JP5533215B2 - 冷却ジャケット及びそれを備えた電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、冷却ジャケット及びそれを備えた電子機器に関する。
発熱体を冷却するための冷却ジャケットは、冷媒が流通する流路を画定するための複数のフィンを有した本体部と、本体部を覆うカバー部とを備えている。カバー部は、複数のフィンの先端部に当接するようにして本体部に取付けられる。特許文献１〜３には、冷却ジャケットに関連した技術が開示されている。
特開２００６−３２４６４７号公報 特開２００１−３５９８１号公報 特開２００９−２０６２７１号公報
このように、冷却ジャケットは２つの部材により形成されているので、フィンの先端とカバー部との間に隙間が生じる恐れがある。フィンの先端とカバー部との隙間に冷媒が流れると、本来フィン間を流れるべき冷媒の流量が減り、冷却効率が低下する恐れがある。
本発明は、冷却効率の低下を抑制した冷却ジャケット及びそれを備えた電子機器を提供することを目的とする。
本明細書に開示の冷却ジャケットは、冷媒が流通する第１及び第２筒部と、前記第１及び第２筒部のそれぞれの側面に接続され、単一の部材により冷媒が流通する流路部を画定し、冷却の対象物を冷却する本体部と、を備えている。
本明細書に開示の電子機器は、上記冷却ジャケットを備えている。
冷却効率の低下を抑制した冷却ジャケット及びそれを備えた電子機器を提供できる。
図１は、電子機器のブロック図である。 図２は、実施例１の冷却ジャケットの説明図である。 図３Ａは、図２のＡ−Ａ断面図である。図３Ｂは、図２のＢ−Ｂ断面図である。 図４Ａは、本実施例とは異なる構造を有した冷却ジャケットの断面図であり、図４Ｂは、図４Ａの部分拡大図である。 図５Ａは、図３Ｂの筒部付近の拡大図であり、図５Ｂは、本実施例とは異なる構造を有した冷却ジャケットの筒部付近の拡大図である。 図６Ａは、本実施例の冷却ジャケットの正面図であり、図６Ｂは、本実施例とは異なる構造を有した冷却ジャケットの正面図である。 図７Ａ、７Ｂは、実施例１の変形例の冷却ジャケットの説明図である。 図８Ａ、８Ｂは、実施例２の冷却ジャケットの説明図である。 図９は、実施例２の冷却ジャケットの断面図である。 図１０は、実施例２の変形例の冷却ジャケットの説明図である。
以下に複数の実施例について説明する。
図１は、電子機器のブロック図である。電子機器１は、例えば、サーバ、デスクトップ型コンピュータ、ノート型コンピュータ等の情報処理装置である。電子機器１は、発熱部品６を冷却するための冷却システムが設けられている。発熱部品６は、例えばＣＰＵ等の電子部品であり、電力が供給されることにより発熱する部品である。冷却システムは、冷却ジャケット２、ポンプ３、ラジエータ４、ファン５を含む。冷媒は、この冷却システム内を循環する。冷却ジャケット２は、発熱部品６に接触するように設けられ、発熱部品６から熱を受け取り、冷媒に伝える。ポンプ３は、冷媒を循環させる。ラジエータ４は、冷媒の熱を受け取り、空気に放熱する。ファン５は、ラジエータ４に送風する。各装置間は、金属製の配管やフレキシブルなホースにより接続されている。冷媒は、例えば、プロピレングリコール系の不凍液が使用されるがこれに限定されない。尚、図１においては、冷却ジャケット２は一つの例を示したが、冷媒の搬送経路上に複数の冷却ジャケット２を連結してもよい。
図２は、実施例１の冷却ジャケット２の説明図である。冷却ジャケット２は、第１筒部（以下、筒部と称する）１０、第２筒部（以下、筒部と称する）２０、本体部４０、プレート５０を含む。筒部１０、２０は、それぞれ筒状であり冷媒が流通する。本体部４０は、筒部１０、２０のそれぞれの側面に接続されている。筒部１０の一端には流入ノズル１８が形成され、筒部２０の一端には流出ノズル２８が形成されている。流入ノズル１８、流出ノズル２８には、それぞれ冷媒を搬送するためのホースが接続される。
本体部４０は、単一の部材により形成されており、冷媒が流通する流路部を画定する。本体部４０は、例えばアルミニウム等の金属製である。本体部４０の下にはプレート５０が配置されている。本体部４０は、プレート５０上に配置されている。プレート５０は、例えばアルミニウムや銅等の熱伝導性のよい金属により形成されている。プレート５０には、冷却ジャケット２をプリント基板や金属フレーム等に固定するためのネジ孔５２が形成されている。
図３Ａは、図２のＡ−Ａ断面図である。図３Ｂは、図２のＢ−Ｂ断面図である。冷却ジャケット２は、プリント基板７に実装された発熱部品６に接触して配置される。発熱部品６の熱はプレート５０を介して本体部４０に伝わる。冷媒が本体部４０内を流れることにより、本体部４０の熱量が冷媒へと伝わる。これにより冷却の対象物である発熱部品６が冷却される。
図３Ａに示すように、本体部４０は、低壁４２、低壁４２と対向する上壁４４、低壁４２と上壁４４との間に設けられた複数の仕切壁４６、を含む。低壁４２、上壁４４、複数の仕切壁４６により、複数の流路部Ｆが画定される。低壁４２、上壁４４、仕切壁４６は、単一の部材により一体に形成されている。仕切壁４６は、筒部１０から筒部２０の方向に延びている。冷媒は、流入ノズル１８、筒部１０、本体部４０の流路部Ｆ、筒部２０、流出ノズル２８の順に流れる。筒部１０、２０のそれぞれには、軸方向に延びた長孔が設けられている。この長孔に、本体部４０の端部４８、４９がそれぞれ挿入されている。
次に、本実施例とは異なる構造を有した冷却ジャケット２Ｘについて説明する。図４Ａは、本実施例とは異なる構造を有した冷却ジャケット２Ｘの断面図である。冷却ジャケット２Ｘは、本体部４０ｘ、本体部４０ｘを塞ぐカバー４４ｘ、を含む。本体部４０ｘには、低壁４２ｘから上方に突出した複数のフィン４６ｘが設けられている。カバー４４ｘが、フィン４６ｘの先端に当接するようにして、本体部４０ｘに固定される。これにより、複数の流路部Ｆｘが画定される。本体部４０ｘとカバー４４ｘとの２つの部材により流路部Ｆｘを画定しているため、以下のような問題が起こる可能性がある。
図４Ｂに示すように、カバー４４ｘとフィン４６ｘの先端との間に隙間Ｃが生じ、この隙間Ｃに冷媒が流れる恐れがある。これにより、本来フィン４６ｘ間を流れる冷媒の量が減少して、冷却効率が低下する恐れがある。また、内部圧力の上昇によりカバー４４ｘが外側に膨らみ、これにより隙間Ｃが拡大する恐れもある。また、図４Ａに示すように、本体部４０ｘとカバー４４ｘとの２つの部材を接合するために、ロウ材等の接合剤を塗布するための縁部Ｅを確保する必要がある。縁部Ｅにはロウ材が塗布され、本体部４０ｘとカバー４４ｘとが接合される。このため、縁部Ｅの部分だけ冷却ジャケット２ｘは大型化している。
しかしながら、実施例１の冷却ジャケット２の本体部４０は単一の部材により形成されているので、上記のような問題を解消できる。また、２つの部材を接合するためのロウ材等の接合剤を塗布する部分が不要であるので、本体部４０は小型化されている。
図５Ａは、図３Ｂの筒部１０付近の拡大図である。筒部１０と本体部４０とロウ材等の接合剤により固定されている。詳細には、筒部１０に設けられた長孔に本体部４０の端部４８を挿入し、筒部１０と本体部４０との境界周辺にロウ材等の接合剤を塗布して筒部１０と本体部４０とを接合する。図５Ａに示すように、本体部４０の端部４８は、筒部１０の内面よりも内側にまで挿入されている。これは以下の理由による。筒部１０と本体部４０との間に塗布したロウ材等の接合剤は、本体部４０をつたって筒部１０の内側にまで流れて固まる場合がある。図５Ａには、筒部１０内で固まったロウ材等の接合剤Ｓを示している。ロウ材等の接合剤Ｓが漏れ出る分を考慮して、端部４８は筒部１０の内面よりも内側まで挿入されている。
図５Ｂは、本実施例とは異なる構造を有した冷却ジャケット２Ｙの筒部１０ｙ付近の拡大図である。図５Ｂに示すように、冷却ジャケット２Ｙは、実施例１の冷却ジャケット２と比較し、本体部４０Ｙの端部４８ｙが筒部１０ｙの内側まで挿入されていない。このため筒部１０ｙと本体部４０ｙとの間から漏れたロウ材等の接合剤Ｓは、筒部１０ｙの内面と端部４８ｙの端面との境界付近で固まる。このようにロウ材等の接合剤Ｓが筒部１０ｙの内面で固まると、ロウ材等の接合剤Ｓが冷媒に晒されて、ロウ材等の接合剤Ｓの一部が剥離して冷媒中に流れる恐れがある。これにより、冷媒の流路やポンプが目詰まりする恐れがある。また、筒部１０ｙと本体部４０ｙとの接合強度も低下する恐れがある。
しかしながら、図５Ａに示したように、実施例１の冷却ジャケット２は、本体部４０と筒部１０との間からロウ材等の接合剤Ｓの漏れ出る分を考慮して、端部４８が筒部１０の内面よりも内側にまで挿入されている。これにより、筒部１０と本体部４０との間から漏れたロウ材等もの接合剤Ｓは、冷媒に晒されにくい位置で固まる。これにより、ロウ材等の接合剤Ｓが端部４８から剥離することを抑制している。尚、本体部４０の端部４９も同様に筒部２０の内面よりも内側まで挿入されている。
次に、冷媒の流れについて説明する。
図６Ａは、本実施例の冷却ジャケット２の正面図である。尚、図６Ａは、簡略化して示している。流入ノズル１８に流入する冷媒の流れる方向Ｄ１は、筒部１０の軸方向である。筒部１０に流入した冷媒は、筒部１０の側面から本体部４０へ流れる。本体部４０を流れる冷媒は、方向Ｄ１と略直交する方向Ｄ２に流れる。このように、筒部１０に流入する冷媒の流れる方向Ｄ１と、本体部４０を流れる冷媒の方向Ｄ２とは異なっている。詳細には、方向Ｄ１と方向Ｄ２とは略直交している。
図６Ｂは、本実施例とは異なる構造を有した冷却ジャケット２ｚの正面図である。本体部４０ｚの両端に筒部１０ｚ、２０ｚが設けられている。筒部１０ｚの側面の略中央に流入ノズル１８ｚが設けられている。同様に、筒部２０ｚの側面の略中央に流出ノズル２８ｚが設けられている。流入ノズル１８ｚから筒部１０ｚに流れる冷媒の方向Ｄ３は、筒部１０ｚの軸方向と略直交する。流入ノズル１８ｚから筒部１０ｚ内に流れた冷媒は、筒部１０ｚ内で末広がり状に広がって本体部４０ｚに流入する。冷媒は本体部４０ｚ内で方向Ｄ４へ流れる。このように、冷却ジャケット２ｚでは、筒部１０ｚへ流入する冷媒の流れの方向Ｄ３と、本体部４０ｚ内での冷媒の流れる方向Ｄ４とは、略一致している。
本体部４０ｚ内にも、冷媒の流れる方向に沿って複数のフィンが設けられている。筒部２０ｚを流れる冷媒の一部は、流入ノズル１８ｚから筒部２０ｚの中央部を流れ、大きな抵抗を受けずに直線状に流れる。また、筒部２０ｚを流れる冷媒の他の部分は、筒部１０ｚから本体部４０ｚに流入する際にフィンに接触して本体部４０ｚの両端側へと流れる。筒部２０ｚを流れる冷媒の残りの部分は、筒部２０ｚの中央部と端部との間を流れる。このように、本体部４０ｚを流れる冷媒の大部分が本体部４０ｚの中央部と両端部とを流れる。このため、冷媒は本体部４０ｚ全体を均一に流れない。これにより、冷却効率が低下する恐れがある。
しかしながら、実施例１の冷却ジャケット２では、筒部１０に流入する冷媒の流れる方向Ｄ１は、筒部１０の軸方向であり、筒部１０に流入する冷媒の流れる方向Ｄ１と、本体部４０を流れる冷媒の方向Ｄ２とは異なっている。これにより、冷媒は本体部４０ｚ全体を均一に流れる。よって、冷却効率の低下が抑制される。尚、筒部１０に流入する冷媒の流れる方向Ｄ１と、本体部４０を流れる冷媒の方向Ｄ２とは、直交に限定されず、例えば、方向Ｄ１と方向Ｄ２とが交差していればよい。
尚、筒部１０に流入する冷媒の流れる方向と、筒部２０から流出する冷媒の流れる方向とは同じである。
次に、実施例１の変形例について説明する。図７Ａ、７Ｂは、実施例１の変形例の冷却ジャケット２Ａの説明図である。図７Ａ、７Ｂは、それぞれ図３Ａ、３Ｂに対応している。
冷却ジャケット２Ａは、２つの本体部４０ａ、４０ｂを含んでいる。本体部４０ａ、４０ｂは、それぞれ単一の部材により形成されている。本体部４０ａ、４０ｂは、鉛直方向に重なっている。本体部４０ａは、発熱部品６側に配置されており、本体部４０ｂは、本体部４０ａの上方に接触して配置されている。冷媒は、筒部１０ａから、本体部４０ａ、４０ｂのそれぞれの流路部Ｆａ、Ｆｂの双方に流れ、筒部２０ａに流れる。
このように、２つの本体部４０ａ、４０ｂを設けることにより、冷媒と本体部４０ａ、４０ｂとの接触面積を確保できる。これにより、冷却効率が向上する。また、本体部４０ｂ内に流れ込んだ気泡が、本体部４０ａに流れることを防止できる。これにより、本体部４０ａに気泡が流れることに起因した冷却効率の低下を抑制できる。尚、本体部４０ａ、４０ｂのそれぞれの端部４８ａ、４８ｂは、筒部１０ａの内面よりも内側まで挿入されており、同様に、端部４９ａ、４９ｂも筒部１０ｂの内面よりも内側まで挿入されている。
図８Ａ、８Ｂは、実施例２の冷却ジャケット２Ｂの説明図である。図８Ａは、冷却ジャケット２Ｂの斜視図であり、図８Ｂは、冷却ジャケット２Ｂを切断した図である。図９は、実施例２の冷却ジャケット２Ｂの断面図であり、図３Ａに対応している。尚、実施例１の冷却ジャケット２と類似の部分は、類似の符号を付することによりその説明を省略する。
冷却ジャケット２Ｂは、筒部１０ｂ、２０ｂ、本体部４０ｃ、４０ｄを含む。筒部１０ｂは、供給部１２ｂ、回収部１４ｂ、供給部１２ｂと回収部１４ｂとを仕切る仕切板１６、を含む。仕切板１６は、筒部１０ｂに形成されたスリット１５に挿入されてロウ材等の接合剤により筒部１０ｂに接合されている。筒部１０ｂは、一端に流入口１８ｂが形成され、他端に流出口１９ｂが形成されている。筒部２０ｂは、両端にはそれぞれ封止部２８ｂ、２９ｂが設けられている。本体部４０ｃは、一端が供給部１２ｂに接続され、他端が筒部２０ｂに接続されている。供給部１２ｂは、本体部４０ｃに冷媒を流す。本体部４０ｄは、一端が筒部２０ｂに接続され、他端が回収部１４ｂに接続されている。回収部１４ｂには、本体部４０ｄから冷媒が流れる。
本体部４０ｃ、４０ｄは、水平方向に並んでいる。冷媒は、流入口１８ｂ、供給部１２ｂ、本体部４０ｃ、筒部２０ｂ、本体部４０ｄ、回収部１４ｂ、流出口１９ｂの順に流れる。冷媒は、筒部２０ｂを介して本体部４０ｃから本体部４０ｄへと流れる。筒部２０ｂは、本体部４０ｃから本体部４０ｄへ冷媒を中継する機能を有している。
このように、冷却ジャケット２Ｂは、２つの本体部４０ｃ、４０ｄを含むので、本体部４０ｃ、４０ｄのそれぞれに流れる冷媒の流速を速くすることができる。これにより、冷却効率が向上する。
次に、実施例２の変形例について説明する。図１０は、実施例２の変形例の冷却ジャケット２Ｃの説明図である。図１０は、図９に対応している。本体部４０ｃ、４０ｄの上面には、それぞれ本体部４０ｅ、４０ｆが配置されている。本体部４０ｅは、一端が供給部１２ｂに接続され、他端が筒部２０ｂに接続されている。本体部４０ｆは、一端が筒部２０ｂに接続され、他端が回収部１４ｂに接続されている。冷媒は供給部１２ｂから、本体部４０ｃ、４０ｅの双方に流れる。また、冷媒は、筒部２０ｂから、本体部４０ｄ、４０ｆの双方に流れる。
これにより、冷媒と本体部４０ｃ〜４０ｆとの接触面積を確保することができると共に、本体部４０ｃ〜４０ｆのそれぞれに流れる冷媒の流速を速くすることができる。これにより、冷却効率が向上する。
以上本発明の好ましい一実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
２〜２Ｃ 冷却ジャケット
１０、１０ｂ 第１筒部
１２ｂ 供給部
１４ｂ 回収部
１６ 仕切部
２０、２０ｂ 第２筒部
４０〜４０ｆ 本体部
４２ 低壁
４４ 上壁
４６ 仕切壁
４８、４９ 端部
Ｓ ロウ材等の接合剤

Claims (6)

  1. 冷媒が流通する第１及び第２筒部と、
    前記第１及び第２筒部のそれぞれの側面に接続され、単一の部材により冷媒が流通する流路部を画定し、冷却の対象物を冷却する本体部と、を備え、
    前記本体部と前記第１筒部とを接続する接合剤の前記本体部と前記第１筒部の間から漏れ出る分を考慮して、前記本体部の端部は前記第１筒部の内面よりも内側にまで挿入されている、冷却ジャケット。
  2. 前記第１筒部に流入する冷媒の流れる方向は、前記第１筒部の軸方向であり、
    前記第１筒部に流入する冷媒の流れる方向と、前記本体部を流れる冷媒の方向とは異なっている、請求項１の冷却ジャケット。
  3. 前記本体部は、単一の部品により冷媒が流れる第１流路部を画定する第１本体部、単一の部品により冷媒が流れる第２流路部を画定する第２本体部、を含む、請求項１又は２の冷却ジャケット。
  4. 前記第１筒部は、前記第１本体部へと流す供給部、冷媒が前記第２本体部から流れる回収部、を含み、
    前記第１本体部は、前記供給部と前記第２筒部とに接続され、
    前記第２本体部は、前記第２筒部と前記回収部とに接続されている、請求項３の冷却ジャケット。
  5. 前記第１及び第２本体部は、前記第１及び第２筒部に接続され、鉛直方向に重なっている、請求項３の冷却ジャケット。
  6. 請求項１乃至５の何れかの冷却ジャケットを備えた電子機器。

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