JP2022167843A

JP2022167843A - 冷却システム用の膨張容器

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Publication number: JP2022167843A
Application number: JP2022070059A
Authority: JP
Inventors: アンドレアス・ストレムベリ; Stroemberg Andreas
Original assignee: Hitachi Energy Switzerland AG
Current assignee: Hitachi Energy Ltd
Priority date: 2021-04-22
Filing date: 2022-04-21
Publication date: 2022-11-04
Also published as: EP4080124A1

Abstract

【課題】水を含む冷却媒体を使用する冷却システム用の膨張容器に関する。【解決手段】膨張容器は、チャンバ１００を形成し、前記チャンバは、前記冷却システムの通常動作中、チャンバの周囲大気に対して開放され、前記チャンバを冷却媒体表面２０１まで満たす冷却媒体体積２００と、冷却媒体の密度と大気の密度との間の密度を有する流体の流体体積４００と、前記チャンバを前記冷却媒体表面から流体体積上面４０１まで満たす前記流体体積であって、前記流体体積は、最小冷却媒体レベル（２０１ｍｉｎ）と最大冷却媒体レベル（２０１ｍａｘ）との間の冷却媒体表面の各位置について、前記冷却媒体表面から前記流体体積上面までの前記流体体積の厚さが、前記大気が前記流体体積を介して冷却媒体に溶解するのを妨げるのに十分であるように選択される、前記流体体積と、大気の非ゼロの空気体積３００と、を備える。【選択図】図１

Description

技術分野
本開示は、水を含む冷却媒体を使用する冷却システム用の膨張容器であって、周囲空気に対して開放されている膨張容器に関する。本開示はまた、膨張容器を備える冷却システム、膨張容器内の腐食を防止するための方法、及び膨張容器内の流体層を制御するための方法に関する。

発明の背景
水を含む液体冷却媒体を利用する冷却システムは、例えば送電用途及び産業用に広く使用されている。多くの用途では、純水冷却システムが好ましく、すなわち、液体冷却媒体は、場合によっては不凍剤などの添加剤を含むが、追加の冷却剤は含まず、水自体を含む。

純水冷却システムは、例えば、ＨＶＤＣ（高電圧直流）、ＳＶＣ（静的Ｖａｒ補償器）、整流器及び変換器、冶金加工、研究及び医療用途、非電気的環境などの用途に使用される。

冷却システムは、従来、例えば冷却システムの温度変動によって引き起こされる冷却媒体の膨張及び縮小を吸収するための１つ又は複数の膨張容器を備える。したがって、冷却システム用の膨張容器は、様々な体積の冷却媒体を取り込むことができるように設計される。

閉鎖膨張容器、すなわち周囲空気及び大気圧に閉じている膨張容器は、一般に加圧された容器である。したがって、それらは、例えば容器の定期的な検査を含む厳しい規制要件の対象となる。また、閉鎖膨張容器を加圧する必要性は、冷却システム内に加圧装置のための追加の空間を必要とし、冷却システム内に閉鎖膨張容器を配置する際に特に懸念が生じる。

開放膨張容器は、周囲空気に対して開放されており、したがって大気圧で動作する容器である。したがって、開放膨張容器は、加圧容器のように安全要件を満たすための定期的な検査を必要としない。また、開放膨張容器は、単純な構造及び動作という利点を有し、したがって、冷却システムにおける空間及び配置要件に関して利点を提供する。

したがって、水を含む冷却媒体を使用する冷却システムについては開放膨張容器を利用することが望ましい。

しかしながら、純水冷却システムなどの水を含む冷却媒体を使用する冷却システムにおける開放膨張容器の１つの欠点は、容器が周囲空気に対して開放されているため、空気中の酸素が水に溶解し得ることである。溶存酸素は、冷却媒体が導電性になるという観点で問題を引き起こし、容器内の腐食も促進するイオンを生成する。これらの欠点のために、水を含む冷却媒体を利用する冷却システムは、従来、閉鎖膨張容器を備えている。

本発明の目的は、既存の膨張容器に対する改善を提供しながら、水を含む冷却媒体を使用し、周囲空気に対して開放された冷却システム用の膨張容器を提供することである。

発明の概要
上述の目的は、第１の態様では、水を含む冷却媒体を使用する冷却システム用の膨張容器によって達成され、膨張容器は、垂直方向の延長部を有するチャンバを形成し、冷却システムの通常動作中、チャンバは、チャンバの周囲の大気に対して開放されており、
－チャンバ内の最小冷却媒体レベルと最大冷却媒体レベルとの間に位置する冷却媒体表面までチャンバを満たす冷却媒体の冷却媒体体積と、
－冷却媒体の密度と大気の密度との間の密度を有する流体の流体体積であって、
流体体積は、冷却媒体表面から流体体積上面までチャンバを満たし、流体体積は、最小冷却媒体レベルと最大冷却媒体レベルとの間の冷却媒体表面の各位置について、冷却媒体表面から流体体積上面までの流体体積の厚さが、大気が流体体積を介して冷却媒体に溶解するのを妨げるのに十分であるように選択される、流体の流体体積と、
－非ゼロの空気体積の大気であって、空気体積は、流体体積上面の垂直上方のチャンバの残りの部分を満たす、大気と、を備える。

膨張容器は、チャンバの大気に対して開放されたチャンバを備える。チャンバが大気に対して開放されていることは、チャンバの内部と周囲空気との間の大気の交換が、チャンバの内部を大気圧に保持することを可能にすることを意味する。したがって、空気フィルタ又は通気口などの装置を、大気にチャンバ内を通過させるように配置することができる。

膨張容器のチャンバは、使用時に、冷却システムにおける現在の冷却媒体膨張の必要性に応じてサイズが異なる冷却媒体体積を備える。冷却媒体体積は、冷却媒体表面までチャンバを満たすことになり、これは、容器内の冷却媒体表面の垂直位置がチャンバ内の現在の冷却媒体のサイズに応じて変動することを意味する。膨張容器の通常動作中、冷却媒体表面の位置は、チャンバ内の最小冷却媒体レベルと最大冷却媒体レベルとの間で変動してもよい。したがって、冷却容器のチャンバは、冷却媒体の膨張体積が最小冷却媒体レベルと最大冷却媒体レベルとの間のチャンバの体積に対応するように冷却システムに適合させることができる。

膨張容器は、使用時に、流体体積をさらに備える。流体体積は、冷却媒体の密度と大気の密度との間の密度を有する流体の流体体積である。その密度により、流体体積は、冷却媒体表面から流体体積上面までチャンバを満たす。したがって、流体体積は冷却媒体表面に接触する、すなわち、流体体積は冷却媒体体積の真上にある。

膨張容器の通常動作中、流体体積は一定である。したがって、冷却媒体表面の垂直位置を変動させる冷却媒体体積の変動は、流体体積をチャンバ内で垂直方向に移動させる。

膨張容器は大気圧で周囲空気に対して開放されているため、チャンバは、使用時に、非ゼロの空気体積の大気をさらに備え、空気体積は、流体体積上面の垂直上方のチャンバの残りの部分を満たす。

やはり、周囲空気に対する流体体積の密度によって、空気体積は、流体体積上面からチャンバの残りの部分を満たす。したがって、空気体積は流体体積上面に接触する、すなわち、空気体積は流体体積の真上にある。

膨張容器の通常動作中、非ゼロの空気体積のサイズは、チャンバ内の冷却媒体体積のサイズの任意の変動を考慮するように変動してもよい。

上記で説明したように、流体体積は、チャンバ内の冷却媒体体積と空気体積との間に配置される。したがって、流体体積は、冷却媒体と空気体積との間に層を形成する。

流体体積は、最小冷却媒体レベルと最大冷却媒体レベルとの間の冷却媒体表面の各位置について、冷却媒体表面から流体体積上面までの流体体積の厚さが、大気が流体体積を介して冷却媒体に溶解するのを妨げるのに十分であるように選択される。

したがって、流体体積は、大気が冷却媒体に溶解するのを妨げ、それに関連する、例えば導電率及び腐食に関する欠点を回避することができる。

チャンバ内の冷却媒体表面の位置における流体体積の厚さを決定するためには、容器に導入された流体体積のサイズから流体体積上面の位置を理論的に計算することで十分である。したがって、容器内の流体体積上面の現在位置を実際に決定する必要はない。

チャンバが、最小冷却媒体レベルと最大冷却レベルとの間の垂直方向に垂直な平面内に一定の面積を有する場合、流体体積の厚さは、容器の通常動作中に一定であることが理解されよう。

しかしながら、チャンバが、最小冷却媒体レベルと最大冷却媒体レベルとの間で、垂直方向に垂直な平面内に変動する面積を有する場合、一定の流体体積の厚さは、冷却媒体表面の異なる垂直位置の間で変動する。この場合、垂直方向に垂直な、最小冷却媒体レベルと最大冷却媒体レベルとの間のチャンバの最大面積における流体体積の厚さが、大気が冷却媒体に溶解するのを妨げるのに十分であると決定することで十分であり得る。

流体体積の必要な厚さを決定するために、流体の特性を研究することができる。例えば、比較的高密度のガスを使用する場合、流体体積の必要な厚さは、比較的低密度のガスを使用する場合よりも低くなり得る。また、容器のサイズ及び形状は、ガス層の必要な厚さに影響を及ぼし得る。一般に、より小さい容器は、より大きい容器よりも低い厚さを必要とし得る。

したがって、本開示によれば、水を含む冷却媒体を利用する冷却システム用の開放膨張容器が提案され、この膨張容器は、腐食に関連する問題を回避しながら大気圧で動作することができる。

任意選択的に、流体は、冷却媒体に不溶性の流体である。したがって、流体は、水に不溶な流体であってもよい。

任意選択的に、流体は、イオンを形成することなく冷却媒体に可溶性であってもよい。流体がイオンを形成することなく冷却媒体に可溶性である場合、流体イオンが冷却媒体を導電性にする、又は腐食を引き起こすリスクを回避することができる。したがって、流体は、イオンを形成せずに水に可溶な流体であってもよい。

任意選択的に、流体は不活性流体である。
任意選択的に、流体は気体である。

任意選択的に、流体は希ガスである。例えば、ガスは、アルゴン、キセノン又はクリプトンである。

本明細書において気体又は液体などの物質の状態を指す場合、冷却システムに関連する温度及び大気圧における物質の状態を指す。また、大気の密度及び冷却媒体の密度と比較したガスの密度に言及する場合、比較は、冷却システムに関連する温度及び大気圧で行われるべきである。ガスの密度は、冷却液の密度よりも小さく、同温度の大気の密度よりも大きくなければならない。

水を含む冷却媒体は、一般に液体である。
任意選択的に、流体体積は、チャンバ内の冷却媒体表面の各位置について、流体体積の厚さが少なくとも２ｃｍ、好ましくは少なくとも３ｃｍ、最も好ましくは少なくとも５ｃｍであるように選択される。これらの値は、特にアルゴンなどの希ガスに適していることが分かっている。

一般に、流体体積の厚さを大きくすると、空気が冷却媒体に溶解するのを流体体積が妨げることが確実になるが、膨張容器のための流体及び／又は空間の不必要な消費を回避するように流体体積を制限することが依然として望ましい場合がある。上記で概説したように、膨張容器のチャンバは、その通常動作中に、非ゼロの体積の大気を含む。これは、流体体積の厚さが膨張容器内の空気体積の要件によって制限されること、及び本明細書で提案される膨張容器が、冷却媒体体積が例えば最大冷却媒体レベルに達した場合にチャンバから押し出されてしまう初期流体体積などの流体の過剰消費を回避することができることを意味する。

任意選択的に、流体体積は、チャンバ内の冷却媒体表面の各位置について、流体体積の厚さが５０ｃｍ未満、好ましくは１５ｃｍ未満、最も好ましくは１０ｃｍ未満であるように選択される、先行する請求項のいずれか１項に記載の膨張容器。

任意選択的に、冷却媒体は水道水又は脱イオン水である。水道水又は脱イオン水は、不凍剤を含んでもよい。この場合、冷却システムは、有利には純水システムであってもよい。

任意選択的に、冷却媒体は、少なくとも３０体積％の水、好ましくは少なくとも４０体積％の水を含む。

任意選択的に、チャンバは、大気圧の空気の入口及び／又は出口のための少なくとも１つの空気導管を備える。例えば、チャンバは、空気の入口及び出口のための単一の空気導管を備えてもよい。別の例では、チャンバは、空気の入口用の１つの空気導管と、空気の出口用の別の空気導管とを備えてもよい。

任意選択的に、空気導管は、吸気用のフィルタを備えてもよい。任意選択的に、空気導管は、弁、例えば二重方向弁を備えてもよい。

任意選択的に、空気導管は、チャンバの垂直上方部分、例えばチャンバの最上部に配置されてもよい。

任意選択的に、チャンバは、冷却媒体の入口及び／又は出口のための少なくとも１つの冷却媒体導管を備える。

例えば、チャンバは、冷却媒体の入口及び出口のための単一の冷却媒体導管を備えてもよい。

別の例では、チャンバは、冷却媒体の入口用の１つの冷却媒体導管と、冷却媒体の出口用の１つの冷却媒体導管とを備えてもよい。

任意選択的に、冷却媒体導管は、チャンバの垂直下方部分に配置されてもよい。
任意選択的に、冷却媒体導管は、チャンバが周囲空気に対して開放されている位置の垂直下方、例えば空気導管の垂直下方に配置されてもよい。

本明細書で使用される「垂直に」又は「垂直」とは、垂直方向のみへの言及を意味する。したがって、互いに垂直下方に位置するアイテムは、異なる水平面に位置するアイテムであり、これらのアイテムは整列される必要はない。

任意選択的に、チャンバは、流体の入口／出口のための流体導管を備える。そのような流体導管は、チャンバに流体体積を補充するために使用することができる。

例えば、流体用の流体導管は、任意の冷却媒体導管の垂直上方に配置されてもよい。例えば、流体用の流体導管は、空気導管の垂直下方に配置されてもよい。

別の代替形態では、流体体積は、例えば空気導管を介して、チャンバへの大気の取り込みを介して補充されてもよい。

任意選択的に、膨張容器は、チャンバ内の冷却媒体表面の垂直位置を決定するための冷却媒体レベル測定装置を備える。

容器の通常動作中、冷却媒体表面は、チャンバ内の最小冷却媒体レベルと最大冷却媒体レベルとの間で変動してもよい。したがって、容器の通常動作中、流体体積はチャンバ内で一定のままである。

しかしながら、チャンバ内の流体オーバーフローレベルは、それを超えるとチャンバの体積が流体体積に等しくなるチャンバ内の垂直レベルとして定義されてもよい。

任意選択的に、冷却媒体レベル測定装置は、冷却媒体表面がチャンバの流体オーバーフローレベルを超えたかどうかを決定するように配置されてもよい。冷却媒体表面が流体オーバーフローレベルを超えた場合、これは、チャンバの残りの体積が流体体積及び非ゼロの空気体積を収容するのに十分ではないことを意味し、したがって、冷却媒体は流体体積の少なくとも一部をチャンバから押し出す。したがって、その場合、冷却媒体レベル測定装置は、流体体積を回復するために膨張容器への流体の補充の必要性を示す信号を発するように構成されてもよい。

この状況は、冷却システムにおける例外的な事象中に発生する可能性があり、その結果、冷却媒体の膨張が想定される膨張体積よりも大きくなる。冷却システムの通常動作中、チャンバ内の流体体積は、上述のように一定のままであり、補充を必要としない。

任意選択的に、冷却媒体レベル測定装置は、冷却媒体表面がチャンバの最大冷却媒体レベルを超えたかどうかを決定し、超えた場合、流体体積を回復するために膨張容器への流体の補充の必要性を示す信号を発するように構成されてもよい。これは、流体の補充を必要とする可能性がある冷却システム内の例外的な事象を示すために使用することができる。

冷却媒体レベル測定装置を設けること、及び流体の補充の必要性を示す信号を発することは任意選択であり、冷却システムで例外的な事象が発生した場合に警告するのに有用であると考えられる。

例外的な事象がなければ、流体体積はチャンバ内で実質的に一定のままである。しかしながら、それでも流体体積のいくらかのゆっくりとした漏れが経時的に発生する可能性があるため、流体体積を制御し、必要に応じて冷却システムのメンテナンス手順で補充することができることが想定される。そのようなメンテナンスは、例えば、膨張容器の２～３年の運転後に行われ得ることが想定される。

流体がチャンバから押し出される場合、それは例えば吸気口を介して出ることができる。

任意選択的に、チャンバは、流体の出口のための流体オーバーフロー導管を備えてもよく、流体オーバーフロー導管は流体アセンブリユニットに接続され、例えば、流体アセンブリユニットは流体供給源である。このようにして、チャンバを出る任意の流体を集めて、大気への流体の漏れを防止することができる。

第２の態様では、水を含む冷却媒体を使用する冷却システム内の膨張容器内の腐食を妨げるための方法が提供され、膨張容器は、垂直方向の延長部を有するチャンバを形成し、冷却システムの通常動作中にチャンバの周囲の大気に対して開放されるように配置され、チャンバは、冷却媒体の冷却媒体体積を含むように適合され、冷却媒体体積は、チャンバの最小冷却媒体レベルと最大冷却媒体レベルとの間に位置する冷却媒体表面までチャンバを満たし、方法は、
ある体積の流体をチャンバ内に導入するステップであって、流体は、冷却媒体の密度と大気の密度との間の密度を有し、
その結果、最小冷却媒体レベルと最大冷却媒体レベルとの間の冷却媒体表面の各垂直位置について、冷却媒体表面から流体体積上面までの流体体積の厚さが、大気がガス体積を介して冷却媒体に溶解するのを妨げるのに十分であるように選択される流体体積がチャンバ内に形成される。

本方法は、冷却システムの動作を開始する前に、冷却システムの初期セットアップ中に実行することができる。

任意選択的に、本方法は、冷却システムの動作期間の後に実行される。例えば、本方法は、流体体積が補充を必要とする可能性があるという信号を受信したときに実行することができる。

任意選択で、本方法は手動で実行されてもよい。
別の選択肢では、方法は、例えば、チャンバに補充される流体の量を制御する制御ユニットによって制御されてもよい。任意選択的に、そのような制御ユニットは、上記で説明したような冷却媒体測定装置に接続されてもよい。

第３の態様では、本発明は、第１の態様による膨張容器内の流体層を補充するための信号を発する方法を含み、方法は、チャンバ内の現在の冷却媒体表面の垂直位置を決定するステップと、
現在の冷却媒体表面の位置をチャンバの流体オーバーフローレベルと比較するステップと、
現在の冷却媒体表面の位置が流体オーバーフローレベル以上である場合、
流体体積を補充する必要性を示す信号を発するステップと、を含む。

任意選択的に、本方法は、流体体積を補充する必要性を示す信号を発するステップの前に、現在の冷却媒体表面の垂直位置が流体オーバーフローレベルを下回るレベルに戻ったと決定するステップを含む。このように、冷却媒体表面は、必要な流体体積のための空間がチャンバ内に存在するようなレベルに戻ることが保証される。

流体オーバーフローレベルは、最大冷却媒体レベル以上である。
任意選択的に、本方法は、現在の冷却媒体表面の垂直位置が流体オーバーフローレベルを下回るレベルに戻り、流体オーバーフローレベルも最大冷却媒体レベルを下回ったと決定するステップを含むことができる。その結果、流体が補充される前に容器が正常動作に戻ることが保証される。

任意選択的に、チャンバは流体供給源に接続されてもよく、本方法は、流体供給源（６００）からチャンバ（１００）への流体の補充を開始するステップをさらに含む。

第４の態様では、水を含む冷却媒体を使用する冷却システムが提供され、冷却システムは、使用時に大気圧に開放されるように適合されたチャンバを形成する膨張容器を備え、チャンバは、大気圧の空気の入口及び／又は出口のための少なくとも１つの空気導管と、冷却媒体の入口及び／又は出口のための少なくとも１つの冷却媒体導管と、冷却媒体の密度よりも大きく空気の密度よりも小さい密度を有する流体をチャンバに供給するための流体供給源に接続された少なくとも１つの流体導管とを備える。

任意選択的に、膨張容器は、チャンバ内の冷却媒体表面の垂直位置を決定するための冷却媒体レベル測定装置を備え、冷却システムが作動しているときに、冷却媒体表面がチャンバの流体オーバーフローレベルを超えたかどうかを決定し、超えた場合、流体供給源からチャンバへの流体の補充を開始するように構成される。

第５の態様では、水を含む冷却媒体に適合された冷却システムが提供され、冷却システムは膨張容器を備え、
膨張容器は、大気圧に開放されたチャンバを形成し、チャンバ内の冷却媒体表面のための最小冷却媒体レベル及び最大冷却媒体レベルを画定するように適合され、最小冷却媒体レベルと最大冷却媒体レベルとの間のチャンバ内の体積は、冷却システムの冷却媒体膨張体積に等しく、
チャンバ内の最大冷却媒体レベルより上方の体積は、流体体積以上であり、流体体積は、最小冷却媒体レベルと最大冷却媒体レベルとの間の各冷却媒体表面について、媒体表面から流体体積上面までの流体体積が、大気がガス体積を介して冷却媒体に溶解するのを妨げるのに十分であるように選択される。

本明細書で使用される場合、冷却システムの冷却媒体膨張体積は、冷却システムの通常動作中に予想される冷却媒体の体積変動である。

本明細書に記載の本開示の異なる態様を有利に組み合わせることができることが理解されよう。一態様に関連して説明された特徴及び機能は、本明細書に記載された他の態様にも等しく適用可能である。

図面の簡単な説明
次に、本発明の変形例を示す添付の図面を参照して、本発明を以下により完全に説明する。

本発明の第１の変形例による冷却システム用の概略的に示された膨張容器の断面図を示す。本発明の第２の変形例による冷却システム用の概略的に示された膨張容器の断面図を示す。本発明の別の変形例による冷却システム用の概略的に示された膨張容器の断面図を示す。本発明の変形例による膨張容器を備える冷却システムの一例を示す。

別段の指示がない限り、図面全体を通して同様の参照番号は同様の特徴を示す。
詳細な説明
本開示は、水を含む冷却媒体を使用する冷却システム用の膨張容器に関する。膨張容器は、チャンバの周囲の大気に対して開放されたチャンバを備える。本開示はまた、冷却媒体として水を含み、かつ本明細書に開示される膨張容器を含む冷却システムに関する。冷却システムは、熱を発生する部品を冷却するため、及び熱に敏感な部品を冷却するために、多くの用途で使用されている。

図４には、冷却システム１の一例が例示的なスキームで示されている。これは、本明細書に記載の膨張容器１０を使用することができ、多数の他の冷却システムにおける適用が可能である冷却システム１の例示的な例である。膨張容器１０は、運転中の冷却システム１の冷却媒体の体積の膨張及び縮小を調整するための空間を有するチャンバを有する。膨張容器１０は、大気に対して開放されている。

冷却システム１は、水を含む冷却媒体を備える。水は、システム内で導電していない脱イオン水であってもよい。本明細書に開示される膨張容器１０は、冷却システム１内に配置され、膨張容器１０は、膨張容器１０の周囲の大気に対して開放されている。冷却システム１内の水は、塵又は粒子を避けるためにメカニカルフィルタ８０１によって濾過され、水からイオン及び酸素が連続的に取り除かれる。膨張容器１０の流れ方向前方には、イオン交換体８０２及びフィルタ８０１が配置されている。ポンプ８０３は、効果的な冷却のために冷却水を循環させ、冷却対象物８０４に水を循環させるように構成される。ポンプ８０３は、空気がポンプ８０３に入らないことを保証するために、膨張容器８００の後ろに膨張容器８００に結合される。冷却対象物８０４は、システム１内に結合され、冷却対象物８０４からエネルギーが受け取られる温水は、システム１内に圧送され、水を冷却する熱交換器８０５に到達する。ストレーナ８０６は、システム１内に配置されてもよく、主冷却水用のメカニカルフィルタである。冷却媒体を所望の温度に保つ必要がある場合、バイパス８０７をシステム１に配置することができる。冷却媒体用の入口８０８を用いて、必要に応じて冷却媒体を満たす可能性がある。これは、自動又は手動で行うことができる。

膨張容器
膨張容器１０は、温度変動に起因する冷却媒体の体積変動に対処する。膨張容器１０は大気に対して開放されており、容器の上部に換気二重方向弁を含むことができ、システム１からの水が膨張容器１０に出入りしているかどうかに応じて、それを通して空気が出入りすることができる。冷却システム１を腐食から保護するために、冷却媒体を空気から保護する流体の流体体積が膨張容器１０に含まれる。流体は、不活性ガスであってもよい。大気に対して開放された膨張容器１０は、冷却システムのレベルより上のレベルに配置される。

フィルタ
小さな粒子がシステム内を循環することを回避するために、冷却システムに微細なフィルタを使用することができる。

イオン交換体
水の脱イオンは、システムからイオンを取り除くために使用され得る。水の導電率は、＜０．１μＳ／ｃｍ（２５°）という低い値に保つことができる。イオン交換体の例は、水を規定のレベルまで脱イオン化する化学樹脂を含むエンクロージャであってもよい。

フィルタ８０１及びイオン交換体８０２は、冷却システムの浄化部に含まれると考えることができる。

ポンプ
ポンプ８０３は、効果的な冷却のため、及び冷却媒体を冷却対象物８０４に循環させるために使用することができる。ポンプ８０３内の空気は、冷却水の循環に悪影響を及ぼす空洞を生成する可能性がある。したがって、ポンプ８０３は、膨張容器１０の直後に連結されてもよい。さらに、空気がポンプ８０３に入るため、膨張容器１０を空にすることはできない。

熱交換器
熱交換器８０５は、例えば、液体から液体への冷却交換器、液体から空気への冷却交換器、又は二相蒸発技術に基づくものであってもよい。

冷却対象物
例えば純水冷却システムなどの水を含む冷却媒体を利用する冷却システムを使用して、多数の異なる物体を冷却することができる。

冷却対象物の例は、ＨＶＤＣ（高電圧直流）及びＳＶＣ（静的Ｖａｒ補償）用途のための半導体弁、コンバータ、整流器、撹拌器、発電機などである。さらなる例は、原子力、風力、ＨＶＤＣ（高電圧直流）及びＳＶＣ（静的Ｖａｒ補償）プロジェクト、産業、非電気環境、医療及び研究用途である。

冷却システムは、屋内及び屋外環境、沖合及び陸上などのすべてのタイプの環境に設置することができる。

上述したように、図４に記載の冷却システムは、本明細書に記載の膨張容器及び方法を使用することができる冷却システムの一例にすぎない。本開示は、追加の構成要素又はより少ない構成要素を含む他の冷却システムに適用されてもよい。

図１には、本開示の第１の変形例による膨張容器１０が示されている。膨張容器１０は、水を含む冷却媒体を使用する冷却システムで使用される。膨張容器１０は、垂直方向Ｖの延長部を有するチャンバ１００を形成し、冷却システムの通常動作中、チャンバ１００は、チャンバの大気周囲に対して開放されている。膨張容器１０は、冷却媒体の冷却媒体体積２００を備え、冷却媒体体積２００は、チャンバ１００内の最小冷却媒体レベル２０１ｍｉｎと最大冷却媒体レベル２０１ｍａｘとの間に位置する冷却媒体表面２０１までチャンバ１００を満たす。チャンバ１００は、冷却媒体の密度と大気の密度との間の密度を有する流体の流体体積４００をさらに備える。流体体積４００は、冷却媒体表面２０１から流体体積上面４０１までチャンバ１００を満たし、流体体積４００は、最小冷却媒体レベル２０１ｍｉｎと最大冷却媒体レベル２０１ｍａｘとの間の冷却媒体表面２０１の各位置について、冷却媒体表面２０１から流体体積上面４０１までの流体体積４００の厚さが、大気が流体体積４００を介して冷却媒体に溶解するのを妨げるのに十分であるように選択される。チャンバ１００は、大気の非ゼロの空気体積３００をさらに備え、空気体積３００は、流体体積上面４０１の垂直上方のチャンバ１００の残りの部分を満たす。

流体体積４００の目的は、空気が冷却媒体の水と接触するのを妨げることである。空気が水と接触すると、空気からの酸素が水に溶解する。酸素は、例えば空気－水界面を横切る酸素の移動によって水に溶解し得る。水中に溶存する酸素は腐食の原因となる。

膨張容器１０に含まれる流体は、冷却媒体の密度と空気との間の密度を有し、冷却媒体体積２００内の水と空気体積３００内の空気との間にガス層を形成する。空気、したがって酸素は、水との接触から妨げられる。これは、空気からの酸素が水に溶解しないことを意味する。

流体体積４００の厚さを決定するためには、チャンバ１００に満たされた流体体積を理論的に使用し、流体体積が冷却媒体表面２０１の位置で始まると仮定することで十分である。したがって、上部流体表面４０１の垂直位置は、実際に決定されるのではなく、理論的に計算されてもよい。

「大気に対して開放されている」とは、膨張容器１０の外側の大気が膨張容器１０にアクセスでき、容器内の圧力が大気圧であることを意味する。空気は、開口部を介して膨張容器１０にアクセスする。開口部は、例えば空気導管１０１であってもよく、空気導管１０１は弁を備えてもよい。弁は、二方向弁であってもよい。膨張容器１０はさらに、容器の上部で完全に開いている容器であってもよい。この場合、容器の上部に別個の蓋を配置することができるが、膨張容器１０への空気アクセスが可能である。膨張容器には必ずしも屋根や上部カバーが必要ではないが、容器が室外にある場合には、雨や汚れが膨張容器１０に侵入するのを防ぐために屋根を有することが好ましい。

膨張容器１０の開口部によって、容器内の空気も膨張容器１０から出ることができる。冷却システム内の冷却液が膨張すると、冷却媒体表面２０１は流体体積表面４０１と同様に上方に移動し、空気は膨張容器１０から出るように強制される。さらに、冷却システム内の冷却液の体積２００が減少すると、空気は反対方向に膨張容器１０に入り、冷却媒体表面２０１が下がり、流体体積表面４０１が下がる。チャンバ１００が空気導管１０１を備える場合、チャンバ１００は、大気圧の空気の入口及び／又は出口のための少なくとも１つの空気導管１０１を備えることができる。空気導管１０１は、チャンバの上端又はその近傍に配置されてもよい。さらに、空気導管１０１は、二重方向弁を備えてもよい。空気導管１０１はまた、汚れ及び塵が膨張容器１０に入るのを妨げるためのフィルタを備えてもよい。

流体は、冷却媒体に不溶な流体であってもよいし、イオンを形成することなく冷却媒体に可溶であってもよい。流体は、冷却媒体体積２００の上に層を形成する不活性流体でなければならない。

好ましい流体はガスである。有利には、ガスは希ガスであってもよい。例えば、ガスは、アルゴン、キセノン及びクリプトンから選択されてもよい。

代替的な重質ガスは、温室効果ガス又はフッ化ガス、例えばハイドロフルオロカーボンガス又はパーフルオロカーボンガスであってもよい。

膨張容器は大気に対して開放されているが、膨張容器１０のチャンバ１００は好ましくは環境から保護されている。したがって、流体体積４００は、例えば風などの環境の影響を受けないが、冷却システム内の容器１０の通常動作中に実質的に一定の流体体積４００でチャンバ１００内に残る。

流体体積４００は、チャンバ内の流体体積４００の厚さが少なくとも２ｃｍ、好ましくは少なくとも３ｃｍ、最も好ましくは少なくとも５ｃｍであるように選択され得る。これは、冷却媒体表面２０１の各位置について有効である。冷却媒体表面２０１は、容器１０の動作中に冷却媒体体積２００が膨張しているか又は縮小しているときに垂直に移動することが理解されよう。冷却媒体表面２０１は、最小冷却媒体レベル２０１ｍｉｎと最大冷却媒体レベル２０１ｍａｘとの間で移動する。チャンバ１００が垂直方向Ｖに垂直な規則的な断面を有する場合、流体体積４００の厚さは、冷却媒体表面２０１のすべての垂直位置について同じになる。しかしながら、垂直方向に垂直なチャンバ１００の断面が規則的でない場合、流体体積４００の厚さは、容器内の冷却媒体表面２０１の異なる位置間で変動する。

流体層が厚いほど、空気が冷却媒体表面２０１に到達するのをより良好に妨げる。しかしながら、薄層であれば、使用される流体がより少なくなるため、より安価である。

より小さな容器は、表面上の変動が少ないために表面被覆率が維持されるので、より薄い流体層が必要となる場合がある。

流体体積４００は、チャンバ１００内の冷却媒体表面２０１の各位置に対する流体体積４００の厚さが５０ｃｍ未満、好ましくは１５ｃｍ未満、好ましくは１０ｃｍ未満であるように選択され得る。空気及び酸素が冷却媒体表面２０１に到達するのを妨げるのに有効な流体体積の厚さが達成され、同時に、流体体積４００の体積の厚さが必要以上に高くなくてもよいため、費用効果の高い冷却システムが達成される。

冷却媒体は、水道水又は脱イオン水であってもよい。水道水又は脱イオン水は、不凍剤を含んでもよい。不凍剤はグリコールであってもよい。冷却システムが、温度が水の凍結温度より低いことがある環境に位置する場合には、不凍液の添加が好ましい。

チャンバ１００は、冷却媒体の入口及び／又は出口のための少なくとも１つの冷却媒体導管１０２、１０３を備えてもよい。冷却媒体導管１０２、１０３は、チャンバ１００の下端に、又はチャンバの下端に隣接して配置されてもよい。チャンバの底部に冷却媒体導管１０２、１０３を配置することにより、冷却媒体がチャンバに入るときに冷却媒体表面２０１が移動するリスクが低減される。

図１に示す変形例のように、膨張容器が冷却媒体の入口及び出口それぞれに２つの冷却媒体導管１０２、１０３を使用する場合、膨張容器内の水の循環が存在する。これは、イオンが水に含まれることを回避することが望まれるＨＶＤＣにしばしば使用される。静水はイオンを生成し得る。

図１の変形形態では、空気導管１０１は、冷却媒体導管１０２、１０３の垂直上方に配置される。

本開示による膨張容器の別の例を図２に示す。図２の膨張容器は、図１の膨張容器と概ね同様であり、同様の特徴の説明はここでは繰り返さない。膨張容器１０は、流体の入口／出口のための流体導管１０４を備えてもよい。

上述したように、膨張容器１０の通常動作中、流体体積４００は実質的に一定であり、補充する必要はない。

しかしながら、冷却システム１の例外的な状況では、チャンバ１００に流体を補充する必要があり得る。例えば、冷却媒体体積２００が膨張している場合、すなわち、冷却媒体表面２０１が最大冷却媒体レベル２０１ｍａｘよりも高いレベルまで上昇するような量で冷却媒体がチャンバ１００に入っている場合、膨張容器１０内にオーバーフローが存在し得る。例えば、冷却媒体表面２０１は、流体体積４００及びその流体体積上面４０１がチャンバ１００の上部に到達するほど高いチャンバ１００内のレベルに到達することができ、これは、流体体積４００の少なくとも一部が空気導管１０１又は流体導管１０４を介してチャンバ１００から出ることを意味する。

図２に示すように、膨張容器１０は、チャンバ１００内の冷却媒体表面２０１の垂直位置を決定するための冷却媒体レベル測定装置５００を備えてもよい。冷却媒体が膨張しているか又は体積が減少しているとき、冷却媒体表面２０１は、上方又は下方に移動する。冷却媒体の膨張がオーバーフローをもたらす場合、すなわち、流体が空気導管１０１又は流体導管１０４を介して膨張容器から出る場合、流体を補充するための信号が送信される。冷却媒体表面２０１が最大冷却媒体レベル２０１ｍａｘを下回るレベルまで戻った後に、流体を補充することができる。任意選択的に、冷却媒体がチャンバ１００を出るほどに冷却媒体の体積が膨張している場合、冷却媒体を補充するための信号を送信することができる。

チャンバ１００は、それを超えるとチャンバ１００の体積が流体体積４００に等しくなるチャンバ１００内の垂直レベルとして定義される流体オーバーフローレベル２０１ｏを有することができる。流体オーバーフローレベル２０１ｏより上のチャンバ体積は、流体体積４００に等しい。チャンバ１００内の冷却媒体体積２００が大きすぎて、冷却媒体表面２０１がチャンバの流体オーバーフローレベル２０ｏを超えると、流体体積４００がオーバーフローする。冷却媒体レベル測定装置５００は、冷却媒体表面２０１がチャンバの流体オーバーフローレベル２０１ｏを超えたかどうかを決定するように構成されてもよい。流体オーバーフローレベル２０１ｏを超えた場合、流体体積４００を回復するために膨張容器１００に流体を補充する必要性を示す信号が発せられてもよい。冷却媒体のオーバーフローがある状況は例外的な状況である。冷却システムの通常動作下では、オーバーフローは発生しないと予想される。

冷却媒体レベル測定装置５００は、代替的に又は追加的に、冷却媒体表面２０１がチャンバの最大冷却媒体レベル２０１ｍａｘを超えたかどうかを決定するように構成されてもよい。超えた場合、流体体積４００を回復するために膨張容器１０に流体を補充する必要性を示す信号が発せられてもよい。これは、流体体積４００を補充する必要がある可能性があること、又は最大冷却媒体レベルがチャンバ１００の高レベルに設定されている場合、流体のオーバーフローがあり、流体を補充する必要があり得ることのいずれかであり得る。

冷却媒体レベル測定装置５００は、レベルセンサ、レーダなどを使用するなど、任意の適切な決定方法で決定を実行するように構成されてもよい。

上述したように、測定装置５００は任意である。測定装置５００が使用されない場合、メンテナンス中に流体の補充を実行することができる。例えば手動検査のための可視冷却媒体表面レベルインジケータは、膨張容器と流体接続して膨張容器の外側に配置されたガラス管とすることができ、冷却媒体表面レベルを見ることができる。

さらに、図１に例示されるように、膨張容器は、流体供給源６００に接続されてもよい。流体供給源６００は、例えばそのような信号が発せられたときに流体を補充するために使用される流体を備える。流体供給源６００は、１つ又は複数の弁６０１を介して膨張容器１０に接続されてもよい。例えば、冷却媒体表面２０１が流体オーバーフローレベル２０１ｏを超えたことを測定装置５００が示すと、弁６０１を開いて流体供給源６００から流体を補充することができる。しかしながら、補充の前に、現在の冷却媒体表面２０１の垂直位置が流体オーバーフローレベル２０１ｏより下のレベルに戻ったと決定することができる。

本開示はさらに、水を含む冷却媒体を使用する冷却システム１における腐食を防止するための方法に関する。膨張容器１０は、垂直方向Ｖに延びるチャンバ１００を形成し、冷却システム１の通常動作中にチャンバの周囲の大気に対して開放されるように配置され、チャンバ１００は、冷却媒体の冷却媒体体積２００を含むように適合され、冷却媒体体積２００は、チャンバ１００の最小冷却媒体レベル２０１ｍｉｎと最大冷却媒体レベル２０１ｍａｘとの間に位置する冷却媒体表面２０１までチャンバ１００を満たす。本方法は、
ある体積の流体をチャンバ１００内に導入するステップであって、流体は、冷却媒体の密度と大気の密度との間の密度を有し、
その結果、最小冷却媒体レベル２０１ｍｉｎと最大冷却媒体レベル２０１ｍａｘとの間の冷却媒体表面２０１の各垂直位置について、冷却媒体表面２０１から流体体積上面４０１までの流体体積４００の厚さが、大気がガス体積を介して冷却媒体に溶解するのを妨げるのに十分であるように選択される流体体積４００がチャンバ１００内に形成される。

本方法は、冷却システム１の動作を開始する前に、冷却システム１の初期セットアップ中に実行することができる。大気に対して開放された膨張容器を使用する既存の冷却システムを使用することができ、ある体積の流体を開口部を介して膨張容器に入れることができる。流体は、補充開口部を介して、又は空気導管１０１を介して入れられてもよい。

方法はまた、冷却システム１の動作期間の後に実行されてもよい。例えば、流体体積４００が補充を必要とする可能性があるという信号の受信時であってもよい。

システム内で流体のオーバーフローを引き起こす例外的な事象が発生しなくても、冷却システムの定期的なメンテナンス中に流体体積を有利に制御し、必要に応じて補充することができ、これは例えば２～３年ごとに実行することができることが想定される。

本開示はまた、本明細書に開示される膨張容器１０内の流体層を補充するための信号を発する方法に関する。本方法は、
チャンバ１００内の現在の冷却媒体表面２０１の垂直位置を決定するステップと、
現在の冷却媒体表面２０１の位置をチャンバ１００の流体オーバーフローレベル２０１ｏと比較するステップと、
現在の冷却媒体表面２０１の位置が流体オーバーフローレベル２０１ｏ以上である場合、
流体体積４００を補充する必要性を示す信号を発するステップと、を含む。

任意選択的に、流体体積４００を補充する必要性を示す信号を発するステップの前に、本方法は、現在の冷却媒体表面２０１の垂直位置が流体オーバーフローレベル２０１ｏを下回るレベルに戻ったと決定するステップを含む。この場合、膨張容器に流体を補充するための十分なスペースがある。

本方法は、チャンバ１００が流体供給源６００に接続されることをさらに含むことができ、本方法は、
流体供給源６００からチャンバ１００への流体の補充を開始するステップをさらに含むことができる。

流体オーバーフローレベル２０１ｏは、最大冷却媒体レベル２０１ｍａｘ以上である。最大冷却媒体レベル２０１が流体オーバーフローレベル２０１ｏに達すると、流体のオーバーフローが生じる。

本開示はまた、水を含む冷却媒体を使用する冷却システム１に関し、冷却システム１は、使用時に大気圧に開放されるように適合されたチャンバ１００を形成する膨張容器１０を備え、チャンバ１００は、大気圧の空気の入口及び／又は出口のための少なくとも１つの空気導管１０１と、冷却媒体の入口及び／又は出口のための少なくとも１つの冷却媒体導管１０２、１０３と、冷却媒体よりも大きく空気よりも小さい密度を有する流体をチャンバ１００に供給するための流体供給源６００に接続された少なくとも１つの流体導管１０４とを備える。

本開示はさらに、冷却システム１に関し、膨張容器１０は、チャンバ１００内の冷却媒体表面２０１の垂直位置を決定するための冷却媒体レベル測定装置５００を備え、冷却システム１が動作しているときに、冷却媒体表面２０１がチャンバの流体オーバーフローレベル２０１ｏを超えたかどうかを決定し、超えた場合、流体供給源６００からチャンバ１００への流体の補充を開始するように構成される。

本開示はまた、水を含む冷却媒体に適合された冷却システム１に関し、冷却システム１は膨張容器１０を備える。膨張容器は、大気圧に開放されたチャンバ１００を形成し、チャンバ１００内の冷却媒体表面２０１について最小冷却媒体レベル２０１ｍｉｎ及び最大冷却媒体レベル２０１ｍａｘを画定するように適合される。最小冷却媒体レベル（２０１ｍｉｎ）と最大冷却媒体レベル２０１ｍａｘとの間のチャンバ１００内の体積は、冷却システム１の冷却媒体膨張体積に等しく、チャンバ１００内の最大冷却媒体レベル２０１ｍａｘより上方の体積は、流体体積４００以上であり、流体体積４００は、最小冷却媒体レベル２０１ｍｉｎと最大冷却媒体レベル２０１ｍａｘとの間の各冷却媒体表面２０１について、媒体表面２０１から流体体積上面４０１までの流体体積４００が、大気がガス体積を介して冷却媒体に溶解するのを妨げるのに十分であるように選択される。

本開示による膨張容器の別の例を図３に示す。図３の膨張容器は、図１及び図２の膨張容器と概ね同様であり、同様の特徴の説明はここでは繰り返さない。

チャンバ１００は、流体の出口のための流体オーバーフロー導管１０５を備えることができ、流体オーバーフロー導管１０５は流体アセンブリユニットに接続される。流体アセンブリユニットは、流体供給源６００であってもよい。流体体積４００がオーバーフロー導管１０５のレベルまで増加すると、いくらかの流体が流体供給源６００に流れることがある。オーバーフローした流体は、流体の補充のために後で再利用される可能性がある。任意選択で、流体オーバーフロー導管１０５は、代わりに、後で再使用するために流体を集めるための流体アセンブリユニットに接続されてもよい。したがって、環境及び経済のために、流体が膨張容器１０から漏れないことを確実にすることができる。

本明細書に記載の容器、システム及び方法の多数の代替物が利用可能であることが理解されよう。

本明細書に開示される方法は、制御ユニット、例えば、容器及び／又は冷却システムを制御するための上記のような測定装置に接続された制御ユニットによって実施されてもよいことが理解されよう。

第２の態様では、水を含む冷却媒体を使用する冷却システム内の膨張容器内の腐食を妨げるための方法が提供され、膨張容器は、垂直方向の延長部を有するチャンバを形成し、冷却システムの通常動作中にチャンバの周囲の大気に対して開放されるように配置され、チャンバは、冷却媒体の冷却媒体体積を含むように適合され、冷却媒体体積は、チャンバの最小冷却媒体レベルと最大冷却媒体レベルとの間に位置する冷却媒体表面までチャンバを満たし、方法は、
ある体積の流体をチャンバ内に導入するステップであって、流体は、冷却媒体の密度と大気の密度との間の密度を有し、
その結果、最小冷却媒体レベルと最大冷却媒体レベルとの間の冷却媒体表面の各垂直位置について、冷却媒体表面から流体体積上面までの流体体積の厚さが、大気が流体体積を介して冷却媒体に溶解するのを妨げるのに十分であるように選択される流体体積がチャンバ内に形成される。

第５の態様では、水を含む冷却媒体に適合された冷却システムが提供され、冷却システムは膨張容器を備え、
膨張容器は、大気圧に開放されたチャンバを形成し、チャンバ内の冷却媒体表面のための最小冷却媒体レベル及び最大冷却媒体レベルを画定するように適合され、最小冷却媒体レベルと最大冷却媒体レベルとの間のチャンバ内の体積は、冷却システムの冷却媒体膨張体積に等しく、
チャンバ内の最大冷却媒体レベルより上方の体積は、流体体積以上であり、流体体積は、最小冷却媒体レベルと最大冷却媒体レベルとの間の各冷却媒体表面について、媒体表面から流体体積上面までの流体体積が、大気が流体体積を介して冷却媒体に溶解するのを妨げるのに十分であるように選択される。

冷却システム１は、水を含む冷却媒体を備える。水は、システム内で導電していない脱イオン水であってもよい。本明細書に開示される膨張容器１０は、冷却システム１内に配置され、膨張容器１０は、膨張容器１０の周囲の大気に対して開放されている。冷却システム１内の水は、塵又は粒子を避けるためにメカニカルフィルタ８０１によって濾過され、水からイオン及び酸素が連続的に取り除かれる。膨張容器１０の流れ方向前方には、イオン交換体８０２及びフィルタ８０１が配置されている。ポンプ８０３は、効果的な冷却のために冷却水を循環させ、冷却対象物８０４に水を循環させるように構成される。ポンプ８０３は、空気がポンプ８０３に入らないことを保証するために、膨張容器１０の後ろに膨張容器１０に結合される。冷却対象物８０４は、システム１内に結合され、冷却対象物８０４からエネルギーが受け取られる温水は、システム１内に圧送され、水を冷却する熱交換器８０５に到達する。ストレーナ８０６は、システム１内に配置されてもよく、主冷却水用のメカニカルフィルタである。冷却媒体を所望の温度に保つ必要がある場合、バイパス８０７をシステム１に配置することができる。冷却媒体用の入口８０８を用いて、必要に応じて冷却媒体を満たす可能性がある。これは、自動又は手動で行うことができる。

チャンバ１００は、それを超えるとチャンバ１００の体積が流体体積４００に等しくなるチャンバ１００内の垂直レベルとして定義される流体オーバーフローレベル２０１ｏを有することができる。流体オーバーフローレベル２０１ｏより上のチャンバ体積は、流体体積４００に等しい。チャンバ１００内の冷却媒体体積２００が大きすぎて、冷却媒体表面２０１がチャンバの流体オーバーフローレベル２０ｏを超えると、流体体積４００がオーバーフローする。冷却媒体レベル測定装置５００は、冷却媒体表面２０１がチャンバの流体オーバーフローレベル２０１ｏを超えたかどうかを決定するように構成されてもよい。流体オーバーフローレベル２０１ｏを超えた場合、流体体積４００を回復するために膨張容器１０に流体を補充する必要性を示す信号が発せられてもよい。冷却媒体のオーバーフローがある状況は例外的な状況である。冷却システムの通常動作下では、オーバーフローは発生しないと予想される。

本開示はさらに、水を含む冷却媒体を使用する冷却システム１における腐食を防止するための方法に関する。膨張容器１０は、垂直方向Ｖに延びるチャンバ１００を形成し、冷却システム１の通常動作中にチャンバの周囲の大気に対して開放されるように配置され、チャンバ１００は、冷却媒体の冷却媒体体積２００を含むように適合され、冷却媒体体積２００は、チャンバ１００の最小冷却媒体レベル２０１ｍｉｎと最大冷却媒体レベル２０１ｍａｘとの間に位置する冷却媒体表面２０１までチャンバ１００を満たす。本方法は、ある体積の流体をチャンバ１００内に導入するステップであって、流体は、冷却媒体の密度と大気の密度との間の密度を有し、
その結果、最小冷却媒体レベル２０１ｍｉｎと最大冷却媒体レベル２０１ｍａｘとの間の冷却媒体表面２０１の各垂直位置について、冷却媒体表面２０１から流体体積上面４０１までの流体体積４００の厚さが、大気が流体体積を介して冷却媒体に溶解するのを妨げるのに十分であるように選択される流体体積４００がチャンバ１００内に形成される。

流体オーバーフローレベル２０１ｏは、最大冷却媒体レベル２０１ｍａｘ以上である。最大冷却媒体レベル２０１ｍａｘが流体オーバーフローレベル２０１ｏに達すると、流体のオーバーフローが生じる。

本開示はまた、水を含む冷却媒体に適合された冷却システム１に関し、冷却システム１は膨張容器１０を備える。膨張容器は、大気圧に開放されたチャンバ１００を形成し、チャンバ１００内の冷却媒体表面２０１について最小冷却媒体レベル２０１ｍｉｎ及び最大冷却媒体レベル２０１ｍａｘを画定するように適合される。最小冷却媒体レベル（２０１ｍｉｎ）と最大冷却媒体レベル２０１ｍａｘとの間のチャンバ１００内の体積は、冷却システム１の冷却媒体膨張体積に等しく、チャンバ１００内の最大冷却媒体レベル２０１ｍａｘより上方の体積は、流体体積４００以上であり、流体体積４００は、最小冷却媒体レベル２０１ｍｉｎと最大冷却媒体レベル２０１ｍａｘとの間の各冷却媒体表面２０１について、媒体表面２０１から流体体積上面４０１までの流体体積４００が、大気が流体体積を介して冷却媒体に溶解するのを妨げるのに十分であるように選択される。

Claims

水を含む冷却媒体を使用する冷却システム（１）用の膨張容器（１０）であって、前記膨張容器（１０）は、垂直方向（Ｖ）の延長部を有するチャンバ（１００）を形成し、前記冷却システム（１）の通常動作中、前記チャンバ（１００）は、前記チャンバの周囲大気に対して開放され、
－前記冷却媒体の冷却媒体体積（２００）であって、前記チャンバ（１００）内の最小冷却媒体レベル（２０１ｍｉｎ）と最大冷却媒体レベル（２０１ｍａｘ）との間に位置する冷却媒体表面（２０１）まで前記チャンバ（１００）を満たす、冷却媒体体積（２００）と、
－前記冷却媒体の密度と前記大気の密度との間の密度を有する流体の流体体積（４００）であって、
前記流体体積（４００）は、前記冷却媒体表面（２０１）から流体体積上面（４０１）まで前記チャンバ（１００）を満たし、前記最小冷却媒体レベル（２０１ｍｉｎ）と前記最大冷却媒体レベル（２０１ｍａｘ）との間の前記冷却媒体表面（２０１）の各位置について、前記冷却媒体表面（２０１）から前記流体体積上面（４０１）までの前記流体体積（４００）の厚さが、前記流体体積（４００）を介して前記大気が前記冷却媒体に溶解するのを妨げるのに十分であるように選択される、流体体積（４００）と、
－大気の非ゼロの空気体積（３００）であって、前記空気体積（３００）は、前記流体体積上面（４０１）の垂直上方の前記チャンバ（１００）の残りの部分を満たす、非ゼロの空気体積（３００）と、
を備える、膨張容器。
前記流体は、前記冷却媒体に不溶な流体であるか、又は前記流体はイオンを形成することなく前記冷却媒体に可溶である、請求項１に記載の膨張容器。
前記流体はガス、好ましくは希ガスであり、例えば前記ガスはアルゴン、キセノン又はクリプトンである、先行する請求項のいずれか１項に記載の膨張容器（１０）。
前記流体体積（４００）は、前記チャンバ（１００）内の前記冷却媒体表面（２０１）の各位置について、前記流体体積（４００）の前記厚さが少なくとも２ｃｍ、好ましくは少なくとも３ｃｍ、最も好ましくは少なくとも５ｃｍであるように選択される、先行する請求項のいずれか１項に記載の膨張容器（１０）。
前記流体体積（４００）は、前記チャンバ（１００）内の前記冷却媒体表面（２０１）の各位置について、前記流体体積（４００）の前記厚さが５０ｃｍ未満、好ましくは１５ｃｍ未満、最も好ましくは１０ｃｍ未満であるように選択される、先行する請求項のいずれか１項に記載の膨張容器（１０）。
前記冷却媒体は、好ましくは不凍剤を含む水道水又は脱イオン水である、膨張容器（１０）。
前記チャンバは、大気圧の空気の入口及び／又は出口のための少なくとも１つの空気導管（１０１）を備える、及び／又は、
前記チャンバ（１００）は、冷却媒体の入口及び／又は出口のための少なくとも１つの冷却媒体導管（１０２、１０３）を備える、先行する請求項のいずれか１項に記載の膨張容器（１０）。
前記チャンバ（１００）は、前記流体の入口／出口のための流体導管（１０４）を備える、先行する請求項のいずれか１項に記載の膨張容器（１０）。
前記チャンバ（１００）内の前記冷却媒体表面（２０１）の垂直位置を決定するための冷却媒体レベル測定装置（５００）を備え、
好ましくは、前記チャンバ（１００）内の流体オーバーフローレベル（２０１ｏ）は、それを超えると前記チャンバ（１００）の体積が前記流体体積（４００）に等しくなる前記チャンバ（１００）内の垂直レベルとして定義され、
前記冷却媒体レベル測定装置（５００）は、前記冷却媒体表面（２０１）が前記チャンバ（１００）の前記流体オーバーフローレベルを超えたかどうかを決定し、超えた場合、前記流体体積（４００）を回復するために前記膨張容器（１００）への流体の補充の必要性を示す信号を発するように構成される、先行する請求項のいずれか１項に記載の膨張容器（１０）。
前記チャンバは、前記流体の出口のための流体オーバーフロー導管（１０５）を備え、前記流体オーバーフロー導管（１０５）は流体アセンブリユニットに接続され、例えば、前記流体アセンブリユニットは流体供給源（６００）である、先行する請求項のいずれか１項に記載の膨張容器（１０）。
水を含む冷却媒体を使用する冷却システムにおける膨張容器内の腐食を妨げるための方法であって、前記膨張容器（１０）は、垂直方向（Ｖ）の延長部を有するチャンバ（１００）を形成し、前記冷却システム（１）の通常動作中に前記チャンバの周囲大気に対して開放されるように配置され、前記チャンバ（１００）は、前記冷却媒体の冷却媒体体積（２００）を備えるように適合され、前記冷却媒体体積（２００）は、前記チャンバ（１００）の最小冷却媒体レベル（２０１ｍｉｎ）と最大冷却媒体レベル（２０１ｍａｘ）との間に位置する冷却媒体表面（２０１）まで前記チャンバ（１００）を満たし、
前記方法は、
－ある体積の流体を前記チャンバ（１００）内に導入するステップを含み、前記流体は、前記冷却媒体の密度と大気の密度との間の密度を有し、
その結果、前記最小冷却媒体レベル（２０１ｍｉｎ）と前記最大冷却媒体レベル（２０１ｍａｘ）との間の前記冷却媒体表面（２０１）の各垂直位置について、前記冷却媒体表面（２０１）から流体体積上面（４０１）までの前記流体体積（４００）の厚さが、前記大気が前記ガス体積（４００）を介して前記冷却媒体に溶解するのを妨げるのに十分であるように選択される流体体積（４００）が前記チャンバ（１００）内に形成される、方法。
前記方法は、前記冷却システム（１）の動作を開始する前に前記冷却システム（１）の初期セットアップ中に実行され、及び／又は
前記方法は、前記冷却システム（１）の動作期間の後に、例えば、前記流体体積（４００）が補充を必要とする可能性があるという信号の受信時に実行される、請求項１１に記載の方法。
請求項１に記載の膨張容器内の流体層を補充するための信号を発する方法であって、
－前記チャンバ（１００）内の現在の冷却媒体表面（２０１）の前記垂直位置を決定するステップと、
－前記現在の冷却媒体表面（２０１）の前記位置を前記チャンバ（１００）の流体オーバーフローレベル（２０１ｏ）と比較するステップと、
－前記現在の冷却媒体表面（２０１）の前記位置が前記流体オーバーフローレベル（２０１ｏ）以上である場合、
前記流体体積（４００）を補充する必要性を示す信号を発するステップと、を備える、方法。
前記流体体積（４００）を補充する必要性を示す信号を発する前記ステップの前に、
－現在の冷却媒体表面（２０１）の前記垂直位置が前記流体オーバーフローレベル（２０１ｏ）を下回るレベルに戻ったと決定するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
前記チャンバ（１００）は流体供給源（６００）に接続され、
－前記流体供給源（６００）から前記チャンバ（１００）への流体の補充を開始するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
水を含む冷却媒体を使用する冷却システム（１）であって、前記冷却システム（１）は、使用時に大気圧に開放されるように適合されたチャンバ（１００）を形成する膨張容器（１０）を備え、前記チャンバ（１００）は、大気圧の空気の入口及び／又は出口のための少なくとも１つの空気導管（１０１）と、冷却媒体の入口及び／又は出口のための少なくとも１つの冷却媒体導管（１０２、１０３）と、前記冷却媒体の密度よりも大きく空気の密度よりも小さい密度を有する流体を前記チャンバ（１００）に供給するための流体供給源（６００）に接続された少なくとも１つの流体導管とを備える、冷却システム（１）。