JP6055291B2 - アキュムレータ - Google Patents

Description

本発明は、冷凍サイクルを循環する冷媒を気液分離して貯留する形式のアキュムレータに関する。

冷凍サイクルを循環する冷媒等を気液分離して貯留するため、レシーバタンクやアキュムレータ等が用いられる。この種のアキュムレータとして、例えば、特許文献１には、胴体とヘッダとからなるタンク本体と、ヘッダの側部に形成される冷媒流入孔と、ヘッダの上部に形成される冷媒流出孔と、冷媒流出孔に連結される遠心分離管と、胴体内に隔壁を介して収装される乾燥剤等で構成されるアキュムレータが記載されている。

上記アキュムレータにおいて、冷媒流入孔から流入した冷媒は、遠心分離管に向かって流れて旋回流を形成し、遠心力の作用により、気相冷媒とオイルを含む液相冷媒とに気液分離される。分離された気相冷媒は、遠心分離管内に進入して冷媒流出孔から排出される。

一方、液相冷媒及びオイルは、胴体内を下降し、胴体の底部に貯留される。この際、油水分離が進み、オイルは液相冷媒の下方に溜まる。また、液相冷媒及びオイルは、胴体内を下降する際に乾燥剤によって水分の一部が吸湿される。また、胴体の底に溜まったオイルは、オイル戻し孔から吸引され、気相冷媒と共に冷媒流出孔に導かれる。

特開２０００−１７９９９６号公報

しかし、上記アキュムレータにおいては、冷媒に旋回流を形成し、その遠心力で冷媒の気液分離を行う、いわゆる旋回式を採用していることから、冷媒流入孔をヘッダの側部に形成している。そのため、ヘッダの側方に配管等を接続するためのスペースが必要となるという問題があった。これに加え、ヘッダに冷媒流入孔を設けるための高さを確保する必要があり、アキュムレータが大型化するという問題もあった。さらに、冷媒に旋回流を形成して遠心力で気液分離を行うにあたって、ケーシングに冷媒流入孔を穿設したに過ぎないため、冷媒の気液分離が効果的に行われないおそれがあった。

そこで本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みて、小型でかつ側方に配管等を接続するスペースが不要で、気液分離を効果的に行うことのできる旋回式のアキュムレータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るアキュムレータは、上端開口の筒形の胴体と該胴体の開口部に連結されるヘッダとからなるタンク本体を含み、前記ヘッダには縦方向に開口する冷媒流入孔と冷媒流出孔とが備わっており、前記冷媒流出孔にインナーパイプが連結され、その外側にアウターパイプが二重管をなすように配置され、前記冷媒流入孔から縦方向に流入する冷媒を前記胴体の内周面に沿うように旋回させながら前記胴体内を下降させる螺旋形状部を備え、前記ヘッダは前記アウターパイプの上端開口部を覆う筒状部を備え、該筒状部はその下端部が前記胴体の中央部まで延設され、前記螺旋形状部は該筒状部の外周面に一体に形成してあることを特徴とする。

本発明によれば、冷媒流入孔を冷媒流出孔と同様に縦方向に開口する構成であるため、ヘッダの側方に配管等を接続するためのスペースが不要になると共に、ヘッダを高さ方向において小型化することが可能となる。その上で、冷媒流入孔から縦方向に流入する冷媒を、螺旋形状部によって胴体の内周面に沿うように旋回させながら胴体内を下降させることができるため、気液分離を効果的に行うことができる。また、ヘッダにアウターパイプの上端開口部を覆う筒状部を設け、筒状部の下端部を胴体の中央部まで延設し、螺旋形状部を筒状部の外周面に一体に形成することにより、部品点数を削減し、製造コストを低く抑えることができると共に、冷媒流入孔からの冷媒流れがアウターパイプの上端開口部に直接流入することをより確実に回避し、気液分離性能をさらに向上させることができる。

螺旋形状部を筒状部と鋳造により一体に成形することにより、製造コストを低く抑えることができる。

タンク本体がダイカスト等の鋳物で溶接困難な部材のときは、摩擦撹拌接合技法によって接合することができる。摩擦撹拌接合技法では部材の融解を伴わないため、胴体とヘッダとの接合部の熱影響を抑制し、シールドガスが不要で、騒音や粉塵の発生を低減することができる。

以上のように本発明によれば、小型でかつ側方に配管等を接続するスペースが不要で、気液分離を効果的に行うことのできる旋回式のアキュムレータを提供することが可能になる。

本発明に係るアキュムレータの参考例を示す図であり、（ａ）は（ｂ）のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）に示すアウターパイプ及び螺旋形状部の正面図である。 図１に示すストレーナの拡大図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。 本発明に係るアキュムレータの一実施の形態を示す図であり、（ａ）は（ｂ）のＤ−Ｄ線断面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線断面図、（ｃ）は（ａ）に示すヘッダ（筒状部及び螺旋形状部を含む）の正面図である。 図３に示すストレーナの拡大図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ線断面図である。

次に、本発明を実施するための好適な実施形態等について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明に係るアキュムレータの参考例を示し、このアキュムレータ１は、タンク本体２と、タンク本体２内に配置されたアウターパイプ５、インナーパイプ６及びバッグ７等の内機部品等で構成される。

タンク本体２は、上端開口の筒形の胴体３と、溶接部１０を介して胴体３と溶接接合されて胴体３の開口部に連結されるヘッダ４とから構成される。胴体３とヘッダ４との溶接方法は、従来から行われているＴＩＧ溶接、アーク溶接及びレーザ溶接等にて行うことができるが、それに代えて摩擦撹拌技法を採用することもできる。この技法は部材の融解を伴わないため、胴体３とヘッダ４の接合部の熱影響を抑制することなどが可能となる利点がある。また、胴体３及びヘッダ４は、いずれもアルミニウム合金等の金属によって形成される。

ヘッダ４は、縦方向に開口する冷媒流入孔８及び冷媒流出孔９を備え、胴体３の開口端を封止している。胴体３の内部には、気液分離された気相冷媒が流入するアウターパイプ５と、アウターパイプ５に流入した気相冷媒を冷媒流出孔９に導くインナーパイプ６とが配置される。

アウターパイプ５は合成樹脂からなり、上端部５ａが開口した状態で胴体３に接合される。また、アウターパイプ５の外周面には、冷媒流入孔８から縦方向に流入する冷媒を、胴体３の内周面に沿うように旋回させながら胴体３内を下降させるための螺旋形状部５ｂが設けられる。この螺旋形状部５ｂにより、冷媒流入孔８からの混合冷媒（気相分と液相分が混在した冷媒）を胴体３の内周面に沿って旋回させ、遠心力の作用により、密度の高い液相冷媒及びコンプレッサオイル（以下「オイル」という。）と、密度の低い気相冷媒とに効果的に分離することができる。この螺旋形状部５ｂは、アウターパイプ５と共に樹脂成形によって一体に成形することできる。

胴体３の下部には、乾燥剤（吸湿剤）７ａを内包したバッグ７が収容され、胴体３内の液相冷媒中の水分・湿分を吸着する。

冷媒流出孔９の下方には、液状冷媒がアウターパイプ５に流入するのを防止するための筒状部１６が設けられる。この筒状部１６は、下方に開口する椀状に形成され、アウターパイプの上端開口部５ａを囲繞する。

アウターパイプ５の下部内周面には、インナーパイプ６の外周面と当接するパイプリブ２３が一体に形成される。また、アウターパイプ５の底部には、図２に示すように、金属や樹脂からなる網目部材２１がインサート成形されたストレーナ２０が設けられる。本実施形態では、網目部材２１を３つの支持部材２０ａで支持している。また、アウターパイプ５の底部には、オイルをインナーパイプ６内に導くオイル戻し孔２４が設けられる。

インナーパイプ６はアルミニウム合金等の金属からなり、下端部６ａが開口すると共に上端部６ｂがヘッダ４の冷媒流出孔９に連結される。また、インナーパイプ６の下部は、アウターパイプ５の内周面に凸設されたパイプリブ２３の内側に嵌入され、これによりインナーパイプ６が安定して保持される。

次に、上記構成を有するアキュムレータ１の動作について、図１を参照しながら説明する。なお、以下の説明においては、アキュムレータ１を冷凍サイクルの蒸発器と圧縮機との間に配置し、蒸発器からの冷媒に含まれる水分を除去してガス冷媒を生成し、これを圧縮機へ戻す場合を例にとって説明する。

蒸発器から排出された冷媒は、接続配管（不図示）を通じてアキュムレータ１に戻される。アキュムレータ１に到達した冷媒はヘッダ４の冷媒流入孔８に流入し、螺旋形状部５ｂ上と胴体３の内周面に沿うように旋回しながら胴体３内を下降する。

この旋回流による遠心力の作用により、密度の高い液相冷媒及びオイルと密度の低い気相冷媒（ガス冷媒）とに分離される。ここで、アウターパイプ５の上端開口部５ａは、筒状部１６にて囲繞されているため、冷媒流れが上端開口部５ａに直接流入することが防止され、気液分離性能をさらに向上させることができる。

気液分離後の液相冷媒及びオイルは、自重により胴体３内を下降し、胴体３の底部に貯留される。その過程で、液相冷媒とオイルとの分離が進み、オイルは液相冷媒の下方に溜まる。ここで、胴体３内に貯留される液相冷媒中の水分・湿分はバッグ７に内包される乾燥剤７ａに吸着される。

一方、気液分離後の気相冷媒は、筒状部１６の内側を通ってアウターパイプ５に流入し、アウターパイプ５内を下降する。その後、アウターパイプ５の底部で折り返されてインナーパイプ６に流入し、インナーパイプ６内を上昇して冷媒流出孔９に導かれる。このとき、オイル戻し孔２４を通じて、胴体３の底に溜まったオイルがストレーナ２０によって異物が除去され、気相冷媒と共に冷媒流出孔９に導かれる。オイルを含んだ気相冷媒は、冷媒流出孔９から排出され、接続配管（不図示）を通じて圧縮機に供給される。

図３は本発明に係るアキュムレータの一実施の形態を示す。このアキュムレータ４１は、図１に示すアキュムレータ１のヘッダ４、筒状部１６及びストレーナ２０に代えて、ヘッダ４２、筒状部４２ａ及びストレーナ４４を設けたことのみ相違している。そこで、これらの構成について以下に説明し、その他の構成要素については、図１と同様であるため、図１と同一の参照番号を付して説明を省略する。

ヘッダ４２は、アウターパイプ５の上端開口部５ａを覆い、下端部が胴体３の中央部まで延設される筒状部４２ａと、筒状部４２ａの外周面に形成される螺旋形状部４２ｂとを備えるように、鋳造により一体に形成される。この構成により、冷媒流入孔８からの冷媒流れがアウターパイプ５の上端開口部５ａに直接流入することをより確実に回避し、気液分離性能をさらに向上させることができる。

ストレーナ４４は、図４に示すように、金属や樹脂からなる網目部材２１がインサート成形され、網目部材２１を４つの支持部材４４ａで支持している。

以上のように本発明によれば、冷媒流入孔８を、冷媒流出孔９と同様にヘッダ４の上部に設けたため、ヘッダ４の側方に冷媒流入孔８と配管等を接続するためのスペースが不要になると共に、ヘッダ４を高さ方向に小型化することが可能となる。その上で、冷媒流入孔８から縦方向に流入する冷媒を、胴体３の内周面に沿うように旋回させながら、胴体３内を下降させる螺旋形状部４２ｂを設けたため、縦方向の冷媒流入方式であるにも拘わらず、冷媒は螺旋形状部４２ｂを旋回しながら流下していくので、気液分離性能に優れる。

１ アキュムレータ
２ タンク本体
３ 胴体
４ ヘッダ
５ アウターパイプ
５ａ 上端開口部
５ｂ 螺旋形状部
６ インナーパイプ
６ａ 下端部
６ｂ 上端部
７ バッグ
７ａ 乾燥剤
８ 冷媒流入孔
９ 冷媒流出孔
１０ 溶接部
１６ 筒状部
２０ ストレーナ
２０ａ 支持部材
２１ 網目部材
２３ パイプリブ
２４ オイル戻し孔
４１ アキュムレータ
４２ ヘッダ
４２ａ 筒状部
４２ｂ 螺旋形状部
４４ ストレーナ
４４ａ 支持部材

Claims (3)

1. 上端開口の筒形の胴体と該胴体の開口部に連結されるヘッダとからなるタンク本体を含み、
   前記ヘッダには縦方向に開口する冷媒流入孔と冷媒流出孔とが備わっており、
   前記冷媒流出孔にインナーパイプが連結され、その外側にアウターパイプが二重管をなすように配置され、
   前記冷媒流入孔から縦方向に流入する冷媒を前記胴体の内周面に沿うように旋回させながら前記胴体内を下降させる螺旋形状部を備え、
   前記ヘッダは前記アウターパイプの上端開口部を覆う筒状部を備え、
   該筒状部はその下端部が前記胴体の中央部まで延設され、
   前記螺旋形状部は該筒状部の外周面に一体に形成してある
   ことを特徴とするアキュムレータ。
2. 前記螺旋形状部は、前記筒状部と鋳造により一体に成形してある
   ことを特徴とする請求項１に記載のアキュムレータ。
3. 前記胴体と前記ヘッダとは摩擦撹拌接合技法によって接合されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアキュムレータ。