特開 2023-43616 冷却装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023043616

(43)【公開日】2023-03-29

(54)【発明の名称】冷却装置

(51)【国際特許分類】

   F28D 5/00 20060101AFI20230322BHJP

   B01J 19/00 20060101ALI20230322BHJP

   F28D 15/02 20060101ALI20230322BHJP

   H02S 40/42 20140101ALN20230322BHJP

   F25D 3/10 20060101ALN20230322BHJP

【ＦＩ】

F28D5/00

B01J19/00 301B

F28D15/02 E

F28D15/02 101D

F28D15/02 101L

H02S40/42

F25D3/10 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021151326

(22)【出願日】2021-09-16

(71)【出願人】

【識別番号】000116574

【氏名又は名称】愛三工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】熊木 淳一

【テーマコード（参考）】

3L044

3L103

4G075

5F151

5F251

【Ｆターム（参考）】

3L044BA06

3L044CA04

3L044CA13

3L044DB03

3L044FA09

3L044KA04

3L044KA05

3L103AA37

3L103CC18

3L103DD38

4G075AA45

4G075BB02

4G075BD10

4G075CA03

4G075CA05

4G075DA01

4G075EA06

4G075EB01

4G075EC04

4G075FA14

4G075FB02

4G075FC11

5F151JA30

5F251JA30

(57)【要約】

【課題】冷却装置の冷却効率を向上させる技術を提供する。
【解決手段】冷却装置は、冷媒を貯留するタンクと、タンクの冷媒出口と冷媒入口とを接続しており、冷媒が循環する循環路と、冷媒をタンクの冷媒出口から循環路に圧送するポンプと、冷媒を介して被冷却物を冷却する冷却部と、循環路から冷却部へ冷媒を供給する供給路と、循環路の供給路が設けられた位置よりも下流側に設けられており、循環路を流通する冷媒の流れによって、冷却部に供給された冷媒を吸引して循環路に流入させるエゼクタと、を備えている。供給路には、冷却部に冷媒を供給するときに冷媒を微粒化する微粒化部が設けられている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被冷却物を冷却する冷却装置であって、
冷媒を貯留するタンクと、
前記タンクの冷媒出口と冷媒入口とを接続しており、前記冷媒が循環する循環路と、
前記冷媒を前記タンクの前記冷媒出口から前記循環路に圧送するポンプと、
前記冷媒を介して前記被冷却物を冷却する冷却部と、
前記循環路から前記冷却部へ前記冷媒を供給する供給路と、
前記循環路の前記供給路が設けられた位置よりも下流側に設けられており、前記循環路を流通する前記冷媒の流れによって、前記冷却部に供給された前記冷媒を吸引して前記循環路に流入させるエゼクタと、
を備えており、
前記供給路には、前記冷却部に前記冷媒を供給するときに前記冷媒を微粒化する微粒化部が設けられている、
冷却装置。

【請求項2】

請求項１に記載の冷却装置であって、
前記微粒化部は、少なくとも１つの微細孔である、冷却装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の冷却装置であって、
前記供給路は、前記循環路の一部を構成しており、
前記供給路の周面に前記微粒化部が設けられている、冷却装置。

【請求項4】

請求項３に記載の冷却装置であって、
前記供給路は、前記冷却部の内部を通過している、冷却装置。

【請求項5】

請求項４に記載の冷却装置であって、
前記冷却部と前記供給路とが、二重管を形成する、冷却装置。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか一項に記載の冷却装置であって、
前記冷媒は、プロパンガスである、冷却装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に開示する技術は、被冷却物を冷却する冷却装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、冷媒を貯留するタンクと、タンクの冷媒出口と冷媒入口とを接続しており、冷媒が循環する循環路と、冷媒をタンクの冷媒出口から循環路に圧送するポンプと、冷媒を介して被冷却物を冷却する冷却部と、循環路から冷却部へ冷媒を供給する供給路と、循環路の供給路が設けられた位置よりも下流側に設けられており、循環路を流通する冷媒の流れによって、冷却部に供給された冷媒を吸引して循環路に流入させるエゼクタと、を備える冷却装置が開示されている。

【0003】

この冷却装置で被冷却物を冷却する際には、まず、ポンプを駆動してタンク内の冷媒をエゼクタに供給する。すると、エゼクタで生じる吸引力により、冷却部が減圧状態となる。このため、冷却部に供給された冷媒が、被冷却物の熱を奪って気化し、被冷却物が冷却される。気化した冷媒は、エゼクタに吸引され循環路を介してタンクに戻る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平５－１０６９５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

この種の冷却装置では、さらなる冷却効率の向上が要求されている。本明細書は、冷却装置の冷却効率を向上させる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本明細書は、被冷却物を冷却する冷却装置を開示する。前記冷却装置は、冷媒を貯留するタンクと、前記タンクの冷媒出口と冷媒入口とを接続しており、前記冷媒が循環する循環路と、前記冷媒を前記タンクの前記冷媒出口から前記循環路に圧送するポンプと、前記冷媒を介して前記被冷却物を冷却する冷却部と、前記循環路から前記冷却部へ前記冷媒を供給する供給路と、前記循環路の前記供給路が設けられた位置よりも下流側に設けられており、前記循環路を流通する前記冷媒の流れによって、前記冷却部に供給された前記冷媒を吸引して前記循環路に流入させるエゼクタと、を備えている。前記供給路には、前記冷却部に前記冷媒を供給するときに前記冷媒を微粒化する微粒化部が設けられている。

【0007】

上記の冷却装置では、冷却部に冷媒を供給するときに、微粒化部によって冷媒が微粒化される。冷媒が微粒化されることにより、冷却部内では、冷媒の単位量あたりの表面積が増大する。その結果、冷媒が被冷却物から熱を奪い易くなる。したがって、この冷却装置は、高い冷却効率を有する。

【0008】

前記微粒化部は、少なくとも１つの微細孔であってもよい。このような構成は、簡素な形状であるとともに、低コストで冷媒を微粒化することができる。

【0009】

前記供給路は、前記循環路の一部を構成していてもよく、前記供給路の周面に前記微粒化部が設けられていてもよい。このような構成では、循環路の一部を供給路として兼用するため、装置構成が簡易となる。また、循環路の一部を構成する供給路の長さや、微粒化部のサイズを調整することによって、冷却部内に供給する冷媒の量を容易に制御することができる。

【0010】

前記供給路は、前記冷却部の内部を通過していてもよい。このような構成では、微粒化部が冷却部の内部に位置するため、冷却部内を効率良く冷却することができる。

【0011】

前記冷却部と前記供給路とが、二重管を形成してもよい。このような構成では、供給路に設けられた微粒化部から、微粒化された冷媒が冷却部内の全域に効率良く広がり、冷却部内を略均一に冷却することができる。

【0012】

前記冷媒は、プロパンガスであってもよい。プロパンガスは、沸点が比較的低いため、被冷却物を効率良く冷却することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施例１に係る冷却装置の概略図。

【図2】エゼクタの構成を示す概略図。

【図3】実施例２に係る冷却装置の概略図。

【図4】実施例３に係る冷却装置の概略図。

【図5】実施例３に係る冷却装置を使用する態様の一例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

（実施例１）
図１を参照し、実施例１の冷却装置１０について説明する。本実施例では、冷却装置１０は、太陽光パネルを冷却するために使用される。太陽光パネルは、発電に伴って温度が上昇し発電効率が低下するために、冷却装置１０によって冷却される。なお、被冷却物は特に限定されない。冷却を要する対象物であれば、本明細書に開示する冷却装置１０を使用することができる。図１に示すように、冷却装置１０は、タンク２０と、循環路２６と、ポンプ２８と、冷却部３０と、供給路３２と、微粒化部３４と、エゼクタ４０を主に備えている。

【0015】

タンク２０は、冷媒を貯留する。本実施例では、冷媒としてプロパンガスが用いられる。なお、冷媒の種類は特に限定されず、例えば、水、ブタンガス、アンモニアガス等を冷媒として用いてもよい。タンク２０は、冷媒出口２２と冷媒入口２４を有している。冷媒出口２２と冷媒入口２４とは、循環路２６によって接続されている。以下、冷却装置１０において、タンク２０の冷媒出口２２側を上流側といい、タンク２０の冷媒入口２４側を下流側ということがある。

【0016】

ポンプ２８は、循環路２６に設けられている。ポンプ２８は、冷媒をタンク２０の冷媒出口２２から循環路２６に向けて圧送する。冷媒は、ポンプ２８が駆動されると、矢印６０、６２、６４に示すように、タンク２０の冷媒出口２２と冷媒入口２４との間を、循環路２６を通って循環する。

【0017】

冷却部３０は、太陽光パネルを冷却するために設けられている。被冷却物を冷却する。冷却部３０は、内部空間を有しており、例えば、金属によって構成されている。太陽光パネルを冷却するときには、例えば、冷却部３０を太陽光パネルの裏面に対して直接接触させることにより、太陽光パネルを冷却する。冷却部３０は、供給路３２によって循環路２６に接続されている。循環路２６を流れる冷媒の一部は、矢印６６に示すように、循環路２６から供給路３２に分岐して流れ、冷却部３０に供給される。

【0018】

供給路３２の下流端には、微粒化部３４が設けられている。微粒化部３４は、冷却部３０に冷媒を供給するときに、冷媒を微粒化する。本実施例では、微粒化部３４は、焼結フィルタによって構成されている。冷媒が冷却部３０に供給されるときには、供給路３２を流通する冷媒が、焼結フィルタに形成された無数の微細孔を通過することにより、微粒化される。すなわち、冷却部３０には、微粒化された冷媒が供給される。微細孔の孔径は特に限定されないが、例えば、数μｍ～数十μｍとすることができる。

【0019】

エゼクタ４０は、循環路２６上に介装されている。より詳細には、エゼクタ４０は、循環路２６の供給路３２が設けられた位置よりも下流側に設けられている。エゼクタ４０は、後述するように、循環路２６を流通する冷媒の流れによって、冷却部３０に供給された冷媒を吸引して、連通路４２（後述）を介して循環路２６に再び流入させる。

【0020】

次に、太陽光パネルを冷却するときの冷却装置１０の動作について説明する。図１に示すように、タンク２０内には、圧力Ｐ０の冷媒が貯留されている。圧力Ｐ０は、特に限定されないが、例えば、大気圧である。太陽光パネルを冷却するときには、まず、ポンプ２８を駆動させる。すると、タンク２０内の冷媒が、冷媒出口２２から循環路２６に送り出される。このとき、ポンプ２８は、タンク２０内の冷媒を圧力Ｐ０から圧力Ｐ１に昇圧して循環路２６に送り出す。循環路２６を流通する冷媒は、供給路３２と循環路２６（エゼクタ４０よりも上流側の循環路２６ａ）に分岐して流れる。循環路２６ａを流れる冷媒は、エゼクタ４０内に流入する。

【0021】

図２に示すように、エゼクタ４０は、エゼクタ４０よりも上流側の循環路２６ａと、エゼクタ４０よりも下流側の循環路２６ｂとを接続している。循環路２６ａは、エゼクタ４０の流入ポート４０ａに接続されている。循環路２６ｂは、エゼクタ４０の排出ポート４０ｃに接続されている。流入ポート４０ａの下流端には、第１絞り部４１ａが設けられている。また、排出ポート４０ｃの上流端には、第２絞り部４１ｂが設けられている。第１絞り部４１ａと第２絞り部４１ｂの間には、隙間が設けられている。すなわち、流入ポート４０ａと排出ポート４０ｃは接しておらず、両者の間に接続通路４４が介在している。接続通路４４には、吸引ポート４０ｂが接続されている。吸引ポート４０ｂは、連通路４２によって冷却部３０の内部と連通している。すなわち、吸引ポート４０ｂと冷却部３０とが連通路４２によって接続されている。

【0022】

図２に示すように、循環路２６ａからエゼクタ４０に流入した冷媒８０ａは、流入ポート４０ａ内を第１絞り部４１ａに向かって移動する。第１絞り部４１ａにおける流路面積は、流入ポート４０ａの他の部分の流路面積より小さい。このため、冷媒８０ａの圧力Ｐ１が第１絞り部４１ａの近傍で上昇し、冷媒８０ａは、流速を増して第１絞り部４１ａから第２絞り部４１ｂに移動する。このため、接続通路４４の圧力が大きく低下し、接続通路４４内が減圧されて圧力Ｐ２まで低下する。すなわち、接続通路４４に連通路４２を介して接続されている冷却部３０内の圧力も圧力Ｐ２まで低下する。ここで、上述したように、供給路３２には、無数の微細孔を有する微粒化部３４が設けられている（図１）。このため、供給路３２に流入した冷媒は、循環路２６内の圧力Ｐ１と、連通路４２内の圧力Ｐ２との圧力差により、微粒化部３４を介して供給路３２から冷却部３０内に供給される。そして、冷却部３０に供給された冷媒７０が、太陽光パネルの熱を奪って気化する。これにより、太陽光パネルが冷却される。その後、図２に示すように、冷却部３０で気化した冷媒８０ｂは、第１絞り部４１ａを流通する冷媒８０ａの流れによって、連通路４２を介して吸引ポート４０ｂから接続通路４４内に吸引される。接続通路４４に達した冷媒８０ｂは、冷媒８０ａと混合されて第２絞り部４１ｂを通って排出ポート４０ｃに移動する。なお、冷媒８０ａと冷媒８０ｂが混合された冷媒８０ｃは、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２との間の圧力Ｐ０で排出ポート４０ｃから排出される。排出ポート４０ｃから排出された冷媒は、循環路２６ｂを流通してタンク２０に戻り、再びポンプ２８によって循環路２６に送り出される。以上のようにして、冷却サイクルが繰り返される。

【0023】

以上に説明した通り、本実施例の冷却装置１０では、冷却部３０に冷媒を供給するときに、微粒化部３４によって冷媒が微粒化される。冷媒が微粒化されることにより、冷却部３０内では、冷媒の単位量あたりの表面積が増大する。その結果、冷媒が太陽光パネルから熱を奪い易くなる。したがって、本実施例の冷却装置１０は高い冷却効率を有する。

【0024】

また、微粒化部３４が、無数の微細孔を有する焼結フィルタによって構成されているため、微粒化部３４の構成が簡素であると共に、低コストで冷媒を微粒化することができる。

【0025】

（実施例２）
次に、実施例２の冷却装置１００について説明する。実施例１では、供給路３２が循環路２６から分岐して延びていたが、実施例２では、図３に示すように、供給路３２が循環路２６の一部を構成している。すなわち、循環路２６の一部が、供給路３２として兼用される。また、実施例２では、供給路３２（循環路２６の一部）が、冷却部１３０の一部に隣接しており、微粒化部１３４が、供給路３２の周面の一部から冷却部１３０内に向けて設けられている。具体的には、本実施例の微粒化部１３４は、供給路３２を構成する管の周面に直接設けられた無数の微細孔である。

【0026】

実施例２の冷却装置１００では、矢印１６０、１６２、１６４に示すように、冷媒が循環路２６内を循環する。循環路２６を流れる冷媒がエゼクタ４０に流入すると、冷却部１３０内が減圧され、微粒化部１３４から冷却部１３０内に微粒化された冷媒７２が供給される。太陽光パネルの熱を奪って気化した冷媒は、矢印１６８に示すように、連通路４２を介してエゼクタ４０内に吸引され、循環路２６を流れる冷媒と混合されてエゼクタ４０から排出される。排出された冷媒は、循環路を流通してタンク２０に戻り、再びポンプ２８によって循環路２６に送り出される。

【0027】

実施例２の冷却装置１００では、循環路２６の一部を供給路３２として兼用する。このため、装置構成が複雑化することを抑制することができる。

【0028】

また、供給路３２（循環路２６）が、冷却部１３０に隣接して設けられているので、冷却部１３０に隣接する供給路３２の長さや、供給路３２の周面に設ける微粒化部１３４の面積を調整することにより、冷却部１３０内に供給する冷媒の量を容易に制御することができる。

【0029】

（実施例３）
次に、実施例３の冷却装置２００について説明する。実施例３では、図４に示すように、冷却部２３０の構成が実施例２の冷却部１３０（図３参照）と異なっている。実施例３では、供給路３２が循環路２６の一部を構成すると共に、供給路３２が、冷却部２３０の内部を通過している。具体的には、供給路３２（循環路２６の一部）と冷却部２３０が二重管を形成している。すなわち、略円筒形状である供給路３２の外周を冷却部２３０が囲っている。また、微粒化部２３４が、供給路３２の周面の略全域に設けられている。

【0030】

図５は、冷却装置２００を使用する態様の一例を示している。なお、図５では、冷却装置２００のうち、冷却部２３０以外の構成の図示を省略している。図５に示すように、冷却装置２００は、複数の冷却部２３０を有している。各冷却部２３０は、並列に接続されている。すなわち、図４では、紙面に垂直な方向に複数の冷却部２３０が配置されており、循環路２６が分岐して、各冷却部２３０の内部を通過している。各冷却部２３０の断面は、略半円形状を有しており、上面が平面になるように形成されている。冷却装置２００を使用する際には、各冷却部２３０の当該平面が、太陽光パネル３００の裏面に接触するように配置される。これにより、各冷却部２３０内に供給される微粒化された冷媒７４（図４参照）が、太陽光パネル３００の熱を奪って気化し、エゼクタ４０を介してタンク２０に回収される。

【0031】

実施例３の冷却装置２００では、冷却部２３０と供給路３２とが、二重管を形成している。このため、供給路３２の周面の略全域に設けられた微粒化部２３４から、微粒化された冷媒が冷却部２３０内の全域に効率良く広がり、冷却部２３０内を略均一に冷却することができる。

【0032】

以上、一実施例について説明したが、具体的な態様は上記実施例に限定されるものではない。以下の説明において、上記の説明における構成と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

【0033】

（変形例）
上述した各実施例では、被冷却物として太陽光パネルを冷却する例について説明したが、被冷却物の種類は特に限られない。被冷却物は、例えば、他の発熱体や、建物の壁面等、温度が上昇し得る物体であればよい。

【0034】

また、上述した実施例１では、微粒化部３４が、無数の微細孔により構成されていた。しかしながら、例えば、微粒化部３４が、インジェクタにより構成されてもよい。すなわち、インジェクタが供給路３２から冷却部３０内に向かって霧状に冷媒を噴射することにより、冷媒を微粒化してもよい。実施例２及び３についても同様である。

【0035】

また、上述した実施例３では、冷却部２３０の内部を１本の供給路３２が通過する構成であったが、冷却部２３０の内部を複数本の供給路３２が通過するように構成してもよい。例えば、図４に示す冷却装置２００の循環路２６を分岐させて、複数本の循環路２６（供給路３２）が冷却部２３０の内部を通過するように構成してもよいし、１つの冷却部に対して複数の冷却装置を設け、当該冷却部の内部を、各冷却装置の各循環路が通過するように構成してもよい。

【0036】

また、上述した各実施例において、タンク２０内の冷媒の温度を検出するセンサを設けてもよい。冷媒の温度は、被冷却物を冷却することによって上昇し得る。このため、タンク２０内の冷媒の温度に基づいて、循環路２６内を流通させる冷媒の流量をフィードバック制御してもよい。

【0037】

また、上述した各実施例において、タンク２０内の冷媒の温度を調節するための機構を設けてもよい。このような構成では、タンク２０内の冷媒の温度を所定の温度に制御することによって、冷却効率の変動を抑制することができる。

【0038】

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

【符号の説明】

【0039】

１０、１００、２００：冷却装置
２０：タンク
２２：冷媒出口
２４：冷媒入口
２６：循環路
２８：ポンプ
３０、１３０、２３０：冷却部
３２：供給路
３４、１３４、２３４：微粒化部
４０：エゼクタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】