JP2006284000A - 循環装置用タンク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 循環ラインの冷媒が減少したとき冷媒の補給に手間がかからず、かつ、冷媒の冷却時間や昇温時間を短縮でき、しかも高価な部品やさまざまな工夫を用いたシール構造を必要としない循環装置用タンクを提供すること。
【解決手段】 大気開放型の循環ラインとは別に冷媒４，２４を貯留する常温タンク１１，３７を設置し、循環ラインの冷媒４，２４の液量を検知する液量センサー１３，４１を設け、液量センサー１３，１４の検知する液量に基づいて常温タンク１１，３７の冷媒を低温タンク５，２５に補給する補給ポンプ１２，４０設けるとともに、低温タンク５，２５に、低温タンク５，２５の冷媒を常温タンク１１，３７に移動させるオーバーフロー管１４，４２を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、冷凍機装置や圧縮機等の流体を循環させる装置に用いられる循環装置用タンク装置に関する。

対象物の温度制御を目的とする冷媒循環装置においては、従来、冷媒の循環ラインに循環装置用タンクを設置し、温度変化による冷媒の収縮・膨張を吸収させている。冷媒循環装置による対象物の温度制御範囲は、−７０°Ｃの低温領域から２００°Ｃの高温領域までの広い範囲で設定されることがある。図３に、従来の循環装置用タンクを備えた冷媒循環装置のフローの概念図を示す。

図３において、符号Ｐ’は、伝熱盤等の温度制御対象（以下、「伝熱盤Ｐ’」という）であり、この伝熱盤Ｐ’は、冷凍機１０１によって冷却された冷媒循環装置の冷媒１０４（以下、「冷却液１０４」という）を伝熱盤Ｐ’に形成された冷却通路１０８に流すことや伝熱盤Ｐ’に取り付けられた伝熱盤ヒータ１０９で加熱することによって温度制御されている。

冷凍機１０1は、圧縮機１０２と、熱交換器１０３を備えており、冷媒（以下、「冷凍機側冷媒」という）が、図３に示す矢印の方向に、圧縮機１０２→熱交換器１０３→圧縮機１０２と流れる循環回路が形成されている。熱交換器１０３は、冷凍機側冷媒が流れる冷凍機側冷媒通路１０３ａと、伝熱盤Ｐ’を冷却する冷却液１０４が流れる冷却液通路１０３ｂとを備えており、冷却液１０４は、この冷却液通路１０３ｂを通ることによって、冷凍機１０１で冷やされた冷凍機側冷媒と熱交換して温度を下げる。

伝熱盤Ｐ’の温度制御を行う冷媒循環装置は、冷却液１０４を貯留する低温タンク１０５（前述した「循環装置用タンク」に相当する）と、冷却液１０４を循環させる循環ポンプ１０６と、低温タンク１０５内の冷却液１０４を加熱する冷却液ヒータ１０７と、伝熱盤Ｐ’に形成された冷却通路１０８と、熱交換器１０３に設けた冷却液通路１０３ｂとから構成されており、循環ラインＬ’によって、冷却液１０４が、図３の矢印で示す方向に、低温タンク１０５→循環ポンプ１０６→伝熱盤Ｐ’の冷却通路１０８→熱交換器１０３の冷却液通路１０３ｂ→冷却液ヒータ１０７→低温タンク１０５と流れる循環回路を構成している。また、伝熱盤Ｐ’には、伝熱盤Ｐ’に設けた温度センサー１０９ａの検知する温度に基づいて制御され、伝熱盤Ｐが予め定めた設定温度になるように伝熱盤Ｐを加熱する伝熱盤ヒータ１０９が取り付けられている。

図３に示した冷媒循環装置は次のように動作する。伝熱盤Ｐ’を高温、例えば４０°Ｃを超える温度に温度制御するときは、循環ポンプ１０６の運転を停止し、伝熱盤Ｐ’に取り付けた伝熱盤ヒータ１０９を駆動する。伝熱盤ヒータ１０９は、伝熱盤Ｐ’に取り付けた温度センサー１０９ａが検知する温度に基づいて、伝熱盤Ｐ’の温度が設定温度になるように制御される。

伝熱盤Ｐ’を低温、例えば４０°Ｃ以下に温度制御するときは、循環ポンプ１０６を運転する。循環ポンプ１０６は、低温タンク１０５内の冷却液１０４を伝熱盤Ｐ’の冷却通路１０８に送り出す。冷却通路１０８に送り出された冷却液１０４は、伝熱盤Ｐ’と熱交換したのち、熱交換器１０３の冷却液通路１０３ｂに送られ、熱交換器１０３の冷凍機側冷媒通路１０３ａを流れる冷凍機側冷媒と熱交換して温度を下げ、冷却液ヒータ１０７を通って低温タンク１０５に戻される。このようにして、冷却液１０４が循環ラインＬ’を循環することによって、低温タンク１０５内の冷却液１０４は、徐々にその温度を下げていく。また、低温タンク１０５内の冷却液１０４の温度は、低温タンク１０５に設けた温度センサー１０７ａでモニターされており、低温タンク１０５内の冷却液１０４が冷却されすぎたときは、温度センサー１０７ａの検知温度に基づいて冷却液ヒータ１０７を駆動し、低温タンク１０５内の冷却液１０４を設定温度にする。なお、低温タンク１０５の冷却液１０４の温度制御の具体例としては、後掲する特許文献１の図１に示される流量調整弁によるものや同じく図２に示される低温タンクに設けたヒータによるものがある。

伝熱盤Ｐ’は、この設定温度に維持された低温タンク１０５内の冷却液１０４が伝熱盤Ｐ’の冷却通路１０８を流れることによって冷却される。同時に、伝熱盤Ｐ’の温度は、温度センサー１０９ａでモニターされており、温度センサー１０９ａの検知温度に基づいて伝熱盤ヒータ１０９を制御し、冷却液１０４による冷却と伝熱盤ヒータ１０９による加熱とによって、伝熱盤を設定温度に制御する。

冷媒循環装置に関連する先行技術文献として次の特許文献がある。
特開２００３−１４８８５２号公報

前述のように構成された従来の冷媒循環装置は、循環ラインに設置したタンクによって、温度変化による冷媒の収縮・膨張を吸収している。しかしながら、特に、温度制御対象物の温度制御範囲が低温から高温まで広い場合には、冷媒の体積変化が大きくなり、タンクの容積を大きくしなければならない。タンクの容積を大きくして冷媒量を増やすと、装置内の熱容量が大きくなり、冷媒の冷却、昇温に時間がかかってしまう。

また、従来の冷媒循環装置において、低温（０°Ｃ以下）でも循環できる冷媒を使用した場合、この冷媒は、通常、揮発性が高く、冷媒循環装置を大気開放型にすると、冷媒が外部に漏れることがあり、循環ラインに設置したタンクに液冷媒の補給を頻繁に行う必要が生じる。液冷媒の補給の頻度を減らすためにタンクに液冷媒を余分に充填すると、冷媒循環装置内の熱容量が増え、温度制御対象物の温度制御に必要な冷媒の冷却、昇温に時間がかかってしまう。これを解消するために冷媒循環装置を密閉型にすると、冷媒の性質上、高価な部品やさまざまな工夫を用いたシール構造が必要となり、コストが高くなりがちである。

本発明の第１の課題は、循環ラインの冷媒が減少したとき容易に冷媒を補給でき、かつ、冷媒の冷却時間や昇温時間を短縮できる循環装置用タンクを提供することにある。

本発明の第２の課題は、循環ラインに設置したタンク容量を大きくすることなく、温度による冷媒の体積変化を吸収して、冷媒の冷却時間や昇温時間を短縮でき、かつ冷媒補給の手間を減らすことのできる循環装置用タンクを提供することにある。

本発明の第３の課題は、冷媒の冷却時間や昇温時間を短縮できるとともに、冷媒補給の手間を減らし、しかも、密閉型冷媒循環装置のような高価な部品やさまざまな工夫を用いたシール構造を必要としない、構造の簡単な冷媒循環装置とすることのできる循環装置用タンクを提供することにある。

本発明の第１の課題を解決するための手段は、特許請求の範囲の請求項１（以下、「請求項１」などという）のように、冷媒循環装置等の冷媒が流れる循環ラインに設置される循環装置用タンクにおいて、前記循環ラインとは別に冷媒を貯留する補給タンクを設置するとともに、前記循環ラインの冷媒の液量を検知する液量センサーを設け、該液量センサーの検知する液量に基づいて前記補給タンク内の冷媒を前記循環装置用タンクに補給する補給手段を設けたものである。

第１の課題の解決手段では、冷媒循環装置等を低温に制御したとき、循環ラインの冷媒（液）が収縮して、循環ラインの冷媒の液量が減少したり、あるいは、０°Ｃ以下でも循環できる冷媒を使用した場合、冷媒が揮発して循環ラインの液量が減ったりすることがあるが、液量センサーが循環ラインの冷媒の液量の減少を検知したとき、液量センサーからの信号により補給手段を駆動して、補給タンク内の冷媒（液）を循環装置用タンクに自動的に補給し、液量センサーが液量の減少を検知しなくなったら、補給手段の運転を停止する。

本発明の第２の課題を解決するための手段は、請求項１の発明において、請求項２のように、前記補給タンクを前記循環装置用タンクの下方に設置するとともに、前記循環装置用タンクに、前記循環装置用タンクの液面が上昇したとき前記循環装置用タンク内の冷媒を前記補給タンク内に移動させるオーバーフロー管を設けたことにある。

第２の課題の解決手段では、冷媒循環装置等を低温に制御したとき、冷媒循環装置内の冷媒が収縮して、循環ラインの冷媒の液量が減少したり、あるいは、冷媒が揮発して冷媒ライン内の液量が減ったりすることがあるが、液量センサーが循環ラインの冷媒の液量の減少を検知したとき、液量センサーからの信号により補給手段を駆動して、補給タンク内の冷媒を循環装置用タンクに自動的に補給し、液量センサーが液量の減少を検知しなくなったら、補給手段の運転を停止する。また、冷媒循環装置を高温に制御することによって循環ラインの冷媒が膨張するなどして、循環装置用タンクの液面が上昇したとき、循環装置用タンクに設けたオーバーフロー管によって、循環装置用タンク内の余分な冷媒を重力によって補給タンクに移動する。このように、補給手段とオーバーフロー管の作用によって、循環ラインの冷媒の収縮と膨張を吸収して、循環装置用タンク内の液面を常にほぼ一定に保つ。

本発明の第３の課題を解決するための手段は、請求項１または２の循環装置用タンクにおいて、請求項３のように、前記循環ラインを大気開放型としたことにある。

第３の課題の解決手段では、冷媒循環装置等を密閉型循環装置のような複雑な構造としないで、前述した請求項１または２と同様の作用を奏する。

また、請求項１〜３のいずれかの循環装置用タンクにおいて、請求項４のように、前記液量センサーを前記循環装置用タンクに設けた液面センサーから構成するとよい。

本発明の第１の解決手段によれば、液量センサーが循環ラインの冷媒の液量の減少を検知したとき、補給手段を駆動して、補給タンク内の冷媒を循環装置用タンクに自動的に補給するようにしたので、循環ライン内に冷媒を余分に充填しておく必要がない。したがって、循環ラインには、循環ラインに必要な最小限の液を溜めておけばよいので、循環装置用タンクの容積を大きくする必要がないから、循環ラインの熱容量が大きくならず、冷媒の冷却や昇温にかかる時間を短縮できる。さらに、循環ラインへの冷媒の補充は、補給用タンクの液冷媒がなくなったとき行えばよいので、冷媒補充の間隔が長くなり、冷媒の補給に手間がかかるということがない。

本発明の第２の解決手段によれば、液量センサーが循環ラインの冷媒の液量の減少を検知したとき、補給手段を駆動して、補給タンク内の冷媒を循環装置用タンクに自動的に補給するようにし、循環ラインの冷媒が膨張して、循環装置用タンクの液面が上昇したとき、オーバーフロー管によって、循環装置用タンク内の余分な冷媒を補給タンクに移動するようにして、循環ラインの冷媒の収縮と膨張を補給タンクで吸収し、循環装置用タンク内の液面を常にほぼ一定に保つようにしたので、循環ラインには、必要な最小限の液を溜めておけばよい。したがって、循環装置用タンクの容量を大きくする必要がないので、循環ライン内の熱容量が大きくならず、冷媒の冷却や昇温にかかる時間を短縮できる。さらに、循環ラインへの冷媒の補充は、補給用タンクの液冷媒がなくなったとき行えばよいので、冷媒補充の間隔が長くなり、冷媒の補給に手間がかかるということがない。

本発明の第３の解決手段によれば、循環ラインを大気開放型としてあるので、前述した第1の解決手段あるいは第２の解決手段の効果に加え、冷媒循環装置等は、密閉型冷媒循環装置のように高価な部品やさまざまな工夫を用いたシール構造を必要としない簡単な構造となり、製造コストを下げることができる。

以下、本発明の循環装置用タンクを備えた冷媒循環装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は，第１の実施の形態の冷媒循環装置のフローの概念図である。

図１において、符号Ｐは、伝熱盤等の温度制御対象（以下、「伝熱盤Ｐ」という）であり、この伝熱盤Ｐは、冷凍機１によって温度を下げられた冷媒循環装置の冷媒４（以下、「冷却液４」という）を伝熱盤Ｐに形成された冷却通路８に流すことや伝熱盤Ｐに取り付けられた伝熱盤ヒータ９で加熱することによって、例えば、−７０°Ｃ〜２００°Ｃの範囲で温度制御される。冷却液４は、例えば、ガルデン（商品名）やフロリナート（商品名）などのフッ素系の冷媒が使用されている。伝熱盤ヒータ９は、伝熱盤Ｐに設置した温度センサー９ａの検知する温度に基づいて制御され、伝熱盤Ｐが予め定めた設定温度になるように伝熱盤Ｐを加熱する。なお、温度センサー９による伝熱盤ヒータ９の制御は、例えば、後述するコントローラＣＲや前掲した特許文献１に記載された測温抵抗体等、適宜の手段で行われる。

冷凍機1は、圧縮機２と熱交換器３を備えており、冷媒（以下、「冷凍機側冷媒」という）が、図１に示す矢印の方向に、圧縮機２→熱交換器３→圧縮機２と流れるようになっている。熱交換器３は、冷凍機側冷媒が流れる冷凍機側冷媒通路３ａと、伝熱盤Ｐを冷却する冷却液４が流れる冷却液通路３ｂとを備えており、冷却液４は、冷却液通路３ｂを通ることによって、冷凍機１で冷やされた冷凍機側冷媒と熱交換して温度を下げる。

伝熱盤Ｐの温度制御を行う冷媒循環装置は、冷却液４を貯留する低温タンク５（前述した「循環装置用タンク」に相当する）と、冷却液４を循環させる電動機６ａ駆動の循環ポンプ６と、低温タンク５内の冷却液４が所定の設定温度になるように加熱する冷却液ヒータ７と、伝熱盤Ｐに形成された冷却通路８と、熱交換器３に設けた冷却液通路３ｂとを備えており、循環ラインＬによって、冷却液４が、図１の矢印で示すように、低温タンク５→循環ポンプ６→伝熱盤Ｐの冷却通路８→熱交換器３の冷却液通路３ｂ→冷却液ヒータ７→低温タンク５と流れるようになっている。この冷媒循環装置は、大気開放型であってもよいし、密閉型であってもよい。また、低温タンク５の容積は、冷媒循環装置に必要な最小限の冷却液４を溜める大きさであればよい。

冷媒循環装置には、循環ラインＬとは別に、低温タンク５内に冷却液を補給する常温タンク（前述した「補給タンク」に相当する）１１が設けられている。常温タンク１１の設置位置は、常温タンク１１の冷媒（液）１０を低温タンク５に補給するだけの目的で設ける場合は、任意の位置でよい。しかしながら、後述するように、低温タンク５内の余分な冷却液４をオーバーフロー管１３によって常温タンク１１に移動させる構成を加える場合は、図１に示すように、低温タンク５の下方に設ける必要がある。また、常温タンク１１の容積は、低温タンク５へ冷媒を補給できる量を確保できればよく、通常、低温タンク５の容積より小さくてよい。なお、常温タンク１１は、大気開放型が好ましい。

この常温タンク１１には、冷媒循環装置内の冷却液４（以下、「循環ラインＬの冷却液４」という）の液量が減少して、冷却液４が足りなくなったとき、常温タンク１１内の冷媒（液）１０を低温タンク５に補給する補給手段が接続されている。補給手段は、循環ラインＬの冷却液４の液量を検知する液量センサーの検知する液量に基づいて、適宜の手段で自動的に運転されるようになっている。図１には、補給手段としてポンプ（以下、「補給ポンプ１２」という）を用いたものを示した。なお、１２ａは、補給ポンプ１２によって常温タンク１１から送り出される冷却液１０を送る補給用ホースである。

液量センサーは、どのようなものであってもよいが、例えば、冷媒循環ラインＬに設けた流量計や圧力センサー、あるいは、低温タンク５に設けた液面センサーなどがある。図１には、液量センサーとして液面センサー１３を用いたものを示した。この液面センサー１３も、低温タンク５内の液面を検知できるものであればどのようなものでもよい。例えば、光学式、フロート式、低温タンク５内の液の重量を圧力として検知するものなどがある。液面センサー１３は、例えば、図１に示すものでは、冷媒循環装置を制御するコントローラＣＲ内に構成されたポンプ駆動指令手段に電気的に接続されており、ポンプ駆動指令手段は、液面センサー１３が循環ラインＬの冷却液４の液量の減少を検知したとき、補給ポンプ１２に駆動指令信号を送り、補給ポンプ１２を運転するようになっている。液面センサー１３が検知する液面高さは、循環ラインＬが必要とする最小限の冷却液量に相当する低温タンク５の液面高さを考慮して適宜決められる。なお、液面センサー１３による補給ポンプ１２の制御は、前述したコントローラＣＲに限らず、適宜の手段で行うことができる。

また、常温タンク１１には、常温タンク１１内の冷媒の液量が一定量以下となったとき、オペレータに冷媒を補給するよう警告するアラーム１６を設けるのが好ましい。このため、常温タンク１１には、液面センサー１５が設けられている。この液面センサー１５は、コントローラＣＲ内に構成されたアラーム駆動指令手段に接続されており、常温タンク１１の液量が一定量以下となったとき、液面センサー１５がこれを検知し、アラーム駆動指令手段によってアラーム１６を作動するようになっている。液面センサー１５は、例えば、光学式、フロート式、低温タンク５内の液の重量を圧力として検知するものなどがある。

さらに、このような冷媒循環装置では、冷媒循環装置を高温に制御したとき、循環ラインＬの冷却液４が膨張して、低温タンク５内の液面５ａが上昇することがある。この冷却液４の膨張を吸収するため、低温タンク５には、この上昇した低温タンク５内の余分な冷却液を補給タンク１１に移動させるためのオーバーフロー管１４が設けられている。オーバーフロー管１４の冷却液入り口高さ１４ａと液面センサー１３が検知する液面高さは、低温タンク５内の冷却液の浪打等を考慮してある程度差をつけて設定されており、オーバーフロー管１４の冷却液入り口高さ１４ａは、液面センサー１３が検知する液面高さよりわずかに高い位置、例えば、数ミリ高い位置とされている。

図１の冷媒循環装置は次のように作動する。伝熱盤Ｐを高温、例えば４０°Ｃを超えて温度制御するときは、循環ポンプ６の運転を停止し、伝熱盤Ｐに取り付けた伝熱盤ヒータ９を駆動する。伝熱盤ヒータ９は、温度センサー９ａが検知する温度に基づいて、伝熱盤Ｐの温度が設定温度になるように制御される。

伝熱盤Ｐを低温、例えば４０°Ｃ以下で温度制御するときは、循環ポンプ６を運転する。循環ポンプ６は、低温タンク５内の冷却液４を伝熱盤Ｐの冷却通路８に送り出す。冷却通路８に送り出された冷却液４は、伝熱盤Ｐと熱交換したのち、熱交換器３の冷却液通路３ｂに送られ、熱交換器３で温度を下げ、冷却液ヒータ７通して低温タンク５に戻される。このように、冷却液４が循環ラインＬを循環することによって、低温タンク５内の冷却液４は、徐々にその温度を下げていく。また、低温タンク５内の冷却液４の温度は、低温タンク５に設けた温度センサー７ａでモニターされており、低温タンク５内の冷却液４が冷却されすぎたときは、温度センサー７ａの検知温度に基づいて冷却液ヒータ７を駆動し、低温タンク５内の冷却液４が設定温度になるようにする。温度センサー７ａによる冷却液ヒータの７の制御は、例えばコントローラＣＲや前掲した特許文献１に示される測温抵抗体等、適宜の手段によってよって行うことができる。

伝熱盤Ｐは、この設定温度に維持された低温タンク５内の冷却液４が伝熱盤Ｐの冷却通路８を流れることによって冷却される。同時に、伝熱盤Ｐの温度は、温度センサー９ａでモニターされており、温度センサー９ａの検知温度に基づいて伝熱盤ヒータ９を制御し、冷却液４による冷却と伝熱盤ヒータ９による加熱とによって、伝熱盤を設定温度に制御する。

このようにして、伝熱盤Ｐを冷却液４と伝熱盤ヒータ９によって温度制御するとき、冷却液４の揮発や収縮によって、循環ラインＬの冷却液４が減少することがある。循環ラインＬの冷却液４が減少すると、低温タンク５の液面５ａが下降し、低温タンク５に設けた液面センサー１３がこの冷却液４の減少を検知し、その信号をコントローラＣＲ内に構成したポンプ駆動指令手段に送る。この信号を受けたポンプ駆動指令手段は、補給ポンプ１２に駆動指令信号を送り、補給ポンプ１２を運転し、常温タンク１１内の冷媒１０を補給ホース１２ａを通して、低温タンク５に供給する。常温タンク１１から低温タンク５に冷媒１０が補給されて、液面センサー１３が冷却液４の減少を検知しなくなると、ポンプ駆動指令手段によって、補給ポンプ１２の運転を停止する。

また、冷却液４の膨張によって、低温タンク５の液面５ａが上昇して、冷却液４がオーバーフロー管１４の冷却液入口１４ａまで達すると、冷却液４はオーバーフロー管１４に流れ込み、重力によってオーバーフロー管１４内を下降して常温タンク１１へ移動する。これによって、低温タンク５内の余分な冷媒は、常温タンク１１に流れ、低温タンク５内の液面５ａは、オーバーフロー管１４の冷却液入口１４ａの高さ以上にはならない。すなわち、冷媒循環装置に必要な最小限の冷却液４以外は常温タンク１１に溜められることになる。また、オーバーフロー管１４の冷却液入り口高さ１４ａと液面センサー１３が検知する液面高さは、わずかの差とされているので、循環ライン内の冷却液４の液量が増減しても、低温タンク５内の液面高さは常にほぼ一定に保たれる。

常温タンク１１内の冷媒が、一定量以下になると、液面センサー１５がそれを検知し、その検知信号がコントローラＣＲ内に構成したアラーム駆動指令手段に送られる。この信号を受けたアラーム駆動指令手段は、アラーム１６に駆動指令信号を送り、アラーム１６を駆動し、オペレータに冷媒を常温タンク１１に補給するよう警告する。

この第１の実施の形態の冷媒循環装置によれば、次のような効果が生じる。低温（０°Ｃ以下）でも循環できる揮発性の高い冷却液は、揮発性が高く、冷媒循環装置を大気開放型にすると、冷却液が大気に漏れて冷媒装置内、すなわち、循環ラインＬの冷却液４が減少したり、冷媒循環装置を低温に制御すると、循環ラインＬの冷却液４が収縮して、循環ラインＬの冷却液４の液量が減少したりするため、低温タンク５に冷却液４の補給を頻繁に行う必要が生じるが、この実施の形態では、循環ラインＬの冷却液４の液量が減ったとき、液面センサー１３がその冷却液４の液量の減少を検知して補給ポンプ１２を自動的に運転し、常温タンク１１の冷媒１０を低温タンク５に補給するようにしたので、冷却液の補給頻度を減らすため低温タンク５に冷却液を余分に充填しておく必要がない。したがって、循環ラインＬには必要な最小限の冷却液４を溜めておけばよいので、低温タンク５の容積を大きくする必要がないから、循環ラインＬの熱容量が大きくならず、冷却液の冷却や昇温にかかる時間を短縮することができる。

また、前述した冷却液の補給に加え、循環ラインＬの冷却液４が膨張して、低温タンク５の液面が上昇したとき、オーバーフロー管１４によって、低温タンク５内の余分な冷媒を常温タンク１１に移動するようにしたので、循環ラインＬの冷媒の収縮と膨張は常温タンク１１で吸収され、低温タンク５内の液面は常にほぼ一定に保たれる。したがって、循環ラインＬには、必要な最小限の液を溜めておけばよく、低温タンク５の容積を大きくする必要がないので、循環ラインＬの熱容量も大きくならず、冷却液の冷却や昇温にかかる時間を短縮できる。

さらに、前述した冷媒循環装置を大気開放型冷媒循環装置とすることによって、密閉型冷媒循環装置のように高価な部品やさまざまな工夫を用いたシール構造とする必要がないので、冷媒循環装置の構造が簡単となり、製造コストを下げることができる。

循環ラインへの冷媒の補充は、常温タンク１１の液冷媒がなくなったとき行えばよいので、冷媒補充の間隔が長くなり、冷媒の補給に手間がかかるということがない。

次に、本発明の循環装置用タンクを備えた第２の実施の形態の冷媒循環装置を図２に基づいて説明する。図２は、第２の実施の形態の冷媒循環装置のフロー図である。第２の実施の形態の冷媒循環装置は、第１の実施の形態の応用例であり、冷媒の流れる循環ラインの構成が相違するだけで、循環装置用タンクの基本構造は同じである。

図２において、符号Ｐは、伝熱盤等の温度制御対象（以下、「伝熱盤Ｐ」という）であり、この伝熱盤Ｐは、チラーユニットＣの筺体２１内に収納された冷凍機２２の熱交換器２３で温度を下げられた冷媒循環装置の冷媒(液)２４（以下、「冷却液２４」という）を伝熱盤Ｐ内に形成された冷却通路２９に流すことや伝熱盤Ｐに取り付けられた伝熱盤ヒータ３０で加熱することによって、例えば、−７０°Ｃ〜２００°Ｃの範囲で温度制御される。伝熱盤ヒータ３０は、伝熱盤Ｐに設置した温度センサー３０ａの検知する温度に基づいて制御され、伝熱盤Ｐが予め定めた設定温度になるように伝熱盤Ｐを加熱する。伝熱盤ヒータ３０の制御は、前述した伝熱盤ヒータ９の制御と同様に行われる。

伝熱盤Ｐの温度制御を行う冷媒循環装置は、冷却液２４を貯留する低温タンク２５（前述した「循環装置用タンク」に相当する）と、冷却液２４を循環させる循環ポンプ２７と、熱交換器２３で冷却される冷却液の流量を調整する流量調整弁２８と、伝熱盤Ｐに形成された冷却通路２９と、熱交換器２３に設けた冷却液通路（図示せず）を備えており、後述する循環ラインＬ１とＬ２によって循環回路が構成されている。

熱交換器２３は、二重管で構成されており、その内管が冷凍機２２側冷媒の流れる冷媒通路とされ、内管と外管との間に形成される通路が冷却液２４の流れる冷却液通路とされており、冷却液２４は、ここで冷凍機側冷媒と熱交換して冷却されるようになっている。また、低温タンク２５からの冷却液２４を内管の中へ、内管と外管との間に形成される流路に冷凍機２２からの冷媒が流れるようにしてもよい。

低温タンク２５は、チラーユニットＣの筺体２１内に収納されており、ほぼ密閉された断熱構造とされている。低温タンク２５内の上部空間には、この上部空間を大気に開放する大気開放チューブ２６が設けられており、低温タンク２５の液面が上昇や下降して、低温タンク２５に圧力の変動が生じたとき、その圧力の変動を吸収するようにしている。

循環ポンプ２７は、低温タンク２５取り付けられており、そのポンプ部が、低温タンク２５に貯留された冷却液２４の中に位置し、駆動部が低温タンク２５の外部に位置するよう配置されている。循環ポンプ２７の吸入口は、低温タンク２５内に開口し、その吐出口は、熱交換器２３の入口に冷却液２４を送る冷却液循環ホース３１（往き管）に接続されるとともに、伝熱盤Ｐの冷却通路２９に冷却液２４を送る冷却液供給ホース３３に接続されている。

流量調整弁２８は、低温タンク２５に取り付けられており、駆動部が低温タンク２５の外部に位置し、弁部が低温タンク２５内に位置するよう配置されている。流量調整弁２８の冷媒入口は、熱交換器２３の出口に接続された冷却液循環ホース３２（戻り管）に接続されている。流量調整弁２８の冷媒出口は、低温タンク２５の上部空間に開口している。流量調整弁２８は、低温タンク２５に設けた温度センサー２８ａによって制御され、低温タンク２５内の冷却液２４が所定の設定温度になるように熱交換器２３を流れる冷却液２４の流量を調整する。なお、温度センサー２８ａによる流量調整弁２８の制御は、例えば、コントローラ等適宜の手段で行うことができる。

伝熱盤Ｐに形成された冷却通路２９は、その冷却液入口が伝熱盤接続ホース３５（往き管）に接続され、その冷却液出口が伝熱盤接続ホース３６（戻り菅）に接続されている。伝熱盤接続ホース３５は、循環ポンプ２７の吐出口に接続する冷却液供給ホース３３に接続され、伝熱盤接続ホース３６は、低温タンク２５内に連通する冷却液供給ホース３４（戻り菅）に接続されている。

このように構成された冷媒循環装置は、冷却液２４が、低温タンク２５→循環ポンプ２７→冷却液循環ホース３１→熱交換器２３の冷却液通路→冷却液循環ホース３２→流量調整弁２８→低温タンク２５と流れる循環ラインＬ１と、冷却液２４が、低温タンク２５→循環ポンプ２７→冷却液供給ホース３３→伝熱盤接続ホース３５→伝熱盤Ｐの冷却通路２９→伝熱盤接続ホース３６→冷却液供給ホース３４→低温タンク２５と流れる循環ラインＬ２とを有している。

この冷媒循環装置には、循環ラインＬ１，Ｌ２とは別に、低温タンク２５内に冷却液を補給するほぼ密閉された常温タンク３８（前述した「補給タンク」に相当する）が、低温タンク２５の下方に設けられている。常温タンク３８内の上部空間には、この上部空間を大気に開放する大気開放チューブ３９が接続されている。常温タンク３８の容積は、低温タンク２５へ冷媒を補給できる量を確保できればよく、低温タンク２５の容積より小さくされている。

この常温タンク３８には、循環ラインＬ１，Ｌ２の冷却液２４の液量が減少して冷却液が足りなくなったとき、常温タンク３８内の冷媒（液）３７を低温タンク２５に補給する補給ポンプ４０が接続されている。補給ポンプ４０は、低温タンク２５内に設けた液面センサー４１の検知する液量に基づいて、自動的に運転されるようになっている。なお、４０ａは、補給ポンプ４０によって常温タンク３８から送り出される冷媒３７を低温タンク２５に送る補給用ホースである。

液面センサー４１は、第１の実施の形態の液面センサー１３と同様であるが、図２には、光学式の液面センサーが示されている。図２に示す液面センサー４１は、低温タンク２５の外部に設けられ、低温タンク２５の上部空間と低温タンク２５の低部を連通する透明管４１ａと、検知する液面高さの位置で透明管４１ａに光を照射する照光部４１ｂと、透明管４１ａを通った光を受光する受光部４１ｃを備えており、透明管４１ａを通る光の屈折率が異なることを利用して検知する液面高さに液が有るか無いかを判断するようになっている。

この液面センサー４１は、図１に示したものと同様に、冷媒循環装置を制御するコントローラ内に構成されたポンプ駆動指令手段（図示せず）に電気的に接続されており、液面センサー４１が検知する液面高さに液を検知しないとき、ポンプ駆動指令手段が、低温タンク２５内の冷却液２４の液量が減少したと判断して、補給ポンプ４０を運転するようになっている。液面センサー４１が検知する液面高さは、循環ラインＬ１，Ｌ２が必要とする最小限の冷媒量に相当する低温タンク２５の液面高さを考慮して適宜決められる。

また、常温タンク３８には、図１に示したものと同様に、常温タンク３８の冷媒が一定量以下となったとき、オペレータに冷媒を補給するよう警告するアラーム（図示せず）を設けるのが好ましい。このため、常温タンク３８には、液面センサー４３が設けられている。この液面センサー４３は、液面センサー４１と同様の光学式の液面センサーであり、図１に示したものと同様に、コントローラ内に構成されたアラーム駆動指令手段(図示せず)に接続されており、常温タンク３８の冷媒が一定量以下となったとき、アラームを作動するようになっている。

さらに、このような冷媒循環装置では、冷媒循環装置を高温に制御したとき、冷媒循環装置内の冷却液２４（以下、「循環ラインＬ１，Ｌ２の冷却液２４」という）が膨張して、低温タンク２５内の液面２５ａが上昇することがあるが、低温タンク２５には、この上昇した低温タンク２５内の余分な冷却液を補給タンク３８に移動させるために、オーバーフロー管４２が設けられている。

オーバーフロー管４２は、低温タンク２５の内部に取り付けられており、低温タンク２５の低部を貫通して、低温タンク２５の下方に設置された常温タンク３８の底部近くまでほぼ垂直に延びるパイプから形成されている。オーバーフロー管４２の冷却液入り口高さ４２ａと液面センサー１３が検知する液面高さは、低温タンク５内の冷却液の浪打等を考慮してある程度差をつけて設定されている。オーバーフロー管１４の冷却液入り口高さ１４ａは、液面センサー１３が検知する液面高さよりわずかに高い位置、例えば、数ミリ高い位置とされている。

図２の冷媒循環装置は次のように作動する。伝熱盤Ｐを高温、例えば、４０°Ｃを超えて温度制御するときは、循環ポンプ２７の運転を停止し、伝熱盤Ｐに取り付けた伝熱盤ヒータ３０を駆動する。伝熱盤ヒータ３０は、温度センサー３０ａが検知する温度に基づいて、伝熱盤Ｐの温度が設定温度になるように制御される。

伝熱盤Ｐを低温、例えば４０°Ｃ以下で温度制御するときは、循環ポンプ２７を駆動する。循環ポンプ２７は、低温タンク２５内の冷却液２４を、冷却液循環ホース３１を通して熱交換器２３の冷却液通路に送るとともに、冷却液供給ホース３３及び伝熱盤接続ホース３５を通して伝熱盤Ｐの冷却通路２９に送る。

熱交換器２３の冷却液通路に送られた冷却液２４は、熱交換器２３の冷媒通路を流れる冷凍機２２側冷媒と熱交換して温度を下げ、冷却液循環ホース３２、流量調整弁２８を通って低温タンク２５に戻される。このようにして、循環ラインＬ１を流れる冷却液２４は熱交換器２３によって徐々に温度が下げられていく。他方、伝熱盤Ｐの冷却通路２９に送られた冷却液２４は、冷却通路２９を通る間に温度を上げ、伝熱盤接続ホース３６、冷却液供給ホース３４を通って低温タンク２５に戻される。

流量調整弁２８は、低温タンク２５内に設けた温度センサー２８ａの検知温度に基づいて制御され、低温タンク２５内の冷却液２４の温度が伝熱盤Ｐの設定温度に対応した所定の設定温度になるように循環ラインＬ１を流れる冷却液２４の液量を調整する。伝熱盤Ｐは、このようにして所定の温度に調整された低温タンク２５からの冷却液２４が冷却通路２９流れることによって冷却される。同時に、伝熱盤Ｐの温度は、温度センサー３０ａでモニターされており、温度センサー３０ａで検知した伝熱盤Ｐの温度が設定温度より低い場合には、伝熱盤ヒータ３０に通電して、伝熱盤Ｐの温度が設定温度になるように制御する。

このようにして、伝熱盤Ｐを冷却液２４と伝熱盤ヒータ３０によって温度制御するとき、循環ラインＬ１，Ｌ２の冷却液２４が、冷却液２４の揮発や収縮などによって減少することがある。循環ラインＬ１，Ｌ２の冷却液２４が減少すると、低温タンク２５に設けた液面センサー４１がこの冷却液２４の減少を検知して、コントローラ内に構成したポンプ駆動指令手段によって補給ポンプ４０が駆動され、常温タンク３８内の冷媒３７が低温タンク２５に補給される。常温タンク３８から低温タンク２５に冷媒３７が補給されて、液面センサー４１が冷却液２４の減少を検知しなくなると、ポンプ駆動指令手段によって、補給ポンプ４０の運転が停止される。なお、液面センサー４１による補給ポンプ４０の制御は、コントローラに限らず適宜の手段で行うことができる。

また、冷却液２４の膨張によって、低温タンク２５の液面２５ａが上昇して、冷却液２４がオーバーフロー管４２の冷却液入口４２ａを超えると、冷却液２４はオーバーフロー管４２に流れ込み、重力によってオーバーフロー管４２内を下降して常温タンク３８へ移動する。これによって、低温タンク２５内の余分な冷却液２４は、常温タンク３７に流れ、低温タンク２５内の液面２５ａは、オーバーフロー管４２の冷却液入口４２ａの高さ以上にはならない。すなわち、冷媒循環装置に必要な最小限の冷却液２４以外は常温タンク３８に溜められることになる。また、オーバーフロー管４２の冷却液入り口高さ４２ａと液面センサー４１が検知する液面高さは、わずかの差とされているので、循環ラインＬ１，Ｌ２の冷却液２４の液量が増減しても、低温タンク２５内の液面高さは常にほぼ一定に保たれる。

常温タンク３８内の冷媒が、一定量以下になると、液面センサー４３がそれを検知し、その検知信号がコントローラＣＲ内に構成したアラーム駆動指令手段に送られる。この信号を受けたアラーム駆動指令手段は、アラームに駆動指令信号を送り、アラームを駆動して、オペレータに冷媒を常温タンク３８に補給するよう警告する。

この第２の実施の形態の冷媒循環装置によれば、低温タンク２５の冷却液温度を制御する循環ラインＬ１と、伝熱盤Ｐを温度制御する循環ラインＬ２を設けたので、低温タンク２５内の冷却液２４や伝熱盤Ｐの温度追従性が向上し、また、伝熱盤Ｐに設ける伝熱盤ヒータ３０の容量を小さくすることができる。

さらに、前述した第１の実施の形態と同様に、循環ラインＬ１，Ｌ２の冷却液２４の液量が減ったとき、常温タンク３８内の冷媒３７を低温タンク５内に自動的に補給できるようにして、循環ラインＬ１，Ｌ２には必要な最小限の冷却液２４を溜めておけばよいようにしたので、循環ラインＬ１，Ｌ２内の熱容量が大きくならないから、冷却液の冷却や昇温にかかる時間を短縮することができる。また、循環ラインＬ１，Ｌ２への冷媒の補充は、常温タンク３８の液冷媒がなくなったとき行えばよいので、冷媒補充の間隔が長くなり、冷媒の補給に手間がかからない。

また、前述した第１の実施の形態と同様に、冷却液２４の補給に加え、低温タンク２５の液面が上昇したとき、オーバーフロー管４２によって、低温タンク２５内の余分な冷媒を常温タンク３８に移動するようにして、冷却液２４の膨張を常温タンク３８で吸収するようにしたので、低温タンク２５の容積を大きくする必要がないから、循環ラインＬ１，Ｌ２内の熱容量も大きくならず、冷却液の冷却や昇温にかかる時間を短縮できる。

また、この実施の形態の冷媒循環装置は大気開放型冷媒循環装置であるので、密閉型冷媒循環装置のように高価な部品やさまざまな工夫を用いたシール構造とする必要がなく、冷媒循環装置の構造が簡単となり、製造コストを下げることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず種々の設計変更が可能であり、それらはいずれも本発明に含まれる。例えば、本発明の循環装置用タンクは、伝熱盤の温度制御を行う冷媒循環装置に限られないし、循環ラインも前述した実施例のものに限られない。また、圧縮機等の流体を循環させる装置にも適用できる。

本発明の循環装置用タンクを備えた第１の実施の形態に係る冷媒循環装置のフローの概念図。 本発明の循環装置用タンクを備えた第２の実施の形態に係る冷媒循環装置のフロー図。 従来の循環装置用タンクを備えた冷媒循環装置のフローの概念図。

符号の説明

Ｐ 伝熱盤
Ｌ 循環ライン
ＣＲ コントローラ
１ 冷凍機
２ 圧縮機
３ 熱交換器
４ 冷却液
５ 低温タンク
６ 循環ポンプ
７ 冷却液ヒータ
８ 冷却通路
９ 伝熱盤ヒータ
１０ 冷媒（液）
１１ 常温タンク
１２ 補給ポンプ
１３ 液面センサー
１４ オーバーフロー管
１５ 液面センサー
１６ アラーム
Ｃ チラーユニット
Ｌ１，Ｌ２ 循環ライン
２２ 圧縮機
２３ 熱交換器
２４ 冷却液
２５ 低温タンク
２７ 循環ポンプ
２８ 流量調整弁
２９ 冷却通路
３０ 伝熱盤ヒータ
３７ 冷媒（液）
３８ 常温タンク
４０ 補給ポンプ
４１ 液面センサー
４２ オーバーフロー管
４３ 液面センサー

Claims (4)

1. 冷媒循環装置等の冷媒が流れる循環ラインに設置される循環装置用タンクにおいて、前記循環ラインとは別に液冷媒を貯留する補給タンクを設置するとともに、前記循環ラインの冷媒液量を検知する液量センサーを設け、該液量センサーの検知する液量に基づいて前記補給タンク内の液冷媒を前記循環装置用タンクに補給する補給手段を設けたことを特徴とする循環装置用タンク。
2. 前記補給タンクを前記循環装置用タンクの下方に設置するとともに、前記循環装置用タンクに、前記循環装置用タンクの液面が上昇したとき前記循環装置用タンク内の冷媒を前記補給タンク内に移動させるオーバーフロー管を設けた請求項１に記載の循環装置用タンク。
3. 前記循環ラインを大気開放型とした請求項１または２に記載の循環装置用タンク。
4. 前記液量センサーが前記循環装置用タンクに設けた液面センサーである請求項１〜３のいずれかに記載の循環装置用タンク。

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