(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液相冷媒を収容する中空状のケーシングと、蒸発器から流出した冷媒を前記ケーシング内部に供給する流入パイプと、前記ケーシング内部の気相冷媒を次なる行程に流出する流出パイプとを具備するアキュムレータにおいて、
前記流入パイプを介して前記ケーシング内に流入する冷媒と、前記ケーシング内に収容された液相冷媒との熱交換を促進させる熱交換促進手段を有することを特徴とするアキュムレータ。
【請求項２】
前記熱交換促進手段は、前記ケーシング内に収容された液相冷媒の液面下に位置するように形成された前記流入パイプの一部であることを特徴とするアキュムレータ。
【請求項３】
前記流入パイプの一部は、前記液相冷媒の液面下において数回折り返して形成されることを特徴とする請求項２記載のアキュムレータ。
【請求項４】
前記流入パイプの一部は、前記液相冷媒の液面下において螺旋状に形成されていることを特徴とする請求項２記載のアキュムレータ。
【請求項５】
前記熱交換促進手段は、更に前記流入パイプの一部に形成されたフィンを具備することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のアキュムレータ。
【請求項６】
前記熱交換促進手段は、更に前記液相冷媒の液面下に位置するように形成された流出パイプの一部であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のアキュムレータ。
【請求項７】
前記冷媒は二酸化炭素であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のアキュムレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷媒として例えば二酸化炭素が用いられ、低負荷時には臨界点以下の領域に冷媒が圧縮される冷凍サイクルに用いられるアキュムレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
特公平７−１８６０２号公報に開示される冷凍サイクルは、蒸気圧縮サイクルの高圧サイドにおいて超臨界圧力で運転される一体的閉回路を形成するように、直列に連結されたコンプレッサ、冷却装置、絞り装置、蒸発器及びアキュムレータを備えた超臨界蒸気圧縮サイクルを開示する。
【０００３】
この冷凍サイクルにおいて、前記コンプレッサに吸入された気相冷媒は超臨界領域まで圧縮されて吐出され、前記冷却装置にて冷却されるが、通常、冷媒は従来のフロン冷凍サイクルと異なり凝縮されず気相状態のまま絞り手段に送られる。そして、この絞り手段によって圧力を気液混合領域まで下げて液相成分を生じさせ、気液２相状態となった冷媒は、蒸発器を通過する空気の熱を吸収して蒸発し、更にアキュムレータで液相成分が完全に除去されて前記コンプレッサに吸入されるものである。
【０００４】
上述した冷凍サイクルにおいて、絞り手段の開度を調整する方法としては、冷凍サイクルの高圧圧力及び温度に依存して行う方法があり、特に絞り手段に流入側の冷媒温度に対して最適な成績係数を得ることができる高圧圧力を基準とし、この圧力に前記高圧圧力を一致させるように絞り手段を制御することが、特開平９−２６４６２２号公報から公知となっている。
【０００５】
また、圧縮機としては、冷媒の圧縮及び吐出容量を変化可能としたものが広く使用されており、例えば特開平０５−２０２８４９号公報等に開示されているものがある。このような圧縮機の容量変化は、圧縮機の吸入圧力、即ち冷凍サイクルの低圧圧力に依存して行われる場合が多く、低負荷時に冷媒圧力が低下すると、圧縮機の容量が減少し、冷媒吐出量が低減されるように動作する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような二酸化炭素を使用した従来の冷凍サイクルにおいて、外気温度が低く負荷が低下した場合、冷凍サイクルの高圧圧力が臨界圧以下となるので、放熱器（ガスクーラ）内で冷媒が凝縮する現象が発生する。このため、高圧圧力が減少し、これを感知した膨張装置（絞り手段）は閉じて冷媒の流れを止めると共に、圧縮機は低圧圧力の低下を感知して冷媒吐出量を低減させる。この時、低圧圧力は低いままなので圧縮機の容量は増加せず、なかなか高圧圧力が上昇しないので、膨張装置はなかなか開かれず、ようやく開いても高圧ラインから低圧ラインへ急激に冷媒が流れてしまうため、またすぐに閉じるというハンチングのような状態が生じてしまう。このために、蒸発器の温度が異常に上昇してしまい、利用者に不快感を与えるという不具合を招くことがある。
【０００７】
そこで、この発明は、高圧圧力の上昇を促進させることにより、低負荷時における蒸発器の異常な温度上昇を防止することができるアキュムレータを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は、液相冷媒を収容する中空状のケーシングと、蒸発器から流出した冷媒を前記ケーシング内部に供給する流入パイプと、前記ケーシング内部の気相冷媒を次なる行程に流出する流出パイプとを具備するアキュムレータにおいて、前記流入パイプを介して前記ケーシング内に流入する冷媒と、前記ケーシング内に収容された液相冷媒との熱交換を促進させる熱交換促進手段を有するものである（請求項１）。
【０００９】
これによれば、アキュムレータ内に流入してくる気相（気液混合）冷媒と、アキュムレータ内の液相冷媒とが積極的に熱交換されるので、蒸発器の過熱度が生じた場合、アキュムレータ内で液相冷媒の気化が促進されることとなる。これにより、冷凍サイクルを循環する冷媒量が増加するので、圧縮機から膨張装置までの高圧ラインの圧力の上昇が早まり、低負荷時に膨張弁が閉じてしまい蒸発器に冷媒が流れないためにこの蒸発器の温度が異常に上昇してしまうという不具合を防止することができる。また、蒸発器の温度が上がってくる程、アキュムレータへ流入してくる冷媒の温度も上がってくるので、蒸発器の温度異常が顕著になる程、アキュムレータ内の液相冷媒の気化がより促進され、膨張装置を開放させる方向へ作用するものである。
【００１０】
また、前記熱交換促進手段は、前記ケーシング内に収容された液相冷媒の液面下に位置するように形成された前記流入パイプの一部であるとよい（請求項２）。
【００１１】
これによれば、流入パイプがケーシング内の液相冷媒と接するので、アキュムレータ内に流入してくる冷媒とアキュムレータ内に溜まっている液相冷媒とが、流入パイプの壁面を介して積極的に熱交換されることとなる。
【００１２】
また、前記流入パイプを、前記液相冷媒の液面下において数回折り返して形成したり（請求項３）、前記螺旋状に形成したり（請求項４）、前記流入パイプにフィンを設けるとよい（請求項５）。
【００１３】
これらによれば、流入パイプとアキュムレータ内の液相冷媒との接触面積が増大するので、熱交換効率を向上させることができ、高圧圧力の上昇をより早めることができる。例えば、流入パイプを数回折り返す構成としては、流入パイプをケーシング上部から液相冷媒が溜まった底部付近まで延設し、この底部付近で上下に数回折り返し、開口をケーシングの上部、即ち液面よりも上方へ位置させるもの等が挙げられる。また、螺旋状に形成する構成としては、流入パイプを上部から底部へ向かって螺旋状に形成し、この底部で折り返して液面よりも上方で開口させるもの等が挙げられ、また底部から上部へ向かう螺旋としてもよい。
【００１４】
また、前記熱交換促進手段は、更に前記液相冷媒の液面下に位置するように形成された流出パイプの一部であってもよい（請求項６）。
【００１５】
これによっても、吐出される気相冷媒と液相冷媒との熱交換を促進させることができる。
【００１６】
また、前記冷媒は、二酸化炭素である（請求項７）。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１に示す冷凍サイクル１は、冷媒として二酸化炭素を用いるもので、圧縮機２、放熱器（ガスクーラ）３、膨張装置４、蒸発器５、アキュムレータ６、内部熱交換器７が配管接続されてなり、前記圧縮機２の吐出口２ａから前記膨張装置４の流入口４ａまでの高圧ライン１０と、前記膨張装置４の流出口４ｂから前記圧縮機２の吸入口２ｂまでの低圧ライン１１とを有する。
【００１９】
上記構成により、圧縮機２で吸引された気相冷媒は、通常の運転時には超臨界領域内に圧縮され、この圧縮された気相冷媒は、放熱器３において通過する空気との熱交換により冷却される。前記放熱器３で冷却された気相冷媒は、内部熱交換器７の高圧側流路７ａ内に流入し、低圧側流路７ｂを流通する低温低圧冷媒と熱交換して更に冷却された後、膨張装置４を通過して気液混合領域まで圧力が低下される。前記膨張手段４により減圧された気液混合冷媒は、蒸発器５において通過する空気の熱を奪って蒸発し、アキュムレータ６において気液分離され、気相冷媒だけが前記内部熱交換器７の低圧側流路７ｂに流入し、前記高圧側流路７ａを流通する高温高圧冷媒と熱交換し、圧縮機２に吸引される。
【００２０】
また、この発明の構成においては、前記圧縮機２は、前記低圧ライン１１の圧力に応じて冷媒の圧縮及び吐出容量が変化されるものであり、低負荷時等に低圧圧力が低くくなったことを感知すると、圧縮及び吐出量を低減させる。また、前記膨張装置４は、前記高圧ライン１０の圧力に応じて弁の開度を調整するものであり、低負荷時等に高圧圧力が低くなったことを感知すると、弁を閉じる。尚、前記内部熱交換器７は、冷凍サイクル１の効率を向上させるために有効なものであるが、この発明における必須の構成要素ではない。
【００２１】
図２に示す第１の実施の形態におけるアキュムレータ６は、内部が中空状で且つ上部が開口したケーシング１５と、ケーシング１５上部の開口を塞ぐ蓋体１６と、冷媒を外部からケーシング１５内部に導く流入パイプ１７と、ケーシング１５内部の気相冷媒を外部に導く流出パイプ１８とによって構成される。前記ケーシング１５の鉛直方向下部（底部）Ｂに、液相冷媒が溜まり、鉛直方向上部Ｔに気相冷媒が溜まる。前記流入パイプ１７及び流出パイプ１８は、アルミ等の熱伝導率の高い材料により形成されている。
【００２２】
前記流入パイプ１７は、その一端部１７ａが前記蓋体１６に穿設された流入通孔１６ａを介して前記蒸発器５から流出してきた冷媒が流れる配管１２と接続し、他端部１７ｂがケーシング１５内の上部Ｔに位置し、これら一端部１７ａ及び他端部１７ｂの間の管部１７ｃが、液相冷媒Ｌと接触するように、ケーシング１５の底部Ｂ付近で液面下に位置するように形成され、この実施の形態においては、上、下、上と３回折り返されて形成されている。
【００２３】
また、前記流出パイプ１８は、その一端部１８ａがケーシング１５の上部Ｔに位置し、他端部１８ｂが前記蓋体１６に穿設された流出通孔１６ｂを介して前記内部熱交換器７へ向かう気相冷媒が流れる配管１３と接続し、これら一端部１８ａ及び他端部１８ｂの間の管部１８ｃが、液相冷媒Ｌと接触するようにケーシング１５の底部Ｂ付近で折り返されて形成されている。
【００２４】
上記構成によれば、前記蒸発器５において周囲の空気から熱を奪った気相、若しくは気液混合冷媒はアキュムレータ６内へ流入する際、液相冷媒Ｌとの接触面積が増大するように折り返して形成された流入パイプ１７を通るので、液相冷媒Ｌとの間で管部１７ｃの壁面を介して熱交換された後、ケーシング１５内の上部Ｔに放出される。また、ケーシング１５内の上部Ｔに溜まった気相冷媒Ｇが流出パイプ１８を通って外部へ流出される際にも、液相冷媒Ｌと熱交換される。
【００２５】
これにより、低負荷時に圧縮機２の冷媒吐出量が低減され、また高圧ライン１０で冷媒が凝縮することによって、高圧圧力が低下しても、アキュムレータ６内部での積極的な熱交換によって冷凍サイクル１内への液相冷媒Ｌの放出が促されるので、圧縮機２から吐出される冷媒量が増加し、前記高圧ライン１０の圧力が上昇される。これにより、膨張装置４が閉じ放しとなることを防止できるので、蒸発器５の温度が異常上昇することを防止することができる。
【００２６】
以下に、この発明の他の実施の形態について図面を参照して説明するが、上記第１の実施の形態と同一の個所及び同様の作用を奏する個所には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２７】
この発明の第２の実施の形態における前記アキュムレータ６は、図３に示すように、流入パイプ１７の管部１７ｃが、液相冷媒Ｌと接するように下方へ向けて螺旋状に形成されているものである。これによっても、流入パイプ１７と液相冷媒Ｌとの接触面積が増大されるので、流入パイプ１７内の冷媒と液相冷媒Ｌとの熱交換を積極的に行うことができる。
【００２８】
また、第３の実施の形態における前記アキュムレータ６は、図４に示すように、流入パイプ１７の管部１７ｃが、液相冷媒Ｌと接するように、ケーシング１５の底部Ｂ付近で折り返されて形成されていると共に、この管部１７ｃの外壁面に複数のフィン２０が一体的に又はろう付により固定されている。前記フィン２０は、アルミ等の熱伝導率の高い材料からなり、このフィン２０によって、流入パイプ１７と液相冷媒Ｌとの接触面積が増大するので、より熱交換効率を向上させることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、アキュムレータ内に流入してくる冷媒とアキュムレータ内に溜まっている液相冷媒との熱交換が積極的に行われるので、冷媒のサイクルへの放出が促進され、高圧圧力の上昇を早めることができる。これにより、低負荷時における蒸発器の異常な温度上昇を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明における冷凍サイクルの構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、この発明の第１の実施の形態に係るアキュムレータの内部構造を示す断面図である。
【図３】図３は、この発明の第２の実施の形態に係るアキュムレータの内部構造を示す断面図である。
【図４】図４は、この発明の第３の実施の形態に係るアキュムレータの内部構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１  冷凍サイクル
２  圧縮機
３  放熱器
４  膨張装置
５  蒸発器
６  アキュムレータ
７  内部熱交換器
１０  高圧ライン
１１  低圧ライン
１５  ケーシング
１６  蓋体
１７  流入パイプ
１８  流出パイプ
２０  フィン
Ｂ  鉛直方向下部（底部）
Ｇ  気相冷媒
Ｌ  液相冷媒
Ｔ  鉛直方向上部
【図１】
0004182148.tif 000002
【図２】
0004182148.tif 000003
【図３】
0004182148.tif 000004
【図４】
0004182148.tif 000005