(57)【要約】【課題】本発明は、垂直設置された発熱体を冷却できる冷却装置を提供することを目的とするものである。【解決手段】受熱部３は前面３ａおよび後面３ｂが最大面積の直方体形状で、後面３ｂを発熱体２に接触させ、後面３ｂから複数のフィン９を、フィン９間の作動流体の流路９ａが垂直方向となるように狭い間隔で設け、受熱部３内を垂直方向に仕切る仕切板１０を設け、前記受熱部３内を上部空間１１と下部空間１２に分けるとともに、上部空間１１および下部空間１２には、帰還経路接続口１３と放熱経路接続口１４を有している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体の相変化によって垂直方向に設置した発熱体を冷却する冷却装置において、
前記発熱体を設置する受熱板を備えた受熱部、放熱経路、放熱部、帰還経路を順に連結して前記作動流体の循環経路を形成し、
前記受熱部は、
前面および後面が最大面積の直方体形状で、前記後面を前記発熱体に接触させるとともに、前記後面から複数のフィンを、フィン間の前記作動流体の流路が垂直方向となるように立設させ、前記フィンに平行な側面の下部に帰還経路接続口、側面の上部に放熱経路接続口を有し、
前記受熱部内を垂直方向に仕切る仕切板を、少なくとも一つ設け、前記受熱部内を複数の空間に分けるとともに、前記複数の空間にはそれぞれ前記帰還経路接続口と前記放熱経路接続口を有することを特徴とした冷却装置。
【請求項２】
フィンの上端と下端、それぞれの対向する側面または仕切板までの垂直方向の距離は、下端側より上端側の方が長いことを特徴とした請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の冷却装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、大規模集積回路（ＬＳＩ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等の電子部品を搭載した電子機器の冷却装置およびこれを搭載した電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の冷却装置は、以下のような構成となっていた。
【０００３】
すなわち、図５に示すように、筐体１１２の管路部１３０に、発熱体であるインバータ１０８の熱によって冷媒が沸騰する蒸発器部１３２と、管路部１３０において蒸発器部１３２に隣接して設けられ、冷媒が流入口１１４から直接流出口１１６に向かって流通する流通部１３４とを備える。蒸発器部１３２には、底壁部１２０から流通部１３４の側に向かって突出する複数のフィン１４０が設けられ、複数のフィン１４０の間の隙間を冷媒が流通する。蒸発器部１３２における冷媒の流速ｖが流通部１３４における冷媒の流速Ｖよりも低速である構成となっていた（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−０１６５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示された冷却装置は、発熱体であるインバータ１０８が水平に設置されているため、筐体１１２内は冷媒で満たされ、底壁部１２０から流通部１３４の側に向かって突出した複数のフィン１４０の間の隙間を冷媒が流通する。
【０００６】
このような構成の筐体（冷却装置）を垂直に設置した場合、すなわち発熱体であるインバータ１０８が垂直に設置されている場合には、冷媒は流通時、その液面が発熱体であるインバータ１０８の上端よりも下方に位置してしまい、発熱体であるインバータ１０８を冷却できないという課題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記の課題を解決するものであり、垂直設置された発熱体を冷却できる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】
【０００８】
そして、この目的を達成するために、本発明は、作動流体の相変化によって垂直方向に設置した発熱体を冷却する冷却装置において、前記発熱体を設置する受熱板を備えた受熱部、放熱経路、放熱部、帰還経路を順に連結して前記作動流体の循環経路を形成し、前記受熱部は、前面および後面が最大面積の直方体形状で、前記後面を前記発熱体に接触させるとともに、前記後面から複数のフィンを、フィン間の前記作動流体の流路が垂直方向となるように立設させ、前記フィンに平行な側面の下部に帰還経路接続口、側面の上部に放熱経路接続口を有し、前記受熱部内を垂直方向に仕切る仕切板を、少なくとも一つ設け、前記受熱部内を複数の空間に分けるとともに、前記複数の空間にはそれぞれ前記帰還経路接続口と前記放熱経路接続口を有することを特徴とする冷却装置であり、これにより所期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように本発明の冷却装置は、作動流体の相変化によって垂直方向に設置した発熱体を冷却する冷却装置において、前記発熱体を設置する受熱板を備えた受熱部、放熱経路、放熱部、帰還経路を順に連結して前記作動流体の循環経路を形成し、前記受熱部は、前面および後面が最大面積の直方体形状で、前記後面を前記発熱体に接触させるとともに、前記後面から複数のフィンを、フィン間の前記作動流体の流路が垂直方向となるように立設させ、前記フィンに平行な側面の下部に帰還経路接続口、側面の上部に放熱経路接続口を有し、前記受熱部内を垂直方向に仕切る仕切板を、少なくとも一つ設け、前記受熱部内を複数の空間に分けるとともに、前記複数の空間にはそれぞれ前記帰還経路接続口と前記放熱経路接続口を有することを特徴とする冷却装置である。
【００１０】
発熱体が垂直方向に設置された場合、作動流体は流通時、その液面が発熱体の上端よりも下方に位置してしまい、発熱体を冷却できないという課題に対し、本発明によれば、仕切板で複数の上下空間に分けることにより、液面とフィンの上端までの距離が上下空間に分けない場合より短くなることで、作動流体の液相によるフィンを介した伝熱面積が確保できるため、冷却能力も確保できる。
【００１１】
したがって、垂直設置された発熱体を冷却できる冷却装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１の冷却装置を搭載した電子機器の概略図
【図２】同冷却装置の受熱部の外観を示す構成図
【図３】同冷却装置の受熱部の内部を透視した斜視図
【図４】（ａ）同冷却装置の受熱部の内部を透視した正面図、（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ断面を示す構成図
【図５】（ａ）同冷却装置の１段式受熱部の内部を透視した正面図、（ｂ）同冷却装置の２段式受熱部の内部を透視した正面図
【図６】従来の冷却装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態１の冷却装置を搭載した電子機器の概略図である。
【００１６】
図１に示すように、電子機器５０は、ケース５１内に発熱体２となる電力用半導体素子と冷却装置１が備えられている。
【００１７】
冷却装置１は、発熱体２を冷却するための受熱部３と、放熱部４を備えており、放熱経路５と帰還経路６とにより受熱部３と放熱部４が連結されている。この構成により、冷却装置１は内部が密閉空間となり、図１では図示していないが、冷却装置１内は、減圧した上で、冷媒である作動流体が封入されている。作動流体としては、純水、エタノール、フロン類、フッ素系溶剤類などが用いられる。
【００１８】
また、冷却装置１は、放熱部４に冷媒により輸送した熱を最終的に外気に放熱するためのファン７を、帰還経路６の受熱部３側には作動流体の逆流を防止する逆流防止部８を備えている。
【００１９】
また、図１に示すように、放熱経路５は受熱部３を出た直後は、放熱経路上５ａと放熱経路下５ｂに分かれ、帰還経路６は受熱部３に入る直前に帰還経路上６ａ、帰還経路下６ｂに分かれている。
【００２０】
次に、図２、図３を用いて説明する。
【００２１】
図２に示すように、受熱部３は前面３ａおよび後面３ｂが最大面積の直方体形状で、図１に示すように、後面３ｂを発熱体２に接触させている。
【００２２】
図３に示すように、後面３ｂから複数のフィン９を、フィン９間の作動流体の流路９ａが垂直方向となるように狭い間隔で設けている。
【００２３】
受熱部３内を垂直方向に仕切る仕切板１０を設け、前記受熱部３内を上部空間１１と下部空間１２に分けるとともに、各空間に帰還経路接続口１３、放熱経路接続口１４を有している。
【００２４】
詳細には、上部空間１１のフィンに平行な一側面１１ａの下部には帰還経路上６ａと接続される帰還経路上接続口１３ａ、一側面１１ａに対向する側面１１ｂの上部に放熱経路上５ａと接続される放熱経路上接続口１４ａを有し、下部空間１２のフィン９に平行な一側面１１ａの下部には、帰還経路下６ｂと接続される帰還経路下接続口１３ｂ、一側面１１ａに対向する側面１１ｂの上部に放熱経路下５ｂと接続される放熱経路下接続口１４ｂを有している。
【００２５】
また、本実施形態では帰還経路接続口１３と放熱経路接続口１４を異なる側面に設けたが、帰還経路接続口１３と放熱経路接続口１４を同じ側面に設けてもよく、同じ側面の場合は、配管作業の省力化が期待できる。
【００２６】
また、図４（ａ）に示すように、上部空間１１のフィン９の上端９ｂと天面１１ｃまでの垂直方向の距離ｈ１と下端９ｃと底面１１ｄまでの垂直方向の距離ｈ２は、下端側の距離ｈ２より上端側の距離ｈ１の方が長くなっている。
【００２７】
次に、上記構成における冷却装置１の基本的な仕組みについて図１〜３を用いて説明する。
【００２８】
冷却装置１は、内部を減圧した後に冷媒である作動流体（以下では冷媒と記載）を封入したものであり、冷却装置１内は、冷媒の作用により外部温度に応じた冷媒の飽和圧力となる。発熱体２の熱は受熱部３の後面３ｂとフィン９を介して冷媒に伝わり、冷媒が液相から気相へと変化することで、発熱体２が冷却される。受熱部３内にて気化した冷媒は、放熱経路５を通過し放熱部４へと移動し、ファン７により冷やされ再び液化し液相の冷媒となり帰還経路６を通り受熱部３へ戻る。
【００２９】
このように、受熱部３内にて冷媒が気化し、気化した冷媒が放熱経路５を通過し放熱部４にて液化し、液化した冷媒が帰還経路６を通過し再び受熱部３内に供給されるサイクルが繰り返されることで、発熱体２を冷却している。
【００３０】
本実施の形態では、発熱体２に接する後面３ｂに後面３ｂから突出する板状のフィン９を複数、隣接して並列に設けている。これにより、発熱体２から後面３ｂに受熱した熱をフィン９の広い表面から放熱して冷媒に熱を伝達することができるので、効率的に発熱体２の熱を冷媒に伝達することができる。
【００３１】
また、図４（ａ）に示すように、上部空間１１のフィン９の上端９ｂと天面１１ｃまでの垂直方向の距離ｈ１と下端９ｃと底面１１ｄまでの垂直方向の距離ｈ２は、下端側の距離ｈ２より上端側の距離ｈ１の方が長くなっている。
【００３２】
フィン９の伝熱面積を確保するという点から、帰還経路上接続口１３ａから受熱部３内へ流入する冷媒の流れを妨げない範囲で距離ｈ２は短い方が好ましく、フィン９間の冷媒の流路９ａに均等に冷媒を流すためには、距離ｈ１により形成される上部空間１１の一部がヘッダー的役目を果たす必要があり、距離ｈ１は距離ｈ２より長い方が好ましい。
【００３３】
次に本願の特徴である、受熱部３内を仕切板１０で上下複数の空間（本実施形態では、上部空間１１、下部空間１２）に分ける多段式（本実施形態では二段式）の構成の作用効果を、仕切板１０を設けない一段式と比較して、説明する。ここで、受熱部３に対し発熱体２は、破線で示す発熱体接触面領域１５に設けられている。
【００３４】
１段式の場合、図５（ａ）に示すように、受熱部３内の垂直方向の冷媒域は、下から液相冷媒域１６、気相・液相冷媒混在域１７、気相冷媒域１８に分かれており、受熱部３内の液面は液相冷媒域１６の上面である。
【００３５】
気相・液相冷媒混在域１７は、フィン９の間隔を狭くした構成により、液面付近まで上昇した蒸気の気泡が液面から離れフィン９間を上昇する時に、液冷媒も一緒に持ち上げられる領域で、発熱体２を冷却できる領域は、この気相・液相冷媒混在域１７と液相冷媒域１６であり、気相冷媒域１８が冷却には有効でない領域となり、結果として冷却能力不足となる。
【００３６】
２段式で上部空間１１と下部空間１２がほぼ同じ容積の空間の場合、図５（ｂ）に示すように、冷却には有効でない気相冷媒域１８がなくなり、受熱部３内の垂直方向の冷媒域は、下から液相冷媒域１６、気相・液相冷媒混在域１７で構成される。
【００３７】
ここで、１段式の場合の液相冷媒域１６の高さは、２段式の液相冷媒域１６の高さの約２倍、気相・液相冷媒混在域１７の高さはほぼ同じとなっている。
【００３８】
すなわち、本実施形態では、発熱体２の所定の発熱量の場合での、受熱部３内の垂直方向の冷媒域を示しており、発熱量が増えた場合には、気相・液相冷媒混在域１７の高さは低くなり、二段式でも冷却には有効でない気相冷媒域１８が発生するため、受熱部３内の垂直方向の冷媒域が液相冷媒域１６、気相・液相冷媒混在域１７で構成されるように、３段式、４段式と段数を増やすことにより対応できる。
【００３９】
また、本実施形態では、２段式で上部空間１１と下部空間１２がほぼ同じ容積の空間の場合を説明したが、上部空間１１と下部空間１２で液相冷媒域１６の高さが異なる場合、液相冷媒域１６の高さが高い方の空間を大きくすることでも気相冷媒域１８が発生しないように対応可能である。
【００４０】
以上のように、発熱体が垂直方向に設置された場合、仕切板で複数の上下空間に分けることにより、液面とフィンの上端までの距離が上下空間に分けない場合より短くなることで、冷媒の液相によるフィンを介した伝熱面積が確保できるため、冷却能力も確保でき、垂直設置された発熱体を冷却できる冷却装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上のように本発明にかかる冷却装置は、発熱体が垂直方向に設置された場合、仕切板で複数の上下空間に分けることにより、液面とフィンの上端までの距離が上下空間に分けない場合より短くなることで、冷媒の液相によるフィンを介した伝熱面積が確保できるため、冷却能力も確保できるものであるので、電子機器等の冷却装置として有用である。
【符号の説明】
【００４２】
１    冷却装置
２    発熱体
３    受熱部
３ａ    前面
３ｂ    後面
４    放熱部
５    放熱経路
５ａ    放熱経路上
５ｂ    放熱経路下
６    帰還経路
６ａ    帰還経路上
６ｂ    帰還経路下
７    ファン
８    逆流防止部
９    フィン
９ａ    流路
９ｂ    上端
９ｃ    下端
１０    仕切板
１１    上部空間
１１ａ、１１ｂ    側面
１１ｃ    天面
１１ｄ    底面
１２    下部空間
１３    帰還経路接続口
１３ａ    帰還経路上接続口
１３ｂ    帰還経路下接続口
１４    放熱経路接続口
１４ａ    放熱経路上接続口
１４ｂ    放熱経路下接続口
１５    発熱体接触面領域
１６    液相冷媒域
１７    気相・液相冷媒混在域
１８    気相冷媒域
５０    電子機器
５１    ケース
【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】
2016066652.tif 000007
【図６】
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