JP2001068610A - 沸騰冷却器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷媒の温度上昇を感知できる沸騰冷却器１を
提供すること。 【解決手段】 冷媒槽２は、略直立した姿勢で使用さ
れ、厚み方向の一方側の表面に発熱体であるＣＰＵが取
り付けられ、他方側表面２ａに放熱部３が組み付けられ
る。また、冷媒槽２の他方側表面２ａには、冷媒の温度
上昇を感知するための温度センサ４が取り付けられてい
る。この温度センサ４は、冷媒槽２の他方側表面２ａ上
において、冷媒槽２の内部に形成された冷媒温度検出部
に対応する位置に取り付けられ、冷媒温度検出部に満た
される液冷媒の温度を冷媒槽２の他方側表面２ａを介し
て検出することができる。これにより、沸騰冷却器１の
作動時において、冷却ファンの故障等によって放熱コア
へ送風される冷却風量が不足し、冷却器内部の冷媒温度
が上昇した場合に、その温度上昇を温度センサ４によっ
て感知することができる。

Description

【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】従来周知の沸騰冷却器は、内部に貯留す
る液冷媒が発熱体の熱を受けて沸騰する受熱部と、この
受熱部で沸騰した冷媒蒸気の熱を外部流体に放出する放
熱部とを有し、その冷媒の沸騰及び凝縮による相変化を
行うことで高い冷却性能を実現している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、冷却器の作
動時に冷却ファンの故障、放熱フィンの目詰まり、放熱
部に冷却風を導入するためのダクトの脱落等が生じる
と、放熱部を通過する冷却風が不足して冷却器内部の冷
媒温度が上昇する。その結果、冷媒の温度上昇に伴って
冷却器内部の冷媒圧力が上昇すると、冷却器からの冷媒
漏れや冷却器の破損等を引き起こす恐れがあった。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、冷媒の温度上昇を感知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、冷媒槽内の冷媒温度または冷媒温度
に相関する冷媒槽の壁面温度を検出する温度センサを具
備している。これにより、冷媒の温度上昇を温度センサ
によって感知し、冷媒圧力が冷却器の耐圧限度を越える
前に、発熱体の発熱量を低減することが可能である。

【０００５】（請求項２の手段）本発明の沸騰冷却器
は、冷媒室の冷媒液面より上方に組み付けられる第１の
放熱部と、冷媒室の冷媒液面より下方に組み付けられる
第２の放熱部とを備え、冷媒槽内の冷媒温度または冷媒
温度に相関する冷媒槽の壁面温度を検出する温度センサ
を具備している。これにより、冷媒の温度上昇を温度セ
ンサによって感知し、冷媒圧力が冷却器の耐圧限度を越
える前に、発熱体の発熱量を低減することが可能であ
る。

【０００６】（請求項３の手段）請求項１及び２に記載
した沸騰冷却器において、温度センサは、冷媒槽の他方
側の表面に取り付けられている。本発明の沸騰冷却器
は、冷媒槽の一方側の表面に発熱体を取り付けているた
め、冷媒槽の他方側の表面に温度センサを取り付けるこ
とで、発熱体との干渉を防止できる。また、冷媒槽の他
方側の表面であれば、一方側の表面より温度センサの取
付け位置を比較的自由に設定できるため、冷媒槽の外形
から温度センサがはみ出ることなく取り付けることが可
能である。

【０００７】（請求項４の手段）請求項３に記載した沸
騰冷却器において、温度センサは、冷媒槽の他方側の表
面上でヘッダを外部流体の導入方向に投影した領域内あ
るいはその近傍に設けられている。この場合、コア部を
外部流体の導入方向に投影した領域から温度センサが外
れているので、温度センサを冷媒槽の他方側の表面に取
り付けても、温度センサによって流路抵抗が増大するこ
とはない。

【０００８】（請求項５の手段）請求項２に記載した沸
騰冷却器では、冷媒槽の上下に第１の放熱部と第２の放
熱部とを設けることにより、沸騰冷却器を上下反転して
使用しても同等の放熱性能を維持できる。この場合、冷
媒槽の上下方向の略中央部に温度センサを取り付けるこ
とにより、沸騰冷却器を上下反転した場合でも略同じ条
件で温度測定を行うことができる。

【０００９】（請求項６の手段）請求項１〜５に記載し
た沸騰冷却器において、冷媒槽の表面には、冷媒槽の内
部に冷媒を注入するための注入パイプが取り付けられて
おり、この注入パイプに温度センサを接触させて取り付
けている。この場合、注入パイプを介して冷媒温度を検
出することができ、注入パイプを熱伝導性の良い材料、
例えばアルミニウム等で構成すれば、精度良く冷媒温度
を検出することができる。

【００１０】（請求項７の手段）請求項１〜６に記載し
た沸騰冷却器において、冷媒槽の内部には、冷媒室に連
通して冷媒に満たされる冷媒温度検出部が設けられ、温
度センサは、冷媒温度検出部の冷媒温度を冷媒槽の他方
側の表面を介して検出する。この場合、冷媒温度検出部
に液冷媒あるいは冷媒蒸気が満たされるため、冷媒の温
度上昇を冷媒槽の他方側の表面を介して精度良く感知す
ることができる。

【００１１】（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を冷却するものである。この場
合、コンピュータチップに取り付けられる冷媒槽の一方
側の表面がプリント基板に近接するため、冷媒槽の一方
側の表面上に温度センサを取り付けると、温度センサが
プリント基板に干渉する恐れがある。これに対し、冷媒
槽の他方側の表面であれば、プリント基板に干渉するこ
となく温度センサを取り付けることができる。

【００１２】

【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。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。また、冷媒槽２
には、内部に封入された冷媒の温度上昇を感知するため
の温度センサ４が取り付けられている。

【００１３】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。

【００１４】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、及び冷媒温度検出部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。

【００１５】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
温度検出部１０は、一方のヘッダ接続口８の下方で、冷
媒室７に連通して矩形状に凹設され、液冷媒で満たされ
ている。なお、冷媒は、図示しない注入パイプによって
冷媒槽２の内部に注入され、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。

【００１６】温度センサ４は、図１に示すように、冷媒
槽２の他方側表面２ａ上において、前記の冷媒温度検出
部１０に対応する位置に取り付けられ、冷媒温度検出部
１０に満たされる液冷媒の温度を冷媒槽２の他方側表面
２ａを介して検出することができる。なお、温度センサ
４を冷媒槽２に取付けるための台座は、冷媒槽２と同じ
熱伝導性の良い部材（例えばアルミニウム）を使用して
構成されている。

【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１２
Ｂ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１
４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
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。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。

【００１９】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。

【００２０】（第１実施例の効果）本実施例の沸騰冷却
器１は、冷媒槽２に温度センサ４を取り付けているた
め、冷媒の温度上昇を温度センサ４によって感知するこ
とができる。具体的には、沸騰冷却器１の作動時におい
て、例えば冷却ファンの故障、放熱フィン１４の目詰ま
り、ダクト１５の脱落等によって放熱コアへ送風される
冷却風量が不足し、その結果、冷却器内部の冷媒温度が
上昇した場合に、その温度上昇を温度センサ４によって
感知することができる。この様に、冷媒の温度上昇を感
知した場合は、冷却器内部の冷媒圧力が冷却器１の耐圧
限度を越える前にＣＰＵ５を停止するか動作制限して発
熱量を抑えることで、冷却器内部の圧力上昇を抑制し
て、冷却器１からの冷媒漏れや冷却器１の破損等を未然
に防ぐことができる。

【００２１】また、温度センサ４を冷媒槽２の他方側表
面２ａ上に取り付けているため、温度センサ４がＣＰＵ
５及びプリント基板６と干渉することはなく、且つ冷媒
槽２の他方側の表面であれば、ＣＰＵ５が取り付けられ
る一方側の表面より温度センサ４の取付け位置を比較的
自由に設定できる。従って、冷媒槽２の外形から温度セ
ンサ４がはみ出ることなく取り付けることが可能であ
り、冷媒槽２全体の最大外形寸法が大きくなることを防
止できる。

【００２２】更に、温度センサ４は、冷媒槽２の他方側
表面２ａ上において、冷媒温度検出部１０に対応する位
置に取り付けられている。即ち、冷媒温度検出部１０が
一方のヘッダ接続口８の下方に形成されていることか
ら、温度センサ４は、図４に示すように、冷媒槽２の他
方側表面２ａ上において、蒸気側ヘッダ１２Ａを外部流
体の導入方向に投影した領域（ハッチングＡで示す領
域）内に取り付けられる。この場合、放熱部３に導入さ
れる外部流体が冷媒槽２の他方側表面２ａ上に沿って流
れるため、温度センサ４の取付け位置によっては、温度
センサ４が流路抵抗となり、放熱部３への冷却風量が減
少する可能性があるが、上記のように蒸気側ヘッダ１２
Ａを外部流体の導入方向に投影した領域内に温度センサ
４を取り付ければ、温度センサ４による流路抵抗の増大
を防ぐことができる。

【００２３】（変形例）本実施例では、温度センサ４を
冷媒槽２の他方側表面２ａ上に取り付けているが、他方
側表面２ａから冷媒槽２の内部へ温度センサ４の検出部
を挿入して、冷媒槽２内の冷媒温度を直接測定する構成
でも良い。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。

【００２４】（第２実施例）図５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５に示すよう
に、冷媒槽２の上部と下部とにそれぞれ放熱部３を備え
た場合の一例である。具体的には、冷媒槽２内の冷媒液
面より上方に第１の放熱部３Ａを有し、冷媒液面より下
方に第２の放熱部３Ｂを有している。また、冷媒槽２の
上下方向において、略中央部に温度センサ４が取り付け
られている。但し、その取付け位置は、図６に示すよう
に、ヘッダ１２を外部流体の導入方向に投影した領域
（ハッチングＢで示す領域）内に設定されている。

【００２５】本実施例の構成によれば、冷媒槽２の上下
に第１の放熱部３Ａと第２の放熱部３Ｂとを設けたこと
により、沸騰冷却器１を上下反転して使用しても同等の
放熱性能を維持できる。また、冷媒槽２に温度センサ４
を取付けたことにより得られる効果は第１実施例と同様
であり、且つ沸騰冷却器１を上下反転した場合でも略同
じ条件で温度測定を行うことができる。

【００２６】（第３実施例）図７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７に示すよう
に、冷媒槽２に冷媒を注入するための注入パイプ１６に
温度センサ４を接触させて取り付けた場合の一例であ
る。注入パイプ１６は、冷媒槽２の他方側表面２ａ上
で、蒸気側ヘッダ１２Ａの下方（蒸気側ヘッダ１２Ａを
外部流体の導入方向に投影した領域内）に取り付けられ
ている。

【００２７】この場合、注入パイプ１６を介して冷媒温
度を検出することができ、注入パイプ１６を熱伝導性の
良い材料、例えばアルミニウム等で構成すれば、精度良
く冷媒温度を検出することができる。なお、本実施例の
構成（注入パイプ１６に温度センサ４を接触させる）
は、第２実施例の沸騰冷却器１（冷媒槽２の上部に第１
の放熱部３Ａを有し、冷媒槽２の下部に第２の放熱部３
Ｂを有している）にも適用できる。

【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】放熱部側から見た沸騰冷却器の正面図である。

【図５】沸騰冷却器の斜視図である（第２実施例）。

【図６】放熱部側から見た沸騰冷却器の正面図である。

【図７】沸騰冷却器の斜視図である（第３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 ３Ａ 第１の放熱部 ３Ｂ 第２の放熱部 ４ 温度センサ ５ ＣＰＵ（コンピュータチップ／発熱体） ６ プリント基板 ７ 冷媒室 １０ 冷媒温度検出部 １２ ヘッダ １３ 放熱チューブ（放熱コア） １４ 放熱フィン（放熱コア） １６ 注入パイプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 公司 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 大原 貴英 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BA08 BB35 BF01

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【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
   発熱体が取り付けられる冷媒槽と、 前記冷媒槽の他方側の表面に組み付けられる少なくとも
   一組のヘッダ、及び両ヘッダ間に設けられる放熱コアを
   有する放熱部とを備え、 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
   を前記放熱部で外部流体との熱交換により冷却する沸騰
   冷却器であって、 前記冷媒槽内の冷媒温度または冷媒温度に相関する前記
   冷媒槽の壁面温度を検出する温度センサを具備している
   ことを特徴とする沸騰冷却器。
2. 【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
   発熱体が取り付けられ、且つ前記冷媒室を介して対向す
   る二面が略直立した姿勢で使用される冷媒槽と、 前記冷媒槽の他方側の表面に組み付けられ、且つ前記冷
   媒室の冷媒液面より上方に配置される一組のヘッダ、及
   び両ヘッダ間に設けられる放熱コアを有する第１の放熱
   部と、 前記冷媒槽の他方側の表面に組み付けられ、且つ前記冷
   媒室の冷媒液面より下方に配置される一組のヘッダ、及
   び両ヘッダ間に設けられる放熱コアを有する第２の放熱
   部とを備え、 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
   を前記第１の放熱部及び第２の放熱部で外部流体との熱
   交換により冷却する沸騰冷却器であって、 前記冷媒槽内の冷媒温度または冷媒温度に相関する前記
   冷媒槽の壁面温度を検出する温度センサを具備している
   ことを特徴とする沸騰冷却器。
3. 【請求項３】請求項１及び２に記載した沸騰冷却器にお
   いて、 前記温度センサは、前記冷媒槽の他方側の表面に取り付
   けられていることを特徴とする沸騰冷却器。
4. 【請求項４】請求項３に記載した沸騰冷却器において、 前記温度センサは、前記冷媒槽の他方側の表面上で前記
   ヘッダを外部流体の導入方向に投影した領域内あるいは
   その近傍に設けられていることを特徴とする沸騰冷却
   器。
5. 【請求項５】請求項２に記載した沸騰冷却器において、 前記温度センサは、前記冷媒槽の上下方向の略中央部に
   取り付けられていることを特徴とする沸騰冷却器。
6. 【請求項６】請求項１〜５に記載した沸騰冷却器におい
   て、 前記冷媒槽の表面には、前記冷媒槽の内部に冷媒を注入
   するための注入パイプが取り付けられており、この注入
   パイプに前記温度センサを接触させて取り付けているこ
   とを特徴とする沸騰冷却器。
7. 【請求項７】請求項１〜６に記載した沸騰冷却器におい
   て、 前記冷媒槽の内部には、前記冷媒室に連通して冷媒に満
   たされる冷媒温度検出部が設けられ、 前記温度センサは、前記冷媒温度検出部の冷媒温度を前
   記冷媒槽の他方側の表面を介して検出することを特徴と
   する沸騰冷却器。
8. 【請求項８】請求項１〜７に記載した沸騰冷却器は、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沸騰冷却器。