JP2008215717A - 熱搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過熱、冷却機を別途設けることなく、ＣＯ_２を冷媒として用いる場合の暖房運転時と冷房運転時の冷媒量の差を調製することのできる熱搬送装置を提供することを目的とする。
【解決手段】第２の流路（Ｌ２）と並列に配設された第３の流路（Ｌ３１，Ｌ３２）と、第３の流路（Ｌ３１，Ｌ３２）上に配設された冷媒タンク３と、一端が第１の流路（Ｌ１）に連通され、他端が冷媒タンク３に連通された第４の流路（Ｌ４）と、を備える。この熱搬送装置２０は、冷房運転の際には、液ポンプ１から吐出された冷媒が利用側熱交換器４、冷媒タンク３及び熱源側熱交換器２を順に通って液ポンプ１に戻され、かつ液ポンプ１から吐出された液冷媒の一部が第４の流路（Ｌ４）を介して冷媒タンク３に貯留される。また、暖房運転の際には、液ポンプ１から吐出された冷媒が熱源側熱交換器２及び利用側熱交換器４を順に通って液ポンプ１に戻される。
【選択図】図１

Description

本発明は、気液相変化する冷媒を用いて熱を搬送するための熱搬送装置に関し、特に二酸化炭素（ＣＯ_２）を冷媒とする場合に好適な熱搬送装置に関するものである。

従来、二次冷媒式の空気調和機として、特許文献１に開示されたものが知られている。特許文献１の空気調和機は、Ｒ−４１０Ａのような高圧冷媒を使用することを前提としている。この空気調和機は、図９に示すように、室外機を構成する減圧装置１０４と四方弁１０２との間にバイパス弁１０７を設置したバイパス回路１０９を備えた１次側回路１１１と、１次側回路１１１の冷媒との間で熱交換された冷媒を回路内のポンプ１０８で室内熱交換器１０５に供給する２次側回路１１２と、１次側回路１１１及び２次側回路内１１２の冷媒を導入し、２次側回路１１２内の冷媒温度を所望室内温度にするプレート型熱交換器１０６とから構成される。この空気調和機は、耐圧強度の小さい既設の室内機及び接続配管が流用でき、環境破壊上の規制もクリアできる、といった利点がある。

ところで、冷媒の脱フロン対策の１つとして、ＣＯ_２を作動ガス（冷媒）として使用することが行われ、また検討されている。特許文献１に示される空気調和機の冷媒としてＣＯ_２を使用する場合、暖房運転時に必要な冷媒量と冷房運転時に必要な冷媒量が相当異なる。つまり、暖房運転が超臨界圧力の下で行われるのに対して、冷房運転は臨界圧力以下で行われる。したがって、冷媒の圧力が、暖房運転時には高密度となるのに対して、冷房運転時には二相域及びガス域が存在するために低密度となる。一つの試算として、暖房運転時の密度は、冷房運転時の密度の２〜３倍となる。そのために、暖房運転時において適正な冷媒量とすると、冷房運転時には余剰の冷媒が発生する。

特開２００１−２４１８００号公報（図１） 特開平５−２３１７３０号公報

特許文献１に開示された空気調和機では、この冷媒量の差を調製する機構が存在せず、搬送圧力が成り行きとなってしまうため、暖房運転と冷房運転を両立させることができない。
特許文献２には、冷媒配管上に冷媒タンクを設けることにより、冷媒量を調整する手法が開示されている。ところが、特許文献２は、冷媒タンクからの冷媒の流出、流入を行うために、過熱、冷却機を必要としており、熱搬送装置の製造コストの上昇を招くとともに、空気調和機運転時に過熱、冷却のための電力コストが必要となる。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、過熱、冷却機を別途設けることなく、ＣＯ_２を冷媒として用いる場合の暖房運転時と冷房運転時の冷媒量の差を調製することのできる熱搬送装置を提供することを目的とする。

以上の目的を達成する本発明の熱搬送装置は、気液相変化を伴う冷媒と冷熱源又は温熱源とが熱交換される熱源側熱交換器と、熱源側熱交換器で熱交換された冷媒を受けて冷熱又は温熱を利用する利用側熱交換器と、冷媒を熱源側熱交換器又は利用側熱交換器に向けて吐出する搬送ポンプと、熱源側熱交換器、搬送ポンプ及び利用側熱交換器を繋ぎ、搬送ポンプから吐出される冷媒が熱源側熱交換器又は利用側熱交換器に向けて流れる第１の流路と、熱源側熱交換器及び利用側熱交換器を繋ぎ、熱源側熱交換器から流出した冷媒が利用側熱交換器に向けて流れ、又は利用側熱交換器から流出した冷媒が熱源側熱交換器に向けて流れる第２の流路と、第２の流路と並列に配設され、一端が熱源側熱交換器に近い側に連通され、他端が利用側熱交換器に近い側に連通された第３の流路と、第３の流路上に配設された冷媒タンクと、一端が搬送ポンプと利用側熱交換器との間の第１の流路に連通され、他端が冷媒タンクに連通された第４の流路と、を備えることを特徴としている。
この熱搬送装置は、冷房運転の際には、搬送ポンプから吐出された冷媒が利用側熱交換器、冷媒タンク及び熱源側熱交換器を順に通って搬送ポンプに戻される熱搬送回路が構成される。この冷房運転の際には、搬送ポンプから吐出された液状の冷媒（液冷媒）の一部を第４の流路を介して冷媒タンクに流入させ、かつ貯留することとする。この冷媒の一部とは、余剰分の冷媒を意図している。冷媒の一部の冷媒タンクへの流入は、搬送ポンプの吐出圧力により行うことができる。
また、暖房運転の際には、搬送ポンプから吐出された冷媒が熱源側熱交換器及び利用側熱交換器を順に通って搬送ポンプに戻される熱搬送回路が構成される。

本発明の熱搬送装置において、冷房運転から暖房運転へ切換える際に、冷媒タンクに貯留されていた液冷媒を熱搬送回路に戻すことが必要である。暖房運転に必要な冷媒量を確保するためである。そこで、本発明の熱搬送装置は、冷房運転から暖房運転へ切換える際に、熱源側熱交換器で吸熱されたガス状の冷媒を第２の流路及び第３の流路を介して冷媒タンクに流入させる。そうすると、冷媒タンク内の圧力が上昇する。その結果、冷媒タンクに貯留されていた液冷媒を第４の流路を介して第１の流路に流出させることができる。こうして冷媒タンクに貯留されていた冷媒を熱搬送回路に戻した後に、本発明の熱搬送装置は、暖房運転を開始することができる。

本発明の熱搬送装置において、冷房運転時に冷媒タンクに液冷媒を貯留するが、過剰に貯留されることを想定しておく必要がある。そこで、本発明の熱搬送装置は、このような場合に、冷媒タンクに貯留されている液冷媒を迅速に熱搬送回路に戻す機構を設けることが好ましい。そのために本発明は、一端が冷媒タンクに連通され、かつ他端が第３の流路であって熱源側熱交換器に近い側に連通される地点と熱源側熱交換器との間の第２の流路に連通された第５の流路を設ける。そして、冷媒タンクに貯留された液冷媒が所定量を超えた、つまり過剰に液冷媒が貯留され場合に、液冷媒を、第５の流路を介して第２の流路に戻すことができる。

本発明の熱搬送装置において、冷房運転開始時に、搬送ポンプに液冷媒が供給されることが望ましい。搬送ポンプの起動性を確保するためである。ところが、冷房運転開始時に、搬送ポンプに対して液冷媒が十分に供給されないことも想定される。そこで本発明は、冷媒タンクに貯留されている液冷媒を搬送ポンプに対して迅速に供給し得る機構を設ける。そのための本発明の熱搬送装置は、一端が冷媒タンクに連通され、かつ他端が熱源側熱交換器と搬送ポンプとの間の第１の流路に連通された第６の流路を設ける。そして、冷房運転開始時に、冷媒タンクに貯留された液状の冷媒を、第６の流路を介して第１の流路に戻すことができる。

本発明の熱搬送装置において、第１の流路は、第４の流路が連通される地点と利用側熱交換器との間に、冷媒タンクの上端よりも高い位置に流路が形成される領域を備えることが好ましい。そうすることにより、冷媒タンクに貯留されていた液冷媒が、第４の流路に流出した場合に、利用側熱交換器ではなく搬送ポンプ側に流すことができる。搬送ポンプの起動性を確保するために、搬送ポンプ近傍に、液冷媒を集めるのである。

本発明の熱搬送装置は、冷媒が二酸化炭素（ＣＯ_２）である場合に特に有効である。冷媒が二酸化炭素（ＣＯ_２）の場合、冷房運転時には臨界圧力以下で熱搬送が行われ、暖房時には超臨界圧力で熱搬送が行われ、両運転時の冷媒量の差が大きいためである。

以上説明したように、本発明によれば、冷房運転の際には、搬送ポンプから吐出された冷媒の一部を冷媒タンクに流入させ、かつ貯留させることができる。つまり、冷房運転時には、余剰分の冷媒を熱搬送回路から退避させて、適正な冷媒量で冷房運転を行うことができる。また、暖房運転時には、冷媒タンクに貯留していた冷媒を熱搬送回路に戻して適正な冷媒量で暖房運転を行うことができる。しかも、冷媒の一部を冷媒タンクに貯留させること、冷媒タンクに貯留していた冷媒を熱搬送回路に戻すことを、過熱、冷却機を別途設けることなく実現できる。したがって、熱搬送装置の製造コストの上昇を抑え、しかも熱搬送装置運転時に過熱、冷却のための電力コストが不要である。

＜第１の実施形態＞
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る熱搬送装置２０の構成を示す回路図である。また、図２は、熱搬送装置２０の構成を示す回路を立体的に示した図である。したがって、図２により、熱搬送装置２０を構成する各要素の位置関係を特定することができる。
図１、図２に示すように、熱搬送装置２０は、搬送ポンプである液ポンプ１、熱源側熱交換器２、冷媒タンク３、利用側熱交換器４が、配管Ｌ１〜Ｌ４を介してこの順に連結されて閉回路を構成している。この閉回路内には気液相変化する冷媒、典型的にはＣＯ_２が封入されている。この熱搬送装置２０は、暖房運転時に超臨界圧力で冷媒（ＣＯ_２、以下単に冷媒と記す）を搬送し、冷房運転時には臨界圧力以下で冷媒を搬送し、熱源側熱交換器２及び利用側熱交換器４で相変化を伴った熱交換を行う。熱搬送装置２０のより詳しい構成は以下の通りである。

液ポンプ１は、熱源側熱交換器２及び利用側熱交換器４を繋ぐ配管Ｌ１（第１の流路）上に配設される。
また、熱源側熱交換器２と利用側熱交換器４とを繋ぐ配管Ｌ２（第２の流路）が配設されている。配管Ｌ２は、地点Ｃにおいて配管Ｌ３１（第３の流路）が分岐され、また、地点Ｄにおいて配管Ｌ３２（第３の流路）が分岐される。

配管Ｌ３１は、その一端が冷媒タンク３の上部（地点Ｇ）を貫通して、冷媒タンク３の内部と連通している。配管Ｌ３１上には第２電磁弁６が配設されている。つまり、熱源側熱交換器２と冷媒タンク３は、第２電磁弁６を介して接続されている。
配管Ｌ３２は、冷媒タンク３の上部（地点Ｈ）を貫通して冷媒タンク３の下部までその一端が延設され、冷媒タンク３の内部と連通している。配管Ｌ３２上であって、地点Ｄと地点Ｈの間に第１電磁弁５が配設されている。
配管Ｌ２上であって、地点Ｃと地点Ｄの間には、第４電磁弁８が配設されている。
配管Ｌ１は、液ポンプ１と利用側熱交換器４の間にある地点Ａから配管Ｌ４（第４の流路）が分岐されている。この地点Ｉは、冷房運転時において、液ポンプ１の吐出側になる。配管Ｌ４の他端部は、冷媒タンク３の下端（地点Ｅ）において冷媒タンク３の内部と連通されている。配管Ｌ４上には、第３電磁弁７が配設されている。なお、地点Ａは、冷媒タンク３の下端である地点Ｅよりも、低い位置にある。

ここで、前述したように、暖房運転時において冷媒量を適正にすると、冷房運転時には冷媒が余る。そこで、冷房運転時にこの余剰冷媒を貯留する冷媒タンク３と、必要冷媒量に応じて冷媒タンク３から冷媒を出し入れする回路を設けたのが、本実施の形態による熱搬送装置２０である。以下、冷房運転時と暖房運転時に分けて、熱搬送装置２０の動作を説明する。冷房運転時、暖房運転時の各々の動作は、冷媒（ＣＯ_２）の流れの向き、第１電磁弁５〜第４電磁弁８の開・閉により制御される。

＜冷房運転時＞
図３は、熱搬送装置２０の回路図であって、冷房運転時に熱搬送回路となる配管を太く示している。また、冷媒の流れる向きを矢印で示している。
冷房運転時、配管Ｌ３２上に配設された第１電磁弁５、配管Ｌ３１上に配設された第２電磁弁６は、常に開いておき（「ＯＮ」）、冷媒の通過を許容する。また、冷房運転時、配管Ｌ２上に配設される第４電磁弁８は、常に閉じておき（「ＯＦＦ」）、冷媒の通過を阻止する。さらに、冷房運転時、配管Ｌ４上に配設された第３電磁弁７は、以下に説明するように、開かれる時と閉じられる時がある（「ＯＮ／ＯＦＦ」）。この第１電磁弁５〜第４電磁弁８の開・閉の状態を表１に示しておく。

液ポンプ１から吐出された液冷媒は、配管Ｌ１を通って利用側熱交換器４に供給される。この液冷媒は、利用側熱交換器４において温熱源との熱交換により吸熱し、ガス冷媒として利用側熱交換器４から配管Ｌ２に流出される。このガス冷媒は、第１電磁弁５が開いているから、配管Ｌ３２を通って冷媒タンク３へ流入する。
冷媒タンク３に貯留されている気液分離状態の冷媒のうちでガス冷媒のみが、第２電磁弁６が開いている配管Ｌ３１及び配管Ｌ２を通って、熱源側熱交換器２に供給される。熱源側熱交換器２に供給されたガス冷媒は、冷熱源との熱交換により放熱し、凝縮液化されて液ポンプ１へ戻る。

以上の冷媒の循環過程において、第３電磁弁７を開くことにより、液ポンプ１から吐出された液冷媒の一部を、配管Ｌ４を介して冷媒タンク３へ流入させることができる。つまり、冷房運転時に余剰となる冷媒を、冷房運転に必要な熱搬送回路から退避させ、かつ冷媒タンク３へ貯留させることができる。したがって、熱搬送回路内の冷媒量を減少させることにより、適正な冷媒量を得ることができる。一方、第３電磁弁７を閉じると、配管Ｌ２、Ｌ３２を介して利用側熱交換器４から流出されたガス冷媒が冷媒タンク３に供給される。冷媒タンク３に貯留されている余剰の液冷媒は、ガス冷媒の供給により蒸発して配管Ｌ３１にガス冷媒として流入する。つまり、冷媒タンク３に貯留されている余剰の液冷媒を、熱搬送回路内へ戻すことができる。

第３電磁弁７の開・閉は、熱搬送回路内の冷媒の圧力に応じて制御することができる。つまり、冷媒の圧力が予め設定された閾値より高い場合には、液冷媒を冷媒タンク３へ流入させるべく、第３電磁弁７を開く。一方、冷媒の圧力が予め設定された閾値より低い場合には、第３電磁弁７を閉じる。圧力の測定は、例えば、配管Ｌ１上の地点Ａで行えばよい。第３電磁弁７の開・閉制御は、冷媒の温度に基づいて行うこともできる。つまり、冷媒の温度が予め設定された閾値より高い場合には、液冷媒を冷媒タンク３へ流入させるべく、第３電磁弁７を開く。一方、冷媒の温度が予め設定された閾値より低い場合には、第３電磁弁７を閉じる。温度の測定は、熱源側熱交換器２において、冷媒が二相状態にある部位で行えばよい。第３電磁弁７の開・閉制御は、圧力及び温度の両者に基づいて行うこともできる。

＜冷房運転から暖房運転への切換え＞
冷房運転時に余剰冷媒として冷媒タンク３に貯留された液冷媒を、暖房運転時には熱搬送回路内に戻す必要がある。暖房運転に必要な冷媒量を熱搬送回路内に確保するためである。
この切換えのために、第１電磁弁５〜第４電磁弁８を以下のように制御する。すなわち、配管Ｌ３２上に配設された第１電磁弁５及び配管Ｌ３１上に配設された第２電磁弁６の、少なくとも一方を開く（「ＯＮ」）。また、配管Ｌ４上に配設された第３電磁弁７及び配管Ｌ２上に配設された第４電磁弁８も開く（「ＯＮ」）。この第１電磁弁５〜第４電磁弁８の開・閉の状態を表１に示しておく。

第１電磁弁５〜第４電磁弁８を以上の状態とすることにより、熱源側熱交換器２で吸熱したガス冷媒を配管Ｌ２〜Ｌ３１（第２電磁弁６）、又は配管Ｌ２〜Ｌ３２（第４電磁弁８、第１電磁弁５）を介して冷媒タンク３に流入させる。そうすることにより、冷媒タンク３に貯留する液冷媒を、配管Ｌ４を介して配管Ｌ１へ押し出す。冷媒タンク３から液冷媒を押し出したら、開いていた第１電磁弁５又は第２電磁弁６を閉じて暖房運転を開始する。また、このときに第３電磁弁７を閉じる。液冷媒の押し出しに使用されたガス冷媒は、冷媒タンク３に残留する。熱搬送回路内の冷媒量は、冷媒タンク３に残留するガス冷媒を考慮して設定される。

＜暖房運転＞
図４は、熱搬送装置２０の回路図であって、暖房運転時に熱搬送回路となる配管を太く示している。また、冷媒の流れる向きを矢印で示している。
暖房運転時、配管Ｌ３２上に配設された第１電磁弁５、配管Ｌ３１上に配設された第２電磁弁６、及び配管Ｌ４上に配設された第３電磁弁７は常に閉じておき（「ＯＦＦ」）、冷媒の通過を阻止する。また、暖房運転時、配管Ｌ２上に配設された第４電磁弁８は、常に開いておき（「ＯＮ」）、冷媒の通過を許容する。この第１電磁弁５〜第４電磁弁８の開・閉の状態を表１に示しておく。

液ポンプ１から吐出された冷媒は、配管Ｌ１を通って熱源側熱交換器２に供給され、温熱源との熱交換により吸熱する。熱源側熱交換器２から流出される冷媒は、配管Ｌ２を通って利用側熱交換器４に流入し、冷熱源との熱交換により放熱し、液ポンプ１へ戻る。この循環過程で、冷媒は冷媒タンク３へは流入することない。

以上のように、本実施形態に係る熱搬送装置２０は、冷房運転時に余剰となる冷媒を貯留することができる。しかも、暖房運転時には、貯留されていた冷媒を熱搬送回路内に戻すことができる。したがって、熱搬送装置２０は、冷房運転時及び暖房運転時の両者において適正な冷媒量を確保することができるため、冷房運転及び暖房運転を両立させることができる。しかも、熱搬送装置２０は、基本的な熱搬送回路に対して、配管及び電磁弁を付与することによって、冷房運転及び暖房運転を両立させることができるので、過熱、冷却機を設け場合に比べて製品コストの上昇を抑えることができるとともに、運転時に過熱、冷却のための電力コストは発生しない。

以上説明した熱搬送装置２０において、第２電磁弁６を通過する冷媒の流れる方向は、地点Ｇから地点Ｃの方向のみである。したがって、第２電磁弁６の代わりに、地点Ｇから地点Ｃの方向への冷媒の通過を許容するが、その逆は許容しない逆止弁を用いることができる。同様のことは第４電磁弁８にも当てはまり、第４電磁弁８の代わりに地点Ｃから地点Ｄの方向への冷媒の通過を許容するが、その逆は許容しない逆止弁を用いることができる。電磁弁に必要とされる制御機構を省くことができるため、熱搬送装置２０の低コスト化に寄与する。
また、以上説明した熱搬送装置２０において、第３電磁弁７を、冷媒の流量調整することができる電子膨張弁とすることが好ましい。冷房運転時に冷媒タンク３に流入する液冷媒の量を調整することができるため、熱搬送回路内の圧力制御を安定して行うことができる。

＜第２の実施形態＞
以下、本発明による第２の実施形態について、図５を参照して説明する。
図５は、第２の実施形態に係る熱搬送装置３０の回路を示している。図５に示すように、熱搬送装置３０は、第１の実施形態に係る熱搬送装置２０と、配管Ｌ５、配管Ｌ５上に配設された第５電磁弁９を付加した点で相違するが、他の構成は一致する。そこで、以下では相違点を中心に説明する。また、図５において、第１の実施形態に係る熱搬送装置２０と同一の構成部分には、同一の符号を付している。

配管Ｌ５は、一端が配管Ｌ２と地点Ｂにおいて連通される。また、配管Ｌ５は、他端が冷媒タンク３の下端である地点Ｆで接続され、冷媒タンク３の内部と連通される。配管Ｌ５には、第５電磁弁９が配設される。地点Ｂは、冷媒タンク３の下端の地点Ｆより低い位置とされる。

冷房運転時は、前述したように、第３電磁弁７を開くことにより、液ポンプ１から吐出された液冷媒の一部を、配管Ｌ４を介して冷媒タンク３へ流入させることができる。これは、冷房運転時に余剰となる冷媒を、冷房運転に必要な熱搬送回路から退避させ、かつ冷媒タンク３へ貯留するためである。このとき、前述したように、第３電磁弁７を閉じることによって、冷媒タンク３に貯留されている液冷媒をガス冷媒として熱搬送回路内へ戻すことができる。しかし、冷媒タンク３に冷媒を貯留しすぎて、熱搬送回路内の冷媒圧力が低下することもあり得る。第２の実施形態は、このような場合に迅速に対応するために、配管Ｌ５及び第５電磁弁９を設けた。

冷房運転時、液ポンプ１から吐出された液冷媒は、配管Ｌ１を通って利用側熱交換器４に供給される。この液冷媒は、利用側熱交換器４において温熱源との熱交換により吸熱し、ガス冷媒として利用側熱交換器４から配管Ｌ２、配管Ｌ３２を通って冷媒タンク３へ流入する。冷媒タンク３に貯留されている気液分離状態の冷媒のうちでガス冷媒のみが、配管Ｌ３１及び配管Ｌ２を通って、熱源側熱交換器２に供給される。熱源側熱交換器２に供給されたガス冷媒は、冷熱源との熱交換により放熱し、凝縮液化されて液ポンプ１へ戻る。この過程で、第５電磁弁９は閉じられている（ＯＦＦ）。
第３電磁弁７を開く（ＯＮ）ことにより、液ポンプ１から吐出された液冷媒の一部を、配管Ｌ４を介して冷媒タンク３へ流入させることができるが、冷媒タンク３への流入量が過剰になると、熱搬送回路内の冷媒圧力が低下する。冷媒圧力が予め定められた閾値よりも低くなった場合に、第５電磁弁９を開く。そうすると、冷媒タンク３に貯留していた液冷媒が、配管Ｌ５を通って配管Ｌ２に流入する。この液冷媒は、配管Ｌ３１を通って配管Ｌ２に流入したガス冷媒とともに、気液二相混在の状態で、熱源側熱交換器２に供給される。

以上のように、第２の実施形態による熱搬送装置３０は、第５電磁弁９を開くことで、冷媒を迅速に熱搬送回路内に戻すことができ、低下した圧力を上昇させることが可能となる。
熱搬送装置３０において、第５電磁弁９は、冷媒の流量調整することができる電子膨張弁とすることが好ましい。冷房運転時に冷媒タンク３に流入する液冷媒の量を調整することができるため、安定した圧力制御が可能となる。
なお、熱搬送装置３０において、冷房運転時、冷房運転から暖房運転の切換え時、暖房運転時の、第１電磁弁５〜第５電磁弁９の開閉の状態を表２にまとめて示しておく。

＜第３の実施形態＞
以下、本発明による第３の実施形態について、図６を参照して説明する。
図６は、第２の実施形態に係る熱搬送装置４０の回路を示している。図６に示すように、熱搬送装置４０は、第１の実施形態に係る熱搬送装置２０と、配管Ｌ６、配管Ｌ６上に配設された第６電磁弁１０を付加した点で相違するが、他の構成は一致する。そこで、以下では相違点を中心に説明する。また、図６において、第１の実施形態に係る熱搬送装置２０と同一の構成部分には、同一の符号を付している。

配管Ｌ６は、一端が配管Ｌ１と地点Ｉにおいて連通される。この地点Ｉは、冷房運転時において、液ポンプ１の吸入側になる。また、配管Ｌ６は、他端が冷媒タンク３の下端である地点Ｆで接続され、冷媒タンク３の内部と連通される。配管Ｌ６には、第６電磁弁１０が配設される。地点Ｉは、冷媒タンク３の下端の地点Ｆより低い位置とされる。

冷房運転開始時において、液ポンプ１に迅速な起動性を得るために、液ポンプ１に液冷媒が供給される必要がある。ところが、熱源側熱交換器２において、ガス冷媒を十分に液化できないこともある。そこで、第３の実施形態に係る熱搬送装置４０は、冷房運転開始時に、液ポンプ１に液冷媒を迅速に供給するために、配管Ｌ６及び第６電磁弁１０を設けた。

ここで、冷媒タンク３に液冷媒が貯留した状態で熱搬送装置４０の運転が停止されたものとする。この停止状態では、第６電磁弁１０は閉じられている（ＯＦＦ）ものとする。この状態から、冷房運転を開始した場合に、第６電磁弁１０を開ける（ＯＮ）。そうすると、地点Ｉは地点Ｆよりも低い位置にあるため、冷媒タンク３に貯留されていた液冷媒が、配管Ｌ６を介して液ポンプ１の吸入側に供給される。したがって、液ポンプ１の的確な起動が確保される。その後、第６電磁弁１０は閉じられる（ＯＦＦ）。

第６電磁弁１０の開・閉制御は任意である。例えば、冷房運転開始時に、第６電磁弁１０を予め定められた時間だけ開くことにしてもよい。また、冷房運転開始時に、第６電磁弁１０を開け、液ポンプ１の運転状況を監視し、監視結果に基づいて第６電磁弁１０を閉じることにしてもよい。
また、第６電磁弁１０を電子膨張弁にすれば、液ポンプ１の吸入側に供給する液冷媒の流量を調整することができ、安定した圧力制御が可能となる。
なお、熱搬送装置４０において、冷房運転時、冷房運転から暖房運転の切換え時、暖房運転時の、第１電磁弁５〜第４電磁弁８、第６電磁弁１０の開閉の状態を表３にまとめて示しておく。

＜第４の実施形態＞
以下、本発明による第４の実施形態について、図７、図８を参照して説明する。
図７は、本発明の第４の実施形態に係る熱搬送装置５０の構成を示す回路図である。また、図８は、熱搬送装置５０の構成を示す回路を立体的に示した図である。したがって、図８により、熱搬送装置５０を構成する各要素の位置関係を特定することができる。
図７、図８に示すように、熱搬送装置５０は、第２の実施形態に係る熱搬送装置３０と、トラップ１１を付加した点で相違するが、他の構成は一致する。そこで、以下では相違点を中心に説明する。また、図７、図８において、第２の実施形態に係る熱搬送装置３０と同一の構成部分には、同一の符号を付している。

熱搬送装置５０は、配管Ｌ１上の地点Ａと地点Ｊの間に、トラップ１１を設けた。このトラップ１１は、配管Ｌ１の一部を構成するものであり、図７、図８に示すように、逆Ｕ字状の流路を備えている。そして、トラップ１１の頂部は、冷媒タンク３の上端（地点Ｇ、Ｈ）よりも高い位置に設定されている。つまり、配管Ｌ１は、冷媒タンク３の上端よりも高い位置に流路が形成される領域を備えている。

運転開始時、液ポンプ１は、その周辺に液冷媒が存在することが、その適切な起動を行うために好ましい。そのためには、運転を停止した後に、液ポンプ１の前後に溜まっている液冷媒が利用側熱交換器４に流出するのを阻止することが望ましい。そこで、トラップ１１を設けることにより、運転停止時に液ポンプ１の前後に溜まっている液冷媒が利用側熱交換器４へ液冷媒が流出するのを防ぎ、運転開始時に液ポンプ１の周辺に液冷媒を保持することが可能となる。このとき、配管Ｌ４への液冷媒の流出を阻止するために、第３電磁弁７を閉じておくことが好ましい。

以上、第１の実施形態〜第４の実施形態を個別に説明したが、本発明は、各実施の形態の特徴部分を組合せて実施できることはいうまでもない。

本発明の第１の実施形態に係る熱搬送装置の回路図である。 本発明の第１の実施形態に係る熱搬送装置の回路を立体的に示した図である。 本発明の第１の実施形態に係る熱搬送装置の回路図であって、冷房運転時の冷媒の流れを示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る熱搬送装置の回路図であって、暖房運転時の冷媒の流れを示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る熱搬送装置の回路図である。 本発明の第３の実施形態に係る熱搬送装置の回路図である。 本発明の第４の実施形態に係る熱搬送装置の回路図である。 本発明の第４の実施形態に係る熱搬送装置の回路を立体的に示した図である。 従来の空気調和機の回路図である。

符号の説明

１…液ポンプ、２…熱源側熱交換器、３…冷媒タンク、４…利用側熱交換器、５…第１電磁弁、６…第２電磁弁、７…第３電磁弁、８…第４電磁弁、９…第５電磁弁、１０…第６電磁弁、１１…トラップ、２０，３０，４０，５０…熱搬送装置、Ｌ１〜Ｌ６…配管

Claims (6)

1. 気液相変化を伴う冷媒と冷熱源又は温熱源とが熱交換される熱源側熱交換器と、
   前記熱源側熱交換器で熱交換された前記冷媒を受けて冷熱又は温熱を利用する利用側熱交換器と、
   前記冷媒を前記熱源側熱交換器又は前記利用側熱交換器に向けて吐出する搬送ポンプと、
   前記熱源側熱交換器、前記搬送ポンプ及び前記利用側熱交換器を繋ぎ、前記搬送ポンプから吐出される前記冷媒が前記熱源側熱交換器又は前記利用側熱交換器に向けて流れる第１の流路と、
   前記熱源側熱交換器及び前記利用側熱交換器を繋ぎ、前記熱源側熱交換器から流出した前記冷媒が前記利用側熱交換器に向けて流れ、又は前記利用側熱交換器から流出した前記冷媒が前記熱源側熱交換器に向けて流れる第２の流路と、
   前記第２の流路と並列に配設され、一端が前記熱源側熱交換器に近い側に連通され、他端が前記利用側熱交換器に近い側に連通された第３の流路と、
   前記第３の流路上に配設された冷媒タンクと、
   一端が前記搬送ポンプと前記利用側熱交換器との間の前記第１の流路に連通され、他端が前記冷媒タンクに連通された第４の流路と、を備え、
   冷房運転の際には、前記搬送ポンプから吐出された前記冷媒が前記利用側熱交換器、前記冷媒タンク及び前記熱源側熱交換器を順に通って前記搬送ポンプに戻され、かつ前記搬送ポンプから吐出された液状の前記冷媒の一部が前記第４の流路を介して前記冷媒タンクに貯留され、
   暖房運転の際には、前記搬送ポンプから吐出された前記冷媒が前記熱源側熱交換器及び前記利用側熱交換器を順に通って前記搬送ポンプに戻されることを特徴とする熱搬送装置。
2. 前記冷房運転から前記暖房運転へ切換える際に、
   前記熱源側熱交換器で吸熱されたガス状の前記冷媒を前記第２の流路及び前記第３の流路を介して前記冷媒タンクに流入させ、
   前記冷媒タンクに貯留されていた液状態の前記冷媒を前記第４の流路を介して前記第１の流路に流出させ、
   その後、前記暖房運転を開始することを特徴とする請求項１に記載の熱搬送装置。
3. 一端が前記冷媒タンクに連通され、かつ他端が前記第３の流路であって前記熱源側熱交換器に近い側に連通される地点と前記熱源側熱交換器との間の前記第２の流路に連通された第５の流路を備え、
   前記冷媒タンクに貯留された液状の前記冷媒が所定量を超えた場合に、液状の前記冷媒を、前記第５の流路を介して前記第２の流路に流出させることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱搬送装置。
4. 一端が前記冷媒タンクに連通され、かつ他端が前記熱源側熱交換器と前記搬送ポンプとの間の前記第１の流路に連通された第６の流路を備え、
   前記冷房運転開始時に、前記冷媒タンクに貯留された液状の前記冷媒を、前記第６の流路を介して前記第１の流路に流出させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の熱搬送装置。
5. 前記第１の流路は、前記第４の流路が連通される地点と前記利用側熱交換器との間に、前記冷媒タンクの上端よりも高い位置に流路が形成される領域を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の熱搬送装置。
6. 前記冷媒が二酸化炭素（ＣＯ_２）であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の熱搬送装置。

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