(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温低圧の冷媒液のみにより蒸発器を形成する熱交換器に満たして、被冷却媒体を冷却する重力供給方式の満液式冷却器において、
前記冷媒液を満たす熱交換器と、冷媒液を分離供給する直立冷媒液分離供給管と前記２者を結ぶ内部均圧管とよりなる冷媒液充填部と、冷媒ガスを圧縮機へ還流させる水平冷媒ガスタンクよりなる冷媒ガス充填部とに分離構成し、前記直立冷媒液分離供給管は、膨張弁を介して低圧低温冷媒の供給を受け、冷媒液のみを分離して熱交換器に圧力損に打ち勝つヘッドのもとに重力供給するとともに、冷媒循環量と冷媒ガスのガス速度とにより決まる断面積を持つ構成とし、
前記水平冷媒ガスタンクは、前記直立冷媒液分離供給管の上部に別途設けられ直立冷媒液分離供給管よりの低圧冷媒への膨張時発生する冷媒ガスと、熱交換器出口よりの気化した冷媒ガスとを導入して、圧縮機へ冷媒ガスのみを還流するように構成したことを特徴とする満液式冷却器。
【請求項２】
前記直立冷媒液分離供給管は、底部に油溜めを持ち、前記内部均圧管は直立冷媒液分離供給管の下部より熱交換器のボトムに向け上げ勾配に連結する構成としたことを特徴とする請求項１記載の満液式冷却器。
【請求項３】
前記水平冷媒ガスタンクは、内部に満たされた冷媒ガスのガス圧と被冷却媒体の冷水出入り口の温度差とにより作動する蒸気圧力制御多機能弁を備えたことを特徴とする請求項１記載の満液式冷却器。
【請求項４】
前記熱交換器はプレート熱交換器より構成したことを特徴とする請求項１記載の満液式冷却器。
【請求項５】
前記冷媒はアンモニア冷媒であることを特徴とする請求項１記載の満液式冷却器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温低圧冷媒の冷媒液のみを使用して蒸発器を形成する熱交換器に満たして、被冷却媒体を冷却する満液式冷却器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蒸発器に低温低圧冷媒の冷媒液のみを満たし使用する冷凍サイクルとしては、図２（Ａ）に示すように、
圧縮機５０により圧縮された高圧高温冷媒ガスは、油分離器５１、凝縮器５２を介して高圧低温冷媒となり高圧受液器５３に導入される。高圧受液器５３では受液した高圧低温冷媒を膨張弁５５を介して低圧受液器５７に低圧低温冷媒として導入し、導入した低圧低温冷媒の冷媒液を液ポンプ５８で調整弁６０を介して蒸発器５６に送り、戻り冷媒ガスより未蒸発分を除き圧縮機へ還流させる液ポンプ方式がある。なお、液ポンプ５８の出口側圧力は圧力逃し弁５９により定圧に保ち、さらに調整弁６０により蒸発器５６内の圧力損失相当分まで減圧して各蒸発器５６に送液するようにしてある。そのため、蒸発器５６の出口には冷媒の湿り蒸気が存在することになる。
また、同図（Ｂ）に示すように、圧縮機５０により圧縮された高圧高温冷媒ガスは、油分離器５１、凝縮器５２を介して高圧低温冷媒となり高圧受液器５３に導入される。高圧受液器５３からは膨張弁５５、図示しないフロート弁を介してサージタンク６２に低圧低温冷媒の冷媒液を液面レベルＨを常時維持するようにしたサージタンクを使用するようにした重力式自然循環方式がある。
上記の場合は、蒸発器６１の入り口の冷媒圧力は前記液レベルＨに相当する圧力を持ち、蒸発器内を冷媒が流れ行く過程で、流れの摩擦、蒸発による蒸気の加速、２相冷媒の静圧ヘッド等による圧力が降下し、蒸発器出口でサージタンク上部と同一圧力となりその出口には冷媒の湿り蒸気が存在することになる。
上記のように、いずれの方式も蒸発器の出口端まで冷媒液が存在するため、伝熱面積を最大限に使用することができ、効率の良い安定な冷却運転ができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来までの蒸発器に低温冷媒液を満たす満液式冷凍サイクルにおいては、蒸発器を備えた冷却装置内には大量の冷媒を充填する必要がある。
現在、地球環境に影響するオゾン層破壊の問題と地球温暖化問題から長い間使用されてきた安全で取り扱いのし易いフロン冷媒が規制されるようになり、アンモニアがフロンの代替冷媒としての使用が見直されてきた。
即ち、アンモニア冷媒はフロンのような地球環境破壊の恐れはなく、その冷凍効果はフロンに勝るとも劣らず、而も安価である有利な点を持つ。しかし、アンモニアは、過去においてフロンに取って代わられたように毒性、可燃性、及び潤滑油として使用する鉱物油に対し非溶解性であり、さらに圧縮機よりの吐出温度が高い等の問題点を持つ。特に冷却装置内に多量のアンモニア冷媒を充填する装置は安全性の面から設置できない問題がある。
【０００４】
また、従来のフロンガス等で使用された銅製パイプよりなる熱交換器は、アンモニア自体が銅系統の材料に対し腐食性を有するため使用できないため、装置も大型になり冷媒充填量が増える問題がある。
さらにアンモニア冷媒は従来からの冷凍機油である鉱物油に対して不溶性であるため、蒸発器に冷凍機油を残留させないように液ポンプによる強制循環方式が採用され装置も大型になり冷媒充填量が増える傾向になる問題がある。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、アンモニアを冷媒として使用した満液式冷却器において、少量の低温低圧冷媒液により高効率の冷却を可能とするとともに油の冷媒液より分離と回収を可能とした満液式冷却器の提供を目的としたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の満液式冷却器は、
従来のように冷媒液と冷媒ガスを同一容器内に収容するようにしたサージングタンクの代わりに、冷媒液の充填部と冷媒ガスの充填部は個別に用意して冷媒液の充填部を最小になるようにしたものである。
即ち、低温低圧の冷媒液のみにより蒸発器を形成する熱交換器に満たして、被冷却媒体を冷却する重力供給方式の満液式冷却器において、
前記冷媒液を満たす熱交換器と、冷媒液を分離供給する直立冷媒液分離供給管と前記２者を結ぶ内部均圧管とよりなる冷媒液充填部と、冷媒ガスを圧縮機へ還流させる水平冷媒ガスタンクよりなる冷媒ガス充填部とに分離構成し、前記直立冷媒液分離供給管は、膨張弁を介して低圧低温冷媒の供給を受け、冷媒液のみを分離して熱交換器に圧力損に打ち勝つヘッドのもとに重力供給するとともに、冷媒循環量と冷媒ガスのガス速度とにより決まる断面積を持つ構成とし、前記水平冷媒ガスタンクは、前記直立冷媒液分離供給管の上部に別途設けられ直立冷媒液分離供給管よりの低圧冷媒への膨張時発生する冷媒ガスと、熱交換器出口よりの気化した冷媒ガスとを導入して、圧縮機へ冷媒ガスのみを還流するように構成したことを特徴とする。
【０００７】
（削除）
【０００８】
上記構成により、本発明の満液式冷却器は、主として冷媒液が満たされる直立冷媒液分離供給管と内部均圧管と熱交換器と、冷媒ガスが満たされる水平冷媒ガスタンクとより構成し、冷媒液の満たされる部位の容積を最小にして、少量の冷媒の使用によりなる満液式冷却器を構成したものである。
即ち、高圧受液部より膨張弁を介して供給された低圧低温冷媒の冷媒液のみを分離して、熱交換器圧力損に打ち勝つヘッドに液レベルを維持する直立冷媒液分離供給管を設ける構成とし、そのため該冷媒分離供給管より冷媒液の供給を受けた熱交換器は、その出口まで冷媒の湿り蒸気が存在する満液状況に置かれ、アンモニア冷媒の場合は過熱蒸気を吸入圧縮することはなく、高効率の冷却ができる。
【０００９】
また、上記直立冷媒液分離供給管は、上部の水平冷媒ガスタンクに直結する構成にしてあるため、高圧低温受液部より膨張弁を介して供給を受けた低圧低温冷媒に含まれている冷媒ガスは、冷媒液分離供給管内の冷媒液より分離上昇し、該供給管の下部には冷媒液のみが分離貯留され熱交換器へ送られるようにしてある。
また、前記熱交換器の上部出口より直立状に延設された冷媒ガス戻し直立管により、被冷却媒体より奪った熱により気化した冷媒ガスのみは湿り蒸気より分離して、上部に配設した水平冷媒ガスタンクに導入する構成にしてあるため、湿り蒸気が圧縮機へ戻されることはない。
【００１０】
また、上記直立冷媒液分離供給管の断面積は、熱交換器内の冷媒の気化により発生した冷媒ガス量から割り出された冷媒循環量とガス速度とにより決まる構成としてあるため、前記冷媒分離供給管に充填される冷媒液の量を最小に押さえることができる。
【００１１】
また、冷媒ガスが満たされる容器は別途用意した水平冷媒ガスタンクで形成し、直立冷媒液分離供給管に満たされた低圧低温冷媒より分離した冷媒ガスと、熱交換器において気化した冷媒ガスとを前記水平冷媒ガスタンクに導入する構成としたもので、冷媒循環量に対し最小のアンモニア量を用意することができ、従来の冷媒液充填部と冷媒ガス充填部を同一容器に収容する満液式冷却器のように多量のアンモニア冷媒を使用することはない。
【００１２】
また、請求項１記載の直立冷媒液分離供給管は、底部に油溜めを持ち、上記内部均圧管は熱交換器のボトムに向け上がり勾配に設けてあるため、熱交換器のボトム側の入り口に溜まった油は均圧管に沿い下降して、直立冷媒液分離供給管の底部に設けてある油溜めに貯留され、適宜圧縮機の吸入時に冷媒ガスとともに還流するようにしてある。
【００１３】
また、請求項１記載の水平冷媒ガスタンクは、冷媒ガスのガス圧と、被冷却媒体の出入り口の温度差とにより作動する蒸気圧力制御多機能弁を備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
上記構成により、圧縮機の冷媒ガスの吸入は、冷媒ガスが満たされている水平冷媒ガスタンク内のガス圧と、冷却負荷である被冷却媒体の出入り口の冷水温度差により制御するようにしてある。
【００１５】
また、請求項１記載の熱交換器はプレート熱交換器より構成したことを特徴とする。
【００１６】
上記構成によりアンモニア冷媒の腐食性に耐性の高い蒸発器を用意することができる。
【００１７】
また、請求項１記載の冷媒はアンモニア冷媒であることを特徴とするものである。
【００１８】
即ち、本発明によりアンモニア冷媒の使用に対しても高い耐性のある熱交換器を使用し、該冷媒の使用に対して高い冷却効率を持つ満液式蒸発器の使用を少量のアンモニア冷媒で可能にすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００２０】
図１は本発明のアンモニア冷媒を使用した満液式冷却器の概略の構成を示す図である。
図に示すように、本発明のアンモニア冷媒を使用した満液式冷却器は、蒸発器を形成する熱交換器１０と、直立冷媒液分離供給管１１と内部均圧管１２とよりなる冷媒液充填部と、冷媒ガス戻し直立管１３と水平冷媒ガスタンク１４よりなる冷媒ガス充填部と、吸入管１５とを主構成要素とし、冷媒液充填部と冷媒ガス充填部とを分離切り離す構造として、使用する冷媒を最小に押さえる構成にしてある。
【００２１】
上記直立冷媒液分離供給管１１は図示しない高圧受液器よりフロート式給液電磁弁１１ｅ、膨張弁１１ｇを介して低圧低温冷媒を導入する。
導入した低圧低温冷媒液は、レベル検出用直立管１１ｃに設けた上、中、下の液面を検出するＬＣ3、ＬＣ2、ＬＣ1よりなるフロートスイッチ１１ｄを介して電磁弁１１ｅを作動させ、蒸発器を形成する熱交換器１０の出口より該熱交換器の圧力損に相当するヘッドＨを持たせた液面レベルＹを維持する構成にしてある。
そして、上記のようにして膨張弁通過時に発生して低圧低温冷媒に含まれた冷媒ガスは前記直立冷媒分離供給管１１のハッチングが示す冷媒液より分離して上部空間１１ａへ上昇し、後記する水平冷媒ガスタンク１４内に導入される。
上記分離された冷媒液は、前記直立冷媒分離供給管１１の最下端に設けてある油溜め１１ｂの上部に貯留される。貯留された冷媒液は、熱交換器１０に向け上げ勾配に設けられた内部均圧管１２を介して実線矢印に示すように熱交換器１０のボトムに供給され、前記ヘッドＨにより熱交換器１０の出口まで充填され満液式蒸発器を形成する。
【００２２】
上記熱交換器１０で分離した油は熱交換器のボトムに溜り、前記内部均圧管１２を介して点線矢印に示すように前記油溜め１１ｂに貯留される。貯留された油は、油回収回路１２ｂと図示しない圧縮機のＯＮ、ＯＦＦに連動する電磁弁１２ａとを介して、圧縮機吸入回路１５に送られ回収する構成にしてある。
【００２３】
上記熱交換器１０の出口には、上部に配設した水平冷媒ガスタンク１４との間を結ぶ冷媒ガス戻し直立管１３を設け、熱交換器１０で発生した気化冷媒ガスを回収するようにしてある。
上記のようにして、水平冷媒ガスタンク１４内には、直立冷媒分離供給管１１から分離した低圧低温冷媒に含まれていた膨張時の冷媒ガスと前記熱交換器１０での気化冷媒ガスで充填される。充填された冷媒ガスは多機能弁１６、吸入管１５を介して図示しない圧縮機へ回収するようにしてある。
上記多機能弁１６は、ＣＶＱ機能１６ａとＰ機能１６ｂとＳＶ機能１６ｃを持つ。前記ＣＶＱ機能１６ａは熱交換器１０での被冷却媒体の出入り口の冷水温度差による微調整機能で、Ｐ機能１６ｂは蒸発圧力を調整するＥＰＲ機能で、ＳＶ機能１６ｃはＯＮ、ＯＦＦ機能である。上記多機能弁１６の使用により前記冷水温度差を０．５℃に押さえている。
【００２４】
なお、直立冷媒分離供給管１１は、冷媒循環量と冷媒ガスのガス速度とにより決まる断面積を持つ構成とし、冷媒充填量を最小とする構成にしてある。
【００２５】
なお、熱交換器１０には銅製部材を使用しないプレート熱交換器を使用し、アンモニア冷媒の腐食に対する耐性を持たせる構成にしてある。
【００２６】
【発明の効果】
上記構成により、低温冷媒が充填されるのは低圧液面を持つ直立冷媒液分離供給管とプレート熱交換器であり、いずれも容積は小さい。そのため、乾式冷却装置に比べても冷媒充填量の増加も少量となる。例えば、アンモニア冷媒を使用しても、従来の冷凍機油を使用して従来の乾式冷却装置と変わらない冷媒充填量で、コンパクトで、安定で高効率の冷却装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のアンモニア冷媒を使用した満液式冷却器の概略の構成を示す図である。
【図２】  従来の冷却装置の概要を示す図で、（Ａ）は液ポンプ循環方式のもので、（Ｂ）は重力自然循環方式のものである。
【符号の説明】
１０    熱交換器
１１    直立冷媒液分離供給管
１１ｂ  油溜め
１２    内部均圧管
１３    冷媒ガス戻し直立管
１４    水平冷媒ガスタンク
１５    吸入管
１６    多機能弁
【図１】
0004080605.tif 000002
【図２】
0004080605.tif 000003