(57)【要約】【課題】耐久性が向上するとともに、常に潤滑油を圧縮機に戻すことができる冷凍サイクル用アキュムレータを提供する。【解決手段】アキュムレータは、胴11、頂壁12および底壁15からなるタンク10と、タンク10内に配置された略Ｕ字状冷媒排出管16とを備えている。タンク10の底壁15内面の中央部に円形水平面20を形成し、底壁15内面における円形水平面20の周囲の部分に、円形水平面20の外周縁部に連なり、かつ上方に向かって漸次大径になるとともに外周縁部が胴11内周面に連なった円錐面21を形成する。円弧状屈曲部16aの下端と円形水平面20との間に隙間を設ける。隙間の距離をＣｍｍ、円形水平面20の直径をＤｍｍ、冷媒排出管16の円弧状屈曲部16aの外側曲率半径をＲｍｍ、円錐面21の母線の円形水平面20に対する傾斜角度をθ度とした場合、Ｄ≧２×(R+C)×tan（θ／２）という関係を満たす。【選択図】図３
2007212007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面が円筒面となされた胴、胴の上端開口を塞ぎかつ冷媒流入口および冷媒流出口を有する頂壁、ならびに胴の下端開口を塞ぐ底壁からなるタンクと、タンク内に配置され、かつ一端が冷媒流出口に接続されるとともに他端がタンク内に溜められる液相冷媒の液面よりも上方に位置する略Ｕ字状冷媒排出管とを備えた冷凍サイクル用アキュムレータであって、
タンクの底壁内面の中央部に円形水平面が形成され、底壁内面における円形水平面の周囲の部分に、円形水平面の外周縁部に連なり、かつ上方に向かって漸次大径となされるとともに外周縁部が胴内周面に連なった円錐面が形成されている冷凍サイクル用アキュムレータ。
【請求項２】
冷媒排出管の円弧状屈曲部の下端と、タンクの底壁における円形水平面の中央部との間に隙間が設けられており、当該隙間の距離をＣｍｍ、円形水平面の直径をＤｍｍ、冷媒排出管の円弧状屈曲部の外側曲率半径をＲｍｍ、円錐面の母線の円形水平面に対する傾斜角度をθ度とした場合、Ｄ≧２×（Ｒ＋Ｃ）×ｔａｎ（θ／２）という関係を満たす請求項１記載の冷凍サイクル用アキュムレータ。
【請求項３】
円錐面の母線の円形水平面に対する傾斜角度θが２０〜６０度である請求項２記載の冷凍サイクル用アキュムレータ。
【請求項４】
円形水平面の直径Ｄが、胴の内径の１５〜６０％の大きさである請求項２または３記載の冷凍サイクル用アキュムレータ。
【請求項５】
冷媒排出管の円弧状屈曲部の下端部に冷媒戻し穴が形成されている請求項１〜４のうちのいずれかに記載の冷凍サイクル用アキュムレータ。
【請求項６】
タンクの底壁が、水平円板状部分と、水平円板状部分の外周縁に連なり、かつ上方に向かって漸次大径となされるとともに胴に連なったテーパ状部分とよりなり、水平円板状部分の内面が円形水平面となされるとともに、テーパ状部分の内周面が円錐面となされている請求項１〜５のうちのいずれかに記載の冷凍サイクル用アキュムレータ。
【請求項７】
タンクの底壁における水平円板状部分の肉厚が、テーパ状部分の肉厚および胴の肉厚よりも大きくなっている請求項６記載の冷凍サイクル用アキュムレータ。
【請求項８】
タンクの底壁におけるテーパ状部分の肉厚と胴の肉厚と等しくなっており、胴の内周面と底壁の円錐面との連接部、および胴の外周面と底壁のテーパ状部分の外周面との連接部が、それぞれタンクの縦断面において円弧状であり、胴の内周面と底壁の円錐面との連接部の曲率半径をｒ１、胴の外周面と底壁のテーパ状部分の外周面との連接部の曲率半径をｒ２、テーパ状部分の肉厚および胴の周壁の肉厚をｔとした場合、ｒ２＜ｒ１＋ｔという関係を満たす請求項６または７記載の冷凍サイクル用アキュムレータ。
【請求項９】
圧縮機、ガスクーラ、エバポレータ、減圧器、気液分離器およびガスクーラから出てきた冷媒とエバポレータから出てきた冷媒とを熱交換させる中間熱交換器を備えており、かつ超臨界冷媒を用いる冷凍サイクルであって、気液分離器が、請求項１〜８のうちのいずれかに記載された冷凍サイクル用アキュムレータからなる超臨界冷凍サイクル。
【請求項１０】
超臨界冷媒が二酸化炭素からなる請求項９記載の超臨界冷凍サイクル。
【請求項１１】
請求項９または１０記載の超臨界冷凍サイクルがカーエアコンとして搭載されている車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷凍サイクル用アキュムレータに関し、さらに詳しくは、圧縮機、ガスクーラ、エバポレータ、減圧器、気液分離器およびガスクーラから出てきた冷媒とエバポレータから出てきた冷媒とを熱交換させる中間熱交換器を備えており、かつたとえばＣＯ２（二酸化炭素）などの超臨界冷媒が用いられる超臨界冷凍サイクルにおいて、気液分離器として好適に使用されるアキュムレータに関する。
【０００２】
この明細書および特許請求の範囲において、「超臨界冷凍サイクル」とは、高圧側において、冷媒が臨界圧力を超えた超臨界状態となる冷凍サイクルを意味するものとし、「超臨界冷媒」とは、超臨界冷凍サイクルに用いられる冷媒を意味するものとする。
【背景技術】
【０００３】
たとえば自動車に搭載されるカーエアコンとして、近年、環境上の観点から、圧縮機、ガスクーラ、エバポレータ、減圧器、気液分離器およびガスクーラから出てきた冷媒とエバポレータから出てきた冷媒とを熱交換させる中間熱交換器を備えており、かつたとえばＣＯ２（二酸化炭素）などの超臨界冷媒が用いられる超臨界冷凍サイクルが提案されている。
【０００４】
従来、このような超臨界冷凍サイクルの気液分離器としては、内周面が円筒面となされた胴、胴の上端開口を塞ぎかつ冷媒流入口および冷媒流出口を有する頂壁、ならびに胴の下端開口を塞ぐ底壁からなるタンクと、タンク内に配置され、かつ一端が冷媒流出口に接続されるとともに他端がタンク内に溜められる液相冷媒の液面よりも上方に位置する略Ｕ字状冷媒排出管とを備えており、タンクの底壁が全体に平板状となっているとともにその内面全体が水平面となっており、冷媒排出管の円弧状屈曲部の下端部に冷媒戻し穴が形成されたアキュムレータが用いられていた（特許文献１参照）。
【０００５】
このアキュムレータにおいて、タンク内に流入した冷媒中に混入している圧縮機潤滑油は、液相冷媒の下方に来るようにタンク内の下端部に溜まる。そして、冷媒排出管の円弧状屈曲部下端の冷媒戻し穴が潤滑油の油面よりも下方に位置させられており、潤滑油が冷媒戻し穴から冷媒排出管内に吸入されて、圧縮機に戻されるようになっている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載のアキュムレータにおいては、タンクの底壁が全体に平板状でかつその内面全体が水平面となっているので、超臨界冷凍サイクルの気液分離器として用いた場合に、耐久性が十分ではないという問題がある。すなわち、超臨界冷凍サイクルに用いられる超臨界冷媒は作動圧力が高く、アキュムレータのタンク内が高圧になるが、タンクの底壁が全体に平板状でかつその内面全体が水平面となっており、タンクの縦断面において当該水平面が胴の内周面と直角をなしていると、胴と底壁との連接部に極めて大きな応力が集中し、繰り返し圧力が作用した場合に耐久性が低下する。しかも、耐圧性も不足する。
【０００７】
また、特許文献１記載のアキュムレータにおいては、タンクの底壁内面が全体に水平面であるから、潤滑油はタンク内の下端部全体に広がった状態で溜まることになり、その油面は比較的低くなる。したがって、振動などにより潤滑油の油面が下がった場合に、冷媒戻し穴を通して冷媒排出管内へ吸入されなくなり、潤滑油を圧縮機に戻すことができないという問題がある。
【特許文献１】特開２００２−２０６８２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明の目的は、上記問題を解決し、耐久性が向上するとともに、常に潤滑油を圧縮機に戻すことができる冷凍サイクル用アキュムレータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。
【００１０】
1)内周面が円筒面となされた胴、胴の上端開口を塞ぎかつ冷媒流入口および冷媒流出口を有する頂壁、ならびに胴の下端開口を塞ぐ底壁からなるタンクと、タンク内に配置され、かつ一端が冷媒流出口に接続されるとともに他端がタンク内に溜められる液相冷媒の液面よりも上方に位置する略Ｕ字状冷媒排出管とを備えた冷凍サイクル用アキュムレータであって、
タンクの底壁内面の中央部に円形水平面が形成され、底壁内面における円形水平面の周囲の部分に、円形水平面の外周縁部に連なり、かつ上方に向かって漸次大径となされるとともに外周縁部が胴内周面に連なった円錐面が形成されている冷凍サイクル用アキュムレータ。
【００１１】
2)冷媒排出管の円弧状屈曲部の下端と、タンクの底壁における円形水平面の中央部との間に隙間が設けられており、当該隙間の距離をＣｍｍ、円形水平面の直径をＤｍｍ、冷媒排出管の円弧状屈曲部の外側曲率半径をＲｍｍ、円錐面の母線の円形水平面に対する傾斜角度をθ度とした場合、Ｄ≧２×（Ｒ＋Ｃ）×ｔａｎ（θ／２）という関係を満たす上記1)記載の冷凍サイクル用アキュムレータ。
【００１２】
3)円錐面の母線の円形水平面に対する傾斜角度θが２０〜６０度である上記2)記載の冷凍サイクル用アキュムレータ。
【００１３】
4)円形水平面の直径Ｄが、胴の内径の１５〜６０％の大きさである上記2)または3)記載の冷凍サイクル用アキュムレータ。
【００１４】
5)冷媒排出管の円弧状屈曲部の下端部に冷媒戻し穴が形成されている上記1)〜4)のうちのいずれかに記載の冷凍サイクル用アキュムレータ。
【００１５】
6)タンクの底壁が、水平円板状部分と、水平円板状部分の外周縁に連なり、かつ上方に向かって漸次大径となされるとともに胴に連なったテーパ状部分とよりなり、水平円板状部分の内面が円形水平面となされるとともに、テーパ状部分の内周面が円錐面となされている上記1)〜5)のうちのいずれかに記載の冷凍サイクル用アキュムレータ。
【００１６】
7)タンクの底壁における水平円板状部分の肉厚が、テーパ状部分の肉厚および胴の肉厚よりも大きくなっている上記6)記載の冷凍サイクル用アキュムレータ。
【００１７】
8)タンクの底壁におけるテーパ状部分の肉厚と胴の肉厚と等しくなっており、胴の内周面と底壁の円錐面との連接部、および胴の外周面と底壁のテーパ状部分の外周面との連接部が、それぞれタンクの縦断面において円弧状であり、胴の内周面と底壁の円錐面との連接部の曲率半径をｒ１、胴の外周面と底壁のテーパ状部分の外周面との連接部の曲率半径をｒ２、テーパ状部分の肉厚および胴の周壁の肉厚をｔとした場合、ｒ２＜ｒ１＋ｔという関係を満たす上記6)または7)記載の冷凍サイクル用アキュムレータ。
【００１８】
9)圧縮機、ガスクーラ、エバポレータ、減圧器、気液分離器およびガスクーラから出てきた冷媒とエバポレータから出てきた冷媒とを熱交換させる中間熱交換器を備えており、かつ超臨界冷媒を用いる冷凍サイクルであって、気液分離器が、上記1)〜8)のうちのいずれかに記載された冷凍サイクル用アキュムレータからなる超臨界冷凍サイクル。
【００１９】
10)超臨界冷媒が二酸化炭素からなる上記9)記載の超臨界冷凍サイクル。
【００２０】
11)上記9)または10)記載の超臨界冷凍サイクルがカーエアコンとして搭載されている車両。
【発明の効果】
【００２１】
上記1)のアキュムレータによれば、タンクの底壁内面の中央部に円形水平面が形成され、底壁内面における円形水平面の周囲の部分に、円形水平面の外周縁部に連なり、かつ上方に向かって漸次大径となされるとともに外周縁部が胴内周面に連なった円錐面が形成されているので、特許文献１記載のアキュムレータに比べて耐久性が向上する。すなわち、タンクの内面における円形水平面と円錐面との連接部、および円錐面と胴内周面との連接部に応力が集中したとしても、作用する応力の大きさは、特許文献１記載のアキュムレータにおけるタンクの底壁と胴との連接部に作用する応力よりも著しく小さくなる。したがって、繰り返し圧力が作用した場合にも耐久性が向上する。
【００２２】
また、底壁内面における円形水平面の周囲の部分に、上方に向かって漸次大径となされかつ胴内周面に連なった円錐面が形成されているので、タンク内の空間は下方に向かって小さくなる。したがって、タンク内に流入した潤滑油の量が同じの場合、タンク内の潤滑油の油面は、特許文献１記載のアキュムレータにおけるタンク内の潤滑油の油面よりも高くなる。その結果、振動などにより潤滑油の油面が下がった場合にも、冷媒戻し穴を通しての冷媒排出管内への吸入が確実に行われ、常に潤滑油を圧縮機に戻すことが可能になる。
【００２３】
上記2)のアキュムレータによれば、冷媒排出管とタンクの円錐面とが確実に干渉しなくなる。
【００２４】
上記3)のアキュムレータによれば、円錐面の母線の円形水平面に対する傾斜角度θが２０度以上であるから、タンクの内面における円形水平面と円錐面との連接部、および円錐面と胴内周面との連接部に作用する応力が小さくなり、タンクの耐久性の低下を防止することができる。また、上記傾斜角度が６０度以下であるから、タンクの高さおよび胴内径を増やすことなく、内容積を十分に確保することができる。
【００２５】
上記4)のアキュムレータによれば、円形水平面の直径Ｄが胴の内径の１５％以上であるから、冷媒排出管とタンクの円錐面とが干渉することがない。また、円形水平面の直径Ｄが胴の内径の６０％以下であるから、タンクの内面における円形水平面と円錐面との連接部、および円錐面と胴内周面との連接部に作用する応力が小さくなり、タンクの耐久性の低下が防止される。
【００２６】
上記5)のアキュムレータによれば、タンク内の下端部に溜まった潤滑油は、冷媒排出管の下端部に形成された冷媒戻し穴から冷媒排出管内に吸入され、圧縮機に戻される。
【００２７】
上記7)のアキュムレータによれば、水平円板状部分の外表面に最大応力が発生することを防止できる。
【００２８】
上記8)のアキュムレータによれば、水平円板状部分とテーパ状部分との連接部の肉厚が比較的大きくなり、この部分の耐圧性が増大する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。この実施形態は、この発明によるアキュムレータを、超臨界冷凍サイクルに適用したものである。
【００３０】
なお、以下の説明において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。また、以下の説明において、図２および図３の上下を上下というものとする。
【００３１】
図１は超臨界冷凍サイクルを示し、図２はアキュムレータの全体構成を示し、図３はその要部の構成を示す。
【００３２】
図１において、超臨界冷凍サイクルは、たとえばＣＯ２（二酸化炭素）などの超臨界冷媒が用いられるものであって、圧縮機(1)、ガスクーラ(2)、エバポレータ(3)、気液分離器としてのアキュムレータ(4)、減圧器としての膨張弁(5)、およびガスクーラ(2)から出てきた冷媒とエバポレータ(3)から出てアキュムレータ(4)を通過してきた冷媒とを熱交換させる中間熱交換器(6)とを備えている。この超臨界冷凍サイクルは、たとえばカーエアコンとして自動車などの車両に搭載される。なお、超臨界冷媒としては、ＣＯ２に代えて、エチレン、エタン、酸化窒素なども使用可能である。
【００３３】
図２に示すように、アキュムレータ(4)は、円筒状の胴(11)、胴(11)の上端開口を塞ぎかつ冷媒流入口(13)および冷媒流出口(14)を有する頂壁(12)、ならびに胴(11)の下端開口を塞ぐ底壁(15)からなるアルミニウム製タンク(10)と、タンク(10)内に配置され、かつ一端が冷媒流出口(14)に接続されるとともに他端がタンク(10)内に溜められる液相冷媒（図示略）の液面よりも上方に位置するアルミニウム製の略Ｕ字状冷媒排出管(16)とを備えている。なお、図示は省略したが、頂壁(12)の冷媒流入口(13)および冷媒流出口(14)の上端部には、超臨界冷凍サイクルの配管を構成するパイプが接続されている。
【００３４】
タンク(10)の胴(11)および底壁(15)は、鍛造により一体に形成されている。タンク(10)の頂壁(12)は、鍛造により形成された閉鎖部材(17)を、胴(11)の上端部に溶接などにより固定することによって形成されている。冷媒排出管(16)の一端部は頂壁(12)の冷媒流出口(14)内に挿入されて頂壁(12)に溶接などにより固定されており、同他端部は頂壁(12)の下面に形成された凹所(12a)内に、他端開口が塞がれないように位置している。また、冷媒排出管(16)の円弧状屈曲部(16a)の下端部、すなわち円弧状屈曲部(16a)における径方向外側の壁の下端部に冷媒戻し穴(18)が形成されている。冷媒戻し穴(18)は、タンク(10)内に溜まる潤滑油の油面よりも下方に位置するようになっている。
【００３５】
図３に示すように、タンク(10)の底壁(15)内面の中央部に円形水平面(20)が形成され、底壁(15)内面における円形水平面(20)の周囲の部分に、円形水平面(20)の外周縁部に連なり、かつ上方に向かって漸次大径となされるとともに外周縁部が胴(11)内周面に連なった円錐面(21)が形成されている。なお、冷媒排出管(16)の円弧状屈曲部(16a)の下端と、円形水平面(20)の中央部との間には隙間が設けられている。タンク(10)の底壁(15)は、水平円板状部分(22)と、水平円板状部分(22)の外周縁に連なり、かつ上方に向かって漸次大径となされるとともに胴(11)に連なったテーパ状部分(23)とよりなり、水平円板状部分(22)の内面が円形水平面(20)となされるとともに、テーパ状部分(23)の内周面が円錐面(21)となされている。タンク(10)の底壁(15)における水平円板状部分(22)の肉厚は、テーパ状部分(23)の肉厚および胴(11)の肉厚よりも大きくなっている。また、タンク(10)の底壁(15)におけるテーパ状部分(23)の肉厚は、胴(11)の肉厚と等しくなっている。
【００３６】
ここで、冷媒排出管(16)の円弧状屈曲部(16a)の下端と円形水平面(20)の中央部との間に設けられた隙間の距離をＣｍｍ、円形水平面(20)の直径をＤｍｍ、冷媒排出管(16)の円弧状屈曲部(16a)の外側曲率半径をＲｍｍ、円錐面(21)の母線の円形水平面(20)に対する傾斜角度をθ度とした場合、Ｄ≧２×（Ｒ＋Ｃ）×ｔａｎ（θ／２）という関係を満たしていることが好ましい。この場合、円錐面(21)と冷媒排出管(16)の円弧状屈曲部(16a)との間には大きな隙間が存在することになり、円弧状屈曲部(16a)が円錐面(21)に接触することはない。
【００３７】
タンク(10)の底壁(15)内面における円錐面(21)の母線の円形水平面(20)に対する傾斜角度θは２０〜６０度であることが好ましい。上記傾斜角度θが２０度未満であると、タンク(10)の内面における円形水平面(20)と円錐面(21)との連接部、および円錐面(21)と胴(11)内周面との連接部に作用する応力の大きさが比較的大きくなるおそれがある。また、上記傾斜角度θが６０度を超えると、胴(11)の内径および高さを変更しない限り、タンク(10)の内容積が不足するおそれがある。
【００３８】
また、円形水平面(20)の直径Ｄは、胴(11)の内径の１５〜６０％であることが好ましい。円形水平面(20)の直径Ｄが胴(11)の内径の１５％未満であると、円錐面(21)の母線の水平面に対する傾斜角度θを小さくしなければ冷媒排出管(16)の円弧状屈曲部(16a)が円錐面(21)に接触することがあり、上記傾斜角度θを小さくすると、タンク(10)の内面における円形水平面(20)と円錐面(21)との連接部、および円錐面(21)と胴(11)内周面との連接部に作用する応力の大きさが比較的大きくなるおそれがある。また、円形水平面(20)の直径Ｄが胴(11)の内径の６０％を超えると、やはり円錐面(21)の母線の水平面に対する傾斜角度θを小さくしなければ冷媒排出管(16)の円弧状屈曲部(16a)が円錐面(21)に接触することがあり、上記傾斜角度θを小さくすると、上記と同様な問題がある。
【００３９】
ここで、図４に、円錐面(21)の母線の円形水平面(20)に対する傾斜角度θ、および胴(11)の内径に対する円形水平面(20)の直径の比率の好ましい範囲を示す。また、上記傾斜角度と上記比率が図４中の曲線Ｘよりも下方の場合には、Ｄ≧２×（Ｒ＋Ｃ）×ｔａｎ（θ／２）という関係を満たさなくなり、その結果冷媒排出管(16)の円弧状屈曲部(16a)が円錐面(21)に接触することになる。したがって、上記傾斜角度θおよび上記比率の望ましい範囲は、図４中に波線のハッチングを付した範囲である。
【００４０】
なお、胴(11)の内径が７５ｍｍで、かつ上記傾斜角度θおよび上記比率が図４中のハッチングを付した範囲中の○で示すタンク(10)、および胴(11)の内径が８５ｍｍで、かつ上記傾斜角度および上記比率が図４中のハッチングを付した範囲中の■で示すタンク(10)について、シュミレーション試験を行った結果、いずれの場合にも繰り返し圧力が作用した場合の耐久性に優れていることが判明した。
【００４１】
さらに、タンク(10)の胴(11)の内周面と底壁(15)の円錐面(21)との連接部、および胴(11)の外周面と底壁(15)のテーパ状部分(23)の外周面との連接部は、それぞれタンク(10)の縦断面において曲率中心が同一直線状に位置する円弧状であり、胴(11)の内周面と底壁(15)の円錐面(21)との連接部の曲率半径をｒ１、胴(11)の外周面と底壁(15)のテーパ状部分(23)の外周面との連接部の曲率半径をｒ２、テーパ状部分(23)の肉厚および胴(11)の周壁の肉厚をｔとした場合、ｒ２＜ｒ１＋ｔという関係を満たしていることが好ましい。上記関係を満たしていると、テーパ状部分(23)と胴(11)の周壁との連接部(24)の肉厚を、胴(11)の周壁および底壁(15)のテーパ状部分(23)の肉厚よりも大きくすることができ、応力が集中しやすい部分の耐圧強度を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】この発明によるアキュムレータが気液分離器として用いられている超臨界冷凍サイクルの構成を示す図である。
【図２】この発明によるアキュムレータの全体構成を示す垂直縦断面図である。
【図３】図２の部分拡大図である。
【図４】タンクの底壁内面における円錐面の母線の水平面に対する傾斜角度、および胴の内径に対する円形水平面の直径の比率の好ましい範囲を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
(1)：圧縮機
(2)：ガスクーラ
(3)：エバポレータ
(4)：アキュムレータ
(5)：膨張弁
(6)：中間熱交換器
(10)：タンク
(11)：胴
(12)：頂壁
(13)：冷媒流入口
(14)：冷媒流出口
(15)：底壁
(16)：冷媒排出管
(16a)：円弧状屈曲部
(18)：冷媒戻し穴
(20)：円形水平面
(21)：円錐面
(22)：水平円板状部分
(23)：テーパ状部分
【図１】
2007212007.tif 000003
【図２】
2007212007.tif 000004
【図３】
2007212007.tif 000005
【図４】
2007212007.tif 000006