(57)【要約】【課題】大気とブラインとの接触を極力回避するとともに、ブラインの使用量を少なくすることができる冷却装置を提供する。【解決手段】冷凍機２０の低温冷媒とブラインとを熱交換させてブラインを冷却する熱交換器３１と、熱交換器で冷却されたブラインを貯留するブラインタンク３２と、ブラインタンク内のブラインを循環ポンプ３３を介して発熱体１２の冷却回路３４に供給するブライン供給経路３５と、発熱体の冷却回路からブラインを熱交換器に回収するブライン回収経路３６とを備えたブライン循環経路３０を有するとともに、ブラインタンクの上方にリザーブタンク２７を備え、リザーブタンクとブラインタンクとの間には、ブラインタンクの上部とリザーブタンクの上部とを接続するガス抜き経路３８と、ブラインタンクの下部とリザーブタンクの下部とを接続するブライン補給経路３９とを設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍機の低温冷媒との熱交換によって低温状態としたブラインを循環させて発熱体を冷却するための冷却装置において、前記低温冷媒と前記ブラインとを熱交換させてブラインを冷却する熱交換器と、該熱交換器で冷却されたブラインを貯留するブラインタンクと、該タンク内のブラインを循環ポンプを介して前記発熱体の冷却回路に供給するブライン供給経路と、前記発熱体の冷却回路からブラインを前記熱交換器に回収するブライン回収経路とを備えたブライン循環経路を有するとともに、前記ブラインタンクの上方にリザーブタンクを備え、該リザーブタンクと前記ブラインタンクとの間には、ブラインタンクの上部とリザーブタンクの上部とを接続するガス抜き経路と、ブラインタンクの下部とリザーブタンクの下部とを接続するブライン補給経路とが設けられていることを特徴とする冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置に関し、詳しくは、冷凍機によって低温状態としたブラインを循環させて発熱体を冷却する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷却負荷（発熱体）を冷却するための冷却装置として、冷却媒体（ブライン、不凍液）を貯留した蓄熱槽の内部に冷凍サイクルにおける冷凍機の蒸発器を設けるとともに、蓄熱槽内のブラインを冷却負荷（発熱体）に循環させる循環路を設け、冷凍機によって冷却したブラインを介して発熱体を冷却する冷却システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１０６９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、蒸発器を設けた蓄熱槽内にブラインを貯留した状態で使用するため、大量のブラインを必要とするだけでなく、ブラインの液面が流動する状態となっているので大気とブラインとの接触機会が多く、ブラインが大気中の水分を吸収して変質することがあった。また、蓄熱槽や循環路を完全に密閉して大気との接触を遮断しようとすると、ブラインの熱膨張、熱収縮による体積変化による圧力変化で蓄熱槽や配管設備などが破損するおそれがある。
【０００５】
そこで本発明は、大気とブラインとの接触を極力回避するとともに、ブラインの使用量を少なくすることができる冷却装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の冷却装置は、冷凍機の低温冷媒との熱交換によって低温状態としたブラインを循環させて発熱体を冷却するための冷却装置において、前記低温冷媒と前記ブラインとを熱交換させてブラインを冷却する熱交換器と、該熱交換器で冷却されたブラインを貯留するブラインタンクと、該ブラインタンク内のブラインを循環ポンプを介して前記発熱体の冷却回路に供給するブライン供給経路と、前記発熱体の冷却回路からブラインを前記熱交換器に回収するブライン回収経路とを備えたブライン循環経路を有するとともに、前記ブラインタンクの上方にリザーブタンクを備え、該リザーブタンクと前記ブラインタンクとの間には、ブラインタンクの上部とリザーブタンクの上部とを接続するガス抜き経路と、ブラインタンクの下部とリザーブタンクの下部とを接続するブライン補給経路とが設けられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の冷却装置によれば、冷却運転中のブラインは、熱交換器、ブラインタンク、ブライン供給経路、発熱体、ブライン回収経路からなる密閉されたブライン循環経路を循環する状態となるので、大気とブラインとの接触を断つことができ、大気中の水分によるブラインの劣化を防止することができる。また、冷凍機の低温冷媒とブラインとの熱交換を熱交換器で行うので、前述のように冷凍機の蒸発器を蓄熱槽内に設ける場合に比べてブラインタンクの小型化を図ることができ、ブラインの使用量を大幅に少なくすることができる。さらに、ブラインの使用量が低減することで、ブライン全体の温度を短時間で均一化することができるので、装置の起動から定常運転に至るまでの時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の冷却装置の一形態例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本形態例に示す冷却装置１１は、冷凍機２０の低温冷媒との熱交換によって低温状態としたブラインをブライン循環経路３０に循環させて発熱体１２を冷却するためのものであって、圧縮機２１、凝縮器２２、膨張器２３及び蒸発器２４を備えた冷凍サイクルを構成する冷凍機２０と、該冷凍機２０の蒸発器２４で低温冷媒と熱交換したブラインを循環させるブライン循環経路３０とを有している。
【００１０】
ブライン循環経路３０は、前記蒸発器２４を組み込むとともにブライン冷却流路３１ａを組み込んで蒸発器２４内を流れる低温冷媒とブラインとを間接熱交換させてブラインを冷却する熱交換器３１と、該熱交換器３１で冷却された低温のブラインを貯留するブラインタンク３２と、該ブラインタンク３２内の低温のブラインを循環ポンプ３３を介して前記発熱体１２の冷却回路３４に供給するブライン供給経路３５と、該発熱体１２の冷却回路３４からブラインを前記熱交換器３１に回収するブライン回収経路３６とを備えるとともに、前記ブラインタンク３２の上方に配置されたリザーブタンク３７を備えている。
【００１１】
リザーブタンク３７と前記ブラインタンク３２との間には、ブラインタンク３２の上部とリザーブタンク３７の上部とを接続するガス抜き経路３８と、ブラインタンク３２の下部とリザーブタンク３７の下部とを接続するブライン補給経路３９とが設けられており、ブライン補給経路３９は、ブラインタンク３２の下方にトラップ構造を形成し、ブラインタンク３２とリザーブタンク３７との間のブラインの流れを抑えるようにしている。また、リザーブタンク３７は、基本的に密閉された状態で形成されており、着脱可能な蓋３７ａに極めて小径の通気孔が設けられている。
【００１２】
このように形成した冷却装置１１による発熱体１２の冷却運転は、以下のようにして行われる。まず、冷凍機２０を始動して圧縮機２１による冷媒の圧縮を開始し、圧縮機２１で高圧に圧縮したガス状高温高圧冷媒を凝縮器２２に導入し、ファン２２ａから送風される大気と熱交換させてガス状高温高圧冷媒を凝縮させることにより液状中温高圧冷媒とする。次に、この液状中温高圧冷媒を膨張弁などの膨張器２３で膨張させて液状中温低圧冷媒とし、液状中温低圧冷媒を蒸発器２４で蒸発させることによってガス状低温低圧冷媒とする。蒸発器２４を出たガス状低温低圧冷媒は、圧縮機２１に吸入されて圧縮され、ガス状高温高圧冷媒となって冷凍サイクル内を循環する。
【００１３】
ブライン循環経路３０では、循環ポンプ３３を始動して該ブライン循環経路３０内にブラインを循環させ、熱交換器３１において、前記蒸発器２４を流れるガス状低温低圧冷媒によってブライン冷却流路３１ａを流れるブラインを冷却することにより、あらかじめ設定された低温状態の低温ブラインとする。ブライン循環経路３０内を循環するブラインの温度は、ブライン供給経路３５に設けた温度計４０によって確認される。
【００１４】
熱交換器３１を出た低温ブラインは、経路４１を通ってブラインタンク３２に流入し、ブラインタンク３２の下部から循環ポンプ３３に吸入され、ブライン供給経路３５を通って発熱体１２の冷却回路３４に送り出される。冷却回路３４で発熱体１２を冷却することによって昇温したブラインは、ブライン回収経路３６を通って熱交換器３１のブライン冷却流路３１ａに循環する。
【００１５】
循環するブライン中に発生した気泡は、ブラインタンク３２内で液面上に浮上し、ガス抜き経路３８を通ってリザーブタンク３７に回収される。また、蒸発や熱収縮によってブライン循環経路３０内を循環するブラインの体積が減少した際には、リザーブタンク３７内のブラインが自重でブライン補給経路３９を流下し、下方に位置するブラインタンク３２内に補給される。逆に熱膨張でブラインの体積が増加した場合は、大気圧状態のリザーブタンク３７とブライン循環経路３０との圧力差に応じてブラインタンク３２内のブラインがガス抜き経路３８やブライン補給経路３９を通ってリザーブタンク３７に回収される。リザーブタンク３７内の圧力は、蓋３７ａに設けた通気孔から大気を吸入したり、リザーブタンク３７内のガスを放出することにより、大気圧状態に保持される。
【００１６】
このようにして熱交換器３１で冷却した低温のブラインを循環させて発熱体１２の冷却を行う際に、ブラインと大気との接触はリザーブタンク３７内のブラインの液面に限られており、リザーブタンク３７の気相は、蓋３７ａに設けた小径の通気孔のみで大気と連通した状態になっており、リザーブタンク３７内への大気の流入がほとんどない状態となっているので、周辺大気中の水分がリザーブタンク３７の気相中に混入してブラインに吸収されることを抑えることができる。また、蒸発したブラインの蒸気がリザーブタンク３７から大気中に放出されることも抑えることができるので、安全性や作業性を向上させることができる。
【００１７】
さらに、リザーブタンク３７は、低温のブラインが連続して流れるブライン循環経路３０とは切り離された状態となっており、循環するブラインがリザーブタンク３７内に流入したり、リザーブタンク３７からブライン循環経路３０にブラインが流出したりすることがほとんどないため、リザーブタンク３７内のブラインが吸湿しにくい常温状態になっていることから、ブラインの水分吸収量を大幅に少なくすることができる。これにより、水分の吸収によるブラインの変質を抑えてブラインのライフサイクルを大幅に延長することができる。さらに、リザーブタンク３７は、低温のブラインがほとんど流入しないので断熱構造を採用する必要がなく、製作コストの上昇を抑えることができる。
【００１８】
また、前記ブラインタンク３２は、ブライン循環経路３０を循環するブラインの流速を一時的に遅くしてブライン内に混入した気泡をタンク上部に分離可能な形状及び容積とすればよく、従来のように蒸発器を槽内部に設けた蓄熱槽に比べてブラインタンク３２内に貯留するブラインの量を大幅に少なくすることができる。これにより、ブライン循環経路３０を含めた全体的なブラインの所要量を少なくでき、ブラインにおける初期コストや保守コストの低減、循環するブラインを冷却するために要する時間の短縮、冷凍機２０の消費電力量の削減などを図ることができるとともに、冷却装置１１の小型化及び低価格化を図ることができる。したがって、実験台の下などの狭い場所にも冷却装置１１を設置することが可能となり、装置の起動から冷却運転に至る時間の短縮により、各種実験の効率を向上させることができる。
【００１９】
ブライン循環経路３０及びリザーブタンク３７内のブラインの抜き取りは、ブラインタンク３２の下部にブライン抜き取り経路４２を設けておくことによって容易に行うことができ、また、ブライン循環経路３０内の洗浄は、リザーブタンク３７から洗浄液を注入しながら循環ポンプ３３を運転してブライン循環経路３０内に洗浄液を流し、ブラインタンク３２の直前の経路４１に設けた洗浄液排出経路４３から洗浄液を排出することによって容易に行うことができる。
【００２０】
なお、冷凍機２０には、市販の各種冷凍機を採用することができ、前記熱交換器３１にも、市販の各種熱交換器を使用することが可能である。また、発熱体１２の冷却回路３４は、発熱体１２の形状などに応じて適宜な構造を採用することができる。さらに、発熱体１２の温度制御が必要な場合は、従来からこの種の冷却装置に採用されている制御手段を採用することができ、例えば、インバータ制御によって圧縮機２１や循環ポンプ３３の回転数を制御するなどの方法も採用可能である。
【符号の説明】
【００２１】
１１…冷却装置、１２…発熱体、２０…冷凍機、２１…圧縮機、２２…凝縮器、２２ａ…ファン、２３…膨張器、２４…蒸発器、３０…ブライン循環経路、３１…熱交換器、３１ａ…ブライン冷却流路、３２…ブラインタンク、３３…循環ポンプ、３４…冷却回路、３５…ブライン供給経路、３６…ブライン回収経路、３７…リザーブタンク、３７ａ…蓋、３８…ガス抜き経路、３９…ブライン補給経路、４０…温度計、４１…経路、４２…ブライン抜き取り経路、４３…洗浄液排出経路
【図１】
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