(57)【要約】【課題】  蒸発装置を簡素な構成とする。【解決手段】  冷媒入口配管１０ｂに上下配管部１０ｃを設けて気相冷媒と液相冷媒とを分離して、気相冷媒を気相冷媒導出管１０ｆを経由させて蒸発コア１０ａの冷媒出口側に導出する。これにより、蒸発装置、つまり蒸気圧縮式冷凍機の構成を簡素な構造することができ、蒸気圧縮式冷凍機の製造原価および設置工数の低減を図ることができる。【選択図】        図２
2005098583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液相冷媒を蒸発させる蒸発装置であって、
冷媒に熱を与えて冷媒を蒸発させる蒸発コア（１０ａ）と、
上方側から下方側に延びる上下配管部（１０ｃ）を有し、前記上下配管部（１０ｃ）の下端側が前記蒸発コア（１０ａ）の冷媒流入口に接続された冷媒入口配管（１０ｂ）と、
前記上下配管部（１０ｃ）の上端側と前記蒸発コア（１０ａ）の冷媒流出口側とを連通させる気相冷媒導出管（１０ｆ）とを備えることを特徴とする蒸発装置。
【請求項２】
前記気相冷媒導出管（１０ｆ）は、前記冷媒入口配管（１０ｂ）より小さい通路断面積を有するキャピラリーチューブであることを特徴とする請求項１に記載の蒸発装置。
【請求項３】
前記上下配管部（１０ｃ）の長手方向は、鉛直方向と略平行であることを特徴とする請求項１または２に記載の蒸発装置。
【請求項４】
前記蒸発コア（１０ａ）の冷媒流入口側は、前記蒸発コア（１０ａ）の冷媒流出口側より下方側に位置していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つにに記載の蒸発装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の蒸発装置を備え、熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機であって、
冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１）と、
前記圧縮機（１）から吐出された冷媒の熱を放熱する放熱器（４）と、
前記放熱器（４）にて冷却された冷媒を減圧するとともに、冷媒出口側が前記上下配管部（１０ｃ）の上端側に接続された減圧器（６）と、
前記圧縮機（１）の吸入側と前記蒸発コア（１０ａ）の冷媒流出口側との間に設けられ、余剰冷媒を蓄えるアキュムレータ（８）とを具備することを特徴とする蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項６】
前記圧縮機（１）を駆動する駆動源（２）を有し、
前記蒸発コア（１０ａ）は、前記駆動源（２）で発生する廃熱を回収して冷媒を蒸発させることを特徴とする請求項５に記載の蒸気圧縮式冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液相冷媒を蒸発させる蒸発装置に関するもので、冷媒を蒸発させて熱を回収する蒸気圧縮式冷凍機や廃熱回収装置等に適用して有効である。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機、室外熱交換器、減圧装置、および室内熱交換器等を順次環状に接続した冷媒回路を有する空調装置用の蒸気圧縮式冷凍機において、室内熱交換器および配管を流れる冷媒の流速を抑えて管内圧損を抑制すべく、従来は、減圧装置と室内熱交換器の間に気液分離器を設けるとともに、気液分離器の下部を室内熱交換器に接続し、上部をキャピラリーチューブを介して圧縮機の吸入側に接続している（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−１２００７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１に記載の発明では、室内熱交換器の冷媒入口側に気液分離器をなすタンクを設け、このタンクと室内熱交換器と室内熱交換器とを冷媒配管にて繋いでいるので、蒸気圧縮式冷凍機の構成が複雑になり、蒸気圧縮式冷凍機の製造原価および設置工数の低減を図ることが難しい。
【０００４】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な蒸発装置およびこれにを用いた蒸気圧縮式冷凍機を提供し、第２には、蒸発装置を簡素な構成とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、液相冷媒を蒸発させる蒸発装置であって、冷媒に熱を与えて冷媒を蒸発させる蒸発コア（１０ａ）と、上方側から下方側に延びる上下配管部（１０ｃ）を有し、上下配管部（１０ｃ）の下端側が蒸発コア（１０ａ）の冷媒流入口に接続された冷媒入口配管（１０ｂ）と、上下配管部（１０ｃ）の上端側と蒸発コア（１０ａ）の冷媒流出口側とを連通させる気相冷媒導出管（１０ｆ）とを備えることを特徴とする。
【０００６】
これにより、室内熱交換器の冷媒入口側にタンクを設け、このタンクと室内熱交換器と室内熱交換器とを冷媒配管にて繋いでいる特許文献１に記載の発明に比べて、蒸発装置を簡素な構成とすることができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、気相冷媒導出管（１０ｆ）は、冷媒入口配管（１０ｂ）より小さい通路断面積を有するキャピラリーチューブであることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、上下配管部（１０ｃ）の長手方向は、鉛直方向と略平行であることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、蒸発コア（１０ａ）の冷媒流入口側は、蒸発コア（１０ａ）の冷媒流出口側より下方側に位置していることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の蒸発装置を備え、熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機であって、冷媒を吸入圧縮する圧縮機（１）と、圧縮機（１）から吐出された冷媒の熱を放熱する放熱器（４）と、放熱器（４）にて冷却された冷媒を減圧するとともに、冷媒出口側が上下配管部（１０ｃ）の上端側に接続された減圧器（６）と、圧縮機（１）の吸入側と蒸発コア（１０ａ）の冷媒流出口側との間に設けられ、余剰冷媒を蓄えるアキュムレータ（８）とを具備することを特徴とする。
【００１１】
これにより、特許文献１に記載の発明に比べて、蒸気圧縮式冷凍機の構成を簡素な構造することができるので、蒸気圧縮式冷凍機の製造原価および設置工数の低減を図ることができる。
【００１２】
請求項６に記載の発明では、圧縮機（１）を駆動する駆動源（２）を有し、蒸発コア（１０ａ）は、駆動源（２）で発生する廃熱を回収して冷媒を蒸発させることを特徴とするものである。
【００１３】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本実施形態は、本発明に係る蒸発装置を空調装置用の蒸気圧縮式冷凍機に適用したものであって、図１は空調装置用の蒸気圧縮式冷凍機の模式図であり、図２は本実施形態に係る係る蒸発装置の説明図である。
【００１５】
なお、図１に示す蒸気圧縮式冷凍機は、冷媒流れを切り換えることにより冷房運転と暖房運転とを切り換えることができる、いわゆるヒートポンプ式の空調装置である。
【００１６】
そして、図１中、圧縮機１は、内燃機関（エンジン）２等の専用駆動源から動力を得て冷媒を吸入圧縮するもので、オイルセパレータ３は、圧縮機１から吐出された冷媒から冷凍機油を分離抽出して、その分離抽出した冷凍機油をオイル戻り管（図示せず。）を介して圧縮機１の吸入側に戻す。
【００１７】
なお、冷凍機油とは、圧縮機１内の摺動部を潤滑して圧縮機１が焼き付くことを防止する潤滑油であり、冷凍機油が冷媒と共に熱交換器に流入すると、熱交換効率が低下するため、本実施形態では、圧縮機１の吐出側にオイルセパレータ３を設けて冷凍機油が蒸気圧縮式冷凍機全体を循環することを防止している。
【００１８】
室内熱交換器４は冷媒と室内に吹き出される空気とを熱交換する熱交換器であり、室外熱交換器５は冷媒と室外空気とを熱交換する熱交換器である。
【００１９】
減圧器６、７は冷却された高温の冷媒を減圧膨張させる減圧手段であり、減圧器６は、室内熱交換器４から流出した冷媒を暖房運転時に減圧し、減圧器７は、室外熱交換器５から流出した冷媒を暖房運転時に減圧する。そこで、以下、減圧器６を暖房用減圧器６と呼び、減圧器７を冷房用減圧器７と呼ぶ。
【００２０】
なお、暖房用減圧器６および冷房用減圧器７は、電子制御装置（図示せず。）により制御される電気式の膨脹弁であり、暖房用減圧器６は、アキュムレータ８の冷媒入口側における冷媒過熱度が所定範囲となるようにその絞り開度が制御され、冷房用減圧器７は、室内熱交換器４の冷媒出口側における冷媒過熱度が所定範囲となるようにその絞り開度が制御される。
【００２１】
また、アキュムレータ８は、圧縮機１に吸入側に設けられて、冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離して気相冷媒を圧縮機１に供給する気液分離手段であり、レシーバ９は、暖房用減圧器６と冷房用減圧器７とを繋ぐ冷媒回路に設けられて、冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離して液相冷媒を暖房用減圧器６または冷房用減圧器７に供給するものである。
【００２２】
つまり、レシーバ９は、暖房運転時にあっては、室内熱交換器４から流出した冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離して液相冷媒を暖房用減圧器６に供給し、冷房運転時にあっては、室外熱交換器５から流出した冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離して液相冷媒を冷房用減圧器７に供給する。
【００２３】
なお、レシーバ９およびアキュムレータ８では、余剰冷媒が液相冷媒として蓄えられ、循環冷媒流量の変化を吸収する。
【００２４】
四方弁１４は、圧縮機１から吐出された高圧冷媒を室内熱交換器４側に循環させる場合と室外熱交換器５側に循環させる場合とを切り換えるバルブであり、圧縮機１から吐出された高圧冷媒を室内熱交換器４側に循環させると暖房運転となり、圧縮機１から吐出される冷媒を室外熱交換器５側に循環させると冷房運転となる。
【００２５】
廃熱回収器１０は、エンジン２の廃熱を回収するもので、本実施形態では、エンジン冷却水を介してエンジン２の廃熱を回収している。そして、本実施形態では、廃熱回収器１０として、本発明に係る蒸発装置を採用しており、以下、図２を用いて本実施形態に係る蒸発装置、つまり廃熱回収器１０について説明する。
【００２６】
蒸発コア１０ａはエンジン冷却水の熱を冷媒に与えて冷媒を沸騰蒸発させる熱交換器であり、蒸発コア１０ａとして、本実施形態では、所定形状にプレス成形されたプレートをその厚み方向に積層してろう付けすることにより、流体が流れる扁平状のチューブを構成したプレート式の熱交換器を採用している。
【００２７】
なお、エンジン冷却水の流れるチューブと冷媒が流れるチューブとは、プレートの積層方向に交互に並んでおり、本実施形態では、冷媒を下方側から上方側に流し、エンジン冷却水を上方側から下方側に流して、冷媒とエンジン冷却水とを対向流れとしている。
【００２８】
冷媒入口配管１０ｂは、蒸発コア１０ａの下方側に設けられた冷媒入口側に接続された銅やアルミニウム等の金属製の配管であり、この冷媒入口配管１０ｂは、上方側から下方側に延びる上下配管部１０ｃおよび上下配管部１０ｃの下端部と蒸発コア１０ａの冷媒入口側とを繋ぐ繋ぎ配管部１０ｄ等からなるものである。
【００２９】
そして、本実施形態では、上下配管部１０ｃの長手方向を鉛直方向と略平行とし、かつ、繋ぎ配管部１０ｄの長手方向を略水平として冷媒入口配管１０ｂを略Ｌ字状としている。
【００３０】
また、冷媒出口配管１０ｅは、蒸発コア１０ａの上方側に設けられた冷媒出口とアキュムレータ８とを繋ぐ銅やアルミニウム等の金属製の配管であり、気相冷媒導出管１０ｆは、上下配管部１０ｃの上端側と蒸発コア１０ａの冷媒流出口側、つまり冷媒出口配管１０ｅとを連通させる銅やアルミニウム等の金属製の配管である。
【００３１】
このとき、気相冷媒導出管１０ｆは、冷媒入口配管１０ｂから供給される冷媒を蒸発コア１０ａを迂回させて冷媒出口配管１０ｅに流すバイパス回路となるので、気相冷媒導出管１０ｆの圧力損失が過度に小さいと、多くの冷媒が気相冷媒導出管１０ｆに流れ、蒸発コア１０ａに冷媒量が流れなくなるおそれがあるので、本実施形態では、気相冷媒導出管１０ｆの通路断面積を冷媒入口配管１０ｂの通路断面積より小さくして、気相冷媒導出管１０ｆの圧力損失を蒸発コア１０ａの圧力損失より大きくしている。
【００３２】
ここで、気相冷媒導出管１０ｆの圧力損失とは、気相冷媒導出管１０ｆ内を所定流量の冷媒が流れるときに発生する圧力損失を言い、蒸発コア１０ａの圧力損失とは、蒸発コア１０ａ内を前記所定流量の冷媒が流れるときに発生する圧力損失を言う。
【００３３】
ところで、図１中、ラジエータ１１は、エンジン冷却水と室外空気とを熱交換してエンジン冷却水を冷却する放熱器であり、サーモスタット１２は、エンジン２から流出したエンジン冷却水のうちラジエータ１１に流れる流量と、ラジエータ１１を迂回させてエンジン２に戻す流量とを調節することにより、エンジン冷却水の温度、つまりエンジン２の温度を所定温度範囲に維持するためのバルブである。
【００３４】
また、三方弁１３は、エンジン２から流出した高温のエンジン冷却水を蒸発コア１０ａに循環させる場合と循環させない場合とを切り換えるバルブであり、この三方弁１３は、四方弁１４と連動して作動する。
【００３５】
次に、本実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機（空調装置）の作動を述べる。
【００３６】
１．暖房運転
エンジン２から流出した高温のエンジン冷却水を蒸発コア１０ａに循環させ、かつ、冷媒を圧縮機１→四方弁１４→室内熱交換器４→冷房用減圧器７→レシーバ９→暖房用減圧器６→室外熱交換器５→四方弁１４→蒸発コア１０ａ→アキュムレータ８→圧縮機１の順で循環させる。
【００３７】
このとき、冷房用減圧器７の開度を全開として冷房用減圧器７にて冷媒が減圧されないようにするとともに、蒸発コア１０ａから流出する冷媒の過熱度が所定範囲となるように暖房用減圧器６の絞り開度を制御する。
【００３８】
これにより、暖房用減圧器６にて減圧された低圧の液相冷媒が、室外熱交換器５では、室外空気から吸熱して蒸発し、蒸発コア１０ａでは、エンジン冷却水から吸熱して蒸発する。
【００３９】
一方、室内熱交換器４では、圧縮機１にて圧縮された高温の気相冷媒が、室外熱交換器５および蒸発コア１０ａで吸熱した熱量、並びに圧縮機１の圧縮仕事相当の熱量を室内に吹き出す空気中に放熱して凝縮する。
【００４０】
２．冷房運転
蒸発コア１０ａへのエンジン冷却水の供給を停止した状態で、冷媒を圧縮機１→四方弁１４→室外熱交換器５→暖房用減圧器６→レシーバ９→冷房用減圧器７→室内熱交換器４→四方弁１４→蒸発コア１０ａ→アキュムレータ８→圧縮機１の順で循環させる。
【００４１】
このとき、暖房用減圧器６の開度を全開として暖房用減圧器６にて冷媒が減圧されないようにするとともに、室内熱交換器４から流出する冷媒の過熱度が所定範囲となるように冷房用減圧器７の絞り開度を制御する。
【００４２】
これにより、冷房用減圧器７にて減圧された低圧の液相冷媒が、室内熱交換器４にて室内に吹き出す空気から吸熱して蒸発する。
【００４３】
一方、室外熱交換器５では、圧縮機１にて圧縮されて室外空気の温度より高くなった高圧の気相冷媒が、室内熱交換器４で吸熱した熱量、および圧縮機１の圧縮仕事相当の熱量を室外空気中に放熱して凝縮する。
【００４４】
次に、廃熱回収器１０、つまり蒸発装置の作動について述べる（図２参照）。
【００４５】
上下配管部１０ｃは、上方側から下方側に延びているので、上下配管部１０ｃでは、密度差により気相冷媒と液相冷媒とが分離し、密度の小さい気相冷媒は上下配管部１０ｃの上端側に集まり、密度の大きい液相冷媒は下端側に集まる。
【００４６】
このため、気相冷媒は、上下配管部１０ｃの上端側に接続された気相冷媒導出管１０ｆを経由して蒸発コア１０ａの冷媒出口側に流れ、液相冷媒は蒸発コア１０ａに流れ込んで蒸発して気相冷媒となり、蒸発コア１０ａの冷媒出口側で上下配管部１０ｃにて分離抽出された気相冷媒と合流する。
【００４７】
したがって、蒸発コア１０ａには液相冷媒の比率が高い冷媒が供給されるので、蒸発コア１０ａにて確実に液相冷媒を蒸発させることができ、エンジン冷却水から効率よく廃熱を回収することができる。
【００４８】
延いては、圧縮機１の吸入冷媒の密度および温度を上昇させることができるので、圧縮機１の圧縮仕事量を増大させることなく、大きな暖房能力を得ることができる。
【００４９】
次に、本実施形態に係る廃熱回収器１０、つまり蒸発装置の特徴を述べる。
【００５０】
本実施形態では、冷媒入口配管１０ｂに上下配管部１０ｃを設けて気相冷媒と液相冷媒とを分離して、気相冷媒を気相冷媒導出管１０ｆから排出しているので、室内熱交換器の冷媒入口側にタンクを設け、このタンクと室内熱交換器と室内熱交換器とを冷媒配管にて繋いでいる特許文献１に記載の発明に比べて、蒸気圧縮式冷凍機の構成を簡素な構造することができ、蒸気圧縮式冷凍機の製造原価および設置工数の低減を図ることができる。
【００５１】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、キャピラリチューブにて気相冷媒導出管１０ｆを構成することにより、気相冷媒導出管１０ｆの圧力損失を所定値としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば気相冷媒導出管１０ｆの途中にオリフィス等の固定絞り配置する、または絞り開度を調節することができるバルブを配置する等してもよい。
【００５２】
また、蒸発コア１０ａの構造は、上述の実施形態に示された構造に限定されるものではない。
【００５３】
また、上述の実施形態では、本発明に係る蒸発装置を廃熱回収器１０に適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、例えば蒸発器やランキンサイクル用の蒸気発生器等にも適用できる。
【００５４】
また、上述の実施形態では、冷房運転と暖房運転とを切り換えることができる空調装置であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば冷房運転専用の空調装置またはヒートポンプ式の給湯器等にも適用できる。
【００５５】
また、上述の実施形態では、冷媒をフロンとして、高圧側で冷媒が凝縮する蒸気圧縮式冷凍機であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば冷媒を二酸化炭素として、高圧側で冷媒が凝縮することなく、超臨界となる超臨界蒸気圧縮式冷凍機にも適用できる。
【００５６】
また、上述の実施形態では、上下配管部１０ｃの長手方向を延長方向に一致させたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば上下配管部１０ｃの長手方向が鉛直方向に対して傾いていてもよい。
【００５７】
また、上述の実施形態では、上下配管部１０ｃが略直線状であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば円弧状に湾曲していてもよい。
【００５８】
また、上述の実施形態では、上下配管部１０ｃが一カ所であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば上下配管部１０ｃを複数箇所として、冷媒入口配管１０ｂを波状としてもよい。
【００５９】
また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施形態に係る空調装置用の蒸気圧縮式冷凍機の模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る係る蒸発装置の説明図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０…蒸発装置（廃熱回収器）、１０ａ…蒸発コア１０、１０ｂ…冷媒入口配管、
１０ｃ…上下配管部、１０ｄ…繋ぎ配管部、１１ｅ…冷媒出口配管、
１０ｆ…気相冷媒導出管。
【図１】
2005098583.tif 000003
【図２】
2005098583.tif 000004