(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に発熱体が取り付けられ、内部に液冷媒を溜める冷媒タンクと、
前記発熱体の熱を受けて沸騰した蒸気冷媒が流入する複数の冷媒チューブと該複数の冷媒チューブ間に介在されたフィンとを有し、前記冷媒チューブを流れる蒸気冷媒を凝縮させて放熱する放熱部と、
前記複数の冷媒チューブを相互に連通し、且つ前記複数の冷媒チューブと前記冷媒タンクとを連通させる複数のヘッダとを備えた沸騰冷却装置であって、
前記冷媒チューブは、２枚のプレート部材を中空形状に接合して形成され、そのプレート部材に複数の連通口が設けられ、
前記ヘッダは、前記フィンを挟んで並設する前記冷媒チューブ間にそれぞれ介在されて、前記連通口同士を連通させる複数の筒状カラー部材からなることを特徴とする沸騰冷却装置。
【請求項２】
前記連通口は、前記プレート部材をプレス成型してカップ状に形成した絞り部であり、
前記カラー部材は、前記絞り部の外周に嵌合できる大きさに形成されていることを特徴とする請求項１に記載した沸騰冷却装置。
【請求項３】
表面に発熱体が取り付けられ、内部に液冷媒を溜める冷媒タンクと、
前記発熱体の熱を受けて沸騰した蒸気冷媒が流入する複数の冷媒チューブと該複数の冷媒チューブ間に介在されたフィンとを有し、前記冷媒チューブを流れる蒸気冷媒を凝縮させて放熱する放熱部と、
前記複数の冷媒チューブを相互に連通し、且つ前記複数の冷媒チューブと前記冷媒タンクとを連通させる複数のヘッダとを備えた沸騰冷却装置であって、
前記冷媒チューブは、２枚のプレート部材を中空形状に接合して形成され、そのプレート部材に複数の連通口が設けられ、
前記ヘッダは、前記連通口を通り抜けて前記複数の冷媒チューブを積層方向に挿通して設けられ、前記冷媒チューブ内を通る部位に開口部が形成されていることを特徴とする沸騰冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒の沸騰と凝縮の繰り返しによる熱輸送によって発熱体を冷却する沸騰冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、例えば特開平８−２５５８５７号公報に記載された沸騰冷却装置がある。この沸騰冷却装置は、プレス成型された複数の板状構成部材を積層して構成されるもので、冷媒槽と複数の放熱部とを有する。放熱部は、２枚の板状構成部材によって偏平な容器状に形成され、複数の放熱部がフィンを挟んで並設されて、各放熱部の両端部に形成された冷媒通路を通じて相互に連通されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の従来装置は、放熱部の冷媒通路を形成する開口部がプレス成型の深絞りによって作られている。この方法によると、フィンを設置するために必要な隙間（並設された各放熱部間の隙間）を得るために開口部の直径を大きくする必要がある。その結果、フィンの設置面積が減少するため、冷却器全体の体格に対して有効な伝熱面積を得ることができないという問題があった。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、冷却器全体の体格に対して有効な伝熱面積が得られる沸騰冷却装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の手段）
複数の冷媒チューブを相互に連通するヘッダは、フィンを挟んで並設する冷媒チューブ間にそれぞれ介在されて、冷媒チューブを形成する各プレート部材の連通口同士を連通させる複数の筒状カラー部材からなる。本発明では、冷媒チューブを形成するプレート部材とカラー部材とを別体で設けているため、プレート部材の連通口の大きさに関係なく、カラー部材の高さ（フィンを挟んで並設された各冷媒チューブ間の距離）を適宜に設定できる。従って、必要以上に連通口の直径（但し、連通口の断面形状が円形である必要はなく、長円形状でも良い）を大きくしなくてもフィンを設置するために必要な隙間を確保できるため、フィンの設置面積が減少することはなく、冷却器全体の体格に対して有効な伝熱面積を得ることができる。
【０００５】
（請求項２の手段）
連通口は、プレート部材をプレス成型してカップ状に形成した絞り部であり、カラー部材は、絞り部の外周に嵌合できる大きさに形成されている。この場合、連通口の直径、即ち絞り部の直径を小さくすることで絞り部の高さが低くなっても、並設された各冷媒チューブ間にカラー部材を介在させることでフィンを設置するために必要な隙間を確保することができる。
【０００６】
（請求項３の手段）
ヘッダは、プレート部材の連通口を通り抜けて複数の冷媒チューブを積層方向に挿通して設けられ、冷媒チューブ内を通る部位に開口部が形成されている。この場合、ヘッダと各冷媒チューブは、ヘッダに形成された開口部を通じて連通するため、フィンの高さに応じて開口部の位置を設定すれば、プレート部材の連通口の大きさ（直径）に関係なく、フィンを設置するために必要な隙間を確保することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の沸騰冷却装置を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１は沸騰冷却装置１の断面図である。
本実施例の沸騰冷却装置１は、液冷媒を溜める冷媒タンク２、この冷媒タンク２で発熱体３の熱を受けて沸騰した蒸気冷媒を凝縮させて放熱する放熱部（後述する）、冷媒タンク２と放熱部の冷媒チューブ４とを連通する２箇所のヘッダ５（一方のヘッダ５Ａ、他方のヘッダ５Ｂ）を有する。
【０００８】
冷媒タンク２は、上側のみ開口する容器６と、この容器６の開口面を塞ぐプレート部材７とから成り、それぞれ熱伝導性に優れるアルミニウム等の金属板をプレス加工して形成されている。プレート部材７には、横幅方向（図１の左右方向）の両側にプレート部材７の表面より突出して先端が開口する絞り部７ａが設けられている。この絞り部７ａは、プレート部材７の側辺に沿って細長く設けられている。
この冷媒タンク２は、平面形状が方形（略正方形）で、その平面形状の横幅に対してプレート部材７から容器６底面までの間隔が小さい偏平な箱型に設けられている。
【０００９】
放熱部は、内部を冷媒が流れる冷媒チューブ４と、蒸気冷媒の熱（凝縮潜熱）を外部流体（外気）へ放出するフィン８とを有し、図１に示す様に、複数の冷媒チューブ４と複数のフィン８とを交互に配置して構成されている。
冷媒チューブ４は、プレス成形された２枚のプレート部材９を互いの周縁部のみ接合して偏平な中空形状に形成されている。なお、冷媒チューブ４の平面形状は、冷媒タンク２と同様の方形（略正方形）に設けられている。
プレート部材９は、放熱部の最も外側（図１の最上部）に配されるプレート部材９を除いて、冷媒タンク２のプレート部材７と同一形状に形成されている。従って、各プレート部材９には、横幅方向の両側に絞り部９ａが設けられている。なお、放熱部の最も外側に配されるプレート部材９には絞り部９ａが設けられていない。
【００１０】
フィン８は、例えばアルミニウム等の薄い金属板を交互に折り曲げて波状に成形したもので、各冷媒チューブ４間、及び冷媒チューブ４と冷媒タンク２との間に介在されている。
ヘッダ５は、図２に示す様な細長い筒形状のカラー部材５ａから成り、向かい合う各冷媒チューブ４間、及び冷媒チューブ４と冷媒タンク２との間に介在されて、絞り部９ａ及び絞り部７ａの外周に嵌め合わされ、互いの絞り部９ａ同士及び絞り部９ａと絞り部７ａとを連通している。但し、カラー部材５ａは、フィン８を設置するために必要な隙間が得られるだけの高さＨ（図２参照）を有している。
この沸騰冷却装置１は、冷媒タンク２を形成する容器６とプレート部材７、冷媒チューブ４を形成する各プレート部材９、ヘッダ５を形成するカラー部材５ａ、及びフィン８を同一方向に積み重ねて全体形状を組み立てた後、一体ろう付けによって製造される。
【００１１】
発熱体３は、例えばパソコン等に使用されるＣＰＵであり、冷媒タンク２の底面中央部に密着して固定されている。
冷媒は、水、アルコール、フロロカーボン、フロン等が用いられ、図示しない注入パイプを通じて冷媒タンク２内に注入される。但し、冷媒は、冷媒タンク２のプレート部材７より低い位置まで（液面とプレート部材７との間に空間が確保される）注入されている。
【００１２】
次に、本実施例の作動を説明する。
発熱体３より発生した熱を受けて沸騰した冷媒は、冷媒タンク２内の液面とプレート部材７との間の隙間を通って一方のヘッダ５Ａへ流入し、一方のヘッダ５Ａから各冷媒チューブ４へ分配される。冷媒チューブ４へ流入した蒸気冷媒は、冷媒チューブ４の内壁面に凝縮して液滴となり、蒸気冷媒の流れに押されながら冷媒チューブ４を他方のヘッダ５Ｂへ向かって流れる。各冷媒チューブ４より他方のヘッダ５Ｂへ流れた液冷媒は、そのまま他方のヘッダ５Ｂ内を落下して冷媒タンク２内の液冷媒へ還流し、上記サイクル（沸騰−凝縮−液化）を繰り返す。一方、発熱体３より冷媒に伝達された熱は、冷媒チューブ４内で蒸気冷媒が凝縮する際に凝縮潜熱として放出され、冷媒チューブ４の壁面よりフィン８を通じて外気に放出される。
【００１３】
（第１実施例の効果）
本実施例では、フィン８を挟んで並設された各冷媒チューブ４間、及び冷媒チューブ４と冷媒タンク２との間にカラー部材５ａを介在させて、そのカラー部材５ａにより各冷媒チューブ４の絞り部９ａ同士及び冷媒チューブ４の絞り部９ａと冷媒タンク２の絞り部７ａとを連通している。従って、カラー部材５ａの高さＨを、フィン８を設置するために必要な隙間が得られるだけの高さに設定すれば、各絞り部９ａ、７ａの端面同士を突き合わせる（当接させる）必要はなく、各絞り部９ａ、７ａの高さを低くすることができる。その結果、絞り部９ａ、７ａの外径（連通口の直径）を小さくできるため、その分フィン８の設置面積を増加して、放熱部全体の体格に対して有効な伝熱面積を得ることができる。特に、ＣＰＵ等の小さな発熱体３を冷却する場合、沸騰冷却装置１の体格が７０mm×７０mm程度の大きさとなり、放熱部のフィン面積も小さくなるため、絞り部９ａ、７ａの外径を小さくしてフィン８の設置面積を増加できることは放熱性能を確保する上で効果的である。
また、本実施例の沸騰冷却装置１は、冷媒タンク２を形成する容器６とプレート部材７、冷媒チューブ４を形成する各プレート部材９、ヘッダ５を形成するカラー部材５ａ、及びフィン８を同一方向に積み重ねた積層構造であるため、製造が容易（一体ろう付けによって簡単に製造できる）である。
【００１４】
（変形例）
上記実施例では、プレート部材７、９に設けた絞り部７ａ、９ａの形状に合わせてカラー部材５ａを細長い筒形状としたが、絞り部７ａ、９ａの断面形状を円形とすることにより、カラー部材５ａを図３に示すような円筒形状としても良い。また、各プレート部材７、９に絞り部７ａ、９ａを設けているが、単なる穴（連通口）でも良い。
【００１５】
（第２実施例）
図４は沸騰冷却装置１の断面図である。
本実施例では、ヘッダ５が図５に示す様な偏平管に設けられ、図４に示す様に、各プレート部材７、９に形成された絞り部７ａ、９ａを通り抜けて冷媒タンク２と各冷媒チューブ４とを挿通している。ヘッダ５の側面には、冷媒チューブ４内を通る部位に細長い開口部５ｂが形成され、この開口部５ｂを通じて冷媒チューブ４と連通している。
本実施例では、ヘッダ５と各冷媒チューブ４とがヘッダ５に形成された開口部５ｂを通じて連通するため、フィン８の高さに応じて開口部５ｂの位置を設定すれば、プレート部材７、９の絞り部７ａ、９ａの大きさ（外径と高さ）に関係なく、フィン８を設置するために必要な隙間を確保することができる。その結果、第１実施例と同様に絞り部９ａ、７ａの外径（連通口の直径）を小さくできるため、その分フィン８の設置面積を増加して、放熱部全体の体格に対して有効な伝熱面積を得ることができる。
また、ヘッダ５の長さを変え一方のヘッダを長くして図４のように冷媒液面より下方に位置させることにより、沸騰蒸気はもう一方のヘッダに流入し、凝縮液化した後、長い方のヘッダを通り冷媒槽にリターンする。このような構成にすることにより、冷媒流を自然循環することができ、冷却性能を向上できる。
【００１６】
（変形例）
上記実施例では、プレート部材７、９に設けた絞り部７ａ、９ａの形状に合わせてヘッダ５を偏平管としたが、絞り部７ａ、９ａの断面形状を円形とすることにより、ヘッダ５を図６に示すような円筒形状としても良い。また、各プレート部材７、９に絞り部７ａ、９ａを設けているが、単なる穴（連通口）でも良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】沸騰冷却装置の断面図である（第１実施例）。
【図２】カラー部材の斜視図である。
【図３】カラー部材の斜視図である（変形例）。
【図４】沸騰冷却装置の断面図である（第２実施例）。
【図５】カラー部材の斜視図である。
【図６】カラー部材の斜視図である（変形例）。
【符号の説明】
１    沸騰冷却装置
２    冷媒タンク
３    発熱体
４    冷媒チューブ
５    ヘッダ
５ａ  カラー部材
５ｂ  開口部
７ａ  冷媒チューブの絞り部（連通口）
８    フィン
９ａ  冷媒タンクの絞り部（連通口）
【図１】
0003804184.tif 000002
【図２】
0003804184.tif 000003
【図３】
0003804184.tif 000004
【図４】
0003804184.tif 000005
【図５】
0003804184.tif 000006
【図６】
0003804184.tif 000007