JP2012132661A - 冷却装置及び電子装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】液相の作動流体に蒸気泡が発生した場合であっても、蒸気泡を容易に除去できるようにし、安定した冷却性能が得られる冷却装置を実現する。
【解決手段】冷却装置を、多孔質体１２を備え、多孔質体によって隔てられた蒸気流路１０及び液流路１１を有し、液相の作動流体が蒸発する蒸発器１と、気相の作動流体が凝縮する凝縮器２と、液相の作動流体を貯留する液溜めタンク３と、蒸発器の蒸気流路の出口と凝縮器の入口とを接続する蒸気管４と、凝縮器の出口と液溜めタンクの第１の入口３Ａとを接続する液管５と、液溜めタンクの出口と蒸発器の液流路の入口とを接続する液供給管６と、蒸発器の液流路の出口と液溜めタンクの第２の入口３Ｂとを接続する液戻り管７と、液供給管に介装された液輸送手段８とを備えるものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却装置及び電子装置に関する。
例えばコンピュータなどの電子装置に備えられる電子部品などの発熱体を冷却する冷却装置として、液相の作動流体が蒸発して気相の作動流体になるときの蒸発潜熱を利用して高い冷却性能を実現する、気液二相流を用いた冷却装置がある。
例えば、ウィックを備える蒸発器と、凝縮器とを備え、蒸発器の出口と凝縮器の入口が蒸気管で接続され、凝縮器の出口と蒸発器の入口が液管で接続されており、内部に作動流体が封入されているループ型ヒートパイプ（ＬＨＰ：Loop Heat Pipe）がある。
このようなループ型ヒートパイプでは、例えば液輸送ポンプなどを用いずにウィックの毛管力によって作動流体を循環させて、熱を輸送することが可能である。なお、作動流体を確実に循環させるために、液管に液輸送ポンプを設けたものもある。
特開２００２−３０３４９４号公報 特開２００５−３２１１５５号公報 特開２００４−１９０９７８号公報
ところで、上述のようなループ型ヒートパイプに備えられる蒸発器は、例えば図１４に示すように、発熱体１００に熱的に接続されるケース１０１と、ケース１０１の内壁面に密着するウィック１０２とを備える。
ここで、ウィック１０２は、筒状になっており、その内側が空洞１０３になっている。また、ウィック１０２は、ケース１０１の入口側（図１４中、右側）が開口しており、ケース１０１の出口側（図１４中、左側）が閉じられている。そして、ウィック１０２の内側の空洞１０３は、ケース１０１の入口に接続された液管１０４と連通しており、液相の作動流体が流れる液流路になっている。また、ケース１０１の内壁面とウィック１０２との間には溝１０５が設けられている。この溝１０５は、ケース１０１の出口に接続された蒸気管１０６と連通しており、気相の作動流体が流れる蒸気流路になっている。特に、ウィック１０２の先端部、即ち、ウィック１０２のケース１０１の出口側の部分は閉じられており、ウィック１０２の内側の空洞１０３は行き止まりになっている。つまり、蒸発器の液流路は途中で行き止まりになっている。
このように構成されるループ型ヒートパイプでは、発熱体１００の熱がウィック１０２を介して液相の作動流体に伝わり、これを加熱して、液相の作動流体に蒸気泡が発生する場合がある。この結果、ドライアウトが生じ、冷却性能を維持できなくなる場合がある。
特に、ウィック１０２の先端部は、蒸気流路に接しており、ウィック１０２の先端部近傍の液流路内の液相の作動流体は、気相の作動流体の温度とほぼ同程度の温度まで加熱されるため、蒸気泡が生じやすい。また、例えば、発熱量の大きな電子部品やプリント基板などの平板型発熱体を効率良く冷却するのに適した薄型平板状蒸発器の場合、発熱体１００の熱がウィック１０２を介して液相の作動流体に伝わりやすく、温度が上昇しやすいため、液相の作動流体に蒸気泡が生じやすい。この結果、ドライアウトが生じやすくなり、冷却性能を維持できなくなりやすい。
また、液管に液輸送ポンプを設け、液輸送ポンプによって液相の作動流体を蒸発器に送り込むようにしても、蒸発器の液流路が途中で行き止まりになっているため、液相の作動流体に発生した蒸気泡を取り除くことはできない。
そこで、液相の作動流体に蒸気泡が発生した場合であっても、蒸気泡を容易に除去できるようにし、安定した冷却性能が得られる冷却装置を実現したい。
本冷却装置は、多孔質体を備え、多孔質体によって隔てられた蒸気流路及び液流路を有し、液相の作動流体が蒸発する蒸発器と、気相の作動流体が凝縮する凝縮器と、液相の作動流体を貯留する液溜めタンクと、蒸発器の蒸気流路の出口と凝縮器の入口とを接続する蒸気管と、凝縮器の出口と液溜めタンクの第１の入口とを接続する液管と、液溜めタンクの出口と蒸発器の液流路の入口とを接続する液供給管と、蒸発器の液流路の出口と液溜めタンクの第２の入口とを接続する液戻り管と、液供給管に介装された液輸送手段とを備える。
本電子装置は、配線基板上に設けられた電子部品と、電子部品を冷却する冷却装置とを備え、冷却装置は上述のように構成され、電子部品は蒸発器に熱的に接続されている。
したがって、本冷却装置及び電子装置によれば、液相の作動流体に蒸気泡が発生した場合であっても、蒸気泡を容易に除去することができ、安定した冷却性能が得られるという利点がある。
本実施形態にかかる冷却装置の構成を示す模式図である。 本実施形態にかかる冷却装置による作用効果を説明するための模式的断面図である。 本実施形態にかかる冷却装置に備えられる液溜めタンク及び液輸送ポンプの構成を示す模式的斜視図である。 本実施形態にかかる冷却装置に備えられる蒸発器の具体的な構成例及びそれを備える電子装置の構成例を示す模式的斜視図である。 本実施形態にかかる冷却装置に備えられる蒸発器の具体的な構成例を示す模式的斜視図である。 本実施形態にかかる冷却装置の変形例の構成を示す模式図である。 本実施形態にかかる冷却装置に備えられる蒸発器の具体的な構成例の変形例及びそれを備える電子装置の構成例を示す模式的斜視図である。 本実施形態にかかる冷却装置に備えられる蒸発器の具体的な構成例の変形例を示す模式的斜視図である。 本実施形態にかかる冷却装置に備えられる液輸送ポンプの変形例を示す模式的斜視図である。 本実施形態にかかる冷却装置に備えられる蒸発器の具体的な構成例の他の変形例及びそれを備える電子装置の構成例を示す模式的斜視図である。 本実施形態にかかる冷却装置において具体的な構成例の他の変形例の蒸発器を用いる場合の構成を示す模式図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態にかかる冷却装置に備えられる蒸発器の具体的な構成例の他の変形例を備える電子装置の効果を説明するための模式的断面図である。 本実施形態にかかる冷却装置に備えられる蒸発器の具体的な構成例の変形例及びそれを備える電子装置の構成例を示す模式的斜視図である。 従来の冷却装置に備えられる蒸発器の課題を説明するための模式的断面図である。
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる冷却装置及び電子装置について、図１〜図５を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる冷却装置は、例えばコンピュータ（例えばサーバやパーソナルコンピュータ）などの電子装置に備えられる電子部品などの発熱体を冷却する冷却装置である。なお、電子装置は電子機器ともいう。また電子部品は例えばＣＰＵやＬＳＩチップなどである。
また、本冷却装置は、液相の作動流体が蒸発して気相の作動流体になるときの蒸発潜熱を利用して高い冷却性能を実現する、気液二相流を用いる冷却装置である。
ここでは、発熱量の大きな電子部品やプリント基板（配線基板）などの平板型発熱体を効率良く冷却するのに適した薄型平板状蒸発器を備える冷却装置を例に挙げて説明する。なお、薄型平板状蒸発器を、薄型蒸発器又は平板型蒸発器ともいう。
本冷却装置は、図１に示すように、液相の作動流体が蒸発する蒸発器１と、気相の作動流体が凝縮する凝縮器２と、液相の作動流体を貯留する液溜めタンク３と、気相の作動流体が流れる蒸気管４と、液相の作動流体が流れる液管５、液供給管６及び液戻り管７と、液輸送ポンプ８とを備える。なお、液供給管６及び液戻り管７は、液相の作動流体が流れる液管であるため、単に液管と呼ぶ場合もある。また、ここでは、液輸送ポンプ８を用いているが、これに限られるものではなく、液相の作動流体を輸送しうる液輸送手段であれば良い。
そして、蒸発器１の蒸気流路１０の出口と凝縮器２の入口とは、蒸気管４によって接続されている。また、凝縮器２の出口と液溜めタンク３の第１の入口３Ａとは、液管５によって接続されている。また、液溜めタンク３の出口３Ｃと蒸発器１の液流路１１の入口とは、液供給管６によって接続されている。また、蒸発器１の液流路１１の出口と液溜めタンク３の第２の入口３Ｂとは、液戻り管７によって接続されている。また、液輸送ポンプ８は、液供給管６に介装されている。つまり、液溜めタンク３の出口３Ｃと液輸送ポンプ８の吸入口８Ａ、及び、液輸送ポンプ８の吐出口８Ｂと蒸発器１の液流路１１の入口が、液供給管６によって接続されている。
本実施形態では、蒸発器１は、ウィック１２を備え、ウィック１２によって隔てられた蒸気流路１０及び液流路１１を有し、発熱体９（熱源）が熱的に接続されている。ここで、蒸気流路１０は、蒸発器１の発熱体９に近い位置に設けられ、液流路１１は、蒸発器１の発熱体９から遠い位置に設けられる。これにより、発熱体９の熱がウィック１２を介して液相の作動流体に伝わりにくくし、液相の作動流体に蒸気泡が発生しにくくなるようにしている。また、ウィック１２は、多孔質体である。ここでは、低熱伝導率の多孔質体である。具体的には樹脂製多孔質体である。また、多孔質体の平均孔径は約１０μｍ以下（好ましくは約６μｍ以下）であることが好ましい。例えば、平均孔径は水銀注入法で測定することができる。
ここでは、蒸発器１は、例えば図２に示すように、発熱体９に熱的に接続されるケース１３と、ケース１３の内壁面に密着するウィック１２とを備える。
ここで、ウィック１２は、筒状になっており、その内側が空洞１４になっている。また、ウィック１２は、ケース１３の入口側（図２中、右側）及び出口側（図２中、左側）が開口している。そして、ウィック１２の内側の空洞１４は、ケース１３の入口に接続された液管６及びケース１３の出口に接続された液管７と連通しており、液相の作動流体が流れる液流路１１を構成している。
このように、ウィック１２の出口側の部分、即ち、ウィック１２の内側の空洞１４は行き止まりになっておらず、ケース１３の出口に接続された液管７と連通している。つまり、蒸発器１の液流路１１は途中で行き止まりになっておらず、蒸発器１の入口側及び出口側に接続された液管６，７と連通している。
また、ケース１３の内壁面とウィック１２との間には溝１５が設けられている。この溝１５は、蒸発器１の出口に接続された蒸気管４と連通しており、気相の作動流体が流れる蒸気流路１０を構成している。
このように、蒸発器１の液流路１１が、蒸発器１の入口側及び出口側に接続された液管６，７と連通している。つまり、蒸発器１の液流路１１は、入口だけでなく、出口も備え、入口から出口へ向けて貫通しており、蒸発器１の入口側及び出口側で液管６，７に接続されている。
そして、図１に示すように、蒸発器１の入口側及び出口側に接続された液管６，７は液溜めタンク３に接続されており、液相の作動流体を循環させることができる循環経路（ループ）が形成されている。
これにより、蒸発器１の液流路１１を流れる液相の作動流体は、蒸発器１で留まることなく、蒸発器１を通過して循環するようになっている。
このため、図２に示すように、発熱体９の熱がウィック１２を介して伝わって、即ち、ヒートリークによって、ウィック１２の内側の液流路１１で、液相の作動流体に蒸気泡が発生しても、液相の作動流体を流動させることで、ウィック１２の内側の液流路１１から蒸気泡を容易に除去することができる。これにより、ドライアウトが生じるのを防止することができ、冷却性能を維持し、安定した冷却性能を得ることが可能となる。
特に、ウィック１２の先端部は、蒸気流路１０に接しており、ウィック１２の先端部近傍の液流路１１内の液相の作動流体は、気相の作動流体の温度とほぼ同程度の温度まで加熱されるため、蒸気泡が生じやすい。また、例えば発熱量の大きな電子部品やプリント基板などの平板型発熱体を効率良く冷却するのに適した薄型平板状蒸発器の場合、発熱体９の熱がウィック１２を介して液相の作動流体に伝わりやすく、温度が上昇しやすいため、蒸気泡が生じやすい。特に、蒸発器１を薄く広く（長く）した場合、ウィック１２の内側の液流路１１の高さが低くなるため、蒸気泡が発生すると、蒸気泡の下側に液相の作動流体が入り込みにくくなり、例えばウィック１２の先端部などでドライアウトが生じやすい。このような場合に、ウィック１２の内側の液流路１１から蒸気泡を容易に除去することができ、これにより、ドライアウトが生じるのを防止することができ、安定した冷却性能を得ることが可能となる。
このように構成される冷却装置では、蒸発器１の液流路１１に供給された液相の作動流体の一部は、蒸発器１の蒸気流路１０に面しているウィック１２の表面から染み出す。つまり、蒸発器１の液流路１１の入口から流入した液相の作動流体の一部は、ウィック１２を経て蒸発器１の蒸気流路１０側に染み出す。
このウィック１２の表面から染み出した液相の作動流体は、ウィック１２の一部に蒸発器１のケース１３の一部が熱的に接触しているため、発熱体９からケース１３を介して伝わった熱によって蒸発（気化）して、気相の作動流体となる。
この気相の作動流体は、図１に示すように、蒸発器１の蒸気流路１０及び蒸気管４を経て凝縮器２に流入し、凝縮器２で放熱され、冷却されることで凝縮（液化）して、液相の作動流体となる。
この液相の作動流体は、液管５を経て液溜めタンク３に流入する。つまり、凝縮器２から流れてきた液相の作動流体は、液溜めタンク３の第１の入口３Ａから液溜めタンク３に流入する。
そして、液溜めタンク３内に貯留されている液相の作動流体は、液輸送ポンプ８によって液供給管６を経て蒸発器１の液流路１１へ供給される。
このようにして、作動流体は、液溜めタンク３、液供給管６、蒸発器１、蒸気管４、凝縮器２、液管５によって構成される循環経路を還流する。
一方、蒸発器１の液流路１１に供給された液相の作動流体の他の一部は、蒸発器１の液流路１１の出口から液戻り管７を経て液溜めタンク３に戻る。つまり、蒸発器１の液流路１１の入口から流入した液相の作動流体の他の一部は、液相の作動流体のまま、又は、液相の作動流体の一部がウィック１２からの熱によって気化して気相の作動流体となった混相の作動流体となり、蒸発器１の液流路１１の出口から流出し、液戻り管７を経て液溜めタンク３に戻る。
このようにして、作動流体は、液溜めタンク３、液供給管６、蒸発器１、液戻り管７によって構成される循環経路を還流する。
このため、本冷却装置を用いることで、発熱体９の熱量を蒸発潜熱と顕熱とにより効率良く熱輸送できるため、極めて高い冷却性能（放熱特性）を実現することができる。
つまり、発熱体９から蒸発器１に伝わった熱の一部は、ウィック１２の外側の蒸気流路１０に染み出した液相の作動流体が蒸発して気相の作動流体となる際に蒸発潜熱（気化熱）として気相の作動流体に蓄えられ、蒸気管４を介して、凝縮器２へ輸送され、放熱される。
また、発熱体９から蒸発器１に伝わった熱の一部は、ウィック１２を通過して液流路１１に達し、液流路１１内の液相の作動流体に顕熱として蓄えられる。なお、液相の作動流体の温度が飽和温度以上になった場合は液相の作動流体の一部は気相の作動流体に相変化する。
本冷却装置では、液流路１１を流れる作動流体は、液輸送ポンプ８によって循環させられるようになっているため、温度が上昇した液相の作動流体は、液戻り管７を介して、液溜めタンク３へ送られる。この際、例えば液戻り管７の表面などから放熱される。このように、気相の作動流体だけでなく、温度が上昇した液相の作動流体も、蒸発器１内にとどまることなく、蒸発器１外へ送られる。つまり、発熱体９から蒸発器１に伝わった熱は全て蒸発器１外へ輸送され、ほとんど放熱される。このため、蒸発器１の温度を低く保つことが可能であり、極めて高い冷却性能を実現することができる。
上述のように、本冷却装置は、ウィック１２を備える蒸発器１と、凝縮器２とを備え、蒸発器１の出口と凝縮器２の入口が蒸気管４によって接続され、凝縮器２の出口と蒸発器１の入口が液管５，６によって接続されており、内部に作動流体が封入されているループ型ヒートパイプである。
このループ型ヒートパイプでは、蒸発器１に設けられるウィック１２の毛管力によって作動流体を循環させて、熱を輸送することが可能である。つまり、蒸発器１内の蒸気圧によって凝縮器２まで熱を輸送することが可能である。
そして、本実施形態では、このように構成されるループ型ヒートパイプに、さらに、液溜めタンク３、液戻り管７及び液輸送ポンプ８が設けられている。
ここでは、蒸発器１の液流路１１の出口に液戻り管７の一方の端部が接続されており、液戻り管７の他方の端部は液溜めタンク３に接続されている。つまり、蒸発器１の液流路１１の出口と液溜めタンク３の第２の入口３Ｂとが液戻り管７によって接続されている。また、凝縮器２の出口と蒸発器１の入口とを接続する液管５，６に、液溜めタンク３及び液輸送ポンプ８が介装されている。つまり、凝縮器２の出口と蒸発器１の入口とを接続する液管として、液管５及び液供給管６が設けられており、凝縮器２の出口と液溜めタンク３の第１の入口３Ａとが液管５によって接続されており、液溜めタンク３の出口３Ｃと蒸発器１の液流路１１の入口とが液供給管６によって接続されている。そして、液供給管６に液輸送ポンプ８が介装されている。
このループ型ヒートパイプでは、作動流体が循環する経路として、液溜めタンク３、液供給管６、蒸発器１、蒸気管４、凝縮器２、液管５を循環する第１経路（第１ループ）と、液溜めタンク３、液供給管６、蒸発器１、液戻り管７を循環する第２経路（第２ループ）とを備える。この場合、第１経路を流れる作動流体は主にウィック１２の毛管力によって循環させられ、第２経路を流れる作動流体は主に液輸送ポンプ８によって循環させられる。
ところで、受熱部としての蒸発器と放熱部としての凝縮器との距離が長く、熱輸送距離が長い場合や例えばマイクロチャネルのように蒸発器を薄型化して液流路を狭くする場合、循環経路の圧力損失が大きくなるため、大きな液輸送ポンプ（又は複数個の液輸送ポンプ）が必要となる。
これに対し、本実施形態では、上述のように、液輸送ポンプ８の動力によって液相の作動流体を循環させる第２経路は、距離が短い。また、本冷却装置は、蒸発潜熱を利用するため、単相の顕熱による冷却装置と比較して、液輸送ポンプ８によって蒸発器１に供給する液相の作動流体の量（液量）も非常に少ない。
このように、短い循環経路に少ない流量の作動流体を循環させれば良く、循環経路の圧力損失が小さいため、小さい液輸送ポンプ８（又は少ない個数の液輸送ポンプ８）を設ければ良い。つまり、小さい液輸送ポンプ８であっても十分な液量の作動流体を循環させることができ、大きな液輸送ポンプは必要ない（又は液輸送ポンプの個数を多くする必要はない）。
また、蒸発器１が薄く広い薄型平板状蒸発器の場合、液相の作動流体を広い面積のウィック１２に均一に浸み込ませて蒸発させるのは難しく、ウィック１２の一部がドライアウトするなどして作動流体の循環が不安定になる。しかしながら、液輸送ポンプ８を設けることで、これを防止することができる。これにより、安定した冷却性能を得ることが可能となる。この結果、小さな液輸送ポンプ８を用いて、薄型平板状蒸発器によって、例えば発熱量の大きな電子部品やプリント基板などの平板型発熱体を効率良く冷却することが可能となる。つまり、蒸発器１の薄型化（薄型・大面積化）と液輸送ポンプ８の小型化（又は液輸送ポンプ８の少個数化；小型・省電力化）を両立させながら、平板型発熱体を効率良く冷却することが可能となる。なお、液輸送ポンプ８の小型化や少個数化を図ることは、液輸送ポンプ８の容積を小さくすることを意味する。
また、受熱部としての蒸発器１と放熱部としての凝縮器２との距離が長く、熱輸送距離が長い場合であっても、小さな液輸送ポンプ８を設ければ良い。つまり、蒸発器１と凝縮器２との距離が長く、熱輸送距離が長い場合であっても、蒸発器１に備えられるウィック１２の毛管力及び蒸発器１内の蒸気圧によって、遠く離れた位置に設けられている凝縮器２まで熱輸送が可能であるため、小さな液輸送ポンプ８を設ければ良い。これにより、効率が良く、高性能な薄型平板状蒸発器１を持つ冷却装置を実現することが可能となる。
ところで、本実施形態では、液溜めタンク３は、図３に示すように、液相の作動流体と気相の作動流体とを分離するのに十分な高さを有する。つまり、液溜めタンク３は、液相の作動流体を貯留した状態でその上方に空間ができるような高さを有する。
特に、液溜めタンク３の第２の入口３Ｂは、第１の入口３Ａよりも液溜めタンク３の出口３Ｃから遠い位置に設けられているのが好ましい。つまり、液溜めタンク３は、液供給管６が接続される出口３Ｃと、出口３Ｃ近傍に設けられ、液管５が接続される第１の入口３Ａと、出口３Ｃから離れた位置に設けられ、液戻り管７が接続される第２の入口３Ｂとを備えるのが好ましい。
ここでは、液溜めタンク３の出口３Ｃは、液溜めタンク３の一方の壁面３Ｘ、即ち、作動流体の循環方向の下流側の壁面の下方に設けられている。また、液溜めタンク３の第２の入口３Ｂは、液溜めタンク３の一方の壁面３Ｘの反対側の他方の壁面３Ｙ、即ち、作動流体の循環方向の上流側の壁面に設けられている。さらに、液溜めタンク３の第１の入口３Ａは、液溜めタンク３の一方及び他方の壁面３Ｘ，３Ｙに直交する壁面３Ｚに設けられている。本実施形態では、液溜めタンク３の第１の入口３Ａに接続される液管５は、液溜めタンク３の内部まで延びており、その端部が液溜めタンク３の出口３Ｃ近傍に位置するようになっている。
このようにして、蒸発器１で蒸発せずに蒸発器１の液流路１１を流れ、液戻り管７を経て液溜めタンク３に戻される液相の作動流体が、できるだけ液溜めタンク３の出口３Ｃから遠い位置から液溜めタンク３に入るようにしている。これにより、蒸気泡を含んでいるおそれのある液相の作動流体から確実に蒸気泡を除去できるようにしている。
一方、凝縮器２で凝縮され、液管５を経て液溜めタンク３に戻される液相の作動流体が、できるだけ液溜めタンク３の出口３Ｃに近い位置から液溜めタンク３に入るようにしている。これにより、凝縮器２で冷却され、蒸気泡を含んでいない液相の作動流体が優先的に液溜めタンク３の出口３Ｃから出て、液輸送ポンプ８によって、蒸発器１へ供給されるようにしている。
また、液溜めタンク３の出口３Ｃを下方に設置することで、蒸気泡を含んでいる液相の作動流体が液溜めタンク３に流入した場合であっても、蒸気泡がタンク３内で上方に分離されて取り除かれ、液溜めタンク３の出口から流出する作動流体に蒸気泡が含まれないようにしている。
上述のように構成される冷却装置は、例えばコンピュータなどの電子装置２０に備えられる電子部品２１を冷却するのに用いられる（図４参照）。この場合、電子装置２０は、電子部品２１と、この電子部品２１を冷却する冷却装置２２とを備え、冷却装置２２が、上述のように構成され（図１参照）、電子部品２１が、冷却装置２２に含まれる蒸発器１に熱的に接続されているものとなる。
この場合、電子部品２１は、冷却装置２２に含まれる蒸発器１の表面（上側）及び裏面（下側）の少なくとも一方にプリント基板などの配線基板２３を介して接していても良いし（図４参照）、冷却装置２２に含まれる蒸発器１の表面及び裏面の少なくとも一方に直接接していても良い。
例えば、冷却装置２２に含まれる蒸発器１の表面上及び裏面上の少なくとも一方に、電子部品２１が実装されたプリント基板などの配線基板２３を設けても良い（図４参照）。また、プリント基板などの配線基板上に設けられた電子部品の表面上に、冷却装置２２に含まれる蒸発器１が設けられていても良い。また、冷却装置２２に含まれる蒸発器１の表面に電子部品が直接接するように、プリント基板などの配線基板上に設けられた電子部品を設けても良い。なお、電子部品が実装された配線基板には、発熱体としての電子部品からの熱が伝わっており、全体が発熱体となっており、また、板状であるため、これを板状発熱体又は平板型発熱体ともいう。
以下、平板型発熱体２４を効率良く冷却するために平板型蒸発器１を備え、平板型発熱体２４が平板型蒸発器１の表面及び裏面の両面に設けられている電子装置２０を例に挙げて、図４、図５を参照しながら説明する。
蒸発器１は、図４に示すように、液入口１３Ａと、液出口１３Ｂと、蒸気出口１３Ｃとを有するケース１３（ここでは金属ケース）と、樹脂製多孔質体からなるウィック１２と、樹脂製の液入口側マニホールド２５と、樹脂製の液出口側マニホールド２６とを備える。
ここで、ウィック１２は、平板状部分１２Ａと、平板状部分１２Ａの表面上及び裏面上のそれぞれに設けられ、一の方向に延び、平行に並んだ複数の凸部１２Ｂと、平板状部分１２Ａの内部に設けられ、一の方向に直交する他の方向に延び、平行に並んだ複数の貫通穴１２Ｃとを備える。
ここでは、図４に示すように、表面側に断面四角形状の複数の凸部１２Ｂを有し、裏面側に断面半円形状の複数の凹部１２ＣＸを有する２つの樹脂製多孔質板１２ＡＸの裏面同士を貼り合わせて、平板状部分１２Ａ、凸部１２Ｂ、貫通穴１２Ｃを備えるウィック１２を形成している。
そして、ウィック１２をケース１３内に収納すると、表面上に設けられた複数の凸部１２Ｂのそれぞれの表面が、ケース１３の上部壁面に接し、裏面上に設けられた複数の凸部１２Ｂのそれぞれの表面が、ケース１３の下部壁面に接するようになっている。
これにより、ケース１３の上部壁面、ウィック１２の平板状部分１２Ａ及び凸部１２Ｂに囲まれた複数の領域が、一の方向に延び、平行に並んだ複数の貫通穴となり、これが気相の作動流体が流れる蒸気流路１０となる。つまり、ウィック１２の表面上に設けられた複数の凸部１２Ｂの間は溝１５になっており、これらの複数の溝１５の上部がケース１３の上部壁面で閉じられて、蒸気流路１０となる。
同様に、ケース１３の下部壁面、ウィック１２の平板状部分１２Ａ及び凸部１２Ｂに囲まれた複数の領域も、一の方向に延び、平行に並んだ複数の貫通穴となり、これが気相の作動流体が流れる蒸気流路１０となる。つまり、ウィック１２の裏面上に設けられた複数の凸部１２Ｂの間は溝１５になっており、これらの複数の溝１５の上部がケース１３の下部壁面で閉じられて、蒸気流路１０となる。
このように、本実施形態では、蒸発器１は、ウィック１２の平板状部分１２Ａを挟んで両側のそれぞれに複数の蒸気流路１０を備える。
また、ウィック１２の平板状部分１２Ａの内部に設けられた複数の貫通穴１２Ｃが、液相の作動流体が流れる液流路１１となる。つまり、ウィック１２の平板状部分１２Ａの表面上及び裏面上に設けられた蒸気流路１０と、ウィック１２の平板状部分１２Ａの内部に設けられた液流路１１とは、ウィック１２の平板状部分１２Ａによって隔てられている。そして、ウィック１２の毛管力によって、液流路１１に供給された液相の作動流体が、ウィック１２の空孔を通過して、蒸気流路１０側へ染み出すようになっている。
また、本実施形態では、複数の液流路１１は、一の方向に直交する他の方向に延び、平行に並んでいる。つまり、本実施形態では、液流路１１と蒸気流路１０とは互いに直交する方向に延びている。このため、後述するように、蒸発器１の互いに直交する壁面に液出口１３Ｂと蒸気出口１３Ｃとを設けることができる。つまり、蒸発器１の互いに直交する壁面に液戻り管７と蒸気管４とを接続することができる。これにより、簡易な構成で、液流路１１を流れる液相の作動流体と蒸気流路１０を流れる気相の作動流体とを確実に分離して、液相の作動流体が液戻り管７へ流出し、気相の作動流体が蒸気管４へ流出するようにすることができる。
このように、本実施形態では、蒸発器１は、複数の蒸気流路１０を含む蒸気流路層、複数の液流路１１を含む液流路層、複数の蒸気流路１０を含む蒸気流路層を積層した３層構造になっている。つまり、外側の２つの層が蒸気流路層になっており、これらの２つの蒸気流路層に挟まれた内側の１つの層が液流路層になっている。このように、蒸発器１は、ウィック１２の上側に設けられた蒸気流路１０（第１蒸気流路）と、ウィック１２の下側に設けられた蒸気流路１０（第２蒸気流路）と、ウィック１２の内部に設けられた液流路１１とを備える。ここで、平板型蒸発器１の場合、外側の蒸気流路層の高さは約１ｍｍ以下にするのが好ましく、内側の液流路層の高さは約２ｍｍ以下にするのが好ましい。
具体的には、本実施形態では、ウィック１２は、空孔率約４０％、平均孔径が約５μｍであるＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）樹脂製多孔質体からなる。また、ウィック１２は、その厚さ、即ち、表面上の凸部１２Ｂの表面から裏面上の凸部１２Ｂの表面までの厚さが約４ｍｍであり、平面方向寸法が約１１０ｍｍ×約１１０ｍｍである。また、蒸気流路１０の断面は約１ｍｍ×約１ｍｍであり、複数の蒸気流路１０が約２ｍｍ間隔（ピッチ）で平行に並んでいる。また、液流路１１の断面の直径は約１ｍｍであり、複数の液流路１１が約２ｍｍ間隔（ピッチ）で平行に並んでいる。また、蒸気流路１０と液流路１１とを隔てているウィック１２の平板状部分１２Ａの厚さは、最も薄い部分で約０．５ｍｍである。
そして、このように構成されるウィック１２は、図５に示すように、その液流路１１の一方の側に液入口側マニホールド２５が取り付けられ、他方の側に液出口側マニホールド２６が取り付けられて、ケース１３内に収納されている。つまり、ケース１３は、一の壁面に液入口１３Ａを備え、一の壁面の反対側の壁面に液出口１３Ｂを備え、一の壁面に直交する壁面に蒸気出口１３Ｃを備える。そして、液入口側マニホールド２５及び液出口側マニホールド２６が取り付けられたウィック１２は、その液流路１１がケース１３の一の壁面から反対側の壁面へ向けて延びるように、ケース１３内に収納されている。これにより、ウィック１２の蒸気流路１０は、一の壁面に直交する壁面から反対側の壁面へ向けて延びることになる。また、ケース１３の液入口１３Ａには、液入口側マニホールド２５の開口部及び液供給管６が接続されており、液出口１３Ｂには、液出口側マニホールド２６の開口部及び液戻り管７が接続されており、蒸気出口１３Ｃには蒸気管４が接続されている。このように、液供給管６、液入口側マニホールド２５、ウィック１２の液流路１１、液出口側マニホールド２６及び液戻り管７が連通し、ウィック１２の蒸気流路１０及び蒸気管４が連通するように、ウィック１２等がケース１３内に収納され、ケース１３に液供給管６等が取り付けられている。
具体的には、本実施形態では、液入口側マニホールド２５及び液出口側マニホールド２６は、例えばＭＣナイロンからなる樹脂製マニホールドである。また、ケース１３は、壁面の厚さが約０．３ｍｍの銅ケースである。ここでは、ケース１３を、上部に開口部を有する銅製の容器と、上部の開口部をふさぐ銅製の蓋とを備えるものとし、ウィック１２等を収納した後、容器と蓋とを溶接して密閉するようにしている。
そして、図４に示すように、上述のように構成される平板型蒸発器１のケース１３の両面、即ち、上面上及び下面上に、複数の電子部品２１（発熱部品）が実装されたプリント基板２３、即ち、平板型発熱体２４が設けられている。つまり、平板型蒸発器１のケース１３の両面、即ち、上面及び下面に、平板型発熱体２４が熱的に接続されている。
具体的には、平板型蒸発器１のケース１３の上面と、平板型発熱体２４の裏面、即ち、複数の電子部品２１を搭載したプリント基板２３の裏面とが、サーマルグリースを介して密着しており、平板型発熱体２４からの熱が平板型蒸発器１に伝わるようになっている。同様に、平板型蒸発器１のケース１３の下面と、平板型発熱体２４の裏面、即ち、複数の電子部品２１を搭載したプリント基板２３の裏面とが、サーマルグリースを介して密着しており、平板型発熱体２４からの熱が平板型蒸発器１に伝わるようになっている。ここで、平板型発熱体２４の発熱量は、例えば約１５０Ｗである。この場合、平板型蒸発器１には、上面及び下面のそれぞれから約１５０Ｗ、トータルで約３００Ｗの熱量が入力されることになる。
ところで、上述の複数の電子部品２１が実装されたプリント基板２３は、電子装置２０に備えられるものである。このため、上述の複数の電子部品２１が実装されたプリント基板２３に熱的に接続された平板型蒸発器１は、電子装置２０に備えられる電子部品２１を冷却するために、電子装置２０に備えられる冷却装置２２に含まれるものである。したがって、平板型蒸発器１は、上述のように構成される冷却装置２２に含まれる凝縮器２、液溜めタンク３及び液輸送ポンプ８に接続されている（図１参照）。
具体的には、凝縮器２は、蒸発器１から約３００ｍｍ離れた位置に設置されている。そして、凝縮器２の入口は、蒸気管４を介して、上述の平板型蒸発器１の蒸気出口１３Ｃに接続されている。また、凝縮器２は、長さ約３００ｍｍ、外径約６ｍｍ、内径約５ｍｍの銅パイプを例えば４回折り曲げ、銅パイプの周りに図示しないアルミ放熱フィン（放熱部材）をかしめて構成されている。また、凝縮器２と、図示しない送風ファン（冷却手段）とを備える凝縮装置を備えるものとし、放熱フィンに対して空気を送風し、強制的に空気冷却することによって冷却能力を高めるようにしても良い。また、蒸気管４は、外径約６ｍｍ、内径約５ｍｍの銅パイプである。なお、放熱フィンに代えて放熱板などの他の放熱部材を設けても良い。また、放熱部材を設けずに、パイプに対して直接空気を送風して冷却するようにしても良い。また、ここでは、空気の自然対流又は空気の送風によって空気冷却する空冷式を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、水で冷却する水冷式の冷却手段によって冷却するようにしても良い。つまり、凝縮装置は水冷式の冷却手段を備えるものであっても良い。
また、液溜めタンク３は、上述の平板型蒸発器１に隣接して設置されている。そして、液溜めタンク３の第１の入口３Ａは、液管５を介して、凝縮器２の出口に接続されており、液溜めタンク３の第２の入口３Ｂは、液戻り管７を介して、上述の平板型蒸発器１の液出口１３Ｂに接続されており、液溜めタンク３の出口は、液供給管６及び液輸送ポンプ８を介して、上述の平板型蒸発器１の液入口１３Ａに接続されている。また、液溜めタンク３は、壁面厚さ約０．３ｍｍのステンレス製のタンクであり、外形サイズが底面約５０ｍｍ×約３５ｍｍ、高さ約２５ｍｍである。また、液管５は、外径４ｍｍ、内径３ｍｍの銅パイプである。また、液供給管６は、外径約４ｍｍ、内径約３ｍｍのステンレスパイプであり、液戻り管７は、外径約４ｍｍ、内径約３ｍｍの銅管である。また、液輸送ポンプ８は、例えば電磁駆動ピストン方式マイクロポンプ（シナノケンシ：PPLP-03060-001）を用いた。ここでは、例えば作動流体としてエタノールを用いると、その蒸発潜熱量は約８５５ｋＪ／ｋｇ、密度は約７８５ｋｇ／ｍ３であるため、１ｃｃあたり約６７１Ｊの熱量を輸送することが可能である。平板型発熱体２４から平板型蒸発器１に伝わる熱量が約３００Ｗ（＝３００Ｊ／ｓ）とすると、１ｓ間に約０．４５ｃｃ以上の流量が必要である。このため、液輸送ポンプ８で循環させる液量は０．５ｃｃ／ｓ（＝３０ｃｃ／ｍｉｎ）とした。なお、液輸送ポンプ８は、ピエゾ素子駆動のダイアフラム式ポンプや遠心ターボ型ポンプなどを用いても良い。
したがって、本実施形態にかかる冷却装置及び電子装置によれば、液相の作動流体に蒸気泡が発生した場合であっても、蒸気泡を容易に除去することができ、安定した冷却性能が得られるという利点がある。
特に、上述の実施形態のように薄型平板状蒸発器１を備える冷却装置とすることで、発熱量の大きな電子部品やプリント基板（配線基板）などの平板型発熱体を効率良く冷却することができる。また、蒸発潜熱と蒸気圧を利用して熱輸送を行なうことができるため、小型の液輸送ポンプ８を設ければ良い。このため、コンピュータなどの電子装置の高性能化が可能となる。
実際に、上述の具体的な構成例として説明した冷却装置２２（図４，図５参照）を用いて、実働している電子部品２１を搭載したプリント基板２３（トータル約３００Ｗの発熱量）を冷却し、電子部品２１の温度を計測したところ、いずれの電子部品２１も約８０℃以下の温度を保ち、良好に冷却できることが確認できた。
また、電子部品２１を搭載したプリント基板２３の発熱量が最大約３００Ｗの範囲であれば、蒸発器１内のウィック１２がドライアウトして電子部品２１が異常に高温になることはなく、安定した冷却性能が得られることが確認できた。
なお、本発明は、上述した実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
例えば、上述の実施形態における冷却装置の性能をさらに向上させるために、液戻り管７に放熱部材を設けて、積極的に放熱させるようにしても良い。例えば、放熱部材として液戻り管７の一部に放熱フィンや放熱板を設ければ良い。また、送風ファン（冷却手段）を設け、液戻り管７に設けられた放熱部材に対して空気を送風することで、強制的に空気冷却するようにしても良い。なお、放熱部材を設けずに、液戻り管７に対して直接空気を送風して冷却するようにしても良い。また、ここでは、空気の自然対流又は空気の送風によって空気冷却する空冷式を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、水で冷却する水冷式の冷却手段の冷却手段によって冷却するようにしても良い。この場合、液戻り管７の冷却手段は、凝縮装置の冷却手段とは別個に設けることになる。
また、図６に示すように、液戻り管７の一部を、凝縮器２と、図示しない送風ファン（冷却手段）とを備える凝縮装置の内部に設けることで、積極的に放熱させ、冷却するようにしても良い。例えば、液戻り管７に放熱部材を設ける場合、液戻り管７の放熱部材が設けられている部分を凝縮装置の内部に設ければ良い。この場合、液戻り管７を冷却するための送風ファンなどの冷却手段として、凝縮装置の冷却手段を兼用することができる。これにより、凝縮装置における冷却能力を利用して液戻り管７を流れる作動流体を冷却することが可能となる。また、例えば、液戻り管７に放熱部材を設けない場合は、凝縮装置の冷却手段によって液戻り管７を直接冷却することになる。
これにより、液戻り管７を流れる液相の作動流体に含まれる蒸気泡を積極的に取り除くことが可能となる。また、例えば蒸発器１に流入する熱量が多い場合、ウィック１２を伝わって液流路１１内を流れる液相の作動流体の温度が上昇しやすいが、このような場合にも、液戻り管７を流れる液相の作動流体を積極的に冷却することで、冷却性能を向上させることが可能である。
また、上述の実施形態では、平板型蒸発器１の両面に平板型発熱体２４を設ける場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではない。
例えば図７に示すように、平板型蒸発器１の片面に平板型発熱体２４を設け、平板型蒸発器１と平板型発熱体２４とが熱的に接続されるようにしても良い。
この場合、ウィック１２は、表面側に設けられ、一の方向に延び、平行に並んだ断面四角形状の複数の凸部１２Ｂと、裏面側に設けられ、一の方向に直交する他の方向に延び、平行に並んだ断面半円形状の複数の凹部１２ＣＸとを備える樹脂製多孔質板とすれば良い。
そして、ウィック１２をケース１３内に収納した場合に、複数の凸部１２Ｂが形成されている側の表面が、ケース１３の上部壁面に接し、複数の凹部１２ＣＸが形成されている側の表面が、ケース１３の下部壁面に接するようにすれば良い。
これにより、ケース１３の上部壁面、凸部１２Ｂの側面及び複数の凸部１２Ｂ間の底面に囲まれた複数の領域が、一の方向に延び、平行に並んだ複数の貫通穴となり、これが気相の作動流体が流れる蒸気流路１０となる。つまり、ウィック１２の表面上に設けられた複数の凸部１２Ｂの間は溝１５になっており、これらの複数の溝１５の上部がケース１３の上部壁面で閉じられて、蒸気流路１０となる。また、ケース１３の下部壁面及び凹部１２ＣＸに囲まれた複数の領域が、一の方向に延び、平行に並んだ複数の貫通穴１２Ｃとなり、これが液相の作動流体が流れる液流路１１となる。この場合、平板型蒸発器１の蒸気流路１０が設けられている側の表面に平板型発熱体２４が熱的に接続されることになる。つまり、電子部品２１は、平板型蒸発器１の蒸気流路１０が設けられている側に熱的に接続されることになる。
この場合、平板型蒸発器１は、ウィック１２の上側、即ち、平板型発熱体２４に接する側に蒸気流路１０を備え、ウィック１２の下側、即ち、平板型発熱体２４に接する側の反対側に液流路１１を備えることになる。つまり、平板型蒸発器１は、複数の蒸気流路１０を含む蒸気流路層、複数の液流路１１を含む液流路層を積層した２層構造になる。このように、蒸発器１は、ウィック１２の上側及び下側の一方の側に設けられた蒸気流路１０と、ウィック１２の上側及び下側の他方の側に設けられた液流路１１とを備える。ここで、平板型蒸発器１の場合、上側の蒸気流路層の高さは約１ｍｍ以下にするのが好ましく、下側の液流路層の高さは約１ｍｍ以下にするのが好ましい。このような平板型蒸発器１は、上述の実施形態のものと比較して、より薄型化が可能である。
具体的には、ウィック１２の厚さ、即ち、表面上の凸部１２Ｂの表面から裏面上の凸部１２Ｂの表面までの厚さは、約２ｍｍである。また、液流路１１の断面の高さは約０．５ｍｍである。なお、その他の寸法は、上述の実施形態の具体的な構成例の場合と同様である。
そして、このように構成されるウィック１２は、図８に示すように、その液流路１１の一方の側に液入口側マニホールド２５が取り付けられ、他方の側に液出口側マニホールド２６が取り付けられて、ケース１３内に収納される。つまり、ケース１３は、一の壁面に液入口１３Ａを備え、一の壁面の反対側の壁面に液出口１３Ｂを備え、一の壁面に直交する壁面に蒸気出口１３Ｃを備える。そして、液入口側マニホールド２５及び液出口側マニホールド２６が取り付けられたウィック１２は、その液流路１１がケース１３の一の壁面から反対側の壁面へ向けて延びるように、ケース１３内に収納される。これにより、ウィック１２の蒸気流路１０は、一の壁面に直交する壁面から反対側の壁面へ向けて延びることになる。また、ケース１３の液入口１３Ａには、液入口側マニホールド２５の開口部及び液供給管６が接続され、液出口１３Ｂには、液出口側マニホールド２６の開口部及び液戻り管７が接続され、蒸気出口１３Ｃには蒸気管４が接続される。このように、液供給管６、液入口側マニホールド２５、ウィック１２の液流路１１、液出口側マニホールド２６及び液戻り管７が連通し、ウィック１２の蒸気流路１０及び蒸気管４が連通するように、ウィック１２等がケース１３内に収納され、ケース１３に液供給管６等が取り付けられる。なお、マニホールド２５、２６やケース１３の材料、寸法等の具体的な構成は、上述の実施形態の具体的な構成例の場合と同様である。
また、図７に示すように、平板型蒸発器１のケース１３の上面と、平板型発熱体２４の裏面、即ち、複数の電子部品２１を搭載したプリント基板２３の裏面とが、サーマルグリースを介して密着しており、平板型発熱体２４からの熱が平板型蒸発器１に伝わるようになっている。ここで、平板型発熱体２４の発熱量は、例えば約１００Ｗである。つまり、平板型発熱体２４に含まれる複数の電子部品２１の発熱量は、トータルで約１００Ｗである。このため、この熱量が平板型蒸発器１に入力されることになる。
また、平板型蒸発器１は、上述の実施形態の場合と同様に、冷却装置２２に含まれる凝縮器２、液溜めタンク３及び液輸送ポンプ８に接続されている（図１参照）。
具体的には、凝縮器２は、長さ約３００ｍｍ、外径約４ｍｍ、内径約３ｍｍの銅パイプを例えば４回折り曲げ、銅パイプの周りに図示しないアルミ放熱フィン（放熱部材）をかしめて構成されている。また、蒸気管４は、外径約４ｍｍ、内径約３ｍｍの銅パイプである。また、液管５は、外径３ｍｍ、内径２ｍｍの銅パイプである。また、液供給管６は、外径約３ｍｍ、内径約２ｍｍのステンレスパイプであり、液戻り管７は、外径約３ｍｍ、内径約２ｍｍの銅管である。また、液輸送ポンプ８は、図９に示すように、例えばピエゾ式マイクロポンプ（高砂電器ＳＤＭＰ３２０；標準流量２０ｍｌ／ｍｉｎ、最大ポンプ圧力３５ｋＰａ、外形寸法３３ｍｍ×３３ｍｍ×５．５ｍｍ）を用いた。ここでは、例えば作動流体としてエタノールを用いると、その蒸発潜熱量は約８５５ｋＪ／ｋｇ、密度は約７８５ｋｇ／ｍ３であるため、１ｃｃあたり約６７１Ｊの熱量を輸送することが可能である。平板型発熱体２４から平板型蒸発器１に伝わる熱量が約１００Ｗ（＝１００Ｊ／ｓ）とすると、１ｓ間に約０．１５ｃｃ以上の流量が必要である。このため、液輸送ポンプ８で循環させる液量は０．１６６ｃｃ／ｓ（＝１０ｃｃ／ｍｉｎ）とした。なお、液輸送ポンプ８は、電磁駆動ピストン方式マイクロポンプや遠心ターボ型ポンプなどを用いても良い。また、その他の寸法等の具体的な構成は、上述の実施形態の具体的な構成例の場合と同様である。
実際に、このような冷却装置２２を用いて、実働している電子部品２１を搭載したプリント基板２３（トータル約１００Ｗの発熱量）を冷却し、電子部品２１の温度を計測したところ、いずれの電子部品２１も約８０℃以下の温度を保ち、良好に冷却できることが確認できた。また、電子部品２１を搭載したプリント基板２３の発熱量が最大約１００Ｗの範囲であれば、蒸発器１内のウィック１２がドライアウトして電子部品２１が異常に高温になることはなく、安定した冷却性能が得られることが確認できた。
また、例えば図１０に示すように、平板型発熱体２４の両面に、即ち、上面及び下面に、それぞれ、第１平板型蒸発器１Ｘ、第２平板型蒸発器１Ｙを設け、これらの第１及び第２平板型蒸発器１Ｘ、１Ｙと平板型発熱体２４とが熱的に接続されるようにしても良い。つまり、上述の図７に示すように平板型蒸発器１の上に平板型発熱体２４を熱的に接続し、さらに、平板型発熱体２４の上に平板型蒸発器１を熱的に接続しても良い。
この場合、第１及び第２平板型蒸発器１Ｘ、１Ｙは、平板型発熱体２４に接する側に蒸気流路１０を備え、平板型発熱体２４に接する側の反対側に液流路１１を備えることになる。つまり、第１平板型蒸発器１Ｘは、ウィック１２（第１多孔質体）の上側及び下側の一方の側に設けられた蒸気流路１０（第１蒸気流路）と、ウィック１２の上側及び下側の他方の側に設けられた液流路１１（第１液流路）とを備える。また、第２平板型蒸発器１Ｙは、ウィック１２（第２多孔質体）の上側及び下側の一方の側に設けられた蒸気流路１０（第２蒸気流路）と、ウィック１２の上側及び下側の他方の側に設けられた液流路１１（第２液流路）とを備える。そして、電子部品２１の裏面側に第１平板型蒸発器１Ｘの蒸気流路１０が設けられている側が熱的に接続されており、電子部品２１の表面側に第２平板型蒸発器１Ｙの蒸気流路１０が設けられている側が熱的に接続されている。なお、第１及び第２平板型蒸発器１Ｘ、１Ｙの構成及び具体的な構成例は、上述の図７及び図８に示す平板型蒸発器１と同様である。
また、図１０に示すように、第１平板型蒸発器１Ｘのケース１３の上面、即ち、蒸気流路１０側のケース１３の表面と、平板型発熱体２４の下面、即ち、複数の電子部品２１を搭載したプリント基板２３の裏面とが、サーマルグリースを介して密着している。また、第２平板型蒸発器１Ｙのケース１３の下面、即ち、蒸気流路１０側のケース１３の表面と、平板型発熱体２４の上面、即ち、プリント基板２３上に搭載された複数の電子部品２１の表面とが、サーマルグリースを介して密着している。これにより、平板型発熱体２４からの熱が、上下の第１及び第２平板型蒸発器１Ｘ、１Ｙに伝わるようになっている。ここで、平板型発熱体２４の発熱量は、例えば約２００Ｗである。つまり、平板型発熱体２４に含まれる複数の電子部品２１の発熱量は、トータルで約２００Ｗである。このため、この熱量が上下の第１及び第２平板型蒸発器１Ｘ、１Ｙに入力されることになる。
また、第１及び第２平板型蒸発器１Ｘ、１Ｙは、図１１に示すように、冷却装置２２に含まれる凝縮器２、液溜めタンク３及び液輸送ポンプ８に接続されている。
ここでは、凝縮器２に接続された蒸気管４が２つに分岐されており、第１及び第２平板型蒸発器１Ｘ、１Ｙのそれぞれに接続されている。つまり、凝縮器２と第１平板型蒸発器１Ｘとを接続する蒸気管４Ｘに、第２平板型蒸発器１Ｙに接続された蒸気管４Ｙが接続されている。
また、液溜めタンク３に接続された液戻り管７が２つに分岐されており、第１及び第２平板型蒸発器１Ｘ、１Ｙのそれぞれに接続されている。つまり、液溜めタンク３と第１平板型蒸発器１Ｘとを接続する液戻り管７Ｘに、第２平板型蒸発器１Ｙに接続された液戻り管７Ｙが接続されている。
また、液輸送ポンプ８を介して液溜めタンク３に接続された液供給管６が２つに分岐されており、第１及び第２平板型蒸発器１Ｘ、１Ｙのそれぞれに接続されている。つまり、液輸送ポンプ８を介して液溜めタンク３と第１平板型蒸発器１Ｘとを接続する液供給管６Ｘに、第２平板型蒸発器１Ｙに接続された液供給管６Ｙが接続されている。
このように、ここでは、第１平板型蒸発器１Ｘと第２平板型蒸発器１Ｙとが並列に接続されている。つまり、液溜めタンク３、液供給管６Ｘ、第１平板型蒸発器１Ｘ、蒸気管４Ｘ、凝縮器２、液管５からなる経路に、液供給管６Ｙ、第２平板型蒸発器１Ｙ、蒸気管４Ｙからなる経路が並列に接続されている。また、液溜めタンク３、液供給管６Ｘ、第１平板型蒸発器１Ｘ、液戻り管７Ｘからなる経路に、液供給管６Ｙ、第２平板型蒸発器１Ｙ、液戻り管７Ｙからなる経路が並列に接続されている。
なお、これに限られるものではなく、第１平板型蒸発器１Ｘと第２平板型蒸発器１Ｙとを直列に接続しても良い。つまり、液供給管６Ｙに代えて、第１平板型蒸発器１Ｘの液流路１１の出口に接続される液戻り管７Ｘを、第２平板型蒸発器１Ｙの液流路１１の入口に接続するとともに、液戻り管７Ｘに代えて、第２平板型蒸発器１Ｙの液流路１１の出口に接続される液戻り管７Ｙを、液溜めタンク３に接続しても良い。この場合、凝縮器２に接続される蒸気管４（４Ｘ、４Ｙ）が、第１及び第２平板型蒸発器１Ｘ、１Ｙのそれぞれに接続される。また、液輸送ポンプ８を介して液溜めタンク３に接続される液供給管６（６Ｘ）が、第１平板型蒸発器１Ｘの液流路１１の入口に接続される。また、第２平板型蒸発器１Ｙの液流路１１の入口に接続される液供給管６（６Ｙ）が、第１平板型蒸発器１Ｘの液流路１１の出口に接続される。また、第２平板型蒸発器１Ｙの液流路１１の出口に接続される液戻り管７（７Ｙ）が、液溜めタンク３に接続される。これにより、液相の作動流体は、液溜めタンク３から液供給管６Ｘを経て第１平板型蒸発器１Ｘに供給された後、液供給管としての液戻り管７Ｘを経て第２平板型蒸発器１Ｙに供給され、液戻り管７Ｙを経て液溜めタンク３へ戻されることになる。
また、液輸送ポンプ８は、例えば電磁駆動ピストン方式マイクロポンプ（シナノケンシ：PPLP-03060-001）を用いた（図３参照）。ここでは、例えば作動流体としてエタノールを用いると、その蒸発潜熱量は約８５５ｋＪ／ｋｇ、密度は約７８５ｋｇ／ｍ３であるため、１ｃｃあたり約６７１Ｊの熱量を輸送することが可能である。平板型発熱体２４から第１及び第２平板型蒸発器１Ｘ、１Ｙに伝わる熱量が約２００Ｗ（＝２００Ｊ／ｓ）とすると、１ｓ間に約０．３ｃｃ以上の流量が必要である。このため、液輸送ポンプ８で循環させる液量は０．３３３ｃｃ／ｓ（＝２０ｃｃ／ｍｉｎ）とした。なお、液輸送ポンプ８は、ピエゾ素子駆動のダイアフラム式ポンプや遠心ターボ型ポンプなどを用いても良い。
なお、その他の寸法等の具体的な構成は、上述の図７及び図８に示す平板型蒸発器１を用いた場合と同様である。
また、図１１では、液戻り管７の一部を、凝縮器２と、図示しない送風ファン（冷却手段）とを備える凝縮装置の内部に設けることで、積極的に放熱させ、冷却するようにしているが、これに限られるものではなく、例えば、上述の実施形態（図１参照）のものと同様に構成しても良い。
実際に、このような冷却装置２２を用いて、実働している電子部品２１を搭載したプリント基板２３（トータル約２００Ｗの発熱量）を冷却し、電子部品２１の温度を計測したところ、いずれの電子部品２１も約８０℃以下の温度を保ち、良好に冷却できることが確認できた。また、電子部品２１を搭載したプリント基板２３の発熱量が最大約２００Ｗの範囲であれば、蒸発器１Ｘ、１Ｙ内のウィック１２がドライアウトして電子部品２１が異常に高温になることはなく、安定した冷却性能が得られることが確認できた。
特に、上述のような第１及び第２平板型蒸発器１Ｘ、１Ｙは、上述の実施形態のものと比較して、より薄型化が可能であり、発熱体２４の上下に設けることができる。このため、高密度実装を実現するための例えば３Ｄ積層パッケージのような発熱の大きい発熱体２４を効率的に冷却することが可能となる。
例えば図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）に示すように、３Ｄ積層パッケージ３０は、複数の半導体チップ３１、３１Ｘ（ＬＳＩチップ）を３次元に積層させた構造を有する３次元積層パッケージ（ＬＳＩパッケージ）である。このため、図１２（Ａ）に示すように、３Ｄ積層パッケージ３０を、プリント基板（配線基板）２３上に実装し、その上に、上述の実施形態の平板型蒸発器１を設けたとしても、下層側、即ち、プリント基板２３側に位置する半導体チップ３１Ｘが発生する熱を十分に放熱させるのが難しい。そこで、図１２（Ｂ）に示すように、３Ｄ積層パッケージ３０の表面側に第２平板型蒸発器１Ｙを設けるとともに、プリント基板２３の裏面側に第１平板型蒸発器１Ｘを設けることで、３Ｄ積層パッケージ３０に含まれる各半導体チップ３１、３１Ｘが発生する熱を効率的に放熱させることができるようになる。この場合、上述のように、薄型化された第１及び第２平板型蒸発器１Ｘ、１Ｙを用いることで、図１２（Ａ）に示すような構造のものと比較して、実装高さを高くすることなく、３Ｄ積層パッケージ３０に含まれる各半導体チップ３１、３１Ｘが発生する熱を効率的に放熱させることが可能となる。
また、上述の実施形態では、蒸発器１の蒸気流路１０と液流路１１とが互いに直交する方向に延びるように設けられているが、これに限られるものではない。例えば図１３に示すように、蒸発器１の蒸気流路１０と液流路１１とは同一方向に延びるように設けても良い。
以下、上述の各実施形態及び変形例に関し、更に、付記を開示する。
（付記１）
多孔質体を備え、前記多孔質体によって隔てられた蒸気流路及び液流路を有し、液相の作動流体が蒸発する蒸発器と、
気相の作動流体が凝縮する凝縮器と、
前記液相の作動流体を貯留する液溜めタンクと、
前記蒸発器の前記蒸気流路の出口と前記凝縮器の入口とを接続する蒸気管と、
前記凝縮器の出口と前記液溜めタンクの第１の入口とを接続する液管と、
前記液溜めタンクの出口と前記蒸発器の前記液流路の入口とを接続する液供給管と、
前記蒸発器の前記液流路の出口と前記液溜めタンクの第２の入口とを接続する液戻り管と、
前記液供給管に介装された液輸送手段とを備えることを特徴とする冷却装置。
（付記２）
前記多孔質体は、樹脂製多孔質体であることを特徴とする、付記１に記載の冷却装置。
（付記３）
前記液戻り管に放熱部材が設けられていることを特徴とする、付記１又は２に記載の冷却装置。
（付記４）
前記凝縮器と、冷却手段とを備える凝縮装置を備え、
前記液戻り管は、一部が前記凝縮装置の内部に設けられていることを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項に記載の冷却装置。
（付記５）
前記液溜めタンクの前記第２の入口は、前記第１の入口よりも前記液溜めタンクの前記出口から遠い位置に設けられていることを特徴とする、付記１〜４のいずれか１項に記載の冷却装置。
（付記６）
前記蒸気流路と前記液流路とが互いに直交する方向に延びていることを特徴とする、付記１〜５のいずれか１項に記載の冷却装置。
（付記７）
前記蒸気流路は、前記多孔質体の上側に設けられた第１蒸気流路、及び、前記多孔質体の下側に設けられた第２蒸気流路であり、
前記液流路は、前記多孔質体の内部に設けられた液流路であることを特徴とする、付記１〜６のいずれか１項に記載の冷却装置。
（付記８）
前記蒸気流路は、前記多孔質体の上側及び下側の一方の側に設けられた蒸気流路であり、
前記液流路は、前記多孔質体の上側及び下側の他方の側に設けられた液流路であることを特徴とする、付記１〜６のいずれか１項に記載の冷却装置。
（付記９）
前記多孔質体は、平均孔径が１０μｍ以下であることを特徴とする、付記１〜８のいずれか１項に記載の冷却装置。
（付記１０）
配線基板上に設けられた電子部品と、
前記電子部品を冷却する冷却装置とを備え、
前記冷却装置は、
多孔質体を備え、前記多孔質体によって隔てられた蒸気流路及び液流路を有し、液相の作動流体が蒸発する蒸発器と、
気相の作動流体が凝縮する凝縮器と、
前記液相の作動流体を貯留する液溜めタンクと、
前記蒸発器の前記蒸気流路の出口と前記凝縮器の入口とを接続する蒸気管と、
前記凝縮器の出口と前記液溜めタンクの第１の入口とを接続する液管と、
前記液溜めタンクの出口と前記蒸発器の前記液流路の入口とを接続する液供給管と、
前記蒸発器の前記液流路の出口と前記液溜めタンクの第２の入口とを接続する液戻り管と、
前記液供給管に介装された液輸送手段とを備え、
前記電子部品は、前記蒸発器に熱的に接続されていることを特徴とする電子装置。
（付記１１）
前記多孔質体は、樹脂製多孔質体であることを特徴とする、付記１０に記載の電子装置。
（付記１２）
前記液戻り管に放熱部材が設けられていることを特徴とする、付記１０又は１１に記載の電子装置。
（付記１３）
前記凝縮器と、冷却手段とを備える凝縮装置を備え、
前記液戻り管は、一部が前記凝縮装置の内部に設けられていることを特徴とする、付記１０〜１２のいずれか１項に記載の電子装置。
（付記１４）
前記液溜めタンクの前記第２の入口は、前記第１の入口よりも前記液溜めタンクの前記出口から遠い位置に設けられていることを特徴とする、付記１０〜１３のいずれか１項に記載の電子装置。
（付記１５）
前記蒸気流路は、前記多孔質体の上側に設けられた第１蒸気流路、及び、前記多孔質体の下側に設けられた第２蒸気流路であり、
前記液流路は、前記多孔質体の内部に設けられた液流路であることを特徴とする、付記１０〜１４のいずれか１項に記載の電子装置。
（付記１６）
前記電子部品は、前記蒸発器の上側に熱的に接続された第１電子部品、及び、前記蒸発器の下側に熱的に接続された第２電子部品であることを特徴とする、付記１５に記載の電子装置。
（付記１７）
前記蒸気流路は、前記多孔質体の上側及び下側の一方の側に設けられており、
前記液流路は、前記多孔質体の上側及び下側の他方の側に設けられていることを特徴とする、付記１０〜１４のいずれか１項に記載の電子装置。
（付記１８）
前記電子部品は、前記蒸発器の前記蒸気流路が設けられている側に熱的に接続されていることを特徴とする、付記１７に記載の電子装置。
（付記１９）
前記蒸発器は、前記第１多孔質体の上側及び下側の一方の側に設けられた第１蒸気流路と、前記第１多孔質体の上側及び下側の他方の側に設けられた第１液流路とを備える第１蒸発器、及び、前記第２多孔質体の上側及び下側の一方の側に設けられた第２蒸気流路と、前記第２多孔質体の上側及び下側の他方の側に設けられた第２液流路とを備える第２蒸発器であり、
前記電子部品の裏面側に前記第１蒸発器の前記蒸気流路が設けられている側が熱的に接続されており、前記電子部品の表面側に前記第２蒸発器の前記蒸気流路が設けられている側が熱的に接続されていることを特徴とする、付記１０〜１４のいずれか１項に記載の電子装置。
（付記２０）
前記多孔質体は、平均孔径が１０μｍ以下であることを特徴とする、付記１０〜１９のいずれか１項に記載の電子装置。
１ 蒸発器
１Ｘ 第１平板型蒸発器
１Ｙ 第２平板型蒸発器
２ 凝縮器
３ 液溜めタンク
３Ａ 第１の入口
３Ｂ 第２の入口
３Ｃ 出口
３Ｘ〜３Ｚ 壁面
４ 蒸気管
５ 液管
６ 液供給管
７ 液戻り管
８ 液輸送ポンプ
８Ａ 吸入口
８Ｂ 吐出口
９ 発熱体
１０ 蒸気流路
１１ 液流路
１２ ウィック
１２Ａ 平板状部分
１２ＡＸ 樹脂製多孔質板
１２Ｂ 凸部
１２Ｃ 貫通穴
１２ＣＸ 凹部
１３ ケース
１４ 空洞
１５ 溝
２０ 電子装置
２１ 電子部品
２２ 冷却装置
２３ 配線基板（プリント基板）
２４ 平板型発熱体
２５ 液入口側マニホールド
２６ 液出口側マニホールド
３０ ３Ｄ積層パッケージ
３１、３１Ｘ 半導体チップ

Claims (8)

  1. 多孔質体を備え、前記多孔質体によって隔てられた蒸気流路及び液流路を有し、液相の作動流体が蒸発する蒸発器と、
    気相の作動流体が凝縮する凝縮器と、
    前記液相の作動流体を貯留する液溜めタンクと、
    前記蒸発器の前記蒸気流路の出口と前記凝縮器の入口とを接続する蒸気管と、
    前記凝縮器の出口と前記液溜めタンクの第１の入口とを接続する液管と、
    前記液溜めタンクの出口と前記蒸発器の前記液流路の入口とを接続する液供給管と、
    前記蒸発器の前記液流路の出口と前記液溜めタンクの第２の入口とを接続する液戻り管と、
    前記液供給管に介装された液輸送手段とを備えることを特徴とする冷却装置。
  2. 前記多孔質体は、樹脂製多孔質体であることを特徴とする、請求項１に記載の冷却装置。
  3. 前記液戻り管に放熱部材が設けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の冷却装置。
  4. 前記凝縮器と、冷却手段とを備える凝縮装置を備え、
    前記液戻り管は、一部が前記凝縮装置の内部に設けられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷却装置。
  5. 前記液溜めタンクの前記第２の入口は、前記第１の入口よりも前記液溜めタンクの前記出口から遠い位置に設けられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷却装置。
  6. 前記蒸気流路と前記液流路とが互いに直交する方向に延びていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷却装置。
  7. 前記多孔質体は、平均孔径が１０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷却装置。
  8. 配線基板上に設けられた電子部品と、
    前記電子部品を冷却する冷却装置とを備え、
    前記冷却装置は、
    多孔質体を備え、前記多孔質体によって隔てられた蒸気流路及び液流路を有し、液相の作動流体が蒸発する蒸発器と、
    気相の作動流体が凝縮する凝縮器と、
    前記液相の作動流体を貯留する液溜めタンクと、
    前記蒸発器の前記蒸気流路の出口と前記凝縮器の入口とを接続する蒸気管と、
    前記凝縮器の出口と前記液溜めタンクの第１の入口とを接続する液管と、
    前記液溜めタンクの出口と前記蒸発器の前記液流路の入口とを接続する液供給管と、
    前記蒸発器の前記液流路の出口と前記液溜めタンクの第２の入口とを接続する液戻り管と、
    前記液供給管に介装された液輸送手段とを備え、
    前記電子部品は、前記蒸発器に熱的に接続されていることを特徴とする電子装置。
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