JP2020076529A

JP2020076529A - 冷却装置

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Publication number: JP2020076529A
Application number: JP2018209522A
Authority: JP
Inventors: 真己永田; Masaki Nagata; 清水　康弘; Yasuhiro Shimizu; 康弘清水
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2018-11-07
Filing date: 2018-11-07
Publication date: 2020-05-21
Anticipated expiration: 2038-11-07
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Abstract

【課題】マイクロバブルを用いた冷却効果を向上する。【解決手段】冷却装置１０は、冷却管２０、および、バブル供給部材３０を備える。冷却管２０は、外部に冷却対象である熱源ＨＳが存在し、流動性を有する冷媒２００が内蔵される。バブル供給部材３０は、マイクロメータサイズの気泡であるマイクロバブルＢＢＳとともに、ミリメータサイズの泡である補助バブルＢＢＬを、冷媒２００に供給する。【選択図】図１

Description

本発明は、冷却管内に冷媒を流すことで、冷却対象を冷却する冷却装置に関する。

特許文献１には、マイクロバブルを利用した冷却水循環システムが開示されている。特許文献１に記載の冷却水循環システムは、冷却水の収容体、および、マイクロバブル発生装置を備える。マイクロバブル発生装置は、多孔質セラミック製の直管を備えている。多孔質セラミック製の直管は、収容体に挿入されている。

マイクロバブル発生装置は、圧縮空気を直管に送り込むことで、直管が備える孔から、冷却水内にマイクロバブルを発生する。この際、マイクロバブル発生装置は、マイクロバブルの径を略均一に制御することによって、冷却効果を向上している。

特開２０１８−１５７２６号公報

特許文献１に記載のような従来の構成において、冷却効果を更に向上させようとした場合、マイクロバブルの個数を増加させることが考えられる。

しかしながら、従来の構成および手法では、マイクロバブルの個数を増加させることは、容易ではなく、冷却効果の向上は難しかった。

したがって、本発明の目的は、冷却効果を向上できる冷却装置を提供することにある。

この発明の冷却装置は、冷却管、流れ発生部材、および、バブル供給部材を備える。冷却管は、外部に冷却対象が存在し、流動性を有する冷媒が内蔵される。流れ発生部材は、冷媒の流れを発生させる。バブル供給部材は、マイクロメータサイズの気泡であるマイクロバブルとともに、ミリメータサイズの泡である補助バブルを、冷媒に供給する。

この構成では、補助バブルがミリメータサイズであることによって、補助バブルは、流れながら、冷却管の中心に集まる。補助バブルが中心に集まることによって、マイクロバブルは、冷却管の中心よりも内壁面の付近に集まる。したがって、冷媒へのマイクロバブルの供給の個数を増加させなくても、内壁面の付近に存在するマイクロバブルの個数は増加する。

この発明によれば、冷却効果を向上できる。

（Ａ）は、本発明の実施形態に係る冷却装置の冷却管の平面断面図であり、（Ｂ）は、冷却管の一部を示す側面断面図である。駆動系も含む冷却装置の構成を示す図である。冷却管内の冷媒の流れの状態の分布と速度ベクトルの分布とを表す図である。（Ａ）は、本願構成でのマイクロバブルＢＢＳおよび補助バブルＢＢＬの分布の一例を示す図であり、（Ｂ）、（Ｃ）は、マイクロバブルＢＢＳしか用いない場合のマイクロバブルＢＢＳの分布の一例を示す図である。バブルの粒径（直径）と個数Ｎの分布の例を示す図である。（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、バブルの粒径（直径）と個数Ｎの分布の例を示す図である。（Ａ）は、バブル供給部材と駆動制御部の第１態様を示す図であり、（Ｂ）は、第１駆動信号の波形図であり、（Ｃ）は、第２駆動信号の波形図である。（Ａ）は、バブル供給部材と駆動制御部の第２態様を示す図であり、（Ｂ）は、駆動信号の波形図である。（Ａ）は、バブル供給部材と駆動制御部の第３態様を示す図であり、（Ｂ）は、駆動信号の波形図である。（Ａ）は、バブル供給部材と駆動制御部の第４態様を示す図であり、（Ｂ）は、駆動信号の波形図である。

本発明の実施形態に係る冷却装置について、図を参照して説明する。図１（Ａ）は、本発明の実施形態に係る冷却装置の冷却管の平面断面図であり、（Ｂ）は、冷却管の一部を示す側面断面図である。図２は、駆動系も含む冷却装置の構成を示す図である。

（冷却装置１０の構成）
図１（Ａ）、図１（Ｂ）、図２に示すように、冷却装置１０は、冷媒２００、冷却管２０、バブル供給部材３０、駆動制御部４０、ポンプ５０、および、電源６０を備える。なお、電源６０は、冷却装置１０の外部にあり、この外部の電源を用いてもよい。

冷媒２００は、流動性を有する材料からなる。冷媒２００は、粘性が低く、流動性が高いことが好ましい。冷媒２００は、例えば、水である。冷媒２００は、冷却管２０の内部に充填（内蔵）されている。

冷却管２０は、筒状である。冷却管２０の伸びる方向に対して直交する断面は、例えば、図２（Ａ）に示すような円形である。なお、冷却管２０の断面は、円形に限らず、楕円形、多角形等であってもよい。

冷却管２０は、熱伝導率が高い材料からなる。冷却管２０の外部には、冷却管２０による冷却の対象（放熱対象）である熱源ＨＳが存在する。なお、熱源ＨＳは、冷却管２０の外壁面に接触していてもよく、熱源ＨＳからの熱が冷却管２０に届く位置であれば接触していなくてもよい。

バブル供給部材３０は、冷却管２０に取り付けられている。バブル供給部材３０は、圧縮空気ＣＡ等の気体の供給を受け、マイクロバブルＢＢＳおよび補助バブルＢＢＬを、冷媒２００に供給する。マイクロバブルＢＢＳは、冷却効果を主として促進する気泡であり、寸法として、例えば、補助バブルＢＢＬに対して小さな気泡であり、マイクロメータサイズの気泡である。補助バブルＢＢＬとは、冷却管２０内（冷媒２００中）でのマイクロバブルＢＢＳの存在領域を制御するための補助的な気泡であり、寸法としては、例えばミリメータサイズの気泡である。マイクロバブルＢＢＳおよび補助バブルＢＢＬは、それぞれ１個ではなく、図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示すように、多数個である。

バブル供給部材３０は、駆動制御部４０から印加される駆動信号を受けて、振動する。バブル供給部材３０は、駆動制御部４０から駆動信号を受けずに、マイクロバブルＢＢＳおよび補助バブルＢＢＬを供給することも可能であるが、駆動信号を受けることが好ましい。なお、バブル供給部材３０と駆動制御部４０の構成、および、駆動制御部４０による駆動信号の制御の詳細については、後述する。

ポンプ５０は、冷却管２０に取り付けられている。ポンプ５０は、冷却管２０内の冷媒２００に対して流れを与える。ポンプ５０が、本発明の「流れ発生部材」に対応する。

この構成によって、図１（Ｂ）、図２の太い黒矢印に示すように、冷媒２００は、主として冷却管２０の伸びる方向に沿って、流れる。この際、図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示すように、冷媒２００に供給されたマイクロバブルＢＢＳおよび補助バブルＢＢＬも流れる。

このように、冷媒２００が冷却管２０内を流れることによって、冷却管２０の外部の熱源ＨＳが冷却される。そして、冷媒２００とともにマイクロバブルＢＢＳが流れることによって、冷却効果は向上する。

（マイクロバブルＢＢＳおよび補助バブルＢＢＬの分布とこの分布による作用）
マイクロバブルＢＢＳおよび補助バブルＢＢＬは、冷却管２０内を流れながら、次に示すように、冷却管２０内に偏在する。

概略的には、補助バブルＢＢＬは、主として、中心軸Ｏ２０を含む円柱形の領域に偏在する。中心軸Ｏ２０は、冷却管２０の平面断面における中心であり、冷却管２０における伸びる方向に沿っている。この領域の半径は、冷却管２０の半径（冷却管２０の中心軸Ｏ２０と冷却管２０の内壁面との距離）よりも短い。

一方、マイクロバブルＢＢＳは、主として、冷却管２０における上述の補助バブルＢＢＬの偏在する領域と、冷却管２０の内壁面との間に偏在する。

より具体的には、マイクロバブルＢＢＳおよび補助バブルＢＢＬは、以下のような原理によって、偏在する。

図３は、冷却管内の冷媒の流れの状態の分布と速度ベクトルの分布とを表す図である。図３に示すように、冷却管２０内の冷媒２００の主流が、冷却管２０の伸びる方向に沿って流れる時、冷媒２００の流れは、流れの状態が異なる複数の領域に分けられる。複数の領域は、乱流領域Ｒｅ２１、遷移領域Ｒｅ２２、および、粘性底層Ｒｅ２３である。遷移領域Ｒｅ２２と粘性底層Ｒｅ２３とを合わせた領域が、本発明の「非乱流領域」に対応する。

図３に示すように、乱流領域Ｒｅ２１は、冷媒２００が乱流を起こしながら流れる領域である。粘性底層Ｒｅ２３は、冷媒２００が冷却管２０の内壁面に沿って流れる領域である。遷移領域Ｒｅ２２は、冷媒２００が乱流領域Ｒｅ２１と粘性底層Ｒｅ２３との間の状態で流れる領域である。

乱流領域Ｒｅ２１と遷移領域Ｒｅ２２とは、ともに乱流を生じているが、乱流領域Ｒｅ２１と遷移領域Ｒｅ２２との境界は、次のように区別できる。冷却管２０を流れる冷媒２００の主流の速度に対して９９％の速度となる境界が、乱流領域Ｒｅ２１と遷移領域Ｒｅ２２との境界である。

図３、図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示すように、乱流領域Ｒｅ２１は、冷却管２０の中心軸Ｏ２０を含み、中心軸Ｏ２０に直交する方向の半径Ｄｃの円柱形の領域である。遷移領域Ｒｅ２２は、中心軸Ｏ２０に直交する方向において、乱流領域Ｒｅ２１よりも冷却管２０の内壁面側の円環形の領域であり、乱流領域Ｒｅ２１に隣接する領域である。遷移領域Ｒｅ２２の外周は、冷却管２０の内壁面に達していない。粘性底層Ｒｅ２３は、中心軸Ｏ２０に直交する方向において、遷移領域Ｒｅ２２よりも冷却管２０の内壁面側の円環形の領域であり、遷移領域Ｒｅ２２に隣接する領域である。粘性底層Ｒｅ２３の外周は、冷却管２０の内壁面に一致する。遷移領域Ｒｅ２２と粘性底層Ｒｅ２３とからなる非乱流領域の内周面の半径と外周面の半径の差の絶対値は、Ｄｅである。言い換えれば、中心軸Ｏ２０に直交する方向に沿った非乱流領域の厚みは、２×Ｄｅである。

図３に示すように、遷移領域Ｒｅ２２での冷媒２００の主流の速度は、粘性底層Ｒｅ２３での冷媒２００の速度よりも大きい。さらに、乱流領域Ｒｅ２１での冷媒２００の主流の速度は、遷移領域Ｒｅ２２での冷媒２００の速度よりも大きい。ここで、粘性底層Ｒｅ２３および遷移領域Ｒｅ２２の領域（非乱流領域）において、冷媒２００の主流の速度は、冷却管２０の内壁面から、冷却管２０の中心に近づくにしたがって速くなる。そして、上述のように、乱流領域Ｒｅ２１は、冷却管２０を流れる冷媒２００の主流の速度の９９％以上での領域である。

このように、非乱流領域（粘性底層Ｒｅ２３および遷移領域Ｒｅ２２）では、冷媒２００の流れの速度勾配が大きく、乱流領域Ｒｅ２１では、冷媒２００の流れの速度勾配は、小さく、殆ど０に近い。

ミリメータサイズの気泡は、速度勾配の大きな領域よりも、速度勾配が小さな領域に移動する。したがって、補助バブルＢＢＬは、速度勾配の大きな非乱流領域から乱流領域Ｒｅ２１に移動する。このため、図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示すように、補助バブルＢＢＬは、非乱流領域に殆ど存在せず、乱流領域Ｒｅ２１に偏在する。

補助バブルＢＢＬが乱流領域Ｒｅ２１の大半を占めると、バブル同士に働くクーロン斥力によって、マイクロバブルＢＢＳは、非乱流領域に移動する。このため、図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示すように、マイクロバブルＢＢＳは、非乱流領域に偏在する。

マイクロバブルＢＢＳによる冷却効果は、マイクロバブルＢＢＳの個数が多いほど高くなる。しかしながら、熱源ＨＳが冷却管２０の外部に存在するので、マイクロバブルＢＢＳが乱流領域Ｒｅ２１に多くても、非乱流領域、すなわち、冷却管２０の内壁面に近い領域に多くなければ、冷却効果は得難い。

図４（Ａ）は、本願構成でのマイクロバブルＢＢＳおよび補助バブルＢＢＬの分布の一例を示す図であり、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）は、マイクロバブルＢＢＳしか用いない場合のマイクロバブルＢＢＳの分布の一例を示す図である。図４（Ｂ）は、マイクロバブルＢＢＳを多く発生させた場合を示し、図４（Ｃ）は、マイクロバブルＢＢＳを多く発生させなかった場合を示す。図４（Ａ）と図４（Ｃ）とでは、マイクロバブルＢＢＳの発生個数は同じである。

図４（Ａ）と図４（Ｂ）とを比較して分かるように、補助バブルＢＢＬを用いることによって、マイクロバブルＢＢＳの総数の増加を抑えながら、非乱流領域に偏在するマイクロバブルＢＢＳの個数を、マイクロバブルＢＢＳをより多く供給した場合と同じにできる。また、図４（Ａ）と図４（Ｃ）とを比較して分かるように、補助バブルＢＢＬを用いることによって、マイクロバブルＢＢＳの発生数が同じであっても、非乱流領域に偏在するマイクロバブルＢＢＳの個数を多くできる。

このように、本願発明の冷却装置１０では、補助バブルＢＢＬを用いることによって、バブル供給部材３０で発生するマイクロバブルＢＢＳの量（個数）を不必要に多くすることなく、非乱流領域に偏在するマイクロバブルＢＢＳの個数を所定量確保でき、冷却効果を効果的に得ることができる。

また、マイクロバブルＢＢＳの発生数を増加させるためには、例えば、バブル供給部材３０に多孔質セラミックを用いる場合に、より多くの孔を開けなければならない。ここで、バブル供給部材３０を大型化することなく、孔を多く開けようとすると、孔の配置密度が高くなり、隣り合う孔間の距離が短くなる。このため、加工が難しくなってしまう。また、単純に、孔を多く開けようとすると、その分、加工の不良が発生し易くなってしまう。しかしながら、本願発明の冷却装置１０の構成を用いることによって、孔の個数を多くしなくてもよく、加工が容易であり、不良の発生を抑制できる。

（バブルの粒径（直径）と個数の分布）
Ａ．バブルの粒径と冷却管２０の寸法との関係
マイクロバブルＢＢＳの粒径（直径）は、非乱流領域の厚み（２×Ｄｅ）の半分（Ｄｅ）以下であるとよい。これにより、マイクロバブルＢＢＳが非乱流領域に留まり易く、冷却効果は、向上する。

補助バブルＢＢＬの粒径（直径）は、非乱流領域の厚み（２×Ｄｅ）の半分（Ｄｅ）よりも大きいとよい。これにより、補助バブルＢＢＬは、乱流領域Ｒｅ２１に偏在し易く、マイクロバブルＢＢＳを乱流領域に偏在させ易い。したがって、冷却効果は、向上する。

また、補助バブルＢＢＬの粒径（直径）は、乱流領域Ｒｅ２１の厚み（２×Ｄｃ）以下であるとよい。これにより、補助バブルＢＢＬが非乱流領域に入り難くい。したがって、マイクロバブルＢＢＳが非乱流領域に偏在することを阻害し難く、冷却効果の低下が抑制される。

Ｂ．バブルの粒径の絶対値
マイクロバブルＢＢＳの粒径（直径）は、１００μｍ以下であるとよい。さらには、マイクロバブルＢＢＳの粒径（直径）は、０．１μｍ以上であるとよい。これにより、冷却効果を効果的に得られる。なお、マイクロバブルＢＢＳの粒径（直径）は、０．１μｍ未満であってもよいが、０．１μｍ以上であれば、マイクロバブルＢＢＳの生成がより容易になる。このように、本願発明では、１００μｍ以下であって、好ましくは０．１μｍ以上の気泡を、「マイクロメータサイズの気泡」とする。

補助バブルＢＢＬの粒径（直径）は、５ｍｍ以上であるとよい。さらには、補助バブルＢＢＬの粒径（直径）は、５０ｍｍ以下であるとよい、これにより、補助バブルＢＢＬによってマイクロバブルＢＢＳを非乱流領域に偏在させる効果を、より効果的に得られる。

Ｃ．マイクロバブルＢＢＳと補助バブルＢＢＬとの大きさの差
補助バブルＢＢＬの粒径（直径）は、マイクロバブルＢＢＳの粒径（直径）の１０倍以上であるとよい。例えば、マイクロバブルＢＢＳの粒径（直径）が１００μｍであれば、補助バブルＢＢＬの粒径（直径）は、１ｍｍ以上であればよい。このような粒径（直径）の大小関係を採用すれば、補助バブルＢＢＬによってマイクロバブルＢＢＳを非乱流領域に偏在させる効果が得られる。

Ｄ．粒径（直径）の個数の分布
図５、図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）は、バブルの粒径（直径）と個数Ｎの分布の例を示す図である。

図５に示す例では、１００μｍよりも小さな直径Φ１に、個数の第１ピークが存在する。これは、マイクロバブルＢＢＳの個数のピークである。また、５ｍｍよりも大きな直径Φ２に、個数の第２ピークが存在する。これは、補助バブルＢＢＬの個数のピークである。

第１ピークの直径Φ１と第２ピークの直径Φ２との間の直径の範囲には、第１ピークでのバブルの個数または第２ピークでのバブルの個数以上のバブルの個数を有する直径は存在しない。また、第１ピークを有する個数の山と第２ピークを有する個数の山との間には、個数が極少ない範囲が存在する。すなわち、第１ピークを有する個数の山と第２ピークを有する個数の山とは、独立して存在する。そして、第１ピークを有するバブルの個数の山がある直径の範囲は、１００μｍ以下である。また、第２ピークを有するバブルの個数の山がある直径の範囲は、５ｍｍ以上である。

このような構成によって、上述の作用効果を実現できるマイクロバブルＢＢＳの個数および補助バブルＢＢＬの個数を、正確に制御できる。これにより、上述の冷却効果を、効率的に実現できる。

さらに、図５に示すような分布を形成することで、冷却効果に作用しないマイクロバブルＢＢＳと補助バブルＢＢＬとの中間の粒径（直径）のバブルを抑制できる。これにより、冷却効果を、効率的に実現できる。

なお、図５では、第１ピークのバブルの個数が、第２ピークのバブルの個数よりも多い態様を示した。しかしながら、第１ピークのバブルの個数は、第２ピークのバブルの個数以下であってもよい。

図６（Ａ）に示す例では、マイクロバブルＢＢＳの領域（１００μｍ以下の領域）および補助バブルＢＢＬの領域（５ｍｍ以上の領域）に、個別のピークが存在しない場合を示す。この場合でも、マイクロバブルＢＢＳおよび補助バブルＢＢＬを所定の個数得ることが可能である。したがって、上述の冷却効果の向上効果が得られる。

図６（Ｂ）に示す例では、マイクロバブルＢＢＳの領域に複数のピークが存在し、補助バブルＢＢＬの領域に１つのピークが存在する場合を示している。図６（Ｃ）に示す例では、マイクロバブルＢＢＳの領域と補助バブルＢＢＬの領域との両方に、それぞれ複数のピークが存在する場合を示している。これらの場合でも、マイクロバブルＢＢＳおよび補助バブルＢＢＬを所定の個数得ることが可能である。したがって、上述の冷却効果の向上効果が得られる。

なお、上述の各例において、１００μｍは一例であり、上述のマイクロバブルＢＢＳの定義にしたがって、適宜、他の値にしてもよい。また、５ｍｍも一例であり、上述の補助バブルＢＢＬの定義にしたがって、適宜、他の値にしてもよい。

また、マイクロバブルＢＢＳの直径および補助バブルＢＢＬの直径は、光学カメラを用いた可視化、レーザ光を用いた散乱、回折を利用することによって、計測可能である。

また、複数のマイクロバブルＢＢＳの直径、および、複数の補助バブルＢＢＬの直径は、それぞれに略均一であることが好ましいが、上述の図５、図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）に示すように、粒径の分布を有していてもよい。粒径（直径）が略均一でなく、分布を有する場合、例えば、１００μｍ以下において最も個数が多い粒径（直径）を、マイクロバブルＢＢＳの直径の代表値とすればよい。一方、５ｍｍ以上において最も個数が多い粒径（直径）を、補助バブルＢＢＬの直径の代表値とすればよい。そして、この代表値の大小関係によって、マイクロバブルＢＢＳと補助バブルＢＢＬの大きさの差を定義すればよい。

（バブル供給部材および駆動制御部の構成、駆動制御）
（第１態様）
図７（Ａ）は、バブル供給部材と駆動制御部の第１態様を示す図である。図７（Ｂ）は、第１駆動信号の波形図であり、図７（Ｃ）は、第２駆動信号の波形図である。

図７（Ａ）に示すように、バブル供給部材３０は、バブル発生素子３１、バブル発生素子３２を備える。

バブル発生素子３１は、壁３１１、および、振動素子３１３を備える。壁３１１は、筐体（壁３１１以外は図示を省略している。）の一部を構成している。

壁３１１には、複数の孔３１２が形成されている。複数の孔３１２は、例えば円筒形であるが、円筒形に限るものではない。複数の孔３１２は、全て同じ直径（開口面積）を有する。この直径は、発生しようとするマイクロバブルＢＢＳおよび補助バブルＢＢＬの直径に準じて設定されている。複数の孔３１２は、壁３１１を貫通しており、筐体の内部と、筐体の外部とを連通している。孔３１２が、本発明の「第２孔」に対応する。

振動素子３１３は、円環形である。振動素子３１３は、壁３１１の主面の外周に沿って配置されている。振動素子３１３は、圧電素子と駆動用電極とを備える。駆動用電極は、圧電素子を挟むように配置されている。

バブル発生素子３２の基本構成は、バブル発生素子３１と同様であり、詳細な説明は省略する。バブル発生素子３２は、壁３２１、および、振動素子３２３を備える。壁３２１には、複数の孔３２２が形成されている。複数の孔３２２は、例えば円筒形であるが、円筒形に限るものではない。複数の孔３２２は、複数の孔３１２と同様に、全て同じ直径（開口面積）を有する。孔３２２が、本発明の「第１孔」に対応する。

駆動制御部４０は、第１駆動信号発生部４１１、第２駆動信号発生部４１２、増幅部４２１、および、増幅部４２２を備える。なお、増幅部４２１および増幅部４２２は、省略が可能である。駆動制御部４０は、電子回路によって実現される。

第１駆動信号発生部４１１は、増幅部４２１に接続しており、増幅部４２１は、振動素子３１３の駆動用電極に接続している。第２駆動信号発生部４１２は、増幅部４２２に接続しており、増幅部４２２は、振動素子３２３の駆動用電極に接続している。

第１駆動信号発生部４１１は、第１駆動信号を発生して、増幅部４２１に出力する。増幅部４２１は、第１駆動信号を増幅して、振動素子３１３に出力する。振動素子３１３は、第１駆動信号によって励振する。振動素子３１３の振動は、壁３１１に伝搬され、壁３１１が振動する。

この振動によって、バブルが複数の孔３１２からバブル供給部材３０の外部に向けて発生する。この際、バブルの粒径（直径）は、孔３１２の直径と、第１駆動信号の周波数とによって決まる。

第２駆動信号発生部４１２は、第２駆動信号を発生して、増幅部４２２に出力する。増幅部４２２は、第２駆動信号を増幅して、振動素子３２３に出力する。振動素子３２３は、第２駆動信号によって励振する。振動素子３２３の振動は、壁３２１に伝搬され、壁３２１が振動する。

この振動によって、バブルが複数の孔３２２からバブル供給部材３０の外部に向けて発生する。この際、バブルの粒径（直径）は、孔３２２の直径と、第２駆動信号の周波数とによって決まる。

図７（Ｂ）、図７（Ｃ）に示すように、第１駆動信号の周波数（１／Ｔ１（周期））と第２駆動信号の周波数（１／Ｔ２（周期））とは、異なる。第１駆動信号の周波数は、第２駆動信号の周波数よりも低い。これにより、バブル発生素子３１から発生するバブルの粒径（直径）は、バブル発生素子３２から発生するバブルの粒径（直径）よりも大きくなる。

したがって、第１駆動信号の周波数と第２駆動信号の周波数とを適宜設定することによって、バブル発生素子３１から補助バブルＢＢＬを発生し、バブル発生素子３２からマイクロバブルＢＢＳを発生できる。さらに、この構成を用いることによって、上述のマイクロバブルＢＢＳの個数の第１ピークおよび山と、補助バブルＢＢＬの個数の第２ピークおよび山とをそれぞれ独立して実現する態様に、確実に対応できる。

（第２態様）
図８（Ａ）は、バブル供給部材と駆動制御部の第２態様を示す図である。図８（Ｂ）は、駆動信号の波形図である。以下では、第１態様と異なる箇所のみを説明する。

図８（Ａ）に示すように、バブル供給部材３０Ａは、バブル発生素子３１Ａ、バブル発生素子３２を備える。

バブル発生素子３１Ａは、上述のバブル発生素子３１に対して、基本的な構成は同じであり、複数の孔３１２Ａの直径が異なる。複数の孔３１２Ａは、全て同じ直径を有する。この直径は、発生しようとする補助バブルＢＢＬの直径に準じて設定されている。複数の孔３１２Ａの直径は、複数の孔３２２の直径よりも大きい。言い換えれば、複数の孔３１２Ａの開口面積は、複数の孔３２２の開口面積よりも大きい。孔３１２Ａが、本発明の「第２孔」に対応する。

図８（Ａ）に示すように、駆動制御部４０Ａは、駆動信号発生部４１０、および、増幅部４２０を備える。駆動信号発生部４１０は、増幅部４２０に接続している。増幅部４２０は、振動素子３１３の駆動用電極と振動素子３２３の駆動用電極とに接続している。

駆動信号発生部４１０は、所定の周波数（１／Ｔ０（周期））の駆動信号を発生し、増幅部４２０に出力する。増幅部４２０は、駆動信号を増幅して、振動素子３１３と振動素子３２３とに出力する。駆動信号の周波数は、発生したいマイクロバブルＢＢＳの粒径（直径）および補助バブルＢＢＬの粒径（直径）に基づいて設定されている。

この構成では、振動素子３１３と振動素子３２３とに同じ駆動信号が印加される。ここで、バブル発生素子３１Ａの複数の孔３１２Ａの直径が、バブル発生素子３２の複数の孔３２２の直径よりも大きい。したがって、バブル発生素子３１は、補助バブルＢＢＬを発生し、バブル発生素子３２は、マイクロバブルＢＢＳを発生できる。

（第３態様）
図９（Ａ）は、バブル供給部材と駆動制御部の第３態様を示す図である。図９（Ｂ）は、駆動信号の波形図である。以下では、第１態様と異なる箇所のみを説明する。

図９（Ａ）に示すように、バブル供給部材３０Ｂは、バブル発生素子３１を備える。バブル供給部材３０Ｂにおけるバブル発生素子３１の孔３１２は、本発明の「マイクロバブルおよび補助バブルが発生する孔」に対応する。駆動制御部４０Ｂは、駆動信号発生部４１０Ｂ、および、増幅部４２０を備える。駆動信号発生部４１０Ｂは、増幅部４２０に接続している。増幅部４２０は、振動素子３１３の駆動用電極に接続している。

駆動信号発生部４１０Ｂは、第２周波数（１／Ｔ２（周期））の第２駆動信号と第１周波数（１／Ｔ１（周期））の第１駆動信号とを交互に発生し、増幅部４２０に出力する。より具体的には、駆動信号発生部４１０Ｂは、第２周波数の第２駆動信号を第２時間ＴＴ２の間発生し、所定のインターバル時間をもって、第１周波数の第１駆動信号を第１時間ＴＴ１の間発生する。このように、駆動信号発生部４１０Ｂは、第２駆動信号と第１駆動信号とを所定のインターバル時間をもって、交互に発生する。第１駆動振動の周波数は、発生したい補助バブルＢＢＬの粒径（直径）に基づいて設定されている。第２駆動振動の周波数は、発生したいマイクロバブルＢＢＳの粒径（直径）に基づいて設定されている。なお、第１駆動信号と第２駆動信号の発生順は、これに限らない。

増幅部４２０は、第１駆動信号および第２駆動信号を増幅して、振動素子３１３に出力する。

この構成では、振動素子３１３に第１駆動信号と第２駆動信号とが印加される。これにより、バブル発生素子３１は、補助バブルＢＢＬとマイクロバブルＢＢＳとを発生できる。また、この構成では、１個のバブル発生素子で補助バブルＢＢＬとマイクロバブルＢＢＳとを発生できるので、冷却管２０に取り付けられる構造を小さくできる。

（第４態様）
図１０（Ａ）は、バブル供給部材と駆動制御部の第４態様を示す図である。図１０（Ｂ）は、駆動信号の波形図である。以下では、第２態様と異なる箇所のみを説明する。

図１０（Ａ）に示すように、バブル供給部材３０Ｃは、バブル発生素子３１Ｃを備える。バブル発生素子３１Ｃは、壁３１１を備え、壁３１１には、複数の孔３１２１、および、複数の孔３１２２が形成されている。複数の孔３１２１の直径は、複数の孔３１２２の直径よりも大きい。複数の孔３１２１の直径は、補助バブルＢＢＬの粒径（直径）に準じて設定されている。複数の孔３１２２の直径は、マイクロバブルＢＢＳの粒径（直径）に準じて設定されている。孔３１２１が本発明の「第２孔」に対応し、孔３１２２が本発明の「第１孔」に対応する。

駆動制御部４０Ｃは、駆動信号発生部４１０Ｃ、および、増幅部４２０を備える。駆動信号発生部４１０Ｃは、駆動制御部４０Ａの駆動信号発生部４１０Ａと同じ構成である。

駆動信号発生部４１０Ｃは、所定の周波数（１／Ｔ０（周期））の駆動信号を発生し、増幅部４２０に出力する。増幅部４２０は、駆動信号を増幅して、振動素子３１３に出力する。

この構成では、互いに直径が異なる複数の孔３１２１と複数の孔３１２２とを備えることによって、１種類の駆動信号で、補助バブルＢＢＬとマイクロバブルＢＢＳとを発生できる。また、この構成では、１個のバブル発生素子で補助バブルＢＢＬとマイクロバブルＢＢＳとを発生できるので、冷却管２０に取り付けられる構造を小さくできる。また、１種類の駆動信号で補助バブルＢＢＬとマイクロバブルＢＢＳとを発生できるので、駆動制御部の構成および駆動制御を簡素化できる。

１０：冷却装置
２０：冷却管
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ：バブル供給部材
３１、３１Ａ、３１Ｃ、３２：バブル発生素子
４０、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ：駆動制御部
５０：ポンプ
６０：電源
２００：冷却管
２００：冷媒
３１１、３２１：壁
３１２、３１２Ａ、３２２、３１２１、３１２２：孔
３１３、３２３：振動素子
４１０、４１０Ａ、４１０Ｂ、４１０Ｃ：駆動信号発生部
４１１：第１駆動信号発生部
４１２：第２駆動信号発生部
４２０、４２１、４２２：増幅部
ＢＢＬ：補助バブル
ＢＢＳ：マイクロバブル
ＣＡ：圧縮空気
ＨＳ：熱源
Ｏ２０：中心軸
Ｒｅ２１：乱流領域
Ｒｅ２２：遷移領域
Ｒｅ２３：粘性底層

Claims

外部に冷却対象が存在し、流動性を有する冷媒が内蔵される冷却管と、
前記冷媒の流れを発生させる流れ発生部材と、
マイクロメータサイズの気泡であるマイクロバブルを、前記冷媒に供給するバブル供給部材と、を備え、
前記バブル供給部材は、
前記マイクロバブルとともに、ミリメータサイズの泡である補助バブルを、前記冷媒に供給する、
冷却装置。
前記バブル供給部材は、
多孔質セラミックからなり、前記マイクロバブルと前記補助バブルとを前記冷媒に供給する壁を備え、
前記多孔質セラミックの壁は、
前記マイクロバブルが発生する第１孔と、
前記補助バブルが発生する第２孔と、
を備える、
請求項１に記載の冷却装置。
前記第２孔の開口面積は、前記第１孔の開口面積よりも大きい、
請求項２に記載の冷却装置。
前記バブル供給部材は、
前記多孔質セラミックの壁に振動を与える振動素子を備える、
請求項３に記載の冷却装置。
前記振動素子は、第１周波数と、該第１周波数以下の周波数である第２周波数と、で振動する、
請求項４に記載の冷却装置。
前記第１周波数と前記第２周波数とは同じである、
請求項５に記載の冷却装置。
前記第２孔の開口面積は、前記第１孔の開口面積の１０倍以上である、
請求項３乃至請求項６のいずれかに記載の冷却装置。
前記バブル供給部材は、
多孔質セラミックからなり、前記マイクロバブルと前記補助バブルとを前記冷媒に供給する壁と、
前記多孔質セラミックの壁に振動を与える振動素子と、備え、
前記多孔質セラミックの壁は、前記マイクロバブルおよび前記補助バブルが発生する孔を備え、
前記振動素子は、第１周波数と、該第１周波数より低い周波数である第２周波数と、で振動する、
請求項２に記載の冷却装置。
前記冷媒は、
前記冷却管の中心を含む乱流領域と、
前記乱流領域よりも前記冷却管の壁面側の非乱流領域と、を形成しており、
前記マイクロバブルの直径は、前記冷媒の流れる方向に対して直交する方向における前記非乱流領域の厚みの半分よりも小さい、
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の冷却装置。
前記補助バブルの直径は、前記冷媒の流れる方向に対して直交する方向における前記非乱流領域の厚みの半分よりも大きい、
請求項９に記載の冷却装置。
前記冷媒は、
前記冷却管の中心を含む乱流領域と、
前記乱流領域よりも前記冷却管の壁面側の非乱流領域と、を形成しており、
前記補助バブルの直径は、前記冷媒の流れる方向に対して直交する方向における前記非乱流領域の厚みの半分よりも大きい、
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の冷却装置。
前記補助バブルの直径は、前記冷媒の流れる方向に対して直交する方向における前記乱流領域の厚みよりも小さい、
請求項１０または請求項１１に記載の冷却装置。
前記マイクロバブルの直径は、１００μｍ以下であり、
前記補助バブルの直径は、５ｍｍ以上である、
請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の冷却装置。
前記マイクロバブルの直径は、０．１μｍ以上であり、
前記補助バブルの直径は、５０ｍｍ以下である、
請求項１３に記載の冷却装置。
前記冷媒中の前記マイクロバブルと前記補助バブルとを含むバブルの直径に対する前記バブルの個数の分布は、
互いに前記直径が異なる、前記マイクロバブルの個数による第１ピークと、前記補助バブルの個数による第２ピークとを有し、
前記第１ピークの直径と前記第２ピークの直径との間の直径の区間において、前記第１ピークの個数または前記第２ピークの個数以上の個数となる直径が無い、
請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載の冷却装置。