JPH0420788A - 冷却装置および温度制御装置 - Google Patents

冷却装置および温度制御装置

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JPH0420788A
JPH0420788A JP2124084A JP12408490A JPH0420788A JP H0420788 A JPH0420788 A JP H0420788A JP 2124084 A JP2124084 A JP 2124084A JP 12408490 A JP12408490 A JP 12408490A JP H0420788 A JPH0420788 A JP H0420788A
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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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、熱搬送装置に関連し、特に液体の熱媒体を熱
の作用により循環させて熱を搬送し、種種の機器を冷却
する冷却装置およびそれを利用した機器の温度制御装置
に関する。
（従来の技術） 機器の冷却、加熱、空調その他の温度調節装置などにお
ける熱搬送に関し、熱媒体を熱作用により流動させる熱
搬送の方法としては、自然対流による熱搬送は広く用い
られている。しかしこれは発熱の密度、搬送の密度が低
い場合にしか有効ではない。
搬送密度の高い熱作用による熱搬送装置として近年、研
究開発が活発に行われているものに第１４図に示すよう
なヒートバイブがある。
これは、熱媒体１００を密封管路１０１内に入れ、熱媒
の受熱部１０２において液媒体１００が蒸発し、気体と
なって放熱部１０３に流れ、放熱部１０３で凝縮液化し
、また受熱部１０２に戻る。
この循環力は重力による方式の場合は第１４図に示され
るように放熱部１０３は受熱部１０２より高い位置にあ
ることと、途中の管路も重力による流れが維持されるよ
う配置が限定される。
また重力によらない場合はウィックと呼ばれる繊維状物
質のぬれ作用に基く力など、微妙な力に頼ることになり
、熱媒循環力としては限定されたものとなる。したがっ
て、ヒートバイブの利用は現在かなり限定された用途に
しか用いられておらず、熱媒循環にはポンプが使用され
ることが一般である。しかしポンプのような循環装置は
大規模で複雑になるため、ポンプのような可動部のない
、シンプルで信頼性が高く、低コストで使用条件が限定
されない熱媒循環システムに対する要望が大きい。
特に最近、半導体電子回路の小形高密度化が進み、また
インバーターエアコンなどに見られるようにパワー半導
体素子やパワー制御システムに半導体が多用され、発熱
密度の高い半導体制御回路が、増々多く使われるように
なっていくと考えられる。
従来、回路素子や基板の冷却には自然通風やファン通風
冷却が主で、発熱密度が上って来ると前記したヒートパ
イプや、水冷式も用いられている。
しかしヒートバイブは前述のような制約があり、水冷式
はポンプなどの水の循環装置が必要で、大規模装置にし
か向かない。
（発明が解決しようとする課題） 上記したように、熱搬送装置としての一例としての冷却
装置にあっては、自然対流によるものおよび重力によら
ないヒートパイプにおいては、熱搬送密度の低いものに
しか適用できず、重力を利用したヒートパイプにあって
は、各構成部品（受熱部、放熱部等）の配置が限定され
てしまい、ポンプ等の循環装置を用いたものでは、装置
自体が大規模になってしまうという欠点があった。
本発明は、上記問題点を解決する目的でなされたもので
、熱搬送密度が高く、各構成部品の配置が限定されるこ
となく、かつポンプ等の機械的動力源となる循環装置を
必要としないシンプルな構成の冷却装置およびそれを利
用した温度制御装置を提供することにある。
［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明の第１の冷却装置は、
内部に液体熱媒体を所定量封入した閉ループ管路手段と
、冷却すべき物体から熱を受け取り、前記閉ループ管路
手段内の前記熱媒体へ熱を伝える受熱部と、前記閉ルー
プ管路手段内の前記熱媒体から熱を奪う放熱部と、前記
閉ループ管路手段内に設けられ、前記受熱部から前記放
熱部へ向かう前記熱媒体の一方向の流れだけを許容する
逆止弁と、から成ることを特徴としている。
また、第２の冷却装置は、内部に液体熱媒体を所定量封
入した閉ループ管路手段と、冷却すべき物体から熱を受
け取り、前記閉ループ管路手段内の前記熱媒体へ熱を伝
える受熱部と、前記閉ループ管路手段内の前記熱媒体か
ら熱を奪う放熱部と、前記受熱部で前記熱媒体の少くと
も一部が蒸発した際の体積膨張により前記熱媒体が前記
放熱部の方向へ向かう第１の方向に移動するように設け
られた第１の逆止弁と、前記放熱部で前記蒸発した熱媒
体が冷却された際の体積収縮により前記熱媒体が前記第
１の方向と同方向に移動するように設けられた第２の逆
上弁と、から構成されていることを特徴としている。
また、第３の冷却装置は内部に液体熱媒体を所定量封入
した閉ループ管路手段と、冷却すべき物体から熱を受け
取り、前記閉ループ管路手段内の前記熱媒体へ熱を伝え
る受熱部と、前記閉ループ管路手段内の前記熱媒体から
熱を奪う第１の放熱部と、この第１の放熱部で冷却され
た前記熱媒体と前記受熱部で加熱された前記熱媒体とを
熱交換させて前記閉ループ管路手段内の熱媒体から熱を
奪う第２の放熱部と、前記第１および第２の放熱部の間
に設けられ、前記受熱部および前記第２の放熱部から前
記第１の放熱部に向かう前記熱媒体の一方向の流れだけ
を許容する第１の逆止弁と、前記第２の放熱部と前記受
熱部との間に設けられ、前記第１の逆止弁と同方向の前
記熱媒体の流れだけを許容する第２の逆止弁と、から成
ることを特徴としている。
また、本発明の温度制御装置は、内部に液体熱媒体を所
定量封入した閉ループ管路手段と、温度を調節すべき物
体から熱を受け取り、前記閉ループ管路手段内の前記熱
媒体へ熱を伝える受熱部と、前記閉ループ管路手段内の
前記熱媒体から熱を奪う放熱部と、前記閉ループ管路手
段内に設けられ、前記受熱部から前記放熱部へ向かう前
記熱媒体の一方向の流れだけを許容する第１および第２
の逆止弁と、 前記閉ループ管路手段内の圧力を調整する圧力調整手段
と、から成ることを特徴としている。
（作　　用） 以上のように構成された本発明によれば、第１の冷却装
置にあっては、受熱部で熱媒体が蒸気化する際に体積が
著しく膨張する際の体積膨張エネルギーを、逆止弁を用
いて熱媒体の循環力に有効に変換できるため、冷却すべ
き機器から熱を奪った熱媒体が放熱部まで循環して前記
機器が冷却できる。体積膨張のエネルギーは、比較的大
きいため、熱媒体は、重力に逆らってでも循環でき、し
たがって、配管の配置が限定されることもなく、簡単な
構成で冷却装置が実現される。
また、上記のような熱媒循環作用は、冷却すべき機器の
発熱量が多ければ蒸気泡の発生が促進されて冷却作用は
強く働き、冷却すべき機器の発熱量が少なければ蒸気泡
の発生が抑制されて冷却作用は弱くなる。
言い換えると、本発明の冷却装置は、自己温度制御機能
を有していると言える。つまり、外部から何も制御する
ことなしに、発熱量が多いには自動的に冷却作用が強ま
り、発熱量が少いときには、自動的に冷却作用が弱まる
。したがって、冷却すべき機器１の温度をある程度一定
に制御することが可能である。
第２の冷却装置にあっては、第１の冷却装置の作用、効
果に加えて、次のような作用効果が得られる。
すなわち、逆止弁を２つ設けて、一方の逆止弁は、第１
の冷却装置の場合と同様に熱媒体の体積膨張エネルギー
を、熱媒体の循環力に有効に変換するとともに、他方の
逆止弁は蒸発した熱媒体が放熱部で冷却された際の体積
収縮エネルギーをこの逆止弁で熱媒体の循環力に有効に
変換している。
したがって、循環力がより大きくなり動作が安定して、
第１の冷却装置よりも冷却作用をさらに向上させること
ができる。
第３の冷却装置にあっては、第１および第２の冷却装置
の作用、効果に加えて、次のような作用効果が得られる
。
すなわち、熱媒体の冷却効果を大きくして体積収縮エネ
ルギーを大きくして、循環力をアップさせるものである
。すなわち、第１の放熱部でしっくり冷却された熱媒体
と、体積収縮させたい蒸気の混合した熱媒体を瞬時に熱
交換させているため蒸気は、非常に早く収縮し、循環力
が大きくなって動作が安定し、第１および第２の冷却装
置よりも冷却作用をさらに向上させることができる。
本発明の温度制御装置によれば、前記第１の冷却装置に
おける冷却力を自在に調整できるため、前記機器の温度
を任意に制御できる。
つまり、閉ループ管路内の圧力を任意に調整することに
より、熱媒体の蒸発温度（沸点）を自由に調節できこれ
により、温度制御すべき機器の温度を制御できる。
（実施例） 以下図面を参照しなから本発明の種々の実施例を説明す
る。
（実施例１） 第１図は本発明の冷却装置の第１の実施例である。１は
高発熱の半導体部品など冷却すべき機器、２は銅など熱
伝導性の良い材料で作られた冷却板で内部に熱媒管６が
挿入されており、受熱部３として作用する。８は第１の
放熱部たる放熱器で、ファン１１などで空気を吹き付け
て熱媒から空気中に熱を放熱させる。４，７は逆止弁で
熱媒の流れを制御するものでそれぞれａ、ｂの矢印の方
向の流れのみを許すものである。５は第２の放熱部たる
熱媒間熱交換器で、２重管構造となっている。
内側管６ａ内は受熱部３内で加熱された熱媒が流れ、外
側管６ｂには放熱器８で冷却された熱媒が流れる。熱媒
管６．内側管６ａの外側管６ｂから構成されるループ配
管全体は外部とは密封され、管路内には例えば次のよう
な熱媒１０が封入されている。
水、メチルアルコール、エチルアルコール、各種フレオ
ン、ブタンなどの有機熱媒、ふっ素化オレフィンなど各
種熱媒である。
封入液量は全ループ堆積の２０〜９９％程度さらに望ま
しくは７０〜９５％程度で、管路内で平衡状態のときは
飽和圧力、温度になって蒸気と液が共存する状態で止っ
ている。
冷却すべき機器１の運転開始され、発熱がはじまると、
放熱器８の冷却ファン１１も運転開始され、冷却すべき
機器１の発熱は冷却板２に伝わりさらに受熱部３の熱媒
管６内の熱媒１０に伝わり、熱媒１０が蒸発し始める。
その蒸発により、熱媒１０の体積が膨張し管路内の圧力
が上昇し、この結果逆止弁４が開いて熱媒１０は矢印ａ
の方向へ移動する。それにともない蒸気泡が移動して、
熱媒熱交換器５の近傍まで達すると、この蒸気泡は放熱
器８で冷却された熱媒と熱交換して冷却されて凝縮する
。この結果管路内の圧力が低下し、それにより、今度は
逆止弁４が閉じて逆止弁７が開き、熱媒１０はループ内
で矢印ａ方向と同一方向の矢印す方向に移動する。
以上のようにして、閉ループ管路（熱媒管６）内で熱媒
１０は一方向の流れとなる。なお、放熱器８は、熱媒熱
交換器５の外側管６ｂに冷却された比較的冷たい熱媒１
０を供給して内側管６ａとの熱交換効率を向上させるた
めのものである。
このように本発明の原理は、発熱の熱エネルギーを放熱
部と一対の逆止弁を用いて閉ループ管内で熱媒の循環力
に有効に変換するものである。
次に前記したように閉ループ配管内で熱媒を一方向に効
率良く駆動するための条件を考えてみる。
受熱部３において熱媒１０が受熱して温度が上り、飽和
温度に達すると蒸気が発生し、気液２相となる。２相流
となった場合の気液の様相は第２図および第３図に示す
ように種々の様相になり得るが、プラグ流、スラグ流、
フロス流の流動様相が特に第４図に示すような、いわゆ
るピストン流となるような条件のときは、蒸発が進んで
、気泡が生長すると逆止弁４，７により一方向に流れが
制限されているので、液体が一方向に良好に駆動される
（流れ）ることになる。
ところで、いわゆるピストン流の流動様式となる条件を
考えてみると、 水平管の場合は重力の影響で、第３図（ａ）の層状流の
ように気液が上下に分離しようとする力を気液界面の表
面張力により、界面の小さいピストンフローに維持され
るようにするには管がある条件より細いこと、沸とうが
あまり激し急ぎないこと、流速がある程度遅いことなど
の条件が満だされることである。
もう少し数値的に検討すると、水平管の場合、重力によ
り第３図（ａ）の層状流になろうとする力と表面張力で
、ピストンフローの流動様式に押えようとする力の拮抗
を第５図により考えてみる。
第５図は水平円管で、ピストンフローの状態での気液界
面を示しており、いまＰ　点、Ｐ２点の重カによって生
ずる圧力差を計算すると △Ｐ−Ｐ２−Ｐ１−Ｐｇｄ　　　　　（１）ここで、ρ
：液の密度　　　［ｋｇ／ｒｎ３］ｇ：重力加速度　　
［ｒｎ／ｓ”］ △Ｐ：差圧　　［Ｐ　　−Ｎ　／　ｍ　２コａ ｄ：管内径 気泡内の圧力の表面張力による上昇圧力Ｐ、はここで、
σ：表面張力　　［Ｎ　／　ｍ　］Ｐ　：表面張力によ
る上昇圧力［Ｎ／ｃｍ２］σ △ＰよりＰ　が大きいと、重力でピストンフロσ のパターンがくずされることはないと考えられるので、 の関係が得られる。つまり管内径は２Ｊσ／ρｇより小
さければ第４図のようなピストン型気泡が重力の力で第
３図（ａ）のような層状になることはないことになる。
垂直管や斜め配置のときはピストン型気泡はよりくずれ
難いと考えられるので前述（１）式は一般に成立すると
考えて良い。（１）式より重力が小さいとき、例えば人
工衛星内ではより太い管でもピストン型気泡が維持され
ることを示している。
前述のごとく、蒸気が発生して蒸発が続き、気泡が拡大
して体積が膨張すると逆止弁４が開いて逆止弁７が閉じ
るため一方向に液および気泡が押されて流れて行き、熱
媒間熱交換器５に気泡が流入すると放熱部８で冷却され
ている熱媒１０との熱交換により気泡は凝縮し体積か縮
小し始める。
すると、受熱部３の前方の逆止弁７が開いて逆止弁４が
閉じるため放熱部８からの戻りの温度の低い熱媒液１０
が受熱部３に導入されることになる。
そして、受熱部３が冷却され、蒸発が押えられて体積収
縮がさらに促進される。気泡の凝縮が進み、体積が十分
に縮少すると受熱部３への熱媒１０の流入は止まり、再
び受熱部３が温度上昇に転じ、蒸発、気泡拡大体積膨張
のサイクルを繰り返すことになる。このようなサイクル
のくり返しによりポンプ作用が継続され、熱媒１０が受
熱部３から放熱部８へ、また放熱部８から受熱部３へと
、循環され、機器の冷却システムとして作用がなされる
。
このような熱媒循環作用は、冷却すべき機器１の発熱量
が多ければ蒸気泡の発生が促進されて冷却作用は強く働
き、冷却すべき機器１の発熱量が少なければ蒸気泡の発
生が抑制されて冷却作用は弱くなる。
言い換えると、本発明の冷却装置は、自己温度制御機能
を有していると言える。つまり、外部から何も制御する
ことなしに、発熱量が多いには自動的に冷却作用が強ま
り、発熱量が少いときには、自動的に冷却作用が弱まる
。したがって、冷却すべき機器１の温度をある程度一定
に制御することが可能である。このような自己温度制御
機能は注目すべき作用である。
次に、前記した第（１）式から効率良く熱媒循環作用を
得るための熱媒管６の受熱部３近傍での太さを算出して
以下の表１にまとめた。ただし、これらの管の太さは、
あくまでも熱媒管６を水平に配置した場合で、かつ循環
効率を最大限に高めるためのものであって、本発明は、
これに限定されるものではない。
表１に示すように、受熱部３近傍の熱媒管６の太さは、
水では管内径が５．３４ｍｍ以下、フレオン１１３では
同様に２．０市以下、エチルアルコールでは３．２５＋
ａ＋ｅ以下が望ましい。
ただし前記したように、この管の太さは水平管において
、最も効率の良い循環力を得るためのものであり垂直管
、斜め配管等では管の太さは上記範囲より太くとも効率
の良い循環力が得られ、これに限定されることはない。
また、人工衛星の中のように無重力状態では重力加速度
ｇ−０であるから前記（１）式ではｄくψとなり、管の
太さは定まらない。しかし、理論的に無重力では管の径
が太くともピストン型気泡が維持され易いことが理解で
きる。
（実施例２） 次に第６図と第７図は、本発明の冷却装置の第２の実施
を示すものである。
第１図に示す第１の実施例においては、第１の放熱部た
る放熱器８と第２の放熱部たる熱媒熱交換器１０とが分
割されてそれぞれの間に逆止弁７が設けられていたが、
第６図に示すものは放熱器８と熱媒熱交換器１０を一つ
にまとめて放熱部１２として形成したものである。そし
て第７図は、同様の主旨であるが、熱交換器１０を省略
すると共に冷却ファン１１も省略して放熱フィン等によ
る放熱部１２だけで熱媒１０の冷却を行なうものである
。この場合放熱部１２は、例えば機器筐体内から外部へ
出す等して放熱に良好な場所へ設置するとよい。
これら２つの実施例共に逆止弁７は、放熱部１２の途中
に設けである。これは、熱媒１０の膨張、凝縮により熱
媒１０の一方の循環力を有効に得るために特に適した場
所に設置しているためである。
このように、本発明の冷却装置の最もシンプルな構成と
しては、受熱部３と放熱部１２と放熱部１２の途中に設
けられた第１の逆止弁４と、受熱部３の流れ方向手前側
に設けられた第２の逆止弁７で構成されるものである。
特に冷却すべき機器１は、冷却板２に取付けられる必要
もなく、冷却板２を設けない場合には熱媒管６に直接取
り付けてもよい。
（実施例３） 次に第８図は、本発明の第３の実施例を示す図である。
この実施例においては、受熱部３近傍における熱媒管６
を並列管炉として熱媒管６ｃ、６ｄ、６ｅと３本に分岐
させて受熱部３近傍での流量を十分確保したものである
。
高密度実装に伴ない冷却すべき機器１の発熱密度が極め
て高くなると、効率の良い熱媒循環力を得るために受熱
部３近傍での熱媒管６の太さが前記した（１）式により
制限され、パイプ１本では冷却能力を十分高められなく
なるおそれが生じることに対応したものである。したが
って、受熱部３近傍て熱媒管６を複雑並列に分岐させ、
受熱部３近傍以外では熱媒管６の太さは制限されないこ
とから、他の部分の太い熱媒管６に合流させている。
なお、第８図においては、熱媒熱交換器５として前述し
てきた２重管方式とは異なる複数管熱接触方式を採用し
ている。この熱交換器５のＡ−Ａ切断面矢視図を第９図
（ａ）に示す。第９図（ａ）に示すように受熱部３から
熱をうばった熱媒１０の流れる熱媒管６ｃ、６ｄ、６ｅ
は、放熱器８で冷却された熱媒１０の流れる熱媒管６と
例えばハンダ付等で充分を熱を伝達され易く接触してお
り、熱交換が良好に行なえる。
また第９図（ｂ）に示すように熱媒管６と６ｃ。
６ｄ　　６ｅを良熱伝導体の熱交換板５ａにそれぞれ例
えばハンダ付等し、この熱交換板５ａを介して熱交換さ
せてもよい。
また、第８図に示すように熱媒管６を並列に分岐させる
ようなものにおいても、熱交換器５午前にて合流させれ
ば、前記の２重管式の熱交換器が使用できる。
なお、複数の並列管路は必要に応して分岐数を調整して
充分な流量が確保できる。
（実施例４） 次に第１０図は、本発明の冷却装置の第４の実施例を示
すものである。
この実施例は、冷却装置としての熱媒ループの動作がよ
り安定するように体積変化吸収装置２０を設けたもので
ある。この体積変化吸収装置２０はコムダイヤフラム２
１で分割される上方空間に例えば窒素ガス等の通常の使
用状態で凝縮しない不凝縮性のガス（窒素ガスに限定さ
れない）が封入されており、下方空間は熱媒管６と接続
されて熱媒１０が入っている。
このように体積変化吸収装置２０を設けたものは以下の
ように動作が安定する。
つまり、閉ループ管路（熱媒管６）内においては、受熱
部６から熱媒１０が受熱して蒸気泡が発生すると、閉ル
ープ管路内の圧力が上昇する。圧力が高くなると熱媒１
０の蒸発温度が高くなり動作か不安定となるおそれが生
じる。したがって、熱媒１０の蒸発、凝縮によって発生
する閉ループ管路内の圧力変化を体積変化吸収装置２０
て吸収して閉ループ管路内の圧力を常にほぼ一定となる
ように制御している。閉ループ管路内の圧力変化が小さ
ければ、熱媒１０の蒸発温度もほぼ一定であって、冷却
装置の動作は極めて一定となる。
さらに前述したように本発明の冷却装置は自己温度制御
機能を有しているが、閉ループ管路内の圧力がほぼ一定
に保たれると、上述のごとく熱媒の蒸発温度が一定とな
り、冷却すべき機器の温度をさらに安定に保つことがで
きる。
（実施例５） 次に第２の発明たる温度制御装置について説明する。
第１１図の基本的な構造は、第１０図の体積変化吸収装
置２０のコムダイヤフラム２１で分割される上方空間に
封入される不凝縮性ガスのガス圧力を調整可能なように
圧力調整装置２２としての小型ボンベ２３と減圧弁２４
を設けたものである。
この温度制御装置においては、ボンベ２３内の高圧ガス
を減圧弁２４でコントロールして体積変化吸収装置２０
内、ひいては閉ループ管路（熱媒管６）内の圧力を所定
圧力に制御できるものである。この圧力調整装置２２に
よれば閉ループ管路内の圧力を任意に変化させることに
より熱媒１０の蒸発温度を変化させ、よって冷却効率を
調整し、冷却すべき機器］の温度を調整することができ
る。
また、機器１の温度を自動的に制御するために例えば第
１２図に示すように熱媒１０（あるいは機器１等）の温
度を熱電対２６により検出し、弁開度調整装置２７によ
り減圧弁２４の弁開度を自動的に調整するようにしても
よい。
本来本発明の冷却装置は自己温度制御機能を有している
が、この実施例のように圧力調整装置２２を設けること
により、温度制御の温度範囲を極めて広く設定制御でき
極めて有効である。
次に第１３図は、逆止弁の例を示すものである。
第１３図（ａ）は、最もシンプルな逆止弁であるが、熱
媒管６内に設けられた弁座３０と弁体３１としてのボー
ルとから構成されている。ボールとしては鋼球等各種金
属や合金あるいは耐熱プラスチック等の各種樹脂等が用
いられる。このタイプは、弁体３１がフリーの状態とな
っており使用状態がある程度限られてしまう。
第１３図（ｂ）乃至（ｅ）は弁体３１を弁座３０に押圧
しておく圧縮バネ３２を設けているもので無重力や水平
管の場合にも問題なく使用可能である。
なお、逆止弁の形状等はこれらに限定されることなくど
のようなものでもよい。
なお、先に熱媒１０の封入量について閉ループ管路（熱
媒管６）全体積の２０〜９９％程度さらに望ましくは７
０〜９５％程度という記載をしたが、これは閉ループ管
路全体の長さや受熱部の割合等にも影響されるため、以
下もう少し具体的に検討する。
閉ループ金管路体積をＶとし、受熱部３の管路体積をｖ
ｅ、ｔｆ人される熱媒１ｏの液体積をＶｌとする。受熱
部３の熱媒１０が全て蒸気になると仮定すると封入量は
Ｖ−Ｖｅ、また循環力の効率を考えて、受熱部３て熱媒
１０が１０％程度蒸気になると仮定すると、封入量はＶ
−０，１ｘｖｅである。したがって望ましい熱媒１ｏの
封入量は以下のように表せる。
Ｖ−Ｖｅ＜Ｖ、ｐ　＜Ｖ−０，１ｘＶｅなお、本発明の
冷却装置、温度制御装置は上記実施例に限定されること
なく、その要旨逸脱しない範囲で種々変形して実施する
ことができる。
［発明の効果コ 以上説明してきたように本発明によれば、各構成部品の
配置が限定されることなく、がっポンプ等の機械的動力
源となる循環装置を必要としないシンプルな構成の冷却
装置およびそれを利用した温度制御装置を提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の冷却装置の一実施例を示す概略図、
第２図および第３図は、各種管路内の熱媒体の各種流動
様式を示す概略図、第４賢は、本発明に係る管路内の熱
媒体のピストンフロー型流動様式の模式図、第５図は、
本発明に係り水平管を示す概略図、第９図は、第８図に
おけるＡ−Ａ線矢視図、第１０図は、本発明の冷却装置
の他の実施例を示す概略図、第１１図は、本発明の温度
制御装置の一実施例を示す概略図、第１２図は、本発明
の温度制御装置の実施例の一部を抜き出して示す概略図
、第１３図は、本発明の冷却装置および温度制御装置に
適用可能な逆止弁の例を示す概略図、第１４図は、従来
の冷却装置の一例を示す概略図である。 １・・・冷却すべき機器（温度制御すべき機器）２・・
・冷却板、３・・・受熱部、４・・・第１の逆止弁。 ５・・・熱媒間熱交換器（第２の放熱部）、５ａ・・・
熱交換板、６・・・熱媒管、７・・・第２の逆上弁、８
・・・放熱器（第１の放熱部）、１０・・・熱媒（熱媒
体）１１・・・冷却フィン、１２・・・放熱部、２０・
・・体積変化吸収装置 ２１・・・コムダイヤフラム。 ２・・・圧 力調整装置。 ３・・・ボンベ。 ２４・・・減圧弁。 ・・・弁開度調整装置

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）内部に液体熱媒体を所定量封入した閉ループ管路
    手段と、 冷却すべき物体から熱を受け取り、前記閉ループ管路手
    段内の前記熱媒体へ熱を伝える受熱部と、前記閉ループ
    管路手段内の前記熱媒体から熱を奪う放熱部と、 前記閉ループ管路手段内に設けられ、前記受熱部から前
    記放熱部へ向かう前記熱媒体の一方向の流れだけを許容
    する逆止弁と、 から成ることを特徴とする冷却装置。
  2. （２）内部に液体熱媒体を所定量封入した閉ループ管路
    手段と、 冷却すべき物体から熱を受け取り、前記閉ループ管路手
    段内の前記熱媒体へ熱を伝える受熱部と、前記閉ループ
    管路手段内の前記熱媒体から熱を奪う放熱部と、 前記受熱部で前記熱媒体の少くとも一部が蒸発した際の
    体積膨張により前記熱媒体が前記放熱部の方向へ向かう
    第１の方向に移動するように設けられた第１の逆止弁と
    、 前記放熱部で前記蒸発した熱媒体が冷却された際の体積
    収縮により前記熱媒体が前記第１の方向と同方向に移動
    するように設けられた第２の逆止弁と、 から構成されていることを特徴とする冷却装置。
  3. （３）内部に液体熱媒体を所定量封入した閉ループ管路
    手段と、 冷却すべき物体から熱を受け取り、前記閉ループ管路手
    段内の前記熱媒体へ熱を伝える受熱部と、前記閉ループ
    管路手段内の前記熱媒体から熱を奪う第１の放熱部と、 この第１の放熱部で冷却された前記熱媒体と前記受熱部
    で加熱された前記熱媒体とを熱交換させて前記閉ループ
    管路手段内の熱媒体から熱を奪う第２の放熱部と、 前記第１および第２の放熱部の間に設けられ、前記受熱
    部および前記第２の放熱部から前記第１の放熱部に向か
    う前記熱媒体の一方向の流れだけを許容する第１の逆止
    弁と、 前記第２の放熱部と前記受熱部との間に設けられ、前記
    第１の逆止弁と同方向の前記熱媒体の流れだけを許容す
    る第２の逆止弁と、 から成ることを特徴とする冷却装置。
  4. （４）内部に液体熱媒体を所定量封入した閉ループ管路
    手段と、 温度を調節すべき物体から熱を受け取り、前記閉ループ
    管路手段内の前記熱媒体へ熱を伝える受熱部と、 前記閉ループ管路手段内の前記熱媒体から熱を奪う放熱
    部と、 前記閉ループ管路手段内に設けられ、前記受熱部から前
    記放熱部へ向かう前記熱媒体の一方向の流れだけを許容
    する第１および第２の逆止弁と、前記閉ループ管路手段
    内の圧力を調整する圧力調整手段と、 から成ることを特徴とする温度制御装置。
  5. （５）前記受熱部近傍における前記閉ループ管路の管の
    太さは、前記熱媒体が熱を受取り蒸発して気液２層流と
    なった時にピストン型流となるような太さに設定されて
    いることを特徴とする請求項１または請求項２または請
    求項３に記載の冷却装置あるいは請求項４に記載の温度
    制御装置。
  6. （６）前記受熱部近傍における前記閉ループ管路の管が
    水平に配置されている場合、この管の内径ｄ（ｍｍ）は ｄ＜５０×√σ／ρ ただし、 σ：熱媒体の表面張力（Ｎ／ｍ） ρ：熱媒体の密度（ｇ／ｃｍ＾２） に設定されていることを特徴とする請求項１または請求
    項２または請求項３に記載の冷却装置あるいは請求項４
    に記載の温度制御装置。
  7. （７）前記逆止弁は、 前記受熱部で前記熱媒体の少くとも一部が蒸発した際の
    体積膨張により前記熱媒体が前記放熱部の方向へ向かう
    第１の方向に移動するように設けられた第１の逆止弁と
    、 前記放熱部で前記蒸発した熱媒体が冷却された際の体積
    収縮により前記熱媒体が前記第１の方向と同方向に移動
    するように設けられた第２の逆止弁と、 から構成されていることを特徴とする請求項１記載の冷
    却装置。
  8. （８）前記逆止弁は、 前記放熱部の途中に設けられる第１の逆止弁と、前記熱
    媒体が前記放熱部で冷却されて前記受熱部に戻る途中の
    前記閉ループ管路手段内に設けられている第２の逆止弁
    と、 から構成されていることを特徴とする請求項１記載の冷
    却装置。
  9. （９）前記放熱部は、冷却ファンを備えていることを特
    徴とする請求項１または請求項２に記載の冷却装置ある
    いは請求項４に記載の温度制御装置。
  10. （１０）前記第１の放熱部は、冷却ファンを備えている
    ことを特徴とする請求項３に記載の冷却装置。
  11. （１１）前記冷却ファンは前記冷却すべき機器あるいは
    温度制御すべき機器の運転開始にあわせて運転を開始さ
    れることを特徴とする請求項９に記載の冷却装置または
    温度制御装置あるいは請求項１０に記載の冷却装置。
  12. （１２）前記放熱部は、 前記受熱部から熱を受け取った熱媒体を案内する第１の
    管と 前記第１の放熱部で冷却された熱媒体を案内し、前記第
    １の管内の熱媒体と熱交換させる第２の管と、 から構成されていることを特徴とする請求項１または請
    求項２に記載の冷却装置あるいは請求項４に記載の温度
    制御装置。
  13. （１３）前記第２の放熱部は、 前記受熱部から熱を受け取った熱媒体を案内する第１の
    管と 前記第１の放熱部で冷却された熱媒体を案内し、前記第
    １の管内の熱媒体と熱交換させる第２の管から構成され
    ていることを特徴とする請求項３に記載の冷却装置。
  14. （１４）前記第２の管は、前記第１の管の外側を覆うよ
    うに配置され、これら第１および第２の管は、２重管に
    構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の冷
    却装置または温度制御装置あるいは請求項１３に記載の
    冷却装置。
  15. （１５）前記第１および第２の管は、それぞれの間で熱
    交換可能に配置されていることを特徴とする請求項１２
    に記載の冷却装置または温度制御装置あるいは請求項１
    ３に記載の冷却装置。
  16. （１６）前記熱媒体の封入量は以下の値に設定されてい
    ることを特徴とする請求項１または請求項２または請求
    項３に記載の冷却装置あるいは請求項４に記載の温度制
    御装置。 Ｖ−Ｖｅ＜Ｖｌ＜Ｖ−０．１×Ｖｅ ただし、 Ｖ：閉ループ管路の全体積 Ｖｅ：受熱部の管路体積 Ｖｌ：熱媒体の全体積
  17. （１７）前記受熱部近傍における前記閉ループ管路は複
    数に分割された並列管路で構成されていることを特徴と
    する請求項１または請求項２または請求項３に記載の冷
    却装置あるいは請求項４に記載の温度制御装置。
  18. （１８）前記並列管路のそれぞれに前記第２の逆止弁が
    それぞれ設けられていることを特徴とする請求項１７に
    記載の冷却装置あるいは温度制御装置。
  19. （１９）前記閉ループ管路手段内の圧力を調整する圧力
    調整手段をさらに設けたことを特徴とする請求項１また
    は請求項２または請求項３に記載の冷却装置。
  20. （２０）前記閉ループ管路手段内の前記熱媒体の体積膨
    張を吸収する体積変化吸収手段をさらに設けたことを特
    徴とする請求項１または請求項２または請求項３に記載
    の冷却装置。
  21. （２１）前記体積変化吸収手段は、 前記閉ループ管路手段に接続される密閉容器と、この容
    器内を前記閉ループ管路手段に接続される側の第１の空
    間および密閉される第２の空間とに区切る可撓性部材と
    、 前記第２の空間に密封される不凝縮性ガスと、から構成
    されていることを特徴とする請求項２０に記載の冷却装
    置。
  22. （２２）前記不凝縮性ガスの圧力を調整するガス圧力調
    整手段をさらに設けたことを特徴とする請求項２１に記
    載の冷却装置。
  23. （２３）前記ガス圧力調整手段は、 ガス供給手段と、 このガス供給手段から供給される高圧ガスを減圧して、
    前記第２の空間に導くための減圧弁と、この減圧弁の開
    度を調節する制御手段と、 から成ることを特徴とする請求項２１に記載の冷却装置
    。
  24. （２４）前記圧力調整手段は、 前記閉ループ管路手段に接続される密閉容器と、この容
    器内を前記閉ループ管路手段に接続される側の第１の空
    間および密閉される第２の空間とに区切る可撓性部材と
    、 前記第２の空間に不凝縮性ガスを供給するガス供給手段
    と、 このガス供給手段から供給される高圧ガスを減圧して、
    前記第２の空間に導くための減圧弁と、この減圧弁の開
    度を調節する制御手段と、 から成ることを特徴とする請求項４に記載の温度制御装
    置。
  25. （２５）前記受熱部は前記閉ループ管路手段の一部であ
    って、前記冷却すべき物体は前記閉ループ管路手段の一
    部に直接取り付けられていることを特徴とする請求項１
    または請求項２または請求項３に記載の冷却装置あるい
    は請求項４に記載の温度制御装置。
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