JP4897435B2 - 気化冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷却流体の蒸発潜熱によって冷却室で被冷却物を冷却する気化冷却装置に関する。

気化冷却装置は、気化冷却室に冷却流体管路を接続すると共に、冷却室を吸引手段と接続したもので、冷却物を冷却流体の蒸発潜熱でもって気化冷却することができるものである。

この気化冷却装置においては、気化冷却室へ供給された冷却流体が、蒸発気化する温度まで昇温した後で気化するために、気化冷却に時間遅れを生じる問題があった。
特開平７−１６３８６５号公報

解決しようとする課題は、気化冷却に時間遅れを生じることのない気化冷却装置を提供することである。

本発明は、被冷却物を冷却する冷却室を形成して、当該冷却室に冷却流体を供給する冷却流体供給管を接続すると共に、冷却室を吸引手段と接続したものにおいて、冷却室の外表面に螺旋状の凹部を形成し、当該冷却室の外表面の接線方向に冷却流体を噴霧する冷却流体噴霧ノズルを取り付けて、当該冷却流体噴霧ノズルから噴霧された噴霧流体が集合して液滴状になった冷却流体の流れを、冷却室表面の噴霧部分から反らす冷却流体反らし部を取り付けて、当該冷却流体反らし部を、螺旋状の凹部の一部を中断し、且つ、上下方向に一直線上に配置し、当該冷却流体反らし部から冷却流体が下方へ流下することにより、冷却流体供給管の噴霧部分から冷却流体を反らすものである。

本発明の気化冷却装置は、冷却室に冷却流体を噴霧する冷却流体噴霧ノズルを取り付けたことによって、供給される冷却流体は霧状となり、冷却室へ供給されると瞬時に蒸発気化することができ、気化冷却に時間遅れを生じることがない。

本発明は、冷却室に冷却流体を噴霧する冷却流体噴霧ノズルを取り付けるものであるが、冷却流体噴霧ノズルとしては、冷却流体を円錐状や長方形状や正方形状等に噴霧するものを、被冷却対象物の形状に応じて適宜選定することができる。

本実施例においては、冷却室として反応釜１のジャケット部２を用いた例を示す。反応釜１の内部に入れた図示しない被冷却物を、ジャケット部２に供給する冷却源としての冷却流体によって冷却するものである。

反応釜１のほぼ全周にわたりジャケット部２を形成して、このジャケット部２に吸引手段としての組み合わせ真空ポンプ４と、冷却流体供給管５を接続する。冷却流体供給管５には、熱交換部としてのエゼクタ１８を介在して、ジャケット部２内に配置した冷却流体管路６と接続する。

エゼクタ１８は、ジャケット部２に極力接近した位置に配置すると共に、エゼクタ１８の吸引口には加熱用の蒸気供給管１９を接続する。冷却流体供給管５から供給される冷却流体と、蒸気供給管１９から供給される加熱用の蒸気とが、エゼクタ１８内で混合され所定温度に制御されて、冷却流体管路６へと供給される。

エゼクタ１８をジャケット部２の近傍に配置したことによって、エゼクタ１８で所定温度に制御された冷却流体の温度が変化するまでに、冷却流体を冷却流体管路６へ供給することができ、ジャケット部２内へ温度精度良くコントロールされた冷却流体を供給することができる。

反応釜１の外表面で、ジャケット部２内に螺旋状の凹部２５を形成する。螺旋状の凹部２５は、後述する冷却流体管路６から噴霧される冷却流体を、反応釜１の外表面で螺旋状に流下させることによって、反応釜１の外表面を上下に流下する冷却流体を極力少なくして、冷却流体が上下方向で互いに干渉しあうことを防止し、冷却効率を向上することができるものである。

螺旋状の凹部２５のほぼ中央部分に、冷却流体管路６から噴霧される冷却流体が集合して液滴状になった冷却流体の流れを、下方へまとめて流下させる冷却流体反らし部２６を形成する。冷却流体反らし部２６は、螺旋状の凹部２５の一部を中断し、且つ、上下方向に一直線上に配置する。この冷却流体反らし部２６から冷却流体が下方へ流下することにより、冷却流体管路６の噴霧部分から冷却流体を反らす作用を果たすものである。

冷却流体供給管５の下方部は、組み合わせ真空ポンプ４の循環路１５の一部と接続すると共に、上方部を冷却流体管路６の一端部と接続する。冷却流体管路６は、ジャケット部２内に螺旋状に配置して、図示はしないが冷却流体管路６の反応釜１側に複数の冷却流体噴霧ノズルを設ける。この冷却流体噴霧ノズルからは、反応釜１の外表面の接線方向へ冷却流体を噴霧することができる。

本実施例においては、ジャケット部２の左側上部に流量調節弁７を介在した蒸気供給管８を接続する。この蒸気供給管８から、所定圧力すなわち所定温度の加熱用蒸気を、ジャケット部２へ供給することによって、反応釜１内の被加熱物を加熱することもできるものである。

ジャケット部２の右側下方に排出管９を接続して、組み合わせ真空ポンプ４のエゼクタ１０と接続する。排出管９には、開閉弁１１と気液分離器１２をそれぞれ取り付ける。気液分離器１２は、排出管９から流下してくる蒸気と液体をそれぞれ分離することができるものであり、分離された蒸気は蒸気エゼクタ３へ吸引され、一方、分離された液体は管路２０を通って下方のエゼクタ１０へ吸引される。

蒸気エゼクタ３は、蒸気供給管８を分岐した分岐管２１に入口側を接続し、出口側を管路２２によって再度、蒸気供給管８の流量調節弁７の手前側に接続したもので、排出管９から流下してくるジャケット部２内の一部の蒸気を、蒸気エゼクタ３で吸引して再度、蒸気供給管８からジャケット部２へ供給することによって、ジャケット部２内の加熱用蒸気を強制的に循環させることができるものである。

組み合わせ真空ポンプ４を、エゼクタ１０とタンク１３と循環ポンプ１４を順次に循環路１５で連通して形成する。タンク１３の上部には、冷却流体としての冷却水を補給する冷却水補給管１６を接続する。循環路１５の一部を分岐して余剰水排出管１７と、上述した冷却流体供給管５をそれぞれ接続する。冷却流体供給管５は、組み合わせ真空ポンプ４を循環する循環流体の一部を、ジャケット部２の冷却流体管路６へ供給することによって、反応釜１を気化冷却することができるものである。

ジャケット部２の左側面に、管路２３と開閉弁２４を介在して組み合わせ真空ポンプ４のエゼクタ１０と接続する。この管路２３は、ジャケット部２内で発生した冷却流体の気化蒸気をエゼクタ１０へ吸引するためのものである。

反応釜１内の被冷却物を冷却する場合は、冷却流体供給管５及びエゼクタ１８から所定温度に制御された冷却流体を冷却流体管路６内へ供給して、冷却流体管路６内を冷却流体で満たすと同時に、図示しない冷却流体管路６の反応釜１側に設けた複数の冷却流体噴霧ノズルから反応釜１の外表面の接線方向の全体へ冷却流体を噴霧する。噴霧された冷却流体の一部は、螺旋状の凹部２５にガイドされて螺旋状に流下することによって、下方の冷却流体噴霧ノズルから噴霧される冷却流体と干渉することがなく、この下方の冷却流体噴霧ノズルからの噴霧に悪影響を与えることがない。

一方、組み合わせ真空ポンプ４の循環ポンプ１４を駆動して、エゼクタ１０の発生する吸引力で排出管９または管路２３を介してジャケット部２内を所定の圧力状態、例えば、大気圧以下の真空状態、とすることにより、反応釜１の外表面へ噴霧される冷却流体が反応釜１内の被冷却物の熱を奪って蒸発気化することにより、その蒸発潜熱によって被冷却物を気化冷却することができる。

このように反応釜１を冷却する場合に、冷却流体管路６の冷却流体噴霧ノズルから接線方向へ噴霧される冷却流体が、滴り落ちる冷却液に干渉されることがないために、噴霧された冷却流体は瞬時に蒸発気化することができ、気化冷却に時間遅れを生じることがない。

ジャケット部２で被冷却物を冷却した冷却流体の気化蒸気及び気化しきれなかった冷却流体の一部は、排出管９または管路２３を通ってエゼクタ１０に吸引されタンク１３に至る。

エゼクタ１０で発生することのできる吸引力は、エゼクタ１０を流下する流体の温度によって決まるために、冷却水補給管１６から適宜所定温度の冷却水をタンク１３へ補給することによって、エゼクタ１０を流下する流体温度を調節して、エゼクタ１０の吸引力をコントロールすることができる。

本発明の気化冷却装置の実施例を示す構成図。

符号の説明

１ 反応釜
２ ジャケット部
４ 吸引手段
５ 冷却流体供給管
６ 冷却流体管路
９ 排出管
１０ エゼクタ
１３ タンク
１４ 循環ポンプ
１５ 循環路
１８ 熱交換部
１９ 蒸気供給管
２５ 螺旋状の凹部
２６ 冷却流体反らし部

Claims (1)

1. 被冷却物を冷却する冷却室を形成して、当該冷却室に冷却流体を供給する冷却流体供給管を接続すると共に、冷却室を吸引手段と接続したものにおいて、冷却室の外表面に螺旋状の凹部を形成し、当該冷却室の外表面の接線方向に冷却流体を噴霧する冷却流体噴霧ノズルを取り付けて、当該冷却流体噴霧ノズルから噴霧された噴霧流体が集合して液滴状になった冷却流体の流れを、冷却室表面の噴霧部分から反らす冷却流体反らし部を取り付けて、当該冷却流体反らし部を、螺旋状の凹部の一部を中断し、且つ、上下方向に一直線上に配置し、当該冷却流体反らし部から冷却流体が下方へ流下することにより、冷却流体供給管の噴霧部分から冷却流体を反らすことを特徴とする気化冷却装置。

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