JPWO2012043117A1 - 沸騰冷却装置およびそれを用いた電子機器 - Google Patents

Abstract

沸騰冷却装置（１０）は、鉛直な外面である＋Ｚ側の面に発熱源である電子部品（５０）が接続されることで、電子部品（５０）から発生した熱を受ける受熱部（１４ａ）を備え、冷媒を収納するための内部空間が形成された筐体（１１）と、電子部品（５０）の＋Ｙ側及び−Ｙ側に配置され、熱を外部に放出する第１放熱部（２１）及び第２放熱部（２２）と、を有し、第１放熱部（２１）及び第２放熱部（２２）のＸ方向における両端は、受熱部（１４ａ）のＸ方向における両端よりも、＋Ｚ側の面に沿って延設されていることを特徴とする。

Description

本発明は、沸騰冷却装置およびそれを用いた電子機器に関する。

近年、コンピュータなどの電子機器に利用される電子部品（例えば、ＩＣやＬＳＩ等）の集積度は高くなっており、それに伴い、電子機器の小型化、薄型化も進んでいる。しかしながら、電子機器が小型化、薄型化すると、筐体の内部空間が小さくなるため、電子部品近傍に冷却装置を配置しにくくなる。特に、発熱量の大きな電子部品の場合、その発熱量に見合ったサイズの大きい冷却装置が必要になり、より大きい配置スペースを確保する必要がある。そこで、冷媒の相変化現象を利用することによって、熱を別の場所に移動させ、その場所で冷却する沸騰冷却装置が下記特許文献１及び２に開示されている。

この特許文献１及び２に開示されている沸騰冷却装置においては、電子部品は、沸騰冷却装置の鉛直な面に配置されている。そして、電子部品が発熱すると、電子部品に生じた熱は冷媒に伝わり、冷媒を液体から気体に相変化（沸騰）させる。冷媒が気体に相変化すると、周囲の液体との密度差により、熱を保持したまま上方に移動する。電子部品の上方には放熱部が配置されており、相変化した冷媒はこの放熱部内に流入する。そして、流入した冷媒が、この放熱部内で再び気体から液体に相変化（凝縮）することにより、電子部品は冷却される。

特開２００４−３４９６５２号公報 特開２００１−０７７２５９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の沸騰冷却装置は、ある所定の姿勢でなければ、十分な冷却効果を発揮することはできなかった。例えば、沸騰冷却装置を備えた電子機器が可動するものである場合、この電子機器の使用状況によっては、沸騰冷却装置が上記所定の姿勢以外の姿勢となってしまう。この場合、必ずしも放熱部が受熱部の上方に配置されないため、沸騰した冷媒は放熱部内に流入しにくくなり、冷却効果を発揮できないおそれがあった。

また、特許文献２に記載の沸騰冷却装置は、受熱部の上方及び下方に放熱部が配置されている。そのため、上下に逆様の姿勢となった場合にでも、冷却効果を発揮することができる。しかしながら、電子部品が配置された面と垂直な軸回りに傾いたり、横向きとなったりした場合には、いずれの放熱部も受熱部よりも高い位置に配置されないことがあり、十分な冷却効果を発揮することができなくなるおそれがあった。

本発明は、上述の事情の下になされたもので、電子部品が配置された面と垂直な軸回りに傾いたり、横向きとなったりした場合でも、電子部品の冷却効果を十分に発揮することができる沸騰冷却装置及びそれを用いた電子機器を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る沸騰冷却装置は、
鉛直な外面である第１面に発熱源である電子部品が接続されることで、前記電子部品から発生した熱を受ける受熱部を備え、冷媒を収納するための内部空間が形成された筐体と、
前記受熱部の上方及び下方に配置され、前記熱を外部に放出する第１放熱部及び第２放熱部と、
を有し、
前記第１放熱部及び前記第２放熱部の水平方向における両端は、前記受熱部の水平方向における両端よりも、前記第１面に沿って延設されていることを特徴とする。

本発明の第２の観点に係る電子機器は、
電力を消費することにより発熱源となる電子部品と、
前記電子部品と受熱部とが熱的に接続された第１の観点に係る沸騰冷却装置と、
前記沸騰冷却装置の第１放熱部及び第２放熱部に冷却風を供給する冷却風供給装置と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、第１放熱部及び第２放熱部は、受熱部の上方及び下方に配置されていることから、電子部品が配置された面に対して垂直な軸回りに傾いても、第１放熱部、第２放熱部のいずれかの一部は、受熱部よりも高い位置に配置される。また、第１放熱部及び第２放熱部の両端は、受熱部の両端よりも水平方向に延設されていることから、沸騰冷却装置が横向きになっても、この延設された部分が、受熱部よりも高い位置に配置される。そのため、電子部品の冷却効果を発揮することができる。

本発明の第１実施形態に係る沸騰冷却装置の斜視図である。 第１実施形態に係る沸騰冷却装置の分解斜視図である。 （ａ）は、第１実施形態に係る沸騰冷却装置の断面図（その１）であり、（ｂ）は、第１実施形態に係る沸騰冷却装置の断面図（その２）である。 第１実施形態に係る沸騰冷却装置の使用状況を説明するための斜視図である。 第１実施形態に係る沸騰冷却装置の作用を説明するための図（その１）である。 第１実施形態に係る沸騰冷却装置の作用を説明するための図（その２）である。 第１実施形態に係る沸騰冷却装置の作用を説明するための図（その３）である。 第１実施形態の変形例（その１）に係る沸騰冷却装置の分解斜視図である。 第１実施形態の変形例（その２）に係る沸騰冷却装置の斜視図である。 第１実施形態の変形例（その３）に係る沸騰冷却装置の断面図である。 本発明の第２実施形態に係る沸騰冷却装置の断面図である。 第２実施形態の変形例に係る沸騰冷却装置の斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る沸騰冷却装置の断面図である。 本発明の第４実施形態に係る沸騰冷却装置の断面図である。 本発明の第５実施形態に係る沸騰冷却装置の断面図である。 第５実施形態の変形例に係る沸騰冷却装置の断面図である。 本発明の第６実施形態に係る沸騰冷却装置の断面図である。 第６実施形態の変形例に係る沸騰冷却装置の断面図である。

《第１実施形態》
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図１０を参照しながら説明する。なお、図中のＸＺ平面は水平な面であり、図中のＹ軸の方向は鉛直方向である。

沸騰冷却装置１０は、図１に示すように、電力を消費することにより発熱する電子部品５０を冷却するための装置である。沸騰冷却装置１０は、電子部品５０を備える電子機器に取り付けられる。なお、電子部品５０は、沸騰冷却装置１０を構成する部品ではないが、添付の図面では沸騰冷却装置１０に取り付けられた状態で基本的に実線を用いて示すものとする。電子部品５０は、例えば、ＩＣやＬＳＩ等であり、図示しない熱伝導グリースや熱伝導シートを介在させて、沸騰冷却装置１０に熱的に接続される。沸騰冷却装置１０は、筐体１１と、筐体１１の表面に固定された放熱ユニット２０と、筐体１１内に収納された冷媒３０（図３参照）と、を有する。

筐体１１は、Ｙ方向を長手方向とする直方体板状のケースであり、鉛直な面である＋Ｚ側の面（熱伝導板１４）に電子部品５０が配置される。この筐体１１は、図２に示すように、四角形枠形状に形成された枠１２と、この枠１２の−Ｚ側の開口を塞ぐ封止板１３と、＋Ｚ側の開口を塞ぐ熱伝導板１４と、を有する。

枠１２は、熱伝導率の高い金属、例えば、銅やアルミニウム等で形成されている。枠１２の＋Ｙ側の端部には、冷媒注入口１５が形成されている。この冷媒注入口１５は、図示しないバルブを備えており、このバルブにより、開閉する。

封止板１３及び熱伝導板１４は、枠１２と同様に、熱伝導率の高い金属、例えば、銅やアルミニウム等で形成されている。熱伝導板１４の中央近傍には、発熱源である電子部品５０が接続される。熱伝導板１４の面上における電子部品５０の接続位置近傍は、電子部品５０からの熱を受ける部分である。以下、この部分を受熱部１４ａと称する。

枠１２、封止板１３、熱伝導板１４は、それぞれ別々に形成される。そして、封止板１３及び熱伝導板１４は、ろう付けによって、枠１２に取り付けられる。封止板１３及び熱伝導板１４を取り付けることによって、筐体１１内に内部空間１１ａが形成される。この内部空間１１ａは、枠１２に形成された冷媒注入口１５を介して、筐体１１の外部と通じている。

筐体１１の内部空間１１ａを規定する面のうちの熱伝導板１４の面（−Ｚ側の面）は、粗面処理により、所定の粗さに加工されている。この粗さは、例えば、算術平均粗さＲａで１μｍ〜１００μｍである。

放熱ユニット２０は、電子部品５０からの熱を外部に放出するための部材である。放熱ユニット２０は、受熱部１４ａの＋Ｙ側に固定された第１放熱部２１と、受熱部１４ａの−Ｙ側に固定された第２放熱部２２と、を有する。第１放熱部２１及び第２放熱部２２は、熱伝導率の高い金属、例えば、銅やアルミニウム等で形成されている。第１放熱部２１及び第２放熱部２２は、電子部品５０が配置される筐体１１の外面と同じ面に、例えば、ろう付け等の固定手法により固定されている。また、第１放熱部２１及び第２放熱部２２は、電子部品５０を中心にほぼ対称な位置に固定されている。

これら第１放熱部２１及び第２放熱部２２は、いずれも同等の形状の略直方体形状である。また、第１放熱部２１のＸ方向の両端は、受熱部１４ａのＸ方向の両端よりも、それぞれ＋Ｘ方向及び−Ｘ方向に延設されている。同様に、第２放熱部２２のＸ方向の両端は、受熱部１４ａのＸ方向の両端よりも、それぞれ＋Ｘ方向及び−Ｘ方向に延設されている。すなわち、第１放熱部２１及び第２放熱部２２のＸ方向における寸法Ｌ１と、受熱部１４ａのＸ方向における寸法Ｌ２との関係は、Ｌ１＞Ｌ２となる。

また、第１放熱部２１及び第２放熱部２２は、Ｘ軸に平行な複数のフィンが形成されている。同様に、第２放熱部２２にも、同様に、Ｘ軸に平行な複数のフィンが形成されている。

筐体１１の内部空間１１ａには、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、受熱部１４ａからの熱を受熱する冷媒３０が封入されている。冷媒３０は液体冷媒３１と気体冷媒３２とから構成される。以下、液体冷媒３１と気体冷媒３２とを特に区別しない場合は、単に冷媒３０と記す。冷媒３０の素材は、例えば、水や絶縁性を備えた有機冷媒等である。冷媒３０に絶縁性を備えた有機冷媒を用いた場合には、筐体１１の破損等により、冷媒３０が電子部品５０に付着しても、電子部品５０の再利用が可能になるという利点を有する。

冷媒３０は、冷媒注入口１５から筐体１１の内部空間１１ａに注入される。そして、冷媒３０が内部空間１１ａに注入されると、真空引きが行われる。最後に、冷媒注入口１５のバルブを閉めることで、冷媒３０は、内部空間１１ａ内に封入される。

電子部品５０を備える電子機器１は、図３（ｂ）に示すように、冷却風供給装置５４を有している。この冷却風供給装置５４によって、放熱ユニット２０に冷却風５５が供給される。冷却風供給装置５４は、例えば、軸流ファンや遠心ファンなどである。冷却風５５は、フィン同士の間を通過するように、フィンの形成方向と平行な方向に沿って供給される。

上述した沸騰冷却装置１０は、例えば、図１に示すように、第１放熱部２１が電子部品５０の上方に配置されるように、電子機器１に取り付けられ、この姿勢のままで使用される。また、沸騰冷却装置１０が取り付けられた電子機器１の使用状況により、第２放熱部２２が電子部品５０の上方に配置される姿勢となったり、図１に示す姿勢からＺ軸回りに傾いた姿勢となったり、図４に示すように、横向きの姿勢となったりする。

次に、図５〜図７を参照して、沸騰冷却装置１０の作用を説明する。

先ず、沸騰冷却装置１０が、電子部品５０の上方に第１放熱部２１が配置される姿勢で使用される場合について、図５を参照して説明する。電子部品５０を有する回路に電圧が印加されると、電力を消費することによって、電子部品５０は発熱する。電子部品５０に生じた熱は、熱伝導板１４の受熱部１４ａを介して、冷媒３０の液体冷媒３１に伝導される。熱伝導板１４の液体冷媒３１と接する面は粗面化されているため、放熱面積が大きくなる。この結果、熱伝導板１４に伝導した熱は、効率的に液体冷媒３１に伝導される。この熱の伝導により、受熱部１４ａ近傍の液体冷媒３１の温度は上昇する。

液体冷媒３１の温度が上昇し、沸点に達すると、液体冷媒３１中の一部は、熱を奪いながら気体冷媒３２に相変化（沸騰）する。液体から気体に相変化すると、体積が数百倍におおきくなり、密度が小さくなる。そのため、液体冷媒３１中の気体冷媒３２が、熱を保持しつつ、上方に移動して、上方の気体冷媒３２と合流する。受熱部１４ａの上方には放熱ユニット２０の第１放熱部２１が配置されている。そして、移動した気体冷媒３２は、この第１放熱部２１によって熱伝導板１４上で熱を奪われる。熱伝導板１４の面は粗面化されているため、放熱面積が大きくなり、この結果、熱は効率的に第１放熱部２１に伝導される。熱を奪われた気体冷媒３２は、熱伝導板１４上で液体冷媒３１に相変化（凝縮）する。相変化した液体冷媒３１は、熱伝導板１４の面に沿って下方に流れ落ち、下方の液体冷媒３１と合流する。

一方、第１放熱部２１に伝わった熱は、冷却風供給装置５４により供給された冷却風５５によって、沸騰冷却装置１０の外部に放出される。以上の冷媒３０の相変化現象によって、電子部品５０は冷却される。

なお、沸騰冷却装置１０を、第２放熱部２２が電子部品５０の上方に配置されるように取り付けた場合においても、上記と同様の相変化現象によって、電子部品５０は冷却される。

次に、沸騰冷却装置１０が、図１に示す姿勢からＺ軸回りに４５°傾いた姿勢で使用される場合について、図６を参照して説明する。この場合、電子部品５０が発熱すると、電子部品５０に生じた熱は、熱伝導板１４の受熱部１４ａを介して液体冷媒３１に伝導される。そして、この熱の伝導により、液体冷媒３１の温度は上昇する。

液体冷媒３１の温度が上昇し、沸点に達すると、液体冷媒３１中の一部が、熱を奪いながら気体冷媒３２に相変化（沸騰）する。そして、相変化した気体冷媒３２は、熱を保持しつつ、上方に移動する。受熱部１４ａの上方には第１放熱部２１の一部が配置されている。そして、移動した気体冷媒３２は、第１放熱部２１によって熱伝導板１４上で熱を奪われる。熱を奪われた気体冷媒３２は、液体冷媒３１に相変化（凝縮）する。相変化した液体冷媒３１は、熱伝導板１４の面に沿って下方に流れ落ち、下方の液体冷媒３１と合流する。

一方、第１放熱部２１に伝わった熱は、冷却風供給装置５４により供給された冷却風によって、沸騰冷却装置１０の外部に放出される。以上の冷媒３０の相変化現象によって、電子部品５０は冷却される。

次に、沸騰冷却装置１０が横向きの姿勢で使用される場合について、図７を参照して説明する。この場合、受熱部１４ａよりも高い位置に、第１放熱部２１及び第２放熱部２２の一部が配置される。そのため、上方に移動した気体冷媒３２は、第１放熱部２１及び第２放熱部２２によって熱を奪われる。そして、熱を奪われた気体冷媒３２は、液体冷媒３１に相変化（凝縮）する。相変化した液体冷媒３１は、熱伝導板１４の面に沿って下方に流れ落ち、下方の液体冷媒３１と合流する。そして、冷媒３０の相変化が繰り返されることによって、電子部品５０は冷却される。

以上、説明したように、本第１実施形態に係る沸騰冷却装置１０によれば、第１放熱部２１及び第２放熱部２２は、受熱部１４ａの上方及び下方に配置されている。これにより、Ｚ軸回りに傾いても、第１放熱部２１、第２放熱部２２のいずれかの一部は、受熱部１４ａよりも高い位置に配置される。また、第１放熱部２１及び第２放熱部２２の両端は、受熱部１４ａの両端よりも延設されている。これにより、沸騰冷却装置１０が横向きになっても、この延設部分が、受熱部１４ａよりも高い位置に配置される。そのため、電子部品５０の冷却効果を発揮することができる。

また、熱伝導板１４の冷媒３０と接する面は、粗面処理により粗面となっている。これにより、放熱面積が大きくなり、効率的に熱を伝導することができる。

また、本第１実施形態においては、冷媒３０は、冷媒注入口１５のバルブを閉とすることで、内部空間１１ａに封入されている。しかしながら、冷媒３０の封入手段は、任意である。例えば、冷媒３０を冷媒注入口１５から注入した後に、冷媒注入口１５をかしめることにより、冷媒３０を封入することも可能である。

また、枠１２、封止板１３、熱伝導板１４は、それぞれ別々に形成されているが、これに限らず、枠と封止板とを切削加工等で一体に成形したり、枠と熱伝導板とを一体に成形したりしてもよい。

また、封止板１３及び熱伝導板１４は、ろう付けによって、枠１２に取り付けられている。しかしながら、これに限らず、図８に示すように、Ｏリング１６，１７を介して、ねじ等のねじ込みによって、枠１２に取り付けてもよい。この場合、封止板１３及び熱伝導板１４を取り外すことが可能となるため、メンテナンス等の作業性を向上させることができる。

また、第１放熱板２１及び第２放熱板２２のフィンは、図１に示すように、Ｘ軸に平行に形成されているが、これに限らず、図９に示すように、Ｙ軸に平行に形成してもよい。

また、電子部品５０は、図３（ａ）に示すように、筐体１１側の右側（＋Ｚ側）の熱伝導板１４上に熱的に接続されているが、これに限らず、図１０に示すように、筐体１１側の左側（−Ｚ側）の封止板１３上に熱的に接続してもよい。

《第２実施形態》
次に、本発明の第２実施形態について、図１１及び図１２を参照しながら説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成については、同一の符号を用いる。

第２実施形態に係る沸騰冷却装置１００は、図１１に示すように、放熱ユニット２０に加えて、放熱ユニット２０とは別の放熱ユニット２３を有している。この放熱ユニット２３は、封止板１３上に固定されている。また、この沸騰冷却装置１００には、電子部品５０に加えて、電子部品５１が配置されている。

放熱ユニット２３は、放熱ユニット２０と同様に、電子部品５０，５１からの熱を外部に放出するための部材である。放熱ユニット２３は、＋Ｙ側に固定された第３放熱部２４と、−Ｙ側に固定された第４放熱部２５と、を有する。第３放熱部２４及び第４放熱部２５の形状、素材、取り付け方法は、放熱ユニット２０の第１放熱部２１及び第２放熱部２２と同等である。

筐体１１の内部空間１１ａを規定する面のうちの封止板１３の面は、熱伝導板１４の面と同様に、粗面処理により所定の粗さに加工されている。粗さは、例えば、算術平均粗さＲａで１μｍ〜１００μｍである。また、封止板１３の面上における電子部品５１の接続位置近傍は、電子部品５１からの熱を受ける受熱部１３ａである。

上述した沸騰冷却装置１００は、第１実施形態に係る沸騰冷却装置１０と同様に、例えば、第１放熱部２１及び第３放熱部２４が電子部品５０，５１の上方に配置されるように取り付けられて、使用される。また、沸騰冷却装置１００が取り付けられた電子機器１の使用状況により、沸騰冷却装置１００は、図１１に示す姿勢からＺ軸回りに傾いた姿勢となったり、横向きの姿勢となったりする。

次に、第１放熱部２１及び第３放熱部２４が電子部品５０，５１の上方に配置される姿勢で使用される場合の沸騰冷却装置１００の作用を説明する。電子部品５０，５１が発熱すると、熱は、熱伝導板１４及び封止板１３の受熱部１４ａ，１３ａを介して、液体冷媒３１に伝導する。このとき、熱伝導板１４及び封止板１３の冷媒３０と接する面は、粗面処理がなされており、放熱面積が大きい。そのため、熱伝導板１４及び封止板１３は、効率的に熱を液体冷媒３１に伝導する。この熱の伝導により、受熱部１４ａ，１３ａ近傍の液体冷媒３１の温度は上昇する。

液体冷媒３１の温度が上昇し、沸点に達すると、液体冷媒３１中の一部は、熱を奪いながら気体冷媒３２に相変化（沸騰）する。液体から気体に相変化すると、体積が数百倍に大きくなり、密度が小さくなる。そのため、液体冷媒３１中の気体冷媒３２が、熱を保持しつつ、上方に移動して、上方の気体冷媒３２と合流する。受熱部１４ａ，１３ａの上方には放熱ユニット２０の第１放熱部２１及び放熱ユニット２３の第３放熱部２４が配置されている。そして、移動した気体冷媒３２は、第１放熱部２１及び第３放熱部２４によって熱を奪われる。なお、熱伝導板１４及び封止板１３の冷媒３０と接する面は、粗面処理がなされており、放熱面積が大きい。そのため、熱伝導板１４及び封止板１３は、効率的に熱を第１放熱部２１及び第３放熱部２４に伝導する。熱を奪われた気体冷媒３２は、熱伝導板１４及び封止板１３上で液体冷媒３１に相変化（凝縮）する。相変化した液体冷媒３１は、熱伝導板１４及び封止板１３の面に沿って下方に流れ落ち、下方の液体冷媒３１と合流する。

一方、第１放熱部２１及び第３放熱部２４に伝わった熱は、第１実施形態と同様に、冷却風供給装置５４により供給された冷却風５５によって、沸騰冷却装置１００の外部に放出される。以上の冷媒３０の相変化現象によって、沸騰冷却装置１００は電子部品５０，５１を冷却する。

上述した沸騰冷却装置１００は、図１１に示す姿勢からＺ軸回りに傾いた姿勢となっても、第１実施形態に係る沸騰冷却装置１０と同様に、第１〜第４放熱部２１，２２，２４，２５のいずれか一部が、受熱部１４ａ，１３ａよりも高い位置に配置される。また、沸騰冷却装置１００が、横向きの姿勢となっても、受熱部１４ａよりも高い位置に第１〜第４放熱部２１，２２，２４，２５の一部が配置される。したがって、冷媒３０の相変化現象によって、沸騰冷却装置１００は電子部品５０，５１を冷却することができる。

以上、説明したように、本第２実施形態に係る沸騰冷却装置１００は、２つの放熱ユニット２０，２３を有している。そのため、大きく発熱する電子部品を冷却したり、多くの電子部品を同時に冷却したりするなど、冷却効果を高めることができる。

また、放熱ユニット２０，２３は、それぞれ筐体１１の対向する面に固定されている。これにより、沸騰冷却装置１０が、図１１に示す姿勢からＺ軸だけではなく、Ｘ軸及びＹ軸のいずれの軸回りに回転した姿勢で配置されても、第１〜第４放熱部２１，２２，２４，２５のうちのいずれかの一部が、電子部品５０，５１よりも高い位置に配置される。したがって、相変化（沸騰）した気体冷媒３２は、放熱ユニット２０，２３のいずれかの一部近傍に移動するため、相変化現象により、電子部品５０，５１を冷却することができる。

また、本第２実施形態においては、２つの電子部品５０，５１が配置されているが、これに限らず、１つの電子部品を配置してもよいし、３つ以上の電子部品を配置してもよい。

また、本第２実施形態においては、第１放熱部２１及び第３放熱部２４は、いずれも受熱部１４ａ，１３ａの＋Ｙ側に配置されている。また、第２放熱部２２及び第４放熱部２５は、いずれも受熱部１４ａ，１３ａの−Ｙ側に配置されている。すなわち、第３放熱部２４と第４放熱部２５とが対向する方向は、第１放熱部２１と第２放熱部２２とが対向する方向と同じ方向（Ｙ方向）である。しかしながら、これに限らず、図１２に示すように、第３放熱部２４と第４放熱部２５とが対向する方向と、第１放熱部２１と第２放熱部２２とが対向する方向と、が直交していてもよい。

また、この場合、放熱ユニット２０の第１放熱部２１及び第２放熱部２２のフィンをＸ軸に平行に形成し、放熱ユニット２３の第３放熱部２４及び第４放熱部２５のフィンをＹ軸に平行に形成することによって、それぞれのフィンの向きを直交させてもよい。

《第３実施形態》
次に、本発明の第３実施形態について、図１３を参照しながら説明する。なお、第１実施形態及び第２実施形態と同一又は同等の構成については、同一の符号を用いる。

本第３実施形態に係る沸騰冷却装置１１０の筐体１１の内部空間１１ａには、図１３に示すように、沸騰した冷媒３０の流路を規定する仕切部６０が形成されている。この仕切部６０は、受熱することによって沸騰した冷媒３０を、第１放熱部２１又は第２放熱部２２に案内することによって冷却効果及び整流効果を高めるためのものである。

仕切部６０は、電子部品５０が取り付けられた熱伝導板１４の一部を突出させて形成されているとともに、第１放熱部２１と第２放熱部２２とが対向する方向（Ｙ方向）に平行に形成されている。また、仕切部６０は、受熱部１４ａの両側に形成されている。この仕切部６０同士の幅は、狭すぎると圧力損失が大きくなり、広すぎると整流効果が低くなるため、例えば、電子部品５０のＸ軸方向の寸法の１倍〜２倍程度の長さである。

次に、第１放熱部２１が、電子機器１０１が備える電子部品５０の上方に配置される姿勢で使用される場合の沸騰冷却装置１１０の作用を説明する。電子部品５０が発熱すると、熱は、熱伝導板１４の受熱部１４ａを介して、液体冷媒３１に伝導される。そして、この熱の伝導により、冷媒３０の液体冷媒３１の温度は上昇する。液体冷媒３１の温度が上昇し、沸点に達すると、液体冷媒３１中の一部が、熱を奪いながら気体冷媒３２に相変化（沸騰）する。そして、相変化した気体冷媒３２は、熱を保持しつつ、仕切部６０同士の間を通って上方に移動する。受熱部１４ａの上方には第１放熱部２１が配置されており、移動した気体冷媒３２は、第１放熱部２１によって熱を奪われる。熱を奪われた気体冷媒３２は、液体冷媒３１に相変化（凝縮）する。相変化した液体冷媒３１は、仕切部６０同士の外側の熱伝導板１４の壁面を流れ落ちて、下方に移動し、下方の液体冷媒３１と合流する。以上の冷媒３０の相変化現象が繰り返されることによって、電子部品５０は冷却される。

上述した沸騰冷却装置１１０は、図１３に示す姿勢からＺ軸回りに傾いた姿勢や横向きの姿勢となっても、第１実施形態、第２実施形態と同様に、第１放熱部２１又は第２放熱部２２の一部は、受熱部１４ａよりも高い位置に配置されるため、電子部品５０を冷却することができる。

以上、説明したように、本第３実施形態に係る沸騰冷却装置１１０の筐体１１の内部空間１１ａには、仕切部６０が形成されている。そのため、受熱部１４ａ近傍で沸騰した気体冷媒３２は、仕切部６０同士の間を通って上方に移動する。これにより、受熱部１４ａ近傍で沸騰した気体冷媒３２の流路と、放熱ユニット２０近傍で凝縮した液体冷媒３１の流路とが区分されており、整流効果を高めることができる。

また、本第３実施形態においては、仕切部６０は、熱伝導板１４に形成されているが、これに限らず、封止板１３に形成してもよい。また、仕切部６０は、熱伝導板１４の一部を突出させることにより形成されているが、これに限らず、熱伝導板１４とは別体として形成してもよい。この場合、仕切部をろう付け等の固定手法により熱伝導板１４又は封止板１３に固定することができる。

また、仕切部６０は、熱伝導板１４の一部であり、熱伝導性の高い銅、アルミニウム等の素材からなるが、仕切部６０を熱伝導板１４とは別々に形成したうえで、熱伝導板１４の素材よりも伝導性の低い素材で形成してもよい。この場合、仕切部６０によって分けられる流路同士の間の熱交換がされにくくなるため、整流効果をより高めることができる。

《第４実施形態》
次に、本発明の第４実施形態について、図１４を参照しながら説明する。なお、第１実施形態乃至第３実施形態と同一又は同等の構成については、同一の符号を用いる。

第４実施形態に係る沸騰冷却装置１２０は、図１４に示すように、仕切部６０に加えて、Ｙ方向に対して傾斜した仕切部６１を有している。また、沸騰冷却装置１２０の放熱ユニット２０には、冷却風供給装置５４から、−Ｘ方向に冷却風５５が供給されている。ここで、冷却風５５が−Ｘ方向に供給されていることから、放熱ユニット２０の風上側（＋Ｘ側）の端部の温度が、放熱ユニット２０の温度の中で、最も低くなる。発明者は、実験により、放熱ユニット２０の風上側の端部温度が、最も低くなることを確認した。そして、この温度低下により気体冷媒３２の圧力が低下し、放熱ユニット２０の風上側に気体冷媒３２が流動しやすくなることを確認した。本第４実施形態に係る沸騰冷却装置１２０は、この実験結果に基づいて、沸騰した気体冷媒３２を風下側（−Ｘ側）に導くための仕切部６１を備える。

仕切部６１は、仕切部６０と同様に、電子部品５０が取り付けられた熱伝導板１４の一部を突出させて形成されている。また、仕切部６０の＋Ｙ側及び−Ｙ側に形成されている。

次に、第１放熱部２１が、電子機器２０１が備える電子部品５０の上方に配置される姿勢で使用される場合の沸騰冷却装置１２０の作用を説明する。電子部品５０が発熱すると、熱は、熱伝導板１４の受熱部１４ａを介して、液体冷媒３１に伝導する。そして、この熱の伝導により、液体冷媒３１の温度は上昇する。液体冷媒３１の温度が上昇し、沸点に達すると、液体冷媒３１中の一部が、熱を奪いながら気体冷媒３２に相変化（沸騰）する。そして、相変化した気体冷媒３２は、熱を保持しつつ、仕切部６０に案内されながら上方に移動する。そして、仕切部６０に案内されて上方に移動した気体冷媒３２は、さらに上方の仕切部６１に沿って移動し、冷却風の風下側（−Ｘ側）に案内される。

受熱部１４ａの上方には第１放熱部２１が配置されているため、移動した気体冷媒３２は、第１放熱部２１によって熱を奪われる。熱を奪われた気体冷媒３２は、液体冷媒３１に相変化（凝縮）する。相変化した液体冷媒３１は、熱伝導板１４の壁面に沿って、液体冷媒３１と合流する。以上の冷媒３０の相変化現象が繰り返されることによって、電子部品５０は冷却される。

上述した沸騰冷却装置１２０は、図１４に示す姿勢からＺ軸回りに傾いた姿勢や横向きの姿勢となっても、第１実施形態〜第３実施形態と同様に、第１放熱部２１及び第２放熱部２２の一部が、受熱部１４ａよりも高い位置に配置されるため、電子部品５０を冷却することができる。

以上、説明したように、本第４実施形態に係る沸騰冷却装置１２０の筐体１１の内部空間１１ａには、沸騰した気体冷媒３２を風下側に導くために、冷却風５５の供給方向に対して傾斜した仕切部６１が形成されている。これにより、沸騰した気体冷媒３２が、放熱ユニット２０の風上側近傍に集中して流動することを防ぐことができ、その結果、冷却効率を高めることができる。

また、本第４実施形態においては、仕切部６１は、熱伝導板１４に形成されているが、これに限らず、封止板１３に形成してもよい。また、仕切部６１は、熱伝導板１４の一部を突出させることにより形成されているが、これに限らず、熱伝導板１４とは別体として形成してもよい。この場合、仕切部６１をろう付け等の固定手法により熱伝導板１４又は封止板１３に固定することができる。

また、仕切部６１は、熱伝導板１４の一部であり、熱伝導性の高い銅、アルミニウム等の素材からなるが、仕切部６１を熱伝導板１４とは別々に形成したうえで、熱伝導板１４の素材よりも伝導性の低い素材で形成してもよい。

《第５実施形態》
次に、本発明の第５実施形態について、図１５及び図１６を参照しながら説明する。なお、第１実施形態乃至第４実施形態と同一又は同等の構成については、同一の符号を用いる。

本第５実施形態に係る沸騰冷却装置１３０の筐体１１の内部空間１１ａには、図１５に示すように、Ｘ方向に平行な仕切部６２が形成されている。仕切部６２は、電子部品５０が取り付けられた熱伝導板１４の一部を突出させて形成されているとともに、受熱部１４ａの＋Ｙ側及び−Ｙ側に形成されている。また、沸騰した気体冷媒３２を第１放熱部２１近傍に導くため、仕切部６２の−Ｘ側（冷却風５５の風下側）の端部と枠１２との間の隙間である流入口６３が形成されている。また、第１放熱部２１によって凝縮された液体冷媒３１を受熱部１４ａ近傍に導くため、仕切部６２の＋Ｘ側（冷却風５５の風上側）の端部と枠１２との間の隙間である流出口６４が形成されている。流入口６３は、その開口面積が流出口６４の開口面積よりも大きくなるように形成されている。

次に、第１放熱部２１が、電子機器３０１が備える電子部品５０の上方に配置される姿勢で使用される場合の沸騰冷却装置１３０の作用を説明する。この沸騰冷却装置１３０において、電子部品５０が発熱すると、熱は、熱伝導板１４の受熱部１４ａを介して、液体冷媒３１に伝導される。そして、この熱の伝導により、液体冷媒３１の温度は上昇する。液体冷媒３１の温度が上昇し、沸点に達すると、液体冷媒３１中の一部が、熱を奪いながら気体冷媒３２に相変化（沸騰）する。そして、相変化した気体冷媒３２は、熱を保持しつつ流入口６３を通って上方に移動する。

上方に移動した気体冷媒３２は、風上側である右側に流動しながら、第１放熱部２１によって熱を奪われる。熱を奪われた気体冷媒３２は、液体冷媒３１に相変化（凝縮）する。相変化した液体冷媒３１は、流出口６４を通って、下方に移動し、下方の液体冷媒３１と合流する。以上の冷媒３０の相変化現象が繰り返されることによって、電子部品５０は冷却される。

上述した沸騰冷却装置１３０は、図１５に示す姿勢からＺ軸回りに傾いた姿勢や横向きの姿勢となっても、第１実施形態〜第４実施形態と同様に、第１放熱部２１及び第２放熱部２２の一部が、受熱部１４ａよりも高い位置に配置されるため、電子部品５０を冷却することができる。

以上、説明したように、本第５実施形態に係る沸騰冷却装置１３０の筐体１１の内部空間１１ａには、Ｘ方向に平行な仕切部６２が形成されているとともに、仕切部６２の両端部と枠１２との間に隙間が設けられて左側には流入口６３が、右側には流出口６４がそれぞれ形成されている。これにより、流入口６３から流入した気体冷媒３２を冷却風５５の風下側から風上側に流動させることができ、その結果、冷却効率を高めることができる。

また、流入口６３は、その開口面積が流出口６４の開口面積よりも大きくなるように形成されている。これにより、相変化（沸騰）した気体冷媒３２が、流入口６３を通って上方に導かれやすくなり、冷媒３０の整流効果を高めることができる。

また、本第５実施形態においては、仕切部６２は、熱伝導板１４に形成されているが、これに限らず、封止板１３に形成してもよい。また、本第５実施形態においては、仕切部６２は、熱伝導板１４の一部を突出させることにより形成されているが、これに限らず、熱伝導板１４とは別体として形成してもよい。この場合、仕切部をろう付け等固定手法によって熱伝導板１４又は封止板１３に固定することができる。

また、仕切部６２は、熱伝導板１４の一部であり、熱伝導性の高い銅、例えば、アルミニウム等の素材からなるが、仕切部６２を熱伝導板１４とは別々に形成したうえで、熱伝導板１４の素材よりも伝導性の低い素材で形成してもよい。

また、仕切部６２は、水平に形成されているが、これに限らず、図１６に示すように、断面が略Ｖ字状であってもよい。また、略Ｖ字の頂点に相当する仕切部６２の角部６５を、仕切部６２のＸ方向における中心Ａよりも、風上方向（＋Ｘ方向）に所定の長さ（長さＢ）ずらしてもよい。これにより、多くの沸騰した気体冷媒３２を、仕切部６２の角部６５より−Ｘ側の辺に沿って、流入口６３に案内させることができる。

《第６実施形態》
次に、本発明の第６実施形態について、図１７及び図１８を参照しながら説明する。なお、第１実施形態乃至第５実施形態と同一又は同等の構成については、同一の符号を用いる。

本第６実施形態に係る沸騰冷却装置１４０の筐体１１の内部空間１１ａには、図１７に示すように、内部空間１１ａに突出した複数のフィンからなる内部放熱部７０が形成されている。この内部放熱部７０のそれぞれのフィンは、Ｙ軸に平行に形成されている。そして、内部放熱部７０は、受熱部１４ａに熱的に接続されている。この内部放熱部７０により、放熱面積が大きくなり、電子部品５０の熱が液体冷媒３１へ伝わりやすくなる。

また、本実施形態においては、内部放熱部７０は、複数のフィンから構成されているが、これに限らず、図１８に示すように、内部空間１１ａに突出した複数のピンから構成してもよい。この場合も、複数のピンからなる内部放熱部７１により、放熱面積が大きくなり、電子部品５０の熱が液体冷媒３１へ伝わりやすくなる効果が得られる。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

（付記１）
鉛直な外面である第１面に発熱源である電子部品が接続されることで、前記電子部品から発生した熱を受ける受熱部を備え、冷媒を収納するための内部空間が形成された筐体と、
前記受熱部の上方及び下方に配置され、前記熱を外部に放出する第１放熱部及び第２放熱部と、
を有し、
前記第１放熱部及び前記第２放熱部の水平方向における両端は、前記受熱部の水平方向における両端よりも、前記第１面に沿って延設されていることを特徴とする沸騰冷却装置。

（付記２）
前記筐体の形状は、略直方体であり、
前記第１放熱部及び前記第２放熱部は、前記第１面に配置されていることを特徴とする付記１に記載の沸騰冷却装置。

（付記３）
前記筐体の外面であり前記第１面の反対側の第２面に配置され、外部に前記熱を放出する第３放熱部及び第４放熱部を更に有することを特徴とする付記２に記載の沸騰冷却装置。

（付記４）
前記第１放熱部と前記第２放熱部とが対向する方向と、前記第３放熱部と前記第４放熱部とが対向する方向と、は直交することを特徴とする付記３に記載の沸騰冷却装置。

（付記５）
前記内部空間を規定する面は、粗面処理が施されていることを特徴とする付記１乃至４のいずれか一つに記載の沸騰冷却装置。

（付記６）
前記内部空間を規定する面に、前記第１放熱部と前記第２放熱部とが対向する方向と平行な方向に形成された第１仕切部を更に有し、
前記第１仕切部は、前記熱により沸騰した前記冷媒を前記第１放熱部又は前記第２放熱部近傍に案内することを特徴とする付記１乃至５のいずれか一つに記載の沸騰冷却装置。

（付記７）
前記第１放熱部及び前記第２放熱部に、所定方向から冷却風が供給される沸騰冷却装置であって、
前記内部空間を規定する面に、前記冷却風の供給方向に対して傾斜した第２仕切部を更に有し、
前記第２仕切部は、前記第１仕切部によって案内された前記冷媒を、更に前記冷却風の風下方向に案内することを特徴とする付記６に記載の沸騰冷却装置。

（付記８）
前記第１放熱部及び前記第２放熱部に、所定方向から冷却風が供給される沸騰冷却装置であって、
前記内部空間を規定する面に、前記冷却風の供給方向に沿って平行に形成された第３仕切部を更に有し、
前記第３仕切部の風上側及び風下側の端部には、それぞれ開口が形成され、
前記風下側の前記開口の面積は、前記風上側の前記開口の面積よりも大きいことを特徴とする付記１乃至５のいずれか一つに記載の沸騰冷却装置。

（付記９）
前記内部空間を規定する面に配置され、前記受熱部からの熱を前記冷媒に伝える第５放熱部を有することを特徴とする付記１乃至８のいずれか一つに記載の沸騰冷却装置。

（付記１０）
電力を消費することにより発熱源となる電子部品と、
前記電子部品と受熱部とが熱的に接続された付記１乃至９のいずれか一つに記載の沸騰冷却装置と、
前記沸騰冷却装置の第１放熱部及び第２放熱部に冷却風を供給する冷却風供給装置と、
を備えることを特徴とする電子機器。

（付記１１）
前記第３仕切部は、１つの角部を有する略Ｖ字状であることを特徴とする付記８に記載の沸騰冷却装置。

（付記１２）
前記角部は、前記第３仕切部が設けられた面の中心位置よりも風上側に位置していることを特徴とする付記１１に記載の沸騰冷却装置。

本出願は、２０１０年９月３０日に出願された日本出願特願２０１０−２２２５１４号に基づく。本明細書中に、その明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照して取り込むものとする。

本発明に係る沸騰冷却装置及び電子機器は、発熱した電子部品の冷却に適している。

１，１０１，２０１，３０１，３０１Ａ，４０１，４０１Ａ 電子機器
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１００，１００Ａ，１１０，１２０，１３０，１３０Ａ，１４０，１４０Ａ 沸騰冷却装置
１１ 筐体
１１ａ 内部空間
１２ 枠
１３ 封止板
１３ａ，１４ａ 受熱部
１４ 熱伝導板
１５ 冷媒注入口
１６，１７ Ｏリング
２０，２３ 放熱ユニット
２１ 第１放熱部
２２ 第２放熱部
２４ 第３放熱部
２５ 第４放熱部
３０ 冷媒
３１ 液体冷媒
３２ 気体冷媒
５０，５１ 電子部品
５４ 冷却風供給装置
５５ 冷却風
６０，６１，６２ 仕切部（第１仕切部、第２仕切部、第３仕切部）
６３ 流入口（開口）
６４ 流出口（開口）
７０，７１ 内部放熱部（第５放熱部）

Claims (10)

1. 鉛直な外面である第１面に発熱源である電子部品が接続されることで、前記電子部品から発生した熱を受ける受熱部を備え、冷媒を収納するための内部空間が形成された筐体と、
   前記受熱部の上方及び下方に配置され、前記熱を外部に放出する第１放熱部及び第２放熱部と、
   を有し、
   前記第１放熱部及び前記第２放熱部の水平方向における両端は、前記受熱部の水平方向における両端よりも、前記第１面に沿って延設されていることを特徴とする沸騰冷却装置。
2. 前記筐体の形状は、略直方体であり、
   前記第１放熱部及び前記第２放熱部は、前記第１面に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の沸騰冷却装置。
3. 前記筐体の外面であり前記第１面の反対側の第２面に配置され、外部に前記熱を放出する第３放熱部及び第４放熱部を更に有することを特徴とする請求項２に記載の沸騰冷却装置。
4. 前記第１放熱部と前記第２放熱部とが対向する方向と、前記第３放熱部と前記第４放熱部とが対向する方向と、は直交することを特徴とする請求項３に記載の沸騰冷却装置。
5. 前記内部空間を規定する面は、粗面処理が施されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の沸騰冷却装置。
6. 前記内部空間を規定する面に、前記第１放熱部と前記第２放熱部とが対向する方向と平行な方向に形成された第１仕切部を更に有し、
   前記第１仕切部は、前記熱により沸騰した前記冷媒を前記第１放熱部又は前記第２放熱部近傍に案内することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の沸騰冷却装置。
7. 前記第１放熱部及び前記第２放熱部に、所定方向から冷却風が供給される沸騰冷却装置であって、
   前記内部空間を規定する面に、前記冷却風の供給方向に対して傾斜した第２仕切部を更に有し、
   前記第２仕切部は、前記第１仕切部によって案内された前記冷媒を、更に前記冷却風の風下方向に案内することを特徴とする請求項６に記載の沸騰冷却装置。
8. 前記第１放熱部及び前記第２放熱部に、所定方向から冷却風が供給される沸騰冷却装置であって、
   前記内部空間を規定する面に、前記冷却風の供給方向に沿って平行に形成された第３仕切部を更に有し、
   前記第３仕切部の風上側及び風下側の端部には、それぞれ開口が形成され、
   前記風下側の前記開口の面積は、前記風上側の前記開口の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の沸騰冷却装置。
9. 前記内部空間を規定する面に配置され、前記受熱部からの熱を前記冷媒に伝える第５放熱部を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の沸騰冷却装置。
10. 電力を消費することにより発熱源となる電子部品と、
    前記電子部品と受熱部とが熱的に接続された請求項１乃至９のいずれか一項に記載の沸騰冷却装置と、
    前記沸騰冷却装置の第１放熱部及び第２放熱部に冷却風を供給する冷却風供給装置と、
    を備えることを特徴とする電子機器。

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