JP2018013261A - 可搬型冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化しても十分な冷却効率が得られる可搬型冷却装置を提供する。【解決手段】可搬型冷却装置１は、冷媒を圧縮する圧縮機１０４と、圧縮された冷媒を液化する凝縮器１０５と、液化した冷媒を気化し、気化熱によって冷却水から氷を生成する蒸発器１１０と、冷却水を収容し、内部に蒸発器１１０が配置される蓄氷タンク１０８と、蓄氷タンクの冷却水を被冷却物の周りに循環させる循環ポンプ１１３と、を備える。また、可搬型冷却装置１は、蒸発器１１０の下方に配置された温度センサ１１２と、温度センサ１１２の出力に基づいて検知した温度が第１閾値を下回ったと判定した場合、圧縮機１０４の動作をＯＮからＯＦＦに切り替え、第１閾値より高い第２閾値を上回ったと判定した場合、圧縮機１０４の動作をＯＦＦからＯＮに切り替える制御部１０１と、をさらに備えていてもよい。【選択図】図２

Description

本発明は、可搬型冷却装置に関するものである。

気温が高い環境の中において長時間作業をしなければならない場合がある。例えば、夏の屋外や、熱を発生する装置の周りにおける作業などである。とりわけ原子力発電所の廃炉作業においては、真夏においても防護服を着用しなければならない。このような場合、人体を効率よく冷やす必要がある。

この点に関し、人体を部分的に包む衣服に冷却液を循環させるパイプを取り付け、ポンプによって冷却液を循環させるとともに、この冷却液を可搬型冷却装置によって冷却する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。

しかし、従来の可搬型冷却装置は、持ち運びができるようにするためにファンによって空冷するなどの簡略な装置しか実装していなかった。従って、炎天下や高温施設内のような過酷な暑熱環境においては十分な冷却効率が得られなかった。

冷却効率を高めるためにはコンプレッサーを用いる冷却装置が考えられる。しかし、冷却液を継時的に効率よく冷やすためには熱交換器が大型化せざるを得ず、持ち運べる大きさの冷却装置を製造することが困難であった。

特開２０１４−２３６０４号公報

本発明の解決しようとする課題は、小型化しても十分な冷却効率が得られる可搬型冷却装置を提供することである。

本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された前記冷媒を液化する凝縮器と、液化した前記冷媒を気化し、気化熱によって冷却水から氷を生成する蒸発器と、前記冷却水を収容し、内部に前記蒸発器が配置される蓄氷タンクと、前記蓄氷タンクの前記冷却水を被冷却物の周りに循環させる循環ポンプと、を備える可搬型冷却装置を提供する。

本発明によれば、小型化しても十分な冷却効率が得られる可搬型冷却装置を提供することができる。

可搬型冷却装置の外観を示す斜視図。 可搬型冷却装置の構成を示す図。 温度センサによる検知温度と制御部による圧縮機の動作制御の関係を示すタイミングチャート。

以下、本発明の実施形態の一例にかかる可搬型冷却装置１を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態に係る可搬型冷却装置１の外観を示す斜視図である。図１に示すように、可搬型冷却装置１は、外形が略直方体形状をなし、本体部１０と、電源スイッチ１１と、情報を表示するディスプレイ１２と、キャップを有する給水口１３と、外部からの冷却水の入路であるインレット１４ＩＮと、外部への冷却水の出路であるアウトレット１４ＯＵＴと、通気孔１５と、持ち運びのための取っ手１６と、を備える。

図２は、可搬型冷却装置１の構成を示す図である。図２に示すように、可搬型冷却装置１は、制御部１０１と、ＤＣインバータ１０２と、圧縮機１０４と、ファン１１４を有する凝縮器１０５と、フィルタ１０６と、毛細管１０７と、蓄氷タンク１０８と、冷媒循環回路１２０と、温度センサ１１２と、電源部１０３と、循環ポンプ１１３と、を備える。

制御部１０１は、演算装置であるＣＰＵ（central processing unit）と、メモリなどの記憶装置と、を含む。制御部１０１は、ＤＣインバータ１０２と、温度センサ１１２と、ディスプレイ１２と、に接続する。

電源部１０３は、バッテリーの電力又は外部電力を降圧して制御部１０１と、ＤＣインバータ１０２を介して圧縮機１０４と、循環ポンプ１１３と、に供給する。

ＤＣインバータ１０２は、電源部１０３にて直流化された波形を三相交流波形に変換する。

圧縮機１０４は、冷媒循環回路１２０の冷媒を圧縮する。ここで、冷媒にはＧＷＰ（地球温暖化係数：Global Warming Potential）が低い冷媒、例えばＨＦＯ−１２３４ｙｆなどのＨＦＯ系冷媒を用いることが環境保全の点から望ましい。

凝縮器１０５は、ファン１１４によって冷却されながら、圧縮された気体の冷媒を液体に凝縮する。

フィルタ１０６は、固形物をろ過する。

蓄氷タンク１０８は、内部に冷却水が満たされ、上部に給水タンク１０９が接続される。蓄氷タンク１０８の内部には、冷媒循環回路１２０の蒸発器１１０が配置される。蒸発器１１０は、コイル状に巻かれ、冷媒が気化する際に冷却水を冷やし、このコイルに沿って氷を形成する。

温度センサ１１２は、蒸発器１１０の下方、望ましくは直下に配置され、検知した温度を制御部１０１に出力する。尚、前記温度センサ１１２の配置場所は、循環ポンプ１１３による冷却水の出入による影響（温度変化）が少ない場所として好適である。

つまり、可搬型冷却装置１の冷却方式には氷蓄熱方式が採用される。ここで、氷蓄熱方式を採用した理由について説明する。

人体を効率よく冷やすためには、体温との温度差が大きい冷却媒体が必要である。従来の冷却装置においては空冷が主流であった。しかし、空冷ではすぐに冷却媒体が温まってしまう。効率よく冷やそうとすると、熱容量の大きな冷却液が必要となる。１時間以上の冷却をさせる場合は、この熱容量の大きな冷却液を大量に準備しなければならず、手に持って持ち運べる程度の大きさの冷却装置を作ることができない。

そこで、氷の融解潜熱によって冷却液を冷却する氷蓄熱方式が採用された。この方式は、熱容量が大きく且つ体温との温度差が大きい。従って、氷蓄熱方式は大きなスペースを取らず、最も効率よく冷却液を冷却することが可能であるため、可搬型冷却装置１の小型化に寄与した。

循環ポンプ１１３は、蓄氷タンク１０８の中の冷却水をアウトレット１４ＯＵＴ、人体２０２に装着された冷却衣２０１、インレット１４ＩＮを介して、冷却水を冷却水循環回路２１０に閉循環させる。冷却衣２０１に取り付けられる冷却水循環回路２１０は柔軟性のあるパイプによって形成される。

冷却衣２０１は、木綿などの選択可能な布帛によって形成され、冷却水が流通されるパイプが蛇行して取り付けられる。

次に、可搬型冷却装置１の動作について説明する。冷媒は圧縮機１０４によって圧縮され、凝縮器１０５に送られる。凝縮器１０５は気体の冷媒を液体に変える。この液体の冷媒は、フィルタ１０６、毛細管１０７を介して蒸発器１１０において気化される。

この気化熱によって蒸発器１１０の近傍に氷が形成される。この氷によって、冷却水が冷やされる。

蓄氷タンク１０８底部の氷でない冷やされた冷却水は、循環ポンプ１１３によって冷却衣方向に送り出される。冷やされた冷却水は冷却衣２０１のパイプを介して人体２０２を冷却する。

温められた冷却水はインレット１４ＩＮを介して再び蓄氷タンク１０８の上方部に導かれ、蒸発器１１０の氷によって再度冷やされる。このように、蒸発器１１０の近傍の氷により体温との温度差が一番大きく且つ液体状態である蓄氷タンク１０８底部の冷却水が、冷却水循環回路２１０に流通される。また、人体２０２により温められた冷却水が蓄氷タンク１０８の上方部の氷部分に導かれる（還流される）。従って、効率良く氷を融解し冷却水を冷却することが可能となり、電源部１０３がバッテリーであっても長時間の運転が可能となる。

ここで、可搬型冷却装置１は小型化されている。従って、蓄氷タンク１０８も小さいものとなっている。よって、冷却しすぎると蓄氷タンク１０８内の冷却水が凍ってしまい、循環させることができなくなってしまう。

そこで、可搬型冷却装置１は温度によって圧縮機１０４の動作を制御する。つまり、制御部１０１は、温度センサの出力に基づいて氷ができすぎてしまったと判定した場合、圧縮機１０４の動作を停止させる。

図３は、温度センサ１１２による検知温度と制御部１０１による圧縮機の動作制御の関係を示すタイミングチャートである。図３（Ａ）は縦軸が温度センサ１１２による検知温度、横軸が時間を示す。図３（Ｂ）は縦軸が圧縮機１０４のＯＮ／ＯＦＦ動作、横軸が時間を示す。

図３に示すように、圧縮機１０４がＯＮ（動作）すると、蒸発器１１０付近の温度が下がり、氷ができ始める。氷が蒸発器１１０の直下に配置された温度センサ１１２に達すると、温度センサ１１２が検知する温度が第１閾値より低くなる。

制御部１０１は、温度センサ１１２の検知温度が第１閾値より低くなったと判定した場合、圧縮機１０４の動作をＯＮからＯＦＦ（停止）に切り替える。本例では、図３に示すいわゆる「ＯＮ−ＯＦＦ」制御を説明したが、第１閾値を基準とした圧縮機１０４の回転数をインバータにより自動可変させるＰＩＤ制御方式も採用可能である。

この状態においては、冷却水はすべて凍ってはいない。従って、冷却水は冷却水循環回路２１０を循環する。

そして、氷が減少すると温度センサ１１２が検知する温度が第２閾値を超える。制御部１０１は、温度センサ１１２の検知温度が第１閾値より高い第２閾値より高くなったと判定した場合、圧縮機１０４の動作をＯＦＦからＯＮに切り替える。以降、この動作が繰り返される。

なお、上述の実施形態においては、冷却水を冷却衣２０１の冷却水循環回路２１０に閉循環させる例を説明したが、冷却水循環回路２１０は冷却衣２０１以外にも、例えば人体を冷やす低温医療器具、スポーツアイシングに用いるスポーツウエア、シーツなどの寝具や枕、ペットを冷却するペット冷却シーツなどに利用可能である。

以上述べたように、本実施形態の可搬型冷却装置１は、冷媒を圧縮する圧縮機１０４と、圧縮された冷媒を液化する凝縮器１０５と、液化した冷媒を気化し、気化熱によって冷却水から氷を生成する蒸発器１１０と、冷却水を収容し、内部に蒸発器１１０が配置される蓄氷タンク１０８と、蓄氷タンクの冷却水を被冷却物の周りに循環させる循環ポンプ１１３と、を備える。

従って、小型化しても十分な冷却効率が得られる可搬型冷却装置を提供することができるという効果がある。

また、可搬型冷却装置１は、蒸発器１１０の下方に配置された温度センサ１１２と、温度センサ１１２の出力に基づいて検知した温度が第１閾値を下回ったと判定した場合、圧縮機１０４の動作をＯＮからＯＦＦに切り替え、第１閾値より高い第２閾値を上回ったと判定した場合、圧縮機１０４の動作をＯＦＦからＯＮに切り替える制御部１０１と、をさらに備える。

従って、十分な冷却効率を保ちながら、蓄氷タンク１０８の中の冷却水が全て凍ることを回避できるという効果がある。

以上、好適実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，手法，数量，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に、変更，追加，削除することができる。
例えば、冷却水として、「水」を例示したが、その他、ブライン等の液体であってもよい。また、蒸発器１１０の形態や可搬型冷却装置１のその他の形状の使用を排除するものではない。

１ 可搬型冷却装置
１０ 本体部
１１ 電源スイッチ
１２ ディスプレイ
１３ 給水口
１４ＩＮ インレット
１４ＯＵＴ アウトレット
１５ 通気孔
１６ 取っ手
１０１ 制御部
１０２ インバータ
１０３ 電源部
１０４ 圧縮機
１０５ 凝縮器
１０６ フィルタ
１０７ 毛細管
１０８ 蓄氷タンク
１０９ 給水タンク
１１０ 蒸発器
１１２ 温度センサ
１１３ 循環ポンプ
１１４ ファン
１２０ 冷媒循環回路
２０１ 冷却衣
２０２ 人体
２１０ 冷却水循環回路（パイプ）

Claims (4)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
   圧縮された前記冷媒を液化する凝縮器と、
   液化した前記冷媒を気化し、気化熱によって冷却水から氷を生成する蒸発器と、
   前記冷却水を収容し、内部に前記蒸発器が配置される蓄氷タンクと、
   前記蓄氷タンクの前記冷却水を被冷却物の周りに循環させる循環ポンプと、
   を備える可搬型冷却装置。
2. 前記蒸発器の下方に配置された温度センサと、
   前記温度センサの出力に基づいて検知した温度が第１閾値を下回ったと判定した場合、前記圧縮機の動作をＯＮからＯＦＦに切り替え、前記第１閾値より高い第２閾値を上回ったと判定した場合、前記圧縮機の動作をＯＦＦからＯＮに切り替える制御部と、
   をさらに備える請求項１に記載の可搬型冷却装置。
3. 前記循環ポンプは、
   前記冷却水を人体に装着される冷却衣に取り付けられる冷却水循環回路の中に循環させる請求項１又は請求項２に記載の可搬型冷却装置。
4. 前記冷媒は、
   Global Warming Potential値が低いＨＦＯ系冷媒である請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の可搬型冷却装置。
   

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