(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、高速な１次元解析で、より高精度な性能予測を可能とすることを目的とする。【解決手段】  上記課題は、コンピュータによって実行される性能予測方法であって、  冷却装置のウィックとラジエータとに係る設計変数に基づいて、ウィック孔が毛細管として動作しない確率を示す不活性率を適用して透過率を算出し、前記設計変数に基づいて、前記ラジエータの熱コンダクタンスを算出し、前記透過率と前記熱コンダクタンスとを解析パラメータとする１次元熱流路網解析を行って、ウィックの毛細管力と、前記冷却装置における圧力損失とを算出することによって、熱輸送限界を得る手順とをコンピュータが実行する性能予測方法により達成される。【選択図】  図１１
2015036863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータによって実行される性能予測方法であって、
冷却装置のウィックとラジエータとに係る設計変数に基づいて、ウィック孔が毛細管として動作しない確率を示す不活性率を適用して透過率を算出し、
前記設計変数に基づいて、前記ラジエータの熱コンダクタンスを算出し、
前記透過率と前記熱コンダクタンスとを解析パラメータとする１次元熱流路網解析を行って、ウィックの毛細管力と、前記冷却装置における圧力損失とを算出することによって、熱輸送限界を得る
手順をコンピュータが実行する性能予測方法。
【請求項２】
発熱量を大きくしながら前記１次元熱流路網解析を行って、前記毛細管力が前記圧力損失より小さくなる発熱量を判定することによって、前記熱輸送限界を得ることを特徴とする請求項１記載の性能予測方法。
【請求項３】
発熱量とウィック孔径との組み合せに対して予め前記不活性率を算出して対応付けたウィック用テーブルを参照することによって、前記設計変数として与えられる発熱量とウィック孔径とから該不活性率を取得することを特徴とする請求項１又は２記載の性能予測方法。
【請求項４】
ウィック孔径の違いによる熱抵抗の発熱量依存性に基づく計算式によって前記不活性率を取得することを特徴とする請求項１又は２記載の性能予測方法。
【請求項５】
冷却装置のウィックとラジエータとに係る設計変数に基づいて、ウィック孔が毛細管として動作しない確率を示す不活性率を適用して透過率を算出する透過率算出部と、
前記設計変数に基づいて、前記ラジエータの熱コンダクタンスを算出する熱コンダクタンス算出部と、
前記透過率と前記熱コンダクタンスとを解析パラメータとする１次元熱流路網解析を行って、ウィックの毛細管力と、前記冷却装置における圧力損失とを算出することによって、熱輸送限界を得る１次元熱流路網解析部と
を有することを特徴とする性能予測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相変化冷却装置の性能解析に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、冷却装置として、ループヒートパイプ（ＬＨＰ）、ループサーモサイフォン（ＬＴＳ）など、冷媒が液体から気体に変化する際の熱の移動を利用した相変化冷却装置が、空冷や水冷による冷却装置と比べて、低電力かつ省スペースで実現可能であることから、高密度サーバの冷却装置として注目されている。
【０００３】
そして、相変化冷却装置の開発には、最適に設計するためにシミュレーションを用いることがある。
【０００４】
例えば、熱輸送機器内を流れる二相流体の伝熱挙動の解析において、熱輸送機器を複数のノードに分割し、液面の存在するノードの液面上の気相のボイド率と液面下のボイド率とを、当該ノードのボイド率と当該ノードの下のノードのボイド率とに基づいて算出し、その算出結果に基づいて熱輸送機器内の液面位置を算出する技術等が知られている。ここで、ボイド率とは、気相と液相が混在する場合の気相の存在比率を示すものである。
【０００５】
更に、液面化に気泡を含む場合の液面挙動の解析手法、ボイド率の算出モデルを用いて、構成方程式、流動様式マップに依存せず、実機を対象とした解析方式等が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１１２５１６号公報
【特許文献２】特許３４４０８４４号公報
【特許文献３】特開２０１２−２４７０９４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Kaya, T., et.al., "Numerical simulation of transient operation of loop heat pipes", Applied Thermal Eng., 28 (2008) pp.967-974
【非特許文献２】Iwasaki, H. et. al, Proc. ITHEM IV., IEEE, (1994), 144.
【非特許文献３】Teertstra, P., et al, Proc. 15th SEMI-THERM., IEEE, (1999), 34
【非特許文献４】Muzychka, Y. S., Yanovanovich, M. M., Proc. 2nd AIAA Thermal Fluid Mech Meeting., (1998)
【非特許文献５】Culham, J. R., Muzychka, Y. S., IEEE Trans. CPT, 24-2(2001),159
【非特許文献６】Peterson, Li., "3D heat transfer analysis in a loop heat pipe evaporator with fully saturated wick", Int. J. Heat Mass Transf., 54 (2011) pp.564-574
【非特許文献７】Bai, L., et. al., "Modeling and analysis of startup of a loop heat pipe", Applied Thermal Eng, 30(2010), pp.2778-2787
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した技術等により、相変化冷却装置の開発において、シミュレーションを駆使することによって、試作回数を削減し、部品の材質や形状の制約のもとで、性能を最大化する設計ができるようになった。
【０００９】
シミュレーションには、主に１次元熱流路網解析と３次元解析とがあり、夫々に長所短所がある。１次元熱流路網解析では、簡単な１次元モデルで解析するため、３次元解析と比べると、高速にシミュレーションを行えるが、解析精度は低い。一方、３次元解析では、１次元熱流路網解析と比べ、装置の３次元モデルで気液二相流の挙動を詳細に解析できるが、膨大な解析時間を要する。
【００１０】
従って、１つの側面では、本発明は、高速な１次元解析で、より高精度な性能予測を可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本実施例の一態様によれば、コンピュータによって実行される性能予測方法であって、
冷却装置のウィックとラジエータとに係る設計変数に基づいて、ウィック孔が毛細管として動作しない確率を示す不活性率を適用して透過率を算出し、前記設計変数に基づいて、前記ラジエータの熱コンダクタンスを算出し、前記透過率と前記熱コンダクタンスとを解析パラメータとする１次元熱流路網解析を行って、ウィックの毛細管力と、前記冷却装置における圧力損失とを算出することによって、熱輸送限界を得る手順とをコンピュータが実行する性能予測方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本実施例の一態様によれば、高速な１次元解析で、より高精度な性能予測ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ＬＨＰの仕組みを説明するための図である。
【図２】ＬＨＰの動作の原理を説明するための図である。
【図３】熱輸送限界を説明するための図である。
【図４】一次元熱流路網解析の例を示す図である。
【図５】ラジエータのサイズを説明するための図である。
【図６】回路網モデルの例を示す図である。
【図７】一次元モデルの例を示す図である。
【図８】透過率と不活性率との関係を示す図である。
【図９】ウィック孔径の違いによる熱抵抗の発熱量依存性（実測値）を示す図である。
【図１０】性能予測装置のハードウェア構成を示す図である。
【図１１】性能予測装置の機能構成例を示す図である。
【図１２】不活性率テーブルのデータ構成例を示す図である。
【図１３】熱コンダクタンステーブルのデータ構成例を示す図である。
【図１４】熱輸送限界算出処理を説明するための図である。
【図１５】不活性率の算出結果を示す図である。
【図１６】圧力損失及び毛細管力の計算結果を示す図である。
【図１７】モデル例を示す図である。
【図１８】補正係数とラジエータノードとの組み合せ例を示す図である。
【図１９】解析結果の温度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。先ず、相変化冷却装置の一例として、ＬＨＰ（ループヒートパイプ）の仕組みを説明する。図１は、ＬＨＰの仕組みを説明するための図である。図１（Ａ）に示すように、ＬＨＰ９は、発熱体１と、ウィック３を有する蒸発器２と、蒸気管４と、ラジエータ５と、液管６とを有する。
【００１５】
発熱体１は、ＣＰＵ等の発熱体である。蒸発器２は、図１（Ｂ）に示すような、金属や樹脂等の材質による数μｍの孔からなる多孔質体のウィック３を有し、発熱体１により、蒸発器２内に満たされた冷媒８を気化する（１）。
【００１６】
冷媒８は、水、アンモニア、エタノール等である。蒸気がウィック孔の毛細管力により、蒸気管４に流入する（２）。蒸気管４は、蒸発器２とラジエータ５とを接続し、蒸発器２のウィック３から流れ出た冷媒８をラジエータ５へ流入する。
【００１７】
ラジエータ５は、ファン送風７により放熱し、冷媒８を液化する（３）。液管６は、ラジエータ５と蒸発器２とを接続し、液化した冷媒８を、ラジエータ５から蒸発器２に流入する（４）。
【００１８】
図２は、ＬＨＰの動作の原理を説明するための図である。図２において、冷媒８の流れをラジエータ５から蒸発器２への矢印ａで示す。蒸発器２へ流入した冷媒８が、蒸気管４を通ってラジエータ５に流入するためには、気化した冷媒８がウィック孔から蒸気管４に流入する際の毛細管圧力（毛細管力）Ｐcapが、蒸気管４の管壁と流体の摩擦力及び重力による圧力低下による圧力損失Ｐlossより大である必要がある。
【００１９】
即ち、毛細管力Ｐcap  ＞  圧力損失Ｐloss        （＊）
の圧力関係条件（＊）を満足する場合に、ＬＨＰ９は動作する。発熱量が上昇すると、圧力損失は増加し、毛細管力は低下する。圧力損失が毛細管力に達すると、ＬＨＰ９は動作しなくなる。
【００２０】
図３は、熱輸送限界を説明するための図である。図３に示すグラフは、縦軸に圧力を示し、横軸に発熱量を示す。図３において、圧力Ｐ１は、ＬＨＰ９が動作しなくなる発熱量を示す値、即ち、熱輸送限界を示す。
【００２１】
ＬＨＰ９は、毛細管力Ｐcapが圧力損失Ｐlossより大きい程、良好に動作する。この両者の関係において、毛細管力Ｐcapと圧力損失Ｐlossとが近づくにつれて、冷却性能が低下する。このように、発熱体１の発熱量を低から高へと変化させた場合、熱輸送限界の圧力Ｐ１では、毛細管力Ｐcapと圧力損失Ｐlossとが略一致する。そして、毛細管力Ｐcapが圧力損失Ｐloss以下になると、
即ち、毛細管力Ｐcap  ≦  圧力損失Ｐloss
の関係において、ＬＨＰ９は動作しない。
【００２２】
本実施の形態では、上記の圧力関係条件（＊）に基づいて、設計変数を扱えるウィックモデル及びラジエータモデルを図４に示すような一次元熱流路網解析で解くことにより、高速かつ精度の高い解析を実現する。
【００２３】
図４は、一次元熱流路網解析の例を示す図である。図４にて、本実施の形態における一次元熱流路網解析では、図１に示すＬＨＰ９は、ＬＨＰモデル９ｍとして表される。ＬＨＰモデル９ｍは、ウィックモデル３ｍと、ラジエータモデル５ｍと、ノード７ａ及び７ｂとを有する。これらモデル３ｍ、５ｍ、及びノード７ａ及び７ｂによって、熱と流体の流れを１次元ネットワークで解析する。
【００２４】
ウィックモデル３ｍは、蒸発器２のウィック３の冷媒８の透過率を取得するためのモデルである。ラジエータモデル５ｍは、ラジエータ５の熱コンダクタンスを取得するためのモデル（計算式等）である。複数のノード７ａは、蒸気管４に相当し、複数のノード７ａは、液管６に相当する。
【００２５】
ウィックモデル３ｍとラジエータモデル５ｍとの間は、複数のノード７ａで表され、主として気体の、ウィックモデル３ｍからラジエータモデル５ｍへの矢印ａの方向の流路を表す。また、ラジエータモデル５ｍとウィックモデル３ｍとの間は、複数のノード７ｂで表され、主として液体の、ラジエータモデル５ｍからウィックモデル３ｍへの矢印ｂの方向の流路を表す。
【００２６】
ＬＨＰ９の１次元熱流路解析では、非特許文献１を参照することにより、ウィック３の圧力損失△Ｐwを、
【００２７】
【数１】
2015036863.tif 000003
と表すことができる。
【００２８】
数１式における透過率ｋpは、Blake-Kozenyの式（非特許文献６を参照のこと）によって、
【００２９】
【数２】
2015036863.tif 000004
と表すことができる。数２式において、Ｄpowderはウィック孔径を示し、εは多孔率を示す。このBlake-Kozenyの数２式は、１次元及び３次元によらず共通である。
【００３０】
上記数２式は、金網ウィックの測定から得られた式であり、ウィック孔径Ｄpowderや多孔率εは発熱量に因らず一定値である。材質や発熱量の違いにより、数２式そのままでは実機の挙動を再現できない。ウィック３の形状や材質を変更した場合に、そのつど補整項の見直しが必要となる。
【００３１】
従って、本実施の形態では、ウィック３の形状、材質等を設計変数として扱えることを可能とした、後述されるようなウィックモデル３ｍを提案する。
【００３２】
また、１次元熱流路解析では、ラジエータ５の熱コンダクタンスを解析する。熱コンダクタンスのモデルの精度がラジエータ５全体の解析精度に大きく影響する。熱コンダクタンスは、ラジエータ５のフィン（放熱板）の材質及び形状に依存する。
【００３３】
ラジエータ５のサイズを、図５に示すように、ファン送風７を受ける面の大きさをフィン幅Ｗ及びフィン長さＨとし、ファン送風７の流れ方向にフィン奥行Ｌを定める。非特許文献２〜５を参照することにより、ヒートシンク特性の経験式を得ることができる。
【００３４】
フィン熱伝達係数ｈは、
【００３５】
【数３】
2015036863.tif 000005
で表される。
【００３６】
また、フィン伝熱面積Ａfnは、
【００３７】
【数４】
2015036863.tif 000006
で表される。
【００３８】
更に、フィン効率ηfnは、
【００３９】
【数５】
2015036863.tif 000007
で表される。
【００４０】
次に、熱コンダクタンスを用いて、各ノード７ａ及び７ｂの温度を計算する。非特許文献７が参照される。図６に示すような回路網モデルで、各ノードの温度Ｔiは、数６式のエネルギー保存の方程式を解いて求める。
【００４１】
【数６】
2015036863.tif 000008
ここで、Ｃiは管壁のノードＣiとＣi+1間の熱コンダクタンスを示し、ｍiは質量を示し、Ｈiは流体と管壁の間の熱コンダクタンスを示す。
【００４２】
上記数６式によってＬＨＰ９ｍの各ノードノード７ａ及び７ｂの温度が求められるが、更に、各ノード７ａ及び７ｂの温度は圧力損失Ｐlossに影響する。影響を受けた圧力損失Ｐlossは、非特許文献１に記載された、図７に示すノードｎとノードｎ＋１間の温度差に関する一次元モデルに基づいて得られる下記の数７式によって計算できる。ノードｎとノードｎ＋１間の圧力損失Ｐn+1−Ｐn、及びノードｎ＋１の質量流量は、
【００４３】
【数７】
2015036863.tif 000009
によって計算できる。
【００４４】
高速な１次元熱流路網解析を実現するためには、熱輸送限界の予測精度を向上させる必要がある。そのためには、熱輸送限界を決める毛細管力及び圧力損失を精度良く予測する必要がある。気体と液体の相変化が起こるウィック、ラジエータの解析精度が、毛細管力、圧力損失の精度に影響し、熱輸送限界の予測精度にクリティカルとなる。
【００４５】
本実施の形態では、形状や材質が変化した場合にモデルを作り直すのではなく、設計変数の変更で解析が可能なモデルの構築を行って、設計変数を扱うことが可能な、（Ｉ）ウィックモデル、（ＩＩ）ラジエータモデル、及び、（ＩＩＩ）これら２つのモデルを用いた１次元熱流路網解析による、相変化冷却装置の性能予測装置を提供する。
【００４６】
（Ｉ）ウィックのエフェクティブモデル
透過率の計算式に、発熱量とウィック孔径に依存する不活性率を導入し、発熱量、ウィック孔径、寸法、材質を変えた場合にも同じモデル（透過率計算式）で解析を可能にする。
【００４７】
不活性率とは、ウィック孔が毛細管として動作しない確率である。Blake-Kozenyの下記の数８式を修正した数９式によって、不活性な孔を考慮した透過率計算式を得られる。
【００４８】
【数８】
2015036863.tif 000010
不活性率を考慮していないBlake-Kozenyの上記数８式に、不活性率γ（ｑ、ｄ）を考慮した有効率εとすることにより、
【００４９】
【数９】
2015036863.tif 000011
を得る。上記数９の分母の式を修正することによって、
【００５０】
【数１０】
2015036863.tif 000012
このように不活性率γ（ｑ、ｄ）を得ることができる。
【００５１】
図８は、透過率と不活性率との関係を示す図である。図８に示すグラフは、縦軸に透過率を示し、横軸に不活性率γを示し、有効率ε＝０．５の時の透過率と不活性率との関係を示す。図８において、不活性率γが０．５（５０％不活性）で、透過率は１０分の１以下を示している。
【００５２】
以下、数９式を本実施の形態における透過率Ｋpとする。
【００５３】
上述した不活性率γを導入したことにより、本実施の形態におけるウィックモデル３ｍ（図４）では、ウィック孔径、寸法、材質を設計変数として扱うことができる。
【００５４】
ここで、不活性率γ（ｑ、ｄ）の求め方について説明する。不活性率γは、実機を用いた計測結果から求める。
【００５５】
Ｓｔｅｐ１：計測
・ウィック孔径を固定し、発熱量ｑをｑmin〜ｑmaxまで変動させ、各発熱量における、冷却器の熱抵抗を計測する。
・（冷却器の熱抵抗）  ＝  （冷却器各部位（蒸発器、ラジエータ等）の熱抵抗の和）
・（各部位の熱抵抗）  ＝  （温度差）／（発熱量）
により得られる。
【００５６】
Ｓｔｅｐ２：熱抵抗が上昇に転じる発熱量ｑ0を、計測結果から求める
通常は、発熱量が上がると、各ウィック孔の毛細管力が高まり、熱輸送量が増加するため、結果として熱抵抗は下がる。一方で、発熱量とともにウィック孔の不活性率γが増加するので、熱輸送量の総量は減る。熱抵抗が上昇に転じる発熱量ｑ0を、計測結果から求める。
【００５７】
図９は、ウィック孔径の違いによる熱抵抗の発熱量依存性（実測値）を示す図である。図９に示すグラフは、縦軸に熱抵抗（℃／Ｗ）を示し、横軸に発熱量（Ｗ）を示す。例えば、図９に示す実測結果により、各ウィック孔径ｄ＝１、１．２、１．５に対して、熱抵抗が上昇に転じる発熱量ｑ0は、夫々、１８０（Ｗ）、２００（Ｗ）、２２０（Ｗ）であったことが示されている。
【００５８】
Ｓｔｅｐ３：不活性率γ（ｑ、ｄ）を求める
数１０式に、上述した計測結果に基づいて、ｑ0（ｄ）を代入して不活性率γの計算式を求める。
【００５９】
次に、本実施の形態におけるラジエータモデル５ｍについて以下に説明する。
【００６０】
（ＩＩ）ラジエータモデル
本実施の形態では、フィンの形状と温度とを考慮した、ラジエータ５の熱コンダクタンスを表すラジエータモデル５ｍを導入し、フィンの設計変数を扱えるようにする。
【００６１】
フィン熱伝達係数、伝熱面積、フィン効率の実験式を利用することによって、熱コンダクタンスＣ［Ｗ／Ｋ］の計算式を得る。
【００６２】
【数１１】
2015036863.tif 000013
フィン伝熱面積Ａfn（数４式）、フィン効率ηfn（数５式）、フィン熱伝達係数ｈ（数３式）は非特許文献２を参照することにより計算できる。
【００６３】
上記より、本実施の形態におけるラジエータモデル５ｍ（図４）では、フィン枚数Ｎｆｎ、フィンピッチｓ、フィン幅Ｗ、寸法（フィン長さＨ及びフィン奥行きＬ）、フィン材の熱伝導率（物性値）ｋを変数として与えることができる。
【００６４】
（ＩＩＩ）相変化冷却装置の性能予測装置
本実施の形態に係る相変化冷却装置の性能予測装置は、上述したウィックモデル３ｍ及びラジエータモデル５ｍを有し、ウィックの透過率Ｋp及びラジエータの熱コンダクタンスＣを、既知の一次元熱流路網解析手法に適用することで、相変化冷却装置の性能予測を実現する。
【００６５】
本実施の形態に係る相変化冷却装置の性能予測装置は、図１０に示すようなハードウェア構成を有する。図１０は、性能予測装置のハードウェア構成を示す図である。図１０において、性能予測装置１００は、コンピュータによって制御される端末であって、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１と、主記憶装置１２と、補助記憶装置１３と、入力装置１４と、表示装置１５と、通信Ｉ／Ｆ（インターフェース）１７と、ドライブ装置１８とを有し、バスＢに接続される。
【００６６】
ＣＰＵ１１は、主記憶装置１２に格納されたプログラムに従って性能予測装置１００を制御する。主記憶装置１２には、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等が用いられ、ＣＰＵ１１にて実行されるプログラム、ＣＰＵ１１での処理に必要なデータ、ＣＰＵ１１での処理にて得られたデータ等を格納する。また、主記憶装置１２の一部の領域が、ＣＰＵ１１での処理に利用されるワークエリアとして割り付けられている。
【００６７】
補助記憶装置１３には、ハードディスクドライブが用いられ、各種処理を実行するためのプログラム等のデータを格納する。補助記憶装置１３に格納されているプログラムの一部が主記憶装置１２にロードされ、ＣＰＵ１１に実行されることによって、各種処理が実現される。記憶部１３０は、主記憶装置１２及び／又は補助記憶装置１３を有する。
【００６８】
入力装置１４は、マウス、キーボード等を有し、ユーザが性能予測装置１００による処理に必要な各種情報を入力するために用いられる。表示装置１５は、ＣＰＵ１１の制御のもとに必要な各種情報を表示する。通信Ｉ／Ｆ１７は、例えばインターネット、ＬＡＮ（Local Area Network）等に接続し、外部装置との間の通信制御をするための装置である。通信Ｉ／Ｆ１７による通信は無線又は有線に限定されるものではない。 
性能予測装置１００によって行われる処理を実現するプログラムは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read-Only Memory）等の記憶媒体１９によって性能予測装置１００に提供される。
【００６９】
ドライブ装置１８は、ドライブ装置１８にセットされた記憶媒体１９（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ等）と性能予測装置１００とのインターフェースを行う。
【００７０】
また、記憶媒体１９に、後述される本実施の形態に係る種々の処理を実現するプログラムを格納し、この記憶媒体１９に格納されたプログラムは、ドライブ装置１８を介して性能予測装置１００にインストールされる。インストールされたプログラムは、性能予測装置により実行可能となる。
【００７１】
尚、プログラムを格納する媒体としてＣＤ−ＲＯＭに限定するものではなく、コンピュータが読み取り可能な媒体であればよい。コンピュータ読取可能な記憶媒体として、ＣＤ−ＲＯＭの他に、ＤＶＤディスク、ＵＳＢメモリ等の可搬型記録媒体、フラッシュメモリ等の半導体メモリであっても良い。
【００７２】
図１１は、性能予測装置の機能構成例を示す図である。図１１において、性能予測装置１００は、ウィックモデル３ｍと、ラジエータモデル５ｍと、１次元熱流路網解析部４３とを有する。ウィックモデル３ｍと、ラジエータモデル５ｍと、１次元熱流路網解析部４１とは、対応するプログラムをＣＰＵ１１が実行することで行われる処理によって実現される。
【００７３】
また、記憶部１３０には、設計変数３０、ウィック用テーブル３１と、ラジエータ用テーブル３２と、解析パラメータセット３３と、１次元熱流路網データ３４と、解析結果３５とが記憶される。
【００７４】
ウィックモデル３ｍは、設計変数３０に対応するウィック３の、不活性な孔を考慮した透過率Ｋpを取得する処理部であり、不活性率γ（数１０式）を適用した透過率Ｋp（数９式）を計算する。不活性率γ（数１０式）を計算する代わりに、発熱量ｑとウィック孔径ｄとの所定の組み合せに対する不活性率γの値を予め設定したウィック用テーブル３１を用いてもよい。ウィックモデル３ｍは、ウィック３の透過率Ｋpを取得する透過率算出部の一例である。
【００７５】
ラジエータモデル５ｍは、設計変数３０に対応するラジエータ５の熱コンダクタンスを取得する処理部であり、上述した数１１式の計算を実行する。熱コンダクタンス（数１１式）のラジエータ熱コンダクタンス係数τを計算する代わりに、送風温度Ｔｄ（℃）と、予め与えられたヒートシンク底面温度Ｔｈ（℃）との所定の組み合せに対するラジエータ熱コンダクタンス係数τの値を予め設定したラジエータ用テーブル３２を用いてもよい。ラジエータモデル５ｍは、ラジエータ５の熱コンダクタンスＣを取得する熱コンダクタンス算出部の一例である。
【００７６】
ウィックモデル３ｍによって得られたウィック３の透過率Ｋpと、ラジエータモデル５ｍによって得られた熱コンダクタンスＣとを含む解析パラメータセット３３が記憶部１３０に出力され記憶される。
【００７７】
１次元熱流路解析部４１は、既知の１次元熱流路解析手法に解析パラメータセット３３を適用して、１次元熱流路網データ３４に対して、１次元熱流路解析処理を実行する処理部である。１次元熱流路解析部４１は、１次元熱流路網解析を実施して、ウィック３の毛細管力ＰcapとＬＨＰ９全体の圧力損失Ｐlossとを計算し、熱輸送限界の発熱量を求める。１次元熱流路解析部４１によって得られた解析結果３５は、熱輸送限界を含み、記憶部１３０に出力され記憶される。
【００７８】
設計変数３０は、ユーザによって設定される種々の値であり、記憶部１３０に格納される。設計変数３０は、ウィック孔径ｄ、ウィック寸法及びウィック材質（キャリブレーション係数α及びｋ）と、ラジエータ５のフィン枚数Ｎｆｎ、フィンピッチｓ、及びフィン幅Ｗと、ラジエータ５の材料（フィン材の熱伝導率（物性値）ｋ）及び寸法（フィン長さＨ及びフィン奥行きＬ）と、外部からの送風７の温度（送風温度）Ｔｄと、発熱量ｑの各値を含む。
【００７９】
ウィック用テーブル３１は、発熱量ｑとウィック孔径ｄとの所定の組み合せに対する不活性率γの値を予め設定したテーブルであり、例えば、図１２のようなデータ構成を有する。
【００８０】
図１２は、不活性率テーブルのデータ構成例を示す図である。図１２において、ウィック用テーブル３１は、発熱量（Ｗ）、ウィック孔径（μｍ）、不活性率（％）等の項目を有する。例えば、発熱量「５０」Ｗでウィック孔径「０．１」μｍの場合、数１０式の変数ｑと変数ｄに夫々代入して得られた「２０」％が予め対応づけられている。同様にして、発熱量「５０」Ｗでウィック孔径「０．２」μｍの場合、不活性率「１５」％であり、発熱量「１００」Ｗでウィック孔径「０．２」μｍの場合、不活性率「１８」％である等が示されている。
【００８１】
ラジエータ用テーブル３２は、送風温度Ｔｄ（℃）と、予め与えられたヒートシンク底面温度Ｔｈ（℃）との所定の組み合せに対するラジエータ熱コンダクタンス係数τの値を予め設定したテーブルであり、例えば、図１３のようなデータ構成を有する。
【００８２】
図１３は、熱コンダクタンステーブルのデータ構成例を示す図である。図１３において、ラジエータ用テーブル３２は、送風温度Ｔｄ（℃）、ヒートシンク底面温度Ｔｈ（℃）、ラジエータ熱コンダクタンス係数τ等の項目を有する。例えば、送風温度Ｔｄが「１０」℃でヒートシンク底面温度Ｔｈが「５０」℃の場合、ラジエータ熱コンダクタンス係数τは「０．９」であり、送風温度Ｔｄが「２０」℃でヒートシンク底面温度Ｔｈが「５０」℃の場合、ラジエータ熱コンダクタンス係数τは「０．８」である等が示されている。
【００８３】
ラジエータ用テーブル３２の代わりに、数１１式の係数τの計算式をデータとして記憶部１３０の所定記憶領域に記憶しておいても良い。この場合、ラジエータモデル５ｍは、記憶部１３０に格納された係数τの計算式を用いて、熱コンダクタンスを計算する。
【００８４】
解析パラメータセット３３は、設計変数３０に応じた、ウィックモデル３ｍによって得られた不活性率γ、ラジエータモデル５ｍによって得られた熱コンダクタンスＣ等を含む、１次元熱流路網解析を行うための種々のパラメータのセットである。
【００８５】
１次元熱流路網データ３４は、各ノード７ａ及び７ｂの位置及びウィック３、ラジエータ５等を含むエレメントに係る情報を有する。解析結果３５は、１次元熱流路網解析部４１による解析結果であり、熱輸送限界を含む。
【００８６】
次に、本実施の形態における性能測定装置１００によって実行される熱輸送限界を算出する熱輸送限界算出処理について図１４で説明する。図１４は、熱輸送限界算出処理を説明するための図である。
【００８７】
図１４において、熱輸送限界算出処理において、記憶部１３０から、設計変数３０、ウィック用テーブル３１、及びラジエータ用テーブル３２とを入力して、設計変数３０で与えられる発熱量Ｑ0、Ｑ1、・・・、Ｑn-1（Ｑi＞Ｑi-1）から順にＱiを読み込んで、発熱量ＱをＱiとする（ステップＳ１１）。
【００８８】
そして、ウィックモデル３ｍは、発熱量Ｑと設計変数３０のウィック孔径ｄ、ウィック寸法及びウィック材質（キャリブレーション係数α及びｋ）とに基づいて、ウィック３の不活性率γを計算し、ウィック３の透過率Ｋpを算出する（ステップＳ１２）。ウィックモデル３ｍは、ウィック用テーブル３１を参照して、発熱量Ｑとウィック孔径ｄとの組み合せに対応する不活性率γを取得してもよい。
【００８９】
また、ラジエータモデル５ｍは、発熱量Ｑと設計変数３０のラジエータ５のフィン枚数Ｎｆｎ、フィンピッチｓ、及びフィン幅Ｗと、ラジエータ５の材料（フィン材の熱伝導率（物性値）ｋ）及び寸法（フィン長さＨ及びフィン奥行きＬ）と、送風温度Ｔｄとに基づいて、ラジエータ５の熱コンダクタンスＣを算出する（ステップＳ１３）。ラジエータモデル５ｍは、ラジエータ用テーブル３２を参照して、送風温度Ｔｄとヒートシンク底面温度Ｔｈとの組み合せに対応するラジエータ熱コンダクタンス係数τを取得して、取得した係数τを用いて熱コンダクタンスＣを算出してもよい。
【００９０】
ウィックモデル３ｍ及びラジエータモデル５ｍによる算出結果を含む１解析パラメータセット３３が記憶部１３０に出力され記憶される。
【００９１】
その後、１次元熱流路網解析部４１は、１解析パラメータセット３３を適応した１次元熱流路網解析を実施し、ウィック３の毛細管力ＰcapとＬＨＰ９全体の圧力損失Ｐlossを算出する（ステップＳ１４）。
【００９２】
そして、ウィック３の毛細管力ＰcapがＬＨＰ９全体の圧力損失Ｐlossより小さい（Ｐcap＜Ｐloss）か否かを判断する（ステップＳ１５）。毛細管力Ｐcapが圧力損失Ｐloss以上である場合（ステップＳ１５のＮＯ）、変数ｉを１インクリメントして、ステップＳ１１へ戻り、次の発熱量Ｑｉに対して上述同様の処理が繰り返される。一方、毛細管力Ｐcapが圧力損失Ｐlossより小さい場合（ステップＳ１５のＹＥＳ）、１次元熱流路網解析部４１による相変化冷却装置の熱輸送限界を含む解析結果３５が記憶部１３０に出力され、この熱輸送限界算出処理が終了する。
【００９３】
次に、各モデル３ｍ及び５ｍにおける実測値との合わせ込みについて説明する。
【００９４】
（Ａ）ウィックモデル３ｍにおける不活性率γ
【００９５】
【数１２】
2015036863.tif 000014
不活性率γの数１２式（数１０式）のキャリブレーション係数ｋ及びαに任意の値を与え、不活性率γを求める。例えば、
case1：ｋ＝１、α＝０．１２５
case2：ｋ＝１、α＝０．２５
case3：ｋ＝１、α＝０．１
とし、上記case1、case2、case3、original毎に数１２式（数１０式）を用いて不活性率γを求めた。また、本実施の形態を適用しない場合（original）では不活性率γ＝０である。
【００９６】
図１５は、不活性率の算出結果を示す図である。図１５に示すグラフは、縦軸に不活性率（％）を示し、横軸に発熱量（Ｗ）を示している。case1、case2、case3、original毎に不活性率γを求めた結果が示されている。本実施の形態を適用しないoriginalは、不活性率は常にゼロで示される。
【００９７】
図１５に示す不活性率γの算出結果に基づいて、各発熱量に対するウィック３の透過率Ｋｐ（数９式）を求める。
【００９８】
そして、一次元熱流路網解析によって、各発熱量に対するウィック３の透過率Ｋｐに依存する圧力損失Ｐloss及び毛細管力Ｐcapを計算し、熱輸送限界が実測値と最も合う不活性率γの数１２式（数１０式）のキャリブレーション係数ｋ及びαを選択する。
【００９９】
上記case1、case2、case3、originalの夫々に対する圧力損失Ｐloss及び毛細管力Ｐcapの計算結果を、図１６で説明する。図１６は、圧力損失及び毛細管力の計算結果を示す図である。図１６に示すグラフは、縦軸に圧力を示し、横軸に発熱量（Ｗ）を示している。case1、case2、case3、original毎の圧力損失Ｐlossが示され、更に、毛細管力Ｐcapも示されている。
【０１００】
発熱量が小さい間は、毛細管力Ｐcapが圧力損失Ｐlossより大きいが、発熱量を序所に大きくし熱輸送限界に達すると、毛細管力Ｐcapと圧力損失Ｐlossとの大小関係が逆転する。即ち、図３で説明したように、ＬＨＰ９は動作しなくなる。
【０１０１】
図１６で示される計算結果より、熱輸送限界の実測値１５ａの「１．７５」に最も近い熱輸送限界は、計算値１５ｂの「１．８」を示すcase1である。従って、case1で与えた、不活性率γの数１２式（数１０式）のキャリブレーション係数ｋ＝１及びα＝０．１２５が選択される。
【０１０２】
（Ｂ）ラジエータモデル５ｍにおける熱コンダクタンス計算式
図１７は、モデル例を示す図である。図１７において、ＬＨＰモデル９ｍ−２は、ＬＨＰ９の冷媒８の流路を５０のノードで分割し、ＬＨＰノード１〜５０で表した熱流路網回路に相当する。ＬＨＰノード１〜５０のうち、ラジエータ５を５分割したＬＨＰノードを特にラジエータノードＣ１〜Ｃ５と言う。
【０１０３】
ラジエータノードＣ１が、冷媒８が蒸気管４からラジエータ５へと流入する流入口に相当し、ラジエータノードＣ５が、冷媒８がラジエータ５から液管６へと流出する流出口に相当する。
【０１０４】
ウィックモデル３ｍで代用される蒸発器２も５分割（ＬＨＰノード１〜５に相当）される。冷媒８の流路に従って、蒸気管４は、ＬＨＰノード５〜１５に相当し、液管６は、ＬＨＰノード３７〜５０に相当する。
【０１０５】
このように、ラジエータ５を５分割したラジエータノードＣ１〜Ｃ５で表すラジエータモデル５ｍと実測値との合わせ込みを行う。
【０１０６】
各分割に対応するラジエータノードＣ１〜Ｃ５と、各ラジエータノードＣ１〜Ｃ５の、熱コンダクタンスＣの数１３式（数１１式）における補正係数τ0との組み合せをcase1、case2、及びcase3とする。図１８は、補正係数とラジエータノードとの組み合せ例を示す図である。図１８に、case1、case2、及びcase3毎の、補正係数τ0とラジエータノードとの組み合せ例が示されている。図１８において、縦軸に補正係数τ0を示し、横軸にラジエータノードＩＤのＣ１〜Ｃ５を示している。ケース毎に、各ラジエータノードＣ１〜Ｃ５の補正係数τ0を示している。
【０１０７】
一次元熱流路網解析の解析パラメータとして、ラジエータノードＣ１〜Ｃ５の熱コンダクタンスを入力し、解析結果の温度分布を比較する。図１９は、解析結果の温度分布を示す図である。図１９に示すグラフおいて、縦軸に温度（Ｋ）を示し、横軸にＬＨＰノードＩＤを示している。case1、case2、及びcase3における各ＬＨＰノード１〜５０の温度と、各ＬＨＰノード１〜５０の温度の実測値とが示される。
【０１０８】
図１９より、実測値に最も温度分布が近いcase3を採用する。即ち、図１８に示すcase3の各ラジエータノードＩＤのＣ１〜Ｃ５の補正係数τ0を数１３式（数１１式）において使用する。
【０１０９】
このように、本実施の形態によれば、実測値に最も近い値で、ウィックモデル３ｍ及びラジエータモデル５ｍを実現できるため、高速な一次元熱流路網解析により高精度な性能予測を可能とする。
【０１１０】
冷却装置の性能を予測する際に、ウィック孔の不活性率を適用した透過率とラジエータの熱コンダクタンスとを算出して１次元熱流路網解析を行うことによって熱輸送限界を得ることで、高速かつ高精度に予測できる。
【０１１１】
本発明は、具体的に開示された実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【０１１２】
以上の実施例を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
コンピュータによって実行される性能予測方法であって、
冷却装置のウィックとラジエータとに係る設計変数に基づいて、ウィック孔が毛細管として動作しない確率を示す不活性率を適用して透過率を算出し、
前記設計変数に基づいて、前記ラジエータの熱コンダクタンスを算出し、
前記透過率と前記熱コンダクタンスとを解析パラメータとする１次元熱流路網解析を行って、ウィックの毛細管力と、前記冷却装置における圧力損失とを算出することによって、熱輸送限界を得る
手順とをコンピュータが実行する性能予測方法。
（付記２）
発熱量を大きくしながら前記１次元熱流路網解析を行って、前記毛細管力が前記圧力損失より小さくなる発熱量を判定することによって、前記熱輸送限界を得ることを特徴とする付記１記載の性能予測方法。
（付記３）
発熱量とウィック孔径との組み合せに対して予め前記不活性率を算出して対応付けたウィック用テーブルを参照することによって、前記設計変数として与えられる発熱量とウィック孔径とから該不活性率を取得することを特徴とする付記１又は２記載の性能予測方法。
（付記４）
ウィック孔径の違いによる熱抵抗の発熱量依存性に基づく計算式によって前記不活性率を取得することを特徴とする付記１又は２記載の性能予測方法。
（付記５）
前記透過率を、Blake-Kozenyの透過率の計算式におけるウィック孔の有効率に対して前記不活性率を適用した計算式によって算出することで、前記ウィック孔径と、ウィック寸法及びウィック材質とを前記設計変数で与えられるようにしたことを特徴とする付記３又は４のいずれか一項記載の性能予測方法。
（付記６）
前記熱コンダクタンスを、前記ラジエータのフィン熱伝達係数、フィン伝熱面積、及びフィン効率の実験式を用いた計算式によって算出することで、フィン枚数と、フィンピッチと、フィン幅と、フィン寸法と、フィン材料の熱伝導率とを前記設計変数で与えられるようにしたことを特徴とする付記１乃至６のいずれか一項記載の性能予測方法。
（付記７）
冷却装置のウィックとラジエータとに係る設計変数に基づいて、ウィック孔が毛細管として動作しない確率を示す不活性率を適用して透過率を算出する透過率算出部と、
前記設計変数に基づいて、前記ラジエータの熱コンダクタンスを算出する熱コンダクタンス算出部と、
前記透過率と前記熱コンダクタンスとを解析パラメータとする１次元熱流路網解析を行って、ウィックの毛細管力と、前記冷却装置における圧力損失とを算出することによって、熱輸送限界を得る１次元熱流路網解析部と
を有することを特徴とする性能予測装置。
（付記８）
冷却装置のウィックとラジエータとに係る設計変数に基づいて、ウィック孔が毛細管として動作しない確率を示す不活性率を適用して透過率を算出し、
前記設計変数に基づいて、前記ラジエータの熱コンダクタンスを算出し、
前記透過率と前記熱コンダクタンスとを解析パラメータとする１次元熱流路網解析を行って、ウィックの毛細管力と、前記冷却装置における圧力損失とを算出することによって、熱輸送限界を得る
処理をコンピュータに実行させる性能予測プログラム。
【符号の説明】
【０１１３】
１            発熱体
２            蒸発器
３            ウィック
３ｍ          ウィックモデル
４            蒸気管
５            ラジエータ
５ｍ          ラジエータモデル
６            液管
８            冷媒
７            ファン送風
７ａ、７ｂ    ノード
９            ＬＨＰ
９ｍ          ＬＨＰモデル
１１          ＣＰＵ
１２          主記憶装置
１３          補助記憶装置
１４          入力装置
１５          表示装置
１６          出力装置
１７          通信Ｉ／Ｆ
１８          ドライブ
１９          記憶媒体
３０          設計変数
３１          ウィック用テーブル
３２          ラジエータ用テーブル
３３          解析パラメータセット
３４          １次元熱流路網データ
４１          １次元熱流路網解析部
１００        性能予測装置
１３０        記憶部
【図２】
2015036863.tif 000015
【図３】
2015036863.tif 000016
【図４】
2015036863.tif 000017
【図５】
2015036863.tif 000018
【図６】
2015036863.tif 000019
【図７】
2015036863.tif 000020
【図８】
2015036863.tif 000021
【図９】
2015036863.tif 000022
【図１０】
2015036863.tif 000023
【図１１】
2015036863.tif 000024
【図１２】
2015036863.tif 000025
【図１３】
2015036863.tif 000026
【図１４】
2015036863.tif 000027
【図１５】
2015036863.tif 000028
【図１６】
2015036863.tif 000029
【図１７】
2015036863.tif 000030
【図１８】
2015036863.tif 000031
【図１９】
2015036863.tif 000032
【図１】
2015036863.tif 000033