特開 2023-58613 冷却ユニット

(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】P2023058613

(43)【公開日】2023-04-25

(54)【発明の名称】冷却ユニット

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/473 20060101AFI20230418BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20230418BHJP

【ＦＩ】

H01L23/46 Z

H05K7/20 N

【審査請求】有

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023018063

(22)【出願日】2023-02-09

(62)【分割の表示】P 2018196900の分割

【原出願日】2018-10-18

(71)【出願人】

【識別番号】000232302

【氏名又は名称】ニデック株式会社

(72)【発明者】

【氏名】渡慶次 鋭彦

(72)【発明者】

【氏名】玉岡 健人

(72)【発明者】

【氏名】中江 伸也

(57)【要約】      （修正有）

【課題】冷媒量が減少した場合でも、ポンプ室内に空気が入り込むことを抑制し、冷却効率の低下を抑制する冷却ユニットを提供する。
【解決手段】冷却ユニット１は、水平方向に拡がるコールドプレート１０と、タンク１１とポンプ１２とを有する。タンク１１は、冷媒を溜めるタンク室５０を有する。ポンプ１２は、冷媒を移送させる羽根車１６が収容されるポンプ室４０を有する。タンク室の水平方向に垂直な第１方向上端は、ポンプ室の第１方向上端よりも上側に位置し、タンク及びポンプは、第１方向に垂直な方向に対向して隣接する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水平方向に拡がるコールドプレートと、
タンクとポンプとを有し、
前記タンクは、冷媒を溜めるタンク室を有し、
前記ポンプは、冷媒を移送させる回転体が収容されるポンプ室を有し、
前記タンク室の水平方向に垂直な第１方向上端は前記ポンプ室の前記第１方向上端よりも上側に位置し、
前記タンク、及び、前記ポンプは、前記第１方向に垂直な第２方向に対向して隣接する、冷却ユニット。

【請求項2】

ラジエータをさらに有し、
前記ラジエータは、冷媒が流れるパイプ流路を有し、
前記タンク室の前記第１方向上端は、前記パイプ流路の前記第１方向上端よりも上側に位置する、請求項１に記載の冷却ユニット。

【請求項3】

前記コールドプレートは、内部に冷媒が流通する第１冷媒流路を有し、
前記タンク室の前記第１方向上端は、前記第１冷媒流路の前記第１方向上端よりも上側に位置する、請求項１又は請求項２に記載の冷却ユニット。

【請求項4】

前記タンク室と前記ポンプ室とを接続する接続流路をさらに有し、
前記接続流路の少なくとも一部は、前記タンク室および前記ポンプ室の外側に位置する、請求項１－３のいずれかに記載の冷却ユニット。

【請求項5】

前記第１冷媒流路が前記接続流路の少なくとも一部を含む、請求項４に記載の冷却ユニット。

【請求項6】

前記ラジエータの前記第１方向上端は、前記タンクの前記第１方向上端と同じまたはほぼ同じ位置に配置される、請求項２に記載の冷却ユニット。

【請求項7】

前記タンク室は略直方体である、請求項１に記載の冷却ユニット。

【請求項8】

前記タンクは側面が切り欠かれた切欠部を有し、前記ポンプの少なくとも一部は前記切欠部に配置される、請求項１に記載の冷却ユニット。

【請求項9】

前記ポンプは側面が切り欠かれた切欠部を有する、請求項１に記載の冷却ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷却ユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

従来の冷却ユニットは、リザーバと冷媒を移送する回転体を有するポンプを、備える（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０１２／０６１０５８号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来の冷却ユニットは、冷却ユニットの使用に伴い冷媒の量が減少し、ポンプ室内に空気が入り込む場合がある。ポンプ室内に空気が入り込み、冷媒の少ない空間で回転体が回転すると、冷媒の循環量が低下し、冷却ユニットの冷却効率が低下する可能性がある。

【0005】

冷却ユニット内の冷媒量が減少した場合でも、ポンプ室内に空気が入り込むことを抑制し、冷却ユニットの冷却効率の低下を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

水平方向に拡がるコールドプレートと、タンクとポンプとを有し、タンクは、冷媒を溜めるタンク室を有し、ポンプは、冷媒を移送させる回転体が収容されるポンプ室を有し、タンク室の水平方向に垂直な第１方向上端はポンプ室の第１方向上端よりも上側に位置し、タンク、及び、ポンプは、第１方向に垂直な第２方向に対向して隣接する、冷却ユニット。

【発明の効果】

【0007】

例示的な本発明によれば、冷却ユニットの冷却効率の低下を防ぐことを目的とする。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本発明の例示的な第１実施形態に係る冷却ユニットの断面図である。

【図2】図２は、本発明の例示的な第２実施形態に係る冷却ユニットの断面図である。

【図3】図３は、本発明の例示的な第３実施形態に係る冷却ユニットの斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本願では、コールドプレート１０に対して、タンク１１が配置されている方向を「上側」、タンク１１が配置されている方向の反対側を「下側」、とそれぞれ称し、上下方向を定義する。また、本願では、コールドプレート１０に対してタンク１１が配置されている方向を「第１方向」と称する。ただし、これは、あくまで説明の便宜のために上下方向および水平方向を定義したものであって、本発明に係る冷却ユニット１の製造時および使用時の向きを限定するものではない。

【0010】

また、本願において「平行な方向」とは、略平行な方向も含む。また、本願において「直交する方向」とは、略直交する方向も含む。

【0011】

＜第１実施形態＞
本発明の例示的な一実施形態の冷却ユニット１について説明する。図１は本発明の例示的な第１実施形態に係る冷却ユニットの断面図である。図２は、本発明の例示的な第１実施形態に係る冷却ユニット１の断面図である。

【0012】

冷却ユニット１は、コールドプレート１０とタンク１１とポンプ１２を有する。タンク１１とポンプ１２は、コールドプレート１０の第１方向上側に配置される。

【0013】

＜コールドプレート＞
コールドプレート１０は、銅又はアルミニウム等の熱伝導性の高い金属からなり、上面視において水平方向に拡がる矩形の板状である。なお、本実施形態のコールドプレート１０は上面視において四角形であるがこの限りではなく、例えば、上面視において複数の角を有する多角形、または円形であってもよい。コールドプレート１０の下面には発熱部品３０が配置される。

【0014】

コールドプレート１０は、内部に冷媒が流通する第１冷媒流路２１を有する。第１冷媒流路２１は、コールドプレート１０内の空間である。第１冷媒流路２１の内部には平行に複数並んで配置されるブレード２１１が設けられる。また、第１冷媒流路２１には流入口２１２および流出口２１３が設けられる。流入口２１２を介して第１冷媒流路２１に流入した冷媒は流出口２１３を介して第１冷媒流路２１から放出する。

【0015】

本実施形態における冷媒は液体であり、例えば、エチレングリコール水溶液またはプロピレングリコール水溶液のような不凍液や純水等が使用される。

【0016】

＜ポンプ＞
冷却ユニット１は、ポンプ１２を有する。本実施形態における、ポンプ１２は遠心型ポンプであり、冷媒が流れるポンプ室４０を有する。ポンプ室４０は後述するモータ（不図示）の第１方向下側に配置される。ポンプ室４０には冷媒を移送することができる羽根車１６（回転体）が配置される。

【0017】

ポンプ室４０は吸込口４１１と吐出口（不図示）とを有する。吸込口４１１はポンプ室４０の第１方向下端に設けられ、コールドプレート１０の流出口２１２と第１方向上下に一致して連通する。吐出口（不図示）は後述するタンク１１の貫通孔１１１と連通する。本実施形態では、吐出口とタンク１１の貫通孔１１１とは、接続管８０とラジエータ７０を介して接続される。

【0018】

ポンプ１２の羽根車１６は、第１方向に延びる中心軸を中心に回転可能に支持され、モータの回転軸と連結される。モータの駆動により羽根車１６が回転することで、吸込口４１１からポンプ室４０内に流入した冷媒が吐出口から吐き出される。

【0019】

＜タンク＞
冷却ユニット１は、タンク１１を有する。タンク１１は略直方体であり、樹脂材料で形成されている。タンク１１を金属で成形する場合と比較して、容易に成形することができる。また、湿気などが付着する環境においても、タンク１１の表面が錆びることを防ぐことができる。タンク１１は、流れ込んだ冷媒が溜まるタンク室５０を有する。タンク室５０は、タンク１１が第１方向上側に向かって凹んで形成された凹部である。タンク室５０は、略直方体である。冷却ユニット１がタンク室５０を有することで、冷却ユニット１内に循環させる冷媒の量を増やすことができる。冷却ユニット１内を循環させる冷媒の量を増やすことで、冷却ユニット１の冷却効率の低下を抑制することができる。

【0020】

タンク１１は、貫通孔１１１を有する。本実施形態において、貫通孔１１１は、第１方向と垂直な方向に延びる。貫通孔１１１は、ポンプ１２の吐出口と連通する。本実施形態では、貫通孔１１１と吐出口とは後述する接続管８０とラジエータ７０のパイプ流路７２１を介して接続される。

【0021】

本実施形態では、ポンプ１２とタンク１１とは隣接して配置されている。詳細には、タンク１２は側面が切り欠かれた切欠部１２ａを有し、ポンプ１２の少なくとも一部は切欠部１２ａに配置される。ポンプ１２を切欠部１２ａに配置することで、冷却ユニット１を小型化することができる。

【0022】

冷却ユニット１は、仕切り部６０をさらに有する。仕切り部６０は水平方向に拡がり、タンク１１とコールドプレート１０との第１方向間に配置される。詳細には、仕切り部６０はタンク室５０を形成する凹部の開口を塞ぐ。タンク室５０は、タンク１１の凹部の内面と仕切り部６０の第１方向上面によって形成される。仕切り部６０は、第１方向上下に貫通する貫通部６０１を有する。貫通部６０１はタンク室５０と連通し、貫通部６０１の第１方向下端は流入口２１２と連通する。なお、本実施形態において、貫通部６０１は、流入口２１２である。ポンプ室４０から吐出された冷媒は、タンク室５０を通って、貫通部６０１に流れ込む。貫通部６０１を通った冷媒は、第１流路２１に流れ込む。仕切り部６０は、タンク室５０に流れ込む冷媒の流れを規制し、貫通部６０１により、コールドプレート１０の所定の位置に冷媒を流し込むことができる。

【0023】

冷却ユニットは、ラジエータ７０をさらに有する。ラジエータ７０は、冷却用の複数のフィン７１およびパイプ７２を有する。フィン７１は平板上に形成され、第１方向上方に向けて起立する。フィン７１は平行に等間隔に複数配置される。パイプ７２は、複数のフィン２１の孔（不図示）に挿通されて溶接により複数のフィン２１と固定される。このとき、パイプ２３の延びる方向とフィン２１の延びる方向が直交する。パイプ７２は、内部が中空であって、冷媒が通るパイプ流路７２１を形成する。パイプ流路７２１の一端は直接的または間接的に貫通孔１１１と連通する。後述するが、パイプ流路７２１の一端は、例えば、接続管８０を介して貫通孔１１１と連通してもよい。また、パイプ流路７２１は、第１方向に複数配置されていてもよい。

【0024】

冷却ユニット１は接続管８０をさらに有する。接続管８０は、内部が中空であって、例えば、ゴムなどの弾性体で成形される。接続管８０の内部には冷媒が流れる。接続管８０は、ポンプ１２とラジエータ７０とを接続する。詳細には、接続管８０の一端はパイプ流路７２１の一端と連通する。接続管８０の他端は、ポンプ２４の吐出口と連通する。接続管８０は、タンク１１とラジエータ７０とを接続する。詳細には、接続管８０の多端は、パイプ流路７２１の他端と連通する。また、接続管８０の一端は、貫通孔１１１と連通する。

【0025】

（冷却ユニットの動作）
コールドプレート１０の下面に、例えばＣＰＵ等の冷却されるべき発熱部品３０を接触させてポンプ２４を駆動する。これにより、第１冷媒流路２１、ポンプ室４０、パイプ流路７２１、タンク室５０の順で冷媒が循環する。発熱部品３０の発熱はコールドプレート１０に伝達される。コールドプレート１０に伝達された熱は第１冷媒流路２１を流通する冷媒に伝達される。冷媒はラジエータ７０を介して放熱が行われ、発熱部品３０の温度上昇を抑制することができる。

【0026】

タンク室５０の第１方向上端は、ポンプ室４０の第１方向上端よりも上側に位置する。

【0027】

ポンプ室４０は、冷媒で満たされていることが望ましい。冷却ユニット１内に入り込んだ空気は、冷媒と共に冷却ユニット１内を循環する。具体的には、ポンプ室４０内に入り込んだ空気は、羽根車１６により押し出され、ラジエータ７０のパイプ流路７２１を通ってタンク１１のタンク室５０に入り込む。タンク室５０に入り込んだ空気は、タンク室５０の第１方向上端まで上昇する。タンク室５０の第１方向上端まで上昇した空気は、タンク室５０の第１方向上端にとどまり、ポンプ室４０側へ流れない。したがって、タンク室５０の第１方向上端は、ポンプ室４０の第１方向上端よりも上側に位置することで、空気をタンク室５０の第１方向上端に溜めることができ、ポンプ室４０内に空気が流れ込むことを抑制できる。よって、冷却ユニット１の冷却効率が低下することを抑制できる。

【0028】

また、上述したように、タンク室５０に入り込んだ冷媒をコールドプレート１０に流す貫通部６０１はタンク室５０の下側に設けられることが望ましい。第１方向下端に設けられることで、タンク室５０に入り込んだ空気が、よりポンプ室４０側に流れにくくすることができる。

【0029】

本実施形態ではタンク室５０は直方体と説明したが、これに限らない。

【0030】

＜第２実施形態＞
次に第２実施形態について説明する。図２は、第２実施形態の冷却ユニット１を示す断面図である。説明の便宜上、前述の第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付す。

【0031】

タンク室５０の第１方向上端は、ラジエータ７０のパイプ流路７２１の第１方向上端よりも上側に位置する。第１実施形態では、空気がポンプ室４０内に溜まらないことが望ましいと説明したが、空気がパイプ流路７２１内に溜まらないことも望ましい。詳細には、パイプ流路７２１に入り込んだ空気は、貫通孔１１１を通って、タンク室５０に入り込む。タンク室５０に入り込んだ空気は、タンク室５０の第１方向上端まで上昇する。タンク室５０の第１方向上端まで上昇した空気は、タンク室５０の第１方向上端にとどまり、ポンプ室４０側へ流れない。つまり、タンク室５０に入り込んだ空気は、ラジエータ７０のパイプ流路７２１に流れ込まない。したがって、タンク室５０の第１方向上端は、ラジエータ７０のパイプ流路７２１の第１方向上端よりも上側に位置することで、パイプ流路７２１に空気が溜まることを防ぎ、ラジエータ７０の冷却効率の低下を防ぐことができる。

【0032】

＜第３実施形態＞
次に第３実施形態について説明する。図３は、第３実施形態の冷却ユニット１Ａと冷却ユニット１Ｂを示す斜視図である。説明の便宜上、前述の第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付す。

【0033】

冷却ユニットは複数設けられていてもよい。冷却ユニット１Ａ、１Ｂは同様の構成であり、同様の大きさである。冷却ユニット１Ａ、１Ｂは、水平方向に並べて配置される。冷却ユニット１Ａ、１Ｂは、接続管（８０ａ、８０ｂ、８０ｃ）とラジエータ７０を介して直列に接続される。詳細には、ポンプ２４Ａの吐出口Ａは接続管８０ａを介してラジエータ７０のパイプ流路７２１の一端に接続される。パイプ流路７２１の他端は接続管８０ｂを介してタンク１１Ｂの貫通孔１１１Ｂに接続される。冷却ユニット１Ｂの吐出口Ｂは、接続管８０ｃを介して、貫通孔１１１Ａに接続される。したがって、冷媒は冷却ユニット１Ａと冷却ユニット１Ｂ内を循環する。冷却ユニットを複数設けることで、ポンプ１２Ａとポンプ１２Ｂの冷却効率の低下を抑制しつつ、複数の放熱部品（３０Ａ、３０Ｂ）を冷却することができる。

【0034】

（その他）
上記実施形態は、本発明の例示にすぎない。実施形態の構成は、本発明の技術的思想を超えない範囲で適宜変更されてもよい。また、実施形態は、可能な範囲で組み合わせて実施されてよい。

【0035】

上記実施形態では遠心型のポンプを用いたが、ダイヤフラム型、カスケード型等のポンプを用いてもよい。

【符号の説明】

【0036】

１、１Ａ、１Ｂ・・・冷却ユニット
１０、１０Ａ、１０Ｂ・・・コールドプレート
１１、１１Ａ、１１Ｂ・・・タンク
１２、１２Ａ、１２Ｂ・・・ポンプ
１６・・・羽根車
２１・・・第１冷媒流路
２４、２４Ａ、２４Ｂ・・・ポンプ
３０、３０Ａ、３０Ｂ・・・発熱部品
４０・・・ポンプ室
５０・・・タンク室
６０・・・仕切り部
７０・・・ラジエータ
８０、８０ａ、８０ｂ、８０ｃ・・・接続管

【図1】

【図2】

【図3】