CN108474628B - 沸腾冷却装置及沸腾冷却系统 - Google Patents

Abstract

提供能够促进沸腾的产生并抑制装置的冷却能力的降低的沸腾冷却装置及沸腾冷却系统。在本发明的沸腾冷却装置(2)中，具备：使制冷剂循环的泵(11)、产生微气泡并使微气泡包含在从泵(11)排出的制冷剂中的微气泡产生器(12)、被供给包含有微气泡的制冷剂并使制冷剂沸腾的沸腾冷却器(13)、在制冷剂的沸腾后且由泵(11)进行的吸入前冷却制冷剂的散热器(14)、以及在制冷剂的沸腾后且由泵(11)进行的吸入前从循环的制冷剂中分离气体的气液分离器(15)。

Description

沸腾冷却装置及沸腾冷却系统

技术领域

本发明涉及利用沸腾现象冷却发热体的沸腾冷却装置及沸腾冷却系统。

背景技术

对于以往的沸腾冷却装置而言，例如公开了在沸腾用传热管的外表面部利用凸部和凹部呈螺旋状地形成有微细的槽这样的沸腾冷却装置等(例如，参照专利文献1)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-164126号公报

发明内容

发明要解决的课题

在这样的沸腾冷却装置中，例如在杂质混入制冷剂的情况下，杂质会由于沸腾而被浓缩，在持续使用装置时，杂质有时会析出到传热面的表面。于是，存在如下问题点：杂质会覆盖具有微细的槽等的传热面的表面，阻碍沸腾的产生，会导致冷却能力的降低。

本发明是为了解决上述问题而做出的，其目的在于提供一种能够促进沸腾的产生并抑制冷却能力的降低的沸腾冷却装置及沸腾冷却系统。

用于解决课题的手段

本发明的沸腾冷却装置具备：泵，所述泵使制冷剂循环；微气泡产生器，所述微气泡产生器产生微气泡，并使微气泡包含在从泵排出的制冷剂中；沸腾冷却器，所述沸腾冷却器被供给包含有微气泡的制冷剂，并使制冷剂沸腾；散热器，所述散热器在制冷剂的沸腾后且由泵进行的吸入前对制冷剂进行冷却；以及气液分离器，所述气液分离器在制冷剂的沸腾后且由泵进行的吸入前从循环的制冷剂中分离气体。

另外，本发明的沸腾冷却系统具备：泵，所述泵使制冷剂循环；微气泡产生器，所述微气泡产生器产生微气泡，并使微气泡包含在从泵排出的制冷剂中；沸腾冷却器，所述沸腾冷却器被供给包含有微气泡的制冷剂，并使制冷剂沸腾；散热器，所述散热器在制冷剂的沸腾后且由泵进行的吸入前对制冷剂进行冷却；气液分离器，所述气液分离器在制冷剂的沸腾后且由泵进行的吸入前从循环的制冷剂中分离气体；以及发热体，所述发热体设置于沸腾冷却器并被冷却。

发明的效果

根据本发明的沸腾冷却装置及沸腾冷却系统，能够促进沸腾的产生，并抑制冷却能力的降低。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的沸腾冷却系统的概略图。

图2是喷射器式微气泡产生器的示意图。

图3是回旋液流式微气泡产生器的示意图。

图4是表示沸腾冷却器的传热面的温度推移的示意图。

图5是本发明的实施方式2的沸腾冷却系统的概略图。

具体实施方式

实施方式1.

利用图1～图4说明本发明的实施方式1的沸腾冷却系统1及沸腾冷却装置2。在图中，标注有相同的附图标记的部分是相同或与之相当的部分，这在说明书的全文中是共用的。

图1是本发明的实施方式1的沸腾冷却系统1的概略图。如图1所示，本发明的实施方式1的沸腾冷却系统1主要具有泵11、微气泡产生器12、沸腾冷却器13、散热器14及气液分离器15。另外，沸腾冷却系统1的各构成设备分别经由制冷剂配管16连结。

作为一般的冷却系统，例如存在如下的冷却系统：为了冷却搭载于家电或车辆等的电子设备等发热体，按顺序连接泵、冷却发热体的冷却器及散热器。在该冷却系统中，通过利用泵使制冷剂(例如水)循环，并在冷却器中使制冷剂接受来自与冷却器进行热接触的发热体的热量，使制冷剂的热量从散热器散热，从而对发热体进行冷却。

本发明的实施方式1的沸腾冷却系统1特别是在冷却器中利用制冷剂沸腾的现象。通过使制冷剂在冷却器中沸腾，从而与制冷剂不沸腾的情况相比，能够使制冷剂接受更多的热量，促进发热体3的冷却。此外，在本发明的实施方式1的沸腾冷却系统1中，由于在冷却器中利用沸腾现象，所以将冷却器特别地称为沸腾冷却器13。

在此，沸腾现象是指由于从液体向蒸气(气体)的相变而产生蒸气气泡的现象，但在从液体向蒸气的相变中，需要大量的能量(例如，沸腾冷却器13的传热面与制冷剂间的较大的温度差或较大的压力波等)。也就是说，并不是仅向制冷剂施加热能，就会产生蒸气气泡。

通常来说，在传热面的表面，在划痕等凹陷(腔)中会残留有少量的气体(发泡核)。发泡核是较小的气体的气泡，是具有空气或蒸气的气体。沸腾现象通常是通过将发泡核作为蒸气气泡的种子(日文：種)(起点)而产生的。在发泡核中，在液体(制冷剂)与气体的气液界面处，在液体相变为蒸气的量(A)与从蒸气相变为液体的量(B)的平衡破坏且为A>B的情况下，发泡核的容积变大(增长)，蒸气气泡增长。这样，由于存在发泡核，所以从液体向蒸气的相变变得容易。在本发明的实施方式1的沸腾冷却系统1中，通过利用微气泡产生器12向沸腾冷却器13供给微气泡，并将微气泡作为发泡核，从而促进沸腾。

以下，为了说明本发明的实施方式1的沸腾冷却系统1的特征，具体地说明沸腾现象及沸腾冷却系统1的各结构。为了促进沸腾冷却器13中的制冷剂的沸腾，本发明的实施方式1的沸腾冷却系统1在沸腾冷却器13的上游侧具有微气泡产生器12。而且，在沸腾冷却器13中的制冷剂的沸腾后(相比于沸腾冷却器13靠下游侧的位置)且在利用泵11将制冷剂吸入前，设置有从循环的制冷剂中分离气体的气液分离器15。

泵11使沸腾冷却系统1内的制冷剂(液体单相及气液二相状态下的制冷剂)循环。但是，在泵11中，由于利用气液分离器15将气体从循环的制冷剂中分离，所以制冷剂为液体制冷剂的状态。泵11例如是容积式、往复式或旋转式等类型的泵11。另外，在泵11的选定时，选定能够产生如下扬程(具有升压能力)的泵：所述扬程能够使需要的流量的制冷剂在沸腾冷却系统1中循环。

制冷剂只要是在适合冷却发热体3的温度范围进行沸腾的液体即可，例如是防冻液(将水和乙二醇混合而成的液体等)或水等。

微气泡产生器12产生微气泡，并使微气泡包含在从泵11排出的制冷剂中。如图1所示，在本发明的实施方式1的沸腾冷却系统1中，微气泡产生器12经由制冷剂配管16将上游侧与泵11连接，并经由制冷剂配管16将下游侧与沸腾冷却器13连接。

如上所述，在微气泡产生器12中生成的微气泡在沸腾冷却器13内作为发泡核发挥功能。另外，由于杂质的吸附效应或微气泡破裂时产生的压力波，微气泡还具有清洗污垢的功能，还能够清洗作为水垢附着于后述的沸腾冷却器13内侧的传热面表面的杂质的附着层。微气泡例如可以是微米级的直径的气泡，优选为3μm～80μm的直径的气泡。在微气泡的直径小于3μm时，由于表面张力的影响，气泡不会适当地增长，有可能无法充分地得到促进沸腾的效果。另外，在直径超过80μm时，基于微气泡的清洗效果有可能会降低。

对于微气泡产生器12而言，有的不利用液体流动的力，有的利用液体流动的力。例如，作为不利用液体流动的力的微气泡产生器12的形态，有超声波式、电解式、蒸气冷凝式、细孔式或旋转式等。另一方面，作为利用液体流动的力的微气泡产生器12的形态，有回旋液流式、喷射器式或气穴式等。利用液体流动的力的形态的微气泡产生器12能够不消耗电力或消耗较少的电力地产生微气泡。

在本发明的实施方式1的沸腾冷却系统1中，作为微气泡产生器12，例示回旋液流式及喷射器式的微气泡产生器12并进行具体说明。在此，将利用制冷剂的流动来吸收气体的微气泡产生器12称为流体流动式微气泡产生器。回旋液流式及喷射器式的微气泡产生器12是流体流动式微气泡产生器的一种。

但是，微气泡产生器12并不限于流体流动式微气泡产生器，即使是不利用流体流动的力的微气泡产生器12，也能够应用于本发明。另一方面，由于流体流动式微气泡产生器不需要电力，节能性较高，另外，没有可动部、布线，而且没有电开关控制等，所以可靠性较高。而且，由于流体流动式微气泡产生器通过改进配管构造来产生微气泡，所以无需为了产生微气泡而搭载需要注意耐热性的电子部件。因此，流体流动式微气泡产生器的耐热性良好，能够使高温的制冷剂流通。另外，对于流体流动式微气泡产生器而言，流量越增加，越能够更多地生成微气泡，能够向沸腾冷却器13供给更多的发泡核。

图2是喷射器式微气泡产生器22的示意图。喷射器式也被称为吸气器(日文：アスピレータ)。如图2所示，喷射器式在制冷剂的行进方向22a上具有缩窄制冷剂流路的一部分而成的缩窄部22b。制冷剂从图2的纸面左侧向右侧流动，但在配管的缩窄部22b，与其它部分相比，流速变大，由于文丘里效应，压力(静压)降低。在静压降低的缩窄部22b设置有气体进气口22c，在气体进气口22c连接有外部空气吸入管22d。微气泡产生器22经由外部空气吸入管22d吸入周围的气体(例如空气等外部空气22e)，将制冷剂和外部空气22e混合并生成微气泡。然后，制冷剂成为包含有微气泡的二相流体。

此外，在缩窄部22b，例如在由于泵11的停止等而使得制冷剂流动的速度处于停止状态或处于速度比通常低的低速状态的情况下，静压值不会充分地降低。在该情况下，制冷剂有可能会经由外部空气吸入管22d逆流(制冷剂从微气泡产生器22泄漏到沸腾冷却系统1的外部)。因此，优选的是，在外部空气吸入管22d的中途设置止回阀等阀22f，设为能够抑制制冷剂逆流的产生的结构。

图3是回旋液流式微气泡产生器32的示意图。图3所示的回旋液流式微气泡产生器32在微气泡产生器32内产生较强的回旋流。因此，在微气泡产生器32中，制冷剂从相对于制冷剂的流出方向32g成大致直角的制冷剂的流入方向32a流入。如图3所示，流入的制冷剂以制冷剂的流出方向32g为轴，并沿制冷剂的回旋方向32b回旋。由于制冷剂沿制冷剂的回旋方向32b回旋，所以在由虚线示出的回旋流的中心部32c，压力(静压)降低。

气体进气口32d设置于与静压降低的回旋流的中心部32c对应的部位。与喷射器式微气泡产生器22同样地，外部空气吸入管32e设置于气体进气口32d，周围的气体(外部空气32f)经由外部空气吸入管32e被吸入到微气泡产生器32内。然后，制冷剂与吸入的周围的气体混合，制冷剂成为包含有微气泡的二相流体，并向制冷剂的流出方向32g流出。另外，与喷射器式微气泡产生器22同样地，优选的是，在外部空气吸入管32e的中途设置止回阀等阀32h，从而抑制制冷剂的逆流。

沸腾冷却器13被供给包含有由微气泡产生器12产生的微气泡的制冷剂。另外，沸腾冷却器13由发热体3从外部加热，在内部流动的制冷剂受热并沸腾。沸腾冷却器13是制冷剂不会从间隙等泄漏的密闭容器，为了与其它设备连结，具有未图示的流入口和送出口。如图1所示，在本发明的实施方式1的沸腾冷却系统1中，沸腾冷却器13经由制冷剂配管16将上游侧与微气泡产生器12连接，并经由制冷剂配管16将下游侧与散热器14连接。上游侧的制冷剂配管16与流入口连接，下游侧的制冷剂配管16与流出口连接。包含有微气泡的制冷剂从流入口侧流入，在沸腾冷却器13被加热并沸腾的制冷剂向送出口侧流出。

在此，发热体3例如是SiC等功率模块、控制电路、驱动电路、电容器、降压转换器或电抗器等电子设备。另外，沸腾冷却系统1例如是车载用的搭载于电动汽车或混合动力汽车等并具有上述发热体3的逆变器装置或DC-DC转换器装置等电力转换装置。而且，发热体3例如可以是与沸腾冷却系统1不同的排热侧的热交换器，且不限于此。

发热体3在进行发挥所期望的功能的工作的情况下，作为能量损耗，会产生热量。发热体3设置于沸腾冷却器13的壁面的外侧，并经由壁面加热制冷剂。此外，为了促进从发热体3向制冷剂的热量传递，可以在沸腾冷却器13的壁面的内侧设置散热翅片。另外，为了将微气泡作为发泡核对沸腾进行促进，优选的是，设为使微气泡容易附着于设置有发热体3的传热面的配置。例如，可以将发热体3设置于沸腾冷却器13的上方，以便利用微气泡的浮力，使微气泡容易附着于传热面。在该情况下，例如也可以使沸腾冷却器13的传热面相对于水平倾斜等，从而使沸腾的气泡容易从沸腾冷却器13排出。

散热器14冷却由发热体3加热并在沸腾冷却器13中沸腾的制冷剂。为了在制冷剂的沸腾后且利用泵11将制冷剂吸入前冷却制冷剂，配置有散热器14。如图1所示，在本发明的实施方式1的沸腾冷却系统1中，散热器14经由制冷剂配管16将上游侧与沸腾冷却器13连接，且经由制冷剂配管16将下游侧与气液分离器15连接。

散热器14例如可以是自然空冷型或强制空冷型，且是向周围空气散热的散热器或将散热翅片高集成化而成的散热器等。另外，也可以将热管或热交换器与散热器14连接，将制冷剂的热量输送到远离散热器14的位置并进行散热。

气液分离器15从循环的制冷剂中分离气体和液体。由于空气等气体为非冷凝性气体，所以即使在散热器14被冷却，也不会产生冷凝。因此，为了在制冷剂的沸腾后且利用泵11将制冷剂吸入前从制冷剂中分离气体并向泵11供给液体制冷剂，配置有气液分离器15。这是因为，在包含有气体的制冷剂流入泵11时，泵11的能力会降低，在沸腾冷却系统1中，制冷剂有可能无法适当地循环，或者，有可能会给泵11带来损伤。

另外，气液分离器15是收容制冷剂及从制冷剂分离出的气体的容器，特别地将收容分离出的气体的部分称为气体收容部15a。在气液分离器15设置有未图示的流入口、流出口及排气口。在流入口及流出口分别连接有制冷剂配管16，气液分离器15经由连接的制冷剂配管16与其它设备连接。另外，在排出口连接有排出配管17，气液分离器15经由连接的排出配管17与外部连接。在本发明的实施方式1的沸腾冷却系统1中，如图1所示，气液分离器15在上游侧经由制冷剂配管16与散热器14连接，在下游侧经由制冷剂配管16与泵11连接。

另外，在本发明的实施方式1的气液分离器15中，制冷剂在散热器14冷凝，但来源于微气泡的非冷凝性气体不会产生冷凝。因此，二相流状态的制冷剂(具有微气泡的制冷剂)从气液分离器15的流入口经由制冷剂配管16从上游侧流入。另外，从二相流状态的制冷剂分离气体得到的制冷剂(液体制冷剂)从气液分离器15的流出口经由制冷剂配管16向下游侧送出。

另外，排气口是将从制冷剂分离出的气体排出的端口，并连接有排出配管17。而且，在与排气口连接的排出配管17设置有溢流阀15b。通过开闭溢流阀15b，从而能够将由微气泡产生器12吸入的空气等气体从排气口向外部排出。另外，即使在由于温度变化而使得制冷剂的体积变化且气液分离器15内的压力发生变化的情况下，也能够通过使用溢流阀15b来应对压力的变动。此外，气液分离器15也可以兼备贮液器的功能。另外，也可以另行具有注入制冷剂的端口。

制冷剂配管16是直管、弯管、T字管或它们的组合等，具有气密性，且由金属、橡胶或树脂等形成。制冷剂配管16的内部供液体制冷剂或气液二相状态的制冷剂流动。

接着，说明本发明的实施方式1的沸腾冷却系统1的工作。图1所示的箭头是示出制冷剂循环的方向的箭头20。在本发明的实施方式1的沸腾冷却系统1中，制冷剂按泵11、微气泡产生器12、沸腾冷却器13、散热器14及气液分离器15的顺序经由制冷剂配管16循环。

对沸腾冷却系统1中的制冷剂的循环进行说明。制冷剂在泵11中升压并向微气泡产生器12排出。流入到微气泡产生器12中的制冷剂被添加微气泡，并向沸腾冷却器13输送。流入到沸腾冷却器13中的制冷剂从设置于沸腾冷却器13的发热体3受热并沸腾。沸腾的制冷剂流入散热器14，制冷剂冷凝并散热。然后，制冷剂从散热器14流入气液分离器15，并被分离为气体(非冷凝性气体)和液体。然后，液体部分作为制冷剂再次被送入泵11，制冷剂在沸腾冷却系统1内循环。

在此，在沸腾冷却器13中，在制冷剂的温度小于沸点的情况下，来自发热体3的热量作为显热而用于制冷剂的温度上升。另一方面，在沸腾冷却器13中，在制冷剂的温度为沸点以上的情况下，来自发热体3的热量通常作为潜热而用于制冷剂的相变。制冷剂通过在温度上升到沸点后进一步从发热体3受热，从而产生从液体向气体相变的沸腾现象，并产生蒸气气泡。

在此，在本发明的实施方式1的沸腾冷却系统1中，对于利用微气泡产生器12添加微气泡得到的制冷剂而言，微气泡会附着于沸腾冷却器13内的传热面。微气泡发挥作为产生蒸气气泡的起点的发泡核的作用，能够使蒸气气泡的产生活跃化，即促进沸腾。然后，沸腾的制冷剂向散热器14送出，在散热器14中冷凝并向外部散热。另外，在气液分离器15中，将来源于微气泡的非冷凝性气体分离为气体，并使液体制冷剂回流至泵11。

在此，说明沸腾现象中的过冲(日文：オーバーシュート)。图4是表示沸腾冷却器13的传热面的温度推移的示意图。纵轴表示设置有发热体3的沸腾冷却器13的传热面温度(壁面温度)，横轴表示时刻。另外，图中的由虚线表示的图形40示出了在本发明的实施方式1的沸腾冷却系统1中使微气泡从微气泡产生器12产生的情况下的传热面温度的推移。另一方面，由实线表示的图形41示出了在本发明的实施方式1的沸腾冷却系统1中不使微气泡从微气泡产生器12产生的情况下的传热面温度的推移。

图4所示的时刻t1是开始发热体3的加热的时刻，T1是时刻t1的传热面温度。另外，T2是能够得到制冷剂持续沸腾的过热度的传热面温度，是比制冷剂的沸点(饱和温度)高的温度。在时刻t2以后，沸腾冷却系统1处于稳定状态，传热面温度为T2。

在时刻t1，在开始基于发热体3的加热后，图中的由实线表示的图形41及由虚线表示的图形40的温度逐渐上升。然后，即使由实线表示的图形41及由虚线表示的图形40的传热面温度达到T2，温度也会继续上升，并产生过冲。这是因为，即使传热面温度达到T2，也会处于不开始沸腾地保持液相状态的过热状态。然后，片刻后，沸腾被充分地促进，传热面温度降低而再次成为T2，并继续进行沸腾。

在此，对由实线表示的图形41和由虚线表示的图形40进行比较。在由实线表示的图形41的传热面温度中，将最大值与T2的温度差(过冲的大小)设为X1，在由虚线表示的图形40的传热面温度中，将最大值与T2的温度差(过冲的大小)设为X2。如上所述，通过向沸腾冷却器13供给具有微气泡的制冷剂，从而使微气泡承担发泡核的作用，能够对沸腾进行促进。因此，在比较X1和X2时，由向沸腾冷却器13供给具有微气泡的制冷剂而得到的图形40示出的X2为比X1小的值。

因此，与向沸腾冷却器13供给不具有微气泡的制冷剂的情况相比，向沸腾冷却器13供给具有微气泡的制冷剂的情况下的过冲的大小变小。因此，由于能够减小过冲的大小，所以能够适当地冷却发热体3，且容易保持为容许温度以下。

此外，本发明的实施方式1的沸腾冷却系统1例如能够应用于搭载在机动车、电车、新干线或FA(Factory Automation：工厂自动化)设备等的发热体3，应用对象不限于上述内容。

在此，说明以往促进沸腾的技术。以往，为了促进沸腾，例如如专利文献1记载的那样，有在沸腾冷却器13的传热面设置腔(例如，凹入型空腔)的技术。腔是形成于传热面表面的具有多个微细的凹凸的空间，并保持空气等气体。以往，对制冷剂进行加热，使由腔捕获的空气等气体发挥发泡核的作用，促进蒸气气泡的增长。

另外，也提出了多种在传热面表面形成具有腔的多孔质层的加工技术。例如，作为在传热面表面形成具有腔的多孔质层的加工技术，有通过烧固金属制的粉体来制作烧结金属的方法、或进行基于喷镀的表面处理加工的方法等。

另外，说明伴随着沸腾的杂质的析出现象。在沸腾现象中产生的蒸气气泡在内部的气体与外部的液体之间会产生较大的密度差。因此，由浮力产生的上升的力会作用于蒸气气泡。随着蒸气气泡的体积由于加热而变大，由浮力产生的上升的力变大。然后，蒸气气泡从传热面向上方脱离，并在液体中上升。在该蒸气气泡脱离时，如果少量的气体(蒸气气泡的一部分)能够残留在传热面表面，则发泡核不会从传热面失去，而会存在于传热面表面。然后，残留于传热面的发泡核再次增长，并成为大的蒸气气泡。由于连续地产生蒸气气泡的增长，所以会产生活跃的沸腾。

但是，沸腾的制冷剂的成分等的管理有时会不充分或无法管理。例如，在使用通常的自来水作为制冷剂的情况下，在水中混入有漂白粉等杂质。于是，在蒸气气泡增长时，在蒸气气泡的气液界面，在混入有杂质的冷却水(制冷剂)中，仅水成分相变为蒸气。因此，会产生杂质的浓缩现象。即使杂质的量稀薄，在产生浓缩现象时，杂质的浓度也会变高，杂质有可能在传热面表面析出。

然后，传热面的腔会由于杂质的析出而堵塞，而且，在传热面表面，作为水垢，会形成杂质的附着层。于是，由于难以产生沸腾，而且，形成于传热面表面的附着层的热量的传递较差，所以散热特性变差。因此，以往存在如下问题：发热体3的冷却有时会变得不充分，无法适当地进行冷却。除此之外，存在如下问题：析出的杂质有时会与沸腾冷却器13的传热面的表面材料牢固地结合，根据传热面的材料等的不同，会腐蚀传热面。

如上所述，在本发明的实施方式1的沸腾冷却装置2中，具备：使制冷剂循环的泵11、产生微气泡并使微气泡包含在从泵11排出的制冷剂中的微气泡产生器12、被供给包含有微气泡的制冷剂并使制冷剂沸腾的沸腾冷却器13、在制冷剂的沸腾后且由泵11进行的吸入前对制冷剂进行冷却的散热器14、以及在制冷剂的沸腾后且由泵11进行的吸入前从循环的制冷剂中分离气体的气液分离器15。

另外，在本发明的实施方式1的沸腾冷却系统1中，具备：使制冷剂循环的泵11、产生微气泡并使微气泡包含在从泵11排出的制冷剂中的微气泡产生器12、被供给包含有微气泡的制冷剂并使制冷剂沸腾的沸腾冷却器13、在制冷剂的沸腾后且由泵11进行的吸入前对制冷剂进行冷却的散热器14、在制冷剂的沸腾后且由泵11进行的吸入前从循环的制冷剂中分离气体的气液分离器15、以及设置于沸腾冷却器13并被冷却的发热体3。

根据这样的结构，通过向沸腾冷却器13供给具有微气泡的制冷剂，从而能够使微气泡成为发泡核，对沸腾进行促进。另外，通过向沸腾冷却器13供给具有微气泡的制冷剂，从而能够抑制成为即使制冷剂的温度为沸点以上也不开始沸腾地保持液相状态的过热状态。由此，能够适当地冷却发热体3，能够将发热体3保持在容许温度以下。

除此之外，由于向沸腾冷却器13供给具有微气泡的制冷剂而对沸腾进行促进，所以无需如以往那样实施用于在传热面的表面形成腔的加工。另外，对于形成于传热面的腔而言，由于长时间的使用，杂质会析出，形成于传热面的腔有可能会堵塞。但是，即使传热面的腔被杂质堵塞，微气泡也会成为发泡核并对沸腾进行促进，因此，能够抑制沸腾冷却系统1的性能下降。而且，由于微气泡具有清洗效果，所以能够通过清洗沸腾冷却器13的传热面来除去杂质，能够抑制传热特性的劣化。因此，能够抑制沸腾冷却系统1的冷却性能的降低，并能够长时间使用。

另外，在本发明的实施方式1的沸腾冷却装置2中，也能够设为微气泡产生器12为流体流动式微气泡产生器的结构。

根据这样的结构，能够通过改进配管构造来产生微气泡，无需可动部或电开关控制等。因此，能够抑制电力消耗量，另外，由于无需可动部或电开关控制等，所以能够降低故障的可能性，并提高装置的可靠性。而且，由于通过改进配管构造来产生微气泡，所以无需为了产生微气泡而搭载需要注意耐热性的电子部件(耐热性较低的电子部件)。因此，使用流体流动式微气泡产生器的沸腾冷却装置2的耐热性与以往相比提高，能够使高温的制冷剂在微气泡产生器12中流通。

实施方式2.

利用图5说明本发明的实施方式2的沸腾冷却系统1a及沸腾冷却装置2a。此外，在实施方式1的沸腾冷却系统1中，将气液分离器15设置在相比于散热器14靠下游侧的位置。在本发明的实施方式2中，对在相比于沸腾冷却器13靠下游侧的位置且相比于散热器14靠上游侧的位置设置气液分离器25的变形例进行说明。以下，以与实施方式1不同的点为中心进行说明，并适当省略对相同或对应部分的说明。

图5是本发明的实施方式2的沸腾冷却系统1a的概略图。如图5所示，在本发明的实施方式2的沸腾冷却系统1a中，在相比于沸腾冷却器13靠下游侧的位置且相比于散热器14靠上游侧的位置设置有气液分离器25。另外，气液分离器25中的收容分离出的气体的气体收容部25a与微气泡产生器42经由连结配管34连结。连结配管34由与在实施方式1中说明的制冷剂配管16相同的原材料等形成，连结配管34的一方与气液分离器25的排气口连接，另一方与微气泡产生器42的气体进气口连接。

接着，说明本发明的实施方式2的沸腾冷却系统1a的工作。图5所示的箭头是示出制冷剂循环的方向的箭头30。如图5所示，在本发明的实施方式2的沸腾冷却系统1a中，制冷剂从泵排出，并经由制冷剂配管16按微气泡产生器42、沸腾冷却器13、气液分离器25及散热器14的顺序流动，然后，再次被吸入到泵中并进行循环。

在沸腾冷却器13中，具有微气泡的制冷剂被加热并沸腾，沸腾的制冷剂流入气液分离器25。在气液分离器25中，制冷剂被分离为气体和液体。在此，在本发明的实施方式2的沸腾冷却系统1a中，使用流体流动式微气泡产生器作为微气泡产生器42。例如，如在本发明的实施方式1中说明的那样，在使用回旋液流式或喷射器式的流体流动式微气泡产生器时，在流体流动式微气泡产生器的气体进气口22c、32d，与气液分离器25的排气口相比，静压值降低。因此，在气液分离器25分离出的气体从气液分离器25向微气泡产生器42流动(图5所示的示出气体吸入方向的箭头31)，并与从泵11排出的制冷剂混合，成为具有微气泡的制冷剂，向沸腾冷却器13供给。

此外，在本发明的实施方式2的沸腾冷却系统1a中，为了产生微气泡，不利用外部的气体，而使用在气液分离器25分离出的气体。在本发明的实施方式2的沸腾冷却系统1a中，气液分离器25的气体收容部25a的排气口与微气泡产生器42的气体进气口经由连结配管34连结。因此，制冷剂的循环路径为相对于外部密闭的构造。因此，不用担心制冷剂泄漏到外部，除此之外，也不用担心来自外部的杂质混入制冷剂。

在此，优选的是，微气泡为非冷凝性气体(例如为氮气、二氧化碳或空气等，为在沸腾冷却系统1a的工作温度带中不会冷凝的气体)。在微气泡为制冷剂蒸气的气泡的情况下，有可能在供给到沸腾冷却器13之前，微气泡的一部分冷凝并消失。因此，与微气泡为制冷剂蒸气的情况相比，在微气泡为非冷凝性气体的情况下，能够更可靠地向沸腾冷却器13供给微气泡。另外，对于作为非冷凝性气体的微气泡的组成而言，无需仅由非冷凝性气体构成，也可以含有制冷剂蒸气。

此外，在将制冷剂封入沸腾冷却系统1a的情况下，只要不进行特别的处理(例如抽真空等)，空气就会混入到制冷剂中。也就是说，即使不另行向沸腾冷却系统1a注入成为微气泡的起源的气体，也能够封入气体。另一方面，也可以在制冷剂的循环路径的一部分设置能够与外部连通的旁通配管(未图示)，并设为半密闭的构造。通过采用该构造，也能够容易地从外部向沸腾冷却系统1a供给成为微气泡的起源的气体。

此外，在本发明的实施方式2的沸腾冷却系统1a中，作为制冷剂，除了实施方式1记载的制冷剂之外，也能够使用R410、R407、氨、乙醇、氟利昂或二氧化碳等制冷剂。

另外，将微气泡产生器42的气体进气口与气体收容部25a的排气口连结的连结配管34也可以具有调整在连结配管34内流动的气体的流量的阀33，所述气体收容部25a收容在气液分离器25分离出的气体。通过调整该阀33的开度，从而能够调整从气液分离器25向微气泡产生器42流动的气体的量。也就是说，通过调整阀33的开度，从而能够调整微气泡的产生量。

另外，也可以设为如下结构：气液分离器25的上游侧的流入口经由制冷剂配管16与散热器14连接，下游侧的流出口经由制冷剂配管16与泵11连接。即，也可以将气液分离器25设为如下结构：将图1所示的气液分离器15的排出配管17作为连结配管，与微气泡产生器42的气体进气口连接。

如上所述，根据本发明的实施方式2的沸腾冷却系统1a，其特征在于，具备连结配管34，所述连结配管34将微气泡产生器42的气体进气口与气体收容部25a的排气口连结，所述气体收容部25a收容在气液分离器25分离出的气体。

根据这样的结构，由于利用在气液分离器25分离出的气体作为用于在微气泡产生器42产生微气泡的气体，所以无需从外部取入气体。因此，制冷剂的循环流路能够采用密闭构造。因此，能够显著地降低制冷剂泄漏到外部的可能性，除此之外，能够显著地降低异物等来自外部的杂质混入制冷剂的可能性。另外，由于能够抑制由吸入来自周围的空气导致的杂质混入制冷剂的情形，所以即使长时间地使用本发明的实施方式2的沸腾冷却系统1a，也能够抑制杂质析出到沸腾冷却器13的传热面。因此，能够降低水垢向沸腾冷却器13的传热面的附着，能够谋求沸腾冷却系统1a的长寿命化。

而且，在本发明的实施方式2的沸腾冷却系统1a中，在沸腾冷却器13沸腾的制冷剂在流通到散热器14之前流入气液分离器25。于是，沸腾的制冷剂被气液分离器25分离为气体和液体，分离出的气体被吸引到微气泡产生器42中。被吸引到微气泡产生器42中的气体未由散热器14冷却，温度比沸腾冷却系统1a的外部的气体高。因此，在微气泡产生器42中，向沸腾冷却器13供给具有使用高温气体生成的微气泡的制冷剂，因此，能够进一步促进在沸腾冷却器13的沸腾。

另外，在本发明的实施方式2的沸腾冷却系统1a中，也能够设为微气泡为非冷凝性气体的结构。

根据这样的结构，由于微气泡为非冷凝性气体，所以不会冷凝，与微气泡为制冷剂蒸气的气泡的情况相比，能够向沸腾冷却器13供给更多的微气泡。

而且，由于在沸腾冷却器13沸腾的制冷剂在流通到散热器14之前流入气液分离器25，所以能够抑制来源于微气泡的非冷凝性气体停滞在散热器14。因此，能够抑制由非冷凝性气体停滞在散热器14导致的散热或流动的阻碍，能够提供更稳定的沸腾冷却系统1a。

另外，在本发明的实施方式2的沸腾冷却系统1a中，连结配管34也可以具备调整流量的阀33。

根据这样的结构，能够调整微气泡的产生量，能够与用途、条件相匹配地使沸腾冷却系统1a的散热特性变化，能够提高冷却效率。

此外，本发明能够在发明的范围内将各实施方式自由地组合，并且能够对各实施方式适当地进行变形、省略。

附图标记的说明

1沸腾冷却系统，2沸腾冷却装置，3发热体，11泵，12、22、32、42微气泡产生器，13沸腾冷却器，14散热器，15、25气液分离器，15a、25a气体收容部，16制冷剂配管，22c、32d气体进气口，33阀，34连结配管。

Claims (6)

1.一种沸腾冷却装置，其中，所述沸腾冷却装置具备：

泵，所述泵使制冷剂循环；

微气泡产生器，所述微气泡产生器产生微气泡，并使所述微气泡包含在从所述泵排出的所述制冷剂中；

沸腾冷却器，所述沸腾冷却器被供给包含有所述微气泡的所述制冷剂，并使所述制冷剂沸腾；

散热器，所述散热器在所述制冷剂的沸腾后且由所述泵进行的吸入前对所述制冷剂进行冷却；以及

气液分离器，所述气液分离器在所述制冷剂的沸腾后且由所述泵进行的吸入前从循环的所述制冷剂中分离气体。

2.根据权利要求1所述的沸腾冷却装置，其中，

所述微气泡产生器是流体流动式微气泡产生器。

3.根据权利要求1所述的沸腾冷却装置，其中，

所述微气泡为非冷凝性气体。

4.根据权利要求2所述的沸腾冷却装置，其中，

所述沸腾冷却装置具备连结配管，所述连结配管将所述微气泡产生器的气体进气口与气体收容部的排气口连结，所述气体收容部收容在所述气液分离器分离出的气体。

5.根据权利要求4所述的沸腾冷却装置，其中，

所述连结配管具备调整流量的阀。

6.一种沸腾冷却系统，其中，所述沸腾冷却系统具备：

权利要求1～5中任一项所述的沸腾冷却装置；以及

发热体，所述发热体设置于所述沸腾冷却器的壁面的外侧并被冷却。