(57)【要約】【課題】ウィックと中空部材の接触面との間の密着性が向上する冷却モジュール及びループ型ヒートパイプを提供することを目的とする。【解決手段】冷却モジュールであって、冷却対象の被冷却体に取り付けられ、前記被冷却体を冷却するループ型ヒートパイプの作動流体が内部を通過する中空部材と、前記中空部材の内側の接触面に並ぶ複数のウィックと、各ウィックを嵌め込む複数の枠を有し、各枠に嵌め込まれたウィックを前記接触面に接触させた状態で保持する弾性部材と、を備える。【選択図】図２
2014062658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却対象の被冷却体に取り付けられ、前記被冷却体を冷却するループ型ヒートパイプの作動流体が内部を通過する中空部材と、
前記中空部材の内側の接触面に並ぶ複数のウィックと、
各ウィックを嵌め込む複数の枠を有し、各枠に嵌め込まれたウィックを前記接触面に接触させた状態で保持する弾性部材と、を備える、
冷却モジュール。
【請求項２】
前記枠と前記ウィックとの間に充填されるシール部材を更に備える、
請求項１に記載の冷却モジュール。
【請求項３】
前記弾性部材を前記接触面の方向へ押圧する支持部材を更に備える、
請求項１または２に記載の冷却モジュール。
【請求項４】
請求項１から３の何れか一項に記載の冷却モジュールと、
前記冷却モジュールの内部で蒸発した気相の作動流体を凝縮させて液相の作動流体にする凝縮手段と、
前記冷却モジュールの内部で蒸発した気相の作動流体を前記凝縮手段へ移送する蒸気経路と、
前記凝縮手段において凝縮した液相の作動流体を前記冷却モジュールへ移送する液経路と、を備える、
ループ型ヒートパイプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、冷却モジュール及びループ型ヒートパイプに関する。
【背景技術】
【０００２】
発熱する機器には、各種の冷却装置が用いられている。例えば、ＣＰＵ等の発熱体を有する各種の電子機器には、空気で冷却するファンを備えたものがある。
【０００３】
また、近年では、例えば、特許文献１に開示されているように、輸送熱量の増大を図ったループ型ヒートパイプ（Loop Heat Pipe：ＬＨＰ）が提案されている。ループ型ヒートパイプは、作動流体の相変化に伴う潜熱を利用するため、熱を効率よく輸送可能である。作動流体は、多孔質体であるウィックにおいて生み出される毛細管力によって循環力を得る。よって、ループ型ヒートパイプは、例えば、発熱体の近傍に冷却装置を設置するスペースを十分に確保できない機器への適用が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２５７６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ウィックには作動流体が通過するため、ウィックは、作動流体の流路を形成する中空の部材の内部に配置された状態で用いられる。よって、例えば、発熱体である被冷却体の表面が平らであるが故に板状のウィックを用いようとする場合、板状のウィックは、中空の部材の内側の接触面に接触させることになる。
【０００６】
図１９は、板状のウィック１１２を中空部材１１１の中に配置した従来例に係る冷却モジュール１１０の構造図の一例である。毛細管現象によってウィック１１２内に浸み込んだ作動流体１０７は、ウィック１１２と接触する中空部材１１１から伝わる被冷却体の熱で加熱されて気化する。よって、ウィック１１２内に浸み込んだ作動流体１０７は、ウィック１１２と中空部材１１１の接触面１１５との間に隙間があると、被冷却体から伝わる熱が減り、気化する量が減少する。
【０００７】
図２０は、平面度が劣るウィック１１２が用いられた場合の従来例に係る冷却モジュール１１０の内部構造図の一例である。例えば、図２０に示すように、ウィック１１２の平面度が劣っている場合、ウィック１１２と接触面１１５との間に隙間Ｓが形成されることになる。
【０００８】
図２１は、接触面１１５の高さが不均一な中空部材１１１が用いられた場合の従来例に係る冷却モジュール１１０の内部構造図の一例である。例えば、図２１に示すように、接触面１１５の高さが不均一である場合、ウィック１１２と接触面１１５との間に隙間Ｓが形成されることになる。
【０００９】
ウィックと中空部材の接触面との間に隙間が形成されることを防止する方策の一つとして、例えば、ウィックや中空部材の寸法の精度を高めることが考えられる。しかし、部品の寸法の精度は、加工方法や加工設備の能力、或いは加工コストに依存する。また、寸法の精度が十分に高い場合であっても、熱変形により、ウィックと中空部材の接触面との間に隙間が形成される可能性がある。
【００１０】
そこで、本願は、ウィックと中空部材の接触面との間の密着性が向上する冷却モジュール及びループ型ヒートパイプを開示する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願は、次のような冷却モジュールを開示する。
冷却対象の被冷却体に取り付けられ、前記被冷却体を冷却するループ型ヒートパイプの作動流体が内部を通過する中空部材と、
前記中空部材の内側の接触面に並ぶ複数のウィックと、
各ウィックを嵌め込む複数の枠を有し、各枠に嵌め込まれたウィックを前記接触面に接触させた状態で保持する弾性部材と、を備える、
冷却モジュール。
【００１２】
また、本願は、次のようなループ型ヒートパイプを開示する。
前記冷却モジュールと、
前記冷却モジュールの内部で蒸発した気相の作動流体を凝縮させて液相の作動流体にする凝縮手段と、
前記冷却モジュールの内部で蒸発した気相の作動流体を前記凝縮手段へ移送する蒸気経路と、
前記凝縮手段において凝縮した液相の作動流体を前記冷却モジュールへ移送する液経路と、を備える、
ループ型ヒートパイプ。
【発明の効果】
【００１３】
上記冷却モジュール及びループ型ヒートパイプであれば、ウィックと中空部材の接触面との間の密着性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ループ型ヒートパイプを示した図の一例である。
【図２】図１の符号Ａ−Ａで示す線で冷却モジュールを切断した場合の断面図の一例である。
【図３】ウィックが取り付けられた状態の弾性部材の上面図の一例である。
【図４】図３の符号Ｂ−Ｂで示した線で弾性部材を切断した場合の断面図の一例である。
【図５】中空部材の接触面を示した図の一例である。
【図６】平面度が劣るウィックが用いられた場合の冷却モジュールの内部構造図の一例である。
【図７】接触面の高さが不均一な中空部材が用いられた場合の冷却モジュールの内部構造図の一例である。
【図８】第１変形例に係る冷却モジュールの、ウィックが取り付けられた状態の弾性部材を示した図の一例である。
【図９】第２変形例に係る冷却モジュールの内部構造図の一例である。
【図１０】第３変形例に係る冷却モジュールの内部構造図の一例である。
【図１１】第４変形例に係る冷却モジュールの、ウィックが取り付けられた状態の弾性部材を示した上面図の一例である。
【図１２】図１１の符号Ｃ−Ｃで示した線で弾性部材を切断した場合の断面図の一例である。
【図１３】第５変形例に係る冷却モジュールの、ウィックが取り付けられた状態の弾性部材を示した上面図の一例である。
【図１４】第５変形例に係る冷却モジュールの中空部材の接触面を示した図の一例である。
【図１５】第５変形例に係る冷却モジュールの内部構造図の一例であり、図１３において符号Ｄ−Ｄの線で示した部分に対応する断面図である。
【図１６】第６変形例に係る冷却モジュールの、ウィックが取り付けられた状態の弾性部材を示した上面図の一例である。
【図１７】第６変形例に係る冷却モジュールの中空部材の接触面を示した図の一例である。
【図１８】第６変形例に係る冷却モジュールの内部構造図の一例であり、図１６において符号Ｅ−Ｅの線で示した部分に対応する断面図である。
【図１９】板状のウィックを中空部材の中に配置した従来例に係る冷却モジュールの構造図の一例である。
【図２０】平面度が劣るウィックが用いられた場合の従来例に係る冷却モジュールの内部構造図の一例である。
【図２１】接触面の高さが不均一な中空部材が用いられた場合の従来例に係る冷却モジュールの内部構造図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、実施形態について説明する。以下に示す実施形態は、単なる例示であり、技術的範囲を以下の態様に限定するものではない。
【００１６】
＜実施形態＞
図１は、ループ型ヒートパイプを示した図の一例である。ループ型ヒートパイプ１は、冷却対象の発熱体である被冷却体２に取り付けられ、被冷却体２を冷却する装置であり、蒸発部３と、凝縮部４と、蒸気経路５と、液経路６とを備える。蒸発部３は、被冷却体２から受熱して液相の作動流体７を蒸発させ、気相の作動流体７に相変化させる冷却モジュール１０を有する。凝縮部４は、気相の作動流体７を放熱により凝縮させて液相の作動流体７に相変化させる放熱フィン付の凝縮管８を有する。蒸気経路５は、冷却モジュール１０の内部で蒸発した気相の作動流体７を凝縮管８へ案内する。液経路６は、凝縮管８において凝縮した液相の作動流体を冷却モジュール１０へ案内する。
【００１７】
ループ型ヒートパイプ１は、例えば、ＣＰＵ等の発熱体を有する各種の電子機器や、電子機器よりも高い電圧を取り扱う電気機器、或いは電気以外のエネルギーで発熱する各種の機器類に適用可能である。
【００１８】
また、作動流体７は、液相の状態において被冷却体２から受ける熱により気相へ相変化可能な沸点を有するものであれば如何なるものであってもよく、例えば、水、アルコール、アンモニア、又はフロン等を適用可能である。
【００１９】
また、凝縮部４は、気相の作動流体７を凝縮可能であれば如何なるものであってもよい。凝縮部４は、例えば、凝縮管８を空気で冷却する冷却ファンを有していてもよいし、空気以外の媒体で被冷却体２を冷却するものであってもよいし、放熱フィンを有しないものであってもよい。
【００２０】
図２は、図１の符号Ａ−Ａで示す線で冷却モジュール１０を切断した場合の断面図の一例である。冷却モジュール１０は、中空部材１１と、複数のウィック１２と、弾性部材１３とを備える。中空部材１１は、部材１１Ａと部材１１Ｂとを組み合わせることにより、作動流体７が内部を通過する内部空間を形成する部材である。中空部材１１の内部空間のうち、ウィック１２や弾性部材１３と部材１１Ａとの間に形成される空間は、液相の作動流体７が溜まる液溜め部１６となる。中空部材１１は、例えば、サーマルグリース等の熱接合材を介して被冷却体２と接続してもよい。また、中空部材１１は、例えば、被冷却体
２が取り付けられる部材１１Ｂが銅等の熱伝導性の高い材料で形成されていてもよい。ウィック１２は、例えば、作動流体７の循環力となる毛細管力を生み出す多孔質体を適用可能である。多孔質体は、例えば、ステンレス又は銅粉末等の金属や，アルミナ等のセラミックスなどを焼結することにより形成可能である。各ウィック１２は、中空部材１１の内面のうち、中空部材１１の被冷却体２が取り付けられる部分に対応する領域を形成する凹凸状の接触面１５上に並ぶ。
【００２１】
図３は、ウィック１２が取り付けられた状態の弾性部材１３の上面図の一例である。弾性部材１３は、各ウィック１２を嵌め込む複数の枠１４を有する。弾性部材１３は、例えば、各ウィック１２と接触面１５との間に生じ得る隙間を吸収できる程度に変形可能な弾性力を有する材料によって形成可能である。よって、弾性部材１３の材料は、例えば、ウィック１２や中空部材１１の寸法公差、使用温度等を勘案して選定可能である。弾性部材１３の材料としては、例えば、金属または樹脂を挙げることができる。
【００２２】
図４は、図３の符号Ｂ−Ｂで示した線で弾性部材１３を切断した場合の断面図の一例である。弾性部材１３は、例えば、板状の各ウィック１２を枠１４に嵌め込んだ状態で保持可能である。弾性部材１３は、例えば、各ウィック１２の嵌め込み方向が同じとなるよう、各枠１４の開口方向を統一してもよい。各枠１４の開口方向が統一されている場合、例えば、各枠１４の開口方向が接触面１５を向いた姿勢で弾性部材１３を接触面１５上に配置することで、各ウィック１２は、枠１４から外れなくなる。
【００２３】
図５は、中空部材１１の部材１１Ｂの接触面１５を示した図の一例である。接触面１５には、接触面１５を凹凸状に形成する蒸気排出用の溝であるグルーブ１７が形成されている。直線状の溝を並列させたグルーブ１７を有する接触面１５に、弾性部材１３が保持する４つのウィック１２が接触することにより、ウィック１２が接触する接触面１５の接触領域は、図５において網点で示される部分に形成されることになる。
【００２４】
ウィック１２には、中空部材１１の内部空間を形成する液溜め部１６に溜まる作動流体７が供給される。作動流体７は、毛細管現象によってウィック１２内に浸み込み、ウィック１２を濡らした状態にする。ウィック１２内に浸み込んだ作動流体７は、接触領域において中空部材１１の部材１１Ｂから伝わる被冷却体２の熱で加熱されて気化する。気化した作動流体７は、接触面１５を凹凸状に形成する蒸気排出用の溝であるグルーブ１７に流入する。気化した作動流体７は、グルーブ１７から蒸気経路５を経由して凝縮管８へ送られる。凝縮管８へ送られた気相の作動流体７は、凝縮管８で冷却されて相変化し、再び液相となる。液相に変化した作動流体７は、液経路６を経由して再び冷却モジュール１０へ送られることになる。
【００２５】
なお、グルーブ１７の形状は、図５に示すものに限定されるものでなく、ウィック１２から発生する蒸気が排出されやすいよう、ウィック１２の形状や配置、想定される蒸気の発生量や流量等に応じて適宜変更可能である。
【００２６】
図６は、平面度が劣るウィック１２が用いられた場合の冷却モジュール１０の内部構造図の一例である。例えば、図６に示すように、ウィック１２の平面度が劣っている場合、ウィック１２と接触面１５との間に隙間が形成される可能性がある。例えば、セラミックス等の剛性が高く変形しにくい材料は、相手材である接触面と自身との間に隙間を形成しやすい。しかし、本冷却モジュール１０は、各ウィック１２を弾性部材１３で保持している。よって、本冷却モジュール１０は、各ウィック１２が例えばセラミックス等の高剛性の材料で形成されていたとしても、各ウィック１２を各々独立して接触面１５に接触させることが可能である。すなわち、本冷却モジュール１０は、１枚のウィックを接触面１５に接触させる場合に比べ、寸法公差の影響等を緩和する。そして、各ウィック１２は、弾
性部材１３の弾性力により接触面１５に各々密着させられる。
【００２７】
図７は、接触面１５の高さが不均一な中空部材１１が用いられた場合の冷却モジュール１０の内部構造図の一例である。例えば、図７に示すように、接触面１５の高さが不均一である場合、ウィック１２と接触面１５との間に隙間が形成される可能性がある。しかし、本冷却モジュール１０は、各ウィック１２を弾性部材１３で保持しており、各ウィック１２を各々独立して接触面１５に接触させることが可能である。すなわち、本冷却モジュール１０は、１枚のウィックを接触面１５に接触させる場合に比べ、接触面１５の高さの不均一による影響等を緩和する。そして、各ウィック１２は、弾性部材１３の弾性力により接触面１５に各々密着させられる。
【００２８】
上記冷却モジュール１０は、ウィックを複数に分割したような状態とすることで、ウィック１２の平坦度や接触面１５の高さのばらつきの影響を小さくしている。よって、上記冷却モジュール１０は、各ウィック１２と接触面１５との間の密着性を向上させ、接触領域における伝熱量の増大によりループ型ヒートパイプ１の冷却能力を向上させる。また、上記冷却モジュール１０は、ウィック１２を枠１４に嵌め込み、枠１４にウィック１２を嵌め込んだ弾性部材１３を中空部材１１の中に配置すればよいため、製造も容易である。
【００２９】
＜冷却モジュールの第１変形例＞
図８は、第１変形例に係る冷却モジュール１０の、ウィック１２が取り付けられた状態の弾性部材１３を示した図の一例である。第１変形例に係る冷却モジュール１０は、ウィック１２と弾性部材１３との間にシール材１８が充填されている。シール材１８は、ウィック１２と弾性部材１３との間を埋めるものであれば如何なる材質であってもよく、例えば、粘性の有無は問わない。なお、シール材１８を例えば樹脂のような弾性の材料で形成すれば、シール材１８が弾性部材１３の変形に追従可能となり、弾性部材１３は、シール材１８に変形を阻害される可能性が減る。
【００３０】
ウィック１２を弾性部材１３の枠１４に嵌め込む場合、ウィック１２と弾性部材１３との間には、隙間が生じる可能性がある。ウィック１２と弾性部材１３との間に隙間が生じると、当該隙間から漏れた蒸気が液溜め部１６に流入する可能性がある。ウィック１２と弾性部材１３との間にシール材１８が充填されていれば、隙間が埋まるため、蒸気が液溜め部１６に流入する可能性が減る。
【００３１】
＜冷却モジュールの第２変形例＞
図９は、第２変形例に係る冷却モジュール１０の内部構造図の一例である。第２変形例に係る冷却モジュール１０は、液溜め部１６内に配置され、弾性部材１３を支持する支持部１９が中空部材１１の部材１１Ａに形成されている。支持部１９は、弾性部材１３を介してウィック１２を接触面１５に押し当てる。支持部１９は、ウィック１２を接触面１５に押し当て可能であれば、弾性部材１３の如何なる部位を支持してもよい。なお、支持部１９は、例えば、ウィック１２同士に挟まれている部分を支持すればウィック１２を接触面１５に効果的に押し当て可能となり、配置する支持部１９の個数または大きさの削減を図ることが可能である。
【００３２】
本変形例は、ウィック１２が支持部１９によって接触面１５に押し当てることにより、ウィック１２と接触面１５との間の密着性を向上させる。よって、ループ型ヒートパイプ１は、接触領域における伝熱量の増大により冷却能力が向上する。
【００３３】
＜冷却モジュールの第３変形例＞
図１０は、第３変形例に係る冷却モジュール１０の内部構造図の一例である。第３変形例に係る冷却モジュール１０は、弾性部材１３を押圧するばね２０が液溜め部１６内に配
置されている。ばね２０は、圧縮ばねであり、弾性部材１３を介してウィック１２を接触面１５に押し当てる。なお、ばね２０は、上記第２変形例に係る支持部１９と同様、ウィック１２を接触面１５に押し当て可能であれば、弾性部材１３の如何なる部位を押圧してもよい。ウィック１２が支持部１９によって接触面１５に押し当てられることにより、上記第２変形例と同様、ウィック１２と接触面１５との密着性が向上する。
【００３４】
＜冷却モジュールの第４変形例＞
図１１は、第４変形例に係る冷却モジュール１０の、ウィック１２が取り付けられた状態の弾性部材１３を示した上面図の一例である。上記実施形態や各変形例のウィック１２は、上面が正方形であったが、このような形状に限定されるものではない。ウィック１２は、例えば、図１１に示すウィック１２のように、上面が長方形であってもよい。ウィック１２が長方形の場合、冷却モジュール１０の弾性部材１３は、長方形のウィック１２を嵌め込む長方形の枠１４を複数有することになる。
【００３５】
図１２は、図１１の符号Ｃ−Ｃで示した線で弾性部材１３を切断した場合の断面図の一例である。弾性部材１３が長方形のウィック１２を４つ保持する場合、弾性部材１３には、例えば図１２に示すようにウィック１２が嵌る枠１４が横に４つ並んだ状態で形成されることになる。この場合であっても、弾性部材１３は、各ウィック１２の嵌め込み方向が同じになるよう、各枠１４の開口方向が統一されている。
【００３６】
＜冷却モジュールの第５変形例＞
図１３は、第５変形例に係る冷却モジュール１０の、ウィック１２が取り付けられた状態の弾性部材１３を示した上面図の一例である。上記実施形態や各変形例の弾性部材１３には、ウィック１２が４つ設けられていたが、ウィック１２の個数は４つに限定されるものでなく、例えば、３つ以下あるいは５つ以上であってもよい。例えば、図１３に示す弾性部材１３には、２５個のウィック１２が保持されている。
【００３７】
図１４は、第５変形例に係る冷却モジュール１０の中空部材１１の接触面１５を示した図の一例である。グルーブ１７を有する接触面１５に、弾性部材１３が保持する２５個のウィック１２を接触させると、接触領域は、図１４において網点で示される部分に形成されることになる。
【００３８】
図１５は、第５変形例に係る冷却モジュール１０の内部構造図の一例であり、図１３において符号Ｄ−Ｄの線で示した部分に対応する断面図である。接触面１５に接触しているウィック１２の分割数を更に多くすることで、ウィック１２の平坦度や接触面１５の高さのばらつきの影響が更に小さくなる。これにより、ウィック１２と接触面１５との間の密着性が更に向上する。
【００３９】
＜冷却モジュールの第６変形例＞
図１６は、第６変形例に係る冷却モジュール１０の、ウィック１２が取り付けられた状態の弾性部材１３を示した上面図の一例である。上記実施形態や各変形例のウィック１２は、上面が方形であったが、このような形状に限定されるものではない。ウィック１２は、例えば、図１６に示すウィック１２のように、上面が円形であってもよいし、或いはその他の形状であってもよい。ウィック１２が円形の場合、冷却モジュール１０の弾性部材１３は、円形のウィック１２を嵌め込む円形の枠１４を複数有することになる。
【００４０】
図１７は、第６変形例に係る冷却モジュール１０の中空部材１１の接触面１５を示した図の一例である。接触面１５には、接触面１５を凹凸状に形成する蒸気排出用の溝を縦横に設けたグルーブ１７が形成されている。縦横の溝を形成するグルーブ１７を有する接触面１５に、弾性部材１３が保持する円形のウィック１２を接触させると、接触領域は、図
１７において網点で示される部分に形成されることになる。
【００４１】
図１８は、第６変形例に係る冷却モジュール１０の内部構造図の一例であり、図１６において符号Ｅ−Ｅの線で示した部分に対応する断面図である。ウィック１２を保持する弾性部材１３は、ウィック１２が円形の場合であっても変形可能である。よって、本変形例は、ウィック１２と接触面１５との間の密着性を向上させる。よって、ループ型ヒートパイプ１は、接触領域における伝熱量の増大により冷却能力が向上する。
【００４２】
なお、上記実施形態や各変形例は、適宜組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１・・ループ型ヒートパイプ：２・・被冷却体：３・・蒸発部：４・・凝縮部：５・・蒸気経路：６・・液経路：７，１０７・・作動流体：８・・凝縮管：１０，１１０・・冷却モジュール：１１，１１１・・中空部材：１２，１１２・・ウィック：１３・・弾性部材：１４・・枠：１５，１１５・・接触面：１６・・液溜め部：１７・・グルーブ：１８・・シール材：１９・・支持部：２０・・ばね
【図１】
2014062658.tif 000003
【図２】
2014062658.tif 000004
【図３】
2014062658.tif 000005
【図４】
2014062658.tif 000006
【図５】
2014062658.tif 000007
【図６】
2014062658.tif 000008
【図７】
2014062658.tif 000009
【図８】
2014062658.tif 000010
【図９】
2014062658.tif 000011
【図１０】
2014062658.tif 000012
【図１１】
2014062658.tif 000013
【図１２】
2014062658.tif 000014
【図１３】
2014062658.tif 000015
【図１４】
2014062658.tif 000016
【図１５】
2014062658.tif 000017
【図１６】
2014062658.tif 000018
【図１７】
2014062658.tif 000019
【図１８】
2014062658.tif 000020
【図１９】
2014062658.tif 000021
【図２０】
2014062658.tif 000022
【図２１】
2014062658.tif 000023