(57)【要約】【課題】エア抜きのためにかかる運転時間を短縮して、熱利用機器へスムーズかつ迅速に冷熱伝達すると共に、設備費の低減を図ることができる冷却装置を実現する装置を実現する。【解決手段】冷却装置５０は、二次冷媒が循環する循環配管５３と、二次冷媒を冷却対象である冷熱利用機器５２に循環させる二次冷媒ポンプ５５と、二次冷媒の量を調整するリザーバタンク５６と、を備え、冷凍機５４で発生した冷熱を、二次冷媒を循環配管５３に循環させることにより冷却対象に供給し、循環配管５３とリザーバタンク５６とを連通させるバイパス配管８０と、バイパス配管８０を開閉するバイパス弁８１と、を備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次冷媒が循環する循環配管と、該循環配管に設けられ該二次冷媒を送流する二次冷媒ポンプと、前記二次冷媒の量を調整するリザーバタンクと、を備え、前記二次冷媒を前記二次冷媒ポンプを用いて前記循環配管に循環させることにより、冷凍機で発生した冷熱を冷却対象に供給する冷却装置であって、
前記循環配管と前記リザーバタンクとを連通させるバイパス配管が備えられることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記バイパス配管は、その他端が、前記リザーバタンクにおいて、中に貯留されている液体の前記二次冷媒の水位よりも上の位置に設けられることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷凍機を用いて発生した冷熱を、冷媒を循環させることにより冷熱利用機器に供給する冷却装置に関し、特には、この冷却装置における冷媒中のエア抜きを行う技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境問題におけるフロン代替の冷凍装置として、又、従来の冷却装置より使用温度が広範囲であり、コンパクトで、しかも成績係数が高く、エネルギー効率が良好となる冷凍機として、スターリング冷凍機が脚光を浴びている。このため、スターリング冷凍機は、冷凍庫、冷蔵庫、投げ込み式クーラ等の業務用又は家庭用の冷熱利用機器をはじめ、低温液循環器、低温恒温器、恒温槽、ヒートショック試験装置、凍結乾燥機、温度特性試験装置、血液・細胞保存装置、コールドクーラ、その他各種の冷熱装置等のあらゆる産業分野の冷熱利用機器に適用可能な、冷熱供給源としての利用が検討されている。
【０００３】
上記のような冷却装置に関連する従来技術として、スターリング冷凍機の冷却ヘッド、冷却ヘッドで冷却される冷熱冷媒を流すポンプを有する冷熱冷媒管路及び冷熱利用機器の冷熱冷媒配管とから構成される冷熱冷媒の循環路を備えたスターリング冷却装置において、循環路内を循環する冷熱冷媒の収縮や圧力変動に対して冷熱冷媒流の補充、圧力調整を行い、冷熱冷媒の流れの安定性を図り良好な熱移送を可能とする、ベローズタンク装置を接続したスターリング冷却装置が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３０３４５９号公報（第１頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の冷却装置では、二次冷媒ポンプをインバータ制御することにより循環配管を流れる二次冷媒の流量を調節し、循環配管から気液分離配管を介して気体の二次冷媒を回収している（エア抜きを行っている）。特に、冷却装置を運転始動した初期段階において、エア抜きを行うため、二次冷媒ポンプのインバータ制御により、循環配管を流れる二次冷媒の流速を遅くするなどの調整を行っている。
【０００６】
このため、エア抜きを行うための運転時間が余分にかかってしまい、冷熱利用機器へ迅速に冷熱伝達することができない。さらには、上述したエア抜きを行うために、二次冷媒ポンプに二次冷媒の流速を調整するためのインバータを設置しなければならず、設備費が増大する。
【０００７】
本発明は、エア抜きのためにかかる運転時間を短縮して、冷熱利用機器へスムーズかつ迅速に冷熱伝達すると共に、設備費の低減（低コスト化）を図ることができる冷却装置を実現することを課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、二次冷媒が循環する循環配管と、該循環配管に設けられ該二次冷媒を送流する二次冷媒ポンプと、前記二次冷媒の量を調整するリザーバタンクと、を備え、前記二次冷媒を前記二次冷媒ポンプを用いて前記循環配管に循環させることにより、冷凍機で発生した冷熱を冷却対象に供給する冷却装置であって、前記循環配管と前記リザーバタンクとを連通させるバイパス配管が備えられることを特徴とする冷却装置を提供する。
【０００９】
前記バイパス配管は、その他端が、前記リザーバタンクにおいて、中に貯留されている液体の前記二次冷媒の水位よりも上の位置に設けられることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る冷却装置の実施の形態を実施例に基づいて図面を参照して説明する。本発明に係る冷却装置を説明するにあたり、まず、スターリング冷凍機を用いた冷却装置の基本的な構成について説明する。
【００１１】
図２は、このようなスターリング冷凍機を用いた冷却装置１の概略的な基本的構成を示す図である。冷却装置１は、冷却対象となる冷熱利用機器２に二次冷媒（冷却液）を循環させる循環配管３と、この循環配管３に設けられた冷凍機４と、循環配管３に設けられ、二次冷媒を冷熱利用機器２に循環させる二次冷媒ポンプ５と、循環する二次冷媒量を調整するリザーバタンク６と、を備える。
【００１２】
循環配管３を矢印ａに沿って循環する二次冷媒は、冷凍機４で冷却される。循環配管３に設けられる二次冷媒（冷却液）ポンプ５は、二次冷媒を循環させて、冷熱利用機器２に二次冷媒を送流して冷熱の利用に供する。
【００１３】
リザーバタンク６は、循環する二次冷媒量を調節するために設けられている。つまり、循環配管３を循環する二次冷媒は、冷凍機４で冷却されるにつれて体積が減少してしまう。このため二次冷媒を補充して二次冷媒量を調整するためにリザーバタンク６が設けられている。
【００１４】
リザーバタンク６の上部空間６’には、圧力調整ベローズ７、安全バルブ８、及び、タンクベント９が、内部に貫通孔が設けられた金属製の汎用品である角ブロック１０を介して、リザーバタンク６と連通するように接続されている。リザーバタンク６の上部には二次冷媒注入バルブ（フィル）１１が接続されている。一方、リザーバタンク６の二次冷媒の貯留部分６ａと循環配管３とは、電磁弁１２を介して接続されている。
【００１５】
圧力調整ベローズ７は、伸縮することにより、循環配管３内の圧力調整を行なうものである。つまり、二次冷媒が冷熱利用機器２で冷熱を与えることにより二次冷媒に温度上昇が生じ、この結果、二次冷媒の体積変化が生じる。この体積変化により生じる循環配管３内の圧力変動に応じて、圧力調整部ベローズ７が伸縮することで、循環配管３内の圧力変動を吸収する。
【００１６】
安全バルブ８はリザーバタンク６の内圧が所定圧以上になると開弁することにより、リザーバタンク６の内圧が異常な高圧にならないようにするものである。
【００１７】
リザーバタンク６に設けられる二次冷媒注入バルブ（フィル）１１は、二次冷媒を冷却装置１内に注入する際に、開弁して用いるものである。また、タンクベント９は、リザーバタンク６を強制開放できるようにするものである。
【００１８】
循環配管３に設けられる気液分離配管２０は、冷熱利用機器２から戻ってきた二次冷媒中の残留エアを分離するためのものである。気液分離配管２０は、冷熱利用機器２と二次冷媒ポンプ５との間の配管３ａに設けられた気液分離管２０ａと、二次冷媒中の残留エアをリザーバタンク６に導く気体回収管２０ｂと、液体の二次冷媒を循環配管３に戻す液体戻管２０ｃ等と、により形成されている。
【００１９】
気液分離管２０ａと液体戻管２０ｃとは連通して、略逆Ｕ字状をなし、その頂部近傍に気体回収管２０ｂが接続されて、リザーバタンク６へ連通している。二次冷媒が、冷熱利用機器２から循環配管３ａに流動して二次冷媒ポンプ５に戻るまでの間に、二次冷媒中に残留しているエア（空気）が気液分離管２０ａ内を上昇することにより気液分離が行われる。この二次冷媒中の残留エアは、気体回収管２０ｂを介してリザーバタンク６に回収され、液体の二次冷媒は、液体戻管２０ｃを介して循環配管３に戻るようにする。
【００２０】
なお、液体戻管２０ｃには、フッ素液フィルタ２１を設けてもよい。フッ素液フィルタ２１は、例えばハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）の二次冷媒を用いた場合に、二次冷媒中で発生するフッ素化合物を取り除くためのものであり、例えば公知の活性アルミナカートリッジが用いられる。具体的には、上述した電磁弁１２を開いて循環配管３を循環する二次冷媒の一部をリザーバタンク６に流入させる。リザーバタンク６内の二次冷媒は、液体戻管２０ｃへ流出してフッ素液フィルタ２１を通り、二次冷媒中のフッ素化合物が取り除かれる。
【００２１】
上述したように、冷却装置１では、気液分離配管２０により気液分離を行い、二次冷媒残留中の空気（エア）をリザーバタンク６に回収している。しかし、循環配管３を流れる二次冷媒の流速が速い場合、二次冷媒残留中の空気をスムーズに気液分離させることが難しい。特に、冷却装置１を運転始動し始めた初期段階においては、循環配管３を流れる二次冷媒残留中の空気を思い通りに気液分離することが困難である。このため、二次冷媒（冷却液）ポンプ５にインバータ（図示せず）を設置し、二次冷媒ポンプ５をインバータ制御することにより、循環配管３を流れる二次冷媒の流量を調節している。つまり、インバータ制御により循環配管３を流れる二次冷媒の流速を遅くするなどの調整を行って、気液分離配管２０を介してスムーズに気液分離が行われるようにしている。
【００２２】
気液分離が行われると、二次冷媒ポンプ５には液体の二次冷媒のみが戻るので、気体の二次冷媒により生じる、二次冷媒ポンプ５のエアー噛み等の不都合が防止できる。
【００２３】
本発明は、以上のような基本構成を有する冷却装置において、次のような構成を特徴とする。つまり、本発明の冷却装置において、循環配管とリザーバタンクとを直接連通させるバイパス配管を備える。これにより、エア抜きのためにかかる運転時間を短縮して、冷熱利用機器へスムーズかつ迅速に冷熱伝達すると共に、設備費の低減（低コスト化）を図る。以下に、本発明に係る実施例について具体的に説明する。
【００２４】
（実施例）
まず、本発明の実施例に係る冷却装置５０について具体的に説明する。図１は、本発明の実施例に係る冷却装置５０の概略的な構成を示す図である。本実施例の冷却装置５０は、図１に示すように、冷却対象となる冷熱利用機器５２に二次冷媒（冷却液）を循環させる循環配管５３と、この循環配管５３に設けられた冷凍機５４と、循環配管５３に設けられ、二次冷媒を冷熱利用機器５２に循環させる二次冷媒ポンプ５５と、循環する二次冷媒量を調整するリザーバタンク５６と、を備える。
【００２５】
循環配管５３を循環する二次冷媒は、冷凍機５４で冷却される。冷凍機５４には、作動ガスを圧縮させて冷熱を発生するスターリング冷凍機が用いられる。循環配管５３に設けられる二次冷媒（冷却液）ポンプ５５は、二次冷媒を循環させて、冷熱利用機器５２に二次冷媒を送流して冷熱の利用に供する。
【００２６】
リザーバタンク５６は、循環する二次冷媒量を調節するために設けられている。つまり、循環配管５３を循環する二次冷媒は、冷凍機５４で冷却されるにつれて体積が減少してしまう。このため二次冷媒を補充して二次冷媒量を調整するためにリザーバタンク５６が設けられている。
【００２７】
リザーバタンク５６の上部空間５６’には、圧力調整ベローズ５７、安全バルブ５８、及び、タンクベント５９が角ブロック６０を介して、リザーバタンク５６と連通するように接続されている。つまり、圧力調整ベローズ５７、安全バルブ５８、及び、タンクベント５９は、内部に貫通孔が設けられた金属製の汎用品である角ブロック６０に装着されており、この角ブロック６０がリザーバタンク５６の上部空間５６’に配置されている。また、リザーバタンク５６の上部には二次冷媒注入バルブ（フィル）６１が接続されている（設けられている）。さらに、リザーバタンク５６の液体の二次媒体の貯留部分５６ａと循環配管５３とは、電磁弁６２を介して接続されている。
【００２８】
圧力調整ベローズ５７は、伸縮することにより、後述する気体回収管７０ｂ、及び気液分離管７０ａ等を介して循環配管５３内の圧力調整を行なうものである。つまり、二次冷媒が冷熱利用機器５２で冷熱を与えることにより二次冷媒に温度上昇が生じ、この結果二次冷媒の体積変化が生じる。この体積変化により生じる循環配管５３内の圧力変動に応じて、圧力調整ベローズ５７が伸縮することで、循環配管５３内の圧力変動を吸収する。
【００２９】
安全バルブ５８はリザーバタンク５６の内圧が所定圧以上になると開弁することにより、リザーバタンク５６の内圧が異常な高圧にならないようにするものである。
【００３０】
リザーバタンク５６に設けられる二次冷媒注入バルブ（フィル）６１は、二次冷媒を冷却装置５０内、つまりリザーバタンク５６に注入する際に、開弁して用いるものである。また、タンクベント５９は、リザーバタンク５６を強制開放できるようにするものである。具体的には、二次冷媒を冷却装置５０内に注入するとき、フィル６１を開いてリザーバタンク５６に二次冷媒（冷却液）を注ぎ込む。このとき、空気（エア）がリザーバタンク５６から逃げられるようにするため、タンクベント５９を開く。
【００３１】
循環配管５３には、二次冷媒の気液分離を行う気液分離配管７０が設けられている。気液分離配管７０は、冷熱利用機器５２側から戻ってきた二次冷媒中の残留エアを分離し、液体の二次冷媒を環配管５３に戻るようにするものである。気液分離配管７０は、冷熱利用機器５２と二次冷媒ポンプ５５との間の配管５３ａに設けられた気液分離管７０ａと、気液分離された二次冷媒に残留しているエア（空気）をリザーバタンク５６に導く気体回収管７０ｂと、液体の二次冷媒を循環配管５３に戻す液体戻管７０ｃ等と、により形成されている。
【００３２】
気液分離管７０ａと液体戻管７０ｃとは連通して、略逆Ｕ字状をなし、その頂部近傍に気体回収管７０ｂが接続されて、リザーバタンク５６へ連通している。二次冷媒が、冷熱利用機器５２から循環配管５３ａに流動して二次冷媒ポンプ５５に戻るまでの間に、二次冷媒中に残留しているエア気液分離管７０ａ内を上昇することにより気液分離が行われる。この二次冷媒中の残留エアは、気体回収管７０ｂを介してリザーバタンク５６に回収される。
【００３３】
気液分離が行われると、二次冷媒ポンプ５５には液体の二次冷媒のみが戻るので、二次冷媒中の残留エアにより生じる、二次冷媒ポンプ５５でのエアー噛み等の不都合が防止できる。
【００３４】
気液分離管７０ａ内を上昇した二次冷媒中の残留エアは、気体回収管７０ｂを介してリザーバタンク５６に回収される。
【００３５】
なお、液体戻管７０ｃには、フッ素液フィルタ７１を設けてもよい。フッ素液フィルタ７１は、例えばハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）の二次冷媒を用いた場合に、二次冷媒中で発生するフッ素化合物を取り除くためのものであり、例えば公知の活性アルミナカートリッジが用いられる。具体的には、上述した電磁弁６２を開いて循環配管５３を循環する二次冷媒の一部をリザーバタンク５６に流入させる。リザーバタンク５６内の二次冷媒は、液体戻管７０ｃへ流出してフッ素液フィルタ７１を通り、二次冷媒中のフッ素化合物が取り除かれる。
【００３６】
本発明に係る冷却装置５０の特徴は、循環配管５３とリザーバタンク５６とを直接連通させる、バイパス配管８０を備えることである。バイパス配管８０にはバイパス弁８１が設けられており、バイパス弁８１によりバイパス配管８０を開閉することができる。
【００３７】
バイパス配管８０及びバイパス弁８１は、循環配管５３中を循環している二次冷媒のエア抜きを確実に行うために設けられる。即ち、バイパス弁８１を開いて、バイパス配管８０を循環配管５３とリザーバタンク５６との間で直接連通させる。これにより、循環配管５３中を循環している二次冷媒の一部をバイパス配管８０を通じてリザーバタンク５６へ導き、この二次冷媒中に含まれる空気をリザーバタンク５６に放出するのである。
【００３８】
さらに詳しく説明すると、バイパス配管８０の一端８０ａは、循環配管５３に接続されて（設けられて）おり、バイパス配管８０の他端８０ｂは、リザーバタンク５６に接続されて（設けられて）いる。即ち、バイパス配管８０の一端８０ａは、二次冷媒ポンプ５５の出口側（下流側）に位置する配管５３ｂである循環配管５３、言い換えれば、二次冷媒が二次冷媒ポンプ５５から流出する側の配管５３ｂである循環配管５３に設けられている。
【００３９】
そして、バイパス配管８０の他端８０ｂは、リザーバタンク５６において、貯留されている液体の二次冷媒の水位５６ｂよりも上の位置５６ｃ、つまり、貯留部分５６ａの水位５６ｂよりも上の位置５６ｃに設けられている。これは、以下の理由による。
【００４０】
リザーバタンク５６中の貯留部分５６ａの水位５６ｂよりも上の空間５６ｄには、空気や気体の二次冷媒が存在している。したがって、貯留部分５６ａの水位５６ｂよりも上の位置５６ｃにバイパス配管８０の他端８０ｂを設けることにより、循環配管５３中を流れる二次冷媒に含まれるエアが、循環配管５６ｂからバイパス配管８０を通じてリザーバタンク５６の上記位置５６ｃより上記空間５６ｄに放出されるので、エアが、より抜けやすいと考えられる。
【００４１】
なお、バイパス配管８０の他端８０ｂを、リザーバタンク５６の上記位置５６ｃ以外の箇所、例えばリザーバタンク５６の貯留部分５６ａに設けることも可能である。
【００４２】
（作用）
次に、図１を参照しつつ、本実施例の冷却装置５０の作用について説明する。冷却対象である冷熱利用機器５２に冷熱を供給する場合、冷凍機５４が始動すると共に、二次冷媒ポンプ５５が始動し、二次冷媒が循環配管５３を矢印ａで示す方向に流れる。このとき、例えば手動によりバイパス弁８１を開いてバイパス配管８０を開通し、リザーバタンク５６に連通させる。
【００４３】
循環配管５３を流れる二次冷媒は、冷凍機５４に達し、冷凍機５４において冷却される。冷却された二次冷媒は、循環配管５３を流れる間に、配管５３ｂに接続されているバイパス配管８０を通じてリザーバタンク５６へ直接導かれる。そして、二次冷媒に含まれるエアがリザーバタンク５６内の空間５６ｄに放出されて、エア抜きが行われる。二次冷媒は、循環配管５３中をさらに流通して、冷熱利用機器５２に達し、冷熱を供給する。このように、冷凍機５４で冷却された二次冷媒は、二次冷媒ポンプ５５により循環配管５３内で循環され、冷熱利用機器５２において冷却作用をする。
【００４４】
循環配管５３を環流する二次冷媒中のエア抜きが終了すれば、バイパス弁８１を閉じて、バイパス配管８０を閉通させる。
【００４５】
バイパス配管８０及びバイパス弁８１を設けることにより、以下の効果が得られる。つまり、循環配管５３を流れる二次冷媒の流れ（流速）が速い場合、特に、冷却装置５０を運転始動した初期段階においては、気液分離配管７０を通じてのエア抜きがスムーズに行われにくいため、通常は、二次冷媒ポンプ５５にインバータを設置してインバータ制御を行い、二次冷媒の流速を調整していた。しかし、本発明の冷却装置５０では、運転始動開始段階等の循環配管５３を流れる二次冷媒の流が速い場合においても、従来のように二次冷媒の流速を調整しなくとも、バイパス配管８０を介して二次冷媒のエア抜きを確実に行うことができる。したがって、エア抜きのために二次冷媒の流速を遅くする等の調整を行う必要が無くなり、運転始動開始段階からスムーズかつ迅速に二次冷媒を循環させて、冷熱利用機器５２へ冷熱を供することができる。
【００４６】
さらに、二次冷媒ポンプ５５に高価なインバータを設置する必要が無くなる結果、大幅な設備費の低減を図ることができる。
【００４７】
以上、本発明に係る冷却装置の実施形態を実施例に基づいて説明したが、本発明は特にこのような実施例に限定されることなく、特許請求の範囲記載の技術的事項の範囲内でいろいろな実施例があることはいうまでもない。
【００４８】
【発明の効果】
以上の構成から成る本発明に係る冷却装置によると、エア抜きのためにかかる運転時間を短縮して、熱利用機器へスムーズかつ迅速に冷熱伝達すると共に、設備費の低減（低コスト化）を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る冷却装置の概略的な構成を示す図である。
【図２】冷却装置の概略的な基本的構成を示す図である。
【符号の説明】
１、５０    冷却装置
２、５２    冷熱利用機器
３、５３    循環配管
３ａ、５３ａ、５３ｂ    配管
４、５４    冷凍機
５、５５    二次冷媒（冷却液）ポンプ
６、５６    リザーバタンク
６ａ、５６ａ    貯留部分
６’、５６’    上部空間
７、５７    圧力調整ベローズ
８、５８    安全バルブ
９、５９    タンクベント
１０、６０    角ブロック
１１、６１    二次冷媒注入バルブ（フィル）
１２、６２    電磁弁
２０、７０    気液分離配管
２０ａ、７０ａ    気液分離管
２０ｂ、７０ｂ    気体回収管
２０ｃ、７０ｃ    液体戻管
２１、７１    フッ素液フィルタ
５６ｂ    水位
５６ｃ    位置
８０    バイパス配管
８０ａ    一端
８０ｂ    他端
８１    バイパス弁
【図１】
2004286371.tif 000003
【図２】
2004286371.tif 000004