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

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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又はに記載のアキュームレータ。
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