平板型冷却装置及びその使用方法
【課題】沸騰冷却方式を用いた冷却装置においては、冷却性能の向上を図ると、装置が大型化してしまう。
【解決手段】本発明の平板型冷却装置は、第１の平板と、第１の平板に対向する第２の平板と、第１の平板と第２の平板を接続する枠体部とを備えた平板状容器と、平板状容器に封入された冷媒と、第１の平板と第２の平板を接続し、平板状容器内の冷媒の流路を制御する流路壁、とを有し、平板状容器は、第１の平板および第２の平板の少なくとも一方に配置される発熱体と熱的に接続する受熱領域と、第１の平板および第２の平板の少なくとも一方に配置される放熱部と熱的に接続する放熱領域、とを備え、放熱領域は、放熱領域における冷媒の流路を構成する複数の流路板を有する。
【解決手段】本発明の平板型冷却装置は、第１の平板と、第１の平板に対向する第２の平板と、第１の平板と第２の平板を接続する枠体部とを備えた平板状容器と、平板状容器に封入された冷媒と、第１の平板と第２の平板を接続し、平板状容器内の冷媒の流路を制御する流路壁、とを有し、平板状容器は、第１の平板および第２の平板の少なくとも一方に配置される発熱体と熱的に接続する受熱領域と、第１の平板および第２の平板の少なくとも一方に配置される放熱部と熱的に接続する放熱領域、とを備え、放熱領域は、放熱領域における冷媒の流路を構成する複数の流路板を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置や電子機器などの冷却装置に関し、特に、冷媒の気化と凝縮のサイクルによって熱の輸送・放熱を行う沸騰冷却方式を用いた平板型冷却装置及びその使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置や電子機器などの高性能化、高機能化に伴い、それらの発熱量も増大している。一方、携帯機器の普及等により半導体装置や電子機器などの小型化が進んでいる。このような背景から、高効率で小型の冷却装置が求められている。冷媒の気化と凝縮のサイクルによって熱の輸送・放熱を行う沸騰冷却方式を用いた冷却装置は、ポンプなどの駆動部を必要としない。そのため小型化に適していることから、半導体装置や電子機器などの冷却装置として期待されている。
【０００３】
このような沸騰冷却方式を用いた冷却装置（以下では、「沸騰冷却装置」とも言う）の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された関連する沸騰冷却装置は、発熱体の熱を受ける液体冷媒を内部に貯留する冷媒貯留部と、冷媒貯留部に接続され、蒸発した冷媒蒸気を凝縮する凝縮部とを有する。冷媒貯留部と凝縮部はそれぞれ直方体状である金属性の筐体から構成される。関連する沸騰冷却装置は、冷媒貯留部および凝縮部の内部を複数の通路に区画する一対の通路形成板を備え、これによって冷媒貯留部に第１冷媒通路と第２冷媒通路が、凝縮部に第３冷媒通路と第４冷媒通路が形成される。さらに凝縮部は、内部を冷却流体が流通する中空板状の凝縮管を備え、凝縮管は冷媒蒸気の流れ方向に対し傾斜して配置した構成としている。
【０００４】
そして関連する沸騰冷却装置によれば、凝縮管が傾斜して配置されていることから、冷媒蒸気が凝縮管の表面を円滑に流動することが可能となり、凝縮管による冷媒蒸気の凝縮能力を向上させることができる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２３６７９２号公報（段落「００２５」〜「００４２」）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように関連する沸騰冷却装置では、通路形成板によって、液体冷媒の沸騰により生じた冷媒の気泡および冷媒蒸気が流動する第１および第３冷媒通路と、凝縮管において凝縮された冷媒が流動する第２および第４冷媒通路が形成される。そして、第１冷媒通路と第２冷媒通路、および第３冷媒通路と第４冷媒通路はそれぞれ、筐体の外壁面と平行に積層して構成される。そのため、関連する沸騰冷却装置の厚さが増大し、装置が大型化してしまう、という問題があった。
【０００７】
このように、関連する沸騰冷却装置においては、冷却性能の向上を図ると、装置が大型化してしまう、という問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、上述した課題である、沸騰冷却方式を用いた冷却装置においては、冷却性能の向上を図ると、装置が大型化してしまう、という課題を解決する平板型冷却装置及びその使用方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の平板型冷却装置は、第１の平板と、第１の平板に対向する第２の平板と、第１の平板と第２の平板を接続する枠体部とを備えた平板状容器と、平板状容器に封入された冷媒と、第１の平板と第２の平板を接続し、平板状容器内の冷媒の流路を制御する流路壁、とを有し、平板状容器は、第１の平板および第２の平板の少なくとも一方に配置される発熱体と熱的に接続する受熱領域と、第１の平板および第２の平板の少なくとも一方に配置される放熱部と熱的に接続する放熱領域、とを備え、放熱領域は、放熱領域における冷媒の流路を構成する複数の流路板を有する。
【００１０】
本発明の平板型冷却装置の使用方法は、本発明の平板型冷却装置を、受熱領域と放熱領域を結ぶ直線軸が、鉛直方向と垂直である第１の配置状態と、受熱領域と放熱領域を結ぶ直線軸が、鉛直方向と平行である第２の配置状態、との間で切り換えて使用する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の平板型冷却装置によれば、小型であって、冷却性能が向上した沸騰冷却方式の平板型冷却装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る平板型冷却装置の使用状態を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る平板型冷却装置の構成を示す図であり、（ａ）は上面透視図、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は（ｂ）中のＣ−Ｃ線断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る平板型冷却装置の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る平板型冷却装置の使用方法について説明するための平板型冷却装置の模式的な断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る平板型冷却装置の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る平板型冷却装置の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る平板型冷却装置の構成を示す図であり、（ａ）は上面透視図、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）中のＣ−Ｃ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る平板型冷却装置１００の使用状態を模式的に示す斜視図である。平板型冷却装置１００は冷媒が封入された平板状容器を有する。冷媒に低沸点の材料を用い、平板状容器に冷媒を注入した後に真空排気することにより、平板状容器の内部を常に冷媒の飽和蒸気圧に維持することができる。図１中の点線は、冷媒の液相と気相の界面を模式的に示したものである。
【００１５】
平板型冷却装置１００を構成する平板状容器の外面に、発熱体５００および放熱フィンなどからなる放熱部６００を熱的に接続して使用する。発熱体５００からの熱量が平板状容器を介して冷媒に伝達され、冷媒が気化する。このとき、発熱体５００からの熱量は気化熱として冷媒に奪われるため、発熱体５００の温度上昇が抑制される。気化した冷媒は平板状容器の内部を放熱部６００側に拡散し、放熱部６００の放熱フィン等を用いて放熱し、凝縮する。このように、平板型冷却装置１００は冷媒の気化と凝縮のサイクルによって熱の輸送・放熱を行う沸騰冷却方式を用いた構成である。
【００１６】
なお、図１では、発熱体５００と放熱部６００がいずれも平板型冷却装置１００の一方の面に配置された場合を示したが、これに限らず、対向する面にそれぞれ配置することとしてもよい。また、放熱部６００を構成する放熱フィンの向きも図１に示したものに限らない。
【００１７】
平板型冷却装置１００の構成について、図２を用いてさらに詳細に説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係る平板型冷却装置１００の構成を示す図であり、（ａ）は上面透視図、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は（ｂ）中のＣ−Ｃ線断面図である。平板型冷却装置１００は、第１の平板１１１と、第１の平板１１１に対向する第２の平板１１２と、第１の平板１１１と第２の平板１１２を接続する枠体部１１３とを備えた平板状容器１１０を有する。この平板状容器１１０には冷媒１２０が封入されている。そして、平板状容器１１０の内部に、第１の平板１１１と第２の平板１１２を接続し、平板状容器１１０内の冷媒１２０の流路を制御する流路壁１３０を備える。
【００１８】
図２（ｂ）に示すように、平板状容器１１０は第１の平板１１１および第２の平板１１２の少なくとも一方に配置される発熱体５００と熱的に接続する受熱領域１４０を有する。また、平板状容器１１０は第１の平板１１１および第２の平板１１２の少なくとも一方に配置される放熱部６００と熱的に接続する放熱領域１５０を有する。そして、放熱領域１５０は、放熱領域１５０における冷媒１２０の流路である溝状流路１６２を構成する複数の流路板１６０を備えた構成とした。これらの部材を構成する材料には、熱伝導特性に優れた金属、例えばアルミニウムなどを用いることができる。また、冷媒１２０としては例えば、絶縁性を有し不活性な材料であるハイドロフロロカーボンやハイドロフロロエーテルなどを用いることができる。
【００１９】
次に、本実施形態による平板型冷却装置１００の動作について、図２（ｂ）を用いて説明する。同図において、冷媒１２０の気相と液相の界面を点線で示す。すなわち、図面の上下方向が鉛直方向である。受熱領域１４０に存在する冷媒は発熱体５００から熱量を奪って気化し、平板状容器１１０の内部を流路壁１３０に沿って放熱領域１５０に向けて流動する。放熱領域１５０に達した気相の冷媒は、複数の流路板１６０の間に形成された開放端を備えた溝状流路１６２を通過し、溝状流路１６２内で冷却されて凝縮する。凝縮した冷媒は重力により溝状流路１６２内を降下し、液相の冷媒中に流入する。凝縮した冷媒（凝縮冷媒）は放熱領域１５０においてさらに冷却されて沈降し、充分冷却された状態で再び受熱領域１４０に還流する。これにより、冷却が不充分な凝縮冷媒と、充分に冷却された凝縮冷媒を分離することができる。
【００２０】
ここで、放熱領域１５０における冷却性能は主として、冷媒が気相から液相に相変化する際の凝縮熱伝達により決定される。これは、相変化の際に生じる潜熱による熱移動量の方が、液相状態の冷媒の温度差により放熱する顕熱による熱移動量に比べて数倍大きいためである。したがって、放熱領域１５０の表面積を有効に使って気相状態の冷媒（気相冷媒）を凝縮させた方が、沸騰冷却方式を用いた平板型冷却装置（「平板型沸騰冷却装置」とも言う）の冷却性能を向上させることができる。
【００２１】
上述したように、本実施形態による平板型冷却装置１００には、放熱領域１５０に複数の流路板１６０によって冷媒の流路（溝状流路１６２）が構成されている。そのため、放熱領域１５０における気相冷媒に対する流通抵抗が増大するので、各溝状流路１６２に均一に気相冷媒を流入させることができる。さらに、気相冷媒を複数の溝状流路１６２に分岐することによって、各溝状流路１６２に流れる気相冷媒の流動速度を低下させることができる。それによって、冷媒１２０と放熱部６００との熱交換効率を向上させることが可能となる。このように、本実施形態による平板型冷却装置１００によれば、放熱領域１５０の表面積を有効に使って気相冷媒を凝縮させることができるので、平板型冷却装置の冷却性能を向上させることができる。
【００２２】
さらに本実施形態においては、流路壁１３０を設けることによって、平板状容器１１０を構成する第１の平板１１１および第２の平板１１２と平行な面内において、冷却が不充分な凝縮冷媒と、充分に冷却された凝縮冷媒を分離する構成としている。そのため、背景技術で説明した関連する沸騰冷却装置のように、外壁面と平行に積層した流路を構成する必要がないので、平板型冷却装置１００の小型化、薄型化を図ることができる。
【００２３】
このように、本実施形態によれば、小型であって、冷却性能が向上した沸騰冷却方式の平板型冷却装置が得られる。
【００２４】
次に、図３を用いて平板型冷却装置１００の構成について、さらに詳細に説明する。図３は、本発明の第１の実施形態に係る平板型冷却装置１００の構成を示す断面図であり、図２（ｂ）と同じ断面を示す。
【００２５】
図３に示すように、放熱領域１５０は流路板１６０の延伸方向の端部と枠体部１１３との間の領域である冷媒導入領域１５２を備える。ここで冷媒導入領域１５２は、各溝状流路１６２に対して、ヘッダまたはフッタとして機能する。そして、冷媒導入領域１５２の延伸方向に垂直な断面積が、流路板１６０で構成される各溝状流路１６２の延伸方向に垂直な断面積の合計よりも大きくなるように構成することができる。この場合、溝状流路１６２を流れる気相冷媒に対する流通抵抗を、冷媒導入領域１５２を流れる気相冷媒に対する流通抵抗よりもが増大させることができる。これにより、各溝状流路１６２に均一に気相冷媒を流入させ、各溝状流路１６２に流れる気相冷媒の流動速度を低下させる、という上述した効果を、より顕著に得ることができる。ここで、各溝状流路１６２の延伸方向に垂直な断面積の合計は、冷媒導入領域１５２の延伸方向に垂直な断面積の例えば３０％以下とし、また、各溝状流路１６２の幅は約２ｍｍから５ｍｍ程度とすることができる。
【００２６】
また、流路壁１３０は、受熱領域１４０と放熱領域１５０の間に配置することが望ましい。そして、第１の平板１１１（または第２の平板１１２）と平行な平面による断面形状が、受熱領域１４０と放熱領域１５０を結びかつ第１の平板１１１の一辺に平行な直線（図３中の直線ＤＤ）に対して傾斜して配置した傾斜壁部１３２を有する構成とすることができる。これにより、受熱領域１４０で発生した気相冷媒を放熱領域１５０に向けて円滑に流動させることができる（図３中の矢印Ａ）。すなわち、平板型沸騰冷却装置における気相冷媒の循環系において、流路断面積の急激な変化があると流通抵抗が増大する。その結果、内圧が上昇するので液相冷媒の沸点が上昇し、冷却性能の低下を引き起こすことになる。それに対して、テーパ状の傾斜壁部１３２を備えた流路壁１３０とすることにより、気相冷媒の流路における流通面積の急激な変化は生じなくなるので、冷却性能の低下を回避することができる。
【００２７】
次に、本実施形態による平板型冷却装置１００の使用方法について説明する。図４は、本実施形態による平板型冷却装置１００の使用方法を説明するための平板型冷却装置１００の模式的な断面図である。これまでの説明では図４（ａ）に示すように、受熱領域１４０と放熱領域１５０を結ぶ直線軸ＤＤが、鉛直方向と垂直である配置状態（第１の配置状態）で平板型冷却装置１００を使用する場合について示した。しかし、本実施形態の平板型冷却装置１００では、図４（ｂ）に示すように、受熱領域１４０と放熱領域１５０を結ぶ直線軸ＤＤが、鉛直方向と平行である配置状態（第２の配置状態）においても使用することができる。すなわち、本実施形態の平板型冷却装置１００は、第１の配置状態と第２の配置状態との間で切り換えて使用することが可能である。また、図４（ｃ）に示すように、図４（ａ）に示した場合と１８０度回転した配置状態においても使用することができる。
【００２８】
これは第２の配置状態（図４（ｂ））および図４（ｃ）の配置状態においても、流路壁１３０と流路板１６０が配置されることにより冷媒が循環する流路１７０が形成されるからである。すなわち、この場合においても受熱領域１４０には常に、凝縮後に充分冷却された冷媒が供給されるので、平板型冷却装置１００の冷却性能を向上させることができる。
【００２９】
このとき、流路板１６０は、受熱領域１４０と放熱領域１５０を結びかつ第１の平板１１１の一辺に平行な直線と垂直な方向に対して傾斜して配置されることが望ましい。また、流路壁１３０は、第１の平板１１１と平行な平面による断面形状が、受熱領域１４０と放熱領域１５０を結びかつ第１の平板１１１の一辺に平行な直線に対して非対称な構造を有することが望ましい。このような構成とすることにより、流路板１６０に沿って液相冷媒が降下し、流路壁１３０の長さの相違により冷媒の流通抵抗に差が生じるため、冷媒の循環を促進することができ、平板型冷却装置１００の冷却性能をさらに向上させることができる。
【００３０】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図５は、本発明の第２の実施形態に係る平板型冷却装置２００の構成を示す断面図であり、図２（ｂ）と同じ断面を示す。平板型冷却装置２００は、第１の平板１１１と、第１の平板１１１に対向する第２の平板１１２と、第１の平板１１１と第２の平板１１２を接続する枠体部１１３とを備えた平板状容器１１０を有する。この平板状容器１１０には冷媒１２０が封入されている。そして、平板状容器１１０の内部に、第１の平板１１１と第２の平板１１２を接続し、平板状容器１１０内の冷媒１２０の流路を制御する流路壁１３０を備える。
【００３１】
平板状容器１１０は第１の平板１１１および第２の平板１１２の少なくとも一方に配置される発熱体５００と熱的に接続する受熱領域１４０を有する。また、平板状容器１１０は第１の平板１１１および第２の平板１１２の少なくとも一方に配置される放熱部６００と熱的に接続する放熱領域１５０を有する。そして、放熱領域１５０は、放熱領域１５０における冷媒１２０の流路である溝状流路１６２を構成する複数の流路板１６０を備えた構成とした。
【００３２】
これまでの構成は第１の実施形態による平板型冷却装置１００と同じである。本実施形態の平板型冷却装置２００は、受熱領域１４０または放熱領域１５０に凹凸構造を有する粗面領域２４０（２５０）を備える構成とした点が第１の実施形態による平板型冷却装置１００と異なる。
【００３３】
ここで粗面領域２４０（２５０）は、平板状容器１１０の内面に形成された凹凸構造を有し、この凹凸構造が受熱領域１４０では冷媒の気泡の発生核となり、放熱領域１５０においては気泡の凝縮核となる。そのため、冷媒の相変化が活発化し、冷却性能をさらに増大させることができる。
【００３４】
この凹凸構造の大きさは、冷媒の表面張力などの物性値と発熱体の発熱量によって最適な値が定められる。例えば、絶縁性を有し不活性な材料であるハイドロフロロカーボンやハイドロフロロエーテルなどを冷媒として用いる場合、最適な気泡核の大きさは中心線平均粗さでサブミクロンから約１００μｍ程度の範囲になる。そのため、砥粒やサンドブラストなどを用いた機械加工や、めっきなどの化学処理を行うことにより同程度の大きさの凹凸構造を形成することができる。
【００３５】
図５では、受熱領域１４０およびその周辺領域および放熱領域１５０に粗面領域２４０（２５０）を備えた構成を示したが、少なくとも受熱領域１４０を含む領域に粗面領域２４０を形成することにより、冷却性能が増大する効果が得られる。なお、受熱領域１４０と放熱領域１５０の間の流路壁１３０が形成された領域には、粗面領域を形成しない構成とすることが望ましい。その理由は、流路壁１３０が形成された領域に粗面領域が存在すると、気相の冷媒が放熱領域１５０に到達する前に凝縮液化してしまう可能性が生じ、放熱領域１５０における効率的な放熱を妨げる恐れがあるからである。
【００３６】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図６は、本発明の第３の実施形態に係る平板型冷却装置３００の構成を示す断面図であり、図２（ｂ）と同じ断面を示す。平板型冷却装置３００は、第１の平板１１１と、第１の平板１１１に対向する第２の平板１１２と、第１の平板１１１と第２の平板１１２を接続する枠体部１１３とを備えた平板状容器１１０を有する。この平板状容器１１０には冷媒１２０が封入されている。そして、平板状容器１１０の内部に、第１の平板１１１と第２の平板１１２を接続し、平板状容器１１０内の冷媒１２０の流路を制御する流路壁１３０を備える。
【００３７】
平板状容器１１０は第１の平板１１１および第２の平板１１２の少なくとも一方に配置される発熱体５００と熱的に接続する受熱領域１４０を有する。また、平板状容器１１０は第１の平板１１１および第２の平板１１２の少なくとも一方に配置される放熱部６００と熱的に接続する放熱領域１５０を有する。そして、放熱領域１５０は、放熱領域１５０における冷媒１２０の流路である溝状流路１６２を構成する複数の流路板１６０を備えた構成とした。
【００３８】
これまでの構成は第１の実施形態による平板型冷却装置１００と同じである。本実施形態の平板型冷却装置３００は、受熱領域１４０に、受熱領域１４０における冷媒１２０の循環を促進する複数の板状部３４０を備えた構成とした点が第１の実施形態による平板型冷却装置１００と異なる。
【００３９】
板状部３４０は例えばフィン形状とすることができ、受熱領域１４０において発生した冷媒の気泡が浮力により放熱領域１５０に移動する際に、対流熱伝達を促進する効果を有する。さらに、板状部３４０により冷媒の気液二相流が発生しやすくなるため、体積あたりの熱輸送量を増加させることができる。ここで気液二相流とは、気相と液相の二相が混在した状態で流れることを言う。このように、本実施形態の平板型冷却装置３００によれば、冷却性能をさらに向上させることができる。
【００４０】
〔第４の実施形態〕
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図７は、本発明の第４の実施形態に係る平板型冷却装置４００の構成を示す図であり、（ａ）は上面透視図、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）中のＣ−Ｃ線断面図である。平板型冷却装置４００は、平板状容器１１０を構成する第１の平板１１１および第２の平板１１２の少なくとも一方に配置された放熱容器４５０をさらに有する構成とした点において、第１の実施形態による平板型冷却装置１００と異なる。
【００４１】
放熱容器４５０は、冷媒の流路を構成する放熱部流路４６０と、放熱部流路４６０に冷媒を導入する放熱部導入領域４５２を備える。ここで放熱部導入領域４５２は、放熱部流路４６０に対して、ヘッダまたはフッタとして機能する。また、図７（ｃ）に示すように、放熱部流路４６０の間に放熱フィン部４６２を配置することとしてもよい。放熱フィン部４６２により放熱部流路４６０を流動する冷媒の放熱をさらに促進することができる。
【００４２】
平板型冷却装置４００においては、放熱部導入領域４５２が平板状容器１１０ではなく放熱容器４５０に設けられている。そのため、平板状容器１１０の内容積を増加させることができる。その結果、平板状容器１１０内の飽和蒸気圧は減少するので、冷媒の沸点を下げることができ、平板型沸騰冷却装置の冷却性能をさらに向上させることができる。
【００４３】
なお、ヘッダおよびフッタとして機能する二個の放熱部導入領域４５２を、図７（ｂ）に示すように、受熱領域１４０と放熱領域１５０を結ぶ直線（図７（ｂ）中の直線ＤＤ）に対して非対称となる位置にそれぞれ配置することとしてもよい。この場合は、放熱部導入領域４５２間の放熱部流路４６０と流路壁１３０とにより冷媒が循環する流路が形成される。その結果、受熱領域１４０と放熱領域１５０を結ぶ直線ＤＤが、鉛直方向と垂直である配置状態（第１の配置状態）、鉛直方向と平行である配置状態（第２の配置状態）、および第１の配置状態と１８０度回転した配置状態においても使用することができる。
【００４４】
本発明は上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００４５】
１００、２００、３００、４００ 平板型冷却装置
１１０ 平板状容器
１１１ 第１の平板
１１２ 第２の平板
１１３ 枠体部
１２０ 冷媒
１３０ 流路壁
１３２ 傾斜壁部
１４０ 受熱領域
１５０ 放熱領域
１５２ 冷媒導入領域
１６０ 流路板
１６２ 溝状流路
１７０ 流路
２４０、２５０ 粗面領域
３４０ 板状部
４５０ 放熱容器
４５２ 放熱部導入領域
４６０ 放熱部流路
４６２ 放熱フィン部
５００ 発熱体
６００ 放熱部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置や電子機器などの冷却装置に関し、特に、冷媒の気化と凝縮のサイクルによって熱の輸送・放熱を行う沸騰冷却方式を用いた平板型冷却装置及びその使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置や電子機器などの高性能化、高機能化に伴い、それらの発熱量も増大している。一方、携帯機器の普及等により半導体装置や電子機器などの小型化が進んでいる。このような背景から、高効率で小型の冷却装置が求められている。冷媒の気化と凝縮のサイクルによって熱の輸送・放熱を行う沸騰冷却方式を用いた冷却装置は、ポンプなどの駆動部を必要としない。そのため小型化に適していることから、半導体装置や電子機器などの冷却装置として期待されている。
【０００３】
このような沸騰冷却方式を用いた冷却装置（以下では、「沸騰冷却装置」とも言う）の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された関連する沸騰冷却装置は、発熱体の熱を受ける液体冷媒を内部に貯留する冷媒貯留部と、冷媒貯留部に接続され、蒸発した冷媒蒸気を凝縮する凝縮部とを有する。冷媒貯留部と凝縮部はそれぞれ直方体状である金属性の筐体から構成される。関連する沸騰冷却装置は、冷媒貯留部および凝縮部の内部を複数の通路に区画する一対の通路形成板を備え、これによって冷媒貯留部に第１冷媒通路と第２冷媒通路が、凝縮部に第３冷媒通路と第４冷媒通路が形成される。さらに凝縮部は、内部を冷却流体が流通する中空板状の凝縮管を備え、凝縮管は冷媒蒸気の流れ方向に対し傾斜して配置した構成としている。
【０００４】
そして関連する沸騰冷却装置によれば、凝縮管が傾斜して配置されていることから、冷媒蒸気が凝縮管の表面を円滑に流動することが可能となり、凝縮管による冷媒蒸気の凝縮能力を向上させることができる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２３６７９２号公報（段落「００２５」〜「００４２」）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように関連する沸騰冷却装置では、通路形成板によって、液体冷媒の沸騰により生じた冷媒の気泡および冷媒蒸気が流動する第１および第３冷媒通路と、凝縮管において凝縮された冷媒が流動する第２および第４冷媒通路が形成される。そして、第１冷媒通路と第２冷媒通路、および第３冷媒通路と第４冷媒通路はそれぞれ、筐体の外壁面と平行に積層して構成される。そのため、関連する沸騰冷却装置の厚さが増大し、装置が大型化してしまう、という問題があった。
【０００７】
このように、関連する沸騰冷却装置においては、冷却性能の向上を図ると、装置が大型化してしまう、という問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、上述した課題である、沸騰冷却方式を用いた冷却装置においては、冷却性能の向上を図ると、装置が大型化してしまう、という課題を解決する平板型冷却装置及びその使用方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の平板型冷却装置は、第１の平板と、第１の平板に対向する第２の平板と、第１の平板と第２の平板を接続する枠体部とを備えた平板状容器と、平板状容器に封入された冷媒と、第１の平板と第２の平板を接続し、平板状容器内の冷媒の流路を制御する流路壁、とを有し、平板状容器は、第１の平板および第２の平板の少なくとも一方に配置される発熱体と熱的に接続する受熱領域と、第１の平板および第２の平板の少なくとも一方に配置される放熱部と熱的に接続する放熱領域、とを備え、放熱領域は、放熱領域における冷媒の流路を構成する複数の流路板を有する。
【００１０】
本発明の平板型冷却装置の使用方法は、本発明の平板型冷却装置を、受熱領域と放熱領域を結ぶ直線軸が、鉛直方向と垂直である第１の配置状態と、受熱領域と放熱領域を結ぶ直線軸が、鉛直方向と平行である第２の配置状態、との間で切り換えて使用する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の平板型冷却装置によれば、小型であって、冷却性能が向上した沸騰冷却方式の平板型冷却装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る平板型冷却装置の使用状態を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る平板型冷却装置の構成を示す図であり、（ａ）は上面透視図、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は（ｂ）中のＣ−Ｃ線断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る平板型冷却装置の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る平板型冷却装置の使用方法について説明するための平板型冷却装置の模式的な断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る平板型冷却装置の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る平板型冷却装置の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る平板型冷却装置の構成を示す図であり、（ａ）は上面透視図、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）中のＣ−Ｃ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る平板型冷却装置１００の使用状態を模式的に示す斜視図である。平板型冷却装置１００は冷媒が封入された平板状容器を有する。冷媒に低沸点の材料を用い、平板状容器に冷媒を注入した後に真空排気することにより、平板状容器の内部を常に冷媒の飽和蒸気圧に維持することができる。図１中の点線は、冷媒の液相と気相の界面を模式的に示したものである。
【００１５】
平板型冷却装置１００を構成する平板状容器の外面に、発熱体５００および放熱フィンなどからなる放熱部６００を熱的に接続して使用する。発熱体５００からの熱量が平板状容器を介して冷媒に伝達され、冷媒が気化する。このとき、発熱体５００からの熱量は気化熱として冷媒に奪われるため、発熱体５００の温度上昇が抑制される。気化した冷媒は平板状容器の内部を放熱部６００側に拡散し、放熱部６００の放熱フィン等を用いて放熱し、凝縮する。このように、平板型冷却装置１００は冷媒の気化と凝縮のサイクルによって熱の輸送・放熱を行う沸騰冷却方式を用いた構成である。
【００１６】
なお、図１では、発熱体５００と放熱部６００がいずれも平板型冷却装置１００の一方の面に配置された場合を示したが、これに限らず、対向する面にそれぞれ配置することとしてもよい。また、放熱部６００を構成する放熱フィンの向きも図１に示したものに限らない。
【００１７】
平板型冷却装置１００の構成について、図２を用いてさらに詳細に説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係る平板型冷却装置１００の構成を示す図であり、（ａ）は上面透視図、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は（ｂ）中のＣ−Ｃ線断面図である。平板型冷却装置１００は、第１の平板１１１と、第１の平板１１１に対向する第２の平板１１２と、第１の平板１１１と第２の平板１１２を接続する枠体部１１３とを備えた平板状容器１１０を有する。この平板状容器１１０には冷媒１２０が封入されている。そして、平板状容器１１０の内部に、第１の平板１１１と第２の平板１１２を接続し、平板状容器１１０内の冷媒１２０の流路を制御する流路壁１３０を備える。
【００１８】
図２（ｂ）に示すように、平板状容器１１０は第１の平板１１１および第２の平板１１２の少なくとも一方に配置される発熱体５００と熱的に接続する受熱領域１４０を有する。また、平板状容器１１０は第１の平板１１１および第２の平板１１２の少なくとも一方に配置される放熱部６００と熱的に接続する放熱領域１５０を有する。そして、放熱領域１５０は、放熱領域１５０における冷媒１２０の流路である溝状流路１６２を構成する複数の流路板１６０を備えた構成とした。これらの部材を構成する材料には、熱伝導特性に優れた金属、例えばアルミニウムなどを用いることができる。また、冷媒１２０としては例えば、絶縁性を有し不活性な材料であるハイドロフロロカーボンやハイドロフロロエーテルなどを用いることができる。
【００１９】
次に、本実施形態による平板型冷却装置１００の動作について、図２（ｂ）を用いて説明する。同図において、冷媒１２０の気相と液相の界面を点線で示す。すなわち、図面の上下方向が鉛直方向である。受熱領域１４０に存在する冷媒は発熱体５００から熱量を奪って気化し、平板状容器１１０の内部を流路壁１３０に沿って放熱領域１５０に向けて流動する。放熱領域１５０に達した気相の冷媒は、複数の流路板１６０の間に形成された開放端を備えた溝状流路１６２を通過し、溝状流路１６２内で冷却されて凝縮する。凝縮した冷媒は重力により溝状流路１６２内を降下し、液相の冷媒中に流入する。凝縮した冷媒（凝縮冷媒）は放熱領域１５０においてさらに冷却されて沈降し、充分冷却された状態で再び受熱領域１４０に還流する。これにより、冷却が不充分な凝縮冷媒と、充分に冷却された凝縮冷媒を分離することができる。
【００２０】
ここで、放熱領域１５０における冷却性能は主として、冷媒が気相から液相に相変化する際の凝縮熱伝達により決定される。これは、相変化の際に生じる潜熱による熱移動量の方が、液相状態の冷媒の温度差により放熱する顕熱による熱移動量に比べて数倍大きいためである。したがって、放熱領域１５０の表面積を有効に使って気相状態の冷媒（気相冷媒）を凝縮させた方が、沸騰冷却方式を用いた平板型冷却装置（「平板型沸騰冷却装置」とも言う）の冷却性能を向上させることができる。
【００２１】
上述したように、本実施形態による平板型冷却装置１００には、放熱領域１５０に複数の流路板１６０によって冷媒の流路（溝状流路１６２）が構成されている。そのため、放熱領域１５０における気相冷媒に対する流通抵抗が増大するので、各溝状流路１６２に均一に気相冷媒を流入させることができる。さらに、気相冷媒を複数の溝状流路１６２に分岐することによって、各溝状流路１６２に流れる気相冷媒の流動速度を低下させることができる。それによって、冷媒１２０と放熱部６００との熱交換効率を向上させることが可能となる。このように、本実施形態による平板型冷却装置１００によれば、放熱領域１５０の表面積を有効に使って気相冷媒を凝縮させることができるので、平板型冷却装置の冷却性能を向上させることができる。
【００２２】
さらに本実施形態においては、流路壁１３０を設けることによって、平板状容器１１０を構成する第１の平板１１１および第２の平板１１２と平行な面内において、冷却が不充分な凝縮冷媒と、充分に冷却された凝縮冷媒を分離する構成としている。そのため、背景技術で説明した関連する沸騰冷却装置のように、外壁面と平行に積層した流路を構成する必要がないので、平板型冷却装置１００の小型化、薄型化を図ることができる。
【００２３】
このように、本実施形態によれば、小型であって、冷却性能が向上した沸騰冷却方式の平板型冷却装置が得られる。
【００２４】
次に、図３を用いて平板型冷却装置１００の構成について、さらに詳細に説明する。図３は、本発明の第１の実施形態に係る平板型冷却装置１００の構成を示す断面図であり、図２（ｂ）と同じ断面を示す。
【００２５】
図３に示すように、放熱領域１５０は流路板１６０の延伸方向の端部と枠体部１１３との間の領域である冷媒導入領域１５２を備える。ここで冷媒導入領域１５２は、各溝状流路１６２に対して、ヘッダまたはフッタとして機能する。そして、冷媒導入領域１５２の延伸方向に垂直な断面積が、流路板１６０で構成される各溝状流路１６２の延伸方向に垂直な断面積の合計よりも大きくなるように構成することができる。この場合、溝状流路１６２を流れる気相冷媒に対する流通抵抗を、冷媒導入領域１５２を流れる気相冷媒に対する流通抵抗よりもが増大させることができる。これにより、各溝状流路１６２に均一に気相冷媒を流入させ、各溝状流路１６２に流れる気相冷媒の流動速度を低下させる、という上述した効果を、より顕著に得ることができる。ここで、各溝状流路１６２の延伸方向に垂直な断面積の合計は、冷媒導入領域１５２の延伸方向に垂直な断面積の例えば３０％以下とし、また、各溝状流路１６２の幅は約２ｍｍから５ｍｍ程度とすることができる。
【００２６】
また、流路壁１３０は、受熱領域１４０と放熱領域１５０の間に配置することが望ましい。そして、第１の平板１１１（または第２の平板１１２）と平行な平面による断面形状が、受熱領域１４０と放熱領域１５０を結びかつ第１の平板１１１の一辺に平行な直線（図３中の直線ＤＤ）に対して傾斜して配置した傾斜壁部１３２を有する構成とすることができる。これにより、受熱領域１４０で発生した気相冷媒を放熱領域１５０に向けて円滑に流動させることができる（図３中の矢印Ａ）。すなわち、平板型沸騰冷却装置における気相冷媒の循環系において、流路断面積の急激な変化があると流通抵抗が増大する。その結果、内圧が上昇するので液相冷媒の沸点が上昇し、冷却性能の低下を引き起こすことになる。それに対して、テーパ状の傾斜壁部１３２を備えた流路壁１３０とすることにより、気相冷媒の流路における流通面積の急激な変化は生じなくなるので、冷却性能の低下を回避することができる。
【００２７】
次に、本実施形態による平板型冷却装置１００の使用方法について説明する。図４は、本実施形態による平板型冷却装置１００の使用方法を説明するための平板型冷却装置１００の模式的な断面図である。これまでの説明では図４（ａ）に示すように、受熱領域１４０と放熱領域１５０を結ぶ直線軸ＤＤが、鉛直方向と垂直である配置状態（第１の配置状態）で平板型冷却装置１００を使用する場合について示した。しかし、本実施形態の平板型冷却装置１００では、図４（ｂ）に示すように、受熱領域１４０と放熱領域１５０を結ぶ直線軸ＤＤが、鉛直方向と平行である配置状態（第２の配置状態）においても使用することができる。すなわち、本実施形態の平板型冷却装置１００は、第１の配置状態と第２の配置状態との間で切り換えて使用することが可能である。また、図４（ｃ）に示すように、図４（ａ）に示した場合と１８０度回転した配置状態においても使用することができる。
【００２８】
これは第２の配置状態（図４（ｂ））および図４（ｃ）の配置状態においても、流路壁１３０と流路板１６０が配置されることにより冷媒が循環する流路１７０が形成されるからである。すなわち、この場合においても受熱領域１４０には常に、凝縮後に充分冷却された冷媒が供給されるので、平板型冷却装置１００の冷却性能を向上させることができる。
【００２９】
このとき、流路板１６０は、受熱領域１４０と放熱領域１５０を結びかつ第１の平板１１１の一辺に平行な直線と垂直な方向に対して傾斜して配置されることが望ましい。また、流路壁１３０は、第１の平板１１１と平行な平面による断面形状が、受熱領域１４０と放熱領域１５０を結びかつ第１の平板１１１の一辺に平行な直線に対して非対称な構造を有することが望ましい。このような構成とすることにより、流路板１６０に沿って液相冷媒が降下し、流路壁１３０の長さの相違により冷媒の流通抵抗に差が生じるため、冷媒の循環を促進することができ、平板型冷却装置１００の冷却性能をさらに向上させることができる。
【００３０】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図５は、本発明の第２の実施形態に係る平板型冷却装置２００の構成を示す断面図であり、図２（ｂ）と同じ断面を示す。平板型冷却装置２００は、第１の平板１１１と、第１の平板１１１に対向する第２の平板１１２と、第１の平板１１１と第２の平板１１２を接続する枠体部１１３とを備えた平板状容器１１０を有する。この平板状容器１１０には冷媒１２０が封入されている。そして、平板状容器１１０の内部に、第１の平板１１１と第２の平板１１２を接続し、平板状容器１１０内の冷媒１２０の流路を制御する流路壁１３０を備える。
【００３１】
平板状容器１１０は第１の平板１１１および第２の平板１１２の少なくとも一方に配置される発熱体５００と熱的に接続する受熱領域１４０を有する。また、平板状容器１１０は第１の平板１１１および第２の平板１１２の少なくとも一方に配置される放熱部６００と熱的に接続する放熱領域１５０を有する。そして、放熱領域１５０は、放熱領域１５０における冷媒１２０の流路である溝状流路１６２を構成する複数の流路板１６０を備えた構成とした。
【００３２】
これまでの構成は第１の実施形態による平板型冷却装置１００と同じである。本実施形態の平板型冷却装置２００は、受熱領域１４０または放熱領域１５０に凹凸構造を有する粗面領域２４０（２５０）を備える構成とした点が第１の実施形態による平板型冷却装置１００と異なる。
【００３３】
ここで粗面領域２４０（２５０）は、平板状容器１１０の内面に形成された凹凸構造を有し、この凹凸構造が受熱領域１４０では冷媒の気泡の発生核となり、放熱領域１５０においては気泡の凝縮核となる。そのため、冷媒の相変化が活発化し、冷却性能をさらに増大させることができる。
【００３４】
この凹凸構造の大きさは、冷媒の表面張力などの物性値と発熱体の発熱量によって最適な値が定められる。例えば、絶縁性を有し不活性な材料であるハイドロフロロカーボンやハイドロフロロエーテルなどを冷媒として用いる場合、最適な気泡核の大きさは中心線平均粗さでサブミクロンから約１００μｍ程度の範囲になる。そのため、砥粒やサンドブラストなどを用いた機械加工や、めっきなどの化学処理を行うことにより同程度の大きさの凹凸構造を形成することができる。
【００３５】
図５では、受熱領域１４０およびその周辺領域および放熱領域１５０に粗面領域２４０（２５０）を備えた構成を示したが、少なくとも受熱領域１４０を含む領域に粗面領域２４０を形成することにより、冷却性能が増大する効果が得られる。なお、受熱領域１４０と放熱領域１５０の間の流路壁１３０が形成された領域には、粗面領域を形成しない構成とすることが望ましい。その理由は、流路壁１３０が形成された領域に粗面領域が存在すると、気相の冷媒が放熱領域１５０に到達する前に凝縮液化してしまう可能性が生じ、放熱領域１５０における効率的な放熱を妨げる恐れがあるからである。
【００３６】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図６は、本発明の第３の実施形態に係る平板型冷却装置３００の構成を示す断面図であり、図２（ｂ）と同じ断面を示す。平板型冷却装置３００は、第１の平板１１１と、第１の平板１１１に対向する第２の平板１１２と、第１の平板１１１と第２の平板１１２を接続する枠体部１１３とを備えた平板状容器１１０を有する。この平板状容器１１０には冷媒１２０が封入されている。そして、平板状容器１１０の内部に、第１の平板１１１と第２の平板１１２を接続し、平板状容器１１０内の冷媒１２０の流路を制御する流路壁１３０を備える。
【００３７】
平板状容器１１０は第１の平板１１１および第２の平板１１２の少なくとも一方に配置される発熱体５００と熱的に接続する受熱領域１４０を有する。また、平板状容器１１０は第１の平板１１１および第２の平板１１２の少なくとも一方に配置される放熱部６００と熱的に接続する放熱領域１５０を有する。そして、放熱領域１５０は、放熱領域１５０における冷媒１２０の流路である溝状流路１６２を構成する複数の流路板１６０を備えた構成とした。
【００３８】
これまでの構成は第１の実施形態による平板型冷却装置１００と同じである。本実施形態の平板型冷却装置３００は、受熱領域１４０に、受熱領域１４０における冷媒１２０の循環を促進する複数の板状部３４０を備えた構成とした点が第１の実施形態による平板型冷却装置１００と異なる。
【００３９】
板状部３４０は例えばフィン形状とすることができ、受熱領域１４０において発生した冷媒の気泡が浮力により放熱領域１５０に移動する際に、対流熱伝達を促進する効果を有する。さらに、板状部３４０により冷媒の気液二相流が発生しやすくなるため、体積あたりの熱輸送量を増加させることができる。ここで気液二相流とは、気相と液相の二相が混在した状態で流れることを言う。このように、本実施形態の平板型冷却装置３００によれば、冷却性能をさらに向上させることができる。
【００４０】
〔第４の実施形態〕
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図７は、本発明の第４の実施形態に係る平板型冷却装置４００の構成を示す図であり、（ａ）は上面透視図、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）中のＣ−Ｃ線断面図である。平板型冷却装置４００は、平板状容器１１０を構成する第１の平板１１１および第２の平板１１２の少なくとも一方に配置された放熱容器４５０をさらに有する構成とした点において、第１の実施形態による平板型冷却装置１００と異なる。
【００４１】
放熱容器４５０は、冷媒の流路を構成する放熱部流路４６０と、放熱部流路４６０に冷媒を導入する放熱部導入領域４５２を備える。ここで放熱部導入領域４５２は、放熱部流路４６０に対して、ヘッダまたはフッタとして機能する。また、図７（ｃ）に示すように、放熱部流路４６０の間に放熱フィン部４６２を配置することとしてもよい。放熱フィン部４６２により放熱部流路４６０を流動する冷媒の放熱をさらに促進することができる。
【００４２】
平板型冷却装置４００においては、放熱部導入領域４５２が平板状容器１１０ではなく放熱容器４５０に設けられている。そのため、平板状容器１１０の内容積を増加させることができる。その結果、平板状容器１１０内の飽和蒸気圧は減少するので、冷媒の沸点を下げることができ、平板型沸騰冷却装置の冷却性能をさらに向上させることができる。
【００４３】
なお、ヘッダおよびフッタとして機能する二個の放熱部導入領域４５２を、図７（ｂ）に示すように、受熱領域１４０と放熱領域１５０を結ぶ直線（図７（ｂ）中の直線ＤＤ）に対して非対称となる位置にそれぞれ配置することとしてもよい。この場合は、放熱部導入領域４５２間の放熱部流路４６０と流路壁１３０とにより冷媒が循環する流路が形成される。その結果、受熱領域１４０と放熱領域１５０を結ぶ直線ＤＤが、鉛直方向と垂直である配置状態（第１の配置状態）、鉛直方向と平行である配置状態（第２の配置状態）、および第１の配置状態と１８０度回転した配置状態においても使用することができる。
【００４４】
本発明は上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００４５】
１００、２００、３００、４００ 平板型冷却装置
１１０ 平板状容器
１１１ 第１の平板
１１２ 第２の平板
１１３ 枠体部
１２０ 冷媒
１３０ 流路壁
１３２ 傾斜壁部
１４０ 受熱領域
１５０ 放熱領域
１５２ 冷媒導入領域
１６０ 流路板
１６２ 溝状流路
１７０ 流路
２４０、２５０ 粗面領域
３４０ 板状部
４５０ 放熱容器
４５２ 放熱部導入領域
４６０ 放熱部流路
４６２ 放熱フィン部
５００ 発熱体
６００ 放熱部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の平板と、前記第１の平板に対向する第２の平板と、前記第１の平板と前記第２の平板を接続する枠体部とを備えた平板状容器と、
前記平板状容器に封入された冷媒と、
前記第１の平板と前記第２の平板を接続し、前記平板状容器内の前記冷媒の流路を制御する流路壁、とを有し、
前記平板状容器は、前記第１の平板および前記第２の平板の少なくとも一方に配置される発熱体と熱的に接続する受熱領域と、前記第１の平板および前記第２の平板の少なくとも一方に配置される放熱部と熱的に接続する放熱領域、とを備え、
前記放熱領域は、前記放熱領域における前記冷媒の流路を構成する複数の流路板を有する
平板型冷却装置。
【請求項２】
前記放熱領域は、前記流路板の延伸方向の端部と前記枠体部との間の領域である冷媒導入領域を備え、
前記冷媒導入領域の延伸方向に垂直な断面積が、前記流路板で構成される各流路の延伸方向に垂直な断面積の合計よりも大きい
請求項１に記載した平板型冷却装置。
【請求項３】
前記流路板は、前記受熱領域と前記放熱領域を結びかつ前記第１の平板の一辺に平行な直線と垂直な方向に対して傾斜して配置される
請求項１または２に記載した平板型冷却装置。
【請求項４】
前記流路壁は、前記受熱領域と前記放熱領域の間に配置され、
前記第１の平板と平行な平面による断面形状が、前記受熱領域と前記放熱領域を結びかつ前記第１の平板の一辺に平行な直線に対して傾斜して配置した傾斜壁部を有する
請求項１から３のいずれか一項に記載した平板型冷却装置。
【請求項５】
前記流路壁は、前記第１の平板と平行な平面による断面形状が、前記受熱領域と前記放熱領域を結びかつ前記第１の平板の一辺に平行な直線に対して非対称な構造を有する
請求項１から４のいずれか一項に記載した平板型冷却装置。
【請求項６】
前記平板状容器は、前記受熱領域に、凹凸構造を有する粗面領域を備える
請求項１から５のいずれか一項に記載した平板型冷却装置。
【請求項７】
前記平板状容器は、前記放熱領域に、凹凸構造を有する粗面領域を備える
請求項１から６のいずれか一項に記載した平板型冷却装置。
【請求項８】
前記受熱領域は、前記受熱領域における前記冷媒の循環を促進する複数の板状部を有する
請求項１から７のいずれか一項に記載した平板型冷却装置。
【請求項９】
前記第１の平板および前記第２の平板の少なくとも一方に配置された放熱容器をさらに有し、
前記放熱容器は、前記冷媒の流路を構成する放熱部流路と、
前記放熱部流路に前記冷媒を導入する放熱部導入領域を備える
請求項１から８のいずれか一項に記載した平板型冷却装置。
【請求項１０】
請求項１から９に記載した平板型冷却装置を、
前記受熱領域と前記放熱領域を結ぶ直線軸が、鉛直方向と垂直である第１の配置状態と、
前記受熱領域と前記放熱領域を結ぶ直線軸が、鉛直方向と平行である第２の配置状態、との間で切り換えて使用する
平板型冷却装置の使用方法。
【請求項１】
第１の平板と、前記第１の平板に対向する第２の平板と、前記第１の平板と前記第２の平板を接続する枠体部とを備えた平板状容器と、
前記平板状容器に封入された冷媒と、
前記第１の平板と前記第２の平板を接続し、前記平板状容器内の前記冷媒の流路を制御する流路壁、とを有し、
前記平板状容器は、前記第１の平板および前記第２の平板の少なくとも一方に配置される発熱体と熱的に接続する受熱領域と、前記第１の平板および前記第２の平板の少なくとも一方に配置される放熱部と熱的に接続する放熱領域、とを備え、
前記放熱領域は、前記放熱領域における前記冷媒の流路を構成する複数の流路板を有する
平板型冷却装置。
【請求項２】
前記放熱領域は、前記流路板の延伸方向の端部と前記枠体部との間の領域である冷媒導入領域を備え、
前記冷媒導入領域の延伸方向に垂直な断面積が、前記流路板で構成される各流路の延伸方向に垂直な断面積の合計よりも大きい
請求項１に記載した平板型冷却装置。
【請求項３】
前記流路板は、前記受熱領域と前記放熱領域を結びかつ前記第１の平板の一辺に平行な直線と垂直な方向に対して傾斜して配置される
請求項１または２に記載した平板型冷却装置。
【請求項４】
前記流路壁は、前記受熱領域と前記放熱領域の間に配置され、
前記第１の平板と平行な平面による断面形状が、前記受熱領域と前記放熱領域を結びかつ前記第１の平板の一辺に平行な直線に対して傾斜して配置した傾斜壁部を有する
請求項１から３のいずれか一項に記載した平板型冷却装置。
【請求項５】
前記流路壁は、前記第１の平板と平行な平面による断面形状が、前記受熱領域と前記放熱領域を結びかつ前記第１の平板の一辺に平行な直線に対して非対称な構造を有する
請求項１から４のいずれか一項に記載した平板型冷却装置。
【請求項６】
前記平板状容器は、前記受熱領域に、凹凸構造を有する粗面領域を備える
請求項１から５のいずれか一項に記載した平板型冷却装置。
【請求項７】
前記平板状容器は、前記放熱領域に、凹凸構造を有する粗面領域を備える
請求項１から６のいずれか一項に記載した平板型冷却装置。
【請求項８】
前記受熱領域は、前記受熱領域における前記冷媒の循環を促進する複数の板状部を有する
請求項１から７のいずれか一項に記載した平板型冷却装置。
【請求項９】
前記第１の平板および前記第２の平板の少なくとも一方に配置された放熱容器をさらに有し、
前記放熱容器は、前記冷媒の流路を構成する放熱部流路と、
前記放熱部流路に前記冷媒を導入する放熱部導入領域を備える
請求項１から８のいずれか一項に記載した平板型冷却装置。
【請求項１０】
請求項１から９に記載した平板型冷却装置を、
前記受熱領域と前記放熱領域を結ぶ直線軸が、鉛直方向と垂直である第１の配置状態と、
前記受熱領域と前記放熱領域を結ぶ直線軸が、鉛直方向と平行である第２の配置状態、との間で切り換えて使用する
平板型冷却装置の使用方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−６９７４０（Ｐ２０１３−６９７４０Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０５５１８（Ｐ２０１１−２０５５１８）
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の共同研究の成果に係る特許出願（独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「グリーンネットワーク・システム技術研究開発プロジェクト（グリーンＩＴプロジェクト）／エネルギー利用最適化データセンタ基盤技術の研究開発／最適抜熱方式の検討とシステム構成の開発／集熱沸騰冷却システムの開発」共同研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の共同研究の成果に係る特許出願（独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「グリーンネットワーク・システム技術研究開発プロジェクト（グリーンＩＴプロジェクト）／エネルギー利用最適化データセンタ基盤技術の研究開発／最適抜熱方式の検討とシステム構成の開発／集熱沸騰冷却システムの開発」共同研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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