JP2544433B2 - 冷媒自然循環式熱移動装置 - Google Patents

冷媒自然循環式熱移動装置

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JP2544433B2 JP63080043A JP8004388A JP2544433B2 JP 2544433 B2 JP2544433 B2 JP 2544433B2 JP 63080043 A JP63080043 A JP 63080043A JP 8004388 A JP8004388 A JP 8004388A JP 2544433 B2 JP2544433 B2 JP 2544433B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、冷媒自然循環サイクルを利用する冷媒自然
循環式熱移動装置の改良に関する。
〔従来の技術〕
最近、例えば、電算機室のような内部発熱が高く、し
かも温湿度条件,空気清浄を厳しく要求される室に対し
て省エネルギ等を図った空調装置が要求されている。こ
の要求に沿ったもののひとつとして、低温外気を利用し
て室内側の熱を室外側に移動する冷媒自然循環式熱移動
装置を、冷暖房装置に併用した空調機が脚光を浴びてい
る。
上記の冷媒自然循環式熱移動装置は、サーモサイフォ
ンとも称せられており、室内外に設けられた熱交換器を
冷媒配管で環状に接続し、内部に低沸点冷媒を封入した
ものである。
かかる冷媒自然循環式熱移動装置として、例えば、単
一の蒸発器,単一の凝縮器からなるものが、実開昭61−
79773号公報に示すように知られている(第4図図
示)。
図示のように、冷媒自然循環式熱移動装置101は、室
内側に設置された蒸発器102と、その高所に配置される
とともに室外側に設置された凝縮器103と、蒸発器102の
出口102Bと凝縮器103の入口103Aとを接続するガス側冷
媒配管104と、凝縮器103の出口103Bと蒸発器102の入口1
02Aとを接続する液側冷媒配管105とを備えている。
冷媒自然循環式熱移動装置101においては、冷媒は、
蒸発器102で室内側の暖かい空気によって熱せられ、沸
騰,蒸発する。このときの蒸発潜熱により、室内空気は
冷却される。そして、蒸発器102,ガス側冷媒配管104,凝
縮器103,液側冷媒配管105の間を一定の封入量の冷媒が
循環するようになっている。蒸発した冷媒は、ガス状に
なってガス側冷媒配管104を上昇し、凝縮器103に導か
れ、冷たい外気によって冷却される。冷却された冷媒
は、凝縮液化して液側冷媒配管105の内部を流下し、再
び蒸発器102に戻る。
上記の冷媒循環は、室外側の温度が室内側の温度より
低ければ、冷媒の相変化に伴う圧力差と冷媒液面の高低
差による自然循環力によって起り、室内側の熱が室外側
に無動力で放出される。
そして、上記の自然循環力と配管系の抵抗と熱交換器
(蒸発器102,凝縮器103)の特性から、冷媒の循環量が
決定される。
かかる従来の冷媒自然循環式熱移動装置101では、そ
のシステムとしての冷却能力は、室内外の温度差及び冷
媒の循環量によって決定される。具体的に云えば、この
冷却能力は、室内外の温度差が小さい場合には、不安定
となる場合があるが、室内外の温度差にほぼ比例して増
加する。しかし、冷媒液面の高低差が小さいと、自然循
環力が小さくなり、熱交換器(蒸発器102,凝縮器103)
に余裕があっても冷却能力は上限を示すようになる。
この冷媒液面の高低差は、冷却能力に対して影響が大
きいので、詳述する。
冷媒液面の高低差が大きいと、蒸発器102における冷
媒圧力が高くなり、冷媒の蒸発温度が高くなる。従っ
て、蒸発温度と蒸発器102の回りの被冷却空気(室内
側)との温度との差が小さくなり、冷却能力が小さくな
る。しかし、冷媒液面の高低差が大きいので冷媒循環能
力が大きくなる。従って、冷却能力は上限に達し難い傾
向となっている。この場合の冷却能力曲線は、第5図の
(A)に示される。
一方、冷媒液面の高低差が小さいと、蒸発器102にお
ける冷媒圧力が低くなり、冷媒の蒸発温度が低くなる。
従って、蒸発温度と蒸発器102の回りの被冷却空気(室
内側)との温度との差が大きくなり、冷却能力が大きく
なる。しかし、冷媒液面の高低差が小さいので冷媒循環
能力が小さくなる。従って、冷却能力は上限に達し易い
傾向となっている。この場合の冷却能力曲線は、第5図
の(B)に示される。
従って、所定の温度差に対して冷却能力は、冷媒液面
の高低差に従って決定されることになる。
上述の従来例では、蒸発器の数が単一の場合について
説明したが、冷房される室が複数ある場合には、例え
ば、実開昭60−155864号公報に示すように、単一の凝縮
器に対して蒸発器の数を複数個同一系統の配管で接続し
て使用することができる。この場合には、各蒸発器の設
置高さを同一に配置して、各蒸発器における冷媒液面の
高さを同一にしている。従って、凝縮器に対しても各蒸
発器の冷媒液面の高低差が同一になり、蒸発器内部での
冷媒圧力を同一にし、冷媒の蒸発温度も同一にすること
により、各蒸発器の冷却能力も同一に確保している。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、冷却される室が複数個鉛直方向に並んでい
る場合には、第6図に示すように、各室に設置される各
蒸発器106,107も鉛直に並べて配置される。
この場合、低位置に設置された蒸発器106の冷却能力
と、高位置に設置された蒸発器107の冷却能力とを同一
にしようとする場合、低位置に設置された蒸発器106
は、高位置に設置された蒸発器107に比して、伝熱係数
を上げたり、伝熱面積を大きくする等の対策が必要にな
り、仕様が異なり部品の統一性を確保する点からも好ま
しくない。
そして、各蒸発器106,107における冷媒液面の高さが
大きく異なっている(蒸発器106の冷媒液面の高さH
は、蒸発器107の冷媒液面の高さhより大きい。)と、
各蒸発器の冷却能力の曲線も大きく異なることになり、
蒸発温度と各蒸発器106,107の回りの被冷却空気(室内
側)との温度差の変化に対しても蒸発器106,107の冷却
能力が大きく異なり、従って、冷房される室の冷房効率
も大きく異なることになる。
なお、鉛直方向に並設された各蒸発器106,107の冷媒
液位を同一にするために、各蒸発器に対応して凝縮器を
設置することもできるが、凝縮器の数が多くなり、コス
ト上,設置スペース上からも好ましくない。
本発明は、かかる従来の問題点を解決するためになさ
れたもので、その目的は、鉛直方向に並設された複数の
蒸発器の冷却能力を一定にする冷媒自然循環式熱移動装
置を提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明は、室内側に設置
されて設置高さが異なる複数の蒸発器と、室外側に設置
されるとともに各蒸発器の高所に位置する単一の凝縮器
と、各蒸発器の出口からガス状の冷媒を凝縮器の入口に
導くガス側冷媒配管と、凝縮器の出口から液状の冷媒を
各蒸発器の入口に導く液側冷媒配管とを備え、室外側と
室内側の温度差により室内側の熱を室外側に移動させる
冷媒自然循環式熱移動装置において、液側冷媒配管の途
中に、液側冷媒配管の各蒸発器の入口側部分内に各蒸発
器の冷媒液面を基準として一定液高の冷媒液柱を形成す
る液位保持装置を、各蒸発器に対応させて設けてなり、
液位保持装置は、上下両端に出入口が形成された中空容
器と、下方に突出する筒状孔部を設けて中空容器の内部
に配される仕切板と、仕切板の筒状孔部の下方側に配さ
れるフロート弁とを備えており、中空容器は、仕切板及
びフロート弁により上部液室と下部液室とに分割され、
フロート弁は下部液室の冷媒の浮力により仕切板の筒状
孔部に当接し、仕切板と下部液室の冷媒の液面との間に
は冷媒のガスが充填される空間が形成されていることを
特徴とするものである。
〔作 用〕
本発明にあっては、低位置に設置された蒸発器におけ
る冷媒液柱の液高と、高位置に設置された蒸発器におけ
る冷媒液柱の液高とが、液位保持装置の作用により一定
となる。従って、各蒸発器における冷媒の圧力が一定と
なり、冷媒の蒸発温度も一定となる。これにより、各蒸
発器において、蒸発温度と蒸発器の回りの被冷却空気
(室内側)との温度差が一定になり、冷却能力も一定に
なる。
〔実施例〕
以下、図面により本発明の実施例について説明する。
第1図ないし第3図は本発明の実施例に係る冷媒自然
循環式熱移動装置の内容を示す。
第1図において、1は第1蒸発器で、第1室内Aに設
置されている。2は第2蒸発器で、第2室内Bに設置さ
れ、第1蒸発器1より高い位置にある。3は凝縮器で、
第2蒸発器2の高所に位置し、室外側に設置されてい
る。従って、凝縮器3は第1蒸発器1よりも高所に位置
している。
4はガス側冷媒配管で、第1蒸発器1の出口1B,第2
蒸発器2の出口2B及び凝縮器3の入口3Aとを接続し、各
蒸発器1,2の出口1B及び出口2Bからガス状の冷媒を凝縮
器3の入口3Aに導く。5は液側冷媒配管で、凝縮器3の
出口3B,第1蒸発器1の入口1A,第2蒸発器2の入口2Aと
を接続し、凝縮器3の出口3Bから液状の冷媒を各蒸発器
1,2の入口1A及び入口2Aに導く。
そして、液側冷媒配管5の途中に、第1液位保持装置
6及び第2液位保持装置7が第1蒸発器1及び第2蒸発
器2に対応させて設けられている。
上記の第1液位保持装置6及び第2液位保持装置7の
構造は、第2図に示される。図示のように、上下両端に
出入口11A,11Bが形成された中空容器11が、仕切板12及
びフロート弁13とにより上部液室14と下部液室15とに分
割され、フロート弁13は下部液室15の冷媒の浮力により
仕切板12の筒状孔部12Aに当接し、仕切板12と下部液室1
5の冷媒の液面WLとの間の空間16にはガスGが充填され
ている。
しかして、液側冷媒配管5の第1蒸発器1の入口側部
分5Aにおける冷媒と、液側冷媒配管5の第2蒸発器2の
入口側部分5Bにおける冷媒とが独立になる。
従って、第3図に示すように、第1液位保持装置6
は、液側冷媒配管5の第1蒸発器1の入口側部分5Aの内
側に第1蒸発器1の冷媒液面WL1を基準として液高H1
冷媒液柱P1を形成している。同様に、第2液位保持装置
7は、液側冷媒配管5の第2蒸発器2の入口側部分5Bの
内側に第2蒸発器2の冷媒液面WL2を基準として液高H1
の冷媒液柱P2を形成している。冷媒液柱P1及び冷媒液柱
P2の液高は、H1であり、同一となっている。
以上の如き構成によれば、第3図に示すように、低位
置に設置された第1蒸発器1において第1液位保持装置
6により形成される冷媒液柱P1の液高と、高位置に設置
された第2蒸発器2において第2液位保持装置7により
形成される冷媒液柱P2の液高とを等しくすることができ
る。従って、第1蒸発器1と第2蒸発器2における冷媒
の圧力が等しくなり、冷媒の蒸発温度も等しくなる。こ
れにより、各蒸発器1,2において、蒸発温度と各蒸発器
1,2の回りの被冷却空気(室内側)との温度差が同一に
なり、鉛直方向に並設された各蒸発器1,2の冷却能力を
同一にすることができ、ひいては、室内外の温度差の変
化に対しても各蒸発器1,2の設置された室の冷房効率を
同一にすることができる効果を奏する。
なお、本実施例においては、蒸発器の数は2個となって
いるが、3個以上とすることもできる。
また、本実施例においては、第1液位保持装置6及び
第2液位保持装置7の構造は、第2図に示されている
が、第2図に示す構造に限定されることはない。
さらに、本実施例においては、冷媒液柱P1及び冷媒液
柱P2の液高を同一にすることにより、各室の冷房効率を
同一にしているが、各液高が相異していても、その液高
に対応させて冷房効率を一定にすることができる。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明に係る冷媒自然循環式熱移
動装置によれば、液位保持装置により、低位置に設置さ
れた蒸発器における冷媒液柱の液高と、高位置に設置さ
れた蒸発器における冷媒液柱の液高とが一定となる。従
って、各蒸発器における冷媒の圧力,蒸発温度が一定と
なり、鉛直方向に並設された複数の蒸発器の冷却能力を
一定にすることができ、ひいては、室内外の温度差の変
化に対しても蒸発器の設置された室の冷房効率を一定に
することができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例に係る冷媒自然循環式熱移動装
置の構成図である。 第2図は液位保持装置の断面説明図である。 第3図は同冷媒自然循環式熱移動装置の使用状態説明図
である。 第4図は従来における単一の蒸発器を有する冷媒自然循
環式熱移動装置の構成図である。 第5図は同冷媒自然循環式熱移動装置の効果の説明図で
ある。 第6図は従来における複数の蒸発器を有する冷媒自然循
環式熱移動装置の説明図である。 〔主要な部分の符号の説明〕 1……第1蒸発器 1A……入口 1B……出口 2……第2蒸発器 2A……入口 2B……出口 3……凝縮器 3A……入口 3B……出口 4……ガス側冷媒配管 5……液側冷媒配管 5A,5B……入口側部分 6……第1液位保持装置 7……第2液位保持装置 A……第1室内 B……第2室内 WL1,WL2……冷媒液面 P1,P2……冷媒液柱。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】室内側に設置されて設置高さが異なる複数
    の蒸発器(1,2)と、室外側に設置されるとともに各蒸
    発器(1,2)の高所に位置する単一の凝縮器(3)と、
    各蒸発器(1、2)の出口(1B,2B)からガス状の冷媒
    を凝縮器(3)の入口(3A)に導くガス側冷媒配管
    (4)と、凝縮器(3)の出口(3B)から液状の冷媒を
    各蒸発器(1,2)の入口(1A,2A)に導く液側冷媒配管
    (5)とを備え、室外側と室内側の温度差により室内側
    の熱を室外側に移動させる冷媒自然循環式熱移動装置に
    おいて、 液側冷媒配管(5)の途中に、液側冷媒配管(5)の各
    蒸発器(1,2)の入口側部分(5A)内に各蒸発器(1,2)
    の冷媒液面(WL1,WL2)を基準として一定液高(H1)の
    冷媒液柱(P1,P2)を形成する液位保持装置(6,7)を、
    各蒸発器(1,2)に対応させて設けてなり、 液位保持装置(6,7)は、上下両端に出入口(11A,11B)
    が形成された中空容器(11)と、下方に突出する筒状孔
    部(12A)を設けて中空容器(11)の内部に配される仕
    切板(12)と、仕切板(12)の筒状孔部(12A)の下方
    側に配されるフロート弁(13)とを備えており、 中空容器(11)は、仕切板(12)及びフロート弁(13)
    により上部液室(14)と下部液室(15)とに分割され、 フロート弁(13)は下部液室(15)の冷媒の浮力により
    仕切板(12)の筒状孔部(12A)に当接し、 仕切板(12)と下部液室(15)の冷媒の液面(WL)との
    間には冷媒のガスが充填される空間(16)が形成されて
    いる ことを特徴とする冷媒自然循環式熱移動装置。
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