(57)【要約】【課題】  サーモサイフォンが実装される冷却庫が傾いた場合にも容器の熱を吸熱する効率が低下することを低減することができるサーモサイフォンを提供する。【解決手段】  スターリング冷凍機４の吸熱部に設けられ冷媒を凝縮する凝縮器２と、環状に形成され凝縮器２に接続されていると共に容器５の熱を吸熱するように容器５の周囲に配置されている配管３とを備え冷媒が封入されているサーモサイフォン１において、前記配管３が二つの経路３ａ，３ｂを有し、これらの経路３ａ，３ｂが、それぞれ前記容器５の異なる半周に沿って下降して延びることで、これらの経路３ａ，３ｂの傾斜角度を大きくし、前記サーモサイフォン１が実装された冷却庫が多少傾いたとしても、前記配管３内の液体状の冷媒が流下することが妨げられにくくすることができる。【選択図】        図１
2005156011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍機の吸熱部に設けられ冷媒を凝縮する凝縮器と、この凝縮器に接続されていると共に容器の熱を吸熱するように該容器の周囲に配置されている配管とを備え、前記冷媒が封入されているサーモサイフォンにおいて、
前記配管が複数の経路を有し、少なくとも一つの経路が前記容器の半周に沿って下降して配置されると共に、他の少なくとも一つの経路が前記容器の他の半周に沿って下降して配置され、これらの経路が前記容器の半周に沿って延びた端部近傍が最低部となるように配置されていることを特徴とするサーモサイフォン。
【請求項２】
前記冷媒が前記配管に封入されていると共に、この配管の一部を前記冷凍機の吸熱部に取り付けられた伝熱ブロックと熱的に接触させることで前記凝縮器を構成したことを特徴とする請求項１記載のサーモサイフォン。
【請求項３】
前記配管の各経路が全て連通していることを特徴とする請求項１乃至２記載のサーモサイフォン。
【請求項４】
前記配管が、前記凝縮器及び前記容器の周囲に多重に配置されていることを特徴とする請求項２乃至３記載のサーモサイフォン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍機の吸熱部に設けられ冷媒を凝縮する凝縮器と、この凝縮器に接続されていると共に容器の熱を吸熱するように容器の周囲に配置されている配管とを備え、前記冷媒が封入されているサーモサイフォンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷凍機の吸熱部に設けられ冷媒を凝縮する凝縮器と、この凝縮器に接続されていると共に容器の熱を吸熱するように容器の周囲に配置されている配管とを備え、前記冷媒が封入されているサーモサイフォンとして、本出願人は、冷凍機に取付けられ作動流体（冷媒）を凝縮させる凝縮器と、この凝縮器で凝縮させた作動流体を排出する液体管と、液体管から供給された作動流体を気化させて容器の熱を吸熱する蒸発管と、蒸発管内で気化した作動流体を凝縮器に戻す気体管よりなるサーモサイフォンにおいて、蒸発管の少なくとも前部が液体管側ほど高くなるように構成されているサーモサイフォンを開示している（特許文献１参照）。これによれば、凝縮器で凝縮された作動流体が液体管を通って蒸発管に至り、蒸発管から再び凝縮器に戻るので、比較的少量の作動流体であっても、液化した作動流体が蒸発管の全域に渡って流下する過程で容器の熱が吸熱されることになり、吸熱効率を向上させることができる。
【特許文献１】特開２００３−１４８８１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述の従来技術では、サーモサイフォンが実装される冷却庫が傾いた場合には、液化した作動流体が蒸発管の全域に渡って流下する速度が遅くなったり、流下できなくなったりして、蒸発管で容器の熱を吸熱する効率が低下するという問題点がある。
【０００４】
本発明は、このような状況を鑑みてなされたもので、サーモサイフォンが実装される冷却庫が傾いた場合にも容器の熱を吸熱する効率が低下することを低減することができるサーモサイフォン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】
【０００５】
前述の課題を解決するため、本発明に係るサーモサイフォンは、次のような手段を採用する。
【０００６】
即ち、請求項１記載のサーモサイフォンは、冷凍機の吸熱部に設けられ冷媒を凝縮する凝縮器と、この凝縮器に接続されていると共に容器の熱を吸熱するように該容器の周囲に配置されている配管とを備え、前記冷媒が封入されているサーモサイフォンにおいて、前記配管が複数の経路を有し、前記配管が複数の経路を有し、少なくとも一つの経路が前記容器の半周に沿って下降して配置されると共に、他の少なくとも一つの経路が前記容器の他の半周に沿って下降して配置され、これらの経路が前記容器の半周に沿って延びた端部近傍が最低部となるように配置されているものである。
【０００７】
また、請求項２記載のサーモサイフォンは、請求項１記載の発明において、前記冷媒が前記配管に封入されていると共に、この配管の一部を前記冷凍機の吸熱部に取り付けられた伝熱ブロックと熱的に接触させることで前記凝縮器を構成したものである。
【０００８】
また、請求項３記載のサーモサイフォンは、請求項１乃至２記載の発明において、前記配管の各経路が全て連通しているものである。
【０００９】
更に、請求項４記載のサーモサイフォンは、請求項２乃至３記載の発明において、前記配管が、前記凝縮器及び前記容器の周囲に多重に配置されているものである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、配管の各経路は、前記容器に沿って半周で最低部となるようにすればよいので、容器に一周巡らす従来の構造に比較して配管の斜め下方に向く傾斜角度を大きくすることができるため、サーモサイフォンが実装される冷却庫が傾いた場合でも冷媒の流下が妨げられにくく、前記容器の熱を吸熱する効率が低下する虞を低減させることができる。また、前記少なくとも一つの経路が容器の半周に沿って延び、他の少なくとも一つの経路が容器の他の半周に沿って延びていることで、各経路が容器の半周に沿って延びるように配置されたとしても、容器の冷却効率を低下させることがない。
【００１１】
また、請求項２記載の発明によれば、前記冷媒が前記配管に封入されているため、予め冷媒が封入された配管を組み付けることでサーモサイフォンの組立性を向上させることができるばかりでなく、配管と凝縮器の継ぎ目等、冷媒が漏れる虞のある個所を少なくすることができる。
【００１２】
また、請求項３記載の発明によれば、前記配管の各経路が連通していることで、冷媒を１個所から注入すれば配管全体に冷媒が行き渡るので、冷媒の封入作業を容易にすることができるばかりでなく、各経路に冷媒が均等に行き渡ることで、経路毎の冷却性能を略均等にすることができる。また、冷媒封入の対象である配管全体の容積が大きくなるので、所定の封入密度にするための冷媒の封入質量管理が容易になり、配管内の冷媒量の精度を高めることができる。
【００１３】
更に、請求項４記載の発明によれば、前記配管が前記凝縮器及び容器の周囲に多重に配置されているため、容器の熱を吸熱する効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係るサーモサイフォンの実施形態を図面に基づいて説明する。図１及び図２は、本発明に係るサーモサイフォンの第１の実施形態を説明する図である。
【００１５】
図１は、本実施形態のサーモサイフォン１を示す斜視図である。このサーモサイフォン１は、冷媒を凝縮する凝縮器２と容器の熱を吸熱する配管３とから構成されている。
【００１６】
前記凝縮器２は、スターリング冷凍機４の先端部に形成されている吸熱部に固定されている。なお、スターリング冷凍機４については周知であるので、説明を省略する。そして、このスターリング冷凍機４を作動させると、このスターリング冷凍機４の先端部が吸熱部となり、この吸熱部において吸熱されることになる。また、前記凝縮器２は、前記配管３の上端近傍を、伝熱ブロックたる下ブロック２ａと上ブロック２ｂとで挟持することで構成されている。そして、前記下ブロック２ａは、前記スターリング冷凍機４の先端部に固定されている。なお、前記下ブロック２ａとスターリング冷凍機４との固定は、例えば、前記下ブロック２ａに孔を形成して前記スターリング冷凍機４に圧入又は熱伝導性の高い接着剤で接着することによってなされる。また、前記下ブロック２ａと上ブロック２ｂによる前記配管３の挟持は、例えば、前記下ブロック２ａの上面側から螺子孔を形成すると共に、前記上ブロック２ｂに下ブロック２ａの螺子孔と対向する位置に孔を形成して前記上ブロック２ｂの上面側からボルトを上ブロック２ｂの孔に挿入して締め付けることによってなされる。尚、前記下ブロック２ａ及び上ブロック２ｂは、熱伝導性の高い素材であるアルミニウム等から形成されている。
【００１７】
前記配管３は、環状となるように形成されている。この配管３は、容器５の外面に接するまでの経路において、略平行に斜め下方を向くように凝縮器２に固定されている。そして、一方の経路３ａは、前記凝縮器２から斜め下方に延び、前記容器５に至ると、この容器５の前側面５ａに接して延び、この前側面５ａと右側面５ｂとの境界で屈曲して前記右側面５ｂに接して延び、前記右側面５ｂと後側面５ｃとの境界に至る。また、他方の経路３ｂは、前記凝縮器２から斜め下方に延び、前記容器５に至ると、この容器５の左側面５ｄに接して延び、この左側面５ｄと前記後側面５ｃとの境界で屈曲して前記後側面５ｃに接して延び、前記右側面５ｂと後側面５ｃとの境界に至る。そして、これら一方の経路３ａと他方の経路３ｂは、前記右側面５ｂと後側面５ｃとの境界において一体的に連結しており、この連結した位置が最低部３ｃとなっている。また、前記経路３ａ，３ｂにおいて、前記容器５と接している部分の傾斜は略一定である。また、前記経路３ａ，３ｂは、前記凝縮器２の上方において一体的に連結している。更に、前記一方の経路３ａには、図示しない冷媒を封入するための封入口３ｄが形成されている。なお、前記配管３は、熱伝導性の高い素材である銅管等から形成されている。また、前記配管３には冷媒が封入されている。この冷媒としては、二酸化炭素、代替フロン等が挙げられる。
【００１８】
そして、これらサーモサイフォン１、スターリング冷凍機４及び容器５が筐体６に収納されることで、冷却庫が構成されている。また、前記サーモサイフォン１及び容器５の外側は、前記筐体６内において図示しない断熱材で覆われている。
【００１９】
次に、以上のように構成されているサーモサイフォン１の組立手順について説明する。まず、一本又は複数本の銅製の管を折り曲げ、端部同士を接合することで、所望の形状、即ち図１に示されるような環状の前記配管３を得ると共に、この配管３の途中に前記封入口３ｄを形成する。そして、前記封入口３ｄから冷媒を注入すると共に、所定量の冷媒が注入されたら、前記封入口３ｄを封止する。そして、前記配管３を、その一の経路３ａが前記容器５の前側面５ａと右側面５ｂに沿って降下し、他の経路３ｂが前記容器５の左側面５ｄと後側面５ｃに沿って降下すると共に、各経路３ａ，３ｂの端部である最低部３ｃが前記右側面５ｂと後側面５ｃとの境界位置となるようにする。そして、前記容器５に沿って巡らされた各配管３ａ，３ｂを前記容器５に熱的に密着させた後、この容器５の外側を図示しない断熱材によって配管３ごと覆う。また、前記配管３の上端近傍を、予め前記スターリング冷凍機４に取り付けられた下ブロック２ａ及び上ブロック２ｂによって挟持することで、凝縮器２は形成される。更に、前記凝縮器２及び前記容器５から離れている配管３を、図示しない断熱材によって覆う。このようにして、前記サーモサイフォン１が形成される。なお、前記配管３に冷媒を封入する工程において、この配管３が二つの経路３ａ，３ｂを有するものの、それぞれの経路３ａ，３ｂが連通していることで、前記配管３全体の容積が各経路３ａ，３ｂの容積の和になるので、前記配管３内の冷媒の封入密度が所定値になるように前記配管３に封入される冷媒の質量の管理が行いやすく、精度を高めることができる。即ち、仮に冷媒の封入量に±０．５ｇの誤差が生ずるとした場合、従来の構造のサーモサイフォンでは、配管全体で構成される一つの経路に対して±０．５ｇの誤差が生じ、また、複数の経路にそれぞれ冷媒を封入する場合では、各経路それぞれに±０．５ｇの誤差が生じてしまうことになるが、本実施形態の場合では、前記二つの経路３ａ，３ｂを有する配管３全体に対して±０．５ｇの誤差となり、従って、前記二つの経路３ａ，３ｂに対して見かけ上の誤差を±０．２５ｇとすることができる。即ち、前記配管３全体に対する冷媒量の誤差を、各経路３ａ，３ｂの数によって割ることで、各経路３ａ，３ｂの見かけ上の誤差を小さく（本実施形態の場合は約半分に）することができる。
【００２０】
次に、以上のように構成されているサーモサイフォン１の作用について説明する。図２は、サーモサイフォン１の作用を説明するための模式図である。前述したように、前記スターリング冷凍機４を作動させると、このスターリング冷凍機４の先端部に形成されている吸熱部が冷却される。そして、このスターリング冷凍機４の吸熱部が冷却されると、このスターリング冷凍機４の先端部に固定されている凝縮器２が冷却される。そして、この凝縮器２が冷却されると、前記ブロック２ａ，２ｂによって挟持された、前記配管３における前記凝縮器２を構成する部位が冷却される。そして、前記配管３が冷却されると、この配管３に封入されている冷媒が凝縮される。そして、前記冷媒が凝縮されると、この冷媒が前記配管３の斜め下方に延設されている各経路３ａ，３ｂを流下する。そして、前記各経路３ａ，３ｂを流下した液体状の冷媒は、各経路３ａ，３ｂの最低部３ｃに至る間に、前記容器５から熱を吸熱して気化すると共に、気化されなかった液体状の冷媒は、前記各経路３ａ，３ｂの最低部３ｃに溜まることになる。このため、最低部３ｃが液体状の冷媒で満たされた状態では、一方の経路３ａ，３ｂ内で気化した前記冷媒は、他方の経路３ｂ，３ａに移動せず、流下した経路と同じ経路３ａ，３ｂを逆方向に上昇して前記凝縮器２に戻る。更に、前記凝縮器２に戻った気体状の前記冷媒は、再び前記凝縮器２で凝縮される。このように、上述した作用が繰り返されることで、前記容器５が冷却される。
【００２１】
以上、本実施形態によれば、前記配管３が、前記容器５の前側面５ａと右側面５ｂからなる半周に沿って接して延びる経路３ａと、前記容器５の後側面５ｃと左側面５ｄからなる他の半周に沿って接して延びる経路３ｂとで構成されており、これら容器５の半周に沿って延びた端部が最低部３ｃとなるように配置されているため、容器５の形状が同じであるならば、一つの経路が容器５を一周巡らされる従来の構造に比較して、配管３の傾斜を２倍弱とすることが可能となる。このため、前記サーモサイフォン１が実装される冷却庫が傾いた場合でも冷媒の流下が妨げられにくく、前記容器５の熱を吸熱する効率が低下する虞を低減させることができる。また、前記各経路３ａ，３ｂが前記最低部３ｃで連結されていることで、前記各経路３ａ，３ｂを流下して前記最低部３ｃに溜まった液体状の冷媒の液位が、前記各経路３ａ，３ｂ側共に同じになることで、前記各経路３ａ，３ｂ共に冷媒を均等に循環させることができる。また、前記凝縮器２の上方において、前記各経路３ａ，３ｂが連結されていることで、気体状の冷媒が一方の経路３ａ，３ｂに偏ることなく、前記各経路３ａ，３ｂに対して均等に循環させることができる。
【００２２】
また、本実施形態によれば、冷媒が前記配管３に封入されていると共に、この配管３の一部を前記スターリング冷凍機４の吸熱部に取り付けられた下ブロック２ａと上ブロック２ｂとで挟持することで前記凝縮器２を構成しているため、サーモサイフォン１の組立性を向上することができる。
【００２３】
更に、本実施形態によれば、前記封入口３ｄから冷媒を注入することで、前記配管３全体に冷媒が行き渡ることで、冷媒の前記配管３への封入作業を容易にすることができるばかりでなく、各経路３ａ，３ｂに冷媒が均等に行き渡ることで、経路３ａ，３ｂ毎の冷却性能を略均等にすることができると共に、冷媒が封入される前記配管３全体の容積が大きくなるので、所定の封入密度にするための冷媒の封入質量管理が容易になり、前記配管３内の冷媒量の精度を高めることができる。
【００２４】
次に、本発明に係るサーモサイフォンの第２の実施形態について説明する。図３は、本発明に係るサーモサイフォンの第２の実施形態を説明する図である。尚、本実施形態において、第１の実施形態に示す構成と同一の構成については、同一符号を付すことでその説明を省略する。
【００２５】
図３は、本実施形態のサーモサイフォン10を示す図である。サーモサイフォン10は、冷媒を凝縮する凝縮器11と、容器５から熱を吸熱する配管12とから構成されている。
【００２６】
前記凝縮器11は、前記配管12の上端近傍を下ブロック11ａと上ブロック11ｂとで挟持することで構成されている。なお、前記凝縮器11は、第１の実施形態における凝縮器２を、前記配管12が挟持できるようにしたものである。また、前記配管12は、第１の実施形態における配管３を二重に巡らせたものである。
【００２７】
そして、第一の経路12ａ及び第二の経路12ｂは、第１の実施形態における経路３ａと同様に、前記容器５の前側面５ａと右側面５ｂに接触している。また、第三の経路12ｃ及び第四の経路12ｄは、第１の実施形態における経路３ｂと同様に、前記容器５の左側面５ｄと後側面５ｃに接触している。なお、前記第一の経路12ａと第三の経路12ｃの傾斜角度は略同一であると共に、前記第二の経路12ｂと第四の経路12ｄの傾斜角度は略同一である。また、前記第一の経路12ａと第三の経路12ｃは、前記右側面５ｂと後側面５ｃとの境界において、最低部３ｅで一体的に連結されていると共に、前記第二の経路12ｂと第四の経路12ｄもまた、前記右側面５ｂと後側面５ｃとの境界において、最低部３ｆで一体的に連結されている。また、前記第一の経路12ａと第四の経路12ｄは、前記凝縮器11の上方において一体的に連結されていると共に、前記第二の経路12ｂと第三の経路12ｃもまた、前記凝縮器11の上方において一体的に連結されている。これによって、四つの経路12ａ〜12ｄが一本の環状の配管12に形成されている。更に、前記第一の経路12ａの途中には、図示しない冷媒を封入するための封入口12ｇが形成されている
なお、本実施形態のサーモサイフォン10の組立手順及び作用については、基本的に第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００２８】
以上、本実施形態によれば、前記配管12が前記凝縮器11及び容器５の周囲に二重に配置されているため、第１の実施形態に比較して、容器５の熱を吸熱する効率を高めることができる。
【００２９】
また、本実施形態によれば、前記封入口12ｇから冷媒を注入することで、前記配管12全体に冷媒が行き渡ることで、冷媒の前記配管12への封入作業を容易にすることができるばかりでなく、各経路12ａ〜12ｄに冷媒が均等に行き渡ることで、経路12ａ〜12ｄ毎の冷却性能を略均等にすることができると共に、冷媒が封入される前記配管12全体の容積が大きくなるので、所定の封入密度にするための冷媒の封入質量管理が容易になり、前記配管12内の冷媒量の精度を高めることができる。
【００３０】
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、図４に示すように、前記封入口３ｄを、前記経路３における前記容器５の外面に沿う位置に設けてもよい（第３の実施形態）。そして、この位置に封入口３ｄを設けることによって、この封入口３ｄごと前記容器５の外側を図示しない断熱材で覆うことができるので、この断熱材によって覆われていない部分、即ち前記凝縮器２から容器５の外面に接するまでの部分の形状を単純にすることができ、このため、この断熱材によって覆われていない部分を別の断熱材によって覆いやすくすることができる。また、上記各実施形態では、前記配管３を環状に形成したが、図５に示すように、前記配管３の最低部３ｃが分離した状態としてもよい（第４の実施形態）。そして、このように構成することによって、この最低部３ｃごと前記容器５の外側を図示しない断熱材で覆うことができるので、この断熱材によって覆われていない部分、即ち前記凝縮器２から容器５の外面に接するまでの部分の配管３の形状を単純にすることができ、このため、この断熱材によって覆われていない部分の配管３を別の断熱材によって覆いやすくすることができる。また、図６に示すように、前記配管３の凝縮器２の上方の最高部３ｅが分離した状態としてもよい（第５の実施形態）。そして、このように構成することによって、前記配管３を容器５の外周に固定し、断熱材で覆った後でも冷媒を封入することができるので、組立順序の自由度を高くすることができる。なお、これら何れの変形例においても、各経路２ａ，２ｂが連通しているため、上記第１の実施形態と同様の作用、効果が得られる。更に、前記第２の実施形態では、配管が容器に対して二重に巡らされているが、例えば容器に対して三重以上に巡らせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係るサーモサイフォンの第１の実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１のサーモサイフォンの作用を説明するための模式図である。
【図３】本発明に係るサーモサイフォンの第２の実施形態を示す斜視図である。
【図４】本発明に係るサーモサイフォンの第３の実施形態を示す斜視図である。
【図５】本発明に係るサーモサイフォンの第４の実施形態を示す斜視図である。
【図６】本発明に係るサーモサイフォンの第５の実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３２】
１，10  サーモサイフォン
２，11  凝縮器
２ａ  下ブロック（伝熱ブロック）
２ｂ  上ブロック（伝熱ブロック）
３，12  配管
３ａ，３ｂ，12ａ，12ｂ，12ｃ，12ｄ  経路
３ｃ，12ｅ，12ｆ  最低部
５  容器
【図１】
2005156011.tif 000003
【図２】
2005156011.tif 000004
【図３】
2005156011.tif 000005
【図４】
2005156011.tif 000006
【図５】
2005156011.tif 000007
【図６】
2005156011.tif 000008