(57)【要約】【課題】冷却性能を向上させることが可能な冷却装置を提供する。【解決手段】冷却装置は、冷却対象である発熱体を冷却するための冷却装置であって、発熱体からの熱を受けて冷媒を気化させる受熱部と、受熱部より高い位置に設けられ、気化した冷媒の熱を放熱させ、冷媒を液化させる放熱部と、気化した冷媒が受熱部から放熱部に移動するための放熱流路と、液化した冷媒が放熱部から受熱部に移動するための帰還流路と、受熱部と帰還流路との接続部を塞ぐように受熱部に配置される毛細管部材と、を備える。【選択図】  図１
2020153620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却対象である発熱体を冷却するための冷却装置であって、
前記発熱体からの熱を受けて冷媒を気化させる受熱部と、
前記受熱部より高い位置に設けられ、気化した前記冷媒の熱を放熱させ、前記冷媒を液化させる放熱部と、
気化した前記冷媒が前記受熱部から前記放熱部に移動するための放熱流路と、
液化した前記冷媒が前記放熱部から前記受熱部に移動するための帰還流路と、
前記受熱部と前記帰還流路との接続部を塞ぐように前記受熱部に配置される毛細管部材と、を備える
冷却装置。
【請求項２】
前記毛細管部材は、毛細管をなす連続気泡を有する多孔体を含む
請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記帰還流路に設けられる第１ポンプを備える
請求項１又は２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記帰還流路のうち、前記放熱部の下流側の流路面積は、前記放熱流路のうち、前記放熱部の上流側の前記流路面積より小さい
請求項１乃至３の何れか一項に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記毛細管部材は、毛細管を含み、
前記毛細管のうち、前記冷媒と接する部分に、親水性コーティングを有する
請求項１乃至４の何れか一項に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記帰還流路に液化した前記冷媒を注入する冷媒注入部を備える
請求項１乃至５の何れか一項に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記冷却装置は、さらに前記受熱部の受熱量を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記冷媒の液面が前記放熱流路内に存在する場合に、前記受熱部における受熱量を制限しながら前記受熱部において前記冷媒を気化させることにより、前記冷媒の液面を所定レベル以下に低下させたのちに、前記受熱部における前記受熱量を制限せずに前記受熱部において前記冷媒を気化させる
請求項１乃至６の何れか一項に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記冷却装置は、前記放熱流路内又は前記受熱部における前記冷媒の液面を検出する液面検出装置を備え、
前記制御装置は、前記液面検出装置の検出結果に基づいて前記受熱量を制限する
請求項７に記載の冷却装置。
【請求項９】
前記冷却装置は、加熱装置を備え、
前記制御装置は、前記冷媒の液面が前記放熱流路内に存在する場合に、前記受熱部における前記受熱量を制限しながら、前記冷媒の液面が前記所定レベル以下に下がるまで前記受熱部を加熱するように前記加熱装置を制御する
請求項７又は８に記載の冷却装置。
【請求項１０】
前記制御装置は、前記冷媒の液位差が第１液位差である場合の前記加熱装置による加熱量である第１加熱量が、前記液位差が前記第１液位差より大きい第２液位差である場合の前記加熱量である第２加熱量より小さくなるように前記加熱装置を制御する
請求項９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】
近年、発熱体（例えば発熱量が大きい電子デバイス）を冷媒の循環によって冷却する冷却装置が普及している。冷媒の循環方法には、ポンプによって循環させる方法（強制循環）と冷媒の体積膨張によって循環させる方法（自然循環）とがある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、自然循環によって冷媒を循環させる冷却装置が開示されている。この冷却装置は、発熱体である半導体スイッチング素子から熱を受ける受熱部と、冷媒の熱を放熱する放熱部と、受熱部及び放熱部に接続され、冷媒を循環させるための放熱流路及び帰還流路とを備えている。帰還流路と受熱部との接続部分には、上流側と下流側の圧力差に応じて開閉する逆止弁が設けられている。逆止弁の上流側には液化した冷媒が溜まり、逆止弁は、上流側の管路内の圧力及び溜まっている冷媒の水頭圧と下流側の管路内の圧力との間の圧力差に応じて開閉する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２２８１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明者の知見によれば、特許文献１に記載されている冷却装置によって高発熱密度の発熱体を冷却する場合、冷媒の循環力が不足するために十分な冷却効果が得られないことがある。
【０００６】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、冷却性能を向上させることが可能な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】
【０００７】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る冷却装置は、
冷却対象である発熱体を冷却するための冷却装置であって、
前記発熱体からの熱を受けて冷媒を気化させる受熱部と、
前記受熱部より高い位置に設けられ、気化した前記冷媒の熱を放熱させ、前記冷媒を液化させる放熱部と、
気化した前記冷媒が前記受熱部から前記放熱部に移動するための放熱流路と、
液化した前記冷媒が前記放熱部から前記受熱部に移動するための帰還流路と、
前記受熱部と前記帰還流路との接続部を塞ぐように前記受熱部に配置される毛細管を有する、毛細管部材と、を備える。
【０００８】
上記（１）の構成によれば、放熱部において液化した冷媒は、帰還流路を移動し、受熱部と帰還流路との接続部を塞ぐように受熱部に配置される毛細管部材によって遮られる。そのため、帰還流路の下流側には液化した冷媒が溜まる。毛細管部材は、帰還流路の下流側に溜まっている液化した冷媒を毛細管力によって上部に吸い上げる。毛細管部材の上部では、受熱部が受ける熱に応じて冷媒が気化する。
【０００９】
毛細管部材の上部における冷媒の気化により、帰還流路の下流側に溜まる冷媒の液面（第１液面）と毛細管部材によって吸い上げられた冷媒の液面（第２液面）との間には液位差が形成される。この液位差の水頭圧により冷媒の循環力が向上し、冷却性能が向上する。また、受熱部の毛細管力又は形成される水頭圧が大きくなるように設計することにより、冷却対象が高発熱密度の発熱体であっても、十分な冷却効果を得ることが可能となる。
【００１０】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記毛細管部材は、毛細管をなす連続気泡を有する多孔体を含む。
【００１１】
上記（２）の構成によれば、この場合、連続気泡によって毛細管力を生じさせることができる。
【００１２】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の何れか一つの構成において、前記冷却装置は、前記帰還流路に設けられる第１ポンプを備える。
【００１３】
上記（３）の構成によれば、自然循環では不足する循環力を第１ポンプによって補うことが可能となる。また、冷却装置は水頭圧も循環力として利用している。そのため、ポンプ単体による強制循環に比べて、第１ポンプは、そのポンプ動力を小さくすることができ、かつ小型化することができる。
【００１４】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れか一つの構成において、前記帰還流路のうち、前記放熱部の下流側の流路面積は、前記放熱流路のうち、前記放熱部の上流側の前記流路面積より小さい。
【００１５】
上記（４）の構成によれば、放熱流路の流路面積を大きくしているため、配管圧損が抑えられ、圧損による受熱部の圧力上昇（沸点上昇）を抑え、受熱部における温度上昇を抑えることができる。また、放熱流路に対し帰還流路の流路面積を小さくすることで、液位が上昇するまでの時間を短縮することができ、起動時に定常負荷を作用させるまでの時間を短縮することができる。
【００１６】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れか一つの構成において、前記毛細管部材は、毛細管を含み、前記毛細管のうち、前記冷媒と接する部分に、親水性コーティングを有する。
【００１７】
上記（５）の構成によれば、この場合、毛細管内に冷媒の液面が位置する場合、その液面位置において毛細管の内面の濡れ性が良くなり、液化した冷媒の液面における接触角が小さくなり、毛細管力が増大する。その結果、循環力が向上する。
【００１８】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れか一つの構成において、前記冷却装置は、前記帰還流路に液化した前記冷媒を注入する冷媒注入部を備える。
【００１９】
上記（６）の構成によれば、冷媒注入部が帰還流路に液化した冷媒を注入することによって第１液面を上昇させ、第１液面と第２液面との間の液位差を大きくすることができる。
【００２０】
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れか一つの構成において、
前記冷却装置は、さらに前記受熱部の受熱量を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、
前記冷媒の液面が前記放熱流路内に存在する場合に、前記受熱部における受熱量を制限しながら前記受熱部において前記冷媒を気化させることにより、前記冷媒の液面を所定レベル以下に低下させたのちに、前記受熱部における前記受熱量を制限せずに前記受熱部において前記冷媒を気化させる。
【００２１】
冷却装置の運転開始時には、放熱流路内（例えば、帰還流路における液面位置と同じ高さ）に冷媒の液面が位置する場合が考えられる。この場合、毛細管部材よりも高い位置に液面が存在するため、毛細管力が生じない。液位差が小さいため、水頭圧が小さい。そのため、冷媒の循環力が生じにくい状態である。このような状態で、冷媒が急速に気化すると、すべての冷媒が気化した状態（ドライアウト）が発生する虞がある。液化した冷媒が消失した状態では、冷却効果が得られない。
【００２２】
この点、上記（７）の構成によれば、冷媒の液面が所定レベル以下に下がるまで受熱部における受熱量を制限するため、冷媒が気化する速度を抑えることができる。そのため、循環力が生じる間もなく冷媒が急速に気化して、ドライアウトが発生する虞を低減することができる。
【００２３】
（８）幾つかの実施形態では、上記（７）の構成において、前記冷却装置は、前記放熱流路内又は前記受熱部における前記冷媒の液面を検出する液面検出装置を備え、前記制御装置は、前記液面検出装置の検出結果に基づいて前記受熱量を制限する。
【００２４】
上記（８）の構成によれば、冷媒の液面が、放熱流路内に存在するか否か、所定レベル以下に下がっているか否か、液面が存在する位置等を容易に検出することができ、その検出結果に応じて受熱量を制限することができる。
【００２５】
（９）幾つかの実施形態では、上記（７）又は（８）の構成において、前記冷却装置は、加熱装置を備え、前記制御装置は、前記冷媒の液面が前記放熱流路内に存在する場合に、前記受熱部における前記受熱量を制限しながら、前記冷媒の液面が前記所定レベル以下に下がるまで前記受熱部を加熱するように前記加熱装置を制御する。
【００２６】
上記（９）の構成によれば、例えば、発熱体からの受熱を制限しつつ、受熱部の受熱量が所定範囲内となるように加熱装置で加熱することにより、放熱流路内に存在する冷媒の液面を下げることができる。そのため、より確実に液位差が形成され、循環力が向上するとともに、過大な受熱量によりドライアウトが生じるリスクを低減することができる。
【００２７】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）の構成において、前記制御装置は、前記冷媒の液位差が第１液位差である場合の前記加熱装置による加熱量である第１加熱量が、前記液位差が前記第１液位差より大きい第２液位差である場合の前記加熱量である第２加熱量より小さくなるように前記加熱装置を制御する。
【００２８】
上記（１０）の構成によれば、冷媒の液位差が比較的小さい第１液位差である場合には、加熱装置が大きな加熱量で加熱するため、短時間で液位差が大きくすることができる。一方、液位差が比較的大きい第２液位差である場合には、加熱装置が小さな加熱量で加熱するため、消費電力を抑えることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、冷却性能を向上させることが可能な冷却装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態に係る冷却装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る冷却装置の構成を概略的に示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る冷却装置の構成を概略的に示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る冷却装置の構成を概略的に示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る冷却装置の構成を概略的に示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る冷却装置の構成を概略的に示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る冷却装置の構成を概略的に示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る冷却装置の構成を概略的に示す図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る毛細管部材の構造を説明するための概念図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る毛細管部材の構造を説明するための概念図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る冷却装置が実行する制御処理を示すフローチャートである。
【００３１】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００３２】
図１〜図８は、それぞれ、本発明の一実施形態に係る冷却装置１００（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００ｆ）の構成を概略的に示す図である。冷却装置１００は、冷却対象である発熱体４０を冷却するための冷却装置である。発熱体４０は、例えば、発熱量が大きい電子デバイスや回路基板等である。
【００３３】
幾つかの実施形態では、図１〜図８に示すように、冷却装置１００は、内部で冷媒が矢印で示す方向に循環する循環経路１０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ）を備える。なお、以下の説明では、液化した冷媒（すなわち液体冷媒）にのみ符号（３０）を付し、気化した冷媒（すなわち気体冷媒）や全体の冷媒（すなわち気体冷媒及び液体冷媒）を総称する場合には符号を付さない。
【００３４】
循環経路１０は、発熱体４０からの熱を受けて冷媒３０を気化させる受熱部１３と、気化した冷媒の熱を放熱させ、冷媒を液化させる放熱部１１と、気化した冷媒が受熱部１３から放熱部１１に移動するための放熱流路１４と、液化した冷媒３０が放熱部１１から受熱部１３に移動するための帰還流路１２と、を備える。放熱部１１は、受熱部１３より高い位置に設けられる。例えば放熱部１１にはフィン（不図示）が設けられ、放熱部１１はフィンを介して送風機（不図示）からの風を受けて外気と熱交換を行う。
【００３５】
また、冷却装置１００は、受熱部１３と帰還流路１２との接続部を塞ぐように受熱部１３に配置される毛細管部材２０を備える。図９及び図１０は、それぞれ、本発明の一実施形態に係る毛細管部材２０（２０ａ、２０ｂ）の構造を説明するための概念図である。毛細管部材２０は、図９及び図１０に示すように、液化した冷媒３０を毛細管力によって上部に吸い上げる毛細管２１を有する。なお、毛細管部材２０は、複数の毛細管２１を有することが好ましい。
【００３６】
このような構成によれば、放熱部１１において液化した冷媒３０は、帰還流路１２を移動し、受熱部１３と帰還流路１２との接続部を塞ぐように受熱部１３に配置される毛細管部材２０によって遮られる。そのため、帰還流路１２の下流側には液化した冷媒３０が溜まる。毛細管部材２０は、帰還流路１２の下流側に溜まっている液化した冷媒３０を毛細管力によって上部に吸い上げる。毛細管部材２０の上部では、受熱部１３が受ける熱に応じて冷媒３０が気化する。
【００３７】
毛細管部材２０の上部における冷媒３０の気化により、帰還流路１２の下流側に溜まる冷媒３０の液面（第１液面）と毛細管部材２０によって吸い上げられた冷媒３０の液面（第２液面）との間には液位差が形成される。この液位差の水頭圧Ｈにより冷媒の循環力が向上し、冷却性能が向上する。また、受熱部１３の毛細管力又は形成される水頭圧Ｈが大きくなるように設計することにより、冷却対象が高発熱密度の発熱体４０であっても、十分な冷却効果を得ることが可能となる。
【００３８】
幾つかの実施形態では、毛細管部材２０は、毛細管２１をなす連続気泡を有する多孔体を含む。この場合、連続気泡によって毛細管力を生じさせることができる。
【００３９】
なお、毛細管部材２０は、多孔体を含む構成に限られない。例えば、毛細管部材２０は、毛細管２１をなす束状の管路が設けられた構造体を含む構成であってもよい。この場合、束状の管路によって毛細管力を生じさせることができる。
【００４０】
幾つかの実施形態では、例えば、図２に示すように、冷却装置１００は、帰還流路１２に設けられる第１ポンプ５０を備えていてもよい。第１ポンプ５０は、帰還流路１２の下流側に溜まっている液化した冷媒３０を受熱部１３に送り込むように構成される。
【００４１】
かかる構成によれば、自然循環では不足する循環力を第１ポンプ５０によって補うことが可能となる。また、冷却装置１００は水頭圧Ｈも循環力として利用している。そのため、ポンプ単体による強制循環に比べて、第１ポンプ５０は、そのポンプ動力を小さくすることができ、かつ小型化することができる。
【００４２】
幾つかの実施形態では、例えば、図３に示すように、帰還流路１２のうち、放熱部１１の下流側の流路面積は、放熱流路１４のうち、放熱部１１の上流側の流路面積より小さくなるように構成されてもよい。なお、図３は、帰還流路１２と放熱流路１４の流路面積が円形である場合に、帰還流路１２の直径Ｄ１を放熱流路１４の直径Ｄ２より小さくすることによって両者の流路面積に差異を設けた循環経路１０ｂを示している。
【００４３】
かかる構成によれば、放熱流路１４の流路面積を大きくしているため、配管圧損が抑えられ、圧損による受熱部１３の圧力上昇（沸点上昇）を抑え、受熱部１３における温度上昇を抑えることができる。また、放熱流路１４に対して帰還流路１２の流路面積を小さくすることで、帰還流路１２内の冷媒の液位が上昇するまでの時間を短縮することができ、起動時に定常負荷を作用させるまでの時間を短縮することができる。
【００４４】
なお、帰還流路１２又は放熱流路１４において流路面積が部分によって異なる構成が考えられる。この場合、例えば、帰還流路１２の流路面積の平均値が放熱流路１４の流路面積の平均値より小さくなるように構成されてもよい。
【００４５】
また、帰還流路１２内の液面（第１液面）の位置は、主に液化した冷媒３０が溜まる部分における帰還流路１２の流路面積の影響を受けやすい。そのため、帰還流路１２において、液化した冷媒３０が溜まる部分における流路面積を他の部分に比べて特に小さくしてもよい。これにより、大きな水頭圧Ｈを形成しやすくすることができる。また、放熱流路１４において、液面（第２液面）が存在する受熱部１３の上方に位置する部分における流路面積が大きいほど、その液面からの冷媒３０の気化が促進される。そのため、放熱流路１４において、その部分における流路面積を他の部分に比べて大きくしてもよい。したがって、液化した冷媒３０が溜まる部分における帰還流路１２の流路面積が、液面が存在する受熱部１３の上方位置における放熱流路１４の流路面積より小さくなるように構成されてもよい。
【００４６】
毛細管部材２０の毛細管力は、設計次第で高くすることが可能である。その根拠として、以下、毛細管現象と毛細管力について詳細に説明する。
【００４７】
毛細管現象によって吸い上げられる液化した冷媒３０の水位（液位差）ｈ［ｍ］は、ｈ＝４Ｔｃｏｓθ／（ρｇＤ）の式によって算出される。なお、Ｔは表面張力［Ｎ／ｍ］であり、θは毛細管の内面と液化した冷媒３０との接触角［ｒａｄ］であり、Ｄは毛細管２１の直径（管路内径）［ｍ］であり、ρは液化した冷媒３０の密度［ｋｇ／ｍ３］であり、ｇは重力加速度［ｍ／ｓ２］である。毛細管力Ｐ［Ｐａ］は、Ｐ＝４Ｔｃｏｓθ／Ｄの式によって算出される。なお、Ｔは表面張力［Ｎ／ｍ］であり、θは毛細管２１の内面と液化した冷媒３０との接触角［ｒａｄ］であり、Ｄは毛細管２１の直径（管路内径）［ｍ］である。
【００４８】
上記の式において、表面張力Ｔと密度ρは、冷媒３０の物性値である。そのため、使用する冷媒３０を変えることによって、毛細管部材２０による毛細管力又は液位差を高めることができる。
【００４９】
また、上記の式において、接触角θは、冷媒３０と毛細管２１の内面における材質によって定まる。例えば、冷媒３０が水である場合に、毛細管２１の内面が親水性であるほど、接触角θが小さくなり、毛細管力Ｐが大きくなる。
【００５０】
そのため、幾つかの実施形態では、例えば、図１０に示すように、毛細管部材２０（２０ｂ）の毛細管２１のうち、冷媒３０と接する部分は、親水性コーティング２２を有していてもよい。親水性コーティング２２は、毛細管２１の材質よりも親水性が高い材質によって形成される。
【００５１】
かかる構成によれば、毛細管２１内に冷媒３０の液面（第２液面）が位置する場合、その液面の位置において毛細管２１の内面の濡れ性が良くなり、液化した冷媒３０の液面における接触角θが小さくなる。例えば、図９に示す親水性コーティング２２を有しない毛細管部材２０（２０ａ）における接触角θ１に比べて、図１０に示す親水性コーティング２２を有する毛細管部材２０（２０ｂ）における接触角θ２は小さい。このように接触角θが小さくなると、毛細管部材２０の毛細管力Ｐが増大する。その結果、冷媒の循環力が向上する。
【００５２】
なお、毛細管部材２０に施される親水性コーティング２２は、毛細管部材２０内に形成される冷媒３０の液面位置を含む領域に存在すればよい。そのため、毛細管２１の流出口から流入口までの領域において、全部に設けられてもよいし、部分的に設けられてもよい。なお、毛細管２１の流出口は、毛細管２１の上端であり、毛細管２１の流入口は、液化した冷媒３０が流入する部分である。
【００５３】
ところで、冷却装置１００の運転開始時には、放熱流路１４内（例えば、帰還流路１２における第１液面と同じ高さ）に冷媒３０の液面（第２液面）が位置する場合が考えられる。この場合、毛細管部材２０よりも高い位置に冷媒３０の液面が存在するため、毛細管力が生じない。液位差が小さいため、水頭圧Ｈが小さい。そのため、冷媒の循環力が生じにくい状態である。このような状態で、冷媒３０が急速に気化すると、すべての冷媒が気化した状態（ドライアウト）が発生する虞がある。液化した冷媒３０が消失した状態では、冷却効果が得られない。
【００５４】
以下、このような問題に鑑みて、ドライアウトの発生リスクを低減するための冷却装置１００の構成について説明する。
【００５５】
幾つかの実施形態では、例えば、図６〜図８に示すように、冷却装置１００は、帰還流路１２に液化した冷媒３０を注入する冷媒注入部８０を備える。かかる構成によれば、冷媒注入部８０が帰還流路に液化した冷媒を注入することによって第１液面を上昇させ、第１液面と第２液面との間の液位差を大きくすることができる。これにより、冷媒の循環力を高めることができる。また、ドライアウトの発生リスクを低減することができる。
【００５６】
冷媒注入部８０は、例えば、図６及び図７に示す冷媒注入部８０ａのように、帰還流路１２を延在するように構成され、液化した冷媒３０を蓄積するシリンダと、そのシリンダから冷媒を注入するためのピストンとを備える構成であってもよい。なお、図６は、液化した冷媒３０の注入前の状態を示し、図７は、液化した冷媒の注入後の状態を示している。
【００５７】
また、冷媒注入部８０は、図８に示す冷媒注入部８０ｂのように、帰還流路１２に液化した冷媒３０を送り込むように構成された第２ポンプであってもよい。なお、図８では、冷媒注入部８０ｂが帰還流路１２の上方に向かうように冷媒３０を送り込むように構成されている。しかし、図８において仮想線で示すように、冷媒注入部８０ｂは、帰還流路１２において上方位置から下方位置に落ちるように冷媒３０を送り込むように構成されてもよい。
【００５８】
幾つかの実施形態において、冷却装置１００は、冷媒注入部８０による冷媒３０の注入量を、第１液面と第２液面との間の液位差、第１液面の位置、受熱部１３の受熱量又は発熱体４０の発熱量等に応じて制御するように構成されてもよい。冷却装置１００は、例えば、図４に示すように、放熱流路１４内又は受熱部１３における冷媒３０の液面を検出するための液面検出装置６０を備えていてもよい。
【００５９】
なお、液面検出装置６０は、例えば、圧力又は圧力差を計測するレベルスイッチであってもよいし、液面がどこに位置するかを検出するための液面計であってもよい。液面検出装置６０が圧力式のレベルスイッチである場合、液面検出装置６０は、受熱部１３の位置における圧力（絶対圧又はゲージ圧）を計測するように設けられてもよいし、受熱部１３の位置と受熱部１３の位置ではない位置との圧力差を計測するように設けられてもよい。
【００６０】
このような構成によれば、より確実に液位差を形成することが可能となる。そのため、ドライアウトの発生リスクを低減することができる。
【００６１】
幾つかの実施形態では、例えば、図４及び図５に示すように、冷却装置１００は、さらに受熱部１３の受熱量を制御する制御装置９０（９０ａ、９０ｂ）を備えていてもよい。制御装置９０（９０ａ、９０ｂ）は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等のプロセッサと、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶装置とを備え、記憶装置に記憶されているプログラムを実行することにより、各種処理を実行するように構成される。
【００６２】
冷却装置１００の運転開始時には、放熱流路１４内（例えば、帰還流路１２における液面位置と同じ高さ）に冷媒３０の液面が位置する場合が考えられる。この場合、毛細管部材２０よりも高い位置に液面が存在するため、毛細管力が生じない。液位差が小さいため、水頭圧Ｈが小さい。そのため、冷媒３０の循環力が生じにくい状態である。このような状態で、冷媒３０が急速に気化すると、すべての冷媒３０が気化した状態（ドライアウト）が発生する虞がある。液化した冷媒３０が消失した状態では、冷却効果が得られない。
【００６３】
この点、上記構成によれば、冷媒３０の液面が所定レベル以下に下がるまで受熱部１３における受熱量を制限するため、冷媒３０が気化する速度を抑えることができる。そのため、循環力が生じる間もなく冷媒３０が急速に気化して、ドライアウトが発生する虞を低減することができる。
【００６４】
幾つかの実施形態では、例えば、図４に示すように、冷却装置１００は、放熱流路１４内又は受熱部１３における冷媒３０の液面を検出する液面検出装置６０を備え、制御装置９０（９０ａ）は、液面検出装置６０の検出結果に基づいて受熱部１３の受熱量を制限するように構成されていてもよい。
【００６５】
かかる構成によれば、冷媒３０の液面が、放熱流路１４内に存在するか否か、所定レベル以下に下がっているか否か、液面が存在する位置等を容易に検出することができ、その検出結果に応じて受熱量を制限することができる。
【００６６】
図１１は、本発明の一実施形態に係る冷却装置１００が実行する制御処理を示すフローチャートである。図１１に示すように、まず、冷却装置１００は、液面検出装置６０によって、冷媒３０の液面（第２液面）を検出する（ステップＳ１）。
【００６７】
ここで、検出結果に基づいて、冷媒３０の液面が放熱流路１４内に存在するか否かを判別する（ステップＳ２）。冷媒３０の液面が放熱流路１４内に存在しないと判別した場合（ステップＳ２；Ｎｏ）、受熱部１３における受熱量を制限せずに受熱部１３において冷媒３０を気化させる（ステップＳ５）。
【００６８】
一方、冷媒３０の液面が放熱流路１４内に存在すると判別した場合（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、受熱部１３における受熱量を制限しながら受熱部１３において冷媒３０を気化させる（ステップＳ３）。これにより、放熱流路１４内に存在する冷媒３０の液面が制限された受熱量に応じて下がっていく。
【００６９】
受熱部１３の受熱量の制限は、例えば、発熱体４０の発熱量を制御することによって実現されてもよいし、発熱体４０と受熱部１３との間の熱抵抗を制御することによって実現されてもよい。発熱体４０の発熱量を制御する場合、発熱体４０の駆動電流を制御してもよい。発熱体４０と受熱部１３との間の熱抵抗を制御する場合、両者の接触面積を制御したり、熱抵抗部材を両者の間に挿入したりしてもよい。
【００７０】
ここで、冷媒３０の液面が所定レベル以下であるか否かを判別する（ステップＳ４）。所定レベルは、予め設定される位置であり、例えば、毛細管力が生じる液面位置の範囲内で設定される。例えば、所定レベルは、毛細管力が生じる液面位置の範囲内における最高位置（例えば、毛細管２１の上端位置）に設定されてもよい。
【００７１】
なお、所定レベルは、毛細管力が生じる液面位置の範囲内より高い位置に設定されてもよい。例えば、所定レベルは、受熱量の制限を解除した状態で水頭圧Ｈによる循環力により、時間が経過すれば毛細管力が生じる液面位置に下がると推定される位置に設定することが可能である。
【００７２】
冷媒３０の液面が所定レベル以下ではないと判別した場合（ステップＳ４；Ｎｏ）、ステップＳ３の処理に戻る。一方、冷媒３０の液面が所定レベル以下であると判別した場合（ステップＳ４；Ｙｅｓ）、受熱部１３における受熱量を制限せずに受熱部１３において冷媒３０を気化させる（ステップＳ５）。
【００７３】
このような構成によれば、冷媒３０の液面が所定レベル以下に下がるまで受熱部１３における受熱量を制限するため、冷媒３０が気化する速度を抑えることができる。そのため、循環力が生じる間もなく冷媒３０が急速に気化して、ドライアウトが発生する虞を低減することができる。
【００７４】
また、上記構成では、冷却装置１００は、放熱流路１４内又は受熱部１３における冷媒３０の液面を検出するための液面検出装置６０を備え、液面検出装置６０の検出結果に基づいて受熱量を制限している。
【００７５】
この場合、冷媒３０の液面が、放熱流路１４内に存在するか否か、所定レベル以下に下がっているか否か、液面が存在する位置等を容易に検出することができ、その検出結果に応じて受熱量を制限することができる。
【００７６】
幾つかの実施形態では、冷却装置１００は、例えば、図５に示すように、受熱部１３又は受熱部１３に配置される毛細管部材２０を加熱するための加熱装置７０を備える。かかる構成において、上述した制御処理を実行する場合、冷却装置１００の制御装置９０（９０ｂ）は、冷媒３０の液面が放熱流路１４内に存在する場合に、受熱部１３における受熱量を制限しながら、冷媒３０の液面が所定レベル以下に下がるまで受熱部１３を加熱するように加熱装置７０を制御してもよい。なお、冷媒３０の液面の位置を検出するために、図５に示す冷却装置１００は、図４に示す液面検出装置６０を備え、制御装置９０ｂは、液面検出装置６０の検出結果に応じて加熱装置７０を制御してもよい。
【００７７】
この場合、例えば、発熱体４０からの受熱を制限しつつ、受熱部１３の受熱量が所定範囲内となるように加熱装置７０で加熱することにより、放熱流路１４内に存在する冷媒３０の液面を下げることができる。そのため、より確実に液位差が形成され、循環力が向上する。また、受熱部１３において過大な受熱量によりドライアウトが生じるリスクを低減することができる。なお、所定範囲とは、例えば、ドライアウトを生じさせることなく放熱流路１４内に存在する冷媒３０の液面を下げることができる熱量の範囲である。
【００７８】
幾つかの実施形態では、上述した制御処理を実行する場合、冷却装置１００の制御装置９０（９０ｂ）は、冷媒３０の液位差（第１液面と第２液面との差分）が第１液位差である場合の加熱装置７０による加熱量である第１加熱量が、当該液位差が第１液位差より大きい第２液位差である場合の加熱量である第２加熱量より小さくなるように加熱装置７０を制御してもよい。
【００７９】
この場合、冷媒３０の液位差が比較的小さい第１液位差である場合には、加熱装置７０が大きな加熱量で加熱するため、短時間で液位差が大きくすることができる。一方、液位差が比較的大きい第２液位差である場合には、加熱装置７０が小さな加熱量で加熱するため、消費電力を抑えることができる。
【００８０】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【００８１】
例えば、図４及び図５に示す制御装置９０（９０ａ、９０ｂ）は、図２に示す第１ポンプ５０や図６〜図８に示す冷媒注入部８０（８０ａ、８０ｂ）を制御するように構成されていてもよい。また、冷却装置１００は、制御装置９０（９０ａ、９０ｂ）を備える構成に限られない。例えば、ユーザが冷却装置１００を操作することによって、制御装置９０（９０ａ、９０ｂ）が実行する制御処理と同様の機能を果たしてもよい。
【符号の説明】
【００８２】
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ  循環経路
１１  放熱部
１２  帰還流路
１３  受熱部
１４  放熱流路
２０，２０ａ，２０ｂ  毛細管部材
２１  毛細管
２２  親水性コーティング
３０  冷媒
４０  発熱体
５０  第１ポンプ
６０  液面検出装置
７０  加熱装置
８０，８０ａ，８０ｂ  冷媒注入部
９０，９０ａ，９０ｂ  制御装置
１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ，１００ｆ  冷却装置
Ｄ１，Ｄ２  直径
【図１】
2020153620.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2020153620.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2020153620.tif 000009
【図８】
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【図９】
2020153620.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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