JP2004524497A - 蒸気及び液体を排出する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】流体２０及び該流体２０から分離された液体３０、３４を熱交換器１１、１５のチャンバ１６から排出する装置及び関連する方法である。出口チャンバ１６は、分離された液体３０、３４を集め得る形態とされている。装置は、出口面１７に隣接して出口チャンバ１６内に配置可能なプレート３６であって、プレート３６と出口面１７との間に通路３８を形成するプレート３６を有している。プレート３６は、出口チャンバ１６を通り且つ出口開口部１９内に流動する流体２０が出口チャンバ１６内に集められた液体３０、３４を通路３８を通って且つ、流体２０と共に、出口開口部１９から出るように吸引するよう出口開口部１９を被って突き出すような形態とされている。プレート３６のため、出口開口部１９を通って出る流体２０は縮小領域を通って流れなければならない。この縮小領域は低圧領域を形成する。低圧領域は集められた液体３０、３４を通路３８を通じて吸引し且つ該液体を流体２０と共に、出口開口部１９を通じて排出する。
【選択図】図１

Description

【発明の背景】
【０００１】
本発明は、全体として、流体を排出する装置及び方法に関する。より具体的には、本発明は、流体及び該流体から分離された液体を熱交換器の出口チャンバから排出する装置及び関連する方法に関する。
【０００２】
空気調和システム、冷却システム又はヒートポンプシステムは、典型的に、コンプレッサと、２つの熱交換器と、膨張弁とを有している。これらの構成要素は、一連の管及びパイプによって接続されて、ある空間又は熱伝導流体を冷却し又は暖房する流体が流れる回路を形成する。典型的に、流体は、熱交換器を通って流れる間、相変化を受ける。従来から凝縮器と称されている熱交換器の１つにおいて、流体の一部分は、蒸気から液体への相変化を受け、これによりその熱含量を失う。従来から蒸発器と称されている他の熱交換器において、流体の少なくとも一部分は、液体から蒸気への相変化を受け、これにより、その熱含量を増大させる。このように、空気調和システムすなわち冷却システムにおいて、冷却すべき空間又は熱伝導流体は、蒸発器とつながれている。他方、ヒートポンプシステムにおいて、暖房すべき空間又は熱伝導流体は、凝縮器と連結されている。また、単一のシステムが流体の流れを逆にすることにより空気調和システムすなわち冷却システム、及びヒートポンプシステムの双方として機能することができる。
【０００３】
空気調和システム、冷却システム又はヒートポンプシステム内の流体は、亜冷却液体、飽和液体又は液体及び蒸気の混合体の形態にて蒸発器に入る。流体が細い金属管内で蒸発器を通って流れる間、該流体は、空間又は熱伝導流体から熱を吸収し、液体部分の少なくとも一部分は蒸気となる。このように、流体により吸収された熱の量に対応して、流体は、液体及び蒸気の混合体、飽和蒸気又は過熱蒸気の形態にて蒸発器から出る。次に、流体は、コンプレッサを通って流れその圧力を上昇させる。その後、流体は、凝縮器を通って流れ、該凝縮器にて、流体は、別の空間又は別の熱伝導流体に熱を失う。流体が失う熱の量に対応して、流体は、亜冷却液体、飽和液体又は液体及び蒸気の混合体の形態にて凝縮器から出る。蒸発器又は凝縮器から出る流体は、異なる形態をとることができるが、流体の少なくとも一部分は、熱の損失又は熱の吸収に起因して相変化を受ける。
【０００４】
特定の空気調和システム、冷却システム又はヒートポンプシステムは、蒸発器から出る流体が液体及び蒸気の混合体を含むような設計とされている。例えば、流体の９０％以上が蒸気であるならば、流体の熱伝導特性は概して不良であるから、特定の空気調和システムすなわち冷却システムにおける蒸発器は、その出口チャンバにて約９０％の蒸気部分及び１０％の液体部分を含む流体を発生させるような設計とされている。この蒸発器は、冷却すべき空間又はその他の熱伝導流体から除去される熱量を最大にすることができる。しかし、流体中の液体部分の一部分は、バルク流れ（ｂｕｌｋ ｆｌｏｗ）から分離して重力により出口チャンバの底部分に集まり易いから、バルク流れと共に、蒸発器から直接、出ることができない。例えば、液体部分の７５％もの多くがバルク流れから分離し、出口チャンバの底部に落下する。この分離されて出口チャンバ内に集まる液体は、少なくとも３つの問題点を招来する。
【０００５】
第一に、分離した液体は、最終的に、コンプレッサを損傷させる可能性がある。分離した液体は、出口チャンバ内に蓄積し続けるから、液体の高さは出口開口部に近づく。次に、液体は、急激に、出口開口部を通って多量に流れ出る。この現象は、一般に、液体の「強い流出（スラッグ（ｓｌｕｇ））」と称される。後続の工程の間、出口チャンバ内に集まった液体は、安定状態で且つ連続的に除去されるのではなくて、この蓄積及び急激な「スラッグ」除去のパターンを続行する。周期的なパージングと称されるこのパターンは、最終的に、コンプレッサの寿命を短縮する可能性がある。コンプレッサは、少量の液体の安定状態で且つ連続的な流入に耐えることができるが、これらのコンプレッサは、典型的に、多量の液体の「スラッグ」の周期的流入に耐えるような設計とはされていない。
【０００６】
第二に、分離された液体は、蒸発器を通る流体の流れを妨害する可能性がある。液体が蓄積すると、該液体は、流体が出口チャンバに排出されるときに通る金属管の一部を閉塞する。この閉塞は、流体の安定状態の流れを妨害し、空気調和システム、冷却システム又はヒートポンプシステムの全体の効率を低下させる可能性がある。
【０００７】
第三に、分離された液体は、空気調和システム、冷却システム又はヒートポンプシステムの他の構成要素に必要とされる液体を奪う可能性がある。例えば、幾つかの適用例において、流体は、コンプレッサの滑らかな機械的作動を保証するため少量の油を含んでいる。この油は、典型的に、分離された液体と共に、出口チャンバの底部に落下する。分離された液体を出口チャンバから連続的に且つ安定状態で除去しないならば、適正な機械的作動に必要とされる油はコンプレッサに到達することができない。
【０００８】
このため、流体のバルク流れから分離され且つ、出口チャンバ内に集まった液体を連続的に且つ安定状態で排出するための装置及び方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００９】
従って、本発明は、従来技術の装置及び方法の制約及び不利益な点を解消する、流体及び該流体から分離された液体を熱交換器の出口チャンバから排出する、装置及び関連した方法に関するものである。
【００１０】
発明の有利な点及び目的は、一部分、以下の説明に記載され、また、一部分、以下の説明から明らかになり、又は、本発明を実施することにより知得されよう。本発明の有利な点及び目的は、特許請求の範囲に特に掲げた要素及び組み合わせによって実現され且つ達成されよう。
【００１１】
具体化され且つ本明細書に広く記載した、本発明の目的による有利な点を実現するため、本発明は、流体、及び該流体から分離された液体を出口チャンバから排出する装置に関するものである。出口チャンバは、分離された液体を集め得る形態とされている。出口チャンバは、出口チャンバの出口面に配置された出口開口部と流体的に連通している。装置は、出口面に隣接して出口チャンバ内に配置可能なプレートを有して、プレートと出口面との間に通路を形成する。プレートは、出口開口部の上方に突き出し、出口チャンバを通って出口開口部内に流れる流体が出口チャンバ内に集まった液体をチャンバを通って且つ流体と共に、出口開口部を通って吸引するような形態とされている。
【００１２】
別の観点において、本発明は、流体及び該流体から分離された液体を出口チャンバから排出する方法に関するものである。出口チャンバは、分離された液体を集め得る形態とされている。出口チャンバは、該出口チャンバの出口面に配置された出口開口部と流体的に連通している。この方法は、出口面に隣接する出口チャンバ内にプレートを配置し、該プレート及び出口面がその間に１つの通路を形成し、プレートが出口開口部の上方に突き出すようにすることと、流体を出口チャンバを通じて且つ、出口開口部内に流動させ、出口チャンバ内に集まった液体を通路を通って且つ流体と共に出口開口部を通って吸引するようにすることとを含む。
【００１３】
更に別の観点において、本発明は、熱交換器に関するものである。該熱交換器は、主要チャンバと、出口チャンバと、出口開口部と、プレートとを有している。流体は、主要チャンバを通って流れて熱を吸収する。出口チャンバは、流体を主要チャンバから受け入れ且つ、流体から分離された液体を集め得るような形態とされている。出口開口部は、出口チャンバの出口面に配置され且つ、出口チャンバと流体的に連通している。プレートは、出口面に隣接して出口チャンバ内に配置され、プレートと出口面との間に１つの通路を形成する。プレートは、出口開口部の上方に突き出し、出口チャンバを通って出口開口部内に流れる流体が出口チャンバ内に集められた液体を通路を通じて且つ、流体と共に、出口開口部を通って出るように吸引する。
【００１４】
更に別の観点において、本発明は、１つのサイクルにて貫通して流れる流体を有する熱交換システムに関するものである。熱交換システムは、コンプレッサと、第一の熱交換器と、膨張装置と、第二の熱交換器とを有している。第一の熱交換器は、流体をコンプレッサから受け取り且つ、流体が第一の熱交換器を通って流れる間に、流体が熱を失った後、流体を排出する。膨張装置は、流体を第一の熱交換器から受け取る。第二の熱交換器は、流体を膨張装置から受け取り且つ、流体をコンプレッサに対して排出する。第二の熱交換器は、主要チャンバと、出口チャンバと、出口開口部と、プレートとを有している。流体は、主要チャンバを通って流れ熱を吸収する。出口チャンバは、流体を主要チャンバから受け取り且つ、流体から分離された液体を集め得るような形態とされている。出口開口部は、出口チャンバの出口面に配置され且つ、出口チャンバと流体的に連通している。プレートは、出口面に隣接して出口チャンバ内に配置され、プレートと出口面との間に１つの通路を形成する。プレートは、出口開口部の上方に突き出し、出口チャンバを通って且つ出口開口部内に流れる流体が出口チャンバ内に集められた液体を通路を通じて且つ、流体と共に、出口開口部を通って出るように吸引する。
【００１５】
上記の全体的な説明及び以下の詳細な説明は、単に説明のためで且つ一例にしか過ぎず、特許請求の範囲に記載された本発明を限定するものではないことを理解すべきである。
添付図面は、本発明を更に理解するために示したものであり、本明細書に含められ且つ本明細書の一部を構成するものである。図面は、本発明の実施の形態を示すものであり、本明細書と共に、本発明の原理を説明する作用を果たす。
【００１６】
次に、本発明の現在の好ましい１つの実施の形態を詳細に参照すると、その一例が添付図面に図示されている。可能な場合、同一又は同様の部品を示すため図面の全体を通じて同一の参照番号を使用する。
【００１７】
本発明に従って且つ図１に図示するように、空気調和システム、冷却システム又はヒートポンプシステムは、２つの熱交換器１１、１５と、コンプレッサ１３と、膨張弁２５とを有している。管又はパイプが熱交換器１１、１５、コンプレッサ１３及び膨張弁２５を接続している。所定の圧力の流体が従来から凝縮器と称されている熱交換器１５を通って流れる。流体は、凝縮器１５を通って流れる間、熱を失う。次に、流体は膨張弁２５を通って流れ、該膨張弁にて流体の圧力は別のレベルまで降下する。次に、流体は従来から蒸発器と称されている熱交換器１１を通って流れる。流体は、蒸発器１１を通って流れる間、熱を吸収する。最後に、流体はコンプレッサ１３を通って流れ、該コンプレッサにて流体の圧力は上昇して最初のレベルに戻る。このように、システムを通って流れる流体は、空気調和システム、冷却システム又はヒートポンプサイクルを形成する。熱交換器１１、１５はそれぞれ蒸発器及び凝縮器と称され、それは、流体の少なくとも一部分がこれらを通って流れる間、相変化を受けるからである。流体の少なくとも一部分は蒸発器１１内で液体から蒸気に変化する一方、流体の少なくとも一部分は凝縮器１５内で蒸気から液体に変化する。
【００１８】
蒸発器１１を通って流れる流体は熱を吸収するため、蒸発器１１が冷却すべき空間内に配置されるならば、空気調和システムすなわち冷却システムとなる。他方、凝縮器１５を通って流れる流体は熱を失うため、凝縮器１５が暖房すべき空間内に配置されるならば、ヒートポンプシステムとなる。蒸発器１１及び凝縮器１５は空間を直接冷却し又は暖房することができる（例えば、内部の空気を通じて）。これと代替的に、蒸発器１１及び凝縮器１５は、その他の熱伝導流体（例えば、水）との熱交換を行い、該熱伝導流体は別の熱伝導メカニズムを通じて空間を冷却し又は暖房する。
【００１９】
更に、外部の空気と直接熱交換するシステムは、空気調和システムすなわち冷却システム及びヒートポンプシステムの双方として作用可能である。例えば、夏の間、図１に図示したシステムは空気調和システムすなわち冷却システムとして作用し、この場合、蒸発器１１が熱を吸収することにより内部の空気を冷却する一方、凝縮器１５は熱を外部の空気に失う。この空気調和システムすなわち冷却システムにおいて、流体は参照番号２１で示した方向に流れる。他方、冬の間、膨張弁２５は作動して流体の流れを参照番号２３で示した反対方向に逆にし空気調和システムすなわち冷却システムをヒートポンプシステムに転換する。このヒートポンプシステムにおいて、熱交換器１１は、熱を失うことにより内部の空気を暖房する凝縮器となる一方、熱交換器１５は、外部の空気から熱を吸収する蒸発器となる。
【００２０】
本発明の好ましい実施の形態を説明する目的のため、以下の詳細な説明は、熱伝導流体から熱を吸収する直接膨張蒸発器を有する一例としての冷却システムに関するものである。しかし、本発明は、特定のシステム又は熱交換器にのみ何ら限定されるものではない。本発明は、バルク流（ｂｕｌｋ ｆｌｏｗ）れから分離された液体をバルク流れと共に連続的に且つ安定状態で排出する任意の装置及び方法を包含するものである。
【００２１】
図２には、冷却システムにおける直接膨張蒸発器１１が図示されている。直接膨張蒸発器１１は、冷媒入口１０と、主要チャンバ１２と、冷媒出口１４とを有している。直接膨張蒸発器１１はまた、その最後の通過部分１８に配置された出口チャンバ１６を有している。冷媒は直接膨張蒸発器１１に入り、主要チャンバ１２内に束ねて配置された蒸発器管２２を通って流れ且つ冷媒出口１４から出る前に、出口チャンバ１６内に流れる。これと同時に、熱伝導流体（例えば、水）が熱伝導流体入口２６を通って主要チャンバ１２に入り、蒸発器管２２の外面を横断して流れ、次に、熱伝導流体出口２８を通って主要チャンバ１２から出る。冷媒及び熱伝導流体が直接膨張蒸発器１１を通って流れる間、冷媒は熱伝導流体から熱を吸収する。その結果、熱伝導流体はその熱含量（ｈｅａｔ ｃｏｎｔｅｎｔ）を失う（例えば、熱伝導流体の温度が降下する）。次に、熱伝導流体は別の熱伝導メカニズムを通じて空間又はその他のものを冷却することができる。
【００２２】
熱伝導流体から熱を吸収する結果、冷媒の少なくとも一部分は液体から蒸気への相変化を受ける。このように、出口チャンバ１６に入る冷媒は典型的に液体及び蒸気の混合体となる。しかし、直接膨張蒸発器１１の特定の設計及び熱伝導流体の熱含量に対応して、出口チャンバ１６に入る全ての冷媒は蒸気となる。換言すれば、出口チャンバ１６に入る全ての冷媒は飽和蒸気又は過熱蒸気となる。更に、冷媒はコンプレッサ１３（図１）の滑らかな機械的作動を保証し得るよう油（例えば、潤滑油）を含むことができる。冷媒と異なり、液体の形態にある油は相変化を受けない。従って、出口チャンバ１６に入る流体は、（１）油無しの冷媒蒸気及び液体の混合体、（２）油無しの冷媒蒸気、（３）油有りの冷媒蒸気及び液体の混合体、又は（４）油有りの冷媒蒸気を含むことができる。
【００２３】
図５に図示するように、出口チャンバ１６に直接入る流体の大部分（ｂｕｌｋ）は出口開口部１９を通って出口チャンバ１６から出る。参照番号２０は流体のこのバルク流れを示す。しかし、流体中の液体部分の一部は、バルク流れ（ｂｕｌｋ ｆｌｏｗ）２０から分離し易くなり且つ重力によって出口チャンバ１６の底部に落下する。分離されて出口チャンバ１６の底部分に集まった液体は液体冷媒３０、油３４又はその混合体となる。出口チャンバ１６に入る冷媒が全て蒸気である場合でさえ、蒸気が出口チャンバ１６内で熱を失う結果、液体冷媒が形成されよう。この新たに形成された液体冷媒は、バルク流れ２０から分離し且つ同様に出口チャンバ１６の底部分に落下する。
【００２４】
集められた液体をバルク流れ２０と共に連続的に且つ安定状態で排出するため、出口チャンバ１６はプレート３６を有している。プレート３６は、出口チャンバ１６の隣接する面及び出口チャンバ１６内の流れ特性と協働し、集められた液体をバルク流れ２０と共に連続的に且つ安定状態で排出する。図５に図示するように、プレート３６は、出口チャンバ１６の出口面１７に隣接して出口チャンバ１６内に配置されている。出口面１７及びプレート３６は距離ｄだけ隔てられており且つその間に通路３８を形成する。プレート３６の底部は距離ｈだけ出口チャンバ１６の底部から隔てられており、このため、集められた液体３２は流路３９を通って通路３８に入ることができる。プレート３６は、距離ｓだけ出口開口部１９の上方に突き出して集められた液体３２を通路３８を通じて吸上げる低圧領域を形成する。
【００２５】
図６に図示するように、プレート３６は、距離ｓだけ出口開口部１９の上方に突き出しており（図５）、このため、出口開口部１９内に流動するバルク流れ２０は縮小領域を通らなければならない。この縮小領域のため、縮流効果がバルク流れ２０の速度を増し、これと同時に、領域４０内のバルク流れ２０の圧力を降下させる。このように、出口開口部１９の上方に突き出すプレート３６及びバルク流れ２０が低圧領域４０を形成する。縮流効果に加えて、バルク流れ２０は摩擦損失に起因する圧力降下を生じさせる。この摩擦損失に起因する圧力降下はまた、低圧領域４０を形成することにも寄与する。
【００２６】
この低圧領域４０は、集められた液体３２の高さがｈ以上に上昇したとき（図５）、集められた液体３２をプレート３６と出口面１７との間の通路３８を通じて吸上げる。このように、図６に図示するように、集められた液体３２は出口開口部１９を通ってバルク流れ２０と共に直接膨張蒸発器１１から出る。集められた液体３２が通路３８を通じて吸上げられるとき、低圧領域４０は液体冷媒３０の一部分（図５）を蒸気内にどっと流し込む。しかし、集められた液体３２が通路３８を通って吸上げられるとき、蒸気となる油３４はない。低圧領域４０と集められた液体３２との間の圧力差は僅かであるから、液体冷媒３０がどっと流れ込むことは、あるにしても、最小限であると考えられる。
【００２７】
好ましくは、図５に図示した距離ｄ、ｈ、ｓは実験的試験を通じて決定されるものとする。距離ｄ、ｈ、ｓは、特に、蒸発器の作動条件、出口開口部１９のサイズ、出口チャンバ１６のサイズ、集められた液体３２が通路３８を通るときの望ましい流動特性、冷却システムの容量、直接膨張蒸発器１１の作動圧力を含む、多数のファクタに相応して変る。集められた液体３２が通路３８を通って流れるときの望ましい流動特性、直接膨張蒸発器１１の関連する寸法及びバルク流れ２０が与えられるならば、距離ｄ、ｈ、ｓは、解析によって決定し又は少なくとも近似値を得ることができる。しかし、全ての流動特性が直ちに把握されるとは限らないから、解析法によって正確に決定することは極めて困難である。こうした状況を考慮すれば、距離ｄ、ｈ、ｓを決定する上で解析法による多少の最初の近似化を伴い又は伴わずに実験によって決定することが好ましい。
【００２８】
以下の寸法及び配置は本発明の１つの好ましい実施の形態を更に示すため掲げたものである。これらの寸法及び配置は、１５０トンの冷却が望まれる適用例に相応する。しかし、これら寸法及び配置は性質の点で一例にしか過ぎず、本発明の範囲を限定するものではないことを認識すべきである。
【００２９】
１５０トンの冷却が望まれる適用例において、プレート３６は、直径約５０８ｍｍ（２０インチ）、厚さ約３．１８ｍｍ（１／８インチ）の円形の炭素鋼片（例えば、ＡＳＴＭ Ａ−３６）にて製造することが好ましい。図３及び図４に示すように、プレート３６の頂部分及び底部分は、除去されている。出口チャンバ１６は、円筒状の形状であり、内径約５０８ｍｍ（２０インチ）、長さ約９．５３ｍｍ（３／８インチ）及び肉厚約１２．７ｍｍ（１／２インチ）であることが好ましい。プレート３６及び出口チャンバ１６の直径は、等しく、このため、プレート３６は、図４に図示するように、出口チャンバ１６の側部まで全距離に亙って伸びている。プレート３６は、溶接、プレス嵌めすなわち圧入又はその他の既知の技術によって出口チャンバ１６の側面に接続されて、プレート３６と出口面１７との間にプレート３６の底部からその頂部までの通路３８を提供する。通路３８は、本発明の目的上、流体密のシールを提供する必要はない。
【００３０】
冷媒出口１４は、外径約６．３５ｃｍ（２・１／２インチ）及び厚さ約１．５９ｍｍ（１／１６インチ）である。該冷媒出口は、出口チャンバ１６の頂部の内側から冷媒出口１４の頂部の内側まで測定したとき、出口チャンバ１６の頂部から約６．３５ｃｍ（２・１／２インチ）の位置に配置される。プレート３６は、出口面１７から約６．３５ｍｍ（１／４インチ）（図５の距離ｄ（インチ））の位置に配置され且つ冷媒出口１４の底部の内側の上方に約１２．７ｍｍ（１／２インチ）（図５の距離ｓ）突き出している。プレート３６の底部は、出口チャンバ１６の底部から約６．３５ｍｍ（１／４インチ）乃至約１２．７ｍｍ（１／２インチ）（図５の距離ｈ）の位置に配置されている。管頭部２７は、厚さ約１９．０５ｍｍ（３／４インチ）であり、また、約１５．８８ｍｍ（５／８インチ）の多数の蒸発管２２を支持し得るように約１５．８８ｍｍ（５／８インチ）の穴を有している。
【００３１】
再度言えば、これら寸法及び配置の全ては、１５０トンの冷却が望まれる適用例にて使用される。しかし、本発明は、上述した好ましい実施の形態以外のものを包含する。バルク流体流れから分離された液体を安定状態で且つ、連続的に除去する全ての変形例は、所望の全体的な冷媒製造量に関係なく本発明に包含されるものである。
【００３２】
図３及び図４には、プレート３６の頂部及び底部が直線状のものとして図示されているが、これらは、異なる形態をとることができる。例えば、プレート３６の頂部及び底部は、直線状でなく、湾曲させてもよい。また、所定の距離だけ分離した１対の水平壁４２を図７に示すように、出口開口部１９の周りでプレート３６の頂部に設けることができる。これらの水平壁４２は、プレート３６の頂部から出口面１７まで伸び、この出口面にて、これらの水平壁は、溶接、プレス嵌め又はその他の既知の技術によって出口面１７と接続される。これらの水平壁４２は、集められた液体が出口開口部１９に入る前に、蛇行路をとることを防止することにより、その集められた液体の流動効率を向上させる。例えば、水平壁４２が無いならば、集められた液体は、最終的に、出口開口部１９に入る前に、出口面１７の頂部まで且つ出口開口部１９の周りを多数回、流れる可能性がある。水平壁４２は、この流動の非効率さを解消することになる。
【００３３】
これと代替的に、図８に図示するように、１対の傾斜壁４４をプレート３６内に設けてもよい。これらの傾斜壁４４は、プレート３６の底部からその頂部まで伸びている。これらの傾斜壁４４は、また、プレート３６の表面から出口面１７に向けて伸び、この出口面にて、溶接、プレス嵌め又はその他の既知の技術によって出口面１７と接続されている。このように、出口チャンバ１６の側面に代えて、これらの傾斜壁４４は、プレート３６及び出口面１７と共に、通路３８を形成する。これらの傾斜壁４４は、また、集められた液体を出口開口部１９まで直接案内することにより、集められた液体の流動効率を向上させる。このように、傾斜壁４４は、集められた液体が出口開口部１９に入る前に蛇行路をとることを防止する。勿論、プレート３６には、水平壁４２及び傾斜壁４４を設けることが可能である。
【００３４】
次に、上述したプレート及び直接膨張蒸発器の作用について図面を参照しつつ説明する。しかし、本発明は、冷却システム内の直接膨張蒸発器以外のものを包含することを理解すべきである。冷却システム内の直接膨張蒸発器は、本発明の原理を示すために記載したが、本発明は、バルク流れから分離された液体をバルク流れと共に連続的に且つ安定状態で排出する任意の装置及び方法を包含するものである。
【００３５】
図２に図示するように、冷媒は、蒸発器管２２を通って流れ且つ熱伝導流体から熱を吸収する。その吸収された熱は、冷媒の少なくとも一部分を、液体から蒸気に変換する。その結果、出口チャンバ１６に入る冷媒は、液体及び蒸気の混合体又は全蒸気となる。冷媒と異なり、潤滑のため冷媒に追加することのできる油は、液体の形態のままである。このように、出口チャンバ１６は、（１）油無しの冷媒液体及び蒸気の混合体、（２）油無しの冷媒蒸気、（３）油有りの冷媒液体及び蒸気の混合体、又は（４）油有りの冷媒蒸気を受け取ることができる。
【００３６】
図５に図示するように、流体の主体部は、出口チャンバ１６に入り、出口開口部１９を通って直接、出る。しかし、液体部分の一部は、バルク流れ２０から分離し、出口チャンバ１６の底部分に落下する。バルク流れ２０から分離し且つ、出口チャンバ１６の底部分に集まるこの液体部分は、液体冷媒３０、油３４又はその混合体であり得る。出口チャンバ１６に入る冷媒が油無しの全蒸気である場合でさえ、蒸気の一部は、出口チャンバ１６内で熱を失うことにより（例えば、外部環境への熱損失により）、液体となる。この液体の一部は、バルク流れ２０から分離し、出口チャンバ１６の底部分に集まる。
【００３７】
図６に図示するように、集められた液体３２は、その高さがプレート３６の底部よりも上方になったとき、バルク流れ２０と共に、出口開口部１９を通って連続的に且つ安定状態で排出される。プレート３６は、出口開口部１９の上方に突き出すから、バルク流れ２０は、出口開口部１９を通って出る前に、縮小領域を通らなければならない。この縮小領域は、低圧領域４０を生じる縮流効果を発生させる。低圧領域４０は、集められた液体３２を通路３８を通って吸上げ且つ、その液体をバルク流れ２０と共に、出口開口部１９を通じて排出する。このため、プレート３６は、集められた液体３２を連続的に且つ安定状態で出口チャンバ１６から除去し、これにより急激な「スラッグ（ｓｌｕｇ）」状の除去を回避する。
【００３８】
本発明は、流体及び該流体から分離され且つ出口チャンバの底部分に集められた液体を排出する装置及び関連する方法を含む。流体の主体部は、出口チャンバの出口面に配置された出口開口部を通って出口チャンバから直接、出る。しかし、流体の液体部分の一部は、重力によって出口チャンバの底部分に落下し且つ集まり、直接、出ることはできない。集められた液体を流体のバルク流れ２０と共に、出口チャンバから排出するため、プレートが出口面に隣接して配置されその間に通路を形成する。プレートは、出口開口部を被って突き出しており、このため、出口開口部内に流動するバルク流体は、縮小領域を通らなければならず、これにより通路の頂部に低圧領域を形成する。この低圧領域は、集められた液体を通路を通じて吸上げ且つ、その液体をバルク流れと共に、出口開口部を通じて排出する。その結果、集められた液体は、急激な「スラッグ」状の排出を伴わずに、連続的に且つ安定状態で排出される。好ましくは、本発明は、冷却システム内の直接膨張蒸発器内で使用されるものとする。しかし、本発明は、バルク流体から分離された液体をバルク流体と共に、連続的に且つ安定状態で排出する任意の装置にて使用することができる。
【００３９】
本発明の範囲及び精神から逸脱せずに、本発明の構造体及び方法に対し種々の改変例及び変更例を具体化することが可能であることは当該技術分野の当業者に明らかであろう。本明細書に開示された本発明の特徴及び実施を考慮することで、本発明のその他の実施例が当該技術分野の当業者に明らかになるであろう。特定の値及び実施例は単に一例であり、本発明の真の範囲及び精神は、特許請求の範囲によって示すことを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明による空気調和システム、冷却システム又はヒートポンプシステムの概略図である。
【図２】本発明による直接膨張蒸発器の側面図である。
【図３】本発明によるプレートの正面図である。
【図４】本発明による直接膨張蒸発器のプレート及び出口チャンバの正面図である。
【図５】バルク流体流れと、該バルク流体流れから分離した後、出口チャンバの底部分に集まった液体とを示す、本発明による直接膨張蒸発器の側面断面図である。
【図６】バルク流体流れと共に直接膨張蒸発器から出る出口チャンバの底部に集められた液体を示す、本発明による直接膨張蒸発器の側面断面図である。
【図７】本発明による直接膨張蒸発器の出口チャンバと、水平壁を有するプレートとの斜視図である。
【図８】本発明による直接膨張蒸発器の出口チャンバと、傾斜壁を有するプレートとの斜視図である。

Claims (47)

1. 出口チャンバが分離された液体を集め得る形態とされ、出口チャンバが出口チャンバの出口面に配置された出口開口部と流体的に連通している、流体及び該流体から分離された液体を出口チャンバから排出する装置において、
   出口面に隣接して出口チャンバ内に配置可能なプレートであって、プレートと出口面との間に通路を形成し、出口チャンバを通り且つ出口開口部内に流れる流体が出口チャンバ内に集められた液体を通路を通って且つ、流体と共に、出口開口部を通って吸引するように、出口開口部を被って突き出すような形態とされたプレートを備える、流体及び該流体から分離された液体を出口チャンバから排出する装置。
2. 請求項１の装置において、プレートは、集められた液体が通路に流れるための流路を出口チャンバの底部とプレートの底部との間に形成するような形態とされている、装置。
3. 請求項１の装置において、プレートが、プレートと出口面との間に通路を形成し得るように出口チャンバの側面と接続し得るような形態とされている、装置。
4. 請求項１の装置において、プレートが、その頂部から伸びて且つ出口面と接続し得る形態とされている壁を更に備える、装置。
5. 請求項１の装置において、プレートが、その底部から頂部まで伸び且つ出口面と接続して通路を形成し得る形態とされている壁を更に備える、装置。
6. 請求項１の装置において、プレートが、その頂部分及び底部分が除去された円板である、装置。
7. 請求項１の装置において、プレートが、出口開口部を被って２５．４ｍｍ（１インチ）以下だけ突き出すような形態とされている、装置。
8. 請求項１の装置において、プレートが、出口面から２５．４ｍｍ（１インチ）以下の位置に配置し得るような形態とされている、装置。
9. 請求項１の装置において、プレートの底部が出口チャンバの底部から２５．４ｍｍ（１インチ）以下の位置に配置し得るような形態とされている、装置。
10. 出口チャンバが分離された液体を集め得るような形態とされ、出口チャンバが出口チャンバの出口面に配置された出口開口部と流体的に連通している、流体及び該流体から分離された液体を出口チャンバから排出する方法おいて、
    プレート及び出口面がその間に通路を形成し、プレートが出口開口部を被って突き出るように、プレートを出口面に隣接して出口チャンバ内に配置することと、
    流体を出口チャンバを通って且つ出口開口部内に流動させ、出口チャンバ内に集まった液体を前記通路を通って且つ、流体と共に出口開口部を通って出るように吸引するようにすることとを備える、流体及び該流体から分離された液体を出口チャンバから排出する方法。
11. 請求項１０の方法において、集められた液体が通路まで流れるための流路を形成し得るようにプレートの底部を出口チャンバの底部から隔てることを更に備える、方法。
12. 請求項１０の方法において、プレートと出口面との間に通路を形成し得るように、プレートを出口チャンバの側面と接続することを更に備える、方法。
13. 請求項１０の方法において、プレートの頂部から伸びる壁を出口面と接続することを更に備える、方法。
14. 請求項１０の方法において、プレートの底部から伸びる壁を出口面を有するプレートの頂部と接続して通路を形成することを更に備える、方法。
15. 請求項１０の方法において、プレートが、出口開口部を被って２５．４mm（１インチ）以下だけ突き出している、方法。
16. 請求項１０の方法において、プレートが出口面から２５．４mm（１インチ）以下の位置に配置されている、方法。
17. 請求項１０の方法において、プレートの底部が、出口チャンバの底部から２５．４mm（１インチ）以下の位置に配置されている、方法。
18. 熱交換器において、
    熱を吸収するため流体が通して流れる主チャンバと、
    流体を主チャンバから受け取り且つ流体から分離された液体を集め得る形態とされた出口チャンバと、
    出口チャンバの出口面に配置され出口チャンバと流体的に連通した出口開口部と、
    出口面に隣接して出口チャンバ内に配置されたプレートであって、プレートと出口面の間に通路を形成し、出口チャンバを通り且つ出口開口部内に流れる流体が出口チャンバ内に集められた液体を通路を通って且つ、流体と共に出口開口部を通って出るように吸引するように、出口開口部を被って突き出すプレートとを備える、熱交換器。
19. 請求項１８の熱交換器において、プレートの底部が、集められた液体が通路まで流れるための流路を形成し得るように出口チャンバの底部から隔てられている、熱交換器。
20. 請求項１８の熱交換器において、プレートが、出口チャンバの側面と接続されてプレートと出口面との間に通路を形成する、熱交換器。
21. 請求項１８の熱交換器において、プレートが、その頂部から伸び且つ出口面と接続された壁を更に備える、熱交換器。
22. 請求項１８の熱交換器において、プレートが、その頂部から底部まで伸び且つ出口面と接続されて通路を形成する壁を更に備える、熱交換器。
23. 請求項１８の熱交換器において、流体の少なくとも一部分が、主チャンバを通って流れる間に液体から蒸気への相変化を受ける、熱交換器。
24. 請求項２３の熱交換器において、流体が冷媒を含む、熱交換器。
25. 請求項２４の熱交換器において、出口チャンバ内に集められた液体が冷媒を含む、熱交換器。
26. 請求項２４の熱交換器において、流体が油を含む、熱交換器。
27. 請求項２６の熱交換器において、出口チャンバ内に集められた液体が油を含む、熱交換器。
28. 請求項２７の熱交換器において、出口チャンバ内に集められた油が冷媒を含む、熱交換器。
29. 請求項１８の熱交換器において、プレートが、その頂部及び底部が除去された円板である、熱交換器。
30. 請求項１８の熱交換器において、プレートが出口開口部を被って２５．４mm（１インチ）以下だけ突き出している、熱交換器。
31. 請求項１８の熱交換器において、プレートが、出口面から２５．４mm（１インチ）以下の位置に配置されている、熱交換器。
32. 請求項１８の熱交換器において、プレートの底部が、出口チャンバの底部から２５．４mm（１インチ）以下の位置に配置されている、熱交換器。
33. 流体が１回のサイクルにて貫通して流れる熱交換システムにおいて、
    コンプレッサと、
    流体を該コンプレッサから受け取り且つ第一の熱交換器を通って流れる間に流体が熱を失った後、流体を排出する第一の熱交換器と、
    流体を第一の熱交換器から受け取る膨張装置と、
    流体を膨張装置から受け取り且つ流体をコンプレッサに排出する第二の熱交換器とを備え、該第二の熱交換器が、
    熱を吸収し得るよう流体が通して流れる主チャンバと、
    流体を主チャンバから受け取り且つ流体から分離された液体を集め得るような形態とされた出口チャンバと、
    出口チャンバの出口面に配置されて、出口チャンバと流体的に連通した出口開口部と、
    出口面に隣接して出口チャンバ内に配置されたプレートであって、プレートと出口面との間に通路を形成し、出口チャンバを通り且つ出口チャンバ内に流れる流体が出口チャンバ内に集められた液体を通路を通って且つ、流体と共に、出口開口部を通って出るように吸引するように出口開口部を被って突き出すプレートとを備える、熱交換システム。
34. 請求項３３のシステムにおいて、プレートの底部が、集められた液体が通路まで流れるための流路を形成し得るように出口チャンバの底部から隔てられている、システム。
35. 請求項３３のシステムにおいて、プレートが、プレートと出口面との間に通路を形成し得るように出口チャンバの側面と接続されている、システム。
36. 請求項３３のシステムにおいて、プレートが、その頂部から伸びて且つ出口面と接続されている壁を更に備える、システム。
37. 請求項３３のシステムにおいて、プレートが、その底部から頂部まで伸び且つ出口面と接続されて通路を形成する壁を更に備える、システム。
38. 請求項３３のシステムにおいて、流体の少なくとも一部分が、主チャンバを通って流れる間に液体から蒸気への相変化を受ける、システム。
39. 請求項３８のシステムにおいて、流体が冷媒を含む、システム。
40. 請求項３９のシステムにおいて、出口チャンバ内に集められた液体が冷媒を含む、システム。
41. 請求項３９のシステムにおいて、流体が油を含む、システム。
42. 請求項４１のシステムにおいて、出口チャンバ内に集められた液体が油を含む、システム。
43. 請求項４２のシステムにおいて、出口チャンバ内に集められた液体が冷媒を含む、システム。
44. 請求項３３のシステムにおいて、プレートが、その頂部分及び底部分が除去された円板である、システム。
45. 請求項３３のシステムにおいて、プレートが出口開口部を被って２５．４mm（１インチ）以下だけ突き出している、システム。
46. 請求項３３のシステムにおいて、プレートが、出口面から２５．４mm（１インチ）以下の位置に配置されている、システム。
47. 請求項３３のシステムにおいて、プレートの底部が、出口チャンバの底部から２５．４mm（１インチ）以下の位置に配置されている、システム。