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技術 冷媒循環構造

出願人 日本電気株式会社
発明者 水野司
出願日 1993年5月18日 (27年9ヶ月経過) 出願番号 1993-115088
公開日 1994年12月13日 (26年2ヶ月経過) 公開番号 1994-341782
状態 特許登録済
技術分野 ヒートパイプまたはブラインによる冷熱伝達 再生式熱交換装置;蓄熱プラント、その他 電気装置の冷却等
主要キーワード ポンプ交換 接続弁 循環能力 冷媒循環式 被冷却装置 冷却モジュール内 冷却装置内 移送量
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1994年12月13日)のものです。
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図面 (6)

目的

被冷却装置内に補助ポンプを設置することにより、被冷却装置の変更、もしくは増設した場合でも、冷却装置内ポンプ交換不要とする。

構成

冷却装置101内のポンプ103は、被冷却装置102によらない一定容量のものを設置する。被冷却装置102内の補助ポンプ113は、ポンプ103と同時駆動したとき、循環経路必要流量冷媒循環するような特性のものが設置される。冷却装置101と被冷却装置102とを接続することにより、接続後の循環経路にとって最適な、ポンプと補助ポンプの組み合わせが得られる。被冷却装置102を変更した場合も、補助ポンプ113が変更後の被冷却装置102に最適なものが接続されるので、冷却装置102内のポンプ103を交換する必要はない。

概要

背景

従来の冷媒循環式冷却装置基本構造について図5を参照して説明する。

図5を参照すると、冷却装置101は、ポンプ103,熱交換器104,タンク105および定流量弁501から構成されている。一方、被冷却装置102は、例えば電子計算機であり、その内部には、冷却モジュール106が設けられている。この構造において、冷媒循環は、以下のように行われる。

ポンプ103は、配管511を介して、タンク105内の冷媒を、配管512へ吐出する。このとき、ポンプ103と、配管512との間に設けられた、定流量弁501は、冷媒の流量を一定に保つ。配管512に吐出された冷媒は、冷却モジュール106において、被冷却装置102の発生する熱を吸収し、被冷却装置102内部を冷却する。冷却モジュール106を通過した冷媒は、配管513を通過し、熱交換器104に流入する。冷媒は、熱交換器104で冷却され、配管514を介して、再びタンク105内に蓄積される。タンク105は、冷媒の体積変化等を吸収し、冷媒の循環を安定させる。

上述のような構造において、ポンプ103は、以下のような特性を持つものが選択される。すなわち、この循環経路で発生する圧力損失の下で、必要とされる流量の冷媒を循環できるだけの吐出圧を持つものが選択される。ところが、循環経路の圧力損失は、接続される被冷却装置102ごとに異なっている。そのため、被冷却装置102を変更すると、ポンプ103も交換しなくてはならない。

被冷却装置の変更にともなうポンプ交換を解消する従来技術の一例が、特開昭56−53394号公報に記載されている。この従来技術では、ポンプ2と水冷却器3とを、並列に接続することにより、上述の冷却モジュール106に相当する熱交換器を増設した場合でも、同一ポンプにて、各熱交換器に増設前と同量の冷媒を供給することができる、としている。

概要

被冷却装置内に補助ポンプを設置することにより、被冷却装置の変更、もしくは増設した場合でも、冷却装置内のポンプを交換不要とする。

冷却装置101内のポンプ103は、被冷却装置102によらない一定容量のものを設置する。被冷却装置102内の補助ポンプ113は、ポンプ103と同時駆動したとき、循環経路に必要流量の冷媒が循環するような特性のものが設置される。冷却装置101と被冷却装置102とを接続することにより、接続後の循環経路にとって最適な、ポンプと補助ポンプの組み合わせが得られる。被冷却装置102を変更した場合も、補助ポンプ113が変更後の被冷却装置102に最適なものが接続されるので、冷却装置102内のポンプ103を交換する必要はない。

目的

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであり、被冷却装置を変更した場合でも、冷却装置内のポンプを交換不要とすることを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

冷却装置被冷却装置とを、第1の配管と第2の配管とで接続し、配管内に冷媒循環させる冷媒循環構造において、前記冷却装置内に設置される冷媒循環用のポンプと、前記被冷却装置内に設置される冷媒循環用の補助ポンプとを有することを特徴とする冷媒循環構造。

請求項2

前記第1の配管と前記第2の配管の少なくとも一つには、定流量弁が設けられることを特徴とする請求項1に記載の冷媒循環構造。

請求項3

前記補助ポンプの特性は、前記ポンプと同時に駆動することにより、前記被冷却装置が必要とする流量の冷媒を循環可能となるものであることを特徴とする請求項1に記載の冷媒循環構造。

請求項4

前記被冷却装置内に設けられた冷却モジュールと、前記冷却モジュールの流入側に設けられた第1の補助ポンプと、前記冷却モジュールの吐出側に設けられた第2の補助ポンプとを有することを特徴とする請求項1に記載の冷媒循環構造。

請求項5

前記第1の配管に設けられた第1の流量計と、前記第2の配管に設けられた第2の流量計と、前記第1の流量計の計測結果と前記第2の流量計の計測結果とにより、前記第1の補助ポンプと前記第2の補助ポンプとを制御する制御部とを有することを特徴とする請求項4に記載の冷媒循環構造。

請求項6

前記制御部は、前記第1の配管内の流量と、前記第2の配管内の流量とが一致するように前記第1の補助ポンプと、前記第2の補助ポンプとを制御することを特徴とする請求項5に記載の冷媒循環構造。

請求項7

前記冷却モジュールの流入側に設けられた第1のセンサと、前記冷却モジュールの吐出側に設けられた第2のセンサと、前記第1のセンサの計測結果と前記第2のセンサの計測結果とにより、前記第1の補助ポンプと前記第2の補助ポンプとを制御する制御部とを有することを特徴とする請求項4に記載の冷媒循環構造。

請求項8

前記制御部は、前記冷却モジュール内冷媒圧力が一定になるように前記第1の補助ポンプと、前記第2の補助ポンプとを制御することを特徴とする請求項5に記載の冷媒循環構造。

請求項9

前記冷却装置には、複数台の前記被冷却装置が接続されることを特徴とする請求項1に記載の冷媒循環構造。

技術分野

0001

本発明は、冷却装置被冷却装置との間で液体冷媒循環する、冷媒循環構造に関する。

背景技術

0002

従来の冷媒循環式冷却装置の基本構造について図5を参照して説明する。

0003

図5を参照すると、冷却装置101は、ポンプ103,熱交換器104,タンク105および定流量弁501から構成されている。一方、被冷却装置102は、例えば電子計算機であり、その内部には、冷却モジュール106が設けられている。この構造において、冷媒の循環は、以下のように行われる。

0004

ポンプ103は、配管511を介して、タンク105内の冷媒を、配管512へ吐出する。このとき、ポンプ103と、配管512との間に設けられた、定流量弁501は、冷媒の流量を一定に保つ。配管512に吐出された冷媒は、冷却モジュール106において、被冷却装置102の発生する熱を吸収し、被冷却装置102内部を冷却する。冷却モジュール106を通過した冷媒は、配管513を通過し、熱交換器104に流入する。冷媒は、熱交換器104で冷却され、配管514を介して、再びタンク105内に蓄積される。タンク105は、冷媒の体積変化等を吸収し、冷媒の循環を安定させる。

0005

上述のような構造において、ポンプ103は、以下のような特性を持つものが選択される。すなわち、この循環経路で発生する圧力損失の下で、必要とされる流量の冷媒を循環できるだけの吐出圧を持つものが選択される。ところが、循環経路の圧力損失は、接続される被冷却装置102ごとに異なっている。そのため、被冷却装置102を変更すると、ポンプ103も交換しなくてはならない。

0006

被冷却装置の変更にともなうポンプ交換を解消する従来技術の一例が、特開昭56−53394号公報に記載されている。この従来技術では、ポンプ2と水冷却器3とを、並列に接続することにより、上述の冷却モジュール106に相当する熱交換器を増設した場合でも、同一ポンプにて、各熱交換器に増設前と同量の冷媒を供給することができる、としている。

発明が解決しようとする課題

0007

しかしながら、上述の従来技術では、熱交換器を増設しても、水冷却器3を通過する流量Wcは変化しない。このため、装置全体冷却効率は変わらない。したがって、熱交換器の増設によって、熱交換器に供給される冷媒の総流量は増大するものの、個々の熱交換器の冷却能力は減少してしまう、という問題点があった。

0008

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであり、被冷却装置を変更した場合でも、冷却装置内のポンプを交換不要とすることを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

このため、本発明による冷媒循環構造では、冷却装置と被冷却装置とを、第1の配管と第2の配管とで接続し、配管内に冷媒を循環させる冷媒循環構造において、冷却装置内に設置される冷媒循環用のポンプと、被冷却装置内に設置される冷媒循環用の補助ポンプとを有することを特徴とする。

0010

次に、本発明について図面を参照して説明する。

0011

図1を参照すると、本発明の第1の実施例では、冷却装置101と、被冷却装置102とが別々の筺体に設けられている。冷却装置101と、被冷却装置102とは、配管121および配管122とで結ばれ、接続弁111および接続弁112により、接続されている。配管121および配管122の途中には、定流量弁114および定流量弁115が設けられている。

0012

冷却装置101は、ポンプ103,熱交換器104およびタンク105で構成されている。ここで、ポンプ103は、接続される被冷却装置102によらない、一定の特性のものが設置される。例えば、被冷却装置102のうち、圧力損失が最も少ないものに合わせて選択される。

0013

一方、被冷却装置102内には、冷却モジュール106が設けられ、冷却モジュール106の排水側には、補助ポンプ113が設けられている。補助ポンプ113は、被冷却装置102の種類ごとに、適正な特性のものが予め設置されている。具体的には、被冷却装置102の圧力損失等から計算して、ポンプ103と同時に駆動することにより、必要流量の冷媒が循環可能となる特性のものが選択される。

0014

次に、本実施例の動作について説明する。

0015

本実施例における冷媒循環構造を駆動するには、まず、冷却装置101と、被冷却装置102とが、接続弁111および接続弁112により接続されている。このとき、補助ポンプ113は、被冷却装置102に適した特性のものが設置されているので、ポンプ103と補助ポンプ113の組み合わせは、接続後の循環経路にとって最適なものとなる。したがって、冷却装置101のポンプ103を交換する必要はない。

0016

冷却装置101と、被冷却装置102との接続後、装置が駆動される。循環経路中の冷媒は、ポンプ103によりA方向に吐出されると同時に、補助ポンプ113によってもB方向に吐出される。ポンプ103により、A方向に吐出された冷媒は、配管121を介して、冷却モジュール106へ流入する。このとき、配管121の途中に、定流量弁114が設けられているため、冷媒の流量は一定に保たれる。冷却モジュール106において冷媒は、周囲の熱を吸収し、被冷却装置102を冷却する。冷却モジュール106で、加熱された冷媒は、補助ポンプ113により、B方向へ吐出される。B方向へ吐出された冷媒は、配管122を介して、熱交換器104に流入する。このとき、配管122の途中に、定流量弁115が設けられているため、配管122中の冷媒流量は、配管121中の流量と同量に保たれる。熱交換器104では、冷却モジュール106で加熱された冷媒を、再び冷却する。熱交換器104で冷却された冷媒は、配管123を介して、タンク105へ注入される。タンク105は、温度変化等による冷媒の体積変化を吸収し、冷媒の循環を安定させる。また、本実施例では、冷却装置101と被冷却装置102とは、別の筺体内に設けられているとしたが、本発明の適用範囲は、これに制限されるものではない。例えば、冷却装置101と被冷却装置102とが同一筺体内に設けられる場合でもよい。

0017

次に、本実施例で、被冷却装置102を変更する場合について説明する。

0018

被冷却装置102を変更する場合は、接続弁111および接続弁112により、古い被冷却装置102を、冷却装置101から切り放し、新しい被冷却装置102につなぎ代える。このとき、新しい被冷却装置102内の補助ポンプ113は、新しい被冷却装置102に適合した特性のものが設置されている。このため、ポンプ103と補助ポンプ113の組み合わせは、変更後の循環経路にとって最適なものとなり、ポンプ103を交換する必要はない。

0019

以上のように、本実施例では、被冷却装置102内に、被冷却装置102に適する特性の補助ポンプ113を予め設置しておくことにより、被冷却装置102を変更した場合でも、冷却装置101内のポンプ103を交換する必要がない。また、本実施例では、ポンプ103と補助ポンプ113とが直列に接続されているので、被冷却装置102の変更に応じて、熱交換器104を通過する冷媒の流量も変化する。このため、冷却モジュール106の冷却効率が低下することもない。

0020

次に本発明の第2の実施例について図を参照して、詳細に説明する。

0021

本発明の第2の実施例の特徴は、被冷却装置102に2つの補助ポンプを設ける点、吐出経路復流経路とにそれぞれ流量計を設置した点、および、ポンプの動作を制御する制御部を設けた点、の3点にあり、その他の構造に関しては、第1の実施例の場合と何等変わるところはない。

0022

図2を参照すると、被冷却装置102内の、冷却モジュール106の吐出側には補助ポンプ201が設置され、流入側には補助ポンプ202が設置されている。補助ポンプ201および補助ポンプ202は、ポンプ301と同時に駆動したときに、被冷却装置102に必要流量の冷媒が供給可能となるものが選択されている。配管121および配管122の途中には、流量計205および流量計206がそれぞれ設置され、配管121および配管122を流れる冷媒の流量を検出する。制御部203は、この流量情報を基に、各ポンプを制御するための制御信号を生成する。

0023

次に、本実施例の動作について説明する。

0024

本実施例における冷媒の循環は、1点を除いて、第1の実施例の場合と変わるところはない。唯一相違点は、冷却モジュール106に流入する直前に、補助ポンプ202によって、C方向に吐出される点である。

0025

次に、制御部203の動作について説明する。配管121および配管122を流れる冷媒の流量は、流量計205および流量計206によって、逐次計測され、信号線221および信号線222を介して、制御部203に通知される。制御部203は、配管121中の冷媒移送量と、配管122中の冷媒移送量とが同一になるように、各ポンプに対する制御信号を生成する。例えば、配管121中の流量が、配管122中の流量よりも大きいときには、補助ポンプ201の回転数を上昇させる、等の制御が行われる。制御部203で生成された制御信号は、信号線223、信号線224および信号線225を介して、ポンプ103,補助ポンプ201および補助ポンプ202にそれぞれ通知され、各補助ポンプを制御する。

0026

以上説明したように、本実施例では、配管121中の流量と、配管122中の流量とが一致するように、制御部203により各ポンプを制御するので、第1の実施例の場合よりも、より安定して冷媒を循環できる。

0027

次に、本発明の第3の実施例について図3を参照して説明する。

0028

本発明の第3の実施例の特徴は、冷却モジュール106に2つの補助ポンプが設けられる点、冷却モジュール106の前後にセンサが設置させる点、および制御部301により各補助ポンプを制御する点、の3点であり、その他の構成に関しては、第1の実施例の場合と何等変わるところはない。

0029

図3を参照すると、被冷却装置102内の、冷却モジュール106吐出側には補助ポンプ201が設置され、流入側には補助ポンプ201が設置されている。

0030

補助ポンプ201および補助ポンプ202は、ポンプ301と同時に駆動したとき、被冷却装置102に必要流量の冷媒が供給可能となるものが設置されている。冷却モジュール106と、補助ポンプ201の間には、センサ302が設置されている。また、冷却モジュール106と、補助ポンプ202の間には、センサ303が設置されている。センサ302およびセンサ303は、冷媒の圧力,流量,速度および温度等、冷媒の循環状況に関する情報を検出する。冷却モジュール106内に設置された制御部301は、検出された情報を基に、各ポンプを制御する。

0031

次に、本実施例の動作について説明する。

0032

本実施例における冷媒の循環は、1点を除いて、第1の実施例の場合と変わるところはない。唯一の相違点は、冷却モジュール106に流入する直前に、補助ポンプ202によって、C方向に吐出される点である。

0033

次に、制御部301の動作について説明する。センサ302およびセンサ303によって計測された、冷媒の循環状況に関するデータは、信号線321および信号線322を介して、制御部301に通知される。制御部301では、この情報を基に、補助ポンプ201および補助ポンプ202を制御するための制御信号を生成する。この制御は、冷却モジュール106内の冷媒圧力が常に一定になるように行われる。冷却モジュール106内の冷媒圧力が変化すると、冷却効率が低下するためである。この場合、例えば、冷却モジュール106内の冷媒圧力が、所定値よりも高いときには、補助ポンプ202の回転数を減少する、等の制御が行われる。制御部301で生成された制御信号は、信号線323および信号線324を介して、補助ポンプ201および補助ポンプ202にそれぞれ通知され、各補助ポンプを制御する。このとき、冷却モジュール106の、流入側および吐出側の双方に、補助ポンプが設けられているため、冷却モジュール106内の冷媒圧力を精密に制御することができる。

0034

以上説明したように、本実施例では、冷却モジュール106の流入側および吐出側の双方に、補助ポンプとセンサを設け、センサの計測情報を基に、制御部301で各補助ポンプを制御するようにしたので、冷却モジュール106内の冷媒圧力を一定に保ち、冷却効率を向上することができる。

0035

次に、本発明の第4の実施例について図4を参照して説明する。

0036

本発明の第4の実施例の特徴は、被冷却装置を2台に増設した点にあり、その他の構成に関しては、第1の実施例の場合と何等変わるところはない。

0037

図4を参照すると、配管421は配管423と配管425とに、また、配管422は配管424と配管426とに、それぞれ分枝している。配管425および配管426は、接続弁411および接続弁412を介して、被冷却装置402と接続している。被冷却装置402内には、冷却モジュール406および補助ポンプ413が設けられている。補助ポンプ413としては、ポンプ103と同時に駆動したとき、被冷却装置402に必要流量の冷媒が供給可能となるものが選択されている。

0038

また、本実施例では、設置後の被冷却装置の増設に対応可能とするため、十分大きな供給能力を持ったポンプ103を設置する必要がある。すなわち、ポンプ103の供給能力は、増設される被冷却装置の最大数を見越して、定められる必要がある。

0039

次に、本実施例の動作について説明する。

0040

被冷却装置402を増設するには、まず、配管425および配管426によって、被冷却装置402を冷却装置101に接続する。このとき、被冷却装置102内の補助ポンプ413は、被冷却装置402に適合した特性のものが設置されている。このため、ポンプ103と補助ポンプ413との組み合わせは、接続後の循環経路にとって最適なものとなる。したがって、冷却装置101のポンプ103を交換する必要はない。被冷却装置402を接続後、冷却装置100を駆動する。冷却装置101から吐出される冷媒は、補助ポンプ113および補助ポンプ413の補助により、冷却装置102および冷却装置402に必要量供給される。また、配管423,配管424,配管425および配管426には、定流量弁114,定流量弁115,定流量弁414および定流量弁415が、それぞれ設けられているので、各配管内の冷媒流量は一定に保たれる。

0041

以上のように、本実施例では、各被冷却装置内に補助ポンプを予め設置しておくことにより、被冷却装置を増設した場合でも、ポンプ103の供給能力の許容範囲内では、冷却装置101内のポンプ103を交換する必要がない。また、本実施例では、ポンプ103と各補助ポンプとが直列に接続されているので、被冷却装置の増設,変更に応じて、熱交換器104を通過する冷媒の流量も変化する。このため、各冷却モジュールの冷却効率が低下することもない。

発明の効果

0042

以上説明したように、本発明による冷媒循環構造では、被冷却装置内部に、この被冷却装置に適合する特性の補助ポンプを予め設けておき、この補助ポンプと冷却装置内のポンプとを同時に駆動することにより、必要とされる循環能力を得るようにした。このため、本発明による冷媒循環構造は、以下のような効果を有する。

0043

第1に、被冷却装置を変更した場合でも、冷却装置内のポンプを交換する必要がない。

0044

第2に、被冷却装置を増設した場合でも、冷却装置内のポンプを交換する必要がない。

0045

第3に、被冷却装置を、変更もしくは増設した場合でも、各冷却モジュールの冷却効率が低下することはない。

図面の簡単な説明

0046

図1本発明の第1の実施例を示す図。
図2本発明の第2の実施例を示す図。
図3本発明の第3の実施例を示す図。
図4本発明の第4の実施例を示す図。
図5従来の冷媒循環構造を示す図。

--

0047

101冷却装置
102被冷却装置
103ポンプ
104熱交換器
105タンク
106冷却モジュール
111,112接続弁
113補助ポンプ
114,115定流量弁
201,202 補助ポンプ
203 制御部
205,206流量計
301 制御部
302,303センサ
402 被冷却装置
406 冷却モジュール
413 補助ポンプ
411,412 接続弁
414,415 定流量弁
121〜123,311〜312,421〜426,511〜514配管
221〜225,321〜324 信号線

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