(57)【要約】【課題】液冷式の冷却システム等の配管内で凝固しやすい冷却液中に滲入した水分を、その中から分離除去する水分分離除去装置、及び水分を除去後の冷却液を供給する冷却液供給装置を得る。【解決手段】水と冷却液との凝固点の差異を利用し、水分が滲入した冷却液等、水分の分離除去対象の冷却液を、水の凝固点以下、かつ冷却液の凝固点以上の温度範囲に冷却することによって、冷却液中の水分を冷却液中で凝固させ、これを冷却液中から分離除去する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水分の分離除去対象の冷却液を貯留する冷却液貯留槽と、
前記冷却液を導入してこれを水の凝固点以下、かつ前記冷却液の凝固点以上の温度範囲に冷却する冷却部と、
前記温度範囲に冷却後の前記冷却液中から、凝固した水分を分離して除去するとともに、水分除去後の冷却液を通過させる分離除去部と、
前記水分除去後の冷却液を前記冷却液貯留槽に還流させる循環ポンプと
を備えたことを特徴とする水分分離除去装置。
【請求項２】
前記分離除去部は、濾紙を用いて前記凝固した水分と冷却液とを分離して除去することを特徴とする請求項１に記載の水分分離除去装置。
【請求項３】
前記分離除去部は、遠心分離により前記凝固した水分と冷却液とを分離して除去することを特徴とする請求項１に記載の水分分離除去装置。
【請求項４】
水分の分離除去対象の冷却液を貯留する冷却液貯留槽と、
前記冷却液を導入してこれを水の凝固点以下、かつ前記冷却液の凝固点以上の温度範囲に冷却する冷却部と、
前記温度範囲に冷却後の前記冷却液中から、凝固した水分を分離して除去すると共に、水分除去後の冷却液を通過させる分離除去部と、
前記水分除去後の冷却液を外部に供給するための送出ポンプ、及び送出口と
を備えたことを特徴とする冷却液供給装置。
【請求項５】
前記分離除去部は、濾紙を用いて前記凝固した水分と冷却液とを分離して除去することを特徴とする請求項４に記載の冷却液供給装置。
【請求項６】
前記分離除去部は、遠心分離により前記凝固した水分と冷却液とを分離して除去することを特徴とする請求項４に記載の冷却液供給装置。
【請求項７】
さらに、外部に供給される前記水分除去後の冷却液を前記冷却液貯留槽に還流させるための切替バルブ及び管路を備えたことを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の冷却液供給装置。
【請求項８】
さらに、外部から前記冷却液貯留槽に前記水分の分離除去対象の冷却液を導入するための導入口を備えたことを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれか１項に記載の冷却液供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、冷却液中の水分を除去する水分分離除去装置、及び水分の分離除去後の冷却液を冷却システム等に供給する冷却液供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機等においては、各種の搭載機材を効率的に冷却して動作中の機材の温度が適切に維持されるよう、例えば、機体全体でひとつにまとめられた冷却系として、例えば、冷媒に冷却液を用いた液冷式の冷却システム等が構成される。一方、航空機等に搭載される各種の電子機器は、搭載スペースが限られることから、小型・高密度に構成され、その発熱量も多いことから、それぞれの搭載環境に応じた適切な冷却手法が採用される。
【０００３】
近年では、搭載器材数も増加するとともに、電子機器等では一層の高密度実装化によってその発熱量も増加しており、冷却効率を考慮して液冷方式を採用した搭載機材も多く見受けられる。そして、このような液冷方式の機器については、その冷却機構が、例えば前出の機体全体の冷却システムに組み込まれて冷却され、それぞれの機器の動作環境が維持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２４３０６１号公報（第７ページ、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のような、航空機内に構成された液冷式の冷却システムでは、冷媒としての冷却液が冷凍機等で冷却された上で、循環ポンプ等を用いて機体内の配管を経由し、発熱部である、例えば前出のような電子機器が多数収納された電子機器ラック部等に送られ、さらに冷却液は、その内部を通過して吸熱後、配管を経由して冷凍機等に戻され、再び冷却されて循環を繰り返す。また、冷却液としては、例えばＦＣ７７やＦＣ７７０（商品名；住友３Ｍ製）等が使用されるが、これらは水分を含まない。
【０００６】
しかしながら、この冷却液中に水分が紛れ込んでしまう虞がある。すなわち、冷却液は、種々の要因が影響して次第に減るため、補充することが必要となる。補充の際は、例えば、地上にて機外からポンプ等を用いて冷却液を圧送するが、このときに、補充する冷却液に水分が紛れ込んでいる、あるいは紛れ込んでしまう。また、機内の配管構造や冷却液タンク等の構造によっては、冷却システムの運転中あるいは点検中に水分が紛れ込んでしまう。そして、このように水分が含まれた場合、冷却液が水の凝固点以下の低温に冷却されて循環されると、冷却液中の水分は配管内で氷結して配管に詰まり等の障害を生じさせる虞があった。このため、冷却液が十分に循環されなくなって、搭載された電子機器等の機材の動作環境に重大な影響を及ぼす虞があった。
【０００７】
本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、液冷式の冷却システム等の配管内で凝固しやすい冷却液中に滲入した水分を、その中から分離除去する水分分離除去装置、及び水分を除去後の冷却液を供給する冷却液供給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】
上記目的を達成するために、本実施形態の水分分離除去装置は、水分の分離除去対象の冷却液を貯留する冷却液貯留槽と、前記冷却液を導入してこれを水の凝固点以下、かつ前記冷却液の凝固点以上の温度範囲に冷却する冷却部と、前記温度範囲に冷却後の前記冷却液中から、凝固した水分を分離して除去するとともに、水分除去後の冷却液を通過させる分離除去部と、前記水分除去後の冷却液を前記冷却液貯留槽に還流させる循環ポンプとを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、本実施形態の冷却液供給装置は、水分の分離除去対象の冷却液を貯留する冷却液貯留槽と、前記冷却液を導入してこれを水の凝固点以下、かつ前記冷却液の凝固点以上の温度範囲に冷却する冷却部と、前記温度範囲に冷却後の前記冷却液中から、凝固した水分を分離して除去すると共に、水分除去後の冷却液を通過させる分離除去部と、前記水分除去後の冷却液を外部に供給するための送出ポンプ、及び送出口とを備えたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る水分分離除去装置の構成の一例を示すブロック図。
【図２】本実施形態に係る冷却液供給装置の第１の実施例の構成を示すブロック図。
【図３】本実施形態に係る冷却液供給装置の第２の実施例の構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施形態に係る水分分離装置、及び冷却液供給装置を実施するための最良の形態について、図１〜図３を参照して説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本実施形態に係る水分分離装置の構成の一例を示すブロック図である。図１に例示したように、この水分分離装置１は、冷却液貯留槽としての冷却液タンク１０、冷却部２０、分離除去部３０、循環ポンプ４０、及び各部を接続する管路５０から構成されている。本実施例においては、管路５０は、冷却液タンク１０と冷却部２０との間を接続する管路５０ａ、分離除去部３０と循環ポンプとの間を接続する管路５０ｂ、及び循環ポンプと冷却液タンクとの間を接続する管路５０ｃを備えているものとしている。なお、図中における各管路内の矢線は、冷却液の流れる方向を示している。
【００１３】
冷却液タンク１０は、水分の分離除去対象の冷却液を貯留する槽であり、後述の冷却部２０に冷却液を流出するための管路５０ａ、及び循環ポンプ４０から還流される冷却液の流入経路となる管路５０ｃが接続されている。この冷却液タンク１０の材料は、冷却液の種類によって選択され、例えば金属に反応しない冷却液では金属材料が用いられ、金属に対する反応が見られる冷却液の場合は、例えば樹脂等によって形成される。また、槽内に貯留する冷却液への水分の吸収を極力低減するように、例えば密閉構造に構成される。加えて、低温の流体である冷却液を扱うことから、管路５０全体を含め、断熱構造を備えている。
【００１４】
冷却部２０は、冷却液タンク１０から管路５０ａを通じて、水分の分離除去対象の冷却液を導入し、これを水の凝固点以下、かつ冷却液の凝固点以上の温度範囲に冷却して、後段の分離除去部３０に送出する。水の凝固点は０℃であり、冷却液の凝固点は、使用する冷却液により異なるが、例えば前出のＦＣ７７やＦＣ７７０等では、−１００℃を下回る程度の温度である。すなわち、この冷却部２０は、例えば０℃〜−１００℃程度の範囲の所定値に、冷却液を冷却する。この範囲に冷却すると、凝固点の差異によって、冷却液は低温の流体のまま、冷却液中に含まれる水分が凝固して氷結する。
【００１５】
分離除去部３０は、冷却部２０から送出された冷却液中から、氷結した水分を分離して除去するとともに、水分除去後の冷却液を通過させて後段に送出する。本実施例においては、冷却液中から氷結した水分を分離除去する手法として、濾紙を用いた手法、または遠心分離による手法を適用するものとしている。すなわち、濾紙による場合は、氷結した水分を濾紙に吸着させるとともに、低温の流体である冷却液はそのまま通過させることによって、冷却液中から氷結した水分を分離除去する。また、遠心分離による場合は、相状態の差異によって、氷結した水分と低温の流体のままの冷却液とを分離し、氷結した水分が除去された冷却液のみを取り出す。
【００１６】
循環ポンプ４０は、冷却液タンク１０に貯留された冷却液を冷却部２０に導入して冷却し、分離除去部３０で水分を分離除去後の冷却液を還流させて冷却液タンク１０に回収するように、冷却液を管路５０に循環させるためのポンプである。本実施例においては、分離除去部３０と冷却液タンク１０との間に配置されるものとしている。すなわち、分離除去部３０から送出される水分の分離除去後の冷却液を管路５０ｂ経由で導入し、これを管路５０ｃを経由して冷却タンク１０に還流させるように、冷却液を送出する。
【００１７】
上述のように構成された本実施形態の水分分離除去装置１において、冷却液中の水分を分離除去する際は、まず、循環ポンプ４０が作動して、冷却液タンク１０に貯留された冷却液が冷却部２０に送られて冷却される。その冷却温度は、水の凝固点以下、かつ冷却液の凝固点以上の温度範囲であり、例えば０℃〜−１００℃程度の範囲内の所定値である。この温度に冷却されると、水と冷却液との凝固点の差異により、冷却液中の水分は凝固するが、冷却液は凝固せずに低温の流体のままとなる。すなわち、所定の低温域に冷却された冷却液中に水分が氷結して混在する状態となる。
【００１８】
この状態を維持したまま、冷却液が分離除去部３０に送出されると、分離除去部３０では、濾紙、または遠心分離によって、冷却液中の氷結した水分が分離されて除去される一方、流体である冷却液はこれらを通過する。そして、分離除去部３０を通過した低温の流体である冷却液は、管路５０ｂ及び５０ｃを経由して、冷却液タンク１０に還流される。これによって、冷却液中に滲入した水分が分離除去される。
【００１９】
以上説明したように、本実施例の水分分離除去装置においては、水と冷却液との凝固点の差異を利用し、例えば、水分が滲入した冷却液等、水分の分離除去対象の冷却液を、水の凝固点以下、かつ冷却液の凝固点以上の温度範囲に冷却することによって、冷却液中の水分を凝固させ、これを冷却液中から分離除去している。
【００２０】
これにより、滲入した水分が大幅に低減された良質な冷却液を提供することができるので、例えばこれを液冷方式の冷却システム等に適用した場合においては、冷却液中の水分の氷結に起因する配管の詰まり等を十分に抑制し、冷却液の循環を良好に維持することができる。
【実施例２】
【００２１】
図２は、本実施形態に係る冷却液供給装置の第１の実施例の構成を示すブロック図である。この第１の実施例の冷却液供給装置２について、前出の図１に例示した水分分離除去装置１の各部と同一の部分は同一の記号で示し、その詳細な説明は簡略化する。この第１の実施例の冷却液供給装置２は、実施例１に例示した水分分離除去装置１によって、水分が分離除去された後の冷却液を、外部に直接供給することができるように構成されている。以下、前出の図１、ならびに図２を参照して、その差異を中心に説明する。
【００２２】
図２に例示したように、この冷却液供給装置２は、冷却液タンク１０、冷却部２０、分離除去部３０、送出ポンプ４０ａ、流出口６０、切替バルブ７０、及びこれらの各部を接続する管路５０から構成されている。冷却液タンク１０、冷却部２０、分離除去部３０、送出ポンプ４０ａ、ならびに、管路５０ａ、５０ｂ、及び５０ｃは、第１の実施例に示した水分分離除去装置１と同様であり、その説明は省略する。なお、送出ポンプ４０ａについては、冷却液を本装置の外部に送出可能にした点で、第１の実施例の循環ポンプ４０と異なる。
【００２３】
流出口６０は、水分が分離除去された冷却液を外部機器等に供給するための送出口として設けられた、冷却液の流出口である。また、本実施例では、第１の実施例における管路５０ｃの途中に、切替バルブ７０を設けている。この切替バルブ７０は、水分が分離除去された冷却液の流路を流出口６０の方向に切り替える。そして、管路５０ｄとともに、流出口６０への冷却液の流路を形成している。
【００２４】
なお、この切替バルブ７０は、流路を液冷タンク１０の方向に切り替えて、冷却液を液冷タンク１０に還流させることが可能である。この場合には、本実施例の冷却液供給装置２を、実施例１に示した水分分離除去装置１と同等に動作させることができる。
【００２５】
上述のように構成された冷却液供給装置２が、外部の機器等に直接冷却液を供給する事例として、例えば、航空機内に構成された液冷方式による冷却システムに対して、冷却液を補充する事例を取り上げてみる。この場合は、例えば図２のように、まず、流出口６０と駐機中の航空機内の液冷式冷却システム１００の流入口（図示せず）とが、所定の管路で結合される。次いで、切替バルブ７０を流出口６０側に切り替えて送出ポンプ４０ａを作動させると、既に説明したように、補充用として冷却液タンク１０に貯留された冷却液中の水分が、冷却部２０及び分離除去部３０によって分離除去される。そして、水分が分離除去された良質の冷却液が、切替バルブ７０を経由して流出口６０に現れ、そのまま外気等に触れることなく、所定の管路を経由して航空機内の液冷式冷却システム１００に送られる。
【００２６】
このように、本実施例においても、滲入した水分が大幅に低減された良質な冷却液を得ることができるとともに、この冷却液の良好な状態を維持したまま、直接外部機器等に供給することができる。これにより、外部機器側においては、特に高高度で飛行する航空機等において発生する虞のある、冷却液中の水分の氷結に起因する配管の詰まり等の事象を十分に抑制することができる。
【実施例３】
【００２７】
図３は、本実施形態に係る冷却液供給装置の第２の実施例の構成を示すブロック図である。この第２の実施例の冷却液供給装置３について、図２に例示した第１の実施例の冷却液供給装置２の各部と同一の部分は同一の記号で示し、その説明は省略する。この第２の実施例の冷却液供給装置３が、前出の第１の実施例の冷却液供給装置２と異なる点は、冷却液を外部から冷却液タンク１０に導入するための流入口を、新たに設けた点である。以下、前出の図１及び図２、ならびに図３を参照して、その相違点を中心に説明する。
【００２８】
図３に例示したように、この冷却液供給装置３は、冷却液タンク１０、冷却部２０、分離除去部３０、送出ポンプ４０ａ、流出口６０、切替バルブ７０、流入口８０、及びこれらの各部を接続する管路５０から構成されている。これらの中で、冷却液タンク１０、冷却部２０、分離除去部３０、送出ポンプ４０ａ、流出口６０、切替バルブ７０、ならびに、管路５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、及び５０ｄは、図２に例示した第１の実施例の冷却液供給装置２と同様であるので、その説明は省略する。
【００２９】
流入口８０は、冷却液を外部から冷却液タンクに導入するために設けられた、冷却液の導入口である。そして、管路５０ｅとともに、外部から冷却液タンク１０への冷却液の流路を形成している。
【００３０】
このように構成された冷却液供給装置３においても、前出の冷却液供給装置２と同様の動作によって、水分を分離除去後の冷却液を、直接外部機器等に補充・供給することが可能である。加えて、例えば、外部機器等から水分が含まれる冷却液を直接回収しながら、その中の水分を分離除去し、再び外部機器等に直接供給することを可能にしている。
【００３１】
外部機器の一例として、例えば、航空機内に構成された液例方式の冷却システムに適用した場合を取り上げてみると、例えば図３に示したように、この冷却液供給装置３流出口６０、及び流入口８０が、それぞれ航空機内の液冷式冷却システム１００に設けられた冷却液の流入口、及び流出口（図示せず）に、所定の管路により結合される。そして、送出ポンプ４０ａを動作させることによって、液冷式冷却システム１００の冷却液が、流入口８０を経由して冷却液タンク１０に直接回収されつつ、冷却部２０及び分離除去部３０によって冷却液中の水分が分離除去されるとともに、水分が分離除去された冷却液は、流出口６０から直接液冷式冷却システム１００に、還流するように供給される。また、このときに、切替バルブ７０の設定によって、水分が分離除去された冷却液の一部を、管路５０ｃを経由して冷却タンクに還流することによって、水分の分離除去の効果を高めながら、液冷式冷却システム１００に冷却液を送出することができる。
【００３２】
以上説明したように、この第２の実施例の冷却液供給装置３においては、外部機器等から冷却液を直接回収することができ、回収した冷却液中から水分を分離除去して再び外部機器等に直接供給するサイクルを繰り返すことができるので、上述した第１の実施例冷却液供給装置２での効果に加え、水分の分離除去の効果をより一層高めることができる。
【００３３】
なお、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３４】
１  水分分離除去装置
２、３  冷却液供給装置
１０  冷却液タンク
２０  冷却部
３０  分離除去部
４０  循環ポンプ
４０ａ  送出ポンプ
５０  管路
６０  流出口
７０  切替バルブ
８０  流入口
１００  液冷式冷却システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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