(57)【要約】      （修正有）【課題】熱交換器における熱交換面積を十分に利用し、高い熱交換率を有する熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器１４の冷却液Ｗを流すためのチューブ３は鉛直方向に、冷却液Ｗをチューブに分配させるための分配ヘッダー１及び冷却液Ｗを集合させるための集合ヘッダー２は水平方向に設けられ、且つ分配ヘッダー１からチューブ３へ冷却液Ｗを分配するための分配ヘッダー１の入口である分配ヘッダー入口端１ａと、冷却液Ｗをチューブ３から集合ヘッダー２へ集合させるための集合ヘッダー２の出口である集合ヘッダー出口端２ａは、それぞれ熱交換器１４の反対の側面に設けられている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被冷却対象を冷却する第２次流体である冷却液を貯留するための液槽と、前記液槽から送り出された前記冷却液を第１次流体である空気と熱交換させて冷却する熱交換器と、前記冷却液を前記液槽から前記熱交換器に送り出すとともに前記液槽に回収するための循環ポンプと、前記冷却液を前記被冷却対象に送り出すとともに前記液槽に回収するための圧送ポンプと、前記熱交換器に空気を送風するための送風機とを備え、前記被冷却対象を冷却する冷却装置であって、
前記熱交換器は、前記冷却液を流すための複数個のチューブと、前記冷却液を各々の前記チューブに分配するための分配ヘッダーと、各々の前記チューブを流れて来た前記冷却液を集合する集合ヘッダーとを備え、
前記チューブは、上部が逆Ｕ字状に形成されたチューブ折り返し部と、略鉛直方向に配置された一対のチューブ直線部と、前記チューブ直線部の内、一方の下端にあたるチューブ入口側下端と、他方の下端にあたるチューブ出口側下端とを有し、
前記分配ヘッダーと前記集合ヘッダーは略水平方向に配置されており、
前記各チューブ入口側下端に前記冷却液を分配する前記分配ヘッダーの分配ヘッダー入口端と、前記各チューブ出口側下端から前記冷却液を集合する前記集合ヘッダーの集合ヘッダー出口端は前記熱交換器において互いに反対側の側面に設けられるとともに、
前記分配ヘッダー入口端に流入する前記冷却液の流入方向と、前記集合ヘッダー出口端から流出する前記冷却液の流出方向とは、略同一方向であることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記冷却液を前記空気と熱交換させるに際し、前記送風機により送風される前記空気の流れの上流側に前記分配ヘッダーが設けられ、前記空気の流れの下流側に前記集合ヘッダーが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記分配ヘッダーと前記集合ヘッダーは鉛直方向において、異なる位置に設けられていることを特徴とする請求項１と２のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項４】
第２次流体を第１次流体と熱交換させて冷却する熱交換器を備え、前記第２次流体を冷却する冷却装置であって、
前記熱交換器は、前記第２流体を流すための複数個のチューブと、前記第２次流体を各々の前記チューブに分配するための分配ヘッダーと、各々の前記チューブを流れて来た前記第２次流体を集合する集合ヘッダーとを備え、
前記チューブは、上部が逆Ｕ字状に形成されたチューブ折り返し部と、略鉛直方向に配置された一対のチューブ直線部と、前記チューブ直線部の内、一方の下端にあたるチューブ入口側下端と、他方の下端にあたるチューブ出口側下端とを有し、
前記分配ヘッダーと前記集合ヘッダーは略水平方向に配置されており、
前記各チューブ入口側下端に前記第２次流体を分配する前記分配ヘッダーの分配ヘッダー入口端と、前記各チューブ出口側下端から前記第２次流体を集合する前記集合ヘッダーの集合ヘッダー出口端は、前記熱交換器において互いに反対側の側面に設けられるとともに、
前記分配ヘッダー入口端に流入する前記第２次流体の流入方向と、前記集合ヘッダー出口端から流出する前記第２次流体の流出方向とは、略同一方向であることを特徴とする冷却装置。
【請求項５】
前記熱交換器は、前記第２次流体である冷媒を凝縮する凝縮器であって、
前記凝縮器は、前記冷媒を前記第１次流体である空気と熱交換させて前記冷媒を冷却することを特徴とする請求項４に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１流体と第２流体の熱交換を行い、被冷却対象を冷却する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、被冷却対象を冷却する冷却装置は、被冷却対象との間で循環させる冷却液を貯留しておく液槽と、冷却液を液槽から被冷却対象に送り出すとともに液槽に回収するための圧送ポンプと、圧送ポンプから吐出された冷却液の内、所定量の冷却液を被冷却対象に供給し、この被冷却対象に供給した冷却液を差し引いた残りの冷却液を液槽に戻すためのバイパスバルブと、冷却液の温度を検知するための温度センサと、冷却液をその内部に流れる冷媒と熱交換させ冷却するための蒸発器（熱交換器）と、冷媒を圧縮するための圧縮機と、冷媒を凝縮するための凝縮器と、凝縮器内の冷媒を周囲の空気と熱交換させて冷媒から放熱させるための送風機と、冷媒を膨張させるための膨張弁などを搭載している。
【０００３】
前述のような冷却装置における蒸発器（熱交換器）は、フィンとチューブで構成される所謂フィン＆チューブタイプの熱交換器である場合、蒸発器（熱交換器）の内部に収納させる冷媒を流すための複数のチューブは水平方向に配置され、この冷媒を分配するか或いは集合させるヘッダーは鉛直方向に配置されている。このため、蒸発器（熱交換器）において冷却液の冷却を行うと温度が下がるために、周辺外気に含まれる水分が結露し、蒸発器（熱交換器）に付着した場合、付着した水分が流下しにくくなる。そこで、特許文献１に示される熱交換器のように互いに平行に配列された多数個のチューブを鉛直方向に、ヘッダーを水平方向に設けることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３２１４２７８号公報（第５−７頁、第１−２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１において開示されている熱交換器には、以下の課題が存在する。すなわち、特許文献１の熱交換器において、冷媒を各チューブへ分配する分配ヘッダーの入口端と冷媒を各チューブから集合させる集合ヘッダーの出口端が冷却装置の同一側面に設けられている。この分配ヘッダーの入口端側に近い方の各チューブから順に、冷媒が分配されて行き、各チューブ内に残存する空気が冷媒に追いやられ、分配ヘッダーの入口端から離れた位置の各チューブ内の空気の圧力が高くなる。このため、分配側のヘッダーの入口端から離れるに従い各チューブへの流入がしづらくなる。その一方、集合ヘッダーにおいても、集合ヘッダーの出口端から次工程へ流出していく冷媒によりチューブ内の冷媒が引っ張られる作用が、集合ヘッダーの出口端に近いほど大きくなる。このため、集合ヘッダーの出口端に近い方の各チューブから集合ヘッダーへの流入がよりし易く、集合ヘッダーの出口端から離れた位置の各チューブからの集合がよりしづらくなる。このため、各チューブにおいて冷媒の流入及び流出がスムーズに行われないことになり、熱交換器における熱交換面積を十分に利用できず、熱交換率を低下させるという課題が存在した。
【０００６】
また、熱交換器内を流れる冷媒として特許文献１で示唆される代替フロン等のフロン類に代えて、水等の液体を用いた場合には、集合ヘッダーの入口端と分配ヘッダーの出口端が設けられた側面から最も離れた位置における冷媒の分配及び集合が困難になる傾向はより強くなるという課題が存在する。
【０００７】
本発明は、かかる課題に鑑み、熱交換器の限られた熱交換面積を最大限に活用し、熱交換率を高めた冷却装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の冷却装置１１は、被冷却対象１６を冷却する第２次流体である冷却液Ｗを貯留するための液槽１２と、前記液槽１２から送り出された前記冷却液Ｗを第１次流体である空気Ａと熱交換させて冷却する熱交換器１４と、前記冷却液Ｗを前記液槽１２から前記熱交換器１４に送り出すとともに前記液槽１２に回収するための循環ポンプ２０と、前記冷却液Ｗを前記被冷却対象１６に送り出すとともに前記液槽１２に回収するための圧送ポンプ１３と、前記熱交換器１４に空気を送風するための送風機１８とを備え、前記被冷却対象１６を冷却する冷却装置１１であって、
前記熱交換器１４は、前記冷却液Ｗを流すための複数個のチューブ３と、前記冷却液Ｗを各々の前記チューブ３に分配するための分配ヘッダー１と、各々の前記チューブ３を流れて来た前記冷却液Ｗを集合する集合ヘッダー２とを備え、
前記チューブ３は、上部が逆Ｕ字状に形成されたチューブ折り返し部３ｕと、略鉛直方向に配置された一対のチューブ直線部３ｓと、前記チューブ直線部３ｓの内、一方の下端にあたるチューブ入口側下端３ａと、他方の下端にあたるチューブ出口側下端３ｂとを有し、
前記分配ヘッダー１と前記集合ヘッダー２は略水平方向に配置されており、
前記各チューブ入口側下端３ａに前記冷却液Ｗを分配する前記分配ヘッダー１の分配ヘッダー入口端１ａと、前記各チューブ出口側下端３ｂから前記冷却液Ｗを集合する前記集合ヘッダー２の集合ヘッダー出口端２ａは前記熱交換器１４において互いに反対側の側面に設けられるとともに、
前記分配ヘッダー入口端１ａに流入する前記冷却液Ｗの流入方向と、前記集合ヘッダー出口端２ａから流出する前記冷却液Ｗの流出方向とは、略同一方向であることを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明に係る請求項２の冷却装置１１によれば、前記冷却液Ｗを前記空気Ａと熱交換させるに際し、前記送風機１８により送風される前記空気Ａの流れの上流側に前記分配ヘッダー１が設けられ、前記空気Ａの流れの下流側に前記集合ヘッダー２が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明に係る請求項３の冷却装置１１によれば、前記分配ヘッダー１と前記集合ヘッダー２は鉛直方向において異なる位置に設けられていることを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明に係る請求項４の冷却装置１００によれば、第２次流体を第１次流体と熱交換させて冷却する熱交換器を備え、前記第２次流体を冷却する冷却装置であって、
前記熱交換器は、前記第２流体を流すための複数個のチューブ３と、前記第２次流体を各々の前記チューブ３に分配するための分配ヘッダー１と、各々の前記チューブ３を流れて来た前記第２次流体を集合する集合ヘッダー２とを備え、
前記チューブ３は、上部が逆Ｕ字状に形成されたチューブ折り返し部３ｕと、略鉛直方向に配置された一対のチューブ直線部３ｓと、前記チューブ直線部３ｓの内、一方の下端にあたるチューブ入口側下端３ａと、他方の下端にあたるチューブ出口側下端３ｂとを有し、
前記分配ヘッダー１と前記集合ヘッダー２は略水平方向に配置されており、
前記各チューブ入口側下端３ａに前記第２次流体を分配する前記分配ヘッダー１の分配ヘッダー入口端１ａと、前記各チューブ出口側下端３ｂから前記第２次流体を集合する前記集合ヘッダー２の集合ヘッダー出口端２ａは、前記熱交換器において互いに反対側の側面に設けられるとともに、
前記分配ヘッダー入口端１ａに流入する前記第２次流体の流入方向と、前記集合ヘッダー出口端２ａから流出する前記第２次流体の流出方向とは、略同一方向であることを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明に係る請求項５の冷却装置１００によれば、前記熱交換器は、前記第２次流体である冷媒Ｒを凝縮する凝縮器３１であって、
前記凝縮器３１は、前記冷媒Ｒを前記第１次流体である空気Ａと熱交換させて前記冷媒Ｒを冷却することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る請求項１記載の冷却装置では、各チューブ３のチューブ直線部３ｓ、３ｓが略鉛直方向に設けられていることで、冬期に冷却装置を停止し、凍結破裂を防止することを目的として冷却液Ｗを排出する必要がある場合に、冷却液Ｗを各チューブ内に残さず円滑に排出することができる。
【００１４】
また、分配ヘッダー入口端１ａと集合ヘッダー出口端２ａが熱交換器１４の互いに反対側の側面に設けられ、しかも分配ヘッダー入口端１ａから流入する冷却液Ｗの流れ方向と集合ヘッダー出口端２ａから流出する冷却液Ｗの方向が略同一である。このため、分配ヘッダー入口端１ａに近い側のチューブ３から分配ヘッダー入口端１ａから離れた側（集合ヘッダー出口端２ａに近い側）のチューブ３まで、各チューブ３への冷却液Ｗの流入と各チューブ３から冷却液Ｗの流出が均一化する。このため、全てのチューブ３において、空気との熱交換が可能となり、しかも熱交換率が均一化する。従って熱交換器１４の熱交換面積を有効に活用でき、空気Ａと冷却液Ｗとの熱交換率を向上させることができる。以上について以下に詳述する。
【００１５】
まず、分配ヘッダー入口端１ａから冷却液Ｗが分配ヘッダー１内に流入し、分配ヘッダー１が冷却液Ｗにより満たされる。分配ヘッダー１が冷却液Ｗに満たされると、分配ヘッダー入口端により近い側の各チューブ３から冷却液Ｗが順に分配される。分配された冷却液Ｗは、各チューブ直線部３ｓ、各チューブ折り返し部３ｕ、各チューブ直線部３ｓを経て、集合ヘッダー２へと集合する。
【００１６】
各チューブ３内は真空ではなく、空気が残存しているので、空気が冷却液Ｗによって、分配ヘッダー入口端１ａに近いチューブ３から分配ヘッダー入口端１ａからより離れた側の各チューブ３に徐々に追い込まれて空気圧は上昇して行く。従って、分配ヘッダー入口端１ａに近い側の各チューブ３には、冷却液Ｗが流入し易いが、分配ヘッダー入口端１ａから離れた側の各チューブ３には、冷却液Ｗが流入しづらくなる。各チューブ３に空気が残留していると、この残留している部分に冷却液Ｗが流入せず、無効な熱交換面積が生じる。一方、集合ヘッダー出口端２ａは、分配ヘッダー入口端１ａが設けられている面とは熱交換器１４において反対の面に設けられており、冷却液Ｗは、集合ヘッダー出口端２ａから流出する。このため、集合ヘッダー出口端２ａに近い側の各チューブ３からは、冷却液Ｗが流出し易く、それに伴い、空気も同様に、集合ヘッダー出口端２ａに近い側の各チューブ３から流出し易くなる。集合ヘッダー出口端２ａに近い側の各チューブ３から流出し易くなる分だけ、分配ヘッダー入口端１ａから離れた各チューブ３への冷却液Ｗの流入がし易くなる。
【００１７】
しかも、分配ヘッダー１に冷却液Ｗが流入する方向と集合ヘッダー２から冷却液Ｗが流出する方向が平面視及び正面視で略同じであるため、分配ヘッダー１、集合ヘッダー２共に、冷却液Ｗの流れにおいて、実質的な方向転換を要する箇所がない。このため、冷却液Ｗの流れの抵抗も低減する。
【００１８】
従って冷却液Ｗが分配ヘッダー１、チューブ３、集合ヘッダー２をスムーズに流動するので、冷却液Ｗと空気Ａとの熱交換率が向上することとなり、各チューブ３内を冷却液Ｗが確実に流動するので、熱交換器１４の熱交換面積を全面に亘って有効に活用でき、空気Ａと冷却液Ｗの熱交換率を向上させることができる。
【００１９】
さらに、本発明に係る請求項２記載の冷却装置１１によれば、送風機１８により送風される空気Ａの流れの上流側に分配ヘッダー１が設けられ、空気Ａの流れの下流側に集合ヘッダー２が設けられているため、分配ヘッダー１内に流入する高温の冷却水Ｗを予冷することができる。従って、予冷された冷却水Ｗは、各チューブ３を流動する際に空気Ａにより更に冷却され、低温の空気Ａと効率良く熱交換できる。このため、熱交換器１４における空気Ａと冷却液Ｗの熱交換率を向上させることができる。
【００２０】
さらに、本発明に係る請求項３記載の冷却装置１１によれば、分配ヘッダー１と集合ヘッダー２が鉛直方向において、異なる位置に設けられていることにより、水平方向に緩衝することを避けることができる。これにより、熱交換器１４の厚みを薄くすることができる。
【００２１】
さらに、本発明に係る請求項４記載の冷却装置１００によれば、請求項１の場合と同様に第２次流体が分配ヘッダー１、チューブ３、集合ヘッダー２をスムーズに流動するので、第２次流体と第１次流体との熱交換率が向上することとなり、各チューブ３内を第２次流体が確実に流動するので、熱交換器１４の熱交換面積を全面に亘って有効に活用でき、第１次流体と第２次流体の熱交換率を向上させることができる。
【００２２】
さらに、本発明に係る請求項５記載の冷却装置１００によれば、第２次流体である冷媒Ｒの凝縮器３１、３１への流入、流出をスムーズにし、熱交換率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態１に係る冷却装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る冷却装置の冷却液温度脈動抑制手段４０を示す図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る冷却装置の熱交換器を示し、請求項１〜３に対応した図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る冷却装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
次に、本発明に係る好適実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００２５】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る冷却装置の構成を示す図である。
【００２６】
本発明の実施形態１の冷却装置１１は、被冷却対象１６との間で循環させる冷却液Ｗを貯留するための液槽１２と、液槽１２から送り出された冷却液Ｗを空気Ａと熱交換させて冷却する熱交換器１４と、冷却液Ｗを液槽１２から熱交換器１４に送り出すとともに液槽１２に回収するための循環ポンプ２０と、冷却液Ｗを被冷却対象１６に送り出すとともに液槽１２に回収するための圧送ポンプ１３と、被冷却対象１６に送り出す冷却液Ｗの温度を測定するための冷却液温度センサＳと、熱交換器１４に空気を送風するための送風機１８と、冷媒Ｒを圧縮させるための圧縮機３０と、圧縮機３０で圧縮された冷媒Ｒを送風機１８の送風により凝縮させるための凝縮器３１と、凝縮器３１で凝縮された冷媒Ｒを膨張させるための膨張弁３２と、膨張弁３２で膨張させられた冷媒Ｒを蒸発させ冷却液Ｗを冷却するための蒸発器３３を備えている。
なお、冷却する側である空気を第１次流体とし、冷却される側である冷却液Ｗを第２次流体とする。
【００２７】
液槽１２には、冷却液Ｗを排出するための液槽排水弁１９を液槽排水口４４に配管を通じて接続する。膨張弁３２の手前には、冷媒Ｒ中の異物を除去するためのストレーナー３４を設ける。蒸発器３３から被冷却対象１６との間に位置する冷却液出口１５手前から、液槽１２の間には、被冷却対象１６へ供給する冷却液Ｗの供給量を調整するために、冷却液出口１５手前から液槽１２へ冷却液Ｗ（Ｗ６）をバイパスするバイパスバルブ２１を設ける。バイパスバルブ２１によりバイパスされた冷却液（Ｗ６）は、液槽バイパス冷却液入口４６から液槽１２へと流入する。圧縮機３０は、電磁弁３０Ｖを開閉することで、圧縮機３０内部のスクロール部の嵌合離脱を行う。圧縮機３０は、冷却液温度センサＳにより測定される温度に基づき冷却能力を制御する。送風機１８は、送風機インバーター１８Ａにより制御される。
【００２８】
循環ポンプ２０により循環ポンプ接続口２０Ａを通じて液槽１２から送り出された冷却液Ｗ（Ｗ１）は、循環ポンプ吐出口２０Ｂから吐出され２台の熱交換器１４、１４へと流入する。熱交換器１４、１４は、２台がＶ字型を描くように対向配置され、上部へ行くほど対向間隔が大きくなるように設けられている。このＶ字の角度は、２台の熱交換器１４，１４における各々のチューブ直線部３Ｓ、３Ｓが略鉛直に配置される範囲となっている。ここでいう略鉛直方向とは、鉛直方向に対して±３０°内の方向を指す。より好ましくは±１５°内の方向を指す。送風機１８が回転し、熱交換器１４、１４へ送風することにより、熱交換器１４、１４を流れる冷却液Ｗは、空気Ａと熱交換し、空気Ａにより冷却される。熱交換器１４、１４を流出した冷却液Ｗ（Ｗ２、Ｗ３）は、液槽１２へと戻る。本実施形態において、冷媒を圧縮する圧縮機等で構成される冷凍回路ではない冷却回路という意味で、便宜的に、この循環路をフリークーリング回路Ｆｃとする。フリークーリング回路Ｆｃは、循環ポンプ接続口２０Ａから循環ポンプ２０、熱交換器１４、１４、フリークーリング冷却戻り口５６までの範囲の回路を指し示す。
【００２９】
圧送ポンプ１３の吸込み口である圧送ポンプ吸込み口１３Ａより吸い込まれ、圧送ポンプ１３により液槽１２から送り出された冷却液Ｗ（Ｗ４）は、蒸発器３３へと流入する。蒸発器３３において冷媒Ｒにより冷却された冷却液Ｗは、冷水出口１５を通じて被冷却対象１６へと供給され、被冷却対象１６を冷却する。被冷却対象１６より流出した冷却液Ｗ（Ｗ５）は、冷却液入口１７を通じて、液槽冷却液入口４５から液槽１２へと戻る。
【００３０】
圧縮機３０により圧縮された冷媒Ｒは、互いの間隔は上部が広くなるようにＶ字配置された２台の凝縮器３１、３１へ流入し、凝縮される。凝縮器３１、３１において凝縮された冷媒Ｒは、ストレーナー３４を通じて膨張弁３２へ流入する。膨張弁３２において、膨張した冷媒Ｒは、蒸発器３３へ流入し、蒸発する。冷媒Ｒは、冷却液Ｗから熱を奪うことで蒸発する。蒸発器３３において、蒸発した冷媒Ｒは、圧縮機３０へと戻る。本実施形態において、冷媒を圧縮する圧縮機等で構成される冷却回路という意味で、便宜的に、この循環路を冷媒回路Ｒｃとする。冷媒回路Ｒｃを冷却手段と呼ぶこともある。
【００３１】
冷却装置１１は、被冷却対象１６を冷却するための冷却能力を、フリークーリング回路Ｆｃのみで賄える場合、冷媒回路Ｒｃの蒸発器３３において冷却液Ｗを冷却する必要はない。この場合、圧縮機３０を運転する必要はないので、圧縮機３０の動力分の省エネ効果が得られる。
【００３２】
圧縮機３０は、内部のスクロール部がクラッチのように嵌合離脱するクラッチタイプの圧縮機である。蒸発器３３が液槽１２の下流且つ、被冷却対象１６の上流に配置されている。一方、液槽１２の内部には、冷却液Ｗの制御温度の脈動を抑制する冷却液温度脈動抑制手段４０が設けられている。圧縮機３０と冷却液温度脈動抑制手段４０は、図示しない制御部によって制御される。電磁弁３０Ｖを開閉させることにより、圧縮機３０内部のスクロールを嵌合離脱させる。電磁弁３０ＶがＯＦＦ時、圧縮機３０内部のスクロール部は嵌合し、電磁弁３０ＶがＯＮ時、圧縮機３０内部のスクロール部は、離脱する。圧縮機３０の内部のスクロール部が嵌合している時、圧縮機３０は、冷媒Ｒを圧縮し、離脱している時は、冷媒を圧縮しない。冷却装置１１は、圧縮機３０内部のスクロールを嵌合させる時間と、離脱する時間を調整することにより、冷却液Ｗの冷却能力を制御する。冷却すべき熱負荷が大きくなればなるほど、嵌合時間が長くなり、冷却すべき熱負荷が小さくなればなるほど、離脱時間が長くなる。圧縮機３０内部のスクロール部が離脱している間は、スクロール部が空運転状態になるので、それだけ消費動力エネルギーが少なくなる。
【００３３】
圧縮機３０が、クラッチタイプの圧縮機である場合、冷却液Ｗの制御すべき温度が脈動してしまうので、その脈動を吸収し、安定化させるために液槽１２を蒸発器３３の下流側に通常設けるが、液槽１２の内部に、冷却液温度脈動抑制手段４０を設けることで、冷却液Ｗの温度の脈動を抑制することができる。クラッチタイプの圧縮機は、インバーター駆動タイプの圧縮機よりも低負荷領域における運転可能領域が広いため、定められた最低回転周波数以下に回転周波数を下げられないインバーター駆動タイプの圧縮機よりも低負荷領域において省エネ効果が大きい。また、蒸発器３３が液槽１２よりも下流で且つ被冷却対象１６の上流に設けられていることで、制御の応答性を良くすることができる。よって、低負荷領域の省エネ効果と良好な制御応答性の両方を得ることができる。
【００３４】
液槽冷却液入口４５、及び液槽バイパス冷却液入口４６から液槽１２へ戻る冷却液Ｗ（Ｗ５、Ｗ６）は、液槽１２内において、液槽１２内の１角を囲って配置された冷却液温度脈動抑制手段４０内へと流入する。冷却液温度脈動抑制手段４０は、流入する冷却液Ｗ（Ｗ５、Ｗ６）の温度の変動が圧送ポンプ１３により圧送ポンプ吸込口１３Ａから吸い込まれる冷却液Ｗ（Ｗ４）の温度にもたらす影響を抑制する。冷却液温度脈動抑制手段４０内へと流入した冷却液Ｗは、循環ポンプ２０により吸入され、熱交換器１４へと送られる。
【００３５】
空気Ａは、送風機１８に吸引されるように熱交換器１４、凝縮器３１という順番で、送風される。この空気Ａの流れ方向を、ここでは便宜的に奥行き方向とする。空気Ａは奥行き方向に、熱交換器１４内を流れる冷却液Ｗは略鉛直方向に、凝縮器３１内を流れる冷媒Ｒは略水平方向に流れる。空気Ａ、冷却液Ｗ、冷媒Ｒが互いにそれぞれ、奥行き方向、略鉛直方向、略水平方向に流れることで、熱伝達の状態が均一化される。これを、ここでは、便宜的に、３次元熱伝達と呼ぶ。３次元熱伝達による熱交換を終えた冷媒Ｒは、膨張弁３２を経て蒸発器３３へ送られ、冷却液Ｗ（Ｗ３）は、フリークーリング回路冷却液戻り口５６より液槽１２へ流入する。液槽１２へ流入した冷却液Ｗ（Ｗ４）は、圧送ポンプ吸込口１３Ａから圧送ポンプ１３により吸引され、蒸発器３３へと送られる。
【００３６】
前述の通り、蒸発器３３における冷媒Ｒと冷却液Ｗの熱交換は、クラッチタイプである圧縮機３０の運転の影響を受け、冷却液Ｗの温度が脈動するが、冷却液温度脈動抑制手段４０と３次元熱伝達によって、蒸発器３３に流入する冷却液Ｗ（Ｗ４）の温度をできる限り安定させることにより、蒸発器３３を経て被冷却対象１６へ供給される冷却液Ｗの温度は安定する。
【００３７】
空気Ａの流れ方向に対して、熱交換器１４は、凝縮器３１の上流側に設けられている。通常、空気Ａの温度も、空気Ａが冷却する熱交換器１４内を流れる冷却液Ｗの温度も、凝縮器３１内を流れる冷媒Ｒの温度よりも低い。それにより、凝縮器３１における冷媒Ｒの凝縮を補助する効果を得ることができる。
【００３８】
また、熱交換器１４により凝縮器３１への直射日光の照射も防ぐことができるため、直射日光により凝縮器３１を流れる冷媒Ｒが凝縮不良となり、冷媒圧力が著しく上昇してしまうことを防ぐ効果もある。冷媒回路Ｒｃ内において安定的に冷媒Ｒを循環させることができ、最終的には、被冷却対象１６に供給する冷却液Ｗの温度の安定化を図ることができる。
【００３９】
圧送ポンプ１３は、液槽１２の内部に設けられている。これにより、冷却装置１１内の省スペース化を図ることができる。
【００４０】
図２は、本発明の実施形態１に係る冷却装置の冷却液温度脈動抑制手段４０を示す図である。
【００４１】
図２（ａ）は、冷却液温度脈動抑制手段４０を備える液槽１２を上側から見た図である。図２（ｂ）は、冷却液温度脈動抑制手段４０を備える液槽１２を正面側から見た図である（循環ポンプ２０周辺省略）。図２（ｃ）は、冷却液温度脈動抑制手段４０を備える液槽１２を右側から見た図である（圧送ポンプ１３周辺省略）。図２（ｄ１）は、第１の冷却液温度抑制板４１を上側から見た図である。図２（ｄ２）は、第１の冷却液温度抑制板４１を正面側から見た図である。図２（ｄ３）は、第１の冷却液温度抑制板４１を右側から見た図である。図２（ｅ１）は、第２の冷却液温度抑制板４２を上側から見た図である。図２（ｅ２）は、第２の冷却液温度抑制板４２を正面側から見た図である。図２（ｅ３）は、第２の冷却液温度抑制板４２を右側から見た図である。
【００４２】
第１の冷却液温度抑制板４１、第２の冷却液温度抑制板４２は、液槽１２内の一角を囲うことにより冷却液温度脈動抑制手段４０を形成する。冷却液Ｗ５が液槽冷却液入口４５から冷却液温度脈動抑制手段４０により囲われた区画に流入し、循環ポンプ接続口２０Ａに接続された循環ポンプ２０により吸引されることにより、冷却液Ｗ５の温度が、液槽１２内の冷却液Ｗの温度に影響を与えることを抑制している。
【００４３】
第１の冷却液温度抑制板４１、第２の冷却液温度抑制板４２により、この冷却液温度脈動抑制手段４０を形成する区画を完全に囲ってしまうと、冷却液Ｗを排出したい時に、排出できないので、第１の冷却液温度抑制板４１には、冷却液Ｗを排出するための隙間４１Ｓを、第２の冷却液温度抑制板４２には隙間４２Ｓを設ける。
【００４４】
冷却液Ｗを貯留するための液槽１２は、圧送ポンプ１３、圧送ポンプ１３より液槽１２から送り出す冷却液Ｗ（Ｗ４）の温度の脈動を抑制するための冷却液温度脈動抑制手段４０を内部に備える。また、フリークーリング回路Ｆｃの熱交換器１４へ冷却液Ｗ（Ｗ１）を供給するための循環ポンプ２０が液槽１２の循環ポンプ接続口２０Ａに接続されている。
【００４５】
図２において、液槽１２は、次のものを備える。すなわち液槽１２は、冷却液入口１７（図１参照）から戻って来る冷却液Ｗ（Ｗ５）を流入させるための液槽冷却液入口４５、フリークーリング回路Ｆｃの熱交換器１４（図１参照）からの冷却液Ｗ（Ｗ２、Ｗ３）を液槽１２へ流入させるためのフリークーリング回路冷却液入口部５５、フリークーリング回路冷却液戻り口５６、循環する冷却液Ｗの一部（Ｗ６）を冷却液出口１５（図１参照）の手前で液槽１２へバイパスして戻すための液槽バイパス冷却液入口４６、過剰な液位まで冷却液Ｗが増加した際に、冷却液Ｗを外部に排出するためのオーバーフロー口４８、冷却液Ｗを液槽１２へ供給するための冷却液供給口４７、任意の用途に使用可能な予備口５２、冷却液Ｗの液位を表示するための液面計（図示せず）を接続するための液面計接続口５３、冷却液Ｗの所定の液位を検出するためのフロートスイッチ４９、液槽１２を使用しない時に、液槽１２から冷却液Ｗを排出するための液槽排水口４４を備える。
【００４６】
液槽１２から冷却液Ｗを送り出す圧送ポンプ１３の出口の配管である圧送ポンプ出口配管部５４には、冷却液Ｗ（Ｗ４）の温度を測定するための冷却液温度センサ５０と、冷却液Ｗの圧力を測定し表示するための圧力ゲージ（図示せず）と圧送ポンプ出口配管部５４を接続するキャピラリーチューブを接続するためのキャピラリーチューブ接続部５１を備える。
【００４７】
冷却液Ｗ１は、循環ポンプ吐出口２０Ａから吐出され熱交換器１４（図１参照）へと流入する。熱交換器１４にて空気Ａと熱交換し、空気Ａにより熱を奪われ、冷却された冷却液Ｗ２、Ｗ３は、合流してフリークーリング回路冷却液戻り口５６を通じて、液槽１２へと戻る。
【００４８】
冷却液Ｗ４は、圧送ポンプ出口配管部５４を通じて、蒸発器３３（図１参照）へ流入し、冷媒Ｒと熱交換し、冷媒Ｒにより熱を奪われることにより冷却される。蒸発器３３にて、冷却された冷却液Ｗ４は、冷却液出口１５を通じて被冷却対象１６へと供給され、被冷却対象１６を冷却する。被冷却対象１６から熱を奪い、被冷却対象１６を冷却した冷却液Ｗ５は、冷却液入口１７を通じて、液槽冷却液入口４５から液槽１２へと流入する。
【００４９】
液槽冷却液入口４５の液槽１２内の継手は、水平方向に対して所定の角度（例えば３０°）傾けられていて、冷却液Ｗ５が水平方向に流入し、液槽１２の底面を直接打ちつけることによる衝撃を緩和している。
【００５０】
液槽バイパス冷却液入口４６の液槽１２内の継手は、水平方向に対して所定の角度（例えば４５°）傾けられていて、冷却液Ｗ６が鉛直方向に流入し、液槽１２の底面を直接打ちつけることによる衝撃を緩和していると同時に、圧送ポンプ１３によりスムーズに吸い込まれる流れを形成するように意図されている。
【００５１】
図３は、本発明の実施形態１に係る冷却装置の熱交換器１４を示す図である。
【００５２】
図３（ａ）は、熱交換器１４を上から見た図である。図３（ｂ）は、熱交換器１４を左側から見た図である。図３（ｃ）は、熱交換器１４を正面から見た図である。図３（ｄ）は、熱交換器１４を下から見た図である。図３（e）は、分配ヘッダー入口端１ａ周辺を拡大した図である。図３（f）は、熱交換器１４の集合ヘッダー出口端２ａ周辺を拡大した図である。図３（ｇ）は、チューブ３を単独で図示した図である。
【００５３】
熱交換器１４は、冷却液Ｗを流すための各チューブ３、各チューブ３に流れる冷却液Ｗと空気Ａとの熱交換面積を大きくするためのフィン４、冷却液Ｗを鉛直方向に設けられた各チューブ３に分配するために水平方向に設けられた分配ヘッダー１及び冷却液Ｗを各チューブ３から集合するための集合ヘッダー２を備える。なお、ここでの鉛直方向、水平方向とは、熱交換器１４を水平な面に置いた場合の各方向を意味する。フィン４には、各チューブ３を挿入するための穴（図示せず）が設けられていて、略水平に設けられている。各チューブ３は、フィン４の穴（図示せず）に挿入される。フィン４は、鉛直方向に対して、一定間隔で複数枚設けられている。熱交換器１４は一般に、フィン＆チューブ式熱交換器と呼ばれる。
【００５４】
各チューブ３は、上部が逆Ｕ字状に形成された各チューブ折り返し部３ｕと、この各チューブ折り返し部３ｕから略鉛直方向に配置された２つのチューブ直線部３ｓ、３ｓと、２つのチューブ直線部３ｓ、３ｓの内、一方の下端にあたる各チューブ入口側下端３ａと、他方の下端にあたる各チューブ出口側下端３ｂとを有する。当然のことながら、チューブ入口側下端３ａ、一方のチューブ直線部３ｓ、チューブ折り返し部３ｕ、他方のチューブ直線部３ｓ、チューブ出口側下端３ｂは、互いに連結している。各チューブ入口側下端３ａは、分配ヘッダー１に設けられた各分配穴（図示せず）に、各チューブ出口側下端３ｂは、集合ヘッダー２に設けられ各集合穴（図示せず）に接続される。
各チューブ３のチューブ直線部３ｓ、３ｓが略鉛直方向に設けられていることで、冬期に冷却装置を停止し、凍結破裂を防止することを目的として冷却液Ｗを排出する必要がある場合に、冷却液Ｗを各チューブ内に残さず円滑に排出することができる。特に、熱交換器１４を液槽１２の液面と被冷却対象１６より高い位置に配置しておくと、冷却液Ｗをチューブ３から、より円滑に排出できる。
【００５５】
分配ヘッダー１は、略直線状の管状部材であり、各チューブ入口側下端３ａから各チューブ３へ冷却液Ｗを分配するための分配ヘッダー１の入口である分配ヘッダー入口端１ａと、分配ヘッダー入口端１ａの反対側の端面において、分配ヘッダー１を閉口する分配ヘッダー閉口端１ｂと、多数の分配穴（図示せず）を備える。
【００５６】
集合ヘッダー２は、略直線状の管状部材であり、各チューブ出口側下端３ｂより冷却液Ｗを集合させるための集合ヘッダー２の出口である集合ヘッダー出口端２ａと、集合ヘッダー出口端２ａの反対側の端面において、集合ヘッダー２を閉口する集合ヘッダー閉口端２ｂと、多数の集合穴（図示せず）を備える。
【００５７】
分配ヘッダー１は、集合ヘッダー２に対して、空気Ａの流れの上流側に配置され（図３（ｂ）参照）、且つ鉛直方向の下方に配置されている（図２（ｂ）参照）。又、分配ヘッダー１と集合ヘッダー２は、空気Ａの流れ方向において交互に複数列が配置されている（図３（ｂ）参照）。
【００５８】
圧送ポンプ１３から送り出され、分配ヘッダー１の分配ヘッダー入口端１ａから流入した冷却液Ｗは、分配ヘッダー１から、その各分配穴（図示せず）に接続された各チューブ入口側下端３ａを介して各チューブ３へと流入する。
【００５９】
各チューブ３内へ流入した冷却液Ｗは、空気Ａと熱交換し、空気Ａによって冷却される。
【００６０】
各チューブ３において、空気Ａにより冷却された冷却液Ｗは、各チューブ３の集合ヘッダー２に設けられ各集合穴（図示せず）に接続された各チューブ出口側下端３ｂから集合ヘッダー２へと流入する。
【００６１】
各チューブ３の各チューブ出口側下端３ｂから集合ヘッダー２へと流入した冷却液Ｗは、集合ヘッダー出口端２ａから流出し、被冷却対象へと供給される（図１参照）。
【００６２】
分配ヘッダー入口端１ａと集合ヘッダー出口端２ａは、互いに、熱交換器１４の反対側の側面に設けられ、分配ヘッダー入口端１ａから流入する冷却液Ｗの流れ方向と、集合ヘッダー出口端２ａから流出する冷却液Ｗの流れ方向は、略同一方向となる。
【００６３】
仮に冷却液Ｗをチューブ３へ分配する分配ヘッダー１の分配ヘッダー入口端１ａと冷却液Ｗをチューブ３から集合する集合ヘッダー２の集合ヘッダー出口端２ａが熱交換器１４の同一側面に設けられる場合、次の通りになる。まず、分配ヘッダー入口端１ａから冷却液Ｗが流入し、分配ヘッダー１が冷却液Ｗにより満たされる。分配ヘッダー１が冷却液Ｗに満たされたあと、分配ヘッダー入口端により近い側の各チューブから冷却液Ｗが順に分配される。分配された冷却液Ｗは、各チューブ直線部３ｓ、各チューブ折り返し部３ｕ、各チューブ直線部３ｓを経て、集合チューブ２へと集合する。各チューブ内が真空であることはなく、空気が残存しているので、徐々に空気が冷却液Ｗによって分配ヘッダー入口端１ａからより離れた側の各チューブ３に追い込まれて行く。従って、分配ヘッダー入口端１ａに近い側の各チューブ３には、冷却液Ｗが流入し易いが、分配ヘッダー入口端１ａから離れた側の各チューブ３には、冷却液Ｗが流入しづらくなる。各チューブ３に空気が残留していると、残留している部分に冷却液Ｗが流入せず、無効な熱交換面積が生じてしまう。このままでは、熱交換器１４における熱交換面積を十分に利用できず、熱交換率の低下を招くことになる。
【００６４】
本実施形態１においては、分配ヘッダー入口端１ａと集合ヘッダー出口端２ａが熱交換器１４の反対の側面に設けられていて、しかも、分配ヘッダー入口端１ａから流入する冷却液Ｗの流れ方向αと集合ヘッダー出口端から流出する冷却液Ｗの流れ方向βが略同一である。この略同一とは、平面視方向（図３の（ｄ））及び正面視方向（図３の（ｃ））において、方向βが方向αのほぼ延長方向に一致しているものであるが、方向βが方向αに対し４５°以内、好ましくは３０°以内、より好ましくは１５°以内を指す。
【００６５】
本実施形態１における冷却液Ｗの流れは次の通りである。まず、分配ヘッダー入口端１ａから冷却液Ｗが流入し、分配ヘッダー１が冷却液Ｗにより満たされる。分配ヘッダー１が冷却液Ｗに満たされたあと、分配ヘッダー入口端１ａにより近い側の各チューブ３から遠い側のチューブ３に向けて冷却液Ｗが順に各チューブ３に分配される。分配された冷却液Ｗは、各チューブ直線部３ｓ、各チューブ折り返し部３ｕ、各チューブ直線部３ｓを経て、集合チューブ２に集合する。
【００６６】
各チューブ３内が真空であることはなく、空気が残存しているので、徐々に空気が冷却液Ｗによって、分配ヘッダー入口端１ａからより離れた側の各チューブ３に追い込まれて行く。従って、分配ヘッダー入口端１ａに近い側の各チューブ３には、冷却液Ｗが流入し易く、分配ヘッダー入口端１ａから離れた側の各チューブ３には、冷却液Ｗが流入しづらくなる。
【００６７】
一方で、集合ヘッダー出口端２ａが、分配ヘッダー入口端１ａが設けられている面とは反対の面に設けられていて、冷却液Ｗは、集合ヘッダー出口端２ａから流出する。このため、集合ヘッダー出口端２ａに近い側の各チューブ３からは、冷却液Ｗが流出し易く、それに伴い、空気も同様に、集合ヘッダー出口端２ａに近い側の各チューブ３から流出し易くなる。集合ヘッダー出口端２ａに近い側の各チューブ３から流出し易くなる分だけ、分配ヘッダー入口端１ａから離れた各チューブ３への流出がし易くなる。
【００６８】
しかも、集合ヘッダー出口端２ａが、分配ヘッダー入口端１ａが設けられている面とは反対の面に設けられていて、分配ヘッダー１に冷却液Ｗが流入する方向と集合ヘッダー２から冷却液Ｗが流出する方向がほぼ同じである。このため、分配ヘッダー１、集合ヘッダー２共に、冷却液Ｗの流動において、大きく方向転換を要する箇所がないので、冷却液Ｗの流れに対しての流動抵抗を低減することができる。これにより、全領域のチューブに、ほぼ万遍無く均一的流速で冷却液Ｗは、流動することが可能となる。このため、熱交換器１４の熱交換面積を有効に活用でき、空気Ａと冷却液Ｗの熱交換率を向上させることができる。
【００６９】
一方、送風機１８により送風される空気Ａの流れの上流側に分配ヘッダー１が下流側に集合ヘッダー２が設けられている。熱交換過程前半においては、空気Ａと冷却液Ｗとの熱交換、熱交換過程後半においては、空気Ａと冷却液Ｗとの熱交換を行わせる。この場合、空気Ａは冷却する側であり、冷却液Ｗは冷却される側である。一般に、２種類の媒体を熱交換させる工程において、冷却する側の媒体の温度が最も低い状態であり、且つ冷却される側の媒体の温度が最も高い状態あるという条件から熱交換を開始させ、熱交換の全工程において、温度差が最大となるように、その各々の流れが対向流となるように媒体を流すと熱交換率が最も良くなることが知られている。本実施形態においては、冷却する側の媒体の温度が最も低い状態であり、且つ冷却される側の媒体の温度が最も高い状態あるという条件から熱交換を開始させることにより、熱交換器１４における空気Ａと冷却液Ｗの熱交換率を向上させることができる。
また、空気Ａの流れの上流側に分配ヘッダー１が設けられているので、送風機１８による送風を分配ヘッダー１に当てることにより予冷効果も見込める。
【００７０】
更に、分配ヘッダー１と集合ヘッダー２が鉛直方向において、異なる位置に設けられている。分配ヘッダー１と集合ヘッダー２が同じ高さに設けられる場合、当然のことながら水平方向において、各々の直径が緩衝する位置関係に設けることはできない。しかし、分配ヘッダー１と集合ヘッダー２を鉛直方向において異なる方向に設けることにより、水平方向に緩衝することを避けることができる。これにより、熱交換器１４の厚みを薄くすることができる。
【００７１】
（実施形態２）
図４は、本発明の実施形態２における冷却装置１００の構成を示し、請求項５に対応した実施形態である。実施形態１に係る冷却装置の構成からフリークーリング回路Ｆｃを削除し、実施形態１における熱交換器１４、１４の構造を、凝縮器３１、３１に適用した構成を示す図である。
【００７２】
空気Ａを第１次流体とし、冷媒Ｒを第２次流体とする。
【００７３】
図４において、凝縮器３１、３１は、実施形態１の熱交換器１４，１４と同じ構造を有し、熱交換器１４，１４に流入する冷却液Ｗを冷媒Ｒに置き換えたものである。このため、第２次流体である冷媒Ｒの凝縮器３１、３１への流入、流出をスムーズにし、熱交換率を向上させることができる。実施形態１と同様の特徴を有する。
（変形例１）
図１の凝縮器３１、３１に実施形態２の凝縮器凝縮器３１，３１の構造を適用することも可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１    分配ヘッダー
１ａ    分配ヘッダー入口端
２    集合ヘッダー
２ａ    集合ヘッダー出口端
３    チューブ
３ａ    チューブ入口側下端
３ｂ    チューブ出口側下端
３ｓ    チューブ直線部
３ｕ    チューブ折り返し部
１１    冷却装置
１２    液槽
１３    圧送ポンプ
１４    熱交換器
１６    被冷却対象
１８    送風機
２０    循環ポンプ
Ａ    空気
Ｗ    冷却液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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