JPH07158872A - 熱搬送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷媒を加熱して、暖房に利用する熱搬送装置
に関するもので、仕切り板に弁体を受液部の内外に入出
する往復弁を設けて構成し、減圧開始遅れ時間を無くし
開閉周期を短縮して、熱搬送量の大能力化する。 【構成】 冷媒加熱器２の上方に配置された容器１８を
上部の受液部１９と下部の気液セパレート液溜部２０に
仕切り板２１により仕切り、この受液部１９と気液セパ
レート液溜部２０の間に開閉弁２３と弁体３０を受液部
１９の内外に入出する往復弁３１を設けた熱搬送部２２
に、気液セパレータ液溜部２０、放熱器１０、第２逆止
弁１２、接続管２５、受液部１９を順次配管接続した環
状の循環路２４を接続し、開閉弁２３を駆動する開閉弁
駆動部２６と往復弁３１を駆動する往復弁駆動部３２を
取付けた構成としている。そのため、開閉弁２３を閉成
すると受液部１９内部の冷媒圧力が瞬間に低下し、冷媒
が受液部２３内に一気に吸引される。

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３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とで連結され環状の管路で
接続されている。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１０、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。

【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化した冷媒は、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は閉状態となっている。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、第１逆
止弁６は閉状態になり、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
動作周期の設定には、図４に示すように受液器５での減
圧開始遅れ時間Ｔlを考慮する必要があった。即ち、開
閉弁８が開状態から閉状態に切替った時間ｔ1から時間
Ｔlだけ遅れて受液器５が放熱して受液器５内のガス温
度が低下して減圧が発生し、減圧時間Ｔrで受液器５内
が液冷媒で満たされ減圧が完了する。この減圧開始遅れ
時間Ｔlは主に受液器５の容器の熱容量に起因するもの
である。また減圧時間Ｔrは空となった受液器５内へ液
冷媒が流入し終るまでの時間であり、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
まる。さらに開時間ＴONは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のに要する時間
であり、受液器５の内容積および均圧管９と落込み管７
の流路抵抗により定まる。

【０００９】このように開閉弁８の開閉周期ＴSは開時
間ＴONと閉時間ＴOFFの和（ＴS＝ＴON＋ＴOFF）であ
り、さらに閉時間ＴOFFは減圧開始遅れ時間Ｔlと減圧時
間Ｔrの和（ＴOFF＝Ｔl＋Ｔr）である。この減圧開始遅
れ時間Ｔlが比較的大きいために閉時間ＴOFFの短縮に制
約が生じ、開閉周期ＴS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。

【００１０】本発明は上記欠点を解決するもので、仕切
り板に開閉弁と弁体を受液部の内外に入出する往復弁を
設け、開閉弁を閉成する時往復弁にて受液部を減圧して
減圧遅れ時間を少な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を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記欠点を達成
するために、冷媒加熱器の上方に配設された上部に受液
部と下部に気液セパレータ液溜部とを仕切る仕切り板を
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、前記仕切り板に開閉
弁を前記受液部の内外に入出する往復弁を設け、前記開
閉弁を駆動する開閉弁駆動部と前記往復弁を駆動する往
復弁駆動部を有する熱搬送部と、前記気液セパレータ液
溜部、放熱器および前記受液部を順次接続して環状の循
環路を構成したものである。

【００１２】

【作用】本発明は上記構成によって、電動コイル駆動部
に通電して弁軸により開閉弁を開き受液部の液冷媒を高
温冷媒ガスに置換充満させる。仕切り板に受液部の内外
に入出する往復弁を設け、この往復弁を駆動する往復弁
駆動部を有するため、開閉弁を閉成すると同時に、往復
弁駆動部を駆動させ往復弁を受液部から外に移動させ
る。そのため、この受液部の外に出た往復弁の体積に相
当する容積だけ受液部内に空間を生じ、この空間に受液
部内に残っているガス冷媒が拡散して受液部内部の冷媒
圧力が瞬間に低下し、ただちに放熱器から低温の液冷媒
を受液部に吸引し過冷却冷媒によるガス冷媒の凝縮が始
まる。その後、この過冷却冷媒により内部のガスは凝縮
され受液部内部の冷媒圧力が一層低下し、放熱器から低
温の液冷媒を吸引する。

【００１３】このように減圧開始遅れ時間を無くすこと
により、開閉弁の閉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部の吸引・落込み回数を増
大させて冷媒循環量を増大可能とし、冷媒加熱量の増大
させることにより熱搬送量（暖房に利用の場合は暖房能
力）の大能力化を得る。

【００１４】

【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。

【００１５】１８は、冷媒加熱器２の上方に配置された
容器であり、この容器１８を上部の受液部１９と下部の
気液セパレート液溜部２０には仕切り板２１により仕切
られている。冷媒加熱器２と気液セパレート液溜部２０
は入口管３と出口管４で連通してある。２２は、バーナ
１６を有する冷媒加熱器２と気液セパレート液溜部２０
を環状管路に接続し、受液部１９と気液セパレート液溜
部２０の間に開閉弁２３を設けた管路と前記環状管路に
接続した熱搬送部である。２４は気液セパレータ液溜部
２０、放熱器１０、第２逆止弁１２、接続管２５、受液
部１９を順次配管接続した環状の循環路である。本実施
例の開閉弁２３はスプリング２７で常に閉止圧を加えこ
の開閉弁２３を強制的に開弁する手段として弁軸２８を
介して開閉弁駆動部２６とこの動作を制御する制御装置
２９を設けている。そして、仕切り板２１には弁体３０
を受液部１９の内と外（気液セパレート液溜部２０）に
入出する往復弁３１を設け、往復弁３１を駆動する往復
弁駆動部３２の動作は制御装置２９で行う構成としてい
る。３３はバーナ１６の燃焼量を可変する燃焼量可変装
置であり、制御装置２９は、開閉弁８、温度検知器１
４、燃焼量可変装置３０、往復弁駆動部３２に電気的に
接続されている。

【００１６】上記構成において、開閉弁２３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。

【００１７】ここで、開閉弁２３が閉状態の時には、放
熱器１０で凝縮液化した過冷却液冷媒が、液冷媒戻り管
１３から第２逆止弁１２、接続管２４を介して、受液部
１９のガス冷媒を凝縮させることにより受液部１９内へ
流入する。そして、受液器１９には循環路２４より過冷
却液冷媒が流入し、この受液部２５内が液冷媒で満液の
状態で制御装置２９により開閉弁駆動部２６を作動さ
せ、弁軸２８を動かして開閉弁２３を開とすると、受液
部２５と気液セパレータ液溜部２０とは連通して均圧状
態となり、受液部１９内の液冷媒は重力により開閉弁２
３を通り気液セパレート液溜部２０内へ流入する。この
時、同時に受液部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、開閉弁２３を通り受液部１
９へと流れる。

【００１８】次に、受液部１９内の液冷媒が全て流れた
時、開閉弁２３を再び閉にすると、受液部１９の放熱の
ため低圧となり、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。ここで、従来例にある均圧管
９は無くし、開閉弁２３から液冷媒の落下と同時にガス
冷媒が置換する様に開閉弁２３の口径を大きくすること
により最短の長さとなり、落込み管７は仕切り板２１に
直接開閉弁２３を取付けたことにより最短となる。その
ため、この開閉弁２３を流れるガス冷媒と液冷媒の流路
抵抗は小さくなり、開閉弁２３が開成と同時に満液とな
った受液部１９の液冷媒はガス冷媒と置換し気液セパレ
ート液溜部２０へ大量に落し込まれる。そして、開閉弁
駆動部２６に通電して弁軸２８を動かして開閉弁２３を
開き受液部１９の液冷媒を高温冷媒ガスに置換充満させ
る。

【００１９】本発明は、開閉弁２３を閉成すると同時
に、往復弁駆動部３２を駆動させ往復弁３１の弁体３０
を受液部１９から外に移動させる。そのため、この外に
出た弁体３０の体積に相当する容積だけ受液部１９内に
空間を生じ、この空間に受液部１９内に残っているガス
冷媒が拡散して受液部１９内部の冷媒圧力が瞬間に低下
し、ただちに放熱器１０から低温の液冷媒を受液部１９
に吸引し過冷却冷媒によるガス冷媒の凝縮が始まる。そ
の後、この過冷却冷媒により受液部１９内部のガスは凝
縮され受液部１９内部の冷媒圧力が一層低下し、減圧動
作の時間遅れを生じない。また、受液部１９に液冷媒が
充満し、開閉弁２３を開成するのと同時に、往復弁駆動
部３２を駆動させ往復弁３１の弁体３０を受液部１９の
内に移動させる。すると、この内に入った弁体３０の体
積に相当する容積だけ受液部１９内の空間が小さくなり
受液部１９内に置換された液冷媒を圧縮して受液部１９
内部の冷媒圧力が瞬間に上昇し、ただちに受液部１９の
液冷媒は強制的に気液セパレータ液溜部２０に押し出さ
れガス冷媒との置換し気液セパレート液溜部２０へ大量
に落し込みが開始し、必要とする落し込み時間が短くで
きる。そのため、ただちに放熱器１０から低温の液冷媒
を吸引し、受液部１９内の減圧が減圧開始遅れ時間なし
に発生し、開閉弁２３の閉成と同時に液冷媒が受液部１
９内に一気に吸引され、受液部１９が液冷媒で満たされ
るサイクルを繰り返す。

【００２０】以上の熱搬送運転において、開閉弁２３が
閉状態から開成する様に作動させる場合について図２で
説明する。図２において、開閉弁２３を閉成すると同時
に、受液部１９内部の冷媒圧力が瞬間に低下し、このた
め閉状態に切換った時間ｔOと同時に、受液部１９内で
減圧を生じ過冷却冷媒が流入する。そして、この過冷却
冷媒の噴出により内部の高温ガス冷媒は急速に冷却され
て凝縮することにより瞬時に受液部１９内の減圧が開始
でき、減圧開始遅れ時間Ｔl'は実用上無くする（Ｔl'＝
０）ことができる。従って、開閉弁２３の閉時間ＴOFF'
は正味の減圧時間Ｔrだけで良く（ＴOFF'＝Ｔr）、開閉
周期ＴS'は大幅に短縮（ＴS'＝Ｔr＋ＴON）できる。ま
た、開閉弁２３を開成するのと同時に、弁体３０を受液
部１９の内に移動させることにより、受液部１９内部の
冷媒圧力が瞬間に上昇し、ただち気液セパレート液溜部
２０へ大量に落し込みが開始し、必要とする落し込み時
間が短くできる。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での燃焼量を増大させ熱搬送量（暖房に利用
の場合は暖房能力）の大能力化ができる。そして、駆動
入力は必要無く、熱搬送だけの入力としては開閉弁駆動
部２６と往復弁駆動部３２の入力のみであり経済性は失
なわれない。

【００２１】また、図５に本発明の他の実施例を示す。
仕切り板２１に開閉弁２３と受液部１９の内部の容積を
変化させる仕切り部３４（構成例としては、金属の薄
板、ベローズ等を仕切り板２１または受液部１９の壁面
に溶接、ロー付け等で密着固定させる）とこの仕切り部
３４を駆動する仕切り部駆動部３５を設けてあり、開閉
弁２３を閉成する時、仕切り部駆動部３５を駆動させ仕
切り部３４を受液部１９の下方に移動させる。そのた
め、この下方に移動した体積の減少に相当する容積だけ
受液部１９内に空間を生じ、この空間に受液部１９内に
残っているガス冷媒が拡散して受液部１９内部の冷媒圧
力が瞬間に低下し、ただちに放熱器１０から低温の液冷
媒を受液部１９に吸引し過冷却冷媒によるガス冷媒の凝
縮が始まる。その後、この過冷却冷媒により受液部１９
内部のガスは凝縮され受液部１９内部の冷媒圧力が一層
低下し、減圧動作の時間遅れを生じない。

【００２２】また、受液部１９に液冷媒が充満し、開閉
弁２３を開成するのと同時に、仕切り部弁駆動部３５を
駆動させ仕切り部３４を受液部１９の上方に移動させ
る。すると、この仕切り部３４の移動体積に相当する容
積だけ受液部１９内の空間が小さくなり受液部１９内に
置換された液冷媒を圧縮して受液部１９内部の冷媒圧力
が瞬間に上昇し、ただちに受液部１９の液冷媒は強制的
に気液セパレータ液溜部２０に押し出されガス冷媒との
置換し気液セパレート液溜部２０へ大量に落し込みが開
始し、必要とする落し込み時間が短くできる。そのた
め、受液部１９内の減圧が減圧開始遅れ時間なしに発生
し、単位時間当りの受液部２３の吸引・落込み回数を増
大させて冷媒循環量を増大させ、冷媒加熱量の増大させ
ることにより熱搬送量の大能力化を得る。そして、高温
ガスの一層早い凝縮は、過冷却液冷媒の過冷却度が小さ
くてもガス冷媒を凝縮減圧でき、運転動作の安定性と動
作域が広がり、仕切り部３４の駆動部にはシール箇所が
無いため耐久、信頼性が容易に確保でき低コストとな
る。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明の熱搬送装置は、冷
媒加熱器の上方に配設された上部に受液部と下部に気液
セパレータ液溜部とを仕切る仕切り板を設けた容器と、
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、前記仕切り板に開閉弁と前記受液部
の内外に入出する往復弁を設け、前記開閉弁を駆動する
開閉弁駆動部と前記往復弁を駆動する往復弁駆動部を有
する熱搬送部と、前記気液セパレータ液溜部、放熱器お
よび前記受液部を順次接続して環状の循環路を構成して
いるので以下の効果がある。

【００２４】（１）仕切り板に受液部の内外に入出する
往復弁を設けて有るため、開閉弁を閉成すると、受液部
内に残っているガス冷媒が拡散して受液部内部の冷媒圧
力が瞬間に低下し、ただちに放熱器から低温の液冷媒を
受液部に吸引し過冷却冷媒によるガス冷媒の凝縮が始ま
り時間遅れを生じなく、開閉周期を大幅に短縮による冷
媒循環量の増加により熱搬送量の大能力化ができる。

【００２５】（２）また、熱搬送だけの入力としては開
閉弁駆動部の入力のみであり経済性は失なわれない。

【００２６】（３）開閉弁を開成するのと同時に、往復
弁を受液部の内に移動させる事により、液冷媒を圧縮し
て受液部内部の冷媒圧力が瞬間に上昇し、ただちに液冷
媒は強制的に気液セパレータ液溜部に押し出されガス冷
媒との置換し、必要とする落し込み時間が短くできる。
そのため、さらに開閉周期短縮による熱搬送量の大能力
化ができる。

【００２７】（４）受液部の内部の容積を変化させる仕
切り部を設けたため、開閉弁を閉成すると、仕切り部の
移動により受液部内に残っているガス冷媒が拡散して受
液部内部の冷媒圧力が瞬間に低下し、ただちに放熱器か
ら低温の液冷媒を受液部に吸引し過冷却冷媒によるガス
冷媒の凝縮が始まり時間遅れを生じなく、開閉弁を開成
するのと同時に仕切り部を移動させ、液冷媒を圧縮して
受液部の冷媒圧力が瞬間に上昇し液冷媒を強制的気液セ
パレータ液溜部に押し出し、必要とする落し込み時間が
短くできる。そのため、開閉周期を大幅に短縮による冷
媒循環量の増加により熱搬送量の大能力化ができる。

【００２８】そして、高温ガスの一層早い凝縮は、過冷
却液冷媒の過冷却度が小さくてもガス冷媒を凝縮減圧で
き、運転動作の安定性と可能動作域が広がり、仕切り部
の駆動部にはシール箇所が無いため耐久、信頼性が簡単
に確保でき低コストとなる。

【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】同受液器の減圧特性図

【図３】従来の熱搬送装置のシステム構成図

【図４】従来の熱搬送装置での受液器の減圧特性図

【図５】本発明の他の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 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 開閉弁 ２４ 循環路 ２６ 開閉弁駆動部 ３１ 往復弁 ３２ 往復弁駆動部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 龍太 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷媒加熱器の上方に配設された上部に受液
   部と下部に気液セパレータ液溜部とを仕切る仕切り板を
   設けた容器と、前記冷媒加熱器と前記気液セパレータ液
   溜部と連通する入口管と出口管と、前記仕切り板に開閉
   弁と前記受液部の内外に入出する往復弁を設け、前記開
   閉弁を駆動する開閉弁駆動部と前記往復弁を駆動する往
   復弁駆動部を有する熱搬送部と、前記気液セパレータ液
   溜部、放熱器および前記受液部を順次接続して環状の循
   環路を構成した熱搬送装置。
2. 【請求項２】冷媒加熱器の上方に配設された上部に受液
   部と下部に気液セパレータ液溜部とを仕切る仕切り板を
   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、前記仕切り板に開閉
   弁と前記受液部の内部の容積を可変する仕切り部を設
   け、前記開閉弁を駆動する開閉弁駆動部と前記仕切り部
   を駆動する仕切り部駆動部を有する熱搬送部と、前記気
   液セパレータ液溜部、放熱器および前記受液部を順次接
   続して環状の循環路を構成した熱搬送装置。