JPH07305865A - 空調用熱交換器の液面調節器およびそれを用いた空調システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 自然循環式空調システムにおける熱交換器に
供給される冷媒液の圧力ヘッドを調節するものであっ
て、液面調節器５は、凝縮器と前記熱交換器とを接続す
る冷媒液管の途中に設置され、内部に冷媒液を蓄積する
容器５１と、容器５１と前記冷媒液管とを接続する冷媒
液流入管３４と、容器５１と前記熱交換器とを接続する
冷媒液流出管３１と、冷媒液流入管３４に設置された弁
５６と、容器５１内に収容され、冷媒液に浮かぶフロー
ト５２と、それに連結されて連動して駆動する弁棒５３
とを有し、弁５６は、容器５１内の冷媒液の液位が所定
範囲を越えている場合には、冷媒液流入管３４内の冷媒
液の圧力ヘッドによって弁体５４が弁座５５に押しつけ
られることで閉塞しており、容器５１内の冷媒液の液位
が前記所定範囲以下になると、フロート５２の自重によ
って弁棒５３が駆動されることで弁体５４が弁座５５か
ら離され、弁５６の開度が調節されるものである。 【効果】 簡易な構成で、確実な液面調節が可能とな
る。この液面調節器を用いた空調システムは良好な空調
特性を維持できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、建造物内の複数の室の
冷房や除湿等を行う空調システムに関し、冷媒の相変化
を利用した（重力式の）自然循環式空調システムに使用
する液面調節器およびそれを使用した空調システムに関
する。

【０００２】

【従来の技術】建造物（ビルディング）内に設けられた
各室の空調を行うには、各室毎に独立した熱源装置（例
えばクーラー）等を設置して行う方式と、１台または少
数の熱源装置を設置して、そのそれぞれが複数の室の空
調を司る方式（空調システム）とがある。前者は各室毎
に全く別個に空調運転（冷房、暖房、除湿等）をできる
利点があるものの、当然のことながら熱源装置が、それ
を設置する室の数だけ必要になるため不経済である。

【０００３】一方後者の方式（空調システム）は、熱源
装置を例えば地下や屋上等に設置し、水やフロン等の冷
媒液（熱を運搬する媒体）を各室毎に設けた室内ユニッ
ト（熱交換器）に運搬し、そこで前記冷媒と室内空気と
の熱交換を行う方式であり、各室毎に別個に熱源装置を
設置する必要がないという利点がある。例えば熱源装置
で冷媒液を加熱し、その温液を前記ユニットに運搬する
方式であり、冷媒液と外気との熱交換を１台の熱源装置
で行えばよい。この場合、水やフロン等の冷媒液は各室
内ユニットを経て再び熱源装置に戻るように循環させ
る。

【０００４】このような空調システムは、従来、冷媒液
をポンプ等の外部動力により強制循環させていたが、こ
のような外部動力を用いるとその運転コスト（電力消費
やメンテナンス等）が増大し、またそのポンプ等の騒音
の問題も生ずる。そこで近年、重力による自然循環作用
を利用した空調システムが注目され、実用化されてい
る。

【０００５】自然循環作用を利用した（冷房運転用の）
冷媒自然循環式空調システムは概ね以下に示す構造にな
っている。通常、凝縮器等を建造物（ビルディング等）
の屋上等に設置し、その凝縮器と各室内に設けた室内ユ
ニットとを冷媒液管および冷媒蒸気管とで接続した構造
にする。室内ユニットは蒸発器になっており、流入した
冷媒が気化され、その蒸気が冷媒蒸気管を通り凝縮器に
戻るようになっている。

【０００６】室内ユニットで気化した冷媒蒸気は冷媒蒸
気管中を上昇し、その冷媒蒸気が凝縮器に至り再び液化
され、その冷媒液が、重力によって冷媒液管中を下降す
る。このように自然循環式空調システムでは、外部動力
によらずとも冷媒の循環を行うことができる。ここで凝
縮器を建造物の屋上等に設置したのは、凝縮器で液化さ
れた冷媒液が重力によって冷媒液管を下降し、各室内ユ
ニットに流入させるためである。なお、建造物の最下階
や地下等に温熱源装置（蒸発器）を設置すれば、前記室
内ユニット、冷媒液管および冷媒蒸気管を利用して暖房
運転することもできる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような自然循環式空調システムでは、各室内ユニット
に流入されるべき冷媒液は、重力による冷媒液の圧力ヘ
ッド（冷媒液の水頭圧）によって各室内ユニットに流入
するので、各階毎にその圧力ヘッドが異なっている。即
ち、上方に位置する室内ユニットに流入する冷媒液の圧
力ヘッドは、これより下方に位置する室内ユニットに流
入する冷媒液の圧力ヘッドより小さくなる。この圧力ヘ
ッドの差が大きいと、各室内ユニットに流入する冷媒液
量に大きな差が生じ、その結果、熱交換特性（各室内ユ
ニットにて交換される熱量の大きさ等）が大きく異なっ
てしまう、という問題が生ずる。

【０００８】また各室内ユニットに流入する冷媒液の圧
力ヘッドに大きな差が生ずると、過剰な冷媒液の圧力ヘ
ッドによって該当する熱交換器に過剰な量の冷媒液が供
給され、当該熱交換器によって気化されなかった冷媒液
が（液相状態のままで）冷媒蒸気管に混入してしまうこ
とがある。このため、良好な自然循環が阻害され、冷却
効率が低下する、という問題も発生するのである。

【０００９】そこで上述のような各室内ユニット間の熱
交換特性の差異を低減する方法が種々提案され、一部実
用化している。例えば特開昭６４−３４４７号公報に
は、各室内ユニットの熱交換器の液位（液面の高さ）を
検知して、その検知した液位に基づいて設置した流入量
調整弁を動作することによって流入する冷媒液量を適度
に制御する方式が示されている。また特開平２−８９９
３９号公報には、流入量調整弁の動作を室温センサーに
よって制御する方式が示されている。また特開平２−８
６５６号公報には、流入量調整弁の動作を各室内ユニッ
トの熱交換器に設置された温度センサーと加熱手段とに
よって制御する方式が示されている。

【００１０】しかしこれらの方式は何れも、流入量調整
弁の動作を制御する機構（上記液位検知器やセンサー）
を別途必要とするためコスト高になる問題がある。また
冷媒液は一部沸騰している場合が多いので、熱交換器内
の液の液面検出は不正確になりやすいという問題もあ
る。

【００１１】また特開平１−１２１６８８号公報には、
熱交換器に接続された冷媒液流入管と冷媒蒸気流出管と
の間に連通管を設置し、この中に弁体を備えた浮子を浮
かべた構成が示されている。これはその連通管内の、熱
交換器の液位と連動する液位が上昇した場合は前記浮子
の浮力によって弁体が持ち上げられて前記冷媒液流入管
を閉塞する、というもので、熱交換器に供給される冷媒
液の圧力ヘッドが過剰に上昇しないように制御する方式
である。

【００１２】しかしこの方法では、熱交換器内の冷媒液
の蒸発（沸騰）或いは熱交換器の圧力変動によって、前
記連通管内の液位が大きく変動しやすく、正しい液位を
検知することが難しくなってしまう。このため弁が誤作
動することが多く、安定した制御が困難になる。またこ
の方法では、前記弁の閉塞動作は、前記浮子の浮力で前
記弁体を上昇させるだけで行っているので、弁の閉塞が
不確実になりやすい、という問題がある。例えば連通管
内の液位の変動が大きい場合、弁の開閉が頻繁になり過
ぎたり、また冷媒液の圧力ヘッドが大きくなった場合に
は、弁の誤動作が生じやすくなる。このようにこの方法
は制御性が良くないという問題がある。更にこの方法で
は、前記連通管内の冷媒液の液位によって当該熱交換器
に供給される冷媒液の圧力が規定されるので、流体抵抗
の大きい熱交換器の場合、冷媒液の供給が不十分になり
かねない、という問題もある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の問題に鑑
み、凝縮器によって液化した冷媒液を重力作用によって
各室内ユニットに循環させる自然循環式空調システムに
関し、各室内ユニットに流入する冷媒液の圧力ヘッドを
適度に、かつ確実に調節する空調用熱交換器の液面調節
器、およびそれを具備した空調システムを提供すること
を目的としている。

【００１４】即ち、本発明の特許請求の範囲第１項記載
の発明は、冷媒の相変化による自然循環作用を用いた空
調システムにおける熱交換器に供給される冷媒液の圧力
ヘッドを調節する液面調節器であって、前記液面調節器
は、凝縮器と前記熱交換器とを接続する冷媒液管の途中
に設置され、前記液面調節器は、内部に冷媒液を蓄積す
る容器と、前記容器と前記冷媒液管とを接続する冷媒液
流入管と、前記容器と前記熱交換器とを接続する冷媒液
流出管と、前記冷媒液流入管に設置された弁と、前記容
器内に収容され、冷媒液に浮かぶフロートと、前記フロ
ートに連結されてこのフロートの上下動と連動して駆動
する弁棒とを有し、前記弁は、前記容器内の冷媒液の液
位が所定範囲を越える場合には、前記冷媒液流入管内の
冷媒液の圧力ヘッドによって弁体が弁座に押しつけられ
ることで閉塞しており、前記容器内の冷媒液の液位が前
記所定範囲以下になると、前記フロートの自重によって
前記弁棒が駆動されることで前記弁体が前記弁座から離
され、前記弁の開度が調節されることを特徴とする、空
調用熱交換器の液面調節器である。

【００１５】また本発明の特許請求の範囲第２項記載の
発明は、前記弁体に、前記弁座の位置する方向に押し付
ける力を付与するバネ機構を取り付けたもので、特許請
求の範囲第３項記載の発明は、前記弁体が前記弁棒と接
合されている空調用熱交換器の液面調節器である。

【００１６】また本発明の特許請求の範囲第４項記載の
発明は、前記容器の冷媒蒸気部分に、当該液面調節器に
より供給される冷媒液の圧力ヘッドが調節される熱交換
器により発生した冷媒蒸気を流入させる冷媒蒸気流入管
と、前記凝縮器と前記熱交換器とを接続する冷媒蒸気管
に前記容器内の冷媒蒸気を流出させる冷媒蒸気流出管と
を接続し、前記容器内で、前記冷媒蒸気と前記熱交換器
から前記冷媒蒸気流入管に混入した冷媒液とを分離する
ことを特徴とする特許請求の範囲第１、２または３項記
載の空調用熱交換器の液面調節器である。

【００１７】また本発明の特許請求の範囲第５項記載の
発明は、前記冷媒蒸気流入管から流入する冷媒蒸気中に
混入する冷媒液の飛翔経路からずらして前記冷媒蒸気流
出管を設置した液面調節器である。

【００１８】また本発明の特許請求の範囲第６項記載の
発明は、以上説明した液面調節器を、冷媒の相変化によ
る自然循環作用を用いた空調システムにおける熱交換器
と凝縮器とを接続する冷媒液管の途中に設置した、空調
用熱交換器の液面調節器を用いた空調システムである。

【００１９】複数の階数を有する建造物の前記各階に位
置する１個または複数個の室の空調をする空調システム
に上記液面調節器を用いる場合は、上記液面調節器を、
当該液面調節器により供給される冷媒液の圧力ヘッドが
調節される熱交換器の最上部より上方に配置すると好適
である。

【００２０】

【作用】本発明の構成において、液面調節器を凝縮器と
熱交換器との途中に設置するのは、該熱交換器に流入す
る冷媒液の圧力ヘッドを調整するためである。その冷媒
液の圧力ヘッドの調整機構について以下に説明する。

【００２１】液面調節器は冷媒液を蓄積する容器を有
し、その中の冷媒液の液位が上昇すると、それに連れて
フロートが上昇する。前記液位が所定範囲を越える場合
には、前記冷媒液流入管内の冷媒液の圧力ヘッドによっ
て弁体が弁座に押しつけられて弁は閉塞状態に保たれ
る。この閉塞状態は、前記弁体は前記冷媒液流入管内の
冷媒液の圧力ヘッドによって前記弁座に押しつけられる
ことで保たれるので、例え冷媒液の圧力ヘッドが大きく
なった場合でも、前閉塞状態は確実に保たれる。何故な
ら、例えば前述の特開平１−１２１６８８の場合では、
弁の閉塞動作が、浮子の浮力によって弁体を上昇させる
ことで行っているので、特に冷媒液の圧力ヘッドが大き
くなった場合等には、弁の閉塞が不確実になりやすい、
という問題があるが、本発明の場合は冷媒液の圧力ヘッ
ドが大きくなると逆に弁体がより強く弁座に押しつけら
れるようになるので、弁の閉塞状態が不確実になること
はないからである。また前記弁体が前記弁座に押しつけ
る力は前記冷媒液流入管内の冷媒液の圧力ヘッドによる
ので、容器内の液位が上下に多少振動しても、前記閉塞
状態は安定している。

【００２２】一方、前記液位が前記所定範囲以下になる
と、前記フロートの自重によって前記弁棒が駆動される
ことで前記弁体が前記弁座から離され、前記弁が開放状
態になる。この開放状態において、前記容器内に更に冷
媒液が流入すると、その中の冷媒液の液位が上昇し前記
フロートが上昇する。そして前記弁棒も上昇するので前
記弁体が前記弁座に近づく。即ち前記弁の開度が小さく
なる。そして前記冷媒液流出管から流出する冷媒液の流
量と、前記弁から流入する流量が平衡すると、（当該液
面調節器により供給される冷媒液の圧力ヘッドが調節さ
れる熱交換器の熱負荷が一定であれば）前記開度がほぼ
一定状態に維持される。このように前記弁は、開閉動作
のみならず、熱交換器へ流出される冷媒量の制御機能も
有している。また、前記熱交換器の熱負荷が変動して
も、それに応じて前記開度が変化して、前記冷媒液流出
管から流出する冷媒液の流量と、前記弁から流入する流
量との平衡状態が保たれる。このような制御機能を有す
るため、弁の開閉動作が過剰に繰り返されることがなく
なり、前記冷媒量の制御性が高く、また過剰な開閉動作
による騒音の問題や故障の発生を抑制できる。

【００２３】ところで、前記弁体は前記弁棒と接合させ
ておく必要はないが、接合させておけば、前記液位が所
定範囲を越えているとき、前記弁体に前記冷媒液管内の
冷媒液の圧力ヘッドによって押されるのに加え、前記フ
ロートの浮力によっても引っ張られるので、より当該弁
の閉塞状態が確実になる。

【００２４】また前記弁体が前記弁棒と接合していない
場合、必要なら、前記弁体が前記弁座より下方に配置さ
れている構造においては、前記弁体の比重を冷媒液の比
重より小さくすることで、前記弁体の浮力を前記弁座に
押しつけられる方向に作用させ、弁の閉塞状態をより確
実にすることができる。一方、前記弁体が前記弁座より
上方に配置されている構造においては、必要なら、逆に
前記弁体の比重を冷媒液の比重より大きくすれば、前記
同様、弁の閉塞状態をより確実にすることができる。

【００２５】また前記弁の閉塞をより確実にするため
に、必要なら前記弁座に押しつけられる方向に力が作用
するバネを前記弁体に取り付けてもよい。

【００２６】以上説明した構成によって、容器内の冷媒
液の液位が上昇すれば、それに伴って前記フロートが上
昇し、前記液位が所定範囲を越える位置に達すれば、前
記弁が閉塞し、一方前記液位が前記所定範囲以下のとき
は、前記弁が開放状態に保たれるのである。またこのよ
うな開閉動作だけでなく、上述したように、熱交換器へ
流出される冷媒量を制御することもできる。

【００２７】ところで前記容器に接続された冷媒液流出
管から室内ユニットの熱交換器に流入する冷媒液の圧力
ヘッドは、前記容器内の冷媒液の液位による重力作用に
よって生ずる。そしてその熱交換器へ流出する冷媒液の
圧力ヘッドは前記液位によって規定される。本発明の構
成では、前記容器に接続された冷媒液流入管が閉塞する
と、前記容器内の冷媒液の液位がそれ以上上昇しないの
で、前記圧力ヘッドは規定される値より大きくなること
はない。

【００２８】前記容器内の冷媒液の液位が下降しても、
弁が開放されるので冷媒液が補充される。この際、上述
したように、前記弁は、開閉動作をするのみならず、そ
の開度をほぼ一定に保っておくことも可能である。従っ
て、前記容器内の冷媒液の液位を常に一定範囲に安定し
て保っておくことができ、室内ユニット（熱交換器）に
供給する冷媒液の圧力ヘッドも一定範囲に保つことがで
きる。このため良好な冷却運転を維持できるのである。

【００２９】また液面調節器の容器の冷媒蒸気部分に、
当該液面調節器により供給される冷媒液の圧力ヘッドが
調節される熱交換器により発生した冷媒蒸気を流入させ
る冷媒蒸気流入管と、前記凝縮器と前記熱交換器とを接
続する冷媒蒸気管に前記容器に流入した冷媒蒸気を流出
させる冷媒蒸気流出管とを接続すると、該熱交換器を通
って流入してくる冷媒液と冷媒蒸気とが容器内で分離さ
れ、冷媒液は液面調節器に戻るため、冷媒蒸気管に液状
態の冷媒が殆ど混入しなくなる。従って、冷却性能の低
下を招かず良好な運転状態を維持できる。

【００３０】この場合、前記冷媒蒸気流出管を、前記冷
媒蒸気流入管から流入する冷媒蒸気中に混入する（気化
されなかった液相状態の冷媒である）冷媒液の飛翔経路
からずらして設置すると、前記冷媒蒸気流出管に冷媒液
が入りにくくなるので、より一層、冷媒液および冷媒蒸
気の分離が確実になる。

【００３１】以上説明した本発明の液面調節器を、各階
毎に熱交換器と凝縮器とを接続する冷媒液管の途中に設
置すれば、外部動力によらず、各階の室内ユニットに流
入する冷媒液の圧力ヘッドを調節できる。

【００３２】また複数の階数を有する建造物に当該液面
調節器を使用する場合、前記液面調節器が、当該液面調
節器により供給される冷媒液の圧力ヘッドが調節される
熱交換器の最上部より上方に配置すると好適である。

【００３３】本発明に係るフロートとして、冷媒液に浮
かぶことは必須であるが、冷媒液等によって容易に変形
したり変質したりしては不都合である。フロートに使用
する材料は、耐薬品性のものが望ましい。好適なものと
して、例えば中空構造のステンレス製のものの他、６６
ナイロン等のナイロン系材料、ＡＢＳ、超高密度ポリエ
チレン、ポリプロピレン等の有機材料製のものが使用で
きる。

【００３４】また本発明に係る弁体として、比重が冷媒
液と同程度であるものが望ましく、冷媒液等によって変
質しにくいものがよい。例えば、６６ナイロン等のナイ
ロン系材料、ＰＴＦＥ等のふっ素系材料等が好適であ
る。

【００３５】また本発明に係る冷媒液としては、ＨＦＣ
１３４ａ（代替フロン）等が使用できる。

【００３６】

【実施例】図１は本発明による液面調節器を用いた空調
システムの一実施例を示す模式的接続図である。なお、
図１では建造物の構造については描いていないが、図の
上部が建造物の上部を示している。

【００３７】この空調システムは建造物の高所に冷熱源
装置１と凝縮器１２が設置され、それより低所の被空調
室内に室内ユニット２ａ、２ｂ、・・・が設置されてい
る。冷熱源装置１と室内ユニット２ａ、２ｂ、・・・と
の間は液相状態の冷媒液が重力によって下降する冷媒液
管３と、気相状態の冷媒蒸気が、熱交換器と凝縮器との
間の圧力差によって上昇する冷媒蒸気管４とで接続され
ており、いわゆる（重力式）自然循環式空調システムを
形成している。

【００３８】冷熱源装置１（例えばヒートポンプチラー
１ａ、および必要なら蓄熱槽１ｂ等）は外気との熱交換
をする装置であり、凝縮器１２は冷媒蒸気管４を上昇し
てきた冷媒蒸気を凝縮するものである。

【００３９】各室内ユニット２ａ、２ｂ、・・・は、フ
ァン２１と、その下流側に設置される熱交換器２２とを
備え、また各室内ユニット２ａ、２ｂ、・・・には後述
する液面調節器５ａ、５ｂ、・・・がそれぞれ対応して
設置されている。

【００４０】この構成において、冷媒蒸気管４を上昇し
てきた冷媒蒸気は凝縮器１２で冷却されて凝縮し、冷媒
液として受液器７を経て冷媒液管３内を下降する。

【００４１】液面調節器５ａ、５ｂ、・・・には冷媒液
管３から分岐された冷媒液流入管３４を介して冷媒液が
流入し、この液面調節器５ａ、５ｂ、・・・によって、
当該液面調節器に接続された各々の室内ユニット２ａ、
２ｂ、・・・に供給される冷媒液の圧力ヘッドが制御さ
れる。

【００４２】室内ユニット２ａ、２ｂ、・・・に流入し
た冷媒液は、熱交換器２２で加熱され（この際、当該室
内空気は冷却される）、冷媒蒸気管４を経て凝縮器１２
に還流する。こうして冷媒の自然循環による冷房サイク
ルが形成される。

【００４３】このとき、熱交換器２２における冷媒の蒸
発に伴い、飛散した冷媒液の一部が冷媒蒸気管４内に流
入することがある。しかし冷媒蒸気管４は冷媒蒸気流入
管３２を介して液面調節器５ａ、５ｂ、・・・の蒸気部
分に接続され、更に前記蒸気部分と冷媒蒸気管４は冷媒
蒸気流出管３３を介して接続されているので、容器５１
内で気液分離されて前記飛散した冷媒液は冷媒蒸気管４
に殆ど入らない。このため、冷却性能の低下を引き起こ
すことがなく、良好な運転状態が維持できる。

【００４４】さて本発明の液面調節器であるが、図２、
３、４は、その例を示す縦断面図である（弁体５４等、
一部は非断面を示してある）。また図５は図３のＡ−
Ａ’線上の横断面図である。この液面調節器５は、円筒
状の容器５１内の冷媒液７上にフロート５２、５７、６
３を浮かべた構造になっている。なお、容器５１は円筒
状である必要はなく任意に設定できる。またフロート５
２、５７、６３は冷媒液７に浮かぶことが必要である。

【００４５】フロート５２、５７、６３は冷媒液７の液
位によって上下運動をし、フロート５２、５７、６３に
連動した弁棒５３を動かす。そして弁棒５３の上下運動
によって弁体５４の位置が規定される。図２、３、４に
は弁機構の一例を示している。図２、図３では、弁体５
４が弁座５５に押しつけられている状態（弁５６の閉塞
状態）を示し、図４は弁棒５９を介して弁体６０が弁座
６１から離れされた状態（弁６２の開放状態）を示して
いる。

【００４６】図２、３の液面調節器５において、冷媒液
７の液位が所定範囲を越えているときは、前記冷媒液流
入管３４内の冷媒液の圧力ヘッドによって弁体５４が弁
座５５に押しつけられている状態（即ち弁の閉塞状態）
に保たれる。

【００４７】一方、冷媒液７の液位が所定範囲以下であ
る場合には、フロート５２、５７の自重によって連結さ
れた弁棒５３を介して、弁体５４が弁座５５から離され
るように押され、弁体５４と弁座５５との間に隙間があ
る状態（即ち弁の開放状態）に保たれる。

【００４８】また前記開放状態において、冷媒液流出管
３１が接続された熱交換器の熱負荷が変動しても、それ
に応じて前記開度が変化する。そして冷媒液流出管３１
から流出する冷媒液の流量と、弁５６から流入する流量
とが平衡状態になって、弁５６の開度が安定する。

【００４９】ところで冷媒液流出管３１から室内ユニッ
トの熱交換器に流入する冷媒液の圧力ヘッドは、容器５
１内の冷媒液７の液位による重力作用によって生ずるの
で、容器５１内の冷媒液７の液位がほぼ一定範囲に保た
れれば、室内ユニット（熱交換器）に供給される冷媒液
の圧力ヘッドも安定するのである。

【００５０】またこの際、容器５１内の冷媒液７の液位
は、所定範囲より高くならないので、室内ユニット（熱
交換器）に供給される冷媒液の圧力ヘッドは規定される
値より大きくなることはない。

【００５１】図４は、図示するように梃子５８を介して
弁棒５３と弁棒５９とをつなぎ、フロート６３が下降す
れば弁棒５９が上昇するようにしたものである。弁体６
０と弁座６１の上下関係が図２、３の場合と逆になって
いるが、フロート６３の上下運動と弁６２の作動関係は
同一である。

【００５２】なお、この例では、弁棒５９と弁体６０と
は接合していないが、接合してあっても機能に大きな相
違はない。但し、弁棒５９と弁体６０とが接合してある
場合は、液位が所定範囲を越えると弁棒５９が下降する
方向の力を弁体６０に作用するので、弁座６１に弁体６
０がより強く押しつけられ、閉塞状態がより確実にな
る。また、弁棒５９と弁体６０とが接合されてなくて
も、液位が所定範囲を越えれば、弁棒５９が弁体６０か
ら離れるので、弁体６０（但し、弁体６０が冷媒液７よ
り大きい比重を有する場合）はその自重によって下降す
る。従って上記同様、閉塞状態がより確実になる。

【００５３】また液面調節器５内の容器５１上部の冷媒
蒸気部分には、冷媒蒸気流入管３２と冷媒蒸気流出管３
３とが接続されているが、これは冷媒蒸気流入管３２か
ら流入する冷媒蒸気中に混入する液相状態の冷媒（冷媒
液）を容器５１中に補足することで、冷媒蒸気流出管３
３に液相状態の冷媒が混入することを抑制するためであ
る。つまり流入する冷媒蒸気中に混入する液相状態の冷
媒は、容器５１内で滴下するので、冷媒蒸気流出管３３
に入りにくくなるからである。

【００５４】更に図２の液面調節器５では、冷媒蒸気流
出管３３を鉛直方向に接続している。これは、滴下する
冷媒液を冷媒蒸気流出管３３に進入しにくくさせるため
である。

【００５５】また図３の液面調節器５では、図５にその
Ａ−Ａ’部の横断面図を示したものだが、冷媒蒸気流出
管３３と冷媒蒸気流入管３２を９０°方向（図５では一
例として９０°の場合を示すが、９０°に限定する必要
はない）にずらして設置してある。こうすると冷媒蒸気
流入管３２から流入する液相状態の冷媒が、その流入に
伴う飛翔により冷媒蒸気流出管３３に飛び込むことが抑
制されて望ましいのである。

【００５６】このように冷媒蒸気流出管３３に液相状態
の冷媒を進入しにくくさせると、冷媒蒸気管４に液相状
態の冷媒が混入することが抑制できるので、良好な冷却
運転を維持できるのである。

【００５７】以上説明したような液面調節器５によって
各階の熱交換器２２に供給される冷媒液の圧力ヘッドを
一定範囲に制御すれば、別途設置する外部動力を必要と
せず、低コストで安定した制御が可能になる。

【００５８】また複数の階数を有するビルディング等の
建造物に本発明の液面調節器を用いる際には、上記液面
調節器が、当該液面調節器により供給される冷媒液の圧
力ヘッドが調節される熱交換器の最上部より上方に配置
されるようにすると、液面調節器の配置が容易で、かつ
各階の熱交換器２２に流入する冷媒液の圧力ヘッドの調
整が容易になり好適である。

【００５９】なお、本発明の空調用熱交換器の液面調節
器は、上述した実施例の空調システムにのみ適用される
ものではなく、請求の範囲内において主要でない構成部
分を変更したり、或いは他の要素（例えば暖房システ
ム）を付加した実施例にも適用可能なものである。

【００６０】

【効果】以上説明したように、本発明によれば、簡易な
構成によって、確実な液面調節が可能な液面調節器を提
供でき、外部動力を必要とせず建造物等の上部と下部と
の相違による空調特性の差を少なくでき、また凝縮器に
冷媒蒸気を戻す冷媒蒸気管に室内ユニット（熱交換器）
で気化されなかった冷媒液が混入しにくく、冷却性能の
低下を来さない。またこの液面調節器は、この液面調節
器を構成する容器内への冷媒液の流入に対する弁の開閉
動作に際し、安定した閉塞状態が実現し、また前記弁は
開閉動作のみならず、その弁の開度が調節され、熱交換
器に供給される冷媒液量を適度に制御する機能も有して
おり、制御性に優れた液面調節が実現する。このため、
良好な空調制御が可能である。このように本発明は、良
好な空調特性が維持できる自然循環式空調システムを提
供するもので、産業上著しい貢献を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の液面調節器を用いた空調システムの
一例を示す模式的構成図である。

【図２】 本発明の液面調節器の実施例を示す縦断面図
である。

【図３】 本発明の液面調節器の実施例を示す縦断面図
である。

【図４】 本発明の液面調節器の実施例を示す縦断面図
である。

【図５】 図３の液面調節器のＡ−Ａ’部の横断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 冷熱源装置 １ａ ヒートポンプチラー １ｂ 蓄熱槽 ２ａ、２ｂ、・・・ 室内ユニット ３ 冷媒液管 ４ 冷媒蒸気管 ５、５ａ、５ｂ、・・・ 液面調節器 ７ 冷媒液 １２ 凝縮器 １３ 蒸発器 ２１ ファン ２２ 熱交換器 ３１ 冷媒液流出管 ３２ 冷媒蒸気流入管 ３３ 冷媒蒸気流出管 ３４ 冷媒液流入管 ５１ 容器 ５２、５７、６３ フロート ５３、５９ 弁棒 ５４、６０ 弁体 ５５、６１ 弁座 ５６、６２ 弁 ５８ 梃子

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒の相変化による自然循環作用を用い
   た空調システムにおける熱交換器に供給される冷媒液の
   圧力ヘッドを調節する液面調節器であって、 前記液面調節器は、凝縮器と前記熱交換器とを接続する
   冷媒液管の途中に設置され、 前記液面調節器は、内部に冷媒液を蓄積する容器と、前
   記容器と前記冷媒液管とを接続する冷媒液流入管と、前
   記容器と前記熱交換器とを接続する冷媒液流出管と、前
   記冷媒液流入管に設置された弁と、前記容器内に収容さ
   れ、冷媒液に浮かぶフロートと、前記フロートに連結さ
   れてこのフロートの上下動と連動して駆動する弁棒とを
   有し、 前記弁は、前記容器内の冷媒液の液位が所定範囲を越え
   る場合には、前記冷媒液流入管内の冷媒液の圧力ヘッド
   によって弁体が弁座に押しつけられることで閉塞してお
   り、前記容器内の冷媒液の液位が前記所定範囲以下にな
   ると、前記フロートの自重によって前記弁棒が駆動され
   ることで前記弁体が前記弁座から離され、前記弁の開度
   が調節されることを特徴とする、空調用熱交換器の液面
   調節器。
2. 【請求項２】 前記弁体に、前記弁座の位置する方向に
   押し付ける力を付与するバネ機構を取り付けたことを特
   徴とする請求項１記載の空調用熱交換器の液面調節器。
3. 【請求項３】 前記弁体が前記弁棒と接合されているこ
   とを特徴とする請求項１記載の空調用熱交換器の液面調
   節器。
4. 【請求項４】 前記容器の冷媒蒸気部分に、当該液面調
   節器により供給される冷媒液の圧力ヘッドが調節される
   熱交換器により発生した冷媒蒸気を流入させる冷媒蒸気
   流入管と、前記凝縮器と前記熱交換器とを接続する冷媒
   蒸気管に前記容器内の冷媒蒸気を流出させる冷媒蒸気流
   出管とを接続し、 前記容器内で、前記冷媒蒸気と前記熱交換器から前記冷
   媒蒸気流入管に流入した冷媒液とを分離することを特徴
   とする請求項１〜３のいずれかに記載の空調用熱交換器
   の液面調節器。
5. 【請求項５】 前記冷媒蒸気流入管から流入する冷媒蒸
   気中に混入する冷媒液の飛翔経路からずらして前記冷媒
   蒸気流出管を設置したことを特徴とする請求項４記載の
   空調用熱交換器の液面調節器。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載の空調用
   熱交換器の液面調節器を、冷媒の相変化による自然循環
   作用を用いた空調システムにおける熱交換器と凝縮器と
   を接続する冷媒液管の途中に設置したことを特徴とす
   る、空調用熱交換器の液面調節器を用いた空調システ
   ム。
7. 【請求項７】 複数の階数を有する建造物の前記各階に
   位置する１個または複数個の室の空調をする空調システ
   ムであって、請求項１〜５のいずれかに記載の空調用熱
   交換器の液面調節器が、当該液面調節器により供給され
   る冷媒液の圧力ヘッドが調節される熱交換器の最上部よ
   り上方に配置されていることを特徴とする空調用熱交換
   器の液面調節器を用いた空調システム。