JP2016218716A - Two-phase cooling device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a two-phase cooling device in which a flow passage is not clogged by a valve element that uses a check valve controlled by a flow of coolant.SOLUTION: A check valve 103 has a pipe structure having the same diameter as that of a liquid pipe 111, and includes: a tapered part 201 tapered toward a side of a liquid separation tank 107; a net 202 arranged on a side of a pump 101; and a valve element 105 arranged inside the pipe. An inner diameter of the tapered part 201 is reduced to a diameter smaller than a diameter of the valve element 105. The tapered part 201 stops a reverse flow by being blocked by the valve element 105. The net 202 is provided to prevent the valve element 105 from being moved into the pump 101 under forward flow. In addition, when a forward flow rate is so high that working fluid of gas reaches the pump 101 beyond the liquid separation tank 107, the net 202 fragments a lump of the working fluid of gas to prevent idle rotation of the pump 101.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、作動流体により電子機器を冷却する技術に関する。   The present invention relates to a technique for cooling an electronic device with a working fluid.

真空脱気した密閉管などの容器の内部に作動流体を封入したヒートパイプが知られている。ヒートパイプは外部から加熱された蒸発部で蒸発した作動流体が凝縮部に流動して放熱凝縮することにより、作動流体の相変化による潜熱の吸収・放出のサイクルを利用して熱を輸送するものである。このうち、ループヒートパイプ(LHP: Loop Heat Pipe)は、外部から加熱されて作動流体の蒸発が生じる蒸発部と、外部に放熱して蒸気の凝縮が生じる凝縮部とが、蒸気管と液管によって環状流路を形成するように連結されたものである。   There is known a heat pipe in which a working fluid is sealed inside a container such as a vacuum degassed sealed tube. The heat pipe transports heat using the cycle of absorption and release of latent heat due to the phase change of the working fluid when the working fluid evaporated in the evaporation section heated from the outside flows into the condensing part and radiates and condenses. It is. Among these, a loop heat pipe (LHP: Loop Heat Pipe) is composed of an evaporating part that is heated from the outside to evaporate the working fluid, and a condensing part that radiates heat to the outside to condense the vapor, and a steam pipe and a liquid pipe. Are connected so as to form an annular flow path.

近年、サーバなどの電子機器の高性能化により、電子機器に使用されるCPU(Central Processing Unit)の発熱量が増大し、最近では数百Wを超えるような発熱量のCPUが使用され始めている。CPUは安定に動作可能な温度に冷却する必要があるが、従来の空冷方式では冷却しきれなくなってきている。空気より熱容量の大きい水を冷却に用いる水冷方式の冷却も用いられているが、さらなるCPUの高発熱化を考えると近い将来冷却性能が不足する。そこで、ループヒートパイプをCPUの冷却に利用することが考えられている。   In recent years, the heat generation amount of CPU (Central Processing Unit) used in electronic devices has increased due to the high performance of electronic devices such as servers. Recently, CPUs having a heat generation amount exceeding several hundred W have begun to be used. . The CPU needs to be cooled to a temperature at which it can be stably operated. However, the conventional air cooling system cannot cool the CPU. Water cooling, which uses water with a larger heat capacity than air for cooling, is also used, but cooling performance will be insufficient in the near future when further heat generation of the CPU is considered. Therefore, it is considered to use a loop heat pipe for cooling the CPU.

高発熱のCPUはサーバ機に使用されることが多い。サーバ機は長時間稼働することが多く、冷却装置の故障によってCPUが高温となり誤動作やサーバの故障が生じることは避けなければならない。液冷冷却装置では、故障の原因として可能性の高い駆動部分であるポンプを二重化することによって、冗長性をもたせ、冷却装置の安定動作を図っている(特許文献3)。   CPUs with high heat generation are often used in server machines. Server machines often operate for a long time, and it must be avoided that the CPU becomes hot due to a failure of the cooling device, resulting in malfunction or server failure. In the liquid cooling system, redundancy is provided by duplicating a pump, which is a highly likely drive part as a cause of failure, and stable operation of the cooling system is achieved (Patent Document 3).

特開平4−245697号公報Japanese Patent Laid-Open No. 4-245697 特開平7−324761号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-324761 特開2005−228237号公報JP 2005-228237 A

LHPにおいてもポンプを二重化することにより冗長化させる検討がなされている。例えば、ポンプを稼働させる運用系の流路と障害時の代替稼働のための待機系の流路とを並列に設ける。待機系のポンプは通常停止している。運用系の流路に設けられたポンプを稼働させると、運用系の流路から待機系の流路への逆流が発生して冷却効率が減少する。そのため、例えば待機系の流路のポンプのそばに逆止弁を設け、運用系から待機系への冷媒の逆流を防止する。逆止弁の制御のために制御機構を設けると、その機構の故障というリスクも想定されるため、冷媒の流れによって自動的に制御される逆止弁が好ましい。   In LHP, studies have been made to make the pump redundant by duplicating the pump. For example, an operational flow path for operating the pump and a standby flow path for alternative operation in the event of a failure are provided in parallel. The standby pump is normally stopped. When the pump provided in the operation system flow path is operated, a back flow from the operation system flow path to the standby system flow path occurs, and cooling efficiency decreases. Therefore, for example, a check valve is provided near the pump in the standby system flow path to prevent the backflow of the refrigerant from the operation system to the standby system. If a control mechanism is provided for controlling the check valve, a risk of failure of the mechanism is also assumed. Therefore, a check valve that is automatically controlled by the flow of the refrigerant is preferable.

しかしながら、冷媒の流れによって制御される逆止弁は、その構造から逆止弁が含有する弁体によって運用系の流路が妨げられる問題が生じる。   However, the check valve controlled by the flow of the refrigerant has a problem that the flow path of the operation system is hindered by the valve body contained in the check valve due to its structure.

本発明は、かかる運用系の流路を妨げず、冷媒の流れによって制御される逆止弁を用いた二相冷却装置を提供する。   The present invention provides a two-phase cooling device using a check valve that is controlled by the flow of refrigerant without interfering with the flow path of the operation system.

本明細書に開示する二相冷却装置の一形態によれば、外部から熱を受ける蒸発器と、外部に熱を放出する凝縮器と、前記蒸発器と前記凝縮器とを連通する第1管と、第1接続部と第2接続部と第3接続部とを有する第1タンクと、前記凝縮器と前記第1タンクの第1接続部とを連通する第2管と、第1ポンプと、前記第1タンクと前記第1ポンプとを連通する流路を有する第1ケースと、前記第1ケースの流路において移動可能な第1弁体と、前記第1ケースの流路において前記第1弁体より前記第1タンクに近い位置に設けられ、前記第1弁体より小さい径の開口を有する第1狭小部とを備え、前記第1タンクの前記第2接続部と前記第1ポンプとを連通する第1逆止弁と、前記第1タンクの前記第2接続部と連通し、前記第1ケースの前記第1狭小部よりも前記第1タンクから離れた位置で前記第1逆止弁と連通する第3管と、前記第1ポンプと前記蒸発器とを連通する第4管と、を有する二相冷却装置である。   According to one aspect of the two-phase cooling device disclosed in the present specification, an evaporator that receives heat from the outside, a condenser that releases heat to the outside, and a first pipe that communicates the evaporator and the condenser A first tank having a first connection portion, a second connection portion, and a third connection portion, a second pipe communicating the condenser and the first connection portion of the first tank, and a first pump, A first case having a flow path communicating the first tank and the first pump, a first valve body movable in the flow path of the first case, and the first case in the flow path of the first case. A first narrow portion provided at a position closer to the first tank than the first valve body and having an opening having a diameter smaller than that of the first valve body, the second connection portion of the first tank and the first pump A first check valve that communicates with the second connection portion of the first tank, and a front of the first case. A two-phase circuit comprising: a third pipe communicating with the first check valve at a position farther from the first tank than the first narrow part; and a fourth pipe communicating the first pump and the evaporator. It is a cooling device.

上述した本明細書に開示する二相冷却装置の一形態によれば、運用系の流路を妨げず、冷媒の流れによって制御される逆止弁を用いた二相冷却装置が提供される。   According to one form of the two-phase cooling device disclosed in the present specification described above, a two-phase cooling device using a check valve that is controlled by the flow of refrigerant without interfering with the flow path of the operation system is provided.

本明細書に開示する二相冷却装置が備える逆止弁などの構成の一実施例を説明する図である。It is a figure explaining one Example of structures, such as a non-return valve with which the two-phase cooling device disclosed in this specification is provided. 本明細書に開示する二相冷却装置が備える吸着管による弁体の吸着を説明する図である。It is a figure explaining adsorption | suction of the valve body by the adsorption pipe with which the two-phase cooling device disclosed in this specification is provided. 本明細書に開示する二相冷却装置が備える逆止弁による逆止動作を説明する図である。It is a figure explaining nonreturn operation by a nonreturn valve with which the two phase cooling device disclosed in this specification is provided. 本明細書に開示する二相冷却装置が備える吸着管による弁体の吸着の動作原理を説明する図である。It is a figure explaining the operation principle of adsorption of a valve element by an adsorption pipe with which a two phase cooling device indicated in this specification is provided. 本明細書に開示する二相冷却装置が備える逆止弁で逆流を逆止している弁体が、吸着管に吸着するまでの動作を説明する図である。It is a figure explaining the operation | movement until the valve body which is preventing the reverse flow with the non-return valve with which the two-phase cooling device disclosed by this specification adsorb | sucks to an adsorption pipe. 本明細書に開示する二相冷却装置が備える吸着管に吸着する弁体が、作動流体の逆流を逆止するまでの動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement until the valve body which adsorb | sucks to the adsorption pipe with which the two-phase cooling device disclosed in this specification is equipped stops reverse flow of a working fluid. 逆流時の弁体の脱着にかかる実施例を示す図である。It is a figure which shows the Example concerning the removal | desorption of the valve body at the time of a backflow. 本明細書に開示する二相冷却装置が備える逆止弁などの構成の変形例を説明する図である。It is a figure explaining the modification of composition, such as a non-return valve with which the two phase cooling device disclosed in this specification is provided. 従来の二相冷却装置を説明する図である。It is a figure explaining the conventional two-phase cooling device. 従来の二相冷却装置の弁の動作を説明する図その1である。It is the figure 1 explaining operation | movement of the valve | bulb of the conventional two-phase cooling device. 従来の二相冷却装置の弁の動作を説明する図その2である。It is the figure 2 explaining operation | movement of the valve | bulb of the conventional two-phase cooling device.

本実施形態の二相冷却装置を説明する前に、比較実施形態の、ポンプを並列の流路にそれぞれ設けることで冗長化した二層冷却装置を、図9〜11を用いて説明する。   Before describing the two-phase cooling device of this embodiment, the two-layer cooling device made redundant by providing pumps in parallel flow paths in the comparative embodiment will be described with reference to FIGS.

図9は、ポンプを並列の流路にそれぞれ設けることで冗長化した二層冷却装置の俯瞰図である。システムボード900に設置された二相冷却装置は、閉ループ系をなしている。二相冷却装置は、蒸発器913と凝縮器909と液分岐タンク907とを有する。   FIG. 9 is an overhead view of a two-layer cooling device made redundant by providing pumps in parallel flow paths. The two-phase cooling device installed on the system board 900 forms a closed loop system. The two-phase cooling device includes an evaporator 913, a condenser 909, and a liquid branch tank 907.

凝縮器909は蒸気管918を介して蒸発器913と接続される。液分岐タンク907は、液管908を介して凝縮器909と接続される。   The condenser 909 is connected to the evaporator 913 via the vapor pipe 918. The liquid branch tank 907 is connected to the condenser 909 via the liquid pipe 908.

比較実施形態の二相冷却装置は、更に逆止弁903、904と、ポンプ901、902とを有する。   The two-phase cooling device of the comparative embodiment further includes check valves 903 and 904 and pumps 901 and 902.

ポンプ901は、逆止弁903を介して液分岐タンク907に接続され、ポンプ902は逆止弁904を介して液分岐タンク907に接続される。   The pump 901 is connected to the liquid branch tank 907 via a check valve 903, and the pump 902 is connected to the liquid branch tank 907 via a check valve 904.

蒸発器913は、液戻管911を介してポンプ901、902に接続される。   The evaporator 913 is connected to pumps 901 and 902 through a liquid return pipe 911.

蒸発器913、蒸気管918、凝縮器909、液管908、液分岐タンク907、逆止弁903、ポンプ901、液戻管911、蒸発器913の順序で第一環状流路が形成される。蒸発器913、蒸気管918、凝縮器909、液管908、液分岐タンク907、逆止弁904、ポンプ902、液戻管911、蒸発器913の順序で第二環状流路が形成される。第一環状流路と第二環状流路によりポンプ901、902が冗長化される。   A first annular flow path is formed in the order of the evaporator 913, the vapor pipe 918, the condenser 909, the liquid pipe 908, the liquid branch tank 907, the check valve 903, the pump 901, the liquid return pipe 911, and the evaporator 913. A second annular flow path is formed in the order of the evaporator 913, the steam pipe 918, the condenser 909, the liquid pipe 908, the liquid branch tank 907, the check valve 904, the pump 902, the liquid return pipe 911, and the evaporator 913. Pumps 901 and 902 are made redundant by the first annular channel and the second annular channel.

二相冷却装置には作動流体が封入されている。作動流体には、例えば、水やアルコールの他、スリーエム社製FLUORINERT(登録商標)やNOVEC(登録商標)などのフッ素系不活性液体を利用することができる。作動流体の選択は二相冷却装置の用途に応じて、作動流体の沸点や発熱体の熱量に応じて選択する。   The working fluid is enclosed in the two-phase cooling device. As the working fluid, for example, a fluorine-based inert liquid such as FLUORINERT (registered trademark) or NOVEC (registered trademark) manufactured by 3M can be used in addition to water and alcohol. The selection of the working fluid is selected according to the boiling point of the working fluid and the amount of heat of the heating element according to the application of the two-phase cooling device.

蒸発器913は発熱部品912と熱的に接続されて配置される。発熱部品912は、例えば、サーバに内蔵されるCPUである。蒸発器913の内部には、気体の作動流体が通過可能で、液体の作動流体を毛細管現象によって吸い上げるウィック(図示せず)が設けられている。ウィックが吸い上げた液体の作動流体は、ウィックの表面で発熱部品912から得た熱によって蒸発(気化)する。発熱部品912は、液体の作動流体に対して潜熱を与えることにより冷却される。   The evaporator 913 is disposed in thermal connection with the heat generating component 912. The heat generating component 912 is, for example, a CPU built in the server. Inside the evaporator 913 is provided a wick (not shown) that allows the gaseous working fluid to pass therethrough and sucks the liquid working fluid by capillary action. The liquid working fluid sucked up by the wick is evaporated (vaporized) by the heat obtained from the heat generating component 912 on the surface of the wick. The heat generating component 912 is cooled by applying latent heat to the liquid working fluid.

凝縮器909は、作動流体が流通する流路の周辺に熱的に接続されたフィン(図示せず)を有している。フィンは、例えば板状のプレートフィンを、流路にそって平行に流路を中心とする放射状に設けたり、板状のプレートフィンを流路に垂直に流路にそって複数配置することが考えられる。このフィンに、冷却ファン910から送風が行われ、作動流体が冷やされる。気体の作動流体が冷やされることで、潜熱が放出され、作動流体は凝縮(液化)する。   The condenser 909 has fins (not shown) thermally connected to the periphery of the flow path through which the working fluid flows. For example, the plate-like plate fins may be provided in a radial pattern around the flow path in parallel with the flow path, or a plurality of plate-shaped plate fins may be arranged along the flow path perpendicular to the flow path. Conceivable. The fins are blown from the cooling fan 910 to cool the working fluid. By cooling the gaseous working fluid, latent heat is released and the working fluid is condensed (liquefied).

蒸気管918は、蒸発器913の作動流体の出口と凝縮器909の作動流体の入り口とを連結し、蒸発器913で加熱された作動流体を凝縮器909へと導く。蒸気管918は、銅などの金属を用いて形成することができる。   The steam pipe 918 connects the working fluid outlet of the evaporator 913 and the working fluid inlet of the condenser 909, and guides the working fluid heated by the evaporator 913 to the condenser 909. The steam pipe 918 can be formed using a metal such as copper.

冷却ファン910は、凝縮器909にそって配置される。冷却ファン910は、発熱部品912の発熱量に応じて冷却ファン910そのものの数を増減したり、送風する風量を増減させたりすることで、発熱部品912の温度を一定の値に保つことが可能である。   The cooling fan 910 is disposed along the condenser 909. The cooling fan 910 can maintain the temperature of the heat generating component 912 at a constant value by increasing or decreasing the number of the cooling fans 910 according to the amount of heat generated by the heat generating component 912 or by increasing or decreasing the amount of air to be blown. It is.

液分岐タンク907は、作動流体の中で凝縮しきれなかった気体の作動流体を分離し、液体の作動流体を流路に残す。凝縮器909の冷却能力を超えて、気体の作動流体が凝縮器909に送られると、気体の作動流体は凝縮器909の中で完全に凝縮されず、気体のまま凝縮器909を出ることになる。気体の作動流体がポンプ901、902に到達すると、ポンプ901、902が空回りし、作動流体を送り出すことができなくなる。したがって、ポンプ901、902に気体の作動流体が送り込まれないよう、ポンプ901、902と凝縮器909の間に液分岐タンク907を設けて、気体の作動流体を分離している。液分岐タンク907は、銅などの金属を用いて形成することができる。   The liquid branch tank 907 separates the gaseous working fluid that could not be condensed in the working fluid and leaves the liquid working fluid in the flow path. If the gaseous working fluid is sent to the condenser 909 beyond the cooling capacity of the condenser 909, the gaseous working fluid will not be completely condensed in the condenser 909 and will leave the condenser 909 as a gas. Become. When the gaseous working fluid reaches the pumps 901 and 902, the pumps 901 and 902 run idle, and the working fluid cannot be sent out. Therefore, a liquid branch tank 907 is provided between the pumps 901 and 902 and the condenser 909 so as to prevent the gaseous working fluid from being fed into the pumps 901 and 902, thereby separating the gaseous working fluid. The liquid branch tank 907 can be formed using a metal such as copper.

液管908は、凝縮器909の作動流体の出口と液分岐タンク907の作動流体の入り口とを連結し、凝縮器909で冷却された作動流体を液分岐タンク907へと導く。液管908は、銅などの金属を用いて形成することができる。   The liquid pipe 908 connects the working fluid outlet of the condenser 909 and the working fluid inlet of the liquid branch tank 907, and guides the working fluid cooled by the condenser 909 to the liquid branch tank 907. The liquid tube 908 can be formed using a metal such as copper.

ポンプ901、902は、扁平の遠心ポンプである。液分岐タンク907で凝縮した液体の作動流体は、ポンプ901、902内の羽根車919、920の回転によって、蒸発器913へ送られる。この時の作動流体の流れを順流と呼ぶ。一方で、ポンプ901、902の動作が停止し、蒸発器913側から液分岐タンク907へ向かう作動流体の流れを逆流と呼ぶ。第一環状流路と第二環状流路は、ポンプ901とポンプ902が並列になるよう設けられている。二相冷却装置の動作時において、ポンプ901が動作する際は、動作するポンプ901を運用系と呼ぶ。このとき、停止しているポンプ902を待機系と呼ぶ。   The pumps 901 and 902 are flat centrifugal pumps. The liquid working fluid condensed in the liquid branch tank 907 is sent to the evaporator 913 by the rotation of the impellers 919 and 920 in the pumps 901 and 902. The flow of the working fluid at this time is called forward flow. On the other hand, the operation of the pumps 901 and 902 is stopped, and the flow of the working fluid from the evaporator 913 side toward the liquid branch tank 907 is referred to as reverse flow. The first annular channel and the second annular channel are provided so that the pump 901 and the pump 902 are in parallel. When the pump 901 operates during the operation of the two-phase cooling device, the operating pump 901 is called an operational system. At this time, the stopped pump 902 is called a standby system.

逆止弁903、904は、液分岐タンク907の作動流体の出口と、ポンプ901、902の吸込口とを連結する。逆止弁903、904は、管状のケースの内側に弁体905、906を有し、ポンプ901、902の吸込口側に弁体905、906を逆止弁903、904内にとどめるための網916、917と、液分岐タンク907側に弁体905、906の直径よりも小さい開口径となるように狭められたテーパ部914、915を有する。運用系のポンプ901が動作しているとき、図10に示されるように、弁体905は、ポンプ901側の網916に接している。待機系のポンプ902は動作せず、ポンプ901が吐出した液体の作動流体が、液戻管911を経由して待機系のポンプ902に流入し逆流する。逆流した液体の作動流体がそのまま液分岐タンク907に流入すると、液体の作動流体が液分岐タンク907とポンプ901、902の間で循環することとなり、作動流体が二層冷却装置全体に行き渡らず冷却効率が低下する。逆止弁904において、弁体906をテーパ部915に密着させることにより、液体の作動流体の流路が塞がれ、逆流が止められる。   The check valves 903 and 904 connect the outlet of the working fluid of the liquid branch tank 907 and the suction ports of the pumps 901 and 902. The check valves 903 and 904 have valve bodies 905 and 906 inside the tubular case, and a net for keeping the valve bodies 905 and 906 in the check valves 903 and 904 on the suction port side of the pumps 901 and 902. 916 and 917 and tapered portions 914 and 915 narrowed to have an opening diameter smaller than the diameter of the valve bodies 905 and 906 on the liquid branch tank 907 side. When the operational pump 901 is operating, the valve body 905 is in contact with the network 916 on the pump 901 side, as shown in FIG. The standby pump 902 does not operate, and the liquid working fluid discharged from the pump 901 flows into the standby pump 902 via the liquid return pipe 911 and flows backward. When the back-flowing liquid working fluid flows directly into the liquid branch tank 907, the liquid working fluid circulates between the liquid branch tank 907 and the pumps 901 and 902, and the working fluid does not reach the entire two-layer cooling device and is cooled. Efficiency is reduced. In the check valve 904, the valve body 906 is brought into close contact with the tapered portion 915, whereby the flow path of the liquid working fluid is blocked and the backflow is stopped.

液戻管911は、ポンプ901、902の吐出口と蒸発器913の作動流体の入口とを連結し、運用系のポンプ901が吐出した液体の作動流体を蒸発器913に送る。液戻管911は、銅などの金属を用いて形成することができる。   The liquid return pipe 911 connects the discharge ports of the pumps 901 and 902 and the inlet of the working fluid of the evaporator 913, and sends the liquid working fluid discharged by the operational pump 901 to the evaporator 913. The liquid return pipe 911 can be formed using a metal such as copper.

図10は、図9において一点鎖線で囲まれた部分を拡大した俯瞰図であり、二相冷却装置の順流時の動作を示す図である。気体と液体との混合した作動流体は、液管908から液分岐タンク907へ送られる。気体の作動流体は、液分岐タンク907で分離される。液体の作動流体は運用系のポンプ901に吸い上げられる。待機系のポンプ902は動作を停止しており、液分岐タンク907から作動流体を吸い上げることはない。運用系のポンプ901が吸い上げた作動流体は、待機系のポンプ902を経由して液分岐タンク907に向って逆流しようとする。しかし、待機系の逆止弁904において、弁体906がテーパ部915を塞ぐことによって、かかる逆流を防ぐ構成となっている。   FIG. 10 is an overhead view in which a portion surrounded by a one-dot chain line in FIG. 9 is enlarged, and is a diagram illustrating an operation at the time of forward flow of the two-phase cooling device. The working fluid in which the gas and the liquid are mixed is sent from the liquid pipe 908 to the liquid branch tank 907. The gaseous working fluid is separated in the liquid branch tank 907. The liquid working fluid is sucked up by the operational pump 901. The standby pump 902 stops operating and does not suck up the working fluid from the liquid branch tank 907. The working fluid sucked up by the operational pump 901 tries to flow backward toward the liquid branch tank 907 via the standby pump 902. However, in the check valve 904 of the standby system, the valve body 906 blocks the tapered portion 915 so that such a backflow is prevented.

図11は、図10において二点鎖線A−A’に沿った高さ方向の断面図であり、二相冷却装置の断面図の一部である。液分岐タンク907は、液管908から気体と液体の混合した作動流体が送られ、そのうちの気体の作動流体を分離し、液体の作動流体をポンプ901側に送り出している。このとき、弁体905はテーパ部914から離れているため弁として作動流体の流路を塞ぐことはない。しかし、弁体905が流路上に存在することによって流路を狭める。さらに、作動流体の中で振動するため作動流体の流路を乱し流速の低下を招いている。   FIG. 11 is a sectional view in the height direction along the two-dot chain line A-A ′ in FIG. 10, and is a part of the sectional view of the two-phase cooling device. The liquid branch tank 907 receives a working fluid in which a gas and a liquid are mixed from a liquid pipe 908, separates the gaseous working fluid, and sends the liquid working fluid to the pump 901 side. At this time, since the valve body 905 is separated from the tapered portion 914, the valve does not block the working fluid flow path as a valve. However, the flow path is narrowed by the presence of the valve body 905 on the flow path. Furthermore, since the vibration is generated in the working fluid, the flow path of the working fluid is disturbed, resulting in a decrease in the flow velocity.

以下、第一実施形態の二相冷却装置を図1〜7を用いて説明する。   Hereinafter, the two-phase cooling device of the first embodiment will be described with reference to FIGS.

図1は、本明細書で開示する二相冷却装置の俯瞰図である。システムボード100に設置された二相冷却装置は、閉ループ系をなしている。二相冷却装置は、蒸発器116と凝縮器112と液分岐タンク107、108とを有する。凝縮器112は蒸気管117を介して蒸発器116と接続される。液分岐タンク107、108は、液管111を介して凝縮器112と接続される。   FIG. 1 is an overhead view of the two-phase cooling device disclosed in the present specification. The two-phase cooling device installed on the system board 100 forms a closed loop system. The two-phase cooling device includes an evaporator 116, a condenser 112, and liquid branch tanks 107 and 108. The condenser 112 is connected to the evaporator 116 via the vapor pipe 117. The liquid branch tanks 107 and 108 are connected to the condenser 112 via the liquid pipe 111.

第一実施形態の二相冷却装置は、更に逆止弁103、104と、吸着管109、110と、ポンプ101、102とを有する。   The two-phase cooling device of the first embodiment further includes check valves 103 and 104, adsorption tubes 109 and 110, and pumps 101 and 102.

ポンプ101は、逆止弁103を介して液分岐タンク107に接続され、ポンプ102は逆止弁104を介して液分岐タンク108に接続される。   The pump 101 is connected to the liquid branch tank 107 via the check valve 103, and the pump 102 is connected to the liquid branch tank 108 via the check valve 104.

蒸発器116は、液戻管114を介してポンプ101、102に接続される。   The evaporator 116 is connected to the pumps 101 and 102 via the liquid return pipe 114.

蒸発器116、蒸気管117、凝縮器112、液管111、液分岐タンク107、逆止弁103、ポンプ101、液戻管114、蒸発器116の順序で第一環状流路が形成される。蒸発器116、蒸気管117、凝縮器112、液管111、液分岐タンク108、逆止弁104、ポンプ102、液戻管114、蒸発器116の順序で第二環状流路が形成される。第一環状流路と第二環状流路によりポンプ101、102が冗長化される。   A first annular flow path is formed in the order of the evaporator 116, the vapor pipe 117, the condenser 112, the liquid pipe 111, the liquid branch tank 107, the check valve 103, the pump 101, the liquid return pipe 114, and the evaporator 116. A second annular flow path is formed in the order of the evaporator 116, the vapor pipe 117, the condenser 112, the liquid pipe 111, the liquid branch tank 108, the check valve 104, the pump 102, the liquid return pipe 114, and the evaporator 116. The pumps 101 and 102 are made redundant by the first annular channel and the second annular channel.

二相冷却装置の第一環状流路及び第二環状流路の内部には作動流体が封入されている。作動流体には、例えば、水やアルコールの他、スリーエム社製FLUORINERT(登録商標)やNOVEC(登録商標)などのフッ素系不活性液体を利用することができる。作動流体は、二相冷却装置の用途や、作動流体の沸点や発熱体の熱量等に応じて選択される。   A working fluid is sealed inside the first annular channel and the second annular channel of the two-phase cooling device. As the working fluid, for example, a fluorine-based inert liquid such as FLUORINERT (registered trademark) or NOVEC (registered trademark) manufactured by 3M can be used in addition to water and alcohol. The working fluid is selected according to the use of the two-phase cooling device, the boiling point of the working fluid, the heat quantity of the heating element, and the like.

蒸発器116は発熱部品115と熱的に接続されて配置される。発熱部品115は、例えば、サーバに内蔵されるCPUである。蒸発器116の内部には、気体の作動流体が通過可能で、液体の作動流体を毛細管現象によって吸い上げるウィック(図示せず)が設けられている。ウィックが吸い上げた液体の作動流体は、ウィックの表面で発熱部品115から得た熱によって蒸発(気化)する。発熱部品115は、液体の作動流体に対して潜熱を与えることにより冷却される。   The evaporator 116 is disposed in thermal connection with the heat generating component 115. The heat generating component 115 is, for example, a CPU built in the server. Inside the evaporator 116, there is provided a wick (not shown) through which a gaseous working fluid can pass and sucks up the liquid working fluid by capillary action. The liquid working fluid sucked up by the wick is evaporated (vaporized) by heat obtained from the heat generating component 115 on the surface of the wick. The heat generating component 115 is cooled by applying latent heat to the liquid working fluid.

凝縮器112は、作動流体が流通する流路の周辺に熱的に接続されたフィン(図示せず)を有している。フィンは、例えば板状のプレートフィンを、流路にそって複数配置することが考えられる。このフィンに、冷却ファン113から送風が行われ、作動流体が冷やされる。気体の作動流体が冷やされることで、潜熱が放出され、作動流体は凝縮(液化)する。   The condenser 112 has fins (not shown) thermally connected around the flow path through which the working fluid flows. For example, a plurality of plate-like plate fins may be arranged along the flow path. The fins are blown from the cooling fan 113 to cool the working fluid. By cooling the gaseous working fluid, latent heat is released and the working fluid is condensed (liquefied).

蒸気管117は、蒸発器116の作動流体の出口と凝縮器112の作動流体の入り口とを連結し、蒸発器116で加熱された作動流体を凝縮器112へと導く。蒸気管117は、銅などの金属を用いて形成することができる。   The vapor pipe 117 connects the working fluid outlet of the evaporator 116 and the working fluid inlet of the condenser 112, and guides the working fluid heated by the evaporator 116 to the condenser 112. The steam pipe 117 can be formed using a metal such as copper.

冷却ファン113は、凝縮器112にそって配置される。冷却ファン113は、発熱部品115の発熱量に応じて冷却ファン113そのものの数を増減したり、送風する風量を増減させたりすることで、発熱部品115の温度を一定の値に保つことが可能である。   The cooling fan 113 is disposed along the condenser 112. The cooling fan 113 can maintain the temperature of the heat generating component 115 at a constant value by increasing or decreasing the number of the cooling fans 113 according to the heat generation amount of the heat generating component 115 or by increasing or decreasing the amount of air to be blown. It is.

液分岐タンク107、108は、作動流体の中で凝縮器112において凝縮しきれなかった気体の作動流体を分離し、液体の作動流体を流路に残す。凝縮器112の冷却能力を超えて、気体の作動流体が凝縮器112に送られると、気体の作動流体は凝縮器112の中で完全に凝縮されず、気体のまま凝縮器112を出ることになる。気体の作動流体がポンプ101、102に到達すると、ポンプ101、102が空回りし、作動流体を送り出すことができなくなる。したがって、ポンプ101、102に気体の作動流体が送り込まれないよう、ポンプ101、102と凝縮器112の間に液分岐タンク107、108を設けて、気体の作動流体を分離している。液分岐タンク107、108は、銅などの金属を用いて形成することができる。   The liquid branch tanks 107 and 108 separate the gaseous working fluid that could not be condensed in the condenser 112 from the working fluid, and leave the liquid working fluid in the flow path. When the gaseous working fluid is sent to the condenser 112 beyond the cooling capacity of the condenser 112, the gaseous working fluid is not fully condensed in the condenser 112, leaving the condenser 112 as a gas. Become. When the gaseous working fluid reaches the pumps 101 and 102, the pumps 101 and 102 run idle, and the working fluid cannot be sent out. Accordingly, liquid branch tanks 107 and 108 are provided between the pumps 101 and 102 and the condenser 112 so as to prevent the gaseous working fluid from being fed into the pumps 101 and 102 to separate the gaseous working fluid. The liquid branch tanks 107 and 108 can be formed using a metal such as copper.

液管111は、凝縮器112の作動流体の出口と液分岐タンク107、108の作動流体の入り口とを連結し、凝縮器112で冷却された作動流体を液分岐タンク107、108へと導く。液管111は、銅などの金属を用いて形成することができる。   The liquid pipe 111 connects the working fluid outlet of the condenser 112 and the working fluid inlet of the liquid branch tanks 107 and 108, and guides the working fluid cooled by the condenser 112 to the liquid branch tanks 107 and 108. The liquid tube 111 can be formed using a metal such as copper.

ポンプ101、102は、扁平の遠心ポンプである。液分岐タンク107、108で凝縮した液体の作動流体は、ポンプ101、102内の羽根車118、119の回転によって、蒸発器116へ送られる。この時の作動流体の流れを順流と呼ぶ。一方で、ポンプ101、102の動作が停止し、蒸発器116側から液分岐タンク107、108へ向かう作動流体の流れを逆流と呼ぶ。第一環状流路と第二環状流路は、ポンプ101とポンプ102が並列になるよう設けられている。二相冷却装置の動作時において、ポンプ101が動作する際は、動作するポンプ101を運用系と呼ぶ。このとき、停止しているポンプ102を待機系と呼ぶ。   The pumps 101 and 102 are flat centrifugal pumps. The liquid working fluid condensed in the liquid branch tanks 107 and 108 is sent to the evaporator 116 by the rotation of the impellers 118 and 119 in the pumps 101 and 102. The flow of the working fluid at this time is called forward flow. On the other hand, the operation of the pumps 101 and 102 is stopped, and the flow of the working fluid from the evaporator 116 side toward the liquid branch tanks 107 and 108 is referred to as reverse flow. The first annular channel and the second annular channel are provided so that the pump 101 and the pump 102 are in parallel. When the pump 101 operates during the operation of the two-phase cooling device, the operating pump 101 is referred to as an operational system. At this time, the stopped pump 102 is called a standby system.

第一環状経路の逆止弁103は、液分岐タンク107の作動流体の出口と、ポンプ101の吸込口とを連結する。逆止弁103は、管状のケースの内側に弁体105を有し、ポンプ101の吸込口側に弁体105を逆止弁103内にとどめるための網202と、液分岐タンク107側に弁体105の直径よりも小さい開口径となるように狭められたテーパ部201を有する。吸着管109は、逆止弁103の上部と液分岐タンク107の上部とを連結する。   The check valve 103 in the first annular path connects the working fluid outlet of the liquid branch tank 107 and the suction port of the pump 101. The check valve 103 has a valve body 105 inside the tubular case, and a net 202 for keeping the valve body 105 in the check valve 103 on the suction port side of the pump 101 and a valve on the liquid branch tank 107 side. A tapered portion 201 narrowed to have an opening diameter smaller than the diameter of the body 105 is provided. The adsorption pipe 109 connects the upper part of the check valve 103 and the upper part of the liquid branch tank 107.

第二環状経路の逆止弁104は、液分岐タンク108の作動流体の出口と、ポンプ102の吸込口とを連結する。逆止弁104は、管状のケースの内側に弁体106を有し、ポンプ102の吸込口側に弁体106を逆止弁104内にとどめるための網302と、液分岐タンク108側に弁体106の直径よりも小さい開口径となるように狭められたテーパ部301を有する。吸着管110は、逆止弁104の上部と液分岐タンク108の上部とを連結する。   The check valve 104 in the second annular path connects the outlet of the working fluid in the liquid branch tank 108 and the suction port of the pump 102. The check valve 104 has a valve body 106 inside the tubular case, and a net 302 for keeping the valve body 106 in the check valve 104 on the suction port side of the pump 102 and a valve on the liquid branch tank 108 side. The tapered portion 301 is narrowed so as to have an opening diameter smaller than the diameter of the body 106. The adsorption pipe 110 connects the upper part of the check valve 104 and the upper part of the liquid branch tank 108.

運用系のポンプ101が動作しているとき、待機系のポンプ102は動作せず、ポンプ101が吐出した液体の作動流体が、液戻管114を経由して待機系のポンプ102に流入し逆流する。逆流した液体の作動流体がそのまま液分岐タンク108に流入すると、液体の作動流体が液分岐タンク107、108とポンプ101、102の間で循環することとなり、作動流体が二層冷却装置全体に行き渡らず冷却効率が低下する。逆止弁104において、弁体106をテーパ部301に密着させることにより、液体の作動流体の流路が塞がれ、逆流が止められる。   When the active pump 101 is operating, the standby pump 102 does not operate, and the liquid working fluid discharged by the pump 101 flows into the standby pump 102 via the liquid return pipe 114 and backflows. To do. When the liquid working fluid that has flowed back flows into the liquid branch tank 108 as it is, the liquid working fluid circulates between the liquid branch tanks 107 and 108 and the pumps 101 and 102, and the working fluid is spread over the entire two-layer cooling device. Cooling efficiency decreases. In the check valve 104, the valve body 106 is brought into close contact with the tapered portion 301, whereby the flow path of the liquid working fluid is blocked and the backflow is stopped.

液戻管114は、ポンプ101、102の吐出口と蒸発器116の作動流体の入口とを連結し、運用系のポンプ101が吐出した液体の作動流体を蒸発器116に送る。液戻管114は、銅などの金属を用いて形成することができる。   The liquid return pipe 114 connects the discharge ports of the pumps 101 and 102 and the working fluid inlet of the evaporator 116, and sends the liquid working fluid discharged by the operational pump 101 to the evaporator 116. The liquid return pipe 114 can be formed using a metal such as copper.

図2は、図1において一点鎖線A−A’に沿った高さ方向の断面図である。液管111から気体と液体が混ざった作動流体が送られ、液分岐タンク107で気体の作動流体を上部に集めることによって気液を分離し、液体の作動流体をポンプ101で送り出している。液分岐タンク107の上部に蓄積された気体の作動流体は、液分岐タンク107内で自然放熱することにより冷却され液化する。従って、液分岐タンク107内の気体の作動流体は減圧状態となっている。液分岐タンク107の上部から逆止弁103の上部を吸着管109によって接続する。液分岐タンク107の気体の作動流体の減圧状態による吸着力が、吸着管109を経由して、逆止弁103で弁体105を吸着する力となる。   FIG. 2 is a cross-sectional view in the height direction along the alternate long and short dash line A-A ′ in FIG. 1. A working fluid in which a gas and a liquid are mixed is sent from the liquid pipe 111, the gas working liquid is separated by collecting the gaseous working fluid in the liquid branch tank 107, and the liquid working fluid is sent out by the pump 101. The gaseous working fluid accumulated in the upper part of the liquid branch tank 107 is cooled and liquefied by natural heat dissipation in the liquid branch tank 107. Therefore, the gaseous working fluid in the liquid branch tank 107 is in a reduced pressure state. The upper part of the check valve 103 is connected to the upper part of the liquid branch tank 107 by an adsorption pipe 109. The adsorption force due to the reduced pressure state of the gaseous working fluid in the liquid branch tank 107 becomes the force for adsorbing the valve body 105 by the check valve 103 via the adsorption pipe 109.

逆止弁103は、液管111と同径の管構造からなり、液分岐タンク107側に向かって絞りのあるテーパ部201とポンプ101側に網202と管の内部に弁体105を有する。テーパ部201は、弁体105の直径よりも小さい内径まで絞られる。テーパ部201は、弁体105によって塞がれることにより、逆流を止める。網202は、順流時に弁体105がポンプ101へ送られるのを防止するために設けられる。さらに、網202は、順流の流速が早く、気体の作動流体が液分岐タンク107を超えて、ポンプ101にたどり着くような場合に、気体の作動流体の塊を細分化して、ポンプ101での空回りを防止する。   The check valve 103 has a pipe structure having the same diameter as the liquid pipe 111, and has a tapered portion 201 having a throttle toward the liquid branch tank 107 side, a net 202 on the pump 101 side, and a valve body 105 inside the pipe. The tapered portion 201 is narrowed to an inner diameter smaller than the diameter of the valve body 105. The tapered portion 201 is stopped by the valve body 105 to stop the backflow. The net 202 is provided to prevent the valve body 105 from being sent to the pump 101 during forward flow. Further, the net 202 has a high forward flow velocity, and when the gaseous working fluid exceeds the liquid branch tank 107 and reaches the pump 101, the mass of the gaseous working fluid is subdivided and To prevent.

逆止弁103は、吸着管109と接続する部分に、下に向かって垂直方向に広がる湾曲部203を有してもよい。かかる湾曲部203で吸着管109と接続しているため、液分岐タンク107内の気体の作動流体が冷却されることにより、吸着管109の内部に、逆止弁103から液分岐タンク107に向かう吸着力が生じて、弁体105は湾曲部203に吸着される。湾曲部203が流路に対して湾曲している割合によって、弁体105も順流の流路上の体積を減らし、順流の阻害の度合いを減少させる。また、湾曲部203は後述するように、弁体105の周囲の作動流体の流れに影響して、弁体105を湾曲部203に引き寄せる機能を発揮する。かかる機能を発揮するために、湾曲部203の形状は、半球状でもすり鉢状でもよい。   The check valve 103 may have a curved portion 203 that extends downward in a vertical direction at a portion connected to the adsorption pipe 109. Since the curved pipe 203 is connected to the adsorption pipe 109, the gaseous working fluid in the liquid branch tank 107 is cooled, so that the check pipe 103 moves from the check valve 103 toward the liquid branch tank 107. An adsorption force is generated, and the valve body 105 is adsorbed by the bending portion 203. The valve body 105 also reduces the volume on the forward flow path and reduces the degree of inhibition of the forward flow depending on the ratio of the bending portion 203 to the flow path. In addition, as described later, the bending portion 203 exerts a function of drawing the valve body 105 toward the bending portion 203 by affecting the flow of the working fluid around the valve body 105. In order to exhibit such a function, the shape of the bending portion 203 may be hemispherical or mortar-shaped.

図1の説明に戻る。   Returning to the description of FIG.

第二環状流路、すなわち凝縮器112、液管111、液分岐タンク108、逆止弁104、ポンプ102、液戻り管114、蒸発器116、蒸気管117により構成される流路を用いて、逆流時の逆止弁104の動作の説明を行う。ポンプ102は運転を停止しており、液体の作動流体を蒸発器116に送る働きをしていない。すなわち、ポンプ102は待機系であり、運用系であるポンプ101の動作に障害があった場合などに運用系に切り替わるための冗長構成である。運用系のポンプ101から送られた液体の作動流体が、液戻管114の合流点から待機系のポンプ102に向かって逆流すると、冷却装置全体の作動流体の流量の低下を招き、冷却効率が悪化する。本実施例の二相冷却装置においては、逆止弁104によって上記逆流を防ぐ。   Using the second annular flow path, that is, the flow path constituted by the condenser 112, the liquid pipe 111, the liquid branch tank 108, the check valve 104, the pump 102, the liquid return pipe 114, the evaporator 116, and the steam pipe 117, The operation of the check valve 104 during backflow will be described. The pump 102 has stopped operating and is not functioning to send liquid working fluid to the evaporator 116. That is, the pump 102 is a standby system and has a redundant configuration for switching to the active system when there is a failure in the operation of the pump 101 that is the active system. When the liquid working fluid sent from the operation system pump 101 flows backward from the confluence of the liquid return pipe 114 toward the standby system pump 102, the flow rate of the working fluid in the entire cooling device is reduced, and the cooling efficiency is increased. Getting worse. In the two-phase cooling device of this embodiment, the check valve 104 prevents the back flow.

図3は図1において一点鎖線B−B’に沿った高さ方向の断面図である。ポンプ102は停止しているため凝縮器112から蒸発器116への液体の作動流体の流れはない。従って、液分岐タンク108に新たに加わる気体の作動流体はなく、液分岐タンク108内で気液の平衡状態となる。逆止弁104の中では、運用系のポンプ101から送られた作動流体が、液戻管114の合流点から待機系のポンプ102に向かって流れようとする液体の作動流体の圧力によって、弁体106はテーパ部301に押さえつけられ、逆流を逆止する。   FIG. 3 is a cross-sectional view in the height direction along the alternate long and short dash line B-B ′ in FIG. 1. Since the pump 102 is stopped, there is no flow of liquid working fluid from the condenser 112 to the evaporator 116. Therefore, there is no gas working fluid newly added to the liquid branch tank 108, and the gas-liquid equilibrium state is established in the liquid branch tank 108. In the check valve 104, the working fluid sent from the operation system pump 101 is controlled by the pressure of the liquid working fluid that tends to flow from the confluence of the liquid return pipe 114 toward the standby system pump 102. The body 106 is pressed against the taper portion 301 to check backflow.

図4は吸着管109による弁体105の吸着の原理を説明する図である。吸着管109の断面積をS、液分岐タンク107の内圧をP1としたときに、弁体105の吸着にかかる力F1はF1=P1×Sとして表される。また、内圧P1は、液相の作動流体の冷媒密度ρと、弁体105を吸着する位置と液分岐タンク107内の作動流体の気液界面との高さ方向の差hを用いて、P1=ρghと表される(gは重力加速度)。従って、弁体105の吸着にかかる力F1は式(1)のように表される。   FIG. 4 is a view for explaining the principle of adsorption of the valve body 105 by the adsorption tube 109. When the sectional area of the adsorption pipe 109 is S and the internal pressure of the liquid branch tank 107 is P1, the force F1 applied to the adsorption of the valve body 105 is expressed as F1 = P1 × S. Further, the internal pressure P1 is obtained by using the refrigerant density ρ of the liquid-phase working fluid and the height difference h between the position where the valve body 105 is adsorbed and the gas-liquid interface of the working fluid in the liquid branch tank 107. = Ρgh (g is gravitational acceleration). Therefore, the force F1 applied to the adsorption of the valve body 105 is expressed as shown in Expression (1).

一方で、作動流体の流れによって弁体105の吸着を阻害する力が発生する。この力を揚力F2とすると、F2は式(2)で表される。 On the other hand, a force that inhibits the adsorption of the valve body 105 is generated by the flow of the working fluid. When this force is defined as lift F2, F2 is expressed by equation (2).

ここで、μは作動流体の粘性係数、νは作動流体の動粘性係数、aは弁体105の半径、Vは作動流体の流れの平均速度、kは速度勾配である。 Here, μ is a viscosity coefficient of the working fluid, ν is a kinematic viscosity coefficient of the working fluid, a is a radius of the valve body 105, V is an average velocity of the flow of the working fluid, and k is a velocity gradient.

吸着にかかる力F1と揚力F2との関係が、F1>F2となっているときに弁体105は吸着管109に吸着する。具体的には、液相の作動流体の冷媒密度ρ=0.995646g/cm、重力加速度9.8m/s、高さ方向の差h=15mm、吸着管の断面積S=1.0πmmであるので、F1=0.460mNである。作動流体の粘性係数μ=0.00656μg/cm・s、作動流体の動粘性係数ν=0.00661cm/s、弁体の半径a=1.5mm、作動流体の流れの平均速度V=0.2m/s、速度勾配k=181.8であるので、F2=0.398mNである。従って、F1>F2である。 The valve body 105 is adsorbed to the adsorption pipe 109 when the relationship between the force F1 applied to the adsorption and the lift F2 is F1> F2. Specifically, the refrigerant density ρ = 0.9995646 g / cm 3 of the liquid phase working fluid, the gravitational acceleration 9.8 m / s 2 , the height difference h = 15 mm, the cross-sectional area S of the adsorption tube S = 1.0πmm 2, so it is F1 = 0.460mN. Viscosity coefficient of working fluid μ = 0.00656 μg / cm · s, kinematic viscosity coefficient of working fluid ν = 0.661 cm 2 / s, radius of valve body a = 1.5 mm, average velocity of working fluid flow V = 0 .2 m / s, velocity gradient k = 181.8, so F2 = 0.398 mN. Therefore, F1> F2.

弁体105が液体の作動流体の流れに影響されず、吸着管109に吸着しやすくするため、弁体105は樹脂で球型もしくは略球形に形成されていることが望ましい。弁体105の密度は、液相の作動流体に対して浮いたり沈んだりすることがないよう、液体の作動流体の冷媒密度ρとほぼ等しいことが望ましい。吸着管109を始め蒸気管117、液管111などの管は、形状の加工の観点から銅などの金属で形成されていることが望ましい。液分岐タンク107は、形状の加工の観点と、気体の作動流体の凝縮の観点から、加工が容易で熱伝導率の高い銅で形成されていることが望ましい。式(1)にあるように、吸着管109の断面積Sが弁体105の吸着に影響を与える。吸着管109の断面積以外の形状については吸着に影響を与えないため、吸着管109は、二相冷却装置の実装の形態に合わせて適宜形状を変化させうる。実施例にかかる吸着管109は、逆止弁103との接続部と液分岐タンク107との接続部の中間付近で垂直に曲がった形状を示すが、形状はこれにこだわるわけではない。   In order for the valve body 105 to be easily adsorbed to the adsorption pipe 109 without being affected by the flow of the liquid working fluid, it is desirable that the valve body 105 is formed in a spherical shape or a substantially spherical shape with resin. It is desirable that the density of the valve body 105 is substantially equal to the refrigerant density ρ of the liquid working fluid so that the valve body 105 does not float or sink with respect to the liquid phase working fluid. The adsorption pipe 109 and other pipes such as the steam pipe 117 and the liquid pipe 111 are preferably formed of a metal such as copper from the viewpoint of shape processing. The liquid branch tank 107 is preferably formed of copper that is easy to process and has high thermal conductivity from the viewpoint of processing the shape and condensing the gaseous working fluid. As shown in Equation (1), the cross-sectional area S of the adsorption pipe 109 affects the adsorption of the valve body 105. Since the shape other than the cross-sectional area of the adsorption tube 109 does not affect the adsorption, the shape of the adsorption tube 109 can be appropriately changed according to the mounting form of the two-phase cooling device. The adsorption pipe 109 according to the embodiment shows a shape bent vertically near the middle of the connection portion between the check valve 103 and the liquid branch tank 107, but the shape is not particularly limited.

図5A〜図5Dを用いて、弁体106が逆止弁104として機能している状態から吸着管110に吸着固定されている状態へ遷移する原理を説明する。図5A〜図5Dは、図1において一点鎖線B−B’に沿った高さ方向の断面図である。   The principle of transition from the state in which the valve body 106 functions as the check valve 104 to the state in which it is adsorbed and fixed to the adsorption pipe 110 will be described with reference to FIGS. 5A to 5D. 5A to 5D are cross-sectional views in the height direction along the alternate long and short dash line B-B ′ in FIG. 1.

図5Aは逆止弁104が弁体106で塞がれている状態を示す。逆止弁104のテーパ部301に弁体106が密着して、ポンプ102側から送られてくる作動流体を逆止している状態である。このとき、ポンプ102は待機系である。   FIG. 5A shows a state where the check valve 104 is blocked by the valve body 106. In this state, the valve body 106 is in close contact with the tapered portion 301 of the check valve 104 to check the working fluid sent from the pump 102 side. At this time, the pump 102 is a standby system.

図5Bは、ポンプ102が稼働し逆止弁104の系が待機系から運用系へと切り替わった際の状態である。ポンプ102の稼働により作動流体の流れが変わり、弁体106をテーパ部301へ抑えている力がなくなり、弁体106をポンプ102側に流すようになる。逆止弁104は、ポンプ102側に湾曲部303を有している。かかる湾曲部303の影響で、弁体106は流れの下流に向かって直進するのではなく、ベルヌーイの法則にしたがって、流れが早く静圧が低い湾曲部303へ誘導される。弁体106はポンプ102の手前に設けられた網302によってポンプ102側への移動を制限される。   FIG. 5B shows a state when the pump 102 is operated and the check valve 104 system is switched from the standby system to the active system. The flow of the working fluid changes due to the operation of the pump 102, and the force that holds the valve body 106 to the tapered portion 301 disappears, and the valve body 106 flows to the pump 102 side. The check valve 104 has a curved portion 303 on the pump 102 side. Due to the influence of the curved portion 303, the valve body 106 does not move straight toward the downstream of the flow, but is guided to the curved portion 303 having a fast flow and a low static pressure according to Bernoulli's law. The movement of the valve body 106 toward the pump 102 is restricted by a net 302 provided in front of the pump 102.

図5Cは、弁体106が湾曲部303へ近接した状態を示す図である。弁体106が湾曲部303へ近づくと、弁体106と湾曲部303上部との隙間は狭くなる。同じ密度の作動流体がより狭い部分を通過しようとするため、流速が高まりさらに湾曲部303に接するように動く。弁体106が湾曲部303へ接触すると弁体106と湾曲部303との間の隙間の流れがなくなり、弁体106を湾曲部303に近づける働きがなくなるため、弁体106は流れの中心部、すなわち湾曲部303から離れる方向へ向かう力が働く。弁体106が湾曲部303から離れると、再度弁体106を湾曲部303へ近づける力が働くため、弁体106は湾曲部303に接するように動く。このようにして、弁体106は湾曲部303の近傍で微小な上下運動を行うことになる。この微小な上下運動によって、液体の作動流体の流れを乱すこととなる。   FIG. 5C is a diagram illustrating a state in which the valve body 106 is close to the bending portion 303. As the valve body 106 approaches the bending portion 303, the gap between the valve body 106 and the upper portion of the bending portion 303 becomes narrower. Since the working fluid of the same density tries to pass through a narrower portion, the flow velocity increases and the working fluid moves further in contact with the curved portion 303. When the valve body 106 comes into contact with the bending portion 303, there is no flow of the gap between the valve body 106 and the bending portion 303, and the function of bringing the valve body 106 close to the bending portion 303 is lost. That is, a force toward the direction away from the bending portion 303 works. When the valve body 106 moves away from the bending portion 303, a force that brings the valve body 106 closer to the bending portion 303 works again, so that the valve body 106 moves so as to contact the bending portion 303. In this way, the valve body 106 performs a minute vertical movement in the vicinity of the bending portion 303. This minute vertical movement disturbs the flow of the liquid working fluid.

図5Dは、微小な上下運動を行っている弁体106を吸着管110に吸着し固定する状態を示す図である。作動流体の流れに従って、気相の作動流体(蒸気)が運搬される。液分岐タンク108において、蒸気は浮力により液分岐タンク108の上方に分離され蓄積される。液分岐タンク108に蓄積された蒸気は、液分岐タンク108内で自然放熱することにより冷却され液化し、減圧することになる。かかる減圧によって、吸着管110内に吸着力F1が発生する。吸着力F1により弁体106が吸着管110に吸着し固定される。この結果弁体106の上下運動が止まり、液体の作動流体の流れを見出さないため、液体の作動流体が滑らかに流れることとなる。   FIG. 5D is a diagram illustrating a state in which the valve body 106 performing a minute vertical movement is adsorbed and fixed to the adsorption tube 110. According to the flow of the working fluid, a gaseous working fluid (steam) is conveyed. In the liquid branch tank 108, the vapor is separated and accumulated above the liquid branch tank 108 by buoyancy. The vapor accumulated in the liquid branch tank 108 is cooled and liquefied by naturally radiating heat in the liquid branch tank 108 and decompressed. By this pressure reduction, an adsorption force F1 is generated in the adsorption tube 110. The valve element 106 is adsorbed and fixed to the adsorption tube 110 by the adsorption force F1. As a result, the vertical motion of the valve body 106 is stopped and the flow of the liquid working fluid is not found, so that the liquid working fluid flows smoothly.

次に、図6A〜図6Dを用いて、弁体105が吸着管109に吸着しているときに、待機系へ切り替わった場合、すなわち作動流体が逆流となったときの動作を説明する。図6A〜図6Dは、図1において一点鎖線A−A’に沿った高さ方向の断面図である。   Next, the operation when the valve body 105 is adsorbed to the adsorption pipe 109 and switched to the standby system when the valve body 105 is adsorbed to the adsorption pipe 109, that is, when the working fluid becomes a reverse flow will be described with reference to FIGS. 6A to 6D are cross-sectional views in the height direction along an alternate long and short dash line A-A ′ in FIG. 1.

図6Aは吸着管109に弁体105が吸着している状態を示す図である。この状態では、液分岐タンク107において、新たな蒸気の流入があり、蒸気の液化による内圧の低下が継続する。この時の液分岐タンク107の内圧をP1と表す。   FIG. 6A is a view showing a state where the valve body 105 is adsorbed on the adsorption pipe 109. In this state, there is a new inflow of steam in the liquid branch tank 107, and the decrease in internal pressure due to the liquefaction of the steam continues. The internal pressure of the liquid branch tank 107 at this time is represented as P1.

図6Bは作動流体の流れが逆流になった時点を示す図である。作動流体の流れが逆流になったため、液分岐タンク107に新たな蒸気が流入することはなく内圧の低下が止まる。一方で、作動流体の液相からの蒸発が発生しており、式(3)で表される。   FIG. 6B is a diagram illustrating a point in time when the flow of the working fluid is reversed. Since the flow of the working fluid is reversed, new steam does not flow into the liquid branch tank 107, and the decrease in internal pressure stops. On the other hand, evaporation from the liquid phase of the working fluid has occurred, and is expressed by Equation (3).

ここで、Nは単位あたりの蒸発量、Dは蒸気の拡散係数、Cは飽和蒸気圧、Cは液分岐タンク107内の蒸気圧、δは蒸気の濃度が変化する層(境膜)の厚さである。 Here, N is the amount of evaporation per unit, D is the diffusion coefficient of the vapor, the C s saturated vapor pressure, C t is the vapor pressure in the liquid branch tank 107, [delta] is a change in the concentration of the vapor layer (boundary film) Is the thickness.

作動流体の液相からの蒸発が継続すると、やがて液分岐タンク107内の減縮に勝り、液分岐タンク107の内圧が上昇を始める。弁体105にかかる吸着力F1が弁体105を吸着管109から浮かせようとする揚力F2より大きい間は、弁体105は吸着管109に吸着・固定される。この時の液分岐タンク107の内圧をP2と表す。   When the working fluid continues to evaporate from the liquid phase, the internal pressure of the liquid branch tank 107 begins to rise overcoming the reduction in the liquid branch tank 107. The valve body 105 is adsorbed and fixed to the adsorption pipe 109 while the adsorption force F1 applied to the valve body 105 is larger than the lifting force F2 for floating the valve body 105 from the adsorption pipe 109. The internal pressure of the liquid branch tank 107 at this time is represented as P2.

図6Cは液分岐タンク107の内圧が増加し、吸着力F1が揚力F2より小さくなった時点を示す図である。弁体105は吸着管109への吸着・固定ができず、作動流体の逆流に沿って流される。この時の液分岐タンク107の内圧をP3と表す。   FIG. 6C is a diagram illustrating a point in time when the internal pressure of the liquid branch tank 107 increases and the adsorption force F1 becomes smaller than the lift force F2. The valve body 105 cannot be adsorbed and fixed to the adsorption pipe 109 and flows along the reverse flow of the working fluid. The internal pressure of the liquid branch tank 107 at this time is represented as P3.

図6Dは、弁体105が最終的に逆止弁103のテーパ部201に押し付けられて作動流体の逆流が止まった状態を示す図である。この時の液分岐タンク107の内圧をP4と表す。P4は作動流体の液温での平衡蒸気圧となっている。図6A〜6Dの液分岐タンク107の内圧P1〜P4の関係は式(4)のとおりとなる。   FIG. 6D is a diagram illustrating a state where the valve body 105 is finally pressed against the tapered portion 201 of the check valve 103 and the backflow of the working fluid is stopped. The internal pressure of the liquid branch tank 107 at this time is represented as P4. P4 is the equilibrium vapor pressure at the liquid temperature of the working fluid. The relationship between the internal pressures P1 to P4 of the liquid branch tank 107 in FIGS. 6A to 6D is as shown in Expression (4).

図7は、逆流時の弁体105の脱着にかかる実施例を示す図である。作動流体の液温を30℃、液分岐タンク107内の蒸気も液温と平衡して30℃、弁体105を吸着する位置と液分岐タンク107内の作動流体の気液界面との高さ方向の差hは12.7mmという条件で弁体105が吸着されていると仮定する。このとき、水蒸気の拡散係数D=2.88×10−5(m/s)、飽和蒸気圧Cs=4.0kPa=7.2mol/m、液分岐タンク107内蒸気圧Ct=P1=ρgh=1500Pa=0.56mol/m、境膜の厚さδ=0.1mmを式(3)に代入すると、N=1.9mol/m・sを得る。弁体105を吸着する位置と液分岐タンク107内の作動流体の気液界面との高さ方向の差hが11.7mmの時にちょうどF1=F2となり釣り合うと仮定すると、hが12.7mmから11.7mmに変化するため、1mm気液界面が下がるのに要する時間が吸着状態を脱するために要する時間と考えられる。ここで、1mm気液界面が下がるのに要する時間を算出する。水1molの質量は18gである。単位時間面積あたり蒸発する水の質量は、上で求めたNに18g/molを乗じて、1.9mol/m・s×18g/mol=34.2g/m・sとなる。水の質量から体積を近似して、単位時間面積あたり蒸発する体積は、約34.2cm/m・sである。単位を整理して、単位時間あたりに減少する気液界面の高さを算出すると、約34.2×10−3mm/sとなる。したがって、気液界面が1mm減少する時間は、1mm÷34.2×10−3mm/s=29.2sとなる。すなわち、逆流に切り替わった瞬間から約29秒後に弁体105は吸着状態を脱し、逆止弁103のテーパ部201に向けて流されることとなる。ポンプ101を停止してから作動流体の流れが止まるまでにも数秒かかる。ポンプ101を停止しただけでは、惰性で作動流体が流れ続けることは止められないからである。運用系のポンプ102から送り出された作動流体が合流点を回ってポンプ101から惰性で流れる作動流体に打ち勝つ瞬間が逆流に切り替わった瞬間である。ポンプ101が停止してからこの時点までは、約1〜3秒である。この時点から弁体105の脱着までが約29秒であり、脱着した弁体105は逆流の作動流体に流されて逆止弁103のテーパ部201へたどり着く。弁体105がテーパ部201に辿り着いたときに逆流の作動流体の逆止ができる。弁体105が脱着からテーパ部201へ到達するまでが約1〜2秒である。従って、ポンプ101が止まってから逆止するまでは約31〜34秒かかる。 FIG. 7 is a view showing an embodiment relating to the attachment / detachment of the valve body 105 at the time of backflow. The liquid temperature of the working fluid is 30 ° C., the vapor in the liquid branch tank 107 is also 30 ° C. in equilibrium with the liquid temperature, and the height between the position where the valve body 105 is adsorbed and the gas-liquid interface of the working fluid in the liquid branch tank 107 It is assumed that the valve element 105 is adsorbed under the condition that the direction difference h is 12.7 mm. At this time, the water vapor diffusion coefficient D = 2.88 × 10 −5 (m 2 / s), the saturated vapor pressure Cs = 4.0 kPa = 7.2 mol / m 3 , the vapor pressure in the liquid branch tank 107 Ct = P1 = Substituting ρgh = 1500 Pa = 0.56 mol / m 3 and the thickness of the boundary film δ = 0.1 mm into the equation (3), N = 1.9 mol / m 2 · s is obtained. Assuming that the difference h in the height direction between the position where the valve body 105 is adsorbed and the gas-liquid interface of the working fluid in the liquid branch tank 107 is 11.7 mm, it is assumed that F1 = F2 and the balance is satisfied. Since it changes to 11.7 mm, it is considered that the time required for the 1 mm gas-liquid interface to drop is the time required to escape from the adsorption state. Here, the time required for the 1 mm gas-liquid interface to fall is calculated. The mass of 1 mol of water is 18 g. Mass of water evaporated per unit time area, multiplied by 18 g / mol to N obtained above, a 1.9mol / m 2 · s × 18g / mol = 34.2g / m 2 · s. By approximating the volume from the mass of water, the volume evaporated per unit time area is about 34.2 cm 3 / m 2 · s. When the unit is arranged and the height of the gas-liquid interface decreasing per unit time is calculated, it is about 34.2 × 10 −3 mm / s. Therefore, the time for the gas-liquid interface to decrease by 1 mm is 1 mm ÷ 34.2 × 10 −3 mm / s = 29.2 s. That is, about 29 seconds after the moment of switching to the reverse flow, the valve body 105 is released from the adsorption state and flows toward the tapered portion 201 of the check valve 103. It takes several seconds for the working fluid to stop flowing after the pump 101 is stopped. This is because it is not possible to stop the working fluid from continuing to flow by inertia only by stopping the pump 101. The moment when the working fluid delivered from the operational pump 102 goes around the confluence and overcomes the working fluid flowing from the pump 101 by inertia is the moment when the reverse flow is switched. It takes about 1 to 3 seconds from the time when the pump 101 is stopped to this point. It takes about 29 seconds from this point to the detachment of the valve body 105, and the desorbed valve body 105 is flowed by the backflowing working fluid and reaches the tapered portion 201 of the check valve 103. When the valve body 105 arrives at the taper part 201, the backflow working fluid can be checked back. It takes about 1 to 2 seconds until the valve body 105 arrives at the taper portion 201 from the attachment / detachment. Therefore, it takes about 31 to 34 seconds from when the pump 101 stops until it stops.

以下、第二実施形態の二相冷却装置を、図8を用いて説明する。   Hereinafter, the two-phase cooling device of the second embodiment will be described with reference to FIG.

図8は本願発明の第二実施形態を示す図である。なお、第二実施形態の二相冷却装置は、上記第一実施形態を部分的に変更したものであり、第一実施形態と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。   FIG. 8 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. Note that the two-phase cooling device of the second embodiment is a partial modification of the first embodiment, and the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Is omitted.

第二実施形態の二相冷却装置は、蒸発器116と凝縮器112と液分岐タンク802とを有する。凝縮器112は蒸気管117を介して蒸発器116と接続される。液分岐タンク802は、液管111を介して凝縮器112と接続される。液分岐タンク802は、ポンプ801と接続し、ポンプ801は、液戻管114を介して蒸発器116と接続する。   The two-phase cooling device of the second embodiment includes an evaporator 116, a condenser 112, and a liquid branch tank 802. The condenser 112 is connected to the evaporator 116 via the vapor pipe 117. The liquid branch tank 802 is connected to the condenser 112 via the liquid pipe 111. The liquid branch tank 802 is connected to a pump 801, and the pump 801 is connected to the evaporator 116 via a liquid return pipe 114.

蒸発器116、蒸気管117、凝縮器112、液管111、液分岐タンク802、ポンプ801、液戻管114、蒸発器116の順序で第一環状流路が形成される。なお、第一実施形態と同様に、ポンプ801と同様のポンプ(図示せず)と液分岐タンク802と同様の液分岐タンク(図示せず)によって代替された第二環状流路が形成されるが、第二の実施形態の説明において省略する。以下、ポンプ801、液分岐タンク802の構造を説明するが、第二環状流路のポンプ(図示せず)と液分岐タンク(図示せず)も同様の構造である。   A first annular flow path is formed in the order of the evaporator 116, the vapor pipe 117, the condenser 112, the liquid pipe 111, the liquid branch tank 802, the pump 801, the liquid return pipe 114, and the evaporator 116. Similar to the first embodiment, a second annular flow path that is replaced by a pump (not shown) similar to the pump 801 and a liquid branch tank (not shown) similar to the liquid branch tank 802 is formed. However, it is omitted in the description of the second embodiment. Hereinafter, although the structure of the pump 801 and the liquid branch tank 802 will be described, the pump (not shown) and the liquid branch tank (not shown) in the second annular flow path have the same structure.

ポンプ801は、扁平の遠心ポンプである。液分岐タンク802で凝縮した液体の作動流体は、ポンプ801内の羽根車809の回転によって、蒸発器116へ送られる。   The pump 801 is a flat centrifugal pump. The liquid working fluid condensed in the liquid branch tank 802 is sent to the evaporator 116 by the rotation of the impeller 809 in the pump 801.

液分岐タンク802は、その内部に逆止弁803を含む構造となっている。液分岐タンク802とポンプ801との接合部において、逆止弁803によって接続されている。   The liquid branch tank 802 has a structure including a check valve 803 therein. The junction between the liquid branch tank 802 and the pump 801 is connected by a check valve 803.

逆止弁803は、管構造からなり、液分岐タンク802と液管111との接続部側に向かって絞りのあるテーパ部806とポンプ801側に網807と管の内部に弁体805を有する。テーパ部806は、弁体805の直径よりも小さい内径まで絞られる。テーパ部806は、弁体805によって塞がれることにより、逆流を止める。網807は、順流時に弁体805がポンプ801へ送られるのを防止するために設けられる。さらに、網807は、順流の流速が早く、気体の作動流体がポンプ801にたどり着くような場合に、気体の作動流体の塊を細分化して、ポンプ801での空回りを防止する。また、逆止弁803は、吸着管804と接続する部分に、下に向かって垂直方向に広がる湾曲部808を有してもよい。   The check valve 803 has a pipe structure, and has a tapered portion 806 having a throttle toward the connection portion between the liquid branch tank 802 and the liquid pipe 111, a net 807 on the pump 801 side, and a valve body 805 inside the pipe. . The tapered portion 806 is narrowed to an inner diameter smaller than the diameter of the valve body 805. The tapered portion 806 stops backflow by being blocked by the valve body 805. The net 807 is provided to prevent the valve body 805 from being sent to the pump 801 during forward flow. Further, the net 807 prevents the idling of the pump 801 by subdividing the mass of the gas working fluid when the flow speed of the forward flow is high and the gas working fluid reaches the pump 801. Further, the check valve 803 may have a curved portion 808 that extends downward in the vertical direction at a portion connected to the adsorption pipe 804.

液管111から気体と液体が混ざった作動流体が送られ、液分岐タンク802で気体の作動流体を上部に集めることによって気液を分離し、液体の作動流体をポンプ801で送り出している。液分岐タンク802の上部に蓄積された気体の作動流体は、液分岐タンク802内で自然放熱することにより冷却され液化する。従って、液分岐タンク802内の気体の作動流体は減圧状態となっている。液分岐タンク802の上部から逆止弁803の上部を吸着管804によって接続する。液分岐タンク802の気体の作動流体の減圧状態による吸着力が、吸着管804を経由して、逆止弁803で弁体805を吸着する力となる。   A working fluid in which a gas and a liquid are mixed is sent from the liquid pipe 111, the gas and liquid are separated by collecting the gas working fluid in the upper part in the liquid branch tank 802, and the liquid working fluid is sent out by the pump 801. The gaseous working fluid accumulated in the upper part of the liquid branch tank 802 is cooled and liquefied by natural heat dissipation in the liquid branch tank 802. Therefore, the gaseous working fluid in the liquid branch tank 802 is in a reduced pressure state. An upper part of the check valve 803 is connected to the upper part of the liquid branch tank 802 by an adsorption pipe 804. The adsorption force due to the reduced pressure state of the gas working fluid in the liquid branch tank 802 becomes the force for adsorbing the valve body 805 by the check valve 803 via the adsorption pipe 804.

かかる構成を取ることにより、二相冷却装置を搭載するスペースが限られた時でも、液分岐タンク802の容量を確保することができる。十分な容量を確保することで、気体の作動流体の凝縮による減圧の効果が増大し、十分な吸着力で弁体805を吸着管804に吸着することができる。   By adopting such a configuration, the capacity of the liquid branch tank 802 can be secured even when the space for mounting the two-phase cooling device is limited. By securing a sufficient capacity, the effect of decompression due to the condensation of the gaseous working fluid is increased, and the valve body 805 can be adsorbed to the adsorption pipe 804 with a sufficient adsorption force.

なお、本発明は、上述した各実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。   In addition, this invention is not limited to the structure described in each embodiment mentioned above, A various deformation | transformation is possible in the range which does not deviate from the meaning of this invention.

100・・・システムボード
101,102・・・ポンプ
103,104・・・逆止弁
105,106・・・弁体
107,108・・・液分岐タンク
109,110・・・吸着管
111・・・液管
112・・・凝縮器
113・・・冷却ファン
114・・・液戻管
115・・・発熱部品
116・・・蒸発器
117・・・蒸気管
118,119・・・羽根車
201・・・テーパ部
202・・・網
203・・・湾曲部
301・・・テーパ部
302・・・網
303・・・湾曲部
801・・・ポンプ
802・・・液分岐タンク
803・・・逆止弁
804・・・吸着管
805・・・弁体
806・・・テーパ部
807・・・網
808・・・湾曲部
809・・・羽根車
900・・・システムボード
901,902・・・ポンプ
903,904・・・逆止弁
905,906・・・弁体
907・・・液分岐タンク
908・・・液管
909・・・凝縮器
910・・・冷却ファン
911・・・液戻管
912・・・発熱部品
913・・・蒸発器
914,915・・・テーパ部
916,917・・・網
918・・・蒸気管
919,920・・・羽根車
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... System board 101, 102 ... Pump 103, 104 ... Check valve 105, 106 ... Valve body 107, 108 ... Liquid branch tank 109, 110 ... Adsorption pipe 111 ... Liquid pipe 112 ... Condenser 113 ... Cooling fan 114 ... Liquid return pipe 115 ... Heat generating component 116 ... Evaporator 117 ... Steam pipe 118, 119 ... Impeller 201 .... Tapered part 202 ... Net 203 ... Curved part 301 ... Tapered part 302 ... Net 303 ... Curved part 801 ... Pump 802 ... Liquid branch tank 803 ... Non-return Valve 804 ... Adsorption pipe 805 ... Valve body 806 ... Tapered portion 807 ... Net 808 ... Curved portion 809 ... Impeller 900 ... System boards 901, 902 ... Pump 903 904 ... Check valve 90 , 906 ... Valve body 907 ... Liquid branch tank 908 ... Liquid pipe 909 ... Condenser 910 ... Cooling fan 911 ... Liquid return pipe 912 ... Heating component 913 ... Evaporation 914, 915 ... taper 916, 917 ... net 918 ... steam pipe 919, 920 ... impeller

Claims (7)

外部から受熱して作動流体を蒸発させる蒸発器と、
外部に放熱して作動流体を凝縮させる凝縮器と、
前記蒸発器と前記凝縮器とを接続する第1管と、
第1接続部と第2接続部と第3接続部とを有する第1タンクと、
前記凝縮器と前記第1タンクの第1接続部とを接続する第2管と、
第1ポンプと、
前記第1タンクと前記第1ポンプとを接続する流路を有する第1ケースと、前記第1ケースの流路において移動可能な第1弁体と、前記第1ケースの流路において前記第1弁体より前記第1タンクに近い位置に設けられ、前記第1弁体より小さい径の開口を有する第1狭小部とを備え、前記第1タンクの前記第2接続部と前記第1ポンプとを接続する第1逆止弁と、
前記第1タンクの前記第3接続部と接続し、前記第1ケースの前記第1狭小部よりも前記第1タンクから離れた位置で前記第1逆止弁と接続する第3管と、
前記第1ポンプと前記蒸発器とを接続する第4管と、
を備える二相冷却装置。
An evaporator that receives heat from outside and evaporates the working fluid;
A condenser that radiates heat to the outside and condenses the working fluid;
A first pipe connecting the evaporator and the condenser;
A first tank having a first connection, a second connection, and a third connection;
A second pipe connecting the condenser and the first connecting portion of the first tank;
A first pump;
A first case having a flow path connecting the first tank and the first pump; a first valve body movable in the flow path of the first case; and the first case in the flow path of the first case. A first narrow portion provided at a position closer to the first tank than the valve body and having a diameter smaller than that of the first valve body, the second connection portion of the first tank, the first pump, A first check valve for connecting
A third pipe connected to the third connection part of the first tank and connected to the first check valve at a position farther from the first tank than the first narrow part of the first case;
A fourth pipe connecting the first pump and the evaporator;
A two-phase cooling device.
前記第1逆止弁は、前記第3管から離れるほど幅広となる窪みを有することを特徴とする請求項1に記載の二相冷却装置。   2. The two-phase cooling device according to claim 1, wherein the first check valve has a recess that becomes wider as the distance from the third pipe increases. 前記窪みはすり鉢状もしくは半球状であることを特徴とする請求項1又は2に記載の二相冷却装置。   The two-phase cooling device according to claim 1 or 2, wherein the recess is mortar-shaped or hemispherical. 前記第1タンクは、前記第2管の熱伝達率以下の熱伝達率の外壁を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の二相冷却装置。   The two-phase cooling device according to any one of claims 1 to 3, wherein the first tank has an outer wall having a heat transfer coefficient equal to or lower than a heat transfer coefficient of the second pipe. 前記第1弁体は、前記作動流体の密度と同じ密度であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の二相冷却装置。   The two-phase cooling device according to any one of claims 1 to 4, wherein the first valve body has the same density as the working fluid. 前記第1弁体は、球形もしくは略球形であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の二相冷却装置。   The two-phase cooling device according to any one of claims 1 to 5, wherein the first valve body is spherical or substantially spherical. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の二相冷却装置において、さらに、
第4接続部と第5接続部と第6接続部とを有する第2タンクと、
前記凝縮器と前記第2タンクの前記第4接続部とを接続する第5管と、
第2ポンプと、
前記第2タンクと前記第2ポンプとを接続する流路を有する第2ケースと、前記第2ケースの流路において移動可能な第2弁体と、前記第2ケースの流路において前記第2弁体より前記第2タンクに近い位置に設けられ、前記第2弁体より小さい径の開口を有する第2狭小部とを備え、前記第2タンクの前記第5接続部と前記第2ポンプとを接続する第2逆止弁と、
前記第2タンクの前記第6接続部と接続し、前記第2ケースの前記第2狭小部よりも前記第2タンクから離れた位置で前記第2逆止弁と接続する第6管と、
前記第2ポンプと前記蒸発器とを接続する第7管と、
を備える二相冷却装置。

The two-phase cooling device according to any one of claims 1 to 6, further comprising:
A second tank having a fourth connection portion, a fifth connection portion, and a sixth connection portion;
A fifth pipe connecting the condenser and the fourth connecting portion of the second tank;
A second pump;
A second case having a flow path connecting the second tank and the second pump; a second valve body movable in the flow path of the second case; and the second case in the flow path of the second case. A second narrow portion provided at a position closer to the second tank than the valve body and having an opening smaller in diameter than the second valve body, the fifth connection portion of the second tank, the second pump, A second check valve connecting the
A sixth pipe connected to the sixth connection part of the second tank and connected to the second check valve at a position farther from the second tank than the second narrow part of the second case;
A seventh pipe connecting the second pump and the evaporator;
A two-phase cooling device.

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