JP2016066652A - Cooling device and electronic equipment having the same mounted therein - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、中央演算処理装置(CPU)、大規模集積回路(LSI)、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)等の電子部品を搭載した電子機器の冷却装置およびこれを搭載した電子機器に関するものである。 The present invention relates to a cooling device for an electronic device in which electronic components such as a central processing unit (CPU), a large scale integrated circuit (LSI), and an insulated gate bipolar transistor (IGBT) are mounted, and an electronic device in which the electronic device is mounted. .
従来、この種の冷却装置は、以下のような構成となっていた。 Conventionally, this type of cooling device has the following configuration.
すなわち、図5に示すように、筐体112の管路部130に、発熱体であるインバータ108の熱によって冷媒が沸騰する蒸発器部132と、管路部130において蒸発器部132に隣接して設けられ、冷媒が流入口114から直接流出口116に向かって流通する流通部134とを備える。蒸発器部132には、底壁部120から流通部134の側に向かって突出する複数のフィン140が設けられ、複数のフィン140の間の隙間を冷媒が流通する。蒸発器部132における冷媒の流速vが流通部134における冷媒の流速Vよりも低速である構成となっていた(例えば特許文献1参照)。
That is, as shown in FIG. 5, the
特許文献1に示された冷却装置は、発熱体であるインバータ108が水平に設置されているため、筐体112内は冷媒で満たされ、底壁部120から流通部134の側に向かって突出した複数のフィン140の間の隙間を冷媒が流通する。
In the cooling device disclosed in
このような構成の筐体(冷却装置)を垂直に設置した場合、すなわち発熱体であるインバータ108が垂直に設置されている場合には、冷媒は流通時、その液面が発熱体であるインバータ108の上端よりも下方に位置してしまい、発熱体であるインバータ108を冷却できないという課題があった。
When the casing (cooling device) having such a configuration is installed vertically, that is, when the
そこで、本発明は、上記の課題を解決するものであり、垂直設置された発熱体を冷却できる冷却装置を提供することを目的とするものである。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a cooling device that can cool a vertically installed heating element.
そして、この目的を達成するために、本発明は、作動流体の相変化によって垂直方向に設置した発熱体を冷却する冷却装置において、前記発熱体を設置する受熱板を備えた受熱部、放熱経路、放熱部、帰還経路を順に連結して前記作動流体の循環経路を形成し、前記受熱部は、前面および後面が最大面積の直方体形状で、前記後面を前記発熱体に接触させるとともに、前記後面から複数のフィンを、フィン間の前記作動流体の流路が垂直方向となるように立設させ、前記フィンに平行な側面の下部に帰還経路接続口、側面の上部に放熱経路接続口を有し、前記受熱部内を垂直方向に仕切る仕切板を、少なくとも一つ設け、前記受熱部内を複数の空間に分けるとともに、前記複数の空間にはそれぞれ前記帰還経路接続口と前記放熱経路接続口を有することを特徴とする冷却装置であり、これにより所期の目的を達成するものである。 In order to achieve this object, the present invention provides a cooling device that cools a heating element installed in a vertical direction by a phase change of a working fluid, a heat receiving unit including a heat receiving plate on which the heating element is installed, and a heat dissipation path The heat-dissipating part and the return path are connected in order to form a circulation path for the working fluid, and the heat receiving part has a rectangular parallelepiped shape with a front surface and a rear surface having a maximum area, the rear surface is in contact with the heating element, and the rear surface The plurality of fins are erected so that the flow path of the working fluid between the fins is vertical, and a return path connection port is provided at the lower part of the side surface parallel to the fins, and a heat radiation path connection port is provided at the upper part of the side surface. And providing at least one partition plate for partitioning the inside of the heat receiving portion in the vertical direction, dividing the inside of the heat receiving portion into a plurality of spaces, and providing the return path connection port and the heat dissipation path connection port in the plurality of spaces, respectively. It is a cooling device according to claim to, thereby is to achieve the intended purpose.
以上のように本発明の冷却装置は、作動流体の相変化によって垂直方向に設置した発熱体を冷却する冷却装置において、前記発熱体を設置する受熱板を備えた受熱部、放熱経路、放熱部、帰還経路を順に連結して前記作動流体の循環経路を形成し、前記受熱部は、前面および後面が最大面積の直方体形状で、前記後面を前記発熱体に接触させるとともに、前記後面から複数のフィンを、フィン間の前記作動流体の流路が垂直方向となるように立設させ、前記フィンに平行な側面の下部に帰還経路接続口、側面の上部に放熱経路接続口を有し、前記受熱部内を垂直方向に仕切る仕切板を、少なくとも一つ設け、前記受熱部内を複数の空間に分けるとともに、前記複数の空間にはそれぞれ前記帰還経路接続口と前記放熱経路接続口を有することを特徴とする冷却装置である。 As described above, the cooling device of the present invention is a cooling device that cools a heating element installed in a vertical direction by a phase change of a working fluid, a heat receiving unit including a heat receiving plate on which the heating element is installed, a heat radiation path, and a heat radiation unit. The return path is connected in order to form a circulation path for the working fluid, and the heat receiving portion has a rectangular parallelepiped shape with a front surface and a rear surface having a maximum area, the rear surface is brought into contact with the heating element, and a plurality of the heat receiving portions are formed from the rear surface. The fin is erected so that the flow path of the working fluid between the fins is vertical, and has a return path connection port at a lower portion of a side surface parallel to the fin, and a heat radiation path connection port at an upper portion of the side surface, At least one partition plate for partitioning the inside of the heat receiving portion in the vertical direction is provided, the inside of the heat receiving portion is divided into a plurality of spaces, and each of the plurality of spaces has the return path connection port and the heat dissipation path connection port. A cooling device for the symptoms.
発熱体が垂直方向に設置された場合、作動流体は流通時、その液面が発熱体の上端よりも下方に位置してしまい、発熱体を冷却できないという課題に対し、本発明によれば、仕切板で複数の上下空間に分けることにより、液面とフィンの上端までの距離が上下空間に分けない場合より短くなることで、作動流体の液相によるフィンを介した伝熱面積が確保できるため、冷却能力も確保できる。 When the heating element is installed in the vertical direction, when the working fluid flows, the liquid level is located below the upper end of the heating element, and according to the present invention, the heating element cannot be cooled. By dividing into a plurality of upper and lower spaces with the partition plate, the distance from the liquid surface to the upper end of the fin is shorter than when not divided into the upper and lower spaces, so that a heat transfer area through the fins due to the liquid phase of the working fluid can be secured. Therefore, the cooling capacity can be secured.
したがって、垂直設置された発熱体を冷却できる冷却装置を提供することができる。 Therefore, it is possible to provide a cooling device that can cool a vertically installed heating element.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1について、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
図1は、本発明の実施の形態1の冷却装置を搭載した電子機器の概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of an electronic device on which the cooling device according to
図1に示すように、電子機器50は、ケース51内に発熱体2となる電力用半導体素子と冷却装置1が備えられている。
As shown in FIG. 1, the
冷却装置1は、発熱体2を冷却するための受熱部3と、放熱部4を備えており、放熱経路5と帰還経路6とにより受熱部3と放熱部4が連結されている。この構成により、冷却装置1は内部が密閉空間となり、図1では図示していないが、冷却装置1内は、減圧した上で、冷媒である作動流体が封入されている。作動流体としては、純水、エタノール、フロン類、フッ素系溶剤類などが用いられる。
The
また、冷却装置1は、放熱部4に冷媒により輸送した熱を最終的に外気に放熱するためのファン7を、帰還経路6の受熱部3側には作動流体の逆流を防止する逆流防止部8を備えている。
The
また、図1に示すように、放熱経路5は受熱部3を出た直後は、放熱経路上5aと放熱経路下5bに分かれ、帰還経路6は受熱部3に入る直前に帰還経路上6a、帰還経路下6bに分かれている。
Further, as shown in FIG. 1, the
次に、図2、図3を用いて説明する。 Next, a description will be given with reference to FIGS.
図2に示すように、受熱部3は前面3aおよび後面3bが最大面積の直方体形状で、図1に示すように、後面3bを発熱体2に接触させている。
As shown in FIG. 2, the
図3に示すように、後面3bから複数のフィン9を、フィン9間の作動流体の流路9aが垂直方向となるように狭い間隔で設けている。
As shown in FIG. 3, a plurality of
受熱部3内を垂直方向に仕切る仕切板10を設け、前記受熱部3内を上部空間11と下部空間12に分けるとともに、各空間に帰還経路接続口13、放熱経路接続口14を有している。
A
詳細には、上部空間11のフィンに平行な一側面11aの下部には帰還経路上6aと接続される帰還経路上接続口13a、一側面11aに対向する側面11bの上部に放熱経路上5aと接続される放熱経路上接続口14aを有し、下部空間12のフィン9に平行な一側面11aの下部には、帰還経路下6bと接続される帰還経路下接続口13b、一側面11aに対向する側面11bの上部に放熱経路下5bと接続される放熱経路下接続口14bを有している。
Specifically, the lower side of one
また、本実施形態では帰還経路接続口13と放熱経路接続口14を異なる側面に設けたが、帰還経路接続口13と放熱経路接続口14を同じ側面に設けてもよく、同じ側面の場合は、配管作業の省力化が期待できる。 In this embodiment, the return path connection port 13 and the heat dissipation path connection port 14 are provided on different side surfaces, but the return path connection port 13 and the heat dissipation path connection port 14 may be provided on the same side surface. Labor saving of piping work can be expected.
また、図4(a)に示すように、上部空間11のフィン9の上端9bと天面11cまでの垂直方向の距離h1と下端9cと底面11dまでの垂直方向の距離h2は、下端側の距離h2より上端側の距離h1の方が長くなっている。
Further, as shown in FIG. 4A, the vertical distance h1 between the
次に、上記構成における冷却装置1の基本的な仕組みについて図1〜3を用いて説明する。
Next, the basic mechanism of the
冷却装置1は、内部を減圧した後に冷媒である作動流体(以下では冷媒と記載)を封入したものであり、冷却装置1内は、冷媒の作用により外部温度に応じた冷媒の飽和圧力となる。発熱体2の熱は受熱部3の後面3bとフィン9を介して冷媒に伝わり、冷媒が液相から気相へと変化することで、発熱体2が冷却される。受熱部3内にて気化した冷媒は、放熱経路5を通過し放熱部4へと移動し、ファン7により冷やされ再び液化し液相の冷媒となり帰還経路6を通り受熱部3へ戻る。
The
このように、受熱部3内にて冷媒が気化し、気化した冷媒が放熱経路5を通過し放熱部4にて液化し、液化した冷媒が帰還経路6を通過し再び受熱部3内に供給されるサイクルが繰り返されることで、発熱体2を冷却している。
In this way, the refrigerant is vaporized in the
本実施の形態では、発熱体2に接する後面3bに後面3bから突出する板状のフィン9を複数、隣接して並列に設けている。これにより、発熱体2から後面3bに受熱した熱をフィン9の広い表面から放熱して冷媒に熱を伝達することができるので、効率的に発熱体2の熱を冷媒に伝達することができる。
In the present embodiment, a plurality of plate-
また、図4(a)に示すように、上部空間11のフィン9の上端9bと天面11cまでの垂直方向の距離h1と下端9cと底面11dまでの垂直方向の距離h2は、下端側の距離h2より上端側の距離h1の方が長くなっている。
Further, as shown in FIG. 4A, the vertical distance h1 between the
フィン9の伝熱面積を確保するという点から、帰還経路上接続口13aから受熱部3内へ流入する冷媒の流れを妨げない範囲で距離h2は短い方が好ましく、フィン9間の冷媒の流路9aに均等に冷媒を流すためには、距離h1により形成される上部空間11の一部がヘッダー的役目を果たす必要があり、距離h1は距離h2より長い方が好ましい。
From the viewpoint of securing the heat transfer area of the
次に本願の特徴である、受熱部3内を仕切板10で上下複数の空間(本実施形態では、上部空間11、下部空間12)に分ける多段式(本実施形態では二段式)の構成の作用効果を、仕切板10を設けない一段式と比較して、説明する。ここで、受熱部3に対し発熱体2は、破線で示す発熱体接触面領域15に設けられている。
Next, the multi-stage structure (two-stage system in this embodiment) that divides the
1段式の場合、図5(a)に示すように、受熱部3内の垂直方向の冷媒域は、下から液相冷媒域16、気相・液相冷媒混在域17、気相冷媒域18に分かれており、受熱部3内の液面は液相冷媒域16の上面である。
In the case of the one-stage type, as shown in FIG. 5 (a), the refrigerant region in the vertical direction in the
気相・液相冷媒混在域17は、フィン9の間隔を狭くした構成により、液面付近まで上昇した蒸気の気泡が液面から離れフィン9間を上昇する時に、液冷媒も一緒に持ち上げられる領域で、発熱体2を冷却できる領域は、この気相・液相冷媒混在域17と液相冷媒域16であり、気相冷媒域18が冷却には有効でない領域となり、結果として冷却能力不足となる。
The gas-phase / liquid-phase refrigerant mixed
2段式で上部空間11と下部空間12がほぼ同じ容積の空間の場合、図5(b)に示すように、冷却には有効でない気相冷媒域18がなくなり、受熱部3内の垂直方向の冷媒域は、下から液相冷媒域16、気相・液相冷媒混在域17で構成される。
When the
ここで、1段式の場合の液相冷媒域16の高さは、2段式の液相冷媒域16の高さの約2倍、気相・液相冷媒混在域17の高さはほぼ同じとなっている。
Here, the height of the liquid-
すなわち、本実施形態では、発熱体2の所定の発熱量の場合での、受熱部3内の垂直方向の冷媒域を示しており、発熱量が増えた場合には、気相・液相冷媒混在域17の高さは低くなり、二段式でも冷却には有効でない気相冷媒域18が発生するため、受熱部3内の垂直方向の冷媒域が液相冷媒域16、気相・液相冷媒混在域17で構成されるように、3段式、4段式と段数を増やすことにより対応できる。
That is, in the present embodiment, the refrigerant region in the vertical direction in the
また、本実施形態では、2段式で上部空間11と下部空間12がほぼ同じ容積の空間の場合を説明したが、上部空間11と下部空間12で液相冷媒域16の高さが異なる場合、液相冷媒域16の高さが高い方の空間を大きくすることでも気相冷媒域18が発生しないように対応可能である。
Further, in the present embodiment, the case where the
以上のように、発熱体が垂直方向に設置された場合、仕切板で複数の上下空間に分けることにより、液面とフィンの上端までの距離が上下空間に分けない場合より短くなることで、冷媒の液相によるフィンを介した伝熱面積が確保できるため、冷却能力も確保でき、垂直設置された発熱体を冷却できる冷却装置を提供することができる。 As described above, when the heating element is installed in the vertical direction, by dividing it into a plurality of upper and lower spaces by the partition plate, the distance between the liquid surface and the upper end of the fin becomes shorter than when not divided into the upper and lower spaces, Since the heat transfer area through the fins by the liquid phase of the refrigerant can be secured, the cooling capacity can be secured, and a cooling device that can cool the vertically installed heating element can be provided.
以上のように本発明にかかる冷却装置は、発熱体が垂直方向に設置された場合、仕切板で複数の上下空間に分けることにより、液面とフィンの上端までの距離が上下空間に分けない場合より短くなることで、冷媒の液相によるフィンを介した伝熱面積が確保できるため、冷却能力も確保できるものであるので、電子機器等の冷却装置として有用である。 As described above, in the cooling device according to the present invention, when the heating element is installed in the vertical direction, the distance between the liquid surface and the upper end of the fin is not divided into the upper and lower spaces by dividing the heating element into a plurality of upper and lower spaces by the partition plate. Since the heat transfer area through the fins by the liquid phase of the refrigerant can be ensured by being shorter than the case, the cooling capacity can also be ensured, so that it is useful as a cooling device for electronic devices and the like.
1 冷却装置
2 発熱体
3 受熱部
3a 前面
3b 後面
4 放熱部
5 放熱経路
5a 放熱経路上
5b 放熱経路下
6 帰還経路
6a 帰還経路上
6b 帰還経路下
7 ファン
8 逆流防止部
9 フィン
9a 流路
9b 上端
9c 下端
10 仕切板
11 上部空間
11a、11b 側面
11c 天面
11d 底面
12 下部空間
13 帰還経路接続口
13a 帰還経路上接続口
13b 帰還経路下接続口
14 放熱経路接続口
14a 放熱経路上接続口
14b 放熱経路下接続口
15 発熱体接触面領域
16 液相冷媒域
17 気相・液相冷媒混在域
18 気相冷媒域
50 電子機器
51 ケース
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記発熱体を設置する受熱板を備えた受熱部、放熱経路、放熱部、帰還経路を順に連結して前記作動流体の循環経路を形成し、
前記受熱部は、
前面および後面が最大面積の直方体形状で、前記後面を前記発熱体に接触させるとともに、前記後面から複数のフィンを、フィン間の前記作動流体の流路が垂直方向となるように立設させ、前記フィンに平行な側面の下部に帰還経路接続口、側面の上部に放熱経路接続口を有し、
前記受熱部内を垂直方向に仕切る仕切板を、少なくとも一つ設け、前記受熱部内を複数の空間に分けるとともに、前記複数の空間にはそれぞれ前記帰還経路接続口と前記放熱経路接続口を有することを特徴とした冷却装置。 In the cooling device for cooling the heating element installed in the vertical direction by the phase change of the working fluid,
A heat receiving part provided with a heat receiving plate for installing the heating element, a heat radiation path, a heat radiation part, and a return path are connected in order to form a circulation path for the working fluid,
The heat receiving part is
A rectangular parallelepiped shape having a maximum front surface and rear surface, the rear surface is brought into contact with the heating element, and a plurality of fins are erected from the rear surface so that the flow path of the working fluid between the fins is vertical. A return path connection port at the lower part of the side surface parallel to the fin, and a heat dissipation path connection port at the upper part of the side surface;
At least one partition plate for partitioning the heat receiving portion in the vertical direction is provided, the heat receiving portion is divided into a plurality of spaces, and each of the plurality of spaces has the return path connection port and the heat dissipation path connection port. A characteristic cooling device.
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WO2020138080A1 (en) | 2018-12-27 | 2020-07-02 | 川崎重工業株式会社 | Evaporator and loop-type heat pipe |
CN118714726A (en) * | 2024-08-29 | 2024-09-27 | 中科可控信息产业有限公司 | Chip heat abstractor and electronic equipment |
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