JP2737378B2 - 冷媒の脱気処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ヒートパイプの作動液体，あるいは電気機
器などの沸騰冷却用の冷媒を対象に、冷媒の使用前に液
体冷媒に混入している空気などの非凝縮性ガスをパージ
する冷媒の脱気処理方法に関する。

〔従来の技術〕

冷媒中に空気などの非凝縮性ガスが混入していると冷
媒の蒸発，凝縮に関する温度，圧力、並びに冷媒の伝熱
性にも影響を及ぼすことが知られており、頭記のヒート
パイプ，あるいは電気機器の沸騰冷却容器などに液体冷
媒を封入する場合には、事前に液体冷媒中に混入してい
る空気などの非凝縮性ガスをパージして脱気処理するこ
とが従来より行われている。

この場合に従来の脱気処理方法は、あらかじめ真空引
きした密閉処理容器内に別に貯蔵しておいた液体冷媒を
注入するとともに、同時に処理容器の頂部に接続したガ
ス抜き弁を通じて容器を真空引きし、液体冷媒の気化に
伴い冷媒から分離して容器の上部空間に追い出された空
気などの非凝縮性ガスを冷媒ガスと一緒に容器外に排出
するようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、前記した真空引きによる冷媒の脱気処理法
では、一回の真空引き操作のみでは非凝縮性ガスの脱気
が不十分であり、液体冷媒中に溶解している非凝縮性ガ
スをほぼ完全にパージするには、液体冷媒の撹拌操作を
併用するなどして前記した真空引きの脱気操作を繰り返
し行うようにする必要がある。しかして、この脱気処理
方法では非凝縮性ガスと一緒に多量の冷媒ガスも一緒に
排気されるため冷媒量の損失も多くなる。

本発明は上記の点にかんがみなされたものであり、液
体冷媒中に混入している非凝縮性ガスを短時間の処理で
ほぼ完全にパージできるようにした脱気処理方法，およ
び脱気処理装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明によれば、液体
冷媒中に混入している非凝縮性ガスを液体冷媒から分
離，パージする冷媒の脱気処理装置であって、密封構造
の処理容器と、該処理容器に対して容器の下部に装備し
た液体冷媒の加熱手段と、容器の上部に装備した冷媒蒸
気の凝縮手段と、容器の頂部に接続したガスパージ弁と
からなり、処理容器内に導入した液体冷媒を加熱手段に
より沸騰させるとともに、容器内の上部空間域にて凝縮
手段により冷媒蒸気を冷却して凝縮させ、ここで冷媒よ
り分離，滞留している非凝縮性ガスをガスパージ弁を通
じて処理容器外に排出させる冷媒の脱気処理装置におい
て、冷媒蒸気の凝縮手段として、処理容器内の上部空間
に冷却水を導水する凝縮コイルを配管するとともに、こ
の凝縮コイルを、上方のコイルに触れて凝縮した冷媒の
液滴が下方のコイルの上に落下する割合が小さくなるよ
うに配置構成してなることとする。

具体的な凝縮コイルの配置構成としては、同心的に配
管されたうず巻状冷却管、円錐状に螺旋配管された冷却
管、互いに位置をずらして配管した複数基のうず巻状冷
却管、等が挙げられる。

〔作用〕

上記構成の脱気処理装置を使用し、ここで処理容器内
に液体冷媒を導入した状態で加熱手段により液体冷媒を
加熱すると、液体冷媒は飽和温度以上になったところで
沸騰を開始し、これにより冷媒中に溶解していた空気な
どの非凝縮性ガスが液体冷媒中から分離して追い出さ
れ、冷媒蒸気とともに低温側の上部空間へ上昇拡散す
る。ここで冷媒蒸気は凝縮手段である凝縮コイルに触れ
て凝縮した後に重力により容器内を滴下して液中に戻
る。これに対して、非凝縮性ガスは冷却しても凝縮せ
ず、そのまま容器内の上部空間に押し遣られてこの部分
に滞留するようになる。したがって、この状態で容器の
頂部に接続したガスパージ弁を開くと、非凝縮性ガスは
冷媒蒸気圧により容器外に排出される。なお、冷媒蒸気
圧が大気圧に比べて低い場合にはガスパージラインに真
空ポンプを接続し、真空引き操作により強制的に排気す
る。このように冷媒を処理容器内で沸騰，凝縮すること
により、液体冷媒中に溶解している非凝縮性ガスを確実
に冷媒より分離してパージできる。

ここで、凝縮手段として処理容器内の上部空間に冷却
水を導水する凝縮コイルを配管するとともに、この凝縮
コイルを、上方のコイルに触れて凝縮した冷媒の液滴が
下方のコイルの上に落下する割合が小さくなるように配
置構成する。この構成により、冷媒蒸気が直接凝縮コイ
ルに触れて効率良く凝縮するとともに、凝縮コイル全体
としての凝縮能力を維持しつつ、冷却管の間で相互干渉
なく冷却蒸気を効率良く凝縮することができる。特に、
凝縮コイルを互いに位置をずらして配管した複数基のう
ず巻状冷却管とした場合は、凝縮能力を高めつつ各基の
うず巻状冷却管の間で相互干渉を低減することができ
る。

なお、前記の冷媒脱気処理法は、専用の脱気処理容器
に被処理液体冷媒を導入して行う他に、例えば沸騰冷却
を行う電気機器の容器をそのまま処理容器として利用
し、電気機器を冷媒の加熱手段として機器本体の通電に
より容器内に注入した液体冷媒を沸騰させて脱気処理を
行うことも可能である。

〔実施例〕

次に、本発明の基礎となる参考例、ならびに本発明の
実施例を図面に基づいて説明する。

参考例1: 第１図は本発明の参考例である脱気処理装置の構成を
示すものである。図において、１は密閉構造の処理容
器、２は処理容器１の下部外周域に配備した加熱手段と
しての電熱ヒータ、３は冷媒蒸気の凝縮手段として断面
を縮小した容器１の上部周域に配備した水冷ジャケッ
ト、４は容器１の下部周域を包囲した断熱材、５は容器
１の底面から引き出した冷媒の供給，抜取ライン、６は
開閉弁、７は容器１の頂部に接続したガスパージ弁であ
る。

次にかかる装置による脱気処理方法について説明す
る。まず、処理容器１の内部空間を大気圧以下に真空引
きした状態で、ライン５を通じて外部より所定量（液面
がヒータ２よりも多少上位となる程度の液量）の液体冷
媒８を導入する。続いてヒータ２を通電して液体冷媒８
を加熱するとともに、水冷ジャケット３に低温の冷媒水
を導入する。これにより、液体冷媒８はヒータ加熱によ
り昇温し、飽和温度以上に上昇すると急激に気化して沸
騰を開始する。なお、９は沸騰に伴って発生した気泡を
表している。これにより液体冷媒８に溶解していた空気
などの非凝縮性ガスは、液体冷媒の沸騰に伴って液中か
ら追い出され、冷媒蒸気とともに低温状態に保たれてい
る処理容器１の上部空間に向けて上層拡散する。

一方、処理容器１の上部では水冷ジャケット３により
容器壁が低温に冷却されており、冷媒蒸気がこの壁面に
触れると凝縮し、液滴10となって容器内を滴下する。こ
れに対して非凝縮性ガスは冷却されても凝縮することが
なく、継続的に容器内を上昇拡散する冷媒蒸気流により
押し遣られて符号11で表すように容器内の上部空間に寄
せ集められてこの部分に滞留する。

ここで、処理容器１の頂部に接続したガスパージ弁７
を開くことにより、非凝縮性ガス11は冷媒蒸気圧により
加圧され、ガスパージ弁７を通じて外部に排出される。
なお、冷媒蒸気圧が大気圧よりも低い場合にはガスパー
ジラインに真空ポンプを接続し、真空ポンプの作用で非
凝縮性ガス11を強制的に吸引排除する。そして、非凝縮
性ガス11を十分にパージした後は、ガスパージ弁７を閉
じるとともにヒータ２の通電を停止し、さらに冷媒蒸気
を十分に冷却して液体に戻した上で、処理容器１から別
な容器に回収するか、あるいは処理容器１から直接ヒー
トパイプ，ないし沸騰冷却式電気機器の容器に注入す
る。

参考例2: 第２図は参考例１で述べた液体冷媒８の加熱手段とし
て、処理容器１の容器内底部に電熱ヒータ２を配備した
ものであり、その他の構成，並びに脱気処理動作は参考
例１と全く同様である。

実施例1: 第３図，第４図は参考例１でのべた冷媒蒸気の凝縮手
段として、処理容器１の上部空間内に凝縮コイル12を配
管したものであり、その他の構成は参考例１と同様であ
る。ここで、凝縮コイル12は外部から冷却水を導水する
うず巻状冷却管が処理容器１と同心的に配管されてい
る。

かかる構成により、処理容器１の底部側でのヒータ加
熱により蒸発した冷媒蒸気は、上昇拡散したところで前
記の凝縮コイル12に直接触れて凝縮し、液滴10となって
底部側へ滴下還流する。

したがって、参考例１における水ジャケット方式と比
べて凝縮熱の伝熱効率が高く、冷媒蒸気を効率的に凝縮
できる。しかも凝縮コイル12を処理容器１の内部に配管
したのでスペース効率がよく処理装置を小形に構成でき
る。

本実施例においては、うず巻状冷却管として構成され
る凝縮コイル12は、ほぼ同一平面状に配置されている。
したがって、上方のコイルに触れて凝縮した冷媒の液滴
が下方のコイルの上に落下する割合は零であり、コイル
12内における相互干渉が生じる懸念は無い。

参考例３ならびに実施例2: 第５図，第６図は冷媒蒸気の凝縮手段として、処理容
器１の上部空間内に冷却水を導水する冷却管を螺旋状に
配管した凝縮コイル12を配管したものであり、その他の
構成，並びに脱気作用は先に述べた実施例と同様であ
る。

また、図示の凝縮コイル12は冷却管を円筒状に螺旋配
管した本発明の参考例である。これに対して、冷却管を
円錐状に螺旋配管して凝縮コイルを構成することができ
る。係る構成が本発明の実施例２である。

本実施例２によれば、冷却管を円錐状に螺旋配管する
ことにより、上方の冷却管から滴下する冷媒の液滴が下
方の冷却管の上に落下して干渉し合うことがなく凝縮熱
の伝熱効率が向上する。

実施例3: 第７図，第８図は先記した実施例１の応用実施例を示
すものであり、処理容器１の上部空間にはうず巻状冷却
管として成る２基の凝縮コイル12が互いにうず巻中心の
位置をずらして上下段に配備してあり、各基の凝縮コイ
ル12に外部から冷却水が導水される。なお、図示では２
基の凝縮コイル12を直接に接続配管した例を示したが、
並列に接続して冷却水を導水することもできる。

このように複数基の凝縮コイル12を配備することによ
りそれだけ高い凝縮能力が得られる。しかも各基の凝縮
コイル12を互いに位置をずらして配備したので、上段側
の凝縮コイルに触れて凝縮した冷媒の液滴が下段側の凝
縮コイルの上に落下する割合は極めて少なく、その相互
干渉を抑えて各基ごとに冷媒蒸気を効率よく凝縮でき
る。

なお、凝縮手段として実施例1,2,3で述べた凝縮コイ
ル12としては、うず巻状冷却管，螺旋状冷却管の他に、
例えば冷却管を蛇行状に配管したもの、さらには凝縮面
積を増すように冷却管に伝熱フィンを設けたフィン付冷
却管を採用することもできる。また、図示の各実施例で
は専用の処理容器１を使用しているが、特に沸騰冷却式
電気機器のように容器内に電気機器本体とともに液体冷
媒を収容したものでは、容器内の上部に各実施例で述べ
た凝縮手段，およびガスパージ弁をあらかじめ追加装備
しておくことにより、電気機器の使用に先立って容器内
に脱気未処理の液体冷媒を導入し、この状態で電気機器
本体を熱源として液体冷媒を沸騰させ、前述の実施例と
同様な方法で冷媒の脱気処理を行うことも可能である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明により次記の効果を奏す
る。

密封構造の処理容器と、該処理容器に対して容器の下
部に装備した液体冷媒の加熱手段と、容器の上部に装備
した冷媒蒸気の凝縮手段と、容器の頂部に接続したパー
ジ弁とからなり、処理容器内に導入した液体冷媒を加熱
手段により沸騰させるとともに、容器内の上部空間域に
て凝縮手段により冷媒蒸気を冷却して凝縮させ、ここに
冷媒より分離，滞留している非凝縮性ガスをガスパージ
弁を通じて処理容器外に排出させるように構成したの
で、従来の真空引き脱気法と比べて遥かに効率良く、液
体冷媒中に溶解している空気等の非凝縮性ガスを確実に
冷媒から分離してパージすることができる。

ここで、本発明においては、冷媒蒸気の凝縮手段とし
て、処理容器内の上部空間に冷却水を導水する凝縮コイ
ルを配管している。したがって、参考例1,2に示した構
成に比べ、冷媒蒸気が直接コイルの外周で凝縮されるの
で、凝縮熱伝導率が高まり脱気処理効率の向上が図られ
るとともに、脱気処理装置を小形，コンパクトに構成で
きる。

さらに、本発明においては、凝縮コイルを、上方のコ
イルに触れて凝縮した冷媒の液滴が下方のコイルの上に
落下する割合が小さくなるように配置構成してなるもの
としたので、凝縮コイルにおいて冷媒の液滴が干渉する
ことを抑えることが可能となり、凝縮コイルに対する液
滴落下による障害を低減せしめて、効率良く作動させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第８図は脱気処理装置の構成を示すもので
あり、第１図は参考例１の構成断面図、第２図は参考例
２の構成断面図、第３図は実施例１の構成断面図、第４
図は第３図における矢視IV−IV断面図、第５図は参考例
３の構成断面図、第６図は第５図の矢視VI−VI断面図、
第７図は実施例３の構成断面図、第８図は第７図の矢視
VIII−VIII断面図である。図において、 1:処理容器、2:ヒータ、3:水冷ジャケット、7:ガスパー
ジ弁、8:液体冷媒、11:非凝縮性ガス、12:凝縮コイル。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液体冷媒中に混入している非凝縮性ガスを
   液体冷媒から分離，パージする冷媒の脱気処理装置であ
   って、密封構造の処理容器と、該処理容器に対して容器
   の下部に装備した液体冷媒の加熱手段と、容器の上部に
   装備した冷媒蒸気の凝縮手段と、容器の頂部に接続した
   ガスパージ弁とからなり、処理容器内に導入した液体冷
   媒を加熱手段により沸騰させるとともに、容器内の上部
   空間域にて凝縮手段により冷媒蒸気を冷却して凝縮さ
   せ、ここで冷媒より分離，滞留している非凝縮性ガスを
   ガスパージ弁を通じて処理容器外に排出させる冷媒の脱
   気処理装置において、 冷媒蒸気の凝縮手段として、処理容器内の上部空間に冷
   却水を導水する凝縮コイルを配管するとともに、この凝
   縮コイルを、上方のコイルに触れて凝縮した冷媒の液滴
   が下方のコイルの上に落下する割合が小さくなるように
   配置構成してなることを特徴とする冷媒の脱気処理装
   置。
2. 【請求項２】請求項１記載の冷媒の脱気処理装置におい
   て、凝縮コイルは、同心的に配管されたうず巻状冷却管
   であることを特徴とする冷媒の脱気処理装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の冷媒の脱気処理装置におい
   て、凝縮コイルは、円錐状に螺旋配管された冷却管であ
   ることを特徴とする冷媒の脱気処理装置。
4. 【請求項４】請求項１記載の冷媒の脱気処理装置におい
   て、凝縮コイルは、互いに位置をずらして配管した複数
   基のうず巻状冷却管であることを特徴とする冷媒の脱気
   処理装置。