JPH0810067B2 - 冷却システム - Google Patents

冷却システム

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JPH0810067B2
JPH0810067B2 JP29032687A JP29032687A JPH0810067B2 JP H0810067 B2 JPH0810067 B2 JP H0810067B2 JP 29032687 A JP29032687 A JP 29032687A JP 29032687 A JP29032687 A JP 29032687A JP H0810067 B2 JPH0810067 B2 JP H0810067B2
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pipe
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良則 井上
晋司 三浦
忠裕 福永
康敏 吉田
節夫 兼田
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Takenaka Corp
Sinko Industries Ltd
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Takenaka Corp
Sinko Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
本発明は、冷媒を気液相変化に伴って自然循環させる
重力式ヒートパイプを用いて熱移動を行なう冷却システ
ムに関するものである。
【従来技術】
冷却システムとしては、ビル内の冷房を行なう空調シ
ステムや冷蔵システム等がある。一般に、ビル空調シス
テム熱源装置と空調ユニットとの間の熱搬送を行なう熱
媒体には、通常は蒸気、温水または冷水の形で水が用い
られる。ところで、この空調ユニットを被空調室である
居室側に設置する場合もあるが、居室での漏水事故の恐
れがあり、あまり好まれない。そこで近来のビル空調シ
ステムでは、熱媒体としては水に代わってフロン等の冷
媒を用い、この冷媒を熱源装置から空調ユニットの熱交
換器である蒸発器へ直接導くシステムが注目されてい
る。 このようなビル空調システムの一つとして、本件出願
人は既に重力式ヒートパイプを用いた空調システムに関
する発明を出願(特願昭61−264309号)している。この
重力式ヒートパイプを用いたビル空調システムの特に冷
房回路では、建物の高所に設けられた冷熱源装置と、こ
の冷熱源装置よりも低い位置の建物内各所に設置された
空調ユニットとの間が重力式ヒートパイプで連結されて
いる。この重力式ヒートパイプではフロン等の冷媒を用
い、熱交換に伴う冷媒の相変化と重力による液相冷媒の
落下とを利用することにより被空調室側の空調ユニット
と熱源装置との間でこの冷媒を自然循環させ、これらの
間の熱移動に供させる。すなわち、冷房運転を行なう場
合には冷熱源がヒートパイプの上部凝縮側である高所に
設置されているのに対して、各空調ユニットはヒートパ
イプの下部蒸発側である低所に設置されているため、自
然循環する冷媒が冷熱源装置側で凝縮して液系配管内を
流下し、各空調ユニットの蒸発器内に溜まってここで熱
交換されて蒸発し、ガス系配管内を上昇して冷熱源装置
側へ還流することになる。 もちろん、上述のビル空調システムの冷房回路におけ
る空調ユニットを冷蔵庫や冷凍庫に替えて冷蔵システム
とすることも可能である。
【発明が解決しようとする問題点】
ところで、上述の各空調ユニットや冷蔵庫あるいは冷
凍庫等の冷却ユニットにおける冷媒の流量制御は、絞り
弁、キャピラリチューブあるいはオリフィス等の流体抵
抗を増大しうる各種の絞り機構を用い、その絞り量を熱
負荷に対応させて調整することにより行なわれるが、重
力式ヒートパイプでは液系配管内の液相冷媒の水頭圧が
冷却ユニットの蒸発器内の冷媒に常に作用しており、各
冷却ユニットが水平配置(同一ヒートパイプから分岐さ
れている個々の冷却ユニットの設置高さが同じである配
置)されている場合には各冷却ユニットにおける上記水
頭圧は略等しく、また最小限の水頭圧に抑えることも可
能であるが、各冷却ユニットが垂直配置(同一ヒートパ
イプから分岐されている個々の冷却ユニットの設置高さ
が、例えば1階、2階、3階と異なる配置)されている
場合には、液系配管はその最下部から最上部冷却ユニッ
トの蒸発器が満液状態となる高さまで満液状態となって
おり、特に低い位置に設置されている冷却ユニットにお
ける上記水頭圧は非常に大きくなる。したがって従来の
絞り機構による冷媒の流量制御は困難であり、絞り過ぎ
のために冷媒の供給不足となってスーパーヒート状態と
なったり、あるいは本来ならば冷却ユニットの蒸発器か
ら冷熱源へ還流する系の配管はガス系配管であるべきと
ころが、この大きな水頭圧が作用するため低位置の冷却
ユニットではこのガス系配管内までも満液状態となって
しまい、そのため蒸発した冷媒の流動性が損なわれて蒸
発器での十分な熱交換が行なわれず所定の冷却能力が発
揮できなくなる問題が生じる。また、大きな水頭圧が作
用している状態では冷媒の蒸発温度が高くなることもあ
って、所定の冷却能力が発揮できない。 このように、重力式ヒートパイプを用いる冷却システ
ムでは、蒸発器をそれぞれ高さの異なる位置に設置して
用いるににしても、その高さの差を大きく取ることは殆
ど不可能であった。 本発明は上述のごとき問題点に鑑み、これらを有効に
解決すべき創案されたものである。したがってその目的
は、重力式ヒートパイプを用いる冷却システムにおい
て、各蒸発器をそれぞれ異なる高さ位置に設置しても、
それぞれの蒸発器における適切な流量制御を可能にし、
各蒸発器の設置高さ位置の差を大きくできる冷却システ
ムを提供することにある。
【問題点を解決するための手段】
本発明に係る冷却システムは、従来技術の問題点を解
決し、その目的を達成するために以下のような構成を備
えている。 すなわち、上部に設置される凝縮器を備え、1基の前
記凝縮器に対して複数基に対応し、該凝縮器よりも低所
のそれぞれ異なる高さ位置に設置される蒸発器を備え、
前記凝縮器と前記各蒸発器をそれぞれ冷媒液管および冷
媒ガス管で連結して冷媒循環系を構成し、前記冷媒循環
系内に、気液相変化して前記凝縮機と前記各蒸発器の間
を自然循環する冷媒を封入してなる冷却システムにし
て、前記各蒸発器は、それぞれの高さ位置が異なる複数
の群を形成し、前記冷媒液管は、前記蒸発器の各群と前
記凝縮器との間をそれぞれ独立して並列に接続し、前記
並列に接続された各冷媒液管に、該各冷媒液管内の液位
が前記蒸発器の各群毎に所望の冷媒液の水頭圧を作用さ
せる所定の液位であることをを検知するとともに、その
検知信号を出力する液位検知手段を設け、前記並列に接
続された各冷媒液管に、前記各液位検知手段よりも上方
に弁を介設し、前記各液位検知手段からの出力信号によ
り、前記各冷媒液管の各弁を開閉する制御器を備えてい
る。
【作用】
本発明に係る冷却システムでは、基本的には、凝縮器
で放熱することにより気相から液相に変化した冷媒が各
冷媒液管へ分流し、各冷媒液管内を重力によって流下し
て群に分けられた各蒸発器群へ、そして更に各群の各蒸
発器に至る。一方、各蒸発器で吸熱することにより気相
から液相に変化した冷媒は、ガス圧によって冷媒ガス管
内を上昇すべく流動して凝縮器に至る。このようにし
て、冷媒循環系内では冷媒が気液相変化を伴いながら凝
縮器と各蒸発器群の各蒸発器との間を各冷媒液管および
冷媒ガス管を流れながら自然循環する。各蒸発器を設置
高さ位置によって群に分けることにより、群内での各蒸
発器の設置高さ位置の最大差を許容水頭圧差を得られる
範囲内に設定できる。凝縮器と各蒸発器群との間を各群
毎に対応して並列に連結する各冷媒液管では、管内の冷
媒液位が所定の高さになった場合に液位検知手段がこれ
を検知し、制御器を介して弁を閉じさせる信号を出力す
る。弁は液位検知手段よりも上方に設置されているの
で、弁が閉じられる弁と冷媒液面との間には冷媒液が満
たされずに空間となり、その液面にはそれ以上の圧力が
作用しない。したがって冷媒液管内の冷媒液は、液位検
知手段をその所望の高さ位置に設置することによって、
その上限液位が規制されて所望の水頭圧を生じる液位以
下に維持でき、各蒸発器に作用する水頭圧を適切な圧力
に制御できる。また、例えば各蒸発器を設置高さの異な
る各群に分類し、その群毎に所望の水頭圧が作用するよ
うにそれぞれの群毎に液位検知手段の設置高さを選択で
き、また、その所望の水頭圧を各群毎に等しくすること
も、あるいはそれぞれ異ならせることも自在に設定でき
る。したがって、各蒸発器については、それぞれに作用
する冷媒液の水頭圧を適切な大きさにできるので、それ
ぞれの蒸発器毎に適切な流量制御が可能となる。
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば次の
ごとき優れた効果が発揮される。 すなわち、各蒸発器群の高さ位置が異なっても、各群
毎に作用する冷媒液の水頭圧をそれぞれ独立して適切な
圧力にして冷媒の流量制御が行なえる。各蒸発器群を設
定する際にその群内での設置高さ位置の最大差を、許容
できる水頭圧の差の範囲内に抑えられるので、群内の各
蒸発器に作用する冷媒液の水頭圧の差は適切な範囲内の
差にでき、個々の蒸発器においても勿論適切な流量制御
が行なえる。
【実施例】
以下に本発明の好適な一実施例について添付図面を参
照して説明する。 第1図は本発明に係る冷却システムをビルの空調シス
テムに採用した実施例の概略構成を示す模式図である。
本実施例では、9階建てビルの各階に空調ユニット1が
設置されており、1階から3階までの低層、4階から6
階までの中層、7階から9階までの高層にそれぞれ設置
される各空調ユニット1を各群に分けている。各空調ユ
ニット1にはその熱交換器としての蒸発器2が内蔵され
ている。ビルの屋上には1基の凝縮器3とその下方に受
液器4が設置されており、これらの間が冷媒液管5で接
続されている。実際には、これら凝縮器3および受液器
4は屋外ユニット(図示せず)内に収納されている。受
液器4からは、各層の群に設置された各空調ユニット1
の蒸発器2に冷媒液を供給するための冷媒液管51,2,3
それぞれの群に対応して並列に取り出され、それぞれの
取り出し位置に弁61,2,3が介設されている。各群内の各
空調ユニット1の蒸発器2へ導かれる冷媒液管は、上記
各冷媒液管51,2,3から更に分岐されている。各階の各空
調ユニット1の蒸発器2から取り出される冷媒ガス管7
は、それぞれ各階毎に合流され、さらに各階の冷媒ガス
管7が合流されて屋上の凝縮器3へ戻っている。したが
って、冷媒の循環系Sは、凝縮器3と蒸発器2との間に
受液器4および各弁61,2,3を介して、これらを冷媒液管
5および冷媒ガス管7で連結することにより構成されて
いる。 受液器4から各群に対応して取り出された各冷媒液管
51,2,3には、少なくともそれぞれに対応する群の最上階
の空調ユニットの蒸発器内を冷媒液で満液状態とする位
置にそれぞれ液位検知センサ81,2,3が取り付けられてい
る。これら各液位検知センサ81,2,3は、各冷媒液管5
1,2,3の取り出し位置に介設された弁61,2,3の開閉を制
御すべく検知信号を出力する。すなわち、各冷媒液管5
1,2,3の管内液位が液位検知センサ8の位置まで達した
場合には、検知信号が各液位検知センサ81,2,3と各弁6
1,2,3との間に介設された各制御器91,2,3へ出力され、
検知信号が入力された制御器からは対応する弁へ閉弁す
べく命令信号が出力される。したがって、各冷媒液管5
1,2,3の最高冷媒液位が規制され、各群内における各空
調ユニット1の蒸発器2に作用する冷媒液の水頭圧は、
各空調ユニット1の蒸発器2の冷媒流入口から各液位検
知センサ81,2,3が設置された高さ位置までに相当する冷
媒液の分だけが作用する。なお、各蒸発器2の冷媒流入
口には、それぞれの空調ユニット1語とにその負荷に応
じた冷媒液を供給すべく流量制御弁10が設けられてい
る。すなわち、この流量制御弁10に過大な冷媒液の水頭
圧が作用することなく、その大きさは各空調ユニット1
の負荷に応じた流量制御を行なうに適切な範囲を超えな
い程度に抑えることができる。したがって、この流量制
御弁10は、従来一般的に用いられているキャピラリーチ
ューブや膨張弁に替えて用いることも可能である。 なお、上述の実施例で3フロアずつに分けられた各群
内においても、各空調ユニット1の蒸発器2に作用する
水頭圧はフロアごとに若干の差を生じることになるが、
各冷媒液管51,2,3のそれぞれにおいて下位フロアへ分岐
された部分に減圧弁(図示せず)を介設すれば、その差
を完全になくしてどのフロアにおける蒸発器2にも等圧
の水頭圧を作用させられる。このように、各冷媒液管5
1,2,3内で作用する最大水頭圧を大略等分して小さくす
ることにより、耐圧の小さい、あるいは通常の耐圧の減
圧弁を採用できる。 また、上述の実施例では9階建てのビルの場合につい
て、各群とも3フロアずつの3群に分けているが、例え
ば10階建てのビルを3群に分ける場合では3フロア、3
フロア、4フロアというように、また4群に分けるとす
れば3フロア、3フロア、2フロア、2フロアというよ
うに、各群の高さが異なる場合もあり得る。また、建物
によっては各階の階高寸法が異なる場合もあり、それぞ
れの群内で最上位に設置される蒸発器と最下位に設置さ
れる蒸発器との高さの差が所定の許容差内に設定されれ
ばよい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る冷却システムをビルの空調システ
ムに採用した実施例の概略構成を示す模式図である。 1…空調ユニット、2…蒸発器、3…凝縮器、4…受液
器、5…冷媒液管、6…弁、7…冷媒ガス管、8…液位
検知手段としての液位検知センサ、9…制御器、10…流
量制御弁
フロントページの続き (72)発明者 福永 忠裕 大阪府大阪市東区本町4丁目27番地 株式 会社竹中工務店内 (72)発明者 吉田 康敏 大阪府大阪市東区大川町1番地 日土地淀 屋橋ビル 新晃工業株式会社内 (72)発明者 兼田 節夫 大阪府大阪市東区大川町1番地 日土地淀 屋橋ビル 新晃工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−118546(JP,A) 特開 昭63−116053(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】上部に設置される凝縮器(3)を備え、1
    基の前記凝縮器(3)に対して複数基に対応し、該凝縮
    器(3)よりも低所のそれぞれ異なる高さ位置に設置さ
    れる蒸発器(2)を備え、 前記凝縮器(3)と前記各蒸発器(2)をそれぞれ冷媒
    液管(5)および冷媒ガス管(7)で連結して冷媒循環
    系(S)を構成し、 前記冷媒循環系(S)内に、気液相変化して前記凝縮機
    (3)と前記各蒸発器(2)の間を自然循環する冷媒を
    封入してなる冷却システムにして、 前記各蒸発器(2)は、それぞれの高さ位置が異なる複
    数の群を形成し、 前記冷媒液管(5)は、前記蒸発器(2)の各群と前記
    凝縮器(3)との間をそれぞれ独立して並列に接続し、 前記並列に接続された各冷媒液管(5)に、該各冷媒液
    管(5)内の液位が前記蒸発器(2)の各群毎に所望の
    冷媒液の水頭圧を作用させる所定の液位であることをを
    検知するとともに、その検知信号を出力する液位検知手
    段(8)を設け、 前記並列に接続された各冷媒液管(5)に、前記各液位
    検知手段(8)よりも上方に弁(6)を介設し、 前記各液位検知手段(8)からの出力信号により、前記
    各冷媒液管(5)の各弁(6)を開閉する制御器(9)
    を備えたことを特徴とする冷却システム。
JP29032687A 1987-11-16 1987-11-16 冷却システム Expired - Lifetime JPH0810067B2 (ja)

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