JP3252529B2 - 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２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とで冷媒加熱器２と連結さ
れ、環状の管路を構成している。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で下方にある気液セパレータ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１
０、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。

【０００４】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、このバ
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。第１逆止弁６は、冷媒回路で一般に
用いられる圧力差により生じる流れで開閉動作を行うも
のであり、受液器８が気液セパレータ１より低圧力の時
開き、高圧力の時は閉止する。

【０００５】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、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。

【０００６】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。

【０００７】次に、開閉弁８を再び閉にすると、受液器
８内のガス冷媒が凝縮するためこの受液器８内は気液セ
パレータ１より低圧となり、第１逆止弁６は閉状態にな
る。そして、受液器５内へ放熱器１０の凝縮過冷却した
液冷媒が受液器５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。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の構成におい
て、冷媒加熱による熱搬送を行なうため開閉弁８の開閉
動作周期の設定は、図３に示すように、受液器５内の減
圧が発生して空となった受液器５内が液冷媒で満たされ
減圧が完了する開閉弁８の閉時間Ｔ_OFFと満液となった
受液器５から気液セパレータ１へ液冷媒が落し込まれる
開閉弁８の開時間Ｔ_ONとの和が開閉周期Ｔ_S（Ｔ_S＝Ｔ_ON
＋Ｔ_OFF）である。

【０００９】閉時間Ｔ_OFFは受液器５の内容積および放
熱器１０から受液器５までの流路抵抗により定まり、さ
らに開時間Ｔ_ONは受液器５の内容積および均圧管９と落
込み管７および第１逆止弁の流路抵抗により定まる。

【００１０】このように開閉弁８の開閉周期Ｔ_Sは開時
間Ｔ_ONと閉時間Ｔ_OFFの和（Ｔ_S＝Ｔ_{O N}＋Ｔ_OFF）であ
り、この開時間Ｔ_ONが比較的大きいために、開閉周期Ｔ
_Sが長目に設定せざるを得ない状況となり、熱搬送量
（暖房に利用の場合は暖房能力）の大能力化に制約があ
った。

【００１１】本発明は上記課題を解決するもので、容器
を上部の受液部と下部の液溜部に仕切る仕切り板により
構成し、均圧管と落込み管を最短とし、この流路抵抗を
小さくし落し込み時間を短くすることにより開閉周期を
短縮し、熱搬送量の大能力化と、受液部と気液セパレー
ト部と液溜部を一つの容器で構成し部品が少なくまたロ
ー付け箇所の減少になることにより信頼性の向上と低コ
スト化を図ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、冷媒加熱器、この冷媒加熱器の上方に配置
された上部の受液部と下部の気液セパレータ液溜部に仕
切る仕切り板を内部に設けた容器と、前記冷媒加熱器と
前記気液セパレータ液溜部を連通する入口管と出口管、
前記出口管と開閉弁を介して前記受液部と連通する均圧
管と、前記仕切り板に第１逆止弁を有する熱搬送部と、
前記気液セパレータ液溜部、放熱器、第２逆止弁および
前記受液部を順次接続した環状の循環路とした構成とし
ている。

【００１３】

【作用】本発明は上記構成によって、容器を上部の受液
部と下部の気液セパレータ液溜部に仕切る仕切り板によ
り構成し、均圧管は出口管と開閉弁を介して前記受液部
と連通して最短に構成し、落込み管は前記仕切り板に直
接第１逆止弁を取付けたことにより最短となり、この均
圧管と落し込み管の流路抵抗は小さくなり、開閉弁が開
成と同時に満液となった受液部の液冷媒は液溜部へ大量
に落し込まれる。

【００１４】このように流路抵抗を小さくすることによ
り、開閉弁の開時間を大幅に短縮して開閉周期を小さく
し、単位時間当りの受液器の吸引・落込み回数を増大さ
せて冷媒循環量を増大可能とし、冷媒加熱量を増大させ
る。また、受液部と気液セパレート部と液溜部を一つの
容器で構成できる。

【００１５】さらに、仕切り板を下方に凸状に形成し、
この仕切り板の最下端部に第１逆止弁を設けることによ
り、この凸状に沿って液冷媒が流れ、液冷媒が受液部か
ら落ちる時間が短くなる。また、仕切り板の上部または
下部に断熱材を設ける構成として、受液部と気液セパレ
ータ液溜部を断熱し受液部の温度上昇を防止する。

【００１６】そして、連通部と、接続部の間に、開口部
を有する板を設けることにより、気液混合冷媒の液冷媒
は下の液溜部に溜りガス冷媒は循環路２３へと流れる。

【００１７】

【実施例】以下本発明の一実施例を図１で説明する。図
１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。

【００１８】１８は、冷媒加熱器２の上方に配設された
容器であり、この容器１８を上部の受液部１９と下部の
気液セパレータ液溜部２０に仕切り板２１により仕切ら
れている。冷媒加熱器２と気液セパレータ液溜部２０を
入口管３と出口管４で環状管路を形成し、さらに開閉弁
８を介して出口管４と受液部１９を均圧管９で連通して
ある。２２は、バーナ１６を有する冷媒加熱器２と気液
セパレータ液溜部２０を環状管路に接続し、受液部１９
から気液セパレータ液溜部２０に第１逆止弁６を有する
管路と開閉弁８を有する均圧管９の管路とで前記環状管
路に接続した熱搬送部である。２３は気液セパレータ液
溜部２０、放熱器１０、第２逆止弁１２、受液部１９を
順次配管接続した環状の循環路である。容器１８は、鉄
アルミ等金属を成型した後ブレージング、溶接等で仕切
り板２１と一体に形成し、第１逆止弁６は仕切り板２１
と接合または、一体構成としている。

【００１９】２４はバーナ１６の燃焼量を可変する燃焼
量可変装置、２５は開閉弁８、温度検知器１４、燃焼量
可変装置２４に電気的に接続された制御装置である。

【００２０】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。

【００２１】ここで冷媒の流れは、開閉弁８が閉状態の
時に、ガス冷媒が放熱器１０で凝縮液化し過冷却となっ
た液冷媒が液冷媒戻り管１３から第２逆止弁１２を介し
て受液部１９に流入し、このガス冷媒を凝縮させること
により受液部１９内の圧力が低下し、急激に受液部１９
へ液冷媒が流入する。

【００２２】この受液部１９内が液冷媒で満液状態にな
ると液冷媒の流れは停止する。そこで、開閉弁８を開と
すると、受液部１９と気液セパレータ液溜部２０とは均
圧管９により連通して均圧状態となり、受液部１９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
液溜部２０内へ流入する。この時、受液部１９の液冷媒
と置換する気液セパレータ液溜部２０のガス冷媒は、均
圧管９から開閉弁８を通り受液部１９へと流れる。

【００２３】次に、受液部１９内の液冷媒が全て気液セ
パレータ液溜部２０へ流れた時、開閉弁８を再び閉にす
ると、受液部１９が瞬時に減圧され低圧となり、第１逆
止弁６は同様にただちに閉止状態になり、受液部１９内
に放熱器１０の凝縮過冷却した液冷媒が吸引され、受液
部１９が液冷媒で満たされるサイクルを繰り返す。

【００２４】ここで、均圧管９は出口管４に開閉弁８を
介して受液部１９と連通してあるため最短の長さとな
り、落込み管７は仕切り板２１に直接第１逆止弁６を取
付けたことにより第１逆止弁６のみの長さで最短とな
る。そのため、この均圧管９を流れるガス冷媒と落し込
み管７を流れる液冷媒の流路抵抗は小さくなり、開閉弁
８が開成と同時に満液となった受液部の液冷媒はガス冷
媒と置換し気液セパレータ液溜部２０へ大量に落し込ま
れる。

【００２５】従って、流路抵抗を小さくすることがで
き、開閉弁８の開時間Ｔ_ONを大幅に短縮できる。このた
め、受液部１９での液冷媒の吸引・落込み回数の増加に
より冷媒循環能力が増大し、冷媒加熱器２での燃焼量増
大させ熱搬送量（暖房に利用の場合は暖房能力）の大能
力化ができる。

【００２６】さらに、容器１８を上部の受液部１９と下
部の気液セパレータ液溜部２０に仕切り板２１により仕
切り、気液セパレータ機能と冷媒の液溜機能を合わせ持
つ気液セパレータ液溜部２０とした。このため、上部で
気液セパレートした冷媒の液はただちに下部の液溜の溜
るため、気液セパレート性能が向上し循環路２３の渇き
度が高く顕熱比が大きいため熱搬送量が増大し、このこ
とと、液冷媒がただちに気液セパレータ液溜部２０に溜
るため充填冷媒量が少なくて運転できる。

【００２７】また、図４に示す本発明の別の実施例は、
出口管４の気液セパレータ液溜部２０との連通部２６
と、循環路２３の気液セパレータ液溜部２０との接続部
２７の間に、複数の開口部２８を有する板２９を設ける
ことにより、冷媒加熱器２から連通部２６に流れる気液
混合冷媒は板２９に仕切られ、液冷媒は下の液溜部に溜
りガス冷媒は開口部２６から接続部２７を通り循環路２
３へと流れる。このため、より一層、気液セパレート性
能が向上し熱搬送量が増大するとともに、第１逆止弁６
からの冷媒の落下等により液溜部の液冷媒が波うち乱れ
た場合も、気液セパレート性能は維持できる。

【００２８】そして、仕切り板２１を下方に凸状に形成
し、仕切り板２１の最下端部に第１逆止弁６を設けるこ
とにより、開閉弁８を開き受液部１９内の液冷媒を重力
により第１逆止弁６を通り気液セパレータ液溜部２０内
へ流入する時、受液部１９の底を形成する仕切り板２１
が下に凸状になり、この仕切り板２１の最下端部に第１
逆止弁６を設けてあるため、この凸状に沿って液冷媒が
流れて第１逆止弁６から気液セパレータ液溜部２０内へ
流入するため、液冷媒が受液部１９から気液セパレータ
液溜部２０に落ちる時間が短くなる。従って、開閉弁８
の開時間Ｔ_ONを短縮でき、受液部１９での液冷媒の吸引
・落込み回数の増加により冷媒循環能力が増大し大能力
化ができる。

【００２９】また、図４に示ように、仕切り板２１の上
部にテフロン、ナイロン等の樹脂を成型した断熱材２８
を設ける構成として、受液部１９と気液セパレータ液溜
部２０を断熱している。開閉弁８が閉状態の時に、放熱
器１０で凝縮液化し過冷却となった液冷媒が液冷媒戻り
管１３から第２逆止弁１２を介して受液部１９に流入
し、このガス冷媒を凝縮させる時、受液部１９も冷却し
ている。この時、気液セパレータ液溜部２０は高温の飽
和冷媒であるから、熱は、気液セパレータ液溜部２０か
ら受液部１９へ流れる。これを断熱材２８で断熱する事
により受液部１９の温度上昇を防止でき、過冷却冷媒に
よる受液部１９内のガス冷媒が凝縮し圧力が低下する時
間が短縮し、早く受液部１９への液冷媒の流入が完了す
る。このため、開閉弁８の閉時間Ｔ_OFFを短縮でき、受
液部１９での液冷媒の吸引・落込み回数の増加により、
さらに大能力化ができる。

【００３０】そして、図５に示す本発明の他の実施例
は、仕切り板２１の上に断熱材２８を設け、この断熱材
２８を下方に凸状に形成し、断熱材２８の最下端部に対
応する仕切り板２１に第１逆止弁６を設けることによ
り、開閉弁８を開き受液部１９内の液冷媒を重力により
第１逆止弁６を通り気液セパレータ液溜部２０内へ流入
する時、受液部１９の底を形成する仕切り板２１が下に
凸状になり、この仕切り板２１の最下端部に第１逆止弁
６を設けてあるため、この断熱した凸状に沿って液冷媒
が流れて第１逆止弁６から気液セパレータ液溜部２０内
へ流入するため、液冷媒が蒸発することなく、完全に受
液部１９から気液セパレータ液溜部２０に落ちる時間が
短くなる。従って、開閉弁８の開時間Ｔ_ONを短縮でき、
受液部１９での液冷媒の吸引・落込み回数の増加により
冷媒循環能力がさらに増大し大能力化ができる。

【００３１】そして、出口管４と気液セパレータ液溜部
２０との連通部と、気液セパレータ液溜部２０と循環路
２３との接続部の間に、開口部を有する板２９を設ける
ことにより、気液混合冷媒の液冷媒は下の液溜部に溜り
ガス冷媒は循環路へと流れるため、気液セパレート性能
が向上し熱搬送量が増大し、変動に対しても気液セパレ
ート性能は維持できる。

【００３２】なお、駆動入力は変化無く、熱搬送だけの
入力としては開閉弁８の入力のみであり経済性は失なわ
れない。また、受液部１９と気液セパレート機能と液溜
機能を合わせ持つ気液セパレータ液溜部２０を一つの容
器１８で構成したため部品点数が少なくなり、またこの
ためロー付け箇所の減少になり信頼性が向上し、かつコ
ンパクト、低コストとなる。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明の熱搬送装置は、冷
媒加熱器、この冷媒加熱器の上方に配置された容器、前
記容器を上部の受液部と下部の気液セパレータ液溜部に
仕切る仕切り板、前記冷媒加熱器と前記気液セパレータ
液溜部を連通する入口管と出口管、前記出口管と開閉弁
を介して前記受液部と連通する均圧管、前記仕切り板に
第１逆止弁を有する熱搬送部と、前記気液セパレータ液
溜部、放熱器、第２逆止弁および前記受液部を順次接続
した環状の循環路とした構成としているので以下の効果
がある。

【００３４】（１）均圧管は最短に構成し、落込み管は
仕切り板に直接第１逆止弁を取付けたことにより、この
均圧管と落し込み管の流路抵抗を小さくすることによ
り、開閉弁の開時間を大幅に短縮による熱搬送量の大能
力化を得ることができる。

【００３５】（２）容器を上部の受液部と下部の気液セ
パレータ液溜部に仕切る仕切り板により構成し、落込み
管は前記仕切り板に直接第１逆止弁を取付けたことによ
り、受液部と気液セパレート機能と液溜機能を合わせ持
つ気液セパレータ液溜部を一つの容器で構成でき部品点
数が少なくなり、またこのためロー付け箇所の減少し信
頼性が向上し、かつコンパクト、低コストとなる。

【００３６】（３）また、駆動入力は変化無く、熱搬送
だけの入力としては開閉弁の入力のみであり経済性は失
なわれない。

【００３７】（４）さらに、仕切り板を下に凸状に形成
し、この仕切り板の最下端部に第１逆止弁を設けること
により、この凸状に沿って液冷媒が流れ、液冷媒が完全
に受液部から落ちる時間が短くなる。また、仕切り板の
上部または下部に断熱材を設ける構成として、受液部と
気液セパレータ液溜部を断熱し受液部の温度上昇を防止
することにより、ガス冷媒が凝縮し圧力が低下する時間
が短縮し、このため、開閉弁８の閉時間Ｔ_OFFを短縮で
き、さらに大能力化ができる。

【００３８】（５）そして、出口管と気液セパレータ液
溜部との連通部と、気液セパレータ液溜部と循環路との
接続部の間に、開口部を有する板を設けることにより、
気液混合冷媒の液冷媒は下の液溜部に溜りガス冷媒は循
環路へと流れるため、気液セパレート性能が向上し熱搬
送量が増大し、変動に対しても気液セパレート性能は維
持できる。

【００３９】（６）そして、この断熱材を下方に凸状に
形成し、断熱材の最下端部に対応する仕切り板に第１逆
止弁を設けることにより、この断熱した凸状に沿って液
冷媒が流れ、液冷媒が完全に受液部から落ちる時間が短
くなり、開閉弁の開時間Ｔ_ONを短縮でき、冷媒循環能力
が増大し大能力化ができる。

【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】従来の熱搬送装置のシステム構成図

【図３】同熱搬送装置での受液器の減圧特性図

【図４】本発明の他の実施例の熱搬送装置のシステム構
成図

【図５】同実施例の熱搬送装置のシステム構成図

【符号の説明】

２ 冷媒加熱器 ３ 入口管 ４ 出口管 ６ 第１逆止弁 ８ 開閉弁 １０ 放熱器 １２ 第２逆止弁 １８ 容器 １９ 受液部 ２０ 気液セパレータ液溜部 ２１ 仕切り板 ２２ 熱搬送部 ２３ 循環路 ２８ 断熱材 ２９ 開口部を有する板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−99539（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−15418（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F24D 7/00 F25B 13/00 341

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷媒加熱器と、この冷媒加熱器の上方に配
   置された上部の受液部と下部の気液セパレータ液溜部に
   仕切る仕切り板を内部に設けた容器と、前記冷媒加熱器
   と前記気液セパレータ液溜部を連通する入口管と出口管
   と、前記出口管と開閉弁を介して前記受液部と連通する
   均圧管と、前記仕切り板に第１逆止弁を有する熱搬送部
   と、前記気液セパレータ液溜部、放熱器、第２逆止弁お
   よび前記受液部を順次接続した環状の循環路とした熱搬
   送装置。
2. 【請求項２】仕切り板の上部または下部に断熱材を設け
   た請求項１記載の熱搬送装置。
3. 【請求項３】仕切り板を下方に凸状に形成し、前記仕切
   り板の最下端部に第１逆止弁を設けた請求項１記載の熱
   搬送装置。
4. 【請求項４】仕切り板の上部に断熱材を設け、前記断熱
   材を下方に凸状に形成し、前記断熱材の最下端部に対応
   する前記仕切り板に第１逆止弁を設けた請求項１記載の
   熱搬送装置。
5. 【請求項５】出口管の気液セパレータ液溜部との連通部
   と、循環路の気液セパレータ液溜部との接続部の間に、
   開口部を有する板を設けた請求項１記載の熱搬送装置。