JP2022124278A - 冷却装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】冷却能力が高い冷却装置を提供すること。【解決手段】ケーシング１６及びケーシング１６に内包された相変化を伴う作動流体Ｌを有し、被冷却対象１８に熱交換可能に結合される熱伝達要素１２と、熱伝達要素１２に熱交換可能に結合され、循環する冷却流体を内包する液冷要素２０とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、冷却装置に関し、更に詳細には、ＣＰＵ等の電子デバイスの冷却に適した冷却装置に関する。
冷却装置として、放熱フィンを備えたべイパーチャンバが知られている（例えば、特許文献１）。
特開２０１９－１９４５１５号公報
ＣＰＵ等の電子デバイスは、処理速度の高速化に伴い発熱が激しくなり、高温化を避けるべく、冷却能力が高い冷却装置を必要としている。
本発明が解決しようとする課題は、冷却能力が高い冷却装置を提供することである。
本発明の一つの実施形態による冷却装置は、ケーシング（１６）及び該ケーシングに内包された相変化を伴う作動流体（Ｌ）を有し、被冷却対象（１８）に熱交換可能に結合される熱伝達要素（１２）と、前記熱伝達要素に熱交換可能に結合され、循環する冷却流体を内包する液冷要素（２０）とを有する。
この構成によれば、高い冷却能力が得られる。
上記冷却装置において、好ましくは、前記ケーシングが、内側筒体（２０）と、前記内側筒体を外囲すべく前記内側筒体の外側に配置され、前記内側筒体との間に環状断面の空間を画定する外側筒体（２２）と、前記空間の両端を閉じる蓋体（２４、２６）とを有し、前記内側筒体が前記液冷要素をなし、前記液冷要素の前記冷却流体が前記内側筒体の内腔（２８）内を流通する。
この構成によれば、コンパクトにして内側筒体と冷却流体との熱交換面積が大きくなり、熱伝達要素の水冷効率が向上する。
上記冷却装置において、好ましくは、前記外側筒体は、前記被冷却対象に熱交換可能に結合される扁平面（１６Ａ）を含む角パイプ形状をなす。
この構成によれば、外側筒体と被冷却対象との熱交換面積を大きく取ることができ、熱伝達要素による被冷却対象の冷却効率が向上する。
上記冷却装置において、好ましくは、前記内側筒体及び前記外側筒体は角形の押出成形品である。
この構成によれば、内側筒体、外側筒体に亀裂等の損傷が生じ難く、優れた耐久性が得られる。
上記冷却装置において、好ましくは、前記内側筒体の肉厚が前記外側筒体の肉厚より小さい。
この構成によれば、内側筒体の内腔を流れる冷却流体の圧力によって内側筒体が膨張変形しても、外側筒体が変形し難く、外側筒体と被冷却対象との結合状態が良好に保たれる。
本発明による冷却装置によれば、高い冷却能力が得られる。
本発明による冷却装置の一つの実施形態を示す断面図 図１の線ＩＩ－ＩＩに沿った断面図
以下に、本発明による冷却装置の一つの実施形態を、図１及び図２を参照して説明する。
本実施形態の冷却装置１０は、その主要部をなす熱伝達要素１２を有する。熱伝達要素１２は、一般に、ベイパーチャンバと呼ばれている。以降、熱伝達要素１２をベイパーチャンバ１２と云うことがある。
ベイパーチャンバ１２は、密閉室１４を構成するケーシング１６及びケーシング１６に内包された、つまり、密閉室１４に封入された相変化を伴う作動流体Ｌを有し、外面１６Ａにおいて被冷却対象である電子デバイス１８に熱交換可能に結合されている。
ケーシング１６は、四角形の押出成形品による内側筒体２０と、内側筒体２０を外囲すべく内側筒体２０の外側に同軸的に配置され、内側筒体２０との間に四角環状断面の空間を画定する四角形の押出成形品による外側筒体２２と、四角環状断面の空間の両端を閉じて密閉室１４を構成すべく内側筒体２０及び外側筒体２２の両端に接合された蓋体２４、２６とを有する。内側筒体２０、外側筒体２２及び蓋体２４、２６は全て銅或いは銅と同等の熱伝導性を有する材料によって構成されている。
内側筒体２０の肉厚は外側筒体２２の肉厚より小さい。換言すると、外側筒体２２の肉厚は内側筒体２０の肉厚より大きい。内側筒体２０及び外側筒体２２が銅製の場合、外側筒体２２の肉厚は２ｍｍ程度で、内側筒体２０の肉厚は２ｍｍ未満であってよい。
ベイパーチャンバ１２は、内側筒体２０と外側筒体２２とが同軸的に二重構造に配置された状態で、一方の端部に蓋体２６が溶接され、この状態で内側筒体２０の外面、外側筒体２２の内面及び蓋体２６の内面にウィック（もしくは焼結体）２７が形成され、内部に作動流体Ｌを注入した後に、もう一方に端部に蓋体２４が溶接されることにより完成する。
外側筒体２２は、ケーシング１６の外面１６Ａをなす扁平面を含む角パイプ形状をなしており、扁平面（外面１６Ａ）に面接触するように、扁平な底面を含む電子デバイス１８が外側筒体２２に配置されている。これにより、外側筒体２２と電子デバイス１８との熱交換面積を大きく取ることができる。
蓋体２４には内側筒体２０の内腔２８の一方の端部に連通する入口開口３０が形成されている。蓋体２４の外側には入口開口３０に連通するニップル３２が取り付けられている。蓋体２６には内側筒体２０の内腔２８のもう一方の端部に連通する出口開口３４形成されている。蓋体２６の外側には出口開口３４に連通するニップル３６が取り付けられている。
ニップル３２には途中に電動ポンプ３８及び放熱器４０を含む冷却流体循環路４２の一端が接続され、ニップル３６には冷却流体循環路４２の他端が接続されている。これにより、内側筒体２０は、内腔２８内を冷却流体が循環し、ベイパーチャンバ１２に熱交換関係に結合される液冷要素を兼ねる。
上述の構成によれば、水等の冷却流体が流れる内側筒体２０の内腔２８の全面が直接にベイパーチャンバ１２の放熱面になるから、フィン等を要することなく大きい放熱面が得られる。つまり、コンパクトにして内側筒体２０と内腔２８を流れる冷却流体との熱交換面積が大きくなり、ベイパーチャンバ１２の水冷効率が向上する。
これにより、内腔２８における冷却流体の圧力損失が増大することがなく、冷却流体の流速を速めて熱伝達率を上げることができる。このことにより、電動ポンプ３８の消費電力を増大することなく高い冷却能力が得られる。また、フィン等がないことにより、冷却流体の流路に狭窄部ができず、冷却流体の流路に異物が詰まる虞が低減する。
内側筒体２０及び外側筒体２２が押出成形品であることにより、折曲成形品のように、加工時の応力が折曲線部に集中することがなく、折曲成形品に比して亀裂等の損傷が生じ難い。これにより耐久性に優れた冷却装置１０が得られる。
外側筒体２２の肉厚が内側筒体２０の肉厚より大きいことにより、内側筒体２０の内腔２８を流れる冷却流体の圧力によって内側筒体２０が膨張変形しても、外側筒体２２は変形し難い。これにより、外面１６Ａの扁平性が保たれ、外側筒体２２と電子デバイス１８との熱交換に適した結合状態が良好に保たれる。
以上、本発明を、その好適な実施形態について説明したが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明はこのような実施形態により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、冷却流体が流れる液冷要素が平板状のベイパーチャンバ（熱伝達要素）１２の一方の側に熱交換関係をもって配置されているものでもよい。また、上記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。
１０ ：冷却装置
１２ ：ベイパーチャンバ（熱伝達要素）
１４ ：密閉室
１６ ：ケーシング
１６Ａ ：外面
１８ ：電子デバイス（被冷却対象）
２０ ：内側筒体（液冷要素）
２２ ：外側筒体
２４ ：蓋体
２６ ：蓋体
２７ ：ウィック
２８ ：内腔
３０ ：入口開口
３２ ：ニップル
３４ ：出口開口
３６ ：ニップル
３８ ：電動ポンプ
４０ ：放熱器
４２ ：冷却流体循環路
Ｌ ：作動流体

Claims (5)

  1. ケーシング及び該ケーシングに内包された相変化を伴う作動流体を有し、被冷却対象に熱交換可能に結合される熱伝達要素と、
    前記熱伝達要素に熱交換可能に結合され、循環する冷却流体を内包する液冷要素とを有する冷却装置。
  2. 前記ケーシングが、内側筒体と、前記内側筒体を外囲すべく前記内側筒体の外側に配置され、前記内側筒体との間に環状断面の空間を画定する外側筒体と、前記空間の両端を閉じる蓋体とを有し、
    前記内側筒体が前記液冷要素をなし、前記液冷要素の前記冷却流体が前記内側筒体の内腔内を流通する請求項１に記載の冷却装置。
  3. 前記外側筒体は前記被冷却対象に熱交換可能に結合される扁平面を含む角パイプ形状をなす請求項２に記載の冷却装置。
  4. 前記内側筒体及び前記外側筒体は角形の押出成形品である請求項２又は３に記載の冷却装置。
  5. 前記内側筒体の肉厚が前記外側筒体の肉厚より小さい請求項２～４の何れか一項に記載の冷却装置。
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