JPH0439545A

JPH0439545A - 冷媒自然循環式冷房システム

Info

Publication number: JPH0439545A
Application number: JP14464790A
Authority: JP
Inventors: Nozomi Kusumoto; 望楠本; Yoshinori Inoue; 良則井上; Yoshitaka Sasaki; 佐々木　義隆; Shuji Sugiura; 杉浦　修史; Kensuke Tokunaga; 研介徳永; Masaji Aida; 相田　正司
Original assignee: Takenaka Komuten Co Ltd; Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Takenaka Komuten Co Ltd; Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 1990-06-01
Filing date: 1990-06-01
Publication date: 1992-02-10
Anticipated expiration: 2013-03-09
Also published as: JP2724028B2

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、熱源側となる凝縮器と利用側となる蒸発器と
を冷媒液配管および冷媒蒸気配管を介して連通接続し、
凝縮器と蒸発器と冷媒液配管および冷媒蒸気配管とにわ
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、冷媒として、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、凝縮器と蒸発
器との間に、液体に相変化した冷媒を蒸発器に移送する
に足るヘッド差を備え、冷媒液配管の寥発器への入口箇
所に、ダイアフラムの内室と外室との圧力差に応答して
作動する流量制御弁を設けるとともに、冷媒蒸気配管の
蒸発器からの出口箇所に、冷媒温度を伝熱によって感知
する感温筒を付設し、感温筒と内室とを連通接続すると
ともに、外室に均圧用冷媒を流入するように構成した冷
媒自然循環式冷房システムに関する。

〈従来の技術〉上述システムにおいて、感温筒での冷媒温度を圧力に変
換してダイアフラムの内室に伝達する構成としては、感
温筒内に少量の飽和液を残したガスを充填した、いわゆ
るガスチャージ方式の場合に、ダイアフラムの外室側に
流入する均圧用冷媒の温度が感温筒が感知する冷媒温度
よりも低いため、作動液が感温部より蒸発してダイアフ
ラム側に溜まってしまうこととなって使用できないため
、従来一般に、感温筒内にフロン液（例えば、Ｒ−２２
）を充満し、自由液面の動きによってダイアフラムを作
動する、いわゆる液チャージ方式が採用されている。

〈発明が解決しようとする課題〉しかしながら、液チャージ方式は、第４図（ｂ）の特性
曲線のグラフに示すように、温度の変化に対する圧力の
変化が大きくて感度が敏感であり、流量制御弁において
、その開度を急激に変化するため、ハンチングを生じや
すくて不測にリキンドパックを発生し、冷房運転が不能
状態に陥る欠点があった。なお、グラフにおいて、ｂは
、フロン液Ｒ−２２の飽和曲線を示し、Ｂは、感温筒温
度０℃において５℃の過熱度（二次側圧力として３゜３
ｋｇｆ／ｃｄ）を持たせた場合の特性曲線を示している
。

また、複数階それぞれに蒸発器を設ける場合には、冷媒
液配管中の冷媒液の重量によって蒸発器入口にかかる圧
力に差があるため、その圧力差にかかわらず、上述のよ
うなリキッドバックを回避しようとすると、例えば、上
方側の階よりも下方側の階における圧力差の方が大きく
なるように、蒸発器内の冷媒配管の管径を調節して管路
抵抗を変えるとか、流量制御弁の定常状態時の絞り度合
いを調整するなど、各蒸発器毎に、その入口と出口との
間で設定すべき圧力差を調整しなければならず、手間を
要する欠点があった。

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、流量制御弁のハンチングを抑えてリキッドバックを
良好に回避できるようにするとともに、過熱度や冷媒の
蒸発温度の調整に伴う感度の調整をシステムに応じて容
易に調整できるようにすることを目的とする。

く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、請求項
第（１）項の発明として、冒頭に記載した冷媒自然循環
式冷房システムにおいて、感温筒内に、ガス吸着能を有
するとともに温度変化に応じてガス吸着量が比例的に変
化する活性炭素材を充填し、かつ、雰囲気温度で凝縮し
ないガスを封入して構成する。

また、請求項第（２）項の発明として、上記請求項第（
１）項の発明に係る冷媒自然循環式冷房システムにおい
て、利用側となる蒸発器の複数個を互いに高さを異なら
せて設けて構成する。

〈作用〉請求項第（１）項の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、蒸発器からの出口での冷媒温度を
、感温筒から活性炭素材を介してガスに伝達するために
、感度を抑えることができる。

また、活性炭素材の充填率を変えることにより、その感
温筒の感知温度の変化に対する圧力の変化の度合いを変
え、過熱度や冷媒の蒸発温度を調整するに伴って感度を
調整することができる。抜た、リニアーな特性を発揮で
きる。

また、請求項第（２）項の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、感温筒に充填する活性炭素
材の充填率を調整することによって、複数個の蒸発器そ
れぞれでの感度を調整することができる。

〈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、■ブロック方式に構成した冷媒自然循環式冷
房システムの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δ型に熱源からの冷水や氷スラリーな
ど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＠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
と気液分離部としての気液分離器６を介装した冷媒液配
管７ａと冷媒蒸気配管７ｂとを介して連通接続され、そ
して、凝縮器１、蒸発器３・・・冷媒液配管７ａおよび
冷媒蒸気配管７ｂ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７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。

冷媒液配管７ａの蒸発器３・・・それぞれへの入口箇所
には、冷媒液流入量を調節する流量制御弁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。

冷媒蒸気配管７ｂの蒸発器３・・・それぞれからの出口
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と流量制御弁８とが接続されている
。

流量制御弁８は、第２図の縦断面図に示すように、弁箱
１１内に形成した連通路１２の途中箇所に開度を調整す
る弁体１３が設けられるとともに、その弁体１３に圧縮
コイルスプリング１４が付設されて弁体１３を閉し側に
移動するように付勢されて構成されている。

弁箱１１の上部にダイアフラム】５によって仕切られた
内室１６と外室１７とが形成され、前記ダイアフラム１
５と弁体１３とが弁棒１８を介して連動連結されている
。

ダイアフラム１５の内室Ｉ６と、感温筒１０の内部空間
とが連通接続され、一方、ダイアフラム１５の外室１７
と、連通路Ｉ２の弁体１３よりも下流側の箇所とが、均
圧孔１９を介して連通接続されている。

感温筒１０内には、ガス吸着能を有する活性炭素材２０
が充填されるとともに、窒素ガスなどの不活性ガスが封
入され、冷媒蒸気配管７ｂを介して冷媒温度を感知する
に伴い、その感知温度に応じてガス吸着量が変化し、そ
れに伴って、ダイアフラム１５の内室１６に加えられる
圧力が変化し、その内室１６の圧力にダイアフラム１５
の有効面積を乗じた値と、外室１７の圧力にダイアフラ
ム１５の有効面積を乗した値と圧縮コイルスプリング１
４による圧縮荷重とを加算した値とが互いにバランスす
るようにダイアフラム１５を変位し、それによって弁体
１３の開度を自動的に調整できるように構成されている
。

図中２１はシールキャンプを、そして、２２は、圧縮コ
イルスプリング１４の付勢力を調節するスピンドルをそ
れぞれ示している。

前記Ｔ！ｊ、ＶＡ開閉弁９は、冷房運転の停止状態では
閉しられ、冷房運転開始に伴う送風ファン２の駆動に連
動して開かれるようになっている。また、この［［開閉
弁９は、冷房運転状態にあっては、蒸発器３の戻り空気
の温度を測定する室温センサと設定室温との比較によっ
て自動的に開閉制御され、それにより室内温度を設定範
囲内に維持するように構成される。

感温筒１０内に封入するガスとしては、窒素ガスに限ら
ず、例えば、ネオンガスやアルゴンガスといった不活性
ガスや、凝縮液化する温度が使用温度よりも低いガスな
ど、要するに、雰囲気温度によって凝縮液化しないガス
であれば良い。

次に、内部に充填する活性炭素材２０の割合、即ち、活
性炭充填率を異ならせた二種類の実施測高の感温筒と、
活性炭素材を何も充填しない比較別品の感温筒それぞれ
を用いて行った空気特性および時定数特性それぞれの性
能比較試験について説明する。

先ず、試験体について説明する。

■第１実施例品Ａ１外径が１２．７閣で長さが８０閣の感温筒内にベンゼン
吸着力が４３〜４６％の活性炭を、内容積の８５〜９５
％を占めるように充填するとともに窒素ガスを封入した
。

■第２実施例品Ａ２外径が９．５３閣で長さが８０ｍの感温筒内にベンゼン
吸着力が４３〜４６％の活性炭を、内容積の７５〜８５
％を占めるように充填するとともに窒素ガスを封入した
。

■比較例品Ｂ外径が１６閣で長さが７６閣の感温筒内にフロン液Ｒ−
２２を入れた。

（空気特性ｊ試験方法としては、第３図の概略構成図に示すような装
置を用いて行った。

すなわち、流量制御弁８の入口側に、減圧弁２１と第１
の電磁開閉弁２２とを介装した給気管２３が接続され、
一方、出口側に容積１Ｎのボンへ２４と第２の電磁開閉
弁２５とが介装されるとともに先端にオリフィス２６が
付設された排気管２７が接続されている。

給気管２３の減圧弁２１と第１のｉｔ磁開開閉弁２２の
間に第１の圧力計２８が付設され、一方、排気管２７の
ボンベ２４と第２の１！ｊ、破開閉弁２５との間に第２
の圧力計２９が付設されている。

そして、感温筒１０が恒温槽３０内に収容されている。

このような条件の下、第１の圧力計２８で計測される圧
力が１４ｋｇｆ／ｃｄになるように減圧弁２１で調整し
、第１および第２の電磁開閉弁２２．２５を開き、オリ
フィス２６から逃がす状態で、恒温槽３０内の温度を１
°Ｃづつ変化させるとともに、それぞれの温度に１０分
開づつ維持し、第２の圧力計２９で二次側圧力を計測し
、恒温槽３０の温度、すなわち、感温筒１０の温度を横
軸に、そして、二次側圧力を縦軸にしてプロットしたと
ころ、第４図（ａ）のグラフに示す特性曲線ＡＩ　　Ａ
２、ならびに、第４図（ｂ）のグラフに示す特性曲線Ｂ
が得られた。

また、第１および第２実施例品ＡＩ、Ａ２、ならびに、
比較別品それぞれにつき、恒温槽３０の温度を０℃と１
０°Ｃに変えて、その二次側圧力の差Δｐを求めたとこ
ろ、表に示す結果を得た。

表［時定数特性］前述した試験装置を用い、第１および第２実施例品ＡＩ
、Ａ２、ならびに、比較別品それぞれにつき、恒温槽３
０として、−１０°Ｃのものと＋５°Ｃのものとに相互
に変え、恒温槽３０を変化させた時点から、計測された
二次側圧力が安定するまで、１秒おきに第２の圧力計２
９により二次側圧力を計測し、第５図の時定数特性の試
験手法の説明図に示すように、二次側圧力の全変化幅の
６３．２％まで上昇側に変化するまでの時間（Ｔｕ）を
上昇時の時定数として、また、下降側に変化するまでの
時間（Ｔｄ）を下腎時の時定数としてそれぞれ求めたと
ころ、前述の表に示す結果を得た。

これらの結果から、第１および第２実施例品Ａ１、Ａ２
のいずれも、比較別品Ｂに比べて感知温度の変化に対す
る圧力の変化が小さく、しかも、感知温度の上昇側変化
および下降側変化のいずれに対しても、応答時間が遅く
、悪魔を抑えることができていることが明らかである。

また、感温筒１０内に充填する活性炭素材２０の充填率
を調整することによって感度を調整することができ、適
宜、所望感度の流量制御弁に構成できる利点を有してい
る。そのため、上下方向に多数の蒸発器３を設けて冷媒
自然循環式冷房システムを構築する場合に、例えば、最
上部の蒸発器３では、その入口と出口との間で０．５ｋ
ｇｆ／ｃｆｆｌの圧力差を持たせるのに対して、最下部
の蒸発器３では、３．０ｋｇｆ／ｃｉｊの圧力差を持た
せなければならないといったような場合に容易に対応で
きる。

本発明としては、上述のような１ブロツク方弐の冷媒自
然循環式冷房システムに限らず、３ブロック方式の冷媒
自然循環式冷房システムにも適用できる。

すなわち、第６図に示すように、二階骨づつの蒸発器３
・・・それぞれを１ブロツクとして３ブロツクに区画さ
れるとともに、受液器５からの冷媒液配管７ｂが各ブロ
ックに対応した分岐冷媒液配管７Ａ、７Ｂ、７Ｃそれぞ
れを介して蒸発器３・・・に連通接続されている。

各分岐冷媒液配管７Ａ、７Ｂ、７Ｃそれぞれに！値開閉
弁３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃが介装され、各分岐冷媒液配
管７Ａ、７Ｂ、７Ｃそれぞれ内の冷媒液量が、それに連
通接続されている最上部の齋発器３よりも高い位置にな
って各蒸発器３に冷媒液を流下供給するに足る所定のヘ
ッド差を有するように調整できるように構成されている
。

上記実施例では、蒸発器３を多数設けているが、本発明
としては、例えば、蒸発器３を１個設け、その蒸発器３
で得られる冷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〉請求項第（１）項の発明に係る冷媒自然循環式冷房シス
テムによれば、感温筒による感知温度の変化に伴ってダ
イアフラムを作動する感度を抑えることができるから、
流量制御弁に対する開度の急激な変化を回避でき、ハン
チングを抑えてリキッドバックが不測に発生することを
回避でき、冷房運転を良好に継続できるようになった。

また、システムに応じての過熱度や冷媒の蒸発温度の調
整に伴う感度調整を、活性炭素材の充填率を変えるだけ
で容易に行うことができるようになった。

また、請求項第（２）項の発明に係る冷媒自然循環式冷
房システムによれば、複数個の蒸発器毎の入口と出口間
での圧力差の調整を、活性炭素材の充填率を変えるだけ
で容易に行うことができ、蒸発器や流量制御弁として同
一仕様のものを用い、簡単かつ安価に冷媒自然循環式冷
房システムを構築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、１ブロック方式の実施例の全体
システム構成図、第２図は、流量制御弁の縦断面図、第
３図は、空気特性および時定数特性の試験装置の概略構
成図、第４図は、感温筒温度と二次側圧力との関係を示
す特性曲線図、第５図は、時定数特性の試験手法の説明
図、第６図は、３ブロック方式の実施例の全体システム
構成図である。ｌ・・・凝縮器３・・・蒸発器７ａ・・・冷媒液配管７ｂ・・・冷媒蒸気配管８・・・流量制御弁１０・・・感温筒１５・・・ダイアフラム１６・・・内室１７・・・外室２０・・・活性炭素材

Claims

【特許請求の範囲】

（１）熱源側となる凝縮器と利用側となる蒸発器とを冷
媒液配管および冷媒蒸気配管を介して連通接続し、前記
凝縮器と前記蒸発器と前記冷媒液配管および前記冷媒蒸
気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、前記冷媒液配管の前記蒸発器への入口箇所に、ダイ
アフラムの内室と外室との圧力差に応答して作動する流
量制御弁を設けるとともに、前記冷媒蒸気配管の前記蒸
発器からの出口箇所に、冷媒温度を伝熱によって感知す
る感温筒を付設し、前記感温筒と前記内室とを連通接続
するとともに、前記外室に均圧用冷媒を流入するように
構成した冷媒自然循環式冷房システムにおいて、前記感温筒内に、ガス吸着能を有するとともに温度変化
に応じてガス吸着量が比例的に変化する活性炭素材を充
填し、かつ、雰囲気温度で凝縮しないガスを封入したこ
とを特徴とする冷媒自然循環式冷房システム。
（２）請求項第（１）項に記載の冷媒自然循環式冷房シ
ステムにおいて、利用側となる蒸発器の複数個を互いに
高さを異ならせて設けてある冷媒自然循環式冷房システ
ム。