JP2882138B2 - 熱搬送装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷媒を加熱する時の圧
力上昇を利用して、熱を暖房などに利用する熱搬送装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の熱搬送装置は、例えば特開平３−
５１６３１号公報に示されるように、図３のような構成
になっている。

【０００３】すなわち、気液セパレータ１は、冷媒加熱
器２の上方に配置されるとともに冷媒加熱器２の入口管
３と冷媒加熱器２の出口管４とで連結され環状の管路で
接続されている。また、受液器５は気液セパレータ１の
上方に配置され、第１逆止弁６を有する落込み管７で気
液セパレータ１へ接続され、さらに開閉弁８を有する均
圧管９により出口管４を介して気液セパレータ１に接続
されている。気液セパレータ１と利用側として室内側に
配置される放熱器１０は、ガス冷媒往き管１１で接続さ
れ、放熱器１０と受液器５は、第２逆止弁１２を有する
液冷媒戻り管１３で接続されている。以上のように、気
液セパレータ１、放熱器１０、第２逆止弁１２、受液器
５、第１逆止弁６は順次配管接続された環状の循環路を
形成している。１４は冷媒加熱器２の出口管４に設けた
温度検知器であり、１５は温度検知器１４の検知する温
度により、開閉弁８の開閉時間を制御する制御装置であ
る。１６は冷媒加熱器２に設けたバーナであり、バーナ
１６により冷媒を加熱する。１７は放熱器１０に設けた
送風機である。

【０００４】上記構成において、その動作を以下に説明
する。冷媒加熱器２において、バーナ１６の燃焼熱で加
熱された冷媒は、冷媒加熱器２での異常過熱防止のため
ガスと液の２相状態で出口管４を通り、気液セパレータ
１へ流入し、液冷媒は入口管３から再び冷媒加熱器２に
流入する。一方、気液セパレータ１へ流入した２相状態
の冷媒のうちガス冷媒は、ガス冷媒往き管１１から放熱
器１０へ入り、送風機１７で送られた室内空気と熱交換
し、放熱凝縮し過冷却液化する。

【０００５】ここで、開閉弁８が閉のときには、放熱器
１０で凝縮液化した過冷却液冷媒は、液冷媒戻り管１３
から第２逆止弁１２を介して、ガス冷媒を凝縮させるこ
とにより受液器５内へ流入する。このとき受液器５内の
圧力は気液セパレータ１内の圧力より低くなっているた
め、第１逆止弁６は閉状態となっている。この状態で、
開閉弁８を開とすると、受液器５と気液セパレータ１と
は均圧管９により連通して均圧状態となり、受液器５内
の液冷媒は重力により第１逆止弁６を通り気液セパレー
タ１内へ流入する。

【０００６】次に、開閉弁８を再び閉にすると、第１逆
止弁６は閉状態となり、受液器５内へ放熱器１０の凝縮
過冷却液冷媒が、受液器内の急減圧により吸引され受液
器５が液冷媒で満たされるサイクルを繰り返す。このよ
うに、気液セパレータ１と冷媒加熱器２間は蒸発した冷
媒圧による自然循環サイクルであり、受液器５から気液
セパレータ１および冷媒加熱器２への液冷媒の供給は開
閉弁８の開閉周期による間欠動作サイクルである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の構成におい
て、開閉弁８が開状態の時に冷媒加熱器２で発生した気
液２相状態のままの冷媒が均圧管９を通って受液器５に
流入し、満液となっている受液器内の液冷媒を冷媒加熱
器側に落込んでいた。

【０００８】すなわち、受液器内に溜った液冷媒をガス
単相冷媒で落込むのではなく、気液２相状態の冷媒で落
込むために落込み終了時点でも受液器５内は液冷媒が残
存することになる。この受液器内の残存液冷媒のため、
開閉弁８が閉状態となり過冷却液冷媒が流入しガス冷媒
を凝縮させても、新たに流入できる液冷媒は残存液冷媒
とガス冷媒が凝縮した液量を受液器の内容積から差し引
いたものに減少していた。これは、受液器の有効容積の
縮少による冷媒循環能力の低下を意味し、熱搬送量の大
能力化に課題があった。

【０００９】さらに、新たに流入する過冷却液は、ガス
冷媒を冷却して凝縮させるだけでなく、残存液冷媒をも
冷却するための余分な冷却熱が必要となり、その過冷却
度をより大きくせねばならなかった。この過冷却度の増
大は、放熱器での熱伝達率の低い過冷却液域の増大に伴
なう放熱性能低下により凝縮圧力の増大をもたらし、シ
ステムの許容圧力値の制約上で運転可能な領域が狭くな
ることを意味する。そこで、この運転可能な領域を維持
しようとすると放熱器の大型化を招き、設置性、低コス
ト化において課題があった。

【００１０】本発明は上記課題を解決するもので、開閉
弁の開成時に均圧管を通過する冷媒の液成分割合を低減
し、熱搬送量の大能力化と運転範囲の拡大を図ることを
目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、冷媒加熱器と気液セパレータを環状管路に接
続し、前記気液セパレータの上方に設けた受液器を、第
１逆止弁を有する落込み管と開閉弁を有する均圧管とで
前記環状管路に接続した熱搬送部と、前記気液セパレー
タ、放熱器、第２逆止弁、前記受液器を順次配管接続し
た環状の循環路とを有するとともに、前記均圧管には冷
媒加熱器の出口管と均圧管とを同軸上に対向させるとと
もに液冷媒を排除する開口部を備えた気液分離部を設け
た構成としている。

【００１２】

【作用】本発明は上記構成によって、冷媒加熱器を出た
気液２相の冷媒流の気液分離を促進し、開閉弁が開成時
に均圧管内を通る冷媒の流れのガス相割合を高くし受液
器内に流入させることにより落し込み終了後に受液器内
に残存する液冷媒量を減少させ、受液器の有効容積の拡
大して受液器での過冷却液冷媒の吸引量を多くでき、ま
た受液器内に残存する液冷媒量を減少させて熱容量を低
減することで過冷却液冷媒の過冷却度も小さくできる。
さらに、流体の動圧を付加した流動力の高いガス冷媒で
受液器内の液冷媒を押し出すことで落し込み時間を短縮
して開閉動作周期を早めて落し込み回数を増大させるこ
とができる。

【００１３】この受液器での吸引液冷媒量の増大による
冷媒循環能力の向上あるいは落し込み時間の短縮により
落し込み回数を増大して冷媒循環能力を向上させ熱搬送
量の大能力ができ、さらに液冷媒の過冷却度の低減によ
り放熱器での放熱特性を改善して凝縮圧力を低減してよ
り高い室温でも運転可能として本熱搬送装置の運転範囲
を拡大できる。

【００１４】

【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照して
説明する。

【００１５】（実施例１） 図１は本発明の実施例１を示す熱搬送装置の構成図であ
り、図２は気液分離部の部分断面図である。 図１、図２
において、図３と同一符号は同一部材を示し同一機能を
有しているので詳細な説明は省略し、異なる点を中心に
説明する。

【００１６】１８は冷媒加熱器２と気液セパレータ１を
環状管路に接続し、気液セパレータ１の上方に設けた受
液器５を、第１逆止弁６を有する落込み管７と、開閉弁
８を有する均圧管９とで前記環状管路に接続した熱搬送
部である。１９は気液セパレータ１、放熱器１０、第２
逆止弁１２、受液器５を順次配管接続した環状の循環路
である。

【００１７】２０は冷媒加熱器２の出口管４と均圧管９
とを同軸上に対抗させて設けた気液分離部である。気液
分離部２０は出口管４の端部と均圧管９の端部が同軸の
直線上に配置されるとともに液冷媒を排出する開孔部２
３が備えられ、出口管４を通る流れの動圧が均圧管９に
加わるようになっている。この開孔部２３は気液セパレ
ータ１に連通している。

【００１８】２１はバーナ１６の燃焼量を可変する燃焼
量可変装置、２２は開閉弁８、温度検知器１４、燃焼量
可変装置２１に電気的に接続された制御装置である。

【００１９】上記構成において、開閉弁８の開閉動作
と、バーナ１６での燃焼、送風機１７の運転により冷媒
加熱による熱搬送の暖房を行なう。

【００２０】この熱搬送運転において、開閉弁８の開成
時には冷媒加熱器２の出口管４を通って出てきた気液２
相冷媒は気液分離部２０で気液分離され、一部のガス相
冷媒が均圧管９を通って受液器５内に入り受液器５内の
過冷却液を気液セパレータ１側へ落込み、他の気液２相
冷媒は開口部２３を通り気液セパレータ１内でさらに気
液分離されてガス相冷媒はガス冷媒往き管１１を通って
放熱器１０に向う。開閉弁８の閉成時は均圧管９内の流
れは停止し、気液２相冷媒は開口部２３を通り気液セパ
レータ１で気液分離されてガス相冷媒は放熱器１０に向
う。ここで、開閉弁８を開成して受液器５内の液冷媒を
気液セパレータ１へ落し込む時に、気液分離部２０で冷
媒の液成分を排除して液成分割合を低減させた冷媒を受
液器５に流入させることで落し込み終了後に受液器５内
に残存する液冷媒量を低減させ受液器５の有効容積の拡
大がなされて落し込み１回当りの液冷媒供給量が増大し
冷媒循環能力が増大する。また落し込み終了後に受液器
５内に残存する液冷媒量が低減して受液器５内に残存す
る冷媒の熱容量が小さくなるため、次に受液器５内に凝
縮を発生させるための液冷媒の過冷却度を少なくするこ
とができ、放熱器１０では過冷却度の低減により熱伝達
性能が低い過冷却液域が狭くなり熱伝達性能が高い気液
二相域を拡大できるため、放熱器１０は放熱能力が高め
られてより低い凝縮圧力（凝縮温度）で放熱できより高
い室温まで運転できるようになる。さらに、出口管４と
均圧管９が同軸直線上に配置することで受液器５に流体
の動圧を付加した流動力の高いガス冷媒を流入させて受
液器５内の液冷媒を重力だけでなく動圧でも押し出すた
め落し込み時間の短縮がなされ、開時間を短縮して開閉
動作周期を早めて単位時間当たりの開閉動作回数を増や
して冷媒循環能力を高めることができる。

【００２１】このように、気液分離部で冷媒の液成分を
排除して液成分割合を低減させた冷媒を受液器に流入さ
せることで落し込み終了後に受液器内に残存する液冷媒
量を低減させ受液器の有効容積の拡大がなされて冷媒循
環能力の向上による大能力化ができ、また残存液冷媒量
の低減により熱容量の低減がなされて液冷媒の過冷却度
の低減が可能となり放熱器での過冷却度の低減による凝
縮圧力の低減がなされて運転範囲の拡大ができ、さらに
流体の動圧を付加した流動力の高いガス冷媒で受液器内
の液冷媒を押し出すことで落し込み時間の短縮がなされ
開閉弁の開閉動作周期を早めて動作回数の増大して冷媒
循環能力の向上による大能力化ができる。

【００２２】（実施例２） 図２において、出口管４の内径Ｄは、その管内を流れる
気液２相冷媒流の流動様式が環状流となるように設定さ
れている。ここで、環状流とは一般的に述べられるよう
に、管壁に沿って液成分が流れるとともに管の中央部を
ガス成分が流れる流れの様式であり、環状流が現れる平
均流速になるように管の断面積を設定する。２４は出口
管４の端部に設け流れ方向に広がりを持ったディフュー
ザ部である。

【００２３】次に動作を説明する。出口管４を環状流と
なって流れてきた気液二相流において、管壁に沿って流
れる液冷媒は開口部２３で気液セパレータ１側に排除さ
れ易くなるとともにディフューザ部２４で径方向に液冷
媒の流れが拡げられて一層気液セパレータ１側に流れ易
くなり、管の中央部を流れてきたガス冷媒は出口管４と
同軸直線上に対向する均圧管９に流入しようとする。こ
こで、開閉弁８が開成するとディフューザ部２４で液成
分を排除してガス成分割合を一層高めたガス冷媒が均圧
管９に流入し受液器５内の液冷媒を流出させる。

【００２４】このように、気液分離部２０に流入する気
液二相流の流れ様式を環状流とすることで開口部２３か
ら液冷媒がより多く排除され気液分離作用を促進でき、
さらにディフューザ部２４で液冷媒が一層多く排除され
気液分離作用がより一層促進できる。このため、ガス成
分割合を一層高めたガス冷媒を受液器５内に流入させる
ことができ、熱搬送量の大能力化がより一層向上でき、
運転範囲の拡大がより一層向上できる。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
熱搬送装置によれば、次の効果が得られる。 熱搬送部と
循環路を有するとともに、均圧管には冷媒加熱器の出口
管と均圧管とを同軸上に対向させるとともに液冷媒を排
除する開口部を備えた気液分離部を設けた構成としてい
るので、気液分離部で冷媒の液成分を排除して液成分割
合を低減させた冷媒を受液器に流入させることで落し込
み終了後に受液器内に残存する液冷媒量を低減させ受液
器の有効容積の拡大ができて冷媒循環能力の向上による
大能力化ができるという効果があり、また残存液冷媒量
の低減により熱容量の低減ができて液冷媒の過冷却度の
低減が可能となり放熱器での過冷却度の低減による凝縮
圧力の低減がなされて運転範囲の拡大ができるという効
果がある。さらに、流体の動圧を付加した流動力の高い
ガス冷媒で受液器内の液冷媒を押し出すことで落し込み
時間の短縮ができ開閉弁の開閉動作周期を早めて動作回
数の増大して冷媒循環能力の向上による大能力化ができ
る。 また、気液分離部の出口管は管内を流れる気液２相
流の流れ様式が環状流となる内径に設定しているので、
気液分離作用がより一層促進できるという効果があり、
ガス成分割合を一層高めたガス冷媒を受液器５内に流入
させることができて熱搬送量の大能力化と運転範囲の拡
大がより一層向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の熱搬送装置のシステム構成
図

【図２】本発明の気液分離部の実施例の断面図

【図３】従来の熱搬送装置のシステム構成図

【符号の説明】

１ 気液セパレータ ２ 冷媒加熱器 ５ 受液器 ６ 第１逆止弁 ７ 落込み管 ８ 開閉弁 ９ 均圧管 １０ 放熱器 １２ 第２逆止弁 １８ 熱搬送部 １９ 循環路 ２０ 気液分離部 ２３ 開口部

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−51631（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−175220（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F24D 7/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒加熱器と気液セパレータを環状管路
   に接続し、前記気液セパレータの上方に設けた受液器
   を、第１逆止弁を有する落込み管と開閉弁を有する均圧
   管とで前記環状管路に接続した熱搬送部と、前記気液セ
   パレータ、放熱器、第２逆止弁、前記受液器を順次配管
   接続した環状の循環路とを有するとともに、前記均圧管
   には冷媒加熱器の出口管と均圧管とを同軸上に対向させ
   るとともに液冷媒を排除する開口部を備えた気液分離部
   を設けた熱搬送装置。
2. 【請求項２】 気液分離部の出口管は管内を流れる気液
   ２相流の流れ様式が環状流となる内径に設定した請求項
   １記載の熱搬送装置。