JP2015108498A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
Description
常温における飽和蒸気圧が負圧である冷媒を循環させる主回路であって、冷媒蒸気を圧縮する圧縮機、冷媒蒸気を凝縮させる凝縮機構、及び冷媒液を貯留するとともに冷媒液を蒸発させる蒸発機構を有し、前記圧縮機、前記凝縮機構、及び前記蒸発機構がこの順に接続された主回路と、
吸熱用熱交換器及び減圧機構を有し、前記蒸発機構に貯留された冷媒液が前記吸熱用熱交換器に供給され、前記吸熱用熱交換器で吸熱した前記蒸発機構の内部の圧力よりも高圧の冷媒が前記減圧機構によって減圧されて前記蒸発機構に戻るように構成された蒸発側循環回路と、
前記蒸発側循環回路から前記蒸発機構に戻った冷媒中の液滴が前記圧縮機に導かれることを妨げる妨害構造と、を備えた
冷凍サイクル装置を提供する。
常温における飽和蒸気圧が負圧である冷媒を循環させる主回路であって、冷媒蒸気を圧縮する圧縮機、冷媒蒸気を凝縮させる凝縮機構、及び冷媒液を貯留するとともに冷媒液を蒸発させる蒸発機構を有し、前記圧縮機、前記凝縮機構、及び前記蒸発機構がこの順に接続された主回路と、
吸熱用熱交換器及び減圧機構を有し、前記蒸発機構に貯留された冷媒液が前記吸熱用熱交換器に供給され、前記吸熱用熱交換器で吸熱した前記蒸発機構の内部の圧力よりも高圧の冷媒が前記減圧機構によって減圧されて前記蒸発機構に戻るように構成された蒸発側循環回路と、
前記蒸発側循環回路から前記蒸発機構に戻った冷媒中の液滴が前記圧縮機に導かれることを妨げる妨害構造と、を備えた
冷凍サイクル装置を提供する。
前記接続部は、前記蒸発機構の壁を貫通して前記蒸発機構の内部空間における前記蒸発機構に貯留された冷媒液の液面を超えないように延びており、
前記接続部は、前記蒸発側循環回路から前記蒸発機構に戻された冷媒の流れが前記蒸発機構に貯留された冷媒液の液面から噴出することを防止するための噴出防止構造を備えた、冷凍サイクル装置を提供する。
前記噴出防止構造は、前記接続部の中心軸に重なるように設けられ、複数の貫通孔を有する分流板をさらに備え、
前記複数の貫通孔は、前記接続部を流れる冷媒の流れ方向に前記拡大部よりも上流側で前記接続部によって形成された流路の断面積よりも大きい開口面積を有する、冷凍サイクル装置を提供する。
前記減圧機構がバルブであり、
前記吸熱用熱交換器で吸熱した前記蒸発機構に戻る冷媒の温度を検出するための吸熱側温度センサと、
前記蒸発機構における冷媒蒸気の温度を検出するための冷媒蒸気温度センサと、
前記蒸発機構に貯留された冷媒液の液位を検出するための液位センサと、
前記吸熱側温度センサの検出値、前記冷媒蒸気温度センサの検出値、及び前記液位センサの検出値に基づいて、前記バルブの開度を調整することによって前記蒸発機構に貯留された冷媒液の液位を制御する制御部と、をさらに備えた冷凍サイクル装置を提供する。
図1に示すように、冷凍サイクル装置1は、主回路10と、凝縮側循環回路20と、蒸
発側循環回路30と、を備えている。主回路10は、圧縮機3、凝縮機構4、蒸発機構2を有し、圧縮機3、凝縮機構4、及び蒸発機構2がこの順に接続されている。蒸発機構2と圧縮機3とは、流路5aによって接続されている。圧縮機3と凝縮機構4とは、流路5bによって接続されている。凝縮機構4と蒸発機構2とは、流路5cによって接続されている。主回路10、凝縮側循環回路20、及び蒸発側循環回路30の内部には、冷媒が充填されており、大気圧よりも低い負圧状態になっている。冷媒の常温(日本工業規格:20℃±15℃/JIS Z8703)における飽和蒸気圧は負圧である。冷媒は、例えば、水又はアルコールを主成分とする冷媒である。主回路10は、常温における飽和蒸気圧が負圧である冷媒を循環させる。
器9に供給された冷媒液は、ポンプ8によって、蒸発機構2の内部よりも高圧の冷媒となっている。吸熱用熱交換器9を通過した冷媒液は、減圧機構12によって減圧される。この減圧された冷媒は、場合によっては、冷媒液の液滴を含んだ状態で、蒸発機構2に戻る。
上記の実施形態は、様々な観点から変更が可能である。上記の実施形態の変形例について説明する。以下の変形例は、特に説明する場合を除き、本実施形態と同様に構成される。本実施形態と同一又は対応する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略することがある。また、以下の変形例において、同一又は対応する構成については同一の符号を付し、重複した説明を省略することがある。
図3に示すように、例えば、妨害構造35は、蒸発機構2の側面部に接続された接続部34bであってもよい。接続部34bは、蒸発側循環回路30から蒸発機構2に戻された冷媒の流れが内部空間の周方向の速度成分を持つように蒸発機構2に接続されている。具体的に、接続部34bは、接続部34bが形成する流路の中心軸が蒸発機構2の内部空間の中心軸に交わらないように蒸発機構2に接続されている。これにより、図4に示すように、接続部34bを通って蒸発機構2に戻った冷媒は、蒸発機構2の内部空間の周方向に沿って回転するように流れる。そのため、接続部34bを通って蒸発機構2に戻った冷媒に冷媒の液滴が含まれている場合、遠心力によって、冷媒の液滴が蒸発機構2の内部空間の外周側に集まりやすく、冷媒蒸気が蒸発機構2の内部空間の中心軸側に集まりやすくなる。その結果、冷媒液の液滴が圧縮機3に導かれることが妨げられる。図3及び図4において、z軸負方向が鉛直方向であり、xy平面がz軸に直交する平面である。
図5Aに示すように、冷凍サイクル装置1は、接続部34aよりも上方に設けられた噴出防止壁37をさらに備えていてもよい。この場合、接続部34aは、蒸発機構2の内部で冷媒が上向き又は斜め上向きに流入するように蒸発機構2に接続されている。噴出防止壁37は、蒸発側循環回路30から蒸発機構2に戻された冷媒の流れが蒸発機構2に貯留された冷媒液の液面から噴出することを防止する。具体的に、噴出防止壁37は、蒸発機構2の内部に設けられており、蒸発機構2の内部において冷媒液の液面よりも下方に位置している。接続部34aを通って蒸発機構2に戻った冷媒の流れは噴出防止壁37に衝突し減速する。これにより、接続部34aを通って蒸発機構2に戻った冷媒が冷媒液の液面から噴出することを防止できる。蒸発機構2に貯留された冷媒液の液面と戻し口36との距離が短い場合でも、接続部34aを通って蒸発機構2に戻った冷媒の噴出を防止できるので、蒸発機構2の小型化を図ることもできる。
図6に示すように、冷凍サイクル装置1は、流出口33と戻し口36との間で、蒸発機構2の内部に設けられた分離壁39をさらに備えていてもよい。例えば、分離壁39は、流出口33と戻し口36とを最短距離で結ぶ線分上に位置している。分離壁39は、戻し口36を通って蒸発機構2に戻った冷媒に含まれる冷媒蒸気が流出口33から流出することを防止する。冷媒蒸気が流出口33から流出することを分離壁39によって防止することは、流出口33と戻し口36とが十分に離れていない場合などに特に有利である。このため、蒸発機構2を小型化できる。
図7に示すように、接続部34aは、蒸発機構2の壁を貫通して蒸発機構2の内部空間における蒸発機構2に貯留された冷媒液の液面を超えないように延びていてもよい。この場合に、接続部34aは、蒸発側循環回路30から蒸発機構2に戻された冷媒の流れが蒸発機構2に貯留された冷媒液の液面から噴出することを防止するための噴出防止構造38を備える。接続部34aが噴出防止構造38を備えることによって、接続部34aを通過して蒸発機構2に戻された冷媒の流れが蒸発機構2に貯留された冷媒液の液面から噴出することが防止される。これにより、蒸発機構2に貯留された冷媒液の液面が乱れて冷媒液の液滴が圧縮機に導かれることが防止される。接続部34aは、例えば、発機構2の壁を貫通して蒸発機構2の内部空間における蒸発機構2に貯留された冷媒液の液面よりも下方の位置まで延びている。なお、接続部34aは、鉛直上向きに延びている。
図15に示すように、蒸発機構2は、蒸発機構2の底部に向かって窄んでいる内部空間を有していてもよい。この場合、接続部34aは、蒸発機構2の底部に接続されている。接続部34aは、鉛直上向きに延びている。接続部34aを通って蒸発機構2に戻された冷媒の流れが蒸発機構2の内部空間において減速するので、接続部34aを通って蒸発機構2に戻された冷媒の流れが蒸発機構2に貯留された冷媒液の液面から噴出することが防止される。
図18に示すように、妨害構造35は、蒸発機構2に貯留された冷媒液の液面より上方で冷媒を蒸発機構2に戻すように蒸発機構2に接続された蒸発側循環回路30の接続部34cであってもよい。接続部34cは、蒸発機構2に戻された直後の冷媒の流れが鉛直方向の速度成分を含むように蒸発機構2に接続されている。具体的に、接続部34cは、鉛直方向に沿って延びて蒸発機構2の上面部に接続されている。このため、蒸発機構2に戻された直後の冷媒の流れの速度成分は鉛直方向の速度成分が支配的である。これにより、蒸発機構2に戻った冷媒の流れは、蒸発機構2に貯留された冷媒液の液面に向かって進む。これにより、蒸発機構2に戻った冷媒に含まれる冷媒液の液滴は、蒸発機構2に貯留された冷媒液の液面に到達しやすい。その結果、冷媒液の液滴が圧縮機3に導かれることが妨げられる。
図20に示すように、妨害構造35は、蒸発側循環回路30の接続部34dと、邪魔板40とを含んでいてもよい。接続部34dは、蒸発機構2に貯留された冷媒液の液面より上方で冷媒を蒸発機構2に戻すように蒸発機構2に接続されている。接続部34dは、蒸発機構2の側面部に接続されている。接続部34dは、蒸発機構2の上面部に設けられていてもよい。邪魔板40は、接続部34dを経由して蒸発機構2に戻された冷媒の流れを妨げるための部材である。邪魔板40は、例えば、蒸発機構2の内部空間において、蒸発機構2の上面部に設けられている。接続部34dを経由して蒸発機構2に戻された冷媒の流れが邪魔板40と接触すると、冷媒液の液滴は邪魔板40に付着する。又は、冷媒液の液滴を含む冷媒の流れが蒸発機構2に貯留された冷媒液の液面に向かうように、邪魔板40が冷媒液の液滴を含む冷媒の流れの向きを変更する。これにより、冷媒液の液滴が圧縮機3に導かれることが妨げられる。
本実施形態において、冷凍サイクル装置1は、蒸発機構2と凝縮機構4との間に、複数の圧縮機が設けられていてもよい。この場合、上流側の圧縮機をターボ型圧縮機とし、下流側の圧縮機を容積型圧縮機としてもよい。また、冷凍サイクル装置は、上流側の圧縮機と下流側の圧縮機とを接続する経路の途中に、上流側の圧縮機で圧縮された冷媒蒸気を冷却するための冷却器を備えていてもよい。
と冷媒蒸気との間の温度差と、冷媒液と冷媒蒸気との間のエネルギーの輸送及び冷媒液と冷媒蒸気との間の運動量の輸送に基づく昇圧効果とに起因して、冷媒蒸気が凝縮する。ディフューザ部64は、冷媒の流れを減速させることによって静圧を回復させる。
2 蒸発機構
3 圧縮機
4 凝縮機構
9 吸熱用熱交換器
10 主回路
12 減圧機構
15 制御部
16 吸熱側温度センサ
17 冷媒蒸気温度センサ
18 液位センサ
30 蒸発側循環回路
31g 分流板
31h 貫通孔
31i 窄み部
33 流出口
34a〜34d 接続部
34g 拡大部
34h 延長部
34i 分流板
34j 貫通孔
34k 多孔質部材
34m 窄み部
35 妨害構造
36 戻し口
37 噴出防止壁
38 噴出防止構造
39 分離壁
40 邪魔板
Claims (20)
- 常温における飽和蒸気圧が負圧である冷媒を循環させる主回路であって、冷媒蒸気を圧縮する圧縮機、冷媒蒸気を凝縮させる凝縮機構、及び冷媒液を貯留するとともに冷媒液を蒸発させる蒸発機構を有し、前記圧縮機、前記凝縮機構、及び前記蒸発機構がこの順に接続された主回路と、
吸熱用熱交換器及び減圧機構を有し、前記蒸発機構に貯留された冷媒液が前記吸熱用熱交換器に供給され、前記吸熱用熱交換器で吸熱した前記蒸発機構の内部の圧力よりも高圧の冷媒が前記減圧機構によって減圧されて前記蒸発機構に戻るように構成された蒸発側循環回路と、
前記蒸発側循環回路から前記蒸発機構に戻った冷媒中の液滴が前記圧縮機に導かれることを妨げる妨害構造と、を備えた
冷凍サイクル装置。 - 前記減圧機構が、バルブ、ノズル、又はキャピラリーチューブである、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記妨害構造は、前記蒸発機構に貯留された冷媒液の中へ前記吸熱用熱交換器で吸熱した冷媒を戻すように前記蒸発機構に接続された前記蒸発側循環回路の接続部であり、
前記接続部は、前記接続部の先端が前記蒸発機構に貯留された冷媒液の液面より下方に位置するように、前記蒸発機構の壁を貫通して前記蒸発機構の内部空間まで延びている、請求項1又は2に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記蒸発機構は、柱状の内部空間を形成し、
前記接続部は、前記蒸発側循環回路から前記蒸発機構に戻された冷媒の流れが前記内部空間の周方向の速度成分を持つように前記蒸発機構に接続されている、請求項3に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記接続部よりも上方に設けられ、前記蒸発側循環回路から前記蒸発機構に戻された冷媒の流れが前記蒸発機構に貯留された冷媒液の液面から噴出することを防止する噴出防止壁をさらに備えた、請求項3又は4に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記蒸発機構に貯留された冷媒液を前記蒸発側循環回路へ供給するための流出口と、前記接続部によって形成され、前記蒸発機構に冷媒を戻すための戻し口との間で、前記蒸発機構の内部に設けられた分離壁をさらに備えた、請求項3〜5のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記接続部は、前記蒸発機構の壁を貫通して前記蒸発機構の内部空間における前記蒸発機構に貯留された冷媒液の液面を超えないように延びており、
前記接続部は、前記蒸発側循環回路から前記蒸発機構に戻された冷媒の流れが前記蒸発機構に貯留された冷媒液の液面から噴出することを防止するための噴出防止構造を備えた、請求項3に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記噴出防止構造は、前記蒸発機構の底部より上方に位置し、前記接続部を流れる冷媒の流れ方向に沿って断面積が拡大する流路を形成する拡大部を備えた、請求項7に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記接続部は、前記拡大部から上方に延び、前記接続部を流れる冷媒の流れ方向に沿って断面積が一定である流路を形成する延長部をさらに備えた、請求項8に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記噴出防止構造は、前記接続部の中心軸に重なるように設けられ、複数の貫通孔を有する分流板をさらに備え、
前記複数の貫通孔は、前記接続部を流れる冷媒の流れ方向に前記拡大部よりも上流側で前記接続部によって形成された流路の断面積よりも大きい開口面積を有する、請求項8又は9に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記噴出防止構造は、前記接続部の中心軸に重なるように設けられた多孔質部材をさらに備えた、請求項8〜10のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記噴出防止構造は、前記接続部を流れる冷媒の流れ方向と反対方向に向かって窄むように突出し、前記接続部の中心軸に重なる先端を有する窄み部をさらに備えた、請求項8〜10のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記接続部は、鉛直上向きに延びている、請求項7〜12のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記減圧機構がバルブであり、
前記吸熱用熱交換器で吸熱した前記蒸発機構に戻る冷媒の温度を検出するための吸熱側温度センサと、
前記蒸発機構における冷媒蒸気の温度を検出するための冷媒蒸気温度センサと、
前記蒸発機構に貯留された冷媒液の液位を検出するための液位センサと、
前記吸熱側温度センサの検出値、前記冷媒蒸気温度センサの検出値、及び前記液位センサの検出値に基づいて、前記バルブの開度を調整することによって前記蒸発機構に貯留された冷媒液の液位を制御する制御部と、をさらに備えた請求項9に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記蒸発機構は、前記蒸発機構の底部に向かって窄んでいる内部空間を有し、
前記接続部は、前記蒸発機構の底部に接続されている、請求項3に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記接続部の中心軸に重なるように前記内部空間に設けられ、複数の貫通孔を有する分流板をさらに備え、
前記複数の貫通孔は、前記接続部によって形成された流路の断面積よりも大きい開口面積を有する、請求項15に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記内部空間において前記蒸発機構の底部に向かって窄むように突出し、前記接続部の中心軸に重なる先端を有する窄み部をさらに備えた、請求項15又は16に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記接続部は、鉛直上向きに延びている、請求項15〜17のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記妨害構造は、前記蒸発機構に貯留された冷媒液の液面より上方で冷媒を前記蒸発機構に戻すように前記蒸発機構に接続された前記蒸発側循環回路の接続部であって、前記蒸発機構に戻された直後の冷媒の流れが鉛直方向の速度成分を含むように前記蒸発機構に接続された接続部である、請求項1又は2に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記妨害構造は、前記蒸発機構に貯留された冷媒液の液面より上方で冷媒を前記蒸発機構に戻すように前記蒸発機構に接続された前記蒸発側循環回路の接続部と、前記接続部を経由して前記蒸発機構に戻された冷媒の流れを妨げるための邪魔板と、を含む、請求項1又は2に記載の冷凍サイクル装置。
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