(57)【要約】【課題】毛細管力を利用しつつ小さい圧力損失で冷媒を循環させることができ、しかも小型で冷却能力の高い電子機器の冷却装置を得る。【解決手段】電子機器の冷却装置は、内部に封入した液冷媒を気化させて発熱体を冷却すると共に、気化したガス冷媒が流出する沸騰部出口を有する沸騰部と、気化した冷媒を凝縮させる凝縮部と、沸騰部の周囲に設けられ、凝縮部で凝縮した液冷媒を貯留する液溜部と、沸騰部出口と凝縮部上部の入口とを接続するガス配管と、凝縮部の下部と液溜部とを接続する液配管とを備えている。また、前記沸騰部は、液溜部と沸騰部出口とを接続する複数の微細流路が設けられ、かつ前記微細流路は、その入口側よりも出口側が高い位置となるように傾斜させて構成され、液溜部の液冷媒を微細流路の毛細管力により該微細流路内を上昇させる構成としている。【選択図】図１
2019024028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に封入した液冷媒を気化させて発熱体を冷却すると共に、気化したガス冷媒が流出する沸騰部出口を有する沸騰部と、
気化した冷媒を凝縮させる凝縮部と、
前記沸騰部の周囲に設けられ、前記凝縮部で凝縮した液冷媒を貯留する液溜部と、
前記沸騰部出口と前記凝縮部上部の入口とを接続するガス配管と、
前記凝縮部の下部と前記液溜部とを接続する液配管とを備え、
前記沸騰部は、前記液溜部と前記沸騰部出口とを接続する複数の微細流路が設けられ、かつ前記微細流路は、その入口側よりも出口側が高い位置となるように傾斜させて構成され、前記液溜部の液冷媒を微細流路の毛細管力によりこの微細流路内を上昇させる構成としている
ことを特徴とする電子機器の冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電子機器の冷却装置において、
前記沸騰部の前記微細流路の直径或いは水力等価直径が０．５〜０．１ｍｍであることを特徴とする電子機器の冷却装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電子機器の冷却装置において、
前記沸騰部は、円板状部材を備え、この円板状部材の中心には前記沸騰部出口が設けられ、前記微細流路は、この円板状部材の外周側から前記沸騰部出口に向かって放射状に形成されていることを特徴とする電子機器の冷却装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電子機器の冷却装置において、
前記沸騰部は、四角形の板状部材を備え、この板状部材の中心には前記沸騰部出口が設けられ、前記微細流路は、この板状部材の外周側から前記沸騰部出口に向かって放射状に形成されていることを特徴とする電子機器の冷却装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電子機器の冷却装置において、
流路の長い微細流路では、その直径或いは水力等価直径が、流路の短い微細流路よりも小さくなるように構成していることを特徴とする電子機器の冷却装置。
【請求項６】
請求項１に記載の電子機器の冷却装置において、
前記沸騰部に設けられている前記微細流路は、その出口側が、前記沸騰部出口の上部に接続される上層微細流路と、前記沸騰部出口の下部に接続される下層微細流路により構成されていることを特徴とする電子機器の冷却装置。
【請求項７】
請求項１に記載の電子機器の冷却装置において、
前記沸騰部を複数設け、各沸騰部の中央上部にはそれぞれ沸騰部出口を設け、且つ前記沸騰部の周囲における前記沸騰部出口よりも低い位置には、それぞれ液溜部を設け、この液溜部と前記沸騰部出口を接続するように多数の微細流路が放射状に設けられていることを特徴とする電子機器の冷却装置。
【請求項８】
請求項１に記載の電子機器の冷却装置において、
前記沸騰部を、上側沸騰部と下側沸騰部で構成し、前記沸騰部は四角形状に構成され、それぞれの沸騰部の下面と２つの側面に沿うように、コの字型の液溜部がそれぞれ設けられ、前記上側沸騰部と下側沸騰部の中央上部には、前記液溜部よりも高い位置に、それぞれ上側沸騰部出口と下側沸騰部出口が設けられ、前記上側沸騰部と前記下側沸騰部内には、前記液溜部と前記沸騰部出口を接続するように多数の微細流路が放射状に設けられていることを特徴とする電子機器の冷却装置。
【請求項９】
内部に封入した液冷媒を気化させて発熱体を冷却すると共に、気化したガス冷媒が流出する沸騰部出口を有する沸騰部と、
気化した冷媒を凝縮させる凝縮部と、
前記沸騰部の周囲に設けられ、前記凝縮部で凝縮した液冷媒を貯留する液溜部と、
前記沸騰部出口と前記凝縮部上部の入口とを接続するガス配管と、
前記凝縮部の下部と前記液溜部とを接続する液配管とを備え、
前記沸騰部は、前記液溜部と前記沸騰部出口とを接続する複数の微細流路が設けられ、かつ前記微細流路は、その入口側から出口側まで流路面積が一定の連続した形状に構成され、前記液溜部の液冷媒を前記微細流路の毛細管力によりこの微細流路内に流入させる構成としている
ことを特徴とする電子機器の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中央演算装置（ＣＰＵ）や電力変換素子等の高発熱体となる半導体デバイスを内部に有する電子機器の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器や電力変換装置は、小型化、高密度化が進み、発熱密度が増加している。これらの装置に用いられるＣＰＵや電力変換素子等の半導体デバイスは、動作時に発熱するが、所定の温度を超えると性能が低下する、或いは破損することがある。従って、発熱する電子機器については所定の温度以下に冷却する必要がある。また、電子機器を有する装置全体の小型化に伴い、発熱する電子機器を冷却するための冷却装置も、小型化や冷却能力の向上が求められている。
【０００３】
従来の電子機器の冷却装置としては、例えば、電力変換装置の冷却装置として、空気や水を冷媒とし、この冷媒の顕熱差（温度差）を利用したものがある。このような冷媒の顕熱差を利用した冷却装置においては、前記冷媒の輸送のために、ファン、ポンプ等の外部動力や、自然対流等を用い、発熱する電子機器の部分まで温度の低い冷媒を輸送し、発熱している高温の電子機器と熱交換を行うことで、電子機器を冷却している。
【０００４】
発熱密度の向上に伴い、顕熱を利用した冷却装置では、冷却能力の不足や、冷却装置が大型化する問題があった。このため、近年は更に冷却能力が高い、冷媒の相変化時の潜熱を利用した冷却装置が用いられるようになっている。一般に潜熱は顕熱に比べ大きく、また相変化時は温度上昇がないため、冷媒と発熱体との温度差が小さくても大量の熱を発熱体から冷媒へ伝えることができ、冷却装置の小型高効率化が可能となる。
【０００５】
この潜熱を利用した冷却装置としては、例えば、特開２０１１−４７６１６号公報（特許文献１）に記載されたものがある。この特許文献１のものには、受熱ジャケットにおいて、冷媒を発熱体と熱交換させて気化させ、上方に設けたヘッダを介して凝縮器に流し、この凝縮器で前記気化した冷媒を再度凝縮させ、その後、凝縮した液冷媒の重力により、液戻り管を介して前記受熱ジャケットに戻るように構成されている重力式の電子装置用冷却システムが記載されている。
【０００６】
この特許文献１のものでは、冷媒の輸送にポンプ等の外部動力を用いないので、より消費電力を低減させた冷却装置とすることができ、結果として、これを搭載する電子機器の低消費電力化を実現することができる。
【０００７】
また、潜熱を利用した従来の他の冷却装置として、特開２００４−１９０９７６号公報（特許文献２）に記載されたものがある。この特許文献２のものには、冷媒の循環のために液冷媒の重力を用いず、毛細管力を発生するウィック構造を蒸発器に設け、前記毛細管力を利用して、冷媒を循環させる電子デバイスの冷却装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−４７６１６号公報
【特許文献２】特開２００４−１９０９７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１に記載されているような液冷媒の重力により冷媒を循環させる重力式の冷却装置では、冷媒を循環させるために、前記受熱ジャケットにおける液冷媒の液面高さに比べ、凝縮器における液冷媒の液高さを高くしなければならない。即ち、前記凝縮器で凝縮した液冷媒が前記受熱ジャケットに流れて気化し、再び前記凝縮器まで戻るのに必要な圧力損失分、凝縮器における液冷媒の液面高さを、受熱ジャケットにおける液冷媒の液面高さより高くしなければならない。このため、電子機器の冷却装置が高さ方向に大型化する課題がある。
【００１０】
また、上記特許文献２に記載されているような毛細管力を利用して冷媒を循環させる冷却装置では、上記特許文献１のように、冷媒液面の高低差を設ける必要はないが、蒸発器に毛細管力を発生するウィック構造をもつため、前記ウィック内は液冷媒と気化した冷媒の共存する二相流となる。このため、前記ウィック内は流動による圧力損失が大きくなり、結果として冷媒の流動が阻害され、伝熱能力が低下する課題がある。
【００１１】
本発明の目的は、毛細管力を利用しつつ小さい圧力損失で冷媒を循環させることができ、しかも小型で冷却能力の高い電子機器の冷却装置を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明は、内部に封入した液冷媒を気化させて発熱体を冷却すると共に、気化したガス冷媒が流出する沸騰部出口を有する沸騰部と、気化した冷媒を凝縮させる凝縮部と、前記沸騰部の周囲に設けられ、前記凝縮部で凝縮した液冷媒を貯留する液溜部と、前記沸騰部出口と前記凝縮部上部の入口とを接続するガス配管と、前記凝縮部の下部と前記液溜部とを接続する液配管とを備え、前記沸騰部は、前記液溜部と前記沸騰部出口とを接続する複数の微細流路が設けられ、かつ前記微細流路は、その入口側よりも出口側が高い位置となるように傾斜させて構成され、前記液溜部の液冷媒を微細流路の毛細管力によりこの微細流路内を上昇させる構成としていることを特徴とする電子機器の冷却装置にある。
【００１３】
本発明の他の特徴は、内部に封入した液冷媒を気化させて発熱体を冷却すると共に、気化したガス冷媒が流出する沸騰部出口を有する沸騰部と、  気化した冷媒を凝縮させる凝縮部と、前記沸騰部の周囲に設けられ、前記凝縮部で凝縮した液冷媒を貯留する液溜部と、前記沸騰部出口と前記凝縮部上部の入口とを接続するガス配管と、前記凝縮部の下部と前記液溜部とを接続する液配管とを備え、前記沸騰部は、前記液溜部と前記沸騰部出口とを接続する複数の微細流路が設けられ、かつ前記微細流路は、その入口側から出口側まで流路面積が一定の連続した形状に構成され、前記液溜部の液冷媒を前記微細流路の毛細管力によりこの微細流路内に流入させる構成としている電子機器の冷却装置にある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、毛細管力を利用しつつ小さい圧力損失で冷媒を循環させることができ、しかも小型で冷却能力の高い電子機器の冷却装置を得ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１を示す電子機器の冷却装置の斜視図である。
【図２】図１に示す沸騰部及び液溜部を示す平面断面図で、微細通路の部分に沿った断面を示す図である。
【図３】図２のIII−III線矢視断面図である。
【図４】図３のＡ部拡大図である。
【図５】図３に示す微細流路が四角形の場合における冷媒の流動を説明する断面図である。
【図６】図３に示す微細流路が円形の場合における冷媒の流動を説明する断面図である。
【図７】本発明の実施例２を示す電子機器の冷却装置の斜視図である。
【図８】図７に示す沸騰部及び液溜部を示す平面断面図で、微細通路の部分に沿った断面を示す図である。
【図９】本発明の実施例３を説明する沸騰部の側面図である。
【図１０】本発明の実施例４を示す電子機器の冷却装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の電子機器の冷却装置における具体的実施例を、図面を用いて説明する。各図において、同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分を示している。
【実施例１】
【００１７】
本発明の電子機器の冷却装置における実施例１を、図１〜図６を用いて説明する。  
まず、図１により、本実施例１の全体構成を説明する。図１は本実施例１を示す電子機器の冷却装置の斜視図である。
【００１８】
図１において、冷却装置１は、沸騰部２、凝縮部３、液溜部４、液配管５、ガス配管６などを備えている。矢印ｇは重力の方向である。  
前記沸騰部２は、前記液溜部４及び前記ガス配管６と接続され、内部が密閉された状態で冷媒を流すことができるように構成されている。また、半導体素子等の発熱体７と熱的に接続され、前記発熱体７で発熱する熱を、前記沸騰部２を流れる冷媒に伝達することで、前記発熱体７を冷却するように構成されている。
【００１９】
前記ガス配管６は、前記沸騰部２及び前記凝縮部３と接続され、内部が密閉された状態で冷媒を流すことができる。前記ガス配管６は、その内部を主に沸騰により気化して膨張した冷媒が流れるため、前記液配管５に比べて配管径は大きい方が好ましい。また、本実施例では、前記ガス配管６を円管としているが、楕円形の管や四角形の管等、他の管形状としても良い。
【００２０】
前記凝縮部３は、前記ガス配管６及び前記液配管５と接続され、内部が密閉された状態で冷媒を流すことができる。前記凝縮部３では、前記ガス配管６から流入するガス冷媒を再凝縮させる。従って、前記凝縮部３の材質は、熱伝導率の大きいものが良く、例えば銅やアルミで構成されている。
【００２１】
前記液配管５は、前記凝縮部３及び前記液溜部４と接続され、内部が密閉された状態で冷媒を流すことができる。なお、本実施例においては、前記液配管５は前記凝縮部３から液溜部４まで水平に接続されているが、斜めに接続させるようにしても良い。前記液配管５の入口側(凝縮部３側)よりも出口側(液溜部４側)が低くなるように接続すれば、液冷媒の輸送に液冷媒の重力を利用できるため、液冷媒をよりスムーズに前記液溜部４まで送ることができる。また、前記液配管５の断面形状は、前記ガス配管６と同様に、円管で構成されているが、円管に限られず、楕円形の管や四角形の管等の他の管形状にしても良い。
【００２２】
前記液溜部４は、前記液配管５及び前記沸騰部２と接続され、内部が密閉された状態で冷媒を流すことができる。この液溜部４には、前記凝縮部３で再凝縮した液冷媒が貯留される。
【００２３】
前記発熱体７は、ＣＰＵや電力変換素子等であり、発熱源となる。前記発熱体７は、前記沸騰部２と熱的に接続されており、前記発熱体７で発生した熱は前記沸騰部２に伝達されるように構成されている。即ち、前記発熱体７と前記沸騰部２とは、直接接触させるか、或いは熱伝導率の大きいシートやグリス等を介して接続され、更に、ネジ（図示せず）などにより、前記発熱体７の周囲と前記冷却装置１が固定されることにより、熱抵抗を小さくして、効率良く熱を冷却装置１に伝達することができる。
【００２４】
前記冷却装置１には、冷媒が冷媒注入口（図示せず）から注入される。その後、冷却装置１内部の圧力を所定圧力に調整し、前記冷媒注入口を封止する。冷媒が気化する温度は冷媒の種類及び飽和蒸気圧により決まるため、冷却装置１内部の飽和蒸気圧が変化しないように、前記冷媒注入口を封止した後、外気と冷媒とが冷却装置１内で透過しないようにする必要がある。このため、冷却装置１で冷媒が流れる部分の材質は、気体の透過が小さい金属材が好適である。  
また、冷媒は、前記発熱体７の使用温度で、気液相変化が起きるものであれば良く、減圧した水やフロン系冷媒が好適である。
【００２５】
次に、本実施例における沸騰部２の構造について、図２〜図４を用いて説明する。図２は図１に示す沸騰部２及び液溜部４を示す平面断面図で、微細通路２２の部分に沿った断面を示す図、図３は図２のIII−III線矢視断面図、図４は図３のＡ部拡大図である。
【００２６】
図２、図３に示すように、沸騰部２は、円板状部材２ａと、この円板状部材２ａの中央上部に設けられた沸騰部出口（沸騰部中心）２１と、前記円板状部材２ａの外周側と前記沸騰部出口２１を接続するように、前記円板状部材２ａの外周側から前記沸騰部出口２１に向かって放射状に多数設けられた微細流路２２を備えている。また、この微細流路２２は、その入口側から出口側まで流路面積が一定の連続した形状、即ち断続的ではない形状に構成されている。
【００２７】
前記円板状部材２ａの外周側には、この円板状部材２ａの外周側に沿って、環状（ドーナツ状）に形成された液溜部４が設けられている。この液溜部４は、前記円板状部材２ａの外周部に沿って設けられた環状部材４ａに形成されており、前記液配管５から流入する液冷媒が貯留される。従って、前記微細流路２２は、この液溜部４と前記沸騰部出口２１とを接続するように設けられており、前記液溜部４の液冷媒を前記微細通路２２の毛細管力により該微細通路２２内に流入させるように構成されている。
【００２８】
図３に示すように、前記沸騰部出口２１は前記液溜部４よりも高い位置に配置されており、また、前記沸騰部２の前記微細流路２２は、図２に示すように、一端側が前記液溜部４に開口し、他端側が前記沸騰部出口２１に開口するように形成されている。従って、前記微細流路２２は、外周側に設けた前記液溜部４から前記沸騰部出口２１に向かって上昇するように、傾斜した構造に形成されている。更に、前記微細流路２２は、図２に示すように、前記円板状部材２ａの周方向に、多数形成されており、この多数の微細流路２２は前記沸騰部中心２１で合流されている。従って、前記微細通路２２は、前記沸騰部中心２１から前記円板状部材２ａの外周全体に亘って放射状に多数設けられている。なお、前記沸騰部出口２１は前記ガス配管６（図１参照）と接続されている。
【００２９】
前記微細流路２２は、前述したように、入口側より出口側の方が高くなるように形成されており、この微細流路２２の入口側は前記液溜部４と接続され、液冷媒で満たされている。このため、微細流路２２入口側の液冷媒は、毛細管力により、図４に示すように、該微細流路２２の出口２２１まで流れる。前記沸騰部中心２１は、前記微細流路２２に比べて断面積が大きいため、毛細管力は小さくなる。したがって、液冷媒は液溜部４から微細流路の出口２２１の位置まで輸送される。
【００３０】
前記微細流路２２の断面形状は、毛細管力により液冷媒を輸送できればよく、製作のし易さを考慮すると、四角形または円形が好適である。  
図５は図３に示す微細流路２２が四角形の場合における冷媒の流動を説明する断面図、図６は図３に示す微細流路２２が円形の場合における冷媒の流動を説明する断面図である。これら図５、図６を用いて、それぞれの断面形状における前記微細流路２２を流れる冷媒の流動状態を比較して説明する。
【００３１】
微細流路２２内を流れる液冷媒は、発熱体７（図３参照）からの熱によってガス化する。このため、前記微細流路２２内は、図５、図６に示すように、ガス化したガス冷媒と、ガス化していない液冷媒の二相流となり、前記ガス冷媒は微細流路２２の断面中心部分を流れ、その外周を液冷媒が膜状に流れる。前記微細流路２２の断面形状が四角形の場合には、図５中に矢印で示した四角形の角部付近では、液冷媒の膜厚が厚くなる。この膜厚の厚い部分が生じるため、瞬時的に前記発熱部７における局所の発熱量が大きくなった場合でも、前記液膜の厚い部分により、液冷媒が不足することを抑制して、液冷媒の蒸発を継続することができる。従って、前記発熱部７を安定して冷却できる効果が得られる。
【００３２】
なお、図５に示す四角形の微細流路２２では、上の２つの角部と下の２つの角部を、同じ高さ位置となるように構成しているが、四角形の１つの角部が最上部、他の１つの角部が最下部となるように斜めに配置、即ちひし形形状となるように構成しても良い。
【００３３】
一方、図６に示すように、微細流路２２の断面が円形の場合は、液冷媒はガス冷媒の周囲にほぼ均一な厚さで分布する。従って、微細流路２２を円形に形成した場合、前記発熱体７からの熱を、円形の微細通路２２の外周全体から均一に液冷媒に伝えることができる。
前記沸騰部２の材質としては、前記発熱体７からの熱を効率良く冷媒に伝達させる必要があるため、例えば銅やアルミなどの熱伝導率の大きい材料を使用すると良い。
【００３４】
次に、図１を用いて、本実施例の電子機器の冷却装置１の動作について説明する。
液溜部４に液冷媒が貯留されている場合、この液冷媒は、前記液溜部４から、毛細管力により、沸騰部２の前記微細流路２２内へ流入し、更に前記微細流路２２の出口２２１（図４参照）まで液冷媒は溜まる。前記微細流路２２に液冷媒が溜っている状態で、前記発熱体７からの熱が沸騰部２へ伝達されると、前記微細流路２２が加熱され、加熱された微細流路２２の壁面から、液冷媒へ熱が伝わる。これにより、微細流路２２内の液冷媒は沸騰し、ガス化し、前記微細流路２２内には、図５、図６に示すように、気体スラグ（気液二層流の中に現れる大きな気体）が生成され、スラグ流となって流れる。
【００３５】
前記微細流路２２内で、沸騰していない液冷媒はこの微細流路２２の管壁面側に移動して液膜となる。前記微細流路２２は、前記沸騰部出口２１に向かって高さ方向に傾斜しているため、前記気体スラグは浮力により前記沸騰部出口２１に向かって流れる。
【００３６】
このように、スラグ流が前記微細流路２２を流れる際は、浮力による力が働くため、前記微細流路２２の入口と出口との間の圧力損失を小さくすることができる。また、前記スラグ流が前記微細流路２２を流れることによって、スラグ流周囲の液膜は非常に薄くなるから、前記微細流路２２を流れる液冷媒への熱伝達性が向上する。これにより、前記発熱体７からの熱を、より効率良く液冷媒へ伝えることができる。
【００３７】
前記微細流路２２を流れる液冷媒への熱伝達性が向上するためには、前記微細流路２２が円形の場合には、その直径を０．５〜０．１ｍｍにすることが好ましい。前記微細流路２２が円形以外の場合には、その水力等価直径を０．５〜０．１ｍｍとすれば良い。
【００３８】
前記沸騰部出口２１から、図１に示す前記ガス配管６へ流れたガス冷媒は、前記凝縮部３へ流入して凝縮され、再度液冷媒となる。本実施例では、ファン（図示せず）から前記凝縮部３に対し、冷媒の凝縮温度よりも低温の空気を、図１にＡｉｒで示す矢印の方向に送風し、前記凝縮部３内を流れるガス冷媒と前記空気を熱交換させ、ガス冷媒を冷却し、凝縮させている。
【００３９】
一般に、空気の熱伝導率は小さいため、伝熱面積や熱伝達率を増加させる目的で、前記凝縮部３の空気側には、フィン３１が設けられている。前記ファンによる空気の通風方向は、本実施例では、前記凝縮部３から前記沸騰部２へ向かうようにしているが、冷却装置１を実装する電子機器に応じて、前記通風方向を適宜変えるようにしても良い。例えば、前記凝縮部３を前記沸騰部２よりも、紙面奥側に配置し、前記ガス配管６及び前記液配管５も図１の紙面奥側に向くように構成し、紙面奥側から手前方向へ通風するようにファンを設けた場合でも同様の効果が得られる。
【００４０】
また、上記実施例１では、前記凝縮部３を外部空気で冷却するようにしているが、冷水で冷却したり、或いはペルチェ素子や冷凍サイクル等の冷熱源で冷却するようにしても良い。
【００４１】
前記凝縮部３において凝縮された液冷媒は、該凝縮部３の下部から前記液配管５を介して前記液溜部４へ流入し、再びこの液溜部４に貯留され、以下同様の動作を繰り返す。
なお、前記凝縮部３から前記液溜部４へ液冷媒がスムーズに流れるように、前記凝縮部３の下端は前記液溜部４の上端より高い位置に設けられている。
【００４２】
また、前記液配管５及び前記液溜部４を形成している環状部材４ａの材質は、凝縮した液冷媒が、外気や前記発熱体７からの熱伝導により、前記液配管５や前記液溜部４内部で沸騰することを防止するため、熱伝導率が比較的小さい材料、例えばステンレス等で構成すると良い。
【００４３】
以上述べた本実施例１によれば、上述した特許文献１に記載されている液冷媒の重力により冷媒を循環させる重力式の冷却装置で必要だった液面高さほどの高低差が必要ないため、電子機器の冷却装置が高さ方向に大型化するのを防止でき、冷却装置をより小型化できる効果が得られる。
【００４４】
また、沸騰部２に微細流路２２を、沸騰部出口２１周りに放射状に形成する構成としているので、微細流路２２をより多く設けることが可能となる。これにより、液冷媒を微細流路まで誘導するための毛細管力が大きくなる。従って、発熱体７からの発熱量が大きい場合も毛細管力により液冷媒が微細流路に充填され、発熱体７を冷却することができるから、この点からも冷却能力の向上を図ることができる。
【００４５】
更に、前記微細流路２２は、液溜部４から沸騰部中心２１に向かって上昇するように傾斜をつけているので、前記微細流路２２内で沸騰して発生した気体スラグの浮力により、自然に、冷媒をガス配管６へ向かって流すことができる。これにより、上記特許文献２に記載されているような、毛細管力を利用して冷媒を循環させる冷却装置に比べ、気液二相流となっている冷媒の流動による圧力損失を大幅に低減でき、冷媒の流動が阻害されず、伝熱能力を向上できる効果も得られる。また、前記微細流路２２における冷媒への熱伝熱は、沸騰に加えてスラグ流を利用した液膜での熱伝達により、小型で冷却能力の高い電子機器の冷却装置を得ることができる。
【実施例２】
【００４６】
本発明の電子機器の冷却装置における実施例２を、図７及び図８を用いて説明する。図７は本実施例２を示す電子機器の冷却装置の斜視図、図８は図７に示す沸騰部２及び液溜部４を示す平面断面図で、微細通路２２の部分に沿った断面を示す図である。本実施例２の説明においては、上記実施例１と同様の部分については同一符号を付して説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。
【００４７】
図７、図８に示すように、本実施例２では、複数の微細流路２２を有する沸騰部２の形状を、実施例１に示すように円形の形状ではなく、四角形となるように構成しているものである。また、液溜部４も、四角形の前記沸騰部２の形状に合わせて、四角形となるように構成して、前記沸騰部２の外周部に沿って設けられている。即ち、前記沸騰部２は、四角形の板状部材２ｂ、この四角形の板状部材２ｂに形成された複数の微細流路２２、及び前記板状部材２ｂの中心に設けられた沸騰部出口（沸騰部中心）２１を備えている。また、四角形の前記板状部材２ｂの周囲には四角形の環状部材４ａが設けられ、この環状部材４ａには液溜部４が形成されている。前記微細流路２２は前記液溜部４と前記沸騰部出口２１を接続するように、前記板状部材２ｂの外周側から前記沸騰部出口に向かって放射状に多数設けられている。
【００４８】
一般に、発熱体７は角型形状であるため、本実施例のように沸騰部２を四角形とすることにより、沸騰部２の全体を四角形の発熱体７に対応させて接触させることができるため、沸騰部２の全体を有効に発熱体７の冷却に使用できる。即ち、沸騰部２における発熱体７の冷却に寄与しない部分をより低減することが可能となる。
【００４９】
また、図８に示すように、沸騰部２が四角形の形状となっているため、周方向に多数設けられている微細流路２２は、それぞれの入口位置によって流路長さが異なることになる。本実施例２では、周方向に設けられている全ての微細流路２２は同じ直径（微細流路の断面が円形でない場合には同じ水力等価直径）としているが、微細流路２２の長さに応じて、それぞれの微細流路２２の直径或いは水力等価直径を変えることにより、毛細管力を調整することも可能である。
【００５０】
即ち、全ての微細流路２２の出口２２１（図４参照）の部分まで液冷媒が充填されるように、流路の長い微細流路２２では、その直径或いは水力等価直径をより小さくすることにより、毛細管力が大きくなるように調整し、流路の短い微細流路２２の場合には、直径或いは水力等価直径を大きくする。他の構成は、上記実施例１と同様である。
【００５１】
本実施例によれば、一般的な四角形の発熱体７に対して沸騰部２の形状も四角形とすることにより、沸騰部２の伝熱面を有効に利用することができ、高効率な電子機器の冷却装置を得ることができる。
【実施例３】
【００５２】
本発明の電子機器の冷却装置における実施例３を、図９を用いて説明する。図９は本発明の実施例３を説明する沸騰部２の側面図で、微細配管２２を破線で示している。本実施例３の説明においても、上記実施例１と同様の部分については同一符号を付して説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。また、図９は沸騰部２のみを示しているが、他の構成は上記実施例１と同様である。
【００５３】
図９に示すように、本実施例３において、沸騰部２が円形である点では上記実施例１と同様であり、また微細流路２２が周方向に多数設けられている点でも同じである。本実施例３が上記実施例１と異なる点は、沸騰部２に形成している微細流路２２を、上層微細流路２２３と下層微細流路２２４の２種類設けている点である。
【００５４】
各微細流路２２（２２３，２２４）における液溜部４（図２参照）への開口部（入口側開口部）は、図９に示すように、周方向に等間隔で、且つ同じ高さ位置に設けられている。
また、前記上層微細流路２２３の出口側は、沸騰部出口２１の上部２１ａの位置に開口し、前記下層微細流路２２４の出口側は、前記沸騰部出口２１の下部２１ｂの位置に開口している。また、前記上層微細流路２２３と下層微細流路２２４は、図９に示すように、周方向に交互に設けられている。
【００５５】
上述したように、上層微細流路２２３と下層微細流路２２４は、入口高さは共通であるが、出口高さが異なっているため、上層微細流路２２３と下層微細流路２２４では流路の長さが異なり、上層微細流路２２３の方が長くなる。各微細流路２２では、毛細管力により液冷媒をその出口側、即ち沸騰部中心２１側まで充填しなければならない。従って、上層微細流路２２３の直径或いは水力等価直径を下層微細流路２２４のそれより小さくすることにより、上層微細流路２２３の毛細管力の方が大きくなるように調整することが好ましい。このように、本実施例においても上記実施例２と同様に、微細流路２２の直径或いは水力等価直径を変えて毛細管力を適切に調節することができる。
【００５６】
ところで、上記実施例１のものにおいて、微細流路２２の数を増加させていくと、微細流路の入口側の間隔は十分確保できるが、微細流路の出口側の間隔は小さくなり、隣接する微細流路２２の出口側どうしが合体すると、微細流路２２出口の水力等価直径が大きくなり、毛細管力が働かなくなる。このため、隣接する微細流路２２の出口側どうしが合体しないようにするため、前記微細流路２２の数を一定数以上増加できない。
これに対し、本実施例３のように、微細流路２２の出口の高さを変える構成とすることにより、実施例１のものに対し、例えば前記微細流路２２の数を２倍に増加させることが可能となる。
【００５７】
発熱体７（図１参照）の発熱量が大きい場合、微細流路２２内の液冷媒がすべて気化するドライアウト現象が起こることがある。このドライアウト現象が起こると、微細流路２２内に液冷媒が無くなり、発熱体７を適切な温度に冷却することができなくなる。
【００５８】
本実施例３では、前記微細流路２２を、上層微細流路２２３と下層微細流路２２４の２層に多層化しているので、各微細流路２２の入口側が隣接する微細流路２２と重ならない限り、微細流路を増加させることができ、この結果、前記ドライアウト現象の発生を防止し、発熱体７の発熱量が大きい場合でも十分に冷却することが可能となる。
【００５９】
なお、本実施例３では前記微細流路２２を、上層微細流路２２３と下層微細流路２２４の２種類設けた例を説明したが、沸騰部出口２１の上下方向に３層以上となるように３種類以上の微細流路を設けるようにしても良い。その他の構成、効果は、上記実施例１と同様である。
【実施例４】
【００６０】
本発明の電子機器の冷却装置における実施例４を、図１０を用いて説明する。図１０は本実施例４を示す電子機器の冷却装置の斜視図であり、沸騰部２の別の例を示す図である。本実施例４の説明においても、上記実施例１と同様の部分については同一符号を付して説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。
【００６１】
本実施例４は、沸騰部を複数設け、各沸騰部の中央上部にはそれぞれ沸騰部出口を設け、且つ前記沸騰部の周囲における前記沸騰部出口よりも低い位置には、それぞれ液溜部を設け、これらの液溜部と前記沸騰部出口を接続するように多数の微細流路を放射状に設けているものである。
【００６２】
即ち、図１０に示すように、沸騰部２を、上側沸騰部２４と下側沸騰部２５で構成し、発熱体７を上下２つの前記沸騰部２４，２５により冷却するようにしている。また、前記沸騰部２４，２５は四角形状に構成され、この沸騰部２４，２５の下面と２つの側面に沿うように、コの字型の液溜部４（上側液溜部４４、下側液溜部４５）が設けられている。更に、前記上側沸騰部２４と下側沸騰部２５の中央上部には、前記液溜部４よりも高い位置に、それぞれ上側沸騰部出口２１Ａと下側沸騰部出口２１Ｂが設けられている。
【００６３】
前記上側沸騰部２４と前記下側沸騰部２５内には、前記液溜部４４，４５と前記沸騰部出口２１Ａ，２１Ｂを接続するように多数の微細流路２２が放射状に設けられている。即ち、上側液溜部４４及び下側液溜部４５からガス配管６に向かって上昇するように、前記微細流路２２が放射状に設けられている。
【００６４】
また、前記上側液溜部４４と前記下側液溜部４５には、液冷媒が充填されている状態にする必要があるため、凝縮部３で凝縮した液冷媒の液面は、液配管５内の液面高さ５１よりも、少なくとも上方に存在するように構成している。
【００６５】
本実施例においては、前記発熱体７及び前記沸騰部２４，２５は矢印ｇで示した重力方向と平行な向きに設けられている。従って、前記各沸騰部２４，２５の微細流路２２内において気化した冷媒はスラグ流となり、重力と逆方向に浮力を受けてガス管６へと移動していく。仮に、上記実施例１に示すように、微細流路２２を沸騰部２の外側全周からその沸騰部出口２１に向かって放射状に形成したものを、図１０に示すように、重力方向ｇと平行な向きに配置すると、沸騰部出口２１よりも上方に位置する微細流路２２ができてしまう。この上方に位置する微細流路２２では、冷媒が気化したスラグ流が微細流路２２の入口側に逆流する現象が発生する。
【００６６】
これに対し、本実施例４のような構成とすることにより、前記上側液溜部４４及び前記下側液溜部４５から、上側沸騰部２４及び下側沸騰部２５における微細流路２２に流入する冷媒の流れ方向は、どの微細流路２２においても水平から上方の向きとなる。従って、微細流路２２内で発生し、浮力により上昇するスラグ流が、前記液溜部４４，４５に逆流することを防止することができる。他の構成は上記実施例１と同様である。
【００６７】
本実施例４によれば、沸騰部２を上下に配置した複数個の沸騰部２（上側沸騰部２４、下側沸騰部２５）で構成しているので、冷却能力をより大きくすることができ、また、発熱体７が長いものにも対応することができ、更に複数個の発熱体７の冷却も可能となる。また、微細流路２２をより多く設けることが可能となるから、液冷媒を微細流路まで誘導するための毛細管力が大きくなる。従って、発熱体７からの発熱量が大きい場合も毛細管力により液冷媒が微細流路に充填され、発熱体７を冷却することができるから、この点からも冷却能力の向上を図ることができる。
【００６８】
なお、本実施例では、沸騰部２及び液溜部４を、上側と下側に２つ配置する構成としているが、２つに限定されるものでなく、発熱体７の大きさや微細流路２２の毛細管力に応じて、分割数（沸騰部２及び液溜部４の数）を増加させることも可能である。この分割数に応じて、液配管５及びガス配管６を分岐させる数を増やす必要はある。
【００６９】
また、前記沸騰部２を四角形状に構成した例を説明したが、半円形状とすることも可能である。更に、本実施例４では、複数の沸騰部２及び液溜部４を上下に配置する構成としたが、複数の沸騰部２及び液溜部４を左右に配置する構成としても良い。
【００７０】
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。
更に、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７１】
１：冷却装置、
２：沸騰部、２ａ：円板状部材、２ｂ：板状部材、
２１：沸騰部出口（沸騰部中心）、２１ａ：上部、２１ｂ：下部、
２１Ａ：上側沸騰部出口、２１Ｂ：下側沸騰部出口、
２２：微細流路（微細管路）、２２１：微細流路の出口、
２２３：上層微細流路、２２４：下層微細流路、
２４：上側沸騰部、２５：下側沸騰部、
３：凝縮部、３１：フィン、
４：液溜部、４ａ：環状部材、４４：上側液溜部、４５：下側液溜部、
５：液配管、５１：液配管の液面高さ、
６：ガス配管、７：発熱体。
【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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【図１０】
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