JP6170110B2 - 冷却装置および冷媒中継装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷却装置等に関し、例えば、蒸発器および凝縮器の間で冷媒を循環させて発熱体を冷却する冷却装置等に関する。

近年、インターネットサービスなどの拡大に伴い、情報処理を行うサーバやネットワーク機器を一箇所に集約したデータセンタの役割が大きくなってきている。データセンタで扱う情報処理量の増大に伴い、データセンタの電力消費量も増大している。

特にデータセンタでは、サーバ等の電子機器装置を冷却するための空調機が消費する電力が大きい。このため、データセンタの空調機の消費電力の削減が求められている。そして、空調機を介さずに電子機器装置からの排気熱を直接屋外に輸送して外気に放熱する方法を実施する試みがなされている。

電子機器装置からの排気熱を輸送する方式として、冷媒の相変化現象を利用する方式が知られている。これは、冷媒の気化と凝縮のサイクルによって、液相と気相に冷媒の相が変化する際の潜熱を利用するもので、熱移動量が大きいという特徴がある。このため、冷媒の相変化現象を利用する方式は、データセンタの空調電力の削減に向けて期待されている。

このような冷媒の相変化現象を用いた冷却装置の一例が、特許文献１に開示されている。

特許文献１の記載の技術では、沸騰冷却器１５（蒸発器に相当）および凝縮器３０の間で冷媒を循環させることにより、発熱体３５の熱を冷却する。また、気液分離器２０が沸騰冷却器１５および凝縮器３０に接続されている。

液相冷媒（液冷媒）および気相冷媒（冷媒蒸気）が、沸騰冷却器１５から気液分離器２０に、流入する。気液分離器２０は、戻し通路２３を介して液相冷媒を沸騰冷却器１５へ流出させる。また、気液分離器２０は、第２の冷却器２５を介して、気相冷媒を凝縮器３０へ流出させる。

また、気液分離器２０は、戻し通路２３を開閉するフロート弁２１を備えている。液相冷媒が気液分離器２０内に十分に貯留されている間、フロート弁２１は、液相冷媒の浮力によって、戻し通路２３を開く。一方、気液分離器２０内の液相冷媒が無くなると、フロート弁２１は、フロート弁２１自体の重力により、戻し通路２３を閉じる。これにより、気液分離器２０内の気相冷媒が戻し通路２３に流入しないようにしていた。

なお、本発明に関連する技術が、たとえば、特許文献２〜４にも記載されている。

特開２００４−３４９５５１号公報 国際公開第２０１５／０７２１２８号 特開２０１４−１２２７８２号公報 特開平０８−１４５３８５号公報

しかしながら、沸騰冷却器１５から気液分離器２０内に流入する気相冷媒の圧力によっては、フロート弁２１が浮き上がってしまい、戻し通路２３が開いてしまうおそれがある。そして、気液分離器２０内の液相冷媒が無くなったときに戻し通路２３が開いてしまうと、気相冷媒が戻し通路２３を介して沸騰冷却器１５に流入してしまう。この結果、発熱体３５の熱の冷却効率が低下するという問題があった。

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、発熱体の熱を効率よく冷却することができる冷却装置等を提供することにある。

本発明の冷却装置は、発熱体の熱を受けて、内部に貯留されている液相冷媒を前記発熱体の熱により蒸発させて、気相冷媒を流出する蒸発器と、前記蒸発器から流出する前記気相冷媒を凝縮して、液相冷媒を流出する凝縮器と、前記蒸発器および前記凝縮器に接続され、前記蒸発器から流出する前記気相冷媒を貯留するとともに前記凝縮器へ流出させ、前記凝縮器から流出する前記液相冷媒を貯留するとともに前記蒸発器へ流出させる冷媒中継装置とを備え、前記冷媒中継装置は、前記液相冷媒および前記気相冷媒を貯留する筐体と、前記凝縮器から流出する前記液相冷媒を前記筐体内に流入させる冷媒流入口と、前記筐体内に貯留されている前記気相冷媒を前記凝縮器へ流出させる冷媒流出口と、一端部が前記冷媒流入口に接続され、開口部が他端部に形成され、前記冷媒流入口に流入する前記液相冷媒を前記開口部から前記筐体内へ流入させる冷媒流入用配管とを備え、前記開口部は、前記筐体の底部と向かい合うように配置されている。

本発明の冷媒中継装置は、液相冷媒および気相冷媒を貯留する筐体と、前記液相冷媒を前記筐体内に流入させる冷媒流入口と、前記気相冷媒を前記筐体外へ流出させる冷媒流出口と、一端部が前記冷媒流入口に接続され、開口部が他端部に形成され、前記冷媒流入口に流入する前記液相冷媒を前記開口部から前記筐体内へ流入させる冷媒流入用配管とを備え、前記開口部は、前記筐体の底部と向かい合うように配置されている。

本発明にかかる冷却装置等によれば、発熱体の熱を効率よく冷却することができる。

本発明の実施の形態における冷媒中継装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態における冷媒中継装置の構成を分解して示す分解断面図である。 本発明の実施の形態における冷却装置の構成の概要を示す図である。 本発明の実施の形態における冷却装置の構成を示す外観斜視図である。 本発明の実施の形態における冷媒中継装置の構成を示す外観斜視図である。 本発明の実施の形態における冷媒中継装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態における冷媒中継装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態における冷媒中継装置の構成を示す上面図である。

＜実施の形態＞
本発明の実施の形態における冷却装置１０００の構成について説明する。

図１は、本発明の実施の形態における冷媒中継装置１３００の構成を示す断面図である。図１は、図４に示される冷媒中継装置１３００の中心線ＣＬ１を含み、且つ、鉛直方向Ｇに沿った切断面で、冷媒中継装置１３００を切断した断面図である。図２は、冷媒中継装置１３００の構成を分解して示す分解断面図である。図２は、図１の切断面に対応した切断面で切断した冷媒中継装置１３００の構成を分解して示している。図１および図２では、便宜上、冷媒中継装置１３００の中央部を省略して冷媒中継装置１３００の構成を示している。

図３は、冷却装置１０００の構成の概要を示す図である。図４は、冷却装置１０００の構成を示す外観斜視図である。なお、図４では、図３のラック１１００を４つ設けた例を示している。また、図４では、ラック１１００各々に搭載された蒸発器１２００が１つの冷媒中継装置１３００に接続された例を示している。

図５は、冷媒中継装置１３００の構成を示す外観斜視図である。図６は、冷媒中継装置１３００の構成を示す断面図である。図６は、冷媒中継装置１３００の中心線ＣＬ１に対して垂直な切断面であって、第２の蒸気管接続部１３２３および第２の液管接続部１３２４の中心線を含む切断面で、冷媒中継装置１３００を切断した断面図である。なお、図１〜図６には、鉛直方向Ｇが示されている。冷却装置１０００は、たとえばデータセンタに設置されている。

図３および図４に示されるように、冷却装置１０００は、少なくとも蒸発器１２００と、冷媒中継装置１３００と、凝縮器１４００とを備えている。図４では、冷却装置１０００は、一例として、４つの蒸発器１２００と、冷媒中継装置１３００と、凝縮器１４００とを備えている。しかしながら、１以上３つ以下または５つ以上の蒸発器１２００が、冷却装置１０００に設けられてもよい。また、蒸発器１２００および冷媒中継装置１３００の間は、第１の蒸気管１５００および第１の液管１６００により接続されている。冷媒中継装置１３００および凝縮器１４００の間は、第２の蒸気管１７００および第２の液管１８００により接続されている。また、ラック１１００には、発熱体１１１０が収容されている。なお、第１の蒸気管１５００、第１の液管１６００、第２の蒸気管１７００、第２の液管１８００、ラック１１００および発熱体１１１０は、本発明の必須の構成要素ではない。したがって、これらを省略して、本発明の冷却装置を構成することもできる。

図３に示されるように、ラック１１００は、１以上の発熱体１１１０を収容する。図３の例では、４つの発熱体１１１０がラック１１００内に収容されている。しかしながら、１つ以上３つ以下または５つ以上の発熱体１１１０がラック１１００内に収容されてもよい。

発熱体１１１０は、動作することにより熱を発生する部品をいう。発熱体１１１０は、たとえば、中央演算処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）や、集積回路（ＬＳＩ：Large Scale Integration）等を備えた電子機器等である。すなわち、電子機器等は、様々なデータ処理を行うことにより、発熱体１１１０として熱を発生する。

冷却装置１０００は、蒸発器１２００、冷媒中継装置１３００および凝縮器１４００の間を循環する冷媒（Coolant）を有する。すなわち、蒸発器１２００、冷媒中継装置１３００および凝縮器１４００の内部には、空洞が設けられている。また、冷媒は、蒸発器１２００、冷媒中継装置１３００、凝縮器１４００、第１の蒸気管１５００、第１の液管１６００、第２の蒸気管１７００および第２の液管１８００により形成される閉鎖空間内に、密閉された状態で閉じ込められる。この冷媒は、密閉された状態で、蒸発器１２００、冷媒中継装置１３００および凝縮器１４００の間を、第１の蒸気管１５００、第１の液管１６００、第２の蒸気管１７００および第２の液管１８００を介して、循環する。冷媒は、例えば高分子材料などにより構成されており、高温になると気化し、低温になると液化する特性を有している。

冷媒には、低沸点の冷媒として、例えば、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ：Hydro Fluorocarbon）やハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ：Hydro Fluoroether）などを用いることができる。

図３に示されるように、蒸発器１２００は、１以上の発熱体１１１０の背面側に設けられている。より好ましくは、蒸発器１２００は、近接して、発熱体１１１０と向かい合うように設けられている。これにより、蒸発器１２００は、発熱体１１１０の熱を効率よく受熱することができる。

図３および図４に示されるように、蒸発器１２００は、第１の蒸気管１５００および第１の液管１６００によって、冷媒中継装置１３００に連結されている。

蒸発器１２００は、たとえば、ラック１１００の背面側に設けられたリアドアに取り付けられている。これにより、リアドアを開くことにより、発熱体１１１０や蒸発器１２００の接続関係の調整や保守作業を容易に行える。

また、蒸発器１２００は、発熱体１１１０の熱を受けて、内部に貯留されている液相状態の冷媒（以下、液相冷媒と称する場合がある。）を発熱体１１１０の熱により蒸発させて、気相状態の冷媒（以下、気相冷媒と称する場合がある。）を流出する。蒸発器１２００から流出する気相冷媒は、第１の蒸気管１５００、冷媒中継装置１３００および第２の蒸気管１７００を介して、凝縮器１４００へ流入する。

図３および図４に示されるように、凝縮器１４００は、蒸発器１２００に対して、鉛直方向Ｇの上方に、設けられている。これにより、凝縮器１４００内の液相冷媒は、重力により、第２の液管１８００、冷媒中継装置１３００および第１の液管１６００を介して、蒸発器１２００へ流れやすくなる。より好ましくは、凝縮器１４００は、データセンタ等の屋外に設けられる。これにより、凝縮器１４００は、より効率よく発熱体１１１０の熱を放熱することができる。

図３および図４に示されるように、凝縮器１４００は、第２の蒸気管１７００および第２の液管１８００によって、冷媒中継装置１３００に連結されている。

また、凝縮器１４００は、冷媒中継装置１３００を介して蒸発器１２００から流出する気相冷媒を受け取る。そして、凝縮器１４００は、蒸発器１２００から流出する気相冷媒を凝縮して、液相冷媒を流出する。このとき、凝縮器１４００は、冷媒を介して発熱体１１１０の熱を蒸発器１２００から受熱し、受熱した発熱体１１１０の熱を外気に放熱する。すなわち、凝縮器１４００は、冷媒により吸熱された発熱体１１１０の熱と、外気の熱とを熱交換する。また、凝縮器１４００から流出する液相冷媒は、第２の液管１８００、冷媒中継装置１３００および第１の液管１６００を介して、蒸発器１２００へ向けて流出する。

図３および図４に示されるように、冷媒中継装置１３００は、蒸発器１２００に対して、鉛直方向Ｇの上方に、設けられている。これにより、冷媒中継装置１３００内の液相冷媒は、重力により、第１の液管１６００を介して、蒸発器１２００へ流れやすくなる。図４の例では、冷媒中継装置１３００は、ラック１１００の上方に設けられている。冷媒中継装置１３００は、たとえば建築器具により、データセンタの天井壁に吊されて、固定される。冷媒中継装置１３００は、単にリザーブタンクやタンクと呼ばれることもある。

図３および図４に示されるように、冷媒中継装置１３００は、蒸発器１２００および凝縮器１４００に接続されている。より具体的には、冷媒中継装置１３００は、第１の蒸気管１５００および第１の液管１６００によって、蒸発器１２００に連結されている。また、冷媒中継装置１３００は、第２の蒸気管１７００および第２の液管１８００によって、凝縮器１４００に連結されている。

冷媒中継装置１３００は、蒸発器１２００から流出する気相冷媒を貯留するとともに凝縮器１４００へ流出させる。また、冷媒中継装置１３００は、凝縮器１４００から流出する液相冷媒を貯留するとともに蒸発器１２００へ流出させる。これにより、冷却装置１０００は、一部の液相冷媒および気相冷媒を冷媒中継装置１３００内に貯留させつつ、蒸発器１２００および凝縮器１３００の間で、冷媒を相変化（液相冷媒←→気相冷媒）させながら循環させて、発熱体１１１０の熱を冷却する。

次に、冷媒中継装置１３００の具体的な構成について説明する。

図１に示されるように、冷媒中継装置１３００は、少なくとも、筐体１３１０と、第１の冷媒流出口１３５０と、第１の冷媒流入口１３６０と、冷媒流入用配管１３７０を備えている。

図１および図２に示されるように、筐体１３１０は、筒状筐体１３２０と、第１の蓋部１３３０と、第２の蓋部１３４０とから構成されている。筐体１３１０は、液相冷媒および気相冷媒を貯留する。筒状筐体１３２０、第１の蓋部１３３０および第２の蓋部１３４０は、たとえばステンレス鋼などの金属材料により形成される。

筒状筐体１３２０は、少なくとも一端部に開口を有し、筒形状に形成されている。図１および図２の例では、筒状筐体１３２０の両端部に開口が設けられている。しかしながら、第２の蓋部１３４０は、筒状筐体１３２０に一体に取り付けられてもよい。また、図１および図２では、筒状筐体１３２０の一例として、円筒形状に形成されたものを例示する。しかしながら、筒状筐体１３２０は、多角形筒状や楕円筒状に形成されてもよい。

筒状筐体１３２０の両端部には、フランジ部１３２１が突出するように形成されている。図１に示されるように、図１の紙面左側のフランジ部１３２１には、第２の蓋部１３４０が溶接または締結部材（不図示。例えば、ネジやボルトやナット。）等により取り付けられる。図１の紙面右側のフランジ部１３２１には、第１の蓋部１３３０が溶接または締結部材（不図示。例えば、ネジやボルトやナット。）等により取り付けられる。

図１および図２に示されるように、第１の蓋部１３３０および第２の蓋部１３４０の基本形状は、円板状に形成されている。また、図１に示されるように、第１の蓋部１３３０および第２の蓋部１３４０は、筒状筐体１３２０のフランジ部１３２１に、溶接または締結部材（不図示。例えば、ネジやボルトやナット。）等により取り付けられる。

また、図１および図２に示されるように、第１の冷媒流出口１３５０と、第１の冷媒流入口１３６０が、筐体１３１０の第１の蓋部１３３０に形成されている。

第１の冷媒流出口１３５０は、筐体１３１０に設けられ、気相冷媒を筐体１３１０外へ流出させる。より具体的には、第１の冷媒流出口１３５０は、気相冷媒を筐体１３１０外の凝縮器１４００へ流出させるために、筐体１３１０に設けられている。図１の例では、第１の冷媒流出口１３５０は、第１の蓋部１３３０に設けられている。一方、第１の冷媒流出口１３５０は、筒状筐体１３２０に設けられてもよい。

第１の冷媒流入口１３６０は、筐体１３１０に設けられ、液相冷媒を筐体１３１０内に流入させる。より具体的には、第１の冷媒流入口１３６０は、凝縮器１４００から流出する液相冷媒を筐体１３１０内に流入させるために、筐体１３１０に設けられている。図１の例では、第１の冷媒流入口１３６０は、第１の蓋部１３３０に設けられている。一方、第１の冷媒流入口１３６０は、筒状筐体１３２０に設けられてもよい。

また、図１、図２、図４および図５に示されるように、第１の蒸気管接続部１３３１および第１の液管接続部１３３２が、筐体１３１０の第１の蓋部１３３０に形成されている。

図１および図２に示されるように、第１の蒸気管接続部１３３１は、第１の冷媒流出口１３５０に接続されている。また、第２の蒸気管１７００（点線表示）が第１の蒸気管接続部１３３１に接続される。なお、第１の冷媒流出口１３５０が筒状筐体１３２０に設けられている場合、第１の蒸気管接続部１３３１は筒状筐体１３２０に形成される。

図１および図２に示されるように、第１の液管接続部１３３２は、第１の冷媒流入口１３６０に接続されている。また、第２の液管１８００（点線表示）が第１の液管接続部１３３２に接続される。なお、第１の冷媒流入口１３６０が筒状筐体１３２０に設けられている場合、第１の液管接続部１３３２は筒状筐体１３２０に形成される。

図１に示されるように、冷媒流入用配管１３７０は、筐体１３１０内に設けられる。また、図１および図２に示されるように、冷媒流入用配管１３７０は、第１の蓋部１３３０の内面側（図１および図２の紙面左側）に、取り付けられる。

図１および図２に示されるように、冷媒流入用配管１３７０の一端部は、第１の冷媒流入口１３６０に接続されている。また、冷媒流入用配管１３７０の他端部には、開口部１３７１が形成されている。冷媒流入用配管１３７０は、第１の冷媒流入口１３６０に流入する液相冷媒を開口部１３７１から筐体１３１０内へ流入させる。なお、第１の冷媒流入口１３６０が筒状筐体１３２０に設けられている場合、冷媒流入用配管１３７０は筒状筐体１３２０の内面に取り付けられる。

図１に示されるように、冷媒流入用配管１３７０の開口部１３７１は、筐体１３１０の底部１３１１と向かい合うように配置されている。また、開口部１３７１は、筐体１３１０内の液相冷媒中に配置される。

ここで、筐体１３１０の底部１３１１とは、筐体１３１０のうちで、鉛直方向Ｇの下方側の領域をいう。たとえば、図１に示されるように、筒状筐体１３２０の最下部Ａから最上部Ｂまでの長さ（フランジ部１３２１を除く。）をＬとした場合、筒状筐体１３２０の最下部Ａから鉛直方向Ｇの上方へ向けて０．２×Ｌまでに含まれる領域を、筐体１３１０の底部１３１１と呼ぶ。なお、０．２×Ｌの０．２は例示であって、筒状筐体１３２０の形状や大きさに応じて、適宜、変更可能であるものとする。

また、図６に示されるように、第２の冷媒流出口１３８０と、第２の冷媒流入口１３９０が、筐体１３１０の筒状筐体１３２０に形成されている。

第２の冷媒流出口１３８０は、筐体１３１０に設けられ、液相冷媒を筐体１３１０外へ流出させる。より具体的には、第２の冷媒流出口１３８０は、液相冷媒を筐体１３１０外の蒸発器１２００へ流出させるために、筐体１３１０に設けられている。

第２の冷媒流入口１３９０は、筐体１３１０に設けられ、気相冷媒を筐体１３１０内に流入させる。より具体的には、第２の冷媒流入口１３９０は、蒸発器１２００から流出する気相冷媒を筐体１３１０内に流入させるために、筐体１３１０に設けられている。

また、図４〜図６に示されるように、第２の蒸気管接続部１３２３および第２の液管接続部１３２４が、筐体１３１０の筒状筐体１３２０に設けられている。図４および図５では、例示として、第２の蒸気管接続部１３２３および第２の液管接続部１３２４は、それぞれ４つずつ示されている。一方、第２の蒸気管接続部１３２３および第２の液管接続部１３２４は、１以上設けられていればよい。

図６に示されるように、第２の蒸気管接続部１３２３は、第２の冷媒流入口１３９０に接続されている。また、第１の蒸気管１５００（点線表示）が第２の蒸気管接続部１３２３に接続される。第２の蒸気管接続部１３２３および第１の蒸気管１５００は、たとえば、溶接または締結部材（不図示。例えば、ネジやボルトやナット。）等により接続される。第２の蒸気管接続部１３２３は、第１の蒸気管１５００および筐体１３１０の接続部に相当する。

図６に示されるように、第２の液管接続部１３２４は、第２の冷媒流出口１３８０に接続されている。また、第１の液管１６００（点線表示）が第２の液管接続部１３２４に接続される。第２の液管接続部１３２４および第１の液管１６００は、たとえば、溶接または締結部材（不図示。例えば、ネジやボルトやナット。）等により接続される。第２の液管接続部１３２４は、第１の液管１６００および筐体１３１０の接続部に相当する。

図６に示されるように、第２の蒸気管接続部１３２３（第１の蒸気管１５００および筐体１３１０の接続部）の延在方向は、筒状筐体１３２０の中心線ＣＬ１に対して垂直方向で筒状筐体１３２０を切断したときの筒状筐体１３２０切断面の中心部Ｃ上を通らないように、設定されている。筒状筐体１３２０の中心線ＣＬ１は、筒状筐体１３２０の延在方向に対応する。図６の中心部Ｃは、図４に示した中心線ＣＬ１に対応する。すなわち、中心線ＣＬ１は、中心部Ｃを通るように設定されている。また、好ましくは、第２の蒸気管接続部１３２３（第１の蒸気管１５００および筐体１３１０の接続部）は、筒状筐体１３２０の切断面の中心部Ｃよりも、鉛直方向Ｇの上方に設けられている。

第２の蒸気管接続部１３２３（第１の蒸気管１５００および筐体１３１０の接続部）の設置位置の第１の変形例について説明する。図７は、冷媒中継装置１３００の構成を示す断面図である。また、図７は、冷媒中継装置１３００の中心線ＣＬ１に対して垂直な切断面で、冷媒中継装置１３００を切断した断面図であって、図６と同様である。なお、図７には、鉛直方向Ｇが示されている。

図７に示されるように、第２の蒸気管接続部１３２３（第１の蒸気管１５００および筐体１３１０の接続部）の延在方向は、筒状筐体１３２０の外周円の接線に沿って設定されてもよい。このとき、好ましくは、第２の蒸気管接続部１３２３（第１の蒸気管１５００および筐体１３１０の接続部）は、筒状筐体１３２０の切断面の中心部Ｃよりも、鉛直方向Ｇの上方に設けられている。

第２の蒸気管接続部１３２３（第１の蒸気管１５００および筐体１３１０の接続部）の設置位置の第２の変形例について説明する。図８は、冷媒中継装置１３００の構成を示す上面図である。すなわち、図８は、鉛直方向Ｇの上方から下方に向けて見たときの冷媒中継装置１３００の外観上面図である。

第２の蒸気管接続部１３２３（第１の蒸気管１５００および筐体１３１０の接続部）の延在方向は、筒状筐体１３２０の切断面の中心部Ｃ上を通らないように設定されるとともに、図８に示されるように、第１の蓋部１３３０に設けられた第１の冷媒流出口１３５０側に向けて設定されている。すなわち、図８のＧ−Ｇ切断面が図６と同等の構成となる。併せて、第２の蒸気管接続部１３２３は、図８に示されるように設けられている。

つぎに、冷却装置１０００の動作について説明する。

発熱体１１１０が動作すると、発熱体１１１０は発熱する。また、冷却装置１０００の蒸発器１２００は、発熱体１１１０の熱を受熱する。蒸発器１２００は、発熱体１１１０の熱により、当該蒸発器１２００の内部に貯留されている液相冷媒を蒸発させて、気相冷媒を発生させる。

そして、蒸発器１２００は、第１の蒸気管１５００、冷媒中継装置１３００および第２の蒸気管１７００を介して、気相冷媒を凝縮器１４００へ流出する。このとき、一部の気相冷媒は、冷媒中継装置１３００内に貯留される。また、冷媒中継装置１３００内に貯留された気相冷媒の一部は、冷媒中継装置１３００内で冷却されて、液相冷媒に相変化する。この結果、一部の液相冷媒が冷媒中継装置１３００に貯留される。

次に、蒸発器１２００から流出する気相冷媒が凝縮器１４００に流入すると、凝縮器１４００は、流入する気相冷媒を凝縮させて、液相冷媒を発生させる。

そして、凝縮器１４００は、第２の液管１８００、冷媒中継装置１３００および第１の液管１６００を介して、蒸発器１２００へ液相冷媒を流出する。このとき、一部の液相冷媒は、冷媒中継装置１３００内に貯留される。

このようにして、冷却装置１０００は、一部の液相冷媒および気相冷媒を冷媒中継装置１３００内に貯留させつつ、蒸発器１２００および凝縮器１３００の間で、冷媒を相変化（液相冷媒←→気相冷媒）させながら循環させて、発熱体１１１０の熱を冷却している。

このように、蒸発器１２００および凝縮器１４００の間に冷媒中継装置１３００を設けることにより、蒸発器１２００および凝縮器１４００内の冷媒量を適度に調整することができる。なお、蒸発器１２００および凝縮器１４００に供給される冷媒量が多過ぎると、潜熱ではなく、熱輸送量の小さな顕熱を使うただの液冷になってしまう。逆に、蒸発器１２００および凝縮器１４００に供給される冷媒量が不足すると、冷媒の相変化によって発熱体１１１０の熱を受熱できない。また、たとえば、蒸発器１２００から冷媒中継装置１３００に流入する気相冷媒の圧力により、蒸発器１２００内の液相冷媒が第１の蒸気管１５００内を逆流する場合がある。すなわち、蒸発器１２００内の液相冷媒までもが、第１の蒸気管１５００を介して、冷媒中継装置１３００内に流入してしまう場合がある。このような場合であっても、冷媒中継装置１３００を設けたことにより、蒸発器１２００から第１の蒸気管１５００を介して流入する液相冷媒は、冷媒中継装置１３００内に貯留される。この結果、蒸発器１２００内の液相冷媒が、凝縮器１４００内に流入することを抑止することができる。

ここで、図１に示されるように、冷媒流入用配管１３７０の開口部１３７１は、筐体１３１０の底部１３１１と向かい合うように配置されている。これにより、冷却装置１０００および冷媒中継装置１３００によれば、冷媒中継装置１３００の筐体１３１０内に貯留される冷媒が少なくても、冷媒流入用配管１３７０の開口部１３７１を、冷媒中継装置１３００の筐体１３１０内の液相冷媒中に浸すことができる。この結果、冷却装置１０００および冷媒中継装置１３００によれば、冷媒中継装置１３００内の気相冷媒が第２の液管１８００を介して凝縮器１４００へ流出することを抑止することができる。

したがって、冷却装置１０００および冷媒中継装置１３００によれば、発熱体１１１０の熱を効率よく冷却することができる。

また、図６に示されるように、第２の蒸気管接続部１３２３（第１の蒸気管１５００および筐体１３１０の接続部）の延在方向は、筒状筐体１３２０の中心線ＣＬ１に対して垂直方向で筒状筐体１３２０を切断したときの筒状筐体１３２０切断面の中心部Ｃ上を通らないように、設定されている。ここで、筒状筐体１３２０の延在方向は、筒状筐体１３２０の中心線ＣＬ１に沿う。すなわち、第２の蒸気管接続部１３２３の延在方向は、筒状筐体１３２０の延在方向に対して垂直方向で筒状筐体１３２０を切断したときの筒状筐体１３２０切断面の中心部Ｃ上を通らないように、設定されている。

このため、蒸発器１２００から流出する気相冷媒は、図６の矢印Ｅ１に示されるように、中心部Ｃの周囲を旋回する。これにより、筐体１３１０内で気相冷媒の旋回流が生成される。そして、この気相冷媒の旋回流は、圧力が低い第１の冷媒流出口１３５０側へ向けて流れる。これにより、冷却装置１０００および冷媒中継装置１３００は、蒸発器１２００から流出する気相冷媒を、第１の冷媒流出口１３５０および第２の蒸気管１７００を介して、効率よく凝縮器１４００へ流出させることができる。したがって、冷却装置１０００および冷媒中継装置１３００によれば、発熱体１１１０の熱を効率よく冷却することができる。

一方、本発明と異なり、仮に、第２の蒸気管接続部１３２３の延在方向が中心部Ｃ上を通っている場合、蒸発器１２００から流出する気相冷媒は、冷媒中継装置１３００内に流入した直後に分散してしまう。このため、図６の矢印Ｅ１に示したような気相冷媒の旋回流は生じない。この場合、冷媒中継装置１３００内での第１の冷媒流出口１３５０側へ向けた気相冷媒の流れは、図６で示した例と比較して小さくなり、気相冷媒の輸送効率が低下する。

なお、複数の第２の蒸気管接続部１３２３が筒状筐体１３２０に設けられている場合、それぞれの第２の蒸気管接続部１３２３から冷媒中継装置１３００内に流入する気相冷媒が、図６の矢印Ｅ１に示されるように、中心部Ｃの周囲を旋回する。したがって、気相冷媒の旋回流が第２の蒸気管接続部１３２３ごとに生成される。そして、このようにして生成された複数の気相冷媒の旋回流は、図５のＦ１〜Ｆ４に示すように順次合成しながら、筐体１３１０内を、圧力が低い第１の冷媒流出口１３５０側へ向けて流れる。したがって、冷媒中継装置１３００は、蒸発器１２００から流出する気相冷媒を、第１の冷媒流出口１３５０および第２の蒸気管１７００を介して、より効率よく凝縮器１４００へ流出させることができる。この結果、冷却装置１０００および冷媒中継装置１３００によれば、発熱体１１１０の熱を効率よく冷却することができる。

複数の第２の蒸気管接続部１３２３（第１の蒸気管１５００および筐体１３１０の接続部）の各々の延在方向を、図８に示したように、第１の冷媒流出口１３５０側に向けて設定することもできる。

この場合、第２の蒸気管接続部１３２３ごとに生成される複数の気相冷媒の旋回流は、第１の冷媒流出口１３５０側に向かいながら、より効率よく順次合成されるので、冷媒流出口１３５０側での気相冷媒の流圧をより大きくすることができる。

以上の通り、本発明の実施の形態における冷却装置１０００は、蒸発器１２００と、凝縮器１４００と、冷媒中継装置１３００とを備えている。

蒸発器１２００は、発熱体１１１０の熱を受けて、内部に貯留されている液相冷媒を発熱体１１１０の熱により蒸発させて、気相冷媒を流出する。凝縮器１４００は、蒸発器１２００から流出する気相冷媒を凝縮して、液相冷媒を流出する。冷媒中継装置１３００は、蒸発器１２００および凝縮器１４００に接続されている。冷媒中継装置１３００は、蒸発器１２００から流出する気相冷媒を貯留するとともに凝縮器１４００へ流出させる。また、冷媒中継装置１３００は、凝縮器１４００から流出する液相冷媒を貯留するとともに蒸発器１２００へ流出させる。

また、冷媒中継装置１３００は、筐体１３１０と、第１の冷媒流入口１３６０と、第１の冷媒流出口１３５０と、冷媒流入用配管１３７０とを備えている。

筐体１３１０は、液相冷媒および気相冷媒を貯留する。第１の冷媒流入口１３６０は、液相冷媒を筐体１３１０内に流入させる。第１の冷媒流出口１３５０は、気相冷媒を筐体１３１０外へ流出させる。冷媒流入用配管１３７０では、一端部が第１の冷媒流入口１３６０に接続され、開口部１３７１が他端部に形成されている。また、冷媒流入用配管１３７０は、第１の冷媒流入口１３６０に流入する液相冷媒を開口部１３７１から筐体１３１０内へ流入させる。そして、開口部１３７１は、筐体１３１０の底部１３１１と向かい合うように配置されている。

このように、冷媒流入用配管１３７０の開口部１３７１は、筐体１３１０の底部１３１１と向かい合うように配置されている。これにより、冷却装置１０００および冷媒中継装置１３００によれば、冷媒中継装置１３００の筐体１３１０内に貯留される液相冷媒が少なくても、冷媒流入用配管１３７０の開口部１３７１を、冷媒中継装置１３００の筐体１３１０の底部１３１１に貯留されている液相冷媒中に浸すことができる。この結果、冷却装置１０００および冷媒中継装置１３００によれば、筐体１３１０内の気相冷媒が第１の冷媒流入口１３６０から筐体１３１０の外に逆に流出することを抑止できる。よって、冷却装置１０００および冷媒中継装置１３００によれば、冷媒中継装置１３００内の気相冷媒が第２の液管１８００を介して凝縮器１４００へ流出することを抑止することができる。

したがって、冷却装置１０００および冷媒中継装置１３００によれば、発熱体１１１０の熱を効率よく冷却することができる。

前述の通り、冷却装置１０００および冷媒中継装置１３００によれば、冷媒中継装置１３００の筐体１３１０内に貯留される冷媒が少なくても、冷媒流入用配管１３７０の開口部１３７１を、冷媒中継装置１３００の筐体１３１０内の液相冷媒中に浸すことができる。この結果、冷却装置１０００および冷媒中継装置１３００によれば、冷媒流入用配管１３７０を設けない場合と比較して、冷媒中継装置１３００内に貯留する液相冷媒の量を少なくすることができる。また、冷媒中継装置１３００の冷媒の貯留容量も相対的に少なくすることができるので、冷媒中継装置１３００を相対的に小型化することができる。よって、冷却装置１０００によれば、冷媒中継装置１３００の筐体を小型化し、少ない冷媒で発熱体１１１０の熱を冷却することができる。

また、本発明の実施の形態における冷却装置１０００および冷媒中継装置１３００において、冷媒流入用配管１３７０の他端部は、筐体１３１０の底部１３１１へ向けて延在するように設けられてもよい。これにより、冷媒流入用配管１３７０の他端部に設けられた開口部１３７１を、冷媒中継装置１３００の筐体１３１０の底部１３１１に貯留されている液相冷媒中により確実に浸すことができる。

本発明の実施の形態における冷却装置１０００および冷媒中継装置１３００において、冷媒流入用配管１３７０の他端部は、鉛直下方へ向けて延在するように設けられてもよい。これにより、冷媒流入用配管１３７０の他端部に設けられた開口部１３７１を、冷媒中継装置１３００の筐体１３１０の底部１３１１に貯留されている液相冷媒中により確実に浸すことができる。

本発明の実施の形態における冷却装置１０００および冷媒中継装置１３００において、筐体１３１０は、筒状筐体１３２０と、第１の蓋部１３３０とを備えている。筒状筐体１３２０は、筒形状に形成され、少なくとも一端部に開口を有する。第１の蓋部１３３０には、第１の冷媒流入口１３６０が形成されている。第１の蓋部１３３０は、筒状筐体１３２０の開口を塞ぐ。冷媒流入用配管１３７０の一端部は、第１の蓋部１３３０の第１の冷媒流入口１３６０に取り付けられる。

このように、筐体１３１０は、筒状筐体１３２０と第１の蓋部１３３０とに分解できるように構成されている。このため、冷媒流入用配管１３７０の一端部を第１の蓋部１３３０の第１の冷媒流入口１３６０に取り付けることで、冷媒流入用配管１３７０の一端部および第１の冷媒流入口１３６０の間を容易に接続することができる。そして、冷媒流入用配管１３７０が取り付けられた第１の蓋部１３３０と、筒状筐体１３２０とを組み合わせることにより、冷媒流入用配管１３７０を筐体１３１０内に簡単に配置することができる。

また、本発明の実施の形態における冷却装置１０００および冷媒中継装置１３００において、筐体１３１０は、筒状筐体１３２０と、第１の蓋部１３３０とを備えている。筒状筐体１３２０は、筒形状に形成され、少なくとも一端部に開口を有する。第１の蓋部１３３０は、筒状筐体１３２０の開口を塞ぐ。１以上の第１の蒸気管１５００が筒状筐体１３２０に接続される。１以上の第１の蒸気管１５００は、気相冷媒を筐体１３１０内へ流入させる。より具体的には、１以上の第１の蒸気管１５００は、蒸発器１２００から流出する気相冷媒を筐体１３１０内へ流入させる。

このとき、第２の蒸気管接続部１３２３（第１の蒸気管１５００および筐体１３１０の接続部）の延在方向は、筒状筐体１３２０の延在方向（中心線ＣＬ１に平行）に対して垂直方向で筒状筐体１３２０を切断したときの筒状筐体１３２０の切断面の中心部Ｃ上を通らないように、設定されている。

このため、蒸発器１２００から筐体１３１０に流入する気相冷媒は、図６の矢印Ｅ１に示されるように、中心部Ｃの周囲を旋回する。これにより、筐体１３１０内で気相冷媒の旋回流が生成される。そして、この気相冷媒の旋回流は、圧力が低い第１の冷媒流出口１３５０側へ向けて流れる。これにより、冷媒中継装置１３００は、第１の蒸気管１５００から流入する気相冷媒を、第１の冷媒流出口１３５０から筐体１３１０の外へ効率よく流出させることができる。より具体的には、冷媒中継装置１３００は、第１の蒸気管１５００から流入する気相冷媒を、第１の冷媒流出口１３５０から凝縮器１４００へ効率よく流出させることができる。したがって、冷却装置１０００および冷媒中継装置１３００によれば、発熱体１１１０の熱を効率よく冷却することができる。

本発明の実施の形態における冷却装置１０００および冷媒中継装置１３００において、第２の蒸気管接続部１３２３（第１の蒸気管１５００および筐体１３１０の接続部）は、筒状筐体１３２０の切断面の中心部Ｃよりも、鉛直上方に設けられている。

これにより、蒸発器１２００から筐体１３１０に流入する気相冷媒にさらに重力が加わって、気相冷媒の旋回流の流圧をより大きくすることができる。このため、冷媒中継装置１３００は、第１の蒸気管１５００から流入する気相冷媒を、第１の冷媒流出口１３５０から筐体１３１０の外へさらに効率よく流出させることができる。より具体的には、冷媒中継装置１３００は、第１の蒸気管１５００から流入する気相冷媒を、第１の冷媒流出口１３５０から凝縮器１４００へ効率よく流出させることができる。したがって、冷却装置１０００および冷媒中継装置１３００によれば、発熱体１１１０の熱を効率よく冷却することができる。

本発明の実施の形態における冷却装置１０００および冷媒中継装置１３００において、筒状筐体１３２０は、円筒形状に形成されている。また、第２の蒸気管接続部１３２３（第１の蒸気管１５００および筐体１３１０の接続部）の延在方向は、筒状筐体１３２０の外周円の接線に沿って設定されている。

これにより、蒸発器１２００から筐体１３１０に流入する気相冷媒を、筒状筐体１３２０の曲面状の内壁に沿って筐体１３１０内に、円滑に流入させることができる。また、筐体１３１０内で生じる気相冷媒の旋回流の最大直径を最大限に大きくすることができる。したがって、冷媒中継装置１３１０は、第１の蒸気管１５００から流入する気相冷媒を、第１の冷媒流出口１３５０から筐体１３１０の外へさらに効率よく流出させることができる。

本発明の実施の形態における冷却装置１０００および冷媒中継装置１３００において、第２の蒸気管接続部１３２３（第１の蒸気管１５００および筐体１３１０の接続部）の延在方向は、さらに第１の冷媒流出口１３５０側に向けて設定されている。

すなわち、第２の蒸気管接続部１３２３（第１の蒸気管１５００および筐体１３１０の接続部）の延在方向は、筒状筐体１３２０切断面の中心部Ｃ上を通らないように設定されるとともに、第１の蓋部１３３０に設けられた第１の冷媒流出口１３５０側に向けて設定されている。これにより、筐体１３１０内で生じる気相冷媒の旋回流を、第１の冷媒流出口１３５０側へ効率よく導くことができる。このため、冷媒中継装置１３００は、第１の蒸気管１５００から流入する気相冷媒を、第１の冷媒流出口１３５０から筐体１３１０の外へさらに効率よく流出させることができる。

以上、実施形態（及び実施例）を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態（及び実施例）に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１０００ 冷却装置
１１００ ラック
１１１０ 発熱体
１２００ 蒸発器
１３００ 冷媒中継装置
１３１０ 筐体
１３１１ 底部
１３２０ 筒状筐体
１３２１ フランジ部
１３２３ 第２の蒸気管接続部
１３２４ 第２の液管接続部
１３３０ 第１の蓋部
１３３１ 第１の蒸気管接続部
１３３２ 第１の液管接続部
１３４０ 第２の蓋部
１３５０ 第１の冷媒流出口
１３６０ 第１の冷媒流入口
１３７０ 冷媒流入用配管
１３７１ 開口部
１４００ 凝縮器
１５００ 第１の蒸気管
１６００ 第１の液管
１７００ 第２の蒸気管
１８００ 第２の液管

Claims (14)

1. 発熱体の熱を受けて、内部に貯留されている液相冷媒を前記発熱体の熱により蒸発させて、気相冷媒を流出する蒸発器と、
   前記蒸発器から流出する前記気相冷媒を凝縮して、液相冷媒を流出する凝縮器と、
   前記蒸発器および前記凝縮器に接続され、前記蒸発器から流出する前記気相冷媒を貯留するとともに前記凝縮器へ流出させ、前記凝縮器から流出する前記液相冷媒を貯留するとともに前記蒸発器へ流出させる冷媒中継装置とを備え、
   前記冷媒中継装置は、
   前記液相冷媒および前記気相冷媒を貯留する筐体と、
   前記凝縮器から流出する前記液相冷媒を前記筐体内に流入させる冷媒流入口と、
   前記筐体内に貯留されている前記気相冷媒を前記凝縮器へ流出させる冷媒流出口と、
   一端部が前記冷媒流入口に接続され、開口部が他端部に形成され、前記冷媒流入口に流入する前記液相冷媒を前記開口部から前記筐体内へ流入させる冷媒流入用配管とを備え、
   前記開口部は、前記筐体の底部と向かい合うように配置され、
   前記筐体は、円筒形状に形成され、
   前記蒸発器から流出する気相冷媒を前記筐体内へ流入させる１以上の蒸気管が前記筐体に接続され、
   前記蒸気管と前記筐体との接続部の延在方向は、前記筐体の外周円の接線に沿って設定されている冷却装置。
2. 前記冷媒流入用配管の前記他端部は、前記筐体の底部へ向けて延在するように設けられた請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記冷媒流入用配管の前記他端部は、鉛直下方へ向けて延在するように設けられた請求項１または２に記載の冷却装置。
4. 前記筐体は、
   少なくとも一端部に開口を有する筒状筐体と、
   前記冷媒流入口が形成され、前記筒状筐体の前記開口を塞ぐ蓋部とを備え、
   前記冷媒流入用配管の前記一端部は、前記蓋部の前記冷媒流入口に取り付けられる請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷却装置。
5. 前記蒸気管と前記筒状筐体との接続部の延在方向は、前記筒状筐体の延在方向に対して垂直方向で前記筒状筐体を切断したときの筒状筐体の切断面の中心部上を通らないように、設定された請求項４に記載の冷却装置。
6. 前記蒸気管と前記筒状筐体との接続部は、前記筒状筐体の切断面の前記中心部よりも、鉛直上方に設けられている請求項５に記載の冷却装置。
7. 前記蒸気管と前記筐体との接続部の延在方向は、さらに前記冷媒流出口側に向けて設定されている請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷却装置。
8. 液相冷媒および気相冷媒を貯留する筐体と、
   前記液相冷媒を前記筐体内に流入させる冷媒流入口と、
   前記気相冷媒を前記筐体外へ流出させる冷媒流出口と、
   一端部が前記冷媒流入口に接続され、開口部が他端部に形成され、前記冷媒流入口に流入する前記液相冷媒を前記開口部から前記筐体内へ流入させる冷媒流入用配管とを備え、
   前記開口部は、前記筐体の底部と向かい合うように配置され、
   前記筐体は、円筒形状に形成され、
   前記気相冷媒を前記筐体内へ流入させる１以上の蒸気管が前記筐体に接続され、
   前記蒸気管と前記筐体との接続部の延在方向は、前記筐体の外周円の接線に沿って設定されている冷媒中継装置。
   
9. 前記冷媒流入用配管の前記他端部は、前記筐体の底部へ向けて延在するように設けられた請求項８に記載の冷媒中継装置。
10. 前記冷媒流入用配管の前記他端部は、鉛直下方へ向けて延在するように設けられた請求項８または９に記載の冷媒中継装置。
11. 前記筐体は、
    少なくとも一端部に開口を有する筒状筐体と、
    前記冷媒流入口が形成され、前記筒状筐体の前記開口を塞ぐ蓋部とを備え、
    前記冷媒流入用配管の前記一端部は、前記蓋部の前記冷媒流入口に取り付けられる請求項８〜１０のいずれか１項に記載の冷却装置。
12. 前記蒸気管と前記筒状筐体との接続部の延在方向は、前記筒状筐体の延在方向に対して垂直方向で前記筒状筐体を切断したときの筒状筐体の切断面の中心部上を通らないように、設定された請求項１１に記載の冷却装置。
13. 前記蒸気管と前記筒状筐体との接続部は、前記筒状筐体の切断面の前記中心部よりも、鉛直上方に設けられている請求項１２に記載の冷却装置。
14. 前記蒸気管と前記筐体との接続部の延在方向は、さらに前記冷媒流出口側に向けて設定されている請求項８〜１３のいずれか１項に記載の冷却装置。