイル流出ポート８８が消音器ハウジング８２の最下部よりもやや高い位置に位置するように設置されていてもよい。

図３に示す消音器８０Ａにおいては、冷媒流入ポート８４の中心軸と冷媒流出ポート８６の中心軸とが整列しておらず（同一直線上に無く）、両中心軸同士は例えば１３５度程度の角度（この角度には限定されない）を成している。これにより、消音器ハウジング８２の内壁面に衝突せずに冷媒流出ポート８６に流出する冷媒ガスの量が減少し、オイル分離効率を高めることができる。

図４に示す消音器８０Ｂ（８０）は、消音器ハウジング８２の内部に仕切板９０が設けられている点が図３に示す消音器８０Ａと異なり、その他の構成は消音器８０Ａと同一である。

仕切板９０は、消音器ハウジング８２の内部空間を、冷媒流入ポート８４側の第１空間部分８３Ａと、冷媒流出ポート８６側の第２空間部分８３Ｂとに分割する。仕切板９０には、第１空間部分８３Ａと前記第２空間部分８３Ｂとを連通させる少なくとも１つの穴（９２，９４）、好ましくは複数の穴が設けられている。

消音器８０の各実施形態において、略球形の消音器ハウジング８２の内壁面（球面）のいずれの部位に付着したオイルも、オイル流出ポート８８に集まることが好ましい。このため、仕切板９０に一つだけ穴（９２）を設けるとしたならば、消音器ハウジング８２の内壁面と接する仕切板９０の周縁のうちの、最も低い部位若しくはその近傍に設けることが好ましい。このようにすることにより、消音器ハウジング８２の内壁面から垂れ落ちたオイル（これは仕切板９０に落ちる）、並びに内壁面に沿って流下するオイルの両方を、オイル流出ポート８８の近傍に集めることができる。

より好ましくは、複数の穴９２が、消音器ハウジング８２の内壁面と接する仕切板９０の周縁に設けられる。図４では、複数の穴９２（切り欠き）が、仕切板９０の周縁に、周方向に間隔を空けて設けられている例が示されている。

仕切板９０には、周縁から離れた領域（中央領域）にも、少なくとも１つ、好ましくは複数の穴９４を設けることができる。

穴９２，９４を備えた仕切板９０を設けることにより、圧力脈動をさらに減衰させることができる。また、オイルを含有する冷媒ガスが仕切板９０に衝突するときに、オイルが仕切板９０の表面に付着することにより冷媒ガスから分離される。つまり、仕切板９０は、気液分離機能も有する。

図５に示す消音器８０Ｃ（８０）では、冷媒流入ポート８４の中心軸と冷媒流出ポート８６の中心軸とが整列している（概ね同一直線上にある）。仕切板９０を設けたことにより、冷媒流入ポート８４から消音器ハウジング８２に流入した後、壁（すなわち、消音器ハウジング８２、仕切板９０）に接することなく冷媒流出ポート８６に流出する冷媒ガスは殆ど無いため、冷媒流入ポート８４と冷媒流出ポート８６とを図５に示したように配置しても、オイル分離機能は確保できる。

次に図６を参照して消音器８０Ｂ（８０）の製法の一例について説明する。消音器ハウジング８２は、半球状の２つのハウジング半体８２Ａ，８２Ｂと、冷媒流入ポート８４，冷媒流出ポート８６及びオイル流出ポート８８を構成する適当な管状部材と、仕切板９０とを接合することにより形成される。

ハウジング半体８２Ａ，８２Ｂは、プレス加工、へら絞り等の塑性加工技術により、板材から形成することができる。仕切板９０は、プレス打ち抜き加工により、板材から形成することができる。

図７に示すように、ハウジング半体８２Ａ，８２Ｂの縁の部分には、段差が設けられる。これらの段差は、ハウジング半体８２Ａ，８２Ｂ同士が組み合わされたときに、仕切板９０の周縁を挿入しうる周方向スリットが形成されるような形状となっている。

図７に示すように、ハウジング半体８２Ａ，８２Ｂの間に仕切板９０を挟み込んだ状態で、ろう付けを行うことにより、消音器８０Ｂを形成することができる。図７において符号９６は、フィラー（ろう材）を示している。

ハウジング半体８２Ａ，８２Ｂ及び仕切板９０のろう付けの際に、冷媒流入ポート８４，冷媒流出ポート８６及びオイル流出ポート８８を管状部材をハウジング半体８２Ａ，８２Ｂに同時にろう付けしてもよい。これらの管状部材を取り付けるための穴は、ろう付け前に穿孔加工により形成することができる。

消音器８０Ｃも消音器８０Ｂと同一の製造方法により製造することができる。消音器８０Ａは、仕切板９０を有していないため、ハウジング半体８２Ａ，８２Ｂに周方向スリットを設ける必要はない。この点を除いて、消音器８０Ａも消音器８０Ｂと同一の製造方法により製造することができる。

上記実施形態によれば、消音器ハウジング８２が略球形であるため、消音器８０を小型化することができる。また、消音器８０の耐圧性を高めることができる。

また、上記実施形態によれば、消音器ハウジング８２を略球形とすることにより、冷媒流入ポート８４及び冷媒流出ポート８６の配置自由度を高めることができる。冷媒流入ポート８４及び冷媒流出ポート８６は、冷凍サイクル装置の配管レイアウトに依存して、様々な位置に設ける可能性があるが、消音器ハウジング８２が略球形であるため、冷媒流入ポート８４及び冷媒流出ポート８６の位置に依存して消音器８０の性能が大きく変化することはない。このことは、冷凍サイクル装置の配管レイアウトに関わらず、同じハウジング半体８２Ａ，８２Ｂを用いることができることを意味している。冷凍サイクル装置の配管レイアウトに応じて、ハウジング半体８２Ａ，８２Ｂへの穿孔位置（冷媒流入ポート８４及び冷媒流出ポート８６を構成する管状部材を接続するための穴を空ける位置）を変更するだけでよい。このことは、消音器８０（８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃ）の製造コストの低減に寄与する。

なお、前述したように、オイル流出ポート８８は消音器８０が設置されたときに消音器ハウジング８２の最下部またはその近傍にあることが好ましく、最下部にあることがより好ましい。球形の消音器ハウジング８２の最下部にはあらゆる方向からオイルが集まるので、消音器ハウジング８２内に溜まるオイルの量を最小限に抑制することができる。

消音性能向上の観点からは、消音器８０Ｂ，８０Ｃのように仕切板９０が設けられている方が好ましい。仕切板９０を設けることにより、消音器８０を小型化しても、必要な消音性能を確保することが容易である。しかしながら、消音器８０Ａのように仕切板９０が無くても構わない。この場合も、膨張効果によって消音効果は得られる。

上記明細書においては、消音器ハウジング８２の形状を「略球形」としたが、これは消音器ハウジング８２の形状が厳密な球形であることを要しないという趣旨である。「略球形」とは、例えば、［消音器ハウジング８２の最小径／消音器ハウジング８２の最大径］が０．９〜１．０程度の範囲内にあることを意図している。

４０ 冷凍サイクル装置
４２ 圧縮機
４４ 冷媒放熱器
８０（８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃ） 消音器
８２ 消音器ハウジング
８３Ａ 第１空間部分
８３Ｂ 第２空間部分
８４ 冷媒流入ポート
８６ 冷媒流出ポート
８８ オイル流出ポート
８９ 戻し通路
９０ 仕切板
９２，９４ 穴 冷媒
Ｒ_１ 冷媒（ミスト状のオイルを含む分離前冷媒）
Ｒ_２ 冷媒（ミスト状のオイルの一部が分離された分離後冷媒）
Ｏ オイル（冷媒から分離された液状のオイル）

Claims (10)

1. 冷媒流入ポート（８４）と、冷媒流出ポート（８６）と、オイル流出ポート（８８）とを有する消音器ハウジング（８２）を備えた消音器（８０（８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃ））であって、前記冷媒流入ポートを介して前記消音器ハウジング内に流入してきたミスト状のオイルを含む分離前冷媒（Ｒ_１）から少なくとも一部のオイルを分離し、分離したオイルを液状のオイル（Ｏ）として前記オイル流出ポートを介して前記消音器ハウジングから排出するとともに、前記ミスト状のオイルの少なくとも一部が分離された分離後冷媒（Ｒ_２）を前記冷媒流出ポートを介して前記消音器ハウジングから排出するように構成されたものにおいて、
   前記消音器ハウジングが略球形であることを特徴とする消音器。
2. 前記消音器ハウジング（８２）内に設けられ、前記消音器ハウジング内の空間を、前記冷媒流入ポート側の第１空間部分（８３Ａ）と、前記冷媒流出ポート側の第２空間部分（８３Ｂ）とに分割する仕切板（９０）をさらに備え、前記仕切板に、前記第１空間部分と前記第２空間部分とを連通させる少なくとも１つの穴（９２，９４）が設けられている、請求項１記載の消音器。
3. 前記オイル流出ポート（８８）は、前記第１空間部分（８３Ａ）内に開口している、請求項２記載の消音器。
4. 前記少なくとも１つの穴として、複数の穴（９２，９４）が前記仕切板に設けられている、請求項２記載の消音器。
5. 前記複数の穴の少なくとも一部（９２）が、前記消音器ハウジング（８２）の内壁面と接する前記仕切板（９０）の周縁に設けられている、請求項２記載の消音器。
6. 前記複数の穴の少なくとも一部（９４）が、前記消音器ハウジング（８２）の内壁面と接する前記仕切板（９０）の周縁から離れた領域に設けられている、請求項２記載の消音器。
7. 前記冷媒流入ポート（８４）の中心軸と前記冷媒流出ポート（８６）の中心軸とが同じ直線上に位置している、請求項１記載の消音器。
8. 前記冷媒流入ポート（８４）の中心軸と前記冷媒流出ポート（８６）の中心軸とが異なる方向を向いている、請求項１記載の消音器。
9. 車両用の冷凍サイクル装置において、
   冷媒を圧縮し吐出する圧縮機（４２）と、
   前記圧縮機から吐出された前記冷媒（Ｒ_１）が流入し、車室内に供給される空気に前記冷媒の熱を放熱する冷媒放熱器（４４）と、
   前記冷媒放熱器から流出した前記冷媒（Ｒ_２）が流入し、車外の空気と前記冷媒との間で熱の交換をする車室外熱交換器（４８）と、
   前記圧縮機（４２）の下流側であってかつ前記冷媒放熱器（４４）の上流側に設けられた請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の消音器（８０（８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃ））であって、前記消音器の前記冷媒流入ポート（８４）が前記圧縮機に接続され、かつ、前記消音器の前記冷媒流出ポート（８６）が前記冷媒放熱器に接続されている、前記消音器と、
   前記消音器の前記オイル流出ポートから流出したオイル（Ｏ）を前記圧縮機に戻す戻し通路（８９）と、
   を備えた、冷凍サイクル装置。
10. 前記消音器の前記オイル流出ポート（８８）が、前記消音器ハウジング（８２）の最下部に位置するように設置されている、請求項９記載の冷凍サイクル装置。

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