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(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】P2024006343
(43)【公開日】2024-01-17
(54)【発明の名称】冷却装置
(51)【国際特許分類】
H01L 23/427 20060101AFI20240110BHJP
H05K 7/20 20060101ALI20240110BHJP
G06F 1/20 20060101ALI20240110BHJP
F28D 15/02 20060101ALI20240110BHJP
【ＦＩ】
H01L23/46 A
H05K7/20 H
H05K7/20 Q
G06F1/20 A
G06F1/20 C
F28D15/02 101K
F28D15/02 M
F28D15/02 102A
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022107146
(22)【出願日】2022-07-01
(71)【出願人】
【識別番号】000006208
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100162868
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 英輔
(74)【代理人】
【識別番号】100161702
【弁理士】
【氏名又は名称】橋本 宏之
(74)【代理人】
【識別番号】100189348
【弁理士】
【氏名又は名称】古都 智
(74)【代理人】
【識別番号】100196689
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 康一郎
(72)【発明者】
【氏名】原 伸英
(72)【発明者】
【氏名】大谷 雄一
【テーマコード（参考）】
5E322
5F136
【Ｆターム（参考）】
5E322AA01
5E322AA05
5E322BA03
5E322BB01
5E322BB03
5E322DA04
5E322DB02
5E322DB06
5E322DB12
5E322FA01
5F136CA01
5F136CC34
5F136CC38
(57)【要約】
【課題】ＧＷＰの小さい冷媒を使用しつつ冷却性能を十分に確保することができる冷却装置を提供する。
【解決手段】冷却装置は、液相の冷媒が貯留される貯留空間を内部に有するとともに発熱体と熱的に接続され、発熱体の熱を冷媒に伝達する伝熱面を有する加熱部と、加熱部と接続され、貯留空間から冷媒を排出する冷媒排出管と、冷媒排出管と接続され、加熱部から排出された冷媒を冷却する冷却部と、冷却部と加熱部とを接続し、冷却部で冷却された冷媒を加熱部に供給する冷媒供給管と、貯留空間を負圧にし、貯留空間の内圧を調整可能な負圧調整部と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】冷却装置は、液相の冷媒が貯留される貯留空間を内部に有するとともに発熱体と熱的に接続され、発熱体の熱を冷媒に伝達する伝熱面を有する加熱部と、加熱部と接続され、貯留空間から冷媒を排出する冷媒排出管と、冷媒排出管と接続され、加熱部から排出された冷媒を冷却する冷却部と、冷却部と加熱部とを接続し、冷却部で冷却された冷媒を加熱部に供給する冷媒供給管と、貯留空間を負圧にし、貯留空間の内圧を調整可能な負圧調整部と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
液相の冷媒が貯留される貯留空間を内部に有するとともに発熱体と熱的に接続され、前記発熱体の熱を前記冷媒に伝達する伝熱面を有する加熱部と、
前記加熱部と接続され、前記貯留空間から前記冷媒を排出する冷媒排出管と、
前記冷媒排出管と接続され、前記加熱部から排出された前記冷媒を冷却する冷却部と、
前記冷却部と前記加熱部とを接続し、前記冷却部で冷却された前記冷媒を前記加熱部に供給する冷媒供給管と、
前記貯留空間を負圧にし、前記貯留空間の内圧を調整可能な負圧調整部と、
を備える冷却装置。
前記加熱部と接続され、前記貯留空間から前記冷媒を排出する冷媒排出管と、
前記冷媒排出管と接続され、前記加熱部から排出された前記冷媒を冷却する冷却部と、
前記冷却部と前記加熱部とを接続し、前記冷却部で冷却された前記冷媒を前記加熱部に供給する冷媒供給管と、
前記貯留空間を負圧にし、前記貯留空間の内圧を調整可能な負圧調整部と、
を備える冷却装置。
【請求項2】
前記冷媒排出管は、前記加熱部の上部に接続され、
前記冷媒供給管は、前記加熱部の下部に接続され、
前記伝熱面は、鉛直面に沿って延在している、請求項１に記載の冷却装置。
前記冷媒供給管は、前記加熱部の下部に接続され、
前記伝熱面は、鉛直面に沿って延在している、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項3】
前記負圧調整部は、エジェクタである、請求項１又は２に記載の冷却装置。
【請求項4】
前記エジェクタから排出された空気を前記冷却部に供給する送風ラインを備え、
前記冷却部は、前記エジェクタから排出された空気と前記冷媒とで熱交換を行って前記冷媒を冷却する、請求項３に記載の冷却装置。
前記冷却部は、前記エジェクタから排出された空気と前記冷媒とで熱交換を行って前記冷媒を冷却する、請求項３に記載の冷却装置。
【請求項5】
前記冷却部を囲うとともに、上下方向に開口する外筒を備える、請求項１又は２に記載の冷却装置。
【請求項6】
前記加熱部は、前記伝熱面から立ち上がる複数のフィンを有する、請求項１又は２に記載の冷却装置。
【請求項7】
前記フィンは、前記伝熱面のうち前記冷媒供給管側の領域にのみ形成されている、請求項６に記載の冷却装置。
【請求項8】
前記加熱部は、電子部品が設置される基板であり、
前記基板の内部には、前記貯留空間が形成されている、請求項１又は２に記載の冷却装置。
前記基板の内部には、前記貯留空間が形成されている、請求項１又は２に記載の冷却装置。
【請求項9】
前記加熱部には、複数の前記発熱体が熱的に接続されている、請求項１又は２に記載の冷却装置。
【請求項10】
前記冷媒は、フロン系の冷媒よりもＧＷＰの小さい低ＧＷＰ冷媒である、請求項１又は２に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、冷却装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、発熱体を有する電子機器を液体の冷媒中に浸漬して直接冷却する冷却システムが開示されている。この冷却システムに用いられる冷媒は、フルオロカーボンを主成分としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第２０１６／０７５８３８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
フルオロカーボンを主成分とする冷媒は、サーバにおけるＧＰＵやＣＰＵ等のチップを局所的に冷却する場合によく採用されている。しかしながら、これらの冷媒は、地球温暖化係数（ＧＷＰ；Ｇｌｏｂａｌ Ｗａｒｍｉｎｇ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）が大きいことが問題とされている。
【0005】
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、ＧＷＰの小さい冷媒を使用しつつ冷却性能を十分に確保することができる冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するために、本開示に係る冷却装置は、液相の冷媒が貯留される貯留空間を内部に有するとともに発熱体と熱的に接続され、前記発熱体の熱を前記冷媒に伝達する伝熱面を有する加熱部と、前記加熱部と接続され、前記貯留空間から前記冷媒を排出する冷媒排出管と、前記冷媒排出管と接続され、前記加熱部から排出された前記冷媒を冷却する冷却部と、前記冷却部と前記加熱部とを接続し、前記冷却部で冷却された前記冷媒を前記加熱部に供給する冷媒供給管と、前記貯留空間を負圧にし、前記貯留空間の内圧を調整可能な負圧調整部と、を備える。
【発明の効果】
【0007】
本開示の冷却装置によれば、ＧＷＰの小さい冷媒を使用しつつ冷却性能を十分に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本開示の第一実施形態に係る冷却装置の構成を示す概略図である。
【図2】本開示の第一実施形態に係る加熱部の断面図である。
【図3】本開示の第二実施形態に係る冷却装置の構成を示す概略図である。
【図4】本開示の第二実施形態の第一変形例に係る冷却装置の構成を示す概略図である。
【図5】本開示の第二実施形態の第二変形例に係る冷却装置の構成を示す概略図である。
【図6】本開示の第三実施形態に係る加熱部の内部を示す斜視図である。
【図7】本開示の第三実施形態の第一変形例に係るフィンの拡大図である。
【図8】本開示の第三実施形態の第二変形例に係る加熱部の内部を示す斜視図である。
【図9】本開示の第四実施形態に係る冷却装置の構成を示す概略図である。
【図10】本開示の第四実施形態の変形例に係る冷却装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
＜第一実施形態＞
以下、本開示の第一実施形態に係る冷却装置１０について、図１、図２を参照して説明する。
図１に示すように、冷却装置１０は、高速計算を行う電子機器の冷却に用いられる。本実施形態では、冷却装置１０は、データセンター内のサーバ１に使用されている。サーバ１は複数設けられている。
以下、本開示の第一実施形態に係る冷却装置１０について、図１、図２を参照して説明する。
図１に示すように、冷却装置１０は、高速計算を行う電子機器の冷却に用いられる。本実施形態では、冷却装置１０は、データセンター内のサーバ１に使用されている。サーバ１は複数設けられている。
【0010】
サーバ１は、ＣＰＵやＧＰＵのチップ等の電子部品が設置されたプリント基板を有する。ＣＰＵやＧＰＵは、高速計算処理を担う部品であるため高負荷がかかる。このため、ＣＰＵやＧＰＵは、サーバ１の他の箇所と比べて高温に発熱する。
【0011】
以下、サーバ１のプリント基板を単に「基板２」と称し、ＣＰＵやＧＰＵ等のチップを「発熱体３」と称する場合がある。
【0012】
基板２は、矩形板状に形成されている。基板２は、上下方向に延在するように縦置きで配置されている。本実施形態では、基板２は、複数枚設けられている。
【0013】
発熱体３は、各基板２に１つずつ設置されている。発熱体３は、基板２の表面に張り付けるように設置されている。このため、本実施形態では、発熱体３は、基板２と同様に上下方向に延在するように縦置きで配置されている。
【0014】
（冷却装置の構成）
続いて、冷却装置１０の構成について説明する。
冷却装置１０は、基板２上に設置されたＣＰＵやＧＰＵ等のチップ（発熱体３）を局所的に冷却する。図１に示すように、冷却装置１０は、加熱部２０と、冷媒排出管１１と、冷却部３０と、ファン１２と、冷媒充填部１３と、冷媒供給管１４と、負圧調整部４０と、を備える。
続いて、冷却装置１０の構成について説明する。
冷却装置１０は、基板２上に設置されたＣＰＵやＧＰＵ等のチップ（発熱体３）を局所的に冷却する。図１に示すように、冷却装置１０は、加熱部２０と、冷媒排出管１１と、冷却部３０と、ファン１２と、冷媒充填部１３と、冷媒供給管１４と、負圧調整部４０と、を備える。
【0015】
（加熱部）
本実施形態の加熱部２０は、発熱体３の基板２とは反対側の表面に設置された矩形板状のジャケット２１である。加熱部２０は、発熱体３ごとに１つずつ設置されている。図２に示すように、加熱部２０は、液相の冷媒Ｒが貯留される貯留空間Ｓを内部に有する。加熱部２０は、発熱体３と熱的に接続されている。加熱部２０は、発熱体３の熱を冷媒Ｒに伝達する伝熱面２２を内部に有する。伝熱面２２は、加熱部２０の内周面のうち発熱体３に比較的近い面である。本実施形態では、加熱部２０は、基板２と同様に上下方向に延在するように縦置きで配置されている。このため、伝熱面２２は、鉛直面に沿って延在している。
本実施形態の加熱部２０は、発熱体３の基板２とは反対側の表面に設置された矩形板状のジャケット２１である。加熱部２０は、発熱体３ごとに１つずつ設置されている。図２に示すように、加熱部２０は、液相の冷媒Ｒが貯留される貯留空間Ｓを内部に有する。加熱部２０は、発熱体３と熱的に接続されている。加熱部２０は、発熱体３の熱を冷媒Ｒに伝達する伝熱面２２を内部に有する。伝熱面２２は、加熱部２０の内周面のうち発熱体３に比較的近い面である。本実施形態では、加熱部２０は、基板２と同様に上下方向に延在するように縦置きで配置されている。このため、伝熱面２２は、鉛直面に沿って延在している。
【0016】
加熱部２０には、発熱体３の熱が伝達される。さらに、発熱体３の熱は、伝熱面２２を介して貯留空間Ｓ内の液相の冷媒Ｒに伝達される。このため、貯留空間Ｓ内の液相の冷媒Ｒは、加熱される。これにより、貯留空間Ｓ内の液相の冷媒Ｒは、膨張し、密度が低下する。本実施形態では、貯留空間Ｓ内の液相の冷媒Ｒは、沸騰して気相に変化する。
【0017】
冷媒Ｒは、フロン系の冷媒よりもＧＷＰの小さい低ＧＷＰ冷媒である。本実施形態の冷媒（低ＧＷＰ冷媒）Ｒは、水である。なお、低ＧＷＰ冷媒として、水以外には、例えばＨＦＯ（ハイドロフルオロオレフィン）等が挙げられる。また、以下では、液相の冷媒Ｒを単に「液相冷媒ＲＬ」と称し、気相の冷媒Ｒを「気相冷媒ＲＧ」と称する場合がある。
加熱部２０には、貯留空間Ｓから冷媒Ｒを排出する冷媒排出管１１が設けられている。
加熱部２０には、貯留空間Ｓから冷媒Ｒを排出する冷媒排出管１１が設けられている。
【0018】
（冷媒排出管）
図１に示すように、冷媒排出管１１の一端１１ａは、加熱部２０の上部に接続されている。冷媒排出管１１の他端１１ｂは、冷却部３０に接続されている。冷媒排出管１１は、加熱部２０で加熱された冷媒Ｒを冷却部３０に導く。冷媒排出管１１は、各加熱部２０に１本ずつ設けられている。
図１に示すように、冷媒排出管１１の一端１１ａは、加熱部２０の上部に接続されている。冷媒排出管１１の他端１１ｂは、冷却部３０に接続されている。冷媒排出管１１は、加熱部２０で加熱された冷媒Ｒを冷却部３０に導く。冷媒排出管１１は、各加熱部２０に１本ずつ設けられている。
【0019】
（冷却部）
冷却部３０は、加熱部２０から排出された冷媒Ｒを冷却する。本実施形態の冷却部３０は、空冷式の熱交換器である。冷却部３０は、上流ヘッダ３１と、管束３２と、下流ヘッダ３３と、を有する。
冷却部３０は、加熱部２０から排出された冷媒Ｒを冷却する。本実施形態の冷却部３０は、空冷式の熱交換器である。冷却部３０は、上流ヘッダ３１と、管束３２と、下流ヘッダ３３と、を有する。
【0020】
上流ヘッダ３１には、加熱部２０で加熱された冷媒Ｒが供給される。上流ヘッダ３１は、マニホールドヘッダである。
【0021】
管束３２は、複数のフィンチューブ３４を有する。各フィンチューブ３４は、上流ヘッダ３１に接続されている。各フィンチューブ３４には、上流ヘッダ３１から冷媒Ｒが供給される。なお、図面上では、フィンチューブ３４のフィン部分は省略されている。
【0022】
下流ヘッダ３３は、管束３２に接続されている。下流ヘッダ３３は、上流ヘッダ３１と同様に、マニホールドヘッダである。下流ヘッダ３３では、各フィンチューブ３４を通過した冷媒Ｒが合流する。
【0023】
（ファン）
管束３２の付近には、ファン１２が設置されている。ファン１２は、管束３２に向けて送風し、各フィンチューブ３４に空気Ａ１を供給する。これにより、フィンチューブ３４内を通過する冷媒Ｒが冷却される。本実施形態では、気相冷媒ＲＧが凝縮されて、液相冷媒ＲＬに変化する。
管束３２の付近には、ファン１２が設置されている。ファン１２は、管束３２に向けて送風し、各フィンチューブ３４に空気Ａ１を供給する。これにより、フィンチューブ３４内を通過する冷媒Ｒが冷却される。本実施形態では、気相冷媒ＲＧが凝縮されて、液相冷媒ＲＬに変化する。
【0024】
（冷媒充填部）
下流ヘッダ３３には、冷媒充填部１３が設けられている。冷媒充填部１３は、冷却システム内に冷媒Ｒを充填する。冷媒充填部１３は、所望の液量の液相冷媒ＲＬを冷却装置１０内に充填する。
下流ヘッダ３３には、冷媒充填部１３が設けられている。冷媒充填部１３は、冷却システム内に冷媒Ｒを充填する。冷媒充填部１３は、所望の液量の液相冷媒ＲＬを冷却装置１０内に充填する。
【0025】
（冷媒供給管）
また、下流ヘッダ３３には、冷媒供給管１４が設けられている。冷媒供給管１４は、冷却部３０と加熱部２０とを接続している。本実施形態では、冷媒供給管１４の一端１４ａが冷却部３０の下流ヘッダ３３に接続され、冷媒供給管１４の他端１４ｂが加熱部２０の下部に接続されている。冷媒供給管１４は、冷却部３０で冷却された冷媒Ｒを加熱部２０に供給する。冷媒供給管１４は、各加熱部２０に１本ずつ設けられている。
また、下流ヘッダ３３には、冷媒供給管１４が設けられている。冷媒供給管１４は、冷却部３０と加熱部２０とを接続している。本実施形態では、冷媒供給管１４の一端１４ａが冷却部３０の下流ヘッダ３３に接続され、冷媒供給管１４の他端１４ｂが加熱部２０の下部に接続されている。冷媒供給管１４は、冷却部３０で冷却された冷媒Ｒを加熱部２０に供給する。冷媒供給管１４は、各加熱部２０に１本ずつ設けられている。
【0026】
（負圧調整部）
また、上流ヘッダ３１には、真空引きライン４２を介して負圧調整部４０が接続されている。本実施形態の負圧調整部４０は、真空ポンプ４１である。負圧調整部４０は、冷却装置１０内に真空引きを行うことにより、貯留空間Ｓを負圧にする。さらに、負圧調整部４０は、貯留空間Ｓの内圧を調整可能である。
また、上流ヘッダ３１には、真空引きライン４２を介して負圧調整部４０が接続されている。本実施形態の負圧調整部４０は、真空ポンプ４１である。負圧調整部４０は、冷却装置１０内に真空引きを行うことにより、貯留空間Ｓを負圧にする。さらに、負圧調整部４０は、貯留空間Ｓの内圧を調整可能である。
【0027】
（冷媒の循環）
続いて、冷却装置１０内の冷媒Ｒの循環について説明する。
まず、真空ポンプ４１が稼動して、冷却装置１０内に真空引きを行う。これにより、貯留空間Ｓを含む冷却装置１０内が負圧となる。このため、冷却装置１０内の冷媒Ｒの沸点が低下する。これにより、冷媒Ｒが液相から気相に変化し易くなる。
続いて、冷却装置１０内の冷媒Ｒの循環について説明する。
まず、真空ポンプ４１が稼動して、冷却装置１０内に真空引きを行う。これにより、貯留空間Ｓを含む冷却装置１０内が負圧となる。このため、冷却装置１０内の冷媒Ｒの沸点が低下する。これにより、冷媒Ｒが液相から気相に変化し易くなる。
【0028】
また、加熱部２０には発熱体３の熱が伝達される。加熱部２０内の伝熱面２２は、発熱体３の熱を貯留空間Ｓ内の液相冷媒ＲＬに伝達する。これにより、発熱体３は冷却される。一方で、貯留空間Ｓ内の液相冷媒ＲＬは加熱されて、膨張する。本実施形態では、液相冷媒ＲＬが発熱体３の熱によって沸騰し、気相冷媒ＲＧに変化する。気相冷媒ＲＧは、液相冷媒ＲＬよりも密度が小さいため、上方へ向けて流れる。気相冷媒ＲＧは、加熱部２０から冷媒排出管１１を通って冷却部３０に流入する。
【0029】
気相冷媒ＲＧは、上流ヘッダ３１からフィンチューブ３４、フィンチューブ３４から下流ヘッダ３３へと移動する。気相冷媒ＲＧは、フィンチューブ３４で、ファン１２から供給される空気Ａ１と熱交換を行い、冷却される。これにより、気相冷媒ＲＧは、凝縮されて、下流ヘッダ３３に到達する頃には、液相冷媒ＲＬに変化する。
【0030】
液相冷媒ＲＬは、下流ヘッダ３３から冷媒供給管１４を通って加熱部２０に戻る。加熱部２０に戻った液相冷媒ＲＬは、加熱部２０で再び発熱体３と熱交換を行う。このようにして、冷媒Ｒは、冷却装置１０内を循環する。
【0031】
（作用効果）
本実施形態の冷却装置１０によれば、以下の作用効果を発揮することができる。
本実施形態では、加熱部２０は、液相の冷媒Ｒが貯留される貯留空間Ｓを内部に有するとともに発熱体３と熱的に接続されている。さらに、加熱部２０は、発熱体３の熱を冷媒Ｒに伝達する伝熱面２２を有する。また、負圧調整部４０は、貯留空間Ｓを負圧にし、貯留空間Ｓの内圧を調整可能である。
本実施形態の冷却装置１０によれば、以下の作用効果を発揮することができる。
本実施形態では、加熱部２０は、液相の冷媒Ｒが貯留される貯留空間Ｓを内部に有するとともに発熱体３と熱的に接続されている。さらに、加熱部２０は、発熱体３の熱を冷媒Ｒに伝達する伝熱面２２を有する。また、負圧調整部４０は、貯留空間Ｓを負圧にし、貯留空間Ｓの内圧を調整可能である。
【0032】
本実施形態によれば、発熱体３は、加熱部２０を介した貯留空間Ｓ内の冷媒Ｒとの熱交換によって冷却される。一方で、貯留空間Ｓ内の冷媒Ｒは、発熱体３の熱によって加熱される。貯留空間Ｓが負圧にされることにより、冷媒Ｒの沸点が低下して冷媒Ｒが膨張し易くなる。冷媒Ｒが膨張すると、冷媒Ｒの密度が低下する。これにより、冷却装置１０内を冷媒Ｒが循環し易くなる。このため、ＧＷＰが小さいが、沸点が高いためにサイクル内を循環させるには不向きであった冷媒を、冷却装置１０に用いることができる。よって、ＧＷＰが小さい冷媒Ｒを冷却装置１０に用いることができる。したがって、フロン系の冷媒よりもＧＷＰの小さい冷媒（低ＧＷＰ冷媒）Ｒを使用しつつ冷却性能を十分に確保することができる。これにより、地球温暖化への影響を低減することができる。
また、例えば冷却装置１０のメンテナンス時に、負圧調整部４０を操作することより、冷却装置１０の環境に合わせて貯留空間Ｓの負圧の度合いを調整することができる。例えば、冷却装置１０が設置される場所の気温や発熱体３の負荷に応じて、貯留空間Ｓの負圧の度合いを調整することができる。
また、例えば冷却装置１０のメンテナンス時に、負圧調整部４０を操作することより、冷却装置１０の環境に合わせて貯留空間Ｓの負圧の度合いを調整することができる。例えば、冷却装置１０が設置される場所の気温や発熱体３の負荷に応じて、貯留空間Ｓの負圧の度合いを調整することができる。
【0033】
また、本実施形態では、冷媒排出管１１は、加熱部２０の上部に接続されている。冷媒供給管１４は、加熱部２０の下部に接続されている。伝熱面２２は、鉛直面に沿って延在している。
【0034】
本実施形態によれば、加熱部２０内では、液相冷媒ＲＬは上向きに流れる。これにより、加熱部２０内に気泡Ｂが発生しても（図２参照）、気泡Ｂが上方の冷媒排出管１１に流入し易くなる。このため、気泡Ｂが冷媒排出管１１を通じて冷却部３０に抜け易くなる。これにより、加熱部２０内に気泡Ｂが滞留して伝熱面２２に蒸気膜が形成されることが抑制される。よって、冷媒Ｒの流通や発熱体３と冷媒Ｒとの熱交換がスムーズに行われることとなる。
【0035】
＜第二実施形態＞
以下、本開示の第二実施形態に係る冷却装置２１０について、図３を参照して説明する。前述した第一実施形態と同様の構成については、同一の名称及び同一の符号を付す等して説明を適宜省略する。
以下、本開示の第二実施形態に係る冷却装置２１０について、図３を参照して説明する。前述した第一実施形態と同様の構成については、同一の名称及び同一の符号を付す等して説明を適宜省略する。
【0036】
図３に示すように、本実施形態では、負圧調整部２４０は、エジェクタ２４３である。エジェクタ２４３は、冷却装置２１０の外部から供給される空気の流れを駆動流Ａ２として駆動する。エジェクタ２４３は、真空引きライン４２によって、冷却部３０の上流ヘッダ３１と接続されている。エジェクタ２４３は、駆動流Ａ２によって冷却装置２１０内の気体Ａ３を引き込み、貯留空間Ｓを含む冷却装置２１０内を負圧にする。
【0037】
（作用効果）
本実施形態の冷却装置２１０によれば、以下の作用効果が発揮される。
本実施形態では、負圧調整部２４０は、エジェクタ２４３である。
本実施形態の冷却装置２１０によれば、以下の作用効果が発揮される。
本実施形態では、負圧調整部２４０は、エジェクタ２４３である。
【0038】
これにより、冷却装置２１０は、例えば工場等から排出される空気を駆動流Ａ２としてエジェクタ２４３を駆動させることができる。これにより、冷却装置２１０は、負圧調整部２４０が真空ポンプの場合と比較して、少ない消費電力で貯留空間Ｓを含む装置内部に真空引きを行うことができる。
【0039】
（第二実施形態の第一変形例）
続いて、第二実施形態の第一変形例について、図４を参照して説明する。
図４に示すように、本変形例では、冷却装置２１０は、送風ライン２４４さらに備える。送風ライン２４４の一端２４４ａは、エジェクタ２４３の排出口に接続されている。送風ライン２４４の他端２４４ｂは、冷却部３０の管束３２と対向する位置に配置されている。送風ライン２４４は、エジェクタ２４３から排出された空気Ａ１を冷却部３０に供給する。冷却部３０は、エジェクタ２４３から排出された空気Ａ１と冷媒Ｒとで熱交換を行って冷媒Ｒを冷却する。
続いて、第二実施形態の第一変形例について、図４を参照して説明する。
図４に示すように、本変形例では、冷却装置２１０は、送風ライン２４４さらに備える。送風ライン２４４の一端２４４ａは、エジェクタ２４３の排出口に接続されている。送風ライン２４４の他端２４４ｂは、冷却部３０の管束３２と対向する位置に配置されている。送風ライン２４４は、エジェクタ２４３から排出された空気Ａ１を冷却部３０に供給する。冷却部３０は、エジェクタ２４３から排出された空気Ａ１と冷媒Ｒとで熱交換を行って冷媒Ｒを冷却する。
【0040】
これにより、冷却装置２１０は、エジェクタ２４３から排出される空気Ａ１によって冷却部３０内の冷媒Ｒを冷却することができる。したがって、冷却部３０への空気Ａ１の供給にファン１２等の送風機が用いられる場合と比較して、冷却装置２１０の消費電力を削減することができる。
【0041】
（第二実施形態の第二変形例）
続いて、第二実施形態の第二変形例について、図５を参照して説明する。
図５に示すように、本変形例では、冷却装置２１０は、冷却部３０を囲うとともに、上下方向に開口する外筒２１５を備える。外筒２１５は、四角形筒状に形成されている。なお、外筒２１５の形状は、適宜変更可能である。例えば、外筒２１５は、円筒形状に形成されていてもよい。
続いて、第二実施形態の第二変形例について、図５を参照して説明する。
図５に示すように、本変形例では、冷却装置２１０は、冷却部３０を囲うとともに、上下方向に開口する外筒２１５を備える。外筒２１５は、四角形筒状に形成されている。なお、外筒２１５の形状は、適宜変更可能である。例えば、外筒２１５は、円筒形状に形成されていてもよい。
【0042】
本変形例によれば、冷却部３０の内部の冷媒Ｒと熱交換を行って加熱された冷却部３０の周りの空気Ａ１が上昇し、外筒２１５内に上方に向けて吹き抜ける流れが生じる。これにより、冷却部３０には、冷媒Ｒを冷却するための新鮮な空気Ａ１が供給され続ける。よって、冷却部３０に空気Ａ１を供給するためにファン１２等の送風機を設ける必要がなくなる。これにより、冷却装置２１０の大型化が抑制される。また、冷却装置２１０の消費電力を削減することができる。
【0043】
＜第三実施形態＞
以下、本開示の第三実施形態に係る冷却装置３１０について、図６を参照して説明する。前述した第一実施形態と同様の構成については、同一の名称及び同一の符号を付す等して説明を適宜省略する。
以下、本開示の第三実施形態に係る冷却装置３１０について、図６を参照して説明する。前述した第一実施形態と同様の構成については、同一の名称及び同一の符号を付す等して説明を適宜省略する。
【0044】
図６に示すように、本実施形態では、加熱部３２０（ジャケット３２１）は、貯留空間Ｓ内に、伝熱面２２から立ち上がる複数のフィン３２３を有する。フィン３２３は、伝熱面２２から垂直に延びている。フィン３２３は、伝熱面２２から離間するにしたがって先細る円錐形状に形成されている。複数のフィン３２３は、伝熱面２２の垂線方向から見て、四角形格子状に配列されている。
【0045】
（作用効果）
本実施形態の冷却装置３１０によれば、以下の作用効果が発揮される。
本実施形態では、加熱部３２０は、伝熱面２２から立ち上がる複数のフィン３２３を有する。
本実施形態の冷却装置３１０によれば、以下の作用効果が発揮される。
本実施形態では、加熱部３２０は、伝熱面２２から立ち上がる複数のフィン３２３を有する。
【0046】
これにより、伝熱面２２の面積が拡大される。よって、加熱部３２０内のみかけの熱流束を低下させることができる。また、伝熱面２２に発生した気泡Ｂの離脱が促進される。このため、複数の気泡Ｂが伝熱面２２上で一体化することが抑制される。さらに、加熱部３２０内では、冷媒Ｒが蛇行して流れ、冷媒Ｒの混合が促進される。これにより、伝熱面２２に蒸気膜が形成されることが抑制される。したがって、加熱部３２０における限界熱流束が上昇し、熱輸送の限界値が上昇する。
【0047】
（第三実施形態の第一変形例）
続いて、第三実施形態の第一変形例について、図７を参照して説明する。
図７に示すように、本変形例では、フィン３２３は、円柱形のピン状に形成されている。
これにより、伝熱面２２の面積がより一層拡大される。よって、加熱部３２０内のみかけの熱流束をより一層低下させることができる。
続いて、第三実施形態の第一変形例について、図７を参照して説明する。
図７に示すように、本変形例では、フィン３２３は、円柱形のピン状に形成されている。
これにより、伝熱面２２の面積がより一層拡大される。よって、加熱部３２０内のみかけの熱流束をより一層低下させることができる。
【0048】
（第三実施形態の第二変形例）
続いて、第三実施形態の第二変形例について、図８を参照して説明する。
図８に示すように、本変形例では、フィン３２３は、伝熱面２２のうち冷媒供給管１４側の領域にのみ形成されている。例えば、フィン３２３は、伝熱面２２の冷媒供給管１４側の半分に形成されている。
続いて、第三実施形態の第二変形例について、図８を参照して説明する。
図８に示すように、本変形例では、フィン３２３は、伝熱面２２のうち冷媒供給管１４側の領域にのみ形成されている。例えば、フィン３２３は、伝熱面２２の冷媒供給管１４側の半分に形成されている。
【0049】
例えば、伝熱面２２のうち冷媒供給管１４側の領域では冷媒Ｒが液相として存在し、冷媒排出管１１側では冷媒Ｒが気相として存在する場合がある。本変形例によれば、冷却装置３１０は、加熱部２０内の冷媒Ｒのうち、冷媒供給管１４側の領域に貯留された液相の冷媒Ｒを、フィン３２３によって混合することができる。これにより、冷却装置３１０は、冷媒Ｒの流れの安定化させることができる。したがって、冷却装置３１０の冷却効率を向上させることができる。
【0050】
＜第四実施形態＞
以下、本開示の第四実施形態に係る冷却装置４１０について、図９を参照して説明する。前述した第一実施形態と同様の構成については、同一の名称及び同一の符号を付す等して説明を適宜省略する。
以下、本開示の第四実施形態に係る冷却装置４１０について、図９を参照して説明する。前述した第一実施形態と同様の構成については、同一の名称及び同一の符号を付す等して説明を適宜省略する。
【0051】
図９に示すように、本実施形態では、冷却装置４１０の加熱部４２０は、電子部品が設置される基板４２４である。基板４２４の内部には、貯留空間Ｓが形成されている。貯留空間Ｓは、例えば基板４２４の全域にわたって形成されている。また、基板４２４は、内部に伝熱面４２５を有する。伝熱面４２５は、発熱体３の熱を貯留空間Ｓ内の冷媒Ｒに伝達する。
【0052】
これにより、冷媒Ｒが加熱部４２０内の流通する距離を長くできる。このため、冷媒Ｒの蒸発が促進される。したがって、冷媒Ｒは、冷却装置４１０内のより一層循環し易くなる。また、冷却装置４１０は、発熱体３の熱を基板４２４に逃がすことができる。よって、冷却装置４１０の冷却効率を向上させることができる。
【0053】
【0054】
これにより、冷却装置４１０は、１つの加熱部４２０内で、複数の発熱体３を均温化できる。このため、各発熱体３の制御が容易となる。
【0055】
（その他の実施形態）
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
なお、上記実施形態では、基板２、４２４は、複数枚設けられているとしたが、これに限るものではない。例えば基板２、４２４は、１枚のみ設けられてもよい。基板２、４２４の枚数は、必要負荷に応じて、適宜変更可能である。
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
なお、上記実施形態では、基板２、４２４は、複数枚設けられているとしたが、これに限るものではない。例えば基板２、４２４は、１枚のみ設けられてもよい。基板２、４２４の枚数は、必要負荷に応じて、適宜変更可能である。
【0056】
なお、上記実施形態では、加熱部２０、３２０、４２０は、冷媒Ｒを蒸発させて冷媒Ｒを液相から気相に変化させるとしたが、これに限るものではない。加熱部２０、３２０、４２０では、冷媒Ｒは膨張すれば、蒸発せずに液相のままでもよい。
【0057】
なお、上記実施形態では、冷却部３０は、空冷式の熱交換器であるとしたが、これに限るものではない。
【0058】
＜付記＞
各実施形態に記載の冷却装置１０、２１０、３１０、４１０は、例えば以下のように把握される。
各実施形態に記載の冷却装置１０、２１０、３１０、４１０は、例えば以下のように把握される。
【0059】
（１）第１の態様に係る冷却装置１０、２１０、３１０、４１０は、液相の冷媒Ｒが貯留される貯留空間Ｓを内部に有するとともに発熱体３と熱的に接続され、前記発熱体３の熱を前記冷媒Ｒに伝達する伝熱面２２、４２５を有する加熱部２０、３２０、４２０と、前記加熱部２０、３２０、４２０と接続され、前記貯留空間Ｓから前記冷媒Ｒを排出する冷媒排出管１１と、前記冷媒排出管１１と接続され、前記加熱部２０、３２０、４２０から排出された前記冷媒Ｒを冷却する冷却部３０と、前記冷却部３０と前記加熱部２０、３２０、４２０とを接続し、前記冷却部３０で冷却された前記冷媒Ｒを前記加熱部２０、３２０、４２０に供給する冷媒供給管１４と、前記貯留空間Ｓを負圧にし、前記貯留空間Ｓの内圧を調整可能な負圧調整部４０、２４０と、を備える。
【0060】
本態様によれば、発熱体３は、加熱部２０、３２０、４２０を介した貯留空間Ｓ内の冷媒Ｒとの熱交換によって冷却される。一方で、貯留空間Ｓ内の冷媒Ｒは、発熱体３の熱によって加熱される。貯留空間Ｓが負圧にされることにより、冷媒Ｒの沸点が低下して冷媒Ｒが膨張し易くなる。冷媒Ｒが膨張すると、冷媒Ｒの密度が低下する。これにより、冷却装置１０、２１０、３１０、４１０内を冷媒Ｒが循環し易くなる。このため、ＧＷＰが小さいが、沸点が高いためにサイクル内を循環させるには不向きであった冷媒を、冷却装置１０、２１０、３１０、４１０に用いることができる。よって、ＧＷＰの小さい冷媒Ｒを冷却装置１０、２１０、３１０、４１０に用いることができる。
【0061】
（２）第２の態様の冷却装置１０、２１０、３１０、４１０は、（１）の冷却装置１０、２１０、３１０、４１０であって、前記冷媒排出管１１は、前記加熱部２０、３２０、４２０の上部に接続され、前記冷媒供給管１４は、前記加熱部２０、３２０、４２０の下部に接続され、前記伝熱面２２、４２５は、鉛直面に沿って延在していてもよい。
【0062】
これにより、加熱部２０、３２０、４２０内に気泡Ｂが発生しても、気泡Ｂが冷媒排出管１１を通じて冷却部３０に抜け易くなる。
【0063】
（３）第３の態様の冷却装置２１０は、（１）又は（２）の冷却装置２１０であって、前記負圧調整部２４０は、エジェクタ２４３であってもよい。
【0064】
これにより、冷却装置２１０は、例えば工場等から排出される空気を駆動流Ａ２としてエジェクタ２４３を駆動させることができる。
【0065】
（４）第４の態様の冷却装置２１０は、（３）の冷却装置２１０であって、前記エジェクタ２４３から排出された空気Ａ１を前記冷却部３０に供給する送風ライン２４４を備え、前記冷却部３０は、前記エジェクタ２４３から排出された空気Ａ１と前記冷媒Ｒとで熱交換を行って前記冷媒Ｒを冷却してもよい。
【0066】
これにより、冷却装置２１０は、エジェクタ２４３から排出される空気Ａ１によって冷却部３０内の冷媒Ｒを冷却することができる。
【0067】
（５）第５の態様の冷却装置２１０は、（１）から（４）のいずれかの冷却装置２１０であって、前記冷却部３０を囲うとともに、上下方向に開口する外筒２１５を備えてもよい。
【0068】
これにより、冷却部３０の内部の冷媒Ｒと熱交換を行って加熱された冷却部３０の周りの空気Ａ１が上昇し、外筒２１５内に上方に向けて吹き抜ける流れが生じる。これにより、冷却部３０には、冷媒Ｒを冷却するための新鮮な空気Ａ１が供給され続ける。
【0069】
（６）第６の態様の冷却装置３１０は、（１）から（５）のいずれかの冷却装置３１０であって、前記加熱部３２０は、前記伝熱面２２から立ち上がる複数のフィン３２３を有してもよい。
【0070】
これにより、伝熱面２２の面積が拡大される。また、伝熱面２２、４２５に発生した気泡Ｂの離脱が促進される。さらに、加熱部３２０内では、冷媒Ｒが蛇行して流れ、冷媒Ｒの混合が促進される。
【0071】
（７）第７の態様の冷却装置３１０は、（６）の冷却装置３１０であって、前記フィン３２３は、前記伝熱面２２のうち前記冷媒供給管１４側の領域にのみ形成されていてもよい。
【0072】
例えば、伝熱面２２のうち冷媒供給管１４側の領域では冷媒Ｒが液相として存在し、冷媒排出管１１側では冷媒Ｒが気相として存在する場合がある。本態様によれば、冷却装置３１０は、加熱部２０内の冷媒Ｒのうち、冷媒供給管１４側の領域に貯留された液相の冷媒Ｒを、フィン３２３によって混合することができる。
【0073】
（８）第８の態様の冷却装置４１０は、（１）から（７）のいずれかの冷却装置４１０であって、前記加熱部４２０は、電子部品が設置される基板４２４であり、前記基板４２４の内部には、前記貯留空間Ｓが形成されていてもよい。
【0074】
これにより、冷媒Ｒが加熱部４２０内の流通する距離を長くできる。このため、冷媒Ｒの蒸発が促進される。
【0075】
（９）第９の態様の冷却装置４１０は、（１）から（８）のいずれかの冷却装置４１０であって、前記加熱部４２０には、複数の前記発熱体３が熱的に接続されていてもよい。
【0076】
これにより、冷却装置４１０は、複数の発熱体３を均温化できる。
【0077】
（１０）第１０の態様の冷却装置１０、２１０、３１０、４１０は、（１）から（９）の冷却装置１０、２１０、３１０、４１０であって、前記冷媒Ｒは、フロン系の冷媒よりもＧＷＰの小さい低ＧＷＰ冷媒であってもよい。
低ＧＷＰ冷媒として、例えば水や、ＨＦＯ（ハイドロフルオロオレフィン）等が挙げられる。
低ＧＷＰ冷媒として、例えば水や、ＨＦＯ（ハイドロフルオロオレフィン）等が挙げられる。
【符号の説明】
【0078】
１…サーバ ２…基板 ３…発熱体 １０…冷却装置 １１…冷媒排出管 １１ａ…一端 １１ｂ…他端 １２…ファン １３…冷媒充填部 １４…冷媒供給管 １４ａ…一端 １４ｂ…他端 ２０…加熱部 ２１…ジャケット ２２…伝熱面 ３０…冷却部 ３１…上流ヘッダ ３２…管束 ３３…下流ヘッダ ３４…フィンチューブ ４０…負圧調整部 ４１…真空ポンプ ４２…真空引きライン ２１０…冷却装置 ２１５…外筒 ２４０…負圧調整部 ２４３…エジェクタ ２４４…送風ライン ２４４ａ…一端 ２４４ｂ…他端 ３１０…冷却装置 ３２０…加熱部 ３２１…ジャケット ３２３…フィン ４１０…冷却装置 ４２０…加熱部 ４２４…基板 ４２５…伝熱面 Ａ１…空気 Ａ２…駆動流 Ａ３…気体 Ｒ…冷媒 ＲＧ…気相冷媒 ＲＬ…液相冷媒 Ｓ…貯留空間
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】