(57)【要約】  自然循環型の相変化冷却装置を用いて発熱源を効率よく冷却するためには、装置コストおよび維持管理コストの増大が避けられないため、本発明の冷却装置は、受熱する受熱部と、放熱する凝縮部と、受熱部と凝縮部を接続し、受熱部および凝縮部を循環する冷媒を中継する冷媒中継部、とを有し、冷媒中継部は、冷媒を保持する冷媒保持部と、冷媒保持部と凝縮部を接続する主配管と、冷媒保持部と受熱部を接続し、屈曲自在な配管を含む副配管、とを備える。
2016047099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受熱する受熱手段と、
放熱する凝縮手段と、
前記受熱手段と前記凝縮手段を接続し、前記受熱手段および前記凝縮手段を循環する冷媒を中継する冷媒中継手段、とを有し、
前記冷媒中継手段は、
前記冷媒を保持する冷媒保持手段と、
前記冷媒保持手段と前記凝縮手段を接続する主配管と、
前記冷媒保持手段と前記受熱手段を接続し、屈曲自在な配管を含む副配管、とを備える
冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載した冷却装置において、
前記冷媒保持手段は、前記凝縮手段よりも下方に位置し、前記受熱手段よりも上方に位置している
冷却装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載した冷却装置において、
前記屈曲自在な配管は、一平面上に位置しており、前記一平面内で可動である
冷却装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載した冷却装置において、
前記冷媒保持手段は、前記冷媒に含まれる冷媒液をためる冷媒液貯留手段である
冷却装置。
【請求項５】
請求項４に記載した冷却装置において、
前記屈曲自在な配管は、前記副配管が前記冷媒液貯留手段と接続する側が、前記副配管が前記受熱手段と接続する側に対して上方に位置している
冷却装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載した冷却装置において、
前記冷媒保持手段は、前記冷媒に含まれる冷媒蒸気が合流する蒸気合流手段である
冷却装置。
【請求項７】
請求項１から３のいずれか一項に記載した冷却装置において、
前記冷媒保持手段は、前記冷媒に含まれる冷媒液をためるとともに、前記冷媒に含まれる冷媒蒸気が合流する複合冷媒保持手段である
冷却装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載した冷却装置において、
前記凝縮手段は、天井板に位置しており、
前記冷媒保持手段は、前記天井板上に位置している
冷却装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載した冷却装置において、
前記受熱手段は、発熱源と熱的に接続し前記冷媒を貯蔵する複数の蒸発手段を備え、前記複数の蒸発手段が鉛直方向に位置している冷却ユニットを構成し、
前記冷却ユニットは、前記発熱源としての電子機器を収容する電子機器ラック内に配置している
冷却装置。
【請求項１０】
請求項９に記載した冷却装置において、
前記冷媒保持手段は、前記受熱手段よりも上方であって、前記電子機器ラックの正面側、および前記電子機器ラックの前記冷却ユニットが位置している側、のいずれか一方に位置している
冷却装置。
【請求項１１】
請求項９に記載した冷却装置において、
前記電子機器ラックは、複数個からなり、複数の前記電子機器ラックが列状に位置しており、
前記冷媒保持手段は、前記列状に位置した複数の前記電子機器ラック上に位置している
冷却装置。
【請求項１２】
請求項９に記載した冷却装置において、
前記電子機器ラックは、複数個からなり、複数の前記電子機器ラックがラック間通路を挟んで対向して位置しており、
前記冷媒保持手段は、前記ラック間通路の上方に配置している
冷却装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載した冷却装置において、
前記冷媒保持手段は、対向して位置している前記電子機器ラックを連結する保持板上に位置している
冷却装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載した冷却装置において、
前記凝縮手段は、天井板に位置しており、
前記冷媒保持手段は、前記天井板に接続されている
冷却装置。
【請求項１５】
請求項１２に記載した冷却装置において、
前記冷媒保持手段は、前記ラック間通路の仕切壁を固定する保持支柱によって保持された天板上に位置している
冷却装置。
【請求項１６】
受熱する受熱手段を配置し、
放熱する凝縮手段を天井板上に配置し、
冷媒を保持する冷媒保持手段を、前記凝縮手段よりも下方であって前記受熱手段よりも上方に配置し、
前記冷媒保持手段と前記凝縮手段を主配管によって接続し、
前記冷媒保持手段と前記受熱手段を、屈曲自在な配管を含む副配管によって接続する
冷却装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器などの冷却に用いられる冷却装置およびその製造方法に関し、特に、受熱により相変化した冷媒蒸気を、駆動源を用いることなく輸送し凝縮させる自然循環型の冷却装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報処理技術の向上やインターネット環境の発達にともなって、必要とされる情報処理量が増大している。膨大なデータを処理するため、各地にデータセンタ（Ｄａｔａ  Ｃｅｎｔｅｒ：ＤＣ）が設置され運用されている。ここで、データセンタ（ＤＣ）とは、サーバやデータ通信装置を設置し運用することに特化した施設をいう。このようなデータセンタ（ＤＣ）においては、サーバやデータ通信装置などの電子機器からの発熱密度が非常に高いため、これらの電子機器を効率的に冷却する必要がある。【０００３】
電子機器等の効率的な冷却方式の一例として、自然循環型の相変化冷却方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。自然循環型の相変化冷却方式においては、電子機器などの発熱源より発生した熱を、冷媒の潜熱を用いて受熱・放熱する。この方式では、冷媒蒸気の浮力及び冷媒液の重力によって、動力を必要とせずに冷媒を循環駆動させることができる。そのため、自然循環型の相変化冷却方式によれば、電子機器などの高効率かつ省エネルギーな冷却が可能である。【０００４】
このような自然循環型の相変化冷却装置の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された関連する冷却システムは、複数のサーバにそれぞれ設けられた蒸発器、建屋の屋上に設けられた冷却塔、戻し配管（冷媒ガス配管）、および供給配管（冷媒液体配管）を有する。戻し配管および供給配管は、蒸発器に設けられた冷却コイルと冷却塔に設けられた螺旋状配管との間を連結する。そして、戻し配管は蒸発器でガス化した冷媒ガスを冷却塔に戻す。供給配管は、冷媒ガスを冷却塔で冷却して凝縮することにより液化した冷媒液体を蒸発器に供給する。これにより、蒸発器と冷却塔との間に、冷媒が自然循環するための循環ラインが形成される。【０００５】
ここで、それぞれの蒸発器には、サーバから排出された高温空気が蒸発器で冷却された後の風の温度を測定する温度センサが設けられる。また、それぞれの蒸発器の冷却コイルの出口には、冷却コイルに供給する冷媒の供給流量（冷媒流量）を調整するためのバルブ（流量調整手段）が設けられている。そして、コントローラが温度センサによる測定温度に基づいて、各バルブの開度をそれぞれ自動調整する。これにより、蒸発器で冷却された後の風の温度が設定温度よりも低くなり過ぎた場合には、バルブの開度が絞られて冷媒の供給流量が減少される。【０００６】
このような構成としたことにより、関連する冷却システムによれば、各蒸発器における冷媒の供給流量が必要以上に多くならないので、冷媒を冷却するための冷却負荷を小さくすることができ、冷却塔での冷却だけでも十分な冷却能力を発揮できる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１９４０９３号公報（段落［００４７］〜［００５５］、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、特許文献１に記載された関連する冷却システムは、蒸発器に設けられた冷却コイルに供給する冷媒の供給流量を調整するためのバルブをそれぞれ設け、蒸発器で冷却された後の風の温度に基づいてバルブの開度を自動調整する構成としている。すなわち、蒸発器の出口に電子制御のバルブを配置し温度センサと連動させることにより、サーバラックの負荷に応じて適量な冷媒液を蒸発器に供給する構成としている。これは、蒸発器における冷媒液の液量が多すぎると冷媒液の圧力によって相変化が阻害され、熱移動量の大きな潜熱ではなく顕熱による通常の液冷となってしまうからである。逆に冷媒液の液量が不足すると、相変化が起こらず吸熱できない状況が生じるため、効率よく相変化冷却を行うことが困難になるからである。【０００９】
しかしながら、関連する冷却システムは蒸発器ごとにバルブを備えた構成としているので、バルブの制御系を含めた装置コストが必要となるだけでなく、安定稼働のためのメンテナンスのコストも必要となるという問題があった。【００１０】
このように、自然循環型の相変化冷却装置を用いて発熱源を効率よく冷却するためには、装置コストおよび維持管理コストの増大が避けられない、という問題があった。【００１１】
本発明の目的は、上述した課題である、自然循環型の相変化冷却装置を用いて発熱源を効率よく冷却するためには、装置コストおよび維持管理コストの増大が避けられない、という課題を解決する冷却装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の冷却装置は、受熱する受熱部と、放熱する凝縮部と、受熱部と凝縮部を接続し、受熱部および凝縮部を循環する冷媒を中継する冷媒中継部、とを有し、冷媒中継部は、冷媒を保持する冷媒保持部と、冷媒保持部と凝縮部を接続する主配管と、冷媒保持部と受熱部を接続し、屈曲自在な配管を含む副配管、とを備える。【００１３】
本発明の冷却装置の製造方法は、受熱する受熱部を配置し、放熱する凝縮部を天井板上に配置し、冷媒を保持する冷媒保持部を、凝縮部よりも下方であって受熱部よりも上方に配置し、冷媒保持部と凝縮部を主配管によって接続し、冷媒保持部と受熱部を、屈曲自在な配管を含む副配管によって接続する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の冷却装置およびその製造方法によれば、装置コストおよび維持管理コストの増大を招くことなく、自然循環型の相変化冷却方式により発熱源を効率よく冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る相変化冷却装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る相変化冷却装置の一部の構成を示す側面図である。
【図３Ａ】本発明の第１の実施形態に係る相変化冷却装置の一部の構成を示す上面図であり、電子機器ラックのリアドアが閉じた状態を示す。
【図３Ｂ】本発明の第１の実施形態に係る相変化冷却装置の一部の構成を示す上面図であり、電子機器ラックのリアドアが開いた状態を示す。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る相変化冷却装置の一部の別の構成を示す側面図である。
【図５Ａ】本発明の第１の実施形態に係る相変化冷却装置の一部の別の構成を示す上面図であり、電子機器ラックのリアドアが閉じた状態を示す。
【図５Ｂ】本発明の第１の実施形態に係る相変化冷却装置の一部の別の構成を示す上面図であり、電子機器ラックのリアドアが開いた状態を示す。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る相変化冷却装置の一部のさらに別の構成を示す正面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る相変化冷却装置の構成を示す概略図である。
【図８Ａ】本発明の第２の実施形態に係る相変化冷却装置の具体的な構成を示す正面図である。
【図８Ｂ】本発明の第２の実施形態に係る相変化冷却装置の具体的な構成を示す上面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る相変化冷却装置の別な構成を示す正面図である。
【図１０Ａ】本発明の第２の実施形態に係る相変化冷却装置のさらに別な構成を示す正面図である。
【図１０Ｂ】本発明の第２の実施形態に係る相変化冷却装置のさらに別な構成を示す上面図である。
【図１１Ａ】本発明の第３の実施形態に係る相変化冷却装置の構成を示す上面図である。
【図１１Ｂ】本発明の第３の実施形態に係る相変化冷却装置の構成を示す側面図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る相変化冷却装置の別な構成を示す正面図である。
【図１３Ａ】本発明の第３の実施形態に係る相変化冷却装置のさらに別な構成を示す上面図である。
【図１３Ｂ】本発明の第３の実施形態に係る相変化冷却装置のさらに別な構成を示す側面図である。
【図１３Ｃ】本発明の第３の実施形態に係る相変化冷却装置のさらに別な構成を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【００１７】
〔第１の実施形態〕
図１は、本実施形態による冷却装置としての相変化冷却装置１０００の構成を示す概略図である。本実施形態による相変化冷却装置１０００は、受熱部１０１０、凝縮部１０２０、および冷媒輸送構造を有する。
【００１８】
受熱部１０１０は発熱源から受熱する冷媒を収容する。凝縮部１０２０は、受熱部１０１０で気化した冷媒の冷媒蒸気を凝縮液化して冷媒液を生成する。
【００１９】
冷媒輸送構造（冷媒中継部）は、受熱部１０１０と凝縮部１０２０を接続し、受熱部１０１０および凝縮部１０２０を循環する冷媒を中継する。具体的には、受熱部１０１０において気化した冷媒（冷媒蒸気）と、凝縮部１０２０において凝縮液化した冷媒（冷媒液）を、受熱部１０１０および凝縮部１０２０を循環する途中で中継し輸送する。ここで冷媒輸送構造は、冷媒を保持する冷媒保持部１３００、冷媒保持部１３００と凝縮部１０２０を接続する主配管１１１０、および冷媒保持部１３００と受熱部１０１０を接続し、屈曲自在な配管（フレキシブル配管）を含む副配管１１２０を備える。ここで、図１に示すように、冷媒保持部１３００は凝縮部１０２０よりも下方に位置し、受熱部１０１０よりも上方に位置した構成とした。
【００２０】
図１では、冷媒保持部１３００は、冷媒液をためる冷媒液貯留部１３０１とした場合を示す。ここで、冷媒液貯留部１３０１は冷媒液を一時的に貯めておくことができるので、受熱部１０１０に還流する冷媒液の過不足を補うことができる。この場合、主配管１１１０は、主として冷媒液が流動する主液管であり、副配管１１２０は、主として冷媒液が流動する副液管である。また、冷媒輸送構造には、主として冷媒蒸気が流動する蒸気管１２００が含まれる。
【００２１】
図２は、本実施形態による相変化冷却装置１０００の一部の構成を示す側面図である。ここで受熱部１０１０は、発熱源と熱的に接続し冷媒を貯蔵する複数の蒸発部を備え、複数の蒸発部が鉛直方向に配置している冷却ユニットを構成している。そして、冷却ユニットが、発熱源としての電子機器を収容する電子機器ラック１０１１内に配置している構成とした。具体的には例えば、発熱源としてのサーバが電子機器ラック１０１１内に複数個積層して配置される。ここで、電子機器ラック１０１１のリアドア等に受熱部１０１０としての冷却ユニットを装着した構成とすることができる。なお、以下の図中の三角記号（▲）は電子機器ラック１０１１の前面側、すなわち冷却風の吸気側を示す。
【００２２】
副配管（副液管）１１２０の一部は屈曲自在なフレキシブル配管１１２２で構成されている。フレキシブル配管１１２２は、フランジ１１２１等を介して冷媒液貯留部１３０１と、電子機器ラック１０１１内の受熱部１０１０を接続する。ここでフレキシブル配管１１２２は、一平面上、例えば電子機器ラック１０１１の天板面と略水平な面上に配置した構成とすることができる。このような配置とすると、電子機器ラック１０１１のリアドアの開閉時に、図２中の破線矢印で示した回転軸方向のねじれは生じない。そのため、リアドアの開閉によるフレキシブル配管１１２２の金属疲労破壊を防止することができる。
【００２３】
このとき、フレキシブル配管１１２２は、副配管１１２０が冷媒液貯留部１３０１と接続する側が、副配管１１２０が受熱部１０１０と接続する側に対して上方に位置している構成とすることができる。このように、副配管１１２０に勾配を設けることにより、冷媒液が重力の作用によって自然循環することが容易になる。
【００２４】
図３Ａ、３Ｂは、本実施形態による相変化冷却装置１０００の一部の構成を示す上面図である。図３Ａは電子機器ラック１０１１のリアドアが閉じた状態を、図３Ｂはリアドアが開いた状態を示す。ここで、フレキシブル配管１１２２は一平面上、例えば電子機器ラック１０１１の天板面に配置しており、この一平面内で可動なように構成されている。すなわちフレキシブル配管１１２２は、同図に示すようにリアドアのヒンジ１０１２を回転軸とした図中の矢印Ｂで示すリアドアの動きに合わせて、図中の矢印Ａで示すように電子機器ラック１０１１の天板面と略水平方向に動くことが可能である。したがって、フレキシブル配管１１２２の長さは、電子機器ラック１０１１のリアドアが開いた状態においてテンションが付加されない長さとすればよく、フレキシブル配管１１２２の材料や肉厚などから決定することができる。
【００２５】
図２および図３Ａ、３Ｂにおいては、冷媒保持部１３００としての冷媒液貯留部１３０１が、受熱部１０１０よりも上方であって、電子機器ラック１０１１の正面側に位置している構成について説明した。これに限らず、図４および図５Ａ、５Ｂに示すように、冷媒液貯留部１３０１が、受熱部１０１０よりも上方であって、電子機器ラック１０１１の受熱部１０１０を構成する冷却ユニットが配置している側に位置している構成としてもよい。すなわち、冷媒液貯留部１３０１が電子機器ラック１０１１の後方に配置した構成とすることができる。この場合、電子機器ラック１０１１のリアドアを閉めた状態において（図５Ａ）、フレキシブル配管１１２２が伸張した状態となる。そのため、副配管１１２０に勾配を設け、冷媒液の自然循環を促進する構成を容易に形成することができる。
【００２６】
上記記載においては、相変化冷却装置１０００が一個の受熱部１０１０を備えた構成について説明した。これに限らず、図６に示すように、相変化冷却装置１０００が複数の受熱部１０１０を備え、冷媒液貯留部１３０１が複数の副配管１１２０によって複数の受熱部１０１０とそれぞれ接続した構成としてもよい。この場合、冷媒液貯留部１３０１は冷媒液を一時的に貯めておくことができるので、複数の受熱部１０１０に冷媒液を均等に分配することが可能になる。
【００２７】
また、上記説明では、冷媒保持部１３００は冷媒液をためる冷媒液貯留部１３０１とした。これに限らず、冷媒保持部は冷媒蒸気が合流する蒸気合流部とすることとしてもよい。この場合、主配管は主として冷媒蒸気が流動する主蒸気管であり、副配管は主として冷媒蒸気が流動する副蒸気管である。
【００２８】
次に、本実施形態による相変化冷却装置の製造方法について説明する。
【００２９】
本実施形態による相変化冷却装置の製造方法においては、まず、発熱源から受熱する冷媒を収容する受熱部を配置し、受熱部で気化した冷媒の冷媒蒸気を凝縮液化して冷媒液を生成する凝縮部を天井板上に配置する。そして、冷媒を保持する冷媒保持部を、凝縮部よりも下方であって受熱部よりも上方に配置する。さらに、冷媒保持部と凝縮部を主配管によって接続し、冷媒保持部と受熱部を、屈曲自在なフレキシブル配管を含む副配管によって接続する。以上の工程により、本実施形態による相変化冷却装置が完成する。
【００３０】
上述したように、本実施形態による相変化冷却装置１０００は、受熱部１０１０と凝縮部１０２０を接続する冷媒輸送構造を備え、冷媒輸送構造は冷媒保持部１３００とフレキシブル配管を含む副配管１１２０とを備えた構成としている。
【００３１】
ここで、受熱部１０１０で受熱して気化した冷媒蒸気は、凝縮部１０２０で凝縮液化して冷媒液となって受熱部１０１０に還流する。このとき、冷媒保持部１３００が冷媒を一時的に保持するので、受熱部１０１０に還流する冷媒の過不足を補うことができる。そのため、本実施形態による相変化冷却装置によれば、装置コストおよび維持管理コストの増大を招くことなく、自然循環型の相変化冷却方式により発熱源を効率よく冷却することができる。さらに、本実施形態による相変化冷却装置１０００はフレキシブル配管を含む構成としているので、例えば受熱部を電子機器ラックの可動部分に装着することが可能になるなど、相変化冷却装置１０００を設置する際の自由度を増大することができる。
【００３２】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図７に、本実施形態による相変化冷却装置２０００の構成を示す。
【００３３】
本実施形態の相変化冷却装置２０００は複数の受熱部１０１０を有し、冷媒保持部として冷媒液をためる冷媒液貯留部２３０１と冷媒蒸気が合流する蒸気合流部２３０２を備えた構成とした点が第１の実施形態による相変化冷却装置１０００と異なる。ここで、冷媒液貯留部２３０１および蒸気合流部２３０２は、図７に示すように、凝縮部１０２０よりも下方に位置し、受熱部１０１０よりも上方に位置した構成とした。
【００３４】
本実施形態による相変化冷却装置２０００の構成についてさらに詳細に説明する。本実施形態の相変化冷却装置２０００は、複数の受熱部１０１０、凝縮部１０２０、および受熱部１０１０と凝縮部１０２０を接続する冷媒輸送構造を有する。冷媒輸送構造は、冷媒液を輸送する冷媒液輸送構造２１００と冷媒蒸気を輸送する冷媒蒸気輸送構造２２００からなる。
【００３５】
冷媒液輸送構造２１００は、冷媒液貯留部２３０１、冷媒液貯留部２３０１と凝縮部１０２０を接続する主液管２１１０、および冷媒液貯留部２３０１と複数の受熱部１０１０をそれぞれ接続し、屈曲自在なフレキシブル配管を含む副液管２１２０を備える。ここで、主液管２１１０および副液管２１２０には、主として冷媒液が流動する。
【００３６】
冷媒蒸気輸送構造２２００は、蒸気合流部２３０２、蒸気合流部２３０２と凝縮部１０２０を接続する主蒸気管２２１０、および蒸気合流部２３０２と複数の受熱部１０１０をそれぞれ接続し、屈曲自在なフレキシブル配管を含む副蒸気管２２２０を備える。ここで、主蒸気管２２１０および副蒸気管２２２０には、主として冷媒蒸気が流動する。
【００３７】
ここで、冷媒液貯留部２３０１には冷媒液がたまるので、それぞれの受熱部１０１０で受熱して気化することにより減少した冷媒液の量に応じて、冷媒液が冷媒液貯留部２３０１から各受熱部１０１０に過不足なく供給される。すなわち、駆動部品やセンサ部品等を用いることなく、各受熱部１０１０の負荷に応じた量の冷媒液をそれぞれの受熱部１０１０へ供給することが可能になる。
【００３８】
また、複数の受熱部１０１０で発生した冷媒蒸気は蒸気合流部２３０２において合流するので、分岐による圧力損失を低減することが可能である。したがって、複数の受熱部１０１０を備えた場合であっても、冷却性能の低下を招くことなく、自然循環型の相変化冷却方式により効率よく冷却することができる。
【００３９】
上述したように、本実施形態の相変化冷却装置２０００は冷媒液貯留部２３０１と蒸気合流部２３０２を備えた構成としている。そのため、装置コストおよび維持管理コストの増大を招くことなく、自然循環型の相変化冷却方式により発熱源を効率よく冷却することができる。さらに、本実施形態の相変化冷却装置２０００は、フレキシブル配管を含む副液管２１２０および副蒸気管２２２０を備えた構成としている。そのため、例えば受熱部を電子機器ラックの可動部分に装着することが可能になるなど、相変化冷却装置２０００を設置する際の自由度を増大することができる。
【００４０】
次に、本実施形態による相変化冷却装置２０００の具体的な構成について説明する。
【００４１】
図８Ａ、８Ｂに、相変化冷却装置２０００の具体的な構成を示す。図８Ａは正面図であり、図８Ｂは上面図である。
【００４２】
ここで受熱部１０１０は、発熱源と熱的に接続し冷媒を貯蔵する複数の蒸発部を備え、複数の蒸発部が鉛直方向に配置している冷却ユニットを構成している。そして、電子機器ラック１０１１のリアドアに、受熱部１０１０としての冷却ユニットを装着した構成とした。また、図８Ａ、８Ｂに示すように、複数の電子機器ラック１０１１が列状に配置しており、冷媒保持部としての冷媒液貯留部２３０１と蒸気合流部２３０２が、列状に配置した複数の電子機器ラック１０１１上に配置した構成とした。
【００４３】
具体的には、冷媒液貯留部２３０１および蒸気合流部２３０２を、電子機器ラック１０１１の天板上に取付け構造２４１０によって設置した構成とすることができる。そして、冷媒液貯留部２３０１および蒸気合流部２３０２と、複数の電子機器ラック１０１１に装着された複数の受熱部１０１０を、副液管２１２０および副蒸気管２２２０によってそれぞれ接続する。このような構成とすることにより、電子機器ラック１０１１が備えるネジ穴などの機構部品を利用することができる。そのため、電子機器ラック１０１１が設置された状態で、冷媒液貯留部２３０１および蒸気合流部２３０２を容易に設置することが可能になる。これに限らず、冷媒液貯留部２３０１と蒸気合流部２３０２を、天吊り構造などを用いて天井板２００１に固定することにより、電子機器ラック１０１１上に配置した構成としてもよい。
【００４４】
また、相変化冷却装置２０００は、図９に示すように、冷媒保持部としての冷媒液貯留部２３０１と蒸気合流部２３０２を、凝縮部１０２０が設置された天井板２００１の上に配置した構成としてもよい。このような構成とすることにより、冷媒液貯留部２３０１と蒸気合流部２３０２の設置を、主液管２１１０、主蒸気管２２１０、および凝縮部１０２０の設置と共に、建屋工事時に行うことが可能になる。その結果、電子機器ラック１０１１を設置する際には、各電子機器ラック１０１１に副液管２１２０および副蒸気管２２２０を接続するだけでよいので、電子機器ラック１０１１の増設が容易となる。
【００４５】
この場合、冷媒液貯留部２３０１および蒸気合流部２３０２にそれぞれ設けられた、副液管２１２０および副蒸気管２２２０と接続する接続口に、バルブ等の開閉機構を備えた構成とすることができる。これにより、全ての接続口に電子機器ラック１０１１を接続する必要がなくなるため、電子機器ラック１０１１の保守交換が可能となる。
【００４６】
上記説明では、相変化冷却装置２０００は、冷媒保持部としての冷媒液貯留部２３０１と蒸気合流部２３０２をそれぞれ複数の電子機器ラック１０１１上に配置した構成とした。これに限らず、図１０Ａ、１０Ｂに示すように、相変化冷却装置２０００は冷媒保持部として複合冷媒保持部２３０３を複数の電子機器ラック１０１１上に配置した構成としてもよい。ここで複合冷媒保持部２３０３は、冷媒液をためるとともに、冷媒蒸気が合流する構成としている。
【００４７】
複合冷媒保持部２３０３は冷媒蒸気と冷媒液をともに保持しているが、冷媒蒸気に混合している液相状態の冷媒である混合冷媒液は、冷媒液と共に複合冷媒保持部２３０３から副液管２１２０に流出する。そのため、冷媒蒸気から混合冷媒液を除去することができるので、冷却性能の低下の原因となる冷媒蒸気に対する流体抵抗の増大を抑制することができる。
【００４８】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図１１Ａ、１１Ｂに本実施形態による相変化冷却装置３０００の構成を示す。図１１Ａは上面図であり、図１１Ｂは側面図である。
【００４９】
本実施形態の相変化冷却装置３０００は複数の受熱部１０１０を有し、冷媒保持部として冷媒液をためる冷媒液貯留部２３０１と冷媒蒸気が合流する蒸気合流部２３０２を備える。
【００５０】
ここで受熱部１０１０は、発熱源と熱的に接続し冷媒を貯蔵する複数の蒸発部を備え、複数の蒸発部が鉛直方向に配置している冷却ユニットを構成している。そして、電子機器ラック１０１１のリアドアに、受熱部１０１０としての冷却ユニットを装着した構成とした。
【００５１】
ここまでの構成は、第２の実施形態による相変化冷却装置２０００と同様である。本実施形態の相変化冷却装置３０００においては、複数の電子機器ラック１０１１がラック間通路３１００を挟んで対向して配置しており、冷媒保持部としての冷媒液貯留部２３０１と蒸気合流部２３０２が、ラック間通路３１００の上方に配置している構成とした。ここでラック間通路３１００には、電子機器ラック１０１１が前面から吸引する冷却風が流れる通路（コールドアイル）、および電子機器ラック１０１１が背面から排出する排熱を含んだ空気が流れる通路（ホットアイル）が含まれる。なお、図１１Ａ、１１Ｂでは、ラック間通路３１００がコールドアイルの場合を例として示したが、ホットアイルであるラック間通路３１００の上方に冷媒液貯留部２３０１と蒸気合流部２３０２が配置した構成としてもよい。
【００５２】
具体的には、図１１Ｂに示すように、冷媒保持部としての冷媒液貯留部２３０１と蒸気合流部２３０２が、対向して配置している電子機器ラック１０１１を連結する保持板３２１０上に配置した構成とすることができる。ここで、冷媒液貯留部２３０１と蒸気合流部２３０２は、取付け構造３２２０などを用いて保持板３２１０上に設置され、複数の対面する電子機器ラック１０１１ごとの副液管２１２０および副蒸気管２２２０と接続している。また、図１２に示すように、冷媒液貯留部２３０１と蒸気合流部２３０２を、天吊り構造３２３０などを用いて天井板２００１に設置することとしてもよい。
【００５３】
上述したように、本実施形態の相変化冷却装置３０００は冷媒液貯留部２３０１と蒸気合流部２３０２を備えた構成としている。そのため、装置コストおよび維持管理コストの増大を招くことなく、自然循環型の相変化冷却方式により発熱源を効率よく冷却することができる。さらに、本実施形態の相変化冷却装置３０００は、フレキシブル配管を含む副液管２１２０および副蒸気管２２２０を備えた構成としている。そのため、受熱部を例えば電子機器ラックの可動部分に装着することが可能になるなど、相変化冷却装置３０００を設置する際の自由度を増大することができる。
【００５４】
また、相変化冷却装置３０００の別の構成を図１３Ａ、１３Ｂ、および１３Ｃに示す。ここで、図１３Ａは上面図、図１３Ｂは側面図、そして図１３Ｃは正面図である。同図に示すように、冷媒保持部としての冷媒液貯留部２３０１と蒸気合流部２３０２が、ラック間通路３１００の仕切壁３３１０を固定する保持支柱３３２０によって保持された天板３３３０上に位置している構成とすることができる。
【００５５】
ここで、仕切壁３３１０には例えば、電子機器ラック１０１１の前面から吸入される冷却空気と、排気面から排出される暖気との混合を防止するために、コールドアイルまたはホットアイルに設けられるアイルキャップなどが含まれる。アイルキャップは、保持支柱３３２０によってビニールなどのカーテンで覆う構成であるため、保持支柱３３２０にカーテンと一緒に天板３３３０を取り付けることが可能である。これにより、冷媒液貯留部２３０１および蒸気合流部２３０２を設置するための強度を保つことができる。
【００５６】
このような構成とすることにより、仕切壁３３１０によって建屋内の効率的なエアフローを実現できるとともに、相変化冷却方式による効率的な排熱を促進することが可能になる。これらの相乗効果により、電子機器ラック１０１１が設置された建屋の空調電力を大幅に削減することができる。
【００５７】
以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。
【００５８】
この出願は、２０１４年９月２６日に出願された日本出願特願２０１４−１９６１７５を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【００５９】
１０００、２０００、３０００    相変化冷却装置
１０１０    受熱部
１０１１    電子機器ラック
１０１２    ヒンジ
１０２０    凝縮部
１１１０    主配管
１１２０    副配管
１１２１    フランジ
１１２２    フレキシブル配管
１２００    蒸気管
１３００    冷媒保持部
１３０１、２３０１    冷媒液貯留部
２００１    天井板
２１００    冷媒液輸送構造
２２００    冷媒蒸気輸送構造
２１１０    主液管
２１２０    副液管
２２１０    主蒸気管
２２２０    副蒸気管
２３０２    蒸気合流部
２３０３    複合冷媒保持部
２４１０    取付け構造
３１００    ラック間通路
３２１０    保持板
３２２０    取付け構造
３２３０    天吊り構造
３３１０    仕切壁
３３２０    保持支柱
３３３０    天板
【図１】
2016047099.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年3月17日(2017.3.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受熱する受熱手段と、
放熱する凝縮手段と、
前記受熱手段と前記凝縮手段を接続し、前記受熱手段および前記凝縮手段を循環する冷媒を中継する冷媒中継手段、とを有し、
前記冷媒中継手段は、
前記冷媒を保持する冷媒保持手段と、
前記冷媒保持手段と前記凝縮手段を接続する主配管と、
前記冷媒保持手段と前記受熱手段を接続し、屈曲自在な配管を含む副配管、とを備える
冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載した冷却装置において、
前記冷媒保持手段は、前記凝縮手段よりも下方に位置し、前記受熱手段よりも上方に位置している
冷却装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載した冷却装置において、
前記屈曲自在な配管は、一平面上に位置しており、前記一平面内で可動である
冷却装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載した冷却装置において、
前記冷媒保持手段は、前記冷媒に含まれる冷媒液をためる冷媒液貯留手段である
冷却装置。
【請求項５】
請求項４に記載した冷却装置において、
前記屈曲自在な配管は、前記副配管が前記冷媒液貯留手段と接続する側が、前記副配管が前記受熱手段と接続する側に対して上方に位置している
冷却装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載した冷却装置において、
前記冷媒保持手段は、前記冷媒に含まれる冷媒蒸気が合流する蒸気合流手段である
冷却装置。
【請求項７】
請求項１から３のいずれか一項に記載した冷却装置において、
前記冷媒保持手段は、前記冷媒に含まれる冷媒液をためるとともに、前記冷媒に含まれる冷媒蒸気が合流する複合冷媒保持手段である
冷却装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載した冷却装置において、
前記凝縮手段は、天井板に位置しており、
前記冷媒保持手段は、前記天井板上に位置している
冷却装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載した冷却装置において、
前記受熱手段は、発熱源と熱的に接続し前記冷媒を貯蔵する複数の蒸発手段を備え、前記複数の蒸発手段が鉛直方向に位置している冷却ユニットを構成し、
前記冷却ユニットは、前記発熱源としての電子機器を収容する電子機器ラック内に配置している
冷却装置。
【請求項１０】
受熱する受熱手段を配置し、
放熱する凝縮手段を天井板上に配置し、
冷媒を保持する冷媒保持手段を、前記凝縮手段よりも下方であって前記受熱手段よりも上方に配置し、
前記冷媒保持手段と前記凝縮手段を主配管によって接続し、
前記冷媒保持手段と前記受熱手段を、屈曲自在な配管を含む副配管によって接続する
冷却装置の製造方法。
【国際調査報告】
2016047099.tif 000023
2016047099.tif 000024
2016047099.tif 000025
2016047099.tif 000026