JP5483959B2 - Evaporative cooling device - Google Patents
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Description
本発明は、水等のように蒸発性を有する液体の蒸発、凝縮を利用して冷却を行う蒸発式冷却装置に関するものである。 The present invention relates to an evaporative cooling device that performs cooling by using evaporation and condensation of an evaporating liquid such as water.
かかる蒸発式冷却装置として、水蒸気圧縮冷凍機がある(例えば、特許文献1参照)。図6を参照して、同特許文献1の水蒸気圧縮冷凍機においては、蒸発器60と、該蒸発器60に連結配管61で相互連結された凝縮器62と、該蒸発器60と凝縮器62との相互間を接続する連結配管(ダクト)63に配設した圧縮機64とを備えている。
As such an evaporative cooling device, there is a steam compression refrigerator (see, for example, Patent Document 1). Referring to FIG. 6 , in the steam compression refrigerator of
この水蒸気圧縮冷凍機では、真空ポンプ65で内部を真空状態にし、圧縮機64を運転することで蒸発器60内の水蒸気が蒸発し、蒸発器60内の温度を低下させて冷水を製造し、冷水ポンプ66により放射パネル等の負荷67へ供給する。蒸発器60で蒸発した水蒸気は、圧縮機64によって圧縮された後、凝縮器62に導かれる。該凝縮器62では冷却塔68からの冷却水によって凝縮され再び水に戻る。高温水蒸気の凝縮によって昇温された冷却水は、冷却水ポンプ69によって冷却塔68に送られ、その熱を該冷却塔68により外部へ放熱する。
In this steam compression refrigerator, the inside of the
かかる従来例では、蒸発器60および凝縮器62は、それぞれ個別の容器で構成されており、このように個別の容器を並設するために、大きな設置スペースを必要とするとともに、装置自体が大型化し、これと共に、材料面や製造面でコスト高になるという課題がある。
In such a conventional example, the
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであって、設置スペースも小さくて済むと共に、装置全体の小型化、ひいては材料面や製造面でのコスト低減を図ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described points. It is an object of the present invention to reduce the installation space and to reduce the size of the entire apparatus, and further to reduce the cost in terms of materials and manufacturing.
本発明では、上記目的を達成するために、次のように構成している。 In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
本発明にかかる蒸発式冷却装置は、真空ポンプによって大気圧よりも低い減圧にされると共に、蒸発性液体を前記減圧で沸騰蒸発させる蒸発室と、この蒸発室において発生した蒸気を圧縮する蒸気圧縮機と、前記真空ポンプによって大気圧よりも低い減圧にされると共に、前記蒸気圧縮機で圧縮した蒸気を凝縮する凝縮室とを備える蒸発式冷却装置において、単一容器の内部に少なくとも二重の仕切りによって相互に仕切られた前記蒸発室と前記凝縮室とを有すると共に、前記二重の仕切り間に空間が介在しており、前記蒸発室および前記凝縮室のうちのいずれか一方の室と前記両仕切り間の前記空間とが、導圧管で連通して、前記いずれか一方の室内の圧力と前記空間の圧力とが同圧になっている、
ことを特徴とするものである。
Evaporative cooling apparatus according to the present invention, while being lower vacuum than the atmospheric pressure by a vacuum pump, and the evaporation chamber to boil evaporate evaporable liquid in the vacuum, vapor compression for compressing the vapor generated in this evaporation chamber and machine, with the lower vacuum than the atmospheric pressure by the vacuum pump, the evaporative cooling system and a condensing chamber for condensing the vapor compressed by the vapor compressor, at least double in the interior of a single container And having the evaporation chamber and the condensation chamber partitioned from each other by a partition, and a space is interposed between the double partitions, and one of the evaporation chamber and the condensation chamber, and the The space between the two partitions communicates with a pressure guiding tube, and the pressure in one of the chambers and the pressure in the space are the same pressure,
It is characterized by this.
前記単一の容器の形状は、密閉可能であれば特に限定されるものではなく、例えば、密閉可能な円筒状や角筒状やその他であってもよい。 The shape of the single container is not particularly limited as long as it can be sealed, and may be, for example, a cylindrical shape that can be sealed, a rectangular tube shape, or the like.
前記仕切りは、二重以上であればよい。 The partition may be double or more.
前記仕切りは、単一容器の内部を少なくとも蒸発室と凝縮室との二室に区画できればよく、その仕切り方には特に限定されない。 The partition is not particularly limited as long as the inside of a single container can be partitioned into at least two chambers, an evaporation chamber and a condensation chamber.
前記単一の容器内において、前記蒸発室と前記凝縮室は、その容積を前記仕切りにより均等に仕切られてもよいし、不均等に仕切られてもよい。 In the single container, the volumes of the evaporation chamber and the condensation chamber may be equally divided by the partition or may be unevenly partitioned.
前記仕切りは、容器とは別体の例えば板材で構成し、容器に対して溶接等で一体化してもよい。この場合、仕切りは仕切り板と称することができるし、あるいは、容器壁の一部を構成するものとし、仕切り壁と称することもできる。 The partition may be formed of, for example, a plate material that is separate from the container, and may be integrated with the container by welding or the like. In this case, the partition may be referred to as a partition plate, or may constitute a part of the container wall and may be referred to as a partition wall.
本発明の蒸発式冷却装置によると、蒸発室と凝縮室とを別々の容器ではなく、単一の容器内に形成するので、蒸発室と凝縮室とを別々の容器で構成し2つの容器を設置していた従来装置とは異なり、装置の全体サイズを小型にできると共に、設置スペースを削減でき、更に、材料コストひいては製造コストを削減することが可能となる。しかも、蒸発室と凝縮室との間に介在した二重仕切りの間に空間を介在させた構成を有するので、この空間を断熱用の空間として、凝縮室から蒸発室への伝熱を有効に遮断して熱効率の低下を効果的に抑制することができる。更に、二重の仕切りの間の空間の圧力は、蒸発室または凝縮室のいずれか一方の室内圧と同圧となるので、二重の仕切りの内、一方の仕切りは、差圧による応力を受けることがなくなり、これにより他方の仕切りに比べて薄く構成して材料コストを削減することができる。さらに、前記空間が、大気圧よりも低い真空となるので、凝縮室から蒸発室への伝熱を効果的に遮断することができる。 According to the evaporative cooling device of the present invention, the evaporation chamber and the condensing chamber are formed in a single container instead of separate containers. Therefore, the evaporation chamber and the condensing chamber are configured as separate containers, and two containers are formed. Unlike the conventional apparatus that has been installed, the overall size of the apparatus can be reduced, the installation space can be reduced, and further, the material cost and thus the manufacturing cost can be reduced. In addition, since the space is interposed between the double partitions interposed between the evaporation chamber and the condensation chamber, this space is used as a space for heat insulation to effectively transfer heat from the condensation chamber to the evaporation chamber. It can block | block and can suppress the fall of thermal efficiency effectively. Furthermore, since the pressure in the space between the double partitions is the same as the pressure in either the evaporation chamber or the condensation chamber, one of the double partitions is stressed by the differential pressure. Therefore, it is possible to reduce the material cost by forming a thinner structure than the other partition. Furthermore, since the space becomes a vacuum lower than the atmospheric pressure, heat transfer from the condensation chamber to the evaporation chamber can be effectively blocked.
なお、伝熱を遮断する観点から、上記仕切りを構成する材料を、容器とは異なる低い熱伝導率の材料としてもよい。 From the viewpoint of blocking the heat transfer, the material forming the partition, but it may also as a material of different low thermal conductivity container.
本発明の他の実施態様では、前記二重の仕切り間に介在している前記空間が、減圧状態にされている。 In another embodiment of the present invention, the space interposed between the double partitions is in a reduced pressure state.
前記空間は、製造段階で減圧状態にして密閉してもよいし、前記空間を真空ポンプ等に連結して減圧状態にしてもよい。 The space may be sealed in a reduced pressure state during manufacturing, or the space may be connected to a vacuum pump or the like to be in a reduced pressure state.
前記二重の仕切り間の前記空間が大気圧のままで密閉されると、当該蒸発式冷却装置の運転を開始した後に、二重の仕切りの両側、すなわち、前記空間の両側の減圧された蒸発室および減圧された凝縮室と、前記空間との間の差圧がそれぞれ大きなものとなる。したがって、この場合には、二重の仕切りは、その差圧に耐える必要があるために、仕切りを構成する部材、例えば、仕切り板を厚くする必要があるのに対して、この実施態様では、前記空間が減圧状態にされるので、前記差圧が小さくなり、仕切り板の厚みを薄くすることができる。 When the space between the double partitions is sealed at atmospheric pressure, after the operation of the evaporative cooling device is started, reduced evaporation on both sides of the double partition, that is, both sides of the space, is performed. The differential pressure between the chamber and the decompressed condensing chamber and the space is increased. Therefore, in this case, since the double partition needs to withstand the differential pressure, a member constituting the partition, for example, the partition plate needs to be thickened. Since the space is in a reduced pressure state, the differential pressure is reduced, and the thickness of the partition plate can be reduced.
本発明の別の好ましい実施態様では、前記二重の仕切りを、前記空間を挟んで対向する二枚の仕切り板によって構成しており、前記単一の容器は、円筒状の容器本体を含み、前記二枚の仕切り板によって、前記容器本体の円形断面を二分するように、前記蒸発室および前記凝縮室を、半円筒状にそれぞれ区画形成している。 In another preferred embodiment of the present invention, the double partition is constituted by two partition plates facing each other across the space, and the single container includes a cylindrical container body, The evaporating chamber and the condensing chamber are each formed in a semi-cylindrical shape so as to bisect the circular cross section of the container body by the two partition plates.
この実施態様によると、これら仕切り板は互いの間に前記空間を挟むので、仕切り板を介して前記蒸発室と前記凝縮室との間で熱移動することを阻止することができる。更に、円筒状の容器本体内を、二枚の仕切り板で半円筒状に仕切って蒸発室と凝縮室とを区画形成するので、簡単な構造で装置の小型化を図ることができる。 According to this embodiment, since the partition plates sandwich the space between them, heat transfer between the evaporation chamber and the condensation chamber can be prevented via the partition plates. Furthermore, since the inside of the cylindrical container body is divided into a semi-cylindrical shape by two partition plates and the evaporation chamber and the condensation chamber are partitioned, the apparatus can be reduced in size with a simple structure.
本発明のさらに別の好ましい実施態様では、前記凝縮室と前記両仕切り間の前記空間とが、前記導圧管で連通して、前記凝縮室内の圧力と前記空間の圧力とが同圧になっている。 In still another preferred embodiment of the present invention, the condensing chamber and the space between the two partitions communicate with each other through the pressure guiding tube, and the pressure in the condensing chamber and the pressure in the space become the same pressure. Yes.
本発明の他の実施態様では、前記凝縮室が前記真空ポンプに接続され、前記凝縮室と前記空間とを連通する前記導圧管の一部が、前記凝縮室と前記真空ポンプとを接続する配管で構成される。In another embodiment of the present invention, the condensing chamber is connected to the vacuum pump, and a part of the pressure guiding pipe that connects the condensing chamber and the space is connected to the condensing chamber and the vacuum pump. Consists of.
本発明装置によれば、蒸発室と凝縮室とを同一容器内に形成するので、蒸発室と凝縮室とを別々の容器で形成した従来装置に比べて、装置全体を小型化して装置の設置スペース、および材料や製造のコストを削減することが可能となる。しかも、蒸発室と凝縮室との間を、空間を介在させて少なくとも二重に仕切るので、凝縮室から蒸発室への伝熱を前記空間により有効に遮断して熱効率の低下を効果的に防止することができる。 According to the apparatus of the present invention, since the evaporation chamber and the condensation chamber are formed in the same container, the entire apparatus is reduced in size and installed as compared with the conventional apparatus in which the evaporation chamber and the condensation chamber are formed as separate containers. Space and material and manufacturing costs can be reduced. Moreover, since the space between the evaporation chamber and the condensing chamber is at least double partitioned, the heat transfer from the condensing chamber to the evaporation chamber is effectively blocked by the space, effectively preventing a decrease in thermal efficiency. can do.
以下、図面によって本発明の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1に、本発明の実施形態に係る蒸発式冷却装置のシステム構成を示す。図1を参照して、この実施形態に係る蒸発式冷却装置においては、密閉型の単一の容器1の内部を、後述のように、二枚の仕切り板2a,2bによって2つの室に仕切ると共に、一方の室を蒸発室3、他方の室を凝縮室4とし、かつ、二枚の仕切り板2a,2bの間に空間5を介在させた構成としている。この空間5は、前記蒸発室3と凝縮室4とを断熱することができる。
FIG. 1 shows a system configuration of an evaporative cooling apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, in the evaporative cooling apparatus according to this embodiment, the interior of a single sealed
こうして密閉型の単一容器1の内部を前記二枚の仕切り板2a,2bによって仕切ることにより、蒸発室3と凝縮室4とを単一容器1内部にコンパクトに隣接配置させることが可能となって、装置全体の小型化ならびに製造コストや材料コストを低減することが可能となる。しかも、これら両室3,4の相互間での熱移動を効果的に抑制して熱効率の低下を防止するようにしている。
Thus, by separating the inside of the sealed
蒸発室3は、その内部に入れた蒸発性液体、例えば水を大気圧より低い減圧の状態で沸騰蒸発させるものであり、この蒸発室3内に溜まる水を、蒸発性液体出口6より管路8を介して循環ポンプ7にて汲み出し、冷房箇所等の負荷側における間接熱交換器9に対して冷却源として供給した後、管路10を介して蒸発性液体入口11に供給し、再び前記蒸発室3内に、その上部のノズル12から噴出するように戻るという循環を行うように構成されている。
The
凝縮室4は、その内部に溜まる冷却用流体、例えば水を冷却用流体出口13より管路16を介して循環ポンプ14にて汲み出し、放熱側における間接熱交換器15に供給して、大気への放熱等よって冷却する。この間接熱交換器15によって冷却した水を、管路17を介して冷却用液体入口18に供給し、凝縮室4内に、その上部のノズル19から噴出するように戻るという循環を行うように構成されている。
The
更に、蒸発室3の蒸気出口20と凝縮室4の蒸気入口21とを、蒸気ダクト22で接続するとともに、この蒸気ダクト22の途中には、蒸発室3からの蒸気を圧縮して凝縮室4に送り込む蒸気圧縮機23としてルーツ型圧縮機を設けている。このルーツ型圧縮機では、例えば,蒸気を温度差で約10℃程度圧縮することができる。なお、蒸気圧縮機23としては、ルーツ型圧縮機に限らず、ブロワー圧縮機、ねじ型圧縮機やその他の圧縮機を使用することができる。
Further, the
蒸発室3の内部および凝縮室4の内部は、凝縮室4の真空用排気口24に接続した真空ポンプ25によって大気圧よりも低い減圧に保持することによって、蒸発室3内で蒸発性液体の沸騰蒸発を行わせるように構成されている。
The inside of the evaporating
また、蒸発室3の底部の接続口30と凝縮器4の底部の接続口31とは、連通管26で接続され、凝縮室4内の水の一部を、連通管26を介して蒸発室3内に供給するようにしている。
The
蒸発室3と凝縮室4とは、上述のように、容器1の中央部に設けた二枚の仕切り板2a,2bによって二重に仕切られている。両仕切り板2a,2bの間の断熱用の空間5は、該空間5に対応する接続口29と蒸発室3の接続口28とを接続する導圧管27によって蒸発室3と同圧とされる。これによって、両仕切り板2a,2bの内の蒸発室3側の仕切り板2bは、差圧による応力を受けず、凝縮室4側の仕切り板2aに比べて、薄い仕切り板を使用することができる。
As described above, the
図2は、図1の容器1の斜視図であり、図3は、その側面図であり、図4は、図3の矢視A−A断面図であり、これらの図において、図1に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
2 is a perspective view of the
この容器1は、例えば、ステンレス製であり、円筒状の容器本体1aと、前端の開口を閉塞する前面板1bと、後端の開口を閉塞する後面板1cとを備えている。前面板1bおよび後面板1cは、蒸発室3、凝縮室4および仕切り板2a,2b間の空間5をそれぞれ閉塞する。容器1を構成する材料は、ステンレスなどの金属に限らず、硬質の合成樹脂などであってもよい。
The
容器本体1aは、図3に示すように、その軸線50が水平になるように4本の取付脚51によって横向きに配置されている。
As shown in FIG. 3, the container
円筒状の容器本体1aには、該容器本体1aの軸線50方向に延びる平板状の二枚の仕切り板2a,2bが、容器本体1aの円形断面を二分するように直径方向に配置されることによって、蒸発室3および凝縮室4を、それぞれ半円筒状に区画形成している。
In the
蒸発室3側の本体上部には、蒸気出口20が設けられる一方、凝縮室4側の本体上部には、蒸気入口21が設けられる。
A
蒸発室3側の前面板1bには、導圧管27の一端が接続される接続口28が設けられる一方、二枚の仕切り板2a,2bで挟まれた断熱用の空間5に対応する本体上部には、導圧管27の他端が接続される接続口29が設けられる。
The
蒸発室3側の本体側部には、蒸発性液体入口11が三箇所に設けられる一方、凝縮室4側の本体側部には、冷却用流体入口18が三箇所に設けられる。
Evaporable
また、蒸発室3側の本体下部の前面寄りには、蒸発性液体出口6が設けられる一方、凝縮室4側の本体下部の後面寄りには、冷却用液体出口13が設けられる。更に、蒸発室3側の本体下部の前面側には、連通管26の一端が接続される接続口30が設けられる一方、凝縮室4側の本体下部の前面側には、連通管26の他端が接続される接続口31が設けられる。二枚の仕切り板2a,2bで挟まれた断熱用の空間5の底部には、ドレン配管(図示せず)が設けられており、万一、空間5内に冷媒が混入したような場合には、冷媒を排出できるようになっている。
Further, an evaporative
前面板1bの蒸発室3側および凝縮室4側には、真空排気用の排気口32,24がそれぞれ設けられる。
なお、容器本体1aの上部には、蒸気圧縮器23およびそれを駆動するモータなどを取り付けるための図示しない取付座が設けられており、容器本体1aの上部のスペースを有効に利用し、装置全体の設置スペースを削減している。
Note that a mounting seat (not shown) for mounting the
かかる構成を有する容器1を用いて、上述の図1のシステムが構成される。
The above-described system shown in FIG. 1 is configured using the
再び図1を参照して、蒸発室3内における減圧状態での沸騰蒸発にて冷却されて温度が低くなった水は、管路8を介して循環ポンプ7にて負荷側に送られて間接熱交換器9で熱交換されて冷房等に供され、この負荷側において温度が上昇した水は、管路10を介して再び蒸発室3内に戻って、ここで再び沸騰蒸発することで冷却されて温度が低くなる。
Referring to FIG. 1 again, the water that has been cooled by boiling and evaporating in the
一方、蒸発室3内における沸騰蒸発にて発生した蒸気は、蒸気圧縮機23にて吸引されて圧縮されて凝縮室4内に至り、凝縮室4での冷却にて凝縮され、この凝縮水の一部は、圧力差によって連通管26を介して蒸発室3に供給される。
On the other hand, the vapor generated by boiling evaporation in the
また、凝縮室4内で熱を放出して凝縮液化した水は、管路16を介して循環ポンプ14にて放熱側に送られて間接熱交換器15で大気への放熱等よって冷却され、管路17を介して凝縮室4内に戻るという循環を繰り返す。
Further, the water condensed and liquefied by releasing heat in the condensing
以上の構成の蒸発式冷却装置では、単一の容器1の内部を、二枚の仕切り板2a,2bで二重に仕切ることによって蒸発室3および凝縮室4を区画形成しているので、装置全体を小型化して設置スペースおよびコストを削減することができる。しかも、蒸発室3と凝縮室4との間を、断熱用の空間5を介在させて二重に仕切るので、凝縮室4から蒸発室3への伝熱を遮断して熱効率の低下を防止することができる。
In the evaporative cooling apparatus having the above configuration, the
本発明の他の実施形態として、断熱用の空間5を、導圧管によって蒸発室3または凝縮室4と接続して蒸発室3または凝縮室4と同圧にするのではなく、断熱用の空間5を、単に減圧状態としてもよい。
As another embodiment of the present invention, the
断熱用の空間5が大気圧のまま密閉されていると、当該蒸発式冷却装置の運転を開始した後に、空間5と、その両側の減圧された蒸発室3および減圧された凝縮室4との間の差圧がそれぞれ大きなものとなるので、仕切り板2a,2bは、その差圧に耐えることができるように厚くする必要があるが、断熱用の空間5を減圧状態にすることによって、差圧を小さくすることができ、仕切り板2a,2bを薄くすることができる。
If the
断熱用の空間5を減圧状態にするには、製造段階で空間5を減圧状態にして密閉してもよいし、あるいは、空間5を、例えば図5に示すように、配管55を介して直接真空ポンプ25に接続して減圧してもよい。また、真空ポンプ25とは別の真空ポンプに接続して減圧状態としてもよい。
In order to bring the
上述の実施形態では、円筒状の容器1を横向きに配置したけれども、他の実施形態として、縦向きに配置する構成としてもよい。
In the above-described embodiment, the
また、上述の実施形態では、円筒状の容器本体1aの円形断面を二分するように仕切って、蒸発室3および凝縮室4をそれぞれ半円筒状に区画形成したけれども、他の実施形態として、図3に示す円筒状の容器本体1aの軸線50に直交するように仕切って、蒸発室および凝縮室をそれぞれ円筒状に区画形成してもよい。
Further, in the above-described embodiment, the circular cross section of the
上述の実施形態では、蒸発性液体として水を使用したけれども、本発明は水に限らず、アルコールその他の蒸発性液体を使用してもよい。 In the above-described embodiment, water is used as the evaporating liquid. However, the present invention is not limited to water, and alcohol or other evaporating liquids may be used.
1 容器
1a 容器本体
2a,2b 仕切り板
3 蒸発室
4 凝縮室
5 空間
DESCRIPTION OF
Claims (4)
単一容器の内部に少なくとも二重の仕切りによって相互に仕切られた前記蒸発室と前記凝縮室とを有すると共に、前記二重の仕切り間に空間が介在しており、
前記蒸発室および前記凝縮室のうちのいずれか一方の室と前記両仕切り間の前記空間とが、導圧管で連通して、前記いずれか一方の室内の圧力と前記空間の圧力とが同圧になっている、ことを特徴とする蒸発式冷却装置。 With the lower vacuum than the atmospheric pressure by a vacuum pump, and the evaporation chamber to boil evaporate evaporable liquid at the reduced pressure, and the steam compressor for compressing the vapor generated in this evaporation chamber, than the atmospheric pressure by the vacuum pump And an evaporative cooling device comprising a condensing chamber for condensing the steam compressed by the steam compressor,
The evaporation chamber and the condensation chamber are mutually partitioned by at least a double partition inside a single container, and a space is interposed between the double partitions ,
One of the evaporation chamber and the condensing chamber communicates with the space between the partitions through a pressure guiding tube, and the pressure in the one chamber and the pressure in the space are the same pressure. evaporative cooling apparatus according to claim going on, things.
前記単一の容器は、円筒状の容器本体を含み、前記二枚の仕切り板によって、前記容器本体の円形断面を二分するように、前記蒸発室および前記凝縮室を、半円筒状にそれぞれ区画形成した、請求項1に記載の蒸発式冷却装置。 The double partition is constituted by two partition plates facing each other across the space,
The single container includes a cylindrical container main body, and the evaporation chamber and the condensing chamber are divided into semi-cylindrical shapes so as to bisect the circular cross section of the container main body by the two partition plates. The evaporative cooling device according to claim 1 formed .
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