JP2005019904A - 冷却装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】発熱体の発熱温度分布に対応して吸熱し冷却することが可能で、ピーク値のある温度分布を有する発熱体に対して熱交換性能を向上させる。
【解決手段】半導体装置２に熱結合されて熱交換室１２で冷媒に吸熱させる吸熱器１と、吸熱器１から冷媒を導いて放熱させる放熱器と、放熱器で放熱された冷媒を吸熱器１に移送する第１冷媒移送管５と、前記吸熱器で吸熱された冷媒を放熱器に移送する第２冷媒移送管６と、第１冷媒移送管５に設けられた冷媒ポンプとを具備した冷却装置であって、吸熱器１の一端側に第１冷媒移送管５を接続して熱交換室１２に冷媒入口１３を開口するとともに、他端側に第２冷媒移送管６を接続して熱交換室１２に冷媒出口１４を開口し、熱交換室１２の底部伝熱面に、半導体装置２の高発熱部２ａに対応する中央部を通過するガイド溝１５を形成し、冷媒入口１３から流入された冷媒を前記中央部に案内するように構成した。
【選択図】 図１
【解決手段】半導体装置２に熱結合されて熱交換室１２で冷媒に吸熱させる吸熱器１と、吸熱器１から冷媒を導いて放熱させる放熱器と、放熱器で放熱された冷媒を吸熱器１に移送する第１冷媒移送管５と、前記吸熱器で吸熱された冷媒を放熱器に移送する第２冷媒移送管６と、第１冷媒移送管５に設けられた冷媒ポンプとを具備した冷却装置であって、吸熱器１の一端側に第１冷媒移送管５を接続して熱交換室１２に冷媒入口１３を開口するとともに、他端側に第２冷媒移送管６を接続して熱交換室１２に冷媒出口１４を開口し、熱交換室１２の底部伝熱面に、半導体装置２の高発熱部２ａに対応する中央部を通過するガイド溝１５を形成し、冷媒入口１３から流入された冷媒を前記中央部に案内するように構成した。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば電子機器に搭載されて高温となる発熱体、たとえばＭＰＵやＣＰＵなどの半導体装置を放熱させるための冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば特許文献１には、ノートパソコンなどのパーソナルコンピュータに組み込まれ、半導体装置などの発熱体から放熱させるための冷却装置が開示されている。
【０００３】
この冷却装置において、ＣＰＵなどの発熱体に伝熱パッドを介して取り付けられた吸熱部は、蓋により閉鎖された有底状の筐体の一端側に冷媒入口が形成され、他端側に冷媒出口が形成されたものである。液体冷媒が流送される筐体内の吸熱空間は、一定の厚みを有する矩形平板状に形成されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３１４２７９号公報（図３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体装置は近年小型化が進み中央部に主要な機能部が収められていることから、周辺部に比較して中央部の発熱量が多い。上記従来の吸熱器では、吸熱空間が一定の厚みを有する矩形平板状に形成されているため、熱交換室の中央部がピークとなる温度分布が生じており、冷却効率が低いという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決して、発熱体の発熱温度分布に対応して吸熱し冷却することが可能で、ピークのある温度分布を有する発熱体に対する熱交換性能を向上させることができる冷却装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、発熱体に熱結合されて熱交換室で冷媒に吸熱させる吸熱器と、前記吸熱器から冷媒を導いて放熱させる放熱器と、前記放熱器で放熱された冷媒を吸熱器に移送する第１冷媒移送管と、前記吸熱器で吸熱された冷媒を放熱器に移送する第２冷媒移送管と、第１冷媒移送管に設けられた冷媒ポンプとを具備した冷却装置であって、前記吸熱器の一端側に第１冷媒移送管を接続して熱交換室に冷媒入口を開口するとともに、他端側に第２冷媒移送管を接続して熱交換室に冷媒出口を開口し、前記熱交換室の底部で発熱体の高発熱部に対応する伝熱面の部位に、冷媒入口から流入された冷媒を案内するガイド溝を形成したものである。
【０００８】
上記構成によれば、ガイド口から流入した冷媒が、ガイド溝を介して発熱体の高発熱部に対応する伝熱面の部位を通過するので、発熱体の高発熱部を中心に効果的に吸熱冷却して、発熱体の発熱温度分布に応じて冷却して、熱交換室内の温度分布を均一にすることができ、ピークのある温度分布の発熱体に対する熱交換性能を向上させることができる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、発熱体に熱結合されて熱交換室で冷媒に吸熱させる吸熱器と、前記吸熱器から冷媒を導いて放熱させる放熱器と、前記放熱器で放熱された冷媒を吸熱器に移送する第１冷媒移送管と、前記吸熱器で吸熱された冷媒を放熱器に移送する第２冷媒移送管と、第１冷媒移送管に設けられた冷媒ポンプとを具備した冷却装置であって、前記吸熱器の一端側に第１冷媒移送管を接続して熱交換室に冷媒入口を開口するとともに、他端側に第２冷媒移送管を接続して熱交換室に冷媒出口を開口し、前記発熱体に熱結合された伝熱室の底部伝熱面を凹状に形成して、その最深部を発熱体の高発熱部に対応する部位に配置したものである。
【００１０】
上記構成によれば、発熱体の高発熱部に対応する部位を熱交換室の凹状伝熱面の最深部とすることにより、冷媒を発熱体の高発熱部に対応する部位に集中させることができ、これにより発熱体の高発熱部を中心に効果的に吸熱冷却して、発熱体の発熱温度分布に対応して冷却して、熱交換室内の温度分布を均一にすることができ、ピークのある温度分布の発熱体に対する熱交換性能を向上させることができる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、発熱体に熱結合されて熱交換室で冷媒に吸熱させる吸熱器と、この吸熱器から冷媒を導いて放熱させる放熱器と、前記放熱器で放熱された冷媒を吸熱器に移送する第１冷媒移送管と、前記吸熱器で吸熱された冷媒を放熱器に移送する第２冷媒移送管と、第１冷媒移送管に設けられた冷媒ポンプとを具備した冷却装置であって、前記吸熱器の一端側に第１冷媒移送管を接続して熱交換室に冷媒入口を開口するとともに、他端側に第２冷媒移送管を接続して熱交換室に冷媒出口を開口し、前記熱交換室内に、冷媒入口から流入した冷媒を、発熱体の高発熱部に対応する伝熱面の部位に案内するガイドフィンを設けたものである。
【００１２】
上記構成によれば、ガイドフィンにより、冷媒入口から流入した冷媒を発熱体の高発熱部に対応する伝熱面の部位に集中して案内することができ、これにより発熱体の高発熱部を中心に効果的に吸熱冷却して、発熱体の発熱温度分布に対応して冷却して、熱交換室内の温度分布を均一にすることができ、ピークのある温度分布の発熱体に対する熱交換性能を向上させることができる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、放熱器からの冷媒を冷媒ポンプにより、発熱部に対応して配置された吸熱器に送り、該吸熱器で発熱部からの熱を吸収して冷媒をの少なくとも一部を蒸発させ、この冷媒を放熱器に戻して冷却させ凝縮させる冷却装置であって、発熱体に熱結合されて熱交換室で冷媒に吸熱させる吸熱器と、この吸熱器から冷媒を導いて放熱させる放熱器と、前記放熱器で放熱された冷媒を吸熱器に移送する第１冷媒移送管と、前記吸熱器で吸熱された冷媒を放熱器に移送する第２冷媒移送管と、第１冷媒移送管に設けられた冷媒ポンプとを具備した冷却装置であって、前記吸熱器に第１冷媒移送管を接続して熱交換室に冷媒入口を開口するとともに、第２冷媒移送管を接続して熱交換室に冷媒出口を開口し、少なくとも冷媒入口を、発熱体の高発熱部に対応する伝熱面の部位に冷媒を吹き付け可能な位置に設けたものである。
【００１４】
上記構成によれば、冷媒入口から冷媒を、発熱体の高発熱部に対応する伝熱面の部位に冷媒を吹き付けることにより、発熱体の高発熱部を中心に効果的に吸熱冷却して、発熱体の発熱温度分布に対応して冷却でき、ピークのある温度分布の発熱体に対する熱交換性能を向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係る冷却装置の実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。
【００１６】
この冷却装置は、図５，図６に示すように、回路基板９上の発熱体であるＣＰＵやＭＰＵなどの半導体装置２に伝熱パッド（伝熱部材）３を介して密着して取り付けられ熱結合されて冷媒液に吸熱させる吸熱器１と、この吸熱器２から吸熱後の冷媒蒸気（以下、冷媒液と冷媒蒸気の混相流を含むものとする）を導入して放熱させる放熱器４と、前記放熱器４にて冷却凝縮された冷媒液を吸熱器１に移送する第１冷媒移送管５と、吸熱器１で加熱蒸発された冷媒蒸気を放熱器４に移送する第２冷媒移送管６と、第１冷媒移送管５の途中に介在された冷媒ポンプ７とが具備されている。
【００１７】
そして、冷媒ポンプ７により、放熱器４で放熱凝縮された冷媒液が第１冷媒移送管５を介して吸熱器１に移送され、吸熱器１で半導体装置２の熱が吸収されて冷媒液が加熱蒸発される。そして吸熱後の冷媒蒸気が第２冷媒移送管６を介して放熱器４に移送され、放熱器４では、冷媒蒸気がフィン付き冷却パイプに導入されて、冷却用ファン装置８による冷却風により放熱されて凝縮される。このように吸熱器１→第２冷媒移送管６→放熱器４→第１冷媒移送管６→（冷媒ポンプ７）からなる冷媒の閉回路の循環サイクルが構成され、吸熱器１と放熱器４とでそれぞれ冷媒の蒸発と凝縮の潜熱作用により熱交換するもので、冷媒は空気と非接触の状態に構成されている。
【００１８】
（吸熱器の第１実施例）
前記吸熱器１は、図１〜図３に示すように、平板状直方体の吸熱器本体１１内に熱交換室１２が形成されており、吸熱器本体１１の一端側に第１冷媒移送管５が接続されて熱交換室１２に冷媒入口１３が開口され、他端側に第２冷媒移送管６が接続されて熱交換室１２に冷媒出口１４が形成され、これら冷媒入口１３と冷媒出口１４は、それぞれ幅方向の中央部で冷媒の流れ方向に沿う流送軸Ｏ上に配置されている。
【００１９】
前記熱交換室１２は、半導体装置２に伝熱パッド３を介して密着された底部伝熱面に、冷媒入口１３から流入した冷媒液を案内する矩形断面のガイド溝１５が、冷媒入口１３から冷媒出口１４まで流送軸Ｏに沿って連続して形成されている。前記半導体装置２は中央に高発熱部２ｈがあり、この高発熱部２ｈに対応する熱交換室１２の伝熱面の中央部１２ｈを通過するようにガイド溝１５が形成されている。
【００２０】
上記構成によれば、吸熱器１の熱交換室１２で、冷媒液が冷媒入口１３から流入してガイド溝１５に案内され、このガイド溝１５により多くの冷媒液が、半導体装置２の高発熱部２ｈに対応する伝熱面の中央部１２ｈを通過することにより、半導体装置２からの発熱を、高発熱部２ｈを中心に吸熱して効果的に冷却することができる。これにより、熱交換室１２における伝熱面の熱分布を均一化できて、中央部２ｈにピークのある温度分布の半導体装置２に対して、熱交換性能を向上させることができる。
【００２１】
（吸熱器の第２の実施例）
本発明の冷却装置に採用される吸熱器の第２実施例を図６〜図８を参照して説明する。なお、第１の実施の形態で説明した部材と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００２２】
半導体装置２に伝熱パッド３を介して密着された熱交換室１２底部の伝熱面にガイド溝２１が形成されており、このガイド溝２１は、熱交換室１２の伝熱面の全幅にわたる鈍角の逆三角形（鈍角のＶ字形）断面で、冷媒入口１３から冷媒出口１４まで流送軸Ｏに沿って連続して形成され、冷媒入口１３から流入した冷媒液を冷媒出口１４に向かって案内するように構成されている。前記半導体装置２は中央部に高発熱部２ｈがあり、この高発熱部２ｈに対応する熱交換室１２の伝熱面の中央部１２ｈを通過するようにガイド溝２１が形成されている。
【００２３】
上記構成によれば、前記ガイド溝２１により第１の実施例と同一の作用効果を奏することができる。
（吸熱器の第３の実施例）
本発明の冷却装置に採用される吸熱器の第３実施例を図９〜図１１を参照して説明する。なお、第１の実施の形態で説明した部材と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００２４】
半導体装置２に伝熱パッド３を介して密着された熱交換室１２底部の伝熱面は、冷媒入口１３および冷媒出口１４から熱交換室１２の中央部下方に向かってそれぞれ傾斜されるとともに、左右の側面下辺部から熱交換室１２の中央部下方に向かってそれぞれ傾斜されることにより、半導体装置２中央部の高発熱部２ｈに対応する伝熱面の中央部に最深部３１ａを有する凹状ガイド面（凹状）３１に構成されている。これにより熱交換室１２で流送軸Ｏに直交する横断面が、冷媒入口１３から中央部まで漸次拡大されるとともに、中央部から冷媒出口１４まで漸次縮小されることで、多量の冷媒を、半導体装置２の高発熱部２ｈに対応する熱交換室１２の伝熱面の中央部１２ｈに集中させることができ、より効果的に吸熱冷却することができる。
【００２５】
上記構成によれば、冷媒入口１３から熱交換室１２に流入した冷媒液は、凹状ガイド面３１に案内されて中央凹部３１ａに集中して流入させることができる。したがって、冷媒液により半導体装置２の高発熱部２ｈを中心に吸熱して半導体装置２を効果的に冷却することができ、中央にピークのある温度分布の半導体装置２に対して、熱交換性能を向上させることができる。
【００２６】
なお、上記実施の形態では、凹状ガイド面３１を逆四角錐状に形成したが、逆円錐状や段付き凹部状に形成してもよく、またその伝熱面を傾斜平面以外に、河岸段丘状や溝付き面に形成することもできる。
【００２７】
（吸熱器の第４の実施例）
本発明の冷却装置に採用される吸熱器の第４実施例を図１２〜図１３を参照して説明する。なお、第１の実施の形態で説明した部材と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００２８】
熱交換室１２の冷媒出口１３近傍で左右両側には、半導体装置２の高発熱部２ｈに対応する熱交換室１２底部の伝熱面中央部に２枚のガイドフィン４１が底部から天部にわたって設置されている。これらガイドフィン４１は、上流側左右外側から下流側中央部に傾斜する板状体からなり、冷媒入口から流入された冷媒液を、半導体装置２の高発熱部２ｈに対応する熱交換室１２の伝熱面中央部１２ｈに集中して案内するように構成されている。
【００２９】
上記構成によれば、冷媒入口１３から熱交換室１２に流入した冷媒液は、ガイドフィン４１により案内されて伝熱面中央部に集中して流入させることができる。したがって、冷媒液により半導体装置２の高発熱部２ｈを中心に吸熱して半導体装置２を効果的に冷却することができ、熱交換室１２における伝熱面の熱分布を均一化でき、中央にピークのある温度分布を有する半導体装置２に対して熱交換性能を向上させることができる。
【００３０】
（吸熱器の第５の実施例）
本発明の冷却装置に採用される第５実施例を図１４〜図１５を参照して説明する。なお、第１の実施の形態で説明した部材と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００３１】
前記吸熱器１は、矩形平板状の吸熱器本体５１内に矩形平板状の熱交換室５２が形成され、吸熱器本体５１の天部５１ａの中心位置に冷媒移送用二重管５３が接続されて開口されている。この冷媒移送用二重管５３は、中心部に第１冷媒移送管５が接続された移送内管５３ａが配置されて熱交換室１２に冷媒入口５４が開口され、この移送内管５３ａに一定の流路空間をあけて、第２冷媒移送管６が接続された移送外管５３ｂが同心状に外嵌されて熱交換室１２に冷媒出口５５が開口されている。この冷媒出口５５は、移送内管５３ａの先端部が移送外管５３ｂより内側に突出されていることから、冷媒入口５４の周囲上方部に開口されることになる。
【００３２】
半導体装置２に密着された熱交換室５２の底部５１ｂで熱交換室５２の伝熱面には、平面視で波形状の多数の伝熱促進用で三角形断面の溝５８が互いに平行に同一ピッチで形成された伝熱促進部５７が設けられており、冷媒入口５４から吹き付けられた冷媒液を拡散させるとともに、伝熱面積を拡大して冷媒液への伝熱効果を高めている。また、冷媒入口１３は、半導体装置２の高発熱部２ｈに対応する伝熱面中央部５２ｈの直上部に開口されて、半導体装置２の高発熱部２ｈに集中して冷媒を吹き付けるように構成されている。
【００３３】
したがって、移送内管５３ａから移送された冷媒液は、冷媒入口５４から噴出されて伝熱面中央部の伝熱促進部５７で高発熱部２ｈの対応部位に略直角方向から吹き付けられ、衝突して周囲に拡散され四方八方に分散されるとともに、伝熱促進用の溝５８表面に冷媒液が接触されて吸熱蒸発される。さらに吸熱後の冷媒蒸気は熱交換室５２の外周側から迂回されて冷媒出口５５から移送外管５３ｂに排出される。
【００３４】
上記構成によれば、放熱器４から吸熱器１に冷媒液を移送する第１冷媒移送管５３ａと、吸熱器１から放熱器４に冷媒蒸気を移送する第２冷媒移送管５３ｂとを同心状に一体化した冷媒移送用二重管５３を使用することで、半導体装置２の周辺の配管をコンパクト化することができ、設計の自由度を向上させることができる。またこの冷媒移送用二重管５３を熱交換室５２の天部５１ａに接続して冷媒入口５４を開口させ、伝熱促進部５７に冷媒液を噴流状態で吹き付けるように構成したので、衝突後の攪拌分散効果により、沸騰現象による気泡の形成を促進させることができる。また伝熱促進部５７の溝５６により伝熱面積が増大されることにより、吸熱器１における放熱性能の向上を図り、冷媒液への伝熱効果を高め、ピークのある温度分布を有する半導体装置２に対する熱交換性能を向上させることができる。さらにまた、半導体装置２の高発熱部２ｈに対応する伝熱促進部５８の伝熱面中央部に、冷媒液を吹き付けて、半導体装置２の高発熱部２ｈをより効果的に冷却して伝熱促進部５７における温度分布の均一化を図り、効率良く半導体装置２を冷却することができる。
【００３５】
なお、上記構成で冷媒移送用二重管５３を採用したが、第１冷媒移送管５のみを天部５１ａに接続して冷媒入口５４を開口させ、第２冷媒移送管６を他の部分に接続して冷媒出口を他の位置に開口させた構成であってもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上に述べたごとく請求項１記載の発明によれば、発熱体の高発熱部に対応する部位を熱交換室の凹状伝熱面の最深部とすることにより、冷媒を発熱体の高発熱部に対応する部位に集中させることができ、これにより発熱体の高発熱部を中心に効果的に吸熱冷却して、発熱体の発熱温度分布に対応して冷却して、熱交換室内の温度分布を均一にすることができ、ピークのある温度分布の発熱体に対する熱交換性能を向上させることができる。
【００３７】
請求項２記載の発明によれば、発熱体の高発熱部に対応する部位の熱交換室の横断面を、他の部位より大きくすることにより、冷媒を発熱体の高発熱部に対応する部位に集中させることができ、これにより発熱体の高発熱部を中心に効果的に吸熱冷却して、発熱体の発熱温度分布に対応して冷却して、熱交換室内の温度分布を均一にすることができ、ピークのある温度分布の発熱体に対する熱交換性能を向上させることができる。
【００３８】
請求項３記載の発明によれば、ガイドフィンにより、冷媒入口から流入した冷媒を発熱体の高発熱部に対応する伝熱面の部位に集中して案内することができ、これにより発熱体の高発熱部を中心に効果的に吸熱冷却して、発熱体の発熱温度分布に対応して冷却して、熱交換室内の温度分布を均一にすることができ、ピークのある温度分布の発熱体に対する熱交換性能を向上させることができる。
【００３９】
請求項４記載の発明によれば、冷媒入口から冷媒を、発熱体の高発熱部に対応する伝熱面の部位に冷媒を吹き付けることにより、発熱体の高発熱部を中心に効果的に吸熱冷却して、発熱体の発熱温度分布に対応して冷却でき、ピークのある温度分布の発熱体に対する熱交換性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷却装置の実施の形態における吸熱器の第１の実施例を示す平面断面図である。
【図２】同吸熱器の中央縦断面図である。
【図３】図１に示すＡ−Ａ断面図である。
【図４】同冷却装置の全体構成図である。
【図５】同半導体装置と吸熱器の分解斜視図である。
【図６】同吸熱器の第２の実施例を示す平面断面図である。
【図７】同吸熱器の中央縦断面図である。
【図８】図６に示すＢ−Ｂ断面図である。
【図９】同吸熱器の第３の実施例を示す平面断面図である。
【図１０】同吸熱器の中央縦断面図である。
【図１１】図９に示すＣ−Ｃ断面図である。
【図１２】同吸熱器の第４の実施例を示す平面断面図である。
【図１３】同吸熱器の中央縦断面図である。
【図１４】同吸熱器の第５の実施例を示す中央縦断面図である。
【図１５】同吸熱器の平面断面図である。
【図１６】同吸熱器を採用した冷却装置の構成図である。
【符号の説明】
Ｏ 流送軸
１ 吸熱器
２ 半導体装置
２ｈ 高発熱部
４ 放熱器
５ 第１冷媒移送管
６ 第２冷媒移送管
７ 冷媒ポンプ
８ 冷却用ファン装置
１１ 吸熱器本体
１２ 熱交換室
１２ｈ 伝熱面中央部
１３ 冷媒入口
１４ 冷媒出口
１５ ガイド溝
２１ ガイド溝
３１ 凹状ガイド面
３１ａ 最深部
４１ ガイドフィン
５１ 吸熱器本体
５１ａ 天部
５１ｂ 底部
５３ 冷媒移送用二重管
５３ａ 第１冷媒移送管
５３ｂ 第２冷媒移送管
５４ 冷媒入口
５５ 冷媒出口
５６ 伝熱促進用の溝
５７ 伝熱促進部
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば電子機器に搭載されて高温となる発熱体、たとえばＭＰＵやＣＰＵなどの半導体装置を放熱させるための冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば特許文献１には、ノートパソコンなどのパーソナルコンピュータに組み込まれ、半導体装置などの発熱体から放熱させるための冷却装置が開示されている。
【０００３】
この冷却装置において、ＣＰＵなどの発熱体に伝熱パッドを介して取り付けられた吸熱部は、蓋により閉鎖された有底状の筐体の一端側に冷媒入口が形成され、他端側に冷媒出口が形成されたものである。液体冷媒が流送される筐体内の吸熱空間は、一定の厚みを有する矩形平板状に形成されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３１４２７９号公報（図３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体装置は近年小型化が進み中央部に主要な機能部が収められていることから、周辺部に比較して中央部の発熱量が多い。上記従来の吸熱器では、吸熱空間が一定の厚みを有する矩形平板状に形成されているため、熱交換室の中央部がピークとなる温度分布が生じており、冷却効率が低いという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決して、発熱体の発熱温度分布に対応して吸熱し冷却することが可能で、ピークのある温度分布を有する発熱体に対する熱交換性能を向上させることができる冷却装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、発熱体に熱結合されて熱交換室で冷媒に吸熱させる吸熱器と、前記吸熱器から冷媒を導いて放熱させる放熱器と、前記放熱器で放熱された冷媒を吸熱器に移送する第１冷媒移送管と、前記吸熱器で吸熱された冷媒を放熱器に移送する第２冷媒移送管と、第１冷媒移送管に設けられた冷媒ポンプとを具備した冷却装置であって、前記吸熱器の一端側に第１冷媒移送管を接続して熱交換室に冷媒入口を開口するとともに、他端側に第２冷媒移送管を接続して熱交換室に冷媒出口を開口し、前記熱交換室の底部で発熱体の高発熱部に対応する伝熱面の部位に、冷媒入口から流入された冷媒を案内するガイド溝を形成したものである。
【０００８】
上記構成によれば、ガイド口から流入した冷媒が、ガイド溝を介して発熱体の高発熱部に対応する伝熱面の部位を通過するので、発熱体の高発熱部を中心に効果的に吸熱冷却して、発熱体の発熱温度分布に応じて冷却して、熱交換室内の温度分布を均一にすることができ、ピークのある温度分布の発熱体に対する熱交換性能を向上させることができる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、発熱体に熱結合されて熱交換室で冷媒に吸熱させる吸熱器と、前記吸熱器から冷媒を導いて放熱させる放熱器と、前記放熱器で放熱された冷媒を吸熱器に移送する第１冷媒移送管と、前記吸熱器で吸熱された冷媒を放熱器に移送する第２冷媒移送管と、第１冷媒移送管に設けられた冷媒ポンプとを具備した冷却装置であって、前記吸熱器の一端側に第１冷媒移送管を接続して熱交換室に冷媒入口を開口するとともに、他端側に第２冷媒移送管を接続して熱交換室に冷媒出口を開口し、前記発熱体に熱結合された伝熱室の底部伝熱面を凹状に形成して、その最深部を発熱体の高発熱部に対応する部位に配置したものである。
【００１０】
上記構成によれば、発熱体の高発熱部に対応する部位を熱交換室の凹状伝熱面の最深部とすることにより、冷媒を発熱体の高発熱部に対応する部位に集中させることができ、これにより発熱体の高発熱部を中心に効果的に吸熱冷却して、発熱体の発熱温度分布に対応して冷却して、熱交換室内の温度分布を均一にすることができ、ピークのある温度分布の発熱体に対する熱交換性能を向上させることができる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、発熱体に熱結合されて熱交換室で冷媒に吸熱させる吸熱器と、この吸熱器から冷媒を導いて放熱させる放熱器と、前記放熱器で放熱された冷媒を吸熱器に移送する第１冷媒移送管と、前記吸熱器で吸熱された冷媒を放熱器に移送する第２冷媒移送管と、第１冷媒移送管に設けられた冷媒ポンプとを具備した冷却装置であって、前記吸熱器の一端側に第１冷媒移送管を接続して熱交換室に冷媒入口を開口するとともに、他端側に第２冷媒移送管を接続して熱交換室に冷媒出口を開口し、前記熱交換室内に、冷媒入口から流入した冷媒を、発熱体の高発熱部に対応する伝熱面の部位に案内するガイドフィンを設けたものである。
【００１２】
上記構成によれば、ガイドフィンにより、冷媒入口から流入した冷媒を発熱体の高発熱部に対応する伝熱面の部位に集中して案内することができ、これにより発熱体の高発熱部を中心に効果的に吸熱冷却して、発熱体の発熱温度分布に対応して冷却して、熱交換室内の温度分布を均一にすることができ、ピークのある温度分布の発熱体に対する熱交換性能を向上させることができる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、放熱器からの冷媒を冷媒ポンプにより、発熱部に対応して配置された吸熱器に送り、該吸熱器で発熱部からの熱を吸収して冷媒をの少なくとも一部を蒸発させ、この冷媒を放熱器に戻して冷却させ凝縮させる冷却装置であって、発熱体に熱結合されて熱交換室で冷媒に吸熱させる吸熱器と、この吸熱器から冷媒を導いて放熱させる放熱器と、前記放熱器で放熱された冷媒を吸熱器に移送する第１冷媒移送管と、前記吸熱器で吸熱された冷媒を放熱器に移送する第２冷媒移送管と、第１冷媒移送管に設けられた冷媒ポンプとを具備した冷却装置であって、前記吸熱器に第１冷媒移送管を接続して熱交換室に冷媒入口を開口するとともに、第２冷媒移送管を接続して熱交換室に冷媒出口を開口し、少なくとも冷媒入口を、発熱体の高発熱部に対応する伝熱面の部位に冷媒を吹き付け可能な位置に設けたものである。
【００１４】
上記構成によれば、冷媒入口から冷媒を、発熱体の高発熱部に対応する伝熱面の部位に冷媒を吹き付けることにより、発熱体の高発熱部を中心に効果的に吸熱冷却して、発熱体の発熱温度分布に対応して冷却でき、ピークのある温度分布の発熱体に対する熱交換性能を向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係る冷却装置の実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。
【００１６】
この冷却装置は、図５，図６に示すように、回路基板９上の発熱体であるＣＰＵやＭＰＵなどの半導体装置２に伝熱パッド（伝熱部材）３を介して密着して取り付けられ熱結合されて冷媒液に吸熱させる吸熱器１と、この吸熱器２から吸熱後の冷媒蒸気（以下、冷媒液と冷媒蒸気の混相流を含むものとする）を導入して放熱させる放熱器４と、前記放熱器４にて冷却凝縮された冷媒液を吸熱器１に移送する第１冷媒移送管５と、吸熱器１で加熱蒸発された冷媒蒸気を放熱器４に移送する第２冷媒移送管６と、第１冷媒移送管５の途中に介在された冷媒ポンプ７とが具備されている。
【００１７】
そして、冷媒ポンプ７により、放熱器４で放熱凝縮された冷媒液が第１冷媒移送管５を介して吸熱器１に移送され、吸熱器１で半導体装置２の熱が吸収されて冷媒液が加熱蒸発される。そして吸熱後の冷媒蒸気が第２冷媒移送管６を介して放熱器４に移送され、放熱器４では、冷媒蒸気がフィン付き冷却パイプに導入されて、冷却用ファン装置８による冷却風により放熱されて凝縮される。このように吸熱器１→第２冷媒移送管６→放熱器４→第１冷媒移送管６→（冷媒ポンプ７）からなる冷媒の閉回路の循環サイクルが構成され、吸熱器１と放熱器４とでそれぞれ冷媒の蒸発と凝縮の潜熱作用により熱交換するもので、冷媒は空気と非接触の状態に構成されている。
【００１８】
（吸熱器の第１実施例）
前記吸熱器１は、図１〜図３に示すように、平板状直方体の吸熱器本体１１内に熱交換室１２が形成されており、吸熱器本体１１の一端側に第１冷媒移送管５が接続されて熱交換室１２に冷媒入口１３が開口され、他端側に第２冷媒移送管６が接続されて熱交換室１２に冷媒出口１４が形成され、これら冷媒入口１３と冷媒出口１４は、それぞれ幅方向の中央部で冷媒の流れ方向に沿う流送軸Ｏ上に配置されている。
【００１９】
前記熱交換室１２は、半導体装置２に伝熱パッド３を介して密着された底部伝熱面に、冷媒入口１３から流入した冷媒液を案内する矩形断面のガイド溝１５が、冷媒入口１３から冷媒出口１４まで流送軸Ｏに沿って連続して形成されている。前記半導体装置２は中央に高発熱部２ｈがあり、この高発熱部２ｈに対応する熱交換室１２の伝熱面の中央部１２ｈを通過するようにガイド溝１５が形成されている。
【００２０】
上記構成によれば、吸熱器１の熱交換室１２で、冷媒液が冷媒入口１３から流入してガイド溝１５に案内され、このガイド溝１５により多くの冷媒液が、半導体装置２の高発熱部２ｈに対応する伝熱面の中央部１２ｈを通過することにより、半導体装置２からの発熱を、高発熱部２ｈを中心に吸熱して効果的に冷却することができる。これにより、熱交換室１２における伝熱面の熱分布を均一化できて、中央部２ｈにピークのある温度分布の半導体装置２に対して、熱交換性能を向上させることができる。
【００２１】
（吸熱器の第２の実施例）
本発明の冷却装置に採用される吸熱器の第２実施例を図６〜図８を参照して説明する。なお、第１の実施の形態で説明した部材と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００２２】
半導体装置２に伝熱パッド３を介して密着された熱交換室１２底部の伝熱面にガイド溝２１が形成されており、このガイド溝２１は、熱交換室１２の伝熱面の全幅にわたる鈍角の逆三角形（鈍角のＶ字形）断面で、冷媒入口１３から冷媒出口１４まで流送軸Ｏに沿って連続して形成され、冷媒入口１３から流入した冷媒液を冷媒出口１４に向かって案内するように構成されている。前記半導体装置２は中央部に高発熱部２ｈがあり、この高発熱部２ｈに対応する熱交換室１２の伝熱面の中央部１２ｈを通過するようにガイド溝２１が形成されている。
【００２３】
上記構成によれば、前記ガイド溝２１により第１の実施例と同一の作用効果を奏することができる。
（吸熱器の第３の実施例）
本発明の冷却装置に採用される吸熱器の第３実施例を図９〜図１１を参照して説明する。なお、第１の実施の形態で説明した部材と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００２４】
半導体装置２に伝熱パッド３を介して密着された熱交換室１２底部の伝熱面は、冷媒入口１３および冷媒出口１４から熱交換室１２の中央部下方に向かってそれぞれ傾斜されるとともに、左右の側面下辺部から熱交換室１２の中央部下方に向かってそれぞれ傾斜されることにより、半導体装置２中央部の高発熱部２ｈに対応する伝熱面の中央部に最深部３１ａを有する凹状ガイド面（凹状）３１に構成されている。これにより熱交換室１２で流送軸Ｏに直交する横断面が、冷媒入口１３から中央部まで漸次拡大されるとともに、中央部から冷媒出口１４まで漸次縮小されることで、多量の冷媒を、半導体装置２の高発熱部２ｈに対応する熱交換室１２の伝熱面の中央部１２ｈに集中させることができ、より効果的に吸熱冷却することができる。
【００２５】
上記構成によれば、冷媒入口１３から熱交換室１２に流入した冷媒液は、凹状ガイド面３１に案内されて中央凹部３１ａに集中して流入させることができる。したがって、冷媒液により半導体装置２の高発熱部２ｈを中心に吸熱して半導体装置２を効果的に冷却することができ、中央にピークのある温度分布の半導体装置２に対して、熱交換性能を向上させることができる。
【００２６】
なお、上記実施の形態では、凹状ガイド面３１を逆四角錐状に形成したが、逆円錐状や段付き凹部状に形成してもよく、またその伝熱面を傾斜平面以外に、河岸段丘状や溝付き面に形成することもできる。
【００２７】
（吸熱器の第４の実施例）
本発明の冷却装置に採用される吸熱器の第４実施例を図１２〜図１３を参照して説明する。なお、第１の実施の形態で説明した部材と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００２８】
熱交換室１２の冷媒出口１３近傍で左右両側には、半導体装置２の高発熱部２ｈに対応する熱交換室１２底部の伝熱面中央部に２枚のガイドフィン４１が底部から天部にわたって設置されている。これらガイドフィン４１は、上流側左右外側から下流側中央部に傾斜する板状体からなり、冷媒入口から流入された冷媒液を、半導体装置２の高発熱部２ｈに対応する熱交換室１２の伝熱面中央部１２ｈに集中して案内するように構成されている。
【００２９】
上記構成によれば、冷媒入口１３から熱交換室１２に流入した冷媒液は、ガイドフィン４１により案内されて伝熱面中央部に集中して流入させることができる。したがって、冷媒液により半導体装置２の高発熱部２ｈを中心に吸熱して半導体装置２を効果的に冷却することができ、熱交換室１２における伝熱面の熱分布を均一化でき、中央にピークのある温度分布を有する半導体装置２に対して熱交換性能を向上させることができる。
【００３０】
（吸熱器の第５の実施例）
本発明の冷却装置に採用される第５実施例を図１４〜図１５を参照して説明する。なお、第１の実施の形態で説明した部材と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００３１】
前記吸熱器１は、矩形平板状の吸熱器本体５１内に矩形平板状の熱交換室５２が形成され、吸熱器本体５１の天部５１ａの中心位置に冷媒移送用二重管５３が接続されて開口されている。この冷媒移送用二重管５３は、中心部に第１冷媒移送管５が接続された移送内管５３ａが配置されて熱交換室１２に冷媒入口５４が開口され、この移送内管５３ａに一定の流路空間をあけて、第２冷媒移送管６が接続された移送外管５３ｂが同心状に外嵌されて熱交換室１２に冷媒出口５５が開口されている。この冷媒出口５５は、移送内管５３ａの先端部が移送外管５３ｂより内側に突出されていることから、冷媒入口５４の周囲上方部に開口されることになる。
【００３２】
半導体装置２に密着された熱交換室５２の底部５１ｂで熱交換室５２の伝熱面には、平面視で波形状の多数の伝熱促進用で三角形断面の溝５８が互いに平行に同一ピッチで形成された伝熱促進部５７が設けられており、冷媒入口５４から吹き付けられた冷媒液を拡散させるとともに、伝熱面積を拡大して冷媒液への伝熱効果を高めている。また、冷媒入口１３は、半導体装置２の高発熱部２ｈに対応する伝熱面中央部５２ｈの直上部に開口されて、半導体装置２の高発熱部２ｈに集中して冷媒を吹き付けるように構成されている。
【００３３】
したがって、移送内管５３ａから移送された冷媒液は、冷媒入口５４から噴出されて伝熱面中央部の伝熱促進部５７で高発熱部２ｈの対応部位に略直角方向から吹き付けられ、衝突して周囲に拡散され四方八方に分散されるとともに、伝熱促進用の溝５８表面に冷媒液が接触されて吸熱蒸発される。さらに吸熱後の冷媒蒸気は熱交換室５２の外周側から迂回されて冷媒出口５５から移送外管５３ｂに排出される。
【００３４】
上記構成によれば、放熱器４から吸熱器１に冷媒液を移送する第１冷媒移送管５３ａと、吸熱器１から放熱器４に冷媒蒸気を移送する第２冷媒移送管５３ｂとを同心状に一体化した冷媒移送用二重管５３を使用することで、半導体装置２の周辺の配管をコンパクト化することができ、設計の自由度を向上させることができる。またこの冷媒移送用二重管５３を熱交換室５２の天部５１ａに接続して冷媒入口５４を開口させ、伝熱促進部５７に冷媒液を噴流状態で吹き付けるように構成したので、衝突後の攪拌分散効果により、沸騰現象による気泡の形成を促進させることができる。また伝熱促進部５７の溝５６により伝熱面積が増大されることにより、吸熱器１における放熱性能の向上を図り、冷媒液への伝熱効果を高め、ピークのある温度分布を有する半導体装置２に対する熱交換性能を向上させることができる。さらにまた、半導体装置２の高発熱部２ｈに対応する伝熱促進部５８の伝熱面中央部に、冷媒液を吹き付けて、半導体装置２の高発熱部２ｈをより効果的に冷却して伝熱促進部５７における温度分布の均一化を図り、効率良く半導体装置２を冷却することができる。
【００３５】
なお、上記構成で冷媒移送用二重管５３を採用したが、第１冷媒移送管５のみを天部５１ａに接続して冷媒入口５４を開口させ、第２冷媒移送管６を他の部分に接続して冷媒出口を他の位置に開口させた構成であってもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上に述べたごとく請求項１記載の発明によれば、発熱体の高発熱部に対応する部位を熱交換室の凹状伝熱面の最深部とすることにより、冷媒を発熱体の高発熱部に対応する部位に集中させることができ、これにより発熱体の高発熱部を中心に効果的に吸熱冷却して、発熱体の発熱温度分布に対応して冷却して、熱交換室内の温度分布を均一にすることができ、ピークのある温度分布の発熱体に対する熱交換性能を向上させることができる。
【００３７】
請求項２記載の発明によれば、発熱体の高発熱部に対応する部位の熱交換室の横断面を、他の部位より大きくすることにより、冷媒を発熱体の高発熱部に対応する部位に集中させることができ、これにより発熱体の高発熱部を中心に効果的に吸熱冷却して、発熱体の発熱温度分布に対応して冷却して、熱交換室内の温度分布を均一にすることができ、ピークのある温度分布の発熱体に対する熱交換性能を向上させることができる。
【００３８】
請求項３記載の発明によれば、ガイドフィンにより、冷媒入口から流入した冷媒を発熱体の高発熱部に対応する伝熱面の部位に集中して案内することができ、これにより発熱体の高発熱部を中心に効果的に吸熱冷却して、発熱体の発熱温度分布に対応して冷却して、熱交換室内の温度分布を均一にすることができ、ピークのある温度分布の発熱体に対する熱交換性能を向上させることができる。
【００３９】
請求項４記載の発明によれば、冷媒入口から冷媒を、発熱体の高発熱部に対応する伝熱面の部位に冷媒を吹き付けることにより、発熱体の高発熱部を中心に効果的に吸熱冷却して、発熱体の発熱温度分布に対応して冷却でき、ピークのある温度分布の発熱体に対する熱交換性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷却装置の実施の形態における吸熱器の第１の実施例を示す平面断面図である。
【図２】同吸熱器の中央縦断面図である。
【図３】図１に示すＡ−Ａ断面図である。
【図４】同冷却装置の全体構成図である。
【図５】同半導体装置と吸熱器の分解斜視図である。
【図６】同吸熱器の第２の実施例を示す平面断面図である。
【図７】同吸熱器の中央縦断面図である。
【図８】図６に示すＢ−Ｂ断面図である。
【図９】同吸熱器の第３の実施例を示す平面断面図である。
【図１０】同吸熱器の中央縦断面図である。
【図１１】図９に示すＣ−Ｃ断面図である。
【図１２】同吸熱器の第４の実施例を示す平面断面図である。
【図１３】同吸熱器の中央縦断面図である。
【図１４】同吸熱器の第５の実施例を示す中央縦断面図である。
【図１５】同吸熱器の平面断面図である。
【図１６】同吸熱器を採用した冷却装置の構成図である。
【符号の説明】
Ｏ 流送軸
１ 吸熱器
２ 半導体装置
２ｈ 高発熱部
４ 放熱器
５ 第１冷媒移送管
６ 第２冷媒移送管
７ 冷媒ポンプ
８ 冷却用ファン装置
１１ 吸熱器本体
１２ 熱交換室
１２ｈ 伝熱面中央部
１３ 冷媒入口
１４ 冷媒出口
１５ ガイド溝
２１ ガイド溝
３１ 凹状ガイド面
３１ａ 最深部
４１ ガイドフィン
５１ 吸熱器本体
５１ａ 天部
５１ｂ 底部
５３ 冷媒移送用二重管
５３ａ 第１冷媒移送管
５３ｂ 第２冷媒移送管
５４ 冷媒入口
５５ 冷媒出口
５６ 伝熱促進用の溝
５７ 伝熱促進部
Claims (4)
- 発熱体に熱結合されて熱交換室で冷媒に吸熱させる吸熱器と、前記吸熱器から冷媒を導いて放熱させる放熱器と、前記放熱器で放熱された冷媒を吸熱器に移送する第１冷媒移送管と、前記吸熱器で吸熱された冷媒を放熱器に移送する第２冷媒移送管と、第１冷媒移送管に設けられた冷媒ポンプとを具備した冷却装置であって、
前記吸熱器の一端側に第１冷媒移送管を接続して熱交換室に冷媒入口を開口するとともに、他端側に第２冷媒移送管を接続して熱交換室に冷媒出口を開口し、前記熱交換室の底部で発熱体の高発熱部に対応する伝熱面の部位に、冷媒入口から流入された冷媒を案内するガイド溝を形成した
ことを特徴とする冷却装置。 - 発熱体に熱結合されて熱交換室で冷媒に吸熱させる吸熱器と、前記吸熱器から冷媒を導いて放熱させる放熱器と、前記放熱器で放熱された冷媒を吸熱器に移送する第１冷媒移送管と、前記吸熱器で吸熱された冷媒を放熱器に移送する第２冷媒移送管と、第１冷媒移送管に設けられた冷媒ポンプとを具備した冷却装置であって、
前記吸熱器の一端側に第１冷媒移送管を接続して熱交換室に冷媒入口を開口するとともに、他端側に第２冷媒移送管を接続して熱交換室に冷媒出口を開口し、前記発熱体に熱結合された伝熱室の底部伝熱面を凹状に形成して、その最深部を発熱体の高発熱部に対応する部位に配置した
ことを特徴とする冷却装置。 - 発熱体に熱結合されて熱交換室で冷媒に吸熱させる吸熱器と、この吸熱器から冷媒を導いて放熱させる放熱器と、前記放熱器で放熱された冷媒を吸熱器に移送する第１冷媒移送管と、前記吸熱器で吸熱された冷媒を放熱器に移送する第２冷媒移送管と、第１冷媒移送管に設けられた冷媒ポンプとを具備した冷却装置であって、
前記吸熱器の一端側に第１冷媒移送管を接続して熱交換室に冷媒入口を開口するとともに、他端側に第２冷媒移送管を接続して熱交換室に冷媒出口を開口し、前記熱交換室内に、冷媒入口から流入した冷媒を、発熱体の高発熱部に対応する伝熱面の部位に案内するガイドフィンを設けた
ことを特徴とする冷却装置。 - 放熱器からの冷媒を冷媒ポンプにより、発熱部に対応して配置された吸熱器に送り、該吸熱器で発熱部からの熱を吸収して冷媒をの少なくとも一部を蒸発させ、この冷媒を放熱器に戻して冷却させ凝縮させる冷却装置であって、
発熱体に熱結合されて熱交換室で冷媒に吸熱させる吸熱器と、この吸熱器から冷媒を導いて放熱させる放熱器と、前記放熱器で放熱された冷媒を吸熱器に移送する第１冷媒移送管と、前記吸熱器で吸熱された冷媒を放熱器に移送する第２冷媒移送管と、第１冷媒移送管に設けられた冷媒ポンプとを具備した冷却装置であって、
前記吸熱器に第１冷媒移送管を接続して熱交換室に冷媒入口を開口するとともに、第２冷媒移送管を接続して熱交換室に冷媒出口を開口し、
少なくとも冷媒入口を、発熱体の高発熱部に対応する伝熱面の部位に冷媒を吹き付け可能な位置に設けた
ことを特徴とする冷却装置。
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2003
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