JP2007205694A - 流体冷却装置、および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】良好に発熱体を冷却する流体冷却装置を提供する。
【解決手段】
流体冷却装置１は、フィン部１２２Ｃを備えた伝熱板１２２と、フィン部１２２Ｃ間にマイクロチャネル部１２６を形成する流路板１２３とが積層された積層構造に構成され、上流側にフィルタ板１１３が設けられている。これにより、フィルタ板１１３にて、微細な異物を捕捉することができるので、マイクロチャネル部１２６における異物の詰まりを防止できる。したがって、マイクロチャネル部１２６の詰まりによるポンプ負荷の増大や、冷却性能の低下などを防止でき、良好に発熱体を冷却することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、流路孔に冷却水を流通させることで発熱体を冷却する流体冷却装置、および電子機器に関する。

従来、電子機器に設けられる例えば半導体などの発熱体を冷却する冷却装置として、微小寸法の流路が形成された流路板を複数積層した、いわゆるマイクロチャネル構造を備えた流体冷却装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に記載のものは、薄板を打ち抜き加工して成形した積層プレートを厚み方向に積層させて結合し、これらの積層プレートの端部に、冷却水の流入部および流出部が設けられる端板を取り付けた液冷ジャケットである。この液冷ジャケットでは、打ち抜かれた孔部分に冷却水の流路が形成され、流入部から流入させた冷却水をこの流路に流通させて、流出部から流出させることで、半導体モジュールの熱を冷却水に逃がしている。

特開２００３−１４９５９４号公報（第３頁ないし第７頁、図１ないし図４参照）

ところで、電子機器などに設けられる半導体モジュールを冷却する上記特許文献１のような液冷ジャケットは、冷却水の漏洩を防止するために閉鎖系に形成されている。従って、組立時に十分に管理されていれば、液中の塵埃などの異物が少ないため、一般には、流路中にフィルタなどの塵埃を除去する構成が設けられていない。しかしながら、上記特許文献１のようないわゆるマイクロチャネルは、流路が微細に形成されているため、液中の塵埃が詰まりやすく、流路中に塵埃が詰まった場合、冷却能力が著しく低下したり、ポンプの負荷が増大して故障の原因となったりするという問題が挙げられる。また、組立時に塵埃が混入しなくとも、ポンプの摩擦部などが剥離して液中に塵埃が混入したり、修理時に流路を分解した場合に異物が混入したりする虞がある。

本発明は、上記のような問題に鑑み、良好に発熱体を冷却する流体冷却装置、および電子機器を提供することを１つの目的とする。

本発明に係る流体冷却装置は、少なくとも、発熱体からの熱が伝達されるフィンを備えた伝熱板と、前記フィン間に配置されて流体を流通する流路孔が形成された流路板とを積層し、前記フィン間に配置される流路孔により形成される微細流路に流体を流通させて発熱体の熱を冷却する流体冷却装置であって、前記冷却流体の流路の少なくとも上流側に異物捕捉手段が設けられたことを特徴とする。

この発明によれば、流体冷却装置は、フィンを備えた伝熱板と、フィン間に微細流路を形成する流路板とが積層された積層構造に構成され、上流側に異物捕捉手段が設けられている。これにより、異物捕捉手段にて、塵埃などの微細な異物を捕捉することができるので、フィン間に形成される微細流路にこれらの塵埃などの異物の進入を防止できる。したがって、フィン間の詰まりによるポンプ負荷の増大や、冷却性能の低下などを防止でき、良好に発熱体を冷却することができる。

また、本発明では、前記異物捕捉手段は、流体が流通する流通開口部を複数備え、この流通開口部の総面積は、前記微細流路の流体の流通方向に直交する総面積以上であることが好ましい。
ここで、異物捕捉手段の総面積は、微細流路の総面積の２倍ないし３倍の大きさに形成されていることがより好ましい。
この発明によれば、異物捕捉手段の流通開口部の総面積が微細流路の総面積よりも大きい。これにより、流体が異物捕捉手段を通過する際の圧力損失は、微細流路を通過する際の圧力よりも小さくなる。したがって、異物捕捉手段に異物が捕捉された場合においても、流体の異物捕捉手段の通過時による負荷によりポンプの負荷が増大することがなく、流体をスムーズに流路中を流通させることができる。

さらに、本発明では、前記異物捕捉手段は、流体が流通可能な複数の流通開口部を有する前記フィルタ板であり、このフィルタ板の流通開口部の大きさは、前記微細流路を形成する前記フィン間の幅寸法に対して、同等もしくは小さく形成されたことが好ましい。
この発明によれば、異物捕捉手段は複数の流通開口部を有するフィルタ板であり、このフィルタ板の流通開口部の大きさが微細流路の幅寸法と同一寸法以下に形成されている。これにより、フィルタ板の流通開口部を通過する微細な異物は、微細流路を通過することができるので、例えばフィルタ板にて捕捉できなくとも微細流路を通過し、詰まることがない。また、微細流路の幅寸法よりも大きい異物は、フィルタ板にて確実に捕捉することができる。よって、より確実にフィン間の微細流路の異物の詰まりを防止することができ、流体冷却装置の冷却性能低下やポンプ負荷の増大を防止することができる。

このとき、本発明では、前記伝熱板および前記流路板の上流側に、前記フィルタ板の流通開口部の総面積より大きい流路面積を有する流路が形成された２つの流路拡大板が設けられ、前記フィルタ板は、これらの２つの流路拡大板に挟まれた状態で積層されることが好ましい。
この発明によれば、フィルタ板の流通開口部の総面積よりも大きい流路面積を有する流路拡大板にてフィルタ板を挟み込む。これにより、流路拡大板における流体の圧力損失がフィルタ板を通過時の流体の圧力損失より小さくなるので、ポンプ負荷を低減でき、スムーズに冷却流体を流通させることができる。

また、本発明では、前記伝熱板は、両端側に流体を分配する分配流路用孔が形成され、前記流路板の前記流路孔は、前記流路板の両端側に設けられるとともに、前記分配流路用孔と略同一形状に形成されて隣り合う分配流路用孔同士を連結する分配流路連結部と、前記分配流路連結部間に設けられて、前記分配流路連結部よりも流路幅が小さく形成される狭路部と、を備え、前記異物捕捉手段は、前記分配流路連結部と前記狭路部とを連結するとともに、前記狭路部よりも流路幅寸法が大きく形成された流路孔連結部であることが好ましい。
この発明によれば、流路板の流路孔は、伝熱板の両端側に流体を分配する分配流路用孔を連結する分配流路連結部と、これらの分配流路連結部間に設けられる狭路部と、を備え、これらの分配流路連結部および狭路部を連結するとともに狭路部よりも流路幅寸法が大きく形成された流路孔連結部が異物捕捉手段として機能している。これにより、この流路孔連結部は、狭路部よりも狭路幅が大きく形成されているので、異物が詰まったとしても流路抵抗への影響が小さい。したがって、流路孔連結部にて狭路部に入る前の異物を捕捉することができ、狭路部での異物の詰まりを防止できる。よって、ポンプ負荷や冷却能力の低下を防止することができる。

そして、本発明の電子機器は、電子により駆動するとともに、駆動により発熱する駆動発熱部と、上記にて説明したような前記発熱部を冷却する流体冷却装置と、を備えたことを特徴とする。
ここで、電子機器としては、例えば電子により発光するＬＥＤもしくはＬＤなどを備えた照明光学系と、照明光学系から射出された光束を光変調する光変調素子と、光変調素子から射出された光束をスクリーンなどの投写対象に拡大投写する投写光学系と、照明光学系のＬＥＤやＬＤに設けられる上記したような流体冷却装置と、を備えたプロジェクタなどが例示できる。
この発明によれば、上記のような流体冷却装置を電子機器の駆動発熱部に取り付けるので、駆動発熱部の熱を良好に冷却することができる。また、流体冷却装置の冷却能力の低下が防止できるので、駆動発熱部の能力を良好に維持できる。また、上記プロジェクタのＬＥＤやＬＤに流体冷却装置を取り付けることで、ＬＥＤやＬＤの熱を良好に冷却することができ、ＬＥＤやＬＤの高輝度を実現できる。さらに、この時、流体冷却装置の冷却能力の低下が防止されるため、ＬＥＤやＬＤの冷却を長時間維持することができ、ＬＥＤやＬＤの長寿命化を図ることができる。

[第一の実施の形態]
以下、本発明における一実施の形態を図面に基づいて説明する。

［流体冷却装置の構成］
図１は、本発明に係る第一の実施の形態の流体冷却装置の概略を模式的に示す斜視図である。図２は、第一の実施の形態における流体冷却装置の断面図である。図３は、第一の実施の形態における流体冷却装置の分解斜視図である。

図１において、１は、流体冷却装置であり、この流体冷却装置１は、内部に冷却流体を流通させることで発熱体２の熱を冷却する装置である。この流体冷却装置１は、複数の積層板が積層されて内部に流路が形成される箱状に形成された積層体１０を備えて構成されている。そして、積層板の積層方向に平行する積層体１０の端面には、発熱体２が例えばロウ付け、ハンダ付けなどにより接合されている。なお、発熱体２として例えば絶縁が必要な半導体などを用いる場合、熱伝導率の高いシリコンゴムシートなどを間に挟んだ状態で積層体１０に接合される。このような流体冷却装置１では、発熱体２から伝熱される積層板と、内部を流通する冷却流体との間で熱交換することにより、発熱体２を冷却している。そして、積層体１０は、図１および図２に示すように、流体導入部１１と、冷却部１２と、流体排出部１３とを備えている。

流体導入部１１は、導入側パイプ接続板１１１、流路拡大板１１２、異物捕捉手段としてのフィルタ板１１３、および流路拡大板１１２を、この順番で積層することにより構成されている。

導入側パイプ接続板１１１は、積層体１０の上流側端面に積層される長手方向を有する略矩形状の積層板である。この導入側パイプ接続板１１１は、略中心位置に略円状のパイプ接続孔１１１Ａが形成されており、このパイプ接続孔１１１Ａには、図１に示すように、冷却流体を導入する金属製のパイプ３が例えばロウ付けなどにより接続されている。このパイプ３には、図示しないチューブが接続され、このチューブを介して図示しないポンプと積層体１０とが接続されている。

流路拡大板１１２は、図２および図３に示すように、積層方向に直交する面形状が導入側パイプ接続板１１１と略同一矩形状に形成された積層板であり、積層方向の厚み寸法ｈが例えば３ｍｍに形成されている。また、流路拡大板１１２の内部は、積層方向に貫通する流路孔１１２Ａが形成されている。ここで、流路孔１１２Ａの積層方向に直交する流路面積Ｔは、フィルタ板１１３の後述する流通開口部１１３Ａの総面積よりも大きく形成されている。

フィルタ板１１３は、２枚の流路拡大板１１２の間に挟まれて積層される積層板であり、流路拡大板１１２と略同一形状の矩形形状に形成されている。このフィルタ板１１３の厚み寸法は、流路拡大板１１２に比べて十分小さく形成されており、例えば１００μｍに形成されている。
そして、このフィルタ板１１３には、積層方向に貫通する複数の流通開口部１１３Ａが形成されている。なお、本実施の形態では、流通開口部１１３Ａの形状は、略円形とするが、特にこれに限定されない。例えば、流通開口部１１３Ａは、略長方形のスリット形状に形成されていてもよい。

ここで、この流通開口部１１３Ａの開口幅寸法α（開口径寸法α）は、後述する冷却部１２の流路板１２３の厚み寸法である例えば１００μｍ以下の幅寸法に形成されている。なお、この開口幅寸法αとして、本実施の形態では、略円形の流通開口部１１３Ａであるため、径寸法としたが、例えば上記のように略長方形のスリット形状の流通開口部が形成されている場合、縦横幅の平均値を開口幅寸法αとすることができる。
さらに、フィルタ板１１３は、これらの流通開口部１１３Ａの総開口面積ｎＳ（ｎは流通開口部１１３Ａの数、Ｓは流通開口部１１３Ａの１つ当たりの開口面積）が、冷却部１２内に構成される後述するマイクロチャネル部１２６（図２参照）の総流路面積ｍＰ（ｍは流路板１２３の数、Ｐは1つ当たりのマイクロチャネル部１２６の幅面積（図３参照））よりも大きくなるように形成されている。

流路拡大板１１２は、フィルタ板１１３の全面に均一に冷却流体を拡大しているため、異物の捕捉によりフィルタ板１１３が詰まっても影響を最小限にできる。

冷却部１２は、導入側流路規制板１２１Ａと、排出流路規制板１２１Ｂと、複数の伝熱板１２２と、複数の流路板１２３と、が積層されて構成されている。なお、図１ないし図３において、説明の都合上、伝熱板１２２および流路板１２３の配置数を減らして図示するが、実際には、さらに多くの伝熱板１２２および流路板１２３が配置されている。

導入側流路規制板１２１Ａは、熱伝導率が良好な例えば銅板などにて形成され、積層方向に直交する面形状が、上記した流体導入部１１の導入側パイプ接続板１１１、流路拡大板１１２、フィルタ板１１３と略同一矩形状に形成された積層板であり、厚み寸法が例えば１００μｍに形成されている。この導入側流路規制板１２１Ａには、長手方向の一端側に導入側流路規制孔１２１Ａ１が形成されている。この導入側流路規制孔１２１Ａ１は、導入側流路規制板１２１Ａの長手方向に直交する幅方向に長手となる略矩形状に形成されている。そして、この導入側流路規制板１２１Ａは、冷却部１２の最も上流側で、流体導入部１１の流路拡大板１１２に積層されており、この流路拡大板１１２から導入される冷却流体を導入側流路規制孔１２１Ａ１から冷却部１２の内部に導入している。

排出流路規制板１２１Ｂは、熱伝導率が良好な例えば銅板などにて形成され、積層方向に直交する面形状が、導入側流路規制板１２１Ａと略同一矩形状に形成された積層板であり、厚み寸法が導入側流路規制板１２１Ａと略同一寸法、例えば１００μｍに形成されている。この排出流路規制板１２１Ｂは、導入側流路規制孔１２１Ａ１が形成される一端側とは対称となる他端側に、排出流路規制孔１２１Ｂ１が形成されている。この排出流路規制孔１２１Ｂ１は、導入側流路規制孔１２１Ａ１と同様に、排出流路規制板１２１Ｂの長手方向に略直交する幅方向に長手となる略矩形形状に形成されている。

伝熱板１２２は、熱伝導率が良好な例えば銅板などにより形成され、積層方向に直交する面形状が、流路規制板１２１Ａ，１２１Ｂと略同一矩形形状に形成された積層板である。この伝熱板１２２の厚み寸法は、導入側流路規制板１２１Ａおよび排出流路規制板１２１Ｂと同様に、例えば１００μｍの薄板状に形成されている。
また、伝熱板１２２の長手方向の両端側にはそれぞれ、分配流路用孔としての導入孔１２２Ａおよび排出孔１２２Ｂが形成されている。これらの導入孔１２２Ａおよび排出孔１２２Ｂは、それぞれ、導入側流路規制孔１２１Ａ１および排出流路規制孔１２１Ｂ１と略同一形状、略同一位置に形成されている。そして、これらの伝熱板１２２に形成された導入孔１２２Ａ同士、および導入側流路規制孔１２１Ａ１は、後述の流路板１２３に形成される流路孔１２３Ａにより互いに連結されている。同様に、伝熱板１２２に形成された排出孔１２２Ｂ同士、および排出流路規制孔１２１Ｂ１は、流路板１２３に形成される流路孔１２３Ａにより互いにに連結されている。そして、伝熱板１２２の導入孔１２２Ａおよび排出孔１２２Ｂの間には、フィン部１２２Ｃが形成されている。

流路板１２３は、導入側流路規制板１２１Ａ、排出流路規制板１２１Ｂおよび伝熱板１２２と略同一矩形形状に形成された積層板であり、導入側流路規制板１２１Ａおよび伝熱板１２２の間、各伝熱板１２２間、伝熱板１２２および排出流路規制板１２１Ｂの間にそれぞれ配置されている。また、流路板１２３の厚み寸法βは、前記したように、フィルタ板１１３の流通開口部１１３Ａの開口径寸法αよりも大きく形成され、例えば１００μｍに形成されている。

そして、流路板１２３には、積層方向に連通するとともに、流路板１２３の長手方向に沿った略矩形形状の流路孔１２３Ａが形成されている。この流路孔１２３Ａは、長手方向の両端部に設けられる連結部１２３Ｂと、これらの連結部１２３Ｂを連結する微細流路部１２３Ｃとを備えている。
連結部１２３Ｂは、隣り合う伝熱板１２２の導入孔１２２Ａ同士、流体導入部１１に最近接する位置に配置される伝熱板１２２の導入孔１２２Ａおよび導入側流路規制孔１２１Ａ１を連結し、流体導入流路１２４を形成する。また、連結部１２３Ｂは、隣り合う伝熱板１２２の排出孔１２２Ｂ同士、最も流体排出部１３側に近接する位置に設けられる伝熱板１２２の排出孔１２２Ｂおよび排出流路規制板１２１Ｂの排出流路規制孔１２１Ｂ１を連結して、流体排出流路１２５を形成する。ここで、流体導入流路１２４の容積、および流体排出流路１２５の容積は、流路拡大板１１２の流路孔１１２Ａの容積ｈＴと略同一となる。これにより、流路拡大板１１２における冷却流体の流体圧力が、流体導入流路１２４および流体排出流路１２５における冷却流体の流体圧力と略同一となり、冷却流体をスムーズに流通させることが可能となる。

微細流路部１２３Ｃは、隣り合う伝熱板１２２のフィン部１２２Ｃの間に配置され、流体導入流路１２４および流体排出流路１２５間を連通するマイクロチャネル部１２６を形成する。ここで、マイクロチャネル部１２６の幅寸法、すなわち伝熱板１２２のフィン部１２２Ｃ間の離間距離は、流路板１２３の厚み寸法βと同一寸法となり、すなわちフィルタ板１１３の流通開口部１１３Ａの開口径寸法αよりも大きい寸法となる。
また、マイクロチャネル部１２６の冷却流体の流通方向と直交する面である流路面積をＰとし、流路板１２３の配置数をｍとすると、前記したようにフィルタ板１１３の流通開口部１１３Ａの総開口面積ｎＳは、マイクロチャネル部１２６の総流路面積ｍＰよりも大きくなるように、好ましくは総流路面積ｍＰの２倍ないし３倍となるように設定されている。

流体排出部１３は、流路拡大板１３１と、排出側パイプ接続板１３２とを備えている。
流路拡大板１３１は、前記した流体導入部１１の流路拡大板１１２と略同一形状に形成されている。すなわち、流路拡大板１３１は、積層方向に直交する面形状が、導入側パイプ接続板１１１、流路拡大板１１２、フィルタ板１１３、流路規制板１２１Ａ，１２１Ｂ、伝熱板１２２、および流路板１２３などと同一矩形形状に形成されており、積層方向の厚み寸法が例えば３ｍｍに形成されている。また、流路拡大板１３１の内部は、流路拡大板１１２と同様に、積層方向に貫通する流路孔１３１Ａが形成されている。

排出側パイプ接続板１３２は、前記した導入側パイプ接続板１１１と略同一形状に形成されている。すなわち、排出側パイプ接続板１３２は、積層方向に直交する面形状が、導入側パイプ接続板１１１と略同一矩形形状に形成されている。そして、排出側パイプ接続板１３２の略中心位置には、略円状のパイプ接続孔１３２Ａが形成されており、このパイプ接続孔１３２Ａには、図１に示すように、冷却流体を導入する金属製のパイプ３が例えばロウ付けなどにより接続されている。このパイプ３には、図示しないチューブが接続され、このチューブを介して図示しないポンプと積層体１０とが接続されている。

［流体冷却装置の動作および作用効果］
上記のような流体冷却装置１では、図示しないポンプから送り出された冷却流体は、チューブおよびパイプ３を通って、導入側パイプ接続板１１１から積層体１０の内部に導入される。そして、導入側パイプ接続板１１１から導入された冷却流体は、流路拡大板１１２に入り、フィルタ板１１３の流通開口部１１３Ａを通過する。この時、流通開口部１１３Ａの開口径寸法αよりも大きい異物が冷却流路に混入していた場合、この流通開口部１１３Ａにて異物が捕捉される。

そして、フィルタ板１１３の流通開口部１１３Ａを通過した冷却流体は、流路拡大板１１２から導入側流路規制板１２１Ａの導入側流路規制孔１２１Ａ１を通って、流体導入流路１２４に導入される。

ここで、流路拡大板１１２の流路孔１１２Ａによって、フィルタ板１１３の流通開口部１１３Ａの全面を流体が通過するので、仮に異物がフィルタ板１１３に捕捉されていてもその影響は小さく、スムーズに冷却流体を流通させることができる。

この後、冷却流体は、流体導入流路１２４から、伝熱板１２２のフィン部１２２Ｃおよび流路板１２３の微細流路部１２３Ｃにより形成される各マイクロチャネル部１２６を流通する。

ここで、伝熱板１２２は、熱伝導率の良好な銅板などにより形成されているため、発熱体２の熱が伝熱されて熱せられており、マイクロチャネル部１２６を流通する冷却流体との間で熱交換が実施される。これにより、伝熱板１２２の熱が冷却流体中に放熱され、発熱体２が冷却される。

このとき、マイクロチャネル部１２６の流路幅寸法βは、フィルタ板１１３の流通開口部１１３Ａの開口径寸法αよりも大きく形成されている。このため、フィルタ板１１３の流通開口部１１３Ａを通過した異物は、マイクロチャネル部１２６にて詰まることがなく、流体排出流路１２５に流される。従って、マイクロチャネル部１２６の詰まりがないため、ポンプの負荷の増大や、マイクロチャネル部１２６における冷却流体の流量の減少による冷却能力低下がなく、良好に発熱体２を冷却することができる。

また、このマイクロチャネル部１２６の総流路面積ｍＰがフィルタ板１１３の流通開口部１１３Ａの総開口面積ｎＳの１／２ないし１／３となるように、フィルタ板１１３の流通開口部１１３Ａの総開口面積ｎＳが設定されているので、冷却流体がマイクロチャネル部１２６を通過する際の圧力損失よりも、フィルタ板１１３を通過する際の圧力損失は小さくなる。このため、異物がフィルタ板１１３に捕捉されて、フィルタ板１１３の流通開口部１１３Ａのうちいくつかが閉塞された状態となった場合でも、流路全体の圧力損失の増大は小さくなる。よって、ポンプの負荷を増大させることなく、冷却流体をスムーズに流通させることができる。

そして、マイクロチャネル部１２６から流体排出流路１２５に導入された冷却流路は、排出流路規制板１２１Ｂの排出流路規制孔１２１Ｂ１から流体排出部１３に導入される。この後、冷却流体は、流体排出部１３の排出側パイプ接続板１３２からパイプおよびチューブを通って再びポンプに導入される。

上記のように冷却流体を流体冷却装置１の内部を循環させることで、発熱体２の熱を冷却流体に放熱して冷却することが可能となる。

[第二の実施の形態]
次に本発明の第二の実施の形態について、図面に基づいて説明する。以下説明において、前記第一の実施の形態と同様の構成については、同一符号を付して、その説明を省略もしくは簡略する。

〔流体冷却装置の構成〕
図４は、第二の実施の形態における流体冷却装置を模式的に示す斜視図である。図５は、第二の実施の形態における流体冷却装置の分解斜視図である。なお、図４および図５において、説明の都合上、伝熱板１２２および流路板１２７の配置数を減らして図示するが、実際には、さらに多くの伝熱板１２２および流路板１２７が配置されている。

第二の実施の形態の流体冷却装置１Ａは、図４に示すように、複数の積層板が積層されて内部に流路が形成される箱状の積層体１０Ａを備えている。この流体冷却装置１Ａは、第一の実施の形態と同様に、積層板の積層方向に平行する積層体１０Ａの一端面１０Ａ１に、発熱体２が例えばロウ付け、ハンダ付けなどにより接合されている。なお、発熱体２として絶縁が必要な例えば半導体などを用いる場合では、熱伝導率の高いシリコンゴムシートなどを間に挟んだ状態で積層体１０に接合する構成としてもよい。そして、積層体１０Ａは、図４および図５に示すように、導入側パイプ接続板１１４と、排出側パイプ接続板１３３と、これらのパイプ接続板１１４，１３３の間に積層される冷却部１２Ａとを備えている。

導入側パイプ接続板１１４は、積層体１０Ａの上流側端面に配置される長手方向を有する略矩形状の積層板である。この導入側パイプ接続板１１４は、長手方向の一端側に略円形のパイプ接続孔１１４Ａが形成されており、このパイプ接続孔１１４Ａには、第一の実施の形態と同様に、パイプ３が例えばロウ付けなどにより接続されている。そして、このパイプ３には、第一の実施の形態と同様に、図示しないチューブが接続され、このチューブを介して図示しないポンプと積層体１０Ａとが接続されている。

排出側パイプ接続板１３３は、導入側パイプ接続板１１１と略同一矩形形状に形成されている。そして、排出側パイプ接続板１３３の一端側、より具体的には、導入側パイプ接続板１１４のパイプ接続孔１１４Ａが設けられる側とは反対側には、略円状のパイプ接続孔１３３Ａが形成されている。このパイプ接続孔１３３Ａには、第一の実施の形態の排出側パイプ接続板１３２と同様に、冷却流体を導入する金属製のパイプ３が例えばロウ付けなどにより接続されている。このパイプ３には、図示しないチューブが接続され、このチューブを介して図示しないポンプと積層体１０Ａとが接続されている。

冷却部１２Ａは、図５に示すように、冷却部１２は、導入側流路規制板１２１Ａと、排出流路規制板１２１Ｂと、複数の伝熱板１２２と、複数の流路板１２７と、が積層されて構成されている。

導入側流路規制板１２１Ａおよび排出流路規制板１２１Ｂは、積層方向に直交する面形状が、上記した導入側パイプ接続板１１４、流路拡大板１１２、フィルタ板１１３と略同一矩形状に形成された積層板であり、厚み寸法が例えば１００μｍに形成されている。そして、導入側流路規制板１２１Ａには、導入側パイプ接続板１１４のパイプ接続孔１１４Ａに対向する位置に導入側流路規制孔１２１Ａ１が形成され、排出流路規制板１２１Ｂには、排出側パイプ接続板１３３のパイプ接続孔１３３Ａに対向する位置に排出流路規制孔１２１Ｂ１が形成されている。これらの導入側流路規制孔１２１Ａ１および排出流路規制孔１２１Ｂ１は、第一の実施の形態と同様に、導入側流路規制板１２１Ａおよび排出流路規制板１２１Ｂの長手方向に直交する幅方向に長手となる略矩形状に形成されている。

伝熱板１２２は、第一の実施の形態と同様に、熱伝導率が良好な例えば銅板などにより形成され、積層方向に直交する面形状が、流路規制板１２１Ａ，１２１Ｂと略同一矩形形状に形成された積層板である。また、伝熱板１２２の長手方向の両端側には、それぞれ導入側流路規制孔１２１Ａ１と略同一形状の導入孔１２２Ａおよび排出流路規制孔１２１Ｂ１と略同一形状の排出孔１２２Ｂが形成されている。そして、伝熱板１２２の導入孔１２２Ａおよび排出孔１２２Ｂの間には、フィン部１２２Ｃが形成されている。

流路板１２７は、流路規制板１２１Ａ，１２１Ｂおよび伝熱板１２２と略同一矩形形状に形成された積層板であり、導入側流路規制板１２１Ａおよび伝熱板１２２の間、各伝熱板１２２間、伝熱板１２２および排出流路規制板１２１Ｂの間にそれぞれ配置されている。また、流路板１２７の厚み寸法は例えば１００μｍに形成されている。

そして、流路板１２７には、積層方向に連通するとともに、流路板１２７の長手方向に沿った流路孔１２７Ａが形成されている。この流路孔１２７Ａは、長手方向の両端側にそれぞれ設けられる分配流路連結部としての連結部１２７Ｂと、これらの連結部１２７Ｂ間に設けられる狭路部１２７Ｃと、これらの連結部１２７Ｂおよび狭路部１２７Ｃを連結する異物捕捉手段として機能する流路孔連結部としてのテーパ状流路部１２７Ｄと、を備えている。

連結部１２７Ｂは、第一の実施の形態の流路板１２３の連結部１２３Ｂと同様に、隣り合う伝熱板１２２の導入孔１２２Ａ同士、導入孔１２２Ａおよび導入側流路規制孔１２１Ａ１を連結し、流体導入流路１２４を形成する。また、連結部１２７Ｂは、隣り合う伝熱板１２２の排出孔１２２Ｂ同士、排出孔１２２Ｂおよび排出流路規制孔１２１Ｂ１を連結して、流体排出流路１２５を形成する。

狭路部１２７Ｃは、流路板１２７の長手方向に直交する幅方向の一端側、より具体的には、発熱体２が接合される一端面１０Ａ１側に、流路板１２７の長手方向に沿って形成されている。この狭路部１２７Ｃは、隣り合う伝熱板１２２のフィン部１２２Ｃ間に配置されて微細流路としてのマイクロチャネル部１２６Ａを形成する。また、この狭路部１２７Ｃの流路幅寸法としては、フィン部１２２の熱伝導率、冷却流体への熱伝達率、ポンプの負荷等を勘案して最適値が決められている。

テーパ状流路部１２７Ｄは、連結部１２７Ｂおよび狭路部１２７Ｃに連続して設けられ、これらの連結部１２７Ｂおよび狭路部１２７Ｃを連結している。このテーパ状流路部１２７Ｄは、流路板１２７の幅方向における発熱体２が設けられない一端側から、発熱体２が設けられる端面１０Ａ１に対応する他端側に向かって傾斜するテーパ状に形成されている。また、テーパ状流路部１２７Ｄは、伝熱板１２２のフィン部１２２Ｃ間に配置されている。このため、テーパ状流路部１２７Ｄの積層体１０Ａの積層方向の幅寸法は、マイクロチャネル部１２６Ａの積層方向の幅寸法と略同一寸法となる。

〔流体冷却装置の動作および作用効果〕
上記のような流体冷却装置１Ａでは、図示しないポンプから送り出された冷却流体は、チューブおよびパイプ３を通って、導入側パイプ接続板１１４から積層体１０Ａの内部に導入される。そして、導入側パイプ接続板１１４から導入された冷却流体は、流体導入流路１２４に導入される。

この後、冷却流体は、この流体導入流路１２４から流路板１２７のテーパ状流路部１２７Ｄを通り、狭路部１２７Ｃおよびフィン部１２２Ｃにより構成されるマイクロチャネル部１２６Ａに導入される。また、伝熱板１２２は、熱伝導率の良好な銅板などにより形成されているため、発熱体２の熱が伝熱されて熱せられており、マイクロチャネル部１２６を流通する冷却流体との間で熱交換が実施される。これにより、伝熱板１２２の熱が冷却流体中に放熱され、発熱体２が冷却される。さらに、第二の実施の形態では、マイクロチャネル部１２６Ａは、発熱体２が設けられる一端面１０Ａ１側に形成されているため、発熱体２をより効率よく冷却することができる。

また、冷却流体に異物が混入していた場合、テーパ状流路部１２７Ｄと流体導入流路１２４との境界において、捕捉される。このとき、テーパ状流路部１２７Ｄは、流体導入流路１２４から狭路部１２７Ｃに向かうに従って流路幅寸法が小さくなるテーパ状に形成されている。このため、このテーパ状流路部１２７Ｄの一部に異物が詰まったとしても、十分に冷却流体を流通させることができ、狭路部１２７Ｃにおける冷却流体の負荷圧力は、ほとんど変化しない。
また、流路板１２７は、伝熱板１２２に挟持されているため、テーパ状流路部１２７Ｄの積層方向の幅寸法とマイクロチャネル部１２６Ａの積層方向の幅寸法とは、略同一寸法となる。このため、テーパ状流路部１２７Ｄを通過した異物は、マイクロチャネル部１２６Ａにて詰まることなく通過し、流体排出流路１２５に流される。したがって、マイクロチャネル部１２６Ａにおける熱交換率の低下を防止でき、ポンプの負荷増大も防止できる。
さらに、テーパ状流路部１２７Ｄは、連結部１２７Ｂから狭路部１２７Ｃに向かうに従って流路幅寸法が小さくなるテーパ状に形成されている。このため、このテーパ部に沿ってスムーズに冷却流体を流すことができ、テーパ状流路部１２７Ｄにおける乱流の発生などを抑え、流体抵抗を小さくすることができる。

そして、マイクロチャネル部１２６Ａから流体排出流路１２５に導入された冷却流路は、排出流路規制板１２１Ｂの排出流路規制孔１２１Ｂ１から排出側パイプ接続板１３３に接続されるパイプ３に排出される。この後、パイプ３から排出された冷却流体は、チューブを通って再びポンプに導入される。

上記のように冷却流体を流体冷却装置１Ａの内部を循環させることで、発熱体２の熱を冷却流体に放熱して冷却することが可能となる。

[第三の実施の形態]
次に本発明の第三の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図６（Ａ）は、第三の実施の形態における伝熱板を示す平面図であり、（Ｂ）は、第三の実施の形態における流路板を示す平面図であり、(Ｃ)は、第三の実施の形態における冷却部を積層方向に対して直交する面で断面して積層方向を見た図である。

第三の実施の形態は、第二の実施の形態における伝熱板１２２を変形したものであり、その他の構成についてはその説明を省略もしくは簡略する。

第三の実施の形態の伝熱板１２８は、図６（Ａ）に示すように、熱伝導率が良好な例えば銅板などにより形成され、積層方向に直交する面形状が長手方向を有する略矩形状に形成されている。また、伝熱板１２８の長手方向の両端側には、それぞれ伝熱板１２８の幅方向に長手となる略矩形状の導入孔１２８Ａおよび排出孔１２８Ｂが形成されている。また、導入孔１２８Ａの排出孔１２８Ｂと対向する側の一端辺には、複数の凹凸が形成された凹凸部１２８Ｃが設けられている。さらに、これえらの導入孔１２８Ａおよび排出孔１２８Ｂの間にフィン部１２８Ｄが設けられている。

そして、上記のような伝熱板１２８と、図６（Ｂ）に示すような流路板１２７とを、交互に積層することで、図６(Ｃ)に示すような第三の実施の形態の冷却部１２Ｂが形成される。

このような冷却部１２Ｂを有する流体冷却装置１Ｂでは、流体導入流路１２４に導入された冷却流体に異物が混入していた場合、テーパ状流路部１２７Ｄと流体導入流路１２４との境界において、捕捉される。ここで、導入孔１２８Ａは凹凸部１２８Ｃを備えているため、異物がこの凹凸部１２８Ｃの凹凸に引っ掛かり、捕捉しやすくなる。さらに、この凹凸部１２８Ｃで形成される凹凸面がフィルタ面になるが、凹凸によってフィルタ面の面積が増加し、異物が捕捉された場合の負荷圧力上昇が抑えられる。したがって、マイクロチャネル部１２６Ａの詰まりをより確実に防止することができる。

[第四の実施の形態]
次に本発明の第四の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図７は、第四の実施の形態に係るプロジェクタの光学系近傍の概略構成を示す図である。

第四の実施の形態は、上記第一ないし第三の実施の形態にて示した流体冷却装置１，１Ａ，１Ｂを備えた電子機器としてのプロジェクタについて説明する。

この第四の実施の形態に係るプロジェクタ５は、図７に示すように、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の各色をそれぞれ発光する駆動発熱部としてのＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）５１と、ＬＥＤ５１からの射出された光束を光変調する液晶パネル５２と、液晶パネル５２にて光変調された光束を色合成するクロスダイクロイックプリズム５３と、色合成された光束をスクリーン８に向かって投写する投写光学系５４と、ＬＥＤ５１に設けられてＬＥＤ５１の熱を冷却する冷却機構７とを備えている。

ＬＥＤ５１は、色毎に設けられ、すなわち、赤色ＬＥＤ５１Ｒ、緑色ＬＥＤ５１Ｇ、および青色ＬＥＤ５１Ｂが設けられている。これらのＬＥＤ５１は、光束の発光量に応じた熱量を発熱する発熱体である。そして、ＬＥＤ５１の発熱効率の低下を防止し、射出される光束の色を安定させるためには、この発熱された熱を吸熱、放熱などにより冷却することが必要となる。

液晶パネル５２は、赤色用液晶パネル５２Ｒ、緑色用液晶パネル５２Ｇ、および青色用液晶パネル５２Ｂを備え、これらの各色液晶パネル５２は、それぞれ各色のＬＥＤ５１に対向して配置されている。これらの液晶パネル５２は、図示しない制御回路部に電気的に接続されている。そして、この制御回路部から画像信号に基づいた所定の駆動信号が入力されることにより駆動され、ＬＥＤ５１から入射した光束を画素毎に光変調する。

クロスダイクロイックプリズム５３は、各液晶パネル５２から射出された光束を色合成し、画像を形成し、投写光学系５４に投射する。そして、投写光学系５４は、クロスダイクロイックプリズム５３からの画像を拡大投写させてスクリーン８に表示させる。

冷却機構７は、ＬＥＤの裏面に例えばロウ付けなどにより接合される流体冷却装置１と、流体冷却装置１に冷却流体を流通させるポンプ７１と、冷却流体の熱を放熱するラジエータ７２と、これらの流体冷却装置１、ポンプ７１、およびラジエータ７２を連結するチューブ７３とを備えている。ここで、流体冷却装置１は、本実施の形態では、上記第一の実施の形態のものを利用する。なお、上記第二の実施の形態にて説明した流体冷却装置１Ａや、第三の実施の形態にて説明した流体冷却装置１Ｂを利用してもよい。

このような冷却機構７では、ポンプ７１により冷却流体を流体冷却装置１、ラジエータ７２、およびチューブ７３の内部を流通させる。このような構成では、流体冷却装置１にてＬＥＤ５１の熱を冷却流体内に放熱させ、この冷却流体の熱をラジエータ７２にて冷却し、再び流体冷却装置１に流通させるので、効率よく流体冷却装置１にてＬＥＤの熱を冷却することができる。また、流体冷却装置１の冷却能力の低下を防止できるので、ＬＥＤを長時間冷却することができ、ＬＥＤの長寿命化を図ることができる。
[実施の形態の変形例]
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

例えば、上記第四の実施の形態において、流体冷却装置１をプロジェクタ５のＬＥＤ５１に取り付ける構成を示したが、これに限定されず、例えばＬＤ（Laser Diode：半導体レーザ）を備えたプロジェクタにおいて、ＬＤの裏面に流体冷却装置を接合する構成としてもよい。また、電子機器としてプロジェクタに限らず、例えばパーソナルコンピュータなどの他の電子機器に本発明の流体冷却装置１，１Ａ，１Ｂを取り付ける構成としてもよく、この場合、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）などに取り付ける構成とすれば、ＣＰＵを良好に冷却することができる。

さらに、第四の実施の形態において、第一の実施の形態にて説明した流体冷却装置１をＬＥＤ５１に取り付ける構成を示したが、上記したように第二および第三の実施の形態にて説明した流体冷却装置１Ａ，１Ｂを取り付ける構成としてもよい。

また、上記第一の実施の形態において、フィルタ板１１３を積層体１０の上流側のみに設置したが、例えば下流側の流体排出部１３にも設ける構成としてもよい。このような構成では、冷却流体を逆流させた場合でも異物をフィルタ板１１３にて捕捉することができる。

さらに、上記第一の実施の形態において、フィルタ板１１３の流通開口部１１３Ａの開口径寸法αが、流路板１２３の厚み寸法βよりも小さくなるように、すなわちマイクロチャネル部１２６の積層方向の幅寸法よりも小さくなるように形成する構成を示したが、開口径寸法αと流路板１２３の厚み寸法βを略同一寸法としてもよい。このような構成でも、フィルタ板１１３にて捕捉しなかった異物は、マイクロチャネル部１２６の積層方向の幅寸法よりも小さくなるので、マイクロチャネル部１２６で詰まることがない。

そして、第二および第三の実施の形態において、異物捕捉手段として、流路板１２７にテーパ状流路部１２７Ｄを設けたが、さらに、上流側に第一の実施の形態のフィルタ板１１３を設ける構成としてもよい。

さらに、第二および第三の実施の形態において、異物捕捉手段としてテーパ状流路部１２７Ｄがテーパ状に形成された例を示したが、これに限定されない。この異物捕捉手段としては、狭路部１２７Ｃよりも流路幅寸法が大きく形成された形状に形成されていればよく、例えば矩形状に形成された矩形流路部を異物捕捉手段とする構成としてもよい。ただし、この場合、矩形流路部における流路抵抗が大きくなるおそれがあるため、流路抵抗を小さくするために流路板１２７の厚み寸法を大きくするなどの工夫が必要となる。

さらに、テーパ状流路部１２７Ｄを流体導入流路１２４側および流体排出流路１２５側の双方に設ける構成としたが、流体導入流路１２４側にのみ設ける構成としてもよい。

また、第三の実施の形態において、伝熱板１２８の流体導入流路１２４側に凹凸部１２８Ｃを設ける構成としたが、流体排出流路１２５側にも凹凸部１２８Ｃを設ける構成としてもよい。

本発明を実施するための最良の構成などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部若しくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

本発明は、発熱体の熱を冷却する流体冷却装置、およびこの流体冷却装置を備えた電子機器に利用できる。

本発明に係る第一の実施の形態の流体冷却装置の概略を模式的に示す斜視図。 第一の実施の形態における流体冷却装置の断面図。 第一の実施の形態における流体冷却装置の分解斜視図。 第二の実施の形態における流体冷却装置を模式的に示す斜視図。 第二の実施の形態における流体冷却装置の分解斜視図。 （Ａ）は、第三の実施の形態における伝熱板を示す平面図、（Ｂ）は、第三の実施の形態における流路板を示す平面図、(Ｃ)は、第三の実施の形態における冷却部を積層方向に対して直交する面で断面して積層方向を見た図。 第四の実施の形態に係るプロジェクタの光学系の概略構成を示す図。

符号の説明

１…流体冷却装置、２…発熱体、５…電子機器としてのプロジェクタ、５１…駆動発熱部としてのＬＥＤ、１１２…流路拡大板、１１３…異物捕捉手段としてのフィルタ板、１１３Ａ…流通開口部、１２２，１２８…伝熱板、１２２Ａ…分配流路用孔としての導入孔、１２２Ｂ…分配流路用孔としての排出孔、１２２Ｃ，１２８Ｄ…フィン部、１２３，１２７…流路板、１２３Ａ，１２７Ａ…流路孔、１２６…微細流路としてのマイクロチャネル部、１２７Ｂ…分配流路連結部としての連結部、１２７Ｃ…狭路部、１２７Ｄ…異物捕捉手段として機能する流路孔連結部としてのテーパ状流路部。

Claims (6)

1. 少なくとも、発熱体からの熱が伝達されるフィンを備えた伝熱板と、前記フィン間に配置されて流体を流通する流路孔が形成された流路板とを積層し、前記フィン間に配置される流路孔により形成される微細流路に流体を流通させて発熱体の熱を冷却する流体冷却装置であって、
   前記冷却流体の流路の少なくとも上流側に異物捕捉手段が設けられた
   ことを特徴とする流体冷却装置。
2. 請求項１に記載の流体冷却装置において、
   前記異物捕捉手段は、流体が流通する流通開口部を複数備え、この流通開口部の総面積は、前記微細流路の流体の流通方向に直交する総面積以上である
   ことを特徴とする流体冷却装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の流体冷却装置において、
   前記異物捕捉手段は、流体が流通可能な複数の流通開口部を有する前記フィルタ板であり、このフィルタ板の流通開口部の大きさは、前記微細流路を形成する前記フィン間の幅寸法に対して、同等もしくは小さく形成された
   ことを特徴とする流体冷却装置。
4. 請求項３に記載の流体冷却装置において、
   前記伝熱板および前記流路板の上流側に、前記フィルタ板の流通開口部の総面積より大きい流路面積を有する流路が形成された２つの流路拡大板が設けられ、
   前記フィルタ板は、これらの２つの流路拡大板に挟まれた状態で積層される
   ことを特徴とする流体冷却装置。
5. 請求項１または請求項２に記載の流体冷却装置において、
   前記伝熱板は、両端側に流体を分配する分配流路用孔が形成され、
   前記流路板の前記流路孔は、前記流路板の両端側に設けられるとともに、前記分配流路用孔と略同一形状に形成されて隣り合う分配流路用孔同士を連結する分配流路連結部と、前記分配流路連結部間に設けられて、前記分配流路連結部よりも流路幅が小さく形成される狭路部と、を備え、
   前記異物捕捉手段は、前記分配流路連結部と前記狭路部とを連結するとともに、前記狭路部よりも流路幅寸法が大きく形成された流路孔連結部である
   ことを特徴とする流体冷却装置。
6. 電子により駆動するとともに、駆動により発熱する駆動発熱部と、
   前記発熱部を冷却する請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の流体冷却装置と、
   を備えたことを特徴とする電子機器。

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