(57)【要約】【課題】熱交換器にて内外気間で逆の熱交換が行われることを抑制し、冷却能力の安定化を図ることができる冷却装置を提供する。【解決手段】冷却装置１０は、外気が熱交換器２１を通過する外気第１送風路１５ａと、外気が熱交換器２１を迂回する外気第２送風路１５ｂと、外気の流路を何れかに切り替える流路切替部材２８とを備える。そして、内気の温度が外気の温度よりも低い場合、熱交換器２１にて内外気の逆の熱交換が行われてしまうため、このような場合には、流路切替部材２８の切替動作により外気の主流が熱交換器２１を迂回する外気第２送風路１５ｂ側に切り替えられ、熱交換器２１としての機能が抑制される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却対象の内気及び外気を互いに通過させその内外気間で熱交換を行う対向流方式の熱交換器と、前記内外気間で熱搬送を行うエバポレータ及びコンデンサを含む冷凍回路と、前記内気及び外気の気流を生じさせる送風機とを備え、前記送風機の送風動作と前記熱交換器及び前記冷凍回路の少なくとも一方の冷却動作にて前記冷却対象の内気の冷却を行う冷却装置であって、
前記内気及び外気を互いに通過させて前記熱交換器として機能させる態様から、前記内気及び外気の少なくとも一方側の一部又は全部を前記熱交換器を迂回する流路に切り替えて前記熱交換器としての機能を抑制する態様に切り替える切替手段を備えて構成されていることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載の冷却装置において、
前記切替手段は、前記内気又は外気が前記熱交換器を通過する第１送風路と、前記内気又は外気が前記熱交換器を迂回する第２送風路と、前記内気又は外気の流路を前記第１及び第２送風路のいずれかに切り替える流路切替部材とを備えて構成されていることを特徴とする冷却装置。
【請求項３】
請求項２に記載の冷却装置において、
前記内気又は外気が前記熱交換器を通過する前記第１送風路は、前記内気又は外気が前記熱交換器を迂回する第２送風路よりも圧損が相対的に大きく構成されるものであって、
前記流路切替部材は、圧損の小さい側の前記第２送風路の入口の開閉を行う開閉部材にて構成されていることを特徴とする冷却装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の冷却装置において、
前記切替手段は、前記内気及び外気の何れか一方側のみを対象に構成されていることを特徴とする冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍回路と熱交換器とを併用する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱源を筐体内や部屋内に有する装置や構造物において、内気を冷却するための冷却装置としては、例えば特許文献１に開示のものが知られている。
【０００３】
特許文献１の冷却装置（冷却機能を有するサーバ収納装置）の構成としては、先ず冷却対象（熱源側）の内気が循環する第１送風路と、外部と連通するダクトに接続されて外気が循環する第２送風路とが並設されており、各送風路にはそれぞれ気流を生じさせる送風機が備えられている。
【０００４】
次いで、第１送風路にはエバポレータ（蒸発器）が、第２送風路にはコンデンサ（凝縮器）がそれぞれ備えられ、エバポレータ、コンデンサ、及びコンプレッサ（圧縮機）を含む冷凍回路が構成されている。冷凍回路は、第１送風路を流れる内気の熱をエバポレータにより吸熱する一方、その吸熱分に相当する排熱を第２送風路を流れる外気に対して行い、内気を冷却する熱交換を行っている。
【０００５】
更に同文献１の開示技術では、エネルギー消費効率を上げるために熱交換器が併用されている。熱交換器は、対向流方式であって第１及び第２送風路に跨るようにして備えられ、第１送風路のエバポレータの上流側で且つ第２送風路のコンデンサの上流側に位置するように設けられている。熱交換器は、内気がエバポレータに到達する前に内外気間の熱交換作用により内気の吸熱を予め行っている。つまり、熱交換器と冷凍回路との２段階で内気の冷却が可能な構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１６０５３３号公報（第４図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、熱交換器は、外気の温度が低く内気の温度が高い場合に、内外気間の熱交換作用にて内気の吸熱を行い、内気を冷却する仕組みである。しかしながら、逆に外気の温度が高く内気の温度が低くなる環境下では、熱交換器の仕組み上、内外気間の熱交換作用が逆になり、逆に内気を温めてしまう。そして、下流のエバポレータにて内気を冷却することになるため、エバポレータによる冷却作用の一部が相殺されてしまう。つまり、冷却装置全体ではかえって熱交換が非効率となってしまうため、このような事態を回避する手段が必要である。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、熱交換器にて内外気間で逆の熱交換が行われることを抑制し、冷却能力の安定化を図ることができる冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する冷却装置は、冷却対象の内気及び外気を互いに通過させその内外気間で熱交換を行う対向流方式の熱交換器と、前記内外気間で熱搬送を行うエバポレータ及びコンデンサを含む冷凍回路と、前記内気及び外気の気流を生じさせる送風機とを備え、前記送風機の送風動作と前記熱交換器及び前記冷凍回路の少なくとも一方の冷却動作にて前記冷却対象の内気の冷却を行う冷却装置であって、前記内気及び外気を互いに通過させて前記熱交換器として機能させる態様から、前記内気及び外気の少なくとも一方を前記熱交換器を迂回する流路として前記熱交換器としての機能を抑制する態様に切り替える切替手段を備えて構成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の冷却装置によれば、熱交換器にて内外気間で逆の熱交換が行われることを抑制し、冷却能力の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態における冷却装置の構成図である。
【図２】別例における冷却装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、冷却装置の一実施形態について説明する。
【００１３】
図１に示すように、冷却装置１０は、熱源を有する冷却対象Ａを冷却、例えば熱源となる蓄電池を多数収容する蓄電池室内を冷却するものである。冷却装置１０は、冷却対象Ａである蓄電池室の外壁面に対して蓄電池室の大きさ等を勘案した数及び配置にて取り付けられ、壁面に設けられる貫通口を通じて蓄電池室の内気を導入し冷却して再び蓄電池室内に供給する。
【００１４】
冷却装置１０の筐体１１は、例えば四角箱状をなし、冷却対象Ａに対して取り付けられる取付面１２には、図１にて示す取付姿勢において上側に内気導入口１２ａが設けられ、該内気導入口１２ａよりも下側に離間した位置に内気吐出口１２ｂが設けられている。筐体１１の内部においては、内気導入口１２ａと内気吐出口１２ｂとの間に内気送風路１３が構成されている。内気導入口１２ａには冷却対象Ａからの内気が導入され、内気送風路１３の通過により冷却された低温内気が内気吐出口１２ｂから冷却対象Ａに吐出される。
【００１５】
また、取付面１２とは反対側の筐体１１の外側面１４には、下側に外気導入口１４ａが設けられ、該外気導入口１４ａよりも上側に離間した位置に外気排出口１４ｂが設けられている。尚、外気導入口１４ａは内気吐出口１２ｂよりも下側に設けられ、外気排出口１４ｂは内気吐出口１２ｂより上側で且つ内気導入口１２ａより下側に設けられている。筐体１１の内部においては、外気導入口１４ａと外気排出口１４ｂとの間に外気送風路１５が構成されている。外気導入口１４ａには冷却装置１０の周囲の外気が導入され、外気送風路１５の通過、即ち内気冷却時の排熱により加温された高温外気が外気排出口１４ｂから外部に排出される。
【００１６】
筐体１１の内部には、内気を冷却する手段として熱交換器（熱交換素子）２１と冷凍回路２２とが備えられている。熱交換器２１は、対向流方式であり、内外気の互いの流通が無く内外気間で熱交換を行う装置である。冷凍回路２２は、エバポレータ（蒸発器）２３、コンデンサ（凝縮器）２４、及びコンプレッサ２５と、各装置を繋ぎ冷媒を循環させる配管（共に図示略）とを備え、内外気間で熱搬送を行う装置である。また、筐体１１の内部には、内気送風路１３において内気の気流を生じさせる内気用送風機２６と、外気送風路１５において外気の気流を生じさせる外気用送風機２７とを備えている。
【００１７】
内気送風路１３においては、内気導入口１２ａの近傍に内気用送風機２６が配置され、次いで熱交換器２１が配置され、内気吐出口１２ｂの近傍にエバポレータ２３が配置されている。つまり、内気用送風機２６が送風動作を行うと、内気導入口１２ａから導入される冷却対象Ａからの内気が熱交換器２１を通過し、次いでエバポレータ２３を通過して内気吐出口１２ｂから冷却対象Ａに対して吐出される。
【００１８】
一方、外気送風路１５は、外気導入口１４ａの近傍に外気用送風機２７を備え、これ以降の下流側は２つの送風路、即ち外気第１送風路１５ａ及び外気第２送風路１５ｂとして並列的に構成されている。外気第１送風路１５ａ側には熱交換器２１が配置され、外気第２送風路１５ｂ側には流路切替部材２８とその下流側にコンデンサ２４とが配置されている。流路切替部材２８は、熱交換器２１の外気側流路の入口と並んで設けられ、例えば外気第２送風路１５ｂの入口を開閉する開閉部材にて構成されている。
【００１９】
つまり、流路切替部材２８は、外気第２送風路１５ｂの入口を閉鎖することで外気用送風機２７を経た外気を外気第１送風路１５ａ側に導き、外気第２送風路１５ｂの入口を開放することで外気用送風機２７を経た外気を自身の外気第２送風路１５ｂ側に導く動作を行う。尚、熱交換器２１の外気側流路の入口は開放したままで開閉部材を用いないが、熱交換器２１を含む外気第１送風路１５ａの圧損（流路抵抗）の方が、コンデンサ２４を含む外気第２送風路１５ｂの圧損よりも相対的に十分大きいため、流路切替部材２８により外気第２送風路１５ｂの入口を開放した場合の外気の流れは、主として圧損の小さい側の外気第２送風路１５ｂに切り替わるようになっている。
【００２０】
次に、冷却装置１０の動作（作用）について説明する。
【００２１】
［熱交換器２１による内気冷却モード］
本モードは、内気の温度が外気の温度よりも高い場合に用いられ、熱交換器２１のみで内気の冷却が行われるモードである。本モードでは、内気用送風機２６及び外気用送風機２７が送風動作される一方、冷凍回路２２の動作は停止状態とする。また、流路切替部材２８は、外気第２送風路１５ｂの入口を閉鎖状態とする。
【００２２】
内気用送風機２６の送風動作により、内気が内気送風路１３を流れ、熱交換器２１の内気側流路を通過する。また、外気用送風機２７の送風動作により、外気が外気送風路１５、この場合外気第１送風路１５ａ側を流れ、熱交換器２１の外気側流路を通過する。これにより、熱交換器２１にて内気の吸熱がなされると共に外気に対して排熱がなされ、冷却された内気が冷却対象Ａに供給される。
【００２３】
［熱交換器２１と冷凍回路２２とを併用した内気冷却モード］
本モードは、内気の温度が外気の温度よりも高い場合に用いられ、熱交換器２１及び冷凍回路２２を併用した内気の十分な冷却が行われるモードである。本モードでは、内気用送風機２６及び外気用送風機２７の送風動作と、冷凍回路２２の冷却動作とが行われる。流路切替部材２８は、外気第２送風路１５ｂの入口を半開状態（所定量の開状態）とする。
【００２４】
内気用送風機２６及び外気用送風機２７の送風動作により、内気が熱交換器２１にて冷却され、更にその下流のエバポレータ２３を通過することで一層冷却され、十分に冷却された内気が冷却対象Ａに供給される。
【００２５】
また、外気側では、熱交換器２１からの排熱とコンデンサ２４からの排熱がなされる。流路切替部材２８により外気第２送風路１５ｂの入口が半開放（半閉鎖）となることで、外気第１及び第２送風路１５ａ，１５ｂのそれぞれに対して外気の配分がなされ、熱交換器２１での排熱とコンデンサ２４での排熱とが好適に行われる。
【００２６】
［冷凍回路２２による内気冷却モード］
本モードは、上記の２つのモードの環境とは逆に、内気の温度が外気の温度に対して等しいか低い場合に用いられ、この場合は冷凍回路２２による内気の冷却が行われるモードである。つまり、熱交換器２１では内外気の逆の熱交換が行われてしまうため、熱交換器２１での熱交換作用を抑制する。本モードでは、内気用送風機２６及び外気用送風機２７の送風動作と冷凍回路２２の冷却動作とが行われ、流路切替部材２８は外気第２送風路１５ｂの入口を開放状態に切り替える。
【００２７】
流路切替部材２８により外気第２送風路１５ｂの入口が開放されることで、外気の主たる流れは外気第２送風路１５ｂ側に切り替わる。つまり、外気第１送風路１５ａの熱交換器２１への外気の供給が十分に少なくなるため、熱交換器２１での熱交換作用が十分に抑制される（熱交換器２１としての機能を抑制）。これにより、内気が熱交換器２１を通過する際に、外気にて逆に温められてしまうことが十分に抑制される。
【００２８】
そして、熱交換器２１を経た内気はエバポレータ２３を通過することで冷却され、冷却された内気が冷却対象Ａに供給される。また、本モードでの外気の主たる流れは外気第２送風路１５ｂ側であるため、コンデンサ２４からの排熱はこの外気の気流に乗って行われる。
【００２９】
尚、上記各冷却モードは、使用者のモード切替スイッチ等の操作にて切り替えてもよく、また冷却装置１０の制御回路（図示略）にて、例えば内外気の温度の検出等に基づいて現状に適したモードを自動的に切り替えてもよい。
【００３０】
次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
【００３１】
（１）本実施形態の冷却装置１０は、外気が熱交換器２１を通過する外気第１送風路１５ａと、外気が熱交換器２１を迂回する外気第２送風路１５ｂと、外気の流路を何れかに切り替える流路切替部材２８とを備えて構成される。そして、内気の温度が外気の温度よりも低い場合、熱交換器２１にて内外気の逆の熱交換が行われてしまうため、このような場合には、流路切替部材２８の切替動作により外気の主流が熱交換器２１を迂回する外気第２送風路１５ｂ側に切り替えられ、熱交換器２１としての機能が抑制される。そのため、内気が熱交換器２１を通過しても外気にて温められることを抑制でき、冷却装置１０の冷却能力の安定化を図ることができる。
【００３２】
（２）外気の流路を切り替えて熱交換器２１の機能を切り替える手段として、冷却装置１０に対して外気第１及び第２送風路１５ａ，１５ｂを並列的に構成し、外気の流路をその何れかに切り替える流路切替部材２８を用いた構成としたことから、比較的簡単な構成にて実現することができる。
【００３３】
（３）外気第１及び第２送風路１５ａ，１５ｂの圧損差を利用し、流路切替部材（開閉部材）２８を第２送風路１５ｂ側にのみ設ける構成としたことで、冷却装置１０の内部構造の簡素化に貢献でき、冷却装置１０の小型化も期待できる。
【００３４】
（４）流路切替部材２８を外気第２送風路１５ｂの入口の開閉を行う開閉部材にて構成したことで、流路切替部材２８を比較的簡単な構成にて実現することができる。
【００３５】
（５）熱交換器２１の機能を切り替える手段として外気のみの流路を切り替える構成としたことで、比較的簡単な構成にて実現することができる。
【００３６】
尚、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
【００３７】
・外気第１及び第２送風路１５ａ，１５ｂを並列的に構成し、外気の流路をその何れかに切り替える流路切替部材２８を用いて外気の流路変更を行うように構成したが、図２に示す冷却装置１０ａのように内気の流路変更を行う構成としてもよい。内気送風路１３は、内気用送風機２６の下流側において、内気が熱交換器２１を通過する内気第１送風路１３ａと、内気が熱交換器２１を迂回して直接的にエバポレータ２３に向かう内気第２送風路１３ｂとで並列的に構成する。また、流路切替部材２９は、内気第２送風路１３ｂの入口を開閉する開閉部材にて構成する。このような構成としても、上記実施形態と同様な効果を得ることが可能である。
【００３８】
また、図１の外気側の切り替え、及び図２の内気側の切り替えの両者の構成を用いてもよい。
【００３９】
・図１では外気第１及び第２送風路１５ａ，１５ｂの圧損差を利用し、流路切替部材（開閉部材）２８を第２送風路１５ｂ側にのみ設け、図２では内気第１及び第２送風路１３ａ，１３ｂの圧損差を利用し、流路切替部材（開閉部材）２９を第２送風路１３ｂ側にのみ設けたが、それぞれ外気第１送風路１５ａ側、内気第１送風路１３ａ側にも連動する開閉部材等を設けてもよい。このようにすれば、図１では外気の流れを、図２では内気の流れをそれぞれ確実に（例えばその流れの全部を確実に）切り替えることが可能である。
【００４０】
また、図１では外気第１及び第２送風路１５ａ，１５ｂのそれぞれに図示略の送風機を設置し（外気用送風機２７を省略可）、図２では内気第１及び第２送風路１３ａ，１３ｂのそれぞれに図示略の送風機を設置し（内気用送風機２６を省略可）、各送風機の動作態様を切り替えることで外気若しくは内気の流路切り替えを行うことも可能である。この場合、外気第１及び第２送風路１５ａ，１５ｂの各送風機、内気第１及び第２送風路１３ａ，１３ｂの各送風機が切替手段となる。
【００４１】
・図１及び図２に示す流路切替部材２８，２９は、流路を開閉する機能を有するものであり、具体的には同図１及び図２のように回動動作にて開閉する開閉部材であったり、またスライド動作により開閉する開閉部材等、他の構成のものも含む。
【００４２】
・その他、冷却装置１０の構成を適宜変更してもよい。例えばエバポレータ２３やコンデンサ２４、送風機２６，２７等の設置位置を適宜変更してもよい。その中で例えば、図１及び図２では押込型の送風機２６，２７を用いてそれぞれ熱交換器２１の上流側に設置したが、吸込型の送風機を用いてそれぞれ熱交換器２１の下流側に設置してもよい。
【００４３】
また、図１及び図２では側方視で熱交換器２１が長方形状のものを用いたが、六角形状や菱形状のものを用いてもよい。また、図１及び図２において熱交換器２１内の流路がＬ字型のものを用いたが、コ字型のものやＩ字型（ストレート型）のものを用いてもよい。
【００４４】
また、図１では外気第１及び第２送風路１５ａ，１５ｂを互いに隔壁なく並設し、図２では内気第１及び第２送風路１３ａ，１３ｂを互いに隔壁なく並設したが、それぞれ隔壁を設けてもよい。隔壁は、並設の送風路１５ａ，１５ｂ間や送風路１３ａ，１３ｂ間のそれぞれを確実に分離させる機能や、熱交換器２１の支持する機能ともなる。
【００４５】
また、配置的にも図１では熱交換器２１とコンデンサ２４とが並設、図２では熱交換器２１とエバポレータ２３とが並設されているが、それぞれ直列的な配置であっても流路（送風路）が並列的な構成となっていればよい。
【００４６】
また、熱交換器２１及び冷凍回路２２を内気冷却として機能させたが、内気暖房のために冷却装置１０を逆の使い方をしてもよい。
【００４７】
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に付記として追記する。
【００４８】
（付記１）冷却対象の内気及び外気を互いに通過させその内外気間で熱交換を行う対向流方式の熱交換器と、前記内外気間で熱搬送を行うエバポレータ及びコンデンサを含む冷凍回路と、前記内気及び外気の気流を生じさせる送風機とを備え、前記送風機の送風動作と前記熱交換器及び前記冷凍回路の少なくとも一方の冷却動作にて前記冷却対象の内気の冷却を行う冷却装置であって、
前記内気及び外気を互いに通過させて前記熱交換器として機能させる態様から、前記内気及び外気の少なくとも一方側の一部又は全部を前記熱交換器を迂回する流路に切り替えて前記熱交換器としての機能を抑制する態様に切り替える切替手段を備えて構成されていることを特徴とする冷却装置。
【００４９】
（付記２）付記１に記載の冷却装置において、
前記切替手段は、前記内気又は外気が前記熱交換器を通過する第１送風路と、前記内気又は外気が前記熱交換器を迂回する第２送風路と、前記内気又は外気の流路を前記第１及び第２送風路のいずれかに切り替える流路切替部材とを備えて構成されていることを特徴とする冷却装置。
【００５０】
（付記３）付記２に記載の冷却装置において、
前記内気又は外気が前記熱交換器を通過する前記第１送風路は、前記内気又は外気が前記熱交換器を迂回する第２送風路よりも圧損が相対的に大きく構成されるものであって、
前記流路切替部材は、圧損の小さい側の前記第２送風路の入口の開閉を行う開閉部材にて構成されていることを特徴とする冷却装置。
【００５１】
（付記４）付記１〜３の何れか１項に記載の冷却装置において、
前記切替手段は、前記内気及び外気の何れか一方側のみを対象に構成されていることを特徴とする冷却装置。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、蓄電池やパワーコンディショナーを多数収容する室内や、サーバールームの冷却に有用である。
【符号の説明】
【００５３】
Ａ…冷却対象、１３ａ…内気第１送風路（切替手段、第１送風路）、１３ｂ…内気第２送風路（切替手段、第２送風路）、１５ａ…外気第１送風路（切替手段、第１送風路）、１５ｂ…外気第２送風路（切替手段、第２送風路）、２１…熱交換器、２２…冷凍回路、２３…エバポレータ、２４…コンデンサ、２６…内気用送風機、２７…外気用送風機、２８，２９…流路切替部材（切替手段）。
【図１】
2016121848.tif 000003
【図２】
2016121848.tif 000004