JP2006292352A - 冷却ユニットの均圧ポート装置及び均圧方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却ユニットにおける冷却チャンバの内側と外側との間の圧力差を均一化する方法及び装置を提供する。
【解決手段】冷却ユニットの冷却チャンバの内外圧力差を均一化する均圧ポート装置であって、熱伝導性のボディ４６と、冷却ユニット内に収容される冷却チャンバに露出する第１の開口部３４と、前記冷却チャンバの外側の空間に露出する第２の開口部３６と、を有する導管３２と、該導管３２の前記熱伝導性のボディ４６の一部の周囲を巻回するように配設され、該熱伝導性のボディ４６を加熱する少なくとも一つの熱放散冷媒コイル４０と、を含んで構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般に冷却システムに関し、より詳しくは、低温の冷却ユニットに使用される均圧ポート装置及び均圧方法に関する。

冷却システムにおいて、冷却ユニットは、一般に、低温に冷却される少なくとも一つのチャンバを有している。かかるチャンバは、ドアを介してアクセスされる。そして、このドアが閉じられることによって、密閉状態を形成してチャンバ内を低温状態のまま保持する。
しかし、かかる密閉状態のために、前記チャンバは、そのドアの開閉時に定期的に高温・高湿の空気を内部に閉じ込めてしまうことがある。このような暖かく湿った空気は、密閉されたチャンバ内に閉じ込められると、急速に冷却されて収縮し、チャンバ内の空間に低圧部を形成する。その結果、冷却ユニットのチャンバの内外で圧力差が生じ、チャンバに好ましくない構造上のストレスを与えこととなり、チャンバのドアを再び開けようとしてもドアが開け難くなる。
この圧力差は、例えば、カスケード方式のコイル配列（cascading coil arrangements）を採用する産業用の強力な冷却ユニットによって形成される様々な超低温の貯蔵用チャンバにおいて顕著に大きくなる。このような超低温チャンバにおいて生じる極端な圧力差は、装置の構造上の整合性に影響を及ぼし、冷却ユニットの実用性を大幅に悪化させることになる。

これまで、上記内外圧力差を均圧化する多くの装置（device）が開発されている。その多くは「均圧ポート装置（pressure equalization port）」と呼ばれているが、その代わりとして、圧力リリーフポート装置（pressure life port）、通気装置（vent）若しくは換気装置（ベンチレータ：ventilator）と呼ばれる場合もある。
これらの全ての装置は、密閉されたチャンバと冷却ユニットの外側との間に配置された流管又は流路を備えており、その間を空気が流れるようにしている。この空気の流れは、チャンバ内で低圧が発生したときに、冷却ユニットの外側の高圧空気がチャンバ内に流れ込むことを可能とするものであり、これにより、冷却ユニットにおけるチャンバ内側と外側との間で圧力を均一化している。均圧ポート装置（pressure equalization port：以下単に「ポート装置」という場合もある）やその他の均圧装置（pressure equalization device）は、圧力を受けているドアを開けて、冷却チャンバにアクセスする（冷却チャンバ内に入る）ための時間を軽減するという目的を果たしており、その時間の差は、圧力やポート装置の大きさにもよるが、５分以上となる場合もある。

ポート装置の大きさに関して言うと、流路は、ユニットによって実現される冷却効果を打ち消してしまうようなヒートロスを招いてしまうほど大きくすることはできない。したがって、ポート装置は、一般に、冷却チャンバや冷却ユニットの大きさに対して小さい。
また、既存の均圧ポート装置の欠点の一つは、暖かく湿った空気が冷却チャンバ内で冷却されると、凝縮（結露）し、さらには、冷却チャンバ内で氷結してしまうことである。既存の均圧ポート装置における流路や開口部は比較的小さいことから、該均圧ポート装置内を暖かく湿った空気が流れると、流路や開口部の周りに氷結する傾向にあり、これにより付着した氷は、ポート装置内の流れを阻害するほどの大きさにまで増大（堆積）してしまうことがある。
このため、より効果的な流路を備えることで、冷却チャンバ内外の圧力の均一化を効率的に行うことのできるポート装置が望まれている。

ところで、冷却ユニットや冷却チャンバの動作をより改善するために、均圧ポート装置が、該均圧ポート装置自体や均圧ポート装置内を通過する流体を加熱する手段や構成、すなわち、加熱装置を含むようにすることが考えられる。これにより、結露の発生を防止するだけでなく、より大きな圧力勾配を形成して、ポート装置内を通過する流速をより速めることになる。
しかし、このような加熱装置を追加することは、冷却ユニットの構造を複雑化するとともに、かかる装置を製造したり、装置にエネルギーを供給したりするために追加のコストを必要とする。
従来技術に係る装置では、電源により熱エネルギーを供給するようにしていたが、これでは、ポート装置に熱エネルギーを供給する上で非効率的であり、使用されるエネルギーの料金が高価であり、また、その操作や保守に危険が伴う場合もある。
加熱装置の性能もまた重要である。それは、冷却チャンバの近くに熱を発生する装置を追加することは、チャンバの効率を低下させることになるおそれもあるからである。
したがって、上記したような加熱装置及び加熱方法は、冷却ユニットの全体的な性能に悪影響を与えることなく、より効果的に均圧ポート装置やこれを通過する流体に熱を供給するものでなければならないのである。

このため、冷却ユニットにおいて冷却チャンバ内外の圧力差を均一化する方法及び装置が望まれている。それは、例えば、冷却チャンバ内へと効果的に流体を流す流路を備え、冷却チャンバにおける圧力の均一化を図りつつ、前記流路の流れが阻害されることを効果的に防止するものである。

このようなニーズは、本発明によって、その大部分を満たすことができる。本発明の一つの観点からは装置が提供される。この装置は、いくつかの実施形態に示すように、冷却チャンバ内へと効果的に流体を流す流路を備え、冷却チャンバにおける圧力の均一化を図りつつ、前記流路の流れが阻害されることを効果的に防止する。

本発明の一実施形態によると、冷却ユニットのための均圧ポート装置が提供される。この均圧ポート装置は、熱伝導性のボディを有する導管（conduit）を含んでいる。また、この導管は、冷却ユニット内に密閉される冷却チャンバに露出する第１の開口部と、冷却チャンバの外側の空間に露出する第２の開口部とを含んでいる。そして、熱を放散させる少なくとも一つの冷媒コイル、すなわち、熱放散冷媒コイルが前記熱伝導性のボディの一部の周囲を巻回するように配設されて該ボディを加熱する。

本発明の他の実施形態によると、冷却ユニット内に密閉される冷却チャンバと、冷却チャンバの外側の空間との間の圧力差を均一化する均圧方法が提供される。この均圧方法においては、導管が冷却ユニットに取り付けられる。この導管は、熱伝導性のボディ、第１の開口部及び第２の開口部を含んでいる。第１の開口部は、冷却チャンバ内に露出する。第２の開口部は、冷却チャンバの外側の空間に露出しており、これにより、熱伝導性のボディ内を通ってガスが流れるようになっている。そして、少なくとも一つの熱放散冷媒コイルの一部が前記熱伝導性のボディの一部の周囲を巻回するように配設されて該ボディを加熱するようになっている。

本発明の更なる他の実施形態によると、冷却ユニットの均圧ポートが提供される。この均圧ポート装置は、導管形成手段（conduit means）を含んでおり、この導管形成手段は、熱エネルギーを吸収し、冷却ユニット内に密閉される冷却チャンバと、冷却チャンバの外側の空間との間を流体が流れることを可能とする。

以上では、後述する詳細な説明がより良く理解され、また、この発明の当該技術への貢献がより良く理解されるように、本発明の重要な特徴を、かなり大まかに概説してきたが、以下に記載されるように、本発明には更なる特徴があり、これらも添付の特許請求の範囲の記載の発明の主題を形成することはもちろんである。

この点において、本発明の少なくとも一つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、その適用において、以下の記載の説明や添付図面で示した詳細な構成や要素配置に限定されるものではないことを理解すべきである。本発明は、他の実施形態とすることができ、各種の方法により実施され又遂行され得るものである。
また、本明細書で使用されている表現並びに用語は、要約書と同様、説明を目的としたものであって、それらに限定するものと解されるべきではないことを理解すべきである。

よって、当業者であれば、本明細書における開示の基礎となる技術思想が、本発明のいくつかの目的を達成するための他の構造、方法及びシステム等を設計する際の基礎として容易に利用できることが理解できるであろう。
したがって、特許請求の範囲の記載は、本発明の精神と範囲とを逸脱しない限り等価な構成をも包含するものとみなすことが重要である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施形態について記載する。なお、図面全体を通じて、同一部品には同一の参照番号を付している。
本発明の実施形態は、熱伝導性ボディの導管（conduit）を有する冷却ユニットの均圧ポート装置を提供する。導管は、冷却ユニット内に密閉される冷却チャンバ内に通じる露出する開口部と、冷却チャンバの外側の少なくとも一つの空間に露出する開口部とを有する。また、冷却ユニットは、少なくとも一つの熱放散冷媒コイル（heat-dissipating refrigerant flow coil）を含み、この熱放散冷媒コイルは、前記熱伝導性のボディの一部の周囲を巻回するように配設されて該熱伝導性のボディを加熱する。
したがって、本発明は、発生する可能性のある、いかなる内外圧力差をも効果的に均一化するように、冷却ユニットの外部から冷却チャンバ内へと有効に流体を流すことのできる流路を備えている。熱放散冷媒コイルの一部の配置は、そのような流路が阻害されることを効果的に防止るとともに、チャンバ内の圧力を均一化するのを補助する。

冷却システムにおいて、一般的な冷却ユニットは、作動流体又は冷媒を圧縮するコンプレッサを含む。圧縮された冷媒は、比較的高圧、高温となり、コンプレッサから流出して、まず第１の熱放散流管（heat-dissipating flow tube）を通過する。これにより、冷媒は気体から液体へと凝縮する。膨張弁（expansion valve）又はオリフィスは、その後、凝縮された冷媒を膨張させて、低圧・低温として、気化し易い状態とする。この低温の冷媒は、その後に気化して、冷却されるチャンバ内に配置された熱吸収流管（heat-absorbing flow tube）を流れて、その周囲を冷却する。

前記熱吸収流管及び前記熱放散流管は、熱伝導、熱伝達に利用できる表面積を最大とするように、蛇のように曲がりくねった形状をしているのが一般的である。なお、前記熱放散流管は、一般に、凝縮コイル（condenser coil）又は「ホットコイル」と称され、前記熱吸収流管は、一般に、蒸発コイル（evaporator coil）又は「コールドコイル」と称される。
ここで、前記冷却システムは、二つ以上のコイルが配置されるカスケード式の冷却システムをも含むことに注意すべきである。このカスケード式の冷却システムでは、一つの「ホット」コイルから相対的に冷たい冷媒コイル（refrigerant flow coil）へと熱が移動されることになる。

本明細書において、「熱放散冷媒コイル（heat-dissipating refrigerant flow coil）」とは、任意の形状又は構成で配置される管又は導管のことをいい、それは、そのような熱放散冷媒コイルを通過する冷媒が、高温、高圧、高密度といった冷却サイクルにおける作動流体として適した条件となるように、冷却ユニットの一つ以上のコンプレッサの下流側に流体的に連結される。

加えて、本明細書において、「凝縮コイル（condenser coil）」もまた、任意の形状又は構成で配置される管又は導管のことをいい、それは、「凝縮コイル」が冷媒の温度を低下させることを主たる機能として巻きつけられる冷却コイルを意味する場合を除き、冷却ユニットの一つ以上のコンプレッサの下流側に流体的に連結されて、冷媒を気相から液相へと変化させるとともに、冷媒が冷却サイクル全体を流れる際に冷却ユニットから熱を移動させる。
凝縮コイルは、メイン・ホットコイル（main hot coil）又はプライマリ・ホットコイル（primary hot coil）と称される場合もある。
このような凝縮コイルは、冷却サイクルの他の位置に配置されて、本明細書において蒸発コイル（evaporator coil）又は「コールドコイル（cold coil）」と称する熱吸収冷媒コイル（heat-absorbing refrigerant coil）と区別されるべきである。このような「コールドコイル」の主たる機能は、該コールドコイルを介して、その周囲環境からの熱を冷媒流に移動させるものである。

図１は、本発明の一実施形態に係る装置及び方法の概略を示している。
この図１には、内部に冷却チャンバ１２を有する冷却ユニット１０、少なくも一つのコンプレッサ１４、均圧ポート装置１６、膨張弁１８、少なくとも一つの蒸発コイル２０、及び少なくとも一つの凝縮コイル２２が示されており、該凝縮コイル２２の一部は、均圧ポート装置１６の周囲を巻回するように設けられる熱放散（冷媒）コイル２４を含んでいる。

図に示す冷却ユニット１０のような全ての冷却ユニットは、所定の形状の冷却チャンバ１２を有し、冷却チャンバ１２は、低温に冷やされるとともに、何らかの入口あるいはドアを開閉することによってアクセスできる空間を有している。ここで、冷却チャンバ１２は、入口又はドアが閉じられると、所望の温度を保持するために、通常、外部環境から密閉されるようになっている。
冷媒は、要素１４、１８、２０、２２、２４によって構成される閉流路システム（closed loop system）を矢印Ｆの方向に流れて冷却チャンバ１２内を冷却する。コンプレッサ１４は、流入する冷媒を圧縮して、高温、高圧（状態）とする。その後、冷媒は、凝縮コイル２２を流れる。この凝縮コイル２２は、熱伝導による熱伝達プロセス、熱伝導・放熱性による熱伝達プロセスにより、冷却ユニット１０から熱を取り去って移動させる。これにより、冷媒の温度を低下させて、冷媒を気体から液体に変化させる。

なお、凝縮コイル２２は、その形状や構成は問わないが、該凝縮コイル２２によってもたらされる廃熱が冷却ユニット１０内へと移動して冷却性能を損なわないように、冷却チャンバ１２の外側又は冷却ユニット１０の構造壁の外側に配置されるのが一般的である。
ホットコイル（凝縮コイル）２２の一部分（これは、熱放散冷媒コイルに相当し、以下この部分を「ＰＥＰコイル」という場合もある）２４は、冷媒流からの熱を、均圧ポート１６装置内及び均圧ポート装置１６の周辺へと効果的に移動させるように、均圧ポート装置１６の外周を巻回するように配設される。なお、かかるホットコイル２２は、どのような方法で配設され、あるいは、どのような形状であってもよく、また、様々な形態、構成で冷却ユニット１０内又はその周囲に配置されてもよいことは理解されよう。
ここで、本発明の原理にしたがえば、コイル２２は、ＨＡＬＯコイル（HALO coil：輪状に巻かれたコイル）にように、冷却チャンバ１２のドアの開口部の周囲に配置される部分を有するようにしてもよい。
さらに、熱放散ＰＥＰコイル２４は均圧ポート１６の周囲に多くの方法で配設され、また、該ＰＥＰコイル２４が凝縮コイル２２全体の任意の部分、すなわち、凝縮コイル２２の一部分を構成し得ることは理解されよう。例えば、ＰＥＰコイル２４は、凝縮コイル２２の主要部分の上流側、凝縮コイル２２の主要部分の下流側、又は、その中間地点のいずれに配置されてもよい。
また、凝縮コイル２２及びＰＥＰコイル２４は、コンプレッサ１４の出口部又はその下流で分岐する二つ以上の分離した流管（流路）に配列されてもよいことは理解されよう。

冷却ユニットはまた、ホットコイル（凝縮コイル）２２の下流側に配置される膨張弁１８を含んでいる。膨張弁１８は、高圧・高密度の冷媒流を膨張させて低圧・低密度にするオリフィス又は他の装置（device）であり、そこでは、冷媒の少なくとも一部が液相から気相へと変化する。冷媒流は、膨張弁１８を通過した後に低圧・低温となり、この低圧・低温となった冷媒は、冷却チャンバ１２内に配置された熱吸収蒸発コイル２０を流れる。これにより、冷却チャンバ１２内が冷却される。

周期的あるいは定期的に行われる冷却チャンバ１２の開放と密閉とは、冷却チャンバ１２の外側に位置する外部空間「Ａ」と、冷却チャンバ１２内の内部空間「Ｂ」との間に、圧力差を生じさせる場合がある。そして、内部空間「Ｂ」が、外部空間「Ａ」よりも低圧となってしまうことがよくある。このようなことは、一般に、暖かく湿った空気が内部空間「Ｂ」に取り込まれ、冷却され、収縮して冷却チャンバ１２内の一定容積の下で低圧部を形成するときに起こる。
一方、内部空間「Ｂ」が外部空間「Ａ」よりも高圧となる場合もある。このようなことは、冷却チャンバ１２が密閉されているときに、過剰なガスや流体が冷却チャンバ１２に取り込まれたような場合に起こる。
いずれの場合においても、外部空間「Ａ」と内部空間「Ｂ」との間で圧力差が発生し、冷却ユニット１０の構造上、好ましくない応力（ストレス）及びひずみを生じさせる。そして、外部空間「Ａ」と内部空間「Ｂ」との間に配置されたチャンバのドアを開け難くする。

均圧ポート装置１６は、このような圧力差を軽減するために、冷却ユニット１０内に配置されている。この均圧ポート装置１６は、冷却ユニット１０及び冷却チャンバ１２の壁面や境界面の全範囲におけるいずれかの場所に取り付けられる。例えば、ドア、ドアシール、屋根（roof）あるいは床（floor）である。
均圧ポート装置１６は、外部空間「Ａ」と内部空間「Ｂ」との間に一つ以上の内部流路を形成する少なくとも一つの導管（conduit）を含んでいる。そして、外部空間「Ａ」と内部空間「Ｂ」との間に圧力差が発生すれば、均圧ポート装置１６を通じて生じる圧力勾配により、外部空間「Ａ」と内部空間「Ｂ」との間に流れを生ぜしめ、該圧力差をなくして内外圧力を均一化させる。

凝縮コイル２２の一部分である熱放散コイル（ＰＥＰコイル）２４は、均圧ポート１６に近接してその周囲を覆うように設けられているので、この熱放散コイル２４から発生する熱が均圧ポート装置１６を暖めるために利用されることになる。このため、均圧ポート装置１６によって形成される流路内及びその周囲での結露や氷の堆積を防止することができ、均圧ポート装置１６は、堆積した氷によってその流れが阻害されることなく、圧力の均一化を図ることが可能となる。
凝縮コイル２２、より具体的には、その一部である熱放散コイル２４から生じる廃熱を利用することによって、均圧ポート装置１６に熱エネルギーを供給するための追加の動力源やエネルギー源（例えば、電源）を必要としない。その結果、冷却ユニット１０のための、より効率的で効果的な均圧システムを構成することになる。

図２は、図１に示される均圧ポート装置１６の構成を概念的に示す側面図である。
この図２には、第１の開口部３４及び第２の開口部３６を有する導管３２を備えた均圧ポート装置・アセンブリ３０が示されている。少なくとも一つの流路３８は、導管３２によって二つの開口部３４、３６の間に形成される。
熱放散冷媒コイル４０は、導管３２の一部の周囲を巻回するように配設され、第１の端部４２及び第２の端部４４を有している。さらに、この熱放散冷媒コイル４０は、図１に示される凝縮コイル２２に連結されている。

導管３２は、流路３８を包囲する熱伝導性のボディ４６、換言すれば、その内部に流路３８が形成される熱伝導性のボディ４６を含む。導管３２は、いかなる数の流路を形成し、あるいは、いかなる数の分離独立した通路を含むようにしてもよく、図２に示されるような単一の一体的に形成される流路３８だけに限定されない。さらに、導管３２は、その内側に形成される流路３８を通過する流体の流れを調整し、制御するために、他のいかなるバルブや通気装置（vent）又は他の流量調整装置等を含んでもよい。ある実施形態においては、導管は、熱伝導性のボディ４６の周囲に配置される金属製スリーブを含む。
しかし、いずれの場合においても、導管３２は、冷却ユニット内の冷却チャンバの外側の外部空間「Ａ」と、冷却チャンバ内の内部空間「Ｂ」との間に、気体又は流体が流通する何らかの流路を備えている。

導管３２は、流路３８を包囲する熱伝導性のボディ４６を含む。該ボディ４６は比較的高い熱伝導性を有し、熱放散冷媒コイル４０からの熱を吸収し、その熱を、流路３８を通過する流れへと移動させる。ボディ４６は、高い熱伝導性を有するいかなる材料又はその組み合わせで製造されてもよい。そのような材料としては、例えば、銅、アルミニウム又はそれらの混合物がある。ここで、ボディ４６の室温での熱伝導率は、少なくとも２００（Ｗ／ｍ・Ｋ）であることが望ましい。
また、高い熱伝導性を有することに加えて、ボディ４６は、比較的高い熱キャパシタンス又は熱容量を有している。このため、熱エネルギーがボディ４６に移動すると、冷却ユニット及びコンプレッサを循環するにつれて熱放散冷媒コイル４０からエネルギーが移動しなくなったようなときでもより大きな熱量を保持することができる。
このことは、流路３８のより安定した加熱と、流路３８内のより効率的かつ効果的な流れとを可能とし、外部空間「Ａ」と内部空間「Ｂ」との間のいかなる圧力差をも均一化する。ここで、本実施形態においては、ボディ４６の室温での比熱容量又は熱キャパシタンスは、少なくとも０．３００（ｋＪ／ｋｇ・ｋ）となっている（すなわち、ボディ４６の比熱容量又は熱キャパシタンスは、室温で少なくとも０．３００（ｋｊ／ｋｇ・ｋ）であることが望ましい。

さらに、導管３２全体を適切に加熱すること及び適切な温度プロフィールを保持するためには、ボディ４６の相対的な大きさや質量が重要である。すなわち、その質量が大きいほど、ボディ４６はより多くの熱を保持することができる。本実施形態において、ボディ４６の質量は、少なくとも０．３（ｋｇ）であることが望ましい。なお、ワニス等の熱伝導性を有する材料や部材を導管３６の開口部近傍のボディ４６に付加して、均圧ポート装置全体としての性能を向上させて熱を保持するようにしてもよい。

しかしながら、均圧ポート装置・アセンブリ３０（又は導管３２）が一定の大きさにする場合（これは、冷却ユニットの物理的な大きさから決定されることが多い）には、均圧ポート装置・アセンブリ３０が好ましい温度プロフィールを保持するように機能するか否かを示す一つの指標（measure）として、ボディ６４の密度に比熱容量（熱キャパシタンス）が乗算された値ある。この基準値（metric）は、その体積及び温度に対するエネルギーの比率であり、以下では、「臨界特性比率（critical property ratio）」又は「ＣＰＲ」ということにする。
均圧ポート装置・アセンブリ３０を介しての熱伝達は、主として自然対流に依存するので、ボディ４６からのヒートロスは、ボディ４６と流路３８との間の温度差の強い関数となる。つまり、該温度差の影響を強く受ける。ボディ４６から熱が放散されるにしたがって、ボディ４６と流路３８との温度差は小さくなり、ポート装置から流路３８の流れへの熱伝達も低下する。
より高い密度を有するボディ４６は、より大きな熱容量を有して熱エネルギーを蓄えるとともに、体積当たりの質量がより大きくなることによって、冷却中においてもその温度を保持する。したがって、「ＣＰＲ」は、密度に比例する。
また、より高い比熱容量を有するボディ４６は、単位質量当たりにより多くの熱エネルギーを蓄えることができる。したがって、「ＣＲＰ」は、比熱（容量）に比例する。

ボディ４６の密度と比熱（容量）とを乗算することによって得られる「ＣＰＲ」は、該ボディ４６が冷却装置の加熱サイクルと冷却サイクルとの間で熱エネルギーを蓄える場所であるので、該ボディ４６の温度が単位温度低下したときに均圧ポート装置・アセンブリ３０から放散される熱エネルギー量の指標を示しており、熱伝導性のボディ４６の体積によって規格化される。「ＣＰＲ」は、下記表１に示す値として算出される。この表１には、本発明に係るボディ４６に使用可能な三つの材質が示されている。

表１からも明らかなように、普通炭素鋼は、そのより高い「ＣＰＲ」により、アルミニウムや銅よりも優れているように見える。但し、表１に示される全ての特性は、室温で算出されたものである点に注意しなければならない。温度が室温からずれることによって、異なる結果となることは理解されよう。また、「ＣＰＲ」は、単に、本発明に係る均圧ポート装置の性能を大まかに示す指標に過ぎないことも理解されよう。
ボディ４６の内部に形成される流路（一つの場合だけではなく、流路が複数ある場合も含む）の詳細な形状が、ボディ４６から領域「Ａ」と領域「Ｂ」との間の流れへと熱が伝達される割合（例えば、これは熱伝達速度で表すことができる）に影響を与えることもあり得る。それは、自然対流は、上述したようなボディ４６と流路３８との間の温度差の関数だけではなく、表面積の強い関数でもあるからである。

本発明のある実施形態においては、それはあまりに低い値と理解されるかもしれないけれども、「ＣＰＲ」が２０００（ｋＪ／ｍ^３・Ｋ）程度の低さである場合もある。例えば、マイナス８６℃のチャンバ温度を有する冷却ユニットにおける均圧ポート装置への適切な機能を維持するために必要な熱負荷として、２０００（ｋＪ／ｍ^３・Ｋ）の「ＣＰＲ」で十分であることが実験的に確認されている。
しかしながら、マイナス８６℃よりも高い温度で動作する冷却ユニットに対しては、１０００（ｋＪ／ｍ_３・Ｋ）又はそれよりも低い値の「ＣＰＲ」で十分である場合もある。

図３は、本発明の他の実施形態を示しており、冷却ユニット・アセンブリ５２の一部に設けられる均圧ポート装置５０の側面図である。
この実施形態に係る均圧ポート装置５０は、外側にフランジ状に形成されたリップ部５６を有する熱伝導性のボディ５４を含んでいる。なお、図中の５８は、ボディ５４の中心線である。また、均圧ポート装置５０は、冷却チャンバ１２の外側の外側空間「Ａ」と、チャンバ内の内部空間「Ｂ」とを接続している。さらに、スペーサ６０を含んでおり、このスペーサ６０は、例えば、テフロン（登録商標）に代表されるフッ素系樹脂製であって、冷却チャンバ１２の周囲を覆う内壁６４と外壁６２との間にポート装置を取り付けるために設けられたものである。
コイル６６（熱放散冷媒コイルに相当する）は、冷却チャンバ１２への開口部６８の近傍で、ボディ５４のチャンバ内壁６４に近接する部分の周囲を巻回するように配設されている。

冷却ユニット内のコンプレッサ（図示省略）から流出した冷媒は、導管７０を介して流入し、図３において「ＩＮ」と付された矢印方向に流れて、ボディ５４の周囲に巻回すように配設されたコイル６６を通過する。その後、冷媒は、コイル６６及びポート装置５０から離れて行き、導管７２及びＵ字状に形成された部分７４を通過する。そして、冷媒は、外壁６２に近接して冷却ユニット・チャンバの周囲を巻くように配置されるＨＡＬＯコイル７６において、来た方向とは逆の方向に流れる。ＨＡＬＯコイル７６に沿って外壁６２の周囲を流れた後に、冷媒は、「ＯＵＴ」が付された矢印方向に導管７８を通過し、凝縮コイル（図示省略）へと導かれる。
また、図に示すように、二つのスペーサブロック８０，８０が内壁６４と外壁６２との間に配置されて、コイル６６に接続する導管の支持、固定又は位置決め等を行っている。

本発明の多くの特徴や効果（利益）は、以上の詳細な説明から明らかであり、したがって、添付した特許請求の範囲の記載は、本発明の精神及び範囲に含まれるような特徴や利益をも全てカバーすることを意図している。
さらに、当業者なら多くの改良や変更を思いつくことができるようになっているので、図示又は記述された構造や動作とおりに発明を限定することは好ましくない。したがって、適切な改変や均等物のすべては、本発明の範囲内の含まれるものである。

本発明の実施形態に係る均圧ポート装置を備えた冷却ユニットの概略図である。 本発明の実施形態に係る均圧ポート装置の概念上の配置を模式的に示している側面図である。 本発明の他の実施形態に係る均圧ポート装置の側面図であり、冷却ユニットアセンブリの一部分を示す図である。

符号の説明

１０…冷却ユニット
１２…冷却チャンバ
１４…コンプレッサ
１６…均圧ポート装置
１８…膨張弁
２０…蒸発コイル（evaporator coil）
２２…凝縮コイル（condenser coil）
２４，４０，６６…熱放散（冷媒）コイル（heat-dissipating refrigerant flow coil）又はＰＥＰコイル
３０…均圧ポート装置・アセンブリ
３２，７０，７２…導管（conduit）
３４…第１の開口部
３６…第２の開口部
４６，５０…ボディ

Claims (20)

1. 熱伝導性のボディと、冷却ユニット内に収容される冷却チャンバに露出する第１の開口部と、前記冷却チャンバの外側の空間に露出する第２の開口部と、を有する導管（conduit）と、
   該導管の前記熱伝導性のボディの一部の周囲を巻回するように配設され、該熱伝導性のボディを加熱する少なくとも一つの熱放散冷媒コイルと、
   を含んで構成されることを特徴とする冷却ユニットの均圧ポート装置。
2. 前記少なくとも一つの熱放散冷媒コイルは、前記冷却ユニット内において凝縮コイルの一部を構成することを特徴とする請求項１記載の冷却ユニットの均圧ポート装置。
3. 前記熱伝導性のボディは、室温における熱伝導率が少なくとも２００（Ｗ／ｍ・Ｋ）であることを特徴とする請求項１記載の冷却ユニットの均圧ポート装置。
4. 前記熱伝導性のボディは、室温における熱キャパシタンスが少なくとも０．３００（ｋＪ／ｋｇ・Ｋ）であることを特徴とする請求項１記載の冷却ユニットの均圧ポート装置。
5. 前記熱伝導性のボディは、少なくとも０．３００（ｋｇ）の質量を有することを特徴とする請求項１記載の冷却ユニットの均圧ポート装置。
6. 前記熱伝導性のボディは、体積及び温度に対する熱エネルギーの比率である臨界特性比（critical property ratio）が少なくとも２０００（ｋＪ／ｍ^３・Ｋ）であることを特徴とする請求項１記載の冷却ユニットの均圧ポート装置。
7. 前記熱伝導性のボディは、その一部が、アルミニウム、銅及び鋼からなるグループから選択される材料で構成されることを特徴とする請求項１記載の冷却ユニットの均圧ポート装置。
8. 冷却ユニット内に収容される冷却チャンバと、該冷却チャンバの外側の空間との間の圧力差を均一化する冷却ユニットの均圧方法であって、
   熱伝導性のボディと、第１の開口部と、第２の開口部とを有する導管を前記冷却ユニットに取り付けること、
   前記冷却チャンバに前記第１の開口部を露出させること、
   前記冷却チャンバの外側の空間に前記第２の開口部を露出させて、前記熱伝導性のボディ内を通ってガスが流れるようにすること、
   少なくとも一つの熱放散冷媒コイルの一部を、前記熱伝導性のボディの一部の周囲を巻回するように配設して、該熱伝導性のボディを加熱すること、
   を含んで構成されることを特徴とする冷却ユニットの均圧方法。
9. 前記熱伝導性のボディは、室温における熱伝導率が少なくとも２００（Ｗ／ｍ・Ｋ）であることを特徴とする請求項８記載の冷却ユニットの均圧方法。
10. 前記熱伝導性のボディは、室温における熱キャパシタンスが少なくとも０．３００（ｋＪ／ｋｇ・Ｋ）であることを特徴とする請求項８記載の冷却ユニットの均圧方法。
11. 前記熱伝導性のボディは、少なくとも０．３００（ｋｇ）の質量を有することを特徴とする請求項８記載の冷却ユニットの均圧方法。
12. 前記熱伝導性のボディは、体積及び温度に対する熱エネルギーの比率である臨界特性比（critical property ratio）が少なくとも２０００（ｋＪ／ｍ^３・Ｋ）であることを特徴とする請求項８記載の冷却ユニットの均圧方法。
13. 前記熱伝導性のボディは、その一部が、アルミニウム、銅及び鋼からなるグループから選択される材料で構成されることを特徴とする請求項８記載の冷却ユニットの均圧方法。
14. 熱エネルギーを吸収するとともに、冷却ユニット内に収容される冷却チャンバと該冷却チャンバの外側の空間との間を流体が流れることを可能にする導管を形成する導管形成手段（conduit means）と、
    熱エネルギーを、前記冷却ユニット内に配設される少なくとも一つの熱放散冷媒コイルから前記コンジット手段へと移動させる熱エネルギー移動手段と、
    を含んで構成されることを特徴とする冷却ユニットの均圧ポート装置。
15. 前記熱エネルギー移動手段は、前記冷却ユニット内において凝縮コイルの一部を構成することを特徴とする請求項１４記載の冷却ユニットの均圧ポート装置。
16. 前記導管形成手段は、室温における熱伝導率が少なくとも２００（Ｗ／ｍ・Ｋ）であることを特徴とする請求項１４記載の冷却ユニットの均圧ポート装置。
17. 前記導管形成手段は、室温における熱キャパシタンスが少なくとも３００（Ｊ／ｋｇ・Ｋ）であることを特徴とする請求項１４記載の冷却ユニットの均圧ポート装置。
18. 前記導管形成手段は、少なくとも０．３００（ｋｇ）の質量を有することを特徴とする請求項１４記載の冷却ユニットの均圧ポート装置。
19. 前記導管形成手段は、体積及び温度に対する熱エネルギーの比率である臨界特性比（critical property ratio）が少なくとも２０００（ｋＪ／ｍ^３・Ｋ）であることを特徴とする請求項１４記載の冷却ユニットの均圧ポート装置。
20. 前記導管形成手段は、その一部が、アルミニウム、銅及び鋼からなるグループから選択される材料で構成されることを特徴とする請求項１４記載の冷却ユニットの均圧ポート装置。

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