JP5556397B2 - 冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷却媒体流路を備える冷却装置に関する。

従来、冷却媒体流路を備える冷却装置として、例えば下記特許文献１に記載されたものが知られている。この冷却装置は、熱交換部の上流側の冷却媒体流路が、直線部分の下流側に連続する湾曲部分を備え、この湾曲部分を経て熱交換部に冷却媒体が流入する。その際、直線部分と湾曲部分との境界付近に、冷却媒体の流れ方向を変えるための仕切壁となるガイドを設けている。

特開２００８−１５１４１５号公報

ところで、上記した従来の冷却装置では、冷却媒体流路の直線部分と湾曲部分との境界付近にガイドを設けることで、冷却媒体の流れ方向を変えるとともに熱交換部に流れ込む冷却媒体の偏りを抑えて均一化を図っている。

ところが、上記したガイドは、その下流側の端部が冷却媒体流路の湾曲部分の途中に位置して途切れているので、湾曲部分からその下流に放出される冷却媒体は、熱交換部に対して不均一な状態で流れ込むことになる。

そこで、本発明は、冷却媒体流路の湾曲部分から放出される冷却媒体が、その下流側の流路で均一化して流れるようにすることを目的としている。

本発明は、仕切壁により複数に分割した分割流路を有する冷却媒体流路は、湾曲部分と、この湾曲部分の下流側に連続する直線部分とを備え、この直線部分の一部に、湾曲部分における複数の分割流路を流れるそれぞれの冷却媒体が合流する合流部を設け、それぞれ上下方向に沿って配置すると共に上下方向に交差する交差方向に離間して配置した一対の縦壁部を有し、仕切壁は、一対の縦壁部のうちの一方から他方に向けて前記交差方向に突出し、仕切壁の先端と、該先端に対向する他方の縦壁部との間に隙間を設け、湾曲部は合流部の上下方向下部側に位置していることを特徴とする。

本発明によれば、湾曲部分における各分割流路を流れるそれぞれの冷却媒体は、その下流側の直線部分に設けた合流部で合流し、合流後の冷却媒体は、その下流側の各分割流路に均一に分配されて、各分割流路相互間で冷却媒体の流れが均一化する。
冷却媒体流路を冷却媒体が流れる際には、冷却媒体流路内で発生したエアが上方に向けて移動する。その際、仕切壁の先端と他方の縦壁部との間に隙間を形成しているため、各分割流路を備える冷却媒体流路で発生したエアを、上記隙間を通して効率よく上方に移動させることができる。

本発明の実施形態に係る冷却装置を示す分解斜視図である。 図１の冷却装置本体を示す拡大斜視図である。 図２の冷却装置本体の正面図である。 図３のＡ−Ａ線による断面図である。 図３のＢ−Ｂ線による断面図である。 図３のＣ−Ｃ線による断面図である。 （ａ）は本発明の実施形態に係るエア流通路に水泡が溜まったときの水面高さを示す断面図であって図６に対応しており、（ｂ）は比較例に係るエア流通路に水泡が溜まったときの水面高さを示す断面図であって（ａ）に対応している。 本発明の実施形態に係る冷却装置に、冷却させる対象物である被冷却物を当接させた状態を示す正面図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。

図１は本発明の実施形態に係る冷却装置１を示す分解斜視図、図２は図１の冷却装置１の冷却装置本体５を示す拡大斜視図、および、図３は図２の冷却装置本体５の正面図である。

図１に示すように、本実施形態に係る冷却装置１は、冷却媒体である冷却液（例えば水）が流通する冷却媒体流路としての流路３を設けた冷却装置本体５と、該冷却装置本体５を封鎖するように冷却装置本体５に取り付ける蓋体７と、を備え、上下方向に沿って配置している。これらの冷却装置本体５および蓋体７は、正面視で略矩形状に形成してある。冷却装置本体５の外周縁部に形成した取付孔９に、蓋体７の外周縁に形成した貫通孔１１を対応させて配置し、前記貫通孔１１と取付孔９に図外のボルトを挿入して締結することにより冷却装置１を組み付けることができる。

前記蓋体７は、アルミニウム等の金属製の平板からなる。蓋体７の下端部には、冷却装置１内に冷却液が流入する流入管１３と、冷却装置１から冷却液が排出される流出管１５と、冷却液に混入したエア（水泡）が排出されるエア排出管１７とが左右方向に並列して接続している。この際、エア排出管１７を蓋体７における図１の右端の角部に配置している。

また、蓋体７における図１の右端部には、正面視逆Ｌ字状の膨出部１９を上下方向に沿って形成している。該膨出部１９の下端部２１には、前記エア排出管１７を接続しており、膨出部１９の下端部２１から上端部２３にかけて左右方向の幅寸法を略同一に形成している。

しかし、上端部２３においては、図１の左側に突出した延設部２５を形成しているため、上端部２３の左右方向の幅寸法は、下端部２１から上端部２３の直前までの幅寸法よりも大きく形成している。

なお、前記膨出部１９は、冷却装置本体５の右端部に形成した突設部２７を覆うようにして係合してあり、その際冷却装置１内において、突設部２７の図３中で左側の面２７ａと、上面２７ｂと、右側の面２７ｃとの間に、エア流通路２９（図３参照）を画成する。このエア流通路２９については、詳細に後述する。

図２，３に示すように、冷却装置本体５には、上下方向に配置した縦壁部３１から、複数の横壁部が略水平方向に突出している。具体的には、前記横壁部は、流路３の外周側を画成する外周側壁部３３と、流路３の内周側を画成する内周側壁部３５と、図３の左側に配置した３つの上流側仕切壁３７と、該上流側仕切壁３７の右側に配置した３つの下流側仕切壁３９とを有する。

さらに、上記横壁部は、この３つの下流側仕切壁３９相互間および、外周側壁部３３と下流側仕切壁３９との間ならびに、内周側壁部３５と下流側仕切壁３９との間に、それぞれ配置した４つの中間仕切壁４１と、流路３の最も下流側に配置した１つの下流端部仕切壁４３とを有する。

なお、上記した内周側壁部３５は、縦壁部３１から略水平方向に突出するボス部４４の外周壁部で構成している。また、外周側壁部３３は、流路３の下流側では縦壁部３１から略水平方向に突出するボス部４６の外周壁部で構成している。これらボス部４４からなる内周側壁部３５および、ボス部４６を含む外周側壁部３３は、冷却装置本体５の外周縁部４８に連続して形成されて、その各先端面が互いに同一面であって蓋体７の裏面６９に密着して流路３を形成することになる。

上記した上流側仕切壁３７と下流側仕切壁３９と中間仕切壁４１と下流端部仕切壁４３とによって、冷却液が流通する流路３を各部位において複数に分割している。例えば、３つの上流側仕切壁３７によって４つの分割流路１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄを形成し、３つの下流側仕切壁３９によって４つの分割流路２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄを形成している。

さらに、上記４つの分割流路２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄは、４つの中間仕切壁４１を設けた部位において、該４つの中間仕切壁４１と、４つの下流側仕切壁３９と、外周側壁部３３（ボス部４６）と、内周側壁部３５（ボス部４４）とによって８つの分割流路３００ａ，３００ｂ，３００ｃ，３００ｄ，３００ｅ，３００ｆ，３００ｇ，３００ｈに分割形成している。

ここで、本実施形態では、冷却装置１を扁平に形成して縦置きとしている。このため、流路３も扁平となってコンパクト化した冷却装置１内に流路３を充分確保するには流路３の幅をある程度広くするとともに、湾曲部分も適宜形成する必要がある。

流路３が幅広になると、仕切壁を設けない場合には、特に湾曲部分で冷却液が外周側に偏って流れることになる。このため、本実施形態では仕切壁を設けて流路３を複数に分割することで、湾曲部分であっても冷却液の偏りを抑えて冷却効果を確保している。

また、仕切壁は冷却フィンの役目も果たすので、流路３を複数に分割する際に必要となる仕切壁を設けることで、冷却効果を高めることができる。

前記上流側仕切壁３７は、図３に示すように、上流端４５から下流端４７に至るまで正面視略円弧状に図３中で右回りに湾曲している。また、前記下流側仕切壁３９は、上流端４９から中間部５１に至る正面視略コ字状の部分と、中間部５１から下流端５３に至る図３中で左回りに湾曲する正面視略半円状に部分と、を有してこれらを連続して一体に形成している。さらに、下流端部仕切壁４３は、正面視略円弧状に図３中で右回りに湾曲している。

なお、下流側仕切壁３９の上流端４９から中間部５１に至る正面視略コ字状の部分は、略直線状の３つの部分を直角に組み合わせて一体に形成される。そして、上流側仕切壁３７の下流端４７と下流側仕切壁３９の上流端４９との間は、二点鎖線で示すように、仕切壁がなく、分岐のない合流部としての１つの合流流路５５に形成してある。

上記仕切壁のない１つの合流流路５５は、下流側仕切壁３９側が上流側仕切壁３７側よりも上方となるよう図３中で右上がりに傾斜している。この合流流路５５と同様にして、合流流路５５の上流側の下流端４７を含む上流側仕切壁３７の下流側端部の一部３７ａ及び、合流流路５５の下流側の上流端４９を含む下流側仕切壁３９の上流側端部の一部３９ａも、図３中で右上がりに傾斜している。

すなわち、上流側仕切壁３７の下流側端部の一部３７ａと下流側仕切壁３９の上流側端部の一部３９ａとは、合流流路５５を間に挟んで互いに同一直線上に位置し、図３中で右上がりに傾斜する合流流路５５を含む流路３の直線部分３ｂを形成する。

したがって、本実施形態における流路３は、冷却液の流通する方向に沿って湾曲する湾曲部分３ａと、この湾曲部分３ａの下流側に連続して形成されて、前記流通する方向に沿って直線的に延びる直線部分３ｂとを備えていることになる。そして、この湾曲部分３ａを経てその下流側の直線部分３ｂの一部における複数の分割流路１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄを流れるそれぞれの冷却媒体が合流する合流流路５５を設けたことになる。

これにより、湾曲部分３ａにおける４つの分割流路１００ａ〜１００ｄを流れる冷却液が、上流側仕切壁３７の下流端４７から流出し、一つの合流流路５５で合流したのち、下流側仕切壁３９の上流端４９から該下流側仕切壁３９を備える下流側流路に流れ込むことになる。

また、図３に示すように、下流側仕切壁３９における最も上側の角部５７（図３中で右側上部）の上方には、冷却液中に混入した水泡（エア）を排出する前記したエア流通路２９を形成している。

このエア流通路２９は、正面視逆Ｌ字状に形成され、その一方の端部であるエア入口部５９は下方に開口して下流側仕切壁３９を備える流路３に連通し、他方の端部は下端部に配置したエア出口部６１となって、前記蓋体７に設けたエア排出管１７に連通している。

なお、上記したエア流通路２９は、流路３に下端が連通して上下方向に延びる入口流通路２９ａと、入口流通路２９ａの上端に一端が連通する水平流通路２９ｂと、水平流通路２９ｂの他端に上端が連通して上下方向に延びる出口流通路２９ｃと、を備えている。そして、出口流通路２９ｃの下端が上記したエア出口部６１に連通する。

なお、前記流入管１３には流路入口部６２を接続し、流出管１５には流路出口部６４を接続し、エア排出管１７にはエア出口部６１を接続している。

そして、流路入口部６２から流路３に流入する冷却液は、流路３の下流側ほど広がる拡開部３ｃを経て上流側仕切壁３７を備えた４つの分割流路１００ａ〜１００ｄに分岐して流入する。一方、下流側仕切壁３９の下流端５３から流出する冷却液は、冷却媒体の流通方向に沿って水平方向に直線的に延びる合流流路３ｄを経て、下流端部仕切壁４３で仕切られた分割流路４００ａ，４００ｂに流入した後、流路出口部６４に流出する。

図４は図３のＡ−Ａ線による断面図、図５は図３のＢ−Ｂ線による断面図である。

図２，３に示すように、下流側仕切壁３９のうち前記正面視略コ字状の部分における上流側の直線部には、切欠部６３を複数形成している。即ち、図４，５に示すように、前記切欠部６３の先端面６５を、他の部位の先端面６７よりも略水平方向の高さを低く形成して縦壁部３１により近づけている。

具体的には、図５に示すように、前記切欠部６３は、下流側仕切壁３９の端部を平面視略台形状に切り欠いて形成される。また、蓋体７の裏面６９と下流側仕切壁３９の先端面６５，６７との間には、略水平方向に沿った隙間７１，７３を形成しているが、前記切欠部６３の先端面６５と蓋体７の裏面６９との隙間７１は、他の部位の先端面６７と蓋体７の裏面６９との隙間７３よりも大きく形成している。

さらに、図４に示すように、下流側仕切壁３９の下面７５と上面７７とは、先端方向（略水平方向）に向かうにつれて徐々に先細りする断面台形状に形成している。下流側仕切壁３９の下面７５と水平方向とのなす傾斜角度はαであり、上面７７と水平方向とのなす角度はβであり、αはβよりも大きく形成している（α＞β）。

このように、下流側仕切壁３９の下面７５は先端に向かうにつれて上方に傾斜する傾斜面に形成してあり、上面７７は先端に向かうにつれて下方に傾斜する傾斜面に形成してある。従って、図４のように、冷却液中に混入した水泡（エア）７９は、下流側仕切壁３９の下面に沿って移動し、前記隙間７１，７３から上方に移動する。

なお、中間仕切壁４１や下流端部仕切壁４３についても、その先端は、蓋体７の裏面６９との間に隙間を形成しているものとする。

これらの隙間（隙間７１，７３を含む）を有する状態で、蓋体７を冷却装置本体５に被せて前記図外のボルトにより固定して組み付けると、蓋体７の裏面６９が、前述したように冷却装置本体５の外周縁部４８、ボス部４４からなる内周側壁部３５および、ボス部４６を含む外周側壁部３３のそれぞれの先端面に密着して流路３を形成することになる。

図６は図３のＣ−Ｃ線による断面図、図７（ａ）は、本発明の実施形態に係るエア入口部５９から水泡がエア流通路２９内に入り込んで溜まったときの液面高さを示す断面図であり、図６に対応している。また、図７（ｂ）は、比較例に係る液面高さを示す、図７（ａ）に対応する断面図である。

図１で説明したように、蓋体７の膨出部１９における上端部２３には、図１中で左側に延びる延設部２５を形成してあり、前記蓋体７を冷却装置本体５に組み付けた状態では、図７（ａ）に示すように、エア入口部５９より上部のエア流通路２９における冷却装置１の厚さ方向の断面積が、延設部を設けない図７（ｂ）の比較例よりも大きく形成されている。

以下、図７を用いて簡単に説明する。図７（ｂ）では、蓋体１０７と縦壁部１３１とによってエア流通路１２９が形成されている。

図７（ａ）に示すように、本実施形態に係るエア流通路２９の厚さはその下部のエア入口部５９より厚いＤ、図７（ｂ）に示す比較例に係るエア流通路１２９の厚さはその下部のエア入口部１５９と同等のｄであり、Ｄ＞ｄの大小関係に設定している。

このように、本実施形態に係るエア流通路２９の方が、厚さ方向の断面積を大きく形成している。ここで、エア流通路２９，１２９には、冷却液内に混入した水泡（エア）７９が上方に移動して液面Ｈ１，Ｈ２が低下している。流路３内の水泡７９の全量を同等とした場合に、図７（ａ）示すように、本実施形態の場合の液面はＨ１であり、図７（ｂ）に示す比較例の場合はＨ２である。従って、本実施形態の方が比較例よりも△Ｈだけ液面が高い位置になっている。

また、図８は本発明の実施形態に係る冷却装置に、冷却させる対象物である被冷却物を当接させた状態を示す正面図である。なお、被冷却物の構成を明瞭に示すために仕切壁を簡略化して示しているが、実際には傾斜面を設けている。

この破線で示した被冷却物は、例えば基板８１であり、該基板８１上に複数の発熱素子８３を配置している。この発熱素子８３は、下流側仕切壁３９および中間仕切壁４１によって画成された流路に対向して配置している。

特に、中間仕切壁４１を設けた流路は該中間仕切壁４１が下流側仕切壁３９とともに放熱フィンの役目を果たすことから冷却効果が高く、この部位に発熱素子８３を多く配置することが好ましい。また、流路３の屈曲部の上流側の冷却液の流速が低下する直前に発熱素子８３を多く配置することが冷却効果を高める上で好ましい。

このように構成した冷却装置１においては、例えば図外の冷却液ポンプによって、冷却液が、流入管１３から流入して流路３を順次流れるが、その際被冷却物である発熱素子８３を冷却した後、流出管１５から外部に排出される。なお、このとき、エア出口部６１もしくはエア排出管１７は、図外のバルブなどによって閉じてある。

そして、流路３を冷却液が流れる際には、流路３内で発生したエアが上方に向けて移動する。特に本実施形態では、上流側、下流側、中間および下流端部の各仕切壁３７，３９，４１および４３の各先端面と、蓋体７の裏面６９との間に隙間（図４の隙間７１，７３を含む）を形成してある。このため、各分割流路１００ａ〜１００ｄ，２００ａ〜２００ｄおよび３００ａ〜３００ｉなどを備える流路３で発生したエアは、上記隙間を通して上方に移動しやすいものとなっている。

上方に移動したエアは、図７（ａ）に示したようにエア入口部５９からエア流通路２９に入り込んで効率よく滞留させることができる。これにより、流路３内にはエアを極力排除した冷却液が流通することになり、冷却効果向上に寄与することができる。

エア流通路２９に滞留したエアを外部に排出する際には、上記したエア出口部６１もしくはエア排出管１７に設けた図外のバルブを開放させた状態で、図外の冷却液ポンプの駆動により流路３内の冷却液をエア流通路２９に流通させればよい。

また、本実施形態では、冷却液が、流路３の湾曲部分３ａを流れる際に、特に、上流側仕切壁３７の先端面と蓋体７の裏面６９との間に隙間を形成しているので、遠心力によって、４つの分割流路１００ａ〜１００ｄのうちより外周側の分割流路に多く流れる傾向にある。

ここで、本実施形態では、４つの分割流路１００ａ〜１００ｄから流出する互いに不均一なそれぞれの冷却液が、湾曲部分３ａの下流側の直線部分３ｂに設けた合流流路５５で一旦合流する。

この合流した合流流路５５における冷却液は、該合流流路５５が直線部分３ｂに位置しているので偏りが抑えられて全体として均一化しており、従ってその下流側の４つの分割流路２００ａ〜２００ｄに略均等に分配されて、量や速度が均一化した状態で流れ込むことになる。分割流路２００ａ〜２００ｄに冷却液が均一化した状態で流れることで、被冷却物に対する冷却効果を不均一に流れる場合に比較して高めることができる。

また、本実施形態では、合流流路５５の上流側に直線部分３ｂの一部が設けられている。これは、湾曲部分３ａの下流側端部、即ち合流流路５５の上流側の分割流路１００ａ〜１００ｄに直線部分３ｂが存在することになる。

このため、冷却液は合流流路５５に流入する直前を直線的に流れることになるので、その下流側の合流流路５５にて合流した冷却液は、合流流路５５内にてより偏りが抑えられてより均一化したものとなる。その結果、合流流路５５の下流側の４つの分割流路２００ａ〜２００ｄへはより均一化した冷却液を流通させることができる。

また、本実施形態では、合流流路５５より上流側の分割流路１００ａ〜１００ｄと、合流流路５５より下流側の分割流路２００ａ〜２００ｄとを互いに同数としている。これは、上流側仕切壁３７と下流側仕切壁３９とを互いに同数設けていることになり、したがって合流流路５５の上流側と下流側とで流路断面積が同等となり、下流側の分割流路２００ａ〜２００ｄを冷却液がよりスムーズに流れることになる。

また、本実施形態では、上流側仕切壁３７や下流側仕切壁３９を、一方の縦壁部である縦壁部３１から他方の縦壁部である蓋体７の裏面６９に向けて突出させ、これら上流側仕切壁３７や下流側仕切壁３９の先端と、該先端に対向する蓋体７の裏面６９との間に隙間を設けている。

これにより、前述したように流路３中で発生するエアを効率よく上方に移動させることができる。その際、上記隙間の影響で湾曲部分３ａの４つの分割流路１００ａ〜１００ｄ相互間で冷却液が不均一な流れとなっても、その下流側の分割流路２００ａ〜２００ｄでは合流流路５５を通過することで均一化した流れとすることができる。

３ 流路（冷却媒体流路）
３ａ 流路の湾曲部分
３ｂ 流路の直線部分
７ 蓋体（他方の縦壁部）
３１ 縦壁部（一方の縦壁部）
３７ 上流側仕切壁（仕切壁）
３９ 下流側仕切壁（仕切壁）
５５ 合流流路（合流部）
７１，７３ 隙間
１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ 合流部の上流側の分割流路
２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄ 合流部の下流側の分割流路

Claims (6)

1. 冷却媒体が流通する冷却媒体流路を前記流通する方向に沿って延設される仕切壁により複数に分割して分割流路を設け、この分割流路を有する前記冷却媒体流路は、前記流通する方向に沿って湾曲する湾曲部分と、この湾曲部分の下流側に連続して形成されて、前記流通する方向に沿って直線的に延びる直線部分とを備え、この直線部分の前記流通する方向に沿う一部に、前記湾曲部分における前記複数の分割流路を流れるそれぞれの冷却媒体が合流する合流部を設け、
   それぞれ上下方向に沿って配置すると共に前記上下方向に交差する交差方向に離間して配置した一対の縦壁部を有し、前記仕切壁は、前記一対の縦壁部のうちの一方から他方に向けて前記交差方向に突出し、前記仕切壁の先端と、該先端に対向する前記他方の縦壁部との間に隙間を設け、
   前記湾曲部は前記合流部の上下方向下部側に位置していることを特徴とする冷却装置。
2. 前記合流部の上流側に前記直線部分の一部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記合流部の上流側の前記複数の分割流路と、前記合流部の下流側の前記複数の分割流路とを同数としたことを特徴とする請求項１または２に記載の冷却装置。
4. 前記合流部の下流側の前記分割流路の上部に、前記冷却媒体に混入したエアを排出するエア流通路を設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の冷却装置。
5. 前記仕切壁の先端に切欠部を設けることで、該切欠部を設けた先端に対向する前記他方の縦壁部との間の隙間を、他の先端に対向する前記他方の縦壁部との間の隙間より広くしたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の冷却装置。
6. 前記仕切壁の下面は、先端に向かうにつれて上方に向かう傾斜面に形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の冷却装置。

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