(57)【要約】重量の増大を招くことなく、気相冷媒の内圧による変形を防止することができる冷却装置を提供する。  本発明における冷却装置は、第１平板と第２平板とを備えた平板型容器と、平板型容器内に封入された冷媒とを有し、第１平板と第２平板の少なくとも一方に凹凸構造を備える。
2013005622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１平板と第２平板とを備えた平板型容器と、
前記平板型容器内に封入された冷媒とを有し、
前記第１平板と前記第２平板の少なくとも一方に凹凸構造を備える冷却装置。
【請求項２】
前記第１平板は、第１凸部と、第１凹部とを備え、
前記第２平板は、第２凸部と、第２凹部とを備え、
前記第１凸部と、前記第１凸部と対向して配置された前記第２凸部とにより構成される第１流路と、
前記第１凹部と、前記第１凹部と対向して配置された前記第２凹部とにより構成される第２流路とを備える請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記第１流路は、前記第１平板および前記第２平板に垂直な断面における面積が、前記第２流路の前記断面における面積よりも大きく構成されている請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記第１流路は、前記第１平板または前記第２平板を通して伝達される熱により気化した前記冷媒の蒸気が流動し、
前記第２流路は、前記冷媒の蒸気が放熱して凝縮した液相の冷媒が流動する請求項２または３に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記第１凸部と前記第２凸部の少なくとも一方に、発熱体および放熱部がそれぞれ接続されている請求項２から４のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記第１流路と、前記第２流路とが隣接して形成されている請求項２から５のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記第１平板は、第１凸部と、第１凹部とを備え、
前記第２平板は、第２凸部と、第２凹部とを備え、
前記第１凹部と前記第２凹部とが接続した接合部と、
第１流路、および第２流路は、前記第１凸部と、前記第１凸部と対向して配置された前記第２凸部とにより構成され、
前記第１流路を構成する前記第１凸部、および前記第２凸部の少なくとも一方に発熱体が設けられている請求項１に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記第１流路は、前記第１平板および前記第２平板に垂直な断面における面積が、前記第２流路前記断面における面積よりも大きく構成されている請求項２に記載の冷却装置。
【請求項９】
前記接合部は、ロウ付けにより接合している請求項７に記載の筺体。
【請求項１０】
前記接合部は、溶接により接合している請求項７に記載の筺体。
【請求項１１】
前記冷媒の気液界面は、前記発熱体と前記放熱部との間に設けられている請求項５から１０のいずれか一項に記載の筺体。
【請求項１２】
前記凹凸構造は、押圧加工により形成される請求項１から１１のいずれか一項に記載の筺体。
【請求項１３】
前記第１平板および前記第２平板の材料は、銅、またはアルミニウムのどれか１つである請求項１から１２のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項１４】
前記冷媒の材料は、ハイドロフルオロカーボン、ハイドロフルオロエーテル、および水のいずれか１つである請求項１から１３のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項１５】
前記放熱部は、フィン形状である請求項５に記載の冷却装置。
【請求項１６】
前記平板状容器の内圧は、減圧されている請求項１から１５のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項１７】
第１平板に加圧部材を押圧することにより第１凸部と、第１凹部とを形成し、
第２平板に加圧部材を押圧することにより第２凸部と、第２凹部とを形成し、
前記第１凸部と前記第２凸部とが対向し、
前記第１凹部と前記第２凹部とが対向するように前記第１平板と第２平板とを配置し、
前記第１平板の周辺部と前記第２平板の周辺部とを接続する冷却装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子機器のＬＳＩなどの発熱体を冷却するための冷却装置に関し、特に相変化を利用した平板型の冷却装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発熱量の大きな半導体素子は、半導体素子のパッケージの上部にヒートシンクを設けて伝熱面を拡大させ、送風機などにより拡大した伝熱面に対して強制空冷を行うことで、半導体素子が発する熱の冷却を行っていた。
近年、実装技術の進展、プリント基板の多層化と共に電子機器の薄型、小型化の要求が高まってきている。そのため電子機器の薄型、小型化の進展と共に、半導体パッケージ上部にヒートシンクなどの冷却部品用のスペースを確保することが困難となってきた。
そこで密閉空間を有する平板状の金属筺体の内部に冷媒を充填した平板型の沸騰冷却器の研究が進んでいる。平板型沸騰冷却器は、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、凝縮部に熱の輸送をすることによって冷却を行う。
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、気液の体積差と毛細現象や、気液密度の差による浮力などを利用することで筺体内を循環させ凝縮部に移動させる。そして外気と熱交換を行うことで凝縮部において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。
特許文献１には、平板型の冷却装置の具体的な構造について記載されている。特許文献１では、２枚の銅板で構成される筐体内部の密閉空間に流路構造を設けている。流路構造は、放熱部、吸熱部を備えており、それぞれ流路の幅が異なる。上記構造とすることで放熱部は、吸熱部に比べて流路幅を広くすることができ、流路中の圧力損失を低減させて冷媒の循環を促進し、熱輸送の効率化を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２１６６７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の平板型沸騰冷却装置では、発熱体の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であった。しかし冷媒は液体から気体に相変化すると体積が急激に増加するため、発熱体により冷媒が沸騰して気化すると冷却装置を構成する筐体内部の圧力が上がり、筐体が変形してしまう。筺体の変形を防ぐために、筺体の板厚を厚くすると、冷却装置の重量が増大してしまうという問題があった。
本発明は、上記課題である気相冷媒の内圧による筺体の変形を防止しようとすると、冷却装置の重量が増大してしまうという課題を解決する冷却装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明における冷却装置は、第１平板と第２平板とを備えた平板型容器と、平板型容器内に封入された冷媒とを有し、第１平板と第２平板の少なくとも一方に凹凸構造を備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明における冷却装置による効果の一例として、冷媒装置の重量の増大を招くことなく、気相冷媒の内圧による冷却装置の変形を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態における冷却装置の構成を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態における冷却装置の構成を示す分解斜視図である。
【図３】第１実施形態における冷却装置の構成を示す断面図である。
【図４】第２実施形態における冷却装置の構成を示す斜視図である。
【図５】第２実施形態における冷却装置の構成を示す断面図である。
【図６】第２実施形態における冷却装置の構成を示す断面図である。
【図７】第３実施形態における冷却装置の構成を示す斜視図である。
【図８】第３実施形態における冷却装置の構成を示す断面図である。
【図９】第３実施形態における冷却装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
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〕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１の斜視図であり、図２は分解斜視図であり、図３は断面図である。
〔構造の説明〕図１、２に示すように、本実施形態における冷却装置１は、発熱体４と、放熱部５とを接続して使用する。
図１、２に示すように冷却装置１は、内部に密閉空間８を有した平板状容器１０を備えている。平板状容器１０は、図２に示すように第１平板２と第２平板３とを組み立てることにより構成される。第１平板２の周辺部と第２平板３の周辺部とを例えば溶接、ろう付けなどにより接続する。なお第１平板２と第２平板３との接続箇所であるつなぎ目は、外から水やほこりが入り込まないように、シリコーンゴムなどの樹脂により封止した密閉構造としてもよい。平板状容器１０の材質は、銅やアルミニウムなど熱伝導性が高い材質で構成される。
図３に示すように、第１平板２と第２平板３は、少なくとも一方に凹部６ａと凸部６ｂとで構成される凹凸構造６を備えている。ここで凹部６ａは第１平板２または第２平板３が平板状容器１０の外部から内部に突出した形状を有する領域であり、凸部６ｂは第１平板２または第２平板３が平板状容器１０の内部から外部に突出した形状を有する領域である。
図３に示すように、第１平板２と第２平板３は互いに対向して配置され、第１平板２と第２平板３とを重ね合わせて接続することで平板状容器１０は形成される。つまり第１平板２と第２平板３に設けられている凹凸構造６を対向した位置で重ねあわせることで、平板状容器１０は内部に中空状の密閉空間８を形成する。
詳細に説明すると、密閉空間８は、第１平板２に形成された凹部６ａと第２平板３に形成された凹部６ａとを重ね合わせた領域と、また第１平板２に形成された凸部６ｂと第２平板３に形成された凸部６ｂとを重ね合わせた領域とで構成される。なお第１平板２と第２平板３の凹凸構造６は、第１平板２、および第２平板３を金型などの加工部材によって押圧することによって製造される。
発熱体４は、平板状容器１０の少なくとも１つの外側の面に設けられている。発熱体４と平板状容器１０とは、熱伝導グリースなどの熱伝導性が高い接着剤を介して熱的に接続している。なお発熱体４は、第１平板２、または第２平板３の凸部６ｂ上に取り付けられている。
平板状容器１０内部の密閉空間８には、冷媒が封入されている。冷媒の具体的な例としてＨＦＣ（ｈｙｄｒｏ  ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ：ハイドロフルオロカーボン）や、ＨＦＥ（ｈｙｄｒｏ  ｆｌｕｏｒｅｔｈｅｒ：ハイドロフルオロエーテル）や、水などを用いることができるが、材料はこれに限定されない。また平板状容器１０の密閉空間８における冷媒の圧力は、ポンプなどにより減圧された状態である。
放熱部５は、平板状容器１０の少なくとも１つの外側の面に設けられており、平板状容器１０の鉛直方向の上部に設けられている。放熱部５と平板状容器１０とは、熱伝導グリースなどの熱伝導性が高い接着剤を介して熱的に接続している。これに限らず、ボルト等で固定することとしてもよい。
放熱部５は、例えばフィン形状であり表面積が大きく、銅やアルミなど熱伝導性が高い材質であれば特に限定されない。放熱部５は、第１平板２、または第２平板３の凸部６ｂ上に取り付けられている。
また放熱部５が平板状容器１０に設けられる面は、発熱体４が取り付けられている面と同じ側の面でもよいし、発熱体４が取り付けられている面とは対向する反対側の面でもよい。（図１，２では、発熱体４が取り付けられている面と同じ面に放熱部５が設けられている場合を示す。）なお、発熱部４を複数備え、平板状容器１０の複数の面に設けてもよい。
平板状容器１０内部の密閉空間８における圧力は、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。上記の低沸点の冷媒を用いることにより、冷媒の沸点を３０度程度まで低下させることができ、冷媒は発熱体４が発生する熱によっても沸騰することができる。
〔製造方法の説明〕ここで本実施形態における冷却装置１の製造方法について説明を行う。
まず第１の工程として、金型などの加工部材に第１平板２および第２平板３を押圧することで、第１平板２および第２平板３に凹部６ａ、凸部６ｂを形成する。次に第２の工程に進む。
次に、第２の工程として、第１平板２の凹部６ａと第２平板３の凹部６ａとが対向するように、また第１平板２の凸部６ｂと第２平板３の凸部６ｂとが対向するように第１平板２と第２平板３とを配置する。次に第３の工程に進む。
次に、第３の工程として、第１平板２の周辺部と第２平板３の周辺部とを例えば溶接、ろう付けなどにより接続する。上記３つの工程により、本実施形態における平板状容器１０が形成される。
〔作用・効果の説明〕次に、本実施形態の作用について説明する。
第１平板２と第２平板３とで構成される平板状容器１０は、熱伝導性の高い材質であり、発熱体４と熱伝導性グリースを介して熱的に接続している。そのため発熱体４が発する熱は、平板状容器１０を介して、平板状容器１０の内部に設けられた冷媒に伝わる。
なお平板状容器１０内部の密閉空間８に設けられている冷媒の気液界面は、発熱体４が取り付けられている高さよりも高く、密閉空間８の全てが冷媒で満たされないように冷媒の量が調整される。つまり冷媒の気液界面は、放熱部５と発熱体４の間に位置している。
そして冷媒は、発熱体４が発する熱を受熱することで沸騰する。平板状容器１０の密閉空間８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は、気液密度の差による浮力により、平板状容器１０の上部に運ばれる。
平板状容器１０の上部に運ばれた冷媒の蒸気は、平板状容器１０を介して平板状容器１０の外壁面に取り付けられた放熱部５により外気と熱交換を行う。放熱部５は、フィン形状であるため表面積が大きく、外気と熱交換を行うことで冷却される。
放熱部５が冷却されると、放熱部５と熱的に接続する平板状容器１０内部に設けられた冷媒の蒸気も冷却され、そして凝縮して液化する。液化した冷媒は、重力により平板状容器１０の下部に降下し、冷媒の気液界面へと還流する。そして冷媒は、再び発熱体４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、平板状容器１０の内部に設けられた冷媒は、発熱体４が発する熱により液体から気体に変化し、そして放熱部５を介し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４が発生した熱を、放熱部５を介して放熱を行う。
特許文献１に記載の平板型沸騰冷却器は、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であった。しかし気体の体積は、液体の体積と比べると大きいため、発熱体が発する熱により冷媒が沸騰して気化すると筺体内部の内圧が上がり、筺体が変形してしまうという問題があった。
詳細に説明すると、冷媒が液体から気体に相変化すると一般に体積は、数１００倍以上に増加する。そして幅方向には広い形状であるが、冷媒が設けられている密閉空間８の体積としては小さい構造であるため、平板状容器１０は気体に相変化して増大した体積を収容できず変形してしまう。その結果、増大した冷媒の流動性が阻害され、冷却性能が低下してしまうという問題があった。また筺体の変形を防ぐために、筺体の板厚を厚くすると、冷却装置の重量が増大してしまうという問題があった。
そこで本実施形態における冷却装置１の平板状容器１０は、第１平板２と第２平板３とに凹凸構造６を有している。凹凸構造６を設けることで、平板状容器１０における変形方向の断面二次モーメントを大きくすることができる。
その結果、冷却装置１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場合であっても、第１平板２、第２平板３の板厚みを増やすことなく剛性を大きくすることができ、平板状容器１０の変形を防ぐことができる。そして、平板状容器１０が変形することにより、冷媒の流動性が阻害されて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面を参照して詳細に説明する。図４は、本実施形態における冷却装置１の斜視図であり、図５、図６は断面図である。
〔構造の説明〕本実施形態における冷却装置１は、第１平板２と第２平板３とに設けられた凹凸構造６の凹部６ａが液相流路１２（第２流路）を、凸部６ｂが気相流路１１（第１流路）を形成している点である。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、発熱体４と、放熱部５を接続して使用する。
本実施形態における冷却装置１は、箱型形状で内部に密閉空間８を有する平板状容器１０を備えている。平板状容器１０は、第１平板２と第２平板３とを組み立てることにより構成される。第１平板２の周辺部と第２平板３の周辺部とを例えば溶接、ろう付けなどにより接続する。なお第１平板２と第２平板３との接続箇所であるつなぎ目は、外から水やほこりが入り込まないように、シリコーンゴムなどの樹脂により封止した密閉構造としてもよい。平板状容器１０の材質は、銅やアルミニウムなど熱伝導性が高い材質で構成される。
第１平板２と第２平板３とは、少なくとも一方に凹部６ａと凸部６ｂとで構成される凹凸構造６を有している。凹凸構造６は、第１平板２、および第２平板３を金型などの加工部材に押圧することにより形成される。なお凹部６ａは、平板状容器１０の外側から内側に向かって変形した形状であり、凸部６ｂは平板状容器１０の内側から外側に向かって変形した形状である。
凹凸構造６を設けた第１平板２と、第２平板３とを重ね合わせて接続することで、平板状容器１０は、内部に中空状の密閉空間８を形成する。そして密閉空間８には、冷媒９が封入されている。平板状容器１０内部の密閉空間８における内圧は、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。
発熱体４は、平板状容器１０の外側の面に熱伝導グリースなどの熱伝導性が高い接着剤を介して熱的に接続している。そして発熱体４は、第１平板２、または第２平板３の凸部６ｂ上に取り付けられている。
放熱部５も同様に、平板状容器１０の外側の面に熱伝導グリースなどの熱伝導性の高い接着剤を介して熱的に接続している。これに限らず、ボルト等で固定することとしてもよい。そして放熱部５は、第１平板２、または第２平板３の凸部６ｂ上に取り付けられている。なお放熱部５は、例えばフィン形状であり表面積が大きく、銅やアルミなど熱伝導性が高い材質であれば特に限定されない。
図５に示すように、気相流路１１（第１流路）は、互いに対向して配置された第１平板２に形成された凸部６ｂと、第２平板３に形成された凸部６ｂとで構成される領域である。一方、液相流路１２（第２流路）は、互いに対向して配置された第１平板２の凹部６ａと、第２平板３の凹部６ａとで構成される領域である。
気相流路１１は凸部６ｂに挟まれた領域であるため、液相流路１２より厚さ方向に大きく断面積が大きい。そして気相流路１１は、液相流路１２より断面積が大きいため、体積も大きい。換言すると、気相流路１１の第１平板２および第２平板３の垂直な断面における面積は、液相流路１２の断面における面積よりも大きく構成されている。
発熱体４が設けられている凸部６ｂと、放熱部５が設けられている凸部６ｂは隣接して連続的に形成されている。つまり発熱体４が設けられている凸部６ｂと、放熱部５が設けられている凸部６ｂとで挟まれた領域で気相流路１１を形成している。例えば本実施形態では、図４、６に示すように、Ｔ字型に凸部６ｂを形成しているが、これに限定されない。このとき気相流路１１は、気相流路１１ａと気相流路１１ｂとにより構成される。
図６では、平板状容器１０の中央部に鉛直方向に延伸して形成された気相流路１１ａを設けている。第１平板２、または第２平板３の鉛直方向に延伸する気相流路１１ａを形成する凸部６ｂ上には、発熱体４が設けられている。なお気相流路１１ａの両側には、液相流路１２が設けられている。
図６に示すように、平板状容器１０の上部には、水平方向に延伸して形成された気相流路１１ｂを設けている。第１平板２、または第２平板３の水平方向に延伸する気相流路１１ｂを形成する凸部６ｂ上には、放熱部５が設けられている。なお、気相流路１１ａと気相流路１１ｂとは隣接して連続して形成されている。
〔作用の説明〕次に、本実施形態の作用について図６を用いて説明する。
図６に示すように、第１平板２と第２平板３とで構成される平板状容器１０は、熱伝導性の高い材質であり、発熱体４と熱伝導性グリースを介して熱的に接続している。そのため発熱体４が発する熱は、平板状容器１０を介して、平板状容器１０の内部に設けられた冷媒９に伝わる。
なお平板状容器１０内部の密閉空間８に設けられている冷媒９の気液界面は、発熱体４が取り付けられている高さよりも高く、密閉空間８の全てが冷媒９で満たされないように冷媒９の量が調整されている。つまり冷媒９の気液界面は、放熱部５と発熱体４の間に位置している。
そして冷媒９は、発熱体４が発する熱を受熱することで沸騰する。平板状容器１０の密閉空間８に設けられた冷媒９が沸騰することで発生した冷媒９の蒸気は、気液密度の差による浮力により、平板状容器１０の上部に運ばれる。
一般的に、冷媒９が液体から気体に相変化すると、体積は急激に増加して内圧が上昇し、平板状容器１０の形状を変形させてしまう可能性がある。そこで本実施形態における冷却装置１は、平板状容器１０を構成する第１平板２と第２平板３とに凹凸構造６を備えることで、変形方向の断面２次モーメントを大きくすることができる。その結果、第１平板２、および第２平板３の厚みを増やすことなく剛性を大きくすることができ、平板状容器１０が変形するのを防ぐことができる。
また本実施形態における冷却装置１の平板状容器１０は、発熱体４と放熱部５が平板状容器１０に連続して形成された凸部６ｂ上に設けられている。つまり、気相流路１１は凸部６ｂに挟まれた領域であるため、液相流路１２より厚さ方向に大きく断面積が大きい。そして気相流路１１は、液相流路１２より断面積が大きいため、体積も大きい。換言すると、気相流路１１の第１平板２および第２平板３の垂直な断面における面積は、液相流路１２の断面における面積よりも大きく構成されている。
上記構成により、発熱体４が発する熱により平板状容器１０内で沸騰することで発生した冷媒９の蒸気は、気液密度の差による浮力により平板状容器１０の上部に運ばれる。このとき、急激に体積が増加した冷媒９の蒸気は、気相流路１１ａに沿って放熱部５に運ばれる。
詳細に説明すると、平板状容器１０の内部は、凹部６ａに挟まれて形成された密閉空間８の体積が小さい液相流路１２と、凸部６ｂに挟まれて形成された密閉空間８の体積が大きい気相流路１１とが存在する。そのため凸部６ｂに配置された発熱体４が沸騰して、体積が急激に増加した冷媒９の蒸気は、体積が大きい気相流路１１ａに沿って平板状容器１０上部の放熱部５が設けられている気相流路１１ｂに運ばれる。このとき冷媒９の蒸気は急激に増加するため、体積の小さい液相流路１２には流れこまない。
放熱部５が設けられている気相流路１１ｂに運ばれた冷媒９の蒸気は、平板状容器１０を介して外壁面に設けられた放熱部５により外気と熱交換を行う。放熱部５が冷却されると、放熱部５と熱的に接続する平板状容器１０内部に設けられた冷媒９の蒸気も冷却され、そして凝縮して液化する。
ここで凝縮して液化した冷媒９は、気体のときに比べて急激に体積が減少するため、急激に体積が増加した冷媒９の蒸気が発熱部４から放熱部５に移動している気相流路１１ではなく、液相流路１２を通り平板状容器１０の下部に設けられている冷媒９の気液界面に還流する。
ここで図６を用いて具体的に説明すると、平板状容器１０における気相流路１１は点線に囲まれた斜線部のようにＴ字状に形成されている。まず平板状容器１０の中央部に鉛直方向に延伸して設けられた気相流路１１ａにおいて、発熱体４により沸騰した冷媒９の蒸気は気相流路１１ａを通り平板状容器１０の上部に運ばれる。
平板状容器１０の上部に運ばれた冷媒９の蒸気は、放熱部５が設けられている気相流路１１ｂにおいて凝縮して液化する。そして液化した凝縮液は、気相流路１１ａの両側に設けられた液相流路１２から平板状容器１０の下部に運ばれる。
〔効果の説明〕次に、本実施形態の効果について説明を行う。
平板状容器１０は、第１平板２および第２平板３に凹凸構造６を備えているので、変形方向の断面二次モーメントを大きくすることができる。その結果、冷媒９が沸騰して体積が急激に増加することによる平板状容器１０の変形を防止することができる。
また同時に、上記構成により、沸騰することで体積が増加した冷媒９の蒸気が放熱部５に運ばれる気相流路１１と、凝縮することにより体積が減少した冷媒９の凝縮液が平板状容器１０の下部に位置する気液界面に流動する液相流路１２が形成することができる。
また平板状容器１０は、第１平板２および第２平板３に凹凸構造６を設けることで、厚さ方向に断面積を変化させることができる。その結果、平板状の流路幅を変化させた構造に比べて、仕切り板や流路フィンを設ける必要がないため、発熱体４が発する熱により沸騰した冷媒９の蒸気を平板状容器１０上部に運ぶ気相流路１１と、放熱部５において凝縮して液化した冷媒９を平板状容器１０下部に運ぶ液相流路１２とを容易に形成することができる。
その結果、冷却装置１の重量の増大を招くことなく、冷媒９の内圧による平板状容器１０の変形を防止することができる。また平板状容器１０の変形を防止することで、発熱体４が発する熱を受熱して沸騰した冷媒９の蒸気を、放熱部５を介して冷却させて再び液化するという沸騰冷却の冷却サイクルを向上し、冷却性能を向上することができる。
〔第３の実施形態〕次に、第３の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図７は、本実施形態における冷却装置１の斜視図であり、図８、図９は断面図である。
〔構造の説明〕本実施形態における冷却装置１の平板状容器１０は、図８に示すように第１平板２に設けられた凹部６ａと第２平板３に設けられた凹部６ａとが接合している。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発熱体４と、放熱部５とを接続して使用する。
本実施形態における冷却装置１は、箱型形状で内部に密閉空間８を有した平板状容器１０を備えている。冷却装置１は、第１平板２と第２平板３とを組み立てることにより構成される。第１平板２の周辺部と第２平板３の周辺部とを例えば溶接、ろう付けなどにより接続する。なお第１平板２と第２平板３との接続箇所であるつなぎ目は、外から水やほこりが入り込まないように、シリコーンゴムなどの樹脂により封止した密閉構造としてもよい。平板状容器１０の材質は、銅やアルミニウムなど熱伝導性が高い材質で構成される。
第１平板２と第２平板３とは、少なくとも一方に凹部６ａと凸部６ｂとで構成される凹凸構造６を有している。凹凸構造６は、第１平板２、および第２平板３を金型などの加工部材に押圧することにより形成する。なお凹部６ａは、平板状容器１０の外側から内側に向かって変形した形状であり、凸部６ｂは平板状容器１０の内側から外側に向かって変形した形状である。
凹凸構造６を設けた第１平板２と、第２平板３とを重ね合わせて接続することで、平板状容器１０の内部に中空状の密閉空間８が構成される。そして密閉空間８には、冷媒９が設けられている。平板状容器１０内部の密閉空間８における内圧は、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。
発熱体４は、平板状容器１０の外側の面に熱伝導グリースなどの熱伝導性が高い接着剤を介して熱的に接続している。そして発熱体４は、第１平板２、または第２平板３の凸部６ｂ上に取り付けられている。
放熱部５も同様に、平板状容器１０の外側の面に熱伝導グリースのなどの熱伝導性の高い接着剤を介して熱的に接続している。これに限らず、ボルト等で固定することとしてもよい。そして放熱部５は、第１平板２、または第２平板３の凸部６ｂ上に取り付けられている。なお放熱部５は、例えばフィン形状であり表面積が大きく、銅やアルミなど熱伝導性が高い材質であれば特に限定されない。
図８に示すように、気相流路１１と液相流路１２は、第１平板２と第２平板３に形成された凸部６ｂが対向した領域である。第１平板２と第２平板３とに形成された凹部６ａ同士はロウ付けや、溶接などにより互いに接合している。気相流路１１の垂直な断面における面積は、液相流路１２の断面における面積よりも大きく構成されている。
第１平板２と第２平板３とに形成された凹部６ａが接合している領域を、接合部１３とする。接合部１３は、気相流路１１と液相流路１２の間に設けられている。
気相流路１１と液相流路１２は、それぞれ少なくとも１つずつ設けられ、鉛直方向に延伸して形成されている。気相流路１１を形成する第１平板２あるいは第２平板３の少なくとも一方の凸部６ｂ上に発熱体４が接続される。発熱体４と平板状容器１０は、熱伝導性グリースを介して熱的に接続している。
液相流路１２は、平板状容器１０の上下両端部に設けられた気相流路１１ｂと接続している。平板状容器１０の上端部における液相流路１２と気相流路１１ｂとが接続する領域に、放熱部５が設けられている。一方、平板状容器１０の上下両端部以外の場所では、接合部１３が、気相流路１１ａと液相流路１２との間に設けられ両者を仕切っている。
図９に示すように、平板状容器１０の中央部に鉛直方向に延伸して形成された気相流路１１ａが設けられており、気相流路１１ａの両側に、接合部１３を挟んで延伸して形成された液相流路１２が設けられている。気相流路１１と液相流路１２とは、平板状容器１０の上下端部において互いに接続している。なお、平板状容器１０における気相流路１１は点線に囲まれた斜線部のようにＴ字状に形成されている。
〔作用・効果の説明〕次に、本実施形態の作用・効果について説明する。
第１平板２と第２平板３とで構成される平板状容器１０は、熱伝導性の高い材質であり、発熱体４と熱伝導性グリースを介して熱的に接続している。そのため発熱体４が発する熱は、平板状容器１０を介して、平板状容器１０の内部に設けられた冷媒９に伝わる。
なお平板状容器１０内部の密閉空間８に設けられている冷媒９の気液界面は、発熱体４が取り付けられている高さよりも高く、密閉空間８の全てが冷媒９で満たされないように冷媒９の量が調整される。つまり冷媒９の気液界面は、放熱部５と発熱体４の間に位置している。
そして冷媒９は、発熱体４が発する熱を受熱することで沸騰する。平板状容器１０の密閉空間８に設けられた冷媒９が沸騰することで発生した冷媒９の蒸気は、気液密度の差による浮力により、平板状容器１０の上部に運ばれる。
一般的に、冷媒９が液体から気体に相変化すると、体積は急激に増加して内圧が上昇して平板状容器１０の形状を変形させてしまう可能性がある。しかし本実施形態によれば、平板状容器１０を構成する第１平板２と第２平板３とに凹凸構造６が構成されているので、変形方向の断面２次モーメントを大きくすることができる。その結果、第１平板２、および第２平板３の厚みを増やすことなく剛性を大きくすることができ、平板状容器１０が変形するのを防ぐことができる。
また本実施形態における冷却装置１の平板状容器１０は、第１平板２と第２平板３とに凹凸構造６を設けることで、冷媒９の蒸気を平板状容器１０の上部に運ぶ気相流路１１と、放熱部５において冷媒９の蒸気が液化した凝縮液を平板状容器１０下部に運ぶ液相流路１２とを形成することができる。
そして気相流路１１と液相流路１２は平板状容器１０の上下両端部において接続しており、凹部６ａ同士が接合した接合部１３が仕切り部材として、気相流路１１と液相流路１２とのあいだに設けられている。
詳細に説明すると、気相流路１１と液相流路１２は、第１平板２と第２平板３の凸部６ｂに挟まれた領域である。一方、第１平板２の凹部６ａと第２平板３の凹部６ａとをロウ付けや溶接などで接合した接合部１３は、新たな構成部品を要することなく、気相流路１１と液相流路１２とを仕切ることができる。
さらに第１平板２と第２平板３とに設けた凹部６ａ同士を接合した構成とすることにより、第１平板２と第２平板３とは、外縁部だけでなく接合部１３において接合される。そのため接合箇所が増大し、平板状容器１０の強度を第１、２の実施形態に比べてさらに増大することができる。
その結果、冷媒９が液体から気体に相変化して体積が急激に増加することにより内圧が上昇して平板状容器１０の形状が変形することを防ぐことができる。つまり第１平板２、および第２平板３の厚みを増やすことなくさらに剛性を大きくすることができ、平板状容器１０が変形を防ぐことができる。
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るものではない。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。
この出願は、２０１１年７月７日に出願された日本出願特願２０１１−１５１０６２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。
【符号の説明】
【０００９】
１  冷却装置
２  第１平板
３  第２平板
４  発熱体
５  放熱部
６  凹凸構造
６ａ  凹部
６ｂ  凸部
８  密閉空間
９  冷媒
１０  平板状容器
１１  気相流路
１２  液相流路
１３  接合部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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