(57)【要約】【課題】  冷却器内における冷媒の液位を常に適正な位置範囲に維持し、冷却器内における液冷媒の気化を効率よく安定して行うことができるようにして、安定した運転を実現できる冷却システムを提供する。【解決手段】  １次冷媒回路１にて生じる冷熱により２次冷媒回路２の二酸化炭素よりなる冷媒をカスケードコンデンサ３で凝縮し、この凝縮冷媒を液ポンプ４によって冷却器５に送る自然冷媒冷却システムであって、前記冷却器５内における冷媒の液位に基いて同冷却器に送る液冷媒の量を調整し、または前記冷却器と負荷側とを循環し、この冷却器において２次冷媒回路の冷媒と熱交換させられる冷熱媒体の温度に基いて冷却器に送る液冷媒の量を調整し、あるいは１次冷媒回路における冷媒の蒸発温度に基いて冷却器に送る液冷媒の量を調整し、冷却器内における冷媒の液位が適正位置に維持されるように構成した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次冷媒回路にて生じる冷熱により２次冷媒回路の二酸化炭素よりなる冷媒をカスケードコンデンサで凝縮し、この凝縮冷媒を液ポンプによって冷却器に送る自然冷媒冷却システムであって、前記冷却器内における冷媒の液位に基いて同冷却器に送る液冷媒の量を調整し、冷却器内における冷媒の液位が適正位置に維持されるように構成してなる冷却システム。
【請求項２】
１次冷媒回路にて生じる冷熱により２次冷媒回路の二酸化炭素よりなる冷媒をカスケードコンデンサで凝縮し、この凝縮冷媒を液ポンプによって冷却器に送る自然冷媒冷却システムであって、前記冷却器と負荷側とを循環し、この冷却器において２次冷媒回路の冷媒と熱交換させられる冷熱媒体の温度に基いて冷却器に送る液冷媒の量を調整し、冷却器内における冷媒の液位が適正位置に維持されるように構成してなる冷却システム。
【請求項３】
１次冷媒回路にて生じる冷熱により２次冷媒回路の二酸化炭素よりなる冷媒をカスケードコンデンサで凝縮し、この凝縮冷媒を液ポンプによって冷却器に送る自然冷媒冷却システムであって、１次冷媒回路における冷媒の蒸発温度に基いて冷却器に送る液冷媒の量を調整し、冷却器内における冷媒の液位が適正位置に維持されるように構成してなる冷却システム。
【請求項４】
前記冷却器に送る冷媒の液量を、前記液ポンプの運転、停止制御により調整するように構成してなる請求項１乃至３のいずれかに記載の冷却システム。
【請求項５】
前記冷却器に送る冷媒の液量を、２次冷媒回路におけるカスケードコンデンサと冷却器の間における流路の途中に配設した開閉弁の開閉制御により調整するように構成してなる請求項１乃至３のいずれかに記載の冷却システム。
【請求項６】
前記冷却器に送る冷媒の液量を、２次冷媒回路におけるカスケードコンデンサと冷却器の間における流路の途中に配設した調整弁の開度制御により調整するように構成してなる請求項１乃至３のいずれかに記載の冷却システム。
【請求項７】
前記冷却器に送る冷媒の液量を、前記液ポンプの回転数制御により調整するように構成してなる請求項１乃至３のいずれかに記載の冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニア等の冷媒を用いた１次冷媒回路により生成した冷熱を、二酸化炭素を冷媒として用いた２次冷媒回路の凝縮に利用し、この二酸化炭素冷媒回路により生成した冷熱を負荷側に供給する自然冷媒を用いた冷却システムに関し、より詳しくは負荷の状況に合わせて、冷却器に送る冷媒量が適正に調整されるように構成してなる冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
オゾン層破壊防止や温暖化防止等の地球環境保全の観点から、冷凍装置の冷媒に自然冷媒が採用されるケースが増加しており、二酸化炭素もこの自然冷媒として利用される。
【０００３】
二酸化炭素を冷媒として使用する場合、この二酸化炭素を冷媒とする冷媒回路の前段に、アンモニア等の他の冷媒を利用する１次冷媒回路を設け、この１次冷媒回路により生成される冷熱によって２次冷媒回路の二酸化炭素を凝縮せしめるように構成した冷却システムが実用に供されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
上述した冷却システムでは、２次冷媒回路においてカスケードコンデンサで凝縮した液冷媒を液ポンプで冷却器に送る構成となっており、冷却器で負荷側の熱を得た冷媒はその一部が気化して気液が混合した状態となる。
【０００５】
気化した冷媒がカスケードコンデンサに戻る際、同時に、冷却器内で気化できず液体のまま残った液冷媒の一部も気液混合の状態で戻される。
【０００６】
しかしながら、前記冷却器における負荷が減少すると、冷却器内における液冷媒の気化量が減少し、冷却器内で気化できずに液体の状態で残った液冷媒が冷却器内に次第に溜まり、そして冷却器内の液冷媒量がある一定の量を超えると冷却器内における負荷との熱交換効率が低下し、被冷却室を冷却できなくなる恐れがある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２４３３５０公報（第１〜５頁、図１〜５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、冷却器内における冷媒の液位を常に適正な位置範囲に維持し、冷却器内における液冷媒の気化を効率よく安定して行うことができるようにして、安定した運転を実現できる冷却システムを提供できるようにした。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するために、本発明に係る冷却システムは、１次冷媒回路にて生じる冷熱により２次冷媒回路の二酸化炭素よりなる冷媒をカスケードコンデンサで凝縮し、この凝縮冷媒を液ポンプによって冷却器に送る自然冷媒冷却システムであって、前記冷却器内における冷媒の液位に基いて同冷却器に送る液冷媒の量を調整し、または前記冷却器と負荷側とを循環し、この冷却器において２次冷媒回路の冷媒と熱交換させられる冷熱媒体の温度に基いて冷却器に送る液冷媒の量を調整し、あるいは１次冷媒回路における冷媒の蒸発温度に基いて冷却器に送る液冷媒の量を調整し、冷却器内における冷媒の液位が適正位置に維持されるように構成したものとしてある。
【００１０】
前記冷却器に送る冷媒の液量を、前記液ポンプの運転、停止制御により調整したり、２次冷媒回路におけるカスケードコンデンサと冷却器の間における流路の途中に配設した開閉弁の開閉制御により調整したり、２次冷媒回路におけるカスケードコンデンサと冷却器の間における流路の途中に配設した調整弁の開度制御により調整したり、前記液ポンプの回転数制御により調整するように構成したものとしてある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の冷却システムによれば、冷却器における負荷の状態に合わせて液冷媒を冷却器に送る構成としてあるので、冷却器内における冷媒の液位が常に冷媒の気化および熱交換に適正な位置範囲に維持され、したがって液冷媒の気化および負荷との熱交換が冷却器内において安定して行われ、これによって冷却システムの運転を安定して行うことができる。
【００１２】
以上のように、冷却器内における液冷媒の液面が常に適正な位置に維持されて、同液冷媒の気化が冷却器内において安定して行われることから、液ポンプ、冷却器、カスケードコンデンサ等を有する２次冷媒回路を安定して運転することができるので、同カスケードコンデンサを介してなる１次冷媒回路も安定した運転を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の冷却システムを添付図面に基づいて説明する。
本実施例に示す図は、自然冷媒を用いた冷却システムにおいて、特に２次側の冷媒回路における基本構成を示すものである。
【００１４】
図において、符号１は例えばアンモニア冷媒が循環する１次冷媒回路の一部を、符号２は二酸化炭素を冷媒とする２次冷媒回路をそれぞれ示している。
【００１５】
そして、前記２次冷媒回路２に循環する冷媒は、１次冷媒回路１により生じ、冷媒往管１ａによってカスケードコンデンサ３に送られる冷媒の冷熱を凝縮冷熱とし、このカスケードコンデンサ３で液冷媒に凝縮され、同液冷媒は液ポンプ４によって冷却器５に送られる。
【００１６】
冷却器５に送られた液冷媒は、同冷却器５内で、この冷却器と負荷側との間を循環する冷却媒体と熱交換させられて気化し、気化した冷媒がカスケードコンデンサ３に戻り、また同カスケードコンデンサ３で液冷媒に凝縮されて２次冷媒回路２を循環する。
【００１７】
なお、前記冷却媒体は、例えば負荷側たる被冷却室に設けた空気冷却器との間を循環するブラインや水とする場合もあるし、冷却媒体を被冷却室内の空気とする場合すなわち被冷却室内の空気を直接導いて冷却する場合もある。
【００１８】
また、冷却器５からカスケードコンデンサ３に戻される冷媒は完全に気化した状態のものとは限らず、気液が混在している場合もある。
【００１９】
さらに、本実施例では示していないが、２次冷媒回路２におけるカスケードコンデンサ３と液ポンプ４間の冷媒往管２ａにレシーバーを配設して、同カスケードコンデンサ３で凝縮した液冷媒を一時貯留し、液ポンプ４による同液冷媒の送液をより安定して行えるようにする場合もある。
【００２０】
また、冷却器５とカスケードコンデンサ３間の冷媒復管２ｂに分岐部を配設して、前記冷却器５内で気化できず液体のまま残った液冷媒を、同分岐部から導管によって前述するレシーバーに直接導き、同液冷媒がカスケードコンデンサ３内へ流入しないようにする場合もある。
【００２１】
そして、２次冷媒回路２において、カスケードコンデンサ３で液冷媒に凝縮して液ポンプ４によって冷却器５に送る液冷媒は、同液冷媒の送液量を調整し、冷却器５内において液冷媒の液面が常に適正位置になるようにしている。
【００２２】
前述する液冷媒の送量液調整は、図１に示すように、冷却器５に配設した液面センサ６によって同冷却器５内における液冷媒の液位を検知し、この液位を、冷却器５に送る液冷媒の送液量を調整する際の情報（制御情報）として用いるとともに、同液位情報を基に制御部１１にて液ポンプ４の運転、停止を行い、冷媒往管２ａを介して冷却器５に送る液冷媒の送液量を調整して、同冷却器５内における液冷媒の液位を適正位置に維持している。
【００２３】
なお、前記液面センサには公知の各種技術があり、冷却器内の液位を検出するのに適したものを適宜採用することができるので、詳細な構成等についての説明は省略する。
【００２４】
図２、図３は、冷却器５と負荷側との間を循環する冷却媒体の温度に基いて制御を行う場合の実施例を示し、図２に示す実施例のものでは、冷却器５で熱交換した冷却媒体を被冷却室等の負荷側に送る冷却媒体送り管１２に温度センサ７を配設し、また図３に示す実施例のものでは負荷側から戻る冷却媒体戻り管１３に温度センサ７を配設してある。
【００２５】
そして、これら冷却媒体送り管１２、冷却媒体戻り管１３内の各温度センサによって冷却媒体の温度を検知し、これらの温度を冷却器５に送る液冷媒の送液量を調整する際の情報（制御情報）として用いるとともに、冷却媒体の温度情報を基に制御部１１にて液ポンプ４の運転、停止を行い、冷媒往管２ａを介して冷却器５に送る液冷媒の送液量を調整して、同冷却器５内における液冷媒の液位を適正位置範囲に維持している。
【００２６】
また、図４に示す実施例のものでは、１次冷媒回路の冷媒復管１ｂに配設した温度センサ７によってカスケードコンデンサ３内で気化した１次冷媒回路を循環する冷媒の蒸発温度を、例えばカスケードコンデンサ３の１次側出口で検知し、この蒸発温度を冷却器５に送る冷媒の送液量を調整する際の情報（制御情報）として用いるとともに、同蒸発温度情報を基に制御部１１にて液ポンプ４の運転、停止を行い、冷媒往管２ａを介して冷却器５に送る液冷媒の送液量を調整して、同冷却器５内における液冷媒の液位を適正位置範囲に維持している。
【００２７】
上述した実施例のものでは、いずれも液ポンプ４の運転、停止を制御することによって冷却器内における冷媒の液位を調節するように構成してあるが、この液位制御を行う手段のバリエーションについては、例えば図５から図７に示す実施例のように構成する場合もある。
【００２８】
図５に示す実施例のものでは、制御部１１にて開閉弁８、８’を開閉制御し、冷媒往管２ａを介して冷却器５に送る液冷媒の送液量を調整して、同冷却器５内における液冷媒の液位を適正位置範囲に維持するように構成してある。
【００２９】
また図６に示す実施例のものでは、制御部１１にて制御弁９、９’の開度を制御し、冷媒往管２ａを介して冷却器５に送る液冷媒の送液量を調整して、同冷却器５内における液冷媒の液位を適正位置範囲に維持するように構成してある。
【００３０】
なお、上述した図５、６の実施例のものにおいては、開閉弁８、８’の開閉、制御弁９，９’の制御に応じ、冷却器５をショートカットするバイパス流路１４に冷媒が流通するように構成してある。
【００３１】
さらに図７に示す実施例のものでは、制御部１１にてインバータ１０によって液ポンプ４の回転数を可変制御し、冷媒往管２ａを介して冷却器５に送る液冷媒の送液量を調整して、同冷却器５内における液冷媒の液位を適正位置範囲に維持するように構成してある。
【００３２】
なお、図５から図７に示した実施例のものでは、図１に示した実施例のものと同様に冷却器５内の液位を液面センサ６にて検知することにより、この液位データに基いて送液量を制御する構成としてあるが、図２、３に示した実施例のもののように冷却媒体の温度に基いて制御を行うようにする場合もあるし、図４に示した１次冷媒回路１側におけるカスケードコンデンサの冷媒蒸発温度に基いて制御を行うようにする場合もある。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る冷却システムの実施例を示す構成図。
【図２】本発明に係る冷却システムの他の実施例を示す構成図。
【図３】本発明に係る冷却システムのさらに他の実施例を示す構成図。
【図４】本発明に係る冷却システムのさらに他の実施例を示す構成図。
【図５】冷却器に送る液冷媒の液量調整手段の一例を示す構成図。
【図６】冷却器に送る液冷媒の液量調整手段の他の例を示す構成図。
【図７】冷却器に送る液冷媒の液量調整手段のさらに他の例を示す構成図。
【符号の説明】
【００３４】
１  １次冷媒回路
１ａ  冷媒往管
１ｂ  冷媒復管
２  ２次冷媒回路
２ａ  冷媒往管
２ｂ  冷媒復管
３  カスケードコンデンサ
４  液ポンプ
５  冷却器
６  液面センサ
７  温度センサ
８、８’  開閉弁
９、９’  制御弁
１０  インバータ
１１  制御部
１２  冷却媒体送り管
１３  冷却媒体戻り管
１４  バイパス流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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