JP4897465B2 - 気化冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷却流体の蒸発潜熱によって冷却室で被冷却物を冷却する気化冷却装置に関する。

気化冷却装置は、気化冷却室に冷却流体管路を接続すると共に、冷却室を吸引手段と接続したもので、冷却物を冷却流体の蒸発潜熱でもって気化冷却することができるものである。

この気化冷却装置においては、気化冷却室へ供給された冷却流体の一部が、気化冷却室の外表面に衝突した反動で飛び跳ねて外表面から離脱してしまい、効率良く気化冷却することができない問題があった。
実公平５−３７１８１号公報

解決しようとする課題は、気化冷却室の外表面での冷却流体の飛び跳ねを防止して、供給する冷却流体のより多くの量が被冷却物から熱を奪って気化することによって、効率良く気化冷却することのできる気化冷却装置を提供することである。

本発明は、被冷却物を冷却する冷却室を形成して、当該冷却室の外壁面の接線方向に冷却流体を供給する冷却流体供給管を接続すると共に、冷却室を吸引手段と接続したものにおいて、冷却流体供給管の冷却室側端部に冷却流体を噴射するノズルを取り付けて、当該ノズルを少なくとも２個の冷却流体噴射口で形成すると共に、一方の冷却流体噴射口を冷却室の外壁面に流体膜を形成する流体膜形成口とし、他方の冷却流体噴射口を冷却室の外壁面の接線方向で且つ上記流体膜上に冷却流体を噴霧する冷却流体噴霧口として、冷却流体の外壁面での飛び跳ねを防止するものである。

本発明の気化冷却装置は、冷却流体噴射ノズルに流体膜形成口と冷却流体噴霧口を形成したことによって、流体膜形成口から供給した冷却流体で冷却室の外表面に流体膜を形成し、その流体膜上に冷却流体噴霧口から冷却流体を供給することにより、冷却流体の飛び跳ねを防止して、効率良く気化冷却することができる。

本発明は、冷却流体噴射ノズルに流体膜形成口と冷却流体噴霧口を形成するものであるが、１個のノズルに流体膜形成口と冷却流体噴霧口を一体に形成することも、あるいは、別体の流体膜形成口と冷却流体噴霧口を組み合わせて１個のノズルとすることもできる。

本実施例においては、冷却室として反応釜１のジャケット部２を用いた例を示す。反応釜１の内部に入れた図示しない被冷却物を、ジャケット部２に供給する冷却源としての冷却流体によって冷却するものである。

反応釜１のほぼ全周にわたりジャケット部２を形成して、このジャケット部２に吸引手段としての組み合わせ真空ポンプ４と、冷却流体供給管５を接続する。冷却流体供給管５には、熱交換部としてのエゼクタ１８を介在して、ジャケット部２内に配置した冷却流体管路６と接続する。

エゼクタ１８は、ジャケット部２に極力接近した位置に配置すると共に、エゼクタ１８の吸引口には加熱用の蒸気供給管１９を接続する。冷却流体供給管５から供給される冷却流体と、蒸気供給管１９から供給される加熱用の蒸気とが、エゼクタ１８内で混合され所定温度に制御されて、冷却流体管路６へと供給される。

エゼクタ１８をジャケット部２の近傍に配置したことによって、エゼクタ１８で所定温度に制御された冷却流体の温度が変化するまでに、冷却流体を冷却流体管路６へ供給することができ、ジャケット部２内へ温度精度良くコントロールされた冷却流体を供給することができる。

ジャケット部２内に配置した冷却流体管路６の端部は図２に示すようにノズル２５として、当該ノズル２５を２個の冷却流体噴射口２７，２８で形成し、一方の冷却流体噴射口を反応釜１の外壁面に流体膜を形成する流体膜形成口２７とし、他方の冷却流体噴射口を反応釜１の外壁面の接線方向で且つ上記流体膜上に冷却流体を噴霧する冷却流体噴霧口２８とする。

流体膜形成口２７と冷却流体噴霧口２８からは、図２において直線２９，３０で示すように冷却流体が噴射され、冷却流体２９が反応釜１の外表面に薄膜状の流体膜を形成すると共に、冷却流体３０がその流体膜上に噴霧されることによって冷却流体３０の反応釜１外表面での飛び跳ねを防止することができる。

冷却流体供給管５の下方部は、組み合わせ真空ポンプ４の循環路１５の一部と接続すると共に、上方部を冷却流体管路６の一端部と接続する。冷却流体管路６は、ジャケット部２内に螺旋状に配置して、図２に示すとおりに冷却流体管路６の反応釜１側に複数の冷却流体噴射ノズル２５を設ける。

本実施例においては、ジャケット部２の左側上部に流量調節弁７を介在した蒸気供給管８を接続する。この蒸気供給管８から、所定圧力すなわち所定温度の加熱用蒸気を、ジャケット部２へ供給することによって、反応釜１内の被加熱物を加熱することもできるものである。

ジャケット部２の右側下方に排出管９を接続して、組み合わせ真空ポンプ４のエゼクタ１０と接続する。排出管９には、開閉弁１１と気液分離器１２をそれぞれ取り付ける。気液分離器１２は、排出管９から流下してくる蒸気と液体をそれぞれ分離することができるものであり、分離された蒸気は蒸気エゼクタ３へ吸引され、一方、分離された液体は管路２０を通って下方のエゼクタ１０へ吸引される。

蒸気エゼクタ３は、蒸気供給管８を分岐した分岐管２１に入口側を接続し、出口側を管路２２によって再度、蒸気供給管８の流量調節弁７の手前側に接続したもので、排出管９から流下してくるジャケット部２内の一部の蒸気を、蒸気エゼクタ３で吸引して再度、蒸気供給管８からジャケット部２へ供給することによって、ジャケット部２内の加熱用蒸気を強制的に循環させることができるものである。

組み合わせ真空ポンプ４を、エゼクタ１０とタンク１３と循環ポンプ１４を順次に循環路１５で連通して形成する。タンク１３の上部には、冷却流体としての冷却水を補給する冷却水補給管１６を接続する。循環路１５の一部を分岐して余剰水排出管１７と、上述した冷却流体供給管５をそれぞれ接続する。冷却流体供給管５は、組み合わせ真空ポンプ４を循環する循環流体の一部を、ジャケット部２の冷却流体管路６へ供給することによって、反応釜１を気化冷却することができるものである。

ジャケット部２の左側面に、管路２３と開閉弁２４を介在して組み合わせ真空ポンプ４のエゼクタ１０と接続する。この管路２３は、ジャケット部２内で発生した冷却流体の気化蒸気をエゼクタ１０へ吸引するためのものである。

反応釜１内の被冷却物を冷却する場合は、冷却流体供給管５及びエゼクタ１８から所定温度に制御された冷却流体を冷却流体管路６内へ供給して、冷却流体管路６内を冷却流体で満たすと同時に、冷却流体管路６の反応釜１側に設けた複数の冷却流体噴射ノズル２５から反応釜１の外表面の接線方向へ冷却流体を噴霧する。噴霧された冷却流体は、流体膜形成口２７から供給された図２における直線２９で示す冷却水による流体膜によって飛び跳ねることがない。

一方、組み合わせ真空ポンプ４の循環ポンプ１４を駆動して、エゼクタ１０の発生する吸引力で排出管９または管路２３を介してジャケット部２内を所定の圧力状態、例えば、大気圧以下の真空状態、とすることにより、反応釜１の外表面へ噴霧される冷却流体が反応釜１内の被冷却物の熱を奪って蒸発気化することにより、その蒸発潜熱によって被冷却物を気化冷却することができる。

このように反応釜１を冷却する場合に、冷却流体管路６の冷却流体噴射ノズル２５から接線方向へ噴霧される冷却流体３０が、反応釜１の外表面で飛び跳ねることがないために、効率良く気化冷却を実施することができる。

ジャケット部２で被冷却物を冷却した冷却流体の気化蒸気及び気化しきれなかった冷却流体の一部は、排出管９または管路２３を通ってエゼクタ１０に吸引されタンク１３に至る。

エゼクタ１０で発生することのできる吸引力は、エゼクタ１０を流下する流体の温度によって決まるために、冷却水補給管１６から適宜所定温度の冷却水をタンク１３へ補給することによって、エゼクタ１０を流下する流体温度を調節して、エゼクタ１０の吸引力をコントロールすることができる。

本発明の気化冷却装置の実施例を示す構成図。 図１におけるＡ−Ａ線断面の拡大図。

符号の説明

１ 反応釜
２ ジャケット部
４ 吸引手段
５ 冷却流体供給管
６ 冷却流体管路
９ 排出管
１０ エゼクタ
１３ タンク
１４ 循環ポンプ
１５ 循環路
１８ 熱交換部
１９ 蒸気供給管
２５ ノズル
２７ 流体膜形成口
２８ 冷却流体噴霧口

Claims (1)

1. 被冷却物を冷却する冷却室を形成して、当該冷却室の外壁面の接線方向に冷却流体を供給する冷却流体供給管を接続すると共に、冷却室を吸引手段と接続したものにおいて、冷却流体供給管の冷却室側端部に冷却流体を噴射するノズルを取り付けて、当該ノズルを少なくとも２個の冷却流体噴射口で形成すると共に、一方の冷却流体噴射口を冷却室の外壁面に流体膜を形成する流体膜形成口とし、他方の冷却流体噴射口を冷却室の外壁面の接線方向で且つ上記流体膜上に冷却流体を噴霧する冷却流体噴霧口として、冷却流体の外壁面での飛び跳ねを防止することを特徴とする気化冷却装置。

Images