JP2006229102A - Boiling cooler - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷媒の沸騰熱伝達により発熱体を冷却する沸騰冷却装置に関し、特にコンピュータチップ(CPU)等の電子機器の冷却装置に好適なものである。 The present invention relates to a boiling cooling device that cools a heating element by transferring boiling heat of a refrigerant, and is particularly suitable for a cooling device for an electronic device such as a computer chip (CPU).
近年、CPU等の発熱素子は、その発熱量が益々増加し、素子の温度を最適に保つには冷媒を使用した高性能冷却装置のニーズが高まっている。筐体設計自由度を確保するため、冷却装置はボトムヒート(冷却装置底面に発熱素子を密着)およびサイドヒート(冷却装置底面に発熱素子を密着させた状態で、さらに90度回転)での共用設計が必須となっており、部品点数の低減および放熱部体格の有効活用の面から、これまで発熱体が取り付けられる冷媒槽から冷媒流路を垂直方向に形成する構造の冷却装置を提案してきた(例えば、特許文献1を参照) 2. Description of the Related Art In recent years, heat generation elements such as CPUs have increased in calorific value, and the need for a high-performance cooling device using a refrigerant is increasing in order to keep the temperature of the elements optimal. In order to ensure the freedom of housing design, the cooling device can be used for both bottom heat (heating element is in close contact with the bottom surface of the cooling device) and side heat (with heating element in close contact with the bottom surface of the cooling device and rotating 90 degrees). Design is indispensable, and from the aspect of reducing the number of parts and effective use of the heat dissipation unit, a cooling device having a structure in which a refrigerant flow path is vertically formed from a refrigerant tank to which a heating element is attached has been proposed so far. (For example, see Patent Document 1)
しかしながら、この従来の冷却装置においては、サイドヒート姿勢時には放熱部の冷媒流路が重力方向に対し水平となる。ここで、冷媒流路には扁平管を用いているため冷媒が流路内に滞留し、流路を塞いで冷媒の循環不良を発生し、放熱性能が不安定になったり、冷媒不足となったりすることがある。 However, in this conventional cooling device, the refrigerant flow path of the heat radiating portion is horizontal with respect to the direction of gravity during the side heat posture. Here, since a flat tube is used for the refrigerant flow path, the refrigerant stays in the flow path and closes the flow path, resulting in poor circulation of the refrigerant, resulting in unstable heat dissipation performance or insufficient refrigerant. Sometimes.
このような冷媒流路の冷媒による閉塞の問題を解決するものとして、特許文献2に示されるように、2つのヘッダ間に接続されるチューブの両端部間で高低差を有するように、チューブをヘッダ間に配設したものが知られている。
In order to solve such a problem of the clogging of the refrigerant flow path by the refrigerant, as shown in
しかしながら、この特許文献2に示される冷却装置においては、チューブの軸方向に沿って傾けているため、広い無駄な空間が生じてしまい装置の大型化が避けられないという問題がある。また、部品点数増加によりコストが高くなってしまう。
However, since the cooling device disclosed in
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ボトムヒート及びサイドヒートでの共用化が可能であると共に、サイドヒート姿勢時においても、冷媒流路内での冷媒の滞留を抑制し、放熱部の放熱性能の低下を防止することができる沸騰冷却装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to allow common use of bottom heat and side heat, and to retain the refrigerant in the refrigerant flow path even in the side heat posture. Is to provide a boiling cooling device that can suppress the deterioration of the heat dissipation performance of the heat dissipation portion.
本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の沸騰冷却装置を提供する。
請求項1に記載の沸騰冷却装置は、第1の冷媒槽4、第2の冷媒槽5及び両冷媒槽4,5間を連通する複数の冷媒流路3と各冷媒流路間に介在する放熱フィン2よりなる放熱部とから構成され、その内部に所定量の冷媒が封入されているものであって、冷媒流路3が偏平チューブ3であり、偏平チューブの長手方向面LPが水平HPに対し所定角度θ傾いているように偏平チューブを配置したものであり、これにより、サイドヒート姿勢時においても、冷媒が偏平チューブ(冷媒流路)3内に滞留する量を減らすことができ、偏平チューブが冷媒によって閉塞されることがなく、放熱部の放熱性能を安定して維持することができる。
The present invention provides a boiling cooling device according to each of the claims as means for solving the problems.
The boiling cooling device according to
請求項2の沸騰冷却装置は、放熱フィンがコルゲートフィンであって、このコルゲートフィンもまた偏平チューブと同様に所定角度傾けて配置したものである。即ち、偏平チューブとコルゲートフィンとを交互に重ね合わせて構成された放熱部が、偏平チューブの長手方向面が水平に対し所定角度θ傾くように、両冷媒槽間に配設されている。
請求項3記載の発明によれば、偏平チューブ3の偏平面LPが水平面HPに対して所定角度傾斜しているので、沸騰冷却装置が、発熱体が取付けられる面が側面となるように配されるサイドヒート姿勢時であっても液冷媒によって偏平チューブ内が閉塞されることを抑制することができる。
また、冷却媒体は冷媒と熱交換することにより、冷却媒体の流れ方向下流側となるにつれて昇温する。請求項4記載の発明によれば、偏平チューブは、外部流体の流れ方向上流側が上方となるように傾斜しているので、偏平チューブ内において気冷媒が通過する部位と低温の外部流体とを熱交換させることができる。
In the boiling cooling device according to the second aspect, the radiating fin is a corrugated fin, and the corrugated fin is also inclined at a predetermined angle like the flat tube. In other words, a heat radiating portion formed by alternately stacking flat tubes and corrugated fins is disposed between both refrigerant tanks so that the longitudinal surface of the flat tubes is inclined at a predetermined angle θ with respect to the horizontal.
According to the third aspect of the present invention, since the flat plane LP of the
Further, the temperature of the cooling medium is increased as it becomes downstream in the flow direction of the cooling medium by exchanging heat with the refrigerant. According to the fourth aspect of the present invention, the flat tube is inclined so that the upstream side in the flow direction of the external fluid is upward, so that the portion through which the gas refrigerant passes in the flat tube and the low-temperature external fluid are heated. Can be exchanged.
以下、図面に従って本発明の実施の形態の沸騰冷却装置について説明する。図1は、本発明の実施の形態の沸騰冷却装置の断面図であり、図2は、図1のA−A断面における(a)本発明の場合と(b)従来技術との比較を説明する図であり、図3の(a)は本発明の冷媒通路の斜視図で、(b)は従来技術の冷媒通路の斜視図である。沸騰冷却装置1は、冷媒の沸騰熱伝達によって発熱体7を冷却するものであり、一対の冷媒槽4,5と放熱部とで構成され、一体ろう付けにより製造される。発熱体7は、主にコンピュータチップ(CPU)等の電子機器であり、受熱側である第1の冷媒槽4の外壁面略中央部に密着して取り付けられる。なお、本発明の沸騰冷却装置1は、図1に示すようにサイドヒートの姿勢で使用するのに好適なものであるが、受熱側の第1の冷媒槽4を下側にしたボトムヒートの姿勢でも当然利用できるものである。
Hereinafter, a boiling cooling apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a boiling cooling apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 illustrates a comparison between (a) the present invention and (b) the prior art in the AA cross section of FIG. 3A is a perspective view of the refrigerant passage of the present invention, and FIG. 3B is a perspective view of the refrigerant passage of the prior art. The boiling
沸騰冷却装置1は、発熱体7が取り付けられる受熱側である第1の冷媒槽4、冷媒循環を形成する第2の冷媒槽5及びこれら第1、第2の冷媒槽4,5間に介在する放熱部とを備えていて、この内部に所定量の冷媒が封入されている一種の密閉容器を形成しており、その内部を冷媒の気化と凝縮とが繰り返される冷媒循環系を形成している。
The boiling
放熱部は、第1、第2の両冷媒槽4,5間を連通する複数の冷媒流路3と、各冷媒流路3間に介在し、放熱面積を増大するための放熱フィン2と、このフィン2を保護するために放熱部の両側部に設けられるフィン抑え部材6とから構成されている。図1では、放熱フィン2はコルゲートフィン(波形フィン)となっているが、これに限定されるものではない。なお、符号8は、第1の冷媒槽4内部の受熱側に設けられた毛管部材である。
沸騰冷却装置1を構成するこれらの部材(冷媒槽4,5、冷媒流路3、放熱フィン2及びフィン抑え部材6)は、好ましくは伝熱性に優れた金属材料(例えば、銅、アルミニウム等)により形成される。
The heat radiating portion includes a plurality of
These members (
次に本発明の特徴について説明する。本発明においては、各冷媒流路3は偏平チューブ3よりなる。従来技術においては、図2(b)及び図3(b)に示すように冷媒流路(偏平チューブ)3は、その偏平チューブ3の長手方向面が水平になるように両冷媒槽4,5間に配設されていたが、この場合は、冷媒が偏平チューブ3内に滞留し、その表面張力によって偏平チューブ3内を閉塞してしまう恐れがあったが、本発明では、図2(a)及び図3(a)に示すように、偏平チューブ3は、その偏平チューブ3の長手方向面(偏平面)LPが水平HPに対して所定角度θ傾くようにして両冷媒槽4,5間に管軸心Cを水平にして配設されている。なお偏平チューブ3は、冷媒と熱交換する外部流体(冷却風)の流れ方向上流側が上方となるように傾斜している。また、フィン2がコルゲートフィンの場合は、このフィン2もまた偏平チューブ3の傾き角度θに沿うように所定角度θだけ傾けて設置している。このようにして、偏平チューブ3とフィン2とよりなる放熱部が、外部流体の流れ方向に沿って所定角度θだけ傾けて設置される。
Next, features of the present invention will be described. In the present invention, each
このように、偏平チューブ3を傾けて配設することにより、冷媒凝縮液を保持するところが1隅部の下面しかないために、ある程度凝縮液が滞留すると、偏平チューブ3の両サイドから流れ落ちるので、偏平チューブ3内に滞留する冷媒凝縮液の量を減らすことができ、偏平チューブ3が閉塞されることがない。
In this way, by arranging the
上記構成よりなる沸騰冷却装置1の作動について説明する。
沸騰冷却装置1内部に所定量封入された冷媒が、第1の冷媒槽4にて発熱体7より受熱し、沸騰・気化し、偏平チューブ(冷媒流路)3に流入する。放熱部を図2(a)中右方から左方へと外部流体が通過することにより、沸騰気化した冷媒蒸気は、偏平チューブ3→放熱フィン2→外部流体へと熱伝達して放熱し、凝縮・液化し、第2の冷媒槽5からUターンして第1の冷媒槽4へと還流する。
The operation of the boiling
A predetermined amount of refrigerant enclosed in the boiling
本実施形態では、偏平チューブ3の管軸心Cは水平に保つ一方で、長手方向面LPが水平HPに対して傾くように、偏平チューブ3を両冷媒槽4,5間に配設しているので、冷媒凝縮液が偏平チューブ3内に滞留することが抑制され、偏平チューブ3が閉塞されることが防止でき、安定した放熱性能を維持することができる。特に、外部流体の流れ方向上流側が上方となるように偏平チューブ3を傾斜させているので、偏平チューブ3内部において気体冷媒が通過する部位と低温の外部流体とを熱交換させることができる。
In the present embodiment, the
なお、本実施形態の沸騰冷却装置1は、ボトムヒートの姿勢でも使用することができる。また、沸騰冷却装置以外の他の熱交換器においても、本発明の概念は適用可能である。
In addition, the boiling
1 沸騰冷却装置
2 伝熱フィン
3 冷媒通路(偏平チューブ)
4,5 冷媒槽
6 フィン抑え部材
7 発熱体
LP 長手方向面
HP 水平
θ 所定角度
C 管軸心
1 Boiling cooler 2
4, 5
Claims (4)
冷媒循環を形成する第2の冷媒槽(5)と、
前記両冷媒槽(4,5)間を連通する複数の冷媒流路(3)及びこの冷媒流路間に介在する放熱フィン(2)からなる方熱部と、
から構成され、その内部に所定量の冷媒が封入されている沸騰冷却装置(1)において、
前記冷媒流路(3)が偏平チューブであって、前記偏平チューブの長手方向面LPが水平HPに対し、所定角度θ傾いて前記偏平チューブが配置されていることを特徴とする沸騰冷却装置。 A first refrigerant tank (4) to which a heating element (7) is attached;
A second refrigerant tank (5) forming a refrigerant circulation;
A heat transfer section comprising a plurality of refrigerant flow paths (3) communicating between the refrigerant tanks (4, 5), and heat radiation fins (2) interposed between the refrigerant flow paths;
In the boiling cooling device (1) in which a predetermined amount of refrigerant is sealed inside,
The boiling cooling device, wherein the refrigerant flow path (3) is a flat tube, and the flat tube is disposed with a longitudinal plane LP of the flat tube inclined at a predetermined angle θ with respect to a horizontal HP.
前記発熱体(7)の熱によって沸騰気化した前記冷媒が前記偏平チューブを通過する際に外部流体と熱交換して凝縮液化することにより前記発熱体(7)を冷却する沸騰冷却装置において、
前記偏平チューブ(3)の偏平面LPが水平面HPに対して所定角度傾斜していることを特徴とする沸騰冷却装置。 A first refrigerant tank (4) in which a heating element (7) is mounted and a refrigerant is enclosed therein, and a second refrigerant tank (5) disposed on the side opposite to the heating element of the first refrigerant tank (4) ) And a plurality of flat tubes (3) that are stacked and communicate with the first refrigerant tank (4) and the second refrigerant tank (5),
In the boiling cooling device that cools the heating element (7) by exchanging heat with an external fluid and condensing and liquefying the refrigerant that has evaporated and boiled by the heat of the heating element (7),
The boiling cooling device characterized in that the flat surface LP of the flat tube (3) is inclined at a predetermined angle with respect to the horizontal surface HP.
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- 2005-02-21 JP JP2005043588A patent/JP2006229102A/en active Pending
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