JPWO2017169969A1

JPWO2017169969A1 - 冷却装置

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Publication number: JPWO2017169969A1
Application number: JP2018509083A
Authority: JP
Inventors: 正樹千葉; 真弘蜂矢; 吉川　実; 実吉川
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2017-03-21
Publication date: 2019-02-14
Anticipated expiration: 2037-03-21
Also published as: US20200300554A1; US11047627B2; WO2017169969A1; JP6860004B2

Abstract

発熱体から熱伝導される第一の面を備えた蒸発器と、前記蒸発器に収容され、前記発熱体から吸収した熱によって気化する熱媒体と、気化した状態の前記熱媒体を液化する凝縮器と、前記蒸発器から前記凝縮器へ前記気化した状態の前記熱媒体を導く蒸気管と、前記凝縮器から前記蒸発器へ液化した状態の前記熱媒体を導く液管と、を備え、前記蒸発器側の前記蒸気管の第一の開口部と前記蒸発器側の前記液管の第二の開口部とは、前記第一の面に沿う第一の方向において互いに異なる位置に配置されるとともに、前記第一の面に沿い、且つ前記第一の方向とは異なる第二の方向において互いに異なる位置に、更に前記第一の面と交差する第三の方向において互いに異なる位置に、前記蒸発器の内部の熱媒体収容空間に開口するように配置されている。

Description

本発明は、冷却装置に関する。

半導体素子等の発熱体を冷却する冷却装置として、ポンプを使用することなく冷媒液を循環可能な相変化冷却方式（サーモサイフォン型とも言う）の冷却装置が知られている。
この相変化冷却方式の冷却装置は、蒸発潜熱を利用することから、水冷方式の冷却装置等と比較して冷却効率が高い。さらに、相変化冷却方式の冷却装置は、冷媒液を自重により蒸発器に送り込むことが可能であり基本的にポンプを必要としない。そのため、非常にコンパクトに構成でき、狭いスペースにも設置することができる。

特許文献１には、電子機器の冷却装置として、ポンプを使用することなく冷媒液を循環可能とする自然循環方式の冷却装置が提案されている。この特許文献１は、高さを抑えるために、配管の接続位置等を工夫している。
特許文献２には、コンピュータ等に使われる発熱電子部品の熱の吸熱性能を向上させるために、冷媒液を蒸発器に送り込むための液管の開口部を受熱面に対向し、且つ、近接して設ける技術が提案されている。

特開２００７−０１０２１１号公報特開２００９−０８８１２５号公報

上述した冷却装置は、例えば、発熱体の設置向きの都合で蒸発器の向きを変える必要が生じる場合がある。しかし、特許文献１や特許文献２に記載の冷却装置の場合、基本的に、受熱面が下向きにならないと、受熱面からの入熱により蒸発した冷媒蒸気が液管を逆流してしまう可能性が有る。このように冷媒蒸気が液管を逆流した場合、冷却装置の冷却性能が著しく低下してしまう。そのため、この種の冷却装置においては、一般に、蒸発器の設置自由度が低いという課題がある。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、冷却性能を低下させることなく、蒸発器の設置自由度を向上することが可能な冷却装置を提供することを目的とする。

本発明の第一態様によれば、冷却装置は、発熱体から熱伝導される第一の面を備えた蒸発器と、前記蒸発器に収容され、前記発熱体から吸収した熱によって気化する熱媒体と、気化した状態の前記熱媒体を液化する凝縮器と、前記蒸発器から前記凝縮器へ前記気化した状態の前記熱媒体を導く蒸気管と、前記凝縮器から前記蒸発器へ液化した状態の前記熱媒体を導く液管と、を備え、前記蒸発器側の前記蒸気管の第一の開口部と前記蒸発器側の前記液管の第二の開口部とは、前記第一の面に沿う第一の方向において互いに異なる位置に配置されるとともに、前記第一の面に沿い、且つ前記第一の方向とは異なる第二の方向において互いに異なる位置に、更に前記第一の面と交差する第三の方向において互いに異なる位置に、前記蒸発器の内部の熱媒体収容空間に開口するように配置されている。

本発明によれば、冷却性能を低下させることなく、蒸発器の設置自由度を向上することができる。

この発明の第一実施形態における冷却装置において、第一の姿勢の蒸発器を示す斜視図である。この発明の第二実施形態における冷却装置において、第一の姿勢の蒸発器を示す断面図である。この発明の第二実施形態における冷却装置において、第二の姿勢の蒸発器を示す断面図である。この発明の第二実施形態における冷却装置において、第三の姿勢の蒸発器を示す断面図である。比較例における冷却装置において、蒸発器の姿勢を第一軸線および第二軸線回りに変化させたときの発熱体の温度を表すグラフを示す図である。第二実施形態における冷却装置において、蒸発器の姿勢を第一軸線および第二軸線回りに変化させたときの発熱体の温度を表すグラフを示す図である。この発明の第三実施形態における冷却装置において、第一の姿勢の蒸発器を示す斜視図である。この発明の第三実施形態における冷却装置において、第一の姿勢の蒸発器を示す断面図である。この発明の第三実施形態における冷却装置において、第二の姿勢の蒸発器を示す断面図である。この発明の第三実施形態における冷却装置において、第三の姿勢の蒸発器を示す断面図である。

（第一実施形態）
次に、この発明の第一実施形態における冷却装置を図面に基づき説明する。
図１は、この発明の第一実施形態における冷却装置において、第一の姿勢の蒸発器を示す斜視図である。
図１に示すように、この第一実施形態における冷却装置１は、蒸発器２と、凝縮器３と、蒸気管４と、液管５と、熱媒体６と、を備えている。この冷却装置１は、図示しない発熱体を冷却する。
蒸発器２は、図示しない発熱体から熱伝導される第一の面２ａを備えている。蒸発器２は、その内部空間（熱媒体収容空間）２Ｋに熱媒体６の液相と気相との両方を有している。第一の面２ａは、発熱体からの熱を熱媒体６の少なくとも液相に伝達させる。発熱体から吸収した熱により第一の面２ａが設定温度を上回った場合に、液相の熱媒体６が蒸発して気化する。この熱媒体６の蒸発潜熱により発熱体が冷却される。

凝縮器３は、気化した状態の熱媒体を液化する。具体的には、凝縮器３は、気化した状態の熱媒体を冷却することで液化させる。この凝縮器３は、蒸発器２よりも鉛直方向で上方に配置されている。

蒸気管４は、上述した蒸発器２から凝縮器３へ気化した状態の熱媒体６を導くように形成されている。蒸気管４の第一端部４ａは蒸発器２に接続され、蒸気管４の第二端部４ｂは凝縮器３に接続されている。蒸気管４は、その内部空間が、蒸発器２の内部空間および、凝縮器３の内部の流路とそれぞれ連通している。この蒸気管４によって、蒸発器２の内部で蒸発した熱媒体６が、蒸発器２から、蒸発器２よりも上方に配置された凝縮器３に向かって、いわゆる熱対流により送り込まれる。

液管５は、上述した凝縮器３から蒸発器２へ液化した状態の熱媒体６を導くように形成されている。液管５の第一端部５ａは蒸発器２に接続され、液管５の第二端部５ｂは凝縮器３に接続されている。液管５は、その内部空間が、蒸発器２の内部空間および、凝縮器３の内部の流路とそれぞれ連通している。この液管５によって、凝縮器３の内部で液化した熱媒体６が、凝縮器３から、凝縮器３よりも下方に配置された蒸発器２に向かって、その自重により送り込まれる。

蒸気管４の蒸発器２側の開口部（第一の開口部）１０、および、液管５の蒸発器２側の開口部（第二の開口部）１１は、第一の面２ａに沿う第一の方向Ａにおいて互いに異なる位置に配置されている。同様に、開口部１０と、開口部１１とは、第一の面２ａに沿い、且つ第一の方向Ａとは異なる第二の方向Ｂにおいて互いに異なる位置に配置されている。更に、開口部１０と、開口部１１とは、第一の面２ａと交差する第三の方向Ｃにおいても互いに異なる位置に配置されている。

したがって、上述した第一実施形態の冷却装置１によれば、蒸発器２側の蒸気管４の開口部１０と蒸発器２側の液管５の開口部１１とが、第一の面２ａに沿う第一の方向Ａにおいて互いに異なる位置に配置されるとともに、第一の面２ａに沿い、且つ第一の方向Ａとは異なる第二の方向Ｂにおいて互いに異なる位置に、更に第一の面２ａと交差する第三の方向Ｃにおいて互いに異なる位置に、蒸発器２の内部空間２Ｋに開口するように配置されている。そのため、液管５の開口部１１が蒸気管４の開口部１０よりも下方に配置された状態を維持しつつ、第一軸線Ｏ１と第二軸線Ｏ２との二つの軸線回りに姿勢を変化させることが可能になる。その結果、液管５に熱媒体６の蒸気が逆流することを抑制して冷却性能を低下させることなく、蒸発器２の設置自由度を向上することが可能になる。

（第二実施形態）
次に、この発明の第二実施形態を図面に基づき説明する。この第二実施形態は、上述した第一実施形態における液管５の開口部１１が、熱媒体の液面よりも下方で開口している点で異なる。したがって、図１を援用するとともに、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。
この第二実施形態における冷却装置も、蒸発器２側の蒸気管４の開口部１０と蒸発器２側の液管５の開口部１１とが、第一の面２ａに沿う第一の方向Ａにおいて互いに異なる位置に配置されている。さらに、開口部１０と開口部１１とは、第一の面２ａに沿い、且つ第一の方向Ａとは異なる第二の方向Ｂにおいて互いに異なる位置に、更に第一の面２ａと交差する第三の方向Ｃにおいて互いに異なる位置に、蒸発器２の内部空間２Ｋに開口するように配置されている。

図２は、この発明の第二実施形態における冷却装置において、第一の姿勢の蒸発器を示す断面図である。
図２に示すように、熱媒体６は、蒸発器２の内部空間２Ｋにおいて液相と気相とを有している。熱媒体６は、液相の液面レベルＬ１が、第一の姿勢で内部空間２Ｋの第三の方向Ｃにおいて半分程度の高さとなるように設定されている。言い換えれば、この実施形態における内部空間２Ｋには、内部空間２Ｋの容積の半分程度の熱媒体６が液体で収容されている。

上述した蒸発器２の第一の姿勢とは、蒸発器２の第一の面２ａが下方を向く姿勢、言い換えれば第一の面２ａが水平方向に広がるように設置されたときの姿勢である。この第一の姿勢においては、発熱体Ｈは、第一の面２ａの下方に配置される。発熱体Ｈと第一の面２ａとの間には、熱伝導率の高い絶縁体等を設けても良いし、発熱体Ｈを第一の面２ａと接触させてもよい。

第一の姿勢において、蒸気管４の開口部１０は、内部空間２Ｋの気相内に配置されている。さらに、第一の姿勢において、液管５の開口部１１は、内部空間２Ｋの液相内に配置されている。つまり、開口部１１は、開口部１０よりも下方に配置される。言い換えれば、第一の姿勢において、開口部１０が気相に開口し、開口部１１が液相内に開口するように、開口部１０，１１の配置、および、液面レベルＬ１が設定されている。

図３は、この発明の第二実施形態における冷却装置において、第二の姿勢の蒸発器を示す断面図である。
図３に示すように、蒸発器２が第二の姿勢の場合においても、内部空間２Ｋに、熱媒体６の液相と気相とが形成される。この第二の姿勢は、例えば、図１に示す第一軸線Ｏ１を中心に蒸発器２を、開口部１１が開口部１０よりも下方に配置されるように９０度だけ回転させた姿勢である。この第二の姿勢においては、発熱体Ｈが熱媒体６の側方に配置され、この発熱体Ｈに対向するように第一の面２ａが側方を向いて配置されている。この第二の姿勢における液面レベルＬ２も、内部空間２Ｋの第二の方向Ｂにおいて半分程度の高さとなる。

第二の姿勢においても、第一の姿勢と同様に、蒸気管４の開口部１０は、内部空間２Ｋの気相内に配置され、液管５の開口部１１は、内部空間２Ｋの液相内に配置されている。

図４は、この発明の第二実施形態における冷却装置において、第三の姿勢の蒸発器を示す断面図である。
図４に示すように、蒸発器２が第三の姿勢の場合においても、内部空間２Ｋに、熱媒体６の液相と気相とが形成される。この第三の姿勢は、例えば、図１に示す第二軸線Ｏ２を中心に、開口部１１が開口部１０よりも下方に配置されるように９０度だけ回転させた姿勢である。この第三の姿勢においては、発熱体Ｈが熱媒体６の側方に配置され、この発熱体Ｈに対向するように第一の面２ａが側方を向いて配置されている。

第三の姿勢においても、第一、第二の姿勢と同様に、蒸気管４の開口部１０は、内部空間２Ｋの気相内に配置され、液管５の開口部１１は、内部空間２Ｋの液相内に配置されている。

図５Ａは、比較例における冷却装置において、蒸発器の姿勢を第一軸線および第二軸線回りに変化させたときの発熱体の温度を表すグラフを示す図である。図５Ｂは、第二実施形態における冷却装置において、蒸発器２の姿勢を第一軸線Ｏ１および第二軸線Ｏ２回りに変化させたときの発熱体Ｈの温度を表すグラフを示す図である。
図５Ａ及び図５Ｂにおいて、縦軸は発熱体Ｈの温度であり、同図中の破線は、発熱体Ｈの許容する上限温度である。この図５Ａの比較例は、第一軸線Ｏ１および第二軸線Ｏ２周りに蒸発器の姿勢を、第二の姿勢、第三の姿勢に変化させたときに、熱媒体６の蒸気が液管から逆流してしまう場合を示す。この場合、冷却装置の冷却性能が低下して、発熱体Ｈの温度が上限温度を超えてしまっている。
一方で、図５Ｂに示すように、上述した第二実施形態の蒸発器２では、第一の姿勢、第二の姿勢、第三の姿勢の何れの姿勢においても、冷却装置１の冷却性能の低下は見られなかった。

したがって、上述した第二実施形態によれば、第一の姿勢、第二の姿勢、および、第三の姿勢の何れの姿勢においても液管５から熱媒体６の蒸気が逆流することを抑制可能になる。
その結果、冷却装置１の冷却性能を低下させることなく、蒸発器２の設置自由度を向上することが可能になる。

（第三実施形態）
次に、この発明の第三実施形態を図面に基づき説明する。
図６は、この発明の第三実施形態における冷却装置において、第一の姿勢の蒸発器を示す斜視図である。図７は、この発明の第三実施形態における冷却装置において、第一の姿勢の蒸発器を示す断面図である。図８は、この発明の第三実施形態における冷却装置において、第二の姿勢の蒸発器を示す断面図である。図９は、この発明の第三実施形態における冷却装置において、第三の姿勢の蒸発器を示す断面図である。

図６から図９に示すように、この第三実施形態における冷却装置１Ｂは、蒸発器２Ｂと、凝縮器３Ｂと、蒸気管４Ｂと、液管５Ｂと、熱媒体６Ｂ（図７参照）と、を備えている。この冷却装置１Ｂは、複数の発熱体Ｈ１〜Ｈ４を冷却する。この第三実施形態においては発熱体が４つ設けられる場合を一例に説明するが、発熱体の数は４つに限られない。

蒸発器２Ｂは、主板部２０とカバー部２１とを備えている。
主板部２０は、第一の方向Ａおよび第二の方向Ｂを含む平面上に形成されて、第二の方向Ｂの寸法よりも第一の方向Ａの寸法が大きい矩形の平板状に形成されている。この主板部２０は、その厚さ方向が第三の方向Ｃとされている。この主板部２０は、蒸発器２Ｂの外面を形成するとともに発熱体Ｈ１〜Ｈ４から熱伝導される第一の面２ａ（図９参照）を備えている。この実施形態においては、発熱体Ｈ１〜Ｈ４が直列に並んで配置されている。主板部２０は、その矩形状の長手方向が、発熱体Ｈ１〜Ｈ４の並ぶ方向と一致するように配置されている。主板部２０は、第一の面２ａとはその厚さ方向で反対側となる内面に、複数の放熱フィンＦが固定されている。これら放熱フィンＦは、それぞれ発熱体Ｈ１〜Ｈ４の配置と対応するように直列に４つ配置されている。

カバー部２１は、主板部２０との間に内部空間２Ｋを形成する。カバー部２１は、側壁部２２と主壁部２３とを備えている。

側壁部２２は、主板部２０の４辺近傍からそれぞれ立ち上がるように形成されている。
より具体的には、側壁部２２は、第三の方向Ｃに立ち上がるように形成されている。
主壁部２３は、板状に形成され、主板部２０に対向する位置に配置されている。これら主板部２０の内面、側壁部２２の内面、および主壁部２３の内面によって囲まれて、蒸発器２Ｂの内部空間２Ｋが形成されている。この実施形態における主壁部２３は、平板状の場合を例示しているが、凸や凹に湾曲した板状であってもよい。

蒸発器２Ｂは、内部空間２Ｋに熱媒体６Ｂの液相と気相との両方を有している。第一の面２ａは、発熱体Ｈ１〜Ｈ４の熱を熱媒体６Ｂの少なくとも液相に伝達させる。つまり、蒸発器２Ｂの少なくとも主板部２０は、熱伝導性に優れた材質、例えば、アルミニウム合金等により形成されている。発熱体Ｈ１〜Ｈ４の熱により第一の面２ａが設定温度を上回った場合に、主板部２０の内面や放熱フィンＦに接触している、熱媒体６の液体が蒸発して気化する。この熱媒体６の蒸発潜熱により発熱体Ｈ１〜Ｈ４がそれぞれ冷却される。

凝縮器３Ｂは、第一、第二実施形態と同様に、気化した状態の熱媒体６Ｂを液化する。
具体的には、凝縮器３Ｂは、気化した状態の熱媒体６Ｂを冷却することで液化させる。この凝縮器３Ｂは、蒸発器２Ｂよりも鉛直方向で上方に配置されている。凝縮器３Ｂは、熱媒体６Ｂを凝縮可能であればよく、いわゆる空冷式や水冷式等、種々の方式を用いることができる。

蒸気管４Ｂは、上述した蒸発器２Ｂから凝縮器３Ｂへ気化した状態の熱媒体６Ｂを導くように形成されている。蒸気管４Ｂの第一端部４Ｂａは蒸発器２Ｂに接続され、蒸気管４Ｂの第二端部４Ｂｂは凝縮器３Ｂに接続されている。より具体的には、蒸気管４Ｂの第一端部４Ｂａは、蒸発器２Ｂの凝縮器３Ｂに近い側の第一側壁部２２ａ（図７、図８参照）に接続されている。この蒸気管４Ｂは、第一の面２ａに沿い且つ第一の方向Ａとは異なる、第二の方向Ｂに向かって延びて互いにオフセット配置された部分４Ｂ１，４Ｂ２と、これら部分４Ｂ１，４Ｂ２とを繋ぐ部分４Ｂ３とによりクランク状に形成されている。

蒸気管４Ｂは、その内部空間が、蒸発器２Ｂの内部空間２Ｋおよび、凝縮器３Ｂの内部の流路とそれぞれ連通している。この蒸気管４Ｂによって、蒸発器２Ｂの内部で蒸発した熱媒体６Ｂが、蒸発器２Ｂから、この蒸発器２Ｂよりも上方に配置された凝縮器３Ｂに向かって、いわゆる熱対流により送り込まれる。

液管５Ｂは、上述した凝縮器３Ｂから蒸発器２Ｂへ液化した状態の熱媒体６Ｂを導くように形成されている。液管５Ｂの第一端部５Ｂａは蒸発器２Ｂに接続され、液管５Ｂの第二端部５Ｂｂは凝縮器３Ｂに接続されている。より具体的には、液管５Ｂの第一端部５Ｂａは、蒸発器２Ｂの凝縮器３Ｂに近い側の第一側壁部２２ａに接続されている。この液管５Ｂは、第二の方向Ｂに延びる部分５Ｂ１と、第三の方向Ｃに延びる部分５Ｂ２とによりＬ字状に形成されている。

この第三実施形態における蒸気管４Ｂと液管５Ｂとは、それぞれ蒸発器２Ｂの第一側壁部２２ａを貫通するようにして蒸発器２Ｂに固定されている。言い換えれば、蒸気管４Ｂと液管５Ｂとは、第二の方向Ｂすなわち凝縮器３Ｂから蒸発器２Ｂに向かう同一方向から蒸発器２Ｂに接続されている。更に言い換えれば、蒸気管４Ｂと液管５Ｂとは、図６に示す冷却装置１Ｂの上面視で、凝縮器３Ｂから蒸発器２Ｂに向かって第二の方向Ｂに延びて、蒸発器２Ｂを貫通するように接続されている。そして、蒸発器２Ｂ内において蒸気管４Ｂよりも液管５Ｂの長さを大きくすることで、開口部１０Ｂと開口部１１Ｂとが第二の方向Ｂにおいて間隔を空けて配置されている。このように構成することで、冷却装置１Ｂは、その体積（横幅）が膨らむ（増大する）ことを抑制することができる。なお、この実施形態においては、第二の方向Ｂで同一方向から蒸気管４Ｂと液管５Ｂとが接続される場合について説明した。しかし、第一の方向Ａや第三の方向Ｃにおいて、蒸気管４Ｂおよび液管５Ｂを同一方向から蒸発器２Ｂに接続するようにしても良い。

液管５Ｂは、その内部空間が、蒸発器２の内部空間２Ｋおよび、凝縮器３Ｂの内部の流路とそれぞれ連通している。この液管５Ｂによって、凝縮器３Ｂの内部で液化した熱媒体６Ｂが、凝縮器３Ｂから、この凝縮器３Ｂよりも下方に配置された蒸発器２Ｂに向かって、その自重により送り込まれる。

蒸気管４Ｂの蒸発器２Ｂ側の開口部１０Ｂ、および、液管５Ｂの蒸発器２Ｂ側の開口部１１Ｂは、第一の面２ａに沿う第一の方向Ａにおいて互いに異なる位置に配置されている。同様に、開口部１０Ｂと、開口部１１Ｂとは、第一の面２ａに沿い、且つ第一の方向Ａとは異なる第二の方向Ｂにおいて互いに異なる位置に配置されている。更に、開口部１０Ｂと、開口部１１Ｂとは、第一の面２ａと交差する第三の方向Ｃにおいても互いに異なる位置に配置されている。

より具体的には、開口部１０Ｂと開口部１１Ｂとは、それぞれ第一の方向Ａ、第二の方向Ｂ、および、第三の方向Ｃにおいて、それぞれ蒸発器２Ｂの内部空間２Ｋの中心点Ｃ１を挟んで、内部空間２Ｋの反対側に配置されている。ここで、この実施形態における図７から図９においては、開口部１０Ｂ，１１Ｂが、最も離れた位置に配置されているが、上記中心点Ｃ１に対する配置条件を満たしていれば、この配置に限られない。
上述した中心点Ｃ１とは、第一の方向Ａにおける内部空間２Ｋの中央位置と、第二の方向Ｂにおける内部空間２Ｋの中央位置と、第三の方向における内部空間２Ｋの中央位置とがそれぞれ重なる点である。

この第三実施形態における熱媒体６Ｂの液面は、図７から図９に示す第一の姿勢から第三の姿勢の何れの姿勢においても中心点Ｃ１の近傍に位置するように設定されている。また、上述した蒸発器２Ｂ、凝縮器３Ｂ、蒸気管４Ｂ、および、液管５Ｂによって形成される循環路は、大気圧よりも低い真空雰囲気とされ、その真空度は、発熱体Ｈ１〜Ｈ４の設定温度に応じて調整されている。熱媒体６Ｂとしては、例えば、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）、ＨＦＯ（ハイドロフルオロオレフィン）、ＨＦＥ（ハイドロフルオロエーテル）、ＰＦＣ（パーフルオロカーボン）等を用いることが可能である。さらに、具体的には、ＨＦＣ−１３４ａやＨＦＯ−１２３４ｙｆ等を用いることも可能である。なお、第一の姿勢から第三の姿勢は、上述した第二実施形態と同様であるため、詳細説明を省略する。

したがって、上述した第三実施形態の冷却装置１Ｂによれば、蒸発器２Ｂ側の蒸気管４Ｂの開口部１０Ｂと蒸発器２Ｂ側の液管５Ｂの開口部１１Ｂとが、第一の面２ａに沿う第一の方向Ａにおいて互いに異なる位置に配置されるとともに、第一の面２ａに沿い、且つ第一の方向Ａとは異なる第二の方向Ｂにおいて互いに異なる位置に、更に第一の面２ａと交差する第三の方向Ｃにおいて互いに異なる位置に、蒸発器２Ｂの内部空間２Ｋに開口するように配置されている。
そのため、液管５Ｂの開口部１１Ｂが蒸気管４Ｂの開口部１０Ｂよりも下方に配置された状態を維持しつつ、第一の方向Ａに延びる第一軸線Ｏ１と第二の方向Ｂに延びる第二軸線Ｏ２との二つの軸線回りに姿勢を変化させることが可能である。その結果、液管５Ｂに熱媒体６Ｂの蒸気が逆流することを抑制して冷却性能を低下させることなく、蒸発器２Ｂの設置自由度を向上することが可能になる。

さらに、第一の姿勢、第二の姿勢、および、第三の姿勢の何れの姿勢においても液管５Ｂの開口部１１Ｂが熱媒体６Ｂの液面よりも下方の液相に配置され、蒸気管４Ｂの開口部１０Ｂが熱媒体６Ｂの液面よりも上方の気相に配置される。そのため、液管５Ｂから熱媒体６Ｂの蒸気が逆流することを抑制可能である。その結果、冷却装置１の冷却性能を低下させることなく、蒸発器２の設置自由度を向上することが可能になる。

さらに、第一の姿勢、第二の姿勢、および、第三の姿勢において、開口部１０Ｂと開口部１１Ｂとが何れも中心点Ｃ１を挟んで配置されている。そのため、熱媒体６Ｂの液面を中心点Ｃ１の位置に合わせるように設定すれば、開口部１０Ｂと開口部１１Ｂとを内部空間２Ｋの最も離れた位置に配置しなくとも、液管５Ｂへの蒸気の逆流を抑制することが可能になる。

さらに、蒸発器２Ｂが、第一の方向Ａに並んだ複数の放熱フィンＦを備えている。そのため、熱媒体６Ｂと、複数の発熱体Ｈ１〜Ｈ４から熱が伝達される主板部２０の内面とが、接触する面積を増加させることが可能になる。その結果、冷却装置１Ｂの冷却性能を向上することが可能になる。
さらに、複数の発熱体Ｈ１〜Ｈ４を、第一の姿勢、第二の姿勢の何れの姿勢においても、同時に冷却することが可能である。

さらに、蒸発器２Ｂが主板部２０とカバー部２１とを備えている。そのため、蒸発器２Ｂを組み立てる際に、カバー部２１に対して蒸気管４Ｂおよび液管５Ｂを溶接等により固定した後に、放熱フィンＦを備える主板部２０によりカバー部２１を閉塞するように固定するだけでよい。したがって、開口部１０Ｂおよび開口部１１Ｂの位置決めを容易に行うことが可能になり、蒸発器２Ｂを容易に組立することが可能になる。

この発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。

上述した各実施形態の説明においては、蒸発器２，２Ｂが直方体の場合を例示した。しかし、直方体に限られない。蒸発器２，２Ｂは、内部空間２Ｋを有し、発熱体を冷却可能な形状であれば如何なる形状であっても良い。例えば、蒸発器２，２Ｂにおけるカバー部２１が曲面を有する形状であってもよい。具体的には、蒸発器２，２Ｂの形状がかまぼこ形状、すなわち蒸発器２，２Ｂの第二軸線Ｏ２に沿った断面が半円形状となるような形状であってもよい。

また上述したカバー部２１の断面が半円形状となるような形状の場合でも、第一、第二及び第三の姿勢のときに、蒸気管４，４Ｂの開口部１０，１０Ｂは、内部空間２Ｋの気相内に配置され、液管５，５Ｂの開口部１１，１１Ｂは、内部空間２Ｋの液相内に配置されている構成であれば同様の効果が得られる。

さらに、上述した各実施形態においては、蒸気管４，４Ｂおよび液管５，５Ｂが、蒸発器２，２Ｂに対して、凝縮器３，３Ｂに近い側から貫通する場合を一例に説明した。しかし、開口部１０および開口部１１の配置関係、開口部１０Ｂおよび１１Ｂの配置関係が、上述した配置関係になっていればよく、蒸発器２，２Ｂに対して蒸気管４，４Ｂおよび液管５，５Ｂが貫通する位置は、上述した位置に限られない。

さらに、例えば、上述した第三実施形態においては、４つの発熱体Ｈ１〜Ｈ４を冷却する場合について説明したが、冷却対象の発熱体は複数であればよく４つに限られない。
すなわち３つ以下の発熱体を冷却したり、５つ以上の発熱体を冷却したりするようにしても良い。さらに、複数の発熱体が直列に並べて配置される場合について説明したが、発熱体の配列は、直列に限られない。例えば、複数の発熱体を並列に配置したり、直列と並列との組み合わせにより配列したりしても良い。

この出願は、２０１６年３月３１日に日本出願された特願２０１６−０７２８５９号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１，１Ｂ冷却装置
２蒸発器
２ａ第一の面
２Ｂ蒸発器
２Ｋ内部空間（熱媒体収容空間）
３，３Ｂ凝縮器
４蒸気管
４ａ第一端部
４ｂ第二端部
４Ｂ蒸気管
４Ｂ１〜４Ｂ３部分
４Ｂａ第一端部
４Ｂｂ第二端部
５液管
５ａ第一端部
５ｂ第二端部
５Ｂ液管
５Ｂ１，５Ｂ２部分
５Ｂａ第一端部
５Ｂｂ第二端部
６，６Ｂ熱媒体
１０，１０Ｂ開口部
１１，１１Ｂ開口部
２０主板部
２１カバー部
２２側壁部
２２ａ第一側壁部
２３主壁部
Ａ第一の方向
Ｂ第二の方向
Ｃ第三の方向
Ｃ１中心点
Ｆ放熱フィン
Ｈ，Ｈ１〜Ｈ４発熱体
Ｌ１，Ｌ２液面レベル
Ｏ１第一軸線
Ｏ２第二軸線

Claims

発熱体から熱伝導される第一の面を備えた蒸発器と、
前記蒸発器に収容され、前記発熱体から吸収した熱によって気化する熱媒体と、
気化した状態の前記熱媒体を液化する凝縮器と、
前記蒸発器から前記凝縮器へ前記気化した状態の前記熱媒体を導く蒸気管と、
前記凝縮器から前記蒸発器へ液化した状態の前記熱媒体を導く液管と、を備え、
前記蒸発器側の前記蒸気管の第一の開口部と前記蒸発器側の前記液管の第二の開口部とは、前記第一の面に沿う第一の方向において互いに異なる位置に配置されるとともに、前記第一の面に沿い、且つ前記第一の方向とは異なる第二の方向において互いに異なる位置に、更に前記第一の面と交差する第三の方向において互いに異なる位置に、前記蒸発器の内部の熱媒体収容空間に開口するように配置されている冷却装置。
前記第一の開口部は、前記蒸発器内の前記液化した状態の前記熱媒体の液面より上方で開口するように配置され、
前記第二の開口部は、前記液面より下方で開口するように配置されている請求項１の冷却装置。
前記発熱体は、前記第一の方向において並んで複数設けられている請求項１または２に記載の冷却装置。
前記蒸発器は、
前記第一の面を有する主板部と、前記主板部との間に前記熱媒体収容空間を形成するカバー部と、を備え、
前記カバー部は、前記蒸気管および前記液管が接続されている請求項１から３の何れか一項に記載の冷却装置。
前記蒸気管と、前記液管とは、互いに前記第一の方向、前記第二の方向、および、前記第三の方向のうち何れか一つの同一方向から前記蒸発器に接続されている請求項１から４の何れか一項に記載の冷却装置。