JP2019096798A - 液冷式冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液冷式冷却装置において、冷媒の供給口が偏心している場合でも複数の電子部品に対して略均等に冷媒を流通させ冷却効率を高める。【解決手段】液冷式冷却装置１０は、そのケーシング１６の外側に複数の電子部品Ｅ１、Ｅ２が幅方向に二列となるように装着されると共に、前記ケーシング１６の内部にはフィン１８が収納される。このフィン１８の両端部には、ケーシング１６の供給口２８及び排出口３０とは幅方向で反対側となる位置に第１及び第２切欠部３４、３６が設けられ、この第１及び第２切欠部３４、３６は、第１ケース部１２の頂壁部２０から第２ケース部１４の底壁部２４側に向かって徐々に拡幅した断面三角形状に形成される。そして、第１及び第２切欠部３４、３６によって供給口２８とは反対側における流通抵抗が低減し、前記フィン１８の幅方向において略均等に冷媒を流通させ電子部品Ｅ１、Ｅ２を冷却することが可能となる。【選択図】図２

Description

本発明は、複数の流路を流れる冷媒との熱交換を行うことで電子部品を冷却することが可能な液冷式冷却装置に関する。

従来から、例えば、半導体等の熱を発する電子部品を冷却するための冷却装置が知られており、このような冷却装置は、例えば、特許文献１に開示されるように、電子部品の装着されるベースプレートと、該ベースプレートの上面を覆うカバーと、前記カバーと前記ベースプレートとの間の空間に収納されるフィンとを備える。また、カバーの幅方向中央には、冷却媒体の供給される供給管が接続され、該カバーの外縁部近傍には前記冷却媒体の排出される一組の排出管が接続される。

そして、供給管からカバー内の供給側マニホールド部へと冷却媒体が供給され、フィンの冷却媒体流路に沿って左右にわかれ外側となる排出側マニホールドへと流れることで、フィンに接合されたベースプレートと電子部品との熱交換が行われて冷却され、熱交換のなされた冷却媒体が排出管から排出される。

特開２０１６−１５３８１号公報

上述したような液冷式の冷却装置において、例えば、複数の電子部品を冷却媒体の流れ方向に沿って二列に配置して冷却する際に、前記冷却媒体の供給される供給管と、該冷却媒体の排出される排出管とが、一方の列と他方の列との中間に配置されず一方側に偏心している場合には、その一方側に冷却媒体が集中的に流れることとなる。そのため、一方の列の電子部品が冷却媒体によって効率的に冷却され、反対に他方の列における電子部品の冷却が不十分となり、二列の電子部品の冷却状態に差が生じてしまうという問題がある。

本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、冷媒の供給口が偏心している場合でも複数の電子部品に対して略均等に冷媒を流通させ冷却効率を高めることが可能な液冷式冷却装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、冷媒の供給される供給口と冷媒の排出される排出口とを有したケーシングと、ケーシング内に収納されるフィンとを備え、供給口及び排出口が冷媒の流通方向と略直交する幅方向に偏心して配置され、ケーシングに設けられた発熱を伴う電子部品を冷媒との熱交換によって冷却する液冷式冷却装置において、
ケーシングには、幅方向に互いに離間した複数の電子部品が長手方向に沿って少なくとも二列以上となるように配置され、
フィンには、幅方向において供給口に臨む部位と反対方向となる部位に切欠部を有することを特徴とする。

本発明によれば、液冷式冷却装置を構成するケーシングには、複数の電子部品が幅方向に互いに離間し長手方向に沿って少なくとも二列以上となるように配置され、一方、このケーシングに収納されるフィンには、冷媒の供給される供給口とは幅方向において反対側となる部位に切欠部が設けられている。

従って、ケーシングの内部へと冷媒が供給された際、幅方向に偏心した供給口から冷媒がフィンに沿って排出口へと流れると共に、切欠部によって流通抵抗の低減した幅方向の反対側の部位にも冷媒が流れやすくなるため、供給口に対峙していない反対側における冷媒の流量を増加させることが可能となる。

その結果、ケーシングにおいて供給口及び排出口が幅方向に偏心している場合でも、フィンに設けられた切欠部によって冷媒をケーシングの幅方向において略均一となるように流通させることができ、二列以上となるように配置された複数の電子部品を略均等に冷却することで冷却効率を高めることが可能となる。

また、切欠部を、電子部品から離間する方向に向かって断面積が拡大するように形成するとよい。

さらに、切欠部を、断面三角形状に形成するとよい。

またさらに、フィンに、幅方向において排出口に臨む部位と反対方向となる位置に別の切欠部を有するとよい。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、ケーシングには、複数の電子部品がケーシングの幅方向に互いに離間し少なくとも二列以上となるように配置された液冷式冷却装置において、フィンには冷媒の供給される供給口とは幅方向において反対側となる位置に切欠部を設けることで、ケーシングへと冷媒が供給された際、幅方向に偏心した供給口からフィンに沿って排出口へと冷媒が流れると共に、切欠部によって流通抵抗の低減した供給口とは反対側の部位へも冷媒が流れやすくなるため、供給口に対峙していない反対側への冷媒の流量を増加させることができる。

その結果、ケーシングにおいて供給口及び排出口が幅方向に偏心している場合でも、フィンに設けられた切欠部によって冷媒をケーシングの幅方向において略均一となるように流通させることができ、二列以上に配置された複数の電子部品を略均等に冷却して冷却効率を高めることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る液冷式冷却装置の分解斜視図である。 図１の液冷式冷却装置における内部を示す平面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った液冷式冷却装置の全体断面図である。 図４Ａ及び図４Ｂは、第１及び第２変形例に係るフィンが適用された液冷式冷却装置の全体断面図である。

本発明に係る液冷式冷却装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係る液冷式冷却装置を示す。

この液冷式冷却装置１０は、図１〜図３に示されるように、上下に分割自在な第１及び第２ケース部１２、１４からなるケーシング１６と、前記ケーシング１６の内部に収納されるフィン１８とを含む。

第１及び第２ケース部１２、１４は、例えば、金属製の板材を成形することで略同一形状に形成され、この第１ケース部１２は、平坦状の頂壁部２０と、該頂壁部２０の外縁部を囲むように立設した第１側壁部２２とからなり、前記頂壁部２０の上面には冷却の必要とされる半導体等の電子部品Ｅ１、Ｅ２が装着される。

この電子部品Ｅ１、Ｅ２は、図１及び図２に示されるように、例えば、第１ケース部１２の幅方向（矢印Ｂ方向）に互いに離間するように２個、長手方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に沿ってそれぞれ４個ずつとなる合計８個装着される。換言すれば、第１ケース部１２の幅方向中央に対してそれぞれ幅方向一方側（矢印Ｂ１方向）、幅方向他方側（矢印Ｂ２方向）に所定間隔離間するように二列で並列に配置され、且つ、長手方向に等間隔離間して配置される。

なお、電子部品Ｅ１、Ｅ２は、上述した数量に限定されるものではなく必要に応じて適宜設定すればよい。

第２ケース部１４は、平坦状の底壁部２４と、該底壁部２４の外縁部を囲むように立設した第２側壁部２６とからなり、前記底壁部２４は、第１ケース部１２の頂壁部２０と略同一形状に形成されると共に、前記第２側壁部２６の端部が第１ケース部１２における第１側壁部２２の端部と当接した状態で、例えば、ろう付け等によって接続される。

これにより、図３に示されるように、頂壁部２０と底壁部２４とが略平行となり、第１及び第２ケース部１２、１４に囲まれた内部空間が冷媒の流通する流路となる。

また、第２ケース部１４の底壁部２４には、外部から冷媒の供給される供給口２８と、内部を流れた冷媒の排出される排出口３０とがそれぞれ開口している。この供給口２８は、第２ケース部１４の一端部側（矢印Ａ１方向）に形成され、排出口３０は、第２ケース部１４の他端部側（矢印Ａ２方向）に形成され、それぞれ幅方向中央から幅方向一方側（図２中、矢印Ｂ１方向）へとオフセットした位置に形成される。換言すれば、第２ケース部１４において、供給口２８と排出口３０とが長手方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に沿って一直線状に配置されている（図２参照）。

そして、供給口２８及び排出口３０には、図３に示されるように、それぞれ冷媒の供給・排出される配管３２ａ、３２ｂが底壁部２４に対して略直交するように接続され、ケーシング１６において、冷媒が供給口２８から排出口３０へと長手方向（矢印Ａ２方向）に沿って流れることとなる。

フィン１８は、例えば、アルミニウム材料等の薄板を成形することで断面波状に折曲され、ケーシング１６の幅方向（矢印Ｂ方向）に沿って第１ケース部１２の頂壁部２０と第２ケース部１４の底壁部２４に対して交互に接するように配置されると共に、波状の断面形状でケーシング１６の長手方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に沿って延在するように形成されている。

また、冷媒の流通方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に沿ったフィン１８の両端部には、ケーシング１６の幅方向（矢印Ｂ方向）に所定範囲で切り欠かれた第１及び第２切欠部３４、３６がそれぞれ形成される。

この第１及び第２切欠部３４、３６は、図３に示されるように、例えば、第１ケース部１２の頂壁部２０側となる上部から第２ケース部１４の底壁部２４側となる下方に向かって徐々に幅広状となる断面三角形状に切り欠かれている。換言すれば、第１及び第２切欠部３４、３６は、底壁部２４側となる下方に向かって徐々にフィン１８の長手方向中央に向かって所定角度で傾斜するように切り欠かれることで、前記第１及び第２切欠部３４、３６を有するフィン１８は、前記底壁部２４側が短く形成される。

また、第１及び第２切欠部３４、３６は、図２に示されるように、フィン１８の幅方向において、ケーシング１６の供給口２８及び排出口３０に臨む部位（幅方向一方側）とは反対側となる幅方向他方側（矢印Ｂ２方向）に偏心するように形成され、前記幅方向（矢印Ｂ方向）に沿った所定範囲で形成される。

さらに、ケーシング１６の一端部には、フィン１８の一端部との間に冷媒の供給される空間となる供給部３８が形成され、一方、前記ケーシング１６の他端部には、フィン１８の他端部との間に冷媒の排出される空間となる排出部４０が形成される。そして、供給部３８には供給口２８が開口し、排出部４０には排出口３０が開口している。すなわち、フィン１８の第１及び第２切欠部３４、３６は、それぞれ供給部３８及び排出部４０に臨むように形成されている。

本発明の実施の形態に係る液冷式冷却装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について図２及び図３を参照しながら説明する。

先ず、図示しない冷却液供給手段からの冷媒が配管３２ａを通じて供給口２８へと供給され、この冷媒は、供給口２８から供給部３８へと導入されフィン１８に向かって流通する。

この際、供給口２８及び排出口３０がケーシング１６の幅方向中央から幅方向一方側（矢印Ｂ１方向）にオフセットし、且つ、供給口２８と排出口３０とが冷媒の流れ方向に沿って一直線状に配置されているため、ケーシング１６において冷媒が幅方向一方側に沿って流れやすくなるが、フィン１８の一端部において幅方向他方側（矢印Ｂ２方向）に第１切欠部３４を設けているため冷媒の流通抵抗が幅方向一方側に対して低減され、それに伴って、流通抵抗の小さい幅方向他方側（矢印Ｂ２方向）の流量が増加し、幅方向一方側と略同流量の冷媒が流れることとなる。

そして、供給部３８の冷媒がフィン１８の幅方向において略均等に流れ、このフィン１８へと流入した冷媒が下流側（矢印Ａ２方向）へと流れることで、この冷媒の冷熱が、フィン１８から第１ケース部１２の頂壁部２０を通じて電子部品Ｅ１、Ｅ２へと伝達され、該電子部品Ｅ１、Ｅ２で発生した熱と熱交換されることで冷却されると同時に前記冷媒が加熱される。この冷媒はフィン１８に沿って下流側（矢印Ａ２方向）へと流れることで流通方向に沿って配置された複数の電子部品Ｅ１、Ｅ２が順番に冷却されていく。

上述したように複数の電子部品Ｅ１、Ｅ２と順番に熱交換され加熱された冷媒が、フィン１８の他端部から下流側となる排出部４０へと流れ、排出口３０を通じて配管３２ｂへと排出される。この冷媒は、排出された後にケーシング１６の外部において再び冷却され、図示しない冷却液供給手段から供給口２８へと供給される。

また、フィン１８の他端部から冷媒が排出される際、幅方向他方側（矢印Ｂ２方向）に第２切欠部３６が設けられているため、幅方向他方側から排出される冷媒の流通抵抗が、幅方向一方側から排出される冷媒の流通抵抗に対して小さくなり、その排出性が向上することで円滑に排出される。

すなわち、フィン１８の他端部において、下流側におけるフィン１８からの冷媒の排出性を高めることで、前記フィン１８の上流側（矢印Ａ１方向）から冷媒が流入する際の流通抵抗がより低減され、冷媒を円滑にフィン１８へと流入させ下流側に向かって流通させることが可能となる。

以上のように、本実施の形態では、液冷式冷却装置１０を構成するケーシング１６には、冷媒の流通方向に沿って複数の電子部品Ｅ１、Ｅ２が二列に並んで配置されると共に、冷媒の供給される供給口２８と該冷媒の排出される排出口３０とが、前記ケーシング１６の幅方向一方側へとオフセットし、且つ、流通方向に沿って一直線状に配置される場合において、フィン１８の両端部には、供給口２８及び排出口３０に対して幅方向他方側へとオフセットするように、該両端部を切り欠いた第１及び第２切欠部３４、３６を設けている。

これにより、第１及び第２ケース部１２、１４において供給口２８及び排出口３０が幅方向一方側にオフセットし、幅方向他方側へと流れにくい場合でも、該供給口２８及び排出口３０とは反対側となる位置に第１及び第２切欠部３４、３６を設けることで、冷媒が流通抵抗の小さい第１及び第２切欠部３４、３６側へと流れやすくなり、前記供給口２８に対峙していない反対側（幅方向他方側）への冷媒の流量を増加させることが可能となる。

その結果、供給口２８及び排出口３０が幅方向にオフセットしている液冷式冷却装置１０であっても、冷媒をフィン１８の幅方向において略均一となるように流通させることが可能となり、それに伴って、二列に配置された複数の電子部品Ｅ１、Ｅ２を略均等に冷却して冷却効率を高めることができる。

また、第１及び第２切欠部３４、３６は、電子部品Ｅ１、Ｅ２の装着された頂壁部２０とは反対側となる底壁部２４側に設けられているため、第１及び第２切欠部３４、３６によって前記頂壁部２０とフィン１８との接触面積が減少することがない。そのため、冷媒の冷熱がフィン１８を通じて電子部品Ｅ１、Ｅ２とへ伝わる際、第１及び第２切欠部３４、３６によって伝達効率が低下してしまうことがなく前記電子部品Ｅ１、Ｅ２を確実に冷却することが可能となる。

さらに、切欠部は、少なくともフィン１８の上流側（矢印Ａ１方向）となる一端部のみに設けられていればよく（すなわち、第１切欠部３４のみ）、下流側（矢印Ａ２方向）となる他端部にも第２切欠部３６を設けることで前記フィン１８から排出部４０への流通抵抗がより低減され、より円滑に流通させることが可能となる。

また、フィン１８の両端部に形成される第１及び第２切欠部３４、３６は、上述したように底壁部２４側に向かって切欠幅が徐々に拡大する断面三角形状に形成される場合に限定されるものではない。

例えば、図４Ａに示される液冷式冷却装置５０のフィン５２のように、底壁部２４側となる下部が長手方向中央側に向かって断面矩形状に切り欠かれた切欠部５４を設けてもよいし、図４Ｂに示される液冷式冷却装置６０のフィン６２のように、底壁部２４側と頂壁部２０側となる中間部位が長手方向中央側へと断面Ｖ字状に切り欠かれた切欠部６４を設けてもよい。

この断面Ｖ字状の切欠部６４は、最も深く切り欠かれる部位が第１ケース部１２の頂壁部２０及び第２ケース部１４の底壁部２４のいずれからも等距離だけ離間しているため、前記頂壁部２０及び底壁部２４のいずれに対しても接触面積が減少してしまうことがない。そのため、頂壁部２０及び底壁部２４に対してそれぞれ電子部品Ｅ１、Ｅ２を装着した場合でも、その冷却性能が低下してしまうことがなく好適に冷却可能である。

すなわち、フィン１８には、電子部品Ｅ１、Ｅ２の装着される第１ケース部１２の頂壁部２０側となる部位を除けば、どの部位に第１及び第２切欠部３４、３６、切欠部５４、６４が設けられていてもよく、しかも、その形状は特に限定されるものではない。

さらに、第１及び第２切欠部３４、３６、切欠部５４、６４の形状は、上述したように第１及び第２ケース部１２、１４の幅方向に沿って同一形状で形成されるものに限定されるものではなく、例えば、供給口２８及び排出口３０から離間する幅方向他方側（矢印Ｂ２方向）に向かって徐々に断面積が大きくなるように形成してもよい。

なお、本発明に係る液冷式冷却装置は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０、５０、６０…液冷式冷却装置 １２…第１ケース部
１４…第２ケース部 １６…ケーシング
１８、５２、６２…フィン ２０…頂壁部
３４…第１切欠部 ３６…第２切欠部
５４、６４…切欠部 Ｅ１、Ｅ２…電子部品

Claims (4)

1. 冷媒の供給される供給口と該冷媒の排出される排出口とを有したケーシングと、前記ケーシング内に収納されるフィンとを備え、前記供給口及び排出口が前記冷媒の流通方向と略直交する幅方向に偏心して配置され、前記ケーシングに設けられた発熱を伴う電子部品を前記冷媒との熱交換によって冷却する液冷式冷却装置において、
   前記ケーシングには、前記幅方向に互いに離間した複数の電子部品が長手方向に沿って少なくとも二列以上となるように配置され、
   前記フィンには、前記幅方向において前記供給口に臨む部位と反対方向となる部位に切欠部を有することを特徴とする液冷式冷却装置。
2. 請求項１記載の液冷式冷却装置において、
   前記切欠部は、前記電子部品から離間する方向に向かって断面積が拡大するように形成されることを特徴とする液冷式冷却装置。
3. 請求項２記載の液冷式冷却装置において、
   前記切欠部は、断面三角形状に形成されることを特徴とする液冷式冷却装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の液冷式冷却装置において、
   前記フィンには、前記幅方向において前記排出口に臨む部位と反対方向となる位置に別の切欠部を有することを特徴とする液冷式冷却装置。

Images