JP6623810B2 - 冷却器、流路ユニット - Google Patents

Description

本発明は、発熱体を熱的に接触させた流路に冷媒が流れることにより、当該発熱体で発生した熱が放熱される冷却器に関する。また、本発明は、流体の流れる方向を曲げる曲がり流路を備えた流路ユニットに関する。

電子部品などの発熱体で発生した熱を放熱するため、当該発熱体を熱的に接触させた流路に、冷却水などの冷媒を流すようにした冷却器がある。このような冷却器において、流路に冷媒を円滑に流して、冷却効率を向上させるため、たとえば特許文献１および特許文献２では、流路内に複数のリブやフィンを設けて、流路を分割している。

特許文献１では、冷媒を真直に流す真直流路と、冷媒の流れる方向を曲げる曲がり流路とが接続されている。真直流路には、発熱体が熱的に接触している。そして、冷媒の乱流化を促進するため、真直流路には複数の波板形状のフィンが冷媒の流れ方向と該流路の幅方向にそれぞれ所定の間隔をおいて設けられている。また、冷媒を円滑に案内するため、曲がり流路には湾曲したフィンが該流路の幅方向に所定の間隔をおいて設けられている。

特許文献２では、Ｕ字状に湾曲した曲がり流路に、発熱体が熱的に接触している。そして、冷媒を円滑に案内するため、曲がり流路には複数の円弧状のリブ（突条部）が冷媒の流れ方向と該流路の幅方向にそれぞれ所定の間隔をおいて設けられている。このリブは、放熱フィンとしても機能する。

また、空調用などのその他の流路において、流体を円滑に案内するため、曲がり流路を曲率半径方向に分割する技術が、特許文献３および特許文献４にも開示されている。

特許文献３では、曲がり流路の曲率半径方向に所定の間隔をおいて、複数の円弧状の案内羽根が設けられている。そして、その案内羽根により分割された各分割路を流れる流体の流速を均一にするため、各分割路の曲がり形状が相似形になっている。

特許文献４では、空気が曲がり流路を流れるときの騒音を低減するため、断面が三日月状の通路分断壁部が曲がり流路に設けられることにより、曲がり流路が曲率半径方向に２つに分割されている。そして、その通路分断壁部により分割された２つの分割路の断面積がほぼ同一になっている。また、２つの分割路の通路分断壁部に対して垂直な断面積の合計と、曲がり流路の上流側と下流側とにそれぞれ接続された真直流路の断面積とが同一になっている。

図７および図８は、従来の冷却器７０、８０の曲がり流路７３、８３を示した図である。各曲がり流路７３、８３は、たとえば、発熱体を含んだ装置の筐体（図示省略）内に設置されている。各曲がり流路７３、８３には、曲率半径方向Ｒｉ１〜Ｒｉ８、Ｒｏ１〜Ｒｏ８に各曲がり流路７３、８３を分割する分割フィン７６、８６が複数設けられている。各分割フィン７６、８６の曲率半径方向Ｒｉ１〜Ｒｉ８、Ｒｏ１〜Ｒｏ８の厚みは一定になっている。

図７の例では、分割フィンにより分割された各分割路７３ａ、７３ｂ、７３ｃ、７３ｄ、７３ｅ、７３ｆ、７３ｇ、７３ｈの幅Ｗ１〜Ｗ８が、分割フィン７６に沿って一定になっている。このため、各分割路７３ａ〜７３ｈを流れる冷媒の流速が低下せず、冷媒による冷却性能も低下しない。

然るに、図７の場合は、曲がり流路７３の外側へ行くほど、各分割路７３ａ〜７３ｈの内側曲率半径Ｒｉ１、Ｒｉ２、Ｒｉ３、Ｒｉ４、Ｒｉｅ５、Ｒｉ６、Ｒｉ７、Ｒｉ８および外側曲率半径Ｒｏ１、Ｒｏ２、Ｒｏ３、Ｒｏ４、Ｒｉ５、Ｒｏ６、Ｒｏ７、Ｒｏ８が大きくなっている（Ｒｉ１＜Ｒｉ２＜Ｒｉ３＜Ｒｉ４＜Ｒｉｅ５＜Ｒｉ６＜Ｒｉ７＜Ｒｉ８、Ｒｏ１＜Ｒｏ２＜Ｒｏ３＜Ｒｏ４＜Ｒｏ５＜Ｒｏ６＜Ｒｏ７＜Ｒｏ８）。このため、曲がり流路７３の外側曲率半径Ｒｏ９が大きくなってしまい（Ｒｏ８＜Ｒｏ９）、図７で曲がり流路７３より右下の領域に冷媒が流れないので、曲がり流路７３を流れる冷媒により冷却可能な冷却有効領域Ｚｂが狭くなる。そして、曲がり流路７３と筐体上に搭載された発熱体との熱的な接触面積が小さくなって、該発熱体で発生した熱を冷媒により有効に冷却できないおそれがある。また、筐体の角部のような狭小な部分に曲がり流路７３を配置できず、該狭小な部分に搭載された発熱体で発生した熱を冷媒により冷却できないおそれがある。

図８の例では、分割フィン８６により分割された各分割路８３ａ、８３ｂ、８３ｃ、８３ｄ、８３ｅ、８３ｆ、８３ｇ、８３ｈの、内側曲率半径Ｒｉ１’、Ｒｉ２’、Ｒｉ３’、Ｒｉ４’、Ｒｉ５’、Ｒｉ６’、Ｒｉ７’、Ｒｉ８’が互いに同等になっている（Ｒｉ１’≒Ｒｉ２’≒Ｒｉ３’≒Ｒｉ４’≒Ｒｉ５’≒Ｒｉ６’≒Ｒｉ７’≒Ｒｉ８’）。また、各分割路８３ａ〜８３ｈの外側曲率半径Ｒｏ１’、Ｒｏ２’、Ｒｏ３’、Ｒｏ４’、Ｒｏ５’、Ｒｏ６’、Ｒｏ７’、Ｒｏ８’も互いに同等になっている（Ｒｏ１’≒Ｒｏ２’≒Ｒｏ３’≒Ｒｏ４’≒Ｒｏ５’≒Ｒｏ６’≒Ｒｏ７’≒Ｒｏ８’）。このため、図７の曲がり流路７３の外側曲率半径Ｒｏ９に比べて、曲がり流路８３の外側曲率半径Ｒｏ９’が小さくなり（Ｒｏ９＞Ｒｏ９’）、曲がり流路８３を流れる冷媒により冷却可能な冷却有効領域Ｚｃが広くなる（Ｚｂ＜Ｚｃ）。

然るに、図８の場合は、各分割路８３ａ〜８３ｈの幅Ｗ１’〜Ｗ８’が、分割フィン８６に沿って変化している。このため、各分割路８３ａ〜８３ｈの幅Ｗ１’〜Ｗ８’の拡がった部分で冷媒の流速が低下して、冷媒による冷却性能も低下してしまう。

特開２０１４−２０１１５号公報 特開２０１５−１５４６９９号公報 特開平７−２６９５２４号公報 特開２００９−２４８８６６号公報

本発明の課題は、曲がり流路で冷媒の流速を低下させることなく、曲がり流路の外側曲率半径を小さくして冷却領域を広げることで、冷却性能を向上させることができる冷却器を提供することである。本発明の他の課題は、曲がり流路で流体の流速を低下させることなく、曲がり流路の外側曲率半径を小さくした流路ユニットを提供することである。

本発明による冷却器は、発熱体が熱的に接触し、上流から流入した冷媒の流れる方向を曲げて、当該冷媒を下流に流出させる曲がり流路と、曲がり流路を曲率半径方向に２つ以上に分割する分割フィンとを備えている。分割フィンにより分割された曲がり流路の各分割路に冷媒が流れることにより、発熱体で発生した熱が放熱される。分割フィンは、曲がり流路に位置する曲がり部と、当該曲がり部に連続して上流側と下流側にそれぞれ位置する直線部とを有している。そして、曲がり流路の曲率半径方向における各分割路の幅、および冷媒の流れ方向に対して垂直な各分割路の断面積は、分割フィンの曲がり部および上流側と下流側の各直線部に沿って一定であり、各分割路の内側曲率半径は互いに同等であり、かつ各分割路の外側曲率半径は互いに同等である。また、曲がり流路の上流部および下流部にある分割フィンの曲率半径方向の厚みより、曲がり流路の中央部にある分割フィンの曲率半径方向の厚みの方が厚くなっている。

上記冷却器によると、曲がり流路において、分割フィンにより分割された各分割路の曲率半径方向の幅が、分割フィンに沿って一定であるので、各分割路を流れる冷媒の流速が低下するのを抑えることができる。このため、曲がり流路の各分割路に冷媒を円滑に流して、曲がり流路と熱的に接触した発熱体で発生した熱を冷媒により効率的に放熱することができ、冷却性能が向上する。

また、各分割路の内側曲率半径が互いに同等であり、外側曲率半径も互いに同等であり、分割フィンの曲率半径方向の厚みが上流部や下流部より中央部で厚くなっている。このため、曲がり流路の外側曲率半径を、最も内側にある分割路の外側曲率半径と同等に小さくすることができる。これにより、曲がり流路全体の幅が拡がって、曲がり流路を流れる冷媒により冷却可能な冷却有効領域を広くすることができる。その結果、曲がり流路と発熱体との熱的な接触面積を大きくして、該発熱体で発生した熱を冷媒により効率的に放熱することができ、冷却性能が向上する。また、曲がり流路を狭小なスペースに配置して、該狭小なスペースに搭載された発熱体で発生した熱を冷媒により放熱することが可能となる。

また、本発明では、上記冷却器において、曲がり流路の曲率半径方向と冷媒の流れ方向とに対して平行な分割フィンの断面形状は、曲がり流路の内側が欠けた三日月形であってもよい。

また、本発明では、上記冷却器において、分割フィンに対して垂直な各分割路の幅は互いに同等であり、または、冷媒の流れ方向に対して垂直な各分割路の断面積は互いに同等であってもよい。

また、本発明では、上記冷却器において、曲がり流路の上流側に接続され、冷媒を真直に流す上流側真直流路と、曲がり流路の下流側に接続され、冷媒を真直に流す下流側真直流路とをさらに備え、分割フィンにおける上流側の直線部、曲がり部、および下流側の直線部は、それぞれ、冷媒の流れ方向と平行に、上流側真直流路、曲がり流路、および下流側真直流路に設けられていてもよい。

また、本発明では、上記冷却器において、冷媒の流れ方向に対して垂直な曲がり流路の断面形状は矩形であり、分割フィンは、曲がり流路に柱状に設けられ、発熱体で発生した熱を冷媒に伝達してもよい。

また、本発明による流路ユニットは、上流から流入した流体の流れる方向を曲げて、当該流体を下流に流出させる曲がり流路と、曲がり流路を曲率半径方向に２つ以上に分割する分割フィンとを備えており、分割フィンにより分割された曲がり流路の各分割路に流体が流れる。分割フィンは、曲がり流路に位置する曲がり部と、当該曲がり部に連続して上流側と下流側にそれぞれ位置する直線部とを有している。そして、曲がり流路の曲率半径方向における各分割路の幅、および冷媒の流れ方向に対して垂直な各分割路の断面積は、分割フィンの曲がり部および上流側と下流側の各直線部に沿って一定であり、各分割路の内側曲率半径は互いに同等であり、かつ各分割路の外側曲率半径は互いに同等である。また、曲がり流路の上流部および下流部にある分割フィンの曲率半径方向の厚みより、曲がり流路の中央部にある分割フィンの曲率半径方向の厚みの方が厚くなっている。

上記流路ユニットによると、曲がり流路において、分割フィンにより分割された各分割路の曲率半径方向の幅が、分割フィンに沿って一定であるので、各分割路を流れる流体の流速が低下するのを抑えることができる。また、各分割路の内側曲率半径が互いに同等であり、外側曲率半径も互いに同等であり、分割フィンの曲率半径方向の厚みが、上流部や下流部より中央部で厚くなっているので、曲がり流路の外側曲率半径を、最も内側にある分割路の外側曲率半径と同等に小さくすることができる。

本発明の冷却器によれば、曲がり流路で冷媒の流速を低下させることなく、曲がり流路の外側曲率半径を小さくして冷却領域を広げることで、冷却性能を向上させることができる。また、本発明の流路ユニットによれば、曲がり流路で流体の流速を低下させることなく、曲がり流路の外側曲率半径を小さくすることができる。

本発明の実施形態による冷却器を示した図である。 図１の冷却器の使用例を示した図である。 図１の冷却器の使用例を示した図である。 図１の冷却器の曲がり流路の拡大図である。 図４のＡ−Ａ断面とＢ−Ｂ断面を示した図である。 図１の冷却器のシミュレーションの一例を示した図である。 従来の冷却器の曲がり流路を示した図である。 従来の冷却器の曲がり流路を示した図である。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一の部分または対応する部分には、同一符号を付してある。

図１は、本発明の実施形態による冷却器１０を示した図である。図１では、冷却器１０を上方から見た図を（ａ）に示し、（ａ）のＹ１矢視図を（ｂ）に示し、（ａ）のＹ２矢視図を（ｃ）に示している。

冷却器１０は、たとえばアルミニュウムなどの熱伝導性が高い金属で形成された管体１１を有している。管体１１は、流体である冷媒を流す流路を構成している。冷媒としては、たとえば冷却水が用いられる。冷却器１０は、本発明の「流路ユニット」の一例である。

管体１１には、冷媒の流れ方向Ｆに対して垂直な断面積が狭い狭流路１、５と、冷媒の流れ方向Ｆに対して垂直な断面積が広い広流路２、３、４とを備えている。

狭流路１、５のうち、一方の狭流路１は冷媒の流入口を構成し、他方の狭流路５は冷媒の流出口を構成している。冷媒の流れ方向Ｆに対して垂直な狭流路１、５の断面形状は、円形になっている（図１（ｂ））。

図１（ａ）に示すように、広流路２、３、４は、狭流路１と狭流路５の間に設けられている。詳しくは、狭流路１の下流端に広流路２の上流端が接続されている。また、広流路２の下流端に広流路３の上流端が接続され、広流路３の下流端に広流路４の上流端が接続されている。さらに、広流路４の下流端に狭流路５の上流端が接続されている。隣り合う流路１〜５の中心線Ｌは一致している。

広流路２、３、４のうち、流路３は、冷媒の流れる方向Ｆをほぼ９０°に曲げる曲がり流路である。流路２、４は、冷媒を真直に流す真直流路である。つまり、曲がり流路３の上流側と下流側には、上流側真直流路２および下流側真直流路４が接続されている。

図２および図３は、冷却器１０の使用例を示した図である。冷却器１０は、図２や図３に示すように、発熱体５０を含んだ電子装置の筐体４０内に設置される。筐体４０は、箱状に形成されている。

図２の例では、筐体４０の中央部に流路２〜４が配置されるように、冷却器１０が筐体４０内に設置されている。図３の例では、筐体４０の角部４１に沿って流路２〜４が配置されるように、冷却器１０が筐体４０内に設置されている。冷媒を冷却器１０に対して流入出させるために、狭流路１の上流部と狭流路５の下流部とは、筐体４０から突出している。

筐体４０上の曲がり流路３と対向する位置には、発熱体５０が搭載される。これにより、発熱体５０が曲がり流路３を構成する管体１１の外側部分に熱的に接触する。発熱体５０は、たとえば電流が流れることにより発熱する電子部品から成る。

図示しない供給元から冷媒を冷却器１０の狭流路１に流入させて、該冷媒を流路２〜４に通して狭流路５から供給先に流出させる。このように、流路１〜５に冷媒が流れることにより、発熱体５０で発生した熱が放熱されて、発熱体５０が冷却される。

図４は、冷却器１０の曲がり流路３の拡大図である。詳しくは、図４は、曲がり流路３の内部を上方から見た状態を示している。図５は、図４のＡ−Ａ断面およびＢ−Ｂ断面を示している。Ａ−Ａ断面およびＢ−Ｂ断面は、冷媒の流れ方向Ｆに対して垂直になっている。

図４に示すように、曲がり流路３には、曲率半径方向Ｒｉａ〜Ｒｉｈ、Ｒｏａ〜Ｒｏｈに曲がり流路３を２つ以上に分割する分割フィン６が設けられている。詳しくは、分割フィン６は、曲率半径方向Ｒｉａ〜Ｒｉｈ、Ｒｏａ〜Ｒｏｈに所定の間隔をおいて複数（７つ）設けられている。

冷媒の流れ方向Ｆに対して垂直な曲がり流路３の断面形状は、図５に示すように矩形になっている。各分割フィン６は、曲がり流路３の天面と底面とに接するように、曲がり流路３に柱状に設けられている。

図１に示すように、各分割フィン６は、曲がり流路３に位置する曲がり部と、当該曲がり部に連続して上流側と下流側にそれぞれ位置する直線部とを有している。上流側の直線部、曲がり部、および下流側の直線部は、それぞれ、冷媒の流れ方向Ｆと平行に、上流側真直流路２、曲がり流路３、および下流側真直流路４に設けられている。このため、分割フィン６により分割された各分割路３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈは、上流側真直流路２の下流部、曲がり流路３、および下流側真直流路４の上流部に渡って形成されている。

真直流路２、４においても、各分割フィン６は流路２、４の天面と底面とに接するように柱状に設けられている（図１（ｂ））。冷媒の流れ方向Ｆに対して垂直な真直流路２、４の断面形状は、曲がり流路３と同様に、矩形になっている（図１（ｂ））。冷媒の流れ方向Ｆに対して垂直な各分割路３ａ〜３ｈの断面形状も矩形になっている（図５）。

各分割路３ａ〜３ｈに冷媒が流れることにより、曲がり流路３に熱的に接触した発熱体５０で発生した熱が放熱される。その際、各分割フィン６は、放熱フィンとしても機能する。つまり、各分割フィン６は、アルミニウムなどの金属製であり、発熱体５０で発生した熱を各分割路３ａ〜３ｈを流れる冷媒に伝達して、該熱を放熱させる。

図４に示すように、曲がり流路３において、曲率半径方向Ｒｉａ〜Ｒｉｈ、Ｒｏａ〜Ｒｏｈと冷媒の流れ方向Ｆとに対して平行な各分割フィン６の断面形状は、曲がり流路３の内側が欠けた三日月形になっている。つまり、曲率半径方向Ｒｉａ〜Ｒｉｈ、Ｒｏａ〜Ｒｏｈと平行な分割フィン６の厚みが、曲がり流路３の上流部および下流部から中央部に行くに連れて厚くなっている。この曲がり流路３の中央部に比べて、上流側真直流路２の下流部から曲がり流路３の上流部、および曲がり流路３の下流部から下流側真直流路４の上流部では、分割フィン６の厚みは薄くかつ一定になっている。

上記のように分割フィン６を形成することにより、曲がり流路３の曲率半径方向における各分割路３ａ〜３ｈの幅Ｗａ〜Ｗｈが、分割フィン６の曲がり部および上流側と下流側の各直線部に沿って一定になっている。また、各分割路３ａ〜３ｈの内側曲率半径Ｒｉａ〜Ｒｉｈが互いに同等になっている（Ｒｉａ≒Ｒｉｂ≒Ｒｉｃ≒Ｒｉｄ≒Ｒｉｅ≒Ｒｉｆ≒Ｒｉｇ≒Ｒｉｈ）。また、各分割路３ａ〜３ｈの外側曲率半径Ｒｏａ〜Ｒｏｈが互いに同等になっている（Ｒｏａ≒Ｒｏｂ≒Ｒｏｃ≒Ｒｏｄ≒Ｒｏｅ≒Ｒｏｆ≒Ｒｏｇ≒Ｒｏｈ）。

詳しくは、図４の例では、曲がり流路３の最も内側にある分割路３ａと最も外側にある分割路３ｈ以外の、分割路３ｂ〜３ｇの内側曲率半径Ｒｉｂ〜Ｒｉｇが互いに同一になっている（Ｒｉｂ＝Ｒｉｃ＝Ｒｉｄ＝Ｒｉｅ＝Ｒｉｆ＝Ｒｉｇ）。分割路３ａの内側曲率半径Ｒｉａと分割路３ｈの内側曲率半径Ｒｉｈと分割路３ｂ〜３ｇの内側曲率半径Ｒｉｂ〜Ｒｉｇとは、同一ではないが、近似している（Ｒｉａ≒Ｒｉｈ≒Ｒｉｂ〜Ｒｉｇ）。また、曲がり流路３の最も外側にある分割路３ｈ以外の、分割路３ａ〜３ｇの外側曲率半径Ｒｏａ〜Ｒｏｇが互いに同一になっている（Ｒｏａ＝Ｒｏｂ＝Ｒｏｃ＝Ｒｏｄ＝Ｒｏｅ＝Ｒｏｆ＝Ｒｏｇ）。分割路３ｈの外側曲率半径Ｒｏｈと分割路３ａ〜３ｇの外側曲率半径Ｒｏａ〜Ｒｏｇとは、同一ではないが、近似している（Ｒｏｈ≒Ｒｏａ〜Ｒｏｇ）。

各分割路３ａ〜３ｈにおいて、内側曲率半径Ｒｉａ〜Ｒｉｈは外側曲率半径Ｒｏａ〜Ｒｏｈより小さくなっている（Ｒｉａ＜Ｒｏａ、Ｒｉｂ＜Ｒｏｂ、Ｒｉｃ＜Ｒｏｃ、Ｒｉｄ＜Ｒｏｄ、Ｒｉｅ＜Ｒｏｅ、Ｒｉｆ＜Ｒｏｆ、Ｒｉｇ＜Ｒｏｇ、Ｒｉｈ＜Ｒｏｈ）。隣り合う２つの分割路のうち、外側にある分割路の内側曲率半径は、内側にある分割路の外側曲率半径より小さくなっている（Ｒｉｂ＜Ｒｏａ、Ｒｉｃ＜Ｒｏｂ、Ｒｉｄ＜Ｒｏｃ、Ｒｉｅ＜Ｒｏｄ、Ｒｉｆ＜Ｒｏｅ、Ｒｉｇ＜Ｒｏｆ、Ｒｉｈ＜Ｒｏｇ）。このため、曲率半径方向Ｒｉａ〜Ｒｉｈ、Ｒｏａ〜Ｒｏｈと冷媒の流れ方向Ｆとに対して平行な各分割フィン６の断面形状が、曲がり流路３の内側が欠けた三日月形になる。

各分割路３ａ〜３ｈの幅Ｗａ〜Ｗｈ方向に対して垂直な高さＨａ〜Ｈｈ（図５）は、分割フィン６に沿って一定になっている。このため、冷媒の流れ方向Ｆに対して垂直な各分割路３ａ〜３ｈの断面積Ｓａ〜Ｓｈ（図５）も、分割フィン６の曲がり部および上流側と下流側の各直線部に沿って一定になっている。

また、各分割路３ａ〜３ｈの幅Ｗａ〜Ｗｈは、互いに同等になっている（Ｗａ≒Ｗｂ≒Ｗｃ≒Ｗｄ≒Ｗｅ≒Ｗｆ≒Ｗｇ≒Ｗｈ）。各分割路３ａ〜３ｈの高さＨａ〜Ｈｈも、互いに同等になっている（Ｈａ≒Ｈｂ≒Ｈｃ≒Ｈｄ≒Ｈｅ≒Ｈｆ≒Ｈｇ≒Ｈｈ）。このため、各分割路３ａ〜３ｈの断面積Ｓａ〜Ｓｈも、互いに同等になっている（Ｓａ≒Ｓｂ≒Ｓｃ≒Ｓｄ≒Ｓｅ≒Ｓｆ≒Ｓｇ≒Ｓｈ）。

詳しくは、図４および図５の例では、各分割路３ａ〜３ｈの高さＨａ〜Ｈｈは同一になっている（Ｈａ＝Ｈｂ＝Ｈｃ＝Ｈｄ＝Ｈｅ＝Ｈｆ＝Ｈｇ＝Ｈｈ）。そして、曲がり流路３の最も内側と最も外側にある分割路３ａ、３ｈの幅Ｗａ、Ｗｈおよび断面積Ｓａ、Ｓｈが互いに同一になっていて（Ｗａ＝Ｗｈ、Ｓａ＝Ｓｈ）、その他の分割路３ｂ〜３ｇの幅Ｗｂ〜Ｗｇおよび断面積Ｓｂ〜Ｓｇが互いに同一になっている（Ｗｂ＝Ｗｃ＝Ｗｄ＝Ｗｅ＝Ｗｆ＝Ｗｇ、Ｓｂ＝Ｓｃ＝Ｓｄ＝Ｓｅ＝Ｓｆ＝Ｓｇ）。分割路３ａ、３ｈの幅Ｗａ、Ｗｈおよび断面積Ｓａ、Ｓｈに対して、分割路３ｂ〜３ｇの幅Ｗｂ〜Ｗｇおよび断面積Ｓｂ〜Ｓｇは同一ではないが、近似している（Ｗａ＝Ｗｈ≒Ｗｂ〜Ｗｇ、Ｓａ＝Ｓｈ≒Ｓｂ〜Ｓｇ）。

上記のように、各分割路３ａ〜３ｈの幅Ｗａ〜Ｗｈ、曲率半径Ｒｉａ〜Ｒｉｈ、Ｒｏａ〜Ｒｏｈ、高さＨａ〜Ｈｈ、および断面積Ｓａ〜Ｓｈが一定または同等とは、対象となる複数の数値が同一（＝）であることだけでなく、複数の数値の差が所定値以下になるくらい近似（≒）していることも含んでいる。後述する冷媒の流速が一定または同等というのも同様である。

図６は、冷却器１０のシミュレーションの一例を示した図である。詳しくは、図１に矢印Ｆで示すように、冷却器１０の狭流路１から冷媒（冷却水）を流入させて、該冷媒を広流路２〜４に通して狭流路５から流出させた場合における、図４のＡ−Ａ断面の冷媒の流速分布を図６（ａ）に示し、図４のＢ−Ｂ断面の冷媒の流速分布を図６（ｂ）に示している。

前述したように、冷媒の流入口である狭流路１の断面積が広流路２、３の断面積に対して狭くて、流路１、２、３の中心線が一致している（図１）。このため、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、曲がり流路３の両端側にある分割路３ａ、３ｂ、３ｇ、３ｈよりも、中央にある分割路３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆのほうが、冷媒の流速が大きくなっている。

然るに、各分割路３ａ〜３ｈの幅Ｗａ〜Ｗｈや断面積Ｓａ〜Ｓｈが、分割フィン６に沿って一定である。このため、図４のＡ−Ａ断面の各分割路３ａ〜３ｈを流れる冷媒の流速（図６（ａ））と、図４のＢ−Ｂ断面の各分割路３ａ〜３ｈを流れる冷媒の流速（図６（ｂ））とは、同等になっている。つまり、曲がり流路３において各分割路３ａ〜３ｈを流れる冷媒の流速は、分割フィン６に沿ってほぼ一定に保たれている。

以上の実施形態によると、冷却器１０の曲がり流路３および真直流路２、４において、分割フィン６により分割された各分割路３ａ〜３ｈの幅Ｗａ〜Ｗｈが、分割フィン６の曲がり部および上流側と下流側の各直線部に沿って一定になっている。このため、各分割路３ａ〜３ｈを流れる冷媒の流速が低下するのを抑えることができる。その結果、各分割路３ａ〜３ｈに冷媒を円滑に流して、曲がり流路３と熱的に接触した発熱体５０で発生した熱を、冷媒により効率的に放熱することができ、冷却性能が向上する。

また、各分割路３ａ〜３ｈの内側曲率半径Ｒｉａ〜Ｒｉｈが互いに同等であり、外側曲率半径Ｒｏａ〜Ｒｏｈも互いに同等であり、分割フィン６の曲率半径方向Ｒｉａ〜Ｒｉｈ、Ｒｏａ〜Ｒｏｈの厚みが、上流部や下流部より中央部で厚くなっている。このため、曲がり流路３の外側曲率半径Ｒｏｘ（図４）を、最も内側にある分割路３ａの外側曲率半径Ｒｏａと同等に小さく抑えることができる（Ｒｏｘ≒Ｒｏａ）。そして、分割フィン６に対して垂直な曲がり流路３全体の幅Ｗｘ（図５（ｂ））が、分割路３ａ〜３ｈの幅Ｗａ〜Ｗｈと曲がり流路３の両側壁３ｋ（図４）の厚みとの合計値より拡がって、曲がり流路３を流れる冷媒により冷却可能な冷却有効領域Ｚａ（図４）を、図７に示した従来の曲がり流路７３の冷却有効領域Ｚｂより広くすることができる。この結果、たとえば、曲がり流路３と発熱体５０との熱的な接触面積を大きくして、該発熱体５０で発生した熱を冷媒により効率的に放熱することができ、冷却性能が向上する。

また、曲がり流路３の外側曲率半径Ｒｏｘが最も内側にある分割路３ａの外側曲率半径Ｒｏａと同等に小さく抑えられるので、筐体４０の角部４１（図３）などのような、狭小な部分に沿って曲がり流路３を容易に配置することができる。そして、その狭小な部分に搭載された発熱体５０で発生した熱を、曲がり流路３を流れる冷媒により効率的に放熱して、冷却性能を向上させることが可能となる。また、曲がり流路３により冷却できない筐体４０のデッドスペースが減少し、曲がり流路３の冷却有効領域Ｚａが広くなるので、筐体４０上に発熱体５０やその他の部品を容易に配置することができる。つまり、筐体４０上における発熱体５０やその他の部品の配置の自由度を高くすることが可能となる。

また、以上の実施形態では、冷媒の流れ方向Ｆに対して垂直な各分割路３ａ〜３ｈの断面積Ｓａ〜Ｓｈが、分割フィン６の曲がり部および上流側と下流側の各直線部に沿って一定になっている。このため、各分割路３ａ〜３ｈを流れる冷媒の流速がコーナ部分で低下するのを一層抑えることができる。

また、以上の実施形態では、曲がり流路３の曲率半径方向Ｒｉａ〜Ｒｉｈ、Ｒｏａ〜Ｒｏｈと冷媒の流れ方向Ｆとに対して平行な分割フィン６の断面形状が、図４に示したように三日月形になっている。このため、各分割路３ａ〜３ｈの幅Ｗａ〜Ｗｈを分割フィン６に沿って一定にしながら、各分割路３ａ〜３ｈの内側曲率半径Ｒｉａ〜Ｒｉｈを互いに同等にし、かつ外側曲率半径Ｒｏａ〜Ｒｏｈを互いに同等にすることを、確実に実現することができる。また、分割フィン６が熱伝導性の高い金属で形成されているため、分割フィン６の断面が三日月形の部分は、発熱体から冷媒へ効率よく熱を伝え、発熱体を冷却することができる。

また、以上の実施形態では、各分割路３ａ〜３ｈの幅Ｗａ〜Ｗｈが互いに同等になっていて、各分割路３ａ〜３ｈの断面積Ｓａ〜Ｓｈも互いに同等になっている。このため、各分割路３ａ〜３ｈを流れる冷媒の流量および流速の差を小さく抑えることができる。また、分割フィン６の形状が複雑になるのを回避することができる。

また、以上の実施形態では、分割フィン６が冷媒の流れ方向Ｆと平行に、上流側真直流路２、曲がり流路３、および下流側真直流路４に渡って設けられている。このため、分割路３ａ〜３ｈが流路２〜４に渡って形成され、分割路３ａ〜３ｈの幅Ｗａ〜Ｗｈ、断面積Ｓａ〜Ｓｈ、および冷媒の流速を、流路２〜４に渡って一定にすることができる。

さらに、以上の実施形態では、曲がり流路３の断面形状が矩形であり、分割フィン６が曲がり流路３に柱状に設けられている。このため、冷媒の流れ方向Ｆに対して垂直な各分割路３ａ〜３ｈの断面形状も矩形にして、分割フィン６の形成を容易にすることができる。また、各分割路３ａ〜３ｈを流れる冷媒の流量および流速の差を小さく抑えることができる。さらに、分割フィン６が放熱フィンとしても機能するので、発熱体５０で発生した熱が分割フィン６を通して各分割路３ａ〜３ｈを流れる冷媒に伝わり易くなり、冷却性能を一層向上させることが可能となる。

本発明は、上述した以外にも種々の実施形態を採用することができる。たとえば、以上の実施形態では、図４などに示したように、ほぼ９０°で曲がる曲がり流路３に、分割フィン６を設けた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。この他に、９０°以外の角度（鋭角または鈍角）で曲がった曲がり流路に、分割フィンを１つまたは２つ以上設けて、該曲がり流路を２つ以上に分割してもよい。

また、以上の実施形態では、曲がり流路３などに分割フィン６を柱状に設けた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば曲がり流路の底面にだけ接するように、ボス状の分割フィンを設けてもよい。

また、以上の実施形態では、曲がり流路３の断面形状を矩形にした例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば、曲がり流路の断面形状を円形、楕円形、またはその他の形状にしてもよい。

さらに、以上の実施形態では、電子装置の筐体４０内に設置されて、筐体４０上に搭載される発熱体５０を冷却する冷却器１０に本発明を適用した例を挙げたが、たとえばフレームやシャーシに取り付けられて、基板などに搭載された発熱体を冷却する冷却器に対しても、本発明を適用することは可能である。また、冷却以外の用途に用いられる、曲がり流路を備えた流路ユニットに対しても、本発明を適用することは可能である。

２ 上流側真直流路
３ 曲がり流路
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ 分割路
４ 下流側真直流路
６ 分割フィン
１０ 冷却器（流路ユニット）
４０ 筐体
５０ 発熱体
Ｆ 冷媒の流れ方向
Ｒｉａ、Ｒｉｂ、Ｒｉｃ、Ｒｉｄ、Ｒｉｅ、Ｒｉｆ、Ｒｉｇ、Ｒｉｈ 分割路の内側曲率半径
Ｒｏａ、Ｒｏｂ、Ｒｏｃ、Ｒｏｄ、Ｒｏｅ、Ｒｏｆ、Ｒｏｇ、Ｒｏｈ 分割路の外側曲率半径
Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ、Ｓｅ、Ｓｆ、Ｓｇ、Ｓｈ 分割路の断面積
Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃ、Ｗｄ、Ｗｅ、Ｗｆ、Ｗｇ、Ｗｈ 分割路の幅

Claims (6)

1. 発熱体が熱的に接触し、上流から流入した冷媒の流れる方向を曲げて、当該冷媒を下流に流出させる曲がり流路と、
   前記曲がり流路を曲率半径方向に２つ以上に分割する分割フィンと、を備え、
   前記分割フィンにより分割された前記曲がり流路の各分割路に冷媒が流れることにより、前記発熱体で発生した熱が放熱される冷却器において、
   前記分割フィンは、前記曲がり流路に位置する曲がり部と、当該曲がり部に連続して上流側と下流側にそれぞれ位置する直線部とを有しており、
   前記曲がり流路の曲率半径方向における前記各分割路の幅、および前記冷媒の流れ方向に対して垂直な前記各分割路の断面積は、前記分割フィンの曲がり部および上流側と下流側の各直線部に沿って一定であり、
   前記各分割路の内側曲率半径は互いに同等であり、かつ前記各分割路の外側曲率半径は互いに同等であり、
   前記曲がり流路の上流部および下流部にある前記分割フィンの曲率半径方向の厚みより、前記曲がり流路の中央部にある前記分割フィンの曲率半径方向の厚みの方が厚くなっている、ことを特徴とする冷却器。
2. 請求項１に記載の冷却器において、
   前記曲がり流路の曲率半径方向と前記冷媒の流れ方向とに対して平行な前記分割フィンの断面形状は、前記曲がり流路の内側が欠けた三日月形である、ことを特徴とする冷却器。
3. 請求項１または請求項２に記載の冷却器において、
   前記分割フィンに対して垂直な前記各分割路の幅は互いに同等であり、または、前記冷媒の流れ方向に対して垂直な前記各分割路の断面積は互いに同等である、ことを特徴とする冷却器。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の冷却器において、
   前記曲がり流路の上流側に接続され、冷媒を真直に流す上流側真直流路と、
   前記曲がり流路の下流側に接続され、冷媒を真直に流す下流側真直流路と、をさらに備え、
   前記分割フィンにおける前記上流側の直線部、前記曲がり部、および前記下流側の直線部は、それぞれ、前記冷媒の流れ方向と平行に、前記上流側真直流路、前記曲がり流路、および前記下流側真直流路に設けられている、ことを特徴とする冷却器。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の冷却器において、
   前記冷媒の流れ方向に対して垂直な前記曲がり流路の断面形状は矩形であり、
   前記分割フィンは、前記曲がり流路に柱状に設けられ、前記発熱体で発生した熱を冷媒に伝達する、ことを特徴とする冷却器。
6. 上流から流入した流体の流れる方向を曲げて、当該流体を下流に流出させる曲がり流路と、
   前記曲がり流路を曲率半径方向に２つ以上に分割する分割フィンと、を備え、
   前記分割フィンにより分割された前記曲がり流路の各分割路に流体が流れる流路ユニットにおいて、
   前記分割フィンは、前記曲がり流路に位置する曲がり部と、当該曲がり部に連続して上流側と下流側にそれぞれ位置する直線部とを有しており、
   前記曲がり流路の曲率半径方向における前記各分割路の幅、および前記冷媒の流れ方向に対して垂直な前記各分割路の断面積は、前記分割フィンの曲がり部および上流側と下流側の各直線部に沿って一定であり、
   前記各分割路の内側曲率半径は互いに同等であり、かつ前記各分割路の外側曲率半径は互いに同等であり、
   前記曲がり流路の上流部および下流部にある前記分割フィンの曲率半径方向の厚みより、前記曲がり流路の中央部にある前記分割フィンの曲率半径方向の厚みの方が厚くなっている、ことを特徴とする流路ユニット。

Images