JP3851245B2 - Stirling cold supply system - Google Patents

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JP3851245B2 JP2002234876A JP2002234876A JP3851245B2 JP 3851245 B2 JP3851245 B2 JP 3851245B2 JP 2002234876 A JP2002234876 A JP 2002234876A JP 2002234876 A JP2002234876 A JP 2002234876A JP 3851245 B2 JP3851245 B2 JP 3851245B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スターリング冷凍機を用いて発生した冷熱を冷熱利用機器に供給できるようにしたスターリング冷熱供給システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
スターリング冷凍機は、小型化が可能であり、成績係数や冷凍効率が高く、発生する温度域を低くできる特徴を持つと共に、近年の地球環境問題におけるフロン代替が容易である特徴を持っている。
【0003】
このため冷凍庫、冷蔵庫、投げ込み式クーラー等の業務用又は家庭用の冷熱利用機器を始めとして、低温液循環器、低温恒温器、恒温槽、ヒートショック試験装置、凍結乾燥機、温度特性試験装置、血液・細胞保存装置、コールドクーラ、各種の計測装置等における冷熱供給源としての適用が検討されている。
【0004】
スターリング冷熱供給システムは、このようなスターリング冷凍機を用いて冷熱を供給できるようにしたシステムで、作動ガスを圧縮膨張させて冷熱を発生させてコールドヘッドを冷却するスターリング冷凍機、該スターリング冷凍機で発生した冷熱を冷熱利用機器に搬送する冷熱搬送装置、作動ガスの熱を吸熱して大気に放熱する冷却水装置、スターリング冷凍機、冷熱搬送装置及び冷却水装置を制御する制御装置等を有し、これらが筐体に収納された構成となっている。
【0005】
そして、スターリング冷凍機で作動ガスを圧縮膨張させて冷熱を発生し、この冷熱でコールドヘッドが冷却される。
【0006】
冷熱搬送装置は、冷熱利用機器とコールドヘッドとを2次冷媒配管により接続して構成され、該2次冷媒配管に2次冷媒を循環させることによりスターリング冷凍機で発生した冷熱を冷熱利用機器に搬送する。
【0007】
また、冷却水装置は、スターリング冷凍機で作動ガスを圧縮した際に温度上昇した当該作動ガスと熱交換する作動ガス側熱交換器(スターリング冷凍機に組込まれている)とラジエタとを冷却水配管により接続して構成され、この却水配管に冷却水を循環させて作動ガスの熱を大気に放熱している。
【0008】
そして、筐体はスターリング冷凍機、冷却水装置、冷熱搬送装置等を収納し、当該筐体の上部に制御装置が取付けられている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成では、筐体内にスターリング冷凍機や冷熱搬送装置等が収納されており、システムの小型化のためこれらが密集して設けられているため、空気の淀み点が発生して大気が籠ってしまい易い問題がある。
【0010】
このために排気口を大きくすることが考えられるが、必要以上に大きくしてしますとスターリング冷凍機の動作音が騒音として漏れ出てしまう問題がある。
【0011】
そこで、本発明は、筐体内に大気が籠るようなことがないようにすると共に、騒音が漏れ出ないようにしたスターリング冷熱供給システムを提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1にかかる発明は、作動ガスを圧縮膨張させて冷熱を発生するスターリング冷凍機と、該スターリング冷凍機で発生した冷熱を冷熱利用機器に搬送する冷熱搬送装置と、作動ガスの熱を吸熱してラジエタを介して大気に放熱する冷却水装置と、これらを収納する筐体とを有するスターリング冷熱供給システムにおいて、ラジエタが筐体の背面パネルに面して設置されて、ラジエタを介して吸気する大気の吸気口が当該背面パネルに形成されると共に、スターリング冷凍機が当該筐体の正面パネルに面して設置されて、機外に吐出す大気の排気口が当該正面パネルに形成され、かつ、筐体の底板を分割構成すると共に、排気口の面積を吸気口の面積より大きくしたことを特徴とする。
【0013】
請求項2にかかる発明は、排気口の上端部が、吸気口の上端部より高い位置になるように設けたことを特徴とする。
【0015】
請求項にかかる発明は、吸気口と排気口との開口比率が、1:1.2〜1:1.5になるように設定されていることを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図1は本発明に係るスターリング冷熱供給システム1の斜視図であり、図2はその内部を示す斜視図である。なお、図2においては、後述する制御装置の具体的構成については図示省略している。
【0017】
また、図3は、スターリング冷熱供給システム1の回路図を示している。
【0018】
このスターリング冷熱供給システム1は、冷熱を発生する2台のスターリング冷凍機4、該スターリング冷凍機4における作動ガスの熱を吸熱して大気に放熱する冷却水装置5、2次冷媒(例えば、HFE:ハイドロフロロエーテル)をスターリング冷凍機4と冷狽ニの間で循環させて、スターリング冷凍機4で発生した冷熱を冷熱利用機器3に供給する冷熱搬送装置6、冷熱利用機器3から要求される冷熱量が供給できるように、スターリング冷凍機4等を制御する制御装置が収納される制御装置ケース7、これらを収納する筐体8等を主要構成としている。
【0019】
このスターリング冷凍機4は、一定の能力で運転され、冷熱の必要状態に応じて断続運転を行うことにより供給する冷熱量の調整が行われている。
【0020】
このため、冷熱利用機器3における熱負荷変動が生じた場合に、当該熱負荷変動を速やかに抑制するような冷熱を供給しようとすると、大量の冷熱が供給できる大型のスターリング冷凍機を用いる必要がある。
【0021】
しかし、大型のスターリング冷凍機にすると、大幅なコストアップになると共に、スターリング冷凍機は断続運転の場合であっても運転中は常に一定の能力で運転されるため、必要とする冷熱量が少なくなった場合には大幅な余剰冷熱が発生してしまい、経済性が悪い問題がある。
【0022】
そこで、小型のスターリング冷凍機を複数台用いて、必要な冷熱量に応じて運転することが考えられる。
【0023】
このとき、2次冷媒を複数台のスターリング冷凍機に対して直列に循環させる方法と、並列に循環させる方法がある。
【0024】
並列に循環させる方法では、2次冷媒が各スターリング冷凍機に分流して循環するため2次冷媒量を増やせる反面、2次冷媒の温度低下率は1台のスターリング冷凍機の場合と大差ない。
【0025】
また、先に述べたように、スターリング冷凍機は、運転、停止を繰返すことにより供給冷熱量を制御するため、並列に循環させる場合には、全てのスターリング冷凍機を同時に運転、停止させなければ効率的な冷熱供給ができない。
【0026】
このため運転停止の間隔が短くなってしまい、制御部品に対する負荷(例えば、電源スイッチのオン・オフ回数等)が大きくなってしまう。
【0027】
これに対して、直列に循環させる方法では、2次冷媒が複数台のスターリング冷凍機を順次循環するため、2次冷媒量を増大させることは困難である反面、2次冷媒の温度低下率を大きくすることが可能である。
【0028】
また、個別にスターリン冷凍機の運転停止制御を行うことが可能なため、運転停止の間隔を長くすることができ制御部品に対する制御負荷が小さくなる利点がある。
【0029】
このような観点から、本発明では、2台又は2台以上のスターリング冷凍機4を直列に接続した構成を採用している。
【0030】
なお、2台以上のスターリング冷凍機を用いる場合には、各スターリング冷凍機4は同じ構成であるので、これらを特に区別する必要があるときは、第1スターリング冷凍機4a、第2スターリング冷凍機4b等のように記載し、区別する必要がないときは単にスターリング冷凍機4と記載する。
【0031】
スターリング冷凍機4は、図4に示すように、モータ11の回転動力を往復動力に変換するクランク部12、圧縮ピストン14が圧縮シリンダ15内を往復運動することによりこれらの間で形成される圧縮空間16内の作動ガスを圧縮する圧縮部17、膨張ピストン18が膨張シリンダ19内を往復運動することによりこれらの間で形成される膨張空間20内の作動ガスを膨張させる膨張部21、圧縮空間16と膨張空間20とを連通させると共に、そのガス流路Sに設けられた金属メッシュシート等からなる蓄熱部22等を有している。
【0032】
スターリング冷凍機4における、クランク部12は内部がクランク室23をなすクランクハウジング24に収納され、モータ軸25と連結されたクランク26、一端がクランク26に連結されたコネクティングロッド27、該コネクティングロッド27の他端に連結されたクロスガイドヘッド28、該クロスガイドヘッド28の運動方向を1方向に規制するクロスガイドライナ29等により形成されている。
【0033】
これにより、モータ11の回転動力がクランク部12で往復動力に変換されて、圧縮ピストン14、膨張ピストン18が往復運動する。
【0034】
なお、膨張ピストン18は圧縮ピストン14に対して位相が略90度進んで運動する。
【0035】
また、圧縮ピストン14や膨張ピストン18は、ピストンロッド30を介してクロスガイドヘッド28と連結され、このピストンロッド30に一端が密着して固着されると共に、他端が固定プレート36に密着して固着されたオイルシールベローズ37が設けられている。
【0036】
このオイルシールベローズ37は、金属製のベローズで、ピストンロッド30の往復運動に伴い伸縮して、常に圧縮ピストン14や膨張ピストン18側の空間とクロスガイド側の空間とを気密に区画している。
【0037】
これにより、クロスガイドヘッド28等を潤滑するオイル38が圧縮ピストン14や膨張ピストン18に付着し、これが圧縮空間16や膨張空間20に侵入することによる冷凍効率の低下を防止している。
【0038】
また、このオイルシールベローズ37と圧縮ピストン14や膨張ピストン18とで挟まれる空間(背圧室という)39は、気密状態になり、圧縮ピストン14や膨張ピストン18が往復運動することにより当該背圧室39の雰囲気が圧縮膨張するため、そのエネルギーがモータ負荷となって、冷熱発生効率を低下させてしまう。
【0039】
そこで、背圧室39とクランク室23とをベローズ40を介して連結させたバッファタンク41が設けられている。
【0040】
また、圧縮空間16を覆うように、または圧縮空間16と蓄熱部22とを連通するガス流路Sを取巻くように作動ガス側熱交換器35が設けられて、冷却水が循環するようになっている。
【0041】
そして、圧縮ピストン14が下死点から上死点に移動すると、圧縮空間16内の作動ガスが圧縮される。この間、膨張ピストン18は上動して上死点に達した後、下動するようになる。
【0042】
圧縮ピストン14の上動に伴い圧縮された作動ガスは、ガス流路Sを流動して膨張部21側に送られ、膨張ピストン18が下動すると作動ガスは蓄熱部22を通過して膨張空間20に送られる。
【0043】
作動ガスが蓄熱部22を通過する際には、その熱がこの蓄熱部22に蓄熱される。
【0044】
膨張ピストン18が下死点に達するに従い、圧縮ピストン14は上死点から下死点に移動し、作動ガスは膨張する。
【0045】
このときの膨張過程は等温膨張過程であるため、膨張に伴う吸熱が膨張空間の頂部に設けられた冷熱源側熱交換器(コールドヘッド)45を介して行われ、この結果冷熱源側熱交換器45の温度が下がり冷熱が発生する。
【0046】
圧縮ピストン14が下死点に近づくに従い、膨張ピストン18は上動を始め、作動ガスはガス流路Sを経て蓄熱部22で熱交換して圧縮空間16に戻る。
【0047】
このようなサイクルを1サイクルとして運転されて、冷熱源側熱交換器45の冷熱は冷熱利用機器3に利用される。
【0048】
冷熱搬送装置6は、冷熱と2次冷媒とを熱交換させる冷熱源側熱交換器(冷熱源側熱交換器45)、2次冷媒を冷熱利用機器3に循環させる2次冷媒ポンプ46、循環する2次冷媒量を調整するタンク47、冷熱利用機器3側から戻ってきた2次冷媒の気液分離を行い液体のみが2次冷媒ポンプ46に戻るようにする気液分離器48、冷熱利用機器3で冷熱を供給することにより生じる2次冷媒回路での圧力変化を吸収する圧力調整ベローズ49等を有している。
【0049】
そして、2次冷媒は、第2冷熱源側熱交換器45b、第1冷熱源側熱交換器45a、冷熱利用機器3、2次冷媒ポンプ46を循環する。
【0050】
このとき、冷熱利用機器3から戻ってきた2次冷媒は、気液混合状態であるため、これを分離するために気液分離器48が、冷熱利用機器3と2次冷媒ポンプ46との間の配管52に設けられている。
【0051】
この気液分離器48は、冷熱利用機器3と2次冷媒ポンプ46との間の配管52に立設して設けられた気液分離管44、液体の2次冷媒を2次冷媒回路に戻す液体戻管50、気液分離された気体の2次冷媒をタンクに導く気体回収管51等により形成されている。
【0052】
なお、気液分離管44と液体戻管50とは連通した概略逆U字状をなし、その頂部近傍に気体回収管51が接続されている。
【0053】
これにより、気液混合状態の2次冷媒が流動して2次冷媒ポンプ46に戻る際に、気体の2次冷媒が気液分離管44内を上昇して気液分離が行われ、この気体の2次冷媒はタンク47に回収される。
【0054】
気液分離が行われた結果、2次冷媒ポンプ46には液体の2次冷媒のみが戻ることになり、当該2次冷媒ポンプ46でのエアー噛み等の不都合が防止できる。
【0055】
なお、気液分離器48内を上昇した気体の2次冷媒は、気体回収管51を介してタンク47に回収されるが、当該タンク47内の温度が凝縮温度より低い場合には凝縮して貯留される。
【0056】
無論、気体の2次冷媒が気液分離器48内を上昇している際に、凝縮して液化したり、微少の液体の2次冷媒が気体の2次冷媒と共に上昇することもあり、かかる場合には液体の2次冷媒は気液分離器48内や液体戻管50を介して2次冷媒回路に戻る。
【0057】
タンク47には、当該タンク47に貯留されている2次冷媒量を黙視して確認するためのレベル計54が設けられると共に、当該2次冷媒量が所定量になったことを検出する複数のレベルセンサ55が設けられている。
【0058】
また、タンク47の上部空間は、気体回収管51、気液分離管44を介して2次冷媒回路の圧力調整を行う圧力調整ベローズ49が接続すると共に、当該タンク47の内圧が所定圧以上になると開弁する安全バルブ57、タンク47を強制開放できるようにするタンクベント58、2次冷媒を注入する際に開弁して用いる2次冷媒注入バルブ59等が設けられている。
【0059】
圧力調整ベローズ49、安全バルブ57、タンクベント58、2次冷媒注入バルブ59は、図5、図6に示すような内部に貫通孔74が設けられた金属製の汎用品である角ブロック60に装着されて、当該角ブロック60がタンク47の上部に配置されている。
【0060】
なお、気体になった2次冷媒がタンク47に回収されたり、リークが発生したりして2次冷媒回路を循環する2次冷媒量が不足する場合があり、また逆に何らかの原因で循環する2次冷媒量が過剰になったりすることが危惧される。
【0061】
そこで、液体の2次冷媒が貯留されているタンク47の底部側には、液補充管61及び液回収管62が設けられている。
【0062】
液補充管61は、液体戻管50に接続され、その間に液補充バルブ63が設けられて、当該液補充バルブ63を開くことにより2次冷媒回路に2次冷媒が補充できるようになっている。
【0063】
また、液回収管62は2次冷媒ポンプ46と第2スターリング冷凍機4との間の配管に接続されて、その間に液回収バルブ64が設けられている。
【0064】
これにより、2次冷媒回路を循環する2次冷媒量が過剰になった場合には、当該液回収バルブ64を開いて2次冷媒ポンプ46から圧送された2次冷媒の一部をタンク47に導き調整する。
【0065】
ところで、圧力調整ベローズ49は、冷熱利用機器3で冷熱を与えること等により生じる2次冷媒回路内の圧力変動に伴い、タンク47内に貯留されている気体の2次冷媒が当該圧力調整ベローズ49内に出入りすることで圧力変動を吸収している。
【0066】
従って、この圧力調整ベローズ49に液体の2次冷媒が入流すると、その機能が失われてしまう。
【0067】
気体回収管51は、原則として気体の2次冷媒のみが流動するように設計されている。
【0068】
しかし、冷熱利用機器3と2次冷媒ポンプ46との間の配管に接続されている気液分離管44の接続点と液体戻管50の接続点との間に大きな圧力損失が発生するような場合には、気液分離管44に気液混合した2次冷媒が入込み、液体の2次冷媒が気体回収管51を介してタンク47に流入することがある。
【0069】
ところが、従来はこの気体回収管51に圧力調整ベローズ49が設けられていたため、液体の2次冷媒が気体回収管51を介してタンク47に流入する際に当該圧力調整ベローズ49にも流入してしまう不都合があった。
【0070】
このため気液分離器48の接続点と液体戻管50の接続点とを近接させて、これらの間で大きな圧力損失が発生しないように、配管の敷設方法や接続点位置を工夫していた。
【0071】
しかし、かかる配管の敷設方法や接続点位置の要件を満たすようにすると、配管を複雑な経路で敷設しなければならない場合が生じて組立作業が複雑になったり、保修点検時におけるスペースが確保し難くなるためスターリング冷熱供給システム1の小型化を十分に図ることができなくなったりする。
【0072】
そこで、本発明では、液体の2次冷媒が気体回収管51を介してタンク47に流入しても、圧力調整ベローズ49に流入しなければよいので、当該圧力調整ベローズ49をタンク47の上部空間と連通して設けられた角ブロック60に取付けている。
【0073】
また、気体回収管51がタンク47に取付けられている位置に対して、気体回収管51が液体戻管50似鳥付けられている位置の方が低い位置にして、例え液体の2次冷媒が気体回収管51を介してタンク47に流入しようとしても、その勾配によりこれを抑制するようにしている。
【0074】
このような構成により、配管の敷設方法や接続点位置を考える際には、気液分離管44の接続点と液体戻管50の接続点との間の圧力損失を考慮する必要がなくなり、スターリング冷熱供給システム1の小型化や保修作業の容易性に重点を置いて考えればよくなる。
【0075】
また、気液分離器48の接続点と液体戻管50の接続点を任意に設定できるため、接続管としてT字管のような汎用品を用いることが可能になり、コストダウンが可能になる。
【0076】
スターリング冷凍機4で作動ガスを圧縮すると、温度上昇が発生し、この温度上昇した状態で蓄熱部22を介して膨張部21に送ると冷熱発生効率が低下する。このため作動ガスの熱を放熱して膨張部21に移送すべく冷却水装置5が設けられている。
【0077】
この冷却水装置5は、スターリング冷凍機4における圧縮空間16と蓄熱部22との間のガス流路Sを取巻くようにして冷却水路が形成されて作動ガスと冷却水とを熱交換させる作動ガス側熱交換器35、該作動ガス側熱交換器35で熱交換した冷却水を大気と熱交換させる大気側熱交換器であるラジエタ65、ラジエタ65に大気を送風して冷却水と大気との熱交換効率を向上させる送風機66、冷却水を作動ガス側熱交換器35とラジエタ65との間を循環させる冷却水ポンプ67等により構成されている。
【0078】
なお、作動ガス側熱交換器35、ラジエタ65、送風機66はそれぞれ2台用いられているが、冷却水ポンプ67は1台しか設けられていない。
【0079】
スターリング冷凍機4が2台設けられ、それらを区別する場合には第1スターリング冷凍機4a、第2スターリング冷凍機4bと記載することにしたので、これに対応して作動ガス側熱交換器35、ラジエタ65、送風機66も必要に応じて第1作動ガス側熱交換器35a、第2作動ガス側熱交換器35b、第1ラジエタ65a、第2ラジエタ65b、第1送風機66a、第2送風機66bのように第1、第2を付けて記載する。
【0080】
冷却水回路は、冷却水の循環方向に従い、冷却水ポンプ67、第1ラジエタ65a、第1作動ガス側熱交換器35a、第2ラジエタ65b、第2作動ガス側熱交換器35bが環状に接続されて、ラジエタ65、作動ガス側熱交換器35を順次流動する流路を1パートとし、該パートが直列に接続された構成となっている。
【0081】
なお、ラジエタ65を2台のスターリング冷凍に対応させて2台設けたのは以下の理由からである。
【0082】
即ち、先に述べたように、第2スターリング冷凍機4で冷熱を吸収した2次冷媒は、第1スターリング冷凍機4に供給されて、当該第1スターリング冷凍機4で更に冷熱を吸収して冷熱利用機器3に供給される。
【0083】
従って、第2スターリング冷凍機4におけるよりも第1スターリング冷凍機4における方が、スターリング冷凍機4の到達温度に近い温度領域で動作することになる。
【0084】
この意味からラジエタ65を1台用い、最初に第1作動ガス側熱交換器35aに供給し、その次に第2作動ガス側熱交換器35bに循環するようにしても、原理的には所望される冷熱供給が可能になる。
【0085】
しかし、このためには大きなラジエタ65を用いたり、新たな原理に基づくラジエタ65を技術開発する等により、ラジエタ65における冷却水の放熱効率を向上させる必要があり、大幅なコストアップの要因となる。
【0086】
そこで、本発明は、既存のフィン型熱交換器による小型のラジエタを用いてコストアップを抑制しながら効率的な放熱が行えるように、ラジエタ65をそれぞれスターリング冷凍機4に対応させて設けている。
【0087】
また、冷却水ポンプ67をラジエタ65に対応させて2台用いることも可能である。
【0088】
しかし、この場合には、冷却水ポンプ67を2台にすると大幅な設置面積の増大が生じ、またポンプ能力の大きな冷却水ポンプを1台用いる方が2台用いるよりも安価になる。
【0089】
そこで、本発明では、1台の冷却水ポンプ67とすることで、コストダウン及びスターリング冷熱供給システム1の小型化を図っている。
【0090】
図7はラジエタの構成を示す図で、図7(a)は上面図、図7(b)は正面図、図7(c)は側面図である。
【0091】
このラジエタ65は、ラジエタ65の冷却水入口をなす入口管68、ラジエタ65の冷却水出口をなす出口管69、該出口管69に接続されて、当該ラジエタ65内の冷却水を抜く際に用いられるドレイン70、冷却水と大気との熱交換を行う3枚の並設されたラジエタパネル71から構成されている。
【0092】
また、各ラジエタパネル71は、上部及び下部に横置配置されて、それぞれ入口管68及び出口管69と接続された上部ヘッダ72及び下部ヘッダ73、該上部ヘッダ72と下部ヘッダ73との間に多数接続された銅管等からなる液管75、各ラジエタパネル71における液管75の全てに嵌合して設けられたアルミニウム板等からなるフィン76、各ラジエタパネル71における液管75に固着されて、これら3枚のラジエタパネル71を一体に保持すると共にフィン76の保護を兼ねた管板77等を有している。
【0093】
なお、各ラジエタパネル71における液管75は、図8に模式的に示すように等間隔に列設されると共に、隣接するラジエタパネル71の液管75が、互いの液管75の間に位置するように設置位相をずらして設けられている。
【0094】
これは、冷却水と熱交換する大気が、各ラジエタパネル71の液管75で蛇行しながら流れるようにすることで、放熱効率を向上させるためである。
【0095】
また、液管75はロウ付け等によ上部ヘッダ72,下部ヘッダ73に固着されるが、その際の固着作業性を向上させるために作業スペースを確保する作用もある。
【0096】
なお、上部ヘッダ72,下部ヘッダ73として円管や角管を用いることが可能であるが、本発明では円管を用いている。
【0097】
これは液管75を上部ヘッダ72,下部ヘッダ73に固着する際の固着技術と関連して選択されたもので、ロウ付け等の熱を利用する固着方法を採用した場合には、当該熱により熱応力が発生し、角管の場合には円管の場合より大きな変形が発生してしまう不都合があるためである。
【0098】
従って、圧着等の熱応力の発生しない固着技術を用いるならば、角管を用いることも可能である。
【0099】
冷却水回路には、冷却水回路に冷却水を注水する際に用いられる冷却水注水バルブ78、冷却水を注水する際に開くことにより冷却水回路中のエアーの抜道を形成する複数のエアー抜バルブ79、冷却水回路中の冷却水を排水するときに開かれる複数の排水バルブ80等を有している。
【0100】
なお、冷却水装置5は図3に示すような構成であるが、これを配管の高低差に注目して示したのが図9で、スターリング冷凍機4、ラジエタ65、冷却水ポンプ67における入口側と出口側等の配管位置に高低差があることがわかる。
【0101】
このように、配管位置に高低差があるため、後述するように、エアー抜バルブ79や排水バルブ80を複数設けている。
【0102】
複数設けられた排水バルブ80の内の1つは、冷却水回路の最下点の位置に設けられている。以下、この排水バルブ80を主排水バルブ81という。
【0103】
また、他の排水バルブ80は、スターリング冷凍機4とラジエタ65との間に形成されるような、配管が「U」字状の形態をなす部分の最下点に取付けられている。本明細書では、この排水バルブ80を副排水バルブ82といい、この副排水バルブ82が取付けられている配管位置の高さを極小点という。
【0104】
エアー抜バルブ79は、複数のエアー抜管85に設けられており、当該エアー抜管85はスターリング冷凍機4とラジエタ65との間等に形成される配管が「逆U」字状の形態をなす部分の最上点に取付けられている。このような最上点を極大点という。
【0105】
冷却水注水バルブ78は、冷却水ポンプ67の注水口86や主排水バルブ81と連通して接続された冷却水注水管87の最上点に設けられている。この最上点は、冷却水回路における最上点でもある。
【0106】
そして、冷却水回路に冷却水を注水する際には、冷却水注水バルブ78及びエアー抜バルブ79を開き、冷却水注水バルブ78から冷却水を注水する。
【0107】
従来は、このような注水専用の冷却水注水バルブ78が設けられていないため、冷却水は排水バルブ80から注水していた。
【0108】
しかし、当該排水バルブ80は冷却水回路で低い位置に設けられているため、ポンプ等の加圧手段が必要になり、当該加圧手段はその都度準備する必要があり不便であった。
【0109】
これに対し本発明では、冷却水注水バルブ78が冷却水回路における最上位点に設けられているので、冷却水は重力の作用により流下し、当該冷却水回路に何らの加圧を行うことなく注水することが可能となる。
【0110】
なお、冷却水回路に冷却水を注水する際には、冷却水回路中のエアーを抜く必要があるが、図9に示すように極大点や極小点が多数存在し、かつ、その管路も長く、複雑に曲っている部分が多数あるため、エアー残りが発生し易い。
【0111】
そこで、本発明では、極大点の位置にエアー抜管85を設けて、エアー抜きが容易、かつ、略完全に行えるようにしている。
【0112】
また、従来、ラジエタ65は液管が平行部分と曲部分とを多数持つ連続した蛇行管であるので、平行部分が水平線に対して傾いた状態で据付けられた場合には、抜残ったエアーがこの平行部分に貯まってしまう。
【0113】
しかし、このような平行部分にエアー抜管85を設けることはできないので、以下のような不都合が発生する。
【0114】
即ち、この平行部分にはフィンが挿嵌されて、冷却水と大気との熱交換を行っている。
【0115】
従って、当該部分にエアーが貯まると大気との熱交換効率が低下して、冷却水の放熱効率の低下、結局は冷熱発生効率の低下を招いてしまう。
【0116】
そこで、本発明では、図7等に示したように、液管75を複数に分割し、かつ、それぞれを垂直に延設しているため、例えラジエタ65が傾いた状態で据付けられても、抜け残ったエアーが液管75に貯まることがなく冷却水の放熱効率の低下、冷熱発生効率の低下を防止することが可能になる。
【0117】
なお、エアーは完全に抜くことが好ましいが、配管内壁に付着したりして、冷却水注水当時には抜き去ることができないエアーが発生する。
【0118】
このようなこの抜け残ったエアーは、冷却水の循環に従って移動しながら纏ったりして、例えば冷却水ポンプ67のエアー噛みを起したり、異音の発生を起したりすることが危惧される。
【0119】
冷却水注水管87やエアー抜管85は、極大点や冷却水ポンプ67より高い位置に、かつ、上に延びた状態で敷設されているので、抜け残ったエアーが冷却水の循環に伴い流動していると、極大点や冷却水ポンプ67を通過する際に冷却水注水管87やエアー抜管85に貯まるようになる。
【0120】
従って、冷却水ポンプ67のエアー噛みを起したり、異音の発生を起したりすることが防止できるようになっている。
【0121】
また、冷却水注水管87やエアー抜管85を管内が透けて見える透明、半透明管により形成されているので、エアーがこれらの管に一杯になる前に、エアー抜バルブ79を開くことが可能になると共に、冷却水回路中に何らかの原因で漏水が発生して冷却水不足が発生しても容易に、漏水発生の有無や冷却水の不足の有無が判断できるようになる。
【0122】
次に、このような機器を収納する筐体8について説明する。筐体8は、図1,図2及び図10に示すようにアングルのフレームを組合わせて枠組形成された概略直方体の外観を有し、その底部90にスターリング冷凍機4やラジエタ65等が固定されると共に、上部91に制御装置ケース7が取付けられて、側面パネル95、背面パネル96、正面パネル97がネジ止め等の係合手段により固定されるようになっている。
【0123】
また、底部90の下には、キャスタ110及びストッパ111が設けられて、任意の場所に移動して固定できるようになっている。
【0124】
スターリング冷凍機4やラジエタ65等が固定される底部90は、底部側フレーム92により枠組みされ、当該底部側フレーム92に底板94が掛渡され、この底板94の上に所定の高さを持つ防振ゴム脚93が取付けられている。
【0125】
この底板94は、3枚に分割して設けられ、それぞれの底板94の長手方向の端部95はL字状に折曲げて形成されている。
【0126】
そして、この底板94の上面は、少なくとも底部側フレーム92の最上位点よりも適宜高い位置になるようになっている。この理由については後述する。
【0127】
このように底板94を分割構成としたのは、分割された底板94の間から大気が出入りできるようにして、筐体8に大気が籠らないようにすると共に、スターリング冷熱供給システムの軽量化を図るためである。
【0128】
また、底板94の端部95をL字状に折曲げ形成したのは、薄い板材により底板94を形成しても、重いスターリング冷凍機4が載置できるように強度補強を行うためである。
【0129】
スターリング冷凍機4は、除振バネ97を介して載置台98に設けられ、当該載置台98が防振ゴム脚93を介して底板94に固定されている。
【0130】
この除振バネ97は、載置台98とスターリング冷凍機4とが直接接触しないように支持して当該スターリング冷凍機4で発生する振動を吸振しており、防振ゴム脚93は底板94から載置台98を所定量離して支持して振動の伝達を防止している。
【0131】
底部側フレーム92には、側面パネル95がネジ止めされる背面側フレーム99及び正面側フレーム100が立脚して設けられて、これらの上に上部側フレーム101が掛渡されている。
【0132】
そして、背面側フレーム99や正面側フレーム100には側面パネル95が取付けられ、上部側フレーム101には制御装置ケース7が取付けられている。
【0133】
このとき、図11に示すように、ラジエタ65側の背面側フレーム99は底部90の背面コーナに取付けられているが、スターリング冷凍機4側の正面側フレーム100は正面コーナから適宜ラジエタ65側に位置をずらしてセットバックした状態で取付けられている。
【0134】
なお、本明細書では、図2において示すスターリング冷凍機4とラジエタ65との位置関係で、スターリング冷凍機4側を正面、ラジエタ65側を背面と記載するが、この「正面」「背面」は便宜的に決めたもので、本発明の構成を限定するものではないことを敢て付言する。
【0135】
従って、正面側フレーム100がセットバックして設けられていることになる。このように正面側フレーム100をセットバックして設けた理由については後述する。
【0136】
背面側フレーム99には、背面パネルがネジ止めして固定され、この背面パネル96には大気を吸込む吸気口102が形成され、底部90と上部側フレーム101には正面パネル97がネジ止めして固定され、この正面パネル97には大気を排気する排気口103が形成されている。
【0137】
そして、大気は背面パネル96の吸気口102から吸気され、ラジエタ65、送風機66、スターリング冷凍機4の周囲を流動して正面パネル97の排気口103から排気される。
【0138】
なお、通常は送風機66により送風される空気がラジエタ65に吹き当たるように、当該送風機66を風上側に配置して送風音等の低減が図られるが、本発明では上記したように送風機66は風下側に配置されている。
【0139】
これは送風機66を風上側に配置する構成では、空気がスターリング冷凍機4の周囲を流動する際にモータ11等の熱により加熱され、これがラジエタ65で熱交換するようになって、当該ラジエタ65での冷却水の放熱効率が低下するのを防止するためである。
【0140】
吸気口102や排気口103には図示しないグリル等が設けられて、吸気口102はラジエタ65に対向して設けられ、排気口103の上端は当該吸気口102の上端より適宜高い位置になるように形成されている。
【0141】
これは筐体8内にスターリング冷凍機4や冷熱搬送装置6等の機器が多数設けられ、かつ、システムの小型化のためにデッドスペースが発生しないように配置されているので、送風機66により送風された大気がこれらに吹き当って筐体8内に籠ってしまうことが危惧される。
【0142】
そこで、本発明では、上述したように底板94を分割構成すると共に、排気口103の上端が吸気口102の上端より適宜高い位置になるように形成している。
【0143】
底板94を分割構成とすることにより、その間から大気が流入、流出することができるようになるので、排気が促進されると共に、流入した大気により筐体内の大気が攪拌されて籠りが抑制され、またスターリング冷凍機等に冷却が促進される。
【0144】
また、排気口103の上端が吸気口102の上端より適宜高い位置になるように形成されているので、筐体8内の空気が自然対流により上昇して当該排気口103から流出し易くなる。
【0145】
このとき排気口の開口面積を可能な限り大きくすれば、筐体内の大気が排気しやすくなるので好ましいが、余り大きくするとスターリング冷凍機4等で発生する音が、騒音として漏出る量が多くなる。
【0146】
そこで、本発明では、大気の排気効率や騒音の漏れを考慮して吸気口102と排気口103との開口比率を吸気口102:排気口103=1:1.2〜1:1.5になるように設定している。
【0147】
ところで正面側フレーム100をセットバックして設けたが、これは以下のような理由による。即ち、図2や図3に示すように、2次冷媒回路は複数のスターリング冷凍機4、2次冷媒ポンプ46、気液分離器48等の多数の機器を2次冷媒配管で接続して形成され、また冷却水回路は複数のラジエタ65や冷却水ポンプ67を冷却水配管で接続して形成されている。
【0148】
以下、2次冷媒が循環する配管を2次冷媒配管、冷却水が循環する配管を冷却水配管と記載する。
【0149】
そして、2次冷媒配管は銅管等により形成され、冷却水配管は可塑性の樹脂管等により形成されている。
【0150】
なお、図2や図3等においては図示省略しているが、2次冷媒配管には断熱材が巻付けられている。
【0151】
従来のスターリング冷熱供給システムにおいては、これら2次冷媒配管や冷却水配管は空きスペース利用して複雑に入組んで敷設されていたため、当該配管の敷設作業に手数がかかると共に、2次冷媒配管に断熱材を巻付ける際の作業が非常に大変であった。
【0152】
そこで、本発明では、正面側フレーム100をセットバックして設け、このセットバック領域に沿って2台のスターリング冷凍機4、2次冷媒ポンプ46を横並びに配置し、その後ろにラジエタ65を配置している。
【0153】
これにより2次冷媒配管と冷却水配管とは、それぞれ纏めて敷設でき、かつ、2次冷媒配管をセットバック領域に、冷却水配管を背面側に纏めて敷設できるようになる。
【0154】
なお、冷却水配管をセットバク領域に、2次冷媒配管を背面側に纏めて敷設するようにしても良いが、配管敷設の際に必要となる曲げ等の作業の容易性や断熱材の巻付けの容易性の観点から、これらの作業の妨げとなる正面側フレーム100を背面側にずらして設けられているセットバック領域に2次冷媒を纏めて敷設することが好ましい。
【0155】
このようにして冷却水配管と2次冷媒配管とを纏めて敷設することにより、例えば保修を行う際に冷却水回路や2次冷媒回路から冷却水や2次冷媒を抜く作業が容易、かつ、確実に行える利点がある。
【0156】
即ち、これら冷却水や2次冷媒を抜く際には、配管の一方の接続箇所を外して冷却水や2次冷媒をバケツ等に受け取るが、このとき配管が入組んだ構成であると、外した配管の端部がバケツ等まで届かず別途ホース等を接続しなければならないことがある。
【0157】
しかし、本発明のように、冷却水配管や2次冷媒配管が、それぞれセットバック領域や背面側に纏めて敷設されていると、取外された配管の端部にバケツ等を容易に宛うことができ、当該冷却水配管や2次冷媒配管の抜取りが容易になると共に、これらを零したりすることが防止できるようになる。
【0158】
また、保修時において、スターリング冷凍機4やラジエタ65等を取外す必要が生じる場合に、正面コーナに正面側フレーム100が取付けられていると、引出し最中のスターリング冷凍機4等がこの正面側フレーム100に当接して破損したり疵付けたりする不都合が抑制できる利点がある。
【0159】
ところでスターリング冷熱供給システムの保修時においては、スターリング冷凍機4やラジエタ65等を設置したり取出したりする必要があるが、筐体8の上部91には制御装置ケース7が取付けられているため、クレーン等を用いてスターリング冷凍機4等の重量物を釣上げるようなことができない。
【0160】
このため、従来は作業員がスターリング冷凍機4を少しづつずらしながら引出す等により取外していたが、これでは作業性が悪いと共に落下等の事故が発生する恐れがあった。
【0161】
そこで、本発明では、上述したように底板94にスターリング冷凍機4を取付ける際に、載置台98と底板94の間に防振ゴム脚93を介在させ、かつ、その高さを所定の高さに設定している。
【0162】
この防振ゴム脚93の所定の高さは、図12に示すように、リフタのフォーク部105が挿入できる高さである。
【0163】
先に述べたように、端部95がL字状に折曲げて形成された底板94の上面(防振ゴム脚93が当接する面)は、底部側フレーム92の最上位点よりも適宜高い位置になるように設けられている。
【0164】
これはリフタのフォーク部105が、底部側フレーム92に当接することなく防振ゴム脚93により形成された隙間に挿入できるようにするためである。
【0165】
なお、図12においてはスターリング冷凍機4とラジエタ65とを別々に取外す場合を例に示しているが、図13に示すようにスターリング冷凍機4、ラジエタ65、冷却水ポンプ67を同時に取外すようにしても良く、また図14に示すように2台のスターリング冷凍機4、ラジエタ65冷却水ポンプ67を同時取外すようにしてもよい。
【0166】
いずれの場合であっても、リフタにより載置して取出すため、取出し作業が容易になると共に、特に図14に示すように2台のスターリング冷凍機4とラジエタ65とを同時取外すような場合には、冷却水ポンプ67も一体に取外すことにより、冷却水を抜く必要が無くなり非常に作業が容易となる。
【0167】
なお、図14においては取外された2台のスターリング冷凍機4とラジエタ65とを示して、他の部分は図示省略している。
【0168】
ところで、上述したように2次冷媒配管には断熱材が巻付けられるが、このとき2次冷媒配管の表面に大気が触れて氷等が付着しないように、断熱材は2次冷媒配管と密着して巻付けることが必要になる。
【0169】
2次冷媒配管が略直線形状の箇所や曲率が大きな箇所では、断熱材は2次冷媒配管と密着して巻付けることは容易であるが、曲率の小さい箇所、複数の2次冷媒配管が並設され、かつ、その間隔が小さな箇所、2次冷媒配管が当該配管の長手方向に対して直交する面に形成された接続部に接続されるような箇所等においては均一な密着状態を保ちながら断熱材を取付けることが非常に困難である。
【0170】
例えば、冷熱源側熱交換器45と2次冷媒配管とが接続される箇所では、2本の2次冷媒配管が近接して敷設されている。このような箇所の2次冷媒配管に断熱材をテーピングして固定するような場合には、テーピング材がこの間に入らず、断熱材を2次冷媒配管に密着して巻付けることができないことがある。
【0171】
そこで、本発明では、2次冷媒配管をセットバック領域に纏めて敷設して、曲り部分の発生を少なくすると共に、それでも密着が困難な箇所は断熱材ユニットを形成して、当該箇所に嵌め込んで取付けるようにしている。
【0172】
図15及び図16は、冷熱源側熱交換器45と2次冷媒配管との接続箇所の取付けられる断熱材ユニット106を示し、図15はその斜視図であり、図16は取付直前の様子を示す図である
【0173】
当該断熱材ユニット106は、金属製のユニット枠107、該ユニット枠107に2次冷媒配管より適宜小さめに形成されて、当該2次冷媒配管が挿嵌される配管溝108を備えた断熱材109等により形成されて、配管溝108に2次冷媒配管を挿嵌してユニット枠107同士をネジ孔113にボルトを挿通する等により固定される。
【0174】
なお、図15に示す番号114は、断熱材109がユニット枠107から抜出さないようにするためのものであり、番号115は当該断熱材ユニット106と接続されて取付けられる断熱材を示し、この断熱材115はテーピング等して固定される。
【0175】
断熱材109は、ウレタン等の断熱特性を有すると共に、弾性特性を有する部材により形成されて、2次冷媒配管を配管溝108に挿嵌した際に、当該配管溝108が2次冷媒配管の形状に変形して当該2次冷媒配管と密着するようになっている。
【0176】
これにより複数の2次冷媒配管が並設され、かつ、その間隔が小さ箇所等の断熱材109と2次冷媒配管との密着性を確保しながら当該断熱材109を巻付けることが困難な箇所でも容易、かつ、確実に取付けることが可能になる。
【0177】
なお、図15等に示す配管溝108は矩形形状であるが、2次冷媒配管の形状に併せて半円形状としても良いことは言うまでもない。但し、この場合も、2次冷媒配管より適宜小さくすることが好ましい。
【0178】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ラジエタを筐体の背面パネルに面して設置し、このラジエタを介して吸気する大気の吸気口当該背面パネルに形成すると共に、スターリング冷凍機を当該筐体の正面パネルに面して設置し、機外に吐出す大気の排気口を当該正面パネルに形成し、かつ、筐体の底板を分割構成すると共に、排気口の面積を吸気口の面積より大きくしたので、大気が筐体内に籠るのを抑制できると共に、騒音が漏れ出ないようになる。すなわち、排気口の開口面積を可能な限り大きくすれば、筐体内の大気が排気しやすくなるので好ましいが、余り大きくするとスターリング冷凍機等で発生する音が、騒音として漏出る量が多くなる。そこで、底板を分割構成とすることにより、その間から大気が流入、流出することができるようになるので、排気口の開口面積を余り大きくすることなく排気が促進されると共に、流入した大気により筐体内の大気が攪拌されて籠りが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の説明に適用されるスターリング冷熱供給システムの斜視図である。
【図2】スターリング冷熱供給システムの側面パネル等を取外した際の斜視図である。
【図3】スターリング冷熱供給システムの回路図である。
【図4】スターリング冷凍機4の構成図である。
【図5】角ブロックの斜視図である。
【図6】角ブロックの取付状態を示す図である。
【図7】ラジエタの構成を示す図である。
【図8】ラジエタの液管配置構成等を示す図である。
【図9】冷却水回路の模式図である。
【図10】スターリング冷熱供給システムの図で、(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は背面図である。
【図11】スターリング冷熱供給システムの側面パネル等を取外した際の側面図である。
【図12】1台のスターリング冷凍機を取外す際の様子を示す斜視図である。
【図13】スターリング冷凍機、ラジエタ、冷却水ポンプを同時に取外す際の様子を示す斜視図である。
【図14】複数のスターリング冷凍機及びラジエタを同時に取外す際の様子を示す斜視図である。
【図15】断熱材ユニットの構成を示す図である。
【図16】断熱材ユニットの取付状況を示す図である。
【符号の説明】
1 スターリング冷熱供給システム
3 冷熱利用機器
4 スターリング冷凍機
5 冷却水装置
6 冷熱搬送装置
7 制御装置ケース
8 筐体
11 モータ
65(65a,65b) ラジエタ
66(66a,66b) 送風機
67 冷却水ポンプ
90 底部
91 上部
92 底部側フレーム
93 上面(防振ゴム脚
93 防振ゴム脚
94 底板
95 側面パネル
96 背面パネル
97 除振バネ
97 正面パネル
98 載置台
99 背面側フレーム
100 正面側フレーム
101 上部側フレーム
102 吸気口
103 排気口
105 フォーク部
106 断熱材ユニット
107 ユニット枠
108 配管溝
109 断熱材
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a Stirling cold energy supply system that can supply cold energy generated using a Stirling refrigerator to a cold energy utilization device.
[0002]
[Prior art]
The Stirling refrigerator can be reduced in size, has a high coefficient of performance and refrigeration efficiency, has a feature that the generated temperature range can be lowered, and has a feature that it can be easily replaced with Freon in recent global environmental problems.
[0003]
For this purpose, including commercial and household cold-use equipment such as freezers, refrigerators, throw-in coolers, etc., low-temperature liquid circulators, low-temperature thermostats, thermostats, heat shock test equipment, freeze dryers, temperature characteristic test equipment, Application as a cold heat supply source in blood / cell storage devices, cold coolers, various measuring devices, and the like is being studied.
[0004]
The Stirling cold heat supply system is a system that can supply cold heat using such a Stirling refrigerator, and a Stirling refrigerator that compresses and expands the working gas to generate cold to cool the cold head, and the Stirling refrigerator There is a cold heat transfer device that transfers the cold generated in the heat to equipment that uses cold heat, a cooling water device that absorbs the heat of the working gas and dissipates it to the atmosphere, a Stirling refrigerator, a cold heat transfer device, a control device that controls the cooling water device, etc. However, these are housed in a housing.
[0005]
Then, the working gas is compressed and expanded by a Stirling refrigerator to generate cold, and the cold head is cooled by this cold.
[0006]
The cold heat transfer device is configured by connecting a cold energy utilization device and a cold head by a secondary refrigerant pipe, and circulating the secondary refrigerant through the secondary refrigerant pipe to cause the cold heat generated in the Stirling refrigerator to be used as the cold heat utilization device. Transport.
[0007]
The cooling water device also supplies a working gas side heat exchanger (incorporated in the Stirling refrigerator) and a radiator for exchanging heat with the working gas whose temperature has risen when the working gas is compressed by a Stirling refrigerator. It is configured to be connected by piping, and cooling water is circulated through the water rejection piping to radiate the heat of the working gas to the atmosphere.
[0008]
And a housing | casing accommodates a Stirling refrigerator, a cooling water apparatus, a cooling-heat transfer apparatus, etc., and the control apparatus is attached to the upper part of the said housing | casing.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above configuration, since the Stirling refrigerator, the cold heat transfer device, and the like are housed in the casing, and these are densely provided for the miniaturization of the system, the air stagnation point is generated and the atmosphere is generated. There is a problem that is easy to get angry.
[0010]
For this reason, it is conceivable to enlarge the exhaust port, but if it is made larger than necessary, there is a problem that the operation sound of the Stirling refrigerator leaks as noise.
[0011]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a Stirling cold supply system that prevents the atmosphere from spilling into the housing and prevents noise from leaking out.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is a Stirling refrigerator that compresses and expands a working gas to generate cold, and a cold heat transfer device that transfers cold generated by the Stirling refrigerator to a cold energy utilization device; In a Stirling cold supply system having a cooling water device that absorbs the heat of the working gas and dissipates heat to the atmosphere via the radiator, and a housing that houses these, the radiator is installed facing the back panel of the housing In addition, an air intake port for intake air through the radiator is formed in the rear panel, and a Stirling refrigerator is installed facing the front panel of the housing, and an air exhaust port for discharging outside the device is provided. Formed on the front panelAnd the bottom plate of the housing is divided and the area of the exhaust port is made larger than the area of the intake portIt is characterized by that.
[0013]
The invention according to claim 2 is characterized in that the upper end portion of the exhaust port is provided at a position higher than the upper end portion of the intake port.
[0015]
  Claim3The invention according to the present invention is characterized in that the opening ratio between the intake port and the exhaust port is set to be 1: 1.2 to 1: 1.5.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a Stirling cold supply system 1 according to the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing the inside thereof. In FIG. 2, a specific configuration of a control device to be described later is not shown.
[0017]
FIG. 3 shows a circuit diagram of the Stirling cold supply system 1.
[0018]
The Stirling cold supply system 1 includes two Stirling refrigerators 4 that generate cold, a cooling water device 5 that absorbs heat of the working gas in the Stirling refrigerator 4 and dissipates heat to the atmosphere, and a secondary refrigerant (for example, HFE). : Hydrofluoroether) is circulated between the Stirling refrigerator 4 and the refrigeration unit 4, and the cold heat transfer device 6 that supplies the cold energy generated in the Stirling refrigerator 4 to the cold energy utilization device 3 and the cold energy utilization device 3 are required. A control device case 7 in which a control device for controlling the Stirling refrigerator 4 and the like is accommodated, and a housing 8 in which these are accommodated, are the main components so that the amount of cold heat can be supplied.
[0019]
The Stirling refrigerator 4 is operated with a constant capacity, and the amount of cold heat supplied is adjusted by performing intermittent operation according to the required state of cold heat.
[0020]
For this reason, when the heat load fluctuation | variation in the cold energy utilization apparatus 3 arises, when it is going to supply cold heat which suppresses the said heat load fluctuation | variation rapidly, it is necessary to use the large Stirling refrigerator which can supply a lot of cold heat. is there.
[0021]
However, a large Stirling refrigerator increases the cost significantly, and the Stirling refrigerator is always operated with a constant capacity even during intermittent operation. In such a case, a large amount of excess cooling heat is generated, which causes a problem of poor economic efficiency.
[0022]
Therefore, it is conceivable to operate a plurality of small Stirling refrigerators according to the required amount of cold heat.
[0023]
At this time, there are a method of circulating the secondary refrigerant in series with respect to a plurality of Stirling refrigerators and a method of circulating the secondary refrigerant in parallel.
[0024]
In the method of circulating in parallel, since the secondary refrigerant circulates in a divided manner to each Stirling refrigerator, the amount of the secondary refrigerant can be increased, but the temperature decrease rate of the secondary refrigerant is not much different from the case of one Stirling refrigerator.
[0025]
In addition, as described above, since the Stirling refrigerator controls the amount of supplied cold by repeating operation and stop, when circulating in parallel, all Stirling refrigerators must be operated and stopped simultaneously. Efficient cooling supply is not possible.
[0026]
For this reason, the operation stop interval is shortened, and the load on the control component (for example, the number of times the power switch is turned on / off) is increased.
[0027]
On the other hand, in the method of circulating in series, since the secondary refrigerant sequentially circulates through a plurality of Stirling refrigerators, it is difficult to increase the amount of secondary refrigerant, but the temperature decrease rate of the secondary refrigerant is reduced. It can be enlarged.
[0028]
In addition, since it is possible to individually control the operation stop of the Stalin refrigerator, there is an advantage that the operation stop interval can be lengthened and the control load on the control component is reduced.
[0029]
From such a viewpoint, the present invention employs a configuration in which two or more Stirling refrigerators 4 are connected in series.
[0030]
When two or more Stirling refrigerators are used, the respective Stirling refrigerators 4 have the same configuration. Therefore, when it is necessary to particularly distinguish them, the first Stirling refrigerator 4a and the second Stirling refrigerator are used. When it is described as 4b or the like and does not need to be distinguished, it is simply described as Stirling refrigerator 4.
[0031]
As shown in FIG. 4, the Stirling refrigerator 4 includes a crank portion 12 that converts rotational power of the motor 11 into reciprocating power, and a compression piston 14 that is formed by reciprocating the compression cylinder 15. A compression portion 17 that compresses the working gas in the space 16, an expansion portion 21 that expands the working gas in the expansion space 20 formed between the expansion piston 18 by reciprocating movement in the expansion cylinder 19, and a compression space 16 and the expansion space 20 are communicated with each other, and a heat storage unit 22 made of a metal mesh sheet or the like provided in the gas flow path S is provided.
[0032]
In the Stirling refrigerator 4, the crank portion 12 is housed in a crank housing 24 that forms a crank chamber 23. The crank 26 is connected to the motor shaft 25, the connecting rod 27 is connected to the crank 26 at one end, and the connecting rod 27. The cross guide head 28 is connected to the other end of the cross guide head 28, and a cross guide liner 29 that restricts the movement direction of the cross guide head 28 in one direction.
[0033]
Thereby, the rotational power of the motor 11 is converted into reciprocating power by the crank portion 12, and the compression piston 14 and the expansion piston 18 reciprocate.
[0034]
The expansion piston 18 moves with a phase advance of approximately 90 degrees with respect to the compression piston 14.
[0035]
Further, the compression piston 14 and the expansion piston 18 are connected to the cross guide head 28 via the piston rod 30, and one end thereof is closely attached and fixed to the piston rod 30, and the other end thereof is closely attached to the fixed plate 36. A fixed oil seal bellows 37 is provided.
[0036]
The oil seal bellows 37 is a metal bellows that expands and contracts with the reciprocating motion of the piston rod 30 and always airtightly separates the space on the compression piston 14 and expansion piston 18 side and the space on the cross guide side. .
[0037]
As a result, the oil 38 that lubricates the cross guide head 28 and the like adheres to the compression piston 14 and the expansion piston 18 and prevents the refrigerating efficiency from being lowered due to the oil 38 entering the compression space 16 and the expansion space 20.
[0038]
Further, a space (called a back pressure chamber) 39 sandwiched between the oil seal bellows 37 and the compression piston 14 or the expansion piston 18 is in an airtight state, and the back pressure is generated by the reciprocating motion of the compression piston 14 or the expansion piston 18. Since the atmosphere of the chamber 39 is compressed and expanded, the energy becomes a motor load, and the efficiency of generating cold heat is reduced.
[0039]
Therefore, a buffer tank 41 in which the back pressure chamber 39 and the crank chamber 23 are connected via a bellows 40 is provided.
[0040]
Further, the working gas side heat exchanger 35 is provided so as to cover the compression space 16 or to surround the gas flow path S that communicates the compression space 16 and the heat storage unit 22 so that the cooling water circulates. ing.
[0041]
When the compression piston 14 moves from the bottom dead center to the top dead center, the working gas in the compression space 16 is compressed. During this time, the expansion piston 18 moves upward, reaches the top dead center, and then moves downward.
[0042]
The working gas compressed with the upward movement of the compression piston 14 flows through the gas flow path S and is sent to the expansion portion 21 side. When the expansion piston 18 moves downward, the working gas passes through the heat storage portion 22 and expands. 20 is sent.
[0043]
When the working gas passes through the heat storage unit 22, the heat is stored in the heat storage unit 22.
[0044]
As the expansion piston 18 reaches bottom dead center, the compression piston 14 moves from top dead center to bottom dead center, and the working gas expands.
[0045]
Since the expansion process at this time is an isothermal expansion process, the heat absorption associated with the expansion is performed via a cold heat source side heat exchanger (cold head) 45 provided at the top of the expansion space. As a result, the heat source side heat exchange is performed. The temperature of the vessel 45 decreases and cold heat is generated.
[0046]
As the compression piston 14 approaches the bottom dead center, the expansion piston 18 starts to move upward, and the working gas passes through the gas flow path S and exchanges heat in the heat storage unit 22 and returns to the compression space 16.
[0047]
Such a cycle is operated as one cycle, and the cold energy of the cold heat source side heat exchanger 45 is used for the cold energy utilization device 3.
[0048]
The cold heat transfer device 6 includes a cold heat source side heat exchanger (cold heat source side heat exchanger 45) for exchanging heat between the cold heat and the secondary refrigerant, a secondary refrigerant pump 46 for circulating the secondary refrigerant to the cold heat utilization device 3, and circulation. Tank 47 for adjusting the amount of secondary refrigerant to be performed, gas-liquid separator 48 for performing gas-liquid separation of the secondary refrigerant returned from the cold energy utilization device 3 side and returning only the liquid to the secondary refrigerant pump 46, utilization of cold energy A pressure adjusting bellows 49 for absorbing a pressure change in the secondary refrigerant circuit caused by supplying cold heat from the device 3 is provided.
[0049]
The secondary refrigerant circulates through the second cold heat source side heat exchanger 45b, the first cold heat source side heat exchanger 45a, the cold energy utilization device 3, and the secondary refrigerant pump 46.
[0050]
At this time, since the secondary refrigerant returned from the cold energy utilization device 3 is in a gas-liquid mixed state, the gas-liquid separator 48 is disposed between the cold heat utilization device 3 and the secondary refrigerant pump 46 in order to separate the secondary refrigerant. The pipe 52 is provided.
[0051]
This gas-liquid separator 48 returns the liquid secondary refrigerant to the secondary refrigerant circuit, the gas-liquid separation pipe 44 provided upright on the pipe 52 between the cold energy utilization device 3 and the secondary refrigerant pump 46. A liquid return pipe 50, a gas recovery pipe 51 for guiding the gas-liquid separated secondary refrigerant to the tank, and the like are formed.
[0052]
Note that the gas-liquid separation tube 44 and the liquid return tube 50 have a substantially inverted U-shape communicating with each other, and a gas recovery tube 51 is connected in the vicinity of the top.
[0053]
Thereby, when the secondary refrigerant in the gas-liquid mixed state flows and returns to the secondary refrigerant pump 46, the gaseous secondary refrigerant rises in the gas-liquid separation pipe 44 and gas-liquid separation is performed. The secondary refrigerant is recovered in the tank 47.
[0054]
As a result of the gas-liquid separation, only the liquid secondary refrigerant returns to the secondary refrigerant pump 46, and inconvenience such as air biting in the secondary refrigerant pump 46 can be prevented.
[0055]
The gaseous secondary refrigerant that has risen in the gas-liquid separator 48 is recovered in the tank 47 through the gas recovery pipe 51, but is condensed when the temperature in the tank 47 is lower than the condensation temperature. Stored.
[0056]
Of course, when the gaseous secondary refrigerant is rising in the gas-liquid separator 48, it may be condensed and liquefied, or the minute liquid secondary refrigerant may rise together with the gaseous secondary refrigerant. In this case, the liquid secondary refrigerant returns to the secondary refrigerant circuit through the gas-liquid separator 48 or the liquid return pipe 50.
[0057]
The tank 47 is provided with a level meter 54 for silently checking the amount of secondary refrigerant stored in the tank 47, and a plurality of levels for detecting that the amount of secondary refrigerant has reached a predetermined amount. A level sensor 55 is provided.
[0058]
In addition, a pressure adjusting bellows 49 for adjusting the pressure of the secondary refrigerant circuit is connected to the upper space of the tank 47 through the gas recovery pipe 51 and the gas-liquid separation pipe 44, and the internal pressure of the tank 47 is higher than a predetermined pressure. In this case, a safety valve 57 that opens, a tank vent 58 that allows the tank 47 to be forcibly opened, a secondary refrigerant injection valve 59 that is used when the secondary refrigerant is injected, and the like are provided.
[0059]
The pressure adjusting bellows 49, the safety valve 57, the tank vent 58, and the secondary refrigerant injection valve 59 are provided in a rectangular block 60, which is a metal general-purpose product having a through hole 74 therein as shown in FIGS. The corner block 60 is mounted on the upper portion of the tank 47.
[0060]
The secondary refrigerant turned into gas may be collected in the tank 47, or a leak may occur, resulting in a shortage of the amount of secondary refrigerant circulating in the secondary refrigerant circuit, and conversely for some reason. There is a concern that the amount of secondary refrigerant becomes excessive.
[0061]
Accordingly, a liquid replenishment pipe 61 and a liquid recovery pipe 62 are provided on the bottom side of the tank 47 in which the liquid secondary refrigerant is stored.
[0062]
The liquid replenishing pipe 61 is connected to the liquid return pipe 50, and a liquid replenishing valve 63 is provided between them. By opening the liquid replenishing valve 63, the secondary refrigerant circuit can be replenished with the secondary refrigerant. .
[0063]
Further, the liquid recovery pipe 62 is connected to a pipe between the secondary refrigerant pump 46 and the second Stirling refrigerator 4, and a liquid recovery valve 64 is provided therebetween.
[0064]
As a result, when the amount of the secondary refrigerant circulating in the secondary refrigerant circuit becomes excessive, the liquid recovery valve 64 is opened and a part of the secondary refrigerant pumped from the secondary refrigerant pump 46 is transferred to the tank 47. Guide and adjust.
[0065]
By the way, the pressure adjusting bellows 49 is a gas secondary refrigerant stored in the tank 47 in accordance with the pressure fluctuation in the secondary refrigerant circuit caused by applying cold heat by the cold energy utilization device 3 or the like. The pressure fluctuation is absorbed by going in and out.
[0066]
Therefore, when a liquid secondary refrigerant flows into the pressure adjusting bellows 49, its function is lost.
[0067]
In principle, the gas recovery pipe 51 is designed so that only a gaseous secondary refrigerant flows.
[0068]
However, a large pressure loss occurs between the connection point of the gas-liquid separation pipe 44 connected to the pipe between the cold energy utilization device 3 and the secondary refrigerant pump 46 and the connection point of the liquid return pipe 50. In some cases, the gas-liquid mixed secondary refrigerant may enter the gas-liquid separation pipe 44, and the liquid secondary refrigerant may flow into the tank 47 through the gas recovery pipe 51.
[0069]
However, since the pressure recovery bellows 49 is conventionally provided in the gas recovery pipe 51, when the liquid secondary refrigerant flows into the tank 47 through the gas recovery pipe 51, it also flows into the pressure adjustment bellows 49. There was an inconvenience.
[0070]
For this reason, the connection point of the gas-liquid separator 48 and the connection point of the liquid return pipe 50 are brought close to each other, and the piping laying method and the connection point position have been devised so that a large pressure loss does not occur between them. .
[0071]
However, if the piping installation method and connection point location requirements are met, the piping may have to be laid in a complicated route, complicating assembly work, and ensuring space for repairs and inspections. Since it becomes difficult, the Stirling cold heat supply system 1 cannot be sufficiently downsized.
[0072]
Therefore, in the present invention, even if the liquid secondary refrigerant flows into the tank 47 via the gas recovery pipe 51, it does not have to flow into the pressure adjusting bellows 49. Therefore, the pressure adjusting bellows 49 is placed in the upper space of the tank 47. Is attached to a corner block 60 provided in communication with the corner block 60.
[0073]
Further, the position where the gas recovery pipe 51 is attached to the tank 47 is lower than the position where the gas recovery pipe 51 is attached to the tank 47, and the liquid secondary refrigerant is gas, for example. Even if an attempt is made to flow into the tank 47 via the recovery pipe 51, this is suppressed by the gradient.
[0074]
With such a configuration, it is not necessary to consider the pressure loss between the connection point of the gas-liquid separation pipe 44 and the connection point of the liquid return pipe 50 when considering the piping laying method and the connection point position. It is only necessary to consider the downsizing of the cooling heat supply system 1 and the ease of maintenance work.
[0075]
In addition, since the connection point of the gas-liquid separator 48 and the connection point of the liquid return pipe 50 can be arbitrarily set, a general-purpose product such as a T-shaped pipe can be used as the connection pipe, and the cost can be reduced. .
[0076]
When the working gas is compressed by the Stirling refrigerator 4, a temperature rise occurs, and when the temperature rises, if it is sent to the expansion part 21 via the heat storage part 22, the heat generation efficiency is lowered. For this reason, the cooling water device 5 is provided to dissipate the heat of the working gas and transfer it to the expansion part 21.
[0077]
The cooling water device 5 is a working gas that forms a cooling water path so as to surround the gas flow path S between the compression space 16 and the heat storage unit 22 in the Stirling refrigerator 4 and exchanges heat between the working gas and the cooling water. Side heat exchanger 35, radiator 65 that is an atmosphere side heat exchanger that exchanges heat between the cooling water heat-exchanged in working gas side heat exchanger 35 and the atmosphere, and air is blown to radiator 65 to send the cooling water to the atmosphere. A blower 66 that improves heat exchange efficiency, a cooling water pump 67 that circulates cooling water between the working gas side heat exchanger 35 and the radiator 65, and the like.
[0078]
Two working gas side heat exchangers 35, radiators 65, and blowers 66 are used, but only one cooling water pump 67 is provided.
[0079]
Two Stirling refrigerators 4 are provided, and in order to distinguish them, the first Stirling refrigerator 4a and the second Stirling refrigerator 4b are described, and accordingly, the working gas side heat exchanger 35 is described. The radiator 65 and the blower 66 may also include a first working gas side heat exchanger 35a, a second working gas side heat exchanger 35b, a first radiator 65a, a second radiator 65b, a first blower 66a, and a second blower 66b as necessary. The first and second are attached as follows.
[0080]
In the cooling water circuit, the cooling water pump 67, the first radiator 65a, the first working gas side heat exchanger 35a, the second radiator 65b, and the second working gas side heat exchanger 35b are connected in a ring according to the circulation direction of the cooling water. Thus, the flow path that sequentially flows through the radiator 65 and the working gas side heat exchanger 35 is defined as one part, and the parts are connected in series.
[0081]
The two radiators 65 are provided corresponding to the two Stirling refrigerations for the following reason.
[0082]
That is, as described above, the secondary refrigerant that has absorbed the cold by the second Stirling refrigerator 4 is supplied to the first Stirling refrigerator 4 and further absorbs the cold by the first Stirling refrigerator 4. Supplied to the cold energy utilization device 3.
[0083]
Accordingly, the first Stirling refrigerator 4 operates in a temperature region closer to the temperature reached by the Stirling refrigerator 4 than in the second Stirling refrigerator 4.
[0084]
In this sense, one radiator 65 may be used and supplied to the first working gas side heat exchanger 35a first and then circulated to the second working gas side heat exchanger 35b. Can be supplied.
[0085]
However, for this purpose, it is necessary to improve the heat dissipation efficiency of the cooling water in the radiator 65 by using a large radiator 65 or by technical development of the radiator 65 based on a new principle, which causes a significant cost increase. .
[0086]
Therefore, in the present invention, the radiator 65 is provided corresponding to each Stirling refrigerator 4 so that efficient heat radiation can be performed while suppressing an increase in cost by using a small radiator by an existing fin type heat exchanger. .
[0087]
It is also possible to use two cooling water pumps 67 corresponding to the radiator 65.
[0088]
However, in this case, if two cooling water pumps 67 are provided, the installation area is greatly increased, and it is cheaper to use one cooling water pump having a large pumping capacity than to use two cooling water pumps.
[0089]
Therefore, in the present invention, by using one cooling water pump 67, cost reduction and downsizing of the Stirling cold heat supply system 1 are achieved.
[0090]
7A and 7B are diagrams showing the configuration of the radiator, in which FIG. 7A is a top view, FIG. 7B is a front view, and FIG. 7C is a side view.
[0091]
The radiator 65 is connected to the inlet pipe 68 that forms the cooling water inlet of the radiator 65, the outlet pipe 69 that forms the cooling water outlet of the radiator 65, and the outlet pipe 69, and is used when draining the cooling water in the radiator 65. And three radiator panels 71 arranged in parallel to exchange heat between the cooling water and the atmosphere.
[0092]
Further, each radiator panel 71 is disposed horizontally at the upper and lower parts, and is connected to the inlet pipe 68 and the outlet pipe 69, respectively, between the upper header 72 and the lower header 73, and between the upper header 72 and the lower header 73. A liquid pipe 75 made of a large number of connected copper pipes, a fin 76 made of an aluminum plate or the like provided by fitting all of the liquid pipes 75 in each radiator panel 71, and a liquid pipe 75 in each radiator panel 71 are fixed. The three radiator panels 71 are integrally held and have a tube plate 77 that also serves to protect the fins 76.
[0093]
The liquid pipes 75 in each radiator panel 71 are arranged at equal intervals as schematically shown in FIG. 8, and the liquid pipes 75 of the adjacent radiator panels 71 are positioned between the liquid pipes 75. It is provided by shifting the installation phase.
[0094]
This is to improve the heat radiation efficiency by allowing the air exchanged with the cooling water to flow while meandering in the liquid pipe 75 of each radiator panel 71.
[0095]
Further, the liquid pipe 75 is fixed to the upper header 72 and the lower header 73 by brazing or the like, and has an effect of securing a work space in order to improve the fixing workability at that time.
[0096]
In addition, although a circular tube and a square tube can be used as the upper header 72 and the lower header 73, a circular tube is used in the present invention.
[0097]
This is selected in connection with the fixing technique when the liquid pipe 75 is fixed to the upper header 72 and the lower header 73. When a fixing method using heat such as brazing is adopted, the heat is This is because thermal stress is generated, and in the case of a square tube, there is a disadvantage that a larger deformation occurs than in the case of a circular tube.
[0098]
Therefore, a square tube can be used if a fixing technique that does not generate thermal stress such as crimping is used.
[0099]
The cooling water circuit includes a cooling water injection valve 78 that is used when water is poured into the cooling water circuit, and a plurality of airs that are opened when the cooling water is poured to form air passages in the cooling water circuit. A drain valve 79, a plurality of drain valves 80 opened when draining the coolant in the coolant circuit, and the like are provided.
[0100]
The cooling water device 5 is configured as shown in FIG. 3, and FIG. 9 shows the cooling water device 5 by paying attention to the height difference of the piping, and the inlets of the Stirling refrigerator 4, the radiator 65, and the cooling water pump 67 are shown. It can be seen that there is a difference in height between the piping positions on the side and the outlet side.
[0101]
Thus, since there is a height difference in the piping position, as will be described later, a plurality of air vent valves 79 and drain valves 80 are provided.
[0102]
One of the plurality of drain valves 80 is provided at the lowest point of the cooling water circuit. Hereinafter, this drain valve 80 is referred to as a main drain valve 81.
[0103]
Further, the other drainage valve 80 is attached to the lowest point of the portion in which the pipe forms a “U” shape as formed between the Stirling refrigerator 4 and the radiator 65. In this specification, this drain valve 80 is called the sub drain valve 82, and the height of the piping position where this sub drain valve 82 is attached is called the minimum point.
[0104]
The air vent valve 79 is provided in a plurality of air vent pipes 85, and the air vent pipe 85 is a portion in which a pipe formed between the Stirling refrigerator 4 and the radiator 65 forms a “reverse U” shape. Is installed at the top of the. Such a top point is called a local maximum point.
[0105]
The cooling water injection valve 78 is provided at the uppermost point of the cooling water injection pipe 87 connected to the water injection port 86 of the cooling water pump 67 and the main drain valve 81. This top point is also the top point in the cooling water circuit.
[0106]
When the cooling water is injected into the cooling water circuit, the cooling water injection valve 78 and the air vent valve 79 are opened, and the cooling water is injected from the cooling water injection valve 78.
[0107]
Conventionally, since the cooling water injection valve 78 dedicated to such water injection is not provided, the cooling water is injected from the drain valve 80.
[0108]
However, since the drain valve 80 is provided at a low position in the cooling water circuit, pressurizing means such as a pump is required, and the pressurizing means needs to be prepared each time, which is inconvenient.
[0109]
On the other hand, in the present invention, since the cooling water injection valve 78 is provided at the highest point in the cooling water circuit, the cooling water flows down by the action of gravity, and without applying any pressure to the cooling water circuit. Water can be injected.
[0110]
In addition, when water is poured into the cooling water circuit, it is necessary to remove air from the cooling water circuit, but there are many local maximum points and local minimum points as shown in FIG. Since there are a lot of long and complicated bent portions, air remaining easily occurs.
[0111]
Therefore, in the present invention, the air vent pipe 85 is provided at the position of the maximum point so that air can be easily and almost completely removed.
[0112]
Conventionally, the radiator 65 is a continuous meandering pipe having many parallel parts and curved parts. Therefore, when the parallel part is installed in a state inclined with respect to the horizontal line, the remaining air is not removed. It accumulates in this parallel part.
[0113]
However, since the air vent pipe 85 cannot be provided in such a parallel portion, the following inconvenience occurs.
[0114]
In other words, fins are inserted into the parallel portions to exchange heat between the cooling water and the atmosphere.
[0115]
Therefore, if air accumulates in the portion, the efficiency of heat exchange with the atmosphere decreases, leading to a decrease in the heat dissipation efficiency of the cooling water, and eventually a decrease in the efficiency of generating heat.
[0116]
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 7 and the like, since the liquid pipe 75 is divided into a plurality of parts and each of them is vertically extended, even if the radiator 65 is installed in an inclined state, Since the remaining air does not accumulate in the liquid pipe 75, it is possible to prevent a decrease in the heat dissipation efficiency of the cooling water and a decrease in the efficiency of generating heat.
[0117]
In addition, although it is preferable to draw out air completely, it adheres to the inner wall of piping, and the air which cannot be taken out at the time of cooling water injection generate | occur | produces.
[0118]
It is feared that such remaining air is gathered while moving according to the circulation of the cooling water, for example, causing the air of the cooling water pump 67 or the generation of abnormal noise.
[0119]
The cooling water injection pipe 87 and the air vent pipe 85 are laid at a position higher than the maximum point and the cooling water pump 67 and in a state of extending upward, so that the remaining air flows as the cooling water circulates. Then, when passing through the local maximum point or the cooling water pump 67, the water is stored in the cooling water injection pipe 87 or the air vent pipe 85.
[0120]
Therefore, it is possible to prevent the cooling water pump 67 from being air-engaged or causing abnormal noise.
[0121]
Moreover, since the cooling water injection pipe 87 and the air vent pipe 85 are formed of transparent and semi-transparent pipes through which the inside of the pipe can be seen through, it is possible to open the air vent valve 79 before the air fills these pipes. In addition, even if water leakage occurs in the cooling water circuit for some reason and the cooling water shortage occurs, it is possible to easily determine whether water leakage has occurred or whether the cooling water is insufficient.
[0122]
Next, the housing 8 that houses such devices will be described. As shown in FIGS. 1, 2, and 10, the housing 8 has a substantially rectangular parallelepiped shape formed by combining angle frames, and the Stirling refrigerator 4, the radiator 65, and the like are fixed to the bottom 90. At the same time, the control device case 7 is attached to the upper portion 91 so that the side panel 95, the back panel 96, and the front panel 97 are fixed by engaging means such as screws.
[0123]
A caster 110 and a stopper 111 are provided under the bottom 90 so that the caster 110 and the stopper 111 can be moved and fixed to an arbitrary place.
[0124]
The bottom 90 to which the Stirling refrigerator 4, the radiator 65, and the like are fixed is framed by a bottom frame 92, and a bottom plate 94 is stretched over the bottom frame 92. A vibration rubber leg 93 is attached.
[0125]
The bottom plate 94 is divided into three pieces, and the end portion 95 in the longitudinal direction of each bottom plate 94 is formed by being bent in an L shape.
[0126]
The upper surface of the bottom plate 94 is appropriately higher than at least the uppermost point of the bottom side frame 92. The reason for this will be described later.
[0127]
In this way, the bottom plate 94 is divided so that the atmosphere can enter and exit between the divided bottom plates 94 so that the atmosphere does not enter the casing 8 and the Stirling cooling and heating system is lightened. It is for aiming at.
[0128]
The reason why the end portion 95 of the bottom plate 94 is bent in an L shape is to reinforce the strength so that the heavy Stirling refrigerator 4 can be placed even if the bottom plate 94 is formed of a thin plate material.
[0129]
The Stirling refrigerator 4 is provided on the mounting table 98 via a vibration isolation spring 97, and the mounting table 98 is fixed to the bottom plate 94 via vibration-proof rubber legs 93.
[0130]
The vibration isolation spring 97 supports the mounting table 98 and the Stirling refrigerator 4 so as not to directly contact each other, and absorbs vibration generated in the Stirling refrigerator 4, and the vibration isolation rubber legs 93 are mounted from the bottom plate 94. The table 98 is supported by a predetermined distance to prevent transmission of vibration.
[0131]
The bottom frame 92 is provided with a back frame 99 and a front frame 100 on which a side panel 95 is screwed, and an upper frame 101 is stretched over them.
[0132]
A side panel 95 is attached to the rear frame 99 and the front frame 100, and a control device case 7 is attached to the upper frame 101.
[0133]
At this time, as shown in FIG. 11, the rear frame 99 on the radiator 65 side is attached to the rear corner of the bottom 90, but the front frame 100 on the Stirling refrigerator 4 side is appropriately placed on the radiator 65 side from the front corner. It is mounted in a set back with the position shifted.
[0134]
In the present specification, the Stirling refrigerator 4 side is referred to as the front and the radiator 65 side is referred to as the rear in the positional relationship between the Stirling refrigerator 4 and the radiator 65 shown in FIG. It is determined for the sake of convenience and does not limit the configuration of the present invention.
[0135]
Therefore, the front side frame 100 is set back and provided. The reason why the front frame 100 is set back in this way will be described later.
[0136]
A rear panel is fixed to the rear frame 99 by screwing, an air inlet 102 for sucking air is formed in the rear panel 96, and a front panel 97 is screwed to the bottom 90 and the upper frame 101. The front panel 97 is formed with an exhaust port 103 for exhausting the atmosphere.
[0137]
The air is sucked from the air inlet 102 of the rear panel 96, flows around the radiator 65, the blower 66, and the Stirling refrigerator 4 and is exhausted from the exhaust port 103 of the front panel 97.
[0138]
Normally, the blower 66 is arranged on the windward side so that the air blown by the blower 66 is blown against the radiator 65. However, in the present invention, as described above, Located on the leeward side.
[0139]
In the configuration in which the blower 66 is arranged on the windward side, when the air flows around the Stirling refrigerator 4, the air is heated by the heat of the motor 11 and the like, and this heat exchange is performed by the radiator 65. This is to prevent the heat dissipation efficiency of the cooling water from decreasing.
[0140]
A grill or the like (not shown) is provided at the intake port 102 or the exhaust port 103, the intake port 102 is provided to face the radiator 65, and the upper end of the exhaust port 103 is appropriately higher than the upper end of the intake port 102. Is formed.
[0141]
This is because a large number of devices such as the Stirling refrigerator 4 and the cold heat transfer device 6 are provided in the housing 8 and are arranged so as not to generate a dead space in order to reduce the size of the system. It is feared that the air that has been blown against these will blow into the housing 8.
[0142]
Therefore, in the present invention, the bottom plate 94 is divided as described above, and the upper end of the exhaust port 103 is formed to be appropriately higher than the upper end of the intake port 102.
[0143]
By making the bottom plate 94 into a divided configuration, air can flow in and out from between them, so that exhaust is promoted and the air in the housing is agitated by the air that flows in to suppress squeezing, Further, cooling is promoted by a Stirling refrigerator or the like.
[0144]
Further, since the upper end of the exhaust port 103 is formed so as to be appropriately higher than the upper end of the intake port 102, the air in the housing 8 rises by natural convection and easily flows out of the exhaust port 103.
[0145]
At this time, if the opening area of the exhaust port is made as large as possible, it is preferable because the atmosphere in the housing can be easily exhausted, but if it is too large, the amount of sound leaking out from the Stirling refrigerator 4 or the like increases as noise. .
[0146]
Therefore, in the present invention, the opening ratio of the intake port 102 and the exhaust port 103 is set to the intake port 102: the exhaust port 103 = 1: 1.2 to 1: 1.5 in consideration of the exhaust efficiency of the atmosphere and noise leakage. It is set to be.
[0147]
By the way, the front side frame 100 is set back and provided for the following reason. That is, as shown in FIGS. 2 and 3, the secondary refrigerant circuit is formed by connecting a plurality of devices such as a plurality of Stirling refrigerators 4, a secondary refrigerant pump 46, and a gas-liquid separator 48 through a secondary refrigerant pipe. The cooling water circuit is formed by connecting a plurality of radiators 65 and a cooling water pump 67 with cooling water piping.
[0148]
Hereinafter, a pipe through which the secondary refrigerant circulates is referred to as a secondary refrigerant pipe, and a pipe through which the cooling water circulates is referred to as a cooling water pipe.
[0149]
The secondary refrigerant pipe is formed of a copper pipe or the like, and the cooling water pipe is formed of a plastic resin pipe or the like.
[0150]
Although not shown in FIGS. 2 and 3 and the like, a heat insulating material is wound around the secondary refrigerant pipe.
[0151]
In the conventional Stirling cooling and heating system, these secondary refrigerant pipes and cooling water pipes are laid in a complicated manner using empty spaces. The work when winding the heat insulating material was very difficult.
[0152]
Therefore, in the present invention, the front frame 100 is set back, and the two Stirling refrigerators 4 and the secondary refrigerant pump 46 are arranged side by side along the set back region, and the radiator 65 is arranged behind the two. is doing.
[0153]
Accordingly, the secondary refrigerant pipe and the cooling water pipe can be laid together, and the secondary refrigerant pipe can be laid on the setback region and the cooling water pipe can be laid on the back side.
[0154]
The cooling water piping may be laid in the set back area and the secondary refrigerant piping may be laid on the back side. However, it is easy to perform work such as bending required when laying the piping and winding of the heat insulating material. From the viewpoint of easiness, it is preferable to lay the secondary refrigerant together in a setback region provided by shifting the front side frame 100 which hinders these operations to the back side.
[0155]
By laying the cooling water pipe and the secondary refrigerant pipe together in this way, for example, when performing maintenance, it is easy to remove the cooling water or the secondary refrigerant from the cooling water circuit or the secondary refrigerant circuit, and There is an advantage that can be done reliably.
[0156]
That is, when removing the cooling water or the secondary refrigerant, one connection portion of the pipe is removed and the cooling water or the secondary refrigerant is received in a bucket or the like. In some cases, the pipe ends do not reach the bucket or the like, and a hose or the like must be connected separately.
[0157]
However, if the cooling water pipe and the secondary refrigerant pipe are laid together on the setback region and the back side as in the present invention, a bucket or the like is easily addressed to the end of the removed pipe. This makes it possible to easily remove the cooling water pipe and the secondary refrigerant pipe and to prevent them from becoming zero.
[0158]
In addition, when it is necessary to remove the Stirling refrigerator 4 and the radiator 65 during the maintenance, if the front frame 100 is attached to the front corner, the Stirling refrigerator 4 being pulled out is connected to the front frame. There is an advantage that it is possible to suppress inconvenience of being in contact with 100 and being damaged or brazed.
[0159]
By the way, at the time of maintenance of the Stirling cold heat supply system, it is necessary to install or take out the Stirling refrigerator 4, the radiator 65, etc., but since the control device case 7 is attached to the upper portion 91 of the housing 8, A heavy object such as the Stirling refrigerator 4 cannot be picked up using a crane or the like.
[0160]
For this reason, in the past, the worker removed the Stirling refrigerator 4 while shifting it little by little, but this caused poor workability and could cause accidents such as dropping.
[0161]
Therefore, in the present invention, when the Stirling refrigerator 4 is attached to the bottom plate 94 as described above, the anti-vibration rubber legs 93 are interposed between the mounting table 98 and the bottom plate 94, and the height thereof is set to a predetermined height. Is set.
[0162]
The predetermined height of the anti-vibration rubber leg 93 is a height at which the lifter fork 105 can be inserted as shown in FIG.
[0163]
As described above, the upper surface of the bottom plate 94 formed by bending the end portion 95 into an L shape (the surface on which the anti-vibration rubber legs 93 abut) is appropriately higher than the highest point of the bottom side frame 92. It is provided to be in position.
[0164]
This is so that the fork portion 105 of the lifter can be inserted into the gap formed by the antivibration rubber legs 93 without contacting the bottom side frame 92.
[0165]
FIG. 12 shows an example in which the Stirling refrigerator 4 and the radiator 65 are separately removed. However, as shown in FIG. 13, the Stirling refrigerator 4, the radiator 65, and the cooling water pump 67 are removed at the same time. Alternatively, as shown in FIG. 14, the two Stirling refrigerators 4 and the radiator 65 cooling water pump 67 may be removed at the same time.
[0166]
In any case, since the lifter is placed and taken out, it is easy to take out, and particularly when two Stirling refrigerators 4 and the radiator 65 are removed simultaneously as shown in FIG. Since the cooling water pump 67 is also integrally removed, it is not necessary to drain the cooling water, and the operation becomes very easy.
[0167]
In FIG. 14, the two removed Stirling refrigerators 4 and the radiator 65 are shown, and the other parts are not shown.
[0168]
By the way, as described above, the heat insulating material is wound around the secondary refrigerant pipe. At this time, the heat insulating material is in close contact with the secondary refrigerant pipe so that the surface of the secondary refrigerant pipe does not come into contact with ice and the like. It is necessary to wrap it.
[0169]
In places where the secondary refrigerant pipe is substantially linear or where the curvature is large, it is easy to wind the heat insulating material in close contact with the secondary refrigerant pipe, but the place where the secondary refrigerant pipe has a small curvature and a plurality of secondary refrigerant pipes are arranged in parallel. In a place where the secondary refrigerant pipe is connected to a connecting portion formed on a surface orthogonal to the longitudinal direction of the pipe, etc. It is very difficult to install insulation.
[0170]
For example, at the location where the cold heat source side heat exchanger 45 and the secondary refrigerant pipe are connected, two secondary refrigerant pipes are laid close to each other. When the heat insulating material is taped and fixed to the secondary refrigerant pipe in such a place, the taping material does not enter between them, and the heat insulating material cannot be tightly wound around the secondary refrigerant pipe. is there.
[0171]
Therefore, in the present invention, the secondary refrigerant pipes are laid together in the setback region to reduce the occurrence of a bent portion, and a portion where contact is still difficult is formed with a heat insulating material unit and fitted into the portion. It is trying to install with.
[0172]
FIGS. 15 and 16 show the heat insulating unit 106 to which the connection point between the cold heat source side heat exchanger 45 and the secondary refrigerant pipe is attached, FIG. 15 is a perspective view thereof, and FIG. FIG.
[0173]
The heat insulating material unit 106 is formed of a metal unit frame 107 and a heat insulating material 109 that is formed in the unit frame 107 so as to be appropriately smaller than the secondary refrigerant pipe, and includes a pipe groove 108 into which the secondary refrigerant pipe is inserted. The secondary refrigerant pipe is inserted into the pipe groove 108, and the unit frames 107 are fixed to each other by inserting bolts into the screw holes 113.
[0174]
In addition, the number 114 shown in FIG. 15 is for preventing the heat insulating material 109 from being pulled out from the unit frame 107, and the number 115 indicates the heat insulating material that is connected to and attached to the heat insulating material unit 106. The heat insulating material 115 is fixed by taping or the like.
[0175]
The heat insulating material 109 has a heat insulating property such as urethane and is formed of a member having an elastic property. When the secondary refrigerant pipe is inserted into the pipe groove 108, the pipe groove 108 has a shape of the secondary refrigerant pipe. And is in close contact with the secondary refrigerant pipe.
[0176]
As a result, a plurality of secondary refrigerant pipes are arranged side by side, and a place where it is difficult to wind the heat insulating material 109 while ensuring the close contact between the heat insulating material 109 and the secondary refrigerant pipe, such as a small interval. However, it can be easily and reliably attached.
[0177]
Although the piping groove 108 shown in FIG. 15 and the like has a rectangular shape, it goes without saying that it may have a semicircular shape in accordance with the shape of the secondary refrigerant piping. However, also in this case, it is preferable to make it appropriately smaller than the secondary refrigerant pipe.
[0178]
【The invention's effect】
  As described above, according to the present invention, the radiator is installed so as to face the rear panel of the housing, and the air intake port for sucking air through the radiator is provided.TheIn addition to forming on the back panel, a Stirling refrigerator is installed facing the front panel of the housing, and an air exhaust port is formed on the front panel for discharging outside the machine.And the bottom plate of the housing is divided and the area of the exhaust port is made larger than the area of the intake portTherefore, it is possible to suppress the atmospheric air from entering the casing and to prevent noise from leaking out.That is, it is preferable to make the opening area of the exhaust port as large as possible because the air in the housing is easily exhausted. However, if the opening area is too large, the amount of sound generated by a Stirling refrigerator increases as noise. Therefore, by dividing the bottom plate, the atmosphere can flow in and out from between them, so that the exhaust is promoted without enlarging the opening area of the exhaust port, and the air flows into the housing. The atmosphere in the body is agitated and the squeezing is suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a Stirling cold heat supply system applied to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view when a side panel or the like of the Stirling cold heat supply system is removed.
FIG. 3 is a circuit diagram of a Stirling cold supply system.
4 is a configuration diagram of a Stirling refrigerator 4. FIG.
FIG. 5 is a perspective view of a corner block.
FIG. 6 is a view showing a mounting state of the corner block.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a radiator.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a radiator liquid pipe and the like.
FIG. 9 is a schematic diagram of a cooling water circuit.
10A and 10B are views of a Stirling cold heat supply system, where FIG. 10A is a front view, FIG. 10B is a side view, and FIG. 10C is a rear view.
FIG. 11 is a side view when the side panel and the like of the Stirling cold heat supply system are removed.
FIG. 12 is a perspective view showing a state when one Stirling refrigerator is removed.
FIG. 13 is a perspective view showing a state in which a Stirling refrigerator, a radiator, and a cooling water pump are removed at the same time.
FIG. 14 is a perspective view showing a state when a plurality of Stirling refrigerators and a radiator are removed at the same time.
FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a heat insulating material unit.
FIG. 16 is a view showing a mounting state of the heat insulating material unit.
[Explanation of symbols]
1 Stirling cold supply system
3 Cold energy equipment
4 Stirling refrigerator
5 Cooling water device
6 Cold transfer device
7 Control device case
8 Case
11 Motor
65 (65a, 65b) Radiator
66 (66a, 66b) Blower
67 Cooling water pump
90 bottom
91 Upper part
92 Bottom frame
93 Top (anti-vibration rubber feet
93 Anti-vibration rubber feet
94 Bottom plate
95 Side panel
96 Rear panel
97 Anti-vibration spring
97 Front panel
98 mounting table
99 Rear frame
100 Front frame
101 Upper frame
102 Inlet
103 Exhaust port
105 Fork
106 Insulation unit
107 unit frame
108 Piping groove
109 Thermal insulation

Claims (3)

作動ガスを圧縮膨張させて冷熱を発生するスターリング冷凍機と、該スターリング冷凍機で発生した冷熱を冷熱利用機器に搬送する冷熱搬送装置と、作動ガスの熱を吸熱してラジエタを介して大気に放熱する冷却水装置と、これらを収納する筐体とを有するスターリング冷熱供給システムにおいて、
前記ラジエタが前記筐体の背面パネルに面して設置されて、前記ラジエタを介して吸気する大気の吸気口が当該背面パネルに形成されると共に、前記スターリング冷凍機が当該筐体の正面パネルに面して設置されて、機外に吐出す大気の排気口が当該正面パネルに形成され、かつ、前記筐体の底板を分割構成すると共に、前記排気口の面積を前記吸気口の面積より大きくしたことを特徴とするスターリング冷熱供給システム。
A Stirling refrigerator that compresses and expands the working gas to generate cold, a cold transfer device that transfers the cold generated by the Stirling refrigerator to a cold energy utilization device, and absorbs the heat of the working gas to the atmosphere via a radiator. In a Stirling cold heat supply system having a cooling water device for radiating heat and a housing for storing them,
The radiator is installed facing the back panel of the housing, and an air intake port for sucking air through the radiator is formed on the back panel, and the Stirling refrigerator is mounted on the front panel of the housing. An air exhaust port that is installed facing and is discharged to the outside is formed in the front panel , and the bottom plate of the housing is divided, and the area of the exhaust port is larger than the area of the air intake port Stirling cold supply system characterized by that.
前記排気口の上端部が、前記吸気口の上端部より高い位置になるように設けたことを特徴とする請求項1記載のスターリング冷熱供給システム。  The Stirling cold supply system according to claim 1, wherein an upper end portion of the exhaust port is provided at a position higher than an upper end portion of the intake port. 前記吸気口と排気口との開口比率が、1:1.2〜1:1.5になるように設定されていることを特徴とする請求項1又は2記載のスターリング冷熱供給システム。The opening ratio of the inlet and exhaust ports, 1: 1.2 to 1: Stirling cold supply system according to claim 1, wherein it is set to be 1.5.
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