特開 2023-80478 電子部品用冷却装置

(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】P2023080478

(43)【公開日】2023-06-09

(54)【発明の名称】電子部品用冷却装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/473 20060101AFI20230602BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20230602BHJP

   F25B 21/00 20060101ALI20230602BHJP

【ＦＩ】

H01L23/46 Z

H05K7/20 M

F25B21/00 A

【審査請求】有

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021193845

(22)【出願日】2021-11-30

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2022-01-28

(71)【出願人】

【識別番号】520510427

【氏名又は名称】ＢＴＳジャパン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100209129

【弁理士】

【氏名又は名称】山城 正機

(72)【発明者】

【氏名】日下 康弘

【テーマコード（参考）】

5E322

5F136

【Ｆターム（参考）】

5E322AA01

5E322AA05

5E322AA07

5E322AA10

5E322DA04

5E322FA01

5E322FA09

5F136BA04

5F136CB06

5F136CB27

5F136HA10

(57)【要約】

【課題】動力を使用せずとも、確実に電子部品を冷却することが可能な電子部品用冷却装置を提供する。
【解決手段】本発明の電子部品用冷却装置１００は、内部に冷却媒体である磁性流体が流通する伝熱管１１１を複数並置してなる管列により構成される循環流路１１０上に、複数並置されてなる伝熱管１１１を流通する磁性流体によって電子部品Ｗからの熱を吸熱する吸熱面１２０ａであって、電子部品Ｗの冷却対象面に接触する吸熱面１２０ａを備える吸熱部１２０と、磁性流体から熱を放熱する放熱部１３０と、複数並置されてなる伝熱管１１１の全てが流入する流入部１４２と複数並置されてなる伝熱管１１１の全てが流出する流出部１４３とを有するタンク１４０と、磁性流体を磁化する磁界印加部１５０と、を順次配置した。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に冷却媒体である磁性流体が流通する伝熱管を複数並置してなる管列により構成される循環流路上に、
前記複数並置されてなる伝熱管を流通する磁性流体によって前記電子部品からの熱を吸熱する吸熱面であって、前記電子部品の冷却対象面に接触する吸熱面を備える吸熱部と、
前記磁性流体から熱を放熱する放熱部と、
前記複数並置されてなる伝熱管の全てが流入する流入部と、前記複数並置されてなる伝熱管の全てが流出する流出部とを有するタンクと、
前記磁性流体を磁化する磁界印加部と、を順次配置した、
ことを特徴とする電子部品用冷却装置。

【請求項2】

前記流入部又は前記流出部のいずれか一方において、前記伝熱管が並置される順序を入れ替える入れ替え部を有する、
請求項１に記載の電子部品用冷却装置。

【請求項3】

前記入れ替え部において、前記タンク中央部の伝熱管と前記タンク端部の伝熱管とを入れ替えるようにする、
請求項２に記載の電子部品用冷却装置。

【請求項4】

前記吸熱面が、前記複数並置されてなる伝熱管が貫通する伝熱ブロックの一面として形成される、
請求項１～３のいずれかに記載の電子部品用冷却装置。

【請求項5】

前記吸熱面が、複数並置されてなる伝熱管の一部又は全部を加工して形成された平坦面よりなる、
請求項１～３のいずれかに記載の電子部品用冷却装置。

【請求項6】

前記放熱部は、前記複数並置されてなる伝熱管が貫通するフィン付き伝熱ブロックとして形成される、
請求項１～５のいずれかに記載の電子部品用冷却装置。

【請求項7】

前記磁界印加部が、永久磁石によって形成される、
請求項１～６のいずれかに記載の電子部品用冷却装置。

【請求項8】

前記磁界印加部が、フィン付きの永久磁石によって形成される、
請求項１～６のいずれかに記載の電子部品用冷却装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子部品用冷却装置に関し、特に、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）の筐体内に収納されているＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を冷却する装置において、送風機などの動力を使用することなく効率的に冷却を行うための技術に関する。

【背景技術】

【0002】

業務用や家庭用として使用される通常のＰＣにおいて、ＣＰＵやＧＰＵはＰＣの筐体内に収納されている。

【0003】

ＣＰＵは作動していない状態においては常温であるが、作動に伴い発熱して高温状態となる。高温状態のまま放置すると性能を発揮できなくなるほか故障の原因となり好ましくない。しかも、筐体内に収納されているため、筐体内に配置された他の機器にも影響を及ぼすため、異常な高温状態とならないよう冷却する必要がある。従来における冷却方式としては、送風機を用いて筐体外部から強制的に吸引した空気で冷却する空冷方式を採用しているものが多い。または、伝熱管内を循環する水などの冷却媒体との熱交換によって冷却を行う液冷式のものも増えてきている。

【0004】

ところで、近年においてはＣＰＵやＧＰＵの性能は年々向上しており、その結果、発熱量が大きく、ＣＰＵやＧＰＵは１００℃を超えるような高温状態となる。そのため、ＣＰＵやＧＰＵの性能向上とともに、冷却性能の向上が要求されている。送風機を用いた空冷方式の場合、冷却性能を向上させるためには送風機を大きくすることが考えられるが、送風機を大きくすることに伴い、騒音が大きくなるとともに送風機を駆動するために大きな電力が必要となるというデメリットが生じる。同様に、液冷式の冷却装置においても、より多くの冷却媒体を循環させることができる大型のポンプを駆動するための動力が必要となり、ＰＣ全体としての消費電力の増加の要因となってしまう。

【0005】

そこで、ＣＰＵなどの電子部品を電力を用いずに冷却する方式として、磁性流体を用いた冷却装置が提案されている（特許文献１）。

【0006】

磁性流体とは、例えば酸化鉄などの磁性粒子を混濁させた流体のことであり、磁性流体の温度に応じて磁性が変化するという特徴を持つ。このような性質を利用し、高温部となる吸熱部と低温部となる放熱部と有する循環流路を形成し、放熱部付近において永久磁石や電磁石を用いて磁力を与えることで、循環流路内の磁性流体を一方向に循環させることが可能な冷却装置を作ることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開昭５９－２１７４６４号公報

【0008】

特許文献１に開示された発明では、循環流路上に電子部品などの発熱体から熱を受ける吸熱部と、吸熱部で受けた熱を放熱する放熱部を設け、放熱部において磁性流体を磁化するマグネットを配置することで、少ない電力で磁性流体を駆動することができる冷却装置を提供することができる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

ところで、完全に動力を使用せずに磁性流体が循環する冷却装置を実現するためには、吸熱部と放熱部との間に大きな温度差を設けることが必要となる。というのも、磁性流体には一般的に、キュリー温度に向かって磁性が低下するという感温特性があり、循環流路上に配置されたマグネットに向かう磁性流体に印加される磁気体積力の差を循環流路内で生成することが、確実な循環を得るために必要だからである。

【0010】

したがって、確実に吸熱及び放熱を行うこと必要であることはもちろんのこと、流れ方向に直交する方向における温度のばらつきを抑制することも、確実な駆動力を得るためには重要となる。というのも、１００℃以上の高温状態になるＣＰＵやＧＰＵを確実に冷却するためには、一本の伝熱管では足りず、複数本の伝熱管を並列配置して伝熱面積を広く確保するとともに循環流路の距離を長く確保することが必要だからである。

【0011】

ところで、筐体内に配置されたＣＰＵの全体から熱を吸収することを想定した場合、平面状の吸熱面に対してＣＰＵは中央付近に配置されるため、吸熱面のうち中央付近に配置された伝熱管において熱の吸収が集中し、端部に配置された伝熱管には熱が吸収されにくい。

【0012】

複数並置された伝熱管のうち、中央付近の伝熱管に吸熱が集中すると、中央付近の伝熱管の温度が高くなりすぎ、放熱部においても温度が下がりきらず、その結果、吸熱を行う高温部と放熱を行う低温部との間において適切な温度差が生じない。また、吸熱部の端部付近に配置された伝熱管の温度は高くならず、循環流路上において温度差が発生しにくい。磁性流体を用いた循環流路においては、温度差が駆動力となるため、適切な温度差が生じないことは、求められる駆動力が発生しないことにつながるため、流速が遅くなり、冷却能力が下がってしまうという問題が生じる。

【0013】

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、動力を使用せずとも、確実に電子部品を冷却することが可能な電子部品用冷却装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明の発明者らは、鋭意創作の結果、複数並置されてなる伝熱管を用いて電子部品を覆う吸熱面と、流路の途中に磁性流体を均一に混合する手段とを組み合わせることで、上記課題を解決可能であることを見出し、本発明に至った。

【0015】

本発明では、以下のような解決手段を提供する。

【0016】

第１の特徴に係る電子部品用冷却装置は、内部に冷却媒体である磁性流体が流通する伝熱管を複数並置してなる管列により構成される循環流路上に、複数並置されてなる伝熱管を流通する磁性流体によって電子部品からの熱を吸熱する吸熱面であって、電子部品の冷却対象面に接触する吸熱面を備える吸熱部と、磁性流体から熱を放熱する放熱部と、複数並置されてなる伝熱管の全てが流入する流入部と複数並置されてなる伝熱管の全てが流出する流出部とを有するタンクと、磁性流体を磁化する磁界印加部と、を順次配置した。

【0017】

第１の特徴に係る発明によれば、複数並置されてなる伝熱管を流通する磁性流体によって電子部品からの熱を吸熱する吸熱面であって、電子部品の冷却対象面に接触する吸熱面を有する吸熱部を備えるため、吸熱面が電子部品の冷却対象面を覆うことで電子部品全体から放出される熱を確実に吸熱することができる。また、電子部品の大きさによっては、複数並置されてなる伝熱管のうち、特定の伝熱管における吸熱ばかりが多くなり偏りが生じるが、複数並置されてなる伝熱管の全てが流入する流入部と、複数並置されてなる伝熱管の全てが流出する流出部とを有するタンクを備えるため、タンクに流入する時点で伝熱管による温度のばらつきがあったとしても、タンク内で磁性流体が混合して伝熱管間での温度のばらつきを低減することができる。その結果、全ての伝熱管において適切な温度差が発生し、動力を使用せずとも、十分な駆動力を発揮して冷却能力を確保することができる。

【0018】

第２の特徴に係る発明は、第１の特徴に係る発明であって、流入部又は流出部のいずれか一方において、伝熱管が並置される順序を入れ替える入れ替え部を有する。

【0019】

第２の特徴に係る発明によると、タンクの流入部又は流出部において伝熱管が並置される順序を入れ替える入れ替え部を有するため、タンクの前後において伝熱管による温度のばらつきをより確実に低減することができる。そのため、局所的な高温部の発生を抑制して確実な吸熱と放熱を行うことができ、その結果、全ての伝熱管において適切な温度差が発生し、動力を使用せずとも、十分な駆動力を発揮して冷却能力を確保することができる。

【0020】

第３の特徴に係る発明は、第２の特徴に係る発明であって、入れ替え部において、タンク中央部の伝熱管とタンク端部の伝熱管とを入れ替えるようにする。

【0021】

第３の特徴に係る発明によると、入れ替え部において、タンク中央部の伝熱管とタンク端部の伝熱管とを入れ替えるようにすることで、比較的温度の高い中央部の伝熱管がタンクの端部に、比較的温度の低い端部の伝熱管がタンクの中央部に流入するよう、伝熱管の配列を入れ替えることができる。そのため、吸熱部を通過した後の磁性流体の温度は、伝熱管間でばらつきがなくなり、その結果、吸熱部や放熱部において適切に熱伝達が行われ、十分な駆動力を発揮して冷却能力を確保することができる。

【0022】

第４の特徴に係る発明は、第１ないし第３のいずれかの特徴に係る発明であって、吸熱面が、複数並置されてなる伝熱管が貫通する伝熱ブロックの一面として形成される。

【0023】

第４の特徴に係る発明によると、吸熱面が、複数並置されてなる伝熱管が貫通する伝熱ブロックの一面として形成されるため、伝熱ブロックの大きさによって熱容量を変化させることができ、設計の自由度が増す。また、複雑な加工を必要としないため、ＣＰＵの形状や大きさなどの仕様が変わったとしても、比較的安価に吸熱部を構築することができる。

【0024】

第５の特徴に係る発明は、第１ないし第３のいずれかの特徴に係る発明であって、吸熱面が、複数並置されてなる伝熱管の一部又は全部を加工して形成された平坦面よりなる。

【0025】

第５の特徴に係る発明によると、伝熱管を加工して平坦面とすることで吸熱部とするため、重量を増加させることなく効率よく熱を吸収することが可能な吸熱部を形成することができ、小型で軽量の冷却装置を実現することができる。

【0026】

第６の特徴に係る発明は、第１ないし第５のいずれかの特徴に係る発明であって、放熱部は、複数並置されてなる伝熱管が貫通するフィン付き伝熱ブロックとして形成される。

【0027】

第６の特徴に係る発明によると、放熱部が複数並置されてなる伝熱管が貫通するフィン付き伝熱ブロックとして形成されるため、伝熱ブロックの大きさやフィンの伝熱面積等によって熱容量を変化させることができ、設計の自由度が増す。また、複雑な加工を必要としないため、ＣＰＵの形状や大きさなどの仕様が変わったとしても、比較的安価に放熱部を構築することができる。

【0028】

第７の特徴に係る発明は、第１ないし第６のいずれかの特徴に係る発明であって、磁界印加部が、永久磁石によって形成される。

【0029】

第７の特徴に係る発明によると、磁界印加部が永久磁石によって形成されるため、他の電気回路等を組み込むことなく常時磁力を印加することが可能であり、吸熱部と放熱部との温度差に応じて自動的に作動することが可能な冷却装置を実現することができる。

【0030】

第８の特徴に係る発明は、第１ないし第６のいずれかの特徴に係る発明であって、磁界印加部が、フィン付きの永久磁石によって形成される。

【0031】

第８の特徴に係る発明によると、磁界印加部がフィン付きの永久磁石によって形成されるため、磁性流体の磁化が行われ磁性が最も強くなる磁界印加部において磁性流体の温度が最も低くなり、磁化が最も弱まる高温部との温度差を確保して確実に磁性流体を駆動することが可能な冷却装置を提供することができる。

【発明の効果】

【0032】

本発明によれば、動力を使用せずとも、確実に電子部品を冷却することが可能な電子部品用冷却装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】図１は、第一実施形態に係る電子部品用冷却装置１００の概略図である。

【図2】図２は、第一実施形態に係る吸熱部１２０の概略図である。図２（ａ）が斜視図であり、図２（ｂ）が正面図である。

【図3】図３は、第二実施形態に係る吸熱部２２０の概略図である。図３（ａ）が斜視図であり、図３（ｂ）が正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

以下、本発明を実施するための形態について図を参照しながら説明する。なお、これはあくまでも一例であって、本発明の技術的範囲はこれに限られるものではない。

【0035】

なお、本発明において、電子部品とは、ＣＰＵやＧＰＵなど、冷却対象となっている装置そのものだけでなく、冷却対象となっている装置を保護するケーシングをも含む全体を指すものとし、その用途や設置の態様によって電子部品という用語が指す技術範囲が狭められるものではない。

【0036】

［第一実施形態に係る電子部品用冷却装置の全体構成］
図１を用いて、第一実施形態に係る電子部品用冷却装置１００の全体構成を説明する。

【0037】

図１は、第一実施形態に係る電子部品用冷却装置１００の斜視図を示す。

【0038】

第一実施形態に係る電子部品用冷却装置１００は、内部に冷却媒体である磁性流体が流通する伝熱管１１１を複数並置してなる管列により構成される循環流路１１０上に、電子部品Ｗから発生する熱を吸熱する吸熱部１２０、磁性流体が保有する熱を放出する放熱部１３０、複数並置された伝熱管を一旦収集するタンク１４０、及び、磁性流体に磁界を印加することで磁性流体を磁化する磁界印加部１５０が順次配置されることによって構成される。

【0039】

循環流路１１０は、磁性流体が流通する伝熱管１１１を複数並置してなる管列により構成される。それぞれの伝熱管１１１は、例えば銅など、熱伝導率の高い金属でできた横断面略円形状の細管であり、外径はおよそ５～１０ｍｍである。それぞれの伝熱管１１１の端部は、後述するタンク１４０に対し、流入部及び流出部として接続され、タンク１４０を中心に循環流路１１０を形成する。本実施形態においては、６本の伝熱管１１１が開示されているが、伝熱管１１１の本数は、冷却対象となる電子部品Ｗの大きさ等に応じて変更されるべきものであり、これに限ったものではない。

【0040】

吸熱部１２０は、冷却対象となる電子部品から発生する熱を吸収する部位であり、電子部品Ｗに接触する吸熱面１２０ａを有する。吸熱面１２０ａを含む吸熱部１２０の詳細については後述するが、吸熱部１２０においては、複数の伝熱管１１１内を流通する磁性流体が吸熱面１２０ａを介して熱を奪うことによって熱を吸収し、それによって電子部品Ｗが冷却される。

【0041】

放熱部１３０は、電子部品Ｗから熱を奪うことで高温になった磁性流体が保有する熱を放出する部位である。本実施形態における放熱部１３０は、複数並置されてなる伝熱管１１１が貫通するフィン付き伝熱ブロックとして形成される。つまり、複数の伝熱管１１１が貫通する伝熱ブロック１３１を備え、伝熱ブロック１３１には、複数のフィン１３２が配設されており、気流の起こりにくいＰＣの筐体内においても効率的に熱を放出することができるようになっている。なお、放熱部１３０を構成するフィン付き伝熱ブロックの数は一つである必要はなく、複数配設されていても構わない。要求される冷却能力や伝熱管１１１の本数、ないしは循環流路１１０の経路長さに応じて、適宜変更されるべきものである。

【0042】

タンク１４０は、複数並置された伝熱管を一旦収集するための部位であり、また、循環流路１１０内に磁性流体を封入するために設けられたものである。つまり、タンク１４０は循環流路１１０を形成する系全体において最も高い位置に配設されており、また、タンク１４０の頂部には開閉可能な封入口１４１が設けられていて、製造時やメンテナンス時において、磁性流体が封入され、循環流路１１０が磁性流体で満たされるようになっている。本発明における電子部品用冷却装置は、蒸発等の相変化を伴わない液体の状態で磁性流体が循環するものであるため、頂部に設けられた封入口１４１を介して磁性流体が注入された循環流路１１０は、全体が磁性流体で満たされた状態となる。

【0043】

タンク１４０には、複数並置されてなる伝熱管１１１の全てが流入する流入部１４２と、複数並置されてなる伝熱管１１１の全てが流出する流出部１４３が設けられる。

【0044】

また、第一実施形態においては、流入部１４２において、伝熱管１１１が並置される順序を入れ替える入れ替え部１４４が形成される。入れ替え部１４４においては、図１に示すように、特に、中央部に配置された伝熱管１１１と端部に配置された伝熱管１１１とを入れ替えるよう形成することが好ましい。図１に示す例においては、紙面に対して最も手前の伝熱管１１１と手前から３番目の伝熱管１１１の位置を交換してタンク１４０に流入させるとともに、最も奥の伝熱管１１１と奥から３番目の伝熱管１１１の位置を交換してタンク１４０に流入させている。

【0045】

磁界印加部１５０は、磁性流体に磁界を印加することで磁性流体を磁化する部位である。第一実施形態においては、磁界印加部１５０は永久磁石、好ましくはネオジム磁石によって形成される。ネオジム磁石等の永久磁石を用いることによって、電磁石によって磁界を印加するものとは異なり、電力の供給回路なども必要なく、独立した冷却装置としてＰＣの筐体内等に配設することができる。

【0046】

さらに、第一実施形態においては、ネオジム磁石を構成するブロックに複数のフィン１５１を配設し、磁界印加部１５０からも放熱できるよう構成している。

【0047】

［第一実施形態に係る電子部品用冷却装置による冷却方法］
次に、第一実施形態に係る電子部品用冷却装置を用いて電子部品Ｗを冷却する方法及びその作動原理について説明する。

【0048】

冷却対象となっている電子部品Ｗを含む装置の電源が入っていない状態、つまり、電子部品Ｗが常温の状態においては、循環流路１１０内に封入された磁性流体は静止したままである。

【0049】

というのも、磁界印加部１５０により常時磁性流体に磁界が作用しているため、その近傍の磁性流体を磁界印加部１５０の方向に引き寄せる磁気体積力が印加するものの、循環流路１１０内で温度が均一の場合には、引き寄せる力が磁界印加部１５０の前後で釣り合うため、磁性流体の運動が発生しないからである。

【0050】

装置の電源が入り、電子部品Ｗが作動することに伴い電子部品Ｗの温度が上昇すると、電子部品Ｗに接触している吸熱面１２０ａを介して、吸熱部１２０に熱が吸収され、吸熱部１２０近傍における磁性流体の温度が上昇する。磁性流体には一般的に、キュリー温度に向かって磁性が低下するという感温特性がある。そのため、吸熱部１２０近傍における磁性流体の温度が上昇すると、当該箇所における磁性流体の磁性が低下し、当該箇所における磁性流体が磁界印加部１５０方向に引き寄せられる力は低下する。

【0051】

一方、磁界印加部１５０においては、永久磁石によって常時、磁性流体の磁化が生じているため、吸熱部１２０側と逆側、つまりタンク１４０側から引き寄せる力は常時印加されている。そのため、磁界印加部１５０前後において磁気体積力の差が発生し、その磁気体積力の差によって、磁界印加部１５０を挟んで常温側から高温側に向けて磁性流体が循環流路内を流動し始める。

【0052】

磁性流体が流動すると、吸熱部１２０で熱を吸収した磁性流体が放熱部１３０を通過する際、磁性流体から熱が放出され、同時に、磁界印加部１５０においても、フィン付きの永久磁石から熱が放出される。そのため、吸熱部１２０に流入する際の磁性流体は温度が低下しており、吸熱部１２０において効率的に熱が吸収される。

【0053】

このように、循環流路１１０において吸熱と放熱を行うことにより、高温部と低温部が発生し、磁性流体の温度が低い箇所において磁界を印加することで、磁性流体に一方向の磁気体積力が発生し、循環流路１１０内における磁性流体の循環が行われる。

【0054】

磁性流体の循環が行われるに際し、吸熱部１２０で電子部品Ｗからの熱を吸収した磁性流体は、次に、放熱部１３０において熱を放出することで温度が低下する。そして、磁性流体はタンク１４０に流入することで、伝熱管１１１間による温度のばらつきを低減したうえで、タンク１４０から流出して磁界印加部１５０で磁界を印加され磁化される。

【0055】

磁界印加部１５０に流入する磁性流体の温度は放熱部１３０やタンク１４０の作用により、常温近傍まで低下しており、磁界印加部１５０で磁化されることで適切な磁気体積力が印加され、磁界印加部１５０方向に引き寄せられるようになる。

【0056】

一方、磁界印加部１５０から流出した磁性流体は再び吸熱部１２０において高温となるため、磁性が低下し磁気体積力も低下する。そのため、吸熱部１２０方向から磁界印加部１５０方向に引き寄せられる力が弱くなり、磁界印加部１５０から吸熱部１２０に向けての一方向の流れが継続的に発生し、磁性流体は循環流路１１０内の循環を継続する。

【0057】

以上が、第一実施形態における電子部品用冷却装置１００を用いて電子部品Ｗを冷却する際の作動原理である。

【0058】

そして、第一実施形態においては、吸熱部１２０において、電子部品Ｗの冷却対象面に接触する吸熱面１２０ａを用いて、複数並置されてなる伝熱管１１１を流通する磁性流体によって電子部品Ｗからの熱を吸熱するため、電子部品Ｗの大きさに関わらず吸熱面１２０ａが電子部品Ｗの冷却対象面を覆うことで電子部品Ｗ全体から放出される熱を確実に吸熱することができる。そのため、吸熱部１２０は確実に高温状態に維持されることになり、吸熱部１２０近傍における磁性流体の磁性を低く維持することができる。

【0059】

また、電子部品Ｗの大きさによっては、複数並置されてなる伝熱管１１１のうち、特定の伝熱管１１１における吸熱ばかりが多くなり偏りが生じることがあるが、複数並置されてなる伝熱管１１１の全てが流入する流入部１４２と、複数並置されてなる伝熱管１１１の全てが流出する流出部１４３とを有するタンク１４０を有するため、タンク１４０に流入する時点で伝熱管１１１による温度のばらつきがあったとしても、タンク１４０内で磁性流体が混合して伝熱管１１１間での温度のばらつきを低減することができる。その結果、全ての伝熱管１１１において、吸熱部１２０と磁界印加部１５０との間で適切な温度差が発生し、動力を使用せずとも、十分な駆動力を発揮して冷却能力を確保することができる。

【0060】

さらに、流入部１４２においては、伝熱管１１１が並置される順序を入れ替える入れ替え部１４４を有するため、タンク１４０の前後において伝熱管１１１による温度のばらつきをより確実に低減することができる。そのため、局所的な高温部の発生を抑制して確実な吸熱と放熱を行うことができ、その結果、全ての伝熱管１１１において適切な温度差が発生し、動力を使用せずとも、十分な駆動力を発揮して冷却能力を確保することができる。

【0061】

すなわち、例えば電子部品Ｗが吸熱面１２０ａの中心部付近のみに配置されている場合、複数並置された伝熱管１１１のうち、中央部近傍に配置された伝熱管１１１による吸熱が主体となり、中央部近傍に配置された伝熱管１１１内の磁性流体の温度は十分に上昇するものの、端部に配置された伝熱管１１１内の磁性流体の温度はあまり上昇せず、伝熱管１１１間で温度差が生じてしまう。放熱部１３０において、中央部近傍の磁性流体の温度が下がり切らないままタンク１４０に流入すると、タンク１４０内でも温度のばらつきが収まらず、中央部近傍の磁性流体の温度が高く、端部の磁性流体の温度が低いまま流出部１４３から流出してしまう恐れがある。そのような場合においては、吸熱部１２０と磁界印加部１５０で適切な温度差が発生せず、磁気体積力の差が失われ、駆動力が発生しない恐れがある。駆動力が発生しなければ吸熱部１２０や放熱部１３０における熱伝達率が低下し、適切な熱伝達が行われなくなり、さらに冷却能力が低下し、ひいては磁性流体の駆動力が低下するという悪循環が生じる。

【0062】

そこで、第一実施形態においては、複数並置されてなる伝熱管１１１の全てが流入する流入部１４２と、複数並置されてなる伝熱管１１１の全てが流出する流出部１４３とを有するタンク１４０を備えるとともに、流入部１４２においては、伝熱管１１１が並置される順序を入れ替える入れ替え部１４４を備える。これにより、複数並置された伝熱管１１１のうち中央部近傍の伝熱管１１１を流れる磁性流体ばかりが高温になることを防止するとともに、伝熱管１１１間の温度のばらつきを抑制して温度を均一化し、吸熱部１２０や放熱部１３０において適切に熱伝達が行われるようにする。

【0063】

特に、入れ替え部１４４においては、タンク１４０中央部の伝熱管１１１とタンク１４０端部の伝熱管１１１とを入れ替えるようにすることで、比較的温度の高い中央部の伝熱管１１１がタンク１４０の端部に、比較的温度の低い端部の伝熱管１１１がタンク１４０の中央部に流入するよう、伝熱管１１１の配列を入れ替えることができる。そのため、仮にタンク１４０内で磁性流体が完全に混合できなかったとしても、流出部１４３においては、中央部近傍の伝熱管１１１から温度の低い磁性流体が、端部近傍の伝熱管１１１からは温度の高い磁性流体が流出する。ここで、吸熱部１２０においては、中央部近傍の伝熱管１１１の方が端部近傍の伝熱管１１１よりも多くの熱を吸収するため、吸熱部１２０を通過した後の磁性流体の温度は、伝熱管１１１間でばらつきがなくなり、その結果、吸熱部１２０や放熱部１３０において適切に熱伝達が行われ、十分な駆動力を発揮して冷却能力を確保することができる。

【0064】

また、本発明において、放熱部１３０は、複数並置されてなる伝熱管１１１が貫通するフィン付き伝熱ブロックとして形成されるため、伝熱ブロック１３１の大きさやフィン１３２の伝熱面積等によって熱容量を変化させることができ、設計の自由度が増す。また、複雑な加工を必要としないため、電子部品Ｗの形状や大きさなどの仕様が変わったとしても、比較的安価に放熱部を構築することができる。

【0065】

また、磁界印加部１５０が永久磁石によって形成されるため、他の電気回路等を組み込むことなく常時磁力を印加することが可能であり、吸熱部１２０と放熱部１３０との温度差に応じて自動的に作動することが可能な冷却装置を実現することができる。

【0066】

特に、磁界印加部１５０をフィン付きの永久磁石によって形成することで、磁性流体の磁化が行われ磁性が最も強くなる磁界印加部１５０において磁性流体の温度が最も低くなり、磁化が最も弱まる高温部との温度差を確保して確実に磁性流体を駆動することが可能な冷却装置を提供することができる。

【0067】

［第一実施形態に係る吸熱部の構成］
次に、図２を用いて、第一実施形態に係る吸熱部１２０の全体構成を説明する。

【0068】

図２（ａ）は、第一実施形態に係る吸熱部１２０の斜視図を、図２（ｂ）は、第一実施形態に係る吸熱部１２０の正面図を示したものである。

【0069】

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、第一実施形態に係る吸熱部１２０は、複数並置されてなる伝熱管が貫通する金属製の伝熱ブロック１２１と、伝熱ブロック１２１に配設された放熱フィン１２２によって形成される。つまり、伝熱ブロック１２１には伝熱管１１１の外径と略同一の内径を有する貫通孔１２１ｈが、伝熱管１１１の本数と同じ数だけ設けられており、貫通孔１２１ｈ内に挿通される伝熱管１１１を介して伝熱ブロック１２１に熱が伝達される。また、伝熱ブロック１２１の底面が吸熱面１２０ａとして電子部品Ｗと接触することで、電子部品Ｗから効率的に熱を吸収することができ、効率よく伝熱管１１１内の磁性流体に熱を伝えることができる。

【0070】

第一実施形態においては、伝熱ブロック１２１を用いて吸熱部１２０を構成するため、伝熱ブロック１２１の大きさによって熱容量を変化させることができ、設計の自由度が増す。また、複雑な加工を必要としないため、電子部品Ｗの形状や大きさなどの仕様が変わったとしても、比較的安価に吸熱部１２０を構築することができる。

【0071】

［第二実施形態に係る吸熱部の構成］
次に、図３を用いて、第二実施形態に係る吸熱部２２０の全体構成を説明する。

【0072】

図３（ａ）は、第二実施形態に係る吸熱部２２０の斜視図を、図３（ｂ）は、第二実施形態に係る吸熱部２２０の正面図を示したものである。

【0073】

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、第二実施形態に係る吸熱部２２０は、複数並置されてなる伝熱管１１１の一部又は全部を平坦面２２１として形成してなる。つまり、第二実施形態に係る吸熱面２２０ａは、複数並置された伝熱管１１１を集束し、集束された伝熱管１１１にプレス加工を施すなどして平坦面２２１とすることによって形成される。そして、第二実施形態に係る吸熱部２２０においては、電子部品Ｗに接する側の平坦面２２１が吸熱面２２０ａとなり、電子部品Ｗと接触して電子部品Ｗの熱を吸収する。

【0074】

伝熱管１１１を加工して平坦面２２１とすることで吸熱部２２０とするため、重量を増加させることなく効率よく熱を吸収することが可能な吸熱部２２０を形成することができ、小型で軽量の冷却装置を実現することができる。

【0075】

以上、まとめると、本発明の効果は以下の通りとなる。

【0076】

本発明は、内部に冷却媒体である磁性流体が流通する伝熱管１１１を複数並置してなる管列により構成される循環流路１１０上に、複数並置されてなる伝熱管１１１を流通する磁性流体によって電子部品Ｗからの熱を吸熱する吸熱面１２０ａであって、電子部品の冷却対象面に接触する吸熱面１２０ａを備える吸熱部１２０と、磁性流体から熱を放熱する放熱部１３０と、複数並置されてなる伝熱管１１１の全てが流入する流入部１４２と複数並置されてなる伝熱管１１１の全てが流出する流出部１４３とを有するタンク１４０と、磁性流体を磁化する磁界印加部１５０と、を順次配置した電子部品用冷却装置１００である。

【0077】

複数並置されてなる伝熱管１１１を流通する磁性流体によって電子部品Ｗからの熱を吸熱する吸熱面１２０ａであって、電子部品Ｗの冷却対象面に接触する吸熱面１２０ａを備える吸熱部を備えるため、吸熱面１２０ａが電子部品Ｗの冷却面を覆うことで電子部品Ｗ全体から放出される熱を確実に吸熱することができる。また、電子部品Ｗの大きさによっては、複数並置されてなる伝熱管１１１のうち、特定の伝熱管１１１における吸熱ばかりが多くなり偏りが生じるが、複数並置されてなる伝熱管１１１の全てが流入する流入部１４２と、複数並置されてなる伝熱管１１１の全てが流出する流出部１４３とを有するタンク１４０を有するため、タンク１４０に流入する時点で伝熱管１１１による温度のばらつきがあったとしても、タンク１４０内で磁性流体が混合して伝熱管１１１間での温度のばらつきを低減することができる。その結果、全ての伝熱管１１１において適切な温度差が発生し、動力を使用せずとも、十分な駆動力を発揮して冷却能力を確保することができる。

【0078】

タンクの流入部１４２又は流出部１４３において伝熱管１１１が並置される順序を入れ替える入れ替え部１４４を有するため、タンク１４０の前後において伝熱管１１１による温度のばらつきをより確実に低減することができる。そのため、局所的な高温部の発生を抑制して確実な吸熱と放熱を行うことができ、その結果、全ての伝熱管１１１において適切な温度差が発生し、動力を使用せずとも、十分な駆動力を発揮して冷却能力を確保することができる。

【0079】

そして、入れ替え部１４４において、タンク１４０中央部の伝熱管１１１とタンク１４０端部の伝熱管１１１とを入れ替えるようにすることで、比較的温度の高い中央部の伝熱管１１１がタンク１４０の端部に、比較的温度の低い端部の伝熱管１１１がタンク１４０の中央部に流入するよう、伝熱管１１１の配列を入れ替えることができる。そのため、吸熱部１２０を通過した後の磁性流体の温度は、伝熱管１１１間でばらつきがなくなり、その結果、吸熱部１２０や放熱部１３０において適切に熱伝達が行われ、十分な駆動力を発揮して冷却能力を確保することができる。

【0080】

また、吸熱面１２０ａが、複数並置されてなる伝熱管１１１が貫通する伝熱ブロック１２１の一面として形成されるため、伝熱ブロック１２１の大きさによって熱容量を変化させることができ、設計の自由度が増す。また、複雑な加工を必要としないため、電子部品Ｗの形状や大きさなどの仕様が変わったとしても、比較的安価に吸熱部を構築することができる。

【0081】

また、伝熱管１１１を加工して平坦面２２１とすることで吸熱部２２０とするため、重量を増加させることなく効率よく熱を吸収することが可能な吸熱部２２０を形成することができ、小型で軽量の冷却装置を実現することができる。

【0082】

また、放熱部１３０は、複数並置されてなる伝熱管１１１が貫通するフィン付き伝熱ブロックとして形成されるため、伝熱ブロック１３１の大きさやフィン１３２の伝熱面積等によって熱容量を変化させることができ、設計の自由度が増す。また、複雑な加工を必要としないため、電子部品Ｗの形状や大きさなどの仕様が変わったとしても、比較的安価に放熱部１３０を構築することができる。

【0083】

また、磁界印加部１５０が永久磁石によって形成されるため、他の電気回路等を組み込むことなく常時磁力を印加することが可能であり、吸熱部１２０と放熱部１３０との温度差に応じて自動的に作動することが可能な冷却装置を実現することができる。

【0084】

また、磁界印加部１５０がフィン１５１付きの永久磁石によって形成されるため、磁性流体の磁化が行われ磁性が最も強くなる磁界印加部１５０において磁性流体の温度が最も低くなり、磁化が最も弱まる高温部との温度差を確保して確実に磁性流体を駆動することが可能な冷却装置を提供することができる。

【0085】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述したこれらの実施形態に限るものではない。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

【産業上の利用可能性】

【0086】

この発明の電子部品用冷却装置は、ＰＣの筐体中に配置されるＣＰＵやＧＰＵのみならず、様々な電子部品を冷却する冷却装置として適用することができる。

【符号の説明】

【0087】

１００ 電子部品用冷却装置
１１０ 循環流路
１１１ 伝熱管
１２０、２２０ 吸熱部
１２０ａ、２２０ａ 吸熱面
１２１ 伝熱ブロック
１２２ フィン
２２１ 平坦面
１３０ 放熱部
１４０ タンク
１４１ 封入口
１４２ 流入部
１４３ 流出部
１４４ 入れ替え部
１５０ 磁界印加部

【図1】

【図2】

【図3】

【手続補正書】

【提出日】2021-12-17

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に冷却媒体である磁性流体が流通する伝熱管を複数並置してなる管列により構成される循環流路上に、
前記複数並置されてなる伝熱管を流通する磁性流体によって前記電子部品からの熱を吸熱する吸熱面であって、前記電子部品の冷却対象面に接触する吸熱面を備える吸熱部と、
前記磁性流体から熱を放熱する放熱部と、
前記複数並置されてなる伝熱管の全てが流入する流入部と、前記複数並置されてなる伝熱管の全てが流出する流出部とを有するタンクと、
前記磁性流体を磁化する磁界印加部と、を順次配置するとともに、
前記流入部又は前記流出部のいずれか一方において、前記伝熱管が並置される順序を入れ替える入れ替え部を有する、
ことを特徴とする電子部品用冷却装置。

【請求項2】

前記入れ替え部において、前記タンク中央部の伝熱管と前記タンク端部の伝熱管とを入れ替えるようにする、
請求項１に記載の電子部品用冷却装置。

【請求項3】

前記吸熱面が、前記複数並置されてなる伝熱管が貫通する伝熱ブロックの一面として形成される、
請求項１又は２に記載の電子部品用冷却装置。

【請求項4】

前記吸熱面が、複数並置されてなる伝熱管の一部又は全部を加工して形成された平坦面よりなる、
請求項１又は２に記載の電子部品用冷却装置。

【請求項5】

前記放熱部は、前記複数並置されてなる伝熱管が貫通するフィン付き伝熱ブロックとして形成される、
請求項１～４のいずれかに記載の電子部品用冷却装置。

【請求項6】

前記磁界印加部が、永久磁石によって形成される、
請求項１～５のいずれかに記載の電子部品用冷却装置。

【請求項7】

前記磁界印加部が、フィン付きの永久磁石によって形成される、
請求項１～５のいずれかに記載の電子部品用冷却装置。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0018】

また、第１の特徴に係る発明は、流入部又は流出部のいずれか一方において、伝熱管が並置される順序を入れ替える入れ替え部を有する。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0019】

これによると、タンクの流入部又は流出部において伝熱管が並置される順序を入れ替える入れ替え部を有するため、タンクの前後において伝熱管による温度のばらつきをより確実に低減することができる。そのため、局所的な高温部の発生を抑制して確実な吸熱と放熱を行うことができ、その結果、全ての伝熱管において適切な温度差が発生し、動力を使用せずとも、十分な駆動力を発揮して冷却能力を確保することができる。

【手続補正4】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0020】

第２の特徴に係る発明は、第１の特徴に係る発明であって、入れ替え部において、タンク中央部の伝熱管とタンク端部の伝熱管とを入れ替えるようにする。

【手続補正5】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0021】

第２の特徴に係る発明によると、入れ替え部において、タンク中央部の伝熱管とタンク端部の伝熱管とを入れ替えるようにすることで、比較的温度の高い中央部の伝熱管がタンクの端部に、比較的温度の低い端部の伝熱管がタンクの中央部に流入するよう、伝熱管の配列を入れ替えることができる。そのため、吸熱部を通過した後の磁性流体の温度は、伝熱管間でばらつきがなくなり、その結果、吸熱部や放熱部において適切に熱伝達が行われ、十分な駆動力を発揮して冷却能力を確保することができる。

【手続補正6】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0022】

第３の特徴に係る発明は、第１又は第２の特徴に係る発明であって、吸熱面が、複数並置されてなる伝熱管が貫通する伝熱ブロックの一面として形成される。

【手続補正7】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0023】

第３の特徴に係る発明によると、吸熱面が、複数並置されてなる伝熱管が貫通する伝熱ブロックの一面として形成されるため、伝熱ブロックの大きさによって熱容量を変化させることができ、設計の自由度が増す。また、複雑な加工を必要としないため、ＣＰＵの形状や大きさなどの仕様が変わったとしても、比較的安価に吸熱部を構築することができる。

【手続補正8】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0024】

第４の特徴に係る発明は、第１又は第２の特徴に係る発明であって、吸熱面が、複数並置されてなる伝熱管の一部又は全部を加工して形成された平坦面よりなる。

【手続補正9】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0025】

第４の特徴に係る発明によると、伝熱管を加工して平坦面とすることで吸熱部とするため、重量を増加させることなく効率よく熱を吸収することが可能な吸熱部を形成することができ、小型で軽量の冷却装置を実現することができる。

【手続補正10】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２６

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0026】

第５の特徴に係る発明は、第１ないし第４のいずれかの特徴に係る発明であって、放熱部は、複数並置されてなる伝熱管が貫通するフィン付き伝熱ブロックとして形成される。

【手続補正11】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0027】

第５の特徴に係る発明によると、放熱部が複数並置されてなる伝熱管が貫通するフィン付き伝熱ブロックとして形成されるため、伝熱ブロックの大きさやフィンの伝熱面積等によって熱容量を変化させることができ、設計の自由度が増す。また、複雑な加工を必要としないため、ＣＰＵの形状や大きさなどの仕様が変わったとしても、比較的安価に放熱部を構築することができる。

【手続補正12】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0028】

第６の特徴に係る発明は、第１ないし第５のいずれかの特徴に係る発明であって、磁界印加部が、永久磁石によって形成される。

【手続補正13】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２９

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0029】

第６の特徴に係る発明によると、磁界印加部が永久磁石によって形成されるため、他の電気回路等を組み込むことなく常時磁力を印加することが可能であり、吸熱部と放熱部との温度差に応じて自動的に作動することが可能な冷却装置を実現することができる。

【手続補正14】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３０

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0030】

第７の特徴に係る発明は、第１ないし第５のいずれかの特徴に係る発明であって、磁界印加部が、フィン付きの永久磁石によって形成される。

【手続補正15】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0031】

第７の特徴に係る発明によると、磁界印加部がフィン付きの永久磁石によって形成されるため、磁性流体の磁化が行われ磁性が最も強くなる磁界印加部において磁性流体の温度が最も低くなり、磁化が最も弱まる高温部との温度差を確保して確実に磁性流体を駆動することが可能な冷却装置を提供することができる。