特開 2024-46477 装置および情報処理システム

(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】P2024046477

(43)【公開日】2024-04-03

(54)【発明の名称】装置および情報処理システム

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/44 20060101AFI20240327BHJP

   F28D 15/02 20060101ALI20240327BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20240327BHJP

【ＦＩ】

H01L23/44

F28D15/02 M

F28D15/02 102A

H05K7/20 Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022151897

(22)【出願日】2022-09-22

(71)【出願人】

【識別番号】504139662

【氏名又は名称】国立大学法人東海国立大学機構

(74)【代理人】

【識別番号】100128886

【弁理士】

【氏名又は名称】横田 裕弘

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 紀志

(72)【発明者】

【氏名】長野 方星

【テーマコード（参考）】

5E322

5F136

【Ｆターム（参考）】

5E322AA01

5E322AA09

5E322AB08

5E322DB01

5E322DB06

5E322FA01

5E322FA04

5F136BA03

5F136CB01

5F136DA41

(57)【要約】

【課題】発熱体が浸る流体を効率良く循環させる。
【解決手段】装置は、発熱する発熱体を浸す液相の流体を貯留する貯留部と、貯留部内において上下方向に沿って設けられ、上側および下側にそれぞれ開口部を有して発熱体を囲う筒部と、を備える。そして、筒部は、発熱体の熱によって蒸発する気相の流体を貯留部内における上側に向けて案内する。また、装置では、貯留部内における上側にて気相の流体が冷却され、凝縮した液相の流体が貯留部内の下側に向かうようになっている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

発熱する発熱体を浸す液相の流体を貯留する貯留部と、
前記貯留部内において上下方向に沿って設けられ、上側および下側にそれぞれ開口部を有して前記発熱体を囲う筒部と、
を備え、
前記筒部は、前記発熱体の熱によって蒸発する気相の前記流体を前記貯留部内における前記上側に向けて案内し、
前記貯留部内における前記上側にて気相の前記流体が冷却され、凝縮した液相の前記流体が前記貯留部内の前記下側に向かう、ことを特徴とする装置。

【請求項2】

前記筒部の前記上側の前記開口部は、前記貯留部内に貯留される液相の前記流体の液面よりも上に位置する、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記発熱体は、複数設けられ、
前記筒部は、各々の内部に前記発熱体が設けられた複数の筒状部材を有し、
前記複数の筒状部材は、互いに離間して設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。

【請求項4】

前記筒部は、一の前記筒状部材と他の前記筒状部材との間に、液相の前記流体が前記上側から前記下側に向けて流れる流路部を形成する、ことを特徴とする請求項３に記載の装置。

【請求項5】

前記筒部は、前記貯留部内における前記上側に設けられ、液相の前記流体が前記筒部内に流入することを抑制する抑制部を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。

【請求項6】

前記抑制部は、上下方向に対して傾斜する面である傾斜部を有する、ことを特徴とする請求項５に記載の装置。

【請求項7】

前記筒部は、前記上側の開口部の開口面積が前記下側の開口部の開口面積よりも小さい、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。

【請求項8】

前記筒部は、前記貯留部との間に、液相の前記流体が前記上側から前記下側に向けて流れる流路部を形成する、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。

【請求項9】

前記貯留部は、海中に設置するための被設置部を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。

【請求項10】

前記貯留部は、内部の熱を外部に放熱する放熱体を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。

【請求項11】

前記発熱体は、複数の電子部品が設けられた回路基板を有し、
前記回路基板は、上下方向に対して傾斜して設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。

【請求項12】

前記回路基板は、前記電子部品が実装される面が前記上側を向いて設けられる、ことを特徴とする請求項１１に記載の装置。

【請求項13】

発熱する発熱体の熱により蒸発する流体に前記発熱体を浸漬させる浸漬部と、
前記浸漬部の内部に設けられ、上端部が液相の前記流体の液面よりも上側に設けられ、下側にて前記発熱体の少なくとも一部を囲う囲い部と、
を備えることを特徴とする装置。

【請求項14】

電子部品を有する電子機器と、
上下方向における下側に前記電子機器が浸る液相の流体を貯留するとともに上側に空間部を形成する貯留部と、
前記上側と前記下側とにそれぞれ開口部を有し上下方向に沿った筒状に形成され、前記上側の開口部が前記空間部に設けられ、下端部が前記電子機器よりも下側に設けられる筒部と、
前記貯留部の前記上側に設けられ前記空間部の熱を外部に放出する放熱部と、
前記空間部にて凝縮した液相の前記流体が前記筒部内に流入することを抑制する抑制部と、
前記空間部にて凝縮した液相の前記流体が前記筒部の下側に向かう流路を形成する流路部と、
を備えることを特徴とする情報処理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、装置および情報処理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、データセンターを効率的に冷却するためのシステムであって、冷却流体に浸漬されるデータセンターまたは一部分のデータセンターと、冷却流体およびデータセンターまたは一部分のデータセンターを囲んで密閉する容器と、冷却流体およびデータセンターまたは一部分のデータセンターを冷却するように構成される熱伝達サブシステムとを備えるシステムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２０１７－５２２６５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

発熱する発熱体を冷却する場合に、例えば液相の流体に発熱体を浸らせて発熱体を冷却する構成が考えられる。このような構成を採用した場合に、流体を効率良く循環させることができれば、発熱体の冷却効率が向上する。
本発明は、発熱体が浸る流体を効率良く循環させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

かかる目的のもと、本明細書に開示される技術は、発熱する発熱体を浸す液相の流体を貯留する貯留部と、前記貯留部内において上下方向に沿って設けられ、上側および下側にそれぞれ開口部を有して前記発熱体を囲う筒部と、を備え、前記筒部は、前記発熱体の熱によって蒸発する気相の前記流体を前記貯留部内における前記上側に向けて案内し、前記貯留部内における前記上側にて気相の前記流体が冷却され、凝縮した液相の前記流体が前記貯留部内の前記下側に向かう、ことを特徴とする装置である。

【0006】

ここで、前記筒部の前記上側の前記開口部は、前記貯留部内に貯留される液相の前記流体の液面よりも上に位置するとよい。
また、前記発熱体は、複数設けられ、前記筒部は、各々の内部に前記発熱体が設けられた複数の筒状部材を有し、前記複数の筒状部材は、互いに離間して設けられるとよい。
また、前記筒部は、一の前記筒状部材と他の前記筒状部材との間に、液相の前記流体が前記上側から前記下側に向けて流れる流路部を形成するとよい。
また、前記筒部は、前記貯留部内における前記上側に設けられ、液相の前記流体が前記筒部内に流入することを抑制する抑制部を有するとよい。
また、前記抑制部は、上下方向に対して傾斜する面である傾斜部を有するとよい。
また、前記筒部は、前記上側の開口部の開口面積が前記下側の開口部の開口面積よりも小さいとよい。
また、前記筒部は、前記貯留部との間に、液相の前記流体が前記上側から前記下側に向けて流れる流路部を形成するとよい。
また、前記貯留部は、海中に設置するための被設置部を有するとよい。
また、前記貯留部は、内部の熱を外部に放熱する放熱体を備えるとよい。
また、前記発熱体は、複数の電子部品が設けられた回路基板を有し、前記回路基板は、上下方向に対して傾斜して設けられるとよい。
また、前記回路基板は、前記電子部品が実装される面が前記上側を向いて設けられるとよい。

【0007】

かかる目的のもと、本明細書に開示される技術は、発熱する発熱体の熱により蒸発する流体に前記発熱体を浸漬させる浸漬部と、前記浸漬部の内部に設けられ、上端部が液相の前記流体の液面よりも上側に設けられ、下側にて前記発熱体の少なくとも一部を囲う囲い部と、を備えることを特徴とする装置である。

【0008】

電子部品を有する電子機器と、上下方向における下側に前記電子機器が浸る液相の流体を貯留するとともに上側に空間部を形成する貯留部と、前記上側と前記下側とにそれぞれ開口部を有し上下方向に沿った筒状に形成され、前記上側の開口部が前記空間部に設けられ、下端部が前記電子機器よりも下側に設けられる筒部と、前記貯留部の前記上側に設けられ前記空間部の熱を外部に放出する放熱部と、前記空間部にて凝縮した液相の前記流体が前記筒部内に流入することを抑制する抑制部と、前記空間部にて凝縮した液相の前記流体が前記筒部の下側に向かう流路を形成する流路部と、を備えることを特徴とする情報処理システムである。

【発明の効果】

【0009】

本明細書に開示される技術によれば、発熱体が浸る流体を効率良く循環させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態の情報処理システムを示す概略図である。

【図2】（Ａ）および（Ｂ）は、第１実施形態のモジュール装置の説明図である。

【図3】第１実施形態のチムニーの全体斜視図である。

【図4】（Ａ）および（Ｂ）は、第１実施形態のモジュール装置の動作の説明図である。

【図5】変形例のモジュール装置についての説明図である。

【図6】（Ａ）および（Ｂ）は、第２実施形態のモジュール装置の概略図である。

【図7】第３実施形態のモジュール装置の概略図である。

【図8】第４実施形態のモジュール装置の概略図である。

【図9】（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、変形例のチムニーの説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付図面を参照して、本実施の形態について詳細に説明する。
＜第１実施形態＞

【0012】

図１は、第１実施形態の情報処理システム１を示す概略図である。

【0013】

図１に示すように、情報処理システム１は、複数のモジュール装置１０を有している。各モジュール装置１０には、サーバ装置やネットワーク機器などの電子機器３０（後述の図２参照）が設けられている。そして、情報処理システム１は、各モジュール装置１０単独、または、複数のモジュール装置１０を連携させて、情報の記憶や情報の送受信などの情報処理を可能にする。

【0014】

また、情報処理システム１において、複数のモジュール装置１０は海水Ｗの中に設けられる。本実施形態の情報処理システム１は、海底に設置される。具体的には、各モジュール装置１０には、海底に固定するための被固定部１０Ｆが設けられる。そして、本実施形態の各モジュール装置１０は、被固定部１０Ｆを介して海底に設置される。
モジュール装置１０は、必ずしも海底に設置される必要はない。例えば、モジュール装置１０は、全体が海中に沈められた状態で設置されればよく、水面よりも下側であって海底よりも上側に設置されればよい。また、モジュール装置１０は、海水のみならず、湖沼やプールなど水中に設置してもよい。

【0015】

なお、本実施形態の説明において、重力方向を「上下方向」と呼び、重力方向と直交する方向を「水平方向」と呼ぶ。

【0016】

図２は、第１実施形態のモジュール装置１０の説明図である。
なお、図２（Ａ）は、モジュール装置１０の上下方向における断面図である。また、図２（Ｂ）は、モジュール装置１０の水平方向における断面図である。
図３は、第１実施形態のチムニー５５の全体斜視図である。

【0017】

図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、モジュール装置１０は、電子機器３０と、電子機器３０から発生する熱を外部に放熱する冷却装置５０とを有する。本実施形態のモジュール装置１０は、複数（例えば５基）の電子機器３０を有している。モジュール装置１０において、電子機器３０および冷却装置５０は固定されている。

【0018】

本実施形態のモジュール装置１０は、複数の電子機器３０が水平方向において一列に並べて配置されている。複数の電子機器３０は、互いに間隔を有して配置される。さらに、各電子機器３０は、上下方向においても貯留部５１（後述）との間に間隔を有して設けられる。
さらに、図２（Ｂ）に示すように、複数の電子機器３０は、モジュール装置１０の水平方向においても貯留部５１（後述）との間に間隔を有して設けられる。

【0019】

まず、電子機器３０について具体的に説明する。
電子機器３０は、例えばサーバ装置を例示することができる。電子機器３０は、電子回路を構成する回路基板３１と、回路基板３１を保持するラック３３とを有する。回路基板３１は、配線パターンが形成されるとともに、複数の電子部品３５（後述の図５参照）が実装される。ラック３３は、複数の回路基板３１が互いに略平行に並べられた状態で、複数の回路基板３１を保持する。なお、本実施形態の電子機器３０では、回路基板３１は、主面が上下方向に沿って設けられる。また、複数の回路基板３１は、水平方向に並べられている。つまり、複数の回路基板３１は、それぞれ立った状態で設置される。そして、電子機器３０は、クライアント装置からの要求に対して情報や処理結果を提供する。

【0020】

続いて、冷却装置５０について詳細に説明する。
冷却装置５０は、複数の電子機器３０が収容される貯留部５１と、貯留部５１に設けられて放熱する伝熱フィン５３と、電子機器３０を囲うように設けられるチムニー５５と、を有する。そして、冷却装置５０は、複数の電子機器３０に対して液浸沸騰冷却を行う。

【0021】

貯留部５１は、矩形の箱状に形成されている。貯留部５１には、海水に対する腐食耐性のある材料を用いることができる。また、貯留部５１は、熱伝導率が比較的高い金属や合金を用いることができる。例えば貯留部５１には、ステンレス鋼、アルミ合金、ニッケル合金、チタン合金などを用いることを例示できる。

【0022】

貯留部５１は、電子機器３０に接続する通信ケーブル（不図示）や伝熱フィン５３が貫通する箇所を除き開口部を有していない。そして、貯留部５１は、内部に冷媒Ｒを貯留する。すなわち、貯留部５１は、電子機器３０ととともに冷媒Ｒを内部に密封する。本実施形態において、液相の状態の冷媒Ｒは、貯留部５１の容積の全てを満たすのではなく、貯留部５１の上側における一部に空間ができる量に調整されている。なお、貯留部５１において液相の冷媒Ｒに満たされていない空間、すなわち液相の冷媒Ｒの液面Ｌより上側の空間のことを上部空間Ａと呼ぶ。

【0023】

ここで、冷媒Ｒについて詳細に説明する。冷媒Ｒは、フルオロカーボン類を基にした流体である。冷媒Ｒは、絶縁体であり、電子機器３０を浸しても電気的な影響がない。本実施形態の冷媒Ｒには、ペルフルオロヘキサンを用いることができる。また、本実施形態の冷媒Ｒは、沸点が約５６℃になっている。本実施形態の冷媒Ｒは、使用する圧力での沸点が、冷却対象の発熱体（例えば電子機器３０）の許容温度よりも低く、かつ、モジュール装置１０の周囲の海水温度よりも高いものである。また、冷媒Ｒは、電気的な絶縁性を有し、一定の耐腐食性を備えるものが好ましい。

【0024】

本実施形態において、冷媒Ｒは、電子機器３０の全体を浸漬させる。これによって、冷媒Ｒは、ラック３３に保持される回路基板３１および電子部品３５にも直接接触する。そして、冷媒Ｒは、温度が上昇した回路基板３１や電子部品３５に触れると、沸騰して液相から気相に変化して蒸気泡となる。また、回路基板３１や電子部品３５は、冷媒Ｒに熱を奪われることで冷却される。

【0025】

そして、貯留部５１は、外周面の全体が海水Ｗに接する。これにより、貯留部５１は、電子機器３０にて発生した熱を、顕熱変化または潜熱変化を伴って外部に放出する。

【0026】

伝熱フィン５３は、比較的薄い複数の板によって構成されている。伝熱フィン５３は、熱伝導率の高い材料によって構成されている。また、本実施形態の伝熱フィン５３は、海水に対する耐腐食性の高い材料を用いることができる。例えば貯留部５１には、ステンレス鋼、アルミ合金、ニッケル合金、チタン合金などを用いることを例示できる。

【0027】

伝熱フィン５３は、貯留部５１における上側にて貯留部５１に固定されている。伝熱フィン５３は、一端側が貯留部５１における上側であった貯留部５１の内部に設けられ、他端側が貯留部５１における上側であって貯留部５１の外部に設けられる。すなわち、伝熱フィン５３は、一端側が上部空間Ａに晒され、他端側が海水Ｗに接している。
伝熱フィン５３は、例えば貯留部５１の上部に設けられていない場合と比較して、貯留部５１の上部における放熱面積を大きくする。そして、伝熱フィン５３は、貯留部５１内の熱を外部に放熱する。

【0028】

チムニー５５は、上下方向に沿って長く延びて形成される。チムニー５５は、内側に電子機器３０を収容する。そして、チムニー５５は、電子機器３０の水平方向において電子機器３０を囲う。
また、チムニー５５の材料には、熱伝導率が高い金属を用いることができる。例えば、チムニー５５の材料には、銅やアルミニウム、これらの合金を用いることができる。

【0029】

図３に示すように、チムニー５５は、本体部５５１と、本体部５５１の上側に設けられるテーパ部５５２とを有している。
本実施形態の本体部５５１は、電子機器３０の形状に対応して、水平方向における断面が矩形状をしている。すなわち、本体部５５１の概形は、角筒形状をしている。また、本体部５５１は、水平方向の幅に対して上下方向の幅が長くなっている。
テーパ部５５２は、下側から上側に向かうに従って、水平方向の長さが徐々に短くなっている。そして、テーパ部５５２は、外側の面が上下方向に対して傾斜している。また、テーパ部５５２は、後述の上側開口部５５Ｈ１側が高く、本体部５５１側が低くなるように傾斜している。

【0030】

また、チムニー５５は、上側に上側開口部５５Ｈ１と、下側に下側開口部５５Ｈ２とを有している。上側開口部５５Ｈ１は、下側開口部５５Ｈ２と比較して開口面積が小さくなっている。

【0031】

そして、チムニー５５は、その内側に電子機器３０が収容される。すなわち、電子機器３０は、水平方向において本体部５５１に囲われる。本実施形態では、チムニー５５は、電子機器３０を上下方向において覆う。本実施形態では、下側開口部５５Ｈ２は、電子機器３０の下端部よりもさらに下側に位置している。
また、上側開口部５５Ｈ１は、冷媒Ｒの液面Ｌよりも上側に設けられる（図２（Ａ）参照）。なお、本実施形態のチムニー５５では、テーパ部５５２も、冷媒Ｒの液面Ｌよりも上側に設けられる。本実施形態の冷却装置５０では、動作状態においても、このような位置関係になるように冷媒Ｒの液量が設定されている。

【0032】

そして、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、本実施形態の冷却装置５０において、隣接する一のチムニー５５と他のチムニー５５同士によって、冷媒Ｒが流れる第１流路部６１が形成される。
具体的には、第１流路部６１は、本体部５５１を構成する一枚の板と、その一枚の板に対向する他の本体部５５１の一枚の板とによって形成される。本実施形態では、複数（例えば５つ）の本体部５５１が並べて配置されている。したがって、第１流路部６１は、複数（例えば４箇所）形成される。

【0033】

また、本実施形態の冷却装置５０において、一のチムニー５５と貯留部５１とによって、冷媒Ｒが流れる第２流路部６２が形成される。具体的には、第２流路部６２は、本体部５５１を構成する一枚の板と、その一枚の板に対向する貯留部５１の内壁とに形成される。本実施形態では、複数（例えば５つ）の本体部５５１を一塊と捉えた場合に、その外周に形成される。このように、本実施形態の貯留部５１は、後述するように冷媒Ｒが下側に向けて流れる流路を形成する。

【0034】

図４は、第１実施形態のモジュール装置１０の動作の説明図である。
なお、図４（Ａ）は、電子機器３０を中心とした拡大図であり、図４（Ｂ）は、サーモサイフォン原理の説明図である。

【0035】

図４（Ａ）に示すように、電子機器３０にて発生する熱によって液相の冷媒Ｒが気化し、気相の冷媒Ｒになる。気相の冷媒Ｒは、気泡としてチムニー５５内を上昇する。ここで、本実施形態の説明において、蒸発することで気泡となった冷媒Ｒのことを蒸気泡と呼ぶ。そして、蒸気泡は、チムニー５５の上側開口部５５Ｈ１から流出し、貯留部５１の上部空間Ａに達する。
上部空間Ａは、伝熱フィン５３や貯留部５１が海水によって冷却される。そのため、上部空間Ａに達した蒸気泡は凝縮し、液相の冷媒Ｒになる。このとき、貯留部５１では、潜熱変化を伴って電子機器３０の放熱が行われる。

【0036】

ここで、サーモサイフォン原理について説明する。説明のために、Ｕ字状に形成され、液体を貯留するＵ字管９９を図４（Ｂ）に示す。Ｕ字管９９は、右側の部分である右管部９９Ｒと、左側の部分である左管部９９Ｌとを有している。
そして、例えばＵ字管９９の左管部９９Ｌにおける一部を加熱する。そうすると、その加熱箇所の内側の液体が沸騰し、蒸気泡が生成される。その結果、右管部９９Ｒの液面よりも左管部９９Ｌの液面が相対的に低くなる。そうすると、左管部９９Ｌの液面と、右管部９９Ｒの液面とは同じ高さとなるように作用する。このとき、重力によって右管部９９Ｒから左管部９９Ｌへと向かう流れが生じる。

【0037】

そして、本実施形態のチムニー５５においても、サーモサイフォン原理に基づく同様な流れが生じる。上述のとおり、電子機器３０から発生した熱によってチムニー５５内の冷媒Ｒが蒸気泡となって上昇する。そして、冷媒Ｒの液の体積（水頭）は、チムニー５５内の方がチムニー５５外よりも小さくなる。本実施形態の冷却装置５０では、この液の体積（水頭）の違いによって、チムニー５５の外側の冷媒Ｒがチムニー５５の内側に流入しようとする。
また、チムニー５５内では、電子機器３０により冷媒Ｒが加熱されることで冷媒Ｒが上側に向けて流れる対流も発生している。

【0038】

さらに、冷却装置５０では、上部空間Ａにて冷却された気相の冷媒Ｒ（蒸気泡）が凝縮し、液相の冷媒Ｒになる。この液相の冷媒Ｒは、貯留部５１の液面Ｌに到達する。そして、冷却装置５０では、第１流路部６１および第２流路部６２（図２参照）において液相の冷媒Ｒが下側に向けて流れて、下側開口部５５Ｈ２からチムニー５５の内側に流入する。このように、冷却装置５０では、チムニー５５内では冷媒Ｒが上側に向けて流れ、チムニー５５外では冷媒Ｒが下側に向けて流れるという循環が生じる。

【0039】

そして、例えば第２流路部６２を流れる冷媒Ｒは、外側が海水Ｗに接している貯留部５１の内側を流れる際にさらに冷却される（図２（Ａ）参照）。このように、本実施形態の冷却装置５０は、第２流路部６２を冷媒Ｒが流れる際に顕熱として放熱される。つまり、本実施形態の冷却装置５０では、冷媒Ｒが第２流路部６２にて上側から下側に向けて流れるダウンカマーを介して各チムニー５５に還流する際、冷媒Ｒが海水の冷熱源により、貯留部５１を介して顕熱冷却される。そのため、冷媒Ｒは、一定のサブクール度をもってチムニー５５に還流される。

【0040】

また、冷却装置５０では、上部空間Ａにて凝縮することで液相になった冷媒Ｒは、テーパ部５５２の上面に達する。テーパ部５５２は、上下方向に対して傾斜した面である。したがって、テーパ部５５２上の冷媒Ｒが液面Ｌに向けて案内される。そして、冷媒Ｒは、テーパ部５５２に沿って第１流路部６１や第２流路部６２へと流れ込む。このように、本実施形態のテーパ部５５２は、冷媒Ｒが流れる流路の一部を形成している。

【0041】

また、本実施形態のチムニー５５は、上側開口部５５Ｈ１が液面Ｌよりも高い位置に設けられる。これによって、チムニー５５外の冷媒Ｒが上側開口部５５Ｈ１からチムニー５５内に流入しないようになっている。そして、冷却装置５０では、チムニー５５内では冷媒Ｒが上側に向けて流れ、チムニー５５外では冷媒Ｒが下側に向けて流れるという循環が生じるようにしている。

【0042】

さらに、テーパ部５５２の上側の端部に設けられる上側開口部５５Ｈ１は、例えば本体部５５１のよりも開口面積が小さく形成されている。これによって、上部空間Ａにて凝縮した冷媒Ｒが、上側開口部５５Ｈ１からチムニー５５内に流入することが抑制される。

【0043】

以上のように構成されるモジュール装置１０は、発熱する電子機器３０を浸す冷媒Ｒを貯留する貯留部５１と、上下方向に沿って設けられ、上側および下側にそれぞれ上側開口部５５Ｈ１および下側開口部５５Ｈ２を有して電子機器３０を囲うチムニー５５とを有する。そして、チムニー５５は、電子機器３０の熱によって蒸発する気相の冷媒Ｒを貯留部５１の上部空間Ａに向けて案内する。さらに、貯留部５１は、上部空間Ａの気相の冷媒Ｒを冷却し、凝縮した液相の冷媒Ｒを貯留部５１内の下側に向かわせる。

【0044】

本実施形態の冷却装置５０は、電子機器３０を冷媒Ｒに浸らせるとともに電子機器３０により冷媒Ｒを沸騰させて電子機器３０を冷却させる液浸沸騰を行っている。冷却装置５０では、電子機器３０を直接冷却することで、例えば冷却のための構造体を電子機器３０に設けることが必須とはならない。

【0045】

さらに、第１実施形態の冷却装置５０は、チムニー５５を用いることで冷媒Ｒの循環力がより増加される。ここで、本実施形態のチムニー５５を用いない場合には、強制対流を生み出すことができず、強制対流が生じない所謂プール沸騰となる。これに対して、本実施形態の冷却装置５０は、チムニー５５を有することで、例えばプール沸騰よりも冷却性能の高い強制対流沸騰を実現している。
そして、本実施形態の冷却装置５０では、例えば駆動部を用いて冷媒Ｒを循環させる構成が必須とならず、冷媒Ｒが効率良く循環する。

【0046】

また、本実施形態の冷却装置５０では、複数の電子機器３０が設けられている。そして、冷却装置５０では、複数の電子機器３０ごとにチムニー５５がそれぞれ設けられる。さらに、複数のチムニー５５は、互いに離間して設けられる。
ここで、複数の電子機器３０をそれぞれ仕切らずにまとめて一つの収容部に設置する場合は、発生した蒸気泡が例えば中心部に集まることで冷媒Ｒが電子機器３０に供給され難くなる。そして、この場合には、伝熱効率が悪化する所謂ドライアウトが発生する可能性が高くなる。

【0047】

これに対して、本実施形態の冷却装置５０では、複数の電子機器３０ごとにチムニー５５を個別に設けている。その結果、本実施形態の冷却装置５０は、蒸気泡が中心部に集中するなどの偏りが低減されドライアウトの発生が抑制される。
さらに、冷却装置５０では、冷媒Ｒの循環による攪拌効果によって、電子機器３０に付着する蒸気泡が電子機器３０から離れやすくなっている。このように、本実施形態の冷却装置５０は、効率的な冷媒Ｒの循環が行われるようになっている。

【0048】

＜変形例＞
図５は、変形例のモジュール装置１０についての説明図である。

【0049】

続いて、変形例のモジュール装置１０について説明する。
変形例のモジュール装置１０は、電子機器３０における回路基板３１の設置角度が第１実施形態とは異なる。
図５に示すように、変形例のモジュール装置１０では、電子機器３０の回路基板３１の主面が水平方向に対して傾斜して設けられる。また、回路基板３１は、電子部品３５が実装される面が上下方向における上側になるように設置される。なお、回路基板３１の両面に電子部品３５が実装されている場合には、回路基板３１の表裏面のうち電子部品３５が実装される数が少ない方の面が上側になるように設置すればよい。

【0050】

電子機器３０は、例えば回路基板３１にて発生した熱により冷媒Ｒが沸騰し、蒸気泡が発生する。この気泡は、電子部品３５が実装される側の面においては停滞する恐れがある。これに対して、電子機器３０では、電子部品３５が実装される面が上側を向くことで、蒸気泡が上側に抜けやすくなっている。一方で、回路基板３１において電子部品３５が実装されていない面においては、蒸気泡が発生したとしても、例えば電子部品３５など突出した部分が比較的少ないことから上側への上昇が阻害されないようになっている。

【0051】

また、回路基板３１は、回路基板３１の厚さ方向に貫通する貫通孔（不図示）を備えていてもよい。貫通孔は、回路基板３１において複数個所に設けられていてもよい。この場合には、発生した蒸気泡が貫通孔から上方に抜けやすくなり、蒸気泡が回路基板３１に留まり難くすることができる。

【0052】

＜第２実施形態＞
図６は、第２実施形態のモジュール装置２１０の概略図である。

【0053】

続いて、第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態において第１実施形態と同様な構成については同一の符号を付すことでその詳細な説明を省略する。

【0054】

図６（Ａ）に示すように、第２実施形態のモジュール装置２１０は、発熱体２３０と、発熱体２３０が発する熱をモジュール装置１０の外部に放出する冷却装置７０とを有する。

【0055】

図６（Ｂ）に示すように、第２実施形態のモジュール装置２１０は、複数（例えば５体）の発熱体２３０を有している。第２実施形態のモジュール装置２１０は、発熱体２３０が水平方向において複数並べて配置されている。複数の発熱体２３０は、互いに間隔を有して配置される。さらに、各発熱体２３０は、上下方向においても貯留部７１（後述）との間に間隔を有して設けられる。
さらに、複数の発熱体２３０は、モジュール装置１０の水平方向においても貯留部７１（後述）との間に間隔を有して設けられる。

【0056】

発熱体２３０は、一方向に長く延びた棒形状をしている。また、発熱体２３０は、動作に応じて発熱する構造体である。発熱体２３０は、例えば第１実施形態と同様に電子部品３５が実装された回路基板３１などを例示することができる。本実施形態の発熱体２３０は、一方向に長く延びた冷却対象の構造体であれば特に限定されない。

【0057】

続いて、冷却装置７０について詳細に説明する。
図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示すように、冷却装置７０は、複数の発熱体２３０が収容される貯留部７１と、各発熱体２３０を囲うように設けられるチムニー７５と、を有する。そして、冷却装置７０は、複数の発熱体２３０に対して液浸沸騰冷却を行う。

【0058】

貯留部７１は、上下方向に長く延びて形成される。第２実施形態の貯留部７１は、水平方向の幅よりも、上下方向の幅が長く形成される。そして、貯留部７１は、円筒形状に形成されるとともに、上下方向における端部がそれぞれ半球状になっている。
なお、貯留部７１の材料は、第１実施形態の貯留部５１と同様にすることができる。

【0059】

そして、貯留部７１は、内部に冷媒Ｒを貯留する。すなわち、貯留部７１は、発熱体２３０ととともに冷媒Ｒを内部に密封する。本実施形態において、液相の状態の冷媒Ｒは、貯留部７１の容積の全てを満たすのではなく、貯留部７１の上側における一部に空間ができる量に調整されている。そして、貯留部７１は、液相の冷媒Ｒの液面Ｌより上側に上部空間Ａを有する。

【0060】

そして、第２実施形態の貯留部７１は、外周面の略全体が海水に接する。これにより、貯留部７１は、発熱体２３０にて発生した熱を、顕熱変化または潜熱変化を伴って外部に放出する。

【0061】

チムニー７５は、上下方向に沿って長く延びて形成され、内側に発熱体２３０を収容する。チムニー７５は、発熱体２３０よりも上下方向の長さが長く形成される。
第２実施形態のチムニー７５は、発熱体２３０の２倍以上の長さになっている。そして、チムニー７５は、発熱体２３０の水平方向において発熱体２３０を囲う。チムニー７５の材料には、銅やアルミニウム、これらの合金など熱伝導率の高い材料を用いることができる。

【0062】

チムニー７５は、本体部７５１と、本体部７５１の上側に設けられるテーパ部７５２とを有している。
本体部７５１は、図６（Ｂ）に示すように、水平方向における断面が矩形状をしている。すなわち、本体部７５１は、角筒形状をしている。また、本体部７５１は、水平方向の長さに対して上下方向の長さが長くなっている。
テーパ部７５２は、下側から上側に向かうに従って、水平方向の長さが徐々に短くなっている。そして、テーパ部７５２は、外側の面が傾斜している。また、テーパ部７５２は、中央部が高く、端部が低くなっている。
そして、チムニー７５は、上側に上側開口部７５Ｈ１と、下側に下側開口部７５Ｈ２とを有している。上側開口部７５Ｈ１は、下側開口部７５Ｈ２と比較して開口面積が小さくなっている。

【0063】

上側開口部７５Ｈ１は、冷媒Ｒの液面Ｌよりも上側に設けられる。さらに、本実施形態では、テーパ部７５２についても、冷媒Ｒの液面Ｌよりも上側に設けられる。本実施形態の冷却装置７０は、このような位置関係になるように冷媒Ｒの液量が設定されている。

【0064】

また、本実施形態の冷却装置７０には、隣接する一のチムニー７５と他のチムニー７５とによって、冷媒Ｒが流れる第１流路部６５を形成する。具体的には、第１流路部６５は、本体部７５１を構成する一枚の板と、その一枚の板に対向する他の本体部７５１の一枚の板とによって形成される。本実施形態では、複数（例えば５本）の本体部７５１が並べて配置されている。したがって、第１流路部６５は、複数（例えば４箇所）形成される。

【0065】

また、本実施形態の冷却装置７０において、一のチムニー７５と貯留部７１とによって、冷媒Ｒが流れる第２流路部６６が形成される。具体的には、第２流路部６６は、本体部７５１を構成する一枚の板と、その一枚の板に対向する貯留部７１の内壁とに形成される。本実施形態では、第２流路部６６は、複数（例えば５本）の本体部７５１を一塊と捉えた場合に、その外周に形成される。

【0066】

以上のように構成される第２実施形態のモジュール装置２１０においても、発熱体２３０が発した熱によって冷媒Ｒが沸騰する。これによって、チムニー７５内の冷媒Ｒの液面は、チムニー７５外の冷媒Ｒと比較して低くなる。そして、サーモサイフォン効果により、チムニー７５の下側に設けられる下側開口部５５Ｈ２からチムニー７５の内部へと冷媒Ｒが流入する。このように、第２実施形態の冷却装置７０では、貯留部７１およびチムニー７５によって、発熱体２３０を通る冷媒Ｒの流れの循環が形成される。

【0067】

特に、第２実施形態の貯留部７１では、上部空間Ａが半球状に形成されることで、チムニー７５内に冷媒Ｒが流入することが抑制される。すなわち、上部空間Ａにて冷却された気相の冷媒Ｒは、凝縮して液相の冷媒Ｒになる。このとき、貯留部７１の上側の内面が半球状に形成されていることで、液相の冷媒Ｒは、貯留部７１の内面に沿って移動し液面Ｌへと案内される。このとき、液相の冷媒Ｒは、チムニー７５の上側開口部７５Ｈ１とは異なる位置に移動することで、チムニー７５の上側開口部７５Ｈ１からチムニー７５内部に流入することが抑制される。

【0068】

＜第３実施形態＞
図７は、第３実施形態のモジュール装置３１０の概略図である。

【0069】

続いて、第３実施形態について説明する。なお、第３実施形態において他の実施形態と同様な構成については同一の符号を付すことでその詳細な説明を省略する。

【0070】

図７に示す第３実施形態のモジュール装置３１０の基本構成は、第１実施形態のモジュール装置１０と同様である。ただし、第３実施形態のモジュール装置３１０は、伝熱フィン５３に代えて熱交換器９３を有する点で第１実施形態のモジュール装置１０とは異なる。

【0071】

熱交換器９３は、貯留部５１における上側に設けられる。そして、熱交換器９３は、貯留部５１の上側であって貯留部５１に接触して設けられる。熱交換器９３は、図示しない放熱部に接続する冷媒の流路が接続している。熱交換器９３は、冷媒が循環するようになっている。そして、熱交換器９３は、貯留部５１から受け取った熱を不図示の放熱部にて放出し、放熱部により冷やされた冷媒を貯留部５１に送る。

【0072】

このように、第３実施形態のモジュール装置３１０では、貯留部５１の上部空間Ａに対向する領域を熱交換器９３によってより冷却しやすくしている。モジュール装置３１０では、上部空間Ａが熱交換器９３により冷却されることで、上部空間Ａにおける気相の冷媒Ｒの凝縮がより促進される。これによって、本実施形態のモジュール装置３１０では、冷媒Ｒの循環する流量がより大きくなって電子機器３０がより冷却される。

【0073】

＜第４実施形態＞
図８は、第４実施形態のモジュール装置４１０の概略図である。

【0074】

続いて、第４実施形態について説明する。なお、第４実施形態において他の実施形態と同様な構成については同一の符号を付すことでその詳細な説明を省略する。

【0075】

図８に示すように、第４実施形態のモジュール装置４１０は、冷媒Ｒに流れを生じさせるスクリュー９７を有している。
スクリュー９７は、一のチムニー５５と他のチムニー５５との間に設けられる。さらに、スクリュー９７は、チムニー５５と貯留部５１との間に設けられる。すなわち、本実施形態において、スクリュー９７は、第１流路部６１と第２流路部６２とにそれぞれ配置される。

【0076】

スクリュー９７は、例えば第１流路部６１および第２流路部６２において、上側から下側に向けて冷媒Ｒを流す。これにより、サーモサイフォン効果による重力を利用した循環に加え、冷媒Ｒの循環速度をさらに高めることができる。そして、モジュール装置３１０では、電子機器３０に対するより強い冷却を実現することができる。

【0077】

＜変形例＞
図９は、変形例のチムニー５５の説明図である。

【0078】

変形例のチムニー５５は、テーパ部５５２に対応する構造部が第１実施形態のチムニー５５と異なっている。
図９（Ａ）に示す変形例のチムニー５５は、上側の端部が上下方向に沿って直線状になっている。すなわち、変形例のチムニー５５は、テーパ部５５２に相当する構造を備えていない。このように、チムニー５５は、必ずしも上側の端部が上下方向に対して傾斜したテーパ形状であることに限定されない。

【0079】

図９（Ｂ）に示す変形例のチムニー５５は、上側の端部が上下方向に沿って直線状になっている。さらに、変形例のチムニー５５は、本体部５５１の上側に傘部５５Ａを有している。傘部５５Ａは、中央部が高く両端部が低くなるように傾斜している。すなわち、傘部５５Ａは、上下方向に対して傾斜した面を有している。そして、傘部５５Ａは、上側開口部５５Ｈ１との間に隙間を有するとともに、上側開口部５５Ｈ１に対向する位置に設けられる。そして、傘部５５Ａは、チムニー５５内から上部空間Ａに蒸気泡が流出することを可能にするとともに、上部空間Ａからチムニー５５内に凝縮した液相の冷媒Ｒが流入することを抑制する。また、傘部５５Ａは、上下方向に対して傾斜することで、液相の冷媒Ｒが留まらずに、液面Ｌに向けて流れやすくしている。

【0080】

図９（Ｃ）に示す変形例のチムニー５５は、上側の端部が上下方向に沿って直線状になっている。そして、この例では、貯留部５１は、上部空間Ａに対向する側の面が傾斜した傾斜部５１Ｕを有している。このように、貯留部５１の傾斜部５１Ｕが傾斜していることで、貯留部５１にて凝縮した液相の冷媒Ｒは、傾斜部５１Ｕに付着しながら傾斜部５１Ｕに沿って移動する。さらに、冷媒Ｒは、チムニー５５の上側開口部５５Ｈ１から外れた位置まで移動する。このように、変形例のチムニー５５では、上部空間Ａからチムニー５５内に凝縮した液相の冷媒Ｒが流入することが抑制される。

【0081】

なお、冷却装置５０は、装置の一例である。情報処理システム１は、情報処理システムの一例である。電子機器３０および発熱体２３０は、発熱体の一例である。貯留部５１は、貯留部、浸漬部の一例である。冷媒Ｒは、流体の一例である。伝熱フィン５３は、放熱体、放熱部の一例である。チムニー５５は、筒部、囲い部の一例である。本体部５５１は、筒状部材の一例である。テーパ部５５２は、傾斜部の一例である。第１流路部および第２流路部は、流路部の一例である。上側開口部５５Ｈ１は、開口部、抑制部の一例である。被固定部１０Ｆは、被設置部の一例である。回路基板３１は、回路基板の一例である。電子部品３５は、電子部品の一例である。

【0082】

さて、上記では種々の実施形態および変形例を説明したが、これらの実施形態や変形例同士を組み合わせて構成してももちろんよい。
また、本開示は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。

【符号の説明】

【0083】

１…情報処理システム、１０…モジュール装置、３０…電子機器、３１…回路基板、３５…電子部品、５０…冷却装置、５１…貯留部、５３…伝熱フィン、５５…チムニー、５５Ｈ１…上側開口部、５５Ｈ２…下側開口部、６１…第１流路部、６２…第２流路部、５５１…本体部、５５２…テーパ部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】