JP2015114044A - Evaporation type cooling heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蒸発式冷却熱交換器に関する。 The present invention relates to an evaporative cooling heat exchanger.
従来より、サーバ室、クリーンルーム等の密閉された室内の被冷却流体を冷却する冷却装置として、冷媒液の自重により冷媒液を送る自然循環方式の熱交換装置や、送液ポンプで冷媒液を強制的に送るポンプ方式の熱交換装置が知られている。特に、前者の冷却装置は、省エネルギーで運転することができ、広く用いられている。 Conventionally, as a cooling device that cools a fluid to be cooled in a sealed room such as a server room or a clean room, the refrigerant liquid is forced by a natural circulation heat exchange device that sends the refrigerant liquid by its own weight or a liquid feed pump. A pump-type heat exchange device is known. In particular, the former cooling device can be operated with energy saving and is widely used.
このような冷却装置として、例えば、冷媒液を蒸発させる熱交換部を有する蒸発式冷却熱交換器と、冷媒ガスを凝縮させる凝縮器と、冷媒ガスを蒸発式冷却熱交換器から凝縮器に導くガス配管と、冷媒液を凝縮器から蒸発式冷却熱交換器に導く液配管と、を備えたものが知られている。 As such a cooling device, for example, an evaporative cooling heat exchanger having a heat exchange part for evaporating the refrigerant liquid, a condenser for condensing the refrigerant gas, and the refrigerant gas from the evaporative cooling heat exchanger to the condenser A gas pipe and a liquid pipe that guides a refrigerant liquid from a condenser to an evaporative cooling heat exchanger are known.
また、上述したような蒸発式冷却熱交換器として、図8に示すように、鉛直方向Vに対して斜めに配置されて被冷却流体を冷却する熱交換部201と、水平方向Hに沿って延びて熱交換部201の下端に接続され、熱交換部201内に冷媒液を供給する第1のヘッダパイプ202と、水平方向Hに沿って延びて熱交換部201の上端に接続され、熱交換部201から冷媒ガスが流入する第2のヘッダパイプ203と、を備えた蒸発式冷却熱交換器200が知られている。このような蒸発式冷却熱交換器200では、被冷却流体との熱交換によって熱交換部201の下方の冷媒液が気化した冷媒ガスは、冷媒進行方向D1に沿って熱交換部201の上方に抜けるようになっている。
Further, as an evaporative cooling heat exchanger as described above, as shown in FIG. 8, a heat exchange unit 201 that is disposed obliquely with respect to the vertical direction V and cools the fluid to be cooled, and along the horizontal direction H. The
しかしながら、上述したような蒸発式冷却熱交換器200では、熱交換部201から第2のヘッダパイプ203の上流側に流入する冷媒ガスは、熱交換部201から第2のヘッダパイプ203の下流側に流入する冷媒ガスより流路が長く第2のヘッダパイプ203から受ける摩擦抵抗が大きく流れ難いため、冷媒ガスが、第2のヘッダパイプ203内に送られずに熱交換部201の上部に局所的に溜まってガス溜まりGを形成することがあり、このようなガス溜まりGが形成される分だけ、熱交換部201内で飽和冷媒ガスが占める範囲が縮小し、蒸発式冷却熱交換器200の熱交換効率が低下する虞があった。
However, in the evaporative
そこで、蒸発式冷却熱交換器内での冷媒ガスのガス溜まりを改善して、蒸発式冷却熱交換器の熱交換効率を向上させ、被冷却流体を効率的に冷却するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明は、この課題を解決することを目的とする。 Therefore, the technology to be solved in order to efficiently cool the fluid to be cooled by improving the gas accumulation of refrigerant gas in the evaporative cooling heat exchanger, improving the heat exchange efficiency of the evaporative cooling heat exchanger The present invention aims to solve this problem.
本発明は、上記目的を達成するために提案するものであり、請求項1記載の発明は、冷媒液を冷媒ガスに気化させて被冷却流体を冷却する蒸発式冷却熱交換器であって、前記冷媒ガスの冷媒進行方向に沿って延びた複数のチューブを有する熱交換部と、前記チューブの下端に接続されて、前記チューブに冷媒液を供給する下方ヘッダパイプと、前記チューブの上端に接続され、前記冷媒進行方向と略直角な水平方向に対して鉛直方向の上方に傾いた冷媒ガス排出方向に沿って延びて、前記チューブから流入する冷媒ガスを前記冷媒ガス排出方向の上流側から該上流側より鉛直方向上方の下流側に流す上方ヘッダパイプと、を備えている蒸発式冷却熱交換器を提供する。
The present invention proposes to achieve the above object, and the invention according to
この構成によれば、上方ヘッダパイプが、冷媒ガス排出方向の下流側を上流側より鉛直方向の上方に傾いて配置されていることにより、上方ヘッダパイプ内の冷媒ガス排出方向の上流側の冷媒ガスが下流側に流れて、熱交換部のチューブ内の冷媒ガスが上方ヘッダパイプに流入し易くなり、チューブ内での冷媒ガスのガス溜まりの発生を抑制することができる。 According to this configuration, the upper header pipe is disposed such that the downstream side in the refrigerant gas discharge direction is inclined upward in the vertical direction from the upstream side, so that the refrigerant on the upstream side in the refrigerant gas discharge direction in the upper header pipe The gas flows downstream, and the refrigerant gas in the tube of the heat exchanging portion can easily flow into the upper header pipe, so that the occurrence of a gas pool of refrigerant gas in the tube can be suppressed.
請求項1記載の発明は、熱交換部内での冷媒ガスのガス溜まりが抑制されるため、蒸発式冷却熱交換器と被冷却流体との熱交換効率を向上させることができる。 According to the first aspect of the present invention, since the accumulation of the refrigerant gas in the heat exchange part is suppressed, the heat exchange efficiency between the evaporative cooling heat exchanger and the fluid to be cooled can be improved.
本発明は、蒸発式冷却熱交換器内での冷媒ガスのガス溜まりを改善して、蒸発式冷却熱交換器の熱交換効率を向上させ、被冷却流体を効率的に冷却するという目的を達成するために、冷媒液を冷媒ガスに気化させて被冷却流体を冷却する蒸発式冷却熱交換器であって、冷媒ガスの冷媒進行方向に沿って延びた複数のチューブを有する熱交換部と、チューブの下端に接続されて、チューブに冷媒液を供給する下方ヘッダパイプと、チューブの上端に接続され、冷媒進行方向と略直角な水平方向に対して鉛直方向の上方に傾いた冷媒ガス排出方向に沿って延びて、チューブから流入する冷媒ガスを冷媒ガス排出方向の上流側から下流側に流す上方ヘッダパイプと、を備えていることにより実現した。 The present invention achieves the purpose of improving the heat exchange efficiency of the evaporative cooling heat exchanger and efficiently cooling the fluid to be cooled by improving the gas reservoir of the refrigerant gas in the evaporative cooling heat exchanger. In order to do so, an evaporative cooling heat exchanger that evaporates the refrigerant liquid into the refrigerant gas and cools the fluid to be cooled, the heat exchange unit having a plurality of tubes extending along the refrigerant traveling direction of the refrigerant gas; A lower header pipe connected to the lower end of the tube to supply refrigerant liquid to the tube, and a refrigerant gas discharge direction connected to the upper end of the tube and inclined upward in the vertical direction with respect to a horizontal direction substantially perpendicular to the refrigerant traveling direction And an upper header pipe that flows the refrigerant gas flowing in from the tube from the upstream side to the downstream side in the refrigerant gas discharge direction.
以下、本発明の一実施例に係る蒸発式冷却熱交換器としての蒸発器100を用いた冷却装置1について、図1に基づいて説明する。なお、本実施例では、多数のサーバラックr内及びこれらサーバラックrを収容するサーバ室R内を冷却する冷却装置1について説明するが、冷却装置1をドライルームやクリーンルーム等に適用しても構わない。
Hereinafter, a
サーバ室Rには、図示しない電子機器を夫々搭載する複数のサーバラックrが収容されている。サーバラックr内に設置された図示しないファンが通信装置を空冷し、被冷却流体としての暖かい空気A1をサーバラックr外に放出すると共にサーバラックr外の冷たい空気A2をサーバラックr内に取り入れる。電子機器の発熱により暖められた暖かい空気A1は、冷却装置1で冷却されて、再びサーバ室R内に戻ることで、サーバ室R内は温度が一定に保たれ、電子機器は、所定の許容温度範囲内で動作するようになっている。
The server room R accommodates a plurality of server racks r each mounting an electronic device (not shown). A fan (not shown) installed in the server rack r cools the communication device, releases warm air A1 as a fluid to be cooled to the outside of the server rack r, and takes in cool air A2 outside the server rack r into the server rack r. . The warm air A1 warmed by the heat generated by the electronic device is cooled by the
冷却装置1は、サーバ室R内を冷却する自然循環方式の熱交換装置である。冷却装置1は、サーバ室R内に設けられた蒸発式冷却熱交換器としての蒸発器100と、サーバ室R外に設けられた凝縮器10と、蒸発器100から凝縮器10に冷媒ガスを導くガス配管20と、凝縮器10から蒸発器100に冷媒液を導く液配管30と、を備えている。
The
蒸発器100は、ケーシング101内に収容されて、ラックrの上方に配置されるようにサーバ室Rの天井や側壁に取り付けられる。蒸発器100は、液配管30を介して凝縮器10から流入する冷媒液を冷媒ガスに気化させて、温かい空気A1を冷たい空気A2に冷却する。
The
凝縮器10は、ガス配管20を介して蒸発器10から送られた冷媒ガスを冷媒液に凝縮させる。具体的には、凝縮器10は、図示しない冷却塔や冷凍機等で冷却された冷却水を循環させており、この冷却水に凝縮熱を放出させることで、冷媒ガスを冷媒液に凝縮させる。
The
液配管30には、冷媒液を蒸発器100に送る送液ポンプを設けても構わない。なお、凝縮器10が蒸発器100より上方に配置されている場合には、冷媒液を強制的に送る送液ポンプを設ける必要がある。
The
次に、蒸発器100の構成について、図2乃至5に基づいて説明する。
Next, the configuration of the
蒸発器100は、矩形枠体である基台102を介してケーシング101に固定されている。ケーシング101は、底面101aに形成されて暖かい空気A1を吸い込む円形状の吸い込み口101bと、側面101cに形成されて冷たい空気A2を吐き出す格子状の吐き出し口101dと、が形成されている。
The
ケーシング101の吸い込み口101bの上方には、回転軸A回りに回転して蒸発器100に暖かい空気A1を取り込むファン103が取り付けられている。また、ケーシング101内には、図示しない温度センサにより検知された暖かい空気A1の吸込温度に応じて、ファン103の回転数を制御し、蒸発器100を通過する通風量を変化させる制御装置104が配置されている。
A
基台102は、ケーシング101の底面101aに立設されて、蒸発器100内の冷媒ガスが冷媒の進行方向Dに沿って鉛直方向Vの上方に上昇するように、ケーシング101の底面101aに対して蒸発器100を斜めに固定している。これにより、蒸発器100の熱交換面積を増加させて、サーバ室R内の暖かい空気A1を効率的に冷却することができる。
The
蒸発器100は、冷媒ガスの冷媒進行方向D1に沿って延びた複数のチューブ111、111を有する熱交換部110と、チューブ111の下端に接続されて、液配管30から流入する冷媒液をチューブ111に供給する下方ヘッダパイプ120と、チューブ111の上端に接続されて、チューブ111から流入する冷媒ガスをガス配管20に流す上方ヘッダパイプ130と、を備えている。
The
熱交換部110は、冷媒進行方向D1に沿って延びる複数のチューブ111、111を冷媒進行方向D1と略直角な水平方向Hに沿って互いに隙間を空けて列設して構成されている。熱交換部110内の冷媒液は、冷媒進行方向D1に沿って上昇するにしたがって、暖かい空気A1との間で熱交換されて、飽和蒸気の冷媒ガス、加熱蒸気の冷媒ガスの順に変化する。即ち、熱交換部110内の冷媒液・冷媒ガスは、図5に示すように、下方ヘッダパイプ120から流入する冷媒液が占める領域F1と、飽和蒸気の冷媒ガスが占める領域F2と、上方ヘッダパイプ130に流入する加熱蒸気の冷媒ガスが占める領域F3と、に分かれて存在する。なお、蒸発器100の熱効率は、飽和蒸気の冷媒ガスが占める領域F2の大きさに比例して増加するため、飽和蒸気の冷媒ガスが占める領域F2は、広い方が好ましい。
The
下方ヘッダパイプ120は、水平方向Hに沿って延びており、冷媒液流入方向D2の上流側の上流側端部121で液配管30と接続されている。なお、下方ヘッダパイプ120の上流側端部121の上流側に、冷媒ガスの過熱度を一定に保つように冷媒液の流量を制御する電子膨張弁を設けても構わない。これにより、冷媒液を完全に蒸発させて、冷媒液の蒸発潜熱で効率的に暖かい空気A1を冷却することができる。
The
上方ヘッダパイプ130は、冷媒ガス排出方向D3の下流側の下流側端部131でガス配管20と接続されている。また、上方ヘッダパイプ130は、水平方向Hに対して鉛直方向Vの上方に傾いた冷媒ガス排出方向D3に沿って延びており、下流側端部131を冷媒ガス排出方向D3の上流側の上流側端部132より鉛直方向Vの上方に配置するように傾いている。なお上方ヘッダパイプ130の水平方向Hに対する傾きは、僅かであっても良く、好ましくは、水平方向Hに対して3度以上に設定される。
これにより、熱交換部110から流入する冷媒ガスが上方ヘッダパイプ130内を冷媒ガス排出方向D3の上流側から下流側に円滑に流れるようになっている。
The
As a result, the refrigerant gas flowing in from the
上述した本実施例に係る蒸発器100は、熱交換部110内の冷媒ガス排出方向D3の上流側の冷媒ガスが上方ヘッダパイプ130に流入し易くなるため、熱交換部110内でのガス溜まりを抑制して、蒸発器100の熱交換効率を向上させることができる。
In the
また、本実施例に係る冷却装置1は、熱交換効率に優れた蒸発器100を用いて、サーバ室Rを効率よく冷却することができる。
Moreover, the
なお、本実施例では、上方ヘッダパイプ130のみを冷媒ガス排出方向D3の下流側を上流側より鉛直方向Vに傾けているが、熱交換部110、下方ヘッダパイプ120も上方ヘッダパイプ130と同様に傾けても構わない。すなわち、熱交換部110を冷媒ガス排出方向D3の下流側を上流側より鉛直方向Vの上方に傾けても良い。また、下方ヘッダパイプ120を冷媒液流入方向D2の上流側を下流側より鉛直方向Vの上方に傾けても良い。
In this embodiment, only the
また、本実施例におけるチューブ111は、図6に示すように、下方から上方に直線状に1列に延びたものを採択しているが、熱交換部に用いられるチューブの形状は直線状の1列に限定されず、例えば、強制循環方式の冷却装置に用いられるチューブ111であれば、図7に示すように、上下に2回屈曲させて側面視でZ字状の3列であっても、上下2回以上の偶数回屈曲させた奇数列であっても構わない。
In addition, as shown in FIG. 6, the
なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができ、そして、本発明が該改変されたものにも及ぶことは当然である。 The present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention, and the present invention naturally extends to the modified ones.
1 ・・・ 冷却装置
10・・・ 凝縮器
20・・・ ガス配管
30・・・ 液配管
100・・・ 蒸発器(蒸発式冷却熱交換器)
101・・・ ケーシング
102・・・ 基台
103・・・ ファン
104・・・ 制御装置
110・・・ 熱交換部
111・・・ チューブ
120・・・ 下方ヘッダパイプ
121・・・ (下方ヘッダパイプの)上流側端部
130・・・ 上方ヘッダパイプ
131・・・ (上方ヘッダパイプの)下流側端部
132・・・ (上方ヘッダパイプの)上流側端部
R ・・・ サーバ室
r ・・・ サーバラック
F1・・・ 冷媒液が占める領域
F2・・・ 飽和蒸気が占める領域
F3・・・ 加熱蒸気が占める領域
A1・・・ 暖かい空気
A2・・・ 冷たい空気
D1・・・ 冷媒進行方向
D2・・・ 冷媒液流入方向
D3・・・ 冷媒ガス排出方向
H ・・・ 水平方向
V ・・・ 鉛直方向
DESCRIPTION OF
101 ... casing 102 ...
Claims (1)
前記冷媒ガスの冷媒進行方向に沿って延びた複数のチューブを有する熱交換部と、
前記チューブの下端に接続されて、前記チューブに冷媒液を供給する下方ヘッダパイプと、
前記チューブの上端に接続され、前記冷媒進行方向と略直角な水平方向に対して鉛直方向の上方に傾いた冷媒ガス排出方向に沿って延びて、前記チューブから流入する冷媒ガスを前記冷媒ガス排出方向の上流側から該上流側より鉛直方向上方の下流側に流す上方ヘッダパイプと、
を備えていることを特徴とする蒸発式冷却熱交換器。 An evaporative cooling heat exchanger that evaporates a refrigerant liquid into a refrigerant gas and cools a fluid to be cooled.
A heat exchanging section having a plurality of tubes extending along the refrigerant traveling direction of the refrigerant gas;
A lower header pipe connected to the lower end of the tube and supplying the liquid coolant to the tube;
The refrigerant gas discharged from the tube is connected to the upper end of the tube and extends along a refrigerant gas discharge direction inclined upward in the vertical direction with respect to a horizontal direction substantially perpendicular to the refrigerant traveling direction. An upper header pipe that flows from the upstream side in the direction from the upstream side to the downstream side in the vertical direction;
An evaporative cooling heat exchanger comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013256329A JP2015114044A (en) | 2013-12-11 | 2013-12-11 | Evaporation type cooling heat exchanger |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013256329A JP2015114044A (en) | 2013-12-11 | 2013-12-11 | Evaporation type cooling heat exchanger |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015114044A true JP2015114044A (en) | 2015-06-22 |
Family
ID=53528014
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013256329A Pending JP2015114044A (en) | 2013-12-11 | 2013-12-11 | Evaporation type cooling heat exchanger |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2015114044A (en) |
-
2013
- 2013-12-11 JP JP2013256329A patent/JP2015114044A/en active Pending
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