(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱制御システムであって、
熱質量を含むように構成された密閉型のエンクロージャと、
前記エンクロージャに配置されたバッフル板と、
前記エンクロージャに配置され、前記バッフル板と協力して前記エンクロージャの軸方向で前記エンクロージャを第１チャンバと第２チャンバとに分ける熱交換器と、
前記バッフル板は、前記熱交換器と協力して空気循環経路を定め、前記空気循環経路を通して空気が流れるようにする空気循環エレメントとを含み、
前記熱交換器および前記バッフル板が前記エンクロージャの軸方向を横切る平面に実質的に平行に配置されるか、または、
前記熱交換器および前記バッフル板のそれぞれに、前記熱質量を収容するように構成された収容ピッチャーを含み、前記第１チャンバは、前記エンクロージャの軸方向に対して前記第２チャンバから離隔され、前記熱交換器は、前記エンクロージャの縦方向に対して前記バッフル板から離隔され、
前記空気循環エレメントの下流の前記第２チャンバは、高圧チャンバであり、前記第１チャンバよりも高い圧力で空気を収容し、前記空気循環エレメントの上流の前記第１チャンバは、低圧チャンバであり、前記第２チャンバよりも低い圧力で空気を収容し、前記空気循環エレメントは、前記エンクロージャを通して流れる空気を高圧の前記第２チャンバから低圧の前記第１チャンバに循環させ、
前記熱交換器は、前記空気循環経路を通して流れる空気と熱エネルギーを交換することを特徴とする熱制御システム。
【請求項２】
前記エンクロージャは、円形断面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の熱制御システム。
【請求項３】
前記熱交換器は、前記エンクロージャの周辺部の内側表面の曲率に対応する曲率を有することを特徴とする請求項２に記載の熱制御システム。
【請求項４】
前記バッフル板は、前記エンクロージャの周辺部の内側表面の曲率に対応する曲率を有することを特徴とする請求項２に記載の熱制御システム。
【請求項５】
前記熱交換器は、その中に冷却水を収容することを特徴とする請求項１に記載の熱制御システム。
【請求項６】
前記熱交換器は、複数の同心に整列されたチューブを有することを特徴とする請求項１に記載の熱制御システム。
【請求項７】
前記空気循環エレメントは、前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間の界面に配置されることを特徴とする請求項１に記載の熱制御システム。
【請求項８】
前記空気循環経路は、前記第２チャンバを通過して前記空気循環エレメントから前記熱交換器の吸入口に、前記熱交換器を通過して、そして前記第１チャンバを通過して前記熱交換器の排気口から前記空気循環エレメントへの順に延びることを特徴とする請求項１に記載の熱制御システム。
【請求項９】
前記空気循環エレメントは、ファン（ｆａｎ）であることを特徴とする請求項１に記載の熱制御システム。
【請求項１０】
前記空気循環エレメントは、複数のファンであることを特徴とする請求項１に記載の熱制御システム。
【請求項１１】
前記熱交換器は、前記エンクロージャの横方向に対して前記バッフル板に合わせて整列されることを特徴とする請求項１に記載の熱制御システム。
【請求項１２】
前記熱質量を収容する前記収容ピッチャーの形状は、前記熱質量の外部表面の形状に対応するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の熱制御システム。
【請求項１３】
前記熱交換器は、第１断面積を有し、前記バッフル板は、第２断面積を有し、前記第１断面積と前記第２断面積の合計は、前記エンクロージャの断面積と実質的に同一であることを特徴とする請求項１に記載の熱制御システム。
【請求項１４】
熱制御システムであって、
熱質量と、
熱質量を含み円形断面形状を有する密閉型のエンクロージャと、
前記エンクロージャに配置され、前記エンクロージャの曲率と実質的に同一の曲率を有するバッフル板と、
前記エンクロージャに配置され、前記バッフル板と協力して前記エンクロージャの軸方向で前記エンクロージャを第１チャンバと第２チャンバとに分ける熱交換器を含み、
前記熱交換器は、前記エンクロージャの曲率と実質的に同一の曲率を有し、
前記バッフル板は、前記熱交換器と協力して空気循環経路を定め、前記空気循環経路を通して空気が流れるようにする空気循環エレメントとを含み、
前記熱交換器および前記バッフル板が前記エンクロージャの軸方向を横切る平面に実質的に平行に配置されるか、または、
前記熱交換器および前記バッフル板のそれぞれに、前記熱質量を収容するように構成された収容ピッチャーを含み、前記第１チャンバは、前記エンクロージャの軸方向に対して前記第２チャンバから離隔され、前記熱交換器は、前記エンクロージャの縦方向に対して前記バッフル板から離隔され、
前記空気循環エレメントの下流の前記第２チャンバは、高圧チャンバであり、前記第１チャンバよりも高い圧力で空気を収容し、前記空気循環エレメントの上流の前記第１チャンバは、低圧チャンバであり、前記第２チャンバよりも低い圧力で空気を収容し、前記空気循環エレメントは、前記エンクロージャを通して流れる空気を高圧の前記第２チャンバから低圧の前記第１チャンバに循環させ、
前記熱交換器は、前記空気循環経路を通して流れる空気と熱エネルギーを交換することを特徴とする熱制御システム。
【請求項１５】
前記熱質量は、環境からの劣化に弱い機械的コンポーネントまたは電気コンポーネントのうちの１つであることを特徴とする請求項１４に記載の熱制御システム。
【請求項１６】
前記エンクロージャは、円形断面形状を有することを特徴とする請求項１４に記載の熱制御システム。
【請求項１７】
前記バッフル板および前記熱交換器は、前記エンクロージャの周辺部の内側表面の曲率に対応する曲率を有することを特徴とする請求項１６に記載の熱制御システム。
【請求項１８】
前記空気循環経路は、前記第２チャンバを通過して前記空気循環エレメントから前記熱交換器の吸入口に、前記熱交換器を通過して、そして前記第１チャンバを通過して前記熱交換器の排気口から前記空気循環エレメントへの順に延びることを特徴とする請求項１４に記載の熱制御システム。
【請求項１９】
熱制御システムであって、
熱質量と、
前記熱質量を含む密閉型のエンクロージャと、
前記エンクロージャに配置されたバッフル板と、
前記エンクロージャに配置され、前記バッフル板と協力して前記エンクロージャの軸方向で前記エンクロージャを第１チャンバと第２チャンバとに分ける熱交換器と、
前記熱交換器は、複数のアーチ状の同心に整列されたチューブと、前記複数のチューブの間に挿入された複数のピンとを含み、
前記バッフル板および前記熱交換器と協力して空気循環経路を定め、前記空気循環経路を通して空気が流れるようにする空気循環エレメントとを含み、
前記熱交換器および前記バッフル板が前記エンクロージャの軸方向を横切る平面に実質的に平行に配置されるか、または、
前記熱交換器および前記バッフル板のそれぞれに、前記熱質量を収容するように構成された収容ピッチャーを含み、前記第１チャンバは、前記エンクロージャの軸方向に対して前記第２チャンバから離隔され、前記熱交換器は、前記エンクロージャの縦方向に対して前記バッフル板から離隔され、
前記空気循環エレメントの下流の前記第２チャンバは、高圧チャンバであり、前記第１チャンバよりも高い圧力で空気を収容し、前記空気循環エレメントの上流の前記第１チャンバは、低圧チャンバであり、前記第２チャンバよりも低い圧力で空気を収容し、前記空気循環エレメントは、前記エンクロージャを通して流れる空気を高圧の前記第２チャンバから低圧の前記第１チャンバに循環させ、
前記熱交換器は、前記空気循環経路を通して流れる空気と熱エネルギーを交換することを特徴とする熱制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱制御システムに係り、より詳しくは、密閉型のエンクロージャ内における熱質量の加熱および冷却を行う熱制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの適用において、例えば、エンクロージャ内に含まれた機械的コンポーネント、電気コンポーネントおよび流体コンポーネントのような熱質量に対する湿気蓄積、汚染、損傷、漏出、または他の望まない影響を防ぐために、エンクロージャを気密に密閉する必要があることがある。エンクロージャ内の熱質量は、場合によって、加熱または冷却される必要がある（特許文献１等参照）。具体的には、円形断面を有する密閉型のエンクロージャ内で加熱または冷却をすることが好ましいことがある。しかし、熱質量にまたはエンクロージャに望まない影響を引き起こすことなく、密閉型のエンクロージャ内の熱質量に加熱および冷却を提供することは時として難しい。例えば、特定の物質および流体は、熱質量の敏感度によってエンクロージャ内で冷却および加熱のために使用が適切でないことがある。したがって、エンクロージャ内における加熱および冷却を効率的かつ均一に制御する密閉型のエンクロージャに対する熱制御システムの必要性が存在する。
これによって、円形断面を有するエンクロージャまたはエンクロージャ内に含まれた熱質量に対して望まない影響を最小化し、熱質量の加熱および冷却を最適化するエンクロージャに対する熱制御システムを提供することが望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開第２００７−０１７１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、円形断面を有するエンクロージャまたはエンクロージャ内に含まれた熱質量に対して望まない影響を最小化し、熱質量の加熱および冷却を最適化するエンクロージャに対する熱制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的を達成するためになされた熱制御システムは、熱質量を含むように構成されたエンクロージャと、エンクロージャに配置されたバッフル板と、エンクロージャに配置され、バッフル板と協力してエンクロージャを第１チャンバと第２チャンバとに分ける熱交換器と、バッフル板および熱交換器と協力して空気循環経路を定め、空気循環経路を通して空気が流れるようにする空気循環エレメントとを含み、熱交換器は、空気循環経路を通して流れる空気と熱エネルギーを交換することを特徴とする。
【０００６】
本開示の他の実施形態による熱制御システムは、熱質量と、熱質量を含み円形断面形状を有するエンクロージャと、エンクロージャに配置され、エンクロージャの曲率と実質的に同一の曲率を有するバッフル板と、エンクロージャに配置され、バッフル板と協力してエンクロージャを第１チャンバと第２チャンバとに分ける熱交換器を含み、熱交換器は、エンクロージャの曲率と実質的に同一の曲率を有し、空気循環エレメントがバッフル板および熱交換器と協力して空気循環経路を定め、空気循環経路を通して空気が流れるようにする空気循環エレメントとを含み、熱交換器は、空気循環経路を通して流れる空気と熱エネルギーを交換することを特徴とする。
【０００７】
本開示のさらなる実施形態による熱制御システムは、熱質量と、熱質量を含むエンクロージャと、エンクロージャに配置されたバッフル板と、エンクロージャに配置され、バッフル板と協力してエンクロージャを第１チャンバと第２チャンバとに分ける熱交換器と、熱交換器は、複数のアーチ状の同心に整列されたチューブと、複数のチューブの間に挿入された複数のピンとを含み、バッフル板および熱交換と協力して空気循環経路を定め、空気循環経路を通して空気が流れるようにする空気循環エレメントとを含み、熱交換器は、空気循環経路を通して流れる空気と熱エネルギーを交換することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の上記の利点は、添付図面を考慮して、本発明の一実施形態の次の詳細な説明の一読から当該技術分野における通常の知識を有する者に容易に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の一実施形態に係る熱制御システムの熱交換器の概略的な断面図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は上部平面図である。
【図２】本開示の他の実施形態に係る熱制御システムの熱交換器の概略的な断面図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は上部平面図である。
【図３】本開示のさらに他の実施形態に係る熱制御システムの熱交換器の概略的な断面図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上部平面図である。
【図４】本開示の一実施形態に係る熱制御システムの熱交換器の上部斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本開示の一実施形態に係る熱制御システムの熱交換器の概略的な断面図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は上部平面図であり、熱質量１２を加熱または冷却するための熱制御システム１０を示す。熱質量１２は、その加熱または冷却を必要とする任意の固体、液体または半液体の物体または材料であってもよい。例えば、熱質量１２は、環境からの劣化または損傷に弱い機械的コンポーネントまたは電気コンポーネントであってもよい。
熱制御システム１０は、熱質量１２をその中に含み、外部エレメントまたは状態から引き起こされる熱質量１２に対する劣化または損傷を緩和するための、実質的に密閉型のエンクロージャ１４を含む。密閉型のエンクロージャ１４は、例えば、密閉型ケーシング、タンク、ハウジング、コンテナ、コンパートメントおよびビル構造といった任意の密閉構造を示し、ここでは、湿気および環境的影響の回避が要求される。
【００１１】
図示した実施形態において、エンクロージャ１４は、実質的に円形断面形状を有する。例えば、図１（ａ）および（ｂ）において、エンクロージャ１４は、実質的に円形断面形状を有する円筒形状を有する。他の例では、図２（ａ）および（ｂ）に示したように、エンクロージャ１４は、その一端部では実質的に円筒状であり、その第２の端部では円形断面形状を有する実質的に半球形の形状を有してもよい。さらに他の例では、図３（ａ）および（ｂ）に示したように、エンクロージャ１４は、円形断面形状を有する実質的に球体形状を有してもよい。しかし、エンクロージャ１４は、本開示の範囲を逸脱することなく、実質的に円形断面形状を有する任意の形状を有し得る。例えば、エンクロージャ１４は、実質的に楕円体または切断された円錐形であってもよい。
上記で形状とともに使用された「実質的に」という用語は、少なくとも大部分が上記で言及した形状であることを意味し、完全にその形状ではなくとも、その形状に近い形状のものも含むことを意味する。
【００１２】
図１〜図３において、熱交換器１６およびバッフル板１８がエンクロージャ１４の軸方向を横切る平面に実質的に平行にエンクロージャ１４内に配置される。図１〜図３は、概略的な例示であり、断面図は、熱交換器１６およびバッフル板１８の互いに、そしてエンクロージャ１４との関係を示すための概略的な図である。熱交換器１６およびバッフル板１８それぞれは、エンクロージャ１４の周辺壁の内側表面近傍から放射状内側に延びる。熱交換器１６とバッフル板１８はともに、互いを介して伸び、エンクロージャ１４の軸方向を横切る平面に平行な面に沿って得られたエンクロージャ１４の断面の面積と実質的に同一、またはそれに近似する面積を有する。特定の実施形態において、熱交換器１６およびバッフル板１８は、任意の一般的に知られたカップリング手段、ブラケット、半田付けプロセスなどによってエンクロージャ１４に取り付けられる。また、他の実施形態において、熱交換器１６およびバッフル板１８は、エンクロージャ１４と一体型に形成されてもよい。
【００１３】
熱交換器１６は、エンクロージャ１４の第１断面部分１９に配置され、バッフル板１８は、エンクロージャ１４の第２断面部分２０に配置される。熱交換器１６とバッフル板１８が協力して、エンクロージャ１４の軸方向でエンクロージャ１４を第１チャンバ２２と第２チャンバ２４とに分ける。第１チャンバ２２は、エンクロージャ１４の軸方向に対して第２チャンバ２４から離隔される。第１チャンバ２２は一般的に、エンクロージャ１４、熱交換器１６の第１表面１６ａ側およびバッフル板１８の第１表面１８ａ側に配置される。第２チャンバ２４は一般的に、エンクロージャ１４、熱交換器１６の第２表面１６ｂ側およびバッフル板１８の第２表面１８ｂ側に配置される。例示した実施形態において、熱交換器１６は、エンクロージャ１４の横方向に対してバッフル板１８と同一の空間にあり、バッフル板１８に合わせて整列される。しかし、熱交換器１６は、第１チャンバ２２と第２チャンバ２４を限定するように、所望の場合、エンクロージャ１４の縦方向に対してバッフル板１８から離隔して設けてもよい。開口および／またはリセスのような収容ピッチャー２１が熱交換器１６および／またはバッフル板１８内にまたはこれらを貫通して形成され、熱質量１２を受けて収容する。このシナリオにおいて、収容ピッチャー２１は、形状が熱質量１２の外部表面の形状に対応するように構成されることがよい。
【００１４】
空気循環エレメント２６が第１チャンバ２２と第２チャンバ２４との界面においてバッフル板１８に配置され、第１チャンバ２２と第２チャンバ２４との間の流体連通を提供する。空気循環エレメント２６は、エンクロージャ１４内の空気を空気循環経路２８に沿って流れる方向を定める。空気循環経路２８は、第２チャンバ２４を通過して空気循環エレメント２６から熱交換器１６の空気吸入口に、熱交換器１６を通過して、そして第１チャンバ２２を通過して熱交換器１６の排気口から空気循環エレメント２６への順に延びる。ただし、図面では１つの空気循環エレメント２６のみを示したが、場合によって、エンクロージャ１４を通して流れる空気を制御するように１つよりも多い空気循環エレメント２６が含まれてもよい。図示したとおり、空気循環エレメント２６は、ファン（ｆａｎ）である。しかし、空気循環エレメント２６は、エンクロージャ１４のチャンバ２２、２４を通して空気が流れるように構成された複数のファンまたは他のエレメントであってもよい。
【００１５】
空気循環エレメント２６の下流の第２チャンバ２４は、高圧チャンバであり、または第１チャンバ２２よりも高い圧力で空気を収容する。逆に、空気循環エレメント２６の上流の第１チャンバ２２は、低圧チャンバであり、または第２チャンバ２４よりも低い圧力で空気を収容する。空気循環エレメント２６は、エンクロージャ１４を通して流れる空気を高圧の第２チャンバ２４から低圧の第１チャンバ２２に、そしてまた逆に循環させることを可能にする。
バッフル板１８は、エンクロージャ１４の周辺部の内側表面の曲率に対応する曲率を有する。バッフル板１８は、実質的に半円形断面形状を有する。しかし、バッフル板１８は、所望の通り、任意の断面形状を有することができる。例示したとおり、バッフル板１８は、空気循環エレメント２６を収容するためのアパーチャがその中に形成されている。
【００１６】
バッフル板１８は、エンクロージャ１４を流れる空気の方向を変え、そして／または高圧の第２チャンバ２４内の気圧を増加させて、熱交換器１６とエンクロージャ１４を流れる空気の均一性を可能とするように構成された気流ピッチャーまたはエレメントを含むことができる。例えば、気流ピッチャーは、エンクロージャ１４を通して流れる空気の速力、流れ方向、乱流、温度、圧力、または他の特性を制御するように、所望の通り、温度制御ドア、バルブ、通風口、ルーバー（ｌｏｕｖｒｅ）、補助空気循環エレメント、表面ピッチャー、または任意の他の機械的手段、電気的手段または構造的手段であることができる。
熱交換器１６は、エンクロージャ１４の周辺部の内側表面の曲率に対応する曲率を有する。例えば、熱交換器１６は、実質的に半円形断面形状を有する。しかし、熱交換器１６は、所望の通り、任意の断面形状を有することができる。図示した熱交換器１６は、これを流れる流体と空気循環経路２８に沿ってエンクロージャ１４を流れる空気との間の熱伝達を提供するように構成された流体−空気タイプの熱交換器である。例えば、冷却水のような流体が外部流体ソース３０によって熱交換器１６に提供される。一実施形態において、熱交換器１６は、これを通る空気流れの方向に垂直な曲率を有する湾曲形直交流設計を有する。この構成は、熱交換器１６の熱容量を最大化する。熱交換器１６は、第１断面積を有し、バッフル板１８は、第２断面積を有する。図示した実施形態において、第１断面積と第２断面積の合計は、実質的にエンクロージャ１４の断面積と同一である。
【００１７】
図４は、図１〜図３に概略的に示した熱制御システム１０の熱交換器１６の一例を示す。熱交換器１６は、吸入口貯留所３４と排出口貯留所３６との間に延びる複数の同心に整列されたアーチ状のチューブ３２を含む。複数のピン３８がチューブ３２の間に挿入され、エンクロージャ１４を通して流れる空気と熱交換器１６を通して流れる流体との間の熱交換を可能にする。チューブ３２は、これを通る流体を吸入口貯留所３４から排出口貯留所３６に誘導する。吸入口貯留所３４は、吸入口ポート４０を含み、排出口貯留所３６は、排出口ポート４２を含む。吸入口ポート４０は、外部流体ソース３０から流体を受け、排出口ポート４２は、流体を外部流体ソース３０に戻す。熱交換器１６は、エンクロージャ１４の円形断面積のセクタに対応する断面積を有する。
【００１８】
本発明において、熱交換器１６とバッフル板１８は協力して、エンクロージャ１４を第１チャンバ２２と第２チャンバ２４とに分ける。空気循環エレメント２６は、空気循環経路２８に沿ってエンクロージャ１４を通して空気を循環させる。熱交換器１６は、これを通して流れる流体と空気との間に熱を伝達することにより、空気温度を調節するのに使用される。温度調節された空気は、エンクロージャ１４内に配置された熱質量１２を加熱または冷却する。熱質量１２を冷却することが好ましいとなると、熱交換器１６は、空気からの熱を、これを通して流れる液体に伝達して空気を冷却する。これによって、空気がエンクロージャ１４を通して熱質量１２を経て流れる時、熱質量１２から空気に熱が伝達されて熱質量１２を冷却する。逆に、熱質量１２を加熱することが好ましいとなると、熱交換器１６は、これを通して流れる流体からの熱を伝達して空気を加熱する。これによって、空気がエンクロージャ１４を通して熱質量１２を経て流れる時、空気から熱質量１２に熱が伝達される。
有利なことに、熱制御システム１０は、熱質量１２および／またはエンクロージャ１４の所望する加熱および冷却を制御しながら、熱質量１２が密閉型のエンクロージャ１４内に含まれるように許容する。特定のシナリオにおいて、エンクロージャ１４上にまたはその中に形成される液化物が最小化され、熱質量１２の寿命が最大化されることが可能である。
【００１９】
上記の説明から、当該技術分野における通常の知識を有する者は、本発明の根本的な特性を容易に確認することができ、本発明の思想および範囲を逸脱することなく、本発明を多様な用法および状態に適応させるように本発明に対する多様な変更および修正を行うことができる。
【符号の説明】
【００２０】
１０：熱制御システム
１２：熱質量
１４：エンクロージャ
１６：熱交換器
１６ａ：（熱交換器の）第１表面
１６ｂ：（熱交換器の）第２表面
１８：バッフル板
１８ａ：（バッフル板の）第１表面
１８ｂ：（バッフル板の）第２表面
１９：第１断面部分
２０：第２断面部分
２１：収容ピッチャー  
２２：第１チャンバ
２４：第２チャンバ
２６：空気循環エレメント
２８：空気循環経路
３０：外部流体ソース  
３２：チューブ  
３４：吸入口貯留所
３６：排出口貯留所
３８：ピン
４０：吸入口ポート  
４２：排出口ポート
【図１】
0006712568.tif 000002
【図２】
0006712568.tif 000003
【図３】
0006712568.tif 000004
【図４】
0006712568.tif 000005