JP6452753B2 - 液体用排熱冷却器 - Google Patents

Description

本発明は、熱伝導部材を吸水性のある部材で被覆し、その一部を冷却対象の液体に浸漬して、液体の相変化で冷却できるようにした、液体用排熱冷却器に関する。

液体を冷却するためには、多くの手間や費用・設備・エネルギーを必要とする。 氷やドライアイス等低温の冷却材を適量かつ継続的に接触させて熱を奪うか、ヒートポンプなどの電気式冷却機を用いなければならない。

冷却材や電気エネルギーを必要としない冷却装置として特許文献１、２などが存在したが、これらは所謂ヒートパイプの原理を用いたものであり、複雑で精密な装置と多くの部品点数を必要とする他、高温の発熱体専用の冷却装置である。 冷却対象の発熱体よりも、外気が相対的に相当程度低温であることを前提に、発熱点から外気との接触面まで熱を移動させれば、発熱体と外気の温度差により熱は自然に外気中に廃棄される仕組みだが、外気と同程度の温度の液体を冷却するには不向きであった。

また、特許文献３のような、タンクに貯蔵した水の気化熱により対象を冷却する装置が存在したが、これは本発明といくつかの部材名が共通しているものの、原理は冷風扇等従来の電気式気化冷却機と共通しており、それらを小型にしたものと言える。 電気等を動力源とする送風手段がなければ機能せず、小型とは言えそれなりに複雑な装置と多くの部品点数を必要とする。 また貯蔵した水を使い切ると使用できなくなる。

他に特許文献４のような、水を気化させることに特化した簡素な打ち水装置も存在したが、熱伝導経路等を持たないため、漠然と装置近傍の大気を冷却するのみであった。

特開２０１７−５８１２０号

特開２０１５−１７５５３４号

特開２０００−３４６５１７号

実登３１５１５６９号

液体を冷却するためには、低温の冷却材、大掛かりな装置、密閉容器に封入した冷媒、大量の電力等がなければならず、手間や、冷却措置の製造コスト・運用コストが大きかった。 また、ヒートパイプでは室温の液体を冷却することができず、打ち水装置は漠然と周囲の大気を冷却するだけだった。 本発明はこれらの課題を解消するためになされたものである。

一部が開口した中空状の熱伝導部材の表面部を吸水性部材で被覆し、冷却対象の液体が入った容器への固定手段を設けた、液体用排熱冷却器において、
固定手段は、使用時の液体用排熱冷却器が、一部を冷却対象の液体に浸漬させ、一部を冷却対象の液体の液面上に露出し、熱伝導部材の中空部に冷却対象の液体を満たして使用できる、設置姿勢を維持する所定の位置に設けられており、
冷却対象の液体に浸漬させた部位においては、熱伝導部材に冷却対象の液体から熱を受け取りつつ、吸水性部材に冷却対象の液体を吸い上げ、毛管現象により吸水性部材全体に含浸させ、冷却対象の液体の液面上に露出させた部位においては、熱伝導部材を伝導してくる冷却対象の液体の熱を、吸水性部材に含浸させた冷却対象の液体が、外気中に気化する際の蒸発熱に変えることで廃棄する、液体用排熱冷却器であって、
熱伝導部材には、吸水性部材を付け外し自在に固定するための、引っ掛け固定爪または固定具が設けられており、
吸水性部材は、薄膜形状の、布または紙もしくは合成樹脂スポンジ製のカートリッジからなり、
劣化しやすい吸水性部材だけを使い捨て利用できるよう、熱伝導部材の引っ掛け固定爪または固定具に、カートリッジを固定し、
熱伝導部材の中空部に冷却対象の液体を満たして使用する液体用排熱冷却器を作成する。

一部が開口した中空状の熱伝導部材の表面部を吸水性部材で被覆し、冷却対象の液体が入った容器への固定手段を設けた、液体用排熱冷却器において、
固定手段は、使用時の液体用排熱冷却器が、一部を冷却対象の液体に浸漬させ、一部を冷却対象の液体の液面上に露出し、熱伝導部材の中空部に冷却対象の液体を満たして使用できる、設置姿勢を維持する所定の位置に設けられており、
冷却対象の液体に浸漬させた部位においては、熱伝導部材に冷却対象の液体から熱を受け取りつつ、吸水性部材に冷却対象の液体を吸い上げ、毛管現象により吸水性部材全体に含浸させ、冷却対象の液体の液面上に露出させた部位においては、熱伝導部材を伝導してくる冷却対象の液体の熱を、吸水性部材に含浸させた冷却対象の液体が、外気中に気化する際の蒸発熱に変えることで廃棄する、液体用排熱冷却器であって、
吸水性部材を袋状とし、袋状の吸水性部材に熱伝導部材を挿入し、
熱伝導部材の中空部に冷却対象の液体を満たして使用する液体用排熱冷却器を作成する。

パイプ状の熱伝導部材の表面部を吸水性部材で被覆し、冷却対象の液体が入った容器への固定手段を設けた、液体用排熱冷却器において、
熱伝導部材のパイプの形状を、パイプの開口部の全部を、同一平面の片側に配した時、パイプの少なくとも一部が同一平面の反対側に配されるように、湾曲させた形状とし、
固定手段は、使用時の液体用排熱冷却器が、一部を冷却対象の液体に浸漬させ、一部を冷却対象の液体の液面上に露出し、熱伝導部材のパイプ内部に冷却対象の液体を満たして使用できる、設置姿勢を維持する所定の位置に設けられており、
冷却対象の液体に浸漬させた部位においては、熱伝導部材に冷却対象の液体から熱を受け取りつつ、吸水性部材に冷却対象の液体を吸い上げ、毛管現象により吸水性部材全体に含浸させ、冷却対象の液体の液面上に露出させた部位においては、熱伝導部材を伝導してくる冷却対象の液体の熱を、吸水性部材に含浸させた冷却対象の液体が、外気中に気化する際の蒸発熱に変えることで廃棄する、液体用排熱冷却器であって、
熱伝導部材には、吸水性部材を付け外し自在に固定するための、引っ掛け固定爪または固定具が設けられており、
吸水性部材は、薄膜形状の、布または紙もしくは合成樹脂スポンジ製のカートリッジからなり、
劣化しやすい吸水性部材だけを使い捨て利用できるよう、熱伝導部材の引っ掛け固定爪または固定具に、カートリッジを固定し、
熱伝導部材のパイプ内部に冷却対象の液体を満たして使用する液体用排熱冷却器を作成する。

パイプ状の熱伝導部材の表面部を吸水性部材で被覆し、冷却対象の液体が入った容器への固定手段を設けた、液体用排熱冷却器において、
熱伝導部材のパイプの形状を、パイプの開口部の全部を、同一平面の片側に配した時、パイプの少なくとも一部が同一平面の反対側に配されるように、湾曲させた形状とし、
固定手段は、使用時の液体用排熱冷却器が、一部を冷却対象の液体に浸漬させ、一部を冷却対象の液体の液面上に露出し、熱伝導部材のパイプ内部に冷却対象の液体を満たして使用できるような、設置姿勢を維持する所定の位置に設けられており、
冷却対象の液体に浸漬させた部位においては、熱伝導部材に冷却対象の液体から熱を受け取りつつ、吸水性部材に冷却対象の液体を吸い上げ、毛管現象により吸水性部材全体に含浸させ、冷却対象の液体の液面上に露出させた部位においては、熱伝導部材を伝導してくる冷却対象の液体の熱を、吸水性部材に含浸させた冷却対象の液体が、外気中に気化する際の蒸発熱に変えることで廃棄する、液体用排熱冷却器であって、
吸水性部材を袋状とし、袋状の吸水性部材に熱伝導部材を挿入し、
熱伝導部材のパイプ内部に冷却対象の液体を満たして使用する液体用排熱冷却器を作成する。

パイプの、一端側と、その逆端側において、
パイプ形状またはパイプ口径もしくはその両方に差異を設け、冷却能に差異を生じさせることで、パイプ内の冷却対象の液体の対流を、所定の方向に誘導する液体用排熱冷却器を作成する。

熱伝導部材が、コーティングを施した部材または、
受熱部のみにガラスコーティングを施した部材もしくは、
金属製の排熱部とセラミック製の受熱部を、熱伝導可能に接合した部材からなる、
複合部材である液体用排熱冷却器を作成する。

熱伝導部材の、吸水性部材で表面を被覆した部位に向けて送風する、送風力または稼働時間もしくはその両方を調節可能なファンを備え、ファンの送風力または稼働時間もしくはその両方の調節により、冷却力を調節可能とした液体用排熱冷却器を作成する。

熱伝導部材の表面部を吸水性部材で被覆した本発明の一部を、冷却対象の液体に浸漬して使用すると、吸水性部材が毛管現象により冷却対象の液体を吸い上げる。 吸水性部材全体に含浸した冷却対象の液体が外気中に気化する際に、蒸発熱として熱伝導部材の熱を奪う。 冷却された熱伝導部材はその一部が冷却対象の液体に浸漬されており、冷却対象の液体と同じ温度になるように、冷却対象の液体の熱が伝導してくるため、本発明は冷却対象の液体の熱を、熱伝導部材を伝って移動させ、冷却対象の液体が外気中に気化する際の蒸発熱に変えることとなる。 冷却対象の液体自体を気化の材料に使うため、気化冷却用の水を別途タンクに貯蔵する必要がない。 結果これだけの簡素な構成で冷却対象の液体を冷却することができ、手間がかからず、装置の製造コスト・運用コストが極めて低い。 冷却対象の液体を収容する容器が、開口部の小さい形状であったり、開口部の大部分が蓋で覆われていたとしても、限られた開口部から熱伝導部材を伝って熱を容器外まで移動させ、廃棄できる。 また、冷却対象の液体の温度が、室温に比して高くなくとも冷却できる。

請求項１の発明は、熱伝導部材に設けた引っ掛け固定爪に吸水性部材を固定して使用できるため、劣化しやすい吸水性部材だけを使い捨てカートリッジとすることができる。 請求項２の発明は、吸水性部材を袋状とすることで、熱伝導部材を挿入して使用できる。 請求項１および２の発明は、熱伝導部材を一部が開口した中空状とする。 図４のように開口部の全部を冷却対象の液体の液面下に配し、中空部に冷却対象の液体を満たして使用することで、本発明は、同じ体積の中実な塊に比して、外気との接触面積および冷却対象の液体との接触面積を大きくすることができ、かつ熱の移動距離を短くすることができるため、冷却効率が高まる。

請求項３および４の発明は、熱伝導部材をパイプ状とし、このパイプの形状を、パイプの開口部の全部を、同一平面の片側に配した時、パイプの少なくとも一部が同一平面の反対側に配されるように、湾曲させている。 図６のように開口部の全部を冷却対象の液体の液面下に配し、パイプの一部を液面上に露出させて使用することで、本発明は、同じ体積の中実な塊に比して、外気との接触面積および冷却対象の液体との接触面積を大きくすることができ、かつ熱の移動距離を短くすることができるため、冷却効率が高まる。

請求項５の発明は、パイプ端部の形状・口径に差異を設けることで、冷却能に差異を生じさせ、パイプ内の冷却対象の液体を所定の方向に誘導することができる。

請求項６の発明は、熱伝導部材が複合部材からなるため、腐食を防止することができる。

本発明は、エネルギーを一切消費せずに液体を冷却することができるが、動力源を伴う機器と併用して、冷却力を高めることもできる。 請求項７の発明は、熱伝導部材の、吸水性部材で表面を被覆した部位に向けて送風する、ファンを備えているため、液体の蒸発を促進でき、ファンの送風力や稼働時間の調節により、冷却力を調節することもできる。

本発明を水槽に設置した状態の斜視図である。 一部が開口した中空状の本発明の斜視図である。 図２のＢ−Ｂ断面図である。 一部が開口した中空状の本発明を使用した状態の説明図である。 パイプ開口部の全部を、同一平面の片側に配した時、パイプの少なくとも一部が同一平面の反対側に配されるように湾曲させたパイプ状の本発明の説明図である。 パイプ状の本発明を、使用した状態の説明図である。 パイプ状の本発明を、パイプ内の液体の対流を所定の方向に誘導するようにして使用した状態の説明図である。 フィンを設けた本発明の斜視図である。 蓋付きの水槽に収容した液体に使用した本発明の斜視図である。

熱伝導率が高く、耐腐食性の高い金属であるアルミ製の中空材に、排熱のための所定の面積を持たせて排熱部とし、このアルミ製中空材の端部の、冷却対象の液体に浸漬して使用する部分を受熱部とする。 合成繊維の薄い布でできた吸水性部材２を、アルミ製中空材の表面形状に合わせて裁断し、アルミ製中空材の表面にスポット状に接着剤を塗布してこの布を貼り付ける。 吸水性部材２は、アルミ製中空材表面の、排熱部の全部と受熱部の少なくとも一部を被覆するように貼り付ける。 冷却対象の液体が入った容器に設置して使用する際、液体からの受熱と液体の吸水、また大気中への蒸発排熱を効率的に行うことのできる設置姿勢を維持できるよう、容器への固定手段として、容器の縁を掴むクリップを設ける。

熱伝導部材１は、アルミ以外にステンレス・銅・合金等の他の金属や、金属以外の熱伝導率の高い材料を用いて作成してもよい。

また、熱伝導部材は複合部材でもよく、ホーローやメッキ・コーティング・ライニング等を施した部材の他、受熱部のみに腐食防止のためのガラスコーティングを施したり、金属製排熱部とセラミック製受熱部を熱伝導可能に接合するなどの構成でもよい。

吸水性部材２は、合成繊維や天然繊維製の布の他、紙・合成樹脂製スポンジ・吸水性高分子等を用いてもよく、またそれらを２種類以上用いてもよい。 薄膜形状以外にメッシュ形状や繊維状・粒子状でもよく、またそれらを２種類以上用いてもよい。 毛管現象により、部材全体に液体を吸収・含浸する部材であればよい。 熱伝導部材１に対し、接着剤で貼り付ける構成の他、クリップ等の固定具で固定してもよい。 また、吸水性部材を袋状に作成し、その袋に熱伝導部材を挿入して使用する構成や、熱伝導部材に爪等を設けてそこに引っ掛けるなどの方法で固定する構成でもよい。 使い捨ての吸水性部材を付け外しが容易な構成とし、劣化しやすい吸水性部材だけをカートリッジ式とすることもできる。

冷却対象の液体が入った容器への、本発明の固定手段３は、クリップの他、フック・クランプ・吸盤・粘着剤・面ファスナー・スナップフィット・接合加工等でもよい。

熱伝導部材の形状は一部が開口した中空状・パイプ状・湾曲パイプ状・分岐部を有し開口部が３個所以上あるパイプ状や複数のフィンを設けた形状でもよく、また中実な塊状・棒状・平板状・波板状・メッシュ板状の熱伝導部材と、それらを複合的に組み合わせてもよい。 冷却対象の液体が収容された容器に合わせて、排熱部や受熱部の形状を、細長形状とする・曲げる・波打たせる、またそれらを複数設けるなどの構成でもよい。

熱伝導部材を湾曲したパイプ状に作成し、両端の開口部付近を受熱部として冷却対象の液体の液面下に配し、湾曲したパイプ途中部を排熱部として液面上に位置するように設置し、パイプ内部を冷却対象の液体で満たして使用すると、パイプ内部を満たす冷却対象の液体は、冷却されて対流が生じる。 複数あるパイプ開口部ごとに、吸水性部材の質や面積、パイプの形状や口径等に差異を設けると、冷却能にも差異が生じるため、パイプ内の冷却対象の液体の対流を、所定の方向に誘導することができ、それにより冷却効率を上げることもできる。

また、熱伝導部材の表面部とは、部材表面のうち、冷却対象の液体を冷却するのに使用する際、冷却対象の液体の液面上に露出し、外気に接して排熱するための部位と、冷却対象の液体に浸漬された液面下の、吸水性部材が毛管現象により部材全体に液体を吸収・含浸するために必要な部位を指す。 したがって、使用時に内部に冷却対象の液体を満たす、一部が開口した中空状の本発明の中空部内側面や、湾曲させたパイプ状の本発明のパイプ内部内側面は表面部ではなく、吸水性部材を被覆しなくともよい。 冷却対象の液体に浸漬させた液面下の受熱部も、その全面を吸水性部材で被覆しなくともよい。

また、例えば冷却対象の液体が、開口面積の小さい容器に収容されている場合、受熱部を面積の小さい開口部から容器内に挿入できるようにし、排熱部は蒸発排熱のための表面積を確保する構成でもよい。 排熱部を十分に広げる空間が無い環境に置かれた液体に対しては、排熱部を波板状や複数のフィンを設けた形状とし、狭い空間で排熱部の表面積を確保できる構成にしてもよい。

電動モーター等を動力とするファンを、排熱部に向けて送風できる位置に取り付け、蒸発排熱を促進できるようにしてもよい。

１ 熱伝導部材
２ 吸水性部材
３ 固定手段
４ 冷却対象の液体が入った水槽
５ 規定した平面
６ 開口部
７ 冷却対象の液体の液面
８ 規定した平面の片側
９ 規定した平面の反対側
１０ 熱伝導部材を吸水性部材で被覆した本発明
１１ 冷却対象の液体が入った水槽の蓋
１２ 冷却対象の液体
１３ 外気
１４ 冷却能の高い部位
１５ 冷却能の低い部位
１６ 冷却対象の液体の対流方向

Claims (7)

1. 一部が開口した中空状の熱伝導部材の表面部を吸水性部材で被覆し、冷却対象の液体が入った容器への固定手段を設けた、液体用排熱冷却器において、
   前記固定手段は、使用時の前記液体用排熱冷却器が、一部を前記冷却対象の液体に浸漬させ、一部を前記冷却対象の液体の液面上に露出し、前記熱伝導部材の中空部に前記冷却対象の液体を満たして使用できるような、設置姿勢を維持する所定の位置に設けられており、
   前記冷却対象の液体に浸漬させた部位においては、前記熱伝導部材に前記冷却対象の液体から熱を受け取りつつ、前記吸水性部材に前記冷却対象の液体を吸い上げ、毛管現象により前記吸水性部材全体に含浸させ、前記冷却対象の液体の液面上に露出させた部位においては、前記熱伝導部材を伝導してくる前記冷却対象の液体の熱を、前記吸水性部材に含浸させた前記冷却対象の液体が、外気中に気化する際の蒸発熱に変えることで廃棄する、液体用排熱冷却器であって、
   前記熱伝導部材には、前記吸水性部材を付け外し自在に固定するための、引っ掛け固定爪または固定具が設けられており、
   前記吸水性部材は、薄膜形状の、布または紙もしくは合成樹脂スポンジ製のカートリッジからなり、
   劣化しやすい前記吸水性部材だけを使い捨て利用できるよう、前記熱伝導部材の前記引っ掛け固定爪または固定具に、前記カートリッジを固定し、
   前記熱伝導部材の中空部に前記冷却対象の液体を満たして使用することを特徴とする、液体用排熱冷却器。
2. 一部が開口した中空状の熱伝導部材の表面部を吸水性部材で被覆し、冷却対象の液体が入った容器への固定手段を設けた、液体用排熱冷却器において、
   前記固定手段は、使用時の前記液体用排熱冷却器が、一部を前記冷却対象の液体に浸漬させ、一部を前記冷却対象の液体の液面上に露出し、前記熱伝導部材の中空部に前記冷却対象の液体を満たして使用できるような、設置姿勢を維持する所定の位置に設けられており、
   前記冷却対象の液体に浸漬させた部位においては、前記熱伝導部材に前記冷却対象の液体から熱を受け取りつつ、前記吸水性部材に前記冷却対象の液体を吸い上げ、毛管現象により前記吸水性部材全体に含浸させ、前記冷却対象の液体の液面上に露出させた部位においては、前記熱伝導部材を伝導してくる前記冷却対象の液体の熱を、前記吸水性部材に含浸させた前記冷却対象の液体が、外気中に気化する際の蒸発熱に変えることで廃棄する、液体用排熱冷却器であって、
   前記吸水性部材を袋状とし、袋状の前記吸水性部材に前記熱伝導部材を挿入し、
   前記熱伝導部材の中空部に前記冷却対象の液体を満たして使用することを特徴とする、液体用排熱冷却器。
3. パイプ状の熱伝導部材の表面部を吸水性部材で被覆し、冷却対象の液体が入った容器への固定手段を設けた、液体用排熱冷却器において、
   前記熱伝導部材のパイプの形状を、前記パイプの開口部の全部を、同一平面の片側に配した時、前記パイプの少なくとも一部が同一平面の反対側に配されるように、湾曲させた形状とし、
   前記固定手段は、使用時の前記液体用排熱冷却器が、一部を前記冷却対象の液体に浸漬させ、一部を前記冷却対象の液体の液面上に露出し、前記熱伝導部材のパイプ内部に前記冷却対象の液体を満たして使用できるような、設置姿勢を維持する所定の位置に設けられており、
   前記冷却対象の液体に浸漬させた部位においては、前記熱伝導部材に前記冷却対象の液体から熱を受け取りつつ、前記吸水性部材に前記冷却対象の液体を吸い上げ、毛管現象により前記吸水性部材全体に含浸させ、前記冷却対象の液体の液面上に露出させた部位においては、前記熱伝導部材を伝導してくる前記冷却対象の液体の熱を、前記吸水性部材に含浸させた前記冷却対象の液体が、外気中に気化する際の蒸発熱に変えることで廃棄する、液体用排熱冷却器であって、
   前記熱伝導部材には、前記吸水性部材を付け外し自在に固定するための、引っ掛け固定爪または固定具が設けられており、
   前記吸水性部材は、薄膜形状の、布または紙もしくは合成樹脂スポンジ製のカートリッジからなり、
   劣化しやすい前記吸水性部材だけを使い捨て利用できるよう、前記熱伝導部材の前記引っ掛け固定爪または固定具に、前記カートリッジを固定し、
   前記熱伝導部材のパイプ内部に前記冷却対象の液体を満たして使用することを特徴とする、液体用排熱冷却器。
4. パイプ状の熱伝導部材の表面部を吸水性部材で被覆し、冷却対象の液体が入った容器への固定手段を設けた、液体用排熱冷却器において、
   前記熱伝導部材のパイプの形状を、前記パイプの開口部の全部を、同一平面の片側に配した時、前記パイプの少なくとも一部が同一平面の反対側に配されるように、湾曲させた形状とし、
   前記固定手段は、使用時の前記液体用排熱冷却器が、一部を前記冷却対象の液体に浸漬させ、一部を前記冷却対象の液体の液面上に露出し、前記熱伝導部材のパイプ内部に前記冷却対象の液体を満たして使用できるような、設置姿勢を維持する所定の位置に設けられており、
   前記冷却対象の液体に浸漬させた部位においては、前記熱伝導部材に前記冷却対象の液体から熱を受け取りつつ、前記吸水性部材に前記冷却対象の液体を吸い上げ、毛管現象により前記吸水性部材全体に含浸させ、前記冷却対象の液体の液面上に露出させた部位においては、前記熱伝導部材を伝導してくる前記冷却対象の液体の熱を、前記吸水性部材に含浸させた前記冷却対象の液体が、外気中に気化する際の蒸発熱に変えることで廃棄する、液体用排熱冷却器であって、
   前記吸水性部材を袋状とし、袋状の前記吸水性部材に前記熱伝導部材を挿入し、
   前記熱伝導部材のパイプ内部に前記冷却対象の液体を満たして使用することを特徴とする、液体用排熱冷却器。
5. 前記パイプの、一端側と、その逆端側において、
   パイプ形状またはパイプ口径もしくはその両方に差異を設け、冷却能に差異を生じさせることで、前記パイプ内の前記冷却対象の液体の対流を、所定の方向に誘導することを特徴とする、請求項３または４に記載の液体用排熱冷却器。
6. 前記熱伝導部材が、コーティングを施した部材または、
   受熱部のみにガラスコーティングを施した部材もしくは、
   金属製の排熱部とセラミック製の前記受熱部を、熱伝導可能に接合した部材からなる、
   複合部材であることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の液体用排熱冷却器。
7. 前記熱伝導部材の、前記吸水性部材で表面を被覆した部位に向けて送風する、送風力または稼働時間もしくはその両方を調節可能なファンを備え、前記ファンの送風力または稼働時間もしくはその両方の調節により、冷却力を調節可能としたことを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の液体用排熱冷却器。
   

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