JP2010007893A - 沸騰冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な沸騰伝熱を行うことができる沸騰冷却装置を提供する。
【解決手段】本発明の沸騰冷却装置１０は、上下方向に延在し発熱体Ｚの熱を液体冷媒が受熱する受熱面５０を有し、内部に液体冷媒を収容する収容部１を備え、収容部１は、液体冷媒が下方から上方に向かって流れると共に、受熱面５０が配置される受熱通路１００と、液体冷媒が供給される供給通路１１０と、収容部１の内部空間を受熱通路１００と供給通路１１０とに仕切る仕切部４００と、を有する沸騰冷却装置であって、仕切部４００の受熱面５０と対向する面と受熱面５０との間隙は上方側が拡幅されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷媒を用いた沸騰冷却装置に関するものである。

沸騰冷却装置は、液体冷媒が沸騰する際の潜熱を利用して発熱体を冷却する装置である。例えば、特開２００３−４２６７２号公報（特許文献１）に開示された沸騰冷却装置では、内部に冷媒を貯留し一方表面に発熱体が取り付けられる冷媒容器と、冷媒容器の他方表面に組付けられた放熱部とを備えている。さらに、この沸騰冷却装置は、冷媒容器内を発熱体側流路と放熱部側流路とに仕切る障壁部を備えている。沸騰冷却装置は、冷媒容器の両表面が直立した状態で使用されることを前提として、良好な冷媒循環を実現している。

また特開平８−２９０４１号公報（特許文献２）に開示された沸騰冷却装置では、障壁部はなく、冷却容器の幅を上部に行くほど幅広にする構造を備えている。冷却容器の幅が上部にいくほど幅広となっているため発生した気泡が上部の発熱体により発生した気泡と干渉することがないとされている。
特開２００３−４２６７２号公報 特開平８−２９０４１号公報

沸騰冷却装置では、沸騰伝熱を利用して冷却を行っている。沸騰伝熱は、図５に示すように、受熱面５００と障壁部６００との感覚が狭いと（例えば１ｍｍ〜５ｍｍ程度）、沸騰熱伝導が向上することが確認されている。それは、障壁部６００により一時的に気泡７００が保持され、その保持された気泡７００と受熱面５００との間のマイクロレイヤー９００という部分における熱の移動が良好であるため、沸騰熱伝導が向上すると推測されている。しかし冷媒が沸騰することによって出来た気泡７００が上部の受熱面５００に溜まると、上部の気泡７００が多すぎ、受熱面５００の伝熱不良が起こる。

特許文献１に記載の沸騰冷却装置は、障壁部を設けているが、それは発熱体側流路と放熱部側流路を分けるために設けられただけであって、受熱面と障壁部との距離を小さくすることで沸騰伝熱を向上させるものではない。

また特許文献２では、気泡の干渉を抑えるために冷媒容器の幅を上部に行くほど幅広にしているが、単に気泡が充満しないようにするために上部の幅を広くするという発想しか開示されておらず、受熱面と障壁部との距離をどの程度にするのが良いのかという開示はない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、良好な沸騰伝熱が行われる沸騰冷却装置を提供することを目的とする。

本発明の沸騰冷却装置は、上下方向に延在し発熱体の熱を液体冷媒が受熱する受熱面を有し、内部に液体冷媒を収容する収容部を備え、収容部は、液体冷媒が下方から上方に向かって流れると共に、受熱面が配置される受熱通路と、液体冷媒が供給される供給通路と、収容部の内部空間を受熱通路と供給通路とに仕切る仕切部と、を有する沸騰冷却装置であって、仕切部の受熱面と対向する面と受熱面との間隙は上方側が拡幅されていることを特徴とする。

発熱体の発熱によって、受熱通路の冷媒が沸騰し気泡が発生する。受熱面の下方部側で発生した気泡は冷媒中を上部に向かって上昇していく。本発明の沸騰冷却装置は収容部に仕切部を有し、かつ仕切部の受熱面と対向する面と受熱面との間隙は上方側が拡幅されているため、下方部側で発生した気泡が上方部側で発生した気泡と合体するのを抑制出来、そのため受熱面の上部と冷媒との熱伝導が悪くなることを抑制できる。また気泡の浮力と気泡成長によって冷媒の流れが形成されるのを利用し、冷媒中に仕切部に沿って受熱通路−供給通路−受熱通路の一方向へ流れる自然対流による冷媒の流路を形成することが出来る。

このような冷媒の流路を形成出来ることによって発熱体の上方、下方にかかわらず発熱体全体の伝熱の促進を図ることが出来る。これにより、良好な冷媒循環を実現できる。

この時、発熱体は収容部に直接取り付けずに熱伝導性部材をはさんで取り付けられていても良い。また液体冷媒は下方から上方に向かって流れ、上方において沸騰した冷媒を大気に開放し、新たな冷媒を供給通路に供給する構造としても良いし、収容部の上方に沸騰した冷媒を凝縮する凝縮部を取り付け、沸騰した冷媒を凝縮部で凝縮して供給通路に供給する構造としても良い。

ここで、仕切部の受熱面と対向する面は、受熱面との間隙が上方側において拡幅するように傾斜していることが好ましい。これによれば、仕切部の傾斜面に沿って流路が形成出来るため、よりスムーズに冷媒循環を行うことが出来る。この時仕切部の受熱面に対向していない面だけが、受熱面との間隙が上方側において拡幅するように傾斜していることは本発明には含まれない。

また仕切部ではなく、受熱面が形成される収容部の側壁部が仕切部の受熱面と対向する面と受熱面との間隙が上方側において拡幅するように傾斜していてもよい。

また発熱体は収容部の受熱通路内に配置する構成としてもよく、その場合収容部内の発熱体の表面に受熱面が形成されることになる。そのため発熱体自身の側面形状が仕切部の受熱面と対向する面と受熱面との間隙が上方側において拡幅するように傾斜している形状となっても良い。

また発熱体は収容部の一方の側壁部に取り付けられた第１発熱体と、対向する他方の側壁部に取り付けられた第２発熱体とからなり、収容部は、第１発熱体の熱を液体冷媒が受熱する第１受熱面と供給通路とを仕切る第１仕切部と、第２発熱体の熱を液体冷媒が受熱する第２受熱面と供給通路とを仕切る第２仕切部とを有し、第１仕切部の第1受熱面と対向する面と第１受熱面との間隙及び第２仕切部の第２受熱面と対向する面と第２受熱面との間隙は共に上方側が拡幅されていることが好ましい。

収容部の対向する両側壁部に発熱体を有し、各々の発熱体の熱を液体冷媒が受熱する各受熱面と各仕切部の受熱面と対向する面との間隙は上方側が拡幅されているので、より熱伝達を向上することが出来、伝熱促進を図ることが出来る。これは沸騰伝熱が狭い間隙で行うと沸騰熱伝達が向上することにも起因する。また発熱体が両側壁部に取り付けられていることによって、より多くの発熱体を冷却することが出来、効率が良い。

また発熱体は収容部の側壁部に上下方向に複数取り付けられていてもよい。複数の発熱体が収容部の側壁部に上下方向に取り付けられていても上方下方にかかわらず熱効率良く発熱体を冷却することが出来る。また発熱密度の異なる発熱体を上下に並べて取り付けることも可能である。

また仕切部の受熱面と対向する面と受熱面との間隙が幅５ｍｍ以下であることが好ましい。沸騰伝熱は、少ない体積の冷媒を沸騰させ気化することによって効率よく熱伝達出来るため、狭い間隙で行うことが好ましい。仕切部の受熱面と対向する面と受熱面との間隙は上方側の拡幅されている場所において５ｍｍ以下が好ましく、更に好ましくは３ｍｍ以下が好ましい。また下方側で１〜２ｍｍであることが好ましい。

本発明の沸騰冷却装置によれば、良好な沸騰伝熱を行うことができる。

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。下記に示した実施形態では、収容部の上方に凝縮部を取り付け、凝縮部で凝縮された液体冷媒を供給通路に供給する構造としたが、これに限定されるものではない。
（第１実施形態）
第１実施形態では沸騰冷却装置１０を例に挙げる。以下、沸騰冷却装置１０について図１を参照して説明する。図１は、沸騰冷却装置１０の模式断面図である。

図１に示すように、沸騰冷却装置１０は、収容部１と、凝縮部２とを備えている。

収容部１は、断面が直方体形状の金属製の容器であり、内部に冷媒（例えば水、フロン類など）が貯留されている。収容部１は受熱通路１００と、供給通路１１０と、仕切部４００とを備えている。

凝縮部２は、断面が直方体形状の金属製の容器であり、内部に凝縮パイプ部３を備えている。収容部１の鉛直方向上方に凝縮部２が連なっている。収容部１には鉛直方向側壁部の外面に発熱体Ｚが取り付けられている。図１において発熱体Ｚは収容部１の外側に取り付けてあるが、収容部１の内側に取り付けてあっても良い。

冷媒循環は、以下のとおりである。受熱面５０において発熱体Ｚから受熱して沸騰した冷媒蒸気が、受熱通路１００を上方に向かって流れ、凝縮部２で凝縮され、その凝縮液が供給通路１１０に流入し、供給通路１１０が受熱通路１００に冷媒を戻す。

本第１実施形態において、受熱通路１００は、図１に示すように、およそ収容部１の発熱体Ｚが取り付けられた鉛直方向側壁面と仕切部４００とを含む側壁面（４面）で囲まれた部位である。発熱体Ｚは、例えば半導体素子等である。

ここで、図１に示す状態を直立状態と称す。つまり、収容部１の発熱体Ｚが取り付けられた鉛直方向側壁面は、直立状態において、水平面に対して垂直となる。なお、発熱体Ｚの取付位置は、収容部１の底面よりも上方となっている。以下、図１に基づいて説明する。

収容部１の内部に設けられた仕切部４００は、受熱通路１００の側面を形成し、収容部１の内部空間を受熱通路１００と供給通路１１０とに仕切っている。仕切部４００については後述する。

受熱通路１００は、発熱体Ｚの熱を受け、その熱によって受熱通路１００内部の冷媒が沸騰する。沸騰した冷媒蒸気は、図１に示す矢印Ｙ１に示すように上昇し、凝縮部２に入る。凝縮部２については後述する。

供給通路１１０は、収容部１の内部で仕切部４００によって仕切られた一方側であり、発熱体Ｚの取り付けられた側壁面とは反対側に位置している。供給通路１１０は、受熱通路１００に連なり且つ並列的に配置されている。供給通路１１０は、下方が受熱通路１００に連通している。これによれば、沸騰により受熱通路１００の液面が低下すると、供給通路１１０内部の冷媒が圧力差により受熱通路１００に供給される。従って供給通路１１０において矢印Ｙ２の方向に冷媒が流れる。

凝縮部２は、収容部１の鉛直方向上方にある。凝縮部２の内部は、図１において、右方で収容部１の受熱通路１００及び左方で供給通路１１０に連通している。本第１実施形態において、凝縮部２は収容部１の上方に収容部１の断面直方体形状よりも幅が広い断面直方体形状になっており、収容部１が凝縮部２の幅方向の中央下方に位置しているが、これに限らない。

凝縮パイプ部３は、凝縮部２を貫通し、凝縮部２の内部に位置する部位が複数の偏平管の集合体で構成されている。凝縮パイプ部３の内部には、冷媒が流通しており、図示しないヘッダーを介して各偏平管内部に冷媒（冷却水等）が流れている。つまり、凝縮パイプ部３は、凝縮部２に収容され、受熱通路１００で沸騰した冷媒蒸気を凝縮する。

凝縮パイプ部３は、収容部１の上方に位置している。凝縮パイプ部３で凝縮された冷媒は、重力により下方へ向かうため、凝縮部２の内底面上または直接収容部１に流入する。
内底面上に落ちた冷媒も、その後収容部１に流入する。

また、仕切部４００は板状であり、収容部１の鉛直方向側壁面に平行に延在する上方仕切部と、上方仕切部の下端から収容部１の鉛直方向側面に向かって垂直にある一定距離突き出し、さらに下方に直角に折れて鉛直方向側面に平行に延在する下方仕切部とからなっている。

本第１実施形態において仕切部４００の上方仕切部の受熱面５０と対向する面と受熱面５０との間隙の幅ａ１は仕切部４００の下方仕切部の受熱面５０と対向する面と受熱面５０との間隙の幅ｂ１よりも大きく、仕切部４００の受熱面５０と対向する面は受熱面５０との間隙が受熱面５０の上方側が拡幅されている。幅ａ１は５ｍｍ以下が好ましい。特に幅ａ１は２〜３ｍｍ程度が好ましく、幅ｂ１は１〜２ｍｍ程度が好ましい。

仕切部４００の受熱面５０と対向する面と受熱面５０との間隙が受熱面５０の上方側が拡幅されていることにより、受熱面５０の下方で発生した気泡が仕切部４００の拡幅された上方仕切部面に沿って上昇出来るため、受熱面５０の上方で発生した気泡と干渉しにくくなり、出来た気泡が受熱面５０の上部に溜まることによる受熱面５０の上部の伝熱不良が起こることを抑制出来る。これにより発熱体のバーンアウト（温度急上昇）の抑制が出来る。

またバーンアウトは、離脱、合体する気泡の動きと、気泡に代わって発熱体面または発熱体に接する受熱面に向かう液体流との流体力学的不安定によって生じると考えられている。そして発熱体面または受熱面に加わる加速度が大きいほどバーンアウトが発生しにくくなることが経験的に求められている。従って受熱面５０と仕切部４００の受熱面５０と対向する面との間の間隙を狭くして液体流の圧力を高め、受熱面に向かう液体流の加速度を大きくすると良い。

さらに、気泡の量に合わせ、仕切部の受熱面と対向する面と受熱面との距離を、上方側及び下方側共に気泡を適切に保持することが出来る適切な距離にすることで、沸騰伝熱を向上させることが出来る。

このように、本第１実施形態に記載の沸騰冷却装置１０によれば、良好な沸騰伝熱を行うことができる。

（第２実施形態）
第２実施形態では沸騰冷却装置１１を例に挙げる。以下、沸騰冷却装置１１について図２を参照して説明する。図２は、沸騰冷却装置１１の模式断面図である。沸騰冷却装置１１は、仕切部４０１の形状が異なるだけで後は第１実施形態で説明した沸騰冷却装置１０と同様のものである。そのため第１実施形態で説明したものと同じものは説明を省略し、異なる部分を以下に説明する。

図２に示すように沸騰冷却装置１１は、収容部１と、凝縮部２とを備えている。収容部１は受熱通路１０１と、供給通路１１１と、仕切部４０１とを備えている。

仕切部４０１は板状であり、鉛直方向に対して傾斜している。傾斜角は特に限定されないが、仕切部４０１の受熱面５１と対向する面は、受熱面５１との間隙が受熱面５１の上方側が拡幅されている方向に傾斜される。本第２実施形態において仕切部４０１の受熱面５１と対向する面の上方側と受熱面５１との間隙の幅ａ２は仕切部４０１の受熱面５１と対向する面の下方側と受熱面５１との間隙の幅ｂ２よりも大きく、幅ａ２は５ｍｍ以下が好ましい。特に幅ａ２は２〜３ｍｍ程度が好ましく、幅ｂ２は１〜２ｍｍ程度が好ましい。

仕切部４０１の受熱面５１と対向する面と受熱面５１との間隙が受熱面５１の上方側が拡幅されるように傾斜していることにより、受熱面５１の下方で発生した気泡が仕切部４０１の傾斜面に沿って上昇出来るため、受熱面５１の上方で発生した気泡と干渉しにくくなり、出来た気泡が受熱面５１の上部に溜まることによって受熱面５１の上部の伝熱不良が起こることを抑制出来る。これにより発熱体のバーンアウト（温度急上昇）の抑制が出来る。

このように、本第２実施形態に記載の沸騰冷却装置１１によれば、良好な沸騰伝熱を行うことができる。

またこの第２実施形態では、仕切部４０１が傾斜しているが、受熱面が形成される収容部１の側壁部が、仕切部の受熱面と対向する面と受熱面との間隙が上方側において拡幅するように傾斜していてもよい。また発熱体Ｚは収容部１の側壁面の内側に配置される構成としてもよく、その場合発熱体Ｚの表面に受熱面が形成されることになる。その際、発熱体Ｚの受熱面の形状が、仕切部の受熱面と対向する面と受熱面との間隙が上方側において拡幅するように傾斜している形状となっていても良い。

（第３実施形態）
第３実施形態では沸騰冷却装置１２を例に挙げる。以下、沸騰冷却装置１２について図３を参照して説明する。図３は、沸騰冷却装置１２の模式断面図である。沸騰冷却装置１２は、第１発熱体Ｚ１及び第２発熱体Ｚ２が収容部１の相対する側壁面に各々取り付けられている。

図３に示すように沸騰冷却装置１２は、収容部１と、凝縮部２とを備えている。収容部１は第１受熱通路１０２と、第２受熱通路１０３と、供給通路１１２と、第１仕切部４１０及び第２仕切部４２０とを備えている。

収容部１には一方の側壁面及びその対向する面に第１発熱体Ｚ１及び第２発熱体Ｚ２が取り付けられている。図３において第１発熱体Ｚ１及び第２発熱体Ｚ２は収容部１の外側に取り付けてあるが、収容部１の内側に取り付けてあっても良い。

冷媒循環は、以下のとおりである。第１受熱通路１０２において第１発熱体Ｚ１から受熱して沸騰した冷媒蒸気及び第２受熱通路１０３において第２発熱体Ｚ２から受熱して沸騰した冷媒蒸気が、凝縮部２で凝縮され、その凝縮液が供給通路１１２に流入し、供給通路１１２が第１受熱通路１０２及び第２受熱通路１０３に冷媒を戻す。

本第３実施形態において、第１受熱通路１０２は、図３に示すように、およそ収容部１の第１発熱体Ｚ１が取り付けられた側壁面と第１仕切部４１０とを含む側面（４面）で囲まれた部位であり、第２受熱通路１０３は、図３に示すように、およそ収容部１の第２発熱体Ｚ２が取り付けられた側壁面と第２仕切部４２０とを含む側面（４面）で囲まれた部位である。

収容部１の内部に設けられた第１仕切部４１０は、第１受熱通路１０２の側面を形成し、収容部１の内部空間を第１受熱通路１０２と供給通路１１２とに仕切っている。また第２仕切部４２０は、第２受熱通路１０３の側面を形成し、収容部１の内部空間を第２受熱通路１０３と供給通路１１２とに仕切っている。仕切部４１０、４２０については後述する。

第１受熱通路１０２は、第１発熱体Ｚ１の熱を受け、その熱によって第１受熱通路１０２内部の冷媒が沸騰する。沸騰した冷媒蒸気は、図３に示す矢印Ｙ１に示すように上昇し、凝縮部２に入る。また第２受熱通路１０３は、第２発熱体Ｚ２の熱を受け、その熱によって第２受熱通路１０３内部の冷媒が沸騰する。沸騰した冷媒蒸気は、図３に示す矢印Ｙ３に示すように上昇し、凝縮部２に入る。

供給通路１１２は、収容部１の内部で第１仕切部４１０及び第２仕切部４２０によって仕切られており、第１受熱通路１０２及び第２受熱通路１０３に連なり且つ各々に並列的に配置されている。供給通路１１２の内部は、下方が第１受熱通路１０２及び第２受熱通路１０３の内部に連通している。これによれば、沸騰により第１受熱通路１０２及び第２受熱通路１０３の液面が低下すると、供給通路１１２内部の冷媒が圧力差により第１受熱通路１０２及び第２受熱通路１０３に供給される。従って供給通路１１２において矢印Ｙ２の方向に冷媒が流れる。

凝縮部２及び凝縮パイプ３は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

第１仕切部４１０及び第２仕切部４２０は板状であり、鉛直方向に対して傾斜している。傾斜角は特に限定されないが、第１仕切部４１０は、第１仕切部４１０の第１受熱面５２に対向する面と第１受熱面５２との間隙が第１受熱面５２の上方側が拡幅されている方向に傾斜される。また第２仕切部４２０は、第２仕切部４２０の第２受熱面５３に対向する面と第２受熱面５３との間隙が、第２受熱面５３の上方側が拡幅されている方向に傾斜される。

本第３実施形態において、第１仕切部４１０の第１受熱面５２に対向する面の上方側と第１受熱面５２との間隙の幅ａ３は、第１仕切部４１０の第１受熱面５２に対向する面の下方側と第１受熱面５２との間隙の幅ｂ３よりも大きく、幅ａ３は５ｍｍ以下が好ましい。特に幅ａ３は２〜３ｍｍ程度が好ましく、幅ｂ３は１〜２ｍｍ程度が好ましい。図で説明されてはいないが、第２仕切部４２０の第２受熱面５３に対向する面と第２受熱面５３との位置関係も第１仕切部４１０の第１受熱面５２に対向する面と第１受熱面５２との関係と同様である。

第１仕切部４１０の第１受熱面５２に対向する面と第１受熱面５２との間隙が第１受熱面５２の上方側が拡幅されるように傾斜していることにより、第１受熱面５２の下方で発生した気泡が第１仕切部４１０の傾斜面に沿って上昇出来るため、第１受熱面５２の上方で発生した気泡と干渉しにくくなり、出来た気泡が第１受熱面５２の上部に溜まることによって第１受熱面５２の上部の伝熱不良が起こることを抑制出来る。これにより発熱体のバーンアウト（温度急上昇）の抑制が出来る。同様のことが第２仕切部４２０と第２受熱面５３とについていえる。

このように、本第３実施形態に記載の沸騰冷却装置１２によれば、収容部の両面に発熱体を取り付けても良好な沸騰伝熱を行うことができる。

（第４実施形態）
第４実施形態では沸騰冷却装置１３を例に挙げる。以下、沸騰冷却装置１３について図４を参照して説明する。図４は、沸騰冷却装置１３の模式断面図である。沸騰冷却装置１３は、第３発熱体Ｚ１１及び第４発熱体Ｚ１２が収容部１の一方の側壁面に上下に間隔をあけて各々取り付けられており、第５発熱体Ｚ２１及び第６発熱体Ｚ２２が収容部１の他方の側壁面に上下に間隔をあけて各々取り付けられている。

図４に示すように沸騰冷却装置１３は、収容部１と、凝縮部２とを備えている。収容部１は第３受熱通路１０４と、第４受熱通路１０５と、供給通路１１３と、第３仕切部４１１及び第４仕切部４２１とを備えている。

収容部１には鉛直方向側面の一方の面に上下に間隔をあけて第３発熱体Ｚ１１及び第４発熱体Ｚ１２及び他方の面に上下に間隔をあけて第５発熱体Ｚ２１及び第６発熱体Ｚ２２が取り付けられている。図４において各発熱体は収容部１の外側に取り付けてあるが、収容部１の内側に取り付けてあっても良い。

収容部１の内部に設けられた第３仕切部４１１は、第３受熱通路１０４の側面を形成し、収容部１の内部空間を第３受熱通路１０４と供給通路１１３とに仕切っている。また第４仕切部４２１は、第４受熱通路１０５の側面を形成し、収容部１の内部空間を第４受熱通路１０５と供給通路１１３とに仕切っている。

第３仕切部４１１は板状であり、第３受熱面５４及び第４受熱面５６に面した面が鉛直方向に対して傾斜しており、それ以外は収容部１の側壁面と並行になっている。傾斜角は特に限定されないが、第３仕切部４１１の第３受熱面５４に対向する面は第３受熱面５４との間隙が第３受熱面５４の上方側が拡幅されている方向に傾斜される。また第３仕切部４１１の第４受熱面５６に対向する面は第４受熱面５６との間隙が第４受熱面５６の上方側が拡幅されている方向に傾斜される。同様のことが第４仕切部４２１においても言える。

本第４実施形態において第３仕切部４１１の第３受熱面５４に対向する面の上方側と第３受熱面５４との間隙の幅ａ４は第３仕切部４１１の第４受熱面５６に対向する面の下方側と第４受熱面５６との間隙の幅ｂ４よりも大きく、幅ａ４は５ｍｍ以下が好ましい。特に幅ａ４は２〜３ｍｍ程度が好ましく、幅ｂ４は１〜２ｍｍ程度が好ましい。図示されていないが、第４仕切部４２１の第５受熱面５５に対向する面と第５受熱面５５及び第４仕切部４２１の第６受熱面５７に対向する面と第６受熱面５７との位置関係も、第３仕切部４１１の第３受熱面５４に対向する面と第３受熱面５４及び第３仕切部４１１の第４受熱面５６に対向する面と第４受熱面５６との関係と同様である。

第３仕切部４１１の第３受熱面５４に対向する面の上方側と第３受熱面５４との間隙が第３受熱面５４の上方側が拡幅されるように傾斜していることにより、第４受熱面５６の下方で発生した気泡が第３仕切部４１１の傾斜面に沿って上昇出来るため、第３受熱面５４の上方で発生した気泡と干渉しにくくなり、出来た気泡が第３受熱面５４の上部に溜まることによる第３発熱体Ｚ１１の上部の伝熱不良が起こることを抑制出来る。これにより発熱体のバーンアウト（温度急上昇）の抑制が出来る。同様のことが第４仕切部４２１と第５発熱体Ｚ２１とについていえる。

また本第４実施形態では、発熱体が収容部の側壁部に上下方向に複数取り付けられている。そして発熱体に面した仕切部の面が鉛直方向に傾斜しており、それ以外の仕切部の面が鉛直方向に収容部側面と並行になっているため、各発熱体の取り付けられた間隔が上下方向に離れていても各発熱体に対して適正な斜度を設定することが出来る。このように、本第４実施形態に記載の沸騰冷却装置１３によれば、複数の発熱体が上下方向に間隔を開けて取り付けられていても良好な沸騰伝熱を行うことができる。

また、各実施形態において発熱体Ｚを受熱通路内に配置する構成としてもよい（浸漬方式）。この場合でも、上記同様の効果を得ることができる。なお、発熱体Ｚが半導体素子のような電子部品である場合は、絶縁性の冷媒を用いることが好ましい。

本発明の第１実施形態である沸騰冷却装置１０の模式断面図である。 本発明の第２実施形態である沸騰冷却装置１１の模式断面図である。 本発明の第３実施形態である沸騰冷却装置１２の模式断面図である。 本発明の第４実施形態である沸騰冷却装置１３の模式断面図である。 沸騰伝熱の説明図である。

符号の説明

１：収容部、２：凝縮部、３：凝縮パイプ部、
１００：受熱通路、１１０：供給通路、４００：仕切部、Ｚ：発熱体

Claims (5)

1. 上下方向に延在し発熱体の熱を液体冷媒が受熱する受熱面を有し、内部に液体冷媒を収容する収容部を備え、
   前記収容部は、前記液体冷媒が下方から上方に向かって流れると共に、前記受熱面が配置される受熱通路と、前記液体冷媒が供給される供給通路と、前記収容部の内部空間を前記受熱通路と前記供給通路とに仕切る仕切部と、を有する沸騰冷却装置であって、
   前記仕切部の前記受熱面と対向する面と前記受熱面との間隙は上方側が拡幅されていることを特徴とする沸騰冷却装置。
2. 前記仕切部の前記受熱面と対向する面は前記受熱面との間隙が上方側において拡幅するように傾斜している請求項１に記載の沸騰冷却装置。
3. 前記発熱体は前記収容部の一方の側壁部に取り付けられた第１発熱体と、対向する他方の側壁部に取り付けられた第２発熱体とからなり、
   前記収容部は、第１発熱体の熱を液体冷媒が受熱する第１受熱面と前記供給通路とを仕切る第１仕切部と、第２発熱体の熱を液体冷媒が受熱する第２受熱面と前記供給通路とを仕切る第２仕切部とを有し、
   前記第１仕切部の前記第１受熱面と対向する面と前記第１受熱面との間隙及び前記第２仕切部の前記第２受熱面と対向する面と前記第２受熱面との間隙は共に上方側が拡幅されている請求項１または２に記載の沸騰冷却装置。
4. 前記発熱体は前記収容部の側壁部に上下方向に複数取り付けられている請求項１〜３の何れか一項に記載の沸騰冷却装置。
5. 前記仕切部の前記受熱面と対向する面と前記受熱面との間隙が幅５ｍｍ以下である請求項１〜４の何れか一項に記載の沸騰冷却装置。

Images