JPH11153362A - 冷却装置 - Google Patents

冷却装置

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JPH11153362A
JPH11153362A JP32330697A JP32330697A JPH11153362A JP H11153362 A JPH11153362 A JP H11153362A JP 32330697 A JP32330697 A JP 32330697A JP 32330697 A JP32330697 A JP 32330697A JP H11153362 A JPH11153362 A JP H11153362A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】エバポレータの熱負荷が小さいときにコンプレ
ッサ出入口で冷媒蒸気をバイパスさせるようにしても、
コンプレッサの過熱を有効に防止することができ、かつ
システムの重量増加や信頼性低下を有効に回避できる構
成を採用する。 【解決手段】エバポレータ2に冷媒を飽和状態で送り込
むために設けられている膨脹弁3に対して、コンプレッ
サ4の入口若しくは出口の温度上昇を検出してその開度
を増大させる開度制御機構Dを設け、コンプレッサ4が
過熱傾向にあるときにエバポレータ2への冷媒流量を増
大させるようにしたので、新たな液ライン等を一切持ち
込むことなく、エバポレータ2の出口、ひいてはコンプ
レッサ4の出入口における冷媒温度を有効に降下させる
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、航空機の空調シス
テムや機器冷却ライン等に好適に適用可能な冷却装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】図2に、従来より航空機に適用されてい
る冷却装置の一例を示す。このものは、空気等を流通さ
せる1次回路Aと、冷却目的である冷却液等を流通させ
る2次回路Bとの間に、冷媒を循環させて熱サイクルを
繰り返し営ませる冷媒循環回路Cを構成している。この
冷媒循環回路Cは、1次回路Aとの間、2次回路Bとの
間に、それぞれコンデンサ1及びエバポレータ2を配設
するとともに、エバポレータ2の入口に膨脹弁3を配置
し、エバポレータ2からコンデンサ1に向かう流路にコ
ンプレッサ4を配置している。
【0003】この冷却装置では、先ず冷媒循環回路Cを
流れる低圧の冷媒をコンプレッサ4で圧縮し、高温高圧
の蒸気とした上で、その冷媒をコンデンサ1において空
気等と熱交換させることにより凝縮させて液相にする。
次に、膨脹弁3で膨脹させ、気液二相状態でエバポレー
タ2に入力して冷却液等との熱交換に供した後、気相状
態で再度コンプレッサ4に入力し、以下同様の熱サイク
ルを営ませる。このような熱サイクルを繰り返す過程
で、2次回路Bを流れる冷却液等が保有する熱を、冷媒
循環回路Cを介して1次回路A側へ汲み出す作用を営
む。なお、前記膨脹弁3はエバポレータ2の出口に設け
られた感温筒5に関連づけられていて、エバポレータ2
を出た冷媒が確実に気相状態にあるように、つまり一定
のスーパーヒート状態(飽和温度よりも温度の高い状
態)にあるように、膨脹弁3の開度を変化させている。
これは、エバポレータ2で冷媒を確実に蒸発させ、冷媒
がコンプレッサ4に液相状態で流入することによるコン
プレッサ4若しくは周辺要素部品の破損等を防ぐためで
ある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、2次回路B
側が比較的低温であり、エバポレータ2への熱負荷が低
いときには、過冷却を防ぐためにエバポレータ2の冷媒
流量を減少させる必要がある。このため、図示冷却装置
は、コンプレッサ4の出入口間を連絡する位置に弁6a
を有するバイパス回路6を設け、このバイパス回路6で
冷媒を出口から入口へ回り込ませて、エバポレータ2へ
の冷媒の流入量を低減する方策をとっている。
【0005】ところが、このような構成を採用した場
合、コンプレッサ4の出入口における冷媒蒸気温度が上
昇し過ぎる恐れがある。そこで、図示冷却装置は、コン
デンサ1からエバポレータ2へ向かう冷媒の一部を抽出
回路7を介して抽出し、これを前記バイパス回路6に供
給することで、コンプレッサ4の出入口における冷媒蒸
気温度を下げる構成を併用している。
【0006】このため、前記抽出回路7を構成する液ラ
イン7aや制御バルブ7bが余分に必要になり、システ
ム全体の重量増加を招くほか、液ライン7aや制御バル
ブ7bが漏れや故障の発生要因、ひいてはシステム全体
の信頼性低下を招く要因となっているという問題があ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明は、コンプレッサで圧縮した冷媒をコン
デンサで凝縮し、膨脹弁で膨脹させた後にエバポレータ
に流入させて冷却目的との熱交換に供し、更にエバポレ
ータを出た冷媒を前記コンプレッサに再流入させる冷媒
循環回路と、前記コンプレッサの入口と出口の間を連絡
するバイパス回路とを具備するとともに、前記膨脹弁
に、コンプレッサの入口若しくは出口の温度上昇を検出
してその開度を増大させる開度制御機構を設けたことを
特徴としている。
【0008】このような構成のものであると、コンプレ
ッサが過熱しそうになった場合、それに応じて開度制御
機構が膨脹弁の開度を増大させる。このため、エバポレ
ータへの冷媒流入量が増し、エバポレータの出口温度が
低下する。そして、この冷媒がコンプレッサの出口から
バイパス回路を介して回り込んだ冷媒と相混合されるこ
とにより、コンプレッサへ流入する冷媒全体の温度は開
度制御機構が働く前に比べて確実に低くなり、コンプレ
ッサの出口温度の過熱を有効に防止することとなる。し
かも、従来の冷媒抽出回路に比べて、本発明は既存の冷
媒循環回路をそのまま用いて構成できるものであり、重
量増加や信頼性低下の要因を持ち込むことがない点で極
めて有効なものとなる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の一実施例を、図1を参照して
説明する。なお、本実施例の構成は、図2に示したもの
と基本的に同様のものであり、共通する部分には同一符
号を付している。すなわち、この実施例の冷却装置は、
空気等を流通させる1次回路Aと、冷却目的である冷却
液等を流通させる2次回路Bとの間に、冷媒を循環させ
て熱サイクルを繰り返し営ませる冷媒循環回路Cを構成
している。この冷媒循環回路Cは、1次回路Aとの間、
2次回路Bとの間に、それぞれコンデンサ1及びエバポ
レータ2を配設するとともに、エバポレータ2の入口に
膨脹弁3を設け、エバポレータ2からコンデンサ1に向
かう流路にコンプレッサ4を設けている。
【0010】このような構成において、先ず冷媒循環回
路Cを流れる低圧の冷媒をコンプレッサ4で圧縮し、高
温高圧の蒸気とした上で、その冷媒をコンデンサ1で空
気等と熱交換させることにより凝縮させて液相にする。
次に、膨脹弁3で膨脹させ、気液二相状態でエバポレー
タ2に入力して冷却液等との熱交換に供した後、気相状
態で再度コンプレッサ4に入力し、以下同様の熱サイク
ルを営ませる。このような熱サイクルを繰り返す過程
で、2次回路Bを流れる冷却液等が保有する熱を、冷媒
循環回路Cを介して1次回路A側へ汲み出す作用を営
む。
【0011】また、エバポレータ2に対して熱負荷が低
いときの冷媒流量を減少させる目的で、コンプレッサ4
の出入口間を連絡する位置に弁6aを有するバイパス回
路6を設け、冷媒を出口から入口へバイパスさせる構成
を併用している。このような構成において、本実施例は
更に、そのバイパス回路6を通じて冷媒がバイパスする
ことによるコンプレッサ4の出口における冷媒蒸気の過
熱を防止するために、コンプレッサ4の入口温度T3若
しくは出口温度T4を検出して膨脹弁3の開度制御を行
う開度制御機構Dを設けている。
【0012】この開度制御機構Dは、コンプレッサ4の
入口温度T3若しくは出口温度T4を検出する第1の検
出手段11と、エバポレター2の出口温度T2を検出す
る第2の検出手段12と、エバポレータ2の入口温度T
1若しくは出口圧力P2を検出する第3の検出手段13
と、これらの検出手段11、12、13から入力される
検出値に基づいて前記膨脹弁3の開度を制御するコント
ローラ14とを具備してなる。制御の概要は、先ず前記
第3の検出手段13からが検出するエバポレータ入口温
度T1から直接に若しくは前記第2の検出手段12が検
出するエバポレータ出口圧力P2から間接的に計算され
る飽和温度T1と、第2の検出手段12が検出するエバ
ポレータ出口温度T2との差からエバポレータ2の出口
における冷媒のスーパーヒート状態を検出し、それが予
め定めたレベルに維持されるように前記膨脹弁3の開度
を制御する。しかも、第1の検出手段11が検出するコ
ンプレッサ4の入口温度T3若しくは出口温度T4が過
熱状態になったと判断した場合には、前記スーパーヒー
トレベルを低レベル側(すなわち低温側)にシフトさせ
る補正を並行して行う。例えば、仮に飽和温度が15°
Cであるとして、通常はスーパーヒート状態をそれより
も5°C程度高いレベル(20°C)に設定しておき、
コンプレッサ4の出入口の過熱を検知したときには、飽
和温度よりも4°Cないし3°C程度高い程度のレベル
(19〜18°C)にまでレベルダウンさせる如くに機
能する。
【0013】次に、本実施例の作用を説明する。エバポ
レータ2における熱負荷が大きいときはバイパス回路6
は弁6aによって閉じられている。熱負荷が小さくなる
と、エバポレータ2での冷媒の蒸発量が減少するため、
コントローラ14は当初、スーパーヒートを一定に保つ
ために膨脹弁3の開度を小さくする。また、バイパス回
路6が開き、コンプレッサ4の出口から入口に冷媒がバ
イパスし始め、これによりエバポレータ2への流入量が
抑制されて、2次回路B側への過冷却が防止される。一
方、これによりコンプレッサ4の出入口温度が上昇し、
過熱ぎみになると、コントローラ14はそれを認識して
目標とするスーパーヒートレベルを低レベル側にシフト
し、そのために膨脹弁3の開度を増大させる制御を行
う。これにより、エバポレータ2への冷媒流入量が増大
し、エバポレータ2の出口温度T2を低下させる。そし
て、この冷媒がコンプレッサ4の出口からバイパス回路
6を介して回り込んだ冷媒と相混合されることにより、
コンプレッサ4の入口へ流入する冷媒全体の温度が確実
に降下し、結果的にコンプレッサ4の出口における過熱
を有効に防止することとなる。
【0014】以上のように、本実施例の冷却装置は、エ
バポレータ2の熱負荷が小さいときにはコンプレッサ4
の出口から入口へ冷媒をバイパスさせることによって2
次回路Bに対する過冷却を有効に防止する機能を確保す
ると同時に、上述した冷媒のバイパス作用によりコンプ
レッサ4の出入口における冷媒蒸気温度が過熱ぎみにな
ったときには膨脹弁3の開度を増大させてエバポレータ
2の出口温度T2を下げ、過熱を有効に防止することに
なる。しかも、この実施例は、かかる機能を既存設備の
範囲内で有効に成立させることができるものであり、従
来の冷媒抽出回路7のような新たな液ライン等を持ち込
むものではないため、システム全体の重量増加を招くこ
とがないばかりか、液漏れ等の恐れが生じることもな
く、システムの信頼性を有効に確保しておくことができ
る。したがって、本実施例の冷却装置は、特に可及的な
軽量コンパクト化や厳しい信頼性が要求される航空機の
電子機器冷却ラインや空調ライン等に適用して極めて有
用なものとなり得る。
【0015】なお、上記実施例では、エバポレータ2の
出口における冷媒のスーパーヒート状態を抑制する制御
を行うようにしているが、これに代えて、コンプレッサ
4の出入口における冷媒のスーパーヒート状態を抑制す
る制御を行うようにしてもよい。このようにした場合、
エバポレータ2の出口におけるスーパーヒート状態を監
視する必要がなくなるのは勿論のこと、それ以外にも、
コンプレッサ4の入口さえ冷媒が安定した気相状態にあ
ればエバポレータ2の出口は気液二相状態であっても構
わない事になるため、より低い温度で冷媒をコンプレッ
サ4に供給することが可能となり、過熱防止の実効を高
めることができる。また、上記実施例ではコントローラ
14を通じた電気的な手法によって膨脹弁3を制御して
いるが、感温筒を用いて純機械的に制御を行うようにし
てもよいのは勿論である。
【0016】その他、各部の具体的な構成は図示実施例
のものに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱
しない範囲で種々変形が可能である。
【0017】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように、コンプ
レッサが出入口をパイパス回路によって短絡されている
ことに起因して出入口における冷媒蒸気が過熱状態にな
ることを防止するために、コンデンサからの冷媒をエバ
ポレータに飽和蒸気として送り込むための膨脹弁を開度
制御機構によって制御し、コンプレッサの入口若しくは
出口の温度上昇を検出した際にその開度を増大させるよ
うにしたものである。このため、エバポレータの熱負荷
が小さいときにはコンプレッサの出口から入口へ冷媒を
バイパスさせることによって2次回路に対する過冷却を
有効に防止する機能を確保すると同時に、このような冷
媒のバイパス作用によりコンプレッサの出入口における
冷媒蒸気温度が過熱ぎみになったときには膨脹弁の開度
を増大させてエバポレータの出口温度を下げ、過熱を有
効に防止することができる。しかも、本発明は、かかる
機能を既存設備の範囲内で有効に成立させるものである
ので、システム全体の重量増加を招くことがないばかり
か、液漏れ等の恐れが生じることもなく、システムの信
頼性を有効に確保することができる。
【0018】以上のように、本発明の冷却装置は、特に
可及的な軽量コンパクト化や厳しい信頼性が要求される
航空機等に適用して極めて有用なものとなり得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すシステム系統図。
【図2】従来例を示すシステム系統図。
【符号の説明】
1…コンデンサ 2…エバポレータ 3…膨脹弁 4…コンプレッサ 6…バイパス回路 C…冷媒循環回路 D…開度制御機構

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】コンプレッサで圧縮した冷媒をコンデンサ
    で凝縮し、膨脹弁で膨脹させた後にエバポレータに流入
    させて冷却目的との熱交換に供し、更にエバポレータを
    出た冷媒を前記コンプレッサに再流入させる冷媒循環回
    路と、前記コンプレッサの入口と出口の間を連絡するバ
    イパス回路とを具備してなるものにおいて、 前記膨脹弁に、コンプレッサの入口若しくは出口の温度
    上昇を検出してその開度を増大させる開度制御機構を設
    けたことを特徴とする冷却装置。
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