JP2022150123A - Cooling device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷却装置に関する。 The present invention relates to cooling devices.
特許文献1には、熱源から熱を受け取る熱交換器に冷却液(水)を噴霧し、熱交換器の表面において冷却液を蒸発させることで、熱源を冷却する冷却装置が開示されている。
冷却液の蒸発潜熱を利用した冷却装置においては、蒸発した冷却液(冷媒ガス)を大気に放出することが一般的である。つまり、冷却装置の運転に伴って、冷却装置が保有する冷却液の総量が減少していく。したがって、冷却装置を継続して運転させるためには、冷却液を頻繁に補給することが求められる。 2. Description of the Related Art A cooling device that utilizes the latent heat of evaporation of a cooling liquid generally releases the evaporated cooling liquid (refrigerant gas) to the atmosphere. That is, the total amount of coolant held by the cooling device decreases as the cooling device operates. Therefore, in order to operate the cooling device continuously, it is required to replenish the coolant frequently.
本発明はこのような事情を考慮してなされ、冷却液の補給頻度を低減可能な冷却装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a cooling device capable of reducing the frequency of replenishment of coolant.
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る冷却装置は、熱源(H)から熱を受け取る熱交換器(2)と、冷却液に接した状態の前記熱交換器(2)を収容する収容室(3)と、前記収容室(3)と連通し、前記収容室(3)内の空気を吸引して調圧する調圧器(4)と、前記調圧器(4)と連通した熱交換室(5)と、前記熱交換室(5)と連通するボルテックスチューブ(6)と、前記ボルテックスチューブ(6)と前記収容室(3)との間に位置し、前記ボルテックスチューブ(6)から排出された冷風が流入する気液分離室(7)と、を備える。 In order to solve the above problems, a cooling device according to one aspect of the present invention includes a heat exchanger (2) that receives heat from a heat source (H), and the heat exchanger (2) that is in contact with a cooling liquid. A storage chamber (3) for housing, communicated with the storage chamber (3), and communicated with a pressure regulator (4) for sucking air in the storage chamber (3) to regulate pressure, and the pressure regulator (4). a heat exchange chamber (5); a vortex tube (6) communicating with the heat exchange chamber (5); ) into which cold air discharged from the air-liquid separation chamber (7) flows.
上記態様によれば、熱交換室において除去しきれなかった湿気を含む冷媒ガスを、ボルテックスチューブによって温風と冷風とに分離したうえで、冷風を気液分離室に流入させることができる。気液分離室に流入する冷風は低温であり、凝縮(結露)しやすい状態である。このため、気液分離室内で結露を生じさせ、冷却液を回収して収容室へと戻すことができる。収容室に戻された冷却液は、再び熱交換器による熱交換に用いられる。このように、回収した冷却液を収容室に戻して再利用することで、冷却装置への冷却液の補給頻度を低減することが可能となる。また、気液分離室を通じて収容室に流入する冷風は低温であるため、収容室内の熱交換器を効果的に冷却できる。したがって、熱源の冷却効率を高める効果も期待できる。 According to the above aspect, the refrigerant gas containing moisture that has not been completely removed in the heat exchange chamber can be separated into warm air and cold air by the vortex tube, and then the cold air can flow into the gas-liquid separation chamber. The cold air flowing into the gas-liquid separation chamber has a low temperature and is in a state of being prone to condensation (condensation). For this reason, condensation can occur in the gas-liquid separation chamber, and the cooling liquid can be recovered and returned to the storage chamber. The coolant returned to the storage chamber is used again for heat exchange by the heat exchanger. In this way, by returning the recovered coolant to the storage chamber for reuse, it is possible to reduce the frequency of replenishment of the coolant to the cooling device. Moreover, since the cold air flowing into the storage chamber through the gas-liquid separation chamber has a low temperature, the heat exchanger in the storage chamber can be effectively cooled. Therefore, the effect of improving the cooling efficiency of the heat source can also be expected.
ここで、上記態様の冷却装置は、前記熱交換室(5)および前記気液分離室(7)から前記冷却液を回収し、前記収容室(3)に供給するタンク(8)をさらに備えてもよい。 Here, the cooling device of the above aspect further comprises a tank (8) that collects the cooling liquid from the heat exchange chamber (5) and the gas-liquid separation chamber (7) and supplies it to the storage chamber (3). may
この場合、冷却装置の全体が保有可能な冷却液の総量が増え、冷却装置への冷却液の補給頻度をさらに低減することができる。また、収容室内の冷却液の量を安定させて、冷却液と熱交換器との熱交換効率を安定させる効果も期待できる。 In this case, the total amount of coolant that the entire cooling device can hold increases, and the frequency of supplying coolant to the cooling device can be further reduced. In addition, the effect of stabilizing the amount of cooling liquid in the accommodation chamber and stabilizing the heat exchange efficiency between the cooling liquid and the heat exchanger can be expected.
また、前記調圧器(4)は、前記収容室(3)内の空気を加圧して前記熱交換室(5)に供給するように構成されていてもよい。 Further, the pressure regulator (4) may be configured to pressurize the air in the storage chamber (3) and supply it to the heat exchange chamber (5).
この場合、圧力が高く凝縮しやすい状態の冷媒ガスが熱交換室に供給される。したがって、熱交換室内における冷媒ガスの凝縮を促進させて、熱交換効率を高めることができる。 In this case, the refrigerant gas having a high pressure and being easily condensed is supplied to the heat exchange chamber. Therefore, it is possible to promote the condensation of the refrigerant gas in the heat exchange chamber and improve the heat exchange efficiency.
本発明の上記態様によれば、冷却液の補給頻度を低減可能な冷却装置を提供することができる。 According to the aspect of the present invention, it is possible to provide a cooling device capable of reducing the frequency of replenishment of coolant.
以下、本実施形態の冷却装置について図面に基づいて説明する。
図1に示すように、冷却装置1は、熱交換器2と、収容室3と、調圧器4と、熱交換室5と、ボルテックスチューブ6と、気液分離室7と、タンク8と、を備える。収容室3と調圧器4とは、第1通気路3aによって接続されている。調圧器4と熱交換室5とは、第2通気路4aによって接続されている。熱交換室5とボルテックスチューブ6とは、第3通気路6aによって接続されている。
Hereinafter, the cooling device of this embodiment will be described based on the drawings.
As shown in FIG. 1, the
ボルテックスチューブ6と気液分離室7とは、第4通気路6bによって接続されている。熱交換室5とタンク8とは、第1液流路5bによって接続されている。気液分離室7とタンク8とは、第2液流路7cによって接続されている。タンク8と収容室3とは、第3液流路8aによって接続されている。気液分離室7と収容室3とは、第5通気路7bによって接続されている。
The
冷却装置1は、熱源Hを冷却するように構成されている。熱源Hは、例えば車両のECU(Electronic Control Unit)である。この場合、冷却装置1は車両に搭載される。ただし、熱源Hは、ECU以外の車両の部品であってもよい。また、熱源Hは、車両の部品でなくてもよい。すなわち、冷却装置1は車両以外に用いられてもよい。
The
熱交換器2は、熱源Hから熱を受け取り、冷却液Lに受け渡すように構成されている。熱交換器2は、収容室3の内側に収容されている。冷却液Lとしては、例えば水を採用可能であるが、他の液体を採用してもよい。本実施形態の熱交換器2はヒートシンクであり、基部2aおよび複数のフィン2bを有する。複数のフィン2bは、互いに間隔を空けた状態で、基部2aから突出するように形成されている。熱交換器2の材質としては、熱伝導率の大きいアルミニウムが好適である。ただし、熱交換器2の材質はアルミニウムでなくてもよい。
The
収容室3内には冷却液Lが溜められており、少なくとも熱交換器2の基部2aが冷却液Lと接している。冷却液Lと熱交換器2が接するように、熱交換器2は収容室3の底部に配置されている。なお、フィン2bの一部(例えば、基部2aとの接続部)が冷却液Lと接していてもよい。図1では、熱源Hと熱交換器2が接しているが、熱源Hの熱が熱交換器2に伝わる構造であれば、熱源Hと熱交換器2とが必ずしも接していなくてもよい。例えば、熱源Hと熱交換器2との間に、TIM(Thermal Interface Material)が配置されていてもよい。
A cooling liquid L is stored in the
収容室3には、外気(大気)を収容室3内に導入する外気導入路3bが設けられている。外気導入路3bが設けられていることで、収容室3が極端な減圧状態になることを抑制できる。収容室3内は初期状態では大気圧となっている。
調圧器4は、第1通気路3aを通じて吸引した収容室3内の空気を調圧し、第2通気路4aを通じて熱交換室5に供給する。収容室3内の空気には、蒸発した冷却液L(以下、冷媒ガスという)が含まれる。冷却液Lが水である場合、冷媒ガスは水蒸気である。本実施形態の調圧器4はコンプレッサーであり、冷媒ガスを含んだ空気を圧縮するように構成されている。調圧器4が動作して熱交換室5の内部を加圧すると、外気導入路3bの断面積に応じた外気流入量と、調圧器4の処理流量と、の関係により、収容室3内の圧力は変化する。
The
The
熱交換室5は、調圧器4によって調圧(本実施形態では圧縮)された、冷媒ガスを含む空気と外気との間で熱交換を行うように構成されている。熱交換室5は、熱交換効率を高めるための複数のフィン5aを有している。熱交換が行われることで、熱交換室5内の冷媒ガスの一部は凝縮して冷却液Lとなり、第1液流路5bを通じてタンク8へと向かう。凝縮した冷却液Lが自重によって流れるように、第1液流路5bは熱交換室5の底部に接続されている。
The
熱交換室5の内部には、複数の壁部5cが設けられている。複数の壁部5cは、第2通気路4aから第3通気路6aへと向かう熱交換室5内の空気の流れが蛇行するように設けられている。このように壁部5cを設けることで、壁部5cの表面における冷媒ガスの凝縮(結露)を促進し、冷却液Lの回収効率を高めることができる。熱交換室5内で凝縮せずに残留した冷媒ガスを含む空気は、第3通気路6aを通じてボルテックスチューブ6へと向かう。
A plurality of
ボルテックスチューブ6は、第3通気路6aを通じて供給された冷媒ガスを含む空気を、冷風と温風とに分離するように構成されている。温風はボルテックスチューブ6の排気口6cから外部に排出される。冷風は、第4通気路6bを通じて気液分離室7へと向かう。
The
気液分離室7内には、壁部7aが設けられている。壁部7aは、気液分離室7内における第4通気路6bの開口と第5通気路7bの開口との間に配置されている。気液分離室7内では、ボルテックスチューブ6から排出された冷風が壁部7aに当たるとともに、冷風に含まれる冷媒ガスの一部が結露して冷却液Lとなる。冷却液Lは、気液分離室7の底部に接続された第2液流路7cへと向かう。結露せずに残留した冷風は、第5通気路7bを通じて収容室3へと流入する。
A
タンク8は、熱交換室5および気液分離室7から供給された冷却液Lを一時的に貯留したうえで、第3液流路8aを通じて収容室3に供給する。タンク8には外気導入孔8bが設けられている。このため、タンク8内は大気圧となっている。なお、タンク8および第3液流路8aを省いて、第1液流路5bおよび第2液流路7cを収容室3に直接的に接続してもよい。
The
次に、以上のように構成された冷却装置1の作用について説明する。
Next, the operation of the
熱交換器2は、熱源Hから熱を受け取って高温となる。熱交換器2には冷却液Lが接しているため、熱交換器2から熱を受け取った冷却液Lは蒸発し、冷媒ガス(気体)となる。このとき、熱交換器2にフィン2bが設けられていることで、熱交換効率を高めることができる。冷媒ガスは、第1通気路3aを通じて調圧器4へと向かう。調圧器4において、冷媒ガスは例えば0.3~0.7MPaまで加圧される。
The
加圧された冷媒ガスは、第2通気路4aを通じて熱交換室5へと向かう。熱交換室5において、外気と熱交換を行うことにより、冷媒ガスの一部は凝縮して冷却液Lとなる。このとき、熱交換室5にフィン5aが設けられていることで、熱交換効率を高めることができる。また、加圧された状態の冷媒ガスは凝縮しやすいため、コンプレッサーである調圧器4の下流側に熱交換室5を配置することで、冷媒ガスを効率よく凝縮させることができる。
The pressurized refrigerant gas goes to the
熱交換室5において凝縮した冷却液Lは、第1液流路5bを通じて、タンク8へと向かう。熱交換室5において凝縮せずに残留した、圧縮状態の冷媒ガスは、第3通気路6aを通じてボルテックスチューブ6へと向かう。ボルテックスチューブ6に供給された圧縮状態の冷媒ガスは、排気口6cから排出される温風と、第4通気路6bから排出される冷風と、に分離される。第4通気路6bから排出された冷風は低温であるため、凝縮(結露)しやすい状態である。冷風が気液分離室7内に流入すると、冷風が壁部7aに当たることで結露が生じ、冷却液Lが得られる。冷却液Lは第2液流路7cを通じてタンク8へと向かう。
The cooling liquid L condensed in the
気液分離室7において結露せず残留した冷媒ガスは、第5通気路7bを通じて収容室3へと流入する。第5通気路7bから収容室3へと流入する冷媒ガスは低温であるため、収容室3内の温度を下げることができる。これにより、フィン2bを介して熱源Hを効果的に冷却できる。
Refrigerant gas remaining without condensation in the gas-
第1液流路5bおよび第2液流路7cからタンク8に流入した冷却液Lは、タンク8内に一度貯留される。収容室3内の冷却液Lが蒸発することに伴い、タンク8内の冷却液Lが第3液流路8aを通じて、順次、収容室3へと供給される。
このようなサイクルにより、冷却装置1は、熱源Hを継続して冷却することが可能である。
The coolant L that has flowed into the
With such a cycle, the
以上説明したように、本実施形態の冷却装置1は、熱源Hから熱を受け取る熱交換器2と、冷却液Lに接した状態の熱交換器2を収容する収容室3と、収容室3と連通し、収容室3内の空気を吸引して調圧する調圧器4と、調圧器4と連通した熱交換室5と、熱交換室5と連通したボルテックスチューブ6と、ボルテックスチューブ6と収容室3との間に位置し、ボルテックスチューブ6から排出された冷風が流入する気液分離室7と、を備える。
As described above, the
この構成によれば、熱交換室5において除去しきれなかった湿気を含む冷媒ガスを、ボルテックスチューブ6によって温風と冷風とに分離したうえで、冷風を気液分離室7に流入させることができる。気液分離室7に流入する冷風は低温であり、凝縮(結露)しやすい状態である。このため、気液分離室7内で結露を生じさせ、冷却液Lを回収して収容室3へと戻すことができる。収容室3に戻された冷却液Lは、再び熱交換器2による熱交換に用いられる。このように、回収した冷却液Lを収容室3に戻して再利用することで、冷却装置1への冷却液Lの補給頻度を低減することが可能となる。また、気液分離室7を通じて収容室3に流入する冷風は低温であるため、収容室3内の熱交換器2を効果的に冷却できる。したがって、熱源Hの冷却効率を高める効果も期待できる。
According to this configuration, the refrigerant gas containing moisture that has not been completely removed in the
また、本実施形態の冷却装置1は、熱交換室5および気液分離室7から冷却液Lを回収し、収容室3に供給するタンク8をさらに備えている。この構成により、冷却装置1の全体が保有可能な冷却液Lの総量が増え、冷却装置1への冷却液Lの補給頻度をさらに低減することができる。また、収容室3内の冷却液Lの量を安定させて、冷却液Lと熱交換器2との熱交換効率を安定させる効果も期待できる。
The
また、本実施形態の調圧器4は、コンプレッサーであり、収容室3内の空気を加圧して熱交換室5に供給するように構成されている。この構成によれば、圧力が高く凝縮しやすい状態の冷媒ガスが熱交換室5に供給される。したがって、熱交換室5内における冷媒ガスの凝縮を促進させて、熱交換効率を高めることができる。
Moreover, the
なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、前記実施形態では、調圧器4はコンプレッサーであった。しかしながら、調圧器4は収容室3内の冷媒ガスを減圧して熱交換室5に供給するように構成されてもよい。この場合、外気導入路3bの径を小さくする等により、調圧器4の動作に伴って収容室3内も減圧状態となるように構成するとよい。収容室3内が減圧状態になると、収容室3内の冷却液Lが蒸発しやすい。したがって、熱交換器2の表面における冷却液Lの蒸発を促進させて熱交換効率を高めることができる。
For example, in the above embodiments,
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。 In addition, it is possible to appropriately replace the components in the above-described embodiments with well-known components without departing from the scope of the present invention, and the above-described embodiments and modifications may be combined as appropriate.
1 冷却装置
2 熱交換器
3 収容室
4 調圧器
5 熱交換室
6 ボルテックスチューブ
7 気液分離室
8 タンク
H 熱源
1
Claims (3)
冷却液に接した状態の前記熱交換器(2)を収容する収容室(3)と、
前記収容室(3)と連通し、前記収容室(3)内の空気を吸引して調圧する調圧器(4)と、
前記調圧器(4)と連通した熱交換室(5)と、
前記熱交換室(5)と連通するボルテックスチューブ(6)と、
前記ボルテックスチューブ(6)と前記収容室(3)との間に位置し、前記ボルテックスチューブ(6)から排出された冷風が流入する気液分離室(7)と、を備える、冷却装置。 a heat exchanger (2) receiving heat from a heat source (H);
a housing chamber (3) housing the heat exchanger (2) in contact with the cooling liquid;
a pressure regulator (4) that communicates with the storage chamber (3) and adjusts the pressure by sucking the air in the storage chamber (3);
a heat exchange chamber (5) in communication with the pressure regulator (4);
a vortex tube (6) communicating with the heat exchange chamber (5);
A cooling device comprising a gas-liquid separation chamber (7) located between the vortex tube (6) and the storage chamber (3), into which cool air discharged from the vortex tube (6) flows.
Priority Applications (1)
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JP2021052582A JP2022150123A (en) | 2021-03-26 | 2021-03-26 | Cooling device |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2021052582A Pending JP2022150123A (en) | 2021-03-26 | 2021-03-26 | Cooling device |
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Country | Link |
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2021
- 2021-03-26 JP JP2021052582A patent/JP2022150123A/en active Pending
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