特許 7187962 冷却装置

(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】2022-12-05

(45)【発行日】2022-12-13

(54)【発明の名称】冷却装置

(51)【国際特許分類】

   F28D 1/04 20060101AFI20221206BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20221206BHJP

   F28F 9/26 20060101ALI20221206BHJP

【ＦＩ】

F28D1/04 B

H05K7/20 M

F28F9/26

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018193912

(22)【出願日】2018-10-13

(65)【公開番号】P2020060360

(43)【公開日】2020-04-16

【審査請求日】2021-09-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000232302

【氏名又は名称】日本電産株式会社

(72)【発明者】

【氏名】中江 伸也

(72)【発明者】

【氏名】渡慶次 鋭彦

(72)【発明者】

【氏名】今西 貴宏

(72)【発明者】

【氏名】蒔田 昭彦

(72)【発明者】

【氏名】玉岡 健人

【審査官】河野 俊二

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１９８３８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５９－２２９１８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００３／０１１７７７１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００６－１００６９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００７／０２７２３９７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００３／００４２００３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２８Ｄ １／０４

Ｈ０５Ｋ ７／２０

Ｆ２８Ｆ ９／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の冷却ユニットと、
遮閉部材と、
ポンプと、
を有し、
前記遮閉部材の少なくとも一部は、前記各の冷却ユニットの間に設置される、冷却装置。

【請求項2】

前記遮閉部材は弾性を有する、請求項１に記載の冷却装置。

【請求項3】

複数の冷却ユニットと、
遮閉部材と、
を有し、
前記遮閉部材の少なくとも一部は、前記各の冷却ユニットの間に設置され、
前記冷却ユニットは、
水平方向に広がるコールドプレートと、
前記コールドプレートの前記水平方向に垂直な第１方向の上側に配置されるラジエータと、
前記ラジエータは、前記第１方向に延び、前記第１方向と垂直な第２方向に平行に配置される複数のフィンと、を有し、
前記遮閉部材は、各冷却ユニットの前記第２方向と水平方向に垂直な第３方向の間に配置される、冷却装置。

【請求項4】

前記冷却装置は、カバー部材をさらに有し、
前記カバー部材は、前記ラジエータの第１方向の上側に配置される、請求項３に記載の冷却装置。

【請求項5】

前記カバー部材は、複数の前記ラジエータに跨って配置される、請求項４に記載の冷却装置。

【請求項6】

前記遮閉部材は弾性を有する、請求項３から請求項５のいずれかにに記載の冷却装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷却装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の冷却装置はラジエータを複数設け、これらラジエータに対して冷却風を与える冷却ファンを設けている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１０－１５６４６７

【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、特許文献１に開示された冷却装置は、複数のラジエータ間に隙間が生じているため、冷却ファンの冷却風の一部が複数のラジエータ間に流れる可能性がある。したがって、冷却風がラジエータに効率よく送風されない可能性がある。

【0005】

本発明は、ラジエータに効率よく冷却風を送風し、ラジエータの冷却効率を向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の例示的な冷却装置は、複数の冷却ユニットと遮閉部材とポンプとを有し、遮閉部材の少なくとも一部は、複数の冷却ユニットの間に設置される

【発明の効果】

【0007】

例示的な本発明によれば、ラジエータの冷却効率を向上させることを目的とする。

【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装置の平面図である。

【図2】図２は、本発明の例示的な第１実施形態に係る冷却装置の正面図である。

【図3】図３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斜視図である。

【図4】図４は、本発明の例示的な第２実施形態に係る冷却装置の平面図である。

【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２０に対して、ラジエータ２１が配置されている方向を「上側」、ラジエータ２１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２０に対してラジエータ２１が配置されている方向を「第１方向」と称する。「第１方向」と直交し、フィン２２が長手方向に延びる方向を「第２方向」と称する。「第２方向」と水平方向に直行する方向を「第３方向」と称して、各部の形状や位置関係を説明する。また、冷却風が上流側から下流側へ流れる方向は、図中の矢印にて示す。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、本発明に係る冷却装置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装置について説明する。図１は本発明の例示的な第１実施形態に係る冷却装置の平面図である。図２は、本発明の例示的な第１実施形態に係る冷却装置の正面図である。図３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斜視図である。

【0012】

冷却装置１は、複数の冷却ユニット１１と遮閉部材１２とカバー部材１５とを有する。

【0013】

遮閉部材１２の少なくとも一部は、隣り合う冷却ユニット１１の間に配置される。複数の冷却ユニット１１を配置した際に、冷却ユニット１１の間に冷却風が流れ込むため、ラジエータ２１の冷却効率が低下する。隣り合う冷却ユニット１１の間に遮閉部材１２を配置することで、隣り合う冷却ユニット１１の間への冷却風の流れを阻害し、冷却風をラジエータ２１側へ流し込むことで、ラジエータ２１の冷却効率が向上する。

【0014】

冷却ユニット１１は、コールドプレート２０、およびラジエータ２１を有する。ラジエータ２１は、コールドプレートの２０上側に配置される。コールドプレート２０の上面とラジエータ２１の下面とが接触する。

【0015】

＜コールドプレート＞
コールドプレート２０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２０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２０の下面には発熱部品３０が配置される。

【0016】

コールドプレート２０は、内部に冷媒が流通する第１冷媒流路を有する（不図示）。第１冷媒流路は、コールドプレート２０内の空間である。第１冷媒流路の内部には平行に複数並んで配置されるブレード（不図示）が設けられる。また、第１冷媒流路には流入口（不図示）および流出口（不図示）が設けられる。流入口を介して第１冷媒流路に流入した冷媒は流出口を介して第１冷媒流路から放出する。

【0017】

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。

【0018】

＜ラジエータ＞
ラジエータ２１は、コールドプレート２０の水平方向に垂直な第１方向の上側に配置される。ラジエータ２１は、冷却用の複数のフィン２２およびパイプ２３を有する。フィン２２は平板上に形成され、コールドプレート２０の上面から起立し、第１方向と垂直な第２方向に延びる。フィン２２は、コールドプレート２０の上面で平行に延び、等間隔に複数配置される。ラジエータ２１に設けられたフィン２２は互いに平行に配置されている。さらに、複数の冷却装置１において、各々のフィン２２は、同じ第２方向に延びる。

【0019】

フィン２２の下端はコールドプレート２０の上面と接する。これにより、コールドプレート２０からフィン２２への熱伝導性が向上する。なお、フィン２２とコールドプレート２０とは別の部材であってもよく、同一の部材であってもよい。本実施形態において、フィン２２はコールドプレート２０とは別部材である。フィンの下端は、例えば、コールドプレート２０上面に溶接によって接合される。

【0020】

フィン２２がコールドプレート２０と同一の部材である場合、例えば、フィン２２はコールドプレート２０を切削加工して形成される。なお、フィン２２とコールドプレート２０とが別部材の場合、上述のコールドプレート２０と同様に、フィン２２は銅又はアルミニウム等の熱伝導性の高い金属であることが好ましい。フィン２２が、コールドプレート２０と同様な熱伝導性の高い金属で形成されることで、コールドプレート２０からの熱を効率よくフィン２２へ伝達することができる。

【0021】

パイプ２３は、内部が中空であって冷媒が通る第２の冷媒流路を形成する。第２冷媒流路の一方側端部は、第１冷媒流路と連通する。後述するが、第２冷媒流路は、例えば、タンクやポンプを介して第１冷媒流路と連通してもよい。

【0022】

パイプ２３は、第３方向に直線状に延びる。パイプ２３は、複数のフィン２２に設けられた貫通孔に挿通されて溶接により複数のフィン２２と固定される。このとき、パイプ２３の延びる方向とフィン２２の延びる方向とが直交する。つまり、本実施形態において、複数のフィン２２は第２方向に延び、パイプ２３は第３方向に延びる。

【0023】

本実施形態では、各冷却ユニット１１は同様の構成であり、同様の大きさである。各冷却ユニット１１は、第３方向に平行して配置される。各冷却ユニット１１は、第２方向の端部が面一である。複数の冷却ユニット１１のうち、隣り合う冷却ユニット１１は第３方向に隙間を介して配置される。また、各冷却ユニット１１はそれぞれ異なる大きさであってもよい。

【0024】

＜タンク＞
冷却ユニット１１は、第１タンク４１と第２タンク４２とをさらに有する。パイプ２３の一端は第１タンク４１と連結され、パイプ２３の他端は第２タンク４２と連結される。第１タンク４１及び第２タンク４２はパイプ２３の延びる方向に対向して配置される。冷媒は、パイプ２３を介して第１タンク４１から第２タンク４２へ直線状に円滑に流通する。

【0025】

第１タンク４１及び第２タンク４２は、フィン２２の配列方向に対して平行に配置されており、第１タンク４１と第２タンク４２との間に複数のフィン２２を所定の間隔でより多く配置することができる。これにより、フィン２２全体の表面積を大きくしてラジエータ２１の冷却性能を向上することができる。また、パイプ２３と第１タンク４１及び第２タンク４２とを容易に接続することができる。

【0026】

パイプ２３は、第１タンク４１及び第２タンク４２の側面を貫通して第１タンク４１及び第２タンク４２に直接連結される。これにより、冷却装置１の部品点数を削減することができる。

【0027】

第１タンク４１および第２タンク４２は直方体である。第２タンクは後述するポンプ２４と接続する孔部（不図示）が設けられる。

【0028】

第１タンク４１及び第２タンク４２を設けることで、冷却ユニット１１内に循環させる冷媒の量を増やすことができる。したがって、冷却ユニット１１の冷却効率が向上する。

【0029】

＜ポンプ＞
冷却ユニット１１は、ポンプ２４をさらに有する。本実施形態における、ポンプ２４は遠心型ポンプであり、直方体形状の筐体の内部に冷媒の流路である、ポンプ流路を有する（不図示）。ポンプ流路には、羽根車（不図示）が配置される。筐体は吸込口（不図示）と吐出口（不図示）とを有する。

【0030】

ポンプ２４の吸込口とラジエータ２１と第２流路とは直接的、または、間接的に接続される。吐出口は吸込口と連通する。本実施形態では、ポンプ２４の吸込口とラジエータ２１とは第２タンク４２を介して接続される。

【0031】

ポンプ２４の羽根車は第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（不図示）の回転軸と連結される。モータの駆動により羽根車が回転し、吸込口から流入した冷媒が吐出口から吐出される。ポンプ２４は吸込口を介してパイプ２３の延びる方向に冷媒を吸き込む。

【0032】

本実施形態では、ポンプ２４はラジエータ２１に隣接して配置される。

【0033】

コールドプレート２０には、側面が切り欠かれた切欠部２０ａが形成される。ポンプ２４の少なくとも一部は、切欠部２０ａに配置されてラジエータ２１と第２方向に対向して配置される。詳細には、ポンプはラジエータ２１の側面に配置される。これにより、冷却ユニット１１全体をより小型化することができる。また、冷却ユニット１１全体の大型化を抑えながら、限られた冷却装置１のスペースにおいてポンプ２４を大型化及び高出力化することができる。

【0034】

（冷却ユニットの動作）
コールドプレート２０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、第１タンク４１、第２冷媒流路及び第２タンク４２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２０に伝達される。コールドプレート２０に伝達された熱は、第１冷媒流路及び第２冷媒流路を流通する冷媒を介してフィン２２に伝達される。これにより、フィン２２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。

【0035】

＜第１実施形態＞
複数の冷却ユニット１１のうち、隣り合う冷却ユニット１１の間には、スリット１３が形成される。スリット１３は、隣り合う冷却ユニット１１の隙間である。本実施形態では、スリット１３は、隣り合う冷却ユニット１１の第３方向間の隙間を指す。これにより、各冷却ユニット１１を設置する際に、互いに冷却ユニット１１同士が干渉することを抑制できるため、冷却装置１が損傷することを防ぐことができる。他方で、隣り合う冷却ユニット１１同士に隙間を設けることで、該隙間に冷却風が流れ込み、ラジエータ２１の冷却性能を低下させる虞がある。

【0036】

＜遮閉部材＞
遮閉部材１２の少なくとも一部は、スリット１３内に配置される。遮閉部材１２がスリット１３内に配置されることで、スリット１３に冷却風が流れにくくなる。したがって、後述する冷却ファン１４により発せられた冷却風はラジエータ２１に供給され、ラジエータ２１によって、効率よく発熱部品３０の放熱を行うことができる。

【0037】

遮閉部材１２は、隣り合う冷却ユニット１１の第３方向側の端面に接触することが望ましい。遮閉部材１２と冷却ユニット１１の第３方向の端面との隙間を無くすことで、さらにスリット１３内への冷却風の流れ込みが抑制される。したがって、冷却ユニット１１のラジエータ２１によって、効率よく発熱部品３０の放熱を行うことができる。

【0038】

遮閉部材１２は、スリット１３の第２方向端部に設けられていればよい。詳細には、冷却風がスリット１３に入り込む入口に遮閉部材１２を配置することで、スリット１３内に冷却風が流れ込むことを抑制できる。スリット１３内全域に遮閉部材１２を配置する場合と比較して、遮閉部材１２の使用量を低減することができる。

【0039】

本実施形態では、遮閉部材１２を第１方向上側からスリット１３に挿入する。なお遮閉部材１２は、第２方向からスリット１３に挿入してもよい。

【0040】

遮閉部材１２は、例えば、スポンジやゴムなど弾性を有することが望ましい。スリット１３に遮閉部材１２を挿入する際の挿入性を向上させることができる。具体的には、スリット１３の形状に沿って、遮閉部材１２が変形するため、スリット１３の一部が複雑な形状の場合でも遮閉部材１２を容易に取り付けることができる。また、遮閉部材１２は、弾性を有さない、例えばプラスチックなどの板形状でもよい。

【0041】

カバー部材１５の少なくとも一部は、ラジエータ２１の第１方向の上側に配置される。詳細には、カバー部材１５は、フィン２２の第１方向上側の上面に配置される。冷却風がラジエータ２１の第１方向上側の空間に流れ込むことで、ラジエータ２１の冷却効率が低下する。カバー部材１５をラジエータ２１の第１方向上側の空間に配置することで、該空間へ冷却風が流れることを阻害する。したがって、冷却ユニット１１のラジエータ２１によって、効率よく発熱部品３０の放熱を行うことができる。

【0042】

カバー部材１５は、複数のラジエータ２１に跨って配置される。詳細には、カバー部材１５は、隣り合うラジエータ２１の上面に連続して配置される。この場合、遮閉部材１２の第１方向の上面とカバー部材１５の第１方向の下側の面とが対向する。これにより、カバー部材１５を各ラジエータ２１の上側にそれぞれ配置する場合と比較して、部品点数を削減することができる。また、カバー部材１５を取り付ける作業工数を削減することができる。

【0043】

遮閉部材１２の第１方向の上面とカバー部材１５の第１方向の下側の面とが接触していてもよい。この場合、スリット１３をより確実に塞ぐことができる。また、カバー部材１５の一部をスリット１３に配置してもよい。

【0044】

＜ファン＞
冷却ユニット１１と第２方向に対向して、ファン１４が設けられる。本実施形態のファン１４は軸流式である。フィン２２が長手方向（第２方向）に延びる方向に冷却風を送風することにより、フィン２２からの放熱を促し、ラジエータ２１の冷却性能が向上する。また、複数のファン１４を冷却ユニット１１と第２方向に対向して配置してもよい。

【0045】

＜第２実施形態＞
次に第２実施形態について説明する。図４は、第２実施形態の冷却装置１を示す平面図である。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。

【0046】

複数の冷却ユニット１１の少なくとも一つが、他の冷却ユニット１１よりも第２方向の冷却風の下流側に配置される。具体的には、一方の冷却ユニット１１Ａに対して、他方の冷却ユニット１１Ｂは、冷却風の下流側に配置される。詳細には、第２方向から見たときに、すべての冷却ユニット１１Ａ、１１Ｂが第２方向に重ならない。より詳細には、各冷却ユニット１１Ａ、１１Ｂのラジエータ２１Ａ、２１Ｂが第２方向に重ならない。第２方向から流れ込んだ冷却風は、上流側の冷却ユニット１１Ａのラジエータ２１Ａに阻害されることなく、下流側の冷却ユニット１１Ｂのラジエータ２１Ｂに流れ込む。したがって、第２方向に複数のラジエータ２１Ａ、２１Ｂを配置した場合でも、全ての冷却ユニット１１Ａ、１１Ｂに効率よく冷却風を流し込むことができる。

【0047】

それぞれの冷却ユニット１１Ａ、１１Ｂのラジエータ２１Ａ、２１Ｂのフィン２２Ａ、２２Ｂは第２方向に延びる。換言すると、各冷却ユニット１１Ａ、１１Ｂのフィン２２Ａ、２２Ｂが伸びる方向は同じである。

【0048】

冷却ユニット１１Ａと冷却ユニット１１Ｂの間に遮閉部材１２Ａを設けてもよい。隣り合う冷却ユニット１１Ａの間を通った冷却風が、冷却ユニット１１Ａと冷却ユニット１１Ｂとの間に流れ込むことで冷却ユニット１１Ｂのラジエータ２１Ｂの冷却効率が低下する。冷却ユニット１１Ａと冷却ユニット１１Ｂの空間に遮閉部材１２Ａを設けることで、該空間へ冷却風が流れることを阻害し、冷却風をラジエータ２１Ｂ側へ流し込むことで、ラジエータ２１Ｂの冷却効率が向上する。

【0049】

（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。

【0050】

上記実施形態では遠心型のポンプ２４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。また、ファン１４は軸流式ファンを用いたが、例えば遠心式のファン等を用いてもよい。

【符号の説明】

【0051】

１・・・冷却装置
１１、１１Ａ、１１Ｂ・・・冷却ユニット
１２、１２Ａ・・・遮閉部材
１３・・・スリット
１４・・・ファン
１５・・・カバー部材
２０・・・コールドプレート
２０ａ・・・切欠部
２１、２１Ａ、２１Ｂ・・・ラジエータ
２２、２２Ａ、２２Ｂ・・・フィン
２３・・・パイプ
２４・・・ポンプ
３０・・・発熱部品
４１・・・第１タンク
４２・・・第２タンク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】