WO2011007604A1 - ループ型ヒートパイプ及びその起動方法 - Google Patents

ループ型ヒートパイプ及びその起動方法 Download PDF

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WO2011007604A1
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pipe
working fluid
liquid
phase
condensing
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PCT/JP2010/056093
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English (en)
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重憲 青木
塩賀　健司
内田　浩基
Original Assignee
富士通株式会社
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/427—Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
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    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20709—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for server racks or cabinets; for data centers, e.g. 19-inch computer racks
    • H05K7/208—Liquid cooling with phase change
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/06—Derivation channels, e.g. bypass
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • the present invention relates to a loop heat pipe and a starting method thereof.
  • a heat pipe is a heat transfer device that transports heat using a phase change of a working fluid sealed inside.
  • a loop type heat pipe has been developed as a heat pipe having an increased heat transport amount and an increased heat transport distance.
  • the loop heat pipe includes an evaporation unit that receives heat from the heating element and evaporates the liquid-phase working fluid, and a condensing unit that condenses the gas-phase working fluid by heat dissipation.
  • the loop heat pipe includes a vapor pipe that circulates the working fluid that has changed to a gas phase in the evaporation section to the condensation section, and a liquid pipe that circulates the working fluid that has changed to the liquid phase in the condensation section to the evaporation section. Yes.
  • the loop heat pipe has a loop structure in which an evaporation section, a steam pipe, a condensation section, and a liquid pipe are connected in series, and a working fluid is sealed inside.
  • the blade-type server was originally developed as a server having a more compact volume than a conventional server, and electronic devices such as CPUs are arranged on the substrate with high density.
  • This loop heat pipe 110 is shown in FIG.
  • the loop heat pipe 110 includes a first evaporator 111A and a condenser 112.
  • the loop heat pipe 110 includes a first liquid pipe 114A that causes the working fluid that has changed to a liquid phase in the condensing unit 112 to flow to the first evaporation unit 111A, and a working fluid that has changed to a gas phase in the first evaporation unit 111A.
  • a steam pipe 113 that is circulated to the condensing unit 112.
  • the loop heat pipe 110 includes a second evaporator 111 ⁇ / b> B for assisting the circulation of the liquid-phase working fluid in the first evaporator 111 ⁇ / b> A when activated. Yes.
  • Part of the liquid-phase differential fluid that has flowed through the first liquid pipe 114A flows through the second evaporation section 111B via the second liquid pipe 114B and the condenser section 112.
  • the working fluid that has changed to a gas phase in the second evaporation unit 111B joins the steam pipe 113 and then flows to the condensing unit 112.
  • the working fluid flowing through the second liquid pipe 114B flows through the condensing unit 112 to the second evaporation unit 111B without joining the working fluid flowing through the first liquid pipe 114.
  • the second evaporation unit 111B disposed in the vicinity of the condensing unit 112 is immediately supplied with a liquid-phase differential fluid when the loop heat pipe 110 is started, and starts circulation of the differential fluid in the loop.
  • a liquid-phase working fluid is circulated through the first evaporator 111A.
  • the second evaporator 111 ⁇ / b> B is an auxiliary evaporator provided to start the loop heat pipe 110. Therefore, the second evaporator 111B is smaller in size and lower in cooling capacity than the first evaporator 111A.
  • the loop heat pipe 110 including the two evaporation units 111A and 111B is used to cool two CPUs having the same heat generation amount, the cooling of the two evaporation units 111A and 111B is performed. Due to the different capacities and the structure of the piping, the flow of the working fluid in the loop tends to be unstable.
  • This specification aims to provide a loop heat pipe having a small size and capable of cooling two heating elements.
  • a liquid-phase working fluid is evaporated to change a phase to a gas-phase working fluid.
  • the first evaporation unit and the second evaporation unit, the first condensation unit and the second condensation unit that condense the gas-phase working fluid by heat radiation and change the phase into a liquid-phase working fluid, and the first evaporation unit.
  • the second vapor pipe for flowing the working fluid changed to the gas phase in the second evaporator to the second condenser, and the working fluid changed to the liquid phase in the second condenser And a second liquid pipe to be circulated to.
  • the two heat generating elements can be cooled with a small size.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a state where the balance of the amount of heat received is broken in the loop heat pipe of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating Examples 1 to 14 of a loop heat pipe disclosed in the present specification. It is a figure explaining Example 15 of the loop type heat pipe disclosed in this specification. It is a figure explaining Example 16 of the loop type heat pipe disclosed in this specification. It is a figure explaining Example 17 of the loop type heat pipe disclosed in this specification. It is a figure explaining Example 18 of the loop type heat pipe disclosed in this specification.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a first embodiment of a loop heat pipe disclosed in the present specification.
  • FIG. 3 is a diagram showing a blade server in which the loop heat pipe of FIG. 2 is incorporated.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view in the longitudinal direction of the evaporation portion of the loop heat pipe of FIG.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view in the width direction of the evaporation portion of the loop heat pipe of FIG.
  • the loop heat pipe 10 of the present embodiment receives a heat from a heating element, evaporates the liquid-phase working fluid 16, and changes the phase to the gas-phase working fluid 16. And a second evaporator 11B.
  • the loop heat pipe 10 includes a first condensing unit 12A and a second condensing unit 12B that condense the gas-phase working fluid 16 by heat dissipation and change the phase to the liquid-phase working fluid 16. Further, the loop heat pipe 10 is changed into a liquid phase at the first steam pipe 13A for flowing the working fluid 16 changed into the gas phase at the first evaporator 11A to the first condenser 12A and the first condenser 12A.
  • the first evaporator 11A, the first steam pipe 13A, the first condensing part 12A, the first liquid pipe 14A, the second evaporator 11B, the second steam pipe 13B, The 2 condensing part 12B and the 2nd liquid pipe 14B are connected in series, and the loop-shaped flow path is formed.
  • the working fluid is sealed in the loop-shaped flow path.
  • the working fluid 16 is responsible for heat transfer in the loop heat pipe 10 while undergoing a phase change between the liquid phase and the gas phase.
  • the working fluid 16 is enclosed in the loop heat pipe 10 at a saturated vapor pressure.
  • water, alcohol, ammonia, or chlorofluorocarbon can be used as the working fluid 16.
  • water, alcohol, ammonia, or chlorofluorocarbon can be used as the working fluid 16.
  • the loop heat pipe 10 is used by being incorporated in a blade server 20 as shown in FIG. 3, for example.
  • the blade server 20 includes two CPUs 21A and 21B.
  • the first evaporator 11A of the loop heat pipe 10 is disposed so as to be in thermal contact with the CPU 21A. Further, the second evaporator 11B is disposed so as to be in thermal contact with the CPU 21B.
  • the blade server 20 often has a vertically long rectangular shape.
  • the blade type server 20 is usually arranged with the width direction orthogonal to the longitudinal direction thereof aligned with the vertical direction.
  • the CPU 21A is typically arranged above the CPU 21B in the vertical direction.
  • the first evaporator 11A that receives heat from the CPU 21A is disposed above the second evaporator 11B that receives heat from the CPU 21B in the vertical direction.
  • Wind is sent to the first condensing unit 12A and the second condensing unit 12B by the main fan 22 to promote heat dissipation.
  • the loop heat pipe 10 may be incorporated in another electronic device having a heating element to be cooled.
  • the first evaporator 11A will be further described below with reference to FIGS. Since the second evaporation unit 11B has the same structure as the first evaporation unit 11A, the description given to the first evaporation unit 11A is also appropriately applied to the second evaporation unit 11B.
  • the first evaporator 11A has a vertically long shape as shown in FIG.
  • the longitudinal direction of the first evaporator 11 ⁇ / b> A coincides with the direction in which the working fluid 16 flows through the flow path of the loop heat pipe 10.
  • the direction in which the working fluid 16 flows is indicated by arrows.
  • the first evaporator 11 ⁇ / b> A is disposed in a vertically long casing 30, a metal block 31 disposed in the center of the casing 30, and a cavity in the metal block 31. And a wick 33 disposed in the metal tube 32.
  • the housing 30, the metal block 31, and the metal tube 32 are formed using a metal having high thermal conductivity such as copper.
  • the longitudinal direction of the housing 30 coincides with the longitudinal direction of the first evaporator 11A.
  • the second liquid pipe 14 ⁇ / b> B is connected to one end of the casing 30 in the longitudinal direction.
  • the first steam pipe 13 ⁇ / b> A is connected to the other end in the longitudinal direction of the housing 30.
  • the heating element such as the CPU 21A is thermally connected to the housing 30 via a thermal bonding material (not shown) such as thermal grease.
  • the metal block 31 is disposed in close contact with the inner surface of the housing 30 and is thermally connected to the housing 30.
  • the metal block 31 has a cylindrical cavity inside. The longitudinal direction of this cavity coincides with the longitudinal direction of the first evaporator 11A.
  • the metal block 31 quickly conducts the heat received from the heating element 21A through the housing 30 to the metal tube 32 disposed in the internal cavity.
  • the metal tube 32 has a vertically long cylindrical shape.
  • the metal tube 32 is disposed in the cavity of the metal block 31.
  • the longitudinal direction of the metal tube 32 coincides with the longitudinal direction of the first evaporator 11A.
  • the outer surface of the metal tube 32 is in close contact with the inner surface of the cavity of the metal block 31, and the metal tube 32 is thermally connected to the metal block 31.
  • a plurality of convex portions 34a and concave portions 34b are formed on the inner surface of the metal tube 32 at a predetermined pitch in the circumferential direction.
  • the convex portion 34 a and the concave portion 34 b are formed over the entire length of the metal tube 32.
  • a groove-like space formed between the recess 34 b and the wick 33 serves as a passage for the working fluid 16.
  • the wick 33 has a vertically long cylindrical shape as shown in FIG.
  • the end of the wick 33 on the second liquid pipe 14B side is open, and the end of the first steam pipe 13A side is closed.
  • the wick 33 is inserted inside the metal pipe 32 with its closed end directed toward the first steam pipe 13A. As shown in FIG. 5, the outer surface of the wick 33 is in contact with the tips of a plurality of convex portions 34 a formed on the inner surface of the metal tube 32, and the wick 33 is thermally connected to the metal tube 32.
  • the wick 33 is formed using a porous material.
  • the wick 33 is formed using, for example, a porous body obtained by sintering copper powder. It is preferable that the inner cavity and the outer side of the wick 33 communicate with each other through a large number of fine pores having a diameter of about 10 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the working fluid 16 flows into the first evaporator 11A from the second liquid pipe 14B, the working fluid 16 soaks into the wick 33 by capillary action, and the wick 33 is wet with the working fluid 16 become.
  • the liquid-phase working fluid 16 soaked in the wick 33 is heated (heated) by heat supplied from a heating element such as the CPU 21A.
  • the vapor-phase working fluid 16 existing in the wick 33 itself, the surface thereof, or the cavity inside the wick 33 flows from the inside cavity to the outside through the pores of the wick 33.
  • the first evaporation unit 11A having the above-described structure is, for example, a CPU that is a heating element having dimensions of 30 mm in length ⁇ 30 mm in width, and the size of the housing 30 is 50 mm in length ⁇ 50 mm in width ⁇ 20 mm in height. It can be. Moreover, the dimension of the metal block 31 can be made into length 40mm x width 40mm x height 20mm.
  • the dimensions of the metal tube 32 can be set to an outer diameter of 14 mm and an inner diameter of 10 mm (tube wall thickness of 2 mm). Then, on the inner surface of the metal tube 32, for example, recesses 34b having a depth of 1 mm are formed at a pitch of 2 mm. Furthermore, the dimensions of the wick 33 can be an outer diameter of 10 mm and an inner diameter of 4 mm.
  • the first condensing unit 12A will be further described below with reference to FIGS. Since the second condensing unit 12B has the same structure as the first condensing unit 12A, the description given to the first condensing unit 12A is also applied to the second condensing unit 12B as appropriate.
  • the first condensing unit 12A includes a first condensing tube 40A and a plurality of first heat radiation plates 41A connected to the first condensing tube 40A.
  • the first steam pipe 13A is connected to one end of the first condensing pipe 40A.
  • the first liquid pipe 14A is connected to the other end of the first condensing pipe 40A.
  • the plurality of first heat radiating plates 41A are thermally connected to the first condensing pipe 40A, and the heat of the working fluid 16 flowing through the first condensing pipe 40A is radiated through the plurality of first heat radiating plates 41A. Is done.
  • the plurality of first heat radiating plates 41 ⁇ / b> A in the first condensing unit 12 ⁇ / b> A are blown by the main fan 22 or the like to promote heat dissipation and change the gas phase working fluid 16 to the liquid phase. It is preferable for phase change.
  • first steam pipe 13A will be further described below with reference to FIGS. Since the second steam pipe 13B has the same structure as the first steam pipe 13A, the description given to the first steam pipe 13A is also applied to the second steam pipe 13B as appropriate.
  • One end of the first steam pipe 13A is connected to the first evaporator 11A.
  • the other end of the first steam pipe 13A is connected to the first condensing part 12A.
  • the gas-phase working fluid 16 is not necessarily circulated.
  • the working fluid 16 may be in a liquid phase between the first evaporator 11A and the first condensing part 12A. In some cases, the gas-liquid mixed working fluid 16 may flow.
  • the first steam pipe 13A is formed using a metal having high thermal conductivity such as copper.
  • first liquid pipe 14A will be further described below with reference to FIGS. Since the second liquid pipe 14B has the same structure as the first liquid pipe 14A, the description given to the first liquid pipe 14A is also appropriately applied to the second liquid pipe 14B.
  • One end of the first liquid pipe 14A is connected to the first condensing part 12A.
  • the other end of the first liquid pipe 14A is connected to the second evaporator 11B.
  • the working fluid 16 may be in a gas phase between the first condensing unit 12A and the second evaporating unit 11B. In some cases, the liquid mixed working fluid 16 may flow.
  • the first liquid tube 14A is formed using a metal having high thermal conductivity such as copper.
  • the amount of the working fluid 16 enclosed in the loop heat pipe 10 is such that the liquid-phase working fluid 16 includes the first evaporator 11A and the second liquid pipe 14B, the second evaporator 11B and the first liquid pipe 14A, and the like. It is preferable that the amount satisfies the above. It is also preferable that the amount of the working fluid 16 is slightly larger than half the volume of the flow path of the loop heat pipe 10. If the amount of the working fluid 16 is larger than this amount, the flow resistance increases and the thermal resistance increases. On the other hand, if the amount of the working fluid 16 is less than this amount, the operation of the loop heat pipe 10 becomes unstable.
  • 6A to 6D are diagrams for explaining the operation of the loop heat pipe.
  • the first evaporator 11A is disposed above the second evaporator 11B in the vertical direction. Therefore, the liquid-phase working fluid 16 is accumulated below the loop heat pipe 10 in the state before starting, and the inside of the second evaporator 11B is filled with the liquid-phase working fluid 16. The liquid-phase working fluid 16 is immersed in the pores of the wick 33 inside the second evaporator 11B.
  • the upper part of the loop heat pipe 10 is filled with a gas-phase working fluid 16. Therefore, the inside of the first evaporation unit 11A is filled with the gas-phase working fluid 16. That is, the wick 33 in the first evaporator 11A is in a dry state, and the first evaporator 11A is in a so-called dry-out state.
  • the 2nd evaporation part 11B starts receiving heat.
  • the 2nd evaporation part 11B receives heat from the CPU 21 ⁇ / b> B that is a heating element.
  • the first evaporator 11A starts to receive heat after a predetermined time has elapsed since the second evaporator 11B started to receive heat. This predetermined time is determined based on the time required for the liquid-phase working fluid 16 to start flowing to the first evaporator 11A.
  • the casing 30 is first heated by the heating element, and the heat applied to the casing 30 is transmitted to the metal block 31.
  • the heat transmitted to the metal block 31 is transmitted to the metal tube 32, and the heat transmitted to the metal tube 32 is transmitted to the wick 33 through the convex portion 34a of the metal tube 32, so that the wick 33 is heated.
  • the vapor-phase working fluid 16 pushed out to the outer surface of the wick 33 flows, for example, through the concave portion 34b of the metal tube 32 and into the housing 30 on the second steam tube 13B side. Then, the gas-phase working fluid 16 flows into the second steam pipe 13B.
  • the gas-phase working fluid 16 pushed by the liquid-phase working fluid 16 flows through the first evaporator 11A and further through the first vapor pipe 13A, and then flows into the first condenser 12A.
  • the gas-phase working fluid 16 that has reached the first condensing part 12A is condensed by heat radiation and changed into a liquid phase.
  • the heat of the working fluid 16 is transmitted to the first heat radiating plate 41A via the first condenser tube 40A, and the heat transmitted to the first heat radiating plate 41A is radiated from the first heat radiating plate 41A.
  • the gas-phase working fluid 16 is cooled, and all or part thereof changes to the liquid phase.
  • the liquid phase working fluid 16 accumulates in the first condensing part 12A and the first steam pipe 13A, and the liquid level rises.
  • the liquid-phase working fluid 16 in the second liquid pipe 14B pushed from the second condensing unit 12B side starts to flow into the first evaporation unit 11A.
  • heat reception to the first evaporator 11A is started for the first time.
  • the operation of the CPU 21A is started, and the first evaporation unit 11A receives heat from the CPU 21A that is a heating element.
  • the liquid-phase working fluid 16 circulated in the first evaporator 11A changes to a gas phase, and the gas-phase working fluid 16 flows into the first steam pipe 13A.
  • the liquid-phase working fluid 16 almost fills the inside of the wick 33 of the first evaporator 11A, and the operation of the loop heat pipe 10 is stabilized.
  • the liquid-phase working fluid 16 substantially passes through the first evaporator 11A, the second evaporator 11B, the first liquid pipe 14A, and the second liquid pipe 14B. Satisfied.
  • the other part of the loop heat pipe 10 is filled with a gas-phase working fluid 16.
  • the loop heat pipe 10 since the loop heat pipe is formed by one loop-shaped flow path, it has a small size. Moreover, since the loop heat pipe 10 has two evaporation parts, it can cool two heat generating bodies.
  • the two evaporation units are both in a liquid phase working fluid when the loop heat pipe is started. Can be satisfied.
  • such an arrangement is often difficult because it imposes great restrictions on the structure of the blade server.
  • the two CPUs are often arranged at different positions in the vertical direction.
  • the liquid phase at the start-up is in the evaporation section thermally connected to the CPU arranged on the upper side in the vertical direction. It may not be possible to fill the working fluid.
  • the evaporation section is in a dry-out state, so the liquid-phase working fluid cannot be changed to the gas phase.
  • the mold heat pipe is not activated.
  • the liquid phase working fluid is filled in the evaporator disposed on the lower side in the vertical direction at the time of startup. It is easy to keep.
  • the loop heat pipe 10 described above operates stably when the amount of heat received in the first evaporator 11A and the second evaporator 11B is equal. However, when the amounts of heat received by the first evaporator 11A and the second evaporator 11B are not equal, the amount of change from the liquid phase to the gas phase of the working fluid 16 in the first evaporator 11A and the second evaporator 11B is different. Therefore, the distribution of the working fluid 16 in the flow path is biased, and the circulation of the working fluid 16 may become unstable or stop.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a state in which the balance of the amount of heat received is lost in the loop heat pipe 10.
  • the amount of heat received by the first evaporator 11A is increased, while the amount of heat received by the second evaporator 11B is decreased, and the balance of the amount of heat received is lost.
  • this corresponds to a case where the operating rate of the CPU 21A increases and the amount of generated heat increases, while the operating rate of the CPU 21B decreases and the amount of generated heat decreases.
  • the vaporization rate of the working fluid 16 in the first evaporator 11A having a large amount of heat received is higher than the vaporization rate of the working fluid 16 in the second evaporator 11B having a small amount of heat received.
  • FIG. 7 shows a state in which the liquid level of the liquid-phase working fluid 16 has risen to the inside of the first steam pipe 13A.
  • Such a phenomenon occurs particularly when the flow resistance of the working fluid 16 is relatively large, such as when the distance between the evaporation section and the condensation section is long, or when the evaporation section is at a lower position than the condensation section. It is easy to happen.
  • the loop heat pipe can operate stably even when the balance of the amount of heat received by the two evaporators is lost.
  • FIG. 8 shows a loop heat pipe 50 according to a second embodiment disclosed in the present specification.
  • the loop heat pipe 50 includes a bypass pipe 15 that connects the first steam pipe 13A and the second steam pipe 13B.
  • the bypass pipe 15 circulates the working fluid 16 and causes the loop heat pipe 50 to flow when the distribution of the working fluid 16 in the flow path is biased due to, for example, the balance of the amount of heat received in the two evaporators is lost. Has a function to return to a stable operating state.
  • the bypass pipe 15 preferably connects a portion of the first steam pipe 13A in the vicinity of the first condensing part 12A and a part of the second steam pipe 13B in the vicinity of the second condensing part 12B.
  • the bypass pipe 15 connects a part of the first steam pipe 13A in the range of 1 to 3 cm from the first condensing part 12A and a part of the second steam pipe 13B in the range of 1 to 3 cm from the second condensing part 12B. It is preferable to do.
  • the cross-sectional area of the flow portion of the working fluid 16 in the bypass pipe 15 is preferably equal to or less than the cross-sectional area of the flow portion of the working fluid 16 in the first steam pipe 13A and the second steam pipe 13B.
  • the pressure loss of the working fluid 16 in the bypass pipe 15 is preferably larger than that of the liquid pipe or the steam pipe.
  • the ratio of the cross-sectional area of the flow part of the bypass pipe 15 and the cross-sectional areas of the flow parts of the first steam pipe 13A and the second steam pipe 13B is in the range of 0.1 to 1, particularly 0.4 to 0.00. Preferably it is in the range of 6.
  • the ratio of the cross-sectional areas is 0.1 or more, when the distribution of the working fluid 16 in the flow path is biased, the working fluid 16 is circulated promptly to operate the loop heat pipe. It is preferable for returning to a stable state.
  • the ratio of the cross-sectional areas is smaller than 0.1, the pressure loss in the bypass pipe 15 increases, and the flow of the working fluid 16 in the bypass pipe 15 is hindered.
  • the ratio of the cross-sectional areas being 1 or less prevents the working fluid 16 from preferentially flowing toward the bypass pipe 15 when the loop heat pipe 50 is operating stably. This is preferable.
  • the ratio of the cross-sectional areas is 1 or less, the liquid-phase working fluid 16 can be circulated in the bypass pipe 15 using a capillary force.
  • the length of the bypass pipe 15 is appropriately set depending on the structure in which the loop heat pipe 50 is arranged.
  • bypass pipe 15 may be provided with a loop portion, a bent portion or the like.
  • the structure of the other part of the loop heat pipe 50 is the same as that of the first embodiment described above.
  • 9A to 9D are diagrams for explaining the operation of the loop heat pipe 50.
  • the loop heat pipe 50 in the state shown in FIG. 9A operates in a stable state.
  • the process from the start of the loop heat pipe 50 to the stable operation is the same as in the first embodiment described above.
  • the amount of heat received by the first evaporator 11A increases, while the amount of heat received by the second evaporator 11B decreases, and the balance of the amount of heat received. Assume that the state has changed to a collapsed state.
  • the vaporization rate of the working fluid 16 in the first evaporation unit 11A having a large amount of heat received is greater than the vaporization rate of the working fluid 16 in the second evaporation unit 11B having a small amount of heat reception.
  • the liquid-phase working fluid 16 in the second liquid pipe 14B decreases. Since the amount of the working fluid 16 in the flow path is constant, the liquid-phase working fluid 16 in the first liquid pipe 14A increases. In the state shown in FIG. 9B, the liquid level of the liquid-phase working fluid 16 rises to the inside of the first condensing unit 12A.
  • the gas-phase working fluid 16 in the first steam pipe 13A flows through the bypass pipe 15 and flows into the second steam pipe 13B.
  • the working fluid 16 that has flowed into the second steam pipe 13B changes to the liquid phase at the second condensing unit 12B, and then flows into the second liquid pipe 14B.
  • the liquid-phase working fluid 16 may flow through the bypass pipe 15.
  • the liquid-phase working fluid 16 in the second liquid pipe 14B increases, while the liquid-phase working fluid 16 in the first liquid pipe 14A decreases.
  • the distribution of the working fluid 16 in the loop heat pipe 50 is automatically returned to the state shown in FIG. As a result, the loop heat pipe 50 recovers a stable operating state.
  • the liquid-phase working fluid 16 in the second liquid pipe 14B is further reduced, while the liquid-phase working fluid 16 in the first liquid pipe 14A is further increased.
  • the liquid level of the liquid-phase working fluid 16 rises to the inside of the first steam pipe 13A.
  • the working fluid 16 that has flowed into the second steam pipe 13B flows through the second condensing unit 12B and flows into the second liquid pipe 14B.
  • the liquid-phase working fluid 16 in the second liquid pipe 14B increases, while the liquid-phase working fluid 16 in the first liquid pipe 14A decreases.
  • the distribution of the working fluid 16 in the loop heat pipe 50 is automatically returned to the state shown in FIG. Therefore, the loop heat pipe 50 recovers a stable operating state.
  • the case where the amount of heat received by the first evaporator 11A increases while the amount of heat received by the second evaporator 11B decreases is taken as an example.
  • the loop heat pipe 50 similarly recovers to a stable operating state.
  • the loop heat pipe 50 has a distribution of the working fluid 16 in the flow path when a relative change occurs in the amount of heat received between the first evaporator 11A and the second evaporator 11B. Return to normal state and restore stable operating state.
  • loop type heat pipe 50 has a normal distribution in the flow path of the working fluid 16 even when a relative change occurs in the cooling capacity between the first condensing unit 12A and the second condensing unit 12B. To return to a stable operating state.
  • the loop heat pipe 50 when the distribution of the working fluid 16 in the flow path is uneven, the working fluid 16 passes through the bypass pipe 15 and passes from the first steam pipe 13A to the second steam pipe. Since it is distributed to 13B, the loop heat pipe 50 can recover a stable operating state.
  • the loop heat pipe 50 can operate stably even when the balance of the amount of heat received in the two evaporators is lost.
  • the loop heat pipe 50 is energy saving because the uneven distribution of the working fluid 16 generated in the flow path can be eliminated without using external energy such as electric power.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a loop heat pipe 60 according to a third embodiment disclosed in this specification.
  • the dimensions of the first evaporator 11A and the second evaporator 11B are different.
  • the length of the second evaporator 11B may be twice that of the first evaporator 11A.
  • the loop heat pipe 60 can be used to cool two heating elements having different heating values.
  • the loop heat pipe 60 can be used to cool two heat generating elements having different dimensions.
  • the loop heat pipe 60 is used for cooling a CPU and a chip controller mounted on a server.
  • the CPU has a larger size and heat generation than a chip controller.
  • the 11A of 1st evaporation parts can make the dimension of the metal block 31 into 30 mm long x 30 mm wide x 20 mm in height with respect to the chip controller which is a heat generating body which has the dimension of 20 mm long x 20 mm wide, for example.
  • the second evaporation unit 11B can set the size of the metal block 31 to 50 mm long ⁇ 50 mm wide ⁇ 20 mm high with respect to the CPU that is a heating element having dimensions of 30 mm long ⁇ 30 mm wide. .
  • the structure of the other part of the loop heat pipe 60 is the same as that of the second embodiment described above.
  • the heating element can be efficiently cooled using the evaporation section corresponding to the size and the amount of heat generation of the heating element.
  • FIG. 11 is a diagram showing a blade server 80 in which the loop heat pipe 70 according to the fourth embodiment disclosed in the present specification is incorporated.
  • the first condensing part and the second condensing part are integrally formed.
  • a plurality of common heat radiation plates 41 are joined to the first condensing tube 40A of the first condensing unit and the second condensing tube 40B of the second condensing unit.
  • the structure of the other part of the loop heat pipe 70 is the same as that of the second embodiment described above.
  • the first evaporation unit 11A is disposed above the second evaporation unit 11B in the vertical direction, but the second evaporation unit 11B is disposed above the first evaporation unit 11A in the vertical direction. It may be arranged.
  • the following components may be provided. 1. An acceleration sensor is installed in the loop heat pipe 10 so that the vertical direction can be determined. 2. Immediately after the loop heat pipe 10 is started, the temperatures of the two heating elements such as the CPU are monitored to identify the heating element with the larger temperature rise. Then, the power supply to the heat generating element having the larger temperature rise is slowed down for a predetermined time, thereby providing a time difference in the activation of the two heat generating elements. By providing such a component, it is possible to start only the heat reception to the evaporation unit located on the lower side in the vertical direction first.
  • the 1st steam pipe 13A, the 2nd steam pipe 13B, the 1st liquid pipe 14A, and the 2nd liquid pipe 14B were formed by the pipe
  • each embodiment mentioned above it demonstrates using the loop-type heat pipe shown typically, and the structure of each component, arrangement
  • the arrangement of the evaporating part or the condensing part, and the shape of the steam pipe and liquid pipe (piping layout) connecting them can be arbitrarily set according to the internal configuration of an electronic device or the like in which a loop heat pipe is incorporated. is there.
  • the arrangement of other elements such as the starting heat radiation fin and the starting fan can be arbitrarily set according to the arrangement and shape of the evaporation section, the condensation section, the steam pipe or the liquid pipe.
  • Example 1 First, a loop heat pipe having the structure shown in FIG. 8 was formed.
  • the loop heat pipe was incorporated in a blade server as shown in FIG. Then, the substrate surface of the blade type server was oriented perpendicular to the vertical direction so that the two evaporation units were horizontally arranged.
  • the heat generation amount of CPU A that receives heat by the first evaporation unit is 0 W
  • the heat generation amount of CPU B that receives heat by the second evaporation unit is 60 W.
  • Example 2 was the same as Example 1 except that the amount of heat generated by CPU A receiving heat by the first evaporator was 20 W and the amount of heat generated by CPU B receiving heat by the second evaporator was 60 W.
  • Example 3 was the same as Example 1 except that the heat generation amount of CPU A receiving heat by the first evaporation unit was 40 W and the heat generation amount of CPU B receiving heat by the second evaporation unit was 60 W.
  • Example 4 was performed in the same manner as in Example 1 except that the heat generation amount of CPU A received by the first evaporation unit was 60 W and the heat generation amount of CPU B received by the second evaporation unit was 60 W.
  • Example 5 was performed in the same manner as Example 1 except that the heat generation amount of CPU A received by the first evaporation unit was 60 W and the heat generation amount of CPU B received by the second evaporation unit was 40 W.
  • Example 6 was performed in the same manner as Example 1 except that the heat generation amount of CPU A received by the first evaporation unit was 60 W and the heat generation amount of CPU B received by the second evaporation unit was 20 W.
  • Example 7 was made in the same manner as Example 1 except that the heat generation amount of CPU A receiving heat by the first evaporation unit was 60 W and the heat generation amount of CPU B receiving heat by the second evaporation unit was 0 W.
  • Example 8 The substrate surface of the blade type server was oriented parallel to the vertical direction, and the two evaporators were arranged vertically.
  • the heat generation amount of CPU A that receives heat by the first evaporation unit disposed on the upper side in the vertical direction is 0 W
  • the heat generation amount of CPU B that receives heat by the second evaporation unit that is disposed on the lower side in the vertical direction is 60 W. did. Otherwise in the same manner as in Example 1, Example 8 was obtained.
  • Example 9 The amount of heat generated by CPU A receiving heat by the first evaporator disposed on the upper side in the vertical direction was 20 W, and the amount of heat generated by CPU B receiving heat by the second evaporator disposed on the lower side in the vertical direction was 60 W. Except for this, Example 9 was carried out in the same manner as Example 8.
  • Example 10 The amount of heat generated by CPU A receiving heat by the first evaporator disposed on the upper side in the vertical direction was 40 W, and the amount of heat generated by CPU B receiving heat by the second evaporator disposed on the lower side in the vertical direction was 60 W. Otherwise in the same manner as in Example 8, Example 10 was obtained.
  • Example 11 The amount of heat generated by CPU A receiving heat by the first evaporator disposed on the upper side in the vertical direction was 60 W, and the amount of heat generated by CPU B receiving heat by the second evaporator disposed on the lower side in the vertical direction was 60 W. Otherwise in the same manner as in Example 8, Example 11 was obtained.
  • Example 12 The amount of heat generated by CPU A receiving heat by the first evaporator disposed on the upper side in the vertical direction was 60 W, and the amount of heat generated by CPU B receiving heat by the second evaporator disposed on the lower side in the vertical direction was 40 W. Otherwise in the same manner as in Example 8, Example 12 was obtained.
  • Example 13 The amount of heat generated by CPU A receiving heat by the first evaporator disposed on the upper side in the vertical direction was 60 W, and the amount of heat generated by CPU B receiving heat by the second evaporator disposed on the lower side in the vertical direction was 20 W. Otherwise in the same manner as in Example 8, Example 13 was obtained.
  • Example 14 The amount of heat generated by CPU A receiving heat by the first evaporator disposed on the upper side in the vertical direction was 60 W, and the amount of heat generated by CPU B receiving heat by the second evaporator disposed on the lower side in the vertical direction was 0 W. Otherwise in the same manner as in Example 8, Example 14 was obtained.
  • Example 1 to Example 14 were operated as follows, and the temperatures of CPU A and CPU B were measured.
  • Example 14 the temperature of CPU A reached 80 ° C. about 1 minute after the start of power supply to the blade server. It was found that the loop type heat pipe does not operate when the evaporation unit is vertically arranged and the second evaporation unit arranged on the lower side in the vertical direction does not receive heat.
  • the temperatures reached by CPU A and CPU B were all less than 60 ° C. That is, even when the two evaporators are arranged vertically, if the second evaporator arranged on the lower side in the vertical direction receives heat, the loop heat pipe is operated and the CPU A and CPU B are cooled. I understood. Further, it was found that when the evaporation unit is horizontally arranged, the CPU A and the CPU B are cooled by operating the loop heat pipe even if one of the evaporation units does not receive heat.
  • Example 15 A loop heat pipe having the structure shown in FIG. 2 was used.
  • R141b of specific chlorofluorocarbon HCFC (hydrochlorofluorocarbon) was used as the refrigerant.
  • the inner diameters of the first liquid pipe and the second liquid pipe, and the first steam pipe and the second steam pipe were 4.5 mm.
  • the length of the 1st liquid pipe and the 2nd liquid pipe was 1.0 m, and the length of the 1st steam pipe and the 2nd steam pipe was 1.0 m.
  • the length of the 1st condensation part and the 2nd condensation part was 1.0 m.
  • Each of the first evaporation unit and the second evaporation unit was heated by a heating body having an output of 150 W.
  • the first evaporator and the second evaporator were disposed horizontally with respect to the vertical direction.
  • the loop heat pipe includes a first set formed by a second condensing part, a second liquid pipe, a first evaporating part, and a first steam pipe, a first condensing part, a first liquid pipe, and a second evaporating part. And a second set formed by a second steam pipe.
  • the liquid pipe was divided into 8 grids
  • the evaporation section was divided into 2 grids
  • the steam pipe was divided into 12 grids
  • the condensation section was divided into 8 grids. Then, in the steady state of the loop heat pipe, the ratio of the gas phase of the working fluid in each set of grids was determined. The calculation results are shown in FIG.
  • Example 16 was made in the same manner as Example 15 except that a loop heat pipe having the structure shown in FIG. 8 was used.
  • the inner diameter of the bypass pipe was 4.5 mm, and the length of the bypass pipe was 1.4 m.
  • the calculation results are shown in FIG.
  • Example 17 Example 15 with the exception that the first set of first evaporators was heated by a heater having an output of 50 W and the second set of second evaporators was heated by a heater having an output of 150 W. Similarly, Example 17 was obtained. The calculation results are shown in FIG.
  • Example 18 A loop heat pipe having the structure shown in FIG. 8 is used, and the first set of first evaporators is heated by a heater having an output of 50 W, and the second set of second evaporators is heated by an output of 150 W.
  • Example 18 was made in the same manner as Example 16 except that it was heated by the body. The calculation results are shown in FIG.
  • Example 17 the working fluid circulates in the loop heat pipe, but about 40% of the working fluid is in the gas phase in the first steam pipe of the first set. 60% is in the liquid phase. On the other hand, in the second set, the working fluid in the second steam pipe is all in the gas phase.
  • Example 18 all working fluids are in the gas phase in the steam pipe, and all working fluids are in the liquid phase in the liquid pipe. Therefore, it was found that by providing the bypass pipe in the structure of the loop heat pipe of Example 17, all of the differential fluid becomes a gas phase even in the first set of steam pipes.

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Abstract

　ループ型ヒートパイプ１０は、発熱体から受熱して液相の作動流体１６を蒸発させて気相の作動流体１６に相変化させる第１蒸発部１１Ａ及び第２蒸発部１１Ｂと、気相の作動流体１６を放熱により凝縮させて、液相の作動流体１６に相変化させる第１凝縮部１２Ａ及び第２凝縮部１２Ｂと、第１蒸発部１１Ａで気相に変化した作動流体１６を、第１凝縮部１２Ａへ流通させる第１蒸気管１３Ａと、第１凝縮部１２Ａで液相に変化した作動流体１６を、第２蒸発部１１Ｂへ流通させる第１液管１４Ａと、第２蒸発部１１Ｂで気相に変化した作動流体１６を、第２凝縮部１２Ｂへ流通させる第２蒸気管１３Ｂと、第２凝縮部１２Ｂで液相に変化した作動流体１６を、第１蒸発部１１Ａへ流通させる第２液管１４Ｂと、を備える。

Description

ループ型ヒートパイプ及びその起動方法
　本発明は、ループ型ヒートパイプ及びその起動方法に関する。
　従来、電子装置の冷却にヒートパイプが用いられている。ヒートパイプは、内部に封入された作動流体の相変化を利用して熱を輸送する伝熱装置である。
　そして、電子装置の冷却能力を向上するために、熱の輸送量を増加し、且つ熱の輸送距離を増加したヒートパイプとして、ループ型ヒートパイプが開発されている。
　ループ型ヒートパイプは、発熱体から受熱して液相の作動流体を蒸発させる蒸発部と、気相の作動流体を放熱により凝縮させる凝縮部とを備えている。また、ループ型ヒートパイプは、蒸発部で気相に変化した作動流体を凝縮部へ流通させる蒸気管と、凝縮部で液相に変化した作動流体を蒸発部へ流通させる液管とを備えている。そして、ループ型ヒートパイプは、蒸発部と、蒸気管と、凝縮部と、液管とが直列に接続されたループ構造を有しており、内部に作動流体が封入されている。
　ところで、近年のブレード型サーバでは、処理能力を向上するために一枚のブレード上に２つのＣＰＵを搭載したものが開発されている。
　ループ型ヒートパイプを用いて、稼働中の２つのＣＰＵを冷却するためには、それぞれのＣＰＵから受熱するために２つの蒸発部が必要となるので、２つのループ型ヒートパイプをブレード型サーバに組み込む必要がある。
　ブレード型サーバに２組のループ型ヒートパイプを組み込むためには、２組のループ型ヒートパイプを配置するための領域が基板上に必要となる。
　しかし、ブレード型サーバは、もともと、従来のサーバよりもコンパクトな容積を有するサーバとして開発されたものであり、ＣＰＵ等の電子装置が高密度に基板上に配置されている。
　そのため、基板上に２組のループ型ヒートパイプを配置する領域を確保することが難しい場合がある。
　また、２つの蒸発部を備えたループ型ヒートパイプが提案されている。このループ型ヒートパイプ１１０を図１に示す。
　ループ型ヒートパイプ１１０は、第１蒸発部１１１Ａと凝縮部１１２とを備える。また、ループ型ヒートパイプ１１０は、凝縮部１１２で液相に変化した作動流体を第１蒸発部１１１Ａに流通させる第１液管１１４Ａと、第１蒸発部１１１Ａで気相に変化した作動流体を凝縮部１１２に流通させる蒸気管１１３とを備える。
　また、図１に示すように、ループ型ヒートパイプ１１０は、起動する際に、第１蒸発部１１１Ａ内に液相の作動流体を流通させることを補助するための第２蒸発部１１１Ｂを備えている。第２蒸発部１１１Ｂには、第１液管１１４Ａに流通した液相の差動流体の一部が、第２液管１１４Ｂ及び凝縮部１１２を介して流通する。第２蒸発部１１１Ｂで気相に変化した作動流体は、蒸気管１１３に合流した後、凝縮部１１２へ流通する。第２液管１１４Ｂ内を流通する作動流体は、第１液管１１４内を流通する作動流体と合流することなく、凝縮部１１２を通って、第２蒸発部１１１Ｂへ流通する。
　凝縮部１１２の近傍に配置される第２蒸発部１１１Ｂは、ループ型ヒートパイプ１１０の起動時には、液相の差動流体がすぐに供給されて、ループ内における差動流体の流通を開始させ、第１蒸発部１１１Ａに液相の作動流体を流通させる。第２蒸発部１１１Ｂは、ループ型ヒートパイプ１１０を起動するために設けられた補助の蒸発部である。そのため、第２蒸発部１１１Ｂは、第１蒸発部１１１Ａと比べて寸法が小さく冷却能力が低い。
　このような、２つの蒸発部１１１Ａ、１１１Ｂを備えるループ型ヒートパイプ１１０を、同等の発熱量を有する２つのＣＰＵそれぞれを冷却させるために用いた場合には、２つの蒸発部１１１Ａ、１１１Ｂの冷却能力が異なっていること、及びその配管の構造に起因して、ループ内の作動流体の流通は不安定になり易い。
特開２００８－８５１２号公報 米国特許出願公開第２００４／０１８２５５０号明細書
　本明細書は、小さな寸法を有し、且つ２つの発熱体を冷却することができるループ型ヒートパイプを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本明細書で開示するループ型ヒートパイプの一形態によれば、発熱体から受熱して、液相の作動流体を蒸発させて気相の作動流体に相変化させる第１蒸発部及び第２蒸発部と、気相の作動流体を放熱により凝縮させて、液相の作動流体に相変化させる第１凝縮部及び第２凝縮部と、上記第１蒸発部で気相に変化した作動流体を、上記第１凝縮部へ流通させる第１蒸気管と、上記第１凝縮部で液相に変化した作動流体を、上記第２蒸発部へ流通させる第１液管と、上記第２蒸発部で気相に変化した作動流体を、上記第２凝縮部へ流通させる第２蒸気管と、上記第２凝縮部で液相に変化した作動流体を、上記第１蒸発部へ流通させる第２液管と、を備える。
　上述した本明細書で開示するループ型ヒートパイプの一形態によれば、小さな寸法を有し、且つ２つの発熱体を冷却することができる。
　本発明の目的及び効果は、特に請求項において指摘される構成要素及び組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるだろう。
　前述の一般的な説明及び後述の詳細な説明の両方は、例示的及び説明的なものであり、クレームされている本発明を制限するものではない。
関係する例によるループ型ヒートパイプを示す図である。 本明細書に開示するループ型ヒートパイプの第１実施形態を示す図である。 図２のループ型ヒートパイプが組み込まれたブレード型サーバを示す図である。 図２のループ型ヒートパイプの蒸発部の長手方向の拡大断面図である。 図２のループ型ヒートパイプの蒸発部の幅方向の拡大断面図である。 （Ａ）～（Ｄ）は、図２のループ型ヒートパイプの動作を説明する図である。 図２のループ型ヒートパイプにおいて、受熱量のバランスが崩れた状態を説明する図である。 本明細書に開示するループ型ヒートパイプの第２実施形態を示す図である。 （Ａ）～（Ｄ）は、図８のループ型ヒートパイプの動作を説明する図である。 本明細書に開示するループ型ヒートパイプの第３実施形態を示す図である。 本明細書に開示するループ型ヒートパイプの第４実施形態が組み込まれたブレード型サーバを示す図である。 本明細書に開示するループ型ヒートパイプの実施例１～１４を説明する図である。 本明細書に開示するループ型ヒートパイプの実施例１５を説明する図である。 本明細書に開示するループ型ヒートパイプの実施例１６を説明する図である。 本明細書に開示するループ型ヒートパイプの実施例１７を説明する図である。 本明細書に開示するループ型ヒートパイプの実施例１８を説明する図である。
　以下、本明細書で開示するループ型ヒートパイプの好ましい第１実施形態を、図面を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。
　図２は、本明細書に開示するループ型ヒートパイプの第１実施形態を示す図である。図３は、図２のループ型ヒートパイプが組み込まれたブレード型サーバを示す図である。図４は、図２のループ型ヒートパイプの蒸発部の長手方向の拡大断面図である。図５は、図２のループ型ヒートパイプの蒸発部の幅方向の拡大断面図である。
　本実施形態のループ型ヒートパイプ１０は、図２に示すように、発熱体から受熱して、液相の作動流体１６を蒸発させて気相の作動流体１６に相変化させる第１蒸発部１１Ａ及び第２蒸発部１１Ｂ備える。また、ループ型ヒートパイプ１０は、気相の作動流体１６を放熱により凝縮させて、液相の作動流体１６に相変化させる第１凝縮部１２Ａ及び第２凝縮部１２Ｂを備える。また、ループ型ヒートパイプ１０は、第１蒸発部１１Ａで気相に変化した作動流体１６を、第１凝縮部１２Ａへ流通させる第１蒸気管１３Ａと、第１凝縮部１２Ａで液相に変化した作動流体１６を、第２蒸発部１１Ｂへ流通させる第１液管１４Ａと、を備える。更に、ループ型ヒートパイプ１０は、第２蒸発部１１Ｂで気相に変化した作動流体１６を、第２凝縮部１２Ｂへ流通させる第２蒸気管１３Ｂと、第２凝縮部１２Ｂで液相に変化した作動流体１６を、第１蒸発部１１Ａへ流通させる第２液管１４Ｂと、を備える。
　ループ型ヒートパイプ１０では、第１蒸発部１１Ａと、第１蒸気管１３Ａと、第１凝縮部１２Ａと、第１液管１４Ａと、第２蒸発部１１Ｂと、第２蒸気管１３Ｂと、第２凝縮部１２Ｂと、第２液管１４Ｂとが、直列に接続されてループ状の流路が形成されている。
　作動流体は、上記ループ状の流路内に密封されている。作動流体１６は、ループ型ヒートパイプ１０内において、液相及び気相との間で相変化を行いながら、熱の移動を担う。作動流体１６は、飽和蒸気圧でループ型ヒートパイプ１０内に封入される。
　作動流体１６としては、例えば、水、アルコール、アンモニア、又はフロン等を用いることができる。
　ループ型ヒートパイプ１０は、例えば、図３に示すように、ブレード型サーバ２０に組み込まれて用いられる。
　ブレード型サーバ２０は、２つのＣＰＵ２１Ａ及び２１Ｂを備えている。ループ型ヒートパイプ１０の第１蒸発部１１Ａは、ＣＰＵ２１Ａと熱的に接触するように配置される。また、第２蒸発部１１Ｂは、ＣＰＵ２１Ｂと熱的に接触するように配置される。
　ブレード型サーバ２０は、図３に示すように、縦長の矩形形状を有する場合が多い。ブレード型サーバ２０は、通常はその長手方向と直交する幅方向を鉛直方向と一致させて配置される。ＣＰＵ２１Ａは、典型的には鉛直方向においてＣＰＵ２１Ｂよりも上側に配置される。
　従って、ループ型ヒートパイプ１０では、ＣＰＵ２１Ａから受熱する第１蒸発部１１Ａは、鉛直方向において、ＣＰＵ２１Ｂから受熱する第２蒸発部１１Ｂよりも上側に配置される。
　第１凝縮部１２Ａ及び第２凝縮部１２Ｂには、メインファン２２によって風が送られて、放熱が促進される。
　なお、図３では、ループ型ヒートパイプ１０がブレード型サーバに組み込まれる例を示したが、ループ型ヒートパイプ１０は、冷却されるべき発熱体を有する他の電子機器に組み込まれても良い。
　次に、第１蒸発部１１Ａについて、図４及び図５を用いて、更に以下に説明する。第２蒸発部１１Ｂは、第１蒸発部１１Ａと同じ構造を有しているので、第１蒸発部１１Ａに対して行った説明は、第２蒸発部１１Ｂにも適宜適用される。
　第１蒸発部１１Ａは、図４に示すように、縦長の形状を有する。第１蒸発部１１Ａの長手方向は、作動流体１６がループ型ヒートパイプ１０の流路を流れる方向と一致している。図４には、作動流体１６の流れる方向が矢印で示されている。
　また、第１蒸発部１１Ａは、図４及び図５に示すように、縦長の筐体３０と、筐体３０内の中央部に配置された金属ブロック３１と、金属ブロック３１内の空洞に配置された金属管３２と、金属管３２内に配置されたウィック３３と、を有する。
　筐体３０と、金属ブロック３１と、金属管３２は、銅等の熱伝導性の高い金属を用いて形成される。
　筐体３０の長手方向は、第１蒸発部１１Ａの長手方向と一致している。筐体３０における長手方向の一方の端部には、第２液管１４Ｂが接続される。また、筐体３０における長手方向の他方の端部には第１蒸気管１３Ａが接続される。
　筐体３０には、ＣＰＵ２１Ａ等の発熱体が、サーマルグリース等の熱接合材（図示せず）を介して、熱的に接続される。
　金属ブロック３１は、筐体３０の内面と密接して配置されており、筐体３０と熱的に接続される。金属ブロック３１は、内部に円柱形状の空洞を有している。この空洞の長手方向は、第１蒸発部１１Ａの長手方向と一致している。金属ブロック３１は、発熱体２１Ａから筐体３０を介して受け取った熱を、内部の空洞に配置された金属管３２に速やかに伝導する。
　金属管３２は、縦長の円筒形状を有している。金属管３２は、金属ブロック３１の空洞内に配置される。金属管３２の長手方向は、第１蒸発部１１Ａの長手方向と一致している。金属管３２の外面は金属ブロック３１の空洞の内面と密接しており、金属管３２は金属ブロック３１と熱的に接続している。
　図５に示すように、金属管３２の内面には、その周方向に、複数の凸部３４ａと凹部３４ｂとが、所定のピッチで形成されている。凸部３４ａ及び凹部３４ｂは、金属管３２における長手方向の全体に亘って形成されている。この凹部３４ｂとウイック３３との間に形成される溝状の空間は、作動流体１６の通路となる。
　ウィック３３は、図４に示すように、縦長の筒形状を有する。ウィック３３は、第２液管１４Ｂ側の端部が開口しており、第１蒸気管１３Ａ側の端部が閉塞している。
　ウィック３３は、その閉塞している端部を、第１蒸気管１３Ａ側に向けて、金属管３２の内側に挿入されている。ウィック３３の外面は、図５に示すように、金属管３２の内面に形成された複数の凸部３４ａの先端と接しており、ウィック３３は金属管３２と熱的に接続している。
　ウィック３３は、多孔質の材料を用いて形成される。ウィック３３は、例えば、銅粉末を焼結した多孔質体を用いて形成される。ウィック３３の内側の空洞部と外側とは、径が１０μｍ～５０μｍ程度の微細な多数の細孔によって連通されることが好ましい。
　液相の作動流体１６が、第２液管１４Ｂから第１蒸発部１１Ａ内に流入すると、作動流体１６は毛細管現象によってウィック３３内に浸み込み、ウィック３３は、作動流体１６で濡れた状態になる。ウィック３３に浸み込んだ液相の作動流体１６は、ＣＰＵ２１Ａ等の発熱体から供給される熱で加熱されて蒸発（気化）する。
　また、ウィック３３自体やその表面、ウィック３３内側の空洞部に存在する気相の作動流体１６は、ウィック３３の細孔を通じて、内側の空洞部から外側へ流通する。
　上記のような構造を有する第１蒸発部１１Ａは、例えば、縦３０ｍｍ×横３０ｍｍの寸法を有する発熱体であるＣＰＵに対して、筐体３０の寸法を、縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×高さ２０ｍｍとすることができる。また、金属ブロック３１の寸法を、縦４０ｍｍ×横４０ｍｍ×高さ２０ｍｍとすることができる。また、金属管３２の寸法は、外径１４ｍｍ、内径１０ｍｍ（管壁厚さ２ｍｍ）とすることができる。そして、金属管３２の内面には、例えば、深さ１ｍｍの凹部３４ｂが２ｍｍピッチで形成される。更に、ウィック３３の寸法は、外径１０ｍｍ、内径４ｍｍとすることができる。
　次に、第１凝縮部１２Ａについて、図２及び図３を用いて、更に以下に説明する。第２凝縮部１２Ｂは、第１凝縮部１２Ａと同じ構造を有しているので、第１凝縮部１２Ａに対して行った説明は、第２凝縮部１２Ｂにも適宜適用される。
　図２に示すように、第１凝縮部１２Ａは、第１凝縮管４０Ａと、第１凝縮管４０Ａに接続された複数の第１放熱板４１Ａとを有する。
　第１凝縮管４０Ａの一方の端部には、第１蒸気管１３Ａが接続される。第１凝縮管４０Ａの他方の端部には、第１液管１４Ａが接続される。
　複数の第１放熱板４１Ａは、第１凝縮管４０Ａと熱的に接続されており、第１凝縮管４０Ａ内を流通する作動流体１６の熱が、複数の第１放熱板４１Ａを介して放熱される。
　第１凝縮部１２Ａにおける複数の第１放熱板４１Ａは、図３に示すように、メインファン２２等によって、送風されることが、放熱を促進させて、気相の作動流体１６を液相へ相変化させる上で好ましい。
　次に、第１蒸気管１３Ａについて、図２及び図３を用いて、更に以下に説明する。第２蒸気管１３Ｂは、第１蒸気管１３Ａと同じ構造を有しているので、第１蒸気管１３Ａに対して行った説明は、第２蒸気管１３Ｂにも適宜適用される。
　第１蒸気管１３Ａの一方の端部は、第１蒸発部１１Ａと接続される。また、第１蒸気管１３Ａの他方の端部は、第１凝縮部１２Ａと接続される。
　第１蒸気管１３Ａ内には、必ずしも気相の作動流体１６のみが流通するとは限らない。ループ型ヒートパイプ１０の作動状態や設置環境によっては、第１蒸発部１１Ａと第１凝縮１２部Ａとの間において作動流体１６が液相となる場合もあるので、第１蒸気管１３Ａ内に気液混合の作動流体１６が流通する場合もある。
　第１蒸気管１３Ａは、銅等の熱伝導性の高い金属を用いて形成される。
　次に、第１液管１４Ａについて、図２及び図３を用いて、更に以下に説明する。第２液管１４Ｂは、第１液管１４Ａと同じ構造を有しているので、第１液管１４Ａに対して行った説明は、第２液管１４Ｂにも適宜適用される。
　第１液管１４Ａの一方の端部は、第１凝縮部１２Ａと接続される。また、第１液管１４Ａの他方の端部は、第２蒸発部１１Ｂと接続される。
　第１液管１４Ａ内には、必ずしも液相の作動流体１６のみが流通するとは限らない。ループ型ヒートパイプ１０の作動状態や設置環境によっては、第１凝縮部１２Ａと第２蒸発部１１Ｂとの間において作動流体１６が気相となる場合もあるので、第１液管１４Ａ内に気液混合の作動流体１６が流通する場合もある。
　第１液管１４Ａは、銅等の熱伝導性の高い金属を用いて形成される。
　ループ型ヒートパイプ１０内に封入される作動流体１６の量は、液相の作動流体１６が、第１蒸発部１１Ａ及び第２液管１４Ｂと、第２蒸発部１１Ｂ及び第１液管１４Ａとを満たす分量であることが好ましい。また、この作動流体１６の分量は、ループ型ヒートパイプ１０の流路の容積の半分よりやや多い程度であることも好ましい。作動流体１６の量が、この分量よりも多いと流動抵抗が増して熱抵抗が増加する。一方、作動流体１６の量が、この分量よりも少ないと、ループ型ヒートパイプ１０の動作が不安定になる。
　次に、ループ型ヒートパイプ１０の動作を、図６（Ａ）～図６（Ｄ）を用いて、以下に説明する。図６（Ａ）～図６（Ｄ）は、ループ型ヒートパイプの動作を説明する図である。
　まず、図６（Ａ）に示すように、ループ型ヒートパイプ１０では、第１蒸発部１１Ａが、鉛直方向において第２蒸発部１１Ｂよりも上側に配置されている。従って、起動前の状態において、液相の作動流体１６は、ループ型ヒートパイプ１０の下側に溜まっており、第２蒸発部１１Ｂの内部は、液相の作動流体１６によって満たされている。第２蒸発部１１Ｂ内部のウィック３３の細孔内には、液相の作動流体１６が浸み込んでいる。
　ループ型ヒートパイプ１０の上側の部分は、気相の作動流体１６によって満たされている。従って、第１蒸発部１１Ａの内部は、気相の作動流体１６によって満たされている。即ち、第１蒸発部１１Ａ内のウィック３３は乾いた状態にあり、第１蒸発部１１Ａはいわゆるドライアウトの状態にある。
　そして、ループ型ヒートパイプ１０を起動するにあたって、まず、第２蒸発部１１Ｂが受熱を開始する。例えば、図３に示す例では、ＣＰＵ２１Ｂのみを稼働して、第２蒸発部１１Ｂは発熱体であるＣＰＵ２１Ｂから受熱する。
　第１蒸発部１１Ａには、第２蒸発部１１Ｂが受熱を開始してから所定の時間が経過した後に、受熱を開始させる。この所定の時間は、液相の作動流体１６が第１蒸発部１１Ａへ流通し始めるのに要する時間に基づいて定められる。
　発熱体から受熱した第２蒸発部１１Ｂでは、まず筐体３０が発熱体によって加熱されて、筐体３０に加わった熱が金属ブロック３１に伝わる。金属ブロック３１に伝わった熱は金属管３２に伝わって、金属管３２に伝わった熱は、金属管３２の凸部３４ａを介してウィック３３に伝わり、ウィック３３が加熱される。
　加熱されたウィック３３の温度が上昇すると、ウィック３３の細孔内にある液相の作動流体１６が沸騰して気化する。作動流体１６が、ウィック３３の細孔内で気相に相変化することに伴って細孔内の圧力が増加するので、気相の作動流体１６は、ウィック３３の外面に押し出される。
　ウィック３３の外面に押し出された気相の作動流体１６は、例えば、金属管３２の凹部３４ｂを通って、第２蒸気管１３Ｂ側の筐体３０の内部へ流通する。そして、気相の作動流体１６は、第２蒸気管１３Ｂ内へ流れ込んでいく。
　なお、ループ型ヒートパイプ１０が起動した後の稼働状態では、第２蒸発部１１Ｂの金属管３２の内側に気相の作動流体１６が存在する場合もある。この気相の作動流体１６も、作動流体１６の気化に伴う圧力増加に伴って、ウィック３３の外面に押し出される。
　次に、図６（Ｂ）に示すように、第２蒸発部１１Ｂの筐体３０内の圧力上昇に伴って、第２蒸気管１３Ｂ内の液相の作動流体１６が第２凝縮部１２Ｂ内へ押し出される。液相の作動流体１６は、第２凝縮部１２Ｂから更に第２液管１４Ｂ内へ押し出されて、第２液管１４Ｂ内の液面が上昇する。
　そして、液相の作動流体１６に押された気相の作動流体１６は、第１蒸発部１１Ａを流通し、更に第１蒸気管１３Ａを流通した後、第１凝縮部１２Ａ内に流れ込む。第１凝縮部１２Ａに到達した気相の作動流体１６は、放熱により凝縮して液相に変化する。作動流体１６が有する熱は、第１凝縮管４０Ａを介して第１放熱板４１Ａに伝わり、第１放熱板４１Ａに伝わった熱は、第１放熱板４１Ａから放熱される。
　このようにして、第１凝縮部１２Ａでは、気相の作動流体１６が冷却されて、その全部又は一部が液相に変化する。その結果、第１凝縮部１２Ａ及び第１蒸気管１３Ａ内には、液相の作動流体１６が溜まって液面が上昇する。
　次に、図６（Ｃ）に示すように、第２凝縮部１２Ｂ側から押された第２液管１４Ｂ内の液相の作動流体１６が、第１蒸発部１１Ａ内へ流通し始める。
　この時点で、初めて第１蒸発部１１Ａへの受熱を開始する。例えば、図３に示すように、ＣＰＵ２１Ａの稼働を開始して、第１蒸発部１１Ａは、発熱体であるＣＰＵ２１Ａから受熱する。
　第１蒸発部１１Ａ内に流通した液相の作動流体１６は気相に変化して、気相の作動流体１６が第１蒸気管１３Ａ内に流れ込む。
　次に、図６（Ｄ）に示すように、液相の作動流体１６が第１蒸発部１１Ａのウィック３３の内部をほぼ満たすようになり、ループ型ヒートパイプ１０の動作が安定する。ループ型ヒートパイプ１０の動作が安定した状態では、液相の作動流体１６が、第１蒸発部１１Ａと、第２蒸発部１１Ｂと、第１液管１４Ａと、第２液管１４Ｂとをほぼ満たした状態となる。ループ型ヒートパイプ１０の他の部分は、気相の作動流体１６によって満たされる。
　このようにして、ループ型ヒートパイプ１０によって、２つの発熱体の冷却が安定して行われる。
　上述したループ型ヒートパイプ１０によれば、ループ型ヒートパイプが１つのループ状の流路によって形成されるので、小さな寸法を有している。また、ループ型ヒートパイプ１０は、２つの蒸発部を有しているので、２つの発熱体を冷却することができる。
　また、上述したループ型ヒートパイプ１０の起動方法によれば、液相の作動流体１６によって満たされる蒸発部に対して受熱を開始するので、ループ型ヒートパイプ１０を確実に起動することができる。
　例えば、２つのＣＰＵを有するブレード型サーバでは、２つのＣＰＵを共に基板の下側（鉛直方向の下側）に配置できれば、ループ型ヒートパイプの起動時に２つの蒸発部を共に液相の作動流体で満たすことが可能となる。しかし、このような配置を行うことは、ブレード型サーバの構造に大きな制約を与えるので困難な場合が多い。
　そして、２つのＣＰＵを有するブレード型サーバでは、２つのＣＰＵが鉛直方向において異なる位置に配置される場合が多い。この場合、２つのＣＰＵそれぞれに対して、別個のループ型ヒートパイプを設けた場合には、鉛直方向の上側に配置されたＣＰＵに熱的に接続された蒸発部内には、起動時に液相の作動流体を満たすことができないこともあり得る。蒸発部内に液相の作動流体が存在しない状態で、ループ型ヒートパイプを起動しようとしても、蒸発部内はドライアウトの状態なので、液相の作動流体を気相へ変化させることができないため、ループ型ヒートパイプは起動されない。
　一方、上述したループ型ヒートパイプ１０によれば、１つのループ内に２つの蒸発部を備えているので、起動時に、鉛直方向の下側に配置された蒸発部内に液相の作動流体を満たしておくことが容易となる。また、上述したループ型ヒートパイプの起動方法によれば、鉛直方向の下側に配置された蒸発部の受熱を先に開始し、液相の作動流体が鉛直方向の上側に配置された蒸発部へ流通し始めた後、この上側に配置された蒸発部への受熱を開始させる。従って、ループ型ヒートパイプを確実に起動させることができる。
　上述したループ型ヒートパイプ１０は、第１蒸発部１１Ａ及び第２蒸発部１１Ｂにおける受熱量が等しい場合には、安定して動作する。しかし、第１蒸発部１１Ａ及び第２蒸発部１１Ｂにおける受熱量が等しくない場合には、第１蒸発部１１Ａ及び第２蒸発部１１Ｂにおける作動流体１６の液相から気相への変化量が異なるので、流路内における作動流体１６の分布に偏りが生じて、作動流体１６の循環が不安定になるか又は停止するおそれがある。
　この場合の例を、図７を用いて以下に説明する。図７は、ループ型ヒートパイプ１０において、受熱量のバランスが崩れた状態を説明する図である。
　図７に示すループ型ヒートパイプ１０では、第１蒸発部１１Ａの受熱量が増加し、一方第２蒸発部１１Ｂの受熱量が減少して、受熱量のバランスが崩れた状態にある。例えば、図３に示すブレード型サーバの例で説明すると、ＣＰＵ２１Ａの稼働率が上昇して発熱量が増加する一方で、ＣＰＵ２１Ｂの稼働率が低下して発熱量が減少した場合に相当する。
　ループ型ヒートパイプ１０では、受熱量の多い第１蒸発部１１Ａにおける作動流体１６の気化速度が、受熱量の少ない第２蒸発部１１Ｂにおける作動流体１６の気化速度よりも大きくなる。
　そして、第２液管１４Ｂ内の液相の作動流体１６が減少し、一方第１液管１４Ａ内の液相の作動流体１６が増加する。図７では、液相の作動流体１６の液面が第１蒸気管１３Ａ内にまで上昇した状態が示されている。
　この状態が更に続くと、第１蒸発部１１Ａ内には液相の作動流体１６が無くなって、第１蒸発部１１Ａはドライアウトの状態となり、作動流体１６の循環が停止する。
　このような現象は、特に、蒸発部と凝縮部との間の距離が離れている場合や、蒸発部が凝縮部よりも低い位置にある場合等、作動流体１６の流通抵抗が比較的大きい場合に、起こり易い。
　従って、ループ型ヒートパイプは、２つの蒸発部における受熱量のバランスが崩れた場合でも、安定して動作できることが好ましい。
　そこで、次に、２つの蒸発部における受熱量のバランスが崩れた場合でも、安定して動作できるループ型ヒートパイプとして、第２から第４実施形態のループ型ヒートパイプを、図面を参照しながら以下に説明する。第２から第４実施形態について特に説明しない点については、上述の第１実施形態に関して詳述した説明が適宜適用される。また、図８～図１１において、図２～図７と同じ構成要素に同じ符号を付してある。
　図８は、本明細書に開示する第２実施形態のループ型ヒートパイプ５０を示す。
　ループ型ヒートパイプ５０は、第１蒸気管１３Ａと第２蒸気管１３Ｂとを接続するバイパス管１５を備える。バイパス管１５は、２つの蒸発部における受熱量のバランスが崩れる等して、流路内における作動流体１６の分布に偏りが生じた場合に、作動流体１６を流通させて、ループ型ヒートパイプ５０を安定した稼働状態へ戻す働きを有する。
　バイパス管１５は、第１凝縮部１２Ａ近傍の第１蒸気管１３Ａの部分と、第２凝縮部１２Ｂ近傍の第２蒸気管１３Ｂの部分と、を接続することが好ましい。例えば、バイパス管１５は、第１凝縮部１２Ａから１～３ｃｍの範囲の第１蒸気管１３Ａの部分と、第２凝縮部１２Ｂから１～３ｃｍの範囲の第２蒸気管１３Ｂの部分とを接続することが好ましい。
　また、バイパス管１５における作動流体１６の流通部分の断面積は、第１蒸気管１３Ａ及び第２蒸気管１３Ｂにおける作動流体１６の流通部分の断面積以下であることが好ましい。バイパス管１５における作動流体１６の圧力損失は、液管や蒸気管よりも大きいことが好ましい。
　これは、ループ型ヒートパイプ５０が安定動作している状態では、作動流体１６に対するバイパス管１５の流通抵抗を高めて、作動流体１６がバイパス管１５へ容易に流通すること防止するためである。
　次に、バイパス管１５の上記断面積と第１蒸気管１３Ａ及び第２蒸気管１３Ｂの上記断面積との間の好ましい関係を以下に説明する。
　即ち、バイパス管１５の流通部分の断面積と、第１蒸気管１３Ａ及び第２蒸気管１３Ｂの流通部分の断面積との比は、０．１～１の範囲、特に０．４～０．６の範囲にあることが好ましい。
　上記断面積の比が、０．１以上であることが、流路内における作動流体１６の分布に偏りが生じた場合に、作動流体１６を速やかに流通させて、ループ型ヒートパイプの動作を安定状態へ戻す上で好ましい。上記断面積の比が、０．１よりも小さいと、バイパス管１５における圧力損失が大きくなって、作動流体１６のバイパス管１５における流通が阻害される。
　また、上記断面積の比が、１以下であることが、ループ型ヒートパイプ５０が安定して動作している際に、作動流体１６がバイパス管１５の方へ優先して流通することを防止する上で好ましい。また、上記断面積の比が、１以下であることにより、液相の作動流体１６を、毛細管力を利用して、バイパス管１５内に流通させることができる。
　バイパス管１５の長さは、ループ型ヒートパイプ５０の配置される構造によって、適宜設定される。
　また、バイパス管１５には、作動流体１６に対する圧力損失を高めるために、ループ部、屈曲部等を設けても良い。
　ループ型ヒートパイプ５０の他の部分の構造は、上述した第１実施形態と同様である。
　次に、ループ型ヒートパイプ５０の動作を、図９（Ａ）～図９（Ｄ）を用いて、以下に説明する。図９（Ａ）～図９（Ｄ）は、ループ型ヒートパイプ５０の動作を説明する図である。
　まず、図９（Ａ）に示す状態のループ型ヒートパイプ５０は、安定した状態で動作している。ループ型ヒートパイプ５０が起動してから安定した動作へ至る過程は、上述した第１実施形態と同様である。
　次に、図９（Ｂ）に示すように、ループ型ヒートパイプ５０は、第１蒸発部１１Ａの受熱量が増加し、一方第２蒸発部１１Ｂの受熱量が減少して、受熱量のバランスが崩れた状態に変化したとする。
　ループ型ヒートパイプ５０では、受熱量の多い第１蒸発部１１Ａにおける作動流体１６の気化速度が、受熱量の少ない第２蒸発部１１Ｂにおける作動流体１６の気化速度よりも大きくなる。
　そして、第２液管１４Ｂ内の液相の作動流体１６が減少する。流路内の作動流体１６の量は一定なので、第１液管１４Ａ内の液相の作動流体１６が増加する。図９（Ｂ）に示す状態では、液相の作動流体１６の液面が第１凝縮部１２Ａの内部にまで上昇している。
　その結果、第２液管１４Ｂにおける作動流体１６の気相部分の圧力が減少し、一方第１蒸気管１３Ａ内の圧力が増加する。第２液管１４Ｂ内の圧力の減少に伴って、第２凝縮部１２Ｂ及び第２蒸気管１３Ｂ内部の圧力も減少する。
　すると、第１蒸気管１３Ａ内の気相の作動流体１６が、バイパス管１５を流通して、第２蒸気管１３Ｂへ流れ込む。第２蒸気管１３Ｂへ流れ込んだ作動流体１６は、第２凝縮部１２Ｂで液相に変化した後、第２液管１４Ｂへ流れ込む。なお、第１蒸気管１３Ａ内に液相の作動流体１６が存在する場合には、液相の作動流体１６がバイパス管１５内を流通することもある。
　その結果、第２液管１４Ｂ内の液相の作動流体１６が増加し、一方第１液管１４Ａ内の液相の作動流体１６が減少する。このように、ループ型ヒートパイプ５０内の作動流体１６の分布が図９（Ａ）に示す状態へと自動的に戻される。その結果、ループ型ヒートパイプ５０は、安定した動作状態を回復する。
　しかし、第１蒸発部１１Ａの受熱量の増加量と、第２蒸発部１１Ｂの受熱量の減少量とが大きい場合には、受熱量のバランスが大きく崩れた状態に更に変化して、ループ型ヒートパイプ５０における作動流体１６の分布が、図９（Ｃ）に示す状態へと変化する。
　図９（Ｃ）に示す状態では、第２液管１４Ｂ内の液相の作動流体１６が更に減少し、一方第１液管１４Ａ内の液相の作動流体１６が更に増加する。図９（Ｃ）に示す状態では、液相の作動流体１６の液面が第１蒸気管１３Ａの内部にまで上昇している。
　そして、作動流体１６の液面がバイパス管１５の接続箇所の高さに達すると、図９（Ｄ）に示すように、第１蒸気管１３Ａ内の液相の作動流体１６が、圧力差及び毛細管力によって、バイパス管１５内を流通して、第２蒸気管１３Ｂ内に流れ込む。
　第２蒸気管１３Ｂ内に流れ込んだ作動流体１６は、第２凝縮部１２Ｂ内を流通して、第２液管１４Ｂ内に流れ込む。
　その結果、第２液管１４Ｂ内の液相の作動流体１６が増加し、一方第１液管１４Ａ内の液相の作動流体１６が減少する。このように、ループ型ヒートパイプ５０内の作動流体１６の分布が図９（Ａ）に示す状態へと自動的に戻される。従って、ループ型ヒートパイプ５０は、安定した動作状態を回復する。
　なお、上述したループ型ヒートパイプ５０の動作の説明では、第１蒸発部１１Ａの受熱量が増加し、一方第２蒸発部１１Ｂの受熱量が減少する場合を例にした。しかし、第１蒸発部１１Ａのみの受熱量が増加し、第２蒸発部１１Ｂの受熱量は変化しない場合、又は、第１蒸発部１１Ａの受熱量は変化せず、第２蒸発部１１Ｂのみの受熱量が減少する場合も、ループ型ヒートパイプ５０は同様に安定した動作状態に回復する。
　このように、ループ型ヒートパイプ５０は、第１蒸発部１１Ａと第２蒸発部１１Ｂとの間で受熱量に相対的な変化が生じた場合には、作動流体１６の流路内の分布を正常な状態に戻して、安定した動作状態を回復する。
　更に、ループ型ヒートパイプ５０は、第１凝縮部１２Ａと第２凝縮部１２Ｂとの間で冷却能力に相対的な変化が生じた場合でも、作動流体１６の流路内の分布を正常な状態に戻して、安定した動作状態を回復する。
　上述したループ型ヒートパイプ５０によれば、流路内における作動流体１６の分布に偏りが生じた場合には、作動流体１６がバイパス管１５を通って、第１蒸気管１３Ａから第２蒸気管１３Ｂへと流通するので、ループ型ヒートパイプ５０は安定した動作状態を回復できる。
　従って、ループ型ヒートパイプ５０によれば、２つの蒸発部における受熱量のバランスが崩れた場合でも、安定して動作できる。
　また、ループ型ヒートパイプ５０は、流路内に生じた作動流体１６の分布の偏りを、電力等の外部エネルギーを使用することなく解消できるので、省エネルギーである。
　次に、第３実施形態のループ型ヒートパイプについて、図１０を用いて以下に説明する。図１０は、本明細書に開示する第３実施形態のループ型ヒートパイプ６０を示す図である。
　ループ型ヒートパイプ６０では、第１蒸発部１１Ａ及び第２蒸発部１１Ｂの寸法が異なっている。例えば、第２蒸発部１１Ｂの長さを、第１蒸発部１１Ａの２倍にしても良い。
　ループ型ヒートパイプ６０は、発熱量が異なる２つの発熱体を冷却するために用いることができる。また、ループ型ヒートパイプ６０は、寸法が異なる２つの発熱体を冷却するために用いることができる。
　例えば、ループ型ヒートパイプ６０は、サーバに搭載されるＣＰＵとチップコントローラとを冷却するために用いられる。一般に、ＣＰＵは、チップコントローラよりも寸法及び発熱量が大きい。
　第１蒸発部１１Ａは、例えば、縦２０ｍｍ×横２０ｍｍの寸法を有する発熱体であるチップコントローラに対して、金属ブロック３１の寸法を、縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×高さ２０ｍｍとすることができる。また、第２蒸発部１１Ｂは、例えば、縦３０ｍｍ×横３０ｍｍの寸法を有する発熱体であるＣＰＵに対して、金属ブロック３１の寸法を、縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×高さ２０ｍｍとすることができる。
　ループ型ヒートパイプ６０の他の部分の構造は、上述した第２実施形態と同様である。
　上述したループ型ヒートパイプ６０によれば、発熱体の寸法及び発熱量に対応した蒸発部を用いて、発熱体を効率良く冷却することができる。
　次に、第４実施形態のループ型ヒートパイプについて、図１１を用いて以下に説明する。図１１は、本明細書に開示する第４実施形態のループ型ヒートパイプ７０が組み込まれたブレード型サーバ８０を示す図である。
　図１１に示すように、ループ型ヒートパイプ７０では、第１凝縮部と第２凝縮部とが一体に形成される。
　具体的には、第１凝縮部の第１凝縮管４０Ａ及び第２凝縮部の第２凝縮管４０Ｂには共通の複数の放熱板４１が接合されている。
　ループ型ヒートパイプ７０の他の部分の構造は、上述した第２実施形態と同様である。
　上述したループ型ヒートパイプ７０によれば、第１凝縮部と第２凝縮部とが一体に形成されているので、更に小さな寸法を有する。
　本発明では、上述した各実施形態のループ型ヒートパイプ及びその起動方法は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。
　例えば、上述した実施形態では、第１蒸発部１１Ａが鉛直方向において第２蒸発部１１Ｂよりも上側に配置されていたが、第２蒸発部１１Ｂが鉛直方向において第１蒸発部１１Ａよりも上側に配置されても良い。
　この際に、ループ型ヒートパイプ１０が使用される時の鉛直方向がループ型ヒートパイプの製造時に特定できない場合には、例えば、以下のような構成要素を設けても良い。１．ループ型ヒートパイプ１０に加速度センサを設置して鉛直方向を判断できるようにする。２．ループ型ヒートパイプ１０の起動直後にＣＰＵ等の２つの発熱体の温度をモニタして、温度上昇の大きい方の発熱体を特定する。そして、温度上昇の大きい方の発熱体への電力供給を所定の時間の間スローダウンさせて、２つの発熱体の起動に時差を設ける。このような構成要素を設けることによって、鉛直方向の下側に位置する蒸発部への受熱だけを先に開始することができる。
　また、上述した各実施形態では、第１蒸気管１３Ａと、第２蒸気管１３Bと、第１液管１４Ａと、第２液管１４Ｂとが、同じ径の管によって形成されていたが、各管の径は異なっていても良い。
　なお、上述した各実施形態では、模式的に示したループ型ヒートパイプを用いて説明を行っており、各構成要素の構造、又は配置、又は形状等は、図示した形態に限定されるものではない。例えば、蒸発部又は凝縮部の配置や、それらを接続する蒸気管及び液管の形状（配管レイアウト）は、ループ型ヒートパイプが組み込まれる電子機器等の内部構成等に応じて任意に設定可能である。また、蒸発部、凝縮部、蒸気管又は液管の配置や形状に応じて、起動用放熱フィン及び起動用ファン等、その他の要素の配置も任意に設定可能である。
　以下、本明細書に開示するループ型ヒートパイプの作用効果について、実施例を用いて更に説明する。ただし、本発明はかかる実施例に制限されるものではない。
　[実施例１]
　まず、図８に示す構造のループ型ヒートパイプを形成した。そして、このループ型ヒートパイプを図３に示すようなブレード型サーバに組み込んだ。そして、ブレード型サーバの基板面を、鉛直方向に対して垂直な向きにして、２つの蒸発部が水平配置された状態とした。第１蒸発部に受熱させるＣＰＵ　Ａの発熱量を０Ｗとし、第２蒸発部に受熱させるＣＰＵ　Ｂの発熱量を６０Ｗとして、実施例１とした。
　[実施例２]
　第１蒸発部に受熱させるＣＰＵ　Ａの発熱量を２０Ｗとし、第２蒸発部に受熱させるＣＰＵ　Ｂの発熱量を６０Ｗとする以外は実施例１と同様にして実施例２とした。
　[実施例３]
　第１蒸発部に受熱させるＣＰＵ　Ａの発熱量を４０Ｗとし、第２蒸発部に受熱させるＣＰＵ　Ｂの発熱量を６０Ｗとする以外は実施例１と同様にして実施例３とした。
　[実施例４]
　第１蒸発部に受熱させるＣＰＵ　Ａの発熱量を６０Ｗとし、第２蒸発部に受熱させるＣＰＵ　Ｂの発熱量を６０Ｗとする以外は実施例１と同様にして実施例４とした。
　[実施例５]
　第１蒸発部に受熱させるＣＰＵ　Ａの発熱量を６０Ｗとし、第２蒸発部に受熱させるＣＰＵ　Ｂの発熱量を４０Ｗとする以外は実施例１と同様にして実施例５とした。
　[実施例６]
　第１蒸発部に受熱させるＣＰＵ　Ａの発熱量を６０Ｗとし、第２蒸発部に受熱させるＣＰＵ　Ｂの発熱量を２０Ｗとする以外は実施例１と同様にして実施例６とした。
　[実施例７]
　第１蒸発部に受熱させるＣＰＵ　Ａの発熱量を６０Ｗとし、第２蒸発部に受熱させるＣＰＵ　Ｂの発熱量を０Ｗとする以外は実施例１と同様にして実施例７とした。
　[実施例８]
　ブレード型サーバの基板面を、鉛直方向に対して平行な向きにして、２つの蒸発部が垂直に配置された状態とした。また、鉛直方向の上側に配置される第１蒸発部に受熱させるＣＰＵ　Ａの発熱量を０Ｗとし、鉛直方向の下側に配置される第２蒸発部に受熱させるＣＰＵ　Ｂの発熱量を６０Ｗとした。それ以外は、実施例１と同様にして、実施例８とした。
　[実施例９]
　鉛直方向の上側に配置される第１蒸発部に受熱させるＣＰＵ　Ａの発熱量を２０Ｗとし、鉛直方向の下側に配置される第２蒸発部に受熱させるＣＰＵ　Ｂの発熱量を６０Ｗとした。それ以外は、実施例８と同様にして、実施例９とした。
　[実施例１０]
　鉛直方向の上側に配置される第１蒸発部に受熱させるＣＰＵ　Ａの発熱量を４０Ｗとし、鉛直方向の下側に配置される第２蒸発部に受熱させるＣＰＵ　Ｂの発熱量を６０Ｗとした。それ以外は、実施例８と同様にして、実施例１０とした。
　[実施例１１]
　鉛直方向の上側に配置される第１蒸発部に受熱させるＣＰＵ　Ａの発熱量を６０Ｗとし、鉛直方向の下側に配置される第２蒸発部に受熱させるＣＰＵ　Ｂの発熱量を６０Ｗとした。それ以外は、実施例８と同様にして、実施例１１とした。
　[実施例１２]
　鉛直方向の上側に配置される第１蒸発部に受熱させるＣＰＵ　Ａの発熱量を６０Ｗとし、鉛直方向の下側に配置される第２蒸発部に受熱させるＣＰＵ　Ｂの発熱量を４０Ｗとした。それ以外は、実施例８と同様にして、実施例１２とした。
　[実施例１３]
　鉛直方向の上側に配置される第１蒸発部に受熱させるＣＰＵ　Ａの発熱量を６０Ｗとし、鉛直方向の下側に配置される第２蒸発部に受熱させるＣＰＵ　Ｂの発熱量を２０Ｗとした。それ以外は、実施例８と同様にして、実施例１３とした。
　[実施例１４]
　鉛直方向の上側に配置される第１蒸発部に受熱させるＣＰＵ　Ａの発熱量を６０Ｗとし、鉛直方向の下側に配置される第２蒸発部に受熱させるＣＰＵ　Ｂの発熱量を０Ｗとした。それ以外は、実施例８と同様にして、実施例１４とした。
　実施例１～実施例１４を以下のように動作させて、ＣＰＵ　Ａ及びＣＰＵ　Ｂの温度を測定した。
　まず、ブレード型サーバへの電力の供給を停止し、十分に時間が経過した後、ＣＰＵ及びループ型ヒートパイプを含むブレード型サーバ全体が均一に室温に保たれた状態とした。次に、ブレード型サーバへの電力の供給を開始して、ＣＰＵ　Ａ及びＣＰＵ　Ｂの温度が上昇した際の到達温度を測定した。
　測定結果を図１２に示す。
　実施例１４では、ブレード型サーバへの電力の供給を開始して約１分後にＣＰＵ　Ａの温度が８０℃に達した。蒸発部が垂直配置の場合であって、鉛直方向の下側に配置された第２蒸発部が受熱をしない場合には、ループ型ヒートパイプが稼働しないことが分かった。
　一方、実施例１～１３は、ＣＰＵ　Ａ及びＣＰＵ　Ｂの到達温度は、すべて６０℃未満であった。即ち、２つの蒸発部が垂直配置の場合でも、鉛直方向の下側に配置された第２蒸発部が受熱すれば、ループ型ヒートパイプが稼働して、ＣＰＵ　Ａ及びＣＰＵ　Ｂが冷却されることが分かった。また、蒸発部が水平配置の場合には、どちらか一方の蒸発部が受熱をしなくても、ループ型ヒートパイプが稼働して、ＣＰＵ　Ａ及びＣＰＵ　Ｂが冷却されることが分かった。
　また、図１１に示す構造のループ型ヒートパイプを用いて、実施例１～実施例１４と同様の測定を行って、同様の結果が得られた。
　次に、２相流体シミュレータを用いて、図２及び図８に示す構造のループ型ヒートパイプの動作の計算機実験を行って、実施例１５～実施例１８とした。２相流体シミュレータとしては、ＳＩＮＤＡ／ＦＬＵＩＮＴ（Ｃ＆Ｒ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ社製）が用いられた。
　[実施例１５]
　図２に示す構造のループ型ヒートパイプを用いた。冷媒として、特定フロンＨＣＦＣ（ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｏｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ）のＲ１４１ｂを用いた。第１液管及び第２液管、並びに第１蒸気管及び第２蒸気管の内径は、４．５ｍｍであった。第１液管及び第２液管の長さは、１．０ｍであり、第１蒸気管及び第２蒸気管の長さは、１．０ｍであった。第１凝縮部及び第２凝縮部の長さは、１．０ｍであった。第１蒸発部及び第２蒸発部それぞれは、１５０Ｗの出力を有する加熱体によって加熱された。第１蒸発部及び第２蒸発部は、鉛直方向に対して水平に配置された。ループ型ヒートパイプは、第２凝縮部と第２液管と第１蒸発部と第１蒸気管とで形成される第１セットと、第１凝縮部と第１液管と第２蒸発部と第２蒸気管とで形成される第２セットとを有する。各セットは、液管が８グリッド、蒸発部が２グリッド、蒸気管が１２グリッド、凝縮部が８グリッドに分けられた。そして、ループ型ヒートパイプの定常状態において、各セットのグリッドそれぞれにおける作動流体の気相の割合が求められた。計算結果を図１３に示す。
　[実施例１６]
　図８に示す構造のループ型ヒートパイプが用いられたことを除いては、実施例１５と同様にして、実施例１６とした。バイパス管の内径は、４．５ｍｍであり、バイパス管の長さは、１．４ｍであった。計算結果を図１４に示す。
　[実施例１７]
　第１セットの第１蒸発部が５０Ｗの出力を有する加熱体によって加熱され、第２セットの第２蒸発部が１５０Ｗの出力を有する加熱体によって加熱されたことを除いては、実施例１５と同様にして、実施例１７とした。計算結果を図１５に示す。
　[実施例１８]
　図８に示す構造のループ型ヒートパイプが用いられ、且つ第１セットの第１蒸発部が５０Ｗの出力を有する加熱体によって加熱され、第２セットの第２蒸発部が１５０Ｗの出力を有する加熱体によって加熱されたことを除いては、実施例１６と同様にして、実施例１８とした。計算結果を図１６に示す。
　図１３及び図１４に示すように、２つの蒸発部が同じように加熱された実施例１５及び実施例１６は、蒸気管では全ての作動流体が気相となり、液管では全ての作動流体が液相となっている。
　図１５に示すように、実施例１７は、ループ型ヒートパイプ内に作動流体の流通は生じているが、第１セットの第１蒸気管では作動流体の約４割が気相であり、約６割は液相となっている。一方、第２セットでは、第２蒸気管の作動流体は全て気相となっている。
　図１６に示すように、実施例１８は、蒸気管では全ての作動流体が気相であり、液管では全ての作動流体が液相となっている。従って、実施例１７のループ型ヒートパイプの構造に、バイパス管を設けることにより、第１セットの蒸気管でも、差動流体が全て気相となることが分かった。
　ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、読者が、発明者によって寄与された発明及び概念を技術を深めて理解することを助けるための教育的な目的を意図する。ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、そのような具体的に述べられた例及び条件に限定されることなく解釈されるべきである。また、明細書のそのような例示の機構は、本発明の優越性及び劣等性を示すこととは関係しない。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、その様々な変更、置き換え又は修正が本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り行われ得ることが理解されるべきである。
　１０、５０、６０、７０　　ループ型ヒートパイプ
　１１Ａ　　第１蒸発部
　１１Ｂ　　第２蒸発部
　１２Ａ　　第１凝縮部
　１２Ｂ　　第２凝縮部
　１３Ａ　　第１蒸気管
　１３Ｂ　　第２蒸気管
　１４Ａ　　第１液管
　１４Ｂ　　第２液管
　１５　　バイパス管
　１６　　作動流体
　２０　　ブレード型サーバ
　２１Ａ　　ＣＰＵ
　２１Ｂ　　ＣＰＵ
　２２　　メインファン
　３０　　筐体
　３１　　金属ブロック
　３２　　金属管
　３３　　ウィック
　３４　　溝
　４０Ａ、４０Ｂ　　凝縮管
　４１　　放熱板
　８０　　ブレード型サーバ
　８１Ａ　　ＣＰＵ
　８１Ｂ　　ＣＰＵ

Claims (11)

  1. 　発熱体から受熱して、液相の作動流体を蒸発させて気相の作動流体に相変化させる第１蒸発部及び第２蒸発部と、
    　気相の作動流体を放熱により凝縮させて、液相の作動流体に相変化させる第１凝縮部及び第２凝縮部と、
    　前記第１蒸発部で気相に変化した作動流体を、前記第１凝縮部へ流通させる第１蒸気管と、
    　前記第１凝縮部で液相に変化した作動流体を、前記第２蒸発部へ流通させる第１液管と、
    　前記第２蒸発部で気相に変化した作動流体を、前記第２凝縮部へ流通させる第２蒸気管と、
    　前記第２凝縮部で液相に変化した作動流体を、前記第１蒸発部へ流通させる第２液管と、
    　を備えるループ型ヒートパイプ。
  2. 　前記第１蒸気管と前記第２蒸気管とを接続するバイパス管を備える請求項１に記載のループ型ヒートパイプ。
  3. 　前記バイパス管は、前記第１凝縮部近傍の前記第１蒸気管の部分と、前記第２凝縮部近傍の前記第２蒸気管の部分と、を接続する請求項２に記載のループ型ヒートパイプ。
  4. 　前記バイパス管における作動流体の流通部分の断面積は、前記第１蒸気管及び第２蒸気管における作動流体の流通部分の断面積以下である請求項２又は３に記載のループ型ヒートパイプ。
  5. 　前記バイパス管の前記断面積と、前記第１蒸気管及び第２蒸気管の前記断面積との比が、０．１～１の範囲にある請求項４に記載のループ型ヒートパイプ。
  6. 　前記第１蒸発部は、鉛直方向において前記第２蒸発部よりも上側に配置される請求項１から５の何れか一項に記載のループ型ヒートパイプ。
  7. 　前記第１凝縮部と前記第２凝縮部とは一体に形成される請求項１から６の何れか一項に記載のループ型ヒートパイプ。
  8. 　前記第１凝縮部は、第１凝縮管を有し、前記第２凝縮部は、第２凝縮管を有し、
    　前記第１凝縮管及び前記第２凝縮管には共通の複数の放熱板が接合されている請求項７に記載のループ型ヒートパイプ。
  9. 　発熱体から受熱して、液相の作動流体を蒸発させて気相の作動流体に相変化させる第１蒸発部及び第２蒸発部と、気相の作動流体を放熱により凝縮させて、液相の作動流体に相変化させる第１凝縮部及び第２凝縮部と、前記第１蒸発部で気相に変化した作動流体を、前記第１凝縮部へ流通させる第１蒸気管と、前記第１凝縮部で液相に変化した作動流体を、前記第２蒸発部へ流通させる第１液管と、前記第２蒸発部で気相に変化した作動流体を、前記第２凝縮部へ流通させる第２蒸気管と、前記第２凝縮部で液相に変化した作動流体を、前記第１蒸発部へ流通させる第２液管と、を備え、前記第１蒸発部が鉛直方向において前記第２蒸発部よりも上側に配置される、ループ型ヒートパイプの起動方法であって、
    　前記第２蒸発部が受熱を開始してから所定の時間が経過した後、前記第１蒸発部の受熱を開始させる、ループ型ヒートパイプの起動方法。
  10. 　前記所定の時間は、液相の作動流体が前記第１蒸発部へ流通し始めるのに要する時間に基づいて定められる請求項９に記載のループ型ヒートパイプの起動方法。
  11. 　前記ループ型ヒートパイプは、前記第１蒸気管と前記第２蒸気管とを接続するバイパス管を備える請求項９又は１０に記載のループ型ヒートパイプの起動方法。
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