(57)【要約】【課題】排熱温度が低く、冷却効率が高く、小型、軽量で消費電力の少ない冷却装置を提供する。【解決手段】コンプレッサー1とコンデンサー２を結ぶ配管の途中にガス冷媒一部液化手段９を設け、コンプレッサー1から出たガス冷媒の一部をガス冷媒一部液化手段9で液化して、液冷媒を含むガス冷媒をコンデンサー２に導入することを特徴とする。【選択図】図１
2008089252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス状の凝縮性冷媒を圧縮するコンプレッサーと、
そのコンプレッサーから出たガス冷媒を熱交換により凝縮・液化して液冷媒にするコンデンサーと、
そのコンデンサーから出た前記液冷媒を熱交換により蒸発・気化してガス冷媒にするエバポレーターとを備えて、そのエバポレーターを冷却源とする冷却装置において、
前記コンプレッサーとコンデンサーを結ぶ配管の途中にガス冷媒一部液化手段を設け、前記コンプレッサーから出たガス冷媒の一部を前記ガス冷媒一部液化手段で液化して、液冷媒を含むガス冷媒を前記コンデンサーに導入することを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
請求項1記載の冷却装置において、前記ガス冷媒一部液化手段が、少なくとも、前記ガス冷媒を導入する外側導入口を有する最大径の外側管体と、
その外側管体の内側に挿入されて開口端付近に中間導入口を有す有底状の中間管体と、
前記外側管体の外側導入口と反対側の開口ならびに前記中間管体の開口を共に閉塞する蓋板と、
前記中間管体の内側に挿入されて底部付近に内側導入口を有して、開口端側が前記蓋板を貫通して外側に突出して排出口を形成している有底状の内側管体とを備えて、
前記外側管体の管壁と中間管体の管壁との間に軸方向に所定の長さを有する筒状の外側流通空間が形成され、
前記中間管体の管壁と内側管体の管壁との間に軸方向に所定の長さを有する筒状の内側流通空間が形成された多重管構造になっており、
前記外側導入口から導入されたガス冷媒が前記外側流通空間、中間導入口、内側流通空間、内側導入口ならびに内側管体の中空部を順に経て前記排出口から排出される間に一部液化されることを特徴とする冷却装置。
【請求項３】
請求項２記載の冷却装置において、前記中間導入口ならびに内側導入口がそれぞれ管壁に対して斜めに形成されて、前記内側流通空間を流れる媒体の旋回方向と内側管体の中空部を流れる媒体の旋回方向が同じ方向であることを特徴とする冷却装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項記載の冷却装置において、前記エバポレータの出口と前記コンプレッサーの入口との間にサブエバポレータを直列に接続し、そのサブエバポレータを前記コンデンサーに並設したことを特徴とする冷却装置。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれか１項記載の冷却装置において、前記コンデンサーの出口側に分岐管を接続し、その分岐管の途中にサブエバポレータ用キャピラリチューブとサブエバポレータを設けて、前記分岐管の先端部を前記エバポレータの出口と前記コンプレッサーの入口を結ぶ配管に接続し、前記サブエバポレータを前記コンデンサーに並設したことを特徴とする冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷房装置、カーエアコンなどの冷房空調装置、冷蔵装置ならびに冷凍装置などを含む冷却装置に係り、特に凝縮性冷媒を循環して使用する冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は、従来の冷房装置のシステム構成図である。このシステムの系統内に封入された例えばフロンなどの凝縮性冷媒（図示せず）をコンプレッサー(圧縮器)１で高温・高圧のガス冷媒にしてコンデンサー(凝縮器)２に圧送し、そこにコンデンサー用ファン３で空気を送り込み、その空気と前記高温ガス冷媒との熱交換により前記ガス冷媒を凝縮・液化して常温に近い液体に相変化する。この熱交換(放熱)によりかなり高温の熱風４が発生し、熱風４は屋外へ放出される。
【０００３】
前述の相変化した液冷媒は、キャピラリチューブ(膨張弁)５を通すことにより減圧・膨張されて低温・低圧の液冷媒となる。この液媒体はエバポレーター(蒸発器)６に送られ、そこにエバポレーター用ファン７で空気を送り込み、その空気と前記低温液冷媒との熱交換により液冷媒を蒸発・気化して低温・低圧のガス冷媒に相変化する。この熱交換により低温の冷風８が発生し、冷風８は室内へ放出されて室内の冷房に寄与する。前記低温・低圧のガス冷媒は、コンプレッサー(圧縮器)１に戻されて高温・高圧のガス冷媒となる。このようなシステムで冷媒の再循環が行われ、図中の矢印は冷媒の流れ方向を示している。
【０００４】
この冷房システムは室内冷房のため、前記エバポレーター(蒸発器)６とファン７が室内に設置され、前記コンプレッサー(圧縮器)１、コンデンサー(凝縮器)２、ファン３ならびにキャピラリチューブ(膨張弁)５が屋外に設置されている。
【０００５】
この冷却装置に関しては、例えば下記のような特許文献を挙げることができる。
【特許文献１】特開平１０−２５９９５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の冷房装置は前述のように、コンプレッサー１によって高温・高圧にしたガス冷媒を直接コンデンサー２に送り、コンデンサー２の細長い蛇管内を通す間にファン３で送り込まれた空気と熱交換して、ガス冷媒を凝縮・液化する工程で、かなり高温の熱風４が多量に発生し、その熱風４は屋外に放出される。そのため夏季などに各家屋、各部屋等で冷房装置を一斉に使用すると屋外温度(外気温度)が上昇し、結果的には地球温暖化の一因となる。
【０００７】
また、コンプレッサー１から送られて来たガス冷媒をコンデンサー２で確実に凝縮・液化するためには、コンデンサー２に使用する蛇管や放熱フィンの長さを十分に長くしたり、送風量を多くする必要があり、そのためにコンデンサー２やファン３が大型化する。さらに冷房装置は閉ループになっているから、結果的には吸込み能力の大きいコンプレッサー１か必要になる。
【０００８】
このようなことから、冷房装置が大型化し重量が重たくなり、消費電力が嵩むなどの欠点を有している。
【０００９】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、排熱温度が低く、冷却効率が高く、小型、軽量で消費電力の少ない冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するため本発明は、ガス状の凝縮性冷媒を圧縮するコンプレッサーと、そのコンプレッサーから出たガス冷媒を熱交換により凝縮・液化して液冷媒にするコンデンサーと、そのコンデンサーから出た前記液冷媒を熱交換により蒸発・気化してガス冷媒にするエバポレーターとを備えて、そのエバポレーターを冷却源とする冷却装置を対象とするものである。
【００１１】
そして本発明の第１の手段は、前記コンプレッサーとコンデンサーを結ぶ配管の途中にガス冷媒一部液化手段を設け、前記コンプレッサーから出たガス冷媒の一部を前記ガス冷媒一部液化手段で液化して、液冷媒を含むガス冷媒を前記コンデンサーに導入することを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記ガス冷媒一部液化手段が、少なくとも、前記ガス冷媒を導入する外側導入口を有する最大径の外側管体と、
その外側管体の内側に挿入されて開口端付近に中間導入口を有す有底状の中間管体と、
前記外側管体の外側導入口と反対側の開口ならびに前記中間管体の開口を共に閉塞する蓋板と、
前記中間管体の内側に挿入されて底部付近に内側導入口を有して、開口端側が前記蓋板を貫通して外側に突出して排出口を形成している有底状の内側管体とを備えて、
前記外側管体の管壁と中間管体の管壁との間に軸方向に所定の長さを有する筒状の外側流通空間が形成され、
前記中間管体の管壁と内側管体の管壁との間に軸方向に所定の長さを有する筒状の内側流通空間が形成された多重管構造になっており、
前記外側導入口から導入されたガス冷媒が前記外側流通空間、中間導入口、内側流通空間、内側導入口ならびに内側管体の中空部を順に経て前記排出口から排出される間に一部液化されることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の第３の手段は前記第２の手段において、前記中間導入口ならびに内側導入口がそれぞれ管壁に対して斜めに形成されて、前記内側流通空間を流れる媒体の旋回方向と内側管体の中空部を流れる媒体の旋回方向が同じ方向であることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の第４の手段は前記第１ないし第３の手段において、前記エバポレータの出口と前記コンプレッサーの入口との間にサブエバポレータを直列に接続し、そのサブエバポレータを前記コンデンサーに並設したことを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の第５の手段は前記第１ないし第３の手段において、前記コンデンサーの出口側に分岐管を接続し、その分岐管の途中にサブエバポレータ用キャピラリチューブとサブエバポレータを設けて、前記分岐管の先端部を前記エバポレータの出口と前記コンプレッサーの入口を結ぶ配管に接続し、前記サブエバポレータを前記コンデンサーに並設したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は前述のようにコンプレッサーから出たガス冷媒の一部(例えば半部以上)を先にガス冷媒一部液化手段で液化して、その液冷媒を含むガス冷媒をコンデンサーに導入する構成をとることにより、排熱温度が低く、冷却効率が高く、小型、軽量で消費電力の少ない冷却装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に本発明の実施形態を図面とともに説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る冷房装置のシステム構成図である。
【００１８】
この冷房装置において、フロンなどの凝縮性冷媒をコンプレッサー(圧縮器)１で高温・高圧のガス冷媒にしてコンデンサー(凝縮器)２に圧送し、そこにファン３で空気を送り込み、熱交換によりガス冷媒を凝縮・液化して液冷媒にする。
【００１９】
これをキャピラリチューブ(膨張弁)５に通して低温・低圧の液冷媒として、エバポレーター(蒸発器)６に送り、そこにファン７で空気を送り込んで熱交換を行い、液冷媒を蒸発・気化して低温・低圧のガス冷媒にするとともに、この熱交換により低温の冷風８が発生して室内へ放出し、前記ガス冷媒をコンプレッサー(圧縮器)１で吸い込むという基本的なサイクルは前述した従来技術と同様である。
【００２０】
本実施形態では同図に示すように、コンプレッサー(圧縮器)１とコンデンサー(凝縮器)２を結ぶ配管の途中に、ガス冷媒の一部を液冷媒にするガス冷媒一部液化手段９が設けられている。
【００２１】
図２はこのガス冷媒一部液化手段９の縦断面図、図３はそのガス冷媒一部液化手段９に使用する第２管体１１の第２導入口１８を含む横拡大断面図である。
【００２２】
ガス冷媒一部液化手段９は、図２に示すように最大径の第１管体１０と、その内側に挿入された第２管体１１と、その内側に挿入された第３管体１２と、その内側に挿入された第４管体１３と、その内側に挿入された第５管体１４の多重管(５重管)構造になっている。第１管体１０から第５管体１４にいくに従って径は徐々に小さくなっており、各管体１０〜１４はほぼ同心円状に設置されている。
【００２３】
前記第１管体１０は、コンプレッサー(圧縮器)１から圧送されて来たガス冷媒１５を導入する第１導入口１６を上端部中央に有し、下端開口部は蓋板１７により閉塞されている。第５管体１４を除く他の管体１１〜１３の下端開口部もこの蓋板１７により共に閉塞されている。各管体１０〜１４ならびに蓋板１７は、銅などの熱伝導性の良好な金属で構成されている。
【００２４】
第２管体１１は上端に底部を有する有底状の管体で、下端開口部付近に図３に示すように周方向に沿って等間隔に複数個(本実施形態では４個)の第２導入口１８が設けられている。図３に示すように各導入口１８は、管壁に対して同じ方向に傾斜して設けられており、各導入口１８から導入された媒体が管体の内面に沿って円周方向(本実施形態では同図に示すように時計周り方向)に流れるようにしている。
【００２５】
図２に示すように第２管体１１の上面中央部には、導入したガス冷媒１５の流れを乱さないようにするために円錐状のガイド部材１９が取り付けられている。第１管体１０の管壁と第２管体１１の管壁との間に、軸方向に所定の長さを有する筒状の第１流通空間２０が形成されている。
【００２６】
第３管体１２も上端に底部を有する有底状の管体で、その上端部付近に周方向に沿って等間隔に複数個(本実施形態では２個)の第３導入口２１が設けられている。第２管体１１の管壁と第３管体１２の管壁との間に、軸方向に所定の長さを有する筒状の第２流通空間２２が形成されている。
【００２７】
第４管体１３も上端に底部を有する有底状の管体で、その下端部付近に周方向に沿って等間隔に複数個(本実施形態では２個)の第４導入口２３が設けられている。第３管体１２の管壁と第４管体１３の管壁との間に、軸方向に所定の長さを有する筒状の第３流通空間２４が形成されている。
【００２８】
第５管体１４も上端に底部を有する有底状の管体で、その上端部付近に周方向に沿って等間隔に複数個(本実施形態では２個)の第５導入口２５が設けられている。第４管体１３の管壁と第５管体１４の管壁との間に、軸方向に所定の長さを有する筒状の第４流通空間２６が形成されている。またこの第５管体１４の内側中空部は第５流通空間２７となっており、排出口２８に繋がっている。この第５管体１４の開口端は、前記蓋板１７を貫通して外側に突出している。
【００２９】
同図に示されているように、前記第１導入口１６〜第５導入口２５ならびに排出口２８は、ガス冷媒一部液化手段９の上下方向に交互に設けられて、その間に流通空間が形成された構造になっている。
【００３０】
従って矢印で示されているように、コンプレッサー(圧縮器)１から圧送されて来たガス冷媒１５は第１導入口１６から入り、ガイド部材１９でガイドされながら第１流通空間２０に沿って下降する。そして第１流通空間２０の下端に到達すると第２導入口１８から第２流通空間２２に入り、第２流通空間２２に沿って上昇し、第２流通空間２２の上端に到達すると第３導入口２１から第３流通空間２３に入り、それに沿って下降する。
【００３１】
このように媒体は各流通空間に沿って下降と上昇を複数回繰り返しながら徐々に冷却されて、排出口２８からは一部(例えば約半分以上)液化した冷媒を含むガス冷媒と液冷媒の二相流体２９が取り出される。前述のようにガス冷媒一部液化手段９を多重管構造にすることにより、小型でも長い冷却経路を確保することができる。
【００３２】
本実施形態では、第２導入口１８だけでなく他の導入口２１,２３,２５も管壁に対して傾斜しており、第２流通空間２２から第５流通空間２７までの間で流体の旋回方向が変更されることなく、同じ方向に旋回するように設計されている。このようにすると流体の流れに乱れが生じることなく流れがスムーズになり、媒体の液化が促進される。
【００３３】
本実施形態のようにガス冷媒一部液化手段９を多重管構造にすると、最外周の流通空間(第１流通空間２０)から最内周の流通空間(第５流通空間２７)にいくに従って空間容積は必然的に徐々に小さくなるが、流通空間を流れている間に媒体は徐々に液化が進行して媒体全体の体積は徐々に小さくなるから、その体積減少を把握して各流通空間の容積を決定すれば、特に問題にはならない。
【００３４】
本実施形態において請求項２記載の外側導入口は第１導入口１６に、外側管体は第１管体１０に、中間導入口は第２導入口１８〜第４導入口２３に、中間管体は第２管体１１〜第４管体１３に、内側導入口は第５導入口２５に、内側管体は第５管体１４に、外側流通空間は第１流通空間２０に、内側流通空間は第４流通空間２６に、内側管体の中空部は第５流通空間２７に、それぞれ対応する。
【００３５】
図４は、本発明の第２実施形態に係る冷房装置のシステム構成図である。本実施形態で前記第１実施形態と相違する点は、図に示すようにエバポレータ６の出口とコンプレッサー１の入口との間にサブエバポレータ３０を直列に接続し、そのサブエバポレータ３０をコンデンサー２に接近して並設した点である。
【００３６】
図５は、本発明の第３実施形態に係る冷房装置のシステム構成図である。本実施形態で前記第２実施形態と相違する点は、図に示すようにコンデンサー２の出口側に分岐管３１を接続し、その分岐管３１の途中にサブエバポレータ用キャピラリチューブ３２とサブエバポレータ３０を設けて、前記分岐管３１の先端部をエバポレータ６の出口とコンプレッサー１の入口を結ぶ配管に接続した点である。
【００３７】
なお、サブエバポレータ３０側への冷媒の分岐流量は、冷却能力などに応じて調整すればよい。本実施形態においてもサブエバポレータ３０はコンデンサー２に接近して並設されている。
【００３８】
前記実施形態では凝縮性冷媒としてフロンを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば二酸化炭素やアンモニアなどの他の凝縮性冷媒を使用することも可能である。
【００３９】
前記実施形態では室内冷房装置の例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばカーエアコンなどの冷房空調装置、冷蔵装置ならびに冷凍装置など他の冷却装置にも適用可能である。
【００４０】
本発明の具体的な効果をまとめれば、下記の通りである。  
(1)コンデンサーの蛇管や放熱フィンの長さを短くすることができる。  
(2)コンデンサーやコンデンサー用ファンの小型化、軽量化、省電力化が図れる。  
(3)吸い込み能力の小さいコンプレッサーで済む。  
(4)コンプレッサーが小さくでき、軽量化、省電力化が図れる。またそのままの機能であると冷却能力を高めることができる。  
(5)媒体の液化を早くすることで、放熱(排熱) 温度を下げることができる。  
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る冷房装置のシステム構成図である。
【図２】その冷房装置に使用するガス冷媒一部液化手段の縦断面図である。
【図３】そのガス冷媒一部液化手段に使用する第２管体の第２導入口を含む横拡大断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る冷房装置のシステム構成図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る冷房装置のシステム構成図である。
【図６】従来の冷房装置のシステム構成図である。
【符号の説明】
【００４２】
１：コンプレッサー(圧縮器)、２：コンデンサー(凝縮器)、３：コンデンサー用ファン、４：熱風、５：キャピラリチューブ、６：エバポレータ(蒸発器)、７：エバポレータ用ファン、８：冷風、９：ガス冷媒一部液化手段、１０：第１管体、１１：第２管体、１２：第３管体、１３：第４管体、１４：第５管体、１５：ガス冷媒、１６：第１導入口、１７：蓋板、１８：第２導入口、１９：ガイド部材、２０：第１流通空間、２１：第３導入口、２２：第２流通空間、２３：第４導入口、２４：第３流通空間、２５：第５導入口、２６：第４流通空間、２７：第５流通空間、２８：排出口、２９：二相流体、３０：サブエバポレータ、３１：分岐管、３２: サブエバポレータ用キャピラリチューブ。
【図１】
2008089252.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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