JP2005268658A - Boiling cooler - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷媒の沸騰と凝縮による潜熱移動によって半導体素子等の発熱体を冷却する沸騰冷却装置に関するものである。 The present invention relates to a boiling cooling device that cools a heating element such as a semiconductor element by latent heat transfer caused by boiling and condensation of a refrigerant.
従来の沸騰冷却装置として、例えば特許文献1に示されるものが知られている。即ち、この沸騰冷却装置は、扁平状を成して水平方向配置され、内部に冷媒が貯留される冷媒槽(特許文献1中では冷媒容器)と、この冷媒槽の上側に組付けられる放熱部(特許文献1中では放熱器)とから構成され、冷媒槽の下側には発熱体(半導体素子等)が取付けられる。 As a conventional boiling cooling device, for example, the one shown in Patent Document 1 is known. That is, this boiling cooling device is formed in a flat shape in a horizontal direction, a refrigerant tank (a refrigerant container in Patent Document 1) in which a refrigerant is stored, and a heat radiating unit assembled above the refrigerant tank. (A radiator in Patent Document 1), and a heating element (such as a semiconductor element) is attached to the lower side of the refrigerant tank.
放熱部は、冷媒槽の上側に立設される2本のヘッダと、この2本のヘッダを介して冷媒槽内に連通するチューブとから成り、チューブは冷媒槽に対して傾斜するように設けられている。 The heat radiating section is composed of two headers standing on the upper side of the refrigerant tank and a tube communicating with the refrigerant tank via the two headers, and the tube is provided so as to be inclined with respect to the refrigerant tank. It has been.
この沸騰冷却装置においては、冷媒槽内の冷媒は、発熱体の熱を受けて沸騰気化し、上昇してチューブ内へ流れ込み、チューブ内を流れる際に、外気との熱交換により凝縮し、凝縮液となって冷媒槽に還流する。よって、発熱体から発生した熱が冷媒に伝達されて放熱部で外気に放出されることで発熱体が冷却されることになる。 In this boiling cooling device, the refrigerant in the refrigerant tank is boiled and vaporized by the heat of the heating element, rises and flows into the tube, and condenses and condenses by heat exchange with the outside air when flowing through the tube. It becomes a liquid and returns to the refrigerant tank. Therefore, the heat generated from the heating element is transmitted to the refrigerant and released to the outside air by the heat radiating section, thereby cooling the heating element.
ここでは、チューブ内で凝縮した凝縮冷媒がチューブの傾斜によってスムーズに流れることができ、チューブ内に凝縮冷媒が滞留するのを防止し、冷媒の循環性を向上するようにしている。
しかしながら、近年、上記のような沸騰冷却装置においては、発熱体の実装密度の向上や各種電子機器への共通使用等のために、冷媒槽を水平方向姿勢に対して、図11に示す天地方向姿勢での使用も可能となるような要求も出ている。 However, in recent years, in the above-described boiling cooling apparatus, the refrigerant tank is in a vertical direction as shown in FIG. 11 with respect to the horizontal orientation in order to improve the mounting density of the heating elements and to be commonly used for various electronic devices. There is also a demand that can be used in a posture.
特に、天地方向姿勢で発熱体10が冷媒槽110の上側に配置される場合には、それに合わせて冷媒液面を高くする必要があり、放熱部120における有効な領域(凝縮領域)が減少して著しく性能が低下する。
In particular, when the
本発明の目的は、上記問題に鑑み、冷媒槽に対する発熱体の位置に関わらず、且つ冷媒槽が水平方向姿勢に加えて天地方向姿勢で使用される場合でも、高性能で発熱体の冷却を可能とする沸騰冷却装置を提供することにある。 In view of the above problems, the object of the present invention is to cool the heating element with high performance regardless of the position of the heating element with respect to the refrigerant tank, and even when the refrigerant tank is used in the vertical orientation in addition to the horizontal orientation. An object of the present invention is to provide a boiling cooling device that can be used.
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。 In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means.
請求項1に記載の発明では、対向する2つの壁部(111、112)のうち、一方の壁部(111)の外表面に発熱体(10)が取付けられ、内部に冷媒を貯留する冷媒槽(110)と、2つの壁部(111、112)のうち、他方の壁部(112)の外表面に設けられ、発熱体(10)によって沸騰気化した冷媒を内部に流入させて凝縮液化した後に冷媒槽(110)に戻す放熱部(120)とを備える沸騰冷却装置において、一方の壁部(111)の内側面には、2つの壁部(111、112)が天地方向を向く姿勢で使用される時に下側となる領域から発熱体(10)が配置される領域に至る第1のウィック(131)が設けられたことを特徴としている。 In the invention according to claim 1, of the two opposing wall portions (111, 112), the heating element (10) is attached to the outer surface of one wall portion (111), and the refrigerant stores the refrigerant therein. Of the tank (110) and the two wall portions (111, 112), provided on the outer surface of the other wall portion (112), the refrigerant boiled and vaporized by the heating element (10) is introduced into the inside to be condensed and liquefied. In the boiling cooling device including the heat radiating portion (120) that is returned to the refrigerant tank (110) after the operation, the two wall portions (111, 112) are oriented in the vertical direction on the inner surface of the one wall portion (111). The first wick (131) extending from the lower region to the region where the heating element (10) is disposed when used in the above is provided.
これにより、2つの壁部(111、112)が天地方向を向く姿勢で使用される時に、発熱体(10)の位置に関わらず冷媒槽(110)内部の冷媒液面を低い位置に設定しても、第1のウィック(131)の毛細管力によって、一方の壁部(111)の内壁面に沿って冷媒を発熱体(10)の配置される領域まで供給することができる。また、冷媒液面を低くすることで、放熱部(120)での冷媒凝縮領域を大きくすることができる。よって、冷媒槽(110)内の冷媒を沸騰気化させ、沸騰気化した冷媒を放熱部(120)で充分に凝縮液化(凝縮潜熱を大気に放熱)して、再び冷媒槽(110)に戻すことで発熱体(10)の冷却が可能となる。 Thus, when the two wall portions (111, 112) are used in a posture facing the top-and-bottom direction, the refrigerant liquid level inside the refrigerant tank (110) is set to a low position regardless of the position of the heating element (10). Even so, the capillary force of the first wick (131) can supply the refrigerant along the inner wall surface of the one wall portion (111) to the region where the heating element (10) is disposed. Moreover, the refrigerant | coolant condensation area | region in a thermal radiation part (120) can be enlarged by making a refrigerant | coolant liquid level low. Therefore, the refrigerant in the refrigerant tank (110) is boiled and vaporized, and the vaporized refrigerant is sufficiently condensed and liquefied (condensation latent heat is released to the atmosphere) by the heat radiating section (120), and then returned to the refrigerant tank (110) again. Thus, the heating element (10) can be cooled.
尚、2つの壁部(111、112)が水平方向を向く姿勢とし、発熱体(10)が冷媒槽(110)の下側に配置されるようにした場合は、冷媒は一方の壁部(111)の上に貯まる形となるので、容易に冷媒を沸騰気化させ、放熱部(120)で充分に凝縮液化させることができる。 In addition, when it is set as the attitude | position in which two wall parts (111,112) face a horizontal direction, and a heat generating body (10) is arrange | positioned under a refrigerant tank (110), a refrigerant | coolant is one wall part ( 111), the refrigerant can be easily evaporated to the boil and sufficiently condensed and liquefied by the heat radiating section (120).
総じて、冷媒槽(110)に対する発熱体(10)の位置に関わらず、且つ冷媒槽(110)が水平方向姿勢に加えて天地方向姿勢で使用される場合でも、高性能で発熱体(10)の冷却を可能とする沸騰冷却装置(100)とすることができる。 In general, regardless of the position of the heating element (10) with respect to the refrigerant tank (110), and even when the refrigerant tank (110) is used in a vertical orientation in addition to the horizontal orientation, the heating element (10) has high performance. It is possible to provide a boiling cooling device (100) that can cool the water.
そして、放熱部(120)は、請求項2に記載の発明のように、他方の壁部(112)から立設されて、一端側が前記冷媒槽(110)内に連通する一対のヘッダ(121、122)と、一対のヘッダ(121、122)間で2つの壁部(111、112)に略平行に配置されて、一対のヘッダ(121、122)内に連通する1以上のチューブ(123a)とから形成することができる。 And the heat radiating part (120) is erected from the other wall part (112) as in the invention described in claim 2, and has a pair of headers (121) whose one end side communicates with the refrigerant tank (110). 122) and one or more tubes (123a) that are arranged substantially parallel to the two wall portions (111, 112) between the pair of headers (121, 122) and communicate with the pair of headers (121, 122). ).
また、放熱部(120)は、請求項3に記載の発明のように、他方の壁部(112)から立設されて、一端側が冷媒槽(110)内に連通する複数のチューブ(123b)と、複数のチューブ(123b)の他端側で接続されて、複数のチューブ(123b)同士を連通させる連通ヘッダ(125)とから形成するようにしても良い。 Further, as in the invention described in claim 3, the heat dissipating part (120) is erected from the other wall part (112) and has a plurality of tubes (123b) whose one end side communicates with the refrigerant tank (110). And a communication header (125) that is connected on the other end side of the plurality of tubes (123b) and allows the plurality of tubes (123b) to communicate with each other.
通常、2つの壁部(111、112)が拡がる方向の寸法は、放熱部(120)における2つの壁部(111、112)が対向する方向の寸法より大きく設定される場合が多く、このような場合では、2つの壁部(111、112)が拡がる方向にチューブ(123b)を複数配置することで、冷媒の流路断面積を拡大して、冷媒の流通抵抗を低減することができるので、冷媒の循環を促進して冷却性能を向上させることができる。 Usually, the dimension in the direction in which the two wall parts (111, 112) expand is often set larger than the dimension in the direction in which the two wall parts (111, 112) in the heat dissipating part (120) face each other. In such a case, by arranging a plurality of tubes (123b) in the direction in which the two wall portions (111, 112) expand, the flow passage cross-sectional area of the refrigerant can be expanded and the flow resistance of the refrigerant can be reduced. The cooling performance can be improved by promoting the circulation of the refrigerant.
請求項4に記載の発明では、2つの壁部(111、112)が天地方向を向く姿勢で使用される時の冷媒槽(110)内の下側領域には、第2のウィック(132)が設けられたことを特徴としている。 In the invention according to claim 4, the second wick (132) is provided in the lower region in the refrigerant tank (110) when the two wall portions (111, 112) are used in a posture facing the vertical direction. Is featured.
これにより、第2のウィック(132)の毛細管力によって、放熱部(120)側の冷媒を冷媒槽(110)側に引っ張ることができ、放熱部(120)における冷媒液面を下げて凝縮領域を大きくできるので、冷却性能を向上させることができる。 Thereby, the refrigerant | coolant by the side of a thermal radiation part (120) can be pulled to the refrigerant | coolant tank (110) side by the capillary force of a 2nd wick (132), the refrigerant | coolant liquid level in a thermal radiation part (120) is lowered | hung, and a condensation area | region Therefore, the cooling performance can be improved.
請求項5に記載の発明では、第2のウィック(132)は、第1のウィック(131)よりも多孔質構造が粗と成るように形成されたことを特徴としている。 The invention according to claim 5 is characterized in that the second wick (132) is formed so as to have a coarser porous structure than the first wick (131).
第2のウィック(132)においては、放熱部(120)側の冷媒を冷媒槽(110)側に引っ張るだけの毛細管力があれば事足りるため、第1のウィック(131)に比べて大きな毛細管力を必要としないことから、多孔質構造を粗にすることができる訳であり、この分、冷媒が流通する際の流通抵抗を低減することができるので、冷媒の循環をスムーズにして、冷却性能を向上させることができる。 In the second wick (132), a capillary force sufficient to pull the refrigerant on the heat radiating portion (120) side to the refrigerant tank (110) side is sufficient, and therefore a larger capillary force than the first wick (131) is required. Therefore, the porous structure can be roughened, and the flow resistance when the refrigerant flows can be reduced accordingly. Can be improved.
請求項6に記載の発明では、第2のウィック(132)は、第1のウィック(131)に一体的に形成されたことを特徴としており、これにより、部品点数を低減し、組付けを容易にして、安価な対応ができる。 The invention according to claim 6 is characterized in that the second wick (132) is formed integrally with the first wick (131), thereby reducing the number of parts and assembling. Easily and inexpensively.
請求項7に記載の発明では、第2のウィック(132)は、発熱体(10)が配置される領域近傍まで延びるように形成されたことを特徴としている。 The invention according to claim 7 is characterized in that the second wick (132) is formed so as to extend to the vicinity of the region where the heating element (10) is arranged.
これにより、第1のウィック(131)に加えて、第2のウィック(132)によっても冷媒を発熱体(10)の領域に供給することができるので、その分、発熱体(10)による沸騰を促進させ、冷媒の循環量を増加させて、冷却性能を向上させることができる。 Thereby, in addition to the first wick (131), the second wick (132) can also supply the refrigerant to the region of the heating element (10). Can be promoted, the circulation amount of the refrigerant can be increased, and the cooling performance can be improved.
請求項8に記載の発明では、2つの壁部(111、112)が天地方向を向く姿勢で使用される時の冷媒槽(110)内の冷媒の液面より上側と成る領域には、第1のウィック(131)を貫通させつつ、冷媒槽(110)内を上側と下側とに区切る隔壁(113)が設けられたことを特徴としている。 In the invention according to claim 8, in the region above the coolant level in the coolant tank (110) when the two wall portions (111, 112) are used in a posture facing the top-and-bottom direction, A partition wall (113) that divides the refrigerant tank (110) into an upper side and a lower side while passing through one wick (131) is provided.
これにより、冷媒槽(110)内の沸騰冷媒の圧力(PA)が冷媒槽(110)の液冷媒に作用しないようにして、放熱部(120)内の冷媒液面の上昇を防止することができるので、放熱部(120)の凝縮領域を大きくして、冷却性能を向上さることができる。 This prevents the pressure (PA) of the boiling refrigerant in the refrigerant tank (110) from acting on the liquid refrigerant in the refrigerant tank (110) and prevents the refrigerant liquid level in the heat radiating section (120) from rising. Therefore, the condensation area of the heat dissipating part (120) can be increased to improve the cooling performance.
請求項2に記載の発明において、請求項9に記載の発明では、一対のヘッダ(121、122)の一方(122)には、このヘッダ(122)の反冷媒槽側の先端部から第1のウィック(131)に繋がる第3のウィック(133)が設けられたことを特徴としている。 In the invention according to claim 2, in the invention according to claim 9, the first (122) of the pair of headers (121, 122) is a first from the tip of the header (122) on the side opposite to the refrigerant tank. The third wick (133) connected to the wick (131) is provided.
これにより、冷媒槽(110)を水平方向姿勢として、且つ、発熱体(10)が冷媒槽(110)の上側になるようにして使用する場合でも、放熱部(120)の下側に貯まる冷媒を第3のウィック(133)の毛細管力によって第1のウィック(131)を介して発熱体(10)に供給することができるので、発熱体(10)の冷却を可能とする沸騰冷却装置(100)とすることができる。 Accordingly, even when the refrigerant tank (110) is used in a horizontal orientation and the heating element (10) is located above the refrigerant tank (110), the refrigerant is stored below the heat radiating portion (120). Can be supplied to the heating element (10) via the first wick (131) by the capillary force of the third wick (133), so that the boiling cooling device ( 100).
請求項3に記載の発明において、請求項10に記載の発明では、複数のチューブ(123b)のいずれかには、連通ヘッダ(125)側から第1のウィック(131)に繋がる第4のウィック(134)が設けられたことを特徴としている。
In the invention according to claim 3, in the invention according to
これにより、請求項9に記載の発明と同様に、冷媒槽(110)を水平方向姿勢として、且つ、発熱体(10)が冷媒槽(110)の上側になるようにして使用する場合でも、放熱部(120)の下側に貯まる冷媒を第4のウィック(134)の毛細管力によって第1のウィック(131)を介して発熱体(10)に供給することができるので、発熱体(10)の冷却を可能とする沸騰冷却装置(100)とすることができる。 Thereby, similarly to the invention described in claim 9, even when the refrigerant tank (110) is used in a horizontal orientation and the heating element (10) is located above the refrigerant tank (110), Since the refrigerant stored under the heat radiating section (120) can be supplied to the heating element (10) via the first wick (131) by the capillary force of the fourth wick (134), the heating element (10 ) Is a boiling cooling device (100) that enables cooling.
尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows a corresponding relationship with the specific means of embodiment description mentioned later.
(第1実施形態)
本発明の沸騰冷却装置100における第1実施形態を図1、図2に示す。図1は、冷媒槽110を天地方向(以下、垂直方向と呼ぶ)姿勢とした場合の沸騰冷却装置100を示す断面図、図2は、冷媒槽110を水平方向姿勢とした場合の沸騰冷却装置100を示す断面図である。
(First embodiment)
1 and 2 show a first embodiment of the boiling
沸騰冷却装置100は、半導体素子等の発熱体10を冷却するようにしたもので、冷媒槽110と放熱部120とから構成されている。そして、以下説明する各部材は、銅材あるいは銅系材より成り、各部材間で接合される部位に施されたろう材により一体でろう付けされている。
The boiling
まず、冷媒槽110は、扁平箱状を成す容器であり、対向する受熱壁(本発明における一方の壁部に対応)111と、放熱壁(本発明における他方の壁部に対応)112とを有している。そして、図1に示すように、受熱壁111、放熱壁112を垂直方向姿勢とした場合の受熱壁111の上側には発熱体10が図示しないボルト等の締め付けにより固定されている。ここで、発熱体10と受熱壁111との間の接触熱抵抗を小さくするために、両者間に熱伝導グリースを介在させても良い。
First, the
放熱部120は、2本のヘッダ121、122内に連通する複数本の放熱チューブ(本発明における1以上のチューブに対応)123aと、各放熱チューブ123a間に介在される放熱フィン124とから構成される。2本のヘッダ121、122は、それぞれ冷媒槽110の両端側(図1中の上側と下側)で放熱壁112から略直立して組付けられ、冷媒槽110の内部空間と連通して設けられている。放熱チューブ123aは、放熱壁112と略平行に配列され、2本のヘッダ121、122を介して冷媒槽110の内部空間と連通している。放熱フィン124は、周知のコルゲートフィンであり、放熱面積を増大させるために使用される。
The
そして、本発明の特徴部として冷媒槽110の受熱壁111の内側面には、受熱壁111(冷媒槽110)の下側となる領域から発熱体10が配置される領域に至るウィック(本発明における第1のウィックに対応)131を設けるようにしている。尚、ここでは、受熱壁111の垂直方向の両端部のどちらが下側になっても上記の条件を満足するように、ウィック131は、受熱壁111の両端部側(図1中の上側と下側)から発熱体10の領域に至るように設けている。因みに、ウィック131は、周知のように、金網、金属製フェルト、焼結金属等から成る多孔質部材であり、本実施形態では、銅製の焼結金属を用いている。
As a characteristic part of the present invention, the inner surface of the
そして、真空引きされた沸騰冷却装置100の内部空間には、所定量の冷媒が封入されている。冷媒は、ここでは水を使用しており、封入量としては、冷媒槽110の容積以下となるようにしている。冷媒(水)の沸点は、通常(一気圧で)100℃であるが、沸騰冷却装置100内を真空引きしているため、沸点は、30〜40℃となっている。尚、冷媒としては、水の他にアルコール、フロロカーボン、フロン等を用いても良い。
A predetermined amount of refrigerant is sealed in the internal space of the evacuated boiling
次に、上記構成に基づく沸騰冷却装置100の作動および作用効果について説明する。
Next, the operation and effect of the boiling
まず、冷媒槽110の受熱壁111、放熱壁112を垂直方向にして用いた場合(図1)、沸騰冷却装置100内の冷媒は、冷媒槽110、放熱チューブ123aの下側およびヘッダ122に貯まる形となり、その液面は発熱体10よりも低い位置と成るが、この冷媒は、ウィック131の毛細管力によって吸い上げられ、発熱体10の領域に供給されることになる。
First, when the
そして、この冷媒は発熱体10から受熱して沸騰気化し、冷媒槽110内を上昇し、一方のヘッダ121内に流れ込み(図1中の破線)、そのヘッダ121から各放熱チューブ123aに分散して流れる。放熱チューブ123a内へ流入した冷媒蒸気は、この放熱チューブ123a内を流れる際に、例えば図示しない送風手段から供給される冷却風を受けて冷却され、凝縮液となって他方のヘッダ122から冷媒槽110へと還流する(図1中の実線)。
Then, this refrigerant receives heat from the
このように、発熱体10から発生した熱が冷媒に伝達されて放熱部120へ輸送され、この放熱部120で冷媒蒸気が凝縮する際に凝縮潜熱として放出され、放熱フィン124を介して外気(冷却風)に放熱される。即ち、発熱体10から発生した熱が冷媒に伝達されて放熱部120で外気に放出されることで発熱体10が冷却される訳である。
In this way, the heat generated from the
本発明においては、2つの壁部111、112が垂直方向を向く姿勢で使用される時に、発熱体10の位置に関わらず冷媒槽110内部の冷媒液面を発熱体10より低い位置に設定しても、上記したようにウィック131の毛細管力によって、受熱壁111の内壁面に沿って冷媒を発熱体10の配置される領域まで供給することができる。また、冷媒液面を低くすることで、従来技術の項で説明した図11に比較して、放熱部120での冷媒凝縮領域を大きくすることができる。よって、冷媒槽110内の冷媒を沸騰気化させ、沸騰気化した冷媒を放熱部120で充分に凝縮液化(凝縮潜熱を大気に放熱)して、再び冷媒槽110に戻すことで発熱体10の冷却が可能となる。
In the present invention, when the two
尚、図2に示すように、放熱部120が上を向くように冷媒槽110の受熱壁111、放熱壁112を水平方向にして用いた場合は、冷媒は冷媒槽110内で受熱壁111の上に貯まる形となるので、容易に冷媒を沸騰気化させ、放熱部120で充分に凝縮液化させることができる。
As shown in FIG. 2, when the
総じて、冷媒槽110に対する発熱体10の位置に関わらず、且つ冷媒槽110が水平方向姿勢に加えて垂直方向姿勢で使用される場合でも、高性能で発熱体10の冷却を可能とする沸騰冷却装置100とすることができる。
In general, regardless of the position of the
尚、変形例1として放熱部120については、図3に示すように、放熱壁112から立設されて、一端側が冷媒槽110内に連通する複数のチューブ123bと、これら複数のチューブ123bの他端側で接続されて、複数のチューブ123b同士を連通させる連通ヘッダ125とから成るものとしても良い。
In addition, as shown in FIG. 3, as the first modification, the
通常、2つの壁部111、112が拡がる方向(図3中の上下方向)の寸法は、放熱部120における2つの壁部111、112が対向する方向(図3中の左右方向)の寸法より大きく設定される場合が多く、このような場合では、上下方向に放熱チューブ123bを複数配置することで、冷媒の流路断面積を拡大して、冷媒の流通抵抗を低減することができるので、冷媒の循環を促進して冷却性能を向上させることができる。
Usually, the dimension in the direction in which the two
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態を図4、図5に示す。第2実施形態は、上記第1実施形態に対して、ウィック(本発明における第2のウィックに対応)132を追加したものである。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention is shown in FIGS. The second embodiment is obtained by adding a wick (corresponding to the second wick in the present invention) 132 to the first embodiment.
ウィック132は、図4に示すように、2つの壁部111、112が垂直方向を向く姿勢で使用される時の冷媒槽110内の下側領域に配置されるようにしている。そして、ウィック132は、ウィック131に対して多孔質構造が粗(形成される孔が大きい)と成るようにしている。
As shown in FIG. 4, the
沸騰冷却装置100においては、発熱体10の発熱に伴って冷媒の沸騰が促進され、冷媒循環量が増加する。すると、放熱チューブ123aにおける冷媒の流通抵抗が増大し(冷媒の圧力損失が増大し)、図5に示すように、冷媒槽110内のA点における圧力PAに対して、放熱チューブ123a内のB点の圧力PBが低下し(圧力PA>圧力PB)、冷媒液にヘッド差hが生じる。即ち、凝縮領域が減少してしまう。
In the boiling
しかしながら、本第2実施形態では、ウィック132の毛細管力によって、放熱部120側の冷媒を冷媒槽110側に引っ張ることができるので、放熱部120における冷媒液面を下げて凝縮領域を大きくして、冷却性能を向上させることができる。
However, in the second embodiment, the capillary force of the
また、ウィック132においては、放熱部120側の冷媒を冷媒槽110側に引っ張るだけの毛細管力があれば事足りるため、ウィック131に比べて大きな毛細管力を必要としないことから、多孔質構造を粗にすることができる訳であり、この分、冷媒が流通する際の流通抵抗を低減することができるので、冷媒の循環をスムーズにして、冷却性能を向上させることができる。
In addition, in the
尚、第2実施形態の変形例2として図6に示すように、ウィック132は、ウィック131と一体に形成するようにしても良く、これにより、部品点数を低減し、組付けを容易にして、安価な対応ができる。ここで、ウィック131と132の一体化に当っては、上記で説明したように、ウィック132を多孔質構造が粗となるものとして、両ウィック131、132を焼結によって一体化させたものとしても良い。
As shown in FIG. 6 as a second modification of the second embodiment, the
また、変形例3として図7に示すように、ウィック132は、発熱体10が配置される領域まで延ばすようにしても良く、これにより、ウィック131に加えて、ウィック132によっても冷媒を発熱体10の領域に供給することができるので、その分、発熱体10による沸騰を促進させ、冷媒の循環量を増加させて、冷却性能を向上させることができる。
Further, as shown in FIG. 7 as a third modification, the
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態を図8に示す。第3実施形態は、上記第2実施形態に対して、隔壁113によって、冷媒液のヘッド差hを低減するようにしたものである。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention is shown in FIG. In the third embodiment, the head difference h of the refrigerant liquid is reduced by the
隔壁113は、2つの壁部111、112が垂直方向を向く姿勢で使用される時の冷媒槽110内の冷媒の液面より上側となる領域に、ウィック131を貫通させつつ、冷媒槽110内を上側と下側とに区切るように配設されている。
The
これにより、冷媒槽110内の沸騰冷媒の圧力PAが冷媒槽110の液冷媒に作用しないようにして、放熱部120(放熱チューブ123a)内の冷媒液面の上昇を防止することができるので、放熱部120の凝縮領域を大きくして、冷却性能を向上さることができる。
Thereby, the pressure PA of the boiling refrigerant in the
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態を図9に示す。第4実施形態は、冷媒槽110が上記第1実施形態〜第3実施形態に対して、更に異なる姿勢で使用される場合でも発熱体10の冷却を可能とするようにしたものである。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention is shown in FIG. In the fourth embodiment, the
ここでは、ヘッダ122内に、このヘッダ122の反冷媒槽側の先端部からのウィック131に繋がるウィック(本発明における第3のウィックに対応)133を設けるようにしている。
Here, a wick (corresponding to the third wick in the present invention) 133 connected to the
これにより、冷媒槽110を水平方向姿勢として、且つ、発熱体10が冷媒槽110の上側になるようにして使用する場合でも、放熱部120の下側に貯まる冷媒をウィック133の毛細管力によってウィック131を介して発熱体10に供給することができるので、発熱体10の冷却を可能とする沸騰冷却装置100とすることができる。
Accordingly, even when the
尚、放熱部120を複数の放熱チューブ123bと連通ヘッダ125から成るものとした場合は、変形例4として図10に示すように、複数のチューブ123bのいずれか(ここでは図中右側のチューブ123b)に、連通ヘッダ125側からウィック131に繋がるウィック(本発明における第4のウィックに対応)134を設けてやれば良く、これにより、上記と同様の効果を得ることができる。
When the
10 発熱体
100 沸騰冷却装置
110 冷媒槽
111 受熱壁(一方の壁部)
112 放熱壁(他方の壁部)
113 隔壁
120 放熱部
121、122 ヘッダ
123a 放熱チューブ(1以上のチューブ)
123b 放熱チューブ(複数のチューブ)
125 連通ヘッダ
131 ウィック(第1のウィック)
132 ウィック(第2のウィック)
133 ウィック(第3のウィック)
134 ウィック(第4のウィック)
DESCRIPTION OF
112 Heat dissipation wall (the other wall)
113
123b Heat dissipation tube (multiple tubes)
125
132 Wick (second wick)
133 Wick (Third Wick)
134 Wick (4th Wick)
Claims (10)
前記2つの壁部(111、112)のうち、他方の壁部(112)の外表面に設けられ、前記発熱体(10)によって沸騰気化した前記冷媒を内部に流入させて凝縮液化した後に前記冷媒槽(110)に戻す放熱部(120)とを備える沸騰冷却装置において、
前記一方の壁部(111)の内側面には、前記2つの壁部(111、112)が天地方向を向く姿勢で使用される時に下側となる領域から前記発熱体(10)が配置される領域に至る第1のウィック(131)が設けられたことを特徴とする沸騰冷却装置。 Of the two opposing wall portions (111, 112), the heating element (10) is attached to the outer surface of one wall portion (111), and the refrigerant tank (110) that stores the refrigerant therein,
Of the two wall portions (111, 112), provided on the outer surface of the other wall portion (112), the refrigerant boiled and vaporized by the heating element (10) flows into the inside and is condensed and liquefied. In a boiling cooling device comprising a heat radiating part (120) returning to the refrigerant tank (110),
The heating element (10) is disposed on the inner side surface of the one wall portion (111) from the lower region when the two wall portions (111, 112) are used in a posture facing the top-and-bottom direction. A boiling cooling device characterized in that a first wick (131) extending to a region is provided.
前記一対のヘッダ(121、122)間で前記2つの壁部(111、112)に略平行に配置されて、前記一対のヘッダ(121、122)内に連通する1以上のチューブ(123a)とから成ることを特徴とする請求項1に記載の沸騰冷却装置。 The heat radiating portion (120) is erected from the other wall portion (112), and a pair of headers (121, 122) whose one end side communicates with the refrigerant tank (110);
One or more tubes (123a) disposed between the pair of headers (121, 122) substantially parallel to the two wall portions (111, 112) and communicating with the pair of headers (121, 122). The boiling cooling device according to claim 1, comprising:
前記複数のチューブ(123b)の他端側で接続されて、前記複数のチューブ(123b)同士を連通させる連通ヘッダ(125)とから成ることを特徴とする請求項1に記載の沸騰冷却装置。 The heat dissipating part (120) is erected from the other wall part (112), and a plurality of tubes (123b) whose one end side communicates with the refrigerant tank (110),
2. The boiling cooling device according to claim 1, comprising a communication header (125) connected at the other end side of the plurality of tubes (123 b) and communicating the plurality of tubes (123 b) with each other.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007113942A1 (en) * | 2006-04-03 | 2007-10-11 | Fuchigami Micro Co., Ltd. | Heat pipe |
JP2021042896A (en) * | 2019-09-10 | 2021-03-18 | 古河電気工業株式会社 | Cooling device and cooling system using the same |
WO2023042880A1 (en) * | 2021-09-17 | 2023-03-23 | 住友精密工業株式会社 | Boiling-type cooling device |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070246193A1 (en) * | 2006-04-20 | 2007-10-25 | Bhatti Mohinder S | Orientation insensitive thermosiphon of v-configuration |
US20080093058A1 (en) * | 2006-10-24 | 2008-04-24 | Jesse Jaejin Kim | Systems and methods for orientation and direction-free cooling of devices |
JP4766132B2 (en) * | 2009-03-10 | 2011-09-07 | トヨタ自動車株式会社 | Boiling cooler |
JP2013211297A (en) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | Denso Corp | Boil cooling device |
JP2013247148A (en) * | 2012-05-23 | 2013-12-09 | Toshiba Corp | Natural circulation type cooling device |
CN102867876A (en) * | 2012-10-15 | 2013-01-09 | 上海电力学院 | Natural circulating type phase-changing radiating device generally used in condensation high-temperature hot point |
US20140216691A1 (en) * | 2013-02-05 | 2014-08-07 | Asia Vital Components Co., Ltd. | Vapor chamber structure |
EP3113590B1 (en) * | 2015-06-30 | 2020-11-18 | ABB Schweiz AG | Cooling apparatus |
JP2019086259A (en) * | 2017-11-09 | 2019-06-06 | 三菱マテリアル株式会社 | Copper porous body for vaporization member, ebullition cooler, and heat pipe |
TWI639379B (en) * | 2017-12-26 | 2018-10-21 | 訊凱國際股份有限公司 | Heat dissipation structure |
US11131511B2 (en) * | 2018-05-29 | 2021-09-28 | Cooler Master Co., Ltd. | Heat dissipation plate and method for manufacturing the same |
EP3584527B1 (en) * | 2018-06-19 | 2021-08-11 | Nokia Technologies Oy | Heat transfer apparatus |
EP3813098A1 (en) * | 2019-10-25 | 2021-04-28 | ABB Schweiz AG | Vapor chamber |
Family Cites Families (31)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0074612B1 (en) * | 1981-09-11 | 1986-01-02 | Hitachi, Ltd. | Heat-storing apparatus |
US4705102A (en) * | 1985-12-13 | 1987-11-10 | Fuji Electric Company, Ltd. | Boiling refrigerant-type cooling system |
JPH0760075B2 (en) * | 1987-01-31 | 1995-06-28 | 株式会社東芝 | Heat storage device |
US6357517B1 (en) * | 1994-07-04 | 2002-03-19 | Denso Corporation | Cooling apparatus boiling and condensing refrigerant |
DE19805930A1 (en) * | 1997-02-13 | 1998-08-20 | Furukawa Electric Co Ltd | Cooling arrangement for electrical component with heat convection line |
US6269866B1 (en) * | 1997-02-13 | 2001-08-07 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Cooling device with heat pipe |
US6005772A (en) * | 1997-05-20 | 1999-12-21 | Denso Corporation | Cooling apparatus for high-temperature medium by boiling and condensing refrigerant |
US6227287B1 (en) * | 1998-05-25 | 2001-05-08 | Denso Corporation | Cooling apparatus by boiling and cooling refrigerant |
US6341646B1 (en) * | 1998-11-20 | 2002-01-29 | Denso Corporation | Cooling device boiling and condensing refrigerant |
US6321831B1 (en) * | 1998-12-16 | 2001-11-27 | Denso Corporation | Cooling apparatus using boiling and condensing refrigerant |
US6360814B1 (en) * | 1999-08-31 | 2002-03-26 | Denso Corporation | Cooling device boiling and condensing refrigerant |
KR100338810B1 (en) * | 1999-11-08 | 2002-05-31 | 윤종용 | cooling device |
US6808015B2 (en) * | 2000-03-24 | 2004-10-26 | Denso Corporation | Boiling cooler for cooling heating element by heat transfer with boiling |
US6648063B1 (en) * | 2000-04-12 | 2003-11-18 | Sandia Corporation | Heat pipe wick with structural enhancement |
JP4423792B2 (en) * | 2000-09-14 | 2010-03-03 | 株式会社デンソー | Boiling cooler |
US20020074108A1 (en) * | 2000-12-18 | 2002-06-20 | Dmitry Khrustalev | Horizontal two-phase loop thermosyphon with capillary structures |
TW523893B (en) * | 2001-01-16 | 2003-03-11 | Denso Corp | Cooling equipment |
JP2003042672A (en) * | 2001-07-31 | 2003-02-13 | Denso Corp | Ebullient cooling device |
JP2003161594A (en) * | 2001-09-14 | 2003-06-06 | Denso Corp | Evaporation cooler |
FR2829746B1 (en) * | 2001-09-18 | 2003-12-19 | Cit Alcatel | HEAT TRANSFER DEVICE |
JP3918502B2 (en) * | 2001-10-25 | 2007-05-23 | 株式会社デンソー | Boiling cooler |
US6609561B2 (en) * | 2001-12-21 | 2003-08-26 | Intel Corporation | Tunnel-phase change heat exchanger |
US20030121515A1 (en) * | 2001-12-28 | 2003-07-03 | Industrial Technology Research Institute | Counter - thermosyphon loop heat pipe solar collector |
US6889755B2 (en) * | 2003-02-18 | 2005-05-10 | Thermal Corp. | Heat pipe having a wick structure containing phase change materials |
US6770085B1 (en) * | 2003-04-11 | 2004-08-03 | Ryan R Munson | Heat absorbing pad |
US6798661B1 (en) * | 2003-05-08 | 2004-09-28 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Chassis conducted cooling thermal dissipation apparatus for servers |
US7013956B2 (en) * | 2003-09-02 | 2006-03-21 | Thermal Corp. | Heat pipe evaporator with porous valve |
US6901994B1 (en) * | 2004-01-05 | 2005-06-07 | Industrial Technology Research Institute | Flat heat pipe provided with means to enhance heat transfer thereof |
US7137441B2 (en) * | 2004-03-15 | 2006-11-21 | Hul-Chun Hsu | End surface capillary structure of heat pipe |
TWI235817B (en) * | 2004-03-26 | 2005-07-11 | Delta Electronics Inc | Heat-dissipating module |
US6899165B1 (en) * | 2004-06-15 | 2005-05-31 | Hua Yin Electric Co., Ltd. | Structure of a heat-pipe cooler |
-
2004
- 2004-03-19 JP JP2004081381A patent/JP2005268658A/en active Pending
-
2005
- 2005-03-16 CN CNB2005100547974A patent/CN100414243C/en not_active Expired - Fee Related
- 2005-03-17 US US11/082,929 patent/US20050274496A1/en not_active Abandoned
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007113942A1 (en) * | 2006-04-03 | 2007-10-11 | Fuchigami Micro Co., Ltd. | Heat pipe |
JP2021042896A (en) * | 2019-09-10 | 2021-03-18 | 古河電気工業株式会社 | Cooling device and cooling system using the same |
WO2021049096A1 (en) * | 2019-09-10 | 2021-03-18 | 古河電気工業株式会社 | Cooling device and cooling system using cooling device |
WO2023042880A1 (en) * | 2021-09-17 | 2023-03-23 | 住友精密工業株式会社 | Boiling-type cooling device |
JP7299441B1 (en) | 2021-09-17 | 2023-06-27 | 住友精密工業株式会社 | boiling cooler |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN1670460A (en) | 2005-09-21 |
CN100414243C (en) | 2008-08-27 |
US20050274496A1 (en) | 2005-12-15 |
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