(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒の沸騰および凝縮作用による熱輸送によって発熱体を冷却する沸騰冷却装置であって、
内部に液冷媒を溜める冷媒槽と、
この冷媒槽で前記発熱体の熱を受けて沸騰した蒸気冷媒が導かれ、その蒸気冷媒を冷却液化させる凝縮器と、
前記冷媒槽と前記凝縮器とを連結する連結部材とを備え、
この連結部材は、薄型の押し出し材から成り、内部に前記冷媒槽と前記凝縮器とを連通する複数の通路を有し、且つフレキシブルに変形可能に設けられていることを特徴とする沸騰冷却装置。
【請求項２】
前記冷媒槽を複数有し、その各冷媒槽と前記凝縮器とがそれぞれ前記連結部材によってフレキシブルに連結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。
【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７−１６１８８８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、液冷媒を溜める冷媒槽と、この冷媒槽で発熱体の熱を受けて沸騰した蒸気冷媒を冷却する凝縮器とを備え、この凝縮器が冷媒槽と一体化して設けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、コンピュータの筐体内部には、半導体素子が実装された基板が狭い間隔で多数縦置きに配設されているが、この様な狭いスペース内に沸騰冷却装置全体を配置することは困難である。ところが、従来の沸騰冷却装置では、凝縮器を冷媒槽と一体化しているため、冷媒槽に対して凝縮器を離れた位置に配置したり、凝縮器の姿勢を変更することは不可能であり、上記の様な狭いスペース内での使用ができないといった問題があった。
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、冷媒槽に対して凝縮器を離れた位置に配置でき、且つ凝縮器の姿勢を変更でき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）
冷媒槽と凝縮器とを連結部材によって連結しているため、冷媒槽に対して凝縮器を離れた位置に配置することができる。これにより、発熱体が狭いスペースに配置される場合でも、冷媒槽のみ狭いスペースに配置して、凝縮器を広いスペースに配置することができる。また、冷媒槽と凝縮器とを連結する連結部材がフレキシブルに変形可能に設けられているため、凝縮器に対する送風方向に対応して凝縮器の姿勢を適宜変更することもできる。  さらに、連結部材は、薄型の押し出し材によって容易に形成することができる。この場合、押し出し材の内部に複数の通路を形成することにより、冷媒槽から凝縮器へ蒸気冷媒を導く通路と、凝縮器から冷媒槽へ凝縮液を導く通路とに分けることができるため、蒸気冷媒と凝縮液とが干渉することなく、良好な冷媒循環流を形成することができる。
【０００７】
（請求項２の手段）
連結部材がフレキシブルに変形可能であることから、１つの凝縮器に対して複数の冷媒槽をそれぞれ連結部材によって連結することもできる。これにより、複数の発熱体が離れている場合等には、冷媒槽のみ発熱体毎に複数設けて、凝縮器のみ共有することができる。なお、この場合、各冷媒槽内の冷媒液面を同一にするために、各冷媒槽の下部側を連通管等で連通させることが望ましい。
【０００８】
【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の斜視図である。
本実施例の沸騰冷却装置１は、液冷媒を溜める冷媒槽２、この冷媒槽２で発熱体３の熱を受けて沸騰した蒸気冷媒を冷却して液化する凝縮器４、冷媒槽２と凝縮器４とを連結する連結部材５から成る。
【０００９】
冷媒槽２は、偏平な箱形状に形成されて一側面（上端面）のみ開口し、内部に仕切り板６（図３参照）を具備している。この仕切り板６は、冷媒槽２の内部を、発熱体３の熱で冷媒が沸騰する沸騰領域２Ａ（主に発熱体３の取り付け部位に相当する領域）と、凝縮器４で液化された凝縮液が流入する凝縮液流入域２Ｂとに区画するもので、図３に示す様に、冷媒槽２の上端面から下方へ延びて設けられている。但し、凝縮液流入域２Ｂの液冷媒が沸騰領域２Ａへ移動できる様に、仕切り板６の下端と冷媒槽２内の底面との間に流通口７が設けられている。
【００１０】
凝縮器４は、図１に示す様に、複数の冷媒チューブ８とフィン９とを交互に配置して構成された放熱部と、この放熱部に接続されるタンク部１０とから成る。
冷媒チューブ８は、プレス成形された２枚のプレート部材８ａ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、長手方向の両端部に各冷媒チューブ８を相互に連通するためのヘッダ１１（一方のヘッダ１１Ａ、他方のヘッダ１１Ｂ）が設けられている。
フィン９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８間に介在されている。
【００１１】
タンク部１０は、放熱部の各冷媒チューブ８と連結部材５とを接続するもので、冷媒槽２と同様の偏平な箱形状に形成されて、一側面に連結部材５の他端が接続され、一表面に放熱部が接続されている。このタンク部１０は、放熱部が接続される一表面の両端部にそれぞれ連通口１０ａ、１０ｂが形成され（図３参照）、この連通口１０ａ、１０ｂを通じて各冷媒チューブ８のヘッダ１１と連通している。また、タンク部１０内には仕切り板１２が設けられて、タンク部１０内を一方の連通口１０ａに通じる第１空間１０Ａと、他方の連通口１０ｂに通じる第２空間１０Ｂとに区画している。但し、図３に示す様に、第１空間１０Ａの方が第２空間１０Ｂより大きく形成されている。
【００１２】
連結部材５は、例えばアルミニウム等の比較的柔らかい材質から成る薄型の押し出し材（肉厚１〜２mm）によって形成され、図２に示す様に、内部にリブ５ａによって区画された複数の通路５ｂ、５ｃを有している。連結部材５にリブ５ａを設けることにより、冷媒圧力に対する強度を確保できるとともに、伝熱面積が増大して熱抵抗を低減できるメリットがある。
この連結部材５は、一端が冷媒槽２に接続されて、他端が凝縮器４のタンク部１０に接続され、両端の間でフレキシブルに曲げることができる（図１参照）。連結部材５の複数の通路５ｂ、５ｃは、図３に示す様に、冷媒槽２の沸騰領域２Ａとタンク部１０の第１空間１０Ａとを連通する蒸気通路５ｂ、及び冷媒槽２の凝縮液流入域２Ｂとタンク部１０の第２空間１０Ｂとを連通する液通路５ｃとして使用される。
【００１３】
発熱体３は、例えばパソコン等に使用されるＣＰＵであり、冷媒槽２の一表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槽２内に注入される。
この沸騰冷却装置１は、冷媒槽２、凝縮器４、及び連結部材５によっ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。
【００１４】
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、冷媒槽２の沸騰領域２Ａより連結部材５の各蒸気通路５ｂを通ってタンク部１０の第１空間１０Ａへ流入し、その第１空間１０Ａより一方の連通口１０ａを通って一方のヘッダ１１Ａへ流入し、一方のヘッダ１１Ａから各冷媒チューブ８へ分配される。冷媒チューブ８を流れる蒸気冷媒は、冷媒チューブ８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８を他方のヘッダ１１Ｂへ向かって流れる。他方のヘッダ１１Ｂへ流入した凝縮液は、他方のヘッダ１１Ｂからタンク部１０の他方の連通口１０ｂを通ってタンク部１０の第２空間１０Ｂへ流入した後、その第２空間１０Ｂより連結部材５の各液通路５ｃを通って冷媒槽２の凝縮液流入域２Ｂへ流入する。以後、凝縮液流入域２Ｂより流通口７を通って沸騰領域２Ａ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８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８の壁面よりフィン９を通じて外気に放出される。
【００１５】
（第１実施例の効果）
本実施例では、冷媒槽２と凝縮器４とを連結部材５で連結していることにより、冷媒槽２から離れた位置に凝縮器４を配置することができる。これにより、発熱体３が狭いスペースに配置される場合でも、冷媒槽２のみ狭いスペースに配置して、凝縮器４を広いスペースに配置することができる。また、連結部材５をフレキシブルに曲げることができるため、凝縮器４に対する送風方向に対応して凝縮器４の姿勢を適宜変更することもできる。
なお、連結部材５として押し出し材を用いることにより、図２に示した様に、連結部材５の内部に複数の通路５ｂ、５ｃを簡単に形成することができる。この場合、冷媒圧力に対する連結部材５の耐圧強度を向上できる。
【００１６】
（第２実施例）
図４は沸騰冷却装置１の斜視図である。
本実施例は、連結部材５を２本のチューブ１３、１４（本発明の円筒管）によって構成したもので、各チューブ１３、１４とも例えばアルミニウム管によって形成されてフレキシブルに曲げることができる。
一方のチューブ１３は、冷媒槽２から凝縮器４へ蒸気冷媒を導く蒸気冷媒通路を形成するもので、一端が冷媒槽２の上側壁に形成された丸穴に接続されて冷媒槽２内部に開口し、他端が凝縮器４の冷媒チューブ８に接続されて一方のヘッダ１１Ａ内部に開口している（図５参照）。
他方のチューブ１４は、凝縮器４から冷媒槽２へ凝縮液を導く凝縮液通路を形成するもので、一端が冷媒槽２の上側壁に形成された丸穴を通り抜けて冷媒槽２内の底部に開口し、他端が凝縮器４の冷媒チューブ８に接続されて他方のヘッダ１１Ｂ内部に開口している（図５参照）。
なお、凝縮器４は、第１実施例に示したタンク部１０が無く、冷媒チューブ８（ヘッダ１１を含む）とフィン９とによって構成されている。
【００１７】
本実施例の構成によれば、一方のチューブ１３の一端が冷媒槽２の上端に開口し、他方のチューブ１４の一端が冷媒槽２内の底部に開口するため、発熱体３の熱を受けて沸騰した蒸気冷媒が必然的に一方のチューブ１３を通って凝縮器４へ導かれ、凝縮器４で冷却されて液化した冷媒が他方のチューブ１４を通って冷媒槽２へ戻ることができる。これにより、蒸気冷媒と凝縮液とが干渉することなく、良好な冷媒循環流を形成することができる。
また、第１実施例の場合と同様に、冷媒槽２から離れた位置に凝縮器４を配置することができるため、発熱体３が狭いスペースに配置される場合でも、冷媒槽２のみ狭いスペースに配置して、凝縮器４を広いスペースに配置することができる。更に、２本のチューブ１３、１４をフレキシブルに曲げることができるため、凝縮器４に対する送風方向に対応して凝縮器４の姿勢を適宜変更することもできる。
なお、本実施例の場合、各チューブ１３、１４の管径を変えても良い。例えば、蒸気冷媒が流れる一方のチューブ１３を太く、凝縮液が流れる他方のチューブ１４を細くしても良い。
【００１８】
（第３実施例）
図６は沸騰冷却装置１の断面図である。
本実施例では、沸騰冷却装置１を略水平に設置して使用する場合について説明する。
沸騰冷却装置１の構成は、上記第２実施例と同様に、冷媒槽２と凝縮器４とを２本のチューブ１３、１４で連結したものである。但し、蒸気冷媒通路を形成する一方のチューブ１３の方が凝縮液通路を形成する他方のチューブ１４より高い位置で冷媒槽２に接続されている。具体的には、図６に示す様に、一方のチューブ１３は冷媒槽２内の冷媒液面より上方で冷媒槽２に接続され、他方のチューブ１４は冷媒液面より下方で冷媒槽２に接続されている。これにより、冷媒槽２内で沸騰した蒸気冷媒が一方のチューブ１３を通って凝縮器４に導かれ、凝縮器４で冷却されて液化した凝縮液が他方のチューブ１４を通って冷媒槽２に戻ることができる。
【００１９】
（第４実施例）
図７は沸騰冷却装置１の使用例を示す断面図である。
本実施例は、コンピュータの筐体１５内部に収容されている発熱体３（例えばＣＰＵ）を沸騰冷却装置１によって冷却する場合の一例を示すものである。
筐体１５の内部には、図７に示す様に、半導体素子１６が実装された基板１７が狭い間隔で多数縦置きに配設されており、その中の１枚の基板１７に冷却を必要とする発熱体３が実装されている。
沸騰冷却装置１は、発熱体３が固定された冷媒槽２のみ基板１７と基板１７との狭いスペースに収納され、この冷媒槽２と連結部材５によって連結された凝縮器４が筐体１５内部の比較的空いたスペースに設置されている。
一方、筐体１５の天井壁面には、凝縮器４に近接して冷却ファン１８が取り付けられており、この冷却ファン１８が回転することで、筐体１５下部に設けられた吸込口１５ａより低温空気が吸い込まれ、凝縮器４を冷却した後、吐出口１５ｂより外部へ排出される。
本実施例の様に、狭いスペースで発熱体３を冷却する必要がある時には、沸騰冷却装置１全体を狭いスペースに収納できない場合が生じる。この様な場合、上述の様に本発明の沸騰冷却装置１を有効に使用することができる。
【００２０】
（第５実施例）
図８は沸騰冷却装置１の使用例を示す断面図である。
本実施例は、上記の第４実施例と同様に、コンピュータの筐体１５内部で使用する場合の他の例を示すものであり、冷却ファン１８の取り付け位置に対応して凝縮器４の姿勢を変化させている。即ち、第４実施例では、筐体１５の天井壁面に冷却ファン１８を取り付けているが、本実施例では筐体１５の側壁面に冷却ファン１８を取り付けている。この様な場合、冷媒槽２に対して凝縮器４の姿勢を変更できないと、凝縮器４に十分な冷却風を送ることができないため性能低下を招く。これに対し、本発明の沸騰冷却装置１によれば、冷媒槽２と凝縮器４とを連結する連結部材５（チューブ１３、１４でも良い）をフレキシブルに曲げることによって容易に凝縮器４の姿勢を変化させることができるため、所要の放熱性能を確保することができる。
また、冷却ファン１８と凝縮器４との間隔が大きい場合等には、図８に示す様に、冷却ファン１８と凝縮器４との間をダクト１９で繋いでも良い。これにより、効率良く凝縮器４に冷却風を導入することができる。
【００２１】
（第６実施例）
図９は沸騰冷却装置１の正面図である。
本実施例は、１つの冷媒槽２に複数の発熱体３（図９では３個）を取り付けた場合の一例を示すものである。個々の発熱体３の発熱量が小さい場合には、複数の発熱体３を１つの冷媒槽２に取り付けて冷却することもできる。
【００２２】
（第７実施例）
図１０は沸騰冷却装置１の正面図である。
本実施例は、１つの凝縮器４に対して複数の冷媒槽２を連結部材５により連結した場合の一例を示すものである。例えば、複数の発熱体３が離れて配置されている場合には、その複数の発熱体３を１つの冷媒槽２に取り付けることができないため、図１０に示す様に、各発熱体３毎にそれぞれ冷媒槽２を用意して、凝縮器４のみ共有使用することが可能である。この様な場合でも、各チューブ１３、１４をフレキシブルに曲げることができるため容易に対応することができる。
なお、この場合、各冷媒槽２内の冷媒液面を同一にするために、各冷媒槽２の底部側を連通管２０等で連通させることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】沸騰冷却装置の斜視図である（第１実施例）。
【図２】連結部材の断面図である（第１実施例）。
【図３】沸騰冷却装置の断面図である（第１実施例）。
【図４】沸騰冷却装置の斜視図である（第２実施例）。
【図５】沸騰冷却装置の断面図である（第２実施例）。
【図６】沸騰冷却装置の断面図である（第３実施例）。
【図７】沸騰冷却装置の使用例を示す断面図である（第４実施例）。
【図８】沸騰冷却装置の使用例を示す断面図である（第５実施例）。
【図９】沸騰冷却装置の正面図である（第６実施例）。
【図１０】沸騰冷却装置の正面図である（第７実施例）。
【符号の説明】
１    沸騰冷却装置
２    冷媒槽
３    発熱体
４    凝縮器
５    連結部材
５ｂ  複数の通路
５ｃ  複数の通路
１３    一方のチューブ（連結部材／円筒管）
１４    他方のチューブ（連結部材／円筒管）
【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】
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【図８】
0003834932.tif 000009
【図９】
0003834932.tif 000010
【図１０】
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