JPWO2016047098A1 - 冷媒中継装置、それを用いた冷却装置、および冷却方法 - Google Patents

Abstract

相変化冷却装置において、冷却性能の低下を防止するために気液分離構造を導入すると、製造コストが増加するため、本発明の冷媒中継装置は、冷媒を収容する冷媒収容部と、冷媒収容部の外周面に設けられ、気相冷媒と第１液相冷媒が流入する第１流入部と、冷媒収容部の外周面に設けられ、気相冷媒が流出する第１流出部と、冷媒収容部の外周面に設けられ、第２液相冷媒が流入する第２流入部と、冷媒収容部の外周面に設けられ、第１液相冷媒と第２液相冷媒とが流出する第２流出部、とを有する。

Description

本発明は、冷媒中継装置、それを用いた冷却装置、および冷却方法に関し、特に、電子機器などの冷却に用いられる冷媒の冷媒中継装置、それを用いた冷却装置、および冷却方法に関する。

電子機器等の効率的な冷却方式の一例として、相変化冷却方式が知られている。相変化冷却方式においては、電子機器などの発熱源より発生した熱を、冷媒の潜熱を用いて受熱・放熱する。この方式では、冷媒蒸気の浮力及び冷媒液の重力によって、動力を必要とせずに冷媒を循環駆動させることができる。そのため、相変化冷却方式によれば、電子機器などの高効率かつ省エネルギーな冷却が可能である。

相変化冷却方式による冷却装置（相変化冷却装置）は、受熱部において発熱体から冷媒液に熱を伝えることにより冷却するので、最大発熱量に対応した多量の冷媒液が充填されている。そして、受熱部で受熱することにより気化した冷媒蒸気が周囲の液相の冷媒液を巻き込んで上昇するので、冷媒蒸気が流動する蒸気配管にも比較的多くの冷媒液が存在する。しかしながら、このような蒸気配管内の冷媒液は、冷媒蒸気に対する流体抵抗を増大させる要因となる。そのため、相変化冷却装置の冷却性能が低下してしまうという問題点があった。

このような問題点を解決する技術の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された電子機器用沸騰冷却装置は、ジャケット、冷却液駆動部、放熱部、タンク、および、これらの間を接続する配管を備え、封入された冷媒がその内部を循環する構成としている。ジャケットは電子機器の一部を構成する発熱体と熱的に接続され、その内部に通流する冷媒へ熱を伝達する。冷却液駆動部はジャケットの内部を通流する冷媒を駆動する。放熱部はジャケットにおいて伝達された熱を外部に放出する。そして、タンクは内部に冷媒を収納する。

ここで、タンクはジャケットの出口に接続されると共に、その内部空間が多孔体によって気液混合領域と冷媒液保持領域とに仕切られている。そして、タンクの冷媒液保持領域は、放熱部と冷却液駆動部との間の配管に接続され、気液混合領域は、ジャケットからの気液混合冷媒の供給口とは異なる開口部を介して放熱部へ接続されている。

このような構成としたことにより、特許文献１に記載された電子機器用沸騰冷却装置によれば、ジャケットと放熱器間の配管内で液が付着するのを抑制し、ジャケットと放熱器間の圧力損失を低減させることができる、としている。

特開２００８−１３０７４６号公報（段落［００１５］〜［００３７］、図１）

上述したように、特許文献１に記載された関連する電子機器用沸騰冷却装置は、タンクの冷媒液保持領域が、バイパス管を介して放熱部と冷却液駆動部との間の配管に接続された構成としている。そのため、冷媒液の流路に分岐管を挿入する必要があり、配管構造が複雑になるという問題があった。

このように、相変化冷却装置において、冷却性能の低下を防止するために気液分離構造を導入すると、配管構造が複雑になる、という問題があった。

本発明の目的は、上述した課題である、相変化冷却装置において、冷却性能の低下を防止するために気液分離構造を導入すると、配管構造が複雑になる、という課題を解決する冷媒中継装置、それを用いた冷却装置、および冷却方法を提供することにある。

本発明の冷媒中継装置は、冷媒を収容する冷媒収容部と、冷媒収容部の外周面に設けられ、気相冷媒と第１液相冷媒が流入する第１流入部と、冷媒収容部の外周面に設けられ、気相冷媒が流出する第１流出部と、冷媒収容部の外周面に設けられ、第２液相冷媒が流入する第２流入部と、冷媒収容部の外周面に設けられ、第１液相冷媒と第２液相冷媒とが流出する第２流出部、とを有する。

本発明の冷媒中継装置を用いた冷却装置は、発熱源から受熱する冷媒を収容する受熱部と、受熱部で気化した気相状態の冷媒である気相冷媒を凝縮液化して第２液相冷媒を生成する凝縮部と、受熱部および凝縮部とそれぞれ接続する冷媒中継装置、とを有し、冷媒中継装置は、受熱部よりも上方に位置し、冷媒を収容する冷媒収容部と、冷媒収容部の外周面に設けられ、気相冷媒と第１液相冷媒が流入する第１流入部と、冷媒収容部の外周面に設けられ、気相冷媒が流出する第１流出部と、冷媒収容部の外周面に設けられ、第２液相冷媒が流入する第２流入部と、冷媒収容部の外周面に設けられ、第１液相冷媒と第２液相冷媒とが流出する第２流出部、とを備える。

本発明の冷却方法は、複数の発熱源から受熱することにより気相状態の冷媒である気相冷媒と液相状態の冷媒である第１液相冷媒を生成し、複数の発熱源ごとに生成した気相冷媒を合流させ、第１液相冷媒を分離し、気相冷媒を凝縮液化して第２液相冷媒を生成し、第２液相冷媒と第１液相冷媒を合流させた冷媒液を生成し、冷媒液を貯留した後に複数の流束に分流し、分流した冷媒液がそれぞれ複数の発熱源から受熱するように還流させる。

本発明の冷媒中継装置、それを用いた冷却装置、および冷却方法によれば、配管構造を複雑化させることなく気液分離構造を導入することができ、冷却装置における冷却性能の低下を防止することができる。

本発明の第１の実施形態に係る気液分離構造の概略構成を示す上面図である。 本発明の第１の実施形態に係る気液分離構造の概略構成を示す側面断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る気液分離構造を用いた相変化冷却装置の構成を示す概略図である。 本発明の第２の実施形態に係る気液分離構造の概略構成を示す上面図である。 本発明の第２の実施形態に係る気液分離構造の概略構成を示す側面断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る気液分離構造の効果を説明するための断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る気液分離構造の別の概略構成を示す上面図である。 本発明の第２の実施形態に係る気液分離構造の別の概略構成を示す側面図である。 本発明の第２の実施形態に係る気液分離構造のさらに別の概略構成を示す平面断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る気液分離構造のさらに別の概略構成を示す側面断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る気液分離構造を用いた相変化冷却装置の構成を示す概略図である。 本発明の第３の実施形態に係る気液分離構造を用いた相変化冷却装置の別の構成を示す概略図である。 関連する相変化冷却装置の構成を示す概略図である。

以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

〔第１の実施形態〕
図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の第１の実施形態に係る気液分離構造１００の構成を示す概略図であり、図１Ａは上面図、図１Ｂは側面断面図である。本実施形態による気液分離構造（冷媒中継装置）１００は、冷媒を収容する冷媒収容部１１０、気液混合冷媒流入部（第１流入部）１２０、冷媒蒸気流出部（第１流出部）１３０、凝縮冷媒液流入部（第２流入部）１４０、および冷媒液流出部（第２流出部）１５０を有する。

気液混合冷媒流入部１２０は、冷媒収容部１１０の外周面に設けられ、気相状態の冷媒と液相状態の冷媒が混合した気液混合冷媒１０１が流入する。冷媒蒸気流出部１３０は、冷媒収容部１１０の外周面に設けられ、気液混合冷媒１０１に含まれる気相状態の冷媒である冷媒蒸気（気相冷媒）１０２が流出する。凝縮冷媒液流入部１４０は、冷媒収容部１１０の外周面に設けられ、冷媒蒸気１０２が凝縮液化した凝縮冷媒液（第２液相冷媒）１０３が流入する。そして、冷媒液流出部１５０は、冷媒収容部１１０の外周面に設けられ、凝縮冷媒液１０３と、気液混合冷媒１０１に含まれる液相状態の冷媒である混合冷媒液（第１液相冷媒）１０４が合わさって流出する。

本実施形態の気液分離構造１００によれば、冷媒収容部１１０に流入した気液混合冷媒（気相冷媒と第１液相冷媒）１０１に含まれる冷媒蒸気１０２は冷媒蒸気流出部１３０から流出し、混合冷媒液１０４は凝縮冷媒液１０３と共に冷媒液流出部１５０から流出する。これにより、気液混合冷媒１０１から混合冷媒液１０４を除去することができる。したがって、相変化冷却装置の冷却性能の低下の原因となる冷媒蒸気に対する流体抵抗の増大を抑制することができる。

ここで、本実施形態の気液分離構造１００においては、混合冷媒液１０４は、凝縮冷媒液流入部１４０から冷媒液流出部１５０に向かう凝縮冷媒液１０３の流路によって冷媒液側に環流する。したがって、新たな配管の設置および分岐管の挿入は不要である。

以上説明したように、本実施形態の気液分離構造１００によれば、製造コストの増加を招くことなく気液分離構造を導入することができ、相変化冷却装置における冷却性能の低下を防止することができる。

次に、本実施形態による気液分離構造１００を用いた相変化冷却装置について説明する。

図２に、本実施形態による気液分離構造１００を用いた相変化冷却装置１０００の構成を示す。本実施形態による相変化冷却装置１０００は、気液分離構造１００、受熱部１０１０、および凝縮部１０２０を有する。ここで、気液分離構造１００は受熱部１０１０よりも上方に位置している。

受熱部１０１０は、発熱源から受熱する冷媒を収容する。凝縮部１０２０は、受熱部１０１０で気化した気相状態の冷媒である冷媒蒸気を凝縮液化して凝縮冷媒液を生成する。そして、気液分離構造１００が受熱部１０１０と凝縮部１０２０をそれぞれ接続する。

ここで、凝縮部１０２０と気液分離構造１００の凝縮冷媒液流入部が主液管１１１０によって接続される。また、凝縮部１０２０と気液分離構造１００の冷媒蒸気流出部が主蒸気管１２１０によって接続される。一方、受熱部１０１０と気液分離構造１００の冷媒液流出部が副液管１１２０によって接続される。また、受熱部１０１０と気液分離構造１００の気液混合冷媒流入部が副蒸気管１２２０によって接続される。

なお、気液混合冷媒流入部１２０および冷媒蒸気流出部１３０は図１Ｂに示すように、凝縮冷媒液流入部１４０および冷媒液流出部１５０と、冷媒収容部１１０の外周面に互いに離間して配置した構成とすることができる。具体的には、気液分離構造１００を相変化冷却装置１０００に装着した状態で、図２に示すように、気液混合冷媒流入部１２０および冷媒蒸気流出部１３０が凝縮冷媒液流入部１４０および冷媒液流出部１５０よりも上方に配置した構成とすることができる。このとき、気液混合冷媒流入部１２０および冷媒蒸気流出部１３０は、図１Ｂに示すように、凝縮冷媒液１０３と混合冷媒液１０４が合流した冷媒液の界面よりも上方に位置していることが望ましい。

上述したように、本実施形態による気液分離構造１００を用いた相変化冷却装置１０００によれば、製造コストの増加を招くことなく気液分離構造を導入することができ、相変化冷却装置における冷却性能の低下を防止することができる。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図３Ａ、３Ｂに、本実施形態による気液分離構造２００の構成を示す。図３Ａは上面図、図３Ｂは側面断面図である。

本実施形態による気液分離構造２００は、冷媒を収容する冷媒収容部１１０、気液混合冷媒流入部２２０、冷媒蒸気流出部１３０、凝縮冷媒液流入部１４０、および冷媒液流出部２５０を有する。

気液混合冷媒流入部２２０は、冷媒収容部１１０の外周面に設けられ、気相状態の冷媒と液相状態の冷媒が混合した気液混合冷媒１０１が流入する。冷媒蒸気流出部１３０は、冷媒収容部１１０の外周面に設けられ、気液混合冷媒１０１に含まれる気相状態の冷媒である冷媒蒸気１０２が流出する。凝縮冷媒液流入部１４０は、冷媒収容部１１０の外周面に設けられ、冷媒蒸気１０２が凝縮液化した凝縮冷媒液１０３が流入する。そして、冷媒液流出部２５０は、冷媒収容部１１０の外周面に設けられ、凝縮冷媒液１０３と、気液混合冷媒１０１に含まれる液相状態の冷媒である混合冷媒液１０４が合わさった冷媒液１０５が流出する。

ここで、本実施形態による気液分離構造２００においては、気液混合冷媒流入部２２０および冷媒液流出部２５０は複数個からなる。この点が、第１の実施形態による気液分離構造１００と異なる。一方、冷媒蒸気流出部１３０および凝縮冷媒液流入部１４０は、第１の実施形態による気液分離構造１００と同様に一個からなる構成とした。

なお、気体は液体と比較して、密度が小さく、単位質量あたりの体積が大きい。そのため、冷媒蒸気１０２が流出する冷媒蒸気流出部１３０の口径は、凝縮冷媒液１０３が流入する凝縮冷媒液流入部１４０の口径よりも大きく構成することが望ましい。

このような構成としたことにより、本実施形態による気液分離構造２００を、複数の受熱部を有する相変化冷却装置に用いることができる。さらに、後述するように、本実施形態の気液分離構造２００は、冷媒収容部１１０に冷媒液１０５をためる機能を有するので、複数の冷媒液流出部２５０から複数の受熱部に冷媒液を均等に供給することが可能である。

本実施形態の気液分離構造２００によれば、複数の気液混合冷媒流入部２２０から冷媒収容部１１０に流入した気液混合冷媒１０１に含まれる冷媒蒸気１０２は冷媒蒸気流出部１３０から流出する。そして、気液混合冷媒１０１に含まれる混合冷媒液１０４は凝縮冷媒液１０３と共に複数の冷媒液流出部２５０から流出する。これにより、気液混合冷媒１０１から混合冷媒液１０４を除去することができる。したがって、相変化冷却装置の冷却性能の低下の原因となる冷媒蒸気に対する流体抵抗の増大を抑制することができる。

ここで、本実施形態の気液分離構造２００においては、混合冷媒液１０４は、凝縮冷媒液流入部１４０から冷媒液流出部２５０に向かう凝縮冷媒液１０３の流路によって冷媒液側に環流する。したがって、新たな配管の設置および分岐管の挿入は不要である。

次に、本実施形態による気液分離構造２００の効果について、さらに詳細に説明する。

図４は、本実施形態の気液分離構造２００の効果を説明するための側面断面図である。図４に示すように、混合冷媒液１０４が混在する気液混合冷媒１０１が、気液混合冷媒流入部２２０から冷媒収容部１１０に流入する。このとき、密度が大きい混合冷媒液１０４は重力の作用によって降下し、冷媒収容部１１０の下方にたまる。これにより、気液混合冷媒１０１から混合冷媒液１０４が除去される。

混合冷媒液１０４が除去された冷媒蒸気１０２は、複数の気液混合冷媒流入部２２０から流入する冷媒蒸気１０２と合流し冷媒蒸気流出部１３０から流出する。このとき、冷媒蒸気１０２には混合冷媒液１０４が含まれないので、圧力損失の増大を防止することが可能である。そのため、本実施形態による気液分離構造２００を用いた相変化冷却装置における吸熱性能を向上させることができる。

混合冷媒液１０４は、冷媒収容部１１０の下方に貯蔵され、冷媒液流出部２５０から流出する。そして、相変化冷却装置を構成する複数の受熱部と冷媒液流出部２５０を接続する配管を通って、各受熱部に分配される。このように、本実施形態の気液分離構造２００によれば、気液混合冷媒１０１に混在した混合冷媒液１０４を再び受熱に利用できるため、多量の液冷媒液を各受熱部に供給することができる。さらに、混合冷媒液１０４は気液混合冷媒１０１の状態にあるときに予熱されているため、受熱部に到達すると直ちに気化し、発熱源から吸熱する。そのため、相変化冷却装置の吸熱効率を向上させることができる。

以上説明したように、本実施形態の気液分離構造２００によれば、製造コストの増加を招くことなく気液分離構造を導入することができ、相変化冷却装置における冷却性能の低下を防止することができる。

図３Ａ、３Ｂにおいては、複数の気液混合冷媒流入部２２０が、冷媒収容部１１０の一の側面に位置している構成を示した。しかし、これに限らず、図５Ａ、５Ｂに示すように、気液混合冷媒１０１がそれぞれ流入する方向に沿う直線が互いに交差しない位置に、複数個からなる気液混合冷媒流入部２２０が配置した構成としてもよい。すなわち、一の気液混合冷媒流入部２２０の対向する位置に、他の気液混合冷媒流入部２２０を設けないように配置した構成とすることができる。これにより、複数の気液混合冷媒流入部２２０から流入する気液混合冷媒１０１に含まれる冷媒蒸気１０２が、互いに流れを干渉して流入の妨げとなることを回避することができる。このような構成とすることにより、相変化冷却装置を構成する複数の受熱部を配管で接続する場合であっても、相変化冷却装置の吸熱性能の低下を防止することができる。

また、図６Ａ、６Ｂに本実施形態による気液分離構造の別の構成を示す。図６Ａは平面断面図であり、図６Ｂは側面断面図である。同図に示した気液分離構造２０１は、冷媒収容部の内部に、複数の開口孔を備えた仕切板２６０を有する。

この場合、混合冷媒液１０４を含んだ気液混合冷媒１０１が気液混合冷媒流入部２２０から冷媒収容部１１０に流入すると、混合冷媒液１０４は自重によって降下し、仕切板２６０の開口孔を通過して冷媒収容部１１０の下方に貯まる。しかし、気液混合冷媒流入部２２０から流入した冷媒蒸気１０２は、液相状態の冷媒より体積流量が大きいため、仕切板２６０の開口孔を通って下方に流動する量は少ない。そのため、仕切板２６０の下方において、凝縮冷媒液流入部１４０から冷媒液流出部２５０に向かって流動する冷媒液の流れを、逆方向に流動する冷媒蒸気１０２が阻害することを防止することができる。その結果、気液分離構造２０１を備えた相変化冷却装置の吸熱性能を向上させることができる。

〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図７に、本実施形態による気液分離構造を用いた相変化冷却装置２０００の構成を示す。本実施形態による相変化冷却装置２０００は、気液分離構造２００、受熱部１０１０、および凝縮部１０２０を有する。ここで、気液分離構造２００は受熱部１０１０よりも上方に位置している。なお、気液分離構造２００の構成は第２の実施形態で説明した構成と同様であり、気液分離構造２０１も含まれるものとする。

受熱部１０１０は複数個からなり、発熱源から受熱する冷媒をそれぞれ収容する。凝縮部１０２０は、受熱部１０１０で気化した気相状態の冷媒である冷媒蒸気を凝縮液化して凝縮冷媒液を生成する。そして、気液分離構造２００が複数の受熱部１０１０と凝縮部１０２０をそれぞれ接続する。

上述したように、本実施形態による気液分離構造２００においては、気液混合冷媒流入部２２０および冷媒液流出部２５０は複数個からなる。一方、冷媒蒸気流出部１３０および凝縮冷媒液流入部１４０はそれぞれ一個からなる構成とした。

ここで、凝縮部１０２０と気液分離構造２００の凝縮冷媒液流入部１４０は主液管１１１０によって接続される。また、凝縮部１０２０と気液分離構造２００の冷媒蒸気流出部１３０は主蒸気管１２１０によって接続される。一方、複数の受熱部１０１０と気液分離構造２００の複数の冷媒液流出部２５０は複数の副液管１１２０によってそれぞれ接続される。また、複数の受熱部１０１０と気液分離構造２００の複数の気液混合冷媒流入部２２０は複数の副蒸気管１２２０によってそれぞれ接続される。

このように、本実施形態による相変化冷却装置２０００は、複数の受熱部１０１０が複数の副液管１１２０および複数の副蒸気管１２２０によって１個の気液分離構造２００に接続された構成としている。このような構成としたことにより、気液分離構造２００において気液混合冷媒１０１から混合冷媒液１０４を除去するとともに、複数の副蒸気管１２２０から流入する冷媒蒸気を合流させ、冷媒液を複数の受熱部１０１０に均等に分配することが可能になる。

さらに、本実施形態による相変化冷却装置２０００は、１個の凝縮部１０２０に複数の受熱部１０１０が接続した構成としているので、相変化冷却装置の低コスト化を図ることができる。

１個の凝縮部に複数の受熱部を接続した構成とすると、一の副蒸気管１２２０を流動する気液混合冷媒に含まれる混合冷媒液が、他の副蒸気管１２２０を通って、他の受熱部１０１０に流入する可能性がある。他の副蒸気管１２２０に流入した混合冷媒液は、冷媒蒸気の流れを妨げるので、受熱部１０１０における吸熱性能に影響を及ぼし吸熱量が不均一になる。そのため、受熱部１０１０において所望の吸熱性能を得ることができなくなる。

しかし、本実施形態の気液分離構造２００を用いた相変化冷却装置２０００によれば、気液分離構造２００により気液混合冷媒から混合冷媒液を除去することができる。そのため、混合冷媒液が他の副蒸気管１２２０を通って他の受熱部１０１０に流入することを防止することができる。

受熱部１０１０は、発熱源と熱的に接続し冷媒を貯蔵する複数の蒸発部を備え、複数の蒸発部が鉛直方向に位置した構成とすることができる。具体的には例えば、発熱源としてのサーバがサーバラック内に複数個積層して配置され、サーバラックのリアドア等に蒸発部を備えた受熱モジュールを、受熱部１０１０とすることができる。ここで、気液分離構造２００はサーバラックの上方であって、受熱部１０１０が配置されるリアドアの外部に位置した構成とすることができる。

次に、本実施形態の気液分離構造２００を用いた相変化冷却装置２０００の構成について、さらに詳細に説明する。

冷媒収容部１１０は、図３Ａ、３Ｂに示したように、直方体形状の容器からなる構成とすることができる。このとき、複数の気液混合冷媒流入部２２０が、この容器の側面の上部に位置し、１個の冷媒蒸気流出部１３０が容器の上面に位置した構成とすることができる。また、１個の凝縮冷媒液流入部１４０が容器の側面の下部に位置し、複数の冷媒液流出部２５０が容器の側面の下部および容器の底面の少なくとも一方に位置した構成とすることができる。

相変化冷却装置２０００全体に充填される冷媒の量は、稼働状態において気液分離構造２００の冷媒収容部１１０に収容される冷媒液１０５が、図３Ｂに示すように一定の液面を保つように設定される。ここで、冷媒蒸気流出部１３０は、冷媒液１０５の液面よりも上方に位置し、凝縮冷媒液流入部１４０は冷媒液１０５の液面よりも下方に位置した構成としている。なお、冷媒液１０５の液面は、各受熱部１０１０または主蒸気管１２１０や副蒸気管１２２０における圧力損失に応じて変化する。この場でも、冷媒液流出部２５０が容器の底面に位置した構成とすることにより、冷媒液１０５の液面が変動しても、冷媒液流出部２５０から各受熱部１０１０に冷媒液１０５を安定して供給することができる。

また、相変化冷却装置２０００は、図８に示すように、冷媒収容部が円筒形状の配管からなる気液分離構造２０２を備えた構成とすることができる。そして、気液分離構造２０２は、複数の気液混合冷媒流入部２２０および１個の冷媒蒸気流出部１３０が配管の上面に配置し、１個の凝縮冷媒液流入部１４０および複数の冷媒液流出部２５０が配管の下面に配置している構成とすることができる。この場合、一般的に利用されている安価なパイプを用いて気液分離構造２０２を製造することが可能になるので、相変化冷却装置２０００の製造コストを大幅に低減することができる。

次に、本実施形態による気液分離構造を用いた相変化冷却装置２０００の効果について、さらに詳細に説明する。

図９に、比較例として、気液分離構造を用いることなく、複数の受熱部３０１０を複数の液管３１００および複数の蒸気管３２００によって、１個の凝縮部３０２０に接続する構成とした関連する相変化冷却装置３０００を示す。この場合、凝縮部３０２０から離れた位置に配置された受熱部３０１０ほど、蒸気管３２００を流動する冷媒蒸気の圧力損失が増大してしまう。そのため、複数の受熱部３０１０において均一な吸熱性能を得ることが困難である。

それに対して、本実施形態による相変化冷却装置２０００は、図７および図８に示したように、気液分離構造２００、２０２によって冷媒液を貯めてから各受熱部１０１０に分配する構成としている。そのため、各受熱部１０１０に冷媒液を供給する圧力を均一化し、冷媒液を均等に分配することが可能になる。すなわち、複数の副蒸気管１２２０が１個の気液分離構造２００に連結されるので、複数の気液混合冷媒流入部２２０における圧力を等しくすることができる。そのため、それぞれの副液管１１２０に冷媒液を流入させる際に要する圧力を等しくすることができる。これによって、各受熱部１０１０における吸熱量の偏りをなくすことができ、吸熱性能を向上させることができる。

次に、本実施形態による相変化冷却方法について説明する。

本実施形態による相変化冷却方法ではまず、複数の発熱源から受熱することにより気相状態の冷媒と液相状態の冷媒が混合した気液混合冷媒を生成する。そして、複数の発熱源ごとに生成した気相状態の冷媒である冷媒蒸気を合流させる。このとき、気液混合冷媒に含まれる液相状態の冷媒である混合冷媒液を分離する。この後に、冷媒蒸気を凝縮液化して凝縮冷媒液を生成し、凝縮冷媒液と混合冷媒液を合流させた冷媒液を生成する。そして、この冷媒液を貯留した後に複数の流束に分流し、分流した冷媒液がそれぞれ複数の発熱源から受熱するように還流させる。

これにより、製造コストの増加を招くことなく冷媒の気液分離を行うことができ、相変化冷却方式による冷却性能の低下を防止することができる。

以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。

この出願は、２０１４年９月２６日に出願された日本出願特願２０１４−１９６３６２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１００、２００、２０１、２０２ 気液分離構造
１０１ 気液混合冷媒
１０２ 冷媒蒸気
１０３ 凝縮冷媒液
１０４ 混合冷媒液
１０５ 冷媒液
１１０ 冷媒収容部
１２０、２２０ 気液混合冷媒流入部
１３０ 冷媒蒸気流出部
１４０ 凝縮冷媒液流入部
１５０、２５０ 冷媒液流出部
２６０ 仕切板
１０００、２０００ 相変化冷却装置
１０１０、３０１０ 受熱部
１０２０、３０２０ 凝縮部
１１１０ 主液管
１２１０ 主蒸気管
１１２０ 副液管
１２２０ 副蒸気管
３０００ 関連する相変化冷却装置
３１００ 液管
３２００ 蒸気管

Claims (11)

1. 冷媒を収容する冷媒収容部と、
   前記冷媒収容部の外周面に設けられ、気相冷媒と第１液相冷媒が流入する第１流入部と、
   前記冷媒収容部の外周面に設けられ、前記気相冷媒が流出する第１流出部と、
   前記冷媒収容部の外周面に設けられ、第２液相冷媒が流入する第２流入部と、
   前記冷媒収容部の外周面に設けられ、前記第１液相冷媒と前記第２液相冷媒とが流出する第２流出部、とを有する
   冷媒中継装置。
2. 請求項１に記載した冷媒中継装置において、
   前記第１流入部および前記第１流出部は、前記第２流入部および前記第２流出部と、前記冷媒収容部の外周面に互いに離間して位置している
   冷媒中継装置。
3. 請求項１または２に記載した冷媒中継装置において、
   前記第１流入部は、複数個からなり、
   前記第１流出部は、一個からなり、
   前記第２流入部は、一個からなり、
   前記第２流出部は、複数個からなる
   冷媒中継装置。
4. 請求項３に記載した冷媒中継装置において、
   複数個からなる前記第１流入部は、前記気相冷媒と前記第１液相冷媒がそれぞれ流入する方向に沿う直線が、互いに交差しない位置にある
   冷媒中継装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載した冷媒中継装置において、
   前記冷媒収容部は、直方体形状の容器からなり、
   前記第１流入部は、前記容器の側面の上部に位置し、
   前記第１流出部は、前記容器の上面に位置し、
   前記第２流入部は、前記容器の側面の下部に位置し、
   前記第２流出部は、前記容器の側面の下部および前記容器の底面の少なくとも一方に位置している
   冷媒中継装置。
6. 請求項１から４のいずれか一項に記載した冷媒中継装置において、
   前記冷媒収容部は、円筒形状の配管からなる
   冷媒中継装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載した冷媒中継装置において、
   前記冷媒収容部の内部に、複数の開口孔を備えた仕切板を有する
   冷媒中継装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載した冷媒中継装置と、
   発熱源から受熱する冷媒を収容する受熱部と、
   前記受熱部で気化した気相状態の冷媒である前記気相冷媒を凝縮液化して前記第２液相冷媒を生成する凝縮部、とを有し、
   前記冷媒中継装置は、前記受熱部および前記凝縮部とそれぞれ接続し、前記受熱部よりも上方に位置している
   冷媒中継装置を用いた冷却装置。
9. 請求項８に記載した冷媒中継装置を用いた冷却装置において、
   前記凝縮部と前記第１流出部を接続する主蒸気管と、
   前記凝縮部と前記第２流入部を接続する主液管と、
   前記受熱部と前記第１流入部を接続する副蒸気管と、
   前記受熱部と前記第２流出部を接続する副液管、とを有する
   冷媒中継装置を用いた冷却装置。
10. 請求項８または９に記載した冷媒中継装置を用いた冷却装置において、
    前記受熱部は、前記発熱源と熱的に接続し前記冷媒を貯蔵する複数の蒸発部を備え、前記複数の蒸発部は鉛直方向に位置している
    冷媒中継装置を用いた冷却装置。
11. 複数の発熱源から受熱することにより気相状態の冷媒である気相冷媒と液相状態の冷媒である第１液相冷媒を生成し、
    前記複数の発熱源ごとに生成した前記気相冷媒を合流させ、
    前記第１液相冷媒を分離し、
    前記気相冷媒を凝縮液化して第２液相冷媒を生成し、
    前記第２液相冷媒と前記第１液相冷媒を合流させた冷媒液を生成し、前記冷媒液を貯留した後に複数の流束に分流し、分流した前記冷媒液がそれぞれ前記複数の発熱源から受熱するように還流させる
    冷却方法。

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