JPH02302532A - 個別冷却システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、ビル等の各階に設置されているＯＡ機器等の
発熱機器類、又はこれ等の発熱機器と間仕切の近傍とを
、それぞれ個別に冷却するための個別冷却システムに関
するものである。

「従来の技術」 最近、インテリジェントビル等のように、ビル内ては、
２４時間稼動の情報機器やＯＡ機器等の発熱機器類が室
内に多く点在するようになり、これ等の機器類の常時発
熱によって、一般的な室内冷房ないし空調のみては、こ
れ等の機器類の正常な稼動のために必要な室温を満足し
なくなる傾向にある。

しかも、これ等の機器類は、多くの場合間仕切（パーテ
ィション）によって仕切られた部分に設置されているの
で、室内の各部の温度差か大きくなる傾向にあり、同時
に、そこに働く個人の体感温度に適した空調を行なうパ
ーソナル空調方式が求められるようになりつつある。

このような要請に応えるものとして、例えば特開昭６４
−２８４２５号公報で開示されているように、天井面を
形成する床スラブの下面に水平ダクトを設置し、内部で
空気連通ずる複数の分岐ボックスを前記水平タクトに接
続し、この分岐ボックスからフレキシブルタクトを介し
て個別送風用柱体を接続した個別送風式空調装置か提案
されている。

前記個別送風用柱体は、鉛直方向に延伸しかつその水平
断面形状がほぼ二等辺三角形である中空フレームと、前
面に空気吹出口を有して前記中空フレーム内部を鉛直方
向に延伸する空気タクトとを備えており、この個別送風
用柱体を、例えば間仕切（パーティション）の隅角に設
置し、前記空気吹出口から空気を吹出して、当該間仕切
内を個別に空調するようになっている。

しかしなから、従来ＯＡ機器等の発熱機器や間仕切の周
辺を個別に冷却するシステムは提案されていない。

「発明が解決しようとする課題」 前述の従来の個別空調装置によると、フロアに間仕切が
設置されていないケースでは、個別送風用柱体を取付け
るため、間仕切に代る特別な部材の設置を必要とする。

また、送風式空調であるため、天井の下方空間に大容量
の水平ダクトを設置しなければならないので、設置のコ
ストか高くなるほか、この水平ダクトや個別送風用柱体
ごとに設ける分岐ボックスにより、天井の下方空間か雑
然として室内環境（美観）を大きく損なう。

本発明の目的は、前述のような問題を解決するための個
別冷却システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、分離形のヒートパイプ冷却方式を
採用して、発８機器項や間仕切等における被冷却部位の
床面からの高さかそれぞれ異なる場合にも、作動液の液
面を同一に保ちつつ充分に蒸発機能を発揮する個別冷却
システムを提供することにある。

「課題を解決するための手段」 本発明に係る個別冷却システムは、前述の目的を達成す
るために、同一の階に設置されている全部又は一部の発
熱機器毎に冷却ユニットを設置しこの冷却ユニットを、
作動液の液位を含む蒸発部分が外管とこの外管内に狭い
流通間隙を介して挿入された状態の内管とを備えていて
、所定の間隔て直立状又は急傾斜状に配置され、上下端
部を上部ヘッダー管と下部ヘッダー管て連通した複数本
のパイプによって構成し、各冷却ユニットの下部ヘッダ
ー管を当該階の床スラブ内（又は二重床内）に設けた液
相冷媒の配管により相互に連通し、各冷却ユニットの上
部ヘッダー管を気相冷媒の配管によって相互に連通し、
液相冷媒の配管と気相冷媒の配管とをターミナル熱交換
器へ連通ずるとともに、液相冷媒の配管に液面調節器を
設置している。

当該フロアの前記発熱機器が、間仕切によって仕切られ
た部分に設置されているときは、間仕切の内部にも前記
と同様な構造の冷却ユニットを設置するのが好ましく、
この場合は、当該冷却ユニットの下部ヘッダー管を前記
液相冷媒の配管によって他の冷却ユニットの下部ヘッダ
ー管と連通させるとともに、当該冷却ユニットの上部ヘ
ッダー管を前記気相冷媒の配管によって他の冷却ユニ・
ントの上部ヘッダー管と連通させる。

同一フロアが複数の室に区分されている場合においては
、各室間の壁の中にも前述の構造の冷却ユニットを設け
るのか好ましい。この場合にも、当該冷却ユニットの下
部ヘッダー管を前記液相冷媒の配管によって他の冷却ユ
ニットの下部ヘッダー管と連通させるとともに、当該冷
却ユニットの上部ヘッダー管を前記気相冷媒の配管によ
って他の冷却ユニットの上部ヘッダー管と連通させる。

前記冷却ユニットを、感熱板を有する枠内に収容すると
、それ自体を間仕切として使用することかできる。

前記いずれの場合も、各冷却ユニットの上部ヘッダー管
を気液分離機構を介して気相冷媒の配管と連通し、この
気相冷媒の配管を当該階の床スラブ内（又は二重床内）
に設けるのか望ましい。

ビルにおいては、各階毎に前記の冷却システムを設置し
、ビルの適所に設置された冷熱源装置から各階毎のター
ミナル熱交換器を経て前記冷熱源装置に戻るように循環
する冷水配管を設けるのか望ましい。

「作用」 本発明に係る個別冷却システムは、液面調節器により、
作動液の液位か、各冷却ユニットを構成する数本のパイ
プの二重になっている部分に位置する状態に保って運転
すると、作動液は主として前記二重になっているパイプ
の外管と内管との流通間隙内て沸騰し、当該設置部位の
周囲の熱を吸収して冷却する。

気相になった作動液は、気相冷媒の配管を通ってターミ
ナル熱交換器内で凝篇し、凝縮した作動液は重力て液相
冷媒の配管に流れ、前記冷却ユニットに達して再び沸騰
するように循環する。

冷却ユニットの蒸発部には、前述のように二重構造のパ
イプを採用しているので、低熱流束下ては、作動液が二
重構造のパイプの内管と外管との間隙内で沸騰し、この
沸騰によって生じた気泡が、急速に膨張しなから前記間
隙内を上昇する。この％泡の膨張上昇によって、未清謄
の作動液を押し上げ、当該間隙内では気相と液相の上昇
乱流を生ずる。内管の上端に押し上げられるまで沸誘し
なかった作動液は、当該内管の上端から内管内に落下す
る。

内管と外管との流通間隙内て発生した気泡は、当該流通
間隙をより狭くすれば、未沸慧の作動液をより高く押し
上げる。

したがって、発熱機器や間仕切の近傍等の被冷却部分の
床面からの高さは、それぞれ異なる（例えば、ある機器
の発熱部分は床面から９０ＣＯ１まててあり、間仕切の
高さは床面から１５０ｃｏ＋であるなど）か、各冷却ユ
ニットにおける二重のパイプの外管と内管との流通間隙
の適切に設定すれば、各冷却ユニットによって冷却すべ
き部分の床面からの高さかそれぞれ異なっていても、そ
れに対応して冷却機能を発揮する。

各冷却ユニットの上部ヘッダー管を、気液分離機構を介
して気相冷媒の配管に接続すると、気相冷媒の配管をそ
の階の床スラブ内又は二重床内に設けて、配管類を目立
たないようにし、室内の体裁を損なわないようにするこ
とかてきる。

間仕切内に冷却ユニットを設けると、輻射冷却によって
当該部分の冷却効果かざらに高まる。

「実施例」 以下図面を参照して本発明の実施例を具体的に説明する
。

第１図のように、ビルの各階ａには間仕切１て仕切られ
た部分に、情報機器やＯＡ機器等の発熱機器２か設置さ
れており、ある部分には、間仕切１のほかに当該間仕切
１より高さの高い他の間仕切１ａか設置されている。

各発熱機器２には、その発熱部分に近接してそれぞれ冷
却ユニット３が設置され、この実施例の間仕切１及び１
ａはそれ自体か冷却ユニット３′を構成している。

各階ａの床スラフ４内には、実線て示す液相冷媒の配管
５と、一点鎖線て示す気相冷媒の配管６か設置され、各
冷却ユニット３及び３′は、それぞれ管継手７により両
配管５及び６に接続されている。

これらの配管５及び６は、床スラブ４内に設けたコンシ
ェツトＶ（図示しない）内に配管することかできるし、
住宅のように二重床になっている場合は、この二重床内
に配管してもよい。

液相冷媒の配管５には液面調節器９が設けられており、
各冷却ユニット３，３′内の作動液の液位を、当該階ａ
の床面より数十ｃｍ上位に保っており、液相冷媒の配管
５と気相冷媒の配管６とは、各階ａの適所に設置したタ
ーミナル熱交換器８を介して接続されている。

ビルの適所には冷熱源装置１０を設置し、この冷熱源装
置１０から、各階ａのターミナル熱交換器８を経て冷熱
源装置１０に戻るように循環する冷水配管１１を設けて
いる。この冷熱源装置１０には、深夜電力を有効利用て
きるように、あるいは非常時におけるバックアップ熱源
として利用てきるように、氷蓄熱ユニットを使用するの
か望ましい。

冷却ユニット３は、第２図及び第３図のように、所定の
間隔て直立させた数本のパイプ３０の上下端部を、上部
ヘッダー管３１及び下部ヘッダー管３２て相互に連通さ
せて構成したものて、上部ヘッダー管３１は前記気相冷
媒の配管６へ、下部ヘッダー管３２は液相冷媒の配管５
へそれぞれ連通している。

この実施例ては、パイプ３０及びヘラター管３１．３２
を、アルミニウム合金を押出し成形した断面溝状の複数
の感熱枠３３て支持させている。

この感熱枠３３は、発熱機器２の発熱部分に面する前面
の感熱板３３ａと、その両側の側壁板３３ｂと、感熱板
３３ａの裏面へ所定間隔て縦方向に形成された断面円弧
状の支持溝３３ｃとて構成されており、上下のヘッダー
管３１，３２は側壁板３３ｂを貫通し、各パイプ３０は
円弧状の支持溝３３ｃ内に内接した状態て支持されてい
る。

各パイプ３０は、第４図のように、鋼管がらなる外管３
０ａと、この外管３０ａ内に狭い流通間隙３０ｃを介し
て設けた鋼管よりなる内管３０ｂから構成され、内管３
０ｂの下端部をほぼ等しい間隔て内部より外管３０ａに
接触するまて突出させて突部３０ｄを形成し、これによ
って外管３０ａ内と内管３０ｂを相互に固定している。

内管３０ｂの長さは蒸発部の長さとほぼ等しい長さに設
定しており、内管３０ａの上端は上部ヘッダー管３１ま
て達しないように設定している。

パイプ３０相互の上端に連結した上部ヘッダー管３１の
上部には、第５図のように５ヘッダー管３１より小径な
管３４を接続して気液分ｇＩ機構３５を構成しており、
上部ヘッダー管３１をこの気液分＃機構３５を介して第
１図の気相冷媒の配管６へ接続させ、気相冷媒の配管６
を床スラブ４内に設けても、パイプ３０内で蒸発した作
動液の蒸気と液体とが混合しないようになっている。

間仕切１及び１ａを構成する冷却ユニット３゛は、前記
冷却ユニット３とほぼ同様に構成されているが、前記冷
却ユニット３とは感熱枠３３の構造を若干異にしている
。

冷却ユニット３°の感熱枠３３は、第７図のようにアル
ミニウム合金を押出し成形した中空パネル状てあり１両
側に側壁板３３ｅを有し・、裏面へ所定間隔に支持溝３
３ｆを有する同一・断面形状の両面の感熱板３３ｄ、３
３ｄを、前記側壁板３３ｅの先端に形成された凹凸嵌合
部３３ｇの部分で相互に嵌合一体化したもので、各支持
溝３３ｆか両側からパイプ３ｏを保持しており、上下の
ヘッダー管３１，３２は側壁板３３ｅに貫通された状態
て支持されている。

前記感熱板３３ｄの表面には、適当な断面形状の吸熱フ
ィン３３ｈを形成するのか好ましい。

各冷却ユニット３，３゛は、作動液すの液位か内管３０
ｂの下端部から上端部の間に位置する状態で作動させる
か、好ましくは前記液位か内管３０ｂの全長の１／２以
下にある状態て作動させるのか望ましい。

第１Ｏ図のように、パイプ３ａが一重である場合、高熱
流束のときは蒸発部の内部て作動液すの沸騰か定常的に
起り、したかって熱伝達率も高いか、熱流束か低くなる
に従って、パイプ３ａ内の作動液すの液面に沸勝によっ
て生した気泡Ｃか溜るようになり、蒸発部分における作
動液すに温度分布を生して熱伝達率か著しく低下する。

そして、時間の経過により作動液すの澗醤は間欠的にな
り、熱伝達率はさらに低下して作動も不安定になる。

しかしながら、この実施例の個別冷却システムにおける
冷却ユニット３のバイブ３０は、蒸発部か前述のように
二重構造であるので、低熱流束のときても、第４図のよ
うに外管３０ａと内管３０ｂとの流通間隙３０ｃ内で作
動液すか８凰し、沸騰によって発生した気泡Ｃは、急速
に膨張しなから流通間隙３０ｃ内を上昇し、それに伴な
フて気化していない作動液すを押とげるので、当該間隙
３０ｃ内て気相と液相の乱流を生ずる。このようにして
、作動液すは間隙３０ｃ内を上昇しながら沸騰し、内管
３０ｂの上端に達するまてに沸騰しなかった作動液すは
、内管３０ｂ内に落下する。

このように、低熱流束ても狭い間隙３０ｃ内で蒸発部に
おける作動液すか常に沸騰し、気泡Ｃの動きによって当
該部分の作動液すが乱流状態になるのて、熱伝達率は低
下せず安定して作動する。

沸騰した作動液すの蒸気は、第５図て示す上部ヘッダー
管３１の気液分離機構３５によって作動液すと完全に分
離され、第１図の気相冷媒の配管６を経てターミナル熱
交換器８に達し、凝縮して自重て液相冷媒の配管５に流
れ込み、当該配ｖ５を経て冷却ユニット３，３′に戻る
ように循環する。

各冷却ユニット３，３゛における作動液すの液位は同一
であるにも拘らず、それぞれの蒸発部の長さ、すなわち
バイブ３０における内管３０ｂか挿入されている部分の
長さは一様てはないか、蒸発部の長い冷却ユニットにお
けるバイブ３０は、蒸発部の短かい冷却ユニットにおけ
るバイブ３０よりも、内管３０ｂと外管３０ａとの流通
間隙３０ｃを狭くすることによって、蒸発部か充分に機
能するように調整することかてきる。

すなわち、外管３０ａと内管３０ｂの間隙３゜Ｃかより
狭ければ、作動液すの液位から内管３０ｂの上端までの
距離か長くても、流通間隙３０ｃ内での８騰によって生
ずる気泡Ｃは、気化していない作動液すを押上げる力か
強くなり、液位の部分から内管３０ｂの上端まての間て
、前述のような作動液すの沸騰か繰返されるからである
。

各冷却ユニット３，３′の下部ヘッダー管３２と液相冷
媒の配管５との間には１図示しないバルンか設けられて
おり、それぞれ個々に作動を停止することができるよう
になっている。

この実施例の冷却システムは、発熱機器２毎に冷却ユニ
ット３を設けているので、発熱機器２の過熱を適切に防
止し、当該機器を好ましい状態に保つことかてきる。ま
た、間仕切１，１°を冷却ユニット３′に構成したこと
によって、その周辺部分か輻射冷却され冷却効果かさら
に高まる。

また、各冷却ユニットの蒸発部の長さか異なっていても
、前述のように内管３０ｂと外管３０ａとの流通間隙３
０ｃを適宜選択することによって、各冷却ユニット３．
３′か充分に蒸発機能を発揮するように調整することが
てきる。

感熱枠３３には、感熱板３３ａ及び３３ｄの表面に、第
６図て例示するように吸熱フィン３３ｊを形成するか、
あるいは、表面に図示しなし１凹凸を形成して、表面植
を増大させるのか望ましい。

第８図及び８９図は冷却ユニット３及び３′の変形例で
あって、冷却ユニット３又は３゛を構成する各バイブ３
０には、銅やアルミニウム又はこれ等の合金よりなるル
ーバー状の多数のフィン３３ｋを固定し、上部縁枠３３
文に取付けた支持板３３ｐに上部ヘッダー管３１を貫通
した状態で支持させ、下部縁枠３３ｍに取付けた支持板
３３ｑに下部ヘッダー管３２を貫通した状態て支持させ
、両側に側枠３３ｎを取付けたものである。

この構造の冷却ユニット３又は３′は、ルーバー状の多
数のフィン３３ｋをバイブ３０に取付けたことにより、
熱の吸収かより効率的である。

この実施例の冷却ユニットの他の構成及び作用は、前記
実施例のものと同様なのて説明を省略する。

冷却ユニット３．３′における外管３０ａと内管３０ｂ
との流通間隙３０ｃの大きさは、当該冷却ユニット３，
３′の蒸発部の長さ、作動液の種類等によって適宜設定
すべきであるか、一応の目安としては、０．１〜１．５
ｍｍ程度の範囲で設定する。

内管３０ｂの突部３０ｄは、外管３０ａを内側に凹没さ
せてもよく、これらに代えて、外管３０ａと内管３０ｂ
との間に適宜のスペーサを介在させも実施することかで
きる。

また、内管３０ｂ外周面又は外管３０ａの内周面へ管に
沿って直線状又は螺旋状のフィンを形成するか、あるい
は、内管３０ｂ外周面又は外管３０ａの内周面へ不連続
な無数の凹凸を形成した後後に、外管３０ａ内に内管３
０ｂを挿入しても実施することかできる。

さらに、外管３０ａと内管３０ｂとを一体に押出し成形
しても実施することかてきる。

外管３０ａと内管３０ｂとの間隙３０ｃを、例えば０．
２＋＋１Ｉ１１以下のように非常に狭くする場合は、多
くの場合管の断面は厳密に相似形てはないのて、外管３
０ａ内に内管３０ｂを端に挿入するたけてよい。

「発明の効果」 本発明に係る個別冷却システムは、室内の美観を損なわ
ないで設置することかてきるとともに、情報機器やＯＡ
機器がらり発熱を個別に冷却して、これらの機器類を常
に好ましい状態に維持することかできる。

発熱機器類や間仕切等における発熱部位の床面からの高
さかそれぞれ異なる場合にも、作動液の液面を同一に保
って充分に蒸発機能を発揮させることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る個別冷却システムの一例を一部省
略して示す概略構成図、第２図は第１図の実施例て使用
した冷却ユニットの背面図、第３図は第２図の矢印Ａ−
Ａに沿う拡大断面図、第４図は第２図の冷却ユニットの
部分拡大断面図、第５図は第２図の冷却ユニウドにおけ
る気液分離機構の拡大図、第６図は冷却ユニットにおけ
る感熱枠の変形例を示す拡大平面図、第７図は第１図の
実施例で使用した他の冷却ユニットの拡大平断面図、第
８図は冷却ユニットの変形例を示す一部省略正面図、第
９図は第８図の矢印Ａ−Ａに沿う一部省略拡大断面図、
第１０図は冷却ユニットにおける従来のパイプの部分拡
大断面図である。 主要図中符号の説明 １、ｌａ・・・間仕切 ２・・・・・・発８ａ器 ３．３′　・・・冷却ユニット ３０・・・・・冷却ユニットを構成するパイプ３０ａ・
・・・内管 ３０ｂ・・・・内管 ３０ｃ・・・・流通間隙 ３１・・・・・上部ヘッダー管 ３２・・・・・下部ヘッダー管 ３３・・・・・感熱枠 ３３ａ・・・・感熱板 ３３ｂ、３３ｅ・・・・側壁板 ３３ｃ、３３ｆ・・・・支持溝 ３３ｄ・・・・感熱板 ３３ｇ・・・・凹凸嵌合部 ３３ｈ、３３ｊ・・・・フィン ３３ｋ・・・・ルーバー状のフィン ３３文、３３ｍ・・・・上下の縁枠 ３３ｎ・・・・側枠 ３３ｐ、３３ｑ・・・・支持板 ４・・・・・・床スラブ ５・・・・・・液相冷媒の配管 ６・・・・・・気相冷媒の配管 ８・・・・・・ターミナル熱交換器 ９・・・・・・液面調節器 １０・・・・・冷熱源装置 匝＝−）。 １１・・・・・冷水配管　　　　　　　　　ｉｌ、Ｉ　
：・・、Ｉ、′、１ 特許出願人代理・人　弁理士　河　野　茂　夫・０．．
１同　　　　　　　　　弁理士　鎌　１）久　男ｒ、、
’、〒　　ｊ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）、同一の階に設置されている全部又は一部の発熱
   機器毎に冷却ユニットを設置し、この冷却ユニットは、
   作動液の液位を含む蒸発部分が外管とこの外管内に狭い
   流通間隙を介して挿入された状態の内管とを備えていて
   、所定の間隔で直立状又は急傾斜状に配置され、上下端
   部を上部ヘッダー管と下部ヘッダー管で連通した複数本
   のパイプによって構成され、各冷却ユニットの下部ヘッ
   ダー管を当該階の床スラブ内又は二重床内に設けた液相
   冷媒の配管により相互に連通し、各冷却ユニットの上部
   ヘッダー管を気相冷媒の配管によって相互に連通し、液
   相冷媒の配管と気相冷媒の配管とをターミナル熱交換器
   に連通するとともに、液相冷媒の配管に液面調節器を設
   置したことを特徴とする個別冷却システム。
2. （２）、同一の階に前記発熱機器のほかに間仕切を設置
   し、この間仕切の内部に前記冷却ユニットを設置し、当
   該冷却ユニットの下部ヘッダー管を前記液相冷媒の配管
   によって他の冷却ユニットの下部ヘッダー管と連通させ
   るとともに、当該冷却ユニットの上部ヘッダー管を前記
   気相冷媒の配管によって他の冷却ユニットの上部ヘッダ
   ー管と連通させた、請求項１に記載の個別冷却システム
   。
3. （３）、前記冷却ユニットの上部ヘッダー管が気液分離
   機構を介して気相冷媒の配管と連通し、この気相冷媒の
   配管を当該階の床スラブ内又は二重床内に設けた請求項
   １又は２に記載の個別冷却システム。
4. （４）、各階毎にターミナル熱交換器が設置され、適所
   に設置された冷熱源装置から各階毎のターミナル熱交換
   器を経て前記冷熱源装置に戻るように循環する冷水配管
   を設けた、請求項１〜３のいずれかに記載の個別冷却シ
   ステム。