JP2018046245A - Boiling cooling device - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書で開示する技術は、沸騰冷却装置に関する。 The technology disclosed in the present specification relates to a boiling cooling apparatus.
冷媒が流入する入口と、冷媒が流出する出口と、入口から出口に向かって冷媒が流れる沸騰器と、を備える沸騰冷却装置が知られている。沸騰器は、その外面が発熱体と熱的に接続される底壁部と、底壁部の内面から突出する複数の放熱フィンと、複数の放熱フィンの先端に間隔をあけて対向する上壁部と、を有する。沸騰器内における冷媒の流速は、例えば放熱フィンによる抵抗によって、底壁部の内面から複数の放熱フィンの先端までの領域(即ち、放熱フィンが存在する領域)よりも、複数の放熱フィンの先端から上壁部の内面までの領域(即ち、放熱フィンが存在しない領域)で速くなる。このような流速差により、放熱フィンにおいて冷媒が沸騰し易くなり、発熱体から多くの熱を回収することができる。このような沸騰冷却装置の一例が、特許文献1に開示されている。 A boiling cooling device is known that includes an inlet through which a refrigerant flows, an outlet through which the refrigerant flows out, and a boiling device through which the refrigerant flows from the inlet toward the outlet. The boiling device has a bottom wall portion whose outer surface is thermally connected to the heating element, a plurality of radiating fins protruding from the inner surface of the bottom wall portion, and an upper wall facing the tips of the plurality of radiating fins with a space therebetween Part. The flow rate of the refrigerant in the boiling device is, for example, due to the resistance of the radiation fins, rather than the region from the inner surface of the bottom wall portion to the tips of the plurality of radiation fins (that is, the region where the radiation fins are present). To the inner surface of the upper wall portion (that is, a region where there is no radiating fin). Such a flow velocity difference makes it easier for the refrigerant to boil in the radiating fin, and a large amount of heat can be recovered from the heating element. An example of such a boiling cooling device is disclosed in Patent Document 1.
沸騰冷却装置では、冷媒が沸騰することによって、放熱フィンの表面に気泡が発生する。このとき、発生した気泡が放熱フィンに付着し続けると、新たな冷媒と放熱フィンとの接触が阻害され、冷却性能が低下するおそれがある。本明細書では、放熱フィンから気泡が離脱することを促進し得る技術を提供する。 In the boiling cooling device, bubbles are generated on the surface of the heat radiation fins when the refrigerant boils. At this time, if the generated bubbles continue to adhere to the radiating fins, the contact between the new refrigerant and the radiating fins is hindered, and the cooling performance may be deteriorated. In this specification, the technique which can accelerate | stimulate that a bubble detach | leaves from a thermal radiation fin is provided.
本明細書が開示する沸騰冷却装置は、冷媒が流入する入口と、冷媒が流出する出口と、入口から出口に向かって冷媒が流れる沸騰器と、を備える。沸騰器は、その外面が発熱体と熱的に接続される底壁部と、底壁部の内面から突出する複数の放熱フィンと、複数の放熱フィンの先端に間隔をあけて対向する上壁部と、を有する。沸騰器内における冷媒の流速は、底壁部の内面から複数の放熱フィンの先端までの領域よりも、複数の放熱フィンの先端から上壁部の内面までの領域で速い。複数の放熱フィンのそれぞれは、ピン状に形成されており、先端は、冷媒が流れる方向に沿って上壁部へ近づくように傾斜している。 The boiling cooling device disclosed in the present specification includes an inlet through which a refrigerant flows, an outlet through which the refrigerant flows out, and a boiling device through which the refrigerant flows from the inlet toward the outlet. The boiling device has a bottom wall portion whose outer surface is thermally connected to the heating element, a plurality of radiating fins protruding from the inner surface of the bottom wall portion, and an upper wall facing the tips of the plurality of radiating fins with a space therebetween Part. The flow rate of the refrigerant in the boiling device is faster in the region from the tips of the plurality of radiating fins to the inner surface of the upper wall portion than in the region from the inner surface of the bottom wall portion to the tips of the radiating fins. Each of the plurality of radiating fins is formed in a pin shape, and the tip thereof is inclined so as to approach the upper wall portion along the direction in which the refrigerant flows.
ここで、「底壁部」、「上壁部」の各語は、沸騰器の設置向きを限定するものではない。従って、例えば、底壁部が上方に位置し、上壁部が下方に位置するような向きで沸騰器が設置されてもよい。また、「その外面が発熱体と熱的に接続される底壁部」の語は、底壁部の外面が発熱体と直接接触する場合に限られず、底壁部の外面と発熱体とが熱的に接続(即ち、熱を伝達できる状態で接続)される限り、底壁部の外面と発熱体との間に他の物体が介在してもよい。 Here, the terms “bottom wall” and “upper wall” do not limit the orientation of the boiling device. Therefore, for example, the boiling device may be installed in such a direction that the bottom wall portion is located above and the top wall portion is located below. The term “bottom wall portion whose outer surface is thermally connected to the heating element” is not limited to the case where the outer surface of the bottom wall portion is in direct contact with the heating element. Other objects may be interposed between the outer surface of the bottom wall portion and the heating element as long as they are thermally connected (that is, connected in a state where heat can be transferred).
上記の沸騰冷却装置では、冷媒の流速差により、放熱フィンが存在する領域よりも、放熱フィンが存在しない領域において圧力が低くなる。この圧力差により、複数の放熱フィンから離れる方向へ冷媒の流れが形成され、放熱フィンに付着した気泡の離脱が促進される。さらに、上記の沸騰冷却装置では、複数の放熱フィンのそれぞれは、ピン状に形成されており、その先端は、冷媒が流れる方向に沿って上壁部へ近づくように傾斜している。そのため、この形状の放熱フィンに沿って冷媒が流れることによって、複数の放熱フィンから離れる方向への冷媒の流れがより形成され易くなる。これにより、冷媒が沸騰する際に発生する気泡が放熱フィンから離脱し易くなる。従って、上記の沸騰冷却装置によると、放熱フィンからの気泡の離脱を促進し得る。 In the above boiling cooling device, the pressure is lower in the region where the radiating fins are not present than in the region where the radiating fins are present due to the flow rate difference of the refrigerant. Due to this pressure difference, a refrigerant flow is formed in a direction away from the plurality of radiating fins, and the separation of bubbles attached to the radiating fins is promoted. Furthermore, in the above-described boiling cooling device, each of the plurality of radiating fins is formed in a pin shape, and the tip thereof is inclined so as to approach the upper wall portion along the direction in which the refrigerant flows. Therefore, when the refrigerant flows along the heat radiating fins having this shape, the flow of the refrigerant in the direction away from the plurality of radiating fins is more easily formed. As a result, bubbles generated when the refrigerant boils are easily separated from the radiation fins. Therefore, according to the above-described boiling cooling device, the separation of bubbles from the heat radiating fins can be promoted.
(実施例)
図1に本実施例の沸騰冷却装置2を示す。この沸騰冷却装置2は、発熱体60の熱によって沸騰器16内を流れる冷媒を沸騰させて発熱体60を冷却する冷却装置である。本実施例では、冷媒として、車両用のエンジンの冷却に用いられるLLC(Long Life Coolant)が用いられる。他の例では、これ以外の冷媒が用いられてもよい。冷却対象の発熱体60は、例えば、スイッチング素子である。
(Example)
FIG. 1 shows a boiling
沸騰冷却装置2は、入口12と、出口14と、沸騰器16と、を備える。入口12は冷媒の入口である。冷媒は入口12を通して沸騰器16内に流入する。図1に示すように、入口12には仕切り板13が設けられており、冷媒の流入経路を二つに分断している。出口14は冷媒の出口である。沸騰器16内の冷媒は出口14を介して外部に流出する。図1中の矢印F1〜F6は冷媒の流れを示す。沸騰器16内において、冷媒は、主に図1中の座標系のX軸の正方向に向かって流れる。以下では、X軸の正方向側のことを「下流側」と呼び、X軸の負方向側のことを「上流側」と呼ぶ場合がある。本実施例では、入口12の径は、出口14の径よりも大きい。他の例では、入口12の径と出口14の径が略等しくてもよい。
The boiling
沸騰器16は、筐体20と、放熱板40と、複数の放熱フィン50と、を備える。筐体20は、沸騰器16の本体を構成する箱状のケースである。筐体20は、上壁部22、底壁部24、上流側壁部26、下流側壁部28、及び、側壁部30、32を有する。
The
上壁部22は、沸騰器16の各壁部のうち、図1中の座標系のXY平面に平行であり、Z軸の正方向側に位置する壁部である。以下では、図1中のZ軸の正方向側のことを「上側」と呼び、Z軸の負方向側のことを「下側」と呼ぶ場合がある。上記の出口14は、上壁部22のうちの下流側寄りに形成されている。底壁部24は、XY平面に平行であり、下側に位置する壁部である。底壁部24には、開口部34が形成されている。上流側壁部26は、YZ平面に平行であり、上流側に位置する壁部である。上記の入口12は上流側壁部26に形成されている。下流側壁部28は、YZ平面に平行であり、下流側に位置する壁部である。側壁部30、32は、それぞれ、XZ平面に平行な壁部である。
The
放熱板40は、板状の部材であり、底壁部24の内面に配置される。放熱板40は、底壁部24の開口部34を閉塞するように配置される。これにより、沸騰器16内を流れる冷媒が開口部34から外部に漏出することが防止される。沸騰冷却装置2を使用する際には、放熱板40の外面(即ち図中のZ軸の負方向側の面)に発熱体60を接触させる。また、沸騰冷却装置2を使用しない間は、放熱板40を底壁部24の内面から取り外すことができる。本実施例における放熱板40と底壁部24との組合せが請求項の「底壁部」の一例である。
The
複数の放熱フィン50は、それぞれ、放熱板40の内面(即ちZ軸の正方向側の面)から上側に向けて突出する部材である。以下では、複数の放熱フィン50のそれぞれを区別せずに呼ぶ場合に単に「放熱フィン50」と呼ぶ場合がある。放熱フィン50はピン状に形成されている。放熱フィン50の先端は、上壁部22と間隔をあけて対向している。放熱フィン50の先端は、冷媒が流れる方向(即ち、図1の矢印F3、F4の方向)に対して角度を成す傾斜面となっており、冷媒が流れる方向に沿って、上壁部22に近づくように傾斜している。各放熱フィン50は、互いに一定の間隔を保って配置されている。沸騰器16内に流入した冷媒の一部は、各放熱フィン50の間を流れる(図1の矢印F4参照)。各放熱フィン50には放熱板40を介して発熱体60の熱が伝わるため、各放熱フィン50は高温になる。そのため、放熱フィン50の間を流れる冷媒が放熱フィン50に触れると、冷媒は放熱フィン50の熱を回収(即ち吸熱)して沸騰する。
The plurality of radiating
本実施例では、図2に示すように、沸騰器16内では、放熱フィン50による抵抗等の要因によって、底壁部24の内面から放熱フィン50の先端までの領域(即ち、放熱フィン50が存在する領域)における冷媒の流速V1よりも、放熱フィン50の先端から上壁部22の内面までの領域(即ち、放熱フィン50が存在しない領域)における冷媒の流速V2の方が速い。このような流速差により、放熱フィン50において冷媒が沸騰し易くなり、発熱体60から多くの熱を回収することができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the region from the inner surface of the
放熱フィン50において冷媒が沸騰する際に、放熱フィン50の表面には気泡(即ち、気相の冷媒)が発生する。このとき、発生した気泡が放熱フィン50に付着し続けると、新たな冷媒と放熱フィンとの接触が阻害され、冷却性能が低下するおそれがある。
When the refrigerant boils in the radiating
この点に関して、本実施例の沸騰冷却装置2では、上記の冷媒の流速差により、放熱フィン50が存在する領域よりも、放熱フィン50が存在しない領域において圧力が低くなる。この圧力差により、図2の矢印F10に示すように、各放熱フィン50から離れる方向へ冷媒の流れが形成される。これにより、放熱フィン50に付着した気泡の離脱が促進される(図2の符号B参照)。上記した冷媒の流速差は、入口12の形状、仕切り板13の位置や向き、冷媒が流れる流路の断面積などを変更することによって、より高めることができる。
In this regard, in the boiling
さらに、本実施例の沸騰冷却装置2では、放熱フィン50がピン状に形成されており、その先端は、冷媒が流れる方向に沿って上壁部22へ近づくように傾斜している。このため、この形状の放熱フィン50に沿って冷媒が流れることによって、複数の放熱フィン50から離れる方向への冷媒の流れがより形成され易くなる。より詳しく言うと、放熱フィン50の先端の傾斜に沿って冷媒が流れることによって、複数の放熱フィン50から離れる方向への冷媒の流れが出来易くなる。これにより、冷媒が沸騰する際に発生する気泡が放熱フィン50から離脱し易くなる。本実施例の沸騰冷却装置2によると、放熱フィン50からの気泡の離脱を促進することができる。その結果、冷却性能の低下を抑制することができる。
Furthermore, in the boiling
以上、本明細書に開示の技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 As mentioned above, although the specific example of the technique disclosed by this specification was demonstrated in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
(変形例1)上記の実施例では、沸騰器16は、底壁部24が下側に位置し、上壁部22が上側に位置するような向きで設置される。但し、沸騰器16を設置する向きはこれに限られず、任意の向きに配置することができる。例えば、沸騰器16は、底壁部24が上側に位置し、上壁部22が下側に位置するような向きで設置されてもよい。
(Modification 1) In the above embodiment, the boiling
(変形例2)上記の実施例では、放熱板40の外面が発熱体60と直接接触している。これに限られず、放熱板40の外面と発熱体60とが熱的に接続(即ち、熱を伝達できる状態で接続)される限り、放熱板40の外面と発熱体60との間に他の物体が介在してもよい。
(Modification 2) In the above embodiment, the outer surface of the
(変形例3)上記の実施例では、放熱板40は底壁部24と別個に形成されている。これに限られず、放熱板40が底壁部24と一体に形成されていてもよい。
(Modification 3) In the above embodiment, the
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
2:沸騰冷却装置
12:入口
13:仕切り板
14:出口
16:沸騰器
20:筐体
22:上壁部
24:底壁部
26:上流側壁部
28:下流側壁部
30:側壁部
32:側壁部
34:開口部
40:放熱板
50:放熱フィン
60:発熱体
2: Boiling cooling device 12: Inlet 13: Partition plate 14: Outlet 16: Boiler 20: Housing 22: Upper wall part 24: Bottom wall part 26: Upstream side wall part 28: Downstream side wall part 30: Side wall part 32: Side wall Portion 34: Opening 40: Radiation plate 50: Radiation fin 60: Heating element
Claims (1)
前記冷媒が流出する出口と、
前記入口から前記出口に向かって前記冷媒が流れる沸騰器と、を備え、
前記沸騰器は、その外面が発熱体と熱的に接続される底壁部と、前記底壁部の内面から突出する複数の放熱フィンと、前記複数の放熱フィンの先端に間隔をあけて対向する上壁部と、を有し、
前記沸騰器内における冷媒の流速は、前記底壁部の内面から前記複数の放熱フィンの先端までの領域よりも、前記複数の放熱フィンの先端から前記上壁部の内面までの領域で速く、
前記複数の放熱フィンのそれぞれは、ピン状に形成されており、前記先端は、前記冷媒が流れる方向に沿って前記上壁部へ近づくように傾斜している、
沸騰冷却装置。 An inlet through which refrigerant flows,
An outlet through which the refrigerant flows;
A boiler through which the refrigerant flows from the inlet toward the outlet;
The boiling device has a bottom wall portion whose outer surface is thermally connected to a heating element, a plurality of radiating fins protruding from the inner surface of the bottom wall portion, and a front end of the plurality of radiating fins with a space therebetween. And an upper wall portion to be
The flow rate of the refrigerant in the boiling device is faster in the region from the front ends of the plurality of radiating fins to the inner surface of the upper wall portion than in the region from the inner surface of the bottom wall portion to the tips of the plurality of radiating fins,
Each of the plurality of radiating fins is formed in a pin shape, and the tip is inclined so as to approach the upper wall portion along a direction in which the refrigerant flows.
Boiling cooler.
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