(57)【要約】【課題】被冷却物を高寿命に維持しつつ、被冷却物を効果的に冷却する沸騰冷却装置及び該装置を搭載した電子機器を提供する。【解決手段】液体冷媒１２が封入された冷却容器１４と、その冷却容器壁面の一部であって、冷却容器外面に設けられる被冷却物１６が発する熱を吸収し、その熱を前記壁面を介して液体冷媒１２に伝達する吸熱部１８と、冷却容器内の一部であって、その熱を吸収することにより沸騰した気体冷媒２０を冷却して液化させる放熱部２４と、冷却容器外面に設けられて、液体冷媒１２を所定の加振周波数で加振する液体冷媒加振手段２６と、被冷却物１６と液体冷媒加振手段２６との間に設けられて、被冷却物１６が設けられた被冷却物設置部Ａの固有振動数を加振周波数よりも下げるための固有振動数低減手段２８と、を備える沸騰冷却装置１０により、上記課題を解決した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体冷媒が封入された冷却容器と、
前記冷却容器の壁面の一部であって、該冷却容器の外面に設けられる被冷却物が発する熱を吸収し、該熱を前記壁面を介して前記液体冷媒に伝達する吸熱部と、
前記冷却容器内の一部であって、前記熱を吸収することにより沸騰した気体冷媒を冷却して液化させる放熱部と、
前記冷却容器の外面に設けられて、前記液体冷媒を所定の加振周波数で加振する液体冷媒加振手段と、
前記被冷却物と前記液体冷媒加振手段との間に設けられて、前記被冷却物が設けられる被冷却物設置部の固有振動数を前記加振周波数よりも下げるための固有振動数低減手段と、を備えることを特徴とする沸騰冷却装置。
【請求項２】
前記固有振動数低減手段が、前記液体冷媒加振手段と前記被冷却物設置部との間に設けられた質量物である、請求項１に記載の沸騰冷却装置。
【請求項３】
前記質量物が、前記被冷却物設置部の周囲に円環状に設けられている、請求項２に記載の沸騰冷却装置。
【請求項４】
前記固有振動数低減手段が、前記液体冷媒加振手段と前記被冷却物設置部との間の冷却容器外面に形成された薄肉部である、請求項１に記載の沸騰冷却装置。
【請求項５】
前記薄肉部が、前記液体冷媒加振手段の周囲の冷却容器外面に円環状に形成されている、請求項４に記載の沸騰冷却装置。
【請求項６】
前記薄肉部に制振材が設けられている、請求項４又は５に記載の沸騰冷却装置。
【請求項７】
前記吸熱部の冷却容器内側に伝熱フィンが設けられている、請求項１から６のいずれかに記載の沸騰冷却装置。
【請求項８】
前記冷却容器内に、前記液体冷媒加振手段が発した振動を前記吸熱部近傍に存在する液体冷媒に伝達する振動伝達手段が設けられている、請求項１から７のいずれかに記載の沸騰冷却装置。
【請求項９】
前記振動伝達手段は棒状、円錐状、角錐状又は壁状の突出形状であり、該突出形状からなる振動伝達手段の振れ方向の固有振動数が前記加振周波数と等しく設定されている、請求項１から８のいずれかに記載の沸騰冷却装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の沸騰冷却装置を搭載した電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＳＩ（大規模集積回路）等の発熱体が発する熱を、液体冷媒の気化により吸収して放熱部に伝達する沸騰熱伝達を用いた沸騰冷却装置、及び該装置を搭載した電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器においては、演算処理量の増大とその高速化に伴って処理能力の高いＬＳＩが搭載されている。そのＬＳＩの発熱密度は、処理能力の増大に伴って年々増加する傾向にある。ＬＳＩの発熱による誤動作や劣化を防止するために、大きな熱輸送能力を有する冷却装置が必要となっている。
【０００３】
ＬＳＩ等の被冷却物を効率よく冷却する装置として、空洞状の冷却容器内に低沸点冷媒を適量封入し、その低沸点冷媒が貯留されている部分の冷却容器外面に発熱する被冷却物を設け、その被冷却物が発した熱を冷却容器壁面を介して低沸点冷媒に伝達させる沸騰冷却装置が知られている。この沸騰冷却装置においては、低沸点冷媒に熱が伝わると、その低沸点冷媒が沸騰し、その低沸点冷媒の沸騰に必要な気化熱によって多くの熱量を被冷却物から奪うことができ、その結果、発熱している被冷却物を冷却することができる。沸騰した低沸点冷媒の蒸気は、ファン等により冷却されている冷却容器上部で熱を放出して凝縮し、再び液体に戻って冷却容器の下部に落下する。このように、沸騰冷却装置では、低沸点冷媒の沸騰と凝縮のサイクルの繰り返しによる熱移動により、被冷却物を冷却している。
【０００４】
従来の沸騰冷却装置として、沸騰冷却装置の冷却効率を向上させるために、冷却容器内に回転体若しくは振動体を一個以上設けて低沸点冷媒を強制的に対流させ、沸騰熱伝達を向上させる間接冷却型沸騰冷却装置が提案されている（例えば特許文献１を参照。）。
【０００５】
特許文献１に記載の間接冷却型沸騰冷却装置では、低沸点冷媒を攪拌するための回転軸や、低沸点冷媒を直接攪拌するための振動体が設けられている。この沸騰冷却装置によれば、これらの回転軸や振動体が低沸点冷媒を強制的に対流させることによって、沸騰により生じた気泡を強制的に取り去るので沸騰熱伝達率が向上し、すなわち冷却効率の向上を達成できるとされている。
【０００６】
更に、特許文献１には、低沸点冷媒を直接攪拌するための振動体として圧電素子を用い、その圧電素子の振動を増幅する弾性体を備えた構成が示されている。
【特許文献１】特開平８−３０６８３５号公報（段落番号００３１〜００３５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の間接冷却型沸騰冷却装置では、振動体やその振動体に電気を供給する電線等が冷却容器内の低沸点冷媒に曝されているために、低沸点冷媒との接触やキャビテーションの発生により、振動体や電線等が損傷を受け易く、耐久性が劣るという不具合が生じるおそれがあった。
【０００８】
また、従来、振動体の振動が冷却容器に直接伝わる場合には、冷却容器自体が振動してしまい、ＬＳＩ等の被冷却物と冷却容器との接合部にも振動が伝わっていた。一般に、被冷却物と冷却容器との接合部は、熱伝導性の接着剤又は接着シート等の樹脂系の熱伝導性接合材や、半田等の金属系の接合材で接合されている。接合部に樹脂系の熱伝導性接合材を用いた場合において、振動体が発した振動がその接合部に繰り返し加わると、その熱伝導性接合材の劣化が生じ、熱伝導性接合材の熱伝導率の低下や接着不良が生じる。その結果、ＬＳＩ等の被冷却物から発生する熱が沸騰冷却装置に伝わりにくくなり、冷却性能が低下するという不具合を生ずる。また、接合部に金属系の接合材を用いた場合において、振動体が発した振動がその接合部に繰り返し加わると、その振動が剛性を有する金属系の接合材を経由して被冷却物に伝わることにより、被冷却物が破損するおそれがあった。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、被冷却物を効率よく冷却することができると共に被冷却物の寿命を維持向上させることができる沸騰冷却装置及び該装置を搭載した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】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明の沸騰冷却装置は、液体冷媒が封入された冷却容器と、前記冷却容器の壁面の一部であって、該冷却容器の外面に設けられる被冷却物が発する熱を吸収し、該熱を前記壁面を介して前記液体冷媒に伝達する吸熱部と、前記冷却容器内の一部であって、前記熱を吸収することにより沸騰した気体冷媒を冷却して液化させる放熱部と、前記冷却容器の外面に設けられて、前記液体冷媒を所定の加振周波数で加振する液体冷媒加振手段と、前記被冷却物と前記液体冷媒加振手段との間に設けられて、前記被冷却物が設けられる被冷却物設置部の固有振動数を前記加振周波数よりも下げるための固有振動数低減手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、液体冷媒を所定の加振周波数で加振する液体冷媒加振手段を冷却容器外面に設け、被冷却物設置部の固有振動数を前記加振周波数よりも下げるための固有振動数低減手段を被冷却物と液体冷媒加振手段との間に設けたので、液体冷媒加振手段を用いて冷却容器を所定の加振周波数で加振した場合であっても、被冷却物設置部の振動周波数を下げて振動エネルギーを減少させることができる。その結果、被冷却物の破損可能性やその被冷却物の発する熱を冷却容器に伝える熱伝導性接合材の破損可能性を低減し、それらの寿命を維持向上させることができる。また、液体冷媒加振手段の発する加振周波数と被冷却物設置部の固有振動数とを異なる周波数にすることができるので、被冷却物の共振の発生を防ぎ、熱伝導性接合材や被冷却物の寿命を長くすることができる。
【００１２】
本発明の沸騰冷却装置の好ましい態様として、前記固有振動数低減手段が、前記液体冷媒加振手段と前記被冷却物設置部との間に設けられた質量物であるように構成できる。さらに、前記質量物が、前記被冷却物設置部の周囲に円環状に設けられていることが好ましい。
【００１３】
この発明によれば、固有振動数低減手段として、液体冷媒加振手段と被冷却物設置部との間に質量物を設けたので、被冷却物設置部の振動エネルギーを低減することができる。また、その質量物を被冷却物設置部の周囲に円環状に設ければ、被冷却物設置部の固有振動数を効果的に下げることが可能となり、被冷却物設置部の振動エネルギーをより効果的に低減することができる。
【００１４】
本発明の沸騰冷却装置の好ましい態様として、前記固有振動数低減手段が、前記液体冷媒加振手段と前記被冷却物設置部との間の冷却容器外面に形成された薄肉部であるように構成できる。さらに、前記薄肉部が、前記液体冷媒加振手段の周囲の冷却容器外面に円環状に形成されていることが好ましく、また、前記薄肉部に制振材が設けられていることが好ましい。
【００１５】
この発明によれば、固有振動数低減手段として、液体冷媒加振手段と被冷却物設置部との間の冷却容器外面に薄肉部を設けたので、その薄肉部が振動伝達の剛性を低下させ、振動エネルギーを低減することができる。また、その薄肉部を液体冷媒加振手段の周囲の冷却容器外面に円環状に形成すれば、被冷却物設置部の固有振動数を効果的に下げることが可能となり、被冷却物設置部の振動エネルギーをより効果的に低減することができる。また、その薄肉部に制振材を設ければ、高次の振動を吸収して、被冷却物の高次の共振を防止することができるので、熱伝導性接合材や被冷却物の寿命を長くすることができる。
【００１６】
本発明の沸騰冷却装置の好ましい態様として、前記吸熱部の冷却容器内側に伝熱フィンが設けられているように構成できる。
【００１７】
この発明によれば、吸熱部の冷却容器内側に伝熱フィンを設けたので、被冷却物が発した熱を液体冷媒に伝える面積を増大させることができ、熱の伝達効率を向上させることができる。
【００１８】
本発明の沸騰冷却装置の好ましい態様として、前記冷却容器内に、前記液体冷媒加振手段が発した振動を前記吸熱部近傍に存在する液体冷媒に伝達する振動伝達手段が設けられているように構成できる。
【００１９】
この発明によれば、冷却容器内に設けた振動伝達手段は、液体冷媒加振手段が発した振動を吸熱部近傍の液体冷媒に伝達すると共に液体冷媒に対流を発生させるので、液体冷媒が沸騰することにより発生した気体冷媒の気泡が壁面や伝熱フィン等に付着するのを防ぐことができる。その結果、液体冷媒の沸騰と凝縮とのサイクルを早めることができ、放熱能力をより一層向上させることができる。
【００２０】
本発明の沸騰冷却装置の好ましい態様として、前記振動伝達手段は棒状、円錐状、角錐状又は壁状の突出形状であり、該突出形状からなる振動伝達手段の振れ方向の固有振動数が前記加振周波数と等しく設定されているように構成できる。
【００２１】
この発明によれば、振動伝達手段を棒状、円錐状、角錐状又は壁状の突出形状とし、その振動伝達手段の振れ方向の固有振動数を加振周波数と等しく設定したので、振動伝達手段の振幅を増大させることができる。その結果、液体冷媒が沸騰することにより発生した気泡を壁面や伝熱フィン等から効率よく剥離することができ、放熱効率をより一層向上させることができる。
【００２２】
上記課題を解決するための本発明の電子機器は、上記本発明の沸騰冷却装置を搭載した電子機器であることに特徴を有する。
【００２３】
この発明によれば、接合された被冷却物を効率よく冷却することができると共に被冷却物の寿命を維持向上させることができる沸騰冷却装置を備えるので、信頼性の高い電子機器とすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の沸騰冷却装置によれば、液体冷媒加振手段を用いて冷却容器を所定の加振周波数で加振した場合であっても、被冷却物設置部の振動周波数を下げて振動エネルギーを減少させることができるので、被冷却物やその被冷却物の発する熱を冷却容器に伝える熱伝導性接合材の破損可能性を低減し、それらの寿命を維持向上させることができる。さらに、本発明の沸騰冷却装置によれば、被冷却物の共振の発生を防ぎ、熱伝導性接合材や被冷却物の寿命を長くして信頼性を高めることができる。このような効果を奏する沸騰冷却装置は、特に演算処理能力が高く発熱量の高いハイエンドサーバー等に用いられるＬＳＩ冷却用の沸騰冷却装置として好ましく用いることができる。
【００２５】
本発明の電子機器によれば、こうした沸騰冷却装置を備えるので、信頼性の高い電子機器とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。なお、以下に示す各実施形態は本発明に包含される例であり、本発明は各実施形態に限定されるものではない。
【００２７】
［沸騰冷却装置］
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態を示す沸騰冷却装置の側面断面図であり、図２は、図１に示す沸騰冷却装置を下面から見た下面図である。なお、図１は図２に示すＩ−Ｉ断面図である。本発明の第１実施形態の沸騰冷却装置１０は、図１及び図２に示すように、液体冷媒１２が封入された冷却容器１４と、その冷却容器壁面の一部である吸熱部１８と、冷却容器内の一部である放熱部２４と、冷却容器外面に設けられる液体冷媒加振手段２６と、冷却容器外面に設けられる被冷却物１６と液体冷媒加振手段２６との間に設けられた固有振動数低減手段２８と、を備えている。
【００２８】
詳しくは、この沸騰冷却装置１０は、液体冷媒１２が封入された冷却容器１４と、その冷却容器壁面の一部であって、冷却容器外面に設けられる被冷却物１６が発する熱を吸収し、その熱を前記壁面を介して液体冷媒１２に伝達する吸熱部１８と、冷却容器内の一部であって、その熱を吸収することにより沸騰した気体冷媒２０を冷却して液化させる放熱部２４と、冷却容器外面に設けられて、液体冷媒１２を所定の加振周波数で加振する液体冷媒加振手段２６と、被冷却物１６と液体冷媒加振手段２６との間に設けられて、被冷却物１６が設けられる被冷却物設置部Ａの固有振動数を加振周波数よりも下げるための固有振動数低減手段２８と、を備えている。なお、被冷却物１６は吸熱部１８に熱伝導性接合材３０を介して固定され、その固定部分が被冷却物設置部Ａとなる。
【００２９】
冷却容器１４は、図１に示すように、その内部が空洞状の容器であり、その内部には、液体冷媒１２が封入されている。この冷却容器１４は、例えばアルミニウム、銅又はそれらの合金等の熱伝導性に優れた金属材料で形成されていることが好ましい。冷却容器１４の大きさや容量は特に限定されず、冷却容器１４に固定される被冷却物１６の大きさや発熱量等に応じて任意に設定される。なお、冷却容器１４内に封入する液体冷媒１２としては、アセトン、メタノール等の低沸点の液体冷媒や、水、フロロカーボン等の液体冷媒を用いることができるが、水を用いる場合には、沸騰を起こり易くするために冷却容器１４の内部を減圧状態にすることが望ましい。また、その液体冷媒１２の種類やその液量は、冷却容器１４に固定される被冷却物１６の大きさや発熱量等に応じて任意に設定される。
【００３０】
吸熱部１８は、冷却容器１４の壁面の一部であって、被冷却物１６が熱伝導性接合材３０を介して固定される部位（被冷却物設置部Ａという。）である。この吸熱部１８は、冷却容器１４の外面に熱伝導性接合材３０を介して設けられた被冷却物１６が発する熱を吸収し、その熱を冷却容器壁面を介して液体冷媒１２に伝達する。冷却容器１４内には液体冷媒１２が封入されているので、通常その吸熱部１８は、図１に示すように、液体冷媒１２に接する冷却容器底部に位置する。
【００３１】
熱伝導性接合材３０としては、樹脂系の熱伝導性接合材や金属系の熱伝導性接合材を用いることができる。樹脂系の熱伝導性接合材としては、熱伝導性の接着剤又は粘着剤であってもよいし、熱伝導性の接着剤層又は粘着剤層を有する熱伝導性のシートであってもよい。通常は、熱伝導性材料を接着剤や粘着剤に混入させたものや、熱伝導性材料をシート内に混入させたものが用いられる。また、被冷却物１６の被冷却物設置部Ａへの接合を金属接合にする際には、半田接合やロウ付け接合が好ましい。
【００３２】
被冷却物１６は、本発明の沸騰冷却装置１０の冷却対象となるものであって、例えばＬＳＩ、ＩＣ等の半導体集積回路等を挙げることができる。
【００３３】
放熱部２４は、液体冷媒１２が封入された後の冷却容器内の一部であって、吸熱部１８に伝達した熱を吸収することにより沸騰した気体冷媒２０を冷却し、液化させる部分である。なお、冷却容器１４内には液体冷媒１２が封入されているので、通常その放熱部２４は、図１に示すように、冷却容器１４の上部に位置する。
【００３４】
液体冷媒加振手段２６は、液体冷媒１２を所定の加振周波数で加振する手段であり、図１及び図２に示すように、冷却容器の底部外面に設けられることが好ましいが、液体冷媒１２の接する壁面を加振可能な位置であれば冷却容器１４の側部外面や上部外面に設けられていてもよい。液体冷媒加振手段２６としては、例えば、任意の周波数の範囲で加振させることができる振動体を好ましく用いることができ、その具体例としては、圧電素子が好ましく用いられる。圧電素子は、小さい体積で高周波振動を効率よく発生させることができると共に即応性が高く消費電力が少ないので、本発明の沸騰冷却装置１０をサーバやコンピュータ等の電子機器に適用する際に好ましく適用できる。なお、液体冷媒加振手段２６の冷却容器１４への取付手段は特に限定されないが、例えば、固定治具を用いたボルトによるネジ止め等を挙げることができる。
【００３５】
固有振動数低減手段２８は、図１及び図２に示すように、被冷却物１６と液体冷媒加振手段２６との間に設けられて、被冷却物１６が設けられた被冷却物設置部Ａの固有振動数を加振周波数よりも下げるための手段である。固有振動数低減手段２８は、被冷却物設置部Ａと液体冷媒加振手段２６との間に設けられた質量物であることが好ましく、特にこの第１実施形態において、その質量物は、被冷却物設置部Ａの周囲を囲むように円環状に設けられているが、円環状に限らず他の形状であってもよい。「質量物」とは、いわゆる荷重を付加する「おもり」を意味し、図１及び図２の例では、円環状のおもりの内側に被冷却物１６を配置するように、４つのネジで冷却容器１４に着脱可能に固定している。質量物としては、例えば金属製のブロックや、樹脂製のブロック等を挙げることができる。
【００３６】
こうした質量物を設けることにより、被冷却物設置部Ａの振動エネルギーを低減することができる。その理由は、所定の重さ（質量）の質量物を設けることにより、固有振動数が下がり、被冷却物設置部Ａ付近の振幅を小さくして振動エネルギーを低減することができるからである。なお、質量物の重さ（質量）を変更すれば、固有振動数や振動エネルギーを変化させることができる。例えば、軽い質量物を用いれば、固有振動数の下げ幅を小さくでき、振動エネルギーの低減の程度を小さくすることができる。一方、より重い質量物を用いれば、固有振動数の下げ幅を大きくでき、振動エネルギーの低減の程度を大きくすることができる。したがって、質量物の重さ（質量）は、固定する被冷却物１６の大きさや熱量、さらには液体冷媒加振手段２６等に応じて任意に設定することが好ましい。
【００３７】
次に、図１及び図２に示した沸騰冷却装置１０の動作機構について説明する。
【００３８】
ＬＳＩ等の被冷却物１６が発する熱は、熱伝導性接合材３０を介して冷却容器１４の吸熱部１８を経由し、液体冷媒１２に伝達される。液体冷媒１２が所定の熱量を受けて沸点に達すると、液体冷媒１２は沸騰して気体冷媒の気泡３２が発生する。気泡３２は上方へ浮上して、気体冷媒２０として放熱部２４に溜まる。気体冷媒２０の熱は、冷却容器１４の上部の壁を経由して容器外に放出されるので、気体冷媒２０の温度が低下する。気体冷媒２０の温度が沸点以下まで冷却されると、気体冷媒２０は再び液化して滴下し、冷却容器１４の下部に戻る。
【００３９】
本発明の沸騰冷却装置１０において、液体冷媒加振手段２６を用いて冷却容器１４を加振すると、その冷却容器１４を経由して液体冷媒１２が加振され、液体冷媒１２に対流が発生する。この液体冷媒１２の対流は、冷却容器１４の底面に付着し易い気泡３２をその底面から強制的に剥離させるので、液体冷媒１２の沸騰と凝縮のサイクルを早めることができ、冷却効率を向上させることができる。
【００４０】
こうした効果を奏する液体冷媒加振手段２６を単に被冷却物１６の近傍に取り付けてしまうと、液体冷媒加振手段２６が発した振動が直接被冷却物１６に加わってしまう。すると、ＬＳＩ等の被冷却物１６を接合している熱伝導性接合材３０が劣化することがあり、熱伝導性接合材３０の熱伝導が悪化したり接触不良が発生したりして、被冷却物１６が正常に動作しなくなるという不具合を生ずるおそれがあった。そこで、本発明の沸騰冷却装置１０では、被冷却物１６と液体冷媒加振手段２６との間に、被冷却物設置部Ａの固有振動数を前記加振周波数よりも下げるための円環状の固有振動数低減手段２８を設けたので、液体冷媒加振手段２６を用いて冷却容器１４を所定の加振周波数で加振した場合であっても、被冷却物設置部Ａの振動周波数を下げて振動エネルギーを減少させることができる。その結果、被冷却物１６やその被冷却物１６の発する熱を冷却容器１４に伝える熱伝導性接合材３０の破損可能性を低減し、それらの寿命を維持向上させることができる。また、液体冷媒加振手段２６の発する加振周波数と被冷却物設置部Ａの固有振動数とを異なる周波数にすることができるので、被冷却物１６の共振の発生を防ぎ、熱伝導性接合材や被冷却物の寿命を長くすることができる。
【００４１】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態を示す沸騰冷却装置の側面断面図であり、図４は、図３に示す沸騰冷却装置を下面から見た下面図である。なお、図３は図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。第２実施形態の沸騰冷却装置１１０は、図１及び図２に示した沸騰冷却装置１０の構成と同一の構成についてはその説明を省略し、以下においては両者の相違点を主に説明する。
【００４２】
本発明の第２実施形態の沸騰冷却装置１１０は、図３及び図４に示すように、固有振動数低減手段を、液体冷媒加振手段２６と被冷却物設置部Ａとの間の冷却容器１１４の外面に形成された薄肉部１２８とした点に特徴があり、この点において、質量物からなる固有振動数低減手段２８が設けられている上記第１実施形態の沸騰冷却装置１０とは異なっている。薄肉部１２８の形成位置は、液体冷媒加振手段２６と被冷却物設置部Ａとの間であればいが、液体冷媒加振手段２６の周囲を囲むように冷却容器１１４の外面に形成されていることが好ましい。また、薄肉部１２８の形状は特に限定されず、円環状であっても多角形状であってもその他の形状であってもよい。なお、薄肉部１２８は、冷却容器１１４の外面に円環状に形成した溝とすることができる。
【００４３】
こうした薄肉部１２８を設けることにより、被冷却物設置部Ａの固有振動数を液体冷媒加振手段２６の加振周波数よりも下げることができる。その理由は、薄肉部１２８を液体冷媒加振手段２６の周囲に設けることにより、振動伝達経路の剛性が小さくなり、固有振動数が下がり、被冷却物設置部Ａ付近の振幅を小さくして振動エネルギーを低減することができるからである。なお、薄肉部１２８の厚さや幅等を変更すれば、固有振動数や振動エネルギーを変化させることができる。例えば、厚さや幅が小さい薄肉部１２８を形成すれば、固有振動数の下げ幅を小さくでき、振動エネルギーの低減の程度を小さくすることができる。一方、厚さや幅が大きい薄肉部１２８を形成すれば、固有振動数の下げ幅を大きくでき、振動エネルギーの低減の程度を大きくすることができる。したがって、薄肉部１２８は、固定する被冷却物１６の大きさや熱量、さらには液体冷媒加振手段２６等に応じて任意に設定することが好ましい。
【００４４】
次に、図３及び図４に示した沸騰冷却装置１１０の動作機構について、上記第１実施形態の沸騰冷却装置１０との相違点を中心に説明する。
【００４５】
第２実施形態の沸騰冷却装置１１０においては、液体冷媒加振手段２６の周囲に円環状の薄肉部１２８を設けたので、薄肉部１２８の厚さ及び幅を適宜設定することにより、薄肉部１２８で囲まれた液体冷媒加振手段２６が存在する部位を振動板として構成できる。そして、この薄肉部１２８の作用により、被冷却物設置部Ａの固有振動数が加振周波数よりも低く設定されるので、被冷却物設置部Ａの振動を低減でき、振動エネルギーを低減できる。その結果、ＬＳＩ等の被冷却物１６を接合している熱伝導性接合材３０の劣化を防止して、その破損可能性を低減し、それらの寿命を維持向上させることができる。また、液体冷媒加振手段２６の発する加振周波数と被冷却物設置部Ａの固有振動数とを異なる周波数にすることができるので、被冷却物１６の共振の発生を防ぎ、熱伝導性接合材や被冷却物の寿命を長くすることができる。
【００４６】
（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態を示す沸騰冷却装置の側面断面図であり、図６は、図５に示す沸騰冷却装置を下面から見た下面図である。なお、図５は図６に示すＶ−Ｖ断面図である。第３実施形態の沸騰冷却装置１２０は、図３及び図４に示した沸騰冷却装置１１０の構成と同一の構成についてはその説明を省略し、以下においては両者の相違点を主に説明する。
【００４７】
本発明の第３実施形態の沸騰冷却装置１２０は、図５及び図６に示すように、図３及び図４に示した薄肉部１２８に制振材１２９を設けたものである。制振材１２９としては、振動の減衰特性を有する樹脂等の素材からなるものを挙げることができ、通常その薄肉部１２８に、接着剤や粘着剤等で貼り合わせて設けられる。
【００４８】
薄肉部１２８に制振材１２９を設ければ、その制振材１２９が高周波の高次の振動を吸収するので、被冷却物設置部Ａの高次の振動に基づく共振を防止することができる。その結果、ＬＳＩ等の被冷却物１６を接合する熱伝導性接合材や被冷却物の寿命を長くすることができる。
【００４９】
（第４実施形態）
図７は、本発明の第４実施形態を示す沸騰冷却装置の側面断面図であり、図８は、図７に示す沸騰冷却装置を下面から見た下面図である。なお、図７は図８に示すＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。第４実施形態の沸騰冷却装置２１０は、図１及び図２に示した沸騰冷却装置１０の構成と同一の構成についてはその説明を省略し、以下においては両者の相違点を主に説明する。なお、図１及び図２に示した構成と同一の構成については説明を省略する。
【００５０】
本発明の第４実施形態の沸騰冷却装置２１０は、図７及び図８に示すように、吸熱部１８の冷却容器２１４の内側に伝熱フィン２２９が設けられている点に特徴があり、この点において、その伝熱フィン２２９が設けられていない上記第１実施形態の沸騰冷却装置１０とは異なっている。伝熱フィン２２９は、冷却容器２１４の内側の少なくとも吸熱部１８に設けられていればよいが、図７に示すように、冷却容器２１４の底面全てに設けられていてもよい。こうした伝熱フィン２２９は被冷却物１６が発した熱を液体冷媒１２に伝える面積を増大させることができるので、その熱を液体冷媒１２に効率よく伝達させることができ、熱の伝達効率を向上させることができる。
【００５１】
伝熱フィン２２９の形状は特に限定されず、板形状、棒形状、又は円錐状等の形状を用いることができる。具体的には、図７に示すクシ状断面を有した板形状の伝熱フィン２２９を立設したものを挙げることができる。伝熱フィン２２９の長さは、液体冷媒１２の液面内に没する長さに設定するとよい。伝熱フィン２２９は、腐食などの信頼性の観点から冷却容器２１０と同一の材料であることが好ましい。こうした伝熱フィン２２９の質量配分、材質、又は剛性を適宜設定し、液体冷媒加振手段２６の加振周波数と共振するように構成すれば、伝熱フィン２２９を振動させて液体冷媒１２を攪拌することができると共に、伝熱フィン２２９の側面や冷却容器２１４の底面に付着した気泡３２を剥離させることができる。
【００５２】
次に、図７及び図８に示した沸騰冷却装置２１０の動作機構について、上記第１実施形態の沸騰冷却装置１０との相違点を中心に説明する。
【００５３】
第４実施形態の沸騰冷却装置２１０においては、ＬＳＩ等の被冷却物１６が発する熱は、熱伝導性接合材３０を介して吸熱部１８と表面積が広い伝熱フィン２２９を経由し、液体冷媒１２に伝達される。そして、液体冷媒１２の沸騰により生じた気体冷媒の気泡３２は、吸熱部１８と伝熱フィン２２９の壁面に付着するが、本発明の沸騰冷却装置２１０において、液体冷媒加振手段２６によって冷却容器２１４と伝熱フィン２２９が加振されるので、その冷却容器２１４と伝熱フィン２２９を経由して液体冷媒１２が加振され、液体冷媒１２に対流が発生する。この液体冷媒１２の対流は、冷却容器２１４の底面と伝熱フィン２２９の壁面に付着した気泡３２を強制的に剥離させるので、液体冷媒１２の沸騰と凝縮のサイクルを早めることができ、冷却効率をより一層向上させることができる。
【００５４】
更に、伝熱フィン２２９と固有振動数低減手段２８とを組み合わせることによって、被冷却物設置部Ａでは共振させずに、伝熱フィン２２９のみを特定の高い周波数で共振させることができ、その結果、気泡３２をより効果的に除去することが可能となる。
【００５５】
（第５実施形態）
図９は、本発明の第５実施形態を示す沸騰冷却装置の側面断面図であり、図１０は、図９に示す沸騰冷却装置を下面から見た下面図である。なお、図９は図１０に示すＩＸ−ＩＸ断面図である。第５実施形態の沸騰冷却装置３１０は、図１及び図２に示した沸騰冷却装置１０の構成と同一の構成についてはその説明を省略し、以下においては両者の相違点を主に説明する。
【００５６】
本発明の第５実施形態の沸騰冷却装置３１０は、図９及び図１０に示すように、冷却容器内に、液体冷媒加振手段２６が発した振動を吸熱部１８近傍に存在する液体冷媒１２に伝達する振動伝達手段３３０が設けられた点に特徴があり、この点において、振動伝達手段が設けられていない上記第１実施形態の沸騰冷却装置１０とは異なっている。
【００５７】
この第５実施形態においては、液体冷媒加振手段２６は、冷却容器３１４の上部であって、冷却容器３１４の底部の吸熱部１８に対向する位置に設けられている。振動伝達手段３３０は任意の位置に設けることができ、図９に示した位置に限定するものではないが、液体冷媒加振手段２６が設けられた冷却容器３１４の内側に設けられていることが好ましい。なお、図９とは異なり、液体冷媒加振手段２６を冷却容器３１４の側面に配置した場合には、振動伝達手段３３０を冷却容器３１４内面の側壁から吸熱部１８近傍まで延ばすように構成してもよい。この第５実施形態では、液体冷媒加振手段２６の取付位置についての自由度が大きいという特徴がある。
【００５８】
振動伝達手段３３０としては、棒状、円錐状、角錐状又は壁状の突出形状からなるものが用いられ、好ましくは、図９に示すように、吸熱部１８に向かって延び、その先端部が鋭角なフィンが好ましく用いられる。図９に示す振動伝達手段３３０の鋭角な先端部は、吸熱部１８の近傍まで延びていることが好ましい（しかし、振動伝達手段３３０が吸熱部１８に接触すると、振動伝達手段３３０の振動が吸熱部にも伝わる可能性があるために、注意が必要である。）。振動伝達手段３３０は、液体冷媒加振手段２６で発した振動を伝達できる強度を有し、かつ腐食などの信頼性の観点から冷却容器２１０と同一の材料であることが好ましい。
【００５９】
こうした振動伝達手段３３０を設けることによって、液体冷媒加振手段２６が発した振動を振動伝達手段３３０を介して伝達し、吸熱部１８近傍の液体冷媒１２を加振させることができる。その結果、吸熱部１８近傍の液体冷媒１２を対流させ、冷却容器３１４の底面に付着し易い気泡３２をその底面から強制的に剥離させることができるので、液体冷媒１２の沸騰と凝縮のサイクルを早めることができ、冷却効率を向上させることができる。なお、振動伝達手段３３０の先端を液体冷媒加振手段２６が発する振動の周波数と共振させれば、被冷却物１６近傍は共振させずに効果的に液体冷媒１２を振動させることができ、吸熱部１８近傍の冷却容器３１４の内壁に付着している気泡３２を効果的に除去することができる。
【００６０】
図９においては、上記の第１実施形態の場合と同様に、被冷却物設置部Ａの回りに固有振動数低減手段２８が設けられているので、液体冷媒加振手段２６を用いて冷却容器３１４を所定の加振周波数で加振した場合であっても、被冷却物設置部Ａの振動周波数を下げて振動エネルギーを減少させることができる。その結果、被冷却物１６やその被冷却物１６の発する熱を冷却容器３１４に伝える熱伝導性接合材３０の破損可能性を低減し、それらの寿命を維持向上させることができる。
【００６１】
なお、その液体冷媒加振手段２６の大きさは特に限定されないが、図９に示すように、振動伝達手段３３０の形成部を横断する大きさのものを使用することができる。
【００６２】
（第６実施形態）
図１１は、本発明の第６実施形態を示す沸騰冷却装置の側面断面図であり、図１２は、図１１に示す沸騰冷却装置を下面から見た下面図である。なお、図１１は、図１２に示すＸＩ−ＸＩ断面図である。第６実施形態の沸騰冷却装置４１０は、図９及び図１０に示した沸騰冷却装置３１０の構成に、図７に示した伝熱フィン２２９を付加した形態であるので、上述した構成と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略し、以下においては両者の相違点を主に説明する。
【００６３】
本発明の第６実施形態の沸騰冷却装置４１０は、図１１及び図１２に示すように、吸熱部１８の冷却容器４１４の内側に伝熱フィン２２９が設けられている点に特徴があり、この点において、その伝熱フィン２２９が設けられていない上記第５実施形態の沸騰冷却装置３１０とは異なっている。
【００６４】
伝熱フィン２２９は、上記第４実施形態で示したものと同様、冷却容器２１４の内側の少なくとも吸熱部１８に設けられていればよいが、図７に示すように、冷却容器２１４の底面全てに設けられていてもよい。伝熱フィン２２９の詳細については、上記第４実施形態で示したものと同様であるのでここではその説明を省略するが、こうした伝熱フィン２２９を設けることにより、被冷却物１６が発した熱を液体冷媒１２に伝える面積を増大させることができるので、その熱を液体冷媒１２に効率よく伝達させることができ、熱の伝達効率を向上させることができる。こうした伝熱フィン２２９は、吸熱部１８の面積を増大させて冷媒１２に伝達する単位時間あたりの熱量を増大させるのに効果的である。
【００６５】
振動伝達手段３３０については、第５実施形態で示したものと同様であるが、図１１に示すように、その振動伝達手段３３０は、その先端を振動した際にも伝熱フィン２２９に接触することがないように伝熱フィン２２９の隙間に入り込むように構成することが好ましい。こうした振動伝達手段３３０を設けることによって、液体冷媒加振手段２６が発した振動を振動伝達手段３３０を介して伝達し、吸熱部１８近傍の液体冷媒１２を加振させることができる。その結果、吸熱部１８近傍の液体冷媒１２を対流させ、冷却容器３１４の底面及び伝熱フィン２２９の壁面に付着し易い気泡３２をその底面及び壁面から強制的に剥離させることができるので、液体冷媒１２の沸騰と凝縮のサイクルを早めることができ、冷却効率を向上させることができる。なお、振動伝達手段３３０の先端を液体冷媒加振手段２６が発する振動の周波数と共振させれば、被冷却物１６近傍は共振させずに効果的に液体冷媒１２を振動させることができ、吸熱部１８近傍の冷却容器３１４の内壁及び伝熱フィン２２９の壁面に付着している気泡３２を効果的に除去することができる。
【００６６】
次に、図１１及び図１２に示した沸騰冷却装置４１０の動作機構について、上記第５実施形態の沸騰冷却装置３１０との相違点を中心に説明する。
【００６７】
第６実施形態の沸騰冷却装置４１０においては、ＬＳＩ等の被冷却物１６が発する熱は、熱伝導性接合材３０を介して吸熱部１８と表面積が広い伝熱フィン２２９を経由し、液体冷媒１２に伝達される。そして、液体冷媒１２の沸騰により生じた気体冷媒の気泡３２は、吸熱部１８と伝熱フィン２２９の壁面に付着するが、本発明の沸騰冷却装置２１０において、液体冷媒加振手段２６によって冷却容器２１４と伝熱フィン２２９が加振されるので、その冷却容器２１４と伝熱フィン２２９を経由して液体冷媒１２が加振され、液体冷媒１２に対流が発生する。この液体冷媒１２の対流は、冷却容器２１４の底面と伝熱フィン２２９の壁面に付着した気泡３２を強制的に剥離させるので、液体冷媒１２の沸騰と凝縮のサイクルを早めることができ、冷却効率をより一層向上させることができる。
【００６８】
更に、伝熱フィン２２９と固有振動数低減手段２８とを組み合わせることによって、被冷却物設置部Ａでは共振させずに、伝熱フィン２２９のみを特定の高い周波数で共振させることができ、その結果、気泡３２をより効果的に除去することが可能となる。
【００６９】
なお、上記の第１から第６実施形態では、液体冷媒１２を流動させないプール沸騰型の沸騰冷却装置ついて説明したが、本発明は、液体冷媒１２を強制的に流動させる流動沸騰型の沸騰冷却装置にも適用することも可能である。
【００７０】
［電子機器］
本発明の電子機器は、上記本発明の沸騰冷却装置を搭載した電子機器である。電子機器の種類については、沸騰冷却装置に接合された被冷却物１６の種類によっても異なるので特に限定されないが、例えば被冷却物１６としてＬＳＩ等が接合された場合には、ハイエンドサーバー、デスクトップ型パソコン等の電子機器を例示できる。
【００７１】
本発明の電子機器は上述した効果を奏する沸騰冷却装置を搭載しているので、被冷却物１６を効率よく冷却することができると共に被冷却物１６の寿命を維持向上させることができる。その結果、被冷却物１６の信頼性が向上した、信頼性の高い電子機器とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１実施形態を示す沸騰冷却装置の側面断面図である。
【図２】図１に示す沸騰冷却装置を下面から見た下面図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示す沸騰冷却装置の側面断面図である。
【図４】図３に示す沸騰冷却装置を下面から見た下面図である。
【図５】本発明の第３実施形態を示す沸騰冷却装置の側面断面図である。
【図６】図５に示す沸騰冷却装置を下面から見た下面図である。
【図７】本発明の第４実施形態を示す沸騰冷却装置の側面断面図である。
【図８】図７に示す沸騰冷却装置を下面から見た下面図である。
【図９】本発明の第５実施形態を示す沸騰冷却装置の側面断面図である。
【図１０】図９に示す沸騰冷却装置を下面から見た下面図である。
【図１１】本発明の第６実施形態を示す沸騰冷却装置の側面断面図である。
【図１２】図１１に示す沸騰冷却装置を下面から見た下面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０，１１０，１２０，２１０，３１０，４１０  沸騰冷却装置
１２  液体冷媒
１４，１１４，２１４，３１４，４１４  冷却容器
１６  被冷却物
１８  吸熱部
２０  冷媒蒸気
２４  放熱部
２６  冷媒加振手段
２８  固有振動数低減手段
３０  熱伝導性接合材
３２  気泡
１２８  薄肉部
１２９  制振材
２２９  伝熱フィン
３３０  振動伝達手段
Ａ  被冷却物設置部
【図１】
2008147482.tif 000003
【図２】
2008147482.tif 000004
【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】
2008147482.tif 000009
【図８】
2008147482.tif 000010
【図９】
2008147482.tif 000011
【図１０】
2008147482.tif 000012
【図１１】
2008147482.tif 000013
【図１２】
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