特許 7501257 冷却装置、電子機器及び冷却方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-10

(45)【発行日】2024-06-18

(54)【発明の名称】冷却装置、電子機器及び冷却方法

(51)【国際特許分類】

   G06F 1/20 20060101AFI20240611BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20240611BHJP

【ＦＩ】

G06F1/20 C

G06F1/20 A

H05K7/20 Q

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020151428

(22)【出願日】2020-09-09

(65)【公開番号】P2022045699

(43)【公開日】2022-03-22

【審査請求日】2023-06-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000005223

【氏名又は名称】富士通株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】倉光 浩一

【審査官】松浦 かおり

(56)【参考文献】

【文献】特公昭４８－００６３０１（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２００３－０８３６４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００８／１１７４３６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１４２１８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０６Ｆ １／２０

Ｆ２５Ｄ １／００ － ９／００

Ｆ２８Ｄ １５／００ －１５／０６

Ｈ０１Ｌ ２３／２９

Ｈ０１Ｌ ２３／３４ －２３／３６

Ｈ０１Ｌ ２３／３７３－２３／４２７

Ｈ０１Ｌ ２３／４４

Ｈ０１Ｌ ２３／４６７－２３／４７３

Ｈ０５Ｋ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の発熱部と熱的に接続される複数の蒸発器と、
前記複数の蒸発器と気相管を介して接続された凝縮器と、
前記凝縮器と液相管を介して接続され、冷媒を貯蔵する第一タンクと、
凹形状に形成され、底壁部と、前記底壁部の周囲に形成された周壁部とを有し、前記複数の蒸発器よりも高い位置に配置され、前記冷媒を貯蔵する第二タンクと、
前記第二タンクと前記複数の蒸発器の各々とを接続する複数の分配管と、
前記第一タンクと前記第二タンクとの間に接続管を介して接続されたポンプと、
前記第二タンクと前記第一タンク又は前記液相管とを接続するバイパス管と、
を備え、
前記第二タンクの前記バイパス管との第一接続口は、前記周壁部に形成され、前記第二タンクの前記周壁部の前記複数の分配管のそれぞれとの第二接続口、及び前記第二タンクの前記周壁部の前記接続管との第三接続口よりも高い位置に形成され、
前記バイパス管の内径は、前記複数の分配管のいずれの内径よりも大きい、
冷却装置。

【請求項2】

前記凝縮器は、前記第二タンクと水平方向にずれて配置されている、
請求項１に記載の冷却装置。

【請求項3】

前記第一タンク又は前記第二タンクの上部は、一部又は全部が開放されている、
請求項１又は請求項２に記載の冷却装置。

【請求項4】

複数の発熱部が搭載された複数の電子ユニットと、
前記複数の発熱部を冷却する冷却装置と、
を備え、
前記冷却装置は、
複数の発熱部と熱的に接続された複数の蒸発器と、
前記複数の蒸発器と気相管を介して接続された凝縮器と、
前記凝縮器と液相管を介して接続され、冷媒を貯蔵する第一タンクと、
凹形状に形成され、底壁部と、前記底壁部の周囲に形成された周壁部とを有し、前記複数の蒸発器よりも高い位置に配置され、前記冷媒を貯蔵する第二タンクと、
前記第二タンクと前記複数の蒸発器の各々とを接続する複数の分配管と、
前記第一タンクと前記第二タンクとの間に接続管を介して接続されたポンプと、
前記第二タンクと前記第一タンク又は前記液相管とを接続するバイパス管と、
を備え、
前記第二タンクの前記バイパス管との第一接続口は、前記周壁部に形成され、前記第二タンクの前記周壁部の前記複数の分配管のそれぞれとの第二接続口、及び前記第二タンクの前記周壁部の前記接続管との第三接続口よりも高い位置に形成され、
前記バイパス管の内径は、前記複数の分配管のいずれの内径よりも大きい、
電子機器。

【請求項5】

複数の発熱部と熱的に接続された複数の蒸発器で前記複数の発熱部の熱により冷媒を蒸発させ、
前記複数の蒸発器と気相管を介して接続された凝縮器で前記冷媒を凝縮し、
前記凝縮器と液相管を介して接続された第一タンクに前記冷媒を貯蔵し、
前記複数の蒸発器よりも高い位置に配置された第二タンクに前記第一タンクに貯蔵された前記冷媒をポンプによって移送して前記第二タンクに前記冷媒を貯蔵し、
前記第二タンクから複数の分配管を介して前記複数の蒸発器の各々に前記冷媒を分配する、
ことを含み、
前記第二タンクと前記第一タンク又は前記液相管とは、バイパス管によって接続されており、
前記ポンプは、前記第一タンクと前記第二タンクとの間に接続管を介して接続されており、
前記第二タンクは、凹形状に形成され、底壁部と、前記底壁部の周囲に形成された周壁部とを有し、
前記第二タンクの前記バイパス管との第一接続口は、前記周壁部に形成され、前記第二タンクの前記周壁部の前記複数の分配管のそれぞれとの第二接続口、及び前記第二タンクの前記周壁部の前記接続管との第三接続口よりも高い位置に形成され、
前記バイパス管の内径は、前記複数の分配管のいずれの内径よりも大きく、
前記第二タンクから前記複数の分配管を介して前記複数の蒸発器の各々に前記冷媒を分配する際に、前記第二タンクに貯蔵された前記冷媒の一部を前記バイパス管を介して前記第一タンクに戻すことで、前記ポンプの圧力を前記バイパス管側に逃して前記ポンプの圧力が前記複数の分配管側に作用することを抑制し、前記複数の発熱部の発熱量に応じて前記第二タンクから前記複数の蒸発器の各々へ前記冷媒が自重で流れ込むようにする、
冷却方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願の開示する技術は、冷却装置、電子機器及び冷却方法に関する。

【背景技術】

【0002】

複数のデバイスを冷却する冷却装置としては、次の技術が公知である。

【0003】

第一の公知技術は、半導体素子にそれぞれ取り付けられた複数のモジュールと、複数のモジュールにそれぞれ接続されたアウトレットヘッダ及びインテークヘッダと、アウトレットヘッダ及びインテークヘッダを介して複数のモジュールと接続された凝縮器を備える。複数のモジュールと熱交換器との間には、ポンプが設けられており、このポンプが作動することによって複数のモジュールと熱交換器との間で冷媒が循環する。

【0004】

第二の公知技術は、素子にそれぞれ接続された複数の熱交換器と、複数の熱交換器にそれぞれ接続された吸込マニホールド及び排出マニホールドを備える。複数の熱交換器には、吸込マニホールドを介して冷媒が供給され、複数の熱交換器で素子と熱交換した冷媒は、排出マニホールドを介して排出される。

【0005】

第三の公知技術は、半導体素子にそれぞれ取り付けられた複数の水冷ユニットと、複数の水冷ユニットに接続された冷却水循環装置を備える。複数の水冷ユニットと冷却水循環装置とは、帰還パイプ及び供給パイプを介して接続されており、帰還パイプと供給パイプとの間には、バイパス路が設けられている。

【0006】

第四の公知技術は、電子機器にそれぞれ設けられた複数の蒸発器と、複数の蒸発器へ接続される複数の枝管を備え、蒸発器に冷却液を供給する給水管と、複数の蒸発器へ接続される複数の枝管を備え、蒸発器を通過した冷却液が排出される排水管を備える。給水管と排水管とは、循環配管によって接続されており、循環配管には、ポンプ及び熱交換器が設けられている。給水管の上端部には、バイパス経路が接続されている。バイパス経路は、複数の蒸発器を迂回して排水管又は循環配管に接続されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２００５－２２８２１６号公報

【文献】特表２００８－５０９５４２号公報

【文献】実開平１－１６０８９４号公報

【文献】特開２０１８－１４２１８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

複数のデバイスを冷却する冷却装置において、冷媒を移送するポンプを備える場合には、冷却装置を備える電子機器の小型化及び構造の簡素化を実現できることが望まれる。

【0009】

本願の開示する技術は、一つの側面として、冷却装置を備える電子機器の小型化及び構造の簡素化を実現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】

【0010】

上記目的を達成するために、本願の開示する技術の一観点によれば、複数の蒸発器と、凝縮器と、第一タンクと、第二タンクと、ポンプと、複数の分配管と、バイパス管とを備える冷却装置が提供される。複数の蒸発器は、複数の発熱部と熱的に接続される。凝縮器は、複数の蒸発器と気相管を介して接続されている。第一タンクは、凝縮器と液相管を介して接続され、冷媒を貯蔵する。第二タンクは、複数の蒸発器よりも高い位置に配置され、冷媒を貯蔵する。複数の分配管は、第二タンクと複数の蒸発器の各々とを接続している。ポンプは、第一タンクと第二タンクとの間に接続管を介して接続されている。バイパス管は、第二タンクと第一タンク又は液相管とを接続している。第二タンクのバイパス管との第一接続口は、周壁部に形成され、第二タンクの周壁部の複数の分配管のそれぞれとの第二接続口、及び第二タンクの周壁部の接続管との第三接続口よりも高い位置に形成されている。バイパス管の内径は、複数の分配管のいずれの内径よりも大きい。

【発明の効果】

【0011】

本願の開示する技術によれば、一例として、冷却装置を備える電子機器の小型化及び構造の簡素化を実現できる冷却装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本願の開示する技術の一実施形態に係る電子機器の斜視図である。

【図2】本願の開示する技術の一実施形態に係る冷却装置を模式的に示す図である。

【図3】図２に示される第二タンク及びその周辺部の一部断面を含む側面図である。

【図4】図２に示される冷却装置の変形例を示す図である。

【図5】第一比較例に係る冷却装置を模式的に示す図である。

【図6】第二比較例に係る冷却装置を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

はじめに、本願の開示する技術の一実施形態に係る電子機器１０を説明する。

【0014】

図１は、本願の開示する技術の一実施形態に係る電子機器１０の斜視図である。図１に示される電子機器１０は、一例として、ネットワーク装置である。矢印Ｘ方向は、電子機器１０の左右方向を示し、矢印Ｙ方向は、電子機器１０の前後方向を示し、矢印Ｚ方向は、電子機器１０の上下方向を示している。

【0015】

電子機器１０は、筐体１２と、複数の電子ユニット１４とを備える。筐体１２は、箱形に形成されている。この筐体１２は、電子機器１０の前後方向に開口する開口部１６を有する。複数の電子ユニット１４は、電子機器１０の左右方向に並んだ状態で、筐体１２の内部に収容される。この複数の電子ユニット１４は、筐体１２に対して開口部１６を通じて挿抜される。複数の電子ユニット１４は、それぞれプラグインカードと称されてもよい。

【0016】

各電子ユニット１４は、概略平盤状を成している。各電子ユニット１４は、電子機器１０の左右方向を厚さ方向とした状態で筐体１２の内部に配置される。各電子ユニット１４には、デバイス１８が搭載されている。デバイス１８は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の発熱体である。デバイス１８は、「発熱部」の一例である。電子機器１０には、複数のデバイス１８を冷却する沸騰冷却方式の冷却装置２０が備えられている。

【0017】

図２は、本願の開示する技術の一実施形態に係る冷却装置２０を模式的に示す図である。冷却装置２０は、冷媒２２と、複数の蒸発器２４と、気相管２６と、凝縮器２８と、液相管３０と、第一タンク３２と、第二タンク３４と、複数の分配管３６と、接続管３８と、ポンプ４０と、バイパス管４２とを備える。

【0018】

複数の蒸発器２４、気相管２６、凝縮器２８、液相管３０、第一タンク３２、第二タンク３４、複数の分配管３６、接続管３８、ポンプ４０、及びバイパス管４２は、循環回路４４を形成している。この循環回路４４には、冷媒２２が封入されている。

【0019】

冷媒２２は、例えば水であるが、水以外でもよい。冷媒２２の量が少ない場合は、後述する蒸発器２４において冷媒２２が足りなくなるドライアウトに繋がり、冷媒２２が多過ぎる場合は、蒸発器２４で冷媒２２が沸騰できず潜熱による冷却効果が得られなくなる。蒸発器２４でのドライアウトを抑制しつつ潜熱による冷却効果を持続できるように、適切な量の冷媒２２が循環回路４４に封入される。

【0020】

複数の蒸発器２４は、それぞれデバイス１８と熱的に接続されている。各蒸発器２４は、デバイス１８と直接的に接続されてもよく、また、例えばヒートスプレッダ等の伝熱部材を介してデバイス１８と間接的に接続されていてもよい。すなわち、各蒸発器２４は、冷却対象とするデバイス１８と伝熱可能に接続されていれば、蒸発器２４とデバイス１８の接続構成はどのようなものでもよい。

【0021】

各蒸発器２４は、内部空間を有する中空体である。各蒸発器２４は、蒸発器２４に送られてきた液相の冷媒２２とデバイス１８との間で熱交換し、冷媒２２を蒸発させて気相に変化させる構造を有する。各蒸発器２４は、コールドプレートと称されてもよい。

【0022】

気相管２６は、複数の枝管２６Ａと、幹管２６Ｂとを有する。複数の枝管２６Ａは、蒸発器２４の出口部とそれぞれ接続されている。複数の枝管２６Ａは、後述する接続部材４６を介して幹管２６Ｂと接続されており、幹管２６Ｂは、凝縮器２８の入口部と接続されている。

【0023】

凝縮器２８は、複数の蒸発器２４と気相管２６を介して接続されている。この凝縮器２８には、図示しない冷却機構から冷却流体が供給される。凝縮器２８は、気相の冷媒２２と冷却流体との間で熱交換し、冷媒２２を凝縮して液相に変化させる構造を有する。凝縮器２８は、冷却流体として液体を用いる水冷式及び冷却流体として気体を用いる空冷式のどちらでもよい。凝縮器２８は、一例として、第一タンク３２よりも高い位置に配置されている。また、この凝縮器２８は、一例として、第二タンク３４と水平方向にずれて配置されている。

【0024】

第一タンク３２は、凝縮器２８と液相管３０を介して接続されている。この第一タンク３２には、冷媒２２が貯蔵される。第一タンク３２は、一例として、複数の蒸発器２４及び第二タンク３４よりも低い位置に配置されている。この第一タンク３２は、一例として、電子機器１０（図１参照）の下部に配置されている。

【0025】

第二タンク３４は、一例として、複数の蒸発器２４よりも高い位置に配置されている。この第二タンク３４は、一例として、電子機器１０の上部に配置されている（図１参照）。この第二タンク３４には、冷媒２２が貯蔵される。

【0026】

ポンプ４０は、第一タンク３２と第二タンク３４との間に接続管３８を介して接続されている。接続管３８は、より具体的には、第一タンク３２とポンプ４０とを接続する第一接続管３８Ａと、ポンプ４０と第二タンク３４とを接続する第二接続管３８Ｂとを有する。ポンプ４０は、第一タンク３２に貯蔵された冷媒２２を第二タンク３４に移送するように作動する。

【0027】

このポンプ４０は、好ましくは、交換を容易に行える位置に配置される。このポンプ４０は、電子機器１０のどの位置に配置されてもよいが、本実施形態では、一例として、ポンプ４０は、複数の蒸発器２４及び第二タンク３４よりも低い位置に配置されている。このポンプ４０は、一例として、電子機器１０の下部に配置されている。ポンプ４０は、筐体１２（図１参照）の内部に配置されてもよく、また、筐体１２の外部に配置されてもよい。

【0028】

複数の分配管３６は、第二タンク３４と複数の蒸発器２４の各々の入口部とを接続している。バイパス管４２は、複数の蒸発器２４及び凝縮器２８を迂回して、第二タンク３４と第一タンク３２とを接続している。

【0029】

図３は、図２に示される第二タンク３４及びその周辺部の一部断面を含む側面図である。第二タンク３４は、複数の分配管３６、接続管３８、及びバイパス管４２を相互に接続している。この第二タンク３４の下側には、接続部材４６が配置されている。第二タンク３４及び接続部材４６は、一体でも別体でもどちらでもよい。接続部材４６は、気相管２６を形成する複数の枝管２６Ａと幹管２６Ｂとを接続している。

【0030】

なお、図３では、複数の分配管３６のうちの１本が示されている。複数の分配管３６は、矢印Ｘ方向に並んで配置されている。同様に、図３では、気相管２６の一部を形成する複数の枝管２６Ａのうちの１本が示されている。複数の枝管２６Ａは、矢印Ｘ方向に並んで配置されている。複数の分配管３６の内径は、一例として、同一である。同様に、複数の枝管２６Ａの内径は、一例として、同一である。

【0031】

第二タンク３４は、凹形状に形成されており、底壁部４８と、底壁部４８の周囲に形成された周壁部５０とを有する。第二タンク３４の上部５２は、上方に一部又は全部が開放されている。第二タンク３４は、バイパス管４２との第一接続口５４、各分配管３６との第二接続口５６、及び接続管３８との第三接続口５８を有する。

【0032】

第一接続口５４、第二接続口５６、及び第三接続口５８は、いずれも周壁部５０に形成されている。周壁部５０は、水平方向に対向する第一縦壁部５０Ａ及び第二縦壁部５０Ｂを有している。第一接続口５４及び第三接続口５８は、第一縦壁部５０Ａに形成されており、第二接続口５６は、第二縦壁部５０Ｂに形成されている。第一接続口５４、第二接続口５６、及び第三接続口５８は、例えば円形、四角形、及び長方形等、どのような形状でもよい。

【0033】

第一接続口５４は、第二接続口５６及び第三接続口５８よりも高い位置に形成されている。また、一例として、第二接続口５６は、第三接続口５８よりも低い位置に形成されている。複数の第二接続口５６の内径は、一例として、同一である。

【0034】

バイパス管４２の内径は、各分配管３６の内径よりも大きい。バイパス管４２の内径は、バイパス管４２の圧力損失が複数の分配管３６の合計圧力損失よりも十分に小さくなるように設定される。このようにバイパス管４２の内径が設定されることで、第二タンク３４における冷媒２２の水位が第一接続口５４の下端の位置よりも高い場合には、ポンプ４０の圧力がバイパス管４２側に逃げ、ポンプ４０の圧力が複数の分配管３６側に作用することが抑制される。

【0035】

また、ポンプ４０の圧力が複数の分配管３６側に作用することが抑制されることにより、重力を利用して第二タンク３４から複数の分配管３６を通じて複数の蒸発器２４（図２参照）に冷媒２２が供給される。ポンプ４０の圧力が複数の分配管３６側に加わることを効果的に抑制するために、一例として、第二タンク３４の上部５２は、一部又は全部が開放されている。なお、第一タンク３２の上部も、一部又は全部が開放されていてもよい。

【0036】

各デバイス１８の消費電力、蒸発による冷媒２２の消費量、及び冷媒２２の粘性係数といった特性に応じて、各デバイス１８に冷媒２２が供給可能な分配管３６の圧力損失になるように、分配管３６の内径は設定される。

【0037】

なお、複数の分配管３６の内径は、一例として、同一であるが、複数の分配管３６の内径は、異なっていてもよい。複数の分配管３６の内径が異なる場合には、バイパス管４２の内径は、複数の分配管３６のいずれの内径よりも大とされる。

【0038】

また、バイパス管４２の内径が、各分配管３６の内径よりも大きいことに対応して、第一接続口５４の開口面積は、各第二接続口５６の開口面積よりも大きい。

【0039】

第二タンク３４に貯蔵された冷媒２２がバイパス管４２側に流れるように、第二タンク３４における冷媒２２の水位は、第一接続口５４の下端よりも高い位置に設定される。この第二タンク３４における冷媒２２の水位は、例えば、冷却装置２０が作動されていないとき、すなわち、複数の蒸発器２４が常温であるときの水位である。

【0040】

第二タンク３４に貯蔵される冷媒２２の最大量は、バイパス管４２の第二タンク３４との接続口である第一接続口５４の高さにより決定される。第二タンク３４に貯蔵される冷媒２２の最大量は、デバイス１８の最大電力を加味し、複数のデバイス１８で消費され得る冷媒２２の最大消費量を上回る量に設定される。

【0041】

次に、本願の開示する技術の一実施形態に係る冷却方法を説明する。

【0042】

本実施形態に係る冷却方法は、図１に示される複数のデバイス１８の発熱量に応じて各デバイス１８を冷却する方法であり、上述の冷却装置２０を用いて実行される。この冷却方法は、蒸発ステップと、凝縮ステップと、第一貯蔵ステップと、第二貯蔵ステップと、分配ステップとを備える。

【0043】

蒸発ステップでは、複数のデバイス１８と熱的に接続された複数の蒸発器２４で複数のデバイス１８の熱により冷媒２２を蒸発させる。これにより、冷媒２２が蒸発する際の潜熱を利用して各デバイス１８が冷却される。複数の蒸発器２４で蒸発して気相になった冷媒２２は、気相管２６を介して凝縮器２８に移送される。

【0044】

凝縮ステップでは、凝縮器２８において気相の冷媒２２と冷却流体との間で熱交換が行われ、冷媒２２が凝縮されて液相に変化する。凝縮器２８で凝縮されて液相になった冷媒２２は、液相管３０を介して第一タンク３２に移送される。

【0045】

第一貯蔵ステップでは、液相管３０を介して第一タンク３２に移送された冷媒２２が第一タンク３２に貯蔵される。第一タンク３２に貯蔵された冷媒２２は、複数の蒸発器２４よりも高い位置に配置された第二タンク３４にポンプ４０によって移送される。このとき、第二タンク３４における冷媒２２の水位が第一接続口５４の下端よりも高い位置に維持されるように、ポンプ４０の回転数が制御される。

【0046】

第二貯蔵ステップでは、ポンプ４０によって第二タンク３４に移送された冷媒２２が第二タンク３４に貯蔵される。

【0047】

分配ステップでは、第二タンク３４に貯蔵された冷媒２２が、複数のデバイス１８の発熱量に応じて複数の蒸発器２４の各々に分配される。

【0048】

ここで、第二タンク３４と第一タンク３２とは、バイパス管４２によって接続されている。また、第二タンク３４のバイパス管４２との第一接続口５４は、第二タンク３４の各分配管３６との第二接続口５６、及び第二タンク３４の接続管３８との第三接続口５８よりも高い位置に形成されている。さらに、バイパス管４２の内径は、各分配管３６の内径よりも大きい。

【0049】

したがって、第二タンク３４から複数の分配管３６を介して複数の蒸発器２４の各々に冷媒２２が分配される際に、第二タンク３４に貯蔵された冷媒２２の一部は、バイパス管４２を介して第一タンク３２に戻される。これにより、ポンプ４０の圧力がバイパス管４２側に逃げるので、ポンプ４０の圧力が複数の分配管３６側に作用することが抑制される。また、第二タンク３４の上部５２の一部又は全部が開放されているので、ポンプ４０の圧力が複数の分配管３６側に作用することがより一層効果的に抑制される。なお、第一タンク３２の上部の一部又は全部が開放されていていても、同様の効果が得られる。

【0050】

そして、この状態では、ポンプレスの沸騰式冷却装置と同様に、複数のデバイス１８の発熱量に応じて第二タンク３４から複数の蒸発器２４の各々へ冷媒２２が自重で流れ込む。すなわち、複数の蒸発器２４の各々には、蒸発して減った分の冷媒２２が供給される。これにより、消費電力の異なる複数のデバイス１８が複数の蒸発器２４によって持続的に適切に冷却される。

【0051】

次に、本実施形態の作用及び効果を説明する。

【0052】

先ず、本実施形態の作用及び効果を明確にするために、第一比較例及び第二比較例を説明する。

【0053】

図５は、第一比較例に係る冷却装置１２０を模式的に示す図である。第一比較例に係る冷却装置１２０は、ポンプレスの沸騰式冷却装置である。この第一比較例に係る冷却装置１２０では、第一タンク３２及び第二タンク３４（図２参照）の代わりに、タンク１３２が用いられている。

【0054】

タンク１３２には、複数の分配管３６を介して複数の蒸発器２４が接続されており、複数の蒸発器２４には、気相管２６を介して凝縮器２８が接続されている。凝縮器２８とタンク１３２とは、液相管３０を介して接続されている。タンク１３２は、複数の蒸発器２４よりも高い位置に配置されており、凝縮器２８は、タンク１３２よりもさらに高い位置に配置されている。

【0055】

この第一比較例に係る冷却装置１２０では、凝縮器２８で凝縮されて液相に変化した冷媒２２が、液相管３０を介してタンク１３２に移送され、タンク１３２に貯蔵される。また、複数のデバイス１８の発熱量に応じてタンク１３２から複数の蒸発器２４の各々へ冷媒２２が自重で流れ込む。すなわち、複数の蒸発器２４の各々には、蒸発して減った分の冷媒２２が供給される。これにより、消費電力の異なる複数のデバイス１８が複数の蒸発器２４によって持続的に適切に冷却される。

【0056】

この第一比較例に係る冷却装置１２０では、ポンプレスであるので、ポンプが不要な分、冷却装置１２０の構成を簡素化することが可能であり、また、寿命部品であるポンプの交換も不要にできる。

【0057】

しかしながら、この第一比較例に係る冷却装置１２０では、タンク１３２を複数の蒸発器２４よりも高い位置に配置し、凝縮器２８をタンク１３２よりもさらに高い位置に配置する必要がある。したがって、凝縮器２８及びタンク１３２を電子機器の上部に配置する必要があるため、この第一比較例に係る冷却装置１２０を備える電子機器が高さ方向に大型化する。

【0058】

図６は、第二比較例に係る冷却装置２２０を模式的に示す図である。第二比較例に係る冷却装置２２０は、複数のポンプ４０を有する沸騰式冷却装置である。この第二比較例に係る冷却装置２２０では、第一タンク３２及び第二タンク３４（図２参照）の代わりに、タンク２３２が用いられている。

【0059】

タンク２３２には、複数の第一接続管３８Ａを介して複数のポンプ４０が接続されており、この複数のポンプ４０には、複数の第二接続管３８Ｂを介して複数の蒸発器２４が接続されている。また、複数の蒸発器２４には、気相管２６を介して凝縮器２８が接続されており、凝縮器２８とタンク２３２とは、液相管３０を介して接続されている。タンク２３２及び凝縮器２８は、複数の蒸発器２４の側方に配置されており、複数のポンプ４０は、複数の蒸発器２４よりも低い位置に配置されている。

【0060】

この第二比較例に係る冷却装置２２０では、凝縮器２８で凝縮されて液相に変化した冷媒２２が、液相管３０を介してタンク２３２に移送され、タンク２３２に貯蔵される。また、複数のデバイス１８の消費電力又は発熱量に応じて複数のポンプ４０の回転数が制御され、複数の蒸発器２４の各々には、蒸発して減った分の冷媒２２が供給される。これにより、消費電力の異なる複数のデバイス１８が複数の蒸発器２４によって持続的に適切に冷却される。

【0061】

この第二比較例に係る冷却装置２２０では、タンク２３２及び凝縮器２８が複数の蒸発器２４の側方に配置されているので、この第二比較例に係る冷却装置２２０を備える電子機器を高さ方向に小型化できる。

【0062】

しかしながら、この第二比較例に係る冷却装置２２０では、複数の蒸発器２４毎にポンプ４０が必要となり、電子機器が大型化する。また、寿命部品である複数のポンプ４０を交換容易な位置に配置する場合には、電子機器の構造が複雑化する。

【0063】

これに対し、図２に示される本実施形態に係る冷却装置２０によれば、複数の蒸発器２４よりも高い位置には、冷媒２２を貯蔵する第二タンク３４が配置されており、第二タンク３４と第一タンク３２とは、バイパス管４２によって接続されている。また、図３に示されるように、第二タンク３４のバイパス管４２との第一接続口５４は、第二タンク３４の各分配管３６との第二接続口５６、及び第二タンク３４の接続管３８との第三接続口５８よりも高い位置に形成されている。さらに、バイパス管４２の内径は、各分配管３６の内径よりも大きい。

【0064】

したがって、第二タンク３４から複数の分配管３６を介して複数の蒸発器２４に冷媒２２を分配する際に、第二タンク３４に貯蔵された冷媒２２の一部は、バイパス管４２を介して第一タンク３２に戻される。これにより、ポンプ４０の圧力がバイパス管４２側に逃げるので、ポンプ４０の圧力が複数の分配管３６側に作用することが抑制される。

【0065】

そして、この状態では、ポンプレスの沸騰式冷却装置と同様に、複数のデバイス１８の発熱量に応じて第二タンク３４から複数の蒸発器２４の各々へ冷媒２２が自重で流れ込む。すなわち、複数の蒸発器２４の各々には、蒸発して減った分の冷媒２２が供給される。これにより、消費電力の異なる複数のデバイス１８が複数の蒸発器２４によって持続的に適切に冷却できる。

【0066】

また、本実施形態に係る冷却装置２０では、第二タンク３４が、一例として電子機器１０の上部に配置されているが、凝縮器２８は、第二タンク３４と水平方向にずれて配置されている。したがって、ポンプレスである第一比較例に係る冷却装置１２０（図５参照）のように、凝縮器２８がタンク１３２よりもさらに高い位置に配置される場合に比して、電子機器１０を高さ方向に小型化できる。これにより、電子機器１０をラックに搭載する場合には、ラックに搭載できる電子機器１０の数を増加させることができる。

【0067】

また、本実施形態に係る冷却装置２０では、ポンプ４０が一つで足りる。したがって、複数のポンプ４０を備える第二比較例に係る冷却装置２２０（図６参照）に比して、電子機器１０を小型化できる。また、寿命部品であるポンプ４０を交換容易な位置に配置する場合でも、電子機器１０の構造が複雑化することを抑制できるので、電子機器１０の構造を簡素化できる。なお、冷却装置２０は、複数のポンプ４０を用いた所謂冗長構成でもよい。

【0068】

さらに、本実施形態に係る冷却装置２０では、第一タンク３２及びポンプ４０が、複数の蒸発器２４よりも低い位置に配置されている。したがって、電子機器１０の下部のスペースを第一タンク３２及びポンプ４０の配置のために有効に活用できると共に、重量物である第一タンク３２及びポンプ４０を電子機器１０の下部に配置することにより、電子機器１０の重心を下げることができる。

【0069】

次に、本実施形態の変形例を説明する。

【0070】

上記実施形態において、バイパス管４２は、第二タンク３４と第一タンク３２とを接続しているが、図４に示されるように、バイパス管４２は、第二タンク３４と液相管３０とを接続していてもよい。このように構成されていても、第二タンク３４に貯蔵された冷媒２２の一部がバイパス管４２及び液相管３０を介して第一タンク３２に戻されるので、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

【0071】

また、上記実施形態において、複数の蒸発器２４は、複数の枝管２６Ａと幹管２６Ｂとを有する気相管２６によって凝縮器２８と接続されているが、複数の蒸発器２４は、互いに独立した複数の気相管２６によって凝縮器２８と接続されてもよい。

【0072】

また、上記実施形態において、第二接続口５６は、第三接続口５８よりも低い位置に形成されている。しかしながら、第一接続口５４が第二接続口５６及び第三接続口５８よりも高い位置に形成されていれば、第二接続口５６は、第三接続口５８と同じ高さ、又は第三接続口５８よりも高い位置に形成されていてもよい。

【0073】

また、上記実施形態において、冷却装置２０は、ネットワーク装置である電子機器１０に搭載されているが、ネットワーク装置以外の電子機器に搭載されてもよい。

【0074】

また、上記実施形態において、蒸発器２４は、デバイス１８と熱的に接続されているが、デバイス１８以外の発熱部と熱的に接続されていてもよい。

【0075】

以上、本願の開示する技術の一実施形態について説明したが、本願の開示する技術は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

【0076】

なお、上述の本願の開示する技術の一実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

【0077】

（付記１）
複数の発熱部と熱的に接続される複数の蒸発器と、
前記複数の蒸発器と気相管を介して接続された凝縮器と、
前記凝縮器と液相管を介して接続され、冷媒を貯蔵する第一タンクと、
前記複数の蒸発器よりも高い位置に配置され、前記冷媒を貯蔵する第二タンクと、
前記第二タンクと前記複数の蒸発器の各々とを接続する複数の分配管と、
前記第一タンクと前記第二タンクとの間に接続管を介して接続されたポンプと、
前記第二タンクと前記第一タンク又は前記液相管とを接続するバイパス管と、
を備え、
前記第二タンクの前記バイパス管との第一接続口は、前記第二タンクの各前記分配管との第二接続口、及び前記第二タンクの前記接続管との第三接続口よりも高い位置に形成され、
前記バイパス管の内径は、各前記分配管の内径よりも大きい、
冷却装置。
（付記２）
前記凝縮器は、前記第二タンクと水平方向にずれて配置されている、
付記１に記載の冷却装置。
（付記３）
前記第一タンクは、前記複数の蒸発器よりも低い位置に配置されている、
付記１又は付記２に記載の冷却装置。
（付記４）
前記ポンプは、前記複数の蒸発器よりも低い位置に配置されている、
付記１～付記３のいずれか一項に記載の冷却装置。
（付記５）
前記第一タンクは、前記第二タンクよりも低い位置に配置されている、
付記１～付記４のいずれか一項に記載の冷却装置。
（付記６）
前記ポンプは、前記第二タンクよりも低い位置に配置されている、
付記１～付記５のいずれか一項に記載の冷却装置。
（付記７）
前記凝縮器は、前記第一タンクよりも高い位置に配置されている、
付記１～付記６のいずれか一項に記載の冷却装置。
（付記８）
前記第一タンク又は前記第二タンクの上部は、一部又は全部が開放されている、
付記１～付記７のいずれか一項に記載の冷却装置。
（付記９）
前記第一接続口の開口面積は、各前記第二接続口の開口面積よりも大きい、
付記１～付記８のいずれか一項に記載の冷却装置。
（付記１０）
前記第二タンクは、底壁部と、前記底壁部の周囲に形成された周壁部とを有し、
前記第一接続口、前記第二接続口、及び前記第三接続口は、いずれも前記周壁部に形成されている、
付記１～付記９のいずれか一項に記載の冷却装置。
（付記１１）
前記第二タンクにおける前記冷媒の水位は、前記第一接続口の下端よりも高い位置に設定されている、
付記１～付記１０のいずれか一項に記載の冷却装置。
（付記１２）
複数のデバイスが搭載された複数の電子ユニットと、
前記複数のデバイスを冷却する冷却装置と、
を備え、
前記冷却装置は、
複数の発熱部と熱的に接続された複数の蒸発器と、
前記複数の蒸発器と気相管を介して接続された凝縮器と、
前記凝縮器と液相管を介して接続され、冷媒を貯蔵する第一タンクと、
前記複数の蒸発器よりも高い位置に配置され、前記冷媒を貯蔵する第二タンクと、
前記第二タンクと前記複数の蒸発器の各々とを接続する複数の分配管と、
前記第一タンクと前記第二タンクとの間に接続管を介して接続されたポンプと、
前記第二タンクと前記第一タンク又は前記液相管とを接続するバイパス管と、
を備え、
前記第二タンクの前記バイパス管との第一接続口は、前記第二タンクの各前記分配管との第二接続口、及び前記第二タンクの前記接続管との第三接続口よりも高い位置に形成され、
前記バイパス管の内径は、各前記分配管の内径よりも大きい、
電子機器。
（付記１３）
複数の発熱部と熱的に接続された複数の蒸発器で前記複数のデバイスの熱により冷媒を蒸発させ、
前記複数の蒸発器と気相管を介して接続された凝縮器で前記冷媒を凝縮し、
前記凝縮器と液相管を介して接続された第一タンクに前記冷媒を貯蔵し、
前記複数の蒸発器よりも高い位置に配置された第二タンクに前記第一タンクに貯蔵された前記冷媒をポンプによって移送して前記第二タンクに前記冷媒を貯蔵し、
前記第二タンクから複数の分配管を介して前記複数の蒸発器の各々に前記冷媒を分配する、
ことを含み、
前記第二タンクから前記複数の分配管を介して前記複数の蒸発器の各々に前記冷媒を分配する際に、前記第二タンクに貯蔵された前記冷媒の一部をバイパス管を介して前記第一タンクに戻すことで、前記ポンプの圧力を前記バイパス管側に逃して前記ポンプの圧力が前記複数の分配管側に作用することを抑制し、前記複数のデバイスの発熱量に応じて前記第二タンクから前記複数の蒸発器の各々へ前記冷媒が自重で流れ込むようにする、
冷却方法。

【符号の説明】

【0078】

１０ 電子機器
１４ 電子ユニット
１８ デバイス（発熱部の一例）
２０ 冷却装置
２２ 冷媒
２４ 蒸発器
２６ 気相管
２６Ａ 枝管
２６Ｂ 幹管
２８ 凝縮器
３０ 液相管
３２ 第一タンク
３４ 第二タンク
３６ 分配管
３８ 接続管
３８Ａ 第一接続管
３８Ｂ 第二接続管
４０ ポンプ
４２ バイパス管
５４ 第一接続口
５６ 第二接続口
５８ 第三接続口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】