JPH01296061A - ヒートポンプ式熱制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はヒートポンプ式熱制御装置に関し、特に宇宙
機器などの熱制傳装置にも使用できるものに関する。

［従来の技術］ 第３図は１例えば雑誌（ＡＩＡＡ−８４−１７５７，Ａ
ｎａｌｙｓｉｓｏｆ　　Ｈｅａｔ　　Ｐｕｍｐ　　Ａｕ
ｇｓ＋ｅｎｔｅｄ　　Ｓｙｓｔｅｍｓ　　ｆｏｒ　　５
ｐａｃｅｃｒａ−ｆｔ　　Ｔｈｅｒｍａｌ　　Ｃｏｎｔ
ｒｏｌ　　（Ａｍｅｒｉｃａｎ　　Ｉｎ５ｔｉｔｕｔｅ
　　ｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ａｓｔｒｏ
ｎａｕｔｉｃｓ　Ｉｎｃ、、　１９８４．Ｔｈｅｒ−ｍ
ｏｐｈｙｓｉｃｓ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）　）に示さ
れた従来のヒートポンプ式熱制御装置を示す構成図であ
る６図において、（１）は装置内部に封入された熱媒体
である冷媒の蒸気を圧縮する圧縮機、（２）は高圧の冷
媒蒸気が凝縮して熱を放出する放熱器（あるいは凝縮器
）　、　（３ａ）、　（３ｂ）は各々第１．第２蒸発器
（４ａ）、　（４ｂ）の入口部に設けられ、内部を液体
が通過し、その開度の変化で冷媒流量を調節する膨張器
で、この場合は膨張弁、（４ａ）、　（４ｂ）は各々低
圧の冷媒液体が熱を吸収して蒸気となる第１．第２蒸発
器であり、その上部に、例えば宇宙で温度を制御する必
要があり、発熱負荷となる電子機器や宇宙での材料実験
装置など（図示せず）が搭載される１例えば、この実施
例では第１．第２蒸発詐（４ａ）、　　（４ｂ）が２個
、並列に設けられている場合を示している。　（５ａｌ
　、　（５ｂ）は各々第１．第２蒸発器（４ａＪ、　　
（４ｂｌの出口部に設けられ、圧力を調節する圧力調整
器で、この場合は圧力調整弁、（６）は冷媒の液体と蒸
気を分離する機能を有するアキュムレータ、（７）は余
剰の液体を蓄えるリザーバ、（８）は装置の各構成機器
を接続する配管であり、圧縮！１１（１）と放熱器（２
）を接続する配管（８ａ）、放熱器（２）と膨張弁（３
ａ）、　（３ｂ）を接続する配管（ｓｂ）、圧力ａｍ弁
（５ａ）、　（５ｂ）とアキュムレータ（６）を接続す
る配管（８ｃ）、アキュムレータ（６）と圧縮１１（１
）を接続する配管（８ｄ）からなっている、配管（８ｂ
）の途中には、配管（８ｂ）内の高圧冷媒液体とアキュ
ムレータ（６）内の低圧冷媒液体が熱交換するための熱
交換器（９）とリザーバ（７）が接続されている。

なお、図中、配管（８）は液体が通る部分は単線で示し
、蒸気、又は液体と蒸気の二相が通る部分は二重線で示
している。また、点線矢印は液体と蒸気の二相の流れ方
向を示し、実線矢印は液体の流れ方向を示している。こ
の装置においては、圧縮１１＋１３．放熱器（２）、膨
張弁（３ａ）、第１蒸発１１（４ａ）、圧力Ｊｉ贅弁（
５ａ）、アキュムレータ（６）で第１循環系を構成し、
圧縮機（１）、放熱器（２）、膨張弁（３ｂ）、第２蒸
発器（４ｂ）、圧力ａｍ弁（５ｂ）、アキエムレータ（
６）で第２循環系を構成している。

次に動作について説明する。圧縮機（１）で高温・高圧
の蒸気となった冷媒蒸気は点線矢印のように配！　（８
ａ）を通って、放熱器（２）で冷却されて凝縮し、高温
・高圧の液体となる。その後、配管（８ｂ）を通って実
線矢印で示すように熱交換器（９）内を通り、アキュム
レータ（６）内の液体に熱を与える。ここでわずかに温
度が低下し、膨張弁（３ａ）　。

（３ｂ）を通って膨張し、圧力が急激に下がって低温・
低圧の液体となって第１．第２蒸発器（４ａ）　、　（
４ｂ）に流入する。第１．第２蒸発器（４ａ）、　（４
ｂ）で低温・低圧の液体は電子機器からの熱を奪って蒸
発し、液と蒸気の二相となって、圧力調整弁（５ａ）　
。

（５ｂ）を通り、配管（８Ｃ）を通ってアキュムレータ
（６）に流入する。アキュムレータ（６）において液体
と蒸気が分離されて、蒸気のみが配管（８ｄ）を通って
圧縮機（１）へ流れる０以上のような冷媒の循環によっ
て、電子機器からの導熱は第１．第２蒸発器１４ａ）、
　１４ｂ）から放熱器（２）へ輸送され、電子機器や材
料実験装置は所定の温度に制御されることになる。この
時、圧力’ＩＲＭ弁（６ａ）、　（５１））の調節度を
変化させれば、第１．第２蒸発器（４ａ）、　（４ｂ）
内の冷媒の圧力は異なった値に設定され、第１．第２蒸
発器（４ａ）、　（４ｂ）の冷媒の温度は異なった値で
運転される。

［発明が解決しようとするａｌｌ］ 従来のヒートポンプ式熱制（１装置は以上のように構成
されているので、第１．第２蒸発器（４ａ）　。

（４ｂ）において第１．第２蒸発器（４ａ）、（４ｂ）
上の電子機器或は実験装置などからの熱を吸収するのみ
であり、低温の電子機器や実験装置などへ熱を与えて、
所定の温度に加熱することはできないという問題点があ
った。

この発明は上記のような間麗点を解消するためになされ
たもので、蒸発器において機器を冷却すると共に加熱も
できるヒートポンプ式熱制御装置を得ることを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］ この発明に係るヒートポンプ式熱制御装置は、一端を圧
縮機の下流で且つ放熱器の上流の配管にｇ！Ｍし、他端
を第２蒸発器の出口部に接続する第１分岐管、及び一端
を第１分岐管の一端の下流で且つ放熱器の上流の配管に
接続し、他端を第２蒸発器の入口部に接続する第２分岐
管を備えたものである。

［作用］ この発明におけるビートポンプ式熱制＊ｇｍにおいて、
圧１１機からの高温・高圧の熱媒体を第１分岐管を通っ
て第２蒸発器の出口から流入させ、第２蒸発器の入口か
ら排出される熱媒体を第２分岐管を通って、放熱器へ循
環させることにより、第２蒸発器では機器に熱を与えて
加熱することができる。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する、第１
図、第２図は各々この発明の一実施例によるヒートポン
プ式熱制御装置の動作例を示す構成図である６図におい
て、（り〜（９）は従来例と同一、又は相当部分であり
、封入する熱媒体としては冷媒を用いた例を示す、　（
１０ａ）は第１分岐管で、一端を圧縮機（１）の下流で
且つ放熱器（２）の上流の配管（８ａ）に接続し、他端
を第１．第２蒸発器（４ａ１．　（４ｂｌの出口部にあ
る圧力調整弁（５ａ）、（５ｂ）とアキュムレータ（６
）の間の配管（８Ｃ）を接続している。　（１０ｂｌは
第２分岐管で、一端を第１分岐管（ｌｅａ）の一端（Ｕ
）の下流で且つ放熱器（２）の上流の配管（８ａ）に接
続し、他端を第１．第２蒸発器（４ａ１．　　（４ｂ）
の人口部にある膨張弁（３ａ）、　（３ｂ）と放熱器（
２）の間の配管（８ｂ）を接続している。　（１２ａ）
。

（１２ｂ）は各々第１分岐管（１０ａ）から圧力調整弁
（５ａ）、　（５ｂ）の配管に設けられた開閉弁、１１
３ａ）　、　（１３ｂ）は各々圧力調整弁（５ａｌ、　
（５ｂ）からアキュムレータ（６）への配管に設けられ
た開閉弁、　（１４ａ）　。

（１４ｂｌ　は各々第２分岐管（１０ｂ）と膨張弁１３
ａ）　、　（３ｂ）との間の配管に設けられた開閉弁、
（１５ａｌ　、　（１５ｂ）は各々膨張弁（３ａ）、　
（３ｂ）と配管（８ｂ）の間の配管に設けられた開閉弁
である。また、　（１６）は配管（８ａ）に設けられ、
配管（８ａ）と第１分岐管００ａ）の分岐点（！ｌ）と
、配管（８ａ）と第２分岐管１１０ｂ）との分岐点（＋
７）との間の配管（８ａ）に設けられた開閉弁である。

従来例同様、第１．第２ｓ５！器（４ａ）、　（４ｂ）
を冷却器として使用する場合の動作について第１図に基
すいて説明する０図において、開閉弁の開状態のものは
白ぬり、閉状態のものは黒ぬりで示している。即ち、開
閉弁（１５ａ）　、　（１５ｂ）　、　（１３ａ）　、
　（１３ｂ）　、　（１６１は開、開閉弁（１４ａ）　
、　（１４ｂ）　、　（１２ａ）　。

（１２ｂ）は閉とする。圧縮機（１）からの高温・高圧
の冷媒蒸気は点線矢印で示すように配管（８ａ）から放
熱器（２）を通り、さらに実線矢印で示すように配管（
８ｂ）から膨張弁（３ａ）、　（３ｂ）を通って低圧液
体となって、第１．第２蒸発器（４ａ）、　１４ｂ）に
流入する。第１．第２蒸発器１４ａ）、　（４ｂ）にお
いて電子機器などから熱を奪って蒸発し、点線矢印で示
すように液体と蒸気の二相となって圧力調整弁（５ａ）
　。

（５ｂ）を通って従来例と同様、配管（８Ｃ）、アキュ
ムレータ（６）、配管（８ｄ）から圧１１！１１１（１
１へ戻る。

次に、第１蒸発器（４ａ）を冷却器、第２蒸発器（４ｂ
）を加熱器として使用する場合について、第２図に基す
いて説明する。この場合は開閉弁（＋２ｂ）　。

（１３ａ）　、　（１４ｂ）　、　（１５ａｌは開、開
閉弁（１２ａ）　、　（１３ｂ）　、　　（１４ａ）　
、　（１５ｂ）　、　（１６１は閉となる。膨張弁（３
ｂ）、圧力！ｌｉ整弁（５ｂ）は全開となっている。圧
縮機（１）で高温・高圧となった冷媒蒸気は点線矢印で
示すように、第１分岐管（１０ａ）から開閉弁（１２ｂ
）、圧力調整弁（５ｂ）を通って第２蒸発器（４ｂ）に
流入する。ここで、第２蒸発器（４ｂ）上の電子機器や
材料実験装置に熱を与えて一部凝縮した後、液体と蒸気
の二相となって、開閉弁（１４ｂ）　、第２分岐管（１
０ｂ）を通って、分岐点（＋７）から配管（８ａ）中に
流入する。配管（８ａ）中の二相の蒸気は放熱器（２）
で冷却されてＷｌｌｌＩシ、高温・高圧の液体となる。

その後、配管（８ｂ）を通って実線矢印で示すように熱
交換器（９）内を通り、アキュムレータ（６）内の液体
に熱を与える。ここでわずかに温度が低下した後、開閉
弁（１５ａ）　、膨張弁（３ａ）を通って膨張して、圧
力が急激に下がって低温・低圧の液体となった後、第１
１発器（４ａ）に流入する。第１蒸５！器（４ａ）で低
温・低圧の液体は電子機器からの熱を奪って蒸発し、液
と蒸気の二相となって、圧力調整弁（５ａ）、開閉弁（
１３ａ）を通り、配管（８Ｃ）を通ってアキュムレータ
（６）に流入する。アキュムレータ（６）において液体
と蒸気が分離されて、蒸気のみが配管（８ｄ）を通って
圧縮Ｗ＆＋１１へ流れる８以上のような冷媒のｍ環によ
り、第１蒸発器（４ａ）により吸収された熱は、第２Ｍ
発器（４ｂ）及び放熱器（２）に輸送され、一部は第２
蒸発器（４ｂ）の加熱に利用され、残りは放熱器（２）
から排出される。即ち。

第２蒸発器（４ｂ）は加熱器として動作し、その熱源は
第１蒸発器（４ａ）からの排熱が利用されることになる
。このように、構成機器である蒸発器（４ａ）　。

（４ｂ）のうちの１部は加熱器として使用し、ｌｔｙ、
は冷却器として使用できる。このため、制御できる温度
範囲を広げることができ、さらに冷却による排熱を利用
して加熱するので、効率の良いものが得られる効果があ
る。

なお、上記実３１！例では第１蒸発器（４ａ）を冷却器
として使用し、第２蒸発器（４ｂ）を加熱器として使用
した場合について説明したが、逆に、開閉弁（１２ａ）
　、　　（＋３ｂ）　、　（＋４ａｌ　、　（１５ｂｌ
を開、開閉弁（＋２ｂ１　、　（１３ａ）　、　（１４
ｂ）　、　（１５ａｌ　、　（１６１を閉、膨張弁（３
ａ）、圧力調整弁（５ａ）を全開とする動作により、第
！蒸発器（４ａ）を加熱器、第２蒸光器（４ｂ）を冷却
器として使用できることは言うまでもない。

また、このように加熱器と冷却器を逆にして使用する必
要のない時は、第１分岐管（１０ａ）　、第２分岐管（
１０ｂｌの各々と、冷部器として使用する蒸発器、例え
ば第１蒸発器（４ａ）の出口部、人口部と接続する配管
は必要がない。

また、上記実施例では第１．第２蒸発器（４ａｌ　。

（４ｂ）の２個の蒸発器を使用した例について説明した
が、２個以上であれば、何個の蒸発器でも並列的に接続
して循環系を構成することができる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば２圧Ｎ機、放熱器、膨
張器、第１ｆｉ！器、圧力調整器、及びアキュムレータ
を配管によりループ状に接続する第１循環系、並びに第
２蒸発器を第１蒸発器と並列的になるように第１循環系
に配管により接続して構成する第２循環系を備え、配管
内に熱媒体を封入するヒートポンプ式熱制御装置におい
て、一端を圧Ｍ＊の下流で且つ放熱器の上流の配管に接
続し、他端を第２Ｍ％’器の出口部に接続する第１分岐
管、並びに一端を第１分岐管の一端の下流で且つ放熱器
の上流の配管に接続し、他端を第２蒸発器の人口部に接
続する第２分岐管を備えたことにより、１部の蒸発器を
冷却器、１部の蒸発器を加熱器として作動させることが
でき、しかもその熱源には冷却による排熱を利用できる
ヒートポンプ式熱制御装置を得ることができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるヒートポンプ式熱制
御装置の動作例を示す構成図、第２図は一実施例に係る
他の動作例を示す構成図、第３図は従来のヒートポンプ
式熱制ｔａ１１装置を示す構成図である。 ＋１１　　・・・圧縮機、（２）・・・放熱器、（３ａ
）　。 （３ｂ）　−−−膨張器、（４ａ）、（４ｂ）・・・第
１．第２蒸発器、　（５ａ）、（５ｂ）・・・圧カニｆ
４幣器、　（６）・・・アキュムレータ、（Ｉｌｌａ）
　、　（１０ｂ）　　・・・第１、第２分岐管。 なお、図中、同一符号は同一、又は、相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧縮機、放熱器、膨張器、第１蒸発器、圧力調整器、及
   びアキュムレータを配管によりループ状に接続する第１
   循環系、並びに第２蒸発器を第１蒸発器と並列的になる
   ように第１循環系に配管により接続して構成する第２循
   環系を備え、上記配管内に熱媒体を封入するヒートポン
   プ式熱制御装置において、一端を上記圧縮機の下流で且
   つ上記放熱器の上流の配管に接続し、他端を第２蒸発器
   の出口部に接続する第１分岐管、並びに一端を第１分岐
   管の一端の下流で且つ上記放熱器の上流の配管に接続し
   、他端を第２蒸発器の入口部に接続する第２分岐管を備
   えたことを特徴とするヒートポンプ式熱制御装置。