特開 2022-116481 冷却システムおよび電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022116481

(43)【公開日】2022-08-10

(54)【発明の名称】冷却システムおよび電子機器

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/427 20060101AFI20220803BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20220803BHJP

【ＦＩ】

H01L23/46 A

H05K7/20 Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021012660

(22)【出願日】2021-01-29

(71)【出願人】

【識別番号】510304106

【氏名又は名称】株式会社ファナティック

(74)【代理人】

【識別番号】100105784

【弁理士】

【氏名又は名称】橘 和之

(72)【発明者】

【氏名】内 義弘

(72)【発明者】

【氏名】高岡 啓吾

【テーマコード（参考）】

5E322

5F136

【Ｆターム（参考）】

5E322AA01

5E322AA11

5E322AB11

5E322DB01

5E322DB02

5E322FA01

5F136BA04

5F136CC32

5F136CC35

5F136DA25

(57)【要約】

【課題】液相の冷媒を用いるという特徴を効果的に利用して基板に実装された発熱部材の冷却効果を向上する。
【解決手段】冷却システム１は、筐体３と平板状の基板４とを備え、基板４にはＣＰＵ５が設けられ、筐体３には、液面３１の上方に液面上方空間３２が形成された状態で液相冷媒１４が貯留され、筐体３は、幅よりも高さが大きく、奥行が高さと同程度或いは高さよりも大きい形状であり、基板４は、その面が筐体３の側面と平行となり、ＣＰＵ５が液相冷媒１４に浸漬された状態となるように筐体３内で固定され、筐体３の両側面には側面ヒートシンク９が設けられ、側面ヒートシンク９は、筐体３の側壁として機能する側壁部材２２と、側壁部材２２に設けられた側面フィンユニット２３とを備える。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

筐体と、平板状の基板とを備え、
前記基板には、前記基板の面に沿って延在する発熱部材が設けられ、
前記筐体には、液面の上方に空間が形成された状態で不活性の液相の冷媒が貯留され、
前記筐体は、幅よりも高さが大きく、奥行が高さと同程度或いは高さよりも大きい形状であり、
前記基板は、その面が前記筐体の側面と平行となり、前記発熱部材が前記筐体に貯留された液相の冷媒に浸漬された状態となるように前記筐体内で固定され、
前記筐体の両側面には、ヒートシンクとして機能する側面ヒートシンクが設けられ、
前記側面ヒートシンクは、一方の面が前記筐体の内側に臨み、前記筐体の側壁として機能する側壁部材と、前記側壁部材に立設された複数のフィンを有する側面フィンユニットとを備える
ことを特徴とする冷却システム。

【請求項2】

前記発熱部材が前記筐体に貯留された液相の冷媒の高さ方向の中間位置よりも下方に位置した状態となるように前記筐体内で固定される
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。

【請求項3】

前記筐体は、両側面に開口が形成された筐体本体の両側面の前記開口に、前記側面ヒートシンクが取り付けられることによって構成され、
前記筐体本体の両側面の前記開口のそれぞれには、前記開口から外側に向かって延在するフランジおよび前記開口の周囲を囲むシールド部材が設けられ、
前記側面ヒートシンクは、前記側壁部材が前記シールド部材を押し付けつつ前記フランジに固定されることによって、前記筐体本体に取り付けられる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の冷却システム。

【請求項4】

前記側面フィンユニットは、高さ方向に延在する板フィンが奥行方向に並んで構成される
ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の冷却システム。

【請求項5】

前記発熱部材には、ヒートシンクとして機能する内部ヒートシンクが取り付けられることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の冷却システム。

【請求項6】

前記内部ヒートシンクは、高さ方向に延在する板フィンが奥行方向に並んで構成された内部フィンユニットを備える
ことを特徴とする請求項５に記載の冷却システム。

【請求項7】

前記発熱部材の下方には、前記筐体に貯留された液相の冷媒内に上方に向かう液流を発生させる液流発生装置が設けられる
ことを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の冷却システム。

【請求項8】

前記筐体の上面にヒートシンクが設けられる
ことを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の冷却システム。

【請求項9】

筐体と、平板状の基板とを備え、
前記基板には、前記基板の面に沿って延在する発熱部材が設けられ、
前記筐体には、液面の上方に空間が形成された状態で不活性の液相の冷媒が貯留され、
前記筐体は、幅よりも高さが大きく、奥行が高さと同程度或いは高さよりも大きい形状であり、
前記基板は、その面が前記筐体の側面と平行となり、前記発熱部材が前記筐体に貯留された液相の冷媒に浸漬された状態となるように前記筐体内で固定され、
前記筐体の両側面には、ヒートシンクとして機能する側面ヒートシンクが設けられ、
前記側面ヒートシンクは、一方の面が前記筐体の内側に臨み、前記筐体の側壁として機能する側壁部材と、前記側壁部材に立設された複数のフィンを有する側面フィンユニットとを備える
ことを特徴とする電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発熱部材を冷却可能な冷却システム、および、発熱部材が実装された基板を有する電子機器に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、基板に実装されたＣＰＵ等の発熱部材を冷却する種々のシステムが提案されている。特に従来、空冷で発熱部材を冷却するシステムの他に、液相の冷媒を用いて空冷よりも強力に発熱部材を冷却するシステムが提案されている。例えば特許文献１には、プリント基板９に実装された発熱体７を、筐体２に貯留した液相の冷媒１０に浸漬し、発熱体７の発熱による液相の冷媒の相変化を利用して発熱体７を冷却する冷却モジュール１が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－０５４２４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

液相の冷媒を用いて発熱部材を冷却する冷却システムでは、液相の冷媒を用いるという特徴を効果的に利用して、冷却効果をできるだけ向上したいというニーズが存在する。

【0005】

本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、液相の冷媒を用いるという特徴を効果的に利用して冷却効果を向上することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記した課題を解決するために、本発明の冷却システムおよび電子機器は、筐体と、平板状の基板とを備え、この基板には、基板の面に沿って延在する発熱部材が設けられている。そして筐体には、液面の上方に空間が形成された状態で不活性の液相の冷媒が貯留され、筐体は、幅よりも高さが大きく、奥行が高さと同程度或いは高さよりも大きい形状であり、基板は、その面が筐体の側面と平行となり、発熱部材が筐体に貯留された液相の冷媒に浸漬された状態となるように筐体内で固定され、筐体の両側面には、ヒートシンクとして機能する側面ヒートシンクが設けられ、側面ヒートシンクは、一方の面が筐体の内側に臨み、筐体の側壁として機能する側壁部材と、側壁部材に立設された複数のフィンを有する側面フィンユニットとを備える。

【発明の効果】

【0007】

上記のように構成した本発明によれば、筐体に貯留された液相の冷媒内で、基板の面および基板に実装された発熱部材の面が筐体の側面に平行（つまり水平面に対して垂直）に延在した状態となる。このため筐体に貯留された液相の冷媒内で、発熱部材の発熱に応じて、液相の冷媒の流れが基板に阻害されることなく、発熱部材の鉛直下方から発熱部材の表面付近を経由して鉛直上方へ向かう液流を形成することができる。これにより発熱部材の表面から冷媒への熱の移動を効率的に行うことができ、発熱部材の冷却効果を向上できる。なお液相の冷媒内で水平面に沿うように基板を配置した場合（この場合、液相冷媒の沸騰にともなう発熱部材の表面付近からの気泡の発生を考慮して、通常、基板の上面に発熱部材が位置した状態とされる）、発熱部材の鉛直下方から発熱部材に向かう液流の形成を基板が阻害することになる。

【0008】

更に本発明では、筐体は、幅よりも高さが大きく、奥行が高さと同程度或いは高さよりも大きい形状であるため、筐体の側面の面積が他の面の面積と比較して大きい。そして両側面（両方の側面）に、ヒートシンクとして機能する側面ヒートシンクが設けられるため、筐体の側面の面積が他の面の面積と比較して大きいという特徴を効果的に利用して、サイズの大きなヒートシンクを２体、筐体に設けることができ、冷却効果が高い。更に本発明では、側面ヒートシンクのベース部として機能する側壁部材が、筐体の側壁として機能する。つまり箱状の筐体があって、その側壁にヒートシンクのベース部が取り付けられているのではなく、ヒートシンクのベース部がそのまま、筐体の側壁として機能する。このため、液相冷媒（および液相冷媒が相変化して生成される気相の冷媒）に側面ヒートシンクの側壁部材を直接接触させることができ、従って液相冷媒（および気相冷媒）の熱を効率よく側面ヒートシンクに伝達することができる。これにより側面ヒートシンクにより液相冷媒（および気相冷媒）を効率的に冷却することができ、発熱部材の冷却効果を高めることができる。

【0009】

以上の通り本発明によれば、液相の冷媒を用いるという特徴を効果的に利用して冷却効果を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第１実施形態に係る冷却システム（電子機器）の斜視図である。

【図2】筐体本体の斜視図である。

【図3】筐体本体の右側面図、平面図および正面図である。

【図4】右側面ヒートシンクの正面図および平面図である。

【図5】Ｏリングがはめ込まれた筐体本体の側面図である。

【図6】筐体の右側面図および断面図である。

【図7】ＣＰＵの近傍を拡大して示す図である。

【図8】ＣＰＵが水平面に沿って設置された様子を示す図である。

【図9】側面板フィンが水平面に沿って設置された様子を示す図である。

【図10】本発明の第２実施形態に係る冷却システム（電子機器）の断面図である。

【図11】内部ヒートシンクを所定方向から見た図である。

【図12】本発明の第３実施形態に係る冷却システム（電子機器）の断面図である。

【図13】本発明の第４実施形態に係る筐体の右側面図および断面図である。

【図14】液相冷媒の量（液面の高さ）およびＣＰＵの位置の変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１は、本発明の一実施形態に係る冷却システム１（電子機器２）の斜視図である。以下の説明では、図１で矢印に示すように、冷却システム１の筐体３を通常の使用態様で設置場所に設置した状態（以下「通常使用時状態」という）で筐体３を正面視したときの上下方向を単に「上下方向」といい、上下方向において上へ向かう向きを単に「上」或いは「上方」といい、鉛直下方へ向かう向きを単に「下」或いは「下方」という。なお上下方向は鉛直方向と一致し、また特許請求の範囲の「高さ方向」に相当する。

【0012】

また通常使用時状態の冷却システム１の筐体３を正面視したときの左右方向を単に「左右方向」といい、左右方向において右へ向かう向きを単に「右」或いは「右方」、左へ向かう向きを単に「左」或いは「左方」という。また通常使用時状態の冷却システム１の筐体３を正面視したときの奥行方向を単に「前後方向」といい、前後方向において奥へ向かう向きを単に「後」或いは「後方」、手前へ向かう向きを単に「前」或いは「前方」という。前後方向は、特許請求の範囲の「奥行方向」に相当する。

【0013】

冷却システム１は、基板４（図６（Ｂ））に実装された発熱部材を冷却することを目的の１つとするシステムである。本実施形態において、冷却される対象となる発熱部材は、基板４に実装されたＣＰＵ５（図６（Ｂ））である。ただし発熱部材はＣＰＵ５に限られず、基板４に実装された発熱する部材であって、冷却されることが求められる部材であればよい。なお冷却システム１は、ＣＰＵ５（後述）の機能により演算処理／情報処理を実行する電子機器２としても機能する。

【0014】

冷却システム１は、筐体３を備える。筐体３は、その内部に密閉された内部空間６（図６）が形成されたケース部材である。筐体３は、筐体本体８と、筐体本体８の右側面に取り付けられた右側面ヒートシンク９Ｒと、左側面に取り付けられた左側面ヒートシンク９Ｌとを備えている。以下、右側面ヒートシンク９Ｒおよび左側面ヒートシンク９Ｌを区別しない場合、「側面ヒートシンク９」という。以上のように本実施形態では、筐体３の両側面に一対の側面ヒートシンク９が設けられている。

【0015】

図２は、筐体本体８（後述）の斜視図である。図３（Ａ）は筐体本体８の右側面図であり、図３（Ｂ）は筐体本体８の平面図であり、（Ｃ）は筐体本体８の正面図である。筐体本体８は、熱伝導率の高い物質によって構成される。図２で示すように筐体本体８は、筐体３の前壁として機能する筐体本体前壁１０（図３（Ｃ）も併せて参照）と、この筐体本体前壁１０の上端に接続され、筐体３の上壁として機能する筐体本体上壁１１（図３（Ｂ）も併せて参照）と、この筐体本体上壁１１の後端に接続され、筐体３の後壁として機能する筐体本体後壁１２と、この筐体本体後壁１２の下端に接続され、筐体３の下壁として機能する筐体本体下壁１３とを備えている。

【0016】

なお以下の説明において筐体３の幅とは、通常使用時状態における筐体本体前壁１０の左右方向の長さＬ１（＝筐体本体上壁１１、筐体本体後壁１２および筐体本体下壁１３の左右方向の長さ）（図３（Ｃ）参照）を意味する。また筐体３の高さとは、通常使用時状態における筐体本体前壁１０の上下方向の長さＬ２（＝筐体本体後壁１２の上下方向の長さ）（図３（Ｃ）参照）を意味する。また筐体３の奥行とは、通常使用時状態における筐体本体上壁１１の前後方向の長さＬ３（＝筐体本体下壁１３の前後方向の長さ）（図３（Ｂ）参照）を意味する。筐体３の幅、高さ、奥行をこのように定義する理由は、筐体の筐体３の幅、高さ、奥行を、液相冷媒１４（後述）が貯留される内部空間６の幅、高さ、奥行と対応させるためである。

【0017】

図２で示すように、筐体本体前壁１０には、上下方向に並んで４つの前壁貫通孔１６が設けられている（図３（Ｃ）も併せて参照）。４つの前壁貫通孔１６はそれぞれ、筐体本体前壁１０を貫通する貫通孔である。図１で示すように、４つの前壁貫通孔１６のうち、上から３つの前壁貫通孔１６のそれぞれにはコネクタ１７が設けられ、一番下の前壁貫通孔１６には電源スイッチ１５が設けられている。コネクタ１７は例えば、ＬＡＮポート、ＵＳＢポート、ＣＯＭポート、ＨＤＭＩポートである。

【0018】

コネクタ１７および電源スイッチ１５は筒状の胴部を有しており、その胴部が前壁貫通孔１６を挿通した状態で筐体本体前壁１０に固定されることによって、筐体本体前壁１０に取り付けられている。前壁貫通孔１６の内周と、コネクタ１７および電源スイッチ１５の胴部の外周との隙間は、内部空間６から液体および気体が筐体３の外部に漏れないよう、密閉性の高い部材（例えばゴム製パッキン）によりシールドされている。またコネクタ１７の内部或いは電源スイッチ１５の内部から液体および気体が外部に漏れないよう、コネクタ１７の内部および電源スイッチ１５の内部はガラス、樹脂、ゴム等で埋められた状態とされている。

【0019】

図２で示すように筐体本体前壁１０、筐体本体上壁１１、筐体本体後壁１２および筐体本体下壁１３により、筐体本体８の右側面には開口たる右側開口１８Ｒが形成され、筐体本体８の左側面には開口たる左側開口１８Ｌが形成されている。筐体本体８の右側面には、右側開口１８Ｒから外側に向かって延在する本体側右側面フランジ１９Ｒが設けられている。後に明らかとなる通り、本体側右側面フランジ１９Ｒはフランジとして機能する。本体側右側面フランジ１９Ｒには、右側開口１８Ｒを囲むように周回溝２０が形成されている（図３（Ａ）も併せて参照）。筐体本体８の左側面には、左側開口１８Ｌから外側に向かって延在する本体側左側面フランジ１９Ｌが設けられ、この本体側左側面フランジ１９Ｌには左側開口１８Ｌを囲むように周回溝２０が形成されている。

【0020】

筐体本体８の右側面には、右側開口１８Ｒを覆って右側面ヒートシンク９Ｒが取り付けられ、筐体本体８の左側面には、左側開口１８Ｌを覆って左側面ヒートシンク９Ｌが取り付けられている。

【0021】

図４（Ａ）は、右側面ヒートシンク９Ｒの正面図（筐体３の右側面図に対応する図）であり、図４（Ｂ）は、右側面ヒートシンク９Ｒの平面図である。以下の図４を用いた説明では、本実施形態における上下、左右、前後方向に対応させて、図４の矢印で示すように上下、左右、前後を定義する。他の図面についても、向きは、図中で矢印で示した向きに従うものとする。

【0022】

図４（Ａ）、（Ｂ）で示すように、右側面ヒートシンク９Ｒは、右側壁部材２２Ｒ（特許請求の範囲の「側壁部材」に相当）と、右側面フィンユニット２３Ｒとを備えている。右側壁部材２２Ｒは、熱伝導率の高い物質で構成された板状の部材である。右側壁部材２２Ｒは、右側面ヒートシンク９Ｒが筐体本体８に取り付けられた状態において、一方の面が筐体３の内側に臨み、筐体３の右側壁（側壁）として機能する。

【0023】

図４（Ａ）で示すように、右側壁部材２２Ｒの前端部であって、右側面フィンユニット２３Ｒが存在しない部位には、フランジとして機能するヒートシンク側前端部フランジ２４が形成されている。同様に右側壁部材２２Ｒの後端部であって、右側面フィンユニット２３Ｒが存在しない部位には、フランジとして機能するヒートシンク側後端部フランジ２６が形成されている。

【0024】

図４（Ａ）、（Ｂ）で示すように、右側面フィンユニット２３Ｒは、右側壁部材２２Ｒに立設された複数の側面板フィン２７を備えている。側面板フィン２７のそれぞれは、熱伝導率の高い物質で構成された板フィンである。右側面フィンユニット２３Ｒの側面板フィン２７のそれぞれは、上下方向（高さ方向）に延在している。右側面フィンユニット２３Ｒは、上下方向に延在する側面板フィン２７が前後方向（奥行方向）に並んで構成されている。

【0025】

筐体本体８と右側面ヒートシンク９Ｒが以上の構造をしている中、右側面ヒートシンク９Ｒは、筐体本体８に以下の方法で取り付けられる。すなわち、まず筐体本体８の本体側右側面フランジ１９Ｒの周回溝２０にＯリング２８がはめ込まれる。つまりＯリング２８（シールド部材）が、右側開口１８Ｒの周囲を囲むように設けられる。図５は、本体側右側面フランジ１９Ｒの周回溝２０にＯリング２８がはめ込まれた様子を示している。

【0026】

更に本体側右側面フランジ１９Ｒと、右側壁部材２２Ｒとの位置合わせがなされた状態で、右側壁部材２２Ｒは、Ｏリング２８を押し付けつつ、本体側右側面フランジ１９Ｒに固定される。本体側右側面フランジ１９Ｒに対する右側壁部材２２Ｒの固定はどのような方法で行われてもよく、例えば、図示しないボルトおよびナットによる固定や、その他の固定具による固定により行われる。

【0027】

以上の方法で筐体本体８に対して右側面ヒートシンク９Ｒが取り付けられるため、筐体本体８の右側面に形成された右側開口１８Ｒは、水密かつ気密な状態で右側面ヒートシンク９Ｒの右側壁部材２２Ｒに覆われ、本体側右側面フランジ１９Ｒと右側壁部材２２Ｒとの間からは液体および気体の漏れが防止された状態となる。

【0028】

左側面ヒートシンク９Ｌは、右側面ヒートシンク９Ｒと同様の構造をしている。すなわち左側面ヒートシンク９Ｌは、右側壁部材２２Ｒに対応する左側壁部材２２Ｌと、右側面フィンユニット２３Ｒに対応する左側面フィンユニット２３Ｌとを備えている。左側面ヒートシンク９Ｌは、右側面ヒートシンク９Ｒと同様の方法で筐体本体８に取り付けられる。以下の説明において、右側面フィンユニット２３Ｒと左側面フィンユニット２３Ｌとを区別しない場合、「側面フィンユニット２３」という。また右側壁部材２２Ｒと左側壁部材２２Ｌとを区別しない場合、「側壁部材２２」という。

【0029】

右側面ヒートシンク９Ｒおよび左側面ヒートシンク９Ｌが筐体本体８に取り付けられると、筐体３の内部に筐体本体前壁１０、筐体本体上壁１１、筐体本体後壁１２、筐体本体下壁１３、右側壁部材２２Ｒおよび左側壁部材２２Ｌによって水密かつ気密に密閉された内部空間６（図６（Ｂ））が形成される。ここで本実施形態では、図３で示すように、筐体３の形状は、その幅よりも高さが十分大きく、更にその奥行が高さよりも大きい。筐体３の高さおよび奥行は、筐体３に収容されることが想定される基板４のサイズを考慮して設計されたものである。この筐体３の形状に準じて、筐体３の内部に形成される内部空間６は、幅よりも高さが十分大きく、更にその奥行が高さよりも大きい。

【0030】

図６（Ａ）は、筐体３の右側面図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）における６Ａ－６Ａ断面図である。ただし、図６（Ｂ）に関しては、説明の便宜のため、構成要素を単純化し、誇張して描画している。また図６（Ｂ）には説明に関連する要部の構成要素のみ描画している。

【0031】

図６（Ｂ）で示すように、筐体３の内部空間６には、平板状の基板４が設けられている。基板４は、その面が筐体３の側面（＝右側壁部材２２Ｒの面、左側壁部材２２Ｌの面）と平行となるように内部空間６内（筐体３内）で固定されている。より詳述には、右側壁部材２２Ｒの内側の面に複数の脚部材３０が固定されており、基板４は、その面が筐体３の側面に平行な状態で、脚部材３０に固定的に支持されている。

【0032】

筐体３の内部空間６には液相の冷媒である液相冷媒１４が以下の態様で貯留される。すなわち図６（Ｂ）で示すように、内部空間６には、内部空間６の容積の５０～９０％を占めるように液相冷媒１４が貯留される。この結果、内部空間６に貯留された液相冷媒１４の液面３１は、内部空間６の上下方向の高さの５０～９０％の部位に位置し、液面３１の上方には液相冷媒１４が存在しない空間である液面上方空間３２（特許請求の範囲の「空間」に相当）が形成される。

【0033】

筐体３に貯留される液相冷媒１４は、高い絶縁性を有し、化学的に安定した不活性の液体である。液相冷媒１４のこの性質は、筐体３に貯留された液相冷媒１４に基板４が浸漬されたときに、ＣＰＵ５を含む電子部品や導電部材が実装された基板４への悪影響がないようにするためのものである。

【0034】

また、液相冷媒１４は、その沸点が４０度以上６５度以下の液体であることが適している。液相冷媒１４のこの性質は、以下を理由とするものである。すなわち液相冷媒１４の沸点が６５度を超えると、ＣＰＵ５の温度が、熱によるＣＰＵ５への悪影響を考慮すべき温度である９０度を超える恐れがあるからである。なお、沸点が４０度から６５度程度であれば、基板４に実装されたＣＰＵ５の温度は８０度程度（液相冷媒１４の沸点プラス１５度程度の温度）までにしか上昇しない。

【0035】

図６で示すように、基板４の一方の面（基板４が筐体３内で固定された状態において、左側壁部材２２Ｌに対向する面）には、基板４の面に沿って延在するＣＰＵ５（発熱部材）が設けられている。ＣＰＵ５は、内部空間６内に液相冷媒１４が貯留された状態において、内部空間６に貯留された液相冷媒１４の上下方向（高さ方向）の中間位置Ｔ（図６（Ｂ））よりも下方に位置した状態とされる。つまり、ＣＰＵ５が、内部空間６に貯留された液相冷媒１４の上下方向（高さ方向）の中間位置Ｔよりも下方に位置した状態となるような態様で、基板４は筐体３内で固定される。

【0036】

なお詳細な説明および図示は省略するが、コネクタ１７および電源スイッチ１５は、基板４に実装されたコネクタ１７とケーブルを介して電気的に接続されている。

【0037】

以上の構造の下、冷却システム１（電子機器２）は、以下の態様でＣＰＵ５を冷却する。すなわちＣＰＵ５の駆動に応じてＣＰＵ５が発熱すると、ＣＰＵ５が浸漬された液相冷媒１４がＣＰＵ５の発熱を拡散しつつ、その発熱を側面ヒートシンク９に伝達する。側面ヒートシンク９に伝わった熱は、側面フィンユニット２３の機能により外気に放熱される。まずこのようなメカニズムで継続的にＣＰＵ５が冷却される。この場合、液相冷媒１４は、ＣＰＵ５からの熱を輸送するための熱伝達物質としての役割を果たす。

【0038】

またＣＰＵ５の発熱が一定以上進むと、液相冷媒１４が沸騰、蒸発し、相変化によって気相の冷媒である気相冷媒が生成される。この相変化の際、ＣＰＵ５の発熱が潜熱として冷媒に吸収され、これによりＣＰＵ５の冷却が促される。気相冷媒は、液面上方空間３２に臨む各壁の面に近接し或いは接触し、各壁（或いは各壁がもたらす雰囲気）よって冷却される。各壁の面とは、筐体本体前壁１０、筐体本体上壁１１、筐体本体後壁１２、筐体本体下壁１３、右側壁部材２２Ｒおよび左側壁部材２２Ｌにおいて、液面上方空間３２に臨む面のことである。冷却された気相冷媒は、液相冷媒１４へと相変化する。相変化により生成された液相冷媒１４は、落下して或いは各壁をつたって筐体３の内部空間６に貯留された液相冷媒１４に戻される。このように冷媒の相変化を伴う循環が継続して行われることにより、ＣＰＵ５が継続して冷却される。この場合、冷媒は、沸騰冷却（二相流伝熱）のための物質としての役割を果たす。

【0039】

以上のような２つのメカニズムでＣＰＵ５が冷却される中、本実施形態では、冷却システム１（電子機器２）の構造的特徴に由来して、飛躍的に冷却効果が高められている。以下、詳述する。

【0040】

図７は、ＣＰＵ５の近傍を拡大して示す図である。図７で示すように、本実施形態では、筐体３に貯留された液相冷媒１４内で、基板４の面および基板に実装されたＣＰＵ５の面が筐体３の側面に平行（つまり水平面に対して垂直）に延在した状態となる。ここでＣＰＵ５が高温になると、その表面で液相冷媒１４は沸騰し、液体から気体に相変化して気泡が発生する。この気泡は浮力により液面３１に向かって上昇する。この気泡の上昇に由来して、ＣＰＵ５の表面付近には、上方（鉛直上方）へ向かう液流が形成される。

【0041】

そして本実施形態では、ＣＰＵ５の面が水平面に対して垂直となっているため、ＣＰＵ５の下方に基板４が位置しておらず、従ってＣＰＵ５の下方からＣＰＵ５の表面付近へ向かう液流（図７の矢印Ｙ７参照）が基板４によって阻害されない。このため、ＣＰＵ５の下方（鉛直下方）から、ＣＰＵ５の表面付近を経由して上方（鉛直上方）へ向かう液流を形成することができ、ＣＰＵ５の表面から液相冷媒への熱の移動を効率的に行うことができ、冷却効果を向上できる。特にＣＰＵ５の下方（内部空間６の底面側）に位置する液相冷媒１４は、上方に位置する冷媒と比較して温度が低く、この温度の低い液相冷媒１４がＣＰＵ５の表面付近に多く流れることになり、このことも冷却効果の向上に寄与する。

【0042】

更に本実施形態では、ＣＰＵ５の下方からＣＰＵ５の表面付近へ向かう液流（図７の矢印Ｙ７参照）が基板４によって阻害されないため、ＣＰＵ５の下方からもＣＰＵ５の表面付近へ液相冷媒１４が流入し、基板４が水平面に沿って延在している場合（この場合については図８を用いて後述する）と比較して、単位時間あたりにＣＰＵ５の表面付近を通過する液相冷媒１４の量がより多くなり、ひいてはＣＰＵ５の表面付近における液相冷媒１４の液流の速度がより速くなる。これにより、ＣＰＵ５から液相冷媒１４への熱の伝達が効率的に進み、冷却効果が向上する。

【0043】

図８は、基板４Ｘおよび基板４Ｘに実装されたＣＰＵ５Ｘが液相冷媒内で水平面に沿って設置された様子を模式的に示す図である。なお基板を、その面が水平面に平行となるように設置する場合、通常、液相冷媒の沸騰にともなうＣＰＵの表面付近からの気泡の発生を考慮して、図８で例示するように基板の上面にＣＰＵが位置した状態とされる。

【0044】

図８の例の場合、ＣＰＵ５Ｘの発熱にともなう気泡の上昇により、ＣＰＵ５Ｘの表面付近には、鉛直上方へ向かう液流が発生する（矢印Ｙ８１参照）。このとき、ＣＰＵ５Ｘの下方には基板４Ｘが位置しているため、ＣＰＵ５Ｘの下方からＣＰＵ５Ｘへ向かう液相冷媒の流れ（矢印Ｙ８２参照）が基板４Ｘによって阻害される。従って図８の例では、ＣＰＵ５Ｘの鉛直下方から、ＣＰＵ５Ｘの表面付近を経由して鉛直上方へ向かう液流を形成することができない。

【0045】

更に図８の例では、ＣＰＵ５Ｘの表面付近から鉛直上方へ向かう液流に関し、ＣＰＵ５Ｘの表面付近への液相冷媒の流入は、ＣＰＵ５Ｘの側方からのみであり（矢印Ｙ８３参照）、ＣＰＵ５Ｘの下方からは流入しない（矢印Ｙ８２参照）。このため単位時間あたりにＣＰＵ５Ｘの表面付近を通過する液相冷媒１４の量が本実施形態より少なく、ひいてはＣＰＵ５の表面付近における液相冷媒１４の液流の速度が本実施形態より遅くなる。なお、内部空間６においてＣＰＵ５の面を水平面に対して垂直とすることによりＣＰＵ５の面を水平面に対して平行とした場合と比較して、冷却効果が高まることは、発明者らの実験により確認された事項である。

【0046】

更に本実施形態では、筐体３に貯留された液相冷媒１４の上下方向の中間位置Ｔ（図６（Ｂ））よりも下方にＣＰＵ５（発熱部材）が位置した状態となる。このため、以下の効果を奏する。すなわち筐体３に貯留された液相冷媒１４内には、下方（鉛直下方）側の温度が低く上方（鉛直上方）側の温度が高くなるような温度勾配が形成される。そして筐体３に貯留された液相冷媒１４の高さ方向の中間位置Ｔよりも下方にＣＰＵ５が位置した状態となるため、ＣＰＵ５を、貯留された液相冷媒１４に形成された温度勾配において温度の低い側に常に位置させることができ、ＣＰＵ５の冷却効果を高めることができる。なおＣＰＵ５の位置を筐体３に貯留された液相冷媒１４の上下方向の中間位置Ｔよりも下方にすることにより、そうしない場合と比較してＣＰＵ５の冷却効果を高めることができる点は、発明者らによって確認された事項である。

【0047】

特に本実施形態では、筐体３の形状（＝内部空間６の形状）は、その幅よりも高さが十分大きく、更にその奥行が高さよりも大きい。このため、本実施形態に係る筐体３と奥行は同程度である一方、筐体３の形状とは逆に幅よりも高さが十分に小さい形状（以下、便宜的に「幅広縦短」という）の筐体を利用する場合と比較して、液相冷媒の量が同じであれば、筐体に貯留された液相冷媒の高さ（深さ）を大きく（深く）できる。このため、同程度の量の液相冷媒を使用することを想定する場合、本実施形態によれば、幅広縦短の筐体を利用する場合と比較して、液相冷媒１４内に、下方（鉛直下方）側の温度が低く上方（鉛直上方）側の温度が高くなるような温度勾配を効果的に形成できる。そして筐体３の構造に由来するこのような特徴がある中、筐体３に貯留された液相冷媒の上下方向の中間位置よりも下方にＣＰＵ５が位置した状態となるため、ＣＰＵ５の冷却効率をより効果的に高めることができる。なお、本実施形態体では、筐体３は、高さが奥行よりも大きいが、奥行が高さと同程度であっても、幅広縦短の筐体と比較して、同様の効果を奏する。

【0048】

更に本実施形態では、側面ヒートシンク９のベース部として機能する側壁部材２２が、筐体３の側壁として機能する。つまり箱状の筐体があって、その側壁にベース部とフィン部とを有するヒートシンクのベース部が取り付けられているのではなく、ヒートシンクのベース部がそのまま、筐体の側壁となっている。このため、液相冷媒１４および気相冷媒に側面ヒートシンク９の側壁部材２２を直接接触させることができ、従って液相冷媒１４の熱および気相冷媒の熱を効率よく側面ヒートシンク９に伝達することができる。これにより側面ヒートシンク９により液相冷媒１４および気相冷媒を効率的に冷却することができる（つまりＣＰＵ５の冷却効果を高めることができる）。なおヒートシンクのベース部に相当する部材を筐体の側壁として機能させるためには、内部空間６の液体および気体の漏れを無くす構造的な工夫が必要となる。本実施形態では、上述した態様で側面ヒートシンク９が筐体本体８に取り付けられているため、側壁部材２２を筐体３の側壁として機能させることに伴う液体および気体の漏れが的確に防止されている。

【0049】

更に本実施形態では、側面フィンユニット２３において、側面板フィン２７のそれぞれは、上下方向（鉛直方向）に延在している。これにより以下の効果を奏する。すなわち本実施形態では筐体３の内部空間６では全体的に、上下方向に温度の変化が大きい温度勾配が出現する。これを踏まえ、本実施形態では側面板フィン２７のそれぞれが内部空間６の上下方向の全域に亘って延在しているため、側面板フィン２７のそれぞれが、各側面板フィン２７内での熱の移動により、内部空間６に出現した上下方向の温度の偏りを緩和するように機能し、効率的に冷媒の冷却、ひいてはＣＰＵ５の冷却を行うことができる。

【0050】

図９は、側面板フィン２７Ｘを前後方向（水平面に沿った方向）に延在させた場合の筐体３Ｘを模式的に示す図である。図９の例の場合、各側面板フィン２７Ｘは、上下方向に延在していない。このため、ある１つの側面板フィン２７Ｘに注目したときに、内部空間６に出現した上下方向の温度の偏りを緩和する機能が本実施形態と比較して限定的にしか発揮されない。なお側面板フィンを上下方向に延在させた方が、前後方向に延在させるよりもＣＰＵ５の冷却効率が向上することは発明者らの実験により確認された事項である。

【0051】

更に本実施形態では、筐体３の形状（＝内部空間６の形状）は、その幅よりも高さが十分大きく、更にその奥行が高さよりも大きい。そして本実施形態では、筐体３の両側面（両方の側面）に、ヒートシンクとして機能する側面ヒートシンク９が設けられるため、筐体３の側面の面積が他の面の面積と比較して大きいという特徴を効果的に利用して、サイズの大きなヒートシンクを２体、筐体３に設けることを実現しており、ＣＰＵ５の冷却効果が高い。

【0052】

＜第２実施形態＞
次に第２実施形態について説明する。第２実施形態の説明において、第１実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図１０は、本実施形態に係る冷却システム１Ａ（電子機器２Ａ）の断面図である。図１０は、図６（Ｂ）に対応する。図１０で示すように本実施形態体は、ＣＰＵ５（発熱部材）にヒートシンクとして機能する内部ヒートシンク３４が取り付けられている点が第１実施形態と異なっている。

【0053】

図１１は、内部ヒートシンク３４を図１０の矢印Ｙ１０に従って見た図である。図１０、１１で示すように、内部ヒートシンク３４は、ベース部材３５と、ベース部材３５に設けられた内部フィンユニット３６とを備えている。内部フィンユニット３６は、上下方向（高さ方向）に延在する複数の板フィン３７が前後方向に並んで構成されている。内部ヒートシンク３４は、ベース部材３５の裏面がＣＰＵ５の表面に接触した状態で、ＣＰＵ５に固着される。

【0054】

本実施形態の構成によれば、内部ヒートシンク３４の機能により、ＣＰＵ５の発熱をより効率的に液相冷媒１４に伝達でき、ＣＰＵ５の冷却効果を更に向上できる。特に本実施形態では、板フィン３７が上下方向に延在しているため以下の効果を奏する。すなわち上述したように、筐体３に貯留された液相冷媒１４では、ＣＰＵ５の下方（鉛直下方）から、ＣＰＵ５の表面付近を経由して上方（鉛直上方）へ向かう液流が形成される。そして板フィン３７が上下方向に延在している、つまり、板フィン３７（および隣接する板フィン３７間に形成される間隙）が当該液流に沿って延在しているため、液流における液相冷媒１４の流れが板フィン３７によって限定的にしか阻害されないと共に、隣接する板フィン３７間に形成される間隙に効果的に水を通すことができる。これにより効率的にＣＰＵ５を冷却することが可能である。

【0055】

＜第３実施形態＞
次に第３実施形態について説明する。第３実施形態の説明において、第１実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図１２は、本実施形態に係る冷却システム１Ｂ（電子機器２Ｂ）の断面図である。図１２は、図６に対応する。図１２で示すように本実施形態は、ＣＰＵ５（発熱部材）の下方に、液流発生装置３８が設けられている。

【0056】

液流発生装置３８は、筐体３に貯留された液相冷媒１４内において、ＣＰＵ５の下方（鉛直下方）から、ＣＰＵ５の表面付近を経由して上方（鉛直上方）へ向かう液流を発生させる装置であり、一例として液流ポンプである。液流発生装置３８の機能により、ＣＰＵ５の下方（鉛直下方）から、ＣＰＵ５の表面付近を経由して上方（鉛直上方）へ向かう液流の速さをより速くすることができ、より効率的にＣＰＵ５を冷却することができる。更に液流発生装置３８の機能により液相冷媒１４の対流（図１２では矢印により対流を模式的に示している）を促進することができ、この点でもより効率的にＣＰＵ５を冷却することができる。

【0057】

なお第３実施形態と第２実施形態とを組み合わせた構成としてもよいことは勿論である。

【0058】

＜第４実施形態＞
次に第４実施形態について説明する。第４実施形態の説明において、第１実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図１３（Ａ）は、本実施形態に係る冷却システム１Ｃ（電子機器２Ｃ）の筐体３の右側面図である。図１３（Ａ）は、図６（Ａ）に対応する。図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）における１３Ａ－１３Ａの断面図である。図１３（Ｂ）は、図６（Ｂ）に対応する。

【0059】

図１３で示すように本実施形態は、筐体本体上壁１１にヒートシンク３９が設けられている。詳述すると、筐体本体上壁１１に沿ってヒートシンク３９のベース部材４０が設けられ、このベース部材４０に複数の板フィン４１を有するフィンユニット４２が設けられている。

【0060】

本実施形態の構成によれば、筐体本体上壁１１に設けられたヒートシンク３９の機能により、筐体本体上壁１１における放熱効果を向上することができ、筐体本体上壁１１に接触或いは近接する気相冷媒の冷却効果を向上できる。これにより相変化を伴う冷媒の循環を促進することができ、ひいてはＣＰＵ５の冷却効果を向上することができる。

【0061】

なお第２実施形態と第３実施形態との少なくとも一方と、第４実施形態とを組み合わせた構成としてもよいことは勿論である。

【0062】

以上、本発明の実施形態を説明したが、上記各実施形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

【0063】

例えば側面ヒートシンク９に関し、側面板フィン２７の態様は各実施形態で示した態様に限られない。一例として図９のように水平面に沿った方向に板フィンが延在する構成でもよく、また、板状のフィンではなく、ピン状のフィンであってもよい。ただし上述したように、第１実施形態で示した態様で側面板フィン２７を設けることにより効果的に冷却効果を向上できる。以上のことは、他の実施形態についても同様である。また、第２実施形態の内部ヒートシンク３４の板フィンおよび第４実施形態のヒートシンク３９の板フィンについても、各実施形態で示した態様と異なる態様であってもよい。

【0064】

また各実施形態について、Ｏリング２８に代えて別のシールド部材を設ける構成でもよい。

【0065】

また液面上方空間３２に専用の凝縮器が設けられていてもよい。

【0066】

また、図６、１０～１３では、内部空間６に、内部空間６の容積の８０％程度を占めるように液相冷媒１４が貯留された様子（この結果、液面３１が内部空間６の上下方向の高さの８０％程度の部位に位置した様子）が描画されていたが、上述したように、液相冷媒１４が内部空間６の容積に占める割合（以下「充填率」という。充填率は、筐体３の高さ（＝内部空間６の高さ）に対する液面３１の高さの割合と同義である）は、５０％程度から９０％程度であればよい。また上記実施形態では、ＣＰＵ５の位置を、内部空間６に貯留された液相冷媒１４の上下方向（高さ方向）の中間位置Ｔ（図６（Ｂ））よりも下方としたが、ＣＰＵ５の位置も実施形態で例示した高さに限られない（ただし、上述したように、ＣＰＵ５の位置を中間位置Ｔよりも下方とすることにより、有益な効果を得ることができる）。例えば図１４（Ａ）で示すように、充填率が９０％程度の状態において、ＣＰＵ５の位置を、貯留された液相冷媒１４の上部（位置Ｐ１）、中部（位置Ｐ２）、下部（位置Ｐ３）としてもよく、また、充填率が５０％程度の状態において、ＣＰＵ５の位置を、貯留された液相冷媒１４の上部（位置Ｐ４）、中部（位置Ｐ５）、下部（位置Ｐ６）としてもよい。

【符号の説明】

【0067】

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 冷却システム
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ 電子機器
３ 筐体
４ 基板
５ ＣＰＵ（発熱部材）
８ 筐体本体
９ 側面ヒートシンク
９Ｒ 右側面ヒートシンク（側面ヒートシンク）
９Ｌ 左側面ヒートシンク（側面ヒートシンク）
１４ 液相冷媒
１８Ｒ 右側開口
１８Ｌ 左側開口
１９Ｒ 本体側右側面フランジ（フランジ）
１９Ｌ 本体側左側面フランジ（フランジ）
２２ 側壁部材
２２Ｒ 右側壁部材（側壁部材）
２２Ｌ 左側壁部材（側壁部材）
２３ 側面フィンユニット
２３Ｒ 右側面フィンユニット（側面フィンユニット）
２３Ｌ 左側面フィンユニット（側面フィンユニット）
２７ 側面板フィン２７（板フィン）
２８ Ｏリング（シールド部材）
３１ 液面
３２ 液面上方空間（空間）
３４ 内部ヒートシンク
３６ 内部フィンユニット
３７ 板フィン
３８ 液流発生装置
３９ ヒートシンク
４１ 板フィン
４２ フィンユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】