JP2009150588A - 冷却装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】二次冷却装置70は、凝縮経路47を流通する気化冷媒を凝縮して液化冷媒とする熱交換部46と、この熱交換部46の下方に配置され、蒸発管52を流通する液化冷媒を蒸発させて気化冷媒とする蒸発器EPとを有している。二次冷却装置70は、互いに独立した複数の自然循環回路72を備えている。各自然循環回路72では、液化冷媒を熱交換部46の凝縮経路47から蒸発器EPの蒸発管52へ液配管48を介して流下すると共に、気化冷媒を蒸発器EPの蒸発管52から熱交換部46の凝縮経路47へガス配管50を介して流通する。
【選択図】図2
Description
凝縮経路を流通する気化冷媒を凝縮して液化冷媒とする熱交換部と、この熱交換部の下方に配置され、蒸発経路を流通する液化冷媒を蒸発させて気化冷媒とする蒸発器とを有し、液化冷媒を熱交換部の凝縮経路から蒸発器の蒸発経路へ液配管を介して流下させると共に、気化冷媒を蒸発器の蒸発経路から熱交換部の凝縮経路へガス配管を介して流通させる自然循環回路を設けた冷却装置において、
互いに独立した複数の自然循環回路を備えていることを特徴とする。
請求項1に係る発明によれば、夫々の自然循環回路が、経路や配管の分岐を伴わず互いに独立して1つの回路を構成するように、凝縮経路と蒸発経路とが液配管およびガス配管で接続されている。そして、熱交換部および蒸発器において要求される熱交換面積に応じた数の自然循環回路を冷却装置に設けることで、必要とされる凝縮経路および蒸発経路を熱交換部および蒸発器に配置することができ、回路全体として必要とされる熱交換面積が担保される。これにより、凝縮経路および蒸発経路の1本当たりに必要とされる熱交換面積が小さくなり、各凝縮経路および各蒸発経路の必要長さを抑えることができる。各凝縮経路および各蒸発経路の長さが短くなることから、経路の長さに由来する流通抵抗が小さくなると共に、蛇行させる回数を減らして経路の屈曲部分に由来する流通抵抗を減らすことも可能となる。この結果、従来では流通抵抗が大きくなり過ぎて不可能であった従来と比して小さい断面積で各凝縮経路および各蒸発経路を設定でき、各凝縮経路および各蒸発経路に流通させる冷媒量を減少させることができる。このように、各凝縮経路および各蒸発経路の長さや断面積を減じることが可能であるので、熱交換部や蒸発器をコンパクトにできると共に、循環する冷媒量を低減することで、回路の圧力上昇を緩和する膨張タンクの容量等の付帯設備も小さくなるので、全体としてコンパクトにすることができ、コストダウンも可能となる。しかも、各自然循環回路は互いに独立しているので、冷媒の偏流が生じ難く、冷媒を円滑に自然対流させることができる。
凝縮経路を流通する気化冷媒を凝縮して液化冷媒とする熱交換部と、この熱交換部の下方に配置され、蒸発経路を流通する液化冷媒を蒸発させて気化冷媒とする蒸発器とを有し、液化冷媒を熱交換部の凝縮経路から蒸発器の蒸発経路へ液配管を介して流下させると共に、気化冷媒を蒸発器の蒸発経路から熱交換部の凝縮経路へガス配管を介して流通させる自然循環回路を設けた冷却装置において、
前記自然循環回路は、複数の蒸発経路と、該複数の蒸発経路と同数の凝縮経路とを備え、
前記凝縮経路の流出端に接続する液配管を、当該凝縮経路の流入端に連結したガス配管が接続している蒸発経路と別の蒸発経路に接続すると共に、蒸発経路の流出端に接続するガス配管を、当該蒸発経路の流入端に連結した液配管が接続している凝縮経路と別の凝縮経路に接続して、全体として1つの自然循環回路を構成したことを特徴とする。
請求項2に係る発明によれば、経路や配管の分岐を伴わず全体として1つの自然循環回路を構成するように、凝縮経路と蒸発経路とが液配管およびガス配管で接続されている。すなわち、熱交換部および蒸発器において要求される熱交換面積に応じた数の凝縮経路および蒸発経路を適宜に配置することができる。これにより、凝縮経路および蒸発経路の1本当たりに必要とされる熱交換面積が小さくなり、各凝縮経路および各蒸発経路の必要長さを抑えることができる。各凝縮経路および各蒸発経路の長さが短くなることから、経路の長さに由来する流通抵抗が小さくなると共に、蛇行させる回数を減らして経路の屈曲部分に由来する流通抵抗を減らすことも可能となる。この結果、従来では流通抵抗が大きくなり過ぎて不可能であった従来と比して小さい断面積で各凝縮経路および各蒸発経路を設定でき、各凝縮経路および各蒸発経路に流通させる冷媒量を減少させることができる。このように、各凝縮経路および各蒸発経路の長さや断面積を減じることが可能であるので、熱交換部や蒸発器をコンパクトにできると共に、循環する冷媒量を低減することで、回路の圧力上昇を緩和する膨張タンクの容量等の付帯設備も小さくなるので、全体としてコンパクトにすることができ、コストダウンも可能となる。しかも、複数の凝縮経路および複数の蒸発経路を設けても、経路や配管の分岐を伴わずに全体として1つの自然循環回路となっているので、複数の凝縮経路および複数の蒸発経路に対して冷媒がバランスよく流通して、冷媒の偏流が生じず、冷媒を円滑に自然対流させることができる。
請求項3に係る発明によれば、1つまたは複数の熱交換部に対して1つまたは複数の蒸発器を設ける構成であっても、各熱交換部に設けた凝縮経路および各蒸発器に設けた蒸発経路にバランスよく冷媒を流通させることができる。
請求項4に係る発明によれば、所謂二次ループ式冷凍回路を構成した設備における二次側として自然循環回路を用いることで、所望の冷却効率を損なうことなく、設備全体をコンパクトで安価な構成とすることができる。
次に、実施例1に係る二次冷却装置70を備えた冷却設備31の作用について説明する。冷却設備31では、冷却運転を開始すると、一次冷却装置34および二次冷却装置70の夫々で冷媒の循環が開始される。先ず、一次冷却装置34について説明すると、圧縮機CMおよび凝縮器ファンFMが駆動され、圧縮機CMで気相一次冷媒が圧縮されて、この一次冷媒を冷媒配管38を介して凝縮器CDに供給して、凝縮器ファンFMによる強制冷却により凝縮液化することで液相とする。液相一次冷媒は、膨張手段EVで減圧され、熱交換器HEの一次熱交換部36において二次熱交換部46を流通する二次冷媒から熱を奪って(吸熱)一挙に膨張気化する。このように一次冷却装置34は、熱交換器HEにおいて、一次熱交換部36により二次熱交換部46を強制冷却するように機能している。そして、一次熱交換部36で蒸発した気相一次冷媒は、冷媒配管38を経て圧縮機CMに帰還する強制循環サイクルを繰返す。
例えば、耐圧性能Pを有する配管の肉厚tは、以下の式で求められる。なお、σは材料の許容応力であり、Dは配管の外径である。
t=PD/2(σ+P)…(イ)
長さLの配管重量Mは、以下の式で求められる。なお、Cは材料の比重であり、Diは配管の内径である。
M=πLC(D2−Di 2)/4…(ロ)
また、Di=D−2tと表わすことができるので、これを(ロ)式に代入すると、以下の式が導き出される。
M=πLC(Dt−t2)…(ハ)
そして(ハ)式に(イ)式を代入すると、以下の式が導き出される。
M=(1−P/2(σ+P))×πLCPD2/2(σ+P)…(ニ)
前記(ニ)式は、耐圧性能Pを有する配管の重量を示している。(ニ)式において、D以外の条件は不変とすると、π、L、C、P、σの条件は定数として扱うことができる。よって、耐圧性能Pを有する配管重量(配管の外径D)は、以下の式で表わすことができる。
M={(1−P/2(σ+P))×πLCP/2(σ+P)}×D2…(ホ)
(ホ)式における{ }内は前述の如く定数であるから、M=AD2と表わすことができる。
そして、耐圧性能Pを有する外径D1の配管の配管重量MD1は、AD1 2であり、耐圧性能Pを有する外径D2の配管の配管重量MD2は、AD2 2である。
更に、配管重量MD1と配管重量MD2との比は、以下のように表わされる。
MD2/MD1=D2 2/D1 2…(ヘ)
MDφ6.35/MDφ9.52=(6.35)2/(9.52)2=0.44
また、実施例1の冷却装置において、外径4.76mmの蒸発管を用いた場合は、以下のようになる。
MDφ4.76/MDφ9.52=(4.76)2/(9.52)2=0.25
すなわち、配管の重量比は、配管の材料価格の比であるともいえるから、実施例1の二次冷却装置70によれば、従来の冷却装置と比較して配管が細径化することにより大幅なコスト削減を達成し得ることは明らかである。
次に、実施例2に係る二次冷却装置44を備えた冷却設備32の作用について説明する。冷却設備32では、冷却運転を開始すると、一次冷却装置34および二次冷却装置44の夫々で冷媒の循環が開始される。なお、一次冷却装置34の作用は、段落[0023]で説明しているので省略する。
(ロ)蒸発器は、箱体の内部を壁で区切ることで冷媒経路を形成したタイプの蒸発器であってもよい。
(ハ)本発明の冷却装置は、冷凍庫、冷凍・冷蔵庫、ショーケースおよびプレハブ庫等の所謂貯蔵庫に対しても適用し得る。
(ニ)冷却設備の一次冷却装置として、吸収式やその他の冷凍回路も採用することができる。また、本発明に係る冷却装置は、熱交換部をファンによる送風等によって冷却する空冷式であってもよい。
(ホ)熱交換器は、一次熱交換部と二次熱交換部とを別体で構成したり、他の方式の熱交換器であってもよい。
(ヘ)実施例では、一次冷却装置において液化冷媒を減圧する手段として膨張弁を用いたが、これに限られず、キャピラリーチューブまたはその他の減圧手段を採用し得る。
(ト)実施例では、二次ループ式冷凍回路を備える冷却設備の二次側に本発明に係る冷却装置を用いる例を挙げている。前述の如く、二次ループ式冷凍回路を備えた冷却設備の欠点を解消し得ることから、本発明に係る冷却装置を二次ループ式冷凍回路に適用することは非常に有用である。しかし、本発明に係る冷却装置は、二次ループ式冷凍回路に適用することに限定されず、単体で冷却装置として用いることも可能である。
(チ)実施例1の冷却装置において、1つの熱交換部に対して複数の蒸発器を設けてもよい。すなわち、複数の冷媒循環回路の各凝縮経路が1つの熱交換部に設けられると共に、各蒸発器に対応の冷媒循環回路の蒸発経路が設けられる。また実施例1の冷却装置において、複数の熱交換部に対して1つの蒸発器を設けてもよい。すなわち、複数の冷媒循環回路の各蒸発経路が1つの蒸発器に設けられると共に、各熱交換部に対応の冷媒循環回路の凝縮経路が設けられる。
46 二次熱交換部(熱交換部),47 凝縮経路,47b 流出端,47a 流入端,
48 液配管,50 ガス配管,52 蒸発管(蒸発経路),52a 流入端,
52b 流出端,EP 蒸発器
Claims (4)
- 凝縮経路(47)を流通する気化冷媒を凝縮して液化冷媒とする熱交換部(46)と、この熱交換部(46)の下方に配置され、蒸発経路(52)を流通する液化冷媒を蒸発させて気化冷媒とする蒸発器(EP)とを有し、液化冷媒を熱交換部(46)の凝縮経路(47)から蒸発器(EP)の蒸発経路(52)へ液配管(48)を介して流下させると共に、気化冷媒を蒸発器(EP)の蒸発経路(52)から熱交換部(46)の凝縮経路(47)へガス配管(50)を介して流通させる自然循環回路(72)を設けた冷却装置において、
互いに独立した複数の自然循環回路(72)を備えている
ことを特徴とする冷却装置。 - 凝縮経路(47)を流通する気化冷媒を凝縮して液化冷媒とする熱交換部(46)と、この熱交換部(46)の下方に配置され、蒸発経路(52)を流通する液化冷媒を蒸発させて気化冷媒とする蒸発器(EP)とを有し、液化冷媒を熱交換部(46)の凝縮経路(47)から蒸発器(EP)の蒸発経路(52)へ液配管(48)を介して流下させると共に、気化冷媒を蒸発器(EP)の蒸発経路(52)から熱交換部(46)の凝縮経路(47)へガス配管(50)を介して流通させる自然循環回路(45)を設けた冷却装置において、
前記自然循環回路(45)は、複数の蒸発経路(52)と、該複数の蒸発経路(52)と同数の凝縮経路(47)とを備え、
前記凝縮経路(47)の流出端(47b)に接続する液配管(48)を、当該凝縮経路(47)の流入端(47a)に連結したガス配管(50)が接続している蒸発経路(52)と別の蒸発経路(52)に接続すると共に、蒸発経路(52)の流出端(52b)に接続するガス配管(50)を、当該蒸発経路(52)の流入端(52a)に連結した液配管(48)が接続している凝縮経路(47)と別の凝縮経路(47)に接続して、全体として1つの自然循環回路(45)を構成した
ことを特徴とする冷却装置。 - 1つまたは複数の熱交換部(46)に対して、1つまたは複数の蒸発器(EP)が設けられる請求項1または2記載の冷却装置。
- 冷媒を強制循環させる機械圧縮式の一次側の回路(34)に対して、前記自然循環回路(45,72)が前記熱交換部(46)を介して熱的に接続される請求項1〜3の何れか一項に記載の冷却装置。
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