JPH03195829A - 冷媒自然循環式暖房システム - Google Patents

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、熱源側となる蒸発器と利用側となる凝縮器と
を冷媒配管を介して連通接続し、前記蒸発器と前記凝縮
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、前記凝縮
器での熱交換に伴って蒸気から液体に相変化する冷媒を
使用するとともに、前記蒸発器と前記凝縮器との間に、
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、前記凝縮器からの冷媒の出口側に流量制
御弁を設けた冷媒自然循環式暖房システムに関する。

〈従来の技術〉 冷媒を循環して暖房を行う空気調和機としては、従来、
特開昭６１−９６３７６号公報に開示されているものが
知られている。

この従来例によれば、圧縮機と熱源側コイルと利用側コ
イルとを備えた冷凍回路に、その利用側コイルと直列接
続される状態で液管中に膨張弁を設け、更に、利用側コ
イルの冷媒流出側部における高圧冷媒液の温度を検出す
る第１冷媒温度検出手段と、利用側コイルの冷媒流通中
間部における高圧冷媒の温度を検出する第２冷媒温度検
出手段とを設け、第１および第２冷媒温度検出手段によ
って検出される冷媒温度に基づいて温度差を検出し、そ
の温度差によって過冷却度を検出し、その過冷却度が適
正な状態に維持されるように膨張弁の開度を自動的に制
御するように構成され、この構成により、圧縮機の吐出
圧力の上昇を招くこと無く、効率の良い暖房運転を行う
ことができるようになっている。

ところで、上述のような従来の暖房システムでは、冷媒
を強制循環するために圧縮機を駆動するものであり、そ
の結果として、圧縮機の吐出圧力の上昇が圧縮機の破損
に繋がる問題がある。

そこで、前述したように、冷媒の液体と気体とへの相変
化を利用することにより、圧縮機を用いずに冷媒を自然
循環させ、上述のような圧縮機の破損の心配無く、しか
も、安価に暖房を行うことができるようにした冷媒自然
循環式暖房システムが開発されている。

そして、このような冷媒自然循環式暖房システムでは、
凝縮器への空気の戻り経路に、戻り空気の温度などを室
内温度として測定する室温センサを設け、その室温セン
サで測定された室内温度が設定温度以下になったときに
、凝縮器からの冷媒の出口側に設けた流量制御弁を開き
、凝縮器に冷媒蒸気を供給するとともに、そこでの熱交
換に伴って液化凝縮した冷媒液を排出していくように構
成されている。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、冷媒自然循環式暖房システムでは、その
凝縮器から液化凝縮しない状態で冷媒蒸気が排出された
ときに、その冷媒蒸気が冷媒液中に混入し、冷媒液の流
動に対する抵抗になり、凝縮器に冷媒蒸気が供給されづ
らくなって暖房運転が不良になる欠点があった。

また、逆に、凝縮器内での冷媒液の充填量が多くなると
熱交換効率が低下し、設定温度への復帰に遅れを生じて
暖房を快適に行うことができない欠点があった。

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、冷媒自然循環式暖房システムにおいて、凝縮器内に
適正に冷媒蒸気を供給して、円滑かつ快適に暖房運転を
行うことが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暖房システムにおいて、凝縮器
に供給される冷媒の飽和温度を測定する第１の温度セン
サを設けるとともに、前記凝縮器からの出口側箇所に冷
媒の出口側温度を測定する第２の温度センサを設け、か
つ、室内の温度を測定する室温センサを設け、前記第１
および第２の温度センサによって測定される温度に基づ
いて飽和温度と出口側温度との差を算出する温度差算出
手段を設け、前記温度差算出手段で算出された温度差が
設定値以下のときには前記流量制御弁を閉じ、かつ、前
記温度差算出手段で算出された温度差が設定値を越えた
ときには前記室温センサによって測定された室内温度が
設定温度以下のときにのみ前記流量制御弁を開く冷媒量
制御手段を備えて構成する。

く作用〉 本発明に係る冷媒自然循環式暖房システムの構成によれ
ば、冷媒の飽和温度と凝縮器からの出口側における冷媒
の出口側温度との差によって過冷却度を求め、過冷却度
が設定値よりも小さいとき、すなわち、凝縮器からの出
口側箇所での冷媒液の量が少ないときには流量制御弁を
閉じ、一方、過冷却度が設定値よりも大きいときには、
室温センサによる測定温度に基づいて流量制御弁を開閉
して冷媒供給量を制御することができる。

〈実施例〉 次に、本発明の実施例を口面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は、冷媒自然循環式暖房システムの実施例を示す
全体システム構成図であり、■は、ビルの地下室などに
設置される熱源側となる蒸発器を示し、この蒸発器１に
、冷房システムと併用した場合における冷凍システムが
らの排熱利用によって得られる温水とか地域冷暖房シス
テムからの温水などを熱源として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
用側となる凝縮器３を備えた個別空気調和機４が設けら
れている。

前記蒸発器１と凝縮器３・・・それぞれとが、冷媒蒸気
供給用の冷媒配管５と冷媒液流下用の冷媒配管６とを介
して連通接続されるとともに、蒸発器ｌ、凝縮器３・・
・および冷媒配管５，６にわたり、凝縮器３・・・での
熱交換に伴って蒸気から液体に相変化するとともに、蒸
発器１での蒸発により液体から蒸気に相変化する冷媒が
密閉状態で封入されている。

蒸発器ｌは、凝縮器３・・・それぞれよりも低い位置に
設置され、凝縮器３・・・それぞれでの熱交換に伴う凝
縮により蒸気から液体に相変化された冷媒が蒸発器１に
流下して戻されるとともに、蒸発器ｌでの蒸発に伴って
液体がら蒸気に相変化された冷媒が上昇して凝縮器３・
・・それぞれに供給されるに足るヘット′差が備えられ
、暖房運転に際して、蒸気と液体との相変化により、冷
媒が蒸発器１と凝縮器３・・・それぞれとの間で自然的
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
れは、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。

前記冷媒蒸気供給用の冷媒配管５において、蒸発器１に
近い箇所で、気液分離用の気液分離器７と、充填された
冷媒液の全量を収容するに足る容積のレシーバ８とが介
在され、そのレシーバ８の上部空間に、蒸発器１の冷媒
蒸気出口および気液分離器７の上部空間それぞれが連通
接続され、そして、気液分離器７の下部とレシーバ８と
が連通接続されるとともに、レシーバ８の下部とｇ発器
ｌへの冷媒液入口とが連通接続されている。

蒸発器１の冷媒液入口と凝縮器３・・・とを連通接続す
る冷媒液流下用の冷媒配管６には、冷媒液の逆流を防止
する逆止弁９が介装されている。

冷媒液流下用の冷、媒配管６の凝縮器３・・・それぞれ
からの出口箇所には、冷媒液の流出を停止する流量制御
弁としての電磁開閉弁ＩＯが設けられている。この電磁
開閉弁１０の代わりに、流量制御弁として、開度を複数
段階以上に変更可能なタイプの電動型の流量制御弁を用
いても良い。

また、凝縮器３・・・それぞれへの冷媒蒸気供給箇所に
は、凝縮器３に供給される冷媒の飽和温度Ｔ１を測定す
る第１の温度センサ１１が設けられ、一方、凝縮器３・
・・それぞれからの出口に近い内部の出口側箇所には、
冷媒の出口側温度Ｔ２を測定する第２の温度センサ１２
が設けられている。

凝縮器３・・・それぞれへの空気の取り入れ箇所には、
実際の室内温度ｔとして戻り空気の温度を測定する室温
センサ１３が設けられ、個別空気調和機４・・・それぞ
れを設けた各室内の温度を測定するようになっている。

第２図の要部の拡大図に示すように、第１および第２の
温度センサ１１．１２、ならびに、室温センサ１３それ
ぞれが制御装置としてのマイクロコンピュータ１４に接
続されるとともに、そのマイクロコンピュータ１４にｉ
ｉｍ開閉弁ＩＯの弁駆動回路１０ａが接続されている。

前記マイクロコンピュータ１４には、第３図のブロック
図に示すように、温度差算出手段１５と、第１の比較手
段１６と第２の比較手段１７と開閉判別手段１８とから
成る冷媒量制御手段１９とが備えられている。

前記温度差算出手段１５では、第１の温度センサＩＩに
よって測定される飽和温度ＴＩと第２の温度センサ１２
によって測定される出口側温度Ｔ２との差ΔＴ（−ＴＩ
−７２）を算出するように、すなわち、過冷却度を求め
るようになっている。

前記第１の比較手段Ｉ６では、上記温度差算出手段１５
で求めた温度差へＴと設定器２ｏによって設定された設
定値Ｃ（例えば、３°Ｃとが５゛ｃ）とを比較し、温度
差ΔＴが設定値Ｃ以下のときには閉じ信号を出力し、一
方、温度差ΔＴが設定値Ｃを越えたときには開き信号を
出力するようになっている。

前記第２の比較手段１７では、室温センサ１３によって
測定された室内温度ｔと室温設定器２１で設定された室
内温度ｊ、ｓとを比較し、測定室内温度ｔが設定室内温
度ＬＳ以上のときには閉じ信号を出力し、一方、測定室
内温度ｔが設定室内温度ｔｓより小さいききには開き信
号を出力するようになっている。

前記開閉判別手段１日では、先ず、第１の比較手段１６
からの出力に基づき、閉じ信号が出力されているときに
はそのまま弁駆動回路１０ａに閉じ信号を出力して電磁
開閉弁ｌＯを閉し、そして、第１の比較手段１６から開
き信号が出力されているときには、第２の比較手段１７
がらの出力に基づいて判断し、その第２の比較手段１７
がらの閉じ信号に応答して弁駆動回路１０ａに閉じ信号
を出力し、電磁開閉弁１０を閉じ、また、第２の比較手
段１７からの開き信号に応答して弁駆動回路１０ａに開
き信号を出力し、電磁開閉弁１ｏを開くようになってい
る。

次に、上述マイクロコンピュータ１４の動作につき、第
４図に示すフローチャートを用いて説明する。

第１の温度センサ１１で測定された飽和温度Ｔ１を人力
する（Ｓｌ）とともに、第２の温度センサ１２で測定さ
れた出口側温度Ｔ２を入力しくＳ２）、更に、室温セン
サ１３で測定された室内温度ｔを入力する（Ｓ　３　）
　。

次いで、温度差算出手段】５により、飽和温度Ｔ１と出
口側温度Ｔ２との温度差ΔＴを求め（Ｓ４）、その温度
差ΔＴと設定値Ｃとを第１の比較手段１６で比較しく３
５）、その比較結果から、開閉判別手段１８により、温
度差ΔＴが設定（ｉｃ以下のときには、ステップＳ６に
移行して弁駆動回路１０ａに閉じ信号を出力し、一方、
温度差へＴが設定値Ｃを越えているときには、ステップ
Ｓ７に移行して、第２の比較手段１７により、室温セン
サ１３で測定された室内温度ｔと設定室内温度ｔｓとを
比較する。この比較の結果、測定室内温度ｔが設定室内
湯度ｔｓ以上のときにはステップＳ８に移行して閉じ信
号を出力し、この閉じ信号に応答して電磁開閉弁１０を
閉じ、逆に、測定室内温度ｔが設定室内温度ｔｓより小
さいときにはステップＳ６に移行して開き信号を出力し
、この開き信号に応答して電磁開閉弁１０を開くように
なっている。

以上の構成により、凝縮器３の出口側箇所に所定量の冷
媒液が溜まったときにのみ電磁開閉弁■０を開き、冷媒
蒸気を排出することの無い状態で、実際の室内温度に基
づいてｔｖＡ開閉弁１０を開閉制御し、良好に暖房を行
うことができるようになっている。

上記実施例では、冷媒の出口側温度を測定する第２の温
度センサ１２を凝縮器３からの出口に近い出口側箇所に
設けているが、本発明としては、凝縮器３の上下方向中
間箇所に設けても良く、この上下方向中間箇所をも出口
側箇所と称する。また、冷媒の出口側温度を測定する温
度センサを、凝縮器３からの出口に近い出口側箇所と上
下方向中間箇所の両方に設け、暖房負荷の大きいときに
は、出口に近い出口側箇所に設けた温度センサで測定さ
れた温度と飽和温度とを比較するように、一方、暖房負
荷の小さいときには、上下方向中間箇所に設けた温度セ
ンサで測定された温度と飽和温度とを比較するように、
負荷に応じて切換え、その制御範囲を広めて、負荷の小
さいときには、凝縮器３への冷媒液の充填量が多い状態
でも運転できるようにしても良い。

本発明としては、利用側となる凝縮器３を１個設け、そ
の凝縮器３で得られる温風をダクトを介して各部屋など
に分配供給するように構成する場合にも適用できる。

〈発明の効果〉 本発明に係る冷媒自然循環式暖房システムによれば、凝
縮器からの出口側箇所での冷媒液の量が少ないときには
流量制御弁を閉じ、適度の過冷却度を持たせた状態で、
実際の室内温度に基づいて冷媒供給量を制御するから、
凝縮器からの出口側箇所において、冷媒液によりシール
して冷媒蒸気が不測に排出することを回避し、冷媒蒸気
が冷媒液の流動に対する抵抗になることを回避でき、暖
房運転の不良発生を確実に防止できるとともに、適量の
冷媒蒸気を円滑に供給して快適に暖房を行うことができ
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暖房システムの実
施例を示し、第１図は冷媒自然循環式暖房システムの全
体システム構成図、第２図は、要部の拡大図、第３図は
ブロック図、第４図はフローチャートである。 ｌ・・・蒸発器 ３・・・凝縮器 ５・・・冷媒蒸気供給用の冷媒配管 ６・・・冷媒液供給用の冷媒配管 １０・・・流量制御弁としての電磁開閉弁１１・・・第
１の温度センサ Ｉ２・・・第２の温度センサ １３・・・室温センサ １５・・・温度差算出手段 Ｉ９・・・冷媒量制御手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱源側となる蒸発器と利用側となる凝縮器とを冷
   媒配管を介して連通接続し、前記蒸発器と前記凝縮器お
   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、前記凝縮器で
   の熱交換に伴って蒸気から液体に相変化する冷媒を使用
   するとともに、前記蒸発器と前記凝縮器との間に、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、前記凝縮器からの冷媒の出口側に流量制御弁
   を設けた冷媒自然循環式暖房システムにおいて、前記凝
   縮器に供給される冷媒の飽和温度を測定する第１の温度
   センサを設けるとともに、前記凝縮器からの出口側箇所
   に冷媒の出口側温度を測定する第２の温度センサを設け
   、かつ、室内の温度を測定する室温センサを設け、前記
   第１および第２の温度センサによって測定される温度に
   基づいて飽和温度と出口側温度との差を算出する温度差
   算出手段を設け、前記温度差算出手段で算出された温度
   差が設定値以下のときには前記流量制御弁を閉じ、かつ
   、前記温度差算出手段で算出された温度差が設定値を越
   えたときには前記室温センサによって測定された室内温
   度が設定温度以下のときにのみ前記流量制御弁を開く冷
   媒量制御手段を備えたことを特徴とする冷媒自然循環式
   暖房システム。