JP6539640B2 - 冷媒容器 - Google Patents

Description

本発明は、カーエアコン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）に使用される冷媒容器に係り、特に、冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離し、この分離された液相冷媒のみを膨張弁側に導出するレシーバ機能と、前記分離された気相冷媒（＋オイル）を圧縮機吸入側に導出するアキュームレータ機能を併せ持つ冷媒容器に関する。

カーエアコン等を構成するヒートポンプシステムとして、例えば特許文献１にも所載のように、圧縮機、凝縮器、蒸発器、膨張弁、流路切換弁、開閉弁等に加えて、気液分離を行って液相冷媒のみを膨張弁に導くためのレシーバと、気液分離を行って気相冷媒（オイルを含む）を圧縮機の吸入側に導くためのアキュームレータとを備えたものがある。

このようなレシーバとアキュームレータを備えたヒートポンプシステムでは、システム全体の占有スペースの縮小化、部品点数の削減等が要望されている。

特開２０１３−１８４５９６号公報 特開２０１２−１３６１４７号公報

上記要望に沿う一つの方策として、例えば特許文献２（の図１６）に所載のように、一つのタンク（容器）に、冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離し、この分離された液相冷媒のみを膨張弁側に導出するレシーバ機能と、前記分離された気相冷媒を圧縮機吸入側に導出するアキュームレータ機能とを持たせることが考えられる。

しかしながら、上記特許文献２には、一つの容器がレシーバ及びアキュームレータとして機能することが示されているだけで、容器の内部構造等までは全く開示されていない。

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、レシーバ機能とアキュームレータ機能を併せ持つ、部品点数の少ない合理的な構造の冷媒容器を提供することにある。

前記の目的を達成すべく、本発明に係る冷媒容器は、基本的には、冷媒を一時的に溜めておくことのできるタンクを有し、該タンクの上部に、気液流入口、液相用流出口、及び気相用流出口が設けられ、前記気液流入口から導入された冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離し、該分離された液相冷媒のみを前記液相用流出口を介して膨張弁側に導出するレシーバ機能と、前記分離された気相冷媒を、前記液相冷媒中に含まれるオイルを伴って前記気相用流出口を介して圧縮機吸入側に導出するアキュームレータ機能とを併せ持ち、前記タンクは、前記気液流入口、前記液相用流出口、及び前記気相用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、該タンク内における前記蓋部材の下側に前記タンクの内径より小径の笠状ないし逆薄鉢状の気液分離体が配在され、前記蓋部材と前記タンクの底部との間に、その上端が前記気液分離体の下側に開口して前記タンク上部の気相冷媒を前記タンク底部近くまで導くための下送流路部と、該下送流路部からの気相冷媒を前記気相用流出口に導くための、その上部が前記下送流路部の上端より上側に突出した上送管部と、前記タンク底部付近の液相冷媒を前記液相用流出口に導くための液相用管部とに区分された気液流出管が配在され、該気液流出管の下端部にストレーナが設けられていることを特徴としている。

更に好ましい態様では、前記気液分離体は、前記蓋部材と前記気液流出管とで挟持される。

他の好ましい態様では、前記アキュームレータ機能部分における気相冷媒導出流路を開閉する開閉弁が設けられる。

更に好ましい態様では、前記開閉弁は、前記タンクの上側に配置される。

更に好ましい態様では、前記開閉弁は電磁式のものである。

本発明に係る冷媒容器は、レシーバ機能とアキュームレータ機能を併せ持ちながら、レシーバとアキュームレータにおけるタンク部分、流入口部分、気液分離部分、流出管部分、及びストレーナ部分等を共用化できるので、部品点数の少ない合理的な構造とすることができ、そのため、当該冷媒容器が採用されたヒートポンプシステムでは、システム全体の占有スペースの縮小化、部品点数の削減等が図られ、コスト低減や小型化等を効果的に図ることができる。

また、当該冷媒容器に開閉弁が付設され、該開閉弁の開閉（ON−OFF）でシステムの運転状態に応じてレシーバとして機能する状態とアキュームレータとして機能する状態とを切り換えられるので、例えば開閉弁を外部に設ける場合に比して、システムの配管系等をシンプルなものとすることができる。

本発明に係る冷媒容器の一実施形態の上面図。 図１におけるＯを通るＡ−Ｃ矢視線に従う部分切欠縦断面図。 図１におけるＯを通るＢ−Ｃ矢視線に従う部分切欠断面図。 図２のＶ−Ｖ矢視線に従う断面図。 図２に示される気液流出管のタンクへの組み付け前の状態を示す縦断面図。 （Ａ）は図５に示される気液流出管の上面図、（Ｂ）は気液流出管の中間部の水平断面図、（Ｃ）は気液流出管の下面図、（Ｄ）は気液流出管の下端部に取付固定される底板の平面図。 本実施形態の冷媒容器における冷房運転時の冷媒流れを示し、（Ａ）は部分切欠上面図、（Ｂ）は部分切欠断面図。 本実施形態の冷媒容器における暖房運転時の冷媒流れを示し、（Ａ）は部分切欠上面図、（Ｂ）は部分切欠断面図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係る冷媒容器の一実施形態の上面図、図２は、図１におけるＯを通るＡ−Ｃ矢視線に従う部分切欠縦断面図、図３は、図１におけるＯを通るＢ−Ｃ矢視線に従う部分切欠断面図である。

図示実施形態の冷媒容器１は、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に用いられるもので、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、本実施形態の冷媒容器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、いずれも該蓋部材１２を貫通してその上下に開口する、気液流入口１５と段付き大径の気相用流出口１７とが並設されるとともに、比較的小径の液相用流出口１６が設けられている。液相用流出口１６は、その下部に横倒しＬ形状の、一端（下端）が開口した通路部１６ａが付随している。通路部１６ａの他端（横向きの他端開口）は栓１６ｂで閉塞されている。

蓋部材１２における気液流入口１５以外の部分を覆うように、その上側に、気液流入口１５を覆う部分が欠けた平面視切欠矩形かつ正面視矩形の接続アダプタ５０がボルト類５１、５１で気密的に取着されている。この接続アダプタ５０は、後述する開閉弁６５の弁本体として機能するものである。なお、蓋部材１２には、流入用の導管のフランジ部をねじ止めするためのめねじ部５２が設けられ、また、接続アダプタ５０には、後述する流入用及び流出用の導管のフランジ部をねじ止めするためのめねじ部５３、５３等が設けられている（接続アダプタ５０の内部構造は後で詳述）。

前記蓋部材１２の下側に、タンク１０の内径より若干小径の笠状ないし逆立薄鉢状の気液分離体１８がその上面の一部を蓋部材１２の下面に当接させた状態で配在されている。

また、前記蓋部材１２における気相用流出口１７の下部に気液流出管３０の上端部が連結されている。

詳細には、気液流出管３０は、例えばアルミ合金等を素材として押し出し成形により作製され、図２に加えて、タンク１０への組み付け前の状態を示す図５及び図６を参照すればよくわかるように、断面外形が円形の外管部３１を有し、この外管部３１内が、気液分離体１８の下側にその上端が開口してタンク１０の上部の気相冷媒をタンク１０の底部１３近くまで導くための左右（図面では前後）一対の平面視羽形状の下送流路部３２、３２と、該下送流路部３２、３２からの気相冷媒を気相用流出口１７に導くための、その上部が下送流路部３２の上端より上側に突出せしめられた比較的大径の上送内管部３３と、タンク１０の底部１３付近の液相冷媒を液相用流出口１６に導くための比較的小径の液相用内管部３４とに区分されている。

なお、下送流路部３２、上送内管部３３、及び液相用内管部３４の上端面３２Ａ、３３Ａ、３４Ａの高さ位置は、上送内管部３３、液相用内管部３４、下送流路部３２の順で低くなっている。また、上送内管部３３における気液分離体１８付近の高さ位置には、システムの運転停止（ＯＮ→ＯＦＦ）時の圧縮機側への液バックを防止するための均圧孔３３ｆが設けられている。

気液流出管３０における上送内管部３３の上端部３３ａは薄肉とされており、該薄肉上端部３３ａは、気液分離体１８に設けられた通し穴１９及び気相用流出口１７の下部に通されてその上部が気相用流出口１７の中間部に形成された環状凹部１７ａに拡管固定されている。これにより、薄肉上端部３３ａの下端部に設けられた段差部分３３ｂ（及び液相用内管部３４の上端）と蓋部材１２の下端面とで気液分離体１８が挟まれて係止されるとともに、気液流出管３０が蓋部材１２に固定保持される。

また、気液流出管３０の最下端部は、底板３５をかしめ固定するためのかしめ用薄肉部３０ｂとなっているとともに、このかしめ用薄肉部３０ｂより上側に、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る、前記かしめ用薄肉部３０ｂより若干肉厚の下端薄肉部３０ａが設けられている。なお、上送内管部３３と左右（図面では前後）一対の下送流路部３２、３２とを仕切る壁部分の下端部には、それらを連通させるための切欠開口３３ｄが形成されている。

気液流出管３０の下端部（かしめ用薄肉部３０ｂ）にかしめ固定された底板３５には、上送内管部３３の中心線上に、または上送内管部３３の内側の領域内においてオイル戻し孔３６が設けられるとともに、液相用内管部３４に対面する部分には、液相用内管部３４と略同径の液吸い上げ口３７が設けられている。オイル戻し孔３６の孔径は例えば１ｍｍ前後に設定されている。

また、液相用内管部３４の上端部には薄肉外嵌部３４ａが設けられるとともに、蓋部材１２における液相用流出口１６の通路部１６ａの下端部には薄肉内嵌部１６ｃが設けられ、薄肉外嵌部３４ａと薄肉内嵌部１６ｃとが嵌め合わせられ、薄肉外嵌部３４ａの下端段差部と薄肉内嵌部１６ｃの上端段差部との間にはＯリング３８が介装されている。これにより、液相用内管部３４と液相用流出口１６とが気密的に連結される。

前記気液分離体１８は、ステンレスあるいはアルミ合金等の金属製とされ、前記気液流出管３０における下送流路部３２の上端開口を覆うように、蓋部材１２（における気液流入口１５）の下端面から所定距離下側に固定配置されている。前記気液分離体１８は、気液流出管３０の上送内管部３３及び液相用流出口１６の通路部１６ａの下辺部が挿通される通し穴１９が設けられるとともに、下送流路部３２の上端開口から所定距離上側に対向配置される円板状の天井部１８ａと、天井部１８ａの外周から下向きに連なる円筒状の周壁部１８ｂとを有している。

一方、気液流出管３０の下端部には、ストレーナ４０が設けられている。

詳細には、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にインサート成形等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、前記気液流出管３０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、前記上部４２ａを連結する４本の柱状部４２ｂと、を有している。底板部４２ｃの外周には、環状の連結帯部が設けられ、その連結帯部と上部４２ａの下側とに、網目フィルタ４５の上下の端部が固着されている。すなわち、４本の柱状部４２ｂの間に側面視矩形の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、網目フィルタ４５は、ケース４２の成形時にインサート成形により一体化されても良い。また、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の半径方向の幅は略等しくされている。また、ケース４２に網目フィルタ４５を設ける手法は、上記のみに限定されない。

また、前記タンク１０内には、冷媒中の水分を吸収除去すべく、所定高さの乾燥剤Ｍ入りバッグ７０が、該タンク１０の内周に沿うように底部１３上に載せ置かれて配在されている。このバッグ７０は、通気性・通水性並びに所要の形状保持性を有するフェルト等の布状体で作製され、その中に粒状の乾燥剤Ｍが略満杯に充填されている。

上記のような内部構成を有するタンク１０の蓋部材１２上に取り付けられた接続アダプタ５０の正面側左端部には、図１、図２に加えて、図７、図８を参照すればよくわかるように、液相用流出口１６に連なる縦穴からなる縦穴流出口５６と該縦穴流出口５６の上端に連なる横穴からなる横穴流出口５７とが設けられている。横穴流出口５７は接続アダプタ５０の正面側に開口しており、該横穴流出口５７に液相冷媒を膨張弁に導くための導管が接続されるようになっている。

また、接続アダプタ５０の正面視中央部付近には、気相用流出口１７に連なる縦穴からなる比較的大径の縦穴流出口６１が設けられるとともに、該縦穴流出口６１にその正面側の端部が重なるように比較的大径の、後面側が開口した横穴からなる弁体摺動穴６２が設けられている。弁体摺動穴６２の正面側端部の、前記縦穴流出口６１と重なる部分は切欠開口となっており、この切欠開口により縦穴流出口６１と弁体摺動穴６２とが連通するようになっている。

また、接続アダプタ５０における弁体摺動穴６２と同軸上の正面側には、一端側（後面側）が弁体摺動穴６２の底面（正面側の面）に開口し、他端側が接続アダプタ５０の正面に開口した弁体摺動穴６２より小径の段付き横穴からなる気相用流通口６３が設けられている。この気相用流通口６３には、蒸発器からの気相冷媒を圧縮機吸入側に導くための導管が接続されるようになっている。

さらに、接続アダプタ５０には、一端側が前記気相用流通口６３に開口し、他端側が右側面に開口する比較的大径の横穴からなる横穴流出口６４が設けられている。この横穴流出口６４には、気相冷媒を圧縮機吸入側に導くための導管が接続されるようになっている。

弁体摺動穴６２の後面側には、弁体摺動穴６２の後面側開口を閉塞する蓋状材６５ｄを挟んで開閉弁６５が横倒しで取付固定されている。開閉弁６５は、ここでは電磁式とされ、それ自体の構造はよく知られているもので、コイル、吸引子、プランジャ６５ｂ、このプランジャ６５ｂの先端に取付固定された厚肉円板状の弁体６５ｃ、プランジャ６５ｂを吸引子から引き離す方向（閉弁方向）に付勢する圧縮コイルばねからなる閉弁ばね等を備えている。

弁体６５ｃは、弁体摺動穴６２に摺動自在に嵌挿され、閉弁時（電源OFF時）には、図７に示される如くに、弁体摺動穴６２の底面（弁座）に押し付けられて気相用流通口６３の一端開口を閉塞し、縦穴流出口６１から弁体摺動穴６２及び気相用流通口６３を介して横穴流出口６４への気相冷媒導出流路を遮断する。

それに対し、開弁時（電源ON時）には、図８に示される如くに、弁体６５ｃが弁体摺動穴６２の底面（弁座）から離れて気相用流通口６３の一端開口が開かれ、縦穴流出口６１から弁体摺動穴６２及び気相用流通口６３を介して横穴流出口６４へ気相冷媒が流れるようにされる。

このような構成とされた冷媒容器１の冷房運転時と暖房運転時の動作を説明する。

冷房運転時及び暖房運転時のいずれも、凝縮器から気液流入口１５を介してタンク１０内に導入された気液混在状態の冷媒は、図３に示される如くに、気液分離体１８（の天井部１８ａ）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の下部空間に導かれるとともに、気相冷媒はタンク１０の上部空間に導かれる。

冷房運転時には、図７に示される如くに、開閉弁６５が閉弁状態（電源OFF）とされ、弁体６５ｃにより気相用流通口６３の一端開口が閉じられるので、タンク１０の上部空間→下送流路部３２→切欠開口３３ｄ→上送内管部３３→気相用流出口１７→縦穴流出口６１→弁体摺動穴６２→気相用流通口６３を介して横穴流出口６４への気相冷媒導出流路が遮断され、それに代わって、蒸発器からの気相冷媒が気相用流通口６３→横穴流出口６４を介して圧縮機吸入側に導かれる。

そして、この冷房運転時には、タンク１０の下部空間に溜まった液相冷媒は、タンク１０内部と膨張弁側との圧力差により、ストレーナ４０（の網目フィルタ４５）→底板３５の液吸い上げ口３７→液相用内管部３４→液相用流出口１６→縦穴流出口５６→横穴流出口５７を介して膨張弁に導かれる。

したがって、この冷房運転時には、本実施形態の冷媒容器１はレシーバ（レシーバドライヤー）として機能する。

それに対し、暖房運転時には、図８に示される如くに、開閉弁６５が開弁状態（電源ON）とされ、弁体６５ｃが弁体摺動穴６２の底面（弁座）から離れて気相用流通口６３の一端開口が開かれるので、気液分離体１８により分離された気相冷媒は、タンク１０の上部空間→下送流路部３２→切欠開口３３ｄ→上送内管部３３→気相用流出口１７→縦穴流出口６１→弁体摺動穴６２→気相用流通口６３→横穴流出口６４を介して直接圧縮機吸入側に吸入されて循環せしめられる。

この暖房運転時には、タンク１０の下部空間に溜まった液相冷媒は、圧力差の関係で膨張弁へはほとんど流れない。

また、液相冷媒とともにタンク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、気液流出管３０の下送流路部３２→上送内管部３３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→底板３５のオイル戻し孔３６→上送内管部３３を通って気相冷媒ととも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。

したがって、この暖房運転時には、本実施形態の冷媒容器１はアキュームレータとして機能する。

上記のように、本実施形態の冷媒容器１は、レシーバ機能とアキュームレータ機能を併せ持ちながら、レシーバとアキュームレータにおけるタンク部分（タンク１０）、流入口部分（気液流入口１５）、気液分離部分（気液分離体１８）、流出管部分（気液流出管３０）、及びストレーナ部分（ストレーナ４０）を共用化しているので、部品点数の少ない合理的な構造とすることができ、そのため、当該冷媒容器１が採用されたヒートポンプシステムでは、システム全体の占有スペースの縮小化、部品点数の削減等が図られ、コスト低減や小型化等を効果的に図ることができる。

また、当該冷媒容器１に開閉弁６５を付設して、該開閉弁６５の開閉（ON−OFF）でシステムの運転状態に応じてレシーバとして機能する状態とアキュームレータとして機能する状態とを切り換えられるようにされているので、例えば外部に開閉弁を設ける場合に比して、システムの配管系等をシンプルなものとすることができる。

なお、上述の実施形態においては、気相用流出口１７→縦穴流出口６１→弁体摺動穴６２→気相用流通口６３→横穴流出口６４への気相冷媒導出流路を開閉弁６５で開閉するようにされているが、それに加えて、液相用流出口１６→縦穴流出口５６→横穴流出口５７への液相冷媒導出流路を開閉するための開閉弁を設けて、該開閉弁を気相冷媒側とは逆理で開閉するようにしてもよく、さらに、気相用と液相用の開閉弁を纏めて四方弁としてもよい。

また、当該冷媒容器１に上記開閉弁や四方弁を必ずしも設ける必要はなく、それら外部流路、例えば液相用流出口と膨張弁とを結ぶ流路や気相用流出口と圧縮機吸入側とを結ぶ流路に介装するようにしてもよい。

１ 冷媒容器
１０ タンク
１２ 蓋部材
１３ タンクの底部
１５ 気液流入口
１６ 液相用流出口
１７ 気相用流出口
１８ 気液分離体
３０ 気液流出管
３１ 外管部
３２ 下送流路部
３３ 上送内管部
３４ 液相用内管部
３５ 底板
３６ オイル戻し孔
３７ 液吸い上げ口
４０ ストレーナ
４５ 網目フィルタ
５０ 接続アダプタ
５６ 縦穴流出口
５７ 横穴流出口
６１ 縦穴流出口
６２ 弁体摺動穴
６３ 気相用流通口
６４ 横穴流出口
６５ 開閉弁
６５ｃ 弁体
７０ バッグ
Ｍ 乾燥剤

Claims (5)

1. 冷媒を一時的に溜めておくことのできるタンクを有し、該タンクの上部に、気液流入口、液相用流出口、及び気相用流出口が設けられ、前記気液流入口から導入された冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離し、該分離された液相冷媒のみを前記液相用流出口を介して膨張弁側に導出するレシーバ機能と、前記分離された気相冷媒を、前記液相冷媒中に含まれるオイルを伴って前記気相用流出口を介して圧縮機吸入側に導出するアキュームレータ機能とを併せ持ち、
   前記タンクは、前記気液流入口、前記液相用流出口、及び前記気相用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、該タンク内における前記蓋部材の下側に前記タンクの内径より小径の笠状ないし逆薄鉢状の気液分離体が配在され、前記蓋部材と前記タンクの底部との間に、その上端が前記気液分離体の下側に開口して前記タンク上部の気相冷媒を前記タンク底部近くまで導くための下送流路部と、該下送流路部からの気相冷媒を前記気相用流出口に導くための、その上部が前記下送流路部の上端より上側に突出した上送管部と、前記タンク底部付近の液相冷媒を前記液相用流出口に導くための液相用管部とに区分された気液流出管が配在され、該気液流出管の下端部にストレーナが設けられていることを特徴とする冷媒容器。
2. 前記気液分離体は、前記蓋部材と前記気液流出管とで挟持されていることを特徴とする請求項１に記載の冷媒容器。
3. 前記アキュームレータ機能部分における気相冷媒導出流路を開閉する開閉弁が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の冷媒容器。
4. 前記開閉弁は、前記タンクの上側に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の冷媒容器。
5. 前記開閉弁は電磁式のものであることを特徴とする請求項３又は４に記載の冷媒容器。

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