冷媒液供給システムを支援するための液頭の増加を可能にする装置および方法
本開示は、冷媒液供給システムを支援するための液頭の増加を可能にする冷凍装置および方法に関する。この冷凍装置は、冷媒液容器（２）と、下降管（４）と、上昇管（６）とを備え、下降管（４）は下方に延びて上昇管（６）との接続部に達しており、上昇管（６）は下降管（４）との接続部から上方に延びている。冷凍装置は、さらに、上昇管（６）の下流側に接続された入り口（１２）と、戻り管（１０）を介して冷媒液容器（２）に接続された出口（１４）とを有する蒸発器（８）と、上昇管（６）に接続されてガスを供給するガスインジェクタ（１６）とを備え、これにより、ガスを冷媒液と一緒に上昇管（６）内で上昇させることで、冷媒液の密度に対して冷媒液とガスとの混合物の総密度を低くする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒液供給システムを支援するための液頭の増加を可能にする冷凍装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷凍システムにおける蒸発器の冷媒側の圧力降下は、物理設計、動作条件、冷媒供給量、および冷媒の種類によって変わる。
【０００３】
低容量システムまたは重力供給容器から冷媒液を供給する場合、冷媒を蒸発器の冷媒ループに循環させるための液圧は、利用可能な液頭によって提供される。
【０００４】
提供される液頭は、蒸発器ループの長さが長すぎる、熱負荷が高すぎる、蒸発温度が低すぎる、あるいはループの管径が小さすぎるなど、様々な理由により、十分な量の冷媒を蒸発器ループに循環させるのに十分な高さではない場合がある。蒸発器より上の高さが限られている、あるいは蒸発器に接続する冷媒管における流量制限が高すぎることがあるなど様々な理由で、利用可能な液頭が制限されることがある。蒸発器への冷媒流量が低くなりすぎると、その効率が大幅に低減する。
【０００５】
特許文献１にサーモサイホンが記載されている。このサーモサイホンでは、上昇管と下降管における密度差を利用して冷媒が自己循環する。ヒータに通電して気体ポンプを作動させると、冷媒液が加熱され、蒸発器の出口側からガス化した作動流体がバイパス管を介して吸入されて、気泡ポンプのノズルに供給され、このノズルの先端部から上昇管内に放出される。放出されたガス化した作動流体は、気泡となって上昇管を上昇する。その結果、一方の液体の作動流体と他方の気泡が混入した作動流体の間の密度差と、気泡の上昇によって生じる上昇流とによって、気泡が混入した作動流体が蒸発器に流入し、この蒸発器において周囲から熱を奪って気化し、下降管を下がって凝縮器で周囲に熱を放出して液化する。
【０００６】
特許文献２に自然循環式沸騰冷却装置が記載されている。この冷却装置は、上昇管と下降管とを含む閉鎖循環回路を備えている。冷媒液は、沸騰温度を超えるようにヒータで加熱されて、気泡を発生する。気泡の発生によって、上昇管内の気液混合二相冷媒と下降管内の液単相冷媒との間に密度差が生じる。この密度差によって、冷媒液は閉鎖循環回路内を循環する。気液混合二相冷媒の流れは放熱部に導かれて冷却され、この冷却により気液混合二相冷媒は液単相冷媒となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平３−２１１３８１号明細書
【特許文献２】特開昭５９−９４４４４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、あらゆる冷媒液供給システムを支援するための液頭の増加を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、独立請求項に記載の冷凍装置および方法によって達成される。
【００１０】
冷凍装置が提供される。この冷凍装置は、冷媒液容器と、下降管および上昇管を備え、下降管は下方に延びて上昇管との接続部に達しており、上昇管は下降管との接続部から上方に延びている。冷凍装置は、さらに、上昇管の下流側に接続された入り口と、戻り管を介して冷媒液容器に接続された出口とを有する蒸発器を備える。さらに、冷凍装置は、上昇管に接続されたガスインジェクタを備える。このガスインジェクタは、ガスを供給するように構成されており、これにより、ガスを冷媒液と一緒に上昇管内で上昇させることで、冷媒液の密度に対して冷媒液とガスとの混合物の総密度を低くする。
【００１１】
この冷凍装置によると、あらゆる冷媒液供給システムを支援するための液頭の増加が可能である。作動中には、冷媒液の流れが、冷媒液容器から下降管、上昇管、蒸発器、および戻り管を経由して、冷媒液容器に戻るように導かれる。冷媒液の密度と重力によって、冷媒液容器および下降管内で、冷媒液面下の深さに比例する液圧が発生する。ある点における圧力は、それより上の冷媒液の高さと冷媒液の密度に比例する。ガスインジェクタは上昇管にガスを供給するように適合されている。ガスは、上昇管内でガスを冷媒と一緒に上昇させるために供給され、これにより、冷媒の密度に対して冷媒とガスの混合物の総密度が低くなる。従って、少なくともガスインジェクタによりガスが注入される点より上方における、上昇管の任意の点での圧力は、下降管の同じ高さの対応する点における圧力よりも高くなる。あるいは、上昇管における液の高さが、同じ圧力を提供する下降管における液の高さよりも高くなる。従って、冷媒液供給システムにおいて液頭が増加される。
【００１２】
冷凍装置は、さらに、上昇管の下流側かつ蒸発器の上流側に配置された気液分離器を備えていてもよい。上昇管の下流側かつ蒸発器の上流側に配置された気液分離器は、気体と液体とを分離する。液体の流れは蒸発器の入口に誘導され、一方、ガスはガスパージ管に誘導される。従って、気液分離器によって、液体のみが、あるいは蒸気はあるとしても限られた量のみが、蒸発器に送られることが保証される。蒸発器に液体のみを誘導することにより、気液混合物を蒸発器に供給する場合に比較して、蒸発器の効率が向上する。
【００１３】
冷凍装置は、さらに、気液分離器に接続された圧力調整装置を備えていてもよい。この圧力調整装置によって、気液分離器からガスが流れるようにすることができる。さらに、この圧力調整装置により、気液分離器内の圧力が調整される。
【００１４】
気液分離器からのガスは、直接、あるいは戻り管を介して、冷媒液容器に再循環させてもよい。ガスを再循環させることにより、ガスを再利用することができる。
【００１５】
気液分離器からのガスは、ガスインジェクタに再循環させてもよい。ガスを再循環させることにより、ガスを再利用することができる。
【００１６】
気液分離器には、ガス抜き部が接続されていてもよい。ガス抜き部を通してガスを再循環させてもよい。ガス抜き部を通して放出されたガスは、周囲に放出させることもできる。
【００１７】
さらに、冷媒液容器は、ガス抜き部を備えていてもよい。この場合、ガス抜き部を通してガスを再循環させてもよい。ガス抜き部を通して放出されたガスはまた、周囲に放出してもよい。
【００１８】
ガスインジェクタにより供給されるガスは、加圧されていてもよい。供給されるガスは、内部または外部の圧縮機により加圧してもよい。圧縮ガスは、上昇管内の圧力よりも高い圧力を有してもよい。上昇管内の圧力よりも高い圧力を有するガスを供給することにより、ガスインジェクタに液体が入り込む危険性が低減される。
【００１９】
ガスは冷媒蒸気であってよい。冷媒蒸気を用いると、冷媒に異物が混入することがない。
【００２０】
ガスは空気であってよい。空気を用いることにより、簡単な装置が実現される。
【００２１】
さらに、冷凍装置において冷媒液を循環させる方法が提供される。この方法は、冷媒液の流れを、冷媒液容器から、下降管、上昇管、蒸発器、および戻り管を経由して冷媒液容器に戻るように導くことと、上昇管に接続されたガスインジェクタによりガスを供給することであって、これにより、ガスを冷媒液と一緒に上昇管内で上昇させることで、冷媒液の密度に対して冷媒液とガスとの混合物の総密度を低くすることとを含んでいる。
【００２２】
この方法は、さらに、蒸発器の上流側に配置された気液分離器において、上記供給されたガスを冷媒液から分離することを含んでもよい。
【００２３】
この方法は、さらに、気液分離器内の圧力を、圧力調整装置によって調整することを含んでもよい。
【００２４】
この方法は、さらに、気液分離器からのガスを、戻り管または冷媒液容器に再循環させることを含んでもよい。
【００２５】
この方法は、さらに、ガスインジェクタによりガスを供給する前に、そのガスを加圧することを含んでもよい。
【００２６】
供給されるガスは、冷媒蒸気であってよい。
【００２７】
この方法は、さらに、冷媒液容器から冷媒蒸気を放出させることと、その放出された冷媒蒸気をガスインジェクタに供給することとを含むんでもよい。
【００２８】
本発明の更なる適用範囲は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。しかし、当然のことながら、発明の好ましい実施形態を示す詳細な説明および具体例は、単なる例として提供されるものであり、当業者には、本発明の趣旨および範囲から逸脱しない種々の変更および変形が、この詳細な説明から明らかになるであろう。
【００２９】
本発明について、例として、本発明の好ましい実施形態を示す添付の概略図を参照して、より詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による冷凍装置を示している。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による冷凍装置を示している。
【図３】図３は、本発明の一実施形態による冷凍装置を示している。
【図４】図４は、本発明の一実施形態による冷凍装置を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明は、冷媒液供給システムを支援するための液頭の増加を可能にする冷凍装置および方法に関するものである。冷媒液供給システムは、低容量システムであっても、あるいは重力供給式システムであってもよい。また、本発明は、ポンプ供給式システムを支援するために液頭を増加させることができるだけではなく、それ自体冷媒液または何らかの液体を送るため利用することができる、ということについて言及しなければならない。
【００３２】
図１を参照すると、この図は本発明の一実施形態による冷凍装置１を示している。この冷凍装置１は、冷媒液容器２、下降管４、上昇管６、蒸発器８、および戻り管１０を備えている。下降管４は、冷媒液容器２から下方に延びて、上昇管６との接続部に達している。下降管４は、垂直位置に配置されていても、傾斜位置に配置されていても、これらを組み合わせて配置されていてもよい。下降管４は水平部分さえ有していてもよい。また、下降管４は、冷媒液容器２内の冷媒液の表面より下方で、冷媒液容器２に接続している。上昇管６は、下降管４との接続部から上方に延びている。上昇管６は、垂直位置に配置されていても、傾斜位置に配置されていても、これらを組み合わせて配置されていてもよい。上昇管６は水平部分さえ有していてもよい。蒸発器８は、上昇管６の下流側に接続している入口１２と、戻り管１０を介して冷媒液容器２に接続している出口１４とを有している。戻り管１０は、垂直位置、水平位置、傾斜位置に配置されていても、これらを組み合わせて配置されていてもよい。冷媒液が冷媒液容器２の中に収容されている。冷媒液の液位は、蒸発器８よりも上位であるか、蒸発器と同位であるか、あるいは蒸発器より下位であるか、このいずれかである。
【００３３】
作動時には、冷媒液の流れが、冷媒液容器２から、下降管４、上昇管６、蒸発器８、戻り管１０を経由して、冷媒液容器２に戻るように導かれる。
【００３４】
冷媒液は、当業者に知られているいずれかの適当な冷媒液であってよい。冷媒液の例はアンモニアである。
【００３５】
冷凍装置１は、さらに、上昇管６に接続されたガスインジェクタ１６を備えている。ガスインジェクタ１６は上昇管６にガスを供給するように適合されている。ガスは、上昇管６内でガスを冷媒と一緒に上昇させるために供給され、これにより、冷媒の密度ρ１に対して冷媒とガスの混合物の総密度ρ２が低くなる。供給されるガスは、加圧されていてもよい。ガスは、例えばガス圧縮機２８および／または圧力容器を用いて、さらに加圧してもよい。ガス圧縮機２８は、外部あるいは内部に配置してもよい。圧力容器は、外部あるいは内部に配置してもよい。一実施形態によると、供給されるガスは空気であってよい。別の実施形態によると、供給されるガスは冷媒蒸気であってよい。冷媒蒸気を用いると、冷媒に異物が混入することがない。
【００３６】
冷凍装置１は、さらに、気液分離器１８を備えている。気液分離器１８は、上昇管６の下流側かつ蒸発器８の上流側に配置されている。気液分離器１８は、液体の流れを蒸発器８の入口１２に誘導し、ガスパージ管２２を通してガスを誘導する。ガスは、冷媒液容器２に戻るように誘導されてもよい。この場合、ガスパージ管２２は、冷媒液容器２に直接接続されてもよく、あるいは、図１のように、戻り管１０を介して間接的に冷媒液容器２に接続されてもよい。あるいは、これに代えて、気液分離器１８で分離されたガスは、第１のガス抜き部（図示せず）に誘導されてもよい。第１のガス抜き部の出口は、さらに圧縮機の吸入側に接続していてもよい。この圧縮機は、上記の圧縮機２８であってよい。気液分離器から誘導されるガスは、乾燥ガスであってもよく、あるいはガスと冷媒液の混合であってもよい。
【００３７】
一実施形態によると、気液分離器１８で分離されたガスの一部を、ガスインジェクタ１６に再循環させてもよい。この場合、気液分離器１８で分離されたガスの残りは、冷媒液容器２に直接、または戻り管１０を介して間接的に再循環させてもよく、あるいは周囲に放出してもよい。
【００３８】
冷凍装置１は、さらに、圧力調整装置２０を備えている。圧力調整装置２０は、気液分離器１８に接続されている。圧力調整装置２０は、ガスパージ管２２の中に組み込まれている。圧力調整装置２０は、気液分離器１８からガスが流れるようにすると共に、気液分離器１８における圧力を調整するために用いられる。第１のガス抜き部が用いられる場合、それを圧力調整装置２０の下流側に接続してもよい。
【００３９】
上述のように、気液分離器１８から誘導されたガスは、冷媒液容器２に戻るように誘導される。この場合、気液分離器１８からのガスは、直接、冷媒液容器２に再循環させてもよく、あるいは、図１のように、戻り管１０を介して間接的に冷媒液容器２に再循環させてもよい。
【００４０】
冷媒液容器２は、冷媒蒸気から冷媒液を分離するための手段を含んでもよい。冷媒液容器２には第２のガス抜き部２４を接続してもよい。ガス抜き部２４の出口は、さらに冷凍圧縮機（図示せず）の吸入側に接続させてもよい。この場合、冷媒蒸気は、圧縮されて液相に戻り、冷媒液容器２に再循環されてもよい。あるいは、これに代えて、冷媒蒸気をガスインジェクタ１６に供給し、ガスインジェクタ１６により供給されるガスとして使用してもよい。また、冷媒蒸気は、ガスインジェクタ１６においてさらに使用するため、圧縮機２８に供給してもよい。
【００４１】
冷凍装置１は、さらに、冷媒液容器２に直接接続されているか、あるいは戻り管１０に接続されている冷媒送り込み管２６を備えていてもよい。送り込み管２６は、蒸発して冷凍装置１から出ていった冷媒を補給するために用いられる。蒸発した冷媒は、上記の第１および第２のガス抜き部のどちらかを介して冷凍装置１から出ていくことができる。
【００４２】
冷凍装置１で使用するガスは、冷媒蒸気であると仮定する。この場合、図１に示す冷凍装置１の機能は、次のように説明することができる。
【００４３】
冷媒液が冷媒液容器２の中に収容されている。冷媒液の密度ρ１と重力によって、冷媒液容器２および下降管４内の圧力が、冷媒液面下の深さに比例して増加する。ある点における圧力は、それより上の冷媒液の高さと冷媒液の密度に比例する。従って、点Ａから点Ｂへの圧力の増加は、次のようになる。
ρ１×ｇ×ｈ，
ここで、ρ１は液体密度、ｇは重力加速度定数、ｈは点Ａと点Ｂの間の高さである。
【００４４】
点Ｃでの静圧は点Ｂでの圧力に等しく、それは、これらの点が同じ高さにあるからある。点Ｃにおいてガスインジェクタ１６により冷媒蒸気が注入され、かなり低い密度をもつ冷媒蒸気泡が冷媒液と一緒に上昇管６内を上昇する。
【００４５】
その結果得られる冷媒液とガスとの混合物の密度ρ２は、純粋な冷媒液の密度ρ１よりも低くなり、従って、点Ａと物理的に同じ高さにある点Ｄにおける圧力ｐは、次のようになる。
ｐ（Ｄ）＝ｐ（Ａ）＋ｈ×ｇ×ρ１−ｈ×ｇ×ρ２
ここで、ｐ（Ａ）は点Ａにおける圧力、ｐ（Ｄ）は点Ｄにおける圧力である。
【００４６】
ρ１はρ２よりも大きい数なので、点Ｄにおける圧力ｐ（Ｄ）が点Ａにおける圧力ｐ（Ａ）よりも高いことは明らかである。このように、増加する圧力は、高さｈと、点Ｃにおいてガスインジェクタ１６により注入されるガスの流れによって生じる密度差とに依存する。
【００４７】
上昇管６の端において、気液分離器１８により、液体の流れは蒸発器８の入口１２へ誘導され、冷媒蒸気はガスパージ管２２を通って冷媒液容器２に戻るように誘導される。
【００４８】
ガスパージ管２２を介して気液分離器１８に接続されている圧力調整装置２０により、気液分離器１８内の圧力が調整される。気液分離器１８から誘導された蒸気は、次に戻り管１０を通って冷媒液容器２に戻るように誘導される。このように、圧力調整装置２０からの蒸気は、冷媒液容器２に戻るように再循環される。
【００４９】
蒸発器において冷媒は周囲から熱を奪い、そして蒸発器８の出口１４から出ていくのは、通常、冷媒蒸気と冷媒液の混合流であり、これは、戻り管１０を通って液体容器２に戻される。
【００５０】
液体から蒸気を分離するための手段を含んでもよい液体容器２からは、ガス抜き部２４を通して蒸気を放出させることができる。ガス抜き部２４の出口は、さらに冷凍圧縮機（図示せず）の吸入側に接続されていてもよい。この場合、冷媒蒸気は圧縮されて液相に戻り、冷媒液容器２に再循環されてもよい。あるいは、これに代えて、冷媒蒸気をガスインジェクタ１６に供給し、ガスインジェクタ１６により供給されるガスとして使用してもよい。また、冷媒蒸気を、ガスインジェクタ１６においてさらに使用するため、圧縮機２８に供給してもよい。
【００５１】
さらに、注目すべきことは、冷媒液は、ガスインジェクタ１６によって供給することもできるということであり、この場合、気液混合二相流の形態で供給される。冷媒液は、加圧されてもよく、そして、膨張により少なくとも部分的にガス化されてもよい。液体の圧力を減少させ、そして膨張により液体の一部をガス化する。一実施形態によると、冷媒液は、バルブにより膨張させてよく、その後にガスインジェクタ１６を介して上昇管６に供給してもよい。ガスインジェクタ１６により冷媒液を気液混合二相流の形態で供給すると、点Ｄにおける圧力は、密度差によって増加するだけではなく、冷媒液を注入することにより噴射効果が得られることによっても増加する。
【００５２】
上記において、図１を参照して発明の冷凍装置１の基本原理を示した。図２、３および４は、本発明に係る冷凍装置１の別の実施形態を示している。図２、３および４に示す実施形態による冷凍装置の基本原理は、図１に示す実施形態の場合と同様である。
【００５３】
ここで図２は、発明の冷凍装置１の別の実施形態を示しており、この場合、冷媒液容器２が下降管４として使用されており、上昇管６は、下降管４として使用される冷媒液容器２の内部に配置されている。従って、下降管４は、冷媒液容器２の壁と上昇管６の壁によって形成されている。冷媒液容器２の壁は環状であってよい。また、上昇管６の壁も環状であってよい。上昇管６は、冷媒液容器２内で中央に位置していてもよい。あるいは、上昇管６は、液体容器２の片側寄りの位置にあってもよい。下降管４は、下方に延びて、上昇管６との接続部に達している。上昇管６は、下降管４との接続部から上方に延びている。前述のように、上昇管６は、垂直位置に配置されていても、傾斜位置に配置されていても、これらを組み合わせて配置されていてもよい。さらに上昇管６は水平部分さえ有していてもよい。蒸発器８は、上昇管６の下流側に接続された入口１２と、戻り管１０を介して冷媒液容器２に接続された出口１４とを有している。戻り管１０は、垂直位置、水平位置、傾斜位置に配置されていても、これらを組み合わせて配置されていてもよい。冷媒液が冷媒液容器２の中に収容されている。冷媒液の液位は、蒸発器８よりも上位であるか、蒸発器と同位であるか、あるいは蒸発器より下位であるか、このいずれかである。冷凍装置１は、さらに、上昇管６に接続されたガスインジェクタ１６を備えている。ガスインジェクタ１６は上昇管６にガスを供給するように適合されている。ガスは、上昇管６内でガスを冷媒と一緒に上昇させるために供給され、これにより、冷媒の密度に対して冷媒とガスの混合物の総密度が低くなり、これによって、上記の内容に従い、上昇管６内の圧力が増加する。この実施形態の冷凍装置１は、さらに気液分離器１８を備えている。気液分離器１８は、上昇管６の下流側かつ蒸発器８の上流側に配置されている。気液分離器１８は、液体の流れを蒸発器８の入口１２に誘導し、ガスパージ管２２を通してガスを誘導する。ガスは、冷媒液容器２に戻るように誘導されてもよい。気液分離器１８のより詳細な説明については、上記を参照することができる。また、この実施形態の冷凍装置１は、さらに圧力調整装置２０も備えている。圧力調整装置２０は、気液分離器１８に接続されている。圧力調整装置２０は、ガスパージ管２２の中に組み込まれている。圧力調整装置２０は、気液分離器１８からガスが流れるようにすると共に、気液分離器１内の圧力を調整するために用いられる。
【００５４】
図２による発明の冷凍装置１の設計の利点は、冷凍装置１をコンパクトにできるということである。
【００５５】
次に図３は、発明の冷凍装置１のさらに別の実施形態を示している。図２に示す実施形態の場合と同様に、冷媒液容器２が下降管４として使用されており、上昇管６は、下降管４として使用される冷媒液容器２の内部に配置されている。従って、下降管４は、冷媒液容器２の壁と上昇管６の壁によって形成されている。冷媒液容器２の壁は環状であってよい。また、上昇管６の壁も環状であってよい。上昇管６は、冷媒液容器２内で中央に位置していてもよい。あるいは、上昇管６は、液体容器２の片側寄りの位置にあってもよい。下降管４は、下方に延びて、上昇管６との接続部に達している。上昇管６は、下降管４との接続部から上方に延びている。前述のように、上昇管６は、垂直位置に配置されていても、傾斜位置に配置されていても、これらを組み合わせて配置されていてもよい。さらに上昇管６は水平部分さえ有していてもよい。蒸発器８は、上昇管６の下流側に接続された入口１２と、戻り管１０を介して冷媒液容器２に接続された出口１４とを有している。戻り管１０は、垂直位置、水平位置、傾斜位置に配置されていても、これらを組み合わせて配置されていてもよい。冷媒液が冷媒液容器２の中に収容されている。冷媒液の液位は、蒸発器８よりも上位であるか、蒸発器と同位であるか、あるいは蒸発器より下位であるか、このいずれかである。冷凍装置１は、さらに、上昇管６に接続されたガスインジェクタ１６を備えている。ガスインジェクタ１６は上昇管６にガスを供給するように適合されている。ガスは、上昇管６内でガスを冷媒と一緒に上昇させるために供給され、これにより、冷媒の密度に対して冷媒とガスの混合物の総密度が低くなり、これによって、上記の内容に従い、上昇管６内の圧力が増加する。この実施形態は、さらに、一端が上昇管６に接続され、他端が冷媒液容器２の内部に配置された導管を備えている。冷媒液容器２の内部に配置されている端は開いている。また、冷媒液容器２の内部に配置されているこの開口端は、冷媒液容器２内の冷媒液の液面よりも上にある。従って、ガスインジェクタ１６により供給されたガスが、冷媒液から抜け出て、冷媒液容器２に供給されていてもよい。このように、一端が上昇管６に接続され、他端が冷媒液容器２の内部に配置された導管によって、気液分離器１８を形成している。
【００５６】
図３による発明の冷凍装置１の設計の利点は、それをコンパクトにできるということである。
【００５７】
次に図４は、発明の冷凍装置１のさらに別の実施形態を示している。この実施形態の冷凍装置１は、さらに第２の下降管５を備えている。図２および３に示す実施形態と同様に、冷媒液容器２が下降管４として使用されており、上昇管６は、下降管４として使用される冷媒液容器２の内部に配置されている。下降管４は、冷媒液容器２の壁と、上昇管６の壁と、第２の下降管５の壁とにより形成されている。冷媒液容器２の壁は環状であってよい。また、上昇管６の壁も環状であってよい。さらに、第２の下降管５の壁も環状であってよい。下降管４は、下方に延びて、上昇管６との接続部に達している。上昇管６は、下降管４との接続部から上方に延びている。前述のように、上昇管６は、垂直位置に配置されていても、傾斜位置に配置されていても、これらを組み合わせて配置されていてもよい。さらに上昇管６は水平部分さえ有していてもよい。上昇管６は、第２の下降管５の入口に接続されている。
【００５８】
第２の下降管５の上端は開いており、このようにして、気液分離器１８を形成している。
【００５９】
図４に示す実施形態によると、上昇管６は、冷媒液を第２の下降管５に送り込むために用いられる。従って、第２の下降管５は、上昇管６の下流に配置されている。第２の下降管５の入口は、冷媒液容器２すなわち下降管４内の冷媒液の液面よりも上に位置している。第２の下降管５は、下方に延びて、蒸発器８の入口１２との接続部に達している。第２の下降管５は、垂直位置に配置されていても、傾斜位置に配置されていても、これらを組み合わせて配置されていてもよい。さらに第２の下降管５は水平部分さえ有していてもよい。
【００６０】
上記と同様の基本的考え方を用いて、第２の下降管５の入口まで冷媒液を押し揚げる。この場合、ガスを供給するためのガスインジェクタ１６が上昇管６に接続され、これにより、ガスを冷媒と一緒に上昇管６内に上昇させることで、冷媒の密度に対して冷媒とガスの混合物の総密度が低くなり、これによって、上記の内容に従い、上昇管６内の冷媒液の液位を上昇させることができる。通常動作時で、ガスが供給されていないときの上昇管６内の冷媒液の液位と比較して２倍の高さに、上昇管６内の冷媒液の液位を上昇させることができる。
【００６１】
蒸発器８は、第２の下降管５の下流側に接続された入口１２と、戻り管１０を介して冷媒液容器２に接続された出口１４とを有している。戻り管１０は、垂直位置、水平位置、傾斜位置に配置されていても、これらを組み合わせて配置されていてもよい。
【００６２】
図４による発明の冷凍装置１の設計の利点は、それをコンパクトにできるということである。図４による発明の冷凍装置１の設計の別の利点は、高さが下方に増大しないことである。
【００６３】
当然のことながら、本発明は、提示した実施形態に限定されるものではない。従って、本発明の範囲内で種々の変更および変形が考えられる。例えば、図４に関連して説明した実施形態を、図１で説明した実施形態と組み合わせることができる。このような組み合わせによって、冷媒液を循環させるための圧力が増加した実施形態が得られる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒液供給システムを支援するための液頭の増加を可能にする冷凍装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷凍システムにおける蒸発器の冷媒側の圧力降下は、物理設計、動作条件、冷媒供給量、および冷媒の種類によって変わる。
【０００３】
低容量システムまたは重力供給容器から冷媒液を供給する場合、冷媒を蒸発器の冷媒ループに循環させるための液圧は、利用可能な液頭によって提供される。
【０００４】
提供される液頭は、蒸発器ループの長さが長すぎる、熱負荷が高すぎる、蒸発温度が低すぎる、あるいはループの管径が小さすぎるなど、様々な理由により、十分な量の冷媒を蒸発器ループに循環させるのに十分な高さではない場合がある。蒸発器より上の高さが限られている、あるいは蒸発器に接続する冷媒管における流量制限が高すぎることがあるなど様々な理由で、利用可能な液頭が制限されることがある。蒸発器への冷媒流量が低くなりすぎると、その効率が大幅に低減する。
【０００５】
特許文献１にサーモサイホンが記載されている。このサーモサイホンでは、上昇管と下降管における密度差を利用して冷媒が自己循環する。ヒータに通電して気体ポンプを作動させると、冷媒液が加熱され、蒸発器の出口側からガス化した作動流体がバイパス管を介して吸入されて、気泡ポンプのノズルに供給され、このノズルの先端部から上昇管内に放出される。放出されたガス化した作動流体は、気泡となって上昇管を上昇する。その結果、一方の液体の作動流体と他方の気泡が混入した作動流体の間の密度差と、気泡の上昇によって生じる上昇流とによって、気泡が混入した作動流体が蒸発器に流入し、この蒸発器において周囲から熱を奪って気化し、下降管を下がって凝縮器で周囲に熱を放出して液化する。
【０００６】
特許文献２に自然循環式沸騰冷却装置が記載されている。この冷却装置は、上昇管と下降管とを含む閉鎖循環回路を備えている。冷媒液は、沸騰温度を超えるようにヒータで加熱されて、気泡を発生する。気泡の発生によって、上昇管内の気液混合二相冷媒と下降管内の液単相冷媒との間に密度差が生じる。この密度差によって、冷媒液は閉鎖循環回路内を循環する。気液混合二相冷媒の流れは放熱部に導かれて冷却され、この冷却により気液混合二相冷媒は液単相冷媒となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平３−２１１３８１号明細書
【特許文献２】特開昭５９−９４４４４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、あらゆる冷媒液供給システムを支援するための液頭の増加を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、独立請求項に記載の冷凍装置および方法によって達成される。
【００１０】
冷凍装置が提供される。この冷凍装置は、冷媒液容器と、下降管および上昇管を備え、下降管は下方に延びて上昇管との接続部に達しており、上昇管は下降管との接続部から上方に延びている。冷凍装置は、さらに、上昇管の下流側に接続された入り口と、戻り管を介して冷媒液容器に接続された出口とを有する蒸発器を備える。さらに、冷凍装置は、上昇管に接続されたガスインジェクタを備える。このガスインジェクタは、ガスを供給するように構成されており、これにより、ガスを冷媒液と一緒に上昇管内で上昇させることで、冷媒液の密度に対して冷媒液とガスとの混合物の総密度を低くする。
【００１１】
この冷凍装置によると、あらゆる冷媒液供給システムを支援するための液頭の増加が可能である。作動中には、冷媒液の流れが、冷媒液容器から下降管、上昇管、蒸発器、および戻り管を経由して、冷媒液容器に戻るように導かれる。冷媒液の密度と重力によって、冷媒液容器および下降管内で、冷媒液面下の深さに比例する液圧が発生する。ある点における圧力は、それより上の冷媒液の高さと冷媒液の密度に比例する。ガスインジェクタは上昇管にガスを供給するように適合されている。ガスは、上昇管内でガスを冷媒と一緒に上昇させるために供給され、これにより、冷媒の密度に対して冷媒とガスの混合物の総密度が低くなる。従って、少なくともガスインジェクタによりガスが注入される点より上方における、上昇管の任意の点での圧力は、下降管の同じ高さの対応する点における圧力よりも高くなる。あるいは、上昇管における液の高さが、同じ圧力を提供する下降管における液の高さよりも高くなる。従って、冷媒液供給システムにおいて液頭が増加される。
【００１２】
冷凍装置は、さらに、上昇管の下流側かつ蒸発器の上流側に配置された気液分離器を備えていてもよい。上昇管の下流側かつ蒸発器の上流側に配置された気液分離器は、気体と液体とを分離する。液体の流れは蒸発器の入口に誘導され、一方、ガスはガスパージ管に誘導される。従って、気液分離器によって、液体のみが、あるいは蒸気はあるとしても限られた量のみが、蒸発器に送られることが保証される。蒸発器に液体のみを誘導することにより、気液混合物を蒸発器に供給する場合に比較して、蒸発器の効率が向上する。
【００１３】
冷凍装置は、さらに、気液分離器に接続された圧力調整装置を備えていてもよい。この圧力調整装置によって、気液分離器からガスが流れるようにすることができる。さらに、この圧力調整装置により、気液分離器内の圧力が調整される。
【００１４】
気液分離器からのガスは、直接、あるいは戻り管を介して、冷媒液容器に再循環させてもよい。ガスを再循環させることにより、ガスを再利用することができる。
【００１５】
気液分離器からのガスは、ガスインジェクタに再循環させてもよい。ガスを再循環させることにより、ガスを再利用することができる。
【００１６】
気液分離器には、ガス抜き部が接続されていてもよい。ガス抜き部を通してガスを再循環させてもよい。ガス抜き部を通して放出されたガスは、周囲に放出させることもできる。
【００１７】
さらに、冷媒液容器は、ガス抜き部を備えていてもよい。この場合、ガス抜き部を通してガスを再循環させてもよい。ガス抜き部を通して放出されたガスはまた、周囲に放出してもよい。
【００１８】
ガスインジェクタにより供給されるガスは、加圧されていてもよい。供給されるガスは、内部または外部の圧縮機により加圧してもよい。圧縮ガスは、上昇管内の圧力よりも高い圧力を有してもよい。上昇管内の圧力よりも高い圧力を有するガスを供給することにより、ガスインジェクタに液体が入り込む危険性が低減される。
【００１９】
ガスは冷媒蒸気であってよい。冷媒蒸気を用いると、冷媒に異物が混入することがない。
【００２０】
ガスは空気であってよい。空気を用いることにより、簡単な装置が実現される。
【００２１】
さらに、冷凍装置において冷媒液を循環させる方法が提供される。この方法は、冷媒液の流れを、冷媒液容器から、下降管、上昇管、蒸発器、および戻り管を経由して冷媒液容器に戻るように導くことと、上昇管に接続されたガスインジェクタによりガスを供給することであって、これにより、ガスを冷媒液と一緒に上昇管内で上昇させることで、冷媒液の密度に対して冷媒液とガスとの混合物の総密度を低くすることとを含んでいる。
【００２２】
この方法は、さらに、蒸発器の上流側に配置された気液分離器において、上記供給されたガスを冷媒液から分離することを含んでもよい。
【００２３】
この方法は、さらに、気液分離器内の圧力を、圧力調整装置によって調整することを含んでもよい。
【００２４】
この方法は、さらに、気液分離器からのガスを、戻り管または冷媒液容器に再循環させることを含んでもよい。
【００２５】
この方法は、さらに、ガスインジェクタによりガスを供給する前に、そのガスを加圧することを含んでもよい。
【００２６】
供給されるガスは、冷媒蒸気であってよい。
【００２７】
この方法は、さらに、冷媒液容器から冷媒蒸気を放出させることと、その放出された冷媒蒸気をガスインジェクタに供給することとを含むんでもよい。
【００２８】
本発明の更なる適用範囲は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。しかし、当然のことながら、発明の好ましい実施形態を示す詳細な説明および具体例は、単なる例として提供されるものであり、当業者には、本発明の趣旨および範囲から逸脱しない種々の変更および変形が、この詳細な説明から明らかになるであろう。
【００２９】
本発明について、例として、本発明の好ましい実施形態を示す添付の概略図を参照して、より詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による冷凍装置を示している。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による冷凍装置を示している。
【図３】図３は、本発明の一実施形態による冷凍装置を示している。
【図４】図４は、本発明の一実施形態による冷凍装置を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明は、冷媒液供給システムを支援するための液頭の増加を可能にする冷凍装置および方法に関するものである。冷媒液供給システムは、低容量システムであっても、あるいは重力供給式システムであってもよい。また、本発明は、ポンプ供給式システムを支援するために液頭を増加させることができるだけではなく、それ自体冷媒液または何らかの液体を送るため利用することができる、ということについて言及しなければならない。
【００３２】
図１を参照すると、この図は本発明の一実施形態による冷凍装置１を示している。この冷凍装置１は、冷媒液容器２、下降管４、上昇管６、蒸発器８、および戻り管１０を備えている。下降管４は、冷媒液容器２から下方に延びて、上昇管６との接続部に達している。下降管４は、垂直位置に配置されていても、傾斜位置に配置されていても、これらを組み合わせて配置されていてもよい。下降管４は水平部分さえ有していてもよい。また、下降管４は、冷媒液容器２内の冷媒液の表面より下方で、冷媒液容器２に接続している。上昇管６は、下降管４との接続部から上方に延びている。上昇管６は、垂直位置に配置されていても、傾斜位置に配置されていても、これらを組み合わせて配置されていてもよい。上昇管６は水平部分さえ有していてもよい。蒸発器８は、上昇管６の下流側に接続している入口１２と、戻り管１０を介して冷媒液容器２に接続している出口１４とを有している。戻り管１０は、垂直位置、水平位置、傾斜位置に配置されていても、これらを組み合わせて配置されていてもよい。冷媒液が冷媒液容器２の中に収容されている。冷媒液の液位は、蒸発器８よりも上位であるか、蒸発器と同位であるか、あるいは蒸発器より下位であるか、このいずれかである。
【００３３】
作動時には、冷媒液の流れが、冷媒液容器２から、下降管４、上昇管６、蒸発器８、戻り管１０を経由して、冷媒液容器２に戻るように導かれる。
【００３４】
冷媒液は、当業者に知られているいずれかの適当な冷媒液であってよい。冷媒液の例はアンモニアである。
【００３５】
冷凍装置１は、さらに、上昇管６に接続されたガスインジェクタ１６を備えている。ガスインジェクタ１６は上昇管６にガスを供給するように適合されている。ガスは、上昇管６内でガスを冷媒と一緒に上昇させるために供給され、これにより、冷媒の密度ρ１に対して冷媒とガスの混合物の総密度ρ２が低くなる。供給されるガスは、加圧されていてもよい。ガスは、例えばガス圧縮機２８および／または圧力容器を用いて、さらに加圧してもよい。ガス圧縮機２８は、外部あるいは内部に配置してもよい。圧力容器は、外部あるいは内部に配置してもよい。一実施形態によると、供給されるガスは空気であってよい。別の実施形態によると、供給されるガスは冷媒蒸気であってよい。冷媒蒸気を用いると、冷媒に異物が混入することがない。
【００３６】
冷凍装置１は、さらに、気液分離器１８を備えている。気液分離器１８は、上昇管６の下流側かつ蒸発器８の上流側に配置されている。気液分離器１８は、液体の流れを蒸発器８の入口１２に誘導し、ガスパージ管２２を通してガスを誘導する。ガスは、冷媒液容器２に戻るように誘導されてもよい。この場合、ガスパージ管２２は、冷媒液容器２に直接接続されてもよく、あるいは、図１のように、戻り管１０を介して間接的に冷媒液容器２に接続されてもよい。あるいは、これに代えて、気液分離器１８で分離されたガスは、第１のガス抜き部（図示せず）に誘導されてもよい。第１のガス抜き部の出口は、さらに圧縮機の吸入側に接続していてもよい。この圧縮機は、上記の圧縮機２８であってよい。気液分離器から誘導されるガスは、乾燥ガスであってもよく、あるいはガスと冷媒液の混合であってもよい。
【００３７】
一実施形態によると、気液分離器１８で分離されたガスの一部を、ガスインジェクタ１６に再循環させてもよい。この場合、気液分離器１８で分離されたガスの残りは、冷媒液容器２に直接、または戻り管１０を介して間接的に再循環させてもよく、あるいは周囲に放出してもよい。
【００３８】
冷凍装置１は、さらに、圧力調整装置２０を備えている。圧力調整装置２０は、気液分離器１８に接続されている。圧力調整装置２０は、ガスパージ管２２の中に組み込まれている。圧力調整装置２０は、気液分離器１８からガスが流れるようにすると共に、気液分離器１８における圧力を調整するために用いられる。第１のガス抜き部が用いられる場合、それを圧力調整装置２０の下流側に接続してもよい。
【００３９】
上述のように、気液分離器１８から誘導されたガスは、冷媒液容器２に戻るように誘導される。この場合、気液分離器１８からのガスは、直接、冷媒液容器２に再循環させてもよく、あるいは、図１のように、戻り管１０を介して間接的に冷媒液容器２に再循環させてもよい。
【００４０】
冷媒液容器２は、冷媒蒸気から冷媒液を分離するための手段を含んでもよい。冷媒液容器２には第２のガス抜き部２４を接続してもよい。ガス抜き部２４の出口は、さらに冷凍圧縮機（図示せず）の吸入側に接続させてもよい。この場合、冷媒蒸気は、圧縮されて液相に戻り、冷媒液容器２に再循環されてもよい。あるいは、これに代えて、冷媒蒸気をガスインジェクタ１６に供給し、ガスインジェクタ１６により供給されるガスとして使用してもよい。また、冷媒蒸気は、ガスインジェクタ１６においてさらに使用するため、圧縮機２８に供給してもよい。
【００４１】
冷凍装置１は、さらに、冷媒液容器２に直接接続されているか、あるいは戻り管１０に接続されている冷媒送り込み管２６を備えていてもよい。送り込み管２６は、蒸発して冷凍装置１から出ていった冷媒を補給するために用いられる。蒸発した冷媒は、上記の第１および第２のガス抜き部のどちらかを介して冷凍装置１から出ていくことができる。
【００４２】
冷凍装置１で使用するガスは、冷媒蒸気であると仮定する。この場合、図１に示す冷凍装置１の機能は、次のように説明することができる。
【００４３】
冷媒液が冷媒液容器２の中に収容されている。冷媒液の密度ρ１と重力によって、冷媒液容器２および下降管４内の圧力が、冷媒液面下の深さに比例して増加する。ある点における圧力は、それより上の冷媒液の高さと冷媒液の密度に比例する。従って、点Ａから点Ｂへの圧力の増加は、次のようになる。
ρ１×ｇ×ｈ，
ここで、ρ１は液体密度、ｇは重力加速度定数、ｈは点Ａと点Ｂの間の高さである。
【００４４】
点Ｃでの静圧は点Ｂでの圧力に等しく、それは、これらの点が同じ高さにあるからある。点Ｃにおいてガスインジェクタ１６により冷媒蒸気が注入され、かなり低い密度をもつ冷媒蒸気泡が冷媒液と一緒に上昇管６内を上昇する。
【００４５】
その結果得られる冷媒液とガスとの混合物の密度ρ２は、純粋な冷媒液の密度ρ１よりも低くなり、従って、点Ａと物理的に同じ高さにある点Ｄにおける圧力ｐは、次のようになる。
ｐ（Ｄ）＝ｐ（Ａ）＋ｈ×ｇ×ρ１−ｈ×ｇ×ρ２
ここで、ｐ（Ａ）は点Ａにおける圧力、ｐ（Ｄ）は点Ｄにおける圧力である。
【００４６】
ρ１はρ２よりも大きい数なので、点Ｄにおける圧力ｐ（Ｄ）が点Ａにおける圧力ｐ（Ａ）よりも高いことは明らかである。このように、増加する圧力は、高さｈと、点Ｃにおいてガスインジェクタ１６により注入されるガスの流れによって生じる密度差とに依存する。
【００４７】
上昇管６の端において、気液分離器１８により、液体の流れは蒸発器８の入口１２へ誘導され、冷媒蒸気はガスパージ管２２を通って冷媒液容器２に戻るように誘導される。
【００４８】
ガスパージ管２２を介して気液分離器１８に接続されている圧力調整装置２０により、気液分離器１８内の圧力が調整される。気液分離器１８から誘導された蒸気は、次に戻り管１０を通って冷媒液容器２に戻るように誘導される。このように、圧力調整装置２０からの蒸気は、冷媒液容器２に戻るように再循環される。
【００４９】
蒸発器において冷媒は周囲から熱を奪い、そして蒸発器８の出口１４から出ていくのは、通常、冷媒蒸気と冷媒液の混合流であり、これは、戻り管１０を通って液体容器２に戻される。
【００５０】
液体から蒸気を分離するための手段を含んでもよい液体容器２からは、ガス抜き部２４を通して蒸気を放出させることができる。ガス抜き部２４の出口は、さらに冷凍圧縮機（図示せず）の吸入側に接続されていてもよい。この場合、冷媒蒸気は圧縮されて液相に戻り、冷媒液容器２に再循環されてもよい。あるいは、これに代えて、冷媒蒸気をガスインジェクタ１６に供給し、ガスインジェクタ１６により供給されるガスとして使用してもよい。また、冷媒蒸気を、ガスインジェクタ１６においてさらに使用するため、圧縮機２８に供給してもよい。
【００５１】
さらに、注目すべきことは、冷媒液は、ガスインジェクタ１６によって供給することもできるということであり、この場合、気液混合二相流の形態で供給される。冷媒液は、加圧されてもよく、そして、膨張により少なくとも部分的にガス化されてもよい。液体の圧力を減少させ、そして膨張により液体の一部をガス化する。一実施形態によると、冷媒液は、バルブにより膨張させてよく、その後にガスインジェクタ１６を介して上昇管６に供給してもよい。ガスインジェクタ１６により冷媒液を気液混合二相流の形態で供給すると、点Ｄにおける圧力は、密度差によって増加するだけではなく、冷媒液を注入することにより噴射効果が得られることによっても増加する。
【００５２】
上記において、図１を参照して発明の冷凍装置１の基本原理を示した。図２、３および４は、本発明に係る冷凍装置１の別の実施形態を示している。図２、３および４に示す実施形態による冷凍装置の基本原理は、図１に示す実施形態の場合と同様である。
【００５３】
ここで図２は、発明の冷凍装置１の別の実施形態を示しており、この場合、冷媒液容器２が下降管４として使用されており、上昇管６は、下降管４として使用される冷媒液容器２の内部に配置されている。従って、下降管４は、冷媒液容器２の壁と上昇管６の壁によって形成されている。冷媒液容器２の壁は環状であってよい。また、上昇管６の壁も環状であってよい。上昇管６は、冷媒液容器２内で中央に位置していてもよい。あるいは、上昇管６は、液体容器２の片側寄りの位置にあってもよい。下降管４は、下方に延びて、上昇管６との接続部に達している。上昇管６は、下降管４との接続部から上方に延びている。前述のように、上昇管６は、垂直位置に配置されていても、傾斜位置に配置されていても、これらを組み合わせて配置されていてもよい。さらに上昇管６は水平部分さえ有していてもよい。蒸発器８は、上昇管６の下流側に接続された入口１２と、戻り管１０を介して冷媒液容器２に接続された出口１４とを有している。戻り管１０は、垂直位置、水平位置、傾斜位置に配置されていても、これらを組み合わせて配置されていてもよい。冷媒液が冷媒液容器２の中に収容されている。冷媒液の液位は、蒸発器８よりも上位であるか、蒸発器と同位であるか、あるいは蒸発器より下位であるか、このいずれかである。冷凍装置１は、さらに、上昇管６に接続されたガスインジェクタ１６を備えている。ガスインジェクタ１６は上昇管６にガスを供給するように適合されている。ガスは、上昇管６内でガスを冷媒と一緒に上昇させるために供給され、これにより、冷媒の密度に対して冷媒とガスの混合物の総密度が低くなり、これによって、上記の内容に従い、上昇管６内の圧力が増加する。この実施形態の冷凍装置１は、さらに気液分離器１８を備えている。気液分離器１８は、上昇管６の下流側かつ蒸発器８の上流側に配置されている。気液分離器１８は、液体の流れを蒸発器８の入口１２に誘導し、ガスパージ管２２を通してガスを誘導する。ガスは、冷媒液容器２に戻るように誘導されてもよい。気液分離器１８のより詳細な説明については、上記を参照することができる。また、この実施形態の冷凍装置１は、さらに圧力調整装置２０も備えている。圧力調整装置２０は、気液分離器１８に接続されている。圧力調整装置２０は、ガスパージ管２２の中に組み込まれている。圧力調整装置２０は、気液分離器１８からガスが流れるようにすると共に、気液分離器１内の圧力を調整するために用いられる。
【００５４】
図２による発明の冷凍装置１の設計の利点は、冷凍装置１をコンパクトにできるということである。
【００５５】
次に図３は、発明の冷凍装置１のさらに別の実施形態を示している。図２に示す実施形態の場合と同様に、冷媒液容器２が下降管４として使用されており、上昇管６は、下降管４として使用される冷媒液容器２の内部に配置されている。従って、下降管４は、冷媒液容器２の壁と上昇管６の壁によって形成されている。冷媒液容器２の壁は環状であってよい。また、上昇管６の壁も環状であってよい。上昇管６は、冷媒液容器２内で中央に位置していてもよい。あるいは、上昇管６は、液体容器２の片側寄りの位置にあってもよい。下降管４は、下方に延びて、上昇管６との接続部に達している。上昇管６は、下降管４との接続部から上方に延びている。前述のように、上昇管６は、垂直位置に配置されていても、傾斜位置に配置されていても、これらを組み合わせて配置されていてもよい。さらに上昇管６は水平部分さえ有していてもよい。蒸発器８は、上昇管６の下流側に接続された入口１２と、戻り管１０を介して冷媒液容器２に接続された出口１４とを有している。戻り管１０は、垂直位置、水平位置、傾斜位置に配置されていても、これらを組み合わせて配置されていてもよい。冷媒液が冷媒液容器２の中に収容されている。冷媒液の液位は、蒸発器８よりも上位であるか、蒸発器と同位であるか、あるいは蒸発器より下位であるか、このいずれかである。冷凍装置１は、さらに、上昇管６に接続されたガスインジェクタ１６を備えている。ガスインジェクタ１６は上昇管６にガスを供給するように適合されている。ガスは、上昇管６内でガスを冷媒と一緒に上昇させるために供給され、これにより、冷媒の密度に対して冷媒とガスの混合物の総密度が低くなり、これによって、上記の内容に従い、上昇管６内の圧力が増加する。この実施形態は、さらに、一端が上昇管６に接続され、他端が冷媒液容器２の内部に配置された導管を備えている。冷媒液容器２の内部に配置されている端は開いている。また、冷媒液容器２の内部に配置されているこの開口端は、冷媒液容器２内の冷媒液の液面よりも上にある。従って、ガスインジェクタ１６により供給されたガスが、冷媒液から抜け出て、冷媒液容器２に供給されていてもよい。このように、一端が上昇管６に接続され、他端が冷媒液容器２の内部に配置された導管によって、気液分離器１８を形成している。
【００５６】
図３による発明の冷凍装置１の設計の利点は、それをコンパクトにできるということである。
【００５７】
次に図４は、発明の冷凍装置１のさらに別の実施形態を示している。この実施形態の冷凍装置１は、さらに第２の下降管５を備えている。図２および３に示す実施形態と同様に、冷媒液容器２が下降管４として使用されており、上昇管６は、下降管４として使用される冷媒液容器２の内部に配置されている。下降管４は、冷媒液容器２の壁と、上昇管６の壁と、第２の下降管５の壁とにより形成されている。冷媒液容器２の壁は環状であってよい。また、上昇管６の壁も環状であってよい。さらに、第２の下降管５の壁も環状であってよい。下降管４は、下方に延びて、上昇管６との接続部に達している。上昇管６は、下降管４との接続部から上方に延びている。前述のように、上昇管６は、垂直位置に配置されていても、傾斜位置に配置されていても、これらを組み合わせて配置されていてもよい。さらに上昇管６は水平部分さえ有していてもよい。上昇管６は、第２の下降管５の入口に接続されている。
【００５８】
第２の下降管５の上端は開いており、このようにして、気液分離器１８を形成している。
【００５９】
図４に示す実施形態によると、上昇管６は、冷媒液を第２の下降管５に送り込むために用いられる。従って、第２の下降管５は、上昇管６の下流に配置されている。第２の下降管５の入口は、冷媒液容器２すなわち下降管４内の冷媒液の液面よりも上に位置している。第２の下降管５は、下方に延びて、蒸発器８の入口１２との接続部に達している。第２の下降管５は、垂直位置に配置されていても、傾斜位置に配置されていても、これらを組み合わせて配置されていてもよい。さらに第２の下降管５は水平部分さえ有していてもよい。
【００６０】
上記と同様の基本的考え方を用いて、第２の下降管５の入口まで冷媒液を押し揚げる。この場合、ガスを供給するためのガスインジェクタ１６が上昇管６に接続され、これにより、ガスを冷媒と一緒に上昇管６内に上昇させることで、冷媒の密度に対して冷媒とガスの混合物の総密度が低くなり、これによって、上記の内容に従い、上昇管６内の冷媒液の液位を上昇させることができる。通常動作時で、ガスが供給されていないときの上昇管６内の冷媒液の液位と比較して２倍の高さに、上昇管６内の冷媒液の液位を上昇させることができる。
【００６１】
蒸発器８は、第２の下降管５の下流側に接続された入口１２と、戻り管１０を介して冷媒液容器２に接続された出口１４とを有している。戻り管１０は、垂直位置、水平位置、傾斜位置に配置されていても、これらを組み合わせて配置されていてもよい。
【００６２】
図４による発明の冷凍装置１の設計の利点は、それをコンパクトにできるということである。図４による発明の冷凍装置１の設計の別の利点は、高さが下方に増大しないことである。
【００６３】
当然のことながら、本発明は、提示した実施形態に限定されるものではない。従って、本発明の範囲内で種々の変更および変形が考えられる。例えば、図４に関連して説明した実施形態を、図１で説明した実施形態と組み合わせることができる。このような組み合わせによって、冷媒液を循環させるための圧力が増加した実施形態が得られる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒液容器（２）と、
下降管（４）および上昇管（６）であって、前記下降管（４）は下方に延びて前記上昇管（６）との接続部に達しており、前記上昇管（６）は前記下降管（４）との前記接続部から上方に延びている、下降管（４）および上昇管（６）と、
前記上昇管（６）の下流側に接続された入り口（１２）と、戻り管（１０）を介して前記冷媒液容器（２）に接続された出口（１４）とを有する、蒸発器（８）と、
前記上昇管（６）に接続されてガスを供給することにより、ガスを冷媒液と一緒に前記上昇管（６）内で上昇させることで、冷媒液の密度に対して冷媒液とガスとの混合物の総密度を低くするガスインジェクタ（１６）と
を備える冷凍装置。
【請求項２】
前記上昇管（６）の下流側かつ前記蒸発器（８）の上流側に配置された気液分離器（１８）をさらに備える、請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記気液分離器（１８）からガスが流れるようにすると共に、前記気液分離器（１８）内の圧力を調整するために、前記気液分離器（１８）に接続される圧力調整装置（２０）をさらに備える、請求項２に記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記気液分離器（１８）からのガスを、前記戻り管（１０）または前記冷媒液容器（２）に再循環させるように構成されている、請求項２または３に記載の冷凍装置。
【請求項５】
前記気液分離器（１８）からのガスを、前記ガスインジェクタ（１６）に再循環させるように構成されている、請求項２ないし４のいずれか１つに記載の冷凍装置。
【請求項６】
前記冷媒液容器（２）がガス抜き部（２４）を備えている、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の冷凍装置。
【請求項７】
前記ガスインジェクタ（１６）が加圧ガスを供給するように構成されている、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の冷凍装置。
【請求項８】
外部で加圧されたガス源への接続部をさらに備える、請求項７に記載の冷凍装置。
【請求項９】
前記ガスが冷媒蒸気である、請求項１ないし８のいずれか１つに記載の冷凍装置。
【請求項１０】
前記ガスが空気である、請求項１ないし９のいずれか１つに記載の冷凍装置。
【請求項１１】
冷凍装置において冷媒液を循環させる方法であって、
冷媒液の流れを、冷媒液容器（２）から、下降管（４）、上昇管（６）、蒸発器（８）、および戻り管（１０）を経由して前記冷媒液容器（２）に戻るように導くことと、
前記上昇管（６）に接続されたガスインジェクタ（１６）によりガスを供給することであって、これにより、ガスを冷媒液と一緒に前記上昇管（６）内で上昇させることで、冷媒液の密度に対して冷媒液とガスとの混合物の総密度を低くすることと
を含む方法。
【請求項１２】
前記蒸発器（８）の上流側に配置された気液分離器（１８）において、前記供給されたガスを冷媒液から分離することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記気液分離器（１８）内の圧力を、圧力調整装置（２０）によって調整することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記気液分離器（１８）からのガスを、前記戻り管（１０）または前記冷媒液容器（２）に再循環させることをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ガスインジェクタ（１６）によりガスを供給する前に、そのガスを加圧することをさらに含む、請求項１１ないし１４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１６】
前記ガスが冷媒蒸気である、請求項１１ないし１５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１７】
前記冷媒液容器（２）から冷媒蒸気を放出させることと、その放出された冷媒蒸気を前記ガスインジェクタ（１６）に供給することと
をさらに含む、請求項１１ないし１６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１】
冷媒液容器（２）と、
下降管（４）および上昇管（６）であって、前記下降管（４）は下方に延びて前記上昇管（６）との接続部に達しており、前記上昇管（６）は前記下降管（４）との前記接続部から上方に延びている、下降管（４）および上昇管（６）と、
前記上昇管（６）の下流側に接続された入り口（１２）と、戻り管（１０）を介して前記冷媒液容器（２）に接続された出口（１４）とを有する、蒸発器（８）と、
前記上昇管（６）に接続されてガスを供給することにより、ガスを冷媒液と一緒に前記上昇管（６）内で上昇させることで、冷媒液の密度に対して冷媒液とガスとの混合物の総密度を低くするガスインジェクタ（１６）と
を備える冷凍装置。
【請求項２】
前記上昇管（６）の下流側かつ前記蒸発器（８）の上流側に配置された気液分離器（１８）をさらに備える、請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記気液分離器（１８）からガスが流れるようにすると共に、前記気液分離器（１８）内の圧力を調整するために、前記気液分離器（１８）に接続される圧力調整装置（２０）をさらに備える、請求項２に記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記気液分離器（１８）からのガスを、前記戻り管（１０）または前記冷媒液容器（２）に再循環させるように構成されている、請求項２または３に記載の冷凍装置。
【請求項５】
前記気液分離器（１８）からのガスを、前記ガスインジェクタ（１６）に再循環させるように構成されている、請求項２ないし４のいずれか１つに記載の冷凍装置。
【請求項６】
前記冷媒液容器（２）がガス抜き部（２４）を備えている、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の冷凍装置。
【請求項７】
前記ガスインジェクタ（１６）が加圧ガスを供給するように構成されている、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の冷凍装置。
【請求項８】
外部で加圧されたガス源への接続部をさらに備える、請求項７に記載の冷凍装置。
【請求項９】
前記ガスが冷媒蒸気である、請求項１ないし８のいずれか１つに記載の冷凍装置。
【請求項１０】
前記ガスが空気である、請求項１ないし９のいずれか１つに記載の冷凍装置。
【請求項１１】
冷凍装置において冷媒液を循環させる方法であって、
冷媒液の流れを、冷媒液容器（２）から、下降管（４）、上昇管（６）、蒸発器（８）、および戻り管（１０）を経由して前記冷媒液容器（２）に戻るように導くことと、
前記上昇管（６）に接続されたガスインジェクタ（１６）によりガスを供給することであって、これにより、ガスを冷媒液と一緒に前記上昇管（６）内で上昇させることで、冷媒液の密度に対して冷媒液とガスとの混合物の総密度を低くすることと
を含む方法。
【請求項１２】
前記蒸発器（８）の上流側に配置された気液分離器（１８）において、前記供給されたガスを冷媒液から分離することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記気液分離器（１８）内の圧力を、圧力調整装置（２０）によって調整することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記気液分離器（１８）からのガスを、前記戻り管（１０）または前記冷媒液容器（２）に再循環させることをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ガスインジェクタ（１６）によりガスを供給する前に、そのガスを加圧することをさらに含む、請求項１１ないし１４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１６】
前記ガスが冷媒蒸気である、請求項１１ないし１５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１７】
前記冷媒液容器（２）から冷媒蒸気を放出させることと、その放出された冷媒蒸気を前記ガスインジェクタ（１６）に供給することと
をさらに含む、請求項１１ないし１６のいずれか１つに記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２０１２−５３２３０４（Ｐ２０１２−５３２３０４Ａ）
【公表日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５１７４５７（Ｐ２０１２−５１７４５７）
【出願日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＳＥ２０１０／０５０７２４
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／００２４０２
【国際公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【出願人】（５１１３１４１６４）ジョン ビーン テクノロジーズ アーベー (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＳＥ２０１０／０５０７２４
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／００２４０２
【国際公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【出願人】（５１１３１４１６４）ジョン ビーン テクノロジーズ アーベー (1)
【Ｆターム（参考）】
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