JP2019179833A

JP2019179833A - コールドプレート

Info

Publication number: JP2019179833A
Application number: JP2018067965A
Authority: JP
Inventors: 伸也中江; Shinya Nakae; 知嗣杉山; Tomotsugu Sugiyama
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2019-10-17
Anticipated expiration: 2038-03-30
Also published as: CN209607729U; JP7230333B2

Abstract

【課題】冷却装置において、冷媒入口及び冷媒出口から離れるに従って冷媒の流速が遅くなり、冷媒の流速が速い領域と遅い領域とで冷却ムラが発生することを抑制できるコールドプレートを提供する。【解決手段】発熱部品と下面が接触する底壁部１２と、底壁部の上面を覆う上壁部と、底壁部と上壁部とを連結し、内部に冷媒が流通する冷媒流路を形成する側壁部と、冷媒流路の一端側に配置されて冷媒が流入する流入口１３ａと、冷媒流路の他端側に配置されて冷媒が流出する流出口１３ｂと、底壁部の上面に配置される複数のブレード１２ａと、を備えたコールドプレートである。ブレードは、流入口と流出口とを結ぶ連結線Ｌに対して平行又は傾斜して延び、連結線に遠い位置に配置される第１ブレード１２ｂと、第１ブレードよりも連結線に近い位置に配置される第２ブレード１２ｃと、を含む。第１ブレードは、第２ブレードよりも延在方向の長さが短い。【選択図】図４

Description

本発明は、ＣＰＵ等の発熱部品を冷却するコールドプレートに関する。

特許文献１には発熱部品を冷却する冷却装置が開示されている。この冷却装置は冷媒入口及び冷媒出口を有する上板材と、発熱部品に接続される下板材との間に空洞部を形成する。空洞部内には所定のフィンピッチでフィンが配列されたフィンモジュールが配置される。フィンモジュールによって微細流路が形成される。

特開２０１１−７１３８６号公報

しかしながら、上記特許文献に開示された冷却装置は、冷媒入口及び冷媒出口から離れるに従って冷媒の流速が遅くなる。このため、冷媒の流速が速い領域と遅い領域とで冷却ムラが発生する問題があった。

本発明は、冷却ムラを抑制できるコールドプレートを提供することを目的とする。

本発明の例示的なコールドプレートは、底壁部と、上壁部と、側壁部と、流入口と、流出口と、ブレードと、を備える。底壁部は、発熱部品と下面が接触する。上壁部は、前記底壁部の上面を覆う。側壁部は、前記底壁部と前記上壁部とを連結し、内部に冷媒が流通する冷媒流路を形成する。流入口は、前記冷媒流路の一端側に配置されて前記冷媒流路に前記冷媒が流入する。流出口は、前記冷媒流路の他端側に配置されて前記冷媒流路から前記冷媒が流出する。ブレードは、前記底壁部の上面に配置される。前記ブレードは、前記流入口と前記流出口とを結ぶ連結線に対して平行又は傾斜して延びる。前記ブレードは、第１ブレードと、第２ブレードと、を含む。第１ブレードは、前記連結線に遠い位置に配置される。第２ブレードは、前記第１ブレードよりも前記連結線に近い位置に配置される。前記第１ブレードは、前記第２ブレードよりも延在方向の長さが短い。

例示的な本発明によれば、冷却ムラを抑制できるコールドプレートを提供することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係るコールドプレートの斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態に係るコールドプレートの上面図である。図２中のＡ−Ａ線断面斜視図である。図４は、本発明の第１実施形態に係るコールドプレートの底壁部を示す上面図である。図５は、本発明の第２実施形態に係るコールドプレートの底壁部を示す上面図である。図６は、本発明の第３実施形態に係るコールドプレートの底壁部を示す上面図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本願では、底壁部１２に対して、上壁部１３が配置されている方向を「上側」、上壁部１３が配置されている方向の反対側を「下側」、とそれぞれ称する。また、本願では、底壁部１２に対して上壁部１３が配置されている方向を「上下方向」と称し、「上下方向」と直交する方向を「水平方向」と称して、各部の形状や位置関係を説明する。ただし、これは、あくまで説明の便宜のために方向を定義したものであって、本発明に係るコールドプレート１０の製造時および使用時の向きを限定するものではない。また、本願において「平行な方向」とは、略平行な方向も含む。

＜第１実施形態＞
（１．コールドプレートの構成）
本発明の例示的な一実施形態のコールドプレートについて説明する。図１は本発明の実施形態に係るコールドプレート１０の斜視図である。図２は本発明の実施形態に係るコールドプレート１０の上面図である。また、図３は図２中のＡ−Ａ線断面である。

コールドプレート１０は、銅又はアルミニウム等の熱伝導性の高い金属から成り、底壁部１２、上壁部１３及び側壁部１４を有する。本実施形態において、コールドプレート１０は、上面視において矩形である。すなわち、底壁部１２及び上壁部１３は上面視において水平方向に拡がる矩形の板状である。なお、本実施形態の底壁部１２及び上壁部１３は上面視において四角形であるがこの限りではなく、例えば、上面視において複数の角を有する多角形、または円形であってもよい。底壁部１２の下面には発熱部品Ｈが接触する（図３参照）。

側壁部１４は、底壁部１２及び上壁部１３の周縁を連結する。側壁部１４は、底壁部１２の周縁から上方に延びる第１側壁部１４ａと上壁部１３の周縁から下方に延びる第２側壁部１４ｂとを有する。第１側壁部１４ａの上面と第２側壁部１４ｂの下面とが接合される。

冷媒流路１１は底壁部１２と、底壁部１２の上面を覆う上壁部１３と、底壁部１２及び上壁部１３の周縁を連結する側壁部１４と、で囲まれた内部空間に形成される。コールドプレート１０は、冷媒流路１１に冷媒が流入する流入口１３ａと、冷媒流路１１から冷媒が流出する流出口１３ｂと、を備える。流入口１３ａは、冷媒流路１１の一端側に配置される。流出口１３ｂは、冷媒流路１１の他端側に配置される。流入口１３ａを介して第１冷媒流路１１に流入した冷媒は、流出口１３ｂを介して第１冷媒流路１１から流出する。流入口１３ａ及び流出口１３ｂは円形であり、上壁部１３を上下方向に貫通して形成される。本実施形態において冷媒は液体であり、例えばエチレングリコール水溶液またはプロピレングリコール水溶液のような不凍液や純水等が使用される。

流入口１３ａ及び流出口１３ｂは冷媒を循環させるポンプ（不図示）及び循環する冷媒を冷却するラジエータ（不図示）に接続される。コールドプレート１０の底壁部１２の下面にＣＰＵ等の冷却されるべき発熱部品Ｈを接触させる。ポンプ３０を駆動すると、冷媒流路１１を冷媒が循環する。これにより、発熱部品Ｈの熱はコールドプレート１０の底壁部１２に伝達される。底壁部１２に伝達された熱は冷媒流路１１を流通する冷媒に伝達される。冷媒はラジエータを介して放熱が行われ、発熱部品Ｈの温度上昇を抑制することができる。なお、流入口１３ａ及び流出口１３ｂが上壁部１３に配置されることにより、ポンプ及びラジエータをコールドプレート１０上に配置して装置全体一体化するとともに小型化することができる。

底壁部１２の上面には複数のブレード１２ａが配置される。本実施形態において、ブレード１２ａは、底壁部１２と同一部材である。ブレード１２ａは、例えば、底壁部１２の上面を切削加工して形成される。これにより、底壁部１２からブレード１２ａへの熱伝導性が向上する。なお、ブレード１２ａは、底壁部１２と異なる部材により形成されてもよい。例えば、ブレード１２ａが板状のベース部材に形成され、底壁部１２とベース部材とが溶接される。これにより、製造効率が向上する。

図４は底壁部１２の上面図であり、図４において上壁部１３に設けられる流入口１３ａ及び流出口１３ｂを破線で示す。

ブレード１２ａは、第１ブレード１２ｂと、第２ブレード１２ｃと、を含む。第１ブレード１２ｂは、連結線Ｌから遠い位置に配置される。第２ブレード１２ｃは、第１ブレード１２ｂよりも連結線Ｌに近い位置に配置される。第１ブレード１２ｂは第２ブレード１２ｃよりも延在方向の長さが短い。すなわち、ブレード１２ａは連結線Ｌから離れるに従って延在方向の長さが短くなる。なお、第１ブレード１２ｂ及び第２ブレード１２ｃは複数配列されるブレード１２ａの中から任意に選択される。

ブレード１２ａの上面と上壁部１３の下面との間には上下方向の隙間Ｓが形成される（図３参照）。また、底壁部１２には、流入口１３ａ及び流出口１３ｂの直下にブレード１２ａの非形成領域Ｕが設けられる。非形成領域Ｕには、ブレード１２ａが形成されない。本実施形態において、非形成領域Ｕは冷媒流路１１の周縁に沿って環状に形成される。

流入口１３ａを介して冷媒流路１１に流入した冷媒は非形成領域Ｕからコールドプレート１０の長手方向Ｘ及び短手方向Ｙに広がり、ブレード１２ａ間及び隙間Ｓを流通する。ブレード１２ａ間を流通する冷媒は冷媒流路１１全体に広がり、流出口１３ｂから流出する。これにより、コールドプレート１０の下面全体が冷媒により冷却される。

このとき、ブレード１２ａ間を流通する冷媒の減速率はブレード１２ａの延在方向の長さが長くなるに従って大きくなる。すなわち、第１ブレード１２ｂに沿って流通する冷媒の減速率は第２ブレード１２ｃに沿って流通する冷媒の減速率よりも小さい。

また、非形成領域Ｕにおいて、流入口１３ａから冷媒流路１１に流入した冷媒は連結線Ｌから遠ざかるに従って流速が遅くなる。

このため、連結線Ｌに近い位置に配置されるブレード１２ａ間を流通する冷媒は、非形成領域Ｕにおける流速は速いが、ブレード１２ａ間を流通する際の減速率が大きい。一方、連結線Ｌから遠い位置に配置されるブレード１２ａ間を流通する冷媒は、非形成領域Ｕにおける流速は遅いが、ブレード１２ａ間を流通する際の減速率が小さい。

すなわち、第２ブレード１２ｃに沿って流通する冷媒は、非形成領域Ｕにおける流速は速いが、第２ブレード１２ｃに沿って流通する際の減速率が大きい。一方、第１ブレード１２ｂに沿って流通する冷媒は、非形成領域Ｕにおける流速は遅いが、第１ブレード１２ｂに沿って流通する際の減速率が小さい。このため、連結線Ｌに近い位置を流通する冷媒と連結線Ｌから遠い位置を流通する冷媒の流速差が小さくなる。これにより、冷媒流路１１全体で発生する冷媒の流速ムラが低減され、コールドプレート１０の冷却ムラを抑制することができる。

本実施形態において、発熱部品Ｈは、下方から見て底壁部１２の外縁の内側に配置される。より好ましくは、発熱部品Ｈは冷媒流路１１と上下方向に対向する底壁部１２の下面に配置される。このとき、コールドプレート１０は冷却ムラが抑制されているため、発熱部品Ｈを冷媒流路１１の中心からずれた位置に配置しても、発熱部品Ｈの発熱を効率よくコールドプレート１０へ伝達することができる。

底壁部１２は、上面視において矩形に形成され、流入口１３ａ及び流出口１３ｂは冷媒流路１１の対角に配置される。すなわち、流入口１３ａ及び流出口１３ｂの中心を結ぶ連結線Ｌは冷媒流路１１の対角線上に配置される。これにより、流入口１３ａと流出口１３ｂとの距離を長くして底壁部１２から流通する冷媒への熱伝導効率を向上することができる。

ブレード１２ａは連結線Ｌに対して平行に延び、連結線Ｌに対して対称に配置される。各ブレード１２ａは等間隔に配置される。これにより、流入口１３ａから流出口１３ｂに冷媒を円滑に流通させてポンプ（不図示）の消費電力を低減することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図５は第２実施形態のコールドプレート１０の底壁部１２の上面図である。図５において上壁部１３に設けられる流入口１３ａ及び流出口１３ｂを破線で示す。説明の便宜上、前述の図１〜図４に示す第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付す。第２実施形態ではブレード１２ａの配列パターンが第１実施形態とは異なる。その他の部分は第１実施形態と同様である。

ブレード１２ａはコールドプレート１０の長手方向Ｘに延びるとともに短手方向Ｙに等間隔で平行に配置される。流入口１３ａ及び流出口１３ｂは短手方向Ｙの中央に配置され、連結線Ｌは短手方向Ｙの中央を長手方向Ｘに延びる。非形成領域Ｕは短手方向Ｙに延び、連結線Ｌから離れるに従って非形成領域Ｕの長手方向Ｘの幅が大きくなる。

ブレード１２ａは連結線Ｌから遠い位置に配置されるに従って延在方向の長さが短い。連結線Ｌから遠い位置に配置されるブレード１２ａは、連結線Ｌに近い位置に配置されるブレード１２ａよりも延在方向の長さが短い。すなわち、第１ブレード１２ｂは第２ブレード１２ｃよりも延在方向の長さが短い。これにより、冷媒流路１１全体で発生する冷媒の流速ムラが低減され、コールドプレート１０の冷却ムラを抑制することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図６は第３実施形態のコールドプレート１０の底壁部１２の上面図である。説明の便宜上、前述の図５に示す第２実施形態と同様の部分には同一の符号を付す。第３実施形態では流入口１３ａ及び流出口１３ｂが側壁部１４に配置される点が第２実施形態とは異なる。その他の部分は第２実施形態と同様である。

本実施形態では、流入口１３ａ及び流出口１３ｂが側壁部１４に配置される。これにより、冷媒は、流入口１３ａを介して冷媒流路１１に水平方向に流入した後、複数のブレード１２ａ間を通過し、水平方向に流出口１３ｂを介して流通する。すなわち、冷媒は一方向に複数のブレード１２ａ間を通過する。これにより、円滑に冷媒流路１１を通過することができ、ポンプ（不図示）の消費電力を低減することができる。

本実施形態における複数のブレード１２ａは、隣り合うブレード１２ａと等間隔に配置される。なお、隣り合うブレード１２ａの間隔は、この限りではない。例えば、隣り合うブレード１２ａの間隔は、連結線Ｌから遠ざかるに従って狭くなってもよい。つまり、連結線Ｌに近い位置において隣り合うブレード１２ａの間隔は広く、連結線Ｌに遠い位置において隣り合うブレード１２ａの間隔は狭い。これにより、ブレード１２ａに沿って流通する冷媒の減速率を調整し、冷媒流路１１全体で発生する冷媒の流速ムラが低減され、コールドプレート１０の冷却ムラを抑制することができる。

本実施形態における複数のブレード１２ａの高さは、同じである。つまり、底壁部１２の上面から上方に延びるブレード１２ａの高さは、同じである。なお、ブレード１２ａの高さは、この限りではない。例えば、ブレード１２ａの高さは、連結線Ｌから遠ざかるに従って高くなってもよい。つまり、連結線Ｌに近い位置においてブレード１２ａの高さは低く、連結線Ｌに遠い位置においてブレード１２ａの高さは高い。これにより、ブレード１２ａに沿って流通する冷媒の減速率を調整し、冷媒流路１１全体で発生する冷媒の流速ムラが低減され、コールドプレート１０の冷却ムラを抑制することができる。

ブレード１２ａの上面と上壁部１３の下面との間の隙間Ｓの大きさは、短手方向Ｙに異なってもよい。例えば、複数のブレード１２ａの高さを同じにして、隙間Ｓは、連結線Ｌから遠ざかるに従って狭くなってもよい。つまり、連結線Ｌに近い位置において隙間Ｓは広く、連結線Ｌに遠い位置において隙間Ｓは狭い。これにより、ブレード１２ａに沿って流通する冷媒の減速率を調整し、冷媒流路１１全体で発生する冷媒の流速ムラが低減され、コールドプレート１０の冷却ムラを抑制することができる。

（４．その他）
上記実施形態は、本発明の例示にすぎない。実施形態の構成は、本発明の技術的思想を超えない範囲で適宜変更されてもよい。また、実施形態は、可能な範囲で組み合わせて実施されてよい。

上記実施形態では冷媒流路１１は上面視において矩形に形成したが、平行四辺形等の四角形でもよいし、円形又は多角形でもよい。また、上記実施形態ではブレード１２ａは連結線Ｌと平行に延びるが、ブレード１２ａの一部を連結線Ｌに対して若干傾斜させて配列してもよい。

１０・・・コールドプレート、１１・・・冷媒流路、１２・・・底壁部、１２ａ・・・ブレード、１２ｂ・・・第１ブレード、１２ｃ・・・第２ブレード、１３・・・上壁部、１３ａ・・・流入口、１３ｂ・・・流出口、１４・・・側壁部、１４ａ・・・第１側壁部、１４ｂ・・・第２側壁部、Ｈ・・・発熱部品、Ｌ・・・連結線、Ｓ・・・隙間、Ｕ・・・非形成領域、Ｘ・・・長手方向、Ｙ・・・短手方向

Claims

発熱部品と下面が接触する底壁部と、
前記底壁部の上面を覆う上壁部と、
前記底壁部と前記上壁部とを連結し、内部に冷媒が流通する冷媒流路を形成する側壁部と、
前記冷媒流路の一端側に配置されて前記冷媒流路に前記冷媒が流入する流入口と、
前記冷媒流路の他端側に配置されて前記冷媒流路から前記冷媒が流出する流出口と、
前記底壁部の上面に配置される複数のブレードと、
を備えたコールドプレートにおいて、
前記ブレードは、前記流入口と前記流出口とを結ぶ連結線に対して平行又は傾斜して延び、
前記ブレードは、
前記連結線に遠い位置に配置される第１ブレードと、
前記第１ブレードよりも前記連結線に近い位置に配置される第２ブレードと、
を含み、
前記第１ブレードは、前記第２ブレードよりも延在方向の長さが短い、コールドプレート。
前記ブレードは、前記連結線に対して平行に延びる、請求項１に記載のコールドプレート。
前記底壁部は、上面視において四角形に形成され、
前記連結線は、前記底壁部の対角線に対して平行に配置される、請求項１又は請求項２に記載のコールドプレート。
前記連結線は、前記底壁部の対角線上に配置される、請求項３に記載のコールドプレート。
前記ブレードは、前記連結線に対して対称に配置される、請求項１〜請求項４のいずれかに記載のコールドプレート。
前記連結線は、円形の前記流入口及び前記流出口の中心を結ぶ、請求項１〜請求項５のいずれかに記載のコールドプレート。
前記流入口及び前記流出口は、前記上壁部に配置される、請求項１〜請求項６のいずれかに記載のコールドプレート。
前記流入口と前記流出口は、前記側壁部に配置される、請求項１〜請求項６のいずれかに記載のコールドプレート。