JP2013033807A - 冷却装置およびそれを用いた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却性能を高めるとともに、低背化を実現することができる冷却装置を提供する。
【解決手段】発熱体の発する熱で気化する冷媒を内部に設けた蒸発部２と、気化した冷媒を外部流体との熱交換によって凝縮させる凝縮部と、蒸発部で気化した冷媒を凝縮部へ運ぶ第１接続管４aと、凝縮部で凝縮した冷媒を蒸発部へ運ぶ第２接続管４bとを備え、凝縮部は、第１接続管と接続する第１接続部１１と、第２接続管と接続する第２接続部１２と、第１接続部と第２接続部とを接続し、冷媒を放熱する放熱部８とを具備し、第１接続部と第２接続部は、鉛直方向に対して略同一高さに配置され、第１接続管と凝縮部とが接続する位置は、第２接続管と凝縮部とが接続する位置より鉛直方向上方に設けられていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体装置などの冷却装置に関し、特に冷媒の沸騰と凝縮の相変化サイクルによる熱輸送によって発熱体を冷却する沸騰冷却方式を用いた冷却装置およびそれを用いた電子機器に関する。

発熱量の大きな半導体素子は、半導体素子のパッケージの上部にヒートシンクを設けて伝熱面を拡大させ、送風機などにより拡大した伝熱面に対して強制空冷を行うことで、半導体素子が発する熱の冷却を行っていた。

しかし近年、実装技術の進展、プリント基板の多層化と共に電子機器の薄型、小型化の要求が高まってきている。そのため電子機器の薄型、小型化の進展と共に、半導体パッケージ上部にヒートシンクなどの冷却部品用のスペースを確保することが困難となってきた。

そこで密閉空間を有する冷却装置の内部に冷媒を充填し、相変化を利用することで冷媒を装置内部において循環させる沸騰冷却器の研究が進んでいる。沸騰冷却器は、蒸発部において発熱体が発する熱により冷媒を沸騰させることで、付加的な装置を必要とせずに、凝縮部において冷媒の熱を外気と熱交換を行い冷却することができる。

特許文献１には、沸騰した冷媒の蒸気を２本の蒸気管を通してそれぞれ放熱器の上部タンク内に流入するように運び、上部タンクから各偏平チューブに分配する構造が記載されている。偏平チューブを流れる冷媒蒸気は、外気と熱交換を行うことにより冷却され、潜熱を放出して偏平チューブの内壁面に凝縮する。偏平チューブ内で凝縮して液滴となった凝縮液は、重力を利用することで偏平チューブの内壁面を伝って下部タンク内へ流れ落ち、下部タンクから２本の液戻り管を通って冷媒槽へ還流する。

特開平２０００−６５４５６号公報

しかし、特許文献１に記載の沸騰冷却装置では、冷却性能を高めようとすると外気と熱交換を行う放熱器を長くする必要がある。一方、放熱器は冷媒の循環に重力を用いるため、縦型に配置しなければいけない。そのため、沸騰冷却装置を低背化すると、放熱器の長さを短くする必要があり冷却性能が低下するという問題があった。

本発明は、上記課題を解決する冷却装置を提供することを目的とする。

発熱体の発する熱で気化する冷媒を内部に設けた蒸発部と、気化した冷媒を外部流体との熱交換によって凝縮させる凝縮部と、蒸発部で気化した冷媒を凝縮部へ運ぶ第１接続管と、凝縮部で凝縮した冷媒を蒸発部へ運ぶ第２接続管とを備え、凝縮部は、第１接続管と接続する第１接続部と、第２接続管と接続する第２接続部と、第１接続部と第２接続部とを接続し、冷媒を放熱する放熱部とを具備し、第１接続部と第２接続部は、鉛直方向に対して略同一高さに配置され、第１接続管と凝縮部とが接続する位置は、第２接続管と凝縮部とが接続する位置より鉛直方向上方に設けられていることを特徴とする。

本発明における冷却装置によれば、装置を低背化した場合であっても、充分な冷却性能を有する冷却装置を得ることができる。

本発明の第１実施形態における冷却装置１の構成を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態における冷却装置１の構成を示す断面図である。 本発明の第１実施形態における冷却装置１の凝縮部の構成を示す断面図である。 本発明の第２実施形態における筺体１の構成を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態における筺体１の構成を示す断面図である。 本発明の第２実施形態における冷却装置１の凝縮部の構成を示す断面図である。 本発明の第２実施形態における冷却装置１の凝縮部の構成を示す断面図である。 本発明の第３実施形態における冷却装置１の凝縮部の構成を示す断面図である。 本発明の第４実施形態における冷却装置１の凝縮部の構成を示す断面図である。 本発明の第５実施形態における冷却装置１の構成を示す断面図である。 本発明の第２実施形態における筺体１の構成を示す断面図である。 本発明の第２実施形態における筺体１の構成を示す断面図である。 本発明の第２実施形態における筺体１の構成を示す断面図である。 本発明の第２実施形態における筺体１の構成を示す断面図である。

以下に、本発明を実施するための好ましい形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。

〔第１の実施形態〕本実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態における冷却装置１の斜視図であり、図２は冷却装置１の断面図である。

〔構造の説明〕図１に示すように本実施形態における冷却装置１は、蒸発部２と、凝縮部３と、接続管４とで構成される。

蒸発部２は、箱型形状であり内部に冷媒を備えている。本実施形態では、具体的な冷媒としてＨＦＣ（hydro fluorocarbon：ハイドロフルオロカーボン）や、ＨＦＥ（hydro fluor ether：ハイドロフルオロエーテル）を用いているが、材料はこれに限定されない。なお蒸発部２は、下面部において発熱体と熱的に接触するように接続されるため、冷媒は発熱体が発生する熱を受熱し沸騰する。

図１、２に示すように蒸発部２は、接続管４ａ（第１接続管）、接続管４ｂ（第２接続管）と接続しており、それぞれの接続管４ａ、４ｂの他端は、凝縮部３と接続している。接続管４ａは、蒸発部２の上部と接続しており、接続管４ｂは、蒸発部２の側面部、あるいは底部と接続している。なお蒸発部２と接続管４ｂとの接続箇所は、冷媒の気液界面より低い位置であることが好ましい。

凝縮部３は、放熱部８と第１接続部１１と第２接続部１２とで構成される。第１接続部１１は接続管４aと接続しており、第２接続部１２は接続管４ｂと接続している。放熱部８は、第１接続部１１と第２接続部１２の間に設けられ、冷媒は第１接続部１１から第２接続部１２に向けて流動する。放熱部８は、第１接続部１１に流入された冷媒が第２接続部１２に流動するあいだに外気と熱交換を行い冷媒の熱を放熱する。

第１接続部１１と第２接続部１２は、鉛直方向に対して略同一の高さに配置されている。そのため第１接続部１１、および第２接続部１２を接続する放熱部８は、鉛直方向ではなく、水平方向に延在した形状である。なお、凝縮部３の材質は、銅やアルミなど熱伝導性が高いものであれば特に限定されない。

接続管４aと第１接続部１１とが接続している位置は、接続管４ｂが第２接続部１２と接続している位置より鉛直方向上方である。また接続管４ａと第１接続部１１とが接続している位置は、蒸発部２と発熱体とが接する熱接触面より鉛直方向上方に設けられている。

図３に凝縮部３の長手方向の断面図を示す。放熱部８の少なくとも一部は、接続管４ａが接続する位置よりも高い位置で第１接続部１１と接続している。

冷媒の気液界面は、接続管４ａと第１接続部１１とが接続する高さよりも低く、接続管４ｂと第２接続部１２とが接続する高さよりも高い位置に設けられている。

放熱部８は、内部に中空を有した少なくとも１つの平板状流路１０で構成される。なお図３における放熱部８は、１つの平板状流路１０で構成されているが、これに限定されず放熱部８は複数の平板状流路を積層した形状でもよい。

〔作用・効果の説明〕次に本実施形態における作用・効果について説明を行う。

蒸発部２は、下面部において発熱体と熱的に接続しているため、蒸発部２の内部に設けられた冷媒は、発熱体が発する熱を受熱することで沸騰する。

蒸発部２内部の冷媒が沸騰することにより発生した蒸気は、気液の密度差による浮力によって、蒸発部２の上部に接続している接続管４ａを介して凝縮部３の第１接続部１１に流動する。

凝縮部３の第１接続部１１に運ばれた冷媒の蒸気は、放熱部８を通過するときに外気と熱交換を行う。外気と熱交換を行うことによって、放熱部８内を移動する冷媒の蒸気は気体から液体に凝縮し、発熱体で発生した熱を外気へ放熱する。

放熱部８において凝縮して液化した冷媒は、第２接続部１２と接続する接続管４ｂに運ばれ、蒸発部２に還流する。つまり冷媒を蒸発部２と凝縮部３において液体から気体に、また気体から液体に相変化させることで、発熱体で発生した熱を外気へ放熱を行っている。

一方、特許文献１に記載の関連する冷却装置は、凝縮部に注入された冷媒の蒸気を蒸気管口と液管口との間に設けられた放熱器を移動させて外気と熱交換を行うことで冷却を行う。そして特許文献１では、この放熱器における冷媒の移動に重力を用いているため、放熱器を縦型に配置する必要があった。

つまり凝縮部における冷却性能を高めるためには、放熱器の鉛直方向における長さを長くする必要がある。しかし放熱器は冷媒の循環に重力を用いているため、鉛直方向おける放熱器の長さを長くすると冷却装置の低背化が困難になるという問題があった。

冷却装置の低背化を目的とした場合、放熱器の長さを短くする必要がある。しかし、放熱器の長さを短くしてしまうと、放熱器を流動する冷媒の蒸気を十分に冷却することができず、充分な冷却性能が得られないという問題があった。

そこで本実施形態では、接続管４ｂと接続する第１接続部１１と、接続管４ｂと接続する第２接続部１２とを鉛直方向に略同一の高さで配置している。そして水平方向に延在した形状である放熱部８が第１接続部１１と第２接続部１２とを接続している。その結果、冷却性能を高めるために放熱部８の長さを長くしたとしても、水平方向の長さが長くなるが、鉛直方向の高さを高くする必要がないため、冷却装置１を低背化することができる。

詳細に説明を行うと、蒸発部２から接続管４ａを介して凝縮部３の第１接続部１１に流入された冷媒の蒸気は、放熱部８の内部を流れる。放熱部８は、鉛直方向に略同一の高さで配置された第１接続部１１と第２接続部１２とを接続する形状であるため、凝縮部３の長さを長くして冷却性能を増加したとしても、凝縮部３の上端面は蒸発部２の上端面より低くすることができ、冷却装置を低背化することができる。

ここで本実施形態における冷却器においてどのように冷媒が移動しているかについて説明を行う。

凝縮部３の第１接続部１１に運ばれた冷媒の蒸気は、放熱部８において外気と熱交換を行うと熱を奪われて凝縮し液体に相変化する。ここで接続管４ａと第１接続部１１とが接続する高さは、接続管４ｂと第２接続部１２とが接続する高さより高い位置に設けられているため、放熱部８において凝縮した冷媒は、接続管４ｂに流れこみ蒸発部２に還流する。

詳細に説明すると、接続管４ａから第１接続部１１に冷媒の蒸気が流入し充満しているため、放熱部８内部の圧力が高くなる。そのため放熱部８において凝縮して液化した冷媒は、第１接続部１１に流入してくる冷媒の蒸気に押し出される。そして第１接続部１１と接続管４aとが接続する位置より低い位置で、第２接続部１２と接続管４ｂとが接続しているため、冷媒は接続管４ｂを介して蒸発部２に還流する。

このとき放熱部８において凝縮して液化した冷媒が凝縮部３の接続管４ｂから排出されると、放熱部８内に残っている液体冷媒も連続して、接続管４ｂに移動する。そして凝縮した冷媒が移動した後には、放熱部８には第１接続部１１から冷媒の蒸気が流入し、外気と熱交換を行う。

このようにして接続管４ａと凝縮部３とが接続する位置を、接続管４ｂと凝縮部３とが接続する位置より鉛直方向上方に設け、放熱部８に水平方向に延在した形状とすることで、冷却装置１は冷却性能を損なうことなく、冷却装置１全体を低背化することができる。

〔第２の実施形態〕次に、第２の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図４は、本実施形態における冷却装置１の斜視図であり、図５は冷却装置１の断面図である。

〔構成の説明〕本実施形態における冷却装置１は、接続管４ａの内径が、接続管４ｂの内径より大きい点が第１の実施形態と異なる。なお構造、接続関係は、第１の実施形態と同様であり、蒸発部２と、凝縮部３と、接続管４とで構成される。

蒸発部２は、箱型形状であり内部に冷媒を備えている。本実施形態では、具体的な冷媒としてＨＦＣ（hydro fluorocarbon：ハイドロフルオロカーボン）や、ＨＦＥ（hydro fluor ether：ハイドロフルオロエーテル）を用いているが、材料はこれに限定されない。なお蒸発部２は、下面部において発熱体と熱的に接触するように接続されるため、冷媒は発熱体が発生する熱を受熱し沸騰する。

蒸発部２は、少なくとも２つの接続管４ａ、４ｂと接続しており、それぞれの接続管４ａ、４ｂは、凝縮部３と接続している。接続管４ａは、蒸発部２の上部と接続しており、接続管４ｂは、蒸発部２の側面部、あるいは底部と接続している。なお蒸発部２と接続管４ｂとの接続箇所は、冷媒の気液界面より低い位置であることが好ましい。

接続管４ａ、接続管４ｂは、それぞれ外層に樹脂層、内層に金属層を設けた多層の接続管とすることができる。ここで凝縮部３と接続する接続管４ａの内径は、凝縮部３と接続する接続管４ｂの内径より大きい。

凝縮部３は、放熱部８、第１接続部１１、第２接続部１２とで構成される。放熱部８は第１接続部１１と第２接続部１２との間に設けられており、第１接続部１１から流入した冷媒を第２接続部１２に運ぶ。

第１接続部１１と第２接続部１２は鉛直方向に対して略同一の高さに配置されている。つまり第１接続部１１と第２接続部１２に接続する放熱部８の形状は、水平方向に延在した形状となる。その結果、放熱部８を有する凝縮部３の上端面の高さは蒸発部２の上端面の高さより低い構造とすることができる。

第１接続部１１は、接続管４ａと凝縮部３とが接続する蒸気管口６を備え、第２接続管１２は接続管４ｂと凝縮部３で接続する液管口７を設けている。

つまり凝縮部３は、第１接続部１１において蒸気管口６と接続管４aとが接続している。同様に凝縮部３は、第２接続部１２において液管口７と接続管４ｂとが接続している。なお第１接続部１１、第２接続部１２の材質は、銅やアルミなど熱伝導性が高いものであれば特に限定されない。また放熱部８と第１接続部１１と第２接続部１２は、同じ材料で一体成形してもよいし、別々の部材で作成して組み立ててもよい。

接続管４ｂが液管口７と接続している位置より高い位置で、接続管４ａは蒸気管口６と接続している。また接続管４ａが接続している蒸気管口６は、蒸発部２と発熱体とが接する熱接触面より高い位置に設けられている。

図６に、凝縮部３における断面図を示す。凝縮部３は、図６に示すように、接続管４ａが接続する蒸気管口６と対向する略同一の高さの位置、あるいは蒸気管口６より高い位置に放熱部８の少なくとも一部を設けている。

放熱部８は、第１接続部１１と第２接続部１２とを接続する形状であり、蒸発部２の上面よりも低い位置に設けられている。放熱部８は、内部に中空を備えた平板状流路１０を有しており、蒸気管口６を介して接続管４ａから流入した冷媒は液管口７を介して接続管４ｂに運ばれる。

なお冷媒の気液界面は、接続管４ａと凝縮部３とが蒸気管口６において接続する高さよりも低く、接続管４ｂと凝縮部３と液管口７において接続する高さよりも高い位置に設けられている。

放熱部８は、例えば扁平型のチューブ形状の平板状流路１０を積層して構成され、接続管４ａから蒸気管口６を介して第１接続部１１に注入された冷媒の蒸気を、液管口７を備えた第２接続部１２に運ぶ。ここで放熱部８が外気と熱交換を行うことで放熱部８が冷却され、放熱部８の内部に存在する冷媒の蒸気は凝縮されて液化する。そして第２接続部１２に運ばれた液化した冷媒は接続管４ｂを介して蒸発部２に還流する。

ここで放熱部８を構成する平板状流路１０を複数設けた場合、少なくとも蒸気管口６と対向する略同一の高さの位置、あるいは蒸気管口６より高い位置に少なくとも１つ平板状流路１０を配置することが望ましい。図６に示すように、さらに複数の平板状流路１０で構成される放熱部８を第１接続部１１と第２接続部１２とのあいだに並べて接続することもできる。

また図７に示すように、放熱部８は複数の平板状流路１０の間に放熱フィン１３を備える構造としてもよいし、平板状流路１０の最上層、および最下層にそれぞれフレーム１４（補強枠）を設けてもよい。

〔作用・効果の説明〕次に、本実施形態の作用効果について説明を行う。

蒸発部２は、下面部において発熱体と熱的に接続しているため、蒸発部２の内部に設けられた冷媒は、発熱体が発する熱を受熱することで沸騰する。

蒸発部２内部の冷媒が沸騰することにより発生した蒸気は、気液の密度差による浮力によって、蒸発部２の上部に接続している接続管４ａを介して蒸気管口６より凝縮部３に運ばれる。

凝縮部３に運ばれた冷媒の蒸気は、放熱部８を通って蒸気管口６から液管口７へ移動する。そして冷媒の蒸気は、放熱部８を通過する間に外気と熱交換を行う。外気により放熱部８が冷却されると、蒸発した冷媒は気体から液体に凝縮し、発熱体で発生した熱を外気へ放熱する。

そして凝縮部３の放熱部８において液化した冷媒は、液管口７において凝縮部３と接続する接続管４ｂに流動し、蒸発部２に還流する。つまり冷媒を蒸発部２と凝縮部３において液体から気体に、また気体から液体に相変化させることで、発熱体で発生した熱を外気へ放熱を行う。

上記のように冷媒の相変化を利用して、発熱体の熱を外気に放熱する場合、発熱量が大きい発熱体を冷却するためには多くの冷媒が必要であった。しかし気体の体積は、液体の体積と比べると大きいため、発熱体が発する熱により冷媒が沸騰して気化すると装置内部の内圧が上昇し、冷媒の沸点上昇してしまう。そして冷媒の沸点が上昇すると、冷媒が蒸発を起しにくくなるため、相変化も起きにくくなり冷却性能が低下してしまうという問題があった。

そこで本実施形態の冷却装置１では、蒸発部２において沸騰した冷媒の蒸気が運ばれる接続管４ａの内径が、凝縮部３において凝縮された冷媒を蒸発部２に還流する接続管４ｂの内径より大きい形状としている。

上記構成により、蒸発部２において冷媒が発熱体の熱により、液体から気体に相変化して体積が急増したとしても、蒸発部２内部の内圧が上昇することを防ぐことができる。その結果、冷却装置１における冷却性能の低下を抑制することができる。

また本実施形態では、凝縮部３の放熱部８は複数の扁平型のチューブ状である平板状流路１０を積層した構造とした。そのため、多くの冷媒が外気と熱交換を行うことができるため、冷却性能を向上することができる。

隣り合って配置された平板状流路１０のあいだにフィン１３を形成することができる。上記構成により凝縮部３は外気と接する表面積が、放熱部８だけではなく、フィン１３の面積だけ増加するため、より効率よく冷媒をより冷却する性能をより高めることができる。

また本実施形態では、放熱部８の最上層と最下層に補強枠であるフレーム１４を設けている。その結果、凝縮部３に冷媒の蒸気が流入して内圧があがったとしても、凝縮部３が変形するのを防ぐことができる。

〔第３の実施形態〕次に、第３の実施形態について図８を参照して詳細に説明する。図８は、本実施形態における冷却装置１の凝縮部３の断面図である。

〔構成の説明〕本実施形態における冷却装置１は、凝縮部３において放熱部８を構成する平板状流路１０が配置される間隔が鉛直方向上方から下方に向かうに従って段階的に広い構造を有している。なおそれ以外の構造、接続関係は、第１の実施形態と同様であり、蒸発部２と、凝縮部３と、接続管４とで構成される。

蒸発部２は、箱型形状であり内部に冷媒を備えている。本実施形態では、具体的な冷媒としてＨＦＣ（hydro fluorocarbon：ハイドロフルオロカーボン）や、ＨＦＥ（hydro fluor ether：ハイドロフルオロエーテル）を用いているが、材料はこれに限定されない。なお蒸発部２は、下面部において発熱体と熱的に接触するように接続されるため、冷媒は発熱体が発生する熱を受熱し沸騰する。

蒸発部２は、少なくとも２つの接続管４ａ、４ｂと接続しており、それぞれの接続管４ａ、４ｂは、凝縮部３とも接続している。接続管４ａは、蒸発部２の上部と接続しており、接続部４ｂは、蒸発部２の側面部、あるいは底部と接続している。なお蒸発部２と接続管４ｂとの接続箇所は、冷媒の気液界面より低い位置のほうが好ましい。

接続管４ａ、接続管４ｂは、それぞれ外層に樹脂層、内層に金属層を設けた多層の接続管であることが好ましい。なお蒸気管口６および、蒸気管口６と接続する接続管４ａの内径は、液管口７および液管口７と接続する接続管４ｂの内径より大きいほうが好ましい。

凝縮部３は、放熱部８、第１接続部１１、第２接続部１２とで構成される。放熱部８は第１接続部１１と第２接続部１２との間に設けられており、第１接続部１１から流入した冷媒が第２接続部１２に向かって流動する。

第１接続部１１と第２接続部１２は鉛直方向に対して略同一の高さに配置されている。つまり第１接続部１１と第２接続部１２に接続する放熱部８の形状は、水平方向に延在した形状である。その結果、放熱部８を有する凝縮部３の上端面の高さは蒸発部２の上端面の高さより低くすることができる。

第１接続部１１において蒸気管口６と接続管４aとが接続している。同様に、第２接続部１２において液管口７と接続管４ｂとが接続している。なお第１接続部１１、第２接続部１２の材質は、銅やアルミなど熱伝導性が高いものであれば特に限定されない。また放熱部８と第１接続部１１と第２接続部１２は、同じ材料で一体成形してもよいし、別々の部材で作成して組み立ててもよい。

接続管４ａが蒸気管口６と接続している位置は、接続管４ｂが液管口７において凝縮部３と接続している位置より高い。また接続管４ａが接続している蒸気管口６は、蒸発部２と発熱体とが接する熱接触面より高い位置に設けられている。

放熱部８は、例えば扁平型のチューブ状の平板状流路１０を積層したものであり、蒸気管口６を介して第１接続部１１に注入された冷媒の蒸気を、液管口７を備えた第２接続部１２に運ぶ。ここで放熱部８が外気と熱交換を行うことで放熱部８が冷却され、放熱部８の内部に存在する冷媒の蒸気は凝縮されて液化する。そして第２接続部１２に運ばれた冷媒は接続管４ｂを介して蒸発部２に還流する。

凝縮部３は、図８に示すように、接続管４ａが接続する蒸気管口６と対向する略同一の高さの位置、あるいは蒸気管口６より高い位置に放熱部８を構成する平板状流路１０を少なくとも１つ設けている。なお図８は、凝縮部３における断面図である。放熱部８を構成する平板状流路１０は、蒸発部２の上面と同じまたは低い位置に設けることができる。平板状流路１０は、内部に中空を備えた形状であり、蒸気管口６を介して接続管４ａから流入した冷媒は液管口７を介して接続管４ｂに運ばれる。

なお冷媒の気液界面は、接続管４ａと凝縮部３とが蒸気管口６において接続する高さよりも低く、接続管４ｂと凝縮部３と液管口７において接続する高さよりも高い位置に設けられている。

ここで本実施形態における冷却装置１は、図８に示すように、放熱部８における平板状流路１０が配置される間隔が鉛直方向上方から下方に向かうに従って段階的に広い構造を有している。つまり隣り合う放熱部８の間隔が鉛直方向上方では短いのに対して、鉛直方向下方に向かうに従って隣り合う放熱部８の間隔が長くなる構造を有している。

なお図８では、冷却部８の剛性を大きくするため、放熱部８の最上層、および最下層にフレーム１４（補強材）を設けた構造を示している。しかし、これに限定されずフレーム１４を設けない構造としてもよい。また外気との接触面積を大きくして冷却性能を増加させるために隣り合う平板状流路１０の間にフィン１３設けてもよい。

〔作用・効果の説明〕次に、本実施形態の作用効果について説明を行う。

蒸発部２は、下面部において発熱体と熱的に接続しているため、蒸発部２の内部に設けられた冷媒は、発熱体が発する熱を受熱することで沸騰する。

蒸発部２内部の冷媒が沸騰することにより発生した蒸気は、気液の密度差による浮力によって、蒸発部２の上部に接続している接続管４ａを介して蒸気管口６より凝縮部３に運ばれる。

凝縮部３に運ばれた冷媒の蒸気は、放熱部８を通ることで蒸気管口６から液管口７を移動する。そして冷媒の蒸気は、放熱部８を通過することで外気と熱交換を行う。外気により放熱部８が冷却されると、蒸発した冷媒は気体から液体に凝縮し、発熱体で発生した熱を外気へ放熱する。

そして凝縮部３の放熱部８において液化した冷媒は、液管口７において凝縮部３と接続する接続管４ｂに運ばれ、蒸発部２に還流する。つまり蒸発部２と凝縮部３において冷媒を液体から気体に、また気体から液体に相変化させることで、発熱体で発生した熱を外気へ放熱する。

気体の体積は、液体の体積と比べると大きいため、冷媒は液体から蒸発して蒸気となると体積の流量が増加する。そのため冷媒の蒸気が流動する放熱部８の平板状流路１０の数が少ないと、冷媒の蒸気を流動することができる平板状流路１０が限られる。そのため、冷媒の蒸気を加圧しないと、冷媒の蒸気を平板状流路１０に流入させることができない。しかし放熱部８において圧力を上昇させると、冷媒の沸点も上昇してしまうため、発熱体の温度も上昇してしまう問題があった。

しかし本実施形態における冷却装置１は、図８に示すように、放熱部８における平板状流路１０が配置される間隔が鉛直上方から下方に向かうに従って段階的に広い構造としている。つまり放熱部８を段階的に密から疎に配置した構造とした。

詳細に説明すると、冷媒の蒸気が流入する蒸気管口６は、放熱部８の鉛直上方に多くの平板状流路１０を設けている。そして凝縮部３の鉛直上方において平板状流路１０の数を増やし配置間隔を短くすると、蒸気管口６から流入した冷媒の蒸気が流動する体積が増えるため、放熱部８において冷媒の蒸気を小さな圧力で流動させることができる。その結果、放熱部８における冷媒の圧力の上昇を抑制することができるため、冷媒の沸点上昇による冷却性能の低下を抑制することができる。

〔第４の実施形態〕次に、第４の実施形態について図９を参照して詳細に説明する。図９は、本実施形態における冷却装置１の凝縮部３の断面図である。

〔構成の説明〕本実施形態における冷却装置１は、凝縮部３の放熱部８における第１接続部１１と前記第２接続部１２とを結ぶ方向の長さが鉛直方向上方から下方に向かうに従って段階的に短い構造を有している。なおそれ以外の構造、接続関係は、第１の実施形態と同様であり、蒸発部２と、凝縮部３と、接続管４とで構成される。

蒸発部２は、箱型形状であり内部に冷媒を備えている。本実施形態では、具体的な冷媒としてＨＦＣ（hydro fluorocarbon：ハイドロフルオロカーボン）や、ＨＦＥ（hydro fluor ether：ハイドロフルオロエーテル）を用いているが、材料はこれに限定されない。なお蒸発部２は、下面部において発熱体と熱的に接触するように接続されるため、冷媒は発熱体が発生する熱を受熱し沸騰する。

蒸発部２は、少なくとも２つの接続管４ａ、４ｂと接続しており、それぞれの接続管４ａ、４ｂは、凝縮部３とも接続している。接続管４ａは、蒸発部２の上部と接続しており、接続部４ｂは、蒸発部２の側面部、あるいは底部と接続している。なお蒸発部２と接続管４ｂとの接続箇所は、冷媒の気液界面より低い位置のほうが好ましい。

接続管４ａ、接続管４ｂは、それぞれ外層に樹脂層、内層に金属層を設けた多層の接続管である。なお蒸気管口６と接続する接続管４ａの内径は、液管口７と接続する接続管４ｂの内径より大きいほうが好ましい。

凝縮部３は、放熱部８、第１接続部１１、第２接続部１２とで構成される。放熱部８は第１接続部１１と第２接続部１２との間に設けられており、第１接続部１１から流入した冷媒は第２接続部１２に流動する。

第１接続部１１と第２接続部１２は鉛直方向に対して略同一の高さに配置されている。つまり第１接続部１１と第２接続部１２に接続する放熱部８の形状は、水平方向に延在した形状である。その結果、放熱部８を有する凝縮部３の上端面の高さが蒸発部２の上端面の高さより低くなるように構成することができる。

凝縮部３は、第１接続部１１において蒸気管口６と接続管４aとが接続している。同様に凝縮部３は、第２接続部１２において液管口７と接続管４ｂとが接続している。なお第１接続部１１、第２接続部１２の材質は、銅やアルミなど熱伝導性が高いものであれば特に限定されない。また放熱部８と第１接続部１１と第２接続部１２は、同じ材料で一体成形してもよいし、別々の部材で作成して組み立ててもよい。

接続管４ａが蒸気管口６と接続している位置は、接続管４ｂが液管口７において凝縮部３と接続している位置より高い。また接続管４ａが接続している蒸気管口６は、蒸発部２と発熱体とが接する熱接触面より高い位置に設けられている。

放熱部８は、例えば扁平型のチューブ状の平板状流路１０を積層したものであり、蒸気管口６を介して第１接続部１１に注入された冷媒の蒸気を、液管口７を備えた第２接続部１２に運ぶ。ここで放熱部８が外気と熱交換を行うことで放熱部８が冷却され、放熱部８の内部に存在する冷媒の蒸気は凝縮されて液化する。そして第２接続部１２に運ばれた冷媒は接続管４ｂを介して蒸発部２に還流する。

凝縮部３は、図９に示すように、接続管４ａが接続する蒸気管口６と対向する略同一の高さの位置、あるいは蒸気管口６より高い位置に放熱部８を構成する平板状流路１０を少なくとも１つ設けている。なお図９は、凝縮部３における断面図である。

放熱部８は、蒸発部２の上面よりも低い位置に設けられている。平板状流路１０は、内部に中空を備えた形状であり、蒸気管口６を介して接続管４ａから流入した冷媒は液管口７を介して接続管４ｂに運ばれる。

なお冷媒の気液界面は、接続管４ａと凝縮部３とが蒸気管口６において接続する高さよりも低く、接続管４ｂと凝縮部３と液管口７において接続する高さよりも高い位置に設けられている。

ここで本実施形態における放熱部８は、図９に示すように、鉛直方向上方から下方に向かうに従って、第１接続部１１と第２接続部１２とを結ぶ平板状流路１０の長さが段階的に短い構造を有している。

詳細に説明すると、放熱部８は、冷媒を第１接続部１１から第２接続部１２に運ぶ平板状流路１０の長さが、鉛直方向上方に設けられた平板状流路１０ほど長く、鉛直下方向に向かうに従い段階的に短くなる構造を有している。

なお図９では、冷却部８の剛性を大きくするため、放熱部８の最上層、および最下層にフレーム１４（補強枠）を設けた構造を示している。しかし、これに限定されずフレーム（補強枠１４）を設けない構造としてもよい。また外気との接触面積を大きくして冷却性能を増加させるために隣り合う平板状流路１０の間にフィン１３設けてもよい。

〔作用・効果の説明〕次に、本実施形態の作用効果について説明を行う。

蒸発部２は、下面部において発熱体と熱的に接続しているため、蒸発部２の内部に設けられた冷媒は、発熱体が発する熱を受熱することで沸騰する。

蒸発部２内部の冷媒が沸騰することにより発生した蒸気は、気液の密度差による浮力によって、蒸発部２の上部に接続している接続管４ａを介して蒸気管口６より凝縮部３に運ばれる。

凝縮部３に運ばれた冷媒の蒸気は、放熱部８を通ることで蒸気管口６から液管口７を移動する。そして冷媒の蒸気は、放熱部８を通過することで外気と熱交換を行う。外気により冷媒の蒸気が冷却されると、冷媒は気体から液体に凝縮し、発熱体で発生した熱を外気へ放熱する。

そして凝縮部３の放熱部８において液化した冷媒は、液管口７において凝縮部３と接続する接続管４ｂに運ばれ、蒸発部２に還流する。つまり蒸発部２と凝縮部３において冷媒を液体から気体に、また気体から液体に相変化させることで、発熱体で発生した熱を外気へ放熱を行う。

接続管４ａから蒸気管口６に流入する冷媒の蒸気は、蒸気管口６と対向する略同一の高さの位置、あるいは蒸気管口６より高い位置に設けられている平板状流路１０により多く流す。

換言すると、蒸気管口６と対向する略同一の高さの位置、あるいは蒸気管口６より高い位置、つまり放熱部８の鉛直上方に配置されている平板状流路１０は、鉛直下方向に設けられている平板状流路１０に比べて、多くの冷媒の蒸気を流入し、冷却性能に対する寄与率が高い。そのため放熱部８の鉛直上方に設けられている平板状流路１０は、鉛直下方に設けられている平板状流路１０に比べて放熱効率を高くすることが望ましい。

そこで本実施形態では、鉛直上方に設けられた平板状流路１０の第１接続部１１と第２接続部１２とを結ぶ方向の長さを鉛直方向上方から下方に向かうに従って段階的に短い構造を有することで、冷却性能に対する寄与率が高い部分における放熱面積を拡大した。

上記構造とすることで、接続管４ａを介して凝縮部３に流入した冷媒の蒸気は効率よく放熱することができる。このとき、放熱部８の下部における平板状流路１０の長さを小さくした形状とすることができるので、凝縮部３を小型化することができ冷却用のファンからの風を凝縮部３の後方にも通りやすくし、他部品に対しても冷却用の風を送ることが可能となる。

〔第５の実施形態〕次に、第５の実施形態について図１０、図１１を参照して詳細に説明する。図１１は、本実施形態における冷却装置１の斜視図であり、図１０は凝縮部３の断面図である。

〔構成の説明〕本実施形態における冷却装置１は、凝縮部３における放熱部８の延伸方向に対して垂直な断面における平板状流路１０の幅が鉛直方向下方に向かって段階的に縮小した構造を有している。なおそれ以外の構造、接続関係は、第１の実施形態と同様であり、蒸発部２と、凝縮部３と、接続管４とで構成される。

蒸発部２は、箱型形状であり内部に冷媒を備えている。本実施形態では、具体的な冷媒としてＨＦＣ（hydro fluorocarbon：ハイドロフルオロカーボン）や、ＨＦＥ（hydro fluor ether：ハイドロフルオロエーテル）を用いているが、材料はこれに限定されない。なお蒸発部２は、下面部において発熱体と熱的に接触するように接続されるため、冷媒は発熱体が発生する熱を受熱し沸騰する。

蒸発部２は、少なくとも２つの接続管４ａ、４ｂと接続しており、それぞれの接続管４ａ、４ｂは、凝縮部３とも接続している。接続管４ａは、蒸発部２の上部と接続しており、接続部４ｂは、蒸発部２の側面部、あるいは底部と接続している。なお蒸発部２と接続管４ｂとの接続箇所は、冷媒の気液界面より低い位置のほうが好ましい。

接続管４ａ、接続管４ｂは、それぞれ外層に樹脂層、内層に金属層を設けた多層の接続管である。なお蒸気管口６と接続する接続管４ａの内径は、液管口７と接続する接続管４ｂの内径より大きいほうが好ましい。

凝縮部３は、放熱部８、第１接続部１１、第２接続部１２とで構成される。放熱部８は第１接続部１１と第２接続部１２との間に設けられており、第１接続部１１から流入した冷媒が第２接続部１２に向かって流動する。

第１接続部１１と第２接続部１２は鉛直方向に対して略同一の高さに配置されている。つまり第１接続部１１と第２接続部１２に接続する放熱部８の形状は、水平方向に延在した形状である。その結果、放熱部８を有する凝縮部３の上端面の高さは蒸発部２の上端面の高さより低く構成することができる。

凝縮部３は、第１接続部１１において蒸気管口６と接続管４aとが接続している。同様に凝縮部３は、第２接続部１２において液管口７と接続管４ｂとが接続している。なお第１接続部１１、第２接続部１２の材質は、銅やアルミなど熱伝導性が高いものであれば特に限定されない。また放熱部８と第１接続部１１と第２接続部１２は、同じ材料で一体成形してもよいし、別々の部材で作成して組み立ててもよい。

接続管４ａが蒸気管口６と接続している位置は、接続管４ｂが液管口７において凝縮部３と接続している位置より高い。また接続管４ａが接続している蒸気管口６は、蒸発部２と発熱体とが接する熱接触面より高い位置に設けられている。

放熱部８は、例えば扁平型のチューブ状の平板状流路１０を積層したものであり、蒸気管口６を介して第１接続部１１に注入された冷媒の蒸気を、液管口７を備えた第２接続部１２に運ぶ。ここで放熱部８が外気と熱交換を行うことで放熱部８が冷却され、放熱部８の内部に存在する冷媒の蒸気は凝縮されて液化する。そして第２接続部１２に運ばれた冷媒は接続管４ｂを介して蒸発部２に還流する。

凝縮部３は、図１１に示すように、接続管４ａが接続する蒸気管口６と対向する略同一の高さの位置、あるいは蒸気管口６より高い位置に放熱部８を構成する平板状流路１０を少なくとも１つ設けている。放熱部８は、蒸発部２の上面よりも低い位置に設けられている。平板状流路１０は、内部に中空を備えた形状であり、蒸気管口６を介して接続管４ａから流入した冷媒は液管口７を介して接続管４ｂに運ばれる。

なお冷媒の気液界面は、接続管４ａと凝縮部３とが蒸気管口６において接続する高さよりも低く、接続管４ｂと凝縮部３と液管口７において接続する高さよりも高い位置に設けられている。すなわち冷媒は、気液界面が蒸気管口６と液管口７の間に位置するように封入されている。

ここで本実施形態における放熱部８は、図１０、図１１に示すように、鉛直方向上方から下方に向かうに従って、平板状流路１０の延伸方向に対して垂直な断面の平板状流路１０の幅が段階的に縮小した構造を有している。

詳細に説明すると、第１接続部１１から第２接続部１２に向かう方向に垂直な断面における平板状流路１０の幅は、鉛直方向上方に設けられた平板状流路１０ほど大きく、鉛直下方向に向かうに従い段階的に縮小する構造とした。

なお図１０では、冷却部８の剛性を大きくするため、放熱部８の最上層、および最下層にフレーム１４（補強枠）を設けた構造を示している。しかし、これに限定されずフレーム１４（補強枠）を設けない構造としてもよい。また外気との接触面積を大きくして冷却性能を増加させるために隣り合う平板状流路１０の間にフィン１３設けてもよい。

〔作用・効果の説明〕次に、本実施形態の作用効果について説明を行う。

蒸発部２は、下面部において発熱体と熱的に接続しているため、蒸発部２の内部に設けられた冷媒は、発熱体が発する熱を受熱することで沸騰する。

蒸発部２内部の冷媒が沸騰することにより発生した蒸気は、気液の密度差による浮力によって、蒸発部２の上部に接続している接続管４ａを介して蒸気管口６より凝縮部３に運ばれる。

凝縮部３に運ばれた冷媒の蒸気は、放熱部８を通ることで蒸気管口６から液管口７を移動する。そして冷媒の蒸気は、放熱部８を通過することで外気と熱交換を行う。外気により冷媒の蒸気が冷却されると、冷媒は気体から液体に凝縮し、発熱体で発生した熱を外気へ放熱する。

そして凝縮部３の放熱部８において液化した冷媒は、液管口７において凝縮部３と接続する接続管４ｂに運ばれ、蒸発部２に還流する。つまり蒸発部２と凝縮部３において冷媒を液体から気体に、また気体から液体に相変化させることで、発熱体で発生した熱を外気へ放熱する。

接続管４ａから蒸気管口６に流入する冷媒の蒸気は、蒸気管口６と対向する略同一の高さの位置、あるいは蒸気管口６より高い位置に設けられている平板状流路１０により多く流入する。換言すると、蒸気管口６と対向する略同一の高さの位置、あるいは蒸気管口６より高い位置、つまり放熱部８の鉛直上方に配置されている平板状流路１０には、鉛直下方向に設けられている平板状流路１０に比べて、多くの冷媒の蒸気を流入し、冷却性能に対する寄与率が高い。

そのため放熱部８の鉛直上方に設けられている平板状流路１０は、鉛直方向下方に設けられている平板状流路１０に比べて放熱効率を高くすることが望ましい。そこで本実施形態では、鉛直方向上方に設けられた平板状流路１０の延伸方向に対して垂直な断面の幅の大きさを、鉛直方向下方に設けられている平板状流路１０より段階的に大きい形状とすることで、冷却性能に対して寄与率の高い平板状流路１０における放熱面積を拡大する構成とした。つまり図１１に示すように、鉛直方向上方から下方に行くに従い、放熱部８の幅を段階的に短くした形状とした。

上記構造とすることで、接続管４ａを介して蒸発部２から流入した冷媒の蒸気は効率よく放熱することができる。さらに、凝縮部３の下部における幅を小さくした形状とすることができるので、凝縮部３を小型化することができる。そのためファンからの風を凝縮部３の後方にも通りやすくし、他部品に対しても冷却の風を送風することが可能となる。

〔第６の実施形態〕次に、第６の実施形態について図１２を参照して詳細に説明する。図１２は、本実施形態における冷却装置１の凝縮部３における断面図である。

〔構成の説明〕本実施形態における冷却装置１は、凝縮部３における複数の平板状流路１０のそれぞれの一端が第１接続部１１の蒸気管口６近傍に配置され、他端が第２接続部１２において互いに離間して配置されている構造である。なおそれ以外の構造、接続関係は、第１の実施形態と同様であり、蒸発部２と、凝縮部３と、接続管４とで構成される。

蒸発部２は、箱型形状であり内部に冷媒を備えている。本実施形態では、具体的な冷媒としてＨＦＣ（hydro fluorocarbon：ハイドロフルオロカーボン）や、ＨＦＥ（hydro fluor ether：ハイドロフルオロエーテル）を用いているが、材料はこれに限定されない。なお蒸発部２は、下面部において発熱体と熱的に接触するように接続されるため、冷媒は発熱体が発生する熱を受熱し沸騰する。

蒸発部２は、少なくとも２つの接続管４ａ、４ｂと接続しており、それぞれの接続管４ａ、４ｂは、凝縮部３とも接続している。接続管４ａは、蒸発部２の上部と接続しており、接続管４ｂは、蒸発部２の側面部、あるいは底部と接続している。なお蒸発部２と接続管４ｂとの接続箇所は、冷媒の気液界面より低い位置のほうが好ましい。

接続管４ａ、接続管４ｂは、それぞれ外層に樹脂層、内層に金属層を設けた多層の接続管である。なお蒸気管口６と接続する接続管４ａの内径は、液管口７と接続する接続管４ｂの内径より大きいほうが好ましい。

凝縮部３は、放熱部８、第１接続部１１、第２接続部１２とで構成される。放熱部８は第１接続部１１と第２接続部１２との間に設けられており、第１接続部１１から流入した冷媒は第２接続部１２に向かって流動する。

第１接続部１１と第２接続部１２は鉛直方向に対して略同一の高さに配置されている。つまり第１接続部１１と第２接続部１２に接続する放熱部８の形状は、水平方向に延在した形状である。その結果、放熱部８を有する凝縮部３の上端面の高さは蒸発部２の上端面の高さより低い構成とすることができる。

凝縮部３は、第１接続部１１において蒸気管口６と接続管４aとが接続している。同様に凝縮部３は、第２接続部１２において液管口７と接続管４ｂとが接続している。なお第１接続部１１、第２接続部１２の材質は、銅やアルミなど熱伝導性が高いものであれば特に限定されない。また放熱部８と第１接続部１１と第２接続部１２は、同じ材料で一体成形してもよいし、別々の部材で作成して組み立ててもよい。

接続管４ａが蒸気管口６と接続している位置は、接続管４ｂが液管口７において凝縮部３と接続している位置より高い。また接続管４ａが接続している蒸気管口６は、蒸発部２と発熱体とが接する熱接触面より高い位置に設けられている。

ここで本実施形態における凝縮部３は、接続管４ａが接続する蒸気管口６と対向する略同一の高さの位置において、第１接続部１１と放熱部８の平板状流路１０とが接続している。なお蒸気管口６と平板状流路１０とが設けられている高さは、蒸発部２の上面の高さより低い。

放熱部８は、例えば扁平型のチューブ状の平板状流路１０を積層した構造であり、蒸気管口６を介して第１接続部１１に注入された冷媒の蒸気を、液管口７を備えた第２接続部１２に運ぶ。ここで放熱部８が外気と熱交換を行うことで放熱部８が冷却され、放熱部８の内部に存在する冷媒の蒸気は凝縮されて液化する。そして第２接続部１２に運ばれた冷媒は接続管４ｂを介して蒸発部２に還流する。

ここで本実施形態では、放熱部８が第１接続部１１側の端部から平板状流路１０の間隔が放射状に拡がるように配置されている。つまり放熱部８の平板状流路１０は、それぞれの端が第１接続部１１の蒸気管口６近傍に配置され、他端が第２接続部１２おいて互いに離間して配置されている。

なお冷媒の気液界面は、接続管４ａと凝縮部３とが蒸気管口６において接続する高さよりも低く、接続管４ｂと凝縮部３と液管口７において接続する高さよりも高い位置に設けられている。

なお図１２では、冷却部８の剛性を大きくするため、放熱部８の最上層、および最下層にフレーム１４（補強枠）を設けた構造を示している。しかし、これに限定されずフレーム１４（補強枠）を設けない構造としてもよい。また外気との接触面積を大きくして冷却性能を増加させるために隣り合う平板状流路１０の間にフィン１３設けてもよい。

〔作用・効果の説明〕次に、本実施形態の作用効果について説明を行う。

蒸発部２は、下面部において発熱体と熱的に接続しているため、蒸発部２の内部に設けられた冷媒は、発熱体が発する熱を受熱することで沸騰する。

蒸発部２内部の冷媒が沸騰することにより発生した蒸気は、気液の密度差による浮力によって、蒸発部２の上部に接続している接続管４ａを介して蒸気管口６より凝縮部３に運ばれる。

凝縮部３に運ばれた冷媒の蒸気は、放熱部８を通ることで蒸気管口６から液管口７を移動する。そして冷媒の蒸気は、放熱部８を通過することで外気と熱交換を行う。外気により冷媒の蒸気が冷却されると、冷媒は気体から液体に凝縮し、発熱体で発生した熱を外気へ放熱する。

そして凝縮部３の放熱部８において液化した冷媒は、液管口７において凝縮部３と接続する接続管４ｂに運ばれ、蒸発部２に還流する。つまり蒸発部２と凝縮部３において冷媒を液体から気体に、また気体から液体に相変化させることで、発熱体で発生した熱を外気へ放熱を行う。

接続管４ａから蒸気管口６に流入する冷媒の蒸気は、蒸気管口６と対向する略同一の高さの位置、あるいは蒸気管口６より高い位置に設けられている平板状流路１０により多く流入する。換言すると、蒸気管口６と対向する略同一の高さの位置、あるいは蒸気管口６より高い位置、つまり凝縮部３の鉛直上方に配置されている平板状流路１０は、鉛直下方向に設けられている平板状流路１０に比べて、多くの冷媒の蒸気を流入し、冷却性能に対する寄与率が高い。

本実施形態における放熱部８は、第１接続部１１と接続した位置から平板状流路１０を放射状に配置されている。そして放熱部８は、他方の端部において第２接続部１２と接続しており、蒸気管口６を介して接続管４ａから流入した冷媒を液管口７に流出する。詳細に説明すると、放熱部８の平板状流路１０は、それぞれの端が第１接続部１１の蒸気管口６近傍に配置され、他端が第２接続部１２おいて互いに離間して配置されている。

上記構成にすることにより、放熱部８と第１接続部１１との接続を、冷媒蒸気のより多くが平板状流路１０に流入可能な蒸気管口６の近傍で行うことができる。そのため、蒸気管口６を介して接続管４ａから流入した冷媒の蒸気の大部分を冷却に寄与させることができる。その結果、平板上流路１０が外気と熱交換を行うことにより冷媒を凝縮させる相変化も効率よく行うことができ、冷却性能をさらに向上させることができる。

また蒸気管口６を備える第１接続部１１は、蒸気管口６と近傍の位置において放熱部８と接続しているため、第２接続１２と比べて鉛直方向の高さを小型化することができる。その結果、凝縮部３は第１接続部１１の下部を小型化することができるため、冷却用のファンなどからの風を凝縮部３の後方にも通りやすくし、他部品に対しても風を送ることが可能となる。

〔第７の実施形態〕次に、第７の実施形態について図１３、図１４を参照して詳細に説明する。図１３は、本実施形態における冷却装置１の斜視図であり、図１４は冷却装置１の断面図である。

〔構成の説明〕本実施形態における冷却装置１は、平板形状である平板状流路１０が蒸発部２の水平方向に対して傾いて設けられている点である。なおそれ以外の構造、接続関係は、第１の実施形態と同様であり、蒸発部２と、凝縮部３と、接続管４とで構成される。

蒸発部２は、箱型形状であり内部に冷媒を備えている。本実施形態では、具体的な冷媒としてＨＦＣ（hydro fluorocarbon：ハイドロフルオロカーボン）や、ＨＦＥ（hydro fluor ether：ハイドロフルオロエーテル）を用いているが、材料はこれに限定されない。なお蒸発部２は、下面部において発熱体と熱的に接触するように接続されるため、冷媒は発熱体が発生する熱を受熱し沸騰する。

蒸発部２は、少なくとも２つの接続管４ａ、４ｂと接続しており、それぞれの接続管４ａ、４ｂは、凝縮部３とも接続している。接続管４ａは、蒸発部２の上部と接続しており、接続部４ｂは、蒸発部２の側面部、あるいは底部と接続している。なお蒸発部２と接続管４ｂとの接続箇所は、冷媒の気液界面より低い位置のほうが好ましい。

接続管４ａ、接続管４ｂは、それぞれ外層に樹脂層、内層に金属層を設けた多層の接続管である。なお蒸気管口６と接続する接続管４ａの内径は、液管口７と接続する接続管４ｂの内径より大きいほうが好ましい。

凝縮部３は、放熱部８、第１接続部１１、第２接続部１２とで構成される。放熱部８は第１接続部１１と第２接続部１２との間に設けられており、第１接続部１１から流入した冷媒を第２接続部１２に運ぶ。

第１接続部１１と第２接続部１２は鉛直方向に対して略同一の高さに配置されている。つまり第１接続部１１と第２接続部１２に接続する放熱部８の形状は、水平方向に延在した形状である。その結果、放熱部８を有する凝縮部３の上端面の高さは蒸発部２の上端面の高さより低くすることができる。

凝縮部３は、第１接続部１１において蒸気管口６と接続管４aとが接続している。同様に凝縮部３は、第２接続部１２において液管口７と接続管４ｂとが接続している。なお第１接続部１１、第２接続部１２の材質は、銅やアルミなど熱伝導性が高いものであれば特に限定されない。また放熱部８と第１接続部１１と第２接続部１２は、同じ材料で一体成形してもよいし、別々の部材で作成して組み立ててもよい。

接続管４ａが蒸気管口６と接続している位置は、接続管４ｂが液管口７において凝縮部３と接続している位置より高い。また接続管４ａが接続している蒸気管口６は、蒸発部２と発熱体とが接する熱接触面より高い位置に設けられている。

ここで本実施形態における放熱部８は、図１３、１４に示すように、平板型の平板状流路１０が水平方向に対して傾いて設けられている。そして水平方向に対して傾いた平板状流路１０は、複数設けられており、互い対向して所定の間隔を介して、鉛直方向に対して傾いた方向に積層した形状である。

放熱部８は、蒸気管口６を介して第１接続部１１に注入された冷媒の蒸気を、液管口７を備えた第２接続部１２に運ぶ。ここで放熱部８が外気と熱交換を行うことで放熱部８が冷却され、放熱部８の内部に存在する冷媒の蒸気は凝縮されて液化する。そして第２接続部１２に運ばれた冷媒は接続管４ｂを介して蒸発部２に還流する。

なお図１４では、冷却部８の剛性を大きくするため、放熱部８の最上層、および最下層にフレーム１４（補強枠）を設けた構造を示している。しかし、これに限定されずフレーム１４（補強枠）を設けない構造としてもよい。また外気との接触面積を大きくして冷却性能を増加させるために隣り合う平板状流路１０の間にフィン１３設けてもよい。

なお冷媒の気液界面は、接続管４ａと凝縮部３とが蒸気管口６において接続する高さよりも低く、接続管４ｂと凝縮部３と液管口７において接続する高さよりも高い位置に設けられている。

〔作用・効果の説明〕次に、本実施形態の作用効果について説明を行う。

蒸発部２は、下面部において発熱体と熱的に接続しているため、蒸発部２の内部に設けられた冷媒は、発熱体が発する熱を受熱することで沸騰する。

蒸発部２内部の冷媒が沸騰することにより発生した蒸気は、気液の密度差による浮力によって、蒸発部２の上部に接続している接続管４ａを介して蒸気管口６より凝縮部３に運ばれる。

凝縮部３に運ばれた冷媒の蒸気は、放熱部８を通ることで蒸気管口６から液管口７に移動する。そして冷媒の蒸気は、放熱部８を通過することで外気と熱交換を行う。外気により放熱部８が冷却されると、蒸発した冷媒は気体から液体に凝縮し、発熱体で発生した熱を外気へ放熱する。

そして凝縮部３の放熱部８において液化した冷媒は、液管口７において凝縮部３と接続する接続管４ｂに運ばれ、蒸発部２に還流する。つまり蒸発部２と凝縮部３において冷媒を液体から気体に、また気体から液体に相変化させることで、発熱体で発生した熱を外気へ放熱を行う。

ここで本実施形態では、放熱部８は平板状流路１０を積層した構造であり、それぞれの平板状流路１０が水平方向に対して傾いて設けられている。そして平板状流路１０、互い対向して所定の間隔を介し、略平行に積層して設けられている。

上記構成により、所定の高さ（厚さ）の範囲において積層して設けることができる平板状流路１０の数を増やすことができるため、冷却装置１の冷却性能を向上することができる。

詳細に説明すると、平板状流路１０を積層して配置する場合、それぞれ対向して設けられた平板状流路１０の間に冷却用の風を流すことで外気と平板状流路１０は熱交換を行う。そのため平板状流路１０は、所定の間隔を設けて積層する必要がある。

しかし、所定の高さ（厚さ）の範囲に平板状流路１０を積層した放熱部８を配置する場合、所定の間隔を設ける必要があるため積層することができる平板状流路１０の数には上限があった。

ここで本実施形態では、放熱部８は水平方向に対して傾いて配置されており、水平方向に対して傾いた平板状流路１０が積層した構造である。

所定の高さ（厚さ）の範囲において、水平方向に配置された平板状流路１０を積層する場合に比べて、水平方向に対して傾いて配置された平板状流路１０を積層するほうが、配置間隔が同じ場合、多くの平板状流路１０を積層することができる。

換言すると、所定の高さ（厚さ）の範囲において、鉛直方向に積層する場合に比べて、鉛直方向に対して傾けて積層するほうが、配置間隔が同じ場合、多くの平板状流路１０を積層することができる。

上記構成により放熱部８は積層することができる平板状流路１０の数を増やすことができるため、冷却用の風と平板状流路１０とが接触する表面積も増加する。その結果、放熱部８と外気との熱交換率も向上し、冷却装置１の冷却性能は向上することができる。

上記の第１から第７の実施形態に記載の冷却装置１は、蒸発部２の高さより凝縮部３の高さを低くすることができるため、冷却装置１を低背化、つまり薄型化することができる。その結果、例えば１Ｕ（44.45ｍｍ）の厚さに規定されたサーバーのような上下方向に薄い電子機器に第１から第７の実施形態に記載した冷却装置１を内蔵させることができる。

１ 冷却装置
２ 蒸発部
３ 凝縮部
４ 接続管
４ａ 第１接続管
４ｂ 第２接続管
６ 蒸気管口
７ 液管口
８ 放熱部
１０ 平板状流路
１１ 第１接続部
１２ 第２接続部
１３ フィン
１４ フレーム

Claims (14)

1. 発熱体の発する熱で気化する冷媒を内部に設けた蒸発部と、
   気化した前記冷媒を外部流体との熱交換によって凝縮させる凝縮部と、
   前記蒸発部で気化した前記冷媒を前記凝縮部へ運ぶ第１接続管と、
   前記凝縮部で凝縮した冷媒を前記蒸発部へ運ぶ第２接続管とを備え、
   前記凝縮部は、前記第１接続管と接続する第１接続部と、前記第２接続管と接続する第２接続部と、前記第１接続部と前記第２接続部とを接続し、前記冷媒を放熱する放熱部とを具備し、
   前記第１接続部と前記第２接続部は、鉛直方向に対して略同一高さに配置され、
   前記第１接続管と前記凝縮部とが接続する位置は、前記第２接続管と前記凝縮部とが接続する位置より鉛直方向上方に設けられていることを特徴とする冷却装置。
2. 前記放熱部の少なくとも一部は、前記第１接続部と前記第１接続管とが接続する位置と略同一の高さに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記冷媒の気液界面は、
   前記第１接続管と前記凝縮部とが接続する位置と、
   前記第２接続管と前記凝縮部とが接続する位置との間に位置していることを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の冷却装置。
4. 前記放熱部は複数の平板状流路を備え、前記平板状流路が鉛直方向に積層されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の冷却装置。
5. 前記放熱部は複数の平板状流路を備え、前記平板状流路が水平方向に対して傾いた方向に積層されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の冷却装置。
6. 前記放熱部は、
   前記平板状流路の間隔が鉛直上方から下方に向けて、段階的に縮小した構造を備えることを特徴とする４または５に記載の冷却装置。
7. 前記放熱部は、
   前記平板状流路の前記第１接続部と前記第２接続部とを結ぶ方向の長さが鉛直方向上方から下方に向けて段階的に縮小した構造を備えることを特徴とする請求項４または５に記載の冷却装置。
8. 前記放熱部は、
   前記平板状流路の延伸方向に対して垂直な断面における幅が鉛直下方に向けて段階的に縮小した構造を備えることを特徴とする請求項４または５に記載の冷却装置。
9. 前記放熱部は、前記平板状流路のそれぞれの一端が前記蒸気口近傍に配置され、
   他端が前記第２接続部おいて互いに離間して配置されていることを特徴とする請求する４または５に記載の冷却装置。
10. 前記放熱部は、前記平板状流路の間に放熱フィンを備えることを特徴とする請求項４または５に記載の冷却装置。
11. 前記放熱部は、前記平板状流路の最上層、および最下層にそれぞれ補強枠を設けていることを特徴とする請求項４または５に記載の冷却装置。
12. 前記第１接続管は、第２接続管より断面積が大きいことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の冷却装置。
13. 前記第１接続部は、前記第１接続管と前記第１接続部とを接続する蒸気管口を備え、
    前記第２接続部は、前記第２接続管と前記第２接続部とを接続する液管口を備えることを特徴する請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の冷却装置。
14. 請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の前記冷却装置を内蔵した電子機器。

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