JPH02302538A

JPH02302538A - 冷却システム

Info

Publication number: JPH02302538A
Application number: JP12246389A
Authority: JP
Inventors: Jiyunji Sotani; 順二素谷; Tetsuo Okuyama; 奥山　哲夫; Susumu Seo; 瀬尾　進; Toru Oi; 大井　亨; Naoki Mori; 直樹森
Original assignee: Taisei Corp; Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Taisei Corp; Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1989-05-16
Filing date: 1989-05-16
Publication date: 1990-12-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、重力式ヒートパイプを用いて冷房や冷蔵を行
う冷却システムに関し、特に、異なる高さの階層の冷却
に適した冷却システムに関するものである。

〔従来の技術〕

冷却ユニットをビル等の各階に配置して、ビルの屋上環
に配置された冷熱源装置との間を重力式ヒートパイプで
連結して冷媒を循環させる冷却システムが提案されてい
る（特開昭６４−３４４７）。

第２図は、重力式ヒートパイプを用いた冷却システムの
従来例を示した図、第３図は、同従来例システムに使用
される液面調節部を示した図である。

冷熱源装置１は、建物等の高所に設置され、重力式ヒー
トバイブ１２の上端部を冷却するものであり、コンデン
シングユニット２と、第１蒸発器３と、第２蒸発器４と
、氷蓄熱槽５と、電磁切替弁６および７と、冷却器８と
、冷水管系９と、ポンプ１０等から構成されている。

コンデンシングユニット２は、空８１１ユニットの室外
機に相当するものであり、建物の屋上環に設置されてい
る。コンデンシングユニット２の蒸発器は、重力式ヒー
トパイプ１２を直接冷却する第１蒸発器３と、氷蓄熱槽
５を冷却する第２蒸発器４とに分けて設けられている。

第１蒸発器３と第２突発器４とは、流れる冷媒の経路を
電磁切替弁６．７によって、選択的に切り替えることが
できる。例えば、夜間は第２蒸発器４を用いて蓄熱運転
が行われ、昼間は第１蒸発器３を用いて重力式ヒートパ
イプ１２を直接冷却する運転を行うことができる。

氷蓄熱槽５は、重力式ヒートパイプＩ２に形成された冷
却器８と冷水管系９とによって、熱が汲み出される。冷
水管系９の途中には、水蓄熱槽５との間を冷媒が往復循
環するためのポンプ１０が設けられている。

各空調ユニン）１３ａ、１３ｂ、・・・は、建物内の各
階に設置されており、重力式ヒートパイプ１２を冷却す
る冷熱源としての前述した諸設備よりも低所の被空調室
側に設置されている。重力式ヒートバイブ１２内の冷媒
は、第１１発器３と冷却器８の一方または双方によって
冷却され、コンデンシング立二ント２のコンブし・ンサ
１１により強制循環される系の冷媒とは接触しない。

重力式ヒートパイプ１２は、液系配管１８とガス系配管
２０とからなり、液系配管１８内の冷媒は、冷熱源側の
第１蒸発器３または冷却器８で冷却されて凝縮し、受液
器１７を経て高所から低所へ流下する。液系配管１８に
は、分岐管１９が設けられており、各空調ユニット１３
ａ、１３ｂ。

・・・へ冷媒を供給する。この分岐管１９には、液量調
整弁２２が設けられている。

空調ユニット１３には、第３図に示すように、ファン１
６と、その下流側に設置された熱交換器１５とが含まれ
ている。熱交換器１５は、液系配管１Ｂの分岐管Ｉ９か
ら冷媒が流入する下部ヘッダ２３と、この下部へラダ２
３の上側に接続されて実質的に熱交換部を構成するコイ
ル部２５と、このコイル部２５の上側に接続された上側
のガス系配管２０の分岐管２１に接続される一Ｆ部へラ
ダ２４とから構成されている。

各空調ユニット１３ａ、１３ｂ、・・・に流入した液相
冷媒は、熱交換器１５で被空調側の空気を冷却するよう
に熱交換して蒸発気化し、重力式ヒートパイプ１２のガ
ス系配管２０内を上昇し、冷熱源装置ｌ側へ還流する。

熱交換器１５の側部には、熱交換器１５内の冷媒液位に
等しい冷媒液位を示す連通管２６が設けられている。こ
の連通管２６は、液系配管１８の分岐管１９が液量調整
弁２２の下流側で下端部に接続され、ガス系配管２０の
分岐管２１が直接上端に接続されている。この連通管２
６には、冷媒の液位が所定の高さになったときに、その
液位を検知して１量調整弁２２に閉じるように命令信号
を出力する液面スイッチ２７が取り付けられている。

このように各空調ユニット１３ａ、１３ｂ、・・・の設
置高さの差による冷媒の水頭圧の差が生じても、連通管
２６、液面スイフチ２７および液量調整弁２２によって
、各空調ユニット１３ａ、１３ｂ、・・・の熱交換器１
５内の冷媒液位をいずれも一定にできる。さらに゛、液
量調整弁２２は、熱交換器１５内の冷媒液位を上昇させ
るときのみ開いてその他のときには閉じているので、液
系配管１８内に満たされた冷媒の水頭圧は、この弁によ
って断ち切られる。したがって、どの空調ユニッ＋−１
３ａ、１３ｂ、・・・においても、熱交換器１５内の冷
媒は、同一圧力下で同一蒸発温度となる。

〔発明が解決しようとする課題］しかし、上述した従来の冷却システムでは、冷熱源装置
１が、重力式ヒートパイプ１２による配管系よりも高所
になくてはならず、システム設計の自由度がなく、設置
コストが高くなるという問題がある。

また、１ｆｆｉ調整弁２２により、熱交換２Ｓ１５の液
面を常時調整しているが、高いビル等に設置した場合に
は、冷媒にかがる水頭圧が下階と上階で大きく違うので
、特に下の階では、液ｆｆｉ調整弁２２だけでは調節が
困難である。この際に、熱交換’Ｊｉｉｌ　５の液面を
、連通管２６に設けられた液面スイッチ２７で検知して
いるが、冷媒が沸騰して液面を検知できない場合もある
。

さらに、冷却システムが複雑なため、故障する可能性が
大きい。例えば、重力式ヒートパイプ１２が連結されて
１つになっているので、１か所が破を具すると、システ
ム全体が作動しなくなるばかりでなく、冷媒が大量に流
出するという問題がある。

さらにまた、重力式ヒートパイプ１２が連結され１つに
なっているので、冷媒の蒸気の圧損が極めて大きくなり
、熱交換器１５と冷却器８近傍の蒸気温度の差が大きく
なるため、使用できる蓄熱量が少なくなる。この問題を
解決しようとすると、ガス系配管の径、特に冷却器８近
辺の管径が極めて太くなる。

本発明の目的は、各機器の設計の自由度が大きく、各冷
却ユニットを異なる高さ位置に設置しても、特別な液量
制御などを必要とせず、安全性が高く、低コストで設置
できる冷却システムを捉供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前記課題を解決するため、本発明による冷却システムは
、異なる高さの階層に１個または高さを略同じくして複
数個配置された第１の熱交換器をもつ冷却ユニットと、
重力式ヒートパイプからなり前記冷却ユニットより下位
に配管された液相冷媒配管および上位に配管された気相
冷媒配管内を循環する冷媒が前記第１の熱交換器で相変
化するように連通ずる第１の冷媒循環系と、前記各階層
の冷却ユニットに対応してその冷却ユニットよりも上位
に設けられた第２の熱交換器と、任意の高さ位置に配置
された冷熱源装置と、前記冷熱源装置から出た冷媒を前
記第２の熱交換器を経て強制循環させて戻す第２の冷媒
循環系とから構成されている。

さらに、前記第１の冷媒循環系には、前記第１の熱交換
器の液面を所定の高さに調節する液面調節器を設けた構
成とすることができる。

この場合に、前記液面調節器の液相冷媒の液面高さは、
対応する階層の前記第１の熱交換器の下端から１／３〜
１の高さ位置にすることが好ましい。

また、前記第１の冷媒循環系の気相冷媒は、気圧が大気
圧以下に設定する構成とすることができる。

〔実施例〕

以下、図面等を参照して、実施例につき、本発明の詳細
な説明する。

第１図は、本発明による冷却システムの実施例を示した
図である。

なお、前述した従来例と同様な機能を果たす部分には、
同一の符号を付して説明を省略する。

この実施例では、ビルの空調システムを例にして説明し
、建物の構造については図示しないが、図において上側
が建物の高所を表している。

被空調側に配置される冷却ユニットとしての各空調ユニ
ット３３ａ、３３ｂ、・・・は、強制ＷＪ環される冷水
管系３０の途中にそれぞれ設けられ、各空調ユニット３
３ａ、３３ｂ、　・・・よりも少し高い位置にある小さ
な熱交ｔＡｆｉｆ３１と、各空調ユニット３３ａ、３３
ｂ、・・・を結ぶ重力式ヒートパイプ３２とにより冷却
されている。

重力式ヒートパイプ３２は、内部の冷媒が熱交換器３１
で冷却されて凝縮し、凝縮された冷媒が液面ｔＡ節器３
４を経て、各空調ユニット３３に戻される。各空調ユニ
ット３３ａ、３３ｂ、・・・に流入した液相冷媒は、熱
交換器３５によって被空調側の空気をすべて熱交換する
ことにより蒸発気化し、重力式ヒートパイプ３２を通っ
て、熱交換器３１に戻る０図中３２ａが蒸気側の重力式
ヒートパイプであり、３２ｂが法例の重力式ヒートパイ
プである。

各階に配置された熱交換器３１の熱は、氷蓄熱槽５との
間を往復循環するように途中にポンプ１０が配置された
冷水管系３０によって汲み出される。

このように重力式ヒートパイプ３２内を冷媒が循環する
ことにより、熱交換器３０と熱交換器３５の間の圧力差
が大きくなり、特に、蒸気が流れることによる圧力差が
大きい、このため、熱交換器３５と液面調節器３４の液
面の高さは、液面調節器３４のほうが高くなる。そして
、被空調側の空気の熱負荷が大きくなると、その差が大
きくなる。したがって、この実施例では、液面調節器３
′　　４は横長にして、熱交換器３５の液面が変化して
も、液面調節器３４内の液面がほとんど変化しないよう
にしである。

熱交換器３５内の冷媒は、前述したように、被空調側の
空気による熱負荷が生ずると蒸発して液面を下げるが、
同時に沸騰が生じ、液面より上の熱交換器３５内の伝熱
管を気液の２相液となって濡らすようになる。この２相
液の部分の熱伝達は極めてよく、熱負荷が多いほど液面
は下がり、２相液の部分が多くなる。したがって、熱交
換器３５は、高負荷時に高い性能を示すので、コンパク
ト化が図れる。

また、各熱交換器３５の熱負荷が大きく変化しても、液
面調節器３４の液面がほとんど変化しないために、全て
の熱交換器３５は、適量の冷媒高さで作動できる。この
実施例では、液面調節器３４の液面は、被空調側の熱負
荷がないときに、熱交換器３４の下端から２／３の高さ
と同位置に調節したが、１／３〜１の間であれば同程度
の効果を示すことができる。

この実施例では、重力式ヒートパイプ３２の冷媒として
、大気圧よりも気圧の低いフロリナート（沸点４７”Ｃ
）を使用した。これは、万が一重力式ヒートパイプ３２
が破損して孔が開いた場合でも、空気が混入するだけで
冷媒が外部に漏れないからである。一般的に、ビルの空
調システムでは、冷媒として、フロン２２などのような
大気圧よりも気圧の高い冷媒を使用していたが、最近の
インテリジェントビルは、冷媒の漏れを極端にきらうこ
とと、世界的なフロン使用量の削減に対応するためであ
る。

熱交換器２１の付近には、図示しない温度差検出器によ
り、空気が混入したときの温度変化を検出して、重力式
ヒートパイプ３２の破損等を検知する損傷検知用装置が
設けられており、そのときに真空ポンプが作動するよう
になっているので、冷媒が外部に漏れることはない。

なお、冷水管系２０は、各階を通過することになるが、
居室を通過しないので、温度の影響はない、また、冷水
管系２０は、はとんどｌ直線状に配置されているので、
圧…もほとんど問題にならない。

〔発明の効果］以上詳しく説明したように、請求項（１）によれば、冷
却源装置が任意な場所に設置できるので、システム設計
の自由度が広くなるとともに、設置コストを下げること
ができる。また、各階層毎に循環系が分離されているの
で、システム全体が停止することもないうえ、蒸気側の
配管を細（することができる。

請求項（２）　（３）のように、液面調節器を設ければ
、冷却ユニント内の熱交換器の液面は一定に保たれるの
で、特別な制御をしなくても、適量の冷媒高さで作動で
きる。

請求項（４）のように、冷媒を大気圧よりも低い気圧の
ものを用いれば、重力式ヒートパイプが損傷して孔が開
いても、損傷検知用装置により真空ポンプが作動するよ
うになっているので、冷媒が外部に漏れる心配はなくな
った。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による冷却システムの実施例を示した
図である。第２図は、重力式ヒートパイプを用いた冷却システムの
従来例を示した図、第３図は、同従来例システムに使用
される液面調節部を示した図である。１・・・冷熱源装置２・・・コンデンシングユニット３・・・第１蒸発器　　　　４・・・第２蒸発器５・・
・氷蓄熱槽　　　　　６．７・・・電磁切替弁８・・・
冷却器　　　　　　９・・・冷水管系１０・・・ポンプ
　　　　　１１・・・コンプレ、す１２・・・重力式ヒ
ートパイプ１３・・・空調ユニット　　１５・・・熱交換器１６・
・・ファン　　　　　１７・・・受熱器１８・・・液系
配管　　　　１９・・・分岐管２０・・・ガス系配管　
　　２１・・・分岐管２３・・・下部へラダ　　　２４
・・・上部へラダ２５・・・コイル部　　　　２６・・
・連通管２７・・・液面スイッチ３０・・・冷水管系　　　　３１・・・熱交換器３２・
・重力式ヒートパイプ３３・・・空調ユニット　　３４・・・液面調節器第５
図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）異なる高さの階層に１個または高さを略同じくし
て複数個配置された第１の熱交換器をもつ冷却ユニット
と、重力式ヒートパイプからなり前記冷却ユニットより
下位に配管された液相冷媒配管および上位に配管された
気相冷媒配管内を循環する冷媒が前記第１の熱交換器で
相変化するように連通する第１の冷媒循環系と、前記各
階層の冷却ユニットに対応してその冷却ユニットよりも
上位に設けられた第２の熱交換器と、任意の高さ位置に
配置された冷熱源装置と、前記冷熱源装置から出た冷媒
を前記第２の熱交換器を経て強制循環させて戻す第２の
冷媒循環系とから構成した冷却システム。
（２）前記第１の冷媒循環系には、前記第１の熱交換器
の液面を所定の高さに調節する液面調節器が設けられて
いることを特徴とする請求項（１）記載の冷却システム
。
（３）前記液面調節器の液相冷媒の液面高さは、対応す
る階層の前記第１の熱交換器の下端から１／３〜１の高
さ位置であることを特徴とする請求項（２）記載の冷却
システム。
（４）前記第１の冷媒循環系の気相冷媒は、気圧が大気
圧以下であることを特徴とする請求項（２）記載の冷却
システム。