特許 7565963 冷却装置およびアレイモジュール

(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】2024-10-03

(45)【発行日】2024-10-11

(54)【発明の名称】冷却装置およびアレイモジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/427 20060101AFI20241004BHJP

   F28D 15/02 20060101ALI20241004BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20241004BHJP

【ＦＩ】

H01L23/46 A

F28D15/02 M

F28D15/02 101D

F28D15/02 101H

F28D15/02 101K

H05K7/20 Q

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2022030874

(22)【出願日】2022-03-01

(65)【公開番号】P2023001006

(43)【公開日】2023-01-04

【審査請求日】2023-11-09

(31)【優先権主張番号】P 2021100795

(32)【優先日】2021-06-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】坂田 雄基

(72)【発明者】

【氏名】森山 貴司

(72)【発明者】

【氏名】吉瀬 幸司

(72)【発明者】

【氏名】櫻井 貴夫

【審査官】栗栖 正和

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１３２６６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０６１２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第６９４８５５６（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開２０１５－０５５３８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／４２７

Ｆ２８Ｄ １５／０２

Ｈ０５Ｋ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つの第１発熱体を冷却する冷却装置であって、
冷媒が循環する冷媒回路を備え、
前記冷媒回路は、
前記少なくとも１つの第１発熱体から前記冷媒に熱を伝える第１受熱部と、
前記第１受熱部から流出した前記冷媒から熱を奪う放熱部と、
前記第１受熱部および前記放熱部よりも下方に配置されており、前記第１受熱部および前記放熱部の各々と直列に接続されており、前記第１受熱部から流出した液相の前記冷媒および前記放熱部から流出した液相の前記冷媒が溜まる液溜まり部と、
前記液溜まり部から前記第１受熱部に前記冷媒を送り出すポンプとを含み、
前記第１受熱部は、前記少なくとも１つの第１発熱体が搭載される受熱面と、前記受熱面よりも上方に位置し前記ポンプから送り出された前記冷媒が流入する流入部と、前記受熱面よりも上方に位置し前記冷媒が前記放熱部に流出する第１流出部と、前記受熱面よりも下方に位置し前記冷媒が前記液溜まり部に流出する第２流出部とを有し、
前記冷媒回路は、前記ポンプと前記第１受熱部の前記流入部との間を接続する第１流路をさらに含む、冷却装置。

【請求項2】

前記第１流路は、少なくとも１つの第２発熱体から前記冷媒に熱を伝える第２受熱部を有している、請求項１に記載の冷却装置。

【請求項3】

前記冷媒回路は、
前記第１流出部と前記放熱部との間を接続する第２流路と、
前記放熱部と前記ポンプとの間を接続する第３流路と、
前記第２流路よりも下方に配置されており、前記第２流出部から流出した前記冷媒を前記第３流路に戻すための第４流路とを含み、
前記ポンプの動作停止時に、前記第１流路よりも下流であって前記ポンプよりも上流側に溜まる液相の前記冷媒の体積のうち前記第４流路よりも下方に位置する第１空間に溜まる前記冷媒の体積は、前記第１流路のうち前記冷媒の液面より上方に位置する上方空間の体積よりも大きく、
前記ポンプの動作停止時に、前記第１流路よりも下流であって前記ポンプよりも上流側に溜まる液相の前記冷媒の体積のうち前記第１空間よりも上方に溜まる前記冷媒の体積は、前記上方空間の体積と同等あるいはそれよりも小さい、請求項１または２に記載の冷却装置。

【請求項4】

前記冷媒回路は、
前記第１流出部と前記放熱部との間を接続する第２流路と、
前記放熱部と前記ポンプとの間を接続する第３流路と、
前記第２流路よりも下方に配置されており、前記第２流出部から流出した前記冷媒を前記第３流路に戻すための第４流路と、
前記第２流路と前記第４流路との間を接続する第５流路とをさらに含み、
前記第２流路は、第１配管を有し、
前記第５流路は、前記第１配管から分岐されており、前記第１配管から離れるにつれて下方に向かうように延びている第２配管を有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の冷却装置。

【請求項5】

前記第１配管の管径は、前記第２配管の管径よりも大きい、請求項４に記載の冷却装置。

【請求項6】

前記第２配管は、管状の母材と、前記母材の内周面上に配置された表面層とを含み、
前記表面層と前記冷媒の液滴との接触角は、前記母材と前記冷媒の液滴との接触角よりも大きい、請求項４または５に記載の冷却装置。

【請求項7】

前記第２流路は、前記第１流出部側から前記第２配管側に向かうにつれて下方に向かうように延びている第１傾斜部を有している、請求項４～６のいずれか１項に記載の冷却装置。

【請求項8】

前記第２流路は、前記第１傾斜部よりも下流側に位置し、前記第１傾斜部から離れるにつれて上方に向かうように延びている第２傾斜部を有している、請求項７に記載の冷却装置。

【請求項9】

前記冷媒回路は、前記第２流路のうち前記第１配管よりも前記放熱部側に位置する部分と前記第５流路との間を接続する第６流路をさらに含み、
前記第６流路は、前記第５流路と接続されている部分に向かうにつれて下方に向かうように、傾斜している、請求項４～８のいずれか１項に記載の冷却装置。

【請求項10】

前記第１受熱部の内周面には、複数の溝が形成されている、請求項１～９のいずれか１項に記載の冷却装置。

【請求項11】

前記冷媒回路は、前記第１流路から分岐されており、かつ前記第１受熱部において前記流入部よりも下方に位置する部分に接続されている少なくとも１つの分岐部をさらに含む、請求項１～１０のいずれか１項に記載の冷却装置。

【請求項12】

前記少なくとも１つの分岐部は、複数の分岐部であり、
前記複数の分岐部は、第１分岐部と、前記第１分岐部よりも下方に位置する第２分岐部とを有し、
前記第２分岐部の流路断面積は、前記第１分岐部の流路断面積よりも小さい、請求項１１に記載の冷却装置。

【請求項13】

前記冷媒回路は、少なくとも前記第２分岐部内に配置されている流路抵抗体をさらに含む、請求項１２に記載の冷却装置。

【請求項14】

アレイモジュールであって、
請求項１～１３のいずれか１項に記載の冷却装置と、
前記受熱面に搭載され、かつ少なくとも重力方向に配列された複数の前記第１発熱体とを備え、
前記アレイモジュールの動作時に、前記冷媒の液面が、前記第２流出部よりも下方に配置される、アレイモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、冷却装置およびアレイモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

発熱体にて生じた熱量を輸送し冷却するために、冷媒の潜熱を利用した冷却装置が知られている。このような冷却装置は、複数の発熱体が配列されたアレイモジュールの冷却にも利用されている。

【0003】

上記冷却装置では、発熱体から冷媒に熱を伝えるための受熱部の伝熱面積が大きくなると、受熱部内の冷媒の容積が増大し、受熱部内において冷媒が沸騰を開始するまでに要する時間が長くなり、受熱部の温度が一時的に上昇して高くなる。

【0004】

特開２０１５－１２９５９４号公報（特許文献１）には、受熱部に流入する冷媒を沸騰手前の状態にまで十分に加熱するための予熱部を備えた冷却装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１５－１２９５９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載の冷却装置では、冷媒が受熱部内を下方から上方に流れるように設けられているため、受熱部の下方を流れる冷媒中の液相冷媒の割合は、受熱部の上方を流れる冷媒中の液相冷媒の割合よりも高くなる。言い換えると、受熱部を流れる冷媒の乾き度は、一様ではない。

【0007】

そのため、特許文献１に記載の冷却装置では、受熱部の伝熱面が上下方向に広くなるほど、冷却性能のばらつきが大きくなり、安定して冷却することは困難となる。

【0008】

本開示の第１の目的は、伝熱面積が大きい場合にも、冷却性能のばらつきが抑制されている冷却装置を提供することにある。

【0009】

本開示の第２の目的は、複数の発熱体を備え、複数の発熱体の各々に対する冷却性能のばらつきが抑制されているアレイモジュールを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本開示に係る冷却装置は、少なくとも１つの第１発熱体を冷却する冷却装置である。冷却装置は、冷媒が循環する冷媒回路を備える。冷媒回路は、少なくとも１つの第１発熱体から冷媒に熱を伝える第１受熱部と、第１受熱部から流出した冷媒から熱を奪う放熱部と、第１受熱部および放熱部よりも下方に配置されており、第１受熱部および放熱部の各々と直列に接続されており、第１受熱部から流出した液相の冷媒および放熱部から流出した液相の冷媒が溜まる液溜まり部と、液溜まり部から第１受熱部に冷媒を送り出すポンプとを含む。第１受熱部は、少なくとも１つの第１発熱体が搭載される受熱面と、受熱面よりも上方に位置しポンプから送り出された冷媒が流入する流入部と、受熱面よりも上方に位置し冷媒が放熱部に流出する第１流出部と、受熱面よりも下方に位置し冷媒が液溜まり部に流出する第２流出部とを有する。冷媒回路は、ポンプと第１受熱部の流入部との間を接続する第１流路をさらに含む。

【発明の効果】

【0011】

本開示によれば、伝熱面積が大きい場合にも、冷却性能のばらつきが抑制されている冷却装置を提供できる。また、本開示によれば、複数の発熱体を備え、複数の発熱体の各々に対する冷却性能のばらつきが抑制されているアレイモジュールを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施の形態１に係る冷却装置およびアレイモジュールを説明するための図である。

【図2】図１中の線分ＩＩ－ＩＩから視た断面図である。

【図3】実施の形態１に係る冷却装置およびアレイモジュールの第１変形例を説明するための断面図である。

【図4】実施の形態１に係る冷却装置およびアレイモジュールの第２変形例を説明するための断面図である。

【図5】実施の形態２に係る冷却装置およびアレイモジュールが動作を停止している状態を説明するための図である。

【図6】実施の形態３に係る冷却装置およびアレイモジュールを説明するための図である。

【図7】実施の形態３に係る冷却装置およびアレイモジュールの第１変形例を説明するための図である。

【図8】実施の形態３に係る冷却装置およびアレイモジュールの第２変形例を説明するための図である。

【図9】実施の形態３に係る冷却装置およびアレイモジュールの第３変形例を説明するための図である。

【図10】実施の形態３に係る冷却装置およびアレイモジュールの第４変形例を説明するための図である。

【図11】実施の形態３に係る冷却装置およびアレイモジュールの気液分離管の変形例を説明するための図である。

【図12】実施の形態３に係る冷却装置およびアレイモジュールの第１配管の変形例を説明するための図である。

【図13】実施の形態３に係る冷却装置およびアレイモジュールの第１配管の変形例を説明するための図である。

【図14】実施の形態４に係る冷却装置およびアレイモジュールを説明するための図である。

【図15】図１４中の線分ＸＶ－ＸＶから視た断面図である。

【図16】図１５中の線分ＸＶＩ－ＸＶＩから視た断面図である。

【図17】実施の形態４に係る冷却装置の第１変形例を説明するための断面図である。

【図18】実施の形態４に係る冷却装置の第２変形例を説明するための断面図である。

【図19】実施の形態４に係る冷却装置の第３変形例を説明するための断面図である。

【図20】実施の形態５に係る冷却装置およびアレイモジュールを説明するための図である。

【図21】実施の形態５に係る冷却装置およびアレイモジュールの第１変形例を説明するための図である。

【図22】実施の形態５に係る冷却装置およびアレイモジュールの第２変形例を説明するための図である。

【図23】図２２に示される第２変形例の第１受熱部の変形例を説明するための断面図である。

【図24】実施の形態５に係る冷却装置およびアレイモジュールの第３変形例を説明するための図である。

【図25】図２４中に示される第１分岐流路の断面図である。

【図26】図２４中に示される第２分岐流路の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して、本開示の実施の形態について説明する。なお、説明の便宜上、各図には互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向を有する直交座標系が示されている。Ｚ方向は、重力方向とは反対方向である。以下では、比較対象よりも重力方向に沿った方向を下方とよび、その反対を上方とよぶ。

【0014】

実施の形態１．
＜冷却装置およびアレイモジュールの構成＞
図１に示されるように、実施の形態１に係るアレイモジュール２００は、冷却装置１００と、冷却装置１００によって冷却される複数の発熱体１１０（第１発熱体）とを備える。複数の発熱体１１０の各々は、通電により発熱する電子部品である。複数の発熱体１１０の各々は、少なくともＺ方向に配列している。複数の発熱体１１０の各々は、Ｚ方向およびＸ方向の各々に配列していてもよい。

【0015】

図１に示されるように、冷却装置１００は、冷媒が循環する冷媒回路を備える。冷媒回路には、冷媒が封入されている。冷媒回路に封入された冷媒は、気液間の相変化を伴いながら、冷媒回路を循環する。冷媒回路は、第１受熱部１、放熱部２、液溜まり部３、およびポンプ４を含む。冷媒回路は、さらに、ポンプ４と第１受熱部１との間を接続する第１流路Ｆ１、第１受熱部１と放熱部２との間を接続する第２流路Ｆ２、放熱部２とポンプ４との間を接続する第３流路Ｆ３、および第１受熱部１と第３流路Ｆ３との間を接続する第４流路Ｆ４を含む。

【0016】

第１受熱部１は、複数の発熱体１１０から第１受熱部１の内部を流れる冷媒に熱を伝えるように設けられている。第１受熱部１は、複数の発熱体１１０に生じた熱が第１受熱部１の内部を流れる液相冷媒の潜熱となるように設けられている。

【0017】

第１受熱部１は、筒状部材１０を有する。筒状部材１０の軸線は、Ｚ方向に沿って延びている。筒状部材１０の内周面に囲まれた内部空間は、上記冷媒回路の一部を構成している。筒状部材１０は、例えば１つの内部空間のみを有している。なお、筒状部材１０は、互いに区画された複数の内部空間を有していてもよい。

【0018】

筒状部材１０の外周面の少なくとも一部は、複数の発熱体１１０が搭載される受熱面１０Ａを構成している。受熱面１０Ａは、例えばＺ方向およびＸ方向に沿って延びる１つの平面である。受熱面１０Ａは、筒状部材１０の外周面のうちＺ方向に沿って延びる少なくとも１つの平面または曲面であればよい。筒状部材１０の外周面のうちＺ方向に沿って延びる複数の平面が受熱面１０Ａを構成していてもよい。好ましくは、筒状部材１０を構成する材料は、熱伝導率が比較的高い材料であり、例えば銅（Ｃｕ）およびアルミニウム（Ａｌ）の少なくともいずれかを含む。好ましくは、筒状部材１０の受熱面１０Ａおよび内周面は、単一の部材の表面である。

【0019】

受熱面１０Ａには、複数の発熱体１１０の各々を固定するための構造が設けられている。受熱面１０Ａには、例えば複数の発熱体１１０の各々を機械的に締結するための複数のネジ穴が形成されている。

【0020】

受熱面１０Ａの面積は、特に制限されないが、例えば１ｍ²以上である。受熱面１０Ａの面積は、１０ｍ²以上であってもよい。受熱面１０ＡのＺ方向の長さは、特に制限されないが、例えば１ｍ以上である。受熱面１０ＡのＺ方向の長さは、例えば１０ｍ以上であってもよい。受熱面１０ＡのＺ方向の長さは、例えば受熱面１０ＡのＸ方向の長さよりも長い。

【0021】

第１受熱部１は、筒状部材１０のＺ方向の上方端部に接続されており、液相冷媒が筒状部材１０の外部から内部空間に流入するための流入部１１をさらに有する。流入部１１は、後述する第１流路Ｆ１の上方端部に接続されている流入口と、下方を向いて開口しており筒状部材１０の上方の開口部と接続されている流出口１１Ａとを有している。第１流路Ｆ１を流れた液相冷媒は、流入部１１の流入口および流出口１１Ａを順に流れて、筒状部材１０の内部空間に流入する。流入部１１は、流入部１１から筒状部材１０内に流入した液相冷媒が筒状部材１０の内周面に沿って上方から下方に流れるように設けられている。

【0022】

第１受熱部１は、筒状部材１０のＺ方向の上方端部に接続されており、気相または気液二相の冷媒（以下、ガス冷媒とよぶ）が筒状部材１０の内部空間から外部に流出するための第１流出部１２をさらに有する。第１流出部１２は、後述する第２流路Ｆ２に接続されている。第１流出部１２は、筒状部材１０の内部空間において蒸発したガス冷媒が当該内部空間から流出するように設けられている。第１流出部１２は、液相冷媒が流出しにくいように設けられている。第１流出部１２は、下方を向いて開口しており筒状部材１０の上方の開口部と接続されている流入口１２Ａと、後述する第２流路Ｆ２の上流側に位置する端部に接続されている流出口とを有している。Ｚ方向から視て、第１流出部１２の流入口１２Ａは、例えば流入部１１の流出口１１Ａの一部と重なるように設けられている。Ｚ方向から視て、第１流出部１２の流入口１２Ａは、例えば流入部１１の流出口１１Ａの内周面よりも内側に配置されている。Ｚ方向から視て、第１流出部１２の流入口１２Ａは、例えば流入部１１の流出口１１Ａの中央部と重なるように配置されている。なお、第１流出部１２の流入口１２Ａは、Ｚ方向から視て、発熱体１１０が搭載されている筒状部材１０の受熱面１０Ａと間隔を空けて配置されていればよい。例えば、Ｚ方向から視て、第１流出部１２の流入口１２Ａは、流入部１１の流出口１１Ａの中央部に対して受熱面１０Ａとは反対側に配置されていてもよい。

【0023】

第１受熱部１は、筒状部材１０のＺ方向の下方端部に接続されており、液相冷媒が筒状部材１０の内部空間から外部に流出するための第２流出部１３をさらに有する。第２流出部１３は、後述する第４流路Ｆ４に接続されている。第２流出部１３は、上方を向いて開口しており筒状部材１０の下方の開口部と接続されている流入口と、後述する第４流路Ｆ４の上方端部に接続されている流出口とを有している。

【0024】

第１受熱部１は、筒状部材１０の内部において、内周面に沿って上方から下方に向かう液相冷媒の流れと、当該液相冷媒の流れよりも内側を下方から上方に向かうガス冷媒の流れとが同時に形成されるように、設けられている。好ましくは、筒状部材１０の内周面に、液相冷媒がガス冷媒と衝突することにより飛散することを抑制するために、溝ならびに一端および他端の双方が当該内周面に開口している連通孔の少なくともいずれかが形成されている。筒状部材１０の内周面には、例えば多孔体またはメッシュなどの構造体が取り付けられている。

【0025】

放熱部２は、第１受熱部１から流出したガス冷媒から熱を奪うように設けられている。言い換えると、放熱部２は、第１受熱部１にて蒸発したガス冷媒を液相冷媒に凝縮する凝縮器である。放熱部２は、ガス冷媒が放熱部２の外部から内部に流入するための流入口と、流入口よりも下方に配置されており、液相冷媒が放熱部２の内部から外部に流出するための流出口を有する。放熱部２の流入口は、後述する第２流路Ｆ２を介して第１受熱部１の第１流出部１２と接続されている。放熱部２の流出口は、後述する第３流路Ｆ３の上方端部に接続されている。

【0026】

放熱部２は、例えば上記冷媒回路を流れる冷媒が外部を流れる空気と熱交換する熱交換器である。放熱部２は、例えばフィンアンドチューブ型の熱交換器である。このような放熱部２は、内部を冷媒が流れる伝熱管と、伝熱管と接合されたフィンとを備える。フィンの構造は、特に制限されないが、例えばプレートフィン、棒状フィン、またはコルゲートフィンである。伝熱管とフィンとの接合方法は、特に制限されないが、例えば圧入、かしめ、ロウ付け、はんだ、または熱伝導性が良好なグリースもしくは接着剤を用いた接着である。放熱部２は、上記冷媒回路を流れる冷媒が他の回路を流れる熱媒体と熱交換するプレート式熱交換器であってもよい。なお、図１では、放熱部２内に１つの冷媒流路のみが図示されているが、放熱部２の内部には複数の冷媒流路が形成されていてもよい。

【0027】

液溜まり部３は、第１受熱部１の第２流出部１３および放熱部２の流出口よりも下方に配置されている。液溜まり部３は、第１受熱部１の第２流出部１３から流出した液相冷媒、および放熱部２の流出口から流出した液相冷媒が溜まるように設けられている。液溜まり部３は、上記冷媒回路において、第１受熱部１および放熱部２よりも下流であってポンプ４よりも上流に配置されている。液溜まり部３は、後述する第３流路Ｆ３の一部および第４流路Ｆ４の少なくとも一部により構成されている。

【0028】

ポンプ４は、液溜まり部３から第１受熱部１に液相冷媒を送り出すように設けられている。ポンプ４は、液相冷媒を吸い込む吸込口と、吸込口から吸い込んだ液相冷媒を吐き出す吐出口とを有する。上述のように、ポンプ４の吸込口は、後述する第３流路Ｆ３と接続されている。ポンプ４の吐出口は、第１流路Ｆ１の下方端部に接続されている。ポンプ４は、第１受熱部１の第２流出部１３および放熱部２の流出口よりも下方に配置されている。

【0029】

第１流路Ｆ１は、ポンプ４から吐出された液相冷媒を第１受熱部１に流入させるための流路である。第１流路Ｆ１は、ポンプ４の吐出口と第１受熱部１の流入部１１の流入口との間を接続している。第１流路Ｆ１は、ポンプ４の吐出口と接続されている下方端部と、第１受熱部１の流入部１１の流入口と接続されている上方端部とを有している。第１流路Ｆ１は、Ｚ方向に沿って延びている配管５を有している。第１流路Ｆ１のＺ方向の長さは、第１受熱部１のＺ方向の長さよりも長い。

【0030】

第２流路Ｆ２は、第１受熱部１にて蒸発したガス冷媒を放熱部２に流入させるための流路である。第２流路Ｆ２は、第１受熱部１の第１流出部１２と放熱部２の流入口との間を接続している。第２流路Ｆ２は、Ｚ方向と交差する方向に沿って延びている配管６を有している。配管６は、例えばＹ方向に沿って延びている。

【0031】

第３流路Ｆ３は、放熱部２にて凝縮された液相冷媒をポンプ４に戻すための流路である。第３流路Ｆ３は、放熱部２の流出口とポンプ４の吸込口との間を接続している。第３流路Ｆ３は、例えば液相冷媒が貯留されるタンク９を含む。タンク９は、第１受熱部１の第２流出部１３および放熱部２の流出口よりも下方に配置されている。

【0032】

第４流路Ｆ４は、第１受熱部１の流入部１１から筒状部材１０の内部に流入した液相冷媒のうち第２流出部１３に到達した液相冷媒を液溜まり部３に戻すための流路である。第３流路Ｆ３は、第１受熱部１の第２流出部１３と第３流路Ｆ３との間を接続している。第４流路Ｆ４は、Ｚ方向と交差する方向に沿って延びている配管７を有している。配管７は、例えばＹ方向に沿って延びている。配管７は、例えば、後述するアレイモジュール２００の動作時において、第２流出部１３から流出した液相冷媒が配管７の内部を流れるように設けられている。言い換えると、配管７は、液戻し部８を構成している。なお、配管７は、アレイモジュール２００の動作時において、第２流出部１３から流出した液相冷媒が配管７の内部の下方部分のみを流れるように設けられていてもよい。

【0033】

図２に示されるように、第１流路Ｆ１の配管５、第１受熱部１、および放熱部２は、例えばＹ方向において同一直線上に配置されている。液溜まり部３は、Ｚ方向から視て第１受熱部１および放熱部２の各々の少なくとも一部と重なるように配置されている。第１受熱部１の筒状部材１０の内部の液相冷媒の流れは、例えば筒状部材１０の内部のガス冷媒の流れをＹ方向において挟むように形成される。なお、Ｚ方向から視て、第１流出部１２の流入口１２Ａは、例えば流入部１１の流出口１１ＡとＹ方向に並んで配置されていてもよい。筒状部材１０の内部の液相冷媒の流れは、例えば筒状部材１０の内部のガス冷媒の流れに対して、Ｙ方向において受熱面１０Ａ側にのみ形成されてもよい。

【0034】

＜冷却装置およびアレイモジュールの動作＞
次に、冷却装置およびアレイモジュールの動作を説明する。図１中の実線の矢印は、当該矢印に隣り合う流路を流れる液相冷媒の主流の向きを示している。図１中の破線の矢印は、当該矢印に隣り合う流路を流れる気相または気液二相の冷媒の主流の向きを示している。

【0035】

冷媒回路に封入された冷媒は、ポンプ４によって冷媒回路内を循環する。冷媒回路に封入された冷媒量は、アレイモジュール２００の動作時に、第１流路Ｆ１よりも下流に形成される冷媒の液面が、最も下方に配置された発熱体１１０よりも下方に形成されるように設定されている。好ましくは、冷媒回路に封入された冷媒量は、アレイモジュール２００の動作時に、第１流路Ｆ１よりも下流に形成される冷媒の液面が、第１受熱部１よりも下方であって、第３流路Ｆ３内に形成されるように設定されている。異なる観点から言えば、好ましくは、冷媒回路に封入された冷媒量は、アレイモジュール２００の動作時において、液相冷媒が第１流路Ｆ１の全体、第３流路Ｆ３の一部、および液溜まり部３の全体を満たすように、設定されている。

【0036】

ポンプ４は、液溜まり部３から第１受熱部１の流入部１１に液相冷媒を送り出す。ポンプ４の吐出口から吐き出された液相冷媒は、第１流路Ｆ１を上方に向かって流れた後、第１受熱部１の流入部１１に流入する。流入部１１から筒状部材１０の内部空間に流入した液相冷媒は、筒状部材１０の内周面に沿って上方から下方に流れる。受熱面１０Ａに搭載された発熱体１１０が発熱していると、発熱体１１０に生じた熱は、受熱面１０Ａおよび筒状部材１０の内周面を経て液相冷媒に伝わり、液相冷媒を蒸発させるための潜熱に利用される。この結果、発熱体１１０および筒状部材１０は、冷媒に熱を奪われるため、冷却される。

【0037】

上記潜熱を吸収したガス冷媒は、筒状部材１０の内部を下方から上方に向かって流れる。つまり、筒状部材１０の内部において、冷媒の気液分離が行われる。ガス冷媒は、第１流出部１２および第２流路Ｆ２を経て放熱部２に流入し、放熱部２において低温の熱輸送媒体と熱交換する。この結果、ガス冷媒は、冷却され凝縮し、液相冷媒に変化する。放熱部２にて凝縮した液相冷媒は放熱部２の流出口から流出（例えば滴下）し、第３流路Ｆ３を経てポンプ４に流入する。

【0038】

また、上記潜熱を吸収することなく筒状部材１０の下方端部に達した液相冷媒は、第２流出部１３および第３流路Ｆ３を経て液溜まり部３に流入する。

【0039】

＜冷却装置およびアレイモジュールの効果＞
冷却装置１００は、第１受熱部１に流入した液相冷媒が第１受熱部１内を上方から下方に向かって流れるように設けられているため、液相冷媒が受熱部内を下方から上方に向かって流れる上記特許文献１に記載の冷却装置と比べて、第１受熱部１の下方を流れる冷媒中の液相冷媒の割合と、第１受熱部１の上方を流れる冷媒中の液相冷媒の割合との差が小さくなる。そのため、冷却装置１００では、特許文献１に記載の冷却装置と比べて、冷却性能のＺ方向のばらつきが抑制されている。

【0040】

特に、冷却装置１００では、受熱面１０ＡがＺ方向に広く設けられた場合にも、受熱面１０Ａに対する冷却性能のＺ方向のばらつきが抑制され得る。よって、冷却装置１００は、複数の発熱体１１０がＺ方向に配列されたアレイモジュール２００に好適である。

【0041】

また、上記特許文献１の冷却装置では、液相冷媒が受熱部内を下方から上方に向かって流れるため、動作時において液相冷媒が受熱部の下方部に貯留することになる。この場合、受熱部に流入する液相冷媒を予加熱しなければ、受熱部の下方部に貯留された液相冷媒は蒸発しにくく、いわゆる冷媒の沸騰遅れが生じやすい。また、仮に液相冷媒を予加熱すると、受熱部に貯留された液相冷媒の温度が上昇することにより受熱部の温度も上昇し、発熱体の冷却効率が低下する。

【0042】

これに対し、冷却装置１００では、冷媒回路に封入された冷媒量は、アレイモジュール２００の動作時において、液相冷媒が第１流路Ｆ１の全体、第３流路Ｆ３の一部、および液溜まり部３の全体を満たすように、設定されている。言い換えると、冷却装置１００は、アレイモジュール２００の動作時において、液相冷媒が第１受熱部１の内部に貯留されないように設けられている。そのため、冷却装置１００では、特許文献１の冷却装置と比べて、第１受熱部１の下方部においても液相冷媒は蒸発しやすく冷媒の沸騰遅れが抑制され得る。その結果、冷却性能のＺ方向のばらつきが抑制されている。さらに、冷却装置１００では、沸騰遅れを抑制するために第１受熱部１に流入する液相冷媒を予加熱する必要がないため、特許文献１の冷却装置と比べて、発熱体１１０をより効率的に冷却できる。

【0043】

＜変形例＞
図３は、冷却装置１００およびアレイモジュール２００の第１変形例を示す。図３に示される第１変形例は、第１流路Ｆ１の配管５が第１受熱部１とＸ方向に並んで配置されている点で、図２に示される冷却装置１００およびアレイモジュール２００とは異なる。液溜まり部３は、Ｚ方向から視て、第１受熱部１および放熱部２の各々と重ならない領域に配置されている部分を有している。ポンプ４は、Ｚ方向から視て、第１受熱部１および放熱部２の各々と重ならない領域に配置されている。上述のように、筒状部材１０の内部の液相冷媒の流れは、例えば筒状部材１０の内部のガス冷媒の流れに対して、Ｙ方向において受熱面１０Ａ側にのみ形成されている。

【0044】

図３に示される第１変形例では、図２に示される冷却装置１００およびアレイモジュール２００と比べて、Ｙ方向に小型化され得る。

【0045】

図４は、冷却装置１００およびアレイモジュール２００の第２変形例を示す。図４に示される第２変形例は、第１流路Ｆ１が少なくとも１つの発熱体１２０（第２発熱体）から液相冷媒に熱を伝える第２受熱部１４を有している点で、図２に示される冷却装置１００およびアレイモジュール２００とは異なる。第２受熱部１４は、複数の発熱体１１１に生じた熱が第２受熱部１４の内部を流れる液相冷媒に顕熱として伝わるように設けられている。第２受熱部１４は、例えば複数の発熱体１１１が搭載される受熱面１４Ａと、受熱面１４Ａよりも上方に位置しポンプから送り出された液相冷媒が流入する図示しない流入部と、受熱面１４Ａよりも上方に位置し液相冷媒が第１受熱部１に流出する図示しない流出部とを有する。

【0046】

図４に示される第２変形例では、第１受熱部１に流入する液相冷媒が第２受熱部１４にて予加熱される。そのため、第２変形例では、図２に示される冷却装置１００およびアレイモジュール２００と比べて、第１受熱部１に流入した液相冷媒の温度と当該液相冷媒の沸点（飽和温度）との差が小さくなるため、第１受熱部１に流入した液相冷媒が蒸発しやすくなる。その結果、発熱体１１０が発熱してから冷却されるまでの時間を短縮でき、発熱体１１０を安定して冷却できる。

【0047】

実施の形態２．
図５に示されるように、実施の形態２に係る冷却装置１０１およびアレイモジュール２０１は、実施の形態１に係る冷却装置１００およびアレイモジュール２００と基本的に同様の構成を備えるが、冷媒回路および冷媒回路に封入された冷媒量の各々が、アレイモジュール２０１の動作停止時の冷媒の液面の位置を考慮して設定されている点で、冷却装置１００およびアレイモジュール２００とは異なる。以下、冷却装置１０１およびアレイモジュール２０１が冷却装置１００およびアレイモジュール２００と異なる点を主に説明する。

【0048】

アレイモジュール２０１の動作停止時には、ポンプ４も動作を停止している。ポンプ４の動作停止時には、第１流路Ｆ１内における冷媒の液面ＬＳ、第１受熱部１および第３流路Ｆ３のいずれかにおける冷媒の液面ＬＳ、ならびに放熱部２および第３流路Ｆ３のいずれかにおける冷媒の液面ＬＳの各々のＺ方向の高さは、等しくなる。ポンプ４の動作停止時の冷媒の液面ＬＳは、液溜まり部３よりも上方かつ第１受熱部１の流入部１１よりも下方に配置される。ポンプ４の動作停止時に、第３流路Ｆ３の一部および第４流路Ｆ４の全部は、液相冷媒で満たされている。ポンプ４の動作停止時に、液相冷媒は、第１流路Ｆ１よりも下流かつポンプ４よりも上流において、第３流路Ｆ３のうち第４流路Ｆ４よりも下方に位置する第１空間（図５において冷媒回路のうち領域Ｒ１内に位置する空間）、および第１空間よりも上方に位置する第２空間（図５において冷媒回路のうち領域Ｒ２内に位置する空間）に溜まっている。ポンプ４の動作停止時に、冷媒の液面は、第１空間よりも上方に配置される。

【0049】

ポンプ４の動作停止時に、第１空間に溜まる冷媒の体積Ｖｌ₁は、第１流路Ｆ１のうち冷媒の液面ＬＳより上方に位置する上方空間の体積Ｖｐよりも大きい。ポンプ４の動作停止時に、第１流路Ｆ１よりも下流かつポンプ４よりも上流における第２空間に溜まる液相冷媒の体積Ｖｌ₂は、第１流路Ｆ１のうち冷媒の液面ＬＳより上方に位置する上方空間（図５において冷媒回路のうち領域Ｒ３内に位置する空間）の体積Ｖｐと同等またはそれよりも小さい。

【0050】

図５において、体積Ｖｌ₁は、冷媒回路のうち領域Ｒ１内に位置する空間の体積である。図５において、体積Ｖｌ₂は、冷媒回路のうち領域Ｒ２内に位置する空間の体積である。図５において、体積Ｖｐは、冷媒回路のうち領域Ｒ３内に位置する空間の体積である。

【0051】

このように、冷却装置１０１では、体積Ｖｌ₁＞体積Ｖｐ≧体積Ｖｌ₂の関係が成立する。

【0052】

第１流路Ｆ１の構成、第３流路Ｆ３の構成、ならびに液溜まり部３の構成の各々は、上記２つの関係が満たされるかぎりにおいて、任意に変更され得る。

【0053】

第１流路Ｆ１の一部分が他の部分よりも拡径されていてもよい。第１流路Ｆ１の上方端部と下方端部との間の中央部分が、上方端部および下方端部の各々に対して互いに並列に接続された複数の流路により構成されていてもよい。第３流路Ｆ３において第４流路Ｆ４と連結された部分とタンク９との間を接続する流路の数、およびタンク９の数は、複数であってもよい。

【0054】

冷却装置１０１およびアレイモジュール２０１では、上記関係が成立するため、アレイモジュール２０１の動作時に冷媒の液面が、確実に発熱体１１０よりも下方に配置される。そのため、冷却装置１０１およびアレイモジュール２０１は、最も下方に配置された発熱体１１０についても、それよりも上方に配置された発熱体１１０と同様に、安定して冷却できる。

【0055】

また、冷却装置１０１およびアレイモジュール２０１では、上記関係が成立するため、アレイモジュール２０１の動作時に冷媒の液面が、発熱体１１０よりも下方に確実に配置される。そのため、冷却装置１０１およびアレイモジュール２０１は、最も下方に配置された発熱体１１０についても、それよりも上方に配置された発熱体１１０と同様に、安定して冷却できる。

【0056】

また、冷却装置１０１およびアレイモジュール２０１では、上記関係が成立するため、アレイモジュール２０１の動作時に冷媒の液面が液溜まり部３よりも上方であって発熱体１１０よりも下方に確実に配置され、液戻り部８（図１参照）が確実に形成される。

【0057】

なお、冷却装置１００においても、アレイモジュールが非動作時の液面が配管７内あるいはそれよりも低い位置にあるように冷媒の封入量を設定することで、アレイモジュールの動作時における液面位置が第１受熱部１よりも下方に配置され得る。しかしながら、冷却に必要な冷媒を発熱体１１０に供給するためには、タンク９およびこれに連結する流路の体積を非動作時に配管５内の液相冷媒の液面よりも上方に位置する空間の体積（Ｖｐ）を超えるように大きくする必要があり、その結果、アレイモジュールを大型化する必要がある。

【0058】

これに対し、上記関係が成立する冷却装置１０１およびアレイモジュール２０１では、アレイモジュールの動作時に冷媒の液面が第３流路Ｆ３において第４冷媒流路Ｆ４よりも下方に配置される場合と比べて、第３流路Ｆ３の体積を小さくできる。つまり、上記関係が成立する冷却装置１０１およびアレイモジュール２０１では、アレイモジュール２０１の動作時に冷媒の液面が発熱体１１０よりも下方に確実に配置されながらも、アレイモジュールの動作時に冷媒の液面が第３流路Ｆ３において第４冷媒流路Ｆ４よりも下方に配置される場合と比べて小型化され得る。

【0059】

なお、実施の形態２に係る冷却装置１０１およびアレイモジュール２０１は、冷媒回路および冷媒回路に封入された冷媒量の各々がアレイモジュール２０１の動作停止時の冷媒の液面の位置を考慮して設定されている点を除き、図３に示される上記第１変形例および図４に示される上記第２変形例の少なくともいずれかと同様の構成を有していてもよい。

【0060】

実施の形態３．
図６に示されるように、実施の形態３に係る冷却装置１０２およびアレイモジュール２０２は、実施の形態１に係る冷却装置１００およびアレイモジュール２００と基本的に同様の構成を備えるが、冷媒回路が第２流路Ｆ２と第４流路Ｆ４との間を接続する第５流路Ｆ５をさらに含み、第５流路Ｆ５が気液分離管１５（第２配管）を有している点で、冷却装置１００およびアレイモジュール２００とは異なる。以下、冷却装置１０１およびアレイモジュール２０１が冷却装置１００およびアレイモジュール２００と異なる点を主に説明する。

【0061】

気液分離管１５は、Ｚ方向に沿って延びている。気液分離管１５の上方端部は、第２流路Ｆ２の配管６（第１配管）に連結されている。気液分離管１５の下方端部は、第３流路Ｆ３の配管７に連結されている。つまり、気液分離管１５（第２配管）は、第２流路Ｆ２の配管６（第１配管）の中間部分から分岐されている。気液分離管１５は、配管６から離れるにつれて下方に向かうように延びている。気液分離管１５の内周面は、例えば平滑面である。

【0062】

冷却装置１０２およびアレイモジュール２０２では、配管６を流れるガス冷媒、および気液分離管１５に流入したガス冷媒は、重力の作用のみにより気液分離される。配管６を流れるガス冷媒から気液分離された液相冷媒は、気液分離管１５を経て第３流路Ｆ３に流れる。さらに気液分離管１５に流入したガス冷媒から気液分離された液相冷媒は、気液分離管１５から第３流路Ｆ３に流れる。そのため、冷却装置１０２およびアレイモジュール２０２の放熱部２に流入するガス冷媒の乾き度は、冷却装置１００およびアレイモジュール２００の放熱部２に流入するガス冷媒の乾き度よりも高くなる。その結果、冷却装置１０２およびアレイモジュール２０２の放熱部２は、冷却装置１００およびアレイモジュール２００の放熱部２と比べて、ガス冷媒を効率的に冷却できる。

【0063】

＜変形例＞
図７は、冷却装置１０２およびアレイモジュール２０２の第１変形例である冷却装置１０３およびアレイモジュール２０３を示す。図７に示される第１変形例は、配管６の管径が気液分離管１５の管径よりも大きい点で、図６に示される冷却装置１０２およびアレイモジュール２０２とは異なる。

【0064】

このようにすれば、配管６の管径が気液分離管１５の管径と同等またはそれよりも小さい場合と比べて、配管６内においてガス冷媒に対する気液分離が促進される。その結果、図７に示される第１変形例の放熱部２は、冷却装置１０２およびアレイモジュール２０２の放熱部２と比べて、ガス冷媒をより効率的に冷却できる。

【0065】

図８は、冷却装置１０２およびアレイモジュール２０２の第２変形例である冷却装置１０４およびアレイモジュール２０４を示す。図９は、冷却装置１０２およびアレイモジュール２０２の第３変形例である冷却装置１０５およびアレイモジュール２０５を示す。図８に示される第２変形例および図９に示される第３変形例の各々は、第２流路Ｆ２のうち第１流出部１２側と気液分離管１５との間に接続されている部分が、第１流出部１２側から気液分離管１５側に向かうにつれて下方に向かうように延びている点で、図６に示される冷却装置１０２およびアレイモジュール２０２とは異なる。

【0066】

言い換えると、図８に示される第２変形例および図９に示される第３変形例は、配管６が第１流出部１２側から気液分離管１５側に向かうにつれて下方に向かうように延びている第１傾斜部６Ａを有している点で、図７に示される冷却装置１０２およびアレイモジュール２０２とは異なる。

【0067】

図８に示される第２変形例において、第２流路Ｆ２は、第１傾斜部６Ａと、第１傾斜部６Ａよりも下流側に位置し、第１傾斜部６Ａから離れるにつれて上方に向かうように延びている第２傾斜部６Ｂとを有している。気液分離管１５の上方端部は、例えば第１傾斜部６Ａと第２傾斜部６Ｂとの接続部に連結されている。言い換えると、気液分離管１５の上方端部は、第１傾斜部６Ａの下方端部および第２傾斜部６Ｂの下方端部の各々と連結されている。第１傾斜部６Ａおよび第２傾斜部６Ｂの各々は、直線状に延びている。第２流路Ｆ２は、Ｘ方向から視てＶ字状に設けられている。第２流路Ｆ２および第５流路Ｆ５は、Ｘ方向から視てＹ字状に設けられている。

【0068】

なお、第１傾斜部６Ａおよび第２傾斜部６Ｂの各々は、曲線状に延びていてもよい。配管６は、Ｘ方向から視てＵ字状に設けられていてもよい。第２流路Ｆ２は、第１傾斜部６Ａの下方端部と第２傾斜部６Ｂの下方端部との間を接続し、かつＹ方向に沿って延びる水平部をさらに有していてもよい。

【0069】

図９に示される第３変形例において、第２流路Ｆ２は、図８に示される第２傾斜部６Ｂを有していない。第２流路Ｆ２は、第１傾斜部６Ａと、第１傾斜部６Ａよりも下流側に位置し、Ｙ方向に沿って延びる水平部６Ｃとを有している。気液分離管１５の上方端部は、例えば第１傾斜部６Ａと水平部６Ｃとの接続部に連結されている。言い換えると、気液分離管１５の上方端部は、第１傾斜部６Ａの下方端部および水平部６Ｃの上流側に位置する端部の各々と連結されている。

【0070】

図８に示される第２変形例および図９に示される第３変形例では、冷却装置１０２およびアレイモジュール２０２と比べて、第２流路Ｆ２内においてガス冷媒に対する気液分離が促進されるため、放熱部２においてガス冷媒がより効率的に冷却され得る。

【0071】

図１０は、冷却装置１０２およびアレイモジュール２０２の第４変形例である冷却装置１０６およびアレイモジュール２０６を示す。図１０に示される第４変形例は、冷媒回路が第２流路Ｆ２のうち第５流路Ｆ５と接続されている部分（配管６）よりも放熱部２側に位置する部分と第５流路Ｆ５との間を接続する第６流路Ｆ６をさらに含み、第６流路Ｆ６が第５流路Ｆ５と接続されている部分に向かうにつれて下方に向かうように傾斜している点で、図６に示される冷却装置１０２およびアレイモジュール２０２とは異なる。

【0072】

第２流路Ｆ２は、例えば配管６よりも下流に位置し、かつＺ方向に沿って延びる配管１６を有している。第６流路Ｆ６の上方端部は、配管１６に連結されている。第６流路Ｆ６の下方端部は、気液分離管１５に連結されている。

【0073】

図１０に示される第４変形例では、第２流路Ｆ２のうち配管６よりも放熱部２側に位置する部分においても、ガス冷媒に対する気液分離が促進される。そのため、図１０に示される第４変形例では、図６に示される冷却装置１０２およびアレイモジュール２０２と比べて、放熱部２においてガス冷媒がより効率的に冷却され得る。

【0074】

図６～図１０に示される冷却装置１０２～１０６およびアレイモジュール２０２～２０６の気液分離管１５は、図１１に示される断面構造を有していてもよい。図１１に示される気液分離管１５は、管状の母材１５Ａと、母材１５Ａの内周面の全面上に配置された表面層１５Ｂとを含んでいる。表面層１５Ｂの内周面が、気液分離管１５の内周面を構成している。表面層１５Ｂは、表面層１５Ｂと冷媒の液滴との接触角が母材１５Ａと冷媒の液滴との接触角よりも大きくなるように設けられている。表面層１５Ｂと冷媒の液滴との接触角は、例えば９０度以上である。母材１５Ａと冷媒の液滴との接触角は、例えば９０度未満である。表面層１５Ｂは、母材１５Ａに対する疎水化処理により形成された膜である。接触角の測定方法は、市販の接触角計を用いて測定できる。

【0075】

このようにすれば、気液分離管１５の内周面と冷媒の液滴との接触角が９０度未満である場合と比べて、気液分離管１５にてガス冷媒から分離された液相冷媒が第３流路Ｆ３に流入しやすくなり、冷媒回路内において液相冷媒の循環が促進される。その結果、図１１に示される気液分離管１５を備える冷却装置１０２～１０６およびアレイモジュール２０２～２０６は、発熱体１１０をより効率的に冷却できる。

【0076】

図６～図１０に示される冷却装置１０２～１０６およびアレイモジュール２０２～２０６の配管６は、図１２または図１３に示される断面構造を有していてもよい。

【0077】

図１２に示される配管６は、管状の母材１７と、母材１７の内周面の全面上に配置された表面層１８とを含んでいる。表面層１８の内周面が、配管６の内周面を構成している。表面層１８は、表面層１８と冷媒の液滴との接触角が母材１７と冷媒の液滴との接触角よりも小さくなるように設けられている。表面層１８と冷媒の液滴との接触角は、例えば９０度未満である。表面層１８は、母材１７に対する親水化処理により形成された膜である。

【0078】

図１３に示される配管６では、表面層１８が、母材１７の内周面のうち下方部分上にのみ配置されている。

【0079】

また、図６～図１０に示される冷却装置１０２～１０６およびアレイモジュール２０２～２０６の配管６は、配管６の内周面の表面積を増大させる構造を有していてもよい。配管６の内周面には、溝ならびに一端および他端の双方が当該内周面に開口している連通孔の少なくともいずれかが形成されていてもよい。また、配管６の内周面には、例えば多孔体またはメッシュなどの構造体が取り付けられていてもよい。

【0080】

このようにすれば、配管６においてガス冷媒から分離された液相冷媒は配管６にとどまりやすくなり、放熱部２に流入するガス冷媒の乾き度が高められる。その結果、放熱部２においてガス冷媒がより効率的に冷却され得る。

【0081】

なお、図６～図１０に示される冷却装置１０２～１０６およびアレイモジュール２０２～２０６は、第５流路Ｆ５が気液分離管１５（第２配管）を有している点を除き、図３に示される上記第１変形例、図４に示される上記第２変形例、ならびに実施の形態２に係る冷却装置１０１およびアレイモジュール２０１の少なくともいずれかと同様の構成を有していてもよい。

【0082】

実施の形態４．
図１４に示されるように、実施の形態４に係る冷却装置１０７およびアレイモジュール２０７は、実施の形態１に係る冷却装置１００およびアレイモジュール２００と基本的に同様の構成を備えるが、第１受熱部１の筒状部材１０の内周面に少なくとも１つの溝２０が形成されている点で、冷却装置１００およびアレイモジュール２００とは異なる。以下、冷却装置１０７およびアレイモジュール２０７が冷却装置１００およびアレイモジュール２００と異なる点を主に説明する。

【0083】

図１５に示される第１受熱部１には、複数の溝２０が形成されている。複数の溝２０は、例えば筒状部材１０の内周面１０Ｂのうち、受熱面１０Ａとは反対側に位置する内周面１０Ｂ１、及び内周面１０Ｂ１と対向する内周面１０Ｂ２の各々に形成されている。筒状部材１０のＺ方向に直交する断面形状が長手方向と短手方向とを有する長方形状または楕円形状である場合、内周面１０Ｂ１及び内周面１０Ｂ２は、長手方向に沿って延びる内周面であるのが好ましい。

【0084】

図１６に示されるように、複数の溝２０は、例えば、Ｚ方向に沿って延びる複数の第１溝２０ａ、及び複数の第１溝２０ａの各々と交わり連なっている複数の第２溝２０ｂとを含む。複数の第１溝２０ａは、例えばＺ方向に直線状に延びている。複数の第１溝２０ａは、Ｘ方向に互いに間隔を空けて配置されている。複数の第２溝２０ｂの各々は、例えばＸ方向に沿って直線状に延びている。複数の第２溝２０ｂは、Ｚ方向に互いに間隔を空けて配置されている。複数の第１溝２０ａの各々は、複数の第２溝２０ｂの各々と交わり連なっている。

【0085】

複数の第２溝２０ｂの各々は、例えば、Ｘ方向に隣り合う２つの第１溝２０ａ間に渡されている第１部分２０ｂ１と、Ｘ方向において１つの第１溝２０ａから第１部分２０ｂ１とは反対側に延びており他の第１溝２０ａと連なっていない第２部分２０ｂ２とを有している。第１部分２０ｂ１と第２部分２０ｂ２とは、Ｘ方向において同一直線状に配置されている。複数の第２溝２０ｂの各々は、例えば、複数の第１部分２０ｂ１と複数の第２部分２０ｂ２とを有している。

【0086】

複数の第１溝２０ａの各々は、Ｙ方向から視て発熱体１１０の少なくとも一部と重なるように配置されている。複数の第２溝２０ｂの各々は、Ｙ方向から視て発熱体１１０の少なくとも一部と重なるように配置されている。

【0087】

なお、冷却装置１０７の第１受熱部１には、少なくとも１つの溝２０が形成されていればよい。少なくとも１つの溝２０は、筒状部材１０のうち、少なくとも発熱体１１０が搭載される受熱面１０Ａとは反対側に位置する内周面１０Ｂ１に、Ｙ方向から視て発熱体１１０の少なくとも一部と重なるように配置されていればよい。

【0088】

図１６に示されるように、複数の発熱体１１０の各々は、例えばＹ方向から視て１つの第１溝２０ａ及び複数の第２溝２０ｂと重なるように配置されている。なお、複数の発熱体１１０の各々は、Ｙ方向から視て複数の第１溝２０ａ及び複数の第２溝２０ｂと重なるように配置されていてもよい。

【0089】

図１６に示されるように、第１溝２０ａのＸ方向の幅は、例えば第２溝２０ｂのＺ方向の幅よりも広い。なお、第１溝２０ａのＸ方向の幅は、第２溝２０ｂのＺ方向の幅と同等であってもよい。

【0090】

複数の溝２０は、その内部を液相冷媒が流れるように、設けられている。つまり、複数の溝２０の各々は、流路溝として構成されている。複数の溝２０の各々の延在方向に直交する断面形状は、液相冷媒の流れを阻害せず、かつＺ方向に直交する断面において筒状部材１０の中央部を上方へ移動する気相冷媒による液相冷媒の飛散を防止する形状であるのが好ましく、例えば、正方形、矩形、台形、楕円、半円、である。また複数の溝２０の内部には、多孔体又はやメッシュが配置されてもよい。

【0091】

冷却装置１０７およびアレイモジュール２０７では、第１受熱部１の上方より流入する液相冷媒は複数の第１溝２０ａの各々の内部を下方に流れ、そのうちの一部は複数の第２溝２０ｂとの交差部で分岐して各第２溝２０ｂの内部を水平方向に流れる。これにより、Ｙ方向から視て複数の発熱体１１０のうち水平方向に配置された発熱体１１０と重なる領域へ、液相冷媒が供給される。第１溝２０ａのＸ方向の幅が第２溝２０ｂのＺ方向の幅と同等あるいはそれよりも広ければ、各第１溝２０ａを流れる液相冷媒の流量が各第２溝２０ｂを流れる液相冷媒の流量と同等あるいはそれよりも多くなる。そのため、Ｙ方向から視て複数の発熱体１１０のうち下方に配置された発熱体１１０と重なる領域にも、液相冷媒が不足なく供給され、受熱面１０Ａの全域が冷媒により冷却され得る。その結果、冷却装置１０７は、全ての発熱体１１０を安定して冷却できる。

【0092】

さらに、冷却装置１０７では、液相冷媒は筒状部材１０の内周面に形成された複数の溝２０の内部を主に流れるため、気相冷媒の移動による液相冷媒の飛散が抑制され、筒状部材１０の内周面が平滑の場合に比べて最大熱輸送量が向上され得る。

【0093】

＜変形例＞
図１７～図１９は、冷却装置１０７およびアレイモジュール２０７の第１～第３変形例の各々を図１６と同等に断面視したときの断面図である。

【0094】

図１７～図１９に示される冷却装置１０７およびアレイモジュール２０７の第１～第３変形例の各々は、複数の第２溝２０ｂがＸ方向に対して傾斜している点で、図１６に示される冷却装置１０７およびアレイモジュール２０７とは異なる。

【0095】

図１７に示される第１変形例では、複数の第２溝２０ｂの各々が、Ｘ方向における筒状部材１０の中央に位置する１つの第１溝２０ａから、Ｘ方向における筒状部材１０の外側に向かって曲線状に延びている。Ｙ方向から視て、複数の第２溝２０ｂの各々は、Ｘ方向における筒状部材１０の外側に向かうに従ってＸ方向に対する傾斜角が緩くなるように、形成されている。複数の第２溝２０ｂのうち、Ｘ方向における筒状部材１０の中央に位置する１つの第１溝２０ａと、当該第１溝２０ａとＸ方向に隣り合う他の第１溝２０ａとの間に渡されている第１部分２０ｂ１の曲率は、当該第１部分２０ｂ１と第１溝２０ａを介して連なる第２部分２０ｂ２の曲率よりも大きい。

【0096】

図１８に示される第２変形例では、複数の第２溝２０ｂの各々が、複数の第１溝２０ａの各々から、Ｘ方向における筒状部材１０の外側に向かって曲線状に延びている。１つの第２溝２０ｂの第１部分２０ｂ１は、他の第２溝２０ｂの第１部分２０ｂ１又は第２部分２０ｂ２と交わり連なっている。この場合、Ｘ方向において筒状部材１０の内周面１０Ｂ１の中央領域において単位面積あたりに複数の溝２０が占有する面積の比率（以下、占有面積率）は、Ｘ方向において筒状部材１０の内周面１０Ｂ１の外側領域における複数の溝の占有面積率よりも高い。

【0097】

図１９に示される第３変形例では、複数の第２溝２０ｂの各々が、Ｘ方向に対して傾斜する方向に直線状に延びている。

【0098】

また、実施の形態４に係る冷却装置１０７およびアレイモジュール２０７において、Ｚ方向に直交する筒状部材１０の断面形状が楕円であり、少なくとも１つの溝２０がスパイラル状に配置されていてもよい。このような冷却装置１０７では、図１６に示される冷却装置１０７と比べて、液相冷媒のＸ方向への輸送に重力を利用できるため、液相冷媒がＸ方向に効率的に供給され、発熱体１１０が安定して冷却され得る。

【0099】

実施の形態５．
図２０に示されるように、実施の形態５に係る冷却装置１０８およびアレイモジュール２０８は、実施の形態１に係る冷却装置１００およびアレイモジュール２００と基本的に同様の構成を備えるが、第１流路Ｆ１から分岐されておりかつ第１受熱部１の筒状部材１０に接続されている少なくとも１つの分岐部２１を有している点で，冷却装置１００およびアレイモジュール２００とは異なる。以下、冷却装置１０８およびアレイモジュール２０８が冷却装置１００およびアレイモジュール２００と異なる点を主に説明する。

【0100】

図２０に示される冷却装置１０８の冷媒回路は、複数の分岐部２１を備えている。複数の分岐部２１の各々は、冷媒が内部を流通可能な中空構造を有している。図２０に示されるように、複数の分岐部２１の各々は、複数の発熱体１１０のうち最も下方に位置する発熱体１１０よりも上方に位置する筒状部材１０の各部分と、と第１流路Ｆ１との間を接続している。複数の分岐部２１の各々は、Ｙ方向に沿って延びている。複数の分岐部２１の各々は、Ｙ方向に対して傾斜していてもよい。

【0101】

複数の分岐部２１は、第１分岐部２１ａと、第１分岐部２１ａよりも下方に配置されている第２分岐部２１ｂとを有している。第１分岐部２１ａの流路断面積は、例えば第２分岐部２１ｂの流路断面積と同等である。

【0102】

複数の分岐部２１の各々の外周面は、受熱面１０Ａのうち発熱体１１０が搭載されていない領域と接続されている。複数の分岐部２１の各々の内周面は、少なくとも発熱体１１０が搭載される受熱面１０Ａとは反対側に位置する筒状部材１０の内周面１０Ｂ１と接続されている。第２分岐部２１ｂの内周面は、筒状部材１０の内周面１０ｂ１のうち、第１分岐部２１ａの内周面が接続されている領域よりも下方の領域に接続されている。各分岐部２１の内周面は、例えば平滑面である。

【0103】

複数の分岐部２１の各々を構成する材料は、例えば銅（Ｃｕ）又はステンレス鋼（ＳＵＳ）である。好ましくは、分岐部２１を構成する材料は、冷媒回路に封入される冷媒に対して耐食性を有する材料である。

【0104】

分岐部２１を備えていない冷却装置１００およびアレイモジュール２００では、液相冷媒が第１流路Ｆ１のみから筒状部材１０に供給されるため、筒状部材１０がＺ方向に長い場合には、冷却装置１００の起動時又は発熱体１１０の発熱量が増加した後の過渡時において、液相冷媒が筒状部材１０の下方まで到達するまでに要する時間が長くなる。この場合、筒状部材１０の下方部分では、一時的に液相冷媒が不足し、発熱体１１０の温度は上昇する。

【0105】

これに対し、冷却装置１０８およびアレイモジュール２０８では、液相冷媒が、第１流路Ｆ１、第１分岐部２１ａ、及び第２分岐部２１ｂの各々を経由して筒状部材１０の内周面１０Ｂ１に供給される。言い換えると、内周面１０Ｂ１の下方の中央領域又は下方領域には、第１流路Ｆ１を経由して内周面１０Ｂ１の上方領域を流れた液相冷媒のみならず、第１分岐部２１ａ及び第２分岐部２１ｂの各々を経由した液相冷媒が、供給される。そのため、冷却装置１０８およびアレイモジュール２０８では、筒状部材１０の下方部分における液相冷媒の一時的な不足を抑制でき、全ての発熱体１１０が安定して冷却され得る。

【0106】

また、冷却装置１０８の動作時には、各分岐部２１の内部は液相冷媒で満たされる。そのため、第１受熱部１で発生した気相冷媒は、各分岐部２１に流入せず、第１流出部１２から放熱部２に流れ、筒状部材１０の内周面１０Ｂ１への液相冷媒の供給を阻害しない。

【0107】

なお、冷却装置１０８は、少なくとも１つの分岐部２１を備えていればよい。冷却装置１０８の冷媒回路は、第１受熱部１で発生した気相冷媒が第１流路Ｆ１及び第１分岐部２１ａの少なくともいずれかに流入することを抑制するために、逆止弁をさらに含んでいてもよい。

【0108】

＜変形例＞
図２１は、実施の形態５に係る冷却装置１０８およびアレイモジュール２０８の第１変形例を説明するための断面図である。図２１に示されるように、第１変形例の第１受熱部１は、図１５に示される実施の形態４に係る冷却装置１０７の第１受熱部１と同様の構成を有している。筒状部材１０の内周面１０Ｂ１には、少なくとも１つの溝２０が形成されている。少なくとも１つの分岐部２１は、例えば溝２０の底面に設けられた貫通孔と連なっている。このようにすれば、液相冷媒が分岐部２１から溝２０の内部に効率良く供給され得る。

【0109】

図２２は、実施の形態５に係る冷却装置１０８およびアレイモジュール２０８の第２変形例を説明するための断面図である。図２２に示されるように、第２変形例の冷媒回路は、複数の分岐部２１の各々の内部に配置されている流路抵抗体２２をさらに含んでいる点で、図２０に示される冷却装置１０８およびアレイモジュール２０８と異なる。

【0110】

複数の分岐部２１のうち下方の第２分岐部２１ｂの内部に配置されている流路抵抗体２２は、上方の第１分岐部２１ａの内部に配置されている流路抵抗体２２と比べて、分岐部２１の流路抵抗をより大きくするように設けられている。

【0111】

流路抵抗体２２は、分岐部２１の内部空間の一部を塞ぐように設けられている。異なる観点から言えば、流路抵抗体２２は、分岐部２１の流路断面積を小さくするように設けられている。第２分岐部２１ｂ内において流路抵抗体２２が配置されている部分の流路断面積は、第１分岐部２１ａ内において流路抵抗体２２が配置されている部分の流路断面積よりも小さい。

【0112】

流路抵抗体２２は、剛性のある固体により構成されている。流路抵抗体２２には、例えば多孔体のように複数の微細な穴が形成されている。流路抵抗体２２は、分岐部２１から第１受熱部１に流入する液相冷媒の流量を調整する。流路抵抗体２２は、分岐部２１の内部において、第１受熱部１側に配置されている。

【0113】

なお、第２変形例の冷媒回路が複数の分岐部２１を含む場合、流路抵抗体２２は、少なくとも相対的に下方に位置する第２分岐部２１ｂの内部に配置されていればよい。

【0114】

第２変形例は、分岐部２１から筒状部材１０の下方部分に液相冷媒を供給するための分岐部２１を備えていても、筒状部材１０の下方部分が液相冷媒で満たされにくいため、筒状部材１０内の上方部分と下方部分との間での冷媒の乾き度の違いに基づく冷却性能のばらつきの発生を抑制できる。

【0115】

図２３に示されるように、上記第２変形例の筒状部材１０の内周面１０Ｂ１には、少なくとも１つの溝２０が形成されていてもよい。流路抵抗体２２は、例えば溝２０の底面に設けられた貫通孔に面している。なお、この場合には、流路抵抗体２２は、溝２０の底面に設けられた貫通孔内に配置されていてもよい。

【0116】

図２４～図２６は、実施の形態５に係る冷却装置１０８およびアレイモジュール２０８の第３変形例を説明するための断面図である。図２５は、図２４中の第１分岐部２１ａの延在方向に直交する断面図である。図２６は、図２４中の第２分岐部２１ｂの延在方向に直交する断面図である。

【0117】

図２４～図２６に示される第３変形例は、第２分岐部２１ｂの流路断面積が第１分岐部２１ａの流路断面積よりも小さい点で、図２０に示される冷却装置１０８及びアレイモジュール２０８と異なる。第３変形例は、流路抵抗体２２によらず、第２分岐部２１ｂの流路断面積が第１分岐部２１ａの流路断面積よりも小さくされている点で、図２２及び図２３に示される第２変形例と異なる。

【0118】

図２４～図２６に示されるように、第３変形例では、第２分岐部２１ｂの内周長が、第１分岐部２１ａの内周長よりも短い。第２分岐部２１ｂの外周長は、例えば第１分岐部２１ａの外周長よりも短い。なお、第２分岐部２１ｂの外周長は、第１分岐部２１ａの外周長と等しくてもよい。

【0119】

第３変形例は、分岐部２１から筒状部材１０の下方部分に液相冷媒を供給するための分岐部２１を備えていても、筒状部材１０の下方部分が液相冷媒で満たされにくいため、筒状部材１０内の上方部分と下方部分との間での冷媒の乾き度の違いに基づく冷却性能のばらつきの発生を抑制できる。

【0120】

実施の形態１～５に係るアレイモジュール２００～２０８は、少なくとも１つの発熱体１１０（および少なくとも１つの発熱体１１１）を備えていればよい。実施の形態１～５に係るアレイモジュール２００～２０８における発熱体１１０の数は１つでもよい。実施の形態１～５に係る冷却装置１００～１０８は、例えばＺ方向の幅がＸ方向の幅よりも広い１つの発熱体１１０を効率的に冷却できる。

【0121】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。矛盾のない限り、今回開示された実施の形態の少なくとも２つを組み合わせてもよい。本開示の範囲は、上記した説明ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。

【符号の説明】

【0122】

１ 第１受熱部、２ 放熱部、３ 液溜まり部、４ ポンプ、５，６，７，１６ 配管、６Ａ 第１傾斜部、６Ｂ 第２傾斜部、６Ｃ 水平部、８ 液戻り部、９ タンク、１０ 筒状部材、１０Ａ，１４Ａ 受熱面、１１ 流入部、１１Ａ 流出口、１２ 第１流出部、１２Ａ 流入口、１３ 第２流出部、１４ 第２受熱部、１５ 気液分離管、１５Ａ，１７ 母材、１５Ｂ，１８ 表面層、２０ 溝、２０ａ 第１溝、２０ｂ 第２溝、２０ｂ１ 第１部分、２０ｂ２ 第２部分、２１ 分岐部、２１ａ 第１分岐部、２１ｂ 第２分岐部、２２ 抵抗体、１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８ 冷却装置、１１０，１１１，１２０ 発熱体、２００，２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６，２０７，２０８ アレイモジュール。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】