JP2018101655A - 冷却装置、冷却方法、及び熱伝導体 - Google Patents
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Abstract
Description
この密閉容器では、内部に収容された発熱体を搭載する回路基板から発生する熱を、外気へ直接放熱することができないことから、該密閉容器の容器表面を介して外気へ放熱する必要があった。
また、特許文献1では、複数の発熱体を搭載した回路基板51を浸漬した冷却容器52の内壁に、各発熱体間を分離・遮閉するような分離フィン55を内接することにより、発熱体間の蒸発により生じる気泡による作用で、膜沸騰が発生して冷却効率が低下するという課題を解決している。
1に符号1で示すものは装置本体となる密閉容器であって、その内部空間2には液冷媒Rが収容されるとともに、液冷媒Rに浸漬して発熱体Aが配置されている。該発熱体Aは回路基板C上に複数配置されている。
密閉容器1の放熱部3と、該密閉容器1の内部空間2に位置する発熱体Aとの間には、これらを連結する変形可能な熱伝導体4が設けられている。この熱伝導体4として、例えばばね部材などが使用されている。
また、この冷却装置10では、熱伝導体4を併用することにより、発熱体Aからの熱輸送を、液冷媒Rを経由した蒸発と、熱伝導体4を経由した熱伝導とに分散することが可能となり、その結果、特に高温の発熱体Aの近傍における液冷媒Rの気泡生成量を減少させ、周囲にある他の発熱体Aへの影響を軽減させることができ、冷却装置全体の効率向上が可能となる。
また、発熱体Aと放熱部3とを連結する熱伝導体4は、ばね部材等の変形可能な材料により形成されているので、装置の輸送時などに発生する振動や衝撃、及び周辺部材の熱膨張によって発熱体Aに圧力が加わり、発熱体Aが壊れるリスクも軽減することが可能となる。
すなわち、本発明の冷却装置10では、密閉容器1内に発熱量・作動規定温度の異なる発熱体Aが配置されたとしても、該発熱体Aと放熱部3との間に変形可能な熱伝導体4を選択的に設けることにより、特定の発熱体Aの温度上昇及び液冷媒Rの気泡発生を抑制し、冷却装置全体の効率向上が可能となる。
本発明の第1実施形態に係る冷却装置100について、図2の正断面図を参照して詳細に説明する。
図2に符号11で示すものは装置本体となる密閉容器であって、その内部空間12には液冷媒Rが収容されるとともに、液冷媒Rに浸漬して複数の発熱体Aが配置されている。これら発熱体Aは回路基板C上に配置されている。
この密閉容器11の放熱部13と、該密閉容器11の内部空間12に位置する発熱体Aとの間には、これらを連結する弾性変形可能な熱伝導体14が設けられている。
熱伝導体14は液冷媒Rと比較して高い熱伝導率を有する素材で、かつ発熱体Aで生じた熱により膨張する又は容器表面からの外部衝撃を吸収できる弾力性を有するものであり、例として銅製のコイルばねが挙げられる。しかし、この熱伝導体14はコイルばねである必要はなく、さらには銅素材である必要もない。例えば、ステンレス製のスプリングや金たわし、金属ビーズ敷き詰めにより弾力性を有するものであっても良い。
また、熱伝導体14の表面はサンドブラストや微粒子の焼結などを使用し表面を荒らし、拡大した表面積により蒸発が促進されることが望ましい。
その後、気化した液冷媒Rが密閉容器11の内壁に達すると、密閉容器11の内壁に熱を奪われて凝縮し、凝縮熱は放熱フィン13Aを介して外気へ放熱される。
このとき、発熱体Aで発生した熱量は、上述したように液冷媒Rを沸騰させる一方で、その一部が熱伝導体14を介して密閉容器11の内壁へ熱伝導により直接移動することになる。
その結果、密閉容器11の壁面から発熱体Aまでの熱抵抗は低下して、発熱体Aの温度上昇が抑えられるとともに、液冷媒Rの気化量が減少することによって、発生した蒸気の気泡が周囲の発熱体Aの冷却を妨げるリスクも低下する。
さらには、発熱体Aと密閉容器11間は弾力のある熱伝導体14によって接続しているため、装置の輸送時などに発生する振動や衝撃、及び、周辺部材の熱膨張によって発熱体Aに圧力が加わり、発熱体Aが壊れるリスクも軽減する。
前者の相対的に発熱量の大きい発熱体Aは、蒸発による気泡生成量も増加するため、周囲にある他の発熱体Aの蒸発作用を阻害してしまうが、熱伝導体14を併用することにより、発熱量の大きい発熱体Aの熱輸送を蒸発と熱伝導に分散することが可能となる。発熱量の一部を直接容器表面へ移動することが可能となるため、気泡の生成量を減少し、周囲の他の発熱体Aへの影響を軽減させることができる。
また、相対的に作動規定温度が低い発熱体Aは通常発熱量自体も小さいことが多く、そのような発熱体Aが高発熱体Aと共に浸漬された場合、蒸発が起こりづらくなるが、熱伝導体14を併用することにより、局所的に熱抵抗を低下する働きを加えることができる。その結果、密閉装置壁面から発熱体Aまでの熱抵抗は低下し、発熱体Aの温度上昇が抑えられるとともに、冷媒の気化量が減少することによって、発生した蒸気の気泡が周囲の発熱体Aの冷却を妨げるリスクも低下することができる。
また、この冷却装置100では、熱伝導体14を併用することにより、発熱体Aからの熱輸送を、液冷媒Rを経由した蒸発と、熱伝導体14を経由した熱伝導とに分散することができ、その結果、液冷媒Rの気泡生成量を減少させ、周囲にある他の発熱体Aへの影響を軽減させることができ、冷却装置全体の効率向上が可能となる。
また、発熱体Aと放熱部13とを連結する熱伝導体14は、ばね部材等の変形可能な材料により形成されているので、装置の輸送時などに発生する振動や衝撃、及び周辺部材の熱膨張によって発熱体Aに圧力が加わり、発熱体Aが壊れるリスクも軽減することが可能となる。
すなわち、本実施形態の冷却装置100では、密閉容器11内に発熱量・作動規定温度の異なる発熱体Aが配置されたとしても、該発熱体Aと放熱部13との間に変形可能な熱伝導体14を選択的に設けることにより、特定の発熱体Aの温度上昇及び液冷媒Rの気泡発生を抑制し、冷却装置全体の効率を向上させることが可能となる。
本発明の第2実施形態に係る冷却装置101について、図3(A)の正断面図及び図3(B)の斜視図を参照して詳細に説明する。
第2実施形態に示される冷却装置101が、第1実施形態の冷却装置100と構成を異にするのは熱伝導体20の構成である。
熱伝導体20の板ばね21は熱伝導率の高い素材で、かつ装置部品の熱膨張、容器表面からの外部衝撃を変形により吸収できる弾力性を有するものである。熱伝導体20の例として、銅製の板ばねが挙げられるが、素材は銅であることに限定されず、ステンレス等の他の金属であっても良い。
また、本実施形態に示される冷却装置101では、発熱体Aと放熱部13とを連結する熱伝導体20が、弾性変形可能な板ばね21により形成されているので、装置の輸送時などに発生する振動や衝撃、及び周辺部材の熱膨張によって発熱体Aに圧力が加わり、発熱体Aが壊れるリスクも軽減することが可能となる。
さらに、本実施形態に示される冷却装置101では、密閉容器11内に発熱量・作動規定温度の異なる複数の発熱体Aが配置されたとしても、該発熱体Aと放熱部13との間に板ばね21からなる熱伝導体20を選択的に設けることにより、特定の発熱体Aの温度上昇及び液冷媒Rの気泡発生を抑制し、冷却装置全体の効率を向上させることが可能となる。
また、これに限定されず、熱伝導体20として弾力性を有する複数の金属球の集合体を配置しても良い、具体的には密閉容器11内の発熱体Aと、密閉容器11の表面の放熱部13との間の間隙に、弾力性を有する金属ビーズを敷き詰めるようにしても良い。
さらには、熱伝導体20を構成する板ばね21の表面は、サンドブラストや微粒子の焼結などを使用して表面を荒らすことで、表面積を増加させて液冷媒Rの蒸発を促進させるようにしても良い。
本発明の第3実施形態に係る冷却装置102について、図4の正断面図を参照して詳細に説明する。
第3実施形態に示される冷却装置102が、第1及び第2実施形態の冷却装置100、101と構成を異にするのは熱伝導体30の構成である。
熱伝導体30は熱伝導率の高い素材で、かつ装置部品の熱膨張、容器表面からの外部衝撃を吸収できる弾力性を有するものである。熱伝導体30の例として、銅製の板ばねが挙げられるが、素材は銅であることに限定されず、ステンレス等の他の金属であっても良い。
また、本実施形態に示される冷却装置102では、発熱体Aと放熱部13とを連結する熱伝導体30が、弾性変形可能なブロック部材31により構成されているので、装置の輸送時などに発生する振動や衝撃、及び周辺部材の熱膨張によって発熱体Aに圧力が加わり、発熱体Aが壊れるリスクも軽減することが可能となる。
さらに、本実施形態に示される冷却装置102では、密閉容器11内に発熱量・作動規定温度の異なる複数の発熱体Aが配置されたとしても、該発熱体Aと放熱部13との間に弾性変形可能なブロック部材31からなる熱伝導体30を選択的に設けることにより、特定の発熱体Aの温度上昇及び液冷媒Rの気泡発生を抑制し、冷却装置全体の効率を向上させることが可能となる。
このサーマルシート32は、熱伝導体30と密閉容器11の放熱部13との間の接続部に配置されるものであって、弾力性を付与するとともに部材間の熱伝達を円滑にする役目を有している。なお、このサーマルシート32は、第1及び第2実施形態の熱伝導体14、20に適用しても良い。
また、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記述され得るが、当然に、以下に限定されるものではない。
液冷媒が封入された内部空間にて該液冷媒に浸漬して発熱体が配置される密閉容器と、前記密閉容器の表面に形成されて前記液冷媒を介して伝達された熱を外部に放出する放熱部と、前記発熱体と前記放熱部との間に設けられた変形可能な熱伝導体と、を具備することを特徴とする冷却装置。
前記発熱体は前記密閉容器内に複数配置され、前記熱伝導体は、前記複数の発熱体に選択的に配置されていることを特徴とする付記1に記載の冷却装置。
前記熱伝導体は、前記複数の発熱体の中で、相対的に高発熱量の発熱体と、前記密閉容器の放熱部との間に設けられていることを特徴とする特徴とする付記2に記載の冷却装置。
前記熱伝導体は、前記複数の発熱体の中で、相対的に作動規定温度の低い発熱体を前記密閉容器の放熱部に設けられていることを特徴とする付記2又は3のいずれかに記載の冷却装置。
前記熱伝導体は、前記発熱体で生じた熱により膨張する又は外部からの衝撃により変形する弾力性を有する部材であることを特徴とする付記1〜4のいずれかに記載の冷却装置。
前記熱伝導体は、前記液冷媒と比較して高い熱伝導率を有する材料により構成されていることを特徴とする付記1〜5のいずれかに記載の冷却装置。
前記熱伝導体は、少なくともコイルばね、板ばねのいずれかを含む弾性変形可能なばね部材により構成されていることを特徴とする付記1〜6のいずれかに記載の冷却装置。
前記熱伝導体は、内部に空隙を有するポーラス状のブロック部材により構成されていることを特徴とする付記1〜6のいずれかに記載の冷却装置。
前記熱伝導体は、前記発熱体の表面と密閉容器の内面とを結ぶ最短経路より長い熱伝導経路を有する付記1〜8のいずれかに記載の冷却装置。
前記熱伝導体と前記密閉容器の内面との間にはサーマルシートが介在されることを特徴とする付記1〜8のいずれかに記載の冷却装置。
液冷媒が封入された内部空間にて該液冷媒に浸漬して発熱体が配置される密閉容器と、該密閉容器の表面に形成されて前記液冷媒を介して伝達された熱を外部に放出する放熱部と、を具備する冷却装置において、前記発熱体と前記放熱部との間にこれらを連結する変形可能な熱伝導体を設置することを特徴とする冷却装置における冷却方法。
液冷媒が封入された内部空間にて該液冷媒に浸漬して発熱体が配置される密閉容器と、該密閉容器の表面に形成されて前記液冷媒を介して伝達された熱を外部に放出する放熱部とを具備する冷却装置に使用され、前記発熱体と前記放熱部との間に設けられ、変形可能な材料により形成されて発熱体の熱を放熱部に熱伝導させる熱伝導体。
2 内部空間
3 放熱部
4 熱伝導体
10 冷却装置
11 密閉容器
12 内部空間
13 放熱部
14 熱伝導体
20 熱伝導体
30 熱伝導体
100 冷却装置
101 冷却装置
102 冷却装置
A 発熱体
C 回路基板
R 液冷媒
Claims (10)
- 液冷媒が封入された内部空間にて該液冷媒に浸漬して発熱体が配置される密閉容器と、
前記密閉容器の表面に形成されて前記液冷媒を介して伝達された熱を外部に放出する放熱部と、
前記発熱体と前記放熱部との間に設けられた変形可能な熱伝導体と、を具備することを特徴とする冷却装置。 - 前記発熱体は前記密閉容器内に複数配置され、
前記熱伝導体は、前記複数の発熱体に選択的に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の冷却装置。 - 前記熱伝導体は、前記複数の発熱体の中で、相対的に高発熱量の発熱体と、前記密閉容器の放熱部との間に設けられていることを特徴とする特徴とする請求項2に記載の冷却装置。
- 前記熱伝導体は、前記複数の発熱体の中で、相対的に作動規定温度の低い発熱体を前記密閉容器の放熱部に設けられていることを特徴とする請求項2又は3のいずれか一項に記載の冷却装置。
- 前記熱伝導体は、前記発熱体で生じた熱により膨張する又は外部からの衝撃により変形する弾力性を有する部材であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の冷却装置。
- 前記熱伝導体は、少なくともコイルばね、板ばねのいずれかを含む弾性変形可能なばね部材により構成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の冷却装置。
- 前記熱伝導体は、内部に空隙を有するポーラス状のブロック部材により構成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の冷却装置。
- 前記熱伝導体と前記密閉容器の内面との間にはサーマルシートが介在されることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の冷却装置。
- 液冷媒が封入された内部空間にて該液冷媒に浸漬して発熱体が配置される密閉容器と、該密閉容器の表面に形成されて前記液冷媒を介して伝達された熱を外部に放出する放熱部と、を具備する冷却装置において、
前記発熱体と前記放熱部との間にこれらを連結する変形可能な熱伝導体を設置することを特徴とする冷却装置における冷却方法。 - 液冷媒が封入された内部空間にて該液冷媒に浸漬して発熱体が配置される密閉容器と、該密閉容器の表面に形成されて前記液冷媒を介して伝達された熱を外部に放出する放熱部とを具備する冷却装置に使用され、
前記発熱体と前記放熱部との間に設けられ、変形可能な材料により形成されて発熱体の熱を放熱部に熱伝導させる熱伝導体。
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