(57)【要約】【課題】冷却液をスムーズに流動させて冷却性能を向上させることのできるインピンジメント式冷却装置を提供する。【解決手段】容器２の底板部３の外面が冷却対象物から熱が伝達される冷却面３ａとされ、容器２の内部における容器２の厚さ方向での中央に隔壁９が設けられ、隔壁９に底板部３の内面に向けて冷却液を噴射する複数の長孔１０が隔壁９の板厚方向に貫通して形成されると共に底板部３と平行な方向に一定間隔をあけて配列され、各長孔１０の間に底板部３の内面に向けて開口する排出用流路１２が設けられ、底板部３の内面に排出用流路１２に直交する複数のフィン６が設けられたインピンジメント式冷却装置１において、底板部３の内面であって前記長孔の直下に、長孔１０に向けて盛り上がるとともに長孔１０から噴射された冷却液を長孔１０の配列方向と平行な方向に誘導する突起部１６が設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器の底板部の外面が冷却対象物から熱が伝達される冷却面とされ、前記容器の内部における前記容器の厚さ方向での中央に隔壁が設けられ、前記隔壁に前記底板部の内面に向けて冷却液を噴射する複数の長孔が前記隔壁の板厚方向に貫通して形成されるとともに前記底板部と平行な方向に一定間隔をあけて配列され、前記各長孔の間に前記底板部の内面に向けて開口する排出用流路が設けられ、前記底板部の内面に前記排出用流路に直交する複数のフィンが設けられたインピンジメント式冷却装置において、
前記底板部の内面であって前記長孔の直下に、前記長孔に向けて盛り上がるとともに前記長孔から噴射された前記冷却液を前記長孔の配列方向と平行な方向に誘導する突起部が設けられていることを特徴とするインピンジメント式冷却装置。
【請求項２】
前記突起部は、断面形状が前記底板部側で幅が広くかつ前記長孔側で幅の狭い三角形断面もしくは尖塔形断面をなすように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のインピンジメント式冷却装置。
【請求項３】
前記突起部は前記排出用流路に対向する位置に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のインピンジメント式冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、噴流にした冷却液と冷却対象物との間で熱交換をするように構成された冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載された装置は、冷却対象物である電子部品に熱的に接続される冷却プレートを備えている。冷却プレートは容器を有し、容器内に冷媒が供給されて冷却対象物との間で熱交換を行うように構成されている。容器の内部は隔壁部によって二つに区画されている。隔壁部にはスリット状の複数のノズルが一定間隔をあけて形成されている。それらノズルから噴射されて容器の内面で跳ね返った冷媒を導き入れて所定箇所に排出するための凹部が、隣接するノズル同士の間に形成されている。冷媒が吹き付けられる容器の内面に、ノズルの長さ方向と直交する方向に延びる複数のフィンが一定の間隔でかつ平行に設けられている。隣接するフィン同士の間が冷媒流路とされている。各フィンが設けられた内面とは反対側の面すなわち容器の外面に冷却対象物が熱的に接続される。そして、冷媒はノズルから噴出され、冷媒流路の底部に衝突させられる。底部に衝突して跳ね返った冷媒は凹部に集合させられかつ凹部を通って冷却プレートの外部に排出される。
【０００３】
特許文献２には、複数の微小開口部を設けたマニホールドに対向させて多数のフィンを立設したプレートを配置し、その開口部およびプレートをスカートによって囲った装置が記載されている。プレートは電子部品などの熱源に接触させられ、前記開口部からフィンに向けて冷媒を吹き付けてプレートが冷却される。プレートから熱を奪った冷媒はマニホールドとプレートとの間の隙間を通ってマニホールドおよびプレートの周辺部に導かれ、スカートの外部に排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１４３２７３号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２００９／０２９４１０６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された構成では、ノズルから噴出された冷媒は、冷却流路の底部で跳ね返ってノズルの両側に配置された凹部に向けて流動する。このように流動する冷媒は冷却流路の底部で対向流となるため、冷却流路の底部にいわゆるよどみ点が生じてしまう可能性がある。つまり冷媒同士が互いに衝突して流速が低くなり、その結果、冷媒が局部的に滞留し、よどみ点が生じる。このよどみ点およびその付近では、熱が運び去られないので、冷却性能が低下する可能性がある。また、特許文献２に記載された装置では、冷媒をフィンに直交する方向に流動させて排出する構成であるため、各フィンの間に冷媒が滞留し、冷却性能が損なわれる可能性がある。
【０００６】
本発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、冷却液をスムーズに流動させて冷却性能を向上させることのできるインピンジメント式冷却装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の目的を達成するために、容器の底板部の外面が冷却対象物から熱が伝達される冷却面とされ、前記容器の内部における前記容器の厚さ方向での中央に隔壁が設けられ、前記隔壁に前記底板部の内面に向けて冷却液を噴射する複数の長孔が前記隔壁の板厚方向に貫通して形成されるとともに前記底板部と平行な方向に一定間隔をあけて配列され、前記各長孔の間に前記底板部の内面に向けて開口する排出用流路が設けられ、前記底板部の内面に前記排出用流路に直交する複数のフィンが設けられたインピンジメント式冷却装置において、前記底板部の内面であって前記長孔の直下に、前記長孔に向けて盛り上がるとともに前記長孔から噴射された前記冷却液を前記長孔の配列方向と平行な方向に誘導する突起部が設けられていることを特徴とするものである。
【０００８】
また本発明では、前記突起部は、断面形状が前記底板部側で幅が広くかつ前記長孔側で幅の狭い三角形断面もしくは尖塔形断面をなすように形成されていてよい。
【０００９】
さらに本発明では、前記突起部は前記排出用流路に対向する位置に配置されていてよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、長孔から噴射された冷却液は突起部により長孔の配列方向と平行な方向すなわち容器の底板部の内面に沿う方向に誘導されるから、冷却液同士が激しく衝突し、冷却液の滞留が抑制され、その結果、熱の輸送が効率よく行われ、冷却性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るインピンジメント式冷却装置の一例の一部破断した部分断面図である。
【図２】図１に示すII−II線矢視断面図である。
【図３】図２のIII−III線に沿う断面の一部を示す図である。
【図４】図２のIV−IV線に沿う断面の一部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
つぎに本発明を実施例を参照して説明する。図１は本発明に係るインピンジメント式冷却装置の一例の一部破断した部分断面図である。このインピンジメント式冷却装置１は、本発明の容器に相当する矩形もしくは方形の扁平形状で液密性のコンテナ２を備え、コンテナ２は冷却対象物に熱的に接続される本発明の底板部に相当するベースプレート３と、周壁部を構成する矩形枠状のマニホールドプレート４と、マニホールドプレート４の開口部を閉じるカバープレート５とによって構成されている。ベースプレート３の外面（図１での下面）が冷却対象物から熱が伝達される冷却面３ａとなっている。ベースプレート３の内面（図１での上面）のほぼ中央部に複数のフィン６が互いに一定の間隔をあけてかつ平行に立設されている。隣接するフィン６同士の間が冷却流路であるマイクロチャンネル７となっている。カバープレート５の四隅のうち一つの角部に、図示しない供給管が接続される供給孔８が形成されている。供給孔８は、カバープレート５を板厚方向に貫通してコンテナ２の内部に連通している。
【００１３】
上記のマニホールドプレート４は、供給孔８を介してコンテナ２の内部に供給された冷却液をマイクロチャンネル７に分散させて供給し、また、マイクロチャンネル７で熱交換を行って温度が上昇した冷却液を集めてコンテナ２の外部に排出するためのものである。図１に示すように、マニホールドプレート４の厚さ方向のほぼ中央に隔壁９が設けられている。隔壁９には、本発明の長孔に相当するノズル１０が、前記隔壁９の板厚方向に貫通して複数形成されている。各ノズル１０は、図１に示す例では、フィン６の幅方向と直交する方向に延びた細長いスリット状に形成されるとともに、マニホールドプレート４の幅方向に一定の間隔をあけて平行に配列されている。また、このように配列された複数のノズル１０を１セットとして、図１に示す例では、マニホールドプレート４の長さ方向に一定の間隔をあけて４セット、形成されている。隔壁９とカバープレート５とによって区画された空間に、供給孔８が連通している。供給孔８から供給された冷却液は、各ノズル１０からマイクロチャンネル７に向けて噴射される。したがって上記の空間が供給側ヘッダ１１として機能する。
【００１４】
前記隔壁９の図１での下面はフィン６の先端部に接している。そして、隔壁９の下面でかつノズル１０同士の間には、フィン６側に開口する凹部１２が形成されている。各凹部１２はノズル１０の長さ方向すなわちフィン６に直交する方向に延びて形成されている。各凹部１２の長さ方向での一方の端部は排出側ヘッダ１３に連通されている。排出側ヘッダ１３は、排出孔１４を介して図示しない排出管に連通されている。排出孔１４は、供給孔８に対して対角線上で反対側に設けられ、隔壁９とカバープレート５との間の空間には連通せずに、隔壁９とベースプレート３との間の空間に連通している。排出側ヘッダ１３は、各凹部１２が連通するように、また各凹部１２の長さ方向に対して直交するようにコンテナ２の内部に形成されかつ排出孔１４に連通した流路となっている。つまり各凹部１２が冷却液の排出用流路となっている。
【００１５】
図２は、図１に示すII−II線矢視断面図であり、図３は図２のIII−III線に沿う断面の一部を示す図であり、図４は図２のIV−IV線に沿う断面の一部を示す図である。図２ないし図４に示すように、マイクロチャンネル７の底部１５に、ノズル１０側に盛り上がった突起部１６が複数形成されている。この突起部１６は、ノズル１０から噴出された冷却液を速やかに凹部１２に導くことによりマイクロチャンネル７における冷却液の滞留時間を短くするためのものである。前記突起部１６は、ここに示す例では、ノズル１０および凹部１２の直下にそれぞれ設けられている。そのため、ノズル１０から噴出された冷却液は、後述するように突起部１６の頂部１６ａに衝突してノズル１０の配列方向（図２の左右方向）に誘導されるとともに、図２の左右方向に誘導された冷却液は前記ノズル１０の直下に配置された突起部１６に隣接する他の突起部１６に衝突して凹部１２に導かれる。上記の突起部１６は、図２に示すように、断面形状がベースプレート３側で幅が広くかつ前記ノズル１０側で幅の狭い三角形断面もしくは尖塔形断面をなすように形成されている。また、図３および図４に示すように、突起部１６はフィン６同士の間に配置されていて、突起部１６の長さ方向の両端部はフィン６に接している。したがってフィン６同士の間では、突起部１６とノズル１０とが対向している。なお、突起部１６は、冷却液を凹部１２に速やかに導くように構成されていればよく、図２に示す形状に替えて、断面形状が方形あるいは矩形をなすように形成してもよく、また、底部１５におけるノズル１０や凹部１２の直下にピンを配置してそのピンを突起部１６としてもよい。
【００１６】
上記のインピンジメント式冷却装置１の作用について説明する。冷却対象物の熱がベースプレート３に伝達されると、その熱はマイクロチャンネル７の底部１５および突起部１６ならびにフィン６に伝達される。冷却液は供給孔８を介して供給側ヘッダ１１に供給され、マイクロチャンネル７に向けてノズル１０から噴出される。ノズル１０から噴出された冷却液は、図２および図３に示すように、突起部１６の頂部１６ａに衝突することにより、フィン６の配列方向に誘導される。このような図２の左右方向への冷却液の流動は、ノズル１０毎に同様に生じるため、マイクロチャンネル７に冷却液の対向流が生じ、それら冷却液同士が衝突することにより冷却液が撹拌される。また、上述したように突起部１６に冷却液が衝突することによって冷却液の流線が乱れていわゆる乱流になる。乱流となった冷却液はマイクロチャンネル７の底部１５および突起部１６ならびにフィン６に衝突を繰り返しながら熱交換を行う。
【００１７】
また、突起部１６は上述したようにノズル１０および凹部１２の直下に設けられているため、前記冷却液同士の衝突は、凹部１２の直下もしくはその近傍で生じる。上記のようにして衝突した冷却液は、図２および図４に示すように、突起部１６によって凹部１２に向けて誘導される。この冷却液のいわゆる跳ね返り流は凹部１２に沿って流動し、排出側ヘッダ１３で集合させられ、排出孔１４からインピンジメント式冷却装置１の外部に排出される。
【００１８】
このように本発明では、ノズル１０から噴出された冷却液を突起部１６に衝突させてノズル１０の配列方向に誘導するとともに凹部１２に誘導するため、上述したマイクロチャンネル７の底部１５に冷却液を衝突させてその跳ね返り流を凹部１２に導く場合に比較して、凹部１２に速やかに冷却液を誘導できる。そのため、マイクロチャンネル７における冷却液の滞留時間を短くできるとともに、マイクロチャンネル７の底部１５に冷却液がとどまる滞留部が生じることを抑制できる。つまり、マイクロチャンネル７に効率よく低温の冷却液が供給されることとなる。また、冷却液が突起部１６に衝突することにより乱流になり、冷却液とマイクロチャンネル７の底部１５および突起部１６ならびにフィン６との衝突が増大する。それらの結果、インピンジメント式冷却装置１の全体としての冷却性能を向上できる。さらに、底部１５に突起部１６を設けることにより、マイクロチャンネル７の底部１５での冷却液に対する伝熱面積が拡大するため、インピンジメント式冷却装置１の全体としての冷却性能を更に向上できる。
【００１９】
なお、本発明は上述した構成に限定されないのであって、突起部１６はノズル１０から噴出された冷却液をフィン６の幅方向に誘導して冷却液同士を衝突させるように底部１５に設けられていればよく、したがって、突起部１６は、底部１５におけるノズル１０に対応する位置から外れていてもよい。
【符号の説明】
【００２０】
１…インピンジメント式冷却装置、  ２…コンテナ（容器）、  ３…ベースプレート、  ３ａ…底板部、  ６…フィン、  １０…ノズル、  １２…凹部（排出用流路）、  １６…突起部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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