JP3229824U - 熱交換器およびその熱交換器を備えた冷却装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】冷却能力が高く、均一に冷却できる熱交換器およびその熱交換器を備えた冷却装置を提供する。【解決手段】熱交換器は、上部12と、上部に対して間隔をあけて対向する下部14と、上部と下部をつなげる側部16と、上部と下部の間の空間を第1空間24と第2空間26に分割する隔壁18と、第1空間に冷媒を入れるための入口20と、第2空間から冷媒を出すための出口と、上部と下部の間において、第1空間から第2空間に冷媒を流すための第3空間32とを備える。冷媒が流れる経路が長く、第2空間で気化されやすく、第2空間全体で冷媒は気液二相の飽和状態になり、潜熱により吸熱するため、被冷却物を均一に冷却できる。【選択図】図2
Description
本考案は、熱交換器およびその熱交換器を備えた冷却装置に関するものである。
従来、下記特許文献1などの種々の冷却装置が開発および開示されている。冷却装置は被冷却物に取り付けられた熱交換器で液体の冷媒が気化し、その相変化したときの潜熱によって冷却対象を冷却する。
過冷却の液相冷媒が被冷却物に取り付けられた熱交換器に供給されると、冷媒に熱が加わり冷媒は気液二相の飽和状態になる。この飽和状態になるまでは冷媒の温度変化による顕熱によって被冷却物の熱を吸熱することになる。顕熱による吸熱は潜熱による吸熱よりも単位流量あたりの吸熱量が小さいため、被冷却物に対する冷却能力が小さくなる。過冷却の液相冷媒が熱交換器に供給されても、熱交換器で冷媒が相変化し、潜熱により被冷却物から吸熱することが好ましい。冷媒が相変化する場合でも、冷媒が液体の部分と気液二相の部分で被冷却物からの吸熱量が異なる。そのため、被冷却物が均一に冷却されないことになる。
そこで本考案の目的は、冷却能力が高く、被冷却物を均一に冷却できる熱交換器およびその熱交換器を備えた冷却装置を提供することにある。
以上の課題を解決すべく、本考案に係る熱交換器は、以下に述べるような構成を有する。
本考案の熱交換器は、上部と、前記上部に対して間隔をあけて対向する下部と、前記上部と下部をつなげる側部と、前記上部と下部の間の空間を第1空間と第2空間に分割する隔壁と、前記第1空間に冷媒を入れるための入口と、前記第2空間から冷媒を出すための出口と、前記上部と下部の間において、第1空間から第2空間に冷媒を流すための第3空間とを備える。
本考案によれば、冷媒は第1空間、第3空間および第2空間の順番に流れる。冷媒が流れる経路が長く、過冷却の液相冷媒であっても第2空間で気化されやすくなっている。第2空間全体で冷媒は気液二相の飽和状態になっており、下部全体で冷媒の温度は変わらないまま潜熱により被冷却物から吸熱するため、被冷却物を均一に冷却できる。
本考案の熱交換器および冷却装置について図面を参照して説明する。実施形態が異なっていても同じ部材には同一の符号を付して説明を省略する場合がある。
[実施形態1]
図1、図2、図3に示す熱交換器10は、上部12、下部14、側部16、隔壁18、入口20および出口22を備える。熱交換器10は冷媒を気化させる装置(蒸発器)である。上部12、下部14、側部16および隔壁18は冷媒に腐食されない材料で構成され、たとえばアルミニウムまたは銅などで構成される。
図1、図2、図3に示す熱交換器10は、上部12、下部14、側部16、隔壁18、入口20および出口22を備える。熱交換器10は冷媒を気化させる装置(蒸発器)である。上部12、下部14、側部16および隔壁18は冷媒に腐食されない材料で構成され、たとえばアルミニウムまたは銅などで構成される。
上部12および下部14は平板状である。上部12および下部14は四角形になっている。上部12と下部14は互いに対向するように配置されている。側部16は長板状になっている。側部16は上部12と下部14の周縁同士をつなげている。上部12、下部14および側部16によって内部に空間を備えた箱体が形成されている。なお、上部12および下部14の形状は四角形に限定されない。上部12と下部14が対向し、それらの周縁が側部16でつなげられれば、上部12と下部14の形状は他の形状であってもよい。
熱交換器10は吸熱部になっており、その中でも下部14が吸熱面になっている。被冷却物に下部14が取り付けられる。被冷却物の熱が熱交換器10の下部14で吸熱される。
隔壁18は平板状である。隔壁18は上部12と下部14の間に配置されている。隔壁18は上部12および下部14と平行になっている。隔壁18が上部12と下部14の間の空間を分割している。上部12と隔壁18の間の空間を第1空間24、下部14と隔壁18の間の空間を第2空間26とする。
一の側部16に2つの開口が形成されており、それらの開口は冷媒の入口20と出口22である。入口20と出口22に配管28、30が取り付けられる。入口20は第1空間24に冷媒を入れるための開口である。出口22は第2空間26から冷媒を出すための開口である。
上部12と下部14の間に隔壁18が配置されていない箇所を設け、その箇所を第3空間32とする。第3空間32は第1空間24における入口20の反対側と第2空間26における出口22の反対側をつなげる空間である。第1空間24の冷媒は第3空間32を通って第2空間26に流れる。したがって、冷媒は入口20、第1空間24、第3空間32、第2空間26および出口22の順番で流れる。冷媒は第1空間24の全体を通った後に第3空間32に流れ、第2空間26の全体を通って出口22に到達するため、冷媒の経路が最も長くなっている。なお、隔壁18における入口20と出口22の反対側の部分に開口を設け、その開口を第3空間32にしてもよい。
被冷却物の熱が下部14を介して冷媒に伝熱され、第2空間26を流れる液相冷媒が気化する。第2空間26の全体で冷媒が気化することで、下部全体で冷媒の温度は変わらないまま潜熱により被冷却物から吸熱するため、下部14の全体が均一に冷却される。さらに、冷媒が気化するときに利用できなかった熱は隔壁18を介して第1空間24を流れる冷媒に伝わる。この熱により第1空間24に過冷却の液相冷媒が供給されても、冷媒は第2空間26を流れる前に気液二相の飽和状態になる。
第1空間24と第2空間26にフィン34を備えてもよい(図4)。フィン34はアルミニウムまたは銅などの冷媒に腐食されない材料で構成される。フィン34は、複数の帯状体36を溶接等で固定したものである。1つの帯状体36は折り曲げ加工されて凸部38と凹部40が形成されている。凸部38および凹部40は第1空間24と第2空間26を形成する上部12、下部14および隔壁18に接するように配置される。隣り合う帯状体36は凸部38と凹部40が完全に重ならないようにずらして固定されている。フィン34に対して冷媒の接する面積が広がる。冷媒は凸部38と凹部40で形成された空間42を流れていく。
本願の冷却装置50は、上記熱交換器10、タンク52、ポンプ54および凝縮器56を備える(図5)。
タンク52は冷媒を溜める。溜められる冷媒は液体になっている。ポンプ54は液体の冷媒をタンク52から熱交換器10に向けて送り、冷媒を循環させる。ポンプ54はダイアフラム式ポンプ、ソレノイド式ポンプまたは翼車式ポンプなどである。
凝縮器56は熱交換器10で気体になった冷媒を液化する装置である。凝縮器56は冷媒を液化できるのであればその構成は限定されない。たとえば、凝縮器56は配管およびフィンを備え、フィンで冷媒の熱を放熱することで冷媒を液化する。熱交換器10が吸熱部になっているのに対して、凝縮器56は排熱部になっている。
凝縮器56の出口と熱交換器10の入口20が第1配管28でつなげられ、熱交換器10の出口22と凝縮器56の入口が第2配管30でつなげられている。第1配管28の途中にタンク52とポンプ54が備えられる。第1配管28と第2配管30を冷媒が流れる。必要に応じて第1配管28と第2配管30にバルブが備えられてもよい。この第1配管28のバルブは冷媒を膨張させる膨張弁を含む。熱交換器10の入口に液相冷媒を気液二相状態にするためのヒーターが備えられてもよい。
冷却装置50を使用した冷却方法について説明する。本説明において熱交換器10に入れられる冷媒は過冷却になっているとする。(1)タンク52に溜められた冷媒がポンプ54によって熱交換器10に送られる。
(2)冷媒が熱交換器10の入口20から第1空間24に流れる。第1空間24に入れられた時の冷媒は過冷却の液相になっている。冷媒が第1空間24を流れる間に、冷媒の温度が上昇し、冷媒は気液二相の飽和状態になる。
(3)冷媒は第1空間24から第3空間32を通って第2空間26に流れる。冷媒が第2空間26を流れる間に、第2空間26で一部冷媒が気化する。冷媒が気化するときにフィン34および下部14などから熱を吸収する。被冷却物から熱を吸収し、被冷却物を冷却することができる。
(4)気液二相の冷媒は第2空間26から出口22を通って出される。冷媒は第2配管30を通って凝縮器56に送られる。
(5)気液二相の冷媒は凝縮器56で液相になり、タンク52に送られて溜められる。再びタンク52の冷媒はポンプ54によって熱交換器10に送られる。
本願は熱交換器10に第1空間24と第2空間26を備えることで、熱交換器10の内部空間の長さが長くなり、第2空間26に確実に気液二相の飽和状態の冷媒が供給されるようになっている。第2空間26を形成するための下部14に被冷却物を取り付けたりすることで、被冷却物の冷却効果を高めることができる。第2空間26全体で冷媒が気化されるため、下部14の全面で均一に吸熱することが可能になる。被冷却物を均一に冷却することができる。なお、上記説明は冷媒が過冷却になっていることを前提に説明したが、冷媒が通常温度であれば当然に第2空間26に気液二相の冷媒を供給することができる。
[実施形態2]
図6の熱交換器60のように、入口20が上部12、出口22が下部14に形成されていてもよい。その他、冷媒が第1空間24、第3空間32および第2空間26の順番で通過できるのであれば、入口20と出口22の位置および形状は限定されない。
図6の熱交換器60のように、入口20が上部12、出口22が下部14に形成されていてもよい。その他、冷媒が第1空間24、第3空間32および第2空間26の順番で通過できるのであれば、入口20と出口22の位置および形状は限定されない。
[実施形態3]
図2と図3に示す第1空間24と第2空間26の容量は同一になっているが、それらの容量は異なっていてもよい。供給される過冷却の液相冷媒が気液二相の飽和状態になるように第1空間24の容量を設計し、熱交換器10での冷媒の圧力損失が大きくならないように第2空間26の容量を設計する。
図2と図3に示す第1空間24と第2空間26の容量は同一になっているが、それらの容量は異なっていてもよい。供給される過冷却の液相冷媒が気液二相の飽和状態になるように第1空間24の容量を設計し、熱交換器10での冷媒の圧力損失が大きくならないように第2空間26の容量を設計する。
[実施形態4]
冷媒が熱交換できる面積が増えればフィン34の形状は限定されない。たとえば、上部12、下部14、側部16および隔壁18に直接凹凸を形成してもよい。第1空間24および第2空間26にフィン34を配置する以外に、上部12、下部14および側部16の外面に凹凸を配置してもよい。フィン34がなくても冷媒の熱交換が十分可能であれば、フィン34を設けない構成であってもよい。
冷媒が熱交換できる面積が増えればフィン34の形状は限定されない。たとえば、上部12、下部14、側部16および隔壁18に直接凹凸を形成してもよい。第1空間24および第2空間26にフィン34を配置する以外に、上部12、下部14および側部16の外面に凹凸を配置してもよい。フィン34がなくても冷媒の熱交換が十分可能であれば、フィン34を設けない構成であってもよい。
[実施形態5]
冷却装置50は、凝縮器12に熱交換器10を使用してもよい。第1空間24に気液二相状態の冷媒が入れられ、第2空間26で液体に凝縮される。
冷却装置50は、凝縮器12に熱交換器10を使用してもよい。第1空間24に気液二相状態の冷媒が入れられ、第2空間26で液体に凝縮される。
(第1項)一態様に係る熱交換器は、上部と、前記上部に対して間隔をあけて対向する下部と、前記上部と下部をつなげる側部と、前記上部と下部の間の空間を第1空間と第2空間に分割する隔壁と、前記第1空間に冷媒を入れるための入口と、前記第2空間から冷媒を出すための出口と、前記上部と下部の間において、第1空間から第2空間に冷媒を流すための第3空間とを備える。
第1項に記載の熱交換器によれば、冷媒は第1空間、第3空間および第2空間を通過するため、冷媒の経路が長くなっている。第1空間で冷媒が気液二相の飽和状態になり、第2空間で冷媒が気化していく。下部で均一に被冷却物を冷却できる。
(第2項)前記第1空間、第2空間またはその両方にフィンを配置した。
第2項に記載の熱交換器によれば、フィンによって冷媒の熱交換の効率を高めている。
(第3項)前記第3空間は、前記第1空間における入口の反対側と第2空間における出口の反対側をつなげる。
第3項に記載の熱交換器によれば、第1空間、第3空間および第2空間が最も長い冷媒の経路を形成しており、第2空間に確実に気液二相状態の冷媒が供給されるようになっている。
(第4項)一態様に係る冷却装置は、前記熱交換器と、液体の冷媒を溜めるタンクと、前記冷媒を熱交換器に供給するためのポンプと、前記熱交換器で気化された気体の冷媒を液化する凝縮器とを備える。
第4項に記載の冷却装置によれば、上記した熱交換器を用いることで、冷却能力が高くなっている。
その他、本考案は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。
10:熱交換器
12:上部
14:下部
16:側部
18:隔壁
20:入口
22:出口
24:第1空間
26:第2空間
28、30:配管
32:第3空間
34:フィン
36:帯状体
38:凸部
40:凹部
50:冷却装置
52:タンク
54:ポンプ
56:凝縮器
12:上部
14:下部
16:側部
18:隔壁
20:入口
22:出口
24:第1空間
26:第2空間
28、30:配管
32:第3空間
34:フィン
36:帯状体
38:凸部
40:凹部
50:冷却装置
52:タンク
54:ポンプ
56:凝縮器
Claims (4)
- 上部と、
前記上部に対して間隔をあけて対向する下部と、
前記上部と下部をつなげる側部と、
前記上部と下部の間の空間を第1空間と第2空間に分割する隔壁と、
前記第1空間に冷媒を入れるための入口と、
前記第2空間から冷媒を出すための出口と、
前記上部と下部の間において、第1空間から第2空間に冷媒を流すための第3空間と、
を備えた熱交換器。 - 前記第1空間、第2空間またはその両方にフィンを配置した請求項1の熱交換器。
- 前記第3空間は、前記第1空間における入口の反対側と第2空間における出口の反対側をつなげる請求項1または2の熱交換器。
- 請求項1から3のいずれかの熱交換器と、
液体の冷媒を溜めるタンクと、
前記冷媒を熱交換器に供給するためのポンプと、
前記熱交換器で気化された気体の冷媒を液化する凝縮器と、
を備えた冷却装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020004241U JP3229824U (ja) | 2020-09-30 | 2020-09-30 | 熱交換器およびその熱交換器を備えた冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020004241U JP3229824U (ja) | 2020-09-30 | 2020-09-30 | 熱交換器およびその熱交換器を備えた冷却装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP3229824U true JP3229824U (ja) | 2020-12-17 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020004241U Active JP3229824U (ja) | 2020-09-30 | 2020-09-30 | 熱交換器およびその熱交換器を備えた冷却装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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2020
- 2020-09-30 JP JP2020004241U patent/JP3229824U/ja active Active
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