JP6056633B2 - 冷却器 - Google Patents

Description

本発明は、冷媒を用いて発熱体を冷却する冷却器に関するものである。

流体が封入された流体容器内の流体を加熱する加熱部と、その加熱部により加熱され気化した蒸気を冷却する冷却部とを有する蒸気エンジンが、特許文献１に開示されている。その特許文献１の蒸気エンジンは、蒸気の膨脹圧力により液体を流動変位させて機械的エネルギを出力するとともに、蒸気を冷却部にて冷却して液化することにより流体容器内の流体を自励振動変位させる。

特許第４４１１８２９号公報

特許文献１の蒸気エンジンは、上述のように機械的エネルギを出力するものであるが、機械的エネルギを得ることとは別の目的に活用することができる。例えば、発明者らは、加熱部から冷却部への熱移動が流体容器内での流体の自励振動変位により促進されるので、冷却すべき発熱体で加熱部を構成したとすれば、特許文献１の蒸気エンジンを、その発熱体を冷却する冷却器として活用することが可能であると考えた。

しかし、特許文献１の蒸気エンジンのような構成で、流体の自励振動変位を利用して発熱体を冷却する場合において、発熱体の発熱量が変動すると、流体の自励振動変位が安定して継続されないことがあり得る。例えば、発熱体の発熱量が大きくなった場合、それに合わせて、蒸気となった流体容器内の流体を凝縮させるための冷却部の冷却量も大きくならないと、流体の自励振動変位が減衰する。そうなれば、発熱体を冷却する性能が著しく低下すると考えられた。

本発明は上記点に鑑みて、流体の自励振動変位を伴い発熱体を冷却する冷却器であって、その自励振動変位を安定して継続させることができる冷却器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、発熱体（１２）からの熱により、管状の収容空間（２４）内に封入された冷媒流体の一部を加熱し気化させる加熱部（１４１）と、
加熱部で気化された冷媒流体を冷却して液化させる冷却部（１４２）と、
発熱体の発熱量に対して冷却部の冷却量を釣り合わせるようにその冷却量を調節する冷却量調節装置（４０、６０、６２、６４、６６、６８、８０）とを備え、
加熱部および冷却部は、冷媒流体に気化と液化とを繰り返させることにより、収容空間内で冷媒流体を自励振動させるものであることを特徴とする。

上述の発明によれば、冷却量調節装置は、発熱体の発熱量に対して冷却部の冷却量を釣り合わせるようにその冷却量を調節するので、その発熱体の発熱量と冷却部の冷却量との不均衡を抑制し、冷媒流体の自励振動を安定して継続させることができる。なお、発熱体の発熱量に対して冷却部の冷却量を釣り合わせるようにすることとは、その冷却量の大きさをその発熱量の大きさと同じにしようとすることだけでなく略同じにしようとすることも含む意味である。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した括弧内の各符号は、後述する実施形態に記載した各符号に対応したものである。

本発明の第１実施形態において冷却器１０の全体構成を示す断面図である。 第１実施形態の冷却器１０において、冷媒の自励振動中における冷却ファン４０の作動を説明するためのタイムチャートである。 本発明の第２実施形態において冷却器１０の全体構成を示す断面図である。 図３の冷却器１０において、冷媒の自励振動の振動数Ｎｉｎとファン回転速度Ｎｆとの関係を示した図である。 本発明の第３実施形態において冷却器１０の全体構成を示す断面図である。 第３実施形態の冷却器１０が有する電子制御装置６２の制御処理を示すフローチャートである。 第４実施形態の冷却器１０が有する電子制御装置６２の制御処理を示すフローチャートである。 図７のフローチャートにおいて用いられる、収容空間２４内の温度Ｔｉｎとファン回転速度Ｎｆとの予め設定された関係であるファン回転速度マップである。 第５実施形態の冷却器１０が有する電子制御装置６２の制御処理を示すフローチャートである。 図９のフローチャートにおいて用いられる、収容空間２４内の圧力Ｐｉｎとファン回転速度Ｎｆとの予め設定された関係であるファン回転速度マップである。 本発明の第６実施形態において冷却器１０の全体構成を示す断面図である。 第６実施形態の冷却器１０が有する電子制御装置６２の制御処理を示すフローチャートである。 図１２のフローチャートにおいて用いられる、冷媒の自励振動の振動数Ｎｉｎとドア回動位置との予め設定された関係であるドア回動制御マップである。 第７実施形態の冷却器１０が有する電子制御装置６２の制御処理を示すフローチャートである。 図１４のフローチャートにおいて用いられる、収容空間２４内の温度Ｔｉｎとドア回動位置との予め設定された関係であるドア回動制御マップである。 第８実施形態の冷却器１０が有する電子制御装置６２の制御処理を示すフローチャートである。 図１６のフローチャートにおいて用いられる、収容空間２４内の圧力Ｐｉｎとドア回動位置との予め設定された関係であるドア回動制御マップである。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る冷却器１０の全体構成を示す図であり、断面図示されている。冷却器１０は、その冷却器１０内に封入された冷媒を利用して発熱体１２を冷却する。図１に示すように、冷却器１０は、冷媒容器１４と駆動補助装置１６とを備えている。冷却器１０の冷媒は、常温では液体で、発熱体１２により加熱されることにより沸騰する流体である。

発熱体１２は、冷却器１０により冷却される部材であり、具体的には、冷却が必要な半導体素子などである。一例を挙げれば、インバータのパワーカードである。

冷媒容器１４の内部には、冷媒が収容される管状の管状空間２２が形成されている。その管状空間２２の一端は閉塞されているが、他端は、駆動補助装置１６に形成された伸縮空間２８ａに連通している。すなわち、その管状空間２２と伸縮空間２８ａとが一体となって、冷媒を封入する管状の収容空間２４を形成している。

また、冷媒容器１４は、加熱部１４１と冷却部１４２と延設部１４３とを有している。冷媒容器１４は、Ｌ字状の形状をなしており、加熱部１４１と冷却部１４２と延設部１４３とは、管状空間２２の長手方向に沿って、管状空間２２の一端側から並んで配置されている。具体的には、加熱部１４１と冷却部１４２とはそれらの長手方向が水平方向となるように配設され、延設部１４３はその長手方向が鉛直方向となるように配設されている。そして、冷却部１４２の加熱部１４１側とは反対側の端部が延設部１４３の下端と連結している。

加熱部１４１には発熱体１２が設けられている。具体的には、発熱体１２は、管状空間２２のうち加熱部１４１に属する部分である加熱部管状空間２２１内に収容されている。発熱体１２の電気端子１２ａ、１２ｂは加熱部１４１から突き出ており、発熱体１２は、その電気端子１２ａ、１２ｂに通電されることにより発熱する。このような構成から、加熱部１４１は、発熱体１２からの熱により、収容空間２４内に封入された冷媒の一部を沸騰させ気化させる。具体的には、加熱部管状空間２２１内の冷媒を沸騰させ気化させる。

冷却部１４２は、冷媒を冷却するための冷却装置１４２ａを備えており、管状空間２２のうち冷却部１４２に属する部分である冷却部管状空間２２２内の冷媒を冷却装置１４２ａにより冷却する。具体的に、冷却装置１４２ａは、冷却部管状空間２２２の周りに設けられた多数の冷却フィンから構成されている。そして、冷却装置１４２ａは、冷却部管状空間２２２内の冷媒を、冷却装置１４２ａ周りを流れる他の流体である空気すなわち外気と熱交換させることにより冷却する。要するに、冷却部１４２は、冷媒を外気と熱交換させることによりその冷媒を冷却する。

また、冷却部管状空間２２２は、その長手方向に直交する管路断面積が極めて小さい管路で構成されている。そのため、冷却部管状空間２２２内に冷媒の気液界面２６が存在する場合には、その気液界面２６は、重力方向に拘わらず冷媒の表面張力により、冷却部管状空間２２２の長手方向に直交する方向を向くように維持される。すなわち、冷却部管状空間２２２の長手方向において、気液界面２６を境に加熱部１４１側には気体冷媒が存在し、その反対側には液体冷媒が存在する。

例えば、冷媒が加熱部１４１で加熱されることにより気体冷媒の体積が増すほど、気液界面２６は管状空間２２の他端方向すなわち図１の左方向に移動する。そうすると、冷却部１４２は、液体冷媒も冷却するが、それと共に、加熱部で気化された気体冷媒も冷却し凝縮させる。

延設部１４３は、冷却部１４２から駆動補助装置１６に向けて延びるように設けられた部位であり、冷却部１４２と駆動補助装置１６との間に介装されている。延設部１４３には、管状空間２２のうち延設部１４３に属する部分である延設部管状空間２２３が形成されている。延設部管状空間２２３は上下方向に延びた空間である。延設部管状空間２２３の下端は冷却部管状空間２２２に接続されており、延設部管状空間２２３の上端すなわち管状空間２２の他端は伸縮空間２８ａに接続されている。

駆動補助装置１６は、伸縮空間２８ａが形成された伸縮部２８と、錘３０とを備えている。伸縮部２８は、例えば蛇腹等で構成されており、水平方向に伸縮する。駆動補助装置１６は機械的な動作を行う部分であるので、冷却器１０における駆動部３２を構成している。伸縮部２８が伸縮すると、それに伴い、伸縮空間２８ａも同じ方向に伸縮する。伸縮空間２８ａ内は常に液体の冷媒で満たされている。また、伸縮部２８はその一端すなわち図１での左端において冷媒容器１４に固定されており、伸縮部２８の他端すなわち図１での右端には錘３０が固定されている。

また、伸縮空間２８ａの一端は、前述したように管状空間２２の他端すなわち延設部管状空間２２３の上端に連通している。その一方で、伸縮空間２８ａの他端は閉塞されている。従って、管状空間２２内の冷媒が伸縮空間２８ａ内に流入すると、伸縮空間２８ａが伸びて、伸縮部２８の他端に設けられた錘３０が伸縮部２８の一端から離れるように移動する。逆に、伸縮空間２８ａ内の冷媒が管状空間２２内へ流出すると、伸縮空間２８ａが縮んで、錘３０が伸縮部２８の一端に近付くように移動する。

また、伸縮部２８は、伸縮部２８の縮んだ状態でも伸びた状態でも、加熱部管状空間２２１の全体が伸縮空間２８ａよりも下方に位置するように構成されている。また、発熱体１２からの発熱が止まれば、冷媒の気液界面２６は加熱部管状空間２２１内において発熱体１２よりも上側に位置することになり、そのため、発熱体１２が液体冷媒に浸ることになる。

錘３０は、伸縮部２８が左右に伸縮する際の慣性を増すために設けられている。

このように構成された冷却器１０では、加熱部管状空間２２１内の液体冷媒が発熱体１２により加熱され沸騰させられると冷媒の気体部分が増し、それと共に冷媒全体の体積が増加し伸縮部２８が伸びる。冷媒の気体部分がある程度増し例えば気液界面２６が図１のように冷却部管状空間２２２内に入ると、冷却部１４２が、その冷媒の気体部分を冷却し凝縮させる。

冷媒の気体部分が凝縮することにより気体部分が少なくなると、それと共に冷媒全体の体積が減少し伸縮部２８が縮む。そして、発熱体１２の一部または全部が液体冷媒に浸かるようになる。発熱体１２が液体冷媒に浸かると、上述したように再び加熱部管状空間２２１内の液体冷媒が沸騰し蒸発する。

このように、冷却器１０において加熱部１４１および冷却部１４２は、冷媒に蒸発と凝縮とを繰り返させることにより、収容空間２４内で冷媒の気液界面２６を自励振動させる。要するに、収容空間２４内で冷媒を自励振動させる。そして、伸縮部２８は、その冷媒の自励振動と同期して伸縮し、その自励振動を吸収する振動吸収部として機能する。更に、伸縮部２８は、所定のばね定数を持っているので、その伸縮部２８の伸縮方向における釣合い点に向って伸縮量に応じた反力を生じ、冷媒の自励振動を補助する役割を果たす。

この気液界面２６の自励振動すなわち冷媒の自励振動に伴い冷媒が蒸発と凝縮とを繰り返すことで、発熱体１２から冷媒を介し外気に至る熱伝達経路において高い熱伝達率を得つつ、発熱体１２の熱を、冷却部１４２にて外気へ放出させることができる。また、気液界面２６から離れた部位の液体冷媒はサブクール状態になっており、そのサブクール状態の液体冷媒が伸縮部２８の収縮と共に発熱体１２まわりに流れ込むので、発熱体１２を冷却する高い冷却性能を得ることができる。

また、冷却器１０は冷却ファン４０を備えている。冷却ファン４０は、冷却部１４２に対して空気を吹き付ける送風機である。その冷却部１４２に吹き付けられる空気は、冷却部１４２で冷媒と熱交換される流体である。冷却ファン４０は、空気を送る軸流式の羽根車４０１と、その羽根車４０１を回転駆動する駆動機構４０２とを備えている。なお、冷却ファン４０は本発明における冷却量調節装置に対応する。

駆動機構４０２は駆動補助装置１６に連結されている。駆動機構４０２は、例えばクランク機構等から構成されており、駆動補助装置１６における伸縮部２８の伸縮運動すなわち錘３０の往復運動を羽根車４０１の回転運動に変換する。従って、伸縮部２８の伸縮運動の振動数が高くなるほど、羽根車４０１の回転速度Ｎｆすなわちファン回転速度Ｎｆが高くなる。

例えば、収容空間２４内の冷媒の自励振動中であれば、その自励振動の振動数Ｎｉｎが高くなるほど、ファン回転速度Ｎｆが高くなる。そして、ファン回転速度Ｎｆが高くなると、冷却部１４２に吹き付けられる空気の流量が増し冷却部１４２での冷媒の冷却が促進される。すなわち、冷却ファン４０は、冷媒の自励振動の振動数Ｎｉｎが高くなるほど冷却部１４２の冷却量を大きくする。なお、冷却部１４２の冷却量とは、冷却部１４２が冷媒から外気へ放出させる単位時間当たりの熱量、言い換えれば、冷媒から外気への単位時間当たりの熱移動量であり、単位としては例えばＷである。また、上記空気の流量は、体積流量と質量流量との何れであっても差し支えない。

図２は、冷媒の自励振動中における冷却ファン４０の作動を説明するためのタイムチャートである。図２のタイムチャートは、上から順に、発熱体１２の発熱量、収容空間２４内での気液界面２６の位置、冷却部１４２の冷却量をそれぞれ示している。発熱体１２の発熱量とは、発熱体１２から放出される単位時間当たりの熱量であり、単位としては例えばＷである。

図２に示すように、冷媒の自励振動中に、例えば発熱体１２の発熱量が段階的に大きくなると、冷媒の蒸発と凝縮とが促進されるので、その発熱量の増加に伴い、冷媒の自励振動の振動数Ｎｉｎが高くなる。そうすると、その振動数Ｎｉｎに応じてファン回転速度Ｎｆが高くなって、冷却部１４２に吹き付けられる空気の流量が増し、冷却部１４２の冷却量が大きくなる。言い換えれば、冷却ファン４０は、空気の流量を増すことにより冷却部１４２の冷却量を大きくする。

例えば仮に、冷却ファン４０が設けられていないとすると、発熱体１２の発熱量が大きくなった場合に破線のように推移する。すなわち、発熱体１２の発熱量が段階的に大きくなると、それに追従して冷却部１４２の冷却量は一時的には大きくなる。しかし、発熱体１２の発熱量に見合った冷却部１４２の冷却量が維持されず、そのため、冷媒の自励振動は減衰し停止することになる。

このように、冷却ファン４０は、発熱体１２の発熱量が変動した場合たとえば発熱量が図２のように増大した場合に、図２の破線ではなく実線のように冷却部１４２の冷却量を推移させる。要するに、冷却ファン４０は、発熱体１２の発熱量に対して冷却部１４２の冷却量を釣り合わせるようにその冷却量を調節する。なお、後述する第２実施形態以降の実施形態においても、図２のタイムチャートの縦軸に示されたパラメータは、図２と同様に推移する。

上述したように、本実施形態によれば、冷却ファン４０は、発熱体１２の発熱量に対して冷却部１４２の冷却量を釣り合わせるようにその冷却量を調節するので、発熱体１２の発熱量と冷却部１４２の冷却量との不均衡を抑制し、冷媒の自励振動を安定して継続させることができる。

また、本実施形態によれば、冷却ファン４０は、冷却部１４２に吹き付ける空気の流量を増すことにより冷却部１４２の冷却量を大きくし、冷媒の自励振動の振動数Ｎｉｎが高くなるほど冷却部１４２の冷却量を大きくするので、冷媒の自励振動に伴う伸縮部２８の伸縮運動を冷却ファン４０の動力源とすることができる。

また、本実施形態によれば、発熱体１２の少なくとも一部が、発熱体１２の発熱開始時点においては冷媒の液体部分に浸かっているので、発熱体１２からの熱が発熱開始時点において冷媒に伝わり易いという利点がある。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を主として説明する。また、前述の実施形態と同一または均等な部分については省略または簡略化して説明する。後述の第３実施形態以降の説明でも同様である。

図３は、本実施形態に係る冷却器１０の全体構成を示す断面図である。図３に示すように、本実施形態の冷却ファン４０は、羽根車４０１および駆動機構４０２に加え、変速装置４０３を備えている。変速装置４０３は、例えば変速機およびリミッタ機構等から構成されており、伸縮部２８が伸縮する振動数すなわち冷媒の自励振動の振動数Ｎｉｎの高低に応じて、その振動数Ｎｉｎとファン回転速度Ｎｆとの比を変更する。

例えば、変速装置４０３は、冷媒の自励振動の振動数Ｎｉｎとファン回転速度Ｎｆとの関係を示した図４のように、自励振動の振動数Ｎｉｎに対しファン回転速度Ｎｆを変化させる。

すなわち、変速装置４０３は、冷媒の自励振動の低振動数域では、その自励振動の振動数Ｎｉｎに対するファン回転速度Ｎｆの上昇量を小さくして、ファン回転速度Ｎｆを低く抑える。そして、冷媒の自励振動の高振動数域では、低振動数域に比して、自励振動の振動数Ｎｉｎに対するファン回転速度Ｎｆの上昇量を大きくする。例えば、変速装置４０３は、自励振動の振動数Ｎｉｎが次第に高くなっていく過程では、所定の振動数を境に、自励振動の振動数Ｎｉｎに対するファン回転速度Ｎｆの上昇量を大きくする。更に、変速装置４０３は、ファン回転速度Ｎｆを所定の上限回転速度以下に制限する。このように、変速装置４０３は、冷媒の自励振動の振動数Ｎｉｎとファン回転速度Ｎｆとの関係が単純な比例関係とはならないように、羽根車４０１を回転させる。

上述したように、本実施形態によれば、変速装置４０３は、冷媒の自励振動の低振動数域では、その自励振動の振動数Ｎｉｎに対するファン回転速度Ｎｆの上昇量を小さくしているので、例えば冷却部１４２周りの外気の自然対流を利用して冷媒の冷却が図られるように、冷媒の自励振動により駆動部３２から出力される動力を適切に節約することができる。

また、本実施形態によれば、変速装置４０３は、ファン回転速度Ｎｆを所定の上限回転速度以下に制限するので、冷却ファン４０の耐久性が損なわれることを防止できる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を主として説明する。図５は、本実施形態に係る冷却器１０の全体構成を示す断面図である。

図５に示すように、本実施形態の冷却器１０は、図１の駆動補助装置１６へ機械的に連結された冷却ファン４０に替えて、電動の電動冷却ファン６０と、その電動冷却ファン６０を制御する電子制御装置６２とを備えているという点が、前述の第１実施形態に対して異なっている。また、駆動補助装置１６の伸縮部２８の伸縮方向が、第１実施形態では水平方向となっているが、本実施形態では上下方向となっている。

電動冷却ファン６０は、電動式であるという点が第１実施形態の冷却ファン４０とは異なっているが、それ以外は、第１実施形態の冷却ファン４０と同じである。従って、電動冷却ファン６０は、羽根車４０１と電動モータ６０２とを備えている。

電動モータ６０２は、電子制御装置６２からの制御信号に従って、羽根車４０１を回転駆動する。

駆動補助装置１６の伸縮部２８は重力方向の上下に伸縮する。伸縮部２８はその下端において延設部１４３に連結されており、伸縮部２８の上端には錘３０が固定されている。

また、延設部管状空間２２３は、第１実施形態のように上下方向に延びる空間ではなく、冷却部管状空間２２２から水平方向に延設された空間となっている。そして、延設部管状空間２２３の上側の一部にて伸縮空間２８ａの下端と連通している。

電子制御装置６２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータとその周辺回路とから構成されており、ＲＯＭ等に予め記憶されたコンピュータプログラムに従って種々の制御処理を実行する。

また、電子制御装置６２には、周知のセンサ等から種々の検出信号等が入力される。例えば、錘３０に固定された振動数検出器６４からの検出信号が入力される。その振動数検出器６４は、例えば加速度センサ等で構成されており、伸縮部２８の上端の振動数、すなわち収容空間２４内における冷媒の自励振動の振動数Ｎｉｎを検出信号として電子制御装置６２へ出力する。なお、本実施形態では、電動冷却ファン６０と電子制御装置６２と振動数検出器６４とが、本発明における冷却量調節装置を構成している。

次に、本実施形態において電子制御装置６２が実行する制御処理を説明する。図６は、本実施形態の電子制御装置６２の制御処理を示すフローチャートである。電子制御装置６２は、例えば発熱体１２の発熱が開始されてから終了するまで、図６のフローチャートに示す制御処理を周期的に繰り返し実行する。

先ず、図６のＳ１１０においては、電子制御装置６２は、振動数検出器６４によって、収容空間２４内における冷媒の自励振動の振動数Ｎｉｎを検出する。

続くＳ１２０においては、Ｓ１１０にて検出した自励振動の振動数Ｎｉｎに基づいて電動モータ６０２の回転速度すなわちファン回転速度Ｎｆを決定する。例えば、電子制御装置６２は、図４に示す冷媒の自励振動の振動数Ｎｉｎとファン回転速度Ｎｆとの関係と同様の関係を表すファン回転速度マップを予め記憶しており、そのファン回転速度マップからファン回転速度Ｎｆを決定する。

続くＳ１３０においては、Ｓ１２０にて決定されたファン回転速度Ｎｆで電動冷却ファン６０を駆動するように、電動モータ６０２に対して制御信号を出力する。電動モータ６０２は、その制御信号を受けると、上記決定されたファン回転速度Ｎｆで羽根車４０１を回転させる。

このような制御処理が発熱体１２の発熱中に繰り返し実行されることにより、本実施形態では、前述の第２実施形態と同様のファン回転速度Ｎｆ変化を、電子制御装置６２の制御により実現することができる。そのため、前述の第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、上述した図６の各ステップでの処理は、それぞれの機能を実現する手段を構成している。後述する図７、９、１２、１４、１６のフローチャートでも同様である。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第３実施形態と異なる点を主として説明する。本実施形態に係る冷却器１０の全体構成を示す図は、第３実施形態と同様、図５である。

本実施形態の電子制御装置６２は、第３実施形態と異なり、収容空間２４内の温度Ｔｉｎに基づいてファン回転速度Ｎｆを決定する。そのため、本実施形態では、冷却器１０は、第３実施形態の振動数検出器６４に替えて温度センサ６６を備えている。

温度センサ６６は、例えば図５に示すように加熱部管状空間２２１内の発熱体１２の表面に設けられており、発熱体１２の表面温度を収容空間２４内の温度Ｔｉｎとして検出する。そして、収容空間２４内の温度Ｔｉｎを表す検出信号が、温度センサ６６から電子制御装置６２へ入力される。なお、本実施形態では、電動冷却ファン６０と電子制御装置６２と温度センサ６６とが、本発明における冷却量調節装置を構成している。

次に、本実施形態において電子制御装置６２が実行する制御処理を説明する。図７は、本実施形態の電子制御装置６２の制御処理を示すフローチャートである。電子制御装置６２は、前述の第３実施形態と同様にして、図７のフローチャートに示す制御処理を周期的に実行する。図７は、前述の図６に相当するフローチャートであり、図６に対し、Ｓ１１０がＳ２１０に置き換わっておりＳ１２０がＳ２２０に置き換わっている点において異なっている。図７において、図６と同じ内容のステップについては同一の符号を付しその説明を省略する。

先ず、図７のＳ２１０においては、電子制御装置６２は、温度センサ６６によって収容空間２４内の温度Ｔｉｎを検出する。

続くＳ２２０においては、Ｓ２１０にて検出した収容空間２４内の温度Ｔｉｎに基づいてファン回転速度Ｎｆを決定する。例えば、電子制御装置６２は、図８に示す収容空間２４内の温度Ｔｉｎとファン回転速度Ｎｆとの関係であるファン回転速度マップを予め記憶しており、そのファン回転速度マップからファン回転速度Ｎｆを決定する。

具体的に、図８のファン回転速度マップでは、収容空間２４内の温度Ｔｉｎが高くなるほどファン回転速度Ｎｆが大きくされる。詳細には、収容空間２４内の温度Ｔｉｎの低い領域では、その収容空間２４内の温度Ｔｉｎに対するファン回転速度Ｎｆの上昇量が小さくされており、ファン回転速度Ｎｆが低く抑えられる。そして、収容空間２４内の温度Ｔｉｎの高い領域では、低い領域に比して、収容空間２４内の温度Ｔｉｎに対するファン回転速度Ｎｆの上昇量が大きくされる。

例えば、図８のファン回転速度マップによれば、収容空間２４内の温度Ｔｉｎに対するファン回転速度Ｎｆの上昇量は、その温度Ｔｉｎが次第に上昇していく過程では、所定の温度を境に大きくなる。更に、収容空間２４内の温度Ｔｉｎに拘わらず、ファン回転速度Ｎｆは所定の上限回転速度以下に制限される。

なお、冷媒の自励振動中には、収容空間２４内の温度Ｔｉｎはその自励振動に同期して脈動するが、例えば、その脈動する収容空間２４内の温度Ｔｉｎの極大値すなわち上ピーク値が、図８のファン回転速度マップでファン回転速度Ｎｆを決定するために用いられる。

上述したように、本実施形態によれば、電動冷却ファン６０は、図８に示すように、収容空間２４内の温度Ｔｉｎが高くなるほどファン回転速度Ｎｆを大きくするように制御される。すなわち、電動冷却ファン６０は、収容空間２４内の温度Ｔｉｎが高くなるほど冷却部１４２の冷却量を大きくするので、発熱体１２の発熱量に対して冷却部１４２の冷却量を釣り合わせるように、冷却部１４２の冷却量を収容空間２４内の温度Ｔｉｎに基づいて調節することが可能である。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第３実施形態と異なる点を主として説明する。本実施形態に係る冷却器１０の全体構成を示す図は、第３実施形態と同様、図５である。

本実施形態の電子制御装置６２は、第３実施形態と異なり、収容空間２４内の圧力Ｐｉｎすなわち冷媒圧力Ｐｉｎに基づいてファン回転速度Ｎｆを決定する。そのため、本実施形態では、冷却器１０は、第３実施形態の振動数検出器６４に替えて圧力センサ６８を備えている。

圧力センサ６８は、例えば図５に示すように伸縮部２８に設けられており、伸縮部２８の伸縮空間２８ａ内の圧力を収容空間２４内の圧力Ｐｉｎとして検出する。そして、収容空間２４内の圧力Ｐｉｎを表す検出信号が、圧力センサ６８から電子制御装置６２へ入力される。なお、本実施形態では、電動冷却ファン６０と電子制御装置６２と圧力センサ６８とが、本発明における冷却量調節装置を構成している。

次に、本実施形態において電子制御装置６２が実行する制御処理を説明する。図９は、本実施形態の電子制御装置６２の制御処理を示すフローチャートである。電子制御装置６２は、前述の第３実施形態と同様にして、図９のフローチャートに示す制御処理を周期的に実行する。図９は、前述の図６に相当するフローチャートであり、図６に対し、Ｓ１１０がＳ３１０に置き換わっておりＳ１２０がＳ３２０に置き換わっている点において異なっている。図９において、図６と同じ内容のステップについては同一の符号を付しその説明を省略する。

先ず、図９のＳ３１０においては、電子制御装置６２は、圧力センサ６８によって収容空間２４内の圧力Ｐｉｎを検出する。

続くＳ３２０においては、Ｓ３１０にて検出した収容空間２４内の圧力Ｐｉｎに基づいてファン回転速度Ｎｆを決定する。例えば、電子制御装置６２は、図１０に示す収容空間２４内の圧力Ｐｉｎとファン回転速度Ｎｆとの関係であるファン回転速度マップを予め記憶しており、そのファン回転速度マップからファン回転速度Ｎｆを決定する。

具体的に、図１０のファン回転速度マップは、前述の図８のファン回転速度マップの横軸が収容空間２４内の温度Ｔｉｎから収容空間２４内の圧力Ｐｉｎへ置き換えられたものとなっている。

なお、冷媒の自励振動中には、収容空間２４内の圧力Ｐｉｎはその自励振動に同期して脈動するが、例えば、その脈動する収容空間２４内の圧力Ｐｉｎの極大値すなわち上ピーク値が、図１０のファン回転速度マップでファン回転速度Ｎｆを決定するために用いられる。

上述したように、本実施形態によれば、電動冷却ファン６０は、図１０に示すように、収容空間２４内の圧力Ｐｉｎが高くなるほどファン回転速度Ｎｆを大きくするように制御される。すなわち、電動冷却ファン６０は、収容空間２４内の圧力Ｐｉｎが高くなるほど冷却部１４２の冷却量を大きくするので、発熱体１２の発熱量に対して冷却部１４２の冷却量を釣り合わせるように、冷却部１４２の冷却量を収容空間２４内の圧力Ｐｉｎに基づいて調節することが可能である。

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第３実施形態と異なる点を主として説明する。図１１は、本実施形態に係る冷却器１０の全体構成を示す断面図である。

図１１に示すように、本実施形態の冷却器１０は、図５の電動冷却ファン６０に替えて、空調装置８０を備えているという点が、前述の第３実施形態に対して異なっている。

空調装置８０は、冷却部１４２に対して空気を吹き付けるという点では第３実施形態の電動冷却ファン６０と同様である。しかし、空調装置８０は、その冷却部１４２に対して吹き付ける空気の温度である送風温度Ｔａｉｒを調節する機能を備えているという点で、その電動冷却ファン６０とは異なっている。従って、本実施形態の空調装置８０は、冷却部１４２で冷媒と熱交換する前における空気の温度Ｔａｉｒすなわち送風温度Ｔａｉｒを下げることにより冷却部１４２の冷却量を大きくする。

具体的には、図１１に示すように、空調装置８０は、不図示の送風機によって送風される空気を冷却部１４２へ導く送風ダクト８０１と、その送風ダクト８０１の吹出口に設けられた調温ドア８０３とを備えている。

送風ダクト８０１は、不図示の冷却装置によって冷却された冷風が冷却部１４２に向けて送られる冷風通路８０１ａと、その冷風よりも高温の温風が冷却部１４２に向けて送られる温風通路８０１ｂとを備えている。その温風は、例えば、冷却も加熱もなされていない常温の空気である。

冷風通路８０１ａと温風通路８０１ｂとは、それぞれの吹出口を冷却部１４２に向け、互いに隣り合って並列に配設されている。

調温ドア８０３は、一軸心まわりに矢印ＡＲｄｒのように回動する平板状のドアであり、例えば電子制御装置６２により制御される不図示の電動モータによって回動させられる。

調温ドア８０３は、温風通路８０１ｂを塞ぐ一方で冷風通路８０１ａを全開にする第１回動位置ＡＰ１から、温風通路８０１ｂを全開にする一方で冷風通路８０１ａを塞ぐ第２回動位置ＡＰ２にまで連続的に回動する。図１１では、第１回動位置ＡＰ１の調温ドア８０３は破線で表され、第２回動位置ＡＰ２の調温ドア８０３は実線で表されている。

このような構成から、空調装置８０は、調温ドア８０３の回動位置に応じて送風温度Ｔａｉｒを調節することができる。具体的には、調温ドア８０３の回動位置が第１回動位置ＡＰ１にあるときに送風温度Ｔａｉｒは最も低くなる。そして、調温ドア８０３の回動位置が第１回動位置ＡＰ１から第２回動位置ＡＰ２へ変化するほど、送風温度Ｔａｉｒは高くなる。なお、本実施形態では、空調装置８０と電子制御装置６２と振動数検出器６４とが、本発明における冷却量調節装置を構成している。

次に、本実施形態において電子制御装置６２が実行する制御処理を説明する。図１２は、本実施形態の電子制御装置６２の制御処理を示すフローチャートである。電子制御装置６２は、前述の第３実施形態と同様に、例えば発熱体１２の発熱が開始されてから終了するまで、図１２のフローチャートに示す制御処理を周期的に繰り返し実行する。

先ず、図１２のＳ１１０においては、電子制御装置６２は、振動数検出器６４によって、収容空間２４内における冷媒の自励振動の振動数Ｎｉｎを検出する。これは、前述の図６のＳ１１０と同様である。

続くＳ４２０においては、Ｓ１１０にて検出した自励振動の振動数Ｎｉｎに基づいて、調温ドア８０３の回動位置であるドア回動位置を決定する。例えば、電子制御装置６２は、図１３に示す冷媒の自励振動の振動数Ｎｉｎとドア回動位置との関係であるドア回動制御マップを予め記憶しており、そのドア回動制御マップからドア回動位置を決定する。

具体的に、図１３のドア回動制御マップでは、冷媒の自励振動の振動数Ｎｉｎが高くなるほどドア回動位置は第２回動位置ＡＰ２から第１回動位置ＡＰ１へと変化する。要するに、冷媒の自励振動の振動数Ｎｉｎが高くなるほど、冷却部１４２で冷媒と熱交換される空気の温度すなわち送風温度Ｔａｉｒが低くなる。

詳細には、上記自励振動の振動数Ｎｉｎが低い領域では、ドア回動位置は、その振動数Ｎｉｎに拘わらず、第２回動位置ＡＰ２になる。その振動数Ｎｉｎの所定の中間領域内においては、その振動数Ｎｉｎが高くなるほどドア回動位置は第２回動位置ＡＰ２から第１回動位置ＡＰ１へと変化する。そして、その所定の中間領域を超える高振動数域においては、ドア回動位置は、その振動数Ｎｉｎに拘わらず、第１回動位置ＡＰ１になる。

すなわち、図１３のドア回動制御マップによれば、上記自励振動の振動数Ｎｉｎが上記所定の中間領域内である場合には、空調装置８０は、その振動数Ｎｉｎが高くなるほど送風温度Ｔａｉｒが低くなるように制御される。そして、空調装置８０は、その振動数Ｎｉｎが所定の中間領域を超えて更に高い場合には、送風温度Ｔａｉｒがそれの調節範囲において最も低い温度になるように制御される。逆に、その振動数Ｎｉｎが所定の中間領域を下回って更に低い場合には、送風温度Ｔａｉｒがそれの調節範囲において最も高い温度になるように制御される。

続くＳ４３０においては、Ｓ４２０にて決定されたドア回動位置に調温ドア８０３を回動するように、空調装置８０に対して制御信号を出力する。空調装置８０がその制御信号を受けると、調温ドア８０３が、上記決定されたドア回動位置に回動させられる。

このような制御処理が発熱体１２の発熱中に繰り返し実行されることにより、本実施形態では、電子制御装置６２は、冷媒の自励振動の振動数Ｎｉｎに応じて送風温度Ｔａｉｒを調節することができる。すなわち、前述の第１〜５実施形態と同様に、発熱体１２の発熱量に対して冷却部１４２の冷却量を釣り合わせるようにその冷却量を調節することができる。

（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第６実施形態と異なる点を主として説明する。本実施形態に係る冷却器１０の全体構成を示す図は、第６実施形態と同様、図１１である。

本実施形態の電子制御装置６２は、第６実施形態と異なり、収容空間２４内の温度Ｔｉｎに基づいて調温ドア８０３のドア回動位置を決定する。そのため、本実施形態では、冷却器１０は、第６実施形態の振動数検出器６４に替えて、図１１に示す温度センサ６６を備えている。本実施形態の温度センサ６６は前述の第４実施形態のものと同じであるので、その説明を省略する。なお、本実施形態では、空調装置８０と電子制御装置６２と温度センサ６６とが、本発明における冷却量調節装置を構成している。

本実施形態において電子制御装置６２が実行する制御処理を説明する。図１４は、本実施形態の電子制御装置６２の制御処理を示すフローチャートである。電子制御装置６２は、前述の第６実施形態と同様にして、図１４のフローチャートに示す制御処理を周期的に実行する。図１４は、前述の図１２に相当するフローチャートであり、図１２に対し、Ｓ１１０がＳ２１０に置き換わっておりＳ４２０がＳ５２０に置き換わっている点において異なっている。図１４において、図１２と同じ内容のステップについては同一の符号を付しその説明を省略する。また、図１４のＳ２１０は前述の図７のものと同じであるので、その説明も省略する。

Ｓ５２０においては、電子制御装置６２は、Ｓ２１０にて検出した収容空間２４内の温度Ｔｉｎに基づいて調温ドア８０３のドア回動位置を決定する。例えば、電子制御装置６２は、図１５に示す収容空間２４内の温度Ｔｉｎとドア回動位置との関係であるドア回動制御マップを予め記憶しており、そのドア回動制御マップからドア回動位置を決定する。

具体的に、図１５のドア回動制御マップは、前述の図１３のドア回動制御マップの横軸が冷媒の自励振動の振動数Ｎｉｎから収容空間２４内の温度Ｔｉｎへ置き換えられたものとなっている。

なお、前述の図８のファン回転速度マップと同様に、例えば、脈動する収容空間２４内の温度Ｔｉｎの極大値すなわち上ピーク値が、図１５のドア回動制御マップでドア回動位置を決定するために用いられる。

上述したように、本実施形態によれば、空調装置８０は、図１５に示すように、収容空間２４内の温度Ｔｉｎが高くなるほど送風温度Ｔａｉｒを低くするように制御される。すなわち、空調装置８０は、収容空間２４内の温度Ｔｉｎが高くなるほど冷却部１４２の冷却量を大きくするので、発熱体１２の発熱量に対して冷却部１４２の冷却量を釣り合わせるように、冷却部１４２の冷却量を収容空間２４内の温度Ｔｉｎに基づいて調節することが可能である。

（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第６実施形態と異なる点を主として説明する。本実施形態に係る冷却器１０の全体構成を示す図は、第６実施形態と同様、図１１である。

本実施形態の電子制御装置６２は、第６実施形態と異なり、収容空間２４内の圧力Ｐｉｎに基づいて調温ドア８０３のドア回動位置を決定する。そのため、本実施形態では、冷却器１０は、第６実施形態の振動数検出器６４に替えて、図１１に示す圧力センサ６８を備えている。本実施形態の圧力センサ６８は前述の第５実施形態のものと同じであるので、その説明を省略する。なお、本実施形態では、空調装置８０と電子制御装置６２と圧力センサ６８とが、本発明における冷却量調節装置を構成している。

本実施形態において電子制御装置６２が実行する制御処理を説明する。図１６は、本実施形態の電子制御装置６２の制御処理を示すフローチャートである。電子制御装置６２は、前述の第６実施形態と同様にして、図１６のフローチャートに示す制御処理を周期的に実行する。図１６は、前述の図１２に相当するフローチャートであり、図１２に対し、Ｓ１１０がＳ３１０に置き換わっておりＳ４２０がＳ６２０に置き換わっている点において異なっている。図１６において、図１２と同じ内容のステップについては同一の符号を付しその説明を省略する。また、図１６のＳ３１０は前述の図９のものと同じであるので、その説明も省略する。

Ｓ６２０においては、電子制御装置６２は、Ｓ３１０にて検出した収容空間２４内の圧力Ｐｉｎに基づいて調温ドア８０３のドア回動位置を決定する。例えば、電子制御装置６２は、図１７に示す収容空間２４内の圧力Ｐｉｎとドア回動位置との関係であるドア回動制御マップを予め記憶しており、そのドア回動制御マップからドア回動位置を決定する。

具体的に、図１７のドア回動制御マップは、前述の図１３のドア回動制御マップの横軸が冷媒の自励振動の振動数Ｎｉｎから収容空間２４内の圧力Ｐｉｎへ置き換えられたものとなっている。

なお、前述の図１０のファン回転速度マップと同様に、例えば、脈動する収容空間２４内の圧力Ｐｉｎの極大値すなわち上ピーク値が、図１７のドア回動制御マップでドア回動位置を決定するために用いられる。

上述したように、本実施形態によれば、空調装置８０は、図１７に示すように、収容空間２４内の圧力Ｐｉｎが高くなるほど送風温度Ｔａｉｒを低くするように制御される。すなわち、空調装置８０は、収容空間２４内の圧力Ｐｉｎが高くなるほど冷却部１４２の冷却量を大きくするので、発熱体１２の発熱量に対して冷却部１４２の冷却量を釣り合わせるように、冷却部１４２の冷却量を収容空間２４内の圧力Ｐｉｎに基づいて調節することが可能である。

（他の実施形態）
（１）上述の第４、第７実施形態において、温度センサ６６は、具体的には発熱体１２の表面温度を検出するが、例えば、伸縮空間２８ａ内、加熱部管状空間２２１内、冷却部管状空間２２２内、延設部管状空間２２３内、管状空間２２を形成する壁面、冷媒容器１４自体など、何れの温度を収容空間２４内の温度Ｔｉｎとして検出しても差し支えない。

（２）上述の第４実施形態において、脈動する収容空間２４内の温度Ｔｉｎの上ピーク値が、図８のファン回転速度マップでファン回転速度Ｎｆを決定するために用いられるが、所定期間内での収容空間２４内の温度Ｔｉｎの平均値が用いられてもよいし、収容空間２４内の温度Ｔｉｎの下ピーク値が用いられてもよい。上述の第７実施形態における図１５のドア回動制御マップに関しても同様である。

（３）上述の第５、第８実施形態において、圧力センサ６８は、具体的には伸縮空間２８ａ内の圧力を検出するが、例えば、加熱部管状空間２２１内、冷却部管状空間２２２内、延設部管状空間２２３内など、何れにおける圧力を収容空間２４内の圧力Ｐｉｎとして検出しても差し支えない。

（４）上述の第５実施形態において、脈動する収容空間２４内の圧力Ｐｉｎの上ピーク値が、図１０のファン回転速度マップでファン回転速度Ｎｆを決定するために用いられるが、所定期間内での収容空間２４内の圧力Ｐｉｎの平均値が用いられてもよいし、収容空間２４内の圧力Ｐｉｎの下ピーク値が用いられてもよい。上述の第８実施形態における図１７のドア回動制御マップに関しても同様である。

（５）上述の実施形態において、発熱体１２からの発熱が止まると、発熱体１２全体が液体冷媒に浸るが、発熱体１２の一部分が液体冷媒に浸るのでも差し支えない。すなわち、発熱体１２の発熱が開始された時点において、発熱体１２の全部ではなく一部分だけが液体冷媒に浸かっていても差し支えない。

（６）上述の実施形態において、冷却部１４２は、冷却部管状空間２２２内の冷媒を外気と熱交換させることにより冷却するが、冷却部１４２まわりに冷却水が流れる配管を設け、冷媒を、その冷却水と熱交換させることにより冷却しても差し支えない。そのように、冷却部１４２で冷媒と熱交換される他の流体が冷却水とされる場合には、例えば、図１、３、５に示す冷却ファン４０、６０は、その冷却水を流し流量を調節するポンプに置き換わり、図１１に示す空調装置８０は、その冷却水の水温を調節する調温装置に置き換わる。

（７）上述の実施形態において、加熱部管状空間２２１および冷却部管状空間２２２は、その長手方向が水平方向となるように設けられているが、例えば冷媒容器１４が、特許第４４１１８２９号公報に記載された流体容器のようにＵ字状に形成され、加熱部管状空間２２１の長手方向、または、加熱部管状空間２２１および冷却部管状空間２２２の両方の長手方向が上下方向に向いていても差し支えない。

（８）上述の実施形態において、発熱体１２は、加熱部管状空間２２１内に収容されているので冷媒に直接接触するが、発熱体１２の熱により加熱部１４１の冷媒を沸騰させることができれば、発熱体１２は冷媒に直接接触する必要はなく、発熱体１２の配置位置に限定はない。

（９）上述の実施形態において、駆動補助装置１６は錘３０を備えているが、錘３０は無くても差し支えない。或いは、錘３０が、冷媒の振動を助長するように慣性力を付加する他の部品又は装置に置き換わっていても差し支えない。

（１０）上述の実施形態において、伸縮部２８は蛇腹等で構成され上下に伸縮するが、冷媒の振動を吸収できれば伸縮しない構成であっても差し支えない。

（１１）上述の実施形態において、発熱体１２は、冷却が必要な半導体素子などであるが、電気部品である必要はない。

（１２）上述の実施形態において、図６、７、９、１２、１４、１６のフローチャートに示す各ステップの処理はコンピュータプログラムによって実現されるものであるが、ハードロジックで構成されるものであっても差し支えない。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。

１０ 冷却器
１２ 発熱体
１４１ 加熱部
１４２ 冷却部
２４ 収容空間
２６ 気液界面
４０ 冷却ファン（冷却量調節装置）
６０ 電動冷却ファン（冷却量調節装置）
６２ 電子制御装置（冷却量調節装置）
８０ 空調装置（冷却量調節装置）

Claims (6)

1. 発熱体（１２）からの熱により、管状の収容空間（２４）内に封入された冷媒流体の一部を加熱し気化させる加熱部（１４１）と、
   前記加熱部で気化された前記冷媒流体を冷却して液化させる冷却部（１４２）と、
   前記発熱体の発熱量に対して前記冷却部の冷却量を釣り合わせるように該冷却量を調節する冷却量調節装置（４０、６０、６２、６４、６６、６８、８０）とを備え、
   前記加熱部および前記冷却部は、前記冷媒流体に気化と液化とを繰り返させることにより、前記収容空間内で前記冷媒流体を自励振動させるものであることを特徴とする冷却器。
2. 前記冷却量調節装置（４０、６０、６２、６４、８０）は、前記冷媒流体の自励振動の振動数（Ｎｉｎ）が高くなるほど前記冷却部の冷却量を大きくすることを特徴とする請求項１に記載の冷却器。
3. 前記冷却量調節装置（４０、６０、６２、６６、８０）は、前記収容空間内の温度（Ｔｉｎ）が高くなるほど前記冷却部の冷却量を大きくすることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却器。
4. 前記冷却量調節装置（４０、６０、６２、６８、８０）は、前記収容空間内の圧力（Ｐｉｎ）が高くなるほど前記冷却部の冷却量を大きくすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷却器。
5. 前記冷却部は、前記冷媒流体を他の流体と熱交換させることにより該冷媒流体を冷却し、
   前記冷却量調節装置（４０、６０、６２、６４、６６、６８）は、前記他の流体の流量を増すことにより前記冷却部の冷却量を大きくすることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷却器。
6. 前記冷却部は、前記冷媒流体を他の流体と熱交換させることにより該冷媒流体を冷却し、
   前記冷却量調節装置（６２、６４、６６、６８、８０）は、前記冷媒流体と熱交換させる前記他の流体の温度を下げることにより前記冷却部の冷却量を大きくすることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷却器。
   

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