(57)【要約】【課題】従来技術の冷却塔および冷却水ポンプを備えたアンモニア凝縮用冷却サイクルと比べて小型化するとともに効率をよくするアンモニア冷凍装置を提供すること。【解決手段】一次側アンモニア冷凍サイクル１１０が、アンモニアを凝縮するアンモニア凝縮用カスケードコンデンサ１１２を有し、このアンモニア凝縮用カスケードコンデンサ１１２でアンモニアを冷却するアンモニア凝縮用冷却サイクル１３０が、自然冷媒または非オゾン層破壊物質の冷媒を作動冷媒とし、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサ１１２で蒸発した作動冷媒を冷却・液化するエバポレーティブコンデンサ１３１を有していることを特徴とするアンモニア冷凍装置１００。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニアを冷媒とした一次側アンモニア冷凍サイクルのアンモニア蒸発器として用いるアンモニア蒸発用カスケードコンデンサで二次側炭酸ガス冷却サイクルの冷媒として用いる炭酸ガスを冷却・液化して該炭酸ガスを二次側炭酸ガス冷却サイクルの炭酸ガス蒸発器へ送り、該炭酸ガス蒸発器で被冷却物を冷却して蒸発した炭酸ガスが、前記アンモニア蒸発用カスケードコンデンサに戻り再び冷却・液化されるアンモニア冷凍装置において、
前記一次側アンモニア冷凍サイクルが、前記アンモニアを凝縮するアンモニア凝縮用カスケードコンデンサを有し、
該アンモニア凝縮用カスケードコンデンサでアンモニアを冷却するアンモニア凝縮用冷却サイクルが、自然冷媒または非オゾン層破壊物質の冷媒を作動冷媒とし、前記アンモニア凝縮用カスケードコンデンサで蒸発した作動冷媒を冷却・液化するエバポレーティブコンデンサを有していることを特徴とするアンモニア冷凍装置。
【請求項２】
前記エバポレーティブコンデンサが、前記アンモニア凝縮用カスケードコンデンサより上方に設置されていることを特徴とする請求項１に記載のアンモニア冷凍装置。
【請求項３】
前記アンモニア凝縮用冷却サイクルが、前記エバポレーティブコンデンサで冷却・液化された作動冷媒をアンモニア凝縮用カスケードコンデンサへ強制的に送る冷媒液ポンプを有していることを特徴とする請求項１に記載のアンモニア冷凍装置。
【請求項４】
前記アンモニア凝縮用冷却サイクルが、前記アンモニア凝縮用カスケードコンデンサの作動冷媒出口とエバポレーティブコンデンサの作動冷媒入口との間に設置された圧縮機と、前記アンモニア凝縮用カスケードコンデンサの作動冷媒入口とエバポレーティブコンデンサの作動冷媒出口との間に設置された流量調整弁とを有していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載のアンモニア冷凍装置。
【請求項５】
前記作動冷媒が、炭酸ガスであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載のアンモニア冷凍装置。
【請求項６】
前記炭酸ガス蒸発器が、クーラー室の内部に設置され、
前記一次側アンモニア冷凍サイクルが、前記クーラー室と異なる密閉された収容室の内部に設置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載のアンモニア冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニアを冷媒とした一次側アンモニア冷凍サイクルと、この一次側アンモニア冷凍サイクルのアンモニアによって冷却される炭酸ガスを冷媒とする二次側炭酸ガス冷却サイクルとを備え、二次側炭酸ガス冷却サイクルの蒸発器により室内や冷凍庫の内部などを冷却するアンモニア冷凍装置であって、特に、冷蔵庫やサーバルームを冷却するアンモニア冷凍装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、アンモニア冷凍装置として、アンモニアを冷媒としたアンモニアサイクルと、二酸化炭素を冷媒とした炭酸ガスサイクルとを組み合わせ、炭酸ガスサイクルの蒸発器で冷却を行うヒートポンプシステムが知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】再表００／０５０８２２公報（特に、図１参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来のヒートポンプシステムは、アンモニアサイクルのコンデンサにおいて、気体状のアンモニアを冷却水によって冷却して液体にする構造であったため、冷却水を冷却する冷却塔を機械室の外部に設置する必要があり、冷却水ポンプの動力が大きく、凝縮温度が高くなり、効率が十分ではなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、前述したような従来技術の問題を解決するものであって、すなわち、本発明の目的は、従来技術の冷却塔および冷却水ポンプを備えたアンモニア凝縮用冷却サイクルと比べて小型化するとともに効率をよくするアンモニア冷凍装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本請求項１に係る発明は、アンモニアを冷媒とした一次側アンモニア冷凍サイクルのアンモニア蒸発器として用いるアンモニア蒸発用カスケードコンデンサで二次側炭酸ガス冷却サイクルの冷媒として用いる炭酸ガスを冷却・液化して該炭酸ガスを二次側炭酸ガス冷却サイクルの炭酸ガス蒸発器へ送り、該炭酸ガス蒸発器で被冷却物を冷却して蒸発した炭酸ガスが、前記アンモニア蒸発用カスケードコンデンサに戻り再び冷却・液化されるアンモニア冷凍装置において、前記一次側アンモニア冷凍サイクルが、前記アンモニアを凝縮するアンモニア凝縮用カスケードコンデンサを有し、該アンモニア凝縮用カスケードコンデンサでアンモニアを冷却するアンモニア凝縮用冷却サイクルが、自然冷媒または非オゾン層破壊物質の冷媒を作動冷媒とし、前記アンモニア凝縮用カスケードコンデンサで蒸発した作動冷媒を冷却・液化するエバポレーティブコンデンサを有していることにより、前述した課題を解決するものである。
【０００７】
本請求項２に係る発明は、請求項１に記載されたアンモニア冷凍装置の構成に加えて、前記エバポレーティブコンデンサが、前記アンモニア凝縮用カスケードコンデンサより上方に設置されていることにより、前述した課題をさらに解決するものである。
【０００８】
本請求項３に係る発明は、請求項１に記載されたアンモニア冷凍装置の構成に加えて、前記アンモニア凝縮用冷却サイクルが、前記エバポレーティブコンデンサで冷却・液化された作動冷媒をアンモニア凝縮用カスケードコンデンサへ強制的に送る冷媒液ポンプを有していることにより、前述した課題をさらに解決するものである。
【０００９】
本請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載されたアンモニア冷凍装置の構成に加えて、前記アンモニア凝縮用冷却サイクルが、前記アンモニア凝縮用カスケードコンデンサの作動冷媒出口とエバポレーティブコンデンサの作動冷媒入口との間に設置された圧縮機と、前記アンモニア凝縮用カスケードコンデンサの作動冷媒入口とエバポレーティブコンデンサの作動冷媒出口との間に設置された流量調整弁とを有していることにより、前述した課題をさらに解決するものである。
【００１０】
本請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載されたアンモニア冷凍装置の構成に加えて、前記作動冷媒が、炭酸ガスであることにより、前述した課題をさらに解決するものである。
【００１１】
本請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載されたアンモニア冷凍装置の構成に加えて、前記炭酸ガス蒸発器が、クーラー室の内部に設置され、前記一次側アンモニア冷凍サイクルが、前記クーラー室と異なる密閉された収容室の内部に設置されていることにより、前述した課題をさらに解決するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のアンモニア冷凍装置は、アンモニアを冷媒とした一次側アンモニア冷凍サイクルと、この一次側アンモニア冷凍サイクルのアンモニアによって冷却される炭酸ガスを冷媒とするとともに炭酸ガス蒸発器を有する二次側炭酸ガス冷却サイクルとを備えていることにより、炭酸ガス蒸発器で被冷却物を冷却することができるばかりでなく、以下のような特有の効果を奏することができる。
【００１３】
本請求項１に係る発明のアンモニア冷凍装置によれば、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサでアンモニアを冷却するアンモニア凝縮用冷却サイクルが、自然冷媒または非オゾン層破壊物質の冷媒を作動冷媒とし、前記アンモニア凝縮用カスケードコンデンサで蒸発した作動冷媒を冷却・液化するエバポレーティブコンデンサを有していることにより、エバポレーティブコンデンサにおいて十分に冷却・凝縮された作動冷媒がアンモニアから熱を奪って蒸発するとともにアンモニアが冷却されてアンモニアの凝縮温度が従来技術の冷却水で冷却したときと比べて低くなるため、従来技術の冷却塔および冷却水ポンプを備えたアンモニア凝縮用冷却サイクルと比べて小型化するとともに効率をよくすることができる。
【００１４】
本請求項２に係る発明のアンモニア冷凍装置によれば、請求項１に係る発明が奏する効果に加えて、エバポレーティブコンデンサが、前記アンモニア凝縮用カスケードコンデンサより上方に設置されていることにより、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサで気化した気体の作動冷媒と、エバポレーティブコンデンサで液化した作動冷媒との比重差および液ヘッド差によってサイクル経路上で液体の作動冷媒が下方に移動する他方で気体の作動冷媒が上方へ移動しようとするため、ポンプなしで作動冷媒を循環させることができる。
【００１５】
本請求項３に係る発明のアンモニア冷凍装置によれば、請求項１に係る発明が奏する効果に加えて、アンモニア凝縮用冷却サイクルが、前記エバポレーティブコンデンサで冷却・液化された作動冷媒をアンモニア凝縮用カスケードコンデンサへ強制的に送る冷媒液ポンプを有していることにより、サイクル経路上で作動冷媒に対して循環させる力が作用するため、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサに対してエバポレーティブコンデンサを設置する位置を自由に決めることができる。
【００１６】
本請求項４に係る発明のアンモニア冷凍装置によれば、請求項１乃至請求項３のいずれか１つに係る発明が奏する効果に加えて、アンモニア凝縮用冷却サイクルが、前記アンモニア凝縮用カスケードコンデンサの作動冷媒出口とエバポレーティブコンデンサの作動冷媒入口との間に設置された圧縮機と、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサの作動冷媒入口とエバポレーティブコンデンサの作動冷媒出口との間に設置された流量調整弁とを有していることにより、圧縮機を基準としたアンモニア凝縮用カスケードコンデンサ側の圧力が下がるとともにアンモニア凝縮用カスケードコンデンサ側の温度も下がってアンモニア凝縮用カスケードコンデンサへ送られる液体の作動冷媒の温度が下がるため、液体の作動冷媒をアンモニア凝縮用カスケードコンデンサへ送ってアンモニアをより低温に冷却することができる。
【００１７】
本請求項５に係る発明のアンモニア冷凍装置によれば、請求項１乃至請求項４のいずれか１つに係る発明が奏する効果に加えて、作動冷媒が、炭酸ガスであることにより、万が一にアンモニア凝縮用冷却サイクルにおいて炭酸ガスが漏れてしまった場合であっても、人に対する害がないため、安全性を確保することができる。
さらに、例えば、湿球温度が２７℃のときであっても炭酸ガスの気体および液体が存在する臨界温度３１．１℃未満にアンモニア凝縮用冷却サイクルの炭酸ガスの温度が低下してエバポレーティブコンデンサの内部で炭酸ガスが液化するため、一次側アンモニア冷凍サイクルのアンモニアを効率良く冷却することができる。
【００１８】
本請求項６に係る発明のアンモニア冷凍装置によれば、請求項１乃至請求項５のいずれか１つに係る発明が奏する効果に加え、前記炭酸ガス蒸発器が、クーラー室の内部に設置され、前記一次側アンモニア冷凍サイクルが、前記クーラー室と異なる密閉された収容室の内部に設置されていることにより、一次側アンモニア冷凍サイクルの配管を収容室の外部へ持ち出す必要がないため、万が一にアンモニアが漏洩した場合であっても人に対する害の発生を回避するとともにクーラー室へのアンモニアの影響をなくすことができる。
さらに、一次側アンモニア冷凍サイクルの配管が収容室の内部で密閉されて作業主任者を置く必要がなくなるため、ユーザーが安心してアンモニア冷凍装置を安全に運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施例であるアンモニア冷凍装置を示す概念図。
【図２】炭酸ガスの温度・圧力特性を示す図。
【図３】本発明の第１実施例のアンモニア冷凍装置の設置例を示す概念図。
【図４】図３に示す符号４−４で視た概念図。
【図５】図３に示す符号５から視た概念図。
【図６】本発明の第２実施例であるアンモニア冷凍装置を示す概念図。
【図７】本発明の第３実施例であるアンモニア冷凍装置の要部を示す概念図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、アンモニアを冷媒とした一次側アンモニア冷凍サイクルと、この一次側アンモニア冷凍サイクルのアンモニアによって冷却される炭酸ガスを冷媒とするとともに蒸発器を有する二次側炭酸ガス冷却サイクルと、一次側アンモニア冷凍サイクルのアンモニアを冷却するアンモニア凝縮用冷却サイクルとを組み合わせたアンモニア冷凍装置であって、アンモニア凝縮用冷却サイクルが、アンモニアを冷却する自然冷媒または非オゾン層破壊物質の冷媒としての作動冷媒を冷却して液化させる凝縮器としてのエバポレーティブコンデンサを有していることにより、従来技術の冷却塔および冷却水ポンプを備えたアンモニア凝縮用冷却サイクルと比べて小型化するとともに効率をよくするものであれば、その具体的な実施態様は、如何なるものであっても構わない。
【００２１】
例えば、エバポレーティブコンデンサは、水の気化現象により蒸発潜熱を奪うことで、コンデンサコイル（伝熱管）を冷却することにより、コンデンサコイル（伝熱管）の内部を通過する冷媒ガスを冷却するものであれば如何なるものであっても構わない。
また、作動冷媒は、炭酸ガス、アンモニア、エタンやブタンなどの炭化水素など、自然冷媒または非オゾン層破壊物質の冷媒であれば如何なるものであっても構わない。
【実施例１】
【００２２】
以下に、本発明の第１実施例であるアンモニア冷凍装置１００について、図１および図２に基づいて説明し、本発明の第１実施例のアンモニア冷凍装置１００の設置例について、図３乃至図５に基づいて説明する。
ここで、図１は、本発明の第１実施例であるアンモニア冷凍装置１００を示す概念図であり、図２は、炭酸ガスの温度・圧力特性を示す図であり、図３は、本発明の第１実施例のアンモニア冷凍装置１００の設置例を示す概念図であり、図４は、図３に示す符号４−４で視た概念図であり、図５は、図３に示す符号５から視た概念図である。
【００２３】
本発明の第１実施例であるアンモニア冷凍装置１００は、図１に示すように、アンモニアを冷媒とした一次側アンモニア冷凍サイクル１１０と、この一次側アンモニア冷凍サイクル１１０のアンモニアによって冷却される炭酸ガスを冷媒とする二次側炭酸ガス冷却サイクル１２０と、一次側アンモニア冷凍サイクル１１０のアンモニアを冷却するアンモニア凝縮用冷却サイクル１３０とを備えている。
【００２４】
このうち、一次側アンモニア冷凍サイクル１１０は、圧縮機１１１と、コンデンサの一例であるアンモニア凝縮用カスケードコンデンサ１１２と、アンモニア高圧受液器１１３と、膨張弁１１４と、気液分離器でもあるアンモニア低圧受液器１１５と、コンデンサの一例であるアンモニア蒸発用カスケードコンデンサ１１６とを有している。
圧縮機１１１は、気体状のアンモニアガスを圧縮するように設けられ、圧縮された気体状のアンモニアガスは、アンモニア蒸発用カスケードコンデンサ１１６を通過するとき、詳しくは後述するアンモニア凝縮用冷却サイクル１３０の液体炭酸ガスに熱を奪われることで冷却されて液体となる。
【００２５】
液化したアンモニアは、アンモニア高圧受液器１１３へ送られ、さらに、膨張弁１１４へ送られる。
膨張弁１１４は、液化したアンモニアを減圧するとともに流量を制御するように構成されている。
液化したアンモニアは、膨張弁１１４を介してアンモニア低圧受液器１１５へ送られ、さらに、アンモニア蒸発用カスケードコンデンサ１１６へ送られる。
【００２６】
液化したアンモニアは、アンモニア蒸発用カスケードコンデンサ１１６を通過するとき、詳しくは後述する二次側炭酸ガス冷却サイクル１２０の気体状の炭酸ガスから熱を奪うことで蒸発して気体になるとともに炭酸ガスを液化する。
気体状のアンモニアガスは、アンモニア低圧受液器１１５へ送られ、さらに、圧縮機１１１へ送られて再び圧縮される。
なお、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサ１１２を、アンモニア蒸発用カスケードコンデンサ１１６よりも高い位置に設置し、これらの間にアンモニア媒体の液ヘッド差を形成することにより、液ヘッド差を利用した自然循環現象が生じるため、ポンプなしでアンモニアが循環する。
また、一次側アンモニア冷凍サイクル１１０は、密閉された収容室１４０の内部に設置されている。
【００２７】
二次側炭酸ガス冷却サイクル１２０は、気液分離器でもある炭酸ガス受液器１２１と、炭酸ガスポンプ１２２と、炭酸ガス蒸発器１２３とを有し、一次側アンモニア冷凍サイクル１１０のアンモニア蒸発用カスケードコンデンサ１１６において一次側アンモニア冷凍サイクル１１０と組み合わされている。
炭酸ガス受液器１２１は、アンモニア蒸発用カスケードコンデンサ１１６において液化した液体炭酸ガスを受けるように構成されている。
炭酸ガス受液器１２１の液体炭酸ガスは、炭酸ガスポンプ１２２へ送られ、炭酸ガスポンプ１２２が、液体炭酸ガスを炭酸ガス蒸発器１２３へ送るように設けられている。
【００２８】
液体炭酸ガスは、炭酸ガス蒸発器１２３を通過するとき、炭酸ガス蒸発器１２３の周囲の空気や物などから熱を奪うことで蒸発して気体になるとともに周囲の空気や物を冷却する。
気体状の炭酸ガスは、炭酸ガス受液器１２１へ送られ、さらに、アンモニア蒸発用カスケードコンデンサ１１６へ送られる。
気体状の炭酸ガスは、アンモニア蒸発用カスケードコンデンサ１１６を通過するとき、液化したアンモニアに熱を奪われることで冷却されて液体となる。
なお、本実施例では、二次側炭酸ガス冷却サイクル１２０の冷媒としての炭酸ガスは、二酸化炭素である。
【００２９】
アンモニア凝縮用冷却サイクル１３０は、エバポレーティブコンデンサ１３１を有し、一次側アンモニア冷凍サイクル１１０のアンモニア凝縮用カスケードコンデンサ１１２において一次側アンモニア冷凍サイクル１１０と組み合わされている。
エバポレーティブコンデンサ１３１は、コンデンサコイル１３１ａと、ファン１３１ｂと、ポンプ１３１ｃと、噴射手段１３１ｄと、空気流入口１３１ｅと、空気排出口１３１ｆとを有している。
【００３０】
このうち、コンデンサコイル１３１ａは、冷媒としての炭酸ガスを内部で通過させるように設けられている。
なお、凝縮効率をさらに上げるために、コンデンサコイル１３１ａを、水平方向、空気流方向および噴射手段１３１ｄの噴射方向に対して傾斜させて、内部の炭酸ガスが下り勾配で流れるようにしてもよい。
また、アンモニア凝縮用冷却サイクル１３０の配管は、炭酸ガスの潜熱を使用するため、比較的小径のものを使用することができる。
【００３１】
ファン１３１ｂは、空気流入口１３１ｅから流入した空気がコンデンサコイル１３１ａを通過して空気排出口１３１ｆから排出するように、エバポレーティブコンデンサ１３１の内部で気流を発生させるように構成されている。
ポンプ１３１ｃは、エバポレーティブコンデンサ１３１の底部に貯まった水をくみ上げて上方の噴射手段１３１ｄへ送るように設けられている。
噴射手段１３１ｄは、ポンプ１３１ｃよって送られた水をコンデンサコイル１３１ａへ向けて噴射し、気化現象により蒸発潜熱を奪うことで、コンデンサコイル１３１ａを冷却するように設けられている。
これにより、コンデンサコイル１３１ａの内部を通過する気体状の炭酸ガスが、冷却され液化される。
なお、本実施例のアンモニア凝縮用冷却サイクル１３０の冷媒としての炭酸ガスは、二酸化炭素である。
【００３２】
本実施例では、上述したように、アンモニア凝縮用冷却サイクル１３０が、冷媒としての炭酸ガスを冷却して液化させる凝縮器としてのエバポレーティブコンデンサ１３１を有している。
これにより、エバポレーティブコンデンサ１３１において十分に冷却・凝縮された液体炭酸ガスがアンモニアから熱を奪って蒸発するとともに、アンモニアが冷却されてアンモニアの凝縮温度が従来技術の冷却水で冷却したときと比べて低くなる。
つまり、従来技術の冷却塔および冷却水ポンプを備えたアンモニア凝縮用冷却サイクルと比べて小型化するとともに効率がよくなる。
さらに、例えば、湿球温度が２７℃のときであっても、図２に示すように、炭酸ガスの気体および液体が存在する臨界温度３１．１℃未満にアンモニア凝縮用冷却サイクル１３０の炭酸ガスの温度が低下して、エバポレーティブコンデンサ１３１の内部で炭酸ガスが液化する。
つまり、一次側アンモニア冷凍サイクル１１０のアンモニアが効率良く冷却される。
【００３３】
また、本実施例では、エバポレーティブコンデンサ１３１が、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサ１１２より上方に設置されている。
これにより、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサ１１２で気化した気体炭酸ガスと、エバポレーティブコンデンサ１３１で液化した液体炭酸ガスとの比重差および液ヘッド差によってサイクル経路上で液体炭酸ガスが下方に移動する他方で気体炭酸ガスが上方へ移動しようとする。
つまり、アンモニア凝縮用冷却サイクル１３０において、ポンプなしで炭酸ガスが循環する。
【００３４】
図３乃至図５に示すように、アンモニア冷凍装置１００を用いて一例としてサーバルームＳＲのサーバを冷却することができる。
アンモニア凝縮用冷却サイクル１３０のエバポレーティブコンデンサ１３１やポンプ１３１ｃなどが、サーバルームＳＲより上のフロアや屋上に設置されている。
二次側炭酸ガス冷却サイクル１２０の炭酸ガス蒸発器１２３およびサーバラックＲＫが、クーラー室としてのサーバルームＳＲに設置されている。
サーバラックＲＫの配置により、ホットアイルＨＩ、コールドアイルＣＩが生じる。
【００３５】
ここで、ホットアイルＨＩとは、サーバラックＲＫの列や壁板ＷＬで区切られたサーバルームＳＲの空間のうち、サーバの排熱だけを集めた空間をいう。
また、コールドアイルＣＩとは、炭酸ガス蒸発器１２３（空調機）から送り出されてサーバが吸引する冷気を集めた空間をいう。
ホットアイルＨＩの温かい空気は、熱対流により上昇して天井ダクトＣＤに流れ込み、循環ファンＦＮによって、炭酸ガス蒸発器１２３へ送られる。
温かい空気は、炭酸ガス蒸発器１２３を通過するとき、炭酸ガス蒸発器１２３の液体炭酸ガスに熱を奪われることで冷却されて冷たい空気となる。
冷たい空気は、熱対流により下降して床ダクトＦＤに流れ込み、コールドアイルＣＩへ送られ、サーバラックＲＫのサーバを被冷却物として冷却する。
【００３６】
本実施例では、上述したように、炭酸ガス蒸発器１２３が、サーバルームＳＲの内部に設置され、一次側アンモニア冷凍サイクル１１０が、サーバルームＳＲと異なる密閉された収容室１４０の内部に設置されている。
これにより、一次側アンモニア冷凍サイクル１１０の配管を収容室１４０の外部へ持ち出す必要がない。
つまり、万が一にアンモニアが漏洩した場合であっても人に対する害の発生が回避され、クーラー室へのアンモニアの影響がない。
さらに、一次側アンモニア冷凍サイクル１１０の高圧側および低圧側の配管が収容室１４０の内部で密閉されて作業主任者を置く必要がなくなる。
【００３７】
なお、気体アンモニアガスを検出する検出センサを収容室１４０の天井に設置し、炭酸ガスを噴射する噴射手段を収容室１４０の外部に設置して、検出センサが、気体アンモニアガスを検知したとき、収容室１４０の上方に設けたダクトなどでアンモニアガスを収容室１４０の外部へ移動させ、噴射手段が、炭酸ガスを噴射するように構成してもよい。
これにより、万が一にアンモニアが漏洩した場合であっても、上昇した気体アンモニアガスが、検出センサによって検出され、噴射された炭酸ガスによって中和される。
【００３８】
このようにして得られた本発明の第１実施例であるアンモニア冷凍装置１００は、アンモニア凝縮用冷却サイクル１３０が、アンモニアを冷却する自然冷媒または非オゾン層破壊物質の冷媒としての炭酸ガスを冷却して液化させる凝縮器としてのエバポレーティブコンデンサ１３１を有していることにより、従来技術の冷却塔および冷却水ポンプを備えたアンモニア凝縮用冷却サイクルと比べて小型化するとともに効率をよくするとともに、一次側アンモニア冷凍サイクル１１０のアンモニアを効率良く冷却することができる。
【００３９】
さらに、エバポレーティブコンデンサ１３１が、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサ１１２より上方に設置されていることにより、アンモニア凝縮用冷却サイクル１３０においてポンプなしで炭酸ガスを循環させることができる。
【００４０】
また、炭酸ガス蒸発器１２３が、クーラー室としてのサーバルームＳＲの内部に設置され、一次側アンモニア冷凍サイクル１１０が、サーバルームＳＲと異なる密閉された収容室１４０の内部に設置されていることにより、万が一にアンモニアが漏洩した場合であっても人に対する害の発生を回避するとともにサーバルームＳＲへのアンモニアの影響をなくして、ユーザーが安心してアンモニア冷凍装置１００を安全に運転することができるなど、その効果は甚大である。
【実施例２】
【００４１】
続いて、本発明の第２実施例であるアンモニア冷凍装置２００について、図６に基づいて説明する。
ここで、図６は、本発明の第２実施例であるアンモニア冷凍装置２００を示す概念図である。
第２実施例のアンモニア冷凍装置２００は、第１実施例のアンモニア冷凍装置１００のエバポレーティブコンデンサ１３１の設置位置を変更したものであり、多くの要素について第１実施例のアンモニア冷凍装置１００と共通するので、共通する事項については詳しい説明を省略し、下２桁が共通する２００番台の符号を付すのみとする。
【００４２】
図６に示すように、アンモニア凝縮用冷却サイクル２３０は、エバポレーティブコンデンサ２３１と、炭酸ガス受液器２３２と、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサ２１２へ液体炭酸ガスを強制的に送る冷媒液ポンプとしての液体炭酸ガスポンプ２３３とを有している。
エバポレーティブコンデンサ２３１は、一次側アンモニア冷凍サイクル２１０のアンモニア凝縮用カスケードコンデンサ２１２より低い位置に設置されてもよい。
【００４３】
炭酸ガス受液器２３２は、エバポレーティブコンデンサ２３１で液化された液体炭酸ガスを受けるように構成されている。
液体炭酸ガスポンプ２３３は、炭酸ガス受液器２３２の内部の液体炭酸ガスを強制的にアンモニア凝縮用カスケードコンデンサ２１２へ送るように設けられている。
これにより、アンモニア凝縮用冷却サイクル２３０のサイクル経路上で液体炭酸ガスおよび気体炭酸ガスに対して循環させる力が作用する。
【００４４】
このようにして得られた本発明の第２実施例であるアンモニア冷凍装置２００は、アンモニア凝縮用冷却サイクル２３０が、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサ２１２へ液体炭酸ガスを強制的に送る冷媒液ポンプとしての液体炭酸ガスポンプ２３３を有していることにより、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサ２１２に対してエバポレーティブコンデンサ２３１を設置する位置を自由に決めることができるなど、その効果は甚大である。
【実施例３】
【００４５】
続いて、本発明の第３実施例であるアンモニア冷凍装置３００について、図７に基づいて説明する。
ここで、図７は、本発明の第３実施例であるアンモニア冷凍装置３００の要部を示す概念図である。
第３実施例のアンモニア冷凍装置３００は、第１実施例のアンモニア冷凍装置１００のアンモニア凝縮用冷却サイクル１３０にブロワーおよび流量調整弁を追加したものであり、多くの要素について第１実施例のアンモニア冷凍装置１００と共通するので、共通する事項については詳しい説明を省略し、下２桁が共通する３００番台の符号を付すのみとする。
【００４６】
図７に示すように、アンモニア凝縮用冷却サイクル３３０は、エバポレーティブコンデンサ３３１と、圧縮機としてのブロワー３３４と、液体炭酸ガスの流量を調整するとともに液体炭酸ガスを減圧してアンモニア凝縮用カスケードコンデンサ３１２へ送る流量調整弁３３５とを有している。
ブロワー３３４は、一次側アンモニア冷凍サイクル３１０のアンモニア凝縮用カスケードコンデンサ３１２で気体状になった炭酸ガスをエバポレーティブコンデンサ３３１へ強制的に送るように構成されている。
これにより、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサ３１２を基準としたアンモニア凝縮用カスケードコンデンサ側の圧力が下がるとともにアンモニア凝縮用カスケードコンデンサ側の温度も下がって、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサ３１２へ送られる炭酸ガスの温度が下がり、例えば、蒸し暑い夏の東京における湿球温度が２７℃のときであっても炭酸ガスの温度が、炭酸ガスの気体および液体が存在する臨界温度３１．１℃未満になる。
【００４７】
なお、本実施例では、サイクル経路上において、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサ３１２とブロワー３３４との間、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサ３１２と流量調整弁３３５との間に何も設けなかったが、気液分離器を設けてもよい。
この気液分離器は、流量調整弁３３５からアンモニア凝縮用カスケードコンデンサ３１２へ液体炭酸ガスを送り、戻ってきた液体気体混合冷媒を分離して気体炭酸ガスのみをブロワー３３４へ送る。
ブロワー３３４は、この気液分離器の内部の圧力および温度を下げるため、この気液分離器の内部の炭酸ガスの温度が、炭酸ガスの臨界温度３１．１℃未満まで確実に低下する。
この気液分離器の内部に圧力センサや温度センサを設置し、これらのセンサの値が、炭酸ガスの臨界温度３１．１℃に基づいた所定の値に達したとき、ブロワー３３４を駆動し、所定の値未満のとき、ブロワー３３４を停止するように制御してもよい。
【００４８】
このようにして得られた本発明の第３実施例であるアンモニア冷凍装置３００は、アンモニア凝縮用冷却サイクル３３０が、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサ３１２の作動冷媒出口とエバポレーティブコンデンサ３３１の作動冷媒入口との間に設置された圧縮機としてのブロワー３３４と、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサ３１２の作動冷媒入口とエバポレーティブコンデンサ３３１の作動冷媒出口との間に設置された流量調整弁３３５とを有していることにより、液体炭酸ガスをアンモニア凝縮用カスケードコンデンサ３１２へ送ってアンモニアをより低温に冷却することができるなど、その効果は甚大である。
【符号の説明】
【００４９】
１００、  ２００、  ３００  ・・・  アンモニア冷凍装置
１１０、  ２１０、  ３１０  ・・・  一次側アンモニア冷凍サイクル
１１１、  ２１１            ・・・  圧縮機
１１２、  ２１２、  ３１２  ・・・  アンモニア凝縮用カスケードコンデンサ
１１３、  ２１３            ・・・  アンモニア高圧受液器
１１４、  ２１４            ・・・  膨張弁
１１５、  ２１５            ・・・  アンモニア低圧受液器
１１６、  ２１６            ・・・  アンモニア蒸発用カスケードコンデンサ
１２０、  ２２０            ・・・  二次側炭酸ガス冷却サイクル
１２１、  ２２１            ・・・  炭酸ガス受液器
１２２、  ２２２            ・・・  炭酸ガスポンプ
１２３、  ２２３            ・・・  炭酸ガス蒸発器（クーラー）
１３０、  ２３０、  ３３０  ・・・  アンモニア凝縮用冷却サイクル
１３１、  ２３１、  ３３１  ・・・  エバポレーティブコンデンサ
１３１ａ、２３１ａ、３３１ａ・・・  コンデンサコイル（伝熱管）
１３１ｂ、２３１ｂ、３３１ｂ・・・  ファン
１３１ｃ、２３１ｃ、３３１ｃ・・・  ポンプ
１３１ｄ、２３１ｄ、３３１ｄ・・・  噴射手段
１３１ｅ、２３１ｅ、３３１ｅ・・・  空気流入口
１３１ｆ、２３１ｆ、３３１ｆ・・・  空気排出口
２３２            ・・・  炭酸ガス受液器
２３３            ・・・  液体炭酸ガスポンプ
３３４  ・・・  ブロワー（コンプレッサ）
３３５  ・・・  流量調整弁
１４０、  ２４０            ・・・  収容室
ＳＲ  ・・・  サーバルーム（クーラー室）
ＲＫ  ・・・  サーバラック
ＷＬ  ・・・  壁板
ＨＩ  ・・・  ホットアイル
ＣＩ  ・・・  コールドアイル
ＣＤ  ・・・  天井ダクト
ＦＮ  ・・・  循環ファン
ＦＤ  ・・・  床ダクト
【図１】
2017036886.tif 000003
【図２】
2017036886.tif 000004
【図３】
2017036886.tif 000005
【図４】
2017036886.tif 000006
【図５】
2017036886.tif 000007
【図６】
2017036886.tif 000008
【図７】
2017036886.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成27年8月21日(2015.8.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニアを冷媒とした一次側アンモニア冷凍サイクルと、この一次側アンモニア冷凍サイクルのアンモニアによって冷却される炭酸ガスを冷媒とする二次側炭酸ガス冷却サイクルとを備え、二次側炭酸ガス冷却サイクルの蒸発器により室内や冷凍庫の内部などを冷却するアンモニア冷凍装置であって、特に、冷蔵庫やサーバルームを冷却するアンモニア冷凍装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、アンモニア冷凍装置として、アンモニアを冷媒としたアンモニアサイクルと、二酸化炭素を冷媒とした炭酸ガスサイクルとを組み合わせ、炭酸ガスサイクルの蒸発器で冷却を行うヒートポンプシステムが知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】再表００／０５０８２２公報（特に、図１参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来のヒートポンプシステムは、アンモニアサイクルのコンデンサにおいて、気体状のアンモニアを冷却水によって冷却して液体にする構造であったため、冷却水を冷却する冷却塔を機械室の外部に設置する必要があり、冷却水ポンプの動力が大きく、凝縮温度が高くなり、効率が十分ではなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、前述したような従来技術の問題を解決するものであって、すなわち、本発明の目的は、従来技術の冷却塔および冷却水ポンプを備えたアンモニア凝縮用冷却サイクルと比べて小型化するとともに効率をよくするアンモニア冷凍装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本請求項１に係る発明は、アンモニアを冷媒とした一次側アンモニア冷凍サイクルのアンモニア蒸発器として用いるアンモニア蒸発用カスケードコンデンサで二次側炭酸ガス冷却サイクルの冷媒として用いる炭酸ガスを冷却・液化して該炭酸ガスを二次側炭酸ガス冷却サイクルの炭酸ガス蒸発器へ送り、該炭酸ガス蒸発器で被冷却物を冷却して蒸発した炭酸ガスが、前記アンモニア蒸発用カスケードコンデンサに戻り再び冷却・液化されるアンモニア冷凍装置において、前記一次側アンモニア冷凍サイクルが、前記アンモニアを凝縮するアンモニア凝縮用カスケードコンデンサを有し、該アンモニア凝縮用カスケードコンデンサでアンモニアを冷却するアンモニア凝縮用冷却サイクルが、自然冷媒または非オゾン層破壊物質の冷媒を作動冷媒とし、前記アンモニア凝縮用カスケードコンデンサで蒸発した作動冷媒を冷却・液化するエバポレーティブコンデンサを有していることにより、前述した課題を解決するものである。
【０００７】
本請求項２に係る発明は、請求項１に記載されたアンモニア冷凍装置の構成に加えて、前記エバポレーティブコンデンサが、前記アンモニア凝縮用カスケードコンデンサより上方に設置されていることにより、前述した課題をさらに解決するものである。
【０００８】
本請求項３に係る発明は、請求項１に記載されたアンモニア冷凍装置の構成に加えて、前記アンモニア凝縮用冷却サイクルが、前記エバポレーティブコンデンサで冷却・液化された作動冷媒をアンモニア凝縮用カスケードコンデンサへ強制的に送る冷媒液ポンプを有していることにより、前述した課題をさらに解決するものである。
【０００９】
本請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載されたアンモニア冷凍装置の構成に加えて、前記アンモニア凝縮用冷却サイクルが、前記アンモニア凝縮用カスケードコンデンサの作動冷媒出口とエバポレーティブコンデンサの作動冷媒入口との間に設置された圧縮機と、前記アンモニア凝縮用カスケードコンデンサの作動冷媒入口とエバポレーティブコンデンサの作動冷媒出口との間に設置された流量調整弁とを有していることにより、前述した課題をさらに解決するものである。
【００１０】
本請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載されたアンモニア冷凍装置の構成に加えて、前記作動冷媒が、炭酸ガスであることにより、前述した課題をさらに解決するものである。
【００１１】
本請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載されたアンモニア冷凍装置の構成に加えて、前記炭酸ガス蒸発器が、クーラー室の内部に設置され、前記一次側アンモニア冷凍サイクルが、前記クーラー室と異なる密閉された収容室の内部に設置されていることにより、前述した課題をさらに解決するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のアンモニア冷凍装置は、アンモニアを冷媒とした一次側アンモニア冷凍サイクルと、この一次側アンモニア冷凍サイクルのアンモニアによって冷却される炭酸ガスを冷媒とするとともに炭酸ガス蒸発器を有する二次側炭酸ガス冷却サイクルとを備えていることにより、炭酸ガス蒸発器で被冷却物を冷却することができるばかりでなく、以下のような特有の効果を奏することができる。
【００１３】
本請求項１に係る発明のアンモニア冷凍装置によれば、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサでアンモニアを冷却するアンモニア凝縮用冷却サイクルが、自然冷媒または非オゾン層破壊物質の冷媒を作動冷媒とし、前記アンモニア凝縮用カスケードコンデンサで蒸発した作動冷媒を冷却・液化するエバポレーティブコンデンサを有していることにより、エバポレーティブコンデンサにおいて十分に冷却・凝縮された作動冷媒がアンモニアから熱を奪って蒸発するとともにアンモニアが冷却されてアンモニアの凝縮温度が従来技術の冷却水で冷却したときと比べて低くなるため、従来技術の冷却塔および冷却水ポンプを備えたアンモニア凝縮用冷却サイクルと比べて小型化するとともに効率をよくすることができる。
【００１４】
本請求項２に係る発明のアンモニア冷凍装置によれば、請求項１に係る発明が奏する効果に加えて、エバポレーティブコンデンサが、前記アンモニア凝縮用カスケードコンデンサより上方に設置されていることにより、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサで気化した気体の作動冷媒と、エバポレーティブコンデンサで液化した作動冷媒との比重差および液ヘッド差によってサイクル経路上で液体の作動冷媒が下方に移動する他方で気体の作動冷媒が上方へ移動しようとするため、ポンプなしで作動冷媒を循環させることができる。
【００１５】
本請求項３に係る発明のアンモニア冷凍装置によれば、請求項１に係る発明が奏する効果に加えて、アンモニア凝縮用冷却サイクルが、前記エバポレーティブコンデンサで冷却・液化された作動冷媒をアンモニア凝縮用カスケードコンデンサへ強制的に送る冷媒液ポンプを有していることにより、サイクル経路上で作動冷媒に対して循環させる力が作用するため、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサに対してエバポレーティブコンデンサを設置する位置を自由に決めることができる。
【００１６】
本請求項４に係る発明のアンモニア冷凍装置によれば、請求項１乃至請求項３のいずれか１つに係る発明が奏する効果に加えて、アンモニア凝縮用冷却サイクルが、前記アンモニア凝縮用カスケードコンデンサの作動冷媒出口とエバポレーティブコンデンサの作動冷媒入口との間に設置された圧縮機と、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサの作動冷媒入口とエバポレーティブコンデンサの作動冷媒出口との間に設置された流量調整弁とを有していることにより、圧縮機を基準としたアンモニア凝縮用カスケードコンデンサ側の圧力が下がるとともにアンモニア凝縮用カスケードコンデンサ側の温度も下がってアンモニア凝縮用カスケードコンデンサへ送られる液体の作動冷媒の温度が下がるため、液体の作動冷媒をアンモニア凝縮用カスケードコンデンサへ送ってアンモニアをより低温に冷却することができる。
【００１７】
本請求項５に係る発明のアンモニア冷凍装置によれば、請求項１乃至請求項４のいずれか１つに係る発明が奏する効果に加えて、作動冷媒が、炭酸ガスであることにより、万が一にアンモニア凝縮用冷却サイクルにおいて炭酸ガスが漏れてしまった場合であっても、人に対する害がないため、安全性を確保することができる。
さらに、例えば、湿球温度が２７℃のときであっても炭酸ガスの気体および液体が存在する臨界温度３１．１℃未満にアンモニア凝縮用冷却サイクルの炭酸ガスの温度が低下してエバポレーティブコンデンサの内部で炭酸ガスが液化するため、一次側アンモニア冷凍サイクルのアンモニアを効率良く冷却することができる。
【００１８】
本請求項６に係る発明のアンモニア冷凍装置によれば、請求項１乃至請求項５のいずれか１つに係る発明が奏する効果に加え、前記炭酸ガス蒸発器が、クーラー室の内部に設置され、前記一次側アンモニア冷凍サイクルが、前記クーラー室と異なる密閉された収容室の内部に設置されていることにより、一次側アンモニア冷凍サイクルの配管を収容室の外部へ持ち出す必要がないため、万が一にアンモニアが漏洩した場合であっても人に対する害の発生を回避するとともにクーラー室へのアンモニアの影響をなくすことができる。
さらに、一次側アンモニア冷凍サイクルの配管が収容室の内部で密閉されて作業主任者を置く必要がなくなるため、ユーザーが安心してアンモニア冷凍装置を安全に運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施例であるアンモニア冷凍装置を示す概念図。
【図２】炭酸ガスの温度・圧力特性を示す図。
【図３】本発明の第１実施例のアンモニア冷凍装置の設置例を示す概念図。
【図４】図３に示す符号４−４で視た概念図。
【図５】図３に示す符号５から視た概念図。
【図６】本発明の第２実施例であるアンモニア冷凍装置を示す概念図。
【図７】本発明の第３実施例であるアンモニア冷凍装置の要部を示す概念図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、アンモニアを冷媒とした一次側アンモニア冷凍サイクルと、この一次側アンモニア冷凍サイクルのアンモニアによって冷却される炭酸ガスを冷媒とするとともに蒸発器を有する二次側炭酸ガス冷却サイクルと、一次側アンモニア冷凍サイクルのアンモニアを冷却するアンモニア凝縮用冷却サイクルとを組み合わせたアンモニア冷凍装置であって、アンモニア凝縮用冷却サイクルが、アンモニアを冷却する自然冷媒または非オゾン層破壊物質の冷媒としての作動冷媒を冷却して液化させる凝縮器としてのエバポレーティブコンデンサを有していることにより、従来技術の冷却塔および冷却水ポンプを備えたアンモニア凝縮用冷却サイクルと比べて小型化するとともに効率をよくするものであれば、その具体的な実施態様は、如何なるものであっても構わない。
【００２１】
例えば、エバポレーティブコンデンサは、水の気化現象により蒸発潜熱を奪うことで、コンデンサコイル（伝熱管）を冷却することにより、コンデンサコイル（伝熱管）の内部を通過する冷媒ガスを冷却するものであれば如何なるものであっても構わない。
また、作動冷媒は、炭酸ガス、アンモニア、エタンやブタンなどの炭化水素など、自然冷媒または非オゾン層破壊物質の冷媒であれば如何なるものであっても構わない。
【実施例１】
【００２２】
以下に、本発明の第１実施例であるアンモニア冷凍装置１００について、図１および図２に基づいて説明し、本発明の第１実施例のアンモニア冷凍装置１００の設置例について、図３乃至図５に基づいて説明する。
ここで、図１は、本発明の第１実施例であるアンモニア冷凍装置１００を示す概念図であり、図２は、炭酸ガスの温度・圧力特性を示す図であり、図３は、本発明の第１実施例のアンモニア冷凍装置１００の設置例を示す概念図であり、図４は、図３に示す符号４−４で視た概念図であり、図５は、図３に示す符号５から視た概念図である。
【００２３】
本発明の第１実施例であるアンモニア冷凍装置１００は、図１に示すように、アンモニアを冷媒とした一次側アンモニア冷凍サイクル１１０と、この一次側アンモニア冷凍サイクル１１０のアンモニアによって冷却される炭酸ガスを冷媒とする二次側炭酸ガス冷却サイクル１２０と、一次側アンモニア冷凍サイクル１１０のアンモニアを冷却するアンモニア凝縮用冷却サイクル１３０とを備えている。
【００２４】
このうち、一次側アンモニア冷凍サイクル１１０は、圧縮機１１１と、コンデンサの一例であるアンモニア凝縮用カスケードコンデンサ１１２と、アンモニア高圧受液器１１３と、膨張弁１１４と、気液分離器でもあるアンモニア低圧受液器１１５と、コンデンサの一例であるアンモニア蒸発用カスケードコンデンサ１１６とを有している。
圧縮機１１１は、気体状のアンモニアガスを圧縮するように設けられ、圧縮された気体状のアンモニアガスは、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサ１１２を通過するとき、詳しくは後述するアンモニア凝縮用冷却サイクル１３０の液体炭酸ガスに熱を奪われることで冷却されて液体となる。
【００２５】
液化したアンモニアは、アンモニア高圧受液器１１３へ送られ、さらに、膨張弁１１４へ送られる。
膨張弁１１４は、液化したアンモニアを減圧するとともに流量を制御するように構成されている。
液化したアンモニアは、膨張弁１１４を介してアンモニア低圧受液器１１５へ送られ、さらに、アンモニア蒸発用カスケードコンデンサ１１６へ送られる。
【００２６】
液化したアンモニアは、アンモニア蒸発用カスケードコンデンサ１１６を通過するとき、詳しくは後述する二次側炭酸ガス冷却サイクル１２０の気体状の炭酸ガスから熱を奪うことで蒸発して気体になるとともに炭酸ガスを液化する。
気体状のアンモニアガスは、アンモニア低圧受液器１１５へ送られ、さらに、圧縮機１１１へ送られて再び圧縮される。
なお、アンモニア低圧受液器１１５を、アンモニア蒸発用カスケードコンデンサ１１６よりも高い位置に設置し、これらの間にアンモニア媒体の液ヘッド差を形成することにより、液ヘッド差を利用した自然循環現象が生じるため、ポンプなしでアンモニアが循環する。
また、一次側アンモニア冷凍サイクル１１０は、密閉された収容室１４０の内部に設置されている。
【００２７】
二次側炭酸ガス冷却サイクル１２０は、気液分離器でもある炭酸ガス受液器１２１と、炭酸ガスポンプ１２２と、炭酸ガス蒸発器１２３とを有し、一次側アンモニア冷凍サイクル１１０のアンモニア蒸発用カスケードコンデンサ１１６において一次側アンモニア冷凍サイクル１１０と組み合わされている。
炭酸ガス受液器１２１は、アンモニア蒸発用カスケードコンデンサ１１６において液化した液体炭酸ガスを受けるように構成されている。
炭酸ガス受液器１２１の液体炭酸ガスは、炭酸ガスポンプ１２２へ送られ、炭酸ガスポンプ１２２が、液体炭酸ガスを炭酸ガス蒸発器１２３へ送るように設けられている。
【００２８】
液体炭酸ガスは、炭酸ガス蒸発器１２３を通過するとき、炭酸ガス蒸発器１２３の周囲の空気や物などから熱を奪うことで蒸発して気体になるとともに周囲の空気や物を冷却する。
気体状の炭酸ガスは、炭酸ガス受液器１２１へ送られ、さらに、アンモニア蒸発用カスケードコンデンサ１１６へ送られる。
気体状の炭酸ガスは、アンモニア蒸発用カスケードコンデンサ１１６を通過するとき、液体状のアンモニアに熱を奪われることで冷却されて液体となる。
なお、本実施例では、二次側炭酸ガス冷却サイクル１２０の冷媒としての炭酸ガスは、二酸化炭素である。
【００２９】
アンモニア凝縮用冷却サイクル１３０は、エバポレーティブコンデンサ１３１を有し、一次側アンモニア冷凍サイクル１１０のアンモニア凝縮用カスケードコンデンサ１１２において一次側アンモニア冷凍サイクル１１０と組み合わされている。
エバポレーティブコンデンサ１３１は、コンデンサコイル１３１ａと、ファン１３１ｂと、ポンプ１３１ｃと、噴射手段１３１ｄと、空気流入口１３１ｅと、空気排出口１３１ｆとを有している。
【００３０】
このうち、コンデンサコイル１３１ａは、冷媒としての炭酸ガスを内部で通過させるように設けられている。
なお、凝縮効率をさらに上げるために、コンデンサコイル１３１ａを、水平方向、空気流方向および噴射手段１３１ｄの噴射方向に対して傾斜させて、内部の炭酸ガスが下り勾配で流れるようにしてもよい。
また、アンモニア凝縮用冷却サイクル１３０の配管は、炭酸ガスの潜熱を使用するため、比較的小径のものを使用することができる。
【００３１】
ファン１３１ｂは、空気流入口１３１ｅから流入した空気がコンデンサコイル１３１ａを通過して空気排出口１３１ｆから排出するように、エバポレーティブコンデンサ１３１の内部で気流を発生させるように構成されている。
ポンプ１３１ｃは、エバポレーティブコンデンサ１３１の底部に貯まった水をくみ上げて上方の噴射手段１３１ｄへ送るように設けられている。
噴射手段１３１ｄは、ポンプ１３１ｃよって送られた水をコンデンサコイル１３１ａへ向けて噴射し、気化現象により蒸発潜熱を奪うことで、コンデンサコイル１３１ａを冷却するように設けられている。
これにより、コンデンサコイル１３１ａの内部を通過する気体状の炭酸ガスが、冷却され液化される。
なお、本実施例のアンモニア凝縮用冷却サイクル１３０の冷媒としての炭酸ガスは、二酸化炭素である。
【００３２】
本実施例では、上述したように、アンモニア凝縮用冷却サイクル１３０が、冷媒としての炭酸ガスを冷却して液化させる凝縮器としてのエバポレーティブコンデンサ１３１を有している。
これにより、エバポレーティブコンデンサ１３１において十分に冷却・凝縮された液体炭酸ガスがアンモニアから熱を奪って蒸発するとともに、アンモニアが冷却されてアンモニアの凝縮温度が従来技術の冷却水で冷却したときと比べて低くなる。
つまり、従来技術の冷却塔および冷却水ポンプを備えたアンモニア凝縮用冷却サイクルと比べて小型化するとともに効率がよくなる。
さらに、例えば、湿球温度が２７℃のときであっても、図２に示すように、炭酸ガスの気体および液体が存在する臨界温度３１．１℃未満にアンモニア凝縮用冷却サイクル１３０の炭酸ガスの温度が低下して、エバポレーティブコンデンサ１３１の内部で炭酸ガスが液化する。
つまり、一次側アンモニア冷凍サイクル１１０のアンモニアが効率良く冷却される。
【００３３】
また、本実施例では、エバポレーティブコンデンサ１３１が、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサ１１２より上方に設置されている。
これにより、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサ１１２で気化した気体炭酸ガスと、エバポレーティブコンデンサ１３１で液化した液体炭酸ガスとの比重差および液ヘッド差によってサイクル経路上で液体炭酸ガスが下方に移動する他方で気体炭酸ガスが上方へ移動しようとする。
つまり、アンモニア凝縮用冷却サイクル１３０において、ポンプなしで炭酸ガスが循環する。
【００３４】
図３乃至図５に示すように、アンモニア冷凍装置１００を用いて一例としてサーバルームＳＲのサーバを冷却することができる。
アンモニア凝縮用冷却サイクル１３０のエバポレーティブコンデンサ１３１やポンプ１３１ｃなどが、サーバルームＳＲより上のフロアや屋上に設置されている。
二次側炭酸ガス冷却サイクル１２０の炭酸ガス蒸発器１２３およびサーバラックＲＫが、クーラー室としてのサーバルームＳＲに設置されている。
サーバラックＲＫの配置により、ホットアイルＨＩ、コールドアイルＣＩが生じる。
【００３５】
ここで、ホットアイルＨＩとは、サーバラックＲＫの列や壁板ＷＬで区切られたサーバルームＳＲの空間のうち、サーバの排熱だけを集めた空間をいう。
また、コールドアイルＣＩとは、炭酸ガス蒸発器１２３（空調機）から送り出されてサーバが吸引する冷気を集めた空間をいう。
ホットアイルＨＩの温かい空気は、熱対流により上昇して天井ダクトＣＤに流れ込み、循環ファンＦＮによって、炭酸ガス蒸発器１２３へ送られる。
温かい空気は、炭酸ガス蒸発器１２３を通過するとき、炭酸ガス蒸発器１２３の液体炭酸ガスに熱を奪われることで冷却されて冷たい空気となる。
冷たい空気は、熱対流により下降して床ダクトＦＤに流れ込み、コールドアイルＣＩへ送られ、サーバラックＲＫのサーバを被冷却物として冷却する。
【００３６】
本実施例では、上述したように、炭酸ガス蒸発器１２３が、サーバルームＳＲの内部に設置され、一次側アンモニア冷凍サイクル１１０が、サーバルームＳＲと異なる密閉された収容室１４０の内部に設置されている。
これにより、一次側アンモニア冷凍サイクル１１０の配管を収容室１４０の外部へ持ち出す必要がない。
つまり、万が一にアンモニアが漏洩した場合であっても人に対する害の発生が回避され、クーラー室へのアンモニアの影響がない。
さらに、一次側アンモニア冷凍サイクル１１０の高圧側および低圧側の配管が収容室１４０の内部で密閉されて作業主任者を置く必要がなくなる。
【００３７】
なお、気体アンモニアガスを検出する検出センサを収容室１４０の天井に設置し、炭酸ガスを噴射する噴射手段を収容室１４０の外部に設置して、検出センサが、気体アンモニアガスを検知したとき、収容室１４０の上方に設けたダクトなどでアンモニアガスを収容室１４０の外部へ移動させ、噴射手段が、炭酸ガスを噴射するように構成してもよい。
これにより、万が一にアンモニアが漏洩した場合であっても、上昇した気体アンモニアガスが、検出センサによって検出され、噴射された炭酸ガスによって中和される。
【００３８】
このようにして得られた本発明の第１実施例であるアンモニア冷凍装置１００は、アンモニア凝縮用冷却サイクル１３０が、アンモニアを冷却する自然冷媒または非オゾン層破壊物質の冷媒としての炭酸ガスを冷却して液化させる凝縮器としてのエバポレーティブコンデンサ１３１を有していることにより、従来技術の冷却塔および冷却水ポンプを備えたアンモニア凝縮用冷却サイクルと比べて小型化するとともに効率をよくするとともに、一次側アンモニア冷凍サイクル１１０のアンモニアを効率良く冷却することができる。
【００３９】
さらに、エバポレーティブコンデンサ１３１が、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサ１１２より上方に設置されていることにより、アンモニア凝縮用冷却サイクル１３０においてポンプなしで炭酸ガスを循環させることができる。
【００４０】
また、炭酸ガス蒸発器１２３が、クーラー室としてのサーバルームＳＲの内部に設置され、一次側アンモニア冷凍サイクル１１０が、サーバルームＳＲと異なる密閉された収容室１４０の内部に設置されていることにより、万が一にアンモニアが漏洩した場合であっても人に対する害の発生を回避するとともにサーバルームＳＲへのアンモニアの影響をなくして、ユーザーが安心してアンモニア冷凍装置１００を安全に運転することができるなど、その効果は甚大である。
【実施例２】
【００４１】
続いて、本発明の第２実施例であるアンモニア冷凍装置２００について、図６に基づいて説明する。
ここで、図６は、本発明の第２実施例であるアンモニア冷凍装置２００を示す概念図である。
第２実施例のアンモニア冷凍装置２００は、第１実施例のアンモニア冷凍装置１００のエバポレーティブコンデンサ１３１の設置位置を変更したものであり、多くの要素について第１実施例のアンモニア冷凍装置１００と共通するので、共通する事項については詳しい説明を省略し、下２桁が共通する２００番台の符号を付すのみとする。
【００４２】
図６に示すように、アンモニア凝縮用冷却サイクル２３０は、エバポレーティブコンデンサ２３１と、炭酸ガス受液器２３２と、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサ２１２へ液体炭酸ガスを強制的に送る冷媒液ポンプとしての液体炭酸ガスポンプ２３３とを有している。
エバポレーティブコンデンサ２３１は、一次側アンモニア冷凍サイクル２１０のアンモニア凝縮用カスケードコンデンサ２１２より低い位置に設置されてもよい。
【００４３】
炭酸ガス受液器２３２は、エバポレーティブコンデンサ２３１で液化された液体炭酸ガスを受けるように構成されている。
液体炭酸ガスポンプ２３３は、炭酸ガス受液器２３２の内部の液体炭酸ガスを強制的にアンモニア凝縮用カスケードコンデンサ２１２へ送るように設けられている。
これにより、アンモニア凝縮用冷却サイクル２３０のサイクル経路上で液体炭酸ガスおよび気体炭酸ガスに対して循環させる力が作用する。
【００４４】
このようにして得られた本発明の第２実施例であるアンモニア冷凍装置２００は、アンモニア凝縮用冷却サイクル２３０が、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサ２１２へ液体炭酸ガスを強制的に送る冷媒液ポンプとしての液体炭酸ガスポンプ２３３を有していることにより、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサ２１２に対してエバポレーティブコンデンサ２３１を設置する位置を自由に決めることができるなど、その効果は甚大である。
【実施例３】
【００４５】
続いて、本発明の第３実施例であるアンモニア冷凍装置３００について、図７に基づいて説明する。
ここで、図７は、本発明の第３実施例であるアンモニア冷凍装置３００の要部を示す概念図である。
第３実施例のアンモニア冷凍装置３００は、第１実施例のアンモニア冷凍装置１００のアンモニア凝縮用冷却サイクル１３０にブロワーおよび流量調整弁を追加したものであり、多くの要素について第１実施例のアンモニア冷凍装置１００と共通するので、共通する事項については詳しい説明を省略し、下２桁が共通する３００番台の符号を付すのみとする。
【００４６】
図７に示すように、アンモニア凝縮用冷却サイクル３３０は、エバポレーティブコンデンサ３３１と、圧縮機としてのブロワー３３４と、液体炭酸ガスの流量を調整するとともに液体炭酸ガスを減圧してアンモニア凝縮用カスケードコンデンサ３１２へ送る流量調整弁３３５とを有している。
ブロワー３３４は、一次側アンモニア冷凍サイクル３１０のアンモニア凝縮用カスケードコンデンサ３１２で気体状になった炭酸ガスをエバポレーティブコンデンサ３３１へ強制的に送るように構成されている。
これにより、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサ３１２を基準としたアンモニア凝縮用カスケードコンデンサ側の圧力が下がるとともにアンモニア凝縮用カスケードコンデンサ側の温度も下がって、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサ３１２へ送られる炭酸ガスの温度が下がり、例えば、蒸し暑い夏の東京における湿球温度が２７℃のときであっても炭酸ガスの温度が、炭酸ガスの気体および液体が存在する臨界温度３１．１℃未満になる。
【００４７】
なお、本実施例では、サイクル経路上において、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサ３１２とブロワー３３４との間、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサ３１２と流量調整弁３３５との間に何も設けなかったが、気液分離器を設けてもよい。
この気液分離器は、流量調整弁３３５からアンモニア凝縮用カスケードコンデンサ３１２へ液体炭酸ガスを送り、戻ってきた液体気体混合冷媒を分離して気体炭酸ガスのみをブロワー３３４へ送る。
ブロワー３３４は、この気液分離器の内部の圧力および温度を下げるため、この気液分離器の内部の炭酸ガスの温度が、炭酸ガスの臨界温度３１．１℃未満まで確実に低下する。
この気液分離器の内部に圧力センサや温度センサを設置し、これらのセンサの値が、炭酸ガスの臨界温度３１．１℃に基づいた所定の値に達したとき、ブロワー３３４を駆動し、所定の値未満のとき、ブロワー３３４を停止するように制御してもよい。
【００４８】
このようにして得られた本発明の第３実施例であるアンモニア冷凍装置３００は、アンモニア凝縮用冷却サイクル３３０が、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサ３１２の作動冷媒出口とエバポレーティブコンデンサ３３１の作動冷媒入口との間に設置された圧縮機としてのブロワー３３４と、アンモニア凝縮用カスケードコンデンサ３１２の作動冷媒入口とエバポレーティブコンデンサ３３１の作動冷媒出口との間に設置された流量調整弁３３５とを有していることにより、液体炭酸ガスをアンモニア凝縮用カスケードコンデンサ３１２へ送ってアンモニアをより低温に冷却することができるなど、その効果は甚大である。
【符号の説明】
【００４９】
１００、  ２００、  ３００  ・・・  アンモニア冷凍装置
１１０、  ２１０、  ３１０  ・・・  一次側アンモニア冷凍サイクル
１１１、  ２１１            ・・・  圧縮機
１１２、  ２１２、  ３１２  ・・・  アンモニア凝縮用カスケードコンデンサ
１１３、  ２１３            ・・・  アンモニア高圧受液器
１１４、  ２１４            ・・・  膨張弁
１１５、  ２１５            ・・・  アンモニア低圧受液器
１１６、  ２１６            ・・・  アンモニア蒸発用カスケードコンデンサ
１２０、  ２２０            ・・・  二次側炭酸ガス冷却サイクル
１２１、  ２２１            ・・・  炭酸ガス受液器
１２２、  ２２２            ・・・  炭酸ガスポンプ
１２３、  ２２３            ・・・  炭酸ガス蒸発器（クーラー）
１３０、  ２３０、  ３３０  ・・・  アンモニア凝縮用冷却サイクル
１３１、  ２３１、  ３３１  ・・・  エバポレーティブコンデンサ
１３１ａ、２３１ａ、３３１ａ・・・  コンデンサコイル（伝熱管）
１３１ｂ、２３１ｂ、３３１ｂ・・・  ファン
１３１ｃ、２３１ｃ、３３１ｃ・・・  ポンプ
１３１ｄ、２３１ｄ、３３１ｄ・・・  噴射手段
１３１ｅ、２３１ｅ、３３１ｅ・・・  空気流入口
１３１ｆ、２３１ｆ、３３１ｆ・・・  空気排出口
２３２            ・・・  炭酸ガス受液器
２３３            ・・・  液体炭酸ガスポンプ
３３４  ・・・  ブロワー（コンプレッサ）
３３５  ・・・  流量調整弁
１４０、  ２４０            ・・・  収容室
ＳＲ  ・・・  サーバルーム（クーラー室）
ＲＫ  ・・・  サーバラック
ＷＬ  ・・・  壁板
ＨＩ  ・・・  ホットアイル
ＣＩ  ・・・  コールドアイル
ＣＤ  ・・・  天井ダクト
ＦＮ  ・・・  循環ファン
ＦＤ  ・・・  床ダクト