JP6679573B2 - 一体構成要素を備えたサーモサイホン - Google Patents

Description

本発明は、２相冷却流体を採用したサーモサイホン装置及びその他の熱伝達装置全般に関連する。

サーモサイホン装置は、集積回路及びその他のコンピュータ回路等の冷却システムに幅広く使用される。例えば、米国特許公開第２０１３／０１０４５９２号は、キャビネット又はその他の包囲部内に配置された電子部品の冷却に使用されるサーモサイホン冷却器を開示している。

本発明の一態様によると、サーモサイホン装置の液体返却路は、装置の１つ以上の蒸発経路と単一の一体部品として一体化されてもよい。追加又は代替として、サーモサイホン装置の蒸気供給路は、装置の１つ以上の凝縮経路と単一の一体部品として一体化されてもよい。これは、（凝縮器部から蒸発器部に凝縮冷却液体を伝導する）液体返却路と（蒸発器部から凝縮器部に蒸発液体を伝導する）蒸気供給路とが蒸発経路及び凝縮経路との関係において別の部品として配置される装置とは対照的である。例えば、このような装置は、液体／蒸気をサーモサイホン装置の所望の部分に誘導する、専用の液体返却導管及び蒸気供給導管を備えて配置される。少なくとも場合によっては、例えば、液体返却導管内の液体が早期に蒸発するか、又は蒸気供給導管内の蒸気が早期に凝縮することで装置内の循環流動を中断させてしまわないように努力する中で、このアプローチが採られる。当業者に理解される通り、このような早期の蒸発／凝縮は、重力のみにより、ポンプ又はその他の流体移動装置の使用を伴うことなく生じる、サーモサイホン装置内の循環流動を中断し得るものである。しかしながら、本発明の態様により、サーモサイホン装置内の流動を中断することなく、１つ以上の蒸発経路への液体返却路の一体化及び／又は１つ以上の凝縮経路への蒸気供給路の一体化を成功させることができる。

例えば、いくつかの実施形態において、複数のフィン等の伝導性熱伝達構造は、１つ以上の蒸発経路に隣接する蒸発器部の部分に直接、伝熱的接触を行ってもよいが、液体返却路に隣接する部分には、直接、伝熱的接触を行わなくてもよい。結果として、フィン又は他の構造は、熱を液体返却路に伝達せず、蒸発経路内に提供されるまで、液体返却路内の液体を液体のままに維持する。同様に、複数のフィン等の伝導性熱伝達構造は、１つ以上の凝縮経路に隣接する凝縮器部の部分に直接、伝熱的接触を行ってもよいが、蒸気供給路に隣接する部分には、直接、伝導可能な接触を行わなくてもよい。結果として、フィン又は他の構造は、蒸気供給路から熱を受けず、凝縮経路内に提供されるまで、蒸気供給路内の蒸気を蒸気のままに維持する。

本発明の他の態様において、分離された蒸気チャンバ及び液体チャンバを有する１つのマニホルドを使用して、蒸発器部の蒸発経路を凝縮器部の蒸気供給路に流体接続し、凝縮器部の凝縮経路を蒸発器部の液体返却路に流体接続してもよい。いくつかの実施形態において、マニホルドの内側空間における分離壁は、内側空間を液体チャンバと蒸気チャンバとに分離してもよい。また、分離壁は、凝縮経路と蒸気供給路とを壁部の両側に効果的に分け、蒸気経路と液体返却路とを壁部の両側に分けるように、すなわち、凝縮経路と液体返却路を液体チャンバに連通させ、蒸気供給路と蒸発経路を蒸気チャンバに連通させるように、装置の蒸発器部と凝縮器部とに係合してもよい。これは、凝縮経路と液体返却路を連結し、蒸発経路と蒸気供給路を連結する、分離された導管及び／又はマニホルドの配置を使用した他のサーモサイホンの配置とは対照的である。１つのマニホルドを使用することにより、その装置を簡易化し、またその組み立てを簡易化することができる。

一態様において、サーモサイホン冷却装置であって、熱を受けて内部の液体を蒸発するように配置された少なくとも１つの蒸発経路、及び少なくとも１つの蒸発経路に凝縮液体を送達する液体返却路を含む蒸発器部を含む。凝縮器部は、蒸発液体からの熱を周辺環境に伝達することにより、蒸発液体を凝縮するように配置された少なくとも１つの凝縮経路、及び少なくとも１つの凝縮経路に蒸発液体を送達する蒸気供給路を含む。マニホルドは、少なくとも１つの蒸発経路を蒸気供給路に流体接続し、少なくとも１つの凝縮経路を液体返却路に流体接続してもよい。いくつかの実施形態において、少なくとも１つの蒸発経路及び液体返却路は、単一の単位部品として一体化されてもよく、及び／又は、少なくとも１つの凝縮経路及び蒸気供給路は、単一の単位部品として一体化されてもよい。

いくつかの実施形態において、マニホルドは、内部空洞と、内部空洞内に配置された分離壁とを規定し、内部空洞を蒸気チャンバ及び液体チャンバに分離する外壁を含む。外壁は、対応する蒸発器部又は凝縮器部のマニホルド端部を各々受容する複数の開口を含み、例えば、１つ以上の蒸発器部は、複数の開口のうちの対応する１つに受容され、少なくとも１つの蒸発経路が蒸気チャンバと流体連通し、液体返却路が液体チャンバと流体連通するように、分離壁に係合してもよい。また、１つ以上の凝縮器部は、複数の開口のうちの対応する１つに受容され、少なくとも１つの凝縮経路が液体チャンバに流体連通し、蒸気供給路が蒸気チャンバに流体連通するように、分離壁に係合してもよい。

いくつかの実施形態において、各蒸発器部の複数の蒸発経路及び液体返却路は、蒸発器部の１つの縁部において液体返却路と平行に配置され、各凝縮器部の複数の凝縮経路及び蒸気供給路は、凝縮器部の１つの縁部において蒸気供給路と平行に配置される。例えば、蒸発器部及び凝縮器部は、複数の蒸発器経路及び液体返却路、又は複数の凝縮器経路及び蒸気供給路を規定する複数の経路を備えた平坦管として形成されてもよい。各蒸発器部及び各凝縮器部は、その部分の転回部と反対のマニホルドに係合された各マニホルド端部を有してもよい。マニホルドの分離壁は、蒸発経路及び液体返却路が分離壁の両側に設けられ、凝縮経路及び蒸気供給路が分離壁の両側に設けられるように、蒸発器部及び凝縮器部に係合してもよい。キャップは、各部分の転回部を閉鎖し、各蒸発経路又は凝縮経路を対応する液体返却路又は蒸気供給路に流体連結してもよい。キャップは、また、例えば、蒸発器部又は凝縮器部が転回部で流体接続されるように、隣接のキャップに流体連通するための導管を含んでもよい。

いくつかの実施形態において、蒸発器熱伝達構造は、蒸発器部の部分に直接、熱的な接触を行ってもよく、凝縮器熱伝達構造は、凝縮器部の部分に直接、熱的な接触を行ってもよい。場合によっては、液体返却路に隣接する蒸発器部の部分は、蒸発器熱伝達構造と接触せず、蒸気供給路に隣接する凝縮器部の部分は、凝縮器熱伝達構造に接触しない。これにより、これら蒸発器部及び凝縮器部の部分における熱伝達を低減してもよい。

他の態様において、サーモサイホン冷却装置は、熱を受けて内部の液体を蒸発させるように配置された少なくとも１つの蒸発経路、及び少なくとも１つの蒸発経路に凝縮液体を送達する液体返却路を含む蒸発器部と、蒸発液体からの熱を周辺環境に伝達することにより、蒸発液体を凝縮するように配置された少なくとも１つの凝縮経路、及び少なくとも１つの凝縮経路に蒸発液体を送達する蒸気供給路を含む凝縮器部とを含む。１つのマニホルドは、蒸気チャンバ及び液体チャンバがマニホルドにおいて分離壁によって分離されるように、少なくとも１つの蒸発経路を蒸気供給路に流体接続する蒸気チャンバ、及び少なくとも１つの凝縮経路を液体返却路に流体接続する液体チャンバを有する。

いくつかの実施形態において、１つのマニホルドは、内部空洞と、前記内部空洞内に配置された分離壁とを規定し、内部空洞を蒸気チャンバ及前記液体チャンバに分離する外壁を含む。外壁は、対応する蒸発器部又は凝縮器部を各々受容する複数の開口を含み、例えば、１つ以上の蒸発器部が複数の開口のうちの対応する１つに受容され、少なくとも１つの蒸発経路が蒸気チャンバと流体連通し、液体返却路が液体チャンバと流体連通するように分離壁に係合してもよい。同様に、１つ以上の凝縮器部は、複数の開口のうちの対応する１つに受容され、少なくとも１つの凝縮経路が液体チャンバと流体連通し、蒸気供給路が蒸気チャンバと流体連通するように分離壁に係合してもよい。分離壁は、蒸気供給路を含む凝縮器部の対応部分を各々受容する複数の蒸気チャンバ開口と、液体返却路を含む蒸発器部の対応部分を各々受容する複数の液体チャンバ開口とを含み、例えば、蒸発経路及び液体返却路が分離壁の両側に設けられ、凝縮経路及び蒸気供給路が分離壁の両側に設けられるようにしてもよい。

上述の通り、蒸発器部及び凝縮器部は、例えば、蒸発器部又は凝縮器部の１つの縁部において液体返却路又は蒸気供給路と平行に配置された、複数の蒸発経路及び液体返却路、又は複数の凝縮経路及び蒸気供給路を含む、単一の一体部品として形成されてもよい。また、蒸発器熱伝達構造は、蒸発器部の部分と直接、熱的な接触を行ってもよく、凝縮器熱伝達構造は、凝縮器部の部分と直接、熱的な接触を行ってもよい。液体返却路に隣接する蒸発器部の部分は、蒸発器熱伝達構造と接触せず、蒸気供給路に隣接する凝縮器部の部分は、凝縮器熱伝達構造に接触しなくてもよい。

他の態様において、サーモサイホン冷却装置は、熱を受けて内部の液体を蒸発するように配置された少なくとも１つの蒸発経路、及び少なくとも１つの蒸発経路に凝縮液体を送達する液体返却路を含む蒸発器部と、蒸発液体からの熱を周辺環境に伝達することにより、蒸発液体を凝縮するように配置された少なくとも１つの凝縮経路、及び少なくとも１つの凝縮経路に蒸発液体を送達する蒸気供給路を含む凝縮器部とを含む。マニホルドは、少なくとも１つの蒸発経路を蒸気供給路に流体接続し、少なくとも１つの凝縮経路を液体返却路に流体接続してもよい。伝導性熱伝達構造は、伝導性熱伝達構造が少なくとも１つの蒸発経路に隣接する蒸発器部の部分、又は少なくとも１つの凝縮経路に隣接する凝縮器部の部分にのみ伝熱的接触を行い、且つ、液体返却路に隣接する蒸発器部の部分がいずれの伝導性熱伝達構造も有さず、蒸気供給路に隣接する凝縮器部の部分がいずれの伝導性熱伝達構造も有さないように、少なくとも１つの蒸発経路及び／又は少なくとも１つの凝縮経路に対して、熱を伝導可能に送るように配置されてもよい。

伝導性熱伝達構造は、少なくとも１つの蒸発経路に隣接する蒸発器部の部分と伝熱的接触を行い、及び／又は、少なくとも１つの凝縮経路に隣接する凝縮器部の部分に熱的な接触を行う複数のフィンを含んでもよい。

本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下の記載から明らかとなるであろう。

本明細書の一部に組み込まれ、且つ、その一部を形成する添付の図面は、本発明の選択された実施形態を示しており、その記載とともに、本発明の原則を説明するものである。

本発明の態様を組み込む一例としての実施形態におけるサーモサイホン装置の斜視図を示す。 一例としての実施形態における蒸発器部及び凝縮器部に係合されたマニホルド及び分離壁の断面図を示す。 図２の線３−３に沿った断面図を示す。 図１の実施形態に凝縮器部の上方端部のクローズアップ図を示す。 図１の実施形態の凝縮器部の上方端部の部分断面図を含むクローズアップ図を示す。 凝縮器部及び蒸発器部の転回部端部におけるマニホルドを含む他の一例としての実施形態の斜視図を示す。 ３つのサーモサイホン装置を含む冷却装置の側面図である。 図７のサーモサイホン装置のマニホルドのクローズアップ図を示す。 クラッドシートとして形成されたフランジを備える代替のマニホルド配置のクローズアップ図を示す。 図９の実施形態のクラッドシートフランジを示す。 平坦シートとして形成される他のフランジ配置を示す。 クラッドシートに蒸発器部又は凝縮器部受容開口を設ける実施形態を示す。 マニホルドに蒸発器部又は凝縮器部受容開口を設ける代替配置のクローズアップ図を示す。 外壁が２つの部分で形成されるマニホルドの実施形態を示す。 外壁及び分離壁が単一の屈曲シートから形成されるマニホルドの実施形態を示す。 一例としての実施形態における蒸発器部及び凝縮器部に係合された図１５のマニホルドを示す。 複数のマニホルドを含んだサーモサイホン装置の他の一例としての実施形態を示す。 図１７の実施形態におけるマニホルドのクローズアップ断面図を示す。 各蒸発器部を受容するためのスロットを備えた平板として配置された熱伝達構造を含むサーモサイホン装置の他の実施形態を示す。 図１９の熱伝達構造の斜視図を示す。 図１９の熱伝達構造の側面図を示す。 互いに９０度の角度で配置された蒸発器部及び凝縮器部を備えた図１９の装置の変形構成を示す。

本発明の態様は、適用において、以下の説明に記載であるか、又は、図面に示した構成要素の構造及び配置の詳細に限定されるものでない。他の実施形態が採用されてもよく、本発明の態様は、種々の方法で実現又は実施されてもよい。また、本発明の態様は、単独で使用されてもよく、互いに任意の好適な組み合わせで使用されてもよい。従って、本明細書に使用のフレーズ及び用語は、説明を目的とするものであり、限定とみなされてはならない。

図１は、例えば、閉鎖されたキャビネット又は他の包囲部６において電子装置を冷却するために使用される、サーモサイホン装置１０の一例としての実施形態を示している。すなわち、当業者に理解される通り、装置１０の１つ以上の蒸発器部２は、冷却対象である電子装置又は他の熱生成装置とともに封止された包囲部６内に配置されてもよい。１つ以上の凝縮部１は、封止された包囲部６の外側に配置されてもよく、蒸発器部２から受けた熱を、例えば、封止された包囲部６の外部の環境に消散してもよい。装置１０のマニホルド３上のフランジ３３は、封止された包囲部の開口と係合されることにより、包囲部６を封止し、包囲部６の内側部分と包囲部の外部環境との間の分割点を規定してもよい。封止された包囲部６の内側に蒸発器部２を提供し、包囲部６の外側に凝縮器部１を提供することにより、包囲部６内の装置は、外部の条件から保護された環境、例えば、ごみ、ほこり、汚染、湿気等から保護された環境に収容されつつ、冷却されてもよい。当然のことながら、封止された包囲部を備えたサーモサイホン装置の使用が要求されるものでなく、例えば、装置は、冷却対象の熱生成装置が装置１０の１つ以上の蒸発器部２と熱的に連結された完全開放システムにおいて使用されてもよい。

簡易な形態において、サーモサイホン装置１０は、蒸発経路２２内の液体が沸騰する、又は蒸発するように、蒸発器部２にて熱を受けることにより、熱生成装置を冷却するように動作する。熱は、蒸発経路２２に熱的に連結された熱伝達構造２３を横切る温かい（熱生成装置によって加熱される）空気により、また他の方法では、直接伝熱路、１つ以上の熱パイプ、液体熱交換器等により、蒸発経路２２で受け取られてもよい。蒸気は、蒸発経路２２からマニホルド３の蒸気チャンバ３２内へと上方に流れた後、凝縮器部１の蒸気供給路１１内へと流れる。蒸気は、凝縮器部１の転回部１４に到達するまで、蒸気供給路１１内を上方へと流れ続ける。この時点で、蒸気は、凝縮器部１の１つ以上の凝縮経路１２内へと下方に流れ、ここで蒸気は液体へと凝縮され、マニホルドの液体チャンバ３１内へと下方に流れる。凝縮中、蒸気から取り除かれた熱は、凝縮経路１２に連結された熱伝達構造１３、例えば、凝縮経路１２に隣接する凝縮器部１に対して伝導性を有して連結された１つ以上のフィンに伝達されてもよい。次いで、熱は、構造１３を流れる冷却空気により、液体バス、液体熱交換器、冷媒コイル、又はその他の配置によって、熱伝達構造１３から取り除かれてもよい。凝縮された液体は、凝縮経路１２から液体チャンバ３１内へと下方に流れ、その後、蒸発器部２の転回部２４に到達するまで、蒸発器部２の液体返却路２１内へと流れる。その後、液体は、蒸発器経路２２へ入り、プロセスが繰り返される。

本発明の他の態様によると、凝縮器部１及び／又は蒸発器部２は、単一の一体部品として配置されてもよい。すなわち、凝縮器部１は、１つ以上の凝縮経路１２及び蒸気供給路１１を１つの部品として、例えば、２つ以上の経路を有する押出成形管として含んでもよい。同様に、蒸発器部２は、ともに１つの部品として形成された１つ以上の蒸発経路２２及び液体返却路２１を含んでもよい。このような配置により、例えば、凝縮経路及び蒸発経路と連通するために蒸気供給導管及び液体返却導管を別に組み立てるいずれの必要性も取り除くことで、装置の構造及び組み立てを簡易化してもよい。

本発明の他の態様によると、単一のマニホルドを使用して、蒸発器の蒸発器経路を凝縮器部の蒸気供給路に流体連結し、且つ、凝縮器の凝縮経路を蒸発器部の液体返却路に流体連結してもよい。例えば、図１の実施形態において、マニホルド３は、内側空間を規定する外壁３４を含む。本実施形態において、外壁３４は、円筒の形状を有するが、その他任意の好適な形状も可能である。分離壁３５は、マニホルド３内に配置され、内側空間を液体チャンバ３１及び蒸気チャンバ３２に分離する。この配置により、サーモサイホン装置１０の部分を流体連結する、簡易で効果的な方法を提供する。また、以下により詳細に説明する通り、分離壁３５は、凝縮器経路１２及び液体返却路２１を液体チャンバ３１と流体連結し、蒸発器経路２２及び蒸気供給路１１を蒸気チャンバ３２と流体連結するように、凝縮器部１及び蒸発器部２と係合してもよい。結果として、組み立てを簡易化することができ、必要な流体接続を作るための部品及び／又は組み立てステップの数を最少化することができる。

図２は、凝縮経路１２及び蒸気供給路１１を分離壁３５の両側に設け、蒸発器経路２２及び液体返却路２１を分離壁３５の両側に設けるように、凝縮器部１及び蒸発器部２に係合されたマニホルド３及び分離壁３５の断面図を示す。この一例としての実施形態において、凝縮器部１及び蒸発器部２は、複数の並列経路を有する平坦管として形成され、各凝縮器部１及び蒸発器部２のマニホルド端部は、例えば、外壁３４の開口を通じて、マニホルド３の内側空間に挿入されてもよい。分離壁３５は、凝縮器部１及び蒸発器部２のマニホルド端部の一部を受容するスロット又はその他の開口を含むことにより、凝縮器部１及び蒸発器部２の異なる部分について、蒸気チャンバ３２及び液体チャンバ３１と所望の連通を提供してもよい。例えば、分離壁３５は、液体返却路２１を規定する蒸発器部２の部分（図２の右側）を受容する液体チャンバスロット又は開口を含んでもよい。しかしながら、蒸発経路２２を規定する蒸発器部２の部分（図２の左側）は、分離壁３５の液体チャンバスロット又は開口に受容されない。結果として、液体返却路２１は、液体チャンバ３１と連通され、蒸発経路２２は、蒸気チャンバ３２と連通される。同様に、分離壁３５は、蒸気供給路１１を規定する凝縮器部１の部分（図２の左側）を受容するが、凝縮器経路１２を規定する部分（図２の右側）を受容しない蒸気チャンバスロット又は開口を含んでもよい。従って、蒸気供給路１１は、蒸気チャンバ３２と流体連通され、凝縮経路１２は、液体チャンバ３１と流体連通される。本実施形態では、分離壁３５は、外壁３４の内側に形成される対応溝部に受容される平板として形成されるが、他の配置も可能である。例えば、分離壁３５は、平坦である必要はなく、湾曲していてもよく、又は、任意の好適な形状を備えてもよい。使用の場合、外壁３４の内側の溝部は、スコーリング、ブローチ削り、鋳造、押出、又はその他の技術で形成されてもよい。

図３は、線３−３に沿った図２の凝縮器部１の断面図であり、本発明の他の態様を組み込んだ実施形態を示している。すなわち、本実施形態において、熱伝達構造１３（この場合、フィン）は、凝縮経路１２に隣接する凝縮器部１の本体の一部と直接、伝熱可能に連通するように配置される。例えば、フィンは、凝縮器部１の本体に対して、蝋付け、半田付け、又は直接、伝熱可能に接触される。しかしながら、蒸気供給路１１に隣接する凝縮器部１の本体の部分は、熱伝達構造１３を有さない。実際のところ、蒸気供給路１１に隣接する凝縮器部１の本体のこれらの部分は、熱伝達を最少化するために、断熱材で作成され、及び／又は、断熱材の塗布又は被覆が行われてもよい。熱伝達構造１３を有さない、蒸気供給路１１に隣接した凝縮器部１の部分を有することにより、そうでない場合に比較して、蒸気供給路１１内の蒸気は、一層徐々に熱を冷却又は損失し、これにより凝縮経路１２に提供されるまで、蒸気を蒸気のままに維持してもよい。これにより、サーモサイホン装置１０内の所望の循環流動を維持する助けとしてもよい。他の配置において、熱伝達構造１３は、蒸気供給路１１に隣接する領域の上方に延び、例えば、構造１３の表面積を大きくしてもよいが、構造１３は、蒸気供給路１１に隣接する部分に、直接、伝熱的接触を行わなくてもよい。例えば、図３において、フィンは、蒸気供給路１１の上方を左側へ延びるが、経路１１に隣接する凝縮器部１と直接、伝熱的接触を行わなくてもよい。これにより、フィンの表面積を増加し、その熱伝達特性を向上しつつ、蒸気供給路１１に対する熱伝達を低減してもよい。

凝縮器部１の一方側に１つ以上のフィンを含むものとして熱伝達構造１３を示したが、凝縮器部１の両側にフィンを有するもの、凝縮器部に接触する冷却プレート又は他の液体熱交換器部分を設けるもの、凝縮器部に接触する氷又は他の比較的冷たい液体又は固体変化材料を設けるもの等、他の配置も可能である。また、蒸発器部１は、蒸発経路２２に隣接する蒸発器部２の本体の部分にのみ直接、伝熱的接触を行い、液体返却路２１に接触しない熱伝達構造２３を有するように、同様に、又は、代替として配置されてもよい。同様に上述の通り、液体返却路２１に隣接する蒸発器部２の本体の部分は、断熱されるか、又は熱伝達を最少化するように配置されてもよい。理解される通り、これにより、液体返却路２１内の液体への熱伝達を低減することを助け、液体が蒸発経路２２に達するまで、液体のままに維持するのを助けることができる。この配置は、図１に見ることができるが、同図は、熱伝達構造２３が液体返却路２１の領域上方に存在せず、熱伝達構造１３が蒸気供給路１１の領域上方に存在しない様子を示している。

本発明の他の態様において、熱は、蒸気供給路１１及び／又は液体返却路２１との熱伝達の低減を助けるか、又は蒸気供給路１１又は液体返却路２１に対するよりも、凝縮経路１２又は蒸発経路２２に対してより高い熱伝達率を設ける他の方法において、凝縮器部１から取り除かれ、又は蒸発器部２に伝達されてもよい。例えば、図３に示される通り、凝縮経路１２（又は、蒸発経路２２）は、例えば、曲面又はその他の面により、蒸気供給路１１よりも経路内部により大きな表面積を付与してもよい。これにより、経路１２内の蒸気から凝縮器部１の本体への熱伝達を増加させるのを助けてもよい。この技術は、蒸発器部２にも使用することができる。他の例として、図１では、一実施形態に係る冷却空気の流動が、凝縮器部１の上方において右から左の方向に向けられてもよく、温かい空気の流動が、蒸発器部２の上方において左から右の方向に向けられてもよい。このように、冷却空気の流動は、熱伝達構造１３の上方をまず流れ、蒸気供給路１１に達する時により温かくなり、温かい空気の流動が熱伝達構造２３の上方をまず流れ、液体返却路２１に達する時により冷たくなる。まとめると、一体化された凝縮器部及び／又は蒸発器部を実装する時には特に、蒸気供給路１１及び／又は液体返却路２１との熱伝達を最少化する任意の熱伝達構成が有用であり得る。

少なくともいくつかの実施形態において、凝縮器部１の転回部端部にて蒸気供給路１１を凝縮経路１２に流体連結し、蒸発器部２の転回部端部にて液体返却路２１を蒸発器経路２２に流体連結することは、比較的簡易な方法で実施されてもよい。例えば、図４は、本配置においてはキャップとして形成される、図１の実施形態の凝縮器部１の転回部１４のクローズアップ図を示している。蒸気供給路１１及び凝縮器経路１２を流体接続する転回部１４によって規定された空洞１４１が見えるように、最も前方の転回部キャップ１４及び凝縮器部１が断面図に示されていることに留意されたい。転回部１４は、各々、凝縮器部１の転回部端部を受容する開口を底面に有する。また、本実施形態において、転回部１４は、隣接の転回部１４の空洞１４１間に流体連通を生じる連通口１４２を含む。これにより、凝縮器部１にわたって圧力を均一にしてもよい。図５は、転回部１４の部分断面図を示しており、いかにして連通口１４２が隣接する空洞１４１間に経路１４３を規定するように互いに接合されてもよいか（例えば、蝋付け、接着剤等）をより良く示している。図示はしていないが、蒸発器部２の転回部２４は、例えば、各蒸発器部２の端部を被覆して液体返却路２１及び蒸発経路２２の間の流体連通を提供するキャップとして、転回部１４と同一の方法で配置されてもよいことに留意されたい。転回部２４は、図４及び図５における転回部１４と同様に連通口１４２を含んでもよいが、当然のことながら、連通口１４２は、必要とされず、又は、他の方法で構成することができる。例えば、図６は、凝縮器部１及び蒸発器部２の転回部端部が複数の凝縮器部１及び蒸発器部２の間に延びる管状マニホルド５に接続される他の一例としての実施形態を示している。従って、マニホルド５は、蒸気返却路１１及び各凝縮器部１の凝縮器経路１２を接続するか、又は、液体返却路２１及び各蒸発器部２の蒸発経路２２を互いに接続し、これらの経路と他の凝縮器部１及び蒸発器部２の経路と接続する。他の実施形態において、キャップ型転回部１４、２４は、隣接する転回部１４、２４と連通する必要がなく、代わりに、その対応する凝縮器部１／蒸発器部２とのみ連通してもよい。

上述の実施形態において、サーモサイホン装置１０は、平面状構造として配置されているが、このような配置は必要でなく、凝縮器部１及び蒸発器部２は、互いに対して任意の好適な角度で配置されてもよい。例えば、図７は、冷却装置が互いに９０度の角度で配置された凝縮器部１及び蒸発器部２を有する３つのサーモサイホン装置１０を備えた一例としての実施形態を示している。本実施形態において、装置１０は、壁部６１で分離された上方包囲部６ａ及び下方包囲部６ｂを含む包囲部６に関連付けられる。装置１０の蒸発器部２は、外部環境から封止された下方包囲部６ｂに配置され、凝縮器部１は、マニホルド３のフランジ３３が接続されてもよい壁部６１により下方包囲部６ｂから隔絶された上方包囲部６ａに配置される。上方包囲部６ａは、外部環境から隔絶されてもよく、又は隔絶されなくてもよい。例えば、冷却空気の流動は、例えば、ファンによって空気を上方包囲部６ａ内に送ることにより、上方包囲部６ａの外側から入り、凝縮器部１の上方を通過してもよい。当然のことながら、これは単なる一例としての実施形態であり、他の構成も可能である。

図８は、図７の実施形態のサーモサイホン装置１０のうちの１つのマニホルド３のクローズアップ図を示す。この配置は、図１のものと幾分類似しているが、凝縮器部１及び蒸発器部２とマニホルド３及び分離壁３５との係合は、装置１０の角度を有する構成を収容するように僅かに修正されている。図１の実施形態のように、フランジ３３は、外壁３４を備えた単一部品として形成されるが、これは必要なく、例えば、フランジ３３は、なくされるか、又は他の方法で修正することができる。例えば、図９は、フランジ３３がマニホルド３の外壁３４の外側に取り付けられた屈曲プレート又はクラッドとして構成される実施形態を示している。図１０は、マニホルド３から分離したフランジ３３の斜視図を示し、蒸発器部２が挿入される、フランジ３３に形成された一連の開口３３１を示している。しかしながら、各蒸発器部２に対して複数の開口３３１のうちの１つを必要とせず、図１１は、フランジ３３がマニホルド３を受容する単一の開口を備えた平板として形成される実施形態を示している。すなわち、フランジ３３は、フランジ３３の部分が凝縮器部１と蒸発器部２の間の領域でマニホルド３から離間して延びるように、その中央開口においてマニホルド３を受容してもよい。他の実施形態のように、フランジ３３は、蝋付け、接着剤等により、マニホルド３及び／又は蒸発器部２又は凝縮器部１に固定可能である。

上述の実施形態において、マニホルド３の外壁３４は単一部品として作成されるが、他の配置も可能である。例えば、図１２は、マニホルド３が、Ｃ字型断面を有する外壁３４と、凝縮器部１又は蒸発器部２を受容する複数の開口３４２を含んだ屈曲プレート３４１とを含む、２つの部品で作成される実施形態を示している。このような配置により、例えば、外壁３４との組み立てに先立って、凝縮器部１又は蒸発器部２上に屈曲プレート３４１を組み立てることにより、いくつかの状況において組み立てを容易にしてもよい。他の実施形態において、屈曲プレート３４１は、フランジ３３を組み込んでもよく、例えば、図９及び図１０に示されるように形成されてもよい。或いは、マニホルド３は、図１２に示されるように２つの屈曲プレート３４１を含んでもよく、つまり、１つは凝縮器部１用であり、他方は蒸発器部２用であって、互いに接合されてマニホルド３を形成する。図１２に示される簡易なスロット型開口３４２を使用してマニホルド３で凝縮器部１又は蒸発器部２を受容してもよいが、図１３に示されるもの等、他の配置も可能である。図１３に示される開口３４２は、凝縮器部１又は蒸発器部２をマニホルド３に対して適正に配列するのを助けてもよく、引き抜き、機械加工、成形等、任意の好適な方法で形成されてもよく、単一片のマニホルド３に設けられてもよく、又は図１２に示すような配置内に設けられてもよい。フランジ３３及び／又はマニホルド部品（プレート３４１等）がクラッド型形態に設けられる場合、これらの部品は、例えば、マニホルド３、フランジ３３と蒸発器部２／凝縮器部１をすべて同時に接合する蝋付け動作等、単一動作でともに接合され、凝縮器部１／蒸発器部２に接合されてもよい。熱伝達構造１３、２３及び／又は転回部１４、２４は、凝縮器部１／蒸発器部２に同一の単一動作の一部として接合されてもよい。従って、サーモサイホン装置１０の部品のすべて又はいくつかは、蝋付け、半田付け、又は他の技術等、単一の動作によってともに組み立てられ、固定されてもよい。

図１４は、マニホルド３のさらに他の一例としての実施形態を示している。この配置において、マニホルド３は、２つの壁部部分３４ａ及び３４ｂを含むが、これらは、プレス、成形、引き抜き、機械加工、又はその他の方法で形成されてもよい。第１の壁部部分３４ａは、第２の壁部部分３４ｂの対応溝部内に受容されるが、突き合わせ継ぎ手における溶接又は接着剤、及びその他等、他の構成も可能である。図１４の構成に対する１つの効果として、凝縮器部１及び蒸発器部２を受容する必要のある開口が第２の壁部部分３４ｂとの組み立てに先立って、及び／又は、第１の壁部部分３４ａの屈曲又はその他の形成に先立って、第１の壁部部分３４ａに形成されてもよいことである。この構成により、第１の壁部部分３４ａ及び第２の壁部部分３４ｂをともに取り付けるのに先立って、マニホルド３の内側空間に分離壁３５を比較的容易に載置できるようになる。本実施形態は、また、分離壁３５が任意の好適な方法で屈曲されてもよいことを示しており、本実施形態では、図２の実施形態のような閉鎖開口でなく、開放端部スロットが分離壁３５の端部に形成されて、凝縮器部１及び蒸発器部２のマニホルド端部を受容するように構成される。図１４は、また、フランジ３３が第１の壁部部分３４ａの屈曲部品として形成されてもよいことを示している。

図１５及び図１６は、マニホルドの外壁３４及び分離壁３５が単一の屈曲シートから形成されてもよい他の一例としての実施形態を示している。図１５に見られる通り、単一のシートが凝縮器部１及び蒸発器部２のための（外壁３４部分における）開口３４２と、凝縮器部１及び蒸発器部２のマニホルド端部を受容し、これらに係合するための（分離壁３５部分における）開口３５１とを有し、蒸発／凝縮経路及び蒸気供給／液体返却路を蒸気経路３１及び液体経路３２と流体連通させるように形成されてもよい。屈曲シートの一端は、例えば、図１６に示されるような１つ以上のリベット３６、溶接、蝋付け、又は他の技術により、接合点３７にてシートの他の部分に接合されてもよい。凝縮器部１及び蒸発器部２は、所望に応じて、且つ、前述の他の実施形態と一貫して、外壁３４及び分離壁３５に対して蝋付け、又は他の方法で取り付けられてもよい。

以上の実施形態は、マニホルド３が複数の凝縮器部１及び蒸発器部２に接続する構成を示しているが、これは必須ではない。例えば、図１７は、単一のマニホルド３が各凝縮器部１及び蒸発器部２を相互接続する実施形態を示している。個々のマニホルド３は図４の転回部１４と同様の連通口を含んでもよいが、このような接続は必須ではない。図１８は、図１７の実施形態におけるマニホルド３の断面図を示しており、いかにして凝縮器部１及び蒸発器部２のマニホルド端部がマニホルド３の各上方開口及び下方開口に受容されるかを示している。凝縮器部１及び蒸発器部２の端部は、蒸発器経路２２及び蒸気供給ライン１１が蒸気チャンバ３２と流体連通し、凝縮器経路１２及び液体返却路２１が液体チャンバ３１と流体連通するように、分離壁３５に衝突するまで、開口内に挿入される。すなわち、分離壁３５は、蒸発器経路２２及び液体返却路２１が分離壁３５の両側に設けられ、蒸気供給ライン１１及び凝縮器経路１２が分離壁３５の両側に設けられるように、凝縮器部１及び蒸発器部２の端部に係合する。この配置により、マニホルド３に凝縮器部１及び蒸発器部２を比較的容易且つ効率的に組み立てることができるようにし、物理的な搭載接続のみならず、必要な流体接続を行うようにする。本実施形態は、また、マニホルド３が下方端部において一体型フランジ３３を有することを示しており、これは、他のマニホルド３上のフランジ３３と協働して、例えば、蒸発器部１及び２の周囲の包囲部との組み合わせにおいて、凝縮器部１及び蒸発器部２の間の気密バリアを生じてもよい。

上述の通り、熱伝達構造１３、２３は、一例としての実施形態に示す通り、フィンに限定されるものでない。図１９〜図２１は、蒸発器部２の熱伝達構造２３が対応する蒸発器部２を受容し、これと熱的に連結するように配置された溝部２３１を備える略平坦なプレートとして形成される他の実施形態を示す。熱伝達構造２３は、蝋付け、接着剤等によって蒸発器部２に取り付けられてもよく、これによって蒸発器部２及び熱伝達構造２３の間の熱的連結を向上してもよい。熱生成装置は、例えば、図１９に示されるその平坦面上において、熱伝達構造２３に熱的に連結されてもよく、例えば、これらの装置は、構造２３に直接搭載されてもよい。本実施形態における熱伝達構造２３は、液体返却路２１（又は、凝縮器部１とともに使用される場合は蒸気供給路１１）に隣接する蒸発器部２の部分がいずれの熱伝達構造２３も有さなくてもよく、例えば、液体返却路２１内の液体への熱伝達の低減を助けるという本発明の態様を組み込んでもよいことが認識されるであろう。例えば、蒸発器部２は、液体返却路２１を形成する部分が溝部２３１に受容されず、代わりに溝部２３１から突出するように、溝部２３１内に受容されてもよい。溝部２３１のサイズを適切に設定することにより、熱伝達構造２３と液体返却路２１に隣接する蒸発器部２の部分との直接の熱的接触を回避してもよい。

他の実施形態と同様に、図１９の実施形態では、図２２に示される通り、約９０度等、任意の好適な角度で配置された蒸発器部２及び凝縮器部１を有してもよい。本構成は、例えば、熱生成装置又は熱伝達構造２３が熱を受ける他の構成要素の頂上部に熱伝達構造２３を載置させるのに有用であり得る。熱伝達構造２３は、熱源と接触するように押し込まれる（例えば、クランプ固定される）か、又はその他の方法で配置されることにより、サーモサイホン装置１０によって凝縮器部１に取り除かれた熱を受けるようにする。

本明細書に記載の実施形態は、完全であることを意図するものでなく、又は本発明を開示の精密な形態に限定することを意図するものでなく、以上の教示に照らして多くの修正及び変更が可能である。本実施形態は、本発明の原則とその実際の適用について最もよく説明するために選択され、述べられたものであり、当業者が、考えられる特定の使用に好適な方法により、種々の実施形態において、且つ、種々の修正を加えて本発明を利用できるようにするものである。以上の説明は多数の仕様を含むが、これらは本発明の範囲の限定とみなされてはならず、その代替実施形態の例示としてみなされなければならない。

本明細書及びクレームで使用される不定冠詞「１つ」は、反対である旨の明示のない限り、「少なくとも１つ」を意味するものと理解されなければならない。

本明細書及びクレームで使用される「及び／又は」というフレーズは、結合された要素、すなわち、場合によっては接続的に存在するか、又は場合によっては非接続的に存在する要素の「いずれか、又は、双方」を意味するものと理解しなければならない。「及び／又は」で列挙された複数の要素も同様に理解されなければならず、すなわち、その結合された要素のうちの「１つ以上」と理解されなければならない。「及び／又は」の句で特定された要素以外に、これらの特定された要素と関連するか、又は関連しないかを問わず、他の要素が任意で存在してもよい。

また本明細書における「含む」「備える」「有する」「含有する」「包含する」及び／又はそれらの活用形は、それらとともに列挙される項目と、それらの同等物と、さらに追加の項目も網羅することを意味する。

反対である旨の明示のない限り、本願においてクレームされた、１つを上回る数のステップ又は動作を含むいかなる方法も、その方法のステップ又は動作の順は、方法のステップ又は動作が述べられた順に必ずしも限定されるものでないことも理解されなければならない。

種々の一例としての実施形態を参照して本発明の態様について説明したが、このような態様は、記載の実施形態に限定されるものでない。従って、当業者にとって記載の実施形態について多数の変形、修正、及び変更が明らかとなることは明白である。従って、本明細書に記載の実施形態は、例示を意図するものであり、限定を意図するものでない。本発明の態様の精神から逸脱することなく、種々の変更がなされてもよい。

Claims (15)

1. サーモサイホン冷却装置であって、
   熱を受けて内部の液体を蒸発させるように配置された少なくとも１つの蒸発経路、及び、前記少なくとも１つの蒸発経路に凝縮液体を送達する液体返却路を含む少なくとも１つの蒸発器部と、
   蒸発液体からの熱を周辺環境に伝達することにより前記蒸発液体を凝縮するように配置された少なくとも１つの凝縮経路、及び、前記少なくとも１つの凝縮経路に蒸発液体を送達する蒸気供給路を含む少なくとも１つの凝縮器部と、
   前記少なくとも１つの蒸発経路を前記蒸気供給路に流体接続する蒸気チャンバ、及び、前記少なくとも１つの凝縮経路を前記液体返却路に流体接続する液体チャンバを有する１つのマニホルドと、を備え、
   前記蒸気チャンバから前記蒸気供給路へ、前記少なくとも１つの凝縮経路へ、前記液体チャンバへ、前記液体返却路へ、前記少なくとも１つの蒸発経路へ、そして前記蒸気チャンバへと戻る前記サーモサイホン冷却装置内の循環流動を可能とするために、前記蒸気チャンバ及び前記液体チャンバは、前記マニホルドにおいて分離壁によって流体分離され、
   各蒸発器部は、前記１つのマニホルドに接続される管を含むとともに、前記少なくとも１つの蒸発経路と液体返却路とを規定する複数の経路を含み、又は、
   各凝縮器部は、前記１つのマニホルドに接続される管を含むとともに、前記少なくとも１つの凝縮経路と前記蒸気供給路とを規定する複数の経路を含む、装置。
2. 前記１つのマニホルドは、内部空洞を規定する外壁を含み、
   前記分離壁は、前記内部空洞内に配置されて前記内部空洞を前記蒸気チャンバ及び前記液体チャンバに分離する、請求項１に記載の装置。
3. 前記外壁は、対応する蒸発器部又は凝縮器部を各々受容する複数の開口を含む、請求項２に記載の装置。
4. 各蒸発器部は、前記複数の開口のうちの対応する１つに受容され、前記少なくとも１つの蒸発経路が前記蒸気チャンバと流体連通し、前記液体返却路が前記液体チャンバと流体連通するように前記分離壁に係合する、請求項３に記載の装置。
5. 各凝縮器部は、前記複数の開口のうちの対応する１つに受容され、前記少なくとも１つの凝縮経路が前記液体チャンバと流体連通し、前記蒸気供給路が前記蒸気チャンバと流体連通するように前記分離壁に係合する、請求項４に記載の装置。
6. 各蒸発器部は、複数の蒸発経路と前記液体返却路とを含む単一で一体の管として形成され、
   各凝縮器部は、複数の凝縮経路と前記蒸気供給路とを含む単一で一体の管として形成され、
   前記サーモサイホン装置は、２つ以上の蒸発器部と、２つ以上の凝縮器部と、を有し、各々は、前記複数の開口のうちの対応する１つに受容されるとともに前記分離壁に係合する、請求項５に記載の装置。
7. 前記サーモサイホン装置は、複数の蒸発器部又は複数の凝縮器部を有し、
   各蒸発器部は、複数の蒸発経路と前記液体返却路とを含む単一で一体の管として形成され、
   各凝縮器部は、複数の凝縮経路と前記蒸気供給路とを含む単一で一体の管として形成される、請求項１に記載の装置。
8. 各蒸発器部の前記複数の蒸発経路は、前記蒸発経路の側方に配置された前記液体返却路と平行に配置され、
   各凝縮器部の前記複数の凝縮経路は、前記凝縮経路の側方に配置された前記蒸気供給路と平行に配置される、請求項７に記載の装置。
9. 前記分離壁は、前記蒸気供給路を含む凝縮器部の対応部分を各々受容する複数の蒸気チャンバ開口と、前記液体返却路を含む蒸発器部の対応部分を各々受容する複数の液体チャンバ開口と、を含む、請求項１に記載の装置。
10. 各蒸発器部は、複数の蒸発経路及び前記液体返却路を含む単一で一体の管として形成され、
    各凝縮器部は、複数の凝縮経路及び前記蒸気供給路を含む単一で一体の管として形成され、
    前記分離壁は、前記蒸発経路が前記分離壁の第一の側にありかつ前記液体返却路が前記分離壁の第二の側にあるように各蒸発器部に係合し、
    前記分離壁は、前記凝縮経路が前記分離壁の前記第二の側にありかつ前記蒸気供給路が前記分離壁の前記第一の側にあるように各凝縮器部に係合する、請求項１に記載の装置。
11. 前記外壁及び前記分離壁は、１つの屈曲シートから形成される、請求項２に記載の装置。
12. 前記サーモサイホン装置は、複数の蒸発器部と、複数の凝縮器部と、を有し、
    各蒸発器部は、複数の蒸発経路及び前記液体返却路を含む単一で一体の管として形成され、
    各凝縮器部は、複数の凝縮経路及び前記蒸気供給路を含む単一で一体の管として形成される、請求項１に記載の装置。
13. 前記蒸発器部の少なくとも一部と熱的に直接接触する蒸発器熱伝達構造と、
    前記凝縮器部の少なくとも一部と熱的に直接接触する凝縮器熱伝達構造と、を備える、請求項１２に記載の装置。
14. 前記蒸発器部のうち前記液体返却路に隣接する部分は、前記蒸発器熱伝達構造と接触しない、請求項１３に記載の装置。
15. 前記凝縮器部のうち前記蒸気供給路に隣接する部分は、前記凝縮器熱伝達構造と接触しない、請求項１３に記載の装置。

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