(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、ことを特徴とする蒸発式冷却装置。
【請求項２】
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た、請求項１に記載の蒸発式冷却装置。
【請求項３】
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、請求項１または２に記載の蒸発式冷却装置。
【請求項４】
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、請求項３に記載の蒸発式冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−９７９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
前記仕切りは、二重以上であればよい。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。  
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【発明の効果】
【００２５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係る蒸発式冷却装置のシステム構成例を示す図である。
【図２】図２は図１の容器の斜視図である。
【図３】図３は図２の容器の側面図である。
【図４】図４は図３の矢視Ａ−Ａ断面図である。
【図５】図５は本発明の他の実施形態の蒸発式冷却装置のシステム構成例を示す図である。
【図６】図６は従来装置のシステム構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５９】
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。
【符号の説明】
【００６０】
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
【図１】
0005483959.tif 000002
【図２】
0005483959.tif 000003
【図３】
0005483959.tif 000004
【図４】
0005483959.tif 000005
【図５】
0005483959.tif 000006
【図６】
0005483959.tif 000007