JP2002048484A - 自然循環式ヒートポンプの冷媒循環経路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蒸発器内で蒸発した冷媒ガスが蒸発器冷媒入
口側へ逆流するのを防止することにより、適当な冷媒流
速を維持しつつ、熱交換効率を低下させることなく、蒸
発器の構造を簡易にすることができる自然循環式ヒート
ポンプの冷媒循環経路を提供すること。 【解決手段】 蒸発器３、凝縮器を具備し、凝縮器から
の冷媒液を蒸発器３に導き、蒸発した冷媒蒸気を凝縮器
に導くように構成した自然循環式ヒートポンプの冷媒循
環経路において、蒸発器３の入口側に該蒸発器３で蒸発
した冷媒蒸気の逆流を防ぐトラップ４を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自然冷媒を利用した
自然循環式ヒートポンプの冷媒循環経路に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図１は、従来の自然循環式ヒートポンプ
の冷媒循環経路の構成を示す図である。本サイクルシス
テムは、上部に設置したサージタンク１に冷媒液を溜
め、該冷媒流量調整弁２を介して、下部の蒸発器３に給
液する自然循環サイクルシステムである。この自然循環
サイクルシステムにおいて、実質液面差Ｈが小さく、蒸
発器３内の冷媒流速Ｖが速く、流速損失が大きく、蒸発
器３内のコイル抵抗が大きく摩擦損失が大きい等の場合
には、蒸発したガスの排出が悪くなり、最悪、蒸発した
ガスが流量調整弁２よりサージタンク１へと逆流するこ
とも起り得る。

【０００３】自然循環式ヒートポンプサイクルにおいて
は、蒸発器３内で蒸発した冷媒ガスが蒸発器３内に停滞
することなく効率よく出口側に排出できることが重要で
ある。このため、従来、蒸発器３内の冷媒の流速を抑え
て冷媒の圧力損失を小さくしたり、入口押込み圧力を大
きくしたり、蒸発コイルに勾配をつけて蒸発器３の構造
を複雑にする等の対応を採用している。しかしながら、
このことは蒸発器３の熱交換効率を低下させ、大型化、
ひいては製造コストの増大につながるという問題があ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の点に鑑
みてなされたもので、蒸発器内で蒸発した冷媒ガスが蒸
発器冷媒入口側へ逆流するのを防止することにより、適
当な冷媒流速を維持しつつ、熱交換効率を低下させるこ
となく、蒸発器の構造を簡易にすることができる自然循
環式ヒートポンプの冷媒循環経路を提供することを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１に記載の発明は、蒸発器、凝縮器を具備し、凝
縮器からの冷媒液を蒸発器に導き、蒸発した冷媒蒸気を
凝縮器に導くように構成した自然循環式ヒートポンプの
冷媒循環経路において、蒸発器の入口側に該蒸発器で蒸
発した冷媒蒸気の逆流を防ぐトラップを設けたことを特
徴とする。

【０００６】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の自然循環式ヒートポンプの冷媒循環経路において、冷
媒循環経路はアンモニア冷媒と二酸化炭素冷媒を組み合
わせた自然循環式ヒートポンプ装置の二酸化炭素系の冷
媒循環経路であり、該冷媒循環経路の蒸発器の入口側に
該蒸発器で蒸発した冷媒蒸気の逆流を防ぐトラップを設
けたことを特徴とする。

【０００７】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の自然循環式ヒートポンプの冷媒循環経路において、二
酸化炭素系の冷媒循環経路のカスケードコンデンサとト
ラップの間に該カスケードコンデンサからの液化二酸化
炭素を所定量収容するサージドラムを設け、該サージド
ラムに蒸発器から吐出された炭酸ガスと液化二酸化炭素
の混合体を導くように構成したことを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を図
面に基づいて説明する。図２は本発明に係る自然循環式
ヒートポンプの冷媒循環経路の構成例を示す図である。
図２において、図１と同一符号を付した部分は同一又は
相当部分を示す。本冷媒循環経路では、蒸発器３の入口
にトラップ（図ではＵ字トラップ）４を設け、サージタ
ンク１に溜めた冷媒液を冷媒流量調整弁２及びトラップ
４を介して、蒸発器３に給液している。また、蒸発器３
から吐出された冷媒（冷媒蒸気と冷媒液の混合体）はサ
ージタンク１に戻り、冷媒蒸気は図示しない凝縮器（コ
ンデンサ）に送られ、冷媒液は再び蒸発器３に流れる。
また、凝縮器で凝縮された冷媒ガスは冷媒液となり、開
閉弁１０を通ってサージタンク１に供給される。

【０００９】上記のように蒸発器３の入口にトラップ４
を設けることにより、蒸発器３内で発生した冷媒ガスの
逆流はトラップ４で防止される。そのため、蒸発器３に
は常に冷媒液のみが供給され、自然循環サイクルが確実
に実行される。また、蒸発器３の蒸発コイル内は、適当
な冷媒流速を維持しつつ、しかも蒸発コイルに勾配を持
たせる等の複雑な構造とする必要がなく、効率の良い熱
交換が可能となる。

【００１０】図３は本発明に係る冷媒循環経路を採用す
るアンモニア冷媒と炭酸ガス冷媒を組み合わせた自然循
環式ヒートポンプのシステム構成例を示す図である。図
３において、図１及び図２と同一符号を付した部分は同
一又は相当部分を示す。図示するように炭酸ガス冷凍系
はカスケードコンデンサ１３、レシーバー５、流量調整
弁２、トラップ４及び蒸発器３を炭酸ガス冷媒経路９で
接続して構成されている。また、アンモニア冷凍系はカ
スケードコンデンサ１３、圧縮機１１、コンデンサ１
２、膨張弁１４及び流量調整弁１５がアンモニア冷媒経
路１６で接続されて構成されている。

【００１１】蒸発器３で蒸発した炭酸ガスはカスケード
コンデンサ１３で冷却され凝縮し液化炭酸ガスとなる。
この凝縮した液化炭酸ガスは、レシーバー５に溜りサー
モサイホン現象により、流量調整弁２を通って蒸発器３
へと循環する。この時も蒸発器３の入口側に設置したト
ラップ４が、蒸発器３よりの炭酸ガスの逆流を防止する
ため、自然循環が確実に行なわれる。また、蒸発器３は
適当な炭酸ガスの流速を維持しつつ、しかも蒸発コイル
に勾配を持たせる等の複雑な構造とすることなく、熱交
換効率を最大限大きくすることができる。

【００１２】なお、アンモニア冷凍系では、カスケード
コンデンサ１３で炭酸ガスを冷却して蒸発したアンモニ
アガスは圧縮機１１で圧縮され、コンデンサ１２で凝縮
されてアンモニア液となり、膨張弁１４及び流量調整弁
１５を通ってカスケードコンデンサ１３に戻る循環サイ
クルを構成する。

【００１３】図４は本発明に係る冷媒循環経路を採用す
るアンモニア冷媒と炭酸ガス冷媒を組み合わせた自然循
環式ヒートポンプのシステム構成例を示す図である。図
４において、図１、図２及び図３と同一符号を付した部
分は同一又は相当部分を示す。蒸発器３で蒸発した炭酸
ガスはカスケードコンデンサ１３で冷却され凝縮し液化
炭酸ガスとなる。この凝縮した液化炭酸ガスは、レシー
バー５に溜り、開閉弁６を通り、更にフロートバルブ８
を介してサージドラム７に規定量溜る。該サージドラム
７に溜った液化炭酸ガスは、サーモサイホン現象により
トラップ４を通って蒸発器３へと流れ、蒸発し、ガス化
して再びサージドラム７に戻る。

【００１４】サージドラム７では、蒸発器３より循環し
てきた液とガスの混合体が分離してガスはカスケードコ
ンデンサ１３へと、液は再度蒸発器３へと循環する。こ
の時サージドラム７と蒸発器３の間に設けたトラップ４
が蒸発器３からのガスの逆流を防止するため、自然循環
サイクルが確実に行なわれる。特に本例の場合、蒸発器
３の出口から熱交換効率を高めるため、液とガスの混合
体で戻すことが極めて多い。そのため、蒸発器３内の冷
媒圧損が大きくなり蒸発ガスの逆流が起こり易く、蒸発
器３の入口側にトラップ４を設けることによるガス逆流
防止効果は非常に大きい。

【００１５】なお、上記例ではトラップ４をＵ字トラッ
プを例に説明したが、該トラップはＵ字トラップに限定
するものではなく、例えば図５に示すように、Ｕ字部の
中央部に冷媒流量調整弁２を設けたような構成でもよ
い。要は蒸発器３で蒸発した冷媒蒸気の逆流を防ぐこと
ができる構造であればよい。

【００１６】

【発明の効果】以上、説明したように各請求項に記載の
発明によれば下記のような優れた効果が得られる。

【００１７】請求項１に記載の発明によれば、蒸発器の
入口側に該蒸発器で蒸発した冷媒蒸気の逆流を防ぐトラ
ップを設けたので、蒸発器内で発生した冷媒ガスの逆流
はトラップで阻止され、蒸発器には常に冷媒液のみが供
給され、自然循環サイクルが確実に実行される。また、
蒸発器の蒸発コイル内を流れる冷媒は適当な流速を維持
しつつ、しかも蒸発コイルに勾配を持たせる等の複雑な
構造とする必要がなく、効率の良い熱交換が可能とな
る。

【００１８】請求項２に記載の発明によれば、アンモニ
ア冷媒と二酸化炭素冷媒を組み合わせた自然循環式ヒー
トポンプ装置の二酸化炭素系の冷媒循環経路の蒸発器の
入口側に該蒸発器で蒸発した冷媒蒸気の逆流を防ぐトラ
ップを設けたので、蒸発器の入口側に設置したトラップ
が、蒸発器で発生した炭酸ガスの逆流を防止するため、
自然循環が確実に行なわれる。また、蒸発器の蒸発コイ
ル内を流れる炭酸ガスは適当な流速を維持しつつ、しか
も蒸発コイルに勾配を持たせる等の複雑な構造とするこ
とがないから、熱交換効率を最大限に大きくすることが
できる。

【００１９】請求項３に記載の発明によれば、カスケー
ドコンデンサとトラップの間に該カスケードコンデンサ
からの液化二酸化炭素を所定量収容するサージドラムを
設け、該サージドラムに蒸発器からの炭酸ガスと液化二
酸化炭素の混合体を導くように構成したので、トラップ
が蒸発器からのガスの逆流を防止するため、自然循環サ
イクルが確実に行なわれる。特にこの場合、蒸発器から
出る冷媒は熱交換効率を高めるため、液とガスの混合体
であることが極めて多く、蒸発器内の冷媒圧損が大きく
なり蒸発ガスの逆流が起こり易く、トラップを設けるこ
とによるこの蒸発炭酸ガスの逆流防止効果は非常に大き
いものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の自然循環式ヒートポンプの冷媒循環経路
の構成例を示す図である。

【図２】本発明に係る自然循環式ヒートポンプの冷媒循
環経路の構成例を示す図である。

【図３】本発明に係る冷媒循環経路を採用するアンモニ
ア冷媒と炭酸ガス冷媒を組み合わせた自然循環式ヒート
ポンプのシステム構成例を示す図である。

【図４】本発明に係る冷媒循環経路を採用するアンモニ
ア冷媒と炭酸ガス冷媒を組み合わせた自然循環式ヒート
ポンプのシステム構成例を示す図である。

【図５】本発明に係る自然循環式ヒートポンプの冷媒循
環経路の構成例を示す図である。

【符号の説明】

１ サージタンク ２ 冷媒流量調整弁 ３ 蒸発器 ４ トラップ ５ レシーバー ６ 開閉弁 ７ サージドラム ８ フロートバルブ ９ 炭酸ガス冷媒経路 １０ 開閉弁 １１ 圧縮機 １２ コンデンサ １３ カスケードコンデンサ １４ 膨張弁 １５ 流量調整弁 １６ アンモニア冷媒経路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸発器、凝縮器を具備し、凝縮器からの
   冷媒液を蒸発器に導き、蒸発した冷媒蒸気を凝縮器に導
   くように構成した自然循環式ヒートポンプの冷媒循環経
   路において、 前記蒸発器の入口側に該蒸発器で蒸発した冷媒蒸気の逆
   流を防ぐトラップを設けたことを特徴とする自然循環式
   ヒートポンプの冷媒循環経路。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の自然循環式ヒートポン
   プの冷媒循環経路において、 前記冷媒循環経路はアンモニア冷媒と二酸化炭素冷媒を
   組み合わせた自然循環式ヒートポンプ装置の二酸化炭素
   系の冷媒循環経路であり、該冷媒循環経路の蒸発器の入
   口側に該蒸発器で蒸発した冷媒蒸気の逆流を防ぐトラッ
   プを設けたことを特徴とする自然循環式ヒートポンプの
   冷媒循環経路。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の自然循環式ヒートポン
   プの冷媒循環経路において、 前記二酸化炭素系の冷媒循環経路のカスケードコンデン
   サと前記トラップの間に該カスケードコンデンサからの
   液化二酸化炭素を所定量収容するサージドラムを設け、
   該サージドラムに前記蒸発器から吐出された炭酸ガスと
   液化二酸化炭素の混合体を導くように構成したことを特
   徴とする自然循環式ヒートポンプの冷媒循環経路。