JP4055458B2 - 沸騰冷却装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒の沸騰熱伝達により発熱体を冷却する沸騰冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、図１７に示す沸騰冷却装置がある。
この沸騰冷却装置100 は、内部に冷媒を貯留する密閉容器110 と、この密閉容器110 に組付けられる放熱コア部120 とで構成され、密閉容器110 の一壁面を形成する受熱プレートの表面に発熱体130 が取り付けられる。
放熱コア部120 は、受熱プレートと対向する密閉容器110 の放熱プレート111 に対し略直立して組付けられる一組のヘッダ121 と、両ヘッダ121 間を連通する複数本の放熱チューブ122 と、放熱面積を増大するための放熱フィン123 より構成される。
【０００３】
密閉容器110 に貯留された冷媒は、発熱体130 の熱を受けて沸騰気化し、密閉容器110 からヘッダ121 を通って放熱チューブ122 内へ流れ込み、放熱チューブ122 内を流れる際に外気に放熱して凝縮し、凝縮液となってヘッダ121 から密閉容器110 に還流する。これにより、発熱体130 から発生した熱が冷媒に伝達されて放熱コア部120 へ輸送され、放熱コア部120 で外気に放散されることで発熱体130 が冷却される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の沸騰冷却装置100 では、例えば発熱体130 を密閉容器110 の下側に配置するボトム姿勢で使用した場合に、冷媒循環不良を起こし、放熱性能が悪化する問題がある。つまり、密閉容器110 内で発熱体130 の熱を受けて沸騰した冷媒蒸気が、密閉容器110 から２本のヘッダ121 に分散して流入すると、それぞれのヘッダ121 から放熱チューブ122 内へ流れ込んだ冷媒の流れ方向が放熱チューブ122 内で対向するため、冷媒の循環不良を生じる。
【０００５】
また、放熱チューブ122 が２本のヘッダ121 に対し略水平方向に組付けられているため、放熱チューブ122 内に冷媒が滞留し易く、冷媒の循環不良を生じる一因ともなっている。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、放熱チューブ内での冷媒蒸気と凝縮液との干渉を低減して冷媒の循環力を確保することにより、性能向上を実現できる沸騰冷却装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の手段）
沸騰冷却装置は、受熱プレート（５）と放熱プレート（６）との間に、スリット（７ａ）を複数形成した複数枚の平板部材（７）を重ね合わせて内部に閉空間を形成し、この閉空間に冷媒を貯留する冷媒容器（３）と、放熱プレート（６）上に略直立して組付けられる複数本の放熱チューブ（９）および複数本の放熱チューブ（９）の端部同士を連結する１本のヘッダ（１０）を有して構成される放熱コア部（４）とを備えている。受熱プレート（５）の表面に取り付けられる発熱体（２）の熱を受けて沸騰した冷媒が閉空間から放熱チューブ（９）内へ流れ込み、放熱コア部（４）で外気に放熱することで発熱体（２）を冷却している。
複数本の放熱チューブ（９）は、上端部のヘッダ（１０）内への挿入長（Ｌ１）をヘッダ（１０）の板厚（ｔ１）より大きく設定した蒸気用チューブ（９Ａ）群と、上端部のヘッダ（１０）内への挿入長（Ｌ２）をヘッダ（１０）の板厚（ｔ１）と同等に設定した凝縮液用チューブ（９Ｂ）群とからなる。
【０００７】
蒸気用チューブ（９Ａ）の上端部がヘッダ（１０）の底面より上方へ突き出ているので、凝縮液がヘッダ（１０）から放熱チューブ（９）を通って冷媒容器（３）に還流する際に、ヘッダ（１０）から蒸気用チューブ（９Ａ）へ流れ込む凝縮冷媒量が少なくなり、凝縮液用チューブ（９Ｂ）を通って冷媒容器（３）に還流する凝縮液量が多くなる。その結果、冷媒容器（３）内で沸騰気化した冷媒蒸気の多くが蒸気用チューブ（９Ａ）へ流れ込み、凝縮液用チューブ（９Ｂ）へ流入する冷媒蒸気量が少なくなることから、スムーズな冷媒循環が実現可能となる。
沸騰冷却装置の冷媒容器（３）は、受熱プレート（５）と放熱プレート（６）との間に、スリット（７ａ）を複数形成した複数枚の平板部材（７）を重ね合わせた積層構造であるため、冷媒容器（３）に対する放熱チューブ（９）の下端位置を決めることができるので、別途に放熱チューブ（９）の位置決め手段を設ける必要がない。
冷媒容器（３）が積層構造であるので、冷媒容器（３）に対する放熱チューブ（９）の位置決めが容易である上に、平板部材（７）に形成されるスリット（７ａ）の形状を変更するだけで沸騰面積を増大することができる。
【０００８】
（請求項２の手段）
発熱体（２）は、受熱プレート（５）中央の表面に取り付けられ、発熱体（２）を取り付けたプレート中央の発熱体領域（Ｒ）に蒸気用チューブ（９Ａ）群が配置され、発熱体領域（Ｒ）から外れたプレート縁端に凝縮液用チューブ（９Ｂ）群が配置されている。
冷媒容器（３）の内部で最も盛んに冷媒が沸騰する、プレート中央の発熱体領域（Ｒ）に蒸気用チューブ（９Ａ）群を配置しているので、多くの冷媒蒸気が効果的に蒸気用チューブ（９Ａ）群に流れ込み、更に発熱体領域（Ｒ）から外れたプレート縁端に凝縮液用チューブ（９Ｂ）群を配置しているので、冷媒室（８）から凝縮液用チューブ（９Ｂ）群に流れ込む冷媒蒸気量が少なくなる。その結果、よりスムーズな冷媒循環を実現でき、放熱性能を向上できる。
【００１０】
（請求項３の手段）
沸騰冷却装置は、冷媒容器（３）に対する蒸気用チューブ（９Ａ）群の挿入部と、凝縮液用チューブ（９Ｂ）群の挿入部との間に障壁（１３）を設けている。
これにより、発熱体（２）の熱を受けて沸騰した冷媒蒸気が凝縮液用チューブ（９Ｂ）群へ流れ込まない様にできる。
【００１２】
（請求項４の手段）
沸騰冷却装置の蒸気用チューブ（９Ａ）群は、冷媒容器（３）内に挿入される下端部の挿入長（Ｌ３）が放熱プレート（６）の板厚（ｔ２）と同等に設定され、凝縮液用チューブ（９Ｂ）群は、冷媒容器（３）内に挿入される下端部の挿入長（Ｌ４）が放熱プレート（６）の板厚（ｔ２）より大きく設定されている。
この構成によれば、冷媒容器（３）に挿入される凝縮液用チューブ（９Ｂ）の下端部が放熱プレート（６）の内表面から突き出ているので、冷媒容器（３）の内部で沸騰した冷媒蒸気が放熱チューブ（９）に流れ込む際に、凝縮液用チューブ（９Ｂ）群へ流れ込む冷媒蒸気量より、蒸気用チューブ（９Ａ）群へ流れ込む冷媒蒸気量の方が多くなる。その結果、ヘッダ（１０）から放熱チューブ（９）を通って冷媒容器（３）へ還流する凝縮液は、冷媒蒸気量の少ない凝縮液用チューブ（９Ｂ）の方へ優先的に流れ込み、冷媒蒸気量の多い蒸気用チューブ（９Ａ）の方が少なくなるので、スムーズな冷媒循環が実現可能となる。
【００１３】
（請求項５の手段）
沸騰冷却装置は、ヘッダ（１０）に設けられる凝縮液用チューブ（９Ｂ）群の挿入穴（６ａ）を外側向きのバーリング加工により形成している。
挿入穴（６ａ）に挿入される放熱チューブ（９）の周囲にろう溜まり用のスペースが確保されるので、放熱チューブ（９）内へのろう材の流れ込みを防止できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１は放熱チューブとヘッダとの接続部周辺を示す断面図、図２は放熱チューブと冷媒容器との接続部周辺を示す断面図である。
本実施例の沸騰冷却装置１は、冷媒の沸騰熱伝達によって発熱体２を冷却するもので、図３に示す冷媒容器３と放熱コア部４とで構成され、一体ろう付けにより製造される。
発熱体２は、例えばプリント基板に実装されたコンピュータチップであり、冷媒容器３の底面略中央部に密着して取り付けられる。
【００２７】
冷媒容器３は、図４に示す様に、２枚の外側プレートの間に複数枚の中間プレート７を積層して構成され、内部に冷媒室８（図２参照）を形成し、その冷媒室８に所定量の冷媒が封入されている。
２枚の外側プレートと中間プレート７は、それぞれ伝熱性に優れる金属板（例えばアルミニウム板）の表面に予めろう材層が設けられているブレージングシートが使用される。
【００２８】
２枚の外側プレートは、表面に発熱体２が取り付けられる受熱プレート５と、放熱コア部４が組付けられる放熱プレート６として使用される。放熱プレート６には、図４に示す様に、放熱コア部４の放熱チューブ９が挿入される挿入穴６ａが複数形成されている。
中間プレート７は、図４に示す様に、略全面に渡って複数のスリット７ａが形成され、各中間プレート７の積層方向にスリット７ａ同士が連通して冷媒室８を形成している。また、中間プレート７のスリット７ａとスリット７ａとの間に残る肉厚部７ｂが積層方向に連続して柱状に設けられ、受熱プレート５と放熱プレート６との間を熱的に連結する伝熱部を形成している。
【００２９】
放熱コア部４は、図３に示す様に、放熱プレート６上に略直立して組付けられる複数本の放熱チューブ９と、その複数本の放熱チューブ９の上端部同士を連結する１本のヘッダ１０と、各放熱チューブ９間に介在される放熱フィン１１とで構成され、冷媒容器３と同じ伝熱性に優れる金属材料（例えばアルミニウム）により製造される。
放熱チューブ９は、主に冷媒蒸気を流すための蒸気用チューブ９Ａと、主に凝縮液を流すための凝縮液用チューブ９Ｂとに分かれて使用される。
【００３０】
蒸気用チューブ９Ａは、図１に示す様に、ヘッダ１０に挿入される上端部の挿入長L1がヘッダ１０の底面を形成する板厚t1より大きく設定されている（つまり、蒸気用チューブ９Ａの上端部がヘッダ１０の底面より所定量突き出た状態で挿入されている）。
凝縮液用チューブ９Ｂは、ヘッダ１０に挿入される上端部の挿入長L2がヘッダ１０の底面を形成する板厚t1と同等に設定されている（つまり、凝縮液用チューブ９Ｂの上端部がヘッダ１０の底面から突き出ていない）。
【００３１】
次に、上記構成を有する沸騰冷却装置１の作動を説明する。
なお、本実施例の沸騰冷却装置１は、発熱体２が冷媒容器３の下側に配置され、放熱コア部４が冷媒容器３の上側に配置される姿勢（ボトム姿勢と呼ぶ）で使用される。
冷媒容器３に貯留されている冷媒は、発熱体２の熱を受けて沸騰気化し、冷媒室８から主に蒸気用チューブ９Ａを通ってヘッダ１０へ流した後、ヘッダ１０の内部を拡散しながら冷却されて凝縮し、凝縮液となってヘッダ１０から凝縮液用チューブ９Ｂを通って冷媒室８へ還流する。これにより、発熱体２から発生した熱が冷媒に伝達されて放熱コア部４へ輸送され、放熱コア部４で冷媒から凝縮潜熱として放出され、放熱フィン１１を介して外気に放散される。
【００３２】
（第１実施例の効果）
本実施例の沸騰冷却装置１は、ヘッダ１０に挿入される蒸気用チューブ９Ａの挿入長L1がヘッダ１０の板厚t1より大きく設定され、凝縮液用チューブ９Ｂの挿入長L2がヘッダ１０の板厚t1と同等に設定されている。この構成によれば、蒸気用チューブ９Ａの上端部がヘッダ１０の底面より上方へ突き出ているので、凝縮液がヘッダ１０から放熱チューブ９を通って冷媒容器３に還流する際に、ヘッダ１０から蒸気用チューブ９Ａへ流れ込む凝縮液量が少なくなり、凝縮液用チューブ９Ｂを通って冷媒容器３に還流する凝縮液量が多くなる。その結果、図２に示す様に、冷媒容器３内で沸騰気化した冷媒蒸気の多くが蒸気用チューブ９Ａへ流れ込み、凝縮液用チューブ９Ｂへ流入する冷媒蒸気量が少なくなることから、スムーズな冷媒循環を実現できる。
【００３３】
本実施例の冷媒容器３は、２枚の外側プレート５、６と複数枚の中間プレート７から成る積層構造であるため、冷媒容器３に対する放熱チューブ９の位置決めが容易である。つまり、中間プレート７によって放熱チューブ９の下端位置を決めることができるので、別途に放熱チューブ９の位置決め手段を設ける必要がない。これに対し、例えば図５に示す様に、冷媒容器３が中空構造の場合は、放熱チューブ９の下端位置を決めるためのストッパ構造が必要となる。
【００３４】
また、冷媒容器３が中空構造の場合は、図６に示す様に、沸騰面積を増大する目的等で冷媒容器３の内部にインナフィン１２を挿入する場合もあるが、このインナフィン１２を有する冷媒容器３では、ストッパ構造を設けることが困難であり、冷媒容器３に対する放熱チューブ９の挿入長を管理することも極めて困難であった。
これに対し、冷媒容器３を積層構造とすれば、冷媒容器３に対する放熱チューブ９の位置決めが容易である上に、中間プレート７に形成されるスリット７ａの形状を変更するだけで沸騰面積を増大することができる。また、積層方向に連続する各中間プレート７の肉厚部７ｂによって伝熱部（受熱プレート５と放熱プレート６との間を熱的に連結する部分）を形成できるので、放熱性能に優れた沸騰冷却装置１を実現できる。
【００３５】
（第２実施例）
図７は沸騰冷却装置１の断面図である。
本実施例は、第１実施例で説明した蒸気用チューブ９Ａを発熱体領域Ｒに配置し、凝縮液用チューブ９Ｂを発熱体領域Ｒから外れた位置（発熱体領域Ｒの両外側）に配置した場合の一例である。なお、発熱体領域Ｒとは、図７に示す様に、受熱プレート５に対する発熱体２の取付け範囲を放熱プレート６に投影した領域を言う。
【００３６】
この構成によれば、冷媒容器３の内部で最も盛んに冷媒が沸騰する範囲内に蒸気用チューブ９Ａを配置しているので、多くの冷媒蒸気が効果的に蒸気用チューブ９Ａに流れ込み、更に発熱体領域Ｒから外れた位置に凝縮液用チューブ９Ｂを配置しているので、冷媒室８から凝縮液用チューブ９Ｂに流れ込む冷媒蒸気量が少なくなる。その結果、第１実施例の構成に対し、よりスムーズな冷媒循環を実現でき、放熱性能を向上できる。
【００３７】
（第３実施例）
図８は沸騰冷却装置１の断面図である。
本実施例は、第２実施例の構成に加えて、更に冷媒容器３の内部に冷媒蒸気の流れを制御する障壁１３を設けた一例である。
この障壁１３は、図８に示す様に、冷媒容器３に対する蒸気用チューブ９Ａの挿入部と凝縮液用チューブ９Ｂの挿入部との間に設けられ、発熱体２の熱を受けて沸騰した冷媒蒸気が凝縮液用チューブ９Ｂへ流れ込まない様に制御している。これにより、更に良好な冷媒循環を可能にできる。なお、障壁１３は、例えば中間プレート７に形成されるスリット７ａ（図４参照）の形状を変更するだけで容易に設けることができる。
【００３８】
（第４実施例）
図９は放熱チューブ９と冷媒容器３との接続部周辺を示す断面図である。
本実施例は、冷媒容器３に対する蒸気用チューブ９Ａと凝縮液用チューブ９Ｂの挿入長が異なる場合の一例である。
蒸気用チューブ９Ａは、冷媒容器３に挿入される下端部の挿入長L3が放熱プレート６の板厚t2と同等に設定されている（つまり、蒸気用チューブ９Ａの下端部が放熱プレート６の内表面から突き出ていない）。
凝縮液用チューブ９Ｂは、図９に示す様に、冷媒容器３に挿入される下端部の挿入長L4が放熱プレート６の板厚t2より大きく設定されている（つまり、凝縮液用チューブ９Ｂの下端部が放熱プレート６の内表面より所定量突き出た状態で挿入されている）。
【００３９】
この構成によれば、冷媒容器３に挿入される凝縮液用チューブ９Ｂの下端部が放熱プレート６の内表面から突き出ているので、冷媒容器３の内部で沸騰した冷媒蒸気が放熱チューブ９へ流れ込む際に、凝縮液用チューブ９Ｂへ流れ込む冷媒蒸気量より、蒸気用チューブ９Ａへ流れ込む冷媒蒸気量の方が多くなる。その結果、ヘッダ１０から放熱チューブ９を通って冷媒容器３へ還流する凝縮液は、冷媒蒸気量の少ない凝縮液用チューブ９Ｂの方へ優先的に流れ込み、冷媒蒸気量の多い蒸気用チューブ９Ａの方が少なくなるので、スムーズな冷媒循環が実現可能となる。
【００４０】
（第５実施例）
図１０は沸騰冷却装置１の断面図である。
本実施例の沸騰冷却装置１は、放熱チューブ９に関わる第１実施例と第４実施例の構成を包含する一例である。
即ち、蒸気用チューブ９Ａは、ヘッダ１０に挿入される上端部の挿入長がヘッダ１０の底面を形成する板厚より大きく設定され、且つ冷媒容器３に挿入される下端部の挿入長が放熱プレート６の板厚と同等に設定されている。
【００４１】
一方、凝縮液用チューブ９Ｂは、ヘッダ１０に挿入される上端部の挿入長がヘッダ１０の底面を形成する板厚と同等に設定され、且つ冷媒容器３に挿入される下端部の挿入長が放熱プレート６の板厚より大きく設定されている。
また、蒸気用チューブ９Ａは、第２実施例で説明した発熱体領域Ｒ（図７参照）に配置され、凝縮液用チューブ９Ｂは、発熱体領域Ｒから外れた位置（発熱体領域Ｒの両外側）に配置されている。
【００４２】
この構成によれば、冷媒容器３の内部で沸騰した冷媒蒸気の多くが蒸気用チューブ９Ａへ流れ込み、凝縮液の多くがヘッダ１０から凝縮液用チューブ９Ｂへ流れ込むことができるので、略理想的な冷媒循環ループを形成でき、放熱性能の高い沸騰冷却装置１を実現できる。
なお、本実施例に使用される蒸気用チューブ９Ａと凝縮液用チューブ９Ｂは、冷媒容器３及びヘッダ１０に対して互いの挿入長が異なる様に組付けられるが、両チューブの全長を同一にできるので、放熱チューブ９を２種類準備する必要はない。この場合、部品管理を容易にできると共に、誤組付け等の作業上の問題も無くすことが可能である。
【００４３】
（第６実施例）
図１１はヘッダ１０と放熱チューブ９との嵌合部の断面図である。
ヘッダ１０と放熱チューブ９との嵌合部において、両者のろう付け性、及び放熱チューブ９内部へのろう材の流れ込み等を考慮すると、図１２に示す様に、放熱チューブ９の上端部がヘッダ１０の底面より上方へ突き出た状態で組付けた方が良い。しかし、図１２に示す構成では、ヘッダ１０の内部に液溜まりを生じることになり、冷媒容器３へ還流する凝縮液量が減少して放熱性能の低下を招くことになる。
【００４４】
これに対し、ヘッダ１０内の液溜まりを解消するためには、図１３に示す様に、放熱チューブ９の挿入長をヘッダ１０の板厚t1と同等に設定し、放熱チューブ９の上端部がヘッダ１０の底面から突き出ない様に組付けることが望ましい。しかし、この構成では、上記の様に、放熱チューブ９の内部へろう材が流れ込む可能性がある。そこで、ヘッダ１０内の液溜まりを解消でき、且つ放熱チューブ９内へのろう材の流れ込みも防止できる実施例を図１１に示す。
【００４５】
図１１（ａ）に示す実施例は、ヘッダ１０に設けられる放熱チューブ９の挿入穴６ａを外側向きのバーリング加工によって形成した一例である。この場合、挿入穴６ａに挿入される放熱チューブ９の周囲にろう溜まり用のスペースＳが確保されるので、放熱チューブ９内へのろう材の流れ込みを防止できる効果がある。
図１１（ｂ）に示す実施例は、ヘッダ１０に設けられる放熱チューブ９の挿入穴６ａをプレス加工によって形成した一例であり、挿入穴６ａの内側周縁部に面取りを設けることで、ろう溜まり用のスペースＳを確保している。この場合、ろう溜まり用のスペースＳを切削によって設けることも可能である。
【００４６】
（第７実施例）
図１４は沸騰冷却装置１の断面図である。
本実施例の沸騰冷却装置１は、ヘッダ１０に対し、放熱チューブ９を冷却風の送風方向に２分割して配置した場合の一例である。
この構造によれば、例えば図１４に示す様に、冷媒容器３を略垂直方向に立てた姿勢で使用する場合でも、冷媒が図中の矢印で示す様に循環し、放熱性能の向上を図ることが可能である。
【００４７】
また、図１５に示す様に、ボトム姿勢でも使用できることは言うまでもない。この場合、冷却風の上流方向に凝縮液用チューブ９Ｂを配置し、冷却風の下流方向に蒸気用チューブ９Ａを配置した方が、冷媒循環がスムーズに行われる。これは、蒸気用チューブ９Ａを冷却風の下流側に配置することで、蒸気用チューブ９Ａの温度を凝縮液用チューブ９Ｂの温度に比較して高く保つことができ、上昇する冷媒蒸気が途中で液化することから防ぐことができ、冷媒の循環力を維持することが可能となるからである。
更に、図１６に示す様に、ヘッダ１０を分割して構成しても良い。
【００４８】
（比較品の沸騰冷却装置200 について）
一般に、沸騰冷却装置では、放熱チューブを冷媒槽内へ深く差し込んだ場合でもチューブ開口が冷媒槽の内壁に当たって閉塞しない様に、冷媒槽の厚みを大きく設定している。
このため、占有容積が限られる沸騰冷却装置では、冷媒槽の厚みが大きい分、放熱チューブが占める容積が小さくなり、冷却能力が低下する（放熱性能が落ちるため）。
図１８に示す沸騰冷却装置200 では、放熱チューブ201 の端部202、203 を段付き形状にして、放熱チューブ201 の冷媒槽204、205 内への差込量を制限することができる。
【００４９】
しかし、沸騰冷却装置200 では、通常、多穴管加工されている放熱チューブ201 の穴管206 の一部が段付き加工により閉塞する。
閉塞した穴管に冷媒が流れないので、冷却能力の低下を招く（放熱性能が落ちるため）。
また、放熱チューブ201 に高い加工精度が必要であり、コストがかかる。
【００５０】
（第８実施例）
図１９の（ａ）は沸騰冷却装置３０の組み付けの様子を示す斜視図であり、図１９の（ｂ）は組み付けが完了した沸騰冷却装置３０の斜視図である。
図２０の（ａ）はヘッダ３２および冷媒容器３３の各差込穴に放熱チューブ３１を差し込んだ状態を示す説明図であり、図２０の（ｂ）は放熱チューブ３１の端部を示す説明図であり、図２０の（ｃ）は差込穴の段３３ｂの平面図であり、図２０の（ｄ）は段３３ｂの断面図である。
【００５１】
本実施例の沸騰冷却装置３０は、複数の放熱チューブ３１の端部を、ヘッダ３２の所定のチューブ上端差込穴３２ａおよび冷媒容器３３の所定のチューブ下端差込穴３３ａに差し込み、一体ろう付けして製造される。
【００５２】
複数の放熱チューブ３１は、多穴管加工（円形穴）が施され、略直立状態でヘッダ３２と冷媒容器３３とを連結している。
また、放熱チューブ３１は、冷媒蒸気の上昇用と凝縮液の下降用とに区分されている。更に、隣り合う放熱チューブ３１との隙間には放熱を支援するフィン３１ａが配設されている。
【００５３】
ヘッダ３２および冷媒容器３３は、複数枚のプレートを積層して構成され、内部に冷媒を封入するための空所が形成されている。
冷媒容器３３の下面には、発熱する被冷却体（例えば、プリント基板に実装した電子部品）が密着して取り付けられる。なお、３４は被冷却体を取り付けるための取付穴である。
【００５４】
本実施例では、各チューブ端差込穴内への放熱チューブ３１の差込量を規制して複数の放熱チューブ３１を各冷媒槽に接続する第１、第２の差込量規制手段を、ヘッダ３２および冷媒容器３３の各放熱プレートに形成した、チューブ上端差込穴３２ａおよびチューブ下端差込穴３３ａを段付形状にすることにより実現している。
なお、放熱チューブ３１の端部が当接する段３２ｂ、３３ｂの水平部は、穴管の開口３４ａがヘッダ３２および冷媒容器３３内へ連通する枠状にしている｛図２０の（ｃ）参照｝。
【００５５】
チューブ上端挿入穴３２ａおよびチューブ下端挿入穴３３ａに形成した段３２ｂ、３３ｂ（垂直部＆水平部）により、放熱チューブ３１の端部を段付き加工することなく、放熱チューブ３１のチューブ上端挿入穴３２ａおよびチューブ下端挿入穴３３ａ内への差込量を規制して複数の放熱チューブ３１を各冷媒槽に接続することができる。
【００５６】
差込量を規制できるので、ヘッダ３２および冷媒容器３３の厚みを薄くしても、放熱チューブ３１の穴管の開口３４ａが冷媒槽内壁に当たらない（閉塞しない）。これにより、放熱チューブ３１の容積を大きくでき（高さを高くできるため）、高い冷却能力が得られる（放熱性能が向上するため）。
また、段３２ｂ、３３ｂの水平部が、穴管の開口３４ａが冷媒槽内へ連通する枠状であるので、穴管が閉塞せず、冷媒の流通を妨げない。
【００５７】
各チューブ端差込部の段３２ｂ、３３ｂに放熱チューブ３１の端部を差し込むことにより、各差込部に保持された状態で位置決めがなされる。このため、沸騰冷却装置３０を上下方向に押さえ付けるだけで一体ろう付けすることができ、複雑（高価）なろう付け治具が不要である。
【００５８】
（第９実施例）
図２１の（ａ）は沸騰冷却装置４０の組み付けの様子を示す斜視図であり、図２１の（ｂ）は組み付けが完了した沸騰冷却装置４０の斜視図である。
図２２の（ａ）はヘッダ４２および冷媒容器４３の各差込穴に放熱チューブ４１を差し込んだ状態を示す説明図であり、図２２の（ｂ）は放熱チューブ４１の端部を示す説明図であり、図２２の（ｃ）は段の水平部である接続口４３ｃの平面図であり、図２０の（ｄ）はチューブ下端差込穴４３ａの断面図である。
【００５９】
本実施例の沸騰冷却装置４０は、複数の放熱チューブ４１の端部を、ヘッダ４２の所定のチューブ上端挿入穴４２ａおよび冷媒容器４３の所定のチューブ下端差込穴４３ａに差し込み、一体ろう付けして製造される。
【００６０】
複数の放熱チューブ４１は、多穴管加工（正方形穴）が施され、略直立状態でヘッダ４２と冷媒容器４３とを連結している。
また、放熱チューブ４１は、冷媒蒸気の上昇用と凝縮液の下降用とに区分されている。なお、本実施例では、自然空冷のため、隣り合う放熱チューブ４１との隙間にはフィンを配設していない。
【００６１】
ヘッダ４２および冷媒容器４３は、複数枚のプレートを積層して構成され、内部に冷媒を封入するための空所が形成されている。
冷媒容器４３の下面には、発熱する被冷却体（例えば、プリント基板に実装した電子部品）が密着して取り付けられる。なお、４４は被冷却体を取り付けるための取付穴である。
【００６２】
本実施例では、各チューブ端挿入穴内への放熱チューブ４１の差込量を規制して複数の放熱チューブ４１をヘッダ４２および冷媒容器４３に連結する、第１、第２の差込量規制手段を、ヘッダ４２および冷媒容器４３の各放熱プレートに形成した接続口４３ｂ、４３ｃ（段の水平部に相当）と、これら接続口４３ｂ、４３ｃの近傍の各放熱プレートに取り付けた、放熱チューブ４１を保持する、別体の保持穴付きのチューブ保持部材４３ｄ、４３ｅ（段の垂直部に相当）とにより実現している。
【００６３】
本実施例の沸騰冷却装置４０では、放熱チューブ４１の各放熱プレートに形成した接続口４３ｂ、４３ｃと、別体の保持穴付きのチューブ保持部材４３ｄ、４３ｅとにより放熱チューブ４１をヘッダ４２および冷媒容器４３に連結しているので、放熱チューブ４１の端を段付き加工することなく、ヘッダ４２および冷媒容器４３への差込量を規制することができる。
【００６４】
差込量を規制できるので、ヘッダ４２および冷媒容器４３の厚みを薄くしても、放熱チューブ４１の穴管の開口４３ｆがヘッダ４２および冷媒容器４３の内壁に当たらない（閉塞しない）。これにより、放熱チューブ４１の容積を大きくでき（高さを高くできるため）、高い冷却能力が得られる（放熱性能が向上するため）。
また、接続口４３ｂ、４３ｃが、穴管の開口４３６がヘッダ４２および冷媒容器４３内へ連通する枠状であるので、穴管が閉塞せず、冷媒の流通を妨げない。
【００６５】
チューブ保持部材４３ｄ、４３ｅの保持穴内に放熱チューブ４１の端部を差し込むことにより保持状態で位置決めがなされる。このため、沸騰冷却装置４０を上下方向に押さえ付けるだけで一体ろう付けすることができ、複雑（高価）なろう付け治具が不要である。
【００６６】
（変形例）
第１実施例の沸騰冷却装置１において、凝縮液用チューブ９Ｂを挿入する、図４に示す放熱プレートである外側プレート６（図２、図３、図４参照）の挿入穴６ａに、第２の差込量規制手段としての段部を形成しても良い。また、凝縮液用チューブ９Ｂを挿入するヘッダ１０（図１、図３参照）の下面の挿入口に、第１の差込量規制手段としての段部を形成しても良い。
【００６７】
こうすれば、各挿入口に凝縮液用チューブ９Ｂが保持された状態で位置決めでき、沸騰冷却装置１を上下方向に押さえ付けるだけで一体ろう付けすることができ、ろう付けの際に複雑（高価）なろう付け治具が不要になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】放熱チューブとヘッダとの接続部周辺を示す断面図である（第１実施例）。
【図２】放熱チューブと冷媒容器との接続部周辺を示す断面図である（第１実施例）。
【図３】沸騰冷却装置の全体形状を示す斜視図である。
【図４】冷媒容器を構成する外側プレートと中間プレートの斜視図である。
【図５】放熱チューブのストッパ構造を示す沸騰冷却装置の断面図である。
【図６】冷媒容器内にインナフィンを有する沸騰冷却装置の断面図である。
【図７】発熱体領域を説明する沸騰冷却装置の断面図である（第２実施例）。
【図８】沸騰冷却装置の断面図である（第３実施例）。
【図９】放熱チューブと冷媒容器との接続部周辺を示す断面図である（第４実施例）。
【図１０】沸騰冷却装置の断面図である（第５実施例）。
【図１１】放熱チューブとヘッダとの嵌合部を示す断面図である（第６実施例）。
【図１２】放熱チューブとヘッダとの接続部周辺を示す断面図である（第６実施例）。
【図１３】放熱チューブとヘッダとの接続部周辺を示す断面図である（第６実施例）。
【図１４】サイド姿勢で使用した時の沸騰冷却装置の断面図である（第７実施例）。
【図１５】ボトム姿勢で使用した時の沸騰冷却装置の断面図である（第７実施例）。
【図１６】第７実施例のヘッダを分割した変形例である。
【図１７】沸騰冷却装置の斜視図である（従来技術）。
【図１８】比較品の沸騰冷却装置における、放熱チューブと冷媒槽との接続の様子を示す説明図である。
【図１９】（ａ）は第８実施例の沸騰冷却装置の組み付けの様子を示す斜視図であり、（ｂ）は組み付けが完了した沸騰冷却装置の斜視図である。
【図２０】（ａ）はヘッダおよび冷媒容器の各差込穴に放熱チューブを差し込んだ状態を示す説明図であり、（ｂ）は放熱チューブの端部を示す説明図であり、（ｃ）は差込穴の段の平面図であり、（ｄ）は段の断面図である。
【図２１】（ａ）は沸騰冷却装置の組み付けの様子を示す斜視図であり、（ｂ）は組み付けが完了した沸騰冷却装置の斜視図である。
【図２２】（ａ）はヘッダおよび冷媒容器の各差込穴に放熱チューブを差し込んだ状態を示す説明図であり、（ｂ）は放熱チューブの端部を示す説明図であり、（ｃ）は段の水平部である接続口の平面図であり、（ｄ）はチューブ下端差込穴の断面図である。
【符号の説明】
１、３０、４０ 沸騰冷却装置
２ 発熱体
３ 冷媒容器
４ 放熱コア部
５ 受熱プレート
６ 放熱プレート
６ａ 挿入穴
７ 平板部材
８ 閉空間
９、３１、４１ 放熱チューブ
９Ａ 蒸気用チューブ
９Ｂ 凝縮液用チューブ
１０ ヘッダ
３２、４２ ヘッダ
３３、４３ 冷媒容器
ｔ１ ヘッダの板厚
ｔ２ プレートの板厚
Ｌ１、Ｌ２ 挿入長
Ｒ 発熱体領域
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒の沸騰熱伝達により発熱体を冷却する沸騰冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、図１７に示す沸騰冷却装置がある。
この沸騰冷却装置100 は、内部に冷媒を貯留する密閉容器110 と、この密閉容器110 に組付けられる放熱コア部120 とで構成され、密閉容器110 の一壁面を形成する受熱プレートの表面に発熱体130 が取り付けられる。
放熱コア部120 は、受熱プレートと対向する密閉容器110 の放熱プレート111 に対し略直立して組付けられる一組のヘッダ121 と、両ヘッダ121 間を連通する複数本の放熱チューブ122 と、放熱面積を増大するための放熱フィン123 より構成される。
【０００３】
密閉容器110 に貯留された冷媒は、発熱体130 の熱を受けて沸騰気化し、密閉容器110 からヘッダ121 を通って放熱チューブ122 内へ流れ込み、放熱チューブ122 内を流れる際に外気に放熱して凝縮し、凝縮液となってヘッダ121 から密閉容器110 に還流する。これにより、発熱体130 から発生した熱が冷媒に伝達されて放熱コア部120 へ輸送され、放熱コア部120 で外気に放散されることで発熱体130 が冷却される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の沸騰冷却装置100 では、例えば発熱体130 を密閉容器110 の下側に配置するボトム姿勢で使用した場合に、冷媒循環不良を起こし、放熱性能が悪化する問題がある。つまり、密閉容器110 内で発熱体130 の熱を受けて沸騰した冷媒蒸気が、密閉容器110 から２本のヘッダ121 に分散して流入すると、それぞれのヘッダ121 から放熱チューブ122 内へ流れ込んだ冷媒の流れ方向が放熱チューブ122 内で対向するため、冷媒の循環不良を生じる。
【０００５】
また、放熱チューブ122 が２本のヘッダ121 に対し略水平方向に組付けられているため、放熱チューブ122 内に冷媒が滞留し易く、冷媒の循環不良を生じる一因ともなっている。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、放熱チューブ内での冷媒蒸気と凝縮液との干渉を低減して冷媒の循環力を確保することにより、性能向上を実現できる沸騰冷却装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の手段）
沸騰冷却装置は、受熱プレート（５）と放熱プレート（６）との間に、スリット（７ａ）を複数形成した複数枚の平板部材（７）を重ね合わせて内部に閉空間を形成し、この閉空間に冷媒を貯留する冷媒容器（３）と、放熱プレート（６）上に略直立して組付けられる複数本の放熱チューブ（９）および複数本の放熱チューブ（９）の端部同士を連結する１本のヘッダ（１０）を有して構成される放熱コア部（４）とを備えている。受熱プレート（５）の表面に取り付けられる発熱体（２）の熱を受けて沸騰した冷媒が閉空間から放熱チューブ（９）内へ流れ込み、放熱コア部（４）で外気に放熱することで発熱体（２）を冷却している。
複数本の放熱チューブ（９）は、上端部のヘッダ（１０）内への挿入長（Ｌ１）をヘッダ（１０）の板厚（ｔ１）より大きく設定した蒸気用チューブ（９Ａ）群と、上端部のヘッダ（１０）内への挿入長（Ｌ２）をヘッダ（１０）の板厚（ｔ１）と同等に設定した凝縮液用チューブ（９Ｂ）群とからなる。
【０００７】
蒸気用チューブ（９Ａ）の上端部がヘッダ（１０）の底面より上方へ突き出ているので、凝縮液がヘッダ（１０）から放熱チューブ（９）を通って冷媒容器（３）に還流する際に、ヘッダ（１０）から蒸気用チューブ（９Ａ）へ流れ込む凝縮冷媒量が少なくなり、凝縮液用チューブ（９Ｂ）を通って冷媒容器（３）に還流する凝縮液量が多くなる。その結果、冷媒容器（３）内で沸騰気化した冷媒蒸気の多くが蒸気用チューブ（９Ａ）へ流れ込み、凝縮液用チューブ（９Ｂ）へ流入する冷媒蒸気量が少なくなることから、スムーズな冷媒循環が実現可能となる。
沸騰冷却装置の冷媒容器（３）は、受熱プレート（５）と放熱プレート（６）との間に、スリット（７ａ）を複数形成した複数枚の平板部材（７）を重ね合わせた積層構造であるため、冷媒容器（３）に対する放熱チューブ（９）の下端位置を決めることができるので、別途に放熱チューブ（９）の位置決め手段を設ける必要がない。
冷媒容器（３）が積層構造であるので、冷媒容器（３）に対する放熱チューブ（９）の位置決めが容易である上に、平板部材（７）に形成されるスリット（７ａ）の形状を変更するだけで沸騰面積を増大することができる。
【０００８】
（請求項２の手段）
発熱体（２）は、受熱プレート（５）中央の表面に取り付けられ、発熱体（２）を取り付けたプレート中央の発熱体領域（Ｒ）に蒸気用チューブ（９Ａ）群が配置され、発熱体領域（Ｒ）から外れたプレート縁端に凝縮液用チューブ（９Ｂ）群が配置されている。
冷媒容器（３）の内部で最も盛んに冷媒が沸騰する、プレート中央の発熱体領域（Ｒ）に蒸気用チューブ（９Ａ）群を配置しているので、多くの冷媒蒸気が効果的に蒸気用チューブ（９Ａ）群に流れ込み、更に発熱体領域（Ｒ）から外れたプレート縁端に凝縮液用チューブ（９Ｂ）群を配置しているので、冷媒室（８）から凝縮液用チューブ（９Ｂ）群に流れ込む冷媒蒸気量が少なくなる。その結果、よりスムーズな冷媒循環を実現でき、放熱性能を向上できる。
【００１０】
（請求項３の手段）
沸騰冷却装置は、冷媒容器（３）に対する蒸気用チューブ（９Ａ）群の挿入部と、凝縮液用チューブ（９Ｂ）群の挿入部との間に障壁（１３）を設けている。
これにより、発熱体（２）の熱を受けて沸騰した冷媒蒸気が凝縮液用チューブ（９Ｂ）群へ流れ込まない様にできる。
【００１２】
（請求項４の手段）
沸騰冷却装置の蒸気用チューブ（９Ａ）群は、冷媒容器（３）内に挿入される下端部の挿入長（Ｌ３）が放熱プレート（６）の板厚（ｔ２）と同等に設定され、凝縮液用チューブ（９Ｂ）群は、冷媒容器（３）内に挿入される下端部の挿入長（Ｌ４）が放熱プレート（６）の板厚（ｔ２）より大きく設定されている。
この構成によれば、冷媒容器（３）に挿入される凝縮液用チューブ（９Ｂ）の下端部が放熱プレート（６）の内表面から突き出ているので、冷媒容器（３）の内部で沸騰した冷媒蒸気が放熱チューブ（９）に流れ込む際に、凝縮液用チューブ（９Ｂ）群へ流れ込む冷媒蒸気量より、蒸気用チューブ（９Ａ）群へ流れ込む冷媒蒸気量の方が多くなる。その結果、ヘッダ（１０）から放熱チューブ（９）を通って冷媒容器（３）へ還流する凝縮液は、冷媒蒸気量の少ない凝縮液用チューブ（９Ｂ）の方へ優先的に流れ込み、冷媒蒸気量の多い蒸気用チューブ（９Ａ）の方が少なくなるので、スムーズな冷媒循環が実現可能となる。
【００１３】
（請求項５の手段）
沸騰冷却装置は、ヘッダ（１０）に設けられる凝縮液用チューブ（９Ｂ）群の挿入穴（６ａ）を外側向きのバーリング加工により形成している。
挿入穴（６ａ）に挿入される放熱チューブ（９）の周囲にろう溜まり用のスペースが確保されるので、放熱チューブ（９）内へのろう材の流れ込みを防止できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１は放熱チューブとヘッダとの接続部周辺を示す断面図、図２は放熱チューブと冷媒容器との接続部周辺を示す断面図である。
本実施例の沸騰冷却装置１は、冷媒の沸騰熱伝達によって発熱体２を冷却するもので、図３に示す冷媒容器３と放熱コア部４とで構成され、一体ろう付けにより製造される。
発熱体２は、例えばプリント基板に実装されたコンピュータチップであり、冷媒容器３の底面略中央部に密着して取り付けられる。
【００２７】
冷媒容器３は、図４に示す様に、２枚の外側プレートの間に複数枚の中間プレート７を積層して構成され、内部に冷媒室８（図２参照）を形成し、その冷媒室８に所定量の冷媒が封入されている。
２枚の外側プレートと中間プレート７は、それぞれ伝熱性に優れる金属板（例えばアルミニウム板）の表面に予めろう材層が設けられているブレージングシートが使用される。
【００２８】
２枚の外側プレートは、表面に発熱体２が取り付けられる受熱プレート５と、放熱コア部４が組付けられる放熱プレート６として使用される。放熱プレート６には、図４に示す様に、放熱コア部４の放熱チューブ９が挿入される挿入穴６ａが複数形成されている。
中間プレート７は、図４に示す様に、略全面に渡って複数のスリット７ａが形成され、各中間プレート７の積層方向にスリット７ａ同士が連通して冷媒室８を形成している。また、中間プレート７のスリット７ａとスリット７ａとの間に残る肉厚部７ｂが積層方向に連続して柱状に設けられ、受熱プレート５と放熱プレート６との間を熱的に連結する伝熱部を形成している。
【００２９】
放熱コア部４は、図３に示す様に、放熱プレート６上に略直立して組付けられる複数本の放熱チューブ９と、その複数本の放熱チューブ９の上端部同士を連結する１本のヘッダ１０と、各放熱チューブ９間に介在される放熱フィン１１とで構成され、冷媒容器３と同じ伝熱性に優れる金属材料（例えばアルミニウム）により製造される。
放熱チューブ９は、主に冷媒蒸気を流すための蒸気用チューブ９Ａと、主に凝縮液を流すための凝縮液用チューブ９Ｂとに分かれて使用される。
【００３０】
蒸気用チューブ９Ａは、図１に示す様に、ヘッダ１０に挿入される上端部の挿入長L1がヘッダ１０の底面を形成する板厚t1より大きく設定されている（つまり、蒸気用チューブ９Ａの上端部がヘッダ１０の底面より所定量突き出た状態で挿入されている）。
凝縮液用チューブ９Ｂは、ヘッダ１０に挿入される上端部の挿入長L2がヘッダ１０の底面を形成する板厚t1と同等に設定されている（つまり、凝縮液用チューブ９Ｂの上端部がヘッダ１０の底面から突き出ていない）。
【００３１】
次に、上記構成を有する沸騰冷却装置１の作動を説明する。
なお、本実施例の沸騰冷却装置１は、発熱体２が冷媒容器３の下側に配置され、放熱コア部４が冷媒容器３の上側に配置される姿勢（ボトム姿勢と呼ぶ）で使用される。
冷媒容器３に貯留されている冷媒は、発熱体２の熱を受けて沸騰気化し、冷媒室８から主に蒸気用チューブ９Ａを通ってヘッダ１０へ流した後、ヘッダ１０の内部を拡散しながら冷却されて凝縮し、凝縮液となってヘッダ１０から凝縮液用チューブ９Ｂを通って冷媒室８へ還流する。これにより、発熱体２から発生した熱が冷媒に伝達されて放熱コア部４へ輸送され、放熱コア部４で冷媒から凝縮潜熱として放出され、放熱フィン１１を介して外気に放散される。
【００３２】
（第１実施例の効果）
本実施例の沸騰冷却装置１は、ヘッダ１０に挿入される蒸気用チューブ９Ａの挿入長L1がヘッダ１０の板厚t1より大きく設定され、凝縮液用チューブ９Ｂの挿入長L2がヘッダ１０の板厚t1と同等に設定されている。この構成によれば、蒸気用チューブ９Ａの上端部がヘッダ１０の底面より上方へ突き出ているので、凝縮液がヘッダ１０から放熱チューブ９を通って冷媒容器３に還流する際に、ヘッダ１０から蒸気用チューブ９Ａへ流れ込む凝縮液量が少なくなり、凝縮液用チューブ９Ｂを通って冷媒容器３に還流する凝縮液量が多くなる。その結果、図２に示す様に、冷媒容器３内で沸騰気化した冷媒蒸気の多くが蒸気用チューブ９Ａへ流れ込み、凝縮液用チューブ９Ｂへ流入する冷媒蒸気量が少なくなることから、スムーズな冷媒循環を実現できる。
【００３３】
本実施例の冷媒容器３は、２枚の外側プレート５、６と複数枚の中間プレート７から成る積層構造であるため、冷媒容器３に対する放熱チューブ９の位置決めが容易である。つまり、中間プレート７によって放熱チューブ９の下端位置を決めることができるので、別途に放熱チューブ９の位置決め手段を設ける必要がない。これに対し、例えば図５に示す様に、冷媒容器３が中空構造の場合は、放熱チューブ９の下端位置を決めるためのストッパ構造が必要となる。
【００３４】
また、冷媒容器３が中空構造の場合は、図６に示す様に、沸騰面積を増大する目的等で冷媒容器３の内部にインナフィン１２を挿入する場合もあるが、このインナフィン１２を有する冷媒容器３では、ストッパ構造を設けることが困難であり、冷媒容器３に対する放熱チューブ９の挿入長を管理することも極めて困難であった。
これに対し、冷媒容器３を積層構造とすれば、冷媒容器３に対する放熱チューブ９の位置決めが容易である上に、中間プレート７に形成されるスリット７ａの形状を変更するだけで沸騰面積を増大することができる。また、積層方向に連続する各中間プレート７の肉厚部７ｂによって伝熱部（受熱プレート５と放熱プレート６との間を熱的に連結する部分）を形成できるので、放熱性能に優れた沸騰冷却装置１を実現できる。
【００３５】
（第２実施例）
図７は沸騰冷却装置１の断面図である。
本実施例は、第１実施例で説明した蒸気用チューブ９Ａを発熱体領域Ｒに配置し、凝縮液用チューブ９Ｂを発熱体領域Ｒから外れた位置（発熱体領域Ｒの両外側）に配置した場合の一例である。なお、発熱体領域Ｒとは、図７に示す様に、受熱プレート５に対する発熱体２の取付け範囲を放熱プレート６に投影した領域を言う。
【００３６】
この構成によれば、冷媒容器３の内部で最も盛んに冷媒が沸騰する範囲内に蒸気用チューブ９Ａを配置しているので、多くの冷媒蒸気が効果的に蒸気用チューブ９Ａに流れ込み、更に発熱体領域Ｒから外れた位置に凝縮液用チューブ９Ｂを配置しているので、冷媒室８から凝縮液用チューブ９Ｂに流れ込む冷媒蒸気量が少なくなる。その結果、第１実施例の構成に対し、よりスムーズな冷媒循環を実現でき、放熱性能を向上できる。
【００３７】
（第３実施例）
図８は沸騰冷却装置１の断面図である。
本実施例は、第２実施例の構成に加えて、更に冷媒容器３の内部に冷媒蒸気の流れを制御する障壁１３を設けた一例である。
この障壁１３は、図８に示す様に、冷媒容器３に対する蒸気用チューブ９Ａの挿入部と凝縮液用チューブ９Ｂの挿入部との間に設けられ、発熱体２の熱を受けて沸騰した冷媒蒸気が凝縮液用チューブ９Ｂへ流れ込まない様に制御している。これにより、更に良好な冷媒循環を可能にできる。なお、障壁１３は、例えば中間プレート７に形成されるスリット７ａ（図４参照）の形状を変更するだけで容易に設けることができる。
【００３８】
（第４実施例）
図９は放熱チューブ９と冷媒容器３との接続部周辺を示す断面図である。
本実施例は、冷媒容器３に対する蒸気用チューブ９Ａと凝縮液用チューブ９Ｂの挿入長が異なる場合の一例である。
蒸気用チューブ９Ａは、冷媒容器３に挿入される下端部の挿入長L3が放熱プレート６の板厚t2と同等に設定されている（つまり、蒸気用チューブ９Ａの下端部が放熱プレート６の内表面から突き出ていない）。
凝縮液用チューブ９Ｂは、図９に示す様に、冷媒容器３に挿入される下端部の挿入長L4が放熱プレート６の板厚t2より大きく設定されている（つまり、凝縮液用チューブ９Ｂの下端部が放熱プレート６の内表面より所定量突き出た状態で挿入されている）。
【００３９】
この構成によれば、冷媒容器３に挿入される凝縮液用チューブ９Ｂの下端部が放熱プレート６の内表面から突き出ているので、冷媒容器３の内部で沸騰した冷媒蒸気が放熱チューブ９へ流れ込む際に、凝縮液用チューブ９Ｂへ流れ込む冷媒蒸気量より、蒸気用チューブ９Ａへ流れ込む冷媒蒸気量の方が多くなる。その結果、ヘッダ１０から放熱チューブ９を通って冷媒容器３へ還流する凝縮液は、冷媒蒸気量の少ない凝縮液用チューブ９Ｂの方へ優先的に流れ込み、冷媒蒸気量の多い蒸気用チューブ９Ａの方が少なくなるので、スムーズな冷媒循環が実現可能となる。
【００４０】
（第５実施例）
図１０は沸騰冷却装置１の断面図である。
本実施例の沸騰冷却装置１は、放熱チューブ９に関わる第１実施例と第４実施例の構成を包含する一例である。
即ち、蒸気用チューブ９Ａは、ヘッダ１０に挿入される上端部の挿入長がヘッダ１０の底面を形成する板厚より大きく設定され、且つ冷媒容器３に挿入される下端部の挿入長が放熱プレート６の板厚と同等に設定されている。
【００４１】
一方、凝縮液用チューブ９Ｂは、ヘッダ１０に挿入される上端部の挿入長がヘッダ１０の底面を形成する板厚と同等に設定され、且つ冷媒容器３に挿入される下端部の挿入長が放熱プレート６の板厚より大きく設定されている。
また、蒸気用チューブ９Ａは、第２実施例で説明した発熱体領域Ｒ（図７参照）に配置され、凝縮液用チューブ９Ｂは、発熱体領域Ｒから外れた位置（発熱体領域Ｒの両外側）に配置されている。
【００４２】
この構成によれば、冷媒容器３の内部で沸騰した冷媒蒸気の多くが蒸気用チューブ９Ａへ流れ込み、凝縮液の多くがヘッダ１０から凝縮液用チューブ９Ｂへ流れ込むことができるので、略理想的な冷媒循環ループを形成でき、放熱性能の高い沸騰冷却装置１を実現できる。
なお、本実施例に使用される蒸気用チューブ９Ａと凝縮液用チューブ９Ｂは、冷媒容器３及びヘッダ１０に対して互いの挿入長が異なる様に組付けられるが、両チューブの全長を同一にできるので、放熱チューブ９を２種類準備する必要はない。この場合、部品管理を容易にできると共に、誤組付け等の作業上の問題も無くすことが可能である。
【００４３】
（第６実施例）
図１１はヘッダ１０と放熱チューブ９との嵌合部の断面図である。
ヘッダ１０と放熱チューブ９との嵌合部において、両者のろう付け性、及び放熱チューブ９内部へのろう材の流れ込み等を考慮すると、図１２に示す様に、放熱チューブ９の上端部がヘッダ１０の底面より上方へ突き出た状態で組付けた方が良い。しかし、図１２に示す構成では、ヘッダ１０の内部に液溜まりを生じることになり、冷媒容器３へ還流する凝縮液量が減少して放熱性能の低下を招くことになる。
【００４４】
これに対し、ヘッダ１０内の液溜まりを解消するためには、図１３に示す様に、放熱チューブ９の挿入長をヘッダ１０の板厚t1と同等に設定し、放熱チューブ９の上端部がヘッダ１０の底面から突き出ない様に組付けることが望ましい。しかし、この構成では、上記の様に、放熱チューブ９の内部へろう材が流れ込む可能性がある。そこで、ヘッダ１０内の液溜まりを解消でき、且つ放熱チューブ９内へのろう材の流れ込みも防止できる実施例を図１１に示す。
【００４５】
図１１（ａ）に示す実施例は、ヘッダ１０に設けられる放熱チューブ９の挿入穴６ａを外側向きのバーリング加工によって形成した一例である。この場合、挿入穴６ａに挿入される放熱チューブ９の周囲にろう溜まり用のスペースＳが確保されるので、放熱チューブ９内へのろう材の流れ込みを防止できる効果がある。
図１１（ｂ）に示す実施例は、ヘッダ１０に設けられる放熱チューブ９の挿入穴６ａをプレス加工によって形成した一例であり、挿入穴６ａの内側周縁部に面取りを設けることで、ろう溜まり用のスペースＳを確保している。この場合、ろう溜まり用のスペースＳを切削によって設けることも可能である。
【００４６】
（第７実施例）
図１４は沸騰冷却装置１の断面図である。
本実施例の沸騰冷却装置１は、ヘッダ１０に対し、放熱チューブ９を冷却風の送風方向に２分割して配置した場合の一例である。
この構造によれば、例えば図１４に示す様に、冷媒容器３を略垂直方向に立てた姿勢で使用する場合でも、冷媒が図中の矢印で示す様に循環し、放熱性能の向上を図ることが可能である。
【００４７】
また、図１５に示す様に、ボトム姿勢でも使用できることは言うまでもない。この場合、冷却風の上流方向に凝縮液用チューブ９Ｂを配置し、冷却風の下流方向に蒸気用チューブ９Ａを配置した方が、冷媒循環がスムーズに行われる。これは、蒸気用チューブ９Ａを冷却風の下流側に配置することで、蒸気用チューブ９Ａの温度を凝縮液用チューブ９Ｂの温度に比較して高く保つことができ、上昇する冷媒蒸気が途中で液化することから防ぐことができ、冷媒の循環力を維持することが可能となるからである。
更に、図１６に示す様に、ヘッダ１０を分割して構成しても良い。
【００４８】
（比較品の沸騰冷却装置200 について）
一般に、沸騰冷却装置では、放熱チューブを冷媒槽内へ深く差し込んだ場合でもチューブ開口が冷媒槽の内壁に当たって閉塞しない様に、冷媒槽の厚みを大きく設定している。
このため、占有容積が限られる沸騰冷却装置では、冷媒槽の厚みが大きい分、放熱チューブが占める容積が小さくなり、冷却能力が低下する（放熱性能が落ちるため）。
図１８に示す沸騰冷却装置200 では、放熱チューブ201 の端部202、203 を段付き形状にして、放熱チューブ201 の冷媒槽204、205 内への差込量を制限することができる。
【００４９】
しかし、沸騰冷却装置200 では、通常、多穴管加工されている放熱チューブ201 の穴管206 の一部が段付き加工により閉塞する。
閉塞した穴管に冷媒が流れないので、冷却能力の低下を招く（放熱性能が落ちるため）。
また、放熱チューブ201 に高い加工精度が必要であり、コストがかかる。
【００５０】
（第８実施例）
図１９の（ａ）は沸騰冷却装置３０の組み付けの様子を示す斜視図であり、図１９の（ｂ）は組み付けが完了した沸騰冷却装置３０の斜視図である。
図２０の（ａ）はヘッダ３２および冷媒容器３３の各差込穴に放熱チューブ３１を差し込んだ状態を示す説明図であり、図２０の（ｂ）は放熱チューブ３１の端部を示す説明図であり、図２０の（ｃ）は差込穴の段３３ｂの平面図であり、図２０の（ｄ）は段３３ｂの断面図である。
【００５１】
本実施例の沸騰冷却装置３０は、複数の放熱チューブ３１の端部を、ヘッダ３２の所定のチューブ上端差込穴３２ａおよび冷媒容器３３の所定のチューブ下端差込穴３３ａに差し込み、一体ろう付けして製造される。
【００５２】
複数の放熱チューブ３１は、多穴管加工（円形穴）が施され、略直立状態でヘッダ３２と冷媒容器３３とを連結している。
また、放熱チューブ３１は、冷媒蒸気の上昇用と凝縮液の下降用とに区分されている。更に、隣り合う放熱チューブ３１との隙間には放熱を支援するフィン３１ａが配設されている。
【００５３】
ヘッダ３２および冷媒容器３３は、複数枚のプレートを積層して構成され、内部に冷媒を封入するための空所が形成されている。
冷媒容器３３の下面には、発熱する被冷却体（例えば、プリント基板に実装した電子部品）が密着して取り付けられる。なお、３４は被冷却体を取り付けるための取付穴である。
【００５４】
本実施例では、各チューブ端差込穴内への放熱チューブ３１の差込量を規制して複数の放熱チューブ３１を各冷媒槽に接続する第１、第２の差込量規制手段を、ヘッダ３２および冷媒容器３３の各放熱プレートに形成した、チューブ上端差込穴３２ａおよびチューブ下端差込穴３３ａを段付形状にすることにより実現している。
なお、放熱チューブ３１の端部が当接する段３２ｂ、３３ｂの水平部は、穴管の開口３４ａがヘッダ３２および冷媒容器３３内へ連通する枠状にしている｛図２０の（ｃ）参照｝。
【００５５】
チューブ上端挿入穴３２ａおよびチューブ下端挿入穴３３ａに形成した段３２ｂ、３３ｂ（垂直部＆水平部）により、放熱チューブ３１の端部を段付き加工することなく、放熱チューブ３１のチューブ上端挿入穴３２ａおよびチューブ下端挿入穴３３ａ内への差込量を規制して複数の放熱チューブ３１を各冷媒槽に接続することができる。
【００５６】
差込量を規制できるので、ヘッダ３２および冷媒容器３３の厚みを薄くしても、放熱チューブ３１の穴管の開口３４ａが冷媒槽内壁に当たらない（閉塞しない）。これにより、放熱チューブ３１の容積を大きくでき（高さを高くできるため）、高い冷却能力が得られる（放熱性能が向上するため）。
また、段３２ｂ、３３ｂの水平部が、穴管の開口３４ａが冷媒槽内へ連通する枠状であるので、穴管が閉塞せず、冷媒の流通を妨げない。
【００５７】
各チューブ端差込部の段３２ｂ、３３ｂに放熱チューブ３１の端部を差し込むことにより、各差込部に保持された状態で位置決めがなされる。このため、沸騰冷却装置３０を上下方向に押さえ付けるだけで一体ろう付けすることができ、複雑（高価）なろう付け治具が不要である。
【００５８】
（第９実施例）
図２１の（ａ）は沸騰冷却装置４０の組み付けの様子を示す斜視図であり、図２１の（ｂ）は組み付けが完了した沸騰冷却装置４０の斜視図である。
図２２の（ａ）はヘッダ４２および冷媒容器４３の各差込穴に放熱チューブ４１を差し込んだ状態を示す説明図であり、図２２の（ｂ）は放熱チューブ４１の端部を示す説明図であり、図２２の（ｃ）は段の水平部である接続口４３ｃの平面図であり、図２０の（ｄ）はチューブ下端差込穴４３ａの断面図である。
【００５９】
本実施例の沸騰冷却装置４０は、複数の放熱チューブ４１の端部を、ヘッダ４２の所定のチューブ上端挿入穴４２ａおよび冷媒容器４３の所定のチューブ下端差込穴４３ａに差し込み、一体ろう付けして製造される。
【００６０】
複数の放熱チューブ４１は、多穴管加工（正方形穴）が施され、略直立状態でヘッダ４２と冷媒容器４３とを連結している。
また、放熱チューブ４１は、冷媒蒸気の上昇用と凝縮液の下降用とに区分されている。なお、本実施例では、自然空冷のため、隣り合う放熱チューブ４１との隙間にはフィンを配設していない。
【００６１】
ヘッダ４２および冷媒容器４３は、複数枚のプレートを積層して構成され、内部に冷媒を封入するための空所が形成されている。
冷媒容器４３の下面には、発熱する被冷却体（例えば、プリント基板に実装した電子部品）が密着して取り付けられる。なお、４４は被冷却体を取り付けるための取付穴である。
【００６２】
本実施例では、各チューブ端挿入穴内への放熱チューブ４１の差込量を規制して複数の放熱チューブ４１をヘッダ４２および冷媒容器４３に連結する、第１、第２の差込量規制手段を、ヘッダ４２および冷媒容器４３の各放熱プレートに形成した接続口４３ｂ、４３ｃ（段の水平部に相当）と、これら接続口４３ｂ、４３ｃの近傍の各放熱プレートに取り付けた、放熱チューブ４１を保持する、別体の保持穴付きのチューブ保持部材４３ｄ、４３ｅ（段の垂直部に相当）とにより実現している。
【００６３】
本実施例の沸騰冷却装置４０では、放熱チューブ４１の各放熱プレートに形成した接続口４３ｂ、４３ｃと、別体の保持穴付きのチューブ保持部材４３ｄ、４３ｅとにより放熱チューブ４１をヘッダ４２および冷媒容器４３に連結しているので、放熱チューブ４１の端を段付き加工することなく、ヘッダ４２および冷媒容器４３への差込量を規制することができる。
【００６４】
差込量を規制できるので、ヘッダ４２および冷媒容器４３の厚みを薄くしても、放熱チューブ４１の穴管の開口４３ｆがヘッダ４２および冷媒容器４３の内壁に当たらない（閉塞しない）。これにより、放熱チューブ４１の容積を大きくでき（高さを高くできるため）、高い冷却能力が得られる（放熱性能が向上するため）。
また、接続口４３ｂ、４３ｃが、穴管の開口４３６がヘッダ４２および冷媒容器４３内へ連通する枠状であるので、穴管が閉塞せず、冷媒の流通を妨げない。
【００６５】
チューブ保持部材４３ｄ、４３ｅの保持穴内に放熱チューブ４１の端部を差し込むことにより保持状態で位置決めがなされる。このため、沸騰冷却装置４０を上下方向に押さえ付けるだけで一体ろう付けすることができ、複雑（高価）なろう付け治具が不要である。
【００６６】
（変形例）
第１実施例の沸騰冷却装置１において、凝縮液用チューブ９Ｂを挿入する、図４に示す放熱プレートである外側プレート６（図２、図３、図４参照）の挿入穴６ａに、第２の差込量規制手段としての段部を形成しても良い。また、凝縮液用チューブ９Ｂを挿入するヘッダ１０（図１、図３参照）の下面の挿入口に、第１の差込量規制手段としての段部を形成しても良い。
【００６７】
こうすれば、各挿入口に凝縮液用チューブ９Ｂが保持された状態で位置決めでき、沸騰冷却装置１を上下方向に押さえ付けるだけで一体ろう付けすることができ、ろう付けの際に複雑（高価）なろう付け治具が不要になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】放熱チューブとヘッダとの接続部周辺を示す断面図である（第１実施例）。
【図２】放熱チューブと冷媒容器との接続部周辺を示す断面図である（第１実施例）。
【図３】沸騰冷却装置の全体形状を示す斜視図である。
【図４】冷媒容器を構成する外側プレートと中間プレートの斜視図である。
【図５】放熱チューブのストッパ構造を示す沸騰冷却装置の断面図である。
【図６】冷媒容器内にインナフィンを有する沸騰冷却装置の断面図である。
【図７】発熱体領域を説明する沸騰冷却装置の断面図である（第２実施例）。
【図８】沸騰冷却装置の断面図である（第３実施例）。
【図９】放熱チューブと冷媒容器との接続部周辺を示す断面図である（第４実施例）。
【図１０】沸騰冷却装置の断面図である（第５実施例）。
【図１１】放熱チューブとヘッダとの嵌合部を示す断面図である（第６実施例）。
【図１２】放熱チューブとヘッダとの接続部周辺を示す断面図である（第６実施例）。
【図１３】放熱チューブとヘッダとの接続部周辺を示す断面図である（第６実施例）。
【図１４】サイド姿勢で使用した時の沸騰冷却装置の断面図である（第７実施例）。
【図１５】ボトム姿勢で使用した時の沸騰冷却装置の断面図である（第７実施例）。
【図１６】第７実施例のヘッダを分割した変形例である。
【図１７】沸騰冷却装置の斜視図である（従来技術）。
【図１８】比較品の沸騰冷却装置における、放熱チューブと冷媒槽との接続の様子を示す説明図である。
【図１９】（ａ）は第８実施例の沸騰冷却装置の組み付けの様子を示す斜視図であり、（ｂ）は組み付けが完了した沸騰冷却装置の斜視図である。
【図２０】（ａ）はヘッダおよび冷媒容器の各差込穴に放熱チューブを差し込んだ状態を示す説明図であり、（ｂ）は放熱チューブの端部を示す説明図であり、（ｃ）は差込穴の段の平面図であり、（ｄ）は段の断面図である。
【図２１】（ａ）は沸騰冷却装置の組み付けの様子を示す斜視図であり、（ｂ）は組み付けが完了した沸騰冷却装置の斜視図である。
【図２２】（ａ）はヘッダおよび冷媒容器の各差込穴に放熱チューブを差し込んだ状態を示す説明図であり、（ｂ）は放熱チューブの端部を示す説明図であり、（ｃ）は段の水平部である接続口の平面図であり、（ｄ）はチューブ下端差込穴の断面図である。
【符号の説明】
１、３０、４０ 沸騰冷却装置
２ 発熱体
３ 冷媒容器
４ 放熱コア部
５ 受熱プレート
６ 放熱プレート
６ａ 挿入穴
７ 平板部材
８ 閉空間
９、３１、４１ 放熱チューブ
９Ａ 蒸気用チューブ
９Ｂ 凝縮液用チューブ
１０ ヘッダ
３２、４２ ヘッダ
３３、４３ 冷媒容器
ｔ１ ヘッダの板厚
ｔ２ プレートの板厚
Ｌ１、Ｌ２ 挿入長
Ｒ 発熱体領域
Claims (5)
- 受熱プレートと放熱プレートとの間に、スリットを複数形成した複数枚の平板部材を重ね合わせて内部に閉空間を形成し、この閉空間に冷媒を貯留する冷媒容器と、
放熱プレート上に略直立して組付けられる複数本の放熱チューブおよび前記複数本の放熱チューブの端部同士を連結する１本のヘッダを有して構成される放熱コア部とを備え、 前記受熱プレートの表面に取り付けられる発熱体の熱を受けて沸騰した冷媒が前記閉空間から前記放熱チューブ内へ流れ込み、前記放熱コア部で外気に放熱することで前記発熱体を冷却する沸騰冷却装置であって、
前記複数本の放熱チューブは、
上端部のヘッダ内への挿入長を前記ヘッダの肉厚より大きく設定した蒸気用チューブ群と、
上端部のヘッダ内への挿入長を前記ヘッダの肉厚と同等に設定した凝縮液用チューブ群とからなることを特徴とする沸騰冷却装置。 - 請求項１に記載した沸騰冷却装置において、
前記発熱体は、受熱プレート中央の表面に取り付けられ、
前記発熱体を取り付けたプレート中央の発熱体領域に前記蒸気用チューブ群が配置され、
前記発熱体領域から外れたプレート縁端に前記凝縮液用チューブ群が配置されていることを特徴とする沸騰冷却装置。 - 前記冷媒容器に対する前記蒸気用チューブ群の挿入部と、前記凝縮液用チューブ群の挿入部との間に障壁を設けたことを特徴とする請求項２に記載の沸騰冷却装置。
- 前記蒸気用チューブ群は、冷媒容器内に挿入される下端部の挿入長が前記放熱プレートの板厚と同等に設定され、
前記凝縮液用チューブ群は、冷媒容器内に挿入される下端部の挿入長が前記放熱プレートの板厚より大きく設定されていることを特徴とする請求項２に記載の沸騰冷却装置。 - 前記ヘッダに設けられる前記凝縮液用チューブ群の挿入穴を外側向きのバーリング加工により形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の沸騰冷却装置。
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