(57)【要約】【課題】  沸騰式冷却装置の放熱能力を向上させる。【解決手段】  第１冷媒通路３内の液面高さを吸熱部２ａの位置と略同一とする。これにより、蒸発潜熱にて中央演算装置２から吸熱しながら、その吸熱した熱の多くを凝縮熱として放熱することができるので、効率よく中央演算装置２から吸熱しながら、十分な量の熱を放熱することができる。【選択図】        図２
2005064092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体（２）で発生する熱により冷媒を沸騰させて前記発熱体（２）から吸熱する沸騰式冷却装置であって、
上下方向に延びるとともに、前記発熱体（２）を冷却する冷媒が流通する第１冷媒通路（３）と、
上下方向に延びて前記第１冷媒通路（３）の上端側及び下端側で前記第１冷媒通路（３）と連通するとともに、冷媒と冷却用流体とを熱交換する第２冷媒通路（４）とを備え、
前記第１冷媒通路（３）のうち前記発熱体（２）と冷媒とを熱交換させる吸熱部（２ａ）は、前記第１冷媒通路（３）内の冷媒液面高さと略同一高さに位置していることを特徴とする沸騰式冷却装置。
【請求項２】
発熱体（２）で発生する熱により冷媒を沸騰させて前記発熱体（２）から吸熱する沸騰式冷却装置であって、
上下方向に延びるとともに、前記発熱体（２）から吸熱する冷媒が流通する第１冷媒通路（３）と、
上下方向に延びて前記第１冷媒通路（３）の上端側及び下端側で前記第１冷媒通路（３）と連通するとともに、冷媒と冷却用流体とを熱交換する第２冷媒通路（４）とを備え、
前記第１冷媒通路（３）のうち前記発熱体（２）と冷媒とを熱交換させる吸熱部（２ａ）の位置を基準として、所定の上下寸法範囲内に前記第１冷媒通路（３）内の冷媒液面が位置するように構成されていることを特徴とする沸騰式冷却装置。
【請求項３】
前記吸熱部（２ａ）は、前記第１冷媒通路（３）の下端側に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の沸騰式冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
沸騰式冷却装置
本発明は、発熱体で発生する熱により冷媒を沸騰させて発熱体から吸熱する沸騰式冷却装置に関するもので、中央演算装置（ＣＰＵ）等の電子計算機用の集積回路を冷却するための冷却装置に適用して有効である。
【背景技術】
【０００２】
中央演算装置（ＣＰＵ）を冷却するための沸騰式冷却装置として、従来は、図３に示すように、中央演算装置２が配置された吸熱部２ａより高い位置に液面が位置するように冷媒を充填していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、吸熱部２ａより高い位置に液面が位置するように冷媒を充填すると、コア部７全体に占める液面より上方側の部位の割合が低下する。
【０００４】
このとき、液面より上方側の部位では気相冷媒が凝縮するので、この部位では、中央演算装置２から吸熱した熱が凝縮熱として放熱される。
【０００５】
一方、液面より下方側の部位では、液相冷媒の過冷却度が大きくなるのみで、中央演算装置２から吸熱した熱は、顕熱として放熱される。
【０００６】
したがって、吸熱部２ａより高い位置に液面が位置すると、効率良く放熱することができない。
【０００７】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な沸騰式冷却装置を提供し、第２には、沸騰式冷却装置の放熱能力を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、発熱体（２）で発生する熱により冷媒を沸騰させて発熱体（２）から吸熱する沸騰式冷却装置であって、上下方向に延びるとともに、発熱体（２）を冷却する冷媒が流通する第１冷媒通路（３）と、上下方向に延びて第１冷媒通路（３）の上端側及び下端側で第１冷媒通路（３）と連通するとともに、冷媒と冷却用流体とを熱交換する第２冷媒通路（４）とを備え、第１冷媒通路（３）のうち発熱体（２）と冷媒とを熱交換させる吸熱部（２ａ）は、第１冷媒通路（３）内の冷媒液面高さと略同一高さに位置していることを特徴とする。
【０００９】
ところで、第１冷媒通路（３）内の冷媒液面高さが吸熱部（２ａ）より低くいと、吸熱部（２ａ）では、既に気化した気相冷媒を加熱することとなるので、発熱体（２）の熱を蒸発潜熱として吸熱することができず、吸熱能力が低下してしまう。
【００１０】
一方、第１冷媒通路（３）内の冷媒液面高さを吸熱部（２ａ）より高くすると、「発明が解決しようとする課題」と同様に、放熱能力が低下する。
【００１１】
したがって、第１冷媒通路（３）内の液面高さを吸熱部（２ａ）の位置と略同一とすれば、効率よく発熱体（２）から吸熱しながら、十分な量の熱を放熱することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、発熱体（２）で発生する熱により冷媒を沸騰させて発熱体（２）から吸熱する沸騰式冷却装置であって、上下方向に延びるとともに、発熱体（２）から吸熱する冷媒が流通する第１冷媒通路（３）と、上下方向に延びて第１冷媒通路（３）の上端側及び下端側で第１冷媒通路（３）と連通するとともに、冷媒と冷却用流体とを熱交換する第２冷媒通路（４）とを備え、第１冷媒通路（３）のうち発熱体（２）と冷媒とを熱交換させる吸熱部（２ａ）の位置を基準として、所定の上下寸法範囲内に第１冷媒通路（３）内の冷媒液面が位置するように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
これにより、請求項１に記載の発明と同様に、効率よく発熱体（２）から吸熱しながら、十分な量の熱を放熱することができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、吸熱部（２ａ）は、第１冷媒通路（３）の下端側に設けられていることを特徴とするものである。
【００１５】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本実施形態は、本発明に係る沸騰式冷却装置を中央演算装置（ＣＰＵ）等の電子計算機用の集積回路を冷却するための冷却装置に適用したものである。
【００１７】
なお、図１は本実施形態に係る沸騰式冷却装置１の外観図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。
【００１８】
中央演算装置２は稼動時に発熱する電気発熱素子であり、第１冷媒通路３は、図２に示すように、上下方向に延びて中央演算装置２を冷却する冷媒が流通する通路であり、第２冷媒通路４は、第１冷媒通路３と平行に上下方向に延びて第１冷媒通路３の上端側及び下端側で第１冷媒通路３と連通する通路である。なお、本実施形態では、冷媒としてフロンを用いいる。
【００１９】
具体的には、第２冷媒通路４を構成する複数本（本実施形態では、５本）のチューブ４ａの長手方向上端側及び下端側に、各チューブ４ａと第１冷媒通路３を構成するプレートチューブ３ａとを連通させる第１、２ヘッダタンク５ａ、５ｂを設けたものである。
【００２０】
なお、第１ヘッダタンク５ａは各チューブ４ａに冷媒を分配供給するもので、第２ヘッダタンク５ｂは各チューブ４ａから流出する冷媒を回収して第１冷媒通路３、つまりプレートチューブ３ａに戻すものである。
【００２１】
また、チューブ４ａは、冷却風の流通方向が長径方向となるように断面が扁平状に形成された管であり、その扁平面には、冷媒と冷却風との熱交換を促進するフィン６が接合されている。
【００２２】
そして、チューブ４ａ、第１、２ヘッダタンク５ａ、５ｂ及びフィン６からなる略矩形状のコア部７の端部のうち、プレートチューブ３ａと反対側には、コア部７を補強する補強プレート８が設けられており、この補強プレート８は、第１、２ヘッダタンク５ａ、５ｂ間を繋ぐ橋のようにチューブ４ａと平行に延びている。
【００２３】
また、プレートチューブ３ａは内部に冷媒通路が形成された略矩形板状のものであり、その図心に相当する部位に、中央演算装置２が密着接合されている。なお、図心とは、平面において、面積モーメントが釣り合う位置を言う。
【００２４】
因みに、本実施形態では、プレートチューブ３ａ、チューブ４ａ、第１、２ヘッダタンク５ａ、５ｂ、フィン６及び補強プレート８を、アルミニウム合金や銅等の熱伝導率の高い金属製とするとともに、これら３ａ、４ａ、５ａ、５ｂ、６、８をろう接にて一体接合している。
【００２５】
ここで、「ろう接」とは、例えば「接続・接合技術」（東京電機大学出版局）に記載されているように、ろう材やはんだを用いて母材を溶融させないように接合する技術を言う。
【００２６】
また、本実施形態では、図１に示すように、プレートチューブ３ａのうち中央演算装置２が接合された面の反対側の面であって、プレートチューブ３ａの図心を挟んで対向する位置に２個のコア部７を配置し、図示しない送風機により２個のコア部７に冷却風を送風する。
【００２７】
そして、本実施形態では、図２に示すように、第１冷媒通路３のうち中央演算装置２と冷媒とを熱交換させる吸熱部２ａの中心位置を基準として、所定の上下寸法範囲内に第１冷媒通路３内の冷媒液面が位置するように、冷媒の液面高さｈ１が吸熱部２ａの位置と略一致するような量の冷媒を沸騰式冷却装置１、つまりコア部７内に封入している。
【００２８】
なお、コア部７に冷媒を封入する際には、コア部７内を略真空とした状態で所定質量の冷媒を充填することが望ましい。
【００２９】
ここで、吸熱部２ａとは、プレートチューブ３ａのうち中央演算装置２が配置されている部位を言い、本実施形態では、中央演算装置２は第１冷媒通路３のうち上下方向略中央部に配置されている。
【００３０】
次に、本実施形態に係る沸騰式冷却装置１の作動を述べる。
【００３１】
第１冷媒通路３に存在する液相冷媒は、吸熱部２ａにて加熱されて沸騰し、蒸気冷媒（気相冷媒）となって上方側に移動する。
【００３２】
このとき、気相冷媒が連続的に発生するため、第１ヘッダタンク５ａ内に充満して行き場を失った気相冷媒は、第２冷媒通路４をなすチューブ４ａ内を上方側から下方側に流れ、冷却風にて冷却されて凝縮する。そして、凝縮した液相冷媒は密度が大きくなるので、その自重により下方側に流れていく。
【００３３】
一方、吸熱部２ａでは、連続的に冷媒が気化して液面が低下しようとするものの、前述のごとく、チューブ４ａでは冷媒が凝縮しており、この凝縮した液相冷媒が吸熱部２ａに流れ込むので、冷媒は、吸熱部２ａ→第１ヘッダタンク５ａ→チューブ４ａ→第２ヘッダタンク５ｂ→吸熱部２ａの順に循環する。
【００３４】
つまり、吸熱部２ａにて液相冷媒が沸騰蒸発することにより、中央演算装置２の熱が蒸発潜熱として冷媒に吸熱される。
【００３５】
そして、吸熱チューブ４ａのうち液面より上方側の部位では、気相冷媒が凝縮することにより、中央演算装置２から吸熱した熱が凝縮熱として冷却風に放熱され、一方、吸熱チューブ４ａのうち液面より下方側の部位では、液相冷媒が過冷却されて中央演算装置２から吸熱した熱が液相冷媒の顕熱として冷却風に放熱される。
【００３６】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
【００３７】
チューブ４ａのうち液面より上方側では冷媒が凝縮して中央演算装置２から吸熱した熱が凝縮熱として冷却風に放熱され、吸熱チューブ４ａのうち液面より下方側の部位では、液相冷媒が過冷却されて中央演算装置２から吸熱した熱が液相冷媒の顕熱として冷却風に放熱されるので、大きな放熱能力を発生させるには、吸熱チューブ４ａのうち液面より上方側の凝縮部を、吸熱チューブ４ａのうち液面より下方側の過冷却部より大きくすればよい。
【００３８】
しかし、凝縮部を過冷却部より大きくすべく、第１冷媒通路３内の冷媒液面高さが吸熱部２ａより低くなるように冷媒を充填すると、吸熱部２ａでは、既に気化した気相冷媒を加熱することとなるので、中央演算装置２の熱を蒸発潜熱として吸熱することができず、吸熱能力が低下してしまう。
【００３９】
一方、第１冷媒通路３内の冷媒液面高さを吸熱部２ａより高くすると、従来と同様に、凝縮部の大きさが小さくなるので、放熱能力が低下する。
【００４０】
したがって、第１冷媒通路３内の液面高さを吸熱部２ａの位置と略同一とすれば、効率よく中央演算装置２から吸熱しながら、十分な量の熱を放熱することができる。
【００４１】
なお、上述の説明からも明らかなように、吸熱部２ａに液面を位置させつつ、凝縮部を過冷却部より大きくすれば、効率よく中央演算装置２から吸熱しながら、十分な量の熱を放熱することができるので、吸熱部２ａの位置を第１冷媒通路３の下端側に近づけるほど、沸騰式冷却装置１の冷却能力を高めることができる。
【００４２】
因みに、第１冷媒通路３、つまりプレートチューブ３ａにおける液面高さｈ１は、第２冷媒通路４、つまりチューブ４ａにおける液面高さｈ２に対して僅かに低くなる。
【００４３】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、冷媒を水に防錆剤を混合した流体を採用したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４４】
また、上述の実施形態では、中央演算装置２の冷却に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４５】
また、上述の実施形態では、コア部７を２個としたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４６】
また、上述の実施形態では、フィン６を波状としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばピンフィン、プレートフィン、オフセットフィン等としてもよい。
【００４７】
また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものではればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態に係る沸騰式冷却装置の外観図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】従来の技術に係る沸騰式冷却装置の説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１…沸騰式冷却装置、２…中央演算装置、３…第１冷媒通路、
３ａ…プレートチューブ、４…第２冷媒通路、４ａ…チューブ、
５ａ…第１ヘッダタンク、５ｂ…第２ヘッダタンク、６…フィン、
７…コア部、８…補強プレート。
【図１】
2005064092.tif 000003
【図２】
2005064092.tif 000004
【図３】
2005064092.tif 000005