(57)【要約】【課題】この発明は、分配容器内に設けた流路切換弁の動作条件を明確に定めることで、受熱器内の冷媒液を一定量に保持し、これによって受熱器での受熱効率の低下を防止する。【解決手段】冷媒液Ｃが流通される分配容器１と、分配容器１の上部に接続されて冷媒液Ｃが供給される冷媒流入管２と、分配容器１の下部に接続されて冷媒液Ｃを排出する第１冷媒流出管３及び第２冷媒流出管４と、分配容器１内の冷媒Ｃ内で浮くフロート型の流路切換弁５と、を有し、この流路切換弁５は、一方の受熱器５０内の冷媒液Ｃの冷媒量が基準液量Ｌに到達しない場合に、第１冷媒流出管３側に経路を切換え、また、一方の受熱器５０内の冷媒液Ｃの冷媒量が基準液量Ｌに到達した場合に、第１冷媒流出管３側の経路を遮断して、第２冷媒流出管４側に経路を切換える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒液が流通される分配容器と、該分配容器の上部に接続されて冷媒液が供給される冷媒流入管と、該分配容器の下部に接続されて冷媒液を一方の受熱器に排出する第１冷媒流出管と、該分岐配管の下部に接続されて冷媒液を他方の受熱器に排出する第２冷媒流出管と、該分配容器内に配置されて該分配容器内の液の水位により作動する流路切換弁と、を有し、
前記流路切換弁は、前記一方の受熱器内の冷媒量が基準液量に到達しない場合に、前記第１冷媒流出管側に経路を切換え、また、前記一方の受熱器内の冷媒量が基準液量に到達した場合に、前記第１冷媒流出管側の経路を遮断して、前記第２冷媒流出管側に経路を切換えることを特徴とする冷媒分配装置。
【請求項２】
前記流路切替弁は、前記分配容器内の液に浮いたフロートにより操作されることを特徴とする請求項１記載の冷媒分配装置。
【請求項３】
前記流路切換弁は、前記分配容器内に上下を仕切るように配置された仕切板と、該仕切板の下側に位置して内部の冷媒液により浮力が生じるフロート弁と、を具備し、
前記フロート弁は、前記一方の受熱器内の冷媒量が基準液量に到達した場合に、上方に位置する前記仕切板に接触して、前記第１冷媒流出管側に通じていた経路を前記第２冷媒流出管側に切換えることを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の冷媒分配装置。
【請求項４】
前記分配容器は、上下方向に沿う軸線を中心とした筒状体に形成され、
前記第２冷媒流出管は、前記分配容器内に内挿されるとともに該分配容器の内壁と間に間隙を有するように配置され、
前記フロート弁は、前記分配容器の内壁と前記第２冷媒流出管との間隙部にて軸線に沿う上下方向に移動自在に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の冷媒分配装置。
【請求項５】
前記仕切板は、前記分配容器内に位置する前記第２冷媒流出管の上端部を塞ぐように設置されており、
前記仕切板及び前記第２冷媒流出管の上端部には、前記一方の受熱器内の冷媒量が基準液量に到達して、前記フロート弁が仕切板に接触した場合に、前記第１冷媒流出管側に通じていた経路を前記第２冷媒流出管側に切換える開口流路が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の冷媒分配装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷媒分配装置は、上下方向に直列するように複数設置されるとともに、各冷媒分配装置の第１冷媒流出管はそれぞれ異なる受熱器に接続され、
下側に位置する冷媒分配装置の冷媒流入管は、上側に位置する冷媒分配装置の第２冷媒流出管に接続されることを特徴とする冷却装置。
【請求項７】
前記冷媒分配装置の冷媒流出管に連結される複数の受熱器には、合流管を介して該受熱器で気化した冷媒を受け入れる放熱器が接続され、
前記放熱器は、前記受熱器で気化した冷媒を冷却することで液化させ、液化後の冷媒液を、前記冷媒流入管を通じて最上段に位置する前記冷媒分配装置に還流させることを特徴とする請求項６に記載の冷却装置。
【請求項８】
冷媒液が流通される分配容器と、該分配容器の上部に接続されて冷媒液が供給される冷媒流入管と、該分配容器の下部に接続されて冷媒液を一方の受熱器に排出する第１冷媒流出管と、該分岐配管の下部に接続されて冷媒液を他方の受熱器５１に排出する第２冷媒流出管と、該分配容器内に配置されて前記第１又は第２冷媒流出管のいずれかに前記冷媒流入管を切換える流路切換弁と、を有する冷媒分配装置において、
前記一方の受熱器内の冷媒量が基準液量に到達しない場合に、前記流路切換弁を前記第１冷媒流出管側に切換え、また、前記一方の受熱器内の冷媒量が基準液量に到達した場合に、前記第１冷媒流出管側の経路を遮断して、前記流路切換弁を前記第２冷媒流出管側に切換えることを特徴とする冷媒分配装置における冷媒分配方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器からの排熱を効率良く行うための冷媒分配装置、冷却装置及び冷媒分配装置における冷媒分配方法に関する。 
【背景技術】
【０００２】
近年、情報社会の進展に伴い、情報量の大幅な増加が見込まれている。その増加情報のため、情報処理能力の高いサーバなどの電子機器を、多数設置することが必要となっている。
特に多数の電子機器を密集させたデータセンタでは、多くの熱が出され、その処理能力維持のために、冷媒の蒸発・凝縮という相変化サイクルを利用して排熱を行う冷却装置が備えられている。
【０００３】
この冷却装置としては、例えば特許文献１に示される、多段の受熱器に冷媒液を分配供給し、複数の受熱器にて電子機器からの排熱を効率的に行う冷媒分配装置が使用される。
特許文献１の冷媒分配装置では、放熱器で液化された冷媒液が分配容器に流入し、下部に設けた配管を通って各受熱器に供給される。各受熱器に十分な冷媒液が供給されると、分配容器の内部でオーバーフローが生じ、側面に設けた下方液相管に流れる配管を通り、次の受熱器に冷媒液を供給するための下部の分配容器に向かう。この構造により、各受熱器に均等に冷媒を供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０８７５３０号
【特許文献２】特開昭６０−１３４１６７号公報
【特許文献３】特開昭６１−１７５３７８号公報
【特許文献４】実開昭６２−１３３０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の冷媒分配装置では、放熱器からの冷媒液の供給量が常に一定のため、受熱器において、熱を受けることで相変化し冷媒蒸気になる冷媒液の減少量よりも、冷媒液の供給量が多くなることがある。すなわち、「放熱器での相変化による冷媒液減少量」よりも、「放熱器からの冷媒液供給量」が多くなることがあり、このため、受熱器において熱を受けても冷媒液の自重により、沸騰しにくくなり、相変化冷却の熱輸送効率が落ちるという不具合がある。
そして、このような不具合を解消するために、特許文献２〜４に示されるような、冷媒分配装置に流路切換弁を設ける等の構成も提案されてはいるが、動作条件をどのように設定するかが明確ではなく、この点において技術改善が期待されていた。
【０００６】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、分配容器に設けた流路切換弁の動作条件を明確に定めることで、受熱器内の冷媒液を一定量に保持し、これにより受熱器での受熱効率の低下を防止できる冷媒分配装置、冷却装置及び冷媒分配装置における冷媒分配方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の第１態様として示される冷媒分配装置では、冷媒液が流通される分配容器と、該分配容器の上部に接続されて冷媒液が供給される冷媒流入管と、該分配容器の下部に接続されて冷媒液を一方の受熱器に排出する第１冷媒流出管と、該分岐配管の下部に接続されて冷媒液を他方の受熱器に排出する第２冷媒流出管と、該分配容器内に配置されて該分配容器内の冷媒液の水位により作動するフロート型の流路切換弁と、を有し、前記流路切換弁は、前記一方の受熱器内の冷媒量が基準液量に到達しない場合に、前記第１冷媒流出管側に経路を切換え、また、前記一方の受熱器内の冷媒量が基準液量に到達した場合に、前記第１冷媒流出管側の経路を遮断して、前記第２冷媒流出管側に経路を切換えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２態様として示される冷却装置では、上記第１態様の冷媒分配装置が上下方向に直列するように複数設置されるとともに、各冷媒分配装置の第１冷媒流出管がそれぞれ異なる受熱器に接続され、さらに下側に位置する冷媒分配装置の冷媒流入管が、上側に位置する冷媒分配装置の第２冷媒流出管に接続されることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第３態様として示される冷媒分配方法では、冷媒液が流通される分配容器と、該分配容器の上部に接続されて冷媒液が供給される冷媒流入管と、該分配容器の下部に接続されて冷媒液を一方の受熱器に排出する第１冷媒流出管と、該分岐配管の下部に接続されて冷媒液を他方の受熱器５１に排出する第２冷媒流出管と、該分配容器内に配置されて前記第１又は第２冷媒流出管のいずれかに前記冷媒流入管を切換える流路切換弁と、を有する冷媒分配装置において、前記一方の受熱器内の冷媒量が基準液量に到達しない場合に、前記流路切換弁を前記第１冷媒流出管側に切換え、また、前記一方の受熱器内の冷媒量が基準液量に到達した場合に、前記第１冷媒流出管側の経路を遮断して、前記流路切換弁を前記第２冷媒流出管側に切換えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、受熱器内の冷媒液を一定量に保持し、これによって受熱器での受熱効率低下を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る冷媒分配装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る冷却装置の概略構成図である。
【図３】図２の冷却装置に含有される冷媒分配装置の概略構成図である。
【図４】図３に続く冷媒分配装置の動作内容を示す図である。
【図５】図４に続く冷媒分配装置の動作内容を示す図である。
【図６】図５に続く冷媒分配装置の動作内容を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の構成について図１を参照して説明する。
図１は本発明の最少に係る冷媒分配装置１００の概略構成図であって、符号１で示すものは装置本体となる分配容器である。
分配容器１は冷媒液Ｃが流通される内部空間１Ａを有し、その上部には、放熱器（図示略）で液化された冷媒液Ｃが供給される冷媒流入管２が接続されている。
また、分配容器１の下部には、冷媒液Ｃを一方の受熱器５０に排出する第１冷媒流出管３と、該冷媒液Ｃを他方の受熱器（図示略）に排出する第２冷媒流出管４とがそれぞれ接続されている。
【００１３】
また、分配容器１の内部空間１Ａには、冷媒液Ｃ内で浮くフロート型の流路切換弁５が配置されている。
流路切換弁５は、図１（Ａ）に矢印（イ）で示すように、一方の受熱器５０内の冷媒量が基準液量Ｌに到達しない場合に、第１冷媒流出管３側に経路を切換える。
また、この流路切換弁５は、図１（Ｂ）に矢印（ロ）で示すように、一方の受熱器５０内の冷媒量が基準液量Ｌに到達した場合に、第１冷媒流出管３側の経路を遮断して、他方の受熱器（図示略）に通じる第２冷媒流出管４側に経路を切換える。
そして、このような流路切換弁５の動作により、受熱器５０内の冷媒液Ｃを一定量に保持し、これによって受熱器５０での受熱効率低下を防止することが可能となる。
また、流路切換弁５では、分配容器１内での冷媒液Ｃの貯留量に基づき、自動で切換が行われるので、特別な弁駆動装置を必要とせず、これにより弁周りの構成が複雑化することが防止される。
【００１４】
なお、本発明に係る冷媒分配装置１００では、流路切換弁５を用いて「一方の受熱器５０内の冷媒液Ｃの冷媒量が基準液量Ｌに到達しない場合に、流路切換弁１５を第１冷媒流出管１３側に切換え、また、一方の受熱器５０内の冷媒液Ｃの冷媒量が基準液量Ｌに到達した場合に、第１冷媒流出管１３側の経路を遮断して、流路切換弁１５を第２冷媒流出管１４側に切換える」という冷媒分配方法が適用されている。
【００１５】
（実施形態）
本発明の一実施形態について図２〜図６を参照して説明する。
図２は本発明が適用される冷却装置２００の全体図であって、本発明に係る冷媒分配装置１０は上下方向に直列となるように複数台が接続されている。
これら冷媒分配装置１０には、第１冷媒流出管１３（後述する）を介して受熱器５０〜５３がそれぞれ接続されており、これら受熱器５０〜５３にて電子機器（図示略）からの排熱を受け、内部の冷媒液Ｃが沸騰して気化する。これにより電子機器の冷却が行われる。
なお、冷媒分配装置１０及び受熱器５０〜５３は共に本体容器２０内に収容されている。本体容器２０には、サーバなどの電子機器（図示略）で発生した熱を、受熱器５０〜５３に至らせるための開口２１が形成されている。
また、本体容器２０にはリアドア２２が設けられており、このリアドア２２の開閉により冷媒分配装置１０及び受熱器５０〜５３のメンテナンスが行われる。
【００１６】
また、これら受熱器５０〜５３には、気化した冷媒液Ｃが蒸気管５０Ａ〜５３Ａ、その途中の合流管５４及び接続管５５を経由して案内される放熱器６０が接続される。
そして、放熱器６０にて、外気との熱交換が行われることで、気化した冷媒の熱が奪われ、これにより該冷媒が液化する。
その後、放熱器６０で液化された冷媒液Ｃは、接続管５６及び冷媒流入管１２（後述する）を経由して冷媒分配装置１０に還流される。
【００１７】
次に、図３〜図６を参照して、本実施形態に係る冷媒分配装置１０の構成について説明する。
なお、冷媒分配装置１０について、上下方向に複数台が直列配置されている中で、最上段に位置するものについて説明する。
【００１８】
図３〜図６において符号１１で示すものは装置本体となる分配容器である。
分配容器１１は、冷媒液Ｃが流通される内部空間１１Ａを有する筒状体であって、その上端部１１Ｂには、放熱器６０で液化された冷媒液Ｃが供給される冷媒流入管１２が接続されている。
【００１９】
分配容器１１の下部には、第１冷媒流出管１３と第２冷媒流出管１４とがそれぞれ接続されている。
第１冷媒流出管１３は、分配容器１１の下部でかつ側壁部１１Ｃに配置されたものであって、分配容器１１内の冷媒液Ｃを一方の受熱器５０に排出する。
第２冷媒流出管１４は、分配容器１１の下端部１１Ｄを貫通するように該分配容器１１内に内挿され、かつ該分配容器１１の側壁部１１Ｃと間に間隙Ｓを有するように配置されるものであって、分配容器１１内の冷媒液Ｃを他方の受熱器５１〜５３に排出する。
なお、分配容器１１及び第２冷媒流出管１４は共に中心となる軸線Ａを同じくする同軸状でかつ上下方向に沿い設置されている。
【００２０】
分配容器１１の内部空間１１Ａには、冷媒液Ｃ内で浮くフロート型の流路切換弁１５が配置されている。
この流路切換弁１５は、分配容器１１内に上下を仕切るように配置された仕切板３０と、該仕切板３０の下側に位置して内部の冷媒液Ｃにより浮力が生じるフロート弁３１と、を具備している。
【００２１】
仕切板３０は、分配容器１１の内部空間１１Ａの上部に位置しかつ第２冷媒流出管１４の上端部を塞ぐように設置されたものであって、全体として水平となるように設置されている。
フロート弁３１は、全体としてリング状に形成され、かつ分配容器１１に内挿された第２冷媒流出管１４の外側位置にて軸線Ａに沿い上下方向に移動自在に設置されている。
そして、このようなフロート弁３１では、一方の受熱器５０内の冷媒液Ｃの冷媒量が基準液量Ｌに到達した場合に、上方に位置する仕切板３０に接触して、第１冷媒流出管１３側に通じていた経路を第２冷媒流出管１４側に切換える。
【００２２】
なお、このようなフロート弁３１による流路の切換えは、仕切板３０に形成された開口流路３２、フロート弁３１内に形成された開口流路３３、第２冷媒流出管１４の管壁上部に形成された開口流路３４を通じて行う。
具体的には、図３及び図４に示されるように、受熱器５０内の冷媒液Ｃの冷媒量が基準液量Ｌに到達しない場合には、フロート弁３１が仕切板３０に接触しない下方位置にある。これにより、仕切板３０に形成された開口流路３２が、分配容器１１と第２冷媒流出管１４との間隙Ｓと連通した状態となり、第１冷媒流出管１３を通じた受熱器５０への冷媒液Ｃの供給が継続的に行われる。
【００２３】
また、図５に示されるように、受熱器５０内の冷媒液Ｃの冷媒量が基準液量Ｌに到達した場合には、フロート弁３１が浮き上がることで上方に位置する仕切板３０に接触して、冷媒液Ｃの流路を切り換える。
具体的には、フロート弁３１の上昇時には、仕切板３０に形成された開口流路３２が、フロート弁３１内に形成された開口流路３３、及び第２冷媒流出管１４の上部に形成された開口流路３４に連通し、これにより第１冷媒流出管１３側の経路が遮断されて、下段に位置する別の分配容器１１に通じる第２冷媒流出管１４側に、冷媒液Ｃの供給路が切り換わる。
その結果、受熱器５０内の冷媒液Ｃが基準液量Ｌ内で収まり、冷媒液Ｃの自重により沸騰がし難くなる、という状態発生を未然に防止することができる。
【００２４】
また、図６に示されるように、下段に位置する全ての分配容器１１が冷媒液Ｃで満たされた場合には、最上段の冷媒分配装置１０内の第２冷媒流出管１４も冷媒液Ｃで満たされることになるが、このとき、フロート弁３１により、第１冷媒流出管１３に通じる経路が遮断された状態にあるので、受熱器５０内の冷媒液Ｃは基準液量Ｌを越えることがなく、受熱器５０の効率が低下することはない。
【００２５】
なお、冷媒分配装置１０の第１冷媒流出管１３を通じて供給される冷媒液Ｃは、上段側に位置する受熱器５０，５１，５２，５３から一段ずつ順番に（基準液量Ｌとなるまで）満たされて行き、最後に、最下段の冷媒分配装置１０に通じる受熱器５３が満たされることになる。
そして、最下段の受熱器５３が満たされた後の冷媒液Ｃは、上下段に設置された複数の冷媒分配装置１０において、下段側の第２冷媒流出管１４から順次冷媒液Ｃで満たされることになる。
また、上述した複数の冷媒分配装置１０は内部構成が同一であるが、最下部に位置する冷媒分配装置１０については、第２冷媒流出管１４に開口流路３４の無いダミー管を使用し、流路切換弁１５により第１冷媒流出管１３に通じる経路の開閉のみを行うようにする。
【００２６】
そして、以上のように構成された冷媒分配装置１０を具備する冷却装置２００では、本体容器２０の開口部２１を通してサーバ排熱が受熱器５０〜５３に当たることで、冷媒分配装置１０から供給された冷媒液Ｃが沸騰する。これによりサーバ排熱が吸収されて電子機器の冷却が行われる。
受熱器５０〜５３で発生した冷媒蒸気は、蒸気管５０Ａ〜５３Ａ、合流管５４及び接続管５５を経由して放熱器６０に供給され、この放熱器６０を通ることで凝縮(冷却)され冷媒液Ｃになる。
その後、冷媒液Ｃは接続管５６を経由して冷媒分配装置１０に還流される。このとき、冷媒液Ｃは、接続管５６に連通される冷媒流入管１２を経由して、分配容器１１の内部空間１１Ａに案内される。
【００２７】
分配容器１１の内部空間１１Ａ内には、仕切板３０とフロート弁３１とからなる流路切換弁１５があり、この流路切換弁１５を介して、冷媒液Ｃが第１冷媒流出管１１又は第２冷媒流出管１４に分配される。
具体的には、図３及び図４に示されるように、受熱器５０内の冷媒液Ｃの冷媒量が基準液量Ｌに到達しない場合には、フロート弁３１が仕切板３０に接触しない下方位置にあることで、仕切板３０に形成された開口流路３２が、分配容器１１と第２冷媒流出管１４との間隙Ｓと連通した状態となり、第１冷媒流出管１３を通じた受熱器５０への冷媒液Ｃの供給が行われる。
【００２８】
また、図５に示されるように、受熱器５０内の冷媒液Ｃの冷媒量が基準液量Ｌに到達した場合には、フロート弁３１が浮き上がることで上方に位置する仕切板３０に接触して、冷媒液Ｃの流路を切り換える。
具体的には、仕切板３０に形成された開口流路３２が、フロート弁３１内に形成された開口流路３３、及び第２冷媒流出管１４の上部に形成された開口流路３４に連通して、第１冷媒流出管１３側の経路を遮断する。これにより、冷媒液Ｃの供給路が、下段に位置する別の分配容器１１に通じる第２冷媒流出管１４側に切り換わる。
その結果、受熱器５０内の冷媒液Ｃが基準液量Ｌ内で収まり、冷媒液Ｃの自重により沸騰がし難くなる、という状態発生を未然に防止することができる。また、下段に位置する冷媒分配装置１０についても同様の冷媒液Ｃの切換えが行われることで、受熱器５０と同様、受熱器５１〜５３についても基準液量Ｌを越えないように冷媒液Ｃの流量制御をすることができる。
【００２９】
以上詳細に説明したように本実施形態に示される冷媒分配装置１０では、分配容器１１内に配置したフロート型の流路切換弁１５において、受熱器５０〜５３内の冷媒液Ｃの冷媒量が基準液量Ｌに到達しない場合に、第１冷媒流出管１３側に経路を切換え、また、受熱器５０〜５３内の冷媒液Ｃの冷媒量が基準液量Ｌに到達した場合に、第１冷媒流出管１３側の経路を遮断して、第２冷媒流出管１４側に経路を切換えるようにした。
これにより、本実施形態の冷媒分配装置１０では、分配容器１１内に設けた流路切換弁１５の動作により、受熱器５０〜５３内の冷媒液Ｃを一定量に保持し、受熱器５０〜５３での受熱効率低下を防止することが可能となる。
【００３０】
また、本実施形態の冷媒分配装置１０では、分配容器１に供給される冷媒液Ｃの貯留量に基づき、自動で流路切換弁１５の切換が行われるので、特別な弁駆動装置を必要とせず、これにより弁周りの構成が複雑化することが防止される。
【００３１】
なお、上記実施形態では、フロート型の流路切換弁１５の構成要素である開口流路３２〜３４の切換えにより、冷媒液Ｃの流路切換えを行ったが、流路切換弁１５の具体的構成は図３〜図６に限定されず、他の開口流路の設置パターンを採用しても良い。
【００３２】
以上、本発明の実施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形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、多数の電子機器を密集させたデータセンタでの処理能力維持のために用いられる冷媒分配装置、冷却装置及び冷媒分配装置における冷媒分配方法に関する。
【符号の説明】
【００３４】
１  分配容器
２  冷媒流入管
３  第１冷媒流出管
４  第２冷媒流出管
５  流路切換弁
１０  冷媒分配装置
１１  分配容器
１２  冷媒流入管
１３  第１冷媒流出管
１４  第２冷媒流出管
１５  流路切換弁
３０  仕切板
３１  フロート弁
３２  開口流路
３３  開口流路
３４  開口流路
５０  受熱器
５１  受熱器
５２  受熱器
５３  受熱器
６０  放熱器
１００  冷媒分配装置
２００  冷却装置
Ａ  軸線
Ｃ  冷媒液
Ｌ  基準液量
【図１】
2018159517.tif 000003
【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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