沸騰冷却器

【課題】一体ろう付けを行う際に、溶けたろう材が放熱フィン１４に接触して放熱フィン１４の一部を溶かすことを防止できる沸騰冷却器を提供すること。
【解決手段】放熱チューブ１３の外表面にろう付けされる放熱フィン１４は、冷媒槽２を倒した状態で、且つ冷媒槽２に対し放熱部３を下向きにして、ヘッダ１２の長手方向を上下方向に向けた姿勢で一体ろう付けを行う場合に、最下段にくる放熱フィン１４Ａの両端部が両ヘッダ１２の壁面からそれぞれ隙間Ｓを設けて配置されている。この場合、最下段の放熱フィン１４Ａは、他の放熱フィン１４と同一フィンピッチで成形され、且つ他の放熱フィンより全長が短く設けられている。これにより、焼付け時に溶けたろう材がヘッダ１２を伝って下方へ流れ落ちた場合でも、溶けたろう材が最下段の放熱フィン１４Ａに接触することはなく、放熱フィン１４Ａが溶けるのを防止できる。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒の沸騰及び凝縮作用によって発熱体を冷却する沸騰冷却器に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、例えば電子機器等の発熱体を冷却するための沸騰冷却装置がある。この沸騰冷却装置は、液冷媒を貯留する冷媒槽と、この冷媒槽で発熱体の熱を受けて沸騰した冷媒蒸気を外部流体と熱交換させて放熱する放熱部とで構成され、一体ろう付けによって製造される場合が多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、一体ろう付けを行う場合、焼付け時に溶けたろう材が放熱フィンに触れると、放熱フィンの一部が溶けることがある。特に、放熱チューブと放熱フィンとを多段に重ねて放熱コアを構成している場合は、ろう材がヘッダを伝って下方へ流れていくため、焼付け時に最下段にくる放熱フィンが溶けやすくなるという問題が生じる。本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、一体ろう付けを行う際に、溶けたろう材が放熱フィンに接触して放熱フィンの一部を溶かすことを防止できる沸騰冷却器を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】（請求項１の手段）本発明の沸騰冷却器は、冷媒槽と放熱部とを一体ろう付けによって成形するが、冷媒槽の上側に放熱部が直立した姿勢（ヘッダの長手方向が上下方向を向いた姿勢）でろう付けを行うと、ろう付け時に冷却器の内部で溶けたろう材が冷媒槽の内部へ流れ込み、冷媒室の一部を埋めてしまう恐れがある。そこで、溶けたろう材が冷媒槽の内部へ流れ込むのを防止するためには、放熱部が直立した姿勢で、その放熱部の上側に冷媒槽を置いた姿勢でろう付けを行う方が有効である。
【０００５】前記の姿勢（冷媒槽を放熱部の上に置いた姿勢）でろう付けを行う場合、請求項１の構成では、冷媒槽から最も離れた位置にある放熱フィン、即ち最下段にくる放熱フィンが、放熱チューブの長手方向でヘッダとの間に隙間を設けて配置されているため、溶けたろう材がヘッダを伝って下方へ流れても最下段の放熱フィンに接触することはなく、最下段の放熱フィンが溶けるのを防止できる。
【０００６】（請求項２の手段）請求項１の手段に記載した場合とは逆に、ろう付け時に冷却器の内部で溶けたろう材が放熱部（特にヘッダ内に開口する放熱チューブの開口端部）へ流れ込むことを防ぎたい場合は、冷媒槽の上側に放熱部を直立した姿勢でろう付けを行う方が有効である。この姿勢で一体ろう付けを行う場合、請求項２の構成では、冷媒槽に最も近い位置にある放熱フィン、即ち最下段にくる放熱フィンが、放熱チューブの長手方向でヘッダとの間に隙間を設けて配置されているため、溶けたろう材がヘッダを伝って下方へ流れても最下段の放熱フィンに接触することはなく、最下段の放熱フィンが溶けるのを防止できる。
【０００７】（請求項３の手段）本発明では、ヘッダの長手方向で冷媒槽から最も離れた位置にある放熱フィン及び冷媒槽に最も近い位置にある放熱フィンは、各々放熱チューブの長手方向でヘッダとの間に隙間を設けて配置されている。この場合、請求項１の手段及び請求項２の手段に記載したどちらの姿勢で一体ろう付けを行う場合にも対応できる。
【０００８】（請求項４の手段）ヘッダとの間に隙間を設けて配置される放熱フィンは、他の放熱フィンと同一フィンピッチで成形され、且つ他の放熱フィンより全長が短く設けられている。この場合、ヘッダとの間に隙間を設けて配置される放熱フィンだけを特別に成形する必要はなく、他の放熱フィンと同じフィンピッチで成形した後、全長だけを短く切断するだけで良い。
【０００９】（請求項５の手段）ヘッダとの間に隙間を設けて配置される放熱フィンは、他の放熱フィンよりフィンピッチが小さく設けられ、且つ他の放熱フィンと略同数のフィン山数が確保されている。この場合、ヘッダとの間に隙間を設けて配置される放熱フィンの全長が他の放熱フィンより短くても、フィン山数が略同数であることから、他の放熱フィンと同等のフィン面積を確保することができる。
【００１０】（請求項６の手段）本発明では、ヘッダとの間に隙間を設けて配置される放熱フィンの位置決めを行う位置決め手段を設けている。この場合、位置決め手段によって放熱フィンを位置決めすることにより、放熱フィンとヘッダとの間の隙間を一定に保つことができ、且つろう付け時に放熱フィンがずれることを防止できるため、放熱フィンとヘッダとの間の隙間を確実に確保することができる。
【００１１】（請求項７の手段）放熱フィンとヘッダとの間に設けられる隙間に冷却ファンの取付け部を設けたことを特徴とする。この場合、放熱フィンとヘッダとの間に設けた隙間を冷却ファンの取付け部として有効に利用できる。
【００１２】（請求項８の手段）請求項１〜７に記載した沸騰冷却器は、発熱体としてプリント基板に配置されたコンピュータチップ（例えばＣＰＵ）を冷却するものである。この場合、放熱部を冷媒槽の他方側の表面上に設けているので、放熱部がプリント基板と干渉することはない。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）図１は沸騰冷却器１の斜視図である。本実施例の沸騰冷却器１は、図１に示すように、内部に液冷媒（例えば、水、アルコール、フロロカーボン、フロン等）を貯留する冷媒槽２と、この冷媒槽２で発熱体の熱を受けて沸騰した冷媒蒸気を外部流体（例えば外気）との熱交換によって液化する放熱部３とから構成され、一体ろう付けによって製造される。
【００１４】ａ）冷媒槽２は、箱状の薄型容器２Ａと、この薄型容器２Ａの開口面を塞ぐ蓋プレート２Ｂとから成り、外形が薄型の直方体に設けられている。薄型容器２Ａと蓋プレート２Ｂは、共に熱伝導性に優れる金属材料（例えばアルミニウム）で構成されている。この冷媒槽２は、図２に示すように、略直立した姿勢で使用され、厚み方向の一方側の表面が発熱体であるＣＰＵ５の放熱面に接触して、そのＣＰＵ５が設置されているプリント基板６にボルト等によって固定される。
【００１５】冷媒槽２の内部には、図３に示すように、液冷媒を貯留する冷媒室７、一組のヘッダ接続口８、液戻り通路９、及び冷媒注入部１０等が形成されている。冷媒室７は、複数のリブ１１によって通路状に仕切られ、各通路部が下側及び上側で連通している。ヘッダ接続口８は、後述のヘッダを組み付けるためのスペースで、冷媒室７の上部両側に設けられ、冷媒槽２の他方側表面２ａに開口している。なお、図３に示されている一方のヘッダ接続口８は、冷媒室７の上部側に通じており、他方のヘッダ接続口（図示しない）は液戻り通路９を通じて冷媒室７の下部側に通じている。
【００１６】液戻り通路９は、放熱部３で液化した凝縮液を冷媒室７へ戻すための通路で、冷媒室７の片側に隣接して設けられ、他方のヘッダ接続口から下方へ通路状に延びて設けられ、冷媒室７の下部に通じている。冷媒注入部１０は、注入パイプ１６が接続される接続口であり、一方のヘッダ接続口８の下方に設けられて冷媒室７に連通している。なお、冷媒は、冷媒室７の略上端位置（ヘッダ接続口８より下側）まで注入されている。
【００１７】ｂ）放熱部３は、一組のヘッダ１２と放熱コア（放熱チューブ１３と放熱フィン１４）とで構成され、冷媒槽２の他方側表面２ａ上に組み付けられて、冷却器１の作動時にダクト１５（図２参照）を介して外部流体が導入される。なお、放熱部３に導入される外部流体は、図示しない冷却ファンによって図２の下方から上方へ向かって流されるものとする。一組のヘッダ１２は、冷媒槽２でＣＰＵ５の熱を受けて沸騰した冷媒蒸気が流入する蒸気側ヘッダ１２Ａと、放熱コアの各放熱チューブ１３で液化した凝縮液が流入する液側ヘッダ１２Ｂであり、それぞれ長手方向の一端部が冷媒槽２の他方側表面２ａに開口するヘッダ接続口８より冷媒槽２の内部へ差し込まれ、冷媒槽２に対して略垂直方向に組み付けられている。
【００１８】放熱コアは、複数本の放熱チューブ１３と、各放熱チューブ１３の間に介在される放熱フィン１４とで構成される。放熱チューブ１３は、熱伝導性に優れる金属材料（例えばアルミニウム）で形成され、放熱フィン１４が接触する外表面の幅に対して厚みが薄い偏平管形状に設けられている。各放熱チューブ１３は、図１R>１に示すように、一端が蒸気側ヘッダ１２Ａに接続されて、他端が液側ヘッダ１２Ｂに接続され、その蒸気側ヘッダ１２Ａと液側ヘッダ１２Ｂとの間で互いに一定の間隔を開けて並設されている。
【００１９】放熱フィン１４は、熱伝導性に優れる薄い金属板（例えばアルミニウム板）を交互に折り曲げて波状に成形したもので、放熱チューブ１３の外表面にろう付けされている。但し、図４に示すように、冷媒槽２を倒した状態で、且つ冷媒槽２に対し放熱部３を下向きにして、ヘッダ１２の長手方向を上下方向に向けた姿勢で一体ろう付けを行う場合に、最下段にくる放熱フィン１４Ａ（ここでは、ヘッダ１２の長手方向で冷媒槽２から最も離れた位置にある放熱フィン１４Ａ）は、その両端部（放熱チューブ１３の長手方向におけるフィン両端部）が両ヘッダ１２の壁面からそれぞれ隙間Ｓを設けて配置されている。この場合、最下段の放熱フィン１４Ａは、他の放熱フィン１４と同一フィンピッチで成形され、且つ他の放熱フィンより全長が短く設けられている。
【００２０】次に、本実施例の作動を説明する。冷媒室７に貯留されている液冷媒は、ＣＰＵ５の熱を受けて沸騰気化し、冷媒室７から蒸気側ヘッダ１２Ａへ進入した後、蒸気側ヘッダ１２Ａから各放熱チューブ１３へ流れる。放熱チューブ１３を流れる冷媒蒸気は、ダクト１５に案内されて放熱コアに導入される外部流体によって冷却され、放熱チューブ１３の内部で凝縮する。凝縮した冷媒は、液滴となって液側ヘッダ１２Ｂへ押し流され、更に液側ヘッダ１２Ｂより冷媒槽２内の液戻り通路９を通って冷媒室７へ還流する。この作動における冷媒の流れを図３に矢印で示す。
【００２１】（第１実施例の効果）本実施例の沸騰冷却器１は、ろう付け時に最下段にくる放熱フィン１４Ａの両端部と両ヘッダ１２の壁面との間に隙間Ｓを設けているので、焼付け時に溶けたろう材がヘッダ１２を伝って下方へ流れ落ちた場合でも、溶けたろう材が最下段の放熱フィン１４Ａに接触することはなく、放熱フィン１４Ａが溶けるのを防止できる。また、最下段の放熱フィン１４Ａは、他の放熱フィン１４と同一フィンピッチで成形されているため、最下段の放熱フィン１４Ａだけを特別に成形する必要はなく、他の放熱フィン１４と同じフィンピッチで成形した後、全長だけを短く切断するだけで良い。
【００２２】（第２実施例）図５は放熱部３の正面図である。本実施例の沸騰冷却器１は、図５に示すように、冷媒槽２を倒した状態で、且つ冷媒槽２の上部に放熱部３が直立した姿勢で一体ろう付けが行われる場合の一例である。この場合、最下段の放熱フィン１４Ａは、第１実施例の場合とは異なり、ヘッダ１２の長手方向（図５の上下方向）で冷媒槽２に最も近い放熱フィン１４Ａが最下段となる。この最下段の放熱フィン１４Ａの両端部が両ヘッダ１２の壁面からそれぞれ隙間Ｓを設けて配置されている。本実施例の場合でも、第１実施例と同様の効果を得ることができる。
【００２３】（第３実施例）図６は放熱部３の正面図である。本実施例は、ろう付け時に最下段にくる放熱フィン１４Ａのフィンピッチを他の放熱フィン１４より小さくして、他の放熱フィン１４と略同数のフィン山数を確保した場合の一例である。この場合、最下段の放熱フィン１４Ａの全長が他の放熱フィン１４より短くても、フィン山数を同一とすることにより、フィン面積を他の放熱フィン１４と同等に確保することができる。
【００２４】これにより、最下段の放熱フィン１４Ａの全長が短くなることによる放熱性能の低下を防止できる。なお、本実施例の沸騰冷却器１は、第１実施例と同様に、冷媒槽２に対し放熱部３を下向きにした状態を図６R>６に示しているが、第２実施例の構成（冷媒槽２の上部に放熱部３が直立した姿勢で一体ろう付けが行われる場合）にも適用できることは言うまでもない。
【００２５】（第４実施例）図７は放熱部３の正面図である。本実施例は、ヘッダ１２との間に隙間Ｓを設けて配置される放熱フィン１４を位置決めするための位置決め手段１７を設けた一例である。位置決め手段１７は、図７に示すように、放熱フィン１４Ａの両側に設けられ、一体ろう付けによって放熱チューブ１３、ヘッダ１２、あるいは冷媒槽２等に接合される。
【００２６】この位置決め手段１７によって、ろう付け時における最下段の放熱フィン１４Ａ（図７では冷媒槽２に最も近い放熱フィン１４Ａ）を位置決めすることにより、放熱フィン１４Ａの端部とヘッダ１２の壁面との隙間Ｓを一定に保つことができる。また、位置決め手段１７によって最下段の放熱フィン１４Ａがろう付け時にずれることを防止できるため、放熱フィン１４Ａとヘッダ１２との隙間Ｓを確実に確保することができる。なお、本実施例の構成は、ろう付け時における最上段の放熱フィン１４Ｂ（図７では冷媒槽２から最も離れた位置にある放熱フィン１４Ｂ）の両端部とヘッダ１２の壁面との間に隙間Ｓを設ける場合にも適用できる。つまり、最上段の放熱フィン１４Ｂを位置決め手段１７によって位置決めしても良い。
【００２７】（第５実施例）図８は放熱部３の正面図である。本実施例は、第４実施例で説明した位置決め手段１７を設ける場合の変形例である。冷媒槽２から最も離れた位置にある放熱チューブ１３は、接触している放熱フィン１４を抑えることができれば良いため、通常は放熱チューブ１３の代わりに金属板や樹脂板等の平板材１８を使用することが多い。そこで、図８に示す姿勢でろう付けを行う場合は、平板材１８に位置決め手段１７を設けた方が、放熱チューブ１３に位置決め手段１７を設けるよりも加工が容易で、且つコストを低く抑えることができる。
【００２８】（第６実施例）図９は放熱部３の正面図である。本実施例は、最下段の放熱フィン１４Ａの端部とヘッダ１２の壁面との隙間Ｓを有効利用するもので、その一例として、図８に示すように、冷却ファンの取付け部１９を前記隙間Ｓに配置している。但し、この場合、取付け部１９が２箇所であるため、最上段の放熱フィン１４の端部とヘッダ１２の壁面との間にも隙間Ｓを設け、この隙間Ｓにも取付け部１９を配置することにより、合計４箇所の取付け部１９で冷却ファンを確実に固定することができる。なお、取付け部１９には、冷却ファンを固定するための螺子等を通す螺子穴１９ａが開けられている。本実施例の場合、第４及び第５実施例で説明した位置決め手段１７によって最上段及び最下段の放熱フィン１４を位置決めすることにより、取付け部１９を配置するためのスペースを精度良く確保することができる。
【００２９】（変形例）本実施例の沸騰冷却器１は、冷媒槽２が直立した姿勢（図２に示す状態）で使用しているが、冷媒槽２を横に倒した状態（但し、放熱部３が冷媒槽２の上方に直立した状態）で使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】沸騰冷却器の斜視図である（第１実施例）。
【図２】沸騰冷却器の使用状態を示す斜視図である。
【図３】沸騰冷却器の内部構造を示す斜視図である。
【図４】放熱部の正面図である。
【図５】放熱部の正面図である（第２実施例）。
【図６】放熱部の正面図である（第３実施例）。
【図７】放熱部の正面図である（第４実施例）。
【図８】放熱部の正面図である（第５実施例）。
【図９】放熱部の正面図である（第６実施例）。
【符号の説明】
１沸騰冷却器
２冷媒槽
２ａ冷媒槽の他方側表面
３放熱部
５ＣＰＵ（コンピュータチップ／発熱体）
６プリント基板
７冷媒室
１２ヘッダ
１３放熱チューブ
１４放熱フィン
１４Ａ最下段の放熱フィン（冷媒槽から最も離れた位置にある放熱フィンまたは冷媒槽に最も近い放熱フィン）
１７位置決め手段
１９冷却ファンの取付け部
Ｓ最下段の放熱フィンとヘッダとの隙間

【特許請求の範囲】
【請求項１】内部に液冷媒を貯留する冷媒室を形成し、この冷媒室を介して対向する二面のうち一方側の表面に発熱体が接触する冷媒槽と、前記冷媒槽の他方側の表面上に設けられ、前記冷媒室で前記発熱体の熱を受けて沸騰した冷媒蒸気を外部流体と熱交換させて放熱する放熱部とを備え、前記冷媒槽と放熱部とを組み立てた後、一体ろう付けによって製造される沸騰冷却器であって、前記放熱部は、前記冷媒槽に組み付けられる少なくとも一組のヘッダと、この両ヘッダ間に並設される複数本の放熱チューブと、この放熱チューブの表面に接触して前記各放熱チューブ間に介在される複数の放熱フィンとから構成され、前記ヘッダの長手方向で前記冷媒槽から最も離れた位置にある前記放熱フィンは、前記放熱チューブの長手方向で前記ヘッダとの間に隙間を設けて配置されていることを特徴とする沸騰冷却器。
【請求項２】内部に液冷媒を貯留する冷媒室を形成し、この冷媒室を介して対向する二面のうち一方側の表面に発熱体が接触する冷媒槽と、前記冷媒槽の他方側の表面上に設けられ、前記冷媒室で前記発熱体の熱を受けて沸騰した冷媒蒸気を外部流体と熱交換させて放熱する放熱部とを備え、前記冷媒槽と放熱部とを組み立てた後、一体ろう付けによって製造される沸騰冷却器であって、前記放熱部は、前記冷媒槽に組み付けられる少なくとも一組のヘッダと、この両ヘッダ間に並設される複数本の放熱チューブと、この放熱チューブの表面に接触して前記各放熱チューブ間に介在される複数の放熱フィンとから構成され、前記ヘッダの長手方向で前記冷媒槽に最も近い位置にある前記放熱フィンは、前記放熱チューブの長手方向で前記ヘッダとの間に隙間を設けて配置されていることを特徴とする沸騰冷却器。
【請求項３】内部に液冷媒を貯留する冷媒室を形成し、この冷媒室を介して対向する二面のうち一方側の表面に発熱体が接触する冷媒槽と、前記冷媒槽の他方側の表面上に設けられ、前記冷媒室で前記発熱体の熱を受けて沸騰した冷媒蒸気を外部流体と熱交換させて放熱する放熱部とを備え、前記冷媒槽と放熱部とを組み立てた後、一体ろう付けによって製造される沸騰冷却器であって、前記放熱部は、前記冷媒槽に組み付けられる少なくとも一組のヘッダと、この両ヘッダ間に並設される複数本の放熱チューブと、この放熱チューブの表面に接触して前記各放熱チューブ間に介在される複数の放熱フィンとから構成され、前記ヘッダの長手方向で前記冷媒槽から最も離れた位置にある前記放熱フィン及び前記冷媒槽に最も近い位置にある前記放熱フィンは、各々前記放熱チューブの長手方向で前記ヘッダとの間に隙間を設けて配置されていることを特徴とする沸騰冷却器。
【請求項４】前記ヘッダとの間に隙間を設けて配置される前記放熱フィンは、他の放熱フィンと同一フィンピッチで成形され、且つ前記他の放熱フィンより全長が短く設けられていることを特徴とする請求項１〜３に記載した沸騰冷却器。
【請求項５】前記ヘッダとの間に隙間を設けて配置される前記放熱フィンは、他の放熱フィンよりフィンピッチが小さく設けられ、且つ前記他の放熱フィンと略同数のフィン山数が確保されていることを特徴とする請求項１〜３に記載した沸騰冷却器。
【請求項６】前記ヘッダとの間に隙間を設けて配置される前記放熱フィンの位置決めを行う位置決め手段を設けていることを特徴とする請求項１〜５に記載した沸騰冷却器。
【請求項７】前記放熱フィンと前記ヘッダとの間に設けられる隙間に冷却ファンの取付け部を設けたことを特徴とする請求項１〜６に記載した沸騰冷却器。
【請求項８】前記発熱体としてプリント基板に設置されたコンピュータチップを冷却することを特徴とする請求項１〜７に記載した沸騰冷却器。

【図１】