JP2016023806A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換部で水の蒸発により発生した蒸気を吸引作用によって排出させるエゼクタの小型化を図ること。【解決手段】冷却装置１は、水が供給され、該水の蒸発によって対象物を気化冷却する反応釜２１（熱交換部）と、反応釜２１に蒸気排出管１４を介して接続され、反応釜２１で水の蒸発により発生した蒸気を吸引作用によって蒸気排出管１４に排出するエゼクタ２５と、蒸気排出管１４の蒸気を冷却する凝縮器４０とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、水で気化冷却する冷却装置に関するものである。

例えば特許文献１に開示されているように、水の蒸発潜熱によって対象物を気化冷却する冷却装置が知られている。この冷却装置では、熱交換部（反応釜）に供給された水（冷却水）が対象物から吸熱して蒸発し、対象物が冷却（気化冷却）される。そして、熱交換部において水の蒸発により発生した蒸気は、エゼクタによって吸引され回収される。つまり、上記の冷却装置では、エゼクタの吸引作用によって熱交換部内を所定の圧力状態（例えば、大気圧以下の真空状態）にすることにより、熱交換部内で水が対象物から吸熱して蒸発する。

特開２０１０−２５３９０号公報

ところで、上述したような冷却装置では、比較的大型のエゼクタを用いなければならないため、コスト高となっていた。即ち、エゼクタは、熱交換部内を所定の圧力状態にすべく蒸気の発生量に見合う量の蒸気を吸引する必要があり、しかも蒸気は液体よりも比体積が非常に大きいため、吸引容量が大きいものになってしまう。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、その目的は、熱交換部で水の蒸発により発生した蒸気を吸引作用によって排出させるエゼクタの小型化を図ることにある。

本発明に係る冷却装置は、水が供給され、該水の蒸発によって対象物を気化冷却する熱交換部と、該熱交換部に蒸気排出管を介して接続され、上記熱交換部で水の蒸発により発生した蒸気を吸引作用によって上記蒸気排出管に排出させるエゼクタと、上記蒸気排出管の蒸気を冷却する凝縮器とを備えているものである。

以上のように、本発明によれば、蒸気排出管の蒸気を冷却する凝縮器を備えているため、熱交換部から排出した蒸気は凝縮器で冷却されて水となりエゼクタに吸引される。つまり、本発明では、蒸気をそれよりも比体積が小さい水に変態させてからエゼクタに吸引させるようにした。そのため、エゼクタの吸引作用によって従来よりも多くの蒸気を熱交換部から排出することができる。これにより、エゼクタの容量を下げても従来と同等量の蒸気を熱交換部から排出することができるので、エゼクタの小型化を図ることができる。

図１は、実施形態に係る冷却装置の概略構成を示す配管系統図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

図１に示すように、本実施形態の冷却装置１は、対象物を冷却する冷却動作だけでなく対象物を加熱する加熱動作も行うことができるものである。具体的に、冷却装置１は、反応釜２１に冷却源である水と加熱源である蒸気を供給し、反応釜２１に収容された対象物（図示省略）を冷却および加熱するものである。冷却装置１は、蒸気や水の流体回路１０備えている。

流体回路１０は、蒸気供給菅１１と、水供給管１２と、ドレン排出管１３と、蒸気排出管１４と、反応釜２１と、ドレン回収機構３とを備えている。

反応釜２１は、ほぼ全周に亘って形成されたジャケット部２２を有しており、本発明に係る熱交換部を構成している。蒸気供給菅１１は、ジャケット部２２に接続され、図示しない蒸気生成部から所定温度の蒸気がジャケット部２２に供給される。反応釜２１では、ジャケット部２２に供給された蒸気が反応釜２１の内部の対象物と間接的に熱交換して凝縮（液化）し、対象物が加熱される。つまり、反応釜２１の対象物は蒸気の凝縮潜熱が与えられることで加熱される。水供給管１２は、一端（流出端）がジャケット部２２に接続され、他端（流入端）がドレン回収機構３に接続されている。なお、図示しないが、水供給管１２の一端にはジャケット部２２に水を噴霧するためのスプレーノズルが設けられている。反応釜２１では、ジャケット部２２に供給された水が反応釜２１の内部の対象物と間接的に熱交換して蒸発（気化）し、対象物が冷却される。つまり、反応釜２１の対象物は水に熱（水の蒸発潜熱）を奪われることで冷却（気化冷却）される。

ドレン排出管１３は、一端（流入端）がジャケット部２２の下端部に接続され、他端（流出端）が蒸気排出管１４の途中に接続されている。ドレン排出管１３は、ジャケット部２２で蒸気が凝縮して発生したドレン（復水）が排出される。蒸気排出管１４は、一端（流入端）がジャケット部２２に接続され、他端（流出端）がドレン回収機構３に接続されている。蒸気排出管１４は、ジャケット部２２で水が蒸発して発生した蒸気が排出される。

ドレン回収機構３は、循環配管１５と、ドレンタンク２３と、ポンプ２４と、エゼクタ２５とを有している。ドレンタンク２３は、ジャケット部２２で発生したドレンが貯留されるものである。循環配管１５は、ドレンタンク２３に接続されている。つまり、循環配管１５は、一端（流入端）がドレンタンク２３の下部に接続され、他端（流出端）がドレンタンク２３の上部に接続されている。循環配管１５には、上流側（流入端側）から順に、ポンプ２４およびエゼクタ２５が設けられている。ドレン回収機構３では、蒸気排出管１４がエゼクタ２５の吸引口に接続され、水供給管１２が循環配管１５におけるポンプ２４の流出口とエゼクタ２５の流入口との間に接続されている。

ドレン回収機構３は、ポンプ２４によってドレンタンク２３の水が、エゼクタ２５の流入口に供給され、エゼクタ２５の流出口から排出されることにより、エゼクタ２５の吸引口において吸引作用が生じるように構成されている。このエゼクタ２５の吸引作用によって、ジャケット部２２のドレンがドレン排出管１３に排出され、ジャケット部２２の蒸気が蒸気排出管１４に排出される。つまり、エゼクタ２５は、ジャケット部２２に蒸気排出管１４を介して接続され、ジャケット部２２のドレンおよび蒸気を吸引作用によってドレン排出管１３および蒸気排出管１４に排出させる。

蒸気供給菅１１、水供給管１２および蒸気排出管１４には、それぞれ開閉弁である蒸気供給弁３１、水供給弁３２および蒸気排出弁３４が設けられている。ドレン排出管１３には、流入したドレンのみを自動的に蒸気排出管１４側へ排出するスチームトラップ３３が設けられている。

そして、本実施形態の冷却装置１は、流体回路１０に凝縮器４０を備えている。凝縮器４０は、反応釜２１（熱交換部）とエゼクタ２５との間に接続されており、蒸気排出管１４を流れる蒸気を冷却するものである。具体的に、凝縮器４０は、蒸気排出管１４におけるドレン排出管１３の接続点と蒸気排出弁３４との間に接続されている。そして、凝縮器４０は、内部流路４１を有しており、その内部流路４１は水供給管１２と接続されている。凝縮器４０は、内部流路４１を流れる水供給管１２の水によって蒸気排出管１４の蒸気を冷却するように構成されている。つまり、凝縮器４０は蒸気排出管１４の蒸気が水供給管１２の水と熱交換して凝縮するように構成されている。

〈運転動作〉
上記冷却装置１の加熱動作および冷却動作について図１を参照しながら説明する。

加熱動作は、蒸気が反応釜２１のジャケット部２２に供給されて対象物が加熱される動作である。加熱動作では、ポンプ２４が駆動されると共に、蒸気供給弁３１が開状態に設定され、水供給弁３２および蒸気排出弁３４が閉状態に設定される。この状態では、所定温度の蒸気が蒸気供給菅１１から真空減圧状態のジャケット部２２に供給され、その蒸気が対象物と熱交換して凝縮し、対象物を所定温度で加熱する。一方、ドレン回収機構３では、ポンプ２４によってドレンタンク２３の水がエゼクタ２５に供給され、再びドレンタンク２３に戻る。その際、ジャケット部２２で蒸気の凝縮によって発生したドレンが、ドレン排出管１３および蒸気排出管１４を介してエゼクタ２５に吸引され、ドレンタンク２３に流入する。こうして、ジャケット部２２で発生したドレンはドレンタンク２３に貯留（回収）される。

冷却動作は、水（冷却水）が反応釜２１のジャケット部２２に供給されて対象物が冷却される動作である。冷却動作では、ポンプ２４が駆動されると共に、水供給弁３２および蒸気排出弁３４が開状態に設定され、蒸気供給弁３１が閉状態に設定される。この状態において、ドレン回収機構３では、ドレンタンク２３の水がポンプ２４によってエゼクタ２５に供給されると共に水供給管１２を通じて真空減圧状態のジャケット部２２に供給される。エゼクタ２５に供給された水は、再びドレンタンク２３に戻る。ジャケット部２２では、供給された水が対象物と熱交換して蒸発し、対象物を所定温度で冷却（気化冷却）する。また、ジャケット部２２では、水が蒸発して発生した蒸気がエゼクタ２５の吸引作用によって蒸気排出管１４に排出される。

ジャケット部２２から蒸気排出管１４に排出された蒸気は、凝縮器４０において水供給管１２の水と熱交換して凝縮する。この凝縮器４０で凝縮した水は、蒸気排出管１４を介してエゼクタ２５に吸引される。つまり、冷却装置１の冷却動作では、ジャケット部２２から蒸気排出管１４に排出された蒸気は水に変態してエゼクタ２５に吸引される。エゼクタ２５に吸引された水は、ドレンタンク２３に流入し貯留される。なお、ジャケット部２２で蒸発しきれなかった水等はドレン排出管１３および蒸気排出管１４を介してエゼクタ２５に吸引され、ドレンタンク２３に流入する。

以上より、上記実施形態の冷却装置１によれば、蒸気排出管１４に排出された蒸気を冷却する凝縮器４０を備えるようにした。そのため、ジャケット部２２から排出された蒸気をそれよりも比体積が小さい水に変態させてエゼクタ２５に吸引させることができる。したがって、エゼクタ２５の吸引作用によって従来よりも多くの蒸気をジャケット部２２から排出することができる。これにより、エゼクタ２５の吸引容量を下げても従来と同等量の蒸気をジャケット部２２から排出することができることとなり、そのため、エゼクタ２５の小型化を図ることが可能になる。

また、上記実施形態の冷却装置１によれば、凝縮器４０は水供給管１２の水によって蒸気を冷却するようにした。即ち、上記実施形態では、凝縮器４０における蒸気の冷却源として既存の水供給管１２の水を利用するようにした。そのため、冷却源を別途設ける必要がないので、消費エネルギーの増加を抑制することができる。

なお、上記実施形態の凝縮器４０は、水道水や別の設備の水が供給され、その水によって蒸気を冷却するように構成してもよいし、蒸気の冷却減として水以外のものを用いるものであってもよく、蒸気を冷却して凝縮させる構成であれば如何なるものでもよい。

また、上記実施形態の冷却装置１は、上述した冷却動作および加熱動作のうち冷却動作のみを行うものであってもよいことは勿論である。

本発明は、水の蒸発によって対象物を気化冷却する冷却装置について有用である。

１ 冷却装置
１２ 水供給管
１４ 蒸気排出管
２１ 反応釜（熱交換部）
２５ エゼクタ
４０ 凝縮器

Claims (2)

1. 水が供給され、該水の蒸発によって対象物を気化冷却する熱交換部と、
   上記熱交換部に蒸気排出管を介して接続され、上記熱交換部で水の蒸発により発生した蒸気を吸引作用によって上記蒸気排出管に排出させるエゼクタと、
   上記蒸気排出管の蒸気を冷却する凝縮器とを備えている冷却装置。
2. 請求項１に記載の冷却装置において、
   上記熱交換部に水を供給する水供給管を備え、
   上記凝縮器は、上記水供給管の水によって上記蒸気排出管の蒸気を冷却するように構成されている冷却装置。
   

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