(57)【要約】【課題】冷媒の相変化を利用した冷却装置において、システムの規模に関わらず、装置の大型化を防ぐ。            【解決手段】第１の冷媒が循環する環状の第１の配管と、第１の配管に形成され、第１の配管の外部から第１の冷媒に熱を吸収させる受熱部と、第１の配管に形成され、第１の冷媒から第１の配管の外部に熱を排出させる放熱部と、第１の配管において、受熱部より下流側であり放熱部より上流側に設けられた分岐部と受熱部より上流側であり放熱部より下流側に設けられた合流部とを接続するバイパス部と、第１の冷媒よりも融点の低い第２の冷媒が循環し、第２の冷媒から外部に熱を排出させる放熱部が形成された環状の第２の配管と、バイパス部の第１の冷媒から第２の冷媒に熱を吸収させる熱伝達部とを備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の冷媒が循環する環状の第１の配管と、前記第１の配管に形成され、前記第１の配管の外部から前記第１の冷媒に熱を吸収させる受熱部と、前記第１の配管に形成され、前記第１の冷媒から前記第１の配管の外部に熱を排出させる放熱部と、前記第１の配管において、前記受熱部より下流側であり前記放熱部より上流側に設けられた分岐部と前記受熱部より上流側であり前記放熱部より下流側に設けられた合流部とを接続するバイパス部と、前記第１の冷媒よりも融点の低い第２の冷媒が循環し、前記第２の冷媒から外部に熱を排出させる前記放熱部が形成された環状の第２の配管と、前記バイパス部の前記第１の冷媒から前記第２の冷媒に熱を吸収させる熱伝達部とを備えた冷却装置。
【請求項２】
前記第１の冷媒が、前記分岐部から前記バイパス部に流入する流路と前記分岐部から前記放熱部に流入する流路とを開閉する切替部を備え、
前記切替部は、前記バイパス部に設けられた第１のバルブと前記第１の配管において前記分岐部より下流側であり前記合流部よりも上流側に設けられた第２のバルブとを有する請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
外気温度を検知する温度検知部と、前記温度検知部が検知した温度が決められた値より高い場合は、前記第１のバルブを閉鎖し、前記第２のバルブを開放し、前記温度検知部が検知した温度が決められた値以下の場合は、前記第１のバルブを開放し、前記第２のバルブを閉鎖する制御部とを備えた請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記決められた値は、前記第１の冷媒が凍結する温度である請求項３に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記第１の冷媒が、前記分岐部から前記バイパス部に流入する流路と前記分岐部から前記放熱部に流入する流路との少なくとも何れか一方を開閉する切替部を備える請求項１に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記第１の冷媒が、前記分岐部から前記バイパス部に流入する流路を開閉する切替部を備え、
前記切替部は、前記バイパス部に設けられた第１のバルブを有する請求項１に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記第１の冷媒が、前記分岐部から前記放熱部に流入する流路を開閉する切替部を備え、
前記切替部は、前記第１の配管において前記分岐部より下流側であり前記合流部よりも上流側に設けられた第２のバルブを有する請求項１に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記第１の配管に形成され、前記第１の冷媒を循環させるポンプを備える請求項１から請求項７の何れか１項に記載の冷却装置。
【請求項９】
前記バイパス部は、前記受熱部と前記放熱部との間に配置された請求項１から請求項８の何れか１項に記載の冷却装置。
【請求項１０】
前記バイパス部は、前記受熱部に対して前記放熱部よりに配置された請求項９に記載の冷却装置。
【請求項１１】
前記第１の冷媒は水であり、前記第２の冷媒は不凍液である請求項１から請求項１０の何れか１項に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、機器の冷却に用いられる、冷媒の相変化を利用した冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子や電子機器の冷却に用いられるヒートパイプ式冷却装置において、冷却装置の周囲温度が低温時にも動作し、定常使用温度において高い性能を得るものがある。このような冷却装置は、高温時に性能が優れている水を作動液として封入したヒートパイプに、低温時に凍結しないフロンを作動液として封入したヒートパイプを追加し、それらを同一のブロック内に形成している（例えば、特許文献１に記載）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−２２９４５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような異なった作動液をもつヒートパイプを種々組み合わせたヒートパイプ式冷却装置の構成を、長距離熱輸送を行う規模の大きいシステムに適用する場合、システムの規模に応じて異なる作動液を封入した配管それぞれの規模も大きくなる。即ち、適用するシステムの規模が大きい場合、冷却装置が大型化するという課題があった。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、冷媒の相変化を利用した冷却装置において、システムの規模に関わらず、装置の大型化を防ぐことが可能な冷却装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る冷却装置は、第１の冷媒が循環する環状の第１の配管と、第１の配管に形成され、第１の配管の外部から第１の冷媒に熱を吸収させる受熱部と、第１の配管に形成され、第１の冷媒から第１の配管の外部に熱を排出させる放熱部と、第１の配管において、受熱部より下流側であり放熱部より上流側に設けられた分岐部と受熱部より上流側であり放熱部より下流側に設けられた合流部とを接続するバイパス部と、第１の冷媒が、分岐部からバイパス部に流入する流路と分岐部から放熱部に流入する流路とを切り替える切替部と、第１の冷媒よりも融点の低い第２の冷媒が循環し、第２の冷媒から外部に熱を排出させる放熱部が形成された環状の第２の配管と、バイパス部の第１の冷媒から第２の冷媒に熱を吸収させる熱伝達部とを備える。        
【０００７】
本発明によれば、冷媒を封入する配管にバイパス部を設けることで、システムの規模に関わらず装置の大型化を防ぐことが可能な冷却装置を実現するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る冷却装置の概要を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る冷却装置の受熱部の概要を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る冷却装置の熱伝達部の概要を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る冷却装置の動作を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る冷却装置の動作を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１にに係る冷却装置に対する比較例の冷却装置の概要を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係る冷却装置の分岐部の概要を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係る冷却装置の動作を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態２に係る冷却装置の動作を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態３に係る冷却装置の分岐部の概要を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態３に係る冷却装置の動作を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態３に係る冷却装置の動作を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態４に係る冷却装置の分岐部の概要を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態４に係る冷却装置の動作を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態４に係る冷却装置の動作を示す図である。
【図１６】この発明の実施の形態５に係る冷却装置の構成を示す図である。
【図１７】この発明の実施の形態５に係る冷却装置の動作を示す図である。
【図１８】この発明の実施の形態５の他の構成に係る冷却装置の動作を示す図である。
【図１９】この発明の実施の形態５の他の構成に係わる冷却装置の動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る冷却装置１００の構成例を示す概要図である。冷却装置１００は、電子機器等の冷却に用いられるものであり、冷媒の相変化を利用した二相流ループ冷却装置である。冷却装置１００は、受熱部１、放熱部２、ポンプ３、第１の配管５、第２の配管６、バイパス部７、熱伝達部８、切替部１１とを備える。
【００１１】
第１の配管５は、受熱部１と放熱部２とが形成された環状の配管である。第１の配管５の内部に、液体と気体との間で状態変化することができる冷媒である第１の冷媒が封入される。第１の冷媒は、第１の配管５の内部を図の矢印４の方向に循環する。第１の冷媒には、例えば、水を用いる。第１の冷媒は、水に限らないが、相変化時の熱伝達が高いものを用いることが好ましい。図１では、同様の構成の第１の配管５を３つ設けているが、設置数は適用するシステムが求める性能によって決定すればよく、他の任意の数としてよい。第１の配管５には、第１の冷媒を一方向に循環させるように作動するポンプ３が設けられる。ポンプ３は、第１の配管５において、放熱部２より下流側であり、受熱部１よりも上流側の位置に設けられる。これらの構成により、第１の配管５で、受熱部１と放熱部２とポンプ３とをこの順番に環状に接続している構成となる。ここでは第１の配管５の形状は長方形の環状としているが、環状であれば適用するシステムに応じて他の任意の形状としてよい。
【００１２】
受熱部１は、冷却装置１００の外部に存在する冷却対象に隣接して第１の配管５に形成される。ここでは、冷却対象を電子機器とする。受熱部１は、冷却装置１００の外部に存在する電子機器と第１の冷媒との熱交換を行う。受熱部１は、冷却装置１００の外部に存在する電子機器から第１の冷媒に熱を吸収させる。これにより、冷却装置１００の外部に存在する電子機器の機器を冷却することができる。例えば、受熱部１は、図２に示すように第１の配管５の周囲に直方体の金属ブロックを取り付け、金属ブロックに電子機器を取付けることで構成される。これにより、電子機器から発生した熱は、金属ブロックに伝導され、金属ブロックを介して第１の冷媒に吸収される。
【００１３】
放熱部２は、第１の配管５に形成される。放熱部２は、第１の冷媒と冷却装置１００の外部との熱交換を行うものである。放熱部２は、受熱部１で気化した第１の冷媒を凝縮させ、第１の冷媒から第１の配管５の外部へ熱を排出させる。例えば、放熱部２は、複数枚の積層したフィンを、第１の配管５に取付けることで構成される。各フィンは互いに離間しており、各フィンの間には空隙が設けられる。この空隙に空気が流れることで、フィンに伝導された第１の冷媒の熱が放熱される。
【００１４】
図１に示すように、第１の配管５において、受熱部１より下流側であり放熱部２より上流側に、第１の冷媒の流路を２つに分岐する分岐部９が設けられる。また、第１の配管５において、受熱部１より上流側であり放熱部２より下流側に、分岐部９で分岐した第１の冷媒の２つの流路を合流する合流部１０が設けられる。そして、この分岐部９と合流部１０とを接続する配管であるバイパス部７が設けられる。この構成により、第１の配管５において分岐部９と合流部１０との間は、第１の冷媒が分岐部９からバイパス部７を通過し、合流部１０に流入する流路と、分岐部９から放熱部２を通過し、合流部１０に流入する流路とを備える構成となる。つまり、第１の冷媒が、放熱部２を通過せずに循環する流路と、第１の冷媒が放熱部２を通過して循環する流路とを備える構成となる。バイパス部７は、図１では３つの第１の配管５の内、２つに設けているが、第１の配管５のそれぞれに設けてもよい。即ち、バイパス部７の設置数は適用するシステムが求める性能によって決定すればよく、他の任意の数としてよい。
【００１５】
第２の配管６は、放熱部２と熱伝達部８とが形成された環状の配管である。第２の配管６は、熱伝達部８が形成された部分がバイパス部７に隣接して設けられる。熱伝達部８に関しては、後述する。第２の配管６の内部に液体と気体との間で状態変化することができる第２の冷媒が封入される。第２の冷媒は、第２の配管６の内部を循環する。第２の冷媒には、第１の冷媒が凍結した場合でも凍結せずに作動するように第１の冷媒よりも融点の低いものを使用する。好ましくは、不凍液である。図１では、バイパス部７の設置数の２つに合わせて、第２の配管６を２つ設けているが、設置数は適用するシステムが求める性能によって決定すればよく、他の任意の数としてよい。また、第２の配管６に形成される放熱部２は、ここでは第１の配管５に形成されたものと同一のものであるが、別体としてもよい。ここでは第２の配管６の形状は長方形の環状としているが、環状であれば適用するシステムに応じて他の任意の形状としてよい。
【００１６】
図３に冷却装置１００の熱伝達部８の概要図を示す。熱伝達部８は、第１の配管５のバイパス部７と第２の配管６との互いに隣接する部分に形成され、バイパス部７の第１の冷媒と第２の配管６の第２の冷媒との熱交換を行う。図３に示すように、第１の配管５のバイパス部７と第２の配管６とを隣接させて設けているため、この隣接した部分にて受熱部１で気化した第１の冷媒の熱が第２の冷媒に吸収され、第１の冷媒が凝縮し、第２の冷媒が気化する。これにより、第１の冷媒を冷却することができる。図３に、矢印（実線）で第１の冷媒の流れを示す。矢印（破線）で第２の冷媒の流れを示す。第１の冷媒と第２の冷媒とは同じ方向に循環させる。
【００１７】
ここで、バイパス部７を配置する位置は、受熱部１と放熱部２との間の空間において受熱部１に対して放熱部２よりに配置されることが好ましい。このようにすることで、放熱部２から熱伝達部８までの距離が近くなり、第２の配管６の規模をより小さくすることが可能である。また、バイパス部７自体の規模を小さくするために、バイパス部７は、分岐部９と合流部１０とを最短で接続するように設置されることが好ましい。そのため、バイパス部７は、第１の配管５の環状部分の内側の空間に配置されることが好ましい。
【００１８】
次に、動作の詳細について説明する。図４および図５は、冷却装置１００の動作を示す図である。図４は、冷却装置１００の周囲温度が所定の温度よりも高い場合の冷却装置１００の熱の伝達と冷媒の流れとを示す図である。図４（ａ）において、矢印（実線）で第１の冷媒の流れを示す。矢印（破線）で第２の冷媒の流れを示す。ここでは、所定の温度は第１の冷媒である水が放熱部２において凍結して作動しない温度である。受熱部１から流出した第１の冷媒は、分岐部９から放熱部２に流入し、再び受熱部１へと流入する。これにより、第１の冷媒が、放熱部２、受熱部１を循環する。また同時に、受熱部１から流出した第１の冷媒は、分岐部９からバイパス部７に流入し、バイパス部７に形成された熱伝達部８を通過し、再び受熱部１へと流入する。これにより、第１の冷媒が、放熱部２、熱伝達部８を循環する。さらに同時に、熱伝達部８から流出した第２の冷媒は、放熱部２を通過し、再び熱伝達部８へ流入する。これにより、第１の冷媒が、熱伝達部８、受熱部１を循環する。よって、放熱部２において第１の冷媒と第２の冷媒とが作動する。
【００１９】
図４（ｂ）において矢印で熱の流れを示す。冷却対象で発生した熱は、受熱部１における蒸発熱伝達により第１の冷媒に吸収され、第１の冷媒、熱伝達部８、第２の冷媒を通過し放熱部２における凝縮熱伝達により外気へ排出される。また、同時に冷却対象で発生した熱は、受熱部１における蒸発熱伝達により第１の冷媒に吸収され、第１の冷媒を通過し放熱部２における凝縮熱伝達により外気へ排出される。
【００２０】
図５は、周囲温度が所定の温度以下の場合の冷却装置１００の熱の伝達と冷媒の流れとを示す図である。図５（ａ）において、矢印（実線）で第１の冷媒の流れを示す。矢印（破線）で第２の冷媒の流れを示す。ここでは、所定の温度は第１の冷媒である水が放熱部２において凍結して作動しない温度である。受熱部１から流出した第１の冷媒は、放熱部２において凍結するため、分岐部９から、放熱部２側には流入しない。受熱部１から流出した第１の冷媒は、分岐部９からバイパス部７に流入し、バイパス部７に形成された熱伝達部８を通過し、再び受熱部１へと流入する。これにより、第１の冷媒が、受熱部１、熱伝達部８を循環する。また同時に、熱伝達部８から流出した第２の冷媒は、放熱部２を通過し、再び熱伝達部８へ流入する。これにより、第２の冷媒が、熱伝達部８、放熱部２を循環する。よって、放熱部２において第２の冷媒のみが作動する。
【００２１】
図５（ｂ）において矢印で熱の流れを示す。冷却対象で発生した熱は、受熱部１における蒸発熱伝達により第１の冷媒に吸収され、第１の冷媒、熱伝達部８、第２の冷媒を通過し放熱部２における凝縮熱伝達により外気へ排出される。
【００２２】
上記のように、本実施形態の冷却装置１００は、冷却装置１００の周囲温度が低温となり放熱部２において第１の冷媒である水が凍結した場合でも、第２の冷媒である不凍液を使用することができる。また、第１の冷媒である水が凍結しない定常使用温度の場合は、放熱部２において第２の冷媒に加えて、第１の冷媒である水が作動し、高い性能を得ることができる。よって、定常使用温度の場合は高い性能を有し、低温環境下でも使用することが可能な冷却装置１００を得ることができる。
【００２３】
また、異なる冷媒を封入した配管を混在させた冷却装置であっても、上記のようにバイパス部７と熱伝達部８とを設けることで、冷却装置の規模が大きくなることを防ぐことができる。ここで、図６に、冷却装置１００に対する比較例の冷却装置の概要を示す。図６の冷却装置は、異なる冷媒を封入した配管を混在させた場合において、バイパス部７と熱伝達部８とを設けない構成である。放熱部２と受熱部１とが形成された第１の冷媒が封入された配管５１と、放熱部２と受熱部１とが形成された第２の冷媒が封入された配管６１とを備える。第１の冷媒は、相変化時の熱伝統率が高い冷媒であり、第２の冷媒は低温環境下でも凍結しない第１の冷媒よりも融点の低い冷媒である。また、第１の冷媒と第２の冷媒とを循環させるポンプ３１を備える。図６の冷却装置は、定常使用温度では第１の冷媒と第２の冷媒とが作動し、放熱部２において第１の冷媒が凍結する低温時は、第２の冷媒のみが作動する。
【００２４】
上述の構成により図６の冷却装置の場合、適用するシステム規模が大きくなるのに従って、第１の冷媒が封入された配管５１の規模が大きくなる。またそれに加えて、第２の冷媒が封入された配管６１、及びポンプ３１の規模も大きくなる。また、定常使用温度では第１の冷媒と第２の冷媒とが受熱部１に流入することにより、受熱部１において融点の異なる冷媒への蒸発熱伝達が起こり、温度ばらつきが発生する。そのため、温度の均一性が要求される場合には不向きである。例えば電子機器等の冷却には不向きである。
【００２５】
しかし、上記の冷却装置１００の構成であれば、適用するシステム規模が大きくなったとしても、第２の冷媒が封入された配管である第２の配管６の規模は変わらないため、適用するシステム規模によらず第２の配管６を設けることができる。また、受熱部１へ供給する冷媒は第１の冷媒のみであるため、受熱部１での温度のばらつきを発生させないことができる。
【００２６】
以上の構成により、本実施の形態の冷却装置１００は、冷却装置１００の周囲温度に関わらず動作し、システムの規模に関わらず装置の大型化を防ぐことができる。また、冷媒を循環させるポンプを設ける場合、ポンプ規模の大型化を防ぐことができる。また、受熱部１へ供給する冷媒種類を統一することで受熱部１の温度ばらつきを抑制することが可能である。
【００２７】
実施の形態２．
図７にこの発明の実施の形態２に係る冷却装置２００の分岐部９と合流部１０の構成図を示す。冷却装置２００では、実施の形態１に係る冷却装置１００に、切替部１１をさらに備えたものである。その他の構成は、実質的に同様である。以下、上述の実施の形態で説明した構成と同一又は対応する構成については同一符号を付し、それらの構成の説明を繰り返し行わない。
【００２８】
図７の（ａ）が分岐部９の概略図である。図７の（ｂ）が合流部１０の概略図である。第１の配管５は、切替部１１を備える。切替部１１は、第１の冷媒が分岐部９からバイパス部７を通過し、合流部１０に流入する流路を開閉する。ここでは、切替部１１は第１の配管５の第１の冷媒の流路を開閉する第１のバルブ１２を有する。第１のバルブ１２は、第１の配管５においてバイパス部７に設けられる。第１のバルブ１２は、バイパス部７において合流部１０よりも分岐部９よりに設けられる。切替部１１は、第１の配管５の第１の冷媒の流路を開閉することができるものであれば、バルブに限らない。
【００２９】
次に、動作の詳細について説明する。図８および図９は、冷却装置２００の動作を示す図である。図８は、冷却装置２００の周囲温度が所定の温度よりも高い場合の冷却装置２００の熱の伝達と冷媒の流れとを示す図である。図８（ａ）において、矢印（実線）で第１の冷媒の流れを示す。冷却装置２００の周囲温度が所定の温度よりも高い場合、切替部１１の第１のバルブ１２を閉鎖する。ここでは、所定の温度は第１の冷媒である水が放熱部２において凍結する温度とする。受熱部１から流出した第１の冷媒は、分岐部９から放熱部２に流入し、再び受熱部１へと流入する。これにより、第１の冷媒が、放熱部２、受熱部１を循環する。受熱部１から流出した第１の冷媒は、第１のバルブ１２を閉鎖しているため、分岐部９からバイパス部７に流入しない。よって、放熱部２には第１の冷媒が流入する。
【００３０】
図８（ｂ）において矢印で熱の流れを示す。冷却対象で発生した熱は、受熱部１における蒸発熱伝達により第１の冷媒に吸収され、第１の冷媒を通過し放熱部２における凝縮熱伝達により外気へ排出される。
【００３１】
図９は、周囲温度が所定の温度以下の場合の冷却装置２００の熱の伝達と冷媒の流れとを示す図である。図９（ａ）において、矢印（実線）で第１の冷媒の流れを示す。矢印（破線）で第２の冷媒の流れを示す。冷却装置２００の周囲温度が所定の温度以下の場合、切替部１１は第１のバルブ１２を開放する。ここでは、所定の温度は第１の冷媒である水が放熱部２において凍結して作動しない温度である。受熱部１から流出した第１の冷媒は、放熱部２において凍結するため、分岐部９から、放熱部２側には流入しない。受熱部１から流出した第１の冷媒は、分岐部９からバイパス部７に流入し、バイパス部７に形成された熱伝達部８を通過し、再び受熱部１へと流入する。これにより、第１の冷媒が、受熱部１、熱伝達部８を循環する。また同時に、熱伝達部８から流出した第２の冷媒は、放熱部２を通過し、再び熱伝達部８へ流入する。これにより、第２の冷媒が、熱伝達部８、放熱部２を循環する。よって、放熱部２には第２の冷媒のみが流入する。
【００３２】
図９（ｂ）において矢印で熱の流れを示す。冷却対象で発生した熱は、受熱部１における蒸発熱伝達により第１の冷媒に吸収され、第１の冷媒、熱伝達部８、第２の冷媒を通過し放熱部２における凝縮熱伝達により外気へ排出される。
【００３３】
なお、ここでは、第１のバルブ１２の開閉を判断する所定の温度は、第１の冷媒である水が放熱部２において凍結する温度としたがその他でもよい。第１の冷媒が凍結する温度よりも高い温度を所定の温度としてもよい。または、一定時間後に第１の冷媒が凍結と予想される場合に第１のバルブを開放するようにしてもよい。この場合、第１の冷媒が凍結を始める前に、予め第１のバルブ１２を開放しておくことができ、第１の冷媒が放熱部２へ流入することを低減できる。同様に、第１の冷媒が完全に解凍してから第１のバルブ１２を閉鎖することができる。また、反対に第１の冷媒が凍結する温度よりも低い温度を所定の温度としてもよい。または、第１の冷媒が凍結する温度以下になってから一定時間経過後に、第１のバルブを開放するようにしてもよい。この場合、第１の冷媒が完全に凍結するまでは、放熱部２において第１の冷媒を作動させることができる。
【００３４】
上記のように、本実施形態の冷却装置２００は、冷却装置２００の周囲温度が低温となり放熱部２において第１の冷媒である水が凍結した場合でも、第２の冷媒である不凍液を使用することができる。また、第１の冷媒である水が凍結しない定常使用温度の場合は、放熱部２において第２の冷媒に加えて、第１の冷媒である水が作動し、高い性能を得ることができる。よって、定常使用温度の場合は高い性能を有し、低温環境下でも使用することが可能な冷却装置を得ることができる。
【００３５】
以上の構成により、本実施の形態の冷却装置２００は、冷却装置の周囲温度に関わらず動作し、システムの規模に関わらず装置の大型化を防ぐことができる。また、冷媒を循環させるポンプを設ける場合、ポンプ規模の大型化を防ぐことができる。また、受熱部１へ供給する冷媒種類を統一することで受熱部１の温度ばらつきを抑制することが可能である。
【００３６】
また、第１のバルブ１２を備えることにより、冷却装置２００の周囲温度が所定の温度よりも高い場合、バイパス部７に第１の冷媒が流入することを防ぐことができ、高い性能を得ることができる。
【００３７】
実施の形態３．
図１０にこの発明の実施の形態３に係る冷却装置３００の分岐部９と合流部１０の構成図を示す。冷却装置３００では、実施の形態２に係る冷却装置２００の切替部１１の構成が異なるものである。その他の構成は、実質的に同様である。以下、上述の実施の形態で説明した構成と同一又は対応する構成については同一符号を付し、それらの構成の説明を繰り返し行わない。
【００３８】
図１０の（ａ）が分岐部９の概略図である。図１０の（ｂ）が合流部１０の概略図である。第１の配管５は、切替部１１を備える。切替部１１は、第１の冷媒が分岐部９から放熱部２を通過し、合流部１０に流入する流路とを開閉する。ここでは、切替部１１は第１の配管５を開閉する第２のバルブ１３と有する。第２のバルブ１３は、第１の配管５において分岐部９と放熱部２との間に設けられる。第２のバルブ１３は、第１の配管５において、放熱部２よりも分岐部９よりに設けられる。切替部１１は、第１の配管５を開閉することができるものであれば、バルブに限らない。第２のバルブ１３は、第１の配管５において、放熱部２と合流部１０との間に設けられる構成としてもよい。
【００３９】
次に、動作の詳細について説明する。図１１および図１２は、冷却装置３００の動作を示す図である。図１１は、冷却装置３００の周囲温度が所定の温度よりも高い場合の冷却装置３００の熱の伝達と冷媒の流れとを示す図である。図１１（ａ）において、矢印（実線）で第１の冷媒の流れを示す。矢印（破線）で第２の冷媒の流れを示す。冷却装置３００の周囲温度が所定の温度よりも高い場合、切替部１１の第２のバルブ１３を開放する。ここでは、所定の温度は第１の冷媒である水が放熱部２において凍結する温度とする。受熱部１から流出した第１の冷媒は、分岐部９から放熱部２に流入し、再び受熱部１へと流入する。これにより、第１の冷媒が、放熱部２、受熱部１を循環する。また同時に、受熱部１から流出した第１の冷媒は、分岐部９からバイパス部７に流入し、バイパス部７に形成された熱伝達部８を通過し、再び受熱部１へと流入する。これにより、第１の冷媒が、放熱部２、熱伝達部８を循環する。さらに同時に、熱伝達部８から流出した第２の冷媒は、放熱部２を通過し、再び熱伝達部８へ流入する。これにより、第１の冷媒が、熱伝達部８、受熱部１を循環する。よって、放熱部２において第１の冷媒と第２の冷媒とが作動する。
【００４０】
図１１（ｂ）において矢印で熱の流れを示す。冷却対象で発生した熱は、受熱部１における蒸発熱伝達により第１の冷媒に吸収され、第１の冷媒、熱伝達部８、第２の冷媒を通過し放熱部２における凝縮熱伝達により外気へ排出される。また、同時に冷却対象で発生した熱は、受熱部１における蒸発熱伝達により第１の冷媒に吸収され、第１の冷媒を通過し放熱部２における凝縮熱伝達により外気へ排出される。
【００４１】
図１２は、周囲温度が所定の温度以下の場合の冷却装置３００の熱の伝達と冷媒の流れとを示す図である。図１２（ａ）において、矢印（実線）で第１の冷媒の流れを示す。矢印（破線）で第２の冷媒の流れを示す。冷却装置３００の周囲温度が所定の温度以下の場合、切替部１１は、第２のバルブ１３を閉鎖する。ここでは、所定の温度は第１の冷媒である水が放熱部２において凍結して作動しない温度である。受熱部１から流出した第１の冷媒は、第２のバルブ１３を閉鎖するため、分岐部９から、放熱部２側には流入しない。受熱部１から流出した第１の冷媒は、分岐部９からバイパス部７に流入し、バイパス部７に形成された熱伝達部８を通過し、再び受熱部１へと流入する。これにより、第１の冷媒が、受熱部１、熱伝達部８を循環する。また同時に、熱伝達部８から流出した第２の冷媒は、放熱部２を通過し、再び熱伝達部８へ流入する。これにより、第２の冷媒が、熱伝達部８、放熱部２を循環する。よって、放熱部２には第２の冷媒のみが流入する。
【００４２】
図１２（ｂ）において矢印で熱の流れを示す。冷却対象で発生した熱は、受熱部１における蒸発熱伝達により第１の冷媒に吸収され、第１の冷媒、熱伝達部８、第２の冷媒を通過し放熱部２における凝縮熱伝達により外気へ排出される。
【００４３】
なお、ここでは、第２のバルブ１３の開閉を判断する所定の温度は、第１の冷媒である水が放熱部２において凍結する温度としたがその他でもよい。第１の冷媒が凍結する温度よりも高い温度を所定の温度としてもよい。または、一定時間後に第１の冷媒が凍結すると予想される場合に第２のバルブを閉鎖するようにしてもよい。この場合、第１の冷媒が凍結を始める前に、予め第２のバルブ１３を閉鎖することにより第１の冷媒が放熱部２へ流入しないようにするため、放熱部２において第１の冷媒が凍結することを防止できる。また、反対に第１の冷媒が凍結する温度よりも低い温度を所定の温度とするまたは第１の冷媒が凍結する温度以下になってから一定時間経過後に、第２のバルブ１３を閉鎖するようにしてもよい。この場合、第１の冷媒が完全に凍結するまでは、放熱部２において第１の冷媒を作動させることができる。
【００４４】
上記のように、本実施形態の冷却装置３００は、冷却装置３００の周囲温度が低温となり放熱部２において第１の冷媒である水が凍結した場合でも、第２の冷媒である不凍液を使用することができる。また、第１の冷媒である水が凍結しない定常使用温度の場合は、放熱部２において第１の冷媒である水を使用することができ、高い性能を得ることができる。よって、定常使用温度の場合は高い性能を有し、低温環境下でも使用することが可能な冷却装置を得ることができる。
【００４５】
以上の構成により、本実施の形態の冷却装置３００は、規模が大きいシステムに適用したとしても、冷却装置の周囲温度に関わらず動作し、冷媒装置の大型化を防ぐことができる。また、冷媒を循環させるポンプを設ける場合、ポンプ規模の大型化を防ぐことができる。また、受熱部１へ供給する冷媒種類を統一することで受熱部１の温度ばらつきを抑制することが可能である。
【００４６】
また、第２のバルブ１３を備えることにより、冷却装置２００の周囲温度が所定の温度以下の場合、放熱部２に第１の冷媒が流入することを防ぐことができ、放熱部２において第１の冷媒の凍結を低減することができる。
【００４７】
実施の形態４．
図１３にこの発明の実施の形態４に係る冷却装置４００の分岐部９と合流部１０の構成図を示す。冷却装置４００では、実施の形態２に係る冷却装置２００及び実施の形態３に係る冷却装置３００の切替部１１の構成が異なるものである。その他の構成は、実質的に同様である。以下、上述の実施の形態で説明した構成と同一又は対応する構成については同一符号を付し、それらの構成の説明を繰り返し行わない。
【００４８】
図１３の（ａ）が分岐部９の概略図である。図１３の（ｂ）が合流部１０の概略図である。第１の配管５は、切替部１１を備える。切替部１１は、第１の冷媒が分岐部９からバイパス部７を通過し、合流部１０に流入する流路と、第１の冷媒が分岐部９から放熱部２を通過し、合流部１０に流入する流路とを開閉する。ここでは、切替部１１は第１の配管５を開閉する第１のバルブ１２と第２のバルブ１３とを有する。第１のバルブ１２は、第１の配管５においてバイパス部７に設けられ、第２のバルブ１３が第１の配管５において分岐部９と放熱部２との間に設けられる。第１のバルブ１２は、バイパス部７において合流部１０よりも分岐部９よりに設けられる。同様に、第２のバルブ１３は、第１の配管５において、放熱部２よりも分岐部９よりに設けられる。切替部１１は、第１の配管５を開閉することができるものであれば、バルブに限らない。第２のバルブ１３は、第１の配管５において、放熱部２と合流部１０との間に設けられる構成としてもよい。
【００４９】
次に、動作の詳細について説明する。図１４および図１５は、冷却装置４００の動作を示す図である。図１４は、冷却装置４００の周囲温度が所定の温度よりも高い場合の冷却装置４００の熱の伝達と冷媒の流れとを示す図である。図１４（ａ）において、矢印（実線）で第１の冷媒の流れを示す。冷却装置４００の周囲温度が所定の温度よりも高い場合、切替部１１の第１のバルブ１２を閉鎖し、第２のバルブ１３を開放する。ここでは、所定の温度は第１の冷媒である水が放熱部２において凍結する温度とする。受熱部１から流出した第１の冷媒は、分岐部９から放熱部２に流入し、再び受熱部１へと流入する。これにより、第１の冷媒が、放熱部２、受熱部１を循環する。受熱部１から流出した第１の冷媒は、第１のバルブ１２を閉鎖しているため、分岐部９からバイパス部７に流入しない。よって、放熱部２には第１の冷媒が流入する。
【００５０】
図１４（ｂ）において矢印で熱の流れを示す。冷却対象で発生した熱は、受熱部１における蒸発熱伝達により第１の冷媒に吸収され、第１の冷媒を通過し放熱部２における凝縮熱伝達により外気へ排出される。
【００５１】
図１５は、周囲温度が所定の温度以下の場合の冷却装置４００の熱の伝達と冷媒の流れとを示す図である。図１５（ａ）において、矢印（実線）で第１の冷媒の流れを示す。矢印（破線）で第２の冷媒の流れを示す。冷却装置４００の周囲温度が所定の温度以下の場合、切替部１１は第１のバルブ１２を開放し、第２のバルブ１３を閉鎖する。ここでは、所定の温度は第１の冷媒である水が放熱部２において凍結して作動しない温度である。受熱部１から流出した第１の冷媒は、第２のバルブ１３を閉鎖するため、分岐部９から、放熱部２側には流入しない。受熱部１から流出した第１の冷媒は、分岐部９からバイパス部７に流入し、バイパス部７に形成された熱伝達部８を通過し、再び受熱部１へと流入する。これにより、第１の冷媒が、受熱部１、熱伝達部８を循環する。また同時に、熱伝達部８から流出した第２の冷媒は、放熱部２を通過し、再び熱伝達部８へ流入する。これにより、第２の冷媒が、熱伝達部８、放熱部２を循環する。よって、放熱部２には第２の冷媒のみが流入する。
【００５２】
図１５（ｂ）において矢印で熱の流れを示す。冷却対象で発生した熱は、受熱部１における蒸発熱伝達により第１の冷媒に吸収され、第１の冷媒、熱伝達部８、第２の冷媒を通過し放熱部２における凝縮熱伝達により外気へ排出される。
【００５３】
なお、ここでは、第１のバルブ１２の開閉を判断する所定の温度は、第１の冷媒である水が放熱部２において凍結する温度としたがその他でもよい。第１の冷媒が凍結する温度よりも高い温度を所定の温度としてもよい。または、一定時間後に第１の冷媒が凍結すると予想される場合に第１のバルブを開放するようにしてもよい。この場合、第１の冷媒が凍結を始める前に、予め第１のバルブ１２を開放しておくことができ、第１の冷媒が放熱部２へ流入することを低減できる。また、反対に第１の冷媒が凍結する温度よりも低い温度を所定の温度とするまたは第１の冷媒が凍結する温度以下になってから一定時間経過後に、第１のバルブ１２を開放するようにしてもよい。この場合、第１の冷媒が完全に凍結するまでは、放熱部２において第１の冷媒を作動させることができる。
【００５４】
また同様に、第２のバルブ１３の開閉を判断する所定の温度は、第１の冷媒である水が放熱部２において凍結する温度としたがその他でもよい。第１の冷媒が凍結する温度よりも高い温度を所定の温度としてもよい。または、一定時間後に第１の冷媒が凍結すると予想される場合に第２のバルブを閉鎖するようにしてもよい。この場合、第１の冷媒が凍結を始める前に、予め第２のバルブ１３を閉鎖することにより第１の冷媒が放熱部２へ流入しないようにするため、放熱部２において第１の冷媒が凍結することを防止できる。また、反対に第１の冷媒が凍結する温度よりも低い温度を所定の温度とするまたは第１の冷媒が凍結する温度以下になってから一定時間経過後に、第２のバルブ１３を閉鎖するようにしてもよい。この場合、第１の冷媒が完全に凍結するまでは、放熱部２において第１の冷媒を作動させることができる。
【００５５】
上記のように、本実施形態の冷却装置４００は、冷却装置４００の周囲温度に応じて第１のバルブ１２及び第２のバルブ１３を開閉することで、放熱部２に流入する冷媒を切り替えることができる。このようにすれば、冷却装置４００の周囲温度が低温となり放熱部２において第１の冷媒である水が凍結した場合でも、第２の冷媒である不凍液を使用することができる。また、第１の冷媒である水が凍結しない定常使用温度の場合は、放熱部２において第１の冷媒である水を使用することができ、高い性能を得ることができる。よって、定常使用温度の場合は高い性能を有し、低温環境下でも使用することが可能な冷却装置を得ることができる。
【００５６】
以上の構成により、本実施の形態の冷却装置４００は、冷却装置の周囲温度に関わらず動作し、システムの規模に関わらず装置の大型化を防ぐことができる。また、冷媒を循環させるポンプを設ける場合、ポンプ規模の大型化を防ぐことができる。また、受熱部１へ供給する冷媒種類を統一することで受熱部１の温度ばらつきを抑制することが可能である。
【００５７】
また、第１の配管５を開閉する第１のバルブ１２と第２のバルブ１３とを有する切替部１１を備えるものである。第１のバルブ１２を備えることにより、冷却装置４００の周囲温度が所定の温度よりも高い場合、バイパス部７に第１の冷媒が流入することを防ぐことができ、高い性能を得ることができる。また、第２のバルブ１３を備えることにより、冷却装置４００の周囲温度が所定の温度以下の場合、放熱部２に第１の冷媒が流入することを防ぐことができ、放熱部２において第１の冷媒の凍結を低減することができる。
【００５８】
実施の形態５．
図１６にこの発明の実施の形態２に係る冷却装置５００の構成図を示す。冷却装置５００では、実施の形態２に係る冷却装置２００または実施の形態３に係る冷却装置３００または実施の形態４に係る冷却装置４００に、温度検知部１４、制御部１５をさらに備えたものである。図１６には、冷却装置４００に温度検知部１４、制御部１５をさらに備えたものを示す。その他の構成は、実質的に同様である。以下、上述の実施の形態で説明した構成と同一又は対応する構成については同一符号を付し、それらの構成の説明を繰り返し行わない。
【００５９】
温度検知部１４は、第１の冷媒に影響を与える冷却装置５００の周囲温度等の周囲温度情報を検知する。温度検知部１４は、例えば、冷却装置５００の内部の温度または、冷却装置５００の外気温度を取得する温度計である。外部からの気象情報等の情報に基づいて周囲温度を検知可能に設けられてもよい。制御部１５は、温度検知部１４が検知した周囲温度情報に基づいて切替部１１の動作を制御し、第１の冷媒の流路を切り替えることで、放熱部２に流入する冷媒を切り替える。
【００６０】
次に、動作の詳細について説明する。図１７は、図１６に示した冷却装置５００の動作を示す図である。温度検知部１４は周囲温度情報を取得し、取得した情報を制御部１５へ入力する。制御部１５は、周囲温度情報に応じて第１のバルブ１２、第２のバルブ１３の開閉を決定するプログラムが予め設定されている。制御部１５は、入力された周囲温度情報に応じて第１のバルブ１２、第２のバルブ１３の開閉を決定し、第１のバルブ１２、第２のバルブ１３の開閉を自動で制御する。
【００６１】
具体的には、制御部１５は、温度検知部１４が検知した周囲温度情報より、冷却装置５００の周囲温度が所定の温度より高い場合は、第１のバルブ１２を閉鎖し、第２のバルブ１３を開放する。制御部１５は、温度検知部１４が検知した周囲温度情報より、冷却装置５００の周囲温度が所定の温度以下の場合は、第１のバルブ１２を開放し、第２のバルブ１３を閉鎖する。ここでは、所定の温度は第１の冷媒である水が凍結する温度である０度とする。これにより、温度検知部１４が検知した冷却装置５００の周囲温度が所定の温度より高い場合は、第１の冷媒が放熱部２に流入し、温度検知部１４が検知した周囲温度情報が決められた値以下の場合は、第２の冷媒が放熱部２に流入する。
【００６２】
なお、冷却装置４００と同様に、第１のバルブ１２及び第２のバルブ１３の開閉を判断する所定の温度は、第１の冷媒である水が放熱部２において凍結する温度としたがその他でもよい。第１の冷媒が凍結する温度よりも高い温度を所定の温度として設定してもよい。または、一定時間後に第１の冷媒が凍結すると予想される場合に第１のバルブ１２及び第２のバルブ１３を開閉するようにしてもよい。また、反対に第１の冷媒が凍結する温度よりも低い温度を所定の温度とするまたは第１の冷媒が凍結する温度以下になってから一定時間経過後に、第１のバルブ１２及び第２のバルブ１３を開閉するようにしてもよい。
【００６３】
本実施の形態の冷却装置５００によれば、冷却装置の周囲温度に関わらず動作し、システムの規模に関わらず装置の大型化を防ぐことができる。また、冷媒を循環させるポンプを設ける場合、ポンプ規模の大型化を防ぐことができる。また、受熱部１へ供給する冷媒種類を統一することで受熱部１の温度ばらつきを抑制することが可能である。さらに、切替部１１の第１のバルブ１２及び第２のバルブ１３の開閉を自動で制御できる構造とすることで、人為的な温度モニターが不要となり、操作性の向上を図ることができる。
【００６４】
図１６及び図１７では、冷却装置５００は、実施の形態４に係る冷却装置４００に温度検知部１４、制御部１５をさらに備えたものを示したが、実施の形態２に係る冷却装置２００または実施の形態３に係る冷却装置３００に温度検知部１４、制御部１５をさらに備えたものとしてもよい。図１８は、冷却装置５００の他の構成である冷却装置５０１の動作を示す図である。冷却装置５０１は、冷却装置２００に温度検知部１４、制御部１５をさらに備えたものである。温度検知部１４は冷却装置５０１の周囲温度情報を取得し、取得した情報を制御部１５へ入力する。制御部１５は、周囲温度情報に応じて第１のバルブ１２の開閉を決定するプログラムが予め設定されている。制御部１５は、入力された周囲温度情報に応じて第１のバルブ１２の開閉を決定し、第１のバルブ１２の開閉を自動で制御する。
【００６５】
図１９は、冷却装置５００の他の構成である冷却装置５０２の動作を示す図である。温度検知部１４は冷却装置５０２の周囲温度情報を取得し、取得した情報を制御部１５へ入力する。制御部１５は、周囲温度情報に応じて第２のバルブ１３の開閉を決定するプログラムが予め設定されている。制御部１５は、入力された周囲温度情報に応じて第２のバルブ１３の開閉を決定し、第２のバルブ１３の開閉を自動で制御する。
【００６６】
本実施の形態の冷却装置５０１または冷却装置５０２によれば、冷却装置の周囲温度に関わらず動作し、システムの規模に関わらず装置の大型化を防ぐことができる。また、冷媒を循環させるポンプを設ける場合、ポンプ規模の大型化を防ぐことができる。また、受熱部１へ供給する冷媒種類を統一することで受熱部１の温度ばらつきを抑制することが可能である。さらに、切替部１１の第１のバルブ１２または第２のバルブ１３の開閉を自動で制御できる構造とすることで、人為的な温度モニターが不要となり、操作性の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【００６７】
１  受熱部、  ２  放熱部、  ３  ポンプ、  ５  第１の配管、  ６  第２の配管、  ７  バイパス部、  ８  熱伝達部、  ９  分岐部、  １０  合流部、  １１  切替部、  １２  第１のバルブ、  １３  第２のバルブ、  １４  温度検知部、  １５  制御部、１００、２００、３００、４００、５００、５０１、５０２  冷却装置。
【図１】
2020161513.tif 000003
【図２】
2020161513.tif 000004
【図３】
2020161513.tif 000005
【図４】
2020161513.tif 000006
【図５】
2020161513.tif 000007
【図６】
2020161513.tif 000008
【図７】
2020161513.tif 000009
【図８】
2020161513.tif 000010
【図９】
2020161513.tif 000011
【図１０】
2020161513.tif 000012
【図１１】
2020161513.tif 000013
【図１２】
2020161513.tif 000014
【図１３】
2020161513.tif 000015
【図１４】
2020161513.tif 000016
【図１５】
2020161513.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
2020161513.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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