(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱搬送媒体と冷熱源との間で熱交換を行わせる冷熱源側熱交換器と、該熱搬送媒体を熱利用機器側に圧送する搬送ポンプとを有して、これらが循環路配管により順に接続されて冷熱搬送ユニットとしてユニット化され、前記熱利用機器から戻ってきた前記熱搬送媒体が前記冷熱搬送ユニットに入る入口管と、前記熱搬送媒体を前記熱利用機器に供給する出口管とを備える熱搬送装置において、
鉛直方向に配設された分離管を備えて、該分離管の下端部近傍に前記入口管が直交して接続されることにより、当該入口管を介して戻ってきた熱搬送媒体のうち気体が前記分離管内を浮上し、液体が当該分離管内を下端に向って流下して気液分離を行う気液分離器を設け、前記分離管の上端頂上を曲げ戻した後、第１の端と第２の端とに分け、前記搬送ポンプの吐出側の循環路配管から回収管を下部につなげて前記熱搬送媒体を貯留するタンクの上部に第１の端を接続し、第２の端を前記分離管の下端近傍に接続すると共に、前記タンク内の液体の熱搬送媒体を浄化フィルタを介して前記搬送ポンプの入力側の循環路配管に導く管路とを有することを特徴とする熱搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱利用機器から戻った熱搬送媒体の気液分離を確実に行えるようにした熱搬送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スターリング冷凍機は、小型化が可能、成績係数や冷凍効率が高い、発生する温度範囲が広い、近年の地球環境問題におけるフロン代替が容易等の多くの優れた特徴を持っている。
【０００３】
そして、かかるスターリング冷凍機で発生した冷熱は、熱搬送装置により冷熱利用機器に搬送して利用される。
【０００４】
図４は熱搬送装置を冷熱供給部分（冷熱搬送ユニット１０１）の回路図を示し、図５はその立体模式図である。なお、図４及び図５におけるａ，ｂ，…は、配管の接続部を示している。
【０００５】
この熱搬送装置は、スターリング冷凍機のような冷熱源と熱搬送媒体とが熱交換する冷熱源側熱交換器１１０、該熱搬送媒体を圧送する搬送ポンプ１１１、熱搬送媒体と冷熱利用機器とが熱交換する図示しない負荷側熱交換器、搬送ポンプ１１１に液体の熱搬送媒体のみが供給されるように気液分離する気液分離器１１２、余剰の熱搬送媒体を貯留するタンク１１３等を主要構成としている。
【０００６】
そして、冷熱源側熱交換器１１０、搬送ポンプ１１１、気液分離器１１２及びタンク１１３等が冷熱搬送ユニット１０１としてユニット化されている。
【０００７】
これにより冷熱利用機器から戻ってきた熱搬送媒体は、冷熱搬送ユニット１０１の入口管１２１からユニット内に流入して、搬送ポンプ１１１、冷熱源側熱交換器１１０を介して出口管１２２から冷熱利用機器に供給される。
【０００８】
このとき冷熱搬送ユニット１０１に戻った熱搬送媒体に気体成分が含まれると、冷熱源での熱交換を効率的に行うことが困難となり冷熱搬送効率が低下してしまう等の理由から、戻ってきた熱搬送媒体を気液分離器１１２で気液分離して液体の熱搬送媒体のみが循環路を循環するようにしている。
【０００９】
このような気液分離器１１２は、鉛直方向に配設された分離管１２３を備えて、該分離管１２３の下端部近傍に入口管１２１が接続（ｂ点）されることにより、当該入口管１２１を介して戻ってきた熱搬送媒体のうち気体の熱搬送媒体は分離管１２３内で浮上して（２重点線矢印）、分離管１２３のコ字状部（ｃ点）に溜まる。また、液体の熱搬送媒体は分離管１２３の下端に向って流下（２重実線矢印）する。これにより気液分離が行なわれる。
【００１０】
タンク１１３は、分離管１２３の頂上部側の端が上部に接続されて分離管１２３のｃ点で溢れた気体又は液体がタンク１１３の頭部（ｅ点）から流入して貯留される。
【００１１】
また、分離管１２３の頂上部側の端は、分離管１２３の下端と搬送ポンプ１１１とを繋ぐ循環路配管にｒ点で接続されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成では、熱搬送媒体の循環量を増大させると液体の熱搬送媒体が分離管１２３に多量に侵入して、気液分離が正常に行えなくなる事態が発生する問題があった。
【００１３】
即ち、分離管１２３での気液分離点（ｂ点）と、液戻管１２４の接続部（ｒ点）との間の距離が長く、かつ、冷熱搬送ユニット１０１を小型化する等の要請がありこの間に複数の屈曲部（配管の曲り部分）が存在するため、気液分離点（ｂ点）と液戻管１２４の接続部（ｒ点）との間で大きな圧力損失が発生する。
【００１４】
このような圧力損失が発生する状態で、熱搬送媒体の循環量を増大させるとこの循環量の増加に伴って気液分離点（ｃ点）と液戻管１２４の接続部（ｒ点）との差圧が大きくなる。
【００１５】
この結果、接続部（ｒ点）の圧力が下がり、反対側となる分離管１２３のｃ点が低圧となり液体の熱搬送媒体が吸上げられ、分離管１２３の頂上部側に侵入してしまう事態が生じる。
【００１６】
そこで、本発明は、熱搬送媒体の循環量を増大させても正常に気液分離が行えるようにした熱搬送装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、熱搬送媒体と冷熱源との間で熱交換を行わせる冷熱源側熱交換器と、該熱搬送媒体を熱利用機器側に圧送する搬送ポンプとを有して、これらが循環路配管により順に接続されて冷熱搬送ユニットとしてユニット化され、熱利用機器から戻ってきた熱搬送媒体が冷熱搬送ユニットに入る入口管と、熱搬送媒体を熱利用機器に供給する出口管とを備える熱搬送装置において、鉛直方向に配設された分離管を備えて、該分離管の下端部近傍に入口管が直交して接続されることにより、当該入口管を介して戻ってきた熱搬送媒体のうち気体が分離管内を浮上し、液体が当該分離管内を下端に向って流下して気液分離を行う気液分離器を設け、分離管の上端頂上を曲げ戻した後、第１の端と第２の端とに分け、搬送ポンプの吐出側の循環路配管から回収管を下部につなげて熱搬送媒体を貯留するタンクの上部に第１の端を接続し、第２の端を分離管の下端近傍に接続すると共に、タンク内の液体の熱搬送媒体を浄化フィルタを介して搬送ポンプの入力側の循環路配管に導く管路とを有することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態の説明に適用される冷熱搬送ユニット１の回路図を示し、図２はその立体模式図である。
【００１９】
この熱搬送装置は、スターリング冷凍機のような冷熱源と熱搬送媒体とが熱交換する冷熱源側熱交換器１０、該熱搬送媒体を圧送する搬送ポンプ１１、熱搬送媒体と冷熱利用機器とが熱交換する負荷側熱交換器、搬送ポンプ１１に液体の熱搬送媒体のみが供給されるように気液分離する気液分離器１２、余剰の熱搬送媒体を貯留するタンク１３、該タンク１３に貯留されている液体の熱搬送媒体を回路に戻す際に、清浄化して戻すようにするフィルタ１４等を主要構成としている。
【００２０】
そして、冷熱源側熱交換器１０、搬送ポンプ１１、気液分離器１２、タンク１３及びフィルタ１４等が冷熱搬送ユニット１としてユニット化されて、当該冷熱搬送ユニット１には冷熱利用機器から戻ってきた熱搬送媒体がユニット内に戻る入口管２１と、搬送ポンプ１１、冷熱源側熱交換器１０を介して冷熱利用機器に供給される出口管２２とが設けられている。
【００２１】
なお、冷熱搬送ユニット１の小型化等の要請からタンク１３はフィルタ１４の上方に配置されており、当該タンク１３に貯留された液体の熱搬送媒体が重力の作用で配管２９を介して流下してフィルタ１４に供給され、当該フィルタ１４で浄化されて液戻管２４にｆ点で合流した後循環路配管に戻るようになっている。
【００２２】
気液分離器１２は、鉛直方向に配設された分離管２３により形成されて、該分離管２３の下端近傍に入口管２１が直交して接続（ｂ点）され、下端部（ｇ点）は搬送ポンプ１１につながる循環路配管に接続されている。なお、入口管２１及び出口管２２は、水平方向に向って設けられている。
【００２３】
分離管２３は上端を略Ｕ字状、略コ字状、略Ｖ字状等の頂上を形成して曲げ戻し、その上端ｄ点で第１の端と第２の端とに分け、第１の端はｅ点を介してタンク１３の一部につながっている。第２の端は液戻管２４を介して下端部（ｇ点）に接続されている。この接続は、下端部（ｇ点）の近傍であってもよい。
【００２４】
これにより入口管２１を介して冷熱搬送ユニット１に戻ってきた熱搬送媒体のうち気体の熱搬送媒体は分離管２３の頂部側に向って管内を浮上し（ｃ点方向）、また液体の熱搬送媒体は下流（ｇ点方向）して気液分離が行なわれる。
【００２５】
分離管２３内を浮上してきた気体の熱搬送媒体量が増えると、その頂部近傍（頂部であっても良い）のｅ点から気体導路管２５（第１の端）を通ってタンク１３へ導かれる。
【００２６】
従って、気液分離された気体の熱搬送媒体は、タンク１３の頂部から当該タンク１３に流入して貯留される。
【００２７】
このタンク１３の底部は回収管２７が設けられて、搬送ポンプ１１と冷熱源側熱交換器１０との間の循環路配管２６を電磁弁（開閉弁）２８を介して接続している。
【００２８】
この電磁弁２８は、例えば１分間に０．１秒〜数秒間開き、定期的に搬送ポンプ１１から吐出される熱搬送媒体を一定量タンク１３へ供給する。
【００２９】
このタンク１３に供給された熱搬送媒体は、タンク１３の底部ｎ点に接続された配管２９を介してフィルタ１４に至り浄化された後、液戻管２４のｆ点を経て循環路配管に戻される。
【００３０】
なお、フィルタ１４は開閉弁Ｖ１〜Ｖ３を閉じることにより交換可能となっている。
【００３１】
このように液戻管２４の接続部（ｇ点）を入口管の接続部（ｂ点）に設けることにより、それ以降の循環路配管に複数の屈曲部が存在して大きな圧力損失が発生するような系であっても、液戻管２４の接続部（ｇ点）と入口管の接続部（ｂ点）との間では殆ど圧力損失が発生しないので、熱搬送媒体の循環量を増大させても分離管２３のｃ点が極端な低圧となることなく、液体の熱搬送媒体が分離管２３を多量に上昇してしまう事態が防止でき、気液分離作用が阻害されてしまうことが無くなる。
【００３２】
なお、タンク１３にはｑ点を介してタンク１３内部が高圧となった際のトラップ部及び圧力逃し機が設けられ、ｐ点には熱搬送媒体の注入機構が設けられている。
【００３３】
図３は、図４及び図５に示す従来構造と、図１及び図２に示す本発明に係る構造とにおける液柱差を熱搬送媒体の流量に対して示した図である。
【００３４】
なお、液柱差とは分離管２３と液戻管２４との管内に貯まった液体の熱搬送媒体量における液柱の差をいい、タンク１３とフィルタ１４との据付け構造からこの液柱差は３０ｃｍ以内にしなければならない。
【００３５】
この図から分るように、図３等における従来構成の場合には、分離管２３と液戻管２４との間に複数の屈曲部（ｗ１〜ｗ４）が存在しているため、流量が３リットル／分になると、液柱差が３０ｃｍを超えてしまうが、本発明に係る構成によればこれらの間に屈曲部が存在しないので約１０ｃｍに納めることが可能になっている。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、鉛直方向に配設された分離管を備えて、該分離管の下端部近傍に入口管が直交して接続されることにより、当該入口管を介して戻ってきた熱搬送媒体のうち気体が分離管内を浮上し、液体が当該分離管内を下端に向って流下して気液分離を行う気液分離器を設け、分離管の上端頂上を曲げ戻した後、第１の端と第２の端とに分け、第１の端を搬送ポンプの吐出側の循環路配管から回収管を下部につなげて熱搬送媒体を貯留するタンクの上部に接続し、第２の端を分離管の下端近傍に接続すると共に、タンク内の液体の熱搬送媒体を浄化フィルタを介して搬送ポンプの入力側の循環路配管に導く管路とを設けたので、熱搬送媒体の循環量を増大させても正常に気液分離が行えるようになり、信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の説明に適用される冷熱搬送ユニットの回路図である。
【図２】冷熱搬送ユニットの立体模式図である。
【図３】従来構造と、本発明に係る構造とにおける液柱差を熱搬送媒体の流量に対して示した図である。
【図４】従来の技術の説明に適用される冷熱搬送ユニットの回路図である。
【図５】図４の冷熱搬送ユニットの立体模式図である。
【符号の説明】
１  冷熱搬送ユニット
１２  気液分離器
２２  出口管
２３  分離管
２４  液戻管
２５  気体導路管
２６  循環路配管
２７  回収管
２８  電磁弁
２９  接続管
３１  搬送ポンプ
３２  タンク
３５  入口管
３９  フィルタ
【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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