JP2017180889A - Refrigerant circulation device and refrigerant circulation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷媒循環装置、及び冷媒循環方法に関する。 The present invention relates to a refrigerant circulation device and a refrigerant circulation method.
高温超電導線材を使用した高温超電導電力機器の冷却には、サブクール(過冷却)状態の低温液化ガス(一般的には、液体窒素)が冷媒として使用されることが多い。具体的には、液体窒素をサブクール状態に維持しつつ、循環させる際に、超電導電力機器を冷却する。 In cooling a high-temperature superconducting power device using a high-temperature superconducting wire, a low-temperature liquefied gas (generally liquid nitrogen) in a subcool (supercooled) state is often used as a refrigerant. Specifically, the superconducting power equipment is cooled when circulating the liquid nitrogen while maintaining the subcooled state.
ここで、液体窒素をサブクール状態に冷却・維持するための冷凍機としては、ブレイトン冷凍機やスターリング冷凍機などが一般的に知られている。なお、高温超電導電力機器を冷却する場合、冷却対象機器によって液体窒素の循環圧力や温度が異なるため、これらを適切に制御する必要がある。 Here, as a refrigerator for cooling and maintaining liquid nitrogen in a subcooled state, a Brayton refrigerator, a Stirling refrigerator, or the like is generally known. In addition, when cooling a high-temperature superconducting power device, since the circulation pressure and temperature of liquid nitrogen differ depending on the device to be cooled, it is necessary to appropriately control them.
ところで、特許文献1には、超電導装置の冷却方法が開示されている。また、図3には、
特許文献1に開示された、従来の冷媒循環装置の構成を示す。図3に示すように、従来の冷媒循環装置101は、冷媒が貯留されたリザーバータンク(貯留容器)102と、リザーバータンク102の気相部102Aの圧力を測定する圧力測定器103と、冷媒が液体状態で循環する循環ラインL101と、循環ラインL101に設けられたポンプ104と冷凍機105と冷却対象となる高温超電導電力機器106と、一端がリザーバータンク102内の気相部102Aに設けられ、他端が高温超電導電力機器106とリザーバータンク102との間の位置の循環ラインL101に合流したバイパスラインL102と、バイパスラインL102に設けられたバルブ107と、を備えて概略構成されている。
By the way, Patent Document 1 discloses a cooling method for a superconducting device. Also, in FIG.
The structure of the conventional refrigerant | coolant circulation apparatus disclosed by patent document 1 is shown. As shown in FIG. 3, a conventional
リザーバータンク102、循環ラインL101及びバイパスラインL102は、密閉状態である。また、リザーバータンク102内の温度と圧力については、サブクール状態の性質から液相部102Bの上部から下部に向かって温度差(〜数K)がついており、密度の差から底の方が冷たくなっている。また、気相部102Aは、容器の上部側では室温であり、一方、液面側では液の表面温度になるように温度分布している。気相部102Aの圧力は、液の表面温度で決まる飽和蒸気圧になっている。このように、気相部102Aおよび液相部102Bに温度分布が存在することが好ましいとされている。
The
また、従来の冷媒循環装置101では、ポンプ104はリザーバータンク102の外側に設置されている。そして、ポンプ104から送り出された液体状態の冷媒は、冷凍機105でサブクール状態に冷却された後、高温超電導電力機器106を冷却し、再びリザーバータンク102の液相部102Bに返還されるという、循環サイクルを形成している。なお、上記循環サイクルにおいて、冷媒は連続的に冷凍機で冷却されており、サブクール状態に維持される。
Further, in the conventional
ところで、冷却対象の冷却負荷の増加等によって冷媒の温度が上昇すると、リザーバータンク102内の気相部102Aの体積が減少して、リザーバータンク102内の圧力が上昇する。そこで、リザーバータンク102内の圧力を調整するために、減圧機構が設けられている。
By the way, when the temperature of the refrigerant rises due to an increase in the cooling load to be cooled, the volume of the
具体的には、初期の減圧機構としては、冷媒の気相部の一部をリザーバータンクの外部に放出する機構であった。 Specifically, the initial pressure reducing mechanism is a mechanism that discharges a part of the gas phase portion of the refrigerant to the outside of the reservoir tank.
一方、特許文献1に開示された、従来の冷媒循環装置101では、リザーバータンク102内の気相部102Aと、冷却対象である高温超電導電力機器106を冷却した後の循環ラインL101との間に設けられたバイパスラインL102と、バイパスラインL102に設けられたバルブ107と、から減圧機構が構成されている。この減圧機構を用いた減圧方法としては、先ず、バルブ107を開き、気体状態の冷媒を循環ラインL101中の液体状態の冷媒と接触させる。これにより、気体状態の冷媒は凝縮されるため液化する。そして、液化した冷媒をリザーバータンク102内の液相部102Bに返送することによってリザーバータンク102内を減圧する。
On the other hand, in the conventional
しかしながら、従来の冷媒循環装置の減圧機構では、気体状態の冷媒の冷却や凝縮が、循環ラインとなる細い配管内の気液接触面だけで行われるため、冷却及び凝縮の効率が悪いという問題があった。また、冷却対象の冷却負荷が増加して冷媒の温度が上昇した場合、減圧能力が不足してしまうおそれがあった。また、気相部からガスを取出す際に、循環ラインと比較して圧力が低いため、効率的にガスを取り出せないおそれや、循環ラインからバイパスラインに冷媒が逆流してしまうおそれがあった。 However, in the conventional pressure reducing mechanism of the refrigerant circulation device, the cooling and condensation of the refrigerant in the gaseous state is performed only on the gas-liquid contact surface in the thin pipe serving as the circulation line, so that there is a problem that the efficiency of cooling and condensation is poor. there were. Further, when the cooling load to be cooled increases and the temperature of the refrigerant rises, there is a possibility that the decompression capacity is insufficient. Moreover, since the pressure is lower than that of the circulation line when the gas is taken out from the gas phase portion, there is a possibility that the gas cannot be taken out efficiently or the refrigerant may flow backward from the circulation line to the bypass line.
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、安全かつ効率よくリザーバータンク内を減圧することが可能な冷媒循環装置、及び冷媒循環方法を提供することを課題とする。 This invention is made | formed in view of the said situation, and makes it a subject to provide the refrigerant | coolant circulation device and refrigerant | coolant circulation method which can decompress | depressurize the inside of a reservoir tank safely and efficiently.
かかる課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
すなわち、請求項1に係る発明は、気相部と液相部とを設けた状態で冷媒を貯留するリザーバータンクと、前記液相部から冷媒を圧送するポンプ、圧送された前記冷媒を冷却する冷凍部、及び冷却された前記冷媒によって冷却される冷却対象が設けられ、冷却後の前記冷媒を前記液相部に返送する循環ラインと、前記循環ラインの、前記ポンプと前記冷却対象との間のいずれかの位置から分岐して前記冷媒の一部を分流させるとともに、前記気相部を通過するように配設した後に前記液相部に前記冷媒を返送する減圧ラインと、を備える、冷媒循環装置である。
In order to solve this problem, the present invention has the following configuration.
That is, the invention according to claim 1 is a reservoir tank that stores a refrigerant in a state where a gas phase portion and a liquid phase portion are provided, a pump that pumps the refrigerant from the liquid phase portion, and cools the pumped refrigerant. A refrigeration unit and a cooling object to be cooled by the cooled refrigerant are provided, a circulation line for returning the cooled refrigerant to the liquid phase part, and between the pump and the cooling object in the circulation line And a decompression line that branches off from any of the positions and distributes a part of the refrigerant, and returns the refrigerant to the liquid phase part after being arranged to pass through the gas phase part. It is a circulation device.
請求項2に係る発明は、前記気相部内に位置する前記減圧ラインには、凝縮器が設けられる、請求項1に記載の冷媒循環装置である。
The invention according to
請求項3に係る発明は、前記減圧ラインには、流量調整弁が設けられる、請求項1又は2に記載の冷媒循環装置である。
The invention according to claim 3 is the refrigerant circulation device according to
請求項4に係る発明は、前記気相部の圧力を測定する圧力測定装置を備える、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の冷媒循環装置である。 The invention according to claim 4 is the refrigerant circulation device according to any one of claims 1 to 3, comprising a pressure measuring device that measures the pressure of the gas phase portion.
請求項5に係る発明は、前記圧力測定装置及び前記流量制御弁と電気的に接続され、前記圧力測定装置の圧力値に基づいて、前記流量制御弁の開度を制御する制御部を備える、請求項4に記載の冷媒循環装置である。
The invention according to
請求項6に係る発明は、前記冷媒が、液体窒素である、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の冷媒循環装置である。
The invention according to
請求項7に係る発明は、気相部と液相部とを設けた状態で冷媒を貯留するリザーバータンクから冷媒を抜き出して冷却し、冷却対象を冷却した後に前記冷媒を前記液相部に返送する冷媒循環方法であって、前記リザーバータンク内の圧力が上昇した際に、少なくとも前記冷却対象を冷却する前の冷媒の一部を分取して、前記リザーバータンク内の気相部を冷却させた後に前記液相部に返送する、冷媒循環方法である。 In the invention according to claim 7, the refrigerant is extracted and cooled from the reservoir tank storing the refrigerant in a state where the gas phase portion and the liquid phase portion are provided, and after cooling the object to be cooled, the refrigerant is returned to the liquid phase portion. A refrigerant circulation method, wherein when the pressure in the reservoir tank rises, at least a part of the refrigerant before cooling the cooling target is separated to cool the gas phase part in the reservoir tank. It is a refrigerant circulation method which returns to the said liquid phase part after a while.
本発明の冷媒循環装置は、気相部と液相部とを設けた状態で冷媒を貯留するリザーバータンクと、液相部から冷媒を圧送するポンプ、圧送された冷媒を冷却する冷凍部、及び冷却された冷媒によって冷却される冷却対象が設けられて、冷却後の冷媒を液相部に返送する循環ラインとを備える冷媒循環装置において、上記循環ラインの、ポンプと冷却対象との間のいずれかの位置から分岐して冷媒の一部を分流させるとともに、気相部を通過するように配設した後に液相部に冷媒を返送する減圧ラインを備える構成となっており、減圧ライン内の低温の冷媒(冷却対象を冷却する前の冷媒)と気相部との熱交換によって気相部の冷媒を冷却および凝縮することができるため、安全かつ効率よくリザーバータンク内を減圧することができる。さらに、気相部内に位置する減圧ラインに凝縮器を設けることにより、十分な減圧能力を持たせることが可能となる。 The refrigerant circulation device of the present invention includes a reservoir tank that stores refrigerant in a state where a gas phase portion and a liquid phase portion are provided, a pump that pumps the refrigerant from the liquid phase portion, a refrigeration unit that cools the pumped refrigerant, and In a refrigerant circulation device provided with a cooling object to be cooled by the cooled refrigerant and having a circulation line for returning the cooled refrigerant to the liquid phase part, any of the circulation line between the pump and the object to be cooled is provided. Branching off from that position and diverting a part of the refrigerant, and is provided with a pressure reducing line for returning the refrigerant to the liquid phase part after being arranged to pass through the gas phase part. Since the refrigerant in the gas phase can be cooled and condensed by heat exchange between the low temperature refrigerant (the refrigerant before cooling the object to be cooled) and the gas phase, the pressure in the reservoir tank can be reduced safely and efficiently. . Furthermore, by providing a condenser in the decompression line located in the gas phase portion, it is possible to provide sufficient decompression capability.
本発明の冷媒循環方法は、気相部と液相部とを設けた状態で冷媒を貯留するリザーバータンクから冷媒を抜き出して冷却し、冷却対象を冷却した後に冷媒を液相部に返送する冷媒循環方法において、リザーバータンク内の圧力が上昇した際に、少なくとも冷却対象を冷却する前の冷媒の一部を分取して、リザーバータンク内の気相部を冷却させた後に液相部に返送する構成であるため、安全かつ効率よくリザーバータンク内を減圧することができる。 In the refrigerant circulation method of the present invention, the refrigerant is extracted and cooled from a reservoir tank that stores the refrigerant in a state where the gas phase part and the liquid phase part are provided, and the refrigerant to be cooled is returned to the liquid phase part after being cooled. In the circulation method, when the pressure in the reservoir tank rises, at least a part of the refrigerant before cooling the object to be cooled is collected and cooled to the liquid phase part after the gas phase part in the reservoir tank is cooled. Therefore, the inside of the reservoir tank can be decompressed safely and efficiently.
以下、本発明を適用した一実施形態である冷媒循環装置について、これを用いた冷媒循環方法とともに、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。 Hereinafter, a refrigerant circulation device which is an embodiment to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings together with a refrigerant circulation method using the refrigerant circulation device. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. Absent.
先ず、本発明を適用した一実施形態である冷媒循環装置の構成の一例について説明する。
図1は、本発明を適用した一実施形態である冷媒循環装置の構成を示す系統図である。なお、図1中に示す矢印は、冷媒の移動方向を示している。
図1に示すように、本実施形態の冷媒循環装置1は、リザーバータンク2と、リザーバータンク2に設けられた圧力測定器3と、液体状態の冷媒が循環する循環ラインL1と、循環ラインL1に設けられたポンプ4、冷凍機5、及び冷却対象となる高温超電導電力機器6と、循環ラインL1におけるポンプ4と冷凍機5との間の位置Pから分岐し、リザーバータンク2内の気相部2Aを通過するように配設した後に液相部2Bに冷媒を返送する減圧ラインL2と、減圧ラインL2に設けられたバルブ7及び凝縮器8とを備えて、概略構成されている。また、本実施形態では、冷媒として液体窒素を用いる場合について説明する。
First, an example of a configuration of a refrigerant circulation device that is an embodiment to which the present invention is applied will be described.
FIG. 1 is a system diagram showing a configuration of a refrigerant circulation device which is an embodiment to which the present invention is applied. In addition, the arrow shown in FIG. 1 has shown the moving direction of the refrigerant | coolant.
As shown in FIG. 1, the refrigerant circulation device 1 of the present embodiment includes a
リザーバータンク2は、密閉された構造を有する容器であり、その容器の内側に気相部と液相部とを設けた状態で冷媒を貯留する。リザーバータンク2としては、具体的には、例えば、内容積が1000Lの、SUS304製の密閉容器を用いることができる。なお、リザーバータンク2の構成は、低温耐性及び圧力耐性を有していれば、これに限定されるものではなく、任意のサイズや材質を適宜選択することができる。
The
圧力測定器3は、リザーバータンク2内の気相部2Aの圧力を測定して、その値を表示する機能を有する。本実施形態に適用可能な圧力測定器3としては、例えば、ブルドン管型の圧力計が挙げられる。なお、圧力測定器3の構成は、これに限定されるものではなく、任意の機能を有する圧力測定器を適宜選択することができる。また、測定値の表示として、外部出力を有するものであってもよい。
The pressure measuring device 3 has a function of measuring the pressure of the
循環ラインL1は、リザーバータンク2の液相部2Bから液体状態の冷媒を取り出し、リザーバータンク2の外側に設けられた被冷却対象に供給して冷却するとともに、冷却した後の冷媒を再びリザーバータンク2の液相部2Bに返送するための、冷媒供給経路である。具体的には、循環ラインL1の一端がリザーバータンク2の液相部2B内となるように設けられ、一度リザーバータンク2の外側を通って、他端がリザーバータンク2の液相部2B内となるように設けられている。これにより、液相部2Bの液体状態の冷媒をリザーバータンク2の外側に循環させることができる。
The circulation line L1 takes out the refrigerant in the liquid state from the
また、循環ラインL1には、液相部2Bから冷媒を圧送するポンプ4、圧送された冷媒を冷却する冷凍部5、及び冷却された冷媒によって冷却される高温超電導電力機器(冷却対象)6が設けられている。本実施形態に適用可能な循環ラインL1としては、例えば、外径約125mm、厚さ1mmのSUS304製のフレキシブルな真空断熱配管等が挙げられる。なお、循環ラインL1の構成は、これに限定されるものではなく、任意のサイズや材質を適宜選択することができる。
The circulation line L1 includes a pump 4 that pumps the refrigerant from the
ポンプ4は、循環ラインL1に設けられている。本実施形態に適用可能なポンプ4としては、例えば、全揚程約24m、吐出量3m3/h、液体窒素用の自吸式遠心式のポンプが挙げられる。なお、ポンプ4の構成は、これに限定されるものではなく、使用冷媒に対応した能力、様式のポンプを適宜選択することができる。 The pump 4 is provided in the circulation line L1. Examples of the pump 4 applicable to the present embodiment include a total lift of about 24 m, a discharge amount of 3 m 3 / h, and a self-priming centrifugal pump for liquid nitrogen. In addition, the structure of the pump 4 is not limited to this, The capability and the style pump corresponding to the refrigerant | coolant to be used can be selected suitably.
本実施形態では、ポンプ4がリザーバータンク2の内側の液相部2Bに設けられているが、設置位置はこれに限定されるものではない。例えば、液体状態の冷媒が満たされた別の容器内に設けられてもよいし、気相部2Aやリザーバータンク2の外側に設けられていてもよい。
In the present embodiment, the pump 4 is provided in the
冷凍機5は、液体状態の冷媒を連続的に冷却してサブクール状態にするために、循環ラインL1に設けられている。本実施形態に適用可能な冷凍機5としては、例えば、冷凍能力2kWのタービン式の冷凍機が挙げられる。なお、冷凍機5の構成は、これに限定されるものではなく、任意の能力、様式の冷凍機を適宜選択することができる。
The
高温超電導電力機器6は、本実施形態の冷媒循環装置1の冷却対象として、循環ラインL1に設けられている。しかしながら、冷媒によって冷却される冷却対象としては、これに限定されるものではなく、任意の対象を冷却することができる。
The high-temperature
本実施形態の冷媒循環装置1では、上述したリザーバータンク2、循環ラインL1、ポンプ4、及び冷凍機5によって、冷却対象である高温超電導電力機器6を冷却するための冷却機構が構成される。
In the refrigerant circulation device 1 of the present embodiment, the above-described
減圧ラインL2は、リザーバータンク2内の圧力が高くなった際に、これを減圧するために設けられた液体状態の冷媒の循環経路である。具体的には、減圧ラインL2の一端が、循環ラインL1のポンプ4と冷凍機5との間の位置Pに設けられ、リザーバータンク2の外側から気相部2A内を通過するように配設した後、他端がリザーバータンク2の液相部2B内となるように設けられている。これにより、循環ラインL1内の液体状態の冷媒の一部を位置Pから減圧ラインL2内に分流させるとともに、減圧ラインL2内の冷媒を、気相部2Aの気体状態の冷媒を冷却するために用いることができる。
The decompression line L2 is a liquid refrigerant circulation path provided to decompress the pressure in the
本実施形態に適用可能な減圧ラインL2としては、例えば、外径約21.7mm、厚さ1mmのSUS304製の配管等が挙げられる。なお、減圧ラインL2の構成は、これに限定されるものではなく、任意のサイズや材質を適宜選択することができる。 Examples of the decompression line L2 applicable to the present embodiment include a pipe made of SUS304 having an outer diameter of about 21.7 mm and a thickness of 1 mm. In addition, the structure of the pressure reduction line L2 is not limited to this, Arbitrary sizes and materials can be selected suitably.
バルブ7は、リザーバータンク2内の圧力が高くなった際に、これを減圧するために液体状態の冷媒を減圧ラインL2に供給するための開閉弁である。すなわち、バルブ7は、リザーバータンク2の減圧時に開状態とし、減圧しない時は閉状態とする。本実施形態に適用可能なバルブ7としては、例えば、玉型弁が挙げられる。なお、バルブ7の構成は、これに限定されるものではなく、任意の様式の弁を適宜選択することができる。
The valve 7 is an on-off valve for supplying liquid refrigerant to the decompression line L2 in order to decompress the pressure when the pressure in the
また、バルブ7は、流体の流量を制御できる態様であってもよい。この場合、予め十分な能力の凝縮器8を設置することによって、リザーバータンク2の急激な圧力上昇に対応することが可能となる。
Further, the valve 7 may be configured to control the flow rate of the fluid. In this case, it is possible to cope with a sudden pressure increase in the
凝縮器8は、リザーバータンク2内の圧力が高くなった際に、これを減圧するためにリザーバータンク2内の気相部2Aに設けられた熱交換器である。この凝縮器8によって、減圧ラインL2内の冷媒と、気相部2Aの気体状態の冷媒とを熱交換することで、気体状態の冷媒を冷却、凝縮することができる。これにより、リザーバータンク2内が減圧される。本実施形態に適用可能な凝縮器8としては、例えば、伝熱能力1000W、渦巻管式のステンレス製の熱交換器が挙げられる。なお、凝縮器8の構成は、これに限定されるものではなく、任意の能力や様式の熱交換器を適宜選択することができる。
The
本実施形態の冷媒循環装置1では、上述した減圧ラインL2、バルブ7、及び凝縮器8によって、リザーバータンク2内を減圧するための減圧機構が構成される。
In the refrigerant circulation device 1 of the present embodiment, the decompression line L2, the valve 7, and the
次に、上述した冷媒循環装置1を用いた、本実施形態の冷媒循環方法の構成の一例を説明する。
本実施形態の冷媒循環方法は、気相部2Aと液相部2Bとを設けた状態で冷媒を貯留するリザーバータンク2から冷媒を抜き出して冷却し、冷却対象を冷却した後に冷媒を液相部2Bに返送する冷媒循環方法であって、リザーバータンク2内の圧力が上昇した際に、少なくとも冷却対象を冷却する前の冷媒の一部を分取して、リザーバータンク2内の気相部2Aを冷却させた後に2B液相部に返送する構成である。
Next, an example of the configuration of the refrigerant circulation method of the present embodiment using the refrigerant circulation device 1 described above will be described.
In the refrigerant circulation method of the present embodiment, the refrigerant is extracted and cooled from the
具体的には、図1に示すように、先ず、ポンプ4を一定能力で稼働させ、循環ラインL1に液体状態の冷媒を連続して流す。次に、冷凍機5を一定能力で稼働させて、冷媒をサブクール状態とする。次いで、サブクール状態の冷媒を冷却対象である高温超電導電力機器6に供給して冷却する。その後、冷却対象を冷却した後の冷媒を循環ラインL1によってリザーバータンク2内の液相部2Bに返送する。上記サイクルを連続して行う(すなわち、冷却運転を行う)ことで、冷却対象となる高温超電導電力機器6を所望の温度に冷却することができる。
Specifically, as shown in FIG. 1, first, the pump 4 is operated with a constant capacity, and a liquid refrigerant is continuously supplied to the circulation line L1. Next, the
次に、リザーバータンク2内の圧力が上昇した際に、これを減圧させる方法について説明する。
先ず、冷媒循環装置1によって冷却運転を行う際、圧力測定器3を用いてリザーバータンク2の気相部2Aの圧力を監視する。この圧力測定器3の圧力値が規定の圧力値を上回ったときに、減圧ラインL2に設けられたバルブ7を開く。なお、バルブ7が流量の調整が可能な場合は、減圧ラインL2に流れる冷媒の量を適宜調整する。
Next, a method for reducing the pressure when the pressure in the
First, when the cooling operation is performed by the refrigerant circulation device 1, the pressure of the
これにより、循環ラインL1を流れる液体状態の冷媒の一部が減圧ラインL2に分流されて、リザーバータンク2の内側の気相部2A内に設けられた凝縮器8に液体状態の冷媒が供給される。この凝縮器8において、減圧ラインL2に流れる冷媒とリザーバータンク2内の気相部2Aとの間で熱交換することで、気相部2Aの熱を液体状態の冷媒に伝えることにより、気相部2Aの気体状態の冷媒を冷却及び凝縮させる。これにより、リザーバータンク2内を減圧することができる。また、凝縮された冷媒は、静かにリザーバータンク2内の液相部2Bに送られる。その後、圧力測定器3の圧力値が規定の圧力値に達したときに、減圧ラインL2に設けられたバルブ7を閉じる。
As a result, a part of the liquid refrigerant flowing through the circulation line L1 is divided into the decompression line L2, and the liquid refrigerant is supplied to the
以上説明したように、本実施形態の冷媒循環装置1によれば、気相部2Aと液相部2Bとを設けた状態で冷媒を貯留するリザーバータンク2と、気相部2A内の圧力値を測定する圧力測定器3、液相部2Bから冷媒を圧送するポンプ4、圧送された冷媒を冷却する冷凍部5、及び冷却された冷媒によって冷却される高温超電導電力機器(冷却対象)6が設けられて、冷却後の冷媒を液相部2Bに返送する循環ラインL1と、上記循環ラインL1の、ポンプ4と冷凍部5との間の位置Pから分岐して冷媒の一部を分流させるとともに、バルブ7、及び気相部2Aにおいて熱交換する凝縮器8が設けられて、液相部に冷媒を返送する減圧ラインL2と、を備える構成となっており、凝縮器8において減圧ラインL2内の低温の冷媒(冷却対象を冷却する前の冷媒)と気相部2Aとの熱交換によって気相部2Aの気体状態の冷媒を充分に冷却および凝縮することができるため、安全かつ効率よくリザーバータンク2内を減圧することができる。
As described above, according to the refrigerant circulation device 1 of the present embodiment, the
本実施形態の冷媒循環方法によれば、気相部2Aと液相部2Bとを設けた状態で冷媒を貯留するリザーバータンク2から冷媒を抜き出して冷却し、冷却対象を冷却した後に冷媒を液相部2Bに返送する冷却運転において、リザーバータンク2内の圧力が上昇した際に、冷却対象を冷却する前の低温の冷媒の一部を分取して、リザーバータンク2内の気相部2Aとの熱交換によって気相部2A内の気体状態の冷媒を冷却させた後に液相部2Bに返送する構成であるため、安全かつ効率よくリザーバータンク2内を減圧することができる。
According to the refrigerant circulation method of the present embodiment, the refrigerant is extracted and cooled from the
また、本実施形態の冷媒循環装置1及び冷媒循環方法によれば、減圧ラインL2を気相部2A内に配し、そこに設けた凝縮器8によって減圧ラインL2を流れる液体状態の冷媒と気相部2A内の気体状態の冷媒との熱交換を行う構成であるため、気体状態の冷媒を効率良く冷却及び凝縮することができる。したがって、冷却対象の冷却負荷が増加して冷媒の温度が上昇した場合であっても、減圧能力が不足してしまうおそれがない。
Further, according to the refrigerant circulation device 1 and the refrigerant circulation method of the present embodiment, the decompression line L2 is arranged in the
また、本実施形態の冷媒循環装置1及び冷媒循環方法によれば、循環ラインL1から分岐した減圧ラインL2を気相部2Aに配する構成によって、循環ラインL1と比較して圧力が低い気相部2Aから気体状態の冷媒(冷媒ガス)を取り出して、リザーバータンク2の外側で液体状態の冷媒と気液接触させる必要がないため、効率的に冷媒ガスを取り出せないおそれや、冷媒ガスを取り出す配管内に液体状態の冷媒が逆流してしまうおそれがない。したがって、安全にリザーバータンク2内を減圧することができる。
In addition, according to the refrigerant circulation device 1 and the refrigerant circulation method of the present embodiment, the pressure reduction line L2 branched from the circulation line L1 is arranged in the
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。上述した実施形態の冷媒循環装置1においては、作業者が手動でバルブ7の開閉を制御する構成を一例として説明したが、これに限定されるものではない。具体的には、例えば、圧力測定器3及びバルブ7と電気的に接続された制御部を設ける構成とし、この制御部によってバルブ7の開閉を自動で制御してもよい。さらには、バルブの開度を自動的に調節して、冷媒の流量を自動で制御する構成としてもよい。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. In the refrigerant circulation device 1 of the above-described embodiment, the configuration in which the operator manually controls opening and closing of the valve 7 has been described as an example, but the configuration is not limited thereto. Specifically, for example, a control unit electrically connected to the pressure measuring device 3 and the valve 7 may be provided, and the opening and closing of the valve 7 may be automatically controlled by the control unit. Furthermore, it is good also as a structure which adjusts the opening degree of a valve | bulb automatically and controls the flow volume of a refrigerant | coolant automatically.
また、上述した実施形態の冷媒循環装置1では、循環ラインL1のポンプ4と冷凍機5との間の位置Pから減圧ラインL2が分岐される構成について説明したが、これに限定されるものではなく、ポンプ6と冷却対象である高温超電導電力機器6との間のいずれかの位置(すなわち、冷却対象を冷却する前の冷媒)であればよい。具体的には、例えば、図2に示すように、減圧ラインL2の分岐を、冷凍機5と冷却対象である高温超電導電力機器6との間の位置P’から分岐する構成としてもよい。図2に示す構成の冷媒循環装置21によれば、凝縮器8に供給する液体状態の冷媒をより低温とすることができるため、より効率よく気相部2Aを冷却及び凝縮することができる。
Moreover, in the refrigerant | coolant circulation apparatus 1 of embodiment mentioned above, although the structure where the pressure reduction line L2 branches from the position P between the pump 4 of the circulation line L1 and the
また、上述した実施形態の冷媒循環装置1では、減圧ラインL2の他端が液相部2Bとなる構成について説明したが、これに限定されるものではなく、減圧ラインL2で運ばれた冷媒が、静かに液相部2Bに送られる構造であれば、減圧ラインL2の他端は気相部2Aにあってもよい。この場合、気相部2Aに放出された液体状態の冷媒により、気相部2Aの冷却及び凝縮の、より高い効果が期待できる。なお、気相部2Aへの液体状態の冷媒の放出が激しいと気相部2A内の温度差がなくなってしまう状態となるため、均衡を大きく乱さないように留意することが好ましい。
Moreover, in the refrigerant | coolant circulation apparatus 1 of embodiment mentioned above, although the other end of the pressure reduction line L2 demonstrated the structure used as the
また、上述した実施形態の冷媒循環装置1では、気相部2A内に配設した減圧ラインL2に凝縮器8を設ける構成について説明したが、これに限定されるものではなく、気相部を通過するように配設した減圧ラインL2と気相部2Aとが熱交換可能であれば、凝縮器8を設けない構成であってもよい。なお、凝縮器8を設けないで、減圧ラインL2で気相部2Aと熱交換をする場合、気相部2A内に設ける減圧ラインL2の距離を長くするとともに、熱導電性のよい材質とすることが好ましい。
Moreover, in the refrigerant | coolant circulation apparatus 1 of embodiment mentioned above, although the structure which provides the
1 冷媒循環装置
2 リザーバータンク
2A 気相部
2B 液相部
3 圧力測定器
4 ポンプ
5 冷凍機
6 高温超電導電力機器(冷却対象9
7 バルブ
8 凝縮器
P,P’ 分岐点(位置)
L1 循環ライン
L2 減圧ライン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
7
L1 Circulation line L2 Pressure reduction line
Claims (7)
前記液相部から冷媒を圧送するポンプ、圧送された前記冷媒を冷却する冷凍部、及び冷却された前記冷媒によって冷却される冷却対象が設けられ、冷却後の前記冷媒を前記液相部に返送する循環ラインと、
前記循環ラインの、前記ポンプと前記冷却対象との間のいずれかの位置から分岐して前記冷媒の一部を分流させるとともに、前記気相部を通過するように配設した後に前記液相部に前記冷媒を返送する減圧ラインと、を備える、冷媒循環装置。 A reservoir tank for storing a refrigerant in a state where a gas phase portion and a liquid phase portion are provided;
A pump that pumps the refrigerant from the liquid phase part, a refrigeration part that cools the pumped refrigerant, and a cooling target that is cooled by the cooled refrigerant are provided, and the cooled refrigerant is returned to the liquid phase part Circulation line to
The liquid phase part after being arranged to branch from any position of the circulation line between the pump and the object to be cooled to divert part of the refrigerant and to pass through the gas phase part. And a decompression line for returning the refrigerant to the refrigerant circulation device.
前記リザーバータンク内の圧力が上昇した際に、少なくとも前記冷却対象を冷却する前の冷媒の一部を分取して、前記リザーバータンク内の気相部を冷却させた後に前記液相部に返送する、冷媒循環方法。 A refrigerant circulation method for extracting and cooling a refrigerant from a reservoir tank that stores the refrigerant in a state where a gas phase part and a liquid phase part are provided, and returning the refrigerant to the liquid phase part after cooling the object to be cooled,
When the pressure in the reservoir tank rises, at least a part of the refrigerant before cooling the cooling target is collected, and the vapor phase portion in the reservoir tank is cooled, and then returned to the liquid phase portion. Refrigerant circulation method.
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- 2016-03-29 JP JP2016064865A patent/JP6303246B2/en active Active
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