JP6413552B2 - 冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷却装置に関し、例えば、電子装置を収容するラックの熱を受熱部で受熱し放熱部で放熱する冷却装置に関する。

近年の情報社会の進展により、サーバ等の情報通信機器に大きな処理能力が求められている。これに伴って、情報通信機器の消費電力も増大している。特に、多数の情報通信機器を収容するデータセンタでは、情報通信機器が電力を消費することにより生じる排熱が原因で、データセンタ内の温度が上昇する。これを防止するために、空気調和装置（空調機）をデータセンタ内に設け、空調機を用いた温度制御を行っている。処理する情報量の増大に伴って、空調機の消費電力も大きくなってきており、空調機の消費電力を低減することが要求されてきている。

空調機の消費電力を削減する技術の一例が、特許文献１に開示されている。特許文献１では、情報通信機器が、密閉空間であるサーバルーム内に収容されている。また、自然循環方式の冷却装置が、サーバルーム内に設けられている。自然循環方式の冷却装置は、情報通信装置から排出される排熱を吸熱し、密閉空間外へ排出する。

この特許文献１に記載の技術によれば、自然循環方式の冷却装置により、サーバルーム内の熱をサーバルーム外へ放熱することができる。このため、空調機により冷却すべき熱量を低減することができ、空調機の消費電力を低減することができる。

また、自然循環方式を採用することにより、冷却装置内部で冷媒を循環するために、ポンプ動力を必要としない。このため、ポンプを動かすための電力が必要なくなる。さらに、駆動部品であるポンプが必要なくなる。よって、ポンプの故障を想定した制御装置等を設ける必要もなくなるので、運用コストも低減できる。

なお、関連する技術が、さらに特許文献２および特許文献３に開示されている。

特開２０１０−１９０５５３号公報 特開２００２−０１４７４７号公報 特開２０１１−２２３０１９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、電源、ネットワーク装置、空調機等の様々な配線や配管を有するサーバルーム内に、自然循環方式の冷却装置を設置する場合、大きな熱輸送性能が低下してしまうという問題があった。様々な配線や配管を有するサーバルーム内では、これらの配線や配管を避けるように、冷却装置の配管を敷設する必要がある。このため、冷却装置の配管に、複数の曲がり間を含ませる必要があった。

自然循環方式の冷却装置の場合、相変化する冷媒により、情報通信装置から排出される排熱を吸熱し、循環させている。このため、多くの液相冷媒を自然循環方式の冷却装置内の受熱部に貯蔵する必要がある。これに伴って、受熱部内の液相冷媒が排熱を吸熱することにより、液相冷媒が相変化して生じた気相冷媒には、多くの液相冷媒が混在する場合があった。

液相冷媒は気相冷媒よりも密度が大きい。このため、液相冷媒が混在された気相冷媒が、冷却装置の気相管（受熱部および放熱部の間を接続する管）の曲がり部（特に、鉛直上方に曲がる部分）で、重力により降下してしまう場合があった。これにより、液相冷媒が、鉛直上方へ向かう気相冷媒の流動を、著しく妨げることがあった。したがって、自然循環方式の冷却装置の熱輸送能力を低下させ、空調機の電力削減量の目標値を達成できないという問題もあった。

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、発熱部を冷却する性能が低減することを抑止することができる技術を提供することにある。

本発明の冷却装置は、発熱部からの熱を受熱する受熱部と、前記受熱部より上方に設けられ、前記熱を放熱する放熱部と、前記受熱部と前記放熱部とを接続する液相管と、
前記受熱部と前記放熱部とを接続する気相管と、を備え、前記受熱部、前記放熱部、前記液相管及び前記気相管を冷媒が循環する冷却装置であって、前記気相管は、前記気相管と前記放熱部との接続部より下方で分岐し、前記分岐した気相管は、前記分岐した箇所よりも下方で合流する。

本発明にかかる冷却装置によれば、発熱部を冷却する性能が低減することを抑止することができる。

本発明の第１の実施の形態における冷却装置の構成を示す図である。図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態における冷却装置の構成を示す正面図である。図１（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態における冷却装置の構成を示す側面図である。 本発明の第１の実施の形態における冷却装置の気相管および戻り管付近の部分拡大図である。 本発明の第１の実施の形態における冷却装置の変形例の構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における冷却装置の動作を説明するための概略図である。 本発明の第１の実施の形態における冷却装置の気相管および戻り管付近の部分拡大図であって、本発明の第１の実施の形態における冷却装置の動作を説明するための図である。 本発明の第１の実施の形態における冷却装置の変形例の構成を示す部分拡大図である。図６（ａ）は、本発明の第１の実施の形態における冷却装置の変形例の構成を示す部分拡大正面図である。図６（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態における冷却装置の変形例の構成を示す部分拡大側面図である。 本発明の第２の実施の形態における冷却装置の構成を示す部分拡大側面図である。 本発明の第３の実施の形態における冷却装置の構成を示す部分拡大側面図である。 本発明の第４の実施の形態における冷却装置の構成を示す部分拡大側面図である。 本発明の第５の実施の形態における冷却装置の構成を示す図である。図１０（ａ）は、本発明の第５の実施の形態における冷却装置の構成を示す部分拡大側面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ−Ａ切断線における部分断面図である。 本発明の第６の実施の形態における冷却装置の構成を示す図である。図１１（ａ）は、本発明の第６の実施の形態における冷却装置の構成を示す部分拡大側面図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＢ−Ｂ切断線における部分断面図である。

＜第１の実施の形態＞
第１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、冷却装置１０００の構成を示す図である。図１（ａ）は、冷却装置１０００の構成を示す正面図である。図１（ｂ）は、冷却装置１０００の構成を示す側面図である。図２は、冷却装置１０００の気相管および戻り管付近の部分拡大図である。図１および図２には、鉛直方向Ｇを矢印で示している。

図１に示されるように、冷却装置１０００は、受熱部１０と、放熱部２０と、気相管３０と、液相管４０と、戻り管５０とを備えている。冷却装置１０００は、自然循環方式が採用された冷却装置である。

冷却装置１０００のうち、受熱部１０は建物内に設置され、放熱部２０は建物外に設置される。そして、受熱部１０は、発熱部２００に取り付けられている。発熱部２００も建物内に配置されている。受熱部１０および放熱部２０は、２本の配管（気相管３０および液相管４０）によって、連通されている。

冷却装置１０００は、受熱部１０および放熱部２０の間を循環する冷媒（Condensation preparations）を有する。すなわち、受熱部１０および放熱部２０の内部には、空洞が設けられている。また、冷媒は、受熱部１０、放熱部２０、気相管３０、液相管４０および戻り管５０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、受熱部１０および放熱部２０の間を、気相管３０、液相管４０および戻り管５０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。また、情報通信機器での使用を考え、冷媒には絶縁性のものを使用する。具体的には、ＨＦＣ（ｈｙｄｒｏ ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ：ハイドロフルオロカーボン）や、ＨＦＥ（ｈｙｄｒｏ ｆｌｕｏｒ ｅｔｈｅｒ：ハイドロフルオロエーテル）を用いているが、材料はこれに限定されない。

冷却装置１０００の前記閉鎖空間内に冷媒を充填する方法については、次の通りである。まず、受熱部１０および放熱部４０の内部空洞と、気相管３０と、液相管４０と、戻り管５０とにより形成される閉鎖空間内に冷媒を注入する。次に、真空ポンプ（不図示）などを用いて、前記閉鎖空間内から空気を排除して、この当該閉鎖空間内に冷媒を密閉する。これにより、前記空間内の圧力は冷媒の飽和蒸気圧と等しくなり、前記閉鎖空間内に密閉された冷媒の沸点が室温近傍となる。以上の通り、冷却装置１０００の前記閉鎖空間内に冷媒を充填する方法を説明した。

図１に示されるように、受熱部１０は、発熱部２００に取り付けられ、発熱部２００の熱を受熱する。

ここで、発熱部２００は、例えばラックである。このラックは、例えば、高温熱量を出す複数の情報通信機器（サーバ等）を収容する。ラックは、収容体とも呼ばれる。ラックは、例えば、多くの情報通信機器の収容に使用されている１９インチラックである。１９インチラックには、ＪＩＳ規格（日本工業規格）に適合したものや、ＥＩＡ規格（米国電子工業会規格）に適合したものを用いることができる。なお、本実施の形態では、発熱部２００に１９インチラックを使用すると説明したが、これに類するラックであれば発熱部２００に適用できる。

受熱部１０は、具体的には、発熱部２００としてのラックの側面（排気側）に取り付けられている。受熱部１０は、気相管３０および液相管４０を介して、放熱部２０に接続されている。このとき、受熱部１０は、放熱部２０よりも鉛直方向Ｇの下方側に、配置されている。

受熱部１０は、液相冷媒を蓄溜する。受熱部１０は、発熱部２００の熱を受熱（吸熱）することによって、液相冷媒を気相冷媒に相変化させる。この気相冷媒は、気相管３０を介して、放熱部４０へ流入される。

受熱部１０の材料には、好ましくは、例えば、熱伝導率の高いアルミニウムや銅が用いられる。ただし、受熱部１０の材料は、アルミニウムや銅に限定されない。

受熱部１０内の具体的な構成を説明する。受熱部１０は、上部ヘッダ１１と、下部ヘッダ１２と、複数のチューブ１３と、複数のフィン１４とを備えている。

上部ヘッダ１１は、下部ヘッダ１２よりも、鉛直方向Ｇの上方側に配置されている。上部ヘッダ１１内は、空洞となっている。上部ヘッダ１１は、気相管３０に接続されている。

下部ヘッダ１２は、上部ヘッダ１１よりも、鉛直方向Ｇの下方側に配置されている。下部ヘッダ１２内は、空洞となっている。下部ヘッダ１２は、液相管４０に接続されている。

複数のチューブ１３の各々は、上部ヘッダ１１および下部ヘッダ１２を連結する。

複数のフィン１４は、チューブ１３の間に設けられている。各フィン１４は、各チューブ１３の間に設けられる。これらのフィン１４は、高温になった送風から熱を奪い、チューブ１３内の冷媒に、受熱した熱を伝える。受熱した冷媒は、液相から気相に相変化し、チューブ１３内を上昇する。

なお、フィン１４は、複数の羽により構成されており、複数の羽の間には空気が通ることができるように構成されている。すなわち、フィン１４の領域内では、受熱部１０の一方の主面から他方の主面に向けて、空気が通り抜けることができる。

図１に示されるように、放熱部２０は、受熱部１０よりも鉛直方向Ｇの上方側に設けられている。放熱部２０は、気相管３０および液相管４０を介して、受熱部１０に接続されている。放熱部２０の上部（鉛直方向Ｇの上方側）には、気相管３０が接続されている。また、放熱部２０の下部（鉛直方向Ｇの下方側）には、液相管４０が接続されている。放熱部２０は、受熱部１０内の液相冷媒が相変化した気相冷媒を介して流入される発熱部１００の熱を放熱する。なお、受熱部１０内の液相冷媒は、受熱部１０により発熱部２００の熱を受熱することによって、気相冷媒に相変化する。

放熱部２０は、気相冷媒を介して流入される発熱部２００の熱を放熱することによって、気相冷媒を凝縮して、液相冷媒に相変化させる。すなわち、気相冷媒により輸送された熱は、外部のファンやチラー(chiller)等の冷却機器（不図示）から供給される空気や水に放熱される。この放熱により、気相冷媒は、凝縮して、液相冷媒に相変化する。そして、放熱部２０で生じた液相冷媒は、液相管４０を介して、受熱部１０の下部ヘッダ１２へ流入する。

自然循環方式の冷却装置１０００では、気相冷媒と液相冷媒の密度差を利用して冷媒を循環させるため、密度の大きい液相冷媒を生じさせる放熱部２０を、受熱部１０よりも、鉛直方向Ｇの上方に、配置する必要がある。

また、放熱部２０は、通常、情報通信機器が設置される建物に設けられているチラーやファンなど（冷却機器の一種）に応じて、配置される。このため、放熱部２０は、水平方向（すなわち、鉛直方向Ｇに対して垂直な方向）で、受熱部１０から離れた位置に、配置されることが多い。

放熱部２０の材料には、好ましくは、例えば、熱伝導率の高いアルミニウムや銅が用いられる。ただし、放熱部２０の材料は、アルミニウムや銅に限定されない。

図１に示されるように、気相管３０は、受熱部１０および放熱部２０に接続され、両者を連結する。気相管３０の一端部は、受熱部１０の上部ヘッダ１１に接続される。気相管３０の他端部は、放熱部２０の上部に接続される。気相管３０は、受熱部１０で生じた気相冷媒を含む冷媒を、受熱部１０から放熱部２０へ流入させる。

冷却装置１０００は、多くの熱量を吸熱することが要求されている。受熱部１０は、発熱部２００の熱を確実に吸熱するために、多量の液相冷媒を蓄溜する必要がある。このため、受熱部１０で発生した気相冷媒の中には、多量の液相冷媒が混入する。したがって、気相管３０内を流れる冷媒には、気相冷媒だけでなく、液相冷媒も混在することになる。

受熱部１０および放熱部２０は、一般的な自然循環方式の冷却装置において、互いに離れた位置に配置される。このため、受熱部１０および放熱部２０を接続する気相管３０は、電気配線、ネットワーク線、空調機のための配線や配管等を避けながら、敷設される。つまり、気相管３０は、本発明の冷却装置の設置フロアの平面方向（鉛直方向Ｇに対して平行方向）に延びる配管と、その配管の方向を曲げる曲がり管を有している。

また、特に、自然循環方式の冷却装置１０００では、液相冷媒と気相冷媒の密度差を利用して動作する。このため、放熱部２０は、受熱部１０よりも鉛直方向Ｇの上方側に配置される。このため上方へ曲がる曲がり管（後述の上方曲がり管３２）を有する。

ここで、気相管３０の一例として、図１および図２に示されるように、気相管３０が、上方管３１と、上方曲がり管３２と、連結管３３とを有する場合について説明する。

上方管３１は、受熱部１０に接続されている。上方管３１は、受熱部１０から放熱部２０側へ向けて鉛直方向Ｇの上方側に延びるように設けられている。

上方曲がり管３２は、放熱部２０に接続されている。上方曲がり管３２は、放熱部２０から受熱部１０側へ向けて鉛直方向Ｇの下方側に延びるように設けられている。

連結管３３は、上方管３１および上方曲がり管３２を接続する。連結管３３は、鉛直方向Ｇに対して垂直方向に沿って延在する。

図１に示されるように、液相管４０は、受熱部１０および放熱部２０に接続され、両者を連結する。液相管４０の一端部は、放熱部２０の下部に接続される。液相管４０の他端部は、受熱部１０の下部ヘッダ１２に接続される。

液相管４０は、放熱部２０により凝縮された液相冷媒を、放熱部２０から受熱部１０へ流入させる。すなわち、液相管４０は、放熱部２０により発熱部２００の熱を放熱することによって気相冷媒が相変化した液相冷媒を、放熱部２０から受熱部１０へ流入させる。

受熱部１０および放熱部２０は、一般的な自然循環方式の冷却装置において、互いに離れた位置に配置される。このため、受熱部１０および放熱部２０を接続する液相管４０は、電気配線、ネットワーク線、空調機のための配線や配管等を避けながら、敷設される。つまり、液相管４０は、本発明の冷却装置の設置フロアの平面方向（鉛直方向Ｇに対して平行方向）に延びる配管と、その配管の方向を曲げる曲がり管を有している。

図１および図２に示されるように、戻り管５０は、気相管３０に接続されている。より具体的には、戻り管５０は、上方曲がり管３２および連結管３３を接続する接続部Ｍ１と、上方管３１とに、接続されている。ここで、戻り管５０は、気相管３０が分岐した管とすることもできる。すなわち、気相管３０は、上方曲がり管３２および連結管３３を接続する接続部Ｍ１において分岐し、分岐した気相管（戻り管５０）は、上方管３１と合流する。このとき、上方曲がり管３２および連結管３３の接続部Ｍ１は、上方管３１と戻り管５０との接続部Ｍ２より、鉛直方向Ｇの上方に設けられている。戻り管５０は、気相管５０を流れる冷媒に含まれる液相冷媒を、受熱部１０へ戻す。また、戻り管５０とおよび上方管３１は、接続部Ｍ２で、戻り管５０の中心線と上方管３１の中心線とが交わるように設けられている。

図１および図２に示されるように、戻り管５０は、戻り管入口５１と、戻り管出口５２を有する。

戻り管入口５１は、上方曲がり管３２および連結管３３を接続する接続部Ｍ１に設けられている。戻り管入口５１は、接続部Ｍ１において、上方曲がり管３２の下面を開口して設けられる。このように、戻り管入口５１を設けることにより、上方曲がり管３２において、気相冷媒は鉛直方向Ｇの上方側へ上昇し、液相冷媒は鉛直方向Ｇの下方側へ下降する。このため、気相管５０を流れる冷媒に含まれる液相冷媒を、効率よく戻り管５０へ流入させることができる。一方で、設置環境によっては、戻り管入口５１を連結管３３に設けても良い。

戻り管出口５２は、上方管３１の壁を開口して設けられている。このとき、上方管３１と戻り管５０との接続部Ｍ２は、上方曲がり管３２および連結管３３の接続部Ｍ１より、鉛直方向Ｇの下方に設けられている。戻り管出口５２を上方管３１の壁に設けることにより、戻り管５０内を流れる液相冷媒が、気相管３０の上方管３１の内壁面を伝って鉛直方向Ｇの下方へ降下する。これにより、戻り管５０内を流れる液相冷媒が、気相管３０の上方管３１内を上昇する気相冷媒と干渉することを抑止することができる。

ここで、戻り管５０の配管径（または、配管内側の断面積）が大きすぎる場合、気相管３０の上方管３１内を上昇する気相冷媒が戻り管出口５２から流入することも考えられる。これに関して、気相冷媒は、同じ質量あたりの体積が液相冷媒より大きいため、戻り管５０の配管径（または、配管内側の断面積）は気相管３０の配管径（または、配管内側の断面積）より小さいことが望ましい。

逆に、戻り管５０の配管径（または、配管内側の断面積）が小さすぎる場合、戻る液相冷媒の流動を妨げるため、所望の効果を得られないことも考えられる。気相冷媒が巻き込む液相冷媒量は、その冷却装置が受ける熱量や、寸法に依存するために一律に決めることは難しい。そこで、少なくとも気相冷媒と同質量程度の液相冷媒は輸送されるため、気相冷媒の質量流量と同程度の質量流量が戻り管５０に流れるようにすることが、好ましい。つまり、好ましくは、戻り管５０と気相管３０の配管径比が、液相冷媒と気相冷媒の密度比以上になるように、戻り管７の配管径を決める。

たとえば、多くの冷却装置で利用されている冷媒であるＲ１３４ａの場合、温度−１０℃、圧力約２００パスカルの時、液体冷媒の密度が約１０キログラム毎立方メートル、気相冷媒の密度が約１３３０キログラム毎立方メートルとなる。すなわち、気体の密度が、液体の密度に対して約１３３倍程度大きい。このため、液相管４０の配管径は、気相管３０の配管径の約１３３分の１以上であることを望ましい。多くの冷媒の場合、Ｒ１３４ａのように、液相冷媒の方が気相冷媒より数１００倍程度密度が大きいため、戻り管５０の配管径を、気相管３０の配管径の１００分１以上にすることが望ましい。

図３は、本発明の第１の実施の形態における冷却装置の変形例の構成を示す図である。なお、図３では、図１、２で示した各構成要素と同等の構成要素には、図１、２に示した符号と同等の符号を付している。上記例では、気相管３０が、上方管３１、上方曲がり管３２及び連結管３３を有する場合について説明したが、他の構成の場合も考えられる。例えば、図３に示すように、気相管３０が、一か所で屈曲している構成である。この構成の場合、気相管３０は、放熱部２０との接続部と屈曲箇所との間で分岐する。また、この構成の場合、気相管３０は、屈曲箇所の下方で合流する。

次に、冷却装置１０００の動作について説明する。図４は、冷却装置１０００の動作を説明するための概略図である。図５は、冷却装置１０００の気相管３０および戻り管５０付近の部分拡大図であって、冷却装置１０００の動作を説明するための図である。なお、便宜上、図４では戻り管５０を省略している。図４および図５には、鉛直方向Ｇを矢印で示している。

まず、受熱部１０は、発熱部２００（例えば、ラック（不図示））の熱（例えば、ラック内の情報通信機器（不図示）の排熱）を受熱する。受熱部１０が発熱部２００の熱を吸熱すると、液相冷媒が沸騰して気相状態になり気相冷媒へ相変化する。気化した気相冷媒は、液相冷媒よりも密度が小さいため、その浮力により鉛直方向Ｇの上方へ上昇し、受熱部１０の上部ヘッダ１１を通って気相管３０へ流入する。

ここで、冷却装置１０００は、多くの熱量を吸熱することが要求されている。このため、受熱部１０は、発熱部２００の熱を確実に吸熱するために、多量の液相冷媒を蓄溜する必要がある。したがって、受熱部１０で発生した気相冷媒の中には、多量の液相冷媒が混入する。したがって、気相管３０内を流れる冷媒には、気相冷媒だけでなく、液相冷媒も混在する。

次に、図４の矢印Ｐ１に示すように、発熱部２００の熱を吸収した気相冷媒を含む冷媒は、気相管３０内を、放熱部２０へ向かって上昇する。この間、発熱部２００の熱を吸収した気相冷媒を含む冷媒は、上方管３１、連結管３３および上方曲がり管３２を順次通って、放熱部２０へ向かう。

ここで、前述の通り、戻り管５０が、上方曲がり管３２および連結管３３を接続する接続部Ｍ１と、上方管３１とに、接続されている。このとき、上方曲がり管３２および連結管３３の接続部Ｍ１は、上方管３１と戻り管５０との接続部Ｍ２より、鉛直方向Ｇの上方に設けられている。

したがって、図５の矢印Ｐ３に示すように、発熱部２００の熱を吸収した気相冷媒を含む冷媒のうち、液相冷媒ＲＣＱは、その自重により、上方曲がり管３２から戻り管５０へ、戻り管入口５１を介して、上方曲がり管３２および戻り管５０の内壁を伝って下降する。このように、発熱部２００の熱を吸収した気相冷媒を含む冷媒のうち、液相冷媒ＲＣＱは、気相管４０内の気相冷媒の流動を妨げることなく、気相冷媒と逆方向に移動する。

もし、戻り管５０が設けられていない場合、発熱部２００の熱を吸収した気相冷媒を含む冷媒のうち、液相冷媒は、気相冷媒の流れに干渉しながら、気相管３０内を逆流する以外ないい。このため、気相管３０内の気相冷媒の流動を著しく妨げ、冷却装置の熱輸送能力を低下させる。

これに対して、本発明の冷却装置１０００では、戻り管５０を設けることにより、発熱部２００の熱を吸収した気相冷媒を含む冷媒のうち、液相冷媒ＲＣＱは、図５の矢印Ｐ４で示すように、上方曲がり管３２および戻り管５０の内壁を伝って下降しながら、戻り管入口５１から戻り管５０内に流入する。戻り管５０内を流れる液相冷媒ＲＣＱは、当該液相冷媒の自重により受熱部１０側へ移動し、戻り管出口５２に到達し、戻り管出口５２を介して気相管３０の上方管３１内に流入する。

戻り管出口５２は上方管３１の壁面に設けられており、上方管３１は鉛直方向Ｇの上方側へ延びるように設けられている。このため、図５の矢印Ｐ５に示されるように、戻り管出口５２を介して気相管３０の上方管３１内に流入する液相冷媒は、すぐに上方管３１内を、当該上方管３１の内壁を伝って、鉛直方向Ｇの下方側へ降下する。

つまり、液相冷媒は、上方管３１の内壁を伝って鉛直方向Ｇの下方側へ降下するので、上方管３１内を上昇する気相冷媒と、上方管内を下降する液相冷媒の干渉を、最小限に抑えることができる。

気相管３０の上方管３１に戻った液相冷媒は、受熱部１０の上部ヘッダ１１に流入し、受熱部３０内で発熱部２００の熱を吸熱することで気相冷媒に相変化し、受熱部１０および放熱部２０の間を循環する冷媒として使用される。

戻り管５０を設けることによって、上方曲がり管３２を上昇する冷媒は、液相冷媒をほとんど含まず、ほぼ全てが気相冷媒となる。このため、気相管３０のうちで接続部Ｍ１より鉛直方向Ｇの上方側（特に、曲がり部）では、発熱部２００の熱を吸収した気相冷媒を含む冷媒のうち、液相冷媒と気相冷媒が、気相管３０内で互いに干渉することはない。すなわち、発熱部２００の熱を吸収した気相冷媒を含む冷媒のうち、液相冷媒が、気相管３０内の曲がり部等で、気相管３０内を上昇する気相冷媒の流動の妨げになることはない。

次に、上方曲がり管３２を上昇する気相冷媒は、放熱部２０内に流入する。放熱部２０内に流入した気相冷媒は、放熱部２０により冷却され、液化される。これにより、気相冷媒が液相冷媒に相変化する。この結果、気相冷媒によって運ばれた発熱部２００の熱が放熱部２０で放熱される。

液相冷媒は気相冷媒より密度が小さいので、放熱部２０内で生じた液相冷媒は、放熱部２０内を鉛直方向Ｇの下方側へ下降する。そして、液相冷媒は、放熱部２０の下部に接続された液相管４０内に流入する。

次に、図４の矢印Ｐ２に示すように、液相管４０内を流れる液相冷媒は、当該液相冷媒の自重により、液相管４０内を鉛直方向Ｇの下方側へ下降し、受熱部１０の下部ヘッダ１２内に流入する。このようにして、受熱部１０内に蓄溜されていた液相冷媒が、放熱部２０を介して再び受熱部１０に還流される。

そして、還流された液相冷媒は、受熱部１０で発熱部２００の熱を吸熱して、気相冷媒へ相変化し、冷却装置１０００の熱輸送に使用される。以降、同じ動作を繰り返す。

このように、冷媒は、受熱部１０、気相管３０、放熱部２０および液相管４０を順次、循環する。すなわち、冷媒は、受熱部１０により吸熱された発熱部２００の熱を含んだ状態で受熱部１０から放熱部２０へ気相管３０を介して流れ、放熱部２０により発熱部２００の熱を放熱された後に放熱部２０から受熱部１０へ液相管４０を介して流れる。これにより、受熱部１０により受熱された発熱部２００の熱が放熱される。以上の通り、冷却装置１０００は、受熱部１０および放熱部２０の間で、冷媒を相変化（液相←→気相）させながら循環させることにより、受熱部１０により受熱される発熱部２００の熱を冷却する。

また、戻り管５０は、気相管３０に接続されている。気相管３０を流れる冷媒に含まれる液相冷媒は、戻り管入口５１を介して戻り管５０内に流入し、戻り管出口５２を介して気相管３０の受熱部１０側に流入し、受熱部１０へ戻る。このように、気相管３０を流れる冷媒に含まれる液相冷媒は、気相管３０を上昇する気相冷媒の流動に干渉することなく、受熱部１０へ戻る。

以上、冷却装置１０００の構成および動作について説明した。

次に、本発明の第１の実施の形態における冷却装置１０００の変形例である冷却装置１０００Ａについて説明する。図６は、冷却装置１０００Ａの構成を示す部分拡大図である。図６（ａ）は、冷却装置１０００Ａの構成を示す部分拡大正面図である。図６（ｂ）は、冷却装置１０００Ａの構成を示す部分拡大側面図である。なお、図６では、図１〜５で示した各構成要素と同等の構成要素には、図１〜５に示した符号と同等の符号を付している。また、図６には、鉛直方向Ｇを矢印で示している。

図６（ａ）および図６（ｂ）に示されるように、冷却装置１０００Ａは、受熱部１０と、放熱部２０と、気相管３０Ａと、液相管４０と、戻り管５０Ａとを備えている。冷却装置１０００Ａは、自然循環方式が採用された冷却装置である。

ここで、図１（ａ）、（ｂ）と、図６（ａ）、（ｂ）を比較する。図１（ａ）、（ｂ）では、気相管３０の上方管３１は、受熱部１０の上部から鉛直方向Ｇの上方側に延出されていた。また、戻り管５０は、受熱部１０の上方で、気相管３０の上方管３１に接続されていた。これに対して、図６（ａ）、（ｂ）では、気相管３０の上方管３１は、受熱部１０の上部から下部に亘り、鉛直方向Ｇの上方側に延在する。また、戻り管５０は、受熱部１０の下部側で、気相管３０の上方管３１に接続されている。

図６（ａ）および図６（ｂ）に示されるように、戻り管５０Ａおよび上方管３１の接続部Ｍ２は、受熱部１０および気相管３０の接続部よりも鉛直方向Ｇの下方に設けられている。なお、戻り管３０Ａおよび上方管３１の接続部Ｍ２には、戻り管出口５２が設けられている。

これにより、気相管３０Ａ内を放熱部２０へ向けて上昇する気相冷媒と、戻り管５０Ａから気相管３０Ａの上方管３１に流入する液相冷媒とが、互いに干渉し合うことを、さらに低減することができる。

以上、本発明の第１の実施の形態における冷却装置１０００の変形例である冷却装置１０００Ａについて説明した。

以上の通り、本発明の第１の実施の形態における冷却装置１０００は、受熱部１０と、放熱部２０と、液相管４０と、気相管３０とを備えている。受熱部１０は、発熱部２００からの熱を受熱する。放熱部２０は、受熱部１０より上方に設けられ、熱を放熱する。液相管４０は、受熱部１０と放熱部２０とを接続する。気相管３０は、受熱部１０と放熱部２０とを接続する。冷却装置１０００は、受熱部１０、放熱部２０、液相管４０及び気相管２０を冷媒が循環する。そして、気相管３０は、気相管３０と放熱部２０との接続部Ｍ１より下方で分岐する。また、分岐した気相管（戻り管５０）は、分岐した箇所よりも下方（接続部Ｍ２）で合流する。

このように、気相管３０は、気相管３０と放熱部２０との接続部Ｍ１より下方で分岐する。また、分岐した気相管（戻り管５０）は、分岐した箇所よりも下方（接続部Ｍ２）で合流する。すなわち、気相管３０を流れる冷媒のうち液相冷媒は、気相管３０とは別に、分岐した気相管（戻り管５０）内を流れて、受熱部２０へ戻る。したがって、気相管３０内を流れる冷媒のうち気相冷媒は、気相管３０内で、液相冷媒の流動に干渉されることなく、受熱部１０から放熱部２０へ流れる。また、分岐した気相管（戻り管５０）を通って受熱部２０へ戻った液相冷媒は、発熱部２００の熱により再び気相冷媒へ相変化され、分岐した気相管（戻り管５０）内を受熱部１０から放熱部３０へ向けて上昇する。

よって、液相冷媒および気相冷媒が互いに干渉することなく、気相管３０内の気相冷媒を受熱部１０から放熱部２０へ円滑に流入させることができ、分岐した気相管（戻り管５０）を介して気相管３０内の液相冷媒を受熱部１０へ戻すことができる。

したがって、本発明の冷却装置１０００によれば、発熱部２００を冷却する性能が低減することを抑止することができる。

本発明の第１の実施の形態における冷却装置１０００において、気相管３０は少なくとも１か所以上で屈曲しており、気相管３０は、放熱部２０と屈曲箇所の間で分岐し、屈曲箇所より下方で合流する。

このように、気相管３０は、放熱部２０と屈曲箇所の間で分岐し、屈曲箇所より下方で合流する。これにより、屈曲箇所に冷媒が溜まることを抑止できる。この結果、気相管３０に屈曲箇所が設けられても、発熱部２００を冷却する性能が低減することを抑止することができる。

本発明の第１の実施の形態における冷却装置１０００は、受熱部１０と、放熱部２０と、気相管３０と、液相管４０と、戻り管５０とを備えている。受熱部１０は、液相冷媒を蓄溜する。受熱部１０は、発熱部２００に取り付けられる。受熱部１０は、
発熱部２００の熱を受熱する。放熱部２０は、受熱部２０よりも鉛直上方側に設けられている。放熱部２０は、受熱部２０により発熱部２００の熱を受熱することによって、液相冷媒が相変化した気相冷媒を介して流入される発熱部２００熱を放熱する。気相管３０は、受熱部１０および放熱部２０に接続されている。気相管３０は、気相冷媒を含む冷媒を受熱部１０から放熱部２０へ流す。液相管４０は、受熱部１０および放熱部２０に接続されている。液相管４０は、放熱部２０により発熱部２００の熱を放熱することによって気相冷媒が相変化した液相冷媒を放熱部２０から受熱部１０へ流入させる。戻り管５０は、気相管３０に接続されている。戻り管５０は、気相管３０を流れる冷媒に含まれる液相冷媒を受熱部１０へ戻す。

このように、戻り管５０が、気相管３０に接続され、気相管３０を流れる冷媒に含まれる液相冷媒を受熱部１０へ戻す。すなわち、気相管３０を流れる冷媒のうち液相冷媒は、気相管３０とは別に設けられた戻り管５０内を流れて、受熱部２０へ戻る。したがって、気相管３０内を流れる冷媒のうち気相冷媒は、気相管３０内で、液相冷媒の流動に干渉されることなく、受熱部１０から放熱部２０へ流れる。また、戻り管５０を通って受熱部２０へ戻った液相冷媒は、発熱部２００の熱により再び気相冷媒へ相変化され、気相管３０内を受熱部１０から放熱部３０へ向けて上昇する。

よって、気相管３０に曲がり部が設けられても、液相冷媒および気相冷媒が互いに干渉することなく、気相管３０内の気相冷媒を受熱部１０から放熱部２０へ円滑に流入させることができ、戻り管５０を介して気相管３０内の液相冷媒を受熱部１０へ戻すことができる。

したがって、本発明の冷却装置１０００によれば、気相管３０に曲がり部が設けられても、発熱部２００を冷却する性能が低減することを抑止することができる。

自然循環方式の冷却装置１０００では、気相冷媒は、液相冷媒が混入された状態で、気相管５内を受熱部１０から放熱部２０へ向けて移動する。上述の通り、戻り管５０を設けることにより、気相管３０の上方曲がり管３２内を降下する液相冷媒と、気相管３０内を放熱部２０へ向けて上昇する気相冷媒とが干渉することを防止し、熱輸送能力の低下を抑制できる。

自然循環方式の冷却装置１０００では、気相冷媒と液相冷媒の密度差を利用して動作させているため、放熱器２０を、受熱器１０より鉛直方向Ｇの上方側に配置しなくてはならない等の制約がある。このため、冷却装置１０００の設置時には、当該冷却装置１０００の動作を考慮した設置が求められる。

すなわち、さまざまなケーブルや配管があるサーバルームにおいて、複数の曲がり部を配管（特に気相管３０）に設けても、熱輸送能力を低下させないために、設置時に考慮すべき項目を少なくすることができる。

また、冷却装置１０００の配管（特に気相管３０）を、当該冷却装置１０００の内部動作を考えることなく、発熱部２００（例えばラック）を収容するサーバルーム内の電源配線や空調機の配管やダクト等を避けて、設けることができる。このため、冷却装置１０００を容易に設置することができる。

また、前述の通り、本発明の冷却装置１０００では、戻り管５０を設けることによって、自重により降下して受熱部１０側へ戻ろうとする液相冷媒と、放熱部２０へ向けて上昇する気相冷媒とが、気相管３０内で干渉することが抑制されている。このため、気相管３０の配管径（配管内の断面積）をより小さくすることができる。これにより、冷却装置１０００の設置事時に、当該冷却装置１０００の取扱いが簡便になり、設置時のコストを低減することができる。

また、本発明の第１の実施の形態における冷却装置１０００は、戻り管５０を備えている。戻り管５０は、気相管３０から気相管３０と放熱部２０との接続部Ｍ１より下方で分岐され、分岐した箇所よりも下方（接続部Ｍ２）で気相管３０に合流し、気相管３０を流れる冷媒に含まれる液相冷媒を受熱部１０へ戻す。気相管３０は、上方管３１と、上方曲がり管３２と、連結管３３とを有する。上方管３１は、受熱部１０に接続されている。上方管３１は、受熱部１０から放熱部２０側へ向けて鉛直上方側に延びるように設けられている。上方曲がり管３２は、放熱部２０に接続されている。上方曲がり管３２は、放熱部２０から受熱部１０側へ向けて鉛直下方側に延びるように設けられている。連結管３３は、上方管３１および上方曲がり管３２を接続する。戻り管５０は、上方曲がり管３２および連結管３３の接続部と、上方管３１とに接続されている。上方曲がり管３２および連結管３３の接続部は、上方管３１および戻り管５０の接続部より、鉛直方向Ｇの上方に設けられている。

このように、戻り管５０は、上方曲がり管３２および連結管３３の接続部Ｍ１に、接続されている。上方管３１は、受熱部１０から放熱部２０側へ向けて鉛直上方側に延びるように設けられている。これにより、発熱部２００の熱を吸収した気相冷媒を含む冷媒のうち、液相冷媒は、上方曲がり管３２および戻り管５０の内壁を伝って自重により下降しながら、戻り管入口５１（戻り管入口５１は、上方曲がり管３２および連結管３３の接続部Ｍ１に配置されている。）から戻り管５０内に流入する（図５の矢印Ｐ３）。したがって、発熱部２００の熱を吸収した気相冷媒を含む冷媒のうち、液相冷媒を、円滑に気相管３０の上方曲がり管３２から戻り管５０へ流入させることができる。

また、戻り管５０は、上方管３１に接続されている。上方管３１は、受熱部１０から放熱部２０側へ向けて鉛直上方側に延びるように設けられている。これにより、戻り管出口５２を介して気相管３０の上方管３１内に流入する液相冷媒は、すぐに上方管３１内を、当該上方管３１の内壁を伝って自重により鉛直方向Ｇの下方側へ降下する（図５の矢印Ｐ５）。したがって、発熱部２００の熱を吸収した気相冷媒を含む冷媒のうち、液相冷媒を、円滑に戻り管５０から気相管３０の上方管３１へ流入させることができる。液相冷媒は、上方管３１の内壁を伝って鉛直方向Ｇの下方側へ降下するので、上方管３１内を上昇する気相冷媒と、上方管内を下降する液相冷媒との干渉を、最小限に抑えることができる。

本発明の第１の実施の形態における冷却装置１０００において、発熱部２００は、複数の電子装置を収容するラックである。これにより、ラック内の複数の電子装置から生じる熱を、冷却することができる。

本発明の第１の実施の形態における冷却装置１０００の変形例である冷却装置１０００Ａにおいて、戻り管３０Ａおよび上方管３１の接続部Ｍ２は、受熱部１０および気相管３０の接続部よりも鉛直方向Ｇの下方に設けられている。

これにより、気相管３０Ａ内を放熱部２０へ向けて上昇する気相冷媒と、戻り管５０Ａから気相管３０Ａの上方管３１に流入する液相冷媒とが、互いに干渉し合うことを、さらに低減することができる。

＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態における冷却装置１０００Ｂの構成を説明する。図７は、冷却装置１０００Ｂの構成を示す部分拡大側面図である。なお、図７では、図１〜６で示した各構成要素と同等の構成要素には、図１〜６に示した符号と同等の符号を付している。また、図７には、鉛直方向Ｇを矢印で示している。

図７に示されるように、冷却装置１０００Ｂは、受熱部１０と、放熱部２０と、気相管３０と、液相管４０と、戻り管５０と、接続機構６１、６２とを備えている。冷却装置１０００Ｂは、自然循環方式が採用された冷却装置である。

ここで、図１（ａ）、（ｂ）と、図７を比較する。図７では、接続機構６１、６２が設けられている点で、図１（ａ）、（ｂ）と相違する。

図７に示されるように、接続機構６１は、気相管３０の上方曲がり管３２に設けられている。接続機構６２は、気相管３０の上方管３１に設けられている。

少なくとも、気相管３０の連結管３３と、戻り管５０と、接続部Ｍ１（戻り管入口５１）と、接続部Ｍ２（戻り管出口５２）とが、接続機構６１および接続機構６２の間に配置されるように、設けられている。接続機構６１および接続機構６２の間に設けられた気相管３０の一部と戻り管５０は、分離部として、気相管３０に対して取り付けまたは取り外すことができる。接続機構６１、６２は、フランジ形状に形成されており、ガスケットやねじ等を用いて、分離部と気相管３０と連結することができる。

このように、冷却装置１０００Ｂでは、冷却装置１０００Ｂの一部の構造を分離部として部品化し、これを接続構造６１、６２を用いて連結できるようにした。このため、本発明の設置環境ごとの個別設計や、設置工事時の微調整が必要なくなるので、大幅はコスト削減ができる。また、すでに設置された冷却装置であっても、接続構造６１、６２を通して、取り付けること可能であり、適用範囲を拡大することができる。

なお、冷却装置１０００Ｂの動作は、冷却装置１０００の動作を同様である。

以上の通り、本発明の第２の実施の形態における冷却装置１０００Ｂにおいて、戻り管５０は、気相管３０から取り外すことができる。これにより、本発明の設置環境ごとの個別設計や、設置工事時の微調整が必要なくなるので、大幅はコスト削減ができる。また、すでに設置された冷却装置であっても、接続構造６１、６２を通して、取り付けること可能であり、適用範囲を拡大することができる。また、戻り管３０付近が破損した場合であっても、すぐに交換することができる。

＜第３の実施の形態＞
次に、本発明の第３の実施の形態における冷却装置１０００Ｃの構成を説明する。図８は、冷却装置１０００Ｃの構成を示す部分拡大側面図である。なお、図８では、図１〜７で示した各構成要素と同等の構成要素には、図１〜７に示した符号と同等の符号を付している。また、図８には、鉛直方向Ｇを矢印で示している。

図８に示されるように、冷却装置１０００Ｃは、受熱部１０と、放熱部２０と、気相管３０と、液相管４０と、戻り管５０Ｂと、屈曲部５３とを備えている。冷却装置１０００Ｃは、自然循環方式が採用された冷却装置である。

ここで、図１（ａ）、（ｂ）と、図８を比較する。図８では、屈曲部５３が戻り管５０Ｂに設けられている点で、図１（ａ）、（ｂ）と相違する。

図８に示されるように、屈曲部５３は、戻り管５０Ｂの戻り管出口５２付近の配管を、鉛直方向Ｇの下方に凸となるように、戻り管５０Ｂを屈曲させて形成される。すなわち、屈曲部５３は、気相管３０の上方管３１および戻り管５０Ｂの接続部側で戻り管５０Ｂを屈曲させて形成される。屈曲部５３は、戻り管５０Ｂを流れる液相冷媒を蓄溜する。

戻り管５０Ｂによって受熱部１０に戻る液相冷媒は、常に一定量とは限らないので、戻る液相冷媒量が少なくなる場合がある。その時に、戻り管５０Ｂが液相冷媒で満たされないために、戻り管出口５２より気相冷媒が気相管３０から流入する場合がある。

気相冷媒が気相管３０から戻り管５０Ｂに流入すると、液相冷媒が戻り管５０Ｂから受熱部１０へ戻らなくなるため、第１の実施の形態で説明したような所望の効果を得られない。

そこで、本実施の形態では、屈曲部５３を戻り管５０Ｂに設けている。これにより、戻り管５０Ｂの液相冷媒量が減ったとしても、屈曲部５３に液相冷媒ＲＣＱが溜まるため、気相冷媒が戻り管出口５２から流入することを防止することができる。

屈曲部５３の凸部には液相冷媒ＲＣＱを貯めなくてはならないので、最低でも戻り管５０Ｂの配管径以上に凸部が突き出るようにする。戻り管５０Ｂの屈曲部５３が設けられても、屈曲部５３にたまった液相冷媒ＲＣＱは、戻り管５０Ｂを受熱部１０へ向けて戻ろうとする液相冷媒に押し出されて、戻り管出口５２より上方管１０に流入する。このため、屈曲部５３を設けても、液相冷媒の流動に影響を与えることはない。

以上の通り、本発明の第３の実施の形態における冷却装置１０００Ｃは、屈曲部５３を備えている。屈曲部５３は、気相管３０の上方管３１および戻り管５０Ｂの接続部側で戻り管５０Ｂを屈曲させて形成される。屈曲部５３は、戻り管５０Ｂを流れる液相冷媒を蓄溜する。これにより、屈曲部５３に液相冷媒を常時溜めておくことができる。この結果、受熱部３０の上方管３１内を放熱部２０へ向けて上昇する気相冷媒が、戻り管５０Ｂに流入することを防止することができる。

＜第４の実施の形態＞
次に、本発明の第４の実施の形態における冷却装置１０００Ｄの構成を説明する。図９は、冷却装置１０００Ｄの構成を示す部分拡大側面図である。なお、図９では、図１〜８で示した各構成要素と同等の構成要素には、図１〜８に示した符号と同等の符号を付している。また、図９には、鉛直方向Ｇを矢印で示している。

図９に示されるように、冷却装置１０００Ｄは、受熱部１０と、放熱部２０と、気相管３０と、液相管４０と、戻り管５０Ｃと、タンク５４とを備えている。冷却装置１０００Ｄは、自然循環方式が採用された冷却装置である。

ここで、図１（ａ）、（ｂ）と、図９を比較する。図９では、戻り管５０Ｃにタンク５４が設けられている点で、図１（ａ）、（ｂ）と相違する。

図９に示されるように、タンク５４は、戻り管５０Ｃに設けられている。タンク５４は、戻り管５０Ｃを流れる液相冷媒ＲＣＱを蓄溜する。タンク５４の配置位置は、戻り管５０Ｃの途中であれば、特に限定されない。また、好ましくは、タンク５４の内容積は、戻り管５０Ｃの内容積の０．１〜１倍である。

戻り管５０Ｃより受熱部１０へ戻る液相冷媒は、急激に増えることもあれば、少ないこともある。液相冷媒が急激に増えた場合、戻り管出口５２より気相管３０に戻る液相冷媒の流速が速く、上方管３１の壁を伝わらずに、上方管３１の中央部に飛び出し、上方管３１内を上昇する気相冷媒の流れを阻害する。一方、液相冷媒が少ない場合、戻り管出口５２から気相冷媒が戻り管５Ｃに流入するため、戻り管５０Ｃ内を受熱部１０へ戻ろうとして流れる液相冷媒の流動を阻害する。

そこで、本実施の形態では、戻り管５０Ｃに容積の大きいタンク５４を設けている。これにより、戻り管５０Ｃ内を受熱部１０へ戻ろうとして流れる液相冷媒が多い場合、タンク５４がバッファとして機能する。また、タンク５４に一時的に液相冷媒ＲＣＱを貯蔵することで、戻り管出口５２を介して受熱部１０へ戻る液相冷媒の量を一定量にすることができる。

一方、戻り管５０Ｃ内を受熱部１０へ戻ろうとして流れる液相冷媒が少ない場合、タンク５４に液相冷媒ＲＣＱを貯蔵することによって、上方管３１を放熱部２０に向けて上方に流れる気相冷媒が、戻り管出口５２を介して戻り管５０Ｃに流入することを防止することができる。

このようにして、受熱部１０に戻る液相冷媒を滞らせることなく流動させることができる。この結果、冷却装置１０００Ｄの熱輸送能力を低下させることがない。

以上の通り、本発明の第４の実施の形態における冷却装置１０００Ｄは、タンク５４を備えている。タンク５４は、戻り管５０Ｃに設けられている。タンク５４は、戻り管５０Ｃを流れる液相冷媒ＲＣＱを蓄溜する。これにより、受熱部１０に戻る液相冷媒を滞らせることなく流動させることができる。この結果、冷却装置１０００Ｄの熱輸送能力を低下させることがない。

＜第５の実施の形態＞
次に、本発明の第５の実施の形態における冷却装置１０００Ｅの構成を説明する。図１０は、冷却装置１０００Ｅの構成を示す図である。図１０（ａ）は、冷却装置１０００Ｅの構成を示す部分拡大側面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ−Ａ切断線における部分断面図である。なお、図１０では、図１〜９で示した各構成要素と同等の構成要素には、図１〜９に示した符号と同等の符号を付している。また、図１０には、鉛直方向Ｇを矢印で示している。

図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示されるように、冷却装置１０００Ｅは、受熱部１０と、放熱部２０と、気相管３０と、液相管４０と、戻り管５０Ｄとを備えている。冷却装置１０００Ｅは、自然循環方式が採用された冷却装置である。

ここで、図２と、図１０（ａ）、（ｂ）を比較する。図２では、戻り管５０とおよび上方管３１は、接続部Ｍ２で、戻り管５０の中心線と上方管３１の中心線とが交わるように設けられていた。これに対して、図１０（ａ）、（ｂ）では、戻り管５０Ｄとおよび上方管３１は、接続部Ｍ２で、戻り管５０Ｄの中心線と上方管３１の中心線とが交わらないように設けられている。この点で、両者は互いに相違する。

図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示されるように、戻り管５０Ｄとおよび上方管３１は、接続部Ｍ２で、戻り管５０Ｄの中心線と上方管３１の中心線とが交わらないように設けられている。すなわち、戻り管５０Ｄを上方管３１の外壁の中心に接続するのではなく、戻り管５０Ｄを上方管３１の外壁に当該上方管３１の外壁の中心から偏心させて接続している。

戻り管出口５２は、戻り管５０Ｄ内の液相冷媒が上方管３１の内周壁に沿って流れるように、設けられている。これにより、戻り管５０Ｄから受熱部１０へ戻ろうとする液相冷媒が、上方管３１の内周壁に沿って流動し、上方管３１の内周壁を回転しながら鉛直方向Ｇの下方へ向かって降下する。

以上の通り、本発明の第５の実施の形態における冷却装置１０００Ｅにおいて、戻り管５０Ｄおよび上方管３１は、戻り管５０Ｄおよび上方管３１の接続部Ｍ２で、戻り管５０Ｄの中心線と上方管３１の中心線が交わらないように、接続されている。これにより、戻り管５０Ｄから受熱部１０へ戻ろうとする液相冷媒が、上方管３１の内周壁に沿って流動し、上方管３１の内周壁を回転しながら鉛直方向Ｇの下方へ向かって降下する。この結果、戻り管５０Ｄから受熱部１０へ戻ろうとする液相冷媒は、気相管３０の上方管３１内を放熱部へ向かって鉛直方向Ｇの上方へ上昇する気相冷媒と干渉することなく、受熱部１０へ向かって降下することができる。したがって、気相管３０の上方管３１内を放熱部へ向かって鉛直方向Ｇの上方へ上昇する気相冷媒の流動が、戻り管５０Ｄから受熱部１０へ戻ろうとする液相冷媒によって、阻害されることを防止できる。

＜第６の実施の形態＞
次に、本発明の第６の実施の形態における冷却装置１０００Ｆの構成を説明する。図１１は、冷却装置１０００Ｆの構成を示す図である。図１１（ａ）は、冷却装置１０００Ｆの構成を示す部分拡大側面図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＢ−Ｂ切断線における部分断面図である。なお、図１１では、図１〜１０で示した各構成要素と同等の構成要素には、図１〜１０に示した符号と同等の符号を付している。また、図１１には、鉛直方向Ｇを矢印で示している。

図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示されるように、冷却装置１０００Ｆは、受熱部１０と、放熱部２０と、気相管３０と、液相管４０と、戻り管５０Ｅとを備えている。冷却装置１０００Ｆは、自然循環方式が採用された冷却装置である。

ここで、図２と、図１１（ａ）、（ｂ）を比較する。図２では、戻り管５０とおよび上方管３１は、接続部Ｍ２で、戻り管５０の中心線と上方管３１の中心線とが交わるように設けられていた。これに対して、図１１（ａ）、（ｂ）では、戻り管５０Ｅは、接続部Ｍ２で、上方管３１の外周面に沿って上方管３１に接続されている。この点で、両者は互いに相違する。

図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示されるように、戻り管５０Ｅは、接続部Ｍ２で、上方管３１の外周面に沿って上方管３１に接続されている。すなわち、戻り管５０Ｅは、上方管３１の外周面に巻き付けられるように取り付けられている。このとき、好ましくは、戻り管５０Ｅのうちで、上方管３１の外周面に巻き付けられる部分の内径は、それ以外の部分の内径とほぼ同じであることが望ましい。これにより、戻り管５０Ｅを流れる液相冷媒を、上方管３１の全外周面に亘り、より均一に且つ円滑に流すことができる。

また、複数の戻り管出口５２は、戻り管５０Ｅおよび上方管３１の接続部Ｍ２に、戻り管５０Ｅを流れる液相冷媒が、上方管３１の外周面側から中心部へ向けて流入するように、設けられている。この複数の戻り管出口５２の開口率は、５〜５０％であることが好ましい。これにより、戻り管出口５２から戻り管３１に流入する気相冷媒を少なくすることができる。複数の戻り管出口５２の開口率とは、当該複数の戻り管出口５２が形成された領域の面積に対する、複数の戻り管出口５２の内側の開口面積の割合である。なお、複数の戻り管出口５２は、本発明の複数の開口孔に対応する。

以上の通り、本発明の第６の実施の形態における冷却装置１０００Ｆにおいて、戻り管５０Ｅは、接続部Ｍ２で、上方管３１の外周面に沿って上方管３１に接続されている。また、複数の戻り管出口５２は、戻り管５０Ｅおよび上方管３１の接続部Ｍ２に、戻り管５０Ｅを流れる液相冷媒が上方管３１の外周面側から中心部へ向けて流入するように、設けられている。

これにより、戻り管５０Ｅを受熱部１０へ向けて流れる液相冷媒が、上方管３１の外周部に回り込みながら、上方管３１の外周全体から複数の戻り管出口５２を介して上方管３１内へ流入する。戻り管出口５２を複数個設けたことで、各戻り管出口５２から流出する液相冷媒の流圧を低減することができる。これにより、各戻り管出口５２から流出する液相冷媒の流速を低減することができる。この結果、各戻り管出口５２から上方管３１へ流出する液相冷媒を、上方管３１の内周壁面を伝って降下させることができる。よって、戻り管５０Ｅから受熱部１０へ戻ろうとする液相冷媒は、気相管３０の上方管３１内を放熱部へ向かって鉛直方向Ｇの上方へ上昇する気相冷媒と干渉することなく、受熱部１０へ向かって降下することができる。したがって、気相管３０の上方管３１内を放熱部へ向かって鉛直方向Ｇの上方へ上昇する気相冷媒の流動が、戻り管５０Ｄから受熱部１０へ戻ろうとする液相冷媒によって、阻害されることを防止できる。

以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。実施の形態は例示であり、本発明の主旨から逸脱しない限り、上述各実施の形態に対して、さまざまな変更、増減、組合せを加えてもよい。これらの変更、増減、組合せが加えられた変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本発明は、例えば、筐体内に収容されたハードディスクドライブ部を冷却する用途に、適用することができる。

１０ 受熱部
１１ 上部ヘッダ
１２ 下部ヘッダ
１３ チューブ
１４ フィン
２０ 放熱部
３０、３０Ａ 気相管
３１ 上方管
３２ 上方曲がり管
３３ 連結管
Ｍ１、Ｍ２ 接続部
４０ 液相管
５０、５０Ａ 戻り管
５１ 戻り管入口
５２ 戻り管出口
５３ 屈曲部
５４ タンク
６１、６２ 接続機構
１０００、１０００Ａ、１０００Ｂ、１０００Ｃ、 冷却装置
１０００Ｄ、１０００Ｅ、１０００Ｆ 冷却装置

Claims (6)

1. 発熱部からの熱を受熱する受熱部と、
   前記受熱部より上方に設けられ、前記熱を放熱する放熱部と、
   前記受熱部と前記放熱部とを接続する液相管と、
   前記受熱部と前記放熱部とを接続する気相管と、を備え、
   前記受熱部、前記放熱部、前記液相管及び前記気相管を冷媒が循環する冷却装置であって、
   前記気相管から前記気相管と前記放熱部との接続部より下方で分岐され、前記分岐した箇所よりも下方で前記気相管に合流し、前記気相管を流れる前記冷媒に含まれる液相冷媒を前記受熱部へ戻す戻り管とをさらに備え、
   前記気相管は、前記受熱部に接続され、前記受熱部から前記放熱部側へ向けて鉛直上方側に延びるように設けられた上方管と、
   前記放熱部に接続され、前記放熱部から前記受熱部側へ向けて鉛直下方側に延びるように設けられた上方曲がり管と、
   前記上方管および前記上方曲がり管を接続する連結管とを有し、
   前記戻り管は、
   前記上方曲がり管および前記連結管の接続部と、前記上方管とに接続され、
   前記上方曲がり管および前記連結管の接続部は、前記上方管および前記戻り管の接続部より、鉛直上方に設けられている冷却装置。
   
2. 前記上方管および前記戻り管の接続部側で前記戻り管を屈曲させて形成され、前記戻り管を流れる液相冷媒を蓄溜する屈曲部を備えた請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記戻り管に設けられ、前記戻り管を流れる液相冷媒を蓄溜するタンクを備えた請求項１に記載の冷却装置。
4. 前記タンクの内容積は、前記戻り管の内容積の０．１〜１倍である請求項３に記載の冷却装置。
5. 前記戻り管および前記上方管は、前記戻り管および前記上方管の接続部で、前記戻り管の中心線と前記上方管の中心線が交わらないように、接続されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷却装置。
6. 前記戻り管は、前記戻り管および前記上方管の接続部で、前記上方管の外周面に沿って前記上方管に接続されており、
   前記戻り管および前記上方管の接続部には、前記戻り管を流れる液相冷媒が、前記上方管の外周面側から中心部へ向けて流入するように、複数の開口孔が設けられている請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷却装置。

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