JP2014135396A - 冷却ヘッド及び電子機器 - Google Patents

冷却ヘッド及び電子機器 Download PDF

Info

Publication number
JP2014135396A
JP2014135396A JP2013002853A JP2013002853A JP2014135396A JP 2014135396 A JP2014135396 A JP 2014135396A JP 2013002853 A JP2013002853 A JP 2013002853A JP 2013002853 A JP2013002853 A JP 2013002853A JP 2014135396 A JP2014135396 A JP 2014135396A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
flow path
refrigerant
cooling
refrigerant flow
electronic device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2013002853A
Other languages
English (en)
Inventor
Yuki Hoshino
雄基 星野
Kenji Fukusono
健治 福園
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP2013002853A priority Critical patent/JP2014135396A/ja
Priority to US14/051,521 priority patent/US20140190669A1/en
Publication of JP2014135396A publication Critical patent/JP2014135396A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0266Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/12Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0028Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for cooling heat generating elements, e.g. for cooling electronic components or electric devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/04Communication passages between channels
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02Header boxes; End plates
    • F28F9/026Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/027Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits in the form of distribution pipes
    • F28F9/0273Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits in the form of distribution pipes with multiple holes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

【課題】 冷媒流路の圧損を低減しつつ冷却対象部品の均一な冷却を実現することが可能な冷却ヘッド等の提供。
【解決手段】 冷却ヘッドは、冷却対象物に接し、冷媒が流される第1冷媒流路と、冷媒が流される第2冷媒流路と、前記第1冷媒流路内の冷媒の流れ方向で前記第1冷媒流路における前記冷却対象物の両端部間に設けられ、ノズルを伴わずに前記第1冷媒流路と第2冷媒流路とを連通させる連通孔とを含む。
【選択図】 図2

Description

本開示は、冷却ヘッド及び電子機器に関する。
従来から、冷却液用の主流路および副流路を冷却面の側から順に形成し、副流路と主流路を隔てる隔壁を貫通して主流路内に突出する複数のノズルを主流路の流路方向に配列し、個々のノズルの先端部を冷却面に近接もしくは当接させ、主流路と副流路とに冷却液を流通させ、主流路を流れる冷却液の沸騰により冷却面を冷却すると共に、副流路側から各ノズルを介して副流路側の冷却液を冷却面近傍に滲み出るように供給する沸騰冷却方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2007-150216号公報
しかしながら、上記の特許文献1に記載の構成では、液体の沸騰を利用した冷却を実現するために、主流路内に突出する複数のノズルを主流路の流路方向に配列するので、ノズルに起因して主流路における冷却水の流れに損失(圧損)が生じるという問題がある。
そこで、開示の技術は、冷媒流路の圧損を低減しつつ冷却対象部品の均一な冷却を実現することが可能な冷却ヘッド等の提供を目的とする。
本開示の一局面によれば、冷却対象物に接し、冷媒が流される第1冷媒流路と、
冷媒が流される第2冷媒流路と、
前記第1冷媒流路内の冷媒の流れ方向で前記第1冷媒流路における前記冷却対象物の両端部間に設けられ、ノズルを伴わずに前記第1冷媒流路と第2冷媒流路とを連通させる連通孔とを含む、冷却ヘッドが提供される。
本開示の技術によれば、冷媒流路の圧損を低減しつつ冷却対象部品の均一な冷却を実現することが可能な冷却ヘッド等が得られる。
冷却システム1の一例を概略的に示す図である。 冷却ヘッド30と電子デバイス2との関係の一例を示す断面図である。 比較例として、ノズルを伴って第1冷媒流路と第2冷媒流路とを連通させる連通孔40'の一例を示す図である。 本実施例の冷却効果を説明する図である。 第1冷媒流路32の一例を上面視で示す図である。 第1冷媒流路32が単一の流路を含む場合の連通孔40付近の冷媒流れを上面視で模式的に示す図である。 第1冷媒流路32が複数の流路32a〜32hを含む場合の連通孔40付近の冷媒流れを上面視で模式的に示す図である。 第2冷媒流路34及び連通孔40の一例を上面視で示す図である。 第2冷媒流路34及び連通孔40の他の一例を上面視で示す図である。 電子デバイス2にホットスポットがある場合の連通孔40の配置例を示す図である。 冷却ヘッド30Aの単品状態の一例を示す分解斜視図である。 他の例による冷却ヘッド30Bを示す斜視図である。 図11に示す冷却ヘッド30Bの断面図である。 代替実施例による冷却ヘッド30Cを示す断面図である。
以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。
図1は、冷却システム1の一例を概略的に示す図である。図1に示す例では、冷却システム1は、電子デバイス2を冷却するためのシステムである。冷却システム1は、ポンプ4と、ラジエータ6と、冷却ヘッド30と、配管10,12,14,16とを含む。尚、冷却ヘッド30は、配管10の一部、配管12,14の一部又は全部、及び/又は、配管16の一部又は全部を含んでもよい。
冷却ヘッド30は、図1に示すように、電子デバイス2に対して設けられる。電子デバイス2は、発熱するデバイスであれば任意であってよく、素子単位であってもよいし、部品・ユニット単位であってもよい。電子デバイス2は、例えば、LSI(Large-Scale Integration)であってよい。尚、冷却ヘッド30は、電子デバイス2と共に電子機器50を構成する。電子機器50は、エンハンスドサーバやスーパーコンピュータ等のコンピュータシステムを構成してもよい。
冷却ヘッド30の吸入側には、配管10から2つに分岐した配管12,14が接続される。冷却ヘッド30の排出側には、配管16が接続される。配管10及び配管16のそれぞれの他端は、ラジエータ6に接続される。このようにして、配管10,12,14,16及びラジエータ6は循環流路を画成する。配管10にはポンプ4が設けられる。ポンプ4は、ラジエータ6にて冷却された冷媒(例えば冷却水)を吸入して冷却ヘッド30に向けて吐出する。冷却ヘッド30の排出側から出る冷媒(電子デバイス2の熱を受けた冷媒)はラジエータ6に供給されて冷却(放熱)される。
尚、図1に示す冷却システム1の構成はあくまで一例であり、多様な変形が可能である。例えば、図1に示す例では、1つのポンプ4から吐出される冷媒は2つの配管12,14に分岐して冷却ヘッド30に供給されているが、2つのポンプを用いた独立した2系統の配管で冷却ヘッド30に冷媒を供給してもよい。また、例えば配管12等にバルブが設けられてもよい。尚、図1に示す冷却システム1は、後述の如く、液体の沸騰を利用した冷却を実現するものでないため、サブクール状態を作るための遷移槽等は設けられなくてよい。
図2は、冷却ヘッド30と電子デバイス2との関係の一例を示す断面図である。図2において、矢印P01,P02,P1,P2,P4は、冷媒の流れ方向を概略的に表す。また、Z方向は、上下方向を表し、図2の上側が上下方向の上側であるとする。図3は、比較例として、ノズルを伴って第1冷媒流路と第2冷媒流路とを連通させる連通孔40'の一例を示す図である。
冷却ヘッド30は、第1冷媒流路32と、第2冷媒流路34と、連通孔40とを含む。
第1冷媒流路32は、冷却対象物3に下側部材36aを介して接する。冷却対象物3は、電子デバイス2自体、又は、電子デバイス2から熱を受ける物体であってよい。尚、図示の例では、下側部材36aに直接接する物体は、電子デバイス2のヒートスプレッダ3aである。図2に示す例では、第1冷媒流路32は、冷却対象物3に上側から接しているが、冷却対象物3に下側から接してもよいし、接する方向は任意である。第1冷媒流路32は、典型的には、図2に示すように冷却対象物3の全面に亘って接するが、冷却対象物3の全面に対して部分的に接してもよい。
第1冷媒流路32は、閉じた断面(連通孔40の位置以外)の配管を画成する。図2に示す例では、第1冷媒流路32の下側を画成する下側部材36aと、第1冷媒流路32の上側を画成する中間部材36bとが示される。第1冷媒流路32の手前側又は奥側(X方向及びZ方向に垂直な方向で手前側又は奥側)は、それぞれ側壁部材36f、36e(図5等参照)により画成されてよい。
第1冷媒流路32は、冷媒が流される。配管14からの冷媒は、図2にて矢印P01に示すように、第1冷媒流路32内に導入され、矢印P1に示すように、第1冷媒流路32内を流れ、矢印P4に示すように、第1冷媒流路32を出て後流側へと流れる。
第2冷媒流路34は、第1冷媒流路32に隣接して設けられる。図2に示す例では、第2冷媒流路34は、第1冷媒流路32の上側に隣接しているが、第1冷媒流路32の下側に隣接して設けられてもよいし、第1冷媒流路32の手前側又は奥側(X方向及びZ方向に垂直な方向で手前側又は奥側)に隣接して設けられてもよいし、隣接する方向は任意である。
第2冷媒流路34は、閉じた断面(連通孔40の位置以外)の配管を画成する。図2に示す例では、第2冷媒流路34の下側を画成する中間部材36bと、第2冷媒流路34の上側を画成する蓋部材36cとが示される。第2冷媒流路34の手前側又は奥側(X方向及びZ方向に垂直な方向で手前側又は奥側)は、それぞれ側壁部材36f、36e(図7等参照)により画成されてよい。
第2冷媒流路34は、好ましくは、第2冷媒流路34内の冷媒の流れ方向で後流側の端部が閉塞される。図2に示す例では、第2冷媒流路34は、後流側の端部が閉塞部材36dにより閉塞されている。これにより、第2冷媒流路34内の冷媒の流れは、閉塞部材36dにより塞き止められるため、第2冷媒流路34内の冷媒の連通孔40を介した第1冷媒流路32内への流入(後述)が促進される。
第2冷媒流路は、冷媒が流される。配管12からの冷媒は、図2にて矢印P02に示すように、第2冷媒流路34内に導入され、第2冷媒流路34内を流れ、矢印P2に示すように、連通孔40を介して第1冷媒流路32内に流入し、矢印P4に示すように、第1冷媒流路32を出て後流側へと流れる。尚、図2に示す例では、閉塞部材36dが設けられるので、第2冷媒流路34内に導入された冷媒は、逆流しない限り、全て連通孔40を介して第1冷媒流路32内に流入し、その後、第1冷媒流路32を出て後流側へと流れることになる。尚、閉塞部材36dを設けない構成では、連通孔40を介して第1冷媒流路32内に流入しなかった冷媒(即ち第2冷媒流路の後流側の開口から出る冷媒)は、第1冷媒流路32内の冷媒とは独立して又は合流して第1冷媒流路32を出て後流側へと流れてよい。従って、閉塞部材36dを設ける構成では、閉塞部材36dを設けない構成に比べて、部品点数や冷却効率の観点からも有利となる。
連通孔40は、第1冷媒流路32内の冷媒の流れ方向で第1冷媒流路32における冷却対象物3の両端部間に設けられる。図2に示す例では、3つの連通孔40は、第1冷媒流路32内の冷媒の流れ方向で第1冷媒流路32における冷却対象物3の両端部間に設けられている。この場合、冷却対象物3の両端部の基準は、ヒートスプレッダ3aの両端部であってもよいし、発熱源(電子デバイス2)の両端部であってもよい。
連通孔40は、ノズルを伴わずに第1冷媒流路32と第2冷媒流路34とを連通させる。即ち、連通孔40は、第1冷媒流路32内に突出するノズルの形態(比較例として示す図3の連通孔40'参照)ではなく、平面又は曲面上に形成される単なる孔である。ノズルを伴う連通孔40'は、冷却対象物3に近接した位置に第2冷媒流路内の冷媒を供給することができるため、液体の沸騰を利用した冷却を実現する構成(即ち図3に示すような、冷却対象物からの熱で生じる気泡を除去する構成)では必要となる。しかしながら、ノズルを伴う連通孔40'は、第1冷媒流路32内の流れの損失(圧損)をもたらすため(ひいては冷却能力の低下をもたらすため)、ここでは採用されない。
ここで、配管14から第1冷媒流路32内に導入される冷媒のみに着目すると、配管14から第1冷媒流路32内に導入される冷媒は、後流側に向かうにつれて、冷却対象物3から熱を受けるため(冷却対象物3の冷却に伴って熱を受けるため)、温度(冷媒温度)が上昇していく。従って、配管14から第1冷媒流路32内に導入される冷媒のみでは、冷却対象物3の上流側の方が、冷却対象物3の後流側よりも温度が低くなり、不均一な冷却が実現されることとなる(図4の比較例参考)。
流れの前方と後方において発生する温度差は、電子デバイス面上の温度分布で考えた際に、温度ばらつきとなる。温度ばらつきがある状態は、電子デバイス2に与える熱の影響がばらついている状態であり、熱によって生じる各種歪、すなわち負荷が大きい状態である。電子デバイス2やそれを含むシステム(電子機器50)を長期間安定的に動作させるうえで、電子デバイス2への負荷は極力少ない方が望ましい。
この点、本実施例では、上述の如く、連通孔40が第1冷媒流路32内の冷媒の流れ方向で第1冷媒流路32における冷却対象物3の両端部間に設けられるので、かかる不均一な冷却を改善することができる。即ち、第1冷媒流路32内に導入される冷媒の温度が上昇する位置で、第2冷媒流路34内の冷媒(新鮮な冷媒)が連通孔40を介して導入されるので、上昇した第1冷媒流路32内の冷媒の温度が低下する(冷却能力が回復する)。これにより、流れ後方における冷媒温度の上昇が低減されるので、冷媒の冷却能力を流れ方向に沿って均一化することができる。これにより、電子デバイス2への負荷を効果的に低減することができる。
尚、本実施例において、連通孔40の位置や数、第2冷媒流路34内から連通孔40を介して第1冷媒流路32内に導入される冷媒の流量等は、冷却対象物3の発熱分布等を考慮して、流れ方向に沿った冷却対象物3の温度分布が所望の温度分布(例えば、均一な温度分布)となるように最適化されればよい。
図4は、比較例との対比で本実施例の冷却効果を説明する図であり、均一発熱の場合とホットスポットが存在する場合とで、それぞれ、2通りの温度分布を概略的に示す。均一発熱とは、電子デバイス2の各領域において発熱量が均一であることを意味する。ホットスポットは、不均一な発熱に起因して生じ、電子デバイス2における他の部位よりも発熱量が多い部位(電子デバイス2の単体状態で局所的に発熱量が極大となる部位)を意味する。図4に示す例では、ホットスポットHは、模式的に示すように、電子デバイス2における冷媒の流れ方向で下流側に存在するものとする。図4に示す温度分布は、冷却後の温度分布であり、電子デバイス2の温度分布(電子デバイス面上の温度分布)と考えてよい。尚、温度分布を表す各グラフは、横軸が温度測定位置であり(原点側が冷媒の流れ方向の上流側に対応)、縦軸が温度である。即ち、各グラフは、冷媒の流れ方向に沿った温度分布を示す。
比較例では、均一発熱の場合、温度分布は、図4に示すように、中心部で大きく温度が上昇し、後流側に向かって穏やかに上昇する傾向となる。これは、流れ後方において冷媒温度が上昇するためである。ホットスポットの場合、温度分布は、図4に示すように、後流側に向かって穏やかに上昇し、ホットスポット付近で温度が急激に上昇する。これは、流れ後方において冷媒温度がホットスポットにより急激に上昇するためである。このように、比較例では、冷媒をある方向に循環している都合上、冷媒の温度状態の影響を受け、電子デバイス2を均一に冷却することが困難である。
これに対して本実施例によれば、上述の如く冷却対象物3が略均一に冷却されるので、均一発熱の場合、温度分布は、図4に示すように、山なりの温度分布となる。また、ホットスポットの場合も、温度分布は、図4に示すように、山なりの温度分布となり、ホットスポット付近で若干温度が上昇するに留まる。また、いずれの場合も、最高温度T1は比較例に比べて有意に低くなる。
図5は、第1冷媒流路32の一例を上面視で示す図である。第1冷媒流路32は、1つの冷却対象物3に対して、単一の流路であってもよいが、好ましくは、図5に示すように、1つの冷却対象物3に対して複数の流路32a〜32hを含む。複数の流路32a〜32hは、互いに平行に延在してよい。複数の流路32a〜32hは、Y方向で側壁部材36e、36f間で仕切り壁33により仕切られている。尚、図5に示す例では、複数の流路32a〜32hのY方向の間隔は、同一であるが、一部の流路又は全ての流路間で異なってもよい。また、複数の流路32a〜32hのY方向の間隔は、X方向に沿って一定であるが、例えば後流に向かうにつれて増加する等、変化してもよい。また、図5に示す例では、複数の流路32a〜32hは、X方向(流れ方向)で端部から端部まで存在するが、仕切り壁33は第1冷媒流路32の一部のみに形成されてもよい。この場合、仕切り壁33は、流れ方向で電子デバイス2(又は冷却対象物3)の全範囲に亘って形成されてもよいし、連通孔40の下方を通る範囲のみ形成されてもよい。また、図5に示す例では、複数の流路32a〜32hの全ては、同一の電子デバイス2(又は冷却対象物3)の上方を通過しているが、一部の複数の流路のみが同一の電子デバイス2(又は冷却対象物3)の上方を通過してもよい。
図6Aは、第1冷媒流路32が単一の流路を含む場合の連通孔40付近の冷媒流れを上面視で模式的に示す図であり、図6Bは、第1冷媒流路32が複数の流路32a〜32hを含む場合の連通孔40付近の冷媒流れを上面視で模式的に示す図である。
図6Aにて点線矢印で模式的に示すように、第1冷媒流路32が単一の流路を含む場合は、第2冷媒流路34内の冷媒が連通孔40を介して第1冷媒流路32内に流れ込む際、流れ込む冷媒の流れ方向が乱れ、渦や滞留が発生しやすくなる。
これに対して、図6Bにて点線矢印で模式的に示すように、第1冷媒流路32が複数の流路32a〜32hを含む場合、第2冷媒流路34内の冷媒が連通孔40を介して第1冷媒流路32内に流れ込む際、流れ込む冷媒の流れ方向の乱れ(それによる渦や滞留の発生)を低減することができる。これにより、連通孔40を介して第1冷媒流路32内に流れ込む第2冷媒流路34内の冷媒を第1冷媒流路32内の冷媒の流れ方向に沿って流し切ることが可能となる。
図7は、第2冷媒流路34及び連通孔40の一例を上面視で示す図である。尚、図7に示す構成と、図5に示す複数の流路32a〜32hを含む第1冷媒流路32の構成と組み合わせた場合、上面視で完全に重なる態様で、第1冷媒流路32上に第2冷媒流路34が配置されればよい(上下2段構造となる)。
図7に示す例では、第2冷媒流路34は、Y方向で側壁部材36e、36f間に画成される単一の流路であるが、第1冷媒流路32と同様に、複数の流路を含んでもよい。連通孔40は、好ましくは、図7に示すように、第1冷媒流路32内の冷媒の流れ方向(X方向)に対して横断する方向(Y方向)が長くなる態様(細長い態様)で形成される。尚、図5に示す複数の流路32a〜32hを含む第1冷媒流路32の構成と組み合わせた場合、1つの連通孔40は、複数の流路32a〜32hの少なくとも2つ以上の流路に対して共通となる。尚、図7に示す例では、連通孔40は、第1冷媒流路32の流路32a〜32hのうち、Y方向の端部の流路32a及び流路32hに対して連通していない。これは、均一発熱の場合、冷却対象物3の端部の冷却の必要性はさほど高くないためである。連通孔40は、第1冷媒流路32の流路32a〜32hの全てに連通するように形成されてもよい。
図8は、第2冷媒流路34及び連通孔40の他の一例を上面視で示す図である。尚、図8に示す構成と、図5に示す複数の流路32a〜32hを含む第1冷媒流路32の構成と組み合わせた場合、上面視で完全に重なる態様で、第1冷媒流路32上に第2冷媒流路34が配置されればよい(上下2段構造となる)。
図8に示す例では、連通孔40は、複数の流路32a〜32h毎に設定されている点が上述した図7に示す例と異なる。尚、図8に示す例は、図7に示す例と組み合わせることも可能である。即ち、1つの電子デバイス2に対して複数設けられる連通孔40のうち、ある連通孔40は、複数の流路32a〜32h毎に設定され、ある連通孔40は、複数の流路32a〜32hのうちのいくつかに共通に形成されてもよい。
図9は、電子デバイス2にホットスポットがある場合の連通孔40の配置例を示す図である。
連通孔40は、電子デバイス2にホットスポットがある場合、X方向でホットスポットの位置に対応して設けられてもよいし、ホットスポットの位置よりも上流側に設けられてよい。これにより、電子デバイス2のホットスポット付近で高い冷却能力のある冷媒(第2冷媒流路34内の冷媒)を導入することができるので、電子デバイス2のホットスポットを重点的に効率良く冷却することができる。尚、第2冷媒流路34内の冷媒の連通孔40を介した第1冷媒流路32内への流入に十分な圧力が取られる場合は、連通孔40は、ホットスポットH1の位置に対応してホットスポットH1の真上に設けられてよい。他方、第2冷媒流路34内の冷媒の連通孔40を介した第1冷媒流路32内への流入に十分な圧力が取られない場合は、連通孔40は、ホットスポットH1の位置よりも上流側に設けられてよい。図9に示す例では、X方向における2つのホットスポットの位置が記号H1,H2で示されている。この場合、上流側の連通孔40は、ホットスポットH1の位置に対応してホットスポットH1の真上に形成され、後流側の連通孔40は、ホットスポットH1の位置よりも上流側(直ぐ手前)に形成されている。
図10は、冷却ヘッド30Aの単品状態の一例を示す分解斜視図である。尚、図10に示す冷却ヘッド30Aは、図5及び図7に示した冷却ヘッド30の部位とは詳細が異なる(例えば、仕切り板33の数や連通孔40の長さ違い等)が、基本的な構成は同一である。
冷却ヘッド30Aは、第1流路部材100と、第2流路部材200と、蓋部材36cとを含む。第1流路部材100、第2流路部材200及び蓋部材36cは、熱伝導性の良好な材料(例えば銅)により形成されてもよい。第1流路部材100と、第2流路部材200と、蓋部材36cは、溶接等により一体化されてもよい。
第1流路部材100には、第1冷媒流路32が形成される。図10に示す例では、図5に示した例と同様、第1流路部材100には、複数の仕切り壁33が設けられる。従って、第1冷媒流路32は複数の流路を備える。第1流路部材100は、ポンプ4からの配管14(図1参照)と接続される継ぎ手部102と、ラジエータ6へ繋がる配管16(図1参照)と接続される継ぎ手部104とを含む。尚、図10に示す例では、継ぎ手部102を介して流入された冷媒は、後流側に向かって幅が広がる前段流路106を介して第1冷媒流路32内に流れる。また、図10に示す例では、第1冷媒流路32を出て後流側へと流れる冷媒は、後流側に向かって幅が狭まる後段流路108を介して継ぎ手部104へと流れる。
第2流路部材200は、第1流路部材100上に積層される。第2流路部材200には、第2冷媒流路34及び連通孔40が形成される。第2流路部材200は、ポンプ4からの配管12(図1参照)と接続される継ぎ手部202を含む。尚、第2流路部材200は、後流側が閉塞部材36dにより閉塞されているので、ラジエータ6へ繋がる継ぎ手部は存在しない。尚、図10に示す例では、継ぎ手部202を介して流入された冷媒は、後流側に向かって幅が広がる前段流路206を介して第2冷媒流路34内に流れる。また、図10に示す例では、第2流路部材200は、後段流路108に対応した後段流路208が形成されているが、閉塞部材36dを上流側に移動させることで、後段流路208が無くされてもよい。但し、この場合も、中間部材36bは、第1流路部材100の後段流路108の上方に延在して蓋として機能してよい。
蓋部材36cは、第2流路部材200の周壁部に対応した形状を有する。蓋部材36cは、第2流路部材200上に載置され、第2冷媒流路34の上側を画成する。
図11は、他の例による冷却ヘッド30Bを示す斜視図である。図12は、図11に示す冷却ヘッド30Bの断面図であって、第2流路部材220の長手方向の中心線に沿った断面図である。
図11及び図12に示す冷却ヘッド30Bは、図10に示した冷却ヘッド30Aに対して、第2冷媒流路34が配管形態の第2流路部材220内に形成される点が主に異なる。即ち、図11及び図12に示す冷却ヘッド30Bでは、図10に示した第2流路部材200に代えて、配管形態の第2流路部材220が設けられる。冷却ヘッド30Bの第1流路部材100Bの基本構成は、第1流路部材100と同様であってよい。
第2流路部材220は、継ぎ手部102から分岐して上方向に延在する配管部位221と、配管部位221から屈曲し、第1冷媒流路32内の冷媒の流れ方向に沿って延在する配管部位222と、配管部位222から下方に延在する2つの配管部位223,224とを含む。尚、配管部位223は、図11に示すように、下方に向かうにつれて幅が広がる形態を有している。配管部位222は、流れ方向の端部が閉じられており、第2流路部材220内に導入された冷媒は、逆流しない限り、配管部位223,224から連通孔40を介して第1冷媒流路32内に導入される。尚、連通孔40は、上述したとおり、第1冷媒流路32内の冷媒の流れ方向で第1冷媒流路32における冷却対象物3(図12では図示せず)の両端部間に設けられる。
図11及び図12に示す冷却ヘッド30Bによっても、図10に示した冷却ヘッド30Aと同様の効果が得られる。このように、第1流路部材100及び第2流路部材220は、図10に示した冷却ヘッド30Aにおける第1流路部材100及び第2流路部材200のように、必ずしも上下に積層される必要はない。特に図11及び図12に示す冷却ヘッド30Bによれば、配管部位223,224は上下方向に延在するので、配管部位223,224を流れる際に冷媒は重力により重力方向の流速を得る。これにより、第2冷媒流路34内の冷媒の連通孔40を介して第1冷媒流路32内への流入が促進される。
以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。
例えば、上述した実施例では、第1冷媒流路32及び第2冷媒流路34は、同一の方向に冷媒が流れる位置関係(角度関係)であるが、第1冷媒流路32及び第2冷媒流路34は、互いに異なる方向(互いに交差又は対向する方向)に冷媒が流れる位置関係(角度関係)であってよい。例えば、図2に示した例において、第2冷媒流路34は、Z軸まわりの任意の角度回転された方向に延在してもよい。例えば、第2冷媒流路34は左右反転されてもよいし(この場合、図2の右側から左側に向けて冷媒が流される)、Z軸まわりに90度回転されてもよい(この場合、X軸及びZ軸に垂直な軸方向に冷媒が流される)。
また、図2に示した例では、第1冷媒流路32及び第2冷媒流路34は、中間部材36bを介して上下方向で隣接しているが、第1冷媒流路32及び第2冷媒流路34は、上下方向で離間してもよい。例えば、図13に示す冷却ヘッド30Cでは、第1冷媒流路32の上側部材360bと第2冷媒流路34の下側部材362bとが上下方向にオフセットしており、上側部材360b及び下側部材362bは、上下方向に延在する管部材364bにより接続される。管部材364bの下端は、連通孔40にてノズルを伴わず開口する。
また、上述した実施例では、冷却ヘッド30(冷却ヘッド30A,30B,30Cも同様)は、1つの電子デバイス2に対して設けられているが、2つ以上の電子デバイス2に対して共通に設けられてもよい。
また、図2に示した例において、下側部材36aは、ヒートスプレッダ3aにより構成されてもよい。
また、上述した実施例では、冷媒として冷却水が想定されているが、冷媒は空気などの他の流体であってもよい。
なお、以上の実施例に関し、さらに以下の付記を開示する。
(付記1)
冷却対象物に接し、冷媒が流される第1冷媒流路と、
冷媒が流される第2冷媒流路と、
前記第1冷媒流路内の冷媒の流れ方向で前記第1冷媒流路における前記冷却対象物の両端部間に設けられ、ノズルを伴わずに前記第1冷媒流路と第2冷媒流路とを連通させる連通孔とを含む、冷却ヘッド。
(付記2)
前記第2冷媒流路は、前記第2冷媒流路内の冷媒の流れ方向で後流側の端部が閉塞される、付記1に記載の冷却ヘッド。
(付記3)
前記第2冷媒流路は、前記第1冷媒流路の前記冷却対象物と接する側とは反対側に設けられる、付記1又は2に記載の冷却ヘッド。
(付記4)
前記第1冷媒流路は、1つの前記冷却対象物に対して複数の流路を含む、付記1〜3のうちのいずれか1項に記載の冷却ヘッド。
(付記5)
前記複数の流路は、互いに平行に延在する、付記4に記載の冷却ヘッド。
(付記6)
前記連通孔は、前記複数の流路のうちの少なくとも2つ以上に対して共通に設けられる、付記4に記載の冷却ヘッド。
(付記7)
前記連通孔は、前記第1冷媒流路内の冷媒の流れ方向に対して横断する方向が長くなる態様で形成される、付記6に記載の冷却ヘッド。
(付記8)
前記連通孔は、1つの前記冷却対象物に対して、前記第1冷媒流路内の冷媒の流れ方向で前後して複数個設けられる、付記1〜7のうちのいずれか1項に記載の冷却ヘッド。
(付記9)
前記冷却対象物は、発熱量が局所的に極大となるホットスポットを有し、
前記連通孔は、前記第1冷媒流路内の冷媒の流れ方向で前記冷却対象物における前記ホットスポットの位置に対応して設けられ又は前記ホットスポットの位置よりも上流側に設けられる、付記1〜8のうちのいずれか1項に記載の冷却ヘッド。
(付記10)
前記第1冷媒流路が形成される第1流路部材と
前記第1流路部材と接して積層構造をなし、前記第2冷媒流路が形成される第2流路部材とを含む、付記1〜9のうちのいずれか1項に記載の冷却ヘッド。
(付記11)
前記第2冷媒流路内の冷媒は、前記第1冷媒流路との連通位置で、前記第1冷媒流路内を流れる冷媒と合流して後流側へと流される、付記1〜10のうちのいずれか1項に記載の冷却ヘッド。
(付記12)
電子デバイスと
前記電子デバイスを冷却する冷却ヘッドとを含み、
前記冷却ヘッドは、
前記電子デバイスを冷却対象物とし又は前記電子デバイスに接する物体を冷却対象物として該冷却対象物に接し、冷媒が流される第1冷媒流路と、
冷媒が流される第2冷媒流路と、
前記第1冷媒流路内の冷媒の流れ方向で前記第1冷媒流路における前記冷却対象物の両端部間に設けられ、ノズルを伴わずに前記第1冷媒流路と第2冷媒流路とを連通させる連通孔とを含む、電子機器。
1 冷却システム
2 電子デバイス
3 冷却対象物
3a ヒートスプレッダ
4 ポンプ
6 ラジエータ
10,12,14,16 配管
30,30A,30B,30C 冷却ヘッド
32 第1冷媒流路
32a〜32h 複数の流路
33 仕切り壁
34 第2冷媒流路
40 連通孔
50 電子機器
100 第1流路部材
200 第2流路部材

Claims (6)

  1. 冷却対象物に接し、冷媒が流される第1冷媒流路と、
    冷媒が流される第2冷媒流路と、
    前記第1冷媒流路内の冷媒の流れ方向で前記第1冷媒流路における前記冷却対象物の両端部間に設けられ、ノズルを伴わずに前記第1冷媒流路と第2冷媒流路とを連通させる連通孔とを含む、冷却ヘッド。
  2. 前記第2冷媒流路は、前記第2冷媒流路内の冷媒の流れ方向で後流側の端部が閉塞される、請求項1に記載の冷却ヘッド。
  3. 前記第1冷媒流路は、1つの前記冷却対象物に対して複数の流路を含む、請求項1又は2に記載の冷却ヘッド。
  4. 前記冷却対象物は、発熱量が局所的に極大となるホットスポットを有し、
    前記連通孔は、前記第1冷媒流路内の冷媒の流れ方向で前記冷却対象物における前記ホットスポットの位置に対応して設けられ又は前記ホットスポットの位置よりも上流側に設けられる、請求項1〜3のうちのいずれか1項に記載の冷却ヘッド。
  5. 前記第1冷媒流路が形成される第1流路部材と
    前記第1流路部材と接して積層構造をなし、前記第2冷媒流路が形成される第2流路部材とを含む、請求項1〜4のうちのいずれか1項に記載の冷却ヘッド。
  6. 電子デバイスと、
    前記電子デバイスを冷却する冷却ヘッドとを含み、
    前記冷却ヘッドは、
    前記電子デバイスを冷却対象物とし又は前記電子デバイスに接する物体を冷却対象物として該冷却対象物に接し、冷媒が流される第1冷媒流路と、
    冷媒が流される第2冷媒流路と、
    前記第1冷媒流路内の冷媒の流れ方向で前記第1冷媒流路における前記冷却対象物の両端部間に設けられ、ノズルを伴わずに前記第1冷媒流路と第2冷媒流路とを連通させる連通孔とを含む、電子機器。
JP2013002853A 2013-01-10 2013-01-10 冷却ヘッド及び電子機器 Withdrawn JP2014135396A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013002853A JP2014135396A (ja) 2013-01-10 2013-01-10 冷却ヘッド及び電子機器
US14/051,521 US20140190669A1 (en) 2013-01-10 2013-10-11 Cooling head and electronic apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013002853A JP2014135396A (ja) 2013-01-10 2013-01-10 冷却ヘッド及び電子機器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014135396A true JP2014135396A (ja) 2014-07-24

Family

ID=51060097

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013002853A Withdrawn JP2014135396A (ja) 2013-01-10 2013-01-10 冷却ヘッド及び電子機器

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20140190669A1 (ja)
JP (1) JP2014135396A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016031227A1 (ja) * 2014-08-28 2016-03-03 パナソニックIpマネジメント株式会社 受熱器、それを用いた冷却装置、およびそれを用いた電子機器
JP2016048154A (ja) * 2014-08-28 2016-04-07 パナソニックIpマネジメント株式会社 受熱器とそれを用いた冷却装置、およびそれを用いた電子機器
WO2017090106A1 (ja) * 2015-11-25 2017-06-01 三菱電機株式会社 半導体装置、インバータ装置及び自動車
JPWO2016151805A1 (ja) * 2015-03-25 2017-10-19 三菱電機株式会社 冷却器、電力変換装置および冷却システム

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108966583B (zh) 2017-05-17 2020-04-14 华为技术有限公司 散热器以及通信设备
DE102018209586A1 (de) * 2018-06-14 2019-12-19 Volkswagen Aktiengesellschaft Elektronisches Bauteil mit verbesserter Kühlleistung und Kraftfahrzeug mit zumindest einem elektronischen Bauteil
EP3836204A1 (en) * 2019-12-13 2021-06-16 Valeo Siemens eAutomotive Germany GmbH Cooling device for semiconductor switching elements, power inverter device and arrangement with a power inverter device and an electric machine
CA3200175A1 (en) * 2020-12-23 2022-06-30 Lucius Akalanne Impingement cooling providing enhanced localized cooling of a heatsink
US11740028B2 (en) * 2021-06-18 2023-08-29 Dana Canada Corporation Two-pass heat exchanger with calibrated bypass

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE68918156T2 (de) * 1988-05-09 1995-01-12 Nippon Electric Co Flache Kühlungsstruktur für integrierte Schaltung.
US5304845A (en) * 1991-04-09 1994-04-19 Digital Equipment Corporation Apparatus for an air impingement heat sink using secondary flow generators
JP2995590B2 (ja) * 1991-06-26 1999-12-27 株式会社日立製作所 半導体冷却装置
US5239443A (en) * 1992-04-23 1993-08-24 International Business Machines Corporation Blind hole cold plate cooling system
US5316075A (en) * 1992-12-22 1994-05-31 Hughes Aircraft Company Liquid jet cold plate for impingement cooling
US5576932A (en) * 1995-08-31 1996-11-19 At&T Global Information Solutions Company Method and apparatus for cooling a heat source
US5563768A (en) * 1995-08-31 1996-10-08 At&T Global Information Solutions Company Heat source cooling apparatus and method utilizing mechanism for dividing a flow of cooling fluid
JP3857060B2 (ja) * 2001-02-09 2006-12-13 株式会社東芝 発熱体冷却装置
US6781834B2 (en) * 2003-01-24 2004-08-24 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Cooling device with air shower
US7597135B2 (en) * 2006-05-23 2009-10-06 Coolit Systems Inc. Impingement cooled heat sink with low pressure drop
US9219022B2 (en) * 2012-03-08 2015-12-22 International Business Machines Corporation Cold plate with combined inclined impingement and ribbed channels

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016031227A1 (ja) * 2014-08-28 2016-03-03 パナソニックIpマネジメント株式会社 受熱器、それを用いた冷却装置、およびそれを用いた電子機器
JP2016048154A (ja) * 2014-08-28 2016-04-07 パナソニックIpマネジメント株式会社 受熱器とそれを用いた冷却装置、およびそれを用いた電子機器
JPWO2016151805A1 (ja) * 2015-03-25 2017-10-19 三菱電機株式会社 冷却器、電力変換装置および冷却システム
WO2017090106A1 (ja) * 2015-11-25 2017-06-01 三菱電機株式会社 半導体装置、インバータ装置及び自動車
JPWO2017090106A1 (ja) * 2015-11-25 2018-02-08 三菱電機株式会社 半導体装置、インバータ装置及び自動車
US10388589B2 (en) 2015-11-25 2019-08-20 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor device, inverter device, and vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
US20140190669A1 (en) 2014-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2014135396A (ja) 冷却ヘッド及び電子機器
JP6862777B2 (ja) マニホールド及び情報処理装置
US7568519B2 (en) Cooling device for heat source
US20100091457A1 (en) Cooling system for electronic structural units
CN101661915B (zh) 液冷式冷却装置
JP5803963B2 (ja) 冷却器
KR20090078748A (ko) 액냉식 냉각 장치
JP6152850B2 (ja) 受熱装置
WO2013118809A1 (ja) 半導体冷却装置
US20210057307A1 (en) Semiconductor device
JP2009231677A (ja) 液冷式冷却装置
JP5608787B2 (ja) 液冷式冷却装置
JP2015076575A (ja) 冷却器
JP2013247354A (ja) 電力モジュール用放熱システム
JP2009170583A (ja) 液冷式冷却装置
KR20210014691A (ko) 충돌 제트 냉각 장치 및 방법
JP6075631B2 (ja) 蓄電池の冷却装置
US20210066166A1 (en) Liquid-cooling-type cooler
US20180113494A1 (en) Information processing apparatus and heat exchanger
JP5556397B2 (ja) 冷却装置
US20150176927A1 (en) Heat exchanging apparatus and method for transferring heat
US9968007B2 (en) Rack assembly
WO2021095587A1 (ja) 電子機器
JP5942091B2 (ja) ヒートポンプ給湯機
JP2019029539A (ja) 半導体冷却装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150903

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20160518