(57)【要約】  自然循環型の相変化冷却装置(１０００)においては、冷却対象となる発熱源が増えると冷却性能が低下するため、本発明の相変化冷却装置(１０００)は、複数の発熱源から受熱する冷媒をそれぞれ収容する複数の受熱部(１０１０)と、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凝縮部(１０２０)と、受熱部(１０１０)と凝縮部(１０２０)を接続し、冷媒蒸気を輸送する冷媒蒸気輸送構造(１１００，１１０１)と、受熱部(１０１０)と凝縮部(１０２０)を接続し、冷媒液を輸送する冷媒液輸送構造(１２００)、とを有し、冷媒蒸気輸送構造(１１００，１１０１)は、複数の受熱部(１０１０)とそれぞれ接続する複数の副蒸気管(１１１０)と、複数の副蒸気管(１１１０)と接続し、冷媒蒸気が合流する蒸気合流部(１１２０，２１００，３１００，３２００)と、蒸気合流部(１１２０，２１００，３１００，３２００)と凝縮部(１０２０)とを接続する主蒸気管(１１３０，３１３０)、とを備える。
2016031186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受熱する複数の受熱手段と、  放熱する凝縮手段と、  前記複数の受熱手段と前記凝縮手段とを接続する第１の冷媒経路及び第２の冷媒経路と、を有する相変化冷却装置であって、  前記第１の冷媒経路は、    前記複数の受熱手段とそれぞれ接続する複数の副冷媒管と、    前記複数の副冷媒管と接続する冷媒合流手段と、    前記冷媒合流手段と前記凝縮手段とを接続する主冷媒管、とを備える  相変化冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載した相変化冷却装置において、  前記受熱手段、前記凝縮手段、前記第１の冷媒経路、および前記第２の冷媒経路を冷媒蒸気と冷媒液が循環する  相変化冷却装置。
【請求項３】
複数の発熱源から受熱する冷媒をそれぞれ収容する複数の受熱手段と、  前記受熱手段で気化した前記冷媒の冷媒蒸気を凝縮液化して冷媒液を生成する凝縮手段と、  前記受熱手段と前記凝縮手段を接続し、前記冷媒蒸気を輸送する冷媒蒸気輸送構造と、  前記受熱手段と前記凝縮手段を接続し、前記冷媒液を輸送する冷媒液輸送構造、とを有し、  前記冷媒蒸気輸送構造は、    前記複数の受熱手段とそれぞれ接続する複数の副蒸気管と、    前記複数の副蒸気管と接続し、前記冷媒蒸気が合流する蒸気合流手段と、    前記蒸気合流手段と前記凝縮手段とを接続する主蒸気管、とを備える  相変化冷却装置。
【請求項４】
請求項３に記載した相変化冷却装置において、  前記蒸気合流手段は、前記複数の受熱手段よりも上方に位置している  相変化冷却装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載した相変化冷却装置において、  前記蒸気合流手段は、  上面と下面と側面とを少なくとも含む複数の平面を有する立体形状からなる容器部と、  前記上面および前記側面の少なくとも一方に位置し、前記主蒸気管と接続する主蒸気管接続手段と、  前記側面および前記下面の少なくとも一方に位置し、前記複数の副蒸気管とそれぞれ接続する複数の副蒸気管接続手段、とを有する  相変化冷却装置。
【請求項６】
請求項５に記載した相変化冷却装置において、  前記主蒸気管接続手段および前記副蒸気管接続手段は、接続突起部をそれぞれ備える  相変化冷却装置。
【請求項７】
請求項６に記載した相変化冷却装置において、  前記蒸気合流手段は、前記接続突起部の径が互いに異なる二個の前記副蒸気管接続手段を少なくとも含む  相変化冷却装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載した相変化冷却装置において、  前記接続突起部は一端にフランジ部を備え、  前記主蒸気管接続手段は、前記容器部の上面に前記フランジ部が締結手段によって固定された前記接続突起部を備え、  前記副蒸気管接続手段は、前記容器部の側面に前記フランジ部が締結手段によって固定された前記接続突起部を備える  相変化冷却装置。
【請求項９】
請求項６から８のいずれか一項に記載した相変化冷却装置において、  前記主蒸気管接続手段は、前記副蒸気管接続手段が備える前記接続突起部の中心軸の延長上に位置する  相変化冷却装置。
【請求項１０】
請求項５に記載した相変化冷却装置において、  前記副蒸気管は一端にフランジ部を備え、  前記容器部は、締結手段により固定するための接続穴を前記側面に備え、  前記副蒸気管接続手段は、前記フランジ部と前記接続穴を含む  相変化冷却装置。
【請求項１１】
請求項３または４に記載した相変化冷却装置において、  前記蒸気合流手段は、配管部を有し、  前記配管部は、側面において前記複数の副蒸気管と接続し、  前記配管部の径は、前記副蒸気管の径よりも大きい  相変化冷却装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載した相変化冷却装置において、  前記副蒸気管から前記配管部に流入する前記冷媒蒸気の流動方向と前記配管部を流動する前記冷媒蒸気の流動方向が、同一平面上でなす角度は鋭角である  相変化冷却装置。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載した相変化冷却装置において、  前記副蒸気管から前記配管部に流入する前記冷媒蒸気の流れの中心軸は、前記配管部の中心軸と交差しない  相変化冷却装置。
【請求項１４】
請求項１１から１３のいずれか一項に記載した相変化冷却装置において、  前記蒸気合流手段は、前記配管部と前記冷媒液輸送構造を接続する分岐配管をさらに有し、  前記配管部は、前記複数の副蒸気管との接続箇所と前記分岐配管との接続箇所との間に逆止弁を備える  相変化冷却装置。
【請求項１５】
請求項３から１３のいずれか一項に記載した相変化冷却装置において、  前記蒸気合流手段は、前記冷媒液輸送構造と接続する分岐配管をさらに有する  相変化冷却装置。
【請求項１６】
請求項３から１３のいずれか一項に記載した相変化冷却装置において、  前記蒸気合流手段および前記主蒸気管は、前記凝縮手段に向けて下方に向かう勾配に沿って配置している  相変化冷却装置。
【請求項１７】
請求項３から１６のいずれか一項に記載した相変化冷却装置において、  前記受熱手段は、前記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は鉛直方向に配置している  相変化冷却装置。
【請求項１８】
複数の発熱源からそれぞれ受熱することにより冷媒を気化し、  前記複数の発熱源ごとに気化した前記冷媒の冷媒蒸気を合流させ、  合流した前記冷媒蒸気を凝縮液化して冷媒液を生成し、  前記冷媒液が前記複数の発熱源からそれぞれ受熱するように還流させる  相変化冷却方法。
【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相変化冷却装置および相変化冷却方法に関し、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相変化冷却装置および相変化冷却方法に関する。
【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】  上述した特許文献１に記載された関連する冷却システムにおいては、戻し配管（冷媒ガス配管）及び供給配管は、途中で枝分かれすることにより、１階のサーバルームに配設されたサーバの蒸発器と２階のサーバルームに配設されたサーバの蒸発器とに接続される。したがって、冷却対象となる発熱源が増えると、冷媒蒸気配管の分岐数が増加する。上述したように自然循環型の相変化冷却装置では、蒸発器と冷却塔（凝縮部）との間で生じる冷媒蒸気の圧力差および凝縮した冷媒液に作用する重力によって冷媒が自然循環する。そのため、冷却対象となる発熱源が増えることにより冷媒蒸気配管の分岐数が増加すると、分岐箇所における冷媒蒸気の合流によって冷媒蒸気の受ける圧力損失が増大し、冷却性能が低下するという問題があった。【０００９】  このように、自然循環型の相変化冷却装置においては、冷却対象となる発熱源が増えると、冷却性能が低下するという問題があった。【００１０】  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においては、冷却対象となる発熱源が増えると冷却性能が低下する、という課題を解決する相変化冷却装置および相変化冷却方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  本発明の相変化冷却装置は、受熱する複数の受熱部と、放熱する凝縮部と、複数の受熱部と凝縮部とを接続する第１の冷媒経路及び第２の冷媒経路と、を有する相変化冷却装置であって、第１の冷媒経路は、複数の受熱部とそれぞれ接続する複数の副冷媒管と、複数の副冷媒管と接続する冷媒合流部と、冷媒合流部と凝縮部とを接続する主冷媒管、とを備える。【００１２】  また、本発明の相変化冷却装置は、複数の発熱源から受熱する冷媒をそれぞれ収容する複数の受熱部と、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と、受熱部と凝縮部を接続し、冷媒蒸気を輸送する冷媒蒸気輸送構造と、受熱部と凝縮部を接続し、冷媒液を輸送する冷媒液輸送構造、とを有し、冷媒蒸気輸送構造は、複数の受熱部とそれぞれ接続する複数の副蒸気管と、複数の副蒸気管と接続し、冷媒蒸気が合流する蒸気合流部と、蒸気合流部と凝縮部とを接続する主蒸気管、とを備える。【００１３】  本発明の相変化冷却方法は、複数の発熱源からそれぞれ受熱することにより冷媒を気化し、複数の発熱源ごとに気化した冷媒の冷媒蒸気を合流させ、合流した冷媒蒸気を凝縮液化して冷媒液を生成し、冷媒液が複数の発熱源からそれぞれ受熱するように還流させる。
【発明の効果】
【００１４】  本発明の相変化冷却装置および相変化冷却方法によれば、冷却対象となる発熱源が複数ある場合であっても、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。
【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２の実施形態に係る冷媒蒸気輸送構造の構成を示す概略図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る冷媒蒸気輸送構造が備える蒸気合流部の構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る冷媒蒸気輸送構造が備える蒸気合流部の別の構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る冷媒蒸気輸送構造が備える蒸気合流部のさらに別の構成を示す斜視図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る冷媒蒸気輸送構造の構成を示す概略図である。
【図７Ａ】本発明の第３の実施形態に係る冷媒蒸気輸送構造が備える蒸気合流部の構成を示す側面図である。
【図７Ｂ】本発明の第３の実施形態に係る冷媒蒸気輸送構造が備える蒸気合流部の構成を示す上面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る冷媒蒸気輸送構造が備える蒸気合流部の別の構成を示す側面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る冷媒蒸気輸送構造が備える蒸気合流部のさらに別の構成を示す側面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る冷媒蒸気輸送構造の別の構成を示す概略図である。
【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〕  本発明の第１の実施形態に係る相変化冷却装置は、受熱する複数の受熱部と、放熱する凝縮部と、複数の受熱部と凝縮部とを接続する第１の冷媒経路及び第２の冷媒経路と、を有する。ここで第１の冷媒経路は、複数の受熱部とそれぞれ接続する複数の副冷媒管と、複数の副冷媒管と接続する冷媒合流部と、冷媒合流部と凝縮部とを接続する主冷媒管、とを備える。
【００１８】  本発明の第１の実施形態に係る相変化冷却装置について、さらに詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る相変化冷却装置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、複数の受熱部１０１０、凝縮部１０２０、冷媒蒸気輸送構造（第１の冷媒経路）１１００、および冷媒液輸送構造（第２の冷媒経路）１２００を有する。
【００１９】  複数の受熱部１０１０は、複数の発熱源から受熱する冷媒をそれぞれ収容する。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。冷媒蒸気輸送構造１１００は、受熱部１０１０と凝縮部１０２０を接続し、冷媒蒸気を輸送する。冷媒液輸送構造１２００は、受熱部１０１０と凝縮部１０２０を接続し、冷媒液を輸送する。
【００２０】  ここで、冷媒蒸気輸送構造１１００は、複数の副蒸気管（副冷媒管）１１１０、蒸気合流部（冷媒合流部）１１２０、および主蒸気管（主冷媒管）１１３０を備える。複数の副蒸気管１１１０は複数の受熱部１０１０とそれぞれ接続する。蒸気合流部１１２０は複数の副蒸気管１１１０と接続し、複数の副蒸気管１１１０から流入する各受熱部１０１０で発生した冷媒蒸気が合流する。主蒸気管１１３０は蒸気合流部１１２０と凝縮部１０２０とを接続する。
【００２１】  上述したように、本実施形態による相変化冷却装置１０００は、冷媒蒸気輸送構造１１００に蒸気合流部１１２０を備え、この蒸気合流部１１２０と複数の受熱部１０１０が複数の副蒸気管１１１０によってそれぞれ接続された構成としている。これにより、複数の発熱源で発生した冷媒蒸気は蒸気合流部１１２０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。そのため、本実施形態の相変化冷却装置１０００によれば、冷却対象となる発熱源が複数ある場合であっても、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。
【００２２】  蒸気合流部１１２０は、図１に示すように、複数の受熱部１０１０よりも鉛直上方に位置した構成とすることができる。これにより、複数の受熱部１０１０から蒸気合流部１１２０への冷媒蒸気の流動を冷媒蒸気の浮力の作用だけで行うことができる。
【００２３】  なお、冷媒液輸送構造１２００の構成は特に限定されないが、例えば図１に示したように、主液管１２１０、冷媒液貯留部１２２０、および複数の副液管１２３０を備えた構成とすることができる。ここで、主液管１２１０は凝縮部１０２０と接続している。冷媒液貯留部１２２０は主液管１２１０と接続し、冷媒液をためる。そして、複数の副液管１２３０が冷媒液貯留部１２２０と複数の受熱部１０１０とをそれぞれ接続する。
【００２４】  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た構成とすることができる。具体的には例えば、発熱源としてのサーバがサーバラック内に複数個積層して配置され、サーバラックのリアドア等に蒸発部を備えた受熱モジュールを、受熱部１０１０とすることができる。ここで、蒸気合流部１１２０はサーバラックの上方であって、受熱部１０１０が配置されるリアドアの外部に位置した構成とすることができる。また、冷媒液貯留部１２２０もサーバラックの上方であって、受熱部１０１０が配置されるリアドアの外部に位置した構成とすることができる。
【００２５】  次に、本実施形態による相変化冷却装置１０００の動作について、図１に示した構成を例として説明する。
【００２６】  相変化冷却装置１０００は、例えば複数台配置されたサーバラックで発生した熱を、それぞれのサーバラックに備えられた受熱部１０１０で吸熱し、凝縮部１０２０で放熱を行う。これにより、サーバラックに搭載されたサーバ等の冷却を行う。
【００２７】  各サーバラックに備えられサーバラックから吸熱する受熱部１０１０にはそれぞれ、副蒸気管１１１０と副液管１２３０が接続されている。副蒸気管１１１０と副液管１２３０はそれぞれ、蒸気合流部１１２０および冷媒液貯留部１２２０において主蒸気管１１３０と主液管１２１０に接続している。そして、主蒸気管１１３０と主液管１２１０は一個の凝縮部１０２０と接続している。
【００２８】  受熱部１０１０には冷媒液が充填されている。冷媒液はサーバラックからの排熱を受けてその熱を吸熱し、気化することにより冷媒蒸気となって浮力により上昇する。冷媒蒸気は、副液管１２３０よりも圧力損失が小さい副蒸気管１１１０を通って凝縮部１０２０に向けて流動する。このとき、各受熱部１０１０からの冷媒蒸気は蒸気合流部１１２０において合流し、その後に主蒸気管１１３０を通って凝縮部１０２０に達する。
【００２９】  凝縮部１０２０において、冷媒蒸気は水または空気と熱交換することにより放熱する。凝縮部１０２０で凝縮液化した冷媒は冷媒液となり、主液管１２１０を通って冷媒液貯留部１２２０に向けて流動する。冷媒液貯留部１２２０から、それぞれの受熱部１０１０に冷媒液が分配され、副液管１２３０を通して各受熱部１０１０に必要な冷媒液が供給される。このような冷却サイクルが連続的に行われることにより、サーバラックからの連続的な吸熱が可能となる。
【００３０】  なお、冷媒蒸気輸送構造１１００を構成する副蒸気管１１１０、蒸気合流部１１２０、および主蒸気管１１３０においても、冷媒蒸気とともに冷媒液が存在する場合がある。また、冷媒液輸送構造１２００を構成する主液管１２１０、冷媒液貯留部１２２０、および副液管１２３０においても、冷媒液とともに冷媒蒸気が存在する場合がある。
【００３１】  次に、本実施形態による相変化冷却方法について説明する。
【００３２】  本実施形態による相変化冷却方法ではまず、複数の発熱源からそれぞれ受熱することにより冷媒を気化し、複数の発熱源ごとに気化した冷媒の冷媒蒸気を合流させる。そして、この合流した冷媒蒸気を凝縮液化して冷媒液を生成し、冷媒液が複数の発熱源からそれぞれ受熱するように還流させる。これにより、冷却対象となる発熱源が複数ある場合であっても、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。
【００３３】  〔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。本実施形態においては、相変化冷却装置１０００が備える冷媒蒸気輸送構造１１００についてさらに詳細に説明する。
【００３４】  図２に、本実施形態による冷媒蒸気輸送構造１１００の構成を示す。本実施形態の冷媒蒸気輸送構造１１００は、複数の副蒸気管１１１０、蒸気合流部２１００、および主蒸気管１１３０を備える。複数の副蒸気管１１１０は複数の受熱部１０１０とそれぞれ接続する。蒸気合流部２１００は複数の副蒸気管１１１０と接続し、複数の副蒸気管１１１０から流入する各受熱部１０１０で発生した冷媒蒸気が合流する。そして、主蒸気管１１３０は蒸気合流部２１００と凝縮部１０２０とを接続する。
【００３５】  本実施形態の冷媒蒸気輸送構造１１００においては、蒸気合流部２１００が、複数の平面を有する立体形状からなる容器部２１１０、主蒸気管接続部、および複数の副蒸気管接続部を備える構成とした。ここで、主蒸気管接続部は容器部２１１０の上面に位置し、主蒸気管１１３０と接続する。また、複数の副蒸気管接続部は容器部２１１０の側面に位置し、複数の副蒸気管１１１０とそれぞれ接続する。
【００３６】  図３に、本実施形態による蒸気合流部２１００の構成を示す。蒸気合流部２１００は、主蒸気管接続部および副蒸気管接続部に接続突起部２１２０をそれぞれ備える。すなわち、蒸気合流部２１００は複数の平面部を有する立体形状からなる容器部２１１０を備え、主蒸気管接続部および副蒸気管接続部を構成する各平面部に接続突起部２１２０が取り付けられている。接続突起部２１２０は、例えばノズル形状とすることができる。接続突起部２１２０の先端には副蒸気管１１１０がそれぞれ接続される。ここで、図中の矢印は冷媒蒸気の流動方向を示す。
【００３７】  接続突起部２１２０（ノズル）は取り外しが可能な構成とすることができ、各受熱部１０１０が熱的に接続する各発熱源の発熱量に応じた径を選択することができる。すなわち、蒸気合流部２１００は、接続突起部２１２０の径が互いに異なる二個の副蒸気管接続部を少なくとも含む構成とすることができる。これにより、発熱量が大きい受熱部１０１０と接続する副蒸気管１１１０は、径が大きい接続突起部２１２０によって容器部２１１０に接続することが可能になる。すなわち、受熱部１０１０で発生する冷媒蒸気の量に応じて、主蒸気管接続部および副蒸気管接続部が備える接続突起部２１２０の最適な口径を選択することができる。その結果、容器部２１１０における合流前後の冷媒蒸気の圧力損失を低減することができ、良好な冷媒蒸気の輸送が可能になる。
【００３８】  また、容器部２１１０の上面に位置する主蒸気管接続部は、側面に位置する副蒸気管接続部が備える接続突起部２１２０の中心軸の延長上に位置する構成とすることができる。すなわち、各接続突起部２１２０（ノズル）を容器部２１１０に取り付ける角度を選択することができる。したがって例えば、側面の接続突起部２１２０（ノズル）の中心軸の延長線上に主蒸気管接続部が位置する角度で、側面の接続突起部２１２０（ノズル）を取り付けることが可能である。これにより、容器部２１１０の内部で冷媒蒸気が曲がることによって発生する圧力損失を抑制することができる。
【００３９】  以上述べたように、本実施形態の冷媒蒸気輸送構造１１００を備えた相変化冷却装置１０００によれば、複数の副蒸気管１１１０から流入する冷媒蒸気が合流する際における圧力損失を低減することができる。その結果、冷却対象となる発熱源が複数ある場合であっても、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。
【００４０】  接続突起部２１２０は、一端にフランジ部を備えた構成としてもよい。この場合、主蒸気管接続部は、容器部２１１０の上面にフランジ部が締結部材によって固定された接続突起部２１２０を備える。また、副蒸気管接続部は、容器部２１１０の側面にフランジ部が締結部材によって固定された接続突起部２１２０を備える。
【００４１】  具体的には例えば、図４に示すように、蒸気合流部２１００を構成する容器部２１１０の側面に、冷媒蒸気の流入穴２１１１と、接続突起部２１２０のフランジ部を取り付け可能なねじ穴２１１２が形成された構成とすることができる。これにより、所望の径を備えた接続突起部２１２０（ノズル）の取り付け、および取り外しが容易になる。このとき、副蒸気管１１１０を接続する受熱部１０１０の個数が少ない場合には、不要な接続突起部２１２０（ノズル）を取り外し、流入穴２１１１を蓋などにより密閉しておくこととしてもよい。
【００４２】  同様に、主蒸気管１１３０と接続する主蒸気管接続部も、フランジ部を有する接続突起部２１２０を備えた構成とすることができる。この場合も、接続突起部２１２０の取り付け、取り外しを簡易にできるため、所望の径を選択することが容易になる。
【００４３】  上記では接続突起部２１２０が一端にフランジ部を備えた構成について説明した。しかしこれに限らず、副蒸気管１１１０がその一端にフランジ部を備えた構成としてもよい。そして、容器部２１１０が、このような副蒸気管１１１０を締結部材により固定するための接続穴を側面に備えた構成とすることができる。この場合、副蒸気管１１１０のフランジ部と接続穴が副蒸気管接続部を構成する。
【００４４】  また、図５に示すように、蒸気合流部２１００は、冷媒液輸送構造１２００と接続する分岐配管２１３０をさらに有する構成としてもよい。分岐配管２１３０により、蒸気合流部２１００および主蒸気管１１３０において発生した冷媒の凝縮液は液管側へ輸送される。そのため、受熱部１０１０へ冷媒液が逆流することを防止することができる。また、冷媒蒸気輸送構造１１００内に冷媒液が存在することによる冷媒蒸気に対する流体抵抗を減少させ、これにより熱輸送効率を向上させることが可能となる。
【００４５】  〔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。本実施形態においては、相変化冷却装置１０００が備える冷媒蒸気輸送構造１１００についてさらに詳細に説明する。
【００４６】  図６に、本実施形態による冷媒蒸気輸送構造１１００の構成を示す。本実施形態の冷媒蒸気輸送構造１１００は、複数の副蒸気管１１１０、蒸気合流部３１００、および主蒸気管１１３０を備える。複数の副蒸気管１１１０は複数の受熱部１０１０とそれぞれ接続する。蒸気合流部３１００は複数の副蒸気管１１１０と接続し、複数の副蒸気管１１１０から流入する各受熱部１０１０で発生した冷媒蒸気が合流する。そして、主蒸気管１１３０は蒸気合流部３１００と凝縮部１０２０とを接続する。
【００４７】  本実施形態の冷媒蒸気輸送構造１１００においては、蒸気合流部３１００が配管部３１１０を有し、配管部３１１０の側面において複数の副蒸気管１１１０と接続する構成とした。
【００４８】  図７Ａ、７Ｂに、本実施形態による蒸気合流部３１００の構成を示す。図７Ａは側面図であり、紙面下向きが重力方向Ｇ（鉛直下方方向）である。図７Ｂは上面図であり、紙面奥行方向が重力方向Ｇ（鉛直下方方向）である。また、図中の矢印は冷媒蒸気の流動方向を示す。
【００４９】  図７Ａ、７Ｂに示すように、蒸気合流部３１００が備える配管部３１１０の径は、副蒸気管１１１０の径よりも大きく構成されている。これにより、配管部３１１０に複数の副蒸気管１１１０から冷媒蒸気が流入しても、内圧の上昇を抑制することができる。
【００５０】  また、蒸気合流部３１００は、副蒸気管１１１０から配管部３１１０に流入する冷媒蒸気の流動方向と配管部３１１０を流動する冷媒蒸気の流動方向が、同一平面上でなす角度が鋭角であるように構成される。さらに、副蒸気管１１１０から配管部３１１０に流入する冷媒蒸気の流れの中心軸は、配管部３１１０の中心軸と交差しない構成とすることができる。
【００５１】  すなわち、複数の受熱部１０１０と接続している各副蒸気管１１１０が、配管部３１１０に対して斜め方向から、かつ、偏心した状態で取り付けられた構成とすることができる。言い換えれば、配管部３１１０の中心軸の延長と副蒸気管１１１０の中心軸とがずれた状態で取り付けられている。このように、配管部３１１０および副蒸気管１１１０の中心軸がずれている構成とすることにより、冷媒蒸気の動圧が最も高い部位での衝突を回避することができるので、内圧の上昇を抑制することが可能である。
【００５２】  特に、中心軸がずれた状態で斜め方向から冷媒蒸気が合流する構成とすることにより、副蒸気管１１１０から流入する冷媒蒸気が、配管部３１１０の上流側から流動してくる冷媒蒸気の移動方向に沿って、螺旋を描くように合流するようになる。これにより、冷媒蒸気同士の衝突による圧力損失の発生を抑制し、吸熱性能の劣化を防止することができる。
【００５３】  以上述べたように、本実施形態の蒸気合流部３１００を含む冷媒蒸気輸送構造１１００を備えた相変化冷却装置１０００によれば、複数の副蒸気管１１１０から流入する冷媒蒸気が合流する際における圧力損失を低減することができる。その結果、冷却対象となる発熱源が複数ある場合であっても、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。
【００５４】  蒸気合流部３１００は、図８に示すように、配管部３１１０と冷媒液輸送構造１２００を接続する分岐配管３１２０をさらに有する構成としてもよい。同図中、白抜き矢印は冷媒蒸気の流動方向を、黒塗り矢印は冷媒液の流動方向をそれぞれ示す。
【００５５】  分岐配管３１２０により、配管部３１１０において発生した冷媒の凝縮液は液管側へ輸送される。そのため、受熱部１０１０へ冷媒液が逆流することを防止することができる。また、冷媒蒸気輸送構造１１００内に冷媒液が存在することによる冷媒蒸気に対する流体抵抗を減少させ、これにより熱輸送効率を向上させることが可能となる。
【００５６】  このとき、図９に示すように、配管部３１１０が逆止弁３１３０を備えた構成とすることができる。ここで逆止弁３１３０は、配管部３１１０内であって、複数の副蒸気管１１１０との接続箇所と、分岐配管３１２０との接続箇所との間に位置している。このような構成とすることにより、凝縮した冷媒液が逆流した場合であっても、逆止弁３１３０が閉状態となることにより、冷媒液が副蒸気管１１１０を通って受熱部１０１０へ流動することを防止することができる。そして、分岐配管３１２０によって冷媒液を冷媒液輸送構造１２００へ確実に排出することが可能になる。
【００５７】  図１０に、本実施形態による冷媒蒸気輸送構造の別の構成を示す。図１０に示した冷媒蒸気輸送構造１１０１は、複数の副蒸気管１１１０、蒸気合流部３２００、および主蒸気管３１３０を備える。蒸気合流部３２００は配管部を有し、配管部の側面において複数の副蒸気管１１１０と接続している。ここで、蒸気合流部３２００および主蒸気管３１３０が、図に示すように、凝縮部１０２０に向けて鉛直下方に向かう勾配に沿って配置している構成とした。
【００５８】  このような構成とすることにより、蒸気合流部３２００および主蒸気管３１３０内に存在する冷媒液を凝縮部１０２０へ流動させることができる。その結果、冷媒蒸気輸送構造１１０１内に冷媒液が存在することによる冷媒蒸気に対する流体抵抗を減少させ、これにより熱輸送効率を向上させることが可能となる。
【００５９】  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。
【００６０】  この出願は、２０１４年８月２７日に出願された日本出願特願２０１４−１７２１１４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】
【００６１】  １０００    相変化冷却装置  １０１０    受熱部  １０２０    凝縮部  １１００、１１０１    冷媒蒸気輸送構造  １１１０    副蒸気管  １１２０、２１００、３１００、３２００    蒸気合流部  １１３０、３１３０    主蒸気管  １２００    冷媒液輸送構造  １２１０    主液管  １２２０    冷媒液貯留部  １２３０    副液管  ２１１０    容器部  ２１１１    流入穴  ２１１２    ねじ穴  ２１２０    接続突起部  ２１３０、３１２０    分岐配管  ３１１０    配管部  ３１３０    逆止弁
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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