(57)【要約】【課題】液冷式冷却装置において電子部品に対する冷却性能を維持しつつさらなる圧力損失の低減を図る。【解決手段】液冷式冷却装置１０は、供給口１２及び排出口１４を有したケーシング１６の内部にフィン１８が収納されると共に、第１ケース部２０の頂壁部２４に熱を発生する電子部品Ｅが装着されている。このフィン１８の幅方向端部には、第１ケース部２０の頂壁部２４と対向する第２ケース部２２の底壁部２８側に向かって切り欠かれた切欠部３８ａ、３８ｂが形成されている。そして、切欠部３８ａ、３８ｂを設けた場合でも電子部品Ｅ側におけるフィン１８と第１ケース部２０との接触面積が減少することがないため冷却性能が好適に維持され、しかも前記切欠部３８ａ、３８ｂによって供給通路３２及び排出通路３４の通路断面積が増加することで冷媒の圧力損失が低減される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒の供給される供給通路と該冷媒の排出される排出通路とを有したケーシングと、前記ケーシング内に収納されるフィンとを備え、前記ケーシングに設けられた発熱を伴う電子部品を前記冷媒との熱交換によって冷却する液冷式冷却装置において、
前記ケーシングには、前記電子部品の装着される第１壁部と、前記フィンを挟んで前記第１壁部と対向する第２壁部とを有すると共に、前記供給通路の開口部と前記排出通路の開口部とが、同一方向又は反対方向で、且つ、前記第１及び第２壁部と略平行方向に開口し、
前記フィンには、前記第２壁部側となり、少なくとも前記供給通路及び前記排出通路側のいずれか一方の端部に形成される切欠部を有することを特徴とする液冷式冷却装置。
【請求項２】
請求項１記載の液冷式冷却装置において、
前記切欠部は、前記供給通路の開口部及び前記排出通路の開口部から離間する方向に向かって断面積が徐々に大きくなるように形成されることを特徴とする液冷式冷却装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の液冷式冷却装置において、
前記切欠部は、前記第２壁部側に向かって徐々に幅広状となる断面三角形状に形成されることを特徴とする液冷式冷却装置。
【請求項４】
請求項１又は２記載の液冷式冷却装置において、
前記切欠部は、前記第１及び２壁部から離間し、前記フィンの延在方向に沿って窪んだ断面Ｖ字状に形成されることを特徴とする液冷式冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の流路を流れる冷媒との熱交換を行うことで電子部品を冷却することが可能な液冷式冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、半導体等の熱を発する電子部品を冷却するための冷却装置が知られており、このような冷却装置は、例えば、特許文献１に開示されるように、電子部品の装着されるベースプレートと、該ベースプレートの上面を覆うカバーと、前記カバーと前記ベースプレートとの間の空間に収納されるフィンとを備え、前記カバーの幅方向中央には冷却媒体の供給される供給管が接続され、該カバーの外縁部近傍の幅方向中央には前記冷却媒体の排出される一組の排出管が接続される。
【０００３】
そして、供給管から供給側マニホールドに冷却媒体が供給され、フィンの冷却媒体流路に沿って左右にわかれ排出側マニホールドへと流れることで、フィンと接合されたベースプレートと電子部品との熱交換が行われて冷却され、熱交換のなされた冷却媒体が排出管から排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１５３８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したような冷却装置において、電子部品の冷却性能を維持しつつ、供給管から供給される冷却媒体がフィンに沿って排出管側へと流れる際の圧力損失をさらに低減したいという要請がある。
【０００６】
本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、電子部品に対する冷却性能を維持しつつ圧力損失のさらなる低減を図ることが可能な液冷式冷却装置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】
【０００７】
前記の目的を達成するために、本発明は、冷媒の供給される供給通路と冷媒の排出される排出通路とを有したケーシングと、ケーシング内に収納されるフィンとを備え、ケーシングに設けられた発熱を伴う電子部品を冷媒との熱交換によって冷却する液冷式冷却装置において、
ケーシングには、電子部品の装着される第１壁部と、フィンを挟んで第１壁部と対向する第２壁部とを有すると共に、供給通路の開口部と排出通路の開口部とが、同一方向又は反対方向で、且つ、第１及び第２壁部と略平行方向に開口し、
フィンには、第２壁部側となり、少なくとも供給通路及び排出通路側のいずれか一方の端部に形成される切欠部を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、液冷式冷却装置を構成するケーシングが、電子部品の装着される第１壁部と、フィンを挟んで第１壁部と対向する第２壁部とを有し、このケーシング内に収納されるフィンには、第２壁部側となり、少なくとも供給通路及び排出通路側のいずれか一方の端部に切欠部が形成されている。
【０００９】
従って、切欠部によって供給通路及び排出通路の少なくともいずれか一方の通路断面積を増加できるため、この供給通路及び排出通路を冷媒が流れる際の圧力損失を好適に低減することができると共に、電子部品の装着されている第１壁部と対向するように配置された第２壁部側に切欠部を設けることで、第１壁部とフィンとの接触面積が減少して電子部品に対する冷却性能が低下してしまうことがなく好適に冷却性能が維持される。その結果、液冷式冷却装置において電子部品の冷却性能を維持しつつ圧力損失の低減を図ることが可能となる。
【００１０】
また、切欠部を、供給通路の開口部及び排出通路の開口部から離間する方向に向かって断面積が徐々に大きくなるように形成するとよい。
【００１１】
さらに、切欠部を、第２壁部側に向かって徐々に幅広状となる断面三角形状に形成したり、第１及び２壁部から離間しフィンの延在方向に沿って窪んだ断面Ｖ字状に形成するとよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００１３】
すなわち、液冷式冷却装置を構成するケーシングが、電子部品の装着される第１壁部と、フィンを挟んで第１壁部と対向する第２壁部とを有し、このケーシング内に収納されるフィンに、第２壁部側となり、少なくとも供給通路及び排出通路側のいずれか一方の端部に切欠部を形成することにより、この切欠部によって供給通路及び排出通路の通路断面積を増加させることで圧力損失を低減でき、しかも、電子部品の装着されている第１壁部と対向した第２壁部側に切欠部を設けることで冷却性能を低下させることがない。その結果、液冷式冷却装置において、電子部品の冷却性能を維持しつつ圧力損失の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る液冷式冷却装置の外観斜視図である。
【図２】図１に示す液冷式冷却装置の平面断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】図４Ａは、第１変形例に係る液冷式冷却装置の断面図であり、図４Ｂは、第２変形例に係る液冷式冷却装置の断面図である。
【図５】図５Ａは、本発明の第２の実施の形態に係る液冷式冷却装置の平面断面図であり、図５Ｂは、図５ＡのＶＢ−ＶＢ線に沿った断面図である。
【図６】図６Ａは、本発明の第３の実施の形態に係る液冷式冷却装置の平面断面図であり、図６Ｂは、図６ＡのＶＩＢ−ＶＩＢ線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係る液冷式冷却装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図１において、参照符号１０は、本発明の第１の実施の形態に係る液冷式冷却装置を示す。
【００１６】
この液冷式冷却装置１０は、図１〜図３に示されるように、冷媒の供給される供給口（開口部）１２と前記冷媒の排出される排出口（開口部）１４とを有したケーシング１６と、該ケーシング１６の内部に収納されるフィン１８とを含む。
【００１７】
ケーシング１６は、上下に分割可能な第１及び第２ケース部２０、２２からなり、この第１ケース部２０は、平坦状の頂壁部（第１壁部）２４と、該頂壁部２４の外縁部に立設した第１側壁部２６とから構成され、前記頂壁部２４の上面には冷却の必要とされる半導体等の電子部品Ｅが複数装着される。この電子部品Ｅは、例えば、ケーシング１６の供給通路３２及び排出通路３４の長手方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に沿って互いに所定間隔離間するように配置されると共に、前記ケーシング１６の幅方向（矢印Ｂ方向）において互いに離間するように冷媒流路３６に沿って並列に配置される。なお、ここでは合計６個の電子部品Ｅがケーシング１６に設置される場合について説明する。
【００１８】
第２ケース部２２は、平坦状の底壁部（第２壁部）２８と、該底壁部２８の外縁部に立設した第２側壁部３０とからなり、前記底壁部２８は、第１ケース部２０の頂壁部２４と略同一形状に形成されると共に、前記第２側壁部３０の端部が第１ケース部２０における第１側壁部２６の端部と当接してろう付け等によって接続される。すなわち、第１ケース部２０の頂壁部２４と第２ケース部２２の底壁部２８とが所定間隔離間して略平行となるように設けられる。
【００１９】
このケーシング１６の一端部には、それぞれ供給口１２及び排出口１４が同一方向となるように開口し、前記供給口１２と前記排出口１４とが幅方向（矢印Ｂ方向）に沿って所定間隔離間して配置される。
【００２０】
供給口１２は、例えば、図示しないポンプから冷媒の供給される供給配管（図示せず）と接続され、長手方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に沿って延在した供給通路３２と連通している。一方、排出口１４は、例えば、冷媒が排出される排出配管（図示せず）に接続され、長手方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に沿って延在した排出通路３４と連通すると共に供給通路３２と平行に設けられる。
【００２１】
また、供給口１２を含む供給通路３２と排出口１４を含む排出通路３４とは同一の通路断面積で形成される。
【００２２】
この供給通路３２と排出通路３４との間にはフィン１８が設けられ、このフィン１８は、例えば、幅方向（矢印Ｂ方向）から見て断面波状に折曲されるように形成され、この断面波状で前記供給通路３２及び排出通路３４の延在方向に沿って延在すると共に、その頂部がそれぞれケーシング１６の頂壁部２４及び底壁部２８に当接してろう付けによって接続される。このフィン１８は、ケーシング１６の幅方向（矢印Ｂ方向）に沿って略水平に延在する複数の冷媒流路３６となる。
【００２３】
また、フィン１８には、図３に示されるように、供給通路３２及び排出通路３４の延在方向から見て、ケーシング１６の底壁部２８側（矢印Ｃ方向）となる幅方向端部にそれぞれ切欠部３８ａ、３８ｂが形成される。この切欠部３８ａ、３８ｂは、ケーシング１６の頂壁部２４側となる上部から底壁部２８側となる下方（矢印Ｃ方向）に向かって徐々に幅広状となる断面三角形状に切り欠かれている。
【００２４】
換言すれば、切欠部３８ａ、３８ｂは、底壁部２８側となる下方に向かって徐々にフィン１８の幅方向中央に向かって所定角度で傾斜するように切り欠かれている。
【００２５】
すなわち、切欠部３８ａ、３８ｂは、図２及び図３に示されるように、供給通路３２及び排出通路３４側（矢印Ｂ１、Ｂ２方向）となるフィン１８の両端部にそれぞれ形成されている。
【００２６】
本発明の第１の実施の形態に係る液冷式冷却装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
【００２７】
図示しないポンプ等の冷媒供給手段から供給配管を通じて供給口１２へと冷媒が供給され、供給通路３２を通じてケーシング１６の奥側（矢印Ａ１方向）へと流れる。この際、供給通路３２に臨むフィン１８の端部に切欠部３８ａが設けられているため、供給通路３２の通路断面積に切欠部３８ａの断面積が加わって通路断面積の拡大した前記供給通路３２に沿って冷媒が流れる。すなわち、切欠部３８ａを設けていない場合と比較し、通路断面積が増加しているため冷媒が供給通路３２を流通する際の圧力損失が低減される。
【００２８】
そして、供給通路３２からフィン１８における複数の冷媒流路３６へと流入した冷媒は排出通路３４側（矢印Ｂ２方向）へとそれぞれ流れると同時に、このフィン１８に臨むように頂壁部２４に配置された電子部品Ｅで発生した熱と前記フィン１８及びケーシング１６を介して冷媒との間で熱交換がなされる。これにより、電子部品Ｅが冷却されると共に冷媒が加熱される。
【００２９】
最後に、熱交換のなされた冷媒が各冷媒流路３６から排出通路３４へとそれぞれ流通し、排出口１４から図示しない排出配管へと排出される。この排出通路３４においても、該排出通路３４に臨むフィン１８の幅方向端部に切欠部３８ｂが設けられているため、この排出通路３４の通路断面積に切欠部３８ｂの断面積が加わって通路断面積の拡大した前記排出通路３４に沿って冷媒が下流側（矢印Ａ２方向）へと流れる。なお、この冷媒は、液冷式冷却装置１０の外部において、再び冷却された後に冷媒供給手段から供給通路３２へと供給され循環する。
【００３０】
以上のように、第１の実施の形態では、ケーシング１６の内部に収納されるフィン１８において、供給通路３２及び排出通路３４側となる幅方向端部に断面三角形状に切り欠かれた切欠部３８ａ、３８ｂを設けることで、この切欠部３８ａ、３８ｂによって前記供給通路３２及び排出通路３４の通路断面積を増加できるため、前記供給通路３２及び排出通路３４を冷媒が流れる際の圧力損失を好適に低減することができる。
【００３１】
また、切欠部３８ａ、３８ｂを、ケーシング１６において電子部品Ｅの装着されていない第２ケース部２２側（矢印Ｃ方向）に設けることで、この切欠部３８ａ、３８ｂを設けた場合でも、前記第１ケース部２０とフィン１８との接触面積を減少させることがなく電子部品Ｅに対する冷却性能が低下することが回避される。その結果、液冷式冷却装置１０において、電子部品Ｅの冷却性能を維持しつつ圧力損失の低減を図ることが可能となる。
【００３２】
また、ケーシング１６内を流れる冷媒の圧力損失を低減することで、供給通路３２及び排出通路３４の通路断面積を小さくし、前記ケーシング１６を含む液冷式冷却装置１０の小型化を図ることができる。
【００３３】
一方、フィン１８の両端部に形成される切欠部３８ａ、３８ｂは、上述したような底壁部２８側（矢印Ｃ方向）に向かって切欠幅が徐々に拡大する断面三角形状に形成される場合に限定されるものではなく、例えば、図４Ａに示されるフィン５０のように、底壁部２８側（矢印Ｃ方向）となる下部が幅方向中央側に向かって断面矩形状に切り欠かれた切欠部５２ａ、５２ｂとしてもよいし、図４Ｂに示されるフィン６０のように、底壁部２８側と頂壁部２４側となる中間部位が幅方向中央側へと切り欠かれた断面Ｖ字状の切欠部６２ａ、６２ｂであってもよい。
【００３４】
この断面Ｖ字状の切欠部６２ａ、６２ｂは、ケーシング１６における第１ケース部２０の頂壁部２４及び第２ケース部２２の底壁部２８のいずれからも所定距離だけ離間して配置されているため、前記頂壁部２４及び底壁部２８に対してそれぞれ電子部品Ｅを装着した場合でも、その冷却性能が低下してしまうことがなく好適に冷却可能である。
【００３５】
すなわち、フィン１８、５０、６０には、電子部品Ｅの装着される第１ケース部２０の頂壁部２４側となる部位を除けば、どの部位に切欠部３８ａ、３８ｂ、５２ａ、５２ｂ、６２ａ、６２ｂが設けられていてもよいし、その形状も特に限定されるものではない。
【００３６】
次に、第２の実施の形態に係る液冷式冷却装置７０を図５Ａ及び図５Ｂに示す。なお、上述した第１の実施の形態に係る液冷式冷却装置１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００３７】
この第２の実施の形態に係る液冷式冷却装置７０では、フィン７２の幅方向端部における切欠部７４ａ、７４ｂが供給通路３２及び排出通路３４の長手方向に沿った奥側（矢印Ａ１方向）に向かって徐々に大きく形成されている点で、第１の実施の形態に係る液冷式冷却装置１０と相違している。
【００３８】
この液冷式冷却装置７０は、図５Ａ及び図５Ｂに示されるように、フィン７２の幅方向端部にそれぞれ形成される切欠部７４ａ、７４ｂが、供給口１２及び排出口１４側となる長手方向に沿った手前側から供給通路３２及び排出通路３４の奥側（矢印Ａ１方向）に向かって徐々に断面積が大きくなるように形成されている。
【００３９】
具体的には、図５Ｂに示されるように、第２ケース部２２側となる切欠部７４ａ、７４ｂの下端部が徐々にフィン７２の幅方向内側となるように傾斜角度が大きく形成される。
【００４０】
すなわち、供給通路３２及び排出通路３４は、供給口１２及び排出口１４側となる手前側（矢印Ａ２方向）から奥側（矢印Ａ１方向）に向かって徐々に通路断面積が大きくなるように形成されている。
【００４１】
そして、冷媒供給手段から供給口１２へと供給された冷媒が供給通路３２に沿ってケーシング１６の奥側（矢印Ａ１方向）へと流れる際、一般的に、供給通路３２から複数の冷媒流路３６への冷媒の流れは、供給通路３２における手前側（矢印Ａ２方向）となる冷媒流路３６へと流れやすく、奥側（矢印Ａ１方向）に向かって徐々に冷媒流路３６へと流れにくくなっていく。
【００４２】
これに対し、フィン７２に設けられた切欠部７４ａによって供給通路３２の奥側に向かって徐々に通路断面積が大きくなるように形成されているため、前記供給通路３２の奥側における冷媒流路３６への流れにくさが解消され、前記供給通路３２の長手方向に沿って冷媒を略均等に冷媒流路３６へと流通させることが可能となる。
【００４３】
この複数の冷媒流路３６に流入した冷媒が排出通路３４側（矢印Ｂ２方向）へとそれぞれ流れ、該冷媒流路３６を流れることで複数の電子部品Ｅがそれぞれ略均等に冷却されると共に、排出通路３４へと流通した冷媒は、該排出通路３４の奥側に向かって徐々に断面積が大きくなるように切り欠かれた切欠部７４ｂによって通路断面積が拡大した排出通路３４を通じて排出口１４側へと流れ、図示しない排出配管へと排出される。
【００４４】
以上のように、第２の実施の形態では、ケーシング１６に収納されるフィン７２において、切欠部７４ａ、７４ｂを供給通路３２及び排出通路３４の手前側から奥側（矢印Ａ１方向）に向かって徐々に断面積が大きくなるように形成することで、前記供給通路３２からフィン７２の冷媒流路３６へと流れる冷媒を、この供給通路３２の長手方向に沿って略均等に流すことができるため、ケーシング１６に装着された複数の電子部品Ｅを略均等に冷却することが可能となり、その冷却効率を高めることができる。
【００４５】
次に、第３の実施の形態に係る液冷式冷却装置８０を図６Ａ及び図６Ｂに示す。なお、上述した第１及び第２の実施の形態に係る液冷式冷却装置１０、７０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００４６】
この第３の実施の形態に係る液冷式冷却装置８０では、供給口８２と排出口８４とがケーシング８６の長手方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）において互いに反対方向となるように開口している点で、第１及び第２の実施の形態に係る液冷式冷却装置１０、７０と相違している。
【００４７】
この液冷式冷却装置８０は、図６Ａ及び図６Ｂに示されるように、ケーシング８６において供給口８２が供給通路３２の一端部側（手前側、矢印Ａ２方向）に開口し、排出口８４が排出通路３４の他端部側（奥側、矢印Ａ１方向）に開口している。
【００４８】
そして、図示しないポンプ等の冷媒供給手段から手前側に開口した供給口８２へと供給された冷媒は、供給通路３２を通じてケーシング８６の奥側（矢印Ａ１方向）へと流れる。この際、フィン１８の幅方向端部に切欠部３８ａが設けられているため、供給通路３２に前記切欠部３８ａを加えた通路断面積で冷媒が前記供給通路３２に沿って流れることとなり、前記供給通路３２を流通する際の圧力損失が低減される。
【００４９】
この供給通路３２からフィン１８の冷媒流路３６へと流入した冷媒は排出通路３４側（矢印Ｂ２方向）に向かってそれぞれ流れると同時に、頂壁部２４に配置された電子部品Ｅで発生した熱と前記フィン１８及びケーシング８６を介して冷媒との間で熱交換がなされる。これにより、電子部品Ｅが冷却されると同時に冷媒が加熱される。
【００５０】
最後に、熱交換のなされた冷媒が各冷媒流路３６から排出通路３４へとそれぞれ流通し、この排出通路３４に沿って他端部側（奥側、矢印Ａ１方向）へと流れた後に、ケーシング８６の他端部に開口した排出口８４から図示しない排出配管へと排出される。この排出通路３４においても、該排出通路３４に臨むフィン１８の幅方向端部に切欠部３８ｂが設けられているため、切欠部３８ｂによって通路断面積の拡大した前記排出通路３４に沿って冷媒が下流側（矢印Ａ１方向）へと流れる。なお、この冷媒は、液冷式冷却装置８０の外部において、再び冷却された後に冷媒供給手段から供給通路３２へと供給され循環する。
【００５１】
すなわち、液冷式冷却装置８０では、供給通路３２を流れる冷媒の流通方向と、排出通路３４を流れる冷媒の流通方向とが同一方向（矢印Ａ１方向）となる。
【００５２】
以上のように、第３の実施の形態では、供給口８２と排出口８４とがケーシング８６の長手方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）において反対側に開口した液冷式冷却装置８０において、前記ケーシング８６の内部に収納されるフィン１８の幅方向端部に断面三角形状に切り欠かれた切欠部３８ａ、３８ｂを設けることで、この切欠部３８ａ、３８ｂによって前記供給通路３２及び排出通路３４の通路断面積を増加できるため、前記供給通路３２及び排出通路３４を冷媒が流れる際の圧力損失を好適に低減することができる。
【００５３】
なお、本発明に係る液冷式冷却装置は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【符号の説明】
【００５４】
１０、７０、８０…液冷式冷却装置    １２、８２…供給口
１４、８４…排出口                  １６、８６…ケーシング
１８、５０、６０、７２…フィン      ２４…頂壁部
３２…供給通路                      ３４…排出通路
３８ａ、３８ｂ、５２ａ、５２ｂ、６２ａ、６２ｂ、７４ａ、７４ｂ…切欠部
Ｅ…電子部品
【図１】
2019054224.tif 000003
【図２】
2019054224.tif 000004
【図３】
2019054224.tif 000005
【図４】
2019054224.tif 000006
【図５】
2019054224.tif 000007
【図６】
2019054224.tif 000008