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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-10-18
(45)【発行日】2022-10-26
(54)【発明の名称】冷却器
(51)【国際特許分類】
F28D 15/02 20060101AFI20221019BHJP
F28F 21/06 20060101ALI20221019BHJP
H01L 23/427 20060101ALI20221019BHJP
H05K 7/20 20060101ALI20221019BHJP
【ＦＩ】
F28D15/02 101N
F28D15/02 101K
F28D15/02 104A
F28F21/06
H01L23/46 B
H05K7/20 R
H05K7/20 H
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2018158700
(22)【出願日】2018-08-27
(65)【公開番号】P2020034185
(43)【公開日】2020-03-05
【審査請求日】2021-07-12
(73)【特許権者】
【識別番号】000190688
【氏名又は名称】新光電気工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】町田 洋弘
【審査官】礒部 賢
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２００９／０５１００１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１２－２３３６４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特許第６２９１０００（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特表２０１７－５２０１０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０５３３１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－１５０７１９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２８Ｄ １５／００ － １５／０６
Ｈ０１Ｌ ２３／４２７
Ｈ０５Ｋ ７／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のループ型ヒートパイプを有し、前記複数のループ型ヒートパイプのそれぞれが、
作動流体を気化させる蒸発器と、
前記作動流体を液化する凝縮器と、
前記蒸発器と前記凝縮器とを接続する液管と、
前記蒸発器と前記凝縮器とを接続し、前記液管と共にループ状の流路を形成する蒸気管と、
を有し、
前記複数のループ型ヒートパイプのそれぞれは、金属層が複数積層された構造を有し、
前記複数のループ型ヒートパイプの間で、前記蒸発器同士が重ね合わされており、
前記複数のループ型ヒートパイプの間で、前記流路の内部の圧力が相違することを特徴とする冷却器。
【請求項2】
前記複数のループ型ヒートパイプの間で、前記流路に封入される作動流体の種類が相違することを特徴とする請求項１に記載の冷却器。
【請求項3】
前記複数のループ型ヒートパイプの間で、前記蒸発器同士が直接接触していることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却器。
【請求項4】
前記複数のループ型ヒートパイプの間で、前記蒸発器同士がサーマルインターフェースマテリアルを介して重ね合わされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却器。
【請求項5】
前記複数のループ型ヒートパイプの間で、平面視で、前記凝縮器の位置が相違していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の冷却器。
【請求項6】
前記凝縮器に接触する放熱部材を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の冷却器。
【請求項7】
前記凝縮器の周囲に気流を生成する送風機を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の冷却器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、冷却器に関する。
【背景技術】
【0002】
電子機器に搭載されるＣＰＵ（Central Processing Unit）等の発熱部品を冷却するデバイスとして、ヒートパイプが知られている。ヒートパイプは、作動流体の相変化を利用して熱を輸送するデバイスである。
【0003】
ヒートパイプの一例として、発熱部品の熱により作動流体を気化させる蒸発器と、気化した作動流体を冷却して液化する凝縮器とを備え、蒸発器と凝縮器とがループ状の流路を形成する液管と蒸気管で接続されたループ型ヒートパイプが挙げられる。ループ型ヒートパイプでは、作動流体はループ状の流路を一方向に流れる。
【0004】
また、ループ型ヒートパイプの液管内には、多孔質体が設けられており、多孔質体に生じる毛細管力で液管内の作動流体を蒸発器に誘導し、蒸発器から液管に蒸気が逆流することを抑制している。多孔質体は、多数の細孔が形成された複数の金属層を積層することで構成される（例えば、特許文献１参照）。
【0005】
また、複数の金属シートを重ねて構成した一つのループ型ヒートパイプで複数の発熱部品からの熱輸送を図った技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特許第６２９１０００号公報
【文献】特開２０１８－７６９７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、金属層の積層により形成されたループ型ヒートパイプは薄型化の点で好適であるが、十分な熱輸送性能が得られないことがある。
【0008】
本発明は、熱輸送性能を向上することができる冷却器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】
【0009】
冷却器の一態様は、複数のループ型ヒートパイプを有する。前記複数のループ型ヒートパイプのそれぞれが、作動流体を気化させる蒸発器と、前記作動流体を液化する凝縮器と、前記蒸発器と前記凝縮器とを接続する液管と、前記蒸発器と前記凝縮器とを接続し、前記液管と共にループ状の流路を形成する蒸気管と、を有する。前記複数のループ型ヒートパイプのそれぞれは、金属層が複数積層された構造を有する。前記複数のループ型ヒートパイプの間で、前記蒸発器同士が重ね合わされており、前記複数のループ型ヒートパイプの間で、前記流路の内部の圧力が相違する。
【発明の効果】
【0010】
開示の技術によれば、熱輸送性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】第１の実施形態に係る冷却器を例示する平面模式図である。
【図2】第１の実施形態に係る冷却器を例示する斜視模式図である。
【図3】第１の実施形態に係る冷却器に含まれるループ型ヒートパイプを示す平面模式図である。
【図4】第１の実施形態に係る冷却器の蒸発器及びその周囲の断面図である。
【図5】第１の実施形態に係る冷却器を例示する断面図（その１）である。
【図6】第１の実施形態に係る冷却器を例示する断面図（その２）である。
【図7】種々の物質の飽和蒸気圧曲線を示す図である。
【図8】第１の実施形態の変形例に係る冷却器を例示する斜視模式図である。
【図9】第１の実施形態の変形例に係る冷却器を例示する断面図である。
【図10】第２の実施形態に係る冷却器を例示する平面模式図である。
【図11】第２の実施形態に係る冷却器を例示する斜視模式図である。
【図12】第２の実施形態に係る冷却器を例示する断面図（その１）である。
【図13】第２の実施形態に係る冷却器を例示する断面図（その２）である。
【図14】第２の実施形態の第１の変形例に係る冷却器を例示する断面図である。
【図15】第２の実施形態の第２の変形例に係る冷却器を例示する断面図である。
【図16】第２の実施形態の第３の変形例に係る冷却器を例示する斜視模式図である。
【図17】第３の実施形態に係る冷却器を例示する平面模式図である。
【図18】第３の実施形態に係る冷却器を例示する斜視模式図である。
【図19】第３の実施形態に係る冷却器に含まれるループ型ヒートパイプを示す平面模式図である。
【図20】第３の実施形態に係る冷却器の蒸発器及びその周囲の断面図である。
【図21】第３の実施形態に係る冷却器を例示する断面図（その１）である。
【図22】第３の実施形態に係る冷却器を例示する断面図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。
【0013】
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態について説明する。第１の実施形態は二つのループ型ヒートパイプを含む冷却器に関する。図１は、第１の実施形態に係る冷却器を例示する平面模式図である。図２は、第１の実施形態に係る冷却器を例示する斜視模式図である。図３は、第１の実施形態に係る冷却器に含まれるループ型ヒートパイプを示す平面模式図である。但し、図３では、一方の最外層となる金属層（図５に示す金属層１５１、２５１）の図示が省略されている。
まず、第１の実施形態について説明する。第１の実施形態は二つのループ型ヒートパイプを含む冷却器に関する。図１は、第１の実施形態に係る冷却器を例示する平面模式図である。図２は、第１の実施形態に係る冷却器を例示する斜視模式図である。図３は、第１の実施形態に係る冷却器に含まれるループ型ヒートパイプを示す平面模式図である。但し、図３では、一方の最外層となる金属層（図５に示す金属層１５１、２５１）の図示が省略されている。
【0014】
図１及び図２に示すように、第１の実施形態に係る冷却器１は、ループ型ヒートパイプ１００及びループ型ヒートパイプ２００を有する。冷却器１は、例えば、スマートフォンやタブレット端末等のモバイル型の電子機器に収容することができる。
【0015】
図３（ａ）に示すように、ループ型ヒートパイプ１００は、蒸発器１１０と、凝縮器１２０と、蒸気管１３０と、液管１４０とを有する。蒸発器１１０、凝縮器１２０、蒸気管１３０、及び液管１４０は、例えば、金属層が複数積層された構造とすることができる（図５参照）。金属層は、例えば、熱伝導性に優れた銅層であって、固相接合等により互いに直接接合されている。金属層の各々の厚さは、例えば、５０μｍ～２００μｍとすることができる。
【0016】
なお、金属層は銅層に限定されず、ステンレス層やアルミニウム層、マグネシウム合金層等から形成してもよい。また、金属層の積層数は特に限定されない。
【0017】
図３（ａ）に示すように、蒸発器１１０内には、例えば、平面形状が櫛歯形状の多孔質体１５０が設けられている。例えば、多孔質体１５０は、管壁に接触して、一体的に形成されている。また、液管１４０内にも多孔質体１５０ａが設けられている。多孔質体１５０及び１５０ａは、例えば、上記の複数の金属層のうち最外層となる２つの金属層１５１及び１５２の間の金属層に形成された複数の細孔（図示せず）を含む。
【0018】
ループ型ヒートパイプ１００において、蒸発器１１０は、作動流体Ｃ１を気化させて蒸気Ｃｖ１を生成する機能を有する。凝縮器１２０は、作動流体Ｃ１の蒸気Ｃｖ１を液化させる機能を有する。蒸発器１１０と凝縮器１２０は、蒸気管１３０及び液管１４０により接続されており、蒸気管１３０及び液管１４０によって作動流体Ｃ１又は蒸気Ｃｖ１が流れるループ状の流路１０１が形成されている。
【0019】
液管１４０には作動流体Ｃ１を注入するための注入口（図示せず）が形成されている。注入口は作動流体Ｃ１の注入に用いられ、作動流体Ｃ１の注入後に塞がれる。
【0020】
図３（ｂ）に示すように、ループ型ヒートパイプ２００は、蒸発器２１０と、凝縮器２２０と、蒸気管２３０と、液管２４０とを有する。蒸発器２１０、凝縮器２２０、蒸気管２３０、及び液管２４０は、例えば、金属層が複数積層された構造とすることができる（図５参照）。金属層は、例えば、熱伝導性に優れた銅層であって、固相接合等により互いに直接接合されている。金属層の各々の厚さは、例えば、５０μｍ～２００μｍとすることができる。
【0021】
なお、金属層は銅層に限定されず、ステンレス層やアルミニウム層、マグネシウム合金層等から形成してもよい。また、金属層の積層数は特に限定されない。
【0022】
図３（ｂ）に示すように、蒸発器２１０内には、例えば、平面形状が櫛歯形状の多孔質体２５０が設けられている。例えば、多孔質体２５０は、管壁に接触して、一体的に形成されている。また、液管２４０内にも多孔質体２５０ａが設けられている。多孔質体２５０及び２５０ａは、例えば、上記の複数の金属層のうち最外層となる２つの金属層２５１及び２５２の間の金属層に形成された複数の細孔（図示せず）を含む。
【0023】
ループ型ヒートパイプ２００において、蒸発器２１０は、作動流体Ｃ２を気化させて蒸気Ｃｖ２を生成する機能を有する。凝縮器２２０は、作動流体Ｃ２の蒸気Ｃｖ２を液化させる機能を有する。蒸発器２１０と凝縮器２２０は、蒸気管２３０及び液管２４０により接続されており、蒸気管２３０及び液管２４０によって作動流体Ｃ２又は蒸気Ｃｖ２が流れるループである流路２０１が形成されている。
【0024】
液管２４０には作動流体Ｃ２を注入するための注入口（図示せず）が形成されている。注入口は作動流体Ｃ２の注入に用いられ、作動流体Ｃ２の注入後に塞がれる。
【0025】
蒸気管１３０及び２３０の幅Ｗ１は、例えば、８ｍｍ程度とすることができる。また、液管１４０及び２４０の幅Ｗ２は、例えば、６ｍｍ程度とすることができる。蒸気管１３０及び２３０の幅Ｗ１や液管１４０及び２４０の幅Ｗ２は、これに限らず、例えば互いに等しくてもよい。
【0026】
【0027】
その一方で、凝縮器１２０及び２２０は、平面視でこれらの間に蒸発器１１０及び２１０が位置するようにして配置されている。すなわち、蒸発器１１０及び２１０を中心に見て、Ｘ方向で、凝縮器１２０と凝縮器２２０とが対称に位置する。
【0028】
また、蒸発器１１０及び２１０を中心に見て、Ｘ方向で、蒸気管１３０と液管２４０とが対称に位置し、液管１４０と蒸気管２３０とが対称に位置する。
【0029】
蒸発器１１０及び２１０、凝縮器１２０及び２２０、蒸気管１３０及び２３０、並びに液管１４０及び２４０の各々の位置関係は、これに限らず、適宜、設定することができる。例えば、蒸発器１１０及び２１０を中心に見て、Ｘ方向で、蒸気管１３０と蒸気管２３０とが対称に位置し、液管１４０と液管２４０とが対称に位置するように積層されていてもよい。
【0030】
なお、図１～図３では、蒸発器１１０及び２１０から見て凝縮器２２０が位置する方向を＋Ｘ方向とする。また、蒸気管１３０から見て液管１４０が位置する方向を＋Ｙ方向とし、ループ型ヒートパイプ１００から見てループ型ヒートパイプ１００の上面（金属層１５１側、図５参照）にループ型ヒートパイプ２００が積層される方向を＋Ｚ方向とする。以下の図でも同様である。
【0031】
図４は、第１の実施形態に係る冷却器１の蒸発器１１０及び２１０並びにそれらの周囲の断面図である。図１～図４に示すように、蒸発器１１０には、例えば４つの貫通孔１１０ｘが形成され、蒸発器２１０には、例えば４つの貫通孔２１０ｘが形成されている。蒸発器１１０に形成された各貫通孔１１０ｘ、蒸発器２１０に形成された各貫通孔２１０ｘ、及び回路基板１０に形成された各貫通孔１０ｘにボルト１５を挿入し、回路基板１０の下面側からナット１６で止めることにより、蒸発器１１０、蒸発器２１０及び回路基板１０を互いに固定することができる。
【0032】
回路基板１０には、例えば、ＣＰＵ等の発熱部品１２がバンプ１１により実装され、発熱部品１２の上面が蒸発器１１０の下面と密着する。また、蒸発器１１０の上面が蒸発器２１０の下面と密着する。
【0033】
ここで、冷却器１における熱の移動について説明する。図５及び図６は、第１の実施形態に係る冷却器を例示する断面図である。図５は、図１中のＩ－Ｉ線に沿った断面図に相当する。図６（ａ）は、図１中のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図に相当する。図６（ｂ）は、図１中のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図に相当する。
【0034】
図５に示すように、蒸発器１１０には、液相の作動流体Ｃ１が浸透する多孔質体１５０及び気化した蒸気Ｃｖ１が蒸気管１３０へと流れる空間１６０が設けられている。同様に、蒸発器２１０には、液相の作動流体Ｃ２が浸透する多孔質体２５０及び気化した蒸気Ｃｖ２が蒸気管２３０へと流れる空間２６０が設けられている。
【0035】
図５に示すように、発熱部品１２で発生した熱は、矢印１７で示すように、まず、蒸発器１１０に伝達される。蒸発器１１０に熱が伝達されると、蒸発器１１０内で多孔質体１５０に浸透している作動流体Ｃ１が気化し、蒸気Ｃｖ１が生成される。
【0036】
蒸発器１１０に伝達された熱の一部は、蒸気Ｃｖ１の生成に用いられ、他の一部は、矢印１７で示すように、蒸発器２１０に伝達される。蒸発器２１０に熱が伝達されると、蒸発器２１０内で多孔質体２５０に浸透している作動流体Ｃ２が気化し、蒸気Ｃｖ２が生成される。
【0037】
図１及び図３（ａ）に示すように、蒸発器１１０に生成された蒸気Ｃｖ１は、蒸気管１３０を通って凝縮器１２０に導かれ、凝縮器１２０において液化する。蒸気Ｃｖ１の液化の際に、図６（ａ）に示すように、蒸気Ｃｖ１が輸送してきた熱は、矢印３１で示すように、凝縮器１２０の周辺に放出される。そして、凝縮器１２０で液化した作動流体Ｃ１は、液管１４０を通って蒸発器１１０に導かれる。
【0038】
図１及び図３（ｂ）に示すように、蒸発器２１０に生成された蒸気Ｃｖ２は、蒸気管２３０を通って凝縮器２２０に導かれ、凝縮器２２０において液化する。蒸気Ｃｖ２の液化の際に、図６（ｂ）に示すように、蒸気Ｃｖ２が輸送してきた熱は、矢印３２で示すように、凝縮器２２０の周辺に放出される。そして、凝縮器２２０で液化した作動流体Ｃ２は、液管２４０を通って蒸発器２１０に導かれる。
【0039】
このように、冷却器１では、発熱部品１２で発生した熱が凝縮器１２０だけでなく、凝縮器２２０にも移動する。従って、優れた熱輸送性能を得ることができる。更に、発熱部品１２で発生した熱がループ型ヒートパイプ１００及び２００に分散されるため、例えばループ型ヒートパイプ２００が設けられておらず、ループ型ヒートパイプ１００のみで熱を受ける場合と比較すると、ループ型ヒートパイプ１００の温度上昇が小さくなる。ループ型ヒートパイプ１００の温度が過度に高くなると、流路１０１の内圧が高くなりすぎてループ型ヒートパイプ１００が変形するおそれがあるが、冷却器１では、このような変形を抑制することができる。
【0040】
また、冷却器１では、互いに重ね合された蒸発器１１０及び２１０から見て、凝縮器１２０及び２２０が相対する方向に位置する。従って、凝縮器１２０に移動した熱と、凝縮器２２０に移動した熱とが互いに干渉しにくい。このため、凝縮器１２０及び２２０から高効率で放熱することができる。
【0041】
なお、作動流体Ｃ１及びＣ２の種類は特に限定されないが、蒸発潜熱によって発熱部品１２を効率的に冷却するために、飽和蒸気圧が高く、かつ蒸発潜熱が大きい流体を使用することが好ましい。そのような流体としては、例えば、アンモニア、水、フロン、アルコール、及びアセトンを挙げることができる。図７は、種々の物質の飽和蒸気圧曲線を示す図である。また、水の蒸発潜熱は２２５７ｋＪ／ｋｇであり、エタノールの蒸発潜熱は９１８．１ｋＪ／ｋｇであり、メタノールの蒸発潜熱は１１９０ｋＪ／ｋｇであり、アセトンの蒸発潜熱は５５１．９ｋＪ／ｋｇである。
【0042】
作動流体Ｃ１及びＣ２として同一の物質、例えば水を用い、ループ型ヒートパイプ１００の流路１０１とループ型ヒートパイプ２００の流路２０１との間で内部の圧力を相違させると、蒸発器１１０と蒸発器２１０との間で作動温度の範囲を異ならせることができる。
【0043】
例えば、流路１０１に４０ｈＰａの内部圧力で水を封入し、流路２０１に２００ｈＰａの内部圧力で水を封入することができる。４０ｈＰａの圧力下での水の沸点は約３０℃であり、２００ｈＰａの圧力下での水の沸点は約６０℃であるため、この場合、蒸発器１１０は約３０℃から作動し、蒸発器２１０は約６０℃から作動する。従って、冷却器１は約３０℃から作動し始める。また、環境温度がより高温、例えば６０℃になると、流路１０１での作動流体Ｃ１の流動性が低下するが、蒸発器２１０が作動し始める。このため、冷却器１は作動を継続することができる。つまり、この組み合わせによれば、作動温度の範囲を広げることができる。
【0044】
逆に、流路１０１に２００ｈＰａの内部圧力で水を封入し、流路２０１に４０ｈＰａの内部圧力で水を封入することもできる。この場合、蒸発器１１０は約６０℃から作動し、蒸発器２１０は約３０℃から作動する。発熱部品１２に近い蒸発器１１０が蒸発器２１０よりも高温になるため、この組み合わせによれば、ループ型ヒートパイプ１００及び２００の間での作動開始のタイミングのずれを小さくすることができる。特に、蒸発器１１０の温度が約６０℃になるタイミングと、蒸発器２１０の温度が約３０℃になるタイミングとが同程度であれば、ループ型ヒートパイプ１００及び２００は、ほぼ同時に作動を開始する。作動開始のタイミングのずれを小さくすることで、先に作動を開始したループ型ヒートパイプでの内圧の過剰な上昇を抑制することができる。
【0045】
また、作動流体Ｃ１及びＣ２の間で異なる物質を用いてもよい。
【0046】
例えば、流路２０１に２００ｈＰａの内部圧力で水を封入し、流路１０１に２００ｈＰａの内部圧力で水及びエタノールの混合液を封入することができる。水及びエタノールの混合液の沸点は水の沸点よりも低い。従って、この場合も、熱輸送性能を向上しながら、作動温度の範囲を広げることができる。また、水の蒸発潜熱はエタノールの蒸発潜熱よりも大きく、主な使用温度範囲（例えば５０℃～１００℃）でのエタノールの飽和蒸気圧は水の飽和蒸気圧よりも大きい。従って、速やかな作動を可能にしながら、良好な熱輸送性能を得ることができる。
【0047】
逆に、流路２０１に２００ｈＰａの内部圧力で水及びエタノールの混合液を封入し、流路１０１に２００ｈＰａの内部圧力で水を封入することもできる。この組み合わせによれば、ループ型ヒートパイプ１００及び２００の間での作動開始のタイミングのずれを小さくすることができ、先に作動を開始したループ型ヒートパイプでの内圧の過剰な上昇を抑制することができる。
【0048】
また、流路１０１及び２０１の間で内部の圧力が相違し、かつ作動流体Ｃ１及びＣ２の種類が相違していてもよい。
【0049】
そして、蒸発器１１０及び２１０が、それぞれを構成する金属層同士の直接接合によって密着していてもよい。すなわち、蒸発器１１０を構成する金属層のうちで最も上方に位置するものと蒸発器２１０を構成する金属層のうちで最も下方に位置するものとが直接接合されていてもよい。
【0050】
また、図８及び図９に示すように、蒸発器１１０及び２１０が、これらの間に高熱伝導性樹脂等のサーマルインターフェースマテリアル（Thermal Interface Material：ＴＩＭ）２０を介在させつつ互いに重ね合わされていてもよい。図８は、第１の実施形態の変形例に係る冷却器を例示する斜視模式図である。図９は、第１の実施形態の変形例に係る冷却器を例示する断面図である。
【0051】
図９に示すように、ＴＩＭ２０が介在している場合も、発熱部品１２で発生した熱は、矢印１７で示すように、まず、蒸発器１１０に伝達される。蒸発器１１０に熱が伝達されると、蒸発器１１０内で多孔質体１５０に浸透している作動流体Ｃ１が気化し、蒸気Ｃｖ１が生成される。蒸発器１１０に伝達された熱の一部は、蒸気Ｃｖ１の生成に用いられ、他の一部は、矢印１７で示すように、蒸発器２１０に伝達される。蒸発器２１０に熱が伝達されると、蒸発器２１０内で多孔質体２５０に浸透している作動流体Ｃ２が気化し、蒸気Ｃｖ２が生成される。
【0052】
また、蒸発器１１０及び２１０が、これらの間にはんだを介在させつつ互いに重ね合わされていてもよい。はんだとしては、例えばＰｂを含む合金、ＳｎとＣｕの合金、ＳｎとＳｂの合金、ＳｎとＡｇの合金、ＳｎとＡｇとＣｕの合金等を用いることができる。
【0053】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は二つのループ型ヒートパイプを含む冷却器に関する。図１０は、第２の実施形態に係る冷却器を例示する平面模式図である。図１１は、第２の実施形態に係る冷却器を例示する斜視模式図である。但し、図１０では、一方の最外層となる金属層（図１２に示す金属層２５１）の図示が省略されている。
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は二つのループ型ヒートパイプを含む冷却器に関する。図１０は、第２の実施形態に係る冷却器を例示する平面模式図である。図１１は、第２の実施形態に係る冷却器を例示する斜視模式図である。但し、図１０では、一方の最外層となる金属層（図１２に示す金属層２５１）の図示が省略されている。
【0054】
図１０及び図１１に示すように、第２の実施形態に係る冷却器２は、ループ型ヒートパイプ１００及びループ型ヒートパイプ２００を有する。冷却器２は、例えば、スマートフォンやタブレット端末等のモバイル型の電子機器に収容することができる。
【0055】
図１０及び図１１に示すように、冷却器２においては、蒸発器１１０及び２１０が、これらの間にＴＩＭ２０を介在させつつ互いに重ね合わされている。ＴＩＭ２０の厚さは特に限定されないが、例えば０．１ｍｍ～０．５ｍｍ程度である。また、第１の実施形態とは異なり、平面視で、凝縮器１２０及び２２０も互いに重ね合わされている。すなわち、蒸発器１１０及び２１０から見て、凝縮器１２０と凝縮器２２０とが互いに同一の方向に位置する。但し、蒸発器１１０及び２１０の間にＴＩＭ２０が介在しているため、凝縮器１２０と凝縮器２２０との間には空間２１が存在する。
【0056】
また、蒸気管１３０及び液管２４０が互いに重ね合わされ、液管１４０及び蒸気管２３０が互いに重ね合わされている。また、蒸気管１３０及び液管２４０との間にも空間２１が存在する。また、液管１４０と蒸気管２３０との間にも空間２１が存在する。
【0057】
ループ型ヒートパイプ１００及びループ型ヒートパイプ２００の重ね合わせの形態は、これに限らず、蒸気管１３０及び蒸気管２３０が互いに重ね合わされ、液管１４０及び液管２４０が互いに重ね合わされていてもよい。
【0058】
他の構成は第１の実施形態と同様である。
【0059】
第２の実施形態に係る冷却器２でも、冷却器１と同様にして、蒸発器１１０、蒸発器２１０及び回路基板１０を互いに固定することができる（図４参照）。
【0060】
ここで、冷却器２における熱の移動について説明する。図１２及び図１３は、第２の実施形態に係る冷却器を例示する断面図である。図１２は、図１０中のＩ－Ｉ線に沿った断面図に相当する。図１３は、図１０中のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図に相当する。
【0061】
図１２に示すように、発熱部品１２で発生した熱は、矢印１７で示すように、まず、蒸発器１１０に伝達される。蒸発器１１０に熱が伝達されると、蒸発器１１０内で多孔質体１５０に浸透している作動流体Ｃ１が気化し、蒸気Ｃｖ１が生成される。
【0062】
蒸発器１１０に伝達された熱の一部は、蒸気Ｃｖ１の生成に用いられ、他の一部は、矢印１７で示すように、蒸発器２１０に伝達される。蒸発器２１０に熱が伝達されると、蒸発器２１０内で多孔質体２５０に浸透している作動流体Ｃ２が気化し、蒸気Ｃｖ２が生成される。
【0063】
図１０及び図３（ａ）に示すように、蒸発器１１０に生成された蒸気Ｃｖ１は、蒸気管１３０を通って凝縮器１２０に導かれ、凝縮器１２０において液化する。蒸気Ｃｖ１の液化の際に、図１３に示すように、蒸気Ｃｖ１が輸送してきた熱は、矢印３１で示すように、凝縮器１２０の周辺に放出される。そして、凝縮器１２０で液化した作動流体Ｃ１は、液管１４０を通って蒸発器１１０に導かれる。
【0064】
図１０及び図３（ｂ）に示すように、蒸発器２１０に生成された蒸気Ｃｖ２は、蒸気管２３０を通って凝縮器２２０に導かれ、凝縮器２２０において液化する。蒸気Ｃｖ２の液化の際に、図１３に示すように、蒸気Ｃｖ２が輸送してきた熱は、矢印３２で示すように、凝縮器２２０の周辺に放出される。そして、凝縮器２２０で液化した作動流体Ｃ２は、液管２４０を通って蒸発器２１０に導かれる。
【0065】
このように、冷却器２でも、発熱部品１２で発生した熱が凝縮器１２０だけでなく、凝縮器２２０にも移動する。従って、優れた熱輸送性能を得ることができる。更に、冷却器１と同様に、内圧の上昇に伴う変形を抑制することもできる。
【0066】
また、冷却器２では、凝縮器１２０及び２２０が互いに重なり合っているが、これらの間に空間２１が存在する。従って、空間２１からも熱が放出される。このため、凝縮器１２０及び２２０から高効率で放熱することができる。
【0067】
更に、冷却器１と比較して、冷却器２は省スペース化に好適である。従って、電子機器等の内部の設置スペースが狭い場合でも、冷却器２を用いることができる。
【0068】
なお、図１４に示すように、凝縮器１２０の下面及び凝縮器２２０の上面を、空気よりも熱伝導率が高い筐体５０に接触させてもよい。図１４は、第２の実施形態の第１の変形例に係る冷却器を例示する断面図である。筐体５０としては、例えばアルミニウムケースを用いることができる。空気よりも熱伝導率が高い筐体５０に凝縮器１２０の下面及び凝縮器２２０の上面を接触させることで、放熱効率を向上することができる。筐体５０は放熱部材の一例である。放熱部材としてヒートシンク等を用いてもよい。
【0069】
また、図１５に示すように、送風機等を用いて凝縮器１２０及び２２０の周囲に気流６０を生成してもよい。図１５は、第２の実施形態の第２の変形例に係る冷却器を例示する断面図である。気流６０を生成することで、凝縮器１２０及び２２０から放出された熱の凝縮器１２０及び２２０近傍での滞留を抑制し、放熱効率を向上することができる。
【0070】
第１の実施形態において、筐体５０を設けたり、気流６０を生成したりしてもよい。筐体５０を設けたり、気流６０を生成したりすることで、放熱効率をより一層向上することができる。
【0071】
なお、ＴＩＭ２０は必ずしも必要ではない。例えば、図１６に示すように、ループ型ヒートパイプ２００の構造を蒸発器２１０の下面が凝縮器２２０の下面よりも低くなるようにすれば、ＴＩＭ２０を用いずとも、凝縮器１２０と凝縮器２２０との間に空間２１が形成される。言い換えれば、ループ型ヒートパイプ２００の蒸発器２１０の厚さを凝縮器２２０の厚さよりも厚くする。図１６は、第２の実施形態の第３の変形例に係る冷却器を例示する斜視模式図である。
【0072】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は四つのループ型ヒートパイプを含む冷却器に関する。図１７は、第３の実施形態に係る冷却器を例示する平面模式図である。図１８は、第３の実施形態に係る冷却器を例示する斜視模式図である。図１９は、第３の実施形態に係る冷却器に含まれるループ型ヒートパイプを示す平面模式図である。但し、図１９では、一方の最外層となる金属層（図２１に示す金属層３５１、４５１）の図示が省略されている。
次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は四つのループ型ヒートパイプを含む冷却器に関する。図１７は、第３の実施形態に係る冷却器を例示する平面模式図である。図１８は、第３の実施形態に係る冷却器を例示する斜視模式図である。図１９は、第３の実施形態に係る冷却器に含まれるループ型ヒートパイプを示す平面模式図である。但し、図１９では、一方の最外層となる金属層（図２１に示す金属層３５１、４５１）の図示が省略されている。
【0073】
図１７及び図１８に示すように、第３の実施形態に係る冷却器３は、ループ型ヒートパイプ１００、ループ型ヒートパイプ２００、ループ型ヒートパイプ３００及びループ型ヒートパイプ４００を有する。冷却器３は、例えば、スマートフォンやタブレット端末等のモバイル型の電子機器に収容することができる。
【0074】
図１９（ａ）に示すように、ループ型ヒートパイプ３００は、蒸発器３１０と、凝縮器３２０と、蒸気管３３０と、液管３４０とを有する。蒸発器３１０、凝縮器３２０、蒸気管３３０、及び液管３４０は、例えば、ループ型ヒートパイプ１００及び２００と同様に、金属層が複数積層された構造とすることができる（図２１参照）。金属層は、例えば、熱伝導性に優れた銅層であって、固相接合等により互いに直接接合されている。金属層の各々の厚さは、例えば、５０μｍ～２００μｍとすることができる。
【0075】
なお、金属層は銅層に限定されず、ステンレス層やアルミニウム層、マグネシウム合金層等から形成してもよい。また、金属層の積層数は特に限定されない。
【0076】
図１９（ａ）に示すように、蒸発器３１０内には、例えば、平面形状が櫛歯形状の多孔質体３５０が設けられている。例えば、多孔質体３５０は、管壁に接触して、一体的に形成されている。また、液管３４０内にも多孔質体３５０ａが設けられている。多孔質体３５０及び３５０ａは、例えば、上記の複数の金属層のうち最外層となる２つの金属層３５１及び３５２の間の金属層に形成された複数の細孔（図示せず）を含む。
【0077】
ループ型ヒートパイプ３００において、蒸発器３１０は、作動流体Ｃ３を気化させて蒸気Ｃｖ３を生成する機能を有する。凝縮器３２０は、作動流体Ｃ３の蒸気Ｃｖ３を液化させる機能を有する。蒸発器３１０と凝縮器３２０は、蒸気管３３０及び液管３４０により接続されており、蒸気管３３０及び液管３４０によって作動流体Ｃ３又は蒸気Ｃｖ３が流れるループである流路３０１が形成されている。
【0078】
液管３４０には作動流体Ｃ３を注入するための注入口（図示せず）が形成されている。注入口は作動流体Ｃ３の注入に用いられ、作動流体Ｃ３の注入後に塞がれる。
【0079】
図１９（ｂ）に示すように、ループ型ヒートパイプ４００は、蒸発器４１０と、凝縮器４２０と、蒸気管４３０と、液管４４０とを有する。蒸発器４１０、凝縮器４２０、蒸気管４３０、及び液管４４０は、例えば、ループ型ヒートパイプ１００及び２００と同様に、金属層が複数積層された構造とすることができる（図２１参照）。金属層は、例えば、熱伝導性に優れた銅層であって、固相接合等により互いに直接接合されている。金属層の各々の厚さは、例えば、５０μｍ～２００μｍとすることができる。
【0080】
なお、金属層は銅層に限定されず、ステンレス層やアルミニウム層、マグネシウム合金層等から形成してもよい。また、金属層の積層数は特に限定されない。
【0081】
図１９（ｂ）に示すように、蒸発器４１０内には、例えば、平面形状が櫛歯形状の多孔質体４５０が設けられている。例えば、多孔質体４５０は、管壁に接触して、一体的に形成されている。また、液管４４０内にも多孔質体４５０ａが設けられている。多孔質体４５０及び４５０ａは、例えば、上記の複数の金属層のうち最外層となる２つの金属層４５１及び４５２の間の金属層に形成された複数の細孔（図示せず）を含む。
【0082】
ループ型ヒートパイプ４００において、蒸発器４１０は、作動流体Ｃ４を気化させて蒸気Ｃｖ４を生成する機能を有する。凝縮器４２０は、作動流体Ｃ４の蒸気Ｃｖ４を液化させる機能を有する。蒸発器４１０と凝縮器４２０は、蒸気管４３０及び液管４４０により接続されており、蒸気管４３０及び液管４４０によって作動流体Ｃ４又は蒸気Ｃｖ４が流れるループである流路４０１が形成されている。
【0083】
液管４４０には作動流体Ｃ４を注入するための注入口（図示せず）が形成されている。注入口は作動流体Ｃ４の注入に用いられ、作動流体Ｃ４の注入後に塞がれる。
【0084】
蒸気管３３０及び４３０の幅Ｗ１は、例えば、８ｍｍ程度とすることができる。また、液管３４０及び４４０の幅Ｗ２は、例えば、６ｍｍ程度とすることができる。蒸気管３３０及び４３０の幅Ｗ１や液管３４０及び４４０の幅Ｗ２は、これに限らず、例えば互いに等しくてもよい。
【0085】
図１７及び図１８に示すように、冷却器３においては、蒸発器１１０の上面が蒸発器３１０の下面と直接接触し、蒸発器３１０の上面が蒸発器２１０の下面と直接接触し、蒸発器２１０の上面が蒸発器４１０の下面と直接接触している。そして、平面視で、蒸発器１１０～４１０が互いに重ね合わされている。
【0086】
ループ型ヒートパイプ１００とループ型ヒートパイプ２００との間の平面視での位置関係は、第１の実施形態のものと同様である。すなわち、凝縮器１２０及び２２０は、平面視でこれらの間に蒸発器１１０～４１０が位置するようにして配置され、蒸発器１１０～４１０を中心に見て、Ｘ方向で、凝縮器１２０と凝縮器２２０とが対称に位置する。
【0087】
また、凝縮器３２０及び４２０は、平面視でこれらの間に蒸発器１１０～４１０が位置するようにして配置されている。すなわち、蒸発器１１０～４１０を中心に見て、Ｙ方向で、凝縮器３２０と凝縮器４２０とが対称に位置する。より具体的には、蒸発器１１０～４１０から見て、凝縮器３２０が＋Ｙ方向に位置し、凝縮器４２０が－Ｙ方向に位置する。
【0088】
また、蒸発器１１０～４１０を中心に見て、Ｙ方向で、蒸気管３３０と液管４４０とが対称に位置し、液管３４０と蒸気管４３０とが対称に位置する。
【0089】
蒸発器３１０及び４１０、凝縮器３２０及び４２０、蒸気管３３０及び４３０、並びに液管３４０及び４４０の各々の位置関係は、これに限らず、適宜、設定することができる。例えば、蒸発器１１０～４１０を中心に見て、Ｙ方向で、蒸気管３３０と蒸気管４３０とが対称に位置し、液管３４０と液管４４０とが対称に位置するように積層されていてもよい。
【0090】
図２０は、第３の実施形態に係る冷却器３の蒸発器１１０～４１０並びにそれらの周囲の断面図である。図１７～図２０に示すように、蒸発器３１０には、例えば４つの貫通孔３１０ｘが形成され、蒸発器４１０には、例えば４つの貫通孔４１０ｘが形成されている。蒸発器１１０に形成された各貫通孔１１０ｘ、蒸発器２１０に形成された各貫通孔２１０ｘ、蒸発器３１０に形成された各貫通孔３１０ｘ、蒸発器４１０に形成された各貫通孔４１０ｘ、及び回路基板１０に形成された各貫通孔１０ｘにボルト１５を挿入し、回路基板１０の下面側からナット１６で止めることにより、蒸発器１１０～４１０及び回路基板１０を互いに固定することができる。
【0091】
回路基板１０には、例えば、ＣＰＵ等の発熱部品１２がバンプ１１により実装され、発熱部品１２の上面が蒸発器１１０の下面と密着する。また、蒸発器１１０の上面が蒸発器３１０の下面と密着し、蒸発器３１０の上面が蒸発器２１０の下面と密着し、蒸発器２１０の上面が蒸発器４１０の下面と密着する。
【0092】
ここで、冷却器３における熱の移動について説明する。図２１及び図２２は、第３の実施形態に係る冷却器を例示する断面図である。図２１は、図１７中のＩ－Ｉ線に沿った断面図に相当する。図２２（ａ）は、図１７中のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図に相当する。図２２（ｂ）は、図１７中のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図に相当する。
【0093】
図２１に示すように、蒸発器３１０には、液相の作動流体Ｃ３が浸透する多孔質体３５０及び気化した蒸気Ｃｖ３が蒸気管３３０へと流れる空間３６０が設けられている。同様に、蒸発器４１０には、液相の作動流体Ｃ４が浸透する多孔質体４５０及び気化した蒸気Ｃｖ４が蒸気管４３０へと流れる空間４６０が設けられている。
【0094】
図２１に示すように、発熱部品１２で発生した熱は、矢印１７で示すように、まず、蒸発器１１０に伝達される。蒸発器１１０に熱が伝達されると、蒸発器１１０内で多孔質体１５０に浸透している作動流体Ｃ１が気化し、蒸気Ｃｖ１が生成される。
【0095】
蒸発器１１０に伝達された熱の一部は、蒸気Ｃｖ１の生成に用いられ、他の一部は、矢印１７で示すように、蒸発器３１０に伝達される。蒸発器３１０に熱が伝達されると、蒸発器３１０内で多孔質体３５０に浸透している作動流体Ｃ３が気化し、蒸気Ｃｖ３が生成される。
【0096】
蒸発器３１０に伝達された熱の一部は、蒸気Ｃｖ３の生成に用いられ、他の一部は、矢印１７で示すように、蒸発器２１０に伝達される。蒸発器２１０に熱が伝達されると、蒸発器２１０内で多孔質体２５０に浸透している作動流体Ｃ２が気化し、蒸気Ｃｖ２が生成される。
【0097】
蒸発器２１０に伝達された熱の一部は、蒸気Ｃｖ２の生成に用いられ、他の一部は、矢印１７で示すように、蒸発器４１０に伝達される。蒸発器４１０に熱が伝達されると、蒸発器４１０内で多孔質体４５０に浸透している作動流体Ｃ４が気化し、蒸気Ｃｖ４が生成される。
【0098】
図１７及び図３（ａ）に示すように、蒸発器１１０に生成された蒸気Ｃｖ１は、蒸気管１３０を通って凝縮器１２０に導かれ、凝縮器１２０において液化する。蒸気Ｃｖ１の液化の際に、図６（ａ）に示すように、蒸気Ｃｖ１が輸送してきた熱は、矢印３１で示すように、凝縮器１２０の周辺に放出される。そして、凝縮器１２０で液化した作動流体Ｃ１は、液管１４０を通って蒸発器１１０に導かれる。
【0099】
図１７及び図１９（ａ）に示すように、蒸発器３１０に生成された蒸気Ｃｖ３は、蒸気管３３０を通って凝縮器３２０に導かれ、凝縮器３２０において液化する。蒸気Ｃｖ３の液化の際に、図２２（ａ）に示すように、蒸気Ｃｖ３が輸送してきた熱は、矢印３３で示すように、凝縮器３２０の周辺に放出される。そして、凝縮器３２０で液化した作動流体Ｃ３は、液管３４０を通って蒸発器３１０に導かれる。
【0100】
図１７及び図３（ｂ）に示すように、蒸発器２１０に生成された蒸気Ｃｖ２は、蒸気管２３０を通って凝縮器２２０に導かれ、凝縮器２２０において液化する。蒸気Ｃｖ２の液化の際に、図６（ｂ）に示すように、蒸気Ｃｖ２が輸送してきた熱は、矢印３２で示すように、凝縮器２２０の周辺に放出される。そして、凝縮器２２０で液化した作動流体Ｃ２は、液管２４０を通って蒸発器２１０に導かれる。
【0101】
図１７及び図１９（ｂ）に示すように、蒸発器４１０に生成された蒸気Ｃｖ４は、蒸気管４３０を通って凝縮器４２０に導かれ、凝縮器４２０において液化する。蒸気Ｃｖ４の液化の際に、図２２（ｂ）に示すように、蒸気Ｃｖ４が輸送してきた熱は、矢印３４で示すように、凝縮器４２０の周辺に放出される。そして、凝縮器４２０で液化した作動流体Ｃ４は、液管４４０を通って蒸発器４１０に導かれる。
【0102】
このように、冷却器３では、発熱部品１２で発生した熱が凝縮器１２０だけでなく、凝縮器２２０～４２０にも移動する。従って、優れた熱輸送性能を得ることができる。更に、発熱部品１２で発生した熱がループ型ヒートパイプ１００～４００に分散されるため、冷却器１と同様に、内圧の上昇に伴う変形を抑制することもできる。
【0103】
また、冷却器３では、互いに重ね合された蒸発器１１０～４１０から見て、凝縮器１２０～４２０が四方（＋Ｘ方向、－Ｘ方向、＋Ｙ方向、－Ｙ方向）に位置する。従って、凝縮器１２０に移動した熱と、凝縮器２２０に移動した熱と、凝縮器３２０に移動した熱と、凝縮器４２０に移動した熱とが互いに干渉しにくい。このため、凝縮器１２０～４２０から高効率で放熱することができる。
【0104】
作動流体Ｃ１～Ｃ４の種類は特に限定されず、また、流路１０１～４０１内の圧力も特に限定されない。作動流体Ｃ１～Ｃ４として同一の物質を用いつつ、流路１０１～４０１内の圧力を相違させてもよい。この場合、流路１０１から流路４０１にかけて圧力が大きくなるようにしてもよく、小さくなるようにしてもよい。また、作動流体Ｃ１～Ｃ４として互いに異なる物質を用いてもよい。この場合、作動流体Ｃ１から作動流体Ｃ４にかけて、蒸発潜熱を大きくしてもよく、小さくしてもよい。また、作動流体Ｃ１から作動流体Ｃ４にかけて、主な使用温度範囲（例えば５０℃～１００℃）での飽和蒸気圧を大きくしてもよく、小さくしてもよい。流路１０１～４０１内の圧力を相違させ、かつ作動流体Ｃ１～Ｃ４として互いに異なる物質を用いてもよい。
【0105】
また、第３の実施形態において、第１の実施形態の変形例及び第２の実施形態のように蒸発器間にＴＩＭ２０を設けてもよい。また、第２の実施形態のように、凝縮器１２０～４２０の間に空間を設けつつ、平面視で凝縮器１２０～４２０が重なり合うようにしてもよい。また、第２の実施形態の第１の変形例のように、凝縮器１２０の下面及び凝縮器４２０の上面を、空気よりも熱伝導率が高い筐体５０に接触させてもよい。また、第２の実施形態の第２の変形例のように、送風機等を用いて凝縮器１２０～４２０の周囲に気流６０を生成してもよい。
【0106】
なお、冷却器に含まれるループ型ヒートパイプの数は２又は４に限定されず、３であってもよく、５以上であってもよい。
【0107】
以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【0108】
１、２、３ 冷却器
２０ サーマルインターフェースマテリアル
２１ 空間
５０ 筐体
６０ 気流
１００、２００、３００、４００ ループ型ヒートパイプ
１１０、２１０、３１０、４１０ 蒸発器
１２０、２２０、３２０、４２０ 凝縮器
１３０、２３０、３３０、４３０ 蒸気管
１４０、２４０、３４０、４４０ 液管
１５０、２５０、３５０、４５０ 多孔質体
１６０、２６０、３６０、４６０ 空間
２０ サーマルインターフェースマテリアル
２１ 空間
５０ 筐体
６０ 気流
１００、２００、３００、４００ ループ型ヒートパイプ
１１０、２１０、３１０、４１０ 蒸発器
１２０、２２０、３２０、４２０ 凝縮器
１３０、２３０、３３０、４３０ 蒸気管
１４０、２４０、３４０、４４０ 液管
１５０、２５０、３５０、４５０ 多孔質体
１６０、２６０、３６０、４６０ 空間
【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】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】