JP7003323B2 - アキュームレータおよび冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、液面検知装置を備えたアキュームレータおよび冷凍サイクル装置に関する。

従来、容器内の液冷媒の液面位置を検知する液面検知装置を備えたアキュームレータがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、液面検知装置が容器に対して外付けの構成となっている。具体的には、液面検知装置は、容器と２本の均圧管で接続され、容器内と同じ液面位置が再現された管と、管内に配置され、管内の液冷媒の液面の上下動に応じて昇降する浮子と、浮子に設けられた磁石の動きを検知し、液面位置を検知するセンサとを有している。

この構成では、液面検知装置が容器に対して外付けとなっているため、アキュームレータ内に外部から流入する気液混合冷媒の勢いによって液面が乱されることがない。このため、正確な液面位置を安定して検知することが可能である。

特開平３－１８６１６６号公報

しかしながら、特許文献１では、容器に２本の均圧管が接合されており、各均圧管の接合箇所の溶接部分から冷媒漏れを引き起こす可能性がある。

また、特許文献１では、液面検知装置が容器に外付けされた構造であるため、配置スペースを広く必要とする。これに対し、液面検知装置を容器内に組み込んだ構造とすれば、配置スペースの問題は改善されるが、アキュームレータ内に外部から流入する気液混合冷媒の勢いによる液面の波立ちの影響を受けない構造が求められる。

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、容器と液面検知装置との接合箇所を少なくして冷媒漏れの可能性を低減し、かつ液面の波立ちの影響を抑えて液面高さを安定して検知することが可能なアキュームレータおよび冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本発明に係るアキュームレータは、容器と、容器の上部を貫通して接合され、容器の高さ方向に延びる液面検知装置とを備え、液面検知装置は、容器内に溜まった液冷媒の液面の上下動に応じて昇降する浮子を備え、浮子を用いて液面位置を検知するセンサ部と、センサ部を取り囲んで配置され、浮子を保護する保護管とを備え、センサ部は、浮子に埋め込まれた磁石と、磁石によってオンオフする接点と、環状の浮子を貫通して容器の高さ方向に延びる管であって、接点を内蔵する内蔵管とを備え、保護管は、上下両端部に内径を絞った上側絞り部と下側絞り部とを有し、上側絞り部と下側絞り部とにより、内蔵管の上下両端部を支持するものである。

本発明によれば、液面検知装置の容器との接合箇所は１箇所であるため、接合箇所を最小限に減らすことができ、接合箇所からの冷媒漏れの可能性を低減できる。また、浮子を保護する保護管を備えたので、液面の波立ちの影響を抑えて液面高さを安定して検知することが可能である。

実施の形態１に係るアキュームレータ１を示す斜視図である。 実施の形態１に係るアキュームレータ１の内部構成を示す断面図である。 実施の形態１に係るアキュームレータ１の上部拡大図である。 実施の形態１に係るアキュームレータ１の液面検知装置５を示す断面図である。 実施の形態１に係るアキュームレータ１の液面検知装置５の動作説明図である。 比較例を示す図である。 実施の形態１のアキュームレータを備えた冷凍サイクル装置の冷媒回路を示す図である。 実施の形態２に係るアキュームレータ１の液面検知装置５の断面図である。 実施の形態２に係るアキュームレータ１の液面検知装置５のセンサ部１０における各部の配置関係を示す断面図である。

以下、アキュームレータ１の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、図面の形態は一例であり、本実施の形態を限定するものではない。また、各図において同一の符号を付したものは、同一のまたはこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。さらに、以下の図面では、各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態１．
［アキュームレータ１の構成］
図１は、実施の形態１に係るアキュームレータ１を示す斜視図である。図２は、実施の形態１に係るアキュームレータ１の内部構成を示す断面図である。

アキュームレータ１は、縦長の容器２と、容器２内へ冷媒を流入させる入口配管３と、容器２の外部へ冷媒を流出させる出口配管４と、容器２内に溜まった液冷媒の液面の位置を検知する液面検知装置５とを備えている。

液面検知装置５は、容器２を上部から内部に貫通して挿入され、容器２の高さ方向に延びて配置されている。液面検知装置５は、容器２に管台６を介して溶接で接合されている。このように、液面検知装置５は、管台６部分の一箇所で容器２と接合されている。液面検知装置５と容器２との接合は、液面検知装置５の後述の接点１２および接点１３の高さ位置に尤度を持たせることができ、また接合箇所の気密性を保てるのであれば、ねじ込みによる接合でも良い。

図３は、実施の形態１に係るアキュームレータ１の上部拡大図であって、液面検知装置５の一部を切断して示した詳細図である。図４は、実施の形態１に係るアキュームレータ１の液面検知装置５を示す断面図である。図５は、実施の形態１に係るアキュームレータ１の液面検知装置５の動作説明図である。

液面検知装置５は、浮子１４を用いて液面位置を検知するセンサ部１０と、センサ部１０を取り囲んで配置され、浮子１４を保護する保護管２０とを備えている。センサ部１０は、接点１２および接点１３と、容器２の高さ方向に延びて形成され、接点１２および接点１３を内蔵する内蔵管１１と、容器２内に溜まった液冷媒の液面に応じて保護管２０の内部で昇降する環状の浮子１４とを備えている。

内蔵管１１は、非磁性の材料で構成されている。内蔵管１１は、浮子１４を貫通しており、浮子１４の昇降動作を支持する。浮子１４には、接点１２および接点１３をオンオフする磁石１５が埋め込まれている。

接点１２および接点１３は、例えばリードスイッチで構成されている。接点１２および接点１３は配線１６で接続されており、内蔵管１１内において異なる高さ位置に設置されている。接点１２および接点１３は、磁石１５によってオンし、接点１２および接点１３からの信号に基づいて液面位置が検知される。ここでは、接点１２は、容器２内に溜まった過剰な液冷媒が、容器２から圧縮機（図示せず）へ流入し、圧縮機にて液圧縮が生じることを避けることを目的に設定された最高液面の高さ位置に設置されている。接点１３は、冷媒と共にアキュームレータ１から圧縮機へ戻される油の量が不足し、圧縮機が焼き付いて破損するのを避けることを目的に設定された最適液面の高さ位置に設置されている。なお、接点の設置位置および個数は、これに限られたものではなく、任意である。

そして、本実施の形態１の特徴とする構成としては、センサ部１０を保護する保護管２０を備えたことにある。以下、保護管２０について説明する。

保護管２０は、容器２の高さ方向に延びて形成され、センサ部１０の外周に位置してセンサ部１０を保護する管である。保護管２０は、センサ部１０を保護する役割の他、容器２内で波立つ液面によって浮子１４の動作が不安定となることなく、安定させる役割を有する。

保護管２０の側面の下部および上部には、下穴１７および上穴１８が形成されている。保護管２０の内部には下穴１７から冷媒が流入し、保護管２０内では安定した液面が維持される。つまり、容器２内において液面３０（図５参照）が波立っていても、保護管２０内では安定した液面１９（図５参照）が維持されるようになっている。上穴１８は、ガス抜き用として設けられている。保護管２０内でガス化した冷媒は、上穴１８から保護管２０外へと放出される。下穴１７および上穴１８の寸法は、冷媒の流入量により、任意の径とする。

保護管２０の下端部および上端部は、内径を絞った下側絞り部２１および上側絞り部２２となっている。下側絞り部２１は、保護管２０内に滞留した浮遊物を溜めることができるスペースとして利用される。このスペース内に堆積異物２３が溜まることで、堆積異物２３による浮子１４のひっかかりを防止できる。上述の下穴１７の高さ位置は、保護管２０の下側絞り部２１内に滞留する堆積異物２３の量を加味して設定されている。具体的には、下穴１７から下の保護管２０内の体積が、想定される堆積異物２３の体積以上の体積となるように、下穴１７の高さ位置が設定されている。これにより、下穴１７が堆積異物２３で塞がることを防止している。

そして、保護管２０は、上側絞り部２２および下側絞り部２１で、内蔵管１１の上下両端部を支持している。具体的には、上側絞り部２２は、内蔵管１１の上端部１１ｂを溶接支持しており、下側絞り部２１は、隙間２１ａを介して内蔵管１１の下端部１１ａを支持している。保護管２０の上側絞り部２２と内蔵管１１の上端部との接合は、溶接に限るものではなく、センサ部１０の接点１２および接点１３に尤度を持たせることができ、また気密性を保てるのであれば、ねじ込みによる接合でも良い。

以上のように構成された液面検知装置５において、センサ部１０の浮子１４は、図５に示すように保護管２０内の液面１９上に浮いており、液面１９の上昇３１および下降３２に追従して浮子１４も昇降する。浮子１４が、接点１２または接点１３の位置に達すると、浮子１４の高さ位置の接点が、浮子１４に埋め込まれた磁石１５によってオンする一方、浮子１４の高さ位置とは異なる位置の接点はオフとなる。オンした接点の信号に基づいて液面位置が検知される。

ここで、保護管２０の作用について説明する。まず、比較例として、保護管２０を備えていない構成について説明する。

図６は、比較例を示す図である。
図６に示すように保護管２０を備えていない場合、容器２内に外部から流入する気液混合冷媒の勢いによって液面３０の波立ち、浮子１４が昇降して正確な液面３０の位置を検知できない。また、浮子１４が接点（図示せず）の高さ位置にあるときは、浮子１４が液面３０の波立ちの影響を受けて昇降するため、接点のオンオフが繰り返される。このため、接点の故障が生じるなどの不都合がある。

これに対し、実施の形態１では、センサ部１０を保護する保護管２０を備えたので、センサ部１０の浮子１４は、容器２内で波立つ冷媒の影響を直接、受けることなく、保護管２０内の安定した液面１９上に浮かんでおり、液面位置を正確に検知できる。

また、図６に示す比較例では、接点を内蔵した内蔵管１１の上端部１１ｂは、容器２に接合されて固定されているが、下端部１１ａは自由端となっている。このため、液面３０の波立ちによって、内蔵管１１が上端部１１ｂの接合部を支点として振動し、接合部が折損する可能性がある。

これに対し、実施の形態１では、保護管２０は、上側絞り部２２で内蔵管１１の上端部１１ｂを接合支持する一方、下側絞り部２１で内蔵管１１の下端部１１ａを、隙間２１ａを介して支持している。このため、下側絞り部２１から下方に突出した内蔵管１１部分が、容器２内で波立つ液面の力を受けて振動したとしても、その振動幅は、隙間２１ａの幅に限定され、振動幅を小さくできる。これにより、内蔵管１１の上端部１１ｂの接合部の振動を緩和し、接合部の折損を防止できる。なお、隙間２１ａは、本実施の形態１では、例えば０．０５ｍｍ～０．３５ｍｍとしている。しかし、隙間２１ａは、振動のレベル、組立作業性および加工性を加味して決めればよく、上記の範囲に限定されない。

以上のように構成された実施の形態１のアキュームレータ１は、次の図７に示すように冷凍サイクル装置を構成する。

図７は、実施の形態１のアキュームレータを備えた冷凍サイクル装置の冷媒回路を示す図である。
冷凍サイクル装置６０は、アキュームレータ１と、圧縮機６１と、凝縮器６２と、膨張弁などで構成された減圧装置６３と、蒸発器６４とを備えている。

以下、冷媒回路の動作と、その動作に併せて液面検知装置５の動作および圧縮機６１の制御の一例について説明する。

冷媒回路では、圧縮機６１が駆動されると、冷媒が凝縮器６２、減圧装置６３、蒸発器６４、アキュームレータ１の順に冷媒が流れ、圧縮機６１に戻るサイクルを繰り返す。圧縮機６１が高速回転すると、冷媒が大量に冷媒回路内を流れ、アキュームレータ１に冷媒が一時滞留し始める。

このサイクルにてアキュームレータ１に液冷媒が溜り始めると、その液冷媒の液面位置に応じて浮子１４が上昇する。これにより、浮子１４内に埋め込まれた磁石１５により、上の接点１２がオンし、接点１２からの信号に基づいて液面の位置が検知される。

ここで、接点１２は、上述したように最高液面の高さ位置に配置されている。よって、接点１２がオンした場合、圧縮機６１を高速回転から低速回転へ制御することで、液面１９が下降する。これにより、液冷媒が過剰に圧縮機６１に流入して液圧縮による圧縮機６１の破損を防止することが可能である。

また、接点１３は、上述したように最低液面の高さ位置に配置されている。よって、液面１９が下降して接点１３がオンした場合、圧縮機６１を低速回転から高速回転へ制御することで、アキュームレータ１の液面が上昇する。これにより、返油不足による圧縮機の焼き付きによる破損を防止することが可能である。

このように、最高液面および最低液面に接点１２および接点１３を設けた構成とした場合、液面検知結果を圧縮機６１の制御に適用することで、圧縮機６１の破損を防止することが可能となる。

［効果］
以上、実施の形態１は、容器２と、容器２の上部を貫通して接合され、容器２の高さ方向に延びる液面検知装置５とを備える。液面検知装置５は、容器２内に溜まった液冷媒の液面の上下動に応じて昇降する浮子１４を備え、浮子１４を用いて液面位置を検知するセンサ部１０と、センサ部１０を取り囲んで配置され、浮子１４を保護する保護管２０とを備える。

このように、液面検知装置５と容器２との接合箇所は１箇所であるため、２箇所必要であった従来構成に比べて接合箇所を最小限に減らすことができる。よって、接合箇所からの冷媒漏れを最小限にできる。なお、液面検知装置５と容器２との接合は、上述したように溶接でもねじ込み式でもよく、ねじ込み式とした場合には、液面検知装置５のセンサ部１０が故障した場合の取替えを簡易に行える。

実施の形態１では、センサ部１０を保護する保護管２０を備えたので、センサ部１０の浮子１４がアキュームレータ１内で波立つ冷媒の影響を直接、受けるのを避けることができ、浮子１４の昇降動作を安定させることができる。これにより、液面位置を正確に検知できる。

実施の形態１では、センサ部１０は、浮子１４に埋め込まれた磁石１５と、磁石１５によってオンオフする接点と、環状の浮子１４を貫通して容器２の高さ方向に延びる管であって、接点１２および接点１３を内蔵する内蔵管１１とを備える。保護管２０は、上下両端部に内径を絞った上側絞り部２２と下側絞り部２１と有し、上側絞り部２２と下側絞り部２１とにより、内蔵管１１の上下両端部を支持する。

このように、保護管２０は、上側絞り部２２と下側絞り部２１とにより、内蔵管１１の上下両端部を支持しているので、内蔵管１１の下端部１１ａが支持されずに自由端とされる構造に比べて、内蔵管１１の振動を抑制できる。したがって、輸送時またはアキュームレータ１内の冷媒の波立ちによって内蔵管１１が振動し、折損に至る不具合を抑制できる。また、下側絞り部２１は、保護管２０内に滞留した堆積異物２３を溜めることができるスペースとして利用される。このスペース内に堆積異物２３が溜まることで、堆積異物２３による浮子１４のひっかかりを防止できる。

実施の形態１において、保護管２０には、容器２内に溜まった液冷媒を保護管２０内に受け入れる下穴１７と、保護管２０の内部から外部へのガス抜き用の上穴１８とが形成されている。

これにより、下穴１７から保護管２０内に液冷媒が流入する一方、上穴１８から保護管２０内に充満したガスが放出される。この２つの穴の効果により、安定した冷媒の高さを検知できる。

また、実施の形態１において、下穴１７の高さ位置は、下穴１７から下の保護管２０内の体積が、保護管２０内に堆積されると想定される堆積異物２３の体積以上の体積となるように設定されている。

これにより、下穴１７が堆積異物２３で塞がることを防止できる。

実施の形態１において、アキュームレータ１は、圧縮機６１と、凝縮器６２と、減圧装置６３と、蒸発器６４と共に冷凍サイクル装置６０を構成する。冷凍サイクル装置６０は、空気調和機または冷蔵冷凍庫等に適用することができる。

実施の形態２．
実施の形態２は、液面検知装置５の健全性を確認できる構造を備えたものである。実施の形態２のアキュームレータ１の基本的な構成は実施の形態１と同様であり、以下、実施の形態１からの追加構造を中心に、実施の形態２について説明する。

アキュームレータ１の出荷時には、液面検知装置５の健全性の確認が行われる。具体的には、接点１２および接点１３が磁石１５によってオンするかといった検知動作の健全性と、接点１２および接点１３の設置位置が正しいかという設置位置の健全性の確認が行われる。実施の形態２は、これらの健全性を確認する際に好適な技術に関する。以下、具体的に説明する。

［液面検知装置５の構成］
図８は、実施の形態２に係るアキュームレータ１の液面検知装置５の断面図である。図９は、実施の形態２に係るアキュームレータ１の液面検知装置５のセンサ部１０における各部の配置関係を示す断面図である。
実施の形態２は、実施の形態１と比較して液面検知装置５の構成が異なる。実施の形態２の液面検知装置５は、浮子１４を貫通して容器２の高さ方向に延びる管であって、内蔵管１１を内包する検知棒挿入管４０を備える。検知棒挿入管４０は、検知棒挿入管４０に内包された内蔵管１１との間に、検知棒４１を挿入するためのスペース４２を形成している。検知棒４１の挿入方向先端、つまり下端には、磁石４３が取り付けられている。その他の構造は実施の形態１と同様である。

（検知動作の確認）
接点の検知動作の確認を、仮に検知棒４１を用いずに行う場合、浮子１４を各接点１２および接点１３のそれぞれの位置まで移動させて、接点がオンするかどうかを確認することになる。浮子１４を接点１２および接点１３のそれぞれの位置まで移動させるには、容器２ごとひっくり返す方法が考えられる。しかし、アキュームレータ１が重量物の場合、重作業となり、安全確保が難しく、現実的には検知確認が難しい。

これに対し、実施の形態２では、検知棒４１を検知棒挿入管４０の上端開口４０ａから挿入することで、接点１２および接点１３の検知確認を行える。すなわち、検知棒４１の下端に取り付けられた磁石４３が接点１２および接点１３のそれぞれの高さ位置に達すると、接点１２および接点１３のそれぞれが磁石４３によってオンする。この方法によれば、アキュームレータ１をひっくり返すことなく接点１２および接点１３の動作の健全性を確認できる。なお、このような動作確認は、出荷時のみならず、製品設置後も行えることが好ましいが、実施の形態２では、どちらのタイミングでも、検知棒４１を検知棒挿入管４０に挿入するだけで行える。

（設置位置の確認）
接点１２および接点１３のそれぞれの設置位置を確認するには、予め、検知棒４１に目印を付けておく。すなわち、検知棒４１を検知棒挿入管４０に挿入して磁石４３が接点１２の正規の高さ位置に達した状態での目印を検知棒４１に設けておく。接点１３についても同様である。そして、検知棒４１を検知棒挿入管４０に挿入して、目印のある位置まで挿入した際に、対応の接点が作動すれば、接点の設置高さが正しいと判断できる。この設置位置の確認についても、出荷時および製品設置後のどちらのタイミングでも、検知棒４１を検知棒挿入管４０に挿入するだけで行える。

［効果］
以上、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、以下の効果が得られる。すなわち、実施の形態２は、浮子１４を貫通して容器２の高さ方向に延びる管であって、内蔵管１１を内包する検知棒挿入管４０を備える。検知棒挿入管４０は、検知棒挿入管４０に内包された内蔵管１１との間に、検知棒４１を挿入するためのスペース４２を形成している。

これにより、磁石４３を備えた検知棒４１を検知棒挿入管４０内に挿入するだけで、接点１２および接点１３の動作確認を行える。したがって、アキュームレータ１をひっくり返すといった作業が不要であり、確認作業の簡易性が向上すると共に検知精度を向上できる。そして、これらの確認は、製品の出荷時および製品設置後のどちらにおいても行うことができる。したがって、製品設置後において、接点１２および接点１３の故障が疑われた場合に、容易に故障の有無の確認を行える。

なお、実施の形態２のアキュームレータ１は、実施の形態１と同様に図７の冷凍サイクル装置６０に適用できる。

実施の形態２によれば、最も必要な、液面検知装置５の容器２に対する設置高さ位置の確認精度の向上と、製品の出荷時および製品設置後の接点の健全性の確認作業における簡易性の向上と、を図ることができる。

以上、実施の形態１～実施の形態２について説明したが、各実施の形態の説明に限定されない。たとえば、各実施の形態の全てまたは一部を実施することも可能である。

１ アキュームレータ、２ 容器、３ 入口配管、４ 出口配管、５ 液面検知装置、６ 管台、１０ センサ部、１１ 内蔵管、１１ａ 下端部、１１ｂ 上端部、１２ 接点、１３ 接点、１４ 浮子、１５ 磁石、１６ 配線、１７ 下穴、１８ 上穴、１９ 液面、２０ 保護管、２１ 下側絞り部、２１ａ 隙間、２２ 上側絞り部、２３ 堆積異物、３０ 液面、３１ 上昇、３２ 下降、４０ 検知棒挿入管、４０ａ 上端開口、４１ 検知棒、４２ スペース、４３ 磁石、６０ 冷凍サイクル装置、６１ 圧縮機、６２ 凝縮器、６３ 減圧装置、６４ 蒸発器。

Claims (6)

1. 容器と、
   前記容器の上部を貫通して接合され、前記容器の高さ方向に延びる液面検知装置とを備え、
   前記液面検知装置は、
   前記容器内に溜まった液冷媒の液面の上下動に応じて昇降する浮子を備え、前記浮子を用いて液面位置を検知するセンサ部と、
   前記センサ部を取り囲んで配置され、前記浮子を保護する保護管と
   を備え、
   前記センサ部は、
   前記浮子に埋め込まれた磁石と、
   前記磁石によってオンオフする接点と、
   環状の前記浮子を貫通して前記容器の高さ方向に延びる管であって、前記接点を内蔵する内蔵管とを備え、
   前記保護管は、上下両端部に内径を絞った上側絞り部と下側絞り部とを有し、前記上側絞り部と前記下側絞り部とにより、前記内蔵管の上下両端部を支持するアキュームレータ。
2. 前記保護管には、前記容器内に溜まった液冷媒を前記保護管内に受け入れる下穴と、前記保護管の内部から外部へのガス抜き用の上穴とが形成されている請求項１記載のアキュームレータ。
3. 前記下穴の高さ位置は、前記下穴から下の前記保護管内の体積が、前記保護管内に堆積されると想定される堆積異物の体積以上の体積となるように設定されている請求項２記載のアキュームレータ。
4. 前記浮子を貫通して前記容器の高さ方向に延びる管であって、前記内蔵管を内包する検知棒挿入管を備え、
   前記検知棒挿入管は、前記検知棒挿入管に内包された前記内蔵管との間に、検知棒を挿入するためのスペースを形成している請求項２または請求項３記載のアキュームレータ。
5. 容器と、
   前記容器の上部を貫通して接合され、前記容器の高さ方向に延びる液面検知装置とを備え、
   前記液面検知装置は、
   前記容器内に溜まった液冷媒の液面の上下動に応じて昇降する浮子を備え、前記浮子を用いて液面位置を検知するセンサ部と、
   前記センサ部を取り囲んで配置され、前記浮子を保護する保護管と
   を備え、
   前記保護管には、前記容器内に溜まった液冷媒を前記保護管内に受け入れる下穴と、前記保護管の内部から外部へのガス抜き用の上穴とが形成されており、
   前記下穴の高さ位置は、前記下穴から下の前記保護管内の体積が、前記保護管内に堆積されると想定される堆積異物の体積以上の体積となるように設定されているアキュームレータ。
6. 請求項１～請求項５のいずれか一項に記載のアキュームレータと、圧縮機と、凝縮器と、減圧装置と、蒸発器とを備えた冷凍サイクル装置。

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