JP5769834B2

JP5769834B2 - 液冷式冷却器

Info

Publication number: JP5769834B2
Application number: JP2014024044A
Authority: JP
Inventors: 繁信栃山; 正佳田村; 誠司羽下
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-02-12
Filing date: 2014-02-12
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2034-02-12
Also published as: JP2015153799A

Description

この発明は、CPU、LSI、パワー半導体等の発熱素子を冷却する液冷式冷却器に関するものである。

近年、CPU、LSI、パワー半導体素子等の発熱素子の発熱密度が増大し高温になることから、従来の空冷液冷式冷却器よりも冷却性能が高い液冷式冷却器が用いられることがある（例えば、特許文献１、２）。

特開２０１１−１８７５９９号公報特開２００６−３０３２６４号公報

前述した特許文献１で開示される水冷式冷却器では、水冷ジャケットの発熱素子搭載面に冷却すべき発熱素子が搭載され、発熱素子搭載面の内側に発熱素子と熱的に接続された複数のフィンを分散配置して放熱領域を形成している。特許文献１等で開示される水冷式冷却器では、放熱領域を冷却水が均等に流れるように、冷却水の流入口と流出口を所定の位置に定めている。しかし、水冷式冷却器を搭載する機器は、冷却水を供給、排出するためのパイプレイアウトに制約があることが多く、必ずしも冷却性能上好ましい位置に冷却水の流入口と流出口を配置できるとは限らない。冷却水の流入口と流出口を冷却性能上好ましい位置に配置することができない場合は、放熱領域を流れる冷却水の流速分布に偏りが生じ、部分的に冷却性能が低下する可能性がある。

前述した特許文献２で開示される水冷式冷却器では、水冷ジャケットの発熱素子搭載面に冷却すべき発熱素子が搭載され、発熱素子搭載面の内側に発熱素子と熱的に接続された平板状の放熱面が設けられている。放熱面には、対向して冷却水の噴流を発生させるノズルが複数配置されており、ノズルから放熱面に向けて冷却水の噴流を衝突させることにより発熱素子を冷却する構造となっている。特許文献２で開示される水冷式冷却器では、流路が上下方向に２段に分かれており、下段の流路は流入口から流入した冷却水をノズルに分配する入口ヘッダ領域、上段の流路は、発熱素子を冷却する放熱領域、及び冷却後の冷却水を流出口に導く出口ヘッダ領域となっている。

特許文献２で開示される水冷式冷却器では、冷却水の流入口が放熱領域に直接接続されていないため、流入口の位置が放熱領域の冷却水の流れに与える影響は少ない。そのため、下段の流路の任意の位置に接続していれば、冷却水流入口の位置によらず冷却性能上好ましい位置に冷却水を導水することができる。しかし、特許文献２で開示される水冷式冷却器では、放熱面が平板であるため、放熱面積が少なく、発熱密度の大きな発熱素子に対しては冷却性能が不十分であるという問題がある。

以上から、これら特許文献では、冷却水の流入口、及び流出口の配置によらず、放熱領域内の冷却性能上好ましい位置に冷却水を導くことと、発熱密度の大きな発熱素子に対しても十分に冷却できる冷却性能を確保することが課題であった。
この発明は、上記課題を解決するためになされたものである。

この発明に係わる液冷式冷却器は、発熱素子と、この発熱素子からの発生熱を放熱する放熱フィンを有するヒートシンクと、このヒートシンクを一側壁とする冷却容器とで構成された液冷式冷却器であって、上記冷却容器は、一対の第１仕切壁によって３階層に分割され、上側階層部と下側階層部とにそれぞれ上記放熱フィンが露出する放熱領域を形成すると共に中間階層部に、第２仕切壁によって区画され、冷却液の流入口を有する入口ヘッダ領域、及び用済み冷却液の流出口を有する出口ヘッダ領域を形成し、上記入口ヘッダ領域と上記上側階層部の放熱領域との間、及び上記入口ヘッダ領域と上記下側階層部の放熱領域との間を、それぞれ流入側連通路で連通させると共に上記出口ヘッダ領域と上記上側階層部の放熱領域との間、及び上記出口ヘッダ領域と上記下側階層部の放熱領域との間を、それぞれ流出側連通路で連通させ、２系統の冷却液路を形成し、上記冷却液の流入口は、上記入口ヘッダ領域の外側面全域のいずれの箇所でも設置可能とし、且つ上記用済み冷却液の流出口は、上記出口ヘッダ領域の外側面全域のいずれの箇所でも設置可能とし、上記冷却液の流入口と、上記入口ヘッダ領域と、上記流入側連通路と、上記放熱領域と、上記流出側連通路と、上記出口ヘッダ領域と、上記用済み冷却液の流出口とによって、上記放熱フィンを冷却する冷却液路を形成したものである。

この発明の液冷式冷却器によれば、入口ヘッダ領域、及び出口ヘッダ領域に設けられる冷却液の流入口と流出口の配置箇所の自由度を高め、且つ放熱領域において冷却液を冷却性能上好ましい位置で冷却液の導液することを可能とし、冷却液の流入口と流出口の位置によらず、放熱領域内の冷却液を導きたい位置に導くことができるようになるため、流入口と流出口の配置制約に柔軟に対応できる。又、放熱面には、大きな放熱面積を確保できる放熱フィンを利用することで、発熱密度が大きな発熱素子に対しても十分な冷却性能を確保できる。
又、入口ヘッダ領域と出口ヘッダ領域の少なくとも一方を放熱領域から分離することで、冷却液の流入出口の位置が、放熱領域の冷却液の流れに与える影響を少なくし、更に、放熱領域とヘッダ領域を繋ぐ流路を、放熱領域内の冷却液を導きたい位置に応じて任意に配置でき、放熱面には大きな放熱面積を確保できる放熱フィンが利用可能となるなどの効果がある。

この発明の実施の形態１における水冷式冷却器を示す分解斜視図である。実施の形態１における水冷式冷却器の平面図である。図２中におけるIII−III線を矢印方向に見た断面図である。この発明の実施の形態２における水冷式冷却器を示す分解斜視図である。実施の形態２における水冷式冷却器の平面図である。図５中におけるVI−VI線を矢印方向に見た断面図である。この発明の実施の形態３における水冷式冷却器を示す分解斜視図である。実施の形態３における水冷式冷却器の平面図である。図８中におけるIＸ−IＸ線を矢印方向に見た断面図である。この発明の実施の形態４における水冷式冷却器を示す分解斜視図である。この発明の実施の形態５における水冷式冷却器を示す分解斜視図である。図１１の分解斜視図を反転し、下方すなわち図１１の分解斜視図を裏側からみた分解斜視図である。図１１の分解斜視図から発熱素子とヒートシンクを取り除いて矢印XIII方向から見た平面図である。水冷式冷却器内の水冷水の流れを説明するための説明図である。図１３Ａ中におけるＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ線、Ｅ−Ｅ線、Ｆ−Ｆ線を矢印方向に見た、水冷水の流れを示す断面図である。図１２の分解斜視図から裏蓋を取り除いて矢印XIV方向から見た平面図である。この発明の実施の形態６における水冷式冷却器の分解斜視図である。この発明の実施の形態６における水冷式冷却器の発熱素子とヒートシンクを取り除いた平面図である。

以下、図面に基づいて、この発明の各実施の形態を説明する。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。

実施の形態１．
図１〜３に基づいてこの発明の実施の形態１における水冷式冷却器を説明する。
図１は、水冷式冷却器を示す分解斜視図、図２は、水冷式冷却器の平面図、図３は、図２中におけるIII−III線を矢印方向に見た断面図である。
図１〜３において、発熱素子１は、ヒートシンク２に対し、金属結合、グリース、又は接着などで固定されている。ヒートシンク２は、例えばアルミニウム、銅などの良熱伝導性の材料を用いて、発熱素子１が固定されるヒートシンクのベース面２aと、その裏面に
設けた放熱フィン２bで構成されている。発熱素子１が発した熱は、ヒートシンクのベー
ス面２aから放熱フィン２bへと伝わり、放熱フィン２bに接している冷却水へと伝わるこ
とで、発熱素子１が冷却される。
放熱フィン２ｂの形状は、例えば、円柱状、楕円柱、菱形柱、角柱、平板状、スリットの入った薄板を積層したものなどでもよい。

冷却水の流路は、次の部材で構成されている。すなわち冷却容器を構成するウォータージャケット３と、このウォータージャケット内を入口ヘッダ領域８と出口ヘッダ領域９とに仕切るヘッダ仕切壁（第２仕切壁）１０と、ウォータージャケット３内を上下に仕切り、入口連通路（流入側連通路）４a及び出口連通路（流出側連通路）４ｂを有する板状の放熱領域仕切壁（第１仕切壁）１１と、この放熱領域仕切壁の上部に位置するヒートシンク２などによって囲まれ流路が形成されている。なお、ヒートシンク２と放熱領域仕切壁１１と間には放熱領域５が形成され、入口連通路４aは、入口ヘッダ領域８と放熱領域５
間を、又出口連通路４ｂは、出口ヘッダ領域９間をそれぞれ連通し流路の一部を形成している。

冷却水は、矢印で示すように冷却水の流入口６から流入し、入口ヘッダ領域８へと流入する。入口ヘッダ領域８に流入した冷却水は、入口連通路４aを通じて、入口ヘッダ領域８の上部にある放熱領域５に流入する。放熱領域５に流入した冷却水は、発熱素子１から放熱された熱を吸熱した後、出口連通路４ｂを通じて、放熱領域５の下部にある出口ヘッダ領域９に流入する。出口ヘッダ領域９に流入した冷却水は、用済み冷却水として流出口７を通じて、ウォータージャケット外へと排出される。

入口ヘッダ領域８と出口ヘッダ領域９の間に設けたヘッダ仕切壁１０により、入口ヘッダ領域８と出口ヘッダ領域９の間で直接冷却水の流通はできないようになっている。
冷却水の流入口６は、入口ヘッダ領域８に接続する際、ウォータージャケット３の外壁面のいずれかの任意位置に設ければよい。又冷却水の流出口７は、出口ヘッダ領域９に接続する際、ウォータージャケット３の外壁面のいずれかの任意位置に設ければよい。

入口連通路４aと出口連通路４ｂは、その個数、設置位置を、ヒートシンク２の形状や放熱特性、冷却水を導きたい位置に応じて任意に決めてよい。又入口連通路４aと出口連通路４ｂの形状は、例えば長方形のスリット、折れ線状のスリット、曲線状のスリット、多角形の穴、円の穴、楕円の穴などであったりしてもよい。
ヘッダ仕切壁１０の形状は、直線状、折れ線状、曲線状、分岐した形状などでもよい。
又、冷却器の圧力損失を低減するために、整流作用のある凹凸を、ウォータージャケット３、ヒートシンク２、放熱領域仕切壁１１に設けるなどしてもよい。

水冷式冷却器は以上のように構成され、冷却水の流入口６は、入口ヘッダ領域８の外側面全域のいずれの箇所でも設置可能とし、且つ用済み冷却水の流出口７は、出口ヘッダ領域９の外側面全域のいずれの箇所でも設置可能とし、冷却水の流入口６及び用済み冷却水の流出口７を配置する自由度が高いため、水冷式冷却器を搭載する機器の、冷却水を供給、排出するためのパイプレイアウトに柔軟に対応することができる。

実施の形態２．
図４〜６に基づいてこの発明の実施の形態２における水冷式冷却器を説明する。なお、この実施の形態２は、実施の形態１のヘッダ仕切壁１０を取り除いたもので、基本構成は同じである。
図４は、水冷式冷却器の分解斜視図、図５は、水冷式冷却器の平面図、図６は、図５中におけるVI−VI線を矢印方向に見た断面図である。

図４〜６において、発熱素子１は、ヒートシンク２に対し、金属結合、グリース、又は接着などで固定されている。ヒートシンク２は、例えばアルミニウム、銅などの良熱伝導性の材料を用いて、発熱素子１が固定されるヒートシンクのベース面２aと、放熱フィン
２bから構成されている。発熱素子１が発した熱は、ヒートシンクのベース面２aから放熱フィン２bへと伝わり、放熱フィン２bに接している冷却水へと伝わることで、発熱素子１が冷却される。
放熱フィン２ｂの形状は、例えば、円柱状、楕円柱、菱形柱、角柱、平板状、スリットの入った薄板を積層したものなどでもよい。

冷却水の流路は、ウォータージャケット（冷却容器）３、このウォータージャケット内を上下に仕切り、入口連通路４aを有する放熱領域仕切壁１１と、この放熱領域仕切壁の上部に位置するヒートシンク２などによって囲まれ形成されている。なお、ヒートシンク２と放熱領域仕切壁１１と間には放熱領域５が形成され、入口連通路４aは入口ヘッダ領域８と放熱領域５間を連通し流路の一部を形成している。

冷却水は、矢印で示すように冷却水の流入口６から流入し、入口ヘッダ領域８へと流入する。入口ヘッダ領域８に流入した冷却水は、入口連通路４aを通じて、入口ヘッダ領域８の上部にある放熱領域５に流入する。
放熱領域５に流入した冷却水は、発熱素子から放熱された熱を吸熱した後、放熱領域５と同一階層にある出口ヘッダ領域９に流入する。
出口ヘッダ領域９に流入した冷却水は、冷却水の流出口７を通じて、ウォータージャケット外へと排水される。

冷却水の流入口６は、入口ヘッダ領域８に接続する際、ウォータージャケット３の外壁面のいずれかの任意位置に設ければよい。
又、冷却水の流出口７は、出口ヘッダ領域９に接続する際、ウォータージャケット３の外壁面のいずれかの任意位置に設ければよい。
入口連通路４aは、その個数、及び設置位置を、ヒートシンク２の形状や、冷却水を導きたい位置に応じて任意に決めてよいし、入口連通路４aの形状は、例えば長方形のスリット状、円状、楕円状でもよい。
又、冷却器の圧力損失を低減するために、整流作用のある凹凸を、ウォータージャケット３、ヒートシンク２、放熱領域仕切壁１１に設けるなどしてもよい。

このように構成された水冷式冷却器では、冷却水の流入口６と冷却水の流出口７を上下に重ねて配置したり、冷却水の流出口７をヒートシンク２の上面に配置したりするといった、実施の形態１ではできなかった冷却水の流入出口の配置が可能となる。

なお、図４及び図６における流出口７を冷却水の流入口に、図４及び図６における流入口６を冷却水の流出口に、図４及び図６における出口ヘッダ領域９を入口ヘッダ領域に、図４及び図６における入口連通路４aを出口連通路に、図４及び図６における入口ヘッダ領域８を出口ヘッダ領域に置き換えて、冷却水の流れを図６の矢印と正反対に流してもよい。

実施の形態３．
図７〜９に基づいてこの発明の実施の形態３における水冷式冷却器を説明する。
実施の形態３は、実施の形態１の変形例で、ウォータージャケット（冷却容器）３は、３階層に分割され上下一対のヒートシンク２、放熱領域５を備えたものである。
図７は、水冷式冷却器の分解斜視図、図８は、水冷式冷却器の平面図、図９は、図８中におけるIＸ−IＸ線を矢印方向に見た断面図である。

図７〜９において、発熱素子１は、ヒートシンク２に対し、金属結合、グリース、又は接着などで固定されている。ヒートシンク２は、例えばアルミニウム、銅などの良熱伝導性の材料を用いて、発熱素子１が固定されるヒートシンクのベース面２aと、放熱フィン２bから構成され、上下一対のものである。発熱素子１が発した熱は、ヒートシンクのベース面２aから放熱フィン２bへと伝わり、放熱フィン２bに接している冷却水へと伝わることで、発熱素子１が冷却される。
放熱フィン２ｂの形状は、例えば、円柱状、楕円柱、菱形柱、角柱、平板状、スリットの入った薄板を積層したものなどでもよい。

冷却水の流路は、ウォータージャケット３内において、図９に示すように、ウォータージャケット３、ヘッダ仕切壁１０、上下一対の放熱領域仕切壁１１、上下一対のヒートシンク２に囲まれて上下２系統の流路が形成されている。
なお、ヘッダ仕切壁１０によって仕切られた入口ヘッダ領域８と出口ヘッダ領域９、放熱領域仕切壁１１に設けた入口連通路４a及び出口連通路４ｂ、ベース面２aに発熱素子１が固定され裏面に放熱フィン２bを有するヒートシンク２、ヒートシンク２と放熱領域仕切壁１１と間に形成された放熱領域５などは、実施の形態１と同一の構成であり、入口連通路４aは入口ヘッダ領域８と放熱領域５間を、又出口連通路４ｂは出口ヘッダ領域９と放熱領域５間をそれぞれ連通し流路の一部を形成している。

冷却水は、矢印で示すように冷却水の流入口６から流入し、入口ヘッダ領域８へと流入する。入口ヘッダ領域８に流入した冷却水は、上下方向に接続された入口連通路４aを通じて、入口ヘッダ領域８の上部、及び下部にある放熱領域５にそれぞれ流入する。各放熱領域５に流入した冷却水は、発熱素子１から放熱された熱を吸熱した後、出口連通路４ｂを通じて、各放熱領域５に接続された出口ヘッダ領域９にそれぞれ流入する。出口ヘッダ領域９に流入した冷却水は、冷却水の流出口７を通じて、ウォータージャケット外へと排水される。

入口ヘッダ領域８と出口ヘッダ領域９の間には、ヘッダ仕切壁１０が設けられており、入口ヘッダ領域８と出口ヘッダ領域９の間で直接冷却水の流通はできないようになっている。
冷却水の流入口６は、入口ヘッダ領域８に接続する際、ウォータージャケット３の外壁面のいずれかの任意位置に設ければよい。
又、冷却水の流出口７は、出口ヘッダ領域９に接続する際、ウォータージャケット３の外壁面のいずれかの任意位置に設ければよい。

入口連通路４aと出口連通路４ｂは、その個数、設置位置を、ヒートシンク２の形状や放熱特性、冷却水を導きたい位置に応じて任意に決めてよい。又、入口連通路４aと出口連通路４ｂの形状は、例えば長方形のスリット、折れ線状のスリット、曲線状のスリット、多角形の穴、円の穴、楕円の穴などであったりしてもよい。
ヘッダ仕切壁１０の形状は、直線状、折れ線状、曲線状であったり、分岐した形状であったりしてもよい。
又、冷却器の圧力損失を低減するために、整流作用のある凹凸を、ウォータージャケット３、ヒートシンク２、放熱領域仕切壁１１に設けるなどしてもよい。

このように構成された水冷式冷却器では、放熱領域５が、中央に配置された入口ヘッダ領域８、及び出口ヘッダ領域９を挟み込む形で上下に２箇所あるため、発熱素子１を水冷式冷却器の両面に配置することができ、より多くの発熱素子１を同時に冷却することが可能となる。

なお、実施の形態３における水冷式冷却器では、必ずしも入口ヘッダ領域８と出口ヘッダ領域９の両方を中央に配置する必要はなく、少なくともどちらか一方を中央に配置すればよい。入口ヘッダ領域８と出口ヘッダ領域９のどちらか一方のみを中央に配置する場合は、入口連通路４a、又は出口連通路４ｂのいずれか、及びヘッダ仕切壁１０は不要となり、中央に配置されないヘッダ領域は放熱領域５と同一階層に配置される。

実施の形態４．
図１０に基づいてこの発明の実施の形態４における水冷式冷却器を説明する。
実施の形態４は、実施の形態１の変形例であり、図１０の分解斜視図に示すように水冷式冷却器の入口ヘッダ領域８の部分に、ヒートシンク機能を付加したものである。

図１０において、ヘッダ仕切壁１０で仕切られた入口ヘッダ領域８内には、平板状のヘッダ領域フィン１２が、ウォータージャケット（冷却容器）３の底部内側面に配置されており、このヘッダ領域フィン１２によってウォータージャケット３の底部外側面に取り付けられた発熱素子１を冷却する。
ヘッダ領域フィン１２の形状は、平板状に限らず、例えば、円柱状、楕円柱、菱形柱、角柱、スリットの入った薄板を積層したものなどでもよい。
ヘッダ領域フィン１２は、ウォータージャケット３の底面に配置しているが、このほか側面に配置してもよく、あるいは入口ヘッダ領域８のみに限らず、出口ヘッダ領域９に配置してもよく、又双方に配置してもよい。
なお、実施の形態４による水冷式冷却器の構成は、ヘッダ領域にヘッダフィンを配置している点の他は、上記実施の形態１ないし実施の形態３の水冷式冷却器と同様に構成されている。

実施の形態５．
この発明の実施の形態５における水冷式冷却器の放熱領域は、複数の放熱領域分割壁（第３仕切壁）によって分割区画された冷却水路とし、互いに隣り合った冷却水路を流れる冷却水は、逆向きに流れるように構成されている。
以下、図１１〜１４に基づいて、この発明の実施の形態５における水冷式冷却器を説明する。
図１１は、この発明の実施の形態５における水冷式冷却器を示す分解斜視図、図１２は、図１１の分解斜視図を反転し、下方すなわち図１１の分解斜視図を裏側から見た分解斜視図、図１３は、図１１の分解斜視図から発熱素子とヒートシンクを取り除いて矢印XIII方向から見た平面図、図１３Ａは、水冷式冷却器内の水冷水の流れを説明するための説明図、図１３Ｂは、図１３Ａ中におけるＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ線、Ｅ−Ｅ線、Ｆ−Ｆ線を矢印方向に見た、水冷水の流れを示す断面図、図１４は、図１２の分解斜視図から裏蓋１５を取り除いて矢印XIV方向から見た平面図である。なお、図１１〜図１４において、矢印は冷却水の流れを示している。

図１１、図１２において、単体のウオータージャケット３は、放熱領域仕切壁（第１仕切壁）１１によって表側と裏側に仕切られ、裏側には後述する流路を構成するため裏蓋１５が配置されている。表側の放熱領域５は、複数の放熱領域分割壁（第３仕切壁）１６によって分割されており、隣り合った放熱領域で冷却水の流れが互い違いとなっている。又表側には、後述する第一入口ヘッダ領域８a、第二入口ヘッダ領域８ｂ、放熱領域５が掘り込まれており、裏側には第一出口ヘッダ領域９a、第二出口ヘッダ領域９b、第三入口ヘッダ領域８cが掘り込まれている。そして、流入口６は、表側に掘られた第一入口ヘッダ領域８aに連結されており、流出口７は裏側に掘られた第二出口ヘッダ領域９bに連結されている。
又、各入口連結流路４aについては、単純な段差によって、入口ヘッダ領域8a、8bから放熱領域５にかけて形成された流路を形成し、表裏を貫通する各出口連結流路４ｂは、スリット状穴によって形成されている。

次に、冷却水の流路構成を図１３〜図１４を用いて説明する。
入口ヘッダ領域８は、冷却水の流入口６と直結している第一入口ヘッダ領域８a、第一入口ヘッダ領域８aから放熱領域５を隔てて位置している第二入口ヘッダ領域８b、及び第一入口ヘッダ領域８aと第二入口ヘッダ領域８bを連結する第三入口ヘッダ領域８cから成る。
出口ヘッダ領域９は、ヘッダ仕切壁１０によって冷却器長手方向に分断されている第一出口ヘッダ領域９a、第二出口ヘッダ領域９b、及び第一出口ヘッダ領域９aと第二出口ヘッダ領域９bを連結する第三出口ヘッダ領域９cから成る。

冷却水は、冷却水の流入口６から流入し、第一入口ヘッダ領域８aへと流入する。第一入口ヘッダ領域８aに流入した冷却水は、入口連通路４a２、４a４と第三入口ヘッダ領域８cに分岐する。入口連通路４a２、４a４に流入した冷却水は、図１３の紙面向かって左から偶数番目の放熱領域５に流入し、発熱素子１から放熱された熱を吸熱した後、出口連通路４ｂ２、４ｂ４、４ｂ６を通じて、放熱領域５の下部にある第一出口ヘッダ領域９a、又は第二出口ヘッダ領域９bに流入する。残りの、第三入口ヘッダ領域８cに流入した冷却水は、第二入口ヘッダ領域８bに流入し、入口連通路４a１、４a３、４a５に流入する。

入口連通路４a１、４a３、４a５に流入した冷却水は、図１３の紙面向かって左から奇数番目の放熱領域５に流入し、発熱素子１から放熱された熱を吸熱した後、出口連通路４ｂ１、４ｂ３、４ｂ５を通じて、放熱領域５の下部にある第一出口ヘッダ領域９a、又は第二出口ヘッダ領域９bに流入する。第一出口ヘッダ領域９aに流入した冷却水は、第三出口ヘッダ領域９cを通じて第二出口ヘッダ領域９bの冷却水に合流し、冷却水の流出口７を通じて水冷式冷却器外へと排水される。
又、裏側の第一出口ヘッダ領域９a、第二出口ヘッダ領域９b、及び第三出口ヘッダ領域９cの流路は、裏蓋１５によって閉空間をつくることで構成されている。

このように構成された水冷式冷却器では、図１１ないし図１２に示すように、冷却優先度の高い発熱素子１３と冷却優先度の低い発熱素子１４が交互に配置されるような場合において、常に入口連通路４aからの十分に冷却された状態の温度上昇していない冷却水により冷却されるので、冷却優先度の高い発熱素子１３を効率よく冷却することができる。
なお、実施の形態５による水冷式冷却器の構成は、放熱領域分割壁１６によって放熱領域５が分割されている点、及び裏蓋１５を設けている点の他は、上記実施の形態１ないし実施の形態４の水冷式冷却器と同様に構成されている。

実施の形態６．
図１５〜１６に基づいてこの発明の実施の形態６における水冷式冷却器を説明する。
図１５は、水冷式冷却器の分解斜視図、図１６は、実施の形態６における水冷式冷却器の発熱素子とヒートシンクを取り除いた平面図である。なお、図１６において、矢印は冷却水の流れを示している。

図１６において、ウォータージャケット（冷却容器）３内は、実施の形態１と同様に放熱領域仕切壁（第１仕切壁）１１によって二領域に分割され、上方の領域には、放熱フィン２ｂを露出させるための放熱領域５を形成すると共に下方の領域には、蛇行状のヘッダ仕切壁（第４仕切壁）１０Ａによって区画された入口ヘッダ領域８及び出口ヘッダ領域９が形成されている。
又、放熱領域仕切壁１１には、スリット状の入口連通路４a及び出口連通路４ｂが交互に複数設けられており、入口連通路４aは放熱領域５に対する冷却水の入口（入口ヘッダ領域８から放熱領域５に向かって送水する流入側連通路）、出口連通路４ｂは放熱領域５に対する冷却水の出口（放熱領域５から出口ヘッダ領域９に向かって送水する流出側連通路）となっている。
このように構成された水冷式冷却器では、図１５、及び図１６に示すように、冷却優先度の高い発熱素子１３と冷却優先度の低い発熱素子１４がそれぞれ２個１組で交互に配置されるような場合において、常に冷却水の入口である入口連通路４aからの十分に冷却された状態の温度上昇していない冷却水により冷却されるので、冷却優先度の高い発熱素子１３を効率よく冷却することができる。

なお、実施の形態６による水冷式冷却器の構成は、放熱領域５に冷却水の入口と出口が交互に複数配置されている点の他は、上記実施の形態１ないし実施の形態５の水冷式冷却器と同様に構成されている。

実施の形態７．
実施の形態７による水冷式冷却器は、実施の形態１ないし実施の形態６による水冷式冷却器のうち、放熱領域仕切壁１１を板金や樹脂などで製作し、ウォータージャケットとは別体としたものである。
放熱領域仕切壁１１をウォータージャケット（冷却容器）３とは別体とすることで、放熱領域仕切壁１１の材料を任意に変えることができる。例えば、入口の冷却水温を上昇させたくない場合は、放熱領域仕切壁１１を熱伝導率の低い樹脂で製作するなどして、温度の高い放熱領域５と入口ヘッダ領域８を断熱することが可能となる。

実施の形態８．
実施の形態８による水冷式冷却器は、実施の形態７による水冷式冷却器のうち、放熱領域仕切壁１１に反り付けをしたものである（図示せず）。放熱領域仕切壁１１に反り付けをすることにより、放熱フィン２bと放熱領域仕切壁１１の間に製造公差によって発生する隙間を小さくすることができる。

上記隙間が発生すると、冷却水は放熱フィン２b内部と隙間に分岐して流れるため、放熱フィン２b内部を流れる冷却水の流速は低下する。放熱フィン２b内部を流れる冷却水の流速が低下すると、冷却性能は低下してしまう。
放熱フィン２bと放熱領域仕切壁１１の間に製造公差によって発生する隙間を小さくすることで、放熱フィン２b内部を流れる冷却水の流速低下を防ぎ、冷却性能の低下を抑制することが可能となる。

実施の形態９．
実施の形態９による水冷式冷却器は、実施の形態１ないし実施の形態６による水冷式冷却器のうち、放熱領域仕切壁１１を、ウォータージャケットと一体成形したものである。
成形方法は、例えば鋳造、ダイキャスト成形、３Dプリンターによる成形などである。
放熱領域仕切壁１１をウォータージャケットと一体成形することで、製造コストを抑制することが可能となる。

なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１：発熱素子、２：ヒートシンク、２a：ヒートシンクのベース面、
２b：放熱フィン、３：ウォータージャケット（冷却容器）、
４a：入口連通路（流入側連通路）、４ｂ：出口連通路（流出側連通路）、
５：放熱領域、６：冷却水の流入口、７：冷却水の流出口、
８：入口ヘッダ領域、８a：第一入口ヘッダ領域、８b：第二入口ヘッダ領域、
８c：第三入口ヘッダ領域、９：出口ヘッダ領域、９a：第一出口ヘッダ領域、
９b：第二出口ヘッダ領域、９c：第三出口ヘッダ領域、
１０：ヘッダ仕切壁（第２仕切壁）、１０Ａ：ヘッダ仕切壁（第４仕切壁）、
１１：放熱領域仕切壁（第１仕切壁）、１２：ヘッダ領域フィン、
１３：冷却優先度の高い発熱素子、１４：冷却優先度の低い発熱素子、
１５：裏蓋、１６：放熱領域分割壁（第３仕切壁）。

Claims

発熱素子と、この発熱素子からの発生熱を放熱する放熱フィンを有するヒートシンクと、このヒートシンクを一側壁とする冷却容器とで構成された液冷式冷却器であって、
上記冷却容器は、一対の第１仕切壁によって３階層に分割され、上側階層部と下側階層部とにそれぞれ上記放熱フィンが露出する放熱領域を形成すると共に中間階層部に、
第２仕切壁によって区画され、冷却液の流入口を有する入口ヘッダ領域、及び用済み冷却液の流出口を有する出口ヘッダ領域を形成し、上記入口ヘッダ領域と上記上側階層部の放熱領域との間、及び上記入口ヘッダ領域と上記下側階層部の放熱領域との間を、それぞれ流入側連通路で連通させると共に上記出口ヘッダ領域と上記上側階層部の放熱領域との間、及び上記出口ヘッダ領域と上記下側階層部の放熱領域との間を、それぞれ流出側連通路で連通させ、２系統の冷却液路を形成し、上記冷却液の流入口は、上記入口ヘッダ領域の外側面全域のいずれの箇所でも設置可能とし、且つ上記用済み冷却液の流出口は、上記出口ヘッダ領域の外側面全域のいずれの箇所でも設置可能とし、上記冷却液の流入口と、上記入口ヘッダ領域と、上記流入側連通路と、上記放熱領域と、上記流出側連通路と、上記出口ヘッダ領域と、上記用済み冷却液の流出口とによって、上記放熱フィンを冷却する冷却液路を形成したことを特徴とする液冷式冷却器。
発熱素子と、この発熱素子からの発生熱を放熱する放熱フィンを有するヒートシンクと、このヒートシンクを一側壁とする冷却容器とで構成された液冷式冷却器であって、
上記冷却容器は、一対の第１仕切壁によって３階層に分割され、上側階層部と下側階層部とにそれぞれ上記放熱フィンが露出する放熱領域を形成すると共に中間階層部に、
冷却液の流入口を有する入口ヘッダ領域、又は用済み冷却液の流出口を有する出口ヘッダ領域のいずれか一方の領域を形成し、上記中間階層部に上記入口ヘッダ領域を形成した場合は、上記出口ヘッダ領域を、上記上側階層部の放熱領域と上記下側階層部の放熱領域との両領域に形成し、中間階層部に上記出口ヘッダ領域を形成した場合は、上記入口ヘッダ領域を、上記上側階層部の放熱領域と上記下側階層部の放熱領域との両領域に形成し、
上記冷却液の流入口は、上記入口ヘッダ領域の外側面全域のいずれの箇所でも設置可能とし、且つ上記用済み冷却液の流出口は、上記出口ヘッダ領域の外側面全域のいずれの箇所でも設置可能とし、上記冷却液の流入口と、上記入口ヘッダ領域と、上記放熱領域と、上記出口ヘッダ領域と、上記用済み冷却液の流出口とによって、上記放熱フィンを冷却する冷却液路を形成したことを特徴とする液冷式冷却器。
発熱素子と、この発熱素子からの発生熱を放熱する放熱フィンを有するヒートシンクと、このヒートシンクを一側壁とする冷却容器とで構成された液冷式冷却器であって、
上記冷却容器内を、第１仕切壁によって二領域に分割し、一方の領域には、上記放熱フィンが露出する放熱領域及び用済み冷却液の流出口を有する出口ヘッダ領域を形成すると共に他方の領域には、冷却液の流入口を有する入口ヘッダ領域を形成し、上記第１仕切壁には、上記放熱領域と上記入口ヘッダ領域間に入口連通路を形成し、上記入口ヘッダ領域は、上記第１仕切壁の下方全域に形成すると共に上記出口ヘッダ領域は、上記放熱領域に開口した上記流出口付近に形成し、上記入口連通路は、上記流出口の反対側部分の上記第１仕切壁に設け、上記冷却液の流入口は、上記入口ヘッダ領域の外側面全域のいずれの箇所でも設置可能とし、且つ上記用済み冷却液の流出口は、上記出口ヘッダ領域の外側面全域のいずれの箇所でも設置可能とし、上記冷却液の流入口と、上記入口ヘッダ領域と、上記入口連通路と、上記放熱領域と、上記出口ヘッダ領域と、上記用済み冷却液の流出口とによって、上記放熱フィンを冷却する冷却液の冷却液路を形成したことを特徴とする液冷式冷却器。
上記第１仕切壁は、反り付けされ、放熱フィンと放熱領域仕切壁の間に製造公差によって発生する隙間を小さくしたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の液冷式冷却器。
発熱素子と、この発熱素子からの発生熱を放熱する放熱フィンを有するヒートシンクと、このヒートシンクを一側壁とする冷却容器とで構成された液冷式冷却器であって、
上記冷却容器は、第１仕切壁１１によって入口ヘッダ領域８と出口ヘッダ領域９との二領域に仕切られ、一方の入口ヘッダ領域８には、第３仕切壁によって分割区画された冷却液路で放熱フィンを冷却する放熱領域５、冷却液の流入口６、この流入口６に連結している第一入口ヘッダ領域８a、第一入口ヘッダ領域８aから放熱領域５を隔てて位置している第二入口ヘッダ領域８b、及び第一入口ヘッダ領域８aと第二入口ヘッダ領域８bとを連結する第三入口ヘッダ領域８cが形成され、他方の出口ヘッダ領域９には、第三入口ヘッダ領域８cを形成するヘッダ仕切壁１０、このヘッダ仕切壁１０によって冷却器長手方向に分断されている第一出口ヘッダ領域９aと第二出口ヘッダ領域９b、この第二出口ヘッダ領域９bに連結している冷却液の流出口７、及び第一出口ヘッダ領域９aと第二出口ヘッダ領域９bとを連結する第三出口ヘッダ領域９cが形成され、第一入口ヘッダ領域８a及び第二入口ヘッダ領域８bには、放熱領域５への流路となる入口連結流路４aが段差によって形成され、第１仕切壁１１には、二領域を貫通するスリット状の出口連結流路４ｂが形成され、上記ヒートシンクの反対側には、第一出口ヘッダ領域９a、第二出口ヘッダ領域９b、及び第三出口ヘッダ領域９cの流路となる閉空間を形成する裏蓋１５が配置され、上記冷却液路は、冷却液が互い違いの向きに流れる流路で形成されていることを特徴とする液冷式冷却器。
発熱素子と、この発熱素子からの発生熱を放熱する放熱フィンを有するヒートシンクと、このヒートシンクを一側壁とする冷却容器とで構成された液冷式冷却器であって、
上記冷却容器内を、第１仕切壁によって二領域に分割し、一方の領域に、上記放熱フィンが露出した放熱領域を形成すると共に他方の領域に、蛇行状の第４仕切壁で区画された入口ヘッダ領域、及び出口ヘッダ領域を形成し、上記入口ヘッダ領域側に位置する部分の第１仕切壁に、上記入口ヘッダ領域から放熱領域に向かって送液する流入側連通路を設け、且つ上記出口ヘッダ領域側に位置する部分の第１仕切壁に、上記放熱領域から出口ヘッダ領域に向かって送液する流出側連通路を設け、上記流入側連通路と上記流出側連通路とを交互に配置することによって冷却液路を形成したことを特徴とする液冷式冷却器。