(57)【要約】【課題】冷媒の気液分離効率を向上させることができる冷凍回路用レシーバタンクを提供する。【解決手段】冷凍回路内に組み込まれ、サブクールコンデンサ６に併設されているレシーバタンク１４は、底壁３０に液冷媒の出口流路となる貫通路３８を有するタンク本体２４と、タンク本体２４内に設けられ、タンク本体２４内に導入された気液混合冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する気液分離装置２６とを具備し、気液分離装置２６は、タンク本体２４の底壁３０に設けられ、気液混合冷媒をタンク本体２４内に導く入口流路となる貫通路３６と、貫通路３６に接続された状態でタンク本体２４内に配置され、気液混合冷媒を上方に吹上げさせる吹上管７４と、吹上管７４内を吹上げられる気液混合冷媒に旋回流を生起させるスパイラル棒７２と、吹上管７４の上部周壁を形成し、旋回流を吹上管７４内から径方向外側に向けて流出させるメッシュ管部７６とを備えている。【選択図】図２
2010139094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍回路内に組み込まれ、コンデンサから膨張弁に向かう気液混合冷媒から液冷媒を分離し、分離した液冷媒を膨張弁に向けて送出する冷凍回路用レシーバタンクにおいて、
底部に前記液冷媒の出口流路を有するタンク本体と、
前記タンク本体内に設けられ、前記タンク本体内に導入された前記気液混合冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する気液分離装置と
を具備し、
前記気液分離装置は、
前記タンク本体の底部内に設けられ、前記コンデンサからの前記気液混合冷媒を前記タンク本体内に向けて導く入口流路と、
前記入口流路に接続された状態で前記タンク本体内に配置され、前記入口流路からの気液混合冷媒を上方に向けて吹上げさせる吹上管と、
前記吹上管内を吹上げられる前記気液混合冷媒に旋回運動を与え、前記吹上管内に前記気液混合冷媒の旋回流を生起させる旋回流発生手段と、
前記吹上管の上部周壁を形成し、前記旋回流を前記吹上管内から径方向外側に向けて流出させる多孔質壁と
を備えていることを特徴とする冷凍回路用レシーバタンク。
【請求項２】
前記旋回流発生手段は、
前記気液混合冷媒の吹上げを案内するスパイラル溝を含むことを特徴とする請求項１に記載の冷凍回路用レシーバタンク。
【請求項３】
前記旋回流発生手段は、
前記吹上管内に遊びをもって配設された棒材を更に含み、この棒材の外周面に前記スパイラル溝が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の冷凍回路用レシーバタンク。
【請求項４】
前記スパイラル溝は、
前記吹上管の内周面に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の冷凍回路用レシーバタンク。
【請求項５】
前記旋回流発生手段は、
前記吹上管内に遊びをもって配設された棒材と、この棒材の外周面に形成された別のスパイラル溝とを更に含むことを特徴とする請求項４に記載の冷凍回路用レシーバタンク。
【請求項６】
前記多孔質壁は、
メッシュ壁であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の冷凍回路用レシーバタンク。
【請求項７】
前記多孔質壁は、
多孔壁であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の冷凍回路用レシーバタンク。
【請求項８】
請求項１〜７の何れかに記載のレシーバタンクを備えたことを特徴とする冷凍回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍回路用レシーバタンクに関し、より詳しくは、サブクールタイプの冷凍回路に組み込まれるレシーバタンク及びこのレシーバタンクを備えた冷凍回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍回路における冷房能力の効率を上げるために、サブクールタイプの冷凍回路が知られている。この種の冷凍回路は、コンデンサ（凝縮部）から送り出された凝縮冷媒を過冷却（サブクール）液にするサブクール部を備え、このサブクール部は後段の蒸発器に安定した液冷媒を供給することができる。
このようなサブクール部は、レシーバタンクの下流側に配置されているが、通常のサブクールタイプの冷凍回路では、凝縮部とサブクール部とに分けた構造を有するサブクールコンデンサが一般的に用いられている。
【０００３】
このサブクールコンデンサには、レシーバタンクが併設されており、このレシーバタンクは、サブクールコンデンサの凝縮部から送り出された気液混合冷媒を受け入れ、この冷媒をレシーバタンク内で気液分離した後、分離された液冷媒をサブクール部に供給する。そして、サブクール部で過冷却された液冷媒は、後段の膨張弁を経て蒸発器に送られる。
レシーバタンク内においては、液冷媒が下側に溜まり、ガス冷媒は液冷媒との比重差により、液冷媒の上側、つまり、ガス域に溜まる。それ故、レシーバタンクの底に液冷媒の出口が形成されていれば、この出口を通じてレシーバタンクから液冷媒のみを膨張弁に向けて送出することで、これにより、レシーバタンクにて冷媒の気液分離が実施される。
【０００４】
なお、レシーバタンク内にて、ガス冷媒はレシーバタンクの周囲の外気により冷却されることで、凝縮、つまり、液化し、冷凍回路内を冷媒が循環しているとき、レシーバタンク内の液面は、レシーバタンクの出口よりも高いレベル位置にてバランス状態にある。
このようなレシーバタンクは、例えば、特許文献１にその一例が記載されている。
【特許文献１】国際公開第０２／１４７５６号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、冷凍回路においては、その全体の小型化が望まれており、特に、自動車用のエアコンに使用される冷凍回路にあっては、空間的な制約から小形化の要望はより強い。このためには、冷凍回路中に要求される冷媒充填量を少なくする必要がある。
冷媒充填量を少なくするための手段の1つとして、レシーバタンクの気液分離特性を向上させることが考えられる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されているような一般的なレシーバタンクは、前述のように主としてガス冷媒と液冷媒との間の比重差のみを利用して冷媒の気液分離を行うものであるため、その気液分離効率は低い。
本発明は、上記の事情に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、冷媒の気液分離効率を向上させ、冷凍回路内の冷媒充填量を少なく抑えることができる冷凍回路用レシーバタンク及びこのレシーバタンクを備えた冷凍回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の冷凍回路用レシーバタンクは、冷凍回路内に組み込まれ、コンデンサから膨張弁に向かう気液混合冷媒から液冷媒を分離し、分離した液冷媒を膨張弁に向けて送出する冷凍回路用レシーバタンクにおいて、底部に前記液冷媒の出口流路を有するタンク本体と、前記タンク本体内に設けられ、前記タンク本体内に導入された前記気液混合冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する気液分離装置とを具備し、前記気液分離装置は、前記タンク本体の底部内に設けられ、前記コンデンサからの前記気液混合冷媒を前記タンク本体内に向けて導く入口流路と、前記入口流路に接続された状態で前記タンク本体内に配置され、前記入口流路からの気液混合冷媒を上方に向けて吹上げさせる吹上管と、前記吹上管内を吹上げられる前記気液混合冷媒に旋回運動を与え、前記吹上管内に前記気液混合冷媒の旋回流を生起させる旋回流発生手段と、前記吹上管の上部周壁を形成し、前記旋回流を前記吹上管内から径方向外側に向けて流出させる多孔質壁とを備えていることを特徴とするものである（請求項１）。
【０００８】
請求項１に記載の冷凍回路用レシーバタンクによれば、旋回流発生手段により旋回流となった気液混合冷媒は、遠心力の効果により多孔質壁に衝突し、気液混合冷媒のうちの液冷媒部分が多孔質壁に捕獲される。そして、捕獲された液冷媒は、多孔質壁の隙間から吹上管の外側に出た後、吹上管の外周面を伝ってタンク本体の底部側に向かう。このようにして液冷媒をタンク本体の底部側に効果的に集めることができるので、気液混合冷媒の気液分離効率を高めることができる。
【０００９】
また、前記旋回流発生手段は、前記気液混合冷媒の吹上げを案内するスパイラル溝を含む構成とすることが好ましい（請求項２）。
請求項２に記載の冷凍回路用レシーバタンクによれば、気液混合冷媒がスパイラル溝に沿って流れるので、簡単に旋回流を発生させることができる。
また、前記旋回流発生手段は、前記吹上管内に遊びをもって配設された棒材を更に含み、この棒材の外周面に前記スパイラル溝が形成されている構成とすることが好ましい（請求項３）。
【００１０】
また、前記旋回流発生手段における前記スパイラル溝は、前記吹上管の内周面に形成されている構成とすることが好ましい（請求項４）。
請求項３又は４に記載の冷凍回路用レシーバタンクによれば、比較的簡単な構成で旋回流発生手段を得ることができる。
また、前記旋回流発生手段は、前記吹上管内に遊びをもって配設された棒材と、この棒材の外周面に形成された別のスパイラル溝とを更に含む構成とすることが好ましい（請求項５）。
【００１１】
請求項５に記載の冷凍回路用レシーバタンクによれば、吹上管内に配設された棒材の表面及び吹上管の内周面にスパイラル溝が形成されているので、気液混合冷媒の旋回流をより効率良く発生させることができる。
また、前記多孔質壁は、メッシュ壁である構成（請求項６）、あるいは、多孔壁である構成（請求項７）とすることが好ましい。
【００１２】
請求項６又は請求項７に記載の冷凍回路用レシーバタンクによれば、比較的簡単な構成で多孔質壁を得ることができる。
また、本発明の冷凍回路は、請求項１〜７の何れかに記載の冷凍回路用レシーバタンクを備えていることを特徴とするものである（請求項８）。
請求項８に記載の冷凍回路によれば、レシーバタンクにおいて、効率よく気液混合冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離できるので、膨張弁に向けて液冷媒を安定的に供給でき、冷房効率の向上が図れる。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１〜請求項７の何れかに記載の本発明の冷凍回路用レシーバタンクによれば、気液混合冷媒を効率良くガス冷媒と液冷媒とに分離できるので、冷凍回路内の冷媒充填量を少なくすることができる。このため、冷凍回路全体としての小型化に寄与する。
また、本発明のレシーバタンクは、気液分離特性に優れていることから、後段に液冷媒のみを送ることができ、冷房効率の向上も図ることができる。
【００１４】
また、請求項８に記載の本発明の冷凍回路によれば、上記のレシーバタンクを備えているため、冷凍回路全体を小型化でき、エアコンの省スペース化が図れるとともに、冷房効率のよいエアコンを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、第１実施例に係る冷凍回路を、図面を参照して説明する。
本発明が適用される冷凍回路としては特に限定はされないが、例えば、図１に示すカーエアコンに適用した冷凍回路を例に説明する。
図１に示すように、冷凍回路２は、冷媒循環経路Ｌを備え、この冷媒循環経路Ｌには、コンプレッサ４、サブクールコンデンサ６、膨張弁８及びエバポレータ１０等が順次配置されている。
【００１６】
ここで、サブクールコンデンサ６は、冷媒循環経路Ｌの一部を形成するチューブと、冷却フィンとを含み、エンジンのラジエータ前面に取り付けられ、エンジンクーリングファンや電動ファンにより冷却される。サブクールコンデンサ６は、凝縮部Ｃとサブクール部Ｓとに上下に分けて構成されている。例えば、図１から明らかなように、凝縮部Ｃは、サブクールコンデンサ６の上から約３／４の領域を占め、サブクール部Ｓはサブクールコンデンサ６の残り、つまり、その下側の約１／４の領域を占めている。
【００１７】
サブクールコンデンサ６の一方の側壁１６には、凝縮部入口１８及びサブクール部出口２０が設けられている。この凝縮部入口１８は、凝縮部Ｃに対応する部分に位置付けられ、コンプレッサ４に冷媒循環経路Ｌを介して接続されている。一方、サブクール部出口２０は、サブクール部Ｓに対応する部分に位置付けられ、膨張弁８に冷媒循環経路Ｌを介して接続されている。
【００１８】
サブクールコンデンサ６の他方の側壁には、凝縮部Ｃ及びサブクール部Ｓにそれぞれ対応して凝縮部出口及びサブクール部入口が設けられ、これら凝縮部出口とサブクール部入口との間にレシーバタンク１４が配置されている。このレシーバタンク１４はサブクールコンデンサ６の他方の側壁にブラケット２２を介して取付けられている。
レシーバタンク１４は、冷凍回路内の冷媒を一時的に貯蔵するとともに、凝縮部Ｃからサブクール部Ｓに向けて送出される気液混合状態の冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する働きをなす。なお、図１中には示されていないが、レシーバタンク１４は、凝縮部出口及びサブクール部入口にそれぞれ連結されるタンク入口及びタンク出口を有する。
【００１９】
次いで、図２に基づいてレシーバタンク１４の詳細について説明する。
レシーバタンク１４は大きく分けて、タンク本体２４と、タンク本体２４の中心に配設された気液分離装置２６とを備えている。
タンク本体２４は、密閉型の円筒形状をなし、頂壁２８及び底壁３０を有し、その内部には頂壁２８と底壁３０との中間部分に仕切壁３２が設けられている。
【００２０】
底壁３０は頂壁２８よりも肉厚に形成されており、タンク本体２４の内部に通じる２個の貫通路３６，３８を有する。貫通路３６は、クランク状に屈曲され、貫通路３８はストレートに形成されている。
より詳しくは、貫通路３６の内端部４４は、タンク本体２４の軸線上にて底壁３０の内面４０に開口され、その外端部４６はタンク本体２４の軸線からから図２中左側に偏心して、底壁３０の外面５０に開口している。それ故、貫通路３６の内端部４４及び外端部４６間を繋ぐ中間部分３４は、タンク本体２４の軸線から径方向外側に延びている。なお、内端部４４及び外端部４６の開口端４４ａ，４６ａはそれぞれ拡径されている。
【００２１】
外端部４６の開口端４６ａには、タンク本体２４の外側から管状のポート部材４８が差し込まれ、タンク本体２４の底壁３０に固定されている。このポート部材４８は前述したタンク入口５２を提供し、このタンク入口５２は、図２から明らかなように、サブクールコンデンサ６の凝縮部出口５４と接続されている。
一方、貫通路３８は、タンク本体２４の軸線から図２中右側へ偏心した位置に配置され、この貫通路３８にも管状のポート部材５６がタンク本体２４の外側から差し込まれ、タンク本体２４の底壁３０に固定されている。図２から明らかなように、ポート部材５６は底壁３０の内面４０と面一の開口端５８を有し、タンク出口６０を提供する。このタンク出口６０はサブクールコンデンサ６のサブクール部入口６２に接続されている。
【００２２】
前述の仕切壁３２は、タンク本体２４内部の横断面と同形状をなす円板である。仕切壁３２は、その中心の貫通孔６４と、この貫通孔６４の回りに分布された複数の細孔６６とを有している。この仕切壁３２は、タンク本体２４の頂壁２８と底壁３０との間にてタンク本体２４内を２室、即ち、上側の乾燥剤室６８と、下側の分離室７０とにそれぞれ区画している。
【００２３】
乾燥剤室６８内には粒状の乾燥剤４２が充填されている。この乾燥剤４２は細孔６６よりも大径であり、分離室７０内に落下することなく、乾燥剤室６８内に保持されている。
一方、分離室７０には、前述の気液分離装置２６が配設され、以下、気液分離装置２６について説明する。
気液分離装置２６は、スパイラル棒７２を備え、このスパイラル棒７２はタンク本体２４の軸線上に配置され、仕切壁３２の中心から垂下されている。
【００２４】
スパイラル棒７２はその外表面に螺旋状の溝、即ち、スパイラル溝７８を有するともに、その上端部は雄ねじ８０に形成されている。この雄ねじ８０は仕切壁３２の貫通孔６４に挿通され、雄ねじ８０及び２個のナット８２によりスパイラル棒７２は仕切壁３２に締結されている。
スパイラル棒７２の外側には吹上管７４が配置され、この吹上管７４はスパイラル棒７２との間に所定の遊びを存し、スパイラル棒７２を同軸にして囲んでいる。吹上管７４は、その下端部８４が、前述した貫通路３６の内端部４４に、底壁３０の開口端４４ａを通じて差し込まれ、タンク本体２４の底壁３０に固定されている。
【００２５】
より詳しくは、吹上管７４は底壁３０側に位置したベース管部９２と、このベース管部９２から上方に連なるメッシュ管部７６とからなり、ベース管部９２の上端８６は、底壁３０から所定の高さ位置に位置付けられている。即ち、ベース管部９２は、その上端８６が後述するように分離室７０内に溜まる液冷媒の液面Ｈよりも上側に位置するような十分な長さを有する。
【００２６】
メッシュ管部７６は、ベース管部９２の内径と同一の内径を有する管からなり、ベース管部９２に一体的に結合されている。より詳しくは、メッシュ管部７６は上端９０を有し、スパイラル棒７２はメッシュ管部７６の上端９０を貫通して吹上管７４の上方、つまり、仕切壁３２に向けて延びている。メッシュ管部７６のメッシュ周壁９４は、比較的目の細かいメッシュからなり、また、その上壁９０はメッシュ周壁９４のメッシュよりも粗いメッシュからなる。即ち、メッシュ管部７６は全体がメッシュ構造をなしている。
【００２７】
本実施例のレシーバタンク１４の働きついて以下に説明する。
図２から明らかなように、サブクールコンデンサ６の凝縮部Ｃから凝縮部出口５４を通じて気液混合冷媒が送出されると、この気液混合冷媒は、タンク入口５２、つまり、ポート部材４８及び貫通路３６を通じて吹上管７４内に導かれ、吹上管７４内のスパイラル棒７２に吹き付けられる。これにより、気液混合冷媒は、スパイラル棒７２のスパイラル溝７８に沿って旋回しながら吹上管７４内を上昇し、気液混合冷媒の旋回流が生起される。
【００２８】
このような旋回流がメッシュ管部７６に到達すると、気液混合冷媒は遠心力により、メッシュ管７６のメッシュ周壁９４に衝突し、ここでの衝突により、気液混合冷媒中の液冷媒がメッシュ周壁９４に捕獲される。また、メッシュ周壁９４を通過した気液混合冷媒はこの後、タンク本体２４の周壁内面８８に衝突し、ここでの衝突でも、気液混合冷媒中の液冷媒がタンク本体２４の周壁内面８８に捕獲される。
【００２９】
このようにして捕獲された液冷媒は、吹上管７４の外周面及びタンク本体２４の周壁内面８８を伝って底壁３０に向かい、この底壁３０上、即ち、分離室７０内に液冷媒の溜まりを形成していく。
ここで、冷凍回路内の冷媒充填量は、冷凍回路内を冷媒が循環している間、分離室７０内おける液冷媒の液溜まりが常時液面レベルＨ以上となるように設定されている。
【００３０】
本実施例のレシーバタンク１４においては、気液混合冷媒からの、液冷媒の分離が遠心作用により、気液混合冷媒をメッシュ周壁９４及びタンク本体２４の周壁内面８８に積極的に衝突させることでなされるから、その気液分離効率を向上させることができる。
また、気液混合冷媒の一部は、メッシュ管部７６の上端９０からも、そのメッシュを通じて上方に吹き出し、タンク本体２４内の上部に充満していく。このとき、ガス冷媒の一部は乾燥剤室に進入し、含有する水分が除去される。また、ガス冷媒はこの後、タンク本体２４の周壁内面８８との接触により冷却されることで、凝縮して液冷媒となり、同様に底壁３０上の液冷媒の溜まりに集められる。
【００３１】
なお、底壁３０上に溜められた液冷媒は、ポート部材５６を経てタンク出口６０を通り、レシーバタンク１４からサブクールコンデンサ６のサブクール部Ｓに送られる。このサブクール部Ｓでは、液冷媒は更に過冷却され、サブクール液となり後段の膨張弁８に送られる。
次に、第２及び第３の実施例について説明するが、これら第２及び第３の実施例を説明するにあたり、既に説明した実施例と同一の機能を発揮する部材および部位には同一の参照符号を付して、これらの説明は省略し、相違する点のみを説明する。
【００３２】
図３は、第２の実施例のレシーバタンク１５を示す。
レシーバタンク１５の気液分離装置は、第１の実施例のスパイラル棒７２を備えておらず、これに伴い、第１の実施例の仕切壁３２に代えてスパイラル棒７２を固定するための貫通孔６４を備えていない仕切壁３３が用いられている。また、吹上管７４のメッシュ管部７７についても、スパイラル棒７２を挿通する必要がないので、その上壁９１に挿通孔を備えていないメッシュ管部７７が用いられている。
【００３３】
そして、第２の実施例の場合、気液分離装置はスパイラル棒７２に代えてスパイラル溝９８を備えている。このスパイラル溝９８は、吹上管７５におけるベース管部７９の内周面９６にその全長に亘って刻設されている。
第２の実施例のレシーバタンク１５にあっても、吹上管７５内に導入された気液混合冷媒は、スパイラル溝９８に沿って旋回しながら上昇していくので、気液混合冷媒の旋回流を生起させることができ、第１の実施例の場合と同様に気液分離効率を向上させることができる。
【００３４】
図４は、第３の実施例のレシーバタンク１７を示す。
また、第３の実施例の場合、吹上管８１において、第１の実施例の吹上管７４におけるメッシュ管部７６の代わりに多孔管部１０２が使用されている。この多孔管部１０２は全体に多数の細孔を備えている。より詳しくは、多孔管部１０２の細孔は、その多孔周壁１０４に分布され、径方向外側へ延びる細孔１００と、その上壁１０６に分布され軸線方向に延びる細孔１０８とを含んでいる。上壁１０６の細孔１０８の径は、ガス冷媒の抜けを良くするため、細孔１００の径よりも大きい方が望ましい。
【００３５】
第３の実施例のレシーバタンク１７の場合、旋回流発生手段として、スパイラル棒７２及びスパイラル溝９８の両方を備えているので、これらにより、より気液混合冷媒の旋回流を発生させ易く、その気液分離効果を更に向上させることができる。
なお、本発明は、上記した第１〜３の実施例に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００３６】
第１〜３の実施例においては、タンク本体２４の底壁３０において、屈曲した貫通路３６を設けた構成について説明したが、本発明は、この態様に限定されるものではなく、貫通路は、底壁３０の中心にてストレート状に設けても構わない。この場合、構造を簡素化でき、製造効率を高め、製造コスト削減に寄与する。
また、第１及び第３の実施例においては、スパイラル棒７２が仕切壁３２に固定されているが、スパイラル棒７２を底壁３０のみ、又は、仕切壁３２と底壁３０の両方にて固定してもよい。
【００３７】
また、上記した実施例の冷凍回路は、カーエアコンに適用したものとなっているが、本発明は、家庭用や、業務用エアコン又はショーケース等のための冷凍回路にも同様にして適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】カーエアコンのための冷凍回路の概略構成を示した構成図である。
【図２】第１の実施例のレシーバタンクの断面図である。
【図３】第２の実施例のレシーバタンクの断面図である。
【図４】第３の実施例のレシーバタンクの断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
２                  冷凍回路
４                  コンプレッサ
６                  サブクールコンデンサ
８                  膨張弁
１０                エバポレータ
１４，１５，１７    レシーバタンク
２４                タンク本体
２６                気液分離装置
２８                頂壁
３０                底壁
３２，３３          仕切壁
３６，３８          貫通路
４８，５６          ポート部材
５２                タンク入口
５４                凝縮部出口
６０                タンク出口
６２                サブクール部入口
６８                乾燥剤室
７０                分離室
７２                スパイラル棒
７４，７５，８１    吹上管
７６，７７          メッシュ管部
７８，９８          スパイラル溝
７９，９２          ベース管部
１００，１０８      細孔
１０２              多孔管部
Ｃ                  凝縮部
Ｈ                  液面
Ｌ                  冷媒循環経路
Ｓ                  サブクール部
【図１】
2010139094.tif 000003
【図２】
2010139094.tif 000004
【図３】
2010139094.tif 000005
【図４】
2010139094.tif 000006