JP2859927B2 - 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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Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （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
なヒートパイプがある。
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、ヒートパイプ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。しかしヒートパイ
プ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の用いたものでは、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］ （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、から成り、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な
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の方向と同一方向に移動するように設けられた第
２の逆止弁と、から成り、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及び第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、 から成り、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の管内と熱
媒体と熱交換させる第２の管と、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、から成り、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、発熱量が多いとき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の放熱部でじ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が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，温度にとも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ｂ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）内では
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10
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
どの条件が満たされることである。
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P1
点,P2点の重力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/m2］ g :重力加速度 ［m/s2］ △P :差圧 ［Pa＝N/m2］ d :管内径 ［ｍ］ 気泡内の圧力の表面張力による上昇圧力Ｐσは次式よ
り求められる。
ここで、σ：表面張力 ［N/m］ Ｐσ：表面張力による上昇圧力［N/cm2］ △ＰよりＰσが大きいと、重力でピストンフローのパ
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２√σ／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が縮
小し始める。すると、受熱部３の前方の逆止部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2.0mm以下、エチルアルコールでは3.25mm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＜∞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
に設けてある。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近傍で熱媒管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じて分岐数を調整し
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21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を設めたものは以下の
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10
の蒸発温度が高くなり動作が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で吸収
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１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70〜95
％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。
閉ループ全管路体積をＶとし、受熱部３の管路体積を
Ve、封入される熱媒10の液体積をＶ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−V
e、また循環力の効率を考えて、受熱部３で熱媒10が10
％程度蒸気になると仮定すると、封入量はＶ−0.1×Ve
である。したがって望ましい熱媒10の封入量は以下のよ
うに表せる。
Ｖ−Ve＜Ｖ＜Ｖ−0.1×Ve 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］ 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、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図は、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路の管の太さの条件を求めるための
原理図、第６図乃至第８図は、本発明の冷却装置の他の
実施例を示す概略図、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の逆止弁,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,22……
圧力調整装置,23……ボンベ,24……減圧弁,27……弁開
度調整装置

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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、 から成り、 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、 から成ることを特徴とする冷却装置。
  2. 【請求項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な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の方向と同一方向に移
    動するように設けられた第２の逆止弁と、 から成り、 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冷却装置。
  3. 【請求項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及び第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、 から成り、 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の管と、 から成ることを特徴とする冷却装置。
  4. 【請求項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、 から成り、 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、 から成ることを特徴とする温度制御装置。
  5. 【請求項５】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１または２
    に記載の冷却装置。
  6. 【請求項６】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４に記載の
    温度制御装置。
  7. 【請求項７】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
    １または２に記載の冷却装置。
  8. 【請求項８】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
    ４に記載の温度制御装置。
  9. 【請求項９】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
    ３に記載の冷却装置。
  10. 【請求項１０】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、 から成り、 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冷却
    装置。
  11. 【請求項１１】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な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の方向と同一方向に移
    動するように設けられた第２の逆止弁と、 から成り、 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冷却
    装置。
  12. 【請求項１２】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及び第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、 から成り、 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冷却
    装置。
  13. 【請求項１３】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、 から成り、 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温度
    制御装置。
  14. 【請求項１４】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
    11または12に記載の冷却装置。
  15. 【請求項１５】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
    13に記載の温度制御装置。
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