(57)【要約】【課題】液体を貯留するタンクを不要にし、冷却システム全体を小型化し、エバポレータ内に液体を直接流通させて効率よく冷却する。【解決手段】縦型のハウジング２に液体の入口１９と出口２０を設ける。入口１９と出口２０の間の液体配管上に、液体を圧送するポンプ９、冷媒との熱交換により液体を冷却するエバポレータ１４、エバポレータ１４に冷媒を循環させる冷媒配管、入口１９および出口２０の流量差に相当する液体をエバポレータ１４に補給する補給器１５を配設する。冷媒配管上にエバポレータ１４、アキュムレータ１１、コンプレッサ１２、コンデンサ１６、キャピラリチューブ２７等を設ける。ハウジング２は内部機器を全体的に覆う密閉カバーを備え、密閉カバー上の操作パネルに警告情報やガイダンス情報を表示するディスプレイ６０を設ける。【選択図】図１
2018173209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングの内側に、液体の入口および出口を備えた液体配管と、液体配管を通して液体を入口から出口へ送るポンプと、液体配管上で冷媒との熱交換により液体を冷却するエバポレータと、エバポレータに前記冷媒を循環させる冷媒配管と、前記入口および出口の流量差に相当する液体を前記エバポレータに補給する補給器とが配設されていることを特徴とする液体冷却システム。
【請求項２】
前記エバポレータが、水密構造のケーシングと、ケーシング内に細隙を介して積層された複数枚の熱交換フィンと、各熱交換フィンの略中央部を貫通するようにケーシング内に形成された液体流通室とを含み、前記冷媒配管が液体流通室周りの複数位置において熱交換フィンを貫通するように構成される請求項１に記載の液体冷却システム。
【請求項３】
前記ケーシングが、液体を液体配管の上流側部分から液体流通室に取り入れる液体取入口と、液体を液体流通室から熱交換フィンの前記細隙を通して液体配管の下流側部分に取り出す液体取出口とを備えた請求項２に記載の液体冷却システム。
【請求項４】
前記冷媒配管上に、エバポレータと共にヒートポンプを構成するコンプレッサ、コンデンサおよびキャピラリーチューブを備える請求項１に記載の液体冷却システム。
【請求項５】
前記コンデンサが、ケーシングと、ケーシング内に細隙を介して積層された複数枚の熱交換フィンと、各熱交換フィンの略中央部を貫通するようにケーシング内に形成された空気流通室とを含み、前記冷媒配管が空気流通室周りの複数位置において前記熱交換フィンを貫通する請求項４に記載の液体冷却システム。
【請求項６】
前記コンデンサが、ケーシング内に空気を送り込む送風器を空気流通室に対向するように備える請求項５に記載の液体冷却システム。
【請求項７】
前記補給器が、エバポレータよりも上方に設置された密閉容器と、密閉容器から溢れ出た液体を冷却器に流下させるオーバーフロー管とを含む請求項１に記載の液体冷却システム。
【請求項８】
前記密閉容器が、該容器内の液体の表面を覆うフロートを備える請求項７に記載の液体冷却システム。
【請求項９】
前記補給器が、液体配管内の液体の圧力に応じて容積を変化させる膨張性容器を含む請求項１に記載の液体冷却システム。
【請求項１０】
前記膨張性容器が、該容器内の液体の表面を覆う伸縮自在なブラダを備える請求項９に記載の液体冷却システム。
【請求項１１】
前記ハウジングが、外気の侵入を阻む密閉カバーを含む請求項１〜１０の何れか一項に記載の液体冷却システム。
【請求項１２】
前記ハウジングが、液体冷却システムの全体を移動可能にするためのキャスターを備える請求項１〜１１の何れか一項に記載の液体冷却システム。
【請求項１３】
前記ハウジングが、液体冷却システムを稼働させるための操作パネルを備え、操作パネルに警告情報を表示するためのディスプレイが設けられる請求項１〜１２の何れか一項に記載の液体冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水や油等の液体を冷却するシステムに関し、詳しくは、液体をエバポレータに通過させて冷却する液体冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、タンクに貯めた液体をエバポレータで冷却するシステムが知られている。例えば、特許文献１には、タンク内に貯留した液体中にエバポレータを浸漬させ、エバポレータに冷媒を循環させて液体を冷却する「液体冷却装置」が記載されている。
【０００３】
特許文献２には、液体を貯留する大型タンクとは別に小型タンクを用意し、小型タンク内にエバポレータを設置し、大型タンクから汲み上げた液体を小型タンク内に流通させ、エバポレータによって冷却する「熱交換システム」が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２０５６９９号公報
【特許文献２】特開２０１０−２４９４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、従来の「液体冷却装置」または「熱交換システム」によると、エバポレータをタンク内の液体中に沈めて冷却しているので、エバポレータを収容できる程度の大きな容積のタンクを使用する必要があり、システム全体が大型化するという問題点があった。また、液体がタンク内であまり流動しないため、エバポレータから離れたタンク壁近くの冷却効率が低下し、液体の吐出温度が高くなったり、吐出温度を下げるためにタンクに攪拌機を付設した結果、液体が泡立ったり、騒音が発生したりするなどの不都合もあった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、システム全体を小型に構成できるとともに、エバポレータによって液体を効率よく冷却できる液体冷却システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の液体冷却システムは、ハウジングの内側に、液体の入口および出口を備えた液体配管と、液体配管を通して液体を入口から出口へ送るポンプと、液体配管上で冷媒との熱交換により液体を冷却するエバポレータと、エバポレータに冷媒を循環させる冷媒配管と、入口および出口の流量差に相当する液体をエバポレータに補給する補給器とが配設されていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の液体冷却システムは、エバポレータを液体中に浸漬させるのではなく、液体をエバポレータの中央部に流通させるように構成される。具体的には、エバポレータが、水密構造のケーシングと、ケーシング内に細隙を介して積層された複数枚の熱交換フィンと、各熱交換フィンの略中央部を貫通するようにケーシング内に形成された液体流通室とから構成され、冷媒配管が液体流通室周りの複数位置において熱交換フィンを貫通するように設けられる。
【０００９】
上記エバポレータにおいて、好ましくは、ケーシングが、液体を液体配管の上流側部分から液体流通室に取り入れる液体取入口と、液体を液体流通室から熱交換フィンの細隙を通して液体配管の下流側部分に取り出す液体取出口とを備える。この構成によれば、冷却前の液体をケーシングの中央部から液体流通室に取り入れ、液体流通室の液体を熱交換フィンのほぼ全面に接触させた後に、ケーシングの側方へ吐出するので、小型のエバポレータによって比較的多量の液体を効率よく冷却することができる。
【００１０】
本発明の一実施形態によれば、エバポレータをヒートポンプの蒸発器として機能させることで、ヒートポンプを備えた小型の液体冷却システムを構成することができる。具体的には、ハウジング内側の冷媒配管上に、エバポレータと共にヒートポンプを構成するコンプレッサ、コンデンサおよびキャピラリーチューブを設けることができる。
【００１１】
この場合、コンデンサは、エバポレータとほぼ同様に構成することができる。例えば、コンデンサは、ケーシングと、ケーシング内に細隙を介して積層された複数枚の熱交換フィンと、各熱交換フィンの略中央部を貫通するようにケーシング内に形成された空気流通室とを含み、冷媒配管が空気流通室周りの複数位置において熱交換フィンを貫通するように構成される。好ましくは、コンデンサが、ケーシング内に空気を送り込む送風器を空気流通室に対向するように装備する。
【００１２】
本発明の液体冷却システムでは、システムに流入する液体の流量とシステムから流出する液体の流量との差分に相当する液体が補給器によってエバポレータに補給される。このため、ハウジング内にタンクを設置しなくても、冷却システム内で常時一定量の液体を冷却することができる。補給器としては、重力を利用した補給器、あるいは、膨張性容器を用いた補給器を例示できる。
【００１３】
一実施形態では、補給器が、エバポレータよりも上方に設置された密閉容器と、密閉容器から溢れ出た液体を冷却器に流下させるオーバーフロー管とを含む。そして、外気との接触による液体の変質や腐食を抑えるために、密閉容器の内部に、液体の表面を覆うフロートが設けられる。別の実施形態では、補給器が、液体配管内の液体の圧力に応じて容積を変化させる膨張性容器を含む。この場合、膨張性容器は、容器内の液体の表面を覆う伸縮自在なブラダを備えるのが望ましい。
【００１４】
一方、液体冷却システムのハウジングは、特定の構造に限定されないが、内部への外気の侵入を阻止できる点で、密閉カバーを備えたフレーム構造体またはラック構造体を好ましく使用できる。また、設備レイアウトの変更に応じて、液体冷却システムの全体を移動できるように、ハウジングの脚部にキャスターを装備してもよい。さらには、オペレータが運転マニュアルを読まなくても液体冷却システムを稼働できるように、ハウジングに操作パネルを設け、操作パネルに警告情報や各種ガイダンス情報を文字や記号あるいは図形で表示するためのディスプレイを設けることもできる。
【００１５】
なお、本発明の液体冷却システムは、特定の液体に限定されず、各種の生産設備や処理工程で使用された後の液体、使用する前の液体、あるいは、循環中の液体などの冷却に使用することができる。また、液体の種類も特に限定されず、水や油、それらの混合液、化学薬液など、多様な材質を含む液体を冷却対象とすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の液体冷却システムによれば、ハウジング内の液体配管上にエバポレータを設け、流入量と流出量との差分に相当する流量の液体を補給器からエバポレータに補給するように構成したので、小型のシステムによって液体を効率よく冷却できるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態による液体冷却システムを示す概観斜視図である。
【図２】液体冷却システムの機器レイアウトを示す正面図である。
【図３】液体冷却システムの流体回路を示す回路図である。
【図４】液体冷却システムのエバポレータと補給器を示す断面図である。
【図５】エバポレータの冷媒配管の配列を示す平面図である。
【図６】補給器の別の実施例を示す断面図である。
【図７】液体冷却システムのコンデンサを示す断面図である。
【図８】液体冷却システムの操作パネルを示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１、図２に示すように、この実施形態の液体冷却システム１は縦型のハウジング２を備えている。ハウジング２のベース部３には、各種内部機器を支持するフレーム４が立設され、フレーム４の周囲に、ハウジング２内への外気の侵入を阻止する密閉カバー５が装着されている。ベース部３の各コーナ部には、脚部６が床面Ｆに接するように取り付けられ、脚部６の内側に、冷却システム１の全体を移動可能にするためのキャスター７が床面Ｆから離れた非作用位置と、床面Ｆに接する作用位置とに高さ調節可能に設けられている。
【００１９】
ベース部３の上には基台８が設けられ、基台８の内側に、冷却しようとする液体を給送するポンプ９と、ポンプ９を駆動するモータ１０とが配置されている。基台８の上には、高圧冷媒を蓄えるアキュムレータ１１と、冷媒を圧縮するコンプレッサ１２とが設置され、コンプレッサ１２の上方に、システム１の各部を電気的に制御するコントローラ１３が配置されている。そして、コントローラ１３の上方に、液体を冷却するエバポレータ１４が配置され、エバポレータ１４よりも上位に、液体をエバポレータ１４に補給する補給器１５と、冷媒を凝縮させるコンデンサ１６とが並設されている。
【００２０】
ハウジング２の密閉カバー５には、液体冷却システム１を稼働させるためにオペレータが操作する操作パネル１８（図１参照）が装着されている。ハウジング２の下部には、冷却前の液体が外部から流入する入口１９と、冷却後の液体が外部へ流出する出口２０とが設けられている。図３に示すように、ハウジング２の内部には液体配管２１が設けられ、その上流端が入口１９に接続され、下流端が出口２０に接続されている。そして、ポンプ９が液体配管２１上に設けられ、液体を入口１９から吸引し、エバポレータ１４を通過させて出口２０に圧送する。
【００２１】
ポンプ９よりも上流側の液体配管２１上には、冷媒との熱交換によって液体を冷却するエバポレータ１４が設けられ、エバポレータ１４より下流側の液体配管２１上に、液体中のゴミや粒状固形物を除去するためのストレーナ２２が設けられている。入口１９とエバポレータ１４との間の液体配管２１には補給器１５が接続され、入口１９から流入した液体と出口２０から流出する液体との差分量に相当する液体を補給器１５からエバポレータ１４に補給するようになっている。
【００２２】
さらに、ハウジング２の内部には、冷媒をエバポレータ１４に循環させる冷媒配管２３が設けられている。冷媒配管２３上には、エバポレータ１４の下流側に冷媒流量制御バルブ２４を介してアキュムレータ１１とコンプレッサ１２が配設され、コンプレッサ１２の下流側にコンデンサ１６、冷媒圧力スイッチ２５、ストレーナ２６、キャピラリチューブ２７が配設されている。そして、冷媒配管２３上のこれらの機器によって、エバポレータ１４に常時低温の冷媒を供給するためのヒートポンプ２８が構成されている。
【００２３】
この実施形態のエバポレータ１４は、図４、図５に示すように、水密構造のケーシング３１を備え、ケーシング３１の上部に液体取入口３２が形成され、ケーシング３１の側壁３３に液体取出口３４が設けられている。ケーシング３１の内側には、複数枚の熱交換フィン３５が所定の細隙を介して上下に積層され、各熱交換フィン３５の中央開口部によってケーシング３１の中央部に液体流通室３６が上下に貫通するように形成され、液体流通室３６の周りの複数位置に、冷媒配管２３が熱交換フィン３５を上下に貫通して蛇行状に延びるように配管されている。
【００２４】
そして、液体が取入口３２から液体流通室３６に流入し、液体流通室３６から各熱交換フィン３５の細隙を通ってケーシング３１の側壁３３に向かって流れ、取出口３４からエバポレータ１４より下流側の液体配管２１に流出するようになっている。なお、保守点検に際し、エバポレータ１４をハウジング２から容易に取り出すことができるように、ケーシング３１は複数のワンタッチクランプ３７によってハウジング２内の取付部３８に取り外し可能に組み付けられている。エバポレータ１４に限らず、コンプレッサ１２（図１参照）やコンデンサ１６（図７参照）など、その他の構成部品もワンタッチクランプ３７でハウジング２に組み付けることができる。
【００２５】
図４に示す実施例では、補給器１５が重力を利用して液体をエバポレータ１４に補給するように構成されている。補給器１５はエバポレータ１４の上方に密閉容器４０を備え、密閉容器４０の底部に液体流入口４１が形成され、密閉容器４０の上部に液体溢出口４２が形成されている。溢出口４２にはオーバーフロー管４３の上端が接続され、オーナーフロー管４３の下端がエバポレータ１４の補給口４４に接続されている。密閉容器４０の内部には、液体と外気との接触を防止するためのフロート４５が液面を覆うように設けられ、オーバーフロー管４３には、液面の高さを表示する液面計４６が設けられている。
【００２６】
図６に示す実施例では、補給器４８が、液体配管２１内の液体の圧力に応じて容積を変化させる膨張性容器４９を備えている。膨張性容器４９の底部には液体配管２１から液体を受け入れる流入口５０が形成され、膨張性容器４９の上部に、該容器４９に貯留された液体の表面を覆うゴム製の伸縮自在なブラダ５１が装着されている。そして、液体配管２１内の液圧が上昇したときに、ブラダ５１が膨張して容器４９の容積を増加させるとともに、液体配管２１内の液圧が低下したときには、ブラダ５１が収縮して容器４９の容積を減少させ、容積の大小に関わりなくブラダ５１が容器４９内の液体の表面を被覆できるように構成されている。
【００２７】
図７に示すように、コンデンサ１６は気密構造のケーシング５３を備え、ケーシング５３の内部に、複数枚の熱交換フィン５４が細隙を介して積層されるとともに、各フィン５４の中央部に空気流通室５５が形成されている。ケーシング５３の外部には、外気をケーシング５３内に直接送り込むための送風器５８が吸気口５６を介して空気流通室５５と対向する状態で取り付けられている。空気流通室５５の周りの複数位置には、冷媒配管２３が各フィン５４を貫通するように蛇行状に配管され、冷媒配管２３内の冷媒が送風器５８によって送り込まれた冷風によりフィン５４を介して冷却され、冷却後の温風がケーシング５３の排気口５７からハウジング２の密閉カバー５内に排出される。
【００２８】
密閉カバー５に装着された操作パネル１８には、図８に示すように、液晶ディスプレイ６０とタッチパネル６１が設けられている。液晶ディスプレイ６０には、液体冷却システム１の運転中に発生したトラブルをオペレータに知らせるための警告情報または操作手順を含む各種のガイダンス情報が文字、記号、図形等によって表示される。タッチパネル６１には、ＯＮ／ＯＦＦボタン、コントロールボタン、運転モード切替ボタン等のユーザーインターフェースが設けられている。
【００２９】
この実施形態の液体冷却システム１は、以上のように構成されているので、次のような顕著な作用効果が得られる。
（１）液体をエバポレータ１４の内部でダイレクトに冷却するため、従来とは異なり、冷却器を浸漬させるタンクが不要になり、冷却システム１の全体を小型に構成できる。
（２）エバポレータ１４が液体を中央の流通室３６から周辺の熱交換フィン３５へ放射状に供給するので、撹拌機を使用することなく、比較的小さな容積のケーシング３１内で液体を均一かつ効率よく冷却できる。
【００３０】
（３）補給器１５，４８が流入量と流出量の差分に相当する液体をエバポレータ１４へ自動的に補給するため、特別な流量制御を行わなくても、必要量の液体を常時安定的に冷却できる。
（４）補給器１５，４８の内部では、フロート４５やブラダ５１が液面を常時覆っているので、液体と空気の接触を抑え、液体の腐食、それに伴う臭気や汚濁物質の発生を未然に防止できる。
（５）エバポレータ１４およびコンデンサ１６も同様の密閉構造を備えているので、空気接触による液体の変質、異物の付着、それによる機器破損を未然に防止できる。
【００３１】
（６）コンデンサ１６は、エバポレータ１４と同様に、空気を中央の流通室５５から周辺の熱交換フィン３５へ放射状に供給するように構成されているため、コンパクトなケーシング５３内で冷媒を効率よく冷却できる。
（７）ケーシング５３の空気流通室５８には、吸気口５６を介して送風器５８が対向配置されているので、気流を乱すことなく冷風を送風器５８から流通室５５にダイレクトに送り込み、冷媒配管２３内の冷媒温度を速やかに低下させることができる。
【００３２】
（８）冷却システム１のハウジング２は密閉カバー５で内部機器を全体的に覆っているため、ハウジング２内部への外気の進入を阻止し、特に、腐食性ミストが漂うような設備環境であっても、機器腐食を抑え、保守点検を容易にし、システム１を長期間安定稼働させることができる。
（９）ハウジング２の内部機器はワンタッチクランプ３７により組み付けられているので、内部機器の保守点検作業を容易に行うことができる。
【００３３】
（１０）設備レイアウトを変更する際には、キャスター７を作用位置に配置して、冷却システム１の全体を所要の場所へ容易に移動できる。
（１１）操作パネル１８のディスプレイ６０に警告情報やガイダンス情報が表示されるので、オペレータは、運転マニュアルに依らずとも、冷却システム１を的確に稼働させることができる。
【００３４】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各部の形状や構成を適宜変更して実施することも可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１    液体冷却システム
２    ハウジング
５    密閉カバー
９    ポンプ
１１    アキュムレータ
１２    コンプレッサ
１４    エバポレータ
１５    補給器
１６    コンデンサ
１８    操作パネル
１９    液体入口
２０    液体出口
２１    液体配管
２３    冷媒配管
２８    ヒートポンプ
３１    エバポレータのケーシング
３５    エバポレータの熱交換フィン
３６    液体流通室
３７    ワンタッチクランプ
４０    補給器の密閉容器
４３    オーバーフロー管
４５    フロート
４８    補給器
４９    膨張性容器
５１    ブラダ
５３    コンデンサのハウジング
５４    コンデンサの熱交換フィン
５５    空気流通室
５８    送風器
６０    ディスプレイ
【図１】
2018173209.tif 000003
【図２】
2018173209.tif 000004
【図３】
2018173209.tif 000005
【図４】
2018173209.tif 000006
【図５】
2018173209.tif 000007
【図６】
2018173209.tif 000008
【図７】
2018173209.tif 000009
【図８】
2018173209.tif 000010