(57)【要約】【課題】この発明は、冷却性能の低下を抑制できる冷却装置及び電子機器をを提供する。【解決手段】冷却装置２は、内側に向かって突起する複数の突起部５０が設けられた筐体壁１０Ｗを有し、複数の発熱素子４０が重力方向に並んで実装されている電子基板３０を収容可能である密閉型筐体１０と、複数の発熱素子４０を浸漬相変化冷却可能である冷媒２０と、を備え、各突起部５０が、それぞれ対応する発熱素子４０に対し、対向する部位に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側に向かって突起する複数の突起部が設けられた筐体壁を有し、複数の発熱素子が重力方向に並んで実装されている電子基板を収容可能である密閉型筐体と、
前記複数の発熱素子を浸漬相変化冷却可能である冷媒と、を備え、
前記各突起部が、それぞれ対応する前記発熱素子に対し、対向する部位に設けられている冷却装置。
【請求項２】
前記複数の発熱素子が、厚み又は発熱量の異なる複数種類の発熱素子である請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記突起部が中空である請求項１又は請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記突起部のフットプリントが、対応する前記発熱素子のフットプリントと同じ大きさ及び同じ形状を有する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記発熱素子の厚さが大きい程、対応する前記突起部の厚さが小さい請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記発熱素子の発熱量が大きい程、対応する前記突起部の厚さが小さい請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記突起部の端面が、上を向く斜面である請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記斜面が曲面である請求項７記載の冷却装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の冷却装置と、
前記電子基板と、
前記複数の発熱素子と、を備える電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では屋外や工場、粉塵・沿岸地域など、設置環境が悪い場所での使用を目的に、電子機器の筐体の密閉化が進められている。この場合、筐体内部に実装された発熱素子で生じた熱は、冷却風ごと外気へ直接的に放熱することができない。このため、例えば特許文献１に開示される電子機器のように、電子機器は、筐体壁を介して間接的に放熱し、発熱素子と筐体壁の温度差を小さくしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６０−２４０１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に開示される電子機器は、発熱素子に対向する隔板を設けることで、発熱素子周辺の空間を制限している。これにより、特許文献１に開示される電子機器は、過熱境界層の発達を促進することで、冷却性能の低下を抑制している。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示される電子機器は、複数の発熱素子が重力方向に並んで配置されている。このため、重力方向下側に配置された発熱素子を冷却する際に発生した冷媒蒸気は、浮上する。このため、発生した冷媒蒸気は、重力方向上側に配置された発熱素子に干渉する。この結果、冷媒蒸気が発熱素子の表面を部分的に覆い、冷却性能が低下することがある。
【０００６】
この発明の目的は、上述した課題を鑑みて、冷却性能の低下を抑制できる冷却装置及び電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る一態様の冷却装置は、内側に向かって突起する複数の突起部が設けられた筐体壁を有し、複数の発熱素子が重力方向に並んで実装されている電子基板を収容可能である密閉型筐体と、前記複数の発熱素子を浸漬相変化冷却可能である冷媒と、を備え、前記各突起部が、それぞれ対応する前記発熱素子に対し、対向する部位に設けられている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、冷却性能の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】電子基板の中心線による第一実施形態の電子機器の電子基板の断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線による第一実施形態の電子機器の断面図である。
【図３】各間隙長における電子機器の冷却性能のグラフである。
【図４】電子基板の中心線による第二実施形態の電子機器の断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線による第二実施形態の電子機器の断面図である。
【図６】電子基板の中心線による第三実施形態の電子機器の断面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線による第三実施形態の電子機器の断面図である。
【図８】電子基板の中心線による第四実施形態の電子機器の断面図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線による第四実施形態の電子機器の断面図である。
【図１０】電子基板の中心線による第五実施形態の電子機器の側面図である。
【図１１】図１０のＸＩ−ＸＩ線による第五実施形態の電子機器の断面図である。
【図１２】各実施形態の最小構成の電子機器の断面図である。
【図１３】各実施形態の最小構成の冷却装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る各種実施形態について、図面を用いて説明する。
【００１１】
＜第一実施形態＞
第一実施形態の電子機器１について図１〜図３を参照して説明する。
【００１２】
（構成）
電子機器１は、ＩＣ、ＬＳＩ等の電子素子を有する機器である。
図１に示すように、電子機器１は、冷却装置２と、電子基板３０と、重力方向に並んでいる複数の発熱素子４０と、を備える。
複数の発熱素子４０は、電子基板３０に実装されている。
各発熱素子４０は、電子基板３０を介して電圧が印加され、電流が供給されるように構成されている。
本実施形態において、複数の発熱素子４０が、ＩＣ、ＬＳＩ等の電子素子である。
【００１３】
冷却装置２は、発熱素子４０で発生した熱を放熱し、冷却を行うことが可能であるように構成されている。
冷却装置２は、密閉型筐体１０と、冷媒２０と、放熱部材６０と、を備える。
【００１４】
密閉型筐体１０は、筐体壁１０Ｗを有する。筐体壁１０Ｗは、密閉型筐体１０の内側に、密閉型筐体１０外側に対し密閉された中空空間ＶＭを形成している。
これにより、密閉型筐体１０は、内側に複数の発熱素子４０が実装されている電子基板３０を収容できるように構成されている。
【００１５】
密閉型筐体１０内部には、冷媒液２１を少なくとも有する冷媒２０が封入されている。
冷媒２０は、浸漬される複数の発熱素子４０を相変化冷却可能である。すなわち、冷媒液２１に浸漬される複数の発熱素子４０の各表面において、冷媒液２１は、各発熱素子４０の発熱を気化熱（潜熱）として奪うことによって蒸発し、各発熱素子４０を冷却する機能を有する。蒸発した冷媒液２１は、冷媒蒸気２２となる。冷媒蒸気２２は、冷却されると再び冷媒液２１となる機能を有する。
このような冷媒２０としては、例えば、ハイドロフルオロエーテル、ハイドロフルオロカーボン等の有機冷媒が挙げられるが、浸漬されている複数の発熱素子４０を相変化冷却可能であるなら、どのようなものであっても良い。
【００１６】
密閉型筐体１０内部には、電子基板３０が、複数の発熱素子４０が重力方向に並ぶように固定されている。
密閉型筐体１０内では、プールされている冷媒液２１に浸漬した状態で電子基板３０が固定されている。
密閉型筐体１０の外側には、放熱部材６０が設けられている。放熱部材６０は、密閉型筐体１０の重力方向上側に設けられている。
【００１７】
筐体壁１０Ｗは、電子基板３０のうち、発熱素子４０の実装面に対向する対向面１０ａと、対向面１０ａから密閉型筐体１０の内側に向かって突起する複数の突起部５０と、を有する。
各突起部５０は、それぞれ対応する発熱素子４０に対し、対向する部位に設けられている。各突起部５０は、それぞれ対応する発熱素子４０に向かって円柱軸が延びる円柱形状を有する。
【００１８】
複数の発熱素子４０は、第一発熱素子４０Ａと第二発熱素子４０Ｂとを有する。
電子基板３０の重力方向に向かって、第二発熱素子４０Ｂ、第一発熱素子４０Ａが順に配置されている。
図２に示すように、第一発熱素子４０Ａに比べて、第二発熱素子４０Ｂは、フットプリントが大きい。また、第一発熱素子４０Ａ、第二発熱素子４０Ｂのフットプリントの形状は、いずれも正方形である。さらに、電子基板３０の中心線ＣＬに対し、第一発熱素子４０Ａ、第二発熱素子４０Ｂは、それぞれの中心線を揃えて配置されている。
以下、フットプリントとは、各構造物を電子基板３０の基板面に投影したときの各構造物の電子基板３０の基板面での専有領域である。
例えば、第一発熱素子４０Ａのフットプリントは、第一発熱素子４０Ａの電子基板３０における実装領域である。また、第二発熱素子４０Ｂフットプリントは、第二発熱素子４０Ｂの電子基板３０における実装領域である。
【００１９】
各突起部５０は、それぞれ中空になっている。複数の突起部５０は、第一突起部５０Ａと第二突起部５０Ｂとを有する。第一突起部５０Ａは、第一発熱素子４０Ａに対向している。第二突起部５０Ｂは、第二発熱素子４０Ｂに対向している。
図２に示すように、第一突起部５０Ａに比べて、第二突起部５０Ｂは、フットプリントが大きい。したがって、第一発熱素子４０Ａに合わせて対向する第一突起部５０Ａのフットプリントは小さくなっており、第二発熱素子４０Ｂに合わせて第二突起部５０Ｂのフットプリントは大きくなっている。
また、図２に示すように、第一突起部５０Ａ、第二突起部５０Ｂのフットプリントの形状は、いずれも円形である。さらに、電子基板３０の中心線ＣＬに対し、第一突起部５０Ａ、第二突起部５０Ｂは、それぞれの中心線を揃えて配置されている。
【００２０】
本実施形態において、第二発熱素子４０Ｂの厚さは、第一発熱素子４０Ａの厚さと等しい。また、第一突起部５０Ａの厚さは、第二突起部５０Ｂの厚さと等しい。
ここで、第一突起部５０Ａ、第二突起部５０Ｂの厚さとは、それぞれ対応する第一発熱素子４０Ａ、第二発熱素子４０Ｂに向かう方向の厚さである。他方、第一発熱素子４０Ａ、第二発熱素子４０Ｂの厚さとは、それぞれ対応する第一突起部５０Ａ、第二突起部５０Ｂに向かう方向の厚さである。
【００２１】
本実施形態では、フットプリントの大きさが互いに異なる発熱素子４０を２個、中心線を揃えて配置しているが、サイズ、個数、配置等を限定するものではない。図１において、発熱素子４０は、紙面奥行方向にも並んで配置されていても良い。
さらに、本実施形態では、フットプリントの形状がいずれも正方形であるが、形状を限定するものではない。
【００２２】
本実施形態では、突起部５０のフットプリントを円形にしているが、発熱素子４０の形状等に応じて、楕円形や馬蹄形等の形状にしても良い。
【００２３】
本実施形態では、放熱部材６０が、密閉型筐体１０の外側であって、重力方向上側だけに設けられているが、他の箇所に設けられても良い。また、本実施形態では、放熱部材６０が、ヒートシンク形状とされているが、ラジエータ等の他の形状でも良い。さらに、放熱部材６０には、ファンやポンプ等、冷却媒体を供給する機構が設けられても良い。
【００２４】
（動作）
電子機器１を作動させると、電子基板３０に実装された複数の発熱素子４０が発熱する。各発熱素子４０で発生した熱は冷媒液２１に伝わる。この時、冷媒液２１は蒸発し、冷媒蒸気２２となる。これにより冷媒２０は、気化熱の形で熱を保持する。
冷媒蒸気２２は移動し、密閉型筐体１０の筐体壁１０Ｗと接触する。この時、冷媒蒸気２２は筐体壁１０Ｗを介して、又は、さらに放熱部材６０を介して外気に気化熱を放出する。
放熱した冷媒蒸気２２は、凝縮し、再び冷媒液２１となる。
凝縮した冷媒液２１は、密閉型筐体１０の筐体壁１０Ｗを伝って、又は直接的に落下して、プールされている冷媒液２１に戻ってくる。
このように冷媒の気液相変化を用いた自然循環を繰り返すことで、冷却装置２は、発熱素子４０で発生した熱を放熱し、発熱素子４０の冷却を行う。
【００２５】
冷媒２０の温度は、発熱素子４０の付近では高く、密閉型筐体１０の筐体壁１０Ｗ付近では低くなる。このため、冷媒蒸気２２は、温度差に起因した圧力勾配に従って、発熱素子４０から対向する筐体壁１０Ｗに向かって移動する。同時に冷媒蒸気２２は、浮力によって、重力方向上側に移動する。このとき、重力方向下側に配置された第一発熱素子４０Ａを冷却する際に発生した冷媒蒸気２２は、第二突起部５０Ｂに遮蔽される。そのため、重力方向上側に配置された第二発熱素子４０Ｂの脇に振り分けられる。このように、発熱素子４０に干渉しないような冷媒蒸気２２の流路が形成される。
【００２６】
（作用及び効果）
本実施形態の冷却装置２では、各突起部５０が、それぞれ対応する発熱素子４０に対し、対向する部位に設けられている。このため、発熱素子４０に干渉しないような冷媒蒸気２２の流路が形成されるので、冷媒蒸気２２の干渉による冷却性能の低下をより抑制できる。
【００２７】
発熱素子を冷媒液に浸漬して冷却する浸漬冷却、特に冷媒の気液の相変化現象を利用し、冷媒の気化熱を用いて発熱素子を冷却する浸漬相変化冷却は、顕熱を用いた冷却手法よりも熱伝達係数が大きいので、有効である。
【００２８】
浸漬相変化冷却の場合、発熱素子が発熱すると発熱素子表面で冷媒液が蒸発し、この際の気化熱によって発熱素子が冷却される。そして、冷媒蒸気が移動することで熱が輸送され、冷媒蒸気が筐体壁と接触して凝縮することで、筐体壁を介して外気に放熱される。
発熱素子と筐体壁の温度差ΔTは、発熱素子と冷媒蒸気の温度差ΔTevaと、冷媒蒸気と筐体壁の温度差ΔTcondに分けられる。
このとき、発熱素子と冷媒蒸気の温度差ΔTevaは、以下の式(１)で表される。
【００２９】
ΔTeva[K]＝Q[W]×R[K/W]＝Q[W]÷（h[W/m2・K]×S[m2]）  ・・・(１)
【００３０】
ここで、Qは発熱素子の発熱量、Rは蒸発熱抵抗、hは蒸発熱伝達係数、Sは冷媒液と発熱素子の接触面積である。
【００３１】
発熱素子の周辺が広い自由空間の場合、発熱素子から発生する熱が冷媒液に伝わっても、冷媒液の熱伝導と対流によって拡散されるので、過熱境界層が発達しにくい。このため、冷媒液が蒸発しにくくなっており、蒸発熱伝達係数：hが小さくなるので、式(１)に従って発熱素子と冷媒蒸気の温度差ΔTevaが大きくなり、冷却性能が低下する。
この課題に対して、特許文献１では発熱素子に対向する隔板を設けることで、発熱素子周辺の空間を制限し、過熱境界層の発達を促進することで、冷却性能の低下を抑制している。
しかしながら、特許文献１に開示された構造には次のような課題がある。
【００３２】
第１の課題は、複数の発熱素子が重力方向に並んで配置されている場合の冷却性能である。
重力方向下側に配置された発熱素子を冷却する際に発生した冷媒蒸気は浮上し、重力方向上側に配置された発熱素子に干渉する。この結果、冷媒蒸気が発熱素子の表面を部分的に覆い、冷媒液と発熱素子の接触面積：Sが減少するので、式(１)に従って発熱素子と冷媒蒸気の温度差ΔTevaが大きくなり、冷却性能が低下する。この冷媒蒸気の干渉による冷却性能の低下は、発熱素子と隔板との間隙長が小さくなるほど、重力方向下側に配置されている発熱素子の合計発熱量が多くなるほど、顕著になる。
複数の発熱素子が重力方向に並んで配置されているとき、図３に示すように、対応する発熱素子と隔板との間隙長が、ある閾値以上では冷却性能はほぼ一定（±１％）だが、閾値以下になると冷却性能が急激に悪化し、冷却性能が１０％低くなっている。
【００３３】
第２の課題は、厚みや発熱量の異なる複数種類の発熱素子が配置されている場合の冷却性能である。
電子基板も隔板も平板なので、発熱素子の厚みが異なる場合、必然的に発熱素子に関連して各間隙長はそれぞれ異なる。特に発熱素子の厚みが大きく異なる場合、薄い発熱素子の周辺が広い自由空間になるため、過熱境界層の発達を促進させる効果が得られず、冷却性能が低下する。
【００３４】
また、特許文献１の第３図に示されているように、発熱素子の発熱量が異なる場合、過熱境界層の発達を促進させるのに最低限必要な発熱素子と隔壁との間隙長は異なっている。このため、発熱量が大きい発熱素子にあわせて隔板の位置を決めた場合、発熱量が小さい発熱素子では過熱境界層の発達を促進させる効果が十分に得られず、冷却性能が低下する。
【００３５】
そこで、本実施形態の冷却装置２では、上述のとおり、各突起部５０が、それぞれ対応する発熱素子４０に対し、対向する部位に設けられている。
これにより、本実施形態の冷却装置２は、以下のような効果を有する。
【００３６】
第１の効果は、冷却性能の向上である。
特許文献１に開示される構造では、発熱素子周辺の空間を制限するのに隔板を使用しているのに対し、本実施形態の冷却装置２では、筐体壁１０Ｗのうち、各発熱素子４０と対向する部位に突起部５０を設けている。
ここで、冷媒２０の温度は発熱素子４０の付近は高く、筐体壁１０Ｗ付近は低くなるので、冷媒蒸気２２は温度差に起因した圧力勾配に従って、発熱素子４０から対向する筐体壁１０Ｗに向かって移動する。同時に冷媒蒸気２２は浮力によって、重力方向上側に移動するが、この際に突起部５０に遮蔽されるので、発熱素子４０の脇に振り分けられる。
このように、発熱素子４０に干渉しないような冷媒蒸気２２の流路が形成されるので、冷却性能の低下を抑制できる。
また、本実施形態の冷却装置２は、突起部５０を設けることで、筐体壁１０Ｗの表面積が増える。このため、筐体壁１０Ｗからの放熱量が増加し、本実施形態の冷却装置２は、冷却性能を向上できる。
さらに、各発熱素子に対応した突起部を設けることにより、発熱素子の厚みや発熱量にあわせて、対応する発熱素子４０と突起部５０との間隙長を個々に最適化できるので、冷却性能を向上できる。
【００３７】
第２の効果は、装置重量及び冷媒コストの低減である。
隔板に比べて突起部の体積は大きいので、冷媒２０が占める体積は少なくなる。また、発熱素子４０に干渉しないような冷媒蒸気２２の流路が形成されることにより、冷媒２０の循環がスムーズになるので、より少ない冷媒２０で冷却できるようになる。これらの結果、削減した冷媒２０の分だけ、重量と冷媒コストを低減できる。
【００３８】
もちろん、本実施形態の冷却装置２においても、発熱素子４０に対向する突起部５０を設けることで、発熱素子４０周辺の空間を制限し、過熱境界層の発達を促進することで、冷却性能の低下を抑止している。
【００３９】
＜第二実施形態＞
第二実施形態の電子機器について図４及び図５を参照して説明する。
【００４０】
（構成）
本実施形態に係る電子機器１０１は、第一実施形態と基本的に同じであるが、発熱素子の厚さが大きい程、対応する突起部の厚さが小さくなっている点が異なっている。
【００４１】
図４に示すように、電子機器１０１は、冷却装置１０２と、電子基板３０と、重力方向に並んでいる複数の発熱素子１４０と、を備える。
複数の発熱素子１４０は、電子基板３０に実装されている。
冷却装置１０２は、密閉型筐体１１０と、冷媒２０と、放熱部材６０と、を備える。
【００４２】
密閉型筐体１１０は、筐体壁１１０Ｗを有する。
筐体壁１１０Ｗは、電子基板３０のうち、発熱素子１４０が実装されている実装面に対向する対向面１１０ａと、対向面１１０ａから密閉型筐体１１０の内側に向かって突起する複数の突起部１５０と、を有する。
各突起部１５０は、それぞれ対応する発熱素子１４０に対し、対向する部位に設けられている。各突起部１５０は、それぞれ対応する発熱素子１４０に向かって円柱軸が延びる円柱形状を有する。
【００４３】
複数の発熱素子１４０は、第一発熱素子１４０Ａと第二発熱素子１４０Ｂとを有する。
電子基板３０の重力方向に向かって、第二発熱素子１４０Ｂ、第一発熱素子１４０Ａが順に配置されている。本実施形態では、図５に示すように、第一発熱素子１４０Ａに比べて、第二発熱素子１４０Ｂは、フットプリントが大きい。
【００４４】
複数の突起部１５０は、第一突起部１５０Ａと第二突起部１５０Ｂとを有する。第一突起部１５０Ａは、第一発熱素子１４０Ａに対向している。第二突起部１５０Ｂは、第二発熱素子１４０Ｂに対向している。
図５に示すように、第一突起部１５０Ａに比べて、第二突起部１５０Ｂは、フットプリントが大きい。したがって、第一発熱素子１４０Ａに合わせて対向する第一突起部１５０Ａのフットプリントは小さくなっており、第二発熱素子１４０Ｂに合わせて第二突起部１５０Ｂのフットプリントは大きくなっている。
また、図５に示すように、第一突起部１５０Ａ、第二突起部１５０Ｂのフットプリントの形状は、いずれも円形である。さらに、電子基板３０の中心線ＣＬに対し、第一突起部１５０Ａ、第二突起部１５０Ｂは、それぞれの中心線を揃えて配置されている。
【００４５】
加えて、第一発熱素子１４０Ａの厚さに比べて、第二発熱素子１４０Ｂの厚さは大きい。これに対し、第一突起部１５０Ａの厚さに比べて、第二突起部１５０Ｂの厚さは小さい。さらに、本実施形態では、第一発熱素子１４０Ａと第一突起部１５０Ａとの間隙長と第二発熱素子１４０Ｂと第二突起部１５０Ｂとの間隙長とが等しくなるように、第一突起部１５０Ａ及び第二突起部１５０Ｂが構成されている。
【００４６】
ここで、第一突起部１５０Ａ、第二突起部１５０Ｂの厚さとは、それぞれ対応する第一発熱素子１４０Ａ、第二発熱素子１４０Ｂに向かう方向への突起の厚さである。他方、第一発熱素子１４０Ａ、第二発熱素子１４０Ｂの厚さとは、それぞれ対応する第一突起部１５０Ａ、第二突起部１５０Ｂに向かう方向の厚さである。
【００４７】
（作用及び効果）
特許文献１に開示される電子機器において、隔板と電子基板との距離が一定であるのに対し、本実施形態では、各発熱素子１４０の厚さに合わせて、各突起部１５０の厚さを対応させている。
したがって、発熱素子１４０の厚みにあわせて、発熱素子１４０と突起部１５０との間隙長を個々に対応させた構成としているので、冷却性能を向上できる。
【００４８】
本実施形態では、第一発熱素子１４０Ａに比べて、第二発熱素子１４０Ｂは、フットプリントが大きい。変形例として、第一発熱素子１４０Ａの厚さに比べて、第二発熱素子１４０Ｂの厚さは大きければ、第一発熱素子１４０Ａのフットプリントと第二発熱素子１４０Ｂのフットプリントとの大きさは、等しくても良い。他の変形例として、第一発熱素子１４０Ａの厚さに比べて、第二発熱素子１４０Ｂの厚さは大きければ、第一発熱素子１４０Ａに比べて、第二発熱素子１４０Ｂのフットプリントが小さくても良い。
【００４９】
＜第三実施形態＞
第三実施形態の電子機器について図６及び図７を参照して説明する。
【００５０】
（構成）
本実施形態に係る電子機器２０１は、第一実施形態と基本的に同じであるが、発熱素子の発熱量が大きい程、対応する突起部の厚さが小さくなっている点が異なっている。
【００５１】
図６に示すように、電子機器２０１は、冷却装置２０２と、電子基板３０と、重力方向に並んでいる複数の発熱素子２４０と、を備える。
複数の発熱素子２４０は、電子基板３０に実装されている。
冷却装置２０２は、密閉型筐体２１０と、冷媒２０と、放熱部材６０と、を備える。
【００５２】
密閉型筐体２１０は、筐体壁２１０Ｗを有する。
筐体壁２１０Ｗは、電子基板３０の基板面のうち、発熱素子２４０が実装されている実装面に対向する対向面２１０ａと、対向面２１０ａから密閉型筐体２１０の内側に向かって突起する複数の突起部２５０と、を有する。
各突起部２５０は、それぞれ対応する発熱素子２４０に対し、対向する部位に設けられている。各突起部２５０は、それぞれ対応する発熱素子２４０に向かって円柱軸が延びる円柱形状を有する。
【００５３】
複数の発熱素子２４０は、第一発熱素子２４０Ａと第二発熱素子２４０Ｂとを有する。
電子基板３０の重力方向に向かって、第二発熱素子２４０Ｂ、第一発熱素子２４０Ａが順に配置されている。本実施形態では、図７に示すように、第一発熱素子２４０Ａに比べて、第二発熱素子２４０Ｂは、フットプリントが大きい。本実施形態において、第二発熱素子２４０Ｂの厚さは、第一発熱素子２４０Ａの厚さと等しい。
【００５４】
複数の突起部２５０は、第一突起部２５０Ａと第二突起部２５０Ｂとを有する。第一突起部２５０Ａは、第一発熱素子２４０Ａに対向している。第二突起部２５０Ｂは、第二発熱素子２４０Ｂに対向している。
図７に示すように、第一突起部２５０Ａに比べて、第二突起部２５０Ｂは、フットプリントが大きい。したがって、第一発熱素子２４０Ａに合わせて対向する第一突起部２５０Ａのフットプリントは小さくなっており、第二発熱素子２４０Ｂに合わせて第二突起部２５０Ｂのフットプリントは大きくなっている。
また、図７に示すように、第一突起部２５０Ａ、第二突起部２５０Ｂのフットプリントの形状は、いずれも円形である。さらに、電子基板３０の中心線ＣＬに対し、第一突起部２５０Ａ、第二突起部２５０Ｂは、それぞれの中心線を揃えて配置されている。
【００５５】
加えて、第一発熱素子２４０Ａの発熱量に比べて、第二発熱素子２４０Ｂの発熱量が大きい。これに対し、第一突起部２５０Ａの厚さに比べて、第二突起部２５０Ｂの厚さは小さい。
【００５６】
ここで、第一突起部２５０Ａ、第二突起部２５０Ｂの厚さとは、それぞれ対応する第一発熱素子２４０Ａ、第二発熱素子２４０Ｂに向かう方向の厚さである。他方、第一発熱素子２４０Ａ、第二発熱素子２４０Ｂの厚さとは、それぞれ対応する第一突起部２５０Ａ、第二突起部２５０Ｂに向かう方向の厚さである。
【００５７】
すなわち、本実施形態では、冷却装置２０２は、第一発熱素子２４０Ａと第一突起部２５０Ａとの間隙長が、第二発熱素子２４０Ｂと第二突起部２５０Ｂとの間隙長より小さくなるように、構成されている。
【００５８】
（作用及び効果）
特許文献１に開示される電子機器において、隔板と電子基板との距離（間隙長）が一定であるのに対し、本実施形態では、各発熱素子２４０の発熱量に合わせて、各突起部２５０の厚さを対応させている。
したがって、発熱素子２４０の発熱量に合わせて、発熱素子２４０と突起部２５０との間隙長を個々に対応させた構成としているので、冷却性能を向上できる。
【００５９】
本実施形態では、冷却装置２０２は、第一発熱素子２４０Ａと第一突起部２５０Ａとの間隙長が、第二発熱素子２４０Ｂと第二突起部２５０Ｂとの間隙長より小さい。
このため、冷却装置２０２において、発熱量が小さい第一発熱素子２４０Ａに対し、第一突起部２５０Ａとの間隙長が小さく設定されており、間隙長が大きく設定されている場合に比べて、過熱境界層の発達が促進され、冷却性能が高くなる。
【００６０】
本実施形態では、第一発熱素子２４０Ａに比べて、第二発熱素子２４０Ｂは、フットプリントが大きい。変形例として、第一発熱素子２４０Ａの発熱量に比べて、第二発熱素子２４０Ｂの発熱量が大きければ、第一発熱素子２４０Ａのフットプリントと第二発熱素子２４０Ｂのフットプリントとが同じ大きさであっても良い。他の変形例として、第一発熱素子２４０Ａの発熱量に比べて、第二発熱素子２４０Ｂの発熱量が大きければ、第一発熱素子２４０Ａに比べて、第二発熱素子２４０Ｂのフットプリントが小さくても良い。
【００６１】
＜第四実施形態＞
第四実施形態の電子機器について図８及び図９を参照して説明する。
【００６２】
（構成）
本実施形態に係る電子機器３０１は、第一実施形態と基本的に同じであるが、突起部の端面が、上を向く斜平面である点が異なっている。
ている。
【００６３】
図８に示すように、電子機器３０１は、冷却装置３０２と、電子基板３０と、重力方向に並んでいる複数の発熱素子３４０と、を備える。
複数の発熱素子３４０は、電子基板３０に実装されている。
冷却装置３０２は、密閉型筐体３１０と、冷媒２０と、放熱部材６０と、を備える。
【００６４】
密閉型筐体３１０は、筐体壁３１０Ｗを有する。
筐体壁３１０Ｗは、電子基板３０の基板面のうち、発熱素子３４０が実装されている実装面に対向する対向面３１０ａと、対向面３１０ａから密閉型筐体３１０の内側に向かって突起する複数の突起部３５０と、を有する。
各突起部３５０は、それぞれ対応する発熱素子３４０に対し、対向する部位に設けられている。各突起部３５０は、それぞれ対応する発熱素子３４０に向かって円柱軸が延び円柱形状を有する。さらに各突起部３５０は、延びた端面である円柱形状の底面が、重力方向に対し斜めに切断されている切断面であって、上を向く斜平面となる形状を有する。
【００６５】
複数の発熱素子３４０は、第一発熱素子３４０Ａと第二発熱素子３４０Ｂとを有する。
電子基板３０の重力方向に向かって、第二発熱素子３４０Ｂ、第一発熱素子３４０Ａが順に配置されている。本実施形態では、図９に示すように、第一発熱素子３４０Ａに比べて、第二発熱素子３４０Ｂは、フットプリントが大きい。本実施形態において、第二発熱素子３４０Ｂの厚さは、第一発熱素子３４０Ａの厚さと等しい。
【００６６】
複数の突起部３５０は、第一突起部３５０Ａと第二突起部３５０Ｂとを有する。第一突起部３５０Ａは、第一発熱素子３４０Ａに対向している。第二突起部３５０Ｂは、第二発熱素子３４０Ｂに対向している。
図９に示すように、第一突起部３５０Ａに比べて、第二突起部３５０Ｂは、フットプリントが大きい。したがって、第一発熱素子３４０Ａに合わせて対向する第一突起部３５０Ａのフットプリントは小さくなっており、第二発熱素子３４０Ｂに合わせて第二突起部３５０Ｂのフットプリントは大きくなっている。
また、図９に示すように、第一突起部３５０Ａ、第二突起部３５０Ｂのフットプリントの形状は、いずれも円形である。さらに、電子基板３０の中心線ＣＬに対し、第一突起部３５０Ａ、第二突起部３５０Ｂは、それぞれの中心線を揃えて配置されている。
【００６７】
本実施形態において、第二発熱素子３４０Ｂの厚さは、第一発熱素子３４０Ａの厚さと等しい。また、第一突起部３５０Ａの厚さは、第二突起部３５０Ｂの厚さと等しい。
ここで、第一突起部３５０Ａ、第二突起部３５０Ｂの厚さとは、それぞれ対応する第一発熱素子３４０Ａ、第二発熱素子３４０Ｂに向かう方向の厚さである。他方、第一発熱素子３４０Ａ、第二発熱素子３４０Ｂの厚さとは、それぞれ対応する第一突起部３５０Ａ、第二突起部３５０Ｂに向かう方向の厚さである。
【００６８】
（作用及び効果）
本実施形態では、冷却装置３０２において、突起部３５０の端面が、上を向く斜平面となっている。これにより、冷媒蒸気２２がより早い段階で発熱素子３４０から対向する筐体壁３１０Ｗに向かって移動するので、冷却装置３０２において、冷媒液２１と発熱素子３４０と接触面積が確保しやすくなり、冷却性能が向上する。
【００６９】
本実施形態では、第一発熱素子３４０Ａに比べて、第二発熱素子３４０Ｂは、フットプリントが大きい。変形例として、第一発熱素子３４０Ａの発熱量に比べて、第二発熱素子３４０Ｂの発熱量が大きければ、第一発熱素子３４０Ａのフットプリントと第二発熱素子３４０Ｂのフットプリントとは、同じ大きさであっても良い。他の変形例として、第一発熱素子３４０Ａの発熱量に比べて、第二発熱素子３４０Ｂの発熱量が大きければ、第一発熱素子３４０Ａに比べて、第二発熱素子３４０Ｂのフットプリントが小さくても良い。
【００７０】
本実施形態では、第二発熱素子３４０Ｂの厚さは、第一発熱素子３４０Ａの厚さと等しく、第一突起部３５０Ａの厚さは、第二突起部３５０Ｂの厚さと等しい。変形例として、第一突起部３５０Ａの厚さと、第二突起部３５０Ｂの厚さとが異なっていても良い。さらに、第二発熱素子３４０Ｂの厚さと、第一発熱素子３４０Ａの厚さとが異なっていても良い。
【００７１】
＜第五実施形態＞
第五実施形態の電子機器について図１０及び図１１を参照して説明する。
【００７２】
（構成）
本実施形態に係る電子機器４０１は、第四実施形態と基本的に同じであるが、突起部の端面が、上を向く斜面であって、凸の曲面である点が異なっている。
【００７３】
図１０に示すように、電子機器４０１は、冷却装置４０２と、電子基板３０と、重力方向に並んでいる複数の発熱素子４４０と、を備える。
複数の発熱素子４４０は、電子基板３０に実装されている。
冷却装置４０２は、密閉型筐体４１０と、冷媒２０と、放熱部材６０と、を備える。
【００７４】
密閉型筐体４１０は、筐体壁４１０Ｗを有する。
筐体壁４１０Ｗは、電子基板３０の基板面のうち、発熱素子４４０が実装されている実装面に対向する対向面４１０ａと、対向面４１０ａから密閉型筐体４１０の内側に向かって突起する複数の突起部４５０と、を有する。
各突起部４５０は、それぞれ対応する発熱素子４４０に対し、対向する部位に設けられている。各突起部４５０は、それぞれ対応する発熱素子４４０に向かって円柱軸が延び円柱形状を有する。また、各突起部４５０は、延びた端面である円柱形状の底面が、重力方向に対し、斜めに切断されている切断面であって、上を向く斜面となっている。さらに、各突起部４５０は、延びた端面である円柱形状の底面が、密閉型筐体４１０の内側から見て凸の曲面となっている。
【００７５】
（作用及び効果）
本実施形態では、突起部４５０の端面が、上を向く斜面である共に、密閉型筐体４１０の内側に向かって凸の曲面となっている。これにより、冷媒蒸気２２がより早い段階で発熱素子４４０から対向する筐体壁４１０Ｗに向かって移動することに加え、コアンダ効果を利用することで、冷媒蒸気２２がよりスムーズに発熱素子４４０から対向する筐体壁４１０Ｗに向かって移動するので、冷却性能がより向上する。
【００７６】
本実施形態では、第一発熱素子４４０Ａに比べて、第二発熱素子４４０Ｂは、フットプリントが大きい。変形例として、第一発熱素子４４０Ａの発熱量に比べて、第二発熱素子４４０Ｂの発熱量が大きければ、第一発熱素子４４０Ａのフットプリントと第二発熱素子４４０Ｂのフットプリントが、同じ大きさであっても良い。他の変形例として、第一発熱素子４４０Ａの発熱量に比べて、第二発熱素子４４０Ｂの発熱量が大きければ、第一発熱素子４４０Ａに比べて、第二発熱素子４４０Ｂのフットプリントが小さくても良い。
【００７７】
本実施形態では、第二発熱素子４４０Ｂの厚さは、第一発熱素子４４０Ａの厚さと等しく、第一突起部４５０Ａの厚さは、第二突起部４５０Ｂの厚さと等しい。変形例として、第一突起部４５０Ａの厚さと、第二突起部４５０Ｂの厚さとが異なっていても良い。さらに、第二発熱素子４４０Ｂの厚さと、第一発熱素子４４０Ａの厚さとが異なっていても良い。
【００７８】
＜各実施形態の最小構成＞
図１２には、各実施形態の電子機器の最小構成として、電子機器５０１が示されている。
電子機器５０１は、冷却装置５０２と、電子基板３０と、複数の発熱素子５４０と、を備える。
冷却装置５０２は、内側に向かって突起する複数の突起部５５０が設けられた筐体壁５１０Ｗを有し、複数の発熱素子５４０が重力方向に並んで実装されている電子基板３０を収容可能である密閉型筐体５１０と、複数の発熱素子５４０を浸漬相変化冷却可能である冷媒５２０と、を備える。冷却装置５０２において、各突起部５５０は、それぞれ対応する発熱素子に対し、対向する部位に設けられている。
【００７９】
図１３には、各実施形態の冷却装置の最小構成として、冷却装置５０２が示されている。
冷却装置５０２は、内側に向かって突起する複数の突起部５５０が設けられた筐体壁５１０Ｗを有し、複数の発熱素子が重力方向に並んで実装されている電子基板を収容可能である密閉型筐体５１０と、複数の発熱素子を浸漬相変化冷却可能である冷媒５２０と、を備える。冷却装置５０２において、各突起部５５０は、それぞれ対応する発熱素子に対し、対向する部位に設けられている。
【００８０】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものとする。
【００８１】
例えば、上述において代表的な実施形態を記載したが、これらの他にも各実施形態を組合せたものなど、発熱素子の形状・大きさ・位置・個数によって、突起部の様々なパターンが考えられるが、それらも全て本発明に含まれることは言うまでもない。さらに、各突起部のフットプリントが、対応する発熱素子のフットプリントと同じ大きさ及び同じ形状を有していてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
上述した一態様によれば、冷却性能の低下を抑制できる冷却装置及び電子機器を提供することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１  電子機器
２  冷却装置
１０  密閉型筐体
１０ａ  対向面
１０Ｗ  筐体壁
２０  冷媒
２１  冷媒液
２２  冷媒蒸気
３０  電子基板
４０  発熱素子
４０Ａ  第一発熱素子
４０Ｂ  第二発熱素子
５０  突起部
５０Ａ  第一突起部
５０Ｂ  第二突起部
６０  放熱部材
１０１  電子機器
１０２  冷却装置
１１０  密閉型筐体
１１０ａ  対向面
１１０Ｗ  筐体壁
１４０  発熱素子
１４０Ａ  第一発熱素子
１４０Ｂ  第二発熱素子
１５０  突起部
１５０Ａ  第一突起部
１５０Ｂ  第二突起部
２０１  電子機器
２０２  冷却装置
２１０  密閉型筐体
２１０ａ  対向面
２１０Ｗ  筐体壁
２４０  発熱素子
２４０Ａ  第一発熱素子
２４０Ｂ  第二発熱素子
２５０  突起部
２５０Ａ  第一突起部
２５０Ｂ  第二突起部
３０１  電子機器
３０２  冷却装置
３１０  密閉型筐体
３１０ａ  対向面
３１０Ｗ  筐体壁
３４０  発熱素子
３４０Ａ  第一発熱素子
３４０Ｂ  第二発熱素子
３５０  突起部
３５０Ａ  第一突起部
３５０Ｂ  第二突起部
４０１  電子機器
４０２  冷却装置
４１０  密閉型筐体
４１０ａ  対向面
４１０Ｗ  筐体壁
４４０  発熱素子
４４０Ａ  第一発熱素子
４４０Ｂ  第二発熱素子
４５０  突起部
４５０Ａ  第一突起部
４５０Ｂ  第二突起部
５０１  電子機器
５０２  冷却装置
５１０  密閉型筐体
５１０Ｗ  筐体壁
５２０  冷媒
５４０  発熱素子
５５０  突起部
ＣＬ  中心線
ＶＭ  中空空間
【図１】
2019140247.tif 000003
【図２】
2019140247.tif 000004
【図３】
2019140247.tif 000005
【図４】
2019140247.tif 000006
【図５】
2019140247.tif 000007
【図６】
2019140247.tif 000008
【図７】
2019140247.tif 000009
【図８】
2019140247.tif 000010
【図９】
2019140247.tif 000011
【図１０】
2019140247.tif 000012
【図１１】
2019140247.tif 000013
【図１２】
2019140247.tif 000014
【図１３】
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