(57)【要約】【課題】冷却もしくは放熱の性能を向上させることができるコールドプレートを提供する。【解決手段】ベースプレート２の表面に起立して形成された多数のフィン４がベースプレート２の表面に取り付けられたカバー３によって液密状態に覆われ、それらのフィン４同士の間が冷却媒体流路５とされているコールドプレート１において、フィン４の長手方向での中央部に冷却媒体流路５に連通させられた第１ポート６が形成され、かつ、フィン４の長手方向での両端部４ｂに冷却媒体流路５に連通させられた第２ポート７が形成され、第１ポート６と第２ポート７とのいずれか一方に冷却媒体供給管９が接続され、かつ、いずれか他方に冷却媒体排出管１１が接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースプレートの表面に起立して形成された多数のフィンが前記ベースプレートの表面に取り付けられたカバーによって液密状態に覆われ、それらのフィン同士の間が冷却媒体流路とされているコールドプレートにおいて、
前記フィンの長手方向での中央部に前記冷却媒体流路に連通させられた第１ポートが形成され、かつ、前記フィンの長手方向での両端部に前記冷却媒体流路に連通させられた第２ポートが形成され、
前記第１ポートと前記第２ポートとのいずれか一方に冷却媒体供給管が接続され、かつ、いずれか他方に冷却媒体排出管が接続されている
ことを特徴とするコールドプレート。
【請求項２】
前記第１ポートと前記第２ポートとの少なくともいずれか一方が、各冷却媒体流路が開口して連通するマニホールド部として構成されていることを特徴とする請求項１に記載のコールドプレート。
【請求項３】
前記フィンの長手方向での中央部に形成された前記マニホールド部によって分断された前記フィンにおける前記マニホールド部側の各端部は、前記ベースプレートの表面に対して直交して形成されていることを特徴とする請求項２に記載のコールドプレート。
【請求項４】
前記フィンの長手方向での中央部に形成された前記マニホールド部は、前記フィンの中央部を断面Ｖ字状に切り欠いて形成されていることを特徴とする請求項２に記載のコールドプレート。
【請求項５】
前記冷却媒体流路の底部に、粉粒体が分散して付着されて凹凸面が形成されており、その凹凸面に液相の冷却媒体を保持させるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のコールドプレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子部品などの発熱体に密着させられ、かつ、その電子部品の熱を運び去るための冷却媒体が供給されるコールドプレートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、上蓋部を下蓋部によって液密状態に覆って中空平板状に構成された冷却器が記載されている。上蓋部の外側面にスイッチング素子が取り付けられ、内側面に複数のフィンが互いに平行に設けられ、それらのフィンの間が冷却水の流路とされている。下蓋部における側面のうち前記フィンの長手方向の一方の端部に相当する位置に、冷却水の給水管が取り付けられ、フィンを挟んで前記側面とは反対側の側面に排水管が取り付けられている。吸水管から冷却器内部に流入した冷却水は、フィン同士の間の冷却水流路を流動して排水管から冷却器外部に排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３６８１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のフィンと冷却水との間には、温度境界層が形成される。そのため、特許文献１に記載された構成では、フィンの長さが長いほどそのフィンでの熱伝達率が低下し、その結果、全体として熱性能が低下してしまう。また、冷却水の温度は、フィンからの熱伝達によって上昇するため、フィンの長さが長いほど伝達される熱量が多くなって、下流側での冷却水の温度が上昇してしまう。そのため、特許文献１に記載された構成では、冷却水によってフィンから受け取る熱量が少なくなって、冷却性能が劣り、あるいは不十分になる可能性がある。
【０００５】
この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであって、冷却もしくは放熱の性能を向上させることができるコールドプレート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】
【０００６】
この発明は、上記の目的を達成するために、ベースプレートの表面に起立して形成された多数のフィンが前記ベースプレートの表面に取り付けられたカバーによって液密状態に覆われ、それらのフィン同士の間が冷却媒体流路とされているコールドプレートにおいて、前記フィンの長手方向での中央部に前記冷却媒体流路に連通させられた第１ポートが形成され、かつ、前記フィンの長手方向での両端部に前記冷却媒体流路に連通させられた第２ポートが形成され、前記第１ポートと前記第２ポートとのいずれか一方に冷却媒体供給管が接続され、かつ、いずれか他方に冷却媒体排出管が接続されていることを特徴とするものである。
【０００７】
また、この発明では、前記第１ポートと前記第２ポートとの少なくともいずれか一方が、各冷却媒体流路が開口して連通するマニホールド部として構成されていてよい。
【０００８】
さらに、この発明では、前記フィンの長手方向での中央部に形成された前記マニホールド部によって分断された前記フィンにおける前記マニホールド部側の各端部は、前記ベースプレートの表面に対して直交して形成されていてよい。
【０００９】
そして、この発明では、前記フィンの長手方向での中央部に形成された前記マニホールド部は、前記フィンの中央部を断面Ｖ字状に切り欠いて形成されていてよい。
【００１０】
また、この発明では、前記冷却媒体流路の底部に、粉粒体が分散して付着されて凹凸面が形成されており、その凹凸面に液相の冷却媒体を保持させるように構成されていてよい。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、フィンの長手方向での中央部に形成された第１ポートと、フィンの長手方向での両端部に形成された第２ポートとのうち、いずか一方のポートから冷却媒体流路に冷却媒体が供給される。そして、冷却媒体流路を流動した冷却媒体は、いずれか他方のポートから排出される。つまり冷却媒体は、冷却媒体流路の全長における半分の長さの冷却媒体流路を流動する。これにより、フィンと冷却媒体との間に温度境界層が形成されるとしても、フィンの全長に亘って冷却媒体を流動させる場合に比較して、温度境界層による熱伝達率の低下を抑制できる。その結果、コールドプレートによる冷却もしくは放熱の性能を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明に係るコールドプレートの一例を示す断面図である。
【図２】この発明におけるベースプレートの一例を示す上視図である。
【図３】この発明に係るコールドプレートに設けられているフィンでの熱伝達率を説明するための図である。
【図４】この発明に係るコールドプレートの他の例を示す断面図である。
【図５】この発明に係るコールドプレートの更に他の例を示す断面図である。
【図６】図４に示す構成のコールドプレートの一部を変更した例を示す断面図である。
【図７】図６に示す構成のコールドプレートの上視図である。
【図８】図６に示す構成のコールドプレートの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（実施例１）
図１は、この発明に係るコールドプレートの一例を示す断面図である。そのコールドプレート１は、中空平板状の部材であって、平板状のベースプレート２の上面に、有底の角柱形状に形成されたカバー３を液密状態に取り付けて構成されている。それらのベースプレート２とカバー３との接続部分はろう付けされている。図２は、ベースプレート２の一例を示す上視図であり、ベースプレート２の表面に起立して複数のフィン４が形成されており、互いに隣接しているフィン４同士の間が冷却媒体の流路とされている。それらの流路を以下の説明では、冷却媒体流路５と記す。それらのフィン４の長手方向での中央部に隙間が形成されている。つまり各フィン４は上記の隙間によって分断されている。その隙間は、図１に示す例では、断面が矩形あるいは方形に形成されている。各フィン４における上記の隙間側の端部４ａは、図１に示すように、ベースプレート２に対して直交して形成されている。また、これとは反対側の端部すなわち各フィン４の長手方向での両端部４ｂはテーパー形状に形成されている。ここに示す例では、図１での右側に形成されたフィン４と、図１での左側に形成されたフィン４とは上記の隙間を挟んで線対称になっている。
【００１４】
上記の隙間は、図２に示すように、各冷却媒体流路５に連通しており、後述するように、各冷却媒体流路５に冷却媒体を分配して供給するためのマニホールドあるいはヘッダーとして機能する。以下の説明では、上記の隙間を供給側マニホールド部６と称する。また、図１に示すように、各フィン４の両端部４ｂとカバー３の内面との間に他の隙間が形成されており、この他の隙間は、後述するように、冷却媒体流路５を流動した冷却媒体を集合するためのマニホールドあるいはヘッダーとして機能する。以下の説明では、この他の隙間を排出側マニホールド部７と称する。
【００１５】
カバー３の上面における上記の供給側マニホールド部６に相当する位置に、貫通孔８が形成されている。その貫通孔８は、冷却媒体の供給管９に接続されている。その供給管９は、図１に示す例では、コールドプレート１の高さ方向に延びている。供給管９から貫通孔８に流入した冷却媒体は、上記の供給側マニホールド部６を介して各冷却媒体流路５に分配して供給される。また、カバー３の上面における上記の排出側マニホールド部７に相当する位置に、他の貫通孔１０がそれぞれ形成されている。それらの他の貫通孔１０は、冷却媒体の排出管１１に接続されている。それらの排出管１１は、コールドプレート１の高さ方向に延びている。上述した供給側マニホールド部６がこの発明における第１ポートに相当し、排出側マニホールド部７がこの発明における第２ポートに相当している。また、供給管９がこの発明における冷却媒体供給管に相当し、排出管１１がこの発明における冷却媒体排出管に相当している。
【００１６】
上記のベースプレート２の下面の中央部分が、電子部品１２などの発熱源に密着させられる熱接触面１３とされており、その熱接触面１３は、電子部品１２との熱伝達率を向上させるために平坦に形成されている。上記の電子部品１２は、図示しない基板などの固定部に実装されている。図１には、熱接触面１３と電子部品１２とを離間して記載してある。
【００１７】
次いで、上記構成のコールドプレート１の作用について説明する。冷却媒体は供給管９を流動し、貫通孔８を介して供給側マニホールド部６に流入する。その供給側マニホールド部６は、フィン４の長手方向での中央部に形成されており、また各冷却媒体流路５に連通している。そのため、上記の冷却媒体は、供給側マニホールド部６から各冷却媒体流路５に分配して供給される。つまり冷却媒体は、フィン４の長手方向での中央部から両端部４ｂに向けて図１での左右方向に分かれて各冷却媒体流路５を流動する。この場合に、冷却媒体は、その流速が大きいとすれば、乱流あるいは噴流の状態となり、その状態で供給側マニホールド部６の底部６ａに衝突し、また各フィン４における供給側マニホールド部６側の端部４ａに衝突する。冷却媒体が乱流あるいは噴流の状態であることにより、冷却媒体と供給側マニホールド部６の底部６ａとの間、および、冷却媒体と前記端部４ａとの間での熱伝達率が向上する。また上記構成のコールドプレート１では、供給側マニホールド部６の底部６ａの熱は、冷却媒体によって直接奪われる。
【００１８】
その後、冷却媒体は図１での左右の各冷却媒体流路５に沿ってフィン４の両端部４ｂに向かって流動する。その際に、冷却媒体は、ベースプレート２およびフィン４との間で熱交換を行って、それらのベースプレート２およびフィン４に伝達された電子部品１２の熱を運び去る。各冷却媒体流路５を流動した冷却媒体は、各排出側マニホールド部７で集合し、排出管１１を介してコールドプレート１の外部に排出される。
【００１９】
図３は、この発明に係るコールドプレートに設けられているフィンでの熱伝達率を説明するための図であって、上記のフィン４での熱伝達率を実線で示してある。また図３には、比較例として、前記供給側マニホールド部６によって分断されていない前記フィン４の一方の端部から他方の端部に向けて、そのフィンに沿って冷却媒体を流動させた場合における、そのフィンでの熱伝達率を破線で示してある。つまり、この比較例におけるフィンの長さは、供給側マニホールド部６を挟んで図１での右側あるいは左側に形成されたフィンの２倍になっている。上記構成のコールドプレート１では、図３に実線で示すように、フィン４の長手方向での中央部の供給側マニホールド部６に冷却媒体を流入させ、その供給側マニホールド部６から左右の各冷却媒体流路５に流通させる。一方、比較例では、図３に破線で示すように、フィンの長手方向での一方の端部側から冷却媒体流路に冷却媒体を流入させ、他方の端部側から冷却媒体を流出させる。
【００２０】
上記構成のコールドプレート１では、冷却媒体流路５の長さは、比較例の半分であるため、フィン４に沿って温度境界層が形成されたとしても、その温度境界層の全体の長さは比較例より短い。また、温度境界層の平均的な厚さは比較例より薄くなる。その結果、熱伝達に対する温度境界層の影響を抑えることができる。また、フィン４の長さが比較例のフィンの長さより短いため、熱交換による冷却媒体の温度上昇を抑制できる。つまり、フィンから受け取る熱量が比較例より大きい。それらの結果、図３に示すように、各フィン４と冷却媒体との間の熱伝達率を比較例より向上できる。またこれにより、コールドプレート１の冷却もしくは放熱の性能を向上できる。さらに、冷却媒体を乱流あるいは噴流の状態で供給側マニホールド部６の底部６ａや、各フィン４における供給側マニホールド部６側の端部４ａに衝突させるとすれば、これによっても冷却媒体とフィン４との間での熱伝達率を向上できる。
【００２１】
（実施例２）
図４は、この発明に係るコールドプレートの他の例を示す断面図である。ここに示す例は、フィン４の長手方向での中央部を切り欠いて、その中央部に断面Ｖ字状の供給側マニホールド部６を形成した例である。各フィン４における供給側マニホールド部６側の端部４ａは、両端部４ｂと同様にテーパー形状になっている。また、各フィン４はその供給側マニホールド部６を挟んで線対称に形成されている。
【００２２】
図４に示す構成では、各フィン４における供給側マニホールド部６側の端部４ａの一部が、貫通孔８の下側に形成されている。また、電子部品１２の上部の全体に亘ってフィン４が設けられている。つまり、フィン４の面積が図１に示す構成より拡大されている。そのため、フィン４が電子部品１２から受け取る熱量、および、フィン４から冷却媒体に伝達する熱量を図１に示す構成より増大できる。なお、図４に示すように構成した場合であっても、図１に示す構成のコールドプレート１と同様の作用・効果を得ることができる。
【００２３】
（実施例３）
図５は、この発明に係るコールドプレートの更に他の例を示す断面図である。ここに示す例は、各冷却媒体流路５の底部に微細な粉粒体を分散して付着させ、その底部の表面を微細な凹凸面１４とし、その凹凸面１４に液相の冷却媒体を保持するように構成した例である。上記の粉粒体は、例えば焼結によって各冷却媒体流路５の底部に固定されている。前記粉粒体は、前記底部に加えて、その底部から立ち上がっている各フィン４の側面に固定されていてもよい。その場合、底部のみに粉粒体を固定する場合に比較して上記の凹凸面１４の面積を拡大できるため、上記の凹凸面１４で保持する液相の冷却媒体の液量を増大できる。なお、図５に示す供給側マニホールド部６は、図１に示す構成と同様に形成されている。
【００２４】
図５に示す構成のコールドプレート１では、供給側マニホールド部６に流入した冷却媒体の少なくとも一部は、上述した凹凸面１４に保持され、これにより各冷却媒体流路５の底部は、濡れた状態に維持される。そのため、電子部品１２からベースプレート２に入熱があった場合に、各冷却媒体流路５の底部が乾いた状態になる、いわゆるドライアウトを抑制できる。また、コールドプレート１の内部に液相の冷却媒体を供給し、熱交換の結果として気相の冷却媒体を排出するように構成した場合であっても、凹凸面１４に液相の冷却媒体を保持できるため、いわゆるドライアウトを抑制してコールドプレート１の冷却もしくは放熱の性能を向上できる。なお、図５に示すように構成した場合であっても、図１に示す構成のコールドプレート１と同様の作用・効果を得ることができる。
【００２５】
（実施例４）
図６は、図４に示す構成のコールドプレートの一部を変更した例を示す断面図である。ここに示す例は、カバー３の上面における供給側マニホールド部６に相当する位置に、長穴形状の貫通孔１５を形成し、その貫通孔１５にカバー３の上面３ａと平行な方向に延びた供給管９のパイプエンド１６を、貫通孔１５を覆うように接続した例である。そのパイプエンド１６は、貫通孔１５側に開口した矩形断面をなし、その開口部の開口幅および長さは貫通孔１５と同じに形成されている。
【００２６】
図７は、図６に示す構成のコールドプレートの上視図であり、図８は、図６に示す構成のコールドプレート１の側面図である。供給管９が延伸されている側とは反対側のカバー３の側面であって排出側マニホールド部７に相当する位置に、他の貫通孔１０が形成されており、それらの他の貫通孔１０に、供給管９とは反対方向に延びた排出管１１が接続されている。
【００２７】
上記構成のコールドプレート１では、供給管９および排出管１１は、図７および図８に示すように、フィン４の長手方向に対して直交し、また、カバー３の上面３ａと平行な方向であって互いに反対方向に延びている。そのため、コールドプレート１の高さは、図６の上下方向でのベースプレート２の熱接触面１３から供給管９のパイプエンド１６の上面までの寸法となっている。図６に示す構成のコールドプレート１では、図１および図４ならびに図５に示す各構成のコールドプレート１より、全体としての高さを抑制できる。なお、図６に示すように構成した場合であっても、図１および図４ならびに図５に示す構成のコールドプレート１と同様の作用・効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００２８】
１…コールドプレート、  ２…ベースプレート、  ３…カバー、  ４…フィン、  ５…冷却媒体流路、  ６…供給側マニホールド部（第１ポート）、  ７…排出側マニホールド部（第２ポート）、  ９…供給管（冷却媒体供給管）、  １１…排出管（冷却媒体排出管）。
【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】
2016015381.tif 000009
【図８】
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