JP4036670B2 - Heat transfer device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱利用機器から戻った熱搬送媒体の気液分離を確実に行えるようにした熱搬送装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
スターリング冷凍機は、小型化が可能、成績係数や冷凍効率が高い、発生する温度範囲が広い、近年の地球環境問題におけるフロン代替が容易等の多くの優れた特徴を持っている。
【0003】
そして、かかるスターリング冷凍機で発生した冷熱は、熱搬送装置により冷熱利用機器に搬送して利用される。
【0004】
図4は熱搬送装置を冷熱供給部分(冷熱搬送ユニット101)の回路図を示し、図5はその立体模式図である。なお、図4及び図5におけるa,b,…は、配管の接続部を示している。
【0005】
この熱搬送装置は、スターリング冷凍機のような冷熱源と熱搬送媒体とが熱交換する冷熱源側熱交換器110、該熱搬送媒体を圧送する搬送ポンプ111、熱搬送媒体と冷熱利用機器とが熱交換する図示しない負荷側熱交換器、搬送ポンプ111に液体の熱搬送媒体のみが供給されるように気液分離する気液分離器112、余剰の熱搬送媒体を貯留するタンク113等を主要構成としている。
【0006】
そして、冷熱源側熱交換器110、搬送ポンプ111、気液分離器112及びタンク113等が冷熱搬送ユニット101としてユニット化されている。
【0007】
これにより冷熱利用機器から戻ってきた熱搬送媒体は、冷熱搬送ユニット101の入口管121からユニット内に流入して、搬送ポンプ111、冷熱源側熱交換器110を介して出口管122から冷熱利用機器に供給される。
【0008】
このとき冷熱搬送ユニット101に戻った熱搬送媒体に気体成分が含まれると、冷熱源での熱交換を効率的に行うことが困難となり冷熱搬送効率が低下してしまう等の理由から、戻ってきた熱搬送媒体を気液分離器112で気液分離して液体の熱搬送媒体のみが循環路を循環するようにしている。
【0009】
このような気液分離器112は、鉛直方向に配設された分離管123を備えて、該分離管123の下端部近傍に入口管121が接続(b点)されることにより、当該入口管121を介して戻ってきた熱搬送媒体のうち気体の熱搬送媒体は分離管123内で浮上して(2重点線矢印)、分離管123のコ字状部(c点)に溜まる。また、液体の熱搬送媒体は分離管123の下端に向って流下(2重実線矢印)する。これにより気液分離が行なわれる。
【0010】
タンク113は、分離管123の頂上部側の端が上部に接続されて分離管123のc点で溢れた気体又は液体がタンク113の頭部(e点)から流入して貯留される。
【0011】
また、分離管123の頂上部側の端は、分離管123の下端と搬送ポンプ111とを繋ぐ循環路配管にr点で接続されている。
【0012】
【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、熱搬送媒体の循環量を増大させると液体の熱搬送媒体が分離管123に多量に侵入して、気液分離が正常に行えなくなる事態が発生する問題があった。
【0013】
即ち、分離管123での気液分離点(b点)と、液戻管124の接続部(r点)との間の距離が長く、かつ、冷熱搬送ユニット101を小型化する等の要請がありこの間に複数の屈曲部(配管の曲り部分)が存在するため、気液分離点(b点)と液戻管124の接続部(r点)との間で大きな圧力損失が発生する。
【0014】
このような圧力損失が発生する状態で、熱搬送媒体の循環量を増大させるとこの循環量の増加に伴って気液分離点(c点)と液戻管124の接続部(r点)との差圧が大きくなる。
【0015】
この結果、接続部(r点)の圧力が下がり、反対側となる分離管123のc点が低圧となり液体の熱搬送媒体が吸上げられ、分離管123の頂上部側に侵入してしまう事態が生じる。
【0016】
そこで、本発明は、熱搬送媒体の循環量を増大させても正常に気液分離が行えるようにした熱搬送装置を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、熱搬送媒体と冷熱源との間で熱交換を行わせる冷熱源側熱交換器と、該熱搬送媒体を熱利用機器側に圧送する搬送ポンプとを有して、これらが循環路配管により順に接続されて冷熱搬送ユニットとしてユニット化され、熱利用機器から戻ってきた熱搬送媒体が冷熱搬送ユニットに入る入口管と、熱搬送媒体を熱利用機器に供給する出口管とを備える熱搬送装置において、鉛直方向に配設された分離管を備えて、該分離管の下端部近傍に入口管が直交して接続されることにより、当該入口管を介して戻ってきた熱搬送媒体のうち気体が分離管内を浮上し、液体が当該分離管内を下端に向って流下して気液分離を行う気液分離器を設け、分離管の上端頂上を曲げ戻した後、第1の端と第2の端とに分け、搬送ポンプの吐出側の循環路配管から回収管を下部につなげて熱搬送媒体を貯留するタンクの上部に第1の端を接続し、第2の端を分離管の下端近傍に接続すると共に、タンク内の液体の熱搬送媒体を浄化フィルタを介して搬送ポンプの入力側の循環路配管に導く管路とを有することを特徴とする。
【0018】
【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、本発明の実施の形態の説明に適用される冷熱搬送ユニット1の回路図を示し、図2はその立体模式図である。
【0019】
この熱搬送装置は、スターリング冷凍機のような冷熱源と熱搬送媒体とが熱交換する冷熱源側熱交換器10、該熱搬送媒体を圧送する搬送ポンプ11、熱搬送媒体と冷熱利用機器とが熱交換する負荷側熱交換器、搬送ポンプ11に液体の熱搬送媒体のみが供給されるように気液分離する気液分離器12、余剰の熱搬送媒体を貯留するタンク13、該タンク13に貯留されている液体の熱搬送媒体を回路に戻す際に、清浄化して戻すようにするフィルタ14等を主要構成としている。
【0020】
そして、冷熱源側熱交換器10、搬送ポンプ11、気液分離器12、タンク13及びフィルタ14等が冷熱搬送ユニット1としてユニット化されて、当該冷熱搬送ユニット1には冷熱利用機器から戻ってきた熱搬送媒体がユニット内に戻る入口管21と、搬送ポンプ11、冷熱源側熱交換器10を介して冷熱利用機器に供給される出口管22とが設けられている。
【0021】
なお、冷熱搬送ユニット1の小型化等の要請からタンク13はフィルタ14の上方に配置されており、当該タンク13に貯留された液体の熱搬送媒体が重力の作用で配管29を介して流下してフィルタ14に供給され、当該フィルタ14で浄化されて液戻管24にf点で合流した後循環路配管に戻るようになっている。
【0022】
気液分離器12は、鉛直方向に配設された分離管23により形成されて、該分離管23の下端近傍に入口管21が直交して接続(b点)され、下端部(g点)は搬送ポンプ11につながる循環路配管に接続されている。なお、入口管21及び出口管22は、水平方向に向って設けられている。
【0023】
分離管23は上端を略U字状、略コ字状、略V字状等の頂上を形成して曲げ戻し、その上端d点で第1の端と第2の端とに分け、第1の端はe点を介してタンク13の一部につながっている。第2の端は液戻管24を介して下端部(g点)に接続されている。この接続は、下端部(g点)の近傍であってもよい。
【0024】
これにより入口管21を介して冷熱搬送ユニット1に戻ってきた熱搬送媒体のうち気体の熱搬送媒体は分離管23の頂部側に向って管内を浮上し(c点方向)、また液体の熱搬送媒体は下流(g点方向)して気液分離が行なわれる。
【0025】
分離管23内を浮上してきた気体の熱搬送媒体量が増えると、その頂部近傍(頂部であっても良い)のe点から気体導路管25(第1の端)を通ってタンク13へ導かれる。
【0026】
従って、気液分離された気体の熱搬送媒体は、タンク13の頂部から当該タンク13に流入して貯留される。
【0027】
このタンク13の底部は回収管27が設けられて、搬送ポンプ11と冷熱源側熱交換器10との間の循環路配管26を電磁弁(開閉弁)28を介して接続している。
【0028】
この電磁弁28は、例えば1分間に0.1秒〜数秒間開き、定期的に搬送ポンプ11から吐出される熱搬送媒体を一定量タンク13へ供給する。
【0029】
このタンク13に供給された熱搬送媒体は、タンク13の底部n点に接続された配管29を介してフィルタ14に至り浄化された後、液戻管24のf点を経て循環路配管に戻される。
【0030】
なお、フィルタ14は開閉弁V1〜V3を閉じることにより交換可能となっている。
【0031】
このように液戻管24の接続部(g点)を入口管の接続部(b点)に設けることにより、それ以降の循環路配管に複数の屈曲部が存在して大きな圧力損失が発生するような系であっても、液戻管24の接続部(g点)と入口管の接続部(b点)との間では殆ど圧力損失が発生しないので、熱搬送媒体の循環量を増大させても分離管23のc点が極端な低圧となることなく、液体の熱搬送媒体が分離管23を多量に上昇してしまう事態が防止でき、気液分離作用が阻害されてしまうことが無くなる。
【0032】
なお、タンク13にはq点を介してタンク13内部が高圧となった際のトラップ部及び圧力逃し機が設けられ、p点には熱搬送媒体の注入機構が設けられている。
【0033】
図3は、図4及び図5に示す従来構造と、図1及び図2に示す本発明に係る構造とにおける液柱差を熱搬送媒体の流量に対して示した図である。
【0034】
なお、液柱差とは分離管23と液戻管24との管内に貯まった液体の熱搬送媒体量における液柱の差をいい、タンク13とフィルタ14との据付け構造からこの液柱差は30cm以内にしなければならない。
【0035】
この図から分るように、図3等における従来構成の場合には、分離管23と液戻管24との間に複数の屈曲部(w1〜w4)が存在しているため、流量が3リットル/分になると、液柱差が30cmを超えてしまうが、本発明に係る構成によればこれらの間に屈曲部が存在しないので約10cmに納めることが可能になっている。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、鉛直方向に配設された分離管を備えて、該分離管の下端部近傍に入口管が直交して接続されることにより、当該入口管を介して戻ってきた熱搬送媒体のうち気体が分離管内を浮上し、液体が当該分離管内を下端に向って流下して気液分離を行う気液分離器を設け、分離管の上端頂上を曲げ戻した後、第1の端と第2の端とに分け、第1の端を搬送ポンプの吐出側の循環路配管から回収管を下部につなげて熱搬送媒体を貯留するタンクの上部に接続し、第2の端を分離管の下端近傍に接続すると共に、タンク内の液体の熱搬送媒体を浄化フィルタを介して搬送ポンプの入力側の循環路配管に導く管路とを設けたので、熱搬送媒体の循環量を増大させても正常に気液分離が行えるようになり、信頼性が向上する。
【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冷熱搬送ユニットの回路図である。
【図2】冷熱搬送ユニットの立体模式図である。
【図3】従来構造と、本発明に係る構造とにおける液柱差を熱搬送媒体の流量に対して示した図である。
【図4】従来の技術の説明に適用される冷熱搬送ユニットの回路図である。
【図5】図4の冷熱搬送ユニットの立体模式図である。
【符号の説明】
1 冷熱搬送ユニット
12 気液分離器
22 出口管
23 分離管
24 液戻管
25 気体導路管
26 循環路配管
27 回収管
28 電磁弁
29 接続管
31 搬送ポンプ
32 タンク
35 入口管
39 フィルタ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat transfer device that can reliably perform gas-liquid separation of a heat transfer medium returned from a heat utilization device.
[0002]
[Prior art]
The Stirling refrigerator has many excellent features such as being able to be miniaturized, having a high coefficient of performance and refrigeration efficiency, a wide range of generated temperatures, and being able to easily replace chlorofluorocarbons in recent global environmental problems.
[0003]
And the cold heat which generate | occur | produced in this Stirling refrigerator is conveyed and utilized by cold heat utilization apparatus with a heat conveying apparatus.
[0004]
FIG. 4 is a circuit diagram of a cold heat supply portion (cold heat transfer unit 101) of the heat transfer device, and FIG. 5 is a three-dimensional schematic diagram thereof. In addition, a, b, ... in FIG.4 and FIG.5 has shown the connection part of piping.
[0005]
This heat transfer device includes a cold heat source
[0006]
The cold heat source
[0007]
As a result, the heat transfer medium returned from the cold energy utilization device flows into the unit from the
[0008]
At this time, if a gas component is included in the heat transfer medium that has returned to the cold
[0009]
Such a gas-
[0010]
In the
[0011]
In addition, the top end of the
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above configuration, when the circulation amount of the heat transfer medium is increased, there is a problem that a large amount of the liquid heat transfer medium enters the
[0013]
That is, there is a demand for a long distance between the gas-liquid separation point (point b) in the
[0014]
When the circulation amount of the heat transfer medium is increased in a state where such pressure loss occurs, the gas-liquid separation point (point c) and the connection portion (point r) of the
[0015]
As a result, the pressure at the connecting portion (point r) decreases, the point c of the
[0016]
In view of the above, an object of the present invention is to provide a heat transfer device that can normally perform gas-liquid separation even when the circulation amount of the heat transfer medium is increased.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention includes a cold heat source side heat exchanger that exchanges heat between a heat transfer medium and a cold heat source, and a transfer pump that pumps the heat transfer medium to the heat utilization device side. These are connected in order by a circulation pipe and unitized as a cold transfer unit, and the heat transfer medium returned from the heat utilization device enters the cold transfer unit, and the heat transfer medium is used as the heat utilization device. In the heat transfer device including the outlet pipe to be supplied, the separation pipe arranged in the vertical direction is provided, and the inlet pipe is connected orthogonally to the vicinity of the lower end portion of the separation pipe so that the inlet pipe passes through the inlet pipe. A gas-liquid separator that performs gas-liquid separation by allowing gas to rise inside the separation tube and flowing down toward the lower end of the separation tube and bending the top of the upper end of the separation tube is returned. And then split into a first end and a second end The recovery pipe from the discharge side of the circulation path pipe pump by connecting the lower connecting the first end to the top of the tank for storing the heat-carrying medium, with connecting the second end in the vicinity of the lower end of the separation pipe, tank And a conduit that guides the heat transfer medium of the liquid to a circulation line pipe on the input side of the transfer pump through a purification filter.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a circuit diagram of a cooling and conveying
[0019]
This heat transfer device includes a cold heat source
[0020]
Then, the cold heat source
[0021]
The
[0022]
The gas-
[0023]
The
[0024]
As a result, of the heat transfer medium that has returned to the
[0025]
When the amount of the heat transfer medium of the gas that has floated in the
[0026]
Accordingly, the gas heat-transfer medium that has been gas-liquid separated flows into the
[0027]
A
[0028]
The
[0029]
The heat transfer medium supplied to the
[0030]
The
[0031]
By providing the connection part (point g) of the
[0032]
The
[0033]
FIG. 3 is a diagram showing the liquid column difference between the conventional structure shown in FIGS. 4 and 5 and the structure according to the present invention shown in FIGS. 1 and 2 with respect to the flow rate of the heat transfer medium.
[0034]
The liquid column difference is a difference in the liquid column in the amount of the heat transfer medium of the liquid stored in the
[0035]
As can be seen from this figure, in the case of the conventional configuration in FIG. 3 and the like, a plurality of bent portions (w1 to w4) exist between the
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the separation pipe arranged in the vertical direction is provided, and the inlet pipe is orthogonally connected in the vicinity of the lower end portion of the separation pipe. Of the returned heat transfer medium, gas floats in the separation tube, and a gas-liquid separator is provided to perform gas-liquid separation by flowing down the liquid toward the lower end of the separation tube, and the top of the upper end of the separation tube is bent back. After that, it is divided into a first end and a second end, the first end is connected to the upper part of the tank for storing the heat transfer medium by connecting the recovery pipe from the circulation line pipe on the discharge side of the transfer pump to the lower part , Since the second end is connected to the vicinity of the lower end of the separation pipe, and a pipe for guiding the heat transfer medium of the liquid in the tank to the circulation line pipe on the input side of the transfer pump through the purification filter is provided. Even if the circulation rate of the medium is increased, the gas-liquid separation can be performed normally and the reliability is improved. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a cooling and conveying unit applied to the description of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a three-dimensional schematic diagram of a cold heat transfer unit.
FIG. 3 is a diagram showing a liquid column difference between a conventional structure and a structure according to the present invention with respect to a flow rate of a heat transfer medium.
FIG. 4 is a circuit diagram of a cooling / heating transport unit applied to the description of a conventional technique.
FIG. 5 is a three-dimensional schematic diagram of the cold transfer unit of FIG. 4;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (1)
鉛直方向に配設された分離管を備えて、該分離管の下端部近傍に前記入口管が直交して接続されることにより、当該入口管を介して戻ってきた熱搬送媒体のうち気体が前記分離管内を浮上し、液体が当該分離管内を下端に向って流下して気液分離を行う気液分離器を設け、前記分離管の上端頂上を曲げ戻した後、第1の端と第2の端とに分け、前記搬送ポンプの吐出側の循環路配管から回収管を下部につなげて前記熱搬送媒体を貯留するタンクの上部に第1の端を接続し、第2の端を前記分離管の下端近傍に接続すると共に、前記タンク内の液体の熱搬送媒体を浄化フィルタを介して前記搬送ポンプの入力側の循環路配管に導く管路とを有することを特徴とする熱搬送装置。A heat source side heat exchanger that exchanges heat between the heat transfer medium and the cold heat source, and a transfer pump that pumps the heat transfer medium to the heat utilization device side, and these are sequentially connected by a circulation line pipe An inlet pipe that is connected and unitized as a cold transfer unit and the heat transfer medium returned from the heat utilization device enters the cold heat transfer unit, and an outlet tube that supplies the heat transfer medium to the heat utilization device In the heat transfer device provided,
A separation pipe arranged in the vertical direction is provided, and the inlet pipe is connected orthogonally to the vicinity of the lower end of the separation pipe, so that the gas in the heat transfer medium returned through the inlet pipe A gas-liquid separator is provided that floats in the separation tube and flows down in the separation tube toward the lower end to perform gas-liquid separation. After bending the top of the upper end of the separation tube back, the first end and the first end The first end is connected to the upper part of the tank for storing the heat transfer medium by connecting the recovery pipe to the lower part from the circulation line pipe on the discharge side of the transfer pump, and the second end is connected to the end of the transfer pump. A heat transfer device connected to the vicinity of the lower end of the separation pipe and having a pipe for guiding the heat transfer medium of the liquid in the tank to a circulation pipe on the input side of the transfer pump through a purification filter .
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