JP4182148B2 - accumulator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷媒として例えば二酸化炭素が用いられ、低負荷時には臨界点以下の領域に冷媒が圧縮される冷凍サイクルに用いられるアキュムレータに関する。
【0002】
【従来の技術】
特公平7−18602号公報に開示される冷凍サイクルは、蒸気圧縮サイクルの高圧サイドにおいて超臨界圧力で運転される一体的閉回路を形成するように、直列に連結されたコンプレッサ、冷却装置、絞り装置、蒸発器及びアキュムレータを備えた超臨界蒸気圧縮サイクルを開示する。
【0003】
この冷凍サイクルにおいて、前記コンプレッサに吸入された気相冷媒は超臨界領域まで圧縮されて吐出され、前記冷却装置にて冷却されるが、通常、冷媒は従来のフロン冷凍サイクルと異なり凝縮されず気相状態のまま絞り手段に送られる。そして、この絞り手段によって圧力を気液混合領域まで下げて液相成分を生じさせ、気液2相状態となった冷媒は、蒸発器を通過する空気の熱を吸収して蒸発し、更にアキュムレータで液相成分が完全に除去されて前記コンプレッサに吸入されるものである。
【0004】
上述した冷凍サイクルにおいて、絞り手段の開度を調整する方法としては、冷凍サイクルの高圧圧力及び温度に依存して行う方法があり、特に絞り手段に流入側の冷媒温度に対して最適な成績係数を得ることができる高圧圧力を基準とし、この圧力に前記高圧圧力を一致させるように絞り手段を制御することが、特開平9−264622号公報から公知となっている。
【0005】
また、圧縮機としては、冷媒の圧縮及び吐出容量を変化可能としたものが広く使用されており、例えば特開平05−202849号公報等に開示されているものがある。このような圧縮機の容量変化は、圧縮機の吸入圧力、即ち冷凍サイクルの低圧圧力に依存して行われる場合が多く、低負荷時に冷媒圧力が低下すると、圧縮機の容量が減少し、冷媒吐出量が低減されるように動作する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような二酸化炭素を使用した従来の冷凍サイクルにおいて、外気温度が低く負荷が低下した場合、冷凍サイクルの高圧圧力が臨界圧以下となるので、放熱器(ガスクーラ)内で冷媒が凝縮する現象が発生する。このため、高圧圧力が減少し、これを感知した膨張装置(絞り手段)は閉じて冷媒の流れを止めると共に、圧縮機は低圧圧力の低下を感知して冷媒吐出量を低減させる。この時、低圧圧力は低いままなので圧縮機の容量は増加せず、なかなか高圧圧力が上昇しないので、膨張装置はなかなか開かれず、ようやく開いても高圧ラインから低圧ラインへ急激に冷媒が流れてしまうため、またすぐに閉じるというハンチングのような状態が生じてしまう。このために、蒸発器の温度が異常に上昇してしまい、利用者に不快感を与えるという不具合を招くことがある。
【0007】
そこで、この発明は、高圧圧力の上昇を促進させることにより、低負荷時における蒸発器の異常な温度上昇を防止することができるアキュムレータを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は、液相冷媒を収容する中空状のケーシングと、蒸発器から流出した冷媒を前記ケーシング内部に供給する流入パイプと、前記ケーシング内部の気相冷媒を次なる行程に流出する流出パイプとを具備するアキュムレータにおいて、前記流入パイプを介して前記ケーシング内に流入する冷媒と、前記ケーシング内に収容された液相冷媒との熱交換を促進させる熱交換促進手段を有するものである(請求項1)。
【0009】
これによれば、アキュムレータ内に流入してくる気相(気液混合)冷媒と、アキュムレータ内の液相冷媒とが積極的に熱交換されるので、蒸発器の過熱度が生じた場合、アキュムレータ内で液相冷媒の気化が促進されることとなる。これにより、冷凍サイクルを循環する冷媒量が増加するので、圧縮機から膨張装置までの高圧ラインの圧力の上昇が早まり、低負荷時に膨張弁が閉じてしまい蒸発器に冷媒が流れないためにこの蒸発器の温度が異常に上昇してしまうという不具合を防止することができる。また、蒸発器の温度が上がってくる程、アキュムレータへ流入してくる冷媒の温度も上がってくるので、蒸発器の温度異常が顕著になる程、アキュムレータ内の液相冷媒の気化がより促進され、膨張装置を開放させる方向へ作用するものである。
【0010】
また、前記熱交換促進手段は、前記ケーシング内に収容された液相冷媒の液面下に位置するように形成された前記流入パイプの一部であるとよい(請求項2)。
【0011】
これによれば、流入パイプがケーシング内の液相冷媒と接するので、アキュムレータ内に流入してくる冷媒とアキュムレータ内に溜まっている液相冷媒とが、流入パイプの壁面を介して積極的に熱交換されることとなる。
【0012】
また、前記流入パイプを、前記液相冷媒の液面下において数回折り返して形成したり(請求項3)、前記螺旋状に形成したり(請求項4)、前記流入パイプにフィンを設けるとよい(請求項5)。
【0013】
これらによれば、流入パイプとアキュムレータ内の液相冷媒との接触面積が増大するので、熱交換効率を向上させることができ、高圧圧力の上昇をより早めることができる。例えば、流入パイプを数回折り返す構成としては、流入パイプをケーシング上部から液相冷媒が溜まった底部付近まで延設し、この底部付近で上下に数回折り返し、開口をケーシングの上部、即ち液面よりも上方へ位置させるもの等が挙げられる。また、螺旋状に形成する構成としては、流入パイプを上部から底部へ向かって螺旋状に形成し、この底部で折り返して液面よりも上方で開口させるもの等が挙げられ、また底部から上部へ向かう螺旋としてもよい。
【0014】
また、前記熱交換促進手段は、更に前記液相冷媒の液面下に位置するように形成された流出パイプの一部であってもよい(請求項6)。
【0015】
これによっても、吐出される気相冷媒と液相冷媒との熱交換を促進させることができる。
【0016】
また、前記冷媒は、二酸化炭素である(請求項7)。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0018】
図1に示す冷凍サイクル1は、冷媒として二酸化炭素を用いるもので、圧縮機2、放熱器(ガスクーラ)3、膨張装置4、蒸発器5、アキュムレータ6、内部熱交換器7が配管接続されてなり、前記圧縮機2の吐出口2aから前記膨張装置4の流入口4aまでの高圧ライン10と、前記膨張装置4の流出口4bから前記圧縮機2の吸入口2bまでの低圧ライン11とを有する。
【0019】
上記構成により、圧縮機2で吸引された気相冷媒は、通常の運転時には超臨界領域内に圧縮され、この圧縮された気相冷媒は、放熱器3において通過する空気との熱交換により冷却される。前記放熱器3で冷却された気相冷媒は、内部熱交換器7の高圧側流路7a内に流入し、低圧側流路7bを流通する低温低圧冷媒と熱交換して更に冷却された後、膨張装置4を通過して気液混合領域まで圧力が低下される。前記膨張手段4により減圧された気液混合冷媒は、蒸発器5において通過する空気の熱を奪って蒸発し、アキュムレータ6において気液分離され、気相冷媒だけが前記内部熱交換器7の低圧側流路7bに流入し、前記高圧側流路7aを流通する高温高圧冷媒と熱交換し、圧縮機2に吸引される。
【0020】
また、この発明の構成においては、前記圧縮機2は、前記低圧ライン11の圧力に応じて冷媒の圧縮及び吐出容量が変化されるものであり、低負荷時等に低圧圧力が低くくなったことを感知すると、圧縮及び吐出量を低減させる。また、前記膨張装置4は、前記高圧ライン10の圧力に応じて弁の開度を調整するものであり、低負荷時等に高圧圧力が低くなったことを感知すると、弁を閉じる。尚、前記内部熱交換器7は、冷凍サイクル1の効率を向上させるために有効なものであるが、この発明における必須の構成要素ではない。
【0021】
図2に示す第1の実施の形態におけるアキュムレータ6は、内部が中空状で且つ上部が開口したケーシング15と、ケーシング15上部の開口を塞ぐ蓋体16と、冷媒を外部からケーシング15内部に導く流入パイプ17と、ケーシング15内部の気相冷媒を外部に導く流出パイプ18とによって構成される。前記ケーシング15の鉛直方向下部(底部)Bに、液相冷媒が溜まり、鉛直方向上部Tに気相冷媒が溜まる。前記流入パイプ17及び流出パイプ18は、アルミ等の熱伝導率の高い材料により形成されている。
【0022】
前記流入パイプ17は、その一端部17aが前記蓋体16に穿設された流入通孔16aを介して前記蒸発器5から流出してきた冷媒が流れる配管12と接続し、他端部17bがケーシング15内の上部Tに位置し、これら一端部17a及び他端部17bの間の管部17cが、液相冷媒Lと接触するように、ケーシング15の底部B付近で液面下に位置するように形成され、この実施の形態においては、上、下、上と3回折り返されて形成されている。
【0023】
また、前記流出パイプ18は、その一端部18aがケーシング15の上部Tに位置し、他端部18bが前記蓋体16に穿設された流出通孔16bを介して前記内部熱交換器7へ向かう気相冷媒が流れる配管13と接続し、これら一端部18a及び他端部18bの間の管部18cが、液相冷媒Lと接触するようにケーシング15の底部B付近で折り返されて形成されている。
【0024】
上記構成によれば、前記蒸発器5において周囲の空気から熱を奪った気相、若しくは気液混合冷媒はアキュムレータ6内へ流入する際、液相冷媒Lとの接触面積が増大するように折り返して形成された流入パイプ17を通るので、液相冷媒Lとの間で管部17cの壁面を介して熱交換された後、ケーシング15内の上部Tに放出される。また、ケーシング15内の上部Tに溜まった気相冷媒Gが流出パイプ18を通って外部へ流出される際にも、液相冷媒Lと熱交換される。
【0025】
これにより、低負荷時に圧縮機2の冷媒吐出量が低減され、また高圧ライン10で冷媒が凝縮することによって、高圧圧力が低下しても、アキュムレータ6内部での積極的な熱交換によって冷凍サイクル1内への液相冷媒Lの放出が促されるので、圧縮機2から吐出される冷媒量が増加し、前記高圧ライン10の圧力が上昇される。これにより、膨張装置4が閉じ放しとなることを防止できるので、蒸発器5の温度が異常上昇することを防止することができる。
【0026】
以下に、この発明の他の実施の形態について図面を参照して説明するが、上記第1の実施の形態と同一の個所及び同様の作用を奏する個所には同一の符号を付してその説明を省略する。
【0027】
この発明の第2の実施の形態における前記アキュムレータ6は、図3に示すように、流入パイプ17の管部17cが、液相冷媒Lと接するように下方へ向けて螺旋状に形成されているものである。これによっても、流入パイプ17と液相冷媒Lとの接触面積が増大されるので、流入パイプ17内の冷媒と液相冷媒Lとの熱交換を積極的に行うことができる。
【0028】
また、第3の実施の形態における前記アキュムレータ6は、図4に示すように、流入パイプ17の管部17cが、液相冷媒Lと接するように、ケーシング15の底部B付近で折り返されて形成されていると共に、この管部17cの外壁面に複数のフィン20が一体的に又はろう付により固定されている。前記フィン20は、アルミ等の熱伝導率の高い材料からなり、このフィン20によって、流入パイプ17と液相冷媒Lとの接触面積が増大するので、より熱交換効率を向上させることができる。
【0029】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、アキュムレータ内に流入してくる冷媒とアキュムレータ内に溜まっている液相冷媒との熱交換が積極的に行われるので、冷媒のサイクルへの放出が促進され、高圧圧力の上昇を早めることができる。これにより、低負荷時における蒸発器の異常な温度上昇を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、この発明における冷凍サイクルの構成を示すブロック図である。
【図2】図2は、この発明の第1の実施の形態に係るアキュムレータの内部構造を示す断面図である。
【図3】図3は、この発明の第2の実施の形態に係るアキュムレータの内部構造を示す断面図である。
【図4】図4は、この発明の第3の実施の形態に係るアキュムレータの内部構造を示す断面図である。
【符号の説明】
1 冷凍サイクル
2 圧縮機
3 放熱器
4 膨張装置
5 蒸発器
6 アキュムレータ
7 内部熱交換器
10 高圧ライン
11 低圧ライン
15 ケーシング
16 蓋体
17 流入パイプ
18 流出パイプ
20 フィン
B 鉛直方向下部(底部)
G 気相冷媒
L 液相冷媒
T 鉛直方向上部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an accumulator used in a refrigeration cycle in which, for example, carbon dioxide is used as a refrigerant, and the refrigerant is compressed to a region below a critical point at a low load.
[0002]
[Prior art]
Japanese Patent Publication No. 7-18602 discloses a refrigeration cycle in which a compressor, a cooling device, and a throttle connected in series so as to form an integrated closed circuit that operates at a supercritical pressure on the high-pressure side of a vapor compression cycle. A supercritical vapor compression cycle comprising an apparatus, an evaporator and an accumulator is disclosed.
[0003]
In this refrigeration cycle, the gas-phase refrigerant sucked into the compressor is compressed to the supercritical region and discharged and cooled by the cooling device. Normally, the refrigerant is not condensed unlike the conventional Freon refrigeration cycle. It is sent to the diaphragm means in the phase state. Then, the pressure is reduced to the gas-liquid mixing region by this throttling means to generate a liquid phase component, and the refrigerant in a gas-liquid two-phase state absorbs the heat of the air passing through the evaporator and evaporates. Further, the accumulator Thus, the liquid phase component is completely removed and sucked into the compressor.
[0004]
In the refrigeration cycle described above, as a method for adjusting the opening degree of the throttle means, there is a method that depends on the high pressure and temperature of the refrigeration cycle. It is known from Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-264622 that a high pressure pressure that can be obtained is used as a reference and the throttling means is controlled so as to match the high pressure with this pressure.
[0005]
As compressors, compressors that can change the compression and discharge capacity of the refrigerant are widely used, for example, those disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 05-202849. Such a change in the capacity of the compressor is often performed depending on the suction pressure of the compressor, that is, the low pressure of the refrigeration cycle. When the refrigerant pressure decreases at low load, the capacity of the compressor decreases, and the refrigerant It operates so that the discharge amount is reduced.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional refrigeration cycle using carbon dioxide as described above, when the outside air temperature is low and the load is reduced, the high pressure of the refrigeration cycle becomes lower than the critical pressure, so the refrigerant is condensed in the radiator (gas cooler). Occurs. For this reason, the high pressure is decreased, the expansion device (throttle means) that senses this is closed to stop the flow of the refrigerant, and the compressor senses a decrease in the low pressure and reduces the refrigerant discharge amount. At this time, since the low-pressure pressure remains low, the capacity of the compressor does not increase and the high-pressure pressure does not rise easily, so the expansion device does not open easily, and even if it finally opens, the refrigerant suddenly flows from the high-pressure line to the low-pressure line. Therefore, a state like hunting that closes immediately occurs again. For this reason, the temperature of an evaporator rises abnormally and may cause the malfunction that an unpleasant feeling is given to a user.
[0007]
Therefore, an object of the present invention is to provide an accumulator that can prevent an abnormal temperature rise of an evaporator at a low load by promoting an increase in high pressure.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a hollow casing that contains a liquid-phase refrigerant, an inflow pipe that supplies the refrigerant flowing out of the evaporator to the inside of the casing, and a gas-phase refrigerant in the casing. In the accumulator having an outflow pipe that flows out in a certain stroke, heat exchange promoting means for promoting heat exchange between the refrigerant flowing into the casing via the inflow pipe and the liquid phase refrigerant accommodated in the casing (Claim 1).
[0009]
According to this, since the gas phase (gas-liquid mixture) refrigerant flowing into the accumulator and the liquid phase refrigerant in the accumulator are actively exchanged with heat, if the degree of superheat of the evaporator occurs, the accumulator The vaporization of the liquid phase refrigerant is promoted in the interior. As a result, the amount of refrigerant circulating in the refrigeration cycle increases, so the pressure in the high-pressure line from the compressor to the expansion device rises quickly, and the expansion valve closes at low load and refrigerant does not flow to the evaporator. The problem that the temperature of the evaporator rises abnormally can be prevented. In addition, as the temperature of the evaporator rises, the temperature of the refrigerant flowing into the accumulator also rises. Therefore, the more abnormal the temperature of the evaporator, the more the vaporization of the liquid phase refrigerant in the accumulator is promoted. , Acting in the direction of opening the expansion device.
[0010]
Further, the heat exchange promoting means may be a part of the inflow pipe formed so as to be positioned below the liquid level of the liquid phase refrigerant accommodated in the casing.
[0011]
According to this, since the inflow pipe is in contact with the liquid phase refrigerant in the casing, the refrigerant flowing into the accumulator and the liquid phase refrigerant accumulated in the accumulator are actively heated through the wall surface of the inflow pipe. Will be exchanged.
[0012]
Further, the inflow pipe is formed by being folded several times under the liquid level of the liquid phase refrigerant (Claim 3), or formed in the spiral shape (Claim 4), or when the fin is provided in the inflow pipe. Good (Claim 5).
[0013]
According to these, since the contact area between the inflow pipe and the liquid refrigerant in the accumulator increases, the heat exchange efficiency can be improved, and the increase in the high pressure can be further accelerated. For example, as a configuration in which the inflow pipe is folded back several times, the inflow pipe is extended from the upper part of the casing to the vicinity of the bottom where the liquid-phase refrigerant is accumulated, and is bent back and forth several times in the vicinity of the bottom, so And the like that are positioned upward. In addition, as the structure formed in a spiral shape, an inflow pipe is formed in a spiral shape from the top to the bottom, folded back at the bottom and opened above the liquid level, etc., and from the bottom to the top It may be a spiral to go.
[0014]
Further, the heat exchange promoting means may be a part of an outflow pipe formed so as to be positioned below the liquid level of the liquid phase refrigerant (Claim 6).
[0015]
This also facilitates heat exchange between the discharged gas-phase refrigerant and the liquid-phase refrigerant.
[0016]
The refrigerant is carbon dioxide (Claim 7).
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
The
[0019]
With the above configuration, the gas-phase refrigerant sucked by the
[0020]
In the configuration of the present invention, the
[0021]
The
[0022]
One end 17a of the
[0023]
Further, the
[0024]
According to the above configuration, when the vapor phase or gas-liquid mixed refrigerant that has taken heat from the surrounding air in the
[0025]
As a result, the refrigerant discharge amount of the
[0026]
Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The same reference numerals are given to the same portions as those of the first embodiment and the portions having the same functions as those of the first embodiment. Is omitted.
[0027]
As shown in FIG. 3, the
[0028]
Further, as shown in FIG. 4, the
[0029]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the heat exchange between the refrigerant flowing into the accumulator and the liquid-phase refrigerant accumulated in the accumulator is actively performed, so that the release of the refrigerant into the cycle is promoted. , Increase the high pressure can be accelerated. Thereby, the abnormal temperature rise of the evaporator at the time of low load can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a refrigeration cycle in the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the internal structure of the accumulator according to the first embodiment of the invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an internal structure of an accumulator according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the internal structure of an accumulator according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
G Gas phase refrigerant L Liquid phase refrigerant T Vertically upper part
Claims (7)
前記流入パイプを介して前記ケーシング内に流入する冷媒と、前記ケーシング内に収容された液相冷媒との熱交換を促進させる熱交換促進手段を有することを特徴とするアキュムレータ。An accumulator comprising a hollow casing for accommodating a liquid-phase refrigerant, an inflow pipe for supplying the refrigerant flowing out of the evaporator to the inside of the casing, and an outflow pipe for flowing out the gas-phase refrigerant in the casing to the next stroke In
An accumulator comprising heat exchange promoting means for promoting heat exchange between the refrigerant flowing into the casing through the inflow pipe and the liquid phase refrigerant accommodated in the casing.
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