JP5620736B2 - 冷媒タンク及びそのヘッダ - Google Patents

Description

本発明は、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アキュムレータやレシーバタンク等の冷媒タンク及びそのヘッダに関する。

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、アキュムレータやレシーバタンク等の冷媒タンクが用いられる。例えば、特許文献１には、図６に示すように、冷媒流出孔４４が設けられた有底円筒状の胴体４２と、冷媒流入孔４５が設けられた有蓋円筒状のヘッダ４３とを備え、ヘッダ４３の内部に、冷媒流入孔４５から流入した冷媒を気液分離する分離部４６が形成されたアキュムレータ４１が記載されている。

図６及び図７に示すように、分離部４６は、下方に開口し、冷媒流入孔４５と連通する円柱状凹部４７と、円柱状凹部４７と同心状に配置された筒状壁４８とから構成される。円柱状凹部４７に流入した冷媒は、円柱状凹部４７の周面に沿って旋回し、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とに分離される。

また、図６に示すように、胴体４２の内部には、気液分離後の気相冷媒を冷媒流出孔４４に導く冷媒出口管４９が配置され、冷媒出口管４９の底部には、胴体４２の底に溜まったオイルを冷媒出口管４９内に導くためのオイル戻し孔５０が穿設される。

特開２０００−１７９９９７号公報

アキュムレータ４１のヘッダ４３において、円柱状凹部４７の内部で適切に旋回流を生じさせるには、図７に示すように、冷媒流入孔４５の流路長をある程度長くするのが望ましいが、冷媒流入孔４５の流路長を長くした場合、円柱状凹部４７の径Ｄ２を狭めざるを得なくなる。その結果、円柱状凹部４７に流入した冷媒の旋回径が小さくなり、遠心力が不足して気液分離性が低下するという問題が生じる。

また、例えば、円柱状凹部４７を切削加工によって製造する場合、ヘッダ４３の側壁部４３ａを肉厚に形成して高剛性とし、切削時の応力による変形を防止する必要があるが、この処置は、上述の円柱状凹部４７の縮径化だけでなく、ヘッダ４３の重量を増大させることにも繋がり、望ましくない。

さらに、円柱状凹部４７のみならず、ヘッダ４３の全体を切削加工によって製造する場合には、多大な手間を要するのに加え、加工時間が長期化し易く、製造コストが増大するという問題が生じる。

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なされたものであって、冷媒の旋回径を拡大させて気液分離性を高め、また、製造コストの低減や軽量化を図ることが可能な冷媒タンク等を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の冷媒タンクのヘッダは、外周面が上面視矩形状に形成されており、かつ内周面が下方に開口する円形状に形成されており、平坦な側面の一つに、前記内周面に向けて開口する冷媒流入孔が形成してあり、該冷媒流入孔から流入した冷媒を前記円形内周面に沿って旋回させて気液分離することを特徴とする。

そして、本発明によれば、ヘッダの外周面を上面視矩形状とし、平坦な側面の一つを利用して冷媒流入孔を設けるため、円形内周面の径を大きく確保することができる。このため、冷媒の旋回径を大きくすることができ、気液分離性を向上させることが可能になる。

また、本発明は、冷媒タンクであって、上端が開口する有底筒状の胴体と、該胴体の開口を封止する上記いずれかに記載のヘッダとを備えたことを特徴とする。本発明によれば、気液分離性を高めたり、製造コストの低減や軽量化を図った冷媒タンクを提供することが可能になる。

以上のように、本発明によれば、冷媒の旋回径を拡大させて気液分離性を高め、また、製造コストの低減や軽量化を図ることが可能になる。

本発明にかかる冷媒タンクの一実施の形態としてのアキュムレータを示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 図１（ｂ）のＢ−Ｂ線で切断した状態のヘッダの断面図である。 図１（ａ）のＣ矢視図である。 図１（ｂ）のＤ−Ｄ線断面図である。 図１のヘッダの製造方法を示す工程図である。 従来のアキュムレータの一例を示す断面図である。 図６のＥ−Ｅ線断面図である。

次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下においては、本発明にかかる冷媒タンクをアキュムレータに適用した場合を例にとって説明する。

図１〜図４は、本発明にかかる冷媒タンクの一実施の形態としてのアキュムレータを示し、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。

図１に示すように、タンク本体２は、上端が開口した有底円筒状の胴体３と、溶接部１０を介して胴体３と溶接接合され、胴体３の開口端を封止するヘッダ４とから構成される。これら胴体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。

図１（ａ）に示すように、ヘッダ４は、円筒状かつ天井付きの側壁部４ａと、その外周に一体形成された直角状の４つの角部１１ａ〜１１ｄとを備え、上面視略矩形状に形成される。図１（ａ）及び図３に示すように、角部１１ａには、ヘッダ４の側面に開口する冷媒流入孔８と、アキュムレータ１を冷凍サイクルユニットにねじ止めするための取付孔１２ａとが穿設される。

尚、残りの３つの角部１１ｂ〜１１ｄには何も設けられないが、これらは、ヘッダ４の外側形状（具体的には、後述のヘッダ母体３１の形状）を単純化（略直方体化）し、ヘッダ４の冷間鍛造を容易化するために備えられる。また、ヘッダ４の上面は、図１及び図３に示すように、ヘッダ４の中心Ｏで交わる十字領域１３が最も高く（図１（ａ）、（ｂ）参照）、四隅に近付くほど曲線状に凹んで高さが低くなる（図３参照）ように形成される。

図１及び図２に示すように、ヘッダ４の側壁部４ａの内部は、下方に開口し、側周面に冷媒流入孔８が連通する円柱状凹部１５とされる。この円柱状凹部１５は、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分離するために備えられる。円柱状凹部１５の中央部には、気液分離前の冷媒がアウターパイプ５に流入するのを防止する筒状壁１６が設けられる。

また、図１に示すように、ヘッダ４の上部には、インナーパイプ６と連通し、上方に開口する冷媒流出孔９と、アキュムレータ１を冷凍サイクルユニットにねじ止めするための取付孔１２ｂとが穿設される。

図１（ｂ）に示すように、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。図１（ｂ）及び図４に示すように、アウターパイプ５の略中間部の外周面には、金属や樹脂からなる網２１がインサート成形された上面視環状のストレーナ２２が一体に形成され、ストレーナ２２と胴体３の底面との間には、乾燥剤（吸湿剤）７ａを内包したバッグ７が収装される。

また、アウターパイプ５の下部内周面には、上面視十字状に配置され、インナーパイプ６の外周面と当接するパイプリブ２３ａ〜２３ｄが一体に形成される。さらに、図１（ｂ）に示すように、アウターパイプ５の底部には、胴体３の底に溜まったオイルをインナーパイプ６内に導くオイル戻し孔２４が穿設される。

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が開口するとともに、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２３ａ〜２３ｄ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及び図２を参照しながら説明する。尚、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。

蒸発器から冷媒が排出されると、接続配管（不図示）を通じてアキュムレータ１に搬送される。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、円柱状凹部１５内に向かって流れる。円柱状凹部１５内に流入した冷媒は、円柱状凹部１５の周面に沿って旋回し、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、アキュムレータ１においては、図１（ａ）及び図２に示すように、ヘッダ４に設けた角部１１ａを利用して冷媒流入孔８を設けるため、冷媒流入孔８の流路長をある程度長くしつつ、円柱状凹部１５の径Ｄ１を大きく確保することができる。このため、円柱状凹部１５に流入した冷媒の旋回径を大きくすることができ、気液分離性を向上させることが可能になる。

図１（ｂ）に示すように、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。また、液相冷媒及びオイルは、胴体３内を下降する際にストレーナ２２及びバッグ７を通過し、ストレーナ２２によって異物が除去されるとともに、バッグ７内の乾燥剤７ａによって水分の一部が吸湿される。

一方、気液分離後の気相冷媒は、筒状壁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吸引され、気相冷媒とともに冷媒流出孔９に導かれる。そして、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）を通じて圧縮機に搬送される。

次に、ヘッダ４の製造方法について、図５を中心に参照しながら説明する。

先ず、図５（ａ）に示すように、下方に開口する円柱状凹部１５と、円柱状凹部１５の上面（底面）中央に立設された筒状壁１６とを内部に有する略直方体状のヘッダ母体３１を冷間鍛造によって形成する。

次に、図５（ｂ）に示すように、ヘッダ母体３１の側面３１ａからの切削によって、円柱状凹部１５に連通する水平孔３３を穿孔し、冷媒流入孔８を形成する。また、側面３１ａからの切削により取付孔１２ａ（図３参照）も形成する。次いで、図５（ｃ）に示すように、ヘッダ母体３１の上面３１ｂからの切削によって、上下に貫通する鉛直孔３４を穿孔し、冷媒流出孔９を形成する。この際、上面３１ｂからの切削により取付孔１２ｂも形成する。尚、冷媒流入孔８及び冷媒流出孔９の形成順序は、逆であってもよい。

このように、ヘッダ４を冷間鍛造によって形成するため、ヘッダ４を製造する際の手間を軽減したり、加工時間を短縮することができ、製造コストを低減することが可能になる。尚、図５（ａ）に示すヘッダ母体３１は、熱間鍛造によって形成することも可能であるが、その場合、加熱処理が不可欠となり、その分の手間やコストが避けられないため、冷間鍛造を用いる方が有効である。

また、冷間鍛造によってヘッダ４を形成する場合、ヘッダ４の側壁部４ａ（図１及び図２参照）を薄肉とすることができ、その分、円柱状凹部１５の径Ｄ１を拡大し易くなるのに加え、ヘッダ４の軽量化を図ることも可能になる。

尚、上記実施の形態においては、本発明にかかる冷媒タンクをアキュムレータに適用した場合を例にとって説明したが、本発明は、レシーバタンク等のアキュムレータ以外にも適用することが可能である。

１ アキュムレータ
２ タンク本体
３ 胴体
４ ヘッダ
４ａ 側壁部
５ アウターパイプ
５ａ 上端部
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
１１（１１ａ〜１１ｄ） 角部
１２ａ、１２ｂ 取付孔
１３ 十字領域
１５ 円柱状凹部
１６ 筒状壁
２１ 網
２２ ストレーナ
２３（２３ａ〜２３ｄ） パイプリブ
２４ オイル戻し孔
３１ ヘッダ母体
３３ 水平孔
３４ 鉛直孔

Claims (2)

1. 外周面が上面視矩形状に形成されており、かつ内周面が下方に開口する円形状に形成されており、
   平坦な側面の一つに、前記内周面に向けて開口する冷媒流入孔が形成してあり、
   該冷媒流入孔から流入した冷媒を前記円形内周面に沿って旋回させて気液分離することを特徴とする冷媒タンクのヘッダ。
2. 上端が開口する有底筒状の胴体と、該胴体の開口を封止する請求項１に記載のヘッダとを備えてなることを特徴とする冷媒タンク。

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