JPH0480575A - 冷媒分配器 - 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） 本発明は、過冷却手段を備えたヒートポンプ。

冷凍機等に適用する冷媒分配器に関するものであ（従来
の技術） 従来、過冷却手段の一種である冷媒熱交換器を備えたヒ
ートポンプは公知であり、第７図にそれを示す。

このヒートポンプは圧縮機１１と凝縮器１２と膨張弁１
３と蒸発器１４と、凝縮器１２を出て膨張弁１３の手前
の冷媒と蒸発器１４を出て圧縮機１１の手前の冷媒とを
熱交換させる冷媒熱交換器１５とを含むクローズトルー
プからなっている。

そして、このヒートポンプは冷媒熱交換器１５により、
蒸発器１４の出口における冷媒を適切な湿りガスあるい
は飽和ガス状態にして、冷媒の蒸発により凝縮器１２の
出口の高圧液冷媒を過冷却するようにしてあり、蒸発器
１４内での冷媒の過熱から生じる熱交換ロスによる成績
係数ｃｏｐ（＝蒸発能力／動力）の低下を防止するとと
もに、圧縮機１１には適当に過熱ガス状態の冷媒を供給
して圧縮機１１での液圧縮を防止するようにしたもので
ある。

第８図はこのヒートポンプ内を循環する冷媒の状態をｐ
（圧力）−ｉ（エンタルピー）線図上に表わしたもので
、図中ａ、・・・、ｆの各点は、第７図中に同一記号で
示す位置での状態に対応している。この第８図より、こ
の装置の場合、冷媒は過冷却されて、蒸発器１４へ気液
２相の状態で流入していることが分る。

第９図は蒸発器１４内における第８図に示す状態をチュ
ーブ式蒸発器の例で示したもので、シェル１６内にヘッ
ダ１７内空間１８と熱源水流通空間１９とを仕切る仕切
板２０に伝熱流路を形成する多数の伝熱管２１が設けて
あり冷媒人口２２よりヘッダ１７内に流入した２相の冷
媒のうちの冷媒液りは下方に、冷媒ガスＧは上方に溜ま
っている。

（発明が解決しようとする課題） 上記従来の装置では、第９図に示すようにヘッダ１７内
で冷媒液りと冷媒ガスＧの各相に上下に分離してしまう
。このため、蒸発器内の各伝熱管２１に冷媒を均等に分
配させることができず、上方の伝熱管２１には冷媒ガス
Ｇが、下方の伝熱管２１には冷媒液りが集中し、上方の
伝熱管２１には冷媒ガスＧしか流れないため、伝熱係数
が低下するという問題が生じる。

また、膨張弁１３の下流側に蒸発器１４を複数並設した
場合にも、各蒸発器に冷媒を均等に分配する必要がある
が、上記同様冷媒が２相流となＺため、冷媒の均等分配
は難しいという問題がある。

本発明は、上記従来の問題点を課題としてなされたもの
で、蒸発器内の伝熱流路へ、或は複数の蒸発器へ冷媒を
均等分配することを可能とした冷媒分配器を提供しよう
とするものである。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するために、第１発明は冷媒流路が多数
の流路からなる蒸発器の冷媒入口側のへツタ内に蒸発器
内の伝熱流路入口に近接した位置に絞り部を設け、当該
絞り部前の圧力が蒸発器の上流に設けられた膨張弁前の
冷媒温度に対する冷媒飽和圧力より高くなるように上記
絞り部を形成した。

また、第２発明は並設した複数の蒸発器に至る各冷媒流
路の上記蒸発器の近傍に絞り部を設け、当該絞り部前の
圧力が蒸発器の上流に設けられた膨張弁前の冷媒温度に
対する冷媒飽和圧力より高くなるように上記絞り部を形
成した。

（作用） 上記のように形成することにより上記絞り部より上流側
の冷媒を単相、即ち液体に保って、この絞り部より下流
側の伝熱流路、或は蒸発器に冷媒が均等分配されるよう
になる。

（実施例） 次に、本発明の一実施例を図面にしたがって説明する。

第１図は、第１発明の第１実施例に係る冷媒分配器１を
適用した蒸発器１４を示し、第７図に示すヒートポンプ
に使用されるもので、膨張弁１３の下流側に配設してあ
り、第９図の例と同様に冷媒人口２２を備えたシェル１
６内を熱源水流通空間１９とヘッダ１７内の空間１８と
を仕切る仕切板２０に多数の伝熱管２１が並設しである
。さらに、本実施例では多数の絞り部２を設けて形成し
た上記冷媒分配器１が仕切板２０に近接させて空間１８
内に、この内部を２分する状態で設けである。

第２図は、この冷媒分配器１を適用した蒸発器１４を用
いたヒートポンプシステムにおけるｐ−１線図を示し、
図中の記号は、第７図、第８図の場合と同様に、第１図
中の同一記号で示す位置での状態に対応している。冷媒
分配器１は絞り部２前、即ち絞り部２の入側の圧力が膨
張弁１３前、即ち膨張弁１３の入側の冷媒温度に対する
冷媒飽和圧力より高くなるように形成してあり、図示す
るように、この場合には、膨張弁１βの入側の過冷却さ
れた冷媒液（状態ＰＣ）は、第７図、第８図に示す場合
とは異なり、蒸発器１４内の冷媒分配器１の入側でも、
未た液体状態を保ち（状態Ｐ　ＣＩ）、絞り部２を出た
所で気液２相流となるようになっている（状態ＰＥ）。

即ち、このシステムでは膨張弁１３の入側で冷媒か過冷
却状態にあるのを利用して冷媒分配器１の入側の空間１
８における冷媒を液体の単相として冷媒液を充満させて
、各絞り部２から均等に出た気液２相の冷媒を各伝熱管
２１に分配させるようになっている。

第３図は第１発明の第２実施例に係る冷媒分配器１ａを
適用した蒸発器１４を示し、第１図に示す冷媒分配器１
とは各伝熱管２１側にガイド板３を突設した点を除き他
は実質的に同一であり、互いに対応する部分には同一番
号を付して説明を省略する。

そして、絞り部２と各伝熱管２１の入口に至るまでの間
で、絞り部２を出た冷媒が重力のために直進せず、一方
の側に偏向し、不均一な分配が生じるのをこのガイド板
３により防止するようにしである。

ところで、ヒートポンプシステムの圧１［１１の運転モ
ード或は部分負荷運転によって冷媒流量が変化する場合
、冷媒分配器１，１ａの前後の圧力差Δｐか変動し、冷
媒分配器１，１ａの入側での冷媒を常に液体の単相にす
ることが困難な状態になることが考えられる。

そこで、第４図に示すように空間１８内を数分割９本実
施例では３分割する仕切板２３を設けて、膨張弁１３よ
り分割された各空間、例えば両側の空間１８ａ、１８ｃ
と中央の空間１８ｂへは、電磁弁２４ａ、２４ｂを介し
て、別個の流路２５ａ、２５ｂにより通じるようにして
、冷媒流量に応じて電磁弁２４　ａ、　２４　ｂを適宜
開閉させることにより上記圧力差Δｐを保ち、冷媒分配
器１の入側を常に単相となるように形成してもよい。

なお、上記実施例では過冷却手段として冷媒熱交換器１
５を用いたシステムに適用した例を説明したが、本発明
はこれに限るものでなく、この他第５図に示すように過
冷却手段として中間冷却器、即ちエコノマイザ２６を用
いたシステムにも適用し得るものである。

このと−トポンプシステムは、圧Ｍｔｌ’ｌ１１．Ｍ縮
器１２．第１膨縮型１３ａ、蒸発器１４を含むクローズ
トループにおいて、凝縮器Ｉ２と第１膨張弁１３ａとの
間に第２膨張弁２７と液過冷却部２８とからなる液過冷
却方式のエコノマイザ２６を設けたものである。

そして、凝縮器１２を出た高圧液体状態となった冷媒を
エコノマイザ２６に導いて、その一部を分岐させ、第２
膨張弁２７にて減圧させて、低温ガス状態とし、液過冷
却部２８内を通過させる一方、冷媒の残りの部分を液過
冷却部２８内の、上記第２膨張弁２７からのガスの流路
とは隔離された別の流路を通過させるようになっている
。そして、この通過させる過程で、両流路内の冷媒間で
熱交換を行わせ、上記低温ガスすなわちフラッシュガス
を管２９により圧縮［１１のエコノマイザホール３０に
導く一方、高圧の液体を冷却した後、エコノマイザ２６
から第１膨張弁１３ａに至らせている。

なお、上記エコノマイザホール３０は圧縮機１１の吸込
側寄りに形成してあり、吸込ガス圧に近い中間圧力状態
の閉込み空間内に上記フラッシュガスを導くように形成
したものである。

その他の部分については、第７図に示すヒートポンプシ
ステムと同様である。

なお、第５図に示す液過冷却方式のエコノマイザ２６に
代えてフラッシュタンク方式のエコノマイザを用いても
同様である他、外部冷却手段により膨張弁の箇所で冷媒
を過冷却液とするものでもよい。

第６図は、第７図に示すヒートポンプシステムにおいて
、蒸発器１４を複数、本実施例では２台並列配置した場
合に第２発明に係る冷媒分配器５を適用した例を示した
ものである。

この場合には、膨張弁１３の出側の流路６は２本の流路
６ａ、６ｂに分かれており、その各流路６ａ。

６ｂ中、蒸発器１４に近接した位置に絞り部７を穿設し
た冷媒分配器５を設けである。そして、絞り部７の入側
の圧力を、膨張弁１３の入側の冷媒温度に対する冷媒飽
和温度より高くなるように形成してあり、膨張弁１３か
ら各冷媒分配器５までの間の冷媒を液体状態にして、こ
こを充満させ、各絞り部７から各蒸発器■４に冷媒を気
液２相流の状態で均等に分配するようになっている。

なお、上記同様、第６図中の記号Ｐ。Ｉ　Ｐ　ＣＥＩ　
Ｐ　１は第２図中の同一記号に対応する。

この第２発明についても、第５図に示すエコノマイザを
用いたヒートポンプシステム、或はフラッシュタンク方
式のエコノマイザ或は外部冷却手段を用いたヒートポン
プシステムに適用できることは第１発明と同様である。

（発明の効果） 以上の説明より明らかなように、第１発明によれば、冷
媒流路が多数の流路からなる蒸発器の冷媒入口側のヘッ
ダ内に蒸発器内の伝熱流路入口に近接した位置に絞り部
を設け、当該絞り部前の圧力が蒸発器の上流に設けられ
た膨張弁前の冷媒温度に対する冷媒飽和圧力より高くな
るように上記絞り部を形成しである。

このため、冷媒分配器の入側の冷媒を液体の単相に保っ
て、ここを充満させて、絞り部より各伝熱流路に均等に
冷媒を気液２相状態で分配することが可能となる。

また、第２発明によれば、並設した複数の蒸発器に至る
各冷媒流路の上記蒸発器の近傍に絞り部を設け、当該絞
り部前の圧力が蒸発器の上流に設けられた膨張弁前の冷
媒温度に対する冷媒飽和圧力より高くなるように上記絞
り部を形成しである。

このため、第１発明の場合と同様に冷媒分配器の入側を
冷媒液で充満させることにより、各蒸発器に均等に冷媒
を気液２相状態で分配することが可能になるという効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１発明の第１実施例に係る冷媒分配器を適用
したヒートポンプシステムの蒸発器の入側の部分断面図
、第２図は上記ヒートポンプを循環する冷媒の状態を示
すｐ−ｉ線図、第３図は第１発明の第２実施例に係る冷
媒分配器を適用したヒートポンプシステムの蒸発器の入
側の部分断面図、第４図は上記冷媒分配器の使用例を示
す冷媒流路系統図、第５図はエコノマイザを用いたヒー
トポンプシステムの全体構成図、第６図は第２発明に係
る冷媒分配器を適用したヒートポンプの蒸発器の入側の
部分断面図、第７図は冷媒熱交換器を用いたヒートポン
プシステムの全体構成図、第８図は従来の蒸発器を用い
たヒートポンプシステムを循環する冷媒の状態を示すｐ
−ｉ線図、第９図は上記と−トポンプシステムにおける
従来の蒸発器の入側の部分断面図である。 １．１ａ・・・冷媒分配器、２・・・絞り部、５・・・
冷媒分配器、６，６ａ、６ｂ・・・流路、７・・・絞り
部、１４・・・蒸発器、１５・・・冷媒熱交換器、２６
・・・エコノマイザ。 特許Ｂ［人　スーパーヒートポンプ・エネルギー集積シ
ステム技術研究組合

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）冷媒流路が多数の流路からなる蒸発器の冷媒入口
   側のヘッダ内に蒸発器内の伝熱流路入口に近接した位置
   に絞り部を設け、当該絞り部前の圧力が蒸発器の上流に
   設けられた膨張弁前の冷媒温度に対する冷媒飽和圧力よ
   り高くなるように上記絞り部を形成したことを特徴とす
   る冷媒分配器。
2. （２）並設した複数の蒸発器に至る各冷媒流路の上記蒸
   発器の近傍に絞り部を設け、当該絞り部前の圧力が蒸発
   器の上流に設けられた膨張弁前の冷媒温度に対する冷媒
   飽和圧力より高くなるように上記絞り部を形成したこと
   を特徴とする冷媒分配器。