JP2801698B2 - 冷媒自然循環式冷房システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、熱源側となる凝縮器と複数個の利用側とな
る蒸発器とを冷媒配管を介して連通接続し、前記凝縮器
と前記蒸発器および冷媒配管とにわたって密閉状態で冷
媒を循環流動するように構成し、かつ、前記冷媒とし
て、前記蒸発器での熱交換に伴って液体から蒸気に相変
化する冷媒を使用するとともに、前記凝縮器と前記蒸発
器との間に、液体に相変化した冷媒を前記蒸発器に移送
するに足るヘッド差を備えた冷媒自然循環式冷房システ
ムに関する。

＜従来の技術＞ この種の冷媒自然循環式冷房システムでは、蒸発器で
発生される冷媒蒸気を凝縮器に戻す冷媒配管中に冷媒液
が混入すると、その冷媒液が下方階側に流下して配管抵
抗が増大し、下方階からの冷媒蒸気の上昇を妨げて冷媒
を自然循環流動できず、下方階の蒸発器それぞれの冷房
運転が不能になる問題があった。

そこで、従来一般に、例えば、特公昭54−19609号公
報に開示されるように、利用側となる複数個の蒸発器か
らの冷媒配管の出口箇所に感温筒を設けるとともに、蒸
発器への冷媒配管の入口箇所または出口箇所に流量調節
弁を設け、感温筒内のガスの圧力と蒸発器内の冷媒圧力
との差によって、蒸発器の出口における冷媒蒸気の過熱
度が大きいときには流量調節弁の開度を大にして蒸発器
に供給する冷媒液の量を増加し、一方、過熱度が小さい
ときには流量調節弁の開度を小にして蒸発器に供給する
冷媒液の量を減少し、常に、過熱度が一定となるように
流量調節弁を制御して、蒸発器出口側の冷媒配管中に冷
媒液が流れ込むという、いわゆるリキットバックが発生
することを防止できるように構成されたものがあった。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、運転開始時には、感温筒が冷房する前
とほぼ同一温度状態であり、運転を開始しても、感温筒
自身の熱容量を有することから、感温筒と冷媒蒸気との
間に大きな温度差があって、見掛け上過熱度が大きいこ
ととなるために流量調節弁が全開状態のままになり、そ
の状態で蒸発器に冷媒液が急激に流れ込む。これに対し
て、感温筒においては、冷房用熱交換器の出口の冷媒配
管を介しての伝熱によって内部のガス圧を変化させるも
のであり、感温筒が冷媒温度に追従するようになるまで
に一定に時間がかかるため、流量調節弁が閉じられるま
でに遅れがあり、蒸発器から凝縮器に冷媒蒸気を戻す冷
媒配管中に冷媒液が流入し、その冷媒配管中の冷媒液に
起因して、下方の階の個別空気調和器の蒸発器からの冷
媒蒸気の流動が阻止され、その冷房運転が不能になる欠
点があった。

また、運転途中において、蒸発器の負荷が急激に減少
し、流量調節弁に対する制御動作に遅れがあって不測に
リキッドバックが生じた場合でも上述の場合と同様に運
転不能に陥る欠点があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
って、蒸発器からの冷媒液の流出を的確に防止して、運
転開始時や蒸発器の負荷の急激な減少に起因するリキッ
ドバック発生を防止できるようにすることを目的とす
る。

＜課題を解決するための手段＞ 本発明は、上述のような目的を達成するために、冒頭
に記載した冷媒自然循環式冷房システムにおいて、蒸発
器それぞれへの冷媒液供給用冷媒配管部分に電磁開閉弁
を設け、前記蒸発器それぞれからの冷媒出口の冷媒の温
度を測定する出口温度センサを設けるとともに、前記蒸
発器それぞれへの冷媒入口の冷媒の温度を測定する入口
温度センサを設け、前記出口温度センサと前記入口温度
センサとの温度差が設定値よりも小さくなったときに前
記電磁開閉弁を閉じる制御装置を付設して構成する。

＜作用＞ 本発明に係る冷媒自然循環式冷房システムの構成によ
れば、蒸発器からの冷媒蒸気排出用冷媒配管部分に冷媒
液が排出されると、蒸発器からの冷媒出口の冷媒の温度
と蒸発器への冷媒入口の冷媒の温度との差が小さくなる
ことに着目し、その温度差に基づいて電磁開閉弁を即座
に閉じ、蒸発器での熱交換により蒸発させ、冷媒液の状
態でそのまま流出することを回避できる。

＜実施例＞ 次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は冷媒自然循環式冷房システムの第１実施例を
示す全体システム構成図であり、１は、ビルの屋上など
に設置される熱源側となる凝縮器を示し、この凝縮器１
に氷蓄熱槽などの熱源からの冷水や氷スラリーを供給す
るようになっている。

ビルの各階の各部屋それぞれなどに、送風ファン２と
利用側となる蒸発器３を備えた個別空気調和機４が設け
られている。

前記凝縮器１と蒸発器３…それぞれとが、受液器５と
アキュムレータ６を介装した冷媒配管７を介して連通接
続され、そして、凝縮器１、蒸発器３…および冷媒配管
７にわたり、蒸発器３での熱交換に伴って液体から蒸気
に相変化するとともに、凝縮器１での凝縮により蒸気か
ら液体に相変化する冷媒が密閉状態で封入されている。

受液器５は、蒸発器３…それぞれよりも高い位置に設
置され、凝縮器１での凝縮により蒸気から液体に相変化
された冷媒が蒸発器３に流下供給されるとともに、蒸発
器３での熱交換に伴って液体から蒸気に相変化された冷
媒が上昇して凝縮器１に戻されるに足るヘッド差が備え
られ、冷房運転に際して、蒸気と液体との相変化によ
り、冷媒が凝縮器１と蒸発器３との間で自然的に循環流
動するように構成されている。

前記冷媒としてはフロンガスＲ−22が用いられる。こ
のフロンガスＲ−22は、水素、塩素を含んでいて対流圏
で分解するために、オゾン層を破壊する虞の無い利点を
有している。

冷媒配管７の蒸発器３…それぞれへの冷媒液供給用冷
媒配管部分7aの入口箇所には、冷媒液流入量を調節する
流量調節弁８と、冷媒液流入を阻止する電磁開閉弁９と
が設けられている。

冷媒配管７の蒸発器３…それぞれからの冷媒蒸気排出
用冷媒配管部分7bの出口箇所に、冷媒蒸気の温度を感知
する感温筒10が設けられ、その感温筒10での圧力差によ
り機械的に作動し、その圧力差が一定に維持されるよう
に、流量調節弁８の開度を自動的に調整できるように構
成されている。この流量調節弁８は、冷凍装置に使用さ
れる自動膨張弁と同様の構造のものであって、その均圧
側は、内部均圧式または外部均圧式のいずれであっても
良い。また、このような冷媒液の供給量を制御する構成
としては、冷媒の飽和相当温度を感知するサーミスタと
その感知温度に応じて開度を調整する電動操作型の作動
調節弁とによって行うものでも良い。

第２図の構成図に示すように、冷媒液供給用冷媒配管
部分7aの蒸発器３への冷媒入口箇所に、そこでの冷媒の
温度を測定する入口温度センサ24が付設され、一方、冷
媒蒸気排出用冷媒配管部分7bの冷媒出口箇所に、そこで
の冷媒の温度を測定する出口温度センサ25が付設され、
それらの入口温度センサ24および出口温度センサ25それ
ぞれが制御装置26（マイクロコンピュータ）に接続され
るとともに、その制御装置26に電磁開閉弁９が接続され
ている。

前記制御装置26には、第３図のブロック図に示すよう
に、比較判別手段14と、減算手段27と液感知判別手段28
とが備えられている。

比較判別手段14では、室温設定器17による設定室温
と、蒸発器３への戻り空気の温度を測定する室温センサ
18から入力される実際の室内温度とを比較し、その室内
温度が設定室内よりも低くなったときに、弁駆動回路16
に指令信号を出力し、電磁開閉弁９を閉じて冷媒液の供
給を停止するようになっている。

また、減算手段27では、出口温度センサ25と入口温度
センサ24との温度差を算出し、その温度差を液感知判別
手段28に出力するようになっている。

液感知判別手段28では、減算手段27から入力される温
度差と設定器29からの設定値とを比較し、その温度差が
設定値よりも小さくなったときに、冷媒液の流出を感知
したとして、電磁開閉弁９の弁駆動回路16に液感知信号
を出力し、電磁開閉弁９を閉じて冷媒液の供給を停止す
るようになっている。

以上の構成により、運転開始時とか冷房負荷の急激な
減少などにより、冷媒液が冷媒蒸気排出用冷媒配管部分
7bに不測に流入したとしても、そのことを蒸発器３の冷
媒出口と冷媒入口との温度差により精度良く感知して電
磁開閉弁９を即座に閉じ、冷媒液による冷媒循環不良を
回避し、かつ、流量調節弁８による冷媒液の供給量調整
に加え、室温センサ18で測定される実際の室内温度に基
づく電磁開閉弁９の開閉により、蒸発器３への冷媒液供
給量を適正な状態に調整して室内温度を設定室温に自動
的に維持することができる。

図示していないが、各階それぞれにおいて配設され
る、蒸発器３…それぞれに冷媒液を供給する水平方向の
冷媒配管７部分は、蒸発器３…側程低くなるように傾斜
して設けられ、冷媒液を蒸発器３…それぞれに供給しや
すいように構成されている。

また、蒸発器３…それぞれで発生した冷媒蒸気を戻す
水平方向の冷媒配管７部分は、蒸発器３…側から遠ざか
る程低くなるように傾斜して設けられ、その冷媒配管７
中に冷媒液が混入したとしても、その冷媒液を蒸発器３
…それぞれから遠ざかる側に流下させやすいように構成
されている。

最下階の個別空気調和機４…の蒸発器３…それぞれか
らの冷媒蒸気を戻す水平方向の冷媒配管７部分の最もレ
ベルが低い箇所に、それよりも下方に位置させて、分岐
管19を介して液溜め部20が連通接続され、蒸発器３…か
ら凝縮器１に戻す冷媒配管７内に混入した冷媒液を流下
して貯留できるように構成されている。

図中21は、アキュムレータ６側から受液器５側に冷媒
液が逆流することを防止するチャッキ弁を示している。

アキュムレータ６の上部空間と凝縮器１とが第１の配
管22を介して連通接続され、夜間などの運転停止状態で
外気温度が高温の時に、アキュムレータ６、および、そ
れより下方の冷媒配管７中で冷媒液が蒸発して冷媒蒸気
が発生した場合に、その冷媒蒸気を凝縮器１に戻すよう
に構成されている。

また、受液器５の上部空間と凝縮器１とが第２の配管
23を介して連通接続され、凝縮器１で凝縮液化した冷媒
液を受液器５に円滑に流下できるように構成されてい
る。

上述した実施例における電磁開閉弁９としては、電動
操作型の流量調節弁を用いても良い。

＜発明の効果＞ 本発明に係る冷媒自然循環式冷房システムによれば、
冷媒蒸気排出用冷媒配管部分に冷媒液が流入したとして
も、それを蒸発器の冷媒出口と冷媒入口それぞれにおけ
る冷媒温度の差に基づいて精度良く感知して即座に電磁
開閉弁を閉じるから、冷媒液の供給を即座に停止して蒸
発器での熱交換により蒸発させ、冷媒液のままで冷媒蒸
気排出用冷媒配管部分に流れ込んでいくことを回避で
き、運転開始時や蒸発器の負荷の急激な減少時のように
冷媒液が急激に流入する場合であっても、冷媒液の混入
に起因して運転不能状態に陥ることを良好に防止できる
ようになった。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明に係る冷媒自然循環式冷房システムの実
施例を示し、第１図は全体システム構成図、第２図は要
部の構成図、第３図はブロック図である。 １……凝縮器、３……蒸発器 ７……冷媒配管、7a……冷媒液供給用冷媒配管部分 7b……冷媒蒸気排出用冷媒配管部分、９……電磁開閉弁 24……入口温度センサ、25……出口温度センサ 26……制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 徳永 研介 大阪府大阪市中央区本町４丁目１番13号 株式会社竹中工務店大阪本店内 (72)発明者 楠本 望 大阪府大阪市中央区本町４丁目１番13号 株式会社竹中工務店大阪本店内 (72)発明者 杉浦 修史 大阪府大阪市中央区本町４丁目１番13号 株式会社竹中工務店大阪本店内 (72)発明者 植野 武夫 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工 業株式会社堺製作所金岡工場内 (56)参考文献 特開 平２−118349（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F24F 5/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱源側となる凝縮器と複数個の利用側とな
   る蒸発器とを冷媒配管を介して連通接続し、前記凝縮器
   と前記蒸発器および冷媒配管とにわたって密閉状態で冷
   媒を循環流動するように構成し、かつ、前記冷媒とし
   て、前記蒸発器での熱交換に伴って液体から蒸気に相変
   化する冷媒を使用するとともに、前記凝縮器と前記蒸発
   器との間に、液体に相変化した冷媒を前記蒸発器に移送
   するに足るヘッド差を備えた冷媒自然循環式冷房システ
   ムにおいて、 前記蒸発器それぞれへの冷媒液供給用冷媒配管部分に電
   磁開閉弁を設け、前記蒸発器それぞれからの冷媒出口の
   冷媒の温度を測定する出口温度センサを設けるととも
   に、前記蒸発器それぞれへの冷媒入口の冷媒の温度を測
   定する入口温度センサを設け、前記出口温度センサと前
   記入口温度センサとの温度差が設定値よりも小さくなっ
   たときに前記電磁開閉弁を閉じる制御装置を付設したこ
   とを特徴とする冷媒自然循環式冷房システム。