JP2004085151A - 冷却装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】冷媒自然循環を用いる冷却装置において，起動時等に液冷媒がガス配管を逆流して逆循環が発生するのを防止すること。
【解決手段】凝縮器１、液配管３、蒸発器２及びガス配管４を順次配管で接続して冷媒回路を構成し、凝縮器１を蒸発器２よりも高所に設置して冷媒自然循環により冷却運転を行う冷却装置において，凝縮器１が複数の冷媒流路を有するプレートフィンチューブ型熱交換器で構成され，複数の冷媒流路の流入管１２及び流出管９をそれぞれ第１の分岐管８及び第１の合流管５に接続すると共に，ガス配管４が冷媒流れ方向の下り勾配部１３を設けた逆Ｕ字型配管２０を介して第１の分岐管８の上方に接続さされるようにしたものである。
【選択図】 図１
【解決手段】凝縮器１、液配管３、蒸発器２及びガス配管４を順次配管で接続して冷媒回路を構成し、凝縮器１を蒸発器２よりも高所に設置して冷媒自然循環により冷却運転を行う冷却装置において，凝縮器１が複数の冷媒流路を有するプレートフィンチューブ型熱交換器で構成され，複数の冷媒流路の流入管１２及び流出管９をそれぞれ第１の分岐管８及び第１の合流管５に接続すると共に，ガス配管４が冷媒流れ方向の下り勾配部１３を設けた逆Ｕ字型配管２０を介して第１の分岐管８の上方に接続さされるようにしたものである。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷媒自然循環による冷却運転を利用する冷却装置に関するものであり、特に起動時などに液冷媒がガス配管を逆流して逆循環が発生するのを防止する構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、移動体通信の中継電子機器を納めた通信基地局に代表されるような電子機器の発熱を除去する分野が急速に広がっており、これらの場所では年間を通しての冷却運転が必要となっている。
これらの用途では、冬季、夜間のように外気温度が低い場合には、換気によって冷房することも可能であるが、霧、雨、雪、塵埃の侵入を防ぐ装置が必要となり、しかも外気温度の変動によって室内温度も変動するため安定した冷却が行えない。
この様な条件では、室内温度と外気温度との温度差を利用して、室内から室外へ冷媒により熱を運ぶ冷媒自然循環を利用した冷却装置を用いることができる。この冷媒自然循環を利用した冷却装置は、通常の蒸気圧縮式の冷却装置よりも年間消費電力を大幅に低減することができる。
【０００３】
ところで、冷媒自然循環（以下，自然循環という）を利用した冷却装置の例としては、特開平９−２４３１１１号公報に開示のものが知られている。
図１２はかかる公報に開示の従来の冷却装置の構成を示す模式図である。
従来の冷房装置は，２つの冷媒回路を有している。１つの冷媒回路は、冷却器１００、ガス配管１０１、熱交換器１０２、液配管１０３の順に冷媒が循環する自然循環回路１０４であり、他の冷媒回路は、コンデンシングユニット２００、液配管２０１、膨張弁２０２、熱交換器１０２、ガス配管２０３の順に冷媒が循環する冷却補助回路２０４である。
【０００４】
このうち、自然循環回路１０４はビル内に縦にめぐらされた回路であり、この回路内の冷媒によりビルの室内が冷房される。すなわち、冷却器１００は室内に配置され，ファン１０５は冷却器１００に室内空気を当てて効果的な冷房を行うものである。
熱交換器１０２は自然循環回路１０４の上端部に、ガス配管１０１との接続口を上にし、液配管１０３との接続口を下にして、鉛直に配置される。通常、熱交換器１０２はコンデンシングユニット２００など冷却補助回路２０４の他の構成要素とともに、ビル最上部に設置される。
冷却補助回路２０４は、コンデンシングユニット２００に圧縮機と凝縮器とを有し、一般的に知られた蒸気圧縮冷凍サイクルである。自然循環回路１０４と冷却補助回路２０４とは、異なる冷媒回路系であるが、熱交換器１０２において熱交換が行われ，自然循環回路１０４に対しては凝縮器として機能し、冷却補助回路２０４に対しては蒸発器（冷却器）として機能する。
【０００５】
次に，従来の冷却装置の動作を説明する。
自然循環回路１０４の冷媒は，冷却器１００において蒸発・気化し冷媒ガスとなる。冷却器１００において発生した冷媒ガスは、ガス配管１０１を通って、冷却器１００から熱交換器１０２に導かれる。この冷媒ガスは熱交換器１０２において、冷却補助回路２０４の冷媒液（湿り蒸気）と熱交換して冷却され凝縮・液化される。
熱交換器１０２は鉛直に配置されているので、液化された自然循環回路１０４の冷媒は、重力により熱交換器１０２内を流下する。凝縮した液冷媒は，下部の液配管１０３との接続口から流出し，液配管１０３を通って冷却器１００に再び供給される。
【０００６】
上述のように、熱交換器１０２が鉛直に配置されていることにより、熱交換器１０２内の冷媒液の流れは必ず下向きとなり、冷媒ガスが常にガス配管１０１を上昇する向きに冷媒が循環する。もしも冷媒の循環が逆転したならば、冷媒ガスは液配管１０３を上昇することとなり、冷媒ガスの圧力損失によって、冷媒の循環速度が所期の値よりも減少して冷却能力が低下するが，従来の冷房装置は，常に正しい方向に冷媒が循環するので、所期の高い冷却能力を安定して発揮することができるというものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の自然循環回路を備えた冷却装置は，熱交換器１０２を自然循環回路１０４の上端部に，ガス配管１０１との接続口を上にし，液配管１０３との接続口を下にして，鉛直に配置する構成であるが，プレートフィン型熱交換器を自然循環回路に用いる場合，一般に熱交換器は複数の冷媒流路とそれらの冷媒流路が接続される分岐管および合流管を有しており，それらとガス配管および液配管の接続構造については冷媒の逆循環の発生を防止するという点が考慮されていないという課題があった。
また，従来の冷却装置は，熱交換器１０２を鉛直に配置する構成であるが，冷媒流路が水平に配置される場合についても冷媒の逆循環の発生を防止するという点が考慮されていないという課題があった。
【０００８】
本発明は上記のような従来の課題を解決するためになされたもので、冷媒自然循環を用いる冷却装置において，起動時などに液冷媒がガス配管を逆流して逆循環が発生するのを防止できる安価で簡素な構成の冷却装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係わる冷却装置は、少なくとも凝縮器，液配管、蒸発器及びガス配管を順次配管で接続して冷媒回路を構成し，前記凝縮器を前記蒸発器よりも高所に設置して冷媒自然循環により冷却運転を行う冷却装置において，前記凝縮器が複数の冷媒流路を有するプレートフィンチューブ型熱交換器で構成され，前記複数の冷媒流路の流入管及び流出管がそれぞれ第１の分岐管及び第１の合流管に接続されると共に，前記ガス配管が冷媒流れ方向に下り勾配部を設けて第１の分岐管の上方に接続されるようにしたことを特徴とするものである。
【００１０】
この発明の請求項２に係わる冷却装置は，前記構成に加え，前記蒸発器が複数の冷媒流路を有するプレートフィンチューブ型熱交換器で構成され，前記複数の冷媒流路の流入管及び流出管がそれぞれ第２の分岐管及び第２の合流管に接続されると共に，前記液配管が冷媒流れ方向に上り勾配部を設けて前記第２の分岐管の下方に接続されるようにしたことを特徴とするものである。
【００１１】
この発明の請求項３に係わる冷却装置は，前記構成に加え，前記下り勾配部の最高位置を前記凝縮器の最高位置よりも２０ｍｍ以上高くする構成と，前記上り勾配部の最低位置を前記蒸発器の最低位置よりも２０ｍｍ以上低くする構成と，の少なくとも一方の構成を有することを特徴とするものである。
【００１２】
この発明の請求項４に係わる冷却装置は，前記構成に加え，前記第１の合流管の下方から冷媒流れ方向の下り勾配部を設けて前記液配管を接続すると共に，第２の合流管の上方から冷媒流れ方向の上り勾配部を設けて前記ガス配管を接続するようにしたことを特徴とするものである。
【００１３】
この発明の請求項５に係わる冷却装置は，少なくとも凝縮器，液配管，蒸発器及びガス配管を順次配管で接続して冷媒回路を構成し，前記凝縮器を前記蒸発器よりも高所に設置して冷媒自然循環により冷却運転を行う冷却装置において，前記凝縮器が複数の冷媒流路を有するプレートフィンチューブ型熱交換器で構成され，前記複数の冷媒流路の流入管及び流出管がそれぞれ第１の分岐管及び第１の合流管に接続されると共に，前記流入管が第１の分岐管の下方から冷媒の流れ方向に下り勾配部を設けて前記凝縮器の入口部に接続され，前記流出管が前記凝縮器の出口部から冷媒の流れ方向に下り勾配部を設けて第１の合流管の上方に接続され，前記第１の分岐管を前記凝縮器の最高位置よりも高所に，前記第２の合流管を前記凝縮器の最低位置よりも低所に設置するようにしたことを特徴とするものである。
【００１４】
この発明の請求項６に係わる冷却装置は，前記構成に加え，前記蒸発器が複数の冷媒流路を有するプレートフィンチューブ型熱交換器で構成され，前記複数の冷媒流路の流入管及び流出管がそれぞれ第２の分岐管及び第２の合流管に接続されるとともに，前記流入管が第２の分岐管の上方から冷媒の流れ方向に上り勾配部を設けて前記蒸発器の入口部に接続され，前記流出管が前記蒸発器の出口部から冷媒の流れ方向に上り勾配部を設けて第２の合流管の下方に接続され，前記第２の分岐管を前記蒸発器の最低位置よりも低所に，前記第２の合流管を前記蒸発器の最高位置よりも高所に設置するようにしたことを特徴とするものである。
【００１５】
この発明の請求項７に係わる冷却装置は，前記構成に加え，前記凝縮器における複数の冷媒流路及び前記蒸発器における複数の冷媒流路の少なくとも一方が，列方向が垂直となるように配置されると共に，段方向が水平となるように配置されることを特徴とするものである。
【００１６】
この発明の請求項８に係わる冷却装置は，前記蒸発器の近傍に蒸気圧縮式冷凍サイクル装置の蒸発器を配置したことを特徴とするものである。
【００１７】
この発明の請求項９に係わる冷却装置は，前記蒸発器出口と前記凝縮器入口とを接続する前記ガス配管に第１開閉弁を設け、該ガス配管で該第１開閉弁より前記凝縮器側に圧縮機を接続し、前記凝縮器出口と前記蒸発器入口とを接続する前記液配管に膨張弁を設け、該膨張弁をバイパスする配管に第２開閉弁を設け、前記圧縮機，凝縮器，膨張弁及び蒸発器の経路で冷凍サイクルを構成し，前記第１開閉弁及び第２開閉弁を開閉することにより，圧縮機運転による強制循環運転と圧縮機停止による自然循環運転とを切り換え可能に構成したことを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施形態１に係る冷却装置の構成を示す模式図、図２は同冷却装置の凝縮器の構成を示す斜視図、図３は同冷却装置の逆循環が生じる原理を示す模式図である。
図１に示すように、凝縮器１及び蒸発器２とそれらを接続するための液配管３及びガス配管４から構成されている。
凝縮器１には，複数の流入管１２及び流出管９が接続され，流入管１２の他端は第１の分岐管８に接続され，流出管９の他端は第１の合流管５に接続されている。同様に，蒸発器２には，複数の流入管１０及び流出管１１が接続され，流入管１０の他端は第２の分岐管６に接続され，流出管１１の他端は第２の合流管７に接続されている。
【００１９】
また，第１の合流管５と第２の分岐管６は液配管３で接続され，第１の分岐管８と第２の合流管７は第１の分岐管８の上方に接続される冷媒流れ方向の下り勾配部１３を設けた逆Ｕ字型配管２０を介してガス配管４で接続されている。ここで，上り勾配や下り勾配の定義は，冷媒が正方向に自然循環する場合の冷媒流れ方向（凝縮器１，液配管３，蒸発器２，ガス配管４の順に冷媒が循環）に対する勾配を意味するものとする。
この逆Ｕ字型配管２０は，その最高位置が凝縮器１の最高位置に対して２０ｍｍ以上高く設定されている。
また，凝縮器１には室外送風機４０が，蒸発器２には室内送風機４１が備えられており，凝縮器１の外表面へ室外空気が，蒸発器２の外表面へ室内空気が強制的に供給される。なお，凝縮器１は蒸発器２よりも高所に設置されており，凝縮器１上面と蒸発器２下面は，例えば数十ｃｍ程度の高低差を設けて設置されている。
【００２０】
図２において、凝縮器１は，プレートフィン３０と流入管１２，流出管９等のチューブ（伝熱管）から構成されるプレートフィンチューブ型熱交換器であり，列方向が垂直に，段方向が水平に配置される。
また，複数の流入管１２が第１の分岐管８に，複数の流出管９が第１の合流管５に接続され，流入管１２と流出管９を両端とする複数の冷媒流路は水平に配置されると共に，第１の分岐管８及び第１の合流管５も水平に配置されている。第１の分岐管８の上方には，冷媒流れ方向に下り勾配部１３を備えた逆Ｕ字型配管２０が接続され，管端部３１でガス配管４に接続されている。
また，第１の合流管５には，冷媒流れ方向に下り勾配を備えた直管が接続され，管端部３２で液配管３に接続されている。
なお，流入管１２や流出管９などの伝熱管は例えば６ｍｍ〜１３ｍｍ程度のものが，分岐管８，合流管５，液配管３，ガス配管４は例えば９ｍｍ〜２０ｍｍ程度のものが使用される。
【００２１】
上記のように構成されたこの発明の実施の形態１に係る冷却装置の運転動作を図１に基づいて説明する。
この冷却装置は例えば年間を通して冷却が必要な場所に利用され、室内温度が外気温度よりも高い場合に室内と外気との温度差を利用して冷媒自然循環による冷却運転を行う。
自然循環運転では、凝縮器１で凝縮した液冷媒が複数の流出管９より流出して第１の合流管５に合流し，液配管３を下降する。液配管３を下降した液冷媒は，第２の分岐管６で複数の流入管１０に分岐され，蒸発器２に流入する。
蒸発器２で蒸発したガス冷媒は、流出管１１より流出して第２の合流管７に合流し，ガス配管４を上昇する。ガス配管４を上昇した冷媒は，逆Ｕ字型配管２０を通って下り勾配部１３を下降し，第１の分岐管８で複数の流入管１２に分岐され，凝縮器１に戻ることで自然循環サイクルが形成される。
【００２２】
ここで，起動時や室内温度低下防止のため室外送風機４０を停止すると，冷媒が逆に循環する場合が生じる。この原理について図３を用いて説明する。
図３において，（ａ）は，室内送風機４１が運転され，室外送風機４０が停止された状態，（ｂ）は（ａ）の状態から室外送風機４１を起動した状態，（ｃ）は（ｂ）の状態から逆循環が発生した状態を示している。また，凝縮器１及び蒸発器２内の黒塗りは冷媒液を示している。
図３の（ａ）に示すように室外送風機４０の停止状態では，凝縮器１での凝縮量が非常に小さく，冷媒は主に蒸発器２内に存在する。この状態で室外送風機４０を起動すると，（ｂ）に示すように凝縮器１での熱交換性能が増加して圧力が低下するため，冷媒は蒸発器２から凝縮器１に液配管３及びガス配管４を通って移動する。
【００２３】
この冷媒移動がほぼ終了した段階（冷媒回路内がほぼ均圧した段階）で，（ｃ）に示すように液配管３がガス冷媒のみとなり，ガス配管４に液冷媒が取り残された状態が発生すると，取り残された液冷媒がガス配管４から蒸発器２へ逆流する。蒸発器２に逆流した液冷媒は，蒸発器２内で蒸発して冷媒ガスとなるため，圧力が上昇し，凝縮器１から液冷媒が流下（正方向に循環）するのを妨げる。
この逆循環現象は，ガス配管４内に存在する液冷媒が蒸発器２及び凝縮器１内に存在する液冷媒と繋れば常に循環駆動力となる液ヘッドが生じて継続的に発生することになる。
なお，この逆循環現象は，室外送風機４０の停止時における蒸発器２内の冷媒量の分布状態（偏在）に依存し，この分布状態は蒸発器２を内蔵する図示しない室内ユニットの吸込み空気の温度分布などに依存する。
【００２４】
本実施の形態１では，第１の分岐管８の上方に，冷媒流れ方向の下り勾配部１３を備えた逆Ｕ字型配管２０が接続されており，ガス配管４に液冷媒が取り残された状態となる場合でも，逆Ｕ字型配管２０により液冷媒が途切れ、送循環駆動力である液ヘッドを切断して継続的な逆循環を防止することができる。
また，逆Ｕ字型配管２０の最高位置を凝縮器１の最高位置に対して２０ｍｍ以上高くしているため，凝縮器１の最高位置の伝熱管内が飽和液で満たされる場合でも逆Ｕ字型配管２０内をガス冷媒で満たすことができ，確実に逆循環を防止することが可能な冷却装置を提供することができる。
【００２５】
また，本実施の形態１では，第１の分岐管８の上方に，冷媒流れ方向の下り勾配部１３を備えた逆Ｕ字型配管２０が接続される構成を示したが，図４に示すように下り勾配部１３を備えた逆Ｖ字型配管２０で構成しても同様の効果を発揮することは勿論である。
【００２６】
さらに，本実施の形態１では，凝縮器１における複数の冷媒流路と蒸発器における複数の冷媒流路が水平に配置され，第１及び第２の合流管５，７と第１及び第２の分岐管８，６も水平に配置されているため，冷却装置が設置される通信基地局などに地上からの高さ制約がある場合にも，冷媒自然循環に必要な高低差を確保でき，かつ蒸発器２下面から凝縮器１上面までの高さを低く抑えることができるため，冷却装置を小型化できるという効果がある。
【００２７】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２に係る冷却装置の構成を示す模式図である。
本実施の形態２における冷却装置において，実施の形態１と同構成については同一符号を付し，詳細な説明を省略する。
本実施の形態２において，実施の形態１と異なる構成は，液配管３と第２の分岐管６の間にも冷媒流れ方向に上り勾配部１４を備えたＵ字型配管２１が設けられ，そのＵ字型配管２１が第２の分岐管６の下方に接続されている点である。
このＵ字型配管２１は，その最低位置が蒸発器２の最低位置よりも２０ｍｍ以上低く設定されている。
【００２８】
本実施の形態２では，実施の形態１の効果に加え，第２の分岐管６の下方に，冷媒流れ方向に上り勾配部１４を設けたＵ字型配管２１が接続されているため，上り勾配１４内が常に液冷媒で満たされ，蒸発器２内で蒸発したガス冷媒の逆流を防止でき，常に流出管１１へガス冷媒を供給して逆循環を防止することができる。
また，Ｕ字型配管２１の最低位置を蒸発器２の最低位置よりも２０ｍｍ以上低くしているため，蒸発器２の最低位置の伝熱管内がガス冷媒で満たされる場合でもガス冷媒の逆流を抑制し，確実に逆循環を防止することができる冷却装置を提供することができる。
【００２９】
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３に係る冷却装置の構成を示す模式図、図７は同冷却装置の凝縮器の構成を示す斜視図である。
本実施の形態３の冷却装置において，実施の形態２と同構成については同一符号を付し，詳細な説明を省略する。
本実施の形態３において，実施の形態２と異なる構成は，第１の合流管５と液配管３との間に第１の合流管５の下方に接続される冷媒流れ方向の下り勾配部１５を設けると共に，第２の合流管７とガス配管４の間にも第２の合流管７の上方に接続される冷媒流れ方向の上り勾配部１６を設けた点である。
【００３０】
図７に示す凝縮器１は実施の形態１と異なり，第１の合流管５の下方に，冷媒流れ方向に下り勾配部１５を備えたＬ字型配管が接続され，管端部３２で液配管３に接続される。
【００３１】
本実施の形態３では，実施の形態２の効果に加え，第１の合流管５の下方に冷媒流れ方向に下り勾配部１５を設けたため，第１の合流管５に合流した液冷媒を重力により確実に液配管３へ流下させることができ，液冷媒の逆循環を防止することができる。
また，第２の合流管７の上方に冷媒流れ方向に上り勾配１６を設けたため，第２の合流管７に合流したガス冷媒を確実にガス配管４へ流入させることができ，ガス冷媒の逆循環を防止することができる。
【００３２】
実施の形態４．
図８はこの発明の実施の形態４に係る冷却装置の構成を示す模式図である。
本実施の形態４の冷却装置において，実施の形態３と同構成については同一符号を付し，詳細な説明を省略する。
本実施の形態４において，実施の形態３と異なる構成は，ガス配管４と第１の分岐管８との間に設けらた逆Ｕ字型配管２０及び液配管３と第２の分岐管６との間に設けられたＵ字型配管２１並びに第１の合流管５と液配管３との間に設けられた冷媒流れ方向の下り勾配部１５及び第２の合流管７とガス配管４との間に設けられた冷媒流れ方向の上り勾配部１６の代わりに、ガス配管４に接続された第１の分岐管８の下方に冷媒流れ方向の下り勾配部２２を備えた流入管１２が接続され，第１の合流管５の上方に冷媒流れ方向の下り勾配部２３を備えた流出管９が接続され，液配管３に接続された第２の分岐管６の上方に冷媒流れ方向の上り勾配部２４を備えた流入管１０が接続され，第２の合流管７の下方に冷媒流れ方向の上り勾配部２５を備えた流出管１１が接続される点である。
また，上記下り勾配２２，２３や上り勾配２４，２５を設けたことにより，第１の分岐管８は凝縮器１の最高位置よりも高所に，第１の合流管５は凝縮器１の最低位置よりも低所に，第２の分岐管６は蒸発器２の最低位置よりも低所に，第２の合流管７は蒸発器２の最高位置よりも高所に設置されている。
【００３３】
本実施の形態４では，第１の分岐管８が凝縮器１の最高位置よりも高所となるように第１の分岐管８の下方に冷媒流れ方向の下り勾配部２２を設けたため，実施の形態１と同様に液冷媒の逆流を防止することができる。
また，第１の合流管５が凝縮器の最低位置よりも低所となるように第１の合流管５の上方に冷媒流れ方向の下り勾配部２３を設けたため，実施の形態３と同様に凝縮器１で凝縮した液冷媒を確実に第１の合流管５に供給でき，液冷媒の逆循環を防止することができる。
また，第２の分岐管６が蒸発器２の最低位置よりも低所となるように第２の分岐管６の上方に冷媒流れ方向の上り勾配部２４を設けたため，実施の形態２と同様に蒸発器２で蒸発したガス冷媒の逆流を防止することができる。
また，第２の合流管７が蒸発器２の最高位置よりも高所となるように第２の合流管７の下方に冷媒流れ方向の上り勾配部２５を設けたため，実施の形態３と同様に蒸発器２で蒸発したガス冷媒を確実に第２の合流管７に流入させ，ガス冷媒の逆循環を防止することができる。
【００３４】
なお，第１の分岐管８を凝縮器１の最高位置よりも２０ｍｍ以上高所に，第１の合流管５を凝縮器１の最低位置よりも２０ｍｍ以上低所に，第２の分岐管６を蒸発器２の最低位置よりも２０ｍｍ以上低所に，第２の合流管７を蒸発器２の最高位置よりも２０ｍｍ以上高所に設置すれば，実施の形態１および実施の形態２と同様の効果を発揮することは言うまでもない。
【００３５】
実施の形態５．
図９はこの発明の実施の形態５に係る通信基地局５０に設置された冷却装置を示す構成図である。
冷媒自然循環を用いる冷却装置が，圧縮機を用いる蒸気圧縮式冷凍サイクル装置と併用して用いられる例を示している。
図９に示すように、室外ユニット５３は通信基地局５０の外壁上部に室外ユニット支持台５２によって固定され，室内ユニット５４と室外ユニット５３は，ガス配管４及び液配管３により接続されている。また，通信基地局５０には，発熱体である通信機器５８と室内ユニット５４が収納され，通信機器５８からの発熱が室内ユニット５４によって冷却される。
図９において，５１ａは室外ユニット吸込み口、５１ｂは室外ユニット吹出し口，５５ａは室内ユニット吸込み口、５５ｂは室内ユニット吹出し口である。
【００３６】
室内ユニット５４内には，自然循環サイクルおよび蒸気圧縮式サイクルに対応した２つの蒸発器２及び蒸発器５７が収納され，通信機器５８の発熱負荷を冷却する。また，室内空気を強制的に蒸発器２および蒸発器５７の外表面に送風するための室内送風機４１，蒸発器２及び蒸発器５７の吸込み側空間と吹き出し側空間とをそれぞれ仕切る仕切り板５６ａ及び５６ｂより構成されている。
また、室外ユニット５３は、凝縮器１、室外送風機４０より構成され，第１の分岐管８とガス配管４との間には，凝縮器１で凝縮した液冷媒の逆流を防止するための逆Ｕ字型配管２０が設けられると共に，第２の分岐管６と液配管３との間には，蒸発器２で蒸発したガス冷媒の逆流を防止するためのＵ字型配管２１が設けられている。
また，圧縮機を用いる蒸気圧縮式冷凍サイクルの室外ユニット５９は通信基地局５０の横に設置され，蒸発器５７と配管で接続されている。
なお、室外ユニット５３の凝縮器１は室内ユニット５４の蒸発器２よりも高所に配置されており、ここでは例えば５０ｃｍ程度の高低差を設けて配置している。
【００３７】
次に、本実施の形態５における冷却装置の運転動作について説明する。
この冷却装置は，室内温度が外気温度よりも高い場合に室内と外気との温度差を利用して冷媒自然循環による冷却運転を行う。
自然循環運転では、凝縮器１で凝縮した液冷媒が液配管３を下降し、Ｕ字型配管２１を通って蒸発器２に流入する。蒸発器２で蒸発したガス冷媒は、ガス配管４を上昇し，逆Ｕ字型配管２０を通って凝縮器１に戻ることで自然循環サイクルが形成される。
【００３８】
本実施の形態５では，圧縮機を用いる蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置と併用される冷却装置において，第１の分岐管８とガス配管４との間に液冷媒の逆流を防止するための逆Ｕ字型配管２０を設けると共に，第２の分岐管６と液配管３との間にガス冷媒の逆流を防止するためのＵ字型配管２１を設けたため，確実に冷媒の逆循環を防止することができる。
また，蒸気圧縮式冷凍サイクル装置を設けたので、自然循環運転だけでは冷却能力が不足する発熱負荷に対しても蒸気圧縮式冷凍サイクル装置によって対応可能な冷却装置を提供することができる。
【００３９】
実施の形態６．
図１０はこの発明の実施の形態６による冷却装置の構成を示す模式図、図１１は同冷却装置の凝縮器を示す斜視図である。
この冷却装置は，通信基地局や電算機室などの扉や壁などに設置され，凝縮器１，蒸発器２，液配管３，ガス配管４を共用し，圧縮機による蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置と自然循環サイクルを切り換えて通信機器などの発熱を冷却する冷却装置である。
図１０において，６０は冷却装置の筐体，６１はガス配管４に逆止弁６６を介して接続された圧縮機，６２はガス配管４に開閉弁６５を介して接続されたアキュムレータ，６３は液配管３中に設けられた絞り装置として例えば電子式膨張弁，６４はガス配管４中に設けられた第１開閉弁である逆止弁，６７は液配管３に接続され、電子式膨張弁６３をバイパスする配管に設けられた第２開閉弁であり，実施の形態５と同構成については同一符号を付し，詳細な説明を省略する。
【００４０】
本実施の形態６による冷却装置は，筐体６０内部が仕切り板６８によって室外空間７０と室内空間７１に分離されている。
その室外空間７０内には、冷媒ガスを圧縮するための圧縮機６１、この冷媒ガスを冷却・液化させるための凝縮器１、室外送風機４０、凝縮器１を出た高温高圧の冷媒液を減圧して二相状態の湿り蒸気とする電子式膨張弁６３、過渡的現象や冷媒の過充填などの場合に圧縮機６１への液戻りを防止するためのアキュムレータ６２、圧縮機６１及びアキュムレータ６２をバイパスするための開閉弁６５とガス配管４中に設けられた第１開閉弁である逆止弁６４、自然循環運転時に圧縮機６１への冷媒の流入を防止する逆止弁６６、電子式膨張弁６３をバイパスする配管に設けられた第２開閉弁６７が配置されている。
また、室内空間７１内には，液配管３から流入した湿り蒸気を発熱負荷によって蒸発させる蒸発器２、室内送風機４１が配置されている。
さらに，室外空間７０内の第１の分岐管８とガス配管４との間には，凝縮器１で凝縮した液冷媒の逆流を防止するための逆Ｕ字型配管２０が設けられると共に，室内空間７１内の第２の分岐管６と液配管３との間には，蒸発器２で蒸発したガス冷媒の逆流を防止するためのＵ字型配管２１が設けられている。
【００４１】
本実施の形態６における凝縮器１を図１１に示しており、その凝縮器１は，プレートフィン３０と流入管１２，流出管９等のチューブ（伝熱管）から構成されるプレートフィンチューブ型熱交換器であり，複数の流入管１２が第１の分岐管８に，複数の流出管９が第１の合流管５に接続され，流入管１２と流出管９を両端とする複数の冷媒流路は水平に配置され，第１の分岐管８と第１の合流管５は重力方向に対して傾斜して配置されている。
第１の分岐管８の上方には，冷媒流れ方向に下り勾配部１３を備えた逆Ｕ字型配管２０が接続され，管端部３１でガス配管４に接続されている。
また，第１の合流管５には，冷媒流れ方向に下り勾配１５を備えたＬ字型配管が接続され，管端部３２で液配管３に接続されている。
【００４２】
本実施の形態６による冷却装置では、圧縮機６１による強制循環運転を行う場合、第２開閉弁６７を閉、開閉弁６５を開とし、電子式膨張弁６７の開度を凝縮器１から流出した冷媒液が減圧されて二相状態の湿り蒸気となる適切な開度に設定し、圧縮機６１を運転する。
そうすると，第１開閉弁である逆止弁６４は圧縮機６１の吐出圧力と吸入圧力との圧力差で閉止されて圧縮機６１による強制循環サイクルが形成される。
また、自然循環運転を行う場合、開閉弁６５を閉、第２開閉弁６７を開とし、電子式膨張弁６３を全開すると、逆止弁６４は冷媒の流れにより開放され、自然循環サイクルが形成される。
【００４３】
本実施の形態６による冷却装置では，圧縮機を用いる蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置と自然循環サイクルを切り換え可能な冷却装置において，第１の分岐管８とガス配管４との間に液冷媒の逆流を防止するための逆Ｕ字型配管２０を設けると共に，第２の分岐管６と液配管３との間にガス冷媒の逆流を防止するためのＵ字型配管２１を設けたため，確実に冷媒の逆循環を防止することができる。
また，自然循環運転だけでは冷却能力が不足する発熱負荷に対しても蒸気圧縮式冷凍サイクル装置によって対応可能な冷却装置を提供することができる。
【００４４】
以上，この発明の冷媒自然循環を用いる冷却装置の実施の形態について詳述したが，この発明は，上記の実施の形態に限定されるものではなく，種々の変形が可能である。
例えば，逆Ｕ字型配管は，一端が凝縮器入口部の分岐管に，他端がガス配管に接続される構成を示したが，凝縮器入口部の分岐管近傍であればガス配管の途中に設ける構成としてもよい。
また，Ｕ字型配管についても，一端が蒸発器入口部の分岐管に，他端が液配管に接続される構成を示したが，蒸発器入口部の分岐管近傍であれば液配管の途中に設ける構成としてもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したとおり，この発明に係わる冷却装置は，少なくとも凝縮器，液配管，蒸発器，ガス配管を順次配管で接続して冷媒回路を構成し，凝縮器を蒸発器よりも高所に設置して冷媒自然循環により冷却運転を行う冷却装置において，凝縮器が複数の冷媒流路を有するプレートフィンチューブ型熱交換器で構成され，複数の冷媒流路の流入管及び流出管がそれぞれ第１の分岐管及び第１の合流管に接続されると共に，ガス配管が冷媒流れ方向に下り勾配部を設けて第１の分岐管の上方に接続されるようにしたため，安価で簡素な構成で起動時などに発生する冷媒の逆循環を防止でき，安定した冷却性能が得られる冷却装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る冷却装置の構成を示す模式図である。
【図２】同冷却装置の凝縮器の構成を示す斜視図である。
【図３】同冷却装置の逆循環が生じる原理を示す模式図である。
【図４】同冷却装置の凝縮器の他の構成を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る冷却装置の構成を示す模式図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る冷却装置の構成を示す模式図である。
【図７】同冷却装置の凝縮器の構成を示す斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態４に係る冷却装置の構成を示す模式図である。
【図９】この発明の実施の形態５に係る冷却装置の構成を示す模式図である。
【図１０】この発明の実施の形態６に係る冷却装置の構成を示す模式図である。
【図１１】同冷却装置の凝縮器の構成を示す斜視図である。
【図１２】従来の冷媒自然循環を利用する冷却装置の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 凝縮器，２ 蒸発器，３ 液配管，４ ガス配管，５ 第１の合流管，６第２の分岐管，７ 第２の合流管，８ 第１の分岐管，９，１１ 流出管，１０ ，１２ 流入管，１３ 上り勾配部，２０ 逆Ｕ字型配管，４０ 室外送風機，４１ 室内送風機。
【発明の属する技術分野】
本発明は冷媒自然循環による冷却運転を利用する冷却装置に関するものであり、特に起動時などに液冷媒がガス配管を逆流して逆循環が発生するのを防止する構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、移動体通信の中継電子機器を納めた通信基地局に代表されるような電子機器の発熱を除去する分野が急速に広がっており、これらの場所では年間を通しての冷却運転が必要となっている。
これらの用途では、冬季、夜間のように外気温度が低い場合には、換気によって冷房することも可能であるが、霧、雨、雪、塵埃の侵入を防ぐ装置が必要となり、しかも外気温度の変動によって室内温度も変動するため安定した冷却が行えない。
この様な条件では、室内温度と外気温度との温度差を利用して、室内から室外へ冷媒により熱を運ぶ冷媒自然循環を利用した冷却装置を用いることができる。この冷媒自然循環を利用した冷却装置は、通常の蒸気圧縮式の冷却装置よりも年間消費電力を大幅に低減することができる。
【０００３】
ところで、冷媒自然循環（以下，自然循環という）を利用した冷却装置の例としては、特開平９−２４３１１１号公報に開示のものが知られている。
図１２はかかる公報に開示の従来の冷却装置の構成を示す模式図である。
従来の冷房装置は，２つの冷媒回路を有している。１つの冷媒回路は、冷却器１００、ガス配管１０１、熱交換器１０２、液配管１０３の順に冷媒が循環する自然循環回路１０４であり、他の冷媒回路は、コンデンシングユニット２００、液配管２０１、膨張弁２０２、熱交換器１０２、ガス配管２０３の順に冷媒が循環する冷却補助回路２０４である。
【０００４】
このうち、自然循環回路１０４はビル内に縦にめぐらされた回路であり、この回路内の冷媒によりビルの室内が冷房される。すなわち、冷却器１００は室内に配置され，ファン１０５は冷却器１００に室内空気を当てて効果的な冷房を行うものである。
熱交換器１０２は自然循環回路１０４の上端部に、ガス配管１０１との接続口を上にし、液配管１０３との接続口を下にして、鉛直に配置される。通常、熱交換器１０２はコンデンシングユニット２００など冷却補助回路２０４の他の構成要素とともに、ビル最上部に設置される。
冷却補助回路２０４は、コンデンシングユニット２００に圧縮機と凝縮器とを有し、一般的に知られた蒸気圧縮冷凍サイクルである。自然循環回路１０４と冷却補助回路２０４とは、異なる冷媒回路系であるが、熱交換器１０２において熱交換が行われ，自然循環回路１０４に対しては凝縮器として機能し、冷却補助回路２０４に対しては蒸発器（冷却器）として機能する。
【０００５】
次に，従来の冷却装置の動作を説明する。
自然循環回路１０４の冷媒は，冷却器１００において蒸発・気化し冷媒ガスとなる。冷却器１００において発生した冷媒ガスは、ガス配管１０１を通って、冷却器１００から熱交換器１０２に導かれる。この冷媒ガスは熱交換器１０２において、冷却補助回路２０４の冷媒液（湿り蒸気）と熱交換して冷却され凝縮・液化される。
熱交換器１０２は鉛直に配置されているので、液化された自然循環回路１０４の冷媒は、重力により熱交換器１０２内を流下する。凝縮した液冷媒は，下部の液配管１０３との接続口から流出し，液配管１０３を通って冷却器１００に再び供給される。
【０００６】
上述のように、熱交換器１０２が鉛直に配置されていることにより、熱交換器１０２内の冷媒液の流れは必ず下向きとなり、冷媒ガスが常にガス配管１０１を上昇する向きに冷媒が循環する。もしも冷媒の循環が逆転したならば、冷媒ガスは液配管１０３を上昇することとなり、冷媒ガスの圧力損失によって、冷媒の循環速度が所期の値よりも減少して冷却能力が低下するが，従来の冷房装置は，常に正しい方向に冷媒が循環するので、所期の高い冷却能力を安定して発揮することができるというものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の自然循環回路を備えた冷却装置は，熱交換器１０２を自然循環回路１０４の上端部に，ガス配管１０１との接続口を上にし，液配管１０３との接続口を下にして，鉛直に配置する構成であるが，プレートフィン型熱交換器を自然循環回路に用いる場合，一般に熱交換器は複数の冷媒流路とそれらの冷媒流路が接続される分岐管および合流管を有しており，それらとガス配管および液配管の接続構造については冷媒の逆循環の発生を防止するという点が考慮されていないという課題があった。
また，従来の冷却装置は，熱交換器１０２を鉛直に配置する構成であるが，冷媒流路が水平に配置される場合についても冷媒の逆循環の発生を防止するという点が考慮されていないという課題があった。
【０００８】
本発明は上記のような従来の課題を解決するためになされたもので、冷媒自然循環を用いる冷却装置において，起動時などに液冷媒がガス配管を逆流して逆循環が発生するのを防止できる安価で簡素な構成の冷却装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係わる冷却装置は、少なくとも凝縮器，液配管、蒸発器及びガス配管を順次配管で接続して冷媒回路を構成し，前記凝縮器を前記蒸発器よりも高所に設置して冷媒自然循環により冷却運転を行う冷却装置において，前記凝縮器が複数の冷媒流路を有するプレートフィンチューブ型熱交換器で構成され，前記複数の冷媒流路の流入管及び流出管がそれぞれ第１の分岐管及び第１の合流管に接続されると共に，前記ガス配管が冷媒流れ方向に下り勾配部を設けて第１の分岐管の上方に接続されるようにしたことを特徴とするものである。
【００１０】
この発明の請求項２に係わる冷却装置は，前記構成に加え，前記蒸発器が複数の冷媒流路を有するプレートフィンチューブ型熱交換器で構成され，前記複数の冷媒流路の流入管及び流出管がそれぞれ第２の分岐管及び第２の合流管に接続されると共に，前記液配管が冷媒流れ方向に上り勾配部を設けて前記第２の分岐管の下方に接続されるようにしたことを特徴とするものである。
【００１１】
この発明の請求項３に係わる冷却装置は，前記構成に加え，前記下り勾配部の最高位置を前記凝縮器の最高位置よりも２０ｍｍ以上高くする構成と，前記上り勾配部の最低位置を前記蒸発器の最低位置よりも２０ｍｍ以上低くする構成と，の少なくとも一方の構成を有することを特徴とするものである。
【００１２】
この発明の請求項４に係わる冷却装置は，前記構成に加え，前記第１の合流管の下方から冷媒流れ方向の下り勾配部を設けて前記液配管を接続すると共に，第２の合流管の上方から冷媒流れ方向の上り勾配部を設けて前記ガス配管を接続するようにしたことを特徴とするものである。
【００１３】
この発明の請求項５に係わる冷却装置は，少なくとも凝縮器，液配管，蒸発器及びガス配管を順次配管で接続して冷媒回路を構成し，前記凝縮器を前記蒸発器よりも高所に設置して冷媒自然循環により冷却運転を行う冷却装置において，前記凝縮器が複数の冷媒流路を有するプレートフィンチューブ型熱交換器で構成され，前記複数の冷媒流路の流入管及び流出管がそれぞれ第１の分岐管及び第１の合流管に接続されると共に，前記流入管が第１の分岐管の下方から冷媒の流れ方向に下り勾配部を設けて前記凝縮器の入口部に接続され，前記流出管が前記凝縮器の出口部から冷媒の流れ方向に下り勾配部を設けて第１の合流管の上方に接続され，前記第１の分岐管を前記凝縮器の最高位置よりも高所に，前記第２の合流管を前記凝縮器の最低位置よりも低所に設置するようにしたことを特徴とするものである。
【００１４】
この発明の請求項６に係わる冷却装置は，前記構成に加え，前記蒸発器が複数の冷媒流路を有するプレートフィンチューブ型熱交換器で構成され，前記複数の冷媒流路の流入管及び流出管がそれぞれ第２の分岐管及び第２の合流管に接続されるとともに，前記流入管が第２の分岐管の上方から冷媒の流れ方向に上り勾配部を設けて前記蒸発器の入口部に接続され，前記流出管が前記蒸発器の出口部から冷媒の流れ方向に上り勾配部を設けて第２の合流管の下方に接続され，前記第２の分岐管を前記蒸発器の最低位置よりも低所に，前記第２の合流管を前記蒸発器の最高位置よりも高所に設置するようにしたことを特徴とするものである。
【００１５】
この発明の請求項７に係わる冷却装置は，前記構成に加え，前記凝縮器における複数の冷媒流路及び前記蒸発器における複数の冷媒流路の少なくとも一方が，列方向が垂直となるように配置されると共に，段方向が水平となるように配置されることを特徴とするものである。
【００１６】
この発明の請求項８に係わる冷却装置は，前記蒸発器の近傍に蒸気圧縮式冷凍サイクル装置の蒸発器を配置したことを特徴とするものである。
【００１７】
この発明の請求項９に係わる冷却装置は，前記蒸発器出口と前記凝縮器入口とを接続する前記ガス配管に第１開閉弁を設け、該ガス配管で該第１開閉弁より前記凝縮器側に圧縮機を接続し、前記凝縮器出口と前記蒸発器入口とを接続する前記液配管に膨張弁を設け、該膨張弁をバイパスする配管に第２開閉弁を設け、前記圧縮機，凝縮器，膨張弁及び蒸発器の経路で冷凍サイクルを構成し，前記第１開閉弁及び第２開閉弁を開閉することにより，圧縮機運転による強制循環運転と圧縮機停止による自然循環運転とを切り換え可能に構成したことを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施形態１に係る冷却装置の構成を示す模式図、図２は同冷却装置の凝縮器の構成を示す斜視図、図３は同冷却装置の逆循環が生じる原理を示す模式図である。
図１に示すように、凝縮器１及び蒸発器２とそれらを接続するための液配管３及びガス配管４から構成されている。
凝縮器１には，複数の流入管１２及び流出管９が接続され，流入管１２の他端は第１の分岐管８に接続され，流出管９の他端は第１の合流管５に接続されている。同様に，蒸発器２には，複数の流入管１０及び流出管１１が接続され，流入管１０の他端は第２の分岐管６に接続され，流出管１１の他端は第２の合流管７に接続されている。
【００１９】
また，第１の合流管５と第２の分岐管６は液配管３で接続され，第１の分岐管８と第２の合流管７は第１の分岐管８の上方に接続される冷媒流れ方向の下り勾配部１３を設けた逆Ｕ字型配管２０を介してガス配管４で接続されている。ここで，上り勾配や下り勾配の定義は，冷媒が正方向に自然循環する場合の冷媒流れ方向（凝縮器１，液配管３，蒸発器２，ガス配管４の順に冷媒が循環）に対する勾配を意味するものとする。
この逆Ｕ字型配管２０は，その最高位置が凝縮器１の最高位置に対して２０ｍｍ以上高く設定されている。
また，凝縮器１には室外送風機４０が，蒸発器２には室内送風機４１が備えられており，凝縮器１の外表面へ室外空気が，蒸発器２の外表面へ室内空気が強制的に供給される。なお，凝縮器１は蒸発器２よりも高所に設置されており，凝縮器１上面と蒸発器２下面は，例えば数十ｃｍ程度の高低差を設けて設置されている。
【００２０】
図２において、凝縮器１は，プレートフィン３０と流入管１２，流出管９等のチューブ（伝熱管）から構成されるプレートフィンチューブ型熱交換器であり，列方向が垂直に，段方向が水平に配置される。
また，複数の流入管１２が第１の分岐管８に，複数の流出管９が第１の合流管５に接続され，流入管１２と流出管９を両端とする複数の冷媒流路は水平に配置されると共に，第１の分岐管８及び第１の合流管５も水平に配置されている。第１の分岐管８の上方には，冷媒流れ方向に下り勾配部１３を備えた逆Ｕ字型配管２０が接続され，管端部３１でガス配管４に接続されている。
また，第１の合流管５には，冷媒流れ方向に下り勾配を備えた直管が接続され，管端部３２で液配管３に接続されている。
なお，流入管１２や流出管９などの伝熱管は例えば６ｍｍ〜１３ｍｍ程度のものが，分岐管８，合流管５，液配管３，ガス配管４は例えば９ｍｍ〜２０ｍｍ程度のものが使用される。
【００２１】
上記のように構成されたこの発明の実施の形態１に係る冷却装置の運転動作を図１に基づいて説明する。
この冷却装置は例えば年間を通して冷却が必要な場所に利用され、室内温度が外気温度よりも高い場合に室内と外気との温度差を利用して冷媒自然循環による冷却運転を行う。
自然循環運転では、凝縮器１で凝縮した液冷媒が複数の流出管９より流出して第１の合流管５に合流し，液配管３を下降する。液配管３を下降した液冷媒は，第２の分岐管６で複数の流入管１０に分岐され，蒸発器２に流入する。
蒸発器２で蒸発したガス冷媒は、流出管１１より流出して第２の合流管７に合流し，ガス配管４を上昇する。ガス配管４を上昇した冷媒は，逆Ｕ字型配管２０を通って下り勾配部１３を下降し，第１の分岐管８で複数の流入管１２に分岐され，凝縮器１に戻ることで自然循環サイクルが形成される。
【００２２】
ここで，起動時や室内温度低下防止のため室外送風機４０を停止すると，冷媒が逆に循環する場合が生じる。この原理について図３を用いて説明する。
図３において，（ａ）は，室内送風機４１が運転され，室外送風機４０が停止された状態，（ｂ）は（ａ）の状態から室外送風機４１を起動した状態，（ｃ）は（ｂ）の状態から逆循環が発生した状態を示している。また，凝縮器１及び蒸発器２内の黒塗りは冷媒液を示している。
図３の（ａ）に示すように室外送風機４０の停止状態では，凝縮器１での凝縮量が非常に小さく，冷媒は主に蒸発器２内に存在する。この状態で室外送風機４０を起動すると，（ｂ）に示すように凝縮器１での熱交換性能が増加して圧力が低下するため，冷媒は蒸発器２から凝縮器１に液配管３及びガス配管４を通って移動する。
【００２３】
この冷媒移動がほぼ終了した段階（冷媒回路内がほぼ均圧した段階）で，（ｃ）に示すように液配管３がガス冷媒のみとなり，ガス配管４に液冷媒が取り残された状態が発生すると，取り残された液冷媒がガス配管４から蒸発器２へ逆流する。蒸発器２に逆流した液冷媒は，蒸発器２内で蒸発して冷媒ガスとなるため，圧力が上昇し，凝縮器１から液冷媒が流下（正方向に循環）するのを妨げる。
この逆循環現象は，ガス配管４内に存在する液冷媒が蒸発器２及び凝縮器１内に存在する液冷媒と繋れば常に循環駆動力となる液ヘッドが生じて継続的に発生することになる。
なお，この逆循環現象は，室外送風機４０の停止時における蒸発器２内の冷媒量の分布状態（偏在）に依存し，この分布状態は蒸発器２を内蔵する図示しない室内ユニットの吸込み空気の温度分布などに依存する。
【００２４】
本実施の形態１では，第１の分岐管８の上方に，冷媒流れ方向の下り勾配部１３を備えた逆Ｕ字型配管２０が接続されており，ガス配管４に液冷媒が取り残された状態となる場合でも，逆Ｕ字型配管２０により液冷媒が途切れ、送循環駆動力である液ヘッドを切断して継続的な逆循環を防止することができる。
また，逆Ｕ字型配管２０の最高位置を凝縮器１の最高位置に対して２０ｍｍ以上高くしているため，凝縮器１の最高位置の伝熱管内が飽和液で満たされる場合でも逆Ｕ字型配管２０内をガス冷媒で満たすことができ，確実に逆循環を防止することが可能な冷却装置を提供することができる。
【００２５】
また，本実施の形態１では，第１の分岐管８の上方に，冷媒流れ方向の下り勾配部１３を備えた逆Ｕ字型配管２０が接続される構成を示したが，図４に示すように下り勾配部１３を備えた逆Ｖ字型配管２０で構成しても同様の効果を発揮することは勿論である。
【００２６】
さらに，本実施の形態１では，凝縮器１における複数の冷媒流路と蒸発器における複数の冷媒流路が水平に配置され，第１及び第２の合流管５，７と第１及び第２の分岐管８，６も水平に配置されているため，冷却装置が設置される通信基地局などに地上からの高さ制約がある場合にも，冷媒自然循環に必要な高低差を確保でき，かつ蒸発器２下面から凝縮器１上面までの高さを低く抑えることができるため，冷却装置を小型化できるという効果がある。
【００２７】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２に係る冷却装置の構成を示す模式図である。
本実施の形態２における冷却装置において，実施の形態１と同構成については同一符号を付し，詳細な説明を省略する。
本実施の形態２において，実施の形態１と異なる構成は，液配管３と第２の分岐管６の間にも冷媒流れ方向に上り勾配部１４を備えたＵ字型配管２１が設けられ，そのＵ字型配管２１が第２の分岐管６の下方に接続されている点である。
このＵ字型配管２１は，その最低位置が蒸発器２の最低位置よりも２０ｍｍ以上低く設定されている。
【００２８】
本実施の形態２では，実施の形態１の効果に加え，第２の分岐管６の下方に，冷媒流れ方向に上り勾配部１４を設けたＵ字型配管２１が接続されているため，上り勾配１４内が常に液冷媒で満たされ，蒸発器２内で蒸発したガス冷媒の逆流を防止でき，常に流出管１１へガス冷媒を供給して逆循環を防止することができる。
また，Ｕ字型配管２１の最低位置を蒸発器２の最低位置よりも２０ｍｍ以上低くしているため，蒸発器２の最低位置の伝熱管内がガス冷媒で満たされる場合でもガス冷媒の逆流を抑制し，確実に逆循環を防止することができる冷却装置を提供することができる。
【００２９】
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３に係る冷却装置の構成を示す模式図、図７は同冷却装置の凝縮器の構成を示す斜視図である。
本実施の形態３の冷却装置において，実施の形態２と同構成については同一符号を付し，詳細な説明を省略する。
本実施の形態３において，実施の形態２と異なる構成は，第１の合流管５と液配管３との間に第１の合流管５の下方に接続される冷媒流れ方向の下り勾配部１５を設けると共に，第２の合流管７とガス配管４の間にも第２の合流管７の上方に接続される冷媒流れ方向の上り勾配部１６を設けた点である。
【００３０】
図７に示す凝縮器１は実施の形態１と異なり，第１の合流管５の下方に，冷媒流れ方向に下り勾配部１５を備えたＬ字型配管が接続され，管端部３２で液配管３に接続される。
【００３１】
本実施の形態３では，実施の形態２の効果に加え，第１の合流管５の下方に冷媒流れ方向に下り勾配部１５を設けたため，第１の合流管５に合流した液冷媒を重力により確実に液配管３へ流下させることができ，液冷媒の逆循環を防止することができる。
また，第２の合流管７の上方に冷媒流れ方向に上り勾配１６を設けたため，第２の合流管７に合流したガス冷媒を確実にガス配管４へ流入させることができ，ガス冷媒の逆循環を防止することができる。
【００３２】
実施の形態４．
図８はこの発明の実施の形態４に係る冷却装置の構成を示す模式図である。
本実施の形態４の冷却装置において，実施の形態３と同構成については同一符号を付し，詳細な説明を省略する。
本実施の形態４において，実施の形態３と異なる構成は，ガス配管４と第１の分岐管８との間に設けらた逆Ｕ字型配管２０及び液配管３と第２の分岐管６との間に設けられたＵ字型配管２１並びに第１の合流管５と液配管３との間に設けられた冷媒流れ方向の下り勾配部１５及び第２の合流管７とガス配管４との間に設けられた冷媒流れ方向の上り勾配部１６の代わりに、ガス配管４に接続された第１の分岐管８の下方に冷媒流れ方向の下り勾配部２２を備えた流入管１２が接続され，第１の合流管５の上方に冷媒流れ方向の下り勾配部２３を備えた流出管９が接続され，液配管３に接続された第２の分岐管６の上方に冷媒流れ方向の上り勾配部２４を備えた流入管１０が接続され，第２の合流管７の下方に冷媒流れ方向の上り勾配部２５を備えた流出管１１が接続される点である。
また，上記下り勾配２２，２３や上り勾配２４，２５を設けたことにより，第１の分岐管８は凝縮器１の最高位置よりも高所に，第１の合流管５は凝縮器１の最低位置よりも低所に，第２の分岐管６は蒸発器２の最低位置よりも低所に，第２の合流管７は蒸発器２の最高位置よりも高所に設置されている。
【００３３】
本実施の形態４では，第１の分岐管８が凝縮器１の最高位置よりも高所となるように第１の分岐管８の下方に冷媒流れ方向の下り勾配部２２を設けたため，実施の形態１と同様に液冷媒の逆流を防止することができる。
また，第１の合流管５が凝縮器の最低位置よりも低所となるように第１の合流管５の上方に冷媒流れ方向の下り勾配部２３を設けたため，実施の形態３と同様に凝縮器１で凝縮した液冷媒を確実に第１の合流管５に供給でき，液冷媒の逆循環を防止することができる。
また，第２の分岐管６が蒸発器２の最低位置よりも低所となるように第２の分岐管６の上方に冷媒流れ方向の上り勾配部２４を設けたため，実施の形態２と同様に蒸発器２で蒸発したガス冷媒の逆流を防止することができる。
また，第２の合流管７が蒸発器２の最高位置よりも高所となるように第２の合流管７の下方に冷媒流れ方向の上り勾配部２５を設けたため，実施の形態３と同様に蒸発器２で蒸発したガス冷媒を確実に第２の合流管７に流入させ，ガス冷媒の逆循環を防止することができる。
【００３４】
なお，第１の分岐管８を凝縮器１の最高位置よりも２０ｍｍ以上高所に，第１の合流管５を凝縮器１の最低位置よりも２０ｍｍ以上低所に，第２の分岐管６を蒸発器２の最低位置よりも２０ｍｍ以上低所に，第２の合流管７を蒸発器２の最高位置よりも２０ｍｍ以上高所に設置すれば，実施の形態１および実施の形態２と同様の効果を発揮することは言うまでもない。
【００３５】
実施の形態５．
図９はこの発明の実施の形態５に係る通信基地局５０に設置された冷却装置を示す構成図である。
冷媒自然循環を用いる冷却装置が，圧縮機を用いる蒸気圧縮式冷凍サイクル装置と併用して用いられる例を示している。
図９に示すように、室外ユニット５３は通信基地局５０の外壁上部に室外ユニット支持台５２によって固定され，室内ユニット５４と室外ユニット５３は，ガス配管４及び液配管３により接続されている。また，通信基地局５０には，発熱体である通信機器５８と室内ユニット５４が収納され，通信機器５８からの発熱が室内ユニット５４によって冷却される。
図９において，５１ａは室外ユニット吸込み口、５１ｂは室外ユニット吹出し口，５５ａは室内ユニット吸込み口、５５ｂは室内ユニット吹出し口である。
【００３６】
室内ユニット５４内には，自然循環サイクルおよび蒸気圧縮式サイクルに対応した２つの蒸発器２及び蒸発器５７が収納され，通信機器５８の発熱負荷を冷却する。また，室内空気を強制的に蒸発器２および蒸発器５７の外表面に送風するための室内送風機４１，蒸発器２及び蒸発器５７の吸込み側空間と吹き出し側空間とをそれぞれ仕切る仕切り板５６ａ及び５６ｂより構成されている。
また、室外ユニット５３は、凝縮器１、室外送風機４０より構成され，第１の分岐管８とガス配管４との間には，凝縮器１で凝縮した液冷媒の逆流を防止するための逆Ｕ字型配管２０が設けられると共に，第２の分岐管６と液配管３との間には，蒸発器２で蒸発したガス冷媒の逆流を防止するためのＵ字型配管２１が設けられている。
また，圧縮機を用いる蒸気圧縮式冷凍サイクルの室外ユニット５９は通信基地局５０の横に設置され，蒸発器５７と配管で接続されている。
なお、室外ユニット５３の凝縮器１は室内ユニット５４の蒸発器２よりも高所に配置されており、ここでは例えば５０ｃｍ程度の高低差を設けて配置している。
【００３７】
次に、本実施の形態５における冷却装置の運転動作について説明する。
この冷却装置は，室内温度が外気温度よりも高い場合に室内と外気との温度差を利用して冷媒自然循環による冷却運転を行う。
自然循環運転では、凝縮器１で凝縮した液冷媒が液配管３を下降し、Ｕ字型配管２１を通って蒸発器２に流入する。蒸発器２で蒸発したガス冷媒は、ガス配管４を上昇し，逆Ｕ字型配管２０を通って凝縮器１に戻ることで自然循環サイクルが形成される。
【００３８】
本実施の形態５では，圧縮機を用いる蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置と併用される冷却装置において，第１の分岐管８とガス配管４との間に液冷媒の逆流を防止するための逆Ｕ字型配管２０を設けると共に，第２の分岐管６と液配管３との間にガス冷媒の逆流を防止するためのＵ字型配管２１を設けたため，確実に冷媒の逆循環を防止することができる。
また，蒸気圧縮式冷凍サイクル装置を設けたので、自然循環運転だけでは冷却能力が不足する発熱負荷に対しても蒸気圧縮式冷凍サイクル装置によって対応可能な冷却装置を提供することができる。
【００３９】
実施の形態６．
図１０はこの発明の実施の形態６による冷却装置の構成を示す模式図、図１１は同冷却装置の凝縮器を示す斜視図である。
この冷却装置は，通信基地局や電算機室などの扉や壁などに設置され，凝縮器１，蒸発器２，液配管３，ガス配管４を共用し，圧縮機による蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置と自然循環サイクルを切り換えて通信機器などの発熱を冷却する冷却装置である。
図１０において，６０は冷却装置の筐体，６１はガス配管４に逆止弁６６を介して接続された圧縮機，６２はガス配管４に開閉弁６５を介して接続されたアキュムレータ，６３は液配管３中に設けられた絞り装置として例えば電子式膨張弁，６４はガス配管４中に設けられた第１開閉弁である逆止弁，６７は液配管３に接続され、電子式膨張弁６３をバイパスする配管に設けられた第２開閉弁であり，実施の形態５と同構成については同一符号を付し，詳細な説明を省略する。
【００４０】
本実施の形態６による冷却装置は，筐体６０内部が仕切り板６８によって室外空間７０と室内空間７１に分離されている。
その室外空間７０内には、冷媒ガスを圧縮するための圧縮機６１、この冷媒ガスを冷却・液化させるための凝縮器１、室外送風機４０、凝縮器１を出た高温高圧の冷媒液を減圧して二相状態の湿り蒸気とする電子式膨張弁６３、過渡的現象や冷媒の過充填などの場合に圧縮機６１への液戻りを防止するためのアキュムレータ６２、圧縮機６１及びアキュムレータ６２をバイパスするための開閉弁６５とガス配管４中に設けられた第１開閉弁である逆止弁６４、自然循環運転時に圧縮機６１への冷媒の流入を防止する逆止弁６６、電子式膨張弁６３をバイパスする配管に設けられた第２開閉弁６７が配置されている。
また、室内空間７１内には，液配管３から流入した湿り蒸気を発熱負荷によって蒸発させる蒸発器２、室内送風機４１が配置されている。
さらに，室外空間７０内の第１の分岐管８とガス配管４との間には，凝縮器１で凝縮した液冷媒の逆流を防止するための逆Ｕ字型配管２０が設けられると共に，室内空間７１内の第２の分岐管６と液配管３との間には，蒸発器２で蒸発したガス冷媒の逆流を防止するためのＵ字型配管２１が設けられている。
【００４１】
本実施の形態６における凝縮器１を図１１に示しており、その凝縮器１は，プレートフィン３０と流入管１２，流出管９等のチューブ（伝熱管）から構成されるプレートフィンチューブ型熱交換器であり，複数の流入管１２が第１の分岐管８に，複数の流出管９が第１の合流管５に接続され，流入管１２と流出管９を両端とする複数の冷媒流路は水平に配置され，第１の分岐管８と第１の合流管５は重力方向に対して傾斜して配置されている。
第１の分岐管８の上方には，冷媒流れ方向に下り勾配部１３を備えた逆Ｕ字型配管２０が接続され，管端部３１でガス配管４に接続されている。
また，第１の合流管５には，冷媒流れ方向に下り勾配１５を備えたＬ字型配管が接続され，管端部３２で液配管３に接続されている。
【００４２】
本実施の形態６による冷却装置では、圧縮機６１による強制循環運転を行う場合、第２開閉弁６７を閉、開閉弁６５を開とし、電子式膨張弁６７の開度を凝縮器１から流出した冷媒液が減圧されて二相状態の湿り蒸気となる適切な開度に設定し、圧縮機６１を運転する。
そうすると，第１開閉弁である逆止弁６４は圧縮機６１の吐出圧力と吸入圧力との圧力差で閉止されて圧縮機６１による強制循環サイクルが形成される。
また、自然循環運転を行う場合、開閉弁６５を閉、第２開閉弁６７を開とし、電子式膨張弁６３を全開すると、逆止弁６４は冷媒の流れにより開放され、自然循環サイクルが形成される。
【００４３】
本実施の形態６による冷却装置では，圧縮機を用いる蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置と自然循環サイクルを切り換え可能な冷却装置において，第１の分岐管８とガス配管４との間に液冷媒の逆流を防止するための逆Ｕ字型配管２０を設けると共に，第２の分岐管６と液配管３との間にガス冷媒の逆流を防止するためのＵ字型配管２１を設けたため，確実に冷媒の逆循環を防止することができる。
また，自然循環運転だけでは冷却能力が不足する発熱負荷に対しても蒸気圧縮式冷凍サイクル装置によって対応可能な冷却装置を提供することができる。
【００４４】
以上，この発明の冷媒自然循環を用いる冷却装置の実施の形態について詳述したが，この発明は，上記の実施の形態に限定されるものではなく，種々の変形が可能である。
例えば，逆Ｕ字型配管は，一端が凝縮器入口部の分岐管に，他端がガス配管に接続される構成を示したが，凝縮器入口部の分岐管近傍であればガス配管の途中に設ける構成としてもよい。
また，Ｕ字型配管についても，一端が蒸発器入口部の分岐管に，他端が液配管に接続される構成を示したが，蒸発器入口部の分岐管近傍であれば液配管の途中に設ける構成としてもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したとおり，この発明に係わる冷却装置は，少なくとも凝縮器，液配管，蒸発器，ガス配管を順次配管で接続して冷媒回路を構成し，凝縮器を蒸発器よりも高所に設置して冷媒自然循環により冷却運転を行う冷却装置において，凝縮器が複数の冷媒流路を有するプレートフィンチューブ型熱交換器で構成され，複数の冷媒流路の流入管及び流出管がそれぞれ第１の分岐管及び第１の合流管に接続されると共に，ガス配管が冷媒流れ方向に下り勾配部を設けて第１の分岐管の上方に接続されるようにしたため，安価で簡素な構成で起動時などに発生する冷媒の逆循環を防止でき，安定した冷却性能が得られる冷却装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る冷却装置の構成を示す模式図である。
【図２】同冷却装置の凝縮器の構成を示す斜視図である。
【図３】同冷却装置の逆循環が生じる原理を示す模式図である。
【図４】同冷却装置の凝縮器の他の構成を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る冷却装置の構成を示す模式図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る冷却装置の構成を示す模式図である。
【図７】同冷却装置の凝縮器の構成を示す斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態４に係る冷却装置の構成を示す模式図である。
【図９】この発明の実施の形態５に係る冷却装置の構成を示す模式図である。
【図１０】この発明の実施の形態６に係る冷却装置の構成を示す模式図である。
【図１１】同冷却装置の凝縮器の構成を示す斜視図である。
【図１２】従来の冷媒自然循環を利用する冷却装置の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 凝縮器，２ 蒸発器，３ 液配管，４ ガス配管，５ 第１の合流管，６第２の分岐管，７ 第２の合流管，８ 第１の分岐管，９，１１ 流出管，１０ ，１２ 流入管，１３ 上り勾配部，２０ 逆Ｕ字型配管，４０ 室外送風機，４１ 室内送風機。
Claims (9)
- 少なくとも凝縮器，液配管，蒸発器及びガス配管を順次配管で接続して冷媒回路を構成し，前記凝縮器を前記蒸発器よりも高所に設置して冷媒自然循環により冷却運転を行う冷却装置において，
前記凝縮器が複数の冷媒流路を有するプレートフィンチューブ型熱交換器で構成され，前記複数の冷媒流路の流入管及び流出管がそれぞれ第１の分岐管及び第１の合流管に接続されると共に，前記ガス配管が冷媒流れ方向に下り勾配部を設けて前記第１の分岐管の上方に接続されるようにしたことを特徴とする冷却装置。 - 前記蒸発器が複数の冷媒流路を有するプレートフィンチューブ型熱交換器で構成され，前記複数の冷媒流路の流入管および流出管がそれぞれ第２の分岐管及び第２の合流管に接続されると共に，前記液配管が冷媒流れ方向に上り勾配部を設けて前記第２の分岐管の下方に接続されるようにしたことを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
- 前記下り勾配部の最高位置を前記凝縮器の最高位置よりも２０ｍｍ以上高くする構成と，前記上り勾配部の最低位置を前記蒸発器の最低位置よりも２０ｍｍ以上低くする構成と，の少なくとも一方の構成を有することを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の冷却装置。
- 前記第１の合流管の下方から冷媒流れ方向の下り勾配部を設けて前記液配管を接続すると共に，第２の合流管の上方から冷媒流れ方向の上り勾配部を設けて前記ガス配管を接続することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の冷却装置。
- 少なくとも凝縮器，液配管，蒸発器及びガス配管を順次配管で接続して冷媒回路を構成し，前記凝縮器を前記蒸発器よりも高所に設置して冷媒自然循環により冷却運転を行う冷却装置において，
前記凝縮器が複数の冷媒流路を有するプレートフィンチューブ型熱交換器で構成され，前記複数の冷媒流路の流入管及び流出管がそれぞれ第１の分岐管及び第１の合流管に接続されると共に，前記流入管が第１の分岐管の下方から冷媒の流れ方向に下り勾配部を設けて前記凝縮器の入口部に接続され，前記流出管が前記凝縮器の出口部から冷媒の流れ方向に下り勾配部を設けて第１の合流管の上方に接続され，前記第１の分岐管を前記凝縮器の最高位置よりも高所に，前記第１の合流管を前記凝縮器の最低位置よりも低所に設置するようにしたことを特徴とする冷却装置。 - 前記蒸発器が複数の冷媒流路を有するプレートフィンチューブ型熱交換器で構成され，前記複数の冷媒流路の流入管及び流出管がそれぞれ第２の分岐管及び第２の合流管に接続されると共に，前記流入管が第２の分岐管の上方から冷媒の流れ方向に上り勾配部を設けて前記蒸発器の入口部に接続され，前記流出管が前記蒸発器の出口部から冷媒の流れ方向に上り勾配部を設けて第２の合流管の下方に接続され，前記第２の分岐管を前記蒸発器の最低位置よりも低所に，前記第２の合流管を前記蒸発器の最高位置よりも高所に設置するようにしたことを特徴とする請求項５記載の冷却装置。
- 前記凝縮器における複数の冷媒流路及び前記蒸発器における複数の冷媒流路の少なくとも一方が，列方向が垂直となるように配置されると共に，段方向が水平となるように配置されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の冷却装置。
- 前記蒸発器の近傍に蒸気圧縮式冷凍サイクル装置の蒸発器を配置したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の冷却装置。
- 前記蒸発器出口と前記凝縮器入口とを接続する前記ガス配管に第１開閉弁を設け、該ガス配管で該第１開閉弁より前記凝縮器側に圧縮機を接続し、前記凝縮器出口と前記蒸発器入口とを接続する前記液配管に膨張弁を設け、該膨張弁をバイパスする配管に第２開閉弁を設け、前記圧縮機，凝縮器，膨張弁及び蒸発器の経路で冷凍サイクルを構成し，前記第１開閉弁及び第２開閉弁を開閉することにより，圧縮機運転による強制循環運転と圧縮機停止による自然循環運転とを切り換え可能に構成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の冷却装置。
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