JPH01159554A

JPH01159554A - 熱移動装置

Info

Publication number: JPH01159554A
Application number: JP31955787A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Inoue; 良則井上; Shinji Miura; 晋司三浦; Tadahiro Fukunaga; 福永　忠裕; Yasutoshi Yoshida; 吉田　康敏; Setsuo Kaneda; 兼田　節夫
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd; Takenaka Komuten Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd; Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date: 1987-12-15
Filing date: 1987-12-15
Publication date: 1989-06-22
Anticipated expiration: 2011-06-26
Also published as: JP2511081B2

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式の熱移動装置に関するものであ
る。

【従来技術】

一般に、冷媒を熱の授受ととに気液相変化させながら系
内を自然循環させて熱を移動させる装置の一つとして重
力式ヒートパイプが知られている。この重力式ヒートバイブは、上部に凝縮器を備えるとと
もに下部に蒸発器を備えており、これらの間が液相冷媒
の流下する冷媒液管（以下、単に液管と称す）と、気相
冷媒の上昇する冷媒ガス管（以下、単にガス管と称す）
とによって連結され、その内部に熱搬送媒体としての冷
媒が封入されている。内部に封入された冷媒は、下部に
設置された蒸発器で熱負荷を吸収して液相から気相に変
化し、ガス管内を上昇して上部に設置された凝縮器に至
る。また、凝縮器に至った冷媒はここで放熱して気相か
ら液相に変化し、液管内を重力により流下して下部に設
置された蒸発器へ再び戻る。このようにして、重力式ヒ
ートバイブ内、では、冷媒が然の授受とともに相変化を
繰り返しつつ循環する。

【発明が解決しようとする問題点】

ところで、上述のような重力式ヒートパイプを基本構成
とする熱移動装置を、例えば空調システムの熱源側ユニ
ットと負荷側ユニットの間で熱を搬送する手段として用
いる場合には、被空調領域における熱負荷の変動に応じ
て熱搬送能力を制御しなければならない。すなわち、重
力式ヒートパイプで自然循環する冷媒の循環量は、蒸発
器での蒸発量と凝縮器での凝縮量、すなわち吸熱側の吸
熱量と放熱側の放熱量とがバランスすることによって安
定するので、例えば熱負荷が変動すれば熱源側の熱供給
能力（あるいは熱吸収能力）もそれに応じて制御されな
ければ、例えば液管内でフラッシュガスが発生したり、
液温度が下がり過ぎることにより配管などに結露が発生
する恐れがある。本発明は上述のごとき従来技術の問題点に鑑み、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、冷媒を一定の過冷却度に維持さ
せながら自然循環させ、その循環量を熱負荷に応じて調
整でき、安定した熱搬送が行なえる熱移動装置を提供す
ることにある。

【問題点を解決するための手段】

本発明に係る熱移動装置は、従来技術の問題点を解決し
、上記目的を達成するために以下のように構成されてい
る。すなわち本発明に係る熱移動装置は、上部に凝縮器を、
下部に蒸発器をそれぞれ有するとともに、これら凝縮器
と蒸発器を液管およびガス管で連結し、且つ内部に気液
相変化して該凝縮器と蒸発器の間を自然循環する第１冷
媒を封入してなる熱移動装置において、前記第１冷媒を
冷却子べく該第１冷媒と熱交換する第２冷媒を前記凝縮
器へ供給する熱源供給系と、前記蒸発器での熱負荷の変
動を前記凝縮器内で検知する検知手段と、前記熱源供給
系の第２冷媒供給量を制御する制御手段と、前記検知手
段の検知信号が入力されて前記制御手段の操作量を指示
する操作信号を出力する制御器とを備えている。前記検知手段は、前記凝縮器内の冷媒ガス圧を検知する
圧力センサと、該凝縮器内の冷媒液温度を検知する温度
センサとから構成されてもよく、あるいは前記凝縮内の
冷媒液位を検知する液位検知手段により構成されてもよ
い。また、前記制御手段は、前記熱源供給系が分岐された前
記凝縮器の外を通るバイパス経路と該凝縮器の内を通る
熱交換経路とを流れる前記第２冷媒の流量を分配する制
御弁により構成されてもよく、あるいは前記熱源供給系
に設けられて回転数制御されるポンプにより構成されて
もよい。

【作用】

本発明に係る熱移動装置によれば、当該装置の熱移動に
供する熱搬送媒体としての第１冷媒は、熱源から凝縮器
へ供給される第２冷媒と熱交換することによって冷却さ
れる。その熱交換量は第２冷媒の供給量によって制御さ
れ、その供給量は凝縮器内の冷媒液の過冷却度を一定に
維持すべく制御される。すなわち、過冷却度を一定に維持するためには、蒸発器
での熱負荷の変動が検知手段によって検知されるが、例
えばその検知手段が凝縮器内の冷媒ガス圧を検知する圧
力センサと、該凝縮器内の冷媒液温度を検知する温度セ
ンサとから構成されている場合には、圧力センサのガス
圧力値を示す信号は冷媒ガス以外の例えば熱交換器部等
の温度要素の影響を排除した冷媒ガス自体の温度値に換
算され、この冷媒ガス温度値を示す信号と、温度センサ
から得られる冷媒液温度値を示す信号との差（温度差）
が所定の値であるときの状態を、蒸発器での熱交換量に
対して凝縮器での凝縮能力が所定の過冷却度を維持して
ちょうどバランスしている基準状態であるとし、この基
準状態よりも温度差の値が大きい場合には第２冷媒の供
給量を増加するように制御し、基準状態よりも温度差の
値が小さい場合には減少するように制御する。また、検
知手段が例えば液位検知手段によって構成されている場
合には、凝縮器内の所定の冷媒液位の状態を基準状態で
あるとし、この基準状態よりも液位が低い場合には第２
冷媒の供給量を増加するように制御し、基準状態よりも
液位が高い場合には減少するように制御する。第２冷媒の供給量を制御する制御手段が例えば制御弁に
よって構成されている場合で供給量を増加する場合には
、バイパス経路側の弁開度を小さくし、熱交換経路側の
弁開度を大きくする。また供給量を減少する場合には、
バイパス経路側の弁開度を大きくし、熱交換経路側の弁
開度を小さくする。また、制御手段がポンプにより構成
されている場合で供給量を増加する場合には、インバー
タ制御等によりポンプの回転数を増大する。また供給量
を減少する場合にはポンプの回転数を低減する。

【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、冷媒を自然循
環させて熱搬送を行なう熱移動装置において、冷媒を一
定の過冷却度に維持させながら自然循環させ、その循環
量を熱負荷に応じて調整でき、安定した熱搬送が行なえ
、空調システムに採用し得る。

【実施例】

以下に本発明の好適な実施例について第１図ないし第４
図を参照して説明する。第１図は本発明に係る熱移動装置の第１実施例が空調シ
ステムに採用された状態の概略構成を示す模式図である
。本発明に係る熱移動装置は重力式ヒートバイブをその
基本構造とするものであり、上部すなわち高所に凝縮器
１が設置され、下部すなわち低所に蒸発器に相当して空
調ユニット２が群をなして設置されている。凝縮器１と
空調ユニット２の間は、液相の冷媒が重力によって流下
する液管３と、気相の冷媒がガス圧で上昇するガス管４
とで、冷媒の自然循環サイクルを形成するように連結さ
れている。また、凝縮器１の直ぐ下流側の液管３には、
受液器５が介設されている。凝縮器ｌ内には、熱源としての蓄熱槽（水蓄熱槽ないし
冷水蓄熱槽）６から熱源供給系としての冷水管７が導入
されている。この冷水管７には、第２冷媒としての冷水
を蓄熱槽６と凝縮器ｌとの間で循環させる駆動源として
のポンプ８と、該ポンプ８の吐出側に制御弁としての３
方弁９が介設されており、３方弁９から下流側の冷水管
７は凝縮器ｌの外を通って蓄熱槽６へ還流するバイパス
経路ＩＯと、凝縮器ｌの内を通って蓄熱槽６へ還流する
熱交換経路１１に分岐されている。また、凝縮器ｌ内の上部には、冷媒ガスのガス圧を検知
する圧力センサ１２が取り付けられており、一方、凝縮
器ｌ内の下部には、冷媒液の液温□度を検知する温度セ
ンサ１３が取り付けられている。圧力センサ１２および
温度センサ１３と３方弁９とは、制御器１４を介して連
結される制御系を形成している。圧力センサ１２は、凝縮器１内に流入して気相状態にあ
るの冷媒ガスの圧力を検知し、その検知信号を制御器１
４へ出力する。一方、温度センサ１３は凝縮器ｌ内で冷
却・凝縮されて過冷却状態にある冷媒液の温度を検知し
、その検知信号を制御器１４へ出力する。圧力センサ１
２の検知信号は、冷媒ガス自体の温度を知るために検知
されたデータの信号である。すなわち、温度センサで冷
媒ガスの温度を検知しようとすると、この温度センサは
冷水管７の熱交換経路１１等の他の温度要素によるノイ
ズも一緒に検知してしまうので正確に冷媒ガスの温度を
検知することができず、そこで本実施例では、第２図お
よび第３図に示すように冷媒ガスの温度が圧力と大略比
例関係にあることを利用し、ノイズの入らない圧力信号
から温度を換算することにより正確な冷媒ガス温度を求
めるために圧力センサ１２が用いられている。なお、第
２図はフロン１１の温度−圧力線図、第３図はフロン２
２の温度−圧力線図である。これら制御器１４に入力さ
れた各検知信号に基づいて、以下のような演算処理を経
て制御動作が行なわれるべく制御器１４から３方弁９へ
操作信号が出力される。なお本実施例では、凝縮器１内の冷媒ガス温度をより正
確に検知するために、温度センサを用いずに圧力センサ
を用いているが、精度の問題をある程度ラフに考えて良
いならば、温度センサを用いてもよいのは勿論である。空調ユニット２での熱負荷が中程度で、且つ凝縮器ｌへ
の冷水供給量が一定している状態のときに、圧力センサ
１２が検知する圧力Ｐａに相当する冷媒ガス温度Ｔａと
、このときの温度センサ１３が検知する温度Ｔｂ（所定
の過冷却度にまで冷却されている）との差、すなわち（
Ｔａ−Ｔｂ）をΔＴとする。冷媒ガス温度と冷媒液温度
の差がΔＴの場合には冷水供給量をそのまま維持すべく
弁開度をそのままにする基準状態を設定する。基準状態で運転している間に空調ユニット２での熱負荷
が増大した場合、空調ユニット２内では盛んに熱交換が
行なわれ、冷媒液がどんどん蒸発して系内の圧力が高ま
り、凝縮器ｌ内の圧力も上昇する。したがって、圧力セ
ンサ１２が検知する圧力は基準状態の圧力Ｐａにその上
昇分Ｐ、が加算された値となり、この圧力に相当する冷
媒温度も基準状態の温度Ｔａにその上昇分子１が加算さ
れた値となる。また、凝縮器Ｉ内の冷媒液温度も基準状
態の温度Ｔｂから相当する上昇分１．が加算された値と
なる。この状態における冷媒ガス温度（Ｔａ＋Ｔｏと冷
媒液温度（Ｔｂ＋ｔ＋）との差は（Ｔａ　　Ｔｂ）＋　
（Ｔ　ｌｔ＋）＝ΔＴ　＋　（Ｔ　１ｔ　＋）となる。すなわち、基準状態よりも（’ｒ、−ｔ＋）に相当する
分だけ熱負荷が増大したものと判断し、この差の分に相
当する凝縮能力を増大すべく３方弁９の開度が調整され
、バイパス経路１０を流れる冷水流量を減少させるとと
もに熱交換経路１１を流れる冷水流量（冷水供給量）を
増大させる。また、基準状態で運転している間に空調ユニット２でＱ
熱負荷が減少した場合、空調ユニット２内での冷媒液の
蒸発量が減少して系内の圧力も低くなって、凝縮器ｌ内
の圧力も低下する。したがって圧力センサ１２が検知す
る圧力は基準状態の圧力Ｐａにその低下分Ｐ、が減算さ
れた値となり、この圧力に相当する冷媒温度も基準状態
の温度Ｔａからその低下分子、が減算された値となる。また、凝縮器ｌ内の冷媒液温度も基準状態の温度Ｔｂか
ら相当する低下分ｔ、が減算された値となる。この状態
における冷媒ガス温度（Ｔａ　　Ｔ２）と冷媒液温度（
Ｔｂ　　ｔ＊）との差は（Ｔ　ａ　　Ｔ　ｂ）　　（Ｔ
　ｔ　＋　ｔ２）＝ΔＴ　　（Ｔｚ”ｔｔ）となる。す
なわち、基準状態よりも（’ｒｔ＋ｔｔ）に相当する分
だけ熱負荷が減少したものと判断し、この差の分に相当
する凝縮能力を減少すべく３方弁９の開度が調整され、
バイパス経路ｌＯを流れる冷水流量を増大させるととも
に熱交換経路１１を流れる冷水流量（冷水供給量）を減
少させる。なお、上述の実施例では、３方弁９の弁開度を調整する
ことによって冷水供給量を制御するように構成されてい
るが、これら３方弁９およびバイパス経路ｌＯを設けず
、冷水管７にはポンプ８のみを設け、制御器１４からの
上述の操作信号により、該ポンプ８の回転数をインバー
タ制御することも可能である。また、制御手段としては上述のポンプ８もしくは３方弁
９のいずれか一方を採用し、凝縮器ｌ内の液位を測定す
ることによっても上述の実施例と同様の作用および効果
を得られる。すなわち、第４図に示すように、凝縮器ｌ
に液位検知センサ１５を設け、空調ユニット２での熱負
荷が中程度で、且つ凝縮器ｌへの冷水供給量が一定して
いる状態のときの冷媒液位を所定の過冷却度が得られて
いる基準状態の液位とし、この液位の高低によって空調
ユニット２での熱負荷の変動を検知すればよい。熱負荷
が増大すると冷媒の蒸発量も増大するので凝縮器１内の
冷媒液位は低下し、熱負荷が減少すると冷媒の蒸発量も
減少するので凝縮器１内の冷媒液位は上昇する。したが
って基準状態の液位から液位の変動分に応じて制御手段
の操作量を制御すればよい。なお、この場合には、凝縮
器ｌ内での冷媒液位の変動が空調ユニット２での熱負荷
の変動を可及的忠実に反映するように、第１図の実施例
において設けられていた受液器５が取り除かれ、その分
だけ凝縮器ｌ内の冷媒液貯蔵容量が大きくされている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る熱移動装置の一実施例を空調シス
テムに採用した状態の概略構成を示す模式図、第２図お
よび第３図はそれぞれ本発明に係る熱移動装置内を自然
循環する第１冷媒の温度と圧力との関係を示すグラフ図
、第４図は本発明に係る熱移動装置の他の実施例を空調
システムに採用した状態の概略構成を示す模式図である
。 ■・・・凝縮器、２・・・蒸発器としての空調ユニット
、３・・・冷媒液管、４・・・冷媒ガス管、７・・・熱
源供給系としての冷水管、訃・・制御手段としてのポン
プ、９・・・制御手段としての３方弁、１０・・・バイ
パス経路、１１・・・熱交換経路、１２・・・検知手段
としての圧力センサ、１３・・・検知手段としての温度
センサ、１４・・・制御器、１５・・・検知手段として
の液位検知センサ特　許　出　願　人　　　　株式会社竹中工務店（ほか
１名）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）、上部に凝縮器（１）を、下部に蒸発器（２）を
それぞれ有するとともに、これら凝縮器（１）と蒸発器
（２）を冷媒液管（３）および冷媒ガス管（４）で連結
し、内部に気液相変化して該凝縮器（１）と蒸発器（２
）の間を自然循環する第１冷媒を封入してなる熱移動装
置において、前記第１冷媒を冷却すべく該第１冷媒と熱交換する第２
冷媒を前記凝縮器（１）へ供給する熱源供給系（７）と
、前記蒸発器（２）での熱負荷の変動を前記凝縮器（１）
内で検知する検知手段（１２、１３、１５）と、前記熱
源供給系（７）の第２冷媒供給量を制御する制御手段（
８、９）と、前記検知手段（１２、１３、１５）の検知信号が入力さ
れて前記制御手段（８、９）の操作量を指示する操作信
号を出力する制御器（１４）とを備えたことを特徴とす
る熱移動装置。
（２）、前記検知手段（１２、１３）は、前記凝縮器（
１）内の冷媒ガス圧を検知する圧力センサ（１２）と、
該凝縮器（１）内の冷媒液温度を検知する温度センサ（
１３）とからなる特許請求の範囲第１項記載の熱移動装
置。
（３）、前記検知手段（１５）は、前記凝縮器（１）内
の冷媒液位を検知する液位検知手段（１５）からなる特
許請求の範囲第１項記載の熱移動装置。
（４）、前記制御手段（９）は、前記熱源供給系（７）
が分岐された前記凝縮器（１）の外を通るバイパス経路
（１０）と該凝縮器（１）の内を通る熱交換経路（１１
）とに流れる前記第２冷媒の流量を分配する制御弁（９
）により構成される特許請求の範囲第１項ないし第３項
のいずれかに記載の熱移動装置。
（５）、前記制御手段（８）は、前記熱源供給系（７）
に設けられて回転数制御されるポンプ（８）により構成
される特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに
記載の熱移動装置。