冷却装置的制作方法

1.本发明涉及冷却装置。


背景技术：

2.一般地，在使用制冷剂(流体)来对冷却对象进行冷却的冷却装置中，有时采用冷却能力根据冷却对象的温度来变化的结构。以往，作为这样的冷却装置，提出了根据工作流体的压力来调节阀开度的流量调整阀(例如参照专利文献1)。在专利文献1所记载的冷却装置中，膜片根据冷却器的上流侧与下流侧中的工作流体的压力差而位移，通过流量调整阀移动，来调节通过冷却器的工作流体的流量。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2006－038302号公报


技术实现要素：

6.发明所要解决的课题
7.然而，在专利文献1所记载的冷却装置中，由于采用了利用工作流体的压力差来使阀移动的压力式的调节方法，因此例如在工作流体中的相对于温度变化的压力变化较小的情况下、在从冷却器的上流侧至到达膜片的流路中压力损失较大的情况下等，存在冷却对象的相对于温度变化的阀开度的响应性(即冷却能力的响应性)变低的可能性。因此，考虑通过使用与工作流体不同的阀开度调节用的气体，根据冷却对象的温度变化来使阀开度调节用的气体的压力变化，从而调节阀开度的方法(温度方式的调节方法)。
8.在这样的温度方式的调节方法中，利用膜片划分出导入工作流体(制冷剂)的空间和导入阀开度调节用的气体的空间，因此具有两侧的空间的流体彼此经由膜片进行热交换的可能性。尤其是，在工作流体比阀开度调节用的气体温度低的情况下，由于阀开度调节用的气体的热被夺取，因此难以利用冷却对象的热来使阀开度调节用的气体的压力上升。因此，在冷却装置中，希望采用温度方式的调节方法并且提高相对于温度的响应性。
9.本发明的目的在于提供一种能够提高相对于温度的响应性的冷却装置。
10.用于解决课题的方案
11.本发明的冷却装置具备：流量调整阀，其根据冷却对象的温度来调整所通过的制冷剂的流量；流体输送机构，其向预定方向送出上述制冷剂；放热机构，其使上述制冷剂放热；以及受热部，其使上述制冷剂通过并且从上述冷却对象受热，使上述制冷剂在连接上述流量调整阀、上述流体输送机构以及上述放热机构的流路中循环，上述冷却装置的特征在于，上述流量调整阀具备：一次端口，其导入上述制冷剂；阀主体，其具有使从上述一次端口流入的上述制冷剂通过的阀端口；阀芯，其移动自如地设于上述阀主体并变更上述阀端口的开度；二次端口，其送出通过上述阀端口的上述制冷剂；闭阀力赋予机构，其向上述阀芯赋予预定的闭阀力；以及驱动元件，其驱动上述阀芯，上述驱动元件具有：空间形成部，其形
成供封入气体封入的封入空间；以及膜片，其划分供上述制冷剂导入的空间和上述封入空间并且能够对上述阀芯赋予开阀力，上述空间形成部具有传热部，该传热部将上述冷却对象的热传递至上述封入空间的内部，在上述制冷剂流动的方向上，相对于上述受热部在下流侧设有上述流量调整阀。
12.根据以上那样的本发明，通过在制冷剂流动的方向上相对于受热部在下流侧设有流量调整阀，从而与冷却对象进行热交换而温度上升的制冷剂被导入到由膜片对封入空间划分而成的空间。因此，与热交换前的制冷剂导入到流量调整阀的结构比较，冷却对象的热传递至封入空间的内部而封入气体的压力在封入空间上升时，能够减小封入空间与导入制冷剂的空间的温度差。即，能够抑制封入空间的温度下降，在封入空间使封入气体的压力正常上升而产生开阀力，能够提高相对于温度的响应性。
13.此时，在本发明的冷却装置中，优选上述空间形成部形成为具有开口的箱状，并且以覆盖上述开口的方式设有上述膜片，构成上述空间形成部的壁部的至少一部分作为上述传热部发挥功能。并且，在本发明的冷却装置中，优选上述空间形成部具有作为上述壁部的底部以及筒状部并形成为有底筒状，上述底部通过与上述受热部接触而作为上述传热部发挥功能。根据这样的结构，容易将冷却对象的热传递至封入空间的内部，并且能够进一步提高响应性。尤其是，通过使作为传热部的底部与受热部接触，从而容易确保在底部与受热部之间进行热交换时的面积。
14.发明的效果
15.根据本发明的冷却装置，通过在制冷剂流动的方向上相对于受热部在下流侧设有流量调整阀，从而能够提高相对于温度的响应性。
附图说明
16.图1是表示作为本发明的一例的实施方式的冷却装置的系统图。
17.图2是表示上述冷却装置的流量调整阀的剖视图。
18.图3是表示上述流量调整阀的各空间中的压力温度特性的曲线图。
19.图4是表示上述流量调整阀的阀开度温度特性的曲线图。
20.图中：
21.100—冷却装置，101—泵(流体输送机构)，102—放热器(放热机构)，103—冷却器(受热部)，201～204—冷却对象，1—流量调整阀，2—壳体(阀主体)，211—一次端口，212—二次端口，216—阀端口，5—阀芯，6—压缩弹簧(闭阀力赋予机构)，7—驱动元件，72—下壳(空间形成部)，721—底部(传热部)，722—筒状部，73—膜片。
具体实施方式
22.参照附图对本发明的实施方式进行说明。如图1所示，本实施方式的冷却装置100具备四个流量调整阀1、向预定方向送出制冷剂的作为流体输送机构的泵101、使制冷剂放热的作为放热机构的放热器102；以及作为四个受热部的冷却器(例如冷却板)103，形成供制冷剂循环的流路。该冷却装置100例如使用纯水、氟系惰性液体(例如fluorinert(注册商标)、galden(注册商标)、novec(注册商标))等绝缘性的制冷剂，对搭载于电动汽车、混合动力车等的电气设备进行冷却。即，在电动汽车、混合动力车搭载有伴随马达、变换器等发热
的发热部件，冷却装置100对这些发热部件进行冷却。或者对搭载于大型计算机系统、服务器等的电子部件进行冷却。即，在大型计算机系统、服务器等搭载有cpu、存储器等发热量大的发热部件，冷却装置100对这些发热部件进行冷却。将多个发热部件领会为一个单元(冷却对象)，在图1所示的例子中，冷却装置100对四个冷却对象201～204进行冷却。此外，冷却装置所冷却的冷却对象的个数是任意的，但优选设有与冷却对象的个数相同数量的流量调整阀以及冷却器。
23.对四个冷却对象201～204的每个设有冷却器103以及流量调整阀1，四个流量调整阀1并列地连接。由泵101送出的制冷剂在以与冷却对象201～204接触的方式设置的冷却器103内通过，由此与冷却对象201～204进行热交换，通过流量调整阀1并由放热器102放热，再次返回泵101。此外，冷却器103只要具有使制冷剂通过并且从冷却对象201～204受热来作为受热部发挥功能即可，并且只要能够从冷却对象201～204向制冷剂充分地进行热传递即可。即，既可以是冷却器103与冷却对象201～204直接接触、也可以是经由热传递部件从冷却对象201～204向冷却器103进行热传递的结构。此时，通过各个冷却器103的制冷剂的流量如后文所述由流量调整阀1调节，更多的制冷剂会流向针对温度高的冷却对象201～204设置的冷却器103。在图1所示的例子中，冷却对象201的温度比较高，在针对冷却对象201设置的冷却器103通过的制冷剂的流量变多。此外，也可以基于冷却对象201～204的合计的发热量来调节泵101送出的制冷剂的流量。
24.作为泵101，优选使用用于送出液体状态的制冷剂(液制冷剂)的泵。此时，通过冷却器103以及流量调整阀1的制冷剂优选为液体，但在冷却装置100的流路的一部分，制冷剂也可以成为气液混合状态。放热器102既可以是自然放热的方式，也可以是送风放热的方式，或者也可以是水冷方式。
25.以下，对流量调整阀1的详细进行说明。如图2所示，流量调整阀1具备作为阀主体的壳体2、一次侧导管3、二次侧导管4、阀芯5、对阀芯5赋予闭阀方向的力的作为闭阀力赋予机构的压缩弹簧6、以及驱动元件7。一次侧导管3与二次侧导管4平行地延伸，将它们的延伸方向设为x方向、将与x方向正交的两方向设为y方向以及z方向。
26.壳体2具有壳体主体21和盖体22。壳体主体21整体由金属部件构成，具有：向x方向的一方侧(图2中的左侧)开口的一次端口211；向x方向的另一方侧(图2中的右侧)开口的二次端口212；向z方向的一方侧(是图2中的上侧，以后有时简称为“上侧”)开口的开口部213；在一次端口211与二次端口212之间延伸的第一隔壁部214及第二隔壁部215；形成于第一隔壁部214的阀端口216及连通孔217；从第二隔壁部215向z方向的另一方侧(是图2中的下侧，以后有时简称为“下侧”)突出的导向部218；以及形成于第二隔壁部215的连通孔219。
27.一次端口211与二次端口212的中心部彼此在z方向上偏置地配置，一次端口211的中心部配置于上侧。在一次端口211连接有一次侧导管3，在二次端口212连接有二次侧导管4。
28.开口部213为了在壳体主体21内配置阀芯5以及压缩弹簧6而形成，并由盖体22封闭。此外，盖体22只要通过硬钎焊、焊接等相对于壳体主体21气密地固定即可。
29.第一隔壁部214形成为在一次端口211的下端部与二次端口212的上端部之间沿xy平面延伸的板状。第二隔壁部215相对于第一隔壁部214大致平行地延伸，并且隔开间隔地配置在下侧。在壳体主体21内形成有第一空间a1和第二空间a2。第一空间a1是与一次端口
211连通的空间，收纳阀芯5中后述的针状部52。第二空间a2是与二次端口212连通的空间，使通过了阀端口216的制冷剂流出。此外，第一空间a1形成于比第一隔壁部214靠上侧，第二空间a2形成于第一隔壁部214与第二隔壁部215之间。
30.阀端口216用于使从一次端口211流入的制冷剂通过，是以连通第一空间a1与第二空间a2的方式形成于第一隔壁部214的贯通孔。连通孔217在x方向上形成于比阀端口216靠二次端口212侧，总是连通第一空间a1与第二空间a2。即，即使阀芯5落座于阀端口216的周围的阀座部216a而成为全闭状态，制冷剂也能够在一次端口211与二次端口212之间通过。
31.导向部218形成为圆筒状，其内周面成为引导后述的延长部53的引导面，其外周面成为引导后述的传递部件75的引导面。连通孔219形成于从z方向观察而与形成于第一隔壁部214的连通孔217重叠的位置，连通第二空间a2与第二隔壁部215的下侧的空间(后述的第三空间a3)，并作为均压孔发挥功能。
32.阀芯5移动自如地设于壳体2且变更阀端口216的开度，且具有形成于上表面的弹簧座部51、形成于下侧的针状部52、以及从针状部52的前端向下侧延伸的延长部53。弹簧座部51是通过与压缩弹簧6抵接而向z方向的下侧被赋予闭阀力(作用力)的部分。针状部52以随着朝向下侧而变得尖细的方式形成为圆锥台状，通过相对于阀座部216a接近或者分离来调节阀端口216的开度(阀开度)。延长部53是剖面圆状的杆状部，且插通在圆筒状的导向部218。延长部53的外径比导向部218的内径稍小，由此延长部53由导向部218的内周面引导，从而阀芯5沿z方向移动。
33.压缩弹簧6形成为以z方向为轴向的线圈状，且配置在壳体2的盖体22与阀芯5的弹簧座部51之间。压缩弹簧6配置为从自然状态被压缩，以便相对于阀芯5赋予预定的闭阀力(作用力)。即，盖体22与壳体主体21螺纹结合，通过使盖体22与壳体主体21螺纹结合来对压缩弹簧6压缩预定量之后，盖体22与壳体主体21通过焊接、粘接等被固定。
34.驱动元件7具有金属制的上壳71及下壳72、膜片73、吸附件74、以及传递部件75。上壳71具有形成有开口的板部711、从板部711的外周缘朝向下侧延伸的筒状部712、以及从筒状部712的下端朝向外侧延伸的凸缘部713，并形成为有底筒状。上壳71通过铆接及硬钎焊而气密地固定于壳体主体21的下方侧端部。
35.下壳72具有底部721、从底部721的外周缘朝向上侧延伸的筒状部722、以及从筒状部722的上端朝向外侧延伸的凸缘部723，形成为向上侧开口的有底筒状(箱状)，作为空间形成部发挥功能。在筒状部722设有用于向后述的封入空间a4导入封入气体的管状的导入部724，导入部724在导入封入气体后被封闭。
36.膜片73能够对阀芯5赋予开阀力，外周缘部通过由凸缘部713、723夹住来保持，膜片73与凸缘部713、723通过焊接、硬钎焊而被气密地固定。如上所述，上壳71气密地固定于壳体主体21，因此形成由壳体主体21的下表面、上壳71以及膜片73包围的第三空间a3。第三空间a3通过连通孔219而与壳体2内的第二空间a2连通，成为导入制冷剂的空间。
37.下壳72的上侧的开口由膜片73覆盖，由此形成封入空间a4。即下壳72作为空间形成部发挥功能。膜片73划分由上壳71形成的第三空间a3和由下壳72形成的封入空间a4。在封入空间a4，例如封入有二氧化碳作为封入气体。封入气体在所使用的温度区域作为气体状态而存在，考虑稳定性、环境负荷等适当地选择封入气体的种类即可。
38.吸附件74例如是活性炭等多孔质体，吸附件74的材质、表面积、空孔的大小等根据
封入气体的种类选择、而且以后述的压力温度特性成为所需的特性的方式选择即可。吸附件74设于封入空间a4的内部，载置于下壳72的底部721，并与底部721的上表面接触。此时，底部721的下表面与冷却器103接触，冷却对象201～204的热经由冷却器103传递至底部721，由底部721传递至吸附件74。即，底部721作为将冷却对象201～204的热传递至吸附件74的传热部发挥功能。
39.吸附件74具有能够吸附封入气体并且随着温度上升而吸附量减少的特性。封入有封入气体而且设有吸附件74的封入空间a4的压力pa如图3所示那样变化。即，封入空间a4的压力pa随着温度上升而变高。此外，在图3所示的曲线图中，表示封入空间a4内的压力pa的变化的特性的曲率与表示压力pc的变化的特性的曲率相比充分小，因此示意性地图示为温度与压力pa具有一次关系的直线。
40.传递部件75例如为金属制，配置于第三空间a3，具有以沿着膜片73的方式延伸的板部751和从板部751向上侧突出的筒状的被引导部752。板部751的下表面与膜片73抵接来承受力，上表面与阀芯5的延长部53的前端抵接来传递力。即，若封入空间a4的压力pa上升而膜片73欲向上侧凸出地位移，则经由板部751向阀芯5传递力，该力成为开阀力。此外，阀芯5的延长部53与板部751的上表面也可以固定。
41.被引导部752的内径比导向部218的外径稍大，被引导部752由导向部218的外周面引导，由此传递部件75沿z方向移动。在传递部件75沿z方向移动而阀开度成为预定值时，导向部218的前端与板部751的上表面抵接，限制传递部件75以及阀芯5的移动，此时阀开度成为最大。
42.在此，参照图3、4对冷却对象201～204的温度上升时(冷却对象201～204成为热源时)的流量调整阀1的动作的详细进行说明。此外，冷却对象201～204的热分别充分地传递至通过冷却器103的制冷剂、封入空间a4以及吸附件74，图3的曲线图中的横轴表示冷却对象201～204的温度。如图3所示，在冷却装置100所使用的使用温度范围(冷却对象201～204的假想的温度的范围；后述的温度t2以下)中比温度t0高的温度中，封入空间a4的压力pa总是比第三空间a3的压力pb高。此外，在温度t0以下的温度中，也可以存在压力pb比压力pa高的温度。
43.如上所述，在比温度t0高的温度中，压力pa比压力pb高，因此在对膜片73作用了压力pa以及压力pb时，产生与压力pa和压力pb的压力差相应的作为开阀方向的力(即压力差与膜片面积的积)的开阀力。另一方面，利用压缩弹簧6对阀芯5赋予闭阀力。若冷却对象201～204的温度上升，则封入空间a4以及吸附件74的温度上升，如上所述，封入空间a4的压力pa上升。与此同时，通过冷却器103的制冷剂的温度也上升，因此第三空间a3的压力pb也上升。如图3所示，与压力pb相比，压力pa相对于温度的变化率较高(曲线图的斜率变大)，随着温度上升，压力pa与压力pb的压力差变大。若温度上升，因压力pa与压力pb的压力差而作用于膜片73的开阀力超过压缩弹簧6的闭阀力，则阀芯5开始开阀，成为与冷却对象201～204的温度相应的阀开度。将阀芯5开始开阀时的封入空间a4的压力设为p0，将此时的冷却对象201～204的温度设为t0。
44.如图4所示，在冷却对象201～204的温度小于t0的情况下，阀芯5落座于阀座部216a，阀开度成为最小并且不依赖于温度而成为恒定的值。将小于t0的温度区域设为放泄区域。通过形成上述那样的连通孔217，在放泄区域也能够使制冷剂从一次端口211向二次
端口212通过。
45.在冷却对象201～204的温度为t0以上的情况下，随着温度上升，压力pa与压力pb的压力差变大，开阀力变大，阀开度上升。若冷却对象201～204的温度成为t1，则如上所述，导向部218的前端与板部751的上表面抵接，阀开度成为最大。将t0～t1的温度区域设为阀开度可变区域。在冷却对象201～204的温度为t1以上的情况下，即使压力pa与压力pb的压力差变大而开阀力变大，阀开度也不变化而是恒定。将t1以上的温度区域设为全开区域。此外，使用温度范围例如为15～90
°
。
46.若将冷却对象201～204的假想的最高温度设为t2，则由压力差施加于膜片73的力的最大值成为温度t2中的与压力pa和压力pb的差δp1相应的力。此外，温度t2既可以为温度t1以上、也可以小于温度t1。
47.在此，将以下结构作为参考例：在封入空间a4封入压缩性气体，不设置吸附件74，使压缩性气体处于气液混合状态。在该参考例中，封入空间a4的压力pc和温度的关系与压缩性气体的饱和蒸气压曲线对应。在参考例中，也与本实施方式相同，由压力差施加于膜片73的力的最大值成为温度t2中的与压力pc和压力pb的差δp2相应的力。
48.饱和蒸气压曲线容易成为向下凸出的曲线，具有温度越上升则曲线的斜率越大的倾向。另一方面，如本实施方式那样，在设置有吸附件74的结构中，通过调节吸附件74的量、封入空间a4的容积、基准温度中的封入空间a4的压力(封入气体的封入量)，能够调节压力温度特性的曲线图的斜率。例如，通过使吸附件74的量变多、或减小封入空间a4的容积、或者提高基准温度中的封入空间a4的压力，能够使曲线图的斜率变大。
49.在如本实施方式的冷却装置100那样使用纯水、氟系惰性液体等流体作为制冷剂，并在使用温度范围内容易维持液体的状态的情况下，即使导入制冷剂的空间(第三空间a3)成为高温，压力也难以上升。即，难以产生伴随温度的上升的压力pb的上升。因此，在如参考例那样封入空间a4的压力变化根据饱和蒸气压线而变化的情况下，在高温下，压力的差δp2容易变大。
50.针对于此，在本实施方式中，采用在使用温度范围为气体状态的封入气体，而且，在封入空间a4设置吸附件74，因此能够调节压力温度特性的曲线图的斜率，能够使高温中的压力的差δp1不会变得过大。
51.另外，在冷却对象201～204的温度变化时，压力pa与压力pb的差的变化越大则阀芯5的阀开度也越容易变化，制冷剂流量相对于温度变化的响应性(即冷却能力的响应性)变高。在本实施方式中，由于在封入空间a4设置吸附件74，因此能够调节压力温度特性的曲线图的斜率，能够使相对于温度变化的压力差的变化为适当的值，从而能够使开度特性变得良好。
52.在此，再次对冷却装置100整体中的制冷剂的流动进行说明。在冷却装置100中，在制冷剂流动的方向上，相对于冷却器103在下流侧设有流量调整阀1，即，在制冷剂流动的方向上，依次排列有放热器102、冷却器103以及流量调整阀1。如上所述，在流量调整阀1中，阀开度根据冷却对象201～204的温度而变化，对通过的制冷剂的流量进行调节，因此通过各个冷却器103的制冷剂的流量独立地变化。此外，由于液制冷剂主要通过冷却器103，因此在本实施方式的冷却装置100中，在阀开度变化时，通过冷却器103的液制冷剂的流量的变化与在相对于冷却器103在上流侧设置流量调整阀1的结构中阀开度变化时的流量的变化相
同。
53.在放热器102中被冷却的制冷剂通过冷却器103来与冷却对象201～204进行热交换，温度上升。这样，温度上升的制冷剂将通过流量调整阀1，温度上升的制冷剂被导入到第三空间a3。因此，与相对于流量调整阀1导入热交换前的制冷剂的(相对于冷却器103在上流侧设置流量调整阀1)结构比较，在冷却对象201～204的热传递至封入空间a4的内部时，能够减小封入空间a4与第三空间a3的温度差。由此，能够抑制第三空间a3与封入空间a4的热交换，难以使封入空间a4的温度下降。
54.在流量调整阀1中，预先设定冷却对象201～204的温度与阀开度的关系，例如设定为在温度t0中开阀。此时，若产生第三空间a3与封入空间a4的热交换，则即使成为温度t0，封入空间a4的压力也不会达到开阀所需要的压力p0，而是成为比温度t0高的温度后开阀。即，在第三空间a3与封入空间a4中，越是产生热交换，用于得到预定的阀开度的设定温度与实际上得到该阀开度的温度的差越大。因此，如上所述，通过抑制第三空间a3与封入空间a4的热交换，使封入气体的压力pa正常上升而产生开阀力，能够减小用于得到预定的阀开度的设定温度与实际上得到该阀开度的温度的差，提高相对于温度的响应性。
55.根据以上的本实施方式，通过在制冷剂流动的方向上相对于冷却器103在下流侧设有流量调整阀1，从而能够抑制封入空间a4的温度下降，使封入气体的压力正常上升而产生开阀力，能够提高相对于温度的响应性。
56.另外，有底筒状的下壳72的底部721通过与冷却器103接触而作为传热部来发挥功能，从而容易确保在下壳72与冷却器103之间进行热交换时的面积。由此，能够提高热传递效率，并进一步提高相对于温度的响应性。
57.此外，本发明并不限定于上述实施方式，包含能够实现本发明的目的的其它结构等，以下所示的变形等也包含在本发明中。例如，在上述实施方式中，作为空间形成部的下壳72的底部721作为传热部来发挥功能，但作为构成有底筒状的下壳72的其它壁部，筒状部722也可以采用作为传热部来发挥功能的结构。
58.另外，在上述实施方式中，经由冷却器103从冷却对象201～204向封入空间a4内部的吸附件74进行热传递，但也可以采用从冷却对象直接向封入空间的内部进行热传递的结构。例如，也可以采用空间形成部的一部分直接与冷却对象接触的结构。
59.另外，在上述实施方式中，在封入空间a4的内部设有吸附件74，作为传热部的底部721向吸附件74进行热传递，但也可以采用不在封入空间设置吸附件的结构，该情况下，传热部相对于封入到封入空间的内部的封入气体进行热传递即可。即，也可以使封入气体为气液混合状态，利用伴随温度变化的饱和蒸气压的变化来使开阀力变化，也可以使封入气体总是为气体状态，利用伴随温度变化的气体的膨胀来使开阀力变化。
60.以上，参照附图对本发明的实施方式进行了详细叙述，但具体的结构并不限于这些实施方式，不脱离本发明的主旨的范围的设计的变更等也包含在本发明中。