WO2022131064A1 - 冷却装置 - Google Patents

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WO2022131064A1
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outlet
cooling device
heat
downstream
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英幸 長尾
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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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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
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    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body

Definitions

  • This disclosure relates to a cooling device.
  • Patent Document 1 discloses a cooling device that cools a heating element with cooling water.
  • the cooling water goes straight along a linear flow path.
  • a plurality of heat radiation fins thermally connected to a plurality of heating elements are arranged in parallel in the flow path.
  • Each of the radiating fins extends in the flow direction of the cooling water, and is arranged in parallel at intervals in which the cooling water flows in the direction orthogonal to the flow direction. Further, the cross-sectional area of the flow path in which the cooling water travels straight decreases toward the downstream side. As a result, a plurality of heating elements arranged in the flow direction of the cooling water are efficiently cooled.
  • a heat absorbing member including a first surface to which a cooling target is attached and a second surface opposite to the first surface.
  • a plurality of heat radiating fins provided on the second surface of the heat absorbing member, arranged in the first direction, and extending in the second direction orthogonal to the first direction, and the plurality of heat radiating fins are provided.
  • a cooling device having a housing attached to a second surface of the heat absorbing member so as to cover the heat absorbing member is provided. The housing communicates with the inlet where the coolant flows in, the outlet where the coolant flows out, the upstream flow path which communicates with the inlet and faces the tops of the plurality of heat radiation fins, and the outlet.
  • the outlet is provided at one end of the housing in the first direction. Then, the cross-sectional area of the downstream flow path in the first direction is increased as the distance from the outlet is increased.
  • FIG. 1 Perspective view of the cooling device according to the embodiment of the present disclosure.
  • An exploded perspective view of the cooling device Downward perspective view of the housing in the cooling device Bottom view of the housing in the cooling device Sectional drawing of the cooling device along the line AA of FIG. Sectional drawing of the cooling apparatus along line BB of FIG.
  • Perspective view of the cooling device showing the inside of the downstream flow path
  • a diagram schematically showing the shape of the downstream flow path The figure which shows roughly the shape of the downstream flow path in the cooling apparatus which concerns on another embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view of the cooling device according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the cooling device.
  • FIG. 3 is a downward perspective view of the housing in the cooling device.
  • FIG. 4 is a bottom view of the housing in the cooling device.
  • the X-axis direction indicates the depth direction (first direction)
  • the Y-axis direction indicates the width direction (second direction)
  • the Z-axis direction indicates the height direction.
  • the cooling device 10 is a device that cools the cooling target with a cooling liquid such as water, and has a heat absorbing member 12 that absorbs heat from the cooling target.
  • the housing 14 is attached to the heat absorbing member 12 and allows cooling water to flow inside.
  • the heat absorbing member 12 is a plate-shaped member made of a metal material such as aluminum having high thermal conductivity, and is opposite to the first surface 12a to which the cooling target is attached and the first surface 12a.
  • the second surface 12b of the above is provided.
  • the heating element is attached to the first surface 12a of the heat absorbing member 12 via the plate-shaped heat spreader 16 made of a metal material having high thermal conductivity. Alternatively, the heating element may be attached directly to the heat absorbing member 12.
  • a plurality of heat radiation fins 12c are provided in the center of the second surface 12b of the heat absorbing member 12.
  • the plurality of heat radiation fins 12c are, for example, micro fins integrally formed with the heat absorbing member 12.
  • Each of the plurality of heat radiating fins 12c protrudes from the heat absorbing member 12 toward the housing 14 in the height direction (Z-axis direction), and has a thin plate shape in which the size in the width direction (Y-axis direction) is larger than the size in the height direction. Is.
  • each of the plurality of heat radiating fins 12c includes a heat transfer surface 12d extending in the width direction and the height direction (parallel to the YY plane) for heat exchange with the coolant.
  • the plurality of heat radiation fins 12c have a predetermined thickness t (size in the depth direction (X-axis direction)), and are arranged in the depth direction with a predetermined interval d.
  • the thickness t and the interval d may be constant values or different values within a predetermined range.
  • the housing 14 is attached to the second surface 12b of the heat absorbing member 12 so as to cover the plurality of heat radiating fins 12c.
  • the housing 14 is made of, for example, a resin material.
  • the housing 14 includes a bottom surface 14a attached to the heat absorbing member 12.
  • the bottom surface 14a is annular and is attached to a portion of the second surface 12b of the heat absorbing member 12 excluding the central portion provided with the plurality of heat radiation fins 12c.
  • the plurality of heat radiation fins 12c are covered by the housing 14.
  • the heat absorbing member 12 and the housing 14 are fixed to each other by, for example, screws (not shown).
  • the housing 14 is located upstream of the inlet 14b where the coolant flows in, the outlet 14c where the coolant flows out, and the plurality of heat radiation fins 12c in the flow direction of the coolant.
  • the upstream side flow path 14d and the downstream side flow path 14e located on the downstream side with respect to the plurality of heat radiation fins 12c are provided.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the cooling device along the line AA of FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the cooling device along the line BB of FIG. Further, it is a cross-sectional view of the cooling device along the line CC of FIG. 7.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the cooling device along the line DD of FIG.
  • the inlet 14b and the outlet 14c of the coolant are provided side by side at one end of the housing 14 in the depth direction (X-axis direction). There is. Further, the inflow port 14b and the outflow port 14c are arranged in the width direction (Y-axis direction) and face the depth direction.
  • the low-temperature coolant flows into the inflow port 14b, and the high-temperature coolant flows out from the outflow port 14c.
  • the cooling liquid used in the cooling device 10 may be cooled by a fan or the like after exiting from the outflow port 14c, and may be returned to the inflow port 14b again by a pump or the like.
  • the upstream flow path 14d of the housing 14 communicates with the inflow port 14b into which the refrigerant flows. Further, the upstream side flow path 14d is provided on the housing 14 so as to face the top portions 12e of the plurality of heat radiation fins 12c.
  • the upstream side flow path 14d is open on the facing surface 14f of the housing 14 facing the tops 12e of the plurality of heat radiation fins 12c.
  • the facing surface 14f is surrounded by an annular bottom surface 14a in the height direction (Z-axis direction). Further, the facing surface 14f is separated from the second surface 12b of the heat absorbing member 12 as compared with the bottom surface 14a.
  • a plate-shaped sealing member 18 made of an elastic material such as silicon rubber is sandwiched between the facing surface 14f and the top portions 12e of the plurality of heat radiating fins 12c.
  • the seal member 18 includes a through hole 18a for exposing the central portion in the width direction (Y-axis direction) of the top portions 12e of the plurality of heat radiation fins 12c to the upstream flow path 14d.
  • the through hole 18a of the seal member 18 is an elongated hole long in the parallel direction (X-axis direction) of the plurality of heat radiation fins 12c.
  • the upstream flow path 14d faces the central portion of the top 12e of the plurality of heat radiation fins 12c via the top 12e, particularly the through hole 18a of the seal member 18.
  • each of the four corners of the facing surface 14f is provided with a protrusion 14g for positioning the seal member 18.
  • the downstream flow path 14e of the housing 14 communicates with the outlet 14c through which the refrigerant flows out. Further, the downstream flow path 14e extends in the depth direction (X-axis direction) and is provided on the housing 14 so as to face the end portion 12f of each of the plurality of heat radiation fins 12c in the width direction (Y-axis direction). ..
  • downstream flow paths 14e there are two downstream flow paths 14e. Specifically, one downstream flow path (first downstream flow path) 14e facing one end 12f in the width direction (Y-axis direction) of each of the plurality of heat radiation fins 12c, and the plurality of heat radiation fins 12c.
  • the housing 14 is provided with the other downstream flow path (second downstream flow path) 14e facing the other end portion 12f in each width direction. That is, the two downstream flow paths 14e extend in the depth direction (X-axis direction) in parallel with each other so as to sandwich the plurality of heat radiation fins 12c in the width direction.
  • the housing 14 includes a connection flow path 14h that connects the two downstream flow paths 14e.
  • connection flow path 14h connects the two downstream flow paths 14e.
  • a connecting flow that connects the distal ends of the two downstream flow paths 14e far from the outlet 14c and the proximal ends of the two downstream flow paths 14e near the outlet 14c.
  • road 14h There is a road 14h. That is, in the case of the present embodiment, as shown in FIG. 8, the two downstream flow paths 14e and the two connection flow paths 14h form an annular flow path communicating with the outlet 14c.
  • the second surface 12b of the heat absorbing member 12 is partially connected to the two downstream flow paths 14e and the two connection flow paths 14h. Is exposed to. That is, the two downstream flow paths 14e and the two connection flow paths 14h are concave, and the second surface 12b of the heat absorbing member 12 covers them.
  • the cooling liquid in the two downstream flow paths 14e and the two connection flow paths 14h does not leak from between the heat absorbing member 12 and the housing 14.
  • the cooling device 10 has an annular seal member 20.
  • the annular seal member 20 is formed on the bottom surface 14a so as to surround the annular flow path composed of the two downstream flow paths 14e and the two connection flow paths 14h. It is stored in the groove 14i.
  • the cooling device 10 operates as follows.
  • a plurality of heating elements W1 and W2 are attached to the first surface 12a of the heat absorbing member 12 via the heat spreader 16 in a state where the plurality of heating elements W1 and W2 are arranged side by side in the depth direction (X-axis direction).
  • the heating elements W1 and W2 are, for example, laser elements that emit laser light.
  • the cooling liquid flows into the cooling device 10 through the inflow port 14b.
  • the flow of the coolant is indicated by a chain double-dashed line.
  • the coolant flowing in from the inflow port 14b reaches above the plurality of heat radiation fins 12c via the upstream flow path 14d, and flows into the gap between the plurality of heat radiation fins 12c from there.
  • the cooling liquid from the upstream side flow path 14d flows into the center of the width direction (Y-axis direction) in the gap between the plurality of heat radiation fins 12c. Then, the coolant is divided into one side and the other side in the width direction, and flows toward one downstream side flow path 14e and the other downstream side flow path 14e. At this time, the coolant absorbs heat from the heat absorbing member 12 via the heat transfer surfaces 12d of the plurality of heat radiating fins 12c.
  • the cooling liquid flows into the center of the gap between the plurality of heat radiation fins 12c in the width direction (Y-axis direction) and is divided into one side and the other side in the width direction to cool the cooling device 10.
  • Efficiency is not biased in the width direction. That is, the heat absorbing member 12 of the cooling device 10 can uniformly absorb heat from the heating elements W1 and W2 in the width direction without bias.
  • the heat absorbing member 12 when the coolant flows through the gap between the heat radiating fins 12c from one end 12f of the plurality of heat radiating fins 12c toward the other end 12f, the heat absorbing member 12 is a portion on one side in the width direction. Can absorb a large amount of heat from the heating elements W1 and W2, but the other side can absorb only a small amount of heat. This is because the temperature rises as the coolant flows from one end 12f of the plurality of radiating fins 12c toward the other end 12f, which causes a temperature gradient of the coolant in the width direction. As a result, the heat absorbing member 12 also has a temperature gradient in the width direction, and the cooling efficiency of the cooling device 10 is biased in the width direction. Such a bias increases as the size of the heat radiation fin 12c in the width direction increases.
  • the downstream side flow path 14e is formed in the housing 14 so that the flow path cross-sectional area (cross-section area orthogonal to the depth direction (X-axis direction)) of the downstream side flow path 14e becomes larger as the distance from the outlet 14c increases. By doing so, it is possible to reduce the pressure loss at a location away from the outlet 14c. If the pressure loss at a location away from the outlet 14c can be reduced, the difference in the flow rate of the coolant flowing between the radiating fins 12c can be reduced.
  • the cooling liquid flowing between the heat radiation fins 12c between the upstream side and the downstream side of the upstream side flow path 14d differs in flow rate can occur. Specifically, the flow rate of the coolant flowing between the heat radiation fins 12c on the downstream side of the upstream flow path 14d may be insufficient as compared with the coolant flowing between the heat radiation fins 12c on the upstream side of the upstream flow path 14d. ..
  • the cooling performance on the downstream side will be poor. As it falls, a temperature gradient of the coolant may occur. As an example of the cause of the difference in the flow rate of the coolant, the pressure loss on the downstream side in the upstream side flow path 14d is higher than the pressure loss on the upstream side (inflow port 14b side) in the upstream side flow path 14d. , The case where the coolant does not reach the downstream side sufficiently.
  • the downstream flow path 14e is formed in the housing 14 so that the flow path cross-section (cross-section orthogonal to the depth direction (X-axis direction)) of the downstream flow path 14e increases as the distance from the outlet 14c increases. Has been done. By doing so, the pressure loss on the downstream side in the upstream side flow path 14d is reduced, so that the flow rate of the cooling liquid flowing between the heat radiation fins 12c on the downstream side of the upstream side flow path 14d can be made appropriate.
  • FIG. 9 is a perspective view of a cooling device showing the inside of the downstream flow path. Further, FIG. 10 is a diagram schematically showing the shape of the downstream flow path.
  • the flow path cross section Sd near the downstream side, that is, the outlet 14c is smaller than the flow path cross section Su far from the upstream side, that is, the outlet 14c.
  • the width (size in the Y-axis direction) is a constant size, and the height (size in the Z-axis direction) becomes larger as the distance from the outlet 14c increases. That is, the height Hu on the upstream side is larger than the height Hd on the downstream side.
  • the pressure loss on the upstream side (that is, the downstream side of the upstream side flow path 14d) is alleviated in the downstream side flow path 14e.
  • the pressure loss on the upstream side is alleviated in the downstream side flow path 14e, the possibility that a difference in the flow rate of the coolant occurs between the upstream side and the downstream side of the upstream side flow path 14d is reduced. As a result, sufficient coolant is supplied to the downstream side of the upstream side flow path 14d.
  • the cooling performance of the downstream side of the upstream side flow path 14d is improved as a result (the flow path cross section of the downstream side flow path 14e has a constant size). Compared to the case of). As a result, the generation of a large temperature gradient in the depth direction is suppressed even in the heat absorbing member 12, and the cooling device 10 can have uniform cooling efficiency in the depth direction.
  • the heating elements W1 and W2 arranged in the depth direction can be cooled with sufficient cooling capacity.
  • the height of the downstream flow path 14e is significantly larger than the height of the plurality of heat radiation fins 12c. Further, the plurality of heat radiation fins 12c do not enter the downstream flow path 14e. Therefore, the coolant flowing out from the gap between the plurality of heat radiation fins 12c may not sufficiently reach the upper portion of the downstream flow path 14e, and the high-temperature coolant may stay in the upper portion. As a countermeasure, in the case of the present embodiment, the top portions 12e of the plurality of heat radiation fins 12c are partially exposed to the downstream flow path 14e.
  • the portion of the top portion 12e near the end portion 12f in the width direction (Y-axis direction) is exposed to the downstream flow path 14e through the space between the plurality of projecting portions 14g.
  • the pressure of the coolant flowing through the gaps between the plurality of heat radiation fins 12c is relaxed before reaching the end portion 12f, and a part of the coolant flows toward the upper portion of the downstream flow path 14e.
  • the temperature of the coolant is substantially uniform in the height direction of the downstream flow path 14e.
  • the inflow port 14b is aligned with the outflow port 14c at one end of the housing 14 in the depth direction (X-axis direction). It is provided and faces the depth direction.
  • the layout of the inlet 14b (position and orientation on the housing 14) can be freely changed. In other words, even if the layout of the inflow port 14b is changed, the coolant flowing in from the inflow port 14b flows into the gap between the heat radiation fins 12c from the top 12e side of the plurality of heat radiation fins 12c via the upstream side flow path 14d. Therefore, the cooling efficiency does not change substantially.
  • the inflow port 14b may be oriented in the width direction (Y-axis direction) or the height direction (Z-axis direction). Further, the inflow port 14b can be provided at one end of the housing 14 in the width direction. That is, in order to maintain the cooling efficiency, the downstream water channel 14e extending in the parallel direction (X-axis direction) of the plurality of heat radiation fins 12c and into which the cooling liquid from the end portions 12f of the plurality of heat radiation fins 12c flows into is provided. , It suffices to have a flow path cross-sectional area that increases as the distance from the outlet 14c increases. As a result, the layout of the inlet 14b and the outlet 14c of the coolant can be changed according to the application of the cooling device 10 while maintaining high cooling efficiency.
  • the height (size in the Z-axis direction) of the downstream flow path 14e increases as the distance from the outlet 14c increases.
  • the cross-sectional area of the downstream flow path 14e is increased as the distance from the outlet 14c increases.
  • the embodiments of the present disclosure are not limited to this.
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing the shape of the downstream flow path in the cooling device according to another embodiment.
  • the height (size in the Z-axis direction) of the downstream flow path 114e of the housing is a constant size.
  • the width (size in the Y-axis direction) of the downstream flow path 114e becomes larger as the distance from the outlet 14c increases. That is, the width Wu on the upstream side is larger than the width Wd on the downstream side.
  • the flow path cross section Sd near the downstream side, that is, the outflow port 114c is smaller than the flow path cross section Su far from the upstream side, that is, the outflow port 114c.
  • both the width and height of the downstream flow path may be increased as the distance from the outlet increases.
  • the cross-sectional area of the downstream flow path increases as the distance from the outlet increases.
  • the cross-sectional area of the flow path may be increased linearly or stepwise as the distance from the outlet is increased.
  • the flow path cross-sectional area of the downstream side flow path even if the flow path cross-sectional area has a constant size, if the size is sufficient, the extending direction (depth direction (X)) in the downstream side flow path. It is possible to suppress the temperature gradient of the coolant in the axial direction)) to a small extent. However, in this case, the portion of the downstream flow path near the outlet becomes unnecessarily large, and as a result, the cooling device becomes large.
  • the cooling liquid from the upstream side flow path 14d flows into the central portion in the width direction (Y-axis direction) in the gap between the plurality of heat radiation fins 12c. do.
  • the embodiments of the present disclosure are not limited to this.
  • the cooling liquid may flow into the end portion in the width direction in the gap between the heat radiating fins.
  • FIG. 12 is a diagram schematically showing the shapes of the upstream side flow path and the downstream side flow path in the cooling device according to still another embodiment.
  • the upstream side flow path 214d of the housing faces one side of the width direction (Y-axis direction) of the top portion 12e of the heat radiation fin 12c.
  • the downstream side flow path 214e is one and faces the other end portion 12f in the width direction of the heat radiation fin 12c.
  • the coolant flows through the gap between the plurality of heat radiation fins 12c from one end 12f of the heat radiation fins 12c toward the other end 12f.
  • Such a flow of coolant is possible as long as it does not substantially affect the cooling efficiency of the cooling device in the width direction.
  • one embodiment according to the present disclosure includes a heat absorbing member including a first surface to which a cooling target is attached and a second surface opposite to the first surface.
  • a plurality of heat radiating fins provided on the second surface of the heat absorbing member, arranged in the first direction, and extending in the second direction orthogonal to the first direction, and covering the plurality of heat radiating fins.
  • the housing has a housing attached to the second surface of the heat absorbing member, and the housing communicates with the inlet where the cooling liquid flows in, the outlet where the cooling liquid flows out, and the inlet.
  • the downstream flow path is provided, the outlet is provided at one end of the housing in the first direction, and the flow path cross-sectional area of the downstream flow path in the first direction is the said. It is a cooling device that is larger as it gets farther from the outlet.
  • the present disclosure is applicable to a cooling device that cools a heating element using a coolant.

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Abstract

冷却装置は、第１の表面と第２の表面とを備える熱吸収部材と、熱吸収部材の第２の表面に設けられ、第１の方向に並ぶ複数の放熱フィンと、複数の放熱フィンを覆うように熱吸収部材の第２の表面に取り付けられた筺体とを有する。筺体は、冷却液が流入する流入口、冷却液が流出する流出口、流入口に連通し、複数の放熱フィンの頂部を臨む上流側流路、および、流出口に連通し、第１の方向に延在し、且つ、複数の放熱フィンの第２の方向の端部を臨む下流側流路を備える。流出口は、筺体の第１の方向の一方側の端部に設けられている。下流側流路の第１の方向における流路断面積が、流出口から遠ざかるほど大きい。

Description

冷却装置
　本開示は、冷却装置に関する。
　例えば特許文献１には、発熱体を冷却水によって冷却する冷却装置が開示されている。冷却水は、直線状の流路に沿って直進する。その流路には、複数の発熱体に熱的に接続された複数の放熱フィンが並列されている。放熱フィンそれぞれは冷却水の流れ方向に延在し、その流れ方向と直交する方向に冷却水が流れる間隔をあけて並列している。また、冷却水が直進する流路の流路断面積は、下流側に向かうにしたがって減少している。これにより、冷却水の流れ方向に並んでいる複数の発熱体を効率的に冷却している。
特開２０１３－１９７１５９号公報
　しかしながら、上述の特許文献１の冷却装置の場合、冷却水が直進するために、冷却水の流入口に対して流出口が反対側に位置する。すなわち、冷却装置において、流入口と流出口を設ける位置が制限されている。それにより、流入口と流出口それぞれに接続される配管の設置スペースも制限され、その結果として冷却装置の設置個所が制限される場合がある。
　そこで、本開示は、冷却効率を維持しつつ、冷却液の流入口と流出口のレイアウト変更が可能な構成を備える冷却装置を実現することを課題とする。
　上記課題を解決するために、本開示の一態様によれば、冷却対象が取り付けられる第１の表面と前記第１の表面に対して反対側の第２の表面とを備える熱吸収部材と、前記熱吸収部材の前記第２の表面に設けられ、第１の方向に並び、前記第１の方向と直交する第２の方向にそれぞれ延在する複数の放熱フィンと、前記複数の放熱フィンを覆うように前記熱吸収部材の第２の表面に取り付けられた筺体と、を有する冷却装置が提供される。前記筺体は、冷却液が流入する流入口、冷却液が流出する流出口、前記流入口に連通し、前記複数の放熱フィンの頂部を臨む上流側流路、および、前記流出口に連通し、前記第１の方向に延在し、且つ、前記複数の放熱フィンの前記第２の方向の端部を臨む下流側流路を備えている。また、前記流出口は、前記筺体の前記第１の方向の一方側の端部に設けられている。そして、前記下流側流路の前記第１の方向における流路断面積が、前記流出口から遠ざかるほど大きくされている。
　本開示によれば、冷却効率を維持しつつ、冷却液の流入口と流出口のレイアウト変更が可能な構成を備える冷却装置を実現することができる。
本開示の一実施の形態に係る冷却装置の斜視図 冷却装置の分解斜視図 冷却装置における筺体の下方視斜視図 冷却装置における筺体の下面図 図４のＡ－Ａ線に沿った冷却装置の断面図 図４のＢ－Ｂ線に沿った冷却装置の断面図 図４のＣ－Ｃ線に沿った冷却装置の断面図 図５のＤ－Ｄ線に沿った冷却装置の断面図 下流側流路の内部を示す冷却装置の斜視図 下流側流路の形状を概略的に示す図 別の実施の形態に係る冷却装置における下流側流路の形状を概略的に示す図 さらに別の実施の形態に係る冷却装置における上流側流路と下流側流路の形状を概略的に示す図
　以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
　なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面及び以下の説明を提供するものであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
　図１は、本開示の一実施の形態１に係る冷却装置の斜視図である。また、図２は、冷却装置の分解斜視図である。さらに、図３は、冷却装置における筺体の下方視斜視図である。そして、図４は、冷却装置における筺体の下面図である。
　なお、図に示すＸ－Ｙ－Ｚ直交座標系は、本開示の実施の形態に理解を容易にするためのものであって、実施の形態を限定するものではない。Ｘ軸方向は奥行方向（第１の方向）を示し、Ｙ軸方向は幅方向（第２の方向）を示し、Ｚ軸方向は高さ方向を示している。
　また、本明細書では、「上」、「下」、「底」などの方向を限定する用語が使用されているが、これは実施の形態の理解を容易にするためのものであって、冷却装置の姿勢を制限するものではない。
　図１および図２に示すように、本実施の形態の場合、冷却装置１０は、水などの冷却液によって冷却対象を冷却する装置であって、冷却対象から熱を吸収する熱吸収部材１２と、熱吸収部材１２に取り付けられて冷却水が内部を流れる筺体１４とを有する。
　熱吸収部材１２は、熱伝導率が高いアルミニウムなどの金属材料から作製されたプレート状の部材であって、冷却対象が取り付けられる第１の表面１２ａと、第１の表面１２ａに対して反対側の第２の表面１２ｂとを備える。なお、本実施の形態の場合、熱伝導率が高い金属材料から作製された板状のヒートスプレッダ１６を介して、発熱体が熱吸収部材１２の第１の表面１２ａに取り付けられる。これに代わって、発熱体が熱吸収部材１２に直接的に取り付けられてもよい。
　また、熱吸収部材１２の第２の表面１２ｂの中央には、複数の放熱フィン１２ｃが設けられている。複数の放熱フィン１２ｃは、例えば、熱吸収部材１２に一体的に形成されたマイクロフィンである。複数の放熱フィン１２ｃそれぞれは、熱吸収部材１２から筺体１４に向かって高さ方向（Ｚ軸方向）に突出し、幅方向（Ｙ軸方向）のサイズが高さ方向のサイズに比べて大きい薄板状である。また、複数の放熱フィン１２ｃそれぞれは、冷却液との間で熱交換を行う、幅方向と高さ方向に延在する（Ｙ－Ｚ平面に対して平行な）伝熱面１２ｄを備える。
　さらに、複数の放熱フィン１２ｃは、所定の厚さｔ（奥行方向（Ｘ軸方向）のサイズ）を備え、所定の間隔ｄをあけて奥行方向に並んでいる。なお、厚さｔおよび間隔ｄそれぞれは、一定値であってもよいし、所定の範囲内の異なる値であってもよい。
　図１および図２に示すように、筺体１４は、複数の放熱フィン１２ｃを覆うように、熱吸収部材１２の第２の表面１２ｂに取り付けられる。筺体１４は、例えば、樹脂材料から作製される。
　図３および図４に示すように、筺体１４は、熱吸収部材１２に取り付けられる底面１４ａを備える。具体的には、底面１４ａは、環状であって、複数の放熱フィン１２ｃが設けられた中央部分を除く熱吸収部材１２の第２の表面１２ｂの部分に取り付けられる。この底面１４ａを介して、筺体１４が熱吸収部材１２に取り付けられることにより、複数の放熱フィン１２ｃが筺体１４に覆われる。なお、熱吸収部材１２と筺体１４は、例えばねじ（図示せず）によって互いに固定される。
　図３および図４に示すように、筺体１４は、冷却液が流入する流入口１４ｂ、冷却液が流出する流出口１４ｃ、冷却液の流れ方向において複数の放熱フィン１２ｃに対して上流側に位置する上流側流路１４ｄと、複数の放熱フィン１２ｃに対して下流側に位置する下流側流路１４ｅとを備える。
　図５は、図４のＡ－Ａ線に沿った冷却装置の断面図である。また、図６は、図４のＢ－Ｂ線に沿った冷却装置の断面図である。さらに、図７のＣ－Ｃ線に沿った冷却装置の断面図である。そして、図８は、図５のＤ－Ｄ線に沿った冷却装置の断面図である。
　図８に示すように、本実施の形態の場合、冷却液の流入口１４ｂおよび流出口１４ｃは、筺体１４の奥行方向（Ｘ軸方向）の一方側の端部に並んだ状態で設けられている。また、流入口１４ｂと流出口１４ｃは、幅方向（Ｙ軸方向）に並び、奥行方向に向いている。流入口１４ｂに低温の冷却液が流入し、流出口１４ｃから高温の冷却液が流出する。冷却装置１０に使用される冷却液は、流出口１４ｃから出た後、ファンなどによって冷却され、ポンプなどによって再び流入口１４ｂに戻されてもよい。
　図５および図７に示すように、筺体１４の上流側流路１４ｄは、冷媒が流入する流入口１４ｂに連通している。また、上流側流路１４ｄは、複数の放熱フィン１２ｃの頂部１２ｅを臨むように筺体１４に設けられている。
　本実施の形態の場合、図３に示すように、複数の放熱フィン１２ｃの頂部１２ｅと対向する筺体１４の対向面１４ｆで、上流側流路１４ｄは開口している。図４に示すように、対向面１４ｆは、高さ方向（Ｚ軸方向）視で、環状の底面１４ａに囲まれている。また、対向面１４ｆは、底面１４ａに比べて、熱吸収部材１２の第２の表面１２ｂから離れている。その対向面１４ｆと複数の放熱フィン１２ｃの頂部１２ｅとの間に、シリコンゴムなどの弾性材料から作製されたプレート状のシール部材１８が挟まれている。そのシール部材１８は、複数の放熱フィン１２ｃの頂部１２ｅにおける幅方向（Ｙ軸方向）の中央部分を上流側流路１４ｄに露出させるための貫通穴１８ａを備える。図２に示すように、シール部材１８の貫通穴１８ａは、複数の放熱フィン１２ｃの並列方向（Ｘ軸方向）に長い長穴である。このような構成により、上流側流路１４ｄは、複数の放熱フィン１２ｃの頂部１２ｅ、特に、シール部材１８の貫通穴１８ａを介して、その頂部１２ｅの中央部分を臨んでいる。なお、図３および図４に示すように、対向面１４ｆの四つのコーナーそれぞれには、シール部材１８を位置決めする突出部１４ｇが設けられている。
　図７および図８に示すように、筺体１４の下流側流路１４ｅは、冷媒が流出する流出口１４ｃに連通している。また、下流側流路１４ｅは、奥行方向（Ｘ軸方向）に延在し、複数の放熱フィン１２ｃそれぞれの幅方向（Ｙ軸方向）の端部１２ｆを臨むように筺体１４に設けられている。
　本実施の形態の場合、図４および図８に示すように、下流側流路１４ｅは、２本存在する。具体的には、複数の放熱フィン１２ｃそれぞれの幅方向（Ｙ軸方向）の一方の端部１２ｆを臨む一方の下流側流路（第１の下流側流路）１４ｅと、複数の放熱フィン１２ｃそれぞれの幅方向の他方の端部１２ｆを臨む他方の下流側流路（第２の下流側流路）１４ｅとが筺体１４に設けられている。すなわち、２本の下流側流路１４ｅが、複数の放熱フィン１２ｃをその幅方向に挟むように、互いに平行に奥行方向（Ｘ軸方向）に延在している。
　なお、本実施の形態の場合、図４および図８に示すように、流出口１４ｃは、一方の下流側流路１４ｅに連通し、他方の下流側流路１４ｅには連通していない。そこで、筺体１４は、２本の下流側流路１４ｅを接続する接続流路１４ｈを備えている。本実施の形態の場合、接続流路１４ｈは２本存在する。流出口１４ｃから遠い２本の下流側流路１４ｅの遠位端同士を接続する接続流路１４ｈと、流出口１４ｃに近い２本の下流側流路１４ｅの近位端同士を接続する接続流路１４ｈとが存在する。すなわち、本実施の形態の場合、図８に示すように、２本の下流側流路１４ｅと２本の接続流路１４ｈとにより、流出口１４ｃに連通する環状流路が構成されている。
　また、本実施の形態の場合、図６および図７に示すように、熱吸収部材１２の第２の表面１２ｂが、２本の下流側流路１４ｅと２本の接続流路１４ｈに部分的に露出している。すなわち、２本の下流側流路１４ｅと２本の接続流路１４ｈが凹状であって、それらに熱吸収部材１２の第２の表面１２ｂが蓋をする。このような構成であるため、２本の下流側流路１４ｅと２本の接続流路１４ｈ内の冷却液が熱吸収部材１２と筺体１４との間から漏れないように、図２に示すように、環状のシール部材２０を冷却装置１０は有する。環状のシール部材２０は、図３および図４に示すように、２本の下流側流路１４ｅと２本の接続流路１４ｈとからなる環状流路を囲むように底面１４ａに形成された環状溝１４ｉに収納されている。
　このような構成によれば、冷却装置１０は以下のように動作する。
　図５および図６に示すように、まず、複数の発熱体Ｗ１、Ｗ２が、奥行方向（Ｘ軸方向）に並んだ状態で熱吸収部材１２の第１の表面１２ａにヒートスプレッダ１６を介して取り付けられている。なお、発熱体Ｗ１、Ｗ２は、例えばレーザ光を出射するレーザ素子である。
　図５および図８に示すように、冷却液が流入口１４ｂを介して冷却装置１０内に流入する。なお、冷却液の流れは、一点鎖線で示されている。
　図５に示すように、流入口１４ｂから流入した冷却液は、上流側流路１４ｄを介して複数の放熱フィン１２ｃの上方に到達し、そこから複数の放熱フィン１２ｃ間の隙間に流入する。
　図７に示すように、本実施の形態の場合、上流側流路１４ｄからの冷却液は、複数の放熱フィン１２ｃ間の隙間における幅方向（Ｙ軸方向）の中央に流入する。そして、冷却液は、幅方向の一方側と他方側とに分流し、一方の下流側流路１４ｅと他方の下流側流路１４ｅとに向かって流れる。このとき、冷却液は、複数の放熱フィン１２ｃの伝熱面１２ｄを介して、熱吸収部材１２から熱を吸収する。
　このように、冷却液が、複数の放熱フィン１２ｃ間の隙間における幅方向（Ｙ軸方向）の中央に流入し、幅方向の一方側と他方側とに分流することにより、冷却装置１０の冷却効率は、幅方向について偏りがなくなる。すなわち、冷却装置１０の熱吸収部材１２は、幅方向について、偏りなく一様に発熱体Ｗ１、Ｗ２から熱を吸収することができる。
　これと異なり、冷却液が複数の放熱フィン１２ｃの一方の端部１２ｆから他方の端部１２ｆに向かって放熱フィン１２ｃ間の隙間を流れる場合、熱吸収部材１２は、幅方向の一方側の部分は発熱体Ｗ１、Ｗ２から多量の熱を吸収することができるが、他方側の部分は少量の熱しか吸収できない。これは、冷却液が複数の放熱フィン１２ｃの一方の端部１２ｆから他方の端部１２ｆに向かって流れるにしたがってその温度が上がり、それにより幅方向について冷却液の温度勾配が生じるからである。その結果、熱吸収部材１２にも幅方向について温度勾配が生じ、幅方向について冷却装置１０の冷却効率に偏りが生じる。このような偏りは、放熱フィン１２ｃの幅方向サイズが大きいほど大きい。
　複数の放熱フィン１２ｃ間の隙間へ上流側流路１４ｄから流入した冷却液は、熱吸収部材１２の部分を介して、熱を吸収する。
　下流側流路１４ｅの流路断面積（奥行方向（Ｘ軸方向）に直交する断面積）が流出口１４ｃから遠ざかるほど大きくなるように、下流側流路１４ｅが筺体１４に形成されている。このようにすることで、流出口１４ｃから離れた箇所の圧力損失を低減させることができる。流出口１４ｃから離れた箇所の圧力損失を低減させることができると、放熱フィン１２ｃ間を流れる冷却液の流量の差を減少させることができる。すなわち、一般的には上流側流路１４ｄから流入した冷却液が下流側流路１４ｅ内へ行き渡る過程において、上流側流路１４ｄの上流側と下流側とで放熱フィン１２ｃ間を流れる冷却液の流量の差が生じうる。具体的には上流側流路１４ｄの下流側の放熱フィン１２ｃ間を流れる冷却液の流量が、上流側流路１４ｄの上流側の放熱フィン１２ｃ間を流れる冷却液に比べて不足する場合がある。上流側流路１４ｄの下流側の放熱フィン１２ｃ間を流れる冷却液の流量が、上流側流路１４ｄの上流側の放熱フィン１２ｃ間を流れる冷却液に比べて不足すると、下流側の冷却性能が落ちる為、冷却液の温度勾配が生じうる。冷却液の流量の差が生じうる原因の一例としては、上流側流路１４ｄにおける下流側の圧力損失が、上流側流路１４ｄにおける上流側（流入口１４ｂ側）の圧力損失よりも高いために、冷却液が十分に下流側に行き渡らない場合などが挙げられる。このようにして、流入口１４ｂから遠ざかり、上流側流路１４ｄにおける下流側に行くほど冷却液の流入量が少なくなり、結果として上流側流路１４ｄにおける下流側の冷却性能が落ちうる。その対処として、下流側流路１４ｅの流路断面積（奥行方向（Ｘ軸方向）に直交する断面積）が流出口１４ｃから遠ざかるほど大きくなるように、下流側流路１４ｅは筺体１４に形成されている。このようにすると、上流側流路１４ｄにおける下流側の圧力損失が減少するため、上流側流路１４ｄの下流側の放熱フィン１２ｃ間を流れる冷却液の流量を適正なものとすることができる。
　図９は、下流側流路の内部を示す冷却装置の斜視図である。また、図１０は、下流側流路の形状を概略的に示す図である。
　図９および図１０に示すように、下流側流路１４ｅにおいて、下流側、すなわち流出口１４ｃに近い流路断面Ｓｄは、上流側、すなわち流出口１４ｃから遠い流路断面Ｓｕに比べて小さい。本実施の形態の場合、幅(Ｙ軸方向のサイズ）は一定の大きさであって、高さ（Ｚ軸方向のサイズ）が、流出口１４ｃから遠ざかるほど大きい。すなわち、上流側の高さＨｕが、下流側の高さＨｄに比べて大きい。
　このような形状を下流側流路１４ｅが備えることにより、下流側流路１４ｅにおいて、上流側（すなわち上流側流路１４ｄの下流側）の圧力損失が緩和される。下流側流路１４ｅにおいて、上流側の圧力損失が緩和されると、上流側流路１４ｄの上流側と下流側とで冷却液の流量の差が生じる可能性が低減される。これにより、上流側流路１４ｄにおける下流側に十分な冷却液が供給される。上流側流路１４ｄにおける下流側に十分な冷却液が供給されると、結果として上流側流路１４ｄにおける下流側の冷却性能が向上する（下流側流路１４ｅの流路断面が一定の大きさである場合に比べて）。その結果として、熱吸収部材１２においても奥行方向の大きな温度勾配の発生が抑制され、冷却装置１０は、奥行方向について一様な冷却効率を備えることができる。本実施の形態においては、奥行方向に並ぶ発熱体Ｗ１、Ｗ２を十分な冷却能力で冷却することができる。
　なお、図９に示すように、下流側流路１４ｅの高さは、複数の放熱フィン１２ｃの高さに比べて著しく大きい。また、複数の放熱フィン１２ｃは、下流側流路１４ｅ内に進入していない。そのため、複数の放熱フィン１２ｃの間の隙間から流出した冷却液が下流側流路１４ｅの上側部分に十分に到達せずに、その上側部分に高温の冷却液が滞留する可能性がある。その対処として、本実施の形態の場合、複数の放熱フィン１２ｃの頂部１２ｅが、下流側流路１４ｅに部分的に露出している。具体的には、複数の突出部１４ｇの間のスペースを介して、幅方向（Ｙ軸方向）の端部１２ｆ近傍の頂部１２ｅの部分が、下流側流路１４ｅに露出している。これにより、複数の放熱フィン１２ｃの間の隙間を流れる冷却液は端部１２ｆに到達する前に圧力が緩和され、その冷却液の一部が下流側流路１４ｅの上側部分に向かって流れる。その結果、下流側流路１４ｅの高さ方向について、冷却液の温度が実質的に一様にされる。
　以上のような本実施の形態によれば、高い冷却効率を維持しつつ、冷却液の流入口と流出口のレイアウト変更が可能な構成を備える冷却装置を実現することができる。
　具体的に説明すると、本実施の形態の場合、図１に示すように、流入口１４ｂは、筺体１４の奥行方向（Ｘ軸方向）の一方側の端部に流出口１４ｃと並んだ状態で設けられ、奥行方向に向いている。この流入口１４ｂのレイアウト（筺体１４上の位置や向き）は、自由に変更可能である。言い換えると、流入口１４ｂのレイアウトを変更しても、流入口１４ｂから流入した冷却液は上流側流路１４ｄを介して複数の放熱フィン１２ｃの頂部１２ｅ側から放熱フィン１２ｃ間の隙間に流入するので、冷却効率は実質的に変わらない。したがって、流入口１４ｂは、幅方向（Ｙ軸方向）や高さ方向（Ｚ軸方向）に向いてもよい。また、流入口１４ｂは、筺体１４の幅方向の一方側の端部に設けることも可能である。すなわち、冷却効率を維持するためには、複数の放熱フィン１２ｃの並列方向（Ｘ軸方向）に延在し、複数の放熱フィン１２ｃの端部１２ｆからの冷却液が流入する下流側水路１４ｅが、流出口１４ｃから遠ざかるほど大きい流路断面積を備えていればよい。その結果として、高い冷却効率を維持しつつ、冷却液の流入口１４ｂと流出口１４ｃのレイアウトを、冷却装置１０の用途に応じて変更することが可能になる。
　以上、上述の実施の形態を挙げて本開示を説明したが、本開示の実施の形態はこれらに限定されない。
　例えば、図１０に示すように、上述の実施の形態の場合、下流側流路１４ｅの高さ（Ｚ軸方向のサイズ）は、流出口１４ｃから遠ざかるほど大きい。これにより、下流側流路１４ｅの流路断面積が、流出口１４ｃから遠ざかるほど大きくされている。しかしながら、本開示の実施の形態はこれに限らない。
　図１１は、別の実施の形態に係る冷却装置における下流側流路の形状を概略的に示す図である。
　図１１に示すように、別の実施の形態に係る冷却装置において、筺体の下流側流路１１４ｅの高さ（Ｚ軸方向のサイズ）は一定の大きさである。その代わりに、下流側流路１１４ｅの幅（Ｙ軸方向のサイズ）が、流出口１４ｃから遠ざかるほど大きい。すなわち、上流側の幅Ｗｕが、下流側の幅Ｗｄに比べて大きい。それにより、下流側、すなわち流出口１１４ｃに近い流路断面Ｓｄは、上流側、すなわち流出口１１４ｃから遠い流路断面Ｓｕに比べて小さくされている。
　なお、下流側流路の幅と高さの両方を、流出口から遠ざかるほど大きくしてもよい。これによっても、下流側流路の流路断面積は、流出口から遠ざかるほど大きくなる。また、流路断面積は、流出口から離れるにしたがって線形的に増加してもよいし、段階的に増加してもよい。
　下流側流路の流路断面積について、流路断面積が一定の大きさであっても、その大きさが十分であれば、下流側流路内において、その延在方向（奥行方向（Ｘ軸方向））についての冷却液の温度勾配を小さく抑制することが可能である。しかし、この場合、流出口に近い下流側流路の部分が不必要に大型化し、その結果として冷却装置が大型化する。
　また例えば、上述の実施の形態の場合、図７に示すように、上流側流路１４ｄからの冷却液は、複数の放熱フィン１２ｃ間の隙間における幅方向（Ｙ軸方向）の中央部分に流入する。しかしながら、本開示の実施の形態はこれに限らない。放熱フィン１２ｃの幅が小さい場合には、放熱フィン間の隙間における幅方向の端部分に冷却液は流入してもよい。
　図１２は、さらに別の実施の形態に係る冷却装置における上流側流路と下流側流路の形状を概略的に示す図である。
　図１２に示すように、さらに別の実施の形態に係る冷却装置において、筺体の上流側流路２１４ｄは、放熱フィン１２ｃの頂部１２ｅにおける幅方向（Ｙ軸方向）の一方側の部分を臨んでいる。この場合、下流側流路２１４ｅは、一本であって、放熱フィン１２ｃの幅方向の他方の端部１２ｆを臨んでいる。この冷却装置によれば、冷却液は、複数の放熱フィン１２ｃの間の隙間を、その放熱フィン１２ｃの一方の端部１２ｆから他方の端部１２ｆに向かって流れる。このような冷却液の流れは、幅方向についての冷却装置の冷却効率に実質的に影響がなければ可能である。
　すなわち、本開示に係る一実施の形態は、広義には、冷却対象が取り付けられる第１の表面と前記第１の表面に対して反対側の第２の表面とを備える熱吸収部材と、前記熱吸収部材の前記第２の表面に設けられ、第１の方向に並び、前記第１の方向と直交する第２の方向にそれぞれ延在する複数の放熱フィンと、前記複数の放熱フィンを覆うように前記熱吸収部材の第２の表面に取り付けられた筺体と、を有し、前記筺体が、冷却液が流入する流入口、冷却液が流出する流出口、前記流入口に連通し、前記複数の放熱フィンの頂部を臨む上流側流路、および、前記流出口に連通し、前記第１の方向に延在し、且つ、前記複数の放熱フィンの前記第２の方向の端部を臨む下流側流路、を備え、前記流出口が、前記筺体の前記第１の方向の一方側の端部に設けられ、前記下流側流路の前記第１の方向における流路断面積が、前記流出口から遠ざかるほど大きい、冷却装置である。
　以上のように、本開示における技術の例示として、実施形態を説明した。そのために、添付図面及び詳細な説明を提供した。したがって、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
　また、前述の実施形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略等を行うことができる。
　本開示は、冷却液を用いて発熱体を冷却する冷却装置に適用可能である。

Claims (7)

  1. 　冷却対象が取り付けられる第１の表面と前記第１の表面に対して反対側の第２の表面とを備える熱吸収部材と、
    　前記熱吸収部材の前記第２の表面に設けられ、第１の方向に並び、前記第１の方向と直交する第２の方向にそれぞれ延在する複数の放熱フィンと、
    　前記複数の放熱フィンを覆うように前記熱吸収部材の第２の表面に取り付けられた筺体と、を有し、
    　前記筺体が、
    　冷却液が流入する流入口、
    　冷却液が流出する流出口、
    　前記流入口に連通し、前記複数の放熱フィンの頂部を臨む上流側流路、および、
    　前記流出口に連通し、前記第１の方向に延在し、且つ、前記複数の放熱フィンの前記第２の方向の端部を臨む下流側流路、を備え、
    　前記流出口が、前記筺体の前記第１の方向の一方側の端部に設けられ、
    　前記下流側流路の前記第１の方向における流路断面積が、前記流出口から遠ざかるほど大きい、冷却装置。
  2. 　前記下流側流路は、前記複数の放熱フィンの前記第２の方向の一方側の端部を臨む第１の下流側流路と、前記複数の放熱フィンの他方側の端部を臨む第２の下流側流路と、を含み、
    　前記筺体が、前記第１および第２の下流側流路を接続する接続流路をさらに備える、請求項１に記載の冷却装置。
  3. 　前記熱吸収部材の前記第２の表面が、前記第１の下流側流路、前記第２の下流側流路、および前記接続流路に部分的に露出している、請求項２に記載の冷却装置。
  4. 　前記上流側流路が、前記複数のフィンの頂部における前記第２の方向の中央部分を臨んでいる、請求項２または３に記載の冷却装置。
  5. 　前記複数のフィンの頂部が、前記下流側流路に部分的に露出している、請求項１から４のいずれか一項に記載の冷却装置。
  6. 　前記流入口が、前記筺体の前記第１の方向の一方側の端部に、前記流出口に並んだ状態で設けられている、請求項１から５のいずれか一項に記載の冷却装置。
  7. 　前記下流側流路の前記第１の方向における流路断面の高さおよび幅の少なくとも一方が、前記流出口から遠ざかるほど大きい、請求項１から６のいずれか一項に記載の冷却装置。
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