| 【発明の名称】 |
冷却装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】鎌田 精二
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| 【要約】 |
【課題】膨張弁で発生した気泡による蒸発器内の冷媒流体の分布状態の偏りや、冷媒流路での圧力損失の増加を防止した冷却装置を提供する。
【解決手段】液相冷媒５ｂを膨張弁４に通すことにより発生する気泡を含んだ冷媒４ｃを分離槽６によって気相冷媒６ａと液相冷媒６ｂに分離し、液相冷媒６ｂのみを蒸発器１に流すことにより、冷媒流路中での液相冷媒の流れが均一化され冷媒流路の圧力損失が低減し、蒸発器１のＰ領域での液相冷媒６ｂの蒸発量が安定し、蒸発器１を小型化することができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器及びそれらを接続する管路で構成され、圧縮機で圧縮された高温高圧の気相冷媒を凝縮器で液相冷媒に変換し、膨張弁で低温低圧の液相冷媒に変換し蒸発器でこれを蒸発させて気相冷媒に変換すると共に、蒸発器において被冷却流体を冷却する冷却装置において、膨張弁と蒸発器の間に気相冷媒と液相冷媒とに分離する分離槽を設け、蒸発器に液相冷媒のみを流入させることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】分離槽により分離された気相冷媒を流通させる管路中に流量調節弁を設け、液相冷媒の液位に応じて流量を調節することにより、分離槽内の液相冷媒の液位を一定に保持するようにしたことを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、空調装置に使用される冷却装置、特に航空機、車両、船舶等の空調装置に使用される冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の冷却装置の構成を図５に、それに用いられる蒸発器の正面図及び側面図を図６（ａ）、（ｂ）に示す。図に示すように従来の冷却装置は蒸発器２１、圧縮機２２、凝縮器２３および膨張弁２４の主要部を用いて構成され、蒸発器２１内の液相冷媒２１ｂは、蒸発器２１において水平方向に設けられた熱交換孔２１ｃ（図６に示す）を矢印方向に流通する被冷却流体３１からの吸熱によって蒸発し、気体となった気相冷媒２１ａは、矢印方向に管路中を進み圧縮機２２内で機械的仕事を与えられ高温高圧の気相冷媒２２ａとなる。これを凝縮器２３に導いて水または空気などで冷却することにより、冷媒は凝縮して液化され受液器２５に液相冷媒２５ｂとなり貯溜される。さらに、この液相冷媒２５ｂを膨張弁２４によって膨張させ低温低圧の液相冷媒２１ｂに変換し蒸発器２１に移送することにより、蒸発吸熱のサイクルが繰り返され、冷却作用が維持される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の冷却装置は上記のように構成されているが、膨張弁２４から吐出された低温低圧の液相冷媒２１ｂには気泡２４ａが含まれており、この気泡２４ａは、圧縮機２２の吸入温度と蒸発器２１中の液相冷媒２１ｂの蒸発温度との差、即ち過熱度（スーパーヒート）に相当する温度分しか被冷却流体３１を冷却しないので、気泡２４ａが蒸発器２１に流入することにより蒸発器を大型化する必要があるという問題がある。
【０００４】さらに、冷却装置が航空機のような移動体中に設置され、移動速度の変化や冷却装置が傾斜したりする場合、例えば図６に示すように蒸発器２１が矢印Ａ方向に向かって移動すると、液相冷媒２１ｂは気泡２４ａに比べて比重が大きいため移動方向に対して気泡２４ａは進行方向側に、液相冷媒２１ｂは進行と逆方向側にそれぞれ偏って分布するため、蒸発器２１内での液相冷媒２１ｂの熱交換面積の減少や膨張弁２４から蒸発器２１間での冷媒流路の圧力損失の増加が起こり、これらが液相冷媒２１ｂの蒸発量を減少させ冷却装置の冷却能力を低下させる要因となり、蒸発器２１の大型化を必要とするという問題がある。
【０００５】本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、蒸発器２１に移送される冷媒中の気相冷媒を除去することにより冷媒の分布を均一化するとともに、冷媒流路の圧力損失を減少させることにより小型で冷却能力の高い冷却装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するため、請求項１の発明に係わる冷却装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器及びそれらを接続する管路で構成され、圧縮機で圧縮された高温高圧の気相冷媒を凝縮器で液相冷媒に変換し、膨張弁で低温低圧の液相冷媒に変換し蒸発器でこれを蒸発させて気相冷媒に変換すると共に、蒸発器において被冷却流体を冷却する冷却装置において、膨張弁と蒸発器の間に気相冷媒と液相冷媒とに分離する分離槽を設け、蒸発器に液相冷媒のみを流入させることを特徴とする。
【０００７】また、請求項２の発明に係わる冷却装置は、請求項１記載の冷却装置において、分離槽により分離された気相冷媒を流通させる管路中に流量調節弁を設け、液相冷媒の液位に応じて流量を調節することにより、分離槽内の液相冷媒の液位を一定に保持するようにしたことを特徴とする。
【０００８】本発明の冷却装置は、上記のように構成されており、膨張弁から蒸発器に流入する冷媒は液相冷媒のみとなり、冷媒分布が均一化しその表面が全て蒸発面積となるとともに、冷媒流路の圧力損失の増加が防止されるため小型で冷却能力の高い冷却装置を得ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明の冷却装置の実施例の構成を示す概略構成図であり、図２は同冷却装置に用いられる蒸発器の側面図である。本装置は、低温低圧の液相冷媒６ｂを蒸発させて被冷却流体を冷却するための蒸発器１と、蒸発した気相冷媒１ａを吸引圧縮して高温高圧の気相冷媒２ａに変換する圧縮機２と、その気相冷媒２ａを水または空気等で冷却して高温高圧の液相冷媒５ｂに変換する凝縮器３と、その液相冷媒５ｂを貯溜しておく受液器５と、その高温高圧の液相冷媒５ｂを低温低圧の気液二相冷媒４ｃに変換する膨張弁４と、この気液二相冷媒４ｃを液相冷媒６ｂと気相冷媒６ａに分離するための分離槽６と、それらの構成要素を直列に接続する冷媒流路と気相冷媒６ａを蒸発器１から出る気相冷媒１ａと合流させるためのバイパス流路７から構成されている。前記蒸発器１には、図２に示すような水平方向に被冷却流体を通して冷却させるための複数の熱交換フィン９を備えた熱交換孔８が設けられている。
【００１０】以上の構成において膨張弁４が開くと、気液二相冷媒４ｃは分離槽６に吐出され低温低圧の気相冷媒６ａと液相冷媒６ｂに分離される。この液相冷媒６ｂは気泡を含まないため蒸発器１のＰ領域に均一に分布し、蒸発する際の蒸発潜熱によって熱交換孔８を流れる矢印方向の被冷却流体３１が冷却される。蒸発器１内の気相冷媒１ａは加熱され、バイパス流路７からの気相冷媒６ａとともに圧縮機２で吸入圧縮された後、高温高圧の気相冷媒２ａに変換される。この気相冷媒２ａは凝縮器３によって水または空気などの冷却源により冷却されて液相冷媒５ｂとなり、受液器５に貯溜される。この液相冷媒５ｂは膨張弁４を通って低温低圧の液相冷媒６ｂとなり蒸発器１に戻されることによって冷媒が矢印方向に冷却装置内を循環し被冷却流体を所定の温度に冷却する。
【００１１】このように本発明は、膨張弁４から吐出した冷媒を分離槽６で受け、冷媒中の気相冷媒６ａを蒸発器１に流入させないようバイパス流路７を設けたことを特徴としており、蒸発器１内の気相冷媒１ａをＰ領域の液相冷媒６ｂの蒸気で占有することにより、液相冷媒６ｂの蒸発潜熱を最大有効に活用することができ、小型化の蒸発器１を使用することが可能となる。
【００１２】また、本冷却装置が移動体中に設置され、速度変化や傾斜角変化を受け蒸発器１での冷媒の移動が起こっても、その冷媒表面は液相冷媒６ｂで占められ相対的に移動するため、液相冷媒６ｂの蒸発量はほぼ一定に保たれ、冷却能力を維持することができる。なお、圧縮機２をケース（図示せず）に内蔵し、このケースとバイパス流路７を結合して、低温の気相冷媒６ａを圧縮機２の冷却等に用いることもできる。
【００１３】図３は本発明の冷却装置の他の実施例の構成を示す概略構成図である。本装置は、図１の冷却装置のバイパス流路７に流量調節弁１０と、分離槽６内の液相冷媒６ｂの液位を検出する液位センサ１１と、液位を一定レベルに制御するための液位調節器１２を設けたものでる。図３において、分離槽６の液位が下がると、液位センサ１１の信号を受けて液位調節器１２は流量調節弁１０を開く信号を出力する。流量調節弁１０を通過する気相冷媒６ａが増加すると分離槽６の内圧が低下し、膨張弁４の入出力間の圧力差が増加し、気液二相冷媒４ｃの流量が増加し、液位を一定に保つ。これにより、環境温度や被冷却流体の熱負荷量が変動しても蒸発器１に一定レベルの液相冷媒６ｂを供給することができ、蒸発器１の制御状態を安定に保つことができる。
【００１４】図４は本発明の冷却装置の変形例の構成を示す概略構成図である。本装置は、図３に示した冷却装置の流量調節弁１０、液位センサ１１及び液位調節器１２を一体化したもので、液位を検出するためのフロート１４と流量を調節するための弁棒１５を連結してなるものである。上記の構成において液位が上昇すると、フロート１４の位置が上昇し、弁棒１５とバイパス流路７の配管内径との間隙１６が狭まり、分離槽６内の圧力が上昇する。その結果、膨張弁４にかかる差圧が減少し膨張弁４を通過する冷媒流量４ｃが減少し、液位の上昇が抑えられほぼ一定の液位を保持する。
【００１５】
【発明の効果】本発明の冷却装置は上記のように構成されており、蒸発器と膨張弁との間に気液分離槽を設けることにより冷媒中の気相冷媒が取り除かれ、膨張弁から蒸発器への流路での冷媒の流れを均一化し、冷媒流路の圧力損失を低減することができる。また、蒸発器内での液相冷媒の蒸発面積を一定に保ち蒸発器を小型化することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１９９３
【氏名又は名称】株式会社島津製作所
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| 【出願日】 |
平成１１年３月２９日（１９９９．３．２９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９７８９２
【弁理士】
【氏名又は名称】西岡 義明
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２８３６０７（Ｐ２０００−２８３６０７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１０月１３日（２０００．１０．１３） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−８５８９８ |
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