JP2021120611A - 伝熱部材および伝熱部材を有する冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、第１冷媒を液相から気相に相変化させた際の潜熱の受け渡し効率を向上させて熱伝達率を高めることを可能にした伝熱部材等を提供する。【解決手段】本発明の伝熱部材１０は、コンテナ３０の底部３１の内面３１ａであって、底部３１の外面３１ｂに熱的に接続される少なくとも１つの発熱体の取付位置Ｐに対応する位置に形成され、コンテナ３０の底部３１の内面３１ａに固着される下面を有する板状部１１と、板状部１１の上面１１ａを含み、板状部１１の上面１１ａに沿って連続して延在する少なくとも１本の連続空洞１２と、連続空洞１２の延在方向Ｌに沿う間隔をおいて連続空洞１２を挟む両側に位置し、板状部１１の上面１１ａに配設される対をなす複数の柱状フィン部１３、１３とを備え、連続空洞１２は、対をなす柱状フィン部１３、１３に挟まれた位置の天井部分に、開口Ｏが形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、発熱体からの熱を伝えて第１冷媒を液相から気相に相変化させる伝熱部材、およびこの伝熱部材を有する冷却装置に関する。

近年の電子機器の高機能化に伴い、電子機器内部には、電気・電子部品等の発熱体（以下、単に「発熱体」という場合がある。）が高密度に搭載され、また、発熱体の発熱量が増大化する傾向がある。発熱体の温度が、所定の許容温度を超えて上昇すると、発熱体が誤作動等を起こす原因となることから、発熱体の温度は、常に許容温度以下に維持し続けることが必要である。そのため、電子機器内部には、通常、発熱体を冷却するための冷却装置が搭載されている。このような冷却装置としては、例えば、冷媒を液相から気相に相変化させることによる潜熱（気化熱）を利用した沸騰冷却装置が知られている。

上述したように、電子機器を構成する電気・電子部品等の発熱体では、発熱量が増大化する傾向があることから、沸騰冷却装置の冷却性能のさらなる向上が要求されている。沸騰冷却装置の冷却性能をさらに向上するには、冷媒の液相から気相への相変化を円滑化すること、特に冷媒の加熱・沸騰の発生を円滑化することが有用である。

冷媒の加熱・沸騰を円滑化するための手段としては、例えば、特許文献1には、内部に加熱流体が流れる管本体の外周面に、複数の第１のフィンと、前記複数の第１フィンと所定間隔を隔てて設けられた複数の第２フィンとを備え、これら第１フィンと第２フィンとを組み合わせることにより、冷媒を流入する流入口を有する空洞が形成され、前記空洞内に流入した前記冷媒が前記加熱媒体によって沸騰したときの気泡を外部に排出する複数の排出口が形成され、冷媒の流入と気泡の排出をスムーズにして伝熱性能を向上させた沸騰用伝熱管が開示されている。

このように、冷媒と接触する沸騰面（特許文献１では管本体の外周面）を、内部が広く入り口が狭い多数の空洞を有するキャビティ構造にして形成すると、冷却性能を含む伝熱性能が向上することが知られている。

特開２００５−１２１２３８号公報

しかしながら、特許文献１では、多数の空洞を、管本体の外周面に管周方向に連続するように形成されていることから、空洞の管周方向開口端は存在しないため、冷媒が管周方向開口端から空洞内に浸入することはできない。このため、特許文献１記載の伝熱管では、空洞の上部に形成した0.02〜0.2ｍｍの狭い間隔の流入口から冷媒が空洞内に浸入することになる。しかし、排出口は、流入口よりも開口サイズが大きいことから、冷媒は、流入口からだけではなく、同時に排出口からも空洞内に浸入しやすいと考えられる。この結果、空洞内への冷媒の流入と、空洞外への気泡の排出を円滑に行うことができているとは言えず、さらに改善の必要性があった。

また、冷媒の加熱・沸騰を円滑化するための他の手段としては、例えば、冷媒と接触する表面（沸騰面）に、粒子状の金属粉の焼結体からなるウィック構造体を備える構成が挙げられる。このようなウィック構造体は、液相の冷媒の保持力には優れているものの、ウィック構造体内に浸入する冷媒の流れと、沸騰によって生じる気泡がウィック構造体の外部に放出されるときの流れとがぶつかり合う結果として、冷媒が液相から気相に相変化した際の潜熱の受け渡し（熱伝達率）が十分に行われているとは言い難く、熱伝達率をより高めることができる表面（沸騰面）の新たな構造（形状）を開発することが望まれている。

本発明の目的は、コンテナの底部の内面であって、底部の外面に熱的に接続される少なくとも１つの発熱体の取付位置に対応する位置に形成される、第１冷媒と接触する表面（沸騰面）の形状の適正化を図ることによって、第１冷媒を液相から気相に相変化させた際の潜熱の受け渡し効率を向上させて熱伝達率を高めることを可能にした伝熱部材、およびこの伝熱部材を有することで、冷却効率を向上させた冷却装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は、以下のとおりである。
（１）コンテナの底部の内面であって、前記底部の外面に熱的に接続される少なくとも１つの発熱体の取付位置に対応する位置に形成され、前記発熱体からの熱を、前記コンテナの内部空間の下部に封入された液相の第１冷媒に伝えることで前記第１冷媒を加熱・沸騰させ、前記第１冷媒を液相から気相に相変化させる伝熱部材において、前記伝熱部材が、前記コンテナの底部の内面に固着される下面を有する板状部と、前記板状部の上面を含み、前記板状部の上面に沿って連続して延在する少なくとも１本の連続空洞と、前記連続空洞の延在方向に沿う間隔をおいて前記連続空洞を挟む両側に位置し、前記板状部の上面に配設される対をなす複数の柱状フィン部とを備え、前記連続空洞は、前記対をなす柱状フィン部に挟まれた位置の天井部分に、開口が形成されていることを特徴とする伝熱部材。
（２）前記柱状フィン部の高さは、前記連続空洞の高さの２倍以上である、上記（１）に記載の伝熱部材。
（３）前記複数の柱状フィン部は、前記連続空洞を挟む両側位置に、それぞれ前記連続空洞の延在方向に沿う間隔をおいて整列する柱状フィン部の群を構成する、上記（１）または（２）に記載の伝熱部材。
（４）上記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の伝熱部材の製造方法であって、前記板状部の上面に、凹凸形状の上端部分を有する複数の板状フィン部が間隔をおいて対向配置した状態で一体化された被加工素材を構成する前記板状フィン部の前記上端部分の凹部位置を加工することによって、前記複数の柱状フィン部、および前記連続空洞の、前記開口を形成していない天井部分を形成することを特徴とする伝熱部材の製造方法。
（５）上記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の伝熱部材の製造方法であって、前記板状部の上面に、フラットな上端部分を有する複数の板状フィン部が間隔をおいて対向配置した状態で一体化された被加工素材を構成する前記板状フィン部の前記上端部分の所定の位置を加工することによって、前記複数の柱状フィン部、および前記連続空洞の、前記開口を形成していない天井部分を形成することを特徴とする伝熱部材の製造方法。
（６）底部の外面に、少なくとも１つの発熱体が熱的に接続され、内部空間の下部に、液相の第１冷媒が封入されたコンテナと、前記コンテナの前記内部空間の上部位置にて、前記コンテナを貫通するように延在させ、内部を第２冷媒が流通する凝縮管とを備える冷却装置であって、前記冷却装置は、前記コンテナの底部の内面であって、前記底部の外面に熱的に接続される少なくとも１つの発熱体の取付位置に対応する位置に形成され、前記発熱体からの熱を、前記コンテナの内部空間の下部に封入された液相の第１冷媒に伝えることで前記第１冷媒を加熱・沸騰させ、前記第１冷媒を液相から気相に相変化させる伝熱部材を有し、前記伝熱部材が、前記コンテナの底部の内面に固着される下面を有する板状部と、前記板状部の上面を含み、前記板状部の上面に沿って連続して延在する少なくとも１本の連続空洞と、前記連続空洞の延在方向に沿う間隔をおいて前記連続空洞を挟む両側に位置し、前記板状部の上面に配設される対をなす複数の柱状フィン部とを備え、前記連続空洞は、前記対をなす柱状フィン部に挟まれた位置の天井部分に、開口が形成されていることを特徴とする冷却装置。

本発明によれば、第１冷媒を液相から気相に相変化させた際の潜熱の受け渡し効率を向上させて熱伝達率を高めた伝熱部材、およびこの伝熱部材を有することで、冷却効率を向上させた冷却装置を提供することが可能になる。

図１は、本発明に従う第１実施形態の伝熱部材を有する冷却装置の要部を示す斜視図である。 図２は、図１の冷却装置を構成する伝熱部材の一部を抜き出して拡大して示した斜視図である。 図３（ａ）、（ｂ）は、凹凸形状の上端部分を有する板状フィン部の凹部をプレス加工することによって、伝熱部材の板状部の上面に連続空洞を形成したときの説明図である。 図４（ａ）、（ｂ）は、フラットな上端部分を有する板状フィン部の上端部分の所定の位置をプレス加工することによって、伝熱部材の板状部の上面に連続空洞を形成したときの説明図である。 図５は、第２実施形態の伝熱部材の一部を拡大して示した斜視図である。 図６は、第３実施形態の伝熱部材（の一部）を、３枚の板材を用いて形成したときの説明図であって、図６（ａ）が、１枚の矩形状板と２枚の打抜き加工板の接合前の状態、図６（ｂ）が、１枚の矩形状板の上面に、２枚の打抜き加工板を接合し、その後、矢印方向に曲げ加工を施す直前の状態、図６（ｃ）が曲げ加工を施して伝熱部材を形成したときの状態を示す。 図７は、比較例の伝熱部材の斜視図である。 図８は、本発明例の伝熱部材と比較例の伝熱部材をそれぞれ有する冷却装置を用いて熱流束と熱伝達率を測定・算出し、算出した熱流束を横軸とし、算出した熱伝達率を縦軸としてプロットした図である。

次に、本発明のいくつかの実施形態の伝熱部材について、以下で説明する。

＜伝熱部材＞
（第１実施形態）
図１は、本発明に従う第１実施形態の伝熱部材を有する冷却装置の要部を示す斜視図であって、冷却装置を構成するコンテナの内部構造が分かるように透視した状態で示す。図２は、図１の冷却装置を構成する伝熱部材の一部を抜き出して拡大して示した斜視図である。

本発明の伝熱部材１０は、コンテナ３０の内部空間Ｓに封入された第１冷媒Ｒ１に接触し、第１冷媒Ｒ１を通じて熱を伝達することができる構成を有し、例えば冷却装置や熱交換器等のような種々の伝熱装置に用いることができる。なお、図１に示す第１実施形態の伝熱部材１０は、冷却装置１に装着して用いた場合を示している。

伝熱部材１０は、冷却装置１を構成するコンテナ３０の底部３１の内面３１ａであって、底部３１の外面３１ｂに熱的に接続される少なくとも１つの発熱体（図示せず）の取付位置Ｐに対応する位置に形成され、発熱体からの熱を、コンテナ３０の内部空間Ｓの下部に封入された液相の第１冷媒Ｒ１に伝えることで第１冷媒Ｒ１を加熱・沸騰させ、第１冷媒Ｒ１を液相から気相に相変化させる。なお、第１冷媒Ｒ１は、コンテナ３０の内部空間Ｓでは、液相状態と気相状態に相変化して存在することから、以下では、説明の便宜上、液相の第１冷媒をＲ１（Ｌ）、気相の第１冷媒をＲ１（ｇ）と区別した符号を付す場合がある。

コンテナ３０の内部空間Ｓは、外部環境に対して密閉された空間であり、脱気処理により減圧されている。

伝熱部材１０は、板状部１１と、連続空洞１２と、柱状フィン部１３とで主として構成されている。

伝熱部材１０を構成する材料としては、特に限定されず、例えば熱伝導性材料を挙げることができる。伝熱部材１０を構成する材料の具体例としては、例えば銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄合金（例えばステンレス鋼）等の金属材料や、グラファイト等の炭素材料を挙げることができる。また、伝熱部材１０は、例えば板状部１１や柱状フィン部１３の表面に、金属焼結体等の熱伝導性材料の焼結体や炭素粒子及び／または金属粉の集合体等の粒子状の熱伝導性材料の集合体を層状に形成してもよい。これにより、焼結体等を層状に形成した伝熱部材１０の表面が多孔質層となって、１次冷媒Ｒ１（Ｌ）が多孔質層内に、より長い時間保持されて伝熱特性が高まるため、１次冷媒Ｒ１の液相から気相への相変化がさらに促進されて、冷却装置１の冷却性能をさらに向上させることができる。

板状部１１は、コンテナ３０の底部３１の内面３１ａに装着（固着）される下面を有する。板状部の形状は、特に限定する必要はなく、図１に示すような矩形状の他、円形、三角形、多角形などの種々の形状が挙げられ、特にコンテナ３０の底部３１の外面３１ｂの、発熱体の取付位置Ｐに取り付けられた発熱体の接触面の形状に対応させた形状にすることが好ましい。

連続空洞１２は、板状部１１の上面１１ａを含み、板状部１１の上面１１ａに沿って連続して延在し、少なくとも１本の連続空洞１２が、伝熱部材１０に形成されている。

連続空洞１２は、対をなす柱状フィン部１３に挟まれた位置の天井部分に、開口Ｏが形成されている。連続空洞１２は、延在方向開口端１７から、連続空洞１２の延在方向Ｌに向かって眺めたとき、空間が連続している延在形状を有している。この延在形状は、連続していればよく、また、直線状だけではなく曲線状であってもよい。

柱状フィン部１３は、連続空洞１２の延在方向Ｌに沿う間隔をおいて連続空洞１２を挟む両側に位置し、対をなす複数の柱状フィン部１３が、板状部１１の上面に配設されている。

本実施形態の伝熱部材１０は、発熱体が発熱して温度が上昇している場合、発熱体の熱がコンテナ３０の底部３１を介して伝熱部材１０の板状部１１に伝達するとともに、板状部１１から柱状フィン部１３にも伝達される。そのため、伝熱部材１０では、連続空洞１２の外側周囲に位置する第１冷媒Ｒ１（Ｌ）が、伝熱部材１０の板状部１１および柱状フィン部１３によって直ちに加熱されて温度が上昇し、温度が上昇した状態の液相の第１冷媒Ｒ１（Ｌ）が、主として連続空洞１２の延在方向開口端１７から連続空洞１２内に流入するため、流入した液相の第１冷媒Ｒ１（Ｌ）は、少ない熱量で沸騰温度に到達し、気泡が発生する。気泡の発生は、その撹乱効果によって熱伝達率を著しく向上させることができる。また、連続空洞１２は、流入した液相の第１冷媒Ｒ１（Ｌ）を、気泡が成長するまでのある程度の時間は保持することができるので、ドライアウト発生の抑制にも寄与する。そして、連続空洞１２内で加熱・沸騰されて発生した気泡は、これを核としてより大きな気泡に成長し、成長した気泡が、連続空洞１２の上部（天井部分）に形成した開口Ｏを通じて連続空洞１２の外部に出ていく、いわゆる核沸騰が促進される。この結果、第１冷媒Ｒ１（Ｌ）を液相から気相に相変化させた際の潜熱の受け渡し効率が高められて熱伝達率が向上する。

柱状フィン部１３の高さｈ１は、連続空洞１２の高さｈ２の２倍以上であることが好ましい。柱状フィン部１３の高さｈ１が、連続空洞１２の高さｈ２の２倍未満であると、第１冷媒Ｒ１（Ｌ）を十分に昇温した状態で連続空洞内に流入させることができず、核沸騰を短時間で効率よく発生させることができない傾向があるからである。

柱状フィン部１３は、複数配設され、複数の柱状フィン部１３は、連続空洞１２を挟む両側位置に配設され、それぞれ連続空洞１２の延在方向Ｌに沿う間隔をおいて整列する柱状フィン部の群１４−１、１４−２を構成することが好ましい。図１では、複数の柱状フィン部１３が、７本の連続空洞１２、１２、・・の間と、両最外側に位置する２本の連続空洞１２、１２のそれぞれ外側に配設され、連続空洞１２の延在方向Ｌに沿う間隔をおいて、各８個の柱状フィン部１３、１３、・・を整列する、８列の柱状フィン部の群１４−１、１４−２、・・、１４−８（柱状フィン部１３の合計配設数が６４個）を構成した場合を一例として示している。しかしながら、柱状フィン部１３および連続空洞１２の配設数は、必要に応じて増減することができる。

柱状フィン部１３および連続空洞１２の（開口Ｏを形成していない）天井部分１６の形成方法は、特に限定はしないが、例えば、まず、板状部の上面に、複数の板状フィン部が間隔をおいて対向配置した状態で一体化された被加工素材１０´を作製する。この被加工素材の作製方法についても特に限定はしないが、例えば、切削加工、精密鋳造等の鋳造、金属粉末射出成形（ＭＩＭ）、３Ｄプリンタなどによる作成が挙げられる。次に、作製した被加工素材に、プレス加工、曲げ加工またはレーザ加工等を施すことによって、柱状フィン部１３および連続空洞１２の天井部分１６を形成することができる。

図３（ａ）、（ｂ）に示す実施形態では、被加工素材１０´として、板状部の上面に、凹凸形状（好適にはパルス波形状）の上端部分を有する複数の板状フィン部が間隔をおいて対向配置した状態で一体化されたものを用い、これらの板状フィン部のそれぞれの上端部分の凹部位置１５´を加工（例えばプレス加工）することによって、柱状フィン部１３、および連続空洞１２の天井部分１６を形成したときの例を示したものである。

また、図４（ａ）、（ｂ）に示す実施形態では、被加工素材１０Ａ´として、板状部の上面に、フラットな上端部分を有する複数の板状フィン部が間隔をおいて対向配置した状態で一体化されたものを用い、これらの板状フィン部のそれぞれの上端部分の所定の位置１５Ａ´を加工（例えばプレス加工）することによって、柱状フィン部１３、および連続空洞１２の天井部分１６を形成したときの例を示したものである。

図３（ａ）、（ｂ）に示す実施形態では、プレス加工時のプレス圧力を低くしても、柱状フィン部１３の高さ寸法を大きくすることができるという利点がある。また、図４（ａ）、（ｂ）に示す実施形態では、柱状フィン部１３の高さ寸法を高くする場合には、プレス圧力を高く設定する必要はあるものの、プレス加工位置１５Ａ´を、図３（ａ）、（ｂ）に示す実施形態のように、板状フィン部の上端部分の凹部位置１５´に合わせてプレス加工する必要がないので、プレス加工が容易にできるなどの利点がある。このため、柱状フィン部１３および連続空洞１２の天井部分１６の形成方法は、伝熱部材１０の形状・寸法に合わせて、適宜選択することができる。

また、図１では、同じ柱状フィン部の群１４−１（または１４−２、・・）を構成する、隣接する柱状フィン部１３，１３同士の配設ピッチ間隔は、図３（ａ）に示す板状フィン部の上端部分の凹部位置１５´または図４（ａ）に示す板状フィン部の上端部分の所定位置１５Ａ´する被加工領域の、連続空洞１２の延在方向に沿った寸法を変更することによって適宜調整することができる。

コンテナ３０の底部３１の内面３１ａへの伝熱部材１０の装着方法としては、例えば、型を用いてコンテナ３０の内面３１ａに一体成形法によって形成する方法や、コンテナ３０とは、別部材をコンテナ３０の内面に取り付ける方法等が挙げられる。柱状フィン部１３の形成方法としては、例えば、別途作製した板状フィンをコンテナ３０の内面３１ａに、はんだ付け、ろう付け、溶接、焼結等による取付（固着）方法、コンテナ３０の内面を切削する方法、押出成形法、エッチング法等が挙げられる。

（第２実施形態）
また、図５は、第２実施形態の伝熱部材の一部を拡大して示した斜視図である。第２実施形態の伝熱部材１０Ｂは、板状部１１Ｂと、連続空洞１２Ｂと、柱状フィン部１３Ｂとで主として構成されている点では、第１実施形態の伝熱部材１０と同じ構成を有しているが、一定の厚さを有する板状部１１の代わりに、薄板部１１ａと厚板部１１ｂとが連結されてステップ状の厚さを有する板状部１１Ｂを用いている点が構成上で大きく異なる。また、連続空洞１２Ｂの、開口Ｏを形成していない天井部分１６Ｂを構成する、連続空洞１２Ｂを挟んで両側に位置する加工部分１５Ｂの上面高さ位置が相互にずれて形成されている。これは、薄板部１１ａと厚板部１１ｂを有する板状部１１Ｂの厚さの違いによる段差から生じたものである。さらに、伝熱部材１０Ｂでは、異なる高さを有する複数の柱状フィン部１３Ｂを配設したものである。これによって、板状部１１Ｂの上面１１ａが平面でなく、段差等を有するような立体形状である場合も、その立体形状に合わせて、連続空洞１２Ｂや柱状フィン１３Ｂを形成することができる。

（第３実施形態）
図６（ａ）〜（ｃ）は、第３実施形態の伝熱部材の一部を拡大して示した斜視図である。図６（ａ）は、１枚の矩形状板２１と２枚の打抜き加工板２２、２３の接合前の状態を示す。図６（ｂ）は、１枚の矩形状板２１の上面に２枚の打抜き加工板２２，２３を接合して接合部Ｗを形成し、その後、矢印方向Ｆに力を加えて曲げ加工を施す直前の状態を示す。図６（ｃ）は、曲げ加工を施して伝熱部材を形成したときの状態を示す。第３実施形態の伝熱部材１０Ｃは、基本構造は第１実施形態の伝熱部材１０と同じであるが、構成上の異なる点は、連続空洞１２Ｃの天井部分１６Ｃが、図６（ｂ）に示すように、連続空洞１２Ｃを挟んで位置する柱状フィン部の群のうちの１方の柱状フィン部の群を構成する、隣接する柱状フィン部１３Ｃ、１３Ｃ同士の間に位置する部分１５Ｃ´を曲げ加工することによって連続空洞１２ｃの天井部分１６Ｃを形成している点である。

＜冷却装置＞
次に、本発明の実施形態の冷却装置について、以下で説明する。
本実施形態の冷却装置１は、コンテナ３０と凝縮管５０とを備える。

コンテナ３０は、底部３１の外面３１ｂに、少なくとも１つの発熱体が熱的に接続され、内部空間Ｓの下部に、液相の第１冷媒Ｒ１（Ｌ）が封入されている。

凝縮管５０は、コンテナ３０の内部空間Ｓの上部位置にて、コンテナ３０を貫通しコンテナ３０の内外にわたって延在するように配設され、凝縮管５０の内部を、第２冷媒Ｒ２が流通する。凝縮管５０の内部とコンテナ３０の内部空間Ｓとは連通していない。すなわち、凝縮管５０の内部を通る第２冷媒Ｒ２は、コンテナ３０の内部空間Ｓの下部に封入されている液相の第１冷媒Ｒ１（Ｌ）、および液相の第１冷媒Ｒ１（Ｌ）が沸騰して気相になった第１冷媒（ｇ）のいずれとも接触することはない。凝縮管５０は、気相になった第１冷媒（ｇ）から熱を吸収する第２冷媒Ｒ２を流通し、気相の第１冷媒Ｒ１（ｇ）を凝縮させて液相の第一冷媒Ｒ１（Ｌ）に相変化させるために設けられる部材である。凝縮管５０は、冷却効率を高めるため、凝縮管５０の外面に、凹凸等の表面積を増大させる部位を形成してもよいが、平滑面であってもよい。また、凝縮管５０の内面にも、凹凸等の表面積を増大させる部位を形成してもよいが、平滑面であってもよい。

冷却装置１は、複数の凝縮管、図１では２本の凝縮管５０、５０を設けた場合を示している。凝縮管５０は、コンテナ３０の内部空間Ｓにおいて、相互に略同一平面状に上下２段に並列配置されている。凝縮管５０の横断面形状は、特に限定せず、例えば、図１に示すような円形状の他、楕円形状、扁平形状、四角形状、角丸長方形状など種々の態様が挙げられる。

凝縮管５０のコンテナ３０への取り付け方法は、コンテナ３０に凝縮管５０ごとに２個の貫通孔５１、５１を設ける。これらの貫通孔５１、５１に緊密に嵌挿されることで、コンテナ３０の内部空間Ｓの密閉状態を維持したまま、凝縮管５０をコンテナ３０に取り付けることができる。

凝縮管５０には、液相の２次冷媒Ｒ２が凝縮管５０の延在方向に沿って一方向（図１では、右から左に向かう方向）に流通している。従って、２次冷媒Ｒ２は、凝縮管５０の壁面を介して、コンテナ３０の内部空間Ｓの上部位置を貫通するように流通する。２次冷媒Ｒ２は、例えば、発熱体の許容最高温度よりも低温の液温まで冷却されている。

コンテナ３０の材料としては、特に限定されず、広汎な材料が使用でき、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス、チタン、チタン合金等を挙げることができる。

凝縮管５０の材料としては、特に限定されず、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、鉄合金（例えばステンレス鋼）、チタン、チタン合金等を挙げることができる。

１次冷媒Ｒ１（Ｌ）としては、特に限定されず、広汎な材料が使用でき、例えば、電気絶縁性の冷媒を挙げることができる。具体例としては、例えば、水、フルオロカーボン類、シクロペンタン、エチレングリコール、およびこれらの混合物等を挙げることができる。これらの１次冷媒Ｒ１（Ｌ）のうち、電気絶縁性の点から、フルオロカーボン類、シクロペンタン、エチレングリコールが好ましく、フルオロカーボン類が特に好ましい。

２次冷媒Ｒ２としては、特に限定されず、例えば、水、不凍液（主成分として、例えばエチレングリコールを含む。）等を挙げることができる。

そして、冷却装置１は、上述したような伝熱部材１０を有する。

＜冷却装置の冷却メカニズム＞
次に、本発明の冷却装置１の冷却メカニズムについて、以下で説明する。
まず、発熱体が発熱すると、冷却装置１を構成するコンテナ３０の底部を通じて伝熱部材１０に熱が伝達され、伝熱部材１０の温度が上昇し、コンテナ３０の内部空間Ｓの下部に封入されている液相の１次冷媒Ｒ１（Ｌ）が加熱されて、液相の１次冷媒Ｒ１（Ｌ）が気相の１次冷媒Ｒ１（ｇ）へ相変化することで、発熱体からの熱を潜熱として吸収する。次に、気相へ相変化した１次冷媒Ｒ１（ｇ）は、コンテナ３０の内部空間Ｓを上方へ移動し、凝縮管５０と接触する。凝縮管５０の内部には、低温の２次冷媒Ｒ２が流通している。このため、気相に相変化した１次冷媒Ｒ１（ｇ）は、凝縮管５０の外面に接触または接近することで、凝縮管５０の熱交換作用により、潜熱を放出し、気相から液相へ相変化する。気相から液相への相変化の際に、気相の１次冷媒Ｒ１（ｇ）から放出される潜熱が、凝縮管５０を流通する２次冷媒Ｒ２へ伝達される。また、液相へ相変化した１次冷媒Ｒ１（Ｌ）は、重力作用下により、コンテナ３０の内部空間Ｓを上部から下部へと還流する。１次冷媒Ｒ１（Ｌ）は、コンテナ１０の密閉された内部空間Ｓにて、液相から気相へ相変化と、気相から液相への相変化を繰り返す。なお、冷却装置１では、１次冷媒Ｒ１が、コンテナ３０の内部空間にて液相から気相への相変化と、気相から液相への相変化を繰り返すにあたり、仕切り板のような１次冷媒Ｒ１の循環経路を形成する必要はない。従って、コンテナ３０は、単純な構造で形成することが可能である。そして、気相の１次冷媒Ｒ１（ｇ）から熱を受けた２次冷媒Ｒ２は、凝縮管５０の延在方向に沿って冷却装置１の内部から外部へ流通することで、発熱体の熱が冷却装置１の外部へ輸送される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の概念および特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含み、本発明の範囲内で種々に改変することができる。

以下に、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。

（本発明例）
本発明例の冷却装置１は、図１に示す内部構造を有する。コンテナ３０は、直方体状の銅製の容器である。伝熱部材１０は、銅材料を用いて形成した。連続空洞１２は、直線状に連続して延在する複数本を並列に配置した。柱状フィン部１３は、角柱形状を有し、連続空洞１２の延在方向に沿う間隔をおいて連続空洞を挟む両側に位置し、複数の柱状フィン部からなる柱状フィン部の群の複数列を、板状部１１の上面１１ａに配設した。連続空洞１２は、対をなす柱状フィン部１３、１３に挟まれた位置の天井部分に開口Ｏを形成した。また、柱状フィン部間部分である加工部分１５は、プレス加工によって形成し、同じ柱状フィン部の群に位置する加工部分１５、１５同士の配設ピッチは１．０ｍｍであった。第１冷媒Ｒ１（Ｌ）には水を用い、コンテナ３０の内部空間Ｓに第１冷媒Ｒ１（Ｌ）を充填し、減圧して封入した。

（比較例）
比較例の冷却装置は、図７に示すように、銅材料からなり、平板形状を有する板状体１０１と、この板状体１０１の上面を被覆する、銅粉からなる焼結層１０２とで構成した伝熱部材１００を用いたこと以外は、本発明例と同様に構成した。

（性能評価）
冷却装置の性能評価は以下の条件で行った。
図１に示す冷却装置、または伝熱部材を図６に示す伝熱部材に置き換えて作製した冷却装置のそれぞれについて、５０〜４００Ｗのヒータ（発熱体）を、コンテナの底部の外面に熱伝導グリスを介して接続して入熱し、そのときの凝縮管を通る第２冷媒の温度とヒータの温度との温度差を測定した。そして、測定した温度差を入熱量で除算して熱抵抗を算出し、この算出した熱抵抗（Ｋ／Ｗ）から熱伝達率（ｋＷ／ｍ^２Ｋ）を算出し、冷却装置の性能を評価した。なお、コンテナの内部空間に封入した第１冷媒および第２冷媒には、いずれも水を用いた。

図８は、本発明例と比較例の冷却装置を用いて測定・算出した熱流束を横軸とし、算出した熱伝達率を縦軸としてプロットした図である。図８の結果から、本発明例の冷却装置は、比較例の冷却装置に比べて、いずれの熱流束においても熱伝達率が高く、また、熱流束の数値が大きくなるほど、熱伝達率の向上割合が高いことがわかる。

１ 冷却装置
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 伝熱部材
１０´、１０Ａ´、１０Ｂ´、１０Ｃ´ 被加工素材
３０ コンテナ
３１ コンテナの底部
３１ａ コンテナの底部の内面
３１ｂ コンテナの底部の外面
１１、１１Ａ、１１Ｂ，１１Ｃ 板状部
１１ａ 板状部の薄板部
１１ｂ 板状部の厚板部
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ 連続空洞
１３、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ 柱状フィン部
１７ 連続空洞の延在方向開口端
１４−１〜１４−８ 柱状フィン部の群
１６、１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ 連続空洞の天井部分
１５、１５Ａ、１５Ｂ，１５Ｃ 柱状フィン部間部分（または加工部分）
２１ 矩形状板
２２、２３ 打抜き加工板
５０ 凝縮管
５１ 貫通孔
１００ 伝熱部材
１０１ 板状部
１０２ 焼結層
ｈ１ 柱状フィン部の高さ
ｈ２ 連続空洞の高さ
Ｌ 連続空洞の延在方向
Ｏ 開口
Ｐ 発熱体の取付位置
Ｒ１ 第１冷媒
Ｒ１（Ｌ） 液相の第１冷媒
Ｒ１（ｇ） 気相の第１冷媒
Ｒ２ 第２冷媒
Ｓ 内部空間
Ｗ 接合部

Claims (6)

1. コンテナの底部の内面であって、前記底部の外面に熱的に接続される少なくとも１つの発熱体の取付位置に対応する位置に形成され、前記発熱体からの熱を、前記コンテナの内部空間の下部に封入された液相の第１冷媒に伝えることで前記第１冷媒を加熱・沸騰させ、前記第１冷媒を液相から気相に相変化させる伝熱部材において、
   前記伝熱部材が、前記コンテナの底部の内面に固着される下面を有する板状部と、
   前記板状部の上面を含み、前記板状部の上面に沿って連続して延在する少なくとも１本の連続空洞と、
   前記連続空洞の延在方向に沿う間隔をおいて前記連続空洞を挟む両側に位置し、前記板状部の上面に配設される対をなす複数の柱状フィン部と
   を備え、
   前記連続空洞は、前記対をなす柱状フィン部に挟まれた位置の天井部分に、開口が形成されていることを特徴とする伝熱部材。
2. 前記柱状フィン部の高さは、前記連続空洞の高さの２倍以上である、請求項１に記載の伝熱部材。
3. 前記複数の柱状フィン部は、前記連続空洞を挟む両側位置に、それぞれ前記連続空洞の延在方向に沿う間隔をおいて整列する柱状フィン部の群を構成する、請求項１または２に記載の伝熱部材。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の伝熱部材の製造方法であって、
   前記板状部の上面に、凹凸形状の上端部分を有する複数の板状フィン部が間隔をおいて対向配置した状態で一体化された被加工素材を構成する前記板状フィン部の前記上端部分の凹部位置を加工することによって、前記複数の柱状フィン部、および前記連続空洞の、前記開口を形成していない天井部分を形成することを特徴とする伝熱部材の製造方法。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の伝熱部材の製造方法であって、
   前記板状部の上面に、フラットな上端部分を有する複数の板状フィン部が間隔をおいて対向配置した状態で一体化された被加工素材を構成する前記板状フィン部の前記上端部分の所定の位置を加工することによって、前記複数の柱状フィン部、および前記連続空洞の、前記開口を形成していない天井部分を形成することを特徴とする伝熱部材の製造方法。
6. 底部の外面に、少なくとも１つの発熱体が熱的に接続され、内部空間の下部に、液相の第１冷媒が封入されたコンテナと、
   前記コンテナの前記内部空間の上部位置にて、前記コンテナを貫通するように延在させ、内部を第２冷媒が流通する凝縮管と
   を備える冷却装置であって、
   前記冷却装置は、前記コンテナの底部の内面であって、前記底部の外面に熱的に接続される少なくとも１つの発熱体の取付位置に対応する位置に形成され、前記発熱体からの熱を、前記コンテナの内部空間の下部に封入された液相の第１冷媒に伝えることで前記第１冷媒を加熱・沸騰させ、前記第１冷媒を液相から気相に相変化させる伝熱部材を有し、
   前記伝熱部材が、前記コンテナの底部の内面に固着される下面を有する板状部と、
   前記板状部の上面を含み、前記板状部の上面に沿って連続して延在する少なくとも１本の連続空洞と、
   前記連続空洞の延在方向に沿う間隔をおいて前記連続空洞を挟む両側に位置し、前記板状部の上面に配設される対をなす複数の柱状フィン部と
   を備え、
   前記連続空洞は、前記対をなす柱状フィン部に挟まれた位置の天井部分に、開口が形成されていることを特徴とする冷却装置。

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