【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却装置に関する発明であり、特に、食品流通、環境試験、医療、バイオ産業、半導体製造等の産業用又は家庭用機器等のあるゆる産業分野に使用できる、きわめて汎用性の高いスターリング冷凍機を使用したスターリング冷却装置の２次冷媒を循環させる冷却液回路に特徴を有する発明である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、業務用、家庭用の冷熱関連機器の冷凍装置としては、フロン（単一、二元あるいは混合冷媒等）を冷媒として使用したシステムが知られている。そして地球環境問題を背景とした昨今のフロン規制に対しては、ＨＣＦＣ、ＨＦＣを使用した冷凍装置が知られている。
【０００３】
しかしながら、上記従来の構成によると、次のような問題がある。地球環境問題に対する国際的な取組みの本格化を背景として、今後、特定フロン及び代替フロンを含めフロン使用の一層の規制が求められる方向にあり、他の方式の冷却装置の開発の必要性が重要となっている。
【０００４】
又、従来の冷媒としてフロンを使用した冷却装置は、そのシステムの特性から使用温度領域が狭く、特に、昨今の各産業分野における技術発展に伴い求められている超低温領域の実現には、さらなる開発が必要である。
【０００５】
従来の冷却装置は、２元あるいは２段冷凍システムとなるために構造が複雑であり、コストが高くなる。そして、従来の冷却装置では恒温維持のための加熱が難しい。
【０００６】
これらの従来の冷却装置の問題を解決するために、フロンを使用せずに、従来の冷却装置より使用温度が広範囲で、従って、冷凍庫、冷蔵庫、投げ込み式クーラ等の業務用又は家庭用の冷熱利用機器をはじめとして、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、その他各種の冷熱装置等のあらゆる産業分野の冷熱利用機器に適用可能な、コンパクトで、しかも成績係数が高く、エネルギー効率が良好となるスターリング冷却装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
スターリング冷却装置の冷却ヘッドにより冷却された二次冷媒は、二次冷媒管路で冷熱利用機器の冷却用配管に送られ冷却作用を行って、再度冷却ヘッドに循環するような二次冷媒が循環する閉じた循環路が構成される。この循環路内の二次冷媒はその収縮等により容積が変動し、循環路内の圧力が変動する。このために二次冷媒が不安定な流れを生じたり脈動流を生じたりする。これは、熱移送の安定性の点から好ましくない。又循環路を構成する配管等の機器へ機械的負荷となり損傷、劣化の原因となる。
【０００８】
この問題を解決するために、図３に示すようなリザーバタンク及びベローズ式タンク装置を設けるスターリング冷却装置がすでに知られているこのスターリング冷却装置２６では、スターリング冷凍機２７の冷却ヘッド２８で冷却される冷熱冷媒（二次冷媒）を、ポンプ２９により冷熱冷媒管路３０を介してスターリング冷凍機２７の冷却ヘッド２８と冷熱利用機器３１との間を循環するように循環させている。そして、冷熱冷媒管路３０にリザーバタンク３２を接続し、このリザーバタンク３２にベローズ３３を有するベローズ式タンク装置３４を接続している。
【０００９】
このような構成とすることで、冷熱冷媒の収縮による容積変動や循環路内の圧力変動に対して、リザーバタンク３２により循環路内の冷熱冷媒の容積をほぼ一定に維持し、ベローズ式タンク装置３４のベローズの伸縮で冷熱冷媒管路３０内の圧力変動に対する圧力の平準化を行い、冷熱冷媒の循環路内を循環する冷熱冷媒の流れの安定性を図り、良好な熱移送をするとともに、配管等の機器へ機械的負荷による損傷や劣化等を防止することができる。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−１４６３４０号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）系の二次冷媒を用いた場合に、繰り返し循環させて使用していると二次冷媒中にフッ素化合物が発生する。このフッ素化合物を除去するために、フッ素液フィルタを設ける必要があった。そこで、従来は、例えばリザーバタンクと二次冷媒の循環配管を接続する液体戻管等の途中に、フッ素液フィルタを設けていた。しかし、このようにフッ素液フィルタを設けると、その分のスペースが必要となり構造も複雑となるという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記従来の問題を解決することを目的とするものであり、フッ素フィルタを冷却装置内になるべくコンパクトとなる状態で配置することを課題とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、冷凍機と、該冷凍機で冷熱が付与された二次冷媒を該冷凍機と冷熱冷熱利用機器の間を循環させる二次冷媒循環用の循環配管と、二次冷媒ポンプとを備えた冷却装置において、上記二次冷媒配管にベローズタンクの付設されたリザーバタンクが接続され、該リザーバタンク内にフッ素液フィルタが配設されており、上記リザーバタンク内の二次冷媒は、該フッ素液フィルタを通過してから上記リザーバタンクから上記循環配管に戻されるような構成であることを特徴する冷却装置を提供する。
【００１４】
上記フッ素液フィルタは、断面がドーナッツ状のフィルタ本体と、該フィルタ本体の上端に取り付けられた蓋板とから成り、上記リザーバタンクに取替自在に装着可能なカートリッジとして構成されており、上記フィルタ本体は、互いに同心的に配置された大径の格子筒と小径の格子筒が底部材に取り付けられており、大径の格子筒と小径の格子筒の間にフッ素吸着剤が充填されて成る構成としてもよい。
【００１５】
上記リザーバタンクの底部を貫通してリザーバタンク内に突出するようにリザーバタンクから上記循環配管に連通する液戻用バイパス管が設けられており、該液戻用バイパス管の突出した先端を上記フッ素液フィルタの小径格子筒に挿入するようにして、上記フッ素液フィルタが上記リザーバタンク内に位置決めされる構成としてもよい。
【００１６】
上記フッ素吸着材は、活性炭又は活性アルミナが使用される構成としてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して以下に説明する。図１は、本発明に係る冷却装置の実施例を説明する図である。この図１において、冷却装置１は、冷凍機により二次冷媒を冷熱を付与しているが、この冷凍機として、スターリング冷凍機４が使用される。スターリング冷凍機４の詳細は、特許文献１で詳述しているので、ここでは省略する。
【００１８】
図１により、実施例の概要をまず説明する。本発明に係る冷却装置１は、冷却対象となる冷熱利用機器２に二次冷媒（冷熱冷媒）を循環させる循環配管３と、この循環配管３に設けられたスターリング冷凍機４と、循環配管３に設けられ、二次冷媒を冷熱利用機器２に循環させる二次冷媒ポンプ５と、循環する二次冷媒量を調整するリザーバタンク６と、を備える。
【００１９】
循環配管３を矢印ａ方向に循環する二次冷媒は、スターリング冷凍機４で冷却される。循環配管３に設けられる二次冷媒（冷却液）ポンプ５は、二次冷媒を循環させて、冷熱利用機器２に二次冷媒を送流して冷熱の利用に供する。
【００２０】
リザーバタンク６は、循環する二次冷媒量を調節するために設けられている。つまり、循環配管３を循環する二次冷媒は、スターリング冷凍機４で冷却されるにつれて体積が減少してしまう。このため二次冷媒を補充して二次冷媒量を調整するためにリザーバタンク６が設けられている。
【００２１】
リザーバタンク６の上部空間６’には、内部に貫通孔が設けられた金属製の汎用品である角ブロック１０が連通するように接続されている。角ブロック１０に、圧力調整ベローズ７、安全バルブ８及びタンクベント９が夫々接続されている。そして、リザーバタンク６の上部には二次冷媒注入バルブ１１が接続されている。一方、リザーバタンク６の二次冷媒の貯留部分６ａと循環配管３とは、電磁弁１２を介して接続されている。
【００２２】
圧力調整ベローズ７は、伸縮することにより、循環配管３内の圧力調整を行なうものである。つまり、二次冷媒が冷熱利用機器２で冷熱を与えることにより２次冷媒に温度上昇が生じ、この結果二次冷媒の体積変化が生じる。この体積変化により生じる循環配管３内の圧力変動に応じて、圧力調整部ベローズ７が伸縮することで、循環配管３内の圧力変動を吸収する。
【００２３】
安全バルブ８はリザーバタンク６の内圧が所定圧以上になると開弁することにより、リザーバタンク６の内圧が異常な高圧にならないように安全弁としての機能を有するものである。
【００２４】
リザーバタンク６に設けられる二次冷媒注入バルブ１１は、二次冷媒を冷却装置１内に注入する際に、開弁して用いるものである。また、タンクベント９は、リザーバタンク６を強制開放できるようにするものである。
【００２５】
循環配管３に設けられる気液分離配管１３は、冷熱利用機器２から戻ってきた液体の二次冷媒からその中に残留している空気（残留エア）を分離するものである。気液分離配管１３は、循環配管３の中、冷熱利用機器２と二次冷媒ポンプ５との間の配管３ａに設けられた気液分離管１３ａと、液体の二次冷媒中に残留している空気を分離し、この分離した空気をリザーバタンク６に導く気体回収管１３ｂと、液体の二次冷媒を循環配管３に戻す液体戻管１３ｃにより形成されている。
【００２６】
気液分離管１３ａと液体戻管１３ｃとは連通して、略逆Ｕ字状をなし、その頂部近傍に気体回収管１３ｂが接続されて、リザーバタンク６へ連通している。液体の二次冷媒中に空気が残留している気液混合状態の二次冷媒が、冷熱利用機器２から循環配管３に流動して二次冷媒ポンプ５に戻るまでの間に、二次冷媒中に残留している空気が気液分離管１３ａ内を上昇することにより気液分離が行われる。二次冷媒中に残留している空気は、気体回収管１３ｂを介してリザーバタンク６に回収され、液体の二次冷媒は、液体戻管１３ｃを介して循環配管３に戻るようにする。
【００２７】
上述したように、冷却装置１では、気液分離配管１３により二次冷媒中に残留している空気の分離を行い、分離した空気をリザーバタンク６に回収している。しかし、循環配管３を流れる二次冷媒の流速が速い場合、二次冷媒中に残留している空気をスムーズに分離させることが難しい。特に、冷却装置１を運転始動し始めた初期段階においては、循環配管３を流れる二次冷媒中から残留している空気を思い通りに分離することが困難である。
【００２８】
このため、二次冷媒（冷却液）ポンプ５にインバータを設置し、二次冷却ポンプ５をインバータ制御することにより、循環配管３を流れる二次冷媒の流量を調節している。つまり、インバータ制御により循環配管３を流れる二次冷媒の流速を遅くするなどの調整を行って、気液分離配管１３を介してスムーズに二次冷媒中に残留している空気の分離（気液分離）が行われるようにしている。
【００２９】
気液分離が行われると、二次冷媒ポンプ５は液体の二次冷媒のみが戻るので、二次冷媒中に残留する空気より生じる、二次冷媒ポンプ５のエアー噛み等の不都合が防止できる。
【００３０】
このような構成において、本発明の特徴的な構成は、リザーバタンク６内にフッ素液フィルタ１４を設け、冷却装置１を全体的にコンパクトな構造として点である。これを以下詳細に説明する。
【００３１】
図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ断面図であり、図２（ｂ）はフッ素液フィルタ１４を装着する前のリザーバタンク６を示し、図２（ｃ）はフッ素液フィルタ１４を示す。図２（ａ）、（ｂ）において、リザーバタンク６の上面壁１５に円形の開口１６が形成されており、この開口１６の中心とその軸心を一致するようにリザーバタンク６の下面壁１７に小孔１８が形成されている。この小孔１８には液戻用バイパス管１９がリザーバタンク６内に突出するように挿通されて配設されている。
【００３２】
フッ素液フィルタ１４は、断面がドーナッツ状のフィルタ本体２０と、このフィルタ本体２０の上端に取り付けられた円形の蓋板２１とから成り、リザーバタンク６に取替自在に装着可能なカートリッジ状に構成される。フィルタ本体２０は、互いに同心的に配置された大径の格子筒２２と小径の格子筒２３を備え、これら大小の格子筒２２、２３が環状の底部材２４に載置されるようにして取り付けられて構成される。
【００３３】
大小の格子筒２２、２３及び底部材２４は、アルミニウム等の材料で一体又は別体で形成されている。そして、大径の格子筒２２と小径の格子筒２３の間のスペースにフッ素化合物を除去するためのフッ素吸着剤２５が充填されている。フッ素吸着剤２５としては、例えば、活性炭や活性アルミナ等の材料が使用される。なお、底部材２４の下面にリザーバタンク６の底面に当接するリングシール等のシール材（図示せず。）を設けても良い。
【００３４】
このような構成のフッ素液フィルタ１４は、リザーバタンク６の開口１６からリザーバタンク６内に装入され、リザーバタンク６内に突出する液戻用バイパス管１９の先端が小径の格子筒２３内に挿入されるように、フィルタ本体２０が位置決めされた状態で定置される。そして、蓋板２１は、リザーバタンク６の上面壁１５にネジ止めされて開口１６を閉じることができる。
【００３５】
（作用）
以上の構成による本発明の作用を説明する。スターリング冷凍機４で冷熱が付与された二次冷媒は、循環配管３を通り冷熱利用機器２に送られる。そして、冷熱利用機器２から戻ってきた二次冷媒中の液体は循環配管３を通して二次冷媒ポンプ５によりスターリング冷凍機４に戻されるように循環する。
【００３６】
そして、冷熱利用機器２から戻ってきた気液混合状態の二次冷媒は、気液分離管１３において分離され、液戻管１３ｃから循環配管３に戻され、二次冷媒ポンプ５によりスターリング冷凍機４に戻されるように循環する。
【００３７】
循環配管３から一部の二次冷媒は、バイパス配管の電磁弁１２を通ってリザーバタンク６内に供給される。リザーバタンク６内の二次冷媒は、液体フッ素液フィルタ１４を通り、フッ素化合物が除去される。このようにしてフッ素化合物が除去された二次冷媒は、液戻用バイパス管１９から循環配管３に戻される。
【００３８】
このように本発明では、リザーバタンク６内にフッ素液フィルタ１４を設け、リザーバタンク６内の液は必ずフッ素液フィルタ１４を通って循環配管３に戻るような構成としたので、液戻管１３ｃにフッ素液フィルタ１４を設置する必要がなくなり、冷却装置１が全体的にコンパクトかつ構造がすっきりとする。
【００３９】
そして、リザーバタンク６内に二次冷媒が充填されており、循環配管３に常時液圧をかけ二次冷媒を供給できる構成であるから、二次冷媒の収縮による容積変動に対応して循環配管内の二次冷媒の容積を一定にできる。さらに、循環配管３内の圧力が大きく変動しても、この変動に対応してベローズ７が伸縮する。これにより、循環配管３内の圧力変動に対する圧力の平準化が可能である。
【００４０】
この結果、循環配管３を循環する二次冷媒の流れ及び循環配管３内の圧力が安定し、良好な熱移送が可能となり、循環配管３等の機器へ機械的負荷による損傷、劣化等も防止でき、寿命の向上も可能となる。
【００４１】
以上、本発明に係る冷却装置の実施の形態を実施例に基づいて説明したが、本発明は、上記実施例に限定されることなく、特許請求の範囲記載の技術的事項の範囲内でいろいろな実施例があることは言うまでもない。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によるスターリング冷却装置によると、次のような効果を奏することができる。ハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）系の二次冷媒を用いた場合に生じるフッ素化合物を除去するために、液戻管等にフッ素液フィルタを設置すると冷却装置全体がコンパクトさに欠け、複雑な構造となってしまうが、本発明では、リザーバタンク内にフッ素液フィルタを設け、リザーバタンク内の液は必ずフッ素液フィルタを通って循環配管に戻るような構成としたので、冷却装置が全体的にコンパクトな構成となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の冷却装置の実施例の全体構成を説明する図である。
【図２】本発明の冷却装置の特徴的な構成を説明する図である。
【図３】従来のスターリング冷却装置を説明する図である。
【符号の説明】
１ 冷却装置
２ 冷熱利用機器
３ 循環配管
４ スターリング冷凍機
５ 二次冷媒ポンプ
６ リザーバタンク
７ 圧力調整ベローズ
８ 安全バルブ
９ タンクベント
１０ 角ブロック
１１ 二次冷媒注入バルブ
１２ 電磁弁
１３ 気液分離配管
１４ フッ素液フィルタ
１５ リザーバタンクの上面壁
１６ 開口
１７ リザーバタンクの下面壁
１８ 小孔
１９ 液戻用バイパス管
２０ フィルタ本体
２１ 蓋板
２２ 大径の格子筒
２３ 小径の格子筒
２４ 底部材
２５ フッ素吸着剤
２６ スターリング冷却装置
２７ スターリング冷凍機
２８ 冷却ヘッド
２９ ポンプ
３０ 冷熱冷媒管路
３１ 冷熱利用機器
３２ リザーバタンク
３３ ベローズ
３４ ベローズ式タンク装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a cooling device, and in particular, is a highly versatile Stirling that can be used in any industrial field such as food distribution, environmental testing, medical care, bioindustry, semiconductor manufacturing, or any other industrial equipment. The present invention is characterized by a coolant circuit for circulating a secondary refrigerant of a Stirling cooling device using a refrigerator.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a refrigeration apparatus for commercial and domestic refrigeration related equipment, a system using chlorofluorocarbon (single, binary or mixed refrigerant) as a refrigerant is known. With respect to recent chlorofluorocarbon regulations against the background of global environmental problems, refrigeration systems using HCFC and HFC are known.
[0003]
However, the above-described conventional configuration has the following problems. Against the background of full-fledged international efforts to address global environmental issues, further restrictions on the use of CFCs, including specific CFCs and alternative CFCs, are required in the future, and it is important to develop other types of cooling systems. It has become.
[0004]
In addition, the conventional cooling device using chlorofluorocarbon as a refrigerant has a narrow operating temperature range due to the characteristics of the system. Particularly, in order to realize the ultra-low temperature range required with technological development in various industrial fields, further development is required. is necessary.
[0005]
The conventional cooling device has a complicated structure due to a two-stage or two-stage refrigeration system, which increases the cost. In addition, it is difficult for the conventional cooling device to perform heating for maintaining a constant temperature.
[0006]
In order to solve the problems of these conventional cooling devices, without using chlorofluorocarbon, the operating temperature is wider than that of the conventional cooling devices, and therefore, it is possible to use commercial or household refrigeration such as freezers, refrigerators, and throw-in coolers. All industries such as low temperature liquid circulators, low temperature thermostats, constant temperature baths, heat shock testers, freeze dryers, temperature characteristics testers, blood / cell storage devices, cold coolers, and various other types of chillers There has been proposed a Stirling cooling device that is compact, has a high coefficient of performance, and has good energy efficiency, which can be applied to cold heat utilization equipment in the field (for example, see Patent Document 1).
[0007]
The secondary refrigerant cooled by the cooling head of the Stirling cooling device is sent to the cooling pipe of the cold heat utilization device through the secondary refrigerant pipe to perform a cooling action, and the secondary refrigerant circulating again to the cooling head is circulated. A closed circulation path is formed. The volume of the secondary refrigerant in the circulation path fluctuates due to contraction or the like, and the pressure in the circulation path fluctuates. For this reason, the secondary refrigerant generates an unstable flow or a pulsating flow. This is not preferred in terms of heat transfer stability. In addition, a mechanical load is applied to devices such as pipes constituting a circulation path, which causes damage and deterioration.
[0008]
In order to solve this problem, a Stirling cooling device 26 having a reservoir tank and a bellows type tank device as shown in FIG. 3 is already known. In this Stirling cooling device 26, cooling is performed by a cooling head 28 of a Stirling refrigerator 27. A low-temperature refrigerant (secondary refrigerant) is circulated by a pump 29 through a low-temperature refrigerant pipe 30 so as to circulate between the cooling head 28 of the Stirling refrigerator 27 and the low-temperature utilization device 31. A reservoir tank 32 is connected to the cold / hot refrigerant line 30, and a bellows tank device 34 having a bellows 33 is connected to the reservoir tank 32.
[0009]
With such a configuration, the volume of the cold refrigerant in the circulation path is maintained substantially constant by the reservoir tank 32 with respect to the volume fluctuation due to the contraction of the cold refrigerant and the pressure fluctuation in the circulation path. With the expansion and contraction of the bellows of 34, pressure leveling with respect to pressure fluctuations in the cold refrigerant pipe 30 is performed, the stability of the flow of the cold refrigerant circulating in the circulation path of the cold refrigerant is improved, and good heat transfer is performed. Damage, deterioration, and the like of a device such as a pipe due to a mechanical load can be prevented.
[0010]
[Patent Document 1]
JP 2000-146340 A
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when a hydrofluoroether (HFE) -based secondary refrigerant is used, if it is repeatedly circulated and used, a fluorine compound is generated in the secondary refrigerant. In order to remove this fluorine compound, it was necessary to provide a fluorine liquid filter. Therefore, conventionally, for example, a fluorine liquid filter is provided in the middle of a liquid return pipe connecting a reservoir tank and a circulation pipe of a secondary refrigerant. However, when such a fluorine liquid filter is provided, there is a problem that a space for the filter is required and the structure is complicated.
[0012]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to arrange a fluorine filter in a cooling device in a state as compact as possible.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present invention, in order to solve the above-described problems, a refrigerator, and a circulation pipe for circulating a secondary refrigerant that circulates the secondary refrigerant to which cold heat has been applied between the refrigerator and the cold / hot heat utilizing equipment. In a cooling device provided with a secondary refrigerant pump, a reservoir tank provided with a bellows tank is connected to the secondary refrigerant pipe, and a fluorine liquid filter is disposed in the reservoir tank. The cooling device is characterized in that the secondary refrigerant is configured to be returned from the reservoir tank to the circulation pipe after passing through the fluorine liquid filter.
[0014]
The fluorine liquid filter includes a filter body having a donut-shaped cross section and a cover plate attached to an upper end of the filter body, and is configured as a cartridge that can be exchangeably mounted on the reservoir tank. The main body has a large-diameter grid tube and a small-diameter grid tube arranged concentrically with each other attached to the bottom member, and the large-diameter grid tube and the small-diameter grid tube are filled with a fluorine adsorbent. It may be configured.
[0015]
A liquid return bypass pipe communicating from the reservoir tank to the circulation pipe is provided so as to penetrate the bottom of the reservoir tank and protrude into the reservoir tank. The fluorine liquid filter may be positioned in the reservoir tank so as to be inserted into the small-diameter lattice tube of the liquid filter.
[0016]
The fluorine adsorbent may be configured to use activated carbon or activated alumina.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below based on examples with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating an embodiment of a cooling device according to the present invention. In FIG. 1, the cooling device 1 uses a refrigerator to cool the secondary refrigerant, and a Stirling refrigerator 4 is used as the refrigerator. The details of the Stirling refrigerator 4 have been described in detail in Patent Document 1, and will not be described here.
[0018]
An outline of the embodiment will be described first with reference to FIG. The cooling device 1 according to the present invention includes a circulation pipe 3 for circulating a secondary refrigerant (cold refrigerant) to a cold heat utilization device 2 to be cooled, a Stirling refrigerator 4 provided in the circulation pipe 3, and a circulation pipe 3. A secondary refrigerant pump 5 that circulates the secondary refrigerant to the cold heat utilization device 2 and a reservoir tank 6 that adjusts the amount of circulated secondary refrigerant.
[0019]
The secondary refrigerant circulating in the circulation pipe 3 in the direction of arrow a is cooled by the Stirling refrigerator 4. A secondary refrigerant (cooling liquid) pump 5 provided in the circulation pipe 3 circulates the secondary refrigerant, sends the secondary refrigerant to the cold heat utilization device 2, and uses the cold heat.
[0020]
The reservoir tank 6 is provided for adjusting the amount of circulating secondary refrigerant. That is, the volume of the secondary refrigerant circulating in the circulation pipe 3 decreases as the Stirling refrigerator 4 cools the secondary refrigerant. Therefore, a reservoir tank 6 is provided to replenish the secondary refrigerant and adjust the amount of the secondary refrigerant.
[0021]
An upper space 6 'of the reservoir tank 6 is connected so as to communicate with a square block 10 which is a general-purpose metal product having a through hole therein. The pressure adjusting bellows 7, the safety valve 8, and the tank vent 9 are connected to the square block 10, respectively. A secondary refrigerant injection valve 11 is connected to an upper part of the reservoir tank 6. On the other hand, the storage portion 6 a of the secondary refrigerant in the reservoir tank 6 and the circulation pipe 3 are connected via the electromagnetic valve 12.
[0022]
The pressure adjusting bellows 7 adjusts the pressure in the circulation pipe 3 by expanding and contracting. In other words, when the secondary refrigerant gives cold heat in the cold heat utilization device 2, the temperature of the secondary refrigerant rises, and as a result, the volume of the secondary refrigerant changes. The pressure regulator bellows 7 expands and contracts in accordance with the pressure fluctuation in the circulation pipe 3 caused by the volume change, thereby absorbing the pressure fluctuation in the circulation pipe 3.
[0023]
The safety valve 8 has a function as a safety valve that opens when the internal pressure of the reservoir tank 6 becomes equal to or higher than a predetermined pressure so that the internal pressure of the reservoir tank 6 does not become abnormally high.
[0024]
The secondary refrigerant injection valve 11 provided in the reservoir tank 6 is opened and used when the secondary refrigerant is injected into the cooling device 1. Further, the tank vent 9 allows the reservoir tank 6 to be forcibly opened.
[0025]
The gas-liquid separation pipe 13 provided in the circulation pipe 3 separates the air (residual air) remaining in the secondary refrigerant of the liquid returned from the cold heat utilization device 2 from the secondary refrigerant. The gas-liquid separation pipe 13 is a gas-liquid separation pipe 13 a provided in the pipe 3 a between the cold heat utilization device 2 and the secondary refrigerant pump 5 in the circulation pipe 3, and remains in the liquid secondary refrigerant. It is formed by a gas recovery pipe 13b that separates the air that flows and guides the separated air to the reservoir tank 6, and a liquid return pipe 13c that returns the liquid secondary refrigerant to the circulation pipe 3.
[0026]
The gas-liquid separation pipe 13a and the liquid return pipe 13c communicate with each other to form a substantially inverted U-shape, and a gas recovery pipe 13b is connected near the top thereof to communicate with the reservoir tank 6. The secondary refrigerant in a gas-liquid mixed state in which air remains in the liquid secondary refrigerant flows from the cold heat utilization device 2 to the circulation pipe 3 and returns to the secondary refrigerant pump 5, The gas remaining inside rises inside the gas-liquid separation tube 13a, thereby performing gas-liquid separation. The air remaining in the secondary refrigerant is recovered in the reservoir tank 6 via the gas recovery pipe 13b, and the liquid secondary refrigerant is returned to the circulation pipe 3 via the liquid return pipe 13c.
[0027]
As described above, in the cooling device 1, the air remaining in the secondary refrigerant is separated by the gas-liquid separation pipe 13, and the separated air is collected in the reservoir tank 6. However, when the flow rate of the secondary refrigerant flowing through the circulation pipe 3 is high, it is difficult to smoothly separate the air remaining in the secondary refrigerant. In particular, in the initial stage when the operation of the cooling device 1 is started, it is difficult to separate the remaining air from the secondary refrigerant flowing through the circulation pipe 3 as desired.
[0028]
For this reason, an inverter is installed in the secondary refrigerant (cooling liquid) pump 5, and the flow rate of the secondary refrigerant flowing through the circulation pipe 3 is adjusted by inverter-controlling the secondary cooling pump 5. In other words, by adjusting the flow rate of the secondary refrigerant flowing through the circulation pipe 3 by inverter control, the separation of the air remaining in the secondary refrigerant through the gas-liquid separation pipe 13 is smoothly performed (gas-liquid separation). Separation).
[0029]
When the gas-liquid separation is performed, only the liquid secondary refrigerant returns to the secondary refrigerant pump 5, so that inconvenience such as air entrainment of the secondary refrigerant pump 5 caused by air remaining in the secondary refrigerant can be prevented.
[0030]
In such a configuration, the characteristic configuration of the present invention is that the fluorine liquid filter 14 is provided in the reservoir tank 6 and the cooling device 1 has a compact structure as a whole. This will be described in detail below.
[0031]
2A is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, FIG. 2B shows the reservoir tank 6 before the fluorine liquid filter 14 is mounted, and FIG. Show. 2A and 2B, a circular opening 16 is formed in the upper surface wall 15 of the reservoir tank 6, and the lower surface wall 17 of the reservoir tank 6 is aligned with the center of the opening 16 and its axis. Are formed with small holes 18. A liquid return bypass pipe 19 is inserted through the small hole 18 so as to protrude into the reservoir tank 6 and disposed.
[0032]
The fluorine solution filter 14 is composed of a filter body 20 having a donut-shaped cross section and a circular lid plate 21 attached to the upper end of the filter body 20, and is configured in a cartridge shape that can be exchangeably mounted on the reservoir tank 6. Is done. The filter body 20 includes a large-diameter lattice tube 22 and a small-diameter lattice tube 23 which are concentrically arranged. The large and small lattice tubes 22 and 23 are mounted on the annular bottom member 24 so as to be mounted. It is composed.
[0033]
The large and small lattice tubes 22 and 23 and the bottom member 24 are formed integrally or separately from a material such as aluminum. The space between the large-diameter lattice tube 22 and the small-diameter lattice tube 23 is filled with a fluorine adsorbent 25 for removing fluorine compounds. As the fluorine adsorbent 25, for example, a material such as activated carbon or activated alumina is used. In addition, a sealing material (not shown) such as a ring seal that contacts the bottom surface of the reservoir tank 6 may be provided on the lower surface of the bottom member 24.
[0034]
The fluorine liquid filter 14 having such a configuration is inserted into the reservoir tank 6 through the opening 16 of the reservoir tank 6, and the tip of the liquid return bypass pipe 19 protruding into the reservoir tank 6 is inserted into the small-diameter lattice cylinder 23. The filter body 20 is positioned and positioned so as to be inserted. Then, the cover plate 21 can be screwed to the upper wall 15 of the reservoir tank 6 to close the opening 16.
[0035]
(Action)
The operation of the present invention having the above configuration will be described. The secondary refrigerant to which the cold heat has been applied by the Stirling refrigerator 4 is sent to the cold heat utilization device 2 through the circulation pipe 3. Then, the liquid in the secondary refrigerant returned from the cold heat utilization device 2 is circulated through the circulation pipe 3 so as to be returned to the Stirling refrigerator 4 by the secondary refrigerant pump 5.
[0036]
Then, the secondary refrigerant in the gas-liquid mixed state returned from the cold heat utilization device 2 is separated in the gas-liquid separation pipe 13, returned to the circulation pipe 3 from the liquid return pipe 13 c, and is subjected to the Stirling refrigerator by the secondary refrigerant pump 5. Circulate back to 4.
[0037]
A part of the secondary refrigerant is supplied from the circulation pipe 3 into the reservoir tank 6 through the solenoid valve 12 of the bypass pipe. The secondary refrigerant in the reservoir tank 6 passes through the liquid fluorine liquid filter 14 to remove fluorine compounds. The secondary refrigerant from which the fluorine compound has been removed in this way is returned from the liquid return bypass pipe 19 to the circulation pipe 3.
[0038]
As described above, in the present invention, the fluorine liquid filter 14 is provided in the reservoir tank 6, and the liquid in the reservoir tank 6 always returns to the circulation pipe 3 through the fluorine liquid filter 14. Therefore, the liquid return pipe 13c It is not necessary to install the fluorine liquid filter 14 in the cooling device 1, and the cooling device 1 is entirely compact and has a simple structure.
[0039]
Since the reservoir tank 6 is filled with the secondary refrigerant and the secondary refrigerant can be supplied by constantly applying hydraulic pressure to the circulation pipe 3, the circulation pipe can be supplied in response to the volume change due to the contraction of the secondary refrigerant. The volume of the secondary refrigerant inside can be made constant. Furthermore, even if the pressure in the circulation pipe 3 fluctuates greatly, the bellows 7 expands and contracts in response to this fluctuation. This makes it possible to equalize the pressure with respect to the pressure fluctuation in the circulation pipe 3.
[0040]
As a result, the flow of the secondary refrigerant circulating in the circulating pipe 3 and the pressure in the circulating pipe 3 are stabilized, and good heat transfer becomes possible, and damage or deterioration of the circulating pipe 3 or the like due to mechanical load is prevented. It is possible to extend the life.
[0041]
As described above, the embodiments of the cooling device according to the present invention have been described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made within the technical scope described in the claims. It goes without saying that there are various embodiments.
[0042]
【The invention's effect】
According to the Stirling cooling device according to the present invention, the following effects can be obtained. When a fluorine liquid filter is installed in a liquid return pipe or the like in order to remove a fluorine compound generated when a hydrofluoroether (HFE) -based secondary refrigerant is used, the entire cooling device lacks compactness and has a complicated structure. However, in the present invention, a fluorine liquid filter is provided in the reservoir tank, and the liquid in the reservoir tank is always returned to the circulation pipe through the fluorine liquid filter. Configuration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a cooling device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a characteristic configuration of a cooling device of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a conventional Stirling cooling device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cooling apparatus 2 Cold heat utilization equipment 3 Circulation piping 4 Stirling refrigerator 5 Secondary refrigerant pump 6 Reservoir tank 7 Pressure adjustment bellows 8 Safety valve 9 Tank vent 10 Square block 11 Secondary refrigerant injection valve 12 Solenoid valve 13 Gas-liquid separation pipe 14 Fluorine liquid filter 15 Upper wall 16 of reservoir tank Opening 17 Lower wall 18 of reservoir tank Small hole 19 Liquid return bypass pipe 20 Filter body 21 Cover plate 22 Large-diameter lattice cylinder 23 Small-diameter lattice cylinder 24 Bottom member 25 Fluorine adsorbent 26 Stirling cooling device 27 Stirling refrigerator 28 Cooling head 29 Pump 30 Cooling / refrigerant piping 31 Cold heat utilization equipment 32 Reservoir tank 33 Bellows 34 Bellows type tank device
