JPH01252834A

JPH01252834A - 冷媒自然循環式熱移動装置

Info

Publication number: JPH01252834A
Application number: JP63080042A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Seta; 瀬田　光雄; Akio Yamashita; 山下　彰夫
Original assignee: Sanki Engineering Co Ltd
Current assignee: Sanki Engineering Co Ltd
Priority date: 1988-03-31
Filing date: 1988-03-31
Publication date: 1989-10-09
Anticipated expiration: 2011-09-04
Also published as: JP2530881B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、冷媒自然循環サイクルを利用する冷媒自然循
環式熱移動装置の改良に関する。

〔従来の技術〕

最近、例えば、電算機室のような内部発熱が高く、しか
も温湿度条件、空気清浄を厳しく要求される室に対して
省エネルギ等を図った空調装置が要求されている。この
要求に沿ったもののひとつとして、低温夕（気を利用し
て室内側の熱を室外側に移動する冷媒自然循環式熱移動
装置を、冷暖房装置に併用した空調機が脚光を浴びてい
る。

上記の冷媒自然循環式熱移動装置は、サーモサイフオン
とも称せられており、室内外に設けられた熱交換器を冷
媒配管で環状に接続し、内部に低沸点冷媒を封入したも
のである。

かかる冷媒自然循環式熱移動装置として、例えば、実開
昭６に７９７７３号公報に示すものが知られている（第
６図図示）。

図示のように、冷媒自然循環式熱移動装置１０１は、室
内側に設置された蒸発器１０２と、その高所に配置され
るとともに室外側に設置された凝縮器１０３と、蒸発器
１０２の出口１０２Ｂと凝縮器１０３の入口１０３Ａと
を接続するガス側冷媒配管１０４と、凝縮器１０３の出
口１０３Ｂと蒸発器１０２の入口１０２Ａとを接続する
淡側冷媒配管１０５とを備えている。

冷媒自然循環式熱移動装置１０１においては、冷媒は、
蒸発器１０２で室内側の暖かい空気によって熱せられ、
沸騰、蒸発する。このときの蒸発潜熱により、室内空気
は冷却される。そして、蒸発器１０２．ガス側冷媒配管
１０４．凝縮器１０３、淡側冷媒配管１０５の間を一定
の封入量の冷媒が循環するようになっている。蒸発した
冷媒は、ガス状になってガス側冷媒配管１０４を上昇し
、凝縮器１０３に導かれ、冷たい外気によって冷却され
る。冷却された冷媒は、凝縮液化して淡側冷媒配管１０
５の内部を流下し、再び蒸発器１０２に戻る。

上記の冷媒循環は、室外側の温度が室内側の温度より低
ければ、冷媒の相変化に伴う圧力差と冷媒液面の高低差
による自然Ｗ！環力によって起り、室内側の熱が室外側
に無動力で放出される。

そして、上記の自然循環力と配管系の抵抗と熱交換器（
蒸発器１０２．＠検器１０３）の特性から、冷媒の循環
量が決定される。

［発明が解決しようとする課題］従来の冷媒自然循環式熱移動装置１０１にあっては、そ
のシステムとしての冷却能力は、室内外の温度差及び冷
媒の循環量によって決定される。

具体的に云えば、この冷却能力は、室内外の温度差が小
さい場合には、不安定となる場合があるが、室内外の温
度差にほぼ比例して増加する。しかし、冷媒液面の高低
差が小さいと、自然循環力が小ざくなり、熱交換器（蒸
発器１０２．凝縮器１０３）に余裕があっても冷却能力
は上限を示すようになる。

この冷媒液面の高低差による冷却能力に対する影響を詳
述する。

冷媒液面の高低差が大きいと、蒸発器１０２における冷
媒圧力が高くなり、冷媒の蒸発温度が高くなる。従って
、蒸発温度と蒸発器１０２の回りの被冷却空気（室内側
）との温度との差が小さくなり、冷却能力が小さくなる
。しかし、冷媒液面の高低差が大きいので冷媒循環能力
が大きくなる。

従って、冷却能力は上限に達し難い傾向となっている。

この場合の冷却能力曲線は、第７図の（Ａ）に示される
。

一方、冷媒液面の高低差が小さいと、蒸発器１０２にお
ける冷媒圧力が低（なり、冷媒の蒸発温度が低くなる。

従って、蒸発温度と蒸発器１０２の回りの被冷却空気（
室内側）との温度との差が大きくなり、冷却能力が大き
くなる。しかし、冷媒液面の高低差が小さいので冷媒循
環能力が小さくなる。従って、冷却能力は上限に達し易
い傾向となっている。この場合の冷却能力曲線は、第７
図の（Ｂ）に示される。

従って、所定の温度差に対して冷却能力は、冷媒液面の
高低差に従って決定されることになる。

ここで、蒸発器１０２．ガス側冷媒配管１０４゜凝縮器
１０３．流側冷媒配管１０５０間を、封入された一定の
封入量の冷媒が循環するようになっているが、この循環
に係る冷媒の封入量が一定の場合、その冷媒の封入量に
対応して冷媒液面の高低差が決まることになる。

ところが、従来の冷媒自然循環式熱移動装置１０１では
、その冷却能力は、何ら制御することのできない室内外
の温度差のみで決定されているため、冷媒の封入量が一
定の場合には、所定の温度差に対する冷却能力の大きさ
は、（Ａ）または（Ｂ）のどちらかの傾向をとるだけと
なり、冷却能力の効率が低くなることになる。従って、
室内外の温度差が大きく変化した場合、冷却能力の効率
が落ちることもあった。

本発明は、かかる従来の問題点を解決するためになされ
たもので、その目的は、室内外の温度差が大きく変化し
ても幅広い温度域で冷却能力の効率を良くする冷媒自然
循環式熱移動装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、室内側に設置さ
れた蒸発器と、室外側に設置されるとともに蒸発器の高
所に位置するａ検器と、蒸発器の出口と凝縮器の入口と
を接続するガス側冷媒配管と、凝縮器の出口と蒸発器の
入口とを接続する腹側冷媒配管とを備え、室外側の温度
と室内側の温度との温度差により室内側の熱を室外側に
移動させる冷媒自然循環式熱移動装置において、腹側冷
媒配管の途中に、室外側の温度と室内側の温度との温度
差に対する冷却能力の効率を高くするように循環する冷
媒の量をその温度差に応じて可変とする冷媒封入量制御
手段を設けたものである。

（作　用〕本発明にあっては、室外側の温度と室内側の温度との温
度差が大きいと、冷媒封入量制御手段における冷媒の収
納される量が少なく、循環に係る冷媒量は多くなる。従
って、冷媒の液位は高くなり、冷媒液面の高低差が大き
い状態となる。

従って、蒸発器におりる冷媒圧力が高くなり、冷媒の蒸
発温度が高くなる。この結果、蒸発温度と蒸発器の回り
の被冷却空気（室内側）との温度との差が小さくなり、
冷却能力が小さくなる。し２かし７、冷媒液面の高低差
が大きいので冷媒循環能力が大きくなる。従って、冷却
能力は上限に達し難い傾向となっている。

一方、温度差が小さいと、冷媒封入量制御手段における
冷媒の収納される星が多く、循環に係る冷媒量が少なく
なる。従って、冷媒の液位は低くなり、冷媒液面の高低
差が小さい状態となる。

従って、蒸発器における冷媒圧力が低くなり、冷媒の蒸
発温度が低くなる。この結果、蒸発温度と蒸発器の回り
の被冷却空気（室内側）との温度との差が大きくなり、
冷却能力が大きくなる。しかし、冷媒液面の高低差が小
さいので冷媒循環能力が小さくなる。従って、冷却能力
は上限に達し易い傾向となっている。

（実施例〕以下、図面により本発明の実施例について説明する。

第１図ないし第５図は本発明の実施例に係る冷媒自然循
環式熱移動装置の内容を示す。

第１図において、ｌは蒸発器で、室内側の室内１ニツト
２の内側に設置されている。、３は凝縮器で、蒸発器１
の高所に位置するとともに室外側の室外ユニ・・［・４
の内側に設置されている。室内ユニン１−２及び室外ユ
ニット４の内側には、送風機５が配置され、それぞれ蒸
発器１．凝縮器３の下流に位置ｊ〜でいる。６はガス側
冷媒配管で、蒸発器１の出口ＩＢと凝縮器３の入口３Ａ
とを接続する。７は腹側冷媒配管で、凝縮器３の出口３
Ｂと伏発器ｌの入口ＩＡとを接続する。

そし、て、第２図にも示すように、腹側冷媒配管７の途
中に、冷媒封入量制御手段８が設げられている。この冷
媒封入量制御手段８は、室外側の温度と室内側の温度と
の温度差に対する冷却能力の効率を高くするように循環
する冷媒の叶をその温度差に応して可変とするもので、
腹側冷媒配管７に連通管９を介して連通ずる冷媒収納容
器ＩＯと、冷媒収納容器１０の内部に収納される冷媒の
容積を変えるアクチュエータ１１とから構成されている
。ここで、連通管９及び冷媒収納容器１０に収納されて
いる冷媒は、腹側冷媒配管７での冷媒の流れに対し２て
、留まった状態にあるので、蒸発器１と凝縮器３との間
を循環しないよ・うになっている。

１２は室外側温度検出器で、室外側の温度′Ｆｌを検出
する。１３は室内側温度検出器で、室内側の温度Ｔ２を
検出する。１４はコントローラで１、その入力側は室外
側温度検出２Ｓ１２及び室内側温度検出器１３に接続し
、その出力側はアクチュエータ１１に接続している。

次に、本実施例の作用を第３図ない１．第５図に基づい
て説明する。

先ず、第１図において、室夕）側温度検出器１２により
室外側の温度Ｔ３が、室内側温度検出器１３！こより室
内側の温度Ｔ、が検出される。これら温度信号は、コン
トローラ１４に送られる。コントローラＩ４において、
室外側の温度Ｔ１と室内側の温度Ｔｔとの温度差へＴが
計算され、その温度差ΔＴに対する冷却能力の効率を高
くするように循環する冷媒の量が計算される。そして、
コントローラ１４からの指令でその計算された冷媒の量
が液側冷媒配管７に供給されるようにアクチュエータ１
１が作動される。

例えば、第３図に示すように、室外側の温度Ｔ。

と室内側の温度Ｔｚとの温度差ΔＴが大きい場合には、
コントローラ１４において、その温度差ΔＴに対する冷
却能力の効率を高くするように循環する冷媒の量が計算
される。この場合、循環する冷媒の量は多いと計算され
る。そして、コントローラ１４からの指令により、アク
チュエータ１１が上方向に作動し、冷媒収納容器１０に
収納される冷媒の量が少なくなる。従って、液側冷媒配
管７における循環に係る冷媒の量が多くなり、冷媒の液
位は高い状態となっている。従って、冷媒液面の高低差
が大きくなり、Ｈとなっている。

そのため、蒸発器１における冷媒圧力が高くなり、冷媒
の蒸発温度が高くなる。この結果、蒸発温度と蒸発器ｌ
の回りの被冷却空気（室内側）の温度Ｔ２との温度との
差が小さくなり（冷媒の沸点は室外側の温度Ｔ１と室内
側の温度Ｔ２との間の温度）、冷却能力が小さくなる。

しかし、冷媒液面の高低差（）ｆ）が大きいので冷媒循
環能力が大きくなる。従って、冷却能力は上限に達し難
い傾向となっている。この場合の冷却能力曲線は、第５
図の（Ａ）の実線で示されることになる。

また、例えば、第４図に示すように、室外側の温度Ｔ１
と室内側の温度Ｔ２との温度差ΔＴが小さい場合には、
コントローラ１４において、その温度差ΔＴに対する冷
却能力の効率を高くするように循環する冷媒の量が計算
される。この場合、循環する冷媒の量は少ないと計算さ
れる。そして、コントローラ１４からの指令により、ア
クチュエータ１１が下方向に作動し、冷媒収納容器１ｏ
に収納される冷媒の量が多くなる。従って、液側冷媒配
管７における循環に係る冷媒の量が少なくなり、冷媒の
液位は低い状態となっている。従って、冷媒液面の高低
差が小さくなり、ｈとなっている。

そのため、蒸発器１における冷媒圧力が低くなり、冷媒
の蒸発温度が低くなる。この結果、蒸発温度と蒸発器１
の回りの被冷却空気（室内側）の温度Ｔ２との差が大き
くなり、冷却能力が大きくなる。しかし、冷媒液面の高
低差が小さい（ｈ）ので冷媒循環能力が小さくなる。従
って、冷却能力は上限に達し易い傾向となっている。こ
の場合の冷却能力曲線は、第５図の（Ｂ）の実線で示さ
れることになる。

以上のように、温度差ΔＴが変化する場合、この温度差
ΔＴが大きい時、循環する冷媒の量が多く、（Ａ）の実
線で示す冷却能力が確保される。

一方、温度差ΔＴが小さい時、循環する冷媒の量が少く
、（Ｂ）の実線で示す冷却能力が確保される。上記の説
明では、温度差ΔＴの大小に応じて温度差ΔＴに対する
冷却能力の曲線（Ａ）（Ｂ）として示したが、温度差Δ
Ｔを無段階に分けた場合には、循環する冷媒の量は最適
に制御され、温度差ΔＴが変化する冷却能力は（Ｃ）の
点線で示される。即ち、温度差ΔＴの変化に応じて、そ
の温度差ΔＴに対する循環する冷媒の最適な量が確保さ
れ、これに基づき、冷媒液面の高低差が最適に制御され
、温度差ΔＴに対する冷却能力の効率を高くすることが
でき、従って、温度差ΔＴが大きく変化しても幅広い温
度域で冷却能力の効率を良くすることができる。

なお、本実施例においては、温度差ΔＴの変化に応じて
、その温度差ΔＴに対する循環する冷媒の最適な量が決
定されるようになっているが、かかる制御だけでなく、
第５図に示すように、温度差ΔＴが所定の温度差ΔＴ０
より大きい時（Ａ）の実線で示す冷却能力、または温度
差ΔＴが所定の温度差ΔＴ０より小さい時ＣＢ）の実線
で示す冷却能力にすることもできる。

また、本実施例においては、冷媒封入量制御手段８は、
液側冷媒配管７に連通管９を介して連通ずる冷媒収納容
器１０と、アクチュエータエＩとから構成され、コント
ローラ１４がらの指令にょリアクチュエータ１１を自動
的に作動させるようになっているが、かかる場合に限定
されず、室外側の温度と室内側の温度との温度差に対す
る冷却能力の効率を高くするように循環する冷媒の量を
その温度差に応じて可変とするものならばこれに代える
ことができる。例えば、本実施例におけるアクチュエー
タ１１．室外側温度検出器１２．室内側温度検出器１３
．コントローラ１４を採用せず、螺子式の往復ロッドを
腹側冷媒配管７に組み込み、これを温度差に応じて手動
により上下させ、冷媒収納容器１０における冷媒の量を
調整することもできる。

〔発明の効果］以上述べたように、本発明に係る冷媒自然循環式熱移動
装置本発明によれば、室内夕）の温度差が変化した場合
、この変化に応じて、冷媒封入量制御手段により温度差
に対する冷却能力の効率を高くするように循環する冷媒
の量が制御され、これに基づき、冷媒液面の高低差が制
御され、所定の温度差に対する冷却能力の効率を高くす
ることができ、従って、温度差が大きく変化しても幅広
い温度域で冷却能力の効率を良くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る冷媒自然循環式熱移動装
置の構成図である。第２図は冷媒封入量制御手段の断面説明図である。第３図は同冷媒自然循環式熱移動装置の室内外の温度差
が大きい時の使用状態説明図である。第４図は同冷媒自然循環式熱移動装置の室内外の温度差
が小さい時の使用状態説明図である。第５図は同冷媒自然循環式熱移動装置の効果の説明図で
ある。第６図は従来における冷媒自然循環式熱移動装置の構成
図である。第７図は同冷媒自然循環式熱移動装置の効果の説明図で
ある。［主要な部分の符号の説明］１・・・蒸発器ＩＡ・・・入口１Ｂ・・・出口３・・・凝縮器３Ａ・・・入口３　Ｂ・・・出口６・・・ガス側冷媒配管７・・・腹側冷媒配管８・・・冷媒封入量制御手段１０・・・冷媒収納容器１１・・・アクチュエータ。ｓ３図　　　第４図第５ｔｍ手続補正書彷式）昭和６３年７月４日特許庁長官　　吉　１）文　毅　殿昭和６３年特許願第８００４２号２、　発明の名称冷媒自然循環式熱移動装置３、　補正をする者事件との関係　　　出願人住　所　　東京都千代田区有楽町−丁目４番１号名　称
　（１８３）三機工業株式会社４、代理人　〒１５１９　（０３）３７５−１６３１住
　所　　東京都渋谷区代々木２丁目１１番２号由井ビル
６階６、補正の対象図面全図７、　補正の内容

Claims

【特許請求の範囲】

（１）室内側に設置された蒸発器と、室外側に設置され
るとともに蒸発器の高所に位置する凝縮器と、蒸発器の
出口と凝縮器の入口とを接続するガス側冷媒配管と、凝
縮器の出口と蒸発器の入口とを接続する液側冷媒配管と
を備え、室外側の温度と室内側の温度との温度差により
室内側の熱を室外側に移動させる冷媒自然循環式熱移動
装置において、液側冷媒配管の途中に、室外側の温度と
室内側の温度との温度差に対する冷却能力の効率を高く
するように循環する冷媒の量をその温度差に応じて可変
とする冷媒封入量制御手段を設けたことを特徴とする冷
媒自然循環式熱移動装置。