JP3964580B2 - 冷却ユニット - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は冷却ユニットに係り、特に半導体素子等の発熱部品に適用される冷却ユニットに関する。電子機器にはCPUをはじめとする発熱部品が多く配置されているので、その機器内部が過熱状態となるのを防止するために冷却ユニットが設けられている。近年では特にCPU等を効率良く駆動させるための冷却ユニットが望まれている。
【0002】
【従来の技術】
例えば、従来から採用されてい冷却ユニットとして強制空冷方式のもの及び強制液冷方式ものがある。図1(A)は従来の強制空冷方式の冷却ユニット100について示し、図1(B)は従来の強制液冷方式の冷却ユニット200について示している。
【0003】
図1(A)に示すように、空冷方式の冷却ユニット100では、発熱部品101にアルミニウム、銅等の熱伝達性の高い物資からなるヒートシンク103が接して設けられている。このヒートシンク103には放熱効果を高めるために多数のフィンが配設されている。冷却ユニット100ではファン105により強制的に起こされた空気流でこれらのフィンを冷やすことで発熱部品101を冷却している。
【0004】
また、図1(B)に示すように、液冷方式の冷却ユニット200では、熱伝導性のコールドプレート203が発熱部品201に接して配設される。このコールドプレート203は発熱部品201とは反対側で液体冷媒209が循環しているパイプ204に接するように配されている。液体冷媒209が熱交換器207を通過する際に熱交換されて冷やされるのでコールドプレート203を冷却でき、よって隣接する発熱部品201も冷却される。この液冷方式の冷却ユニット200では、液体冷媒209を循環させるためのポンプ205と冷却ファン208を備えた熱交換器207を備えており発熱部品201の強制的な冷却を行っている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記空冷方式の冷却ユニット100では、発熱部材101の冷却に空気が使用されるので熱伝達率が非常に小さく放熱効率が悪い。しかも、電気駆動されるファン105を利用するものであるため電源を必要とし、さらに騒音やファンの故障を原因とした問題が発生することがあった。
【0006】
また、上記液冷方式の冷却ユニット200では、熱伝導に関しては問題がないものの、ポンプ205とファン208を使用するので、空冷方式の場合と同様に騒音や故障を原因とした問題が発生することがあった。そして、冷却ユニット200の場合には、ポンプ等の循環装置を設置するために大きなスペースを必要とし、さらにその保守をしなければず時間的、コスト的な面からの問題もあった。
【0007】
したがって、本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、外部駆動源を使用することながなく静かで、低コストであり、しかも発熱体から発生した熱を効率的に冷却できる冷却ユニットを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、次の手段を講じたものである。
請求項1記載の発明では、
発熱体から熱を受ける受熱部と、上記受熱部から離間して配設され、回収した熱を放熱する放熱部と、上記受熱部で発生した熱を上記放熱部に移送するための液体冷媒と、上記液体冷媒が上記受熱部と放熱部とを通り循環するように配設される中空チューブとを備えた冷却ユニットであって、上記液体冷媒が受熱部で受けた熱により沸騰し発生させた気泡の浮力により該液体冷媒の循環流を形成するように構成され、上記放熱部は、上記中空チューブと共に液体冷媒の循環路の一部を成すと共に上記気泡を集めて冷却することにより凝集して液体状態とするための気泡溜りを有し、上記受熱部は、上記中空チューブ及び上記放熱部と共に上記液体冷媒の循環路の一部を成しかつ所定量の液体冷媒を収容可能とする受熱槽を含み、該受熱槽内に、仕切り板を配置することにより、前記放熱部から流入する液体冷媒が十分に熱を吸収して該放熱部に帰還する流路を有する、冷却ユニットとなる。
【0011】
さらに、請求項2記載の発明では、請求項1記載の冷却ユニットにおいて、前記受熱槽と前記放熱部を結ぶ2本の中空チューブを配設し、該中空チューブの一方が、他方より大きい径を有することを特徴とすることを特徴とするものである。
【0012】
また、請求項3記載の発明では、請求項1記載の冷却ユニットにおいて、前記受熱槽と前記放熱部を結ぶ2本の中空チューブを配設し、該中空チューブの一方が、他方より短く設定されていることを特徴とするものである。
また、請求項4記載の発明では、請求項1記載の冷却ユニットにおいて、前記受熱槽と前記放熱部を結ぶ2つの中空チューブを配設し、該中空チューブの一方が、他方より高い位置に配設されていることを特徴とするものである。
【0013】
また、請求項5記載の発明では、請求項1から4のいずれか記載の冷却ユニットにおいて、前記受熱槽内に前記液体冷媒中の気泡発生を促進する気泡発生促進部材を配設したことを特徴とするものである。
また、請求項6記載の発明では、請求項1から4のいずれか記載の冷却ユニットにおいて、前記受熱槽内に前記液体冷媒へ熱の伝達を促進する熱伝達促進部材を配設したことを特徴とするものである。
【0018】
請求項1記載の発明によれば、受熱槽の液体冷媒は発熱体からの熱を受けて高温となり、所定温度以上になると沸騰して気泡を発する。この気泡は受熱槽から発熱部へ通じる中空チューブの内で、いずれか流通抵抗の少ない中空チューブを介して発熱部に向け上昇することになる。これにより、気泡の浮力に基づく液体冷媒の上昇流が生じる。その一方でこの時、気泡が上昇しなかった他の中空チューブ内には液体冷媒の下降流が誘起されることになる。
【0019】
よって、放熱部及び受熱槽を含めた液体冷媒の循環路内には、気泡の浮力に起因して流れ方向が定められた液体冷媒の循環流が形成されることになる。
このように、外部駆動源を使用することなく液体冷媒を循環させることができるため、低コストで騒音の問題もなく、受熱部の熱は液体冷媒を介して放熱部に移送することができる。
【0020】
また、液体冷媒が気泡となる際には気化熱として受熱部の熱を吸収し、放熱部へ到達した気泡は凝集して液体に戻る際に凝集熱を発するため、より効率的に受熱部から放熱部に熱を移送することができる。
さらに、熱が液体冷媒により効率よく移送されるように流路が設計されているので、放熱部側から受熱層内に流入してくる液体冷媒が十分に吸熱してから再び放熱側に流出していくようになり、より多くの熱を受熱部から放熱部に移送できる。
また、請求項2記載の発明によれば、2本の中空チューブの内、片方の中空チューブを大径とすることにより液体冷媒から発生する気泡が進入し易い流路となる。したがって、液体冷媒の循環方向が速やかに定まり、受熱部から発熱部へ円滑的に熱を移送することができる。
【0021】
また、請求項3記載の発明によれば、2本の中空チューブの内、片方の中空チューブを短くすることにより液体冷媒から発生する気泡が進入し易い流路となる。したがって、液体冷媒の循環方向が速やかに定まり、受熱部から発熱部へ円滑的に熱を移送することができる。
また、請求項4記載の発明によれば、2本の中空チューブの内、片方の中空チューブを高い位置に設定することにより液体冷媒から発生する気泡が進入し易い流路となる。したがって、液体冷媒の循環方向が速やかに定まり、受熱部から発熱部へ円滑的に熱を移送することができる。
【0022】
また、請求項5記載の発明によれば、受熱層内の気泡発生促進部材が配設され該受熱槽内での気泡の割合が多くなるため、気泡によりより多くの熱を受熱部から放熱部に移送できる。合わせて、液体冷媒の循環が促進されるのでこれによっても熱の移送が促進される。
また、請求項6記載の発明によれば、受熱層内に熱伝達促進部材を配設して液体冷媒に熱が効率よく吸熱されるようにしたため、より多くの熱を受熱部から放熱部に移送できる。
【0024】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
(第1実施例)
図2(A)は第1実施例の冷却ユニットの平面概要図、図2(B)は同冷却ユニットの側面概要図である。
【0025】
図2(A)及び(B)において、第1実施例の冷却ユニット10は基本的な構成として、受熱部11、放熱部13及びU字状の中空チューブ15を有している。
受熱部11は背面側でCPU等の発熱体16に接触して配置されており、発熱体16が発する熱を受けるべく熱伝導性の高い金属で形成されている。受熱部11は発熱体16から受けた熱を後述する液体冷媒17へ伝達すべくU字状中空チューブ15の屈曲部15Cでこれを挟み込むように配設されている。
【0026】
放熱部13は上記受熱部11から離間して配設され、回収した熱を放熱する機構を有している。放熱部13は液体冷媒17が循環する循環路の一部を成す空間を内部に有し、液体冷媒17に気泡が含まれている時にはこれを回収できるように気泡溜り14を有している。また、放熱部13には回収した熱を速やかに放熱するように放熱面積を広く取った放熱部材19が固着されている。
【0027】
本冷却ユニット10では、液体冷媒17が上記受熱部11と上記放熱部13とをそれぞれ介して循環するように中空チューブ15が略U字状に配設されている。ここで、中空チューブ15はその両端部15A、15Bを放熱部13に接続されており、放熱部13内に液体冷媒17が満たされることで液体冷媒17の循環が可能となる。この中空チューブ13として、湾曲しても使用可能なフレキシブルチューブ例えばテフロン、ポリウレタン、ナイロン等の材料から成る中空チューブを使用することができる。また、中空チューブ13の断面形状は円形、楕円形等の略円形が好ましく、その内径は好ましくは1から50mm、より好ましくは2から25mmである。
【0028】
前記液体冷媒17としては一般に水を使用することができるが、冷却効果を高めるためにはより低温で沸騰が可能な液体を選択することが好ましく、例えば、沸点が約56℃であるフッ素系の液体冷媒(商品名:フロリナート、3M社製)等を使用することができる。
上記した構成から明らかなように、本冷却ユニット10は液体冷媒17を循環させるためのポンプ等の外部駆動源を有していない。以下では冷却ユニット10内で液体冷媒17を循環させるための機構について説明する。
【0029】
受熱部11は発熱部材16からの熱を受けるので高温となる。この受熱部11と接する中空チューブの屈曲部15Cも高温となり、その内部に存在する液体冷媒17は所定温度以上になると沸騰して気泡17Aを発する。この気泡17Aは屈曲部15Cから発熱部13へ通じる左右の中空チューブ15の内で、いずれか管内抵抗の少ない側の中空チューブ15を介して発熱部に向け上昇することになる(図2(A)では左側)。よって、気泡17Aの浮力に基づく液体冷媒17の上昇流Xが生じる。その一方でこの時、気泡17Aが上昇しなかった他方の中空チューブ(図2(A)では右側)内には液体冷媒17の下降流Yが誘起されることになる。
【0030】
したがって、放熱部13を含めた液体冷媒17の循環路内には、気泡17Aの浮力に起因した駆動力から流れ方向が定められた液体冷媒17の循環流が形成されることになる。
以上のように本冷却ユニット10では外部駆動源を使用することなく液体冷媒17を循環させることができる。よって、発熱部材16により受熱部11に生じた熱は液体冷媒17を介して放熱部13に移送され、放熱部13では放熱部材19が配設されているので効率良く放熱される。
【0031】
ここで液体冷媒17から見ると、受熱部11で熱を吸収することにより気泡17Aを発して放熱部13ヘ向け上昇し、放熱部13で冷却され再び受熱部11に向かって下降するという循環を繰返すことになる。
また、液体冷媒17の気泡17Aに着目すると、上記のように液体冷媒17の循環流を励起するための駆動源となるばかりではない。液体冷媒17が液体状態から気泡化する際には気化熱として受熱部11から液体状態の場合より多量の熱を吸収(潜熱吸収)し、放熱部13へ到達する。気泡17Aは放熱部13の気泡溜り14に集められるがここで冷却されるため気体状態から凝集して液体状態に戻される。その際に気化した場合とは逆に凝集熱を発することなる。よって、気泡17Aは熱をより効率的に受熱部11から放熱部13に移送する役割も兼ねている。
【0032】
以上説明したことから明らかなように、本冷却ユニット10で気泡17Aが確実に発生することが重要である。そのために、CPU等の発熱部材16から生じる熱量とその駆動保証温度等から発熱部材16を何℃以下に維持すべきであるかを前提とし、使用する液体冷媒17と中空チューブ15の素材、内径等の条件を設計すればよい。また、気泡17Aが中空チューブ17内を上昇する時には、中空チューブ17の内壁に接する程度の大きさを有していることが好ましく、このような状態では中空チューブ内に液体冷媒17の気相、液相が交互に並び液体冷媒17の循環が円滑となる。
【0033】
なお、本冷却ユニット10では液体冷媒17を循環させるために気泡17Aを利用するため、本冷却ユニット10を使用する際には受熱部11より発熱部13が高い位置になければならい。だだし、受熱部11と発熱部13が必ずしも垂直状態で上下に位置する必要はなく気泡17Aが確実に上昇できる程度の傾斜を有していれば十分である。また、本冷却ユニット10を使用しないときには、この受熱部11と発熱部13との位置は維持しておく必要はない。
【0034】
したがって、使用時にディスプレイを開いて使用すようなラップトップ或いはノート型のパソコン内のCUP等を冷却するために採用される冷却ユニットとして最適なものとなる。
本冷却ユニット10は気泡17Aを液体冷媒17を循環流を形成させるための駆動源としたために、外部駆動源が不要であり低コストで静かな冷却冷却ユニットとなる。また、気泡17Aの気化熱も利用するため受熱部11から発熱部13への熱の移送を効率的に行うことができる。したがって、発熱部材16を効率良く冷却することができる。
【0035】
(第2実施例)
図3(A)は第2実施例の冷却ユニットの平面概要図、図3(B)は同冷却ユニットの側面概要図である。
図3(A)及び(B)において、第2実施例の冷却ユニット20も基本的な構成は前記第1実施例の冷却ユニット10同様である。同一の部分には同一の符号を附して重複した説明は省略する。
【0036】
第2実施例の冷却ユニット20は受熱部11、放熱部13及び中空チューブ22を有している。中空チューブ22は受熱部11内で折り返し部22Cを有しており、受熱部11の内面と中空チューブ22の接触面積を拡大するようにされている。よって、中空チューブ22内を循環する液体冷媒17に吸熱される熱が増加するので冷却効果を増加させることができる。
【0037】
(第3実施例)
図4(A)は第3実施例の冷却ユニットの平面概要図、図4(B)は同冷却ユニットの側面概要図である。
図4(A)及び(B)において、第3実施例の冷却ユニット30も基本的な構成は前記第1実施例の冷却ユニット10同様である。同一の部分には同一の符号を附して重複した説明は省略する。
【0038】
第3実施例の冷却ユニット30は受熱部31が液体冷媒17を所定量収容できる受熱槽32を含んでいる。受熱槽32の背部に発熱部材16が接触して設けられている。
この受熱槽32は発熱部材16から発された熱がより多く速やかに液体冷媒17により伝達されるように、液体冷媒17が収容できる容積を拡大したものである。受熱槽32は受熱部31の内部を熱伝導性の部材で箱型状に形成したものである。したがって、中空チューブを介さず液体冷媒17と受熱部31を構成する部材が直に接するので熱抵抗が減少し液体冷媒17による吸熱量が増加する。
【0039】
本冷却ユニット30の受熱槽32は、放熱部13との間で2の中空チューブ35A、35Bを介して接続される。液体冷媒17が循環する際には、放熱部13及び中空チューブ35A、35Bと共に受熱槽32も循環路の一部を構成することになる。
本冷却ユニット30においても、受熱槽32内の液体冷媒17が熱を吸収し高温となり沸騰し発生した気泡17Aは、いずれか管路内抵抗の少ない側の中空チューブ35A、35Bを介して発熱部に向け上昇することになる(図4(A)では左側の35B)。これにより、気泡17Aの浮力を駆動源として液体冷媒17の上昇流Xが生じる。その一方でこの時、気泡17Aが上昇しなかった他方の中空チューブ35A内には液体冷媒17の下降流Yが誘起されることになる。
【0040】
本冷却ユニット30によっても、気泡17Aを液体冷媒17を循環流を形成させるための駆動源としたために、外部駆動源が不要であり低コストで静かな冷却冷却ユニットとなる。また、気泡17Aの気化熱も利用して受熱部11から発熱部13への熱の移送を行う効率的な発熱部材16の冷却が可能である。
(第4実施例)
図5は第4実施例の冷却ユニットの平面概要図である。
【0041】
第4実施例の冷却ユニット40は基本的な構成は前記第3実施例の冷却ユニット30と同様であり、2本の中空チューブの径を異なるものとした変形例である。第3実施例の冷却ユニット30と同一の部分には同一の符号を附して重複した説明は省略する。
本冷却ユニット40の受熱槽32は、放熱部13との間で2の中空チューブ45A、45Bを介して接続される。中空チューブ45Bの径は中空チューブ45Aの径よりも大きく、即ち中空チューブ45Bの方が太い中空チューブとされている。このように、片側の中空チューブ45Bを太く設定すれば液体冷媒17から発生した気泡17Aが管路内抵抗の少ない中空チューブ45B側に流れ込むことから液体冷媒17の循環が開始されることになる。よって、液体冷媒17の循環方向の制御が可能となる。また、2本の中空チューブが同径である時には液体冷媒17の循環方向が決定するまでに時間を要する場合もある。しかし、本冷却ユニット40のように液体冷媒17の循環方向が予め規定されていれば、液体冷媒17の循環流が形成されるまでの時間が短縮され、冷却ユニット40が速やかにその機能を発揮する。
(第5実施例)
図6は第5実施例の冷却ユニットの平面概要図である。
【0042】
第5実施例の冷却ユニット50は基本的な構成は前記第3実施例の冷却ユニット30と同様であり、2本の中空チューブの長さを異なるものとした変形例である。第3実施例の冷却ユニット30と同一の部分には同一の符号を附して重複した説明は省略する。
本冷却ユニット50の受熱槽32は、放熱部13との間で2の中空チューブ55A、55Bを介して接続される。中空チューブ55Bは中空チューブ55Aよりも短く設定されている。このように、片側の中空チューブ55Bを短く設定すれば液体冷媒17から発生した気泡17Aが管路内抵抗の少ない中空チューブ55B側に流れ込むことから液体冷媒17の循環が開始されることになる。よって、液体冷媒17の循環方向の制御が可能となる。また、2本の中空チューブが同じ長さを有する時には液体冷媒17の循環方向が決定するまでに時間を要する場合もある。しかし、本冷却ユニット50のように液体冷媒17の循環方向が予め規定されていれば、液体冷媒17の循環流が形成されるまでの時間が短縮され、冷却ユニット50が速やかにその機能を発揮する。
(第6実施例)
図7(A)は第6実施例の冷却ユニット70の側面概要図、図7(B)は第6実施例の冷却ユニット75の側面概要図である。
【0043】
第6実施例の冷却ユニット70及び75も基本的な構成は前記第3実施例の冷却ユニット30と同様であり、使用時において2本の中空チューブの高さ位置を異なるものとした2つの変形例である。第3実施例の冷却ユニット30と同一の部分には同一の符号を附して重複した説明は省略する。
まず、図7(A)に示す冷却ユニット70では、受熱槽32は放熱部13との間で2つの中空チューブ71A、71Bを介して接続される。中空チューブ71Aは中空チューブ71Bよりも高い位置となるように受熱槽32の側面から引き出され、立ち上げられてから放熱部13に接続されている。このように、片側の中空チューブ71Aを高い位置に設定すれば液体冷媒17から発生した気泡17Aが中空チューブ71A側に流れ込むことから液体冷媒17の循環が開始されることになる。よって、液体冷媒17の循環方向の制御が可能となる。また、液体冷媒17の循環流が形成されるまでの時間が短縮され、冷却ユニット70が速やかにその機能を発揮する。
【0044】
次に図7(B)に示す冷却ユニット75は、上記図7(A)冷却ユニット70と類似した例である。中空チューブ76Aが中空チューブ76Bよりも高い位置で、中空チューブ76Bに対し略平行とされて受熱槽32から放熱部13に接続されている。また、受熱層32は受熱部31内で傾斜して配置され、気泡17Aが中空チューブ76Bに進入し易いようにされている。このような構成の冷却ユニット75によっても冷却ユニット70と同様の効果を得ることができる。
(第7実施例)
図8(A)は第7実施例の冷却ユニット80の平面概要図、図8(B)は第7実施例の冷却ユニット83の平面概要図、図8(C)は第7実施例の冷却ユニット86の平面概要図である。
【0045】
第7実施例の冷却ユニット80、83及び86も基本的な構成は前記第3実施例の冷却ユニット30と同様であり、受熱槽32内に気泡17Aの発生を促進させるような気泡発生促進部材を付加的に配設した場合の例である。第3実施例の冷却ユニット30と同一の部分には同一の符号を附して重複した説明は省略する。
【0046】
まず、図8(A)に示す冷却ユニット80について、受熱槽32内には気泡発生促進部材として角状ピン81が多数、設けられている。このように角部が多い部材を受熱槽32内に設けることで気泡17Aの発生を促進できるため、受熱槽32の受熱効果を高めることができる。
同様の観点から、図8(B)に示した冷却ユニット83の受熱槽32内には気泡発生促進部材として網状部材84が設けられている。また、図8(C)に示した冷却ユニット86の受熱槽32内には気泡発生促進部材として多数の微細な粒子87が散在している。
【0047】
図8(B)及び図8(C)の場合も気泡17Aの発生を促進でき、受熱槽32の受熱効果を高めることができる。
なお、気泡発生促進部材として受熱槽32の内壁に粗面化処理をした部材を配置してもよい。
(第8実施例)
図9(A)は第8実施例の冷却ユニット90の平面概要図、図9(B)は第8実施例の冷却ユニット93の平面概要図、図9(C)は第8実施例の冷却ユニット96の側面概要図である。
【0048】
第8実施例の冷却ユニット90、93及び96も基本的な構成は前記第3実施例の冷却ユニット30と同様であり、受熱槽32内に液体冷媒17への熱伝達を高めるための熱伝達促進部材を配設した場合の例である。第3実施例の冷却ユニット30と同一の部分には同一の符号を附して重複した説明は省略する。
図9(A)に示す冷却ユニット90で、受熱槽32内には熱伝達促進部材として熱伝導性の部材からなる平行フィン91が多数設けられている。このように平行フィン91を受熱槽32内に設けると液体冷媒17と受熱槽32との接触面積が増加するため、受熱槽32の受熱効果を高めることができ、よって放熱部材16に対する冷却効果が高まる。
【0049】
同様の観点から、図9(B)に示した冷却ユニット93の受熱槽32内には熱伝達促進部材として受熱槽32の内側壁には溝形状94が形成されている。また、図9(C)に示した冷却ユニット96の受熱槽32内には熱伝達促進部材として受熱槽32の内部の上面と下面には多数のフィン97が設けられている。
図9(B)、図9(C)の場合も熱槽32内で液体冷媒17と受熱槽32との接触面積が増加するため、同様に受熱槽32の受熱効果を高めることができる。(第9実施例)
図10(A)は第9実施例の冷却ユニット300の平面概要図、図10(B)は冷却ユニット300の同側面概要図、図10(C)は第8実施例の冷却ユニット310の平面概要図である。
【0050】
第9実施例の冷却ユニット300及び310も基本的な構成は前記第3実施例の冷却ユニット30と同様であり、受熱槽32内に液体冷媒17への熱伝達を効率良く行うための流路を配設した場合の例である。第3実施例の冷却ユニット30と同一の部分には同一の符号を附して重複した説明は省略する。
図10(A)及び(B)に示す冷却ユニット300で、受熱槽32内には仕切板301と302が設けられている。これらの仕切版301、302は受熱槽32内で、放熱部13から帰還してくる冷却された液体冷媒17が十分に吸熱してから再び放熱部13へ向け上昇するような流路を辿るように配置されている。仕切版301、302は、放熱部13からの冷却された重い液体冷媒17が受熱槽32内を順次下降するように交互に配置されている。
【0051】
このように受熱槽32内の流路を設計すれば液体冷媒の17の循環路を乱すことなく受熱槽32から放熱部13ヘ効率的に熱を移送することができる。
同様の観点から、図10(C)に示した冷却ユニット310にも受熱槽32内に仕切板311、312が配置され、放熱部13からの冷却された重い液体冷媒17が受熱槽32内を下降した後、吸熱して上昇するように流路が設計されている。この冷却ユニット310によっても受熱槽32内の液体冷媒の17の循環路を乱すことなく受熱槽32から放熱部13ヘ効率的に熱を移送することができる。
(第10実施例)
図11(A)は第10実施例の冷却ユニット320の平面概要図、図10(B)は第10実施例の冷却ユニット330の平面概要図である。
【0052】
第10実施例の冷却ユニット320及び330も基本的な構成は前記第3実施例の冷却ユニット30と同様であり、放熱部13に放熱効果を高める部材を配設した例を示している。第3実施例の冷却ユニット30と同一の部分には同一の符号を附して重複した説明は省略する。
図11(A)に示す第10実施例の冷却ユニット320では、放熱部13に表面性を拡大した放熱板321が配設されている。よって、放熱部13での放熱効率を高めることができる。
【0053】
同様の観点から、図11(B)に示した冷却ユニット330にも放熱部13に放熱フィン331が配置されている。このような放熱部材を配設しても、放熱部13での放熱効率を高めることができる。
(第11実施例)
図12(A)は第11実施例の冷却ユニット340の平面概要図、図10(B)は第10実施例の冷却ユニット350の平面概要図である。
【0054】
第11実施例の冷却ユニット340及び350も基本的な構成は前記第3実施例の冷却ユニット30と同様であり、放熱部13内で液体冷媒17から効率よく熱を取るための除熱手段を配設した例を示している。第3実施例の冷却ユニット30と同一の部分には同一の符号を附して重複した説明は省略する。
図12(A)に示す第11実施例の冷却ユニット340では、放熱部13の内面に除熱手段として多数の受熱フィン341が配設されている。よって、放熱部13と高熱の液体冷媒17との接触面積が増加するので効率良く、液体冷媒17の除熱を行うことができる。よって、冷却ユニットとして冷却効果を高めることができる。
【0055】
同様の観点から、図12(B)に示した冷却ユニット350にも放熱部13の内側で液体冷媒17に接する領域に、除熱手段として多数の熱伝導性を有する仕切板352と、それらの間の空間である除熱流路351が形成されている。このように、仕切板352及び除熱流路351を形成すると、液体冷媒17中の気泡17Aが除熱流路351に入った時に壊れ、多量の熱を放出するので液体冷媒17から十分に除熱することができる。なお、本実施例では放熱部材353も上記仕切板352及び受熱流路351と共に除熱効果を高めるべく櫛歯形状とされている。よって、冷却ユニットとして冷却効果を高めることができる。
【0056】
以上の説明に関して更に以下の項を開示する。
(1) 発熱体から熱を受ける受熱部と、
上記受熱部から離間して配設され、回収した熱を放熱する放熱部と、
上記受熱部で発生した熱を上記放熱部に移送するための液体冷媒と、
上記液体冷媒が上記受熱部と放熱部とを通り循環するように配設される中空チューブとを備えた冷却ユニットであって、
上記液体冷媒が受熱部で受けた熱により沸騰し発生させた気泡の浮力により該液体冷媒の循環流を形成するように構成され、
上記放熱部は、上記中空チューブと共に液体冷媒の循環路の一部を成すと共に上記気泡を回収可能な気泡溜りを有している、冷却ユニット。
【0057】
(2) 第1項記載の冷却ユニットにおいて、
前記中空チューブが前記受熱部の内側で屈曲する屈曲部を有し、該屈曲部が上記受熱部の内面と接触面積を拡大するように変形されていることを特徴とする冷却ユニット。
(3) 発熱体から熱を受ける受熱部と、
上記受熱部から離間して配設され、回収した熱を放熱する放熱部と、
上記受熱部で発生した熱を上記放熱部に移送するための液体冷媒と、
上記液体冷媒が上記受熱部と放熱部とを通り循環するように配設される中空チューブとを備えた冷却ユニットであって、
上記液体冷媒が受熱部で受けた熱により沸騰し発生させた気泡の浮力により該液体冷媒の循環流を形成するように構成され、
上記放熱部は、上記中空チューブと共に液体冷媒の循環路の一部を成すと共に上記気泡を回収可能な気泡溜りを有し、
上記受熱部は、上記中空チューブ及び上記放熱部と共に上記液体冷媒の循環路の一部を成しかつを所定量の液体冷媒を収容可能とする受熱槽を含む、冷却ユニット。
【0058】
(4) 第3項記載の冷却ユニットにおいて、
前記受熱槽と前記放熱部を結ぶ2本の中空チューブを配設し、該中空チューブの一方が、他方より大きい径を有することを特徴とする冷却ユニット。
(5) 第3項記載の冷却ユニットにおいて、
前記受熱槽と前記放熱部を結ぶ2本の中空チューブを配設し、該中空チューブの一方が、他方より短く設定されていることを特徴とする冷却ユニット。
【0059】
(6) 第3項記載の冷却ユニットにおいて、
前記受熱槽と前記放熱部を結ぶ2つの中空チューブを配設し、該中空チューブの一方が、他方より高い位置に配設されていることを特徴とする冷却ユニット。
(7) 第3項から第6項のいずれか記載の冷却ユニットにおいて、
前記受熱槽内に前記液体冷媒中の気泡発生を促進する気泡発生促進部材を配設したことを特徴とする冷却ユニット。
【0060】
(8) 第3項から第6項のいずれか記載の冷却ユニットにおいて、
前記受熱槽内に前記液体冷媒へ熱の伝達を促進する熱伝達促進部材を配設したことを特徴とする冷却ユニット。
(9) 第3項から第6項のいずれか記載の冷却ユニットにおいて、
前記受熱槽内に、前記放熱部から流入する液体冷媒が十分に熱を吸収して該放熱部に帰還するように設計された流路を有することを特徴とする冷却ユニット
(10) 第1項から第9項いずれか記載の冷却ユニットにおいて、
前記放熱部の外面には、放熱板又は放熱フィンが配設されていることを特徴とする冷却ユニット。
【0061】
(11) 第1項か第9項記載の冷却ユニットにおいて、
前記放熱部の内面で前記液体冷媒に接触する領域に、該液体冷媒から除熱する熱量を増加させるための除熱部材が配設されることを特徴とする冷却ユニット。
(12) 第1項から第11項記載の冷却ユニットにおいて、
前記中空チューブは金属製又は樹脂製のフレキシブルチューブであることを特徴とする冷却ユニット。
【0062】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、次に述べる種々の効果を実現することができる。
請求項1記載の発明によれば、放熱部及び受熱槽を含めた液体冷媒の循環路内には、気泡の浮力に起因した液体冷媒の循環流が形成されることになる。よって、外部駆動源を使用することなく液体冷媒を循環させることができるため、低コストで騒音の問題もなく、受熱部の熱は液体冷媒を介して放熱部に移送することができる。
また、液体冷媒が気泡となる際には気化熱として受熱部の熱を吸収し、放熱部へ到達した気泡は凝集して液体に戻る際に凝集熱を発するため、より効率的に受熱部から放熱部に熱を移送することができる。
さらに、熱が効率よく液体冷媒により移送されるように流路が設計されているので、放熱部側から受熱層内に流入してくる液体冷媒が十分に吸熱してから再び放熱側に流出していくようになり、より多くの熱を受熱部から放熱部に移送できる。
【0064】
請求項2から4記載の発明によれば、2本の中空チューブの内、片方の中空チューブを気泡が進入し易い流路とすることにより、液体冷媒の循環方向が速やかに定まり、受熱部から発熱部へ円滑的に熱を移送することができる。
また、請求項5記載の発明によれば、受熱層内の気泡発生促進部材が配設され該受熱槽内での気泡の割合が多くなるため、気泡によりより多くの熱を受熱部から放熱部に移送できる。合わせて、液体冷媒の循環が促進されるのでこれによっても熱の移送が促進される。
【0065】
また、請求項6記載の発明によれば、受熱層内に熱伝達促進部材を配設して液体冷媒に熱が効率よく吸熱されるようにしたため、より多くの熱を受熱部から放熱部に移送できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(A)は従来の強制空冷方式の冷却ユニット100について、図1(B)は従来の強制液冷方式の冷却ユニット200について示す図である。
【図2】図2(A)は第1実施例の冷却ユニットの平面概要図、図2(B)は同冷却ユニットの側面概要図である。
【図3】図3(A)は第2実施例の冷却ユニットの平面概要図、図3(B)は同冷却ユニットの側面概要図である。
【図4】図4(A)は第3実施例の冷却ユニットの平面概要図、図4(B)は同冷却ユニットの側面概要図である。
【図5】図5は第4実施例の冷却ユニットの平面概要図である。
【図6】図6は第5実施例の冷却ユニットの平面概要図である。
【図7】図7(A)は第6実施例の冷却ユニットの側面概要図、図7(B)は第6実施例の他の冷却ユニットの側面概要図である。
【図8】図8(A)は第7実施例の冷却ユニットの平面概要図、図8(B)は第7実施例の他の冷却ユニットの平面概要図、図8(C)は第7実施例のさらに他の冷却ユニットの平面概要図である。
【図9】図9(A)は第8実施例の冷却ユニットの平面概要図、図9(B)は第8実施例の他の冷却ユニットの平面概要図、図9(C)は第8実施例のさらに他の冷却ユニットの側面概要図である。
【図10】図10(A)は第9実施例の冷却ユニットの平面概要図、図10(B)は同側面概要図、図10(C)は第8実施例の他の冷却ユニットの側平概要図である。
【図11】図11(A)は第10実施例の冷却ユニットの平面概要図、図10(B)は第10実施例の他の冷却ユニットの平面概要図である。
【図12】図12(A)は第11実施例の冷却ユニットの平面概要図、図10(B)は第10実施例の他の冷却ユニッの平面概要図である。
【符号の説明】
10 冷却ユニット
11 受熱部
13 放熱部
14 気泡溜り
15 中空チューブ
16 発熱部材
17 液体冷媒
17A 気泡
Claims (6)
- 発熱体から熱を受ける受熱部と、上記受熱部から離間して配設され、回収した熱を放熱する放熱部と、上記受熱部で発生した熱を上記放熱部に移送するための液体冷媒と、上記液体冷媒が上記受熱部と放熱部とを通り循環するように配設される中空チューブとを備えた冷却ユニットであって、上記液体冷媒が受熱部で受けた熱により沸騰し発生させた気泡の浮力により該液体冷媒の循環流を形成するように構成され、上記放熱部は、上記中空チューブと共に液体冷媒の循環路の一部を成すと共に上記気泡を集めて冷却することにより凝集して液体状態とするための気泡溜りを有し、上記受熱部は、上記中空チューブ及び上記放熱部と共に上記液体冷媒の循環路の一部を成しかつ所定量の液体冷媒を収容可能とする受熱槽を含み、該受熱槽内に、仕切り板を配置することにより、前記放熱部から流入する液体冷媒が十分に熱を吸収して該放熱部に帰還する流路を有する、冷却ユニット。
- 請求項1記載の冷却ユニット
において、前記受熱槽と前記放熱部を結ぶ2本の中空チューブを配設し、該中空チューブの一方が、他方より大きい径を有することを特徴とする冷却ユニット。 - 請求項1記載の冷却ユニット
において、前記受熱槽と前記放熱部を結ぶ2本の中空チューブを配設し、該中空チューブの一方が、他方より短く設定されていることを特徴とする冷却ユニット。 - 請求項1記載の冷却ユニット
において、前記受熱槽と前記放熱部を結ぶ2つの中空チューブを配設し、該中空チューブの一方が、他方より高い位置に配設されていることを特徴とする冷却ユニット。 - 請求項1乃至4のいずれか記載の冷却ユニット
において、前記受熱槽内に前記液体冷媒中の気泡発生を促進する気泡発生促進部材を配設したことを特徴とする冷却ユニット。 - 請求項1乃至4のいずれか記載の冷却ユニット
において、前記受熱槽内に前記液体冷媒へ熱の伝達を促進する熱伝達促進部材を配設したことを特徴とする冷却ユニット。
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