JP2024009658A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒の使用量を低減させることができる冷却装置を提供する。【解決手段】冷却装置は、発熱体の下方で液相の第一冷媒を貯留する貯留槽と、貯留槽内の第一冷媒を汲み上げて発熱体に第一冷媒を供給する冷媒供給部と、第一冷媒よりも低温の第二冷媒を供給することで、第一冷媒と第二冷媒とで熱交換を行い、第一冷媒を冷却する冷媒冷却部と、を備え、貯留槽は、発熱体に供給された第一冷媒を回収する。【選択図】図１

Description

本開示は、冷却装置に関する。

特許文献１には、発熱体を有する電子機器を液相の冷媒中に浸漬して直接冷却する冷却システムが開示されている。冷却システムは、冷媒が入れられた冷却槽を有する。電子機器は、冷却槽の冷媒中に浸漬される。

国際公開第２０１６／０７５８３８号

しかしながら、特許文献１に記載の冷却システムでは、電子機器の全体を冷却槽の冷媒中に浸漬させる必要がある。このため、この冷却システムは、多量の冷媒を必要とする。冷媒は高価であるため、冷媒の使用量を低減させることが求められている。

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、冷媒の使用量を低減させることができる冷却装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示に係る冷却装置は、発熱体の下方で液相の第一冷媒を貯留する貯留槽と、前記貯留槽内の前記第一冷媒を汲み上げて前記発熱体に前記第一冷媒を供給する冷媒供給部と、前記第一冷媒よりも低温の第二冷媒を供給することで、前記第一冷媒と前記第二冷媒とで熱交換を行い、前記第一冷媒を冷却する冷媒冷却部と、を備え、前記貯留槽は、前記発熱体に供給された前記第一冷媒を回収する。

本開示の冷却装置によれば、冷媒の使用量を低減させることができる。

本開示の第一実施形態に係る冷却装置の構成を示す斜視図である。 本開示の第一実施形態に係る冷却装置の構成を示す側面図である。 本開示の第二実施形態に係る冷却装置の構成を示す斜視図である。 本開示の第二実施形態に係る冷却チューブの断面図である。 本開示の第二実施形態の第一変形例に係るフィンの側面図である。 本開示の第二実施形態の第二変形例に係る冷却装置の構成を示す斜視図である。

＜第一実施形態＞
以下、本開示の第一実施形態に係る冷却装置１０について、図１、図２を参照して説明する。
冷却装置１０は、高速計算を行う電子機器の冷却に用いられる。図１に示すように、本実施形態では、冷却装置１０は、データセンターに設置されたサーバ１に使用されている。

サーバ１は、ＣＰＵやＧＰＵ等の素子が設けられたプリント基板を有する。ＣＰＵやＧＰＵは、高速計算処理を担う部品であるため高負荷がかかる。このため、ＣＰＵやＧＰＵは、サーバ１の他の箇所と比べて高温に発熱する。

以下では、サーバ１のプリント基板を単に「基板２」と称し、ＣＰＵやＧＰＵ等の基板２中で特に高温に発熱する素子を「発熱体３」と称する場合がある。

基板２は、矩形板状に形成されている。基板２の表面には、発熱体３が設けられている。基板２は、上下方向に延在するように配置されている。

（冷却装置の構成）
続いて、冷却装置１０の構成について説明する。
図１、図２に示すように、冷却装置１０は、貯留槽２０と、冷媒供給部３０と、冷媒冷却部４０と、フィン１１と、を備える。

（貯留槽）
貯留槽２０は、基板２の下方に配置されている。貯留槽２０は、直方体状の箱型の容器である。貯留槽２０は、上方に向けて開口している。貯留槽２０は、発熱体３の下方で液相の第一冷媒Ｒ１を貯留する。第一冷媒Ｒ１は、絶縁性を有する冷媒である。第一冷媒Ｒ１の例として、例えばフルオロカーボン類を基にした液体等が挙げられる。第一冷媒Ｒ１は、後述する冷媒供給部３０によって発熱体３に供給される。発熱体３は、第一冷媒Ｒ１と熱交換を行うによって冷却される。貯留槽２０は、発熱体３に供給された第一冷媒Ｒ１を回収する。

（冷媒供給部）
冷媒供給部３０は、貯留槽２０内の第一冷媒Ｒ１を汲み上げて発熱体３に第一冷媒Ｒ１を供給する。本実施形態の冷媒供給部３０は、基板２上に第一冷媒Ｒ１を下方に流し、基板２上の発熱体３を含む領域に第一冷媒Ｒ１の液膜Ｍを形成する。冷媒供給部３０は、循環配管３１と、ポンプ３２と、ヘッダ管３３と、を有する。

（循環配管）
循環配管３１は、貯留槽２０の外部に設けられている。循環配管３１の一端３１ａは、貯留槽２０の底部２１に接続されている。循環配管３１は、貯留槽２０の内部と連通している。循環配管３１は、貯留槽２０の底部２１から上方に延びている。循環配管３１の他端３１ｂは、基板２よりも上方に位置している。循環配管３１には、第一冷媒Ｒ１が流通する。

（ポンプ）
ポンプ３２は、循環配管３１に設けられている。本実施形態では、ポンプ３２は、貯留槽２０の底部２１よりも下方に設けられている。ポンプ３２は、第一冷媒Ｒ１を圧送し、循環配管３１の一端３１ａから他端３１ｂに向けて第一冷媒Ｒ１を流通させる。

（ヘッダ管）
ヘッダ管３３は、循環配管３１の他端３１ｂに設けられている。ヘッダ管３３は、循環配管３１と連通している。ヘッダ管３３は、基板２の真上に配置されている。ヘッダ管３３は、基板２の上縁に沿っている。ヘッダ管３３には、複数の供給孔３４が設けられている。複数の供給孔３４は、等間隔で一列に並んで配置されている。各供給孔３４は、下方に向けて開口している。ヘッダ管３３には、循環配管３１から供給された第一冷媒Ｒ１が流通する。

（冷媒冷却部）
冷媒冷却部４０は、第一冷媒Ｒ１よりも低温の第二冷媒Ｒ２を供給することで、第一冷媒Ｒ１と第二冷媒Ｒ２とで熱交換を行い、第一冷媒Ｒ１を冷却する。本実施形態では、冷媒冷却部４０は、基板２上に形成された第一冷媒Ｒ１の液膜Ｍに、第二冷媒Ｒ２を供給する。

本実施形態では、冷媒冷却部４０は、基板２上の発熱体３と対向する位置に設置されている。基板２上の発熱体３が設けられている箇所は、基板２上の他の箇所よりも発熱密度が高くなる。すなわち、冷媒冷却部４０は、基板２上の発熱密度が高い領域に第二冷媒Ｒ２を供給する。

本実施形態の冷媒冷却部４０は、冷却ファン４１であり、第二冷媒Ｒ２は、空気Ｒ２１である。冷却ファン４１は、基板２に形成された第一冷媒Ｒ１の液膜Ｍに空気Ｒ２１を直接供給することによって、第一冷媒Ｒ１を冷却している。また、冷却ファン４１は、発熱体３に向けて空気Ｒ２１を直接スポットで供給する。

（フィン）
フィン１１は、基板２上の第一冷媒Ｒ１の液膜Ｍが形成される領域に設けられている。本実施形態のフィン１１は、発熱体３上に複数設けられている。フィン１１は、発熱体３から基板２の表面に対して垂直に延びるピン状に形成されている。複数のフィン１１は、上下方向及び水平方向に規則的に配置されている。複数のフィン１１は、基板２表面の法線方向から見て、上下方向及び水方向の各列でジクザグに、互い違いとなるように配置されている。

（第一冷媒の循環）
続いて、冷却装置１０内の第一冷媒Ｒ１の循環について説明する。
まず、貯留槽２０の底部２１に貯留された第一冷媒Ｒ１が循環配管３１に流入する。循環配管３１に流入した第一冷媒Ｒ１は、ポンプ３２によって循環配管３１の一端３１ａから他端３１ｂに圧送される。その後、第一冷媒Ｒ１は、ヘッダ管３３に供給される。第一冷媒Ｒ１は、ヘッダ管３３の供給孔３４から下方に向けて流出する。

供給孔３４から流出した第一冷媒Ｒ１は、基板２の上縁に供給される。第一冷媒Ｒ１は、自重で、基板２の上縁から下縁に向けて流れる。この際、基板２には、第一冷媒Ｒ１の液膜Ｍが形成される。第一冷媒Ｒ１は、液膜Ｍの状態で流れる。このため、基板２上では、循環配管３１内及びヘッダ管３３内と比較して、第一冷媒Ｒ１が緩やかに流れる。また、基板２上では、第一冷媒Ｒ１の流速が一定となる。

基板２上を流れる第一冷媒Ｒ１は、発熱体３及び基板２と熱交換を行う。これにより、発熱体３及び基板２は冷却され、第一冷媒Ｒ１は加熱される。

基板２上に形成された第一冷媒Ｒ１の液膜Ｍには、冷媒冷却部４０から第二冷媒Ｒ２が供給される。第一冷媒Ｒ１は、第二冷媒Ｒ２と熱交換を行う。これにより、第一冷媒Ｒ１は冷却される。本実施形態では、冷媒冷却部４０は冷却ファン４１であり、この冷却ファン４１は、第一冷媒Ｒ１の液膜Ｍに空気Ｒ２１を直接供給する。

また、冷却ファン４１から供給される空気Ｒ２１は、発熱体３及び基板２とも熱交換を行う。これにより、発熱体３及び基板２は、さらに冷却される。

第一冷媒Ｒ１は、基板２の下縁に到達すると、基板２から貯留槽２０に向かって流れ落ちる。第一冷媒Ｒ１は、液相の状態で貯留槽２０に貯留される。その後、第一冷媒Ｒ１は、再び循環配管３１に流入する。このようにして、第一冷媒Ｒ１は、冷却装置１０内を循環する。

（作用効果）
本実施形態の冷却装置１０によれば、以下の作用効果が発揮される。
本実施形態では、冷却装置１０は、貯留槽２０と、冷媒供給部３０と、冷媒冷却部４０と、を備える。貯留槽２０は、発熱体３の下方で液相の第一冷媒Ｒ１を貯留する。冷媒供給部３０は、貯留槽２０内の第一冷媒Ｒ１を汲み上げて発熱体３に第一冷媒Ｒ１を供給する。冷媒冷却部４０は、第一冷媒Ｒ１よりも低温の第二冷媒Ｒ２を供給することで、第一冷媒Ｒ１と第二冷媒Ｒ２とで熱交換を行い、第一冷媒Ｒ１を冷却する。さらに、貯留槽２０は、発熱体３に供給された第一冷媒Ｒ１を回収する。

これにより、発熱体３に供給された第一冷媒Ｒ１は、自重で下方に移動し、貯留槽２０に戻る。貯留槽２０に戻った第一冷媒Ｒ１は、冷媒供給部３０によって発熱体３に再び供給される。このため、貯留槽２０は、第一冷媒Ｒ１が発熱体３に供給される前に、第一冷媒Ｒ１を一時的に貯留できればよい。よって、冷却装置１０は、発熱体３を貯留槽２０内に浸漬可能な程度に、貯留槽２０内に第一冷媒Ｒ１を充填させる必要がなくなる。したがって、本実施形態の冷却装置１０よれば、第一冷媒Ｒ１の使用量を低減させることができる。

また、本実施形態では、発熱体３は、貯留槽２０の上方で上下方向に延在する基板２上に設けられている。冷媒供給部３０は、基板２上に第一冷媒Ｒ１を下方に流し、基板２上の発熱体３を含む領域に第一冷媒Ｒ１の液膜Ｍを形成する。

これにより、冷却装置１０は、第一冷媒Ｒ１を一定の速度で流すことができる。このため、冷却装置１０は、基板２上に第一冷媒Ｒ１のよどみ域が発生することを抑制することができる。したがって、第一冷媒Ｒ１は、基板２上を均一に流れることができるようになる。これにより、冷却装置１０は、基板２、及び基板２上に設置される発熱体３の全体を均一に冷却することができる。

また、本実施形態では、冷媒冷却部４０は、基板２上に形成された第一冷媒Ｒ１の液膜Ｍに、第二冷媒Ｒ２を供給する。

これにより、冷媒冷却部４０は、第一冷媒Ｒ１の液膜Ｍを直接冷却することができる。したがって、冷却装置１０は、第一冷媒Ｒ１を効率良く冷却することができる。よって、冷却装置１０が必要とする第一冷媒Ｒ１の使用量が、より一層低減される。

本実施形態では、冷媒冷却部４０は、発熱体３等の基板２上の発熱密度が高い領域に第二冷媒Ｒ２を供給する。

これにより、冷却装置１０は、発熱体３を含む基板２上の発熱密度の高い領域を、第一冷媒Ｒ１及び第二冷媒Ｒ２の両方の冷媒によって冷却することができる。したがって、冷却装置１０の冷却効率を向上することができる。

また、本実施形態では、冷却装置１０は、基板２上の第一冷媒Ｒ１の液膜Ｍが形成される領域にフィン１１を備える。

これにより、冷却装置１０は、第一冷媒Ｒ１の液膜Ｍにフィン１１を通過させることにより、第一冷媒Ｒ１の液膜Ｍの厚さをコントロールすることができる。例えば、発熱体３の設置個所等、基板２のうち発熱密度が高い領域付近にフィン１１を設置して、基板２のうち発熱密度が高い領域では第一冷媒Ｒ１の液膜Ｍの厚さを増大させることができる。したがって、冷却装置１０は、基板２のうち発熱密度が高い領域を集中的に冷却することができる。また、フィン１１によって、基板２と第一冷媒Ｒ１との接触面積とが増大される。すなわち、基板２と第一冷媒Ｒ１との伝熱面積が増大される。よって、冷却装置１０は、基板２を効率良く冷却することができる。

なお、上記第一実施形態では、第一冷媒Ｒ１が液相の状態で発熱体３及び基板２を冷却する場合について説明したが、これに限られない。例えば、第一冷媒Ｒ１が基板２上で一部が蒸発するようにしてもよい。この場合、冷却装置１０は、第一冷媒Ｒ１が蒸発する際の蒸発潜熱を利用して、発熱体３を含む基板２上の領域を冷却することできる。

なお、上記第一実施形態では、フィン１１は、ピン状に形成されているとしたが、これに限られない。フィン１１は、板状に形成されてもよく、櫛状に形成されてもよく、ブロック状に形成されていてもよい。また、フィン１１は、多孔質状に形成されていてもよい。また、フィン１１は、発熱体３に設けられていなくてもよい。例えば、フィン１１は、基板２上の発熱体３以外の箇所に設けられていてもよい。また、基板２上には、形状の異なる複数種類のフィン１１が設けられていてもよい。

なお、上記第一実施形態では、冷媒冷却部４０が第一冷媒Ｒ１に、第二冷媒Ｒ２として空気Ｒ２１を供給するとしたが、これに限られない。例えば、冷媒供給部３０は、第一冷媒Ｒ１の劣化防止のために、空気Ｒ２１以外の第二冷媒Ｒ２を供給してもよい。

なお、上記第一実施形態では、冷媒冷却部４０は冷却ファン４１であり、この冷却ファン４１は、第一冷媒Ｒ１に空気Ｒ２１を直接供給するとしたが、これに限られない。冷媒冷却部４０は、第一冷媒Ｒ１の循環経路内に配置され、気体以外の冷媒で第一冷媒Ｒ１を冷却するものであってもよい。

なお、上記第一実施形態では、冷媒供給部３０は、基板２の上縁から第一冷媒Ｒ１を流し、基板２の全体に第一冷媒Ｒ１を供給するとしたが、これに限られない。冷媒供給部３０は、基板２上の冷却したい一部の箇所に第一冷媒Ｒ１をスポットで供給してもよい。また、冷媒供給部３０は、第一冷媒Ｒ１をインピンジメント式に供給してもよく、第一冷媒Ｒ１をスプレー状に供給してもよい。

＜第二実施形態＞
以下、本開示の第二実施形態に係る冷却装置２１０について、図３、図４を参照して説明する。前述した第一実施形態と同様の構成については、同一の名称及び同一の符号を付す等して説明を適宜省略する。

（冷却装置）
図３に示すように、冷却装置２１０は、貯留槽２２０と、リリーフ弁２１１と、冷媒供給部２３０と、冷媒冷却部２４０と、ファン２１２と、を有する。

（貯留槽）
貯留槽２２０は、直方体状の箱型の容器である。第一実施形態と異なり、貯留槽２２０の上部２２２は、閉塞されている。貯留槽２２０は、内部に基板２及び発熱体３の全体を収容している。本実施形態では、第一実施形態と同様に基板２が上下方向に延在するように縦置きで配置されている。また、貯留槽２２０は、内部に液相及び気相の第一冷媒Ｒ１を貯留する。液相の第一冷媒Ｒ１は、貯留槽２２０の底部２２１に貯留される。貯留槽２２０に貯留された液相の第一冷媒Ｒ１の液面は、発熱体３よりも下方に位置する。気相の第一冷媒Ｒ１は、貯留槽２２０の上部２２２に貯留される。

（リリーフ弁）
リリーフ弁２１１は、貯留槽２２０の上部２２２に取り付けられている。リリーフ弁２１１は、貯留槽２２０の内部と連通している。リリーフ弁２１１は、貯留槽２２０の内圧が上昇した際に開放される。リリーフ弁２１１が開放されると、貯留槽２２０の内圧が減少する。

（冷媒供給部）
冷媒供給部２３０は、貯留槽２２０の内部に収容されている。冷媒供給部２３０は、貯留槽２２０の底部２２１に貯留された第一冷媒Ｒ１を汲み上げ、発熱体３に向けて第一冷媒Ｒ１を噴射する。冷媒供給部２３０は、循環配管２３１と、ポンプ２３２と、フィルタ２３３と、噴射部２３４と、を有する。

（循環配管）
循環配管２３１は、貯留槽２２０内の底部２２１から上部２２２に向けて延びている。循環配管２３１の一端２３１ａは、貯留槽２２０内に貯留される液相の第一冷媒Ｒ１に浸漬される。循環配管２３１の他端２３１ｂは、発熱体３と同じ上下方向位置に設けられている。

（ポンプ）
ポンプ２３２は、循環配管２３１に設けられている。本実施形態では、ポンプ２３２は、貯留槽２２０内に貯留される液相の第一冷媒Ｒ１に浸漬されている。ポンプ２３２は、貯留槽２２０内の第一冷媒Ｒ１を圧送し、循環配管２３１の一端２３１ａから他端２３１ｂに向けて第一冷媒Ｒ１を流通させる。

（フィルタ）
フィルタ２３３は、循環配管２３１に設けられている。フィルタ２３３は、ポンプ２３２よりも循環配管２３１の他端２３１ｂ側に設けられている。フィルタ２３３は、例えば活性炭フィルタである。

（噴射部）
噴射部２３４は、循環配管２３１の他端２３１ｂに設けられている。噴射部２３４には、循環配管２３１から第一冷媒Ｒ１が供給される。噴射部２３４は、発熱体３と対向している。噴射部２３４は、第一冷媒Ｒ１を発熱体３に向けて噴射する。第一冷媒Ｒ１は、発熱体３に接近するにしたがって放射状に広がるように、いわゆるスプレー状に噴射される。

（冷媒冷却部）
冷媒冷却部２４０は、貯留槽２２０の底部２２１に設けられている。本実施形態の冷媒冷却部２４０は、貯留槽２２０の底部２２１を貫通する冷却チューブ２４１である。冷却チューブ２４１は、上下方向及び水平方向に間隔を空けて複数本設けられている。複数の冷却チューブ２４１は、貯留槽２２０内で、互いに平行に延びている。また、冷却チューブ２４１は、水平面に沿う一方向に延び、貯留槽２２０の対向する一対の側壁を貫通している。冷却チューブ２４１には、第二冷媒Ｒ２が流通する。冷却チューブ２４１は、第二冷媒Ｒ２と、貯留槽２２０に貯留された液相の第一冷媒Ｒ１とで熱交換を行い、液相の第一冷媒Ｒ１を冷却する。

また、図４に示すように、冷却チューブ２４１は、四角形筒状に形成されている。冷却チューブ２４１の内周面には、チューブフィン２４２が複数設けられている。チューブフィン２４２は、冷却チューブ２４１の延在方向に垂直な断面視で、冷却チューブ２４１の内周面の角部に設けられている。各チューブフィン２４２は、冷却チューブ２４１の中心に向けて直線状に延びるように形成されている。

（ファン）
ファン２１２は、貯留槽２２０内に設けられている。ファン２１２は、貯留槽２２０内の上部２２２に配置されている。ファン２１２は、貯留槽２２０の底部２２１に貯留される液相の第一冷媒Ｒ１の液面よりも上方に位置している。ファン２１２は、貯留槽２２０内で気相の第一冷媒Ｒ１を循環させる。

（第一冷媒の循環）
続いて、冷却装置２１０内の第一冷媒Ｒ１の循環について説明する。
まず、貯留槽２２０の底部２２１に貯留された第一冷媒Ｒ１が循環配管２３１に流入する。循環配管２３１に流入した第一冷媒Ｒ１は、ポンプ２３２によって循環配管２３１の一端２３１ａから他端２３１ｂに圧送される。その後、第一冷媒Ｒ１は、噴射部２３４に供給される。噴射部２３４は、発熱体３に向けて第一冷媒Ｒ１を放射状に噴射する。

第一冷媒Ｒ１は、発熱体３と熱交換を行う。これにより、発熱体３は冷却され、第一冷媒Ｒ１は加熱される。

第一冷媒Ｒ１は、発熱体３から貯留槽２２０に向かって流れ落ちる。第一冷媒Ｒ１は、液相の状態で貯留槽２２０に回収される。冷却チューブ２４１は、貯留槽２２０の底部２２１に回収された第一冷媒Ｒ１と第二冷媒Ｒ２とで熱交換を行い、第一冷媒Ｒ１を冷却する。冷却された第一冷媒Ｒ１は、再び循環配管２３１に流入する。このようにして、第一冷媒Ｒ１は、冷却装置２１０内を循環する。

また、第一冷媒Ｒ１は、冷却装置２１０内を循環する中で、一部が蒸発する。このため、貯留槽２２０の上部２２２には、気相の第一冷媒Ｒ１が貯留される。貯留槽２２０に貯留される気相の第一冷媒Ｒ１は、上方に位置するほど熱量が大きくなる。

ファン２１２は、貯留槽２２０の内部で第一冷媒Ｒ１を気相循環させる。これにより、貯留槽２２０上部２２２の気相の第一冷媒Ｒ１が液相の第一冷媒Ｒ１と接触し、気相の第一冷媒Ｒ１と液相の第一冷媒Ｒ１とで熱交換が行われる。これにより、気相の第一冷媒Ｒ１の一部が凝縮し、液相の第一冷媒Ｒ１として貯留槽２２０の底部２２１に回収される。貯留槽２２０の底部２２１に回収された第一冷媒Ｒ１は、再び循環配管２３１に流入する。

（作用効果）
本実施形態の冷却装置２１０によれば、以下の作用効果が発揮される。
本実施形態では、冷媒供給部２３０は、発熱体３に向けて第一冷媒Ｒ１を噴射する。

これにより、冷却装置２１０は、発熱体３に対して第一冷媒Ｒ１を衝突させることができる。したがって、冷却装置２１０は、発熱体３に対して、いわゆるインピンインジ冷却を行うことができる。よって、冷却装置２１０の冷却効率を向上させることができる。

また、本実施形態では、冷却装置２１０は、貯留槽２２０内にファン２１２を備える。ファン２１２は、貯留槽２２０内で気相の第一冷媒Ｒ１を循環させる。

これにより、ファン２１２が、貯留槽２２０の内部で気相の第一冷媒Ｒ１を循環させることができる。よって、冷却装置２１０は、貯留槽２２０の上方に溜まった高温の熱を貯留槽２２０の底部２２１に貯留された液相の第一冷媒Ｒ１に伝達することができる。これにより、気相の第一冷媒Ｒ１の一部が凝縮し、液相の第一冷媒Ｒ１として貯留槽２２０の底部２２１に回収される。すなわち、冷却装置２１０は、一度蒸発した第一冷媒Ｒ１を液相に戻すことができる。よって、冷却装置２１０の冷却効率をより一層向上させることができる。

また、本実施形態では、冷却チューブ２４１は、四角形筒状に形成されている。

これにより、貯留槽２２０内に、冷却チューブ２４１を密度高く設置することができる。したがって、冷却装置２１０の冷却効率をより一層向上させることができる。

また、本実施形態では、冷却チューブ２４１の内周面にはチューブフィン２４２が複数設けられている。

これにより、冷却チューブ２４１と第二冷媒Ｒ２との接触面積が増大する。これにより、第一冷媒Ｒ１と第二冷媒Ｒ２との熱交換がより一層効率良く行われることとなる。したがって、冷却装置２１０の冷却効率をより一層向上させることができる。このため、例えば冷却チューブ２４１内を流通する第二冷媒Ｒ２が、気体のように熱伝達効率が低い場合であっても、冷却装置２１０は、第一冷媒Ｒ１を十分に冷却することができる。

なお、上記第二実施形態では、冷却チューブ２４１内部のチューブフィン２４２が冷却チューブ２４１の中心部に向けて直線状に延びるとしたが、これに限られない。チューブフィン２４２の太さや長さ等、チューブフィン２４２の形状は適宜変更可能である。チューブフィン２４２は、冷却チューブ２４１の延在方向に垂直な断面視で、冷却チューブ２４１の中心部に向けて湾曲しながら延び、隣り合う４つのチューブフィン２４２が全体として螺旋状に形成されていてもよい。

なお、上記第二実施形態では、基板２が上下方向に延在するように縦置きで配置されているとしたが、これに限られない。基板２が水平方向に延在するように横置きで配置されていてもよい。

なお、上記第二実施形態では、貯留槽２２０内の第一冷媒Ｒ１が気液二相の状態で、冷却装置２１０が運転されるとしたが、これに限られない。貯留槽２２０内の第一冷媒Ｒ１が液相単相の状態で、冷却装置２１０が運転されてもよい。

（第二実施形態の第一変形例）
続いて、第二実施形態の第一変形例について、図５を参照して説明する。
図５に示すように、本変形例では、発熱体３の噴射部２３４と対向する表面には、フィン２１３が設けられている。フィン２１３と発熱体３との間には、伝熱板２１４が設けられている。伝熱板２１４は、発熱体３と熱的に接続されている。なお、伝熱板２１４の内部全域にアンモニアやアルコール系の液体を封入して機能性を向上させてもよい。フィン２１３は、伝熱板２１４から噴射部２３４に向けて延びるピン状に形成されている。フィン２１３は、伝熱板２１４を介して発熱体３と熱的に接続されている。

冷媒供給部２３０は、このフィン２１３に第一冷媒Ｒ１を衝突させる。冷媒供給部２３０は、発熱体３に接近するにしたがって放射状に広がるように、いわゆるスプレー状に第一冷媒Ｒ１を発熱体３に向けて噴射する。フィン２１３は、第一冷媒Ｒ１の噴射方向に沿って延びている。

本変形例では、冷却装置２１０は、発熱体３と熱的に接続されるフィン２１３を備える。冷媒供給部２３０は、フィン２１３に第一冷媒Ｒ１を衝突させる。

これにより、発熱体３と第一冷媒Ｒ１との接触面積とが増大される。すなわち、発熱体３と第一冷媒Ｒ１との伝熱面積が増大される。したがって、第一冷媒Ｒ１は、発熱体３とより良好に熱交換を行うことができる。よって、冷却装置２１０の冷却効率をより一層向上させることができる。

また、本変形例では、冷媒供給部２３０は、発熱体３に接近するにしたがって放射状に広がるように第一冷媒Ｒ１を噴射し、フィン２１３は、第一冷媒Ｒ１の噴射方向に沿って延びている。

これにより、冷却装置２１０は、フィン２１３に吹き付けられた第一冷媒Ｒ１が飛散することを抑制することができる。よって、冷却装置２１０の冷却効率をより一層向上させることができる。

（第二実施形態の第二変形例）
続いて、第二実施形態の第二変形例について、図６を参照して説明する。
図６に示すように、本変形例では、冷媒供給部２３０の循環配管２３１の一端２３１ａから他端２３１ｂの間の一部が、貯留槽２２０の外部に引き出されている。この外部に引き出された循環配管２３１に冷媒供給部２３０が設けられている。

冷媒冷却部２４０Ａは、貯留槽２２０の外部に配置されている。冷媒冷却部２４０Ａは、ケーシング２４３と、不図示の熱交換器と、プロペラファン２４４と、を備える。ケーシング２４３は、矩形板状に形成されている。ケーシング２４３は、貯留槽２２０の側壁に取り付けられている。冷媒冷却部２４０Ａの熱交換器は、ケーシング２４３内に配置されている。この熱交換器には、貯留槽２２０から組み出された第一冷媒Ｒ１が供給される。プロペラファン２４４は、ケーシング２４３内の熱交換器に送風する。これにより、プロペラファン２４４によって供給された空気と第一冷媒Ｒ１とで熱交換が行われ、第一冷媒Ｒ１が冷却される。

また、冷却装置２１０は、貯留槽２２０の下方に、パン２４５を備えている。パン２４５は、水平方向に延在する、直方体状の箱型の容器である。パン２４５は、上方に開口している。パン２４５は、第一冷媒Ｒ１の漏洩を防止する。

なお、本変形例のように冷媒冷却部２４０Ａを貯留槽２２０の外部に設ける構成を、第一実施形態に適用してもよい。

以上、本開示の各実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこれら実施形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

＜付記＞
各実施形態に記載の冷却装置１０、２１０は、例えば以下のように把握される。

（１）第１の態様に係る冷却装置１０、２１０は、発熱体３の下方で液相の第一冷媒Ｒ１を貯留する貯留槽２０、２２０と、前記貯留槽２０、２２０内の前記第一冷媒Ｒ１を汲み上げて前記発熱体３に前記第一冷媒Ｒ１を供給する冷媒供給部３０、２３０と、前記第一冷媒Ｒ１よりも低温の第二冷媒Ｒ２を供給することで、前記第一冷媒Ｒ１と前記第二冷媒Ｒ２とで熱交換を行い、前記第一冷媒Ｒ１を冷却する冷媒冷却部４０、２４０、２４０Ａと、を備え、前記貯留槽２０、２２０は、前記発熱体３に供給された前記第一冷媒Ｒ１を回収する。

これにより、発熱体３に供給された第一冷媒Ｒ１は、自重で下方に移動し、貯留槽２０、２２０に戻る。貯留槽２０、２２０に戻った第一冷媒Ｒ１は、冷媒供給部３０、２３０によって発熱体３に再び供給される。このため、貯留槽２０、２２０は、第一冷媒Ｒ１が発熱体３に供給される前に、第一冷媒Ｒ１を一時的に貯留できればよい。よって、冷却装置１０、２１０は、発熱体３を貯留槽２０、２２０内に浸漬可能な程度に、貯留槽２０、２２０内に第一冷媒Ｒ１を充填させる必要がなくなる。

（２）第２の態様に係る冷却装置１０は、（１）の冷却装置１０であって、 前記発熱体３は、前記貯留槽２０の上方で上下方向に延在する基板２上に設けられ、前記冷媒供給部３０は、前記基板２上に前記第一冷媒Ｒ１を下方に流し、前記基板２上の前記発熱体３を含む領域に前記第一冷媒Ｒ１の液膜Ｍを形成してもよい。

これにより、冷却装置１０は、第一冷媒Ｒ１を一定の速度で流すことができる。

（３）第３の態様の冷却装置１０は、（２）の冷却装置１０であって、前記冷媒冷却部４０は、前記基板２上に形成された前記第一冷媒Ｒ１の液膜Ｍに、前記第二冷媒Ｒ２を供給してもよい。

これにより、冷媒冷却部４０は、第一冷媒Ｒ１の液膜Ｍを直接冷却することができる。

（４）第４の態様の冷却装置１０は、（３）の冷却装置１０であって、前記冷媒冷却部４０は、前記基板２上の発熱密度が高い領域に前記第二冷媒Ｒ２を供給してもよい。

これにより、冷却装置１０は、発熱体３を含む基板２上の発熱密度の高い領域を、第一冷媒Ｒ１及び第二冷媒Ｒ２の両方の冷媒によって冷却することができる。

（５）第５の態様の冷却装置１０は、（２）から（４）のいずれかの冷却装置１０であって、前記第一冷媒Ｒ１は、前記基板２上で一部が蒸発してもよい。

これにより、冷却装置１０は、第一冷媒Ｒ１が蒸発する際の蒸発潜熱を利用して、発熱体３を含む基板２上の領域を冷却することが可能となる。

（６）第６の態様の冷却装置１０は、（２）から（５）のいずれかの冷却装置１０であって、前記基板２上の前記第一冷媒Ｒ１の液膜Ｍが形成される領域にフィン１１を備えてもよい。

これにより、冷却装置１０は、第一冷媒Ｒ１の液膜Ｍにフィン１１を通過させることにより、第一冷媒Ｒ１の液膜Ｍの厚さをコントロールすることができる。また、フィン１１によって、基板２と第一冷媒Ｒ１との接触面積とが増大される。すなわち、基板２と第一冷媒Ｒ１との伝熱面積が増大される。

（７）第７の態様の冷却装置２１０は、（１）の冷却装置２１０であって、前記冷媒供給部３０、２３０は、前記発熱体３に向けて前記第一冷媒Ｒ１を噴射してもよい。

これにより、冷却装置２１０は、発熱体３に対して第一冷媒Ｒ１を衝突させることができる。

（８）第８の態様の冷却装置２１０は、（７）の冷却装置２１０であって、前記発熱体３と熱的に接続されるフィン２１３を備え、前記冷媒供給部２３０は、前記フィン２１３に前記第一冷媒Ｒ１を衝突させてもよい。

これにより、発熱体３と第一冷媒Ｒ１との接触面積とが増大される。すなわち、発熱体３と第一冷媒Ｒ１との伝熱面積が増大される。

（９）第９の態様の冷却装置２１０は、（８）の冷却装置２１０であって、前記冷媒供給部２３０は、前記発熱体３に接近するにしたがって放射状に広がるように前記第一冷媒Ｒ１を噴射し、前記フィン２１３は、前記第一冷媒Ｒ１の噴射方向に沿って延びていてもよい。

これにより、冷却装置２１０は、フィン２１３に吹き付けられた第一冷媒Ｒ１が飛散することを抑制することができる。

（１０）第１０の態様の冷却装置２１０は、（１）から（９）のいずれかの冷却装置２１０であって、前記貯留槽２２０内にファン２１２を備え、前記貯留槽２２０は、内部に前記発熱体３を収容するとともに、内部に気相の前記第一冷媒Ｒ１を貯留し、前記ファン２１２は、前記貯留槽２２０内で気相の前記第一冷媒Ｒ１を循環させてもよい。

これにより、ファン２１２が、貯留槽２２０の内部で気相の第一冷媒Ｒ１を循環させることができる。よって、冷却装置２１０は、貯留槽２０、２２０の上方に溜まった高温の熱を貯留槽２２０の底部２２１に貯留された液相の第一冷媒Ｒ１に伝達することができる。

１…サーバ ２…基板 ３…発熱体 １０…冷却装置 １１…フィン ２０…貯留槽 ２１…底部 ３０…冷媒供給部 ３１…循環配管 ３１ａ…一端 ３１ｂ…他端 ３２…ポンプ ３３…ヘッダ管 ３４…供給孔 ４０…冷媒冷却部 ４１…冷却ファン ２１０…冷却装置 ２２０…貯留槽 ２２１…底部 ２２２…上部 ２１１…リリーフ弁 ２１２…ファン ２１３…フィン ２１４…伝熱板 ２３０…冷媒供給部 ２３１…循環配管 ２３１ａ…一端 ２３１ｂ…他端 ２３２…ポンプ ２３３…フィルタ ２３４…噴射部 ２４０…冷媒冷却部 ２４０Ａ…冷媒冷却部 ２４１…冷却チューブ ２４２…チューブフィン ２４３…ケーシング ２４４…プロペラファン ２４５…パン Ｍ…液膜 Ｒ１…第一冷媒 Ｒ２…第二冷媒 Ｒ２１…空気

Claims (10)

1. 発熱体の下方で液相の第一冷媒を貯留する貯留槽と、
   前記貯留槽内の前記第一冷媒を汲み上げて前記発熱体に前記第一冷媒を供給する冷媒供給部と、
   前記第一冷媒よりも低温の第二冷媒を供給することで、前記第一冷媒と前記第二冷媒とで熱交換を行い、前記第一冷媒を冷却する冷媒冷却部と、
   を備え、
   前記貯留槽は、前記発熱体に供給された前記第一冷媒を回収する、冷却装置。
2. 前記発熱体は、前記貯留槽の上方で上下方向に延在する基板上に設けられ、
   前記冷媒供給部は、前記基板上に前記第一冷媒を下方に流し、前記基板上の前記発熱体を含む領域に前記第一冷媒の液膜を形成する、請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記冷媒冷却部は、前記基板上に形成された前記第一冷媒の液膜に、前記第二冷媒を供給する請求項２に記載の冷却装置。
4. 前記冷媒冷却部は、前記基板上の発熱密度が高い領域に前記第二冷媒を供給する、請求項３に記載の冷却装置。
5. 前記第一冷媒は、前記基板上で一部が蒸発する、請求項２から４のいずれか一項に記載の冷却装置。
6. 前記基板上の前記第一冷媒の液膜が形成される領域にフィンを備える、請求項２から４のいずれか一項に記載の冷却装置。
7. 前記冷媒供給部は、前記発熱体に向けて前記第一冷媒を噴射する、請求項１に記載の冷却装置。
8. 前記発熱体と熱的に接続されるフィンを備え、
   前記冷媒供給部は、前記フィンに前記第一冷媒を衝突させる、請求項７に記載の冷却装置。
9. 前記冷媒供給部は、前記発熱体に接近するにしたがって放射状に広がるように前記第一冷媒を噴射し、
   前記フィンは、前記第一冷媒の噴射方向に沿って延びている、請求項８に記載の冷却装置。
10. 前記貯留槽内にファンを備え、
    前記貯留槽は、内部に前記発熱体を収容するとともに、内部に気相の前記第一冷媒を貯留し、
    前記ファンは、前記貯留槽内で気相の前記第一冷媒を循環させる、請求項１から４のいずれか一項に記載の冷却装置。

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