JP2020076529A - 冷却装置 - Google Patents

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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 (15)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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。
  13. 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。
  14. 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。
  15. 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。
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