(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】2023-12-15
(45)【発行日】2023-12-25
(54)【発明の名称】冷却装置
(51)【国際特許分類】
F28D 15/02 20060101AFI20231218BHJP
F28F 21/02 20060101ALI20231218BHJP
F28F 21/08 20060101ALI20231218BHJP
H01L 23/473 20060101ALI20231218BHJP
H05K 7/20 20060101ALI20231218BHJP
【ＦＩ】
F28D15/02 M
F28D15/02 E
F28D15/02 101L
F28D15/02 102C
F28F21/02
F28F21/08 Z
H01L23/46 Z
H05K7/20 Q
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2020032255
(22)【出願日】2020-02-27
(65)【公開番号】P2021135003
(43)【公開日】2021-09-13
【審査請求日】2022-09-16
(73)【特許権者】
【識別番号】000006208
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100112737
【弁理士】
【氏名又は名称】藤田 考晴
(74)【代理人】
【識別番号】100140914
【弁理士】
【氏名又は名称】三苫 貴織
(74)【代理人】
【識別番号】100136168
【弁理士】
【氏名又は名称】川上 美紀
(74)【代理人】
【識別番号】100172524
【弁理士】
【氏名又は名称】長田 大輔
(72)【発明者】
【氏名】川水 努
(72)【発明者】
【氏名】渡辺 悠太
(72)【発明者】
【氏名】秦 哲平
【審査官】豊島 ひろみ
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１１／１４５６１８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１０－２３６７９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０６２０６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－３２１２８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１１３２９２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１２－２１０６４４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２８Ｄ １５／００ － １５／０６
Ｆ２８Ｆ ２１／００ － ２７／０２
Ｈ０１Ｌ ２３／４２７ － ２３／４７３
Ｈ０５Ｋ ７／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
発熱体を冷却する冷却装置であって、前記発熱体からの熱を受ける受熱部を有し、内部に液相の冷媒を貯留するとともに、前記受熱部と貯留されている冷媒とを熱交換させることで冷媒を蒸発させる容器と、
前記容器の側壁を貫通する複数の熱交換部と、を備え、
各前記熱交換部は、
前記容器の内部であって前記容器に貯留されている冷媒の液面よりも上方に配置され、前記受熱部で蒸発した冷媒を冷却する冷却部と、
前記容器の外部に配置され、前記冷却部と接続されており、該冷却部から伝達された熱を放熱する放熱部と、を有し、
複数の前記熱交換部は、上下方向に並んで配置されていて、
前記熱交換部は、中央部を頂点として、該中央部から両端部に向かって斜め下方に延びている冷却装置。
【請求項2】
前記冷却部は、水平面に対して傾斜する傾斜部を有する請求項１に記載の冷却装置。
【請求項3】
前記冷却部は、主たる熱伝導方向が前記放熱部へ向かう方向になるように形成されている請求項１または請求項２に記載の冷却装置。
【請求項4】
前記冷却部は、グラフェンを含んで形成されている請求項３に記載の冷却装置。
【請求項5】
前記放熱部を収容するダクトと、前記ダクト内に空気を供給する空気供給部と、を備え、
前記放熱部には、第１フィンが設けられている請求項１から請求項４のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項6】
前記第１フィンは、熱伝導率の高い金属材料で形成されている請求項５に記載の冷却装置。
【請求項7】
前記冷却部には、第２フィンが設けられている請求項１から請求項５のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項8】
前記第２フィンは、前記冷却部の表面から突出するピンフィンを有する請求項７に記載の冷却装置。
【請求項9】
前記第２フィンは、前記冷却部の上面及び下面に設けられている請求項７または請求項８に記載の冷却装置。
【請求項10】
前記第２フィンは、前記冷却部の表面から突出するように設けられ、主たる熱伝導方向が先端部から前記冷却部との接続部分へ向かう方向であるグラフェンを含んで形成されている請求項７から請求項９のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項11】
前記受熱部には、第３フィンが設けられている請求項１から請求項１０のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項12】
前記第３フィンは、熱伝導率の高い金属材料で形成されている請求項１１に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
電子デバイス等の発熱体を冷却する装置として、冷却用の冷媒を循環させ、電子デバイス等で発生した熱を大気等へ放出する装置が知られている（例えば、特許文献１）。
【0003】
特許文献１には、半導体スイッチング素子を冷却する冷却装置が記載されている。冷却装置は、この受熱部で吸収した熱を放熱する放熱部を備え、受熱部と放熱部の間で熱媒体となる冷媒を循環させる循環経路を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特許第５９３４８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１の装置では、受熱部及び放熱部が各々独立して設けられるとともに、離間して配置されている。このため、受熱部と放熱部とを冷媒が流通する循環経路で接続している。このように、冷却装置において循環経路を設けると、冷却装置が大型化してしまう可能性があった。
【0006】
本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、小型化することができる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】
【0007】
上記課題を解決するために、本開示の冷却装置は以下の手段を採用する。
本開示の一態様に係る冷却装置は、発熱体を冷却する冷却装置であって、前記発熱体からの熱を受ける受熱部を有し、内部に液相の冷媒を貯留するとともに、前記受熱部と貯留されている冷媒とを熱交換させることで冷媒を蒸発させる容器と、前記容器の側壁を貫通する複数の熱交換部と、を備え、前記熱交換部は、前記容器の内部であって前記容器に貯留されている冷媒の液面よりも上方に配置されて前記受熱部で蒸発した冷媒を冷却する冷却部と、前記容器の外部に配置され、前記冷却部と接続されており、該冷却部から伝達された熱を放熱する放熱部と、を一体的に有し、複数の前記熱交換部は、上下方向に並んで配置されている。
本開示の一態様に係る冷却装置は、発熱体を冷却する冷却装置であって、前記発熱体からの熱を受ける受熱部を有し、内部に液相の冷媒を貯留するとともに、前記受熱部と貯留されている冷媒とを熱交換させることで冷媒を蒸発させる容器と、前記容器の側壁を貫通する複数の熱交換部と、を備え、前記熱交換部は、前記容器の内部であって前記容器に貯留されている冷媒の液面よりも上方に配置されて前記受熱部で蒸発した冷媒を冷却する冷却部と、前記容器の外部に配置され、前記冷却部と接続されており、該冷却部から伝達された熱を放熱する放熱部と、を一体的に有し、複数の前記熱交換部は、上下方向に並んで配置されている。
【発明の効果】
【0008】
本開示によれば、冷却装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本開示の第１実施形態に係る冷却装置を示す斜視図である。
【図5】本開示の第２実施形態に係る冷却装置に設けられた熱交換部及びフィンを示す模式的な縦断面図であって、熱交換部及びフィンの主たる熱伝導方向を示す図である。
【図6】本開示の第３実施形態に係る冷却装置を示す斜視図である。
【図7】本開示の第４実施形態に係る冷却装置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下に、本開示に係る冷却装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、鉛直上下方向をＺ軸方向として、Ｚ軸方向と直交する方向のうちの一方向をＸ軸方向として、Ｚ軸方向及びＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向として説明する。また、図中のＸ、Ｙ及びＺは、各々、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向を示している。
【0011】
〔第１実施形態〕
以下、本開示の第１実施形態について、図１から図４を用いて説明する。
本実施形態に係る冷却装置１は、例えばＣＰＵやパワー半導体等の発熱体２（図２参照）を冷却する装置である。冷却装置１は、冷媒３を利用して発熱体２を冷却する。冷却装置１は、冷媒３として、例えば水やフロン等を利用することができる。なお、利用可能な冷媒３は、水やフロンに限定されない。
以下、本開示の第１実施形態について、図１から図４を用いて説明する。
本実施形態に係る冷却装置１は、例えばＣＰＵやパワー半導体等の発熱体２（図２参照）を冷却する装置である。冷却装置１は、冷媒３を利用して発熱体２を冷却する。冷却装置１は、冷媒３として、例えば水やフロン等を利用することができる。なお、利用可能な冷媒３は、水やフロンに限定されない。
【0012】
図１に示すように、冷却装置１は、内部に液相の冷却を貯留する容器１０と、容器１０に隣接して配置されるダクト２０と、容器１０とダクト２０とを隔てる隔壁１４を貫通する熱交換部３０と、を備えている。容器１０とダクト２０とは、Ｘ軸方向に隣接するように配置されている。
【0013】
容器１０は、内部に閉空間Ｓを形成している。容器１０は、閉空間Ｓの下方を規定する底面部（受熱部）１１と、閉空間Ｓの側方を規定する側壁部１２と、閉空間Ｓの上方を規定する天井部１３と、を有している。容器１０の内部には、所定の高さまで液相の冷媒３が貯留されている。貯留されている冷媒３の液面３ａは、後述するダクト２０の下面部２２よりも低い。なお、冷媒３の液面３ａの高さは、これに限定されない。冷媒３の液面３ａの高さは、最も下方に位置する熱交換部３０よりも下方であればよい。
【0014】
底面部１１は、板面が略水平面となるように配置された板状の部材である。底面部１１の上方には、貯留する液相の冷媒３が存在している。底面部１１の下方には、図２に示すように、発熱体２が設けられている。発熱体２は、図３に示すように、底面部１１のＸ軸方向及びＹ軸方向の略中央領域の下方に設けられている。底面部１１の下面と、発熱体２の上面とは接触している。底面部１１は、発熱体２との接触部分から発熱体２の熱を受ける。底面部１１は、冷媒３と熱交換することで冷媒３を加熱し、蒸発させる。
【0015】
側壁部１２は、閉空間ＳのＸ軸方向の両端及びＹ軸方向の両端を規定している。また、側壁部１２は、ダクト２０の内部に形成される流路２１と閉空間Ｓとを隔てる隔壁１４を有している。すなわち、隔壁１４は、容器１０の側壁部１２とダクト２０の側面部２４とを兼ねている。なお、容器１０の側壁部１２とダクト２０の側面部２４とは、別体として形成してもよい。
隔壁１４は、板面が鉛直面となるように配置された板状の部材である。隔壁１４には、板厚方向に貫通する複数のスリットが形成されている。このスリットを熱交換部３０が挿通している。スリットの形状と熱交換部３０のＸ軸方向の断面（Ｘ軸方向と直交する面で切断した際の断面）の形状とは、略同一とされている。
隔壁１４は、板面が鉛直面となるように配置された板状の部材である。隔壁１４には、板厚方向に貫通する複数のスリットが形成されている。このスリットを熱交換部３０が挿通している。スリットの形状と熱交換部３０のＸ軸方向の断面（Ｘ軸方向と直交する面で切断した際の断面）の形状とは、略同一とされている。
【0016】
ダクト２０は、Ｙ軸方向に沿って空気を流通させる空気が流通する流路２１を内部に形成している。ダクト２０は、流路２１の下方を規定する下面部２２と、流路２１の上方を規定する上面部２３と、流路２１のＸ軸方向の端部を規定する側面部２４と、を有している。ダクト２０のＹ軸方向の両端には、各々、開口が形成されている。
ダクト２０の開口の近傍には、空冷ファン（空気供給部）２５が配置される。空冷ファン２５は、ダクト２０内の流路２１に空気を供給する。
ダクト２０の開口の近傍には、空冷ファン（空気供給部）２５が配置される。空冷ファン２５は、ダクト２０内の流路２１に空気を供給する。
【0017】
熱交換部３０は、複数設けられている。複数の熱交換部３０は、所定の間隔でＺ軸方向に並んで配置されている。各熱交換部３０の構造は、同一であるので、以下では代表として１つの熱交換部３０について説明する。
【0018】
熱交換部３０は、高熱伝導性材料で形成されている。高熱伝導性材料とは、ステンレス鋼や炭素鋼よりも熱伝導率が高い材料であり、例えば、熱交換部３０は銅やアルミニウムで形成されていてもよい。なお、熱交換部３０の材料は、これに限定されない。
【0019】
熱交換部３０は、Ｘ軸方向に延在する板状の部材であって、隔壁１４を貫通している。すなわち、熱交換部３０は、容器１０の内部に収容される冷却部３１と、ダクト２０の内部に収容される放熱部３４と、を一体的に有している。冷却部３１のＸ軸方向の断面の形状と、放熱部３４のＸ軸方向の断面の形状は、同一の形状とされている。なお、放熱部３４と冷却部３１とは、一体的に設けられていればよく、異なる形状でもよい。
【0020】
冷却部３１は、図１及び図２に示すように、水平面に対して傾斜する第１傾斜部（傾斜部）３２及び第２傾斜部（傾斜部）３３を一体的に有している。第１傾斜部３２及び第２傾斜部３３は、平板状に形成される。なお、第１傾斜部３２及び第２傾斜部３３の形状は、平板状に限定されない。第１傾斜部３２及び第２傾斜部３３は、上面及び下面が水平面に対して傾斜していればよく、例えば、上面及び下面が波状の板材でもよい。また、第１傾斜部３２及び第２傾斜部３３は、Ｘ軸方向に沿って板厚が変化してもよい。また、Ｙ軸方向に沿って板厚が変化してもよい。また、Ｘ軸方向の途中位置で傾斜角度が変化していてもよく、Ｙ軸方向の途中位置で傾斜角度が変化していてもよい。
【0021】
第１傾斜部３２は、容器１０のＹ軸方向の略中央部に配置される一端部から、容器１０のＹ軸方向の端部に配置される他端部に向かって延びている。第１傾斜部３２は、一端部の方が他端部よりも上方に位置するように傾斜している。
【0022】
第２傾斜部３３は、容器１０のＹ軸方向の略中央部に配置される一端部から、容器１０のＹ軸方向の端部に配置される他端部に向かって延びている。第２傾斜部３３は、一端部の方が他端部よりも上方に位置するように傾斜している。
【0023】
第１傾斜部３２の一端部と第２傾斜部３３の一端部とは、接続されている。このように、冷却部３１は、Ｙ軸方向の略中央部を頂点として、中央部からＹ軸方向の両端部に向かって斜め下方に延びている。また、冷却部３１は、図２に示すように、Ｙ軸方向の両端部が、容器１０の側壁部１２から離間している。
【0024】
放熱部３４は、図１及び図４に示すように、水平面に対して傾斜する第３傾斜部３５及び第４傾斜部３６を一体的に有している。第３傾斜部３５及び第４傾斜部３６は、平板状に形成される。なお、放熱部３４は、これに限定されない。放熱部３４は、冷却部３１と一体的に設けられていればよく、例えば、傾斜する部分（例えば、第３傾斜部３５及び第４傾斜部３６）を有さずに、水平面と略平行に配置される平板状または波状の部材であってもよい。
【0025】
第３傾斜部３５は、容器１０のＹ軸方向の略中央部に配置される一端部から、容器１０のＹ軸方向の端部に配置される他端部に向かって延びている。第３傾斜部３５は、一端部の方が他端部よりも上方に位置するように傾斜している。
【0026】
第４傾斜部３６は、容器１０のＹ軸方向の略中央部に配置される一端部から、容器１０のＹ軸方向の端部に配置される他端部に向かって延びている。第２傾斜部３３は、一端部の方が他端部よりも上方に位置するように傾斜している。
【0027】
第３傾斜部３５の一端部と第４傾斜部３６の一端部とは、接続されている。このように、冷却部３１は、Ｙ軸方向の略中央部を頂点として、中央部からＹ軸方向の両端部に向かって斜め下方に延びている。
【0028】
第３傾斜部３５及び第４傾斜部３６の上面及び下面には、図１、図３及び図４に示すように、放熱部フィン（第１フィン）３７が設けられている。すなわち、放熱部フィン３７の下端は、第３傾斜部３５または第４傾斜部３６の上面または下面に接続されている。放熱部フィン３７は、高熱伝導性材料で形成されている。放熱部フィン３７は、例えば、熱伝導率の高い金属材料である銅やアルミニウムで形成されていてもよい。なお、放熱部フィン３７の材料は、これに限定されない。放熱部フィン３７は、いわゆるプレート型のフィンであって、長手方向がＹ軸方向に沿うように延びている。放熱部フィン３７は、第３傾斜部３５及び第４傾斜部３６のＹ軸方向の略全域に亘って延在している。放熱部フィン３７は、板面が第３傾斜部３５及び第４傾斜部３６の上面または下面と直交する面となっている。なお、放熱部フィン３７の板面と、第３傾斜部３５及び第４傾斜部３６の上面または下面とは、直交していなくてもよい。
【0029】
また、放熱部フィン３７は、図３に示すように、複数設けられている。複数の放熱部フィン３７は、Ｘ軸方向に所定の間隔で並んで配置されている。複数の放熱部フィン３７は、第３傾斜部３５及び第４傾斜部３６のＸ軸方向の略全域に亘って、並んで配置されている。なお、図１では、図示の関係上、Ｘ軸方向に並ぶ複数の放熱部フィン３７が離間していないように図示しているが、Ｘ軸方向に隣接する放熱部フィン３７同士は、図３に示すように、離間している（図５も参照）。
【0030】
次に、本実施形態に係る冷却装置１の作用について説明する。
まず、発熱体２で生じた熱の流れについて説明する。発熱体２で生じた熱は、発熱体２と底面部１１との接触部分から、底面部１１に伝達される。底面部１１に伝達された熱は、容器１０に貯留されている冷媒３に伝達される。底面部１１から冷媒３に熱が伝達されると、冷媒３は蒸発する。蒸発した冷媒３は、液面３ａへと浮き上がり（冷媒Ｒ１参照）、液面３ａへと浮き上がった冷媒３は、図３の矢印Ａ１で示すように、液面３ａから上昇し、各冷却部３１と接触する。冷媒３と冷却部３１とが接触すると、冷媒３の熱が冷却部３１に伝達される。冷却部３１に伝達された熱は、放熱部３４へと伝達される。放熱部３４に伝達された熱は、空冷ファン２５によってダクト２０内に供給された外気によって冷却される。このようにして、発熱部の熱が冷却装置１の外部へ放熱される。以上のように、冷却装置１は、発熱部を冷却する。
まず、発熱体２で生じた熱の流れについて説明する。発熱体２で生じた熱は、発熱体２と底面部１１との接触部分から、底面部１１に伝達される。底面部１１に伝達された熱は、容器１０に貯留されている冷媒３に伝達される。底面部１１から冷媒３に熱が伝達されると、冷媒３は蒸発する。蒸発した冷媒３は、液面３ａへと浮き上がり（冷媒Ｒ１参照）、液面３ａへと浮き上がった冷媒３は、図３の矢印Ａ１で示すように、液面３ａから上昇し、各冷却部３１と接触する。冷媒３と冷却部３１とが接触すると、冷媒３の熱が冷却部３１に伝達される。冷却部３１に伝達された熱は、放熱部３４へと伝達される。放熱部３４に伝達された熱は、空冷ファン２５によってダクト２０内に供給された外気によって冷却される。このようにして、発熱部の熱が冷却装置１の外部へ放熱される。以上のように、冷却装置１は、発熱部を冷却する。
【0031】
次に、冷却装置１における冷媒３の循環について説明する。
貯留部に貯留されている液相の冷媒３は、底面部１１を介して伝達された発熱部の熱によって蒸発する。蒸発した気相の冷媒３は、図２のＡ１に示すように、上昇して冷却部３１と接触する。冷却部３１と接触した冷媒３は、冷却部３１と熱交換することで冷却され、凝縮する。凝縮した冷媒３（液相の冷媒）の大部分は、表面張力によって、落下せずに冷却部３１の第１傾斜部３２及び第２傾斜部３３の下面に接触した状態となる（図２の冷媒Ｒ２参照）。第１傾斜部３２及び第２傾斜部３３は、Ｙ軸方向の端部が下方に位置するように傾斜している。これにより、液相の冷媒３は、図２の矢印Ａ２で示すように、第１傾斜部３２及び第２傾斜部３３の下面を伝って、各傾斜部の端部に向かって流れる。第１傾斜部３２及び第２傾斜部３３の端部に至った液相の冷媒３は、図２の矢印Ａ３で示すように、端部から落下し、容器１０の下部に戻される。このようにして、冷却装置１内で、冷媒３が循環している。
貯留部に貯留されている液相の冷媒３は、底面部１１を介して伝達された発熱部の熱によって蒸発する。蒸発した気相の冷媒３は、図２のＡ１に示すように、上昇して冷却部３１と接触する。冷却部３１と接触した冷媒３は、冷却部３１と熱交換することで冷却され、凝縮する。凝縮した冷媒３（液相の冷媒）の大部分は、表面張力によって、落下せずに冷却部３１の第１傾斜部３２及び第２傾斜部３３の下面に接触した状態となる（図２の冷媒Ｒ２参照）。第１傾斜部３２及び第２傾斜部３３は、Ｙ軸方向の端部が下方に位置するように傾斜している。これにより、液相の冷媒３は、図２の矢印Ａ２で示すように、第１傾斜部３２及び第２傾斜部３３の下面を伝って、各傾斜部の端部に向かって流れる。第１傾斜部３２及び第２傾斜部３３の端部に至った液相の冷媒３は、図２の矢印Ａ３で示すように、端部から落下し、容器１０の下部に戻される。このようにして、冷却装置１内で、冷媒３が循環している。
【0032】
本実施形態では以下の作用効果を奏する。
本実施形態では、上述のように、容器１０の内部で冷媒３が自然循環する。したがって、ポンプ等の強制的に冷媒３を循環させる装置を用いることなく、冷媒３を循環させることができる。よって、ポンプ等を用いる場合と比較して、冷却装置１を小型化することができる。また、ポンプ等の駆動源が必要ないので、省エネルギ化することができる。
本実施形態では、上述のように、容器１０の内部で冷媒３が自然循環する。したがって、ポンプ等の強制的に冷媒３を循環させる装置を用いることなく、冷媒３を循環させることができる。よって、ポンプ等を用いる場合と比較して、冷却装置１を小型化することができる。また、ポンプ等の駆動源が必要ないので、省エネルギ化することができる。
【0033】
また、本実施形態では、容器１０内で冷媒３を循環させることで、冷媒３の蒸発及び凝縮を行っている。このため、例えば、冷媒３を他の装置へと導く配管等を用いることなく、冷媒３の蒸発及び凝縮を行うことができる。したがって、配管等を用いる構成と比較して、冷却装置１を小型化することができる。
【0034】
また、本実施形態では、熱交換部３０が容器１０の隔壁１４を貫通しており、容器１０の外部に配置される放熱部３４を有する。これにより、冷却部３１において冷媒３から伝わった熱を放熱部３４が放熱する。したがって、冷媒３の熱を容器１０の外部へ放熱することができる。また、冷却部３１と放熱部３４とが一体的に形成されている。これにより、効率的に冷却部３１の熱を放熱部３４へ伝えることができる。よって、好適に冷却部３１の熱を放熱することができるので、冷却装置１の冷却性能を向上させることができる。
【0035】
本実施形態では、冷却部３１で凝縮した冷媒３が、第１傾斜部３２及び第２傾斜部３３を伝って流下する。これにより、冷却部３１で凝縮した冷媒３を落下させ易くすることができる。したがって、好適に冷媒３を循環させることができる。
【0036】
また、本実施形態では、空冷ファン２５によって、放熱部３４に空気が供給される。これにより、放熱部３４を好適に冷却することができる。したがって、冷却装置１の冷却性能を向上させることができる。また、本実施形態では、放熱部３４に放熱フィンが設けられている。これにより、より好適に、放熱部３４を冷却することができる。よって、より冷却装置１の冷却性能を向上させることができる。
【0037】
また、本実施形態では、熱交換部３０が複数設けられている。これにより、熱交換部３０が１つの構造と比較して、冷却３１部及び放熱部３４における熱交換面積を増大させることができるので、冷媒３の冷却及び放熱を好適に行うことができる。
【0038】
〔第２実施形態〕
次に、本開示の第２実施形態について、図５を用いて説明する。
本実施形態では、熱交換部及び放熱部フィンの材料が第１実施形態と異なっている。その他の点は第１実施形態と同様であるので、同様の構成については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
次に、本開示の第２実施形態について、図５を用いて説明する。
本実施形態では、熱交換部及び放熱部フィンの材料が第１実施形態と異なっている。その他の点は第１実施形態と同様であるので、同様の構成については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【0039】
本実施形態に係る熱交換部４１及び放熱部フィン４２は、高熱伝導性材料であるグラフェンによって形成されている。一般的にグラフェンは、第１方向、第１方向と直交する第２方向、第１方向及び第２方向と直交する第３方向の３つの方向のうち、２つの方向において特に熱伝導性が高い。以下の説明では、熱伝導性が高い方向を「主たる熱伝導方向」と称する。
【0040】
【0041】
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態では、熱交換部４１がグラフェンによって形成されている。また、熱交換部４１を形成するグラフェンは、冷却部４３においては、主たる熱伝導方向に放熱部４４へ向かう方向（Ｘ軸方向）が含まれている。これにより、冷却部４３の熱を好適に放熱部４４へ伝えることができる。また、放熱部フィン４２においては、主たる熱伝導方向に放熱部４４から離れる方向（Ｚ軸方向）が含まれている。これにより、放熱部４４のＺ軸方向の端部（放熱部４４から最も遠い端部）にも、好適に熱を伝えることができる。したがって、冷却装置１の冷却性能を向上させることができる。
本実施形態では、熱交換部４１がグラフェンによって形成されている。また、熱交換部４１を形成するグラフェンは、冷却部４３においては、主たる熱伝導方向に放熱部４４へ向かう方向（Ｘ軸方向）が含まれている。これにより、冷却部４３の熱を好適に放熱部４４へ伝えることができる。また、放熱部フィン４２においては、主たる熱伝導方向に放熱部４４から離れる方向（Ｚ軸方向）が含まれている。これにより、放熱部４４のＺ軸方向の端部（放熱部４４から最も遠い端部）にも、好適に熱を伝えることができる。したがって、冷却装置１の冷却性能を向上させることができる。
【0042】
〔第３実施形態〕
次に、本開示の第３実施形態について、図６を用いて説明する。
本実施形態では、放熱部フィンの形状が第１実施形態と異なっている。その他の点は第１実施形態と同様であるので、同様の構成については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
次に、本開示の第３実施形態について、図６を用いて説明する。
本実施形態では、放熱部フィンの形状が第１実施形態と異なっている。その他の点は第１実施形態と同様であるので、同様の構成については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【0043】
本実施形態に係る冷却装置５０の放熱部フィン５１は、図６に示すように、いわゆるピンフィンである。放熱部フィン４２は、第３傾斜部３５及び第４傾斜部３６の上面及び下面から突出するように設けられている。放熱部フィン５１は、第３傾斜部３５及び第４傾斜部３６の上面及び下面の略全域に亘って所定の間隔で設けられている。
【0044】
なお、放熱部フィン５１の材料は、第１実施形態の放熱部フィン３７のように、熱伝導率の高い金属材料であってもよく、第２実施形態の放熱部フィン４２のようにグラフェンであってもよい。グラフェンで形成する場合には、Ｚ軸方向が主たる熱伝導方向に含まれるグラフェンによって形成される。
【0045】
本実施形態に係る冷却装置５０においても、第１実施形態と同様の効果を奏する。
【0046】
〔第４実施形態〕
次に、本開示の第４実施形態について図７から図９を用いて説明する。
本実施形態では、冷却部及び底面部にもフィンを設けた点で第３実施形態と異なっている。その他の点は第３実施形態と同様であるので、同様の構成については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
次に、本開示の第４実施形態について図７から図９を用いて説明する。
本実施形態では、冷却部及び底面部にもフィンを設けた点で第３実施形態と異なっている。その他の点は第３実施形態と同様であるので、同様の構成については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【0047】
本実施形態に係る冷却装置６０の冷却部３１には、図７及び図８に示すように、第１傾斜部３２及び第２傾斜部３３の上面及び下面に冷却部フィン（第２フィン）６１が設けられている。冷却部フィン６１は、図６に示すように、ピン形状をしているフィンであって、いわゆるピンフィンである。冷却部フィン６１は、第１傾斜部３２及び第２傾斜部３３の上面及び下面から突出するように設けられている。冷却部フィン６１は、第１傾斜部３２及び第２傾斜部３３の上面及び下面の略全域に亘って所定の間隔で設けられている。
【0048】
また、本実施形態に係る底面部１１には、図８に示すように、上面に底面部フィン６２（第３フィン）が設けられている。底面部フィン６２は、いわゆるピンフィンである。底面部フィン６２は、底面部１１の上面から突出するように設けられている。冷却部フィン６１は、底面部１１の上面の略全域に亘って所定の間隔で設けられている。
【0049】
なお、冷却部フィン６１及び底面部フィン６２の材料は、第１実施形態の放熱部フィン３７のように、熱伝導率の高い金属材料であってもよく、第２実施形態の放熱部フィン３７のようにグラフェンであってもよい。冷却部フィン６１をグラフェンで形成する場合には、図９に示すように、Ｚ軸方向及びＸ軸方向が主たる熱伝導方向に含まれるグラフェンによって形成される。このように構成した場合には、冷却部フィン６１で吸収した熱を、冷却部３１まで好適に伝えることができる。すなわち、冷却部フィン６１で吸収した熱を、冷却部３１を介して、放熱部３４へと好適に伝えることができる。したがって、より好適に、冷媒を冷却することができる。よって、より冷却装置６０の冷却性能を向上させることができる。
【0050】
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態では、冷却部３１に冷却部フィン６１が設けられている。これにより、冷媒３の熱交換面積を増大させることができるので、より好適に、冷媒３を冷却することができる。よって、より冷却装置１の冷却性能を向上させることができる。
また、本実施形態では、冷却部フィン６１が、冷却部３１の上面及び下面に設けられている。これにより、より多くの冷却部フィン６１を設けることができる。したがって、冷媒の熱交換面積を増大させることができるので、より好適に、冷媒を冷却することができる。よって、より冷却装置６０の冷却性能を向上させることができる。
本実施形態では、冷却部３１に冷却部フィン６１が設けられている。これにより、冷媒３の熱交換面積を増大させることができるので、より好適に、冷媒３を冷却することができる。よって、より冷却装置１の冷却性能を向上させることができる。
また、本実施形態では、冷却部フィン６１が、冷却部３１の上面及び下面に設けられている。これにより、より多くの冷却部フィン６１を設けることができる。したがって、冷媒の熱交換面積を増大させることができるので、より好適に、冷媒を冷却することができる。よって、より冷却装置６０の冷却性能を向上させることができる。
【0051】
また、本実施形態では、発熱体２の熱を受ける底面部１１に底面部フィン６２が設けられている。これにより、冷媒３の熱交換面積を増大させることができるので、より好適に、発熱部の熱を冷媒３へ伝えることができる。すなわち、冷媒３によって発熱部をより冷却することができる。よって、冷却装置１の冷却性能を向上させることができる。
【0052】
なお、冷却部フィン６１及び底面部フィン６２は、ピンフィンに限定されない。冷却部フィン６１及び底面部フィン６２は、例えば、第１実施形態の放熱部フィン３７のようにプレートフィンであってもよい。ただし、プレートフィンとした場合には、冷媒３の循環を阻害する可能性がある。一方、冷却部フィン６１及び底面部フィン６２をピンフィンとした場合には、冷媒と各フィンとが干渉し難い。したがって、冷媒３の循環を阻害し難くすることができる。
【0053】
なお、本開示は上記各実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本開示の権利範囲に含まれるものとする。
【0054】
例えば、上記各実施形態では、第１傾斜部の一端部と第２傾斜部の一端部とが接続される例について説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、第１傾斜部の一端部と第２傾斜部の一端部を接続せずに、所定距離離間させてもよい。このような構造とすることで、蒸発した冷媒３が第１傾斜部と第２傾斜部との間に形成される空間を流通する。これにより、第１傾斜部及び第２傾斜部の全面に蒸発した冷媒３を接触させ易くすることができる。したがって、蒸発した冷媒３をより効率的に冷却することができるので、冷却装置１の冷却性能をより向上させることができる。
【0055】
また、例えば、第１実施形態及び第２実施形態において、第４実施形態で説明した冷却部フィン６１及び／又は底面部フィン６２を設けてもよい。
【0056】
以上説明した各実施形態に記載の冷却装置は例えば以下のように把握される。
本開示の一態様に係る冷却装置は、発熱体（２）を冷却する冷却装置（１）であって、前記発熱体からの熱を受ける受熱部（１１）を有し、内部に液相の冷媒（３）を貯留するとともに、前記受熱部と貯留されている冷媒とを熱交換させることで冷媒を蒸発させる容器（１０）と、前記容器の側壁を貫通する複数の熱交換部（３０）と、を備え、各前記熱交換部は、前記容器の内部であって前記容器に貯留されている冷媒の液面（３ａ）よりも上方に配置されて前記受熱部で蒸発した気相の冷媒を冷却する冷却部（３１）と、前記容器の外部に配置され、前記冷却部と接続されており、該冷却部から伝達された熱を放熱する放熱部（３４）と、を一体的に有し、複数の前記熱交換部は、上下方向に並んで配置されている。
本開示の一態様に係る冷却装置は、発熱体（２）を冷却する冷却装置（１）であって、前記発熱体からの熱を受ける受熱部（１１）を有し、内部に液相の冷媒（３）を貯留するとともに、前記受熱部と貯留されている冷媒とを熱交換させることで冷媒を蒸発させる容器（１０）と、前記容器の側壁を貫通する複数の熱交換部（３０）と、を備え、各前記熱交換部は、前記容器の内部であって前記容器に貯留されている冷媒の液面（３ａ）よりも上方に配置されて前記受熱部で蒸発した気相の冷媒を冷却する冷却部（３１）と、前記容器の外部に配置され、前記冷却部と接続されており、該冷却部から伝達された熱を放熱する放熱部（３４）と、を一体的に有し、複数の前記熱交換部は、上下方向に並んで配置されている。
【0057】
上記構成では、蒸発した気相の冷媒が上昇し、熱交換部の冷却部へ到達する。冷却部に到達した冷媒は、冷却部で冷却され凝縮する。凝縮した液相の冷媒は、落下して、貯留されている液相の冷媒へ戻される。このようにして、容器の内部で冷媒が自然循環する。したがって、ポンプ等の強制的に冷媒を循環させる装置を用いることなく、冷媒を循環させることができる。よって、ポンプ等を用いる場合と比較して、冷却装置を小型化することができる。また、ポンプ等の駆動源が必要ないので、省エネルギ化することができる。
【0058】
また、上記構成では、容器内で冷媒を循環させることで、冷媒の蒸発及び凝縮を行っている。このため、例えば、冷媒を他の装置へと導く配管等を用いることなく、冷媒の蒸発及び凝縮を行うことができる。したがって、配管等を用いる構成と比較して、冷却装置を小型化することができる。
【0059】
また、上記構成では、熱交換部が容器の側壁を貫通しており、容器の外部に配置される放熱部を有する。これにより、冷却部において冷媒から伝わった熱を放熱部が放熱する。したがって、冷媒の熱を容器の外部へ放熱することができる。また、冷却部と放熱部とが一体的に形成されている。これにより、効率的に冷却部の熱を放熱部へ伝えることができる。よって、好適に冷却部の熱を放熱することができるので、冷却装置の冷却性能を向上させることができる。
【0060】
また、上記構成では、熱交換部が複数設けられている。これにより、熱交換部が１つの構造と比較して、冷却部及び放熱部における熱交換面積を増大させることができるので、冷媒の冷却及び放熱を好適に行うことができる。
【0061】
また、本開示の一態様に係る冷却装置は、前記冷却部は、水平面に対して傾斜する傾斜部（３２、３３）を有する。
【0062】
上記構成では、冷却部で凝縮した冷媒が、傾斜部を伝って流下する。これにより、冷却部で凝縮した冷媒を落下させ易くすることができる。したがって、好適に冷媒を循環させることができる。
【0063】
また、本開示の一態様に係る冷却装置は、前記冷却部は、主たる熱伝導方向が前記放熱部へ向かう方向になるように形成されている。
【0064】
上記構成では、冷却部が、主たる熱伝導方向が放熱部へ向かう方向になるように形成されている。これにより、冷却部から放熱部へ好適に熱を伝えることができる。したがって、冷却装置の冷却性能を向上させることができる。
【0065】
また、本開示の一態様に係る冷却装置は、前記冷却部は、グラフェンを含んで形成されている。
【0066】
上記構成では、冷却部が、グラフェンを含んで形成されている。グラフェンは、熱伝導性が高い材料であるので、好適に冷却部から放熱部へ熱を伝えることができる。したがって、冷却装置の冷却性能を向上させることができる。
なお、一般的にグラフェンは、第１方向、第１方向と直交する第２方向、第１方向及び第２方向と直交する第３方向の３つの方向のうち、２つの方向において特に熱伝導性が高い。グラフェンにおける「主たる熱伝導方向」とは、熱伝導性が高い方向を意味する。
なお、一般的にグラフェンは、第１方向、第１方向と直交する第２方向、第１方向及び第２方向と直交する第３方向の３つの方向のうち、２つの方向において特に熱伝導性が高い。グラフェンにおける「主たる熱伝導方向」とは、熱伝導性が高い方向を意味する。
【0067】
また、本開示の一態様に係る冷却装置は、前記放熱部を収容するダクト（２０）と、前記ダクト内に空気を供給する空気供給部（２５）と、を備え、前記放熱部には、第１フィン（３７）が設けられている。
【0068】
上記構成では、放熱部に空気が供給される。これにより、放熱部を好適に冷却することができる。したがって、冷却装置の冷却性能を向上させることができる。また、上記構成では、放熱部にフィン（第１フィン）が設けられている。これにより、より好適に、放熱部を冷却することができる。よって、より冷却装置の冷却性能を向上させることができる。
【0069】
また、本開示の一態様に係る冷却装置は、前記第１フィンは、熱伝導率の高い金属材料で形成されている。
【0070】
上記構成では、第１フィンが熱伝導率の高い金属材料で形成されているので、より好適に、放熱部を冷却することができる。よって、より冷却装置の冷却性能を向上させることができる。
【0071】
また、本開示の一態様に係る冷却装置は、前記冷却部には、第２フィン（６１）が設けられている。
【0072】
上記構成では、冷却部にフィン（第２フィン）が設けられている。これにより、冷媒の熱交換面積を増大させることができるので、より好適に、冷媒を冷却することができる。よって、より冷却装置の冷却性能を向上させることができる。
【0073】
また、本開示の一態様に係る冷却装置は、前記第２フィンは、前記冷却部の表面から突出するピンフィンを有する。
【0074】
上記構成では、第２フィンがピン形状をしている。これにより、流通する冷媒と第２フィンが干渉し難い。したがって、冷媒の流通を阻害し難くすることができるので、好適に冷媒を流通させることができる。
【0075】
また、本開示の一態様に係る冷却装置は、前記第２フィンは、前記冷却部の上面及び下面に設けられている。
【0076】
上記構成では、第２フィンが、冷却部の上面及び下面に設けられている。これにより、より多くの第２フィンを設けることができる。したがって、冷媒の熱交換面積を増大させることができるので、より好適に、冷媒を冷却することができる。よって、より冷却装置の冷却性能を向上させることができる。
【0077】
また、本開示の一態様に係る冷却装置は、前記第２フィンは、前記冷却部の表面から突出するように設けられ、主たる熱伝導方向が先端部から前記冷却部との接続部分へ向かう方向であるグラフェンを含んで形成されている。
【0078】
上記構成では、第２フィンが、主たる熱伝導方向が先端部から冷却部との接続部分へ向かう方向であるグラフェンを含んで形成されている。これにより、第２フィンで吸収した熱を、冷却部まで好適に伝えることができる。すなわち、第２フィンで吸収した熱を、冷却部を介して、放熱部へと好適に伝えることができる。したがって、より好適に、冷媒を冷却することができる。よって、より冷却装置の冷却性能を向上させることができる。
【0079】
また、本開示の一態様に係る冷却装置は、前記受熱部には、第３フィン（６２）が設けられている。
【0080】
上記構成では、受熱部にフィン（第３フィン）が設けられている。これにより、冷媒の熱交換面積を増大させることができるので、より好適に、発熱部の熱を冷媒へ伝えることができる。すなわち、冷媒によって発熱部をより冷却することができる。よって、より冷却装置の冷却性能を向上させることができる。
【0081】
また、本開示の一態様に係る冷却装置は、前記第３フィンは、熱伝導率の高い金属材料で形成されている。
【0082】
上記構成では、第３フィンが熱伝導率の高い金属材料で形成されているので、より好適に、発熱部の熱を冷媒へ伝えることができる。よって、より冷却装置の冷却性能を向上させることができる。
【符号の説明】
【0083】
１ ：冷却装置
２ ：発熱体
３ ：冷媒
３ａ ：液面
１０ ：容器
１１ ：底面部（受熱部）
１２ ：側壁部
１３ ：天井部
１４ ：隔壁
２０ ：ダクト
２１ ：流路
２２ ：下面部
２３ ：上面部
２４ ：側面部
２５ ：空冷ファン（空気供給部）
３０ ：熱交換部
３１ ：冷却部
３２ ：第１傾斜部（傾斜部）
３３ ：第２傾斜部（傾斜部）
３４ ：放熱部
３５ ：第３傾斜部
３６ ：第４傾斜部
３７ ：放熱部フィン（第１フィン）
４１ ：熱交換部
４２ ：放熱部フィン
４３ ：冷却部
４４ ：放熱部
５０ ：冷却装置
５１ ：放熱部フィン
６０ ：冷却装置
６１ ：冷却部フィン（第２フィン）
６２ ：底面部フィン（第３フィン）
Ｓ ：閉空間
２ ：発熱体
３ ：冷媒
３ａ ：液面
１０ ：容器
１１ ：底面部（受熱部）
１２ ：側壁部
１３ ：天井部
１４ ：隔壁
２０ ：ダクト
２１ ：流路
２２ ：下面部
２３ ：上面部
２４ ：側面部
２５ ：空冷ファン（空気供給部）
３０ ：熱交換部
３１ ：冷却部
３２ ：第１傾斜部（傾斜部）
３３ ：第２傾斜部（傾斜部）
３４ ：放熱部
３５ ：第３傾斜部
３６ ：第４傾斜部
３７ ：放熱部フィン（第１フィン）
４１ ：熱交換部
４２ ：放熱部フィン
４３ ：冷却部
４４ ：放熱部
５０ ：冷却装置
５１ ：放熱部フィン
６０ ：冷却装置
６１ ：冷却部フィン（第２フィン）
６２ ：底面部フィン（第３フィン）
Ｓ ：閉空間
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】