JP7185119B2

JP7185119B2 - 流量調整弁及び冷却装置

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Publication number: JP7185119B2
Application number: JP2020056335A
Authority: JP
Inventors: 純一横田
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2020-03-26
Filing date: 2020-03-26
Publication date: 2022-12-07
Anticipated expiration: 2040-03-26
Also published as: JP2021156344A; CN113446761A

Description

本発明は、流量調整弁及び冷却装置に関する。

一般に、冷媒（流体）を用いて冷却対象を冷却する冷却装置では、冷却対象の温度に応じて冷却能力が変化するような構成が採用されることがある。従来、このような冷却装置として、作動流体の圧力に応じて弁開度が調節される流量調整弁（弁体）が設けられたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された冷却装置では、冷却器の上流側と下流側とにおける作動流体の圧力差によってダイヤフラムが変位し、弁体が移動することにより、冷却器を通過する作動流体の流量が調節されるようになっている。

特開２００６－０３８３０２号公報

しかしながら、特許文献１に記載された冷却装置では、作動流体の圧力差を利用して弁体を移動させる圧力式の調節方法が採用されているため、例えば作動流体における温度変化に対する圧力変化が小さい場合や、冷却器の上流側からダイヤフラムに至るまでの流路において圧力損失が大きい場合等に、冷却対象の温度変化に対する弁開度の応答性（即ち、冷却能力の応答性）が低くなってしまう可能性があった。そこで、作動流体とは異なる弁開度調節用のガスを用い、冷却対象の温度変化に応じて弁開度調節用のガスの圧力を変化させることにより、弁開度を調節する方法（温度方式の調節方法）が考えられる。

弁開度調節用のガスを用いる場合、ガスの一部を凝縮させて気液混合状態とし、温度によって飽和蒸気圧が変化することを利用し、弁開度を調節することができる。しかしながら、温度変化に対して飽和蒸気圧は大きく変化しやすい傾向があり、冷却対象の温度が大きく変化し得る場合、飽和蒸気圧が大きくなりすぎてしまい、ダイヤフラムへの負荷が大きくなってしまう可能性がある。一方、ガスを凝縮させずに、温度膨張のみを利用して弁開度を調節しようとすると、温度の変化に対して圧力の変化が小さく、実際の弁開度が、温度に対して予め設定された弁開度（所望の弁開度）よりも小さくなってしまう可能性がある。

本発明の目的は、ダイヤフラムへの負荷を抑制しつつ開度特性を良好なものとすることができる流量調整弁及び冷却装置を提供することである。

本発明の流量調整弁は、冷却対象の温度に応じて、通過する冷媒の流量を調整する流量調整弁であって、前記冷媒が導入される一次ポートと、前記一次ポートから流入した前記冷媒を通過させる弁ポートを有する弁本体と、前記弁本体に移動自在に設けられて前記弁ポートの開度を変更する弁体と、前記弁ポートを通過した前記冷媒を送り出す二次ポートと、前記弁体に所定の弁閉力を付与する弁閉力付与手段と、前記弁体を駆動する駆動エレメントと、を備え、前記駆動エレメントは、封入ガスが封入される封入空間を形成する空間形成部と、前記冷媒が導入される空間と前記封入空間とを区画するとともに前記弁体に対して弁開力を付与可能なダイヤフラムと、を有し、前記封入空間には、前記封入ガスを吸着可能であるとともに温度が上昇するにしたがって吸着量が減少する吸着材が設けられ、前記空間形成部は、前記冷却対象の熱を前記吸着材に伝達する伝熱部を有することを特徴とする。

以上のような本発明によれば、温度が上昇するにしたがって吸着量が減少する吸着材が封入空間に設けられ、伝熱部によって冷却対象の熱が吸着材に伝達されることから、冷却対象の温度変化に対応して、封入空間の圧力が変化し、ダイヤフラムが弁体に付与する弁開方向の力である弁開力が変化する。即ち、冷却対象の温度が上昇するほど吸着材による封入ガスの吸着量が減少し、封入空間の圧力が上昇（弁開力が増大）する。また、冷却対象の温度が低下するほど吸着材による封入ガスの吸着量が増加し、封入空間の圧力が低下（弁開力が減少）する。このとき、温度変化に対する封入空間の圧力変化（縦軸を圧力として横軸を温度としたグラフの傾き）は、吸着材の量や種類、封入空間の容積、封入ガスの量等に応じて変化する。従って、温度変化に対する封入空間の圧力変化を調節することができ、ダイヤフラムへの負荷を抑制しつつ開度特性を良好なものとすることができる。

この際、本発明の流量調整弁では、前記空間形成部は、開口を有する箱状に形成されるとともに、前記開口を覆うように前記ダイヤフラムが設けられ、前記空間形成部を構成する壁部の少なくとも一部が前記伝熱部として機能し、前記吸着材が前記伝熱部に接触するように設けられていることが好ましい。さらに、本発明の流量調整弁では、前記空間形成部は、前記壁部としての底部及び筒状部を有して有底筒状に形成され、前記底部が前記伝熱部として機能することが好ましい。このような構成によれば、吸着材が伝熱部に接触していることで、冷却対象の熱を吸着材に対して効率的に伝達することができ、開度特性をさらに良好なものとすることができる。

本発明の冷却装置は、上記いずれかに記載の流量調整弁と、前記冷媒を所定方向に送り出す送流体手段と、前記冷媒を放熱する放熱手段と、前記冷媒を通過させるとともに前記冷却対象から受熱する受熱部と、を備え、前記流量調整弁と前記送流体手段と前記放熱手段とを接続する流路において前記冷媒を循環させることを特徴とする。以上のような本発明によれば、上記の流量調整弁と同様に、封入空間に吸着材が設けられていることで、ダイヤフラムへの負荷を抑制しつつ開度特性を良好なものとすることができる。

本発明の流量調整弁及び冷却装置によれば、封入空間に吸着材が設けられていることで、ダイヤフラムへの負荷を抑制しつつ開度特性を良好なものとすることができる。

本発明の一例である実施形態にかかる冷却装置を示すシステム図である。前記冷却装置の流量調整弁を示す断面図である。前記流量調整弁の各空間における圧力温度特性を示すグラフである。前記流量調整弁の弁開度温度特性を示すグラフである。

本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態の冷却装置１００は、図１に示すように、４つの流量調整弁１と、冷媒を所定方向に送り出す送流体手段としてのポンプ１０１と、冷媒を放熱する放熱手段としての放熱器１０２と、４つの受熱部としての冷却器（例えばコールドプレート）１０３を備え、冷媒が循環する流路を形成する。この冷却装置１００は、例えば、純水やフッ素系不活性液体（例えばフロリナート（登録商標）や、ガルデン（登録商標）、ノベック（登録商標））等の絶縁性の冷媒を用い、電気自動車やハイブリッド車等に搭載される電気機器を冷却する。即ち、電気自動車やハイブリッド車にはモータやインバータ等の発熱を伴う発熱部品が搭載されており、冷却装置１００はこれらの発熱部品を冷却する。あるいは、大型のコンピュータシステムやサーバ等に搭載される電子部品を冷却する。即ち、大型のコンピュータシステムやサーバ等にはＣＰＵやメモリ等の発熱量の大きい発熱部品が搭載されており、冷却装置１００はこれらの発熱部品を冷却する。複数の発熱部品を１つのユニット（冷却対象）と捉え、図１に示す例では、冷却装置１００は４つの冷却対象２０１～２０４を冷却するものとする。尚、冷却装置が冷却する冷却対象の数は任意であるが、冷却対象の数と同数の流量調整弁及び冷却器が設けられていることが好ましい。

４つの冷却対象２０１～２０４のそれぞれに対して冷却器１０３及び流量調整弁１が設けられており、４つの流量調整弁１は並列に接続されている。ポンプ１０１によって送り出された冷媒は、冷却対象２０１～２０４に接触するように設けられた冷却器１０３内を通過することで冷却対象２０１～２０４と熱交換し、流量調整弁１を通過し、放熱器１０２によって放熱され、再びポンプ１０１に戻る。尚、冷却器１０３は、冷媒を通過させるとともに冷却対象２０１～２０４から受熱することで受熱部として機能するものであればよく、冷却対象２０１～２０４から冷媒に充分に熱伝達させることができるものであればよい。即ち、冷却器１０３と冷却対象２０１～２０４とが直接接触してもよいし、熱伝達部材を介して冷却対象２０１～２０４から冷却器１０３に熱伝達される構成であってもよい。このとき、各々の冷却器１０３を通過する冷媒の流量は、後述するように流量調整弁１によって調節され、温度の高い冷却対象２０１～２０４に対して設けられた冷却器１０３に、より多くの冷媒が流れるようになっている。図１に示す例では、冷却対象２０１の温度が比較的高く、冷却対象２０１に対して設けられた冷却器１０３を通過する冷媒の流量が多くなっている。尚、冷却対象２０１～２０４の合計の発熱量に基づいて、ポンプ１０１が送り出す冷媒の流量が調節されてもよい。

ポンプ１０１としては、液体状態の冷媒（液冷媒）を送り出すためのポンプを用いることが好ましい。このとき、冷却器１０３及び流量調整弁１を通過する冷媒は液体であることが好ましいが、冷却装置１００の流路の一部において冷媒が気液混合状態となってもよい。放熱器１０２は、自然に放熱する方式であってもよいし、送風されて放熱する方式であってもよいし、あるいは、水冷方式であってもよい。

以下に、流量調整弁１の詳細について説明する。流量調整弁１は、図２に示すように、弁本体としてのハウジング２と、一次側導管３と、二次側導管４と、弁体５と、弁体５に弁閉方向の力を付与する弁閉力付与手段としての圧縮ばね６と、駆動エレメント７と、を備える。一次側導管３と二次側導管４とは平行に延びており、これらの延在方向をＸ方向とし、Ｘ方向に直交する２方向をＹ方向及びＺ方向とする。

ハウジング２は、ハウジング本体２１と、蓋体２２と、を備える。ハウジング本体２１は、全体が金属部材によって構成され、Ｘ方向の一方側（図２における左側）に開口した一次ポート２１１と、Ｘ方向の他方側（図２における右側）に開口した二次ポート２１１と、Ｚ方向の一方側（図２における上側であり、以降において単に「上側」と呼ぶことがある）に開口した開口部２１３と、一次ポート２１１と二次ポート２１２との間に延びる第１隔壁部２１４及び第２隔壁部２１５と、第１隔壁部２１４に形成された弁ポート２１６及び連通孔２１７と、第２隔壁部２１５からＺ方向の他方側（図２における下側であり、以降において単に「下側」と呼ぶことがある）に突出したガイド部２１８と、第２隔壁部２１５に形成された連通孔２１９と、を有する。

一次ポート２１１と二次ポート２１２とは、中心部同士がＺ方向にオフセットして配置され、一次ポート２１１の中心部の方が上側に配置されている。一次ポート２１１には一次側導管３が接続され、二次ポート２１２には二次側導管４が接続される。

開口部２１３は、ハウジング本体２１内に弁体５及び圧縮ばね６を配置するために形成されており、蓋体２２によって閉塞されるようになっている。尚、蓋体２２は、ろう付けや溶接等によってハウジング本体２１に対して気密に固定されればよい。

第１隔壁部２１４は、一次ポート２１１の下端部と二次ポート２１２の上端部との間においてＸＹ平面に沿って延びる板状に形成されている。第２隔壁部２１５は、第１隔壁部２１４に対して略平行に延びるとともに、間隔を開けつつ下側に配置されている。ハウジング本体２１内には、第１空間Ａ１と第２空間Ａ２とが形成される。第１空間Ａ１は、一次ポート２１１に連通する空間であって、弁体５のうち後述するニードル部５２を収容する。第２空間Ａ２は、二次ポート２１２に連通する空間であって、弁ポート２１６を通過した冷媒が流出する。なお、第１空間Ａ１は第１隔壁部２１４よりも上側に形成され、第２空間Ａ２は第１隔壁部２１４と第２隔壁部２１５との間に形成される。

弁ポート２１６は、一次ポート２１１から流入した冷媒を通過させるものであって、第１空間Ａ１と第２空間Ａ２とを連通するように第１隔壁部２１４に形成された貫通孔である。連通孔２１７は、Ｘ方向において弁ポート２１６よりも二次ポート２１２側に形成され、第１空間Ａ１と第２空間Ａ２とを常に連通する。即ち、弁体５が弁ポート２１６の周囲の弁座部２１６Ａに着座して全閉状態となっても、一次ポート２１１と二次ポート２１２との間で冷媒が通過可能となっている。

ガイド部２１８は、円筒状に形成され、その内周面が、後述する延長部５３を案内する案内面となり、その外周面が、後述する伝達部材７５を案内する案内面となる。連通孔２１９は、第１隔壁部２１４に形成された連通孔２１７に対してＺ方向から見て重なる位置に形成され、第２空間Ａ２と、第２隔壁部２１５の下側における空間（後述する第３空間Ａ３）と、を連通し、均圧孔として機能する。

弁体５は、ハウジング２に移動自在に設けられて弁ポート２１６の開度を変更するものであって、上面に形成されたばね受け部５１と、下側に形成されたニードル部５２と、ニードル部５２の先端から下側に延びる延長部５３と、を有する。ばね受け部５１は、圧縮ばね６と当接することでＺ方向の下側への弁閉力（付勢力）が付与される部分である。ニードル部５２は、下側に向かうにしたがって先細るように円錐台状に形成され、弁座部２１６Ａに対して接近または離隔することで弁ポート２１６の開度（弁開度）が調節されるようになっている。延長部５３は、断面円状の棒状部であって、円筒状のガイド部２１８に挿通される。延長部５３の外径がガイド部２１８の内径よりも若干小さくなっていることにより、延長部５３がガイド部２１８の内周面によって案内され、弁体５がＺ方向に沿って移動するようになっている。

圧縮ばね６は、Ｚ方向を軸方向とするコイル状に形成され、ハウジング２の蓋体２２と弁体５のばね受け部５１との間に配置される。圧縮ばね６は、弁体５に対して所定の弁閉力（付勢力）を付与するように、自然状態から圧縮されて配置される。即ち、蓋体２２がハウジング本体２１に螺合されるようになっており、蓋体２２をハウジング本体２１に螺合させていくことで圧縮ばね６を所定量圧縮した後、蓋体２２とハウジング本体２１とが溶接や接着等によって固定される。

駆動エレメント７は、金属製の上ケース７１及び下ケース７２と、ダイヤフラム７３と、吸着材７４と、伝達部材７５と、を有する。上ケース７１は、開口が形成された板部７１１と、板部７１１の外周縁から下側に向かって延びる筒状部７１２と、筒状部７１２の下端から外側に向かって延びるフランジ部７１３と、を有して有底筒状に形成される。上ケース７１は、ハウジング本体２１の下方側端部に対して加締め及びろう付けによって気密に固定される。

下ケース７２は、底部７２１と、底部７２１の外周縁から上側に向かって延びる筒状部７２２と、筒状部７２２の上端から外側に向かって延びるフランジ部７２３と、を有し、上側に開口した有底筒状（箱状）に形成され、空間形成部として機能する。筒状部７２２には、後述する封入空間Ａ４に封入ガスを導入するための管状の導入部７２４が設けられており、導入部７２４は、封入ガスの導入後に封止される。

ダイヤフラム７３は、弁体５に対して弁開力を付与可能なものであって、外周縁部がフランジ部７１３、７２３によって挟み込まれることで保持され、ダイヤフラム７３とフランジ部７１３、７２３とが溶接やろう付けによって気密に固定される。上記のように上ケース７１がハウジング本体２１に対して気密に固定されることから、ハウジング本体２１の下面と上ケース７１とダイヤフラム７３とによって囲まれた第３空間Ａ３が形成される。第３空間Ａ３は、連通孔２１９によってハウジング２内の第２空間Ａ２と連通され、冷媒が導入される空間となっている。

下ケース７２の上側の開口がダイヤフラム７３によって覆われることにより、封入空間Ａ４が形成される。即ち、下ケース７２が空間形成部として機能する。ダイヤフラム７３は、上ケース７１によって形成される第３空間Ａ３と、下ケース７２によって形成される封入空間Ａ４と、を区画する。封入空間Ａ４には、封入ガスとして、例えば二酸化炭素が封入される。封入ガスは、使用される温度域で気体状態として存在するものであり、の安定性や環境負荷等を考慮して封入ガスの種類が適宜に選択されればよい。

吸着材７４は、例えば活性炭等の多孔質体であり、吸着材７４の材質や表面積、空孔の大きさ等は、封入ガスの種類に応じて選択され、且つ、後述する圧力温度特性が所望の特性となるように選択されればよい。吸着材７４は、封入空間Ａ４の内部に設けられ、下ケース７２の底部７２１に載置され、底部７２１の上面に接触する。このとき、底部７２１の下面は、冷却器１０３に接触しており、冷却対象２０１～２０４の熱が、冷却器１０３を介して底部７２１に伝達され、底部７２１によって吸着材７４に伝達されるようになっている。即ち、底部７２１は、冷却対象２０１～２０４の熱を吸着材７４に伝達する伝熱部として機能する。

吸着材７４は、封入ガスを吸着可能であるとともに温度が上昇するにしたがって吸着量が減少する特性を有する。封入ガスが封入され且つ吸着材７４が設けられた封入空間Ａ４の圧力ＰＡは、図３に示すように変化する。即ち、封入空間Ａ４の圧力ＰＡは、温度上昇とともに高くなる。尚、図３に示すグラフでは、封入空間Ａ４内の圧力ＰＡの変化を示す特性の曲率が、圧力ＰＣの変化の特性を示す曲率と比べて十分小さいため、模式的に、温度と圧力ＰＡとが一次の関係を有した直線として図示している。

伝達部材７５は、例えば金属製であって、第３空間Ａ３に配置され、ダイヤフラム７３に沿うように延びる板部７５１と、板部７５１から上側に突出した筒状の被案内部７５２と、を有する。板部７５１の下面がダイヤフラム７３に当接して力を受け、上面が弁体５の延長部５３の先端に当接して力を伝達する。即ち、封入空間Ａ４の圧力ＰＡが上昇してダイヤフラム７３が上側に凸に変位しようとすると、板部７５１を介して弁体５に力が伝達され、この力が弁開力となる。尚、弁体５の延長部５３と板部７５１の上面とが固定されていてもよい。

被案内部７５２の内径がガイド部２１８の外径よりも若干大きくなっており、被案内部７５２がガイド部２１８の外周面によって案内されることにより、伝達部材７５がＺ方向に沿って移動するようになっている。伝達部材７５がＺ方向に移動して弁開度が所定値となった際に、ガイド部２１８の先端と板部７５１の上面とが当接し、伝達部材７５及び弁体５の移動が規制されるようになっており、このとき弁開度が最大となる。

ここで、冷却対象２０１～２０４の温度が上昇した際（冷却対象２０１～２０４が熱源となる際）の流量調整弁１の動作の詳細について、図３、４を参照しつつ説明する。尚、冷却対象２０１～２０４の熱が、冷却器１０３を通過する冷媒と、封入空間Ａ４及び吸着材７４と、のそれぞれに充分に伝達されるものとして、図３のグラフにおける横軸は、冷却対象２０１～２０４の温度を示している。図３に示されるように、冷却装置１００が使用される使用温度範囲（冷却対象２０１～２０４の想定される温度の範囲；後述する温度Ｔ２以下）のうち温度Ｔ０より高い温度においては、封入空間Ａ４の圧力ＰＡが第３空間Ａ３の圧力ＰＢよりも常に高くなる。なお、温度Ｔ０以下の温度においては、圧力ＰＢが圧力ＰＡよりも高くなるような温度が存在してもよい。

上記のように温度Ｔ０より高い温度においては圧力ＰＡが圧力ＰＢよりも高いことから、ダイヤフラム７３に圧力ＰＡ及び圧力ＰＢが作用した際、圧力ＰＡと圧力ＰＢとの圧力差に応じた弁開方向の力（即ち圧力差とダイヤフラム面積との積）である弁開力が生じる。一方、弁体５には圧縮ばね６によって弁閉力が付与されている。冷却対象２０１～２０４の温度が上昇すると、封入空間Ａ４及び吸着材７４の温度が上昇し、上記のように封入空間Ａ４の圧力ＰＡが上昇していく。これと同時に、冷却器１０３を通過する冷媒の温度も上昇することから、第３空間Ａ３の圧力ＰＢも上昇する。図３に示すように、圧力ＰＡの方が圧力ＰＢよりも温度に対する変化率が高く（グラフの傾きが大きく）、温度が上昇するにしたがって圧力ＰＡと圧力ＰＢとの圧力差が大きくなっていく。温度が上昇し、圧力ＰＡと圧力ＰＢとの圧力差によりダイヤフラム７３に作用する弁開力が、圧縮ばね６による弁閉力を上回ると、弁体５が弁開を開始し、冷却対象２０１～２０４の温度の応じた弁開度となる。弁体５が弁開を開始する際の封入空間Ａ４の圧力をＰ０とし、このときの冷却対象２０１～２０４の温度をＴ０とする。

図４に示すように、冷却対象２０１～２０４の温度がＴ０未満である場合、弁体５は弁座部２１６Ａに着座しており、弁開度は、最小となるとともに温度によらず一定の値となる。Ｔ０未満の温度領域をブリード域とする。上記のような連通孔２１７が形成されていることで、ブリード域においても一次ポート２１１から二次ポート２１２に冷媒を通過させることができるようになっている。

冷却対象２０１～２０４の温度がＴ０以上である場合、温度上昇とともに圧力ＰＡと圧力ＰＢとの圧力差が大きくなっていき、弁開力が大きくなり、弁開度が上昇していく。冷却対象２０１～２０４の温度がＴ１となると、上記のようにガイド部２１８の先端と板部７５１の上面とが当接し、弁開度が最大となる。Ｔ０～Ｔ１の温度領域を弁開度可変域とする。冷却対象２０１～２０４の温度がＴ１以上である場合、圧力ＰＡと圧力ＰＢとの圧力差が大きくなって弁開力が大きくなっても、弁開度は変化せず一定となる。Ｔ１以上の温度領域を全開域とする。尚、使用温度範囲は、例えば１５～９０°である。

冷却対象２０１～２０４の想定される最高温度をＴ２とすると、圧力差によってダイヤフラム７３に加わる力の最大値は、温度Ｔ２における圧力ＰＡと圧力ＰＢとの差ΔＰ１に応じた力となる。尚、温度Ｔ２は、温度Ｔ１以上であってもよいし、温度Ｔ１未満であってもよい。

ここで、封入空間Ａ４に圧縮性ガスを封入し、吸着材７４を設けず、圧縮性ガスを気液混合状態とした構成を参考例とする。この参考例では、封入空間Ａ４の圧力ＰＣと温度との関係は、圧縮性ガスの飽和蒸気圧曲線に対応したものとなる。参考例においても本実施形態と同様に、圧力差によってダイヤフラム７３に加わる力の最大値は、温度Ｔ２における圧力ＰＣと圧力ＰＢとの差ΔＰ２に応じた力となる。

飽和蒸気圧曲線は、下に凸の曲線となりやすく、温度が上昇するほど曲線の傾きが大きくなる傾向がある。一方、本実施形態のように吸着材７４を設ける構成では、吸着材７４の量や封入空間Ａ４の容積、基準温度における封入空間Ａ４の圧力（封入ガスの封入量）を調節することによって、圧力温度特性のグラフの傾きを調節することができる。例えば、吸着材７４の量を多くしたり、封入空間Ａ４の容積を小さくしたり、基準温度における封入空間Ａ４の圧力を高くしたりすることにより、グラフの傾きを大きくすることができる。

本実施形態の冷却装置１００のように、純水やフッ素系不活性液体等の流体を冷媒として用い、使用温度範囲において液体の状態を維持しやすい場合には、冷媒が導入される空間（第３空間Ａ３）は、高温になっても圧力が上昇しにくい。即ち、温度の上昇に伴う圧力ＰＢの上昇が生じにくい。従って、参考例のように封入空間Ａ４の圧力変化が飽和蒸気圧線に従って変化する場合、高温において圧力の差ΔＰ２が大きくなりやすい。

これに対し、本実施形態では、使用温度範囲で気体状態の封入ガスとし、かつ、封入空間Ａ４に吸着材７４を設けていることから、圧力温度特性のグラフの傾きを調節することができ、高温における圧力の差ΔＰ１が大きくなりすぎないようにすることができる。

また、冷却対象２０１～２０４の温度が変化した際、圧力ＰＡと圧力ＰＢとの差の変化が大きいほど、弁体５の弁開度も変化しやすく、温度変化に対する冷媒流量の応答性（即ち冷却能力の応答性）が高くなる。本実施形態では、封入空間Ａ４に吸着材７４を設けていることから、圧力温度特性のグラフの傾きを調節することができ、温度変化に対する圧力差の変化を適宜な値とし、開度特性を良好なものとすることができる。

ここで、再び冷却装置１００全体における冷媒の流れについて説明する。冷却装置１００では、冷媒が流れる方向において、流量調整弁１が冷却器１０３に対して下流側に設けられており、即ち、冷媒が流れる方向において、放熱器１０２と冷却器１０３と流量調整弁１とがこの順で並んでいる。上記のように流量調整弁１において、冷却対象２０１～２０４の温度に応じて弁開度が変化し、通過する冷媒の流量が調節されることから、各々の冷却器１０３を通過する冷媒の流量が独立に変化する。尚、主として液冷媒が冷却器１０３を通過することから、本実施形態の冷却装置１００において弁開度が変化した際に冷却器１０３を通過する液冷媒の流量の変化は、流量調整弁１を冷却器１０３に対して上流側に設ける構成において弁開度が変化した際の流量の変化と同様となる。

放熱器１０２において冷却された冷媒は、冷却器１０３を通過することによって冷却対象２０１～２０４と熱交換し、温度上昇する。このように温度上昇した冷媒が流量調整弁１を通過することとなり、第３空間Ａ３には、温度上昇した冷媒が導入される。従って、熱交換前の冷媒が流量調整弁１に対して導入される（流量調整弁１を冷却器１０３に対して上流側に設ける）構成と比較して、冷却対象２０１～２０４の熱が封入空間Ａ４の内部に伝達された際、封入空間Ａ４と第３空間Ａ３との温度差を小さくすることができる。これにより、第３空間Ａ３と封入空間Ａ４との熱交換を抑制し、封入空間Ａ４の温度を低下しにくくすることができる。

流量調整弁１では、冷却対象２０１～２０４の温度と、弁開度と、の関係が予め設定され、例えば、温度Ｔ０において弁開するように設定される。このとき、第３空間Ａ３と封入空間Ａ４との熱交換が生じると、温度Ｔ０となっても封入空間Ａ４の圧力が弁開に必要な圧力Ｐ０に到達せず、温度Ｔ０よりも高い温度になってから弁開する。即ち、第３空間Ａ３と封入空間Ａ４とにおいて熱交換が生じるほど、所定の弁開度を得るための設定温度と、実際にこの弁開度が得られる温度と、の差が大きくなる。従って、上記のように第３空間Ａ３と封入空間Ａ４との熱交換を抑制することにより、封入ガスの圧力ＰＡを正常に上昇させて弁開力を生じさせ、所定の弁開度を得るための設定温度と、実際にこの弁開度が得られる温度と、の差を小さくし、温度に対する応答性を向上させることができる。

以上の本実施形態によれば、封入ガスが封入される封入空間Ａ４に、封入ガスを吸着可能であるとともに温度が上昇するにしたがって吸着量が減少する吸着材７４が設けられていることで、封入空間Ａ４における圧力温度特性のグラフの傾きを適切な範囲内とすることができ、ダイヤフラム７３への負荷を抑制しつつ開度特性を良好なものとすることができる。

また、有底筒状の下ケース７２の底部７２１に対して吸着材７４が接触し、底部７２１が伝熱部として機能することで、冷却対象２０１～２０４の熱を吸着材７４に対して効率的に伝達することができ、開度特性をさらに良好なものとすることができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。例えば、前記実施形態では、空間形成部としての下ケース７２の底部７２１が伝熱部として機能するものとしたが、有底筒状の下ケース７２を構成する他の壁部として、筒状部７２２が伝熱部として機能する構成としてもよい。このとき、吸着材７４が筒状部７２２の内面に接触していることが好ましい。

また、前記実施形態では、伝熱部としての底部７２１と吸着材７４とが接触し、直接的に熱伝達されるものとしたが、空間形成部と吸着材とが直接接触せず、間接的に熱伝達される構成としてもよい。例えば、空間形成部と吸着材との間に熱伝達部材が設けられ、空間形成部の一部とこの熱伝達部材とが伝熱部として機能する構成としてもよい。また、空間形成部が、封入空間内の封入ガスに対して熱伝達することにより、結果的に吸着材の温度が上昇するような構成としてもよい。即ち、冷却対象の熱によって、吸着材の吸着量を変化させることができる構成であればよい。

また、前記実施形態では、空間形成部としての下ケース７２が１つの封入空間Ａ４を形成するものとしたが、空間形成部は、互いに連通された複数の空間を形成し、これらの空間を封入空間としてもよい。例えば、冷媒が導入される空間に対してダイヤフラムによって区画される第１の封入空間と、冷却対象の近傍に配置される第２の封入空間と、を形成し、これらの空間を連通させるとともに、第２の封入空間に吸着材を設けてもよい。このような構成においては、第２の封入空間において吸着材に熱が伝達されて吸着量が変化し、第２の封入空間の圧力が変化する。第１の封入空間と第２の封入空間とが連通していることから、第２の封入空間の圧力変化に伴って、第１の封入空間の圧力も変化する。これにより、ダイヤフラムを介して弁体に付与される弁開力を変化させることができる。

また、前記実施形態では、冷媒が流れる方向において、流量調整弁１が冷却器１０３に対して下流側に設けられているものとしたが、流量調整弁１を冷却器１０３に対して上流側に設けてもよい。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

１００…冷却装置、１０１…ポンプ（送流体手段）、１０２…放熱器（放熱手段）、１０３…冷却器（受熱部）、２０１～２０４…冷却対象、１…流量調整弁、２…ハウジング（弁本体）、２１１…一次ポート、２１２…二次ポート、２１６…弁ポート、５…弁体、６…圧縮ばね（弁閉力付与手段）、７…駆動エレメント、７２…下ケース（空間形成部）、７２１…底部（伝熱部）、７２２…筒状部、７３…ダイヤフラム、７４…吸着材

Claims

冷却対象の温度に応じて、通過する冷媒の流量を調整する流量調整弁であって、
前記冷媒が導入される一次ポートと、
前記一次ポートから流入した前記冷媒を通過させる弁ポートを有する弁本体と、
前記弁本体に移動自在に設けられて前記弁ポートの開度を変更する弁体と、
前記弁ポートを通過した前記冷媒を送り出す二次ポートと、
前記弁体に所定の弁閉力を付与する弁閉力付与手段と、
前記弁体を駆動する駆動エレメントと、を備え、
前記駆動エレメントは、封入ガスが封入される封入空間を形成する空間形成部と、前記冷媒が導入される空間と前記封入空間とを区画するとともに前記弁体に対して弁開力を付与可能なダイヤフラムと、を有し、
前記封入空間には、前記封入ガスを吸着可能であるとともに温度が上昇するにしたがって吸着量が減少する吸着材が設けられ、
前記空間形成部は、前記冷却対象の熱を前記吸着材に伝達する伝熱部を有することを特徴とする流量調整弁。
前記空間形成部は、開口を有する箱状に形成されるとともに、前記開口を覆うように前記ダイヤフラムが設けられ、
前記空間形成部を構成する壁部の少なくとも一部が前記伝熱部として機能し、前記吸着材が前記伝熱部に接触するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の流量調整弁。
前記空間形成部は、前記壁部としての底部及び筒状部を有して有底筒状に形成され、
前記底部が前記伝熱部として機能することを特徴とする請求項２に記載の流量調整弁。
請求項１～３のいずれか１項に記載の流量調整弁と、前記冷媒を所定方向に送り出す送流体手段と、前記冷媒を放熱する放熱手段と、前記冷媒を通過させるとともに前記冷却対象から受熱する受熱部と、を備え、前記流量調整弁と前記送流体手段と前記放熱手段とを接続する流路において前記冷媒を循環させることを特徴とする冷却装置。