(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部熱源から吸熱して液化冷媒を気化させる気化器であって、
上記気化器は、気化部と入口部と出口部とを備え、
上記気化部は、相互に平行に配列した複数の貫通穴を形成した平板からなり、
上記入口部と上記出口部とは、それぞれ一端が閉塞端であって他端が開口端からなる中空管であり、
上記気化部の一端部には全ての上記貫通穴が連通するように上記入口部の外周面が連設され、
上記気化部の他端部には全ての上記貫通穴が連通するように上記出口部の外周面が連設され、
上記入口部の開口端には上記冷媒の入口経路が連結され、
上記出口部の開口端には上記入口経路より断面積が大きい上記冷媒の出口経路が連結されているものであって、
上記気化部は、上記外部熱源の上面に装着される
ことを特徴とする気化器。
【請求項２】
外気から吸熱して液化冷媒を気化させる気化器であって、
上記気化器は、気化部と入口部と出口部とフィンとを備え、
上記気化部は、相互に平行に配列した複数の貫通穴を形成した平板からなり、
上記気化部は、上記貫通穴方向に所定の長さとこの貫通穴方向に直交する所定の高さとを有する空間を挟み込むように屈成してあり、
上記空間内には、上記貫通穴方向と交差するように上記フィンが介在し、
上記入口部と上記出口部とは、それぞれ一端が閉塞端であって他端が開口端からなる中空管であり、
上記気化部の下部に位置する一端部には、全ての上記貫通穴が連通するように上記入口部の外周面が連設され、
上記気化部の上部に位置する他端部には、全ての上記貫通穴が連通するように上記出口部の外周面が連設され、
上記入口部の開口端には上記冷媒の入口経路が連結され、
上記出口部の開口端には上記入口経路より断面積が大きい上記冷媒の出口経路が連結されている
ことを特徴とする気化器。
【請求項３】
請求項２において、前記気化部は、相互に平行に配列した複数の中空管からなることを特徴とする気化器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの１に記載した気化器とこの気化器の上方に位置する凝縮器とを備え、
上記凝縮器は、外部冷却器の水平方向に突出する所定の柱状形状を有する吸熱部に放熱して冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器であって、
上記凝縮器は、凝縮部と入口部と出口部とを備え、
上記凝縮部は、上記柱状形状を有する吸熱部の全周を取り巻くように形成した平板からなり、
上記凝縮部には、相互に平行に配列した複数の貫通穴が周方向に沿って形成され、
上記入口部と上記出口部とは、それぞれ一端が閉塞端であって他端が開口端からなる中空管であって、
上記凝縮部の最上部の断面には、全ての上記貫通穴と連通するように上記入口部の外周面が連設され、この凝縮部の最下部の断面には、全ての上記貫通穴と連通するように上記出口部の外周面が連設され、
上記入口部の開口端には上記冷媒の入口経路が連結され、
上記出口部の開口端には上記入口経路より断面積が小さい上記冷媒の出口経路が連結されており、
上記凝縮部は、上記所定の柱状形状からなる吸熱部に挿入して装着されており、
上記凝縮器の出口経路と上記気化器の入口経路とを連結し、
上記凝縮器の入口経路と上記気化器の出口経路とを連結してある
ことを特徴とする冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部冷凍機の吸熱部に放熱して冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器と、外部熱源から吸熱して液化冷媒を気化させる気化器と、これらの凝縮器と気化器とを備える冷却装置とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から特定の区画や対象等を冷却するために、種々の冷却装置が提案されている。しかるに、冷却区画や対象物を冷却装置の吸熱部によって、直接冷却することが困難な場合もある。例えば、車内に搭載するアイスボックス等では、スペース上の制限や冷却装置からの排熱で車内が暖まることを防止する等のために、アイスボックスに冷却装置を直接設置することが困難である。あるいは、冷却対象が極めて狭いスペースに密集しているコンピュータのＣＰＵ等の冷却に対しては、冷却装置をその近傍に設置することが困難である。
【０００３】
このため従来から図１０に示すように、冷却対象物９２と離れた場所に冷却装置を設置し、この外部の冷却装置の吸熱部９１とこの冷却対象物との間で、冷媒を循環させて冷却する手段が提案されている。すなわち外部の冷却装置の吸熱部９１に放熱部５１を装着して冷媒を冷却し、その冷媒を経路５５を介して、冷却対象物９２に接する吸熱部５２に導いて、この冷却対象物を冷却するものである。なお、吸熱部５２で温度が上昇した冷媒は、経路５６を介して、放熱部５１に還流させる。
【０００４】
このような冷却手段においては、放熱部５１や吸熱部５２を、外部の冷却装置の吸熱部９１や冷却対象物９２に、冷媒が流れるパイプ等を巻きつけたり敷設したりして構成する手段が採用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような冷却手段においては、外部の冷却装置の吸熱部９１と放熱部５１との間や、冷却対象物９２と吸熱部５２との間の熱伝達性を向上させることが、冷却効率の増加や冷却手段の小型化に必要となる。特に、コンピュータのＣＰＵ等のように、冷却対象物９２のサイズが極めて小さく、発熱量もそれほど大きくない場合には、外部の冷却装置も小型で足りるために、この冷却装置の吸熱部９１に装着する放熱部５１も小さくなり、この冷却対象物に装着する吸熱部５２も極小さくする必要がある。したがって、放熱部５１や吸熱部５２を小型にしつつ、かつ熱伝達性を向上させることが極めて重要になる。
【０００６】
また、整備性や点検性を向上させるためには、放熱部５１や吸熱部５２を、外部の冷却装置の吸熱部９１や冷却対象物９２から、熱伝達性を損なうことなく、容易に取り付けたり取り外せる手段が必要になる。
【０００７】
そこで本発明の目的は、このような解決課題に対応すべく、小型、高効率で整備性等に優れる凝縮器と気化器と、これらの凝縮器と気化器とを備える冷却装置とを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による凝縮器の第１の特徴は、外部冷却器の水平方向に突出する所定の柱状形状を有する吸熱部に放熱して冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器であって、凝縮部と入口部と出口部とを備えていることにある。凝縮部は、柱状形状を有する吸熱部の全周を取り巻くように形成した平板からなり、この凝縮部内には、互に平行に配列した複数の貫通穴が周方向に沿って形成されている。そして入口部と出口部とは、それぞれ一端が閉塞端であって他端が開口端からなる中空管になっている。
【０００９】
凝縮部の最上部の断面には、全ての貫通穴と連通するように入口部の外周面が連設され、この凝縮部の最下部の断面には、全ての貫通穴と連通するように出口部の外周面が連設されている。この入口部の開口端には、冷媒の入口経路が連結され、この出口部の開口端には、この入口経路より断面積が小さい冷媒の出口経路が連結されている。そして、凝縮部は、所定の柱状形状からなる吸熱部に挿入して装着される。
【００１０】
ここで、凝縮部の最上部の断面と、この凝縮部の最下部の断面とは、凝縮部の全周を垂直面を境にして１８０度ずつ二分したときの、それぞれの端面を意味する場合の他、凝縮部を全周上の一箇所で分離したときの、両分離面を意味する場合も含む。
【００１１】
発明をこのように構成することにより、次の作用効果が得られる。すなわち単に放熱部で液化冷媒の温度を下げるだけでは、液化冷媒の熱容量と温度差を乗じた分しか放熱が期待できない。一方本発明のように、凝縮器で冷媒蒸気を凝縮させれば、凝縮熱分の放熱ができるため、極めて高い熱伝達性が得られる。また、凝縮部を、細い貫通穴を多数配列した平板を、柱状形状を有する吸熱部の全周を取り巻くように構成することによって、冷媒の熱伝達面積が広くなり、外部冷却器の吸熱部と、これに装着する凝縮部とのサイズを極めて小型にすることができる。
【００１２】
また、凝縮部を、所定の柱状形状からなる吸熱部に挿入するだけで装着できるので、この凝縮部の取り付けや取り外しが極めて容易になり、熱伝達性を損なうことなく組立性や整備性を向上させることができる。なお、冷媒の出口経路の断面積を入口経路より小さくしたのは、冷媒蒸気が凝縮すると体積が大幅に減少するため、小さな断面積の経路で足りるからである。
【００１３】
本発明による凝縮器の第２の特徴は、前記特徴１に記載の凝縮器がクランプを備え、このクランプは、凝縮部を取り巻くように形成されていることにある。そして凝縮部は、所定の柱状形状からなる吸熱部に挿入され、クランプによってこの吸熱部に締め付けるようにして装着される。
【００１４】
発明をこのように構成することにより、次の作用効果が得られる。すなわち柱状形状を有する吸熱部に凝縮部を挿入して装着する場合には、吸熱部の外周寸法や凝縮部の内周寸法のバラツキが大きいときには、吸熱部と凝縮部との密着性が低下し、熱伝達性が悪くなる。しかるに凝縮部の外周をクランプによって締め付けるように構成することによって、吸熱部と凝縮部との密着性を向上し、熱伝達性の低下を回避しつつ、取り付けや取り外しを極めて容易に行なうことができるようになる。したがって熱伝達性を損なうことなく組立性や整備性を向上させることができる。
【００１５】
本発明による凝縮器の第３の特徴は、前記特徴１〜２のいずれかに記載した凝縮部が、相互に平行に配列した複数の中空管からなることにある。
【００１６】
このように発明を構成することによって、より低コストで上述したものと同等の作用効果が得られる。
【００１７】
本発明による気化器の第１の特徴は、外部熱源から吸熱して液化冷媒を気化させる気化器であって、気化部と入口部と出口部とを備えていることにある。この気化部は、相互に平行に配列した複数の貫通穴を形成した平板からなる。また入口部と出口部とは、それぞれ一端が閉塞端であって他端が開口端からなる中空管であって、気化部の一端部には、全ての貫通穴が連通するように入口部の外周面が連設され、一方、気化部の他端部には、全ての貫通穴が連通するように上記出口部の外周面が連設されている。そして入口部の開口端には、冷媒の入口経路が連結され、出口部の開口端には、入口経路より断面積が大きい冷媒の出口経路が連結されている。そして、気化部は、外部熱源の上面に装着される。
【００１８】
このように発明を構成することにより次の作用効果が得られる。すなわち単に冷却部で低温の液化冷媒の温度を上げるだけでは、液化冷媒の熱容量と温度差を乗じた分しか吸熱が期待できない。一方本発明のように、気化器で液化冷媒を気化させれば、気化熱分の熱が吸熱できるため、極めて高い熱伝達性が得られる。また、気化部に細い貫通穴を多数配列した平板を採用することによって、冷媒の熱伝達面積が広くなり、外部熱源に装着する気化部のサイズを極めて小型にすることができる。特にコンピュータのＣＰＵのような、極小さい密集した対象を冷却する場合には極めて有効な手段となる。
【００１９】
また、ナットやクランプ等の手段で、冷却対象物に装着できるので、取り付や取り外しが極めて容易になり、熱伝達性を損なうことなく組立性や整備性を向上させることができる。なお、冷媒の出口経路の断面積を入口経路より広くしたのは、液化冷媒が気化すると体積が大幅に増加するため、気化冷媒の流れを閉塞しないように、広い断面積の経路が必要となるからである。
【００２０】
本発明による気化器の第２の特徴は、外気から吸熱して液化冷媒を気化させる気化器であって、この気化器は、気化部と入口部と出口部とフィンとを備えていることにある。この気化部は、相互に平行に配列した複数の貫通穴を形成した平板からなる。そしてこの気化部は、上記貫通穴方向に所定の長さと、この貫通穴方向に直交する所定の高さとを有する空間を、挟み込むように屈成してある。またこの空間内には、上記貫通穴方向と交差するように上記フィンが介在している。
【００２１】
この入口部と出口部とは、それぞれ一端が閉塞端であって他端が開口端からなる中空管であり、上記気化部の下部に位置する一端部には、全ての貫通穴が連通するようにこの入口部の外周面が連設され、この気化部の上部に位置する他端部には、全ての貫通穴が連通するようにこの出口部の外周面が連設されている。そしてこの入口部の開口端には、上記冷媒の入口経路が連結され、この出口部の開口端には、この入口経路より断面積が大きい冷媒の出口経路が連結されている。
【００２２】
このように発明を構成することにより次の作用効果が得られる。すなわち気化部に細い貫通穴を多数配列した平板を採用することによって、極めて広い冷媒の熱伝達面積を確保することができる。また、気化部を屈成することによって、広い面積を有する気化部をコンパクトに構成することができる。そして、屈成した気化部によって形成される空間に、フィンを備えることによって、通過する外気との熱伝達面積を大幅に増加することができる。したがって、冷媒及び外気の熱伝達面積を大幅に増加させつつ、気化部のサイズを小型にすることができる。
【００２３】
本発明による気化器の第３の特徴は、前記特徴１〜２に記載した気化部が、相互に平行に配列した複数の中空管からなることにある。
【００２４】
このように発明を構成することによって、より低コストで上述したものと同等の作用効果が得られる。
【００２５】
本発明による冷却装置の特徴は、前記凝縮器の特徴１〜３のいずれかの１に記載した凝縮器と、前記気化器の特徴１〜３のいずれかの１に記載した気化器とを備えており、この凝縮器は、この気化器より上方に位置しており、この凝縮器の出口経路とこの気化器の入口経路とを連結し、また凝縮器の入口経路と気化器の出口経路とを連結してあることにある。
【００２６】
このように発明を構成することにより、冷却装置の小型化、高効率化を図り、整備性等を向上させることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１〜図２に示す凝縮器１０は、外部冷却器の円柱形状を有する吸熱部１９に放熱して、冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器であって、凝縮部１１と、入口部１２と、出口部１３と、クランプ１４とを備えている。使用する冷媒は、例えば炭酸ガスのように、凝縮器１０において、気体から液体に相変化するものを使用するが、吸熱部１９等の温度によって、適切な冷媒と封入圧力とを選択する。凝縮部１１は、円柱形状を有する吸熱部１９の全周を取り巻くように形成したアルミ製の平板からなる。
【００２８】
図３に示すように、平板からなる凝縮部１１内には、相互に平行に配列した複数の貫通穴１１ａが周方向に沿って形成されている。また、平板からなる凝縮部１１は、円周上二箇所で、周方向に直角な断面１１ｂと断面１１ｃとで半円形状に分割してある。そして、平板からなる凝縮部１１の１の断面１１ｂには、全ての貫通穴１１ａと連通するように入口部１２の外周面が連設され、他の１の断面１１ｃには、全ての貫通穴１１ａと連通するように出口部１３の外周面が連設されている。
【００２９】
図４に示すように、入口部１２と出口部１３とは、それぞれ一端が閉塞端１２ａ，１３ａであって、他端が開口端１２ｂ，１３ｂからなるアルミ製の中空管である。なお、この入口部１２と出口部１３との外周面上には、スリット１２ｃ，１３ｃが開口しており、このスリットに平板からなる凝縮部１１の断面１１ｂ，１１ｃが、それぞれロー付けによって連設してある。入口部１２の開口端１２ｂには、冷媒のアルミ製チューブからなる入口経路１５が、ロー付けによって連結され、出口部１３の開口端１３ｂには、入口経路１５より断面積が小さい冷媒の出口経路１６が、ロー付けによって連結されている。
【００３０】
クランプ１４は、凝縮部１１の外周を取り巻くように半円形状に形成した、ポリカーボネート熱可塑性合成樹脂製の断熱部材１４ｃと、この断熱部材の外周を取り巻くよう円筒形状に形成した、ステンレス製のバンド１４ａとから構成される。そして、凝縮部１１は、円筒形状からなる吸熱部１９に挿入され、バンド１４ａの両端部１４ｂ，１４ｂに形成した穴に挿入したボルト１７とナット１８とによって、この吸熱部に締め付けるようにして装着される。
【００３１】
ここで合成樹脂製の断熱部材１４ｃを使用するのは、外気の熱が凝縮部１１に伝わるのを回避すると共に、弾力性を有するこの合成樹脂製の断熱部材を介して、この凝縮部に対して周方向に均一な締め付け力が掛かるようにするためである。なお、凝縮部１１は、上述したような半円形状に二分割する場合に限らず、ほぼ全円形状に形成し、円周上の一箇所で分離して、その両分離面に入口部１２と出口部１３とを連設することもできる。
【００３２】
図５〜図６に示す気化器２０は、外部熱源２９から吸熱して液化冷媒を気化させる気化器であって、気化部２１と入口部２２と出口部２３とを備えている。気化部２１は、相互に平行に配列した複数の貫通穴２１ａを形成したアルミ製の平板からなる。入口部２２と出口部２３とは、それぞれ一端が閉塞端２２ａ，２３ａであって、他端が開口端２２ｂ，２３ｂからなるアルミ製の中空管である。気化部２１の一端部２１ｂには，全ての貫通穴２１ａが連通するように入口部２２の外周面がロー付けによって連設され、気化部２１の他端部２１ｃには，全ての貫通穴２１ａが連通するように出口部２３の外周面がロー付けによって連設されている。
【００３３】
入口部２２の開口端２２ｂには、アルミ管からなる冷媒の入口経路２５がロー付けによって連結され、出口部２３の開口端２３ｂには、入口経路２５より断面積が大きい、アルミ管からなる冷媒の出口経路２６がロー付けによって連結されている。そして、気化器２０は、アルミ製ブロックからなるヘッド部材２４に挿設されており、このヘッド部材の穴２４ａをビス止めして、外部熱源２９の上面に装着される。
【００３４】
なお、気化部２１とヘッド部材２４とを一体成形することも可能であり、このヘッド部材の代わりに、外部熱源２９の上面に、カバー等で気化部を直接設置させることもできる。
【００３５】
図７に、外気から吸熱して液化冷媒を気化させる気化器３０を示す。気化器３０は、気化部３１と、入口部３２と、出口部３３と、フィン３４とを備えている。気化部３１は、相互に平行に配列した複数の貫通穴３１ａを形成した、アルミ製の平板からなる。そして気化部３１は、貫通穴３１ａ方向に所定の長さと、この貫通穴方向に直交する所定の高さとを有する空間を、順次挟み込むようにジグザグに屈成してある。またこの空間内には、アルミ製の薄板を貫通孔３１ａ方向と、直角に交差するように波形に折り曲げたフィン３４が、その折り曲げ頂部がこの気化部の相対向する面と密接するように介在している。
【００３６】
入口部３２と出口部３３とは、それぞれ一端が閉塞端３２ａ，３３ａであって、他端が開口端３２ｂ，３３ｂからなるアルミ製の中空管である。そして気化部３１の下部に位置する一端部には、全ての貫通穴３１ａが連通するように、入口部３２の外周面が連設され、この気化部の上部に位置する他端部には、全ての貫通穴３１ａが連通するように、出口部３３の外周面が連設されている。そして入口部３２の開口端３２ｂには、アルミ管からなる冷媒の入口経路３５が連結され、出口部３３の開口端３３ｂには、この入口経路より断面積が大きい、アルミ管からなる冷媒の出口経路３８が連結されている。
【００３７】
なお気化部３１は、図７に示すように三段に屈成する場合に限らず、１段〜２段に屈成してもよく、あるいは４段以上に屈成したものであってもよい。またフィン３４は、図７に示すようにＵ字型の断面形状となるように波型に折り曲げたものに限らず、Ｖ字型に折り曲げたものや、Ｉ字型あるいはコの字型の断面形状が連続するように薄板を構成したものであってもよい。また入口部３２と出口部３３とは、円管に限らず、楕円や矩形断面形状を有する管であってもよい。
【００３８】
このように発明を構成することによって、液化冷媒は、入口経路３５を経由して気化器３０の下部位置から流入し、貫通穴３１ａを通過しつつ徐々に気化して、この気化器３０の上部位置から、断面積の大きい出口経路３６を経由して流出する。そして貫通穴３１ａでの気化熱によって、フィン３４を図示Ｗ１からＷ２方向に通過する外気を冷却する。
【００３９】
次に図８に、ロー付けによって相互に平行に配列した、複数の中空管４１を示す。中空管４１は、直径約１ｍｍのアルミ製である。この中空管４１を使用すれば、上述した凝縮部１１や気化部２１，３１を、より簡易かつ低コストで製造することができる。
【００４０】
さて、上述した凝縮器１０と、気化器２０または気化器３０とを、図１０に示した放熱部５１と吸熱部５２とにそれぞれ使用することにより、小型、高効率かつ整備性等に優れる冷却装置を構成することができる。ところで、図１０に示すように、凝縮器１０が上方位置にあって、気化器２０または気化器３０が下方位置にある場合には、この凝縮器で凝縮した液化冷媒と、この気化器で気化した冷媒蒸気との比重差によって、何等外部動力が無くても、冷媒を連続して循環させることができる。しかし、凝縮器１０が気化器２０または気化器３０の位置と同じ、または下方にある場合には、駆動ポンプがなければ、冷媒を連続して循環させることができない。
【００４１】
図９に、冷媒の駆動ポンプの一例として、いわゆるフィッシュ・テール・ポンプと呼ばれる、小型、かつ簡易な構成を特徴とする駆動ポンプ６０を示す。駆動ポンプ６０は、液化冷媒が流れる経路６５内に設けられ、支点６３で支持した薄板バネ６１を備えている。そして、薄板バネ６１には鉄等の金属片６２が取り付けてあり、電磁石６４，６４によって、この金属片を左右に振動させる。そして金属片６２が左右に振れると、薄板バネ６１が支点６３を中心として、丁度魚が尾びれを振るようにして、冷媒を送り出す。なお、この薄板バネ６１の固有振動数で振らせれば、極めて小さな電力で冷媒を送り出すことができる。
【００４２】
【発明の効果】
凝縮器で冷媒蒸気を凝縮させ、気化器で液化冷媒を気化させることによって、凝縮熱分あるいは気化熱分の放熱あるいは吸熱ができるため、極めて高い熱伝達性が得られる。また凝縮部や気化部を、細い貫通穴を多数配列した平板で形成し、この貫通穴に冷媒を流すことによって、冷媒の熱伝達面積がきわめて広くなり、凝縮器や気化器のサイズを極めて小型にすることができる。さらに、柱状形状を有する吸熱部に凝縮部を挿入して、その外周をクランプによって締め付けるように装着でき、あるいは、ナットやクランプ等によって、気化器を冷却対象物に装着できるので、取り付けや取り外しが極めて容易になり、熱伝達性を損なうことなく組立性や整備性を向上させることができる。
【００４３】
また気化部を、細い貫通穴を多数配列した平板を屈成し、この折り曲げた平板の間に挟まれた空間にフィンを設け、このフィンの間に外気を通過させることによって、気化器の熱交換率を高めつつ小型軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  凝縮器の側面図である。
【図２】  凝縮器の正面図である。
【図３】  凝縮部の一部拡大図である。
【図４】  入口部及び出口部の拡大斜視図である。
【図５】  気化器の上面図である。
【図６】  気化器の正面図である。
【図７】  他の気化器の斜視図である。
【図８】  凝縮部や気化部として使用する細い中空管の配列図である。
【図９】  冷媒の駆動ポンプの構成図である。
【図１０】  従来例における冷却装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１０              凝縮器
１１              凝縮部
１２              入口部
１３              出口部
１４              クランプ
１５              入口経路
１６              出口経路
１９              吸熱部
２０，３０        気化器
２１，３１        気化部
２２，３２        入口部
２３，３３        出口部
２４              ヘッド部材
２５，３５        入口経路
２６，３６        出口経路
２９              外部熱源
３４              フィン
４１              中空管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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