JP2020038028A

JP2020038028A - 冷却構造体および冷却構造体を備える発熱回収システム

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Publication number: JP2020038028A
Application number: JP2018164947A
Authority: JP
Inventors: 関根　賢太郎; Kentaro Sekine; 賢太郎関根; 尭大西; Takashi Onishi; 大介島袋; Daisuke Shimabukuro; 寿久斉藤; Toshihisa Saito
Original assignee: Taisei Corp; Gastar Co Ltd
Current assignee: Taisei Corp; Gastar Co Ltd
Priority date: 2018-09-03
Filing date: 2018-09-03
Publication date: 2020-03-12
Anticipated expiration: 2038-09-03
Also published as: JP7280674B2

Abstract

【課題】発熱体のメンテナンス性を損なうことなく比較的安価な構成により発熱体を効率よく冷却し、発熱体が設置される空間の空調負荷を低減することができる冷却構造体を提供すること。【解決手段】磁性体により形成される取付面２１０を有する発熱体２００に取り付けられ、内部に冷媒を流通させる冷媒管１０と、冷媒管１０を収容する溝部２１と溝部２１の両端に配置される一対の平面部２２，２３を有する金属製の集熱板２０と、溝部２１の外周面２１ａに接触した状態で配置されるとともに断熱材料により形成された基材３０と、一対の平面部２２，２３が取付面２１０に近接した状態を磁力により保持する磁石４０と、を備え、溝部２１の内周面２１ｂの少なくとも一部は、冷媒管１０の外周面１０ａの少なくとも一部と対応する形状となっており、冷媒管１０は、溝部２１に接触した状態で配置されている液冷パネル１００を提供する。【選択図】図４

Description

本発明は、冷却構造体および冷却構造体を備える発熱回収システムに関する。

従来、電子基板上のＬＳＩ等の高発熱密度の被冷却体を冷却する冷却器が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示される冷却器は、被冷却体の表面に熱セメントを塗布して取り付けられており、水の蒸発を利用して被冷却体を冷却するものである。冷却器は、それぞれシート状の不透過部材と透過部材の間の供給路に毛細管現象により水を供給し、透過部材側に空気を流して供給路内の水を蒸発させる。

特開２００１−２４４３９７号公報

しかしながら、特許文献１に開示される冷却器は、水の蒸発を利用して被冷却体を冷却するためにシート状の透過部材を用いており、製造コストが増大してしまう。
また、冷却器が熱セメントにより被冷却体に取り付けられているため冷却器を被冷却体から取り外すことが困難であり、被冷却体のメンテナンス性が損なわれてしまう。

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、発熱体のメンテナンス性を損なうことなく比較的安価な構成により発熱体を効率よく冷却し、発熱体が設置される空間の空調負荷を低減することができる冷却構造体およびそれを備えた発熱回収システムを提供することを目的とする。

前記課題は、本発明によれば、磁性体により形成される取付面を有する発熱体に取り付けられ、内部に冷媒を流通させる冷媒管と、前記冷媒管を収容する溝部と該溝部の両端に配置される一対の平面部を有する金属製の集熱板と、前記溝部の外周面に接触した状態で配置されるとともに断熱材料により形成された断熱部と、前記一対の平面部が前記取付面に近接した状態を磁力により保持する磁石と、を備え、前記溝部の内周面の少なくとも一部は、前記冷媒管の外周面の少なくとも一部と対応する形状となっており、前記冷媒管は、前記溝部に接触した状態で配置されていることを特徴とする冷却構造体により解決される。

本発明に係る冷却構造体は、集熱板の一対の平面部が発熱体の取付面に近接した状態を磁石の磁力により保持している。集熱板と取付面との間に隙間が形成されることが磁力により抑制されるため、発熱体から冷却構造体へ効率よく熱を伝達することができる。また、作業者が磁力の保持力を上回る力を冷却構造体に与えることにより、冷却構造体を発熱体から容易に取り外すことができる。よって、発熱体のメンテナンス性が損なわれることはない。さらに、発熱体の取付面から集熱板の一対の平面部に熱伝達が行われ、集熱板の溝部の内周面から冷媒管の外周面に熱伝達が行われ、冷媒管から冷媒への熱伝達が行われる。そのため、集熱板の溝部に冷媒管を収容した比較的安価な構成により発熱体の熱を冷媒へ伝達することができる。さらに、断熱部が溝部の外周面に接触した状態で配置されるため、集熱板へ伝達された熱が集熱板の外周面から外部へ放熱されることが抑制される。
このように、本発明によれば、発熱体のメンテナンス性を損なうことなく比較的安価な構成により発熱体を効率よく冷却し、発熱体が設置される空間の空調負荷を低減することができる冷却構造体を提供することができる。

本発明に係る冷却構造体は、好ましくは、前記一対の平面部の板厚よりも薄い厚さを有する金属製の表面シートを有し、前記表面シートは、前記一対の平面部に接触するとともに前記冷媒管が収容された前記溝部を覆うように配置されることを特徴とする。
一対の平面部の板厚よりも薄い金属製の表面シートを有するため、表面シートが冷媒管の形状に沿うように変形して表面シートと冷媒管の接触面積が増大する。これにより、発熱体から冷媒管へ伝達される熱量が増大する。また、表面シートが溝部を覆うように広範囲に配置されるため、表面シートを介して発熱体から集熱板へ伝達される熱量が増大する。

本発明に係る冷却構造体において、好ましくは、前記断熱部は、前記取付面と対応する形状に形成された第１被取付面を有するパネル状に形成されており、前記第１被取付面には、前記集熱板を収容する第１収容溝と、前記磁石を収容する第２収容溝が形成されていることを特徴とする。
断熱部がパネル状に形成されており、集熱板と磁石の双方を収容するため、取付面から集熱板および磁石に伝達された熱が外部へ放熱されることを確実に抑制することができる。

本発明に係る冷却構造体において、好ましくは、前記断熱部は、柔軟性を有する材料により形成されており、前記磁石は、弾性を有する材料により形成されていることを特徴とする。
断熱部および磁石がそれぞれ取付面の形状に対応するように変形可能であるため、例えば、取付面の形状が曲率を持った曲面形状であっても、発熱体との接触面積を十分に確保することができる。よって、取付面の形状が曲面形状であっても、発熱体を効率よく冷却することができる。

本発明に係る冷却構造体において、好ましくは、前記集熱板は、前記取付面と対応する形状に形成された第２被取付面を有するパネル状に形成されており、前記２被取付面には、前記磁石を収容する凹部が形成されており、前記断熱部は、前記集熱板の少なくとも一部が外部へ露出した状態で配置されていることを特徴とする。
金属製の集熱板がパネル状に形成されており集熱板の少なくとも一部が外部へ露出した状態となっているため、発熱体から集熱板に伝達された熱が外部へ放熱される。よって、冷媒の流れがポンプの故障等により停止した場合に、発熱体の熱が外部へ放熱されない不具合を抑制することができる。

本発明に係る冷却構造体は、好ましくは、直線状に延びる複数の前記溝部を有し、前記複数の溝部が同一方向に沿って所定間隔を空けて配置されており、樹脂製の前記冷媒管が、前記集熱板に接触した状態で配置される複数の直線部と、隣接する前記直線部を連結する複数の曲線部と、を有することを特徴とする。
直線状に延びる複数の溝部が同一方向に所定間隔を空けて配置されているため、複数の直線部の各々において略均等に発熱体の取付面を冷却することができる。また、隣接する直線部を曲線部により連結しているため、冷媒管の内部で流体が滞留する不具合を抑制することができる。

以上の冷却構造体は、好ましくは、前記曲線部の曲率半径の２倍が前記所定間隔よりも大きいことを特徴とする。
曲線部の曲率半径を十分に大きくすることで、所定間隔を短くした場合であっても曲線部の曲率半径が小さくなって冷媒管に座屈が生じる不具合を抑制することができる。

以上の冷却構造体は、好ましくは、前記曲率半径が前記冷媒管に座屈が生じる最小曲率半径よりも大きくなるように前記所定間隔が設定されていることを特徴とする。
このように複数の溝部の所定間隔を設定することで、冷媒管に座屈が生じる不具合をより確実に抑制することができる。

本発明に係る発熱回収システムは、上記のいずれか一項に記載の冷却構造体と、前記冷却構造体により冷却される前記発熱体と、前記発熱体が設置された空間の温度調節を行う空調機と、を備えることを特徴とする。
本発明に係る発熱回収システムによれば、発熱体のメンテナンス性を損なうことなく比較的安価な構成により発熱体を効率よく冷却し、発熱体が設置される空間の空調負荷を低減することができる発熱回収システムを提供することができる。

本発明によれば、発熱体のメンテナンス性を損なうことなく比較的安価な構成により発熱体を効率よく冷却し、発熱体が設置される空間の空調負荷を低減することができる冷却構造体を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る液冷パネルを含む液冷発熱回収システムの概略構成図である。第１実施形態の液冷パネルを発熱体の取付面に取り付けられる被取付面側からみた平面図である。図２に示す液冷パネルの冷媒管を示す平面図である。図２に示す液冷パネルのＩ−Ｉ矢視断面図である。図４に示す液冷パネルの基材を示す断面図である。第２実施形態の液冷パネルを発熱体の取付面に取り付けられる被取付面側からみた平面図である。図６に示す液冷パネルの冷媒管を示す平面図である。第３実施形態の液冷パネルの断面図である。図８に示す集熱板の断面図である。

以下に、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して詳しく説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

〔第１実施形態〕
以下、本発明に係る液冷パネル１００の第１実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る液冷パネル１００を含む液冷発熱回収システム４００の概略構成図である。図１に示すように、本実施形態の液冷発熱回収システム４００は、液冷パネル（冷却構造体）１００と、液冷パネル１００により冷却される発熱体２００と、発熱体２００が設置された空間Ｓの空気の温度調節を行う空調機３００と、を備える。

液冷パネル１００は、発熱体２００に取り付けられるとともに発熱体２００を冷却する構造体である。液冷パネル１００は、ポンプＰｕにより流入配管４１０に供給される冷媒を内部で流通させ、発熱体２００が放熱する熱を冷媒へ伝達することにより発熱体２００を冷却する。液冷パネル１００の内部を流通する冷媒は、流出配管４２０から空間Ｓの外部へ流出する。液冷パネル１００の詳細については後述する。
ここで、冷媒としては、例えば水を用いることができるが、不凍液等の他の冷媒を用いてもよい。

発熱体２００は、内部に熱源を有する装置であり、液冷パネル１００が取り付けられる平坦状の取付面２１０を有する。発熱体２００は、例えば、ゴム材料と配合剤を混錬する混錬機や、大型の冷凍庫等である。発熱体２００の内部の熱源が発生させる熱は、取付面２１０を含む外周面から空間Ｓの室内空気に伝達される。液冷パネル１００が取り付けられる取付面２１０は、発熱体２００の外周面のうち、熱源が発生する熱により最も高温となる位置に配置するのが望ましい。

空調機３００は、空間Ｓの室内空気の温度調節を行う装置である。空調機３００は、空間Ｓの室内空気の温度が予め設定された設定温度よりも高い場合、室内空気を設定温度まで低下させて温度調節を行う。この場合、空調機３００は、室内空気を熱交換器（図示略）が設置された内部に吸い込み、熱交換器で低温の冷媒との熱交換により冷却された室内空気を空間Ｓへ吹き出す。

なお、発熱体２００の外周面に液冷パネル１００が取り付けられていない場合、空間Ｓの室内空気が発熱体２００により加熱されてしまう。そのため、空調機３００は、空間Ｓの室内空気の温度を設定温度に維持するために、発熱体２００の発熱量に応じた分だけ高い負荷で運転する必要がある。本実施形態では、発熱体２００の外周面に液冷パネル１００が取り付けられているため、液冷パネル１００が取り付けられていない場合に比べて、空調機３００の運転負荷が低下する。

次に、本実施形態の液冷パネル１００について、図面を参照して詳細に説明する。
図２は、パネル状に形成される液冷パネル１００を発熱体２００の取付面２１０に取り付けられる被取付面側からみた平面図である。図３は、図２に示す液冷パネル１００の冷媒管１０を示す平面図である。図４は、図２に示す液冷パネル１００のＩ−Ｉ矢視断面図である。図５は、図４に示す液冷パネル１００の基材３０を示す断面図である。

なお、図２には、発熱体２００の取付面２１０と接触するアルミシート５０が設置されていない状態が示されている。発熱体２００の取付面２１０に取り付けられる液冷パネル１００の被取付面の全面には、図３に示すアルミシート５０が貼り付けられる。

図２および図３に示すように、液冷パネル１００は、内部に液体を流通させる冷媒管１０と、冷媒管１０を収容する複数の集熱板２０と、断熱材料により形成された基材（断熱部）３０と、複数の磁石４０と、液冷パネル１００の被取付面の全面に貼り付けられるアルミシート（表面シート）５０と、を備える。

冷媒管１０は、流入口から流入する冷媒を流通させて流出口へ導く管体である。冷媒管１０は、変形可能な柔軟性を有する樹脂材料により形成されており、例えば、架橋ポリエチレン管である。架橋ポリエチレン管は、安価であり、かつ耐熱性，耐久性，柔軟性に優れている。また例えば、ポリブテン管等の他の樹脂材料により形成された管体を用いてもよい。冷媒管１０の内径Ｄ１は、例えば、３．５ｍｍ以上かつ６．０ｍｍ以下のものを用いるのが望ましい。

冷媒管１０は、集熱板２０に接触した状態で配置される複数の直線部１１と、隣接する直線部１１を連結する複数の曲線部１２と、を有し、これらを一体に形成した管体である。図３に示すように、本実施形態の冷媒管１０の直線部１１は、同一方向に沿ってピッチ（所定間隔）Ｐ１を空けて配置されている。ここで、軸線Ｘ１は、冷媒管１０の流入口１０ｂに最も近接した位置に配置される直線部１１が延びる軸線を示す。同様に、軸線Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５，Ｘ６，Ｘ７，Ｘ８は、それぞれ他の直線部１１が延びる軸線を示す。

図３に示すように、本実施形態の冷媒管１０の曲線部１２は、冷媒管１０の中心位置における曲率半径がＲ１となる半円形状の部分である。直線部１１が配置される間隔であるピッチＰ１は、曲率半径Ｒ１の２倍と一致している。

集熱板２０は、冷媒管１０を収容するとともに板状部材を加工して形成された金属製（例えば、アルミニウム製）の部材である。集熱板２０の板厚Ｔ１は、例えば、０．０７ｍｍ以上かつ０．１５ｍｍ以下とするのが望ましい。
集熱板２０は、冷媒管１０を収容するとともに冷媒管１０が延びる方向に沿って直線状に延びる溝部２１と、冷媒管１０が延びる方向に対して直交する幅方向Ｗの両端に配置される一対の平面部２２，２３を有する。

図２に示すように、液冷パネル１００は、それぞれが溝部２１を有する複数の集熱板２０を有し、図３に示す複数の溝部２１が同一方向に沿ってピッチ（所定間隔）Ｐ１を空けて配置されている。ここで、軸線Ｘ１は、冷媒管１０の流入口１０ｂに最も近接した位置に配置される集熱板２０の溝部２１が延びる軸線を示す。同様に、軸線Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５，Ｘ６，Ｘ７，Ｘ８は、それぞれ他の集熱板２０の溝部２１が延びる軸線を示す。

溝部２１は、円筒状の冷媒管１０の外周面１０ａの一部と対応する形状となるように、内周面２１ｂの一部が半円筒状に形成されている。溝部２１は、冷媒管１０の外径と略一致した深さを持ち、幅方向Ｗにおいて冷媒管１０の外径と略一致した開口幅を持っている。そのため、図２に示すように、冷媒管１０の外周面１０ａの下半部は、溝部２１の内周面２１ｂの半円筒状の部分に接触した状態で配置されている。

一対の平面部２２，２３は、発熱体２００の取付面２１０と対応する平坦状に形成されており、冷媒管１０が延びる方向と同方向に延びるように形成されている。

基材３０は、溝部２１の外周面２１ａに接触した状態で配置されるとともに断熱材料により形成された部材である。図１および図２に示すように、基材３０は、発熱体２００の取付面２１０と対応する平坦形状に形成された被取付面（第１被取付面）３０ａを有するパネル状に形成された最大厚さが厚さＴ３の部材である。厚さＴ３は、例えば、１５ｍｍ以下とするのが望ましい。基材３０には、集熱板２０を収容する第１収容溝３１と、磁石４０を収容する第２収容溝３２が形成されている。

基材３０の断熱材料として、例えば、熱伝導率が低い（例えば、０．０３〜０．０４Ｗ／ｍＫ）の発泡ポリスチレンや、発泡ポリプロピレンや、発泡ウレタン等を用いるのが望ましい。発泡ポリスチレンを用いることにより、液冷パネル１００の製造コストを安価にすることができる。また、発泡ポリプロピレンが柔軟性を有する材料であるため、発泡ポリプロピレンを用いることにより液冷パネル１００に柔軟性を持たせることができる。

磁石４０は、一対の平面部２２，２３が発熱体２００の取付面２１０に近接した状態を磁力により保持する永久磁石により形成されたものである。液冷パネル１００に柔軟性を持たせるため、磁石４０をゴム材料やＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）樹脂等に磁力を持たせた弾性を有する材料により形成するのが望ましい。磁石４０は、接着剤４１により基材３０の第２収容溝３２に接合されている。

アルミシート５０は、一対の平面部２２，２３の板厚Ｔ１よりも薄い厚さＴ２を有する薄膜部材である。アルミシート５０の厚さＴ２は、磁力を十分に透過させるため、例えば、０．０２５ｍｍ以上かつ０．０５ｍｍ以下とするのが望ましい。アルミシート５０は、金属材料により形成されており、例えば、アルミニウム製とするのが望ましい。熱伝導性が高い金属材料を用いることにより、取付面２１０から平面部２２，２３への熱伝導率を向上させることができる。また、磁力を透過させる金属材料を用いることにより、磁石４０が液冷パネル１００を取付面２１０に保持する保持力を向上させることができる。

図２に示すように、アルミシート５０は、一対の平面部２２，２３に接触するとともに冷媒管１０が収容された溝部２１の開口部２１ｃを覆うように配置されている。アルミシート５０の厚さＴ２が十分に薄いため、アルミシート５０が冷媒管１０との接触位置において冷媒管１０の形状に沿うように変形し、アルミシート５０と冷媒管１０の接触面積が増大する。これにより、発熱体２００の取付面２１０から冷媒管１０へ伝達される熱量が増大する。

ここで、本実施形態のように液冷パネル１００を磁石４０による磁力により取付面２１０に近接した状態を保持する場合と、磁石４０を用いずに液冷パネル１００の端部をクランプにより取付面２１０に挟んで取り付けた場合の冷媒への抜熱量の実験結果について説明する。本実験では、発熱体２００の取付面２１０の温度と液冷パネル１００に流入する冷媒の温度差が３５℃であるものとする。また、冷媒管１０の内径Ｄ１が５ｍｍであり、冷媒管１０の中立線の全長が４５００ｍｍであり、ピッチＰ１が７５ｍｍであり、冷媒の流量が１．０Ｌ／ｍｉｎであるものとする。

磁石４０による磁力により取付面２１０に近接した状態を保持する場合、液冷パネル１００と取付面２１０との間に隙間が形成されにくいため、発熱体２００から冷媒への抜熱量は約３６０Ｗ／ｍ^２であった。一方、磁石４０を用いずに液冷パネル１００の端部をクランプにより取付面２１０に挟んで取り付けた場合、液冷パネル１００と取付面２１０との間に隙間が形成され易いため、発熱体２００から冷媒への抜熱量は約２６０Ｗ／^ｍ２であった。磁石４０により液冷パネル１００と取付面２１０との間に隙間を少なくすることにより、抜熱量が約４０％上昇する。

以上説明した本実施形態の液冷パネル１００が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態の液冷パネル１００は、集熱板２０の一対の平面部２２，２３が発熱体２００の取付面２１０に近接した状態を磁石４０の磁力により保持している。集熱板２０と取付面２１０との間に隙間が形成されることが磁力により抑制されるため、発熱体２００から液冷パネル１００へ効率よく熱を伝達することができる。また、作業者が磁力の保持力を上回る力を液冷パネル１００に与えることにより、液冷パネル１００を発熱体２００から容易に取り外すことができる。よって、発熱体２００のメンテナンス性が損なわれることはない。

さらに、発熱体２００の取付面２１０から集熱板２０の一対の平面部２２，２３に熱伝達が行われ、集熱板２０の溝部２１の内周面２１ｂから冷媒管１０の外周面１０ａに熱伝達が行われ、冷媒管１０から冷媒への熱伝達が行われる。そのため、集熱板２０の溝部２１に冷媒管１０を収容した比較的安価な構成により発熱体２００の熱を冷媒へ伝達することができる。さらに、基材３０が溝部２１の外周面２１ａに接触した状態で配置されるため、集熱板２０へ伝達された熱が集熱板２０の外周面２１ａから空間Ｓへ放熱されることが抑制される。
このように、本実施形態によれば、発熱体２００のメンテナンス性を損なうことなく比較的安価な構成により発熱体２００を効率よく冷却し、発熱体２００が設置される空間Ｓの空調負荷を低減することができる。

また、本実施形態の液冷パネル１００によれば、一対の平面部２２，２３の板厚Ｔ１よりも薄い厚さＴ２のアルミシート５０を有するため、アルミシート５０が冷媒管１０の形状に沿うように変形してアルミシート５０と冷媒管１０の接触面積が増大する。これにより、発熱体２００から冷媒管１０へ伝達される熱量が増大する。また、アルミシート５０が集熱板２０の溝部２１を覆うように広範囲に配置されるため、アルミシート５０を介して発熱体２００から集熱板２０へ伝達される熱量が増大する。

また、本実施形態の液冷パネル１００によれば、基材３０がパネル状に形成されており、集熱板２０と磁石４０の双方を収容するため、取付面２１０から集熱板２０および磁石４０に伝達された熱が空間Ｓへ放熱されることを確実に抑制することができる。

また、本実施形態の液冷パネル１００によれば、基材３０および磁石４０がそれぞれ取付面２１０の形状に対応するように変形可能であるため、例えば、取付面２１０の形状が曲率を持った曲面形状であっても、発熱体２００との接触面積を十分に確保することができる。よって、取付面の形状が曲面形状であっても、発熱体を効率よく冷却することができる。

また、本実施形態の液冷パネル１００によれば、直線状に延びる複数の溝部２１が同一方向にピッチＰ１を空けて配置されているため、冷媒管１０の複数の直線部１１の各々において略均等に発熱体２００の取付面２１０を冷却することができる。また、隣接する直線部１１を曲線部１２により連結しているため、冷媒管１０の内部で流体が滞留する不具合を抑制することができる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明に係る液冷パネル１００の第２実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除いて第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。

第１実施形態の液冷パネル１００は、冷媒管１０の直線部１１が配置される間隔であるピッチＰ１が、冷媒管１０の曲線部１２の中心位置における曲率半径Ｒ１の２倍と一致しているものであった。それに対して、本実施形態の液冷パネル１００Ａは、冷媒管１０Ａの直線部１１Ａが配置される間隔であるピッチＰ２が、冷媒管１０Ａの曲線部１２Ａの中心位置における曲率半径Ｒ２の２倍よりも大きくなるものである。

図６は、本実施形態の液冷パネル１００Ａを発熱体２００の取付面２１０に取り付けられる被取付面側からみた平面図である。図７は、図６に示す液冷パネル１００Ａの冷媒管１０Ａを示す平面図である。
なお、図６には、発熱体２００の取付面２１０と接触するアルミシート５０が設置されていない状態が示されている。発熱体２００の取付面２１０に取り付けられる液冷パネル１００Ａの被取付面の全面には、第１実施形態と同様にアルミシート５０が貼り付けられる。

図６および図７に示すように、冷媒管１０Ａは、集熱板２０に接触した状態で配置される複数の直線部１１Ａと、隣接する直線部１１Ａを連結する複数の曲線部１２Ａと、を有し、これらを一体に形成した管体である。図７に示すように、本実施形態の冷媒管１０Ａの直線部１１Ａは、同一方向に沿ってピッチ（所定間隔）Ｐ２を空けて配置されている。ここで、軸線Ｘ１１は、冷媒管１０Ａの流入口１０Ａｂに最も近接した位置に配置される直線部１１Ａが延びる軸線を示す。同様に、軸線Ｘ１２，Ｘ１３，Ｘ１４，Ｘ１５，Ｘ１６，Ｘ１７，Ｘ１８，Ｘ１９，Ｘ２０は、それぞれ他の直線部１１Ａが延びる軸線を示す。

図７に示すように、本実施形態の冷媒管１０Ａの曲線部１２Ａは、冷媒管１０Ａの中心位置における曲率半径がＲ２となる半円形状の部分である。直線部１１Ａが配置される間隔であるピッチＰ２は、曲率半径Ｒ２の２倍よりも大きくなっている。ピッチＰ２を曲率半径Ｒ２の２倍よりも大きくしているのは、冷媒管１０Ａに座屈が生じることを回避するためである。

図７に示すように、直線部１１Ａが配置される間隔であるピッチＰ２を短くすると、それに伴って曲線部１２Ａの曲率半径Ｒ２を小さくする必要がある。これは、隣接して配置される複数の曲線部１２Ａが接触することを避けるためである。本実施形態では、曲率半径Ｒ２が冷媒管１０Ａに座屈が生じる最小曲率半径よりも大きくなるようにピッチＰ２が設定されている。

ここで、本実施形態のように液冷パネル１００Ａを磁石４０による磁力により取付面２１０に近接した状態を保持する場合と、磁石４０を用いずに液冷パネル１００Ａの端部をクランプにより取付面２１０に取り付けた場合の冷媒への抜熱量の実験結果について説明する。本実験では、発熱体２００の取付面２１０の温度と液冷パネル１００Ａに流入する冷媒の温度差が３５℃であるものとする。また、冷媒管１０の内径Ｄ１が５ｍｍであり、冷媒管１０Ａの中立線の全長が５６５０ｍｍであり、ピッチＰ２が５８ｍｍであり、冷媒の流量が１．０Ｌ／ｍｉｎであるものとする。

磁石４０による磁力により取付面２１０に近接した状態を保持する場合、液冷パネル１００Ａと取付面２１０との間に隙間が形成されにくいため、発熱体２００から冷媒への抜熱量は約４６０Ｗ／ｍ^２であった。一方、磁石４０を用いずに液冷パネル１００Ａの端部をクランプにより取付面２１０に挟んで取り付けた場合、液冷パネル１００Ａと取付面２１０との間に隙間が形成され易いため、発熱体２００から冷媒への抜熱量は約３３０Ｗ／ｍ^２であった。磁石４０により液冷パネル１００Ａと取付面２１０との間に隙間を少なくすることにより、抜熱量が約４０％上昇する。

また、第１実施形態の液冷パネル１００の抜熱量と本実施形態の液冷パネル１００Ａの抜熱量を比較すると、前者が約３６０Ｗ／ｍ^２であるのに対し、後者が約４６０Ｗ／ｍ^２となっている。これは、第１実施形態の液冷パネル１００の集熱板２０が配置されるピッチＰ１が７５ｍｍであるのに対し、本実施形態の液冷パネル１００Ａの集熱板２０が配置されるピッチＰ２が５８ｍｍと狭くなっているためである。なお、冷媒管１０Ａの曲線部１２Ａに座屈が生じる最小半径よりも大きくなるようにピッチＰ２の最小値は、内径Ｄ１が５ｍｍの冷媒管１０Ａの場合、４７ｍｍである。

ピッチＰ２を４７ｍｍとした場合において、磁石４０による磁力により取付面２１０に近接した状態を保持する場合、液冷パネル１００と取付面２１０との間に隙間が形成されにくいため、発熱体２００から冷媒への抜熱量は約５７０Ｗ／ｍ^２であった。一方、磁石４０を用いずに液冷パネル１００の端部をクランプにより取付面２１０に挟んで取り付けた場合、液冷パネル１００と取付面２１０との間に隙間が形成され易いため、発熱体２００から冷媒への抜熱量は約３８０Ｗ／ｍ^２であった。磁石４０により液冷パネル１００と取付面２１０との間に隙間を少なくすることにより、抜熱量が約５０％上昇する。なお、本実験結果において、冷媒管１０Ａの中立線の長さは６８１１ｍｍとした。

以上で説明した本実施形態の液冷パネル１００によれば、曲線部１２Ａの曲率半径Ｒ２を十分に大きくすることで、ピッチＰ２を短くした場合であっても曲線部１２Ａの曲率半径Ｒ２が小さくなって冷媒管１０Ａに座屈が生じる不具合を抑制することができる。また、曲率半径Ｒ２が冷媒管１０Ａに座屈が生じる最小曲率半径よりも大きくなるようにピッチＰ２を設定することで、冷媒管１０Ａに座屈が生じる不具合をより確実に抑制することができる。

〔第３実施形態〕
以下、本発明に係る液冷パネル１００の第３実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態は、第１実施形態および第２実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除いて第１実施形態および第２実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。

第１実施形態の液冷パネル１００および第２実施形態の液冷パネル１００Ａは、集熱板２０を収容する第１収容溝３１と磁石４０を収容する第２収容溝３２が形成された基材３０を備えるものであった。
それに対して、本実施形態の液冷パネル１００Ｂは、集熱板２０Ｂをパネル状に形成して第１実施形態および第２実施形態の基材３０の機能を持たせたものである。

図８は、本実施形態の液冷パネル１００Ｂの断面図である。図９は、図８に示す集熱板２０Ｂの断面図である。
図８に示すように、液冷パネル１００Ｂは、冷媒管１０Ｂと、冷媒管１０を収容する複数の集熱板２０と、断熱材料により形成された基材（断熱部）３０と、複数の磁石４０と、液冷パネル１００の被取付面の全面に貼り付けられるアルミシート（表面シート）５０と、を備える。

集熱板２０Ｂは、冷媒管１０Ｂを収容するとともに板状部材を加工して形成された金属製（例えば、アルミニウム製）の部材である。図９に示すように、集熱板２０Ｂは、発熱体２００の取付面２１０と対応する形状に形成された第２被取付面２０Ｂａを有するパネル状に形成されている。集熱板２０Ｂは、冷媒管１０Ｂを収容するとともに冷媒管１０が延びる方向に沿って直線状に延びる溝部２１と、冷媒管１０が延びる方向に対して直交する幅方向Ｗの両端に配置される一対の平面部２２，２３と、磁石４０を収容する凹部２４と、を有する。集熱板２０Ｂの第２被取付面２０Ｂａには、凹部２４が形成されており、凹部２４は一対の平面部２２，２３と連結されている。

断熱シート（断熱部）３０Ｂは、溝部２１の外周面２１ａに接触した状態で配置されるとともに断熱材料により形成された部材である。図８に示すように、断熱シート３０Ｂは、集熱板２０Ｂの溝部２１の外周面２１ａと一対の平面部２２，２３の一部に接着剤等により接合した状態で配置されている。断熱シート３０Ｂは、集熱板２０Ｂの凹部２４と一対の平面部２２，２３の一部が空間Ｓへ露出した状態で配置されている。

本実施形態の液冷パネル１００Ｂによれば、金属製の集熱板２０Ｂがパネル状に形成されており集熱板２０Ｂの少なくとも一部が空間Ｓへ露出した状態となっているため、発熱体２００から集熱板２０Ｂに伝達された熱が空間Ｓへ放熱される。よって、冷媒の流れがポンプＰｕの故障等により停止した場合に、発熱体２００の熱が空間Ｓへ放熱されない不具合を抑制することができる。

〔他の実施形態〕
以上の説明において、発熱体２００の取付面２１０および液冷パネル１００の被取付面は平坦状であるものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、発熱体２００の取付面２１０および液冷パネル１００の被取付面を所定の曲率を持った円筒面やその他の曲面形状としてもよい。この場合、液冷パネル１００の基材３０を柔軟性のある発泡ポリプロピレンにより形成し、磁石４０を弾性のあるゴム材料やＰＶＣ樹脂等により形成するのが望ましい。円筒面や曲面形状であっても、液冷パネル１００が発熱体２００の取付面２１０の形状に沿って変形するため、発熱体２００の取付面２１０と液冷パネル１００の被取付面の接触面積を十分に確保することができる。これにより、液冷パネル１００による発熱体２００の冷却性能を維持することができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。上記実施形態の構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせたりすることができる。

１０，１０Ａ，１０Ｂ・・・冷媒管、１０ａ・・・外周面、１０ｂ，１０Ａｂ・・・流入口、１０ｃ，１０Ａｃ・・・流出口、１１，１１Ａ・・・直線部、１２，１２Ａ・・・曲線部、２０，２０Ｂ・・・集熱板、２０Ｂａ・・・被取付面（第２被取付面）２１・・・溝部、２１ａ・・・外周面、２１ｂ・・・内周面、２１ｃ・・・開口部、２２，２３・・・平面部、２４・・・凹部、３０・・・基材（断熱部）、３０Ｂ・・・断熱シート（断熱部）、３０ａ・・・被取付面（第１被取付面）、３１・・・第１収容溝、３２・・・第２収容溝、４０・・・磁石、４１・・・接着剤、５０・・・アルミシート（表面シート）、１００，１００Ａ，１００Ｂ・・・液冷パネル（冷却構造体）、２００・・・発熱体、２１０・・・取付面、３００・・・空調機、４００・・・液冷発熱回収システム、４１０・・・流入配管、４２０・・・流出配管、Ｄ１・・・内径、Ｐｕ・・・ポンプ、Ｐ１，Ｐ２・・・ピッチ、Ｒ１，Ｒ２・・・曲率半径、Ｓ・・・空間、Ｔ１・・・板厚、Ｔ２，Ｔ３・・・厚さ、Ｘ１〜Ｘ８，Ｘ１１〜Ｘ２０・・・軸線

Claims

磁性体により形成される取付面を有する発熱体に取り付けられる冷却構造体であって、
内部に冷媒を流通させる冷媒管と、
前記冷媒管を収容する溝部と該溝部の両端に配置される一対の平面部を有する金属製の集熱板と、
前記溝部の外周面に接触した状態で配置されるとともに断熱材料により形成された断熱部と、
前記一対の平面部が前記取付面に近接した状態を磁力により保持する磁石と、を備え、
前記溝部の内周面の少なくとも一部は、前記冷媒管の外周面の少なくとも一部と対応する形状となっており、
前記冷媒管は、前記溝部に接触した状態で配置されていることを特徴とする冷却構造体。
前記一対の平面部の板厚よりも薄い厚さを有する金属製の表面シートを有し、
前記表面シートは、前記一対の平面部に接触するとともに前記冷媒管が収容された前記溝部を覆うように配置されることを特徴とする請求項１に記載の冷却構造体。
前記断熱部は、前記取付面と対応する形状に形成された第１被取付面を有するパネル状に形成されており、
前記第１被取付面には、前記集熱板を収容する第１収容溝と、前記磁石を収容する第２収容溝が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷却構造体。
前記断熱部は、柔軟性を有する材料により形成されており、
前記磁石は、弾性を有する材料により形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の冷却構造体。
前記集熱板は、前記取付面と対応する形状に形成された第２被取付面を有するパネル状に形成されており、
前記第２被取付面には、前記磁石を収容する凹部が形成されており、
前記断熱部は、前記集熱板の少なくとも一部が外部へ露出した状態で配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷却構造体。
直線状に延びる複数の前記溝部を有し、
前記複数の溝部が同一方向に沿って所定間隔を空けて配置されており、
樹脂製の前記冷媒管が、
前記集熱板に接触した状態で配置される複数の直線部と、
隣接する前記直線部を連結する複数の曲線部と、を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の冷却構造体。
前記曲線部の曲率半径の２倍が前記所定間隔よりも大きいことを特徴とする請求項６に記載の冷却構造体。
前記曲率半径が前記冷媒管に座屈が生じる最小曲率半径よりも大きくなるように前記所定間隔が設定されていることを特徴とする請求項７に記載の冷却構造体。
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の冷却構造体と、
前記冷却構造体により冷却される前記発熱体と、
前記発熱体が設置された空間の温度調節を行う空調機と、を備えることを特徴とする発熱回収システム。