JP2021190479A

JP2021190479A - 冷却装置

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Publication number: JP2021190479A
Application number: JP2020091716A
Authority: JP
Inventors: 秀雄久保; Hideo Kubo; 厚遠藤; Atsushi Endo; 正英児玉; Masahide Kodama; 慎之介藤原; Shinnosuke Fujiwara
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2020-05-26
Filing date: 2020-05-26
Publication date: 2021-12-13
Anticipated expiration: 2040-05-26
Also published as: US20210372707A1; JP7452253B2

Abstract

【課題】容器内での冷媒の気相と液相との相変化によって熱移動を行う冷却装置において、液相の冷媒を輸送部から蒸発部に移動しやすくする。【解決手段】冷却装置４２は、冷媒が密封された容器４４を有する。容器４４の内部には、液相の冷媒ＲＦを受熱により蒸発させる蒸発部６２と、容器４４の内部で気相の冷媒を放熱により凝縮させる凝縮部７２と、容器４４の内部での冷媒を毛細管現象により蒸発部６２に輸送する管状の輸送部（輸送パイプ７８）と、を有する。さらに、輸送部と蒸発部６２の間に、液相の冷媒ＲＦが輸送部から蒸発部６２に移動する隙間８４Ａを生じさせる隙間部（傾斜部８２Ａ）を有する。【選択図】図７

Description

本願の開示する技術は冷却装置に関する。

半導体素子等の発熱体を冷却する沸騰冷却装置として、冷媒を凝縮させる柱部材を閉空間の沸騰領域に密に配置し、放熱面積を増大して、放熱性を高めた構造がある。

また、複数の凸部及び凹部を設けた２つの板状部材を蒸発器となる領域で対向させ、板状部材の間に大きな毛細管力が発生するようにした構造のループヒートパイプがある。

さらに、冷媒の気化と凝縮の相変化サイクルによる冷却装置として、蒸発部が蒸発容器と、蒸発容器内に配置された冷媒を仕切る隔壁部とを備え、隔壁部の高さが、冷媒の気液界面の高さ以上で、蒸発容器の高さ未満とされた構造がある。

特開平１０−２０９３５６号公報国際公開２０１７／１９５２５４号公報国際公開２０１３／０１８６６７号公報

冷媒が密封された容器内で、液相の冷媒を管状の輸送部によって蒸発部に輸送する構造において、輸送部の管の内径を適切に設定することで、毛細管現象を利用して冷媒を輸送できる。

しかし、輸送部を蒸発部に単に接合すると、輸送部における液相の冷媒の出口部分が蒸発部に覆われてしまい、液相の冷媒が蒸発部に移動しづらくなることがある。

本願の開示技術は、１つの側面として、容器内での冷媒の気相と液相との相変化によって熱移動を行う冷却装置において、液相の冷媒を輸送部から蒸発部に移動しやすくすることが目的である。

本願の開示する技術では、冷媒が密封された容器と、容器の内部で液相の冷媒を受熱により蒸発させる蒸発部と、容器の内部で気相の冷媒を放熱により凝縮させる凝縮部と、容器の内部での冷媒を毛細管現象により蒸発部に輸送する管状の輸送部と、を有する。さらに、輸送部と蒸発部の間に、液相の冷媒が輸送部から蒸発部に移動する隙間を生じさせる隙間部を有する。

本願の開示する技術では、容器内での冷媒の気相と液相との相変化によって熱移動を行う冷却装置において、液相の冷媒を輸送部から蒸発部に移動しやすくできる。

図１は第一実施形態の冷却装置を示す斜視図である。図２は第一実施形態の冷却装置を示す分解斜視図である。図３は第一実施形態の冷却装置を備えた電子機器を冷却装置の内部構造と共に示す部分的平面図である。図４は第一実施形態の冷却装置の内部構造を示す平面図である。図５は第一実施形態の冷却装置を傾いていない状態で示す図４の５−５線断面図である。図６は第一実施形態の冷却装置を傾いた状態で示す断面図である。図７は第一実施形態の冷却装置における輸送パイプの一端部分を蒸発部の一部と共に示す平面図である。図８は第一実施形態の冷却装置における輸送パイプの他端部分を容器の一部と共に示す断面図である。図９は第一実施形態の冷却装置における輸送パイプの一端部分を蒸発部の一部と共に示す側面図である。図１０は輸送パイプの内径と輸送パイプ内を上昇する水柱の高さの関係を示すグラフである。図１１は第一実施形態の冷却装置において冷媒が蒸発する状態を示す断面図である。図１２は第一実施形態の冷却装置において冷媒が凝縮する状態を示す断面図である。図１３は第一実施形態の冷却装置を示す図４の１３−１３線断面図である。図１４は第二実施形態の冷却装置における網部材及びその近傍を拡大して示す斜視図である。図１５は第三実施形態の冷却装置を部分的に示す平断面図である。図１６は第三実施形態の冷却装置を示す図１５の１６−１６線断面図である。図１７は、本開示の冷却装置の内部構造を注入孔及び注入パイプと共に示す平面図である。図１８は、本開示の冷却装置の内部構造を示す図１７の１８−１８線断面図である。図１９は、本開示の冷却装置の注入パイプを未封止の状態で示す断面図である。図２０は、本開示の冷却装置の注入パイプを圧縮して封止した状態で示す断面図である。図２１は、本開示の冷却装置の注入孔を注入パイプ先端の栓により封止した状態で示す断面図である。

第一実施形態の冷却装置４２について、図面に基づいて詳細に説明する。

図１及び図２には、第一実施形態の冷却装置４２が示されている。また、図３には、この冷却装置４２を備えた電子機器３２が示されている。電子機器３２としては、サーバ等の情報通信機器を挙げることができるが、これに限定されない。

電子機器３２は、剛性及び絶縁性を備えた基板３４を有している。基板３４には、複数の素子３６、３８が搭載されている。素子３６、３８の種類は特に限定されないが図３に示す例では、素子３６はプロセッサチップであり、素子３８はメモリチップである。この場合、素子３６は、発熱体の一例である。そして、素子３６を冷却するために、冷却装置４２が素子３６に対し接触して配置される。

図１〜図５に示すように、冷却装置４２は、容器４４を備えている。この容器４４内には、冷媒ＲＦ（図５参照）が密封されている。そして、冷却装置４２は、受熱部４６、放熱部４８及び接続部５０を有している。

冷媒ＲＦの種類は、容器４４内で、液相と気相との相転移を行いつつ循環することで熱を移動させることができれば限定されず、たとえば、水を用いることができる。水の他にも、オイルやアルコールを用いることも可能であるが、水は入手が容易で、且つ取り扱いも容易であり、本実施形態においても水が用いられている。

受熱部４６は、図３に示すように、素子３６に接触配置され、素子３６の熱を受ける部分である。受熱部４６には、液相の冷媒ＲＦをこの熱によって気化させる蒸発部６２が備えられている。

放熱部４８は、受熱部４６から離間して配置され、容器４４に密封された冷媒ＲＦの熱を外部に放出する部分である。放熱部４８には、気相の冷媒ＲＦを放熱によって液化する凝縮部７２が備えられている。

接続部５０は、受熱部４６と放熱部４８とを接続している部分である。そして、接続部５０は、冷媒ＲＦが蒸発部６２と凝縮部７２との間で移動する移動領域７４でもある。なお、気相状態の冷媒ＲＦの熱の一部は、接続部５０においても外部に排出され、冷媒ＲＦが液化される。

図面において、容器４４の幅方向、奥行き方向及び高さ方向を、それぞれ矢印Ｗ、矢印Ｄ及び矢印Ｈで示す。本実施形態では、放熱部４８は受熱部４６よりも幅方向に広く、奥行き方向に短い形状である。接続部５０は、受熱部４６よりも幅方向に狭く、且つ受熱部４６と放熱部４８とを接続するための奥行きを有している。

図２に示すように、容器４４は、底板５２と天板５４との２枚の板材が、厚み方向（高さ方向）に重ねた状態で固定された構造である。

底板５２からは、複数の支柱５６が立設されている。支柱５６の先端（上端）は天板５４に接触しており、天板５４が支柱５６によって支持されている。容器４４の内部は低圧状態に維持されているが、低圧状態であっても、支柱５６によって、天板５４と底板５２の間隔が維持されると共に、容器４４の内部の容積が確保される。

本実施形態では、図２及び図４に示すように、支柱５６は放熱部４８において、容器４４の幅方向に間隔をあけて複数配置され、さらに、接続部５０において、容器４４の奥行方向に間隔をあけて複数配置されている。加えて、受熱部４６においても、蒸発部６２を間において接続部５０の反対側に１つの支柱５６が設けられている。

図２に示すように、底板５２において、受熱部４６の部分には開口５８が形成されている。この開口５８に受熱板６０がはめ込まれることで、底板５２、天板５４及び受熱板６０によって容器４４における密封構造が実現される。

受熱板６０には、複数の柱部材６４が天板５４に向けて立設されている。図５〜図７にも詳細に示すように、複数の柱部材６４は、幅方向及び奥行き方向に一定の間隔をあけて配置されており、柱部材６４の間に、格子状の溝部６６が形成されている。この溝部６６の溝幅Ｗ１は、後述する輸送パイプ７８の内径Ｎ１よりも狭い。

図１１に示すように、溝部６６では、受熱部４６からの熱により、液相の冷媒ＲＦの気化が促進される。この「気化」には、矢印ＧＦで示すように、冷媒ＲＦの表面から気化する「蒸発」の他に、気泡ＧＢで示すように、冷媒ＲＦの内部から気化する「沸騰」も含まれるが、以下では、これらを含めて「蒸発」と表現する。柱部材６４を備えた部分は、このように液相の冷媒ＲＦが蒸発する部分であり、蒸発部６２である。

柱部材６４の先端は、天板５４に接触している。これによっても、容器４４の内部の低圧状態において、天板５４と底板５２の間隔が維持されると共に、容器４４の内部の容積が確保される。

図４に示すように、柱部材６４の周囲では、天板５４と底板５２の間に拡散領域６８が形成されている。蒸発部６２で蒸発した気相の冷媒ＲＦは、拡散領域６８に拡散する。

さらに、受熱部４６と放熱部４８の間では、天板５４と底板５２の間に移動領域７４が形成されている。蒸発部６２で蒸発した気相の冷媒ＲＦは、移動領域７４を通って放熱部４８に移動する。この移動途中で、冷媒ＲＦの熱が容器４４の外部に排出されることで、気相の冷媒ＲＦが凝縮・液化される。すなわち、接続部５０及び放熱部４８は、このように気相の冷媒ＲＦが凝縮される部分でもある。

図１２に示すように、天板５４には、複数の突起７６が底板５２に向けて形成されている。突起７６のそれぞれは、先端側に向かって先細りとなる形状である。このような突起７６を設けたことで、突起７６がない構造と比較して、凝縮部７２における天面の表面積が広くなっている。

図４〜図６に示すように、容器４４の内部には、奥行き方向に延在する輸送パイプ７８が配置されている。輸送パイプ７８は、１本でもよいが、本実施形態では複数本（図１３に示す例では、幅方向に隣接して配置された８本の組が支柱５６を間において２組配置されており、合計で１６本の輸送パイプ７８が配置されている。輸送パイプ７８の長手方向は、容器４４の奥行き方向（矢印Ｄ方向）と一致している。

図７に示すように、輸送パイプ７８の内径Ｎ１は、液相の冷媒ＲＦを毛細管現象により輸送することが可能で、且つ、複数の輸送パイプ７８の全体で蒸発部６２に十分な量の冷媒ＲＦを輸送可能な径に設定されている。輸送パイプ７８は、液相の冷媒ＲＦを毛細管現象によって蒸発部６２に輸送する輸送部の一例である。

輸送パイプ７８の内径Ｎ１は、一端部分７８Ａが他端部分７８Ｂよりも高くなるように冷却装置４２が傾斜した場合でも、他端部分７８Ｂから一端部分７８Ａへ毛細管現象により冷媒ＲＦを輸送できるように、その上限が決められている。

なお、本実施形態では、図１３に示すように、幅方向に隣接して配置された輸送パイプ７８の間と、底板５２の間の空間８０も、液相の冷媒ＲＦを毛細管現象により輸送することが可能な領域である。

輸送パイプ７８の一端部分７８Ａは、図７及び図９にも示すように、柱部材６４に対向している。第一実施形態では、この一端部分７８Ａに、隙間部が設けられている。より具体的には、一端部分において輸送パイプ７８を切り欠くことで、輸送パイプ７８の長手方向に対し傾斜させて傾斜部８２Ａが形成されている。この傾斜部８２Ａは、第一実施形態における隙間部の一例である。

特に、本実施形態では、図９に示すように、傾斜部８２Ａは、柱部材６４から離間するにしたがって、互いに接近するように対で形成された傾斜面８２Ｔを有するＶ字形状である。

傾斜部８２Ａが設けられた部分、すなわち、傾斜面８２Ｔの間の領域は、輸送パイプ７８から蒸発部６２に、液相の冷媒ＲＦが移動する隙間８４Ａである。

傾斜部８２Ａは、１本の輸送パイプ７８において、周方向に一定の間隔をあけて複数形成されている。本実施形態では、図７に示すように、１本の輸送パイプ７８に２つの傾斜部８２Ａが、容器４４の幅方向（矢印Ｗ方向）に離間して形成されている。

輸送パイプ７８の他端部分７８Ｂは、図８に示すように、容器４４の側壁４４Ｓに対向している。この側壁４４Ｓは、奥行方向手前側（凝縮部７２側）の端部をなす側壁である。

輸送パイプ７８の他端部分７８Ｂには、第二隙間部が設けられている。具体的には、他端部分７８Ｂを輸送パイプ７８の長手方向に対し一方向に傾斜させた第二傾斜部８２Ｂが形成されており、側壁４４Ｓと第二傾斜部８２Ｂの間の領域は、凝縮部７２から輸送パイプ７８内に液相の冷媒ＲＦが移動する第二隙間８４Ｂである。

図１３にも示すように、容器４４の内部には、接続部５０の部分に固定具８６が配置されている。固定具８６は、幅方向（矢印Ｗ方向）の両側において、天板５４と底板５２との間にはめ込まれる嵌込部８６Ａと、幅方向の中央において、複数の輸送パイプ７８を底板５２に向かって押し付ける押付部８６Ｂと、を有している。押付部８６Ｂによって、輸送パイプ７８は底板５２に押し付けられて固定される。複数の輸送パイプ７８が底板５２に接触して固定されるので、天板５４と輸送パイプ７８との間には、実質的に気相の冷媒ＲＦが移動するために十分な流路断面積が確保されている。

さらに、輸送パイプ７８の組は、支柱５６と、押付部８６Ｂの側面部８６Ｃとの間に位置するので、幅方向にも保持される。

図１〜図４に示すように、容器４４の底板５２には、締結孔８８が設けられている。この締結孔８８には、ネジ等の締結具が挿通されて基板３４に締結されることで、冷却装置４２が基板３４に固定される。基板３４には冷却対象である素子３６が搭載されているので、冷却装置４２は素子３６に対しても固定される。

なお、天板５４は、底板５２との重なり方向（図１に示す矢印Ａ１方向）にみて、締結孔８８を避ける形状とされている。したがって、冷却装置４２を基板３４に固定する際に、天板５４が邪魔にならずに、締結具に対し締結動作（たとえばネジを回す動作）を行うことが可能である。

図１及び図２に示すように、天板５４には、フィン９０が取り付けられている。フィン９０によって、容器４４の実質的な表面積、すなわち外部に放熱（空冷）するための放熱面積が増えている。特に、本実施形態では、フィン９０が、天板５４の略全域に設置されており、広い放熱面積が確保されている。

図１７及び図１８に示すように、容器４４には、この容器４４の内部と外部とを連通する注入孔９２が設けられている。注入孔９２からは、容器４４の外側へ注入パイプ９６が延出されている。容器４４内に冷媒ＲＦを注入するには、図１９に容器４４内の空気を、真空ポンプ等を用いて排出する。その後、矢印Ｖ１で示すように、注入パイプ９６を通じて冷媒を注入する。そして、容器４４内の冷媒を加熱して沸騰させ、冷媒ＲＦ内の溶解空気を容器４４の外部に排出する。ただし、あらかじめ溶解空気が除去された脱気冷媒を使用する場合は、この作業は不要である。次に、図２０に矢印Ｖ２で示すように、注入パイプ９６を外側から圧縮して封止する。さらに、図２１に示すように、注入パイプ９６の先端に栓９４を詰めることで、注入パイプ９６をより強く封止する。すなわち、注入孔９２が設けられていることで、容器４４の内部に、この注入孔９２を通じて冷媒ＲＦを注入できる。そして、注入後に、注入孔９２を栓９４で封止することで、容器４４の内部に冷媒ＲＦを密封できる。なお、図１７〜図２１以外の図面では、注入孔９２、栓９４及び注入パイプ９６の図示を省略している。

次に、本実施形態の作用を説明する。

図５に示すように、素子３６から受熱部４６が熱を受けると、この熱は、蒸発部６２において、溝部６６にある液相の冷媒ＲＦを気化させる。すなわち、液相の冷媒ＲＦは、冷媒ＲＦ表面からの蒸発（矢印ＧＦ参照）と、冷媒ＲＦ内部からの沸騰（気泡ＧＢ参照）により、気相となる。

気相の冷媒ＲＦは、拡散領域６８に拡散されると共に、移動領域７４を通って放熱部４８に移動する（図６及び図７の矢印Ｆ１参照）。拡散領域６８及び移動領域７４では、気相の冷媒ＲＦの一部がフィン９０を通じた放熱により凝縮され液化される。さらに、気相の状態を維持したまま放熱部４８に達した冷媒ＲＦも、放熱部４８でフィン９０を通じて冷却されることで、凝縮され液化される。このように気相の冷媒ＲＦが液化されることで、凝縮熱が天板５４から、容器４４の外部に放出される。結果的に、素子３６の熱が、外部の空気中に排出される。

図４に示すように、凝縮部７２は、幅方向（矢印Ｗ方向）において、蒸発部６２よりも幅広に形成されている。したがって、このように凝縮部７２が幅広とされていない構造と比較して、気相の冷媒ＲＦから放熱する面積を広く確保でき、冷媒ＲＦの凝縮を促進することができる。

容器４４の内部において、液相の冷媒ＲＦは、図８に矢印Ｆ２で示すように、輸送パイプ７８の他端部分７８Ｂから輸送パイプ７８の内部に入る。さらにこの冷媒ＲＦは、図５及び図６に矢印Ｆ３で示すように、毛細管現象によって一端部分７８Ａへ、すなわち蒸発部６２に向かって輸送される。また輸送パイプ７８の間と、底板５２の間の空間８０（図１３参照）においても、液相の冷媒ＲＦが毛細管現象により蒸発部６２へ輸送される。

そして、蒸発部６２では、溝部６６において、液相の冷媒ＲＦが再度蒸発され気化される。このように、容器４４の内部では、冷媒ＲＦが液相と気相との相転移を繰り返しつつ蒸発部６２と凝縮部７２とで循環されることで、受熱部４６で受けた熱を、放熱部４８に移送できる。これにより、冷却対象である素子３６を冷却できる。

図７に示すように、本実施形態において、蒸発部６２の溝部６６の溝幅Ｗ１は、輸送パイプ７８の内径Ｎ１よりも小さい。

図１０には、輸送パイプ７８の内径Ｎ１と、輸送パイプ７８内を表面張力（毛細管現象）により上昇する液柱の上昇高さの関係が、液温２５℃の場合で示されている。このグラフは、本実施形態において冷媒ＲＦとして用いられている水の例である。

このグラフから分かるように、輸送パイプ７８の内径Ｎ１を小さくするほど、液柱の上昇高さは高くなる。すなわち、内径Ｎ１が小さいほど、より大きな表面張力で冷媒ＲＦを上昇させることが可能である。

輸送パイプ７８では、図５及び図６に矢印Ｆ３で示すように、液相の冷媒ＲＦが蒸発部６２に輸送される。しかしながら、輸送パイプ７８の一端部分７８Ａでは、内部の液相の冷媒ＲＦの表面張力によって、図７に示すように、蒸発部６２から離間する方向の冷媒ＲＦ吸引力Ｔ１が作用することがある。これに対し、蒸発部６２では、溝部６６における液相の冷媒ＲＦの表面張力によって、蒸発部６２の内部に冷媒ＲＦを引き込む冷媒ＲＦ吸引力Ｔ２が作用することがある。冷媒ＲＦ吸引力Ｔ１と冷媒ＲＦ吸引力Ｔ２とは反対方向の力であるが、冷媒ＲＦ吸引力Ｔ２の方が大きいので、冷媒ＲＦは矢印Ｆ４で示すように輸送パイプ７８から蒸発部６２に向かって流れる。

ここで、たとえば図６に示すように、一端部分７８Ａが他端部分７８Ｂよりも高くなるように冷却装置４２が傾斜して使用された場合を考える。一例として、一端部分７８Ａが他端部分７８Ｂよりも２５ｍｍ程度高い場合を想定する。この場合、輸送パイプ７８の内径Ｎ１を０．６ｍｍ以下にすれば、表面張力によって、輸送パイプ７８内を他端部分７８Ｂから一端部分７８Ａに向かって冷媒ＲＦを輸送できることが分かる。

このように、輸送パイプ７８内で冷媒ＲＦに作用する表面張力を大きくする観点からは、輸送パイプ７８の内径Ｎ１をより小さくすればよい。ただし、輸送パイプ７８の内径Ｎ１を小さくすると、冷媒ＲＦの流路断面積も小さくなるので、単位時間当たりに輸送できる冷媒ＲＦの量も少なくなる。したがって、単位時間当たりの冷媒ＲＦの輸送量を確保する観点から、輸送パイプ７８の内径Ｎ１の下限値が決められる。

図７に示すように、本実施形態では、溝部６６の溝幅Ｗ１は、輸送パイプ７８の内径Ｎ１よりも狭い。図１０に示した関係から、蒸発部６２において液相の冷媒ＲＦに作用する表面張力は、輸送パイプ７８において液相の冷媒ＲＦに作用する表面張力よりも大きい。したがって、冷媒ＲＦ吸引力Ｔ２と冷媒ＲＦ吸引力Ｔ１との差によって、輸送パイプ７８から蒸発部６２へと移動しようとする力を作用させ、冷媒ＲＦを輸送パイプ７８から蒸発部６２へ移動させることができる。

ここで、輸送パイプ７８の一端部分７８Ａにおいて、隙間部が設けられることなく、平坦に形成された構造を考える。平坦な一端部分７８Ａを有する輸送パイプでは、輸送パイプの開口部分が柱部材６４に対向して全周で接触していると、この開口部分が柱部材６４によって覆われてしまうことがある。輸送パイプの内径Ｎ１を大きくすれば、輸送パイプの開口部分において柱部材６４に覆われない範囲を確保することが可能であるが、上記した表面張力を確実に冷媒ＲＦに作用させるためには、内径Ｎ１には上限がある。

これに対し、本実施形態では、輸送パイプ７８の一端部分７８Ａに、隙間部の一例として、傾斜部８２Ａが設けられている。そして、一端部分７８Ａの先端部分が蒸発部６２に接触していても、輸送パイプ７８と蒸発部６２の間には、蒸発部６２に接触しない隙間８４Ａが生じている。すなわち、輸送パイプ７８の一端部分７８Ａにおける開口部分が、柱部材６４によって完全に塞がれてしまうことがない構造である。したがって、図７に矢印Ｆ５で示すように、輸送パイプ７８によって輸送された液相の冷媒ＲＦが、この隙間８４Ａを通じて、蒸発部６２の溝部６６に流入する。すなわち、液相の冷媒ＲＦを輸送パイプ７８から蒸発部６２に移動しやすくする構造が実現されている。

上記したように、溝部６６の溝幅Ｗ１が輸送パイプ７８の内径Ｎ１よりも狭い構造では、相対的に柱部材６４が太くなり、輸送パイプ７８の開口部分の広い範囲を覆うことになる。しかし、このような構造であっても、本実施形態では、輸送パイプ７８と蒸発部６２との間に隙間８４Ａが生じているので、液相の冷媒ＲＦを輸送パイプ７８から蒸発部６２に確実に移動させることできる。

第一実施形態では、隙間部は、輸送パイプ７８の一端部分７８Ａに設けられた傾斜部８２Ａである。このように隙間部を輸送パイプ７８に設けると、隙間８４Ａを生じさせるための他の部材が不要であり、冷却装置４２の構造を簡素化できる。

隙間部は、上記の例では傾斜部８２Ａである。すなわち、輸送パイプ７８の一端部分７８Ａを輸送パイプ７８の長手方向に対し傾斜させる簡単な構造で、隙間８４Ａを生じさせることができる。

傾斜部８２Ａは、図９に示すように、一対の傾斜面８２Ｔを有している。傾斜面８２Ｔは、蒸発部６２から離間するにしたがって互いに接近する面である。このような傾斜面８２Ｔを備える傾斜部８２Ａを形成したことで、傾斜部８２Ａを切り込む深さ（蒸発部６２側から切り込んだ部分の長さ）を過度に長くすることなく、隙間８４Ａが生じる構造を実現できる。

なお、輸送パイプ７８の一端部分７８Ａに、他端部分７８Ｂの第二傾斜部８２Ｂと同様に、一方向に傾斜させた傾斜部を設けてもよい。

また、隙間部の一例である傾斜部８２Ａは、１本の輸送パイプ７８において、周方向で複数個所（本実施形態では２か所）に設けられている。隙間部を複数設けることにより、複数の隙間８４Ａが生じるので、隙間部を１本の輸送パイプ７８に１か所のみ設けた構造と比較して、輸送パイプ７８から蒸発部６２へ冷媒ＲＦが流れる部分の断面積を広く確保できる。

輸送パイプ７８の他端部分７８Ｂには、第二隙間部の一例としての第二傾斜部８２Ｂが設けられており、他端部分７８Ｂと容器４４の側壁４４Ｓとの間に、第二隙間８４Ｂが生じている。すなわち、輸送パイプ７８の他端部分７８Ｂの開口部分が側壁４４Ｓによって塞がれてしまうことがない構造である。したがって、容器４４内の液相の冷媒ＲＦが、第二隙間８４Ｂを通じて、輸送パイプ７８の内部に流入しやすくなる構造が実現されている。

輸送部の一例である輸送パイプ７８は、複数備えられている。上記したように、輸送パイプ７８を流れる液相の冷媒ＲＦに作用する表面張力を大きくする点では、輸送パイプ７８の内径Ｎ１には上限があるため、輸送パイプ７８が１本だけでは、十分な流量を確保することが難しい。これに対し、複数の輸送パイプ７８を備えることで、輸送パイプ７８は全体としてより多くの流量を確保できる。

隣接する２本の輸送パイプ７８と底板５２の間にも液相の冷媒ＲＦの流路が形成されるように、複数の輸送パイプ７８が配置されている。輸送パイプ７８の内部だけでなく、輸送パイプ７８の外部も液相の冷媒ＲＦが流れる領域として利用するので、このような流路が形成されない構造と比較して、冷媒ＲＦの流量をより多く確保できる。

容器４４の内部には、天板５４と底板５２の間に支柱５６が配置されている。支柱５６によって、天板５４と底板５２との間隔を維持できるので、容器４４の内部に、冷媒ＲＦを液相と気相との間で相転移させつつ循環させるための容積を確保できる。特に、容器４４の内部は、液相の冷媒ＲＦの気化を促進するために、大気圧と比較して低圧に維持される。この場合、容器４４の内部の圧力（気相の冷媒ＲＦの蒸気圧）と大気圧との差圧により、天板５４と底板５２には、接近方向の力が作用する。このような力が作用した場合であっても、天板５４と底板５２との間隔を維持できる。

なお、支柱５６は、天板５４に設けられて、下端が底板５２に接触する構造であってもよいし、天板５４及び底板５２の両方と別体で、上端が天板５４に、下端が底板５２にそれぞれ接触する構造でもよい。

輸送パイプ７８は、固定具８６によって容器４４に固定される。輸送パイプ７８をいわゆるロウ付けや接着によって容器に固定せず、ロウや接着剤が不要である。そして、冷却装置４２の使用に伴う温度変化（高温化）等によってロウや接着剤が溶け出すことがないので、容器４４の内部における冷媒ＲＦの相転移に影響がない。

また、固定具８６によって複数の輸送パイプ７８が底板５２に接触して固定することで、天板５４と輸送パイプ７８との間には、実質的に気相の冷媒ＲＦが移動するために十分な流路断面積が確保できる。

天板５４には突起７６が設けられている。天板５４を接触しつつ流れる気相の冷媒ＲＦは、天板５４を通じて容器４４の外部に放熱されることで凝縮され、液化される。この際、図１２に示すように、突起７６により、冷媒ＲＦが天板５４に接触する実質的な接触面積が、突起７６がない構造と比較して増大されている。これにより、気相の冷媒ＲＦが液滴ＲＤとして液化されやすくなり、冷媒ＲＦの液化を促進できる。そして、液化された冷媒ＲＦは、突起７６を伝って効率的に滴下されるので、天板５４において突起７６が形成されていない部分での液膜を薄く維持することができる。液膜を薄く維持することで、気相の冷媒ＲＦから天板５４への熱移動が効率的に行われ、冷媒ＲＦの凝縮・液化能力を高く維持する構造を実現できる。

容器４４には、締結孔８８が設けられている。この締結孔８８に締結具を挿通することで、冷却装置４２を基板３４に固定し、さらには、冷却対象である素子３６に固定する構造を容易に実現できる。

冷却装置４２は、フィン９０を有している。フィン９０によって、冷却装置４２が外部に放熱する面積が増大されるので、フィン９０がない構造と比較して、容器４４の内部において気相の冷媒ＲＦを効率的に凝縮・液化することができる。

容器４４は、注入孔９２を有している。この注入孔９２により、注入パイプ９６を通じて容器４４の内部に、容易に冷媒ＲＦを注入できる。そして、注入パイプ９６に栓９４を詰めることで、注入孔９２を栓９４で封止し、容器４４の内部に冷媒ＲＦを密封した構造を実現できる。

次に、第二実施形態について説明する。第二実施形態において、第一実施形態と同様の要素、部材等については同一符号を付して、詳細は説明を省略する。また、第二実施形態の冷却装置２０２の全体構造は、第一実施形態の冷却装置４２と同様であるので、図示を省略する。

図１４に示すように、第二実施形態の冷却装置２０２では、隙間部の一例として、輸送パイプ７８及び蒸発部６２とは別体の網部材２０４を有している。網部材２０４は、輸送パイプ７８と蒸発部６２の間に配置されており、一方の面が輸送パイプ７８に、他方の面が蒸発部６２に接触している。なお、第二実施形態の冷却装置４２では、輸送パイプ７８の一端部分７８Ａに、第一実施形態の傾斜部８２Ａ（図９参照）は形成されておらず、一端部分７８Ａは、輸送パイプ７８の長手方向と直交している。

網部材２０４は、厚み方向（矢印Ｔ方向）で流体の移動が可能な部材であり、且つ、この網部材２０４によって、輸送パイプ７８と蒸発部６２との間に隙間８４Ａが生じている。したがって、輸送パイプ７８の一端部分７８Ａが蒸発部６２によって塞がれることはなく、この一端部分７８Ａから蒸発部６２へ向かう冷媒ＲＦの流路が確保されている。すなわち、第二実施形態の冷却装置２０２においても、液相の冷媒ＲＦを輸送パイプ７８から蒸発部６２に移動しやすくする構造が実現されている。

第二実施形態において、隙間部の一例である網部材２０４は、輸送パイプ７８及び蒸発部６２と別体である。したがって、輸送パイプ７８や蒸発部６２の形状に影響を与えない。たとえば、輸送パイプ７８の一端部分７８Ａを加工しなくて済み、構造を簡素化できる。

網部材２０４は、輸送パイプ７８と蒸発部６２の間に配置されて、これらの双方に接触している。これによって、輸送パイプ７８と蒸発部６２との相対位置が維持されるので、隙間８４Ａが生じている状態も維持できる。

次に、第三実施形態について説明する。第三実施形態において、第一実施形態と同様の要素、部材等については同一符号を付して、詳細は説明を省略する。また、第三実施形態の冷却装置３０２の全体構造は、第一実施形態の冷却装置４２と同様であるので、図示を省略する。

図１５及び図１６に示すように、第三実施形態の冷却装置３０２では、底板５２に凹部３０４が設けられている。凹部３０４は、輸送パイプ７８のそれぞれの下側部分を収容可能な形状である。そして、凹部３０４と蒸発部６２の間に、底板５２の一部として、壁部３０６Ａが設けられている。また、凹部３０４と、容器４４の側壁４４Ｓとの間に、底板５２の一部として、第二壁部３０６Ｂが設けられている。実質的に、壁部３０６Ａ及び第二壁部３０６Ｂは、底板５２において凹部３０４が設けられていない部分である。

壁部３０６Ａは、輸送パイプ７８の一端部分７８Ａと対向しているが、輸送パイプ７８の内周部分における実質的な冷媒ＲＦの流れを阻害しない程度の高さＨ２に設定されている。そして、壁部３０６Ａによって、輸送パイプ７８の一端部分７８Ａと凝縮部７２との間に、隙間８４Ａが生じている。すなわち、第三実施形態では、壁部３０６Ａが隙間部の一例である。

このように、第三実施形態では、壁部３０６Ａによって、輸送パイプ７８と蒸発部６２との間に隙間８４Ａが生じている。したがって、輸送パイプ７８の一端部分７８Ａが蒸発部６２によって塞がれることはなく、この一端部分７８Ａから蒸発部６２へ向かう冷媒ＲＦの流路が確保されている。すなわち、第三実施形態の冷却装置３０２においても、液相の冷媒ＲＦを輸送パイプ７８から蒸発部６２に移動しやすくする構造が実現されている。

第二壁部３０６Ｂは輸送パイプの他端部分７８Ｂと対向しているが、輸送パイプ７８の内周部分における実質的な冷媒ＲＦの流れを阻害しない程度の高さＨ３に設定されている。そして、第二壁部３０６Ｂによって、輸送パイプ７８の他端部分７８Ｂと容器４４の側壁４４Ｓとの間に、第二隙間８４Ｂが生じている。すなわち、第三実施形態では、第二壁部３０６Ｂが第二隙間部の一例である。なお、壁部３０６Ａの高さＨ２及び第二壁部３０６Ｂの高さＨ３はいずれも、凹部３０４における深さに相当するため、壁部３０６Ａの高さＨ２と第二壁部３０６Ｂの高さＨ３とは等しい。

第三実施形態において、隙間部の一例である壁部３０６Ａは、容器４４に設けられている。隙間部を輸送パイプ７８に設けないので、輸送パイプ７８の一端部分７８Ａを加工しなくて済み、構造を簡素化できる。また、隙間部として、あらたな部材を設けず済むので、部品点数が増加しない。

第三実施形態では、容器４４に凹部３０４を設けている。輸送パイプ７８の一端部分７８Ａと対向する部分として、簡素な構造で、隙間部を有する構造を実現できる。

また、輸送パイプ７８を底板５２の凹部３０４に収容するので、凹部３０４がない構造と比較して、輸送パイプ７８と天板５４との間の空間、すなわち、移動部としての領域を広く確保できる。

上記では、蒸発部６２において、溝部６６をなすための部材として柱部材６４を挙げたが、溝部６６をなす部材は、この柱部材に限定されない。たとえば、奥行き方向に延在する複数の壁部材が、幅方向に一定間隔で並べて配置された構造でもよい。壁部材を有する構造では、壁部材の間に、奥行き方向に延在する溝部が形成される。

以上、本願の開示する技術の実施形態について説明したが、本願の開示する技術は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

本明細書は、以上の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
冷媒が密封された容器と、
前記容器の内部で液相の前記冷媒を受熱により蒸発させる蒸発部と、
前記容器の内部で気相の前記冷媒を放熱により凝縮させる凝縮部と、
前記容器の内部で液相の前記冷媒を毛細管現象により前記蒸発部に輸送する管状の輸送部と、
前記輸送部と前記蒸発部の間に液相の前記冷媒が前記輸送部から前記蒸発部に移動する隙間を生じさせる隙間部と、
を有する冷却装置。
（付記２）
前記蒸発部が、前記輸送部の内径よりも狭い溝幅の溝部を成す複数の柱部材を備え、
前記輸送部の一端部分が前記隙間を生じた状態で前記柱部材に対向している付記１に記載の冷却装置。
（付記３）
前記隙間部が前記輸送部に設けられる付記２に記載の冷却装置。
（付記４）
前記隙間部が前記輸送部の前記一端部分を前記輸送部の長手方向に対し傾斜させた傾斜部である付記３に記載の冷却装置。
（付記５）
前記傾斜部が、前記蒸発部から離間するにしたがって互いに接近するように対で設けられる傾斜面を有する付記４に記載の冷却装置。
（付記６）
前記傾斜部が、前記輸送部の周方向で複数個所に設けられている付記５に記載の冷却装置。
（付記７）
前記隙間部が、前記輸送部及び前記蒸発部と別体である付記２に記載の冷却装置。
（付記８）
前記隙間部が、前記輸送部と前記蒸発部との間に配設される網部材である付記７に記載の冷却装置。
（付記９）
前記網部材が前記輸送部と前記蒸発部の両方に接触している付記８に記載の冷却装置。
（付記１０）
前記隙間部が、前記容器に設けられている付記２に記載の冷却装置。
（付記１１）
前記容器に、前記輸送部を収容する凹部が設けられ、
前記隙間部が、前記凹部において前記一端部分と対向する壁部として設けられている付記１０に記載の冷却装置。
（付記１２）
前記輸送部における前記一端部分と反対側の他端部分と前記容器の側壁との間に、液相の前記冷媒が前記蒸発部に移動する第二隙間を生じさせる第二隙間部を有する付記２から付記１１のいずれか一項に記載の冷却装置。
（付記１３）
前記輸送部を複数備える付記１から付記１２のいずれか一項に記載の冷却装置。
（付記１４）
複数の前記輸送部と前記容器の底板との間に液相の前記冷媒が流れる流路を成すように前記輸送部が配置されている付記１３に記載の冷却装置。
（付記１５）
前記容器の天板と底板との間に配置されて前記天板と前記底板の間隔を維持する支柱を有する付記１から付記１４のいずれか一項に記載の冷却装置。
（付記１６）
前記輸送部を前記容器に固定する固定具を有する付記１から付記１５のいずれか一項に記載の冷却装置。
（付記１７）
前記凝縮部が、前記容器の天板から前記容器の内側に突出する突起を有する付記１から付記１６のいずれか一項に記載の冷却装置。
（付記１８）
前記容器に設けられ、前記容器を冷却対象に固定するための締結具が挿通される締結孔を有する付記１から付記１７のいずれか一項に記載の冷却装置。
（付記１９）
前記容器に接触され前記容器の熱を外部に放出するフィンを有する付記１から付記１８のいずれか一項に記載の冷却装置。
（付記２０）
前記容器に設けられ前記冷媒を前記容器に注入するための注入孔と、
前記注入孔を封止する栓と、
を有する付記１から付記１９のいずれか一項に記載の冷却装置。

３２電子機器
３４基板
３６、３８素子
４２冷却装置
４４容器
４４Ｓ側壁
４６受熱部
４８放熱部
５０接続部
５２底板
５４天板
５６支柱
５８開口
６０受熱板
６２蒸発部
６４柱部材
６６溝部
６８拡散領域
７２凝縮部
７４移動領域
７６突起
７８輸送パイプ
７８Ａ一端部分
７８Ｂ他端部分
８０空間
８２Ａ傾斜部
８２Ｂ第二傾斜部
８２Ｔ傾斜面
８４Ａ隙間
８４Ｂ第二隙間
８６固定具
８６Ａ嵌込部
８６Ｂ押付部
８６Ｃ側面部
８８締結孔
９０フィン
９２注入孔
９４栓
９６注入パイプ
２０２冷却装置
２０４網部材
３０２冷却装置
３０４凹部
３０６Ａ壁部
３０６Ｂ第二壁部

Claims

冷媒が密封された容器と、
前記容器の内部で液相の前記冷媒を受熱により蒸発させる蒸発部と、
前記容器の内部で気相の前記冷媒を放熱により凝縮させる凝縮部と、
前記容器の内部で液相の前記冷媒を毛細管現象により前記蒸発部に輸送する管状の輸送部と、
前記輸送部と前記蒸発部の間に液相の前記冷媒が前記輸送部から前記蒸発部に移動する隙間を生じさせる隙間部と、
を有する冷却装置。
前記蒸発部が、前記輸送部の内径よりも狭い溝幅の溝部を成す複数の柱部材を備え、
前記輸送部の一端部分が前記隙間を生じた状態で前記柱部材に対向している請求項１に記載の冷却装置。
前記隙間部が前記輸送部に設けられる請求項２に記載の冷却装置。
前記隙間部が前記輸送部の前記一端部分を前記輸送部の長手方向に対し傾斜させた傾斜部である請求項３に記載の冷却装置。
前記傾斜部が、前記蒸発部から離間するにしたがって互いに接近するように対で設けられる傾斜面を有する請求項４に記載の冷却装置。
前記隙間部が、前記輸送部及び前記蒸発部と別体である請求項２に記載の冷却装置。
前記隙間部が、前記輸送部と前記蒸発部との間に配設される網部材である請求項６に記載の冷却装置。
前記隙間部が、前記容器に設けられている請求項２に記載の冷却装置。
前記容器に、前記輸送部を収容する凹部が設けられ、
前記隙間部が、前記凹部において前記一端部分と対向する壁部として設けられている請求項８に記載の冷却装置。