JPH0972624A - 無動力熱搬送式冷却装置及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 除霜運転の際のエネルギ消費量を低減すると
ともに除霜運転時間を短縮し、さらには、除霜運転から
通常運転への復帰時間を短縮する。 【解決手段】 上方に設置された凝縮ユニットと下方に
設置された蒸発ユニットとの間を液下降管路及びガス戻
し管路により接続してなる無動力熱搬送式の冷却装置に
おいて、上記液下降管路の途中に、冷媒を貯溜する液溜
めと、同液溜めの上部に配置され上記液下降管路を開閉
する弁とを設け、液溜め部の冷媒の気化による圧力を利
用して除霜を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は冷媒の液相と気相の
相変化とその密度差を利用して凝縮ユニットと蒸発ユニ
ットの間で冷媒を循環させる無動力熱搬送式冷却装置及
びその運転方法に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】図５に、従来の無動力
熱搬送式の冷却装置の１例が示されている。上記冷却装
置は、最も上方に配置された凝縮ユニット１と、最も下
方に配置された蒸発ユニット２と、両者を結んで閉回路
を形成する液下降管３及びガス戻し管４とより成る。上
記閉回路内には、冷却装置が使用される温度範囲で気液
の相変化をなす冷媒等が封入される。この冷媒は、上部
凝縮ユニット１を図示しない冷却装置等で冷却すること
により同凝縮ユニット１内で液化し、密度差によってこ
の液が液下降管３を通り、蒸発ユニット２に流れ込む。

【０００３】蒸発ユニット２に流れ込んだ液は、蒸発ユ
ニット２を含む被冷却物（図示せず）から奪熱しながら
蒸発し、蒸発した冷媒がガス戻し管４を通り凝縮ユニッ
ト１に入り、再度冷却されて液化し、液下降管３に流れ
込むという冷凍サイクルを形成する。かかる冷凍サイク
ルにより蒸発ユニット２を含む被冷却物が冷却される。

【０００４】一般に、上記のような無動力熱搬送式の冷
却装置を含む冷却装置においては、蒸発ユニットの周り
の環境によっては蒸発ユニットに着霜することがあり、
このためその冷凍能力が低下するので、除霜運転をする
ことが必要となる。この除霜は、直膨式の冷却装置で
は、圧縮機の吐出ガスを用いたガスバイパスにより、あ
るいは逆サイクルにより圧縮機からの吐出直後の高温ガ
スを蒸発ユニット２に直接流すことにより行っている。

【０００５】しかしながら、無動力熱搬送式の冷却装置
の場合、圧縮機等の高温のガスを供給する手段が無いた
め、除霜はおもに電気ヒータ等の加熱手段によって行わ
れてきた。

【０００６】また蒸発ユニットで安定した冷凍能力を保
持するためには、蒸発ユニットに多くの冷媒液が存在す
ることが必要である。このため除霜用のヒータは、蒸発
ユニットのみならず、蒸発ユニット内にある冷媒の温度
も上昇させる必要がある。

【０００７】このため、上記従来の無動力熱搬送式冷却
装置にあっては、大容量のヒータが必要であり、ユニッ
トの消費エネルギーが多くなり、ユニットが大型化する
という問題点がある。また、除霜運転の後には冷媒の大
半がガス化しているため、再冷却を行う必要があり、こ
のため通常の運転に戻る時間がかかるという問題点もあ
る。

【０００８】本発明の目的は、除霜運転の際のエネルギ
消費量を低減するとともに除霜運転時間を短縮し、さら
には、除霜運転から通常運転への復帰時間を短縮するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するもので、その第１の手段は、上方に設置された凝
縮ユニットと下方に設置された蒸発ユニットとの間を液
下降管路及びガス戻し管路により接続し、冷媒の液相と
気相の相変化とその密度差を利用して、上記冷媒を上記
凝縮ユニットと蒸発ユニットとの間を循環させる冷却装
置において、上記液下降管路の途中に、冷媒を貯溜する
液溜めと、同液溜めの上部に配置され上記液下降管路を
開閉する弁とを設けたことを特徴とする無動力熱搬送式
冷却装置にある。

【００１０】また、第２の手段は、上記第１の手段に加
えて、上記液溜めに、同液溜め内の冷媒を加熱する加熱
手段を設けたことにある。上記加熱手段としては、液溜
めの冷媒内に浸漬可能な構造を有する電気ヒータが好適
である。

【００１１】さらに本発明の第１の手法は上記第１、第
２の手段に係る装置の運転方法であり、上方に設置され
た凝縮ユニットと下方に設置された蒸発ユニットとの間
を開閉弁を有する液下降管路及びガス戻し管路により接
続し、冷媒の液相と気相の相変化とその密度差を利用し
て、上記冷媒を上記凝縮ユニットと蒸発ユニットとの間
を循環させるに際し、上記開閉弁を閉じ、上記液溜め内
の液冷媒を加熱してガス化せしめ、これにより上昇した
液溜めと上記蒸発ユニットとの間の冷媒管路の圧力によ
り蒸発ユニットの液冷媒を上記ガス戻し管路を経て上記
凝縮ユニットに回収し、ガス化冷媒にて蒸発ユニットを
加熱し、除霜することにある。

【００１２】また、本発明の第２の手法は、上記第１の
手法において、上記除霜動作中に、上記凝縮ユニットと
弁との間に液冷媒を貯溜しておき、除霜終了後に弁を開
いて、上記貯溜された液冷媒を蒸発ユニットに流して通
常運転に戻すようにしたことにある。

【００１３】上記手段あるいは手法によれば、除霜時に
弁から液溜めを経て蒸発ユニットに至る冷媒流路の圧力
を冷媒の加熱、気化により上昇せしめ、この圧力により
蒸発ユニットの冷媒を凝縮ユニット、あるいは同凝縮ユ
ニットとガス戻し管路に回収するため、蒸発ユニットに
溜っている冷媒を加熱するための熱量が不要となり、エ
ネルギ消費が低減されるとともに、除霜時間が短縮され
る。

【００１４】また、通常運転に復帰する際には、上記の
ようにして凝縮ユニット、あるいは同凝縮ユニットとガ
ス戻し管に回収した冷媒を、液下降管路の弁を開くこと
により蒸発ユニットに供給することができるので、除霜
運転から通常運転への移行時間が短縮される。

【００１５】また本発明の第３の手段は、上記第１、第
２の手段に加えて、上記ガス戻し管路から分岐されて上
記液溜めに接続される均圧管と同均圧管路を開閉する均
圧弁とを設けたことにある。

【００１６】かかる手段によれば、除霜中に均圧弁を閉
じて均圧弁よりも上部に冷媒を溜め、除霜終了後に均圧
弁を開くことにより、上記冷媒を迅速に蒸発ユニットに
供給できるので、除霜運転から通常運転への復帰時間が
短縮される。

【００１７】また本発明の第４の手段は、上記液下降管
路に設けられた弁を、上記凝縮ユニット側から液溜め側
へ向かう流れのみを許容する逆止弁で構成したことにあ
る。

【００１８】さらに本発明の第３の手法は上記第４の手
段に係る装置の運転方法であり、上記液下降管路の開閉
弁に、上記液溜めに向かう流れのみを許容する逆止弁を
用い、除霜後上記液溜めの加熱を停止して上記逆止弁下
流側の圧力を低下せしめ、逆止弁を自動開弁せしめるよ
うにしたことにある。

【００１９】かかる構成によれば凝縮ユニット側と液溜
め側との圧力差で自動的に弁が開閉するので、弁操作を
必要とせず、取扱性が向上する。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
形態につき詳細に説明する。図１には本発明の実施の第
１形態が示されている。図１において、１は最上方に配
設された凝縮ユニット、２は最下方に配設された蒸発ユ
ニット、４は両ユニット１，２内の上部空間を接続する
ガス戻し管である。

【００２１】上記凝縮ユニット１及び蒸発ユニット２内
の下部液溜部間は、上側の液下降管３ａ、液溜め５及び
下側の液下降管３ｂを介して接続されている。

【００２２】上記液溜め５内の上部空間には、上記凝縮
ユニット１からの冷媒が下降する上側の液下降管３ａの
下端開口部が開口され、凝縮ユニット１での液化冷媒が
一時的に貯溜されるようになっている。

【００２３】また、上記液溜め５，５には、その下方か
ら上記液下降管３ｂが挿通され、その上端開口部３ｃの
高さＨまで液冷媒が貯溜可能となっている。

【００２４】６は、上記上側の液下降管路３ａを開閉す
る開閉弁である。９は上記液溜め５に設けられた電気ヒ
ータであり、液溜め５内に貯溜された液冷媒を加熱す
る。

【００２５】上記のように構成された冷却装置の運転時
において、通常運転時には蒸発ユニット２において、同
ユニット２の周りの熱を奪って蒸発した冷媒は、ガス戻
し管４を通り凝縮ユニット１に入り、ここで冷却流体に
より冷却され液化し、その重量で液下降管３ａに流れ込
む。この液冷媒は、通常運転中は常時液溜め５に深さＨ
の液位まで溜められ、液溜め５から溢れ出た分は液下降
管３ｂを通って蒸発ユニット２に流れ込むこととなり、
これにより閉サイクルを構成している。

【００２６】しかして除霜運転に移る際には、電気ヒー
タ９によって液溜め５内の液冷媒を加熱することによ
り、同液媒を蒸発せしめるとともに、これと同時に液溜
め５上部の液下降管路の開閉弁６を閉じて、液溜め５内
の液冷媒を気体化する。この気体化により高まった圧力
により、蒸発ユニット２内の液冷媒をガス戻し管４を通
して凝縮ユニット１に押し込み回収する。

【００２７】これによって、蒸発ユニット２には液冷媒
が無くなり、液溜め５にて電気ヒータ９により加熱さ
れ、ガス化された冷媒によって蒸発ユニット２の除霜が
確実に行われる。これにより、除霜時間の短縮化が実現
でき、また電気ヒータ等の、加熱手段の容量を小さくす
ることができる。

【００２８】また、上記除霜期間内において、凝縮ユニ
ット１と開閉弁６との間に冷媒を溜めて置き、除霜終了
後に開閉弁６を開くことにより、凝縮ユニット１に溜め
られた冷媒を蒸発ユニット２に流入させる。これによ
り、除霜運転から通常の運転に復帰する時間を短縮する
ことができる。尚、上記液溜め５の加熱は、上記電気ヒ
ータ９に限定されず、あらゆる加熱手段が適用可能であ
る。

【００２９】図２には本発明の実施の第２形態が示され
ている。この実施形態においては、図１に示される第１
形態の開閉弁６に代えて、凝縮ユニット１側から液溜め
５へ向かう流れのみを許容する逆止弁６ａを設けてい
る。その他の構成は図１のものと同様であり、これと同
一の部材には同一の符号を附して示す。

【００３０】図２に示される冷却装置において、通常運
転の時には蒸発ユニット２において同ユニット２の周り
の熱を奪って蒸発した冷媒は、ガス戻し管４を通り凝縮
ユニット１に入り、ここで冷却流体により冷却され液化
し、その重量で液下降管３ａに入り、さらに逆止弁６を
通って液溜め５に流れ込む。この液冷媒は、通常運転中
は常時液溜め５に一定の液位（図１の深さＨ）まで溜め
られ、液溜め５から溢れ出た分は、液下降管３ｂを通っ
て蒸発ユニット２に流れ込むこととなり、これにより閉
サイクルを構成している。

【００３１】しかして、除霜運転に移る際には、電気ヒ
ータ９によって液溜め５内の液冷媒を加熱することによ
り、同液冷媒を蒸発させる。すると下降管３ｂ内及び液
溜め５内の圧力が上昇し、これによって逆止弁６ａが閉
じる。これにより、液溜め５内の液冷媒の気化により高
まった圧力が下方（蒸発ユニット２の方向）に働き、蒸
発ユニット２内の液冷媒をガス戻し管４を通して凝縮ユ
ニット１に押し入れ、回収する。

【００３２】これによって蒸発ユニット２には液冷媒が
無くなり、油溜めにて電気ヒータ９により加熱され、ガ
ス化された冷媒によって蒸発ユニット２の除霜が確実に
行われる。

【００３３】また上記除霜期間内において、凝縮ユニッ
ト１と逆止弁６ａとの間に回収した冷媒を溜めて置き、
除霜終了後、液溜め５に熱を与えている電気ヒータ９を
止めると、液溜め５に加える熱量が無くなるため、逆止
弁６ａ下方（液溜め５側）の圧力が下がることにより、
逆止弁６ａが開く。これにより、凝縮ユニット１に溜め
られた冷媒を蒸発ユニット２に流入させることができ、
除霜運転から通常の運転に復帰する時間を短縮すること
ができる。この場合は、除霜時に凝縮ユニット１に冷媒
が溜められると自動的に逆止弁６ａが閉じ、また、除霜
解除時に液溜め５及びその下流部の圧力が下がると、逆
止弁６ａが自動的に開くので、弁操作の作業が省略され
取扱性が向上する。

【００３４】図３には本発明の実施の第３形態が示され
ている。この実施形態においては、図１に示される第１
形態に、ガス戻し管４と液溜め５とを連通して液溜め５
内とガス戻し管４内とを等圧にする均圧管７及び同均圧
管路７を開閉する均圧弁８を加設している。その他の構
成は図１のものと同様であり、これと同一の部材には同
一の符号を附して示す。

【００３５】この実施形態においては、均圧弁８を閉
じ、図１に示される第１の実施形態と同様な作動で除霜
を行う間に、凝縮ユニット１及び、同凝縮ユニット１と
開閉弁６及び均圧弁８との間の管路に冷媒を溜めてお
き、除霜終了後に上記開閉弁６及び均圧弁８を開くこと
により、上記部位に溜められた冷媒を蒸発ユニット２に
流入せしめる。これにより、除霜運転後の冷媒の還流が
速くなり、除霜運転から通常運転への復帰する時間を短
縮できる。

【００３６】図４には本発明の実施の第４形態が示され
ている。この実施形態においては、図２に示される第２
形態（逆止弁６ａを設けたもの）に、図３に示される第
３形態と同様な、ガス戻し管４と液溜め５とを接続する
均圧管７及び同管路７を開閉する均圧弁８を加設してい
る。

【００３７】この実施形態においては、均圧弁８を閉
じ、図２に示される第２形態と同様な作動で除霜を行う
間に、凝縮ユニット１内及び同ユニット１と逆止弁６ａ
との間、及びガス戻し管４内に冷媒を溜めておき、除霜
終了後に均圧弁８を開くと、逆止弁６ａの下流側（蒸発
ユニット２側）の圧力が下がるため逆止弁６ａも開く。

【００３８】これにより上記の部位に溜められた冷媒が
蒸発ユニット２に流入し、通常運転へ速やかに移行す
る。

【００３９】この場合は、図２に示される第２の実施形
態と同様、弁の上下流の圧力差により逆止弁が自動的に
開閉するので、格別の弁操作を必要としない。

【００４０】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されており、
請求項１，２，５，６の発明によれば、除霜時に蒸発ユ
ニットの冷媒を、冷媒の気化による圧力上昇によって凝
縮ユニット、あるいは凝縮ユニットとガス戻し管に回収
するため蒸発ユニットにたまっている冷媒を加熱する分
の熱量が不要となり、エネルギ消費が低減されるととも
に、除霜時間を短縮することができる。

【００４１】また、凝縮ユニット、あるいは凝縮ユニッ
トとガス戻し管に回収した冷媒を、液下降管路の弁を開
くことにより、蒸発ユニットに供給することができるの
で、ガス化した冷媒を再度凝縮する時間が不必要とな
り、除霜運転から通常運転に戻るまでの時間を短縮する
ことができる。

【００４２】また請求項４の発明によれば、除霜中に均
圧弁を閉じて均圧弁よりも上部に冷媒を溜め、除霜終了
後に均圧弁を開くことにより、上記冷媒を迅速に蒸発ユ
ニットに供給できるので、除霜運転から通常運転への復
帰時間をさらに短縮することができる。

【００４３】さらに、請求項３及び７の発明によれば、
液下降管に設置される弁を逆止弁としたので、液溜め加
熱と同時に自動的に液の循環を止めることができるた
め、格別に弁操作を行うことが不必要となり、制御が簡
便になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１形態に係る冷却装置の冷媒
系統図。

【図２】実施の第２形態に係る図１応当図。

【図３】実施の第３形態に係る図１応当図。

【図４】実施の第４形態に係る図１応当図。

【図５】従来例を示す冷媒系統図。

【符号の説明】

１ 凝縮ユニット ２ 蒸発ユニット ３，３ａ，３ｂ 液下降管 ４ ガス戻し管 ５ 液溜め ６ 弁 ６ａ 逆止弁 ７ 均圧管 ８ 均圧弁 ９ 電気ヒータ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上方に設置された凝縮ユニットと下方に
   設置された蒸発ユニットとの間を液下降管路及びガス戻
   し管路により接続し、冷媒の液相と気相の相変化とその
   密度差を利用して、上記冷媒を上記凝縮ユニットと蒸発
   ユニットとの間を循環させる冷却装置において、上記液
   下降管路の途中に、冷媒を貯溜する液溜めと、同液溜め
   の上部に配置され上記液下降管路を開閉する弁とを設け
   たことを特徴とする無動力熱搬送式冷却装置。
2. 【請求項２】 上記液溜めに、同液溜め内の冷媒を加熱
   する加熱手段を設けた請求項１記載の無動力熱搬送式冷
   却装置。
3. 【請求項３】 上記液下降管路に設けられた弁を、上記
   凝縮ユニット側から液溜め側へ向かう流れのみを許容す
   る逆止弁で構成した請求項１及び２記載の無動力熱搬送
   式冷却装置。
4. 【請求項４】 上記ガス戻し管路から分岐されて上記液
   溜めに接続される均圧管と同均圧管路を開閉する均圧弁
   とを設けた請求項１ないし３記載の無動力熱搬送式冷却
   装置。
5. 【請求項５】 上方に設置された凝縮ユニットと下方に
   設置された蒸発ユニットとの間を開閉弁を有する液下降
   管路及びガス戻し管路により接続し、冷媒の液相と気相
   の相変化とその密度差を利用して、上記冷媒を上記凝縮
   ユニットと蒸発ユニットとの間を循環させるに際し、上
   記開閉弁を閉じ、上記液溜め内の液冷媒を加熱してガス
   化せしめ、これにより上昇した液溜めと上記蒸発ユニッ
   トとの間の冷媒管路の圧力により蒸発ユニットの液冷媒
   を上記ガス戻し管路を経て上記凝縮ユニットに回収し、
   ガス化冷媒にて蒸発ユニットを加熱し、除霜することを
   特徴とする無動力熱搬送式冷却装置の運転方法。
6. 【請求項６】 上記除霜動作中に、上記凝縮ユニットと
   開閉弁との間に液冷媒を貯溜しておき、除霜終了後に開
   閉弁を開いて、上記貯溜された液冷媒を蒸発ユニットに
   流して通常運転に戻すようにした、請求項５記載の無動
   力熱搬送式冷却装置の運転方法。
7. 【請求項７】 上記液下降管路の開閉弁に、上記液溜め
   に向かう流れのみを許容する逆止弁を用い、除霜後上記
   液溜めの加熱を停止して上記逆止弁下流側の圧力を低下
   せしめ逆止弁を自動開弁せしめる請求項５及び６記載の
   無動力熱搬送式冷却装置の運転方法。