JPH064231Y2 - 冷凍サイクル - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［考案の目的］ （産業上の利用分野） 本考案は、閉ループ形サーモサイホンを利用した蓄放冷
可能な冷凍サイクルに関する。

（従来の技術とその問題点） 閉ループ形サーモサイホンを利用した従来の冷凍サイク
ルは、第９図に示すような構成であった。すなわち、サ
ーモサイホン１は、加熱部２とこの上方に配された冷却
部３とを有し、これらの部分の間は、連結部４，５によ
って連結される。つまり、加熱部２、連結部４、冷却部
３及び他の連結部５によって閉ループが形成されてい
る。ただし、冷媒の循環方向を一定にするために、加熱
部２及び冷却部３は、ともに連結部４側が高くなるよう
に配されている。

加熱部２で熱交換してできたガス冷媒は、上昇気流７と
なって連結部４を通過し、冷却部３に至る。このガス冷
媒は、冷却部３において熱交換して凝縮して、液冷媒と
なる。この液冷媒は、重力の作用によって連結部５を通
って下降し、加熱部２に戻る。８は、液冷媒の移動方向
を示す。加熱部２に戻った液冷媒は、ここにおいて蒸発
する際に外部から熱を奪う。このときの冷却作用が冷凍
機に利用される。

以上のような冷凍サイクルでは、加熱部２と冷却部３と
の間に温度差がある場合には冷媒の循環が自然に行われ
るため、必要なときだけこの冷凍サイクルを動作させて
熱輸送を行うということができなかった。

そこで、第１０図に示すように、連結部５の近傍にヒー
タ12を配し、このヒータに供給する電力を制御すること
によって、冷凍サイクルの動作を制御することが考えら
れる。この冷凍サイクルは、ヒータ12への投入電力を制
御することにより、連結部５内に発生する気泡のポンプ
効果を利用して液冷媒の下降を阻止し又は許容し、冷媒
循環量を制御するものである。ところが、この冷凍サイ
クルでは、ヒータ12の分だけ消費電力量が増加するとい
う問題があった。また、冷媒循環量が冷凍負荷の大きさ
に応じて変化するため、この変化に対応してヒータ12の
電力制御を行わなければならず、この制御が複雑になる
という問題もあった。

本考案は、上記事情を考慮してなされたものであり、閉
ループ形サーモサイホンを利用しながら熱輸送の制御が
可能な蓄放冷可能な冷凍サイクルであって、しかも複雑
な制御を行う必要がなく、かつ熱輸送の制御のために実
質的に電力消費を要しないものを提供することを目的と
する。

［考案の構成］ （問題点を解決するための手段） 本考案は、圧縮機と、前記圧縮機の吐出側に、その一端
が接続された凝縮器と、前記凝縮器の他端に、その一端
が接続された第１弁と、前記凝縮器の他端に、前記第１
弁と並列にその一端が接続された第２弁と、前記第１弁
の他端に、その流入側が接続された第１キャピラリチュ
ーブと、前記第２弁の他端に、その流入側が接続された
第２キャピラリチューブと、前記第２キャピラリチュー
ブの流出側の配管が入る蓄冷用蒸発器と、前記第１キャ
ピラリチューブの流出側の配管及び前記蓄冷用蒸発器か
らの配管が入る主蒸発器とよりなり、前記主蒸発器は、
前記圧縮機の吸入側に接続され、前記蓄冷用蒸発器は、
蓄冷剤によって囲まれて蓄冷器を構成し、前記蓄冷器と
前記主蒸発器とは閉ループ形サーモサイホンで接続さ
れ、前記閉ループ形サーモサイホンにおいて前記主蒸発
器と前記蓄冷器の間の液冷媒が流れる部分に第３弁を配
したものである。

（作用） この蓄放冷可能な冷凍サイクルの動作は、次のとおりで
ある。

第２，３弁を閉じると、閉ループ形サーモサイホンを通
した主蒸発器と蓄冷器との間の熱輸送が停止されるとと
もに、第２キャピラリチューブから蓄冷器への冷媒の供
給が停止される。したがって、第１弁を開放して圧縮機
を駆動すると、圧縮されたガス冷媒は、凝縮器によって
液化され、第１キャピラリチューブを通る際に減圧膨脹
を受けて、主蒸発器に供給される。液冷媒は、この主蒸
発器において蒸発する際に外部から熱を奪うから冷気が
出る。

蓄冷時には、第１弁が閉じられ、第２弁が開放される。
このとき、液冷媒は、まず蓄冷剤に囲まれた蓄冷蒸発器
に供給され、蓄冷器に蓄冷が行われる。蓄冷用蒸発器に
おいて蒸発しないで残った液冷媒は、蒸発によってでき
たガス冷媒とともに主蒸発器に供給され、ここにおいて
蒸発する。したがって、蓄冷器に蓄冷を行いながら、主
蒸発器25を通して冷気を送出することができる。

放冷時には、第３弁を開放する。このとき、蓄冷器から
閉ループ形サーモサイホンを通して、主蒸発器に対して
放冷が行われる。したがって、圧縮機の駆動を停止して
も、ファンを駆動すれば主蒸発器を通して冷気を送出で
きる。

（実施例） 第１図は、後述する蓄放冷可能な冷凍サイクルに使用さ
れる閉ループ形サーモサイホン１の一実施例であって、
まず、この閉ループ形サーモサイホン１の構造について
説明する。

液冷媒が重力の作用によって下降する連結部５に電磁弁
６を配した点以外は、第９図に示したものと同一である
ので、詳細な説明は省略する。なお、本実施例における
閉ループ形サーモサイホン１は、加熱部２、連結部４、
冷却部３及び他の連結部５のいずれの部分も外径及び内
径が一定であって、例えばこれらの値は、それぞれ７．
３mm及び６．４mmである。そして、総延長は、例えば１
１ｍである。この閉ループ形サーモサイホン１中には、
例えば１０mmHg以下の真空度まで排気したのち冷媒Ｒ−
１２が３００ｇだけ封入される。なお、加熱部２及び冷
却部３は、ともに連結部４側が高くなるように直線的に
傾斜して設けられている。

本実施例では、加熱部２と冷却部３との間に温度差があ
る場合であっても、電磁弁６を閉じたときには、冷却部
３において熱交換してできた液冷媒は、この弁によって
下降が阻止され、連結部５を通して加熱部２に達するこ
とがない。

また、本実施例においては、冷却部３は、前記のように
直線的に傾斜し、この冷却部において連結部４に最も近
い位置に頂部が設けられているため、液冷媒の量が増加
しても、この液冷媒が連結部４にすぐに達することはな
い。このとき、液冷媒は、連結部５のうち電磁弁６より
上方の部分と冷却部３内にのみ滞留し、この液冷媒が連
結部４を通して加熱部２に達することはない。したがっ
て、液冷媒は、いずれの連結部４，５を通しても加熱部
２に達することがなく、加熱部２と冷却部３との間の熱
輸送は停止する。なお、封入する冷媒量を予め調整する
ことにより、液冷媒を連結部４に達しにくくすることも
できる。

また、かりに液冷媒が連結部４に達しても、この連結部
４内の液冷媒は、加熱部２から供給されるガス冷媒によ
って支えられるため、この液冷媒が連結部４を通して加
熱部２に達することはない。したがって、連結部５に電
磁弁６を設けるだけで、熱輸送を停止させることができ
る。なお、ガス冷媒による前記の液冷媒の支持効果は、
連結部４の内径が小さいほど大きい。

電磁弁６を開放したときには、従来と同様に、冷媒が冷
凍サイクル内を循環して熱輸送が行われる。

第８図は、前記した閉ループ形サーモサイホン１を使用
した蓄放冷可能な冷凍サイクルの構成図である。なお、
前記した閉ループ形サーモサイホン１の加熱部２及び冷
却部３は、後述する主蒸発器25または、蓄冷器29が、使
用状態によって夫々対応する。

圧縮機20の吐出側20aは、凝縮器21の一端に接続され
る。この凝縮器の他端は、差圧弁22及び電磁弁23を順次
介してキャピラリチューブ24の一端に接続される。この
キャピラリチューブの他端すなわち流出側は、主蒸発器
25に入る。

一方、前記差圧弁22の流出側は、電磁弁26を介して他の
キャピラリチューブ27の一端にも接続される。このキャ
ピラリチューブの他端は、蓄冷蒸発器28を通して、前記
キャピラリチューブ24の流出側に接続される。この蓄冷
蒸発器28は、蓄冷剤によって囲まれ、蓄冷器29を構成し
ている。そして電磁弁６が設けられた第１図の冷凍サイ
クルを構成する前記閉ループ形サーモサイホン１は、両
蒸発器25，28を貫通するように配される。

主蒸発器25に入ったキャピラリチューブ24の流出側配管
は、この主蒸発器25を通った後、アキュムレータ30及び
逆止め弁31を順次介して、前記圧縮機20の吸入側20bに
接続される。さらに、この吸入側20bの圧力は、前記差
圧弁22に印加される。また、主蒸発器25の近傍には、冷
気を送出するためのファン32が配される。

この蓄放冷可能な冷凍サイクルの動作は、次のとおりで
ある。

電磁弁６，26を閉じると、閉ループ形サーモサイホン１
を通した主蒸発器25と蓄冷器29との間の熱輸送が停止さ
れるとともに、キャピラリチューブ27から蓄冷器29への
冷媒の供給が停止される。したがって、電磁弁23を開放
して圧縮機20を駆動すると、圧縮されたガス冷媒は、凝
縮器21によって液化され、キャピラリチューブ24を通る
際に減圧膨脹を受けて、主蒸発器25に供給される。液冷
媒は、この主蒸発器25において蒸発する際に外部から熱
を奪うから、ファン32の駆動によって冷気が送出され
る。

蓄冷時には、電磁弁23が閉じられ、電磁弁26が開放され
る。このとき、液冷媒は、まず蓄冷剤に囲まれた蓄冷蒸
発器28に供給され、蓄冷器29に蓄冷が行われる。蓄冷蒸
発器28において蒸発しないで残った液冷媒は、蒸発によ
ってできたガス冷媒とともに主蒸発器25に供給され、こ
こにおいて蒸発する。したがって、蓄冷器29に蓄冷を行
いながら、主蒸発器25を通して冷気を送出することがで
きる。

放冷時には、電磁弁６を開放する。このとき、蓄冷器29
から閉ループ形サーモサイホン１を通して、主蒸発器25
に対して放冷が行われる。したがって、圧縮機20の駆動
を停止しても、ファン32を駆動すれば主蒸発器25を通し
て冷気を送出することができる。

電磁弁６，23，26は、例えばタイマを用いて開閉制御す
ることができる。したがって、例えば時間帯別電気料金
制度の採用により、電力料金の安い夜間に蓄冷してお
き、電力料金の高い電力需要のピーク時に放冷を行って
圧縮機20の運転を強制的に停止することができる。つま
り、冷凍機のランニングコストのうち使用電力料金を低
減することができる。

第２図は、閉ループ形サーモサイホン１の他の実施例の
構成図である。

本実施例においては、冷却部３は、連結部４側の端部が
急激に立上がり、トラップ部９を形成している。このよ
うにすれば、液冷媒がこのトラップ部９を越えて連結部
４に達することはなく、この連結部４を通して加熱部２
に達することがない。したがって、液冷媒の降下をより
効果的に阻止することができる。

第３図に示した本考案のさらに他の実施例においては、
冷却部３にトラップ部９を設けるとともに、冷却部３の
他の部分の内径を大きくし、液だめ10を形成している。
このようにすば、電磁弁６を閉じたときに冷却部３内に
滞留する液冷媒の量を増加させることができ、液冷媒の
降下をさらに効果的に阻止することができる。

以上に説明した実施例では、連結部４に他の弁を設けな
くとも、連結部５に電磁弁６を設けるだけで、加熱部２
と冷却部３との間の熱輸送を停止させることができ、コ
ストを低減することができる。しかしながら、冷媒循環
量の要請から連結部４の内径を大きくする必要がある場
合には、電磁弁６を閉じて連結部５における冷媒の流通
を阻止しても連結部４側において加熱部２と冷却部３と
の間が連通しているときには、連結部４がヒートパイプ
として動作して熱輸送が行われることがある。

この場合には、第４図に示すように、電磁弁６を連結部
５に配するばかりでなく、他の電磁弁11を連結部４にも
設ければよい。このように２つの電磁弁６，11を配せ
ば、連結部４の内径が大きい場合であっても、これらの
弁を閉じることによって、液冷媒の降下を完全に阻止す
るとともに、ガス冷媒の上昇を阻止することもでき、加
熱部２と冷却部３との間の熱輸送を確実に停止させるこ
とができる。２つの電磁弁６，11をともに開放すれば、
前記と同様にして、冷媒が冷凍サイクル内を循環し熱輸
送が行われる。なお、この場合には、冷却部３を加熱部
２の上方に配すれば、これらの部分が水平に配されてい
てもよく、冷媒の循環方向を考慮する必要がない。

また、２つの弁を設ける場合には、これらの弁は、冷却
部３から流出する液冷媒が加熱部２に達するまでに通過
する部分と、加熱部２から上昇するガス冷媒が冷却部３
に達するまでに通過する部分とに、それぞれ設ければよ
く、加熱部２と冷却部３との位置は、前記のものにかぎ
られない。すなわち、例えば第５図に示すようにするこ
とができる。同図は、閉ループ形サーモサイホン１の立
上がり部を加熱部２とし、立下がり部を冷却部３とした
場合の例であって、連結部４，５は、ともに冷却部３側
が高く配されている。この場合には、電磁弁６は傾斜し
た連結部５に設けられ、他の電磁弁11は、傾斜した連結
部４に配される。電磁弁６が閉じられると、冷却部３で
できた液冷媒は、この冷却部中を降下しさらに連結部５
中を降下するが、電磁弁６に遮られて加熱部２に達する
ことがない。また、電磁弁11が閉じられると、加熱部２
でできた液冷媒は、この加熱部中を上昇しさらに連結部
４中を上昇するが、電磁弁11に遮られて冷却部３に達す
ることがない。したがって、加熱部２と冷却部３との間
の熱輸送は、停止する。

また、第６図に示すようにすることもできる。同図は、
閉ループ形サーモサイホン１の立上がり部を加熱部２と
し、これに続く直線的に傾斜した降下部を冷却部３とし
た場合であって、連結部５は、この冷却部３に続く立ち
下がり部とさらにこれに続く直線的に傾斜した降下部と
からなる。電磁弁６は連結部５の傾斜部に設けられ、他
の電磁弁11は加熱部２と冷却部11との接続点すなわち頂
部に設けられる。電磁弁６から冷却部３を経て電磁部11
に至る部分が長いから、これらの弁を閉じることによっ
て、この部分に多量の液冷媒を滞留させることができ、
好都合である。

また、第７図に示すようにすることもできる。同図にお
いて、閉ループ形サーモサイホン１の形状は第４図に示
したものと同一であるが、下方の傾斜部を加熱部２と
し、この加熱部の最下端に接続される立ち下がり部を冷
却部３としており、他の部分を連結部４としている。こ
の場合には、電磁弁６は、加熱部２と冷却部３との接続
点すなわちこの閉ループ形サーモサイホン１の最下部に
配し、他の電磁弁11は、連結部４の頂部に設けるのが最
適である。

なお、電磁弁６，11として開閉保持機能を有するものを
用いれば、熱輸送の制御のために弁の開閉時だけ通電す
ればよく、省エネルギーとなる。また、電磁弁６，11に
代えて、モータ駆動弁や手動弁を用いてもよい。

［考案の効果］ 以上に説明したように、本考案に係る冷凍サイクルは、
第２，３弁を閉じると、閉ループ形サーモサイホンを通
した主蒸発器25と蓄冷器との間の熱輸送が停止されると
ともに、第２キャピラリチューブから蓄冷器への冷媒の
供給が停止される。したがって、液冷媒は、主蒸発器に
供給され、ここで蒸発する際に外部から熱を奪うから、
ファンの冷気が送出される。

蓄冷時には、第１弁が閉じられ、第２弁が開放される
と、蓄冷器に蓄冷を行いながら、主蒸発器を通して冷気
を送出できる。

また、放冷時には、第３弁を開放すると、蓄冷器から閉
ループ形サーモサイホンを通して、主蒸発器25に対して
放冷が行われる。したがって、圧縮機の駆動を停止して
も、主蒸発器を通して冷気が出る。

したがって、例えば時間帯別電気料金制度の採用によ
り、電力料金の安い夜間に蓄冷しておき、電力料金の高
い電力需要のピーク時に放冷を行って圧縮機の運転を強
制的に停止する。これにより、使用電力料金を低減で
き、また、電力の使用を１日を通じて平滑化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の実施例に係る冷凍サイクルに使用さ
れる閉ループ形サーモサイホンの構成図、 第２図は、閉ループ形サーモサイホンの第２実施例に係
る構成図、 第３図は、第３実施例に係る閉ループ形サーモサイホン
の構成図、 第４図は、第４実施例に係る閉ループ形サーモサイホン
の構成図、 第５図は、第５実施例に係る閉ループ形サーモサイホン
の構成図、 第６図は、第６実施例に係る閉ループ形サーモサイホン
の構成図、 第７図は、第７実施例に係る閉ループ形サーモサイホン
の構成図、 第８図は、本考案の実施例に係る蓄放冷可能な冷凍サイ
クルの構成図、 第９図は、従来の閉ループ形サーモサイホンの構成図、 第１０図は、従来の他の閉ループ形サーモサイホンの構
成図である。 符号の説明 １……閉ループ形サーモサイホン ６……電磁弁 ２０……圧縮機 ２１……凝縮器 ２２……差圧弁 ２３……電磁弁 ２４……キャピラリチューブ ２５……主蒸発器 ２６……電磁弁 ２７……キャピラリチューブ ２８……蓄冷蒸発器 ２９……蓄冷器 ３０……アキュムレータ ３１……逆止め弁 ３２……ファン

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機と、 前記圧縮機の吐出側に、その一端が接続された凝縮器
   と、 前記凝縮器の他端に、その一端が接続された第１弁と、 前記凝縮器の他端に、前記第１弁と並列にその一端が接
   続された第２弁と、 前記第１弁の他端に、その流入側が接続された第１キャ
   ピラリチューブと、 前記第２弁の他端に、その流入側が接続された第２キャ
   ピラリチューブと、 前記第２キャピラリチューブの流出側の配管が入る蓄冷
   用蒸発器と、 前記第１キャピラリチューブの流出側の配管及び前記蓄
   冷用蒸発器からの配管が入る主蒸発器とよりなり、 前記主蒸発器は、前記圧縮機の吸入側に接続され、 前記蓄冷用蒸発器は、蓄冷剤によって囲まれて蓄冷器を
   構成し、 前記蓄冷器と前記主蒸発器とは閉ループ形サーモサイホ
   ンで接続され、 前記閉ループ形サーモサイホンにおいて前記主蒸発器と
   前記蓄冷器の間の液冷媒が流れる部分に第３弁を配した ことを特徴とする冷凍サイクル。