JP6561846B2 - 冷却装置及び電子装置 - Google Patents

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Description

本発明は、冷却装置及び電子装置等に関し、例えば、発熱素子の熱を放熱する冷却ユニットを備えた冷却装置及び電子装置等に関する。
近年、コンピュータ等の電子装置は、高性能化や高機能化が急速に進んできている。これに伴い、電子装置に搭載されている集積回路等は、その発熱量が増大する傾向にある。
このような電子装置において、相変化冷却方式を用いて、集積回路等の発熱素子の発熱を放熱する冷却装置の技術が知られている(例えば、特許文献1〜5)。また、これらの相変化冷却方式を用いた冷却装置では、蒸気が鉛直方向に対して上部に集まる原理を利用し、冷却装置下部に受熱部を設け、冷却装置上部に放熱部を設けるサーマルサイフォン式冷却構造が採用されている。これにより、相変化冷却方式を用いた冷却装置は、冷媒を循環させるためのポンプを必要としない。
特許文献1には、受熱部と放熱部を一体で形成することにより、発熱体周辺部品と冷却槽との干渉を防止することができる沸騰冷却装置の技術が開示されている。
特許文献2には、凝縮器を気化器の鉛直上方に設置することにより、省電力化及び低騒音化をより進めることができるサイフォン効果を用いた冷却装置の技術が開示されている。
特許文献3には、放熱器を熱交換器の鉛直上方に設け(特許文献2と同様)、冷媒の輸送パイプを1本で形成することにより、高信頼性および低熱抵抗を実現するポンプレス冷却システムの技術が開示されている。
特許文献4には、冷媒が流れる配管を2層構造にすることで、液相流路と気相流路を分離することにより、高い放熱性能が得られる沸騰冷却器の技術が開示されている。
特許文献5には、複数の発熱素子を冷却する冷却システムにおいて、複数の放熱部を電子装置の筐体の幅(水平横)方向に並べて配置することにより、放熱部の各々に低温の冷却風を供給することができる冷却システム及び電子装置の技術が開示されている。
特開2000−183259号公報 特開2002−168547号公報 特開2005−195226号公報 特開2003−197839号公報 特開2011−047616号公報
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、発熱素子に接する受熱部と、放熱部と冷媒の循環経路を一体として成型する必要がある。このため、放熱部の放熱フィンが、発熱素子である集積回路等の近傍に配置されることになる。近年、電子装置内部は、高密度に集積回路等を実装することが要求されている。従って、特許文献1の技術では、集積回路等の発熱素子近傍に放熱部が設けられるため、装置の大型化を招く恐れがあるという問題があった。
特許文献2及び3に記載の技術では、受熱部の鉛直上方に放熱部を設け、受熱部と放熱部を分離することで、特許文献1に記載の技術を要因とする問題は解消される。しかしながら、電子装置の内部の構造によっては、必ずしも受熱部の鉛直上方に放熱部を設けることが出来るわけではない。また、受熱部と放熱部に接続される配管内で冷媒が凝縮されてしまう問題がある。この場合、配管内部に冷媒の液膜が形成され、重力により鉛直下方の受熱部に冷媒が戻る。冷媒の液膜や、重力で受熱部に戻る冷媒は、放熱部に向かう冷媒の蒸気の抵抗になるばかりでなく、蒸気経路の断面積が縮小され圧力損失を生む。この結果、放熱部の放熱性能が低下するという問題があった。
特許文献4に記載の技術では、冷媒が流れる配管を2層構造にすることで、液相流路と気相流路を分離することにより、特許文献2及び3に記載の技術を要因とする問題は解消される。しかしながら、配管の構造上、放熱部への配管の接続場所が限られてしまう問題がある。また、放熱部内部では、鉛直上方に上昇しようとする気体と、鉛直下方に下降しようとする液体が混在し、放熱部内部の冷媒流動が不安定になる。その結果、放熱部内部で発熱素子の発熱を十分に放熱できないという問題があった。
特許文献5に記載の技術では、複数の放熱部を電子装置の筐体の幅(水平横)方向に並べて配置するため、発熱素子の発熱量が大きくなる程、或いは、発熱素子の数が増える程、筐体における水平横方向のスペースが必要となる。その結果、より多くの集積回路等の電子部品を実装する場合には、装置全体が大型化してしまうという問題があった。
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、発熱素子の発熱を放熱する機能を低下させることなく、小型化を図ることができる冷却装置を提供することにある。
本発明の冷却装置は、発熱素子からの熱を受熱する第1及び第2の受熱部と、前記第1の受熱部により受熱された熱を放熱する第1の放熱部と、前記第2の受熱部により受熱された熱を放熱する第2の放熱部と、を備え、前記第1及び第2の放熱部は、平板形状であって、前記平板形状の主面に対して略垂直な方向に空気が透過する構成を有し、前記第1の放熱部における平板形状の主面である第1の主面と、前記第2の放熱部における平板形状の主面である第2の主面とが、互いに向かい合うように配置されている。
本発明の電子装置は、発熱素子からの熱を受熱する第1及び第2の受熱部と、前記第1の受熱部により受熱された熱を放熱する第1の放熱部と、前記第2の受熱部により受熱された熱を放熱する第2の放熱部と、前記第1及び第2の受熱部と前記第1及び第2の放熱部とを収容する筐体と、を備え、前記第1及び第2の放熱部は、平板形状であって、前記平板形状の主面に対して略垂直な方向に空気が透過する構成を有し、前記第1の放熱部における平板形状の主面である第1の主面と、前記第2の放熱部における平板形状の主面である第2の主面とが、互いに向かい合うように配置されている。
本発明にかかる冷却装置等によれば、発熱素子の発熱を放熱する機能を低下させることなく、小型化を図ることができる。
本発明の第1の実施の形態における冷却装置を含む電子装置を側面から透視した構成を示す側面透視図である。 図1のA−A切断面から視た平面透視図である。 図2のB−B切断面で切断したときの断面を示す断面図である。 放熱部の構成を示す斜視図である。 放熱部の構成を示す正面図である。 本発明の第2の実施の形態における冷却装置を含む電子装置を側面から透視した構成を示す側面透視図である。 図6のC−C切断面から視た平面透視図である。 放熱部とカバー部の接続関係を示す斜視図である。 本発明の第3の実施の形態における冷却装置を含む電子装置を側面から透視した構成を示す側面透視図である。 放熱部と液管との接続関係を示す斜視図である。 本発明の第4の実施の形態における冷却装置を含む電子装置を側面から透視した構成を示す側面透視図である。 図11のD−D切断面から視た平面透視図である。
<第1の実施の形態>
本発明の第1の実施の形態における電子装置1000の構成について、図に基づいて説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態における電子装置1000を側面から透視した構成を示す側面透視図である。図2は、図1のA−A切断面から視た平面透視図である。
なお、図1及び図2のX方向および−X方向は、後述する第1及び第2の主面730、740に略垂直な方向に対応する。図2のY方向および−Y方向は、後述する第1の配管ユニット又は第2の配管ユニットの引出方向に対応する。また、図1のG方向は、鉛直方向を示している。なお、G方向の下方(図1紙面の下矢印)は、重力方向(鉛直下方方向)を示している。
説明の便宜上、電子装置1000の構成を説明する前に、まず、図1及び図2を用いて、電子基板200について説明する。
図1及び図2に示されるように、電子基板200は、基材210と、発熱素子220、230とを含んで構成されている。
基材210は、例えば、板状に形成されたプリント配線基板である。この基材210は、発熱素子220、230を搭載することができるように構成されている。基材210の材料には、例えばガラスエポキシなどの難燃性部材が用いられる。
発熱素子220、230は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、IC(Integrated Circuit)及びパワー半導体等の電子部品である。ここでいう発熱素子とは、動作すると高い熱を発する素子をいう。発熱素子220、230は、例えば、半田(不図示)を介して、基材210に取り付けられている。なお、発熱素子220、230は、例えば、ソケット(不図示)等を用いて基材210に取り付けられてもよい。
以上、電子基板200の構成について説明した。
次に、電子装置1000の詳細な構成について、図1〜5に基づいて具体的に説明する。図3は、図2のB−B切断面で切断したときの断面を示す断面図である。図4は、第1及び第2の放熱部700、710の構成を示す斜視図である。図5は、第1及び第2の放熱部700、710の構成を示す正面図である。
図1及び図2に示されるように、電子装置1000は、少なくとも冷却装置100と、筐体300とを含んで構成されている。筐体300は、冷却装置100を収容する。
冷却装置100は、第1及び第2の受熱部400、410と、第1及び第2の蒸気管500、510と、第1及び第2の液管600、610と、第1及び第2の放熱部700、710と、ファン部800とを含んで構成されている。
冷却装置100は、例えば発熱素子を搭載したサーバや、パーソナルコンピュータや、ルータや、LED(Light Emitting Diode)プロジェクターや、LCD(Liquid Crystal Display)またはDMD(Digital Micro mirror Device)を活用するプロジェクターや、通信機器や、無線機器や、放送機器等といった各種電子装置に用いることができる。
冷却装置100の各構成の説明の前に、冷却装置100の基本構造について説明する。この冷却装置100では、第1の受熱部400と第1の放熱部700との間に、冷媒を相変化(気相←→液相)させながら循環させることにより、発熱素子220の発熱を冷却する。同様に、冷却装置100では、第2の受熱部410と第2の放熱部710との間に、冷媒を相変化(気相←→液相)させながら循環させることにより、発熱素子230の発熱を冷却する。
図1及び図2に示されるように、第1の受熱部400と第1の放熱部700との間は、第1の蒸気管500及び第1の液管600により接続されている。また、第2の受熱部410と第2の放熱部710との間は、第2の蒸気管510及び第2の液管610により接続されている。また、第1及び第2の受熱部400、410と第1及び第2の放熱部700、710は、後述するように、その内部は中空状に形成されており、空洞となっている。
また、第1の受熱部400及び第1の放熱部700の内部空洞と、第1の蒸気管500と、第1の液管600とにより形成される空間内に、冷媒(不図示)が密閉された状態で閉じ込められている。この冷媒は、第1の受熱部400及び第1の放熱部700の間を、第1の蒸気管500及び第1の液管600を介して、循環する。
具体的には、第1の受熱部400の内部で冷媒が気化することで発生した蒸気(気相の冷媒)は、液相の冷媒と比較して比重が小さいため、鉛直上方に上昇し、第1の蒸気管500内を通り第1の放熱部700内に流れ込む。そして、気相の冷媒は、第1の放熱部700の内部で冷却され、液化凝縮する。凝縮した液相の冷媒は、第1の放熱部700内部で鉛直下方に流れ、第1の液管600を通じて、第1の受熱部400内に流れ込む。
第2の受熱部410及び第2の放熱部710の内部空洞と、第2の蒸気管510と、第2の液管610とにより形成される空間内にも、冷媒が密閉された状態で閉じ込められている。そして、第1の受熱部400及び第1の放熱部700間と同様に、冷媒は、第2の受熱部410及び第2の放熱部710の間を、第2の蒸気管510及び第2の液管610を介して、循環する。
冷媒は、例えば、高分子材料などにより構成されており、高温になると気化し、低温になると液化する特性を有している。
次に、冷却装置100を構成する各部材について、具体的に説明する。
まず、図1及び図2を用いて、第1及び第2の受熱部400、410の構成について説明する。第1及び第2の受熱部400、410は、発熱素子220、230上にそれぞれ取り付けられており、発熱素子220、230に熱的に接続されている。第1及び第2の受熱部400、410は、発熱素子220、230からの熱を各々受熱する。第1及び第2の受熱部400、410は、後述する第1及び第2の放熱部700、710と共に、後述する第1及び第2の主面730、740に略垂直な方向(図中X、−X方向)に沿って配置されている。
図1及び図2に示されるように、第1及び第2の受熱部400、410は、例えばネジ(不図示)等を用いて、発熱素子220、230上にそれぞれ取り付けられている。
このとき、第1及び第2の受熱部400、410は、例えば、100kPaから500kPa程度の圧力により、発熱素子220、230に押し付けられていることが好ましい。第1及び第2の受熱部400、410の材料は、例えばアルミニウムや銅などの伝熱性部材を用いることができる。
なお、第1及び第2の受熱部400、410と発熱素子220、230との各々の間には、熱伝導率が良好な材料(例えば、熱伝導性グリース(不図示)、放熱シート(不図示)、グラファイトシート(不図示)またはインジウム等を用いた各種金属薄膜(不図示)等)が介在してもよい。こうすることで、発熱素子220、230からの発熱が、第1及び第2の受熱部400、410に効率よく伝わる。
ここで、図3を用いて、第1の受熱部400の内部構造について説明する。なお、第2の受熱部410は、第1の受熱部400と同等の構成であるため、第2の受熱部410の内部構造の説明は省略する。
図3に示されるように、第1の受熱部400は、受熱部用フィン部401と、冷媒沸騰部402、受熱部用蒸気管側結合部403と、受熱部用液管側結合部404とを有する。
冷媒沸騰部402は、第1の受熱部400の内部空間に形成されている。冷媒沸騰部402内では、冷媒が、発熱素子220の発熱により液相から気相に相変化する。
受熱部用フィン部401は、板状に形成され、第1の受熱部400の冷媒沸騰部402内に複数設けられている。受熱部用フィン部401は、発熱素子220の発熱を放熱することによって、当該発熱素子220の温度を下げる。
なお、ここでは、受熱部用フィン部401の形状は、熱を拡散する機能を果たすために表面積が広ければよく、例えば、蛇腹形状、剣山形状等に形成されてもよい。また、隣り合う受熱部用フィン部401間の距離は、冷媒の沸騰により発生した気泡が各受熱部用フィン部401から良好に乖離するように、概ね1mmから3mm以上であることが好ましい。
受熱部用フィン部401の表面は、例えば、数10μmから100μmの粗さでサンドブラスト加工されていてもよい。こうすることで、受熱部用フィン部401の表面に発生する気泡の数が増加する。
受熱部用蒸気管側結合部403及び受熱部用液管側結合部404は、第1の受熱部400に形成されている。受熱部用蒸気管側結合部403には第1の蒸気管500が接続され、受熱部用液管側結合部404には第1の液管600が接続される。受熱部用蒸気管側結合部403は、気相の冷媒が鉛直上方に流れるため、第1の受熱部400において、より鉛直上方側に配置されることが望ましい。一方、受熱部用液管側結合部404は、気相の冷媒が第1の液管600を通じて第1の放熱部700に流れ込まないように、第1の受熱部400において、より鉛直下方側に配置されることが望ましい。
次に、図1及び図2に戻って、第1及び第2の蒸気管500、510と、第1及び第2の液管600、610の構成について説明する。
第1の蒸気管500は、第1の受熱部400と第1の放熱部700との間を接続し、第1の受熱部400から第1の放熱部700へ冷媒を導く。第1の液管600は、第1の受熱部400と第1の放熱部700との間を接続し、第1の放熱部700から第1の受熱部400へ冷媒を導く。
ここでは、第1の蒸気管500及び第1の液管600を総称して、第1の配管ユニットとよぶ。すなわち、第1の配管ユニットは、第1の受熱部400と第1の放熱部700との間で冷媒を循環させるために、第1の受熱部400と第1の放熱部700との間を接続する。
第2の蒸気管510は、第2の受熱部410と第2の放熱部710との間を接続し、第2の受熱部410から第2の放熱部710へ冷媒を導く。第2の液管610は、第2の受熱部410と第2の放熱部710との間を接続し、第2の放熱部710から第2の受熱部410へ冷媒を導く。
ここでは、第2の蒸気管510及び第2の液管610を総称して、第2の配管ユニットとよぶ。すなわち、第2の配管ユニットは、第2の受熱部410と第2の放熱部710との間で冷媒を循環させるために、第2の受熱部410と第2の放熱部710との間を接続する。
なお、第1及び第2の蒸気管500、510の内径と、第1及び第2の液管600、610の内径は、電子装置1000の冷却性能に合わせて適宜調節可能である。例えば、第1及び第2の蒸気管500、510の内径を各々15mmとし、第1及び第2の液管600、610の内径を各々10mmとすることができる。第1及び第2の蒸気管500、510の内径は、その径を比較的大きくすることで圧力損失が最小限になるように設定することが望ましい。
一方、第1及び第2の液管600、610の内径は、その径を比較的小さくすることが望ましい。第1及び第2の液管600、610の内径は、例えば、第1及び第2の蒸気管500、510の内径よりも小さくすることができる。これにより、第1及び第2の受熱部400、410内において、気相の冷媒が、第1及び第2の放熱部700、710へ逆流することを防止することができる。
なお、気相の冷媒が、第1及び第2の液管600、610を介して、第1及び第2の放熱部700、710へ逆流する恐れがない場合には、第1及び第2の液管600、610の内径を、第1及び第2の蒸気管500、510の内径と同じにしてもよい。これにより、第1及び第2の液管600、610内を通る冷媒の流動性が向上する。
図2に示されるように、第1の配管ユニットの第1の蒸気管500及び第1の液管600は、第1の受熱部400からY方向に引き出されている。第2の配管ユニットの第2の蒸気管510及び第2の液管610は、第2の受熱部410から−Y方向に引き出されている。
すなわち、第1の配管ユニットが第1の受熱部400から引き出された引出方向(図中Y方向)と、第2の配管ユニットが第2の受熱部410から引き出された引出方向(図中−Y方向)は、互いに反対方向である。
次に、図1、2、4及び5を用いて、第1及び第2の放熱部700、710の構成について説明する。
図1、2、4及び5に示されるように、第1の放熱部700は、上タンク部701(特に図5を参照)と、下タンク部702(特に図5を参照)と、複数の連結管部703(特に図5を参照)と、複数の放熱部用フィン部704(特に図5を参照)と、放熱部用蒸気管側結合部705と、放熱部用液管側結合部706と、第3の主面720(特に図1を参照)と、第1の主面730(特に図1を参照)とを有して構成されている。特に、図5に示されるように、上タンク部701(図5の点線で囲われた部分)および下タンク部702(図5の点線で囲われた部分)は、複数の連結管部703(図5では、7本)によって接続されている。上タンク部701、下タンク部702および複数の連結管703が連結されることにより、密閉空間が形成される。この密閉空間に対して、上タンク部701に設けられた放熱部用蒸気管側結合部705には、第1の蒸気管500が接続され、下タンク部702に設けられた放熱部用液管側結合部706には、第1の液管600が接続される。このとき、複数の連結管703の間には、空気の通り道が形成される。この空気の通り道上に、複数の放熱部用フィン部704が設けられる。すなわち、特に、図5に示されるように、複数の放熱部用フィン部704は、複数の連結管部703の間に形成された空気の通り道上に、それぞれ設けられている。
第2の放熱部710は、第1の放熱部700と同様の構成を有する。すなわち、図1、2、4及び5に示されるように、第2の放熱部710は、上タンク部711(特に図5を参照)と、下タンク部712(特に図5を参照)と、複数の連結管部713(特に図5を参照)と、複数の放熱部用フィン部714(特に図5を参照)と、放熱部用蒸気管側結合部715と、放熱部用液管側結合部716と、第2の主面740(特に図1を参照)と、第4の主面750(特に図1を参照)とを有して構成されている。特に、図5に示されるように、上タンク部711(図5の点線で囲われた部分)および下タンク部712(図5の点線で囲われた部分)は、複数の連結管部713(図5では、7本)によって接続されている。上タンク部711、下タンク部712および複数の連結管713が連結されることにより、密閉空間が形成される。この密閉空間に対して、上タンク部711に設けられた放熱部用蒸気管側結合部715には、第2の蒸気管510が接続され、下タンク部712に設けられた放熱部用液管側結合部716には、第2の液管610が接続される。このとき、複数の連結管713の間には、空気の通り道が形成される。この空気の通り道上に、複数の放熱部用フィン部714が設けられる。すなわち、特に、図5に示されるように、また、複数の放熱部用フィン部714は、複数の連結管部713の間にそれぞれ設けられている。
第1及び第2の放熱部700、710は、第1及び第2の受熱部400、410により受熱された熱を各々放熱する。図1及び図2に示されるように、第1及び第2の放熱部700、710は、第1及び第2の受熱部400、410と共に、第1及び第2の主面730、740に略垂直な方向(図中X、−X方向)に沿って配置されている。
図1及び図2に示されるように、第1及び第2の放熱部700、710は、平板形状に形成されている。また、第1の放熱部700の第1の主面730と、第2の放熱部710の第2の主面740とが、互いに向かい合うように配置されている。
また、図1及び図2に示されるように、第1及び第2の主面730、740は、矩形状に形成されている。そして、図2に示されるように、第1及び第2の主面730、740の両端辺間の距離は、筐体300における内壁間の距離(図2中のα)に対応している。すなわち、第1及び第2の主面730、740におけるY及び−Y方向(水平方向)の両端辺は、筐体300の内壁に内接している。
ここで、図4及び図5を用いて、第1及び第2の放熱部700、710の内部構造について説明する。
第1及び第2の放熱部700、710は、内部に空洞を有しており、冷媒(図4、5中のA)を貯蔵する。
上タンク部701、711は、下タンク部702、712よりも鉛直上方に各々配置されている。
図5に示されるように、第1の放熱部700の連結管部703は、上タンク部701及び下タンク部702を連結する。第2の放熱部710の連結管部713は、上タンク部711及び下タンク部712を連結する。連結管部703、713は、複数設けられている。
放熱部用フィン部704、714は、各連結管部703の間に各々設けられている。放熱部用フィン部704、714は、上タンク部701、711から流入した気相の冷媒の熱を放熱する。放熱された冷媒は、気相から液相に相変化し、下タンク部702、712に向けて連結管部703、713を下降する。
なお、放熱部用フィン部704、714は、複数のフィンにより構成されており、複数のフィン間には空気が通ることができるように構成されている。すなわち、図1及び図2に示されるように、第1の放熱部700において、放熱部用フィン部704の領域内では、第1及び第3の主面720、730に対して略垂直な方向(図中X、−X方向)に空気が透過する。同様に、第2の放熱部710において、放熱部用フィン部714の領域内では、第2及び第4の主面740、750に対して略垂直な方向(図中X、−X方向)に空気が透過する。
放熱部用蒸気管側結合部705、715は、上タンク部701、711に各々形成されている。放熱部用蒸気管側結合部705、715には、第1及び第2の蒸気管500、510が各々接続される。
放熱部用液管側結合部706、716は、下タンク部702、712に各々形成されている。放熱部用液管側結合部706、716には、第1及び第2の液管600、610が各々接続される。
次に、ファン部800の構成について、図に基づいて説明する。図1及び図2に示されるように、ファン部800は、筐体300の外側(図1及び図2の紙面右側)に設けられている。図1及び図2に示されるように、ファン部800は、第1及び第2の主面730、740が互いに向かい合う対向領域に、空気を送風する。前述の通り、第1の放熱部700において、放熱部用フィン部704の領域内では、第1及び第3の主面720、730に対して略垂直な方向(図中X、−X方向)に空気が透過する。同様に、第2の放熱部710において、放熱部用フィン部714の領域内では、第2及び第4の主面740、750に対して略垂直な方向(図中X、−X方向)に空気が透過する。したがって、第1及び第2の主面730、740が互いに向かい合う対向領域のうちで、少なくとも放熱部用フィン部704および放熱部用フィン部714が互いに重なり合う領域では、第2及び第4の主面740、750に対して略垂直な方向(図中X、−X方向)に空気が透過する。ファン部800は、第1及び第2の主面730、740が互いに向かい合う対向領域であって、少なくとも放熱部用フィン部704および放熱部用フィン部714が互いに重なり合う領域に、空気を送風する。
ここでいう対向領域とは、すなわち、図5で示されるように、X及び−X方向で、第1及び第2の放熱部700、710を視たとき、第1及び第2の放熱部700、710が重なり合う領域に相当する。
ファン部800は、空気を送風する方向が、第1及び第2の主面730、740に略垂直な方向(図中X、−X方向)に対応するように配置されている。
なお、ここでは、ファン部800は、空気を対向領域において図中X方向に送風する。すなわち、ファン部800により発生した空気は、少なくとも対向領域内において、第3の主面720、第1の主面730、第2の主面740、第4の主面750の順に流れ、筐体300外に排出される。
次に、電子装置1000の動作について、図に基づいて説明する。
まず、冷却装置100の電源を入れると、発熱素子220、230を中心に、電子基板200が発熱する。第1及び第2の受熱部400、410は、発熱素子220、230の発熱を受熱する。そして、第1及び第2の放熱部700、710は、第1及び第2の受熱部400、410により受熱された熱を放熱する。この結果、冷却装置100を含んで構成される電子装置1000は、冷媒を相変化させながら循環させることにより、電子基板200上の発熱素子220、230の熱を放熱する。
また、このとき、ファン部800によって、筐体300内の空気は、少なくとも対向領域内において、第3の主面720、第1の主面730、第2の主面740、第4の主面750の順に流れ、筐体300外に排出される。その結果、第1及び第2の放熱部700、710は、空気により冷却され、より効率良く電子基板200上の発熱素子220、230の熱を放熱することができる。
以上に説明したように、本発明の第1の実施の形態における冷却装置100は、第1及び第2の受熱部400、410と、第1の放熱部700と、第2の放熱部710と、を備える。第1及び第2の受熱部400、410は、発熱素子220、230からの熱を受熱する。第1の放熱部700は、第1の受熱部400により受熱された熱を放熱する。第2の放熱部710は、第2の受熱部410により受熱された熱を放熱する。
また、第1及び第2の放熱部700、710は、平板形状であって、平板形状の主面に対して略垂直な方向に空気が透過する構成を有する。また、第1の放熱部700における平板形状の主面である第1の主面730と、第2の放熱部710における平板形状の主面である第2の主面740とが、互いに向かい合うように配置されている。
従って、第1及び第2の放熱部700、710を並列に並べる場合と比較して、冷却装置100を小さくすることができる。また、第1の放熱部700は、発熱素子220を放熱し、第2の放熱部710は、発熱素子230を放熱する。すなわち、冷却装置100の第1及び第2の放熱部700、710は、発熱素子220、230のそれぞれを放熱するので、放熱機能の低下がない。
このように、第1及び第2の放熱部700、710を互いに向かい合うように配置することで、発熱素子220、230の発熱を放熱する機能を低下させることなく、冷却装置100の小型化を図ることができる。
なお、本発明の第1の実施の形態における冷却装置100では、第1の受熱部400と第1の放熱部700との間に、冷媒を相変化(気相←→液相)させながら循環させることにより、発熱素子220からの各々の発熱を冷却する。同様に、第2の受熱部410と第2の放熱部710との間の各々に、冷媒を相変化(気相←→液相)させながら循環させることにより、発熱素子230からの各々の発熱を冷却する。すなわち、冷却装置100は、相変化冷却方式を採用している。そのため、空冷式の冷却装置と比較して、発熱素子220、230の熱抵抗を低減することができる。
また、本発明の第1の実施の形態における冷却装置100は、ファン部800を備える。ファン部800は、第1及び第2の主面730、740のうち、第1及び第2の主面730、740が互いに向かい合う対向領域に、空気を送風する。
すなわち、ファン部800は、第1及び第2の放熱部700、710の双方に対して、直接風を当てられるので、第1及び第2の放熱部700、710を同時に冷却することができる。その結果、発熱素子220、230の発熱をより効率良く放熱することができる。
また、第1及び第2の放熱部700、710を並列に並べた場合、第1及び第2の放熱部700、710毎にファン部800を設ける必要があった。これに対して、第1及び第2の主面730、740は対向領域を有するので、1つのファン部800を用いて、この対向領域に風を送ることで、第1及び第2の放熱部700、710の双方を冷却することができる。そのため、冷却装置100の低コスト化、省電力化、小型化を図ることができる。
また、本発明の第1の実施の形態における冷却装置100において、第1及び第2の主面730、740は、矩形状に形成されている。第1及び第2の主面730、740の面方向(図2のY、−Y方向)における両端間の距離は、第1及び第2の受熱部400、410と第1及び第2の放熱部700、710とを収容する筐体300における内壁間の距離αに対応する。
これにより、筐体300の内壁間の距離αを最大限に有効活用して、第1及び第2の放熱部700、710の放熱面積をより大きくすることができる。その結果、発熱素子220、230の発熱をより効果的に放熱することができる。
また、第1及び第2の放熱部700、710の放熱面積を、鉛直方向に略垂直な方向である水平方向(図2のY、−Y方向)に大きく確保できるため、鉛直方向に流れる冷媒において、第1及び第2の放熱部700、710内の圧力損失を低減することができる。その結果、第1及び第2の放熱部700、710内における冷媒の流動性を高めることができ、発熱素子220、230の発熱をより効果的に放熱することができる。
また、本発明の第1の実施の形態における冷却装置100において、第1及び第2の受熱部400、410と、第1及び第2の放熱部700、710は、第1及び第2の主面730、740に略垂直な方向(図1のX又は−X方向)に沿って配置されている。これにより、第1及び第2の放熱部700、710を並列に並べる場合と比較して、冷却装置100の小型化を図ることができる。
また、本発明の第1の実施の形態における冷却装置100は、第1の配管ユニットと、第2の配管ユニットとを備える。第1の配管ユニットは、第1の受熱部400と第1の放熱部700との間で冷媒を循環させるために、第1の受熱部400と第1の放熱部700との間を接続する。第2の配管ユニットは、第2の受熱部410と第2の放熱部710との間で冷媒を循環させるために、第2の受熱部410と第2の放熱部710との間を接続する。第1の配管ユニットが第1の受熱部400から引き出された引出方向(図2のY方向)と、第2の配管ユニットが第2の受熱部410から引き出された引出方向(図2の−Y方向)は、互いに反対方向である。
これにより、第1の配管ユニットと第2の配管ユニットとが互いに絡み合うことを低減することができる。そのため、例えば、第1及び第2の配管ユニットの保守交換が容易になる。
また、本発明の第1の実施の形態における電子装置1000は、冷却装置100と、筐体300とを有する。筐体300は、冷却装置100を収容する。冷却装置100は、発熱素子220、230からの熱を受熱する第1及び第2の受熱部400、410と、第1の受熱部400により受熱された熱を放熱する第1の放熱部700と、第2の受熱部410により受熱された熱を放熱する第2の放熱部710と、を備える。第1及び第2の放熱部700、710は、平板形状であって、平板形状の主面に対して略垂直な方向に空気が透過する構成を有し、第1の放熱部700における平板形状の主面である第1の主面730と、第2の放熱部710における平板形状の主面である第2の主面740とが、互いに向かい合うように配置されている。
この電子装置1000は、上述した冷却装置100と同様の作用効果を奏する。
<第2の実施の形態>
図6〜8を用いて、本発明の第2の実施の形態における冷却装置100aの詳細な構成について説明する。図6は、本発明の第2の実施の形態における冷却装置100aを有する電子装置1000aを側面から透視した構成を示す側面透視図である。図7は、図6のC−C切断面から視た平面透視図である。図8は、第1及び第2の放熱部700、710とカバー部900の接続関係を示す斜視図である。
なお、図6〜8では、図1〜5で示した各構成要素と同等の構成要素には、図1〜5で示した符号と同等の符号を付している。
電子装置1000aは、冷却装置100aと筐体300とを含んで構成されている。
図6に示されるように、冷却装置100aは、第1及び第2の受熱部400、410と、第1及び第2の蒸気管500、510と、第1及び第2の液管600、610と、第1及び第2の放熱部700、710と、ファン部800と、カバー部900とを含んで構成されている。
ここで、図1と図6とを対比する。図6の冷却装置100aは、カバー部900を更に備えている点で、図1の冷却装置100と相違する。以下の説明では、図1〜5で示した構成と同等の構成については、説明を省略する。
図6〜8に示されるように、カバー部900は、第1の主面730及び第2の主面740の外周縁を連結する。カバー部900の材料には、アルミニウムや銅などの金属や、プラスチックやゴムなどの樹脂を用いることができる。カバー部900は、例えばネジ等を用いて第1及び第2の主面730、740の外周縁に取り付けることができる。
また、カバー部900は、カバー部用蒸気管側開口部901と、カバー部用液管側開口部902とを有する。
図6〜8に示されるように、カバー部用蒸気管側開口部901は、第2の放熱部710の放熱部用蒸気管側結合部715に対応する位置に形成される。また、カバー部用蒸気管側開口部901の内径は、第2の蒸気管510の外径に対応している。
図6及び図8に示されるように、カバー部用液管側開口部902は、第2の放熱部710の放熱部用液管側結合部716に対応する位置に形成される。また、カバー部用液管側開口部902の内径は、第2の液管610の外径に対応している。
以上に説明したように、本発明の第2の実施の形態における冷却装置100aは、カバー部900を備える。カバー部900は、第1及び第2の主面730、740の外周縁を連結する。
ここで、例えば、第1の実施の形態における冷却装置100と同様に、空気が、第3の主面720、第1の主面730、第2の主面740、第4の主面750の順に流れる場合を想定する。この場合において、カバー部900が、第1及び第2の主面730、740の外周縁を連結しているので、第1の主面730から第2の主面740までの間に流れる空気がカバー部900外へ漏れ出すことがない。
従って、第3の主面720に流れ込んだ空気は、第4の主面750まで流れることになる。これにより、第1及び第2の放熱部700、710をより効果的に冷却することができ、発熱素子220、230の発熱をより効果的に放熱することができる。
<第3の実施の形態>
図9及び図10を用いて、本発明の第3の実施の形態における冷却装置100bの詳細な構成について説明する。図9は、本発明の第3の実施の形態における冷却装置100bを含む電子装置1000bを側面から透視した構成を示す側面透視図である。図10は、第1及び第2の放熱部700、710と第1及び第2の液管600a、610aとの接続関係を示す斜視図である。
なお、図9及び図10では、図1〜8で示した各構成要素と同等の構成要素には、図1〜8で示した符号と同等の符号を付している。
電子装置1000bは、冷却装置100bと筐体300とを含んで構成されている。
図9に示されるように、冷却装置100bは、第1及び第2の受熱部400、410と、第1及び第2の蒸気管500、510と、第1及び第2の液管600a、610aと、第1及び第2の放熱部700a、710aと、ファン部800とを含んで構成されている。
ここで、図1と図9とを対比する。図1では、第1の液管600は、第3の主面720に接続されていた。また、第2の液管610は、第2の主面740に接続されていた。これに対して、図9では、第1の液管600aは、第1の放熱部700aの鉛直下方側の面(底面)760に接続されている。また、第2の液管610aは、第2の放熱部710aの鉛直下方側の面(底面)770に接続されている。この点で、図1と図9は互いに相違する。以下の説明では、図1〜8で示した構成と同等の構成については、説明を省略する。
図9及び図10に示されるように、第1の放熱部700aの放熱部用液管側結合部706aは、鉛直下方側の面(底面)760に形成されている。また、第2の放熱部710aの放熱部用液管側結合部716aは、鉛直下方側の面(底面)770に形成されている。
図9及び図10に示されるように、第1の液管600aは、第1の放熱部700aの放熱部用液管側結合部706aに接続されている。言い換えれば、第1の液管600aは、第1の放熱部700aの鉛直下方側の面760に接続されている。
また、第2の液管610aは、第2の放熱部710aの放熱部用液管側結合部716aに接続されている。言い換えれば、第2の液管610aは、第2の放熱部710aの鉛直下方側の面770に接続されている。
なお、ここでは、第1及び第2の液管600a、610aの両方が、第1及び第2の放熱部700a、710aの鉛直下方側の面760、770に各々接続されている構成を示している。上記の構成が最も好ましい構成であるが、第1及び第2の液管600a、610aのいずれか一方が、鉛直下方側の面に接続されてもよい。
以上に説明したように、本発明の第3の実施の形態における冷却装置100bは、第1の受熱部400と第1の放熱部700aとの間で冷媒を循環させるために、第1の配管ユニットと、第2の配管ユニットと、を備える。第1の配管ユニットは、第1の受熱部400と第1の放熱部700aとの間を接続する。第2の配管ユニットは、第2の受熱部410と第2の放熱部710aとの間で冷媒を循環させるために、第2の受熱部410と第2の放熱部710aとの間を接続する。
第1の配管ユニットは、第1の蒸気管500と、第1の液管600aと、を有する。第1の蒸気管500は、第1の受熱部400から第1の放熱部700aへ冷媒を導くために、第1の受熱部400と第1の放熱部700aとの間を接続する。第1の液管600aは、第1の放熱部700aから第1の受熱部400へ冷媒を導くために、第1の受熱部400と第1の放熱部700aとの間を接続する。
第2の配管ユニットは、第2の蒸気管510と、第2の液管610aと、を有する。第2の蒸気管510は、第2の受熱部410から第2の放熱部710aへ冷媒を導くために、第2の受熱部410と第2の放熱部710aとの間を接続する。第2の液管610aは、第2の放熱部710aから第2の受熱部410へ冷媒を導くために、第2の受熱部410と第2の放熱部710aとの間を接続する。
そして、第1の液管600aは、第1の放熱部700aの鉛直下方側の面760に接続されているか、又は、第2の液管610aは、第2の放熱部710aの鉛直下方側の面770に接続されている。
前述したように、上タンク部701、711から流入した気相の冷媒は、気相から液相に相変化し、連結管部703、713を鉛直下方向に下降し、下タンク部702、712に流れ込む。そして、液相の冷媒は、下タンク部702、712から第1及び第2の液管600a、610a内に流れ込む。
このとき、冷却装置100bでは、第1及び第2の液管600a、610aは、第1及び第2の放熱部700a、710aの鉛直下方側の面(底面)760、770に接続されている。このため、たとえば第1及び第2の液管600a、610aが鉛直下方側の面(底面)760、770以外の面(すなわち、底面以外の側面や上面)に接続されている場合と比較して、液相の冷媒を、第1及び第2の放熱部700a、710aの下タンク部702、712から第1及び第2の液管600a、610aへ、より円滑に導くことができる。この結果、第1及び第2の放熱部700a、710aの下タンク部702、712において、液相の冷媒をより円滑に流すことができる。それにより、第1及び第2の放熱部700a、710a内の液相の冷媒は、下タンク部702、712から、第1及び第2の液管600a、610a内により容易に抵抗なく流れ込むことができる。
その結果、第1の受熱部400と第1の放熱部700aとの間で冷媒をより効果的に循環することができる。同様に、第2の受熱部410と第2の放熱部710aとの間で冷媒をより効果的に循環することができる。そうすることにより、発熱素子220、230の発熱をより効果的に放熱することができる。
<第4の実施の形態>
図11及び図12を用いて、本発明の第4の実施の形態における冷却装置100cの詳細な構成について説明する。図11は、本発明の第4の実施の形態における冷却装置100cを含む電子装置1000cを側面から透視した構成を示す側面透視図である。図12は、図11のD−D切断面から視た平面透視図である。なお、図11及び図12では、図1〜10で示した各構成要素と同等の構成要素には、図1〜10で示した符号と同等の符号を付している。
電子装置1000cは、冷却装置100cと筐体300とを含んで構成されている。
図11に示されるように、冷却装置100cは、第1及び第2の受熱部400a、410aと、第1及び第2の蒸気管500、510と、第1及び第2の液管600、610と、第1及び第2の放熱部700、710と、ファン部800とを含んで構成されている。
ここで、図1と図11とを対比する。図1では、第1及び第2の受熱部400、410は、発熱素子220、230からの熱を各々受熱していた。これに対して、図11では、第1及び第2の受熱部400a、410aは、複数の発熱素子220、230からの熱を各々受熱する。この点で、図1と図11は互いに相違する。以下の説明では、図1〜10で示した構成と同等の構成については、説明を省略する。
図11及び図12に示されるように、第1の受熱部400aは、複数の発熱素子220に取り付けられている。第1の受熱部400aは、複数の発熱素子220からの熱を受熱する。
図11及び図12に示されるように、第2の受熱部410aは、複数の発熱素子230に取り付けられている。第2の受熱部410aは、複数の発熱素子230からの熱を受熱する。
なお、ここでは、第1及び第2の受熱部400a、410aの両方が、複数の発熱素子220、230からの熱を受熱する構成を示している。しかしながら、第1及び第2の受熱部400a、410aのうち、いずれか一方の受熱部のみが、複数の発熱素子からの熱を受熱する構成としてもよい。また、ここでは、複数の発熱素子の数が2つである例を示している。しかしながら、複数の発熱素子の数は、2つに限定されない。
以上に説明したように、本発明の第4の実施の形態における冷却装置100cにおいて、第1及び第2の受熱部400a、410aのうち、少なくとも一方の受熱部は、複数の発熱素子220、230からの熱を受熱する。これにより、複数の発熱素子220、230の数に応じて、第1及び第2の受熱部400a、410aと第1及び第2の放熱部700、710とを設ける必要がない。従って、冷却装置100cの部品点数を少なくすることができ、冷却装置100cの小型化を図ることができる。
以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。
この出願は、2014年1月16日に出願された日本出願特願2014−005775を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
100、100a、100b、100c 冷却装置
200 電子基板
210 基材
220 発熱素子
230 発熱素子
300 筐体
400、400a 第1の受熱部
401 受熱部用フィン部
402 冷媒沸騰部
403 受熱部用蒸気管側結合部
404 受熱部用液管側結合部
410、410a 第2の受熱部
500 第1の蒸気管
510 第2の蒸気管
600、600a 第1の液管
610、610a 第2の液管
700、700a 第1の放熱部
701、711 上タンク部
702、712 下タンク部
703、713 連結管部
704、714 放熱部用フィン部
705、715 放熱部用蒸気管側結合部
706、716、706a、716a 放熱部用液管側結合部
710、710a 第2の放熱部
720 第3の主面
730 第1の主面
740 第2の主面
750 第4の主面
760、770 鉛直下方側の面
800 ファン部
900 カバー部
901 カバー部用蒸気管側開口部
902 カバー部用液管側開口部
1000、1000a、1000b、1000c 電子装置

Claims (9)

  1. 発熱素子からの熱を受熱する第1及び第2の受熱部と、
    第1の主面を有し、前記第1の受熱部により受熱された熱を放熱する第1の放熱部と、
    第2の主面を有し、前記第2の受熱部により受熱された熱を放熱する第2の放熱部と、
    前記第1の受熱部と前記第1の放熱部との間で冷媒を循環させるために、前記第1の受熱部と前記第1の放熱部との間を接続する第1の配管ユニットと、
    前記第2の受熱部と前記第2の放熱部との間で冷媒を循環させるために、前記第2の受熱部と前記第2の放熱部との間を接続する第2の配管ユニットと、
    を備え、
    前記第1の配管ユニットは、前記第1の受熱部と前記第1の放熱部との間を接続し、前記第1の受熱部から前記第1の放熱部へ冷媒を導くための第1の蒸気管と、前記第1の受熱部と前記第1の放熱部との間を接続し、前記第1の放熱部から前記第1の受熱部へ冷媒を導くための第1の液管と、を有し、
    前記第2の配管ユニットは、前記第2の受熱部と前記第2の放熱部との間を接続し、前記第2の受熱部から前記第2の放熱部へ冷媒を導くための第2の蒸気管と、前記第2の受熱部と前記第2の放熱部との間を接続し、前記第2の放熱部から前記第2の受熱部へ冷媒を導くための第2の液管と、を有し、
    前記第1の主面と、前記第2の主面とが、互いに向かい合うように配置され、
    空気が、前記第1の主面および前記第2の主面に対して略垂直な方向に、前記第1の放熱部から前記第2の放熱部へ向けて、前記第1の放熱部および前記第2の放熱部を通過し、
    前記第2の主面の面積は、前記第1の主面の面積よりも大きく、
    前記第1の蒸気管は、前記第1の放熱部の一端部に接続され、前記第2の蒸気管は、前記第1の放熱部の他端部と向かい合う前記第2の放熱部の他端部に接続された冷却装置。
  2. 前記第1及び第2の主面のうち、前記第1及び第2の主面が互いに向かい合う対向領域に、空気を送風するファン部を備える請求項1に記載の冷却装置。
  3. 前記第1及び第2の主面の外周縁を連結するカバー部を備える請求項1又は2に記載の冷却装置。
  4. 前記第1及び第2の主面は、矩形状に形成され、
    前記第1及び第2の主面の面方向における両端辺間の距離は、前記第1及び第2の受熱部と前記第1及び第2の放熱部とを収容する筐体における内壁間の距離に対応する請求項1から3のいずれか1項に記載の冷却装置。
  5. 前記第1及び第2の受熱部と、前記第1及び第2の放熱部は、前記第1及び第2の主面に略垂直な方向に沿って配置されている請求項1から4のいずれか1項に記載の冷却装置。
  6. 記第1の配管ユニットが前記第1の受熱部から引き出された引出方向と、前記第2の配管ユニットが前記第2の受熱部から引き出された引出方向は、互いに反対方向である請求項1から5のいずれか1項に記載の冷却装置。
  7. 記第1の液管は、前記第1の放熱部の鉛直下方側の面に接続されているか、又は、前記第2の液管は、前記第2の放熱部の鉛直下方側の面に接続されている請求項1から5のいずれか1項に記載の冷却装置。
  8. 前記第1及び第2の受熱部のうち、少なくとも一方の受熱部は、複数の発熱素子からの熱を受熱する請求項1から7のいずれか1項に記載の冷却装置。
  9. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の冷却装置と、
    前記冷却装置を収容する筐体とを備えた電子装置。
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