JP6304420B1 - 冷媒分配装置、冷却装置及び冷媒分配装置における冷媒分配方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特に多数の電子機器を密集させたデータセンタでは、多くの熱が出され、その処理能力維持のために、冷媒の蒸発・凝縮という相変化サイクルを利用して排熱を行う冷却装置が備えられている。
特許文献1の冷媒分配装置では、放熱器で液化された冷媒液が分配容器に流入し、下部に設けた配管を通って各受熱器に供給される。各受熱器に十分な冷媒液が供給されると、分配容器の内部でオーバーフローが生じ、側面に設けた下方液相管に流れる配管を通り、次の受熱器に冷媒液を供給するための下部の分配容器に向かう。この構造により、各受熱器に均等に冷媒を供給する。
そして、このような不具合を解消するために、特許文献2〜4に示されるような、冷媒分配装置に流路切換弁を設ける等の構成も提案されてはいるが、動作条件をどのように設定するかが明確ではなく、この点において技術改善が期待されていた。
本発明の第1態様として示される冷媒分配装置では、冷媒液が流通される分配容器と、該分配容器の上部に接続されて冷媒液が供給される冷媒流入管と、該分配容器の下部に接続されて冷媒液を一方の受熱器に排出する第1冷媒流出管と、該分岐配管の下部に接続されて冷媒液を他方の受熱器に排出する第2冷媒流出管と、該分配容器内に配置されて該分配容器内の冷媒液の水位により作動するフロート型の流路切換弁と、を有し、前記流路切換弁は、前記一方の受熱器内の冷媒量が基準液量に到達しない場合に、前記第1冷媒流出管側に経路を切換え、また、前記一方の受熱器内の冷媒量が基準液量に到達した場合に、前記第1冷媒流出管側の経路を遮断して、前記第2冷媒流出管側に経路を切換えることを特徴とする。
図1は本発明の最少に係る冷媒分配装置100の概略構成図であって、符号1で示すものは装置本体となる分配容器である。
分配容器1は冷媒液Cが流通される内部空間1Aを有し、その上部には、放熱器(図示略)で液化された冷媒液Cが供給される冷媒流入管2が接続されている。
また、分配容器1の下部には、冷媒液Cを一方の受熱器50に排出する第1冷媒流出管3と、該冷媒液Cを他方の受熱器(図示略)に排出する第2冷媒流出管4とがそれぞれ接続されている。
流路切換弁5は、図1(A)に矢印(イ)で示すように、一方の受熱器50内の冷媒量が基準液量Lに到達しない場合に、第1冷媒流出管3側に経路を切換える。
また、この流路切換弁5は、図1(B)に矢印(ロ)で示すように、一方の受熱器50内の冷媒量が基準液量Lに到達した場合に、第1冷媒流出管3側の経路を遮断して、他方の受熱器(図示略)に通じる第2冷媒流出管4側に経路を切換える。
そして、このような流路切換弁5の動作により、受熱器50内の冷媒液Cを一定量に保持し、これによって受熱器50での受熱効率低下を防止することが可能となる。
また、流路切換弁5では、分配容器1内での冷媒液Cの貯留量に基づき、自動で切換が行われるので、特別な弁駆動装置を必要とせず、これにより弁周りの構成が複雑化することが防止される。
本発明の一実施形態について図2〜図6を参照して説明する。
図2は本発明が適用される冷却装置200の全体図であって、本発明に係る冷媒分配装置10は上下方向に直列となるように複数台が接続されている。
これら冷媒分配装置10には、第1冷媒流出管13(後述する)を介して受熱器50〜53がそれぞれ接続されており、これら受熱器50〜53にて電子機器(図示略)からの排熱を受け、内部の冷媒液Cが沸騰して気化する。これにより電子機器の冷却が行われる。
なお、冷媒分配装置10及び受熱器50〜53は共に本体容器20内に収容されている。本体容器20には、サーバなどの電子機器(図示略)で発生した熱を、受熱器50〜53に至らせるための開口21が形成されている。
また、本体容器20にはリアドア22が設けられており、このリアドア22の開閉により冷媒分配装置10及び受熱器50〜53のメンテナンスが行われる。
そして、放熱器60にて、外気との熱交換が行われることで、気化した冷媒の熱が奪われ、これにより該冷媒が液化する。
その後、放熱器60で液化された冷媒液Cは、接続管56及び冷媒流入管12(後述する)を経由して冷媒分配装置10に還流される。
なお、冷媒分配装置10について、上下方向に複数台が直列配置されている中で、最上段に位置するものについて説明する。
分配容器11は、冷媒液Cが流通される内部空間11Aを有する筒状体であって、その上端部11Bには、放熱器60で液化された冷媒液Cが供給される冷媒流入管12が接続されている。
第1冷媒流出管13は、分配容器11の下部でかつ側壁部11Cに配置されたものであって、分配容器11内の冷媒液Cを一方の受熱器50に排出する。
第2冷媒流出管14は、分配容器11の下端部11Dを貫通するように該分配容器11内に内挿され、かつ該分配容器11の側壁部11Cと間に間隙Sを有するように配置されるものであって、分配容器11内の冷媒液Cを他方の受熱器51〜53に排出する。
なお、分配容器11及び第2冷媒流出管14は共に中心となる軸線Aを同じくする同軸状でかつ上下方向に沿い設置されている。
この流路切換弁15は、分配容器11内に上下を仕切るように配置された仕切板30と、該仕切板30の下側に位置して内部の冷媒液Cにより浮力が生じるフロート弁31と、を具備している。
フロート弁31は、全体としてリング状に形成され、かつ分配容器11に内挿された第2冷媒流出管14の外側位置にて軸線Aに沿い上下方向に移動自在に設置されている。
そして、このようなフロート弁31では、一方の受熱器50内の冷媒液Cの冷媒量が基準液量Lに到達した場合に、上方に位置する仕切板30に接触して、第1冷媒流出管13側に通じていた経路を第2冷媒流出管14側に切換える。
具体的には、図3及び図4に示されるように、受熱器50内の冷媒液Cの冷媒量が基準液量Lに到達しない場合には、フロート弁31が仕切板30に接触しない下方位置にある。これにより、仕切板30に形成された開口流路32が、分配容器11と第2冷媒流出管14との間隙Sと連通した状態となり、第1冷媒流出管13を通じた受熱器50への冷媒液Cの供給が継続的に行われる。
具体的には、フロート弁31の上昇時には、仕切板30に形成された開口流路32が、フロート弁31内に形成された開口流路33、及び第2冷媒流出管14の上部に形成された開口流路34に連通し、これにより第1冷媒流出管13側の経路が遮断されて、下段に位置する別の分配容器11に通じる第2冷媒流出管14側に、冷媒液Cの供給路が切り換わる。
その結果、受熱器50内の冷媒液Cが基準液量L内で収まり、冷媒液Cの自重により沸騰がし難くなる、という状態発生を未然に防止することができる。
そして、最下段の受熱器53が満たされた後の冷媒液Cは、上下段に設置された複数の冷媒分配装置10において、下段側の第2冷媒流出管14から順次冷媒液Cで満たされることになる。
また、上述した複数の冷媒分配装置10は内部構成が同一であるが、最下部に位置する冷媒分配装置10については、第2冷媒流出管14に開口流路34の無いダミー管を使用し、流路切換弁15により第1冷媒流出管13に通じる経路の開閉のみを行うようにする。
受熱器50〜53で発生した冷媒蒸気は、蒸気管50A〜53A、合流管54及び接続管55を経由して放熱器60に供給され、この放熱器60を通ることで凝縮(冷却)され冷媒液Cになる。
その後、冷媒液Cは接続管56を経由して冷媒分配装置10に還流される。このとき、冷媒液Cは、接続管56に連通される冷媒流入管12を経由して、分配容器11の内部空間11Aに案内される。
具体的には、図3及び図4に示されるように、受熱器50内の冷媒液Cの冷媒量が基準液量Lに到達しない場合には、フロート弁31が仕切板30に接触しない下方位置にあることで、仕切板30に形成された開口流路32が、分配容器11と第2冷媒流出管14との間隙Sと連通した状態となり、第1冷媒流出管13を通じた受熱器50への冷媒液Cの供給が行われる。
具体的には、仕切板30に形成された開口流路32が、フロート弁31内に形成された開口流路33、及び第2冷媒流出管14の上部に形成された開口流路34に連通して、第1冷媒流出管13側の経路を遮断する。これにより、冷媒液Cの供給路が、下段に位置する別の分配容器11に通じる第2冷媒流出管14側に切り換わる。
その結果、受熱器50内の冷媒液Cが基準液量L内で収まり、冷媒液Cの自重により沸騰がし難くなる、という状態発生を未然に防止することができる。また、下段に位置する冷媒分配装置10についても同様の冷媒液Cの切換えが行われることで、受熱器50と同様、受熱器51〜53についても基準液量Lを越えないように冷媒液Cの流量制御をすることができる。
これにより、本実施形態の冷媒分配装置10では、分配容器11内に設けた流路切換弁15の動作により、受熱器50〜53内の冷媒液Cを一定量に保持し、受熱器50〜53での受熱効率低下を防止することが可能となる。
2 冷媒流入管
3 第1冷媒流出管
4 第2冷媒流出管
5 流路切換弁
10 冷媒分配装置
11 分配容器
12 冷媒流入管
13 第1冷媒流出管
14 第2冷媒流出管
15 流路切換弁
30 仕切板
31 フロート弁
32 開口流路
33 開口流路
34 開口流路
50 受熱器
51 受熱器
52 受熱器
53 受熱器
60 放熱器
100 冷媒分配装置
200 冷却装置
A 軸線
C 冷媒液
L 基準液量
Claims (8)
- 冷媒液が流通される分配容器と、該分配容器の上部に接続されて冷媒液が供給される冷媒流入管と、該分配容器の下部に接続されて冷媒液を一方の受熱器に排出する第1冷媒流出管と、該分岐配管の下部に接続されて冷媒液を他方の受熱器に排出する第2冷媒流出管と、該分配容器内に配置されて該分配容器内の液の水位により作動する流路切換弁と、を有し、
前記流路切換弁は、前記一方の受熱器内の冷媒量が基準液量に到達しない場合に、前記第1冷媒流出管側に経路を切換え、また、前記一方の受熱器内の冷媒量が基準液量に到達した場合に、前記第1冷媒流出管側の経路を遮断して、前記第2冷媒流出管側に経路を切換えることを特徴とする冷媒分配装置。 - 前記流路切替弁は、前記分配容器内の液に浮いたフロートにより操作されることを特徴とする請求項1記載の冷媒分配装置。
- 前記流路切換弁は、前記分配容器内に上下を仕切るように配置された仕切板と、該仕切板の下側に位置して内部の冷媒液により浮力が生じるフロート弁と、を具備し、
前記フロート弁は、前記一方の受熱器内の冷媒量が基準液量に到達した場合に、上方に位置する前記仕切板に接触して、前記第1冷媒流出管側に通じていた経路を前記第2冷媒流出管側に切換えることを特徴とする請求項1または2のいずれか一項に記載の冷媒分配装置。 - 前記分配容器は、上下方向に沿う軸線を中心とした筒状体に形成され、
前記第2冷媒流出管は、前記分配容器内に内挿されるとともに該分配容器の内壁と間に間隙を有するように配置され、
前記フロート弁は、前記分配容器の内壁と前記第2冷媒流出管との間隙部にて軸線に沿う上下方向に移動自在に設けられていることを特徴とする請求項3に記載の冷媒分配装置。 - 前記仕切板は、前記分配容器内に位置する前記第2冷媒流出管の上端部を塞ぐように設置されており、
前記仕切板及び前記第2冷媒流出管の上端部には、前記一方の受熱器内の冷媒量が基準液量に到達して、前記フロート弁が仕切板に接触した場合に、前記第1冷媒流出管側に通じていた経路を前記第2冷媒流出管側に切換える開口流路が形成されていることを特徴とする請求項4に記載の冷媒分配装置。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載の冷媒分配装置は、上下方向に直列するように複数設置されるとともに、各冷媒分配装置の第1冷媒流出管はそれぞれ異なる受熱器に接続され、
下側に位置する冷媒分配装置の冷媒流入管は、上側に位置する冷媒分配装置の第2冷媒流出管に接続されることを特徴とする冷却装置。 - 前記冷媒分配装置の冷媒流出管に連結される複数の受熱器には、合流管を介して該受熱器で気化した冷媒を受け入れる放熱器が接続され、
前記放熱器は、前記受熱器で気化した冷媒を冷却することで液化させ、液化後の冷媒液を、前記冷媒流入管を通じて最上段に位置する前記冷媒分配装置に還流させることを特徴とする請求項6に記載の冷却装置。 - 冷媒液が流通される分配容器と、該分配容器の上部に接続されて冷媒液が供給される冷媒流入管と、該分配容器の下部に接続されて冷媒液を一方の受熱器に排出する第1冷媒流出管と、該分岐配管の下部に接続されて冷媒液を他方の受熱器51に排出する第2冷媒流出管と、該分配容器内に配置されて前記第1又は第2冷媒流出管のいずれかに前記冷媒流入管を切換える流路切換弁と、を有する冷媒分配装置において、
前記一方の受熱器内の冷媒量が基準液量に到達しない場合に、前記流路切換弁を前記第1冷媒流出管側に切換え、また、前記一方の受熱器内の冷媒量が基準液量に到達した場合に、前記第1冷媒流出管側の経路を遮断して、前記流路切換弁を前記第2冷媒流出管側に切換えることを特徴とする冷媒分配装置における冷媒分配方法。
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