JPS5838366Y2 - シゼンタイリユウクウキレイキヤクシキギヨウシユクソウチ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、気、液相変化をなす凝縮性ガス冷媒を冷却媒
体として、冷媒の相変化による自然循環方式を採用した
凝縮装置において、冷媒の自然循環の流通の円滑化をは
かり、併せて冷媒と冷却空気とを向流とすることにより
、熱交換効率の向上をはかった空冷自然循環式凝縮装置
に関する。

従来、フロンなどの凝縮性ガス冷媒の蒸発潜熱を利用し
て電カケープルなど各種の電気機器を冷却するもので、
冷媒の気、液相変化による比重差および落差を利用して
自然循環させるものは、第１図のような装置か′知られ
ている。

即ち、この装置は電カケープルなどの被冷却装置２１．
回収管２３、貯槽２６、ガス管２７、対空弧形熱交換器
２５、液管２８、貯槽２６および供給管２２により構威
し、これらの順に接続して、装置内に封入された凝縮性
ガス冷媒を被冷却装置２１において蒸発させて冷却し、
一方、蒸発したガス冷媒は上昇し貯槽２６を経て対空弧
形熱交換器２５に至り、空気と熱交換して凝縮し、貯槽
２６を経て再び被冷却装置２１に至る自然循環を繰返し
て、被冷却装置２１を冷却するものである。

しかるに、このものはガス管２７において蒸発して上昇
するガス冷媒が上昇中に凝縮してこれが下降するので、
ガス管２７中において上昇するガス冷媒と下降する液冷
媒とが衝突して、上昇するガス冷媒の流動抵抗を増し、
自然循環する冷媒量が減少し、凝縮装置の効率を低下さ
せる欠陥があった。

また、運転初期においては、液管２８においても貯槽２
６からガス冷媒が上昇するので、液管２８中においても
上昇するガス冷媒と下降する液冷媒とが衝突して、二本
の配管のうちいずれか一方がガス管となり、他方が液管
とならないので、冷媒の循環方向が確立せず、冷却効果
がなかなか上らない欠陥があった。

そこで、従来の凝縮装置が有していた実用上の前記問題
点に着目して、本考案はかかる不都合を根本的に排除し
得る凝縮装置を提供しようとして威されたものであって
、特に、気相、液相変化に伴う大きな潜熱を利用し得る
凝縮性ガス冷媒を冷却用熱媒体とし、蒸発器より蒸発し
たガス冷媒を導く上昇過程においては殆ど凝縮させず、
一挙に上部ヘッダーまで上昇させ、該ヘッダー内および
下降させる過程において冷却空気と向流となるようにし
て凝縮液化させ、液化を促進するようにしたもので、こ
のため凝縮装置の具体的な構造を特定し、一本のフィン
のない太目のガス管を貯槽の気相部より立設して上部ヘ
ッダーに接続し、かつ上、下部ヘッダー間に多数の細目
の縦フイン付直管を並列的に立設し、下部ヘッダーを液
管により、貯槽の液相部に連通して、ガス管中を上昇す
るガス冷媒と下降する液冷媒とを衝突させないようにし
て冷媒流通抵抗を減少し、圧縮機の如き駆動装置を必要
とせず、冷媒の気、液相変化に伴う比重差のみでの自然
循環を円滑化し、また、運転初期にも冷媒の循環方向を
早く確立して冷却効果の立上りを早くし、さらに、液冷
媒を下降させる過程において冷却空気と向流となるよう
に構成して、凝縮効率を向上させた空冷自然循環式凝縮
装置を提供せんとするものである。

以下さらに本考案を添付図面に示す各側に基づいて詳述
する。

第２図は本考案装置を蒸発冷却ケーブル冷却装置に応用
したときの１例に係る配管系統を略本したもので、１は
被冷却体例えば道路下に敷設した電カケープルに近接し
た外部に並設し、被冷却体との熱交換可能に配した流体
通路であり、ケーブルの熱発生量を勘案して所要スパン
間に配管取出部１′、１″を設置し、一方の取出部１′
からは供給管２が、又、他方の取出部１″からは回収管
３が夫々取り出され、両管２，３の管端は地上に設置し
た凝縮装置４の貯槽６に連絡し、供給管２は貯槽６内液
相部に、回収管３は同じく気相部に夫々連通させていて
、貯槽６内に貯溜する液冷媒を送給ポンプ１６が介され
た供給管２を経て配管取出部１′から流体通路１内に送
り、こ・で被冷却体と発生熱を熱交換して、該被冷却体
を冷却する一方、液冷媒は蒸発して配管取出部１″、回
収管３を順次繰て、この蒸発冷媒を貯槽６内に戻し、以
上の気液変化を伴った一方向流通を連続して行なうよう
になっている。

しかして、前記凝縮装置４は前述せる貯槽６を下部に、
対空弧形熱交換器５を上部に配して有し、それ等を風雨
除はフード１５が上部に付設されて、下端が空気の入口
、風雨除はフード１５直下部の上端が空気の出口に形成
されてなる上、下端を開口した筒状覆板１４で煙突形に
囲繞した構造である。

対空弧形熱交換器５は、例えば第４図に断面示する如き
下記ガス管７に比して細目の縦フイン付直管９の複数本
を、第３図に示すように、上下方向の多並列的に立設し
てなる縦形に戊して、各直管９の上端を集結させた上部
ヘッダー１２は一本のフィンのない太目のガス管７によ
って貯槽６の気相部に連通させ、一方、各直管９の下端
を集結させた下部ヘッダー１３は液管８によって貯槽６
の液相部に連通させて、貯槽６、ガス管７、上部ヘッダ
ー１２、各直管９，９・・・・・・、下部ヘッダー１３
、液管８および貯槽６の間に循環回路を形成し、ガス冷
媒をガス管７内において下から上へ、また液冷媒を直管
９．９内において上から下へのそれぞれ一方向に流通さ
せるようにしている。

なお、縦フイン付直管９としては、管軸方向に延びる凸
条を内壁側に数本突設して有する直管１０の外壁層に、
管軸方向に延びる縦フィン１１を放射状に一体に張り出
させて設けた如き伝熱管が１具体例として挙げられる。

叙上の構成になる凝縮装置の冷媒循環系内には、熱移動
媒体として凝縮性ガス冷媒例えばＲ−１２、Ｒ−１１，
Ｒ−２２等のフロン冷媒を適当量所定圧力下で封入して
、気、液相変化を伴なう冷媒循環系と威しているが、こ
の基本的循環系は凝縮性ガス冷媒を使用した蒸発冷却方
式の冷却装置であって、該循環系における冷媒の循環力
は主として冷媒の蒸発、凝縮による比重変化を利用する
自然循環を採用しているが、貯槽６、供給管２、流体通
路１、回収管３および貯槽６間の回路は、第２図々示の
ようにポンプ１６を使用した強制循環方式も随時採用し
得ることは勿論であり、この場合は、運転騒音が四周に
拡散することのないように、地下洞道内にポンプ１６を
収納することは好ましい実施態様である。

次に、上記凝縮装置の運転態様について、蒸発冷却方式
型カケープルに付設した冷却装置を例にとって説明する
と、ケーブル内において生じた熱は、流体通路１中を流
通するフロン冷媒（液）に奪取されてケーブル自体は適
温に冷却され、一方、フロン冷媒は蒸発潜熱を奪って気
化蒸発した後、回収管３、貯槽６、ガス管７を経て上部
ヘッダー１２に至る。

このとき、ガス管７は一本であるが、直管９に較べて太
目であるのでガスの流通抵抗が少く、また、フィンがな
いので、ガス冷媒はガス管７中においては殆んど凝縮せ
ず、一挙に上部ヘッダー１２まで上昇するものである。

かくして、ガス管７中においては下降する液冷媒が殆ん
どないので、上昇するガス冷媒と下降する液冷媒とが衝
突して冷媒流通抵抗を増大させることがないものである
。

次に、上部ヘッダー１２に至ったガス冷媒は、ここで冷
却空気と熱交換して一部凝縮液化し、さらに立設する直
管９，９・・・・・・を流下する間に直管９の周囲に一
体に形成した表面積の大なるフィン１１と熱交換し完全
に凝縮液化する。

このとき、冷却空気は下方より上方へ流通し、ガス管９
内を流通するガス冷媒は上方より下方へ流通するので、
両者は向流になり熱交換効率がきわめて良好であり、ま
たフィンは空気流と平行であるので、空気の流通抵抗が
きわめて小さいものである。

直管９内で凝縮液化した液冷媒は下部ヘッダー１３で集
められ、液管８を経て貯槽６内に一旦貯溜され、この間
に上昇空気によって過冷却される。

この貯溜冷媒は、再び供給管２を経て流体通路１に送ら
れるので、気、液変化を伴った冷媒の循環流通が連続し
て行なわれることは言うまでもない。

なお、熱交換器５での空気、冷媒間熱交換は、放熱面積
の大なる縦フイン付直管９を伝熱管に使用しており、一
方、周囲の上昇空気は筒状覆板１４の丈長が可成りあり
、横風による加熱空気の放情等がないため煙突効果を存
分に発揮し、大気中の自然風（横風）に比して流速が可
成り大きい上昇気流をなすことが可能になり、この両特
長が相乗発揮されて、極めて効率の良い熱交換が行なわ
れる。

また、使用冷媒をフロン冷媒とすれば、電気絶縁性にす
ぐれ、蒸発潜熱も大きく、ガス密度も大であり、安定的
な化合物であり、しかもフロン冷媒１２は、液比型１．
１６５（ｋｇ／ ｌ ａｔ６０℃）、ガス比重８９゜９
２ （ｋｇ／ｍ３ａｔ ６０℃）、（即ち液比重ハカス
比重）約１０倍）、液比熱０．２３２ （Ｋｃａｌ／ｋ
ｇ’Ｃａｔ ２５℃）ガス比熱０ 、１４５ （Ｋｃａ
ｌ／ｋｇ’Ｃａｔ ２５℃／ａｔｍ）程度の数値を有し
、冷却媒体として正に好適である。

ここで、上昇空気によって貯槽６へ流入する配管および
貯槽６表面の表面放散熱抵抗が減少し放散熱量が増大す
る。

よって、対空弧形熱交換器５で凝縮した冷媒は貯槽６へ
流下する配管および貯槽６においても下方から流入する
冷却空気で冷却され、循環回路内の冷媒飽和蒸気圧に相
当する冷媒温度より約５℃程低い温度となる。

このことを過冷却と呼んでいる。

この過冷却の必要な理由は、貯槽６の液冷媒をケーブル
に送るポンプ１６で吸入するとき圧力が下って液冷媒が
ガス化することおよび気温の変化により、液冷媒がケー
ブルに流入する前にガス化することを防止するためであ
る。

そうして、本装置の使用される蒸発冷却ケーブルでは、
使用される絶縁体の許容温度により導体温度が決められ
、この温度は一般に約８５℃とされている。

このため、蒸発冷却ケーブルは外部環境の変化にかかわ
らず導体の温度を８５℃以下に保つように設計される。

例えば、冷媒にフロン−１２を使用すると、ケーブル内
の冷媒が蒸発するときの飽和温度は導体冷却のための温
度差を１０℃と考えると７５℃（圧力は２０ 、３ ｋ
ｇ／ｃｍ２Ｇ）門下で゛なければならず、ポンプ１６の
送液圧力を３．０ｋｇ／ｃｍ２とするときは、貯槽６内
の圧力はポンプ送液圧力を差引いた１７．３ ｋｇ／ｃ
ｒｎ２Ｇ、相当飽和温度６８℃程度になる。

また、対空弧形熱交換器５は放熱回路の圧力降下なども
考慮し、いかなる冷却条件の変化に対しても、凝縮温度
が６５℃（１６，３ｋｇ／ｃｍ２Ｇ）以下で放熱可能に
選定されるように凝縮装置容量が決定される。

本考案空冷自然循環式凝縮装置は、以上の如く、対空弧
形熱交換器５を一本のフィンのない太目のガス管７を貯
槽の気相部より立設して上部ヘッダー１２に接続し、か
つ上、下部ヘッダー１２．１３間に多数の細目の縦フイ
ン付直管９，９・・・・・・を並列的に立設し、下部ヘ
ッダー１３を液管８により貯槽６の液相部に連通して形
成し、気液相変化をなす凝縮性ガス冷却媒体となしたも
のであるから、ガス冷媒がガス管７内を流通する間は、
ガス管７が太目であることにより流通抵抗が非常に小さ
く、また、管にフィンのないことにより、ガス冷媒が殆
んど凝縮液化せず、一気に上部ヘッダー１２に上昇する
。

かくして、ガス管７中においては下降する液冷媒が殆ん
どないので、上昇するガス冷媒と下降する液冷媒とが衝
突して冷媒流通抵抗を増大させることがない。

さらに、直管９，９の下端は下部ヘッダー１３、液管８
を介して貯槽６の液相部に連通しており、かつガス管７
に比して細目であるので、たとえ゛ガス冷媒が流通しよ
うとしても抵抗が大でガス冷媒が上昇できず、直管９内
において上方から下方へ流下するガス冷媒は、直管９の
周囲に一体に形成した表面積の大なるファンと熱交換し
て完全に凝縮液化する。

このとき、直管９一本だけについてはガス管７に比して
細目ではあるが、冷媒が液状であるのと直管９は複数本
あるので、全体的にみれば、直管９内を流通する流通抵
抗がきわめて小さいものである。

このため、ガス管７および直管９などの自然循環回路の
冷媒流通抵抗がきわめて小さいため、ガス冷媒と液冷媒
との比重差のみで冷媒を自然循環することが可能となり
、冷媒駆動のため圧縮機などの駆動装置が全く必要とし
なくなり、省エネルギーとなるとともに騒音防止もはか
られるものである。

また、運転開始時にかかる凝縮装置は冷媒の循環方向が
なかなか確立しがたいものであるが、本装置は運転開始
後直ちにガス管７がガス冷媒のみの流通路に、また直管
９および液管８が液冷媒のみの流通路になるので、冷媒
流通方向の確立が迅速となるものである。

すなわち、本装置のガス管７は貯槽６の上部気相部より
立設しており、かつ太目であるので、上昇ガス冷媒のみ
の流通路となりやすく、また直管９は細目であるので、
ガス冷媒に対しては流通抵抗が大であり、液冷媒に対し
ては流通抵抗が小であるので、液冷媒のみの流通路とな
りやすく、さらに、液管８の下端は貯槽６の液相部に連
通しているので、貯槽６よりガス冷媒が上昇することが
殆んどなく、液冷媒のみの流下の流通路となり、運転開
始後直ちに冷媒の循環方向が確立されるものである。

さらに、冷媒が直管９内を流下して液化する際には、下
降する冷媒と上昇する冷却空気とが向流になる如くして
おり、且つ直管９にはフィンを一体に付設しているので
、熱交換効率が良好であり冷媒は完全に凝縮変化し、さ
らに貯槽６において更に冷却空気において過冷却される
ので、冷却効率がきわめて良好となるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の略本外観図、第２図は本考案装置の
１実施例に係る配管系統図、第３図は第２図における要
部の略本機構図、第４図は第３図々示凝縮装置における
伝熱管の横断面図である。 ５・・・・・・対空弧形熱交換器、６・・・・・・貯槽
、７・・・・・・ガス管、８・・・・・・液管、９・・
・・・・縦フイン付直管、１２・・・・・・上部ヘッダ
ー、１３・・・・・・下部ヘッダー、１４・・・・・・
筒状覆板、１５・・・・・・風雨除はフード。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 対空弧形熱交換器５を上部に、貯槽６を下部にそれぞれ
   配設し、これらを上下端を開口した筒状覆板１４で囲繞
   し、空気を下部から導入し上部から導出させる如くする
   とともに、前記対空弧形熱交換器５を、一本のフィンの
   ない太目のガス管７を前記貯槽６の気相部より立設して
   上部ヘッダー１２に接続し、かつ上、下部ヘッダー１２
   ．１３間に多数の細目の縦フイン付直管９，９・・・・
   ・・を並列的に立設し、下部ヘッダー１３を液管８によ
   り貯槽６の液相部に連通して形成し、気液相変化をなす
   凝縮性ガス冷媒を冷却用熱媒体となし、蒸発器より蒸発
   したガス冷媒を前記貯槽６、ガス管７を経て上部ヘッダ
   ー１２に上昇させ、該上部ヘッダー１２から前記直管９
   ，９・・・・・・内を上方から下方への一方向に流通し
   て凝縮させ、冷媒液化時に下降する冷媒と上昇する冷却
   空気とが向流になる如くシ、冷媒を一旦前記貯槽６に貯
   溜して過冷却した後蒸発器に導く自然循環回路を形成し
   たことを特徴とする空冷自然循環式凝縮装置。