WO2022190868A1 - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

冷却装置は、冷却槽（１０）と、循環回路（２０）と、熱交換器（２２）と、循環ポンプ（２１）と、伝熱部（１３）とを備える。冷却槽は、サブクール沸騰によって発熱体（２）を冷却する冷媒液（１１）を貯留する。循環回路は、冷却槽の冷媒液が循環する。熱交換器は、循環回路に設けられ、冷媒液を冷却する。循環ポンプは、循環回路に設けられ、熱交換器に冷媒液を供給する。伝熱部は、サブクール沸騰で冷媒液が気化して生成した気相冷媒によって冷却槽の上部に形成される気体部（１２）と、冷媒液とに跨るように設けられ、冷媒液の凝縮を促進する。

Description

冷却装置 関連出願の相互参照

　本出願は、２０２１年３月１０日に出願された日本特許出願番号２０２１－３７９８１号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本発明は、電子機器等の発熱体を冷媒液で冷却する冷却装置に関する。

　特許文献１には、冷媒液をサブクール沸騰させて電子機器を冷却する冷却槽と、電子機器の熱を冷媒液を介して大気に放熱する熱交換器と、冷媒液を熱交換器に供給するポンプが設けられた冷却装置が開示されている。特許文献１の冷却装置では、ポンプで冷却槽における伝熱面を通過する冷媒液の流速を上げることで、サブクール度を大きく取れない場合でも、安定化した気泡微細化沸騰状態を作ることを可能としている。

特開２００８－４６０６号公報

　しかしながら、上記特許文献１の冷却装置では、冷却槽内で気化した冷媒の冷却が充分でない場合には、冷却槽内の気体が外部に流出するおそれがある。冷却槽から冷却系統に気体が流出した場合には、ポンプおよび熱交換器に気体が流入し、これらの機器の性能が低下することとなる。

　本開示は上記点に鑑み、電子機器等の発熱体を冷媒液で冷却する冷却槽を備える冷却装置において、気体が冷却槽から外部に流出することを抑制することを目的とする。

　上記目的を達成するため、請求項１に記載の冷却装置は、冷却槽と、循環回路と、熱交換器と、循環ポンプと、伝熱部とを備える。冷却槽は、サブクール沸騰によって発熱体を冷却する冷媒液を貯留する。循環回路は、冷却槽の冷媒液が循環する。熱交換器は、循環回路に設けられ、冷媒液を冷却する。循環ポンプは、循環回路に設けられ、熱交換器に冷媒液を供給する。伝熱部は、サブクール沸騰で冷媒液が気化して生成した気相冷媒によって冷却槽の上部に形成される気体部と、冷媒液とに跨るように設けられ、冷媒液の凝縮を促進する。

　これにより、気体部は伝熱部を介してサブクール液である冷媒液によって冷却され、気体部に含まれる気相冷媒の凝縮を促進することができる。このため、冷却槽の内部で気体部の体積が増大することを抑制でき、冷却槽から気相冷媒が流出することを抑制できる。この結果、気体が循環ポンプや熱交換器に流入することを抑制でき、循環ポンプや熱交換器の性能が低下することを回避できる。

第１実施形態の冷却装置の構成を示す図である。 図１のＩＩ－ＩＩ断面図である。 第２実施形態の冷却装置の構成を示す図である。 図３のＩＶ－ＩＶ断面図である。 第２実施形態の冷却装置の構成を示す図である。 図５のＶＩ－ＶＩ断面図である。 第２実施形態の冷却装置の構成を示す図である。 図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ断面図である。 第２実施形態の冷却装置の構成を示す図である。 図９のＸ－Ｘ断面図である。 第３実施形態の冷却装置の構成を示す図である。 図１１のＸＩＩ－ＸＩＩ断面図である。 第３実施形態の冷却装置の構成を示す図である。 図１３のＸＩＶ－ＸＩＶ断面図である。 第３実施形態の冷却装置の構成を示す図である。 図１５のＸＶＩ－ＸＶＩ断面図である。 第３実施形態の冷却装置の構成を示す図である。 図１７のＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ断面図である。 第４実施形態の冷却装置の構成を示す図である。 図１９のＸＸ－ＸＸ断面図である。 第５実施形態の冷却装置の構成を示す図である。 第５実施形態の冷却装置の構成を示す図である。 第５実施形態の冷却装置の構成を示す図である。 第６実施形態の冷却装置の構成を示す図である。 第７実施形態の冷却装置の構成を示す図である。 第８実施形態の冷却装置の構成を示す図である。 第９実施形態の冷却装置の構成を示す図である。 第１０実施形態の冷却装置の構成を示す図である。 図２８のＸＸＶＩＩＩＩ－ＸＸＶＩＩＩＩ断面図である。

　以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

　（第１実施形態）
　以下、本開示の第１実施形態について図面に基づいて説明する。図１では、上から下に向かう方向が重力方向となっており、図２では、手前から奥に向かう方向が重力方向となっている。

　図１に示すように、本実施形態の冷却装置１は、電子機器２を冷却するための冷却槽１０が設けられている。電子機器２は、作動に伴って発熱し、冷却を必要とする発熱体である。電子機器２としては、例えば発熱素子が搭載された電子基板やインバータ等を用いることができる。電子機器２が本開示の発熱体に相当している。

　冷却槽１０は、電子機器２を冷却するための冷媒液１１が貯蔵されている容器状部材である。冷媒液１１は、電子機器２の発熱で気相変化する流体であればよく、例えば水やフッ素系不活性液体を用いることができる。

　本実施形態の冷却槽１０は、大気と連通していない液密構造となっている。冷却槽１０の内部は冷媒液１１の相変化によって圧力変動するため、冷却槽１０は耐圧構造となっている。

　本実施形態では、電子機器２は冷却槽１０の外部に設けられている。電子機器２と冷却槽１０内の冷媒液１１との間で熱交換が可能となっていれば、電子機器２は冷却槽１０の外部あるいは内部のいずれに設けられていてもよい。

　電子機器２を冷却槽１０の外部に設ける場合には、冷却槽１０の壁面を介して電子機器２と冷媒液１１との間の熱交換が行われるので、電子機器２は冷却槽１０の壁面に接するように配置される。図１に示す例では、電子機器２は、冷却槽１０の下面に接するように配置されている。

　電子機器２と冷却槽１０の壁面との間には、熱伝導シート等を介在させることが望ましい。熱伝導シートは、電子機器２と冷却槽１０の密着性を向上させ、電子機器２と冷却槽１０と間の熱伝達率を向上させることができる。

　冷却槽１０は、例えば金属材料や樹脂材料によって構成することができる。本実施形態では、冷却槽１０として熱伝導率が高い金属材料を用いている。本実施形態のように、電子機器２を冷却槽１０の外部に設ける場合には、冷却槽１０として熱伝導率が高い金属材料を用いることで、冷却槽１０の壁面を介した電子機器２と冷媒液１１との間の熱交換効率を向上させることができる。

　冷媒液１１の沸点は、電子機器２の発熱温度よりも低くなっている。このため、電子機器２の発熱で冷媒液１１は沸騰可能となっており、冷却槽１０では冷媒液１１が沸騰して電子機器２から吸熱する沸騰冷却が行われる。本実施形態では、冷却槽１０の冷媒液１１が沸点より低温のサブクール液となっている状態で沸騰するサブクール沸騰が行われる。

　冷媒液１１が沸騰して発生した気相冷媒はサブクール液で凝縮、縮小するが、凝縮できない気泡が冷媒液１１の内部を上方に移動する。冷却槽１０の内部で発生した気体が冷却槽１０内の上部で貯留されることで気体部１２が形成される。気体部１２には、気相冷媒、冷媒液１１から放出された溶存ガス、初期から冷却槽１０に存在する空気などが含まれている。気体部１２の体積は変動可能となっており、体積ゼロになることもある。

　気体部１２に含まれる気相冷媒は、冷却槽１０の内部で冷媒液１１が気化することで生成される。冷媒液１１の気化には、冷媒液１１の沸騰と蒸発が含まれている。気体部１２に含まれる気相冷媒は、凝縮することで液相の冷媒液１１となる。

　冷媒液１１には、主に大気からなる溶存ガスが溶解している。気体部１２に含まれる溶存ガスは、冷媒液１１に溶解している溶存ガスが冷媒液１１から放出されることで生成する。冷媒液１１に溶解している溶存ガスの溶解度は、冷媒液１１の温度等によって変動する。冷媒液１１の温度が上昇すると溶存ガスの溶解度が低下し、溶存ガスが冷媒液１１から放出される。冷媒液１１から放出された溶存ガスは気相冷媒とともに気体部１２を形成する。気体部１２に含まれる溶存ガスは、冷媒液１１の温度低下によって冷媒液１１に再度溶解することができる。

　冷却槽１０には、伝熱部１３が設けられている。伝熱部１３は、冷却槽１０の内部で冷媒液１１と気体部１２に跨るように配置されており、冷媒液１１と気体部１２との間の熱伝達を促進する。伝熱部１３は、サブクール液である冷媒液１１の冷熱を気体部１２に伝え、気体部１２に含まれる気相冷媒の凝縮を促進する凝縮促進部である。

　伝熱部１３として、熱伝達率に優れた材料を用いており、例えば金属板やヒートパイプ等を用いることができる。本実施形態では、伝熱部１３として、アルミニウムや銅からなる金属板を用いている。

　伝熱部１３は、冷媒液１１と気体部１２を接続するように設けられていれば、配置場所は任意に設定することができる。本実施形態では、伝熱部１３は冷却槽１０の上面における内壁側に固定されている。伝熱部１３は、冷却槽１０の上面から重力方向下方に向かって延びるように設けられており、一部が気体部１２に接触し、一部が冷媒液１１に接触している。本実施形態では、４つの伝熱部１３が設けられているが、伝熱部１３の数は任意に設定でき、１つ以上設けられていればよい。

　本実施形態では、伝熱部１３は板状に形成されている。複数の伝熱部１３は、並列して配置されている。伝熱部１３の板面は、図１の紙面奥行方向および図２の紙面上下方向に延びるように配置されている。図１では、紙面奥行方向が伝熱部１３の長手方向となっており、図２では、紙面上下方向が伝熱部１３の長手方向となっている。

　図２に示すように、伝熱部１３の長手方向端部は冷却槽１０の内壁面に接触しておらず、伝熱部１３の長手方向端部と冷却槽１０の内壁面との間には隙間が設けられている。このため、冷却槽１０の上部において、気体部１２は伝熱部１３によって仕切られておらず、気体部１２は１つの空間となっている。

　冷却槽１０には、冷却槽１０内の冷媒液１１が循環する循環回路２０が接続されている。循環回路２０には、循環ポンプ２１と熱交換器２２が設けられている。

　循環ポンプ２１は、冷媒液１１を圧送して循環回路２０に循環させ、冷媒液１１を熱交換器２２に供給する。熱交換器２２は、冷媒液１１の熱を放熱して冷却する。熱交換器２２としては、例えば冷媒液１１を外気と熱交換して冷却するラジエータ、あるいは冷媒液１１を冷凍サイクルの低温冷媒と熱交換して冷却するチラー等を用いることができる。熱交換器２２で冷媒液１１を冷却することで、冷媒液１１の温度上昇を抑制することができ、サブクール状態を維持することができる。

　循環回路２０は、冷媒液出口部２３および冷媒液入口部２４で冷却槽１０と接続されている。冷却槽１０の冷媒液１１は、冷媒液出口部２３を介して循環回路２０に流出する。循環回路２０を循環した冷媒液１１は、冷媒液入口部２４を介して冷却槽１０に流入する。

　冷却槽１０の内部では、冷媒液入口部２４から冷媒液出口部２３に向かう冷媒液１１の流れが形成される。図１に示す例では、冷却槽１０の左側に冷媒液入口部２４が設けられ、冷却槽１０の右側に冷媒液出口部２３が設けられている。このため、冷却槽１０の内部で左側から右側に向かう冷媒液１１の流れが形成される。

　次に、上記構成を備える本実施形態の冷却装置１の作動について説明する。

　冷却槽１０の内部では、電子機器２の発熱によって冷媒液１１が沸騰し、気相冷媒が発生する。本実施形態では、冷却槽１０の下面を介して電子機器２と冷媒液１１が熱交換するため、冷却槽１０の下面と接触する冷媒液１１が沸騰する。

　沸騰で生成した気相冷媒は、気泡として冷媒液１１の中を上昇する。冷却槽１０の冷媒液１１はサブクール液であるため、気相冷媒からなる気泡は冷媒液１１の内部を上昇する際に冷媒液１１で冷却され、気相冷媒は凝縮する。この結果、気相冷媒からなる気泡は冷媒液１１の内部を上昇する途中で縮小し、冷媒液１１のサブクール度が大きい場合には気泡は消滅する。

　冷却槽１０の内部を上昇した気相冷媒は、気体部１２を形成する。冷媒液１１の温度上昇によって冷媒液１１から放出された溶存ガスも、気相冷媒とともに気体部１２を形成する。冷媒液１１が気化した気相冷媒や冷媒液１１から放出された溶存ガスは、冷却槽１０の内部に貯留される。

　気体部１２には、伝熱部１３を介してサブクール液である冷媒液１１の冷熱が伝えられる。このため、気体部１２に含まれる気相冷媒は、伝熱部１３を介して冷媒液１１によって冷却され、凝縮が促進される。凝縮された気相冷媒は液化して、冷媒液１１となる。

　さらに、本実施形態では、冷却槽１０が熱伝導率が高い金属材料から構成されている。このため、冷却槽１０の壁面を介することによっても、気体部１２に冷媒液１１の冷熱が伝えられ、気体部１２に含まれる気相冷媒の凝縮が促進される。

　冷却槽１０の冷媒液１１は、循環回路２０を介して熱交換器２２に供給され、熱交換器２２で冷却される。熱交換器２２による冷却で、冷媒液１１は積極的にサブクール状態を維持することができる。

　以上説明した本実施形態によれば、冷却槽１０に冷媒液１１と気体部１２に跨るように伝熱部１３を設け、冷媒液１１と気体部１２との間の熱伝達を促進している。このため、気体部１２は伝熱部１３を介してサブクール液である冷媒液１１によって冷却され、気体部１２に含まれる気相冷媒の凝縮を促進することができる。これにより、冷却槽１０の内部で気体部１２の体積が増大することを抑制でき、冷却槽１０から気相冷媒が流出することを抑制できる。この結果、気体が循環ポンプ２１や熱交換器２２に流入することを抑制でき、循環ポンプ２１や熱交換器２２の性能が低下することを回避できる。

　（第２実施形態）
　次に、本開示の第２実施形態を図３～図１０を用いて説明する。以下、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図３、５、７、８では、上から下に向かう方向が重力方向となっており、図４、６、８、１０では、手前から奥に向かう方向が重力方向となっている。

　図３～図１０に示すように、本第２実施形態では、冷却槽１０において、伝熱部１３によって気体部１２が複数の領域に仕切られている。同時に、伝熱部１３によって冷媒液１１の液面も複数の領域に仕切られている。図３、４と、図５、６と、図７、８と、図９、１０は、それぞれ本第２実施形態の伝熱部１３の異なる態様を示している。

　図３、図４に示す態様では、３つの伝熱部１３が並列して設けられている。これらの伝熱部１３のうち、１つの伝熱部１３は長手方向の両端部が冷却槽１０の内壁面に接触している。図４に示すように、長手方向の両端部が冷却槽１０の内壁面に接触している伝熱部１３によって、気体部１２が第１気体部１２ａと第２気体部１２ｂに仕切られている。

　図５、図６に示す態様では、１つの伝熱部１３が設けられている。伝熱部１３は、重力方向からみて円形状に形成されている。図６に示すように、円形状の伝熱部１３によって、気体部１２が第１気体部１２ａと第２気体部１２ｂに仕切られている。

　図７、図８に示す態様では、１つの伝熱部１３が設けられている。伝熱部１３は、重力方向からみて四角形状に形成されている。図８に示すように、四角形状の伝熱部１３によって、気体部１２が第１気体部１２ａと第２気体部１２ｂに仕切られている。

　図９、図１０に示す態様では、１つの伝熱部１３が設けられている。伝熱部１３は、重力方向からみて四角形部分を含む形状に形成されている。伝熱部１３は、四角形を構成する各辺の両端が四角形の角部から延長された形状となっている。図１０に示すように、四角形部分の伝熱部１３によって、気体部１２が第１気体部１２ａと第２気体部１２ｂに仕切られている。

　以上説明した本第２実施形態では、伝熱部１３によって、気体部１２が複数の領域に仕切られており、冷媒液１１の液面が複数の領域に仕切られている。このため、冷却槽１０が傾斜したり、振動した場合であっても、冷却槽１０の内部で気体部１２が片寄ることを抑制でき、冷媒液１１の液面が振動することを抑制できる。これにより、冷却槽１０から気相冷媒が流出し、気体が循環ポンプ２１や熱交換器２２に流入することを抑制でき、循環ポンプ２１や熱交換器２２の性能が低下することを回避できる。

　また、本第２実施形態を電子機器２が冷却槽１０の内部で冷媒液１１に浸漬されている構成に適用した場合には、冷却槽１０が振動したり、傾斜しても、電子機器２が冷媒液１１から露出することを抑制できる。この結果、電子機器２の冷却効率が低下することを抑制できる。

　（第３実施形態）
　次に、本開示の第３実施形態を図１１～図１８を用いて説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図１１、１３、１５、１７では、上から下に向かう方向が重力方向となっており、図１２、１４、１６、１８では、手前から奥に向かう方向が重力方向となっている。

　図１１～図１８に示すように、本第３実施形態では、冷却槽１０において、複数の伝熱部１３によって気体部１２が複数の領域に仕切られている。同時に、複数の伝熱部１３によって冷媒液１１の液面も複数の領域に仕切られている。複数の伝熱部１３には、重力方向長さが異なる複数の伝熱部１３ａ、１３ｂが含まれている。図１１、１２と、図１３、１４と、図１５、１６と、図１７、１８は、それぞれ本第３実施形態の伝熱部１３の異なる態様を示している。

　図１１、図１２に示す態様では、３つの伝熱部１３が並列して設けられている。これらの伝熱部１３は、長手方向の両端部が冷却槽１０の内壁面に接触している。このため、３つの伝熱部１３によって、気体部１２が４つの気体部１２ａ～１２ｄに仕切られている。

　図１３、図１４に示す態様では、重力方向からみて円形状に形成された３つの伝熱部１３が設けられている。３つの伝熱部１３は、それぞれ大きさが異なる同心円であり、所定間隔を設けて配置されている。このため、３つの伝熱部１３によって、気体部１２が４つの気体部１２ａ～１２ｄに仕切られている。

　図１５、図１６に示す態様では、重力方向からみて四角形状に形成された３つの伝熱部１３が設けられている。３つの伝熱部１３は、それぞれ大きさが異なっており、所定間隔を設けて配置されている。このため、３つの伝熱部１３によって、気体部１２が４つの気体部１２ａ～１２ｄに仕切られている。

　図１７、図１８に示す態様では、６つの伝熱部１３が設けられており、並列する３つの伝熱部１３と、別の並列する３つの伝熱部１３が直交して配置されている。これらの６つの伝熱部１３によって、気体部１２が５つの気体部１２ａ～１２ｅに仕切られている。

　図１１、図１３、図１５、図１７に示すように、本第３実施形態の伝熱部１３には、重力方向長さが異なる第１伝熱部１３ａと第２伝熱部１３ｂが含まれている。第１伝熱部１３ａと第２伝熱部１３ｂは、隣り合って配置されている。第１伝熱部１３ａは、第２伝熱部１３ｂよりも重力方向長さが短くなっている。第１伝熱部１３ａは、長手方向の全体の重力方向長さが第２伝熱部１３ｂよりも短くなっていてもよく、長手方向の一部の重力方向長さが第２伝熱部１３ｂよりも短くなっていてもよい。

　図１１、図１３、図１５に示す例では、第１気体部１２ａおよび第２気体部１２ｂは、重力方向長さが短い第１伝熱部１３ａによって仕切られていることから、互いにつながりやすくなっている。同様に、第３気体部１２ｃおよび第４気体部１２ｄも、第１伝熱部１３ａによって仕切られていることから、つながりやすくなっている。

　図１７に示す例では、第２気体部１２ｂ、第３気体部１２ｃ、第４気体部１２ｄおよび第５気体部１２ｅは、重力方向長さが短い第１伝熱部１３ａによって仕切られていることから、互いにつながりやすくなっている。

　上述のように本第３実施形態では、複数の伝熱部１３によって複数の気体部１２ａ～１２ｅに仕切られている。伝熱部１３で仕切られた気体部１２ａ～１２ｅでは、体積のばらつきが生じやすくなる。

　これに対し、本第３実施形態では、重力方向長さが異なる第１伝熱部１３ａと第２伝熱部１３ｂを設けることで、重力方向長さが短い第１伝熱部１３ａで仕切られている気体部同士をつながりやすくしている。これにより、複数の伝熱部１３によって複数の気体部１２ａ～１２ｅに仕切られている場合であっても、複数の気体部１２ａ～１２ｅの体積がばらつくことを抑制できる。

　（第４実施形態）
　次に、本開示の第４実施形態を図１９、図２０を用いて説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図１９では、上から下に向かう方向が重力方向となっており、図２０では、手前から奥に向かう方向が重力方向となっている。

　図１９、図２０に示すように、本第４実施形態では、冷却槽１０において、複数の伝熱部１３によって気体部１２が複数の領域に仕切られている。同時に、複数の伝熱部１３によって冷媒液１１の液面も複数の領域に仕切られている。複数の伝熱部１３には、重力方向長さが異なる第１伝熱部１３ａ、第２伝熱部１３ｂおよび第３伝熱部１３ｃが含まれている。これらの伝熱部１３ａ～１３ｃは、第１伝熱部１３ａ、第２伝熱部１３ｂ、第３伝熱部１３ｃの順に重力方向長さが長くなっている。

　図１９に示すように、３つの伝熱部１３ａ～１３ｃのなかで、第３伝熱部１３ｃは冷媒液入口部２４に最も近接して配置されている。第３伝熱部１３ｃは、冷媒液入口部２４に対向するように設けられている。第３伝熱部１３ｃは板状であり、板面が冷媒液入口部２４に対向している。循環回路２０の冷媒液入口部２４および冷媒液出口部２３を結ぶ方向からみて、第３伝熱部１３ｃは冷媒液入口部２４と重なり合っている。

　以上説明した本第４実施形態によれば、冷媒液入口部２４に対向するように設けられた第３伝熱部１３ｃによって、循環回路２０から冷媒液入口部２４を介して冷却槽１０の内部に流入した冷媒液１１の流れが妨げられる。このため、冷却槽１０の内部において、冷媒液入口部２４から冷媒液出口部２３に向かう冷媒液１１の流れが緩和される。これにより、冷媒液１１が沸騰して生成した気泡が冷媒液出口部２３に向かって流れにくくなり、冷却槽１０から気相冷媒が流出することを抑制できる。この結果、気体が循環ポンプ２１や熱交換器２２に流入することを抑制でき、循環ポンプ２１や熱交換器２２の性能が低下することを回避できる。

　（第５実施形態）
　次に、本開示の第５実施形態を図２１～図２３を用いて説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

　図２１～図２３に示すように、本第５実施形態では、冷却槽１０の内部において、冷媒液出口部２３に対向するように出口対向壁部１４が設けられている。出口対向壁部１４は板状に形成されており、板面が冷媒液出口部２３に対向するように配置されている。出口対向壁部１４は、例えば金属材料や樹脂材料によって構成することができる。図２１、図２２、図２３は、それぞれ本第５実施形態の出口対向壁部１４の異なる態様を示している。

　図２１に示す態様では、出口対向壁部１４が断面Ｌ字状に屈曲した板状に形成されている。出口対向壁部１４は、冷却槽１０における冷媒液出口部２３が形成された側面に設けられている。

　図２２、図２３に示す態様では、出口対向壁部１４が１枚の板状に形成されている。図２２に示す態様では、出口対向壁部１４は冷却槽１０の底面から重力方向上方に延びるように設けられている。図２３に示す態様では、出口対向壁部１４は冷却槽１０の上面から重力方向下方に延びるように設けられている。図２３の出口対向壁部１４は、冷媒液１１と気体部１２に跨るように設けられている。

　以上説明した本第５実施形態によれば、冷媒液出口部２３に対向するように設けられた出口対向壁部１４によって、冷却槽１０から冷媒液出口部２３を介して循環回路２０に流出する冷媒液１１の流れが妨げられる。これにより、冷媒液１１が沸騰して生成した気泡が冷媒液出口部２３に向かって流れにくくなり、冷却槽１０から気相冷媒が流出することを抑制できる。この結果、気体が循環ポンプ２１や熱交換器２２に流入することを抑制でき、循環ポンプ２１や熱交換器２２の性能が低下することを回避できる。

　また、図２３に示す出口対向壁部１４は、冷媒液１１と気体部１２に跨るように設けられている。このため、出口対向壁部１４として、熱伝達率に優れた材料（例えばアルミニウムや銅からなる金属版）を用いることで、冷媒液１１と気体部１２との間の熱伝達を促進させることができ、出口対向壁部１４を伝熱部１３として機能させることができる。

　（第６実施形態）
　次に、本開示の第６実施形態を図２４を用いて説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

　図２４に示すように、本第６実施形態の冷却装置１には貯液槽３０が設けられている。貯液槽３０は、内部に冷媒液１１を貯蔵可能な容器状部材である。貯液槽３０の冷媒液１１の液面は、冷却槽１０の冷媒液１１の液面よりも高くなっている。貯液槽３０は、冷却槽１０の外部に設けられている。本第６実施形態では、貯液槽３０は循環回路２０に接続されている。

　貯液槽３０の上部には、大気開口部３１が設けられている。貯液槽３０の内部は、上方で大気開口部３１を介して大気と連通している。貯液槽３０は大気に開放されており、貯液槽３０の内部では、冷媒液１１の上部に大気が存在する。

　貯液槽３０は、接続部３２によって循環回路２０に連通している。接続部３２は筒状部材であり、内部を冷媒液１１が通過可能となっている。接続部３２は、一端側が貯液槽３０に接続され、他端側が循環回路２０に接続されている。貯液槽３０は、接続部３２および循環回路２０を介して冷却槽１０と連通している。

　貯液槽３０は大気開口部３１を介して大気に開放しており、冷却槽１０は貯液槽３０の大気開口部３１を介して大気に開放している。このため、貯液槽３０の内部および冷却槽１０の内部は大気圧に維持される。

　冷却槽１０の内部と貯液槽３０の内部は連通しており、冷媒液１１は冷却槽１０と貯液槽３０との間を流動可能となっている。冷媒液１１は、気体部１２の体積変動に応じて、冷却槽１０と貯液槽３０との間を流動する。

　冷却槽１０と貯液槽３０との間を冷媒液１１が流動することで、冷却槽１０の冷媒液１１の体積と貯液槽３０の冷媒液１１の体積は連動して変動する。具体的には、冷却槽１０の冷媒液１１の体積が減少すると、貯液槽３０の冷媒液１１の体積が増大する。冷却槽１０の冷媒液１１の体積が増大すると、貯液槽３０の冷媒液１１の体積が減少する。

　以上説明した本第６実施形態では、冷却槽１０の外部に大気開口部３１を有する貯液槽３０を設け、冷却槽１０と貯液槽３０を連通させることで、貯液槽３０によって冷却槽１０の冷媒液１１の体積変動を吸収することができる。冷却槽１０は貯液槽３０の大気開口部３１を介して大気に開放されるため、冷却槽１０を冷媒液１１を封入するための耐圧構造とする必要がなく、小型化することができる。

　また、冷却槽１０は直接大気に開放しておらず、冷却槽１０で発生した気体は冷却槽１０内の上部で貯留されて気体部１２を形成する。このため、冷却槽１０は大気開放式であるにもかかわらず、冷却槽１０で発生した気体が冷却槽１０から流出することを抑制できる。この結果、気体が循環ポンプ２１や熱交換器２２に流入することを抑制でき、循環ポンプ２１や熱交換器２２の性能が低下することを回避できる。

　（第７実施形態）
　次に、本開示の第７実施形態を図２５を用いて説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本第７実施形態では、上記第６実施形態に対して、貯液槽３０の配置が異なっている。

　図２５に示すように、本第７実施形態では、貯液槽３０は冷却槽１０に接続されている。本第７実施形態の接続部３２は、一端側が貯液槽３０に接続され、他端側が冷却槽１０に接続されている。接続部３２は、冷却槽１０の上面を貫通するように設けられている。

　冷却槽１０内の冷媒液１１の液面は、通常は接続部３２の冷却槽側端部よりも上方に位置しており、気体部１２の体積増大時に接続部３２の冷却槽側端部まで下降し得る。このため、接続部３２の冷却槽側端部は、冷却槽１０内の冷媒液１１の液面より下側または同じ高さに位置している。

　冷却槽１０において、冷媒液１１の液面が接続部３２の冷却槽側端部まで下降した状態で、新たに気体が発生した場合には、気体は接続部３２を介して貯液槽３０の大気開口部３１から大気に放出される。このため、気体部１２の体積は、冷媒液１１の液面が接続部３２の冷却槽側端部まで下降した状態から増大しない。

　本第７実施形態では、接続部３２の冷却槽側端部は、気相冷媒が流入しにくい位置に設けられている。具体的には、接続部３２の冷却槽側端部は、冷却槽１０における冷媒液１１の流れ方向上流側に設けられている。つまり、接続部３２の冷却槽側端部は、冷媒液１１の流れ方向において、冷媒液出口部２３よりも冷媒液入口部２４に近い側に設けられている。

　以上説明した本第７実施形態では、冷却槽１０の冷媒液１１の体積変動を吸収する貯液槽３０を冷却槽１０に接続するように設けている。これにより、貯液槽３０を循環回路２０に接続した上記第６実施形態に比較して、冷却槽１０にかかる内部圧力を、循環回路２０を流れる冷媒液１１の圧力損失分低減することができる。

　また、本第７実施形態では、冷却槽１０の内部で気体部１２の体積が増大した場合に、余分な気体は接続部３２を介して貯液槽３０の大気開口部３１から大気に放出される。このため、冷却槽１０から気体が循環ポンプ２１や熱交換器２２に流入することを抑制でき、循環ポンプ２１や熱交換器２２の性能が低下することを回避できる。

　また、本第７実施形態では、接続部３２の冷却槽側端部を冷却槽１０の冷媒液１１の流れ方向上流側に設けている。気相冷媒からなる気泡は、冷媒液１１の流れ方向下流側に移動しながら上昇するため、接続部３２の冷却槽側端部から遠ざかりながら上昇する。このため、気相冷媒が冷媒液１１の流れ方向上流側に設けられた接続部３２の冷却槽側端部に流入することを抑制できる。これにより、冷却槽１０の内部で発生した気相冷媒が接続部３２の冷却槽側端部を介して貯液槽３０の大気開口部３１から外部に流出することを抑制でき、冷媒液１１の減少を抑制できる。

　（第８実施形態）
　次に、本開示の第８実施形態を図２６を用いて説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図２６では、上から下に向かう方向が重力方向となっている。本第８実施形態では、上記第７実施形態に対して、電子機器２の配置が異なっている。

　図２６に示すように、本第８実施形態では、電子機器２が冷却槽１０に収容されている。電子機器２は、冷却槽１０の内部で冷媒液１１に浸漬している。本第８実施形態では、冷媒液１１としてフッ素系不活性液体を用いている。フッ素系不活性液体は、絶縁性、伝熱特性、安定性に優れた冷媒液である。

　接続部３２の冷却槽側端部は、重力方向において、電子機器２よりも上方に位置している。このため、冷却槽１０の内部で冷媒液１１が接続部３２の冷却槽側端部まで下降しても、電子機器２は冷媒液１１に浸漬された状態を維持できる。

　本第８実施形態では、電子機器２が冷媒液１１に浸漬しているため、電子機器２における冷媒液１１との接触面すべてを冷却することができる。また、電子機器２が冷媒液１１に浸漬しているため、電子機器２と冷媒液１１との間に冷却槽１０の壁面や伝熱シート等が介在することなく、電子機器２と冷媒液１１が直接接触している。これにより、電子機器２の冷却効率を向上させることができる。

　（第９実施形態）
　次に、本開示の第９実施形態を図２７を用いて説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本第９実施形態では、上記第８実施形態に対して、電子機器２の配線２ａが設けられている点が異なっている。

　図２７に示すように、本第９実施形態では、電子機器２には配線２ａが接続されている。配線２ａは、電源や電気信号の伝送路として機能する。配線２ａは、冷却槽１０から接続部３２および貯液槽３０に延びるように設けられている。配線２ａは、貯液槽３０の大気開口部３１から外部に取り出されている。

　以上のように、本第９実施形態では、大気に開放した大気開口部３１を利用して電子機器２の配線２ａを外部に取り出している。このため、冷媒液１１の外部流出を防ぐためのシール構造を設けることなく、電子機器２の配線２ａを外部に取り出すことができる。

　（第１０実施形態）
　次に、本開示の第１０実施形態を図２８、図２９を用いて説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図２８では、手前から奥に向かう方向が重力方向となっており、図２９では、上から下に向かう方向が重力方向となっている。また、図２９では、破線が冷媒液１１の液面を示している。

　図２８に示すように、本第１０実施形態では、冷却槽１０において、複数の伝熱部１３によって気体部１２が複数の領域に仕切られている。同時に、複数の伝熱部１３によって冷媒液１１の液面も複数の領域に仕切られている。本第１０実施形態では、複数の伝熱部１３は、同一の構成を有している。

　図２８に示す例では、３つの伝熱部１３が並列して設けられている。これらの伝熱部１３は、長手方向の両端部が冷却槽１０の内壁面に接触している。このため、３つの伝熱部１３によって、気体部１２が４つの気体部１２ａ～１２ｄに仕切られている。

　図２９に示すように、本第１０実施形態の伝熱部１３は、重力方向下端部の位置が他の部位よりも高くなっている短手部１３ｘを有している。短手部１３ｘは、伝熱部１３における他の部位より重力方向長さが短くなっている。短手部１３ｘは、伝熱部１３における重力方向下方の一部が切り欠かれた切欠部として構成されている。

　隣接する第１気体部１２ａと第２気体部１２ｂ、隣接する第２気体部１２ｂと第３気体部１２ｃ、隣接する第３気体部１２ｃと第４気体部１２ｄは、伝熱部１３の短手部１３ｘを介してつながりやすくなっている。

　本第１０実施形態のように、伝熱部１３によって複数の気体部１２ａ～１２ｄに仕切られている構成では、複数の気体部１２ａ～１２ｄで体積のばらつきが生じやすくなる。これに対し、本第１０実施形態では、伝熱部１３に他の部位よりも重力方向長さが短い短手部１３ｘを設けることで、短手部１３ｘを介して隣接する気体部同士をつながりやすくしている。これにより、伝熱部１３によって複数の気体部１２ａ～１２ｄに仕切られている場合であっても、複数の気体部１２ａ～１２ｄの体積がばらつくことを抑制できる。

　本開示は上述の実施形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。

　また、上記各実施形態では、伝熱部１３を冷却槽１０の上面から重力方向下方に延びるように設けたが、伝熱部１３は冷却槽１０の上面と必ずしも接触していなくてもよい。例えば、伝熱部１３を冷媒液１１と気体部１２に跨るように冷却槽１０の側壁に設け、伝熱部１３と冷却槽１０の上面との間に隙間が形成された状態とすることができる。あるいは、伝熱部１３を冷媒液１１と気体部１２に跨るように冷媒液１１の液面に浮遊するように設け、冷却槽１０の上面との間に隙間が形成された状態とすることができる。

　また、上記第６～第９実施形態の構成において、貯液槽３０における冷媒液１１の上面に蒸発防止剤を設けてもよい。貯液槽３０における冷媒液１１の上面は、大気との接触面である。蒸発防止剤は、冷媒液１１の蒸発を抑制できればよく、例えば貯液槽３０における冷媒液１１の上面を覆う油膜用オイルや、貯液槽３０における冷媒液１１の上面を覆う粒子などを用いることができる。

　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態が本開示に示されているが、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (11)

1. 　サブクール沸騰によって発熱体（２）を冷却する冷媒液（１１）を貯留する冷却槽（１０）と、
   　前記冷却槽の前記冷媒液が循環する循環回路（２０）と、
   　前記循環回路に設けられ、冷媒液を冷却する熱交換器（２２）と、
   　前記循環回路に設けられ、前記熱交換器に前記冷媒液を供給する循環ポンプ（２１）と、
   　サブクール沸騰で前記冷媒液が気化して生成した気相冷媒によって前記冷却槽の上部に形成される気体部（１２）と、前記冷媒液とに跨るように設けられ、前記冷媒液の凝縮を促進する伝熱部（１３）と、
   　を備える冷却装置。
2. 　前記伝熱部は、前記気体部を複数に仕切っている請求項１に記載の冷却装置。
3. 　前記気体部を仕切る前記伝熱部が複数設けられており、
   　前記複数の前記伝熱部には、重力方向長さが異なる前記伝熱部（１３ａ、１３ｂ）が含まれている請求項２に記載の冷却装置。
4. 　前記伝熱部には、他の部位より重力方向下端部の位置が高くなっている短手部（１３ｘ）が含まれている請求項２に記載の冷却装置。
5. 　前記伝熱部は、前記冷媒液が前記循環回路から流入する冷媒液入口部（２４）に対向するように設けられている請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷却装置。
6. 　前記冷却槽には、前記冷媒液が前記循環回路に流出する冷媒液出口部（２３）に対向するように出口対向壁部（１４）が設けられている請求項１ないし５のいずれか１つに記載の冷却装置。
7. 　前記出口対向壁部が前記伝熱部として機能する請求項６に記載の冷却装置。
8. 　前記冷却槽は前記発熱体を収容可能となっており、前記発熱体は前記冷媒液に浸漬されている請求項１ないし７のいずれか１つに記載の冷却装置。
9. 　前記冷却槽の外部で前記冷媒液を貯蔵するとともに、大気に開放する大気開口部（３１）を有する貯液槽（３０）が設けられている請求項１ないし８のいずれか１つに記載の冷却装置。
10. 　前記貯液槽（３０）は、前記冷却槽に接続されている請求項９に記載の冷却装置。
11. 　前記発熱体は電子機器であり、前記電子機器の配線（２ａ）は前記大気開口部から外部に取り出されている請求項９または１０に記載の冷却装置。

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