(57)【要約】【課題】冷凍効果を増大させ、冷房性能の向上を図るようにしたアキュムレータと、このアキュムレータを用いた冷凍サイクルを提供する。また、気液分離を向上させてアキュムレータの小型化を図ると共に、圧縮機による液圧縮の恐れを防止する。【解決手段】冷媒を昇圧する圧縮機２と、冷媒を凝縮する凝縮器３と、凝縮器３により冷却した冷媒を減圧するキャピラリーチューブ４と、このキャピラリーチューブ４で減圧された低圧冷媒を蒸発する蒸発器５と、蒸発器５を通過した冷媒を流入するアキュムレータ６とを備えた冷凍サイクル１において、アキュムレータ６を、冷媒を収容する収容空間７が形成された容器８と、収容空間７に冷媒を流入する流入口９と、収容空間７の気相領域に連通し、この気相領域から冷媒を流出させる流出口１１とを有して構成すると共に、気相領域にキャピラリーチューブ４を配設する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を収容する収容空間が形成された容器と、前記収容空間に冷媒を流入する流入口と、前記収容空間の気相領域に連通し、この気相領域から冷媒を流出させる流出口とを有し、前記気相領域にキャピラリーチューブを配設するようにしたことを特徴とするアキュムレータ。
【請求項２】
前記キャピラリーチューブを流れる冷媒の流れと前記流入口から流出口へ至る冷媒の流れとを対向流にしたことを特徴とする請求項１記載のアキュムレータ。
【請求項３】
前記キャピラリーチューブにフィンを設けたことを特徴とする請求項１記載のアキュムレータ。
【請求項４】
前記容器、又は、これと別体をなす部材に形成され、前記キャピラリーチューブの出口側と接続する副収容空間と、前記副収容空間の液相領域に連通し、この液相領域から冷媒を流出させる流出口と、前記副収容空間の気相領域を前記収容空間の気相領域に接続する連通路とを更に設けたことを特徴とする請求項１記載のアキュムレータ。
【請求項５】
冷媒を昇圧する圧縮機と、
前記冷媒を凝縮する凝縮器と、
前記凝縮器により冷却した冷媒を減圧するキャピラリーチューブと、
このキャピラリーチューブで減圧された冷媒を蒸発する蒸発器と、
前記蒸発器を通過した冷媒を流入するアキュムレータとを有して構成し、
前記アキュムレータを、冷媒を収容する収容空間が形成された容器と、前記収容空間に前記蒸発器を通過した冷媒を流入する流入口と、前記収容空間の気相領域に連通し、この気相領域から前記圧縮機へ冷媒を流出させる流出口とを備え、前記気相領域に前記キャピラリーチューブを配設して構成したことを特徴とする冷凍サイクル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷媒を蓄積するために用いられるアキュムレータ、及び、このアキュムレータを用いた冷凍サイクルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍サイクルとして、図７に示されるように、冷媒を昇圧する圧縮機２と、前記冷媒を凝縮する凝縮器３と、前記凝縮器３により冷却した冷媒を減圧するキャピラリーチューブ４と、このキャピラリーチューブ４で減圧された冷媒を蒸発気化する蒸発器５と、前記蒸発器５を通過した冷媒を流入するアキュムレータ６とを有して構成されるアキュムレータサイクルが一部のカーエアコンなどに利用されている。このようなアキュムレータサイクルは、レシーバの代わりにアキュムレータを蒸発器５の出口側に配設し、温度式膨張弁の代わりに弁開度を固定したキャピラリーチューブ４を用いるようにしたもので、アキュムレータにおいては、気液が分離されて液冷媒が貯留されることから、アキュムレータ内の流出口が連通する気相領域は飽和ガスによって満たされた状態にあり、アキュムレータの流出口は、モリエル線図上の飽和ガス線上にあり、理論的には、飽和ガスのみが圧縮機へ送られるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなアキュムレータサイクルにおいては、キャピラリチューブを通過した冷媒は、冷房に寄与しないガス分を多く含んでいるので、効率のいい熱交換を行うことができない不都合がある。また、アキュムレータの小型化を図ろうとすると、アキュムレータ内に気液分離を行うだけの十分な容積を確保することができなくなり、圧縮機に液冷媒が戻り、液圧縮を起こす恐れがある。
【０００４】
そこで、この発明においては、冷凍効果を増大させ、冷房性能の向上を図ることができるアキュムレータと、このアキュムレータを用いた冷凍サイクルを提供することを主たる課題としている。また、気液分離を向上させてアキュムレータの小型化を図ることができ、さらには、圧縮機による液圧縮の恐れを防止することをも課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、この発明に係るアキュムレータは、冷媒を収容する収容空間が形成された容器と、前記収容空間に冷媒を流入する流入口と、前記収容空間の気相領域に連通し、この気相領域から冷媒を流出させる流出口とを有し、前記気相領域にキャピラリーチューブを配設するようにしたことを特徴としている（請求項１）。
【０００６】
ここで、気相領域にキャピラリーチューブを配設する仕方としては、キャピラリーチューブの一部を気相領域に配設するようにしても、また、キャピラリーチューブの全体を気相領域に配設するようにしてもよい。
【０００７】
したがって、冷凍サイクルに用いられるキャピラリーチューブがアキュムレータの気相領域に配設されているので、キャピラリーチューブを通過する冷媒が減圧される過程において収容空間の飽和ガスによって冷却されるので、冷凍効果の増大を図ることが可能となる。また、アキュムレータの流出口へ導かれる冷媒はキャピラリーチューブを通過する冷媒によって加熱されるので、気相領域において混在する液冷媒を完全に気化させることが可能となる。
【０００８】
ここで、キャピラリーチューブ内の冷媒と収容空間内の気相冷媒との熱交換効率を高めるには、キャピラリーチューブを流れる冷媒の流れと流入口から流出口へ至る冷媒の流れとを対向流にしたり（請求項２）、キャピラリーチューブにフィンを設けることが好ましい（請求項３）。
【０００９】
また、上述したアキュムレータは、容器、又は、これと別体をなす部材に形成され、キャピラリーチューブの出口側と接続する副収容空間と、副収容空間の液相領域に連通し、この液相領域から冷媒を流出させる流出口と、副収容空間の気相領域を収容空間の気相領域に接続する連通路とを更に設けるようにしてもよい（請求項４）。
【００１０】
このような構成においては、キャピラリーチューブを通過した冷媒が副収容空間で気液分離され、液相冷媒のみが流出口から流出されるので、この流出した冷媒のエンタルピーを飽和液線上まで低下させることができ、冷凍効果を増大することが可能となる。また、この構成においても、アキュムレータの流出口へ導かれる冷媒ガスは、キャピラリーチューブを通過する冷媒によって加熱されるので、混在する液冷媒を完全に気化させることが可能となる。
【００１１】
尚、上述したアキュムレータを備えた冷凍サイクルを構築する場合、即ち、冷媒を昇圧する圧縮機と、冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮器により冷却した冷媒を減圧するキャピラリーチューブと、このキャピラリーチューブで減圧された冷媒を蒸発する蒸発器と、蒸発器を通過した冷媒を流入するアキュムレータとを有して冷凍サイクルを構築する場合には、前記アキュムレータを、冷媒を収容する収容空間が形成された容器と、収容空間に蒸発器を通過した冷媒を流入する流入口と、収容空間の気相領域に連通し、この気相領域から圧縮機へ冷媒を流出させる流出口とを備え、気相領域にキャピラリーチューブを配設して構成するとよい（請求項５）。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の態様を図面に基づいて説明する。図１において、冷凍サイクル１は、冷媒を圧縮する圧縮機２と、冷媒を凝縮する凝縮器３と、凝縮器３から流出した冷媒を減圧するキャピラリーチューブ４と、冷媒を蒸発気化する蒸発器５と、蒸発器５から流出した冷媒を気液分離するアキュムレータ６とを有して構成されている。
【００１３】
ここにおいて、アキュムレータ６は、キャピラリーチューブ４を収容して構成されているもので、図２にも示されるように、冷媒を収容する収容空間７が内部に形成された容器８と、収容空間７に冷媒を流入するよう容器の側方に形成された流入口９と、収容空間７の気相領域に開口し、この気相領域から液相領域を過ぎるよう下方へ延設された導出管１０と、この導出管１０を介して容器８の下方に形成された流出口１１とを有して構成されている。
【００１４】
キャピラリーチューブ４は、導出管１０の上端近傍を取り巻くように収容空間７の気相領域に配設されており、全体が収容空間７に収容され、一端が容器の側壁に形成されたチューブ用流入口１２に接続され、他端が容器の側壁に形成されたチューブ用流出口１３に接続されている。このキャピラリーチューブ４は、ここを流れる冷媒の流れと、収容空間７内を流入口から流出口へ流れる冷媒の流れとが対向流となるように配設され、キャピラリーチューブ４内の温度勾配と収容空間７の温度勾配とが一致するようしている。即ち、収容空間７内の気相冷媒は、下方から上方へ移動して導出管１０に入るので、キャピラリーチューブ４は、内部の冷媒が上方から下方へ螺旋しながら移動するように形成されている。
【００１５】
また、収容空間７のキャピラリーチューブ４よりも下方には、通孔１４を有するバッフルプレート１５が水平方向に設けられ、収容空間７の内部が、キャピラリーチューブ４を収容し、導出管１０の上端開口部に通じるチューブ収容空間７ａと、流入冷媒を気液分離し、流入口９に通じる分離室７ｂとに区画されている。尚、通孔１４は、キャピラリーチューブ４と対向する位置に設けられ、通孔１４から上方へ流出する気相冷媒がキャピラリーチューブ４に当るようになっている。尚、図中２３は、液冷媒中に混在するオイルを回収するオイル戻し孔である。
【００１６】
そして、上述のアキュムレータ６を備えた冷凍サイクル１は、圧縮機２の吐出口（Ｄ）を凝縮器３の流入口に接続し、凝縮器３の流出口をアキュムレータ６のチューブ用流入口１２に接続し、アキュムレータ６のチューブ用流出口１３を蒸発器５の流入口に接続するようにしている。また、蒸発器５の流出口をアキュムレータ６の流入口９に接続し、また、アキュムレータ６の流出口１１を圧縮機２の吸入口（Ｓ）に接続するようにしている。
【００１７】
よって、圧縮機２の吐出口（Ｄ）からアキュムレータ６に収容されたキャピラリーチューブ４にかけて高圧ライン１６が構成され、また、キャピラリーチューブ４から圧縮機２の吸入口（Ｓ）にかけて低圧ライン１７が構成されている。
【００１８】
この冷凍サイクル１においては、冷媒としてＲ１３４ａが用いられており、圧縮機２によって圧縮された冷媒は、凝縮器３で凝縮された後に、アキュムレータ６に収容されたキャピラリーチューブ４に入り、ここで減圧されると同時に収容空間７（チューブ収容空間７ａ）内の気相冷媒と熱交換して冷却される。そして、蒸発器５を通過した冷媒は、流入口９を介してアキュムレータ６の分離室７ｂに入り、ここで気液分離され、気相冷媒が通孔１４を介して導出管１０の上端開口部へ導かれる。この導出管１０へ導かれる冷媒は、チューブ収容空間７ａに配されたキャピラリーチューブ４内の冷媒と熱交換して加熱され、導出管１０を通って流出口１１から圧縮機２へ戻される。
【００１９】
以上の冷凍サイクルの動作を従来の冷凍サイクルと比較しながら図３に示すモリエル線図を用いて説明すると、アキュムレータ６とキャピラリーチューブ４とが別々に配設される図７で示す従来の冷凍サイクルにおいては、冷媒は、図３の破線で示されるように、ａ１　→ｂ１　→ｃ→ｄ１　→ａ１　の状態変化を繰り返す。即ち、冷媒は、ａ１の状態から圧縮機２で適切な圧力まで圧縮されてｂ１となり、その後、凝縮器３によって凝縮冷却され、過冷却状態ｃとなる。その後、キャピラリーチューブ４での圧力低下により状態ｄ１　となり、蒸発器５において吸熱した後にアキュムレータ６の分離室７ｂに入り、ここで気液分離されて状態ａ１の飽和ガスとなって、圧縮機２の吸入口に戻される。したがって、この冷凍サイクル１の成績係数（ＣＯＰ）は、Ａ／Ｂとなる。
【００２０】
これに対して、アキュムレータ６にキャピラリーチューブ４を収容した図１で示す冷凍サイクル１においては、冷媒が図３の実線で示されるように、ａ２　→ｂ２　→ｃ→ｄ２　→ａ２　の状態変化を繰り返す。即ち、キャピラリーチューブ４がアキュムレータ６の収容空間７の気相領域（この例においては、チューブ収容空間７ａ）に設けられているので、キャピラリーチューブ４に流入する高圧冷媒は、ここで減圧される過程においてアキュムレータ６の気相領域に満たされる低温の冷媒ガスによって冷却され、キャピラリーチューブ４の出口においてエンタルピーがｄ１　よりも小さいｄ２　となる（ｄ２　＜ｄ１　）。また、アキュムレータ６の収容空間７に収容されている冷媒は、導出管１０に導かれる過程において、キャピラリーチューブ４を通過する冷媒によって加熱されるので、アキュムレータ６の流出口１１においてエンタルピーはａ１　からａ２　に増加することとなる。
【００２１】
したがって、この冷凍サイクル１においては、圧縮機２の仕事量は従来とほぼ同様であるので（Ｂ＝Ｂ’）、キャピラリーチューブ４がアキュムレータ６の気相冷媒によって冷却される分だけ、冷凍効果がＡからＡ’に増大することとなり、蒸発器５の冷房能力を高めることが可能となる。また、蒸発器５から流出した冷媒はキャピラリーチューブ４によって加熱されるので、完全に気化された状態で導出管１０に流入されるようになり、気相冷媒のみを圧縮機２へ戻し、圧縮機２による液圧縮の恐れを無くすことが可能となる。しかも、気液分離を行う容積が小さい場合でも、キャピラリーチューブを通る冷媒との熱交換によって効果的に気液分離を行うことができるので、アキュムレータの小型化を図ることが可能となり、引いては冷凍サイクル１の小型化が可能となる。
【００２２】
以上の構成においては、キャピラリーチューブ４を流れる冷媒とアキュムレータ６内の気相冷媒との熱交換量の大きさ如何によって冷房能力の増加量が決定されることから、冷房能力の増加量を大きくするためには、図４に示されるように、キャピラリーチューブ４に、例えばプレートフィン１８を設け、熱交換の促進を図るようにしてもよい。
【００２３】
また、図５に示されるように、容器８の内部を仕切ることにより、又は、容器８の外側に別体の部材を取り付けることにより、この容器に、又は、これと別体をなす部材に、前記キャピラリーチューブ４の出口側を接続する副収容空間２０を形成し、アキュムレータ６に、この副収容空間２０の液相領域に開口し、この液相領域から気相領域を過ぎるよう上方へ延設された導出管２１と、この導出管２１を介して容器８の上方に形成され、液相冷媒を蒸発器５の流入口へ流出させる流出口１３’と、収容空間７の気相領域と副収容空間２０の気相領域とを連通させる連通路２２とをさらに設けるようにしてもよい。
【００２４】
ここで、連通路２２は、副収容空間２０での気液分離がうまく行われる場合であれば、収容空間７に開口する開口端部をチューブ収容空間７ａに臨むように開口し（この例においては、導出管１０の上端開口部に臨むように開口し）、また副収容空間２０での気液分離がうまく行われない場合には、収容空間７において再度気液分離を行う必要から、分離室７ｂの気相領域に開口させる（図中、一点鎖線で示す）。尚、他の構成においては、前記構成例と同様であるので、同一箇所に同一番号を付して説明を省略する。
【００２５】
したがって、このようなアキュムレータ６を備えた冷凍サイクル１においては、圧縮機２によって圧縮された冷媒は、凝縮器３において冷却されて凝縮し、その後、アキュムレータ６に収容されたキャピラリーチューブ４において、減圧される同時に収容空間７（チューブ収容空間７ａ）内の気相冷媒と熱交換してさらに冷却され、副収容空間２０へ供給される。そして、この副収容空間２０で気液分離された後に、液相冷媒のみが導出管２１を介して流出口１３’から蒸発器５へ供給される。その後、蒸発器５を通過した冷媒は、流入口９を介してアキュムレータ６の分離室７ｂに入り、ここで気液分離され、分離された気相冷媒は、導出管１０に導かれる過程において、キャピラリーチューブ４を通る冷媒によって加熱され、しかる後に導出管１０を通って流出口１１から圧縮機２へ戻される。
【００２６】
以上のアキュムレータ６を備えた冷凍サイクル１の動作を図６のモリエル線図を用いて説明すると、冷媒は実線で示されるように、ａ２　→ｂ２　→ｃ→ｄ２　→ｄ３　→ａ１　→ａ３　→ａ２　の状態変化を繰り返す。即ち、キャピラリーチューブ４をアキュムレータ６の収容空間７の気相領域に設けるようにしたので、キャピラリーチューブ４に流入する高圧冷媒は、キャピラリーチューブ４で減圧されると共に、収容空間７の気相領域に満たされた飽和ガスによって冷却され、キャピラリーチューブ４の出口においてエンタルピーがｄ１　からｄ２　に減少する。また、副収容空間２０において気液が分離され、液相冷媒のみが流出されるので、流出口１３’から流出される冷媒は飽和液であり、エンタルピーはｄ２　からｄ３　に減少する。そして、この冷媒は、ｄ３　の状態で蒸発器５に入って吸熱し、アキュムレータ６において気液分離されてａ１　となり、その後、キャピラリーチューブ４を通過する冷媒によって加熱されａ３　となる。その後、副収容空間２０から流出した低温の気相冷媒と混合して流出するので、アキュムレータ６の流出口１１においてａ２　の状態となり、圧縮機２へ戻されることとなる。
【００２７】
したがって、このような冷凍サイクル１においては、従来の破線で示され冷凍サイクルと比較すると、圧縮機２の仕事量はほぼ同じであるが（Ｂ＝Ｂ’）、キャピラリーチューブ４がアキュムレータ６の気相冷媒によって冷却される分、また、副収容空間２０で飽和液となる分、冷凍効果がＡからＡ’に増大し、蒸発器５の冷房能力を高めることが可能となる。また、蒸発器５から流出した冷媒はキャピラリーチューブ４によって加熱されるので，　冷媒を完全な気相の状態で圧縮機２へ戻すことが可能となり、液戻りをなくして圧縮機での液圧縮の恐れを無くすことが可能となる。さらに、気液分離を行う容積が小さい場合でも、効果的に気液分離を行うことができるので、アキュムレータ６の小型化を図り、引いては冷凍サイクル１の小型化を図ることが可能となる。
【００２８】
尚、上述の構成においては、キャピラリーチューブ４の全体をアキュムレータ６の収容空間７の気相領域に収容する構成を示したが、キャピラリーチューブ４の一部分を収容空間７の気相領域に収容するようにしてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、冷媒を収容する収容空間が形成された容器と、収容空間に冷媒を流入する流入口と、収容空間の気相領域に連通し、この気相領域から冷媒を流出させる流出口とを有するアキュムレータにおいて、収容空間の気相領域にキャピラリーチューブを配設するようにしたので、キャピラリーチューブを通過する冷媒を収容空間の飽和ガスによって冷却することができ、冷房性能の向上を図ることが可能となる。
【００３０】
また、アキュムレータの流出口へ導かれる冷媒は、キャピラリーチューブを通過する冷媒によって加熱されるので、気相領域に混在する液冷媒を完全に気化させることができ、気液分離の性能を向上させてアキュムレータの小型化、引いては冷凍サイクルの小型化を図ることが可能となり、また、圧縮機による液圧縮の恐れを防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明にかかる冷凍サイクルの構成例を示す図である。
【図２】図２は、本発明に係る冷凍サイクルに用いられるアキュムレータの構成例を示す図である。
【図３】図３は、図２に示すアキュムレータを用いた場合の冷凍サイクルの動作を示すモリエル線図である。
【図４】図４は、本発明に係る冷凍サイクルに用いられるアキュムレータの他の構成例を示す図である。
【図５】図５は、本発明に係る冷凍サイクルに用いられるアキュムレータのさらに他の構成例を示す図である。
【図６】図６は、図５に示すアキュムレータを用いた場合の冷凍サイクルの動作を示すモリエル線図である。
【図７】図７は、従来のアキュムレータサイクルを示す図である。
【符号の説明】
１　冷凍サイクル
２　圧縮機
３　蒸発器
４　キャピラリーチューブ
５　蒸発器
６　　アキュムレータ
７　収容空間
８　容器
９　流入口
１１　流出口
１８　プレートフィン
２０　副収容空間
２３　オイル戻し孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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