JP2016189414A - Impingement cooling device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、噴流にした冷却液と冷却対象物との間で熱交換をするように構成された冷却装置に関するものである。 The present invention relates to a cooling device configured to exchange heat between a jetted coolant and an object to be cooled.
特許文献1に記載された装置は、冷却対象物である電子部品に熱的に接続される冷却プレートを備えている。冷却プレートは容器を有し、容器内に冷媒が供給されて冷却対象物との間で熱交換を行うように構成されている。容器の内部は隔壁部によって二つに区画されている。隔壁部にはスリット状の複数のノズルが一定間隔をあけて形成されている。それらノズルから噴射されて容器の内面で跳ね返った冷媒を導き入れて所定箇所に排出するための凹部が、隣接するノズル同士の間に形成されている。冷媒が吹き付けられる容器の内面に、ノズルの長さ方向と直交する方向に延びる複数のフィンが一定の間隔でかつ平行に設けられている。隣接するフィン同士の間が冷媒流路とされている。各フィンが設けられた内面とは反対側の面すなわち容器の外面に冷却対象物が熱的に接続される。そして、冷媒はノズルから噴出され、冷媒流路の底部に衝突させられる。底部に衝突して跳ね返った冷媒は凹部に集合させられかつ凹部を通って冷却プレートの外部に排出される。 The apparatus described in Patent Document 1 includes a cooling plate that is thermally connected to an electronic component that is an object to be cooled. The cooling plate has a container, and is configured such that a refrigerant is supplied into the container and heat exchange is performed with an object to be cooled. The interior of the container is divided into two by a partition wall. A plurality of slit-shaped nozzles are formed in the partition wall at regular intervals. A concave portion is formed between adjacent nozzles for introducing the refrigerant that has been sprayed from these nozzles and bounced off the inner surface of the container and discharged to a predetermined location. A plurality of fins extending in a direction orthogonal to the length direction of the nozzle are provided on the inner surface of the container to which the coolant is sprayed at a constant interval and in parallel. A space between adjacent fins is a refrigerant flow path. An object to be cooled is thermally connected to the surface opposite to the inner surface provided with the fins, that is, the outer surface of the container. Then, the refrigerant is ejected from the nozzle and collides with the bottom of the refrigerant flow path. The refrigerant that collides with the bottom and bounces is collected in the recess and is discharged to the outside of the cooling plate through the recess.
特許文献2には、複数の微小開口部を設けたマニホールドに対向させて多数のフィンを立設したプレートを配置し、その開口部およびプレートをスカートによって囲った装置が記載されている。プレートは電子部品などの熱源に接触させられ、前記開口部からフィンに向けて冷媒を吹き付けてプレートが冷却される。プレートから熱を奪った冷媒はマニホールドとプレートとの間の隙間を通ってマニホールドおよびプレートの周辺部に導かれ、スカートの外部に排出される。
特許文献1に記載された構成では、ノズルから噴出された冷媒は、冷却流路の底部で跳ね返ってノズルの両側に配置された凹部に向けて流動する。このように流動する冷媒は冷却流路の底部で対向流となるため、冷却流路の底部にいわゆるよどみ点が生じてしまう可能性がある。つまり冷媒同士が互いに衝突して流速が低くなり、その結果、冷媒が局部的に滞留し、よどみ点が生じる。このよどみ点およびその付近では、熱が運び去られないので、冷却性能が低下する可能性がある。また、特許文献2に記載された装置では、冷媒をフィンに直交する方向に流動させて排出する構成であるため、各フィンの間に冷媒が滞留し、冷却性能が損なわれる可能性がある。
In the configuration described in Patent Document 1, the refrigerant ejected from the nozzle bounces off at the bottom of the cooling flow path and flows toward the recesses disposed on both sides of the nozzle. Since the refrigerant flowing in this way becomes a counterflow at the bottom of the cooling channel, a so-called stagnation point may occur at the bottom of the cooling channel. That is, the refrigerants collide with each other and the flow velocity is lowered. As a result, the refrigerant is locally retained and a stagnation point is generated. At and around this stagnation point, heat is not carried away, and cooling performance may be reduced. Moreover, since the apparatus described in
本発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、冷却液をスムーズに流動させて冷却性能を向上させることのできるインピンジメント式冷却装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made paying attention to the above technical problem, and an object thereof is to provide an impingement type cooling device capable of improving the cooling performance by smoothly flowing the coolant. is there.
本発明は、上記の目的を達成するために、容器の底板部の外面が冷却対象物から熱が伝達される冷却面とされ、前記容器の内部における前記容器の厚さ方向での中央に隔壁が設けられ、前記隔壁に前記底板部の内面に向けて冷却液を噴射する複数の長孔が前記隔壁の板厚方向に貫通して形成されるとともに前記底板部と平行な方向に一定間隔をあけて配列され、前記各長孔の間に前記底板部の内面に向けて開口する排出用流路が設けられ、前記底板部の内面に前記排出用流路に直交する複数のフィンが設けられたインピンジメント式冷却装置において、前記底板部の内面であって前記長孔の直下に、前記長孔に向けて盛り上がるとともに前記長孔から噴射された前記冷却液を前記長孔の配列方向と平行な方向に誘導する突起部が設けられていることを特徴とするものである。 In order to achieve the above-mentioned object, the present invention has an outer surface of a bottom plate portion of a container as a cooling surface to which heat is transmitted from an object to be cooled, and a partition wall at the center in the thickness direction of the container inside the container And a plurality of elongated holes for injecting a coolant toward the inner surface of the bottom plate portion are formed in the partition wall so as to penetrate in the plate thickness direction of the partition wall and have a constant interval in a direction parallel to the bottom plate portion. A discharge flow path that is open and arranged between each of the elongated holes and opens toward the inner surface of the bottom plate portion is provided, and a plurality of fins that are orthogonal to the discharge flow channel are provided on the inner surface of the bottom plate portion. Further, in the impingement type cooling apparatus, the cooling liquid that is raised toward the long hole and parallel to the arrangement direction of the long holes is formed on the inner surface of the bottom plate portion and directly below the long holes. Protrusion that guides in any direction It is characterized in.
また本発明では、前記突起部は、断面形状が前記底板部側で幅が広くかつ前記長孔側で幅の狭い三角形断面もしくは尖塔形断面をなすように形成されていてよい。 In the present invention, the protrusion may be formed so that the cross-sectional shape forms a triangular cross section or a spire-shaped cross section that is wide on the bottom plate side and narrow on the long hole side.
さらに本発明では、前記突起部は前記排出用流路に対向する位置に配置されていてよい。 Furthermore, in the present invention, the protrusion may be disposed at a position facing the discharge channel.
本発明によれば、長孔から噴射された冷却液は突起部により長孔の配列方向と平行な方向すなわち容器の底板部の内面に沿う方向に誘導されるから、冷却液同士が激しく衝突し、冷却液の滞留が抑制され、その結果、熱の輸送が効率よく行われ、冷却性能を向上することができる。 According to the present invention, the cooling liquid sprayed from the long holes is guided by the protrusions in a direction parallel to the arrangement direction of the long holes, that is, along the inner surface of the bottom plate portion of the container. The stagnation of the cooling liquid is suppressed, and as a result, the heat is efficiently transported and the cooling performance can be improved.
つぎに本発明を実施例を参照して説明する。図1は本発明に係るインピンジメント式冷却装置の一例の一部破断した部分断面図である。このインピンジメント式冷却装置1は、本発明の容器に相当する矩形もしくは方形の扁平形状で液密性のコンテナ2を備え、コンテナ2は冷却対象物に熱的に接続される本発明の底板部に相当するベースプレート3と、周壁部を構成する矩形枠状のマニホールドプレート4と、マニホールドプレート4の開口部を閉じるカバープレート5とによって構成されている。ベースプレート3の外面(図1での下面)が冷却対象物から熱が伝達される冷却面3aとなっている。ベースプレート3の内面(図1での上面)のほぼ中央部に複数のフィン6が互いに一定の間隔をあけてかつ平行に立設されている。隣接するフィン6同士の間が冷却流路であるマイクロチャンネル7となっている。カバープレート5の四隅のうち一つの角部に、図示しない供給管が接続される供給孔8が形成されている。供給孔8は、カバープレート5を板厚方向に貫通してコンテナ2の内部に連通している。
Next, the present invention will be described with reference to examples. FIG. 1 is a partially cutaway partial sectional view of an example of an impingement type cooling apparatus according to the present invention. The impingement type cooling device 1 includes a rectangular or square flat and liquid-
上記のマニホールドプレート4は、供給孔8を介してコンテナ2の内部に供給された冷却液をマイクロチャンネル7に分散させて供給し、また、マイクロチャンネル7で熱交換を行って温度が上昇した冷却液を集めてコンテナ2の外部に排出するためのものである。図1に示すように、マニホールドプレート4の厚さ方向のほぼ中央に隔壁9が設けられている。隔壁9には、本発明の長孔に相当するノズル10が、前記隔壁9の板厚方向に貫通して複数形成されている。各ノズル10は、図1に示す例では、フィン6の幅方向と直交する方向に延びた細長いスリット状に形成されるとともに、マニホールドプレート4の幅方向に一定の間隔をあけて平行に配列されている。また、このように配列された複数のノズル10を1セットとして、図1に示す例では、マニホールドプレート4の長さ方向に一定の間隔をあけて4セット、形成されている。隔壁9とカバープレート5とによって区画された空間に、供給孔8が連通している。供給孔8から供給された冷却液は、各ノズル10からマイクロチャンネル7に向けて噴射される。したがって上記の空間が供給側ヘッダ11として機能する。
The manifold plate 4 supplies the cooling liquid supplied to the inside of the
前記隔壁9の図1での下面はフィン6の先端部に接している。そして、隔壁9の下面でかつノズル10同士の間には、フィン6側に開口する凹部12が形成されている。各凹部12はノズル10の長さ方向すなわちフィン6に直交する方向に延びて形成されている。各凹部12の長さ方向での一方の端部は排出側ヘッダ13に連通されている。排出側ヘッダ13は、排出孔14を介して図示しない排出管に連通されている。排出孔14は、供給孔8に対して対角線上で反対側に設けられ、隔壁9とカバープレート5との間の空間には連通せずに、隔壁9とベースプレート3との間の空間に連通している。排出側ヘッダ13は、各凹部12が連通するように、また各凹部12の長さ方向に対して直交するようにコンテナ2の内部に形成されかつ排出孔14に連通した流路となっている。つまり各凹部12が冷却液の排出用流路となっている。
The lower surface of the
図2は、図1に示すII−II線矢視断面図であり、図3は図2のIII−III線に沿う断面の一部を示す図であり、図4は図2のIV−IV線に沿う断面の一部を示す図である。図2ないし図4に示すように、マイクロチャンネル7の底部15に、ノズル10側に盛り上がった突起部16が複数形成されている。この突起部16は、ノズル10から噴出された冷却液を速やかに凹部12に導くことによりマイクロチャンネル7における冷却液の滞留時間を短くするためのものである。前記突起部16は、ここに示す例では、ノズル10および凹部12の直下にそれぞれ設けられている。そのため、ノズル10から噴出された冷却液は、後述するように突起部16の頂部16aに衝突してノズル10の配列方向(図2の左右方向)に誘導されるとともに、図2の左右方向に誘導された冷却液は前記ノズル10の直下に配置された突起部16に隣接する他の突起部16に衝突して凹部12に導かれる。上記の突起部16は、図2に示すように、断面形状がベースプレート3側で幅が広くかつ前記ノズル10側で幅の狭い三角形断面もしくは尖塔形断面をなすように形成されている。また、図3および図4に示すように、突起部16はフィン6同士の間に配置されていて、突起部16の長さ方向の両端部はフィン6に接している。したがってフィン6同士の間では、突起部16とノズル10とが対向している。なお、突起部16は、冷却液を凹部12に速やかに導くように構成されていればよく、図2に示す形状に替えて、断面形状が方形あるいは矩形をなすように形成してもよく、また、底部15におけるノズル10や凹部12の直下にピンを配置してそのピンを突起部16としてもよい。
2 is a cross-sectional view taken along line II-II shown in FIG. 1, FIG. 3 is a view showing a part of a cross section taken along line III-III in FIG. 2, and FIG. 4 is IV-IV in FIG. It is a figure which shows a part of cross section along a line. As shown in FIGS. 2 to 4, a plurality of
上記のインピンジメント式冷却装置1の作用について説明する。冷却対象物の熱がベースプレート3に伝達されると、その熱はマイクロチャンネル7の底部15および突起部16ならびにフィン6に伝達される。冷却液は供給孔8を介して供給側ヘッダ11に供給され、マイクロチャンネル7に向けてノズル10から噴出される。ノズル10から噴出された冷却液は、図2および図3に示すように、突起部16の頂部16aに衝突することにより、フィン6の配列方向に誘導される。このような図2の左右方向への冷却液の流動は、ノズル10毎に同様に生じるため、マイクロチャンネル7に冷却液の対向流が生じ、それら冷却液同士が衝突することにより冷却液が撹拌される。また、上述したように突起部16に冷却液が衝突することによって冷却液の流線が乱れていわゆる乱流になる。乱流となった冷却液はマイクロチャンネル7の底部15および突起部16ならびにフィン6に衝突を繰り返しながら熱交換を行う。
The operation of the impingement type cooling device 1 will be described. When the heat of the object to be cooled is transmitted to the
また、突起部16は上述したようにノズル10および凹部12の直下に設けられているため、前記冷却液同士の衝突は、凹部12の直下もしくはその近傍で生じる。上記のようにして衝突した冷却液は、図2および図4に示すように、突起部16によって凹部12に向けて誘導される。この冷却液のいわゆる跳ね返り流は凹部12に沿って流動し、排出側ヘッダ13で集合させられ、排出孔14からインピンジメント式冷却装置1の外部に排出される。
Further, since the
このように本発明では、ノズル10から噴出された冷却液を突起部16に衝突させてノズル10の配列方向に誘導するとともに凹部12に誘導するため、上述したマイクロチャンネル7の底部15に冷却液を衝突させてその跳ね返り流を凹部12に導く場合に比較して、凹部12に速やかに冷却液を誘導できる。そのため、マイクロチャンネル7における冷却液の滞留時間を短くできるとともに、マイクロチャンネル7の底部15に冷却液がとどまる滞留部が生じることを抑制できる。つまり、マイクロチャンネル7に効率よく低温の冷却液が供給されることとなる。また、冷却液が突起部16に衝突することにより乱流になり、冷却液とマイクロチャンネル7の底部15および突起部16ならびにフィン6との衝突が増大する。それらの結果、インピンジメント式冷却装置1の全体としての冷却性能を向上できる。さらに、底部15に突起部16を設けることにより、マイクロチャンネル7の底部15での冷却液に対する伝熱面積が拡大するため、インピンジメント式冷却装置1の全体としての冷却性能を更に向上できる。
As described above, in the present invention, the coolant ejected from the
なお、本発明は上述した構成に限定されないのであって、突起部16はノズル10から噴出された冷却液をフィン6の幅方向に誘導して冷却液同士を衝突させるように底部15に設けられていればよく、したがって、突起部16は、底部15におけるノズル10に対応する位置から外れていてもよい。
The present invention is not limited to the above-described configuration, and the
1…インピンジメント式冷却装置、 2…コンテナ(容器)、 3…ベースプレート、 3a…底板部、 6…フィン、 10…ノズル、 12…凹部(排出用流路)、 16…突起部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Impingement type cooling device, 2 ... Container (container), 3 ... Base plate, 3a ... Bottom plate part, 6 ... Fin, 10 ... Nozzle, 12 ... Recessed part (discharge flow path), 16 ... Projection part.
Claims (3)
前記底板部の内面であって前記長孔の直下に、前記長孔に向けて盛り上がるとともに前記長孔から噴射された前記冷却液を前記長孔の配列方向と平行な方向に誘導する突起部が設けられていることを特徴とするインピンジメント式冷却装置。 The outer surface of the bottom plate portion of the container is a cooling surface to which heat is transferred from the object to be cooled, a partition wall is provided in the center of the container in the thickness direction of the container, and the partition wall is provided on the inner surface of the bottom plate portion. A plurality of long holes for injecting the coolant toward the plate are formed so as to penetrate in the plate thickness direction of the partition wall, and are arranged at a predetermined interval in a direction parallel to the bottom plate portion, and between the long holes, In the impingement type cooling apparatus provided with a discharge channel that opens toward the inner surface of the bottom plate part, and provided with a plurality of fins orthogonal to the discharge channel on the inner surface of the bottom plate part,
On the inner surface of the bottom plate portion, directly below the elongated hole, a protrusion that rises toward the elongated hole and guides the coolant sprayed from the elongated hole in a direction parallel to the arrangement direction of the elongated holes. An impingement type cooling device provided.
Priority Applications (1)
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