JPH01131836A - 冷却システム - Google Patents

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
システムで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
する冷媒は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４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
決すべく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器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、弁が閉じられると弁
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ｌ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ｌを各群に分けている。各空調ユニ
ットｌ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ｌ基の凝縮器３とその下方に受液
器４が設置されており、これらの間は冷媒液管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ｌの
蒸発器２に冷媒液を供給するための冷媒液管５１ｎ！＋
３が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ｌの蒸発器２へ導かれる冷媒液
管は、上記各冷媒液管５１＋！＋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、それぞれ各階部に合流され、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および路弁６８１８１．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５
１＋、、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＋１，３は
、各冷媒液管”Ｉ＋！＋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５１＋、、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と路弁６１＋２，３との間
に介設された各制御器９１＋７，３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５１＋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Ｉ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ｌの蒸発器２の冷媒流入口から各液位検知
センサ８１＋１’＋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Ｉ毎にその負荷
に応じた冷媒液を供給すべく流量制御弁！０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ｌ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ＩＯは、従来−船釣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ｌ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＋８．ｆｆ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５１＋！ｉ！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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （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器
   （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。