JP5701506B2 - 冷却器 - Google Patents

Description

本発明は冷却器に関するものである。

従来、半導体モジュールなどの発熱体を冷却する場合に、発熱体の両面に冷媒通路を設け、各冷媒流路に冷媒を流すことで発熱体を冷却するものが特許文献１に開示されている。

特開２００５−３１１０４６号公報

しかし、上記の発明では、発熱体の上側に冷媒通路が設けられており、上側の冷媒流路から冷媒が漏れた場合には、発熱体に冷媒がかかり発熱体が故障する、といった問題点がある。

本発明はこのような問題点を解決するために発明されたもので、発熱体を十分に冷却し、かつ発熱体が故障するおそれを低減することを目的とする。

本発明のある態様に係る冷却器は、発熱体から熱が伝達され、発熱体よりも高い位置に設けられる第１伝熱部材と、第１伝熱部材から熱が伝達されるヒートパイプと、発熱体から熱が伝達され、発熱体よりも低い位置に設けられる第２伝熱部材と、発熱体よりも低い位置に設けられ、第２伝熱部材を冷却する冷却水が流れる冷却水流路と、冷却水流路内に突出する第１突出部を有し、ヒートパイプから熱が伝達されるヒートシンクと、を備える第１冷却系と、第１冷却系とは異なる、第１伝熱部材とヒートパイプと第２伝熱部材とヒートシンクと冷却水流路を備える第２冷却系とを備え、第１冷却系の冷却水流路と第２冷却系の冷却水流路とは連通し、第２冷却系は冷却水の流れ方向において第１冷却系よりも下流側に位置し、第１冷却系のヒートシンクは、冷却水の流れ方向において第１冷却系の発熱体よりも下流側に設けられ、第１冷却系と第２冷却系との間の接続部のみに設けられ、第２冷却系のヒートシンクは、接続部のみに設けられる。

この態様によれば、発熱体で発生した熱は、発熱体よりも高い位置に設けたヒートパイプと、発熱体よりも低い位置に設けた冷却水流路を流れる冷却水に伝達されるので、例えば発熱体よりも高い位置に冷却水を流すことなく、発熱体を十分に冷却することができる。そのため、漏水が生じる可能性を低減することができ、発熱体の故障を低減することができる。

本発明によると、発熱体の冷却機能を保ちつつ、発熱体の故障を低減することができる。

第１実施形態の冷却器の斜視図である。 図１においてＡ方向より見た場合の正面図である。 第１実施形態の冷却器の上面図である。 第１実施形態の本体の一部を示す概略上面図である。 図３におけるＢ−Ｂ断面図である。 図２におけるＣ−Ｃ断面図である。 第１実施形態におけるヒートパイプの製造工程を示す図である。 図２におけるＤ−Ｄ断面図である。 第２実施形態の冷却器の斜視図である。 図９においてＡ方向より見た場合の正面図である。 第２実施形態の冷却器の上面図である。 第２実施形態の本体の一部を示す概略上面図である。 図１０におけるＢ−Ｂ断面図である。 図１１におけるＣ−Ｃ断面図である。 第３実施形態の冷却器の斜視図である。 図１５においてＡ方向より見た場合の冷却器の正面図である。 第３実施形態のヒートシンクの分解図である。 第４実施形態の冷却器の斜視図である。 図１９においてＡ方向より見た場合の冷却器の正面図である。 第４実施形態の冷却器の上面図である。 図２０におけるＢ−Ｂ断面図である。 図１９におけるＣ−Ｃ断面図の一部を示す概略図である。 図１９におけるＤ−Ｄ断面図の一部を示す概略図である。 第４実施形態の冷却器が傾いた状態を示す図である。

本発明の第１実施形態について図１、図２、図３を用いて説明する。図１は本実施形態の冷却器１００の斜視図である。図２は図１においてＡ方向より見た場合の正面図である。図３は本実施形態の冷却器１００の上面図である。なお、冷却器１００は水平な面に設置されているものとする。

本実施形態の冷却器１００は、本体１に第１冷却系２と第２冷却系３とを形成して構成される。

本体１について図４、図５を用いて説明する。図４は本体１の一部を示す上面図である。図５は図３のＢ−Ｂ断面図である。

本体１は、供給路４と、第１流路（冷却水流路）５と、第２流路（冷却水流路）６と、第１接続路（冷却水流路）７と、排出路８とを備える。

第１流路５は、直線状の溝であり上側に開口部を有する。開口部は第１冷却系２の支持部１２によって塞がれる。第１流路５は一方の端部側で供給路４と連通する。第１流路５はもう一方の端部側で接続路６と連通する。

供給路４は鉛直方向に設けた直線状の流路であり、パイプ２４を介して冷却水が供給される。

第２流路６は、第１流路５に対して平行に設けられた溝であり上側に開口部を有する。開口部は第２冷却系３の支持部によって塞がれる。第２流路６は一方の端部側で排出路８と連通し、冷却水が排出される。第２流路６はもう一方の端部側で第１接続路７と連通する。

第１接続路７は直線状の溝であり上側に開口部を有する。開口部は後述するヒートシンク１６によって塞がれている。第１接続路７は一方の端部側で第１流路５と連通し、もう一方の端部側で第２流路６と連通する。つまり、第１流路５と第１接続路７と第２流路６とは連通しており、これらの流路で略Ｕ字型の流路を形成し、供給路４に供給された冷却水は、第１流路５、第１接続路７、第２流路６の順に流れ、排出路８から排出される。なお、第１接続路７は、後述するヒートシンク１６の第２接続路２６と共に１つの接続流路を形成する。冷却水はポンプなどによって供給路４に導入され、流路内は冷却水で満たされている。

排出路８は鉛直方向に設けた直線状の流路であり、パイプ２５を介して冷却水が排出される。

第１冷却系２は、発熱体９ａ、９ｂ、９ｃと、下部冷却部１０と、上部冷却部１１とから構成される。下部冷却部１０は発熱体９ａ、９ｂ、９ｃよりも低い位置に設けられ、上部冷却部１１は発熱体９ａ、９ｂ、９ｃよりも高い位置に設けられる。

発熱体９ａ、９ｂ、９ｃは例えばインバータなどの半導体モジュールである。本実施形態では、３つの発熱体９ａ、９ｂ、９ｃは第１流路５を流れる冷却水の流れ方向に沿って直列に配置される。発熱体９ａ、９ｂ、９ｃは下部冷却部１０の支持部１２によって支持され、発熱体９ａ、９ｂ、９ｃの上面は上部冷却部１１の受熱部１４ａ、１４ｂ、１４ｃに当接する。なお、発熱体は３つに限られることはない。また、発熱体９ａ、９ｂ、９ｃは半導体モジュールに限られることはない。

下部冷却部１０は、発熱体９ａ、９ｂ、９ｃを上面に設けた支持部（第２伝達部材）１２と、第１流路５によって構成される。

支持部１２は、第１流路５の開口部を塞ぐように設けられ、第１流路５側に突出した平板状の第１フィン（第２突出部）１３を複数備える。第１フィン１３は、第１流路５を流れる冷却水の流れ方向に沿って延設される。第１フィン１３を第１流路５側から見た場合に、第１フィン１３は直線状となる。第１フィン１３を複数設けることで、第１フィン１３と第１流路５を流れる冷却水との接触面積が大きくなる。なお、支持部１２と本体１との間にはシール材が設けられ、第１流路５からの漏水を防止する。

下部冷却部１０は、第１流路５に冷却水が流れることで、発熱体９ａ、９ｂ、９ｃを下側より冷却する。

上部冷却部について、さらに図６を参照して説明する。図６は図３におけるＣ−Ｃ断面図である。

上部冷却部１１は、受熱部（第１伝熱部材）１４ａ、１４ｂ、１４ｃと、ヒートパイプ１５ａ、１５ｂ、１５ｃと、ヒートシンク１６とによって構成される。受熱部１４ａ、１４ｂ、１４ｃとヒートパイプ１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、発熱体９ａ、９ｂ、９ｃに対応して設けられている。つまり、例えば発熱体９ａに対して１組の受熱部１４ａおよびヒートパイプ１５ａが設けられる。本実施形態では、発熱体９ａに対して受熱部１４ａおよびヒートパイプ１５ａが設けられ、発熱体９ｂに対して受熱部１４ｂおよびヒートパイプ１５ｂが設けられ、発熱体９ｃに対して受熱部１４ｃおよびヒートパイプ１５ｃが設けられる。

受熱部１４ａ、１４ｂ、１４ｃは熱抵抗が小さい例えば銅、アルミニウムなどで構成される。

受熱部１４ａは、発熱体９ａの上面に当接し、ヒートパイプ１５ａが圧入される圧入孔１７ａを備える。受熱部１４ａは発熱体９ａで発生した熱の一部が伝達される。受熱部１４ａは、伝達された熱の一部を放熱し、またヒートパイプ１５ａに伝達する。

受熱部１４ｂは、発熱体９ｂの上面に当接し、ヒートパイプ１５ｂが圧入される圧入孔１７ｂと、ヒートパイプ１５ａが貫通する貫通孔１８ａとを備える。貫通孔１８ａの径は、ヒートパイプ１５ａの外径よりも大きい。受熱部１４ｂは発熱体９ｂで発生した熱の一部が伝達される。受熱部１４ｂは、伝達された熱の一部を放熱し、またヒートパイプ１５ｂに伝達する。

受熱部１４ｃは、発熱体９ｃの上面に当接し、ヒートパイプ１５ｃが圧入される圧入孔１７ｃと、ヒートパイプ１５ａが貫通する貫通孔１８ｂと、ヒートパイプ１５ｂが貫通する貫通孔１８ｃとを備える。貫通孔１８ｂ、１８ｃの径は、ヒートパイプ１５ａ、１５ｂの外径よりも大きい。受熱部１４ｃは発熱体９ｃで発生した熱の一部が伝達される。受熱部１４ｃは、伝達された熱の一部を放熱し、またヒートパイプ１５ｃに伝達する。

ヒートパイプ１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、両端を塞がれた略円筒形状の素菅内に作動液を封入して構成される。また、ヒートパイプ１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、素菅の内壁に毛細管構造のウイックを備える。素菅は、例えば銅などによって構成される。作動液は、例えば水などによって構成される。

ヒートパイプ１５ａ、１５ｂ、１５ｃは対応する発熱体９ａ、９ｂ、９ｃに応じて長さが異なる。ヒートパイプ１５ａ、１５ｂ、１５ｃの一方の端部は、対応する受熱部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの圧入孔１７ａ、１７ｂ、１７ｃに圧入され、もう一方の端部は対応するヒートシンク１６の圧入孔１９ａ、１９ｂ、１９ｃに圧入される。

ヒートパイプ１５ａは、ヒートシンク１６から一番遠い位置に配置された受熱部１４ａから伝達された熱を、ヒートシンク１６に伝達する。ヒートパイプ１５ａの外径は、受熱部１４ｂの貫通孔１８ａおよび受熱部１４ｃの貫通孔１８ｂの径よりも小さいので、ヒートパイプ１５ａの外周壁と貫通孔１８ａ、１８ｂの内壁との間には隙間が生じており、受熱部１４ｂ、１４ｃからヒートパイプ１５ａへの熱の伝達は少ない。

ヒートパイプ１５ｂは、受熱部１４ａよりもヒートシンク１６側に配置された受熱部１４ｂから伝達された熱を、ヒートシンク１６に伝達する。ヒートパイプ１５ｂの外径は、受熱部１４ｃの貫通孔１８ｃの径よりも小さいので、受熱部１４ｃからヒートパイプ１５ｂへの熱の伝達は少ない。

ヒートパイプ１５ｃは、ヒートシンク１６から一番近い位置に配置された受熱部１４ｃから伝達された熱を、ヒートシンク１６に伝達する。

ヒートシンク１６に一番近い発熱体９ｃを冷却するヒートパイプ１５ｃをヒートパイプ１５ａとヒートパイプ１５ｂとの間に設けることで、受熱部１４ｂにおけるヒートパイプａとヒートパイプ１５ｂとの距離を長くすることができ、受熱部１４ｂにおける熱干渉を低減することができる。

ヒートパイプは、例えば図７に示す工程により製造される。図７はヒートパイプの製造工程を示す図である。

まず、銅などの素菅１２０を切断し（図７（ａ））、切断した素菅１２０の一方の端部を封止し（図７（ｂ））、素菅１２０を型１２１の装着部１２２に装着する（図７（ｃ））。型１２１は半割状の型であり、２つの型１２１を合わせて使用される。なお、図７では説明のため１つの型１２１のみを表示する。装着部１２２は例えばヒートパイプ１５ａを圧入する圧入孔１７ａ、１９ａまたは貫通させる貫通孔１８ａ、１８ｂを想定して設けられる。次に素菅１２０の内側の内圧を高くする（図７（ｄ））。これにより、素菅１２０が膨らみ、素菅１２０の外壁が装着部１２２の内壁に密着する。次に素菅１２０を型１２１から離脱させ（図７（ｅ））、封止していない素菅１２０の端部から作動液を、減圧環境下で封入し、素菅１２０の端部を封止する（図７（ｆ））。なお、素菅１２０の端部を封止する際には、封止部を型（図示せず）に入れて行う。これによって封止部の変形を防止することができる。

以上のように、素菅１２０の内圧を高くする工程、または素菅１２０の端部を封止する工程は、型１２０などに入れて行われる。そのため、ヒートパイプ１５ａ、１５ｂ、１５ｃの外径のばらつきを低減し、例えばヒートパイプ１５ａを圧入孔１７ａ、１９ａに容易に圧入することができ、ヒートパイプ１５ａと貫通孔１８ａ、１８ｂとの接触を防止するこができる。

ヒートシンク１６について図８を用いて説明する。図８は図２におけるＤ−Ｄ断面図である。ヒートシンク１６はヒートパイプ１５ａ、１５ｂ、１５ｃを圧入する圧入孔１９ａ、１９ｂ、１９ｃと、第２冷却系のヒートパイプを圧入する圧入孔１１９ａ、１１９ｂ、１１９ｃと、第２接続路２６とを備える。

第２接続路２６は、ヒートシンク１６の下側に設けられており、本体１の第１接続路７とによって１つの接続流路を形成する。なお、ヒートシンク１６と本体１との間にはシール材が設けられ、第１接続路７および第２接続路２６からの漏水を防止する。

ヒートシンク１６は、圧入孔１９ｂと圧入孔１１９ａとの間の一部について厚さが薄くなっている。つまりヒートシンク１６は、圧入孔１９ｂと圧入孔１１９ａとの間を薄肉化して形成される。ヒートシンク１６の一部を薄肉化することで、ヒートシンク１６の熱マスを抑制することができる。

ヒートシンク１６は、第１接続路７の開口部を塞ぐように設けられ、第１接続路７側に突出した平板状の第２フィン（第１突出部）２０を複数備える。第２フィン２０は、第１接続路７を流れる冷却水の流れ方向に沿って延設される。第２フィン２０を第１接続路７側から見た場合に、第２フィン２０は直線状となる。第２フィン２０を複数設けることで、第２フィン２０と第１接続路７を流れる冷却水との接触面積が大きくなる。

なお、図８においては、第１接続路７の底部の一部が上側に突出しているが、これに限られることはなく、例えば底部は平面であっても良い。

上側冷却部１１においては、受熱部１４ａ、１４、１４ｃの上側に板バネ２１が配置され、カバー２２によって板バネ２１を受熱部１４ａ、１４、１４ｃ側に圧縮させることで受熱部１４ａ、１４、１４ｃと発熱体９ａ、９ｂ、９ｃとの面圧を高くし、接触熱抵抗を低減する。また、寸法ばらつきによる発熱体９ａ、９ｂ、９ｃと受熱部１４ａ、１４ｂ、１４ｃとの接触不足を防止することができる。これにより、発熱体９ａ、９ｂ、９ｃから受熱部１４ａ、１４、１４ｃへの熱伝達を向上させる。

上部冷却部１１は、ヒートパイプ１５ａ、１５ｂ、１５ｃによって発熱体９ａ、９ｂ、９ｃを上側より冷却する。

第２冷却系３は、第２流路６の上側に設けられている点を除いて第１冷却系２と同じ構成なので詳しい説明は省略する。なお、第２冷却系３では、ヒートシンク１６が第２流路６を流れる冷却水の流れ方向に対して上流側に設けられる。

次に、本実施形態の冷却器１００の作用について説明する。ここでは第１冷却系２における冷却について説明する。

まず、発熱体９ａ、９ｂ、９ｃの下面から伝達される熱の冷却について説明する。発熱体９ａ、９ｂ、９ｃで生じた熱の一部は、発熱体９ａ、９ｂ、９ｃの下面に当接する支持部１２に伝達される。支持部１２は第１流路５内に突出する第１フィン１３を有しており、第１流路５には冷却水が流れている。支持部１２に伝達した熱は、第１フィン１３を介して第１流路５を流れる冷却水中に放熱される。これによって、発熱体９ａ、９ｂ、９ｃを下側から冷却する。

次に発熱体９ａ、９ｂ、９ｃの上面から伝達される熱の冷却について説明する。ここでは発熱体９ａを冷却する場合を例として説明する。

発熱体９ａで生じた熱の一部は、発熱体９ａの上面に当接する受熱部１４ａに伝達される。受熱部１４ａに伝達された熱は、受熱部１４ａの圧入孔１７ａに圧入されたヒートパイプ１５ａの端部に伝達され、端部の温度が高くなると、ヒートパイプ１５ａ内の作動液が蒸発する。

ヒートシンク１６に圧入されたヒートパイプ１５ａの端部は、受熱部１４ａの圧入孔１７ａに圧入されたヒートパイプ１６の端部よりも温度が低く、蒸発した作動液は、ヒートシンク１６の圧入孔１９ａに圧入された端部で凝縮する。この時ヒートパイプ１５ａから熱がヒートシンク１６に伝達される。ヒートシンク１６に伝達された熱の一部はヒートシンク１６から放熱される。また、ヒートシンク１６は第１接続路７内に突出する第２フィン２０を有しており、第１接続路７には冷却水が流れている。そのためヒートシンク１６に伝達された熱の一部は、第１接続路７を流れる冷却水中に放熱される。これらによって、発熱体９ａをヒートパイプ１５ａを用いて上側から冷却する。

なお、第２冷却系３は第１冷却系２と同様に発熱体を冷却する。第２冷却系３では、ヒートシンク１６が第２流路６を流れる冷却水の流れ方向に対して上流側に位置するので、第２冷却系３のヒートパイプによる発熱体の冷却量を大きくすることができる。

本実施形態では、支持部１２の第１フィン１３、およびヒートシンク１６の第２フィン２０を冷却水の流れ方向に沿って直線状に設けたが、例えば流れ方向に沿った波型形状としても良い。また、第１フィン１３または第２フィン２０は平板状ではなく、例えば突起などを備えても良い。このように第１フィンまたは突出部と、冷却水との接触面積が大きくすることで、発熱体をさらに冷却することができる。

また、本実施形態における排出路８を供給路として、２つの供給路を設け、第１接続路７に排出路を設けてもよい。

本発明の第１実施形態の効果について説明する。

発熱体９ａ、９ｂ、９ｃの下面から伝達される熱を、発熱体９ａ、９ｂ、９ｃよりも低い位置に配置された支持部１２の第１フィン１３を介して、第１流路５を流れる冷却水中に放熱する。また、発熱体９ａ、９ｂ、９ｃの上面から伝達される熱を、発熱体９ａ、９ｂ、９ｃよりも高い位置に配置されたヒートパイプ１５ａ、１５ｂ、１５ｃを用いて放熱する。これにより、発熱体９ａ、９ｂ、９ｃを冷却し、かつ漏水による発熱体９ａ、９ｂ、９ｃの故障を抑制することができる。

ヒートパイプ１５ａ、１５ｂ、１５ｃが圧入されるヒートシンク１６は、冷却水が流れる第１接続路７内に突出する第２フィン２０を備える。これにより、ヒートシンク１６を冷却することができ、ヒートパイプ１５ａ、１５ｂ、１５ｃによって発熱体９ａ、９ｂ、９ｃを効率良く冷却することができる。

例えばヒートパイプ１５ａが貫通する受熱部１４ｂの貫通孔１８ａおよび受熱部１４ｃの貫通孔１８ｂの径を、ヒートパイプ１５ａの外径よりも大きくする。これにより、受熱部１４ｂ、１４ｃからヒートパイプ１５ａへの熱の伝達を小さくし、受熱部１４ａに伝達された熱をヒートパイプ１５ａによってヒートシンク１６へ伝達することができる。そのため、発熱体９ａをヒートパイプ１５ａを用いて冷却することができる。

次に本発明の第２実施形態について図９、図１０、図１１を用いて説明する。図９は本実施形態の冷却器１０１の斜視図である。図１０は図９においてＡ方向より見た場合の正面図である。図１１は本実施形態の冷却器１０１の上面図である。

第２実施形態については第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。本実施形態の冷却器１０１は、本体３０と、第１冷却系３１の第１ヒートシンク３２と、第２冷却系３３とが第１実施形態とは異なっている。なお、第１実施形態と同じ構成については、第１実施形態と同じ符号を付し、ここでの説明は省略する。

本体３０について図１２を用いて説明する。図１２は本体３０の一部を示す上面図である。本体３０は、第２流路６の下流側に拡張部４１を備える。拡張部４１の開口部は第２冷却系３３の第２ヒートシンク３４によって塞がれている。

第２冷却系３３について図１３、図１４を用いて説明する。図１３は、図１０におけるＢ−Ｂ断面図である。図１４は図１１におけるＣ−Ｃ断面図である。

第２冷却系３３の上部冷却部３５は、受熱部３６ａ、３６ｂ、３６ｃと、ヒートパイプ３７ａ、３７ｂ、３７ｃと、第２ヒートシンク３４とによって構成される。

第２ヒートシンク３４は拡張部４１内に突出する平板状の第３フィン４２を複数備える。第３フィン４２は、第２流路６を流れる冷却水の流れ方向に垂直な方向に沿って延設される。第３フィン４２を拡張部４１側から見た場合に、第３フィン４２は直線状となる。第２ヒートシンク３４の圧入孔３８ａ、３８ｂ、３８ｃは、ヒートパイプ３７ａ、３７ｂ、３７ｃが圧入される。

第１冷却系３１の第１ヒートシンク３２は、ヒートパイプ１５ａ、１５ｂ、１５ｃを圧入する圧入孔３９ａ、３９ｂ、３９ｃを備えている。

本実施形態においては、第１冷却系３１および第２冷却系３３は、冷却水の流れ方向の下流側に第１ヒートシンク３２および第２ヒートシンク３４を備える。

次に第２冷却系３３における作用について説明する。

発熱体４０ａ、４０ｂ、４０ｃの下面から伝達される熱の冷却については、第１実施形態と同じである。

発熱体４０ａ、４０ｂ、４０ｃの上面から伝達される熱の冷却について説明する。ここでは発熱体４０ａを冷却する場合を例として説明する。ヒートパイプ３７ａは発熱体４０ａで生じ、受熱部３６ａを介して伝達された熱を第２ヒートシンク３４に伝達する。第２ヒートシンク３４に伝達された熱の一部は第２ヒートシンク３４から外部に放熱され、また、第２ヒートシンク３４の第３フィン４２により拡張部４１を流れる冷却水中に放熱される。

なお、本実施形態では、第１ヒートシンク３２および第２ヒートシンク３４をそれぞれの系の下流側に設けたが、それぞれの系の上流側に設けても良い。これにより、第１ヒートシンクおよび第２ヒートシンクは比較的温度が低い冷却水によって冷却されるので、第１ヒートシンクおよび第２ヒートシンクによる発熱体の冷却量を大きくすることができる。

本発明の第２実施形態の効果について説明する。

第２冷却系３３の第２ヒートシンク３４を、第２流路６を流れる冷却水の流れ方向の下流側に設けることで、ヒートパイプ３７ａ、３７ｂ、３７ｃによって伝達された熱が排出路８近傍で冷却水中に放熱される。これにより、ヒートパイプ３７ａ、３７ｂ、３７ｃによって伝達された熱が放熱された冷却水が、第２流路６を流れることがなく、第２流路６を流れる冷却水の温度を低くすることができる。そのため、発熱体４０ａ、４０ｂ、４０ｃを下面側より、効率よく冷却することができる。

次に本発明の第３実施形態について図１５、図１６を用いて説明する。図１５は本実施形態の冷却器１０２の斜視図である。図１６は図１５においてＡ方向より見た場合の正面図である。

第３実施形態については第１実施形態の異なる部分を中心に説明する。本実施形態の冷却器１０２は、ヒートシンク５０が第１実施形態とは異なっている。なお、第１実施形態と同じ構成については、第１実施形態と同じ符号を付し、ここでの説明は省略する。

ヒートシンク５０について、さらに図１７を参照して説明する。図１７は、ヒートシンク５０の分解図である。

ヒートシンク５０は、ヒートシンク本体５１と、蓋部５２とから構成される。

ヒートシンク本体５１は、ヒートパイプ１５ａ、１５ｂ、１５ｃを圧入する圧入孔１９ａ、１９ｂ、１９ｃと、第２冷却系３のヒートパイプを圧入する圧入孔１１９ａ、１１９ｂ、１１９ｃと、内部冷却水流路５３と、第２接続路４３と、第２フィン４４とを備える。

内部冷却水流路５３は、圧入孔１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１１９ａ、１１９ｂ、１１９ｃの外側をヒートシンク本体５１の外形形状に沿って設けられる。内部冷却水流路５３は、第１接続路７の開口面から圧入孔１９ａの外側を鉛直方向に伸びる第３流路５４、第１接続路７の開口面から圧入孔１１９ｂの外側を鉛直方向に伸びる第４流路５５と、圧入孔１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１１９ａ、１１９ｂ、１１９ｃの上側を通り、第１接続路７を流れる冷却水の流れ方向に伸び、第３流路５４および第４流路５５と連通する第５流路５６と、隣接する圧入孔１９ａと圧入孔１９ｃ、圧入孔１９ｂと圧入孔１９ｃ、圧入孔１１９ａと圧入孔１１９ｃ、圧入孔１１９ｂと圧入孔１１９ｃの間に設けられ、第５流路５６と第２接続路４３とを連通する第６流路５７とから構成される。

ヒートシンク本体５１は、ヒートパイプが配置されていない部位を薄肉化する事によって熱マスを抑制する。また、冷却水がヒートパイプが配置された四方八方から流路に流入することで、ヒートシンク５０を冷却する。

蓋部５２はヒートパイプ１５ａ、１５ｂ、１５ｃが挿入される挿入孔５８ａ、５８ｂ、５９ｂと、第２冷却系３のヒートパイプが挿入される挿入孔５９ａ、５９ｂ、５９ｃとを備える。蓋部５２はヒートパイプ１５ａ、１５ｂ、１５ｃを圧入孔１９ａ、１９ｂ、１９ｃに圧入する方向でヒートシンク本体５１に接合し、内部冷却水流路５３をヒートパイプ１５ａ、１５ｂ、１５ｃを圧入する方向で密閉する。蓋部５２とヒートシンク本体５１とは、例えば溶接、摩擦撹拌接合などによって行われる。なお、ヒートシンク本体５１と蓋部５２との間にはシール材が設けられ、内部冷却水流路５３からの漏水を防止する。

次にヒートシンク５０における冷却水の流れについて説明する。

第１接続路７の上流側に流入した冷却水の一部は、第３流路５４に流入し、第５流路５６を流れ、第４流路５５から第１接続路７へ排出される。また、冷却水の一部は、第６流路５７によって圧入孔１９ａ、１９ｂ、１９ｃの間および圧入孔１１９ａ、１１９ｂ、１１９ｃの間を流れる。ヒートシンク５０内を冷却水が流れることでヒートパイプ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、第２冷却系３のヒートパイプによる熱伝達を効率よく行うことができる。

本発明の第３実施形態の効果について説明する。

ヒートシンク５０に内部冷却水流路５３を設けることで、ヒートシンク５０を冷却水によってさらに冷却することができ、ヒートパイプ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、第２冷却系３のヒートパイプによる冷却を効率よく行うことができる。

次に本発明の第４実施形態について図１８、図１９、図２０を用いて説明する。図１８は本実施形態の冷却器１０３の斜視図である。図１９は図１８においてＡ方向より見た場合の正面図である。図２０は本実施形態の冷却器１０３の上面図である。なお、冷却器１０３は水平な面に設置されているものとする。

本実施形態の冷却器１０３は、本体６０に第１冷却系６１と、第２冷却系６２とを形成して構成される。

本体６０について図２１、図２２、図２３を用いて説明する。図２１は図２０におけるＢ−Ｂ断面図である。図２２は図１９におけるＣ−Ｃ断面図の一部を示す概略図である。図２３は図１９におけるＤ−Ｄ断面図の一部を示す概略図である。

本体６０は、複数のブロック部を接合して、底部８５を有する略Ｕ字状に形成される。本体６０の内部には供給路６３と、第１流路６４と、第２流路６５と、接続路６６と、排出路６７とが形成される。

供給路６３は、鉛直方向に設けた直線状の流路である。供給路６３には、パイプ８２を介して冷却水が供給される。

第１流路６４は、直線状の流路であり、水平方向に延設される。第１流路６４は一方の端部側で供給路６３と連通し、冷却水が供給される。第１流路６４はもう一方の端部側で接続路６６と連通する。

接続路６６は、第１流路６４と第２流路６５とを連通する。接続路６６は水平方向および鉛直方向に延設される。

第２流路６５は、第１流路６４に対して平行に設けられた流路である。第２流路６５は一方の端部側で接続路６６と連通し、もう一方の端部で排出路６７と連通する。

排出路６７は、鉛直方向に設けた直線状の流路である。排出路６７は、パイプ８３を介して冷却水を排出する。

第１流路６４と接続路６６と第２流路６５は、上面から見た場合に略Ｕ字型の流路を形成し、供給路６３に供給された冷却水は、第１流路６４、接続路６６、第２流路６５を順番に流れ、排出路６７から排出される。また、接続路６６は鉛直方向にも延設されており、冷却水は接続路６６を鉛直方向にも広がって流れる。なお、冷却水はポンプなどによって供給路６３に導入され、流路内は冷却水で満たされている。

第１冷却系６１は、発熱体６８と、受熱部６９と、ヒートパイプ７０と、第１冷却部７１と、第２冷却部７２とから構成される。

発熱体６８は、第１流路６４の直上に位置する本体６０上に設けられる。発熱体６８の上面は受熱部６９に当接する。

受熱部６９は、上部受熱部７３と下部受熱部７４とを接合することで構成される。上部受熱部７３と下部受熱部７４は、それぞれ合わせ面に略半円の凹部を備えており、２つの凹部が合わせることで孔７５を形成する。この孔７５内にヒートパイプ７０が配置される。受熱部６９は、下面において発熱体６８と当接し、発熱体６８で生じた熱の一部が伝達される。

ヒートパイプ７０は、蒸発部７６と、第１放熱部７７と、第２放熱部７８と、接続部７９とを備える。

蒸発部７６は、各端部側で略Ｓ字状の接続部７９を介して第１放熱部７７または第２放熱部７８と接続する。蒸発部７６と第１放熱部７７と第２放熱部７８は、各軸が同一平面上に位置し、第１放熱部７７と第２放熱部７８とは蒸発部７６に対して同一方向に存在するように設けられる。また、蒸発部７６は第１放熱部７７および第２放熱部７８よりも低い位置に設けられる。

蒸発部７６は、受熱部６９の孔７５に配置される。第１放熱部７７は第１冷却部７１の圧入孔８０に圧入される。第２放熱部７８は第２冷却部７２の圧入孔８１に圧入される。

第１冷却部７１は、第１放熱部７７が圧入される圧入孔８０を備える。第１冷却部７１は供給路６３の上側に位置する本体６０に接合される。また、第２冷却部７２は第２放熱部７８が圧入される圧入孔８１を備える。第２冷却部７２は、接続路６６の上側に位置する本体６０に接合される。

本実施形態では、蒸発部７６は第１放熱部７７および第２放熱部７８よりも低い位置にあるため、蒸発部７６内に作動液が存在する。そのため、冷却器１０３が傾いた場合でも、蒸発部７６に作動液が存在し、ヒートパイプ７０によって発熱体６８を上側から冷却することができる。

第２冷却系６２は、第２流路６５の上側に設けられている点を除いて第１冷却系６２と同じ構成なので詳しい説明は省略する。

次に本実施形態の冷却器１０３の作用について説明する。ここでは第１冷却系６１における冷却について説明する。

まず、発熱体６８の下面から伝達される熱の冷却について説明する。発熱体６８で生じた熱の一部は、発熱体６８の下面に当接する本体６０に伝達される。発熱体６８の直下に位置する第１流路６４には冷却水が流れている。そのため本体６０に伝達した熱は、第１流路６４を流れる冷却水中に放熱される。

次に発熱体６８の上面から伝達される熱の冷却について説明する。受熱部６９に伝達された熱は、受熱部６９の孔７５に配置されたヒートパイプ７０の蒸発部７６に伝達され、蒸発部７６の温度が高くなると、ヒートパイプ７０内の作動液が蒸発する。

第１冷却部７１の圧入孔８０に圧入された第１放熱部７７、および第２冷却部７２の圧入孔８１に圧入された第２放熱部７８は、蒸発部７６よりも温度が低く、蒸発した作動液は、第１冷却部７１および第２冷却部７２で凝縮する。この時ヒートパイプ７０から熱が第１冷却部７１および第２冷却部７２に伝達される。第１冷却部７１および第２冷却部７２に伝達された熱の一部は第１冷却部７１および第２冷却部７２から外部へ放熱される。また、第１冷却部７１の下に位置する供給路６３、第２冷却部７２の下に位置する接続路６６には冷却水が流れている。そのため第１冷却部７１および第２冷却部７２に伝達された熱の一部は、本体６０を介して冷却水中に放熱される。

なお、第２冷却系３は第１冷却系２と同様に発熱体を冷却する。

また、本実施形態では、図２４に示すように冷却器１０３が傾いた場合でも、蒸発部７６に作動液が存在し、傾いて位置が高くなった第１放熱部７７または第２放熱部７８によって第１冷却部７１、または第２冷却部７２に熱伝達を行い、発熱体６８を冷却することができる。

なお、本実施形態では第１冷却系６１は、ヒートパイプ７０を１つ設けたが、２つのヒートパイプを設けてもよい。この場合には、例えば本実施形態のヒートパイプ７０を蒸発部７６の中心付近で２つに分けたような形状のヒートパイプを用いる。これにより、冷却器１０３が傾いた場合でも、必ずどちらかのヒートパイプによって発熱体６９を冷却することができる。第２冷却系６２についても同様である。

また、発熱体６８の下に第１実施形態の支持部１２を設けても良い。

本発明の第４実施形態の効果について説明する。

ヒートパイプ７０の蒸発部７６を第１放熱部７７および第２放熱部７８よりも低い位置に設けることで、冷却器１０３が傾いた場合でも、ヒートパイプ７０によって発熱体６８を上側から冷却することができる。

上記した実施形態においては、ヒートパイプを受熱部などへ取り付ける方法として、ヒートパイプを圧入する方法を主に用いて説明したが、これに限られることはなく、ヒートパイプは他の方法によっても受熱部などへ取り付けることが可能である。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。

１、３０、６０ 本体
２、３１、６１ 第１冷却系
３、３３、６２ 第２冷却系
５、６４ 第１流路（冷却水流路）
６、６５ 第２流路（冷却水流路）
７ 第１接続路（冷却水流路）
９ａ、９ｂ、９ｃ 発熱体
１２ 支持部（第２伝熱部材）
１３ 第１フィン（第２突出部）
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ 受熱部（第１伝熱部材）
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ ヒートパイプ
１６、５０ ヒートシンク
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ 貫通孔
２０、４４ 第２フィン（第１突出部）
２６、４３ 第２接続路（冷却水流路）
３２ 第１ヒートシンク
３４ 第２ヒートシンク
３６ａ、３６ｂ、３６ｃ 受熱部（第１伝熱部材）
３７ａ、３７ｂ、３７ｃ ヒートパイプ
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ 発熱体
４２ 第３フィン（第１突出部）
５３ 内部冷却水流路
６６ 接続路
６８ 発熱体
６９ 受熱部（第１伝熱部材）
７０ ヒートパイプ

Claims (4)

1. 発熱体から熱が伝達され、前記発熱体よりも高い位置に設けられる第１伝熱部材と、
   前記第１伝熱部材から熱が伝達されるヒートパイプと、
   前記発熱体から熱が伝達され、前記発熱体よりも低い位置に設けられる第２伝熱部材と、
   前記発熱体よりも低い位置に設けられ、前記第２伝熱部材を冷却する冷却水が流れる冷却水流路と、
   前記冷却水流路内に突出する第１突出部を有し、前記ヒートパイプから熱が伝達されるヒートシンクと、を備える第１冷却系と、
   前記第１冷却系とは異なる、前記第１伝熱部材と前記ヒートパイプと前記第２伝熱部材と前記ヒートシンクと前記冷却水流路を備える第２冷却系と、を備え、
   前記第１冷却系の冷却水流路と前記第２冷却系の冷却水流路とは連通し、前記第２冷却系は冷却水の流れ方向において前記第１冷却系よりも下流側に位置し、
   前記第１冷却系のヒートシンクは、前記冷却水の流れ方向において前記第１冷却系の発熱体よりも下流側に設けられ、前記第１冷却系と前記第２冷却系との間の接続部のみに設けられ、
   前記第２冷却系のヒートシンクは、前記接続部のみに設けられることを特徴とする冷却器。
2. 前記発熱体は前記冷却水の流れ方向に沿って直列に複数設けられ、
   前記第１伝熱部材および前記ヒートパイプは、複数設けられた前記発熱体に対応して複数設けられ、
   前記ヒートシンク側に設けられた第１伝熱部材は、前記ヒートシンク側に設けられた前記第１伝熱部材よりも前記ヒートシンクから遠い位置に設けられた別の第１伝熱部材から熱が伝達される前記ヒートパイプが貫通する貫通孔を備え、
   前記貫通孔の径は、貫通する前記ヒートパイプの外径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の冷却器。
3. 前記ヒートシンクは、前記冷却水が前記ヒートシンクの内部に流れる内部冷却水流路を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却器。
4. 前記内部冷却水流路は、前記冷却水流路と連通することを特徴とする請求項３に記載の冷却器。

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