JP2009115325A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】媒ガスの漏れを小さく抑えることができる冷却装置を提供する。
【解決手段】遮断弁１８、１９が、圧縮器１１及び凝縮器１２の経路上と、冷却コイル１５及び受液器１３の経路上と、に設けられている。遮断弁２１が、冷却コイル１５及び圧縮器１１の経路上に設けられている。安全システム制御装置２０が、ガスセンサ１７が検出した冷媒ガスの濃度から冷媒漏れが生じていると判断すると、遮断弁１８、１９を弁閉させる。その後に、安全システム制御装置２０が、圧縮器１１の入口の圧力が所定値に達するのを待って遮断弁２１を弁閉させると共に圧縮器１１の動作を停止させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、冷却装置に係り、特に、冷媒漏れを防止する冷却装置に関するものである。

上述した冷却装置として、図８に示すような蒸気圧縮式の冷却装置が一般に知られている。同図に示すように、冷却装置１０は、冷媒ガスを高圧ガスに圧縮する圧縮器１１、圧縮器１１から出力される高圧ガスを冷却して液化する凝縮器１２、凝縮器１２によって液化された冷媒を保存する受液器１３、膨張弁１４、及び、受液器１３に保存された液化された冷媒を蒸発させて冷媒ガスにする冷却コイル１５、から構成される冷却サイクルを有していて、冷媒が液体から気体に相転移する際、気化熱を奪う性質を利用している。

近年使用される冷媒は、Ｒ−１３４ａに代表される代替フロンが一般的に用いられている。代替フロンは地球温暖化を促進する物質であるため、地球環境保護の目的で、最近はＣＯ₂やＨＣ−１２ａやＨＣ−２２ａ等のフッ素を含まない物質を冷媒に用いるものが増えている。ゼロエミッションという観点からＣＯ₂を冷媒とする方式があるが、液化させるための圧力が１００ｋｇ／ｃｍ²程度という高圧圧縮器が必要であり、また配管設備にもかなりの負荷がかかるため、取り扱いが難しい。

一方、ＨＣ−１２ａやＨＣ−２２ａは炭化水素で構成されるが、５ｋｇ／ｃｍ²程度で液化できるため、比較的安価な設備で冷却装置が構築できるメリットがある。しかしながら、炭化水素系の冷媒を使用する場合、冷媒ガス漏れが直接爆発事故等につながる危険性が残る。

そこで、従来では、図８に示すように、受液器１３及び冷却コイル１５間の経路上と、冷却コイル１４及び圧縮器１１間の経路上と、にそれぞれ遮断弁１８、１９を設けて、図示しない冷媒検知センサによって冷媒漏れが検知されたときに遮断弁１８、１９を弁閉して、冷媒ガス漏れを防止するものが提案されている（例えば特許文献１）。しかしながら、上述した従来例では、圧縮器１１及び凝縮器１２間の経路上で冷媒ガス漏れが発生すると、圧縮器中のガスがその漏れ箇所から漏れてしまう、という問題点があった。
特開平８−１７８４８１号公報

そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、冷媒ガスの漏れを少なく抑えることができる冷却装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、冷媒ガスを高圧ガスに圧縮する圧縮器、前記圧縮器から出力される前記高圧ガスを冷却して液化する凝縮器、前記凝縮器によって液化された冷媒を保存する受液器、及び、前記受液器に保存された液化された冷媒を蒸発させて前記冷媒ガスにする冷却コイル、から構成される冷却サイクルと、前記冷却サイクルから前記冷媒が漏れたことを検出する冷媒漏れ検出手段と、前記冷却サイクル上の経路を遮断する第１遮断弁と、前記冷媒漏れ検出手段により前記冷媒漏れが検出されたときに前記第１遮断弁を弁閉させる制御手段と、を有する冷却装置において、前記第１遮断弁が、前記受液器及び前記冷却コイル間の経路上と、前記圧縮器及び前記凝縮器間の経路上と、の２箇所に設けられていることを特徴とする冷却装置に存する。

請求項２記載の発明は、前記冷却コイル及び前記圧縮器間の経路上の圧力を計測する圧力計測手段と、前記制御手段が、前記冷媒漏れ検出手段により前記冷媒漏れが検出されたときに前記第1遮断弁を弁閉させた後に、前記圧力計測手段により計測された圧力が所定圧力値に達するのを待って前記圧縮器の動作を停止させるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置に存する。

請求項３記載の発明は、前記冷却コイル及び前記圧縮器間の経路上に設けられた第２遮断弁が設けられ、そして、前記制御手段が、前記圧力計測手段により計測された圧力が所定圧力値に達するのを待って前記第２遮断弁を弁閉するように設定されていることを特徴とする請求項２に記載の冷却装置に存する。

請求項４記載の発明は、前記冷媒漏れ検出手段が、前記冷媒を検出するガスセンサで構成されていることを特徴とする請求項１〜３何れか１項に記載の冷却装置に存する。

請求項５記載の発明は、前記冷媒漏れ検出手段が、前記冷却サイクル上の経路のそれぞれ異なる位置に設けられた２つの質量流量センサで構成されていて、前記２つの質量流量センサが検出した質量流量の差が所定値以上のときに前記冷媒漏れを検出することを特徴とする請求項１〜３何れか１項に記載の冷却装置に存する。

以上説明したように請求項１記載の発明によれば、第１遮断弁が、受液器及び冷却コイル間の経路上と、圧縮器及び凝縮器間の経路上と、の２箇所に設けられているので、圧縮器中の冷媒ガスが圧縮器及び凝縮器間の経路上に生じた漏れ箇所から流れ出ることがなく、冷媒漏れを極力少なくすることができる。

請求項２記載の発明によれば、制御手段が、冷媒漏れ検出手段により冷媒漏れが検出されたときに第１遮断弁を弁閉させた後に、圧力計測手段により計測された圧力が所定圧力値に達するのを待って圧縮器の動作を停止させるように設定されているので、冷却コイルで冷媒ガス漏れが発生した場合、冷却コイルに残っている冷媒ガスが圧縮器に吸い込まれた後に圧縮器の動作が停止されるため、冷却コイルからの冷媒漏れを極力少なくすることができる。

請求項３記載の発明によれば、制御手段が、圧力計測手段により計測された圧力が所定圧力値に達するのを待って第２遮断弁を弁閉するように設定されているので、冷却コイルで冷媒漏れが発生した場合、圧縮器から冷却コイルに逆流する冷媒ガスの漏れ箇所からの流出も防止することができるため、より一層冷却コイルからの冷媒漏れを極力少なくすることができる。

請求項４記載の発明によれば、冷媒漏れ検出手段が冷媒を検出するガスセンサで構成されているので、精度良く冷媒漏れを検出することができる。

請求項５記載の発明によれば、冷媒漏れ検出手段が、冷却サイクル上の経路のそれぞれ異なる位置に設けられた２つの質量流量センサで構成されていて、２つの質量流量センサが検出した質量流量の差が所定値以上のときに冷媒漏れを検出するので、精度良く冷媒漏れを検出することができる。

第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、第１実施形態における本発明の冷却装置１０を示す構成図である。同図に示すように、冷却装置１０は、圧縮器１１から吐出された冷媒が凝縮器１２、受液器１３、膨張弁１４、及び、冷却コイル１５、をこの順に通って再び圧縮器１１に戻る冷却サイクル１６を有していて、冷媒が液体から気体に相転移する際、気化熱を奪う性質を利用している。

圧縮器１１は、冷媒ガスを高圧ガスに圧縮する。凝縮器１２は、圧縮器１１から出力される高圧ガスを冷却して液化する。受液器１３は、凝縮器１２によって液化された冷媒を保存する。膨張弁１４は、冷却コイル１５に流入する冷媒の流れを制御して冷却コイル１５内の圧力を低く保ち冷媒が蒸発しやすいようにする。冷却コイル１５は、受液器１３に保存された液化された冷媒を蒸発させて冷媒ガスにする。

また、冷却装置１０は、冷媒漏れ検出手段としてのガスセンサ１７と、第１遮断弁としての遮断弁１８及び１９と、制御手段としての安全システム制御装置２０と、を有している。ガスセンサ１７は、冷却サイクル１６外に設けられていて、冷却サイクル１６外での冷媒ガスの濃度を検出して後述する安全システム制御装置２０に対して出力する。ガスセンサ１７としては、例えば接触燃焼式や半導体式などが用いられる。

遮断弁１８は、圧縮器１１及び凝縮器１２間の経路上の圧縮器１１側に設けられている。即ち、遮断弁１８は、圧縮器１１のアウトプット部に設けられている。遮断弁１９は、冷却コイル１５及び受液器１３間の経路上において膨張弁１４よりも受液器１３側の経路上に設けられている。即ち、遮断弁１９は、受液器１３のアウトプット部に設けられている。

安全システム制御装置２０は、例えばマイクロコンピュータなどから構成されていて、ガスセンサ１７によって検出された冷媒ガスの濃度が所定濃度を超えたときに冷媒漏れが発生したと判断して、遮断弁１８及び１９を弁閉制御する。

上述した構成の冷却装置１０の動作について図２に示す安全システム制御装置２０の安全システム処理手順を示すフローチャートを参照して以下説明する。まず、冷却装置１０に電源が供給されると、冷却サイクル１６の各部が動作を開始して、冷媒が冷却サイクル１６上を循環して気化、液化を繰返す。また、安全システム制御装置２０も動作を開始して、ガスセンサ１７により検出された冷媒ガスの濃度をモニタする（ステップＳ１）。冷却サイクル１６から冷媒漏れが発生すると冷却サイクル１６外での冷媒ガスの濃度が高くなる。

その結果、ガスセンサ１７により検出された冷媒ガスの濃度が所定値を超えると（ステップＳ２でＹ）、安全システム制御装置２０は、冷媒漏れが発生していると判断して、遮断弁１８及び１９を弁閉する（ステップＳ３）。その後、安全システム制御装置２０は、圧縮器１１の動作を停止させて、冷却サイクル１６の動作を停止させて（ステップＳ４）、処理を終了する。

上述した冷却装置１０によれば、遮断弁１８が圧縮器１１及び凝縮器１２間の経路上の圧縮器１１のアウトプット部に設けられている。この遮断弁１８により、圧縮器１１中の冷媒ガスが圧縮器１１及び凝縮器１２の経路上に生じた漏れ箇所から流れ出るのを防ぐことができ、冷媒漏れを極力抑えることができる。

また、上述した冷却装置１０によれば、冷媒漏れ検出手段が冷媒ガスの濃度を検出するガスセンサ１７で構成されているので、例えば酸素濃度に基づいて冷媒漏れを検出する場合と比べて、精度良く冷媒漏れを検出することができる。

なお、上述した第１実施形態では、遮断弁１９は、受液器１３のアウトプット部に設けられていたが、本発明はこれに限ったものではない。遮断弁１９の設置箇所は、冷却コイル１５及び受液器１３間の経路上であればよい。

また、上述した第１実施形態では、遮断弁１８は、圧縮器１１のアウトプット部に設けられていたが、本発はこれに限ったものではない。遮断弁１８の設置箇所は、圧縮器１１及び凝縮器１２間の経路上であればよい。

第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。図３は、第２実施形態における本発明の冷却装置１０を示す構成図である。同図に示すように、第２実施形態と第１実施形態とで大きく異なる点は、冷却装置１０が、上述した冷却サイクル１６、遮断弁１８、１９、安全システム制御装置２０に加えて、第２遮断弁として遮断弁２１と、圧力計測手段としての圧力計２２と、をさらに備える点である。遮断弁２１は、冷却コイル１５及び圧縮器１１の経路上の圧縮器１１側に設けられている。即ち、遮断弁２１は、圧縮器１１のインプット部に設けられている。圧力計２２は、冷却コイル１５及び圧縮器１１間の経路上の圧縮器１１側に設けられている。即ち、圧力計２２は、圧縮器１１のインプット部に設けられている。圧力計２２は、圧縮器１１のインプット部の圧力を検出して、その検出結果を安全システム制御装置２０に出力している。

上述した構成の冷却装置１０の動作について図４に示す安全システム制御装置２０の安全システム処理手順を示すフローチャートを参照して以下説明する。なお、図４において、図２について上述した第１実施形態で既に説明したステップと同等の部分には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。まず、冷却装置１０に電源が供給されると、第１実施形態と同様に、冷却サイクル１６の各部が動作を開始して、冷媒が冷却サイクル１６上を循環して気化、液化を繰返す。また、安全システム制御装置２０も動作を開始して、第１実施形態と同様にステップＳ１〜Ｓ３を行う。

その後、安全システム制御装置２０は、圧力計２２が検出した圧力をモニタする（ステップＳ６）。冷却サイクル１６上の遮断弁１９から圧縮器１１までの間に存在する冷媒ガスが圧縮器１１に吸収されると、圧縮器１１のインプット部の圧力が低下する。その結果、圧力計２２により検出された圧力が例えば大気と等しい１ａｔｍ（＝所定圧力値）以下となると（ステップＳ７でＹ）、安全システム制御装置２０は、遮断弁１９から圧縮器１１までの間に存在する冷媒ガスが圧縮器１１に吸収されたと判断して、遮断弁２１を弁閉する（ステップＳ８）。その後、安全システム制御装置２０は、第１実施形態と同様に、圧縮器１１の動作を停止させて、冷却サイクル１６の動作を停止させた後（ステップＳ４）、処理を終了する。

例えば冷却コイル１５で冷媒ガス漏れが発生した場合、第１実施形態では遮断弁１９から圧縮器１１までの間に存在する冷媒ガスが漏れてしまう。これに対して、第２実施形態では、遮断弁１９から圧縮器１１までの間に存在する冷媒ガスが圧縮器１１に吸い込まれた後に圧縮器１１の動作を停止させるため、冷却コイル１５からの冷媒漏れを最小に抑えることができる。

また、上述した冷却装置１０によれば、安全システム制御装置２０が、圧力計２２により計測された圧力が１ａｔｍ以下に達するのを待って遮断弁２１を弁閉するように設定されているので、冷却コイル１５で冷媒漏れが発生した場合、圧縮器１１から冷却コイル１５に逆流する冷媒ガスの漏れ箇所からの流出も防止することができるため、より一層冷却コイル１５からの冷媒漏れを極力少なくすることができる。

なお、上述した第２実施形態では、冷却コイル１５及び圧縮器１１間の経路上に遮断弁２１を設けていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、遮断弁２１を設けずに、圧力が１ａｔｍに達したときに単に圧縮器１１の動作を停止させるようにしてもよい。

第３実施形態
次に、本発明の第３実施形態を図面に基づいて説明する。図５は、第３実施形態における本発明の冷却装置１０を示す構成図である。同図に示すように、第３実施形態と第２実施形態とで大きく異なる点は、ガス漏れ検出手段の構成である。第２実施形態では、ガス漏れ検出手段としては、ガスセンサ１７を用いていたが、第３実施形態では、ガス漏れ検出手段として２つの質量流量センサ２３、２４を用いる。

質量流量センサ２４は、膨張弁１４及び冷却コイル１５の間の経路上に流れる冷媒の流量を検出するように設けられている。一方、質量流量センサ２３は、冷却コイル１５及び圧縮器１１間の経路上に流れる冷媒の流量を検出するように設けられている。即ち、質量流量センサ２３、２４は、冷却コイル１５の上下流側にそれぞれ設けられている。

次に、上述した構成の冷却装置１０の動作について図６を参照して以下説明する。まず、冷却装置１０に電源が供給されると、第１及び第２実施形態と同様に、冷却サイクル１６の各部が動作を開始して、冷媒が冷却サイクル１６上を循環して気化、液化を繰返す。また、安全システム制御装置２０も動作を開始して、質量流量センサ２４、２５が検出した流量をモニタする（ステップＳ９）。冷媒漏れが生じていないときは冷却コイル１５の上流、下流の流量はほぼ同じとなり、質量流量センサ２４が検出した流量と質量流量センサ２５が検出した流量との流量差が所定値未満となり（ステップＳ１０でＮ）、安全システム制御装置２０では冷媒漏れが生じていないと判断される。

これに対して、冷却サイクル１６に冷媒漏れが生じると漏れ部分よりも上流側の流量が下流側に比べて大きくなる。このため、質量流量センサ２４が検出した流量と質量流量センサ２３が検出した流量との流量差が所定値以上となり（ステップＳ１０でＮ）、安全システム制御装置２０ではガス漏れが生じていると判断される。その後は、上述した第２実施形態と同様であるためその詳細な説明は省略する。

例えば、冷却装置１０が屋外に設置されている場合、冷媒ガスが漏れても大気によって濃度が薄められてしまう。このため、第１実施形態のようにガスセンサ１７を冷媒漏れ検出手段として用いると、ガスセンサ１７の設置箇所によっては冷媒漏れが生じてもそれを検出することができない。これに対して、第２実施形態では、冷却サイクル１６上の経路のそれぞれ異なる位置に設けられた２つの質量流量センサ２３、２４が検出した質量流量の差が所定値以上のときに冷媒漏れを検出するので、設置場所の影響を受けずに精度良く冷媒漏れを検出することができる。

なお、上述した第３実施形態では、冷媒漏れ検出手段として２つの質量流量センサ２３、２４を第２実施形態の冷却装置１０に適用していたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、図７に示すように、２つの質量流量センサ２３、２４を第１実施形態の冷却装置１０に設けることも考えられる。

また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

第１実施形態における本発明の冷却装置を示す構成図である。 図１の冷却装置を構成する安全システム制御装置の安全システム制御処理手順を示すフローチャートである。 第２実施形態における本発明の冷却装置を示す構成図である。 図３の冷却装置を構成する安全システム制御装置の処理手順を示すフローチャートである。 第３実施形態における本発明の冷却装置を示す構成図である。 図５の冷却装置を構成する安全システム制御装置の処理手順を示すフローチャートである。 他の実施形態における本発明の冷却装置を示す構成図である。 従来の冷却装置の一例を示す構成図である。

符号の説明

１１ 圧縮器
１２ 凝縮器
１３ 受液器
１５ 冷却コイル
１６ 冷却サイクル
１７ ガスセンサ（冷媒漏れ検出手段）
１８ 遮断弁（第１遮断弁）
１９ 遮断弁（第１遮断弁）
２０ 安全システム制御装置（制御手段）
２１ 遮断弁（第２遮断弁）
２２ 圧力計（圧力計測手段）
２３ 質量流量センサ（冷媒漏れ検出手段）
２４ 質量流量センサ（冷媒漏れ検出手段）

Claims (5)

1. 冷媒ガスを高圧ガスに圧縮する圧縮器、前記圧縮器から出力される前記高圧ガスを冷却して液化する凝縮器、前記凝縮器によって液化された冷媒を保存する受液器、及び、前記受液器に保存された液化された冷媒を蒸発させて前記冷媒ガスにする冷却コイル、から構成される冷却サイクルと、前記冷却サイクルから前記冷媒が漏れたことを検出する冷媒漏れ検出手段と、前記冷却サイクル上の経路を遮断する第１遮断弁と、前記冷媒漏れ検出手段により前記冷媒漏れが検出されたときに前記第１遮断弁を弁閉させる制御手段と、を有する冷却装置において、
   前記第１遮断弁が、前記受液器及び前記冷却コイル間の経路上と、前記圧縮器及び前記凝縮器間の経路上と、の２箇所に設けられていることを特徴とする冷却装置。
2. 前記冷却コイル及び前記圧縮器間の経路上の圧力を計測する圧力計測手段と、
   前記制御手段が、前記冷媒漏れ検出手段により前記冷媒漏れが検出されたときに前記第1遮断弁を弁閉させた後に、前記圧力計測手段により計測された圧力が所定圧力値に達するのを待って前記圧縮器の動作を停止させるように設定されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記冷却コイル及び前記圧縮器間の経路上に設けられた第２遮断弁が設けられ、そして、
   前記制御手段が、前記圧力計測手段により計測された圧力が所定圧力値に達するのを待って前記第２遮断弁を弁閉するように設定されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の冷却装置。
4. 前記冷媒漏れ検出手段が、前記冷媒を検出するガスセンサで構成されていることを特徴とする請求項１〜３何れか１項に記載の冷却装置。
5. 前記冷媒漏れ検出手段が、前記冷却サイクル上の経路のそれぞれ異なる位置に設けられた２つの質量流量センサで構成されていて、前記２つの質量流量センサが検出した質量流量の差が所定値以上のときに前記冷媒漏れを検出することを特徴とする請求項１〜３何れか１項に記載の冷却装置。

Images