WO2013080620A1 - アキュムレータ - Google Patents
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- the height g of the separation plate upper space S2 is the condition of the flow rate of the refrigerant flowing in, and the gas-liquid separation means.
- the optimum value varies depending on the size of the gap S3 between the 15 peripheral wall portions 17 and the inner peripheral surface of the pressure vessel (hereinafter referred to as “peripheral wall portion gap S3”). / 4 to 1 times is a preferable range.
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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
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。
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。
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。
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、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
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)
- 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)。 - 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)。
- 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)。
- 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)。
- 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)。
- 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)。 - 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)。 - 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)。
- 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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