JP6537911B2 - アキュームレータ - Google Patents

Description

本発明は、カーエアコン、ルームエアコン、冷凍機等のヒートポンプ式冷凍サイクル（以下、ヒートポンプシステムと称する）に使用されるアキュームレータ（気液分離器）に関する。

一般に、カーエアコン等を構成するヒートポンプシステム２００は、図７に例示される如くに、圧縮機２１０、室外熱交換器２２０、室内熱交換器２３０、膨張弁２６０、四方切換弁２４０等に加えて、アキュームレータ２５０を備えている。

かかるシステム２００においては、冷房運転と暖房運転の切り換え（流路切換）を四方切換弁２４０で行うようにされ、冷房運転時には、図７（Ａ）に示される如くのサイクルで冷媒が循環され、このときは室外熱交換器２２０が凝縮器として働くとともに、室内熱交換器２３０が蒸発器として働く。一方、暖房運転時には、図７（Ｂ）に示される如くのサイクルで冷媒が循環され、このときは室外熱交換器２２０が蒸発器として働くとともに、室内熱交換器２３０が凝縮器として働く。どちらの運転時にも、アキュームレータ２５０には、蒸発器（室内熱交換器２３０又は室外熱交換器２２０）から低温低圧の気液混成状態の冷媒が四方切換弁２４０を介して導入される。

アキュームレータ２５０としては、例えば特許文献１等に所載のように、流入口及び流出口が設けられた蓋部材によりその上面開口が気密的に閉塞された有底円筒状のタンク、このタンクの内径より小径の笠状ないし逆立薄鉢状の気液分離体、上端部が流出口に連結されて垂下されたインナーパイプとアウターパイプからなる二重管構造の流出管、この流出管（のアウターパイプ）の底部付近に設けられた、液相冷媒及びそれに混入されたオイル（冷凍機油）に含まれる異物を捕捉・除去するためのストレーナ等を有するものが知られている。

このアキュームレータ２５０に導入された冷媒は、前記気液分離体に衝突して放射状に拡散されて液相冷媒と気相冷媒とに分離され、液相冷媒（オイルを含む）はタンク内周面を伝うように流下してタンク下部に溜まるとともに、気相冷媒は流出管におけるインナーパイプとアウターパイプとの間に形成される空間（気相冷媒下送流路）を下降し、インナーパイプ内空間を上昇して圧縮機２１０の吸入側に吸入されて循環せしめられる。

また、液相冷媒と共にタンク下部に溜まるオイルは、液相冷媒との比重や性状の相違等によりタンク底部側に移動していき、流出管を介して圧縮機吸入側に吸入される気相冷媒に吸引されて、ストレーナ（の網目フィルタ）→流出管（アウターパイプ）の底部に形成されたオイル戻し孔→流出管のインナーパイプ内空間を通って気相冷媒と共に圧縮機吸入側に戻されて循環せしめられる（特許文献２、３等も併せて参照）。

ところで、システム（圧縮機）の運転停止時には、オイルを含む液相冷媒がアキュームレータのタンクの下部に溜まるが、オイルとして冷媒と相溶性が無くかつ冷媒より比重が小さいものが使用されている場合には、液相冷媒とオイルとの比重及び粘性の相違により、二層に分離、すなわち、上側にオイル層、下側に液相冷媒層が形成される。

このような二層分離状態において、システム（圧縮機）を起動すると、タンク内の圧力が急速に低下するため、液相冷媒が突発的に激しく沸騰（以下、突沸と称する）して大きな衝撃音が発生するという問題が生じていた。

かかる突沸現象及びそれに伴う衝撃音の発生原因としては、圧縮機の起動時にタンク内（圧縮機吸入側）の圧力が低下しても、ある時点までは、オイル層が冷媒層の蓋となっているため（オイル層には突沸現象は生じない）、前記突沸現象の発生は抑えられるが、オイル層より上側（の気相冷媒）とそれより下側（の液相冷媒）との圧力差が所定圧以上となったとき、液相冷媒が一気に爆発的に沸騰するために発生すると推察される（圧縮機での突沸現象についての説明が記載されている特許文献２も参照されたい）。

また、圧縮機の停止時においてオイルと液相冷媒が上記のように二層分離状態とならない場合、つまり、圧縮機の停止時においてもオイルと液相冷媒が混合状態のままである場合、あるいは、オイルとして冷媒と相溶性が無くかつ冷媒より比重が大きいものが使用されて、上側に液相冷媒層、下側にオイル層が形成される場合でも、冷媒やオイルの種類・性状等の条件次第では、液相冷媒が一気に爆発的に沸騰する前記突沸現象及びそれに伴う衝撃音が発生することがある。

このような突沸現象及びそれに伴う衝撃音の発生を抑えるための一つの方策として、前記特許文献２には、レシプロエンジンを駆動源とする圧縮機の回転軸（クランクシャフト）に撹拌羽根を設け、圧縮機の起動時に前記撹拌羽根を回転させてオイル層部分を撹拌し、液相冷媒をオイル上部に放出することが提案されている。

また、特許文献３には、アキュームレータ（のタンク）内においてオイルと液相冷媒が二層分離状態となった際にそれらを確実に混合することを主目的として、圧縮機から吐出された気相冷媒の一部を開閉弁付きのバイパス流路を介してタンクの底部から液相冷媒中に吹き込んで撹拌することが提案されている。

特開２０１４−７０８６９号公報 特開２００１−２４８９２３号公報 特開２００４−２６３９９５号公報

上記した如くに、圧縮機の起動時に、タンク内においてオイルと液相冷媒からなる液状部分を撹拌することにより、突沸現象及びそれに伴う衝撃音の発生を抑えられることが本発明者等によっても確認されているが、上記従来の提案技術では、撹拌するための手段（撹拌羽根及びそれを回転させるための駆動源や、開閉弁付きのバイパス流路等）が別途に必要となり、アキュームレータ（及びそれを備えたヒートポンプシステム）の複雑化、高コスト化、大型化等を招くという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、複雑化、高コスト化、大型化等を招くことなく、圧縮機の起動時における突沸現象及びそれに伴う衝撃音の発生を効果的に抑えることのできる、費用対効果に優れるアキュームレータを提供することにある。

前記の目的を達成すべく、本発明に係るアキュームレータは、基本的には、流入口及び流出口が設けられたタンクと、前記流出口に連結されて前記タンク内に垂下されたインナーパイプ及び該インナーパイプの外周に配在されたアウターパイプからなる二重管構造の流出管と、を備え、前記アウターパイプの外周全域を覆うように、布状体又は発泡材が巻装もしくは外挿されていることを特徴としている。

他の好ましい態様では、前記布状体に、冷媒中の水分を吸収除去するための乾燥剤を収納する乾燥剤収納部が設けられる。

前記乾燥剤収納部は、好ましくは、前記アウターパイプの外側に上下方向に設けられる。

また、前記乾燥剤収納部は、好ましくは、前記アウターパイプの前記流入口側の外側に設けられる。

本発明に係るアキュームレータでは、アウターパイプの外周に巻装もしくは外挿されたフェルト等の布状体又は発泡材（以下、布状体等と称する）が沸騰石の役目を果たす。すなわち、圧縮機の起動時において、前記布状体等（の中の気体）が、液相冷媒が沸騰して気化する際の起点（きっかけ）となり、徐々に気泡が出る状態、つまり、液相冷媒が徐々に気化する状態となる。そのため、液相冷媒の沸騰が緩やかに進行し、その結果、液相冷媒が一気に爆発的に沸騰する突沸現象及びそれに伴う衝撃音の発生を効果的に抑えることができる。

この場合、本発明に係るアキュームレータは、従前のアキュームレータにおけるアウターパイプの外周に、布状体等を巻装もしくは外挿するという、簡単な構成を付加するだけでよいので、前述した従来の方策のように、複雑化、高コスト化、大型化等を招くことはなく、費用対効果に極めて優れるものとなる。

また、フェルト等の布状体は、通気性・通水性を有するので、前記アウターパイプの外周に巻装もしくは外挿されたフェルト等の前記布状体に、冷媒中の水分を吸収除去するための乾燥剤を収納する乾燥剤収納部を設けておけば、該乾燥剤収納部がバッグの役目を果たすので、別途に乾燥剤を収納するバッグやその固定手段（結束バンド等）を用意する必要はなくなり、費用対効果が一層高められる。

本発明に係るアキュームレータの第１実施形態を示す部分切欠正面図。 図１のＵ−Ｕ矢視線に従う拡大断面図。 第１実施形態のアキュームレータにおけるストレーナ周りを示す要部拡大半断面図。 図３のＶ−Ｖ矢視線に従う断面図。 本発明に係るアキュームレータの第２実施形態を示す部分切欠正面図。 図５のＸ−Ｘ矢視線に従う断面図。 ヒートポンプシステムの一例を示し、（Ａ）は冷房運転時の冷媒流れ（サイクル）を示す概略構成図、（Ｂ）は暖房運転時の冷媒流れ（サイクル）を示す概略構成図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明に係るアキュームレータの第１実施形態を示す部分切欠正面図、図２は、図１のＵ−Ｕ矢視線に従う拡大断面図である。

図示第１実施形態のアキュームレータ１は、前述した図７に示される如くの、例えば電気自動車用カーエアコンを構成するヒートポンプシステム２００におけるアキュームレータ２５０として用いられるもので、ステンレスあるいはアルミ合金等の金属製の有底円筒状のタンク１０を有し、このタンク１０の上面開口は、同じ金属製の蓋部材１２により気密的に閉塞されている。なお、本実施形態のアキュームレータ１は、例えば、図示のように縦置き、つまり、蓋部材１２を上（天）側、タンク１０の底部１３を下（地）側にして設置される。

蓋部材１２には、流入口１５と段付きの流出口１６とが並設されており、蓋部材１２の下側に、タンク１０の内径より小径の笠状ないし逆立薄鉢状の気液分離体１８が配在され、前記流出口１６の下部に流出管３０の上端部が連結されている。

前記流出管３０は、その上端部が流出口１６の下部にかしめや圧入等により連結されてタンク１０内に垂下された金属製のインナーパイプ３１と、該インナーパイプ３１の外周に配在された合成樹脂製の有底のアウターパイプ３２とからなる二重管構造とされ、アウターパイプ３２の外周には、後述するように、布状体等が巻装もしくは外挿されている。

アウターパイプ３２の下端部は、後述するストレーナ４０のケース４２における内周段差付き上部４２ａに圧入等により内嵌固定されている。インナーパイプ３１の下端は、アウターパイプ３２の底部３２ｂより多少上側に位置せしめられ、アウターパイプ３２の上端は蓋部材１２より多少下側に位置せしめられている。アウターパイプ３２の底部３２ｂの中央には、オイル戻し孔３５が形成されている。オイル戻し孔３５の孔径は例えば１ｍｍ前後に設定されている。

アウターパイプ３２の内部には、長手方向（上下方向）に沿い、かつ、図２にその断面が示されているように、等角度間隔で３枚の板状リブ３６が半径方向内方に向けて突設されており、この３枚の板状リブ３６の内周側にインナーパイプ３１が圧入気味に内挿固定されている。

インナーパイプ３１の上端近くには、バルジ成形等により圧縮曲成された鍔状部３１ｆが設けられている。蓋部材１２に気液分離体１８及びインナーパイプ３１を組み付けるにあたっては、インナーパイプ３１の上端部を、気液分離体１８に設けられた通し穴１９に通すと共に流出口１６に下側から圧入又は拡管固定する。これにより、前記気液分離体１８が鍔状部３１ｆと蓋部材１２の下端面とに挟持されるようにして保持固定される。

なお、インナーパイプ３１、アウターパイプ３２、及び板状リブ３６は、合成樹脂材料やアルミ材等を用いた押出し成型により一体的に形成してもよい。すなわち、上記の二重管構造をアルミ押出し材等を用いた一体成型品とすることもできる。また、前記板状リブは、インナーパイプ３１の外部に設けてもよい。

前記ストレーナ４０は、タンク１０の底部１３に載せ置かれて固定されており、図３、図４を参照すればよくわかるように、合成樹脂製の有底円筒状のケース４２と該ケース４２にインサート成形により一体化された円筒状の網目フィルタ４５とからなっている。網目フィルタ４５は、例えば、金網や合成樹脂製のメッシュ材等から作製される。

ストレーナ４０のケース４２は、前記アウターパイプ３２の下端部が内嵌固定された内周段差付き上部４２ａと、底板部４２ｃと、この底板部４２ｃの外周に等角度間隔で立設された４本の柱状部４２ｂと、この柱状部４２ｂの上端部と下端部とを含む、所定の肉厚及び帯幅を有する円環帯状の網端埋込部４２ｄ、４２ｄと、を有している。この上下の網端埋込部４２ｄ、４２ｄに、網目フィルタ４５の上下の端部がインサート成形時に一体化されて封止され、また、網目フィルタ４５における柱状部４２ｂ部分もインサート成形時に当該柱状部４２ｂに一体化されて封止されている。言い換えれば、４本の柱状部４２ｂと上下の網端埋込部４２ｄ、４２ｄとにより側面視矩形の４つの窓４４が画成され、この各窓４４部分に網目フィルタ４５が張られていることになる。なお、４本の柱状部４２ｂには型抜き用の勾配が付けられているが、４本の柱状部４２ｂと上下の金網埋込部４２ｄ、４２ｄの半径方向の幅は略等しくされている。

このような構成を有するアキュームレータ１においては、従来のものと同様に、蒸発器からの低温低圧の気液混在状態の冷媒が流入口１５を介してタンク１０内に導入され、導入された冷媒は、気液分離体１８に衝突して放射状に拡散されて液相冷媒と気相冷媒とに分離され、液相冷媒（オイルを含む）はタンク１０の内周面を伝うように流下してタンク１０の下部空間に溜まるとともに、気相冷媒は流出管３０におけるインナーパイプ３１とアウターパイプ３２との間に形成される空間（気相冷媒下送流路）→インナーパイプ３１の内空間を介して圧縮機２１０の吸入側に吸入されて循環せしめられる。

また、液相冷媒と共にタンク１０の下部空間に溜まるオイルは、液相冷媒との比重や性状の相違等によりタンク１０の底部１３側に移動していき、流出管３０を介して圧縮機吸入側に吸入される気相冷媒に吸引されて、ストレーナ４０の網目フィルタ４５→オイル戻し孔３５→インナーパイプ３１の内空間を通って気相冷媒と共に圧縮機吸入側に戻されて循環せしめられる。網目フィルタ４５を通る際にはスラッジ等の異物が捕捉され、異物は、循環する冷媒（オイルを含む）から取り除かれる。

上記構成に加えて、本実施形態のアキュームレータ１では、アウターパイプ３２の外周におけるストレーナ４０より上側の部分の全域を覆うように、フェルト等の布状体６０が巻装もしくは外挿されている。なお、布状体６０に代えて、発泡材を用いてもよく、発泡材としては、市販されている合成樹脂、ゴム、セラミック等を素材としたものを用いることができる。

このような構成とされた本実施形態のアキュームレータ１では、アウターパイプ３２の外周に巻装もしくは外挿された布状体６０が沸騰石の役目を果たす。すなわち、圧縮機２１０の起動時において、布状体６０（の中の気体）が、液相冷媒が沸騰して気化する際の起点（きっかけ）となり、徐々に気泡が出る状態、つまり、液相冷媒が徐々に気化する状態となる。そのため、液相冷媒の沸騰が緩やかに進行し、その結果、液相冷媒が一気に爆発的に沸騰する突沸現象及びそれに伴う衝撃音の発生を効果的に抑えることができる。

この場合、本実施形態のアキュームレータ１では、アウターパイプ３２の外周に、布状体６０を巻装もしくは外挿するという、簡単な構成を付加するだけでよいので、前述した従来の方策のように、複雑化、高コスト化、大型化等を招くことはなく、費用対効果に極めて優れるものとなる。

なお、上記実施形態では、布状体６０が、アウターパイプ３２の外周におけるストレーナ４０より上側の部分の全域を覆うように設けられているが、圧縮機２１０の起動時における突沸現象及びそれに伴う衝撃音の発生を抑えるためには、基本的に、前記布状体６０を、圧縮機２１０の停止時においてタンク１０内に溜まる液状部分（液相冷媒とオイル）の突沸に伴う異音（衝撃音）発生の下限液面高さ位置Ｈｍｉｎと液状部分の最高液面高さ位置Ｈｍａｘとの間の高さ領域に巻装もしくは外挿すればよい。この下限液面高さ位置Ｈｍｉｎや最高液面高さ位置Ｈｍａｘは、システムに応じて、タンク１０の底部１３から所定の高さだけ上方の位置、或いは、アウターパイプ３２の上端部から所定の高さだけ下方の位置に予め決められる。

［第２実施形態］
図５は、本発明に係るアキュームレータの第２実施形態を示す部分切欠正面図、図６は、図５のＸ−Ｘ矢視線に従う拡大断面図である。

図示第２実施形態のアキュームレータ２は、第１実施形態のアキュームレータ１に対し、フェルト等の布状体７０に、アウターパイプ３２の外周に外挿固定されるパイプ外挿部７２が設けられるとともに、冷媒中の水分を吸収除去するための乾燥剤Ｍを収納する、上下が塞がれた円筒状の乾燥剤収納部７５が設けられている構成のみが異なり、他の構成は同じである。なお、本第２実施形態のアキュームレータ２を示す図５、図６には、第１実施形態のアキュームレータ１の各部に対応する部分に共通の符号が付されている。

前記乾燥剤収納部７５は、アウターパイプ３２の流入口１５側の外側に、上下方向（アウターパイプ３２の軸線方向）に設けられている。

フェルト等の布状体は、通気性・通水性を有するので、本実施形態のように、フェルト等の布状体７０に、パイプ外挿部７２に加えて、冷媒中の水分を吸収除去するための乾燥剤Ｍを収納する乾燥剤収納部７５を設けておけば、当該乾燥剤収納部７５がバッグの役目を果たすので、別途に乾燥剤Ｍを収納するバッグやその固定手段（結束バンド等）を用意する必要はなくなり、費用対効果が一層高められる。

なお、上記第２実施形態のアキュームレータ２では、乾燥剤収納部７５は、その下端部がタンク１０の底部１３に当接するとともに、その上端部が圧縮機２１０の停止時においてタンク１０内に溜まる液状部分（液相冷媒とオイル）の最高液面高さ位置Ｈｍａｘより下側に位置するようになっているが、乾燥剤収納部７５を上側に延設して、その上部を前記最高液面高さ位置Ｈｍａｘよりも上方に位置させるようにしてもよい。このようにすることにより、圧縮機２１０の起動時における突沸現象及びそれに伴う衝撃音の発生がより確実に抑えられる。

１ アキュームレータ（第１実施形態）
２ アキュームレータ（第２実施形態）
１０ タンク
１２ 蓋部材
１５ 流入口
１６ 流出口
１８ 気液分離体
３０ 流出管
３１ インナーパイプ
３２ アウターパイプ
４０ ストレーナ
６０ 布状体（第１実施形態）
７０ 布状体（第２実施形態）
７２ パイプ外挿部
７５ 乾燥剤収納部
Ｍ 乾燥剤

Claims (4)

1. 流入口及び流出口が設けられたタンクと、前記流出口に連結されて前記タンク内に垂下されたインナーパイプ及び該インナーパイプの外周に配在されたアウターパイプからなる二重管構造の流出管と、を備え、
   前記アウターパイプの外周全域を覆うように、布状体又は発泡材が巻装もしくは外挿されていることを特徴とするアキュームレータ。
2. 前記布状体に、冷媒中の水分を吸収除去するための乾燥剤を収納する乾燥剤収納部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のアキュームレータ。
3. 前記乾燥剤収納部は、前記アウターパイプの外側に上下方向に設けられていることを特徴とする請求項２に記載のアキュームレータ。
4. 前記乾燥剤収納部は、前記アウターパイプの前記流入口側の外側に設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載のアキュームレータ。

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