JP2018133529A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子機器の冷却装置に関して、ユニット内に省スペースで実装でき、高い冷却性能を確保でき、冷却装置及びユニットの小型化や薄型化を実現できる技術を提供する。【解決手段】冷却装置１は、蒸発冷却方式の蒸発冷却部２と、蒸発冷却を補助するための空冷方式の補助空冷部３とを備える。蒸発冷却部２は、電子機器の発熱体に接するように配置され、内部に冷媒を有する受熱部である蒸発部２２と、受熱部で液体冷媒が蒸発した気体冷媒を放熱して液化する放熱部２１と、を有する。補助空冷部３は、受熱部と接続されている、複数の補助空冷フィン３３を含む補助空冷フィン部３２を有する。冷却装置１は、蒸発冷却部２の熱抵抗と補助空冷部３の熱抵抗との合成抵抗によって電子機器の冷却を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器を冷却する冷却装置の技術に関し、特に、蒸発冷却方式や液体冷却方式に関する。

近年、ＰＣやサーバ等の各種の電子機器は、小型化や薄型化と共に実装密度が高まっている。ＣＰＵやＧＰＵ等の半導体デバイスは、集積化が進み、発熱密度が高くなっている。ＣＰＵ等の発熱体を含む電子機器を冷却するための冷却装置には、高い冷却効率が求められている。電子機器に冷却装置を実装する場合、電子機器と冷却装置とを含むモジュール内において、冷却装置の部品を配置するスペースが限られてきている。

特に、サーバ等の電子機器は、規格等で定められたサイズや容積を持つモジュール等のユニットとして実装される場合が多い。そのユニットの例として、ラックユニット（ＲＵ：Rack Unit）が挙げられる。１ＲＵは、水平面における第１水平方向（幅方向）及び第２水平方向（奥行き方向）の所定の長さと、鉛直方向の所定の高さとを有する。所定の高さは、例えば４４．４５ｍｍと比較的小さい。そのユニットの筐体内に、サーバを構成する回路基板や、ファン（送風装置）等が配置、収容される。そして、その限られた高さを持つユニット内に、冷却装置を実装する場合、空いているスペース内に、冷却装置の部品が配置、収容される必要がある。

電子機器の冷却装置の適用候補としては、例えば、ヒートシンクを用いた空冷方式の空冷装置、蒸発冷却方式の蒸発冷却装置、液冷方式の液冷装置、等が挙げられる。従来では、空冷装置がよく利用されている。近年では、蒸発冷却装置や液冷装置も検討されることが多くなっている。蒸発冷却方式では、冷媒の液体と気体との相変化時の潜熱によって受熱及び放熱を行う。液冷方式では、受熱部や放熱部を含む流路に液体冷媒を循環させて、受熱及び放熱を行う。

蒸発冷却装置に関する先行技術例として、特開２０１３−３３８０７号公報（特許文献１）が挙げられる。特許文献１には、冷却装置等として、冷却性能を高めると共に、低背化を実現する旨や以下の旨が記載されている。その冷却装置は、発熱体の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、それらの間を接続して冷媒を運ぶ第１、第２接続管とを備える。

液冷装置に関する先行技術例として、特開２００６−２０７８８１号公報（特許文献２）が挙げられる。特許文献２には、冷却装置として、冷却性能向上及び小型化を実現する旨や以下の旨が記載されている。その冷却装置は、ファンの２つの側面に２つの放熱器が配置されている。放熱器と受熱部との間を接続する配管の途中には、タンクが設けられている。

特開２０１３−３３８０７号公報 特開２００６−２０７８８１号公報

従来の蒸発冷却装置や液冷装置等の冷却装置は、高密度実装が要求される電子機器を含むモジュールに適用する場合、実装スペースや冷却性能の点で課題がある。従来の冷却装置は、限られた高さや幅を持つユニット内に実装する場合、部品配置可能スペースが限られているため、実装がしにくい。あるいは、従来の冷却装置は、高さ等が大きいので、ユニットとしての高さ等が増大してしまう。即ち、従来の冷却装置及びモジュールでは、薄型化や小型化が実現しにくい。また、従来の冷却装置は、ユニット内の限られたスペースに実装できるように部品を小型にした場合、冷却効率が低下し、ユニットとしての冷却性能が不足してしまう。

ユニット内に空冷のためのファンが収容される場合、例えば４０角（４０×４０ｍｍの正方形を持つ直方体）以下の小型のファンが１台以上使用されることが多い。その場合、得られる風量は比較的少ない風量に限られている。そのように限られた風量しか得られないユニットの場合でも、省スペースで冷却効率が高い冷却装置が必要とされている。

特に、蒸発冷却方式の蒸発冷却装置を用いる場合、以下のような課題もある。（１）蒸発冷却装置は、冷却性能を向上させるためには、放熱部のサイズ、表面積を拡大する必要がある。しかし、それにより、冷却装置及びモジュールの高さや幅や容積が増大してしまう。（２）蒸発冷却装置では、発熱体から、受熱部である蒸発部に、一定以上の熱量が加わった場合、蒸発部内の液体冷媒がすべて蒸発して冷却ができなくなる現象であるドライアウトが発生する。（３）蒸発冷却装置では、重力等の作用を用いて冷媒を還流させている。そのため、蒸発冷却装置が電子機器に対して基本よりも傾斜した状態になった場合、還流の性能が低下して、冷却性能が低下する。（４）蒸発冷却装置は、発熱体に接する蒸発部において、受熱面の熱密度が高い場合、受熱面の面積に比べて、蒸発部内の冷媒における主沸騰面積が狭く限定されてしまい、高い冷却性能は発揮できない。

本発明の目的は、電子機器の冷却装置に関して、ユニット内に省スペースで実装でき、高い冷却性能を確保でき、冷却装置及びユニットの小型化や薄型化を実現できる技術を提供することである。

本発明のうち代表的な実施の形態は、冷却装置であって、以下に示す構成を有することを特徴とする。

一実施の形態の冷却装置は、蒸発冷却方式の冷却を行う蒸発冷却部と、前記蒸発冷却方式の冷却を補助するための空冷方式の補助空冷部と、を備え、前記蒸発冷却部は、冷却対象の電子機器の発熱体に接するように配置され、内部に冷媒を有する受熱部と、前記受熱部で受けた熱によって液体冷媒が蒸発した気体冷媒を放熱して液化する放熱部と、を有し、前記補助空冷部は、前記受熱部と接続されている、複数の空冷フィンを含む補助空冷フィン部を有し、前記蒸発冷却部の熱抵抗と前記補助空冷部の熱抵抗との合成抵抗によって前記電子機器の冷却を行う。

一実施の形態の冷却装置は、液体冷却方式の冷却を行う液冷部と、前記液体冷却方式の冷却を補助するための空冷方式の補助空冷部と、を備え、前記液冷部は、冷却対象の電子機器の発熱体に接するように配置され、内部に冷媒を有する受熱部と、前記受熱部で受けた熱によって温められた液体冷媒を放熱して冷却する放熱部と、を有し、前記補助空冷部は、前記受熱部と接続されている、複数の空冷フィンを含む補助空冷フィン部を有し、前記液冷部の熱抵抗と前記補助空冷部の熱抵抗との合成抵抗によって前記電子機器の冷却を行う。

本発明のうち代表的な実施の形態によれば、電子機器の冷却装置に関して、ユニット内に省スペースで実装でき、高い冷却性能を確保でき、冷却装置及びユニットの小型化や薄型化を実現できる。

本発明の実施の形態１の冷却装置の構成を斜視で示す図である。 実施の形態１で、Ａ−Ａ線に対応する断面の構成を示す図である。 実施の形態１で、Ｂ−Ｂ線に対応する断面の構成を示す図である。を示す図である。 実施の形態１で、Ｃ−Ｃ線に対応する断面の構成を示す図である。 実施の形態１で、適用可能であるフィンの構成例を示す図である。 実施の形態１で、モジュールの構成を斜視で示す図である。 実施の形態１で、モジュールの構成を上から見た平面で示す図である。 実施の形態１で、モジュールの構成を奥行き方向から見た平面で示す図である。 実施の形態１に対する比較例の冷却装置における、蒸発部の断面の構成を示す図である。 実施の形態１の第１変形例の冷却装置の構成を上から見た平面で示す図である。 実施の形態１の第２変形例の冷却装置の構成を斜視で示す図である。 実施の形態１の第３変形例の冷却装置の蒸発部及び補助空冷部の断面の構成を示す図である。 実施の形態１の第４変形例の冷却装置の蒸発部及び補助空冷部の断面の構成を示す図である。 本発明の実施の形態２の冷却装置の構成を斜視で示す図である。 実施の形態２で、放熱部を奥行き方向で見た平面の構成を示す図である。 実施の形態２で、モジュールの構成を上から見た平面で示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において同一部には原則として同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、各図で、説明上の方向及び座標系として、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を示す。Ｘ方向及びＹ方向は、水平面を構成する直交する２つの方向とする。Ｘ方向は、モジュール等の幅方向に対応した第１水平方向である。Ｙ方向は、モジュール等の奥行き方向に対応した第２水平方向である。Ｚ方向は、モジュール等の高さや厚さの方向に対応した鉛直方向である。

（実施の形態１）
図１〜図１３を用いて、本発明の実施の形態１の冷却装置について説明する。実施の形態１の冷却装置は、冷却対象であるサーバ等の電子機器に実装され、電子機器と冷却装置とを含むモジュールを構成する。実施の形態１の冷却装置は、冷却装置自体及びモジュールの小型化及び薄型化を実現する。モジュールは、規定のラックユニット（ＲＵ）に対応するサイズや容積を有し、高さが例えば４４．４５ｍｍである。

［冷却方式］
実施の形態１の冷却装置１（図１）は、冷却方式として、蒸発冷却方式（沸騰冷却方式、熱サイフォン方式等とも呼ばれる）と、その補助のための空冷方式とを組み合わせで用いる。冷却装置１は、蒸発冷却方式の蒸発冷却部２と、空冷方式の補助空冷部３とを有し、それらが接続されている。冷却装置１は、蒸発冷却方式の蒸発冷却部２の熱抵抗と、空冷方式の補助空冷部３の熱抵抗との合成抵抗によって電子機器（特に発熱体４）を冷却する。実施の形態１は、合成抵抗によって全体の熱抵抗を低減させた構成を有する。

特に、実施の形態１の冷却装置１は、蒸発冷却方式の放熱部２１の放熱フィン部２１Ｂと、空冷方式の補助空冷フィン部３２とが、ファンの送風方向Ｆ１に合わせた直線上に配置されている。ファンからの送風は、その直線上で、放熱フィン部２１Ｂを通過し、通過した送風が、補助空冷フィン部３２を通過する。

［冷却装置］
図１は、実施の形態１の冷却装置１の構成を、斜め上から見た斜視図で示す。実施の形態１の冷却装置１は、大別して、蒸発冷却方式の装置部分である蒸発冷却部２と、補助的な空冷方式の装置部分である補助空冷部３とを有し、それらが接続されている構造を有する。冷却装置１は、Ｘ方向の中央にあるＢ−Ｂ線を境に左右対称形状を有する。

蒸発冷却部２は、放熱部２１、接続部２３、蒸発部２２を有する。蒸発冷却部２は、ＸＹ平面で見て凸形状の部分である。放熱部２１と蒸発部２２とが接続部２３を通じて接続されている。放熱部２１、蒸発部２２、及び接続部２３は、それらの要素によって構成される内部空洞に、冷媒（熱媒体ともいう）が封入されている。特に、蒸発部２２の空洞部２２Ｂには、液体冷媒が溜められている。冷媒は、例えば純水を含む物質である。

補助空冷部３は、基板部３１、補助空冷フィン部３２を有し、それらが接続されている。補助空冷部３は、ＸＹ平面で見て長方形の部分である。

放熱部２１、蒸発部２２、及び接続部２３等の要素は、熱伝導性が高い材料、例えば銅やアルミニウム等の金属で構成される。また、金属だけでなく、要素間の接合や封止のために、樹脂等の部材が使用されてもよい。それらの要素は、同一の材料で一体成形で製造されてもよいし、複数の部品の組み立てによって製造されてもよい。

放熱部２１は、ラジエータであり、流入した冷媒を、外部流体との熱交換によって放熱する部分である。放熱部２１は、Ｘ方向に長く延在する長方体形状を有する。放熱部２１は、大別して、Ｚ方向の上側にある空洞基板部２１Ａと、下側にある放熱フィン部２１Ｂとを有し、それらが接続されている。

空洞基板部２１Ａは、接続部２３の内部空洞とつながっている内部空洞を有し、その内部空洞には、後述の内部フィンが設けられている。空洞基板部２１Ａの内部空洞に流入した気体冷媒は、内部フィン及び放熱フィン部２１Ｂの放熱作用を通じて、凝集、液化し、液体冷媒に相変化する。内部フィン及び放熱フィン部２１Ｂは、放熱効率を高めている。液化した液体冷媒は、圧力や重力等の作用によって、空洞基板部２１Ａから接続部２３を通じて、蒸発部２２に流れる。

放熱フィン部２１Ｂは、放熱や吸熱を行うヒートシンクであり、複数の放熱フィン２１Ｃを有する。空洞基板部２１Ａの下面に放熱フィン２１Ｃが設けられている。放熱フィン２１Ｃは、後述するが、本例では、平板形状のフィンを適用している。

接続部２３は、放熱部２１と蒸発部２２とを接続し、空洞基板部２１ＡのＸ方向の中央の一箇所からＹ方向に出て蒸発部２２の空洞基板部２２Ａまで延在している空洞基板部である。接続部２３の内部空洞は、冷媒５が流れる流路の一部を構成している。接続部２３の内部空洞は、空洞基板部２１Ａ及び空洞基板部２２Ａの内部空洞とつながっている。

蒸発部２２は、受熱部であり、電子機器の発熱体の上面に対して、基板部３１を介して受熱面ｓ１が接するように装着される。蒸発部２２の下面は、基板部３１を介して、発熱体の上面に接するように配置される。蒸発部２２は、大別して、Ｚ方向の上側にある空洞基板部２２Ａと、下側にある空洞部２２Ｂとを有し、それらが接続されており、内部空洞が構成されている。空洞部２２Ｂ内には、後述するが、沸騰フィンを有し、液体冷媒が溜められている。空洞部２２Ｂの下面は、基板部３１と接続されている。蒸発部２２の下面の中央の位置で、基板部３１の下面において、発熱体に接する受熱面ｓ１を有する。なお、蒸発部２２の下面と基板部３１の対応する面とを一体にし、蒸発部２２の下面の一部を受熱面ｓ１としてもよい。蒸発部２２及び基板部３１は、少なくとも受熱面ｓ１の部分において、熱伝導性が高いアルミニウムや銅等の材料を用いて構成されている。蒸発部２２は、例えば直方体形状であり、発熱体の上面のサイズ等に合わせて面積や体積が設計されている。

補助空冷部３では、Ｚ方向で蒸発部２２の下面に基板部３１が接続されている。基板部３１は、蒸発部２２の位置を中心に、Ｘ方向の左右に延在する領域に配置されている。基板部３１は、Ｘ方向に長く延在する長方形の平板形状であり、所定の厚さを持つ。放熱部２１のＸ方向の長さと、基板部３１のＸ方向の長さとは、殆ど同じに揃えられており、長さＸ０以内である。蒸発部２２と基板部３１を合わせたＺ方向の高さは、放熱部２１の高さと殆ど同じになるように設計されており、高さＺ０以内である。基板部３１は、Ｘ方向の中央の領域で、上面が蒸発部２２の下面と接続されており、下面が発熱体の上面に接している。基板部３１は、蒸発部２２の隣であるＸ方向の左右の領域に、それぞれ、補助空冷フィン部３２が設けられている。補助空冷フィン部３２が配置される領域は、放熱部２１が配置される領域と合わせるように設計されている。

補助空冷フィン部３２は、複数の補助空冷フィン３３が設けられている。本例では、補助空冷フィン３３は、ＹＺ平面を持つ平板形状のフィンを適用しており、基板部３１から上に出ている。蒸発部２２の熱抵抗と補助空冷部３の熱抵抗とで合成抵抗が構成されている。基板部３１及び補助空冷フィン部３２での空冷の作用によって、蒸発部２２の蒸発冷却が促進される。

補助空冷フィン部３２の配置の位置、方向、サイズ等は、モジュール内のファンからの送風等を考慮して設計されている。ファンからの送風方向Ｆ１に対応するＹ方向の直線上に、放熱フィン部２１Ｂの配置領域と補助空冷フィン部３２の配置領域とを有するように設計されている。ファンからの送風は、送風方向Ｆ１において、放熱フィン部２１Ｂ及び補助空冷フィン部３２を通って流れる。放熱フィン部２１Ｂを通過した風が、補助空冷フィン部３２を通過する。放熱フィン２１Ｃの形状と補助空冷フィン３３の形状は、ファンからの送風を効率的に通過させることができる形状に設計されている。このような設計により、蒸発冷却方式と補助空冷方式との組み合わせ及び合成抵抗による、高い冷却効率を実現している。

ヒートシンクとして、上記内部フィン、放熱フィン２１Ｃ、沸騰フィン、補助空冷フィン３３は、熱伝導性が高い材料、例えばアルミニウム、銅等を用いて構成される。ヒートシンクの性能は、一般に、熱抵抗によって表され、熱抵抗が小さいほど性能が高い。熱抵抗は、材質、大きさ、形状等によって決まる。そのため、一般に、ヒートシンクは、表面積がなるべく大きくなるように、複数のフィンを含む構造物として構成される。

冷却装置１における冷却作用の概要については以下である。蒸発部２２では、発熱体からの熱を、基板部３１及び受熱面ｓ１を介して受けて、液体冷媒が蒸発（沸騰を含む）、気化し、気体冷媒に相変化する。補助空冷フィン部３２は、蒸発部２２の冷媒の受熱を促進し、冷却効率を高めている。蒸発部２２の気体冷媒（言い換えると蒸気）は、軽くなってＺ方向上方へ流れ、膨張や対流により、内部空洞の流路を、接続部２３を通じて放熱部２１へと流れる。放熱部２１の空洞基板部２１Ａでは、流入した気体冷媒が、外部流体との熱交換によって凝集、液化し、液体冷媒に相変化する。放熱フィン部２１Ｂや内部フィンは、冷媒からの放熱を促進し、冷却効率を高めている。液体冷媒は、重くなってＺ方向下方やＹ方向で接続部２３の方へ流れる。放熱部２１の液体冷媒は、内部空洞の流路を、接続部２３を通じて蒸発部２２へと流れ、蒸発部２２内の液体冷媒の所に戻る。このように、冷却装置１では、内部空洞の流路における冷媒の還流によって、発熱体４の熱が外部へ輸送される。

なお、空洞基板部２１Ａ、接続部２３、及び空洞基板部２２Ａは、凸形状を有する１つの構造物として製造されてもよいし、それぞれ別の部品として製造されてそれらが組み立てられる方式でもよい。補助空冷フィン３３等のフィンは、公知の各種の製造方法で製造可能である。その製造方法としては、例えば、押出し、スカイブ加工、カシメ、マルチカッター加工、ハンダ付け等が挙げられる。必要な冷却性能等に応じて製造方法を選択可能である。

［Ａ−Ａ断面］
図２は、図１の冷却装置１の放熱部２１におけるＡ−Ａ線に対応する断面としてＸＺ平面を示す。放熱部２１は、Ｘ方向の長さＸ０のうち、接続部２３に接続される箇所の領域Ｒ１１の長さＸ１１を有し、その左右における、補助空冷フィン部３２に対応する領域Ｒ１２の長さＸ１２を有する。放熱部２１は、Ｚ方向の高さＺ０のうち、空洞基板部２１Ａの高さＺ１、放熱フィン部２１Ｂの高さＺ２を有する。放熱部２１は、Ｙ方向の前後面では、送風が通過できるように開口となっており、図示するように、複数のフィンの間に隙間がある。

空洞基板部２１Ａは、内部空洞において、少なくとも領域Ｒ１１、本例ではＸ方向の全体領域にわたって、内部フィン２１Ｄを有する。内部フィン２１Ｄは、本例では、ＸＺ断面で波形状を持つコルゲートフィンを適用している。なお、空洞基板部２１Ａ内には、内部フィン２１Ｄ自体の孔やそれ以外にも隙間があるので、Ｘ方向でも冷媒が移動可能となっている。

放熱フィン部２１Ｂは、外側を覆うフレームまたは保護カバー内に、複数の放熱フィン２１Ｃを有する。空洞基板部２１Ａの下面からＺ方向下方に平板形状の放熱フィン２１Ｃが出ている。

［Ｂ−Ｂ断面］
図３は、図１の冷却装置１におけるＢ−Ｂ線に対応する断面としてＹＺ平面を示す。冷却装置１は、Ｙ方向の長さＹ０のうち、放熱部２１の長さＹ１、接続部２３の長さＹ３、蒸発部２２の長さＹ２を有する。

放熱部２１における空洞基板部２１Ａの内部空洞の領域Ｒ２１Ｄには、図２の内部フィン２１Ｄが配置されている。放熱フィン部２１Ｂの領域Ｒ２１Ｃには、図２の放熱フィン２１Ｃが配置されている。

蒸発部２２において、空洞部２２Ｂ内には、冷媒５として液体冷媒５Ａが溜められている。空洞部２２Ｂ内で、底面からＺ方向上方に出るように、複数の沸騰フィン２２Ｃが設けられている。沸騰フィン２２Ｃは、本例では、ピン形状を適用している。

補助空冷部３において、基板部３１の下面の中央の位置に、発熱体４の上面が接するように配置されている様子を示す。接している面が受熱面ｓ１に相当する。

補助空冷部３では、基板部３１のＹ方向の長さＹ３１を有する。補助空冷フィン部３２の領域Ｒ３３の長さも長さＹ３１と同程度である。発熱体４のＹ方向の長さＹ４２を示す。基板部３１の長さＹ３１は、Ｙ方向の伝熱性を高めるために、長さＹ２よりも大きくしている。

冷媒５の還流については以下である。冷媒５は、冷却装置１の内部空洞内を、矢印で示すように、対流や重力等の作用によって還流する。空洞部２２Ｂの液体冷媒５Ａは、発熱体４からの熱を、基板部３１及び沸騰フィン２２Ｃを通じて受けることで、蒸発、気化し、気体冷媒５Ｂとなる。気体冷媒５Ｂは、内部空洞のＺ方向の上部において、Ｙ方向で接続部２３を通って放熱部２１の空洞基板部２１Ａ内に流入する。その気体冷媒５Ｂは、空洞基板部２１Ａにおいて、内部フィン２１Ｄ及び放熱フィン２１Ｃを含む放熱作用によって、凝集、液化し、液体冷媒５Ｃとなる。その液体冷媒５Ｃは、重力等の作用によって、内部空洞のＺ方向の下部において、Ｙ方向で接続部２３の斜面２３Ａを通って蒸発部２２の方へ流れ、空洞部２２Ｂの液体冷媒５Ａに合流する。

蒸発冷却方式では、冷媒５の循環に重力等の作用を利用する。冷却装置１の内部空洞の流路において、冷媒５が還流する。実施の形態１では、流路には、重力等を効率的に利用するために、鉛直方向に関する構造の工夫を有する。具体的には、接続部２３では、内部空洞の底面に斜面２３Ａが設けられている。斜面２３Ａは、放熱部２１側の内部空洞の底面から蒸発部２２に向かって下る方向の斜面である。これにより、冷媒５をより効率的に蒸発部２２に戻すことができる。空洞基板部２１Ａの底面は、他の面よりも厚くなっているが、他の面と同じ厚さにしてもよい。なお、斜面２３Ａを設けない形態でもよい。その
形態でも、冷媒５の還流は生じる。放熱部２１の空洞基板部２１Ａ内で液体冷媒５Ｃがある程度溜まると、Ｙ方向で接続部２３の方へ押し出されて蒸発部２２に戻る。

なお、鉛直方向に関する構造の工夫は、斜面２３Ａに限らず可能である。放熱部２１の内部空洞にも同様に斜面を設けた形態としてもよい。また、接続部２３や空洞基板部２１Ａの形状として、水平面に対し平板が全体的に斜めに配置される形状としてもよい。また、蒸発部２２の空洞基板部２２Ａを、放熱部２１の空洞基板部２１Ａよりも低くした形態としてもよい。その場合、放熱部２１の高さと蒸発部２２の高さとで異なる。

空冷については以下である。放熱フィン部２１Ｂの領域Ｒ２１Ｃは、送風方向Ｆ１で示すようにファンからの送風が流れる。また、補助空冷フィン部３２に対応する領域Ｒ３３には、送風方向Ｆ１で示すようにファンからの送風が流れる。なお、Ｘ方向で中央付近では、ファンからの送風は、放熱フィン部２１Ｂを通過した後、接続部２３の下を通って、蒸発部２２の空洞部２２Ｂの側面にあたり、Ｘ方向左右に分かれて、蒸発部２２の側面や補助空冷フィン部３２の領域Ｒ３３を通過するように流れる（後述の図７）。

［Ｃ−Ｃ断面］
図４は、図１の冷却装置１の蒸発部２２及び補助空冷部３における、Ｃ−Ｃ線に対応する断面としてＸＺ平面を示す。蒸発部２２は、Ｘ方向の長さＸ１１を有する。補助空冷フィン部３２は、Ｘ方向の長さＸ１２を有する。空洞部２２Ｂの内部の幅として、液体冷媒５Ａが溜められている領域のＸ方向の長さＸ２２を示す。

蒸発部２２の底面及び基板部３１の底面の中央の位置で、受熱面ｓ１に発熱体４の上面が接するように配置されている様子を示す。発熱体４の上面（及び受熱面ｓ１）のＸ方向の長さＸ４１を示す。冷媒５の沸騰時の気泡の様子を円形で示す。長さＸ４１は、長さＸ１１及び長さＸ２２よりも小さい。

補助空冷フィン３３のＺ方向の高さは、蒸発部２２の高さと殆ど同じにしているが、これに限らず可能である。なお、補助空冷フィン部３２では、補助空冷フィン３３の外側を覆うフレームや保護カバーを設けてもよい。

実施の形態１の構成では、補助空冷部３の作用によって、矢印で示すように、Ｘ方向の伝熱性が高くなる。蒸発部２２の内部空洞の液体冷媒５Ａの液面の面積において、冷媒５が蒸発する面積（主沸騰面積）は、発熱体４及び受熱面ｓ１の面積よりも大きくなる。Ｘ方向において、主沸騰面積の長さは、長さＸ２２と殆ど同じになる。長さＸ２２の液面の全体において、冷媒５の蒸発（沸騰を含む）が生じる。即ち、この冷却装置１では、効率的な蒸発冷却が実現される。

発熱体４からの熱は、基板部３１及び蒸発部２２を通じて、Ｚ方向、Ｘ方向及びＹ方向で伝わる。伝熱のイメージを矢印で示している。発熱体４からの熱の一部は、基板部３１、蒸発部２２の沸騰フィン２２Ｃを通じて、Ｚ方向で、液体冷媒５Ａに伝わる。これにより、液体冷媒５Ａが蒸発、気化する。また、発熱体４からの熱の一部は、基板部３１を通じて、Ｘ方向で左右の補助空冷フィン部３２にも伝わる。その伝熱は、補助空冷フィン部３２の補助空冷フィン３３でＺ方向上方に伝わり、空冷で放熱される。Ｘ方向で伝熱が拡がることで、主沸騰面積が長さＸ２２まで拡大される。

［フィン］
図５は、実施の形態１においてヒートシンク部分として適用可能である各種のフィンの形状の構成例を示す。対象のヒートシンクのフィンは、前述の空洞基板部２１Ａの内部フィン２１Ｄ、放熱フィン部２１Ｂの放熱フィン２１Ｃ、空洞部２２Ｂの沸騰フィン２２Ｃ、補助空冷フィン部３２の補助空冷フィン３３である。いずれのフィンも、表面積をなるべく大きくするための形状を有し、送風方向Ｆ１（Ｙ方向）に対応させて送風を効率的に通すことができる形状を有する。フィンの形状は、送風方向Ｆ１（Ｙ方向）に対応させて送風を効率的に通すことができれば、任意の形状でよい。

図５の（Ａ）は、ピン形状（言い換えると棒状、突起状）のフィンを示す。実施の形態１では、空洞部２２Ｂの沸騰フィン２２Ｃに、このピン形状のフィンを適用している。

図５の（Ｂ）は、平板形状のフィンを示す。実施の形態１では、放熱フィン部２１Ｂの放熱フィン２１Ｃ、及び補助空冷フィン部３２の補助空冷フィン３３に、この平板形状のフィンを適用している。

図５の（Ｃ）は、波形状であるコルゲートフィン（corrugated fin）を示す。コルゲートフィンは、断面が波形状である。コルゲートフィンは、例えばアルミニウム等の材料による平板を波形状に折り畳まれるように加工することで製造できる。実施の形態１では、空洞基板部２１Ａの内部フィン２１Ｄに、このコルゲートフィンを適用している。

実施の形態１の各ヒートシンクのフィンの構成に限らず、各種の構成が可能である。例えば、放熱フィン２１Ｃや補助空冷フィン３３にコルゲートフィンを適用してもよい。空洞基板部２１Ａ内の内部フィン２１Ｄを無くしてもよい。

［モジュール（１）］
図６は、実施の形態１の冷却装置１が電子機器に実装されたモジュール１０の構成として斜視図を示す。電子機器は例えばサーバであり、モジュール１０はサーバモジュールである。モジュール１０は、１ＲＵに対応するサイズ及び長方体形状を有する。モジュール１０のサイズは、Ｘ方向の長さＸ１０、Ｙ方向の長さＹ１０、Ｚ方向の高さＺ１０を示す。高さＺ１０は４４．４５ｍｍである。長さＸ１０，Ｙ１０は、高さＺ１０よりも大きい。

モジュール１０は、長方体形状の筐体１１内に、サーバを構成する回路基板１２や、ファン７が収容されている。なお、図６では、筐体１１における上面等を覆う部分を取り外した状態を示す。筐体１１の底面（ＸＹ平面）の大部分の領域には、回路基板１２が固定されている。回路基板１２の上面の所定の位置には、ＣＰＵ等の発熱体４を有する。回路基板１２の上には、所定の固定手段を用いて、冷却装置１が取り付けられ固定されている。固定手段としては、例えば、補助空冷部３の基板部３１における蒸発部２２の四隅の付近に、固定部１３を有する。固定部１３は、例えば、ねじ止めを用いるが、接着等の手段も適用可能である。固定部１３によって、基板部３１が回路基板１２に固定されている。その固定状態では、発熱体４の上面が、蒸発部２２及び基板部３１の下面の受熱面ｓ１として接するように配置されている。同様に、放熱部２１にも所定の固定部を設けてもよい。

モジュール１０では、ファン７を用いた強制冷却方式を用いることで冷却効率を高める。モジュール１０内のＹ方向で奥側にある一辺の領域には、複数のファン７、本例では４個の同じタイプのファン７がＸ方向に並列に配置されている。ファン７は、４０角（４０ｍｍ×４０ｍｍ）の軸流ファンであり、Ｙ方向の送風方向Ｆ１を有する。ファン７からモジュール１０内の部品へＹ方向（送風方向Ｆ１）で送風する。特に、ファン７からの送風が、発熱体４付近や、冷却装置１の放熱部２１や補助空冷部３を含む部分を通過する。ファン７からの送風が、ヒートシンクである放熱フィン部２１Ｂ、及び補助空冷フィン部３２の各フィンに吹き付けられて空冷される。

モジュール１０における冷却装置１の部品のサイズや位置等については以下である。モジュール１０内の限られた空きスペースにおいて、冷却装置１を省スペースで実装し、なるべく高い冷却性能を確保するために、冷却装置１のサイズ等が設計されている。

放熱部２１のサイズ（Ｘ０，Ｙ１，Ｚ０）は、モジュール１０のサイズ（Ｘ１０，Ｙ１０，Ｚ１０）に合わせて、空きスペースに配置できる範囲内で、できるだけ表面積が大きくなるように設計されている。補助空冷部３のサイズ（Ｘ０，Ｙ３１，Ｚ０）は、モジュール１０のサイズ（Ｘ１０，Ｙ１０，Ｚ１０）に合わせて、空きスペースに配置できる範囲内で、できるだけ表面積が大きくなるように設計されている。

放熱部２１や蒸発部２２及び補助空冷部３の高さＺ０は、モジュール１０の高さＺ１０から回路基板１１等を除いた部分の高さに合わせるように、一定値以内にされている。蒸発部２２の配置位置は、回路基板１１上の発熱体４の位置に合わせるように設計されている。補助空冷フィン部３２は、放熱部２１の位置及びサイズに合わせるように、Ｘ方向の長さ等が設計されている。

［モジュール（２）］
図７は、モジュール１０を上から見たＸＹ平面での構成を示す。回路基板１１上のＹ方向で奥側の一辺の領域に、放熱部２１が配置されている。放熱部２１の奥側の近い領域にファン７が配置されている。ファン７は、Ｙ方向でモジュール１０の後ろ側から吸気し、Ｙ方向で前側に排気する。ファン７からの送風は、送風方向Ｆ１で放熱フィン部２１Ｂを通過し、通過した送風が蒸発部２２や補助空冷部３の補助空冷フィン部３２を通過して、前面側へ抜ける。なお、ファン７の送風方向Ｆ１は、Ｙ方向で手前から奥へ流れる方向にしてもよい。

［モジュール（３）］
図８は、モジュール１０をＹ方向の前面側から見たＸＺ平面での構成を示す。筐体１１の底面上に、所定の固定部１４を通じて、回路基板１２が取り付けられ固定されている。固定部１４は、例えば、ねじ止め等である。冷却装置１は、モジュール１０のＺ方向の高さＺ１０のスペース内に収まっている。ファン７からの送風が、放熱フィン部２１Ｂ及び補助空冷フィン部３２を通過するように、各部品が配置されている。なお、変形例としては、冷却装置１に、筐体１１に固定するための固定部を有してもよい。

［比較例］
図９は、実施の形態１の冷却装置１に対する比較例の冷却装置の構成として、蒸発冷却方式の蒸発部９２２の構成を示す。図９では、その蒸発部９２２を、Ｙ方向から見たＸＺ平面で示す。図４の構成と図９の構成とで比較する。

蒸発部９２２は、基板部９２２Ａの上に空洞部９２２Ｂが接続されている。空洞部９２２Ｂ内には、沸騰フィン９２２Ｃを有し、液体冷媒が溜められている。空洞部９２２Ｂの底面の中央の位置で、基板部９２２Ａの下面には、発熱体４の上面が受熱面として接するように配置されている。発熱体４及び受熱面の面積におけるＸ方向の長さＸ４１は、図４と同じとする。空洞部９２２Ｂの外側のＸ方向の長さＸ１１、内側の冷媒のＸ方向の長さＸ２２も図４と同じである。

蒸発部９２２では、発熱体４からの熱が、基板部９２２Ａ及び空洞部９２２Ｂの受熱面を通じて、主にＺ方向で伝わり、沸騰フィン９２２Ｃを介して液体冷媒に伝わり、液体冷媒が蒸発、気化する。この構成では、発熱密度が高い場合、伝熱の際、Ｘ方向及びＹ方向では、熱があまり伝わらない。即ち、Ｘ方向及びＹ方向の伝熱性が低い。そのため、受熱面の面積のＸ方向の長さＸ４１に対して、液体冷媒における主沸騰面積のＸ方向の長さは、長さＸ２３のようになる。この長さＸ２３は、長さＸ４１とあまり変わらず、長さＸ２２よりも小さい。

一方、実施の形態１の図４の蒸発部２２の構成では、補助空冷部３との組み合わせによって、受熱面の面積のＸ方向の長さＸ４１に対して、液体冷媒５Ａにおける主沸騰面積のＸ方向の長さは、長さＸ２２のようになる。この長さＸ２２は、空洞部２２Ｂの内側の全体に拡がっている。即ち、空洞部２２Ｂ内での液体冷媒５Ａの蒸発が、より効率的に行われることで、比較例よりも高い冷却性能が実現できる。冷却性能を高めることで、冷却装置１のＺ方向の高さも薄型化することができる。

実施の形態１に対する他の比較例として、ＸＹ平面において、放熱部２１のＹ方向の手前の空いている領域に、ヒートシンクとして放熱フィンを延長、増設して配置する構成も考えられる。実施の形態１の冷却装置１は、そのような比較例と比べて、蒸発部２２での蒸発の効率を高めることができ、また、安価な製造が可能である利点もある。

［効果等］
上記のように、実施の形態１の冷却装置１によれば、モジュール１０内の限られたスペースに省スペースで実装でき、高い冷却性能を確保でき、冷却装置１及びモジュール１０の小型化や薄型化を実現できる。規定の高さ等を持つモジュール１０内において高密度実装が実現できる。実施の形態１によれば、蒸発冷却部２の熱抵抗と、補助空冷部３の熱抵抗との合成抵抗によって、電子機器を効率的に冷却できる。実験及びシミュレーションによれば、図９のような比較例に対し、実施の形態１の冷却装置１では、熱抵抗で表される冷却性能を、約２割下げることができる。

特に、蒸発冷却方式に関して、以下の効果を有する。（１）蒸発冷却部２だけでなく、補助空冷部３によって、冷却が補助、促進される。そのため、従来の蒸発冷却装置よりも高い冷却性能が得られる。

（２）従来の蒸発冷却装置単体で冷却性能を高めるためには、放熱部のサイズ、表面積を拡大する必要があるが、冷却装置及びモジュールのサイズが増大してしまう。それに対し、実施の形態１によれば、蒸発部２２から水平面の方向で延在するよう補助空冷部３を設けることで、蒸発冷却部２のサイズを拡大する必要無く、冷却性能を高めることができる。例えば、１ＲＵ以下（高さが４４．４５ｍｍ以下）のモジュールに収まる蒸発冷却装置において、従来の蒸発冷却装置単体の構成では、所定の包絡体積において、熱抵抗として０．１５℃／Ｗである。それに対し、実施の形態１の冷却装置１では、蒸発冷却部２及び補助空冷部３を含む同じ包絡体積において、熱抵抗として０．１℃／Ｗを達成できる。

（３）蒸発冷却方式では、発熱体の発熱量が大きい場合等に、蒸発部で冷媒のドライアウトが発生した場合、冷却ができなくなる。それに対し、実施の形態１の冷却装置１では、補助空冷部３の作用によって、蒸発部２２の冷却性能が一定値以下になることを防止でき、ドライアウトの発生を防止できる。

（４）蒸発冷却装置は、基本である水平面の配置状態から傾斜した配置状態になった場合、冷却性能が低下する。それに対し、実施の形態１の冷却装置１では、傾斜した配置状態になった場合でも、補助空冷部３の冷却性能は殆ど変わらないため、その傾斜状態の時の冷却性能の低下を軽減できる。

実施の形態１の変形例として、以下が挙げられる。

接続部２３は、蒸発部２２からの気体冷媒が放熱部２１へ流れる第１接続部と、放熱部２１からの液体冷媒が蒸発部２２へ流れる第２接続部とに分けて構成されていてもよい。

実施の形態１では、空洞基板部２１Ａ、接続部２３、及び蒸発部２２は、水平面で見て凸形状の配置とした。即ち、放熱部２１のＸ方向の中央の一箇所からＹ方向に出るように接続部２３及び蒸発部２２が配置されている。このような形状や配置に限らず可能である。放熱部２１のＸ方向の左右の一端から、Ｙ方向に出るように接続部２３及び蒸発部２２が配置されてもよい。回路基板１２上の発熱体４の位置に応じて、蒸発部２２等の位置を設計すればよい。回路基板１１上に冷却対象の発熱体が２つある場合、それぞれの発熱体の位置に対応させて、２つの蒸発部２２を同様に設けてもよい。

［変形例（１）］
図１０は、実施の形態１の第１変形例の冷却装置の構成をＸＹ平面で示す。モジュール１０の回路基板１２の平面上の構成を示す。補助空冷フィン部３２の配置領域は、実施の形態１の蒸発部２２のＸ方向の左右の領域に限らず、各種が可能である。回路基板１２の面上で、空き領域に、補助空冷フィン部３２の配置領域を拡大するように設けてもよい。

第１変形例では、蒸発部２２のＹ方向で手前側の領域Ｒ１００に延長するように、基板部３１及び補助空冷フィン部３２が設けられている。これにより、水平方向のスペースをある程度消費する代わりに、補助空冷効果がより高くなる。

更に、他の変形例として、蒸発部２２のＹ方向で手前側の領域Ｒ１００から、Ｘ方向の左右の領域Ｒ１０１，Ｒ１０２に延長するように、基板部３１及び補助空冷フィン部３２が設けられてもよい。言い換えると、補助空冷フィン部３２の領域からＹ方向で手前側の領域に領域Ｒ１０１，Ｒ１０２に延長するように、基板部３１及び補助空冷フィン部３２が設けられてもよい。

他の変形例として、実施の形態１の補助空冷フィン部３２の領域から、Ｙ方向で奥側の、放熱部２１との間にある領域Ｒ１０３，Ｒ１０４へ延長するように、基板部３１及び補助空冷フィン部３２が設けられてもよい。

［変形例（２）］
図１１は、実施の形態１の第２変形例の冷却装置の構成を斜視で示す。第２変形例では、蒸発冷却部２と補助冷却部３とが、別に分かれた部品として製造されている。冷却装置１の製造時、蒸発冷却部２と補助冷却部３とが接続されるように組み立てられる。蒸発部２２の空洞部２２Ｂの下面に基板部２２Ｅを有する。基板部２２Ｅの下面と、補助冷却部３の基板部３１の対応する領域の上面とが、所定の固定手段によって固定される。固定手段は、例えば、基板部２２Ｅの四隅の付近におけるねじ止めであるが、これに限らず適用可能である。

［変形例（３）］
図１２は、第３変形例の冷却装置の構成として、蒸発部２２及び補助冷却部３の構成をＸＺ平面で示す。蒸発部２２は、前述と同様の構成であり、底面の中央の位置で発熱体４の上面が接するように配置されている。第３変形例では、蒸発部２２のＸ方向の左右の側面に、補助冷却部３の基板部３１Ｂが接合されている。そして、その基板部３１ＢからＸ方向で外側に拡張されるように、補助空冷フィン部３２Ｂが設けられている。補助空冷フィン部３２Ｂにおいて、基板部３１ＢからＸ方向で外側に延在するように、複数の補助空冷フィン３３Ｂが設けられている。補助空冷フィン３３Ｂは、例えばＸＹ平面を持つ平板形状のフィンである。補助空冷フィン部３２ＢのＸ方向の幅は、前述と同様に、放熱部２１のＸ方向の幅に合わせられている。なお、蒸発部２２の側面と基板部３１Ｂとを一体にした形態としてもよい。

第３変形例の構成でも、補助空冷フィン３３Ｂは、ファン７からの送風方向Ｆ１に合わせて、送風を効率的に通過させる形状を有する。発熱体４からの熱は、補助空冷フィン部３２Ｂの作用によって、蒸発部２２の底面及び側面を通じて、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向で効率的に伝わる。それにより、蒸発部２２内の液体冷媒５Ａの主沸騰面積は、空洞のＸ方向の長さＸ２２まで拡大され、蒸発の効率が高くなる。

［変形例（４）］
図１３は、第４変形例の冷却装置の構成として、蒸発部２２及び補助空冷部３におけるＸＺ平面での断面を示す。第４変形例は、熱拡散性を高めるために、補助空冷部３の基板部３１の内部に、ヒートパイプ３５を埋め込んだ構成を有する。ヒートパイプ３５は、例えば管状の密閉容器内に冷媒が封入されている部品である。ヒートパイプ３５は、蒸発した気体冷媒を流す中心軸部と、凝集した液体冷媒を流す外周部との二重構造を有する。

図１３の断面では、基板部３１内に、Ｘ方向に延在する２本のヒートパイプ３５が埋め込まれている。ヒートパイプ３５の一方端が蒸発部３５ａ、他方端が凝集部３５ｂである。一方端の蒸発部３５ａは、Ｘ方向で蒸発部２２の近くに配置されており、他方端の凝集部３５ｂは、Ｘ方向で左右の補助空冷フィン部３２の近くに配置されている。Ｙ方向でも同様に複数のヒートパイプ３５が配置されている。

発熱体４からの熱は、Ｚ方向だけでなく、ヒートパイプ３５の作用によって、Ｘ方向の左右にも効率的に伝わる。これにより、冷媒５の主沸騰面積のＸ方向の長さは、蒸発部２２の空洞の全体の長さＸ２２まで拡がり、蒸発冷却の効率が高くなる。

（実施の形態２）
図１４〜図１６を用いて、本発明の実施の形態２の冷却装置について説明する。以下では、実施の形態２における実施の形態１とは異なる構成部分を説明する。

［冷却方式］
実施の形態２の冷却装置１Ｂ（図１４）は、液冷方式と、その補助のための空冷方式とを組み合わせで用いる。実施の形態２の冷却装置１Ｂは、液冷方式の液冷部６と、空冷方式の補助空冷部３とを有し、それらが接続されている。実施の形態２の補助空冷部３の構成は、実施の形態１と同様である。実施の形態２の冷却装置１Ｂは、液冷部６の熱抵抗と、補助空冷部３の熱抵抗との合成抵抗によって、電子機器を冷却する。実施の形態２の冷却装置１Ｂは、合成抵抗によって全体の熱抵抗を低減させた構成を有する。

特に、冷却装置１Ｂは、液冷方式の放熱部６１の放熱フィン部６１Ｃと、空冷方式の補助空冷フィン部３２とが、ファンの送風方向Ｆ１に対応した直線上に配置されている。ファンからの送風は、その直線上で、放熱フィン部６１Ｃを通過し、通過した送風が、補助空冷フィン部３２を通過する。

［冷却装置］
図１４は、実施の形態２の冷却装置１Ｂの構成を、斜め上から見た斜視図で示す。実施の形態２の冷却装置１Ｂは、液冷部６、補助空冷部３を有し、それらが接続されている。液冷部６は、放熱部６１、受熱部６２、接続管６３｛６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄ、｝、ポンプ６４、タンク６５を有する。

補助空冷部３は、実施の形態１と同様に、基板部３１、補助空冷フィン部３２を有する。基板部３１上で受熱部６２からＸ方向の左右に延在する領域にそれぞれ補助空冷フィン部３２を有し、補助空冷フィン３３が設けられている。

液冷部６は、ポンプ６４やタンク６５を除く部分において、Ｘ方向の長さＸ０、Ｙ方向の長さＹ０、Ｚ方向の高さＺ０を有する。放熱部６１は、Ｘ方向の長さＸ０、Ｚ方向の高さＺ０を有する。補助空冷部３（特に補助空冷フィン部３２）は、Ｘ方向の長さ及びＺ方向の高さを、放熱部６１のＸ方向の長さＸ０及びＺ方向の高さＺ０に合わせるように設計されている。

受熱部６２は、液冷ジャケット部であり、長方体形状を有し、内部に液体冷媒が流れている。受熱部６２の底面は、基板部３１の対応する領域に接続されている。受熱部６２は、底面の中央の位置で、基板部３１の対応する領域を介して、発熱体４の上面が受熱面ｓ１として接するように配置されている。受熱部６２は、放熱部６１に向いた一側面の二箇所で、接続管６３Ｂの一方端、及び接続管６３Ｃの一方端と接続されている。接続管６３Ｂの他方端は、放熱部６１の流出部６１Ｂと接続されている。接続管６３Ｃの他方端は、タンク６５と接続されている。タンク６５は、接続管６３Ｄを通じて、ポンプ６４と接続されている。ポンプ６４は、接続管６３Ａを通じて、放熱部６１の流入部６１Ａと接続されている。

放熱部６１は、ラジエータであり、Ｘ方向に延在する概略直方体形状を有し、Ｘ方向に延在する本体部６１Ｅの左右の両端の位置に、流入部６１Ａ、流出部６１Ｂを有する。本体部６１Ｅでは、流入部６１Ａと流出部６１Ｂとの間でＸ方向に延在する流路部６１Ｄと、流路部６１Ｄに対してＺ方向で接続されている放熱フィン部６１Ｃとを有する。流入部６１Ａ、流出部６１Ｂは、内部空洞を有し、液体冷媒が流れる。流入部６１Ａは、接続管６３Ａから流入した液体冷媒が流路部６１Ｄへと流れる部分である。流出部６１Ｂは、流路部６１Ｄからの冷媒が接続管６３Ｂへと流出する部分である。流路部６１Ｄは、Ｘ方向に延在する平板形状の偏平管であり、内部空洞に液体冷媒が流れる。本体部６１Ｄの外側のフレームまたは保護カバーと、流路部６１Ｄとの間に、放熱フィン部６１Ｃが設けられている。放熱フィン部６１Ｃは、複数の放熱フィンが設けられている。本体部６１Ｅの放熱フィン部６１Ｃは、Ｙ方向の前後面が開口となっている。

接続管６３｛６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄ｝は、構成要素間を接続して、液体冷媒が流れる流路を構成する。流路には、液体冷媒が封入されている。液体冷媒は、純水や他の物質を含む液体であり、腐食防止性や不凍性も有する。矢印は、液体冷媒が流れる方向を示す。接続管６３は、例えば、金属配管、あるいは高分子材料によるチューブ等で構成される。接続管６３は、スペース内で折り曲げ等が可能である。

ポンプ６４及びタンク６５は、液冷部６を構成する公知の要素である。ポンプ６４は、圧力作用によって、接続管６３を含む流路に液体冷媒を循環させる。タンク６５は、流路内の液体冷媒の揮発等による減少に備えるために、液体冷媒を多めに蓄積しておくための冷媒蓄積部である。ポンプ６４及びタンク６５の高さは、高さＺ０以下である。ポンプ６４及びタンク６５のＹ方向の幅は、放熱部６１と補助空冷部３との間のＹ方向の間隔よりも小さい。なお、図１４では、ポンプ６４及びタンク６５については、わかりやすいように外に引き出した位置に示している。後述のように、ポンプ６４及びタンク６５は、モジュール１０の実装上、放熱部６１と補助空冷部３との間の領域に配置可能である。

冷却装置１Ｂにおける冷却作用や流路については以下である。受熱部６２では、発熱体４からの熱を、基板部３１及び受熱面ｓ１を通じて受けて、液体冷媒が温められる。温められた冷媒は、接続管６３Ｃ、タンク６５、接続管６３Ｄ、ポンプ６４、接続管６３Ａを経由して、放熱部６１へ送られる。冷媒は、流入部６１Ａに流入し、流路部６１Ｄを流れる。冷媒は、流路部６１Ｄを流れながら、放熱フィン部６１Ｃの作用によって放熱される。放熱された冷媒は、流出部６１Ｂから流出する。冷媒は、接続管６３Ｂを経由して、受熱部６２に戻る。このように、液体冷媒の還流の作用によって、発熱体４の熱が外部へ輸送される。

［放熱部］
図１５は、放熱部６１の構成として、Ｙ方向から見たＸＺ平面での構成を示す。放熱部６１は、Ｘ方向の長さとして、本体部６１Ｅの長さＸ６１、流入部６１Ａの長さＸ６２、流出部６１Ｂの長さＸ６２を有する。

流入部６１Ａは、Ｙ方向の手前の側面の一箇所に、接続管６３Ａが接続される開口部６１ａを有する。流入部６１Ａは、内部空洞のＸ方向の内側の側面に、２つの流路部６１Ｄの一方端が接続される開口部を有する。流出部６１Ｂは、Ｙ方向の手前の側面の一箇所に、接続管６３Ｂが接続される開口部６１ｂを有する。流出部６１Ｂは、内部空洞のＸ方向の内側の側面に、２つの流路部６１Ｄの他方端が接続される開口部を有する。

本体部６１Ｅにおいて、Ｚ方向に２つの流路部６１Ｄを有する。流路部６１Ｄは、流入部６１Ａの開口部と流出部６１Ｂの開口部との間をつなぐようにＸ方向で延在している偏平管である。

本体部６１Ｅでは、Ｚ方向で、外側を覆うフレームまたは保護カバーと、２つの流路部６１Ｄとの間に、３つの放熱フィン部６１Ｃを有する。それぞれの放熱フィン部６１Ｃには、複数の放熱フィン６１Ｆが配置されている。放熱フィン６１Ｆは、例えばコルゲートフィンを適用しているが、これに限らず可能である。

上記放熱部２１の構成に限らず各種が可能である。流入部６１Ａや流出部６１Ｂの位置、流路部６１Ｄや放熱フィン部６１Ｃの位置は、他の位置でもよい。流路部６１Ｄや放熱フィン部６１Ｃの数は、他の数でもよい。流路部６１Ｄは、偏平管に限らず、例えば複数の円管でもよい。

実施の形態２の変形例としては、放熱部６１において、Ｚ方向の上半分または下半分の領域に、流入部６１Ａ、流出部６１Ｂ、流路部６１Ｄが設けられ、その反対のＺ方向の下半分または上半分の領域に、放熱フィン部６１Ｃが設けられている構成でもよい。

［モジュール］
図１６は、図１４の冷却装置１Ｂが電子機器に実装されたモジュール１０Ｂの構成例を、上から見たＸＹ平面で示す。このモジュール１０Ｂの構成例では、図１４の部品の配置構成よりも更に工夫している。

まず、放熱部６１は、回路基板１２の面上で、ファン７に近い一辺の領域に配置されている。受熱部６２及び補助空冷部３は、回路基板１２の発熱体４の位置に対応する領域に配置されている。ファン７の構成は実施の形態１と同様である。

この構成例では、放熱部６１の本体部６１ＥのＸ方向の幅（図１５では長さＸ６１）と、補助空冷部３の基板部３１及び補助空冷フィン部３２を含むＸ方向の幅とを同じに合わせるようにしている。Ｘ方向の位置として、放熱フィン部６１ＣのＸ方向の左右端と、補助空冷フィン部３２の左右端とが揃えられている。

この幅（長さＸ６１）の領域の外側に、流入部６１Ａ及び流出部６１Ｂを有する。ファン７からの送風は、送風方向Ｆ１で、放熱部６１の放熱フィン部６１Ｃを通過し、更に補助空冷部３の補助空冷フィン部３２を通過する。これにより、図１４の配置構成の場合よりも更に冷却効率を高くできる。

また、この構成例では、回路基板１２の面上で、冷却装置１の概略矩形領域内に収まるように、接続管６３、タンク６５、及びポンプ６４が配置されている。放熱部６１と補助空冷部３との間の空き領域に、タンク６５やポンプ６４が配置されている。ポンプ６４は、流入部６１Ａに近い位置に配置されている。

なお、モジュール１０Ｂの他の構成例としては、回路基板１２の面上において、Ｘ方向で、冷却装置１の概略矩形領域の外側に空き領域がある場合には、その空き領域にタンク６５やポンプ６４が配置されてもよい。また、その場合、放熱部６１と補助空冷部３とをＹ方向でより近付けた配置構成としてよい。あるいは、空き領域を用いて、放熱部６１のＹ方向の幅や、補助空冷フィン部３２のＹ方向の幅をより大きくするように拡張した構成としてもよい。

［効果等］
上記のように、実施の形態２の冷却装置１Ｂによれば、モジュール１０Ｂ内の限られたスペースに省スペースで実装でき、高い冷却性能を確保でき、冷却装置１Ｂ及びモジュール１０Ｂの小型化や薄型化を実現できる。実施の形態２によれば、液冷部６の熱抵抗と、補助空冷部３の熱抵抗との合成抵抗によって、電子機器を効率的に冷却できる。

以上、本発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

１…冷却装置、２…蒸発冷却部、３…補助空冷部、２１…放熱部、２１Ａ…空洞基板部、２１Ｂ…放熱フィン部、２１Ｃ…放熱フィン、２２…蒸発部、２２Ａ…空洞基板部、２２Ｂ…空洞部、２３…接続部、３１…基板部、３２…補助空冷フィン部、３３…補助空冷フィン。

Claims (6)

1. 蒸発冷却方式の冷却を行う蒸発冷却部と、
   前記蒸発冷却方式の冷却を補助するための空冷方式の補助空冷部と、
   を備え、
   前記蒸発冷却部は、
   冷却対象の電子機器の発熱体に接するように配置され、内部に冷媒を有する受熱部と、
   前記受熱部で受けた熱によって液体冷媒が蒸発した気体冷媒を放熱して液化する放熱部と、
   を有し、
   前記補助空冷部は、前記受熱部と接続されている、複数の空冷フィンを含む補助空冷フィン部を有し、
   前記蒸発冷却部の熱抵抗と前記補助空冷部の熱抵抗との合成抵抗によって前記電子機器の冷却を行う、
   冷却装置。
2. 請求項１記載の冷却装置において、
   前記蒸発冷却部及び前記補助空冷部は、水平面における所定の高さの直方体領域内に配置されており、
   前記放熱部は、
   第１水平方向に延在し、前記冷媒が流れる内部空洞を持つ空洞基板部と、
   前記空洞基板部に接続され、複数の放熱フィンを含む放熱フィン部と、
   を有し、
   前記補助空冷部は、前記放熱部の一箇所から第２水平方向に延在する接続部を介して配置されている前記受熱部から、水平方向に延在する領域に、前記補助空冷フィン部が設けられている、
   冷却装置。
3. 請求項２記載の冷却装置において、
   前記水平面において、前記放熱フィン部と前記補助空冷フィン部とが、前記第２水平方向の直線上に配置されており、
   前記放熱フィン及び前記空冷フィンは、前記第２水平方向の直線上で流れる送風を通過させる形状を有する、
   冷却装置。
4. 液体冷却方式の冷却を行う液冷部と、
   前記液体冷却方式の冷却を補助するための空冷方式の補助空冷部と、
   を備え、
   前記液冷部は、
   冷却対象の電子機器の発熱体に接するように配置され、内部に冷媒を有する受熱部と、
   前記受熱部で受けた熱によって温められた液体冷媒を放熱して冷却する放熱部と、
   を有し、
   前記補助空冷部は、前記受熱部と接続されている、複数の空冷フィンを含む補助空冷フィン部を有し、
   前記液冷部の熱抵抗と前記補助空冷部の熱抵抗との合成抵抗によって前記電子機器の冷却を行う、
   冷却装置。
5. 請求項４記載の冷却装置において、
   前記液冷部及び前記補助空冷部は、水平面における所定の高さの直方体領域内に配置されており、
   前記放熱部は、
   第１水平方向に延在し、前記冷媒が流れる流路部と、
   前記流路部に接続され、複数の放熱フィンを含む放熱フィン部と、
   を有し、
   前記補助空冷部は、前記放熱部の二箇所から第２水平方向に延在する接続管を介して配置されている前記受熱部から、水平方向に延在する領域に、前記補助空冷フィン部が設けられている、
   冷却装置。
6. 請求項５記載の冷却装置において、
   前記水平面において、前記放熱フィン部と前記補助空冷フィン部とが、前記第２水平方向の直線上に配置されており、
   前記放熱フィン及び前記空冷フィンは、前記第２水平方向の直線上で流れる送風を通過させる形状を有する、
   冷却装置。

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