WO2013080620A1 - アキュムレータ - Google Patents

Abstract

　冷媒回路において圧縮機の吸入側に配置されて冷媒の気液を分離し液冷媒を溜めるアキュムレータが、内部空間Ｓを形成する圧力容器（２）と、圧力容器に設けられた、冷媒の流入口（５）と、冷媒の流出口（６）と、圧力容器内の冷媒を流出口に導く導管（８）と、流入口に対向して圧力容器内に設けられ、流入口における流線の方向に対してほぼ垂直に広がる分離板（１６）を備える気液分離手段（１５）と、を具備し、気液分離手段が、流入口に向き合う領域の分離板上に、流入口の方へ突出した一つの頂部（１８ａ）及び傾斜面（１８ｂ）を有する山形の突出部（１８）を有する。

Description

アキュムレータ

　本発明は、冷媒回路において圧縮機の吸入側に配置されて冷媒の気液を分離し液冷媒を溜めるアキュムレータに関するものである。

　上述したアキュムレータとして、内部に気液分離板を配置してそれに気液二相の冷媒を衝突させるタイプの、例えば特許文献１の図９に示されるものが知られている。図５は特許文献１の図９のアキュムレータを示す図であるが、このアキュムレータは、圧力容器１０２の上部に並列配置された流体の入口１０５及び出口１０６と、ガス冷媒を出口へ導く二重管１０８と、前記二重管１０８のガス冷媒流入口を覆うように略円錐状あるいは傘状に広がる気液分離板（傘状部材）１１５を具備している。そして、入口１０５から流入する気液二相状態の冷媒は、傘状部材１１５に衝突することにより気液分離されて、ガス冷媒は傘状部材１１５と圧力容器１０２内面との間の周囲隙間Ｓ３を流れて、二重管の外側管１１０の上端から二重管内に流入して、下降した後、内側管１０９内を上昇して出口１０６から圧縮機（図示せず）へ送られる。分離された液冷媒と冷媒に含まれていたオイルは、傘状部材と容器内面との間の周囲隙間Ｓ３を流れ落ちて容器の下部に貯留される。

　ところで、図９のアキュムレータにおいては、流路断面積が、流入口１０５から傘状部材１１５の上方の空間Ｓ２へ移行する間に拡大した後に傘状部材１１５と容器内面との間の周囲隙間Ｓ３で縮小されるというように変化するが、この流路断面積の変化に起因して比較的大きな冷媒の圧力損失が生じていた。

特開２０００－３５６４３９号公報

　図５に示される先行技術によるアキュムレータは、それに求められる機能を十分に果たし、その結果圧縮機の作動を適正に維持することに役だっているが、そこで生じる圧力損失が、比較的大きく、その結果冷凍サイクル装置の効率を低下させるという問題を抱えていた。

　本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、圧力損失の小さな冷媒用のアキュムレータを提供することを目的とする。

　上記課題を解決するため、本発明は、冷媒回路において圧縮機の吸入側に配置されて冷媒の気液を分離し液冷媒を溜めるアキュムレータ（１）であって、内部空間（Ｓ）を形成する圧力容器（２）と、圧力容器（２）に設けられた、冷媒の流入口（５）と、冷媒の流出口（６）と、圧力容器（２）内の冷媒を流出口（６）に導く導管（８）と、流入口（５）に対向して圧力容器（２）内に設けられ、流入口（５）における流線の方向に対してほぼ垂直に広がる分離板（１６）を備える気液分離手段（１５）と、を具備し、気液分離手段（１５）が、流入口（５）に向き合う領域の分離板（１６）上に、流入口（５）の方へ突出した一つの頂部（１８ａ）及び傾斜面（１８ｂ）を有する山形の突出部（１８）を有するアキュムレータ（１）を提供する。

　これによると、山形の突出部（１８）の効果によって、流入口（５）から流入する冷媒のほぼ垂直な方向変換がスムーズに行われること、及び分離板（１６）を流入口（５）に比較的接近させて配置することが可能になるので流路断面積の変化が小さくなることからアキュムレータ（１）内で生じる冷媒の圧力損失を小さく抑えることが可能になる。

　本発明では、気液分離手段（１５）が、流入口（５）とは反対側に開放した空間（Ｓ１）を画成するように分離板（１６）の周囲を巡る周壁部（１７）を有し、導管（８）の入口（１１）が気液分離手段（１５）が画成する空間（Ｓ１）内に好適に配置される。これによれば、液状の冷媒が導管（８）の入口（１１）から導管（８）内へ侵入することが防止される。

　本発明では、山形の突出部（１８）は錐体の形状を有してよい。

　本発明では、山形の突出部（１８）の傾斜面（１８ｂ）が凹状に湾曲していることが好適である。

　本発明では、山形の突出部（１８）の頂部（１８ａ）は流入口（５）の中心軸線（５ｘ）上に位置してよい。

　本発明では、流出口（６）が流入口（５）に対してほぼ平行に並んで設けられていて、山形の突出部（１８）の頂部（１８ａ）が流出口（６）から遠ざかる方向で流入口（５）の中心軸線（５ｘ）からずれていてもよい。これによれば、流出口（６）の内側に接続される導管（８）あるいはその導管（８）を結合するための圧力容器（２）に形成される環状の突出部が、流入口（５）から入って分離板（１６）に沿って流れる流体に対する障害となる程度を緩和することが可能になる。

　本発明では、分離板（１６）に対向する圧力容器（２）の内面が分離板（１６）に平行に延びていて、分離板（１６）と圧力容器（２）の内面との間隔（ｇ）が流入口（５）の内径（Ｄ）の１／４倍以上であってよい。

　本発明では、山形の突出部（１８）の頂部（１８ａ）は、圧力容器（２）の内部空間（Ｓ）と流入口（５）との境界面以下の高さであってよい。

　本発明では、導管（８）が、内側管（９）と内側管（９）を取り囲む外側管（１０）とからなる二重管として構成されて、内側管（９）の一端が流出口（６）に接続され他端が外側管（１０）の内部で開放し、外側管（１０）の、気体冷媒を導入するための入口（１１）を有する端部がラッパ状に拡開していることが好適である。これにより、導管（８）の入口（１１）における気体冷媒の圧力損失を抑えることが可能になる。

図１は、本発明の実施形態によるアキュムレータの縦断面図である。 図２は、図１のアキュムレータの上部の部分拡大縦断面図である。 図３は、図２の要部のさらなる部分拡大縦断面図である。 図４は、本発明の実施形態によるアキュムレータの変形例の上部の部分拡大縦断面図である。 図５は、先行技術によるアキュムレータの縦断面図である。

　本発明の実施形態によるアキュムレータ１を、その縦断面図である図１、及び図１の要部の拡大図である図２を参照して説明する。

　図１に示されるアキュムレータ１は、いずれも図示されない、車両用の冷凍サイクル装置の圧縮機の吸入側に配置されるものである。アキュムレータ１は、内部空間Ｓを形成する円筒状の圧力容器２を具備しており、この圧力容器２は、上部が開放した深い有底円筒状の容器本体部３と、容器本体部３の開放した上部を閉じる全体的には略円板状の蓋部材４とを有しており、前記蓋部材４が容器本体部３に溶接により結合されることにより圧力容器２が形成される。蓋部材４には、図１の上下方向に流線が形成される流体の流入口５と流出口６とが並んで設けられており、流入口５の外側には蒸発器から冷媒を導く供給パイプ（図示せず）が接続され、流出口６の外側には圧縮機へ冷媒を送り出す送出パイプ（図示せず）が接続される。また、蓋部材４は流出口６の内側の周囲に環状突出部７を有しており、この突出部７に後述する導管８の内側管９が接続される。

　図１のアキュムレータ１は、その内部に、圧力容器２内の冷媒を流出口６に導く導管８と、流入口５に対向して設けられた気液分離手段１５とを更に具備している。本実施形態の導管８は、内側管９とそれを取り囲む外側管１０からなる二重管８として形成されており、この二重管８は流出口６の真下で鉛直下方に延びている。また、内側管９の上端は圧力容器２の蓋部材４の流出口６に結合されていて、下端は外側管１０の内部で開放している。外側管１０はそのラッパ状に拡開した上端部に入口１１を有しており、その入口１１は、気液分離手段１５が画成する空間Ｓ１内に含まれる高さに位置し、また下端部は圧力容器２の底近くまで延びている。外側管１０の下端部は、微小なオイル戻し孔１２を備えていて、この孔１２を除けば閉鎖されている。さらに、外側管１０の概ね下半分の内周面から中心に向かって内側管９の外周面に接するまで延びる４枚のフィン１３（図１では２枚のみが示される）が設けられており、このフィン１３を介して外側管１０が内側管９に結合されている。

　内側管９の上端の流出口６への接続は、内側管９の上端を蓋部材４の環状突出部７の中に挿入した後に拡径することにより行われ、このときさらに気液分離手段１５の後述する分離板１６に形成された凹部１６ａを蓋部材４の環状突出部７の端面と内側管９とで挟んで固定するために、環状のビード１４が例えばビーディング加工によって内側管９に形成される。

　本実施形態の気液分離手段１５は、図１でほぼ水平、換言すると流入口５における流線の方向に対してほぼ垂直に広がる分離板１６と、分離板１６の外周部から下方に延びる周壁部１７とを有する。気液分離手段１５には、これら分離板１６と周壁部１７とによって、流入口５とは反対側に開放した空間Ｓ１が形成され、この空間Ｓ１内で前述したとおり導管８の外側管１０の入口１１が開口している。また、気液分離手段１５は、流入口５に対向する分離板１６の領域に、流入口５の方へ突出した一つの頂部１８ａ及び傾斜面１８ｂを有する、一体に成形された山形の突出部１８を有している。山形の突出部１８は、図２のさらなる部分拡大図である図３に示されるように、本実施形態では、円形の底面を有する円錐形に類似した形状のものであるが、その傾斜面１８ｂが凹状に湾曲していることで円錐形とは異なる形状のものである。また突出部１８の頂部１８ａは、本実施形態では流入口５の中心軸線５ｘ上に配置されていて、またその先端は、流入口５の内側の開口面、即ち圧力容器２の内部空間Ｓ、より詳しくは後述する分離板上方空間Ｓ２と流入口５との境界面にちょうど達している。

　圧力容器２の蓋部材４の内面は、流出口６の内側の環状突出部７を除いて平坦且つ水平に延びており、このため、気液分離手段１５の分離板１６との間には、山形の突出部１８の領域を除けばほぼ均一の高さｇを有する空間Ｓ２が形成される。なお、前記空間Ｓ２を今後「分離板上方空間Ｓ２」と呼ぶ。図１～３で示されるアキュムレータでは、この分離板上方空間Ｓ２の高さｇが流入口５の内径Ｄの１／４倍になるように気液分離手段１５が配置されている。本発明の実施形態の構造においては、分離板上方空間Ｓ２の高さｇ、即ち、分離板１６と蓋部材４の内面との間隔ｇは、流入する冷媒の流速の条件、及び気液分離手段１５の周壁部１７と圧力容器内周面との間の間隙Ｓ３（以下、「周壁部間隙Ｓ３」と呼ぶ）の大きさ等によってその最適値は異なるが、概ね流入口５の内径Ｄの１／４～１倍が好適な範囲である。

　また、本明細書における用語の「流入口の内径Ｄ」は、圧力容器２の内部空間Ｓに接する流入側の流路の内径Ｄを意味している。このため、図１～３で示される実施形態の場合、「流入口の内径Ｄ」は蓋部材４に形成された流入口５の内側の開口面の内径Ｄに一致する。ただし、他の図示しない実施形態において、蒸発器からの供給パイプの先端が蓋部材４の内側端面まで挿入されている場合は、その供給パイプの先端部の内径が「流入口の内径」となる。

　次に、図１の実施形態のアキュムレータ１がどの様に働くかについて説明する。
　蒸発器（図示せず）より送り出された気液二相の冷媒はアキュムレータ１の流入口５より図２で矢印で示されるようにほぼ鉛直下向きに導入されて、ほぼ水平に配置された気液分離手段１５の分離板１６に衝突し、その結果、質量の大きい液相冷媒及び冷媒に含まれているオイルが気液分離手段１５の表面及び圧力容器２の内面に付着し、そこから下方に滴下して容器２内に貯留される。一方、気体冷媒は周壁部間隙Ｓ３をとおって外側管１０の上端部の入口１１から二重管８内に流入して下方へ流れ、内側管９の下端の開口から内側管９内を上昇して流出口６に至り、圧縮機（図示せず）へ送り出される。

　また、本実施形態のアキュムレータ１では、圧力容器２の底部近くに貯留されたオイルを多く含む液冷媒も、外側管１０の底部に設けられた微小なオイル戻し孔１２を介して二重管８内に吸い込まれて気体冷媒と共に圧縮機へ戻される。

　本実施形態のアキュムレータ１では、流入口５から流入する冷媒は、流入口５に対向して分離板１６上に設けられた山形の突出部１８の働きによって、その流れが鉛直から水平へ滑らかに方向変換されるので、山形の突出部１８がない場合に比較すると圧力損失が低減される。さらに、分離板上方空間Ｓ２の高さｇが本実施形態では流入口５の内径Ｄの１／４倍と比較的狭く設定されていることから流路の断面積の変化が小さくなることによって、より具体的には、流入口５の流路断面積に対する分離板上方空間Ｓ２の流路断面積の拡大率、及び分離板上方空間Ｓ２の流路断面積に対する周壁部間隙Ｓ３の流路断面積の縮小率が比較的小さくなることによって、冷媒ガスの圧力損失が小さく抑えられる。

　また、分離された気体冷媒が流入する二重管８の入口１１はラッパ状に拡開しているので、この部分での圧力損失も小さく抑えられる。

　その他の実施形態
　山形の突出部１８は、上述の実施形態では、円形の底面を有する円錐形に類似した形状のものであって、その傾斜面１８ｂが凹状に湾曲した形状のものであったが、山形の突出部１８が直線状の傾斜面１８ｂを有する円錐形或いは多角錐形の実施形態（図示せず）も可能である。

　山形の突出部１８は、上述の実施形態では、その頂部１８ａの先端が、流入口５の内側の開口面までちょうど達していたが、山形の突出部１８の高さの最適値は、例えば分離板上方空間Ｓ２の高さｇによっても異なり、従って図３の実施形態のものより低くしてその先端が前記開口面まで達していない実施形態（図示せず）により圧力損失がより低下する場合もある。

　また、流出口６には内側管９を結合する必要があるため蓋部材４の内側に環状突出部７が形成されるが、この環状突出部７は流入口５から流入して周壁部１７の方へ流れる流体に対する障害物となる。このため、この障害物の影響及び従って圧力損失を緩和するために、山形の突出部１８の頂部１８ａの水平方向位置が、図４に示すように、流出口６から遠ざかる方向で流入口５の中心軸線５ｘから距離ｅだけずれた実施形態としてもよい。なお、図示しないが、蓋部材４の内側に環状突出部７を形成することなく内側管９を流出口６に結合する構造も容易に可能であるが、そのような場合は内側管９自体が気体冷媒の流れに対する障害物となる。

　図１～３の実施形態では、山形の突出部１８は分離板１６と一体に成形されたものであったが、山形の突出部が分離板とは別個の部材であって、分離板に例えばネジ等の締結手段を用いて取付けられた部材からなる実施形態（図示せず）も可能である。

　前述の実施形態の気液分離手段１５は周壁部１７を有していたが、気液分離手段１５が周壁部１７を有さない実施形態（図示せず）も可能である。

　前述の実施形態における導管８は二重管から構成されていたが、導管８が二重管以外の管構造形、例えばＵ字状に湾曲して、一端が流出口６に接続され他端が圧力容器２の内部空間Ｓ内で開放した一本のＵ字管から構成された実施形態（図示せず）としてもよい。

　なお、本発明について特定の実施形態に基づいて詳述しているが、当業者であれば、本発明の請求の範囲及び思想から逸脱することなく、様々の変更、修正等が可能である。

　１　　アキュムレータ
　２　　圧力容器
　３　　容器本体部
　４　　蓋部材
　５　　流入口
　６　　流出口
　８　　導管
　９　　内側管
　１０　　外側管
　１１　　入口
　１５　　気液分離手段
　１６　　分離板
　１７　　周壁部
　１８　　山形の突出部

Claims (9)

1. 　冷媒回路において圧縮機の吸入側に配置されて冷媒の気液を分離し液冷媒を溜めるアキュムレータ（１）であって、
   　内部空間（Ｓ）を形成する圧力容器（２）と、
   　前記圧力容器（２）に設けられた、冷媒の流入口（５）と、冷媒の流出口（６）と、
   　前記圧力容器（２）内の冷媒を前記流出口（６）に導く導管（８）と、
   　前記流入口（５）に対向して前記圧力容器（２）内に設けられ、前記流入口（５）における流線の方向に対してほぼ垂直に広がる分離板（１６）を備える気液分離手段（１５）と、を具備し、
   　前記気液分離手段（１５）が、前記流入口（５）に向き合う領域の前記分離板（１６）上に、前記流入口（５）の方へ突出した一つの頂部（１８ａ）及び傾斜面（１８ｂ）を有する山形の突出部（１８）を有する、アキュムレータ（１）。
2. 　前記気液分離手段（１５）が、前記流入口（５）とは反対側に開放した空間（Ｓ１）を画成するように前記分離板（１６）の周囲を巡る周壁部（１７）を有し、前記導管（８）の入口（１１）が前記気液分離手段（１５）が画成する前記空間（Ｓ１）内に配置されている、請求項１に記載のアキュムレータ（１）。
3. 　前記山形の突出部（１８）が錐体の形状を有する、請求項１又は２に記載のアキュムレータ（１）。
4. 　前記山形の突出部（１８）の前記傾斜面（１８ｂ）が凹状に湾曲している、請求項１又は２に記載のアキュムレータ（１）。
5. 　前記山形の突出部（１８）の前記頂部（１８ａ）が前記流入口（５）の中心軸線（５ｘ）上に位置する、請求項１～４のいずれか一項に記載のアキュムレータ（１）。
6. 　前記流出口（６）が前記流入口（５）に対してほぼ平行に並んで設けられていて、
   　前記山形の突出部（１８）の前記頂部（１８ａ）が前記流出口（６）から遠ざかる方向で前記流入口（５）の中心軸線（５ｘ）からずれている、請求項１～４のいずれか一項に記載のアキュムレータ（１）。
7. 　前記分離板（１６）に対向する圧力容器（２）の内面が前記分離板（１６）に平行に延びており、
   　前記分離板（１６）と前記圧力容器（２）の前記内面との間隔（ｇ）が流入口（５）の内径（Ｄ）の１／４倍以上である、請求項１～６のいずれか一項に記載のアキュムレータ（１）。
8. 　前記山形の突出部（１８）の前記頂部（１８ａ）が、前記圧力容器（２）の前記内部空間（Ｓ）と前記流入口（５）との境界面以下の高さである、請求項１～７のいずれか一項に記載のアキュムレータ（１）。
9. 　前記導管（８）が、内側管（９）と前記内側管（９）を取り囲む外側管（１０）とからなる二重管として構成されており、
   　前記内側管（９）の一端が前記流出口（６）に接続され他端が前記外側管（１０）の内部で開放しており、
   前記外側管（１０）の、気体冷媒を導入するための入口（１１）を有する端部がラッパ状に拡開している、請求項１～８のいずれか一項に記載のアキュムレータ（１）。

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