JP2007012955A - 受熱器、電子機器および投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受熱器での流路と液体の接触面積を増やしながら流路の抵抗上昇をおさえ、受熱効率がよく、小型で、低コストの受熱器、および、発熱部品を効率的に冷却できる電子機器および投射型表示装置を提供する。
【解決手段】金属と液体の接触面積を増やしつつ、流路１１２の抵抗をさげるために流路１１２を複数層１１３、１１４、１１５積み上げて複数の流路を有する受熱器１００を構成した。受熱器１００は、その流入口から複数の流路に液体を分岐させる分岐路と、複数の流路から流出口に液体を合流させる合流路とを備える構成とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、発熱部品から熱を受け取り、その内部に液体を流すことで発熱部品から熱を奪い冷却する受熱器、および当該受熱器が用いられる電子機器および投射型表示装置に関するものである。

近年、半導体素子は、その製造技術の進歩に伴い高精細化が進み、また、半導体で消費される電力も上昇し、発生する熱量が増加してきている。半導体の性能、信頼性及び寿命を確保するためには、半導体の温度を許容される温度範囲内に保つ必要がある。そのため、半導体に接して配置された金属内部に液体を流すことで半導体から熱を奪う液冷方式が使われるようになってきた。

特許文献１には、半導体と接してその熱を奪う受熱器の一例が開示されている。図１５に特許文献１に記載の従来の受熱器の分解斜視図を示す。

受熱器においては、その内部に液体を流すための流路を熱の伝導性の良い金属で形成することが重要となるが、金属で微細な形状を成形することは難しく、流路の断面積は大きいものであった。

一方で、流路と液体との接触面積を大きくすると冷却性能が上がるため、流路の断面積を小さくする要望があった。

そこで、特許文献１においては、金属成型ではできない細い流路を形成するために、銅ベース１に薄板２をろう付けすることによって発熱部品が接続される面と平行に開放された流路３が形成され、その流路上部に蓋をする１枚のモリブデン板４を、ねじ止めまたはろう付けによって固定することで形成される受熱器が提案されている。
特開平１１−１２１６６８号公報

特許文献１に係る従来の受熱器では、金属と液体との接触面積を大きくするために流路を微細に形成することを目的としている。しかし、金属を切削加工したり、または、別の部品をろう付けすることによって形成しなければならず、受熱器の製造コストが上昇してしまう。

また、半導体の発熱量はますます大きなものとなってきており、特許文献１に係る従来の受熱器では十分に熱を吸収することが出来なくなってきている。

これを解消する一つの方法として、銅ベース１を発熱部品５と平行な方向に広げて内部に流れる液の量を増加させることが考えられる。しかし、その方法によっても、発熱部品５から離れた部分の流路３に流れる液には、発熱部品５の熱が十分に伝わらず、冷却効率がそれほど上昇しないという課題が考えられる。特に、半導体は高密度化が進んでいるため、小型で発熱量が大きい、つまり受熱器に接している面積あたりの発熱量が大きくなってきている。したがって、上記課題は顕著に現れる。

また、他の方法として、流路３の断面積をさらに小さくすることが考えられる。しかし、その方法によっても、流路３の断面積を小さくすることにより、液体にとっては内部を流れる際の抵抗が大きくなってしまう。より熱を奪うためには、より多くの液体を流す必要があるが、流れる抵抗が大きくなっているため、冷却性能が悪化する場合もあり、液体を循環させるポンプの能力を向上させなければならず、冷却装置の大型化、コストアップとなってしまう。また、流路３の断面積をさらに小さくするためには、金属を切削加工したり、または、別の部品をろう付けする精度がさらに高く要求され、受熱器の製造コストが上昇してしまう。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、受熱器での流路と液体の接触面積を増やしながら流路の抵抗上昇をおさえ、受熱効率がよく、小型で、低コストの受熱器、および、発熱部品を効率的に冷却できる電子機器および投射型表示装置を提供することを目的とする。

上記目的のうち１つは、以下の受熱器によって達成される。
発熱部品から直接又は他の部材を介して熱を受け取る受熱面と、
前記受熱面からの距離が異なり、内部を液体が流れるための複数の流路と、
前記液体が流入するための流入口と、前記液体が流出するための流出口と、
前記流入口から前記複数の流路に前記液体を分岐させる分岐路と、
前記複数の流路から前記流出口に前記液体を合流させる合流路
とを備えた受熱器。

さらに、前記複数の流路は、前記受熱面から前記流路までの距離が大きくなるに従い、前記流路の断面積が小さくなるように構成されていることが好ましい。

これにより、受熱器の姿勢によらず、常に効率のよい冷却が可能となる。

またさらに、前記受熱部と前記複数の流路とを有する受熱部と、
前記流入口と前記分岐路とを有する分岐部と、
前記流出口と前記合流路とを有する合流部とを備え、
全ての前記流路の内面は、前記受熱面に平行な線分の集合により形成される形状であり、
前記受熱部と前記分岐部、および、前記受熱部と前記合流部とが接合されている構成とするのが好ましい。

これにより、製造が容易な受熱器が提供できる。

また、上記目的のうち１つは、以下の電子機器によって達成される。前記受熱器のいずれかと、前記受熱器に液体を供給するポンプとを有し、前記受熱器の前記受熱面に発熱部品を直接又は他の部材を介して接続してなる電子機器。

さらに、前記発熱部品が半導体発光素子である電子機器において大きな効果が得られる。半導体発光素子は面積あたりの発熱量が非常に大きいため、従来に比べ本発明の受熱器が有する高い冷却効果が顕著に現れる。

また、上記目的のうち１つは、以下の投射型表示装置によって達成される。前記受熱器のいずれかと、前記受熱器に液体を供給するポンプとを有し、前記受熱器の前記受熱面に半導体発光素子を直接又は他の部材を介して接続してなる投射型表示装置。

さらに、前記複数の流路が前記受熱面から前記流路までの距離が大きくなるに従い前記
流路の断面積が小さくなるように構成されている受熱器を用いるのが好ましい。投射型表示装置は設置条件によりさまざまな姿勢にて使用されるが、これにより、投射型表示装置の設置姿勢によらず、常に効率のよい冷却が可能となる。

本発明によれば、受熱効率がよく、小型で、低コストの受熱器、および、発熱部品を効率的に冷却できる電子機器および投射型表示装置を実現することができる。

以下、発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において実質的に同一のものには同一の符号を付している。

金属の熱伝導は一般に非常に良いので、発熱部品から効率よく熱を奪うためには、液体と金属部品との接触面積を大きくする必要がある。そのため、流路の断面積を小さくし、かつ、その流路の幅を高さに対し小さくすることが望まれる。しかし流路を小さくしていくと流路の抵抗が大きくなるので、金属と液体の接触面積を増やしつつ、流路の抵抗をさげるために流路を複数層積み上げて受熱器を構成した。

（実施の形態１）
実施の形態１の受熱器は、全ての流路の断面積を等しくしたものである。

図１に実施の形態１に係る受熱器の斜視図を示す。図２に実施の形態１に係る受熱器の分解斜視図を示す。図３（ａ）に実施の形態１の受熱器の切断面Ａの位置を表す図、図３（ｂ）に実施の形態１の受熱器の切断面Ｂの位置を表す図を示す。図４に実施の形態１に係る受熱器を切断面Ａで切断した断面図を示す。図５に実施の形態１に係る受熱器を切断面Ｂで切断した断面図を示す。

実施の形態１に係る受熱器１００は、受熱部１１０と、分岐部１２０と、合流部１３０の３つの部材にて構成される。

また、各図においては、発熱部品１４０を記載し、発熱部品１４０と受熱器１００との接合状態がわかるようにしている。

受熱部１１０は、銅、アルミニウム、銀、金等の金属からなる。これらは熱伝導率が高いため有効である。外側の各面のうち一面は、発熱部品１４０から直接又は他の部材を介して熱を受け取る受熱面１１１である。受熱面１１１には、発熱部品１４０を直接接合してもよいし、熱を拡散するための熱拡散板等を間に介して接合してもよい。接合方法は、別途設けたバネ等の弾性体による弾性力により押し付ける方法、トルクを管理しながらネジにより締結する方法、直接はんだ付けをする方法等がある。

受熱部１１０には、内部に液体が流れるための複数の流路１１２が形成される。全ての流路１１２の内面は、受熱面１１１に平行な線分の集合により形成される形状である。また、全ての流路１１２の断面積は同一である。

複数の流路１１２は互いに所定の距離を空けて配列されている。また、複数の流路１１２により受熱面１１１と平行な３つの層が構成されている。具体的には、複数の流路１１２のうちの一部により、受熱面１１１からそれぞれ等しい距離をもって配列して第１流路層１１３が構成されている。また、複数の流路１１２のうちの他の一部により、受熱面１１１からそれぞれ等しい距離をもち、第１流路層１１３よりも受熱面１１１から離れて配列している第２流路層１１４が構成されている。さらに、複数の流路１１２のうちの残りにより、受熱面１１１からそれぞれ等しい距離をもち、第２流路層１１４よりも受熱面１１１から離れて配列している第３流路層１１５が構成されている。別の言い方によると、複数の流路１１２により、受熱面１１１から順に、受熱面１１１に平行に配列した複数の流路１１２からなる第１流路層１１３、第２流路層１１４、第３流路層１１５が構成されている。また別の言い方によると、受熱器１００は、受熱面１１１からの距離が異なる３種類の流路１１２を有する。

なお、本明細書中において、「受熱面から流路までの距離」とは、受熱面から流路の断面の重心までの最短距離を意味する。また、「重心」とは、図形上に一様に質量を分布させたときの質量中心を意味する。

受熱部１１０では、受熱面１１１の大きさを、接合される発熱部品１４０よりも大きく設定している。具体的には、第１流路層１１３を形成する全ての流路１１２が、流路１１２を受熱面１１１に垂直に投影した場合に発熱部品１４０と少なくとも一部が重なるように設定されている。

分岐部１２０は、銅、アルミニウム、銀、金等の金属、または、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテール）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂からなる。分岐部１２０に金属を用いる場合は、受熱部１１０と同じ金属材料を用いる。異なる金属材料を用いる場合、電食を起こす恐れがあるからである。

分岐部１２０は、液体が流入するための流入口１２１と、流入口１２１から複数の流路１１２に液体を分岐させる分岐路１２２を有する。分岐路１２２は、分岐部１２０が受熱部１１０から分離した状態で開放された空間であり、分岐部１２０が受熱部１１０と接合された状態で全ての流路１１２と接する空間である。流入口１２１は分岐部１２０が受熱部１１０と接合された状態でも外部と分岐路１２２とをつなぐ空間を形成している。

合流部１３０は、銅、アルミニウム、銀、金等の金属、または、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテール）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂からなる。合流部１３０に金属を用いる場合は、受熱部１１０と同じ金属材料を用いる。異なる金属材料を用いる場合、電食を起こす恐れがあるからである。

合流部１３０は、液体が流出するための流出口１３１と、複数の流路１１２から流出口１３１に液体を合流させる合流路１３２とを有する。合流路１３２は、合流部１３０が受熱部１１０から分離した状態で開放された空間であり、合流部１３０が受熱部１１０と接合された状態で全ての流路１１２と接する空間である。流出口１３１は合流部１３０が受熱部１１０と接合された状態でも外部と合流路１３２をとつなぐ空間を形成している。

なお、本実施の形態では、合流部１３０は分岐部１２０と等しい形状としており、流入口１２１と流出口１３１、分岐路１２２と合流路１３２がそれぞれ対応する。したがって、本実施の形態では、流入口１２１と流出口１３１、分岐路１２２と合流路１３２を区別することなく製造および使用することが可能となっている。

受熱部１１０は、上述のような形状をしているため、その製造が容易である。例えば、押し出し成型によって容易に製造される。

分岐部１２０および合流部１３０は、上述のような形状をしているため、その製造が容易である。例えば、樹脂を用いる場合は射出成型、金属を用いる場合はダイカスト（金属の射出成型）によって容易に製造される。

受熱部１１０と分岐部１２０、受熱部１１０と合流部１３０はそれぞれろう付けにて接合されている。その他の接合方法としては、受熱部１１０と分岐部１２０、受熱部１１０と合流部１３０のそれぞれの接合部に溝を形成しておき、ゴム等からなる封止部材を入れ、受熱部１１０と分岐部１２０、受熱部１１０と合流部１３０に形成された穴とめネジを利用して、ネジ止めをするという方法が考えられる。

次に、本実施の形態の受熱器１００の使用の一例とその動作について説明する。

図６に受熱面１１１が重力方向下向きに位置した際の実施の形態１に係る受熱器内部の液体の流れを表す図を示す。

本実施の形態の受熱器１００の使用の際には、ポンプ（図示せず）と受熱器１００の流入口１２１、流出口１３１と放熱器（図示せず）、放熱器とポンプがそれぞれチューブ（図示せず）等により接続される。ポンプ、受熱器１００、チューブの内部には、純水、エチレングリコール、プロピレングリコール等の液体が充填される。ポンプが駆動されることにより、液体には一方向の圧力が付加され、液体は一方向に流れる。なお、寒冷地でも正常に機能するためには、凝固点の低いエチレングリコール、プロピレングリコール等がより好ましい。

ポンプから送り出された液体はチューブを通って流入口１２１へ流入する。流入口１２１より流入した液体は、分岐路１２２へ流れ込む。分岐路１２２では、流入口１２１より流入した液体の量にほぼ等しい量の液体が複数の流路１１２に分配して送り出される。各流路１１２に送られる液体の分配量は、流路１１２の断面積、重力の影響、その他流路１１２内の液体の流れを妨げる抵抗力等により決定される。図６では、重力方向下向きから順に第１流路層１１３、第２流路層１１４、第３流路層１１５となる状態で受熱器１００が位置している。また、全ての流路１１２の断面積が等しい。そのため、結果として第１流路層１１３を構成する複数の流路１１２、第２流路層１１４を構成する複数の流路１１２、第３流路層１１５を構成する複数の流路１１２の順に流れる液体の量が多くなっている。

各流路１１２を流れた液体は、合流路１３２へ流出し、合流する。合流した液体は、流出口１３１より流出し、チューブを通って放熱器へ流れ込む。

一方、発熱部品１４０から発生した熱は、その一部が受熱面１１１に伝達される。受熱面１１１に伝達された熱は、受熱部１１０の外面と流路１１２、流路１１２と流路１１２の間の金属部材で充填された熱伝達壁１１６を通って各流路１１２の内面に伝達される。そして、各流路１１２において内面から液体に熱が伝えられる。

各流路１１２にて熱を受けた液体は、放熱器に流れ、放熱器にて熱を放出する。放熱器としては一般に用いられているものが流用できる。

以上のように、発熱部品１４０から発生した熱は、受熱器１００にて効率よく液体に伝えられ、放熱器にて放熱される。

本実施の形態では、受熱面１１１の面積を大きくすることなく、受熱器１００に流れる液体の量を多くすることを可能とする。これは、流路１１２を第１流路層１１３、第２流路層１１４、第３流路層１１５と複数層構造にすることにより実現される。第１流路層１１３を形成する流路１１２は発熱部品１４０から効率よく熱を受け取るとともに、その内部を流れる液体が奪いきれない熱を、第２流路層１１４、第３流路層１１５を形成する流路１１２にてその内部を流れる液体が吸収する。

また、受熱面１１１の面積を大きくすることにより流路１１２を増やした場合には、流路１１２と発熱部品１４０との距離が大きくなり受熱効率が悪い流路１１２が出来てしまうが、本実施の形態の受熱器１００では、流路１１２を第１流路層１１３、第２流路層１１４、第３流路層１１５と複数層構造にすることにより、全ての流路１１２と発熱部品１４０との距離を大きくすることなく、全ての流路１１２において効率よく受熱できる。

さらに、流路１１２の内面と液体の接触面積を増やすために各流路１１２の断面積を小さくする場合には、流路１１２の抵抗が大きくなってしまう、流路１１２の形成が容易でなくなる等の問題がある。しかし、本実施の形態の受熱器１００では、流路１１２を第１流路層１１３、第２流路層１１４、第３流路層１１５と複数層構造にすることにより流路１１２の内面と液体の接触面積を増やすことが可能であるため、各流路１１２の断面積をそれほど小さくすることなく十分な受熱能力を得ることが可能である。特に、発熱部品１４０が半導体発光素子である場合、半導体発光素子は面積あたりの発熱量が非常に大きいため、従来に比べ本発明の受熱器１００が有する高い冷却効果が顕著に現れる。

またさらに、本実施の形態に係る受熱器１００は、図６に示すように受熱面１１１が重力方向下向きに位置した際には、上述のように第１流路層１１３を構成する複数の流路１１２、第２流路層１１４を構成する複数の流路１１２、第３流路層１１５を構成する複数の流路１１２の順に流れる液体の量が多くなっている。したがって、本実施の形態に係る受熱器１００を電子機器等で用いる場合、受熱面１１１が重力方向下向きに配置されるのが好ましい。このように配置されることで、発熱部品１４０に近い流路１１２により多くの液体を流すことができ、受熱器１００は高い受熱効率を得ることができる。

（実施の形態２）
実施の形態１に係る受熱器１００は、その姿勢により十分な受熱効率を得ることができない場合がある。

図７に受熱面１１１が重力方向上向きに位置した際の実施の形態１に係る受熱器１００内部の液体の流れを表す図を示す。図７に示すように受熱器１００の姿勢が受熱面１１１を重力方向上向きになるような姿勢となった場合、とくに顕著に受熱効率が低下する。以下に理由を説明する。

この場合、受熱面１１１から近い第１流路層１１３を構成する複数の流路１１２、第２流路層１１４を構成する複数の流路１１２、第３流路層１１５を構成する複数の流路１１２の順に流れる液体の量が少なくなる。これは、実施の形態１に係る受熱器１００の全ての流路１１２の断面積が等しいため、重力方向下向きの流路１１２ほど重力の影響を強く受け、流量が増すためである。重力の影響とは、具体的には各流路１１２よりも重力方向上向きにある液体の重量によって流路１１２を流れる液体が受ける圧力による影響のことである。

したがって、受熱器１００の姿勢が受熱面１１１を重力方向上向きとするような姿勢となった場合、発熱部品１４０に近い流路１１２ほど流路１１２を流れる液体の量が少なくなり、受熱器１００の受熱効率は低下する。

そこで、実施の形態１に係る受熱器の上記課題を解決し、受熱器の姿勢によらず高い受熱効率を得るために、実施の形態２に係る受熱器は、受熱面から流路までの距離が大きくなるに従い、流路の断面積が小さくなるように構成されている。

図１に実施の形態２に係る受熱器の斜視図を示す。図８に実施の形態２に係る受熱器の分解斜視図を示す。図３（ａ）に実施の形態２の受熱器の切断面Ａの位置を表す図、図３（ｂ）に実施の形態２の受熱器の切断面Ｂの位置を表す図を示す。図９に実施の形態２に係る受熱器を切断面Ａで切断した断面図を示す。図１０に実施の形態２に係る受熱器を切断面Ｂで切断した断面図を示す。

実施の形態２に係る受熱器２００が実施の形態１に係る受熱器１００と異なる点は、受熱部２１０の有する各流路２１２の断面積のみである。したがって、受熱器２００の外観、分岐部１２０、合流部１３０は実施の形態１と同一である。

受熱部２１０は、銅、アルミニウム、銀、金等の金属からなる。これらは熱伝導率が高いため有効である。外側の各面のうち一面は、発熱部品１４０から直接又は他の部材を介して熱を受け取る受熱面２１１である。受熱面２１１には、発熱部品１４０を直接接合してもよいし、熱を拡散するための熱拡散板等を間に介して接合してもよい。接合方法は、別途設けたバネ等の弾性体による弾性力により押し付ける方法、トルクを管理しながらネジにより締結する方法、直接はんだ付けをする方法等がある。

受熱部２１０には、内部を液体が流れるための複数の流路２１２が形成される。全ての流路２１２の内面は、受熱面２１１に平行な線分の集合により形成される形状である。

複数の流路２１２は互いに所定の距離を空けて配列されている。また、複数の流路２１２により受熱面２１１と平行な３つの層が構成されている。具体的には、複数の流路２１２のうちの一部により、受熱面２１１からそれぞれ等しい距離をもって配列して第１流路層２１３が構成されている。また、複数の流路２１２のうちの他の一部により、受熱面２１１からそれぞれ等しい距離をもち、第１流路層２１３よりも受熱面２１１から離れて配列している第２流路層２１４が構成されている。さらに、複数の流路２１２のうちの残りにより、受熱面２１１からそれぞれ等しい距離をもち、第２流路層２１４よりも受熱面２１１から離れて配列している第３流路層２１５が構成されている。別の言い方によると、複数の流路２１２により、受熱面２１１から順に、受熱面２１１に平行に配列した複数の流路２１２からなる第１流路層２１３、第２流路層２１４、第３流路層２１５が構成されている。また別の言い方によると、受熱器２００は、受熱面２１１からの距離が異なる３種類の流路２１２を有する。

第１流路層２１３を構成する複数の流路２１２はそれぞれ等しい断面積を有する。また、第２流路層２１４を構成する複数の流路２１２はそれぞれ等しい断面積を有する。さらに、第３流路層２１５を構成する複数の流路２１２はそれぞれ等しい断面積を有する。そして、第１流路層２１３を構成する複数の流路２１２、第２流路層２１４を構成する複数の流路２１２、第３流路層２１５を構成する複数の流路２１２の順に各流路２１２の断面積が大きくなっている。つまり、各流路２１２は、受熱面２１１から流路２１２までの距離が大きくなるに従い、流路２１２の断面積が小さくなるように構成されている。

受熱部２１０では、受熱面２１１の大きさを、接合される発熱部品１４０よりも大きく設定している。具体的には、第１流路層２１３を形成する全ての流路２１２が、流路２１２を受熱面２１１に垂直に投影した場合に発熱部品１４０と少なくとも一部が重なるように設定されている。

受熱部２１０は、上述のような形状をしているため、その製造が容易である。例えば、押し出し成型によって容易に製造される。

次に、本実施の形態の受熱器２００の使用の一例とその動作について説明する。

図１１に受熱面が重力方向下向きに位置した際の分岐路に係る受熱器内部の液体の流れを表す図を示す。

本実施の形態の受熱器２００の使用の際には、ポンプ（図示せず）と受熱器２００の流入口１２１、流出口１３１と放熱器（図示せず）、放熱器とポンプがそれぞれチューブ（図示せず）等により接続される。ポンプ、受熱器２００、チューブの内部には純水、エチレングリコール、プロピレングリコール等の液体が充填される。ポンプが駆動されることにより、液体には一方向の圧力が付加され、液体は一方向に流れる。なお、寒冷地でも正常に機能するためには、凝固点の低いエチレングリコール、プロピレングリコール等がより好ましい。

ポンプから送り出された液体はチューブを通って流入口１２１へ流入する。流入口１２１より流入した液体は、分岐部１２２へ流れ込む。分岐部１２２では、流入口１２１より流入した液体の量にほぼ等しい量の液体を複数の流路２１２に分配して送り出す。各流路２１２に送られる液体の分配量は、流路２１２の断面積、重力の影響、その他流路２１２内の液体の流れを妨げる抵抗力等により決定される。

図１１では、重力方向下向きから順に第１流路層２１３、第２流路層２１４、第３流路層２１５となる状態で受熱器２００が位置している。また、第１流路層２１３を構成する複数の流路２１２、第２流路層２１４を構成する複数の流路２１２、第３流路層２１５を構成する複数の流路２１２の順に断面積が大きくなっている。結果として第１流路層２１３を構成する複数の流路２１２、第２流路層２１４を構成する複数の流路２１２、第３流路層２１５を構成する複数の流路２１２の順に流れる液体の量が多くなっている。

各流路２１２を流れた液体は、合流路１３２へ流出し、合流する。合流した液体は、流出口１３１より流出し、チューブを通って放熱器へ流れ込む。

一方、発熱部品１４０から発生した熱は、その一部が受熱面２１１に伝達される。受熱面２１１に伝達された熱は、受熱部２１０の外面と流路２１２、流路２１２と流路２１２の間の金属部材で充填された熱伝達壁２１６を通って各流路２１２の内面に伝達される。そして、各流路２１２において内面から液体に熱が伝えられる。

各流路２１２にて熱を受けた液体は、放熱器に流れ、放熱器にて熱を放出する。放熱器としては一般に用いられているものが流用できる。

次に、受熱器２００の姿勢が変化した際の受熱器２００内部の液体の流れについて説明する。

図１２に受熱面２１１が重力方向上向きに位置した際の分岐路に係る受熱器内部の液体の流れを表す図を示す。この場合、重力方向上向きから順に第１流路層２１３、第２流路層２１４、第３流路層２１５となる状態で受熱器２００が位置している。したがって、重力の影響のみ考慮した場合には発熱部品１４０から近い流路２１２ほど流量が小さくなってしまう。

しかし、本実施の形態に係る受熱器２００では、第１流路層２１３を構成する複数の流路２１２、第２流路層２１４を構成する複数の流路２１２、第３流路層２１５を構成する複数の流路２１２の順に断面積が大きくなっている。したがって、断面積のみ考慮した場合には発熱部品１４０から近い流路２１２ほど流量が大きくなる。これは、断面積が小さいほど流路２１２内の液体の流れを妨げる抵抗力が大きいためである。

このように、本実施の形態に係る受熱器２００では、受熱面２１１が重力方向上向きに位置した際にも、重力の影響を流路２１２の断面積により相殺し、発熱部品１４０に近い流路２１２に多くの液体が流れる。したがって、本実施の形態に係る受熱器２００は、十分な受熱能力を得ることが可能である。

図１３に受熱面２１１が重力方向と平行に位置した際の分岐路に係る受熱器２００内部の液体の流れを表す図を示す。この場合、第１流路層２１３、第２流路層２１４、第３流路層２１５はすべて重力方向の位置が等しくなる。したがって、重力の影響による各流路２１２の流量の差は生じない。

また、本実施の形態に係る受熱器２００では、第１流路層２１３を構成する複数の流路２１２、第２流路層２１４を構成する複数の流路２１２、第３流路層２１５を構成する複数の流路２１２の順に断面積が大きくなっている。したがって、断面積のみ考慮した場合には発熱部品１４０から近い流路２１２ほど流量が大きくなる。これは、断面積が小さいほど流路２１２内の液体の流れを妨げる抵抗力が大きいためである。

このように、本実施の形態に係る受熱器２００では、受熱面２１１が重力方向と平行に位置した際にも発熱部品１４０に近い流路２１２に多くの液体が流れる。したがって、本実施の形態に係る受熱器２００は、高い受熱能力を得ることが可能である。

以上のように、発熱部品１４０から発生した熱は、受熱器２００にて効率よく液体に伝えられ、放熱器にて放熱される。

本実施の形態では、受熱面２１１の面積を大きくすることなく、受熱器２００に流れる液体の量を多くすることを可能とする。これは、流路２１２を第１流路層２１３、第２流路層２１４、第３流路層２１５と複数層構造にすることにより実現される。第１流路層２１３を形成する流路２１２にて発熱部品１４０から効率よく熱を受け取るとともに、その内部を流れる液体が奪いきれない熱を、第２流路層２１４、第３流路層２１５を形成する流路２１２にてその内部を流れる液体が吸収する。

また、受熱面２１１の面積を大きくすることにより流路２１２を増やした場合には、流路２１２と発熱部品１４０の距離が大きくなり受熱効率が悪い流路２１２が出来てしまうが、本実施の形態の受熱器２００では、流路２１２を第１流路層２１３、第２流路層２１４、第３流路層２１５と複数層構造にすることにより、全ての流路２１２が発熱部品１４０からの距離を大きくすることなく、全ての流路２１２において効率よく受熱できる。

さらに、流路２１２の内面と液体の接触面積を増やすために各流路２１２の断面積を小さくする場合には、流路２１２の抵抗が大きくなってしまう、流路２１２の形成が容易でなくなる等の問題があるが、本実施の形態の受熱器２００では、流路２１２を第１流路層２１３、第２流路層２１４、第３流路層２１５と複数層構造にすることにより流路２１２の内面と液体の接触面積を増やすことが可能であるため、各流路２１２の断面積をそれほど小さくすることなく十分な受熱能力を得ることが可能である。特に、発熱部品１４０が半導体発光素子である場合、半導体発光素子は面積あたりの発熱量が非常に大きいため、従来に比べ本発明の受熱器２００が有する高い冷却効果が顕著に現れる。

またさらに、本実施の形態に係る受熱器２００は、図１１に示すように受熱面２１１が重力方向下向きに位置した際には、上述のように第１流路層２１３を構成する複数の流路２１２、第２流路層２１４を構成する複数の流路２１２、第３流路層２１５を構成する複数の流路２１２の順に流れる液体の量が多くなっている。したがって、本実施の形態に係る受熱器２００を電子機器等で用いる場合、受熱面２１１を重力方向下向きに配置するのが好ましい。このように配置することで、発熱部品１４０に近い流路２１２により多くの液体を流すことができ、受熱器２００は高い受熱効率を得ることができる。

さらに、本実施の形態に係る受熱器２００は、受熱面２１１から流路２１２までの距離が大きくなるに従い、流路２１２の断面積が小さくなるように構成されているため、受熱器２００の姿勢によらず常に発熱部品１４０に近い流路２１２に多くの液体を流すことができ、受熱器２００の姿勢によらず常に高い受熱効率を有する。

本実施の形態に係る受熱器２００は、受熱器２００の前記受熱面２１１に半導体発光素子を直接又は他の部材を介して接続してなる投射型表示装置において使用される場合に特に効果が高い。投射型表示装置は設置条件によりさまざまな姿勢にて使用される。例えば、机の上に設置される標準姿勢、標準姿勢から機体を反転し天井に吊り下げる姿勢、標準姿勢から機体を横に倒した姿勢等の姿勢での使用が想定される。しかし、本実施の形態の受熱器２００は、受熱器２００の姿勢によらず常に高い受熱効率を有するため、投射型表示装置の設置姿勢によらず、常に効率のよい冷却が可能となる。

（実施の形態３）
実施の形態３に係る受熱器は実施の形態２の変形例であり、実施の形態２と同様に、受熱面から流路までの距離が大きくなるに従い、流路の断面積が小さくなるように構成されている。

図１に実施の形態３に係る受熱器の斜視図を示す。図１４に実施の形態３に係る受熱器の分解斜視図を示す。

本実施の形態に係る受熱器３００が実施の形態２に係る受熱器２００と異なる点は、受熱部３１０の有する各流路３１２の断面積と配置のみである。したがって、受熱器３００の外観、分岐部１２０、合流部１３０は実施の形態１、２と同一である。

本実施の形態に係る受熱器３００は、実施の形態２の受熱器２００と同様に、受熱面３１１から流路３１２までの距離が大きくなるに従い、流路３１２の断面積が小さくなるように構成されている。また、実施の形態３に係る受熱器３００は、受熱面３１１に平行な方向に隣り合う１組の流路３１２の間に位置して一組の流路３１２のそれぞれに隣り合うように他の流路３１２が配置されている。

本実施の形態による受熱器３００の使用の一例とその動作、また、受熱器３００の姿勢が変化した際の受熱器３００内部の液体の流れについては、実施の形態２と実質的に同じであるため、説明を省略する。

また、本実施の形態の受熱器３００の効果は、実施の形態２の受熱器２００の効果と同様である。

本発明は、小型で発熱量の大きい発熱部品から効率よく熱を受けることが出来るため、半導体などの発熱部品、もしくは半導体の冷却に用いるペルチェ素子の発熱部などから熱を受け取り、その内部に水などの液体を循環させて冷却する受熱器、電子機器および投射型表示装置に適用できる。

実施の形態１、２、３に係る受熱器の斜視図 実施の形態１に係る受熱器の分解斜視図 （ａ）実施の形態１、２の受熱器の切断面Ａの位置を表す図、（ｂ）実施の形態１、２の受熱器の切断面Ｂの位置を表す図 実施の形態１に係る受熱器を切断面Ａで切断した断面図 実施の形態１に係る受熱器を切断面Ｂで切断した断面図 受熱面が重力方向下向きに位置した際の実施の形態１に係る受熱器内部の液体の流れを表す図 受熱面が重力方向上向きに位置した際の実施の形態１に係る受熱器内部の液体の流れを表す図 実施の形態２に係る受熱器の分解斜視図 実施の形態２に係る受熱器を切断面Ａで切断した断面図 実施の形態２に係る受熱器を切断面Ｂで切断した断面図 受熱面が重力方向下向きに位置した際の実施の形態２に係る受熱器内部の液体の流れを表す図 受熱面が重力方向上向きに位置した際の実施の形態２に係る受熱器内部の液体の流れを表す図 受熱面が重力方向と平行に位置した際の実施の形態２に係る受熱器内部の液体の流れを表す図 実施の形態３に係る受熱器の分解斜視図 従来の受熱器の分解斜視図

符号の説明

１００、２００、３００ 受熱器
１１０、２１０、３１０ 受熱部
１１１、２１１、３１１ 受熱面
１１２、２１２、３１２ 流路
１１３、２１３ 第１流路層
１１４、２１４ 第２流路層
１１５、２１５ 第３流路層
１１６、２１６、３１６ 熱伝達壁
１２０ 分岐部
１２１ 流入口
１２２ 分岐路
１３０ 合流部
１３１ 流出口
１３２ 合流路
１４０ 発熱部品

Claims (6)

1. 発熱部品から直接又は他の部材を介して熱を受け取る受熱面と、
   前記受熱面からの距離が異なり、内部を液体が流れるための複数の流路と、
   前記液体が流入するための流入口と、
   前記液体が流出するための流出口と、
   前記流入口から前記複数の流路に前記液体を分岐させる分岐路と、
   前記複数の流路から前記流出口に前記液体を合流させる合流路とを備えた受熱器。
2. 前記複数の流路は、前記受熱面から前記流路までの距離が大きくなるに従い、前記流路の断面積が小さくなるように構成されている請求項１に記載の受熱器。
3. 前記受熱部と前記複数の流路とを有する受熱部と、
   前記流入口と前記分岐路とを有する分岐部と、
   前記流出口と前記合流路とを有する合流部とを備え、
   全ての前記流路の内面は、前記受熱面に平行な線分の集合により形成される形状であり、
   前記受熱部と前記分岐部、および、前記受熱部と前記合流部とが接合されてなる請求項１または２に記載の受熱器。
4. 請求項１に記載の受熱器と、
   前記受熱器に液体を供給するポンプとを有し、
   前記受熱器の前記受熱面に発熱部品を直接又は他の部材を介して接続してなる電子機器。
5. 前記発熱部品が半導体発光素子である請求項４に記載の電子機器。
6. 請求項２に記載の受熱器と、
   前記受熱器に液体を供給するポンプとを有し、
   前記受熱器の前記受熱面に半導体発光素子を直接又は他の部材を介して接続してなる投射型表示装置。

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