JP2000283607A - 冷却装置 - Google Patents

冷却装置

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JP2000283607A
JP2000283607A JP11085898A JP8589899A JP2000283607A JP 2000283607 A JP2000283607 A JP 2000283607A JP 11085898 A JP11085898 A JP 11085898A JP 8589899 A JP8589899 A JP 8589899A JP 2000283607 A JP2000283607 A JP 2000283607A
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refrigerant
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liquid
evaporator
gas
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JP11085898A
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English (en)
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Seiji Kamata
精二 鎌田
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Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/04Refrigerant level

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  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Abstract

(57)【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。

Description

【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25
bを膨張弁24によって膨張させ低温低圧の液相冷媒2
1b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3
1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24
aに比べて比重が大きいため移動方向に対して気泡24
a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2
1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2
a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6
b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4
c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1
2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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の冷却装置の実施例の構成を示す概略構
成図である。
【図2】本発明の実施例に用いられる蒸発器の側面図で
ある。
【図3】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。
【図4】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。
【図5】従来の冷却装置の構成を示す概略構成図であ
る。
【図6】従来の冷却装置の蒸発器内の冷媒分布状態を示
す冷媒分布図である。
【符号の説明】
1、21・・・蒸発器 1a、2a、6a、21a、22a・・・気相冷媒 2、22・・・圧縮機 3、23・・・凝縮器 4、24・・・膨張弁 4c・・・気液二相冷媒 5、25・・・受液器 5b、6b、21b、25b・・・液相冷媒 6・・・分離槽 7・・・バイパス流路 8、21c・・・熱交換孔 9・・・熱交換フィン 10・・・流量調節弁 11・・・液位センサ 12・・・液位調節器 14・・・フロート 15・・・弁棒 16・・・間隙 24a・・・気泡 31・・・被冷却流体

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003106685A (ja) * 2001-09-28 2003-04-09 Mitsubishi Electric Corp 冷凍空調装置
WO2004055454A1 (de) * 2002-12-14 2004-07-01 Volkswagen Aktiengesellschaft Kältemittelkreislauf für eine kfz-klimaanlage
JP2008528939A (ja) * 2005-02-02 2008-07-31 キャリア コーポレイション ミニチャネル熱交換器用気液分離器
CN103743161A (zh) * 2014-01-22 2014-04-23 清华大学 一种能够实现液位自动稳定的蒸发装置
WO2023170874A1 (ja) * 2022-03-10 2023-09-14 日本電気株式会社 冷却装置および冷却装置の制御方法

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