(57)【要約】【課題】  サイドヒート姿勢時での冷媒流路端面での冷媒凝縮液の排出を促進し、その滞留を防止すると共に、放熱部での放熱性能の低下を防止することができる沸騰冷却装置を提供する。【解決手段】  沸騰冷却装置１は、第１と第２の冷媒槽４，５と、複数の冷媒流路３及び放熱フィン２とよりなる放熱部７とを備えていて、その内部に冷媒が封入されており、該冷媒が発熱体８の熱を受けて沸騰気化し、外部流体への放熱によって凝縮した冷媒凝縮液を冷媒流路から冷媒槽に排出するのを促進する排出促進手段を冷媒流路端部又は端部周辺に設けている。手段としては、端部３１，３２の開口面積を拡大したり、端部に液を吸引する部材９，１０を設ける。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体が取り付けられる第１の冷媒槽と、
冷媒循環を形成する第２の冷媒槽と、
前記両冷媒槽間を連通する複数の冷媒流路及びこの各冷媒流路間に介在する放熱フィンとからなる放熱部と、
から構成され、その内部に所定量の冷媒が封入されている沸騰冷却装置において、
前記発熱体の熱を受けて沸騰気化し、外部流体への放熱によって凝縮した冷媒の凝縮液が、前記冷媒流路から前記冷媒槽に排出するのを促進する排出促進手段を、前記冷媒槽内の前記冷媒流路端部又は端部周辺に設けたことを特徴とする沸騰冷却装置。
【請求項２】
前記排出促進手段が、前記冷媒流路端部の開口面積を拡大させることであることを特徴とする請求項１に記載の沸騰冷却装置。
【請求項３】
前記冷媒流路端部がベルマウス状に拡開されていることを特徴とする請求項２に記載の沸騰冷却装置。
【請求項４】
前記冷媒流路端部が略斜めに切断されていることを特徴とする請求項２に記載の沸騰冷却装置。
【請求項５】
前記排出促進手段が、前記冷媒槽内壁から突出し、前記冷媒流路端部の一部に接触する突起部であることを特徴とする請求項１に記載の沸騰冷却装置。
【請求項６】
前記排出促進手段が、前記冷媒槽内に設けられ、前記冷媒流路端部と接触する排出促進部材であることを特徴とする請求項１に記載の沸騰冷却装置。
【請求項７】
前記排出促進部材が、開口部を有するプレート又は線材であることを特徴とする請求項１に記載の沸騰冷却装置。
【請求項８】
前記冷媒流路が略扁平であって、前記排出促進手段が、略扁平形状の前記冷媒流路端部を、冷媒が滞留しないよう冷媒の表面張力で形成される液面が、冷媒流路全体を閉塞しないような形状とすることであることを特徴とする請求項１に記載の沸騰冷却装置。
【請求項９】
略扁平形状の前記冷媒流路端部の幅方向に対する両端を中央部よりも厚くすることを特徴とする請求項８に記載の沸騰冷却装置。
【請求項１０】
略扁平形状の前記冷媒流路端部の幅方向に対する中央部を周辺部よりも厚くすることを特徴とする請求項８に記載の沸騰冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒の沸騰熱伝達により発熱体を冷却する沸騰冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンピュータチップ（ＣＰＵ）等の発熱素子は、その発熱量が益々増加し、素子の温度を最適に保つには冷媒を使用した高性能冷却装置のニーズが高まっている。筐体設計自由度を確保するため、冷却装置はボトムヒート（冷却装置底面に発熱素子を密着）およびサイドヒート（冷却装置底面に発熱素子を密着させた状態で、さらに９０度回転）での共用設計が必須となっており、部品点数の低減および放熱部体格の有効活用の面から、これまで発熱体が取り付けられる冷媒槽から冷媒流路を垂直方向に形成する構造の冷却装置を提案してきた（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２８５８４号公報
【０００４】
この沸騰冷却装置１は、図６に示されるように１組の冷媒容器４，５と放熱コア部７とで構成され、その内部に所定量の冷媒が封入されている。放熱コア部７は、両冷媒容器４，５間を連通する複数本の放熱チューブ３と放熱面積を増大するための放熱フィン２とフィン抑え部材６とからなる。受熱部側の冷媒容器４の一壁には、発熱体８が取り付けられる。図６（ａ）は、この従来の沸騰冷却装置１がサイドヒートの姿勢で使用されている状態を示している。
【０００５】
このような構成よりなる沸騰冷却装置１では、受熱部側の冷媒容器４に貯留された冷媒は、発熱体８の熱を受けて沸騰気化し、下方の放熱チューブ３から他方の冷媒容器５へ流出し、他方の冷媒容器５から再び上方の放熱チューブ３へ流入し、外部流体により放熱フィン２を介して冷却され凝縮し、凝縮液となって冷媒容器４に還流する。
この場合、図６（ｂ）に示すように冷媒容器５から受熱部側の冷媒容器４に冷媒が向かうに従い、放熱チューブ３内の冷媒の凝縮液膜が発達し、放熱チューブ４の端部で滞留し、放熱チューブ４を閉塞する場合がある。
【０００６】
このように、従来の沸騰冷却装置では、サイドヒート姿勢時には放熱コア部の冷媒流路（放熱チューブ）が重力方向に対し水平となるため、その性能向上のために放熱性能を改良し、冷媒凝縮量を増やすと、冷媒流路の出口付近では冷媒が冷媒流路を塞いで冷媒の循環不良を発生し、性能が不安定になったり、不足したりするという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、サイドヒート姿勢時での冷媒流路端面での冷媒凝縮液の排出を促進し、凝縮液が冷媒流路内で滞留しないようにすると共に、放熱部での放熱性能の低下を防止することができる沸騰冷却装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の沸騰冷却装置を提供する。
請求項１に記載の沸騰冷却装置は、第１と第２の冷媒槽と、複数の冷媒流路及び放熱フィンとよりなる放熱部とを備え、その内部に冷媒が封入されており、この冷媒が発熱体の熱を受けて沸騰気化し、外部流体への放熱によって凝縮した冷媒凝縮液を冷媒流路から冷媒槽に排出するのを促進する排出促進手段を、冷媒流路端部又は端部周辺に設けたものであり、これによって、冷媒凝縮液が冷媒流路内に滞留することを防止でき、沸騰冷却装置内での冷媒の循環不良の発生を防げ、その性能の不安定及び性能不足を解消することができる。
【０００９】
請求項２の沸騰冷却装置は、凝縮液の冷媒流路からの排出促進手段として、冷媒流路端部の開口面積を拡大させるようにしたものであり、これにより、冷媒凝縮液の冷媒流路から冷媒槽への排出がスムーズに行える。
請求項３の沸騰冷却装置は、冷媒流路端部をベルマウス状に拡開したものであり、請求項４の沸騰冷却装置は、冷媒流路端部を略斜めに切断したものであり、このようにして、冷媒流路端部の開口面積を拡大している。
【００１０】
請求項５の沸騰冷却装置は、凝縮液の冷媒流路からの排出促進手段として、冷媒槽内壁から突出し、冷媒流路端部の一部に接触する突起部を採用したものであり、これにより、突起部が凝縮液を導くようになり、排出が促進される。
請求項６の沸騰冷却装置は、凝縮液の冷媒流路からの排出促進手段として、冷媒槽内に冷媒流路端部と接触する排出促進部材を設けたものであり、これにより、排出促進部材が凝縮液を冷媒槽内に導くようになり、その排出が促進される。
【００１１】
請求項７の沸騰冷却装置は、排出促進部材として、開口部を有するプレート又は線材を採用したものであり、これにより、冷媒の流れを妨げることなく、凝縮液の冷媒流路からの排出の促進を図ることができる。
請求項８の沸騰冷却装置は、冷媒流路が略扁平である場合には、排出促進手段として、冷媒流路端部を冷媒が滞留しないよう冷媒の表面張力で形成される液面が冷媒流路全体を閉塞しないような形状としたものであり、これにより、冷媒凝縮液の冷媒流路から冷媒槽への排出がスムーズに行え、放熱部の性能低下を防止できる。
【００１２】
請求項９の沸騰冷却装置は、扁平形状の冷媒流路端部の幅方向に対する両端を中央部よりも厚くしたものであり、これにより、冷媒流路端部で冷媒液が滞留することを防止でき、その排水を促進できる。
請求項１０の沸騰冷却装置は、略扁平形状の冷媒流路端部の幅方向に対する中央部を周辺部よりも厚くしたものであり、これにより、請求項９と同様に冷媒流路端部での冷媒液の滞留を防止でき、冷媒の排水を促進できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面に従って本発明の実施の形態の沸騰冷却装置について説明する。図１は、本発明の第１実施例である沸騰冷却装置の断面図である。沸騰冷却装置１は、冷媒の沸騰熱伝達によって発熱体８を冷却するものであり、一対の冷媒槽４，５と放熱コア部（放熱部）７とで構成され、一体ろう付けにより製造される。発熱体８は、主にコンピュータチップ（ＣＰＵ）等の電子機器であり、受熱側である第１の冷媒槽４の外壁面略中央部に密着して取り付けられる。なお、本発明の沸騰冷却装置は、サイドヒートの姿勢で使用するのに好適なものである。
【００１４】
沸騰冷却装置１は、発熱体８が取り付けられる受熱側である第１の冷媒槽４、冷媒循環を形成する第２の冷媒槽５及びこれら第１、第２の冷媒槽４，５間に介在する放熱コア部７とを備えていて、この内部に所定量の冷媒が封入されている一種の密閉容器を形成しており、その内部を冷媒の気化と凝縮が繰り返えされる冷媒循環系を形成している。
【００１５】
放熱コア部７は、第１、第２の両冷媒槽４，５間を連通する複数の冷媒流路（チューブ）３と、各冷媒流路３間に介在し、放熱面積を増大するための放熱フィン２と、このフィン２を保護するために放熱コア部７の両側部に設けられるフィン抑え部材６とから構成されている。図１では、放熱フィン２はコルゲートフィン（波形フィン）となっているが、これに限定されるものではない。
沸騰冷却装置１を構成するこれらの部材（冷媒槽４，５、冷媒流路３、放熱フィン２及びフィン抑え部材６）は、好ましくは伝熱性に優れた金属材料（例えばアルミニウム等）により形成される。
【００１６】
次に本発明の特徴である排出促進手段について説明する。各冷媒流路３は、その端部が槽内に一部突出する形で各冷媒槽４，５に固着されている。従来においては、図５に示されるように各冷媒流路（チューブ）３は一様な断面積を有していたが、本発明においては、凝縮した冷媒液が冷媒流路３から冷媒槽４，５にスムーズに排出できるように、排出促進手段として、各冷媒流路３の両端部の開口面積を拡大している。図１の第１実施例においては、排出促進手段として各冷媒流路３の両端部３１をベルマウス状に拡開している。なお、ベルマウス状以外のラッパ状、漏斗状等の末拡がりに形成すればよいものである。
【００１７】
図２は、本発明の第２実施例である沸騰冷却装置の断面図を示している。この第２実施例では、排出促進手段として、各冷媒流路３の両端部３２を略斜めに切断することによって、端部の開口面積を拡大している。この第１、第２実施例に示される冷媒流路３の端部形状に留まらず、本発明の排出促進手段としての端部形状は、開口面積を拡大できるものであれば、どのような端部形状でもよいものである。その他の構成は、第１実施例と同様であるので説明を省略する。
【００１８】
上記構成よりなる沸騰冷却装置１の作動について説明する。
沸騰冷却装置１内部に所定量封入された図示しない冷媒が、第１の冷媒槽４にて発熱体８より受熱し、沸騰・気化し、冷媒流路３に流入する。放熱コア部（放熱部）７には外部流体（冷却風）が導入されており、沸騰気化した冷媒蒸気は、第２の冷媒槽５からＵターンしながら冷媒流路３→放熱フィン３→外部流体へと熱伝達して放熱し、凝縮・液化し、第１の冷媒槽４へと還流する。
【００１９】
本発明の前記第１、第２実施例では、排出促進手段として冷媒流路３の端部３１，３２の開口面積を、冷媒流路３の放熱コア部分内の一般部より拡大することで、冷媒流路端面での冷媒凝縮液の排出を促進し、この凝縮液が冷媒流路３内に滞留しないようにしている。したがって、放熱コア部７での放熱性能の低下を防止することができる。
【００２０】
図３は、本発明の第３実施例である沸騰冷却装置の断面図を示している。この第３実施例では、排出促進手段として、前記第１、第２実施例の冷媒流路端部３１，３２の開口面積を拡大することに代えて、第１、第２の冷媒槽４，５の各冷媒流路３と対向する内壁面にそれぞれ突起部９を設けたものである。この突起部９は、冷媒流路３の一部と接触するようにしている。これにより、冷媒流路３の端部に滞留しがちな冷媒の凝縮液が突起部９に誘導されて、冷媒流路３から冷媒槽４に排出されるようになる。即ち、突起部９が凝縮液を吸引する部材としての役割をしている。第３実施例では、この排出促進手段の構成を除いた他の構成については、第１実施例と同様であるので説明を省略する。
【００２１】
図４は、本発明の第４実施例である沸騰冷却装置の断面図（ａ）と排水促進部材１０の正面図（ｂ）である。この第４実施例では、排出促進手段として前記第３実施例の冷媒槽４，５の内壁面から突出する突起部９に代えて、各冷媒槽４，５内に冷媒流路３の端部と接触する排水促進部材１０を配設したものである。排水促進部材１０は、複数の開口部１０ａが形成されたプレートである。これらの開口部１０ａは、冷媒流路３の開口と交差する方向で、かつ各冷媒流路３間に跨がって形成されている。これにより、排水促進部材１０は、各冷媒流路３の端部に一部で接触するようになり、この接触部分から冷媒の凝縮水が誘導されて、冷媒槽４，５に排出される。なお、排水促進部材１０として、開口部１０ａが形成されたプレートに代えて、線材を使用することも可能である。更には、ウィック材を使用するようにしてもよい。第４実施例では、この排出促進手段の構成を除いた他の構成については、第１実施例と同様であるので説明を省略する。
【００２２】
図５は、本発明の第５実施例（ａ）と第６実施例（ｂ）である沸騰冷却装置の冷媒流路の正面図であり、従来の冷媒流路の正面図（ｃ）と比較したものである。本発明の第５，６実施例においては、冷媒流路３は略扁平な形状をしていることが好ましい。従来においては、沸騰冷却装置１の冷媒流路３は、略扁平な形状をしていて、その両端部３１，３２も図５（ｃ）に示すようにそのまま扁平な形状をしていた。このため、冷媒流路３内で凝縮した冷媒が、図６（ｂ）に示すように滞留し、冷媒流路３を塞いで冷媒の循環不良を発生し、放熱性能が不安定になったり、放熱不足になったりすることがある。
【００２３】
このため、第５実施例では、図５（ａ）に示すように排水促進手段として冷媒流路端部３１，３２を、略扁平形状の冷媒流路３の幅方向に対する両端を中央部よりも厚く形成したものである。即ち、冷媒流路端部３１，３２の幅方向の両端に膨出部１１を形成し、鉄唖鈴（アレイ）形状としたものである。これにより、略扁平形状の冷媒流路端部３１，３２の開口面積を拡大することができ、冷媒流路端面での冷媒液の排出を促進し、その滞留を防止することができる。
【００２４】
第６実施例では、図５（ｂ）に示すように排水促進手段として冷媒流路端部３１，３２を、略扁平形状の冷媒流路３の幅方向に対する中央部の厚みを周辺よりも厚くしたものである。即ち、冷媒流路端部３１，３２の中央部の上下面に膨出部１２を形成したものである。これにより、略扁平形状の冷媒流路端部３１，３２の開口面積を拡大することができ、冷媒流路端面で冷媒液の滞留を防止でき、冷媒凝縮液の排出を促進することができる。なお、上述した実施例５，６では、冷媒流路端部の両端又は中央部に膨出部１１，１２を形成しているが、本発明は、冷媒流路端部に冷媒液が滞留しないよう冷媒の表面張力で形成される液面が冷媒流路全体を閉塞しない形状であれば、どのような冷媒通路端部形状でもよい。
【００２５】
以上説明したように、本発明においては、冷媒流路の端部又は端部周辺に冷媒凝縮液の排出を促進する排出促進手段を設けているので、冷媒流路が重力方向に対し水平となっていても、冷媒流路内に冷媒凝縮液が滞留するのを防止でき、放熱部の性能低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施例である沸騰冷却装置の断面図である。
【図２】本発明の第２実施例である沸騰冷却装置の断面図である。
【図３】本発明の第３実施例である沸騰冷却装置の断面図である。
【図４】本発明の第４実施例である沸騰冷却装置の断面図（ａ）と、排出促進部材の正面図である。
【図５】（ａ）は本発明の第５実施例である沸騰冷却装置の冷媒流路の正面図であり、（ｂ）は、本発明の第６実施例である冷媒流路の正面図であり、（ｃ）は従来の冷媒流路の正面図である。
【図６】従来の沸騰冷却装置の断面図（ａ）と、冷媒凝縮液膜の生成を説明する図（ｂ）である。
【符号の説明】
【００２７】
１    沸騰冷却装置
２    放熱フィン
３    冷媒流路（チューブ）
３１，３２    端部（排出促進手段）
４，５    冷媒槽（冷媒容器）
７    放熱コア部（放熱部）
８    発熱体
９    突起部（排出促進手段）
１０    排出促進材（排出促進手段）
１１，１２    膨出部（排出促進手段）
【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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