JP2020068301A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却システム内の冷媒量が減少した場合でも、冷却システムの冷却効率の低下を抑制する冷却装置を提供する。【解決手段】冷却ユニット２は、第１方向に拡がるコールドプレート１０と、コールドプレートの第１方向と垂直な第２方向一方側に配置されるポンプ１２およびタンク１１と、第１方向に拡がり、コールドプレートの第２方向一方側を覆う仕切り部材６０と、を有する。コールドプレートは、冷媒が第１方向の一方側から他方側に流れる第１冷媒流路２１を有する。ポンプは、冷媒を移送させる回転体が収容されるポンプ室４０を有し、タンクは、冷媒を溜めるタンク室５０と、ポンプ室と連通する第１タンク孔部１６と、を有し、仕切り部材は、第１流路とタンク室とを連通する第１孔部６０１を有し、第１タンク孔部は流入口より第１方向一方側に設けられる、冷却装置。【選択図】図１

Description

本発明は、冷却装置に関する。

従来の冷却システムは、タンクと冷媒を移送するポンプを、備える（例えば、特許文献１）。

特開２００５−１２９８１２号公報

しかしながら、従来の冷却システムは、冷却システムの使用に伴い冷媒の量が減少し、ポンプ室内に空気が入り込む場合がある。ポンプ室内に空気が入り込み、冷媒の少ない空間でポンプが駆動すると、冷媒の循環量が低下し、冷却システムの冷却効率が低下する可能性がある。

本発明は、冷却システム内の冷媒量が減少した場合でも、冷却システムの冷却効率の低下を抑制することを目的とする。

冷却ユニットを有し、冷却ユニットは、第１方向に拡がるコールドプレートと、コールドプレートの第１方向と垂直な第２方向一方側に配置されるポンプおよびタンクと、第１方向に拡がり、コールドプレートの第２方向一方側を覆う仕切り部材と、を有し、コールドプレートは第１方向の一方側から他方側に冷媒が流れる第１冷媒流路を有し、ポンプは、冷媒を移送させる回転体が収容されるポンプ室を有し、タンクは、冷媒を溜めるタンク室と、ポンプ室と連通する第１タンク孔部と、を有し、仕切り部材は、第１冷媒流路とタンク室とを連通する第１孔部を有し、第１タンク孔部は第１孔部より第１方向一方側に設けられる、冷却装置。

例示的な本発明によれば、冷却装置の冷却効率の低下を防ぐことを目的とする。

図１は、本発明の例示的な実施形態に係る冷却ユニットの断面図である。 図２は、本発明の例示的な実施形態に係る冷却装置の斜視図である。

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。本願では、重力の方向を第１方向と称する。重力のかかる方向を「第１方向一方側」とし、第１方向一方側の反対の方向を「第１方向他方側」と称する。第１方向と垂直な方向を第２方向と称する。コールドプレートに対してタンクが配置されている側を「第２方向一方側」と称し、コールドプレートにおいてタンクが配置されるのとは反対側の面側、すなわち発熱部品が配置される側を「第２方向他方側」と称する。第１方向と第２方向とに直行する方向を「第３方向」と称して、各部の形状や位置関係を説明する。

また、本願において「平行な方向」とは、略平行な方向も含む。また、本願において「直交する方向」とは、略直交する方向も含む。

＜実施形態＞
本発明の例示的な実施形態の冷却ユニット２について説明する。図１は本発明の例示的な実施形態に係る冷却ユニット２の断面図である。図２は、本発明の例示的な実施形態に係る冷却装置１の斜視図である。

冷却装置１は、冷却ユニット２とラジエータ７０と接続管８０とを有する。

冷却ユニット２は、コールドプレート１０、タンク１１、ポンプ１２および仕切り部材６０を有する。タンク１１とポンプ１２とは、コールドプレート１０の第２方向一方側に配置される。仕切り部材６０は、コールドプレート１０とタンク１１との第２方向の間に配置される。

＜コールドプレート＞
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なり、第１方向に拡がる矩形の板状である。なお、本実施形態のコールドプレート１０は、第２方向から見て四角形であるがこの限りではなく、例えば、第２方向から見て複数の角を有する多角形、または円形であってもよい。コールドプレート１０の第２方向他方側には発熱部品３０が配置される。

コールドプレート１０は、第２方向一方側の面に、冷媒が流通する第１冷媒流路２１を有する。第１冷媒流路２１は、後述する仕切り部６０の第２方向他方側の面とコールドプレート１０の第２方向一方側の面とで形成される空間である。第１冷媒流路２１には、第３方向に延び、かつ第１方向に平行に複数並んで配置されるブレード２１１が設けられる。

本実施形態における冷媒は液体であり、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。

＜ポンプ＞
冷却ユニット２は、冷媒を移送させるポンプ１２を有する。本実施形態における、ポンプ１２は遠心型ポンプであり、冷媒が流れるポンプ室４０を有する。ポンプ室４０は後述するモータ（不図示）の第２方向他方側に配置される。ポンプ室４０には冷媒を移送することができる回転体である羽根車（不図示）が配置される。

ポンプ室４０は吸込口４１１と吐出口４１２と、を有する。吸込口４１１はポンプ室４０の第２方向他方側の端面に設けられ、後述するタンク室４０の第１タンク孔部１６と連通する。吐出口４１２は、後述する第２タンク孔部１７と連通する。本実施形態において、吐出口４１２と第２タンク孔部１７とは、接続管８０とラジエータ７０とを介して接続される。

ポンプ１２の羽根車は、第２方向に延びる中心軸を中心に回転可能に支持され、モータの回転軸と連結される。モータの駆動により羽根車が回転することで、吸込口４１１からポンプ室４０内に流入した冷媒が吐出口４１２から吐き出される。

＜タンク＞
冷却ユニット２は、タンク１１を有する。タンク１１は略直方体であり、樹脂材料で形成されている。タンク１１を金属で成形する場合と比較して、容易に成形することができる。また、湿気などが付着する環境においても、タンク１１の表面が錆びることを抑制できる。タンク１１は、流れ込んだ冷媒が溜まるタンク室５０を有する。タンク室５０は、タンク１１が第２方向一方側に向かって凹んで形成された凹部である。タンク室５０は、略直方体である。冷却ユニット２がタンク室５０を有することで、冷却装置１内に循環させる冷媒の量を増やすことができる。冷却装置１内を循環させる冷媒の量を増やすことで、冷却装置１の冷却効率の低下を抑制することができる。

タンク１１は、第１タンク孔部１６と第２タンク孔部１７と、を有する。本実施形態において、第１タンク孔部１６は、第２方向に延びる。第１タンク孔部１６は、ポンプ１２の吸込口４１１と連通する。本実施形態において、第１タンク孔部１６と吸込口４１１とは第２方向に連通する。第２タンク孔部１７の一部は第２方向に延びる。第２タンク孔部１７は、ポンプの吐出口４１２と直接的または間接的に接続される。

本実施形態では、ポンプ１２とタンク１１とは隣接して配置されている。詳細には、タンク１２は側面が切り欠かれた切欠部１４を有し、ポンプ１２の少なくとも一部は切欠部１４に配置される。ポンプ１２を切欠部１４に配置することで、冷却ユニット２を小型化することができる。

＜仕切り部材＞
冷却ユニット２は、仕切り部材６０を有する。仕切り部材６０は第１方向に拡がり、タンク１１とコールドプレート１０との第２方向の間に配置される。詳細には、仕切り部材６０はタンク室５０を形成する凹部の開口を塞ぐ。タンク室５０は、タンク１１の凹部の内面と仕切り部材６０の第２方向一方側の面によって形成される。

仕切り部材６０は、第２方向に貫通する第１孔部６０１と第２孔部６０２と、を有する。第２孔部６０２は第１孔部６０１よりも第１方向一方側に設けられる。第２孔部６０２の第２方向一方側の端部は第２タンク孔部１７と連通する。第２タンク孔部１７は、直接的または間接的にポンプ室４０と接続される。第２孔部６０２の第２方向他方側の端部は第１冷媒流路２１と連通する。第１孔部６０１の第２方向一方側の端部は、タンク室５０と連通する。第１孔部６０１の第２方向他方側の端部は第１冷却流路２１と連通する。ポンプ室４０から吐出された冷媒は、第２タンク孔部１７を通り、第２孔部６０２を通る。第２孔部６０２を通った冷媒は、第１冷媒流路２１に流れ込む。第１冷媒流路２１に流れ込んだ冷媒は、第１孔部６０１を通って、タンク室５０に流れ込む。タンク室５０に流れ込んだ冷媒は、第１タンク孔部１６を通り、吸込口４１１からポンプ室４０へ吸い込まれる。

＜カバー部材＞
冷却ユニット２は、カバー部材（不図示）をさらに有する。カバー部材は、例えばシリコンなどの素材である。カバー部材は、仕切り部材６０とコールドプレート１０との第２方向の間に配置される。カバー部材は、第２方向に貫通する孔（不図示）を有し、第２孔部６０２と第２方向に一致して連通する。カバー部材は、仕切り部材６０の第２方向一方側に凹む溝部（不図示）に取り付けられる。カバー部材は、コールドプレート１０の複数のブレード２１１の第２方向一方側を覆う。詳細には、カバー部材の第２方向他方側の面は、コールドプレート１０の複数のブレード２１１の第２方向一方側の端部と接触する。カバー部材が、複数のブレード２１１の第２方向一方側の端部と接触することで、冷媒がブレード２１１の第２方向一方側を流れることを抑制し、各ブレード２１１の間に冷媒が流し込むことができる。冷媒が、複数のブレード２１１の第１方向の隙間を、第３方向に向かって流れることで、発熱部材３０からブレード２１１に伝達された熱を、効率よく冷媒に伝達することができる。

＜ラジエータ＞
冷却装置１は、ラジエータ７０をさらに有する。ラジエータ７０は、冷却用の複数のフィン７１およびパイプ７２を有する。フィン７１は平板上に形成され、第２方向に向けて起立する。フィン７１は平行に等間隔に複数配置される。パイプ７２は、複数のフィン７１の孔（不図示）に挿通されて溶接により複数のフィン７１と固定される。このとき、パイプ７２の延びる方向とフィン７１の延びる方向が直交する。パイプ７２は、内部が中空であって、冷媒が通るパイプ流路７２１を形成する。本実施形態において、パイプ流路７２１は第１方向に延びる。パイプ流路７２１の第１方向他方側の端部は直接的または間接的に第２タンク孔部１７に接続される。パイプ流路７２１の第１方向一方側の端部は、直接的または間接的に吐出口４１２と連通する。後述するが、パイプ流路７２１の第１方向他方側の端部は、例えば、接続管８０を介して第２タンク孔部１７と接続してもよい。パイプ流路７２１の第１方向一方側の端部は、例えば、接続管８０を介して吐出口４１２と接続してもよい。また、パイプ流路７２１は、第１方向に複数配置されていてもよい。

冷却装置１は、接続管８０をさらに有する。接続管８０は、内部が中空であって、例えば、ゴムなどの弾性体で成形される。接続管８０の内部には冷媒が流れる。接続管８０は、ポンプ１２とラジエータ７０とを接続する。詳細には、接続管８０の一端はパイプ流路７２１の第１方向一方側の端部と連通し、接続管８０の他端は吐出口４１２と連通する。接続管８０は、タンク１１とラジエータ７０とを接続する。詳細には、接続管８０の他端は、パイプ流路７２１の第１方向他方側の端部と接続し、接続管８０の一端は第２タンク孔部１７と接続する。

（冷却装置の動作）
コールドプレート１０の第２方向他方側の面に、例えばＣＰＵ等の冷却されるべき発熱部品３０を接触させてポンプ１２を駆動する。これにより、第１冷媒流路２１、タンク室５０、ポンプ室４０、パイプ流路７２１の順で冷媒が循環する。発熱部品３０の発熱はコールドプレート１０に伝達される。コールドプレート１０に伝達された熱は第１冷媒流路２１を流通する冷媒に伝達される。冷媒はラジエータ７０を介して放熱が行われ、発熱部品３０の温度上昇を抑制することができる。

タンク室５０の第１タンク孔部１６は、第１孔部６０１より第１方向一方側に配置されている。

ポンプ室４０は、冷媒で満たされていることが望ましい。冷却装置１内に入り込んだ空気は、冷媒と共に冷却装置１内を循環する。具体的には、ポンプ室４０内に入り込んだ空気は、羽根車により押し出され、ラジエータ７０のパイプ流路７２１を通ってコールドプレート１０の第１冷媒流路２１に入り込む。第１冷媒流路２１に入り込んだ空気は第１冷媒流路２１内を第１方向一方側から第１方向他方側に移動し、第１孔部６０１を通って、タンク室５０に入り込む。タンク室５０に入り込んだ空気は、第１方向一方側に移動することなく、タンク室５０の第１方向他方側の端部にとどまる。したがって、第１タンク孔部１６が第１孔部６０１よりも第１方向一方側に配置されることで、空気が吸込口４１１からポンプ室４０へ入り込むことを抑制できる。よって、冷却装置１の冷却効率が低下することを抑制することができる。

タンク室５０は、タンク窪み部５５をさらに有する。タンク窪み部５５は、第２方向一方側に凹む凹形状であり、略直方体である。タンク窪み部５５は、タンク室５０よりも第２方向一方側にさらに凹む空間である。タンク窪み部５５は、第１孔部６０１よりも第１方向他方側に配置されることが望ましい。タンク窪み部５５が第１孔部６０１よりも第１方向他方側に配置されることで、第１孔部６０１からタンク室５０内に流れ込み、第１方向他方側に移動する空気をタンク窪み部５５に溜めることができる。タンク室５０が、タンク窪み部５５をさらに有することで、空気を溜めることができる許容容量が増え、冷却装置１の冷却効率が低下することをより抑制することができる。

本実施形態では、タンク窪み部５５は略直方体と説明したが、これに限らない。

本実施形態では、第１孔部６０１は第２方向に平行に延びるが、これに限らない。例えば、第１孔部６０１は、第２方向他方側から第２方向一方側に向かって、第１方向一方側から第１方向他方側に向かって延びてもよい。つまり、第１孔部６０１を通過する冷媒が第１方向他方側へ移送されることで、第１孔部６０１を通った空気が滑らかにタンク室５０の第１方向他方側に移動することができる。

冷却ユニット２は複数設けられてもよい。図２は、複数の冷却ユニット２Ａ、２Ｂの斜視図である。

冷却ユニット２Ａ、２Ｂは同様の構成であり、同様の大きさである。本実施形態の冷却ユニット２Ａ、２Ｂは、第３方向に並べて配置される。

冷却ユニット２Ａ、２Ｂは、接続管（８０ａ、８０ｂ、８０ｃ）とラジエータ７０を介して直列に接続される。詳細には、ポンプ１２Ａの吐出口４１２Ａは接続管８０ａを介してラジエータ７０のパイプ流路７２１の第１方向一方側の端部に接続される。パイプ流路７２１の第１方向他方側の端部は接続管８０ｂを介して、第２タンク孔部１７Ｂに接続される。冷却ユニット２Ｂの吐出口４１２Ｂは、接続管８０ｃを介して、第２タンク孔部１７Ａに接続される。したがって、冷媒は冷却装置１内を循環する。冷却ユニットを複数設けることで、冷却装置１の冷却効率の低下を抑制しつつ、複数の放熱部品を冷却することができる。

（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。

上記実施形態では遠心型のポンプを用いたが、ダイヤフラム型、カスケード型等のポンプを用いてもよい。

１・・・冷却装置
２、２Ａ、２Ｂ・・・冷却ユニット
１０、１０Ａ、１０Ｂ・・・コールドプレート
１１、１１Ａ、１１Ｂ・・・タンク
１２、１２Ａ、１２Ｂ・・・ポンプ
１６・・・第１タンク孔部
１７・・・第２タンク孔部
２１・・・第１冷媒流路
３０、３０Ａ、３０Ｂ・・・発熱部品
４０・・・ポンプ室
５０・・・タンク室
６０・・・仕切り部材
７０・・・ラジエータ
８０、８０ａ、８０ｂ、８０ｃ・・・接続管

Claims (1)

1. 冷却ユニットを有し、
   前記冷却ユニットは、
   第１方向に拡がるコールドプレートと、
   前記コールドプレートの前記第１方向と垂直な第２方向一方側に配置されるポンプおよびタンクと、
   前記第１方向に拡がり、コールドプレートの第２方向一方側を覆う仕切り部材と、
   を有し、
   前記コールドプレートは冷媒が第１方向の一方側から他方側に流れる第１冷媒流路を有し、
   前記ポンプは、冷媒を移送させる回転体が収容されるポンプ室を有し、
   前記タンクは、冷媒を溜めるタンク室と、前記ポンプ室と連通する第１タンク孔部と、を有し、
   前記仕切り部材は、前記第１流路と前記タンク室とを連通する第１孔部を有し、
   前記第１タンク孔部は前記第１孔部より第１方向一方側に設けられる、冷却装置。
   
   

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