JP2012524396A - 熱伝達装置、熱伝達装置を備える電子筐体及び熱伝達を制御する方法 - Google Patents

Abstract

熱伝達装置（１００）は冷媒回路（１０２）を備え、冷媒回路（１０２）は、電子部品筐体（１１２）の内部に配置されるように構成された蒸発器（１０４）と、電子部品筐体（１１２）の外側に配置されるように構成された凝縮器（１０８）と、第１の導管（１０６）と、第２の導管（１１０）とを備える。冷媒回路（１０２）内に冷媒が存在し、使用中、冷媒は、蒸発器（１０４）において蒸発し、第１の導管（１０６）を通って気体として上昇し、凝縮器（１０８）において凝縮し且つ第２の導管（１１０）を通って蒸発器（１０４）まで流れることにより自動循環するように構成される。熱伝達装置（１００）は、冷媒回路（１０２）に接続された液体冷媒の貯蔵器（１２４）を更に備える。貯蔵器（１２４）と関連する制御装置は、電子部品筐体（１１２）の内部から周囲環境への熱交換を減少するために冷媒回路（１０２）から貯蔵器（１２４）に液体冷媒が回収され且つ電子部品筐体（１１２）から周囲環境への熱交換を増加するために貯蔵器（１２４）から冷媒回路に液体冷媒が導入されるように動作可能である。

Description

本発明は、冷媒回路を備える熱伝達装置に関する。使用中、冷媒は冷媒回路内を自動循環するように構成される。本発明は、そのような熱伝達装置を備える電子部品筐体及びそのような電子部品筐体の内部からの熱伝達を制御する方法に更に関する。

蒸発器及び凝縮器を通して冷媒を循環させる熱伝達装置は周知である。冷媒が自動循環する熱伝達装置、すなわち冷媒の循環を推進する力が重力及び浮力であるような熱伝達装置は、熱サイホンと呼ばれる場合もある。

多くの電子部品筐体の内部では電子部品が熱を発生するので、電子部品筐体を冷却する必要がある。用途によっては及び／又はある特定の動作条件下では、筐体に空気を流通させる冷却ファンで十分に冷却できる。他の用途では、冷媒を利用する熱伝達装置が必要とされる場合もあるだろう。冷媒は蒸発器で蒸発し且つ凝縮器で凝縮する。そのような装置において、冷媒を蒸発するために電子部品からの熱を使用することにより電子部品を冷却するように蒸発器は構成される。

国際公開第ＷＯ９９／６０７０９号は、高所に設置された無線基地局の電子部品を冷却する方法及び装置を開示する。熱サイホン冷却装置の蒸発器は、冷却されるべき発熱性電子部品と熱接触している。熱サイホン冷却装置の凝縮器は蒸発器の上方に配置される。凝縮器は、周囲空気を自然対流させるように構成される。

一般に、最新の無線通信システムは無線アクセスネットワーク及び多数の通信装置を含む。無線アクセスネットワークはいくつかのノード、特にいくつかの無線基地局から構成される。無線基地局の主な機能は、その無線基地局がサービスを提供するセルの内部にある通信装置との間で情報を送受信することである。多くの場合、基地局は一日２４時間動作し続ける。従って、基地局が予測可能性及び信頼性をもって動作可能であるように保証することは特に重要である。無線基地局は電子部品筐体を備える。電子部品筐体の内部には、無線基地局の種々のタスクを実行するための複数の電子部品及び回路網が配置される。例えば、回路網は電力制御ユニット、無線増幅器を含む無線ユニット及び対応するタスクを実行するフィルタリングユニットを備えてもよい。

基地局の回路網、特に無線ユニットにより発生される熱は、常に十分な量で自然に消散するとは限らない。消散されない場合、熱は回路網に蓄積し、それにより回路網の温度が上昇する。回路網の温度が高くなると、無線基地局内の回路網の性能が損われる。その結果、基地局の動作に予測しなかったような中断が起こる場合もある。

このような事態が望ましくないことは明らかであり、電子部品筐体を冷却するために、前述の国際公開第ＷＯ９９／６０７０９号に開示されるような熱サイホン冷却装置が使用される。しかし、国際公開第ＷＯ９９／６０７０９号は、熱サイホン冷却装置において冷却を制御する方法を開示しない。すなわち、ある特定の条件下では、電子部品筐体内部の温度が低下しすぎ、その結果、高温の場合と同様に電子部品筐体内部の電子部品及び回路網に害が及びかねないので、そのような事態を回避するために、電子部品筐体を冷却しないことが望ましい。

国際公開第ＷＯ９９／３００９１号は、熱サイホン装置の冷却容量制御を開示する。熱サイホン装置は冷媒回路を有し、容器に通じる分岐パイプが冷媒回路に接続する。容器は状況に応じて冷媒で満たされるが、空である場合もある。すなわち、冷媒は分岐パイプを通して冷媒回路へ転送されている。容器内の冷媒の量、従って熱サイホン装置の冷却容量はヒータによって制御される。熱サイホン装置から大きな冷却容量が必要とされる場合、容器は加熱されない。従って、容器は冷媒で満たされたままである。必要とされる冷却容量が減少すると、容器内の冷媒の一部が沸騰するように容器は加熱される。容器内の気体圧力によって液体冷媒は容器から排出される。冷媒回路は液体冷媒であふれ、それにより、熱サイホン装置の冷却容量は減少される。

本発明の目的は、上記の欠点のうち１つ以上を排除し且つ冷媒が自動循環するように構成された改良された熱伝達装置を提供することである。

本発明の１つの態様によれば、上記の目的は、電子部品筐体の内部と周囲環境との間の熱交換のための熱伝達装置により達成される。熱伝達装置は冷媒回路を備え、冷媒回路は、電子部品筐体の内部に配置されるように構成された蒸発器と、電子部品筐体の外側に配置されるように構成された凝縮器と、蒸発器から凝縮器に至る第１の導管と、凝縮器から蒸発器に至る第２の導管とを備える。冷媒回路内には冷媒が存在し、使用中、冷媒は、蒸発器において蒸発し、第１の導管を通って気体として上昇し、凝縮器において凝縮し且つ第２の導管を通って蒸発器まで流れることにより冷媒回路内を自動循環するように構成される。熱伝達装置は、冷媒回路に接続された液体冷媒の貯蔵器を更に備える。熱伝達装置は、貯蔵器と関連する制御装置を更に備える。冷媒回路から貯蔵器に液体冷媒を回収することにより電子部品筐体の内部から周囲環境への熱交換を減少し且つ貯蔵器から冷媒回路に液体冷媒を導入することにより電子部品筐体の内部から周囲環境への熱交換を増加するように、制御装置は構成される。

熱伝達装置、特にその冷媒回路は、電子部品筐体の内部の適切な冷却を実行するために必要とされる最大限の冷却容量を提供するように構成される。最大限の冷却容量が要求されるのは、電子部品筐体内部の電子部品により多くの熱が発生され且つ電子部品筐体を取り囲む周囲環境が不適切であるような条件の場合、例えば周囲温度が高い場合である。この最大限の冷却容量を提供するために、特定の量の冷媒が冷却回路内を自動循環する。

制御装置は冷媒回路内における冷媒の量を調整するので、熱伝達装置の容量は冷媒回路内を循環している冷媒の量に応じて制御される。電子部品筐体の内部の冷却が少ないほど、液体冷媒の貯蔵器に回収される液体冷媒の量は多くなる。最終的には、冷媒回路内にまったく冷媒が残らないか、又は適切な冷却容量を提供するには不十分なごくわずかな量の冷媒しか残らなくなる。電子部品筐体の内部からの熱伝達の必要性が増加した場合、電子部品筐体の内部を適切に冷却するために貯蔵器から冷媒回路に液体冷媒が導入される。液体冷媒の回収及び導入は制御装置によって制御される。

その結果、上記の目的は達成される。

例示的な実施形態によれば、液体冷媒の貯蔵器は、凝縮器、第２の導管又は蒸発器に直接接続されてもよいが、接続導管を介して接続されてもよい。従って、貯蔵器の内部には液体冷媒のみが確実に回収される。更に、冷媒回路への専用接続を配置することにより、制御装置は貯蔵器内の液体冷媒の量を最適に制御してもよい。

例示的な実施形態によれば、貯蔵器は、制御装置の一部を形成する冷媒チャンバを備えてもよく、制御装置は、異なる量の液体冷媒を収容するよう冷媒チャンバの大きさを調整するように構成されてもよい。大きさを調整可能である冷媒チャンバは、冷媒回路から貯蔵器に回収される液体冷媒の量を制御する容易に操作可能であり且つ精密な装置である。制御装置は、冷媒チャンバの大きさを調整するように構成されたピストン又は膜を備えてもよい。

例示的な実施形態によれば、制御装置は、制御媒体を収容する大きさが可変の制御チャンバを備えてもよく、制御チャンバの大きさは冷媒チャンバの大きさに影響を与える。冷媒回路内の冷媒の量を正しく保つのに好都合な方法は、例えば電子部品筐体の内部の温度に応じて制御チャンバ内部の制御媒体を膨張、収縮させることである。冷媒チャンバの大きさを調整するために別の電子制御回路を設ける必要はない。制御チャンバ及び制御媒体を含めて熱伝達装置を製造し且つ設置した後は、熱伝達装置の保守はほとんど必要なく、電子部品筐体がさらされるあらゆる関連動作条件下で熱伝達装置は動作する。冷媒チャンバはピストン又は膜によって制御チャンバから仕切られてもよい。この場合、制御チャンバの大きさは冷媒チャンバの大きさに直接影響する。あるいは、例えば２つのチャンバの間に接続されたピストン及び／又は追加チャンバから成る装置によって、制御チャンバの大きさは冷媒チャンバの大きさに間接的に影響を及ぼす。

例示的な実施形態によれば、制御媒体はアルコール、例えばエタノール又は油などの液体であってもよい。電子部品筐体の内部が動作中にさらされる関連温度の全範囲で液体は液体相にとどまらなければならない。これに加えて又はその代わりに、電子部品筐体の設置中又は電子部品筐体内部の電子部品が熱を発生し始める前に筐体がさらされる温度で液体は液体相のままだろうということは予測可能である。また、動作中に電子部品筐体の内部がさらされる関連温度範囲より低い温度では液体制御媒体は固体相に変換することも予測可能である。この温度範囲より低い温度では、冷媒チャンバの更なる容積変化は不要である。

例示的な実施形態によれば、制御媒体はワックスであってもよい。ワックスは、動作中に電子部品筐体の内部で発生する関連温度の範囲内の低い温度では固体（ワックス）相にあるが、動作中に電子部品筐体の内部で発生する温度の範囲内で液体相に変化する。

例示的な実施形態によれば、制御媒体は窒素、空気又はアルゴンのような不活性ガスなどの気体であってもよい。気体は、動作中に電子部品筐体の内部がさらされる関連温度の全範囲で気体相のままでなければならない。これに加えて又はその代わりに、電子部品筐体の設置中又は電子部品筐体内部の電子部品が熱を発生し始める前に筐体がさらされる可能性のある温度では気体が気体相に維持されることは予測可能である。

例示的な実施形態によれば、液体冷媒の貯蔵器は凝縮器の下端部に直接接続されてもよいが、専用接続導管を介して接続されてもよい。冷媒回路内に相当な量の冷媒が存在している限り、この場所に液体冷媒は確実且つ容易に回収される。

本発明の更なる態様によれば、電子部品筐体は先に説明したような熱伝達装置を備えてもよい。

例示的な実施形態によれば、電子部品筐体は無線基地局の一部を形成してもよい。

例示的な実施形態によれば、液体冷媒の貯蔵器は電子部品筐体の内部に配置されてもよい。電子部品筐体の内部の温度変化は貯蔵器に直ちに影響を与える。貯蔵器内に制御媒体がある場合、制御媒体はこの温度変化に直接反応し、状況に応じて冷媒回路から液体冷媒を回収するか又は冷媒回路に液体冷媒を導入する。

例示的な実施形態によれば、電子部品筐体内部の温度に応じて制御チャンバの大きさを調整するために、制御チャンバは電子部品筐体の内部と熱接触してもよい。貯蔵器内に制御媒体がある場合、制御媒体は同様にこの温度変化に反応し、状況に応じて冷媒回路から液体冷媒を回収するか又は冷媒回路に液体冷媒を導入するために制御チャンバの大きさを調整する。

本発明の更に別の態様によれば、電子部品筐体の内部から周囲環境への熱交換のための熱伝達装置を制御する方法は、
−冷媒を蒸発器において蒸発させ、第１の導管を通して気体として上昇させ、凝縮器において凝縮させ且つ第２の導管を通して蒸発器まで流すことにより冷媒回路内で冷媒を循環させるステップと、
−電子部品筐体の内部から周囲環境への熱交換を減少するために冷媒回路から貯蔵器に液体冷媒を回収するステップと、
−電子部品筐体の内部から周囲環境への熱交換を増加するために貯蔵器から冷媒回路に液体冷媒を導入するステップと、を備える。

例示的な実施形態において、熱伝達を制御する方法並びに冷媒回路から貯蔵器に液体冷媒を回収するステップ及び貯蔵器から冷媒回路に液体冷媒を導入するステップは、
−冷媒回路から液体冷媒を回収する場合は冷媒チャンバの大きさが拡大され且つ冷媒回路に液体冷媒を導入する場合は冷媒チャンバの大きさが縮小されるように、異なる量の液体冷媒を収容するよう貯蔵器の冷媒チャンバの大きさを調整することを含む。

本発明の更なる特徴及び利点は、添付の請求の範囲及び以下の説明を検討することにより明らかになるだろう。添付の請求の範囲により定義される本発明の範囲から逸脱することなく、以下に説明される実施形態以外の実施形態を創作するために本発明の種々の特徴が組み合わされてもよいことは当業者により理解されるだろう。

本発明の特定の特徴及び利点を含めて、本発明の種々の態様は以下の詳細な説明及び添付の図面から容易に理解されるだろう。
例示的な実施形態に係る熱伝達装置を概略的に示す図である。 例示的な実施形態に係る熱伝達装置を概略的に示す図である。 例示的な実施形態に係る液体冷媒の貯蔵器を概略的に示す図である。 例示的な実施形態に係る液体冷媒の貯蔵器を概略的に示す図である。 例示的な実施形態に係る熱伝達装置を制御する方法を概略的に示す図である。

例示的な実施形態を示す添付の図面を参照して本発明を更に詳細に説明する。しかし、本発明は本明細書において説明される実施形態に限定されると解釈されるべきではない。開示される例示的な実施形態の特徴は、本発明が属する分野の当業者により容易に理解されるように組み合わされてもよい。同一の図中符号は一貫して同一の要素を示す。

本発明において使用される場合の用語「備える」は制約がなく且つそこに挙げられている１つ以上の特徴、要素、ステップ、構成要素又は機能を含むが、１つ以上の他の特徴、要素、ステップ、構成要素、機能又はそれらの集合の存在又は追加を除外しない。

本発明において使用される場合の用語「及び／又は」は、そこに挙げられている関連項目のうち１つ以上の項目のあらゆる組み合わせを含む。

本発明において使用される場合の用語「例えば」は、先に述べた項目の１つ以上の一般的な実例を紹介又は指定するために使用されてもよいが、そのような項目の限定を意図しない。本明細書において使用される場合の用語「すなわち」は、より一般的な説明から特定の１つの項目を指定するために使用されてもよい。

本明細書において使用される用語は特定の実施形態を説明するという目的にのみ使用され、本発明を限定することを意図しない。本明細書において使用される場合の単数形は、特に明確な指示のない限り複数形も含むことを意図する。

本明細書において使用されるすべての用語（技術科学用語を含む）は、特に定義されない限り、本発明が属する分野の当業者が一般に理解している意味と同一の意味を有する。更に、一般に使用される辞書で定義される用語のような用語は、関連技術の観点から見た意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、明示して定義されない限り、理想化された意味又は過度に形式的な意味で解釈されないことが理解されるだろう。

１つの要素が別の要素に「結合される」又は「接続される」と説明される場合、その要素は他方の要素に直接結合又は接続されてもよいが、それらの要素の間に介在する要素が存在してもよい。これに対し、１つの要素が別の要素に「直接結合される」又は「直接接続される」と説明される場合、介在する要素は存在しない。

簡潔及び／又は明瞭を期するため、周知の機能又は構成が詳細に説明されない場合もある。

図１は、例示的な実施形態に係る熱伝達装置１００を概略的に示す。冷媒回路１０２は蒸発器１０４、第１の導管１０６、凝縮器１０８及び第２の導管１１０を備える。冷媒回路１０２の中には冷媒が存在する。ある特定の条件下で、冷媒は冷媒回路１０２を自動循環する。液体状の冷媒は蒸発器１０４の内部で蒸発し、気体の形で第１の導管１０６を通って凝縮器１０８まで上昇する。凝縮器１０８の内部で気体状の冷媒は凝縮し、液体の形で第２の導管１１０を通って蒸発器１０４に戻る。

この自動循環を推進する力は重力及び浮力である。概略的に図示されるように、凝縮器１０８が蒸発器１０４の上方に配置されていると、冷媒の自動循環は効率よく実行される。液体冷媒は凝縮器１０８にほとんど回収されず、第２の導管１１０を通って下方の蒸発器１０４へ流れる。蒸発器及び凝縮器が互いに横に並列に「配置され且つ気体状の冷媒が内部を上昇できるように配置された第１の導管を有する冷媒回路においても、冷媒は自動循環できるだろう。しかし、この場合、凝縮器と蒸発器とは連通する容器であるので、液体冷媒が凝縮器の一部をふさいでしまう。

電子部品筐体１１２は電子部品１１４を収納するように構成される。例示的な実施形態において、電子部品筐体１１２は無線基地局であってもよく且つ電子部品１１４はそのような無線基地局と関連する装置の一部、例えば無線ユニットであってもよい。熱伝達装置１００は、電子部品筐体１１２の内部と電子部品筐体１１２の周囲環境との間で熱交換を実行するように構成され、従って、電子部品１１４を冷却するように構成される。この目的を達成するために、冷媒回路１０２の蒸発器１０４は電子部品筐体１１２の内部に配置される。凝縮器１０８は電子部品筐体１１２の外側に配置され、気体状の冷媒は凝縮器１０８で冷却され且つ凝縮された後、第２の導管１１０を通って蒸発器１０４に戻る。

電子部品筐体１１２の内部に第１のガス移動装置、例えば第１のファン１１６が配置される。第１のファン１１６は、一般的には空気である気体を電子部品筐体１１２の内部で循環させるように構成される。電子部品筐体１１２の外側には第２のガス移動装置、例えば第２のファン１１８が配置される。第２のファン１１８は、凝縮器１０８の外表面領域に沿って周囲空気を吹き付けるように構成される。凝縮器１０８及び第２のファン１１８は別の筐体（図示せず）に配置されてもよい。そのような別の筐体は周囲環境と開放連通しているのが適切である。電子部品筐体１１２の縦方向のスペースを節約するために、蒸発器１０４は水平線から鋭角を成すように、例えば５〜６０?の角度で配置されてもよい。凝縮器１０８も鋭角を成すように配置されてもよく、その角度は蒸発器と同一であってもよいが、異なる角度であってもよい。

使用中、電子部品筐体１１２内部の電子部品１１４は熱を発生する。特に発生される熱、電子部品筐体１１２の構成並びに温度、空気の流れ（例えば風）及び降水（例えば雨）などの周囲条件に応じて、電子部品筐体１１２内部の温度は電子部品１１４に害を及ぼすレベルまで上昇する場合がある。熱伝達装置１００及び主に冷媒回路１０２の蒸発器１０４は、そのような有害な温度レベルを回避するために電子部品筐体１１２の内部の空気を冷却するように構成される。例示的な実施形態の適切な目標は、電子部品筐体１１２の内部の温度を＋６０℃以下に保持することであってもよい。

ある特定の条件下で、冷媒は先に説明したように冷媒回路１０２の中で自動循環する。冷媒を蒸発させるために電子部品筐体１１２の内部で温風を利用することにより、電子部品筐体１１２内部の空気の温度は下がり、この温度低下は電子部品１１４を冷却するために使用されてもよい。特に電子部品１１４の適正な冷却を確実に実行するために、矢印１２０により示されるように、第１のファン１１６は電子部品筐体１１２内部で蒸発器１０４及び電子部品１１４を通過するように空気を循環させてもよい。矢印１２０により示される方向以外の方向への循環も可能である。気体状の冷媒は、凝縮器１０８において周囲環境へ熱を放射することにより凝縮され、液体の形に変化する。例えば矢印１２２により示される方向に凝縮器１０８の外表面領域に沿って周囲空気を吹き付けるように第２のファン１１８を動作させることにより、凝縮器１０８から周囲環境への熱の伝達が増加されてもよい。

電子部品筐体１１２内部の温度をある特定の温度を下回るほど下げないことも可能である。温度が低すぎても電子部品１１４に悪影響が及ぶと考えられる。従って、ある特定の条件下では、電子部品筐体１１２の内部と周囲環境との間の熱伝達装置１００による熱交換を減少するか又は停止することが望ましい。適切な目標は、電子部品筐体１１２内部の温度を約＋５℃以上に保つことであってもよい。

熱伝達装置１００の熱交換を制御するために、冷媒回路１０２の凝縮器１０８に液体冷媒の貯蔵器１２４が接続されている。貯蔵器１２４は電子部品筐体１１２の内部に配置され、従って、電子部品筐体１１２内部の温度により直接影響を受ける。貯蔵器１２４の中には冷媒チャンバ１２６及び制御チャンバ１２８がある。冷媒チャンバ１２６及び制御チャンバ１２８は、例えばピストン１３０の形態の可動仕切りによって仕切られる。冷媒チャンバ１２６は接続導管１３２を介して凝縮器１０８に接続され且つ凝縮器１０８と連通する。制御チャンバ１２８は制御媒体で満たされており、低温である場合の制御媒体の体積は、高温である場合と比べて小さくなる。制御媒体はアルコール又は油のような液体であってもよいが、ワックス相（固体／クリーム状）と液体相との間で変化するワックスであってもよい。本明細書における説明に関する限り、このような制御媒体は非圧縮性であると考えられ、従って、冷媒回路の圧力によって影響を受けることなくピストン１３０を運動させる。

冷媒チャンバ１２６、制御チャンバ１２８、可動ピストン１３０及び制御媒体は制御装置の一部を形成する。電子部品筐体１１２内部の温度に応じて冷媒チャンバ１２６内に収容される液体冷媒の量が変化するように、冷媒チャンバ１２６は可変容積を有する。制御媒体の影響によってピストン１３０が貯蔵器１２４内部で往復運動する時、液体冷媒は冷媒チャンバ１２６と凝縮器１０８の下部との間で接続導管１３２を介して対応するいずれかの方向に流れる。

一般には空気である電子部品筐体１１２内部の媒体の温度が例えば約＋６０℃と高い場合、制御媒体は膨張状態にあるので、ピストン１３０は、貯蔵器１２４の中で制御チャンバ１２８が最大の大きさになり且つ冷媒チャンバ１２６が最小の大きさになるような位置にある。この状態では、貯蔵器１２４内に液体冷媒はほぼ存在しない。従って、すべての冷媒は冷媒回路１０２を自動循環するために利用されるので、電子部品筐体１１２の内部から周囲環境へ熱が伝達される。逆に、電子部品筐体１１２内部の温度が例えば約＋５℃と低い場合、制御媒体は収縮状態にあるので、ピストン１３０は、貯蔵器１２４内で制御チャンバ１２８が最小の大きさになり且つ冷媒チャンバ１２６が最大の大きさになるような位置にある。この状態では、冷媒チャンバ１２６に最大量の液体冷媒が回収されており且つ冷媒回路１０２の冷媒の量は少ない。自動循環及びその結果である熱交換は完全に停止してしまう場合もあるが、冷媒回路１０２に残留している冷媒が自動循環したとしても、循環する冷媒の量が少ないため、実行される熱交換は限定され、ごくわずかである。

図２は、例示的な実施形態に係る電子部品筐体１１２から熱を伝達するための熱伝達装置１００を概略的に示す。図２では熱伝達装置１００のいくつかの部分が省略されている。電子部品筐体１１２の外側にある凝縮器１０８の出口を電子部品筐体１１２の内部にある蒸発器１０４の入口と接続する第２の導管１１０に液体冷媒の貯蔵器１２４が接続される。貯蔵器１２４は接続導管１３２によって第２の導管１１０に接続される。第２の導管１１０と貯蔵器１２４内部の冷媒チャンバ１２６との安全な液体連通を確保するために、第２の導管１１０は上昇方向に短い距離だけ偏向しており、その偏向場所で接続導管１３２は第２の導管１３２に接続される。そのような短距離の偏向は必要ない場合もある。貯蔵器１２４は、冷媒チャンバ１２６に加えて、制御媒体で満たされた制御チャンバ１２８を有する。それら２つのチャンバ１２６、１２８はピストン１３０により仕切られる。電子部品筐体の内部との間の熱交換は先に図１に関連して説明したように制御される。

図３は、例示的な実施形態に係る液体冷媒の貯蔵器１２４を概略的に示す。貯蔵器１２４は、液体冷媒を収容する冷媒チャンバ１２６及び制御媒体で満たされた制御チャンバ１２８を有する。それら２つのチャンバ１２６、１２８は膜３０２によって仕切られる。冷媒チャンバ１２６、制御チャンバ１２８、膜３０２及び制御媒体は制御装置の一部を形成する。冷媒チャンバ１２６は、接続導管１３２によって凝縮器に接続されるか又は凝縮器から蒸発器へ液体冷媒を流すための第２の導管１３２に接続されてもよい。冷媒回路からの液体冷媒によって冷媒チャンバ１２６を満たす動作及び冷媒チャンバ１２６を空にする動作は、先に説明したように制御媒体が収縮すること及び膨張することにより制御される。貯蔵器１２４内部の２つのチャンバ１２６、１２８の大きさを変化させるために、ピストンの形態の可動仕切りの代わりに膜３０２が動かされる。

冷媒回路内の圧力は、電子部品筐体内部の温度及び周囲温度によって決まる。冷媒チャンバ１２６の圧力は、冷媒チャンバ１２６が接続されている冷媒回路１０２の内部圧力と等しい。可動仕切りの一方の側に液体冷媒があり且つ他方の側に制御媒体がある例示的な実施形態において、冷媒チャンバ１２６及び制御チャンバ１２８の双方で圧力は同一になる。一方のチャンバの圧力が変化すると、可動仕切りは、新たな平衡圧力に到達するように新たな位置へ移動する。可動仕切りの両側で圧力は同一であるので、冷媒回路１０２、冷媒チャンバ１２６及び制御チャンバ１２８の圧力が平衡状態である場合、可動仕切りに影響を及ぼす力は発生しない。すなわち、貯蔵器１２４の内壁に対する密封は簡単であり且つ膜３０２は大きな力に耐える必要がない。

図４は、例示的な実施形態に係る貯蔵器１２４を概略的に示す。貯蔵器１２４は、例えば窒素又は空気のような気体の形態をとる制御媒体で満たされた制御チャンバ１２８を備える。以下に説明されるように、貯蔵器１２４が接続されている冷媒回路内の温度が高い場合、貯蔵器１２４内の制御媒体として使用される気体は、冷媒回路内の温度が低い場合と比較して小さい体積を有する。制御チャンバ１２８は第１のピストン４０２により規定される。第１のピストン４０２は可動ピストン構造の一部を形成し、可動ピストン構造は第２のピストン４０４及び接続ロッド４０６を更に備える。貯蔵器１２４は、接続導管１３２を介して冷媒回路と連通する液体冷媒の冷媒チャンバ１２６を更に備える。冷媒チャンバ１２６は第２の可動ピストン４０４及び固定壁４０８により規定される。冷媒チャンバ１２６、制御チャンバ１２８、制御媒体及びピストン構造は制御装置の一部を形成する。

冷媒回路の内部圧力は、冷媒回路の温度、すなわち平均温度によって決まる。冷媒回路には気体状の冷媒及び液体状の冷媒の双方が存在しているので、冷媒回路の内部には常に飽和圧力が存在する。冷媒回路内の冷媒が例えばＲ１３４ａである場合、飽和圧力、従って冷媒回路の内部圧力は０℃で０．２９３ＭＰａになり且つ４５℃で１，１６０ＭＰａになる。先に説明したように、冷媒チャンバ１２６の内部圧力は冷媒回路１０２の内部圧力と等しく且つ制御チャンバ１２８の内部圧力は冷媒チャンバ１２６の内部圧力と等しい。可動ピストン構造は冷媒チャンバ１２６から制御チャンバ１２８へ圧力を伝達するので、本実施形態においてもまったく同一のことが起こる。

理想の気体の場合、
圧力×比容積＝Ｒ×温度
式中、Ｒは定数で、窒素の場合は２９７Ｎｍ／ｋｇＫｅｌｖｉｎ（理想の気体と同等になるように近似された値）であり且つ温度の単位はＫｅｌｖｉｎである。（他の気体の場合は例えばファンデルワールス方程式のような他の関係が存在する。）上記の関係に従えば、０℃及び０．２９３ＭＰａの場合の窒素の比容積は０．２７７ｍ３／ｋｇであり且つ４５℃及び１，１６０ＭＰａの場合の窒素の比容積は０．０８１ｍ３／ｋｇである。すなわち、温度が上昇し且つ圧力が増加するにつれて制御チャンバ１２８の容積は減少する。冷媒チャンバ１２６は第２のピストン４０４と固定壁４０８との間に形成されているので、温度が下降し且つ制御チャンバ１２８の容積が増加するにつれて冷媒チャンバ１２６の容積は増加する。逆に、温度が上昇し且つ制御チャンバ１２８の容積が減少するにつれて冷媒チャンバ１２６の容積は減少する。

貯蔵器１２４は第１の区画室４１０及び第２の区画室４１２を更に備える。区画室４１０、４１２の一方又は双方は、ピストン構造の必要な運動を助ける媒体、例えば区画室４１０、４１２内部の圧力を常に飽和圧力にするような液体相及び気体相の冷媒などで満たされてもよい。

図５は、例示的な実施形態に係る電子部品筐体の内部と周囲環境との間の熱交換のための熱伝達装置を制御する方法を概略的に示す。位置５０２において、電子部品筐体の内部で冷却が全般に必要とされ且つ熱伝達装置の冷媒回路内で冷媒は自動循環する。電子部品筐体の内部と環境との間で熱交換が起こる。位置５０４において、電子部品筐体の内部の冷却の必要性が低減し、そのため、冷媒回路から液体冷媒の一部が液体冷媒貯蔵器に回収される。冷媒回路に残留する冷媒は循環し続ける（位置５０２）。冷却の必要性が更に低減すると、更に多くの液体冷媒が回収される（位置５０４）。位置５０６において冷却の必要性が更に低減すると、熱交換装置による熱交換はほぼ停止する。位置５０８において、電子部品筐体内部の冷却の必要性が増大すると、貯蔵器から冷媒回路に液体冷媒が導入される。熱交換がほぼ停止した状態（位置５０６）又は位置５０２における全般的な冷却の必要性を増大させなければならない状態のいずれかから位置５０８に進んでもよい。位置５０２に戻り、新たに導入された量の冷媒が冷媒回路内で自動循環する。

凝縮器に接続された液体冷媒の貯蔵器又は冷媒回路の液体冷媒を搬送する第２の導管を有する熱伝達装置を利用することにより、電子部品筐体内部の温度を好適な限界内に保持できる。先に例示した第１のファン及び第２のファンのような気体移動装置と組み合わせると、電子部品筐体内部の温度の調整は容易になる。

電子部品筐体内部の気体、例えば空気は第１のファンにより循環され、蒸発器の外表面領域に沿って電子部品に向かって流れる。第１のファンの速度は適切に制御されてもよい。電子部品筐体内部の温度が低い場合は第１のファンを停止してもよいが、例えば電子部品における局所的な熱の蓄積を回避するために、第１のファンを最低限の速度で継続して動作させることが適切である。

電子部品筐体の内部の冷却が必要になるほどの熱を電子部品筐体内部の電子部品が発生する第１の状況において、冷媒は冷媒回路内を自動循環し且つ第２のファンは凝縮器から周囲環境への熱伝達を改善するために凝縮器の外表面に沿って空気を吹き付けるように制御される。液体冷媒の貯蔵器における冷媒の体積は制御されてもよい。このように、熱伝達装置による熱交換は、現在必要とされている冷却の程度に適応して実行されてもよい。

例えば周囲の温度が下がった場合のような第２の状況において、電子部品筐体内部で第２のファンを使用せずに熱伝達装置によって所望の温度が維持されてもよい。凝縮器と環境との間の熱伝達を減少するために、第２のファンは停止される。この状況でも冷媒は自動循環しており、電子部品筐体内部で所望の温度は維持される。熱伝達装置による所要の熱交換を実現するために、液体冷媒の貯蔵器における冷媒の体積の調整は継続されてもよい。

第２のファンの動作を停止するための追加の又は別の基準は、電子部品筐体内部の温度が＋５℃〜＋２０℃の範囲内にあることである。

例えば周囲温度が更に低下した第３の状況において、電子部品筐体内部で熱伝達装置を使用せずに所望の温度が維持されてもよい。液体冷媒の貯蔵器に最大限の量の冷媒を収容することによって、熱伝達装置による熱交換は最小限に抑えられる。

例示的な実施形態によれば、熱伝達装置の冷媒回路の中には冷媒がある。冷媒は、１，１，１，２‐テトラフルオロエタンを表す名称であり且つＣＨ２ＦＣＦ３の化学式を有するＲ１３４ａであってもよい。単なる一例として、熱伝達装置の熱伝達容量を最大限にするのに適する冷媒回路内の冷媒Ｒ１３４ａの量は５００ｇであってもよい。６℃のとき、熱伝達装置の熱伝達容量を最小限まで減少することが望まれてもよいが、その場合、この温度のすべての液体冷媒が冷媒回路から貯蔵器に回収される必要があるだろう。６℃のときに回収される量の冷媒の体積は約３９２ｃｍ３になる。従って、電子部品筐体内部の温度が例えば５５℃から６℃まで低下した場合、制御装置は冷媒チャンバの容積を約３９２ｃｍ３増加させなければならないだろう。

例示的な実施形態は当業者の理解に従って組み合わされてもよい。また、第１のファン及び第２のファンは、蒸発器又は凝縮器の外表面に沿って気体の流れを発生するのに適する他の任意の気体移動装置であってもよいことは当業者には理解される。第１のファン及び／又は第２のファンを省略することも可能である。その場合、凝縮器及び／又は蒸発器をそれぞれ取り囲む媒体、一般に空気は、自然対流によって凝縮器及び／又は蒸発器の外表面に沿って流れることになる。電子部品筐体内部の温度が低下しすぎるという状況を回避するために、電子部品筐体の内部を加熱する加熱装置が配置されてもよい。熱伝達装置による電子部品筐体からの熱交換が最小限であっても、ある特定の周囲条件下では加熱が必要になる場合も起こりうる。液体冷媒の貯蔵器、特にその制御チャンバの部分と電子部品筐体の内部との間の熱伝達が良好に行われれば、貯蔵器の冷媒チャンバの容積を確実に制御できるだろう。そのような良好な熱伝達を提供するために、貯蔵器の外表面にフィンが設けられてもよい。液体冷媒の貯蔵器の一部は電子部品筐体の内部に配置され且つ別の部分は電子部品筐体の外側に配置されてもよい。例えば、貯蔵器の制御チャンバ部分は電子部品筐体の内部に配置されてもよい。あるいは、液体冷媒の貯蔵器全体が電子部品筐体の外側に配置されてもよい。液体冷媒の貯蔵器に１本ではなく２本の接続導管が設けられてもよい。その場合、第１の導管は液体冷媒を貯蔵器へ搬送し、第２の導管は貯蔵器から液体冷媒を搬送する。制御装置は、それら２本の導管に配置された貯蔵器内の冷媒の量を制御するための弁を備えてもよい。液体冷媒の貯蔵器において制御媒体を収容する制御チャンバが使用される場合、この制御媒体は冷媒回路の冷媒とは異なる特性を有する異なる冷媒であってもよい。別の実施形態において、制御チャンバのすべての制御媒体は約＋５℃の温度であるときに液体相であってもよく、すなわち貯蔵器内で最小の体積を有してもよく且つ約＋６０℃であるときに気体相であり、貯蔵器内部で最大の体積を有してもよい。あるいは、貯蔵器は、アクチュエータにより貯蔵器内で運動自在であるピストンによって大きさが可変である冷媒チャンバを有してもよい。アクチュエータは電気式、油圧式又は空気圧式のいずれであってもよく且つ制御装置の一部を形成する。電子部品筐体内部で冷却の必要がほとんど又はまったくない場合は冷媒チャンバを拡張し且つ電子部品筐体内部を冷却する必要がある場合は冷媒チャンバを縮小するようにピストンは制御されるだろう。熱伝達装置の冷媒回路は、電子部品筐体の外側の二次熱交換装置及び／又は電子部品筐体内部の別の熱交換装置との間で熱を交換してもよい。すなわち、冷媒回路の凝縮器は、二次熱交換装置を循環する流体により冷却されてもよい。同様に、電子部品筐体内部の蒸発器は、別の熱交換装置を循環する流体によって加熱されてもよい。この流体は、電子部品により発生される熱を蒸発器へ伝達するように構成される。電子部品筐体の内部で熱を発生する電子部品は、貯蔵器によって直接冷却されるように、すなわち発生された熱を電子部品筐体内部の空気の循環により蒸発器へ伝達することなく冷却されるように冷媒回路の蒸発器にごく近接して配置されてもよい。

従って、以上の説明は種々の例示的な実施形態を例示し且つ開示される特定の実施形態に限定されてはならないこと及び開示された実施形態の変形、開示された実施形態の特徴の組み合わせ並びに他の実施形態は添付の請求の範囲の範囲内に含まれることが意図されることが理解されるべきである。

Claims (15)

1. 電子部品筐体（１１２）の内部と周囲環境との間の熱交換のための熱伝達装置（１００）であって、
   前記熱伝達装置（１００）は冷媒回路（１０２）を備え、
   前記冷媒回路（１０２）は、
   前記電子部品筐体（１１２）の内部に配置されるように構成された蒸発器（１０４）と、
   前記電子部品筐体（１１２）の外側に配置されるように構成された凝縮器（１０８）と、
   前記蒸発器（１０４）から前記凝縮器（１０８）に至る第１の導管（１０６）と、
   前記凝縮器（１０８）から前記蒸発器（１０４）に至る第２の導管（１１０）と、を備え、
   冷媒が前記冷媒回路（１０４）内に存在し、使用中、前記蒸発器（１０４）において蒸発し、前記第１の導管（１０６）を通って気体として上昇し、前記凝縮器（１０８）において凝縮し且つ前記第２の導管（１１０）を通って前記蒸発器（１０４）まで流れることにより前記冷媒回路（１０２）内を自動循環するように構成され、
   前記熱伝達装置（１００）は、前記冷媒回路（１０２）に接続された、液体冷媒の貯蔵器（１２４）を更に備え、
   前記熱伝達装置は、前記貯蔵器（１２４）と関連する制御装置を更に備え、
   前記制御装置は、前記冷媒回路（１０２）から前記貯蔵器（１２４）内に液体冷媒を回収することにより前記電子部品筐体（１１２）の前記内部から前記周囲環境への熱交換を減少し且つ前記貯蔵器（１２４）から前記冷媒回路に液体冷媒を導入することにより前記電子部品筐体（１１２）から前記周囲環境への熱交換を増加するように構成されることを特徴とする熱伝達装置（１００）。
2. 前記貯蔵器（１２４）は前記凝縮器（１０４）又は前記第２の導管（１１０）又は前記蒸発器（１０４）に、直接接続されるか又は接続導管（１３２）を介して接続される請求項１記載の熱伝達装置（１００）。
3. 前記貯蔵器（１２４）は、前記制御装置の一部を形成する冷媒チャンバ（１２６）を備え、前記制御装置は、異なる量の液体冷媒を収容するよう前記冷媒チャンバ（１２６）の大きさを調整するように構成される請求項１及び２のいずれか１項に記載の熱伝達装置（１００）。
4. 前記制御装置は、前記冷媒チャンバ（１２６）の前記大きさを調整するように構成されたピストン（１３０、４０２、４０４）又は膜（３０２）を備える請求項３記載の熱伝達装置（１００）。
5. 前記制御装置は、制御媒体を収容し、大きさが可変の制御チャンバ（１２８）を備え、前記制御チャンバ（１２８）の大きさは前記冷媒チャンバ（１２６）の前記大きさに影響を及ぼす請求項４記載の熱伝達装置（１００）。
6. 前記冷媒チャンバ（１２６）は、前記ピストン（１３０）又は前記膜（３０２）によって前記制御チャンバ（１２８）から仕切られる請求項４及び５のいずれか１項に記載の熱伝達装置（１００）。
7. 前記制御媒体は液体である請求項５及び６のいずれか１項に記載の熱伝達装置（１００）。
8. 前記制御媒体は気体である請求項５及び６のいずれか１項に記載の熱伝達装置（１００）。
9. 前記貯蔵器（１２４）は前記凝縮器（１０８）の下端部に直接接続されるか又は専用接続導管（１３２）を介して接続される請求項１から８のいずれか１項に記載の熱伝達装置（１００）。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の熱伝達装置（１００）を備える電子部品筐体（１１２）。
11. 前記電子部品筐体（１１２）は無線基地局の一部である請求項１０記載の電子部品筐体（１１２）。
12. 前記貯蔵器（１２４）は前記電子部品筐体（１１２）の内部に配置される請求項１０及び１１のいずれか１項に記載の電子部品筐体（１１２）。
13. 前記電子部品筐体（１１２）の内部の温度に応じて前記制御チャンバ（１２８）の大きさを調整するために、前記制御チャンバ（１２８）は前記電子部品筐体（１１２）の前記内部と熱接触している請求項５から８のいずれか１項に従属する請求項１０から１２のいずれか１項に記載の電子部品筐体（１１２）。
14. 請求項１０から１３のいずれか１項に記載の電子部品筐体の内部から周囲環境への熱交換のために請求項１から９のいずれか１項に記載の熱伝達装置を制御する方法であって、
    −前記冷媒を前記蒸発器において蒸発させ、前記第１の導管を通して気体として上昇させ、前記凝縮器において凝縮し且つ前記第２の導管を通して前記蒸発器まで流すことにより前記冷媒を前記冷媒回路内で自動循環させるステップ（５０２）と、
    −前記電子部品筐体の前記内部から前記周囲環境への熱交換を減少するために前記冷媒回路から前記貯蔵器に液体冷媒を回収するステップ（５０４）と、
    −前記電子部品筐体の前記内部から前記周囲環境への熱交換を増加するために前記貯蔵器から前記冷媒回路に液体冷媒を導入するステップ（５０８）と、
    を備えた方法。
15. 前記冷媒回路から前記貯蔵器に液体冷媒を回収するステップ及び前記貯蔵器から前記冷媒回路に液体冷媒を導入するステップは、
    −前記冷媒回路から液体冷媒を回収する場合は前記貯蔵器内の冷媒チャンバの大きさが拡大され且つ前記冷媒回路に液体冷媒を導入する場合は前記冷媒チャンバの大きさが縮小されるように、異なる量の液体冷媒を収容するよう前記冷媒チャンバの大きさを調整するステップを含む請求項１４記載の熱伝達を制御する方法。

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