JP2978941B2

JP2978941B2 - 冷却液供給装置

Info

Publication number: JP2978941B2
Application number: JP8025926A
Authority: JP
Inventors: 万寿男吉岡; 浩一太田; 強志丸山
Original assignee: Orion Machinery Co Ltd
Current assignee: Orion Machinery Co Ltd
Priority date: 1996-01-19
Filing date: 1996-01-19
Publication date: 1999-11-15
Anticipated expiration: 2016-01-19
Also published as: JPH09196512A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種工作機械や電
子装置などへ冷却液を供給する装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来技術】図５は、従来の冷却液供給装置の一例を示
すもので、該冷却液供給装置は、冷凍機Ｒと、該冷凍機
Ｒの冷媒蒸発器６４を収納した液体冷却器７０と、冷却
液貯留槽Ｓとを備え、液体冷却器７０と冷却液貯留槽Ｓ
とは、循環ポンプＰ₁が介設されている流入管８１と流
出管８２とにより連結されて、冷却液の循環流路が形成
されている。又、貯留槽Ｓとレーザー加工機のような被
冷却装置Ｔとは、冷却液供給ポンプＰ₂ が介設されてい
る供給管８３と、被冷却装置からの戻り管８４とを介し
て、冷却液の循環流路が形成されている。

【０００３】冷凍機Ｒは、冷媒圧縮機６０、冷媒凝縮器
６１、感熱式膨張弁６３、冷媒蒸発器６４、アキューム
レータ６５等を、冷媒配管によって、冷媒循環流路をな
すように、連結したものから成り、液体冷却器７０は、
冷媒蒸発器をなす管体が蛇行状若しくはスパイラル状に
配設されている密閉容器中に、邪魔板７１等で冷却液の
流路を作り、蒸発器６４と冷却液とが熱交換するように
構成されている。

【０００４】又、感熱式膨張弁６３は、蒸発器６４を出
る冷媒ガスの過熱度を一定に保つように、冷媒流量を制
御する。そのためには、蒸発器出口における冷媒温度を
正確に検知することを要する。したがって、その温度を
検知するために、感温筒６７を、蒸発器出口とアキュー
ムレータ６５とを結ぶ冷媒管６６の上側で、且つ、蒸発
器出口６４ａにできるだけ近い位置に、添設固定して断
熱被覆し、該感温筒６７と膨張弁６３とをキャピラリチ
ューブ６８で連結して、出口６４ａ付近の冷媒温度を検
知し、検知温度に相当する感温筒圧力を膨張弁６３のダ
イヤフラム弁に加えて、膨張弁６３の開度を定めてい
る。

【０００５】このような従来の装置は、冷凍機Ｒと冷媒
配管を介して連結して設けられている液体冷却器７０
と、冷却液貯留槽Ｓとを、冷却液の循環流路で連結する
構成をなしているので、装置が、大型化すると共に複雑
化しており、場所を移動する場合などには、夫々の配管
の連結を外して移動する等の面倒があり、又、大きな設
置スペースを必要とする欠点があった。更に、冷却液貯
留槽Ｓにおいては、液体冷却器７０において冷却された
冷却液と被冷却装置Ｔから戻った温度上昇した冷却液と
が合流するので、貯留槽内の冷却液温度が一定せず、
又、液体冷却器を通過する冷却液温度は、戻り管８４か
ら出る冷却液の温度より低くなり、液体冷却器７０の能
力を、十分に発揮させ得ない欠点があった。

【０００６】冷凍機Ｒは、液体冷却器７０の冷媒出口か
らアキュームレータへの冷媒導管６６が、どうしても必
要であり、耐圧容器であるアキュームレータ６５に、冷
媒導管６６を接続する工程は、手間がかかる上に、全体
として、装置が複雑化して、その分、大型化する欠点が
あった。又、感温筒は、冷媒導管を介して冷媒に接触す
る構成であり、冷媒流量制御にタイムラグが避けられ
ず、又、取付の巧拙により検知量に誤差が生じやすいこ
と、感温筒と冷媒導管との接触部位は、熱がよく伝わる
ように表面を加工すると共に、確実に接触させて取り付
ける必要があり、取り付けに熟練を要すること等の問題
点があった。

【０００７】

【解決すべき課題】本発明の第１の目的は、従来の装置
に比べて、大幅に小型化され、設置スペースが小さくて
済む冷却液供給装置を開示することにある。本発明の第
２の目的は、組み立てが容易で熟練を要せず冷却効率が
高い冷却液供給装置を開示することにある。本発明の第
３の目的は、冷媒蒸発器における冷媒温度の検出にタイ
ムラグがなく、正確な冷媒流量制御が可能な冷凍機を備
えた冷却液供給装置を開示することにある。

【０００８】

【課題の解決手段】本発明の第一の要旨は、冷凍機の冷
媒蒸発器と冷却液流路とが熱交換自在に設けられている
液体冷却器と、該液体冷却器によって冷却された冷却液
の供給口を備えた冷却液貯留槽と、液体圧送手段とを備
えた冷却液供給装置において、前記液体冷却器をプレー
ト式熱交換器によって構成すると共に、前記冷凍機のア
キュームレータを、前記プレート式熱交換器の端面板に
開口する冷媒出口を含み且つ該端面板と一体的に設けら
れた圧力容器によって構成し、前記プレート式熱交換器
と前記アキュームレータとを、前記貯留槽中に設置し
て、前記熱交換器の冷却液出口を貯留槽中に開放したこ
とを特徴とする冷却液供給装置にある。

【０００９】プレート式熱交換器としては、ヘリンボー
ンプレートやコルゲートプレート等に代表される熱交換
プレートを、流体流路を囲むように配設されたガスケッ
トを介して、重ね合わせて、これを、前後一対のフレー
ム板（正面板と端面板）の間に挟んで、ボルトナット等
で締付固定するタイプのものや、熱交換プレートをシェ
ルに収納するタイプのもの、或いは、前記ガスケットに
よって、熱交換プレート相互間をシールする代わりに、
接合部をろう付け（ブレージング）により一体接合して
流路を形成するタイプのものなどが、使用できる。

【００１０】プレート式熱交換器は、熱交換効率が高い
ので、液体冷却器の小型軽量化が容易に実現でき、これ
に一体形成されたアキュームレータは、両者の大きさの
バランスがとれるので、極めてコンパクトで一体感があ
り、液体冷却器の小型軽量化と省スペース化とが、達成
されると共に、蒸発器とアキュームレータとの一体部品
化が実現できる。更に、プレート式熱交換器として、円
形若しくは略円形をなす熱交換プレートにより形成され
たプレート式熱交換器を採用すれば、該プレート式熱交
換器の円形端面板に冷媒出口を開口させることができ、
この端面板から気、液密を保って円筒形圧力容器を延設
すれば、アキュームレータが、極めて容易に形成でき、
しかも、蒸発器の端面板は、アキュームレータの壁面と
もなるので、更に小型軽量化が可能となる。

【００１１】又、液体冷却器の冷媒出口は、アキューム
レータ内に直接開口しているので、従来の蒸発器（液体
冷却器７０）とアキュームレータとを結ぶ冷媒導管も不
要となり、小型軽量化に貢献すると共に、構造が簡素化
され、組立も容易になり、製造コスト減につながる。ま
た設置スペースも少なくて済む。更に、従来は、液体冷
却器と冷却液貯留槽とが、並んで設けられていたため
に、両者間を冷却液が循環するための一対の配管が是非
必要であったが、上記冷却液供給装置は、液体冷却器
が、冷却液貯留槽中に収納され、且つ、液体冷却器の冷
却液出口は、直接、冷却液貯留槽内に開口しているの
で、少なくとも、冷却液出口に結合すべき流出管は不要
となる上に、装置全体がコンパクトな構成となり、運
搬、設置等も容易となる。

【００１２】アキュームレータにおいて、分離された冷
媒液は、従来、適宜な加熱器をアキュームレータ外面に
設けて、蒸発させることも、場合によって必要であった
が、本願冷却液供給装置においては、アキュームレータ
は、直接冷却液に接触しているので、伝熱効率が高く、
加熱器の必要性はなく、アキュームレータ内における冷
媒液の蒸発は、これを囲む冷却液の冷却に貢献する。ア
キュームレータを構成する圧力容器とプレート式熱交換
器とは、部材を共有する場合（圧力容器の壁面の一部が
熱交換器の側面をもなしている場合）もあれば、勿論、
共有しない場合もある。ただし、共有する場合の方が、
部材の節減と軽量化、製造容易化等の点で優れている。

【００１３】本発明の第二の要旨は、上記第一要旨によ
って規定される冷却液供給装置において、冷却液貯留槽
中を仕切壁によって仕切って、プレート式熱交換器を囲
む冷却液貯留室と冷却液戻り室とを形成し、前記仕切壁
には冷却液貯留室との連通部を設けると共に該冷却液戻
り室と熱交換器の冷却液入口とを送液ポンプを介装した
液体流路によって連結せしめたことを特徴とする冷却液
供給装置にある。

【００１４】上記第二要旨に係る冷却液供給装置は、冷
却液貯留槽から被冷却装置に送られてから戻って来た戻
り液を、冷却液貯留室と分画された冷却液戻り室に受け
入れることにより、該戻り室に戻り液が流入している際
には、冷却液貯留室側の冷却液と交じることなく、その
まま、液体冷却器に送られるので、従来の場合に比べ
て、冷媒流路と冷却液流路との温度差が大きくなり、冷
凍機の能力を十分に発揮させることができる。連通部
は、冷却液が冷えていない開始時や、冷却負荷のない場
合或いは変動時における、冷却液循環路となる。

【００１５】本発明の第三の要旨は、上記第一又は第二
要旨において規定される冷却液供給装置において、冷凍
機の冷媒蒸発器をなすプレート式熱交換器には、プレー
ト式熱交換器の正面板に開口する冷媒入口と、該冷媒入
口に続く冷媒分流流路と、熱交換プレートを介して冷却
液流路と隣接する複数の冷媒流路と、該冷媒流路が合流
する冷媒合流流路と、該冷媒合流流路端部において該プ
レート式熱交換器の端面板に開口する冷媒出口とが形成
されており、冷媒蒸発器への冷媒流量制御手段として、
前記冷媒合流流路に挿入されて設けられた感温筒と、該
感温筒圧力により作動する感熱式膨張弁とが設けられて
いることを特徴とする冷却液供給装置にある。

【００１６】上記第三要旨にかかる冷却液供給装置は、
感温筒が、熱交換を終了し冷媒出口に向かう冷媒の流路
である冷媒合流流路内に直接挿入されているので、冷媒
導管の温度を冷媒温度として検知していた従来の場合と
異なり、直接、蒸発器出口付近の冷媒に接触して、正確
に、且つ、速やかに、冷媒温度をキャッチし、その検知
量を、膨張弁に伝えることができ、冷却器の温度制御の
精度が一段と向上する。なお、感温筒の設置場所は、熱
交換器の合流流路に限られるものでなく、例えば、感温
筒をアキュームレータ内の冷媒出口開口に臨ましめた状
態で設けてもよい。勿論、その場合は、感温筒と膨張弁
とを結ぶ連結パイプは、アキュームレータを構成する圧
力容器を気、液密に通過させることを要する。

【００１７】

【発明の実施形態】図１〜４は、本発明に係る冷却液供
給装置の一実施形態の要部を示すものである。尚、図５
に示した従来装置と同じ機能を有する部材には、同一の
符号を付して、説明を省略する。冷却液貯留槽１は、箱
状容器から成り、この貯留槽１内は、仕切壁２ａによっ
て、貯留槽１の前面壁１ａの左端下部付近の一隅を囲む
ことにより、冷却液戻り室２が区画形成されると共に、
それ以外の貯留槽内空間から成る冷却液貯留室３が画成
されている。

【００１８】戻り室２の仕切壁２ａには、貯留室３との
連通部となる連通口２ｂが設けられている。又、戻り室
２の前面壁１ａには、戻り液入口２ｃと戻り液出口２ｄ
とが、開口している。一方、冷却液貯留室３には、冷却
液供給口３ａが、開口している。この冷却液貯留室３中
に、液体冷却器５と、アキュームレータ６とが収納され
ている。Ｒ₁は、図５に示すものと同じ圧縮機（６
０）、凝縮器（６１）及び感熱式膨張弁（６３）を、冷
凍機ケース内に収納した冷凍機本体で、該冷凍機本体Ｒ
₁は、、冷凍サイクルの蒸発器をなす液体冷却器５の冷
媒入口５ｃと、アキュームレータ６と冷媒圧縮機とを結
ぶ吸入管８とに、冷媒導管によって連結し、全体として
一連の冷凍サイクルを形成している。

【００１９】液体冷却器５は、プレート式熱交換器から
成り、略円形をなす正面板５ａと、同形の端面板５ｂと
の間に、図３に示すような多数の円形の熱交換プレート
５０、５０、…を介設したものから成る。熱交換プレー
ト５０は、多数のヘリンボーン状突起５１、５１、…を
プレス成形して設けた円形波板の周縁部付近の４カ所に
略楕円形の開口（５２〜５５）を設けたものから成る。

【００２０】液体冷却器５は、このような熱交換プレー
ト５０が、ヘリンボーン模様の方向を、重なり合う隣同
士で、互い違いになる状態で重接し、硬ろう付け（ブレ
ージング）されることにより、互いに、隣り合う熱交換
プレート間に、熱交換流路が形成される。各熱交換プレ
ートに設けられた開口５３は、正面板５ａの下部に開口
する冷媒入口５ｃに連通し、該冷媒入口５ｃから入った
冷媒が、熱交換プレート５０、…間に形成された複数の
冷媒流路に分流するための一連の冷媒分流流路５ｄを構
成する。冷媒入口５ｃは、貯留槽１の前面板１ａを液密
に貫通して貯留槽外に露出しており、これに、冷凍機本
体Ｒ₁の感熱膨張弁から延設された低圧冷媒管路が接続
している。

【００２１】又、同様に、開口５２は、冷凍機冷媒が、
上記分流流路５ｄから、各冷媒流路に流入して熱交換プ
レートを介して隣接する水などの冷却液と熱交換した後
に再び合流する、冷媒合流流路５ｅとなる。この冷媒合
流流路の端面板５ｂ側の端部に、該端面板５ｂに穿設さ
れた冷媒出口５ｆが開口している。

【００２２】一方、図３において、開口５２、５３と、
熱交換プレート５０の垂直な直径に関して対称位置に設
けられている開口５５、５４は、夫々、同様に、前記し
た各冷媒流路に隣接して形成されている冷却液流路に冷
却液が分流する冷却液分流流路（５５）と、該冷却液流
路を経た冷却液の冷却液合流流路（５４）を構成する。
この冷却液の分流流路（５５）と合流流路（５４）と
は、これらの両流路の端部に対応して、正面板５ａに設
けた冷却液入口５ｇと、端面板５ｂに開口する冷却液出
口５ｈに、夫々連通する。冷却液入口５ｇは、冷媒入口
５ｃと同様に、貯留槽１の前面板１ａから液密を保っ
て、槽外部に露出している。又、冷却液出口５ｈは、端
面板５ｂの下部において、冷却液貯留室３内に開口して
いる。

【００２３】７は、感温筒で、冷媒合流流路５ｅ内に挿
入されて設けられている。該感温筒７は、正面板上部及
び貯留槽の前面板１ａを気、液密を保って貫通し、貯留
槽の前面壁１ａ外に突出させて設けた接続部５ｋから冷
媒合流流路外に突出するチューブ７ａを通して、冷凍機
本体Ｒ₁に含まれる感熱式膨張弁（図示せず）のダイヤ
フラム上側空間に連通している。

【００２４】このような液体冷却器５の端面板５ｂに開
口する冷媒出口５ｆを囲んで、該端面板から一体的に、
鏡板部６ａによって一側が閉塞されている円筒部６ｂ
が、延設されることにより、端面板５ｂと共に圧力容器
を構成するアキュームレータ６が、液体冷却器５の側面
に、一体的に設けられている。このアキュームレータ６
内の上部空間に、吸入管８の一端８ａが開口し、該吸入
管８は、圧力容器を気、液密に貫通（６ｃ）して、圧力
容器外に突出し、その他端が、冷凍機本体Ｒ₁の圧縮機
吸入口に、接続している。６ｄは、アキュームレータ６
を貯留槽１内底部に固定する支持板である。

【００２５】液体冷却器５の冷却液入口５ｇは、循環ポ
ンプＰ₁が介設されている冷却液導管１１により、冷却
液戻り室２に開口する戻り液出口に接続している。又、
冷却液貯留室３には、冷却液供給口３ａが、開口してお
り、この供給口３ａは、供給ポンプＰ₂が介設されてい
る冷却液の供給管１２により、被冷却装置Ｔに接続す
る。供給管１２を通して被冷却装置Ｔに供給された冷却
液は、被冷却装置Ｔと戻り液入口２ｃとを結ぶ冷却液の
戻り管１３を通って、冷却液戻り室２に戻る。１４は、
水位検知フロートで、冷却液貯留室３内の水位が、一定
レベル以下になると、自動給水する。

【００２６】

【作用】上記冷却液供給装置は、冷凍機本体の膨張弁か
ら液体冷却装置５の冷媒分流流路５ｄに入った冷媒が、
冷媒流路を上昇しつつ熱交換プレート５０を介して両側
に隣接する冷却液と熱交換し、冷媒合流流路５ｅにおい
て、感温筒７の周囲を流れて、冷媒出口５ｆから、アキ
ュームレータ６内に入る。感温筒７は、熱交換した直後
の気化した冷媒に直接接触するので、冷媒温度を速やか
に検知でき、冷凍機本体側の感熱式膨張弁の作動にタイ
ムラグがなくなり、冷媒流量の制御精度も一段と向上す
る。

【００２７】冷却液入口５ｇから液体冷却装置に入った
冷却液は、冷媒と向流状態で熱交換しつつ下降し、冷却
液出口５ｈから、直接、冷却液貯留室３内に入る。液体
冷却器として、円形の熱交換プレートを有するプレート
式熱交換器を採用した場合は、図３において、開口５２
〜５４と熱交換流路とを出入りする冷媒や冷却液等の流
体は、該開口の回りに、流体が停滞しやすい隅角部がな
く、流体は、弧状部５２ａ、５３ａ、５４ａ、５５ａに
案内されて、開口から八方に流れるので、従来のよう
に、一隅において流れが停滞して、熱交換プレートの表
面に、汚れが付着堆積し、熱交換の性能を低下させるこ
とを防ぐことができる。

【００２８】又、供給ポンプＰ₂により、供給管１２を
通して、被冷却装置Ｔに送られた貯留室３内の冷却液
は、温度上昇して戻り管１３を経て、冷却液戻り室２に
入るが、戻り室２と貯留室３とは、供給ポンプＰ₂が停
止している時以外は、実質的に隔絶されており、液体温
度に影響するような冷却液の交流はないので、温度上昇
した戻り液は、そのまま、戻り液出口２ｄから、液体冷
却器５に送られる。したがって、従来の場合と比べて、
液体冷却器５を通る冷却液温度と冷媒蒸発温度との温度
差が拡大し、液体冷却器の性能が、向上したことにな
る。

【００２９】

【効果】上記した本願冷却液供給装置は、液体冷却器に
プレート式熱交換器を採用し、更に、冷凍機の蒸発器を
なす液体冷却器とアキュームレータとを、一体構成し
て、両者を結ぶ冷媒導管を省略して、コスト削減と、形
状の小型化、簡素化を達成し、更に、これらの液体冷却
器ユニットを冷却液貯留槽内に収納して、冷却液に浸す
構成により、従来、ケース等により囲まれて、無駄な空
間となっていた部分もすべて、冷却液貯留空間として利
用し、装置の大幅な小型化を実現している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願冷却液供給装置の一実施形態の要部を示す
断面説明図である。

【図２】図１に示す冷却液供給装置の全体構成を平面方
向から見た説明図である。

【図３】本願装置の液体冷却器を構成する熱交換プレー
トを示す説明図である。

【図４】本願装置の冷却液貯留槽を前面から見た部分断
面説明図である。

【図５】従来の冷却液供給装置の一例を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１冷却液貯留槽２冷却液戻り室２ａ仕切壁２ｂ連通口２ｃ戻り液入口２ｄ戻り液出口３冷却液貯留室５液体冷却器５ａ正面板５ｂ端面板５ｃ冷媒入口５ｄ冷媒出口５ｇ冷却液入口５ｈ冷却液出口６アキュームレータ７感温筒８吸入管Ｒ₁ 冷凍機本体Ｔ被冷却装置Ｐ₁、Ｐ₂ ポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平７−103619（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−167075（ＪＰ，Ｕ) 実開昭53−84165（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F25B 39/00 - 43/00 F25D 13/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】冷凍機の冷媒蒸発器と冷却液流路とが熱交
換自在に設けられている液体冷却器と、該液体冷却器に
よって冷却された冷却液の供給口を有する冷却液貯留槽
と、液体圧送手段とを備えた冷却液供給装置において、
前記液体冷却器をプレート式熱交換器によって構成する
と共に、前記冷凍機のアキュームレータを、前記プレー
ト式熱交換器の端面板に開口する冷媒出口を含み且つ該
端面板と一体的に設けられた圧力容器によって構成し、
前記プレート式熱交換器と前記アキュームレータとを、
前記貯留槽中に設置して、前記熱交換器の冷却液出口を
貯留槽中に開放したことを特徴とする冷却液供給装置。
【請求項２】冷却液貯留槽中を仕切壁によって仕切っ
て、プレート式熱交換器を囲む冷却液貯留室と冷却液戻
り室とを形成し、前記冷却液貯留室には冷却液の供給口
を、前記仕切壁には冷却液貯留室との連通部を、夫々設
けると共に、前記冷却液戻り室と熱交換器の冷却液入口
とを送液ポンプを介装した液体流路によって連結せしめ
たことを特徴とする請求項１の冷却液供給装置。
【請求項３】プレート式熱交換器を構成する熱交換プレ
ートが略円形をなしており、アキュームレータが該プレ
ート式熱交換器の略円形の端面板に開口する冷媒出口を
囲んで該端面板から気、液密を保って延設された円筒形
圧力容器により形成されていることを特徴とする請求項
１又は２の冷却液供給装置。
【請求項４】冷凍機の冷媒蒸発器をなすプレート式熱交
換器には、該プレート式熱交換器の正面板に開口する冷
媒入口と、該冷媒入口に続く冷媒分流流路と、熱交換プ
レートを介して冷却液流路と隣接する複数の冷媒流路
と、該冷媒流路が合流する冷媒合流流路と、該冷媒合流
流路端部において該プレート式熱交換器の端面板に開口
する冷媒出口とが形成されており、冷媒蒸発器への冷媒
流量制御手段として、前記冷媒合流流路に挿入されて設
けられた感温筒と、該感温筒圧力により作動する感熱式
膨張弁とが設けられている請求項１〜３の何れかに記載
の冷却液供給装置。