(57)【要約】【課題】  冷媒として超臨界流体を用いた場合でも、冷媒の逆循環の発生を防止することができる自然循環型冷却装置の制御方法、および自然循環型冷却装置を提供する。【解決手段】  冷媒が、熱源側熱交換器１からガス配管４に向かってまたは負荷側熱交換器２から液配管３に向かって流れようとする逆循環発生条件にあるか否かを検出する工程と、逆循環発生条件にあると判定した場合、熱源側熱交換器１または負荷側熱交換器２の一方または両方における熱交換量を変更する工程と、所定時間後、元の熱交換量に戻す工程とを有する。逆循環発生条件の判定は、熱源側熱交換器１に供給される冷熱媒体の温度（ＴＨ１）、該温度（ＴＨ１）と負荷側熱交換器２に供給される温熱媒体の温度（ＴＨ２）との温度差、負荷側伝熱管２１の最下部近傍における温度（ＴＨ３）とその最上部近傍における温度（ＴＨ４）との温度差、に基づく。【選択図】  図１０
2006220354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高低差を設けて配置された熱源側伝熱管を具備する熱源側熱交換器と、高低差を設けて配置された負荷側伝熱管を具備し、前記熱源側熱交換器よりも低い位置に設置された負荷側熱交換器と、前記熱源側伝熱管の最下部と前記負荷側伝熱管の最下部とを連通する液配管と前記負荷側伝熱管の最上部と前記熱源側伝熱管の最上部とを連通するガス配管と、前記熱源側伝熱管および液配管および負荷側伝熱管およびガス配管に封入された作動流体と、を有する作動流体自然循環型の冷却装置における自然循環型冷却装置の制御方法であって、
前記作動流体が、前記熱源側熱交換器から前記ガス配管に向かって、または前記負荷側熱交換器から前記液配管に向かって流れようとする逆流発生条件にあるか否かを検出する逆流発生条件検出工程と、
該逆流発生条件検出工程において前記作動流体が逆流発生条件にあると判定した場合、前記熱源側熱交換器における熱交換量または前記負荷側熱交換器における熱交換量の一方または両方を変更する熱交換量変更工程と、
該熱交換量変更工程から所定時間が経過した後、前記熱交換量変更工程において変更した熱交換量を前記熱交換量変更工程の前の熱交換量に戻す熱交換量戻し工程と、を有することを特徴とする自然循環型冷却装置の制御方法。
【請求項２】
前記作動流体が、二酸化炭素（ＣＯ２）であることを特徴とする請求項１記載の自然循環型冷却装置の制御方法。
【請求項３】
前記逆流発生条件検出工程において、前記熱源側熱交換器に供給されて前記作動流体と熱交換をする冷熱媒体の前記熱源側熱交換器の供給側における温度に基づいて、前記作動流体が逆流発生条件にあるか否かを検出することを特徴とする請求項１または２記載の自然循環型冷却装置の制御方法。
【請求項４】
前記逆流発生条件検出工程において、前記熱源側伝熱管の最上部近傍における温度と、前記熱源側伝熱管の最下部近傍における温度とに基づいて、前記作動流体が逆流発生条件にあるか否かを検出することを特徴とする請求項１または２記載の自然循環型冷却装置の制御方法。
【請求項５】
前記冷熱媒体が空気であることを特徴とする請求項３または４記載の自然循環型冷却装置の制御方法。
【請求項６】
前記逆流発生条件検出工程において、前記熱源側熱交換器に供給されて前記作動流体と熱交換をする冷熱媒体の温度と、前記負荷側熱交換器に供給されて前記作動流体と熱交換をする温熱媒体の温度とに基づいて、前記作動流体が逆流発生条件にあるか否かを検出することを特徴とする請求項１または２記載の自然循環型冷却装置の制御方法。
【請求項７】
前記逆流発生条件検出工程において、前記負荷側伝熱管の最上部近傍における温度と、前記負荷側伝熱管の最下部近傍における温度とに基づいて、前記作動流体が逆流発生条件にあるか否かを検出することを特徴とする請求項１または２記載の自然循環型冷却装置の制御方法。
【請求項８】
前記温熱媒体が空気であることを特徴とする請求項６または７記載の自然循環型冷却装置の制御方法。
【請求項９】
高低差を設けて配置された熱源側伝熱管を具備する熱源側熱交換器と、
高低差を設けて配置された負荷側伝熱管を具備し、前記熱源側熱交換器よりも低い位置に設置された負荷側熱交換器と、
前記熱源側伝熱管の最下部と前記負荷側伝熱管の最下部とを連通する液配管と、
前記負荷側伝熱管の最上部と前記熱源側伝熱管の最上部とを連通するガス配管と、
前記熱源側伝熱管および液配管および負荷側伝熱管およびガス配管に封入された作動流体と、
前記作動流体が、前記熱源側熱交換器から前記ガス配管に向かって、または前記負荷側熱交換器から前記液配管に向かって流れようとする逆流発生条件にあることを検出した場合、前記熱源側熱交換器における熱交換量または前記負荷側熱交換器における熱交換量の一方または両方を、所定の時間の間だけ変更する熱交換量変更手段と、
を有することを特徴とする自然循環型冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自然循環型冷却装置およびその制御方法、特に、作動流体（冷媒）が超臨界状態になった場合でも、作動流体（冷媒）の逆循環を防止することができる自然循環型冷却装置の制御方法、および該制御方法を実行する自然循環型冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発熱する電子機器を収納する収納室、例えば、移動体通信の中継電子機器を納めた通信基地局等に代表される電子機器収納室は、発熱を除去するため年間を通じて冷却運転する必要が急速に増している。かかる冷却運転には冷媒自然循環を利用した冷却装置（以下「冷媒自然循環型冷却装置」と称す）が多用されている。  
冷媒自然循環型冷却装置は、室内温度と室外温度（外気温度）との温度差と、室内熱交換器と室外熱交換器との高低差とを利用するものであって、作動流体（以下「冷媒」と称す）を圧縮する圧縮機を使用しないため、通常の蒸気圧縮式の冷却装置よりも年間消費電力を大幅に低減することができるものである。
【０００３】
具体的には、室内熱交換器（負荷側熱交換器に同じ、以下「蒸発器」と称する場合がある）と、室外熱交換器（熱源側熱交換器に同じ、以下「凝縮器」と称する場合がある）とを具備し、蒸発器が凝縮器よりも低い位置に設置され、これらを連結する冷媒循環経路が形成されている。したがって、室内温度が室外温度よりも高い場合、冷媒は、蒸発器において加熱・蒸発し、上昇して凝縮器に到達する。そして、凝縮器において冷却・凝縮し、下降して蒸発器に到達する。
【０００４】
ところで、冷媒循環経路において、冷媒流速が速く、流速損失が大きく、蒸発器内のコイル抵抗が大きく摩擦損失が大きい等の場合には、蒸発したガスの排出が悪くなり、最悪の場合、蒸発したガス状の冷媒（以下「ガス状冷媒」と称す）が逆循環することも起こり得る。
このため、蒸発器の入口側に該蒸発器で蒸発したガス状冷媒の逆循環を防ぐためのトラップ、あるいは、凝縮器の入口側に該凝縮器で凝縮した液状の冷媒（以下「液状冷媒」と称す）の逆循環を防ぐためのトラップを設ける発明が開示されている。これによれば、蒸発器内で発生したガス状冷媒の逆循環がトラップによって阻止され、あるいは、凝縮器内で発生した液状冷媒の逆循環がトラップによって阻止されるから、自然循環サイクルが実行される（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−４８４８４号公報（第１頁−第３頁，図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記トラップは、最低位置を具備する略Ｕ字状の「液溜まり」あるいは、最高位置を具備する略逆Ｕ字状の「ガス溜まり」であるため、冷媒が超臨界の状態（気相のみの一相状態）では同一温度での冷媒密度差が小さいことから、かかる「液溜まり」や「ガス溜まり」が機能しなかったりする。したがって、逆循環を防ぐためのトラップが有効に作用せず、逆循環が生じて冷却性能が低下する場合（これについては別途詳細に説明する）があった。
【０００７】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、超臨界状態の冷媒において、冷媒が逆循環する条件が発生しても、逆循環の発生を防止して常に正循環で運転することができる、冷媒自然循環型冷却装置の制御方法、および冷媒自然循環型冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る自然循環型冷却装置の制御方法は、高低差を設けて配置された熱源側伝熱管を具備する熱源側熱交換器と、高低差を設けて配置された負荷側伝熱管を具備し、前記熱源側熱交換器よりも低い位置に設置された負荷側熱交換器と、前記熱源側伝熱管の最下部と前記負荷側伝熱管の最下部とを連通する液配管と、前記負荷側伝熱管の最上部と前記熱源側伝熱管の最上部とを連通するガス配管と、前記熱源側伝熱管および液配管および負荷側伝熱管およびガス配管に封入された作動流体と、を有する作動流体自然循環型の冷却装置におけるものであって、
前記作動流体が、前記熱源側熱交換器から前記ガス配管に向かって、または前記負荷側熱交換器から前記液配管に向かって流れようとする逆循環発生条件にあるか否かを検出する逆循環発生条件検出工程と、
該逆循環発生条件検出工程において前記作動流体が逆循環発生条件にあると判定した場合、前記熱源側熱交換器における熱交換量または前記負荷側熱交換器における熱交換量の一方または両方を変更する熱交換量変更工程と、
該熱交換量変更工程から所定時間が経過した後、前記熱交換量変更工程において変更した熱交換量を前記熱交換量変更工程の前の熱交換量に戻す熱交換量戻し工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る自然循環型冷却装置は、
高低差を設けて配置された熱源側伝熱管を具備する熱源側熱交換器と、
高低差を設けて配置された負荷側伝熱管を具備し、前記熱源側熱交換器よりも低い位置に設置された負荷側熱交換器と、
前記熱源側伝熱管の最下部と前記負荷側伝熱管の最下部とを連通する液配管と、
前記負荷側伝熱管の最上部と前記熱源側伝熱管の最上部とを連通するガス配管と、
前記熱源側伝熱管および液配管および負荷側伝熱管およびガス配管に封入された作動流体と、
前記作動流体が、前記熱源側熱交換器から前記ガス配管に向かって、または前記負荷側熱交換器から前記液配管に向かって流れようとする逆循環発生条件にあることを検出した場合、前記熱源側熱交換器における熱交換量または前記負荷側熱交換器における熱交換量の一方または両方を、所定の時間の間だけ変更する熱交換量変更手段と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
したがって、本発明に係わる自然循環型冷却装置の制御方法は、作動流体（冷媒に同じ）が逆循環発生条件にあることを検出した場合、熱源側熱交換器における熱交換量または負荷側熱交換器における熱交換量の一方または両方を、所定の時間の間だけ変更して、該変更によって作動流体（冷媒）の正方向の流れを顕在化させるため、逆循環の発生が確実に防止され、高い冷却性能を発揮することができる。そして、本発明に係わる自然循環型冷却装置は、かかる制御方法を実行するため、逆循環の発生が確実に防止され、高い冷却性能を発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
［実施形態１］
（自然循環型冷却装置その１）
図１は、本発明の実施形態１に係る自然循環型冷却装置の構成を示す模式図である。図１に示すように、自然循環型冷却装置１００は、冷熱媒体を空気としたプレートフィン（図示しない）および熱源側伝熱管１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ（以下「熱源側チューブ１１」と総称する）を具備する熱源側熱交換器１と、熱源側熱交換器１よりも低い位置に配置され、温熱媒体を空気としたプレートフィン（図示しない）および負荷側伝熱管２１ａ、２２ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ（以下「負荷側チューブ２１」と総称する）を具備する負荷側熱交換器２と、熱源側チューブ１１の最下部と負荷側チューブ２１の最下部とを連通する液配管３と、負荷側チューブ２１の最上部と熱源側チューブ１１の最上部とを連通するガス配管４と、を有している。
そして、熱源側チューブ１１、液配管３、負荷側チューブ２１、およびガス配管４には図示しない作動流体（以下「冷媒」と称す）、例えば、臨界温度（約３１℃）以上で超臨界状態となる二酸化炭素が封入されている。
【００１２】
熱源側熱交換器１および負荷側熱交換器２は、圧力損失を低減するため複数の冷媒流路、すなわち、熱源側チューブ１１および負荷側チューブ２１を具備し、該チューブ１１、１２は、数十ｃｍ程度の微小高低差でも安定動作が可能である。
なお、図１において、熱源側熱交換器１では、４系列の熱源側チューブ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄのそれぞれの上端部が熱源側流入管１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ（以下「熱源側流入管１４」と総称する場合がある）によってガス配管４に連結され、それぞれの下端部が熱源側流出管１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ（以下「熱源側流出管１３」と総称する場合がある）によって液配管３に連結されている。かかる状態は、ガス配管４の上部が複数の熱源側流入管１４に分岐し、液配管３の上部が複数の熱源側流出管１３に分岐したことに同じである。
【００１３】
また、同様に、負荷側熱交換器２では、６系列の負荷側チューブ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆのそれぞれの下端部が負荷側流入管２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ（以下「負荷側流入管２３」と総称する場合がある）によって液配管３に連結され、それぞれの上端部が負荷側流出管２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆ（以下「負荷側流出管２４」と総称する場合がある）によってガス配管４に連結されている。かかる状態は、液配管３の下部が複数の負荷側流入管２３に分岐し、ガス配管４の下部が複数の負荷側流出管２４に分岐したことに同じである。
【００１４】
さらに、冷媒の逆循環防止を目的として、ガス配管４の上部（熱源側流入管１４に分岐するよりも高い位置）には略Ｕ字型のガス配管トラップ部４１が、液配管３の下部（負荷側流入管２３に分岐するよりも低い位置）には略逆Ｕ字型の液配管トラップ部３２がそれぞれ形成されている。
なお、以上は、熱源側チューブ１１が４系列に、負荷側チューブ２１が６系列の場合を例示しているが、本発明はそれぞれその系列数を限定するものではない。また、熱源側チューブ１１および負荷側チューブ２１の形態が、平面視および側面視で蛇行（複数に屈曲）する形態を例示しているが、本発明はこれに限定するものではない。
【００１５】
熱源側熱交換器１は負荷側熱交換器２よりも高い位置に設置され、熱源側熱交換器１の下面と負荷側熱交換器２の上面は、例えば数十ｃｍ以上の高低差を設けて設置されている（図１中に「H」で図示）。
また、熱源側熱交換器１には熱源側送風機１５（冷熱媒体供給手段に相当する）が備えられ、熱源側熱交換器１の外表面、具体的には熱源側チューブ１１および図示しないプレートフィンに向けて室外空気（外気）が強制的に供給される。このとき、室外空気（外気）は、下方から上方に向かって、すなわち、熱源側流出管１３側から熱源側流入管１４側に向かって供給されるから、熱源側チューブ１１内では、より低い位置にある冷媒の方がより高い位置にある冷媒よりも、より先に、より低温の室外空気によって冷却されることになる。図１に、熱源側熱交換器１の供給側（下側）の室外空気の流れを白抜き矢印１６で、排出側（上側）の室外空気の流れを白抜き矢印１７で示している。
【００１６】
このため、熱源側チューブ１１内のより低い位置にある冷媒はより高い位置にある冷媒よりも、先に凝縮したり高い密度になったりするため、重力によってスムーズに下方向（熱源側流出管１３）に流下することができる。
かかる状態は、冷熱媒体である室外空気の流れる方向と、熱源側チューブ１１内の冷媒の流れる方向が、互いに対向（互いに反対）していると捉えることができる。このとき、冷媒は低い位置になるに従って冷却されて低温になるものの、室外空気は熱源側チューブ１１に沿った低い位置ではまだ低い温度にあるから、熱源側チューブ１１内の低い位置でも、両者には所定の温度差が確保され、十分な熱交換が可能になっている（これについては別途詳細に説明する）。
【００１７】
また、負荷側熱交換器２には負荷側送風機２５（温熱媒体供給手段に相当する）が備えられており、負荷側熱交換器２の外表面、具体的には負荷側チューブ２１および図示しないプレートフィンに向けて室内空気が強制的に供給される（供給側（上側）の室内空気の流れを白抜き矢印２６で、排出側（下側）の室内空気の流れを白抜き矢印２７で示している）。
このとき、負荷側熱交換器２の外表面へ供給される室内空気は、上方から下方に向かって、すなわち、負荷側流出管２４側から負荷側流入管２３側に向かって供給されるから、負荷側チューブ２１内では、より高い位置にある冷媒の方がより低い位置にある冷媒よりも、より先に、より高温の室内空気によって加熱されることになる。このため、負荷側チューブ２１内のより高い位置にある冷媒はより低い位置にある冷媒よりも、先に蒸発したり低い密度になったりするため、重力によってスムーズに上方向（負荷側流出管２４）に上昇することができる。
かかる状態は、温熱媒体である室内空気の流れる方向と、負荷側チューブ２１内の冷媒の流れる方向が、互いに対向（互いに反対）していると捉えることができる。このとき、負荷側チューブ２１内の冷媒は高い位置になるに従って温められて高温になるものの、室内空気は負荷側チューブ２１に沿った高い位置ではまだ高い温度にあるから、負荷側チューブ２１内の高い位置でも両者には所定の温度差が確保され、十分な熱交換が可能になっている。
【００１８】
（自然循環型冷却装置その１の運転動作）
次に、自然循環型冷却装置１００の運転動作を説明する。自然循環型冷却装置１００は例えば年間を通して冷却が必要な場所に利用され、室内温度が室外温度よりも高い場合に、室内温度と室外温度との温度差を利用して冷媒自然循環による冷却運転を行うものである。
自然循環運転では、熱源側熱交換器１において低温の室外空気によって冷却され凝縮した液状冷媒が、複数の熱源側流出管１３より流出し、液配管３を下降する。液配管３を下降した液状冷媒は、液配管トラップ部３２を通って複数の負荷側流入管２３に分岐され、負荷側熱交換器２に流入する。そして、負荷側熱交換器２において高温の室内空気によって温められ蒸発したガス状冷媒は、負荷側流出管２４より流出し、ガス配管４を上昇する。ガス配管４を上昇した冷媒は、ガス配管トラップ部４１を通って複数の熱源側流入管１４に分岐され、熱源側熱交換器１に戻ることで自然循環サイクルが形成される。
【００１９】
（エンタルピー差）
図２は、本発明の実施形態１に係る自然循環型冷却装置において冷媒としてＲ４１０Ａ（ＨＦＣ系冷媒）を用いた場合の圧力−エンタルピー線図である。例えば、ＨＦＣ系冷媒であるＲ４１０Ａを用いた場合、図２の圧力−エンタルピー線図に示すように、室内温度３０℃、室外温度２０℃の場合は、Ａ１−Ａ２間（●印を結ぶ線分）を、室内温度５０℃、室外温度４０℃の場合は、Ｂ１−Ｂ２間（▲印を結ぶ線分）を、それぞれ点線矢印方向に往復するサイクルとなる。これより、Ｒ４１０Ａの場合、両条件とも冷媒は気液二相状態で循環していることがわかる。
【００２０】
次に、冷媒が超臨界状態となる場合の自然循環サイクルについて説明する。冷媒が超臨界状態となる場合（二酸化炭素では３１℃以上）、冷媒の凝縮や蒸発は生じない。
すなわち、熱源側熱交換器１で放熱し（冷却されるに同じ）、温度の低下した（密度の増加した）冷媒が複数の熱源側流出管１３より流出して液配管３を下降する。液配管３を下降した冷媒は、液配管トラップ部３２を経由して複数の負荷側流入管２３に分岐され、負荷側熱交換器２に流入する。
負荷側熱交換器２で吸熱し（加熱されるに同じ）、温度の上昇した（密度の減少した）冷媒は、負荷側流出管２４より流出してガス配管４を上昇する。ガス配管４を上昇した冷媒は、ガス配管トラップ部４１を経由して複数の熱源側流入管１４に分岐され、熱源側熱交換器１に戻る。
【００２１】
図３は、本発明の実施形態１に係る自然循環型冷却装置において冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）を用いた場合の圧力−エンタルピー線図である。二酸化炭素（ＣＯ２）場合、室内温度３０℃、室外温度２０℃の気液二相状態であるＣ１−Ｃ２間（●印を結ぶ線分）に相当するエンタルピー差（図２のＲ４１０Ａの場合のＡ１−Ａ２間と略同等）が得られるのに対し、室内温度５０℃、室外温度４０℃の超臨界状態であるＤ１−Ｄ２間（▲印を結ぶ線分）では、相変化が生じないためエンタルピー差が急激に減少する。
【００２２】
ところで、室内温度が室外温度より低い温度の場合、自然循環は生じず、冷媒は温度の低い負荷側熱交換器２（室内熱交換器に同じ）内で滞留する。このとき、相変化が生じる冷媒では、従来技術のように液配管３の最低位置である液配管トラップ部３２内に液状冷媒が蓄積され、該蓄積液状冷媒によって液配管３が閉塞されるから、室内温度が室外温度より再び上昇した場合に逆循環が防止される。
ところが、超臨界状態となる冷媒では、液配管トラップ部３２内に比較的密度の低いガス状冷媒が蓄積されたとしても、液配管３が閉塞されることはないから、液配管トラップ部３２内が逆循環防止機能を有効に発揮しない場合が生じる。
【００２３】
（冷媒の温度変化）
図４は、本発明の実施形態１に係る自然循環型冷却装置の熱交換器出入口において測定した冷媒温度の温度変化図であって、 室外温度一定の条件で室内温度を低下および再上昇させている。図４の（ａ）は、当初、室内温度の方が室外温度よりも高かったものが、室内温度が低下して室外温度よりも低い温度になる状態が発生し、その後、再び室内温度が上昇して室内温度と室外温度が再び逆転している。
このとき、図４の（ｂ）および（ｃ）に示すように、熱源側熱交換器１の入口温度および出口温度、負荷側熱交換器２の入口温度および出口温度が、全て同一の温度になる領域（図中、「Ｅ」にて示す）が存在している。そして、その後に、熱源側熱交換器１の入口温度および出口温度が、負荷側熱交換器２の入口温度および出口温度の方が高い温度になって、高低の関係が逆転している。
【００２４】
これは、液状冷媒が存在しない超臨界状態では、各配管内のそれぞれの位置における密度が、その周囲温度に依存するためである。例えば、負荷側熱交換器２に供給される室内空気（吸い込み空気に同じ）の温度分布により液配管トラップ部３２の液配管４に近い部位が加熱されて、この位置にある冷媒は昇温して密度が低下するため、液配管４内に上昇流が生じたり、あるいはガス配管トラップ部４１のガス配管３に近い位置が冷却されて、この位置にある冷媒の温度は低くなり密度が増加するため、ガス配管４内に下降流が生じたりするためである。
【００２５】
（冷媒の密度変化）
図５は、二酸化炭素（ＣＯ２）の超臨界域における密度と温度との関係を示す密度−温度相関図である。なお、かかる関係は、圧力をパラメータとした温度に対する密度変化を示しているが、本発明の実施形態１に係る自然循環型冷却装置（冷媒の量が一定）において冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）を用いた場合を十分に説明できるものである。
すなわち、温度に対する密度の変化は圧力に依存するが、圧力を７．５ＭＰａ、８．５ＭＰａ、および９．５ＭＰａの一定値にして温度を変更すると、温度に対して密度が大きく変化する領域が、概ね３０℃近辺、３５〜４０℃、および３５〜５０℃の間に存在する。このことは、冷媒の温度が僅かに変動しても密度が大きく変化することを示している。
【００２６】
（冷媒の逆循環）
負荷側熱交換器２は室内空気（温熱媒体に同じ）を上方から下方に向かって供給しているから、負荷側チューブ２１内の上方にある冷媒は、下方にある冷媒よりも、より先に、より高温の室内空気によって加熱され、より早期に高い温度になって密度が低くなる。したがって、負荷側チューブ２１内の上方の冷媒は早期に軽くなってスムーズにガス配管４に向かって上昇すると共に、該上昇によって負荷側チューブ２１内の下方にある冷媒をあたかも上方に吸引され、正の循環流れを形成することになる。
【００２７】
しかしながら、室吸い込み空気の温度分布の影響などで、負荷側チューブ２１内の上下方向で冷媒の密度分布、すなわち、冷媒の温度分布が変動し、前記の大小関係が逆転した場合には、負荷側チューブ２１内の高い位置にある冷媒は下降し、該下降によって負荷側チューブ２１内の低い位置にある冷媒をあたかも下方に押し下げて、逆の循環流れ（逆循環に同じ）を形成することになる。
例えば、冷媒の温度が、温度に対して密度が大きく変化する領域（図５参照）にあって、負荷側熱交換器２の入口温度と出口温度との温度差が僅かの場合、冷媒の流速は小さいため、僅かの温度変動によって、確率的に冷媒の逆循環が発生することになる（これについては別途詳細に説明する）。このとき、冷媒は超臨界状態（気相のみの一相）であるから液配管トラップ部３２は逆循環を阻止する機能を発揮することができない。
【００２８】
図６は、本発明の実施形態１に係る自然循環型冷却装置における冷媒の逆循環を説明するために冷媒回路を模式的に示した模式冷媒回路図である。図６において、熱源側熱交換器１の熱源側チューブ１１内および負荷側熱交換器２の負荷側チューブ２１内では、局所的にはランダムに複数の正方向の流れと複数の逆方向の流れとが混在している。その一部を実線矢印ア、ウで模式的に示し、これを「逆循環要素ア、エ」と、またその一部を破線矢印イ、エで模式的に示し、これを「正循環要素イ、ウ」と称す。
【００２９】
すなわち、熱源側熱交換器１の熱源側チューブ１１内を局所的に見た場合、より低い位置にある冷媒の密度（温度に対応している）が、これよりもより高い位置にある冷媒の密度よりも大きくなっている局所的な領域では「正循環要素イ」が形成され、一方、これと密度の大小が反対の局所的な領域では「逆循環要素ア」が形成される。
また、負荷側熱交換器２の負荷側チューブ２１内を局所的に見た場合、より高い位置にある冷媒の密度（温度に対応している）が、これよりもより低い位置にある冷媒の密度よりも小さくなっている局所的な領域では「正循環要素ウ」が形成され、一方、これと密度の大小関係が反対になっている局所的な領域では「逆循環要素エ」が形成される。
したがって、正循環要素イおよび正循環要素ウが顕在化している場合は、局所的に逆循環要素ア、エが存在していたとしても、全体として冷媒は正循環を継続する。一方、何らかの理由により、逆循環要素アおよび逆循環要素エが顕在化すると、局所的に正循環要素イ、ウが存在していたとしても、全体で冷媒の逆循環が発生することになる。
【００３０】
（冷媒の逆循環の防止）
本発明は、冷媒回路を全体で見たときに冷媒の逆循環が発生する条件を検知して、該逆循環の発生条件が検知された際、逆循環要素ア、エを潜在化（該要素の発生数量の減少、発生領域の縮小、局所的な流速の低下等）または逆循環要素ア、エを略消失させることによって、正循環要素イ、ウを顕在化（該要素の発生数量の増加、発生領域の拡大、局所的な流速の増大等）させることによって、全体として冷媒の正循環を維持しようとするものである。
具体的には、一定時間の間、熱源側熱交換器１への冷熱の供給または負荷側熱交換器２への温熱の供給の一方または両方を停止（熱源側送風機１５または負荷側送風機２５の運転停止）、もしくは、冷熱または温熱の一方または両方の供給量を大幅に低減する（熱源側送風機１５または負荷側送風機２５を大幅に低速回転にする）。そうすると、熱源側チューブ１１内の冷媒と冷熱媒体との熱交換量（冷媒の放熱量に同じ）または負荷側チューブ２１内の冷媒と温熱媒体との熱交換量（冷媒の吸熱量に同じ）が、ほとんど皆無、もしくは、大幅に変動するから、冷媒の温度変化が皆無もしくはほとんど無い状態になって、冷媒は単に重力の作用によって移動することになる。
【００３１】
このとき、熱源側チューブ１１内では比重の大きい冷媒が下降し、正循環要素イが顕在化して逆循環要素アは潜在化し、かかる冷媒は液配管４側に流れ込む。一方、負荷側チューブ２１内では比重の小さい冷媒が上昇し、正循環要素ウが顕在化して逆循環要素エは潜在化し、かかる冷媒はガス配管４側に流れ込む。
そして、前記一定時間の熱交換の停止または熱交換量の低減が終了した後は、再度、熱源側熱交換器１への冷熱の供給または負荷側熱交換器２への温熱の供給を再開する。そうすると、前述のように、熱交換による温度変化によって、正循環要素イ、ウはさらに顕在化し、全体として正方向の循環が得られる。
なお、前記一定時間の間に、仮に、全体として正方向の循環が形成されない場合であっても、逆循環要素ア、エは潜在化しているから、かかる冷熱または温熱の供給を再開すれば、熱交換による温度変化によって全体として正方向の循環が得られる。
【００３２】
（冷却性能）
図７は、本発明の実施形態１に係る自然循環型冷却装置における冷媒の冷却性能を説明するための冷却性能図であって、冷媒として用いた二酸化炭素（ＣＯ２）が超臨界状態となる室内温度５０℃、室外温度４０℃における冷却能力を、冷媒流れ方向の影響を冷媒量に対して示したものである。
図７において、○印および実線は、正循環時（対向流に同じ）の実験結果と計算結果をそれぞれ示しており、△印および破線は、逆循環時（並行流に同じ）の実験結果と計算結果を示している。計算結果と実験結果はよく一致し、冷却能力が極大付近となる冷媒量１．２Ｋｇにおいて、冷媒が流れる方向により冷却能力が約４０％変化している。以上から、逆循環が生じた場合、正循環の場合に比べて冷却性能が４０％程度減少することがわかる。
【００３３】
冷媒が正循環をしている場合は、熱源側チューブ１１内の冷媒の流れる方向（下向き）と熱源側チューブ１１に沿って流れる室外空気（冷熱媒体に同じ）の流れる方向（上向き）とが反対で、対向流となっている。このとき、冷媒は下方になる程冷やされるため低い温度になり、室外空気（冷熱媒体に同じ）は下方ではまだ温められいないため低い温度であるから、冷媒と室外空気とは熱源側チューブ１１に沿って上下方向で同様の温度勾配を有する。すなわち、熱源側チューブ１１に沿った全域で、冷媒と室外空気との間には所定の温度差が確保されることになり、前記のように良好な冷却性能が発揮されることになる。
一方、冷媒が逆循環をしている場合は、前記対向流とは反対に、冷媒と室外空気とは、並行流（それぞれが略同一方向に流れる）となっている。このとき、冷媒と室外空気とは熱源側チューブ１１に沿って上下方向で相違する温度勾配を有する。すなわち、熱源側チューブ１１の上方では冷媒と室外空気との温度差が下方よりも小さくなり、前記のように冷却性能が低下することになる。
【００３４】
同様に、負荷側チューブ２１内の冷媒の流れる方向（上向き）と負荷側チューブ２１に沿って流れる室内空気（温熱媒体に同じ）の流れる方向（下向き）とが反対で、対向流となっている。このとき、冷媒は上方になる程温められるため高い温度になり、室内空気（温熱媒体に同じ）は上方になる程まだ冷やされていないため高い温度になっているから、冷媒と室外空気とは負荷側チューブ２１に沿った上下方向で同様の温度勾配を有する。すなわち、負荷側チューブ２１に沿った全域で、冷媒と室外空気との間には所定の温度差があることになり、前記のように良好な冷却性能が発揮されることになる。
一方、冷媒が逆循環をしている場合は、前記対向流とは反対に、冷媒と室内空気とは並行流（それぞれが略同一方向に流れる）となっている。このとき、冷媒と室内空気とは負荷側チューブ２１に沿った上下方向で相違する温度勾配を有する。すなわち、負荷側チューブ２１の下方では冷媒と室内空気との温度差が上方よりも小さくなり、前記のように冷却性能が低下することになる。
【００３５】
（逆流防止制御その１）
図８は、本発明の実施形態１に係る自然循環型冷却装置の逆流防止制御を実施した場合の温度変化図である。図８において、室内温度５０℃、室外温度１０℃で逆循環が生じている場合に、負荷側送風機２５および熱源側送風機１５を一定時間の間だけ運転を停止し、その後運転を再開した場合の熱源側送風機１５および負荷側送風機２５の回転数の変化、負荷側熱交換器２の出入口温度の過渡変化を示したものである。
まず、負荷側送風機２５および熱源側送風機１５を停止した場合、負荷側熱交換器２の入口温度と出口温度とが、５０℃と１０℃の中間の温度である３０℃程度で一致することから、冷媒自然循環が動作していることがわかる。
次に、負荷側送風機２５および熱源側送風機１５の運転を再開すると、大きな冷媒流速が生じ、正方向の循環が生じることが負荷側熱交換器２の出口温度の方が入口温度よりも高くなる「逆転現象」から確認できる。
なお、負荷側送風機２５および熱源側送風機１５の停止時間は、前記逆循環要素が潜在化する時間、つまり、重力の作用によって冷媒が移動し、冷媒量分布が安定する時間（例えば、１０秒以上）とすれば、十分な効果が得られる。
【００３６】
（逆流防止制御その２）
図９は、本発明の実施形態１に係る自然循環型冷却装置の逆流防止制御を実施した場合の温度変化図である。図９は、室内外の温度差が小さい場合であって、室内温度５０℃、室外温度４３℃で逆循環が生じている場合に、負荷側送風機２５および熱源側送風機１５を一定時間の間だけ運転を停止し、その後運転を再開した場合の熱源側送風機１５および負荷側送風機２５の回転数の変化、負荷側熱交換器２の出入口温度の過渡変化を示したものである。
まず、第１ステップとして、負荷側送風機２５および熱源側送風機１５を停止した場合、負荷側熱交換器２の入口温度と出口温度とが、４７℃程度で一致することから、該停止後も、冷媒自然循環が動作していることがわかる。
次に、第２ステップとして、負荷側送風機２５および熱源側送風機１５の運転を再開すると、大きな冷媒流速が生じ、正方向の循環が生じることが負荷側熱交換器２の出口温度の方が入口温度よりも高くなる「逆転現象」から確認できる。
【００３７】
（制御装置）
図１０は、本発明の実施形態１に係る自然循環型冷却装置における制御装置を説明する模式図である。なお、図１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。図１０において、自然循環型冷却装置１００は、熱源側熱交換器１に供給される室外空気の温度ＴＨ１（以下「室外吸い込み空気温度ＴＨ１」と称す）を検知する室外吸い込み空気温度検知手段６１（冷熱媒体温度検知手段に相当する）と、負荷側熱交換器２に供給される室内空気の温度ＴＨ２（以下「室内吸い込み空気温度ＴＨ２」と称す）を検知する室内吸い込み空気温度検知手段６２（温熱媒体温度検知手段に相当する）と、負荷側熱交換器２の入口における配管温度ＴＨ３（以下「負荷側熱交換器入口温度ＴＨ３」と称す）を検知する負荷側熱交換器入口温度検知手段６３と、負荷側熱交換器２の出口における配管温度ＴＨ４（以下「負荷側熱交換器出口温度ＴＨ４」と称す）を検知する負荷側熱交換器出口温度検知手段６４（例えば、サーミスター）と、かかる温度検知手段が検知した検知値に基づいて、逆循環発生条件や逆循環現象の実際の発生を判定し、かつ、該判定結果に基づいて、熱源側送風機１５または負荷側送風機２５の一方または両方の運転制御（運転の停止と再開、または、減速と増速）をする図示しない制御手段とを有している。
【００３８】
（制御フローその１）
図１１は、本発明の実施形態１に係る自然循環型冷却装置における制御の流れを説明するフロー図である。
まず、 負荷側熱交換器出口温度ＴＨ４と負荷側熱交換器入口温度ＴＨ３との温度差である負荷側出入口温度差（ＴＨ４−ＴＨ３）が、所定の正の値（ε１）未満であるか否かを判定する。かかる条件（ＴＨ４−ＴＨ３＜ε１；ε１は正の値）が満たされるとき、冷媒の逆循環が起こり得るため、該条件を「逆循環条件」と称す（ＳＴＥＰ１）。なお、逆循環条件が満たされない場合は、所定時間が経過した後、同様な判定を繰り返す。
【００３９】
次に、室内吸い込み空気温度ＴＨ２と室外吸い込み空気温度ＴＨ１との温度差である室内外温度差（ＴＨ２−ＴＨ１）が、所定の正の値（ε２）超えであるか否かを判定する。かかる条件（ＴＨ２−ＴＨ１＞ε２；ε２は正の値）が満たされるとき、冷媒の自然循環が起こるため、該条件を「有効温度差条件」と称す（ＳＴＥＰ２）。なお、有効温度差条件が満たされない場合は、所定時間が経過した後、ＳＴＥＰ１に戻る。
【００４０】
さらに、室外吸い込み空気温度ＴＨ１が冷媒の臨界温度（Ｔｃｒ、例えば、冷媒が二酸化炭素の場合３１℃））を超えているか否かを判定する。かかる条件が満たされる場合、冷媒は臨界状態（気相のみの一相）になるため、該条件（ＴＨ１＞Ｔｃｒ）を「臨界点条件」と称す（ＳＴＥＰ３）。一方、臨界点条件が満たされない場合は、所定時間が経過した後、ＳＴＥＰ１に戻る。なお、臨界点条件が満たされているか否かを室外吸い込み空気温度ＴＨ１で判断しているが、本発明はこれに限定するものではなく、室内吸い込み空気温度ＴＨ２で判断してもよい。
【００４１】
そして、逆循環条件と有効温度差条件と臨界点条件との全ての条件（該全ての条件をまとめて「逆循環条件１」と称す）が満たされた場合、熱源側送風機１５および負荷側送風機２５の運転を停止する（ＳＴＥＰ４）。
【００４２】
そして、一定時間ΔＴ（例えば、１０秒間）の間、熱源側送風機１５および負荷側送風機２５の運転停止を継続する（ＳＴＥＰ５）。
【００４３】
そして、一定時間ΔＴ（例えば、１０秒間）が経過した後に、熱源側送風機１５および負荷側送風機２５の運転を再開する（ＳＴＥＰ６）。
【００４４】
（制御フローその２）
図１２は、本発明の実施形態１に係る自然循環型冷却装置における制御の流れを説明するフロー図である。図１２において、制御フローその２では、負荷側熱交換器出口温度（ＴＨ４）および負荷側熱交換器入口温度（ＴＨ３）の配管温度を検知しないで、室内吸い込み空気温度（ＴＨ２）および室外吸い込み空気温度（ＴＨ１）を検知して、その検知結果に基づいて逆循環発生条件を判定するものである。したがって、制御フローその２を実行する制御装置では、図１０に示す負荷側熱交換器出口温度検知手段６４および負荷側熱交換器入口温度検知手段６３の設置を省略することができる。
【００４５】
具体的には、室内吸い込み空気温度（ＴＨ２）と室外吸い込み空気温度（ＴＨ１）との温度差である室内外温度差（ＴＨ２−ＴＨ１）が、所定の正の値（ε３）未満であるか否かを判定する。かかる条件（ＴＨ２−ＴＨ１＜ε３；ε３は正の値）が満たされるのは、室内外温度差が少なく、冷媒の逆循環は起こり得る条件であるため、これを「無効温度差条件」と称す（ＳＴＥＰ１）。なお、無効温度差条件が満たされない場合は、所定時間が経過した後、該判定を繰り返す。
【００４６】
そこで、一定時間ΔＴ１（例えば、１０分）の間、待機する（ＳＴＥＰ２）。
【００４７】
そして、一定時間ΔＴ１が経過した後、室内外温度差（ＴＨ２−ＴＨ１）が、自然循環が成立可能な有効温度差（ε２；ε２は正の値）を超えているか否かを判定する（ＳＴＥＰ３）。なお、有効温度差条件が満たされない場合は、所定時間が経過した後、ＳＴＥＰ１に戻る。
【００４８】
さらに、室外吸い込み空気温度ＴＨ１が臨界点条件（ＴＨ１＞Ｔｃｒ）満たすか否か判定する（ＳＴＥＰ４）。一方、臨界点条件が満たされない場合は、所定時間が経過した後、ＳＴＥＰ１に戻る。なお、臨界点条件が満たされているか否かを室外吸い込み空気温度ＴＨ１で判断しているが、本発明はこれに限定するものではなく、室内吸い込み空気温度ＴＨ２で判断してもよい。
【００４９】
そして、無効温度差条件と有効温度差条件と臨界点条件との全ての条件（該全ての条件をまとめて「逆循環条件２」と称す）が満たされた場合、熱源側送風機１５および負荷側送風機２５の運転を停止する（ＳＴＥＰ５）。
【００５０】
そして、一定時間ΔＴ（例えば、１０秒間）の間、熱源側送風機１５および負荷側送風機２５の運転停止を継続する（ＳＴＥＰ６）。
【００５１】
そして、一定時間ΔＴ（例えば、１０秒間）が経過した後に、熱源側送風機１５および負荷側送風機２５の運転を再開する（ＳＴＥＰ７）。
【００５２】
以上より、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）を用いる冷媒自然循環冷却装置の超臨界域において、逆循環条件１または逆循環条件２が満されていると判定された場合、すなわち実際に逆循環が起こっている場合のみならず、逆循環が起こるおそれがある場合においても、熱源側熱交換器１に供給する冷熱媒体の供給量（例えば、室外空気の送風量）または負荷側熱交換器２に供給する温熱媒体の供給量（例えば、室内空気の送風量）を制御（例えば、送風の停止あるいは送風機の回転数の変更）をするようにしたため、正方向の循環に確実に戻すことができ、前記対向流の状態で熱交換が実行されるから、高い冷却性能を発揮することができる。
また、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）を用いたため、地球温暖化係数の小さい冷媒自然循環冷却装置を提供することができる。
【００５３】
なお、以上は、熱源側送風機１５と負荷側送風機２５の両方を停止する例を示しているが、本発明はこれに限定するものではなく、どちらか一方を停止したり、あるいはどちらか一方の回転数を大幅に減速したりするように構成してもよい。このとき、熱源側チューブ１１または負荷側チューブ２１の前記停止または減速した一方において、前記逆循環要素が潜在化するため、正循環が維持され、前記対向流の状態で熱交換が実行されるから、同様の効果が発揮される。
【００５４】
図１３は、本発明の実施形態１に係る自然循環型冷却装置における熱交換器の他の例を示す模式図である。図１において、熱源側熱交換器１および負荷側熱交換器２としてプレートフィンチューブ型熱交換器を例示しているが、本発明はこれに限定するものではなく、その型式を限定するものではない。例えば、図１３の（ａ）に示すように、水やブラインなどの液体（破線矢印Ｗにて示す）と冷媒（実線矢印Ｃにて示す）との間で熱交換を行うプレート熱交換器や、図１３（ｂ）に示すように、水やブラインなどの液体（破線矢印Ｗにて示す）を通す外管と、該外管に包囲され、冷媒（実線矢印Ｃにて示す）を通す内管とを具備する二重管式熱交換器を用いることもできる。この場合、冷熱媒体や温熱媒体は水やブラインなどの液体となり、冷熱媒体や温熱媒体を供給する供給手段は液体搬送手段（例えば、液ポンプ）となり、前記制御は液体搬送手段の運転停止・運転再開となる。
【００５５】
［実施の形態２］
（自然循環型冷却装置その２）
図１４は、本発明の実施形態２に係る自然循環型冷却装置の構成を示す模式図である。図１４において、自然循環型冷却装置２００は、通信基地局等における、電子機器等を収納する電子機器室３００の壁３１０に取り付けられ、熱源側熱交換器１および負荷側熱交換器２が同一の筐体５に内蔵される一体構造である。なお、実施の形態１（図１、図１０）と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
筐体５は壁３１０に設置され、仕切り板５３によって、室外部５１と室内部５２とに仕切られている。そして、室外部５１には、熱源側熱交換器１と熱源側送風機１５とが配置され、室外側の側面には、室外空気を吸い込みむための開口部である室外空気吸い込み口５４と、室外に室外部５１内の空気を吹き出すための開口部である室外空気吹き出し口５５とが設けられている。
【００５６】
また、室内部５２には、負荷側熱交換器２と負荷側送風機２５とが配置され、電子機器室３００側の側面には、電子機器室３００内の空気を吸い込みむための開口部である室内空気吸い込み口５６と、電子機器室３００内に室内部５２内の空気を吹き出すための開口部である室内空気吹き出し口５７とが設けられている。そして、室外空気吸い込み口５４には室外空気温度ＴＨ１を検知する室外吸い込み空気温度センサー６１（例えば、サーミスター）が、室内空気吸い込み口５６には室内空気温度ＴＨ２を検知する室内吸い込み空気温度センサー６２（例えば、サーミスター）が設置されている。
なお、負荷機器３２０である電子機器などの発熱体は、電子機器室３００に密に配置されると共に、負荷機器３２０の内部に実装される各電子機器（まとめて「電子機器３３０」と総称する）の発熱量が時間的に変化するため、室内空気温度ＴＨ２に温度分布が生じやすい構造となっている。
【００５７】
（冷却動作）
次に、自然循環型冷却装置２００の動作を説明する。室外送風機１５によって室外空気吸い込み口５４から吸い込みまれた室外空気は、熱源側熱交換器１において冷媒と熱交換するから、冷媒は冷却され（冷媒が放熱するの同じ）、自らは凝縮・液化する。このとき、冷媒から凝縮潜熱を受けて温度の上昇した室外空気は、室外吹き出し口５５から外気へ吹き出される。
一方、熱源側熱交換器１において液化した冷媒は、液配管３を下降して負荷側熱交換器２に至る。そして、室内送風機２５によって室内空気吸い込み口５６から吸い込みまれた室内空気は、負荷側熱交換器２において冷媒と熱交換するから、冷媒は温められ（冷媒が吸熱するに同じ）、自らは蒸発・気化する。このとき、冷媒に蒸発潜熱を奪われて温度の低下した室内空気は、室内空気吹き出し口５７から電子機器室３００へ吹き出され、電子機器室３００内を冷却する。
一方、負荷側熱交換器２において室内空気の保有していた温熱を受け取って気化した冷媒は、ガス配管４を上昇し、熱源側熱交換器１に再び戻るから、冷媒自然循環のサイクルが形成される。
【００５８】
（制御フロー）
ここで、自然循環型冷却装置２００における冷媒の逆循環を防止するための制御フローについて簡単に説明する。
まず、室内吸い込み空気温度ＴＨ２と室外吸い込み空気温度ＴＨ１の検知値に基づいて室内外温度差（ＴＨ２−ＴＨ１）を求め、これに基づいて逆循環発生条件の有無を検知する。そして、逆循環発生条件が満たされていることを検知した場合、実際に逆循環が発生しているか否かに関わらず熱源側送風機１５と負荷側送風機２５との双方の運転を停止し、その後、一定時間が経過した後に運転を再開する。
【００５９】
すなわち、実施の形態１と同様に、無効温度差（ＴＨ２−ＴＨ１＜ε３；ε３は正の値）を判定し、一定時間ΔＴ１（例えば、１０分）が経過した後、自然循環が成立すべき有効温度差であるか否かを判定する（ＴＨ２−ＴＨ１＞ε２；ε２は正の値）。
そして、無効温度差条件および有効温度差条件を満たす場合には、臨界点条件（ＴＨ１＞Ｔｃｒ；Ｔｃｒは例えば３１℃）を検知する。そこで、臨界点条件も満たす場合には、逆循環発生のおそれがあるとして、熱源側送風機１５および負荷側送風機２５を停止し、一定時間ΔＴ２（例えば、１０秒間）が経過した後に、両送風機１、２の運転を再開する。
なお、実施の形態１と同様に、臨界点条件が満たされているか否かを室内吸い込み空気温度ＴＨ２で判断してもよい。
【００６０】
したがって、自然循環型冷却装置２００は、通信基地局などの電子機器等を収納する電子機器室３００の壁３１０に取り付けられる一体構造であって、負荷機器３２０に起因して電子機器室３００の室内空気の温度分布が生じた場合でも、熱源側送風機１５および負荷側送風機２５の送風量を変更する制御、すなわち、熱源側熱交換器１に供給する冷熱量および負荷側熱交換器２に供給する温熱量を変更する制御をするから、正方向の循環を確実に維持すことができ、負荷側熱交換器２は高い冷却性能を発揮することができる。
【００６１】
（課題を解決するためのその他の手段）
なお、以上の実施形態１、２の説明から明らかなように、本発明に係る自然循環型冷却装置は、熱源側熱交換器と、負荷側熱交換器と、液配管と、ガス配管と、作動流体と、熱交換量変更手段と、を有するものであって、以下のように記載できるものである。
（その他の手段１）  
作動流体が、二酸化炭素（ＣＯ２）であることを特徴とするもの。
【００６２】
（その他の手段２）  
作動流体と熱交換をする冷熱媒体を熱源側熱交換器に供給する冷熱媒体供給手段と、
熱源側熱交換器の冷熱媒体の供給側における該冷熱媒体の温度を検出する冷熱媒体温度検出手段とを有し、
熱交換量変更手段が、冷熱媒体温度検出手段が検出した検出結果に基づいて、冷熱媒体供給手段を制御して冷熱媒体の供給量を変更することを特徴とするもの。
【００６３】
（その他の手段３）
作動流体と熱交換をする冷熱媒体を熱源側熱交換器に供給する冷熱媒体供給手段と、
熱源側伝熱管の最上部近傍における温度を検出する熱源側管上部温度検出手段と、
熱源側伝熱管の最下部近傍における温度を検出する熱源側管下部温度検出手段とを有し、
熱交換量変更手段が、熱源側管上部温度検出手段の検出した検出結果と熱源側管下部温度検出手段の検出した検出結果とに基づいて、冷熱媒体供給手段を制御して冷熱媒体の供給量を変更することを特徴とするもの。
【００６４】
（その他の手段４）
熱交換量変更手段が、冷熱媒体供給手段を所定時間停止させることによって冷熱媒体の供給量を変更することを特徴とするもの。
【００６５】
（その他の手段５）
冷熱媒体が空気であって、冷熱媒体供給手段が送風機であることを特徴とするもの。
【００６６】
（その他の手段６）
作動流体と熱交換をする冷熱媒体を熱源側熱交換器に供給する冷熱媒体供給手段と、
熱源側熱交換器の冷熱媒体の供給側における該冷熱媒体の温度を検出する冷熱媒体温度検出手段と、
作動流体と熱交換をする温熱媒体を負荷側熱交換器に供給する温熱媒体供給手段と、
負荷側熱交換器の温熱媒体の供給側における該温熱媒体の温度を検出する温熱媒体温度検出手段とを有し、
熱交換量変更手段が、冷熱媒体温度検出手段が検出した検出結果と温熱媒体温度検出手段が検出した検出結果とに基づいて、温熱媒体供給手段を制御して温熱媒体の供給量を変更することを特徴とするもの。
【００６７】
（その他の手段７）
作動流体と熱交換をする温熱媒体を負荷側熱交換器に供給する温熱媒体供給手段と、
負荷側伝熱管の最上部近傍における温度を検出する負荷側管上部温度検出手段と、
負荷側伝熱管の最下部近傍における温度を検出する負荷側管下部温度検出手段とを有し、
熱交換量変更手段が、負荷側管上部温度検出手段の検出した検出結果と負荷側管下部温度検出手段の検出した検出結果とに基づいて、温熱媒体供給手段を制御して温熱媒体の供給量を変更することを特徴とするもの。
【００６８】
（その他の手段８）
熱交換量変更手段が、温熱媒体供給手段を所定時間停止させることによって温熱媒体の供給量を変更することを特徴とするもの。
【００６９】
（その他の手段９）
温熱媒体が空気であって、温熱媒体供給手段が送風機であることを特徴とするもの。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は以上の構成であるから、発熱部を具備する各種装置並びに発熱部を具備する各種装置を収納する収納室を冷却する、自然循環型冷却装置およびその制御方法として広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施形態１に係る自然循環型冷却装置の構成を示す模式図。
【図２】Ｒ４１０Ａ（ＨＦＣ系冷媒）を用いた場合の圧力−エンタルピー線図。
【図３】二酸化炭素（ＣＯ２）を用いた場合の圧力−エンタルピー線図。
【図４】自然循環型冷却装置の熱交換器出入口における冷媒温度の温度変化図。
【図５】二酸化炭素（ＣＯ２）の超臨界域における密度−温度相関図。
【図６】自然循環型冷却装置における逆循環を説明するための模式冷媒回路図。
【図７】自然循環型冷却装置における冷媒の冷却性能図。
【図８】自然循環型冷却装置の逆循環防止制御を実施した場合の温度変化図。
【図９】自然循環型冷却装置の逆循環防止制御を実施した場合の温度変化図。
【図１０】自然循環型冷却装置における制御装置を説明する模式図。
【図１１】自然循環型冷却装置における制御の流れを説明するフロー図。
【図１２】自然循環型冷却装置における制御の流れを説明するフロー図。
【図１３】自然循環型冷却装置における熱交換器の他の例を示す模式図。
【図１４】本発明の実施形態２に係る自然循環型冷却装置の構成を示す模式図。
【符号の説明】
【００７２】
１：熱源側熱交換器、２：負荷側熱交換器、３：液配管、４：ガス配管、５：筐体、１１：熱源側伝熱管（熱源側チューブ）、１３：熱源側流出管、１４：熱源側流入管、１５：熱源側送風機、２１：負荷側伝熱管（負荷側チューブ）、２３：負荷側流入管、２４：負荷側流出管、２５：負荷側送風機、３２：液配管トラップ部、４１：ガス配管トラップ部、５１：室外部、５２：室内部、５３：仕切り板、５４：室外空気吸い込み口、５５：室外空気吹き出し口、５６：室内空気吸い込み口、５７：室内空気吹き出し口、６１：室外吸い込み空気温度検知手段（ＴＨ１温度センサー）、６２：室内吸い込み空気温度検知手段（ＴＨ２温度センサー）、６３：負荷側熱交換器入口温度検知手段（ＴＨ３温度センサー）、６４：負荷側熱交換器出口温度検知手段（ＴＨ４温度センサー）、１００：自然循環型冷却装置、２００：自然循環型冷却装置、３００：電子機器室、３１０：壁、３２０：負荷機器、３３０：電子機器、ＴＨ１：室外温度（室外吸い込み空気温度）、ＴＨ２：室内温度（室内吸い込み空気温度）、ＴＨ３：負荷側熱交換器入口温度、ＴＨ４：負荷側熱交換器出口温度、ΔＴ：一定時間、ΔＴ１：一定時間、ΔＴ２：一定時間。
【図１】
2006220354.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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