WO2016132744A1 - 冷却装置およびこれを搭載した電子機器 - Google Patents

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WO2016132744A1
WO2016132744A1 PCT/JP2016/000889 JP2016000889W WO2016132744A1 WO 2016132744 A1 WO2016132744 A1 WO 2016132744A1 JP 2016000889 W JP2016000889 W JP 2016000889W WO 2016132744 A1 WO2016132744 A1 WO 2016132744A1
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path
heat
heat radiation
detaching
attaching
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PCT/JP2016/000889
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辰乙 郁
村山 拓也
杉山 誠
若菜 野上
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パナソニックIpマネジメント株式会社
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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    • F28D15/02Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/06Control arrangements therefor

Definitions

  • the present invention relates to a cooling device for cooling an object to be cooled, such as an electronic component, and an electronic apparatus equipped with the same.
  • a cooling device as disclosed in Patent Document 1, a central processing unit (CPU), a large scale integrated circuit (LSI), an insulated gate bipolar transistor (IGBT), etc.
  • CPU central processing unit
  • LSI large scale integrated circuit
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • the cooling device includes a loop circuit 103 formed by the ascending pipe 101, the descending pipe 102, the cooler 105, and the heat receiving unit 113, a heat medium 112 that is a refrigerant, and a check valve 107.
  • the heat medium 112 is enclosed in a hermetically sealed loop circuit 103.
  • the cooler 105 is positioned above the loop circuit 103, and a cooling liquid pipe 111 is inserted therein.
  • the heat receiving part 113 is located in the lower part of the rising pipe 101, and the electronic component is installed.
  • the check valve 107 is located in the loop circuit 103 and limits the circulation direction of the heat medium 112 in the loop circuit 103.
  • the generated heat is transmitted to the heat medium 112 circulating in the loop circuit 103 via the heat receiving portion 113, and the heat medium 112 is vaporized by the heat. Since the circulation direction of the heat medium 112 is limited by the check valve 107, the vaporized heat medium 112 moves up the ascending pipe 101 and is further led to the cooler 105 to be cooled. That is, the heat medium 112 receives heat at the heat receiving unit 113 and releases heat at the cooler 105. The heat medium 112 that has released heat in the cooler 105 descends the downcomer 102 and returns to the heat receiving unit 113 again via the check valve 107.
  • the cooling target is an electronic component joined to the heat receiving unit 113, such as a CPU, an LSI, an IGBT, and the like.
  • the cooling liquid conduit 111 since the cooling liquid conduit 111 is inserted in the cooler 105 that is a part of the loop circuit 103, the cooling liquid conduit 111 must be taken out from the cooler 105. In this case, it is difficult to remove the loop circuit 103 from the cooling device. Further, when the sealed state of the loop circuit 103 is released, the heat medium 112 enclosed in the loop circuit 103 evaporates or overflows from the loop circuit 103, and a part or all of the heat medium 112 disappears. There are things to do. Therefore, after replacing the electronic components, the cooling liquid conduit 111 may be reinserted into the cooler 105, or the heat medium 112 that has disappeared due to evaporation or overflow may be replenished. Necessary. Thus, the conventional electronic device has a problem that maintenance is complicated.
  • an object of the present invention is to provide a cooling device that can reduce the complexity of maintenance of electronic equipment.
  • a cooling device includes a refrigerant circulation path formed by sequentially connecting a heat receiving part, a heat radiation path, a heat radiation part, and a return path in which a heating element is installed. Then, the heating element is cooled by the phase change of the refrigerant.
  • the heat radiation path includes a heat radiation part side heat radiation path, a heat receiving part side heat radiation path, a heat radiation path attaching / detaching part provided between the heat radiation part side heat radiation path and the heat receiving part side heat radiation path, and a heat radiation provided in the heat receiving part side heat radiation path.
  • a path opening / closing valve is a heat radiation part side heat radiation path, a heat receiving part side heat radiation path, a heat radiation path attaching / detaching part provided between the heat radiation part side heat radiation path and the heat receiving part side heat radiation path, and a heat radiation provided in the heat receiving part side heat radiation path.
  • the feedback path includes a heat radiation part side feedback path, a heat receiving part side feedback path, a feedback path attaching / detaching part provided between the heat radiation part side feedback path and the heat receiving part side feedback path, and a feedback provided on the heat receiving part side feedback path.
  • a path opening / closing valve is a mechanism for adjusting the flow of the heat radiation part side feedback path.
  • the cooling device can reduce the complexity of maintenance of electronic devices.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an electronic device on which the cooling device according to Embodiment 1 of the present invention is mounted.
  • FIG. 2A is a schematic cross-sectional view illustrating a connection state of a heat radiation path attaching / detaching portion of the cooling device.
  • FIG. 2B is a schematic cross-sectional view showing a separated state of the heat radiation path attaching / detaching portion of the cooling device.
  • FIG. 3A is a schematic cross-sectional view showing a connection state of a return path attaching / detaching portion of the cooling device.
  • FIG. 3B is a schematic cross-sectional view showing a separated state of the return path attaching / detaching portion of the cooling device.
  • FIG. 4A is a schematic cross-sectional view showing an open state of a heat radiation path opening / closing valve of the cooling device.
  • FIG. 4B is a schematic cross-sectional view showing a closed state of the heat radiation path opening / closing valve of the cooling device.
  • FIG. 5A is a schematic cross-sectional view showing an open state of a return path on-off valve of the cooling device.
  • FIG. 5B is a schematic cross-sectional view showing a closed state of the return path on-off valve of the cooling device.
  • FIG. 6A is an operation flowchart from the stop of the cooling device to the separation of the heat receiving unit.
  • FIG. 6B is an operation flow diagram from installation of the heat receiving unit to preparation for operation of the cooling device.
  • FIG. 6C is an operation flowchart from preparation for operation of the cooling device to start of normal operation.
  • FIG. 7A is a schematic cross-sectional view showing a modification of the heat radiation path attaching / detaching portion and the return path attaching / detaching portion of the cooling device.
  • FIG. 7B is a schematic cross-sectional view showing a modification of the heat radiation path attaching / detaching portion and the return path attaching / detaching portion of the cooling device.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of an electronic device equipped with the cooling device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic diagram of an electronic device equipped with the cooling device according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 10A is a front view showing a refrigerant tank of the cooling device.
  • FIG. 10B is a perspective view showing a refrigerant tank of the cooling device.
  • FIG. 11A is a perspective view showing a modification of the refrigerant tank of the cooling device.
  • FIG. 11B is a perspective view showing a modification of the refrigerant tank of the cooling device.
  • FIG. 11C is a perspective view showing a modification of the refrigerant tank of the cooling device.
  • FIG. 12 is a schematic view showing a conventional cooling device.
  • a cooling device includes a refrigerant circulation path formed by sequentially connecting a heat receiving part, a heat radiation path, a heat radiation part, and a return path for installing a heat generating element, and cools the heat generating element by phase change of the refrigerant.
  • the heat radiation path includes a heat radiation part side heat radiation path, a heat receiving part side heat radiation path, a heat radiation path attaching / detaching part provided between the heat radiation part side heat radiation path and the heat receiving part side heat radiation path, and a heat radiation provided in the heat receiving part side heat radiation path.
  • a path opening / closing valve is a path opening / closing valve.
  • the feedback path includes a heat radiation part side feedback path, a heat receiving part side feedback path, a feedback path attaching / detaching part provided between the heat radiation part side feedback path and the heat receiving part side feedback path, and a feedback provided on the heat receiving part side feedback path.
  • a path opening / closing valve is a mechanism for adjusting the flow of the heat radiation part side feedback path.
  • the cooling device of the present invention can reduce the complexity of maintenance of electronic equipment.
  • the cooling device includes a heat radiation path attaching / detaching portion provided between the heat radiating portion side heat radiating path and the heat receiving portion side heat radiating path, and a feedback path attaching / detaching portion provided between the heat radiating portion side return path and the heat receiving portion side return path. And comprising. Therefore, the heat dissipation path is separated into the heat dissipation part side heat dissipation path and the heat receiving part side heat dissipation path by the heat dissipation path attaching / detaching part, and the feedback path is separated into the heat dissipation part side return path and the heat receiving part side return path by the feedback path attaching / detaching part. Can do. As a result, not the entire circulation path but only the heat receiving part, the heat receiving part side heat radiation path, and the heat receiving part side return path in which the electronic components are installed can be removed from the cooling device.
  • the cooling device further includes a heat radiation path opening / closing valve provided in the heat receiving part side heat radiation path and a feedback path opening / closing valve provided in the heat receiving part side return path. Therefore, when separating the heat radiation path and the return path, the heat radiation path on / off valve and the feedback path on / off valve can be closed to enclose the refrigerant in the heat receiving part, the heat receiving part side heat radiation path, and the heat receiving part side return path. This makes it difficult for the refrigerant to evaporate or overflow from the heat radiation path attaching / detaching part and the return path attaching / detaching part.
  • the refrigerant is less likely to disappear from the heat radiation path mounting unit and the return path mounting unit.
  • the heat dissipation part side heat dissipation path and the heat receiving part side heat dissipation path are connected by the heat dissipation path attaching / detaching part, and the feedback path
  • the heat radiating part side return path and the heat receiving part side return path are connected by the detachable part.
  • the heat receiving unit, the heat receiving unit side heat radiation path, and the heat receiving unit side return path can be removed from the cooling device. Thereafter, the heat receiving part, the heat receiving part side heat radiation path, and the heat receiving part side return path may be attached to the cooling device. As a result, the complexity of maintenance of the electronic device can be reduced.
  • one end is connected to the heat radiating portion side heat radiating path or the heat radiating portion side return path, and the other end is formed with an opening having an opening surface upward from the horizontal direction.
  • An open path is provided.
  • an internal pressure adjusting valve for adjusting the internal pressure of the circulation path is provided in the open path.
  • the heat dissipation path is separated into the heat dissipation part side heat dissipation path and the heat receiving part side heat dissipation path by the heat dissipation path attaching / detaching part, and the feedback path is separated from the heat dissipation part side return path and the heat receiving part side by the feedback path attaching / detaching part. If the internal pressure regulating valve is opened when separating into the return path, the atmosphere flows into the circulation path in the decompressed state.
  • the refrigerant can be enclosed in the heat receiving part, the heat receiving part side heat radiation path and the heat receiving part side return path, including the moved refrigerant. Therefore, it becomes difficult for a refrigerant
  • the opening surface of the opening of the opening path is upward, the refrigerant is less likely to leak from the opening when the internal pressure control valve is opened.
  • the refrigerant hardly disappears from the opening of the open path. As a result, the complexity of maintenance of the electronic device can be reduced.
  • a cooling device includes a refrigerant tank that stores refrigerant in at least one of a heat receiving part side heat radiation path and a heat receiving part side return path.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an electronic device 50 equipped with the cooling device 1 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the electronic device 50 includes a case 51, a heating element 2 and a cooling device 1 housed in the case 51.
  • the heating element 2 to be cooled is an electronic component such as a CPU, LSI, or IGBT.
  • the cooling device 1 includes a refrigerant circulation path.
  • the circulation path is formed by sequentially connecting the heat receiving part 3 where the heating element 2 is installed, the heat radiation path 5, the heat radiation part 4, and the feedback path 6. With this configuration, the inside of the circulation path becomes a sealed space, and although not shown in FIG. 1, the circulation path is decompressed and filled with a refrigerant.
  • a refrigerant pure water, ethanol, chlorofluorocarbons, fluorinated solvents and the like are used, but not limited thereto.
  • copper is suitable when the refrigerant is pure water or ethanol
  • aluminum is suitable when the refrigerant is chlorofluorocarbons or fluorinated solvents. Not limited to.
  • the cooling device 1 includes a backflow prevention unit 8 in the return path 6 that prevents backflow of refrigerant.
  • the cooling device 1 includes a cooling tool 7 for cooling the heat transported by the refrigerant to the heat radiating unit 4.
  • the cooling tool 7 is an air-cooled fan.
  • the cooling tool 7 may be a water cooling type or other type of cooling tool as long as it can cool the refrigerant. Further, the cooling device 1 does not necessarily need to include the cooling tool 7.
  • the circulation path of the cooling device 1 is one in which the inside is decompressed and then the refrigerant is enclosed.
  • the gas phase pressure in the circulation path becomes the saturation pressure of the refrigerant according to the external temperature by the action of the refrigerant.
  • the heat of the heating element 2 is transmitted to the refrigerant through the heat receiving part 3, and the heat generating element 2 is cooled via the heat receiving part 3 by heat of vaporization when the refrigerant is vaporized by the transmitted heat.
  • the refrigerant vaporized in the heat receiving part 3 becomes a gas-liquid two-phase mixed refrigerant with the liquid refrigerant not vaporized, and moves from the heat receiving part 3 to the heat radiating part 4 through the heat radiation path 5.
  • the vaporized refrigerant is cooled and liquefied by the cooling tool 7.
  • the liquefied refrigerant passes through the return path 6 and returns to the heat receiving unit 3.
  • the return path 6 is provided with a backflow prevention unit 8, whereby the return path 6 has greater refrigerant flow resistance than the heat dissipation path 5. Therefore, the refrigerant evaporated in the heat receiving part 3 is unlikely to flow backward to the return path 6 side. Therefore, the refrigerant is vaporized in the heat receiving part 3, the vaporized refrigerant is liquefied in the heat radiating part 4 through the heat radiation path 5, and the liquefied refrigerant is returned to the heat receiving part 3 again through the return path 6. It is. Thus, the heating element 2 is cooled.
  • the heat radiation path 5 is divided into a heat radiation part side heat radiation path 9 near the heat radiation part 4 and a heat reception part side heat radiation path 10 near the heat reception part 3.
  • the heat dissipating part side heat dissipating path 9 is disposed above the heat receiving part side heat dissipating path 10.
  • a heat radiation path attaching / detaching part 13 is provided between the heat radiation part side heat radiation path 9 and the heat receiving part side heat radiation path 10. With the heat radiation path attaching / detaching portion 13, the heat radiation portion side heat radiation path 9 and the heat receiving portion side heat radiation path 10 can be connected and separated.
  • the return path 6 is divided into a heat-dissipating part-side return path 11 near the heat-dissipating part 4 and a heat-receiving part-side return path 12 close to the heat-receiving part 3.
  • the heat dissipating part side return path 11 is disposed above the heat receiving part side return path 12.
  • a feedback path attaching / detaching part 14 is provided between the heat radiation part side feedback path 11 and the heat receiving part side feedback path 12.
  • a heat radiation path opening / closing valve 15 for opening and closing the heat radiation path 5 is provided in the vicinity of the heat radiation path attaching / detaching portion 13 in the heat receiving part side heat radiation path 10.
  • a feedback path opening / closing valve 16 for opening and closing the feedback path 6 is provided in the vicinity of the feedback path attaching / detaching part 14 in the heat receiving part side feedback path 12.
  • FIGS. 2A and 2B are schematic cross-sectional views showing the connection state and the separation state of the heat radiation path attaching / detaching portion 13, respectively.
  • the heat radiation path attaching / detaching portion 13 includes a heat radiation path attaching / detaching fixing portion 13a, a heat radiation path attaching / detaching fastening portion 13b, and a heat radiation path attaching / detaching sealing portion 13c.
  • a heat radiation path attaching / detaching fixing portion 13a is airtightly provided, for example, by welding, at a tip of the heat radiation part side heat radiation path 9 on the heat receiving part side heat radiation path 10 side.
  • a heat radiation path attaching / detaching fastening portion 13b is airtightly provided, for example, by welding, at a tip of the heat receiving part side heat radiation path 10 on the heat radiation part side heat radiation path 9 side.
  • a heat radiation path attaching / detaching sealing portion 13c is provided on the side opposite to the heat receiving part side heat radiation path 10 in the heat radiation path attaching / detaching fastening portion 13b.
  • the heat radiation path attaching / detaching fixing portion 13a has, for example, a substantially disk shape, and has a plurality of screw holes 13e for fixing the heat radiation path attaching / detaching fastening portion 13b with fastening screws 13d on the outer peripheral portion opposite to the heat radiation portion side heat radiation path 9. Is formed. Further, the heat radiation path attaching / detaching fixing portion 13a has a cylindrical recess formed in the central portion on the opposite side to the heat radiation portion side heat radiation path 9, and a structure in which the heat radiation path attaching / detaching sealing portion 13c can be fitted in the recess. It has become.
  • the heat radiation path attaching / detaching fastening portion 13b has, for example, a substantially disk shape, and a plurality of through holes 13f through which the fastening screws 13d can be penetrated in the direction along the heat radiation path 5 are formed on the outer periphery thereof.
  • the heat radiation path attaching / detaching fixing portion 13a can be fixed by 13d.
  • the heat radiation path attaching / detaching sealing portion 13c has, for example, a substantially cylindrical shape, and includes sealing members 13g for maintaining the airtightness of the heat radiation path attaching / detaching portion 13 at two locations on the outer peripheral surface thereof.
  • the seal member 13g is, for example, a rubber O-ring, or a metal ferrule or gasket.
  • the heat radiation path attaching / detaching fastening portion 13b and the heat radiation path attaching / detaching sealing portion 13c together form a convex shape.
  • the heat radiation path attaching / detaching fastening portion 13b is brought into contact with the heat radiation path attaching / detaching fixing portion 13a, and the heat radiation path attaching / detaching sealing portion 13c is fitted into the recess of the heat radiation path attaching / detaching fixing portion 13a.
  • 13g is pressed against the inner peripheral surface of the recess of the heat radiation path attaching / detaching fixing portion 13a.
  • connecting the heat radiation part side heat radiation path 9 and the heat receiving part side heat radiation path 10 by means of the heat radiation path attachment / detachment part 13 fits the heat radiation path attachment / detachment sealing part 13c into the recess of the heat radiation path attachment / detachment fixing part 13a.
  • the heat radiation path attaching / detaching fastening portion 13b is fixed to the heat radiation path attaching / detaching fixing portion 13a with a fastening screw 13d.
  • the heat radiation path attaching / detaching portion 13 can be repeatedly connected and disconnected. Further, in a state in which the heat radiation part side heat radiation path 9 and the heat receiving part side heat radiation path 10 are connected by the heat radiation path attaching / detaching part 13, the reduced pressure state of the circulation path can be maintained.
  • 3A and 3B are schematic cross-sectional views showing the connection state and the separation state of the return path attaching / detaching portion 14, respectively.
  • the return path attaching / detaching portion 14 includes a return path attaching / detaching fixing portion 14a formed with a screw hole 14e, a return path attaching / detaching fastening portion 14b formed with a through hole 14f, and a seal member 14g. And a return path attaching / detaching sealing portion 14c including The return path attaching / detaching fastening portion 14b is fixed to the return path attaching / detaching fixing portion 14a by a fastening screw 14d. Since the structure and operation of the return path attaching / detaching part 14 are the same as those of the heat radiation path attaching / detaching part 13, detailed description thereof is omitted.
  • the heat dissipation path 5 is separated into the heat dissipation part side heat dissipation path 9 and the heat receiving part side heat dissipation path 10 by the heat dissipation path attaching / detaching part 13, and the feedback path 6 Can be separated into the heat radiation part side feedback path 11 and the heat receiving part side feedback path 12 by the feedback path attaching / detaching part 14.
  • the heat receiving part side heat radiation path 10 and the heat receiving part side return path 12 in which the electronic components are installed can be removed from the cooling device 1.
  • 4A and 4B are schematic cross-sectional views showing the open state and the closed state of the heat radiation path opening / closing valve 15, respectively.
  • the heat dissipation path on / off valve 15 includes a heat dissipation path on / off valve body 15a that opens and closes the heat dissipation path, a heat dissipation path on / off valve closing portion 15b that shields the heat dissipation path on / off valve body 15a, and a heat dissipation path. And an open / close valve seat 15c.
  • the heat radiation path on / off valve body 15a has, for example, a substantially cylindrical shape, and includes a seal member 15d, for example, a rubber O-ring, on the side close to the heat radiation path on / off valve closing portion 15b.
  • An end portion 15e of the heat dissipation path on / off valve body 15a on the side close to the heat dissipation path on / off valve seat 15c has a tapered shape with a cross section narrowing toward the tip.
  • the cylindrical side wall portion 15f between the seal member 15d and the tapered end portion 15e has a screw structure, and the heat radiation path opening / closing valve body 15a is movable along a direction orthogonal to the heat receiving section side heat radiation path 10. It has become.
  • the heat radiation path opening / closing valve closing portion 15b has, for example, a substantially disk shape, and includes a cylindrical convex portion 15g at the center of the bottom surface.
  • a sealing member 15 h for example, a rubber O-ring is provided on the side wall of the cylindrical convex portion 15 g, and the cylindrical convex portion 15 g is fitted into the heat receiving portion side heat radiation path 10.
  • a plurality of through holes through which the fastening screws 15 i can penetrate along the direction orthogonal to the heat receiving part side heat radiation path 10 are provided in the outer peripheral part of the heat radiation path opening / closing valve closing part 15 b.
  • the heat radiation path opening / closing valve closing part 15b can be fixed to the heat receiving part side heat radiation path 10 by the fastening screw 15i.
  • the heat receiving portion side heat radiation path 10 is provided with a screw hole into which the fastening screw 15i is fitted.
  • the heat radiation path on / off valve closing portion 15b is removed from the heat receiving section side heat radiation path 10
  • the heat radiation path on / off valve body 15a can be moved.
  • the heat radiation path on / off valve closing portion 15b is fixed to the heat receiving section side heat radiation path 10
  • the heat radiation path on / off valve body 15a can be shielded inside the heat radiation path on / off valve 15. As a result, it is possible to ensure airtightness and prevent erroneous operation of the heat radiation path opening / closing valve body 15a.
  • the heat radiation path opening / closing valve seat 15c has a cylindrical concave shape, for example, provided in the heat receiving part side heat radiation path 10.
  • the inner diameter of the concave shape is larger than the minimum tip diameter of the end portion 15e having the tapered shape of the heat radiation path opening / closing valve body 15a and smaller than the maximum diameter of the root portion of the end portion 15e.
  • the opening of the heat dissipation path on / off valve 15 means that the end 15e of the heat dissipation path on / off valve body 15a is separated from the heat dissipation path on / off valve seat 15c, and the heat receiving path on / off valve 15 receives heat.
  • the flow paths of the part side heat radiation paths 10 are connected.
  • the heat dissipation path on / off valve 15 is closed when the end 15e of the heat dissipation path on / off valve body 15a is in contact with the heat dissipation path on / off valve seat 15c. In this state, the flow path of the heat receiving part side heat radiation path 10 is divided.
  • the heat radiation path opening / closing valve 15 can be repeatedly opened and closed. Further, when the heat radiation path opening / closing valve 15 is closed, the reduced pressure state of the circulation path can be maintained.
  • 5A and 5B are schematic cross-sectional views showing the open state and the closed state of the return path opening / closing valve 16, respectively.
  • the return path on / off valve 16 includes a return path on / off valve body 16a having a seal member 16d, an end 16e and a column side wall 16f, a columnar convex portion 16g, and a seal member 16h.
  • the return path opening / closing valve closing part 16b is fixed to the heat receiving part side return path 12 by a fastening screw 16i. Since the structure and operation are the same as those of the heat radiation path opening / closing valve 15, detailed description thereof is omitted.
  • the heat radiation path opening / closing valve 15 and the feedback path opening / closing valve 16 are closed, 3.
  • the refrigerant can be enclosed in the heat receiving part side heat radiation path 10 and the heat receiving part side return path 12. This makes it difficult for the refrigerant to evaporate or overflow from the heat radiation path attaching / detaching portion 13 and the return path attaching / detaching portion 14.
  • the heat radiation part side heat radiation path 9 and the heat receiving part side heat radiation path 10 are provided by the heat radiation path attaching / detaching part 13.
  • the heat radiation unit side return path 11 and the heat receiving unit side return path 12 are connected by the feedback path attaching / detaching part 14.
  • the refrigerant when the refrigerant is injected into the circulation path of the cooling device 1, the refrigerant is stored in the order of the heat receiving part 3, the heat receiving part side return path 12, and the heat receiving part side heat dissipation path 10 located below.
  • the water surface of the refrigerant is provided in the contact position between the return path on / off valve body 16a and the return path on / off valve seat 16c in the return path on / off valve 16 provided on the heat receiving part side return path 12 and on the heat receiving part side heat dissipation path 10. It is desirable to inject the refrigerant so as to be lower than the contact position between the heat radiation path on / off valve body 15a and the heat radiation path on / off valve seat 15c in the heat radiation path on / off valve 15.
  • the positions where the heat radiation path attaching / detaching portion 13 and the return path attaching / detaching portion 14 are provided are preferably the same height, but may be provided at different heights.
  • the positions at which the heat radiation path opening / closing valve 15 and the return path opening / closing valve 16 are provided are preferably the same height, but each may be provided at a different height. When providing at different heights, it is necessary to adjust the amount of refrigerant to be injected in accordance with the lower position.
  • the cooling device 1 includes an open path in which one end is connected to the heat radiating portion side heat radiating path 9 and the other end is formed with an open port 18 having an opening surface 19 facing upward from the horizontal direction.
  • the open path includes an internal pressure adjusting valve 17 for adjusting the internal pressure of the circulation path.
  • the internal pressure regulating valve 17 is provided on a path branched from the circulation path, but the internal pressure regulating valve 17 may be provided directly on the circulation path. In that case, an open path is formed only by the internal pressure regulating valve 17.
  • one end of the open path is described as being configured to be connected to the heat dissipating part side heat dissipating path 9, but one end of the open path may be connected to the heat dissipating part side return path 11,
  • One end of the open path may be branched and connected to both the heat dissipating part side heat dissipating path 9 and the heat dissipating part side return path 11.
  • an open path may be connected to the heat dissipating unit side heat dissipating path 9, and an open path different from the open path connected to the heat dissipating unit side heat dissipating path 9 may be connected to the heat dissipating unit side return path 11.
  • the opening surface 19 of the opening 18 is preferably upward in the vertical direction, but may be upward even a little in the horizontal direction.
  • the heat radiation path 5 is separated into the heat radiation part side heat radiation path 9 and the heat receiving part side heat radiation path 10 by the heat radiation path attachment / detachment part 13, and the feedback path 6 is separated from the heat radiation part side by the feedback path attachment / detachment part 14. If the internal pressure regulating valve 17 is opened when the return path 11 and the heat receiving part side return path 12 are separated, the air easily flows into the circulation path in the decompressed state.
  • coolant which exists in the thermal radiation part 4 the thermal radiation part side thermal radiation path
  • route 11 will move to the heat receiving part side thermal radiation path
  • the refrigerant can be enclosed in the heat receiving part 3, the heat receiving part side heat radiation path 10, and the heat receiving part side return path 12. Therefore, the refrigerant hardly disappears from the heat radiation path attaching / detaching portion 13 and the return path attaching / detaching portion 14.
  • the opening surface 19 of the opening 18 in the opening path is upward, the refrigerant is less likely to disappear from the opening 18 in the opening path when the internal pressure regulating valve 17 is opened.
  • the heat receiving unit 3 the heat receiving unit side heat radiation path 10, and the heat receiving unit side return path 12 are removed from the cooling device 1, the refrigerant hardly disappears from the opening 18 of the open path.
  • FIG. 6A to 6C are operation flowcharts of the cooling device 1.
  • Each state of the heat radiation path attaching / detaching portion 13, the feedback path attaching / detaching portion 14, the heat radiation path opening / closing valve 15, the feedback path opening / closing valve 16, and the internal pressure adjusting valve 17 is shown in FIG. An operation flow is shown.
  • FIG. 6A shows an operation flow from the stop of the cooling device 1 to the separation of the heat receiving unit 3.
  • the heat dissipation path 5 is connected to the heat dissipation section side heat dissipation path 9 by the heat dissipation path attaching / detaching portion 13.
  • the feedback path 6 is separated into the heat radiation part side feedback path 11 and the heat receiving part side feedback path 12 by the feedback path attaching / detaching part 14.
  • route 12 are removed from the cooling device 1 with the heat receiving part 3 which installed the electronic component.
  • the cooling device 1 is considered to have stopped. At this time, most of the refrigerant in the circulation path is contained in the heat receiving part 3, the heat receiving part side heat radiation path 10, and the heat receiving part side return path 12. Thereafter, the internal pressure regulating valve 17 is opened. As a result, the air flows into the circulation path in the decompressed state.
  • coolant which remains in the thermal radiation part 4 the thermal radiation part side thermal radiation path
  • route 11 will move to the heat receiving part side thermal radiation path
  • the heat radiation part side heat radiation path 9 and the heat receiving part side heat radiation path 10 are separated by the heat radiation path attaching / detaching part 13.
  • the heat radiation part side feedback path 11 and the heat receiving part side feedback path 12 are separated by the feedback path attaching / detaching part 14.
  • the heat receiving part 3 can be removed from the cooling device 1.
  • FIG. 6B shows an operation flow from installation of the heat receiving unit 3 to preparation for operation of the cooling device 1.
  • the heat dissipation part side heat dissipation path 9 and the heat receiving part side heat dissipation path 10 are connected by the heat dissipation path attaching / detaching part 13, and the heat dissipation part side return path 11 and the heat receiving part side feedback path 12 are connected by the feedback path attaching / detaching part 14.
  • the heat receiving unit 3, the heat receiving unit side heat radiation path 10, and the heat receiving unit side return path 12 in which the electronic components are re-installed are attached to the cooling device 1.
  • the internal pressure regulating valve 17 is in an open state, and the heat radiation path opening / closing valve 15 and the feedback path opening / closing valve 16 are in a closed state.
  • a vacuum pump (not shown) is connected to the open port 18 of the open path, and the internal pressure of the heat dissipating part side heat dissipating path 9, the heat dissipating part side return path 11 and the heat dissipating part 4 is sufficiently reduced. Thereafter, the internal pressure regulating valve 17 is closed and the reduced pressure state is maintained, and then the vacuum pump is stopped and removed.
  • the heat receiving part 3 is attached to the cooling device 1 and the operation of the cooling device 1 can be prepared.
  • the heat radiation path opening / closing valve 15 and the return path opening / closing valve 16 are opened, and then a maintenance piping path (not shown) is connected to the heat radiation path attaching / detaching portion 13 and the return path attaching / detaching portion 14. 3. It is desirable to depressurize the inside of the heat receiving part side heat radiation path 10 and the heat receiving part side feedback path 12 and then close the heat radiation path switching valve 15 and the feedback path switching valve 16 again. This is because the cooling performance of the cooling device 1 deteriorates if air is contained in the heat receiving unit 3, the heat receiving unit side heat radiation path 10, and the heat receiving unit side return path 12.
  • the maintenance piping path is airtightly connected at one end to the heat radiation path attaching / detaching portion 13, and the other end can be airtightly connected to the return path attaching / detaching portion 14, and has a connection port with a vacuum pump in the middle of the route. It is a configuration. By connecting and operating the vacuum pump, the inside of the heat receiving part 3, the heat receiving part side heat radiation path 10, and the heat receiving part side return path 12 can be decompressed.
  • FIG. 6C shows an operation flow from preparation for operation of the cooling device 1 to start of normal operation.
  • the heat of the heating element 2 is transmitted to the refrigerant through the heat receiving portion 3. Thereby, the circulation of the refrigerant is started, and after the circulation of the refrigerant is stabilized, the cooling device 1 is in a normal operation.
  • the sealing members 13g and 14g of the heat radiation path attaching / detaching sealing part 13c and the return path attaching / detaching sealing part 14c may be replaced with new ones.
  • the cylindrical outer diameter W1 of the heat radiation path attaching / detaching / sealing portion 13c and the cylindrical outer diameter W2 of the return path attaching / detaching / sealing portion 14c may be different from each other. This prevents the heat radiation path attaching / detaching sealing part 13c from being erroneously fitted to the return path attaching / detaching fixing part 14a when the heat receiving part 3 is attached, thereby reducing the complexity of maintenance of the electronic device 50.
  • the cylinder height H1 of the heat radiation path attaching / detaching sealing portion 13c and the cylinder height H2 of the return path attaching / detaching sealing portion 14c may be the same or different from each other.
  • the cylindrical height H1 of the heat radiation path attaching / detaching / sealing portion 13c and the cylindrical height H2 of the return path attaching / detaching sealing portion 14c may be different from each other. This prevents the heat radiation path attaching / detaching sealing part 13c from being erroneously fitted to the return path attaching / detaching fixing part 14a when the heat receiving part 3 is attached, thereby reducing the complexity of maintenance of the electronic device 50.
  • the cylindrical outer diameter W1 of the heat radiation path attaching / detaching sealing portion 13c and the cylindrical outer diameter W2 of the return path attaching / detaching sealing portion 14c may be the same or different from each other.
  • the material of the heat radiation path attaching / detaching portion 13 and the return path attaching / detaching portion 14 is preferably a metal that is not corroded by the refrigerant sealed inside.
  • a miniature valve, a globe valve, a needle valve, a bellows valve, or a stop valve that can be opened and closed and has excellent closing performance can be used as the heat release path opening / closing valve 15 and the return path opening / closing valve 16, but is not limited thereto. Absent.
  • the material of the heat radiation path on / off valve 15 and the return path on / off valve 16 is preferably a metal that is not corroded by the refrigerant sealed inside.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of an electronic device 50 equipped with the cooling device 1 according to the second embodiment of the present invention.
  • the open path is provided in the heat radiation part side return path 11.
  • Embodiment 1 The difference from Embodiment 1 is that the open path is provided not in the heat radiating part side heat radiating path 9 but in the heat radiating part side return path 11.
  • the heat radiation part side return path 11 is connected to the lower part of the heat radiation part 4 as compared with the heat radiation part side heat radiation path 9, so that the workability when manually operating the internal pressure adjustment valve 17 is improved. improves.
  • Embodiment 3 of the present invention will be described below with reference to the drawings.
  • the same components as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the amount of refrigerant sealed in the circulation path may be higher than the return path opening / closing valve 16 and the heat radiation path opening / closing valve 15 in some cases.
  • a refrigerant tank 20 that stores refrigerant in the heat receiving part side heat radiation path 10 on the heat receiving part 3 side from the heat radiation path opening / closing valve 15 is provided. This makes it easier to position the liquid level of the encapsulated refrigerant below the return path opening / closing valve 16 and the heat radiation path opening / closing valve 15.
  • the refrigerant tank 20 is composed of a tank body 21, an inlet pipe 22, and an outlet pipe 23.
  • the upper part is a dome-shaped upper space 21a
  • the lower part is a columnar lower space 21b.
  • the upper end 22a of the inlet pipe 22 protrudes into the lower space 21b.
  • the outlet pipe 23 is connected to the top surface of the upper space 21a.
  • the liquid refrigerant in the heat receiving unit 3 when the liquid refrigerant in the heat receiving unit 3 is heated by the heat generated by the heating element 2, the liquid refrigerant is vaporized and becomes a gas phase refrigerant.
  • the gas phase refrigerant moves from the heat receiving unit 3 to the heat receiving unit side heat radiation path 10 and becomes a mixed phase refrigerant together with a part of the liquid phase refrigerant stored in the heat receiving unit side heat radiation path 10 and rises at a high speed.
  • the rising mixed-phase refrigerant flows into the refrigerant tank 20 from the inlet pipe 22 and flows out from the outlet pipe 23 together with the liquid-phase refrigerant accumulated in the refrigerant tank 20.
  • the gas-phase refrigerant heated to high temperature and high pressure by the heat generation of the heating element 2 becomes a mixed-phase refrigerant together with a part of the liquid-phase refrigerant stored in the heat receiving part side heat radiation path 10 and flows into the refrigerant tank 20 at high speed. .
  • the inside of the refrigerant tank 20 is filled with the liquid phase refrigerant. That is, the internal pressure of the refrigerant tank 20 is lower than the vapor pressure of the multiphase refrigerant flowing into the refrigerant tank 20.
  • the multiphase refrigerant diffuses into the refrigerant tank 20 at a stretch, mixes with the surrounding liquid phase refrigerant, and finally in the refrigerant tank 20. It becomes a mixed phase refrigerant together with the liquid phase refrigerant, and flows out from the outlet pipe 23.
  • the distance from the upper tip 22a of the inlet pipe 22 to the outlet pipe 23 is shortened by projecting the upper tip 22a of the inlet pipe 22 into the lower space 21b. Accordingly, the multiphase refrigerant flowing into the refrigerant tank 20 at a high speed is easily flowed to the outlet pipe 23.
  • the upper end 22a of the inlet pipe 22 protruding into the lower space 21b is preferably extended as close to the center of the refrigerant tank 20 as possible.
  • the upper space 21a of the tank body 21 has a dome shape, and the outlet pipe 23 is connected to the top surface of the upper space 21a. Therefore, when the multiphase refrigerant flowing into the refrigerant tank 20 at high speed is mixed with the surrounding liquid phase refrigerant, the pressure loss due to the collision with the wall surface is mitigated by the dome-shaped wall surface. Furthermore, since the multiphase refrigerant can flow along the dome-shaped wall surface to the outlet pipe 23, the mixed phase refrigerant can easily flow to the outlet pipe 23. As a result, it is possible to provide a cooling device 1 having high cooling performance by suppressing the flow loss due to mixing and the pressure loss due to the collision with the wall surface.
  • connection direction of the inlet pipe 22 and the outlet pipe 23 connected to the tank body 21 may be arranged so that the inlet pipe 22 and the outlet pipe 23 are on the same extension line as shown in FIGS. 10A and 10B.
  • a configuration that flows in from the lower portion of the tank body 21 and flows out from the side surface a configuration that flows in from the side surface of the tank body 21 and flows out from the upper portion, or the like may be used.
  • the size of the outer shape of the tank main body 21 may be determined from the refrigerant storage amount according to the length of the portion of the heat receiving portion side heat radiating path 10 on the heat receiving portion opening / closing valve 15 side of the heat receiving portion 3.
  • the horizontal sectional area cannot be so large, it is preferable to make the length in the vertical direction as long as possible.
  • FIGS. 11A to 11C As the shape of the internal space of the tank body 21, as shown in FIGS. 11A to 11C, a cylindrical shape, a spherical shape, or a quadrangular prism shape can be used. However, considering the refrigerant storage amount and the passage pressure loss of the refrigerant, the shapes shown in FIGS. 10A and 10B are preferable.
  • the outer shape of the tank body 21 has been described as a rectangular cylinder, but a cylindrical large-diameter pipe may be used. In that case, the internal space can be widened with respect to the outer shape of the tank main body 21, so that the refrigerant storage amount can be secured.
  • the refrigerant tank 20 is provided in the heat receiving part side heat radiation path 10 on the heat receiving part 3 side from the heat radiation path opening / closing valve 15.
  • a large amount of refrigerant is used to withstand long-term use for 10 years or more.
  • the refrigerant tank 20 may be provided in the heat receiving part side return path 12 on the heat receiving part 3 side from the return path opening / closing valve 16.
  • the refrigerant tank 20 when the refrigerant tank 20 is provided in the heat receiving part side return path 12, the water head pressure with respect to the heat receiving part 3 becomes low, and the circulation of the refrigerant may become unstable. Therefore, it is preferable to provide the refrigerant tank 20 in the heat receiving part side heat radiation path 10 when there is no margin in the water head pressure height.
  • the heat receiving unit 3 the heat receiving unit side heat radiation path 10 and the heat receiving unit side return path 12 where the electronic component is installed are connected from the cooling device 1. Remove. Thereafter, the heat receiving unit 3, the heat receiving unit side heat radiation path 10, and the heat receiving unit side return path 12 in which electronic components are re-installed can be attached to the cooling device 1. As a result, the complexity of maintenance of the electronic device 50 can be reduced.
  • the cooling device can reduce the complexity of maintenance of electronic devices, and thus is useful as a cooling device for cooling electronic components such as CPUs, LSIs, and IGBTs.
  • Cooling device 2 Heat generating body 3 Heat receiving part 4 Heat radiating part 5 Heat radiating path 6 Feedback path 7 Cooling tool 8 Backflow prevention part 9 Heat radiating part side heat radiating path 10 Heat receiving part side radiating path 11 Heat radiating part side feedback path 12 Heat receiving part side feedback path 13 Heat radiation path attaching / detaching portion 13a Heat radiation path attaching / detaching fixing portion 13b Heat radiation path attaching / detaching fastening portion 13c Heat radiation path attaching / detaching sealing portion 13d Fastening screw 13e Screw hole 13f Through hole 13g Seal member 14 Return path attaching / detaching portion 14a Feedback path attaching / detaching fixing portion 14b Fastening portion 14c Return path attaching / detaching sealing portion 14d Fastening screw 14e Screw hole 14f Through hole 14g Sealing member 15 Heat radiation path on / off valve 15a Heat radiation path on / off valve body 15b Heat radiation path on / off valve closing section 15c Heat radiation path on / off

Abstract

冷却装置(1)は、発熱体(2)を設置する受熱部(3)、放熱経路(5)、放熱部(4)および帰還経路(6)を順に連結して形成する循環経路を備え、冷媒の相変化によって発熱体(2)を冷却する。放熱経路(5)は、放熱部側放熱経路(9)と、受熱部側放熱経路(10)と、放熱部側放熱経路(9)と受熱部側放熱経路(10)との間に設けた放熱経路着脱部(13)と、受熱部側放熱経路(10)に設けた放熱経路開閉弁(15)と、を備える。帰還経路(6)は、放熱部側帰還経路(11)と、受熱部側帰還経路(12)と、放熱部側帰還経路(11)と受熱部側帰還経路(12)との間に設けた帰還経路着脱部(14)と、受熱部側帰還経路(12)に設けた帰還経路開閉弁(16)と、を備える。

Description

冷却装置およびこれを搭載した電子機器
 本発明は、電子部品等の冷却対象を冷却する冷却装置およびこれを搭載した電子機器に関する。
 従来、この種の電子機器としては、例えば特許文献1に開示されているような冷却装置と、中央演算処理装置(CPU)、大規模集積回路(LSI)、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)等の電子部品と、を備えた電子機器がある。
 以下、特許文献1に示す冷却装置について、図12を参照しながら説明する。
 図12に示すように、冷却装置は、上昇管101、下降管102、冷却器105および受熱部113で形成したループ回路103と、冷媒である熱媒体112と、逆止弁107と、を備える。熱媒体112は、密閉状態のループ回路103内に封入されている。冷却器105は、ループ回路103の上部に位置し、その内部には冷却用液体管路111が挿設されている。受熱部113は、上昇管101の下部に位置し、電子部品が設置されている。逆止弁107は、ループ回路103内に位置し、ループ回路103内の熱媒体112の循環方向を限定している。
 ここで、電子部品に熱が発生すると、発生した熱は受熱部113を介してループ回路103内を循環する熱媒体112に伝わり、その熱によって熱媒体112が気化する。逆止弁107により熱媒体112の循環方向が限定されているため気化した熱媒体112は上昇管101を上昇し、さらに冷却器105まで導かれて冷却される。すなわち、熱媒体112は、受熱部113で熱を受け、冷却器105で熱を放出する。冷却器105で熱を放出した熱媒体112は、下降管102を下降し、逆止弁107を介して、再び受熱部113へと戻る。
特開昭61-038396号公報
 上記従来例における問題は、電子機器のメンテナンスが煩雑になることであった。
 すなわち、上記従来の電子機器において、冷却対象は受熱部113に接合させた電子部品であり、CPU、LSI、IGBT等であって、それらの電子部品には頻繁に不具合が生じうる。
 そして、電子部品に不具合が生じた場合、不具合が生じた電子部品を交換するための電子機器のメンテナンスを行う必要がある。しかしながら、電子部品と受熱部113とは、熱の受け渡しの効率を高めるために密着した状態で接合されている。そのため、不具合が生じた電子部品を受熱部113から取り除くためには、受熱部113を含むループ回路103全体を冷却装置から一旦取り外す必要がある。
 しかしながら、ループ回路103の一部である冷却器105の内部には、冷却用液体管路111が挿設されているため、冷却器105の内部から冷却用液体管路111を取り出してからでなければ、冷却装置からループ回路103を取り外すのは困難である。また、ループ回路103の密閉状態を開放する際に、ループ回路103内に封入された熱媒体112が蒸発したりループ回路103内から溢れ出たりして、熱媒体112の一部または全部が消失することがある。従って、電子部品を交換した後に、冷却器105の内部に冷却用液体管路111を再度挿設したり、さらに、蒸発したり溢れ出たりして消失した熱媒体112を補充したりすることが必要となる。このように、従来の電子機器には、メンテナンスが煩雑であるという問題があった。
 そこで本発明は、電子機器のメンテナンスの煩雑さを低減できる冷却装置を提供することを目的とする。
 そして、この目的を達成するために、本発明の一態様に係る冷却装置は、発熱体を設置する受熱部、放熱経路、放熱部および帰還経路を順に連結して形成した冷媒の循環経路を備え、冷媒の相変化によって発熱体を冷却する。放熱経路は、放熱部側放熱経路と、受熱部側放熱経路と、放熱部側放熱経路と受熱部側放熱経路との間に設けた放熱経路着脱部と、受熱部側放熱経路に設けた放熱経路開閉弁と、を備える。帰還経路は、放熱部側帰還経路と、受熱部側帰還経路と、放熱部側帰還経路と受熱部側帰還経路との間に設けた帰還経路着脱部と、受熱部側帰還経路に設けた帰還経路開閉弁と、を備える。
 以上のような構成により、本発明の一態様に係る冷却装置は、電子機器のメンテナンスの煩雑さを低減できる。
図1は、本発明の実施の形態1の冷却装置を搭載した電子機器の概略図である。 図2Aは、同冷却装置の放熱経路着脱部の接続状態を示す断面概略図である。 図2Bは、同冷却装置の放熱経路着脱部の分離状態を示す断面概略図である。 図3Aは、同冷却装置の帰還経路着脱部の接続状態を示す断面概略図である。 図3Bは、同冷却装置の帰還経路着脱部の分離状態を示す断面概略図である。 図4Aは、同冷却装置の放熱経路開閉弁の開状態を示す断面概略図である。 図4Bは、同冷却装置の放熱経路開閉弁の閉状態を示す断面概略図である。 図5Aは、同冷却装置の帰還経路開閉弁の開状態を示す断面概略図である。 図5Bは、同冷却装置の帰還経路開閉弁の閉状態を示す断面概略図である。 図6Aは、同冷却装置の停止から受熱部の分離までの操作フロー図である。 図6Bは、同受熱部の装着から冷却装置の運転準備までの操作フロー図である。 図6Cは、同冷却装置の運転準備から通常運転開始までの操作フロー図である。 図7Aは、同冷却装置の放熱経路着脱部および帰還経路着脱部の変形例を示す断面概略図である。 図7Bは、同冷却装置の放熱経路着脱部および帰還経路着脱部の変形例を示す断面概略図である。 図8は、本発明の実施の形態2の冷却装置を搭載した電子機器の概略図である。 図9は、本発明の実施の形態3の冷却装置を搭載した電子機器の概略図である。 図10Aは、同冷却装置の冷媒タンクを示す正面図である。 図10Bは、同冷却装置の冷媒タンクを示す斜視図である。 図11Aは、同冷却装置の冷媒タンクの変形例を示す斜視図である。 図11Bは、同冷却装置の冷媒タンクの変形例を示す斜視図である。 図11Cは、同冷却装置の冷媒タンクの変形例を示す斜視図である。 図12は、従来の冷却装置を示す概略図である。
 本発明の一態様に係る冷却装置は、発熱体を設置する受熱部、放熱経路、放熱部および帰還経路を順に連結して形成した冷媒の循環経路を備え、冷媒の相変化によって発熱体を冷却する。放熱経路は、放熱部側放熱経路と、受熱部側放熱経路と、放熱部側放熱経路と受熱部側放熱経路との間に設けた放熱経路着脱部と、受熱部側放熱経路に設けた放熱経路開閉弁と、を備える。帰還経路は、放熱部側帰還経路と、受熱部側帰還経路と、放熱部側帰還経路と受熱部側帰還経路との間に設けた帰還経路着脱部と、受熱部側帰還経路に設けた帰還経路開閉弁と、を備える。
 以上のような構成により、本発明の冷却装置は、電子機器のメンテナンスの煩雑さを低減できる。
 すなわち、冷却装置は、放熱部側放熱経路と受熱部側放熱経路との間に設けた放熱経路着脱部と、放熱部側帰還経路と受熱部側帰還経路との間に設けた帰還経路着脱部と、を備える。そのため、放熱経路を放熱経路着脱部により放熱部側放熱経路と受熱部側放熱経路とに分離し、帰還経路を帰還経路着脱部により放熱部側帰還経路と受熱部側帰還経路とに分離することができる。これによって、循環経路全体ではなく、電子部品を設置した受熱部、受熱部側放熱経路および受熱部側帰還経路だけを、冷却装置から取り外すことができる。
 さらに、冷却装置は、受熱部側放熱経路に設けた放熱経路開閉弁と、受熱部側帰還経路に設けた帰還経路開閉弁と、を備える。そのため、放熱経路および帰還経路を分離する際に、放熱経路開閉弁および帰還経路開閉弁を閉じて、受熱部、受熱部側放熱経路および受熱部側帰還経路内に冷媒を封じ込めることができる。これによって、放熱経路着脱部および帰還経路着脱部から冷媒が蒸発したり溢れ出したりしにくくなる。
 その結果、受熱部、受熱部側放熱経路および受熱部側帰還経路を冷却装置から取り外す際に、放熱経路着脱部および帰還経路着脱部から冷媒が消失しにくくなる。
 さらに、受熱部、受熱部側放熱経路および受熱部側帰還経路を再度、冷却装置に取り付ける際においては、放熱経路着脱部により放熱部側放熱経路と受熱部側放熱経路とを接続し、帰還経路着脱部により放熱部側帰還経路と受熱部側帰還経路とを接続する。これによって、受熱部、受熱部側放熱経路および受熱部側帰還経路を冷却装置に取り付けやすくなる。
 このように、冷却対象の電子部品が故障した場合など電子機器のメンテナンスを要する場合に、受熱部、受熱部側放熱経路および受熱部側帰還経路を冷却装置から取り外すことができる。その後に、受熱部、受熱部側放熱経路および受熱部側帰還経路を冷却装置に取り付けることもできる。結果として、電子機器のメンテナンスの煩雑さを低減できる。
 また、本発明の別の一態様に係る冷却装置は、一端が放熱部側放熱経路または放熱部側帰還経路に接続され、他端に開口面が水平方向より上向きである開放口が形成された開放経路を備える。また、開放経路に循環経路の内部圧力を調整するための内部圧力調整弁を備える。
 以上のような構成であるため、放熱経路を放熱経路着脱部により放熱部側放熱経路と受熱部側放熱経路とに分離し、帰還経路を帰還経路着脱部により放熱部側帰還経路と受熱部側帰還経路とに分離する際に、内部圧力調整弁を開けば、減圧状態の循環経路内に大気が流入する。そうすると、放熱部、放熱部側放熱経路および放熱部側帰還経路に存在する冷媒が、下方に配置された受熱部側放熱経路、受熱部側帰還経路および受熱部に移動しやすくなる。
 そして、放熱経路開閉弁と帰還経路開閉弁とを閉じることにより、移動した冷媒も含め、受熱部、受熱部側放熱経路および受熱部側帰還経路内に冷媒を封じ込めることができる。そのため、放熱経路着脱部および帰還経路着脱部から冷媒が消失しにくくなる。
 さらに、開放経路の開放口の開口面が上向きであるため、内部圧力調整弁を開いた際に、冷媒が開放口から漏れにくくなる。その結果、受熱部、受熱部側放熱経路および受熱部側帰還経路を冷却装置から取り外す際に、開放経路の開放口から冷媒が消失しにくくなる。結果として、電子機器のメンテナンスの煩雑さを低減できる。
 また、本発明のさらに別の一実施形態に係る冷却装置は、受熱部側放熱経路および受熱部側帰還経路の少なくとも一方の経路に冷媒を貯める冷媒タンクを設けている。これにより、循環経路内に封入される冷媒の量が多くなっても、封入された冷媒の液面高さが帰還経路開閉弁および放熱経路開閉弁よりも下方になりやすい。
 (実施の形態1)
 以下、本発明の実施の形態1について、図面を参照しながら説明する。
 図1は、本発明の実施の形態1の冷却装置1を搭載した電子機器50の概略図である。
 図1に示すように、電子機器50は、ケース51と、ケース51内に収容された発熱体2および冷却装置1を備える。なお、冷却対象である発熱体2は、本実施の形態では、CPU、LSI、IGBT等の電子部品である。
 冷却装置1は、冷媒の循環経路を備える。循環経路は、発熱体2を設置する受熱部3、放熱経路5、放熱部4および帰還経路6を順に連結して形成される。この構成により、循環経路は内部が密閉空間となり、図1では図示していないが、循環経路内は、減圧した上で、冷媒が封入されている。冷媒としては、純水、エタノール、フロン類、フッ素系溶剤類などが用いられるが、これらに限らない。受熱部3および放熱部4の材質は、冷媒が、純水、エタノールの場合は、銅が適しており、冷媒が、フロン類、フッ素系溶剤類の場合は、アルミニウムが適しているが、これらに限らない。
 冷却装置1は、帰還経路6に冷媒の逆流を防止する逆流防止部8を備えている。
 また、冷却装置1は、放熱部4に冷媒により輸送された熱を冷却するための冷却具7を備えている。本実施の形態では、冷却具7は空冷式のファンである。なお、冷却具7は、冷媒を冷却可能であれば、水冷式、その他の方式の冷却具であってもよい。また、冷却装置1は、必ずしも冷却具7を備えている必要はない。
 次に、上記構成における冷却装置1の基本的な仕組みについて説明する。
 冷却装置1の循環経路は、内部を減圧した後に冷媒を封入したものである。循環経路内の気相圧力は、冷媒の作用により外部温度に応じた冷媒の飽和圧力となる。発熱体2の熱は受熱部3を介して冷媒に伝わり、伝わった熱によって冷媒が気化する際の気化熱で、受熱部3を介して発熱体2が冷却される。受熱部3内にて気化した冷媒は、気化しなかった液相冷媒との気液二相の混相流冷媒となって、受熱部3から放熱経路5を通り放熱部4へと移動する。そして、気化した冷媒は冷却具7により冷却され液化する。液化した冷媒は、帰還経路6を通り、受熱部3に戻る。
 帰還経路6には逆流防止部8が設けられており、これにより帰還経路6は放熱経路5よりも冷媒の流通抵抗が大きくなっている。そのため、受熱部3内にて気化した冷媒が帰還経路6側へ逆流しにくい。よって、冷媒が受熱部3内にて気化し、気化した冷媒が放熱経路5を通り放熱部4にて液化し、液化した冷媒が帰還経路6を通り再び受熱部3内に戻る、サイクルが繰り返される。このことで、発熱体2を冷却している。
 次に、本実施の形態における特徴的な構成について説明する。
 放熱経路5は、放熱部4に近い側の放熱部側放熱経路9と、受熱部3に近い側の受熱部側放熱経路10とに分割されている。
 放熱部4は、受熱部3より上に配置されているので、放熱部側放熱経路9は、受熱部側放熱経路10より上方に配置される。放熱部側放熱経路9と受熱部側放熱経路10との間には、放熱経路着脱部13が設けられている。放熱経路着脱部13により、放熱部側放熱経路9と受熱部側放熱経路10とを、接続することができ、また分離することができる。
 帰還経路6は、放熱部4に近い側の放熱部側帰還経路11と、受熱部3に近い側の受熱部側帰還経路12とに分割されている。
 放熱部4は、受熱部3より上方に配置されているので、放熱部側帰還経路11は、受熱部側帰還経路12より上に配置される。放熱部側帰還経路11と受熱部側帰還経路12との間には、帰還経路着脱部14が設けられている。帰還経路着脱部14により、放熱部側帰還経路11と受熱部側帰還経路12とを、接続することができ、また分離することができる。
 さらに、受熱部側放熱経路10における放熱経路着脱部13近傍には、放熱経路5を開閉する放熱経路開閉弁15が設けられている。また、受熱部側帰還経路12における帰還経路着脱部14近傍には、帰還経路6を開閉する帰還経路開閉弁16が設けられている。
 図2Aおよび図2Bは、放熱経路着脱部13の接続状態および分離状態をそれぞれ示す断面概略図である。
 図2Aおよび図2Bに示すように、放熱経路着脱部13は、放熱経路着脱固定部13a、放熱経路着脱締結部13bおよび放熱経路着脱封止部13cを備えている。放熱部側放熱経路9における受熱部側放熱経路10側の先端には、放熱経路着脱固定部13aが例えば溶接により気密に設けられている。受熱部側放熱経路10における放熱部側放熱経路9側の先端には、放熱経路着脱締結部13bが例えば溶接により気密に設けられている。さらに放熱経路着脱締結部13bにおける受熱部側放熱経路10とは反対側には、放熱経路着脱封止部13cが設けられている。
 放熱経路着脱固定部13aは、例えば略円盤形状であって、放熱部側放熱経路9と反対側の外周部に、放熱経路着脱締結部13bを締結ネジ13dで固定するためのネジ孔13eが複数形成されている。また、放熱経路着脱固定部13aは、放熱部側放熱経路9と反対側の中央部に円筒形状の凹部が形成されており、その凹部に放熱経路着脱封止部13cを嵌めることができる構造となっている。
 放熱経路着脱締結部13bは、例えば略円盤形状であって、その外周部には締結ネジ13dを放熱経路5に沿った方向に貫通させることができる貫通孔13fが複数形成されており、締結ネジ13dにより放熱経路着脱固定部13aに対し固定できるようになっている。
 放熱経路着脱封止部13cは、例えば略円筒状であり、その外周面における2箇所に放熱経路着脱部13の気密性を保つためのシール部材13gを備える。シール部材13gは例えば、ゴム製のOリング、或いは金属製のフェルールやガスケットである。放熱経路着脱締結部13bおよび放熱経路着脱封止部13cは、合わせて凸形状を形成している。
 以上のような構成により、放熱経路着脱締結部13bを放熱経路着脱固定部13aに当接させるとともに、放熱経路着脱封止部13cを放熱経路着脱固定部13aの凹部に嵌めこむことで、シール部材13gが放熱経路着脱固定部13aの凹部の内周面に押し付けられる。これにより、高い気密性を実現し、循環経路の減圧状態を維持できる。
 図2Aに示すように、放熱経路着脱部13により放熱部側放熱経路9と受熱部側放熱経路10とを接続するとは、放熱経路着脱固定部13aの凹部へ放熱経路着脱封止部13cを嵌め込み、放熱経路着脱固定部13aに放熱経路着脱締結部13bを締結ネジ13dで固定することである。
 図2Bに示すように、放熱経路着脱部13により放熱部側放熱経路9と受熱部側放熱経路10とを分離するとは、放熱経路着脱固定部13aに放熱経路着脱締結部13bを固定している締結ネジ13dを外し、放熱経路着脱固定部13aの凹部から放熱経路着脱封止部13cを引き抜くことである。
 以上のような構成により、放熱経路着脱部13は繰返し接続と分離を実施できる。また、放熱経路着脱部13により放熱部側放熱経路9と受熱部側放熱経路10を接続した状態において循環経路の減圧状態の維持もできる。
 図3Aおよび図3Bは、帰還経路着脱部14の接続状態および分離状態をそれぞれ示す断面概略図である。
 図3Aおよび図3Bに示すように、帰還経路着脱部14は、ネジ孔14eが形成された帰還経路着脱固定部14aと、貫通孔14fが形成された帰還経路着脱締結部14bと、シール部材14gを備えた帰還経路着脱封止部14cとを備えている。帰還経路着脱締結部14bは帰還経路着脱固定部14aに締結ネジ14dにより固定される。帰還経路着脱部14の構造や操作は放熱経路着脱部13と同様であるため、詳細な説明は省略する。
 冷却対象の電子部品が故障した場合など電子機器50のメンテナンスを要する場合、放熱経路5を放熱経路着脱部13により放熱部側放熱経路9と受熱部側放熱経路10とに分離し、帰還経路6を帰還経路着脱部14により放熱部側帰還経路11と受熱部側帰還経路12とに分離することができる。これによって、循環経路全体ではなく、電子部品を設置した受熱部3、受熱部側放熱経路10および受熱部側帰還経路12だけを、冷却装置1から取り外すことができる。
 図4Aおよび図4Bは、放熱経路開閉弁15の開状態および閉状態をそれぞれ示す断面概略図である。
 図4Aおよび図4Bに示すように、放熱経路開閉弁15は、放熱経路を開閉する放熱経路開閉弁体15aと、放熱経路開閉弁体15aを遮蔽する放熱経路開閉弁閉止部15bと、放熱経路開閉弁座15cと、を備えている。
 放熱経路開閉弁体15aは例えば略円柱形状であり、放熱経路開閉弁閉止部15bに近い側にシール部材15d、例えばゴム製のOリングを備える。放熱経路開閉弁体15aの放熱経路開閉弁座15cに近い側の端部15eは、先端に向けて断面が細くなるテーパ形状となっている。シール部材15dとテーパ形状となった端部15eとの間の円柱側壁部15fはネジ構造となっており、放熱経路開閉弁体15aは受熱部側放熱経路10と直交する方向に沿って移動可能となっている。
 放熱経路開閉弁閉止部15bは、例えば略円盤形状であって、その底面中央に円柱状の凸部15gを備える。その円柱状の凸部15gの側壁にシール部材15h、例えばゴム製のOリングを備えており、その円柱状の凸部15gを受熱部側放熱経路10に対し嵌めこむ。放熱経路開閉弁閉止部15bの外周部には、締結ネジ15iを受熱部側放熱経路10と直交する方向に沿って貫通させることができる貫通孔を複数備える。締結ネジ15iにより、受熱部側放熱経路10に対し放熱経路開閉弁閉止部15bを固定できるようになっている。なお、受熱部側放熱経路10には締結ネジ15iが嵌るネジ穴が設けられている。放熱経路開閉弁閉止部15bを受熱部側放熱経路10から取り外すと、放熱経路開閉弁体15aの移動操作ができる状態になる。放熱経路開閉弁閉止部15bを受熱部側放熱経路10に固定すると、放熱経路開閉弁体15aを放熱経路開閉弁15内部に遮蔽できる。これによって、気密性の確保と放熱経路開閉弁体15aの誤操作防止とができる。
 放熱経路開閉弁座15cは、受熱部側放熱経路10に設けられた、例えば円筒凹形状である。その凹形状の内径は、放熱経路開閉弁体15aのテーパ形状となった端部15eの先端最小径より大きく、端部15e根元の最大径より小さい。これにより、放熱経路開閉弁体15aを移動操作させて、放熱経路開閉弁体15aの端部15eを放熱経路開閉弁座15cに接触させることにより、放熱経路開閉弁15を閉じることができる。
 図4Aに示すように、放熱経路開閉弁15を開いているとは、放熱経路開閉弁体15aの端部15eが、放熱経路開閉弁座15cから離れており、放熱経路開閉弁15内で受熱部側放熱経路10の流路が繋がっている状態である。
 図4Bに示すように、放熱経路開閉弁15を閉じているとは、放熱経路開閉弁体15aの端部15eが、放熱経路開閉弁座15cと接触しており、放熱経路開閉弁15内で受熱部側放熱経路10の流路が分断されている状態である。
 図4Aおよび図4Bに示すような構成により、放熱経路開閉弁15は繰返し開閉操作を実施できる。また、放熱経路開閉弁15を閉じた際には、循環経路の減圧状態の維持もできる。
 図5Aおよび図5Bは、帰還経路開閉弁16の開状態および閉状態をそれぞれ示す断面概略図である。
 図5Aおよび図5Bに示すように、帰還経路開閉弁16は、シール部材16d、端部16eおよび円柱側壁部16fを備えた帰還経路開閉弁体16aと、円柱状の凸部16gおよびシール部材16hを備えた帰還経路開閉弁閉止部16bと、帰還経路開閉弁座16cと、を備えている。帰還経路開閉弁閉止部16bは受熱部側帰還経路12に、締結ネジ16iにより固定される。構造や操作は放熱経路開閉弁15と同様であるため、詳細な説明は省略する。
 以上のような構成により、放熱経路着脱部13と帰還経路着脱部14とにより放熱経路5および帰還経路6を分離する際に、放熱経路開閉弁15および帰還経路開閉弁16を閉じて、受熱部3、受熱部側放熱経路10および受熱部側帰還経路12内に冷媒を封じ込めることができる。これによって、放熱経路着脱部13および帰還経路着脱部14から冷媒が蒸発したり溢れ出たりしにくくなる。
 その結果、受熱部3、受熱部側放熱経路10および受熱部側帰還経路12を冷却装置1から取り外す際に、放熱経路着脱部13および帰還経路着脱部14から冷媒が消失しにくくなる。
 さらに、受熱部3、受熱部側放熱経路10および受熱部側帰還経路12を再度、冷却装置1に取り付ける際においては、放熱経路着脱部13により放熱部側放熱経路9と受熱部側放熱経路10とを接続し、帰還経路着脱部14により放熱部側帰還経路11と受熱部側帰還経路12とを接続する。これによって、受熱部3、受熱部側放熱経路10および受熱部側帰還経路12を冷却装置1に取り付けやすくなる。
 最初に、冷却装置1の循環経路内に冷媒を注入する際、下方に位置する受熱部3、受熱部側帰還経路12、受熱部側放熱経路10の順に冷媒が貯まることとなる。この冷媒の水面が、受熱部側帰還経路12に設けた帰還経路開閉弁16内の帰還経路開閉弁体16aと帰還経路開閉弁座16cとの接触位置、および、受熱部側放熱経路10に設けた放熱経路開閉弁15内の放熱経路開閉弁体15aと放熱経路開閉弁座15cとの接触位置よりも下方になるように冷媒を注入することが望ましい。
 冷媒の水面の位置が、帰還経路開閉弁体16aと帰還経路開閉弁座16cとの接触位置、および放熱経路開閉弁体15aと放熱経路開閉弁座15cとの接触位置よりも上方だと、放熱経路着脱部13と帰還経路着脱部14とにより放熱経路5および帰還経路6を分離する際に、放熱経路開閉弁15および帰還経路開閉弁16を閉じても、受熱部3、受熱部側放熱経路10および受熱部側帰還経路12内に、全ての冷媒を封じ込めることができない。すなわち、放熱経路着脱部13および帰還経路着脱部14から冷媒が消失する恐れがある。
 放熱経路着脱部13および帰還経路着脱部14を設ける位置は、同じ高さであることが望ましいが、各々を異なる高さに設けてもよい。
 放熱経路開閉弁15および帰還経路開閉弁16を設ける位置も、同じ高さであることが望ましいが、各々を異なる高さに設けてもよい。異なる高さに設けるときは、低い方の位置に合わせて、注入する冷媒の量を調整する必要がある。
 次に、本実施の形態における他の特徴的な構成について説明する。
 図1に示すように、冷却装置1は、一端が放熱部側放熱経路9に接続されており、他端に開口面19が水平方向より上向きである開放口18が形成された開放経路を備える。開放経路は循環経路の内部圧力を調整するための内部圧力調整弁17を備える。
 なお、本実施の形態においては、循環経路から分岐させた経路上に内部圧力調整弁17を設けているが、循環経路に直接内部圧力調整弁17を設けてもよい。その場合は、内部圧力調整弁17のみで開放経路が形成される。
 また、本実施の形態においては、開放経路の一端は放熱部側放熱経路9に接続される構成で説明するが、開放経路の一端は放熱部側帰還経路11に接続されていてもよいし、開放経路の一端が枝分かれして放熱部側放熱経路9および放熱部側帰還経路11の両方に接続されていてもよい。また、放熱部側放熱経路9に開放経路が接続され、放熱部側帰還経路11にも放熱部側放熱経路9に接続された開放経路とは別の開放経路が接続されていてもよい。
 開放口18の開口面19は、鉛直方向上向きであることが望ましいが、水平方向よりも少しでも上向きであればよい。
 以上のような構成であるため、放熱経路5を放熱経路着脱部13により放熱部側放熱経路9と受熱部側放熱経路10とに分離し、帰還経路6を帰還経路着脱部14により放熱部側帰還経路11と受熱部側帰還経路12とに分離する際に、内部圧力調整弁17を開けば、減圧状態の循環経路内に大気が流入しやすくなる。そうすると、放熱部4、放熱部側放熱経路9および放熱部側帰還経路11内に存在する冷媒が、下方に配置された受熱部側放熱経路10、受熱部側帰還経路12および受熱部3に移動しやすくなる。
 そして、放熱経路開閉弁15と帰還経路開閉弁16とを閉じることにより、受熱部3、受熱部側放熱経路10および受熱部側帰還経路12内に冷媒を封じ込めることができる。そのため、放熱経路着脱部13および帰還経路着脱部14から冷媒が消失しにくくなる。
 さらに、開放経路の開放口18の開口面19が上向きであるため、内部圧力調整弁17を開いた際に、冷媒が開放経路の開放口18から消失しにくくなる。その結果、受熱部3、受熱部側放熱経路10および受熱部側帰還経路12を冷却装置1から取り外す際に、開放経路の開放口18から冷媒が消失しにくくなる。
 次に本発明の特徴である冷却装置1の操作フローについて説明する。
 図6A~図6Cは、冷却装置1の操作フロー図であり、放熱経路着脱部13、帰還経路着脱部14、放熱経路開閉弁15、帰還経路開閉弁16および内部圧力調整弁17の各状態並びに操作フローを示している。
 図6Aは、冷却装置1の停止から受熱部3の分離までの操作フローを示している。
 冷却対象の電子部品が故障した場合など電子部品の取り外しや交換が必要な程の電子機器50のメンテナンスを要する場合には、放熱経路5を放熱経路着脱部13により放熱部側放熱経路9と受熱部側放熱経路10とに分離し、帰還経路6を帰還経路着脱部14により放熱部側帰還経路11と受熱部側帰還経路12とに分離する。そして、受熱部側放熱経路10および受熱部側帰還経路12を、電子部品を設置した受熱部3とともに、冷却装置1から取り外す。
 すなわち、電子部品が故障すると、電子部品の発熱が停止するので、循環経路内の冷媒の循環は次第に収まる。電子部品および受熱部3が十分に設置環境温度と同等まで冷えると、冷却装置1が停止したとみなす。このとき、循環経路内の冷媒の殆どは受熱部3、受熱部側放熱経路10および受熱部側帰還経路12に収まっている。その後、内部圧力調整弁17を開く。これにより、減圧状態の循環経路内に大気が流入する。そうすると、放熱部4、放熱部側放熱経路9および放熱部側帰還経路11内に残存する冷媒が、下方に配置された受熱部側放熱経路10、受熱部側帰還経路12および受熱部3へ移動する。
 次に、放熱経路開閉弁15と帰還経路開閉弁16とを閉じる。これにより、受熱部3、受熱部側放熱経路10および受熱部側帰還経路12内に冷媒を封じ込めることができるので、放熱経路着脱部13および帰還経路着脱部14から冷媒が消失するのを防ぐことができる。
 そして次に、放熱経路着脱部13により放熱部側放熱経路9と受熱部側放熱経路10とを分離する。同様に、帰還経路着脱部14により放熱部側帰還経路11と受熱部側帰還経路12とを分離する。
 これにより、受熱部3を冷却装置1から取り外すことができる。
 図6Bは、受熱部3の装着から冷却装置1の運転準備までの操作フローを示している。
 電子部品を設置しなおした後に、受熱部3、受熱部側放熱経路10および受熱部側帰還経路12を冷却装置1に取り付け、冷却装置1を運転可能な状態に復旧させる必要がある。
 すなわち、放熱経路着脱部13により放熱部側放熱経路9と受熱部側放熱経路10とを接続し、帰還経路着脱部14により放熱部側帰還経路11と受熱部側帰還経路12とを接続する。これによって、電子部品を設置しなおした受熱部3、受熱部側放熱経路10および受熱部側帰還経路12を冷却装置1に取り付ける。このとき、内部圧力調整弁17は開いた状態であり、放熱経路開閉弁15と帰還経路開閉弁16とは閉じた状態である。
 次に、開放経路の開放口18に真空ポンプ(図示なし)を接続し、放熱部側放熱経路9、放熱部側帰還経路11および放熱部4の内部圧力を十分に減圧する。その後、内部圧力調整弁17を閉じ、減圧状態を維持した上で、真空ポンプを停止して外す。
 そして次に、放熱経路開閉弁15と帰還経路開閉弁16とを開き、冷媒の循環経路を確保する。
 これにより、受熱部3を冷却装置1に装着し、冷却装置1の運転準備ができる。
 メンテナンス時は、放熱経路開閉弁15と帰還経路開閉弁16とを開いた上で、メンテナンス用の配管経路(図示せず)を放熱経路着脱部13および帰還経路着脱部14と接続し、受熱部3、受熱部側放熱経路10および受熱部側帰還経路12の内部を減圧した上で、再度放熱経路開閉弁15と帰還経路開閉弁16とを閉じておくことが望ましい。受熱部3、受熱部側放熱経路10および受熱部側帰還経路12側に空気が入っていると、冷却装置1の冷却性能が低下するからである。
 ここで、メンテナンス用の配管経路とは、一端が放熱経路着脱部13と気密に接続でき、他端が帰還経路着脱部14と気密に接続でき、経路の途中に真空ポンプとの接続口を備えた構成である。真空ポンプを接続して、動作させることにより、受熱部3、受熱部側放熱経路10および受熱部側帰還経路12の内部を減圧することができる。
 図6Cは、冷却装置1の運転準備から通常運転開始までの操作フローを示している。
 発熱体2となる電子部品に通電されると、発熱体2の熱が受熱部3を介して冷媒に伝わる。これによって、冷媒の循環が開始され、冷媒の循環が安定した後に、冷却装置1は通常運転となる。
 以上のような冷却装置1の操作を行うことで、電子機器50のメンテナンスの煩雑さを低減できるのである。
 なお、メンテナンスで冷却装置1から受熱部3を取り外した際に、放熱経路着脱封止部13cおよび帰還経路着脱封止部14cのシール部材13g、14gを新品に交換しても良い。これにより、放熱経路着脱部13および帰還経路着脱部14を繰返し着脱したとしても減圧状態の維持が容易になり、電子機器50のメンテナンスの煩雑さを低減できる。
 なお、図7Aに示すように、放熱経路着脱封止部13cの円筒外径W1と帰還経路着脱封止部14cの円筒外径W2とが互いに異なっていてもよい。これにより受熱部3の装着の際に、放熱経路着脱封止部13cを帰還経路着脱固定部14aに誤って嵌合してしまうことを防ぎ、電子機器50のメンテナンスの煩雑さを低減できる。この場合、放熱経路着脱封止部13cの円筒高さH1と帰還経路着脱封止部14cの円筒高さH2とは、同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。
 なお、図7Bに示すように、放熱経路着脱封止部13cの円筒高さH1と帰還経路着脱封止部14cの円筒高さH2とが互いに異なっていてもよい。これにより受熱部3の装着の際に、放熱経路着脱封止部13cを帰還経路着脱固定部14aに誤って嵌合してしまうことを防ぎ、電子機器50のメンテナンスの煩雑さを低減できる。この場合、放熱経路着脱封止部13cの円筒外径W1と帰還経路着脱封止部14cの円筒外径W2とは、同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。
 なお、放熱経路着脱部13および帰還経路着脱部14の材質は、内部に封入する冷媒により腐食されない金属が好ましい。
 なお、放熱経路開閉弁15および帰還経路開閉弁16として、開閉可能で閉止性能に優れた、例えばミニチュアバルブ、グローブバルブ、ニードルバルブ、ベローズバルブ、ストップバルブなどを用いることができるが、これらに限らない。
 なお、放熱経路開閉弁15および帰還経路開閉弁16の材質は、内部に封入する冷媒により腐食されない金属が好ましい。
 (実施の形態2)
 以下、本発明の実施の形態2について、図面を参照しながら説明する。
 図8は、本発明の実施の形態2の冷却装置1を搭載した電子機器50の概略図である。
 実施の形態1と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
 図8に示すように、本実施の形態においては、開放経路は放熱部側帰還経路11に設ける構成とする。
 実施の形態1との違いは、開放経路が放熱部側放熱経路9ではなく放熱部側帰還経路11に設けられた点である。
 本実施の形態では、放熱部側帰還経路11は放熱部側放熱経路9に比べて、放熱部4の下部と接続されているため、内部圧力調整弁17を手動で操作する場合の作業性が向上する。
 他の作用効果は実施の形態1と同じであり、説明は省略する。
 (実施の形態3)
 以下、本発明の実施の形態3について、図面を参照しながら説明する。実施の形態1、2と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
 実施の形態1、2において、循環経路内に封入される冷媒の量、すなわち液面高さは、帰還経路開閉弁16および放熱経路開閉弁15よりも上方になる場合がある。
 そのため、図9に示すように、放熱経路開閉弁15より受熱部3側の受熱部側放熱経路10に冷媒を貯める冷媒タンク20を設けている。これにより封入した冷媒の液面高さを帰還経路開閉弁16および放熱経路開閉弁15よりも下方に位置させやすい。
 次に、図10Aおよび図10Bを用いて、冷媒タンク20の構成を説明する。
 図10Aおよび図10Bに示すように、冷媒タンク20は、タンク本体21、入口管22および出口管23で構成されている。タンク本体21内は、上部がドーム状の上部空間21aとなっており、下部が円柱状の下部空間21bとなっている。入口管22の上部先端22aは下部空間21b内に突出している。また、出口管23は上部空間21aの天面に接続されている。
 上記構成において、発熱体2の発熱により受熱部3内の液相冷媒が加熱されると、液相冷媒は気化して、気相冷媒となる。気相冷媒は受熱部3から受熱部側放熱経路10へ移動し、受熱部側放熱経路10に貯まっていた液相冷媒の一部とともに混相流冷媒となり、高速で上昇していく。この上昇してきた混相流冷媒が入口管22から冷媒タンク20内へ流入し、冷媒タンク20内に溜まっていた液相冷媒とともに出口管23から流出する。
 すなわち、発熱体2の発熱により加熱されて高温高圧となった気相冷媒が受熱部側放熱経路10に貯まっていた液相冷媒の一部とともに混相流冷媒となり、高速で冷媒タンク20に流入する。
 一方、冷媒タンク20の内部は液相冷媒に充満されている。つまり、冷媒タンク20の内部圧力が冷媒タンク20に流入する混相流冷媒の蒸気圧力より低い。この圧力差の作用によって混相流冷媒が高速で冷媒タンク20に流入した瞬間、混相流冷媒は一気に冷媒タンク20の内部に拡散し、周囲の液相冷媒と混合し、最後に冷媒タンク20内の液相冷媒とともに混相流冷媒となり、出口管23から流出する。
 しかしながら、高速で冷媒タンク20に流入する混相流冷媒が周囲の液相冷媒と混合するとき、混合による流れの乱れや壁面との衝突による圧力損失が生じてしまい、冷却性能が低下する恐れがある。
 このとき、入口管22の上部先端22aを下部空間21b内に突出させることによって、入口管22の上部先端22aから出口管23までの距離を短くする。それによって、高速で冷媒タンク20に流入する混相流冷媒を出口管23へ流れやすくする。
 よって、混合による流れの乱れや壁面との衝突による圧力損失を抑制し、冷却性能の高い冷却装置1を提供することができる。下部空間21b内に突出する入口管22の上部先端22aは、できるだけ冷媒タンク20の中央近傍まで延設した方が望ましい。
 また、タンク本体21の上部空間21aはドーム状であり、出口管23が上部空間21aの天面に接続されている。そのため、高速で冷媒タンク20に流入する混相流冷媒が周囲の液相冷媒と混合するとき、壁面との衝突による圧力損失がドーム状の壁面により緩和する。さらに、混相流冷媒がドーム状の壁面に沿って出口管23へ流れることができるため、混相流冷媒が出口管23へ流れやすくなる。結果として、混合による流れの乱れや壁面との衝突による圧力損失を抑制し、冷却性能の高い冷却装置1を提供することができる。
 また、タンク本体21に接続する入口管22および出口管23の接続方向については、図10Aおよび図10Bに示すように入口管22および出口管23が同一延長線上になるように配置してもよいが、タンク本体21の下部から流入して側面から流出する構成やタンク本体21の側面から流入して上部から流出する構成などにしてもよい。
 また、タンク本体21の外形の大きさについては、受熱部側放熱経路10における放熱経路開閉弁15より受熱部3側の部分の長さに応じて、冷媒貯留量から決めればよい。しかし、設置条件からは、水平方向の断面積をあまり大きくはできないため、上下方向の長さをできるだけ長くする方が好ましい。
 なお、タンク本体21の内部空間の形状は、図11A~図11Cに示すように、円柱状、球状または四角柱状が使用できる。しかし、冷媒貯留量と冷媒の通過圧損とを考慮すると、図10Aおよび図10Bに示す形状が好ましい。
 また、本実施形態では、タンク本体21の外形を四角筒状で説明したが、円筒状の大口径の配管を用いてもよい。その際は、タンク本体21の外形に対し内部空間を広くできるため、冷媒貯留量も確保できる。
 また、本実施形態では、放熱経路開閉弁15より受熱部3側の受熱部側放熱経路10に冷媒タンク20を設けたが、10年以上の長期間の使用に耐え得るよう、冷媒を多めに封入する場合には、帰還経路開閉弁16より受熱部3側の受熱部側帰還経路12に冷媒タンク20を設けてもよい。
 なお、冷媒タンク20を受熱部側帰還経路12に設ける場合には、受熱部3に対する水頭圧が低くなるため、冷媒の循環が不安定になる可能性がある。そのため、水頭圧高さに余裕のない場合には受熱部側放熱経路10に冷媒タンク20を設けるのが好ましい。
 このように、冷却対象の電子部品が故障した場合など電子機器50のメンテナンスを要する場合、電子部品を設置した受熱部3、受熱部側放熱経路10および受熱部側帰還経路12を冷却装置1から取り外す。その後に、電子部品を設置しなおした受熱部3、受熱部側放熱経路10および受熱部側帰還経路12を冷却装置1に取り付けることができる。結果として、電子機器50のメンテナンスの煩雑さを低減できる。
 以上のように本発明の一態様に係る冷却装置は、電子機器のメンテナンスの煩雑さを低減することができるので、CPU、LSI、IGBT等の電子部品を冷却する冷却装置として有用である。
 1  冷却装置
 2  発熱体
 3  受熱部
 4  放熱部
 5  放熱経路
 6  帰還経路
 7  冷却具
 8  逆流防止部
 9  放熱部側放熱経路
 10  受熱部側放熱経路
 11  放熱部側帰還経路
 12  受熱部側帰還経路
 13  放熱経路着脱部
 13a  放熱経路着脱固定部
 13b  放熱経路着脱締結部
 13c  放熱経路着脱封止部
 13d  締結ネジ
 13e  ネジ穴
 13f  貫通孔
 13g  シール部材
 14  帰還経路着脱部
 14a  帰還経路着脱固定部
 14b  帰還経路着脱締結部
 14c  帰還経路着脱封止部
 14d  締結ネジ
 14e  ネジ穴
 14f  貫通孔
 14g  シール部材
 15  放熱経路開閉弁
 15a  放熱経路開閉弁体
 15b  放熱経路開閉弁閉止部
 15c  放熱経路開閉弁座
 15d  シール部材
 15e  端部
 15f  円柱側壁部
 15g  凸部
 15h  シール部材
 15i  締結ネジ
 16  帰還経路開閉弁
 16a  帰還経路開閉弁体
 16b  帰還経路開閉弁閉止部
 16c  帰還経路開閉弁座
 16d  シール部材
 16e  端部
 16f  円柱側壁部
 16g  凸部
 16h  シール部材
 16i  締結ネジ
 17  内部圧力調整弁
 18  開放口
 19  開口面
 20  冷媒タンク
 21  タンク本体
 21a  上部空間
 21b  下部空間
 22  入口管
 22a  上部先端
 23  出口管
 50  電子機器
 51  ケース
 W1  円筒外径
 W2  円筒外径
 H1  円筒高さ
 H2  円筒高さ

Claims (9)

  1. 発熱体を設置する受熱部、放熱経路、放熱部および帰還経路を順に連結して形成した冷媒の循環経路を備え、
    前記冷媒の相変化によって前記発熱体を冷却する冷却装置であって、
    前記放熱経路は、放熱部側放熱経路と、受熱部側放熱経路と、前記放熱部側放熱経路と前記受熱部側放熱経路との間に設けた放熱経路着脱部と、前記受熱部側放熱経路に設けた放熱経路開閉弁と、を備え、
    前記帰還経路は、放熱部側帰還経路と、受熱部側帰還経路と、前記放熱部側帰還経路と前記受熱部側帰還経路との間に設けた帰還経路着脱部と、前記受熱部側帰還経路に設けた帰還経路開閉弁と、を備えた冷却装置。
  2. 一端が前記放熱部側放熱経路または前記放熱部側帰還経路に接続され、他端に開口面が水平方向より上向きである開放口が形成された開放経路を備え、
    前記開放経路に前記循環経路の内部圧力を調整するための内部圧力調整弁を備えた請求項1に記載の冷却装置。
  3. 前記帰還経路に前記冷媒の逆流を防止する逆流防止部を備えた請求項1に記載の冷却装置。
  4. 前記放熱経路着脱部は、放熱経路着脱固定部と、前記放熱経路着脱固定部に締結する放熱経路着脱締結部と、前記放熱経路着脱締結部に前記放熱経路着脱固定部を締結した状態で前記放熱経路着脱固定部と嵌合する放熱経路着脱封止部と、を備え、
    前記帰還経路着脱部は、帰還経路着脱固定部と、前記帰還経路着脱固定部に締結する帰還経路着脱締結部と、前記帰還経路着脱締結部に前記帰還経路着脱固定部を締結した状態で前記帰還経路着脱固定部に嵌合する帰還経路着脱封止部と、を備えた請求項1に記載の冷却装置。
  5. 前記放熱経路着脱封止部および前記帰還経路着脱封止部は、いずれも円筒形状であり、
    前記放熱経路着脱封止部の円筒外径と前記帰還経路着脱封止部の円筒外径とが、互いに異なる請求項4に記載の冷却装置。
  6. 前記放熱経路着脱封止部および前記帰還経路着脱封止部は、いずれも円筒形状であり、
    前記帰還経路着脱封止部の円筒高さと前記放熱経路着脱封止部の円筒高さとが、互いに異なる請求項4に記載の冷却装置。
  7. 前記放熱経路開閉弁は、前記放熱経路を開閉する放熱経路開閉弁体と、前記放熱経路開閉弁体を遮蔽する放熱経路開閉弁閉止部と、を備え、
    前記帰還経路開閉弁は、前記帰還経路を開閉する帰還経路開閉弁体と、前記帰還経路開閉弁体を遮蔽する帰還経路開閉弁閉止部と、を備えた請求項1に記載の冷却装置。
  8. 前記受熱部側放熱経路および前記受熱部側帰還経路の少なくとも一方に、前記冷媒を貯める冷媒タンクを備えた請求項1に記載の冷却装置。
  9. 請求項1に記載の冷却装置を搭載した電子機器。
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