沸腾式制冷机
技术领域
本发明涉及一种沸腾式制冷机，尤其涉及一种在使制冷剂沸腾的沸腾部与使已气化的制冷剂冷凝的冷凝部之间使制冷剂循环的沸腾式制冷机。
背景技术
以往已知有在沸腾部与冷凝部之间使制冷剂循环的沸腾式制冷机。这种沸腾式制冷机例如公开于日本专利公开2016-9828号公报中。
上述日本专利公开2016-9828号公报中公开有一种沸腾制冷机，其具备：一个沸腾部；一个冷凝部、使沸腾部与冷凝部连通的大致水平的一个流路部。沸腾部由构成底壁的底板及构成周壁的筒状框架构成。流路部及冷凝部由中间板及凹面朝向中间板的碟子上的上板构成。中间板在一端侧具有与筒状框架的上端(沸腾部的上部开口)的连接孔，并在另一端侧具有构成冷凝部的底壁的部分，且在长度中间具有构成流路部的底壁的部分。上板在一端侧具有构成覆盖沸腾部的上部开口的顶壁的部分，并在另一端侧具有构成冷凝部的顶壁的部分，且在长度中间具有构成流路部的顶壁的部分。因此，流路部设置成配置于沸腾部的上表面(上部开口)上，且沿大致水平方向延伸至冷凝部。在冷凝部的下表面设有外翅片。在上述日本专利公开2016-9828号公报中公开的沸腾制冷机用于冷却服务器等中的CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)等发热元件的用途中。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开2016-9828号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
服务器等设备设计成限制在按服务器机架标准规定的高度空间范围内。因此，作为制冷机也要求限制在按服务器机架标准规定的高度空间内。另外，主流服务器机架标准(EIA标准)中，作为高度空间的单位规定1U(＝44.45mm)。
另一方面，随着服务器等中设备性能的提高，CPU等发热源的发热量增加。因此，作为这种用途的制冷机，要求限制在规定的高度尺寸的范围内的同时确保充分的冷却性能。
然而，上述日本专利公开2016-9828号公报的沸腾制冷机中，由于在沸腾部的上表面(上部开口)设置水平延伸的流路部及冷凝部的结构，因此沸腾部的高度尺寸与流路部及冷凝部的高度尺寸之总计尺寸成为增大沸腾制冷机的总高度尺寸的因素。因此，存在难以抑制高度尺寸的问题。并且，存在仅通过简单减小沸腾部或冷凝部等来抑制高度尺寸，难以确保充分的冷却性能的问题。
本发明是用于解决上述课题而完成的，本发明的一个目的在于提供一种抑制高度尺寸变大的同时，能够确保冷却性能的沸腾式制冷机。
用于解决技术课题的手段
为了实现上述目的，基于本发明的沸腾式制冷机具备：沸腾部，具有与发热源热连接的受热面，并使容纳于内部空间的制冷剂沸腾；冷凝部，与所述沸腾部沿大致水平方向配置，并通过与外部流体的热交换使制冷剂气体冷凝；及连接管，连接沸腾部与冷凝部，并使制冷剂流通，冷凝部包括：多级制冷剂通道，沿与水平方向垂直的高度方向排列；及设置于多级制冷剂通道之间的外部流体的第1外部通道和设置于最上层及最下层的至少一方的制冷剂通道的外表面的外部流体的第2外部通道，。另外，“最上层及最下层的至少一方的制冷剂通道的外表面”是指最上层的制冷剂通道的上表面及最下层的制冷剂通道的下表面中的任一者或两者。
基于本发明的沸腾式制冷机中，如上述，通过在与沸腾部沿大致水平方向配置的冷凝部设置沿高度方向排列的多级制冷剂通道，与在比沸腾部更靠上方的位置配置制冷剂通道的情况相比能够减小高度尺寸，并且即使在规定的高度尺寸的范围内也能够有效利用高度空间，从而通过各个制冷剂通道确保充分的传热面积(散热面积)。并且，由于在多级制冷剂通道之间设有第1外部通道，因此与简单直接堆叠多个制冷剂通道的结构不同，能够有效地进行各个制冷剂通道中的与外部流体的热交换。并且，在最上层及最下层的至少一方也设有第2外部通道，因此通过仅设置第2外部通道就能够提高散热性能。因此，能够平衡良好地兼顾高度尺寸的抑制与散热性能的提高。其结果，根据本发明，能够抑制高度尺寸变大的同时，确保冷却性能。
在上述发明中，优选设置成沸腾部的内部空间的高度方向的形成范围与冷凝部的最下层的制冷剂通道的高度方向的形成范围在高度方向上重叠。根据该结构，与在比沸腾部更靠上方的位置配置最下层的制冷剂通道的结构不同，能够在相同的高度位置上设置最下层的制冷剂通道及沸腾部，因此能够抑制沸腾式制冷机的高度尺寸变大。其结果，在规定的高度尺寸的范围内，也能够容易确保设置多级制冷剂通道的空间。
在上述发明中，优选连接管连接沸腾部的侧面与冷凝部的侧面。根据该结构，与在沸腾部的上表面上配置连接管的结构不同，能够横向连接冷凝部的制冷剂通道及沸腾部的侧面彼此，因此，能够有效地抑制沸腾式制冷机的高度尺寸变大。
在上述发明中，优选沸腾部的受热面配置于比冷凝部的下表面更靠上方的位置。根据该结构，例如发热源为服务器的CPU等的芯片时，能够将安装在电路基板上的发热源安装于比冷凝部的下表面更向上方偏移发热源的厚度程度的受热面并进行冷却。另一方面，冷凝部的下表面不需要向上方偏移配置，因此对于更容易受到高度空间的制约的冷凝部，能够最大限度地利用可设置的高度空间来确保散热性能。
在上述发明中，优选第2外部通道至少设置于最下层的制冷剂通道的下表面。其中，沸腾式制冷机中，需要使在制冷剂通道被冷凝的制冷剂液返回至沸腾部，因此只要不使用泵等，就可将制冷剂通道配置于比沸腾部的内底面更靠上方的位置。因此，根据该结构，仅通过设置第2外部通道就能够将最下层的制冷剂通道配置于上方，因此利用提高散热性能的第2外部通道，即使使冷凝部与沸腾部横向配置时，也能够容易提高最下层的制冷剂通道的配置位置。
该情况下，优选第2外部通道设置成上端部在比沸腾部的内底面更靠上方的位置与最下层的制冷剂通道的下表面邻接。根据该结构，使冷凝部与沸腾部横向配置时，也能够将最下层的制冷剂通道配置于比沸腾部的内底面更靠上方的位置。并且，通过将第2外部通道设置至比沸腾部的内底面更靠上方的位置，并增大最下层的制冷剂通道的下表面侧的第2外部通道的高度，从而能够确保与外部流体的高热交换性能。由此，能够确保与外部流体的热交换性能的同时，将最下层的制冷剂通道可靠地配置于比沸腾部的内底面更靠上方的位置。
在上述第2外部通道的上端部配置于比沸腾部的内底面更靠上方的位置的结构中，优选第2外部通道的高度尺寸大于第1外部通道的高度尺寸。根据该结构，在高度方向设置多级制冷剂通道，且在多级制冷剂通道之间设置第1外部通道的结构中，通过增大最下层的第2外部通道的高度尺寸，能够容易确保使制冷剂液返回至沸腾部时所需的制冷剂通道的高度位置。并且，与简单在制冷剂通道的下表面侧设置支柱或空间来确保制冷剂通道的高度位置的情况不同，设置仅增大为了确保制冷剂通道的高度位置所需的空间程度的高度尺寸的第2外部通道而能够积极地进行与外部流体的热交换，因此能够提高与外部流体的热交换性能。
在上述连接管连接沸腾部的侧面与冷凝部的侧面的结构中，优选连接管设置成制冷剂的液面配置于管内的规定高度。根据该结构，不仅沸腾部内，直到连接管的内部的规定高度均由制冷剂液填充，因此即使发热源的发热量较大时，也能够抑制沸腾部内的制冷剂液全部蒸发。并且，使被冷凝部冷凝的制冷剂液返回至沸腾部侧时，若到达连接管的内部的液面位置则与储存的制冷剂液汇合，因此能够将在连接管的内部汇合的制冷剂液再次利用于沸腾部的发热源的冷却中。
发明效果
根据本发明，如上述，能够抑制高度尺寸变大的同时，确保冷却性能。
附图说明
图1是表示基于一实施方式的制冷机的整体结构的示意性立体图。
图2是表示图1的制冷机的整体结构的示意性水平剖视图。
图3是沿XZ方向的制冷机的示意性纵剖视图。
图4是表示图1的冷凝部的内部结构的沿YZ方向的示意性纵剖视图。
图5是表示最上层的制冷剂通道的示意性水平剖视图。
图6是用于说明管板的示意性平面图。
图7是表示第1外部通道的示意性水平剖视图。
图8是表示最下层的制冷剂通道的示意性水平剖视图。
图9是表示第2外部通道的示意性水平剖视图。
图10是表示冷凝部与连接管的连接部位的示意图。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。
参考图1～图10，对基于本实施方式的沸腾式制冷机100(以下称作制冷机100)结构进行说明。制冷机100为利用制冷剂的气化与冷凝之间的相变循环，吸收来自发热源HS的热量，并向外部散热的沸腾冷却方式的制冷机。发热源HS并无特别限定，例如为搭载于服务器等电子设备上的CPU等半导体芯片或电子电路等。基于本实施方式的制冷机100特别适用于设置于服务器机架的服务器等的CPU的冷却等、设置于限定有设置高度的空间的用途。
以下，对发热源HS为服务器等的CPU的例子进行说明。设置有具备发热源HS的服务器的服务器机架通过服务器机架标准(EIA标准)，将1U(＝44.45mm)规定为高度空间的单位。本实施方式中，作为设置高度的最小单位，对构成为限制在1U(＝44.45mm)的高度H0的空间的的制冷机100的例子进行说明。
(制冷机的整体结构)
如图1及图2所示，制冷机100具备沸腾部10、冷凝部20及连接管30。沸腾部10与冷凝部20通过连接管30连接，由此构成单一制冷机主体100a。制冷机主体100a例如由铝(包括铝合金)、铜(包括铜合金)等导热率高的金属材料形成。并且，制冷机100通过沸腾部10、连接管30、冷凝部20的后述的制冷剂通道21形成密闭的内部空间。在该密闭空间内容纳有制冷剂1。
制冷剂1相变为气相与液相，但并无特别限定。因此，制冷剂1根据发热源HS可从已知的制冷剂中选择，例如能够采用碳氟化合物、碳氢化合物及水等。制冷机100的密闭的内部空间减压至大致真空状态，通过气相制冷剂1处于饱和蒸汽状态。以下，区别制冷剂1的状态时，为了方便起见，将气相制冷剂1称作制冷剂气体1a，将液相制冷剂1称作制冷剂液1b(参考图2)。
制冷机主体100a设置于设置面110上。设置面110为设置于服务器机架的服务器的框体或安装于服务器机架的支架部件等。制冷机主体100a构成为限制在从设置面110距离高度H0的范围内。通常，设置面110与水平方向大致一致。大致一致是指例如允许因服务器机架本身或框体的倾斜而设置面110从水平稍微倾斜。并且，在水平方向中，将沸腾部10与冷凝部20彼此相对的方向(图1中为连接管30延伸的方向)设为X方向，将与X方向正交的方向设为Y方向。将与水平方向垂直的Z方向设为高度方向。
沸腾部10构成为使容纳于内部空间11的制冷剂1沸腾。具体而言，沸腾部10具有形成有能够在内部容纳制冷剂1的内部空间11的中空的箱形形状。沸腾部10具有上表面、下表面及水平方向的侧面。并且，沸腾部10具有与发热源HS热连接的受热面12(参考图1的阴影部)。受热面12设置于沸腾部10的下表面。受热面12配置成例如经由导热润滑脂等与发热源HS接触。沸腾部10将从受热面12吸收的来自发热源HS的热量传递到内部的制冷剂1从而使制冷剂1沸腾(气化)。通过制冷剂1气化时吸收的蒸发热来冷却发热源HS。已气化的制冷剂气体1a填满沸腾部10的内部，并从设置于沸腾部10的侧面14的连接口13流入连接管30。
冷凝部20与沸腾部10沿水平方向配置。图1及图2的例子中，冷凝部20与沸腾部10沿X方向仅隔开规定距离。规定距离相当于连接管30的长度。冷凝部20构成为通过与外部流体2的热交换使制冷剂气体1a冷凝。外部流体2并无特别限定，例如为空气。
冷凝部20具有上表面、下表面及水平方向的侧面。冷凝部20具有沿Y方向延伸的长方体形状，且在Y方向的中央部连接有连接管30。
冷凝部20具有能够在内部容纳制冷剂1的中空的制冷剂通道21。在沸腾部10被气化的制冷剂气体1a经由连接管30流入制冷剂通道21。冷凝部20将流入制冷剂通道21内的制冷剂气体1a的热量传递到制冷剂通道21的外部的外部流体2，使制冷剂气体1a冷凝(液化)。通过与外部流体2的热交换，制冷剂1冷凝时释放的冷凝热排出至制冷剂通道21的外部。随着冷凝液量的增加，已冷凝的制冷剂液1b主要通过重力的作用从制冷剂通道21流入连接管30。
其结果，在制冷机100的内部，以重复沸腾部10中的制冷剂1的气化与冷凝部20中的制冷剂1的冷凝的相变循环的方式，制冷剂1在沸腾部10与冷凝部20之间循环。
如图3及图4所示，本实施方式中，冷凝部20包括沿与水平方向垂直的高度方向(Z方向)排列的多级制冷剂通道21。制冷剂通道21的段数(数量)只要是多个则无特别限定。图3及图4中，示出冷凝部20包括2级(2个)制冷剂通道21的例子。
并且，冷凝部20包括使外部流体2流通的外部通道22(参考图4)。外部通道22包括：外部流体的第1外部通道23，设置于多级制冷剂通道21之间；及外部流体的第2外部通道24，设置于最上层及最下层的至少一方的制冷剂通道21的外表面。图3及图4中示出第2外部通道24设置于最下层的制冷剂通道21b的外表面(下表面)，而未设置于最上层的制冷剂通道21a的外表面(上表面)的例子。
图4所示的冷凝部20具有沿高度方向交替堆叠多级制冷剂通道21及外部通道22(第1外部通道23、第2外部通道24)的形状。即，从高度方向(Z方向)的下侧(设置面110侧)依次以第2外部通道24、最下层的制冷剂通道21b、第1外部通道23、最上层的制冷剂通道21a的顺序进行堆叠。因此，各个制冷剂通道21至少在上表面侧或下表面侧中的任一侧与外部通道22邻接。由此，能够在每个制冷剂通道21中与外部流体2进行有效的热交换从而使制冷剂气体1a冷凝。
多级制冷剂通道21分别与连接管30连通。即，制冷剂气体1a能够经由连接管30流入各个制冷剂通道21。
冷凝部20将所谓的板翅式热交换器设为基本结构。各制冷剂通道21具有大致相同的结构。
各制冷剂通道21构成为被高度方向的上下管板41(或顶板40)及沿外周缘设置的侧杆42包围的平板状流路层。最上层的制冷剂通道21a中，上表面被顶板40覆盖。并且，在各制冷剂通道21的内部设置有制冷剂侧的传热翅片25(参考图2)。上下管板41成为1次传热面，传热翅片25成为2次传热面。并且，各制冷剂通道21经由沿高度方向穿过第1外部通道23的连接通道部50而相互连通。
具体而言，如图5及图8所示，各制冷剂通道21具有用于使制冷剂1流入Y方向的中央部或流出的中央开口41a。在隔着中央开口41a的Y方向的两侧，沿Y方向设置有传热翅片25。在各制冷剂通道21上，在Y方向的两端部设有分别与连接通道部50连通的端部开口41b。如图6所示，中央开口41a及端部开口41b为形成于管板41的开口部分。
如图4所示，连接通道部50设置成连接最上层的制冷剂通道21a的下表面的端部开口41b与最下层的制冷剂通道21b的上表面的端部开口41b。连接通道部50由这些端部开口41b及贯穿成为第1外部通道23的侧壁的侧杆43(参考图7)的贯穿孔43a构成。由此，在最上层的制冷剂通道21a中冷凝的制冷剂液1b经由连接通道部50滴落到最下层的制冷剂通道21b。贮留在最下层的制冷剂通道21b的制冷剂液1b从Y方向中央部的中央开口41a流入连接管30。
并且，本实施方式中，在Y方向中央的中央开口41a构成有以贯穿第1外部通道23的方式沿高度方向(Z方向)连接各制冷剂通道21的连接通道部60。Y方向中央的连接通道部60构成为将制冷剂气体1a从连接管30导入各制冷剂通道21，并且使已冷凝的制冷剂液1b滴落。连接通道部60在冷凝部20中配置于成为与连接管30的连接部位的正面的Y方向中央。通过在与连接管30的连接部位的正面设置有沿高度方向(Z方向)贯穿冷凝部20的连接通道部60，即使沿高度方向设置多级制冷剂通道21，也能够将制冷剂气体1a有效地导入到各制冷剂通道21。连接通道部60由管板41的中央开口41a及后述的第1外部通道23的隔板部件44(参考图7)和第2外部通道24的隔板部件61(参考图8)构成。
第1外部通道23为沿X方向贯穿冷凝部20的外部流体2的流通路。第1外部通道23在各个上表面侧及下表面侧中与不同的制冷剂通道21邻接。第1外部通道23通过高度方向的上下管板41、沿外周边设置的侧杆43及Y方向中央的隔板部件44构成为平板状流路层。其中，制冷剂通道21与连接管30及沸腾部10一同构成密闭的内部空间，与此相对，如图7所示，第1外部通道23则具有在X方向的两端向冷凝部20的外部敞开的开口部23a。第1外部通道23的开口部23a隔着连接有连接管30的Y方向中央部的隔板部件44(连接通道部60)分别设置于Y方向的两侧。由此，第1外部通道23以沿X方向贯穿冷凝部20的方式在Y方向的两侧设置1对。
在俯视观察时，第1外部通道23的形成区域与制冷剂通道21内的传热翅片25的形成区域大致一致。在各个第1外部通道23上沿X方向设置有传热翅片23b。因此，在制冷剂通道21内，制冷剂气体1a(制冷剂液1b)沿着传热翅片25在Y方向流动，与此相对，在第1外部通道23内，外部流体2则沿着传热翅片23b在X方向流动。冷凝部20成为所谓的交叉流式热交换器。
另外，在侧杆43设置有构成上述连接通道部50的贯穿孔43a。隔板部件44设置成具有在俯视观察时连接管30侧的一边敞开的矩形形状，且分隔连接通道部60与第1外部通道23之间。
返回图4，第2外部通道24设置于最下层的制冷剂通道21b的下表面。第2外部通道24在上表面侧与最下层的制冷剂通道21b邻接，且下表面侧经由底板45设置于设置面110上。设置于第2外部通道24的下表面的底板45构成冷凝部20的下表面。
第2外部通道24为基本上与第1外部通道23相同的沿X方向贯穿冷凝部20的外部流体2的流通路。即，第2外部通道24通过高度方向的上下管板41和底板45、沿外周边设置的侧杆42及Y方向中央的隔板部件61构成为平板状流路层。如图9所示，第2外部通道24具有在X方向的两端向冷凝部20的外部敞开的开口部24a。第2外部通道24的开口部24a隔着连接有连接管30的Y方向中央部的隔板部件61(连接通道部60)分别设置于Y方向的两侧。由此，第2外部通道24以沿X方向贯穿冷凝部20的方式在Y方向的两侧设置一对。
在俯视观察时，第2外部通道24的形成区域与制冷剂通道21内的传热翅片25的形成区域大致一致。在各个第2外部通道24上沿X方向设置有传热翅片24b。因此，在第2外部通道24内，外部流体2沿着传热翅片24b在X方向流动。
另外，连接通道部60的底面由第2外部通道24的隔板部件61构成。隔板部件61在上表面具有呈凹状的槽部62(参考图4、图10)，槽部62的内面以从X方向的里侧(与连接管30相反的一侧)随着靠近连接管30附近变低的方式倾斜(参考图3)。槽部62的X方向的端部沿着连接管30的端面且与连接管30的内底面连接。隔板部件61设置成在俯视观察时呈矩形形状的块体，且分隔连接通道部60与第2外部通道24之间。
返回图1，连接管30构成为连接沸腾部10与冷凝部20，并使制冷剂1流通。连接管30为中空的管状部件。图1的例子中，例示有连接管30呈截面矩形的方形管的例子，但连接管30的截面形状并无特别限定。连接管30的截面形状例如可以为除矩形之外的多边形、椭圆形(包括圆形)及其他任意形状。
如图2及图3所示，连接管30连接沸腾部10的侧面14与冷凝部20的侧面26。即，连接管30连接沸腾部10与冷凝部20的相互相对的侧面彼此。连接管30沿着设置面110在X方向(水平方向)以直线状延伸。因此，如图3所示，连接管30设置成限制在沸腾部10(及冷凝部20)的上表面与下表面之间的高度范围内。
具体而言，连接管30与在一端上设置于沸腾部10的侧面14的连接口13连接。连接管30在另一端上与设置于冷凝部20的侧面26的开口区域连接。如图10所示，冷凝部20的侧面26(参考图3)上，通过隔板部件44的开口(参考图7)、设置于制冷剂通道21b中的侧杆42上的开口(参考图8)及通过隔板部件61的槽部62形成的开口来形成开口区域。通过沿开口区域的周缘接合连接管30，冷凝部20的内部空间(制冷剂通道21、连接通道部50及60)与连接管30连通。
如图3所示，本实施方式中，连接管30在沸腾部10与冷凝部20之间设置1根。因此，制冷剂气体1a与制冷剂液1b在相同的连接管30内通过并循环。在连接管30内，制冷剂气体1a在高度方向的上侧的区域中朝向冷凝部20移动，且在高度方向的下侧的区域存在制冷剂液1b。因此，连接管30优选当制冷剂1随着相变进行循环时，以制冷剂气体1a及制冷剂液1b中的一方不阻碍另一方的移动的方式，具有能够彼此分离而流通的高度尺寸(高度方向的内侧尺寸)。
(各部的尺寸关系)
接着，参考图3，对本实施方式的制冷机100的各部的尺寸关系进行说明。
本实施方式中，设置成沸腾部10的内部空间11的高度方向(Z方向)的形成范围与冷凝部20的最下层的制冷剂通道21b的高度方向的形成范围在高度方向上重叠。即，沸腾部10具有遍及高度范围hr1形成的内部空间11。并且，形成有最上层的制冷剂通道21a的高度范围hr2及形成有最下层的制冷剂通道21b的高度范围hr3在高度方向上包含在高度范围hr1的范围内。因此，从水平方向观察，各制冷剂通道21配置于与沸腾部10的内部空间11相互重叠的高度位置。高度范围hr1为权利要求的“沸腾部的内部空间的高度方向的形成范围”的一例，高度范围hr3为权利要求的“最下层的制冷剂通道的高度方向的形成范围”的一例。
本实施方式中，连接管30具有在冷凝部20的高度尺寸H1的一半以上的高度尺寸H2。图3的例子中，高度尺寸H2为高度尺寸H1的约3/5。
并且，本实施方式中，沸腾部10的受热面12配置于比配置在设置面110上的冷凝部20的下表面更靠上方的位置。受热面12设置于从冷凝部20的下表面(即设置面110)距离高度H4的位置。高度H4设定为与从设置面110至发热源HS的上表面的高度方向的距离大致一致。即，受热面12配置于从设置面110向上方偏移如下高度的位置，所述高度为搭载有发热源HS即CPU的基板120的表面高度与CPU的安装厚度的总计高度。另外，受热面12的高度H4与沸腾部10的高度尺寸H3的总计(H3+H4)为冷凝部20的高度尺寸H1以下，在图3的例子中与H1基本相等。
另外，本实施方式中，未设置使制冷剂液1b移动的泵等，制冷剂液1b通过重力作用向沸腾部10移动。因此，不使用泵等时，优选制冷剂通道21配置于至少比沸腾部10的内底面15更靠上方。其原因在于，制冷剂通道21位于沸腾部10的内底面15以下的高度位置时，制冷剂通道21的内部始终呈被制冷剂液1b浸渍的状态且用于冷凝的传热面积减少。
因此，第2外部通道24设置成上端部在比沸腾部10的内底面15更靠上方的位置与最下层的制冷剂通道21b的下表面邻接。因此，最下层的制冷剂通道21b配置于比沸腾部10的内底面15更靠上方的位置。
第2外部通道24的高度尺寸H12大于第1外部通道23的高度尺寸H11。图3的例子中，第2外部通道24的高度尺寸H12为第1外部通道23的高度尺寸H11的约2倍。第2外部通道24的高度尺寸H12大于各个制冷剂通道21的高度尺寸(hr2、hr3的大小)。
并且，本实施方式中，连接管30设置成制冷剂1的液面配置于管内的规定高度。具体而言，制冷剂1以制冷剂液1b的液面成为规定高度He的方式容纳。液面的规定高度He为从沸腾部10的内底面15的高度。规定高度He设定于比连接管30的内底面更靠上方的位置。因此，连接管30的内部成为内底部被制冷剂液1b浸渍的状态。另外，最下层的制冷剂通道21b配置于比连接管30的内底面更靠上方的位置。规定高度He设定为将最下层的制冷剂通道21b的配置位置(制冷剂通道21的内底面位置)作为上限。规定高度He设定为连接管30的内底面与最下层的制冷剂通道21b的配置位置之间的高度。
(传热翅片)
制冷剂通道21内的传热翅片25、第1外部通道23的传热翅片23b及第2外部通道24的传热翅片24b例如为波纹翅片。例如，图4中示出曲线状的波形截面的波纹翅片，但也可以是矩形截面的波纹翅片。传热翅片25、传热翅片23b及传热翅片24b可以使用相同形状的翅片，也可以分别使用不同形状的翅片。作为翅片的形状，可以为普通翅片、穿孔翅片、百叶翅片、人字形翅片、锯齿形翅片(偏置翅片)等中的任一个。
(制冷机的动作)
对制冷机100的动作进行说明。如图3所示，若发热源HS发热，则沸腾部10内的制冷剂1通过沸腾进行气化从而成为制冷剂气体1a。制冷剂气体1a填满沸腾部10的内部空间11，并通过继续沸腾从沸腾部10流入连接管30。制冷剂气体1a通过连接管30流入冷凝部20。冷凝部20中，制冷剂气体1a直接或通过连接通道部60流入各个制冷剂通道21的Y方向中央部。流入的制冷剂气体1a在制冷剂通道21的内部从Y方向中央朝向外侧沿传热翅片25流通。
另一方面，作为外部流体2的空气通过外部的翅片等送入冷凝部20。如图4所示，外部流体2(参考图1)流入第1外部通道23及第2外部通道24。第1外部通道23及第2外部通道24中，外部流体2沿传热翅片23b(24b)在X方向流通。其结果，经由各制冷剂通道21的传热翅片25、制冷剂通道21与外部通道22(第1外部通道23或第2外部通道24)之间的管板41及外部通道22的传热翅片23b(24b)，在制冷剂1与外部流体2之间进行热交换。通过热交换，制冷剂气体1a向外部流体2释放冷凝热，从而进行冷凝成为制冷剂液1b。如此，在各个制冷剂通道21a及21b中，制冷剂气体1a进行冷凝而相变为制冷剂液1b。
制冷剂液1b贮留在各制冷剂通道21(21a及21b)内的底部。制冷剂液1b的冷凝量增加时，从最上层的制冷剂通道21b，制冷剂液1b从连接通道部50及连接通道部60滴落，制冷剂液1b向最下层的制冷剂通道21b或槽部62移动。在制冷剂通道21b冷凝的制冷剂液1b及经由连接通道部50移动的制冷剂液1b汇集在最下层的制冷剂通道21b。汇集在最下层的制冷剂通道21b的制冷剂液1b流入Y方向中央的连接通道部60的槽部62，且经由槽部62流入连接管30。流入连接管30的制冷剂液1b经由连接管30内与沸腾部10内的制冷剂液1b汇合。如上，制冷剂1随着相变在沸腾部10与冷凝部20之间循环，由此进行发热源HS的冷却。
(本实施方式的效果)
本实施方式中，能够得到以下效果。
本实施方式中，如上述，由于在与沸腾部10沿大致水平方向配置的冷凝部20设置沿高度方向排列的多级制冷剂通道21，因此与在比沸腾部10更靠上方的位置配置制冷剂通道21的情况相比能够减小高度尺寸，并且即使在规定的高度尺寸(1U)的范围内也能够通过各个制冷剂通道21确保充分的传热面积(散热面积)。并且，由于在多级制冷剂通道21之间设有第1外部通道23，因此能够有效地进行各个制冷剂通道21中的与外部流体2的热交换。并且，由于在最下层的制冷剂通道21b的下表面也设置有第2外部通道24，因此能够提高与设置第2外部通道24相应程度的散热性能。因此，能够保持制冷机100的高度尺寸的抑制与散热性能的提高的平衡。其结果，基于本实施方式的制冷机100中，能够抑制高度尺寸变大的同时，确保冷却性能。另外，在最上层的制冷剂通道21a的上表面设置第2外部通道24时，也能够同样地抑制高度尺寸变大的同时，确保冷却性能。
并且，设置成沸腾部10的内部空间11的高度方向的形成范围(高度范围hr1)与冷凝部20的最下层的制冷剂通道21b的高度方向的形成范围(高度范围hr3)在高度方向(Z方向)上重叠，因此能够抑制制冷机100的高度尺寸变大。其结果，在规定的高度尺寸的范围内，也能够容易确保设置多级制冷剂通道21的空间。
并且，连接管30横向连接冷凝部20的侧面26及沸腾部10的侧面14，因此与在沸腾部的上表面连接连接管的情况不同，能够有效地抑制制冷机100的高度尺寸变大。
并且，由于设置1根连接管30，因此与设置多根连接管30的情况比较，能够抑制制冷机100的高度尺寸。并且，由于将连接管30的高度尺寸H2设为冷凝部20的高度尺寸H1的一半以上，因此即使在规定的高度尺寸(1U)的范围内也能够轻松地确保用于使制冷剂气体1a与制冷剂液1b这两者流通所需的连接管30的截面积。
并且，由于将受热面12配置于比冷凝部20的下表面(设置面110)更靠上方，因此能够在比冷凝部20的下表面更靠上方仅偏移发热源HS的厚度程度的受热面12安装发热源HS来进行冷却。另一方面，冷凝部20的下表面不需要从设置面110向上方偏移配置，因此能够最大限度地利用从设置面110距离规定的高度尺寸(1U)的高度空间来确保散热性能。
并且，由于在最下层的制冷剂通道21b的下表面设置第2外部通道24，因此能够相应地将最下层的制冷剂通道21b配置于上方。其结果，利用提高散热性能的第2外部通道24，与沸腾部10沿水平方向配置冷凝部20时，也能够容易提高最下层的制冷剂通道21b的配置位置。
并且，由于第2外部通道24的上端部在比沸腾部10的内底面15更靠上方的位置与最下层的制冷剂通道21b的下表面邻接，因此能够确保与外部流体2的热交换性能的同时，使最下层的制冷剂通道21b可靠地配置于比沸腾部10的内底面15更靠上方的位置。
并且，由于第2外部通道24的高度尺寸H12大于第1外部通道23的高度尺寸H11，因此即使为在多级制冷剂通道21之间设置第1外部通道23的结构中，也能够容易确保使制冷剂液1b返回至沸腾部10所需的制冷剂通道21的高度位置。并且，与简单在制冷剂通道21的下表面侧设置支柱或空间来确保制冷剂通道21的高度位置的情况不同，设置仅增大为了确保制冷剂通道21的高度位置所需的空间程度的高度尺寸的第2外部通道24而能够积极地进行与外部流体的热交换，因此能够提高与外部流体2的热交换性能。
并且，制冷剂1的液面配置于连接管30的管内的规定高度，不仅沸腾部10内，制冷剂液1b填满至连接管30的内部的规定高度He，因此即使发热源HS的发热量较大时，也能够抑制沸腾部10内的制冷剂液1b全部蒸发。并且，使被冷凝部20冷凝的制冷剂液1b返回到沸腾部10侧时，若到达连接管30的内部的液面位置，则能够与存储的制冷剂液1b汇合。因此，能够将在连接管30的内部汇合的制冷剂液1b再次利用到沸腾部10中的发热源HS的冷却中。
[变形例]
另外，应当理解，本次公开的实施方式在所有的方面仅为例示，并不存在限制性。本发明的范围通过权利要求示出而不是通过上述实施方式的说明，另外包括与权利要求同等的含义及范围内的所有变更(变形例)。
例如，上述实施方式中，例示有发热源HS为搭载于服务器等电子设备上的CPU等半导体芯片或电子电路等的例子，但本发明并不限定于此。本发明中，发热源可以为任何发热源。本发明中，在用于冷却发热源的制冷机的高度方向的设置空间受到限制的用途中尤其有效。因此，除了在服务器机架容纳的设备之外，从具有发热源的设备的尺寸上的限制来看，在设备的框体内无法充分确保制冷机的高度方向的设置空间的情况等中，也能够优选利用本发明。
并且，上述实施方式中，例示有仅分别设置1个沸腾部10及冷凝部20的例子，但本发明并不限定于此。本发明中，也可以相对于1个冷凝部20设置多个沸腾部10。多个沸腾部10可以彼此隔离而独立设置，或者也可以构成为在共同的框体内分隔多个制冷剂的容纳部。设置多个沸腾部10时，可以使冷凝部20与各个沸腾部10分别通过连接管30独立连接，或者也可以由冷凝部20分支成多个并通过与各个沸腾部10相连的1个歧管式连接管连接。
并且，上述实施方式中，示出连接管30在沿着设置面110的水平方向延伸的例子，但本发明并不限定于此。连接管可以相对于沿着设置面110的水平方向在高度方向倾斜。例如，连接管30可以设置成从冷凝部20朝向沸腾部10向下倾斜。
并且，上述实施方式中，示出仅在在最上层及最下层的制冷剂通道21b中最下层的制冷剂通道21b的下表面设置第2外部通道24的例子，上述第2实施方式中，示出在最上层及最下层的制冷剂通道21b这两者分别设置第2外部通道24的例子，但本发明并不限定于此。关于第2外部通道24，也可以仅在最上层及最下层的制冷剂通道21b中最上层的制冷剂通道21a的上表面设置第2外部通道24。
并且，上述实施方式中，示出形成有沸腾部10的内部空间11的高度范围hr1与形成有冷凝部20的最下层的制冷剂通道21b的高度范围hr3在高度方向上重叠的例子，但本发明并不限定于此。本发明中，形成有沸腾部10的内部空间11的高度范围hr1与形成有冷凝部20的最下层的制冷剂通道21b的高度范围hr3也可以在高度方向上不重叠。并且，可以构成为多级制冷剂通道21中一部分制冷剂通道21的形成范围与沸腾部10的内部空间11的形成范围在高度方向上重叠，其他制冷剂通道21的形成范围与沸腾部10的内部空间11的形成范围在高度方向上不重叠。如上述实施方式，可以为多级制冷剂通道21中所有制冷剂通道21的形成范围与沸腾部10的内部空间11的形成范围在高度方向上重叠。此外，也可以为所有制冷剂通道21的形成范围与沸腾部10的内部空间11的形成范围在高度方向上不重叠。
并且，上述实施方式中，例示有连接管30连接沸腾部10的侧面14与冷凝部20的侧面26的例子，但本发明并不限定于此。本发明中，连接管30可以与除沸腾部10及冷凝部20的侧面之外的面连接。例如，连接管30可以与沸腾部10的上表面连接。
并且，上述实施方式中，例示有连接管30具有冷凝部20的高度尺寸H1的一半以上的高度尺寸H2，但本发明并不限定于此。本发明中，连接管30的高度尺寸H2可以小于冷凝部20的高度尺寸H1的一半。
并且，上述实施方式中，例示有设置成第2外部通道24的上端部在比沸腾部10的内底面15更靠上方的位置与最下层的制冷剂通道21b的下表面邻接的例子，但本发明并不限定于此。本发明中，第2外部通道24的上端部也可以不与最下层的制冷剂通道21b的下表面邻接，而设置热连接第2外部通道24与制冷剂通道21的部件。并且，第2外部通道24的上端部也可以配置于比沸腾部10的内底面15更靠上方的位置。
并且，上述实施方式中，示出有第2外部通道24的高度尺寸H12大于第1外部通道23的高度尺寸H11的例子，上述第2实施方式中，示出有第2外部通道24的高度尺寸H12与第1外部通道23的高度尺寸H11大致相等的例子，但本发明并不限定于此。本发明中，第2外部通道24的高度尺寸H12也可以小于第1外部通道23的高度尺寸H11。
并且，上述实施方式中，示出有以制冷剂1的液面配置于管内的规定高度He的方式设置连接管30的例子，但本发明并不限定于此。连接管30也可以设置于比液面的高度位置更靠上方的位置。
并且，上述实施方式中，示出有外部通道22(第1外部通道23及第2外部通道24)沿X方向贯穿冷凝部20的例子，但本发明并不限定于此。本发明中，可以构成为外部通道22(第1外部通道23及第2外部通道24)沿Y方向贯穿冷凝部。
并且，上述实施方式中，示出有将冷凝部20形成为沿Y方向延伸的长方体形状，且在冷凝部20的Y方向的中央连接有连接管30的例子，但本发明并不限定于此。在本发明中，沸腾部10、连接管30及冷凝部20的平面配置及形状为任意。沸腾部10、连接管30及冷凝部20的平面配置及形状可以根据设置空间中的发热源HS的位置或大小、发热源HS周围部件的配置等进行适当设定。
并且，上述实施方式中，例示有将构成连接通道部60的底面的槽部62设置于隔板部件61，使槽部62的内面以随着靠近连接管30而变低的方式倾斜的例子，但本发明并不限定于此。槽部62的内面也可以呈水平而不倾斜。并且，也可以不设置槽部62。该情况下，隔板部件61的平坦的上表面或管板41可以构成连接通道部60的底面。并且，如图3所示，示出有将槽部62的X方向的端部(连接通道部60的底面)连接于连接管30的内底面的例子，但连接通道部60的底面与连接管30的内底面的连接部也可以存在阶梯差。
符号说明
1-制冷剂，2-外部流体，10-沸腾部，11-内部空间，12-受热面，14-侧面，15-内底面，20-冷凝部，21、21a、21b-制冷剂通道，23-第1外部通道，24-第2外部通道，26-侧面，30-连接管，100-制冷机(沸腾式制冷机)，H11-第1外部通道的高度尺寸，H12-第2外部通道的高度尺寸，He-液面高度(规定高度)，hr1-沸腾部的内部空间的高度方向的形成范围，hr3-最下层的制冷剂通道的高度方向的形成范围，HS-发热源。
