JP2006140256A

JP2006140256A - 冷却方法及び装置

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Publication number: JP2006140256A
Application number: JP2004327455A
Authority: JP
Inventors: Takagi Tsukamoto; 貴城塚本; Ryoji Imai; 良二今井
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2004-11-11
Filing date: 2004-11-11
Publication date: 2006-06-01

Abstract

【課題】小型の構成にて高熱流速除熱を可能にする。
【解決手段】一側面が発熱体に接し他側面が蒸気通路に接する固体壁５の蒸気通路側面に、蒸気通路側に開口した複数の狭幅の蒸発溝１３を形成すると共に、各蒸発溝１３の端部を液供給室１１，１２に連通し、蒸発溝１３の液供給室１１，１２側端部に、液供給室１１，１２の液を各蒸発溝１３に供給する液導入装置１９を備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、電子機器の半導体素子等の高熱流束の発熱体を効果的に冷却するための冷却方法及び装置に関するものである。

従来より、電子機器の半導体素子等の発熱体を冷却するための装置としては、冷凍機、ヒートパイプ等が知られている。

冷凍機は、蒸発した冷媒を圧縮機で圧縮し、圧縮した冷媒を凝縮器で凝縮（放熱）して液化させ、液化した冷媒液を蒸発器の蒸発流路に供給して冷媒液を蒸発させ発熱体の熱を除去することにより発熱体を冷却している。

前記冷凍機の先行技術情報としては、例えば特許文献１に示す半導体素子用冷凍式冷却装置、及び非特許文献１に示すコンピュータチップ用小型沸騰冷却器がある。

又、ヒートパイプは、パイプの内部に作動液を充填し、発熱体に晒されるパイプの一端側の蒸発部で作動液を蒸発させることにより発熱体を冷却し、蒸発した蒸気はパイプ内部を通して他端側の放熱部に移動し、放熱部で冷却（放熱）されることにより液化し、液化した作動液はパイプ内面に設けられたウィック、網、或いは溝等による毛細管現象によって再び前記蒸発部に戻されるようになっている。

前記ヒートパイプを開示する先行技術情報としては、例えば特許文献２、特許文献３がある。
特開２００２−１９８４７８号公報特開平０９−１３９４５３号公報特開２００４−０６０９１１号公報鈴木昌彦他４人，冷媒自然環境技術を用いた沸騰冷却器の開発（コンピュータチップ用小型沸騰冷却器）デンソーテクニカルレビュー，Ｖｏｌ．７，Ｎｏ．１，２００２

近年、電子機器に備えられるＬＳＩチップ等の半導体素子は、素子の高集積度化、動作周波数の増大化等に伴って単位面積当たりの発熱量が急速に増加しており、このような発熱体からの高熱流束の排熱を小型の装置で効果的に除去できる冷却手段の開発が望まれている。

上記したような電子機器等の高熱流束の排熱を、従来から用いられている特許文献１及び非特許文献１に示すような冷凍機の蒸発器を発熱体に取り付けて冷却しようとした場合には、蒸発器の蒸発流路が高熱流束の排熱による加熱によって乾きを生じ、このために蒸発器で除去できる除熱量（熱流束）には限界がある。このために、前記したような電子機器等の高熱流束の排熱を冷却するための装置としては適用することができなかった。

又、前記特許文献２、特許文献３に示したヒートパイプを前記したような高熱流束の排熱の冷却に適用した場合にも、ウィック、網、或いは溝による毛細管現象によって作動液を発熱体へ供給するのが間に合わずにパイプ内面が乾く問題があり、このためにヒートパイプで除去できる除熱量（熱流束）には限度がある。現状のヒートパイプで除去できる除熱量は低く２０Ｗ／ｃｍ²が限界といわれている。

又、上記冷凍機或いはヒートパイプを用いて高熱流束の排熱を除去する方法としては、発熱体の熱流束を分散するようにしたヒートスプレッダを備え、該ヒートスプレッダの中間媒体で高熱流束を分散させて低熱流束化し、該中間媒体を多数備えた蒸発器の蒸発流路或いはヒートパイプに導くことにより冷却することが行われている。しかし、この方式では、前記ヒートスプレッダが必要であり、且つ多数の蒸発流路或いはヒートパイプを備えることになるために、蒸発器及びヒートパイプの構成が大掛かりになってしまい、よって特に小型化が要求される電子機器等の冷却には適用することができない。

上記した如く、近年の高熱流束化する電子機器等の発熱体を冷却する為には、小型の装置で除熱量の限界を引き上げることが極めて重要であり、除熱量１００Ｗ／ｃｍ²、或いはそれ以上の高い除熱量が得られる冷却装置の出現が望まれている。

本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的とするところは、小型の構成にて高熱流束除熱が可能な冷却方法及び装置を提供することにある。

本発明は、一側面が発熱体に接し他側面が蒸気通路に接する固体壁の蒸気通路側面に、蒸気通路に開口した複数の狭幅の蒸発溝を密に形成し、該各蒸気溝の端部を液供給室に連通し、該液供給室の液を液導入装置を介して前記各蒸発溝に供給することにより各蒸発溝の液濡れ長さを延長して固体壁の蒸発面積を増加することを特徴とする冷却方法に係るものである。

一方、本発明は、一側面が発熱体に接し他側面が蒸気通路に接する固体壁の蒸気通路側面に、蒸気通路側に開口した複数の狭幅の蒸発溝を形成すると共に、該各蒸発溝の端部を液供給室に連通し、前記蒸発溝の液供給室側端部に、液供給室の液を前記各蒸発溝に供給する液導入装置を備えたことを特徴とする冷却装置に係るものである。

前記冷却装置においては、前記液導入装置を、蒸気泡駆動装置とすることができる。

又、前記冷却装置においては、前記液導入装置を、圧電駆動装置とすることができる。

又、前記冷却装置においては、前記液導入装置を、電気浸透駆動装置とすることができる。

上記手段によれば、以下のような作用が得られる。

本発明の冷却方法及び装置においては、発熱部に接する固体壁の反対面に、蒸気通路に開口した狭幅の蒸発溝を高い配置密度で形成するようにしたので、蒸発溝の壁面と液が接する部分に生じる蒸発促進部の配置密度が高まり、よって高熱流束の除熱が可能となる。一方、前記狭幅の蒸発溝は毛細管現象によって液供給室の液を引込む力が小さいことによって蒸発溝が乾く問題があるが、この問題に対しては、液供給室の液を液導入装置にて蒸発溝へ供給するようにしたので、蒸発溝に安定して液が導入されることと前記液の毛細管現象とによって液が蒸発溝の内奥部まで行き渡るようになり、よって溝の乾きを防止して液濡れ長さを延長することができ、これにより固体壁による有効冷却面積を増大して、高熱流束の除熱が確実に行えるようになる。

本発明の請求項１〜５記載の冷却方法及び装置によれば、発熱部に接する固体壁の反対面に、蒸気通路に開口した狭幅の蒸発溝を高い配置密度で形成するようにしたので、蒸発溝の壁面と液が接する部分に生じる蒸発促進部の配置密度が高まり、よって高熱流束の除熱が可能になる効果がある。

更に、液供給室の液を液導入装置にて蒸発溝へ供給するようにしたので、蒸発溝に安定して液が導入されることと前記液の毛細管現象とによって液が蒸発溝の内奥部まで行き渡るようになり、よって溝の乾きを防止して液濡れ長さを延長することができ、これにより固体壁による有効冷却面積を増大して、高熱流束の除熱を確実に行える効果がある。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に参照して説明する。

図１〜図４は本発明を実施する形態の一例であり、図１は冷却装置の全体構成の概略を表わすブロック図、図２は図１の冷却装置における蒸発器の外観斜視図、図３は図２の蒸発器を分解した状態を示す斜視図、図４は図２の蒸発器の断面図である。

冷却装置の全体構成を示す図１において、１は電子機器の半導体素子等の発熱体２に装着して発熱体２の冷却を行うための蒸発器、３は蒸発器１からの蒸気の熱を外部に放出して冷却し液化を行うための凝縮器、４は凝縮器３から蒸発器１に供給される液の圧力を調節する調圧器である。

上記図１の冷却装置により半導体素子等の発熱体２の高熱流束を効果的に除熱して冷却を行う為には、前記蒸発器１を小型でしかも高熱流束の除熱が可能な構成とする必要がある。

図２、図３は前記蒸発器１の一例を示したもので、蒸発器１は、半導体素子等の高熱流束の熱を発生する発熱体２に一側面（下面）を接着或いはその他の方法で固定できる固体壁５と、該固体壁５に一体に組立てが可能な中間壁６及び上部壁７とを備えており、上部壁７には液供給管８，９及び蒸気取出口１０が設けられている。

前記固体壁５の他側面（上面）には、前後方向に長い長方形の液供給室１１，１２が左右に間隔を隔てて形成されており、且つ前記固体壁５の上面における前記液供給室１１，１２の相互間には、液供給室１１，１２を相互に繋ぐように延びた狭幅の蒸発溝１３が前後方向に多数密に形成されている。

上記蒸発溝１３は、図４に示す如く、断面が略Ｖ字状、或いはＵ字状やコの字状等の任意の形状を有しており、夫々上部が開口している。この時、蒸発溝１３の溝幅は狭幅であることが好ましく例えば１００μｍ以下とすることが好ましい。

前記中間壁６には、前記固体壁５に設けられた多数の蒸発溝１３の部分を包囲する形状を有して切り欠いた蒸気通路１４が形成されており、又、前記上部壁７には前記中間壁６の蒸気通路１４と前記蒸気取出口１０とを連通する開口１５が形成されている。

一方、前記中間壁６と上部壁７には、前記各液供給室１１，１２に対して前記液供給管８，９を別々に連通するための液供給口１６，１７が設けられている。この時、前記液供給口１６，１７は液供給室１１，１２の互いに反対側の端部に連通している。従って、前記液供給管８，９により液供給口１６，１７を経て左右の液供給室１１，１２に液を供給すると、液供給室１１，１２の液は、各蒸発溝１３の両端部から毛細管現象により取り込まれて、蒸発溝１３を満たし（濡らし）ながら蒸発溝１３の中心側に向かって流動する。

図４のように組み立てられた蒸発器１では、固体壁５の蒸発溝１３の上部に中間壁６による蒸気通路１４が形成され、且つ蒸気通路１４には前記狭幅の蒸発溝１３が開口しており、更に、前記液供給管８，９により各液供給室１１，１２に供給された液（例えば水）は、毛細管現象により各蒸発溝１３に導入されて各蒸発溝１３を濡らすようになっているので、発熱体２の排熱によって固体壁５が加熱されると、各蒸発溝１３の液が蒸発して蒸気通路１４に排出され、この蒸発時の気化熱により発熱体２が冷却される。

上部が開口した断面コの字状の蒸発溝１３を用いて、該蒸発溝１３内にできる液面形状と液の流れについて解析を行ったところ、図５に示す結果が得られた。図５によれば、蒸発溝１３内の液は液表面の中心側で下向きに移動した後両側の壁付近に向かって流れ、蒸発溝１３の壁付近頂部における蒸発促進部１８で旺盛に蒸発していることがわかる。

又、前記蒸発溝１３における蒸発時の熱流束を蒸発溝１３の幅方向で解析した結果を図６に示した。図６の横軸は蒸発溝１３の幅の無次元値である。図６によれば、蒸発溝１３の両側の壁付近の熱流束が著しく高く、蒸発溝１３の壁付近では全熱量の４６％が通ることが判明した。このことからも、蒸発溝１３の壁付近は蒸発量が著しく大きい蒸発促進部１８となっていることがわかる。

上記したように、蒸発溝１３による液の蒸発は、壁付近上部の蒸発促進部１８からの蒸発が主体であり、従って、蒸発溝１３の長さが同じであれば、蒸発溝１３の幅が変化しても蒸発溝１３の１本当たりの除熱量は同等であることがわかる。従って、前記蒸発溝１３の溝幅を狭幅にして、単位面積当たりに配置する蒸発溝１３の数を増加して密の配置構成とすると、単位面積当たりの除熱量を著しく高めることができる。

しかし、このように単位面積当たりに設置する蒸発溝１３の数を増加する為に蒸発溝１３の溝幅を狭くした場合には、液の粘性による圧力損失が増加することにより、毛細管現象によって液を蒸発溝１３に取り込む作用が低下し、このために加熱によって蒸発溝１３が乾き易くなり、液濡れ長さが極端に短くなってしまう。このように液濡れ長さが短くなると、有効冷却面積が確保できなくなるために、実際上、半導体素子等の高熱流束の除熱ができない場合がある。

本発明者らが溝幅６０μｍの蒸発溝１３に対して一方端側から毛細管現象により水を供給させ、除熱量１００［Ｗ／ｃｍ²］（Ｗはワットである）を得るための試験を実施したところ、この場合における液濡れ長さは最大で６．０ｍｍであり、６．０ｍｍが限界であった。従って、溝幅６０μｍの蒸発溝１３に対して両端側から水を供給するようにすれば、液濡れ長さを倍の１２ｍｍに増加できると考えられる。

このように、例えば蒸発溝１３の溝幅を６０μｍとした場合には、液濡れ長さは１２ｍｍ程度と短いけれども、１００［Ｗ／ｃｍ²］の高い除熱量を達成できるので、従来のヒートパイプにおいて限度であった２０［Ｗ／ｃｍ²］の除熱量を５倍に引き上げることができる。

しかし、上記したように、溝幅が６０μｍの蒸発溝１３で１００［Ｗ／ｃｍ²］の除熱量を得るためには、蒸発器１の有効冷却幅が１２ｍｍとなってしまうため、冷却装置が適用できる範囲が限られてしまう。従って、蒸発器１の有効冷却面積を増大させることが要求される。

このため、本発明では、図７、図８に示す如く、前記蒸発溝１３における液供給室１１，１２側の端部に、液供給室１１，１２内の液を前記各蒸発溝１３に供給するようにした液導入装置１９を設け、この液導入装置１９によって蒸発溝１３の液濡れ長さを増大するようにした。

図７、図８は、前記液導入装置１９を蒸気泡駆動装置２０Ａとした場合の例を示したもので、この蒸気泡駆動装置２０Ａは、前記液供給室１１，１２と前記蒸発溝１３との間に、ポンピングチャンバ２１と、該ポンピングチャンバ２１の左右に連通し、且つ液供給室１１，１２側の流路幅が狭く蒸発溝１３側の流路幅が広くなった略三角形状のテーパ流路２２，２３とを備えており、且つ前記中間壁６のポンピングチャンバ２１に対応した位置には加熱器２４を備えた構成を有している。

この時、前記蒸気泡駆動装置２０Ａを備えた蒸発器１は、固体壁５に備えた蒸発溝１３が、発熱体２の発熱部２ａに対応する位置になるように、発熱体２に対して固体壁５を固定する。即ち、前記蒸気泡駆動装置２０Ａが発熱部２ａで加熱されないようにしている。尚、前記蒸気泡駆動装置２０Ａは、蒸発溝１３の夫々に対応して備えることができるが、図７の如く複数の蒸発溝１３を連結するようにしてそのグループごとに１つの蒸気泡駆動装置２０Ａを備えるようにしてもよい。

図７、図８の蒸気泡駆動装置２０Ａでは、加熱器２４を作動して加熱を行うと、ポンピングチャンバ２１内の液が加熱されて図９（ａ）に示す如くポンピングチャンバ２１内に蒸気泡Ｓが生じることによりポンピングチャンバ２１内の圧力が高まって液を押すようになるが、このとき、テーパ流路２２は流路幅が狭くなる形状のために液は流れ難く、他方、テーパ流路２３は流路幅が広くなる形状のために液が流れ易くなり、従って液は蒸発溝１３側に流動する。

一方、前記加熱器２４による加熱を停止すると、図９（ｂ）に示す如く蒸気泡Ｓが縮小することによりポンピングチャンバ２１内の圧力が低下して液を引込むようになるが、このとき、テーパ流路２３は流路幅が狭くなる形状のために液は流れ難く、他方テーパ流路２２は流路幅が広くなる形状のために液は流れ易くなり、従って液供給室１１，１２の液はポンピングチャンバ２１内に吸引される。

従って、前記図９（ａ）、（ｂ）の操作を繰返すことにより、液供給室１１，１２の液は蒸気泡駆動装置２０Ａによって順次蒸発溝１３に供給されるようになる。

図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、液導入装置１９を蒸気泡駆動装置２０Ｂとした場合の例を示したもので、この蒸気泡駆動装置２０Ｂは、前記液供給室１１，１２と前記蒸発溝１３との間に、液供給室１１，１２側の流路幅が狭く蒸発溝１３側の流路幅が広くなったテーパ流路２５を形成し、且つ中間壁６における前記テーパ流路２５に対応した位置に加熱器２６を備えた構成を有している。図１０では加熱器２６がテーパ流路２５の上部に配置されているが、テーパ流路２５に対して紙面と平行にテーパ流路２５の手前に加熱器２６が配置されていてもよい。

図１０（ａ）に示す蒸気泡駆動装置２０Ｂでは、加熱器２４を作動して加熱（加熱した状態を矢印で示している）を行うと、テーパ流路２５内の液が加熱されて蒸気泡Ｓが生じる。この時、蒸気泡Ｓの成長は図１０（ｂ）に示すように、テーパ流路２５の狭い方向には抵抗となり流路幅が広い方向には拡がって成長し易いために、この蒸気泡Ｓの拡がりにより液は右側に押されて移動し蒸発溝１３に供給されるようになる。

一方、前記加熱器２４による加熱を停止すると、図１０（ｃ）に示す如く前記蒸気泡Ｓは縮小するが、蒸気泡Ｓはテーパ流路２５の流路幅が広い側に向かって縮小するようになるので、これにより左側（液供給室１１，１２）の液がテーパ流路２５に吸引されるようになる。

従って、前記図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のように加熱器２６のＯＮ−ＯＦＦ操作を繰返すことにより、液供給室１１，１２の液は蒸気泡駆動装置２０Ｂによって順次蒸発溝１３に供給されるようになる。

図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、液導入装置１９を蒸気泡駆動装置２０Ｃとした場合の例を示したもので、この蒸気泡駆動装置２０Ｃは、前記液供給室１１，１２と前記蒸発溝１３との間に、単一流路径の駆動流路２７を備え、且つ該駆動流路２７の長手方向に沿うように、中間壁（図示せず）に対して３個の加熱器２８，２９，３０を配置した構成を有している。

図１１（ａ）に示す蒸気泡駆動装置２０Ｃでは、加熱器２８を作動して加熱を行うと、駆動流路２７内の液が加熱されて加熱器２８に対応した位置に蒸気泡Ｓ１が生じる。この時、蒸気泡Ｓ１は駆動流路２７内の液を左右に押すようにして成長する。次に、図１１（ｂ）に示すように加熱器２９も作動して加熱を行うと、加熱器２９に対応した位置に蒸気泡Ｓ２が生じる。この時、蒸気泡Ｓ２の左側は蒸気泡Ｓ１によって塞がれている為に蒸気泡Ｓ２は右側に向かって成長し、これにより液は主に右側（蒸発溝１３側）に押されて移動する。次に、図１１（ｃ）に示すように、加熱器３０を作動して加熱を行い、加熱器２８による加熱を停止する。すると、加熱器３０に対応した位置に生じた蒸気泡Ｓ３は左側が蒸気泡Ｓ２によって塞がれている為に右側に向かって成長し、これにより液は主に右側（蒸発溝１３側）に押されて移動する一方、加熱器２８による加熱が停止したことにより蒸気泡Ｓ１は縮小するが、蒸気泡Ｓ１の右側は蒸気泡Ｓ２によって塞がれているために、蒸気泡Ｓ１の縮小に伴って左側（液供給室１１，１２）の液が駆動流路２７内に吸引されるようになる。次に、図１１（ｄ）に示すように、加熱器２９の加熱を停止すると、蒸気泡Ｓ２は縮小するが、蒸気泡Ｓ２の右側が蒸気泡Ｓ３で塞がれている為に蒸気泡Ｓ２の縮小に伴って液供給室１１，１２から駆動流路２７内に液が吸引される。次に、図１１（ｅ）に示すように、加熱器３０による加熱を停止すると共に、加熱器２８を作動して加熱を行うと、蒸気泡Ｓ３が縮小すると同時に蒸気泡Ｓ１が生じて成長し、これにより蒸気泡Ｓ１の右側の液が蒸発溝１３方向に押されるようになり、図１１（ａ）の状態に戻る。

従って、前記図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）のように加熱器２８，２９，３０のＯＮ−ＯＦＦ操作を繰返すことにより、液供給室１１，１２の液は蒸気泡駆動装置２０Ｃによって順次蒸発溝１３に供給されるようになる。

図１２（ａ）、（ｂ）は、液導入装置１９を圧電駆動装置３１Ａとした場合の例を示したもので、この圧電駆動装置３１Ａは、固体壁５と中間壁６の相互間における前記液供給室１１，１２と前記蒸発溝１３との間に、左右の絞り部３２，３３によって挟むようにしたポンピングチャンバ３４を設け、該ポンピングチャンバ３４の薄肉部３５に圧電素子３６（ピエゾ素子）を取り付て該圧電素子３６により前記ポンピングチャンバ３４の圧力を可変にできるようにし、更に、前記中間壁６に、絞り部３２，３３を加熱して該絞り部３２，３３を通る液の温度を調節するようにした加熱器３７，３８を備えた構成を有している。

図１２（ａ）、（ｂ）に示す圧電駆動装置３１Ａでは、加熱器３８を作動して絞り部３３を通る液を加熱することにより液の粘性を低下させ、一方加熱器３７の加熱は停止して絞り部３２を通る液の粘性は高いままとした状態において、圧電素子３６を作動させて薄肉部３５を上方に変形させることによりポンピングチャンバ３４を加圧すると、ポンピングチャンバ３４内の液は、加熱により粘性が低下して流動し易くなっている絞り部３３を通って蒸発溝１３に供給されるようになる。次に、加熱器３８による加熱を停止すると共に、加熱器３７を作動して絞り部３２を通る液を加熱することにより液の粘性を低下させた状態において、圧電素子３６により薄肉部３５を下方に変形させてポンピングチャンバ３４を拡張させる（元に戻す）と、ポンピングチャンバ３４内の圧力が低下することにより、液供給室１１，１２の液が、加熱によって粘性が低下して流動し易くなっている絞り部３２を通ってポンピングチャンバ２１内に吸引されるようになる。

従って、前記図１２（ａ）、（ｂ）のように加熱器３７，３８のＯＮ−ＯＦＦ操作と圧電素子３６のＯＮ−ＯＦＦ操作を繰返すことにより、液供給室１１，１２の液は圧電駆動装置３１Ａによって順次蒸発溝１３に供給されるようになる。

図１３、図１４は、液導入装置１９を圧電駆動装置３１Ｂとした場合の例を示したもので、この圧電駆動装置３１Ｂは、前記液供給室１１，１２と前記蒸発溝１３との間に、ポンピングチャンバ３９を設けると共に、該ポンピングチャンバ３９を形成する薄肉部４０に圧電素子４１（ピエゾ素子）を設け、該圧電素子４１の作動により前記ポンピングチャンバ３９の圧力を変化できるようにしている。更に、前記ポンピングチャンバ３９の左側部には、前記液供給室１１，１２に連通したテーパ流路４２を接続し、一方、前記ポンピングチャンバ３９の右側部には、前記蒸発溝１３に連通したテーパ流路４３を接続している。そして、前記テーパ流路４２，４３は、図１３に示す如く、夫々液供給室１１，１２側の流路幅が狭く、蒸発溝１３側の流路幅が広くなったテーパ形状を有している。

図１３、図１４に示す圧電駆動装置３１Ｂでは、圧電素子４１を作動し薄肉部４０を上方に変形させてポンピングチャンバ３９の圧力を高めると、ポンピングチャンバ３９内の液は、テーパ流路４２の狭い方向へ流れることは抵抗となり、一方、流路幅が広くなっているテーパ流路４３には流れ易くなるので、ポンピングチャンバ３９の液はテーパ流路４３を通って蒸発溝１３に供給される。一方、圧電素子４１の作動を停止するとポンピングチャンバ３９内の圧力が減圧されて液を吸引するようになるが、液がテーパ流路４３の狭い方向へ流れることは抵抗となり、一方、流路幅が広くなっているテーパ流路４２には流れ易くなるので、液供給室１１，１２の液が、テーパ流路４２によってりポンピングチャンバ３９内に吸引されるようになる。

従って、前記図１３、図１４のように圧電素子４１のＯＮ−ＯＦＦ操作を繰返すのみで、液供給室１１，１２の液は圧電駆動装置３１Ｂによって順次蒸発溝１３に供給されるようになる。

図１５は、液導入装置１９を電気浸透駆動装置（ＥＨＤ）４４とした場合の例を示したもので、この電気浸透駆動装置４４は、前記固体壁５に対してガスケット４５を介して駆動プレート４６を配置し、該駆動プレート４６に、前記固体壁５の蒸発溝１３の長手方向と直交して延びるエミッタ線４７とコレクタ線４８が交互に配置してなる電極４９，５０を設けた構成を有している。

図１５に示す電気浸透駆動装置４４では、駆動プレート４６の電極４９，５０に電流を印加すると、エミッタ線４７とコレクタ線４８によって形成される電場による電気浸透作用によって蒸発溝１３の液を一方向に送給することができ、これにより液供給室１１，１２の液を蒸発溝１３に供給することができる。

上記したように、蒸発溝１３の液供給室１１，１２側端部に、前記蒸気泡駆動装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ、圧電駆動装置３１Ａ，３１Ｂ、電気浸透駆動装置４４等からなる液導入装置１９を設けて、液供給室１１，１２内の液を前記狭幅の各蒸発溝１３に積極的に送り込んで供給するようにしたので、蒸発溝１３の乾きを防止して液濡れ長さを大幅に増大することができる。従って、固体壁５の有効冷却面積を大幅に増加できるようになるので、小型の構成で高熱流束の除熱が可能になり、よって構成導体素子等の発熱体２の高熱流束除熱が効果的に達成できるようになる。

なお、上記形態においては、プレート型の固体壁を備えた蒸発器の場合について説明したが、ヒートパイプの蒸発部にも適用できること、液導入装置には図示例以外のものも採用できること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の冷却装置の全体構成の概略を表わすブロック図である。図１の冷却装置における蒸発器の外観斜視図である。図２の蒸発器を分解した状態を示す斜視図である。図２の蒸発器の断面図である。蒸発溝内にできる液面形状と液の流れについて解析を行った結果を示す線図である。蒸発溝における蒸発時の熱流束を蒸発溝の幅方向で解析した結果を示す線図である。本発明において蒸発溝に備える液導入装置を蒸気泡駆動装置とした場合の一例を示す平面図である。図７の斜視図である。図７、図８の作用を示すもので、（ａ）は加熱器の加熱によりポンピングチャンバ内に蒸気泡が生じる時の作用説明図、（ｂ）は加熱器による加熱を停止して蒸気泡が縮小するときの作用説明図である。液導入装置を蒸気泡駆動装置とした場合の他の例を示すもので、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は加熱器のＯＮ−ＯＦＦ操作によりテーパ流路に対する蒸気泡の生成、蒸気泡の成長、蒸気泡の縮小を行って液を供給する状態を示した説明図である。液導入装置を蒸気泡駆動装置とした場合の更に他の例を示すもので、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は駆動流路に対して３個所に備えた加熱器のＯＮ−ＯＦＦ操作により、蒸気泡の生成、蒸気泡の成長、蒸気泡の縮小を行って液を供給する状態を示した説明図である。液導入装置を圧電駆動装置とした場合の一例を示すもので、（ａ）は圧電素子を作動してポンピングチャンバの液を蒸発溝に供給している状態を示す説明図、（ｂ）は圧電素子を停止して液供給室の液をポンピングチャンバ内に吸引する状態を示す説明図である。液導入装置を圧電駆動装置とした場合の更に他の例を示す平面図である。図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ方向断面図である。液導入装置を電気浸透駆動装置とした場合の例を示す斜視図である。

符号の説明

１蒸発器
２発熱体
５固体壁
１１，１２液供給室
１３蒸発溝
１４蒸気通路
１９液導入装置
２０Ａ蒸気泡駆動装置
２０Ｂ蒸気泡駆動装置
２０Ｃ蒸気泡駆動装置
３１Ａ圧電駆動装置
３１Ｂ圧電駆動装置
４４電気浸透駆動装置

Claims

一側面が発熱体に接し他側面が蒸気通路に接する固体壁の蒸気通路側面に、蒸気通路に開口した複数の狭幅の蒸発溝を密に形成し、該各蒸気溝の端部を液供給室に連通し、該液供給室の液を液導入装置を介して前記各蒸発溝に供給することにより各蒸発溝の液濡れ長さを延長して固体壁の蒸発面積を増加することを特徴とする冷却方法。
一側面が発熱体に接し他側面が蒸気通路に接する固体壁の蒸気通路側面に、蒸気通路側に開口した複数の狭幅の蒸発溝を形成すると共に、該各蒸発溝の端部を液供給室に連通し、前記蒸発溝の液供給室側端部に、液供給室の液を前記各蒸発溝に供給する液導入装置を備えたことを特徴とする冷却装置。
前記液導入装置が、蒸気泡駆動装置である請求項２記載の冷却装置。
前記液導入装置が、圧電駆動装置である請求項２記載の冷却装置。
前記液導入装置が、電気浸透駆動装置である請求項２記載の冷却装置。