JP2016138706A - 冷却装置およびこれを搭載した電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、冷却性能の高い冷却装置を提供することを目的とするものである。【解決手段】冷媒の相変化によって冷却する冷却装置1において、受熱部3は、前面または後面の少なくとも一方に発熱体を設置する受熱板を備え、上部に放熱内部経路24と、下部に帰還内部経路25と、これらの間にフィン部2とを備え、フィン部2には受熱板から内部に突出する複数の平板状のフィンを、フィン間の冷媒の流路が帰還内部経路25と放熱内部経路とを連通するように設け、受熱部3の側面に流入口21を、この側面と対向するもう一方の側面に流出口20を設け、帰還内部経路25は、流入口21とフィン部2との間に仕切板30を備え、仕切板30は、少なくとも一つの開口部31を有することを特徴とする冷却装置1とした。【選択図】図3
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)、ダイオード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。
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。
すなわち、図10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構成となっていた(例えば特許文献1参照)。
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の底壁部120は液相冷媒で満たされ、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。
このような構成の筐体112(受熱部)において、発熱体の熱は液相冷媒が蒸発する際の蒸発潜熱によって冷却されることとなるため、フィン140全面に液相冷媒を行き渡らせる必要がある。しかしながら、フィン140表面にて蒸発した冷媒(気相冷媒)の大部分は流通部134を通過することとなり、気相冷媒の流れによって流入口114から遠方に位置するフィン140の表面に液相冷媒を供給する作用が小さくなる。すなわち、このような構成にてフィン140全面に液相冷媒を供給するためには、筐体112の底壁部120を液相冷媒で満たすだけの過剰な液相冷媒量を必要とする。そのため、フィン140の表面は厚い液相冷媒の層に覆われることとなり、結果として厚い液相冷媒層が熱抵抗となり、フィン140を薄い液相冷媒層が覆う理想的な状態を作り出すことができず、冷却性能が低くなる。
また、このような構成の筐体112(受熱部)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、筐体112(受熱部)が、流入口114を下方に流出口116を上方にしてフィン140を垂直方向に設置した場合について説明する。
この種の冷却装置においては、流出口116近傍は放熱器(図示なし)の作用により圧力が低い状態となる。流入口114から筐体112(受熱部)内に流入した液相の冷媒は、インバータ108から発生した熱を受熱して気相と液相の二相の冷媒となり、圧力が高い状態となる。冷媒が液相から気相に変化するときに体積が膨張するためである。この圧力の高い二相の冷媒は、圧力の低い流出口116に流れ込む。この現象を詳しく説明すると、液相冷媒が気相に変化した際に発生する気相冷媒の流れが、その近傍に位置する液相冷媒と流れの下流に位置する液相冷媒を巻き込んで気相と液相の二相の冷媒流となり、冷媒流の下流に位置する流出口116側のフィン140表面に液相冷媒を供給することとなる。しかしながら、冷媒流は流路抵抗が小さい経路を通過するため、筐体112内の冷媒流は偏流し、フィン140間の隙間においては、中央部に位置する隙間ほど冷媒が流れやすく、端に位置する隙間ほど冷媒が流れにくくなる。また、フィン140間の隙間よりも、流路抵抗が小さくなる流通部134に冷媒の多くが流れることとなる。よって、冷媒が流れにくい領域に位置するフィン140は、冷媒が供給されず冷却することができない、いわゆるドライアウトの状態となり、インバータ108の温度が上昇してしまう。また、ドライアウトを抑制するためには、過剰な液相冷媒量を必要とし、結果として厚い液相冷媒層が熱抵抗となり、フィン140を薄い液相冷媒層が覆う理想的な状態を作り出すことができず、冷却性能が低くなる。
そこで本発明は、流入口を設置した側面側から遠い領域まで均一に液相冷媒を供給することにより、受熱部内の局所ドライアウトを防ぎ、過剰な液相冷媒量にて受熱部内を満たす必要が無く、薄い液相冷媒の層を受熱部内に形成することができる冷却性能の高い冷却装置を提供することを目的とする。
そして、この目的を達成するために、本発明は、冷媒の相変化によって冷却する冷却装置において、受熱部、放熱経路、放熱部、帰還経路を順に連結して前記冷媒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、前記前面または前記後面の少なくとも一方に発熱体を設置する受熱板を備え、前記受熱部の上部に放熱内部経路と、下部に帰還内部経路と、前記放熱内部経路と前記帰還内部経路との間にフィン部とを備え、前記放熱経路と前記放熱内部経路とを接続する流出口と、前記帰還経路と前記帰還内部経路とを接続する流入口とを有し、前記受熱部の側面に前記流入口を、前記側面と対向するもう一方の側面に前記流出口を設け、前記フィン部には前記受熱板から内部に突出する複数の平板状のフィンを、フィン間の隙間により構成される冷媒の流路が前記帰還内部経路と前記放熱内部経路とを連通するように設け、前記帰還内部経路は、前記流入口と前記フィン部との間に仕切板を備え、前記仕切板は、少なくとも一つの開口部を有することを特徴とした冷却装置であり、これにより所期の目的を達成するものである。
以上のように本発明は、冷媒の相変化によって冷却する冷却装置において、受熱部、放熱経路、放熱部、帰還経路を順に連結して前記冷媒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、前記前面または前記後面の少なくとも一方に発熱体を設置する受熱板を備え、前記受熱部の上部に放熱内部経路と、下部に帰還内部経路と、前記放熱内部経路と前記帰還内部経路との間にフィン部とを備え、前記放熱経路と前記放熱内部経路とを接続する流出口と、前記帰還経路と前記帰還内部経路とを接続する流入口とを有し、前記受熱部の側面に前記流入口を、前記側面と対向するもう一方の側面に前記流出口を設け、前記フィン部には前記受熱板から内部に突出する複数の平板状のフィンを、フィン間の隙間により構成される冷媒の流路が前記帰還内部経路と前記放熱内部経路とを連通するように設け、前記帰還内部経路は、前記流入口と前記フィン部との間に仕切板を備え、前記仕切板は、少なくとも一つの開口部を有することを特徴とした冷却装置であり、流入口を設置した側面側から遠い領域まで均一に液相冷媒を供給することにより、受熱部内の局所ドライアウトを防ぎ、過剰な液相冷媒量にて受熱部内を満たす必要が無く、薄い液相冷媒の層を受熱部内に形成することができる冷却性能の高い冷却装置を提供することができるものである。
すなわち、流入口とフィン部の間に設けた仕切板により、流入口から帰還内部経路に流入した液相の冷媒がフィン部に上昇する流れを遮られる。仕切板は、少なくとも一つの開口部を有するので、流入口から帰還内部経路に流入した液相の冷媒が前記開口部より仕切板とフィン部との間の空間に流出し、その後フィン部に流出する。仕切板がない場合と比較すると、流入口を設置した側面側より遠い領域において液相の冷媒が供給されず冷却することができない、いわゆる局所ドライアウトの状態になりにくい。帰還内部経路に流入した液相の冷媒は、発熱体の熱により一部の液相の冷媒が気化し、その拡散作用により、帰還内部経路に拡散する。仕切板に設けた開口部は、仕切板とフィン部との間の空間に、略均一に液相の冷媒を供給するような構成となるため、帰還内部経路に拡散した液相の冷媒により、フィン部に流出した気相と液相の二層の冷媒には、フィン部全域においてフィンから受熱するだけの十分な液相の冷媒が供給されることとなり、最終的に圧力の低い流出口に流れ込み、フィン部全体に冷媒が供給されることとなる。
これにより、流入口を設置した側面側から遠い領域に液相の冷媒が供給されず冷却することができない、いわゆるドライアウトの状態となることを抑制することができる。結果として、流入口を設置した側面側から遠い領域まで均一に液相冷媒を供給することにより、受熱部内の局所ドライアウトを防ぎ、過剰な液相冷媒量にて受熱部内を満たす必要が無く、薄い液相冷媒の層を受熱部内に形成することができる冷却性能の高い冷却装置を提供することができるものである。
本発明の一実施形態に係る冷却装置は、冷媒の相変化によって冷却する冷却装置において、受熱部、放熱経路、放熱部、帰還経路を順に連結して前記冷媒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、前記前面または前記後面の少なくとも一方に発熱体を設置する受熱板を備え、前記受熱部の上部に放熱内部経路と、下部に帰還内部経路と、前記放熱内部経路と前記帰還内部経路との間にフィン部とを備え、前記放熱経路と前記放熱内部経路とを接続する流出口と、前記帰還経路と前記帰還内部経路とを接続する流入口とを有し、前記受熱部の側面に前記流入口を、前記側面と対向するもう一方の側面に前記流出口を設け、前記フィン部には前記受熱板から内部に突出する複数の平板状のフィンを、フィン間の隙間により構成される冷媒の流路が前記帰還内部経路と前記放熱内部経路とを連通するように設け、前記帰還内部経路は、前記流入口と前記フィン部との間に仕切板を備え、前記仕切板は、少なくとも一つの開口部を有することを特徴とした冷却装置であり、流入口を設置した側面側から遠い領域まで均一に液相冷媒を供給することにより、受熱部内の局所ドライアウトを防ぎ、過剰な液相冷媒量にて受熱部内を満たす必要が無く、薄い液相冷媒の層を受熱部内に形成することができる冷却性能の高い冷却装置を提供することができるものである。
すなわち、流入口とフィン部の間に設けた仕切板により、流入口から帰還内部経路に流入した液相の冷媒が直接フィン部に上昇する流れを遮られる。仕切板は、少なくとも一つの開口部を有するので、流入口から帰還内部経路に流入した液相の冷媒が前記開口部より仕切板とフィン部との間の空間に流出し、その後フィン部に流出する。よって、前記開口部は、仕切板とフィン部との間の空間に、略均一に液相の冷媒を供給するように構成となるため、帰還内部経路に流出した液相の冷媒が開口部からフィン部全域に供給されることとなる。仕切板がない場合では、流入口から帰還内部経路に流入した液相の冷媒は、発熱体の熱により一部の液相の冷媒が気化し、その拡散作用により、帰還内部経路に拡散するとともに、直接フィン部にも流れ込むため、流入口を設置した側面側の近傍のフィン部領域において、過剰な液相の冷媒が供給される。一方、流入口を設置した側面側から遠ざかるほど、液相の冷媒の供給量が少なくなり、いわゆる局所ドライアウトの状態が発生しやすくなるが、本発明の構成においては、流入口とフィン部との間に設けた仕切板により、流入口から帰還内部経路に流出した液相の冷媒が直接フィン部に上昇する流れを遮られるので、帰還内部経路に流出した一部の液相の冷媒が発熱体の熱により気化し、その拡散作用により、帰還内部経路に拡散する。また、仕切板に設けた開口部は、仕切板とフィン部との間の空間に、略均一に液相の冷媒を供給するように構成となるため、帰還内部経路に拡散した液相の冷媒がフィン部全域にバランスよく供給される。よって、フィン部に流出した気相と液相の二層の冷媒には、フィン部全域においてフィンから受熱するだけの十分な液相の冷媒が供給されることとなり、最終的に圧力の低い流出口に流れ込み、フィン部全体に冷媒が供給されることとなる。
これにより、流入口を設置した側面側から遠い領域に液相の冷媒が供給されず冷却することができない、いわゆるドライアウトの状態となることを抑制することができる。結果として、流入口を設置した側面側から遠い領域まで均一に液相冷媒を供給することにより、受熱部内の局所ドライアウトを防ぎ、過剰な液相冷媒量にて受熱部内を満たす必要が無く、薄い液相冷媒の層を受熱部内に形成することができる冷却性能の高い冷却装置を提供することができるものである。
また、冷媒の相変化によって冷却する冷却装置において、受熱部、放熱経路、放熱部、帰還経路を順に連結して前記冷媒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、前記前面または前記後面の少なくとも一方に発熱体を設置する受熱板を備え、前記受熱部の上部に放熱内部経路と、下部に帰還内部経路と、前記放熱内部経路と前記帰還内部経路との間にフィン部とを備え、前記放熱経路と前記放熱内部経路とを接続する流出口と、前記帰還経路と前記帰還内部経路とを接続する流入口とを有し、前記受熱部の側面に前記流入口を有し、前記側面と対向するもう一方の側面に前記流出口を設け、前記フィン部には前記受熱板から内部に突出する複数の平板状のフィンを、フィン間の隙間により構成される冷媒の流路が前記帰還内部経路と前記放熱内部経路とを連通するように設け、前記帰還内部経路は、前記帰還内部経路に前記流入口に接続された管路を備え、前記管路は、少なくとも一つの開口部を有する構成にしてもよい。これにより、流入口を設置した側面側から遠い領域まで均一に液相冷媒を供給することにより、受熱部内の局所ドライアウトを防ぎ、過剰な液相冷媒量にて受熱部内を満たす必要が無く、薄い液相冷媒の層を受熱部内に形成することができる冷却性能の高い冷却装置を提供することができるものである。
すなわち、帰還内部経路は、流入口に接続された管路を備えたものである。前記管路は、少なくとも一つの開口部を有するので、帰還経路の液相冷媒は、流入口から管路に流入し、管路に設けた開口部より帰還内部経路に流出する。前記開口部は、帰還内部経路に略均一に液相の冷媒を供給するように構成されるため、帰還内部経路に流出した液相の冷媒がフィン部全域に供給されることとなる。管路がない場合では、流入口から帰還内部経路に流入した液相の冷媒は、発熱体の熱により一部の液相の冷媒が気化し、その拡散作用により、帰還内部経路に拡散するが、流入口近傍において直接フィン部にも流れ込むため、流入口を設置した側面側の近傍のフィン部領域において、過剰な液相の冷媒が供給される。一方、流入口を設置した側面側から遠ざかるほど、液相の冷媒の供給量が少なくなり、流出口近傍に位置するフィン部領域においていわゆる局所ドライアウトの状態が発生しやすくなるが、本発明の構成においては、流入口に接続された管路により、流入口から帰還内部経路に流出した液相の冷媒が流入口近傍のフィン部にて過剰な液相の冷媒が上昇することを抑制することができ、帰還内部経路に流出した一部の液相の冷媒が発熱体の熱により気化し、その拡散作用により、帰還内部経路に拡散する。また、管路に設けた開口部は、帰還内部経路に、略均一に液相の冷媒を供給するように構成されるため、帰還内部経路に拡散した液相の冷媒がフィン部全域にバランスよく供給される。フィン部に流出した気相と液相の二層の冷媒には、フィン部全域においてフィンから受熱するだけの十分な液相の冷媒が供給されることとなり、最終的に圧力の低い流出口に流れ込み、フィン部全体に冷媒が供給されることとなる。
これにより、流入口を設置した側面側から遠い領域に液相の冷媒が供給されず冷却することができない、いわゆるドライアウトの状態となることを抑制することができる。結果として、流入口を設置した側面側から遠い領域まで均一に液相冷媒を供給することにより、受熱部内の局所ドライアウトを防ぎ、過剰な液相冷媒量にて受熱部内を満たす必要が無く、薄い液相冷媒の層を受熱部内に形成することができる冷却性能の高い冷却装置を提供することができるものである。
前記受熱部は、前記開口部を複数有したものであって、複数の前記開口部を設ける間隔は、前記流出口を設置した側面から遠ざかるほど短くする構成にしてもよい。
流出口を設置した側面側は流出口に続く放熱部の作用により圧力が低いので、前記流出口を設置した側面に近いほど流出口に冷媒が流れやすく、前記流出口を設置した側面から遠いほど流出口に冷媒が流れ難くなる。複数の開口部を設ける間隔を前記流出口を設置した側面から遠ざかるほど短くすることにより、前記流出口を設置した側面に近い領域は開口部の数を少なくして、フィン部に流出する冷媒の流れを抑制し、前記流出口を設置した側面から遠い領域は開口部の数を多くして、フィン部に流出する冷媒の流れを促進する。その結果、フィン部全体に液相の冷媒が供給されることとなる。
これにより、流出口を設置した側面側からに遠い位置する領域、すなわち放熱器の作用による減圧効果を受け難い領域に十分な液相の冷媒を供給する。よって、流出口を設置した側面側から遠い領域に冷媒が流れにくく冷却することができない、いわゆるドライアウトの状態となることを抑制することができる。結果として、フィン部全体に液相の冷媒を供給することにより、受熱部内の局所ドライアウトを防ぎ、過剰な液相冷媒量にて受熱部内を満たす必要が無く、薄い液相冷媒の層を受熱部内に形成することができる冷却性能の高い冷却装置を提供することができるものである。
前記受熱部は、前記開口部を複数有したものであって、複数の前記開口部の面積は、前記流出口を設置した側面から遠ざかるほど大きくする構成にしてもよい。
流出口を設置した側面側は流出口に続く放熱部の作用により圧力が低いので、前記流出口を設置した側面に近いほど流出口に冷媒が流れやすく、前記流出口を設置した側面から遠いほど流出口に冷媒が流れ難くなる。複数の開口部の面積は、前記流出口を設置した側面から遠ざかるほど大きくすることにより、前記流出口を設置した側面に近い領域は開口部の面積を小さくして、フィン部に流出す冷媒の流れを抑制し、前記流出口を設置した側面から遠い領域は開口部の面積を大きくして、フィン部に流出する冷媒の流れを促進する。その結果、フィン部全体に液相の冷媒が供給されることとなる。
これにより、流出口を設置した側面側からに遠い位置する領域、すなわち放熱器の作用による減圧効果を受け難い領域に十分な液相の冷媒を供給する。よって、流出口を設置した側面側から遠い領域に冷媒が流れ難く冷却することができない、いわゆるドライアウトの状態となることを抑制することができる。結果として、フィン部全体に液相の冷媒を供給することにより、受熱部内の局所ドライアウトを防ぎ、過剰な液相冷媒量にて受熱部内を満たす必要が無く、薄い液相冷媒の層を受熱部内に形成することができる冷却性能の高い冷却装置を提供することができるものである。
また、本発明の冷却装置を搭載した電子機器にしてもよい。これにより、流入口を設置した側面から遠い領域まで冷媒を供給することにより、受熱部内の局所ドライアウトを防ぎ、過剰な液相冷媒量にて受熱部内を満たす必要が無く、薄い液相冷媒の層を受熱部内に形成することができる冷却性能の高い冷却装置を搭載した電子機器を提供することができる。
(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。
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。
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。
図1に示すように、電子機器50は、ケース51内に発熱体である発熱体A28、発熱体B29となる2つの電力用半導体素子と冷却装置1とが備えられている。
冷却装置1は、発熱体A28、発熱体B29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、冷媒が封入されている。冷媒としては、フロン類、フッ素系溶剤類などが用いられるが、これらに限られない。受熱部3、放熱部4および後述するフィンであるフィンA22、フィンB23の材質は、アルミニウムが適しているが、これらに限られない。
帰還経路6には、冷媒の逆流を防止する逆流防止部8を備えている。ここで、逆流防止部8は、逆流を防止するための弁構造を備えたものでも、帰還経路6が放熱経路5よりも細い配管であり帰還経路6自体が逆流防止部8の役割を果たすものであっても良く、安定稼動時に帰還経路6に受熱部3から気相の冷媒が逆流しないように設計されたものであれば同様の効果と作用を有するものとなる。
また、冷却装置1は、放熱部4に冷媒により輸送した熱を冷却するための冷却ファン7を備えている。本実施の形態では、冷却ファン7による空冷式としたが、水冷式、その他の方式であってもよい。
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説明する。
冷却装置1は、内部を減圧した後に冷媒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A28、発熱体B29の熱は受熱部3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A28、発熱体B29が冷却される。受熱部3内にて気化した冷媒は、未沸騰の液相の冷媒との気液二相の混相流となって、受熱部3から放熱経路5を通り放熱部4へと移動し、冷却ファン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および逆流防止部8を経て受熱部3に戻る。
逆流防止部8は、帰還経路6中に設けられたものであって、放熱経路5よりも冷媒の流通抵抗を増大させたものであるため、受熱部3内にて気化した冷媒が帰還経路6へ逆流することを防止する。よって、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A28、発熱体B29を冷却している。
次に、本実施の形態における特徴的な構成について説明する。
図2は、本実施の形態の冷却装置1の受熱部3の外観を示す図である。
図3および図4は、本実施の形態の冷却装置1の受熱部3の分解斜視図である。
図5は、本実施の形態の冷却装置1の受熱部3のY−Y´断面を示す図である。
図2、図3、図4、図5に示すように、受熱部3は、前面および後面が最大面積の直方体形状とする。
受熱部3は、前面および後面が垂直方向となるように設置する。
前面には、発熱体A28を設置する受熱板A15を設け、後面には、発熱体B29を設置する受熱板B16を設ける。
受熱部3は、前面および後面が垂直方向となるように設置する。
前面には、発熱体A28を設置する受熱板A15を設け、後面には、発熱体B29を設置する受熱板B16を設ける。
なお、発熱体、受熱板、フィン他をそれぞれA,Bに分けているが、これは、各々が2つあることを意味し、特に記載がないかぎりA,Bに違いはない。
また、本実施の形態では、発熱体A28、発熱体B29と受熱板A15、受熱板B16とを受熱部3の前面および後面の両方に設けているが、前面または後面のいずれか一方に発熱体A28と受熱板A15とを設ける構成としてもよい。(図示せず)
2つの発熱体A28と発熱体B29(図1に記載)を、受熱板A15に発熱体A28を、受熱板B16に発熱体B29を接触させて熱的に接続する。受熱板A15と受熱板B16には、発熱体A28、発熱体B29を固定するための固定用ネジ孔19を適宜設けて、受熱板A15に発熱体A28を、受熱板B16に発熱体B29をネジで固定する。2つの発熱体A28と発熱体B29との間に、受熱部3が挟まれるように垂直方向に設置する。
直方体形状である受熱部3の上部には放熱内部経路24として空間を設け、下部には帰還内部経路25を設けるための空間を設ける。
受熱部3の放熱内部経路24と帰還内部経路25との間の中央部をフィン部2とする。
受熱部3には、放熱経路5と放熱内部経路24とを接続する流出口20と、帰還経路6と帰還内部経路25とを接続する流入口21を設ける。
受熱部3の側面に流入口21を、この側面と対向するもう一方の側面に流出口20を設ける。流出口20を設ける側面および流入口21を設ける側面は、受熱板A、受熱板Bを設ける前面、後面をつなぐ2つの対向する側面である。
フィン部2には受熱板A15から、受熱部3の内部に突出する複数の平板状のフィンA22を平行に並べて設け、受熱板B16から、受熱部3の内部に突出する複数の平板状のフィンB23を並行に並べて設ける。フィン間の冷媒の流路が垂直方向となるようにフィンA22およびフィンB23を配置する。すなわち、フィンA22の各々のフィン間の隙間が上下方向となるように配置する。フィンB23も同様に配置する。
流入口21とフィン部2との間に仕切板30を備え、仕切板30は、少なくとも一つの開口部31を有する。
2つの発熱体A28と発熱体B29(図1に記載)を、受熱板A15に発熱体A28を、受熱板B16に発熱体B29を接触させて熱的に接続する。受熱板A15と受熱板B16には、発熱体A28、発熱体B29を固定するための固定用ネジ孔19を適宜設けて、受熱板A15に発熱体A28を、受熱板B16に発熱体B29をネジで固定する。2つの発熱体A28と発熱体B29との間に、受熱部3が挟まれるように垂直方向に設置する。
直方体形状である受熱部3の上部には放熱内部経路24として空間を設け、下部には帰還内部経路25を設けるための空間を設ける。
受熱部3の放熱内部経路24と帰還内部経路25との間の中央部をフィン部2とする。
受熱部3には、放熱経路5と放熱内部経路24とを接続する流出口20と、帰還経路6と帰還内部経路25とを接続する流入口21を設ける。
受熱部3の側面に流入口21を、この側面と対向するもう一方の側面に流出口20を設ける。流出口20を設ける側面および流入口21を設ける側面は、受熱板A、受熱板Bを設ける前面、後面をつなぐ2つの対向する側面である。
フィン部2には受熱板A15から、受熱部3の内部に突出する複数の平板状のフィンA22を平行に並べて設け、受熱板B16から、受熱部3の内部に突出する複数の平板状のフィンB23を並行に並べて設ける。フィン間の冷媒の流路が垂直方向となるようにフィンA22およびフィンB23を配置する。すなわち、フィンA22の各々のフィン間の隙間が上下方向となるように配置する。フィンB23も同様に配置する。
流入口21とフィン部2との間に仕切板30を備え、仕切板30は、少なくとも一つの開口部31を有する。
これにより、流入口21を設置した側面側から遠い領域まで均一に液相の冷媒を供給することにより、受熱部3内の局所ドライアウトを防ぎ、過剰な液相冷媒量にて受熱部3内を満たす必要が無く、薄い液相冷媒の層を受熱部3内に形成することができる冷却性能の高い冷却装置1を提供することができるものである。
すなわち、流入口21とフィン部2との間に設けた仕切板30により、流入口21から帰還内部経路25に流入した液相の冷媒が直接フィン部2に上昇する流れを遮られる。仕切板30は、少なくとも一つの開口部31を有するので、流入口21から帰還内部経路25に流入した液相の冷媒が開口部31よりフィン部2に流出する。開口部31は、仕切板30とフィン部2との間の空間に、略均一に液相の冷媒を供給するように構成となるため、帰還内部経路25に流出した液相の冷媒が開口部31からフィン部2全域に供給されることとなる。仕切板30がない場合では、流入口21から帰還内部経路25に流入した液相の冷媒は、発熱体A28および発熱体B29の熱により一部の液相の冷媒が気化し、その拡散作用により、帰還内部経路25に拡散するが、流入口近傍において直接フィン部2にも流れ込むため、流入口を設置した側面側の近傍のフィン部2領域において、過剰な液相の冷媒が供給される。一方、流入口21を設置した側面側から遠ざかるほど、液相の冷媒の供給量が少なくなり、いわゆる局所ドライアウトの状態が発生しやすくなるが、本発明の構成においては、流入口21とフィン部2との間に設けた仕切板30により、流入口21から帰還内部経路25に流出した液相の冷媒が、流入口近傍のフィン部にて過剰な液相の冷媒が上昇することを抑制することができ、帰還内部経路25に流出した一部の液相の冷媒が発熱体の熱により気化し、その拡散作用により、帰還内部経路25に拡散する。また、仕切板30に設けた開口部31は、仕切板30とフィン部2との間の空間に、略均一に液相の冷媒を供給するように構成となるため、帰還内部経路25に拡散した液相の冷媒が開口部31からフィン部2全域にバランスよく供給される。フィン部2に流出した気相と液相の二層の冷媒には、フィン部2全域においてフィンから受熱するだけの十分な液相の冷媒が供給されることとなり、最終的に圧力の低い流出口20に流れ込み、フィン部2全体に冷媒が供給されることとなる。
これにより、流入口21を設置した側面側から遠い領域に液相の冷媒が供給されず冷却することができない、いわゆるドライアウトの状態となることを抑制することができる。結果として、流入口21を設置した側面側から遠い領域まで均一に液相冷媒を供給することにより、受熱部3内の局所ドライアウトを防ぎ、過剰な液相冷媒量にて受熱部3内を満たす必要が無く、薄い液相冷媒の層を受熱部3内に形成することができる冷却性能の高い冷却装置1を提供することができるものである。
また、受熱部3は、開口部31を複数有したものであって、複数の開口部31を設ける間隔は、流出口20を設置した側面から遠ざかるほど短くする構成にしてもよい。
流出口20を設置した側面側は流出口に続く放熱部4の作用により圧力が低いので、流出口20を設置した側面に近いほど流出口20に冷媒が流れやすく、流出口20を設置した側面から遠いほど流出口20に冷媒が流れ難くなる。複数の開口部31を設ける間隔を、流出口20を設置した側面から遠ざかるほど短くすることにより、流出口20を設置した側面に近い領域は開口部31の数を少なくして、フィン部2に流出する冷媒の流れを抑制し、流出口20を設置した側面から遠い領域は開口部31の数を多くして、フィン部2に流出する冷媒の流れを促進する。その結果、フィン部2全体に液相の冷媒が供給されることとなる。
ここで、詳しく説明すると、仕切板30がない場合では、流入口21から帰還内部経路25に流入した液相の冷媒は、発熱体の熱により一部の液相の冷媒が気化し、その拡散作用により、帰還内部経路25に拡散するが、流入口21近傍において直接フィン部2にも流れ込むため、流入口21を設置した側面側の近傍のフィン部2領域において、過剰な液相の冷媒が供給される。一方、流入口21を設置した側面側から遠ざかるほど、液相の冷媒の供給量が少なくなり、いわゆる局所ドライアウトの状態が発生しやすくなる。
しかしながら、仕切板30を設けることにより、帰還内部経路25において、流入口21を設置した側面側から流出口20を設置した側面側まで、ほぼ均等に液相の冷媒が供給される。すなわち、仕切板30の効果で、流入口21近傍のフィン部2領域における過剰な液相冷媒が供給されることと、流出口20近傍のフィン部2領域における液相冷媒の供給量不足による局所ドライアウトを抑制することができる。一方、放熱部4の作用による減圧効果の影響により、流出口20近傍のフィン部2領域は冷媒が流れやすく、放熱部4の作用による減圧効果を受け難い流入口21近傍のフィン部2領域は冷媒が流れ難くなる。よって、複数の開口部31を設ける間隔を、流出口20を設置した側面から遠ざかるほど短くする、すなわち、流出口20を設置した側面に近い領域は開口部31の数を少なくすることで、仕切板30とフィン部2との間の空間に開口部31から流出する液相の冷媒量のバランスを、流出口20側が少なく、流入口21側が多くなるようにすることができ、その流出した液相冷媒は、仕切板30とフィン部2との間の空間内にて流入口21側から流出口20側に流れるため、結果として、フィン部2の上流側にてほぼ均一の液相冷媒量となり、フィン部2全体にほぼ均一の液相の冷媒が供給されることとなる。
これにより、液相冷媒の供給不足による局所ドライアウトを抑制することができる。結果として、過剰な液相冷媒量にて受熱部3内を満たす必要が無く、薄い液相冷媒の層を受熱部3内に形成することができる冷却性能の高い冷却装置1を提供することができるものである。
また、受熱部3は、開口部31を複数有したものであって、複数の開口部31の面積は、流出口20を設置した側面から遠ざかるほど大きくする構成にしてもよい。
流出口20を設置した側面側は流出口20に続く放熱部4の作用により圧力が低いので、流出口20を設置した側面に近いほど流出口20に冷媒が流れやすく、流出口20を設置した側面から遠いほど流出口20に冷媒が流れ難くなる。複数の開口部31の面積は、流出口20を設置した側面から遠ざかるほど大きくすることにより、流出口20を設置した側面に近い領域は開口部31の面積を小さくして、フィン部2に流出する冷媒の流れを抑制し、流出口20を設置した側面から遠い領域は開口部31の面積を大きくして、フィン部2に流出する冷媒の流れを促進する。その結果、フィン部2全体に液相の冷媒が供給されることとなる。
ここで、詳しく説明すると、仕切板30がない場合では、流入口21から帰還内部経路25に流入した液相の冷媒は、発熱体の熱により一部の液相の冷媒が気化し、その拡散作用により、帰還内部経路25に拡散するが、流入口21近傍において直接フィン部2にも流れ込むため、流入口21を設置した側面側の近傍のフィン部2領域において、過剰な液相の冷媒が供給される。一方、流入口21を設置した側面側から遠ざかるほど、液相の冷媒の供給量が少なくなり、いわゆる局所ドライアウトの状態が発生しやすくなる。
しかしながら、仕切板30を設けることにより、帰還内部経路25において、流入口21を設置した側面側から流出口20を設置した側面側まで、ほぼ均等に液相の冷媒が供給される。すなわち、仕切板30の効果で、流入口21近傍のフィン部2領域における過剰な液相冷媒が供給されることと、流出口20近傍のフィン部2領域における液相冷媒の供給量不足による局所ドライアウトを抑制することができる。一方、放熱部4の作用による減圧効果の影響により、流出口20近傍のフィン部2領域は冷媒が流れやすく、放熱部4の作用による減圧効果を受け難い流入口21近傍のフィン部2領域は冷媒が流れ難くなる。よって、複数の開口部31を設ける面積を、流出口20を設置した側面から遠ざかるほど大きくする、すなわち、流出口20を設置した側面に近い領域は開口部31の面積を小さくすることで、仕切板30とフィン部2との間の空間に開口部31から流出する液相の冷媒量のバランスを、流出口20側が少なく、流入口21側が多くなるようにすることができ、その流出した液相冷媒は、仕切板30とフィン部2との間の空間内にて流入口21側から流出口20側に流れるため、結果として、フィン部2の上流側にてほぼ均一の液相冷媒量となり、フィン部2全体にほぼ均一の液相の冷媒が供給されることとなる。
これにより、液相冷媒の供給不足による局所ドライアウトを抑制することができる。結果として、過剰な液相冷媒量にて受熱部3内を満たす必要が無く、薄い液相冷媒の層を受熱部3内に形成することができる冷却性能の高い冷却装置1を提供することができるものである。
図6(A)は、同冷却装置の受熱部のX−X´断面を示す図であり、図6(B)は、同冷却装置の受熱部の領域Aの拡大図である。
発熱体A28、発熱体B29と受熱板A15、受熱板B16とを受熱部3の前面および後面の両方に設ける場合においては、図6に示すように、フィンA22と隣接するフィンA22の隙間に、フィンB23を周囲にわずかな隙間を残して突出して配置してもよい。すなわち、フィンA22の隣接するフィンとフィンの隙間に、フィンB23のフィンをフィンの先端が受熱板A15の表面とわずかな隙間を残す位置まで挿入する。フィンB23のフィンの両方の表面とフィンA22のフィンとフィンとのあいだにわずかな隙間を残す。
フィンA22のフィンとフィンとの間隔は、フィンB23のフィンの厚さよりわずかに小さく、フィンの短辺は、受熱板A15と受熱板B16の距離よりわずかに小さい。このわずかな隙間が冷媒の流路となる。
フィンB23も同様に、フィンB23と隣接するフィンB23の隙間に、フィンA22を周囲にわずかな隙間を残して突出して配置する。すなわち、フィンB23の隣接するフィンとフィンの隙間に、フィンA22のフィンをフィンの先端が受熱板B16の表面とわずかな隙間を残す位置まで挿入する。フィンA22のフィンの両方の表面とフィンB23のフィンとフィンとのあいだにわずかな隙間を残す。
フィンB23のフィンとフィンとの間隔は、フィンA22のフィンの厚さよりわずかに小さく、フィンの短辺は、受熱板A15と受熱板B16の距離よりわずかに小さい。このわずかな隙間が冷媒の流路となる。
これにより、フィンA22またはフィンB23のいずれか一方のみを有する場合と比較して、フィン間の隙間、すなわち、冷媒の流路断面積を小さくすることができる。
その理由を説明する。フィンはアルミニウム材を押出し成型または切削することにより作成するが、押出し成型では、押し出す型の強度の制約からフィンとフィンの間隔をある程度(例えばフィン高さが10mm程度であればフィン間隔は4mm程度以上)あけなければならない。また、切削加工においてはフィン間隔を1mm程度と小さくすることは可能であるが、産業上の量産工法としては、フィン間隔を小さくするとコストが極めて高くなり、フィン間隔を小さくすることが困難である。フィンA22を設けた受熱板A15とフィンB23を設けた受熱板B16とをフィンA22とフィンB23とを向かい合わせ、一方のフィンの隙間に他方のフィンを挿入してフィンどうしをわずかな隙間を残してかみ合わせることにより、かみ合わせたフィンA22とフィンB23の隙間は、フィンA22のフィン間の隙間、およびフィンB23のフィン間の隙間より小さくなる。このフィンA22とフィンB23の隙間が冷媒の流路となる。
冷媒の流路断面積を小さくすることにより、流路断面積が大きい場合と比較して、冷媒が流路を流れる流速が上がる。冷媒は下方から上方に向かって流通しているので、流通している液相の冷媒にこの上方向の力がかかるため、液相の冷媒が下方に落下しにくくなる。また、本実施形態の冷却装置1は、フィンA22とフィンB23の表面全体を液相の冷媒で濡れた状態を保ち、液相の冷媒がより速い速度で流れるとともに、液相の冷媒の厚みを薄くすることができる。
その結果、フィンA22とフィンB23の間の隙間をフィン上方まで効率よく液相の冷媒を搬送することにより、フィンA22およびフィンB23においてより多くの液相の冷媒が気相冷媒に変化する際の蒸発潜熱の作用により、冷却性能の高い冷却装置1を提供することができる。
また、本実施形態の冷却装置1を搭載した電子機器にしてもよい。これにより、流入口21を設置した側面側から遠い領域まで均一に液相冷媒を供給することにより、受熱部3内の局所ドライアウトを防ぎ、過剰な液相冷媒量にて受熱部3内を満たす必要が無く、薄い液相冷媒の層を受熱部3内に形成することができる冷却性能の高い冷却装置1を搭載した電子機器50を提供することができる。
次に、本実施例の特徴となる冷却装置1の受熱部3の製造方法の一例を説明する。発熱体A、発熱体Bと受熱板A、受熱板Bとを受熱部3の前面および後面の両方に設ける場合の例である。
受熱部3は、前面および後面が最大面積の扁平な直方体形状であり、前面および後面を垂直方向に設置する。これらの受熱部3のパーツの材料は、アルミニウムである。
受熱部3の側面は、前面、後面と、前面と後面をつなぐ2つの面で成り立っている。前面と後面は、外郭に接触面A9を有する受熱板A15と外郭に接触面B10を有する受熱板B16であり、受熱板A15または受熱板B16のいずれか一方に前面と後面をつなぐ2つの面、天面、および底面が一体成型されている。
本実施例では、受熱板Bに前面と後面をつなぐ2つの面、天面、および底面を一体に切削して作成することとする。そして、この前面と後面をつなぐ2つの面のいずれか一方の面の上部に、流出口20、他方の面の下部に流入口21として円形の開口部を設ける。流出口20の径は、流入口21の径より大きい。
受熱板A15には、一方の面に並列に並ぶ複数の板状のフィンA22を、他方の面に接触面A9を一体で設ける。
受熱板A15は、アルミニウムを押出し成型し、その後切削して作成する。
押出し成型をしただけでは、フィンA22は、受熱板A15の上端から下端まで設けられていて、放熱内部経路24と帰還内部経路25となる空間はない状態である。押出し成型であるので、押出す上流から下流まで連続的に同じ形状となり、中央部にのみフィンA22を設けることはできないからである。
受熱板A15を押出し成型した後で、受熱板A15の上部に放熱内部経路24、下部に帰還内部経路25となる空間を設けるために、受熱板A15の上部と下部のフィンA22を切削する。切削する深さは、フィンA22の根元よりさらに深くまで、外郭となる接触面A9の厚みを残して削る。
受熱板B16は、前面および後面が最大面積の直方体形状のアルミニウムを切削して作成する。
受熱板B16は、前面と後面をつなぐ2つの面、天面、および底面を残して、一方の面に並列に並ぶ複数の板状のフィンB23および仕切板30を、他方の面に接触面B10を切削して設ける。
さらに、受熱板Bに設けた主面をつなぐ面のいずれか一方の面の上部に、流出口20、他方の面の下部に流入口21として円形の開口部を切削して設ける。
受熱板A15と、受熱板B16の上部、下部に各々複数の固定用ネジ孔19も切削して設ける。
さらに、受熱板Bに設けた主面をつなぐ面のいずれか一方の面の上部に、流出口20、他方の面の下部に流入口21として円形の開口部を切削して設ける。
受熱板A15と、受熱板B16の上部、下部に各々複数の固定用ネジ孔19も切削して設ける。
そして、切削した後に、受熱板A15と受熱板B16をフィンがかみ合うように対向させ、受熱板A15と受熱板B16をロウづけで接合する。
受熱板B16の流出口20には、放熱経路接続部材11を介して放熱経路5の配管をロウづけで接合し、流入口21には、帰還経路接続部材12を介して帰還経路6の配管をロウづけで接合する。
なお、上記の製造方法は一例であり、これに限られるものではない。
(実施の形態2)
図7および図8は、本実施形態の冷却装置1の受熱部3の分解斜視図である。
図7および図8は、本実施形態の冷却装置1の受熱部3の分解斜視図である。
図9は、本実施形態の冷却装置1の受熱部3のX−X´断面を示す図である。
実施の形態1と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図7、図8、図9に示すように、帰還内部経路25は、帰還内部経路25に流入口21に接続された管路32を備え、管路32は、少なくとも一つの開口部33を有する構成にしてもよい。これにより、流入口21を設置した側面側から遠い領域まで均一に液相冷媒を供給することにより、受熱部3内の局所ドライアウトを防ぎ、過剰な液相冷媒量にて受熱部3内を満たす必要が無く、薄い液相冷媒の層を受熱部3内に形成することができる冷却性能の高い冷却装置1を提供することができるものである。
すなわち、帰還内部経路25は、流入口21に接続された管路32を備えたものである。管路32は、少なくとも一つの開口部33を有するので、帰還経路の液相冷媒は、流入口から管路32に流入し、管路32に設けた開口部33より帰還内部経路25に流出する。開口部33は、帰還内部経路25に略均一に液相の冷媒を供給するように構成されるため、帰還内部経路25に流出した液相の冷媒がフィン部2全域に供給されることとなる。管路32がない場合では、流入口21から帰還内部経路25に流入した液相の冷媒は、発熱体A28および発熱体B29の熱により一部の液相の冷媒が気化し、その拡散作用により、帰還内部経路25に拡散するが、流入口21近傍において直接フィン部2にも流れ込むため、流入口21を設置した側面側の近傍のフィン部2領域において、過剰な液相の冷媒が供給される。一方、流入口21を設置した側面側から遠ざかるほど、液相の冷媒の供給量が少なくなり、流出口20近傍に位置するフィン部2領域においていわゆる局所ドライアウトの状態が発生しやすくなるが、本発明の構成においては、流入口21に接続された管路32により、流入口21から帰還内部経路25に流出した液相の冷媒が流入口21近傍のフィン部2にて過剰な液相の冷媒が上昇することを抑制することができ、帰還内部経路25に流出した一部の液相の冷媒が発熱体の熱により気化し、その拡散作用により、帰還内部経路25に拡散する。また、管路32に設けた開口部33は、帰還内部経路25に、略均一に液相の冷媒を供給するように構成されるため、帰還内部経路25に拡散した液相の冷媒がフィン部2全域にバランスよく供給される。フィン部2に流出した気相と液相の二層の冷媒には、フィン部2全域においてフィン部2から受熱するだけの十分な液相の冷媒が供給されることとなり、最終的に圧力の低い流出口20に流れ込み、フィン部2全体に冷媒が供給されることとなる。
これにより、流入口21を設置した側面側から遠い領域に液相の冷媒が供給されず冷却することができない、いわゆるドライアウトの状態となることを抑制することができる。結果として、流入口21を設置した側面側から遠い領域まで均一に液相冷媒を供給することにより、受熱部3内の局所ドライアウトを防ぎ、過剰な液相冷媒量にて受熱部3内を満たす必要が無く、薄い液相冷媒の層を受熱部3内に形成することができる冷却性能の高い冷却装置を提供することができるものである。
また、受熱部3は、開口部33を複数有したものであって、複数の開口部33を設ける間隔は、流出口20を設置した側面から遠ざかるほど短くする構成にしてもよい。
流出口20を設置した側面側は流出口に続く放熱部4の作用により圧力が低いので、流出口20を設置した側面に近いほど流出口20に冷媒が流れやすく、流出口20を設置した側面から遠いほど流出口20に冷媒が流れ難くなる。複数の開口部31を設ける間隔を、流出口20を設置した側面から遠ざかるほど短くすることにより、流出口20を設置した側面に近い領域は開口部33の数を少なくして、フィン部2に流出する冷媒の流れを抑制し、流出口20を設置した側面から遠い領域は開口部31の数を多くして、フィン部2に流出する冷媒の流れを促進する。その結果、フィン部2全体に液相の冷媒が供給されることとなる。
ここで、詳しく説明すると、管路32がない場合では、流入口21から帰還内部経路25に流入した液相の冷媒は、発熱体の熱により一部の液相の冷媒が気化し、その拡散作用により、帰還内部経路25に拡散するが、流入口21近傍において直接フィン部2にも流れ込むため、流入口21を設置した側面側の近傍のフィン部2領域において、過剰な液相の冷媒が供給される。一方、流入口21を設置した側面側から遠ざかるほど、液相の冷媒の供給量が少なくなり、いわゆる局所ドライアウトの状態が発生しやすくなる。
しかしながら、管路32を設けることにより、帰還内部経路25において、流入口21を設置した側面側から流出口20を設置した側面側まで、ほぼ均等に液相の冷媒が供給される。すなわち、管路32の効果で、流入口21近傍のフィン部2領域における過剰な液相冷媒が供給されることと、流出口20近傍のフィン部2領域における液相冷媒の供給量不足による局所ドライアウトを抑制することができる。一方、放熱部4の作用による減圧効果の影響により、流出口20近傍のフィン部2領域は冷媒が流れやすく、放熱部4の作用による減圧効果を受け難い流入口21近傍のフィン部2領域は冷媒が流れ難くなる。よって、複数の開口部33を設ける間隔を、流出口20を設置した側面から遠ざかるほど短くする、すなわち、流出口20を設置した側面に近い領域は開口部33の数を少なくすることで、管路32とフィン部2との間の空間に開口部33から流出する液相の冷媒量のバランスを、流出口20側が少なく、流入口21側が多くなるようにすることができ、その流出した液相冷媒は、管路32とフィン部2との間の空間内にて流入口21側から流出口20側に流れるため、結果として、フィン部2の上流側にてほぼ均一の液相冷媒量となり、フィン部2全体にほぼ均一の液相の冷媒が供給されることとなる。
これにより、液相冷媒の供給不足による局所ドライアウトを抑制することができる。結果として、過剰な液相冷媒量にて受熱部3内を満たす必要が無く、薄い液相冷媒の層を受熱部3内に形成することができる冷却性能の高い冷却装置1を提供することができるものである。
また、受熱部3は、開口部33を複数有したものであって、複数の開口部33の面積は、流出口20を設置した側面から遠ざかるほど大きくする構成にしてもよい。
流出口20を設置した側面側は流出口に続く放熱部4の作用により圧力が低いので、流出口20を設置した側面に近いほど流出口20に冷媒が流れやすく、流出口20を設置した側面から遠いほど流出口20に冷媒が流れ難くなる。複数の開口部31を設ける間隔を、流出口20を設置した側面から遠ざかるほど短くすることにより、流出口20を設置した側面に近い領域は開口部33の面積を小さくして、フィン部2に流出する冷媒の流れを抑制し、流出口20を設置した側面から遠い領域は開口部31の数を多くして、フィン部2に流出する冷媒の流れを促進する。その結果、フィン部2全体に液相の冷媒が供給されることとなる。
ここで、詳しく説明すると、管路32がない場合では、流入口21から帰還内部経路25に流入した液相の冷媒は、発熱体の熱により一部の液相の冷媒が気化し、その拡散作用により、帰還内部経路25に拡散するが、流入口21近傍において直接フィン部2にも流れ込むため、流入口21を設置した側面側の近傍のフィン部2領域において、過剰な液相の冷媒が供給される。一方、流入口21を設置した側面側から遠ざかるほど、液相の冷媒の供給量が少なくなり、いわゆる局所ドライアウトの状態が発生しやすくなる。
しかしながら、管路32を設けることにより、帰還内部経路25において、流入口21を設置した側面側から流出口20を設置した側面側まで、ほぼ均等に液相の冷媒が供給される。すなわち、管路32の効果で、流入口21近傍のフィン部2領域における過剰な液相冷媒が供給されることと、流出口20近傍のフィン部2領域における液相冷媒の供給量不足による局所ドライアウトを抑制することができる。一方、放熱部4の作用による減圧効果の影響により、流出口20近傍のフィン部2領域は冷媒が流れやすく、放熱部4の作用による減圧効果を受け難い流入口21近傍のフィン部2領域は冷媒が流れ難くなる。よって、複数の開口部33それぞれの面積を、流出口20を設置した側面から遠ざかるほど大きくする、すなわち、流出口20を設置した側面に近い領域の開口部33の面積を小さくくすることで、管路32とフィン部2との間の空間に開口部33から流出する液相の冷媒量のバランスを、流出口20側が少なく、流入口21側が多くなるようにすることができ、その流出した液相冷媒は、管路32とフィン部2との間の空間内にて流入口21側から流出口20側に流れるため、結果として、フィン部2の上流側にてほぼ均一の液相冷媒量となり、フィン部2全体にほぼ均一の液相の冷媒が供給されることとなる。
これにより、液相冷媒の供給不足による局所ドライアウトを抑制することができる。結果として、過剰な液相冷媒量にて受熱部3内を満たす必要が無く、薄い液相冷媒の層を受熱部3内に形成することができる冷却性能の高い冷却装置1を提供することができるものである。
以上のように本発明にかかる冷却装置は、冷却性能が高いので、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)、ダイオード等の電子部品を搭載した電子機器等の冷却装置として有用である。
1 冷却装置
2 フィン部
3 受熱部
4 放熱部
5 放熱経路
6 帰還経路
7 冷却ファン
8 逆流防止部
9 接触面A
10 接触面B
11 放熱経路接続部材
12 帰還経路接続部材
15 受熱板A
16 受熱板B
19 固定用ネジ孔
20 流出口
21 流入口
22 フィンA
23 フィンB
24 放熱内部経路
25 帰還内部経路
28 発熱体A
29 発熱体B
30 仕切板
31 開口部
32 管路
33 開口部
50 電子機器
51 ケース
2 フィン部
3 受熱部
4 放熱部
5 放熱経路
6 帰還経路
7 冷却ファン
8 逆流防止部
9 接触面A
10 接触面B
11 放熱経路接続部材
12 帰還経路接続部材
15 受熱板A
16 受熱板B
19 固定用ネジ孔
20 流出口
21 流入口
22 フィンA
23 フィンB
24 放熱内部経路
25 帰還内部経路
28 発熱体A
29 発熱体B
30 仕切板
31 開口部
32 管路
33 開口部
50 電子機器
51 ケース
Claims (6)
- 冷媒の相変化によって冷却する冷却装置において、
受熱部、放熱経路、放熱部、帰還経路を順に連結して前記冷媒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、
前記前面または前記後面の少なくとも一方に発熱体を設置する受熱板を備え、
前記受熱部の上部に放熱内部経路と、下部に帰還内部経路と、前記放熱内部経路と前記帰還内部経路との間にフィン部とを備え、
前記放熱経路と前記放熱内部経路とを接続する流出口と、前記帰還経路と前記帰還内部経路とを接続する流入口とを有し、
前記受熱部の側面に前記流入口を、前記側面と対向するもう一方の側面に前記流出口を設け、
前記フィン部には前記受熱板から内部に突出する複数の平板状のフィンを、フィン間の隙間により構成される冷媒の流路が前記帰還内部経路と前記放熱内部経路とを連通するように設け、
前記帰還内部経路は、前記流入口と前記フィン部との間に仕切板を備え、
前記仕切板は、少なくとも一つの開口部を有することを特徴とした冷却装置。 - 冷媒の相変化によって冷却する冷却装置において、
受熱部、放熱経路、放熱部、帰還経路を順に連結して前記冷媒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、
前記前面または前記後面の少なくとも一方に発熱体を設置する受熱板を備え、
前記受熱部の上部に放熱内部経路と、下部に帰還内部経路と、前記放熱内部経路と前記帰還内部経路との間にフィン部とを備え、
前記放熱経路と前記放熱内部経路とを接続する流出口と、前記帰還経路と前記帰還内部経路とを接続する流入口とを有し、
前記受熱部の側面に前記流入口を、前記側面と対向するもう一方の側面に前記流出口を設けられ、
前記フィン部には前記受熱板から内部に突出する複数の平板状のフィンを、フィン間の隙間により構成される冷媒の流路が前記帰還内部経路と前記放熱内部経路とを連通するように設け、
前記帰還内部経路は、前記帰還内部経路に前記流入口に接続された管路を備え、
管路は、少なくとも一つの開口部を有することを特徴とした冷却装置。 - 前記受熱部は、前記開口部を複数有したものであって、複数の前記開口部を設ける間隔は、前記流出口を設置した側面から遠ざかるほど短くすることを特徴とする請求項1または2に記載の冷却装置。
- 前記受熱部は、前記開口部を複数有したものであって、複数の前記開口部の面積は、前記流出口を設置した側面から遠ざかるほど大きくすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の冷却装置。
- 前記流出口の径は、前記流入口の径より大きいことを特徴とする請求項1から4のいずれか一つに記載の冷却装置。
- 請求項1〜5のいずれか一つに記載の冷却装置を搭載した電子機器。
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
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JP2015013845A JP2016138706A (ja) | 2015-01-28 | 2015-01-28 | 冷却装置およびこれを搭載した電子機器 |
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2015
- 2015-01-28 JP JP2015013845A patent/JP2016138706A/ja active Pending
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WO2020138080A1 (ja) | 2018-12-27 | 2020-07-02 | 川崎重工業株式会社 | 蒸発器及びループ型ヒートパイプ |
US12085345B2 (en) | 2018-12-27 | 2024-09-10 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Loop heat pipe evaporator with dual top vapor outlets |
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