JPWO2013102974A1

JPWO2013102974A1 - 冷却装置

Info

Publication number: JPWO2013102974A1
Application number: JP2013552344A
Authority: JP
Inventors: 有仁松永; 吉川　実; 実吉川; 坂本　仁; 仁坂本; 暁小路口; 正樹千葉; 賢一稲葉
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2012-01-04
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2015-05-11
Anticipated expiration: 2032-12-12
Also published as: EP2801781B1; WO2013102974A1; JP6197651B2; CN104040279A; EP2801781A4; EP2801781A1; US20140366572A1

Abstract

［課題］沸騰冷却方式の冷却装置を小型化すると、冷却性能が低下してしまう。［解決手段］冷媒を貯蔵する蒸発部と、蒸発部で気化した気相冷媒を凝縮液化させて放熱する凝縮部と、気相冷媒を凝縮部へ輸送する蒸気管と、凝縮部で凝縮した液相冷媒を蒸発部へ輸送する液管とを備え、凝縮部は放熱流路と、蒸気管と放熱流路とを接続する上部ヘッダーと、放熱流路と液管とを接続する下部ヘッダーとを有し、上部ヘッダーは放熱流路と接続する流路ヘッダー部と、流路ヘッダー部の周囲に位置する上部ヘッダー延長部を含み、上部ヘッダー延長部は、放熱流路が接続する側の面において、蒸気管と接続する接続口を備えることを特徴とする。

Description

本発明は、冷却装置に関し、特に冷媒の相変化を利用した冷却装置に関する。

近年、電子装置は処理速度の向上を図るため、中央処理装置（ＣＰＵ）を、回路基板上に複数搭載している。そして、その回路基板は、ハードディスク装置等と共に高密度で電子機器に搭載されている。

一般に、ＣＰＵなどの半導体デバイスは、所定の温度を超えると、その性能の維持を図れなくなるだけではなく、場合によっては破損することもある。このため、冷却等による温度管理が必要とされ、発熱量が増大する半導体デバイスを効率的に冷却する技術が強く求められている。

そこで冷媒の相変化を利用して冷却を行う沸騰冷却方式に関する研究が進んでいる。沸騰冷却方式は、蒸発部において発熱体が発する熱により冷媒を沸騰させ、冷媒の蒸気を凝縮部に移動させることにより、熱の輸送を行い冷却する。

詳細に説明すると、蒸発部において発熱体の熱により蒸発した冷媒の蒸気を、気液密度の差による浮力を利用することで循環させ凝縮部に運ぶ。そして凝縮部において外気と熱交換を行うことで冷媒が冷却されると、蒸発した冷媒は気体から液体に凝縮し、発熱体で発生した熱を外気へ放熱する。なお凝縮した冷媒は、重力により蒸発部に還流する。

特許文献１には、電子回路基板上に搭載する冷却システムが記載されている。上記の冷却システムは、半導体デバイスからの発熱により、液体冷媒を蒸発させる受熱ジャケットと、熱を外部に伝達して冷媒蒸気を液体に凝縮する凝縮器と、受熱ジャケットから冷媒蒸気を凝縮器へ導く第１配管（蒸気管）と、凝縮器から液体冷媒を受熱ジャケットへ導く第２配管（液戻り管）とを備えている。なお凝縮器は、一対のヘッダーと一対のヘッダーとの間に複数の扁平形状の流路をそなえている。そして蒸気管と液戻り管は、それぞれ凝縮器の一対のヘッダーに挟まれて接続している。

上記構成により、半導体デバイスの熱で冷媒を蒸発させる相変化を用いて冷却システムにおける冷媒の循環を行う。鉛直方向に延在している凝縮器の上部に運ばれた冷媒の蒸気は、外部との熱交換により液体冷媒に凝縮すると凝縮器の下部に流れて、受熱ジャケットに還流する。

特開２０１１−４７６１６号公報

ＣＰＵなどの半導体デバイスの発熱量の増加に伴い、ヒートシンクの代替として、沸騰冷却方式の冷却装置をサーバ等の電子装置に組み込む要請が増えている。サーバ等の電子装置に沸騰冷却方式を組み込む場合、電子装置の小型化に伴い、沸騰冷却方式の冷却装置についても低背化し、凝縮部を受熱部の近くに配置する必要がある。

しかし特許文献１の冷却装置は、凝縮器のヘッダーの側面部で蒸気管と接続しているため、ヘッダーの厚さを蒸気管の外径より厚くする必要がある。つまり、ヘッダーの厚さには下限があるので、冷却装置を低背化しようとする場合、放熱を行う扁平管の長さを短くする必要があり、そのため冷却性能が低下してしまうという問題があった。

また蒸発部と凝縮部とを近接配置して小型化しようとすると、蒸気管の曲率が大きくなり曲げ加工が困難になる。そのため、製造精度が低下し、コストが上昇するという問題があった。一方、細い蒸気管を用いると、冷媒の内圧が上がり、冷却性能が低下するという問題があった。

このように、特許文献１に記載の冷却装置を小型化すると冷却性能が低下してしまうという問題があった。

本発明の目的は、上述した課題である冷却装置を小型化すると冷却性能が低下してしまうという問題を解決する冷却装置を提供することにある。

冷媒を貯蔵する蒸発部と、蒸発部で気化した気相冷媒を凝縮液化させて放熱する凝縮部と、気相冷媒を凝縮部へ輸送する蒸気管と、凝縮部で凝縮した液相冷媒を蒸発部へ輸送する液管とを備え、凝縮部は放熱流路と、蒸気管と放熱流路とを接続する上部ヘッダーと、放熱流路と液管とを接続する下部ヘッダーとを有し、上部ヘッダーは放熱流路と接続する流路ヘッダー部と、流路ヘッダー部の周囲に位置する上部ヘッダー延長部を含み、上部ヘッダー延長部は、放熱流路が接続する側の面において、蒸気管と接続する接続口を備えることを特徴とする。

本発明における冷却装置によれば、小型化した場合であっても充分な冷却性能を有する沸騰冷却方式の冷却装置を得られる。

本発明の第１の実施形態に係る冷却装置の構成を示す斜視図である。本発明の第２の実施形態に係る冷却装置の構成を示す斜視図である。本発明の第２の実施形態に係る冷却装置の作用を説明するための概略図である。本発明の第３の実施形態に係る冷却装置の構成を示す斜視図である。本発明の第３の実施形態に係る冷却装置の構成を示す斜視図である。本発明の第４の実施形態に係る冷却装置の構成を示す斜視図である。

以下に、本発明を実施するための好ましい形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。

〔第１の実施形態〕まず本実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態における冷却装置１０の構成を示す斜視図である。

〔構成の説明〕図１に示すように、本実施形態における冷却装置１０は、蒸発部１と、凝縮部２と、蒸気管３と、液管４とを備えている。

蒸発部１は、密閉構造であり内部に冷媒を貯蔵する。冷却装置１０は、ポンプなどで排気され内圧は冷媒の飽和蒸気圧となっている。本実施形態では、具体的な冷媒としてＨＦＣ（ｈｙｄｒｏｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ：ハイドロフルオロカーボン）や、ＨＦＥ（ｈｙｄｒｏｆｌｕｏｒｅｔｈｅｒ：ハイドロフルオロエーテル）を用いているが、材料はこれに限定されない。なお蒸発部１は、下面部において発熱体と熱的に接続して使用し、冷媒は発熱体が発生する熱を受熱し沸騰する。

発熱体は、例えばＣＰＵなど、動作に伴い熱を発生させるものであれば特に限定されない。なお図示されていないが、発熱体は基板に実装されていてもよい。発熱体は、蒸発部１と接触する面において、熱伝導グリースなどの熱伝導性の高い樹脂等を介して蒸発部１と熱的に接続することが望ましい。

凝縮部２は、上部ヘッダー５と、下部ヘッダー６と、放熱流路７とを含んで構成される。

放熱流路７は、鉛直方向に延在する形状であり、上端部において上部ヘッダー５と接続しており、下端部において下部ヘッダー６と接続している。

放熱流路７は、中空を有するチューブ形状であり、内部の空間において冷媒が流動する。なお放熱流路７は、扁平形状であることが好ましいが、これに限定されない。また放熱流路７の材質は、銅やアルミニウムなど熱伝導性が高いものであれば特に限定されない。

蒸気管３は、蒸発部１の上部と上部ヘッダー５と接続しており、蒸発部１において蒸発した冷媒の蒸気（気相冷媒）を、上部ヘッダー５を介して放熱流路７に輸送する。

液管４は、下部ヘッダー６と蒸発部１の下部、または側面部とを接続しており、凝縮部２において凝縮して液化した冷媒（液相冷媒）を蒸発部１に輸送する。

なお蒸気管３と液管４は、内層が金属層、外層が樹脂層で構成される２層構造、あるいは内層と外層とがともに金属層で構成されたものを用いることができる。

上部ヘッダー５は、放熱流路７と接続する流路ヘッダー部５ａと、流路ヘッダー部５ａの周囲に位置する上部ヘッダー延長部５ｂとを含んで構成される。流路ヘッダー部５ａは、下面部において放熱流路７と接続している。また上部ヘッダー延長部５ｂは、下面部において蒸気管３と接続する接続口２０を有している。つまり流路ヘッダー部５ａと上部ヘッダー延長部５ｂを含む上部ヘッダー５は、同じ下面部において蒸気管３および放熱流路７と接続している。

換言すると、上部ヘッダー５は、下面部において蒸気管３と放熱流路７と接続することで、蒸気管３から運ばれる冷媒の蒸気（気相冷媒）を放熱流路７に運ぶ。なお上部ヘッダー５の下面部における面積は、放熱流路７の鉛直方向に垂直な断面積よりも、少なくとも上部ヘッダー延長部５ｂの面積の分だけ大きく構成されている。

また蒸気管３は、蒸発部１の上部と上部ヘッダー５の下面部とを接続している。そのため、図１に示すように、蒸気管３は直線状に延在した形状を用いることができるので曲げ加工などは不要となる。

図１において下部ヘッダー６は、上面部において放熱流路７と接続しており、側面部において液管４と接続しているが、下部ヘッダー６の接続関係については特に限定されない。下部ヘッダー６は、放熱流路７を流動する際に、凝縮して液化した冷媒（液相冷媒）を集約する。液化した冷媒（液相冷媒）は液管４を通って蒸発部１に還流する。

〔作用・効果の説明〕次に、本実施形態における作用・効果について説明する。

蒸発部１は、熱伝導性の高い材質であり、発熱体と熱伝導性グリース等を介して熱的に接続される。そのため発熱体が発する熱は、蒸発部１を介して、蒸発部１の内部に設けられた冷媒に伝わる。

冷媒は、発熱体が発する熱を受熱することで沸騰する。蒸発部１の密閉空間に設けられた冷媒が沸騰することで発生した冷媒の蒸気（気相冷媒）は、気液密度の差による浮力により、蒸気管３を介して上部ヘッダー５に流動する。

上部ヘッダー５に運ばれた冷媒の蒸気（気相冷媒）は、放熱流路７を流動することで外気と熱交換を行う。放熱流路７が冷却されると、放熱流路７の内部を流れる冷媒の蒸気（気相冷媒）も冷却され、凝縮し液化する。液化した冷媒（液相冷媒）は、重力により放熱流路７の下部に降下し、液管４を通って蒸発部１へと還流する。そして冷媒は、蒸発部１において再び発熱体が発する熱により沸騰し、冷却サイクルが継続して行われる。

このように、蒸発部１の内部に設けられた冷媒は、発熱体が発する熱により液体から気体に変化し、そして放熱流路７を流動する際に冷却されることによって気体から再び液体に凝縮する。つまり冷媒は、液体から気体、そして気体から液体と相変化を繰り返すことで、発熱体が発生した熱を、放熱流路７を介して放熱する。

発熱体が発する発熱量が大きい場合、発熱体を冷却するために多くの冷媒が必要となる。しかし、液体は気化すると体積が数１００倍以上に増加する。そのため、発熱体が発する熱により冷媒が沸騰して気化すると、冷媒の蒸気（気相冷媒）が流れる蒸発部１や蒸気管３の内圧が上昇する。

蒸発部１内の内圧が上がると、蒸発部１が変形するだけでなく、冷媒の沸点が上昇し、冷却性能が低下してしまうという問題があった。そこで本実施形態では、蒸気管３の断面積を液管４より大きくし、蒸発部１と蒸気管３の体積を増加させることによって、内圧が上昇するのを回避することにした。

しかしながら特許文献１の構造の場合、上部ヘッダーは側面部において蒸気管と接続している。そのため上部ヘッダーの厚さは、少なくとも蒸気管の外径より大きくする必要がある。その結果、冷却装置を低背化しようとすると、上部ヘッダーの厚さを薄くすることができず、扁平管の長さを短くする必要があるので冷却性能が低下してしまうという問題があった。

それに対して、本実施形態の冷却装置１０における上部ヘッダー５は、延長ヘッダー部５ｂの下面部に配置された接続口２０において蒸気管３と接続している。つまり上部ヘッダー５は、側面部において蒸気管３と接続していないので、鉛直方向における厚さを薄くすることができる。

冷却装置１０は冷媒が液体から気体に相変化し体積が急激に増加することによる冷却性能の低下を防ぐために、上部ヘッダー５の厚さを増大させる必要がない。その結果、冷却装置１０の低背化を実現することができる。すなわち、本実施形態における冷却装置１０によれば、小型化した場合であっても充分な冷却性能を有する沸騰冷却方式の冷却装置１０を得られる。

つまり冷却装置１０を実装する高さが制限されている場合、上部ヘッダー５を薄くすることによって、放熱流路７の長さを長くすることができるため、冷却性能をさらに向上させることができる。

さらに、蒸発部１の上部と、上部ヘッダー５の下面部とを接続する蒸気管３を直線形状とすることができる。そのため断面積が大きい蒸気管３を変形する必要がなく、製造工程におけるコストを低減することができる。

また蒸気管３の曲げ加工が不要となるので、凝縮部２を蒸発部１に近接して配置することが可能となり、さらに冷却装置１０の小型化を図ることができる。

蒸気管３または液管４を、内層が金属層、外層が樹脂層で構成される２層構造とした場合には、以下の効果が得られる。つまり蒸気管３および液管４の内部に冷媒の蒸気（気相冷媒）や、高温の冷媒が流動する場合であっても、内層が金属層であるため、冷媒と樹脂層が反応して不凝縮性ガスが発生することを防ぐことができる。その結果、不凝縮性ガスの発生によって、冷却器内部の内圧が上昇し、冷却性能が低下することを防ぐことができる。

〔第２の実施形態〕次に、第２の実施形態について図２を参照して詳細に説明する。図２は、本実施形態における冷却装置１０の斜視図である。

〔構造の説明〕本実施形態における冷却装置１０は、上部ヘッダー延長部５ｂの断面積が蒸気管３の断面積３より大きい構成とした。ここで上部ヘッダー延長部５ｂの断面積とは、蒸気管３と接続する接続口２０から流路ヘッダー５ａに向かう方向に垂直な断面積である。それ以外の構造、接続関係は、第１の実施形態と同様であり、蒸発部１と、凝縮部２と、蒸気管３と、液管４とを備えている。

蒸発部１は、密閉構造であり内部に冷媒を貯蔵している。冷却装置１０はポンプなどにより減圧された状態で飽和蒸気圧を保っている。なお蒸発部１は、下面部において発熱体と熱的に接触して使用されるため、冷媒は発熱体が発生する熱を受熱し沸騰する。

放熱流路７は、鉛直方向に延在する形状であり、上端部において上部ヘッダー５と接続しており、下端部において下部ヘッダー６と接続している。蒸気管３は、蒸発部１の上部と上部ヘッダー５とを接続しており、蒸発部１において蒸発した冷媒の蒸気（気相冷媒）を、上部ヘッダーを介して放熱流路７に運ぶ。液管４は、下部ヘッダー６と蒸発部１の下部とを接続しており、凝縮部２において凝縮して液化した冷媒（液相冷媒）を蒸発部１に運ぶ。

上部ヘッダー５は、放熱流路７と接続する流路ヘッダー部５ａと、流路ヘッダー部５ａの周囲に位置する上部ヘッダー延長部５ｂとで構成される。流路ヘッダー部５ａは、下面部において放熱流路７と接続している。また上部ヘッダー延長部５ｂは、下面部において蒸気管３と接続する接続口２０を有している。つまり流路ヘッダー部５ａと上部ヘッダー延長部５ｂを含む上部ヘッダー５は、同じ下面部において蒸気管３および放熱流路７と接続しており、蒸気管３から運ばれる冷媒の蒸気（気相冷媒）を放熱流路７に運ぶ。

ここで本実施形態における冷却装置１０は、図２に示すように、上部ヘッダー延長部５ｂの接続口２０から流路ヘッダー５ａに向かう方向に垂直な断面積が、蒸気管３の鉛直方向に垂直な断面積３より大きい構成とした。なお蒸気管３の配置については、特に限定されない。

〔作用・効果の説明〕次に、本実施形態における作用・効果について説明を行う。

蒸発部１内に設けられた冷媒は、発熱体が発する熱を受熱することで沸騰する。冷媒が沸騰することで発生した冷媒の蒸気は、気液密度の差による浮力により、蒸気管３を介して上部ヘッダー５に運ばれる。

上部ヘッダー５に運ばれた冷媒の蒸気（気相冷媒）は、放熱流路７を流れることで外気と熱交換を行う。放熱流路７が冷却されると、放熱流路７の内部を流れる冷媒の蒸気（気相冷媒）も冷却され、そして凝縮して液化する。液化した冷媒（液相冷媒）は、重力により放熱流路７の下部に降下し、蒸発部１へと還流する。そして冷媒は、蒸発部１において再び発熱体が発する熱により沸騰し、冷却サイクルが継続して行われる。

換言すると、蒸発部１の内部に設けられた冷媒は、発熱体が発する熱により液体から気体に変化し、そして放熱流路７を流れて冷却されることで気体から再び液体に凝縮する。つまり冷媒は、液体から気体、そして気体から液体と相変化を繰り返すことで、発熱体が発生した熱を、放熱流路７を介して放熱を行う。

ここで本実施形態における上部ヘッダー延長部５ｂの接続口２０から流路ヘッダー５ａに向かう方向に垂直な断面積が、蒸気管３の鉛直方向に垂直な断面積より大きい。上記構造により、冷却装置１０は冷媒の蒸気（気相冷媒）の圧力損失を低減することができ、蒸発部１における冷却性能を高めることができる。

図３を用いて詳細に説明を行う。蒸発部１において発熱体の熱により沸騰して発生した冷媒の蒸気（気相冷媒）は、蒸気管３を通り鉛直上方向に流動する。蒸気管３は上部ヘッダー延長部５ｂの下面部と接続しているため、冷媒の蒸気（気相冷媒）は蒸気管３と上部ヘッダー延長部５ｂとの接続部において、冷媒が流れる方向が鉛直上方向から水平方向に変わる。

ここで上部ヘッダー延長部５ｂの接続口２０から流路ヘッダー５ａに向かう方向に垂直な断面積が、蒸気管３の鉛直方向に垂直な断面積と同じ、もしくは小さい場合を考える。このとき冷媒の蒸気（気相冷媒）は、蒸気管３において鉛直上方向に流れていた速さと同じ速さ、もしくはそれ以上の速さで上部ヘッダー延長部５ｂ内を流れようとする。

しかし、冷媒の蒸気（気相冷媒）は、蒸気管３と上部ヘッダー延長部５ｂとの接続箇所において、鉛直上方向から水平方向と垂直に曲がっている。そのため、冷媒の蒸気（気相冷媒）が同じ速さで曲がると、蒸気管３と上部ヘッダー延長部５ｂとの接続箇所において圧力損失が発生し、冷却性能が低下してしまう。

それに対して、本実施形態における冷却装置１０においては、上部ヘッダー延長部５ｂの接続口２０から流路ヘッダー５ａに向かう方向に垂直な断面積が、蒸気管３の鉛直方向に垂直な断面積よりも大きく構成されている。

上記構造により、上部ヘッダー延長部５ｂに流入した冷媒の蒸気（気相冷媒）の流速が低下する。そのため、蒸気管３内を鉛直上方向に流動してきた冷媒の蒸気（気相冷媒）が、上部ヘッダー延長部５ｂで水平方向に方向転換する際の圧力損失を低減することができる。これにより、冷却装置１０の冷却性能を更に向上させることができる。

つまり蒸気管３と上部ヘッダー延長部５ｂとの接続箇所において、冷媒の蒸気（気相冷媒）が鉛直上方向から水平方向に曲がる際に、速度が遅くなるので圧力損失の発生を回避することができる。

ここで接続口２０から流路ヘッダー５ａに向かう方向と垂直方向における上部ヘッダー延長部５ｂの幅は、少なくとも蒸気管３の外径より大きければ、同一向における流路ヘッダー部の幅より小さくてもよい。

なお接続口２０から流路ヘッダー５ａに向かう方向と垂直方向における上部ヘッダー延長部５ｂの幅が、同一方向における流路ヘッダー部５ａの幅と略同一である場合、上部ヘッダー延長部５ｂと流路ヘッダー部５ａとを同一の工程で製造することができるため、製造コストを抑えることができる。

また接続口２０から流路ヘッダー５ａに向かう方向における上部ヘッダー延長部５ｂの長さは、鉛直方向における蒸気管３の長さより短いことが好ましい。

鉛直方向に延在する蒸気管３において、冷媒蒸気（気相冷媒）は浮力により力を受け続ける。一方、上部ヘッダー延長部５ｂは横方向の移動のため、力を受けることなく、壁との摩擦によってエネルギーを失い続けてしまう。

そのため接続口２０から流路ヘッダー５ａに向かう方向における上部ヘッダー延長部５ｂの長さは、鉛直方向における蒸気管３の長さより短い方が冷却性能に与える影響が小さい。

〔第３の実施形態〕次に、第３の実施形態について図４、５を用いて詳細に説明する。図４、５は、本実施形態における冷却装置１０の構成を示す斜視図である。

〔構造の説明〕本実施形態における冷却装置１０の凝縮部２は、複数の放熱流路７で構成され、蒸気管３は、複数の放熱流路７が並設している方向と垂直な方向に配置されている。それ以外の構造、接続関係は、第１の実施形態と同様であり、蒸発部１と、凝縮部２と、蒸気管３と、液管４とを備えている。

蒸発部１は、密閉構造であり内部に冷媒を貯蔵している。冷却装置１０はポンプなどで排気され、内部は冷媒の飽和蒸気圧となっている。なお蒸発部１は、下面部において発熱体と熱的に接続して使用するため、冷媒は発熱体が発生する熱を受熱し沸騰する。

本実施形態における凝縮部２は、複数の放熱流路７で構成され、複数の放熱流路７のあいだには、放熱フィン８を設けている。放熱フィン８は、隣り合う放熱流路７の間に配置され、それぞれの放熱流路７と熱的に接続している。

また放熱流路７は、鉛直方向に延在する形状であり、上端部において上部ヘッダー５と接続しており、下端部において下部ヘッダー６と接続している。蒸気管３は、蒸発部１の上部と上部ヘッダー５とを接続しており、蒸発部１において蒸発した冷媒の蒸気（気相冷媒）を、上部ヘッダー５を介して放熱流路７に運ぶ。液管４は、下部ヘッダー６と蒸発部１の下部とを接続しており、凝縮部２において凝縮して液化した冷媒（液相冷媒）を蒸発部１に運ぶ。

ここで本実施形態における凝縮部２は、複数の放熱流路７を設けている。図４に示すように、複数の放熱流路７は、並設して配置され、流路ヘッダー５ａとそれぞれ接続している。

蒸気管３は、複数の放熱流路７が並設している方向と垂直な方向に配置されている。換言すると凝縮部２と対向する位置に配置されている。発熱体が複数ある場合や、また発熱体の熱量が大きい場合は、図５に示すように複数の蒸気管３を用いて複数の蒸発部１と上部ヘッダー延長部５ｂとを接続してもよい。

蒸発部１内に設けられた冷媒は、発熱体が発する熱を受熱することで沸騰する。冷媒が沸騰することで発生した冷媒の蒸気（気相冷媒）は、気液密度の差による浮力により、蒸気管３を介して上部ヘッダー５に運ばれる。

ここで本実施形態における凝縮部２は、複数の放熱流路７を備えている。そして隣り合う複数の放熱流路７の間には、放熱フィン８を設けている。放熱フィン８を設けることで、放熱流路７は表面積が増加し、外気と熱交換を行うことによる冷媒の冷却性能を促進することができる。

また複数の放熱流路７を並んで設けた場合、冷却装置１０の実装面積は少なくとも複数の放熱流路７の幅を合計した大きさとなる。そして本実施形態における蒸気管３は、複数の放熱流路７が並設している方向と垂直な方向に配置されている。

上記構成により、蒸気管３を設けた場合おいても、冷却装置１０の蒸気管３と対向する面の幅をさらに大きくする必要がないため、冷却装置１０を小型化することができる。また図５に示すように、複数の放熱流路７が並設している方向と垂直な方向に、複数の蒸気管３を設けることで、冷却装置１０の実装面積の幅を大きくすることなく、冷却性能を向上することができる。

また図２に示すように、複数の放熱流路７が並設している方向と垂直な方向に蒸気管３を配置した構成で、上部ヘッダー延長部５ｂを蒸気管３の方向に向けて、屋根状にせり出して被せた形状としてもよい。

上記構成により第２の実施形態と同様に、上部ヘッダー延長部５ｂの接続口２０から流路ヘッダー５ａに向かう方向に垂直な断面積を、蒸気管３の鉛直方向に垂直な断面積より大きい構造にすることで、冷媒の蒸気（気相冷媒）の圧力損失を低減することができ、蒸発部１における冷却性能を高めることができる。

また本実施形態における冷却装置１０は、上記の作用・効果だけでなくダクト効果を持つことができる。詳細に説明すると、上部ヘッダー延長部５ｂを蒸気管３に対して屋根状にせり出した形状とすることで、放熱流路７を冷却する風が上方向に逃げるのを抑制し、整流することができる。その結果、垂直方向から流れる冷却風により放熱流路７を冷却することができるため、冷却風の圧力損失を低減することができ効率のよい冷却を実現することができる。

〔第４の実施形態〕次に、第４の実施形態について図６を参照して詳細に説明する。図６は、本実施形態における冷却装置１０の斜視図である。

〔構造の説明〕本実施形態における冷却装置１０の凝縮部２は、複数の放熱流路７が並設した構成とした。そして蒸気管３は、複数の放熱流路７が並設している方向と略平行な直線上に配置されている。それ以外の構造、接続関係は、第１の実施形態と同様であり、蒸発部１と、凝縮部２と、蒸気管３と、液管４とを備えている。

蒸発部１は、密閉構造であり内部に冷媒を貯蔵する。蒸発部１はポンプなどで排気され、内部は冷媒の飽和蒸気圧となっている。なお蒸発部１は、下面部において発熱体と熱的に接続して使用するため、使用時に冷媒は発熱体が発生する熱を受熱し沸騰する。

また放熱流路７は、鉛直方向に延在する形状であり、上端部において上部ヘッダー５と接続しており、下端部において下部ヘッダー６と接続している。蒸気管３は、蒸発部１の上部と上部ヘッダー５とを接続しており、蒸発部１において蒸発した冷媒の蒸気（気相冷媒）を、上部ヘッダー５を介して放熱流路７に運ぶ。液管４は、下部ヘッダー６と蒸発部１の下部とを接続しており、凝縮部２において凝縮し液化した冷媒（液相冷媒）を蒸発部１に運ぶ。

ここで本実施形態における冷却装置１０は、図６に示すように、凝縮部２が備える複数の放熱流路７が並設して配置されている。そして蒸気管３は、複数の放熱流路７が並設している方向と略平行な直線上に配置され、上部ヘッダー延長部５ｂと接続している。換言すると、複数の放熱流路７が並んで設けられた方向の延長線上に蒸気管３が配置されている。

ここで本実施形態における凝縮部２は、複数の放熱流路７を備えている。そして隣り合う複数の放熱流路７の間には、放熱フィン８を設けている。放熱フィン８を設けることで、放熱流路７は表面積が増加し、外気と熱交換を行うことによる冷媒の上記の冷却を促進することができる。

また本実施形態における蒸気管３は、図６に示すように、凝縮部２が備える複数の放熱流路７が並設している方向と略平行な直線上に配置している。換言すると、複数の放熱流路７が並んで設けられた方向の延長線上に蒸気管３が配置されている。

そのため、放熱流路７が並設している方向と垂直な方向に流動する冷却風が、蒸気管３に妨げられることがないので、放熱流路7を効率よく冷却することができる。その結果、冷却装置１０の冷却効率をさらに向上することが可能となる。

この出願は、２０１２年１月４日に出願された日本出願特願２０１２−００００３８を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１蒸発部
２凝縮部
３蒸気管
４液管
５上部ヘッダー
５ａ流路ヘッダー部
５ｂ上部ヘッダー延長部
６下部ヘッダー
７放熱流路
８放熱フィン
１０冷却装置
２０接続口

Claims

冷媒を貯蔵する蒸発部と、
前記蒸発部で気化した気相冷媒を凝縮液化させて放熱する凝縮部と、
前記気相冷媒を前記凝縮部へ輸送する蒸気管と、
前記凝縮部で凝縮した液相冷媒を前記蒸発部へ輸送する液管とを備え、
前記凝縮部は、放熱流路と、前記蒸気管と前記放熱流路とを接続する上部ヘッダーと、前記放熱流路と液管とを接続する下部ヘッダーとを有し、
前記上部ヘッダーは、前記放熱流路と接続する流路ヘッダー部と、前記流路ヘッダー部の周囲に位置する上部ヘッダー延長部を含み、
前記上部ヘッダー延長部は、前記放熱流路が接続する側の面において、前記蒸気管と接続する接続口を備えることを特徴とする冷却装置。
前記接続口から前記流路ヘッダーに向かう方向と垂直方向における前記上部ヘッダー延長部の幅が、前記方向における前記流路ヘッダー部の幅と略同一であることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
前記接続口から前記流路ヘッダーに向かう方向と垂直方向における前記上部ヘッダー延長部の幅が、前記方向における前記流路ヘッダー部の幅より小さいことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
前記接続口から前記流路ヘッダーに向かう方向と垂直方向における前記上部ヘッダー延長部の断面積が、前記蒸気管の断面積より大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の冷却装置。
前記接続口から前記流路ヘッダーに向かう方向における前記上部ヘッダー延長部の長さは、鉛直方向における前記蒸気管の長さより短いことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の冷却装置。
前記蒸気管を複数個備え、複数の前記蒸気管により、前記蒸発部と前記上部ヘッダーとを接続していることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の冷却装置。
前記凝縮部は、複数の前記放熱流路で構成され、
前記蒸気管は、複数の前記放熱流路が並設している方向と垂直な方向に配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の冷却装置。
前記凝縮部は、複数の前記放熱流路で構成され、
前記蒸気管は、複数の前記放熱流路が並設している方向と略平行な直線上に配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の冷却装置。
前記蒸気管は鉛直方向に直線状に延在していることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の冷却装置。
前記蒸気管は、前記蒸発部の上部と前記上部ヘッダーの下面部とを接続し、
前記液管は、前記蒸発部の側面部と前記下部ヘッダーとを接続することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の冷却装置。
複数の前記放熱流路を有し、
隣り合う前記複数の放熱流路の間に放熱フィンを備え、
前記放熱フィンは、前記放熱流路と熱的に接続していることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の冷却装置。
前記蒸気管および前記液管のいずれか一方は、内層が金属層、外層が樹脂層で構成されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の冷却装置。