JPH09133484A - 空調用熱交換器の液面調節器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 容器をより小型化することができる空調用熱
交換器の液面調節器を提供すること。 【解決手段】 設置状態において内部に溜まった冷媒液
ｃより上方の空間が気相領域ｄとなる容器５と、前記冷
媒液ｃに浮かぶフロート６とを備え、前記容器５は、所
定の圧力で冷媒液が当該容器へ流入する液流入管５０
と、当該容器５内の冷媒液に没するように位置する液流
出口５１と、前記気相領域ｄにそれぞれ臨む蒸気流入口
５２と蒸気流出口５３とを有し、前記液流入管５０に
は、前記フロート６が所定レベルまで浮上したときに当
該液流入管５０を閉じる弁７を設け、前記気相領域ｄに
は、前記蒸気流入口５２から蒸気流出口５３への蒸気の
流れを迂回させる迂回案内８を設けたことを特徴として
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、重力式ヒートパ
イプからなる冷房用の空調システムにおいて、空調用熱
交換器に付属して使用される液面調節器に関するもので
ある。さらに詳しくは、各空調用熱交換器ごとに冷媒液
の圧力ヘッド（水頭圧）を調整し、かつ、当該熱交換器
から凝縮器へ送られる冷媒の気液を分離するための液面
調節器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】重力式ヒートパイプからなる冷房用の空
調システムは、高所に設置されて冷熱源より冷熱を受け
る凝縮器と、低所に設置された室内ユニットの熱交換器
（蒸発器）とを液管と蒸気管とで接続したもので、内部
に適量の冷媒液が封入されている。この構造の空調シス
テムでは、冷媒は凝縮器から流下して前記熱交換器で蒸
発し、熱を吸収して被空調空間を冷却した後前記凝縮器
に運ばれて凝縮し、熱を放出して前記熱交換器へ戻るよ
うに自然循環する。

【０００３】この種の空調システムにおいて、例えば、
ビルの屋上に冷熱源と凝縮器とが設置され、ビルの各階
に空調用熱交換器が設置されている場合のように、それ
ぞれの熱交換器と凝縮器までの高さが異なっている場合
には、各熱交換器に対する冷媒液の圧力ヘッドが異な
る。このような場合には、圧力ヘッドの差異によって各
熱交換器への冷媒液の流量が異なり、各熱交換器の交換
熱量も異なることになるので、通常熱交換器ごとに圧力
ヘッドを調整する液面調節器が設置される。

【０００４】この種の液面調節器として、冷媒液を溜め
る密閉状（冷媒の流入口，流出口以外の部分が密閉され
ていることを意味する。以下同じである。）の容器に、
液流入口と液流出口を設けるとともに、前記容器内の冷
媒液の液面より上方空間である気相領域に臨む状態に蒸
気流入口と蒸気流出口とを設け、前記液流入口には、容
器内に設けたフロートの動きによって当該液流入口を開
閉する弁を設けたものが提案されている。この液面調節
器は、液流入口を凝縮器の液相領域と、液流出口を熱交
換器の伝熱コイルの冷媒流入部と、蒸気流入口を熱交換
器における伝熱コイルの冷媒流出部と、蒸気流出口を凝
縮器の気相領域とそれぞれ連通して使用される。そし
て、前記フロートの作用によって当該熱交換器の圧力ヘ
ッドを調整し、前記熱交換器で冷媒液が蒸発しきれない
で気液混合の冷媒が前記蒸気流入口から前記容器に流入
した場合には、当該容器内の気相領域で気液が分離され
るように作用する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来の液面調節
器によれば、次のような課題があった。すなわち、密閉
容器が小型で内部の気相領域が狭い場合には、蒸気流入
口から当該容器内へ蒸気圧力によって流入する気液混合
の冷媒が十分に気液分離されず、液相を含む冷媒蒸気が
凝縮器に通ずる蒸気管に流れることがある。液相を含む
冷媒蒸気が蒸気管を流れると、蒸気管の途中に溜まって
冷媒の円滑な循環を阻害し、熱交換器の熱交換効率を低
下させ、場合によっては空調システムが運転不能になる
ので、前記気相領域を気液分離するのに十分な程度に広
くしなければならず、前記容器を小型化するのには限界
があった。

【０００６】この発明の目的は、容器内の気相領域がよ
り狭くても当該容器内の気相領域において十分に気液分
離することができ、したがって、前記容器をより小型化
することができる空調用熱交換器の液面調節器を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明による液面調節
器は、前述の課題を解決するために以下のように構成し
たものである。すなわち、請求項１の発明による液面調
節器は、内部に所定量の冷媒液が溜められ、設置状態に
おいて溜まった前記冷媒液より上方の空間が気相領域と
なる容器と、当該容器内の冷媒液に浮かぶフロートとを
備え、前記容器は、所定の圧力で冷媒液が当該容器へ流
入する液流入管と、当該容器内の冷媒液に没するように
位置する液流出口と、前記気相領域にそれぞれ臨む蒸気
流入口と蒸気流出口とを有し、前記液流入管には、前記
フロートが所定レベルまで浮上したときに当該液流入管
を閉じる弁を設け、前記気相領域には、前記蒸気流入口
から蒸気流出口への蒸気の流れを迂回させる迂回案内を
設けたことを特徴としている。

【０００８】請求項２の発明による液面調節器は、請求
項１に記載の液面調節器において、前記迂回案内が、前
記蒸気流入口から蒸気流出口への蒸気の流れを部分的に
遮蔽するように前記容器の内壁又は前記フロートの上部
に設けられた遮蔽体であることを特徴としている。

【０００９】請求項３の発明による液面調節器は、請求
項２に記載の液面調節器において、前記蒸気流入口と蒸
気流出口は、平面視においてほぼ直角をなす状態に前記
容器の側壁に設けられ、前記迂回案内を構成する遮蔽体
は、平面視において前記容器の中央部近傍から当該容器
の側壁に向かって前記蒸気流入口と蒸気流出口との間を
ほぼ二分する状態に設けられていることを特徴としてい
る。

【００１０】請求項４の発明による液面調節器は、請求
項１に記載の液面調節器において、前記迂回案内が、前
記フロートの上部に形成された断面錐形状，錐台形状，
半球形状又は球台形状の遮蔽体であることを特徴として
いる。

【００１１】請求項５の発明による液面調節器は、請求
項１〜４のいずれかに記載の液面調節器において、前記
フロートには、上下方向に貫通し又は上部から側方へ貫
通する適数の連通孔を形成したことを特徴としている。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下図面を参照しながら、この発
明の好ましい実施形態を説明する。 第１実施形態 図１はこの発明による実施形態の液面調節器を使用した
空調システムの部分模式図、図２は請求項１〜３及び請
求項５に対応する液面調節器の第１実施形態を示す縦断
面図、図３は図２の液面調節器のＡ−Ａに沿う断面図で
ある。

【００１３】図１の重力式ヒートパイプからなる空調シ
ステムにおいて、１はビルの屋上ａなどの高所に設置さ
れている凝縮器、１０はヒートポンプ冷凍機からなる室
外ユニット１１と氷蓄熱槽１２からなる冷熱源装置であ
り、凝縮器１にはポンプ１３により冷熱源装置１０から
冷熱が与えられるように構成されている。

【００１４】ビルの各階ｂには複数の室内ユニット４が
設置され、各室内ユニット４は、空調用の熱交換器（蒸
発器）４０とファン４１とを備えている。各室内ユニッ
トの熱交換器４０には、それぞれ後述の液面調節器５ａ
が付属している。各液面調節器５ａにおいて、後述の液
流入管５０は、受液器２０及び弁２２を介して液管２に
より凝縮器１と、後述の液流出口５１は、連通液管２１
により熱交換器４０の図示しない伝熱コイルの冷媒流入
部とそれぞれ連通されている。また、後述の蒸気流入口
５２は、連通管蒸気管３１により前記伝熱コイルの冷媒
流出部と、後述の蒸気流出口５３は、蒸気管３により弁
３０を介して前記凝縮器１とそれぞれ連通されている。

【００１５】図１の空調システムには適量の冷媒が封入
されており、冷熱源１０から冷熱を受ける凝縮器１内の
冷媒液は、重力により液管２，液面調節器５ａ，連通液
管２１を順に経て熱交換器４０に流下し、当該熱交換器
４０内で蒸発する。蒸発により周囲の熱を奪った冷媒蒸
気は、蒸気連通管３１，液面調節器５ａ，蒸気管３を経
て凝縮器１へ戻され、凝縮器１内で凝縮してその熱を放
出した後、熱交換器４０に流下するように自然循環する
ことにより、各階ｂに被空調空間を冷却する。

【００１６】第１実施形態の液面調節器５ａは、図２及
び図３のように、内部に冷媒液ｃが溜められる密閉状の
容器５と、前記冷媒液に浮かぶフロート６から構成され
ており、容器５内の冷媒液ｃの液面より上方の空間は冷
媒蒸気が通過する気相領域ｄになっている。容器５は、
外径１１４．３mm、肉厚３mm、高さ１８０mmのステンレ
ス製の円筒状容器で、その両端部には肉厚８mmのステン
レス製の底板５４と上板５５が溶接されており、全体が
約１．５ＭＰａの内圧に耐え得る構造になっている。

【００１７】容器５には、底板５４に突入する液流入管
５０が、側壁の下部に液流出口５１が、側壁の上部へ平
面視においてほぼ直角をなす状態に蒸気流入口５２と蒸
気流出口５３が、それぞれ取り付けられている。容器５
内の気相領域ｄには、蒸気流入口５２から蒸気流出口５
３への蒸気の流れを迂回させる迂回案内８が設けられて
いる。この実施例における迂回案内８は、容器５の内壁
に固定された遮蔽体８０であり、平面視において、容器
５の中央部近傍から当該容器５の側壁に向かって前記蒸
気流入口５２と蒸気流出口５３との間をほぼ二分する状
態に設けられている。したがって、遮蔽体８０は蒸気流
入口５２に対してほぼ４５度の角度である。遮蔽体８０
は、高さ４０mm、幅６５mm、肉厚２mmの金属板である。

【００１８】フロート６は、ナイロン製であり、上下に
形成された鍔６０，６１の直径が１０５mm、高さが１０
０mmである。フロート６には、上部の鍔６１に上下方向
に連通する８個の連通孔６２がほぼ等角度間隔に形成さ
れ、下部中央部に座ぐり状の穴６３が形成されている。

【００１９】液流入管５０の前記容器５内に突入した部
分は弁７（逆止弁）を構成しており、この弁７は、液流
入管５０と一体に形成された弁室７０と、弁室７０内に
位置する弁体７１と、弁体７１と前記フロート６の底部
とを連結する弁棒７２とから構成されている。この実施
形態においては、フロート６が最大限上昇したときのフ
ロート６の上端部と蒸気流出口５３の下端との間隔は、
ほぼ１０mmになるように設計されている。

【００２０】第１実施形態の液面調節器５ａは、前述の
ように図１の各室内ユニット４の熱交換器４０毎に設置
された姿勢はほぼ図２の状態であり、図１の凝縮器１か
ら容器５内に流入した冷媒液ｃが図２の状態まで溜まる
と、フロート６の浮上によって弁体７１が弁室７０の上
部の弁座に接し、弁７が閉じられるので、冷媒液ｃはそ
れ以上流入しなくなる。熱交換器４０における熱交換に
より、液流出口５１から熱交換器４０に冷媒液が流れる
と、容器５内の液面が下がって弁７が開くので、冷媒液
ｃが容器５内に流入する。このように、容器５内で冷媒
液ｃの液面が制御されることによって、当該熱交換器４
０の圧力ヘッドが調整されるので、ビルの各階ｂの各熱
交換器４０には熱交換に応じてほぼ等量の冷媒液が流れ
る。熱交換器４０の運転を停止しているときは、冷媒液
の圧力ヘッドによって弁７は閉じられるので、リークに
よって冷媒液ｃが蒸気流出口５３へ流れることはない。

【００２１】熱交換器４０で蒸発した冷媒の蒸気は、蒸
発膨張による勢いを伴って蒸気流入口５２から容器５内
の気相領域ｄへ流れ込み、蒸気流出口５３から図１の凝
縮器１へ流れる。冷媒液はしばしば熱交換器４０で蒸発
しきれない場合があり、このような場合には、蒸気流入
口５２から液を含んだ蒸気が容器５内に流れ込む。蒸気
流入口から容器５内の気相領域ｄへ前記膨張による勢い
で流れ込んだ液を含む蒸気は、迂回案内８を構成する遮
蔽体８０に突き当たり、蒸気内の液は遮蔽体８０に付着
して流下し、フロート６の上に落下する。落下した液
は、フロート６に形成された連通孔６２から液面上に流
下するので、フロート６の上に溜まることはほとんどな
い。前述のように、迂回案内８によって液が分離された
蒸気は、迂回案内８に沿って迂回して蒸気流出口５３か
ら凝縮器１へ流れる。

【００２２】第１実施形態の液面調節器によれば、気相
領域ｄに蒸気流入口５２から蒸気流出口５３への蒸気の
流れを迂回させる遮蔽体（迂回案内８）８０を設けたの
で、蒸気流入口５２から液を含んだ蒸気が流れ込んだ場
合、前記遮蔽体８０によって蒸気と液との分離が促進さ
れる。また、フロート６の上に落下した液は連通孔６２
を通じて落下し、フロート６上に溜まらないので、一担
分離された液が勢いのある蒸気流によって蒸気流出口５
３の方へ流されることもない。したがって、気相領域ｄ
が狭くても、液を含む蒸気が蒸気管３へ流れるのをより
よく防止することができるとともに、重力式ヒートパイ
プからなる空調システムの円滑な運転を保障することが
でき、容器５をより小型化することができる。具体的に
は、容器５の内径が１０８．３mmである場合、当該容器
５の高さを１８０mm以下に設計することができた。

【００２３】第１実施形態の液面調節器は、フロート６
の底部に座ぐり状の穴６３が形成してあり、この穴６３
の底部に弁棒７２が連結されているので、容器５の高さ
をより小さくすることができた。

【００２４】第２実施形態 図４はこの発明による液面調節器の第２実施形態を示す
断面図である。この液面調節器５ａでは、迂回案内８を
構成する遮蔽体８０をフロート６の上部に取り付け、フ
ロート６の下部の鍔６０にガイド孔６４を形成するとと
もに、このガイド孔６４へ容器５の内底部に直立状に固
定したガイド棒６５を通し、フロート６の回転を抑制し
ている。第２実施形態の液面調節器の他の構成や作用，
効果は、第１実施形態の液面調節器とほぼ同様であるの
でそれらの説明は省略する。

【００２５】第３実施形態 図５は、請求項１，４に対応する液面調節器の第３実施
形態を示す断面図である。この液面調節器５ａでは、容
器５の高さは１７０mmであり、蒸気流入口５２と蒸気流
出口５３とが容器５の上部の対向側面に取り付けられて
いる。フロート６の上部には、迂回案内８を構成する円
錐状の遮蔽体８１が一体に形成されている。このフロー
ト６は上下の鍔６０，６１の直径が１０５mm、中心部の
高さが１２０mm、外周部の高さが７０mmである。その他
の構成は、第１実施形態の液面調節器とほぼ同様であ
る。

【００２６】第３実施形態の液面調節器５ａによれば、
蒸気流入口５２から液を含む蒸気が流入した場合、その
蒸気は前記遮蔽体８１に突き当たり、その蒸気中の液は
遮蔽体８１に接触して蒸気から分離され、遮蔽体８１の
斜面に沿って速やかに周方向へ流れる。したがって、気
相領域ｄが狭くても蒸気と液が確実に分離されるととも
に、フロート６の上に分離された液が停滞しないので、
分離された液が勢いのある蒸気流によって蒸気流出口５
３へ流されることはなく、容器を小型化することができ
る。この実施形態においては、迂回案内８を構成する遮
蔽体８１を円錐状にしてフロート６の上部に設けたこと
により、第１実施形態の液面調節器と比べて容器５の高
さを１０mm小さくすることができた。第３実施形態の液
面調節器の他の作用，効果は、第１実施形態の液面調節
器とほぼ同様であるので、それらの説明は省略する。

【００２７】第４実施形態 図６はこの発明による液面調節器の第４実施形態を示す
断面図である。この実施形態の液面調節器は、迂回案内
８を構成するフロート６の上部の遮蔽体８１をほぼ円錐
台状に形成したものであり、他の構成は第３実施形態の
液面調節器とほぼ同様である。第４実施形態の液面調節
器の作用，効果は、第３実施形態の液面調節器とほぼ同
様であるのでその説明は省略する。

【００２８】その他の実施形態 第２実施形態の液面調節器において、容器５が多角筒状
であって、フロート６が当該容器５の内側面に沿う形状
である場合には、ガイド棒６５は不要である。また、第
３及び第４実施形態において、容器５が多角筒状であっ
て、フロート６が当該容器５の内側面に沿う形状である
場合には、前記遮蔽体８１は角錐形状又は角錐台形状に
形成することができる。第３及び第４実施形態におい
て、前記遮蔽体８１は半球形状又は球台形状に形成する
ことができる。迂回案内８は、蒸気流入口５２から蒸気
流出口５３に流れる蒸気流を気相領域ｄ内で迂回させる
ことができれば、前述の各実施形態におけるような遮蔽
体８０や８１の構成に限定されない。

【００２９】

【発明の効果】この発明による液面調節器は、以下のよ
うな効果を奏する。すなわち、請求項１の液面調節器に
よれば、容器内の気相領域に、前記蒸気流入口から蒸気
流出口への蒸気の流れを迂回させる迂回案内を設けてい
るので、蒸気流入口から液を含む冷媒蒸気が流れ込んだ
場合でも、液が前記迂回案内に接触して確実に蒸気と分
離され、液が蒸気とともに蒸気流出口に流れることがな
い。したがって、容器をより小型化することができる。

【００３０】請求項２の液面調節器は、請求項１に記載
の液面調節器において、前記迂回案内が、前記蒸気流入
口から蒸気流出口への蒸気の流れを部分的に遮蔽するよ
うに前記容器の内壁又は前記フロートの上部に設けられ
た遮蔽体であるので、請求項１の液面調節器の効果をよ
りよく達成することができる。

【００３１】請求項３の液面調節器は、請求項２に記載
の液面調節器において、前記蒸気流入口と蒸気流出口と
を、平面視においてほぼ直角をなす状態に容器の側壁に
設け、前記迂回案内を構成する遮蔽体が、平面視におい
て前記容器の中央部近傍から当該容器の側壁に向かって
前記蒸気流入口と蒸気流出口との間をほぼ二分する状態
に設けられているので、気液が一層よく分離され、容器
全体をさらに小型化することができる。

【００３２】請求項４の液面調節器は、請求項１に記載
の液面調節器において、前記迂回案内が、前記フロート
の上部に形成された断面錐形状，錐台形状，半球形状又
は球台形状の遮蔽体であるので、液を含む蒸気が蒸気流
入口から流入した場合、蒸気中の液は前記遮蔽体の斜面
に接触して蒸気と分離されると同時に、前記斜面に沿っ
て速やかに下方へ流れる。したがって、勢いのある蒸気
流によって分離後の液が蒸気流出口の方へ流されること
はないので、容器をさらに一層小型化することができ
る。

【００３３】請求項５の液面調節器によれば、前記フロ
ートには、上下方向に貫通し又は上部から側方へ貫通す
る適数の連通孔を形成したので、遮蔽体によって分離さ
れた蒸気流中の液は、前記連通孔を通って速やかに落下
する。したがって、勢いのある蒸気流によって分離後の
液が蒸気流出口の方へ流されることはないので、容器を
さらに一層小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による液面調節器を使用した重力式ヒ
ートパイプからなる空調システムの部分模式図である。

【図２】この発明による液面調節器の第１実施形態を示
す断面図である。

【図３】図２に矢印Ａ−Ａに沿う断面図である。

【図４】この発明による液面調節器の第２実施形態を示
す断面図である。

【図５】この発明による液面調節器の第３実施形態を示
す断面図である。

【図６】この発明による液面調節器の第４実施形態を示
す断面図である。

【符号の説明】

ａ ビルの屋上 ｂ ビルの各階 ｃ 冷媒液 ｄ 気相領域 １ 凝縮器 １０ 冷熱源装置 １１ 室外ユニット １２ 氷蓄熱槽 ２ 液管 ２０ 受液器 ２１ 連通液管 ２２，３０ 弁 ３ 蒸気管 ３１ 連通蒸気管 ４ 室内ユニット ４０ 熱交換器 ４１ ファン ５ 容器 ５ａ 液面調節器 ５０ 液流入管 ５１ 液流出口 ５２ 蒸気流入口 ５３ 蒸気流出口 ５４ 底板 ５５ 上板 ６ フロート ６０，６１ 鍔 ６２ 連通孔 ６３ 座ぐり状の孔 ６４ ガイド孔 ６５ ガイド棒 ７ 弁 ７０ 弁室 ７１ 弁棒 ８ 迂回案内 ８０，８１ 遮蔽体

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に所定量の冷媒液ｃが溜められ、設
   置状態において溜まった前記冷媒液ｃより上方の空間が
   気相領域ｄとなる容器５と、前記冷媒液ｃに浮かぶフロ
   ート６とを備え、 前記容器５は、所定の圧力で冷媒液が当該容器へ流入す
   る液流入管５０と、当該容器５内の冷媒液に没するよう
   に位置する液流出口５１と、前記気相領域ｄにそれぞれ
   臨む蒸気流入口５２と蒸気流出口５３とを有し、 前記液流入管５０には、前記フロート６が所定レベルま
   で浮上したときに当該液流入管５０を閉じる弁７を設
   け、 前記気相領域ｄには、前記蒸気流入口５２から蒸気流出
   口５３への蒸気の流れを迂回させる迂回案内８を設けた
   ことを特徴とする、 空調用熱交換器の液面調節器。
2. 【請求項２】 前記迂回案内８は、前記蒸気流入口５２
   から蒸気流出口５３への蒸気の流れを部分的に遮蔽する
   ように前記容器５の内壁又は前記フロート６の上部に設
   けられた遮蔽体８０である、請求項１に記載の空調用熱
   交換器の液面調節器。
3. 【請求項３】 前記蒸気流入口５２と蒸気流出口５３
   は、平面視においてほぼ直角をなす状態に前記容器５の
   側壁に設けられ、前記迂回案内８を構成する遮蔽体８０
   は、平面視において前記容器５の中央部近傍から当該容
   器５の側壁に向かって前記蒸気流入口５２と蒸気流出口
   ５３との間をほぼ二分する状態に設けられている、請求
   項２に記載の空調用熱交換器の液面調節器。
4. 【請求項４】 前記迂回案内８は、前記フロート６の上
   部に設けられた断面錐形状，錐台形状，半球形状又は球
   台形状の遮蔽体８１である、請求項１に記載の空調用熱
   交換器の液面調節器。
5. 【請求項５】 前記フロート６には、上下方向に貫通し
   又は上部から側方へ貫通する適数の連通孔６２が形成さ
   れている、請求項１〜４のいずれかに記載の空調用熱交
   換器の液面調節器。