JP2004076981A - スターリング冷熱供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】小さい間隔で敷設されている２次冷媒配管に対しても容易に、かつ、確実に断熱材を取付けることができるようにする。
【解決手段】２次冷媒配管が挿嵌される配管溝１０８を備える断熱材１０９と、該断熱材１０９の外側を包むように設けられたユニット枠１０７とからなる断熱材ユニット１０６を構成する。そして、２つの断熱材ユニット１０６により２次冷媒配管を挟んでユニット枠１０７同士をネジ等により係合させることにより当該２次冷媒配管を断熱する。
【選択図】　　　　図１５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スターリング冷凍機を用いて発生した冷熱を冷熱利用機器に供給できるようにしたスターリング冷熱供給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
スターリング冷凍機は、小型化が可能であり、成績係数や冷凍効率が高く、発生する温度域が低くできる特徴を持つと共に、近年の地球環境問題におけるフロン代替が容易である特徴を持っている。
【０００３】
このため冷凍庫、冷蔵庫、投げ込み式クーラー等の業務用又は家庭用の冷熱利用機器を始めとして、低温液循環器、低温恒温器、恒温槽、ヒートショック試験装置、凍結乾燥機、温度特性試験装置、血液・細胞保存装置、コールドクーラ、各種の計測装置等における冷熱供給源としての利用が検討されている。
【０００４】
スターリング冷熱供給システムは、このようなスターリング冷凍機を用いて冷熱を供給できるようにしたシステムで、作動ガスを圧縮膨張させて冷熱を発生させてコールドヘッドを冷却するスターリング冷凍機、該スターリング冷凍機で発生した冷熱を冷熱利用機器に搬送する冷熱搬送装置、作動ガスの熱を大気に放熱する冷却水装置、スターリング冷凍機、冷熱搬送装置及び冷却水装置を制御する制御装置等を有し、これらが筐体に収納された構成となっている。
【０００５】
そして、スターリング冷凍機で作動ガスを圧縮膨張させて冷熱を発生し、この冷熱でコールドヘッドが冷却される。
【０００６】
冷熱搬送装置は、冷熱利用機器とコールドヘッドとを２次冷媒配管により接続して構成され、該２次冷媒配管に２次冷媒を循環させることによりスターリング冷凍機で発生した冷熱を冷熱利用機器に搬送する。
【０００７】
また、冷却水装置は、スターリング冷凍機で作動ガスを圧縮した際に温度上昇した当該作動ガスと熱交換する作動ガス側熱交換器（スターリング冷凍機に組込まれている）とラジエタとを冷却水配管により接続して構成され、この冷却水配管に冷却水を循環させて作動ガスの熱を大気に放熱している。
【０００８】
そして、筐体はスターリング冷凍機、冷却水装置、冷熱搬送装置等を収納し、当該筐体の上部に制御装置が取付けられている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、２次冷媒配管や冷却水配管は、種々の機器を接続する必要があると共に、システムの小型化の要請に伴い複雑に入組んで敷設されるため、配管スペースや作業スペースの確保が困難で敷設作業が面倒になると共に作業性が悪い問題があった。
【００１０】
また、２次冷媒配管には断熱材が巻付けられるが、このとき２次冷媒配管の表面に大気が触れて氷等が付着しないように密着して巻付けることが必要になる。
【００１１】
しかし、２次冷媒が小さな曲率で曲げられて敷設されているような箇所や複数の２次冷媒配管が並設され、かつ、その間隔が小さ箇所等においては均一な密着状態を保ちながら断熱材を取付けることが非常に困難であった。
【００１２】
特に、断熱材をテーピングして固定するような場合に、複数の２次冷媒配管が小さい間隔で並設されていると、この間にテーピング材が入らず、断熱材を２次冷媒配管に密着して巻付けることができない問題があった。
【００１３】
そこで、本発明は、小さい間隔で敷設されている２次冷媒配管に対しても容易に、かつ、確実に断熱材を取付けることができるようにしたスターリング冷熱供給システムを提供することを目的とする。
【００１４】
【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にかかる発明は、作動ガスを圧縮膨張させて冷熱を発生するスターリング冷凍機と、該スターリング冷凍機と冷熱利用機器とが２次冷媒配管で接続されて、当該２次冷媒配管に２次冷媒を循環させることによりスターリング冷凍機で発生した冷熱を冷熱利用機器に搬送する冷熱搬送装置とを有するスターリング冷熱供給システムにおいて、２次冷媒配管が挿嵌される配管溝を備える断熱材と、該断熱材の外側を包むように設けられたユニット枠とからなる断熱材ユニットを有して、２つの断熱材ユニットにより２次冷媒配管を挟んでユニット枠同士を係合させることにより、当該２次冷媒配管を断熱することを特徴とする。
【００１５】
請求項２にかかる発明は、複数の２次冷媒配管が隣接して敷設されている場合には、配管溝を当該隣接間隔に対応する距離で複数形成し、または２次冷媒配管曲げられて敷設されている場合には、配管溝を当該敷設曲率に対応する曲率で形成したことを特徴とする。
【００１６】
請求項３にかかる発明は、配管溝が２次冷媒配管の外形寸法より適宜小さな寸法に形成されて、２つの断熱材ユニットで当該２次冷媒配管を断熱した際に、該配管溝が変形して２次冷媒配管の表面に密着するようにしたことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は本発明に係るスターリング冷熱供給システム１の斜視図であり、図２はその内部を示す斜視図である。なお、図２においては、後述する制御装置の具体的構成については図示省略している。
【００１８】
また、図３は、スターリング冷熱供給システム１の回路図を示している。
【００１９】
このスターリング冷熱供給システム１は、冷熱を発生する２台のスターリング冷凍機４、該スターリング冷凍機４における作動ガスの熱を大気に放熱する冷却水装置５、２次冷媒（例えば、ＨＦＥ：ハイドロフロロエーテル）をスターリング冷凍機４と冷狽ニの間で循環させて、スターリング冷凍機４で発生した冷熱を冷熱利用機器３に供給する冷熱搬送装置６、冷熱利用機器３から要求される冷熱量が供給できるように、スターリング冷凍機４等を制御する制御装置が収納される制御装置ケース７、これらを収納する筐体８等を主要構成としている。
【００２０】
このスターリング冷凍機４は、一定の能力で運転され、冷熱の必要状態に応じて断続運転を行うことにより供給する冷熱量の調整が行われている。
【００２１】
このため、冷熱利用機器３における熱負荷変動が生じた場合に、当該熱負荷変動を速やかに抑制するような冷熱を供給しようとすると、大量の冷熱が供給できる大型のスターリング冷凍機を用いる必要がある。
【００２２】
しかし、大型のスターリング冷凍機にすると、大幅なコストアップになると共に、スターリング冷凍機は断続運転の場合であっても運転中は常に一定の能力で運転されるため、必要とする冷熱量が少なくなった場合には大幅な余剰冷熱が発生してしまい、経済性が悪い問題がある。
【００２３】
そこで、小型のスターリング冷凍機を複数台用いて、必要な冷熱量に応じて運転することが考えられる。
【００２４】
このとき、２次冷媒を複数台のスターリング冷凍機に対して直列に循環させる方法と、並列に循環させる方法がある。
【００２５】
並列に循環させる方法では、２次冷媒が各スターリング冷凍機に分流して循環するため２次冷媒量を増やせる反面、２次冷媒の温度低下率は１台のスターリング冷凍機の場合と大差ない。
【００２６】
また、先に述べたように、スターリング冷凍機は、運転、停止を繰返すことにより供給冷熱量を制御するため、並列に循環させる場合には、全てのスターリング冷凍機を同時に運転、停止させなければ効率的な冷熱供給ができない。
【００２７】
このため運転停止の間隔が短くなってしまい、制御部品に対する負荷（例えば、電源スイッチのオン・オフ回数等）が大きくなってしまう。
【００２８】
これに対して、直列に循環させる方法では、２次冷媒が複数台のスターリング冷凍機を順次循環するため、２次冷媒量を増大させることは困難である反面、２次冷媒の温度低下率を大きくすることが可能である。
【００２９】
また、個別にスターリン冷凍機の運転停止制御を行うことが可能なため、運転停止の間隔を長くすることができ制御部品に対する制御負荷が小さくなる利点がある。
【００３０】
このような観点から、本発明では、２台又は２台以上のスターリング冷凍機４を直列に接続した構成を採用している。
【００３１】
なお、２台以上のスターリング冷凍機を用いる場合には、各スターリング冷凍機４は同じ構成であるので、これらを特に区別する必要があるときは、第１スターリング冷凍機４ａ、第２スターリング冷凍機４ｂ等のように記載し、区別する必要がないときは単にスターリング冷凍機４と記載する。
【００３２】
スターリング冷凍機４は、図４に示すように、モータ１１の回転動力を往復動力に変換するクランク部１２、圧縮ピストン１４が圧縮シリンダ１５内を往復運動することによりこれらの間で形成される圧縮空間１６内の作動ガスを圧縮する圧縮部１７、膨張ピストン１８が膨張シリンダ１９内を往復運動することによりこれらの間で形成される膨張空間２０内の作動ガスを膨張させる膨張部２１、圧縮空間１６と膨張空間２０とを連通させると共に、そのガス流路Ｓに設けられた金属メッシュシート等からなる蓄熱部２２等を有している。
【００３３】
スターリング冷凍機４における、クランク部１２は内部がクランク室２３をなすクランクハウジング２４に収納され、モータ軸２５と連結されたクランク２６、一端がクランク２６に連結されたコネクティングロッド２７、該コネクティングロッド２７の他端に連結されたクロスガイドヘッド２８、該クロスガイドヘッド２８の運動方向を１方向に規制するクロスガイドライナ２９等により形成されている。
【００３４】
これにより、モータ１１の回転動力がクランク部１２で往復動力に変換されて、圧縮ピストン１４、膨張ピストン１８が往復運動する。
【００３５】
なお、膨張ピストン１８は圧縮ピストン１４に対して位相が略９０度進んで運動する。
【００３６】
また、圧縮ピストン１４や膨張ピストン１８は、ピストンロッド３０を介してクロスガイドヘッド２８と連結され、このピストンロッド３０に一端が密着して固着されると共に、他端が固定プレート３６に密着して固着されたオイルシールベローズ３７が設けられている。
【００３７】
このオイルシールベローズ３７は、金属製のベローズで、ピストンロッド３０の往復運動に伴い伸縮して、常に圧縮ピストン１４や膨張ピストン１８側の空間とクロスガイド側の空間とを気密に区画している。
【００３８】
これにより、クロスガイドヘッド２８等を潤滑するオイル３８が圧縮ピストン１４や膨張ピストン１８に付着し、これが圧縮空間１６や膨張空間２０に侵入することによる冷凍効率の低下を防止している。
【００３９】
また、このオイルシールベローズ３７と圧縮ピストン１４や膨張ピストン１８とで挟まれる空間（背圧室という）３９は、気密状態になり、圧縮ピストン１４や膨張ピストン１８が往復運動することにより当該背圧室３９の雰囲気が圧縮膨張するため、そのエネルギーがモータ負荷となって、冷熱発生効率を低下させてしまう。
【００４０】
そこで、背圧室３９とクランク室２３とをベローズ４０を介して連結させたバッファタンク４１が設けられている。
【００４１】
また、圧縮空間１６を覆うように、または圧縮空間１６と蓄熱部２２とを連通するガス流路Ｓを取巻くように作動ガス側熱交換器３５が設けられて、冷却水が循環するようになっている。
【００４２】
そして、圧縮ピストン１４が下死点から上死点に移動すると、圧縮空間１６内の作動ガスが圧縮される。この間、膨張ピストン１８は上動して上死点に達した後、下動するようになる。
【００４３】
圧縮ピストン１４の上動に伴い圧縮された作動ガスは、ガス流路Ｓを流動して膨張部２１側に送られ、膨張ピストン１８が下動すると作動ガスは蓄熱部２２を通過して膨張空間２０に送られる。
【００４４】
作動ガスが蓄熱部２２を通過する際には、その熱がこの蓄熱部２２に蓄熱される。
【００４５】
膨張ピストン１８が下死点に達するに従い、圧縮ピストン１４は上死点から下死点に移動し、作動ガスは膨張する。
【００４６】
このときの膨張過程は等温膨張過程であるため、膨張に伴う吸熱が膨張空間の頂部に設けられた冷熱源側熱交換器（コールドヘッド）４５を介して行われ、この結果冷熱源側熱交換器４５の温度が下がり冷熱が発生する。
【００４７】
圧縮ピストン１４が下死点に近づくに従い、膨張ピストン１８は上動を始め、作動ガスはガス流路Ｓを経て蓄熱部２２で熱交換して圧縮空間１６に戻る。
【００４８】
このようなサイクルを１サイクルとして運転されて、冷熱源側熱交換器４５の冷熱は冷熱利用機器３に利用される。
【００４９】
冷熱搬送装置６は、冷熱と２次冷媒とを熱交換させる冷熱源側熱交換器（冷熱源側熱交換器４５）、２次冷媒を冷熱利用機器３に循環させる２次冷媒ポンプ４６、循環する２次冷媒量を調整するタンク４７、冷熱利用機器３側から戻ってきた２次冷媒の気液分離を行い液体のみが２次冷媒ポンプ４６に戻るようにする気液分離器４８、冷熱利用機器３で冷熱を供給することにより生じる２次冷媒回路での圧力変化を吸収する圧力調整ベローズ４９等を有している。
【００５０】
そして、２次冷媒は、第２冷熱源側熱交換器４５ｂ、第１冷熱源側熱交換器４５ａ、冷熱利用機器３、２次冷媒ポンプ４６を循環する。
【００５１】
このとき、冷熱利用機器３から戻ってきた２次冷媒は、気液混合状態であるため、これを分離するために気液分離器４８が、冷熱利用機器３と２次冷媒ポンプ４６との間の配管５２に設けられている。
【００５２】
この気液分離器４８は、冷熱利用機器３と２次冷媒ポンプ４６との間の配管５２に立設して設けられた気液分離管４４、液体の２次冷媒を２次冷媒回路に戻す液体戻管５０、気液分離された気体の２次冷媒をタンクに導く気体回収管５１等により形成されている。
【００５３】
なお、気液分離管４４と液体戻管５０とは連通した概略逆Ｕ字状をなし、その頂部近傍に気体回収管５１が接続されている。
【００５４】
これにより、気液混合状態の２次冷媒が流動して２次冷媒ポンプ４６に戻る際に、気体の２次冷媒が気液分離管４４内を上昇して気液分離が行われ、この気体の２次冷媒はタンク４７に回収される。
【００５５】
気液分離が行われた結果、２次冷媒ポンプ４６には液体の２次冷媒のみが戻ることになり、当該２次冷媒ポンプ４６でのエアー噛み等の不都合が防止できる。
【００５６】
なお、気液分離器４８内を上昇した気体の２次冷媒は、気体回収管５１を介してタンク４７に回収されるが、当該タンク４７内の温度が凝縮温度より低い場合には凝縮して貯留される。
【００５７】
無論、気体の２次冷媒が気液分離器４８内を上昇している際に、凝縮して液化したり、微少の液体の２次冷媒が気体の２次冷媒と共に上昇することもあり、かかる場合には液体の２次冷媒は気液分離器４８内や液体戻管５０を介して２次冷媒回路に戻る。
【００５８】
タンク４７には、当該タンク４７に貯留されている２次冷媒量を黙視して確認するためのレベル計５４が設けられると共に、当該２次冷媒量が所定量になったことを検出する複数のレベルセンサ５５が設けられている。
【００５９】
また、タンク４７の上部空間は、気体回収管５１、気液分離管４４を介して２次冷媒回路の圧力調整を行う圧力調整ベローズ４９が接続すると共に、当該タンク４７の内圧が所定圧以上になると開弁する安全バルブ５７、タンク４７を強制開放できるようにするタンクベント５８、２次冷媒を注入する際に開弁して用いる２次冷媒注入バルブ５９等が設けられている。
【００６０】
圧力調整ベローズ４９、安全バルブ５７、タンクベント５８、２次冷媒注入バルブ５９は、図５、図６に示すような内部に貫通孔７４が設けられた金属製の汎用品である角ブロック６０に装着されて、当該角ブロック６０がタンク４７の上部に配置されている。
【００６１】
なお、気体になった２次冷媒がタンク４７に回収されたり、リークが発生したりして２次冷媒回路を循環する２次冷媒量が不足する場合があり、また逆に何らかの原因で循環する２次冷媒量が過剰になったりすることが危惧される。
【００６２】
そこで、液体の２次冷媒が貯留されているタンク４７の底部側には、液補充管６１及び液回収管６２が設けられている。
【００６３】
液補充管６１は、液体戻管５０に接続され、その間に液補充バルブ６３が設けられて、当該液補充バルブ６３を開くことにより２次冷媒回路に２次冷媒が補充できるようになっている。
【００６４】
また、液回収管６２は２次冷媒ポンプ４６と第２スターリング冷凍機４との間の配管に接続されて、その間に液回収バルブ６４が設けられている。
【００６５】
これにより、２次冷媒回路を循環する２次冷媒量が過剰になった場合には、当該液回収バルブ６４を開いて２次冷媒ポンプ４６から圧送された２次冷媒の一部をタンク４７に導き調整する。
【００６６】
ところで、圧力調整ベローズ４９は、冷熱利用機器３で冷熱を与えること等により生じる２次冷媒回路内の圧力変動に伴い、タンク４７内に貯留されている気体の２次冷媒が当該圧力調整ベローズ４９内に出入りすることで圧力変動を吸収している。
【００６７】
従って、この圧力調整ベローズ４９に液体の２次冷媒が入流すると、その機能が失われてしまう。
【００６８】
気体回収管５１は、原則として気体の２次冷媒のみが流動するように設計されている。
【００６９】
しかし、冷熱利用機器３と２次冷媒ポンプ４６との間の配管に接続されている気液分離管４４の接続点と液体戻管５０の接続点との間に大きな圧力損失が発生するような場合には、気液分離管４４に気液混合した２次冷媒が入込み、液体の２次冷媒が気体回収管５１を介してタンク４７に流入することがある。
【００７０】
ところが、従来はこの気体回収管５１に圧力調整ベローズ４９が設けられていたため、液体の２次冷媒が気体回収管５１を介してタンク４７に流入する際に当該圧力調整ベローズ４９にも流入してしまう不都合があった。
【００７１】
このため気液分離器４８の接続点と液体戻管５０の接続点とを近接させて、これらの間で大きな圧力損失が発生しないように、配管の敷設方法や接続点位置を工夫していた。
【００７２】
しかし、かかる配管の敷設方法や接続点位置の要件を満たすようにすると、配管を複雑な経路で敷設しなければならない場合が生じて組立作業が複雑になったり、保修点検時におけるスペースが確保し難くなるためスターリング冷熱供給システム１の小型化を十分に図ることができなくなったりする。
【００７３】
そこで、本発明では、液体の２次冷媒が気体回収管５１を介してタンク４７に流入しても、圧力調整ベローズ４９に流入しなければよいので、当該圧力調整ベローズ４９をタンク４７の上部空間と連通して設けられた角ブロック６０に取付けている。
【００７４】
また、気体回収管５１がタンク４７に取付けられている位置に対して、気体回収管５１が液体戻管５０似鳥付けられている位置の方が低い位置にして、例え液体の２次冷媒が気体回収管５１を介してタンク４７に流入しようとしても、その勾配によりこれを抑制するようにしている。
【００７５】
このような構成により、配管の敷設方法や接続点位置を考える際には、気液分離管４４の接続点と液体戻管５０の接続点との間の圧力損失を考慮する必要がなくなり、スターリング冷熱供給システム１の小型化や保修作業の容易性に重点を置いて考えればよくなる。
【００７６】
また、気液分離器４８の接続点と液体戻管５０の接続点を任意に設定できるため、接続管としてＴ字管のような汎用品を用いることが可能になり、コストダウンが可能になる。
【００７７】
スターリング冷凍機４で作動ガスを圧縮すると、温度上昇が発生し、この温度上昇した状態で蓄熱部２２を介して膨張部２１に送ると冷熱発生効率が低下する。このため作動ガスの熱を放熱して膨張部２１に移送すべく冷却水装置５が設けられている。
【００７８】
この冷却水装置５は、スターリング冷凍機４における圧縮空間１６と蓄熱部２２との間のガス流路Ｓを取巻くようにして冷却水路が形成されて作動ガスと冷却水とを熱交換させる作動ガス側熱交換器３５、該作動ガス側熱交換器３５で熱交換した冷却水を大気と熱交換させる大気側熱交換器であるラジエタ６５、ラジエタ６５に大気を送風して冷却水と大気との熱交換効率を向上させる送風機６６、冷却水を作動ガス側熱交換器３５とラジエタ６５との間を循環させる冷却水ポンプ６７等により構成されている。
【００７９】
なお、作動ガス側熱交換器３５、ラジエタ６５、送風機６６はそれぞれ２台用いられているが、冷却水ポンプ６７は１台しか設けられていない。
【００８０】
スターリング冷凍機４が２台設けられ、それらを区別する場合には第１スターリング冷凍機４ａ、第２スターリング冷凍機４ｂと記載することにしたので、これに対応して作動ガス側熱交換器３５、ラジエタ６５、送風機６６も必要に応じて第１作動ガス側熱交換器３５ａ、第２作動ガス側熱交換器３５ｂ、第１ラジエタ６５ａ、第２ラジエタ６５ｂ、第１送風機６６ａ、第２送風機６６ｂのように第１、第２を付けて記載する。
【００８１】
冷却水回路は、冷却水の循環方向に従い、冷却水ポンプ６７、第１ラジエタ６５ａ、第１作動ガス側熱交換器３５ａ、第２ラジエタ６５ｂ、第２作動ガス側熱交換器３５ｂが環状に接続されて、ラジエタ６５、作動ガス側熱交換器３５を順次流動する流路を１パートとし、該パートが直列に接続された構成となっている。
【００８２】
なお、ラジエタ６５を２台のスターリング冷凍に対応させて２台設けたのは以下の理由からである。
【００８３】
即ち、先に述べたように、第２スターリング冷凍機４で冷熱を吸収した２次冷媒は、第１スターリング冷凍機４に供給されて、当該第１スターリング冷凍機４で更に冷熱を吸収して冷熱利用機器３に供給される。
【００８４】
従って、第２スターリング冷凍機４におけるよりも第１スターリング冷凍機４における方が、スターリング冷凍機４の到達温度に近い温度領域で動作することになる。
【００８５】
この意味からラジエタ６５を１台用い、最初に第１作動ガス側熱交換器３５ａに供給し、その次に第２作動ガス側熱交換器３５ｂに循環するようにしても、原理的には所望される冷熱供給が可能になる。
【００８６】
しかし、このためには大きなラジエタ６５を用いたり、新たな原理に基づくラジエタ６５を技術開発する等により、ラジエタ６５における冷却水の放熱効率を向上させる必要があり、大幅なコストアップの要因となる。
【００８７】
そこで、本発明は、既存のフィン型熱交換器による小型のラジエタを用いてコストアップを抑制しながら効率的な放熱が行えるように、ラジエタ６５をそれぞれスターリング冷凍機４に対応させて設けている。
【００８８】
また、冷却水ポンプ６７をラジエタ６５に対応させて２台用いることも可能である。
【００８９】
しかし、この場合には、冷却水ポンプ６７を２台にすると大幅な設置面積の増大が生じ、またポンプ能力の大きな冷却水ポンプを１台用いる方が２台用いるよりも安価になる。
【００９０】
そこで、本発明では、１台の冷却水ポンプ６７とすることで、コストダウン及びスターリング冷熱供給システム１の小型化を図っている。
【００９１】
図７はラジエタの構成を示す図で、図７（ａ）は上面図、図７（ｂ）は正面図、図７（ｃ）は側面図である。
【００９２】
このラジエタ６５は、ラジエタ６５の冷却水入口をなす入口管６８、ラジエタ６５の冷却水出口をなす出口管６９、該出口管６９に接続されて、当該ラジエタ６５内の冷却水を抜く際に用いられるドレイン７０、冷却水と大気との熱交換を行う３枚の並設されたラジエタパネル７１から構成されている。
【００９３】
また、各ラジエタパネル７１は、上部及び下部に横置配置されて、それぞれ入口管６８及び出口管６９と接続された上部ヘッダ７２及び下部ヘッダ７３、該上部ヘッダ７２と下部ヘッダ７３との間に多数接続された銅管等からなる液管７５、各ラジエタパネル７１における液管７５の全てに嵌合して設けられたアルミニウム板等からなるフィン７６、各ラジエタパネル７１における液管７５に固着されて、これら３枚のラジエタパネル７１を一体に保持すると共にフィン７６の保護を兼ねた管板７７等を有している。
【００９４】
なお、各ラジエタパネル７１における液管７５は、図８に模式的に示すように等間隔に列設されると共に、隣接するラジエタパネル７１の液管７５が、互いの液管７５の間に位置するように設置位相をずらして設けられている。
【００９５】
これは、冷却水と熱交換する大気が、各ラジエタパネル７１の液管７５で蛇行しながら流れるようにすることで、放熱効率を向上させるためである。
【００９６】
また、液管７５はロウ付け等によ上部ヘッダ７２，下部ヘッダ７３に固着されるが、その際の固着作業性を向上させるために作業スペースを確保する作用もある。
【００９７】
なお、上部ヘッダ７２，下部ヘッダ７３として円管や角管を用いることが可能であるが、本発明では円管を用いている。
【００９８】
これは液管７５を上部ヘッダ７２，下部ヘッダ７３に固着する際の固着技術と関連して選択されたもので、ロウ付け等の熱を利用する固着方法を採用した場合には、当該熱により熱応力が発生し、角管の場合には円管の場合より大きな変形が発生してしまう不都合があるためである。
【００９９】
従って、圧着等の熱応力の発生しない固着技術を用いるならば、角管を用いることも可能である。
【０１００】
冷却水回路には、冷却水回路に冷却水を注水する際に用いられる冷却水注水バルブ７８、冷却水を注水する際に開くことにより冷却水回路中のエアーの抜道を形成する複数のエアー抜バルブ７９、冷却水回路中の冷却水を排水するときに開かれる複数の排水バルブ８０等を有している。
【０１０１】
なお、冷却水装置５は図３に示すような構成であるが、これを配管の高低差に注目して示したのが図９で、スターリング冷凍機４、ラジエタ６５、冷却水ポンプ６７における入口側と出口側等の配管位置に高低差があることがわかる。
【０１０２】
このように、配管位置に高低差があるため、後述するように、エアー抜バルブ７９や排水バルブ８０を複数設けている。
【０１０３】
複数設けられた排水バルブ８０の内の１つは、冷却水回路の最下点の位置に設けられている。以下、この排水バルブ８０を主排水バルブ８１という。
【０１０４】
また、他の排水バルブ８０は、スターリング冷凍機４とラジエタ６５との間に形成されるような、配管が「Ｕ」字状の形態をなす部分の最下点に取付けられている。本明細書では、この排水バルブ８０を副排水バルブ８２といい、この副排水バルブ８２が取付けられている配管位置の高さを極小点という。
【０１０５】
エアー抜バルブ７９は、複数のエアー抜管８５に設けられており、当該エアー抜管８５はスターリング冷凍機４とラジエタ６５との間等に形成される配管が「逆Ｕ」字状の形態をなす部分の最上点に取付けられている。このような最上点を極大点という。
【０１０６】
冷却水注水バルブ７８は、冷却水ポンプ６７の注水口８６や主排水バルブ８１と連通して接続された冷却水注水管８７の最上点に設けられている。この最上点は、冷却水回路における最上点でもある。
【０１０７】
そして、冷却水回路に冷却水を注水する際には、冷却水注水バルブ７８及びエアー抜バルブ７９を開き、冷却水注水バルブ７８から冷却水を注水する。
【０１０８】
従来は、このような注水専用の冷却水注水バルブ７８が設けられていないため、冷却水は排水バルブ８０から注水していた。
【０１０９】
しかし、当該排水バルブ８０は冷却水回路で低い位置に設けられているため、ポンプ等の加圧手段が必要になり、当該加圧手段はその都度準備する必要があり不便であった。
【０１１０】
これに対し本発明では、冷却水注水バルブ７８が冷却水回路における最上位点に設けられているので、冷却水は重力の作用により流下し、当該冷却水回路に何らの加圧を行うことなく注水することが可能となる。
【０１１１】
なお、冷却水回路に冷却水を注水する際には、冷却水回路中のエアーを抜く必要があるが、図９に示すように極大点や極小点が多数存在し、かつ、その管路も長く、複雑に曲っている部分が多数あるため、エアー残りが発生し易い。
【０１１２】
そこで、本発明では、極大点の位置にエアー抜管８５を設けて、エアー抜きが容易、かつ、略完全に行えるようにしている。
【０１１３】
また、従来、ラジエタ６５は液管が平行部分と曲部分とを多数持つ連続した蛇行管であるので、平行部分が水平線に対して傾いた状態で据付けられた場合には、抜残ったエアーがこの平行部分に貯まってしまう。
【０１１４】
しかし、このような平行部分にエアー抜管８５を設けることはできないので、以下のような不都合が発生する。
【０１１５】
即ち、この平行部分にはフィンが挿嵌されて、冷却水と大気との熱交換を行っている。
【０１１６】
従って、当該部分にエアーが貯まると大気との熱交換効率が低下して、冷却水の放熱効率の低下、結局は冷熱発生効率の低下を招いてしまう。
【０１１７】
そこで、本発明では、図７等に示したように、液管７５を複数に分割し、かつ、それぞれを垂直に延設しているため、例えラジエタ６５が傾いた状態で据付けられても、抜け残ったエアーが液管７５に貯まることがなく冷却水の放熱効率の低下、冷熱発生効率の低下を防止することが可能になる。
【０１１８】
なお、エアーは完全に抜くことが好ましいが、配管内壁に付着したりして、冷却水注水当時には抜き去ることができないエアーが発生する。
【０１１９】
このようなこの抜け残ったエアーは、冷却水の循環に従って移動しながら纏ったりして、例えば冷却水ポンプ６７のエアー噛みを起したり、異音の発生を起したりすることが危惧される。
【０１２０】
冷却水注水管８７やエアー抜管８５は、極大点や冷却水ポンプ６７より高い位置に、かつ、上に延びた状態で敷設されているので、抜け残ったエアーが冷却水の循環に伴い流動していると、極大点や冷却水ポンプ６７を通過する際に冷却水注水管８７やエアー抜管８５に貯まるようになる。
【０１２１】
従って、冷却水ポンプ６７のエアー噛みを起したり、異音の発生を起したりすることが防止できるようになっている。
【０１２２】
また、冷却水注水管８７やエアー抜管８５を管内が透けて見える透明、半透明管により形成されているので、エアーがこれらの管に一杯になる前に、エアー抜バルブ７９を開くことが可能になると共に、冷却水回路中に何らかの原因で漏水が発生して冷却水不足が発生しても容易に、漏水発生の有無や冷却水の不足の有無が判断できるようになる。
【０１２３】
次に、このような機器を収納する筐体８について説明する。筐体８は、図１，図２及び図１０に示すようにアングルのフレームを組合わせて枠組形成された概略直方体の外観を有し、その底部９０にスターリング冷凍機４やラジエタ６５等が固定されると共に、上部９１に制御装置ケース７が取付けられて、側面パネル９５、背面パネル９６、正面パネル９７がネジ止め等の係合手段により固定されるようになっている。
【０１２４】
また、底部９０の下には、キャスタ１１０及びストッパ１１１が設けられて、任意の場所に移動して固定できるようになっている。
【０１２５】
スターリング冷凍機４やラジエタ６５等が固定される底部９０は、底部側フレーム９２により枠組みされ、当該底部側フレーム９２に底板９４が掛渡され、この底板９４の上に所定の高さを持つ防振ゴム脚９３が取付けられている。
【０１２６】
この底板９４は、３枚に分割して設けられ、それぞれの底板９４の長手方向の端部９５はＬ字状に折曲げて形成されている。
【０１２７】
そして、この底板９４の上面は、少なくとも底部側フレーム９２の最上位点よりも適宜高い位置になるようになっている。この理由については後述する。
【０１２８】
このように底板９４を分割構成としたのは、分割された底板９４の間から大気が出入りできるようにして、筐体８に大気が籠らないようにすると共に、スターリング冷熱供給システムの軽量化を図るためである。
【０１２９】
また、底板９４の端部９５をＬ字状に折曲げ形成したのは、薄い板材により底板９４を形成しても、重いスターリング冷凍機４が載置できるように強度補強を行うためである。
【０１３０】
スターリング冷凍機４は、除振バネ９７を介して載置台９８に設けられ、当該載置台９８が防振ゴム脚９３を介して底板９４に固定されている。
【０１３１】
この除振バネ９７は、載置台９８とスターリング冷凍機４とが直接接触しないように支持して当該スターリング冷凍機４で発生する振動を吸振しており、防振ゴム脚９３は底板９４から載置台９８を所定量離して支持して振動の伝達を防止している。
【０１３２】
底部側フレーム９２には、側面パネル９５がネジ止めされる背面側フレーム９９及び正面側フレーム１００が立脚して設けられて、これらの上に上部側フレーム１０１が掛渡されている。
【０１３３】
そして、背面側フレーム９９や正面側フレーム１００には側面パネル９５が取付けられ、上部側フレーム１０１には制御装置ケース７が取付けられている。
【０１３４】
このとき、図１１に示すように、ラジエタ６５側の背面側フレーム９９は底部９０の背面コーナに取付けられているが、スターリング冷凍機４側の正面側フレーム１００は正面コーナから適宜ラジエタ６５側に位置をずらしてセットバックした状態で取付けられている。
【０１３５】
なお、本明細書では、図２において示すスターリング冷凍機４とラジエタ６５との位置関係で、スターリング冷凍機４側を正面、ラジエタ６５側を背面と記載するが、この「正面」「背面」は便宜的に決めたもので、本発明の構成を限定するものではないことを敢て付言する。
【０１３６】
従って、正面側フレーム１００がセットバックして設けられていることになる。このように正面側フレーム１００をセットバックして設けた理由については後述する。
【０１３７】
背面側フレーム９９には、背面パネルがネジ止めして固定され、この背面パネル９６には大気を吸込む吸気口１０２が形成され、底部９０と上部側フレーム１０１には正面パネル９７がネジ止めして固定され、この正面パネル９７には大気を排気する排気口１０３が形成されている。
【０１３８】
そして、大気は背面パネル９６の吸気口１０２から吸気され、ラジエタ６５、送風機６６、スターリング冷凍機４の周囲を流動して正面パネル９７の排気口１０３から排気される。
【０１３９】
なお、通常は送風機６６により送風される空気がラジエタ６５に吹き当たるように、当該送風機６６を風上側に配置して送風音等の低減が図られるが、本発明では上記したように送風機６６は風下側に配置されている。
【０１４０】
これは送風機６６を風上側に配置する構成では、空気がスターリング冷凍機４の周囲を流動する際にモータ１１等の熱により加熱され、これがラジエタ６５で熱交換するようになって、当該ラジエタ６５での冷却水の放熱効率が低下するのを防止するためである。
【０１４１】
吸気口１０２や排気口１０３には図示しないグリル等が設けられて、吸気口１０２はラジエタ６５に対向して設けられ、排気口１０３の上端は当該吸気口１０２の上端より適宜高い位置になるように形成されている。
【０１４２】
これは筐体８内にスターリング冷凍機４や冷熱搬送装置６等の機器が多数設けられ、かつ、システムの小型化のためにデッドスペースが発生しないように配置されているので、送風機６６により送風された大気がこれらに吹き当って筐体８内に籠ってしまう。
【０１４３】
そこで、本発明では、上述したように底板９４を分割構成すると共に、排気口１０３の上端が吸気口１０２の上端より適宜高い位置になるように形成している。
【０１４４】
底板９４を分割構成とすることにより、その間から大気が流入、流出することができるようになるので、排気が促進されると共に、流入した大気により筐体内の大気が攪拌されて籠りが抑制され、またスターリング冷凍機４等に冷却が促進される。
【０１４５】
また、排気口１０３の上端が吸気口１０２の上端より適宜高い位置になるように形成されているので、筐体８内の空気が自然対流により上昇して当該排気口１０３から流出し易くなる。
【０１４６】
このとき排気口の開口面積を可能な限り大きくすれば、筐体内の大気が排気しやすくなるので好ましいが、余り大きくするとスターリング冷凍機４等で発生する音が、騒音として漏出る量が多くなる。
【０１４７】
そこで、本発明では、大気の排気効率や騒音の漏れを考慮して吸気口１０２と排気口１０３との開口比率を吸気口１０２：排気口１０３＝１：１．２〜１：１．５になるように設定している。
【０１４８】
ところで正面側フレーム１００をセットバックして設けたが、これは以下のような理由による。即ち、図２や図３に示すように、２次冷媒回路は複数のスターリング冷凍機４、２次冷媒ポンプ４６、気液分離器４８等の多数の機器を２次冷媒配管で接続して形成され、また冷却水回路は複数のラジエタ６５や冷却水ポンプ６７を冷却水配管で接続して形成されている。
【０１４９】
以下、２次冷媒が循環する配管を２次冷媒配管、冷却水が循環する配管を冷却水配管と記載する。
【０１５０】
そして、２次冷媒配管は銅管等により形成され、冷却水配管は可塑性の樹脂管等により形成されている。
【０１５１】
なお、図２や図３等においては図示省略しているが、２次冷媒配管には断熱材が巻付けられている。
【０１５２】
従来のスターリング冷熱供給システムにおいては、これら２次冷媒配管や冷却水配管は空きスペース利用して複雑に入組んで敷設されていたため、当該配管の敷設作業に手数がかかると共に、２次冷媒配管に断熱材を巻付ける際の作業が非常に大変であった。
【０１５３】
そこで、本発明では、正面側フレーム１００をセットバックして設け、このセットバック領域に沿って２台のスターリング冷凍機４、２次冷媒ポンプ４６を横並びに配置し、その後ろにラジエタ６５を配置している。
【０１５４】
これにより２次冷媒配管と冷却水配管とは、それぞれ纏めて敷設でき、かつ、２次冷媒配管をセットバック領域に、冷却水配管を背面側に纏めて敷設できるようになる。
【０１５５】
なお、冷却水配管をセットバク領域に、２次冷媒配管を背面側に纏めて敷設するようにしても良いが、配管敷設の際に必要となる配管の曲作業の容易性や断熱材巻付作業の容易性等の観点から、これらの作業の妨げとなる正面側フレーム１００を背面側にずらして設けられているセットバック領域に２次冷媒を纏めて敷設することが好ましい。
【０１５６】
このようにして冷却水配管と２次冷媒配管とを纏めて敷設することにより、例えば保修を行う際に冷却水回路や２次冷媒回路から冷却水や２次冷媒を抜く作業が容易、かつ、確実に行える利点がある。
【０１５７】
即ち、これら冷却水や２次冷媒を抜く際には、配管の一方の接続箇所を外して冷却水や２次冷媒をバケツ等で受取るが、このとき配管が入組んだ構成であると、外した配管の端部がバケツ等まで届かず別途ホース等を接続しなければならないことがある。
【０１５８】
しかし、本発明のように、冷却水配管や２次冷媒配管が、それぞれセットバック領域や背面側に纏めて敷設されていると、取外された配管の端部にバケツ等を容易に宛うことができ、当該冷却水配管や２次冷媒配管の抜取りが容易になると共に、これらを零したりすることが防止できるようになる。
【０１５９】
また、保修時において、スターリング冷凍機４やラジエタ６５等を取外す必要が生じる場合に、正面コーナに正面側フレーム１００が取付けられていると、引出し最中のスターリング冷凍機４等がこの正面側フレーム１００に当接して破損したり疵付けたりする不都合が抑制できる利点がある。
【０１６０】
ところでスターリング冷熱供給システムの保修時においては、スターリング冷凍機４やラジエタ６５等を設置したり取出したりする必要があるが、筐体８の上部９１には制御装置ケース７が取付けられているため、クレーン等を用いてスターリング冷凍機４等の重量物を釣上げるようなことができない。
【０１６１】
このため、従来は作業員がスターリング冷凍機４を少しづつずらしながら引出す等により取外していたが、これでは作業性が悪いと共に落下等の事故が発生する恐れがあった。
【０１６２】
そこで、本発明では、上述したように底板９４にスターリング冷凍機４を取付ける際に、載置台９８と底板９４の間に防振ゴム脚９３を介在させ、かつ、その高さを所定の高さに設定している。
【０１６３】
この防振ゴム脚９３の所定の高さは、図１２に示すように、リフタのフォーク部１０５が挿入できる高さである。
【０１６４】
先に述べたように、端部９５がＬ字状に折曲げて形成された底板９４の上面（防振ゴム脚９３が当接する面）は、底部側フレーム９２の最上位点よりも適宜高い位置になるように設けられている。
【０１６５】
これはリフタのフォーク部１０５が、底部側フレーム９２に当接することなく防振ゴム脚９３により形成された隙間に挿入できるようにするためである。
【０１６６】
なお、図１２においてはスターリング冷凍機４とラジエタ６５とを別々に取外す場合を例に示しているが、図１３に示すようにスターリング冷凍機４、ラジエタ６５、冷却水ポンプ６７を同時に取外すようにしても良く、また図１４に示すように２台のスターリング冷凍機４、ラジエタ６５冷却水ポンプ６７を同時取外すようにしてもよい。
【０１６７】
いずれの場合であっても、リフタにより載置して取出すため、取出し作業が容易になると共に、特に図１４に示すように２台のスターリング冷凍機４とラジエタ６５とを同時取外すような場合には、冷却水ポンプ６７も一体に取外すことにより、冷却水を抜く必要が無くなり非常に作業が容易となる。
【０１６８】
なお、図１４においては取外された２台のスターリング冷凍機４とラジエタ６５とを示して、他の部分は図示省略している。
【０１６９】
ところで、上述したように２次冷媒配管には断熱材が巻付けられるが、このとき２次冷媒配管の表面に大気が触れて氷等が付着しないように、断熱材は２次冷媒配管と密着して巻付けることが必要になる。
【０１７０】
２次冷媒配管が略直線形状の箇所や曲率が大きな箇所では、断熱材は２次冷媒配管と密着して巻付けることは容易であるが、曲率の小さい箇所、複数の２次冷媒配管が並設され、かつ、その間隔が小さな箇所、２次冷媒配管が当該配管の長手方向に対して直交する面に形成された接続部に接続されるような箇所等においては均一な密着状態を保ちながら断熱材を取付けることが非常に困難である。
【０１７１】
例えば、冷熱源側熱交換器４５と２次冷媒配管とが接続される箇所では、２本の２次冷媒配管が近接して敷設されている。このような箇所の２次冷媒配管に断熱材をテーピングして固定するような場合には、テーピング材がこの間に入らず、断熱材を２次冷媒配管に密着して巻付けることができないことがある。
【０１７２】
そこで、本発明では、２次冷媒配管をセットバック領域に纏めて敷設して、曲り部分の発生を少なくすると共に、それでも密着が困難な箇所は断熱材ユニットを形成して、当該箇所に嵌め込んで取付けるようにしている。
【０１７３】
図１５及び図１６は、冷熱源側熱交換器４５と２次冷媒配管との接続箇所の取付けられる断熱材ユニット１０６を示し、図１５はその斜視図であり、図１６は取付直前の様子を示す図である
【０１７４】
当該断熱材ユニット１０６は、金属製のユニット枠１０７、該ユニット枠１０７に２次冷媒配管より適宜小さめに形成されて、当該２次冷媒配管が挿嵌される配管溝１０８を備えた断熱材１０９等により形成されて、配管溝１０８に２次冷媒配管を挿嵌してユニット枠１０７同士をネジ孔１１３にボルトを挿通する等により固定される。
【０１７５】
なお、図１５に示す番号１１４は、断熱材１０９がユニット枠１０７から抜出さないようにするためのものであり、番号１１５は当該断熱材ユニット１０６と接続されて取付けられる断熱材を示し、この断熱材１１５はテーピング等して固定される。
【０１７６】
断熱材１０９は、ウレタン等の断熱特性を有すると共に、弾性特性を有する部材により形成されて、２次冷媒配管を配管溝１０８に挿嵌した際に、当該配管溝１０８が２次冷媒配管の形状に変形して当該２次冷媒配管と密着するようになっている。
【０１７７】
これにより複数の２次冷媒配管が並設され、かつ、その間隔が小さ箇所等の断熱材１０９と２次冷媒配管との密着性を確保しながら当該断熱材１０９を巻付けることが困難な箇所でも容易、かつ、確実に取付けることが可能になる。
【０１７８】
なお、図１５等に示す配管溝１０８は矩形形状であるが、２次冷媒配管の形状に併せて半円形状としても良いことは言うまでもない。但し、この場合も、２次冷媒配管より適宜小さくすることが好ましい。
【０１７９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、２次冷媒配管が挿嵌される配管溝を備える断熱材と、該断熱材の外側を包むように設けられたユニット枠とからなる断熱材ユニットを設けて、２つの断熱材ユニットにより２次冷媒配管を挟んでユニット枠同士を係合させることにより、当該２次冷媒配管を断熱するようにしたので、例えば小さい間隔で敷設されている２次冷媒配管に対しても容易に、かつ、確実に断熱材を取付けることができるできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の説明に適用されるスターリング冷熱供給システムの斜視図である。
【図２】スターリング冷熱供給システムの側面パネル等を取外した際の斜視図である。
【図３】スターリング冷熱供給システムの回路図である。
【図４】スターリング冷凍機４の構成図である。
【図５】角ブロックの斜視図である。
【図６】角ブロックの取付状態を示す図である。
【図７】ラジエタの構成を示す図である。
【図８】ラジエタの液管配置構成等を示す図である。
【図９】冷却水回路の模式図である。
【図１０】スターリング冷熱供給システムの図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図である。
【図１１】スターリング冷熱供給システムの側面パネル等を取外した際の側面図である。
【図１２】１台のスターリング冷凍機を取外す際の様子を示す斜視図である。
【図１３】スターリング冷凍機、ラジエタ、冷却水ポンプを同時に取外す際の様子を示す斜視図である。
【図１４】複数のスターリング冷凍機及びラジエタを同時に取外す際の様子を示す斜視図である。
【図１５】断熱材ユニットの構成を示す図である。
【図１６】断熱材ユニットの取付状況を示す図である。
【符号の説明】
１　スターリング冷熱供給システム
３　冷熱利用機器
４　スターリング冷凍機
５　冷却水装置
６　冷熱搬送装置
７　制御装置ケース
８　筐体
１１　モータ
６５（６５ａ，６５ｂ）　ラジエタ
６６（６６ａ，６６ｂ）　送風機
６７　冷却水ポンプ
９０　底部
９１　上部
９２　底部側フレーム
９３　上面（防振ゴム脚
９３　防振ゴム脚
９４　底板
９５　側面パネル
９６　背面パネル
９７　除振バネ
９７　正面パネル
９８　載置台
９９　背面側フレーム
１００　正面側フレーム
１０１　上部側フレーム
１０２　吸気口
１０３　排気口
１０５　フォーク部
１０６　断熱材ユニット
１０７　ユニット枠
１０８　配管溝
１０９　断熱材

Claims (3)

1. 作動ガスを圧縮膨張させて冷熱を発生するスターリング冷凍機と、該スターリング冷凍機と冷熱利用機器とが２次冷媒配管で接続されて、当該２次冷媒配管に２次冷媒を循環させることにより前記スターリング冷凍機で発生した冷熱を前記冷熱利用機器に搬送する冷熱搬送装置とを有するスターリング冷熱供給システムにおいて、
   前記２次冷媒配管が挿嵌される配管溝を備える断熱材と、該断熱材の外側を包むように設けられたユニット枠とからなる断熱材ユニットを有して、
   ２つの前記断熱材ユニットにより前記２次冷媒配管を挟んで前記ユニット枠同士を係合させることにより、当該２次冷媒配管を断熱することを特徴とするスターリング冷熱供給システム。
2. 複数の前記２次冷媒配管が隣接して敷設されている場合には、前記配管溝を当該隣接間隔に対応する距離で複数形成し、または前記２次冷媒配管曲げられて敷設されている場合には、前記配管溝を当該敷設曲率に対応する曲率で形成したことを特徴とする請求項１記載のスターリング冷熱供給システム。
3. 前記配管溝が前記２次冷媒配管の外形寸法より適宜小さな寸法に形成されて、２つの前記断熱材ユニットで当該２次冷媒配管を断熱した際に、該配管溝が変形して２次冷媒配管の表面に密着するようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載のスターリング冷熱供給システム。

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