(57)【要約】【課題】冷却対象に対する冷却調整機能の向上を図るとともに、蒸発部に対する凝縮部の配置位置の自由度を上げ、冷却装置の小型化および適用範囲の拡大を図る。【解決手段】冷却装置（２、６２）は、蒸発部（４、ヒートシンク６４）と、凝縮部（６、熱交換器６６）と、第１の管路（往き管路８）と第２の管路（戻り管路１０）と、タービン（１６）と、ロータ（１８）とを備える。蒸発部は、発熱部品（１４）に設置され、発熱部品の発熱により内部に充填された冷媒（１２）を蒸発させる。凝縮部は、少なくとも蒸発した冷媒を取り込み、熱交換して凝縮させる。第１の管路は、蒸発部内での蒸発により流動する冷媒を凝縮部に流す。第２の管路は、凝縮部で凝縮した冷媒を蒸発部に流す。タービンは、第１の管路内に設置され、流動する冷媒に接触させて回動する。そしてロータは、タービンの回動に基づいて回動し、第２の管路内の前記冷媒を流動させる。【選択図】    図１
2014123634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱部品に設置され、該発熱部品の発熱により内部に充填された冷媒を蒸発させる蒸発部と、
少なくとも蒸発した前記冷媒を取り込み、熱交換して凝縮させる凝縮部と、
前記蒸発部内での蒸発により流動する前記冷媒を前記凝縮部に流す第１の管路と、
前記凝縮部で凝縮した前記冷媒を前記蒸発部に流す第２の管路と、
前記第１の管路内に設置され、流動する前記冷媒に接触させて回動するタービンと、
前記タービンの回動に基づいて回動し、前記第２の管路内の前記冷媒を流動させるロータと、
を備えることを特徴とする、冷却装置。
【請求項２】
前記ロータは、前記タービンとの間に、前記タービンの回動を特定の比率で伝達可能な連結手段を介して連結されることを特徴とする、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
さらに、前記ロータを回動させる外部駆動手段と、
前記第２の管路内に流動させる前記冷媒の流量を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記外部駆動手段の駆動量を制御することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
さらに、前記発熱部品、前記冷媒の何れか一方または両方の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記制御部は、前記温度検出手段の検出温度に基づいて前記外部駆動手段を制御し、前記冷媒の流量を調整させることを特徴とする、請求項３に記載の冷却装置。
【請求項５】
発熱部品に設置され、該発熱部品の発熱により内部に充填された冷媒を蒸発させる蒸発部と、
少なくとも蒸発した前記冷媒を取り込み、熱交換して凝縮させる凝縮部と、
前記蒸発部内での蒸発により流動する前記冷媒を前記凝縮部に流す第１の管路と、
前記凝縮部で凝縮した前記冷媒を前記蒸発部に流す第２の管路と、
前記第１の管路内に設置され、流動する前記冷媒に接触させて回動するタービンと、
前記タービンの回動に基づいて回動し、前記第２の管路内の前記冷媒を流動させるロータと、
前記ロータを回動させる外部駆動手段と、
前記第２の管路内に流動させる前記冷媒の流量を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記外部駆動手段の駆動を制御して、前記冷媒の流量を制御することを特徴とする電子装置。
【請求項６】
発熱部品に設置された蒸発部で該発熱部品の発熱により内部に充填された冷媒を蒸発させ、
少なくとも蒸発した前記冷媒を取り込み、凝縮部で熱交換して凝縮させ、
前記蒸発部内での蒸発により流動する前記冷媒を第１の管路で前記凝縮部に流し、
前記凝縮部で凝縮した前記冷媒を第２の管路を通じて前記蒸発部に流し、
流動する前記冷媒に接触させて前記第１の管路内に設置されたタービンを回動させ、
前記タービンの回動に基づいてロータを回動させて、前記第２の管路内の前記冷媒を流動させる、
処理を含むことを特徴とする、冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱部品側に循環させた冷媒を介して熱移動を行うことで、発熱部品を冷却させる冷却装置、電子装置および冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子装置は、発熱部品としてたとえば半導体素子を利用した演算部品やメモリなどを備えている。そしてこのような発熱部品を備えた電子装置は、各部品を適正な温度に維持させるために冷却装置が設置される。この冷却装置は、たとえば発熱部品から発生する熱を直接外部に放熱させるものや、発熱部品側に循環させた冷媒を介して熱交換させ、別の場所で排熱させるものがある。
【０００３】
冷却装置には、熱移動によって発生する冷媒の循環による流動エネルギや、放射される熱の上昇気流による流れのエネルギを回収し、利用するのがある。この流れのエネルギの回収手段として、たとえば循環する冷媒または上昇気流の流路上にファンなどを設置するものがある。
【０００４】
このような媒体の循環流や気流の利用構造に関し、発熱体の上部に設置したファン型のヒートシンクを上昇気流により回転させて発電機で発電させ、この電力をモータの動力源に利用するものがある（たとえば、特許文献１）。また、凝縮器と蒸発器との間に配置された膨張タービンが冷媒の圧力差により回動し、この回動動力を駆動力の一部として電動機を駆動させるものがある（たとえば、特許文献２）。また、容器外部に設置されたファンプロペラを冷媒の蒸気流によって回動するタービンプロペラを介して回動させることで、冷媒の放熱効率を向上させるものがある（たとえば、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−３１１３４３号公報
【特許文献２】特開平５−３２２３４７号公報
【特許文献３】特開２００７−０６４５３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、電子装置には、発熱部品に対する冷却手段として、サーモサイフォンの原理を利用したものがある。サーモサイフォンを利用した冷却手段は、たとえば発熱部品との熱交換により冷媒が加熱されることで蒸発する相変化が生じる。冷却手段は、たとえば熱交換により蒸発した気相の冷媒を凝縮部側に流す管路と、凝縮部から発熱部品側に冷却された液相の冷媒を流す管路とを別に設けて循環させる、所謂ループ型サーモサイフォン式ヒートパイプが利用されていた。
【０００７】
このヒートパイプを用いた冷却手段は、発熱部品に接触した蒸発部の上方に凝縮部を設け、気化した冷媒の蒸気流を利用して冷媒を凝縮部側に流し、凝縮部で冷却された冷媒を重力を利用して下方側の蒸発部側に環流させる構造がとられていた。冷却手段内部での冷媒の流動は、蒸発部で発生する蒸気量に依存する。冷却手段は、たとえば蒸発部で発生する蒸気の流量が低く、環流してくる冷媒の流量が気化量に近い量となっている場合には、発熱部品を冷却することができる。しかし、発熱部品の温度が高く、蒸発部での気化量が多くなり、環流してくる冷媒の流量が気化量に比べて少ない状態となると、蒸発部内の冷媒の大部分または全部が気化してしまい、冷却機能が低下する、所謂ドライアウト状態に陥るおそれがある。
【０００８】
また、冷媒の環流に重力を利用する冷却装置では、凝縮部を蒸発部の上方側に配置させる構造となる。そこで、冷却手段では、たとえば発熱部品の発熱温度などを考慮し、ドライアウト状態にさせない熱設計が行われるほか、多量に冷媒を充填させるなどの手法がとられていた。しかし、このような手法では、想定した以上の発熱が生じた場合に対応できないおそれがある。さらに、安全度を高めるために冷媒を多く入れることで、冷却手段の大型化や配置構造が限られることになり、設置可能範囲が限定されるという課題がある。
【０００９】
そこで、本開示の冷却装置、電子装置および冷却方法の目的は、冷却回路内の冷媒の循環機能を向上させて、冷却対象に対する冷却調整機能の向上を図ることにある。
【００１０】
また、本開示の冷却装置、電子装置および冷却方法の他の目的は、蒸発部に対する凝縮部の配置位置の自由度を上げて、冷却装置の省スペース化および適用範囲の拡大を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本開示の構成の一側面は、蒸発部と、凝縮部と、第１の管路と第２の管路と、タービンと、ロータとを備える。蒸発部は、発熱部品に設置され、該発熱部品の発熱により内部に充填された冷媒を蒸発させる。凝縮部は、少なくとも蒸発した前記冷媒を取り込み、熱交換して凝縮させる。第１の管路は、前記蒸発部内での蒸発により流動する前記冷媒を前記凝縮部に流す。第２の管路は、前記凝縮部で凝縮した前記冷媒を前記蒸発部に流す。タービンは、前記第１の管路内に設置され、流動する前記冷媒に接触させて回動する。そしてロータは、前記タービンの回動に基づいて回動し、前記第２の管路内の前記冷媒を流動させる。
【発明の効果】
【００１２】
本開示の冷却装置、電子装置または冷却方法によれば、次のいずれかの効果が得られる。
【００１３】
(1)  冷媒の蒸気流からタービンで回収した流動エネルギを利用して、第２の管路内のロータを回動させることで、蒸発部側に対し、発熱部品の状態に応じて適切な流量で冷媒を循環させることが可能となる。
【００１４】
(2)  冷媒の蒸気流に応じてロータを回動させて冷媒を循環させるので、発熱部品の温度変化による蒸気流の増減に対し、循環流量の応答性が高められる。
【００１５】
(3)  ロータにより強制循環させる構成により、蒸発部に対する凝縮部の配置位置が限定されず、冷却装置の小型化や低背化するとともに、冷却装置全体の形状を自由に設定することが可能となる。
【００１６】
そして、本発明の他の目的、特徴および利点は、添付図面および各実施の形態を参照することにより、一層明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施の形態に係る冷却装置の構成例を示す図である。
【図２】電子装置に設置される冷却装置の構成例を示す図である。
【図３】羽根車または動翼部品の構成例を示す図である。
【図４】回動部品の構成例を示す図である。
【図５】タービンとロータの配置状態例を示す図である。
【図６】タービンとロータの羽根部品の配置関係の一例を示す図である。
【図７】マグネットカップリングによる連結の原理を示す図である。
【図８】第２の実施の形態に係る冷却装置を備える電子装置の構成例を示す図である。
【図９】外部動力を備える電子装置の構成例を示す図である。
【図１０】発熱部品の状態検出機能を備える冷却装置の構成例を示す図である。
【図１１】制御ブロックを示す図である。
【図１２】コンピュータの構成例を示す図である。
【図１３】冷却制御の一例を示すフローチャートである。
【図１４】第３の実施の形態に係る冷却装置を備える電子装置の構成例を示す図である。
【図１５】タービンとロータの外観構成例を示す図である。
【図１６】ロータの分解状態例を示す図である。
【図１７】外部駆動手段とロータとのカップリングによる連結原理を示す図である。
【図１８】外部駆動手段とロータとのカップリングによる連結原理を示す図である。
【図１９】マグネットカップリングの外観および内部構造を示す部分断面図である。
【図２０】マグネットカップリングの構成例を示す図である。
【図２１】冷却制御の一例を示すフローチャートである。
【図２２】冷却制御の他の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
〔第１の実施の形態〕
【００１９】
図１は、第１の実施の形態に係る冷却装置の構成例を示している。図１に示す構成は一例であり、斯かる構成に本発明が限定されるものではない。
【００２０】
図１に示す冷却装置２は、本開示の冷却装置の一例であり、蒸発部４と凝縮部６との間に往き管路８および戻り管路１０を通じて冷媒１２を循環させている。冷却装置２は、発熱部品１４に直接、またはその近傍に設置した蒸発部４内に流動させた冷媒１２に吸熱させ、冷媒１２を介して凝縮部６側に熱移動させる。すなわち、この冷却装置２では、冷媒１２の相変化を生じさせる潜熱を利用した熱移動を行う。冷却装置２には、たとえば往き管路８上にタービン１６、戻り管路１０上にロータ１８を備えている。このロータ１８は、タービン１６と連結され、タービン１６の回動に基づいて回動する。そして、戻り管路１０内の冷媒１２は、ロータ１６の回動により強制流動して蒸発部４側に流される。
【００２１】
蒸発部４は、発熱部品１４から発せられた熱を冷媒１２に熱交換させて吸熱する手段の一例である。図２に示す蒸発部４は、たとえば内部に冷媒１２が充填され、接触した発熱部品１４から内部の冷媒１２に伝熱させるヒートシンクを構成している。この蒸発部４の内部では、発熱部品１４から発せられた熱を吸熱することで冷媒１２を蒸発させる。これにより冷媒１２は、気化熱により発熱部品１４を冷却させる。冷媒１２は、たとえば純水を用いればよく、その他、フッ素系液体などを用いてもよい。
【００２２】
蒸発部４は、たとえば回路基板２０に実装された発熱部品１４の上部側に設置される。蒸発部４には、内部に充填した冷媒１２に吸熱させる吸熱部２２が形成されている。この吸熱部２２に接続された往き管路８および戻り管路１０は、密閉された冷却装置２の冷媒管路の一部として利用される。吸熱部２２内部に充填された冷媒１２は、たとえば液体と蒸発した気体とが混在した気液二相、または液体が一定量溜まった状態となっている。
【００２３】
凝縮部６は、吸熱して気化した冷媒１２を冷却して液体に凝縮する手段の一例であり、蒸発部４から取り込んだ少なくとも蒸気の冷媒１２を取り込む。凝縮部６には、たとえば往き管路８と戻り管路１０とが接続され、蒸発部４との間に密閉された冷却装置２の冷媒管路の一部として機能する。凝縮部６には、たとえば内部に気化した冷媒１２と外気とを熱交換させる熱交換器を備え、熱交換による凝縮熱によって気化した冷媒１２を液体に相変化させる。また凝縮部６には、たとえば効率よく外気と熱交換させるために冷却ファンなどを設けてもよい。
【００２４】
この冷却装置２では、たとえば凝縮部６と蒸発部４とを同等の高さ、または回路基板２０上の実装部品などに応じて一定の高低差を設けて設置される。また、冷却装置２は、たとえば回路基板２０の設置状態に応じて、縦置きや横置き、または反転状態などの実装状態となる。
【００２５】
往き管路８は、本開示の第１の管路の一例であり、一端側を蒸発部４に接続されるとともに他端側を凝縮部６に接続され、内部に加熱された高温の冷媒１２を流す。往き管路８内部に流れる冷媒１２は、たとえば気体のみまたは気体および液体の気液二相流となっている。
【００２６】
戻り管路１０は、本開示の第２の管路の一例であり、凝縮部６で凝縮した冷媒１２を蒸発部４側に流す構成である。内部に流れる冷媒１２は、所定温度以下に冷却された液体状態である。
【００２７】
往き管路８と戻り管路１０は、同等の管径で形成してもよく、または特定の比率をもって形成してもよい。これらの管路の大きさは、たとえば想定される発熱部品１４の温度と、冷媒１２の冷却効率などに基づく冷媒１２の流量などに応じて設定すればよい。
【００２８】
発熱部品１４は、サーバ装置やＰＣ（Personal Computer）などの電子装置２４に実装される電子部品の一例であり、演算処理などによって高温状態となることから、正常動作を継続させるために冷却処理が行われる部品である。発熱部品１４は、たとえば半導体素子などで構成されるプロセッサやメモリ、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、その他電源装置のＤＣ−ＤＣコンバータなどであり、特に部品の大きさに対する発熱密度が高い部品である。蒸発部４は、たとえば発熱部品１４の外装側に冷却効率を向上させるためのＴＩＭ（Thermal Interface Material）２６を介して設置される。ＴＩＭ２６は、熱伝導材料の一例であり、シリコーン（Silicone）やグラファイト、熱伝導グリスなどで構成されればよい。
【００２９】
冷却装置２は、電子装置２４の内部において、発熱部品１４が実装された回路基板２０上、またはその近傍に設置される。
【００３０】
タービン１６は、往き管路８上に設置され、加熱によって蒸発した冷媒１２の流動エネルギを回収して回動する手段の一例である。タービン１６は、たとえば内部に設置された羽根車（インペラ）に流動する冷媒１２を接触させることで回動する。そしてタービン１６に接触した冷媒１２は、凝縮部６側に連結された管路８に流される。
【００３１】
ロータ１８は、戻り管路１０上に設置され、回動軸に対して機械的または電磁的に連結されたタービン１６の回動に基づいて回動して、冷媒１２を強制的に流動させる手段の一例である。ロータ１８は、凝縮部６側から流入した冷媒１２を蒸発部４側に向けて押し流すための動翼を備える。
【００３２】
ロータ１８は、タービン１６に対して同軸上に配置されており、タービンの回動により発生する運動エネルギを利用して回動する。タービン１６とロータ１８との間には、タービン１８の回動を特定の駆動比率で伝導するカップリング２８が設置され、このカップリング２８によりロータ１８が回動される。このカップリング２８は、連結手段の一例であり、たとえば機械的に駆動比率を設定するクラッチ機構およびギア機構であってもよく、または電磁的に羽根車と動翼とを引きつける電磁カップリング機構であってもよい。
【００３３】
この冷却装置２は、ループ型の熱サイフォンで構成されており、蒸発部４の吸熱部２２内に封入された冷媒１２が熱交換により蒸発して往き管路８内に高速で流れる。往き管路８の冷媒１２の蒸気流は、たとえば流速１〔ｍ／ｓ〕程度で流動する。冷媒１２は、往き管路８内を通じてタービン１６に接触して回動させることで、回転エネルギが回収されたのち、凝縮部６側に導かれる。冷媒１２は、凝縮部６における熱交換により凝縮熱が外部へ放出されることで、低圧の液相に凝縮される。液相となった冷媒１２は、たとえば往き管路８側からの流動エネルギやロータ１８の回動による強制流動によって戻り管路１０側に導かれる。そして、液相となった冷媒１２は、ロータ１８の回動数によって所定の流量に制御され、蒸発部４側に流される。戻り管路１０内の冷媒１２は、たとえば流量５〔ｃｍ／ｓ〕程度で流れる。
【００３４】
＜羽根車または動翼の構成例について＞
【００３５】
図３、図４は、羽根車または動翼部品の構成例を示す図である。図３、図４に示す構成は一例である。
【００３６】
図３に示す回動部品３０は、冷媒１２によって回動するタービン１６または冷媒１２を強制流動させるロータ１８の一例である。回動部品３０は、たとえばケース部品３２、羽根部品３４、蓋部品３６で構成される。ケース部品３２は、内部に羽根部品３４を収納する収納孔３８が形成されるとともに、たとえば側面側に冷媒１２の流入または排出を行う冷媒流動部４０を備えている。冷媒流動部４０は、たとえば収納孔３８の内部に対し、羽根部品３４の円周側に偏芯して設置される。
【００３７】
羽根部品３４は、羽根４２およびケース部品３２の内部に回動させる胴体部４４で構成され、流動する冷媒１２に接触して回動し、または外力によって回動して冷媒１２を強制流動させる。羽根４２は、たとえば円柱状に形成された胴体部４４の上部側に一体に形成、または設置されている。また、胴体部４４には、中心部に羽根部品３４を回動させる軸部４６が形成される。軸部４６は、たとえば蓋部品３６の中央部に軸支される。
【００３８】
胴体部４４の下部側には、たとえばマグネット部品４８、４９が設置されている。このマグネット部品４８は、たとえば図示しない対向側のマグネット部品４９との間で、磁力により連結するマグネットカップリングの一例である。
【００３９】
なお、羽根部品３４は、たとえば胴体部４４の下方側の一部にマグネット部品４８、４９を設置する場合に限られず、マグネット部品４８、４９と羽根部品３４とを同一の部材で一体に形成してもよい。
【００４０】
蓋部品３６は、羽根部品３４が収納されたケース部品３２の収納孔３８を密閉させるとともに、たとえば中央部に形成された流動孔５０を通じて冷媒１２を収納孔３８に対して流入させ、または流出させる構成例である。また蓋部品３６は、たとえば収納孔３８の中心軸上に交差する部分に羽根部品３４の軸部４６を軸支するための軸受部５２が形成される。この軸受部５２は、たとえば流動孔５０の一部に配置される。
【００４１】
＜回動部品３０の組立て例について＞
【００４２】
図４のＡに示すケース部品３２は、マグネット部品４８、４９や羽根部品３４が収納孔３８内に設置される前の状態例である。収納孔３８には、たとえば中心分部にマグネット部品４８、４９や羽根部品３４を回動可能に軸支する軸受部５４が形成されている。軸受部５４は、羽根部品３４の中心軸とケース部材３２とが直交する位置に形成され、蓋部３６と対向して配置される。これにより、ケース部品３２の軸受部５４と、蓋部品３６の軸受部５２との間で羽根部品３４が軸支される。収納孔３８の直径Ｌ１は、羽根部品３４を収納して回動可能に設定される。
【００４３】
羽根部品３４は、たとえば図４のＢに示すように、中心に形成された軸部４６を軸受部５４に挿入すると、収納孔３８内に収納される。羽根部品３４の直径Ｌ２は、たとえば収納孔３８の直径Ｌ１以下に形成すればよい。そして図４のＣに示すように、蓋部品３６は、羽根部品３４の軸部４６に対して軸受部５２を配置し、ケース部３２に設置される。
【００４４】
この回動部品３０は、たとえば遠心力により冷媒１２を圧送する構成であり、渦巻き型または渦流れ型のいずれかの羽根部品が利用されればよい。タービン１６に利用する場合、回動部品３０は、たとえば冷媒流動部４０から高温の気液二相流の冷媒１２を流入させ、羽根４２が回動することで流動エネルギを回収する。そして、タービン１６内を羽根部品３４に沿って流動した冷媒１２は、蓋部品３６の流動孔５０に接続された往き管路８を通じて凝縮部６側に流される。また、ロータ１８に利用する場合、回動部品３０は、たとえば凝縮部６で凝縮された冷媒１２を流動孔５０から流入させ、羽根４２の回動により冷媒流動部４０側に圧送する。これにより冷媒１２は、所定の流速に加速され、蒸発部４側に流される。
【００４５】
＜カップリングの構成例について＞
【００４６】
図５、図６および図７は、カップリングの構成例を示している。図５、図６、図７に示す構成は一例である。
【００４７】
図５に示すタービン１６とロータ１８は、連結するカップリング２８として、たとえばマグネットカップリングを利用した場合を示す。タービン１６とロータ１８は、たとえば、回動部品３０の底面同士を接触または一定の距離をとり、各中心軸を同軸上に配置している。この場合、たとえばタービン１６を上方に配置し、ロータ１８を下方に反転させて配置した場合を示しているがこれに限られず、ロータ１８を上方に配置してもよい。
【００４８】
タービン１６およびロータ１８は、たとえば図６に示すように各ケース部品３２の内部において、タービン１６側のマグネット部品４８とロータ１８側のマグネット部品４９とが近接されており、それぞれ互いの磁力の影響を受ける状態となっている。
【００４９】
マグネット部品４８、４９は、図７のＡに示すように、たとえば中心部分を境に左右にＮ極とＳ極との磁性が設定される。そして、タービン１６とロータ１８とを対向させ、冷媒１２の流動によってタービン１６が回動すると、図７のＢに示すようにタービン１６のマグネット部品４８が所定の回転数で回動し、Ｎ極とＳ極とが一定の円範囲で切替えられる。これにより、対向したロータ１８側のマグネット部品４９は、タービン１６側のマグネット部品４８の極性に従って回動させることができる。これにより、ロータ１８は、タービン１６が回収した冷媒１２の流動エネルギを利用しての羽根４２を回動させて冷媒１２を強制流動させることができる。
【００５０】
なお、タービン１６とロータ１８は、同等の外径の場合を示しているがこれに限られない。たとえば往き管路８または戻り管路１０内に流す冷媒１２の流量を異ならせるために、各流路の幅とともに、タービン１６またはロータ１８の大きさを異ならせてもよい。これによりタービン１６からロータ１８に対する回動について、連結手段により特定の比率で伝達可能に設定することができる。
【００５１】
タービン１６またはロータ１８は、渦巻き型の回動部品３０に限られない。高速で流動する気液二相流の冷媒１２から運動エネルギを回収し、または羽根４２の回動によって冷媒１２を強制流動させるものであれば、渦流れ型のものやその他の型の回動部品を利用してもよい。
【００５２】
そのほか、冷却装置２は、たとえば往き管路８および戻り管路１０がそれぞれ１本ずつの場合に限られない。たとえば蒸発部４と凝縮部６との間に、往き管路８と戻り管路１０を複数本ずつ備えてもよい。この場合、タービン１６とロータ１８とを連結させるために、往き管路８と戻り管路１０とを同数で構成すればよい。
【００５３】
斯かる構成によれば、冷媒１２の蒸気流からタービン１６で回収した流動エネルギを利用して、戻り管路１０内のロータ１８を回動させることで、蒸発部４側に対し、発熱部品１４の状態に応じて適切な流量で冷媒１２を循環させることが可能となる。冷媒１２の蒸気流に応じてロータ１８が回動して冷媒１２を循環させるので、発熱部品１４の温度変化による蒸気流の増減に対し、循環流量の応答性が高められる。ロータ１８により強制循環させる構成により、蒸発部４に対する凝縮部６の配置位置が限定されず、冷却装置２の小型化や低背化するとともに、冷却装置全体の形状を自由に設定することが可能となる。
【００５４】
〔第２の実施の形態〕
【００５５】
図８は、第２の実施の形態に係る冷却装置を備えた電子装置の構成例を示している。図８に示す構成は一例であり、斯かる構成に本発明が限定されない。
【００５６】
図８に示す電子装置６０は、本開示の電子装置の一例であり、回路基板２０に実装された発熱部品１４上に蒸発部４を設置させた冷却装置６２を備えている。この冷却装置６２は、本開示の冷却装置の一例であり、蒸発部を構成するヒートシンク６４、凝縮部を構成する熱交換器６６が設置されている。そしてヒートシンク６４と熱交換器６６との間は、温度および相状態の異なる冷媒１２を流す往き管路８と戻り管路１０とで循環路が形成される。
【００５７】
また往き管路８上には、流動する冷媒１２から運動エネルギを回収するタービン１６を備えている。戻り管路１０上には、回動により冷媒１２を強制流動させるロータ１８を備えている。ロータ１８は、タービン１６と同軸上に配置され、タービン１６が回収した運動エネルギを利用して回動されている。
【００５８】
さらに、この冷却装置６２は、たとえば冷媒１２の状態を検出する冷媒センサ６８や、発熱部品１４の温度を検出する発熱部品温度センサ７０（図１０）や制御回路７２を備えている。冷媒センサ６８は、たとえば戻り管路１０上に設置され、ヒートシンク６４側に流す冷媒１２の状態を検出する手段の一例である。冷媒センサ６８は、たとえば冷媒１２の温度を検出する温度センサのほか、流量センサや圧力センサが設置されてもよい。温度センサは、たとえばサーミスタ温度計などを利用すればよい。流量センサは、冷媒１２の流動を阻害させないものであればよく、機械式や電磁式などのセンサを用いればよい。
【００５９】
制御回路７２は、循環路内または戻り管路１０内の冷媒１２の流動監視および流動制御を行う手段の一例であり、たとえば冷媒センサ６８や発熱部品温度センサ７０やロータ１８、その他の機能部品に電気的に接続されている。この制御回路７２は、たとえば冷媒１２の検出温度や発熱部品１４の検出温度に基づいて、冷媒１２の循環量を制御することで、発熱部品１４に対する冷却機能を維持させる。この制御回路７２は、たとえば冷却制御および冷却対象の温度監視などを行う制御機能部を独立して冷却装置６２に備えてもよい。また、冷却装置６２は、搭載される電子装置６０の制御機能を利用してもよい。
【００６０】
＜ロータに対する動作手段を備えた冷却装置について＞
【００６１】
図９は、外部駆動手段を備える冷却装置の構成例を示す図である。図９に示す構成は一例である。
【００６２】
図９に示す冷却装置６２は、たとえばロータ１８に設置され、ロータ１８の回動を補助する外部駆動手段７４を備える。この外部駆動手段７４は、たとえば外部電力によって駆動するモータや、エンジンなどで構成され、回転力をロータ１８に付与する。外部駆動手段７４は、ロータ１８に機械的に直結され、または電磁的に接続される。この外部駆動手段７４は制御回路７２に接続され、たとえば冷媒１２の温度や流量などの循環状態に応じた駆動制御指示を受けて駆動する。外部駆動手段７４は、たとえば少なくともヒートシンク６４の内部の吸熱部２２内がドライアウト状態にならない冷媒１２の循環量が得られるように駆動制御が行われる。
【００６３】
ヒートシンク６４の吸熱部２２には、たとえば戻り管路１０から冷媒１２が流動状態、または噴流状態で流入される。冷媒１２の循環制御では、たとえば吸熱部２２内に常に一定量の冷媒層が形成されるように冷媒１２が供給されてもよく、または蒸気の冷媒１２が常に吸熱部２２内に充満される流量に制御してもよい。
【００６４】
＜発熱部品の温度状態の監視について＞
【００６５】
発熱部品１４に対する温度監視には、たとえば図１０に示すように、発熱部品１４の上面側のＴＩＭ２６とヒートシンク６４との間に設置された熱電対を用いた温度センサ７０が利用される。この温度センサ７０は、発熱部品１４から発せられる熱を検出可能な位置に設置されればよく、たとえば発熱部品１４の上面側中央に設置される。また、温度センサ７０は、発熱部品１４の外部に設置されるものに限られず、たとえば発熱部品１４の内部に構成されるプロセッサコアなどの半導体素子に内蔵されているサーマルダイオードの検出値を利用してもよい。
【００６６】
＜制御ブロックについて＞
【００６７】
図１１は、冷却装置の制御ブロックの構成例を示している。図１１に示す構成は一例である。
【００６８】
冷却装置６２の制御機能は、たとえば図１１に示すように、制御対象となる液送装置７１と、この液相装置７１によって実行される冷却状態の監視および指示情報を出力する制御部である制御回路７２が含まれる。液送装置７１は、たとえば冷却装置６２のうち、冷媒１２を循環させるヒートシンク６４、タービン１６、ロータ１８、カップリング２８、熱交換器６６、外部駆動手段７４などが含まれる。そして、この冷却制御では、たとえば制御回路７２から液相装置７１に対し、発熱部品１４を所定温度に維持するように冷媒１２の循環量を制御する制御情報が出力される。
【００６９】
この冷却装置６２の冷却制御は、たとえばＰＩＤ（Proportional Integral Derivative）制御が行われる。この冷却制御では、たとえば戻り管路１０内の冷媒１２の流量情報が制御変数として設定される。この制御変数は、たとえば発熱部品温度センサ７０によって検出された温度情報に基づいて設定され、冷却対象である発熱部品１４が所定の温度に冷却可能な冷媒１２の流量が設定されればよい。目標値は、制御変数として設定された流量情報の設定値である。この目標値は、たとえば冷却対象である発熱部品１４の外部温度情報や冷媒１２の温度情報、その他の情報などから発熱部品１４を設定温度に維持させるために必要な冷媒１２の流量の算出情報などである。目標値の設定は、たとえば制御回路７２または図示しない他の機能部品で算出してもよく、そのほか、予め発熱部品１４の温度と冷媒１２の流量との関係を示すテーブル情報などを読み出して利用してもよい。
【００７０】
制御回路７２は、ロータ１８などの制御対象に対し、目標値である設定した冷媒１２の流量を実現するための指示情報である操作変数として、たとえば外部駆動手段７４であるモータへの駆動電流情報を出力する。
【００７１】
そして、冷却制御では、制御変数と目標値との偏差を解消させるためにフィードバック制御を行う。制御回路７２は、たとえば偏差を解消させるための制御アルゴリズムを利用し、操作変数を調整する判断処理を行う。
【００７２】
そのほか冷却制御では、たとえば冷却対象または冷却手段の温度変化による外乱によって制御変数が変化し、冷却機能や冷媒１２の循環状態などの制御が乱される。この外乱は、たとえば冷却対象である発熱部品１４の発熱量の変化によって生じる。外乱は、液送装置７１の冷媒１２の温度や流速などの制御対象７３に作用し、たとえば冷媒１２の温度変化やヒートシンク６４における冷媒１２の蒸発量の変化、または気相の冷媒１２の流速変化など、液送装置７１による冷却機能を変化させる。
【００７３】
従って、冷却制御では、たとえば冷却対象である発熱部品１４や冷媒１２の設定温度を実現するための目標値と、制御指示に基づく冷却処理や外乱の影響を受ける液送装置７１の制御変数とをフィードバック制御により近似させる処理を繰り返し行う。
【００７４】
図１２は、冷却制御を行うコンピュータの構成例を示す。図１２に示す構成は一例である。
【００７５】
制御回路７２は、たとえばプロセッサ８０、ＲＡＭ（Random Access Memory）８２、記憶部８４で構成される。この制御回路７２は、たとえば冷却装置６２が独立して備えてもよく、または電子装置６０に備えられたプロセッサなどを利用してもよい。
【００７６】
プロセッサ８０は、記憶部８４に記憶されている冷却制御プログラムなどを機能させるための演算処理を行う手段の一例である。
【００７７】
ＲＡＭ８２は、冷却制御プログラムを実行処理するワークエリアとして機能する。プロセッサ８０は、冷却制御プログラムを実行し、冷媒センサ６８や発熱部品温度センサ７０などから取り込んだ発熱部品１４の温度情報や冷媒１２の温度情報、または流量情報などに基づいて、冷却機能の状態判断や偏差の判別、目標値の設定などを行う。またモータ電流などの操作変数の生成や出力を行う。
【００７８】
記憶部８４は、たとえばＲＯＭ（Read Only Memory）や半導体メモリなどで構成されており、冷却制御プログラムなどの制御プログラムを記憶するほか、各種センサから取得した温度情報、冷媒１２の流量情報などを記憶してもよい。
【００７９】
戻り管路１０に設置された冷媒センサ６８は、流動する液相の冷媒温度を検出する温度センサ８６のほか、たとえば流量センサ８８や圧力センサ８９などを備えてもよい。また、制御回路７２には、発熱部品温度センサ７０からの検出温度情報が取り込まれる。これにより、ヒートシンク６４内における冷媒１２の蒸発状態や、冷却装置６２内の冷媒１２の循環状態、冷却機能などを監視する。
【００８０】
そして制御回路７２は、たとえばカップリング２８や、外部駆動手段７４であるモータなどに動作制御指示を出力して、発熱部品１４を適正温度に維持させる冷却制御を実行する。
【００８１】
＜冷却制御処理について＞
【００８２】
図１３は、冷却制御の一例を示すフローチャートである。図１３に示す処理手順、処理内容は一例である。
【００８３】
図１３に示す処理は、本開示の冷却制御方法または冷却制御プログラムの一例であり、検出した温度情報に基づいて操作変数を出力し、ヒートシンク６４側に流す冷媒１２の流量を調整する処理を含む。
【００８４】
制御回路７２では、たとえば冷媒センサ６８に備えられた温度センサ８６から液体の冷媒１２の検出温度情報を取得し、目標冷媒温度に対する対比判断を行う（Ｓ１）。目標冷媒温度は、たとえば制御回路７２による演算処理または予め記憶された設定情報を利用すればよく、冷媒１２の冷却機能に基づき、発熱部品１４の目標温度に対して設定される冷媒１２の温度の一例である。すなわち、検出した液体冷媒１２の温度が目標冷媒温度よりも低い場合（Ｓ１のＹＥＳ）、発熱部品１４の発熱量に対し、冷媒１２の現在の循環量に基づく吸熱機能が充足していることから、外部駆動手段７４のモータを「弱」機能で動作させ、または停止させる（Ｓ２）。
【００８５】
冷却装置６２は、発熱部品１４の発熱温度に応じて冷媒１２の蒸発量が決まり、この冷媒１２の蒸気流の流量によってタービン１６が回収する運動エネルギが決まる。そしてこの運動エネルギによってロータ１８を回動させ、液相の冷媒１２の供給量が設定される。従って、冷媒１２の温度が設定温度よりも十分に低い場合には、モータを動作させなくとも、冷却機能が維持される。
【００８６】
また、冷媒１２の検出温度が目標冷媒温度よりも高い場合（Ｓ１のＮＯ）、発熱部品１４内部の状態監視に移行し、発熱部品温度センサ７０の検出温度が許容温度よりも低いか否かが判断される（Ｓ３）。許容温度は、たとえば冷却対象としてヒートシンク６４が設置された発熱部品１４毎に設定された温度であり、発熱部品１４が正常に機能することができる一定範囲の温度の一例である。この許容温度の情報は、たとえば制御回路７２に予め設定登録されている。
【００８７】
この実施例の発熱部品１４の温度監視対象は、たとえばＣＰＵコアであり、ＣＰＵコア温度ＴｊがサーマルダイオードやＣＰＵパッケージの外装側に設置された温度センサ７０によって検出され、許容温度と対比される。検出温度が許容温度よりも低い場合（Ｓ３のＹＥＳ）、モータを「中」機能の設定で動作させて、ヒートシンク６４側への冷媒１２の流量を調整する（Ｓ４）。
【００８８】
検出温度が許容温度よりも高い場合（Ｓ３のＮＯ）、外部駆動手段７４のモータを「強」機能の設定で動作させて、ヒートシンク６４側への冷媒１２の流量を調整し（Ｓ５）、発熱部品１４の過熱やヒートシンク６４内における冷媒１２のドライアウトを防止する。
【００８９】
なお、この冷却制御処理は、電子装置６０が駆動中や停止直後などを含み、常に実行される。また、制御回路７２は、たとえば判断処理の実行カウンタやタイマなどを備えてもよい。これにより、たとえば発熱部品１４の検出温度が許容温度よりも高い状態が一定回数または一定時間経過した場合には、発熱部品１４や電子装置６０の破損を回避するために、冷却装置６２は、電子装置６０に対する停止指示の出力や報知情報の出力などを実行してもよい。
【００９０】
また、上記の冷却制御では、冷媒１２の検出温度に基づいて外部駆動手段７４の駆動制御を行ったがこれに限られず、たとえば流量センサ８８や圧力センサ８９などを利用して、冷媒１２の冷却機能や状態を判断して、制御指示を出力させてもよい。
【００９１】
斯かる構成によれば、冷却装置６２に流れる冷媒１２の状態を監視し、この監視結果に基づいてヒートシンク６４側への冷媒供給量を調整することで、適切な流量制御を行うことができる。タービン１６とロータ１８による液送機能を利用し、冷媒１２の吸熱による蒸発流量に応じて循環量が設定できるので、発熱温度変化に対する冷媒１２の循環量の追従性を高めることができる。ロータ１８により強制循環させる構成により、ヒートシンク６４に対する熱交換器６６の配置位置が限定されず、冷却装置の小型化、低背化とともに、冷却装置の形状の自由度を高めることができる。
【００９２】
〔第３の実施の形態〕
【００９３】
図１４は、第３の実施の形態に係る冷却装置を備える電子装置の構成例を示している。図１４に示す構成は一例である。
【００９４】
電子装置６０に設置された冷却装置６２は、たとえば外部駆動手段７４の駆動力をロータ１８に伝達する手段として、マグネットカップリング９０を利用した場合を示している。このマグネットカップリング９０は、たとえば冷却制御手段として、冷媒１２による冷却機能に応じて外部駆動手段７４による駆動力の伝達を制御する制御機構を備える。
【００９５】
＜ロータ１８の構成例について＞
【００９６】
ロータ１８は、図１５に示すようにたとえばタービン１６の下方側に設置されており、既述のようにタービン１６の内部の羽根部品３４に対し、羽根車１００（図１６）が同軸上に配置される。そしてロータ１８は、タービン１６の羽根部品３４に設置されたマグネット部品４８の回動を受けて羽根車１００が回動する。ロータ１８は、たとえばケース部品９２内部に羽根車１００が収納されており、上部側に設置された蓋部９４によって密閉状態が保持される。タービン１６は、たとえば蓋部９４に載置されて固定させればよい。
【００９７】
このロータ１８は、たとえばケース部品９２の側面部に熱交換器６６で凝縮された液相の冷媒１２を取り込む流入孔９６と冷媒１２をヒートシンク６４側に圧送する排出孔９８を備えている。
【００９８】
図１６に示すロータ１８は、たとえばカスケード（渦流れ）型の羽根車１００を利用しており、流入孔９６から取り込んだ冷媒１２を羽根車１００の回転によってケース部品９２内部の収納部１０２内で略１回転させることで圧力をかけ、排出孔９８側に圧送させる。カスケード型の羽根車１００は、たとえば円盤状に形成された本体部１０４の周囲に冷媒１２を押し流す羽根（翼）１０６が複数枚配置されている。羽根車１００の中心には、たとえば図示しない蓋部９４や収納部１０２内に形成された回動中心軸によって軸支される貫通孔１０８が形成されている。この回動中心軸および貫通孔１０８は、タービン１６の回動中心と同軸上に配置される。
【００９９】
羽根車１００は、タービン１６が配置される上面側にマグネット部品４９を備えるとともに、下面側に外部駆動手段７４と連結するマグネット部品１１０を備える。このマグネット部品１１０は、マグネットカップリング９０の構成部品の一例である。
【０１００】
蓋部９４は、たとえば貫通孔１１１が形成され、その貫通孔１１１に貫通させた締結部品１１２をケース部品９２に形成された係止孔１１３に係止させることでケース部品９２を密閉する。
【０１０１】
なお、冷却装置６２に設置されるロータ１８は、カスケード型のものに限定される物ではなく、遠心型の動翼を備えたロータまたはその他のロータであってもよい。
【０１０２】
＜マグネットカップリングによるロータの駆動構成例について＞
【０１０３】
図１７および図１８は、外部駆動手段とロータとのカップリングによる連結原理例を示している。図１７、図１８に示す構成は一例である。
【０１０４】
外部駆動手段７４は、たとえばモータやエンジンなどの回転駆動する動力手段で構成されており、回転動力を出力する回転軸１１６を備えている。この回転軸１１６は、図１７のＡおよび図１８のＡに示すようにロータ１８側に外部駆動手段７４で出力した回転駆動力を伝達させるカップリング機構１１８を備えている。このカップリング機構１１８は、マグネットカップリング９０の構成部品の一例であり、外部駆動手段７４とロータ１８とを連結させる連結機能、または連結を解除するクラッチ機能により外部駆動手段７４の回転力の伝達を制限する制限機構として機能する。カップリング機構１１８は、たとえば制御回路７２と接続され、制御指示に基づいて動作する。カップリング機構１１８は、ロータ１８側のマグネット部品４９に対して磁力によって連結させる磁力発生手段を備えている。外部駆動手段７４は、ロータ１８の回動量を増加させて冷媒１２の圧送機能を補助する手段であり、その回動方向は、タービン１６による回動方向に従って設定されればよい。
【０１０５】
ロータ１８は、たとえば図１７のＢに示すように、タービン１６のマグネット部品４８の回動によりＮ極とＳ極が反転を繰り返すのに従って、マグネット部品４９が回動し、羽根車１００が回動する。また外部駆動手段７４側の駆動に連動して、磁力発生手段を動作させたカップリング機構１１８は、たとえば中心部を境にＮ極とＳ極の磁性が発生し、回動する。ロータ１８側のマグネット部品１１０は、カップリング機構１１８に発生した磁力の回動に連動して回動することで、羽根車１００に駆動力を付与する。羽根車１００は、タービン１６からの駆動力と外部駆動手段７４からの駆動力によって所定回転数で回動し、冷媒１２を圧送する。
【０１０６】
また、図１８のＢに示すように、カップリング機構１１８は、たとえば制御回路７２からの制御指示や外部駆動手段７４の停止に連動して磁力発生手段を停止させると、磁力が消滅する。これにより、ロータ１８側のマグネット部品１１０への駆動力の付与が停止する。
【０１０７】
＜マグネットカップリングの構成例について＞
【０１０８】
図１９および図２０は、カップリング機構の構成例を示している。図１９、図２０に示す構成は一例である。
【０１０９】
カップリング機構１１８は、たとえばフィールド部１２０、ロータ部１２２が含まれる。フィールド部１２０は、たとえば図示しないケースや支持部材などにカップリング機構１１８を固定する手段であり、周縁側に固定部品を係止する係止孔などが形成される。
【０１１０】
ロータ部１２２は、外部駆動手段７４の回転動力を受けて回動する部品の一例であり、中心部分に回転軸１１６を係止させる係止孔１２４が形成されている。この係止孔１２４には、たとえば図示しないキー溝などが形成されてもよい。ロータ部１２２には、フィールド部１２０との境界部分に回転伝達を阻止するベアリング１２６が設置されている。また、ロータ部１２２の内部には、たとえば係止孔１２４の周縁に沿って、リング状に形成された電磁コイル１２８が設置されている。この電磁コイル１２８は、磁力発生手段の一例であり、図２０に示すようにたとえば制御回路７２や電源回路などに接続する端子１３０を備えている。なお、電磁コイル１２８は、リング状の単一部材で構成されるものに限られず、一定の大きさのブロック形状の部品がリング状に複数個設置されてもよい。
【０１１１】
外部駆動手段７４を利用した冷却制御では、たとえば電磁コイル１２８に対して通電させ、ロータ１２２の回転に伴って電磁コイル１２８を回転させて、マグネット部品１１０に回転駆動力を伝達する。
【０１１２】
なお、カップリング機構１１８は、外部駆動手段７４とロータ１８との連結または切り離しによる制限機構に限られず、ロータ１８に対する伝達比率を切替える手段を備えてもよい。
【０１１３】
＜冷却制御について＞
【０１１４】
図２１は、マグネットカップリングを利用した冷却制御の処理例を示している。図２１に示す処理内容、処理手順は一例である。
【０１１５】
図２１に示す処理は、本開示の冷却制御方法または冷却制御プログラムの一例である。検出した温度情報に基づいて外部駆動手段７４の動作制御とともに、外部駆動手段７４とロータ１８との連結または連結解除の制御処理を含む。
【０１１６】
制御回路７２は、たとえば冷媒センサ６８に備えられる温度センサ８６から液体の冷媒１２の検出温度情報を取得し、目標冷媒温度に対する対比判断を行う（Ｓ１１）。検出した液体冷媒１２の温度が目標冷媒温度よりも低い場合（Ｓ１１のＹＥＳ）、冷媒１２による吸熱機能が充足していると判断し、外部駆動手段７４であるモータを停止させるとともに、電磁コイル１２８への通電を停止させてモータとロータ１８とを切り離す（Ｓ１２）。
【０１１７】
また、冷媒１２の検出温度が目標冷媒温度よりも高い場合（Ｓ１１のＮＯ）、発熱部品１４内部の温度監視に移行し、発熱部品温度センサ７０の検出温度が許容温度よりも低いか否かが判断される（Ｓ１３）。発熱部品１４の温度監視対象は、たとえばＣＰＵコアであり、ＣＰＵコア温度ＴｊがサーマルダイオードやＣＰＵパッケージの外装側に設置された温度センサ７０によって検出され、許容温度と対比される。検出温度が許容温度よりも低い場合（Ｓ１３のＹＥＳ）、外部駆動手段７４のモータを「弱」機能の設定で動作させるとともに、電磁コイル１２８に通電してモータとロータを連結させる（Ｓ１４）。これによりヒートシンク６４側への冷媒１２の流量が調整される。
【０１１８】
検出温度が許容温度よりも高い場合（Ｓ１３のＮＯ）、外部駆動手段７４のモータを「強」機能の設定で動作させるとともに電磁コイル１２８に通電してモータとロータを連結させる（Ｓ１５）。これによりヒートシンク６４側への冷媒１２の流量を調整し、発熱部品１４の過熱やヒートシンク６４内における冷媒１２のドライアウトを防止する。
【０１１９】
なお、冷却制御は、既述のように冷媒１２の検出温度に基づいて外部駆動手段７４の駆動制御を行うものに限られず、たとえば流量センサ８８や圧力センサ８９などを利用して、冷媒１２の冷却機能や状態を判断して、制御指示を出力してもよい。
【０１２０】
斯かる構成によれば、外部駆動手段７４とロータ１８とを磁力によって連結させ、または切り離す構成により、ロータ内部の密閉性が確保でき、設定した冷媒１２の流量が確保できるので、冷却装置の信頼性を高めることができる。
【０１２１】
以上説明した各実施形態について、その特徴事項を以下に列挙する。
【０１２２】
(1)  冷却装置２は、冷媒１２の流路を少なくとも二系列設けている。一系列は蒸気または気液二相の冷媒１２を流す流路であり、流動する冷媒１２の運動エネルギを回転エネルギへ変換するタービン１６を備える。他の系列は、液体冷媒１２を蒸発部４であるヒートシンク６４に導くロータ１８を備える流路である。タービン１６とロータ１８とは、カップリング２８で連結され、タービン１６からロータ１８へ回転運動を伝達することで冷却対象側に冷媒１２を循環させる冷却システムが形成される。
【０１２３】
(2)  この冷却装置２は、半導体素子で構成された電子部品を備える電子装置の循環型冷却システムを構成する。
【０１２４】
(3)  冷却装置２は、冷媒１２の蒸発および凝縮による相変化を利用して効率よく熱移動を行うことで、冷却機能を高めている。具体的には、ヒートシンク６４内部は、液体冷媒１２と飽和蒸気で満たされており、発熱部品１４で発生した熱がヒートシンク６４へ伝わると、液体冷媒１２が蒸発し蒸気冷媒１２となることで熱を奪い、冷媒１２を冷却する。そして、蒸気冷媒１２は、熱サイフォン作用によって冷媒の相変化と高速の蒸気流れによって凝縮部６側に熱移動させる。凝縮部６では、冷媒１２の蒸気が熱交換器によって放熱され凝縮することで液相に変化する。
【０１２５】
(4)  この冷却装置２によれば、タービン１６およびロータ１８によって冷媒１２を強制流動させる構造により、重力を利用した冷媒１２の循環を行わないので、凝縮部６に対するヒートシンク６４の設置位置や設置状態の自由度が高められる。また、液相の冷媒１２の還流量を気相冷媒の流量に依存させないため、蒸発部４が乾燥するドライアウト現象を防止でき、冷却機能の向上および電子装置の信頼性を高めることができる。
【０１２６】
〔その他の実施の形態〕
【０１２７】
(1)  上記実施の形態では、タービン１６からロータ１８に動力を伝達するカップリング２８は設定された駆動比率で伝導する場合を示したがこれに限られない。カップリング２８は、たとえばタービン１６とロータ１８との駆動比率を切替える切替え手段を備えてもよい。この切替え手段を備えるカップリング２８は、たとえば機械的なギア構造や通電量により伝達効率を変更可能な電磁カップリングを利用したクラッチ機構を備えてもよい。
【０１２８】
このカップリング２８では、たとえばロータ１６の回動数に対して、ロータ１８の回動数を増加させる構成であってもよく、またはギア機構などによって回動数を減少させるものであってもよい。このロータ１８の回動数の減少は、たとえば戻り管路１０に流す冷媒１２の流量を減少させる制御とは限らない。たとえば往き管路８側を流れる蒸気冷媒１２の流動エネルギなどによって戻り管路１０側の流量が維持される場合も含まれる。
【０１２９】
クラッチ機構を備えるカップリング２８を利用した冷却装置２の冷却制御では、たとえば図２２に示すように、冷媒１２の流量検出（Ｓ２１）および冷媒１２や発熱部品１４の温度検出（Ｓ２２）による検出情報に基づいて冷媒１２の循環流量を判断する（Ｓ２３）。循環流量が適正であり冷却機能が維持されている場合（Ｓ２３のＹＥＳ）には、その流動状態を維持させる。また、冷媒１２温度が高い場合など、循環流量が適正でない場合（Ｓ２３のＮＯ）には、外部駆動手段７４のモータの駆動などの駆動制御を行うほか、カップリング２８の切替え手段を切替えることで、ロータ１８への回転伝達比率を変更させる。これにより、戻り管路１０内の液体冷媒１２の流量を調整することができる。
【０１３０】
斯かる構成によれば、カップリングによりタービン１６とロータ１８の直結および差動が自在となるため、液還流量が蒸気量に依存せず、常に蒸発部４に液体冷媒１２を制御して供給でき、安定した冷却が可能になる。さらに、タービン１６の回動によってロータ１８を自律作動させる構成により、電子装置の冷却機能が動作しなくなる状態を回避でき、冷却装置を搭載した電子装置の信頼性を向上させることができる。
【０１３１】
(2)  上記実施の形態では、タービン１６で回収した回転エネルギをロータ１８に伝達させるカップリングとして、マグネットを利用した電磁カップリングを用いたが、これに限られない。タービン１６とロータ１８の羽根部品３４は、たとえばケース部品３２を貫通した連結軸によって機械的に連結され、回転を伝達させてもよい。この場合、ケース部品３２には、たとえば連結軸の貫通部分に対し、連結軸が回動可能な止水部品を備えればよい。
【０１３２】
(3)  上記実施の形態では、外部駆動手段７４によってロータ１８を回動させる構成を示したがこれに限られない。冷却装置２は、たとえば戻り管路１０上にポンプを設けて冷媒１２を流動させてもよい。斯かる構成によれば、既述のタービン１６が回収した蒸気冷媒の運動エネルギを利用したロータ１８とともに、ポンプの圧送によって、低温の冷媒１２を強制流動させることができる。これにより、蒸発した冷媒１２の流量に関わらず、必要な流量の冷媒１２を蒸発部４側に供給できる。また、ポンプを利用することで、たとえば蒸発部４の温度が急加熱した場合、往き管路８内の冷媒流量が低い状態であっても、強制的に低温の冷媒１２を蒸発部４側に流せるので、一時的にドライアウト状態になるのを防止できる。また、冷却装置２内で冷媒１２の対流を促すことができ、タービン１６およびロータ１８の回動増加時の負荷を抑えることができ、迅速に最適な流量制御が可能となる。
【０１３３】
(4)  上記実施の形態では、冷却装置２内部に充填される冷媒１２の量の調整制御およびその手段を示していないが、冷却装置２は、たとえば管路上に冷媒１２の流動量を調整する貯留タンクを設けてもよい。そして、蒸発部４側の温度状態や、冷媒１２の流動状態に応じて、冷媒１２の増減を行ってもよい。斯かる構成によれば、たとえば蒸発部４が許容温度以上になり、外部駆動手段７４を利用しても適正な温度まで冷却できない場合であっても、冷媒１２の流量を増加させることができ、ドライアウト状態の発生を阻止することが可能となる。
【０１３４】
次に、以上述べた実施例を含む実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。以下の付記に本発明が限定されるものではない。
【０１３５】
（付記１）発熱部品に設置され、該発熱部品の発熱により内部に充填された冷媒を蒸発させる蒸発部と、
少なくとも蒸発した前記冷媒を取り込み、熱交換して凝縮させる凝縮部と、
前記蒸発部内での蒸発により流動する前記冷媒を前記凝縮部に流す第１の管路と、
前記凝縮部で凝縮した前記冷媒を前記蒸発部に流す第２の管路と、
前記第１の管路内に設置され、流動する前記冷媒に接触させて回動するタービンと、
前記タービンの回動に基づいて回動し、前記第２の管路内の前記冷媒を流動させるロータと、
を備えることを特徴とする、冷却装置。
【０１３６】
（付記２）前記ロータは、前記タービンと同軸上に配置され、前記タービンの回動により発生する運動エネルギを利用して回動することを特徴とする、付記１に記載の冷却装置。
【０１３７】
（付記３）前記ロータは、前記タービンとの間に、前記タービンの回動を特定の比率で伝達可能な連結手段を介して連結されることを特徴とする、付記１または付記２に記載の冷却装置。
【０１３８】
（付記４）前記第１の管路に流れる前記冷媒は、気相および液相を含む二相流であることを特徴とする、付記１ないし付記３のいずれかに記載の冷却装置。
【０１３９】
（付記５）前記凝縮部は、熱交換器を備え、
該熱交換器により取り込んだ前記冷媒を熱交換して液相に凝縮させることを特徴とする、付記１ないし付記４のいずれかに記載の冷却装置。
【０１４０】
（付記６）さらに、前記ロータを回動させる外部駆動手段と、
前記第２の管路内に流動させる前記冷媒の流量を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記外部駆動手段の駆動量を制御することを特徴とする、付記１ないし付記５のいずれかに記載の冷却装置。
【０１４１】
（付記７）さらに、前記外部駆動手段と前記ロータとの間に設置され、前記外部駆動手段の駆動力の伝達を制限する制限機構を備えることを特徴とする、付記６に記載の冷却装置。
【０１４２】
（付記８）さらに、前記タービンと前記ロータとの間に設置され、前記タービンの回動量に対して前記ロータの回動量を切替える切替え手段を備えることを特徴とする、付記１ないし付記７のいずれかに記載の冷却装置。
【０１４３】
（付記９）前記外部駆動手段は、前記ロータに連結した駆動モータで構成され、該駆動モータによって前記ロータを回動させて、前記第２の管路内の前記冷媒を強制流動させることを特徴とする、付記６または付記７に記載の冷却装置。
【０１４４】
（付記１０）さらに、前記発熱部品、前記冷媒の何れか一方または両方の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記制御部は、前記温度検出手段の検出温度に基づいて前記外部駆動手段または前記切替え手段のいずれか一方または両方を制御し、前記冷媒の流量を調整させることを特徴とする、付記７ないし付記９のいずれかに記載の冷却装置。
【０１４５】
（付記１１）さらに、前記冷媒の流量を検出する流量検出手段を備え、
前記制御部は、少なくとも検出した前記冷媒の流量に基づき、前記外部駆動手段または前記切替え手段のいずれか一方または両方を動作させ、前記第２の管路に流れる前記冷媒の流量を制御する、
ことを特徴とする、付記７ないし付記１０のいずれかに記載の冷却装置。
【０１４６】
（付記１２）発熱部品に設置され、該発熱部品の発熱により内部に充填された冷媒を蒸発させる蒸発部と、
少なくとも蒸発した前記冷媒を取り込み、熱交換して凝縮させる凝縮部と、
前記蒸発部内での蒸発により流動する前記冷媒を前記凝縮部に流す第１の管路と、
前記凝縮部で凝縮した前記冷媒を前記蒸発部に流す第２の管路と、
前記第１の管路内に設置され、流動する前記冷媒に接触させて回動するタービンと、
前記タービンの回動に基づいて回動し、前記第２の管路内の前記冷媒を流動させるロータと、
前記ロータを回動させる外部駆動手段と、
前記第２の管路内に流動させる前記冷媒の流量を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記外部駆動手段の駆動を制御して、前記冷媒の流量を制御することを特徴とする電子装置。
【０１４７】
（付記１３）さらに、前記発熱部品、前記冷媒の何れか一方または両方の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記制御部は、前記温度検出手段の検出温度に基づいて前記外部駆動手段または前記切替え手段のいずれか一方または両方を制御し、前記冷媒の流量を調整させることを特徴とする、付記１２に記載の電子装置。
【０１４８】
（付記１４）さらに、前記冷媒の流量を検出する流量検出手段を備え、
前記制御部は、少なくとも検出した前記冷媒の流量に基づき、前記外部駆動手段または前記切替え手段のいずれか一方または両方を動作させ、前記第２の管路に流れる前記冷媒の流量を制御する、
ことを特徴とする、付記１２または付記１３に記載の電子装置。
【０１４９】
（付記１５）発熱部品に設置された蒸発部で該発熱部品の発熱により内部に充填された冷媒を蒸発させ、
少なくとも蒸発した前記冷媒を取り込み、凝縮部で熱交換して凝縮させ、
前記蒸発部内での蒸発により流動する前記冷媒を第１の管路で前記凝縮部に流し、
前記凝縮部で凝縮した前記冷媒を第２の管路を通じて前記蒸発部に流し、
流動する前記冷媒に接触させて前記第１の管路内に設置されたタービンを回動させ、
前記タービンの回動に基づいてロータを回動させて、前記第２の管路内の前記冷媒を流動させる、
処理を含むことを特徴とする、冷却方法。
【０１５０】
（付記１６）外部駆動手段により前記ロータを回動させ、
制御部により前記外部駆動手段の駆動量を制御して前記第２の管路内に流動させる前記冷媒の流量を制御させる、
処理を含むことを特徴とする、付記１５に記載の冷却方法。
【０１５１】
（付記１７）前記タービンと前記ロータとの間に設置された切替え手段により、前記タービンの回動量に対して前記ロータの回動量を切替える処理を含むことを特徴とする、付記１５または付記１６に記載の冷却方法。
【０１５２】
（付記１８）さらに、前記発熱部品、前記冷媒の何れか一方または両方の温度を温度検出手段で検出し、
前記温度検出手段の検出温度に基づいて前記外部駆動手段または前記切替え手段のいずれか一方または両方を制御して前記冷媒の流量を調整させる、
処理を含むことを特徴とする、付記１５ないし付記１７のいずれかに記載の冷却方法。
【０１５３】
（付記１９）さらに、前記冷媒の流量を流量検出手段で検出し、
少なくとも検出した前記冷媒の流量に基づき、前記外部駆動手段または前記切替え手段のいずれか一方または両方を動作させ、前記第２の管路に流れる前記冷媒の流量を制御する、
処理を含むことを特徴とする、付記１５ないし付記１８のいずれかに記載の冷却方法。
【０１５４】
以上説明したように、本発明の好ましい実施形態等について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、または明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であることは勿論であり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１５５】
２、６２  冷却装置
４  蒸発部
６  凝縮部
８  往き管路
１０  戻り管路
１２  冷媒
１４  発熱部品
１６  タービン
１８  ロータ
２０  回路基板
２２  吸熱部
２４、６０  電子装置
２８  カップリング
３２、９２  ケース部品
３４  羽根部品
４０  冷媒流動部
４２  羽根
４８、４９、１１０  マグネット部品
５０  流動孔
５２、５４  軸受部
６４  ヒートシンク
６６  熱交換器
６８  冷媒センサ
７０  発熱部品温度センサ
７１  液送装置
７２  制御回路
７４  外部駆動手段
８０  プロセッサ
８２  ＲＡＭ
８４  記憶部
８６  温度センサ
８８  流量センサ
８９  圧力センサ
９０  マグネットカップリング
１００  羽根車
１０６  羽根
１０８、１１１  貫通孔
１１６  回転軸
１１８  カップリング機構
１２０  フィールド部
１２２  ロータ部
１２４  係止孔
１２８  電磁コイル
１３０  端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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