WO2015087530A1 - 冷媒分配装置および冷却装置 - Google Patents

Abstract

　多段の受熱器に均等に冷媒を供給ししかも省スペースとするために、本発明による上流から供給される冷媒を分配する冷媒分配装置は、前記冷媒分配装置は側壁部、上面部および下面部を有する本体部と、前記本体部の内部と連通するよう前記上面部に設けられる上流配管と、前記下面部に設けられた下面孔部を介して前記本体部の内部に一部が挿入された状態で設けられる下流配管と、前記本体内部と連通するよう前記側壁部または下面部に設けられる支流配管と、前記上流配管と前記下流配管との間に設けられた冷媒変向手段とを有する。

Description

冷媒分配装置および冷却装置

　本発明は、電子機器排熱を冷却する冷却装置の冷媒分配装置および冷却装置に関する。

　近年、情報社会の進展に伴い、情報量の大幅な増加が見込まれている。その増加情報のため、情報処理能力の高いサーバなどの電子機器を、多数設置することが必要となっている。一般に情報処理能力の高い電子機器は、消費電力が高い。また、電子機器が消費する電力のほとんどは熱となるため、情報処理能力の高い電子機器を設置すると、その排熱のため周囲の温度を上昇させる結果となる。特に多数のサーバなどの電子機器を設けられたデータセンタでは、電子機器より多くの熱が出され、電子機器の機能維持のため、その熱を冷却する必要があり、多くの空調電力が必要となっている。そのため、電子機器の熱を吸熱し、他所に輸送することで、空調の負荷を低減する方法が求められている。

　電子機器の熱を吸熱する手段として、冷媒の相変化を利用して、ポンプを使用せずに循環し、電子機器の熱を吸熱する方法が考えられている。この手法は、冷媒の循環に動力を使用しないため、大変経済的である。また内部の冷媒に絶縁性冷媒を使用すると、ある箇所が破損し内部の冷媒が漏れたとしても、電子機器に与える影響が大変小さい。従って、冷媒の相変化を利用する手段は、停止することが許されないデータセンタ内のサーバ等の電子機器の排熱の吸熱として大変有効な手段である。

　図１、図２を使用して、冷媒の相変化を利用した吸熱手段について簡単に説明をする。図１は、電子機器６の排熱を吸熱する冷却装置の模式図で、図２は、電子機器６が収められたラック５に取り付けた図である。

　電子機器６が多数収められたラック５排気側に電子機器６の排熱を吸熱する受熱器１を設置する。受熱器１の上部には放熱器２が設置されており、受熱器１と放熱器２は、気相冷媒が通る気相管３と、液相冷媒が通る液相管４の２つの配管によって連通されている。内部には冷媒が密封されており、受熱器１においては、外部の熱を受けて、液相冷媒が沸騰し気相冷媒に相変化する。相変化した気相冷媒は、その浮力によって、気相管３を通って、放熱器２に移動して、ファンや水冷装置などの冷却器によって熱を奪われ、液化し、液相冷媒に相変化する。液相冷媒は、液相管４を通って、その重力により降下し、受熱器１に還流する。

　サーバなどの電子機器６を搭載するラック５は、データセンタ等で多く使用されるサイズは約２ｍ程度の高さである。このサイズのラックに対して図２に示す方式を適用すると、液相冷媒の自重により、下部に冷媒がたまり、上方の受熱器１に冷媒が供給されない問題がある。

　この問題を解決するため、受熱器を複数に分けて上下方向に多段にし、各液相管から複数の受熱器にそれぞれ分岐する箇所に複数の冷媒分配装置を設ける技術が特許文献１および特許文献２に開示されている。

　この技術では、冷媒分配装置に液相冷媒が流入し、下部に設けた配管を通って各受熱器に液相冷媒を供給する。各受熱器に十分冷媒が供給されると、冷媒分配装置内部がオーバーフローし、側面に設けた下方液相管に流れる配管を通り、次の受熱器に冷媒を供給する冷媒分配装置に向かう。この構造により、各受熱器に均等に冷媒を供給し、ラック上部の吸熱性能を低下させないことが可能となる。

特開平６－１９５１３０号公報 特開平５－３１２３６１号公報

　しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載の冷却装置の冷媒分岐装置には以下の課題がある。

　電子機器を収めるラックの多くは、横幅が１９インチ（約４８３ｍｍ）の幅の電子機器が収められるように作られており、ラック自身の幅は６００ｍｍ～７００ｍｍ程度の大きさになる。幅が決まっている中で、受熱性能を上げるためには受熱器の面積を大きく取る必要がある。

　特許文献１には、冷媒分配装置は、タンク内の冷媒液の液位の上昇に伴って、タンク内に配置されたフロート部材も上昇し、パイプ内の弁機構が閉じることにより、液面を調節する冷媒分配装置が開示されている。フロート部材を設置する必要があるため、冷媒分配装置が大きくなってしまい、受熱器が小さくなり十分な受熱面積が取れず、十分な吸熱性能を確保できない。

　特許文献２は、冷媒分配装置の側面に下方の冷媒分配装置に流れる下流液相管を設けると、配管の曲り部分を設けなくてはならない。したがって、横幅に対し配管の占める割合が大きくなり、受熱器に十分な受熱面積が取れず、十分な吸熱性能を確保できない。もし、配管スペースを小さくするため、下流液相管と上流液相管の軸が直線状になるように配置し受熱面積を大きくしたとしても、液相冷媒が下方に降下する際に、直接下流液相管に流れ込んでしまうため受熱器に十分液相冷媒を供給できず、十分な吸熱性能を得ることができない。

　本発明の目的は、多段の受熱器に均等に冷媒を供給し、省スペースな冷媒分配装置および冷却装置を提供することである。

　本発明による上流から供給される冷媒を分配する冷媒分配装置は、前記冷媒分配装置は側壁部、上面部および下面部を有する本体部と、前記本体部の内部と連通するよう前記上面部に設けられる上流配管と、前記下面部に設けられた下面孔部を介して前記本体部の内部に一部が挿入された状態で設けられる下流配管と、前記本体内部と連通するよう前記側壁部または下面部に設けられる支流配管と、前記上流配管と前記下流配管との間に設けられた冷媒変向手段とを有する。

　本発明によれば、多段の受熱器に均等に冷媒を供給し、省スペース化が可能となる。

電子機器の排熱を吸熱する手段の模式図。 電子機器の排熱を吸熱する手段とラック取り付け図。 本発明の第１の実施形態の冷却装置の模式図。 本発明の第１の実施の形態の冷媒分配装置の断面図。 図４のＡからみた断面図。 本発明の第１の実施形態の冷媒分配装置の動作図。 第２の実施の形態の冷媒分配装置の断面図。 図７のＢからみた断面図。 第３の実施の形態の冷媒分配装置の断面図。 図９のＣから見た断面図。 第４の実施の形態の冷媒分配装置の断面図。 図１１のＤから見た断面図。 第５の実施の形態の冷媒分配装置の断面図。 図１３のＥから見た断面図。 第６の実施の形態の冷媒分配装置の断面図。

　以下、図を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。
（第１の実施形態）
　本実施形態について詳細に説明する。図３に本実施形態の冷媒分配装置を含んだ冷却装置の全体図を示している。

　本実施形態の冷却装置は、サーバなどの高発熱量を出す電子機器を多数配置した収納体の側面（排気側）に受熱器１が配置され、その受熱器１と配管により連通された放熱器２がその上部に配置されている。具体的には、冷却装置は、建物の中に収納体及び受熱器１が設置され、建物の外に放熱器２が設置され、受熱器１と放熱器２とが、２本の配管により連通している構成である。

　本実施形態が想定する電子機器を配置する収納体は、サーバやネットワーク機器など多くの電子機器の収納に使用される１９インチラックを想定している。たとえば、１９インチラックは、ＪＩＳ規格（日本工業規格）のものであってもよいし、ＥＩＡ規格（米国電子工業会規格）のものであっても構わない。また、本実施形態では、１９インチラックを想定しているが、類するものであればこれに限らない。

　排気側に設置された受熱器１は、複数（多段に）設けられ、ラックの高さ方向に並んでいる。受熱器１は、内部の液相冷媒を沸騰させ、気相冷媒に相変化させることで、電子機器の排熱を吸熱する。

　各受熱器１は、内部が中空状のチューブとチューブ管に配置されたフィン９とそれらの上下に配置されたヘッダ７，８により構成されている。受熱器１は、上部ヘッダ７の側面において気相冷媒が通る気相管３と連通する気相支流管１１と連通している。すなわち、気相管３は、各受熱器１と連通する各気相支流管１１を介して各受熱器１と連通している。同様に、受熱器１は、下部ヘッダ８の側面において冷媒分配装置１０の支流口と連通する液相支流管１２と連通し、液相冷媒が供給される。

　気相管３は、各受熱器１から気相支流管１１を通って流出する気相冷媒が合流するマニホールド状の形状をしている。気相管３は、受熱器１上部に設置されている放熱器２まで伸び、放熱器２と連通している。なお、気相管３は体積が液相冷媒の数１００倍程度になることから、液相管４より径が大きいことが望ましい。また、各受熱器１と連通する各気相支流管１１から放熱器２と連通する気相管３までの配管を第１の配管としてもよい。その場合、第１の配管が複数箇所分岐して各受熱器１と連通している。

　放熱器２は、気相冷媒により輸送された熱を放熱する。本発明では、気相冷媒と水と熱交換して放熱しても、空気と気相冷媒を熱交換して放熱してもよい。水と熱交換する場合は、暖められた水は、チラーやクーリングタワーによって冷却され、ポンプ等によって循環する。空気と熱交換する場合は、暖められた空気はファンなどによって放熱器２に送られ、気相冷媒と熱交換した空気は、ラックが設置された空間と隔てられた空間に排出される。冷却された気相冷媒は、凝縮し、液相冷媒に相変化する。

　その液相冷媒が還流する液相管４は、ラック排気側の気相管３とは反対側に設置され、液相管４から各受熱器１に分岐する箇所には、それぞれ冷媒分配装置１０が設けられ、液相支流管１２を介して各受熱器１に適量の液相冷媒を供給する。複数の冷媒分配装置１０は上下方向に液相管４を介して直列に接続される。各冷媒分配装置１０は、各受熱器１と連通する液相支流管１２を介して各受熱器１に連通している。また、液相管４の下端にある冷媒分配装置１０は、下部に流すことなくすべて、下端にある受熱器１に液相冷媒を供給する。さらに、放熱器２と連通する液相管４から各受熱器１と連通する液相支流管１２までの配管を第２の配管としてもよい。その場合、第２の配管が複数箇所分岐して各受熱器１と連通しており、その分岐箇所に、冷媒分配装置１０がそれぞれ設けられている。

　これらの装置は、冷媒を封入後真空引き等によって減圧し、密閉される。

　冷媒は、電子機器での使用を考え絶縁性の冷媒を使用する。具体的には、ＨＦＣ（ｈｙｄｒｏ　ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ：ハイドロフルオロカーボン）や、ＨＦＥ（ｈｙｄｒｏ　ｆｌｕｏｒ　ｅｔｈｅｒ：ハイドロフルオロエーテル）を用いているが、材料はこれに限定しない。

　次に、図４、図５を用いて、前述した本実施形態の冷媒分配装置１０について詳細に説明する。図４は、冷媒分配装置１０の断面図であり、図５は図４の示すＡ点から見た断面図である。

　冷媒分配装置１０は分岐外壁１４による側壁部と上面部および下面部により本体部を形成している。上面部には上面孔部２１が設けられ、上流方向に伸びた上流配管である上流の液相管４の上流液相管口１７と接合している。また、上流の液相管４は、上面部と一体形状でもよい。下流配管である冷媒引き込み管１３は、本体部の内部に一部が挿入され、下面部に設けられた下面孔部２２を介して下流方向に伸びて形成されている。冷媒引き込み管１３は端部に冷媒引き込み管口１８ａが設けられている。液相支流管１２は側壁部に設けられた側壁孔部２３に接合している。また、液相支流管１２は、側壁部と一体形状でもよい。液相支流管１２は、冷媒引き込み管口１８ａの高さよりも低い位置に設けられていればよいので、下面部に接合していてもよい。冷媒変向手段である変向板１５ａは冷媒引き込み管口１８ａと上流液相管口１７との間に設けられている。

　以下に本実施形態を詳細に説明する。

　本実施形態の冷媒分配装置１０は、上流の液相管４と連通し、下流の液相管４とは、内部の冷媒引き込み管１３を通じて連通している。また、各受熱器１と接続する液相支流管１２とは、分岐外壁１４の下部の貯蔵部１６と連通している。内部には、上流液相管４より降下する液相冷媒の流れを分岐外壁１４の方向に変向する冷媒変向手段として機能する変向板１５ａが、上流液相管４と冷媒引き込み管１３の間に設けられている。

　冷媒分配装置１０の外壁である分岐外壁１４は、液相管４の径より大きな大きさを持つ。形状は円筒でも、直方体でもよいが、製造面を考えると円筒が望ましい。分岐外壁１４が小さすぎると、冷媒引き込み管１３と、分岐外壁１４にある貯蔵部１６とが小さくなり、大きな流量が上流より降下した場合に、すぐにオーバーフローしてしまい、適切に冷媒を受熱器１に供給できない。また、貯蔵部１６を通る液相冷媒の圧力損失が増加してしまい、さらに受熱器１へ供給する冷媒量が小さくなる。

　反対に分岐外壁１４が大きすぎると、液相冷媒がオーバーフローするのに時間がかかり、適切なタイミングで下部の受熱器１に液相冷媒を供給できない。さらに、分岐外壁１４が大きすぎると、スペースをとるため、本実施形態の冷却装置をラック等に設置する場合は受熱器１を小さくしなくてはならず、吸熱性能を低下させてしまう。

　そのため、分岐外壁１４の径は、液相支流管１２への流れを阻害しない範囲で小さいことが望ましい。具体的には、液相管４の径から１．２倍から５倍の大きさが望ましい。すなわち、本体部の断面積が、液相管４の断面積と冷媒引き込み管１３の断面積を足したものよりも小さいこともありうる。

　分岐外壁１４の液相冷媒降下方向の長さは、冷媒引き込み管１３が収まり、変向板１５ａと上流液相管口と、冷媒引き込み管口１８ａの間隔が適切に保たれるように設定される。

　分岐外壁１４の内部には、中央に突き出た形の冷媒引き込み管１３が上流液相管４と直線状になるように配置されている。冷媒引き込み管１３の径は、液相管４と接続することを考えると液相管４の径と同等が望ましい。冷媒引き込み管口１８ａの位置は、高すぎると、貯蔵部１６に貯蔵される液相冷媒の液面が、受熱器１の気相支流管１１の位置になってしまう。この状態では、受熱器１の気相支流管１１より、液相冷媒が気相管３に流入してしまい、上昇する気相冷媒の流れを邪魔し、吸熱性能を低下させる。

　反対に、冷媒引き込み管口１８ａの位置は、低すぎると、貯蔵部１６に十分な液相冷媒が溜まらず、受熱器１に十分な液相冷媒が供給できない。そのため、冷媒引き込み管口１８ａの位置は、気相管に液相冷媒が流れ込まず、かつ貯蔵部１６に十分な高さの液相冷媒を貯蔵できる位置に固定する。具体的には、冷媒引き込み管口１８ａの位置は、液相支流管１２の上面以上その冷媒分配装置１０とつながる受熱器１の気相支流管１１の下面以下が望ましい。

　変向板１５ａは、上流液相管４から降下する液相冷媒が、直接冷媒引き込み管口１８ａから冷媒引き込み管１３内に流入しないような位置、大きさで設置する。具体的には、変向板１５ａは、上流液相管口１７と冷媒引き込み管口１８ａの間に、冷媒引き込み管１３との径と同程度の大きさで設置する。変向板１５ａの形状は円形でも、直方形でも構わない。変向板１５ａの位置は上流液相管４側に近づきすぎると、上流液相管４から降下する液相冷媒の流れをかえって邪魔をし、循環を悪くすることで吸熱性能の低下をもたらす。反対に、変向板１５ａの位置は冷媒引き込み管１３に近づきすぎると、貯蔵部１６よりオーバーフローした液相冷媒が冷媒引き込み管１３に流れ込むのを阻害し、これも循環を悪くし吸熱性能の低下につながる。

　そのため、上流液相管４から降下する液相冷媒の流れと貯蔵部１６から冷媒引き込み管１３への流れを阻害しない位置に、変向板１５ａを設ける。具体的には、変向板１５ａと上流管口の間の高さと変向板１５ａ周囲の面積が、液相管４の断面積と同等以上にすることが望ましい。同様に変向板１５ａと冷媒引き込み管口１８ａの間の高さと変向板１５ａ周囲の面積も冷媒引き込み管１３の断面積等同等以上にすることが望ましい。

　変向板１５ａの固定方法は、変向板１５ａの一部を分岐外壁１４と接触させ、溶接やロウ付け等によって分岐外壁１４と固定する。この際、変向板１５ａから分岐外壁１４に伸ばした箇所に穴を設け、ねじ等によって固定しても構わない。また、変向板１５ａは、本体部と一体の構造となっていてもよい。

　液相支流管１２と連通する口は、貯蔵部１６の下部のほうに設けるのが望ましい。こうすることで貯蔵部１６に溜まり、高さがつくことで、より液相支流管１２に冷媒を押し出す力が高まり、受熱器１により多くの量の液相冷媒を供給することが可能となる。

　以上説明した実施形態において、分岐外壁１４、上流液相管４および冷媒引き込み管１３はアルミニウムやステンレス等の金属で構成することができる。また、変向板１５ａに関しては所定の耐熱性があれば特にその材料に制約はない。

　次に、図６を参照して本実施形態の冷媒分配装置１０の動作図を説明する。

　冷媒分配装置１０は、その内部構造により、それと接続する受熱器１に適量の液相冷媒を分配しつつ、さらに下部の冷媒分配装置１０に液相冷媒を降下させる。各受熱器１に還流した液相冷媒は、再び電子機器の排熱を受けることで、沸騰し気相冷媒になることで吸熱し、気相冷媒が移動することで放熱器２に熱輸送する。

　冷媒分配装置１０内では、上流液相管４より降下した液相冷媒が、まず変向板１５ａに当たることで降下する向きを変向され、冷媒引き込み管１３に直接入らず、周囲の貯蔵部１６に貯蔵される。貯蔵部１６には液相支流管１２が連通されており、液相冷媒分配装置１０を通って、貯蔵部１６にある液相冷媒は受熱器１に還流される。また、貯蔵部１６に貯蔵された液相冷媒は常に冷媒引き込み管１３に接触し、冷媒引き込み管１３を液相冷媒とほぼ同一の温度にする。

　貯蔵部１６の容量以上に液相冷媒が上流液相管４より降下した場合は、貯蔵部１６の液相冷媒がオーバーフローし、冷媒引き込み管口１８ａより冷媒引き込み管１３に流入する。このとき、貯蔵部１６の液相冷媒により常に冷媒引き込み管１３が液相冷媒と同一の温度となっているために、たとえ外部が電子機器排熱より高温になっているとしても、冷媒が沸騰し、オーバーフローし流入する液相冷媒の流れを邪魔することがない。

　なお、冷媒引き込み管１３と接続する液相管４は、外気に触れるため、高温になる可能性があるが、冷媒引き込み管１３を降下する間に、ある程度の流速を持つことになるので、高温になった液相管４に触れてもそこで沸騰したとしても、液相冷媒にある程度の流速があるので、それを乗り越え降下することができる。

　冷媒引き込み管１３より降下した冷媒は液相管４を通り次の冷媒分配装置１０もしくは、末端部であれば、次の受熱器１に液相冷媒を供給する。

　本実施形態によれば、変向板１５ａが、上流液相管４と冷媒引き込み管１３との間に設けられることにより、貯蔵部１６と連通する液相支流管１２を通じて受熱器１に液相冷媒を供給しつつ、下部の冷媒分配装置１０に液相冷媒を分配することができる。さらに、上流液相管４と冷媒引き込み管１３を直線状に配置できるため、設置スペースを大幅に削減することができる。これによって、設置スペースが限られるラック等に設置する場合に、受熱器１の面積を最大限大きくとることが可能となるので、吸熱性能を向上させることができる。

　また、冷媒引き込み管１３が、本体部の内部に一部挿入されていることにより、冷媒分配装置１０の貯蔵部１６に貯蔵されている液相冷媒は常に冷媒引き込み管１３と接触することになり、冷媒引き込み管１３の温度を液相冷媒温度と同一に保つことが可能となる。そのため、貯蔵部１６に貯蔵されている液相冷媒がオーバーフローし、冷媒引き込み管１３に液相冷媒が流入するときに、液相冷媒が沸騰し、流入する液相冷媒の流れを阻害することがない。これによって、効率よく冷媒を各受熱器１に分配し、循環させることができるため、吸熱性能を低下させることがない。また、高温になった液相管４に触れて、沸騰したとしても、液相冷媒にある程度の流速があるので、それを乗り越え降下することができる。
（第２の実施形態）
　第２の実施形態について図７及び図８を参照して説明する。図７は、本形態の冷媒分配装置１０の断面図であり、図８は図７に示す点からの断面図である。

　本実施形態の冷却装置は、第１の実施形態で説明した冷媒分配装置１０の構成が異なるだけであるので、他の部分に関して説明は省略する。

　本実施形態と第１の実施形態の違いは変向板１５ｂの構造にある。具体的には変向板１５ｂは、上流液相管４と冷媒引き込み管１３の流れ方向に対し、傾けて貯蔵部１６に上流からの液相冷媒が流れ込むように配置する。変向板１５ｂにより上流液相管から降下する液相冷媒の流れと、貯蔵部１６から冷媒引き込み管１３に流れ込む液相冷媒の流れが干渉しないようにするためには、変向板１５ｂと冷媒引き込み管口１８ａの最も近い距離と、最も遠い距離が十分に大きいように変向板１５ｂを傾ける必要がある。具体的には、変向板１５ｂを傾ける角度は、上流液相管４と冷媒引き込み管１３の流れ方向に対し３０°から８５°程度が望ましい。

　本実施形態では変向板１５ｂを傾ける角度は固定である必要はなく、可変構造であってもよい。その際、角度の変更は手動であってもよいし、自動制御によって角度を変更してもよい。

　本実施形態では、上流から降下した液相冷媒が、変向板１５ｂに当たり、流れの向きを変える際に、変向板１５ｂが貯蔵部１６に誘導する方向に傾いているために、流れを変向する際の損失が小さい。また、変向板１５ｂを傾けているために、冷媒引き込み管１３と変向板１５ｂの間の距離が、ある部分は小さく、それと反対の部分の面は大きくなっている。変向板１５ｂと冷媒引き込み管１３の距離が小さい部分は、貯蔵部１６をオーバーフローする液相冷媒が流入しづらいため、反対側の部分より液相冷媒がオーバーフローし冷媒引き込み管１３に流入する。

　また、変向板１５ｂと引き込み管との距離が小さい部分は、変向板１５ｂの角度から上流からの液相冷媒が流れ込みやすい部分となる。そのため、上流より流れ込む液相冷媒の領域と、オーバーフローし冷媒引き込み管１３に液相冷媒が流れ込む領域を分けることが可能となる。それにより、上流より降下する液相冷媒とオーバーフローし冷媒引き込み管１３に流れる液相冷媒とが干渉することがない。このように本実施形態の構造によって、冷媒分配装置１０内の流れをさらに効率よくすることが可能であり、さらに吸熱性能を高めることが可能となる。
（第３の実施形態）
　第３の実施形態について図９及び図１０を参照して説明する。図９は冷媒分配装置の断面図で、図１０は、図９の示すＣ点から見た断面図である。

　本実施形態の冷却装置は、第１の実施形態で説明した冷媒分配装置１０の構成が異なるだけであるので、他の部分に関して説明は省略する。

　本実施形態と第１の実施形態の違いは変向板１５ｃの構造にある。具体的には、冷媒引き込み管１３の断面形状とほぼ同じ形状（実質的に同一形状であればよい）の変向板１５ｃが、冷媒引き込み管１３上端上に直接設けられ、一体形状化となっている。すなわち、第１の実施形態の冷媒引き込み管１３の上端部に設けられる冷媒引き込み管口１８ａを、変向板１５ｃにより塞ぐような構成である。更に、冷媒引き込み管１３の上端側面には、オーバーフローする液相冷媒を流入させる開口１８ｂを設けている。

　本実施形態のように冷媒引き込み管の上端を塞ぐように変向板１５ｃを一体化形状となるように製造すると、変向板１５ｃと冷媒引き込み管１３を１つの部品として扱うことが可能となり、冷媒分配装置１０の組み立て性を飛躍的に向上させる。

　このように、本実施形態の構造をとることで、第１の実施形態の冷媒分配の効果を得ながら、冷媒分配装置１０の製造性を向上させることが可能となる。
（第４の実施形態）
　第４の実施形態について図１１及び図１２を参照して説明する。図１１は冷媒分配装置の断面図で、図１２は、図１１の示すＤ点から見た断面図である。

　本実施形態の冷却装置は、第１の実施形態で説明した冷媒分配装置１０の構成が異なるだけであるので、他の部分に関して説明は省略する。

　本実施形態と第１の実施形態の違いは変向板１５ｄの構造にある。具体的には、変向板１５ｄは、中央部に、小さな開口１９を設け、上流より降下する液相冷媒の一部の冷媒を、変向板１５ｄで流れを変更せずに、冷媒引き込み管１３に降下させる。この開口１９は大きいと、上流より降下する液相冷媒のほとんどを冷媒引き込み管１３に流してしまい、貯蔵部１６に十分な液相冷媒を貯蔵できず、接続する受熱器１に十分な冷媒を供給できない。そのため、冷媒引き込み管１３の径の５％から５０％程度の大きさにするのが望ましい。

　本実施形態によれば、上流液相管４より降下した液相冷媒が、変向板１５ｄに接触することで流れの方向を変更され、貯蔵部１６に流れ込む。しかし、この際に、第１、２，３の実施形態のように、上流から降下する液相冷媒のすべてを変向板により貯蔵部１６に流し込むと、貯蔵部１６がオーバーフローするまでは、下方の受熱器１に冷媒が供給できない。本発明の冷却装置が動作開始時にすぐにラック下方の電子機器の排熱も吸熱したい場合には本実施形態が有効である。すなわち、変向板の中央部の一部に小さな開口１９を設けることで、貯蔵部１６がオーバーフローする前に次の冷媒分配装置１０に液相冷媒を供給することが可能となり、下方の受熱器１にも早い段階で徐々に冷媒を供給することができる。
（第５の実施形態）
　第５の実施形態について図１３及び図１４を参照して説明する。図１３は冷媒分配装置の断面図で、図１４は、図１３の示すＥ点から見た断面図である。

　本実施形態の冷却装置は、第１の実施形態で説明した冷媒分配装置１０の構成が異なるだけであるので、他の部分に関して説明は省略する。

　本実施形態と第１の実施形態の違いは変向板１５ｅの構造にある。具体的には、変向板１５ｅは、分岐外壁１４により形成された本体部の内部断面形状と同じ形状をしている。つまり本実施形態では、分岐外壁１４により本体は円形の断面形状となっているため変向板１５ｅは、それと同じ形状、すなわち円盤状である。分岐外壁１４内壁と変向板１５ｅの周辺部がすべて接した状態となって変向板１５ｅは配置される。変向板１５ｅは第１の実施形態と同様に上流液相管口１７と冷媒引き込み管口１８ａの間に設けられる。

　変向板１５ｅには小さな開口２０を複数周辺部に設け、上流より降下する液相冷媒の流れを変更して降下させる構造となっている。

　本実施形態によれば、変向板１５ｅの固定が容易となり、冷媒分配装置１０の組み立て性を飛躍的に向上させる。

　このように、本実施形態の構造をとることで、第１の実施形態の冷媒分配の効果を得ながら、冷媒分配装置１０の製造性を向上させることが可能となる。

　なお、本実施形態において変向板１５ｅの形状が円盤状であったが、分岐外壁１４により形成された本体の断面形状に対応して変向板１５ｅの形状は長方形等の形状となる。
（第６の実施形態）
　第６の実施形態について図１５を参照して説明する。図１５は冷媒分配装置の断面図である。

　本実施形態の冷却装置は、第５の実施形態で説明した冷媒分配装置１０の構成が異なるだけであるので、他の部分に関して説明は省略する。

　本実施形態と第５の実施形態の違いは変向板１５ｅの設置位置にある。変向板１５ｅ単体の構造は第５の実施形態と変わらない。

　異なる点は、変向板１５ｅは、冷媒引き込み管１３上端を塞ぎ、冷媒引き込み管１３の上端側面には、オーバーフローする液相冷媒を流入させる開口１８ｂを設けている点である。

　本実施形態によれば、第５の実施形態と同様に変向板１５ｅの固定が容易となり、冷媒分配装置１０の組み立て性を飛躍的に向上させる。

　このように、本実施形態の構造をとることで、第１の実施形態の冷媒分配の効果を得ながら、冷媒分配装置１０の製造性を向上させることが可能となる。

　以上説明した実施形態において、冷媒変向手段として変向板を例にすべて説明したが、冷媒変向手段が板状に限定されるものではない。冷媒変向手段は、他の形状として半円球状、屋根形状、周辺部が網形状となっているもの等でもよい。具体的に、半円球状及び屋根形状の場合は上に凸となる形状が望ましい。

　以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。

　この出願は、２０１３年１２月１３日に出願された日本出願特願２０１３－２５７９３６を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

　１　　受熱器
　２　　放熱器
　３　　気相管
　４　　液相管
　５　　ラック
　６　　電子機器
　１０　　冷媒分配装置
　１１　　気相支流管
　１２　　液相支流管
　１３　　冷媒引き込み管
　１４　　分岐外壁
　１５　　変向板
　１６　　貯蔵部
　１７　　上流液相管口
　１８　　冷媒引き込み管口
　１９、２０　　変向板の一部に設けた開口

Claims (10)

1. 　上流から供給される冷媒を分配する冷媒分配装置であって、
   　前記冷媒分配装置は側壁部、上面部および下面部を有する本体部と、
   　前記本体部の内部と連通するよう前記上面部に設けられる上流配管と、
   　前記下面部に設けられた下面孔部を介して前記本体部の内部に一部が挿入された状態で設けられる下流配管と、
   　前記本体内部と連通するよう前記側壁部または下面部に設けられる支流配管と、
   　前記上流配管と前記下流配管との間に設けられた冷媒変向手段とを有する冷媒分配装置。
2. 　前記冷媒変向手段は、前記上流配管から前記本体部の内部に降下する冷媒を、前記下流配管とは異なる領域に流入させるよう設けられる請求項１に記載の冷媒分配装置。
3. 　前記冷媒変向手段は、前記本体部の内部に降下する前記冷媒の流れを変向する変向板であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の冷媒分配装置。
4. 　前記変向板が前記下流配管の上端に設けられ、前記下流配管の側面に冷媒流入口を設けたことを特徴とする請求項３記載の冷媒分配装置。
5. 　前記変向板の形状が前記下流配管の断面形状と実質的に同一の形状または前記下流配管の断面形状よりも大きく前記本体部の内部断面形状よりも小さい形状であることを特徴とする請求項３または請求項４記載の冷媒分配装置。
6. 　前記変向板の一部に開口部を設けたことを特徴とする請求項３記載の冷媒分配装置。
7. 　前記開口部を前記変向板の中央部に設けたことを特徴とする請求項６記載の冷媒分配装置。
8. 　前記変向板の形状が前記本体部の内部断面形状と実質的に同一の形状で、前記開口部を前記変向板の周辺部に複数設けたことを特徴とする請求項６記載の冷媒分配装置。
9. 　電子機器が収納された収納体の側面に設けられた複数の受熱器と、
   　前記収納体外に設置された放熱器と、
   　前記複数の受熱器と前記放熱器とを連通する第１の配管と、
   　前記放熱器と前記複数の受熱器とを連通する第２の配管と、
   　前記第２の配管の前記複数の受熱器への分岐部にそれぞれ設置される請求項１から８のいずれか１項に記載の冷媒分配装置と、を備える冷却装置。
10. 前記複数の冷媒分配装置は、上下方向に直列に接続され、上方の前記冷媒分配装置から供給された前記冷媒を、前記冷媒分配装置と接続される前記受熱器と下方の前記冷媒分配装置とに冷媒を供給することを特徴とする請求項９記載の冷却装置。

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