JP4324932B2

JP4324932B2 - 恒温冷却液循環装置

Info

Publication number: JP4324932B2
Application number: JP2000218912A
Authority: JP
Inventors: 柄良隆荏
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2000-07-19
Filing date: 2000-07-19
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2020-07-19
Also published as: JP2002031462A; DE10130244C2; KR20020007986A; GB2366360B; TW533298B; US6422310B2; KR100398931B1; DE10130244A1; GB0112197D0; GB2366360A; US20020007932A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱負荷に恒温の冷却液を循環的に供給して該熱負荷を冷却する恒温冷却液循環装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の恒温冷却液循環装置として、例えば、熱負荷に冷却液を循環的に供給するための冷却液回路と、熱負荷の冷却により昇温した上記冷却液を熱交換器において冷媒と熱交換させることにより冷却する冷凍回路と、これらの回路を制御する制御部とで構成されたものが知られている。
【０００３】
上記冷却液回路は、冷却液が収容されたタンクを有していて、このタンク内の冷却液がポンプで熱負荷に供給されるようになっている。そして、熱負荷を冷却することにより昇温した冷却液は、上記冷凍回路の熱交換器に還流して冷却されたあと、上記タンク内に流入して再び負荷に供給される。
【０００４】
このような循環装置には、通常、ユーザー側が用意する外部配管によって熱負荷が接続されるが、熱負荷の種類や熱容量あるいは設置場所等は常に一定であるとは限らず、ユーザーによって様々に異なっている。このため、場合によっては外部配管が非常に長くて容量が大きかったり、立ち上がり配管となって循環装置より高い位置にある場合などがあり、装置の運転を停止した場合に、外部配管内の冷却液が循環装置に逆流してタンクから溢れるといったような不都合を生じ易い。また、運転停止中に外部配管内に低温の冷却液が封じ込められたままになっていると、この冷却液が室温に向かって温度上昇することによってその体積が増加し、外部配管の内部が異常高圧になって破損することも考えられる。さらに、外部配管や負荷を保守点検する際には、外部配管内の冷却液を簡単な方法で安全かつ確実に排出、回収することが要求される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主要な技術的課題は、上述した従来装置の問題点を全て解決することができる、安全性に勝れた恒温冷却液循環装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の循環装置は、冷却液を外部配管を通じて熱負荷に送り出すための一次側流路に、運転停止時に外部配管中の冷却液が循環装置に逆流するのを防止するための逆止弁と、上記外部配管中の冷却液の圧力が上昇し過ぎた場合に開放して冷却液の一部を循環装置に還流させる体膨張逃し弁とを、相互に並列に接続すると共に、上記外部配管中の冷却液を回収する際にこの外部配管中に圧縮気体を吹き込むためのパージ逆止弁を接続したことを特徴とするものである。
【０００７】
このような本発明の循環装置は、その運転を停止した場合に、逆止弁の働きによって外部配管内の冷却液が循環装置に逆流するのが防止されるばかりでなく、外部配管内に封じ込められた冷却液が昇温することにより体積が膨張し、この外部配管の内圧が上昇しても、それが異常高圧になる前に体膨張逃し弁の働きによって冷却液の一部が循環装置に還流することにより、外部配管の破損が防止される。また、外部配管や負荷を保守点検する際には、パージ逆止弁を通じて外部配管内に圧縮気体を吹き込むことにより、該外部配管内の冷却液を簡単な方法で安全かつ確実に排出、回収することができる。
【０００８】
本発明において好ましくは、循環装置の二次側流路中に、循環する冷却液の流量又は圧力を調節するための流量調節弁を接続すると共に、該流量調節弁の接続位置より外部配管用接続口側に寄った位置に、上記外部配管中の冷却液を別容器に回収するための回収ポートを設け、かつこの二次側流路と上記一次側流路との間に両流路を結ぶバイパス流路を設けて、このバイパス流路中に、運転中に外部配管中の冷却液圧力が規定圧力より高くなった場合に開放して一次側流路中の冷却液の一部を二次側流路に流すバイパス流量調節弁を接続することである。
【０００９】
これにより、上記流量調節弁で冷却液の流量又は圧力を熱負荷の容量に応じて調整することができるだけでなく、外部配管内の冷却液を回収する場合に、それを循環装置のタンクに還流させることなく別容器に回収する必要があるときは、この流量調節弁を閉じて回収ポートを開放することにより、この回収ポートを通じて冷却液を別容器に回収することができる。また、外部配管中の冷却液圧力が規定圧力より高くなった場合にその圧力を上記バイパス流路及びバイパス流量調節弁を通じて二次側に逃がすことができるため、さらに安全性が高まる。
【００１０】
本発明の好ましい具体的な実施形態によれば、上記逆止弁、体膨張逃し弁、パージ逆止弁、流量調節弁、回収ポート、バイパス流路、バイパス流量調節弁を配管を通じて一体に結合することにより複合弁ユニットを形成すると共に、この複合弁ユニットに、上記一次側流路及び二次側流路に着脱自在に接続可能な一次側本体接続口及び二次側本体接続口と、上記外部配管を接続するための配管接続口とを設け、この複合弁ユニットを介して循環装置に熱負荷が接続可能なるように構成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る恒温冷却液循環装置の好ましい代表的な一実施形態を示すもので、この循環装置は、熱負荷１に冷却液５を循環的に供給するための冷却液回路２と、上記熱負荷１を冷却することにより昇温した上記冷却液５を熱交換器６において冷媒と熱交換させることによって冷却する冷凍回路３と、これらの回路２，３を制御する制御部４とを備えている。
【００１２】
上記冷却液回路２は、温度管理された冷却液５を収容するためのタンク１０を有していて、このタンク１０内の冷却液５が、ポンプ１１により、一次側流路である供給管１２から複合弁ユニット７の一次側管路１３及び外部配管１４ａを通じて上記熱負荷１に供給され、この熱負荷１を冷却することにより昇温した上記冷却液５が、外部配管１４ｂから複合弁ユニット７の二次側管路１５、及び二次側流路である戻り管１６を通じて熱交換器６に還流するようになっている。そして、この熱交換器６において上記冷却液５は、冷凍回路３の蒸発器１８内を流れる冷媒と熱交換することにより冷却されたあと、上記タンク１０内に設けられて上部が開放する内側容器１９内に出口管２０を通じて流入し、この内側容器１９をオーバーフローしてタンク１０内に流入し、再び熱負荷１に供給される。
【００１３】
上記タンク１０の出口付近には、熱負荷１に供給される冷却液５の温度を測定するための温度センサー２２が設置され、この温度センサー２２が上記制御部４における第１制御回路２３に接続されている。また、上記内側容器１９の内部には、冷却液５を加熱するためのヒーター２４が設けられ、このヒーター２４が制御部４の第２制御回路２５に接続されている。そして、上記温度センサー２２で測定された冷却液５の温度が設定温度より低い場合には、第１制御回路２３から第２制御回路２５に信号が出力されて上記ヒーター２４がオンとなり、冷却液５が設定温度になるように加熱される。
【００１４】
上記複合弁ユニット７の一次側管路１３には、上記供給管１２に着脱自在に接続するための一次側本体接続口１３ａと、外部配管１４ａを着脱自在に接続するための一次側配管接続口１３ｂとが設けられると共に、これらの接続口１３ａ，１３ｂ間に、循環装置の運転を停止した時に外部配管１４ａ，１４ｂ中の冷却液５がこの循環装置に逆流するのを防止するための逆止弁２７と、上記外部配管１４ａ，１４ｂ中の冷却液５の圧力が異常高圧となった場合に開放して冷却液５の一部を循環装置に還流させるための体膨張逃し弁２８とが、相互に並列に接続されると共に、これらの逆止弁２７及び体膨張逃し弁２８よりも配管接続口１３ｂ側に寄った位置に、外部配管１４ａ，１４ｂ用中の冷却液５を回収する際にこの外部配管１４ａ，１４ｂ中に窒素等の圧縮気体を吹き込むためのパージ逆止弁２９が接続されている。
【００１５】
一方、上記複合弁ユニット７の二次側管路１５には、上記戻り管１６に着脱自在に接続するための二次側本体接続口１５ａと、外部配管１４ｂを着脱自在に接続するための二次側配管接続口１５ｂとが設けられると共に、これらの接続口１５ａ，１５ｂ間に、循環する冷却液５の流量又は圧力を調節するための流量調節弁３１と、流量センサー３２とが直列に接続され、これらの流量調節弁３１と流量センサー３２との間の位置には、外部配管１４ａ，１４ｂ中の冷却液５を別容器に回収するための回収ポート３３が設けられ、この回収ポート３３に図示しない手動開閉弁を接続できるようになっている。そして、この二次側管路１５と上記一次側管路１３との間には、上記流量調節弁３１よりも本体接続口１５ａ側に寄った位置と、逆止弁２７及び体膨張逃し弁２８よりも本体接続口１３ａ側に寄った位置との間に、両管路１３，１５を結ぶバイパス流路３５が設けられ、このバイパス流路３５中に、循環装置の運転中に外部配管１４ａ，１４ｂ中の冷却液５圧力が規定圧力より高くなった場合に開放して一次側圧力を二次側に逃がして低下させるためのバイパス流量調節弁３６が接続されている。
【００１６】
上記複合弁ユニット７は、図２〜図４に示すように、上記逆止弁２７、体膨張逃し弁２８、パージ逆止弁２９、流量調節弁３１、回収ポート３３、バイパス流路３５、バイパス流量調節弁３６を配管で一体に結合することにより形成されたもので、循環装置の一次側流路である上記供給管１２及び二次側流路である戻り管１６に着脱自在に接続され、この複合弁ユニット７に外部配管１４ａ，１４ｂを通じて上記熱負荷１が接続されている。
【００１７】
なお、上記バイパス流路３５には、上記バイパス流量調節弁３６より一次側管路１３側に寄った位置に、温度センサーを接続するためのポート３７と、圧力計を接続するためのポート３８とが設けられていて、上記供給管７に接続された温度センサー２２及び圧力計４３を、該供給管７に接続する代わりにこれらの各ポート３６及び３７にそれぞれ接続できるようになっている。この場合、低圧カットスイッチ４４も圧力計４３と共にこのポート３８に接続される。
【００１８】
図中４０は、タンク１０内の冷却液５の液位を検出して制御部４の第３制御回路４１に検出信号を出力するレベルスイッチ、４２は、内側容器１９内の冷却液５の液位を検出して同じく第３制御回路４１に検出信号を出力するレベルスイッチ、４３は、熱負荷１に送り込まれる冷却液５の圧力を検出する圧力計、４４はこの圧力計４３が検出した圧力が一定値以下になると上記第３制御回路４１に冷却液５のカット信号を出力する低圧カットスイッチ、４５は上記タンク１０内の冷却液５を排出するためのドレン管である。
【００１９】
一方、上記冷凍回路３は、上記蒸発器１８内で冷却液５との熱交換により蒸発した冷媒を、圧縮機４８で圧縮することにより高温高圧の冷媒ガスとしたあと、この冷媒ガスを凝縮器４９で冷却凝縮して高圧の液冷媒とし、この液冷媒を定圧膨張弁５０で減圧することにより低温化して上記蒸発器１８に供給するように構成されている。
【００２０】
上記冷凍回路３にはまた、蒸発器１８の出口温度が通常よりも高いときに、凝縮器４９で凝縮した冷媒の一部を、上記定圧膨張弁５０に流入させることなく圧縮機４８の入口側に直接還流させるための還流回路５１と、該還流回路５１中の冷媒循環量を調整するための温度式膨張弁５２とを備えている。この温度式膨張弁５２は、圧縮機４８に還流する冷媒の温度を検出する温度センサー５３によって制御されるもので、圧縮機４８に吸い込まれる上記冷媒の温度が高くなったときに該膨張弁５２の開度が増大し、上記還流回路５１を通じて凝縮器４９からの冷媒を流すことで冷媒温度を低下させるものである。
【００２１】
上記冷凍回路３における圧縮機４８と凝縮器４９との間の流路には、高温高圧の冷媒ガスの圧力を検出する高圧冷媒圧力計５５と、この冷媒ガスの圧力が所定の圧力以上に上昇したときに第３制御回路４１にカット信号を出力する高圧冷媒カットスイッチ５６とが設けられている。また、圧縮機４８における冷媒ガスの入口（還流）側には、低圧の冷媒ガスの圧力を検出する低圧冷媒圧力計５７が設けられている。さらに上記凝縮器４９には、それに供給される冷却水の流量を調節する圧力制水弁５８が設けられている。
【００２２】
上記制御部４は、上述した第１〜第３制御回路２３，２５，４１と、操作表示部６０とを備えている。このうち第１制御回路２３は、上述したように、温度センサー２２が測定した冷却液温度に基づいて第２制御回路２５に信号を送り、ヒーター２４を動作させて冷却液温度を調節する機能を有している。
【００２３】
また、上記第２制御回路２５は、電磁接触器や電磁開閉器あるいはソリットステートリレー等の機器により構成されていて、上記第１制御回路２３及び第３制御回路４１からの信号を受けて動作し、上記機器により上記圧縮機４８とポンプ１１及びヒーター２４を制御するものである。
【００２４】
さらに、上記第３制御回路４１は、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）として構成されたもので、タンク１０内のレベルスイッチ４０、内側容器１９内のレベルスイッチ４２、低圧カットスイッチ４４及び高圧冷媒カットスイッチ５６等からの信号により、上記第２制御回路２５と操作表示部６０とに信号を出力する。
【００２５】
また、上記操作表示部６０は、熱負荷１に供給する冷却液５の温度を設定できるようになっていて、その設定温度と温度センサー２２で測定した測定温度とが適宜方法で表示されると共に、第１制御回路２３と第３制御回路４１に出力されるようになっている。そして、上記設定温度は、パネルへのタッチによって変更することができる。
【００２６】
上記構成を有する循環装置において、熱負荷１に供給された冷却液５は、この熱負荷１を冷却することにより温度が上昇する。昇温した冷却液５は、熱交換器６において冷凍回路３中の冷媒と熱交換することにより設定温度に冷却され、内側容器１９を介してタンク１０内に一旦収容されたあと、ポンプ１１で再び熱負荷１に供給される。
上記冷却液５の温度は、一次側流路に設けた温度センサー２２によって測定され、その温度が設定温度より低くなっている場合は、ヒーター２４がオンとなって加熱され、設定温度になるように調整される。
【００２７】
上記循環装置の運転を停止した場合、例えば外部配管１４ａ，１４ｂが立ち上がり配管となって循環装置より高い位置にある場合でも、逆止弁２７の働きによってこの外部配管１４ａ，１４ｂ内の冷却液５が循環装置に逆流するのが防止されるため、逆流した循環液がタンク１０から溢れるといった不都合を生じることがない。また、各バルブが閉められることによって外部配管１４ａ，１４ｂ内に低温の冷却液５が封じ込められた場合には、この冷却液５の温度が室温により上昇してその体積が膨張し、外部配管１４ａ，１４ｂの内圧が上昇したとしても、体膨張逃し弁２８の働きによって冷却液５の一部が循環装置に還流し、圧力が低下するため、外部配管１４ａ，１４ｂの破損が確実に防止される。
【００２８】
さらに、上記外部配管１４ａ，１４ｂや熱負荷１を保守点検するに際してその内部の冷却液５を排出する場合には、上記パージ逆止弁２９を通じて外部配管１４ａ，１４ｂ内に窒素等の圧縮気体を吹き込むことにより、該外部配管１４ａ，１４ｂ内の冷却液５を二次側流路を通じて確実にタンク１０に還流させて回収することができる。このとき、パージ逆止弁２９の働きによって外部配管１４ａ，１４ｂ内の冷却液５が圧縮気体の供給ラインに向けて逆流することがないため、冷却液５の回収を安全に行うことができる。また、タンク１０の容量との関係で外部配管１４ａ，１４ｂ内の冷却液５を別容器に回収する必要がある場合には、二次側管路１５中の流量調節弁３１を閉じることにより、回収ポート３３を通じて冷却液５を別容器に回収することができる。
【００２９】
一方、二次側管路１５に接続された上記流量調節弁３１は、循環する冷却液５の流量が多すぎたり、あるいは圧力が低すぎたりしたときにそれを閉じることにより、熱負荷１の容量に応じて冷却液５を適正な流量又は圧力に調整することができる。
逆に、外部配管１４ａ，１４ｂの流路抵抗が大きく冷却液５が流れにくい場合には、一次側流路の圧力が高くなるが、このような場合には、バイパス流量調節弁３６を開いて一次側流路中の冷却液５の一部をバイパス流路３５を通じて一次側流路に逃がしてやることにより、該一次側流路の圧力を低下させることができる。
【００３０】
【発明の効果】
このように本発明によれば、安全性及び使用性に勝れた恒温冷却液循環装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る恒温冷却液循環装置の一実施例を示す構成図である。
【図２】上記循環装置に使用される複合弁ユニットの正面図である。
【図３】上記複合弁ユニットの右側面で、一次側管路だけを示すものである。
【図４】上記複合弁ユニットの左側面で、二次側管路だけを示すものである。
【符号の説明】
１熱負荷
５冷却液
７複合弁ユニット
１３一次側管路
１３ａ一次側本体接続口
１３ｂ一次側配管接続口
１４ａ，１４ｂ外部配管
１５二次側管路
１５ａ二次側本体接続口
１５ｂ二次側配管接続口
２７逆止弁
２８体膨張逃がし弁
２９パージ逆止弁
３１流量調節弁
３３回収ポート
３５バイパス流路
３６バイパス流路調節弁

Claims

外部配管により接続された熱負荷に温度管理された冷却液を循環的に供給して該熱負荷を冷却する恒温冷却液循環装置において、
該循環装置が、冷却液を上記外部配管を通じて熱負荷に送り出すための一次側流路と、熱負荷から外部配管を通じて還流する冷却液を受け入れるための二次側流路とを有し、
上記一次側流路に、運転停止時に外部配管中の冷却液が循環装置に逆流するのを防止するための逆止弁と、上記外部配管中の冷却液の圧力が上昇し過ぎた場合に開放して冷却液の一部を循環装置に還流させる体膨張逃し弁とを、相互に並列に接続すると共に、上記外部配管中の冷却液を回収する際にこの外部配管中に圧縮気体を吹き込むためのパージ逆止弁を接続した、ことを特徴とする恒温冷却液循環装置。
請求項１に記載の循環装置において、上記二次側流路に、循環する冷却液の流量又は圧力を調節するための流量調節弁を接続すると共に、該流量調節弁の接続位置より外部配管用接続口側に寄った位置に、上記外部配管中の冷却液を別容器に回収するための回収ポートを設け、かつこの二次側流路と上記一次側流路との間に両流路を結ぶバイパス流路を設けて、このバイパス流路中に、運転中に外部配管中の冷却液圧力が規定圧力より高くなった場合に開放して一次側流路中の冷却液の一部を二次側流路に流すためのバイパス流量調節弁を接続したことを特徴とするもの。
請求項２に記載の循環装置において、上記逆止弁、体膨張逃し弁、パージ逆止弁、流量調節弁、回収ポート、バイパス流路、バイパス流量調節弁を配管を通じて一体に結合することにより複合弁ユニットを形成すると共に、この複合弁ユニットに、上記一次側流路及び二次側流路に着脱自在に接続可能な一次側本体接続口及び二次側本体接続口と、上記外部配管を着脱自在に接続するための配管接続口とを設け、この複合弁ユニットを介して循環装置に熱負荷を接続可能としたことを特徴とするもの。