JP6424734B2 - Two-phase cooling system - Google Patents
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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 technology for cooling an electronic device by 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 closed tube. The heat pipe transports heat using a cycle of absorption and release of latent heat due to phase change of the working fluid by allowing the working fluid evaporated in the externally heated evaporating section to flow to the condensation section and radiating and condensing it. It is. Among these, in the loop heat pipe (LHP: Loop Heat Pipe), an evaporation section that is heated from the outside and causes evaporation of the working fluid, and a condensation section that radiates heat to the outside and causes condensation of steam, Are connected to form an annular channel.
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。 2. Description of the Related Art In recent years, with the advancement of performance of electronic devices such as servers, the calorific value of CPUs (Central Processing Units) used for electronic devices has increased, and recently CPUs with calorific values exceeding several hundred watts have begun to be used . The CPU needs to be cooled to a temperature at which it can operate stably, but it can not be cooled by the conventional air cooling system. Although water-cooled cooling that uses water with a larger heat capacity than air for cooling is also used, the cooling performance will run short in the near future in view of further heat generation of the CPU. Therefore, it has been 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. The server machine often operates for a long time, and it is necessary to prevent the malfunction of the cooling device and the occurrence of malfunction or server failure due to the high temperature of the CPU. In the liquid cooling and cooling apparatus, redundancy is achieved by doubling the pump, which is a driving part that is likely to cause a failure, to achieve stable operation of the cooling apparatus (Patent Document 3).
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 as well, studies are being made to make the pump redundant by duplicating the pump. For example, the flow path of the operation system for operating the pump and the flow path of the standby system for alternative operation at the time of failure are provided in parallel. The standby pump is normally stopped. When the pump provided in the flow path of the operation system is operated, backflow from the flow path of the operation system to the flow path of the standby system occurs, and the cooling efficiency decreases. Therefore, for example, a check valve is provided near the pump of the flow path of the standby system to prevent the backflow of the refrigerant from the operation system to the standby system. If a control mechanism is provided to control the check valve, the risk of failure of the mechanism is also assumed, so a check valve controlled automatically by the flow of 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 obstructed by the valve element contained in the check valve because of 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 non-return valve controlled by the flow of the refrigerant without blocking 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 herein, an evaporator that receives heat from the outside, a condenser that emits 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 with the first pump, a first valve body movable in the flow path of the first case, and the first flow path in the flow path of the first case; A first narrowing portion provided at a position closer to the first tank than the first valve body and having an opening smaller in diameter than the first valve body; and the second connection portion of the first tank and the first pump In communication with the second connection portion of the first tank and in front of the first case Two-phase having a third pipe communicating with the first check valve at a position farther from the first tank than the first narrow portion, 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 aspect of the two-phase cooling device disclosed in the specification described above, a two-phase cooling device using a check valve controlled by the flow of refrigerant without blocking the flow path of the operation system is provided.
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 the present embodiment, the two-layer cooling device of the comparative embodiment in which the pumps are provided in parallel flow paths 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 dual-layer cooling system in which the pumps are provided in parallel flow paths to make them redundant. 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 a steam pipe 918. The liquid branch tank 907 is connected to the condenser 909 via a 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, 904 and pumps 901, 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 fluid branch tank 907 via a check valve 903, and the pump 902 is connected to the fluid 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 the pumps 901 and 902 via 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 steam 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 vapor 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. The 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。 A working fluid is enclosed in the two-phase cooling device. As the working fluid, for example, in addition to water and alcohol, a fluorine-based inert liquid such as 3M FLUORINERT (registered trademark) or NOVEC (registered trademark) can be used. The selection of the working fluid is selected according to the boiling point of the working fluid and the heat quantity of the heating element depending on 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 incorporated in the server. Inside the evaporator 913, a wick (not shown) through which a gaseous working fluid can pass and which sucks up the liquid working fluid by capillary action is provided. The liquid working fluid absorbed by the wick is vaporized (vaporized) by the heat obtained from the heat generating component 912 at the surface of the wick. The heat generating component 912 is cooled by providing 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. The fins may be provided, for example, plate-shaped plate fins in parallel along the flow path and radially about the flow path, or a plurality of plate-shaped plate fins may be disposed perpendicularly to the flow path along the flow path Conceivable. The cooling fan 910 blows air to the fins to cool the working fluid. Cooling the gaseous working fluid releases latent heat, and the working fluid condenses (liquefies).
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 outlet of the working fluid of the evaporator 913 and the inlet of the working fluid of the condenser 909, and leads the working fluid heated by the evaporator 913 to the condenser 909. The steam tube 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 itself or increasing or decreasing the amount of air blown according to the amount of heat generation of the heat-generating component 912 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 working fluid of the gas that could not be condensed in the working fluid, leaving the working fluid of the liquid in the flow path. When the gaseous working fluid is sent to the condenser 909 beyond the cooling capacity of the condenser 909, the gaseous working fluid is not completely condensed in the condenser 909, and leaves the condenser 909 as it is. Become. When the gaseous working fluid reaches the pumps 901, 902, the pumps 901, 902 become idle and can not deliver the working fluid. Therefore, a liquid branch tank 907 is provided between the pumps 901 and 902 and the condenser 909 so as to separate the gas working fluid so that the gas working fluid is not fed into the pumps 901 and 902. 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 outlet of the working fluid of the condenser 909 and the inlet of the working fluid of the liquid branch tank 907, and leads the working fluid cooled by the condenser 909 to the liquid branch tank 907. The liquid pipe 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 working fluid of the liquid condensed in the liquid branch tank 907 is sent to the evaporator 913 by the rotation of the impellers 919, 920 in the pumps 901, 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 to the liquid branch tank 907 is called reverse flow. The first annular channel and the second annular channel are provided such that the pump 901 and the pump 902 are in parallel. When the pump 901 operates during operation of the two-phase cooling device, the operating pump 901 is referred to as an operation 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 valve 903, 904 has a valve body 905, 906 inside a tubular case, and a mesh for retaining the valve body 905, 906 in the check valve 903, 904 on the suction port side of the pump 901, 902. 916 and 917, and tapered portions 914 and 915 which are narrowed to have an opening diameter smaller than the diameter of the valve bodies 905 and 906 on the side of the liquid branch tank 907. When the pump 901 of the operation system is operating, as shown in FIG. 10, the valve body 905 is in contact with the net 916 on the pump 901 side. The pump 902 of the standby system does not operate, and the working fluid of the liquid discharged by the pump 901 flows into the pump 902 of the standby system via the liquid return pipe 911 and flows back. When the working fluid of the backflowing fluid flows directly into the fluid branch tank 907, the working fluid of the liquid is circulated between the fluid branch tank 907 and the pumps 901 and 902, and the working fluid does not extend over the entire two-layer cooling device and is cooled. Efficiency is reduced. By bringing the valve body 906 into close contact with the tapered portion 915 in the check valve 904, the flow path of the working fluid of the liquid is blocked and the back flow 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 to the inlet of the working fluid of the evaporator 913, and sends the working fluid of the liquid discharged by the pump 901 of the operation system 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 a bird's-eye view enlarging a portion surrounded by an alternate long and short dash line in FIG. 9, and is a diagram showing an operation of the two-phase cooling device at the time of forward flow. The mixed working fluid of gas and liquid 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 working fluid of the liquid is pumped up to the pump 901 of the working system. The pump 902 of the standby system stops its operation and does not suck up the working fluid from the fluid branch tank 907. The working fluid pumped by the working pump 901 tries to flow back toward the fluid branch tank 907 via the standby pump 902. However, in the standby check valve 904, the valve body 906 blocks the tapered portion 915 to prevent such reverse flow.
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。 11 is a cross-sectional view in the height direction along the two-dot chain line A-A 'in FIG. 10, and is a part of a cross-sectional view of the two-phase cooling device. The fluid branch tank 907 is fed with a working fluid in which a mixture of gas and liquid is sent from the fluid pipe 908, separates the working fluid of the gas, and sends the fluid working fluid to the pump 901 side. At this time, since the valve body 905 is separated from the tapered portion 914, the valve body 905 does not block the flow path of the working fluid as a valve. However, the flow path is narrowed by the presence of the valve body 905 on the flow path. Furthermore, the flow path of the working fluid is disturbed due to the vibration in the working fluid, resulting in a decrease in 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 according to 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 herein. The two-phase cooling device installed on the system board 100 forms a closed loop system. The two-phase cooling system includes an evaporator 116, a condenser 112, and liquid branch tanks 107 and 108. The condenser 112 is connected to the evaporator 116 via a steam 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 pipes 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 fluid branch tank 107 via the check valve 103, and the pump 102 is connected to the fluid 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, 102 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 steam 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 steam 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 enclosed in the first annular channel and the second annular channel of the two-phase cooling device. As the working fluid, for example, in addition to water and alcohol, a fluorine-based inert liquid such as 3M FLUORINERT (registered trademark) or NOVEC (registered trademark) can be used. The working fluid is selected according to the application of the two-phase cooling device, the boiling point of the working fluid, the amount of heat 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 incorporated in a server. Inside the evaporator 116, a wick (not shown) through which a gaseous working fluid can pass and which sucks up the liquid working fluid by capillary action is provided. The liquid working fluid absorbed by the wick is vaporized (vaporized) by the heat obtained from the heat generating component 115 on the surface of the wick. The heat generating component 115 is cooled by providing 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 a fin (not shown) thermally connected to the periphery of the flow path through which the working fluid flows. As the fins, for example, a plurality of plate-like plate fins may be arranged along the flow path. The cooling fan 113 blows air to the fins to cool the working fluid. Cooling the gaseous working fluid releases latent heat, and the working fluid condenses (liquefies).
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 steam pipe 117 connects the outlet of the working fluid of the evaporator 116 and the inlet of the working fluid of the condenser 112, and leads 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 themselves or increasing or decreasing the amount of air blown according to the amount of heat generation of the heat-generating component 115 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, 108 separate the working fluid of the gas that could not be condensed in the condenser 112 among the working fluid, leaving the working fluid of the liquid 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 completely condensed in the condenser 112 and leaves the condenser 112 in the form of gas. Become. When the gaseous working fluid reaches the pumps 101, 102, the pumps 101, 102 become idle and can not deliver the working fluid. Therefore, the liquid branch tanks 107 and 108 are provided between the pumps 101 and 102 and the condenser 112 so as not to feed the gas working fluid into the pumps 101 and 102 to separate the gas 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 outlet of the working fluid of the condenser 112 and the inlet of the working fluid of the liquid branch tanks 107, 108, and leads the working fluid cooled by the condenser 112 to the liquid branch tanks 107, 108. The liquid pipe 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 working fluid of the liquid 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 to the liquid branch tanks 107 and 108 is called reverse flow. The first annular flow channel and the second annular flow channel are provided such that the pump 101 and the pump 102 are in parallel. When the pump 101 operates during operation of the two-phase cooling device, the operating pump 101 is referred to as an operation system. At this time, the stopped pump 102 is referred to as 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 outlet of the working fluid of the liquid branch tank 107 and the suction port of the pump 101. The check valve 103 has a valve body 105 inside a 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. It has a tapered portion 201 narrowed so as to have an opening diameter smaller than the diameter of the body 105. The adsorption pipe 109 connects the upper portion of the check valve 103 and the upper portion 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 of the fluid branch tank 108 and the suction port of the pump 102. The check valve 104 has a valve body 106 inside a tubular case, and a mesh 302 for retaining 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. It has a tapered portion 301 narrowed so as to have an opening diameter smaller than the diameter of the body 106. The adsorption pipe 110 connects the upper portion of the check valve 104 and the upper portion 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 operation system pump 101 is operating, the standby system pump 102 does not operate, and the working fluid of the liquid discharged by the pump 101 flows into the standby system pump 102 via the liquid return pipe 114 and flows back. Do. When the working fluid of the backflowed liquid flows into the liquid branch tank 108 as it is, the liquid working fluid is circulated between the liquid branch tanks 107, 108 and the pumps 101, 102, and the working fluid is spread throughout the two-layer cooling device. The cooling efficiency is reduced. In the check valve 104, by bringing the valve body 106 into close contact with the tapered portion 301, the flow path of the working fluid of the liquid is blocked and the back flow 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 to the inlet of the working fluid of the evaporator 116, and sends the working fluid of the liquid discharged by the pump 101 of the operation system 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. A working fluid in which a gas and a liquid are mixed is sent from the fluid pipe 111, and the fluid and liquid are separated by collecting the working fluid of the gas on the top in the fluid branch tank 107, and the working fluid of the fluid is pumped by the pump 101. The working fluid of the gas accumulated in the upper part of the liquid branch tank 107 is cooled and liquefied by natural heat radiation in the liquid branch tank 107. Therefore, the working fluid of the gas in the liquid branch tank 107 is in a reduced pressure state. The upper portion of the check valve 103 is connected from the upper portion of the liquid branch tank 107 by the suction pipe 109. The adsorptive power by the pressure reduction state of the working fluid of the gas of the liquid branch tank 107 becomes the power which adsorbs 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 restriction toward the liquid branch tank 107 side, a mesh 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 stops the back flow by being closed by the valve body 105. The mesh 202 is provided to prevent the valve body 105 from being fed to the pump 101 during forward flow. Furthermore, when the flow velocity of the forward flow is high and the gaseous working fluid passes through the liquid branch tank 107 and reaches the pump 101, the mesh 202 of the gaseous working fluid is fragmented to make the pump 101 run idle. 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 extending vertically downward at a portion connected to the suction pipe 109. Since the curved portion 203 is connected to the adsorption pipe 109, the working fluid of the gas in the liquid branch tank 107 is cooled, so that it flows from the check valve 103 to the liquid branch tank 107 inside the adsorption pipe 109. An attracting force is generated, and the valve body 105 is attracted to the curved portion 203. The valve body 105 also reduces the volume on the flow path of the forward flow and reduces the degree of inhibition of the forward flow by the rate at which the bending portion 203 is curved with respect to the flow path. Further, as described later, the bending portion 203 exerts a function of attracting the valve body 105 to the bending portion 203 by affecting the flow of the working fluid around the valve body 105. In order to exert such a function, the shape of the curved portion 203 may be hemispherical or mortar-like.
図１の説明に戻る。 It returns to the explanation 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 a second annular flow path, that is, a flow path formed of a condenser 112, a liquid pipe 111, a liquid branch tank 108, a check valve 104, a pump 102, a liquid return pipe 114, an evaporator 116, and a steam pipe 117 The operation of the check valve 104 at the time of reverse flow will be described. The pump 102 has been shut down and has not acted to deliver 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 operation system when there is a failure in the operation of the pump 101 which is the operation system. When the working fluid of the liquid sent from the operation system pump 101 flows backward from the junction of the liquid return pipe 114 toward the standby system pump 102, the flow rate of the working fluid of the entire cooling device decreases, and the cooling efficiency is reduced. Getting worse. In the two-phase cooling device of the present embodiment, the check valve 104 prevents the backflow.
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 sectional view in the height direction along the alternate long and short dash line B-B 'in FIG. Since the pump 102 is stopped, there is no flow of 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 pressure of the working fluid of the liquid which the working fluid sent from the pump 101 of the working system tries to flow from the junction of the liquid return pipe 114 toward the pump 102 of the standby system The body 106 is pressed against the tapered portion 301 to reverse the back flow.
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 pipe 109. As shown in FIG. When the cross-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 valve body 105 for adsorption is expressed as F1 = P1 × S. The internal pressure P1 is P1 using the refrigerant density と of the working fluid in the liquid phase and the difference h in the height direction between the position where the valve body 105 is adsorbed and the working fluid in the fluid branch tank 107. It is expressed as = ρgh (g is gravitational acceleration). Therefore, the force F1 applied to adsorption of the valve body 105 is expressed by the equation (1).
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／ｃｍ３、重力加速度９．８ｍ／ｓ２、高さ方向の差ｈ＝１５ｍｍ、吸着管の断面積Ｓ＝１．０πｍｍ２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＝０．００６６１ｃｍ２／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。 When the relationship between the force F1 applied to adsorption and the lift force F2 is F1> F2, the valve body 105 adsorbs to the adsorption pipe 109. Specifically, the refrigerant density ρ = 0.995646 g / cm 3 of the working fluid in the liquid phase, the gravitational acceleration 9.8 m / s 2 , the difference in the height direction h = 15 mm, the cross-sectional area of the adsorption tube S = 1.0π mm Since it is 2, it is F1 = 0.460 mN. Viscosity of working fluid μ = 0.00656 μg / cm · s, kinematic viscosity of working fluid = 0. = 0.00661 cm 2 / s, radius of valve body a = 1.5 mm, average velocity of flow of working fluid V = 0 .2 m / s, velocity gradient k = 181.8, so F2 = 0.398 mN. Therefore, it is 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。 It is desirable that the valve body 105 be formed of a resin in a spherical shape or a substantially spherical shape so that the valve body 105 is not affected by the flow of the working fluid of liquid and is easily adsorbed to the adsorption pipe 109. Desirably, the density of the valve body 105 is approximately equal to the refrigerant density ρ of the liquid working fluid so as not to float or sink relative to the liquid phase working fluid. The pipes such as the adsorption pipe 109, the steam pipe 117, and the liquid pipe 111 are desirably formed of a metal such as copper from the viewpoint of processing of the shape. It is desirable that the liquid branch tank 107 be formed of copper which is easy to process and has a high thermal conductivity from the viewpoint of processing of the shape and the viewpoint of condensation of the working fluid of gas. As in equation (1), the cross-sectional area S of the adsorption tube 109 affects the adsorption of the valve body 105. The shape other than the cross-sectional area of the adsorption tube 109 does not affect the adsorption, so the adsorption tube 109 can be appropriately changed in shape according to the form of implementation of the two-phase cooling device. The adsorption pipe 109 according to the embodiment has a vertically bent shape near the middle of the connection portion with the check valve 103 and the connection portion with the liquid branch tank 107, but the shape is not limited to this.
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 the valve body 106 is adsorbed and fixed to the suction 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 dashed-dotted line B-B 'in FIG.
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 in which the check valve 104 is closed by the valve body 106. The valve body 106 is in close contact with the tapered portion 301 of the check valve 104, and the working fluid sent from the pump 102 side is in a reverse state. 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 in which the pump 102 is operated and the system of the check valve 104 is switched from the standby system to the active system. The flow of the working fluid is changed by the operation of the pump 102, and the force holding 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. Under the influence of the curved portion 303, the valve body 106 does not go straight toward the downstream of the flow, but the flow is fast and the static pressure is guided to the curved portion 303 according to Bernoulli's law. The valve body 106 is restricted in movement toward the pump 102 by a mesh 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 view showing a state in which the valve body 106 is in proximity to the bending portion 303. As the valve body 106 approaches the curved portion 303, the gap between the valve body 106 and the upper portion of the curved portion 303 narrows. As the working fluid of the same density tends to pass through the narrow portion, the flow velocity increases and moves so as to touch the curved portion 303. When the valve body 106 comes into contact with the curved portion 303, the flow of the gap between the valve body 106 and the curved portion 303 disappears, and the valve body 106 does not function to bring the valve body 106 closer to the curved portion 303. That is, a force acts in a direction away from the bending portion 303. When the valve body 106 separates from the curved portion 303, the valve body 106 moves so as to be in contact with the curved portion 303 because a force for bringing the valve body 106 closer to the curved portion 303 acts again. In this manner, the valve body 106 performs a minute up and down motion near the curved portion 303. This minute up and down movement disturbs the flow of the 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 view showing a state in which the valve body 106 performing a minute up and down movement is adsorbed and fixed to the adsorption tube 110. Gaseous working fluid (vapor) is conveyed according to the flow of working fluid. In the liquid branch tank 108, the vapor is separated and accumulated above the liquid branch tank 108 by buoyancy. The vapor stored in the liquid branch tank 108 is cooled and liquefied by natural heat radiation in the liquid branch tank 108 and is liquefied and depressurized. By such pressure reduction, an adsorption force F1 is generated in the adsorption tube 110. The valve body 106 is adsorbed and fixed to the adsorption pipe 110 by the adsorption force F1. As a result, the vertical movement of the valve body 106 stops, and since the flow of the working fluid of the liquid is not found, the working fluid of the liquid 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, with reference to FIGS. 6A to 6D, description will be made of the operation when switching to the standby system, that is, when the working fluid is reversed, when the valve body 105 is adsorbed to the adsorption pipe 109. 6A to 6D are cross-sectional views in the height direction along the alternate long and short dash line A-A 'in FIG.
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 in which the valve body 105 is adsorbed to the adsorption pipe 109. In this state, in the liquid branch tank 107, there is a new flow of steam, and the drop in internal pressure due to the liquefaction of steam continues. The internal pressure of the fluid branch tank 107 at this time is represented by 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 showing a point in time when the flow of working fluid is reversed. Since the flow of the working fluid is reversed, new vapor does not flow into the fluid 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).
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 evaporation of the working fluid from the liquid phase continues, the reduction in the liquid branch tank 107 is eventually achieved, and the internal pressure of the liquid branch tank 107 starts to rise. While the adsorption force F1 applied to the valve body 105 is larger than the lift force F2 for lifting the valve body 105 from the adsorption pipe 109, the valve body 105 is adsorbed and fixed to the adsorption pipe 109. The internal pressure of the liquid branch tank 107 at this time is denoted by 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 view showing 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 can not be adsorbed and fixed to the adsorption pipe 109, and flows along the backflow of the working fluid. The internal pressure of the fluid branch tank 107 at this time is denoted by 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 view showing a state in which the valve body 105 is finally pressed against the tapered portion 201 of the check valve 103 and the backflow of the working fluid stops. The internal pressure of the fluid branch tank 107 at this time is represented by P4. P4 is the equilibrium vapor pressure at the fluid 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 Formula (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（ｍ２／ｓ）、飽和蒸気圧Ｃｓ＝４．０ｋＰａ＝７．２ｍｏｌ／ｍ３、液分岐タンク１０７内蒸気圧Ｃｔ＝Ｐ１＝ρｇｈ＝１５００Ｐａ＝０．５６ｍｏｌ／ｍ３、境膜の厚さδ＝０．１ｍｍを式（３）に代入すると、Ｎ＝１．９ｍｏｌ／ｍ２・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／ｍ２・ｓ×１８ｇ／ｍｏｌ＝３４．２ｇ／ｍ２・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３４．２ｃｍ３／ｍ２・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 related to the desorption of the valve body 105 at the time of reverse flow. The fluid temperature of the working fluid is 30 ° C., and the vapor in the fluid branch tank 107 is also balanced with the fluid temperature to be 30 ° C. The height between the position where the valve body 105 is adsorbed and the gas-liquid interface of the working fluid in the fluid branch tank 107 It is assumed that the valve body 105 is adsorbed under the condition that the direction difference h is 12.7 mm. At this time, the diffusion coefficient of water vapor D = 2.88 × 10 −5 (m 2 / s), saturated vapor pressure Cs = 4.0 kPa = 7.2 mol / m 3 , vapor pressure in liquid branch tank 107 Ct = P1 = Substituting ghgh = 1500 Pa = 0.56 mol / m 3 and the film thickness δ = 0.1 mm into the equation (3), N = 1.9 mol / m 2 · s is obtained. Assuming that F1 = F2 is balanced when the difference h in the height direction between the position where the valve body 105 is adsorbed and the air-liquid interface of the working fluid in the liquid branch tank 107 is 11.7 mm, h is from 12.7 mm Since it changes to 11.7 mm, the time required for the 1 mm gas-liquid interface to go down is considered to be the time required for removing the adsorption state. Here, the time required for the 1 mm air-liquid interface to go down 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. If the unit is arranged and the height of the gas-liquid interface which decreases per unit time is calculated, it will be about 34.2 × 10 −3 mm / s. Therefore, the time for which the air-liquid interface decreases by 1 mm is 1 mm / 34.2 × 10 −3 mm / s = 29.2 s. That is, after about 29 seconds from the moment of switching to the reverse flow, the valve body 105 comes out of the adsorption state and flows toward the tapered portion 201 of the check valve 103. It takes several seconds for the flow of working fluid to stop after the pump 101 is stopped. This is because stopping the pump 101 alone does not stop the working fluid from continuing to flow. The moment at which the working fluid pumped from the working system pump 102 overcomes the working fluid that flows from the pump 101 around the junction is the moment when it switches to the backflow. It is about 1 to 3 seconds until the point in time after the pump 101 is stopped. It takes about 29 seconds from this point to the desorption of the valve body 105, and the detached valve body 105 is made to flow to the working fluid of the reverse flow and reaches the tapered portion 201 of the check valve 103. When the valve body 105 reaches the tapered portion 201, the backflow working fluid can be reversed. It takes about 1 to 2 seconds for the valve body 105 to reach the tapered portion 201 after desorption. Therefore, it takes about 31 to 34 seconds until the pump 101 stops and then 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 according to 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 view showing a second embodiment of the present invention. The two-phase cooling device of the second embodiment is a partial modification of the first embodiment, and the same reference numerals as in the first embodiment denote the same constituent elements in the first embodiment, and a description thereof will be given. Omit.
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 a steam 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 the pump 801, and the pump 801 is connected to the evaporator 116 through 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 steam 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. As in the first embodiment, a second annular flow path is formed, which is substituted by a pump (not shown) similar to the pump 801 and a liquid branch tank (not shown) similar to the liquid branch tank 802. However, it is omitted in the description of the second embodiment. Hereinafter, the structures of the pump 801 and the liquid branch tank 802 will be described, but the pump (not shown) of the second annular flow channel and the liquid branch tank (not shown) 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 working fluid of the liquid 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. At the junction between the liquid branch tank 802 and the pump 801, a check valve 803 is connected.
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 restriction 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 the back flow by being closed by the valve body 805. The mesh 807 is provided to prevent the valve body 805 from being sent to the pump 801 during forward flow. Furthermore, when the flow velocity of the forward flow is high, and the gaseous working fluid reaches the pump 801, the mesh 807 breaks up the lump of the gaseous working fluid to prevent the pump 801 from idling. In addition, the check valve 803 may have a curved portion 808 extending vertically downward at a portion connected to the suction 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 fluid pipe 111, and the fluid and liquid are separated by collecting the working fluid of the gas on the top in the fluid branch tank 802, and the working fluid of the liquid is pumped. The gaseous working fluid accumulated in the upper portion of the liquid branch tank 802 is cooled and liquefied by natural heat release in the liquid branch tank 802. Therefore, the working fluid of the gas in the liquid branch tank 802 is in a reduced pressure state. The upper portion of the check valve 803 is connected from the upper portion of the liquid branch tank 802 by the suction pipe 804. The adsorptive power by the reduced pressure state of the working fluid of the gas in the liquid branch tank 802 becomes the power to adsorb 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。 With 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 the pressure reduction due to the condensation of the working fluid of the gas is increased, and the valve body 805 can be adsorbed to the adsorption pipe 804 with a sufficient adsorption power.
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。 The present invention is not limited to the configurations described in the above-described embodiments, and can be variously modified without departing from the spirit of the present 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
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 tube 112 · · · Condenser 113 · · · Cooling fan 114 · · · Liquid return tube 115 · · · heat-generating components 116 · · · · · · · · · · · · steam pipe 118, 119 · · · impeller 201 · · · · · · Taper portion 202 · · · network 203 · · · curved portion 301 · · · tapered portion 302 · net 303 · · · curved portion 801 · · · pump 802 · · · · liquid branch tank 803 · · · reverse Valve 804 ··· Adsorption tube 805 ··· Valve body 806 ··· Taper section 807 ··· Net 808 ··· Curved section 809 · · · · · 900 900 system board 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 ... heat generation component 913 ... evaporation 914, 915 · · · Tapered portion 916, 917 · · · Net 918 · · · steam pipe 919, 920 · · · · impeller
Claims (7)
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 the outside to evaporate the working fluid;
A condenser that radiates heat to the outside to condense 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 connection of the first tank;
The 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 flow path in the flow path of the first case A second narrowing portion provided at a position closer to the first tank than the valve body and having an opening smaller in diameter than the first valve body; and the second connection portion of the first tank and the first pump A first check valve for connecting
A third pipe connected to the third connection portion of the first tank and connected to the first check valve at a position farther from the first tank than the first narrow portion of the first case;
A fourth pipe connecting the first pump and the evaporator;
Two-phase cooling device comprising:
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, a fifth connection, and a sixth connection;
A fifth pipe connecting the condenser and the fourth connection portion of the second tank;
The 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 flow path in the flow path of the second case And a second narrowing 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, and the fifth connection portion of the second tank and the second pump A second check valve that connects the
A sixth pipe connected to the sixth connection portion of the second tank and connected to the second check valve at a position farther from the second tank than the second narrow portion of the second case;
A seventh pipe connecting the second pump and the evaporator;
Two-phase cooling device comprising:
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| JP2015102591A JP6424734B2 (en) | 2015-05-20 | 2015-05-20 | Two-phase cooling system |
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