JP3207138B2

JP3207138B2 - 水蒸発式冷却装置

Info

Publication number: JP3207138B2
Application number: JP20336997A
Authority: JP
Inventors: 哲雄森口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-07-29
Filing date: 1997-07-29
Publication date: 2001-09-10
Anticipated expiration: 2017-07-29
Also published as: JPH1154973A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電子機器や電力
機器に搭載されるＬＳＩを中心とした電子部品を実装し
た電子基板やコンピュータ記憶装置等の冷却装置に関
し、特に電子部品やコンピュータ記憶装置からの発熱を
除去して温度上昇を抑制でき、さらには電子機器の最高
使用温度以上の環境下に設置しても正常動作できる小型
で冷却特性の優れた水蒸発式冷却装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子機器や電力機器に搭載される
ＬＳＩを中心とした電子部品を冷却する方法として、例
えば特開平６−２１２７９号公報に記載されているよう
に、冷媒バッグとヒートパイプとを組み合わせてＬＳＩ
等の発熱部材からの発熱を熱放散する方法が採られてい
た。

【０００３】図１４は例えば特開平６−２１２７９号公
報に記載された従来の伝熱装置を示す構成図である。図
において、保護用金属容器１はその底部に開孔部２が設
けられている。そして、冷媒バッグ３が保護用金属容器
１内の下部に収められている。この冷媒バッグ３は、ポ
リエチレン等の軟質プラスチック材よりなる円筒状のも
のの両端を、熱融着等の手段でシールした構成を有し、
その内部に作動液４が充填され、上部空間にはガスが充
満している。この冷媒バッグ３が保護用金属容器１内に
収められると、開孔部２から冷媒バッグ３の一部が突き
出し、ＬＳＩ等の被冷却体８と接触する接触部５が形成
される。さらに、伝熱管６が冷媒バッグ３に包み込まれ
るようにして保護用金属容器１内に収納され、保護用金
属容器１から外部に突き出した伝熱管６の一端には放熱
フィン７が取り付けられている。なお、作動液４として
は、フロンやパーフロロカーボン（Ｃ₆Ｆ₁₄）等のハロ
ゲン系の溶媒が用いられる。

【０００４】つぎに、従来の伝熱装置の動作について説
明する。まず、ＬＳＩ等の被冷却体８に接触部５が接触
するように、伝熱装置を設置する。そして、被冷却体８
が発生する熱が、接触部５から作動液４に伝達される。
作動液４は、接触部５から伝達された熱によって蒸発す
る。そして、この蒸気は冷媒バッグ３の上部空間内を上
昇し、伝熱管６に接触している部位に達するとそこで伝
熱管６に熱を吸収されて凝縮し、液化して落下する。こ
の潜熱のやり取りを通して、熱が伝熱管６に吸収され
る。その後、熱は伝熱管６の一端に設けられた放熱フィ
ン７から放熱される。このような熱交換を繰り返すこと
により、被冷却体８が冷却される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の伝熱装置は以上
のように構成されているので、放熱部の外周温度以下に
冷却することができないため、電子機器の最高使用温度
以上の環境では動作させることができず、使用環境が制
限されるという課題があった。また、作動液４としてフ
ロンやパーフロロカーボン等のハロゲン系の溶媒が用い
られているので、設備を廃却するときに、冷媒の回収が
環境保全上必要となるが、電子機器は一般に不特定多数
の市場を対象としているものが多く、その回収方法を解
決する必要があるという課題もあった。また、一般に電
子機器には小型化が必ず要求されるが、上述の伝熱装置
の構造では基板近傍での構成要素が多く、小型化という
課題に対しては解決を与えるものではなかった。また、
被冷却体８は冷媒バッグ３と機械的に接触する構造であ
るため、接触熱抵抗が大きくなり、ますます発熱密度が
大きくなってしまい、冷却特性の優れた冷却方法が要求
されるニーズに対しては十分な対応がとれないという課
題もあった。

【０００６】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、発熱体を外周温度以下に冷却で
き、使用環境の制限がなく、環境保全に適した小型の水
蒸発式冷却装置を得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の係る水蒸発式
冷却装置は、筐体、この筐体の一部に設けられて水を貯
水する貯水ピット、該筐体の内壁面に設けられ、一端が
該貯水ピットに貯水されている水に浸漬されて毛細管現
象により常に湿潤状態に維持され、かつ、該筐体を介し
て発熱体に熱的に連結されて該発熱体から熱を吸熱する
含水層および該含水層と相対して該筐体の一部を構成
し、該筐体と共働して密閉空間を形成し、気体中の水蒸
気を選択的に透過する選択的水蒸気透過膜を有するヒー
トシンクと、気体に含まれる水蒸気を凝縮して水溜に分
離回収するとともに低湿度の気体を得る減湿装置と、こ
の減湿装置で得られた低湿度の気体を上記選択的水蒸気
透過膜の外表面に沿って流通させた後減湿装置に戻す気
体循環回路と、この気体循環回路中に配設されて気体を
気体循環回路を循環させる気体循環手段と、上記減湿装
置の水溜に回収された水を上記貯水ピットに返水する返
水手段とを備えたものである。

【０００８】また、ヒートシンクは、発熱体に熱的に連
結される部位の筐体の外面が該発熱体の冷却面の形状に
合わせた面形状に形成され、含水層が該発熱体に熱的に
連結される部位の筐体の内壁面に設けられているもので
ある。

【０００９】また、ヒートシンクは、放熱フィンが発熱
体に熱的に連結される部位の筐体の内壁面に複数立設さ
れ、含水層が該放熱フィンの壁面および該発熱体に熱的
に連結される部位の筐体の内壁面に設けられ、選択的水
蒸気透過膜が該含水層に沿って該含水層に所定間隙をも
って設けられているものである。

【００１０】また、ヒートシンクは、筐体、含水層およ
び選択的水蒸気透過膜が可撓性材料で構成され、変形自
在に形成されているものである。

【００１１】また、減湿装置は、電極および触媒層が水
素イオン導電性の固体高分子電解質膜の両面に設けられ
て電解反応面が構成された固体電解素子を有し、気体循
環回路を循環する気体が陽極側の電解反応面に沿って流
通するように配設されて、陽極側の電解反応面で該気体
に含まれる水蒸気を消費して低湿度の気体を得るととも
に、陰極側の電解反応面で水蒸気を生成する水蒸気交換
モジュールと、この水蒸気交換モジュールの陰極側の電
解反応面側に配設されて、該陰極側の電解反応面で生成
された水蒸気を凝縮して水溜に分離回収する水凝縮器
と、上記電極を介して上記固体電解素子に電圧を供給す
る直流電源とから構成されているものである。

【００１２】また、固体電解素子はコルゲート状に成形
されているものである。

【００１３】また、この発明に係る水蒸発式冷却装置
は、筐体と、この筐体の一部に設けられて水を貯水する
貯水ピットと、上記筐体の内壁面に設けられ、一端が上
記貯水ピットに貯水されている水に浸漬されて毛細管現
象により常に湿潤状態に維持され、かつ、該筐体を介し
て発熱体に熱的に連結されて該発熱体から熱を吸熱する
含水層と、上記含水層と相対するように配設され、該筐
体と共働して該含水層を収納する第１の密閉空間を形成
し、気体中の水蒸気を選択的に透過する選択的水蒸気透
過膜と、上記含水層の反対側で上記選択的水蒸気透過膜
と相対するように上記筐体に配設され、該筐体内に上記
第１の密閉空間に連なる第２の密閉空間と第３の密閉空
間とを画成し、電極および触媒層が水素イオン導電性の
固体高分子電解質膜の両面に設けられて電解反応面が構
成され、陽極側の電解反応面で気体に含まれる水蒸気を
消費して低湿度の気体を得るとともに、陰極側の電解反
応面で水蒸気を生成する固体電解素子と、陽極側の電解
反応面が上記第２の密閉空間側となるように上記電極を
介して上記固体電解素子に電圧を供給する直流電源と、
上記第３の密閉空間に通気管を介して連通され、陰極側
の電解反応面で生成された水蒸気を凝縮して水溜に分離
回収する水凝縮器と、上記水凝縮器の水溜に回収された
水を上記貯水ピットに返水する返水手段とを備えたもの
である。

【００１４】また、均圧機構が第２の密閉空間と第３の
密閉空間との間に設けられ、該第２の密閉空間内の圧力
と該第３の密閉空間内の圧力とをほぼ等しくするように
したものである。

【００１５】また、第１、第２および第３の密閉空間内
の不凝縮性気体は、酸素もしくは酸素富化空気とするも
のである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
について説明する。実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１係る発熱
体の水蒸発式冷却装置を示すシステム構成図である。図
において、発熱体５０は、電子部品、例えばコンピュー
タのＣＰＵ５０ｂが基板５０ａ上に実装されて構成され
ている。ヒートシンク５１は、銅等の良熱伝導材料で作
製された密閉空間５７を構成する筐体５２、この筐体５
２を構成する内壁面の一部に布状体を貼り付けて形成さ
れた含水層５３、この含水層５３と相対して配設され筐
体５２の一部を構成する選択的水蒸気透過膜３１および
筐体５２に形成された貯水ピット５４を備えている。こ
の選択的水蒸気透過膜３１は、含水層５３と相対して筐
体５２の壁面に設けられた開口を塞口するように筐体５
２に気密に取り付けられている。そして、含水層５３は
その一部が貯水ピット５４に貯水されている水３０に浸
漬され、該水３０を毛細管現象により吸い上げて常に湿
潤状態に維持されている。発熱体５０のＣＰＵ５０ｂの
上面が、この含水層５３が形成された部位の筐体５２の
外壁面（吸熱面）５２ａに良熱伝導性の接着剤３３によ
り熱的に接合されている。

【００１７】発熱体５０はヒートシンク５１と熱的に接
合された状態で密閉筐体３２内に収納されている。密閉
筐体３２と減湿装置６５とは空気配管７７ａ、７７ｂを
介して連結され、気体循環回路としての空気循環の閉回
路を構成している。また、ファン等の気体循環手段とし
ての空気循環機６７が空気配管７７ａの経路中に配設さ
れている。この空気循環機６７の作動により、密閉筐体
３２内の空気は、空気配管７７ｂを介して減湿装置６５
内に送り込まれ、減湿装置６５内で含まれる水蒸気が凝
縮分離されて乾燥空気となり、空気配管７７ａを介して
密閉筐体３２に戻され、選択的水蒸気透過膜３１に沿っ
て流れるように、図１中矢印Ａで示されるように、該閉
回路を強制的に循環する。さらに、減湿装置６５とヒー
トシンク５１の貯水ピット５４とが返水手段としての返
水管７０により連通され、減湿装置６５で分離回収され
た水が貯水ピット５４に返水されるように構成されてい
る。なお、ポンプ等を返水管７０の経路中に配設し、減
湿装置６５で分離回収された水を強制的に貯水ピット５
４に返水するようにしてもよい。

【００１８】ここで、本願発明に用いられる選択的水蒸
気透過膜３１について説明する。この選択的水蒸気透過
膜３１は、空気成分の透過速度に対して水蒸気の透過速
度が著しく大きい機能を有するものである。この選択的
水蒸気透過膜３１としては、例えば特開平１−１９４９
２７号公報に記載されるように、親水性官能基をもった
フッ素樹脂が多孔質支持体に積層または含浸されて構成
された機能膜を用いることができる。この機能膜は、多
孔質支持体にフッ素樹脂を積層または含浸させることに
より、少なくとも厚さ方向においては無孔質体となり、
空気、窒素、メタンガス等の炭化水素系気体は実質的に
透過できないものとなる。そして、水蒸気は親水性官能
基によってフッ素樹脂の膜面に吸着され、次いでフッ素
樹脂層中に拡散され、急速に透過する。この水蒸気を透
過させる駆動力は、膜を介しての蒸気の分圧差であり、
この分圧差が大きければ水蒸気透過速度は大きくなる。
なお、多孔質支持体としては、セルロース系、ポリオレ
フィン系、ポリエステル系、ポリサルホン系、フッソ系
等の多孔質膜、不織布、織布等が用いられ、耐熱性や耐
薬品性を有するフッソ系のものが望ましい。また、フッ
素樹脂に含有される親水性官能基としては、スルホン酸
基、スルホン酸塩基、硫酸基、硫酸塩基、カルボン酸
基、カルボン酸塩基等がある。

【００１９】この実施の形態１では、ポリテトラフルオ
ロエチレン膜を延伸した多孔質膜（厚さ：４０μｍ、空
孔率：７５％、最大孔径：０．５μｍ）上にスルホン酸
塩基含有フッ素系重合体を厚さ１０μｍに成膜し、風乾
した後、さらに１００℃で１８０分間乾燥させて作製さ
れた選択的水蒸気透過膜３１を用いている。このように
作製された選択的水蒸気透過膜３１における水蒸気、酸
素、窒素、水素およびメタンガスの気体透過速度および
速度比は図２に示される。この図２から、空気の成分で
ある酸素および窒素はほとんど透過されず、水蒸気のみ
を選択的に透過させることがわかる。また、この選択的
水蒸気透過膜３１の機能を確認するために、容積１５リ
ットルの密閉容器の壁面に５０ｃｍ²の開口を穿設し、
該開口を塞ぐように選択的水蒸気透過膜３１を取り付け
た測定装置を作製した。そして、該密閉容器内を加湿状
態として、選択的水蒸気透過膜３１の外面に湿度２０℃
の乾燥空気を流通させた時の密閉容器内の湿度を測定し
た結果を図３に示す。この図３から、選択的水蒸気透過
膜３１の外面に乾燥空気を流通させることにより、密閉
容器内の水蒸気が引き出され、密閉容器内の湿度が低下
することがわかる。そして、選択的水蒸気透過膜３１の
外面に乾燥空気を所定時間流通させることにより、密閉
容器内の湿度を乾燥空気の湿度と同程度に減湿できるこ
とがわかる。

【００２０】ついで、減湿装置６５を冷媒圧縮式空気冷
却機で構成した場合のシステム構成を図４に示す。減湿
装置６５は、冷媒圧縮機７１、冷媒凝縮器７２、膨張弁
７３、冷媒蒸発器７４、空気加熱器７５およびこれらの
機器を連結して閉ループを形成する冷媒管路７６から構
成されている。そして、空気循環機６７によって循環さ
れる循環空気が冷媒蒸発器７４と空気加熱器７５の２次
側を流通するようになっている。冷媒がこの閉ループを
循環している。そして、この冷媒蒸発器７４内の冷媒
は、冷媒圧縮機７１で圧縮され、空気加熱器７５を通っ
て冷媒凝縮器７２に送り込まれる。圧縮された冷媒は、
冷媒凝縮器７２で系外に熱を放熱して凝縮され、その後
膨張弁７３で断熱自由膨張される。断熱自由膨張された
冷媒は冷媒蒸発器７４に送り込まれ、断熱自由膨張する
過程で発生する冷却作用による吸熱によって、２次側を
流れる空気が露点以下に冷却される。冷媒蒸発器７４の
底部には水溜としてのドレーンポート７８が設けられ、
２次側を流れる空気が冷却された時に、該空気中に含ま
れる水分が凝縮されて得られる凝縮水がドレーンポート
７８に貯水される。そして、ドレーンポート７８は返水
管７０を介して貯水ピット５４に連結され、凝縮水が逐
次貯水ピット５４に返水される。

【００２１】つぎに、この実施の形態１による水蒸発式
冷却装置の冷却動作について説明する。空気循環機６７
が駆動されると、密閉筐体３２内の空気は空気配管７７
ａを介して減湿装置６５内に送り込まれ、循環冷媒蒸発
器７４と空気加熱器７５の２次側を流通した後、空気配
管７７ｂを介して密閉筐体３２内に送り込まれる。そし
て、空気は、循環冷媒蒸発器７４の２次側を流通する際
に、露点以下に冷却される。この時、空気中に含まれる
水分が凝縮され、凝縮水としてドレーンポート７８に貯
水される。また、露点以下に冷却された空気は、空気加
熱器７５の２次側を流通する際に、常温まで加熱され、
乾燥空気として密閉筐体３２に送り込まれる。

【００２２】密閉筐体３２内に送り込まれた乾燥空気
は、選択的水蒸気透過膜３１の外面に沿って流通する。
そして、ヒートシンク５１内の水蒸気が選択的透過膜３
２を介して密閉筐体３２内に引き出され、密閉筐体３２
内を流通する空気が加湿された状態となって減湿装置６
５に送り込まれる。一方、ＣＰＵ５０ｂで発生した熱
は、吸熱面５２ａを介して含水層５３に伝達され、含水
層５３が加熱される。そこで、含水層５３中に含まれて
いる水が加熱されて蒸発し、ヒートシンク５１内が加湿
される。このヒートシンク５１内の空気に含まれる水蒸
気は、上述のように選択的水蒸気透過膜３１を介して密
閉筐体３２内に引き出され、ヒートシンク５１内の湿度
が密閉筐体３２内を流通する乾燥空気と同程度の湿度と
なる。また、密閉筐体３２内に引き出された水蒸気は減
湿装置６５で凝縮回収され、凝縮水としてドレインポー
ト７８に貯水される。そして、この凝縮水は返水管７０
を介して貯水ピット５４逐次返水される。含水層５３の
一端が貯水ピット５４に貯液されている水３０に浸漬さ
れているので、水３０が毛細管現象の作用により含水層
５３の全面に吸い上げられ、含水層５３の表面から蒸発
された水分の補給が行われる。

【００２３】ここで、例えば、図５に示す線図上で、含
水層５３の接する空気が温度３２℃、湿度２０％（図５
中の点Ｐに相当）の空気とすると、この空気に接する水
の温度は図５中直線ＰＱに沿って等エンタルピックに変
化し、湿球温度ＴＷ＝１７℃（図５中の点Ｑに相当）ま
で温度降下する。これは、含水層５３に含まれる水が乾
燥空気中に蒸発し吸湿されることに起因するものであ
り、この水分蒸発時の蒸発潜熱を奪われることによって
温度が低下する。これによって、含水層５３が冷却さ
れ、この含水層５３に熱的に連結されている発熱体５０
のＣＰＵ５０ｂから熱を吸熱し、ＣＰＵ５０ｂを湿度温
度に向かって冷却する。そこで、密閉筐体３２の外部が
高温の環境下に配置されても、ヒートシンク５１はそれ
以下の温度に維持される。即ち、ＣＰＵ５０ｂを周囲温
度以下に冷却することができる。

【００２４】この実施の形態１による冷却は、空気の顕
熱利用による冷却とは異なり、水の蒸発潜熱によるもの
である。そこで、水の蒸発潜熱は、５９０Ｋｃａｌ／ｋ
ｇと大きく、少ない冷媒循環量で大きな冷却効率が得ら
れる。また、空気の循環は、水の蒸発した水蒸気を輸送
する輸送媒体としてのみ作用しているので、風冷による
空気の比熱０．２４Ｋｃａｌ／ｋｇ℃を利用した顕熱利
用による冷却方法に比べ、極端に風量が少なくてよい。
従って、大きな通気路を形成する必要がなく、小型化が
可能となる。

【００２５】このように、この実施の形態１によれば、
ヒートシンク５１を構成する筐体５２の内壁面の一部に
含水層５３を形成するとともに、含水層５３と相対する
ように筐体５２の壁面に設けられた開口に選択的水蒸気
透過膜３１を取り付け、含水層５３が形成された部位の
筐体５２の外壁面を発熱体５０に熱的に連結している。
そして、乾燥空気を選択的水蒸気透過膜３１の外表面に
沿って流すことによって、筐体５２内の水蒸気を引き出
して筐体５２内の空気を減湿し、含水層５３内の水を蒸
発させて、水分蒸発時の蒸発潜熱を奪い、水の温度を低
下させているので、含水層５３を外周温度以下に冷却す
ることができる。そこで、この水蒸発式冷却装置では、
電子機器の最高使用温度以上の環境でも動作させること
ができ、使用環境が制限されることがない。また、選択
的水蒸気透過膜３１が筐体５２の一部を構成しているの
で、含水層５３に水を給水しても、ヒートシンク５１の
外部に水が漏れ出すことがない。そこで、基板５０ａ上
にヒートシンク５１を複数取り付けても、漏水による漏
電事故の心配がなく、安全でコンパクトな冷却が可能と
なる。また、冷媒として空気を用いているので、フロン
やパーフロロカーボン等のハロゲン系の溶媒を用いた場
合のように、冷媒の回収が環境保全上必要とならず、環
境保全上問題のない冷却装置が得られる。また、冷却機
構が水の蒸発潜熱によるものであるので、少ない冷媒循
環量で大きな冷却効率が得られる。さらに、空気の循環
が、蒸発した水蒸気を輸送する輸送媒体としてのみ作用
しているので、極端に風量が少なくてよい。そこで、大
容量の空気循環機６７や大きな通気路が必要とならず、
冷却装置の小型化が図られる。

【００２６】なお、上記実施の形態１では、含水層５３
として布状体を敷設するものとしているが、該含水層５
３は布状体に限らず毛細管現象により水を吸い上げる機
能を有していればよく、例えば不織布、多孔質体、網状
体を敷設してもよい。また、上記実施の形態１では、循
環冷媒蒸発器７４を流通して除湿された空気は空気加熱
器７５で常温まで昇温された後、密閉筐体３２内に送り
込まれるように構成されているが、空気加熱器７５を省
略し、循環冷媒蒸発器７４を流通して除湿された空気を
低温のまま密閉筐体３２内に送り込むようにしてもよ
い。

【００２７】実施の形態２．図６はこの発明の実施の形
態２に係る発熱体の水蒸発式冷却装置を示すシステム構
成図である。図において、減湿装置は、固体電解素子を
用いた水蒸気交換モジュール８０、固体電解素子に電力
を供給する直流電源８７および水凝縮器８３から構成さ
れている。密閉筐体３２と水蒸気交換モジュール８０の
一側（陽極側）とは空気配管７７ａ、７７ｂを連結さ
れ、図６中Ｃで示される気体循環回路としての空気循環
経路が構成されている。そして、空気循環機６７が空気
配管７７ａの経路中に配設され、空気を該空気循環経路
Ｃ中を強制的に循環できるようになっている。水凝縮器
８３は通気ダクト８４ａ、８４ｂを介して水蒸気交換モ
ジュール８０の他側（陰極側）に連結され、図６中Ｂで
示される循環経路が構成されている。そして、ファン８
２が通気ダクト８４ａに配設され、空気を循環経路Ｂ中
を強制的に循環できるようになっている。凝縮水を集水
する水溜８５が通気ダクト８４ｂの底部に形成されてい
る。そして、水溜８５が返水管７０を介してヒートシン
ク５１の貯水ピット５４に接続されている。

【００２８】ここで、水蒸気交換モジュール８０に適用
される固体電解素子の基本構造について図７を参照しつ
つ説明する。固体電解素子８８は、水素イオン（プロト
ン）を選択的に通過させる固体高分子電解質膜８９を挟
持するように電解反応を促進する触媒層９０を介して陽
極９１および陰極９２を配置し、それらを熱圧接して複
合膜状に形成されている。固体高分子電解質膜８９とし
ては、例えばナフィオン（Du Pont社登録商標）膜など
が用いられる。また、陽極９１および陰極９２の電極材
としては、白金メッキが施されたエキスパンドメタルが
用いられる。なお、陰極９２の電極材として、炭素繊維
の不織布を用いることもできる。

【００２９】ついで、水蒸気交換モジュール８０の構造
について図８を参照しつつ説明する。枠体９３は、導体
９５がコの字状に成形された絶縁支持枠９４の開口部を
挟む両辺にそれぞれ配設されて構成されている。そし
て、固体電解素子８８は、陽極９１と陰極９２とが帯状
の固体高分子電解質膜８９を挟んで互いに相対するよう
に、かつ、固体高分子電解質膜８９の長さ方向に所定間
隔毎に配置されている。そして、陽極９１は、固体高分
子電解質膜８９の幅方向の一側に延出され、一方陰極９
２は固体高分子電解質膜８９の幅方向の他側に延出され
ている。そして固体電解素子８８は、開口部が上下に交
互に向くように配列された各枠体９３の開口部と相対す
る辺の外周で折り返され、隣り合う枠体９３で挟持され
てコルゲート状に、即ち立体状に成形されている。ま
た、各陽極９１は隣り合う枠体９３の一側の導体９５に
電気的に接続され、各陰極９２は隣り合う枠体９３の他
側の導体９５に電気的に接続されている。そして、一対
の給電母線９６ａ、９６ｂが枠体９３の積層体の両側に
配設され、導体９５を介して固体電解素子８８に給電で
きるようになっている。このように構成された水蒸気交
換モジュール８０は、図示していないが、陽極側の閉空
間と陰極側の閉空間とに画成するように缶体内に配設さ
れている。そして、密閉筐体３２が空気配管７７ａ、７
７ｂを介して陽極側の閉空間に連結され、水凝縮器８３
が通気ダクト８４ａ、８４ｂを介して陰極側の閉空間に
連結されている。

【００３０】つぎに、このように構成された水蒸発式冷
却装置の冷却動作について説明する。空気循環機６７が
駆動されると、密閉筐体３２内の空気が空気配管７７ａ
を介して水蒸気交換モジュール８０の陽極側の閉空間内
に送り込まれる。そして、該陽極側の閉空間内に送り込
まれた空気は、水蒸気交換モジュール８０の陽極側の電
解反応面に沿って流れ、その後空気配管７７ｂを介して
密閉筐体３２内に送り込まれる。

【００３１】ここで、直流電源８７から水蒸気交換モジ
ュール８０の陽極９１と陰極９２との間に電力が供給さ
れる。水蒸気交換モジュール８０の陽極側の電解反応面
では、空気中に含まれる水が電気分解されて、式（１）
に示す反応により、水分子が分解されて酸素が発生され
る。陽極側：２Ｈ₂Ｏ→Ｏ₂＋４Ｈ⁺＋４ｅ^- 式（１）さらに、水素イオンに同伴して１〜３分子の複数の水分
子が陽極側から固体高分子電解質膜８９を通って陰極側
に移動する。そこで、陽極側では水分子が消費され、さ
らに水素イオンに同伴して水分子が陰極側に移動するた
め、水蒸気交換モジュール８０の陽極側の電解反応面に
沿って流れた空気は除湿され乾燥空気となって密閉筐体
３２に戻される。この密閉筐体３２内に送り込まれた乾
燥空気は、選択的水蒸気透過膜３１の外表面に沿って流
通し、ヒートシンク５１内から水蒸気を引き出させる。
この乾燥空気は選択的水蒸気透過膜３１を介してヒート
シンク５１内から引き出された水蒸気を含み、加湿され
て水蒸気交換モジュール８０の陽極側の閉空間内に戻さ
れる。そこで、ヒートシンク５１内は乾燥空気とほぼ等
しい湿度に減湿される。また、発熱体５０のＣＰＵ５０
ｂの熱が吸熱面５２ａを介して含水層５３に伝達され、
含水層５３が加熱され、含水層５３の表面から水分が蒸
発する。そして、含水層５３は、水の蒸発の過程で冷却
され、含水層５３と熱的に接続されている発熱体５０の
ＣＰＵ５０ｂが冷却される。

【００３２】上述の水の電気分解で生成された水素イオ
ン（Ｈ⁺）は固体高分子電解質膜８９を通って陰極９２
に達する。一方、水の電気分解で生成された電子
（ｅ^-）は外部回路を通って陰極９２に達する。そし
て、式（２）に示す反応により、陰極側では、酸素が消
費されて水が生成される。陰極側：Ｏ₂＋４Ｈ⁺＋４ｅ^-→２Ｈ₂Ｏ式（２）これによって、水蒸気交換モジュール８０の陰極側の閉
空間内の空気は加湿され、飽和空気となる。そして、フ
ァン８２が駆動されると、空気は、図６中Ｂで示される
循環経路内を循環する。そして、飽和空気は、水凝縮器
８３の冷却面で冷却ファンの作用により外気に熱ＱＨを
放熱することによって冷却されて、該空気中に含まれる
水蒸気は凝縮されて凝縮水となって水溜８５に滴下し貯
液される。水溜８５に貯液された水は返水管７０を介し
て逐次貯水ピット５４に戻され、含水層５３から蒸発し
た水の補給に供される。

【００３３】上記実施の形態１では、減湿装置６５が、
冷媒圧縮機７１、冷媒凝縮器７２、膨張弁７３、蒸発器
７４および空気加熱器７５と、これらの機器を連結して
閉ループを形成する冷媒管路７６等から構成されてい
る。そこで、上記実施の形態１では装置が大型化してし
まい、熱負荷が数百ワット以上の大型電子機器の冷却に
適用できるものの、発熱量が数十ワット以下の小型の機
器に対しては減湿装置６５が発熱体を含む設備装置より
大きくなってしまい、適用できなかった。しかしなが
ら、この実施の形態２によれば、陽極９１および陰極９
２が水素イオン導電性の固体高分子電解質膜８９の両面
に触媒層９０を介して形成された固体電解素子８８から
なる水蒸気交換モジュール８０を用いて減湿装置を構成
しているので、発熱量が数十ワット以下の機器に対して
適用できる小型の減湿装置が得られる。また、水蒸気交
換モジュール８０は、固体電解素子８８を立体状に成形
しているので、単位面積当たりの電解反応面積が大きく
なり、冷却効率を向上させることができるとともに、小
型化を図ることができる。

【００３４】実施の形態３．上記実施の形態１では、Ｃ
ＰＵ５０ｂが電子基板５０ａ上に実装され、発熱面が均
一な平面を有する発熱体５０に対して適用するものとし
ているが、この実施の形態３では、高さの異なる複数個
のＣＰＵ５０ａが電子基板５０ａ上に実装され、発熱面
が凹凸面を有する発熱体５０Ａに対して適用するもので
ある。即ち、この実施の形態３では、図９に示されるよ
うに、ヒートシンク５１Ａを構成する筐体５２の吸熱面
５２ａが発熱体の面形状に合わせた凹凸面に成形され、
含水層５３が凹凸の吸熱面５２ａの内壁面に貼り付けら
れている。そして、発熱体５０Ａは、各ＣＰＵ５０ｂが
筐体５２の吸熱面５２ａに接するように吸熱面５２ａの
凹部に挿入され、必要に応じて接着剤３３で接合され
て、熱的に結合される。なお、他の構成は上記実施の形
態１と同様に構成されている。このように、この実施の
形態３によれば、ヒートシンク５１Ａの吸熱面５２ａが
凹凸面の発熱面に対しても熱的に良好に結合され、発熱
面が凹凸面を有する発熱体Ａに対しても、優れた冷却性
能を発揮することができる。

【００３５】実施の形態４．図１０はこの発明の実施の
形態４に係る発熱体の水蒸発式冷却装置に適用されるヒ
ートシンクの構成を示す断面図である。このヒートシン
ク５１Ｂは、放熱フィン５２ｂが筐体５２の吸熱面５２
ａの内壁面に複数立設され、含水層５３が筐体５２の内
壁面に放熱フィン５２ａに添わせて貼り付けられ、選択
的水蒸気透過膜３１がスペーサ３４を介して含水層５３
と所定間隙を持って相対して配設されて構成されてい
る。この選択的水蒸気透過膜３１は、含水層５３と相対
して筐体５２の壁面に設けられた開口を塞口するように
筐体５２に気密に取り付けられ、密閉空間５７を形成し
ている。そして、含水層５３はその一部が貯水ピット５
４に貯水されている水３０に浸漬され、該水３０を毛細
管現象により吸い上げて常に湿潤状態に維持されてい
る。

【００３６】この実施の形態４では、筐体５２の内壁面
に放熱フィン５２ｂが設けられ、放熱面積が増大されて
いるので、含水層５３からの水の蒸発が促進され、発熱
体からの熱流速が大きい場合にも、優れた冷却性能を発
揮することができる。また、含水層５３および選択的水
蒸気透過膜３１が放熱フィン５２ｂに添わせて取り付け
られているので、選択的水蒸気透過膜３１の外面を流通
する乾燥空気との接触面積が増大されて水蒸気の放散量
を大きくでき、発熱体からの熱流速が大きい場合にも、
優れた冷却性能を発揮することができる。また、含水層
５３と選択的水蒸気透過膜３１との間にスペーサ３４が
介在されているので、含水層５３と選択的水蒸気透過膜
３１との間へ保水する水を多くでき、含水層５３での水
枯れ現象を阻止することができる。

【００３７】実施の形態５．図１１はこの発明の実施の
形態５に係る発熱体の水蒸発式冷却装置に適用されるヒ
ートシンクの構成を示す断面図である。このヒートシン
ク５１Ｃは、含水層５３が内壁面に貼り付けられた可撓
性シート４０と選択的水蒸気透過膜３１とをスペーサ３
４を介在させて貼り合わせて成形された変形自在で気密
な袋状の筐体４１と、その袋状の筐体４１の一辺に設け
られた貯水ピット５４とから構成されている。この筐体
４１の内部が密閉空間５７であり、可撓性シート４０の
外表面が吸熱面４０ａを構成し、含水層５３の一部が貯
水ピット５４に貯水されている水３０に浸漬されてい
る。ここで、可撓性シート４０は、良熱伝導性のプラス
チックと金属フィルムとの積層フィルム、エンボス加工
された金属フィルム等が用いられる。

【００３８】このように構成されたヒートシンク５１Ｃ
は、図１２に示されるように、その可撓性シート４０側
を発熱体５０Ａの各ＣＰＵ５０ｂの表面に押し当て、吸
熱面４０ａをＣＰＵ５０ｂの表面に密接させて、凹凸の
発熱面に熱的に連結される。そして、必要に応じて、良
熱伝導性の接着剤でヒートシンク５１Ｃを発熱体Ａに貼
り付けてもよく、押え治具によりヒートシンク５１Ｃを
発熱体Ａに加圧させてもよい。従って、この実施の形態
５によれば、ヒートシンク５１Ｃが変形自在に形成され
ているので、発熱体の発熱面の面形状に拘わらず吸熱面
を発熱面に密接でき、良好な冷却性能を発揮できる。

【００３９】実施の形態６．図１３はこの発明の実施の
形態６に係る発熱体の水蒸発式冷却装置の構成を示す断
面図である。図において、筐体４２は銅等の良熱伝導材
料で密閉された箱形に作製され、その一部に貯水ピット
５４が設けられている。そして、含水層５３が筐体４２
の内壁面に貼り付けられ、その一端が貯水ピット５４に
貯水されている水３０に浸漬されている。また、選択的
水蒸気透過膜３１および固体電解素子８８が筐体４２内
を第１、第２および第３の密閉空間４５ａ、４５ｂ、４
５ｃに分離するように筐体４２に取り付けられている。
そして、含水層５３、選択的水蒸気透過膜３１、固体電
解素子８８および筐体４２の内壁面のそれぞれの間には
スペーサ３４が介在され、それぞれが近接して配置され
ている。また、密閉空間４５ｂ、４５ｃとの間は均圧機
構としての細管４６で連通されている。さらに、密閉空
間４５ｃは通気管４７により水凝縮器８３に接続され、
水凝縮器８３のドレーンピット８５が返水管７０により
貯水ピット５４に接続されている。また、密閉空間４５
ｂに面する電解反応面が陽極となるように直流電源８７
が固体電解素子８８に接続されている。

【００４０】このように構成された水蒸発式冷却装置で
は、固体電解素子８８の陽極側の電解反応面において、
密閉空間４５ｂ内の水蒸気が消費され、酸素と水素とが
生成されるので、密閉空間４５ｂ内は減湿される。これ
によって、選択的水蒸気透過膜３１の面間に湿度差が発
生し、密閉空間４５ａ内の水蒸気が密閉空間４５ｂ内に
流入する。一方、密閉空間４５ａでは、発熱体５０Ａか
らの熱が吸熱面４２ａを介して含水層５３に伝達され、
含水層５３から水蒸気が発生する。含水層５３から発生
した水蒸気は選択的水蒸気透過膜３１を介して密閉空間
４５ａから除去される。そして、水の蒸発潜熱により含
水層５３が冷却され、これによって発熱体５０Ａが冷却
される。また、固体電解素子８８の陰極側の電解反応面
において、密閉空間４５ｂ内の酸素を消費して水蒸気を
生成する。これによって、密閉空間４５ｃ内は加湿され
て水蒸気の飽和状態となるが、生成された水蒸気は通気
管４７を介して水凝縮器８３に流れ込んで冷却され、凝
縮水としてドレーンピット８５に回収される。この凝縮
水は返水管７０を介して貯水ピット５４に返水され、含
水層５３への水の補給に供せられる。

【００４１】ここで、固体電解素子８８の陽極側では酸
素が発生し、陰極側では酸素が消費されることから、密
閉空間４５ｂでは酸素が発生し加圧状態となり、密閉空
間４５ｃでが酸素が消費され負圧状態となる。そして、
密閉空間４５ｂ、４５ｃ間に発生する圧力差により、密
閉空間４５ｂ内の酸素が細管４６を介して密閉空間４５
ｃに返送され、密閉空間４５ｂ、４５ｃの均圧化が図ら
れる。

【００４２】このように、この実施の形態６によれば、
含水層５３、選択的水蒸気透過膜３１および固体電解素
子８８が近接して配置されているので、水蒸気と発生し
た酸素ガスの移動距離が極めて短くできる。そこで、減
湿装置に加湿空気を送り込み、乾燥空気を選択的水蒸気
透過膜３１に沿って流通させるファンを省略することが
でき、メンテナンスフリーの水蒸発式冷却装置が得られ
る。また、電解反応に関与する気体成分は水蒸気と酸素
だけである。従って、窒素ガス等の不働体ガスが系統内
に混在していると、電解反応に寄与する気体の移動を妨
げることになる。そして、ファン等により気体を強制的
に移動させる場合には、その影響は少ないが、自然拡散
的あるいはガスの比重量の差によって気体を移動させる
場合には、その影響が大きくなる。そこで、この実施の
形態６においては、系統内の不凝縮ガスを酸素ガスもし
くは酸素濃度を多くした酸素富化空気とすれば、電解反
応を加速することができる。

【００４３】なお、上記各実施の形態では、発熱体は電
子基板上にＣＰＵを実装したものとしているが、発熱体
はＣＰＵに限らず発熱部品を基板上に実装したものでも
よく、発熱部品単品でもよい。また、電子基板上に実装
されたＣＰＵを直接冷却するものとしているが、ＣＰＵ
が実装された電子基板を収納する筐体を冷却し、間接的
にＣＰＵを冷却するようにしてもよい。

【００４４】

【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００４５】この発明の係る水蒸発式冷却装置は、筐
体、この筐体の一部に設けられて水を貯水する貯水ピッ
ト、該筐体の内壁面に設けられ、一端が該貯水ピットに
貯水されている水に浸漬されて毛細管現象により常に湿
潤状態に維持され、かつ、該筐体を介して発熱体に熱的
に連結されて該発熱体から熱を吸熱する含水層および該
含水層と相対して該筐体の一部を構成し、該筐体と共働
して密閉空間を形成し、気体中の水蒸気を選択的に透過
する選択的水蒸気透過膜を有するヒートシンクと、気体
に含まれる水蒸気を凝縮して水溜に分離回収するととも
に低湿度の気体を得る減湿装置と、この減湿装置で得ら
れた低湿度の気体を上記選択的水蒸気透過膜の外表面に
沿って流通させた後減湿装置に戻す気体循環回路と、こ
の気体循環回路中に配設されて気体を気体循環回路を循
環させる気体循環手段と、上記減湿装置の水溜に回収さ
れた水を上記貯水ピットに返水する返水手段とを備えた
ので、発熱体を外周温度以下に冷却でき、使用環境の制
限がなく、環境保全に適した小型の水蒸発式冷却装置が
得られる。

【００４６】また、ヒートシンクは、発熱体に熱的に連
結される部位の筐体の外面が該発熱体の冷却面の形状に
合わせた面形状に形成され、含水層が該発熱体に熱的に
連結される部位の筐体の内壁面に設けられているので、
ヒートシンクを発熱体に熱的に良好に連結することがで
きる。

【００４７】また、ヒートシンクは、放熱フィンが発熱
体に熱的に連結される部位の筐体の内壁面に複数立設さ
れ、含水層が該放熱フィンの壁面および該発熱体に熱的
に連結される部位の筐体の内壁面に設けられ、選択的水
蒸気透過膜が該含水層に沿って該含水層に所定間隙をも
って設けられているので、発熱体の熱を効率的に放熱で
き、熱流速の大きい発熱体の冷却にも十分適用すること
ができる。

【００４８】また、ヒートシンクは、筐体、含水層およ
び選択的水蒸気透過膜が可撓性材料で構成され、変形自
在に形成されているので、発熱面形状に合わせてヒート
シンクを変形でき、発熱体に熱的に良好に連結すること
ができる。

【００４９】また、減湿装置は、電極および触媒層が水
素イオン導電性の固体高分子電解質膜の両面に設けられ
て電解反応面が構成された固体電解素子を有し、気体循
環回路を循環する気体が陽極側の電解反応面に沿って流
通するように配設されて、陽極側の電解反応面で該気体
に含まれる水蒸気を消費して低湿度の気体を得るととも
に、陰極側の電解反応面で水蒸気を生成する水蒸気交換
モジュールと、この水蒸気交換モジュールの陰極側の電
解反応面側に配設されて、該陰極側の電解反応面で生成
された水蒸気を凝縮して水溜に分離回収する水凝縮器
と、上記電極を介して上記固体電解素子に電圧を供給す
る直流電源とから構成されているので、数十ワット以下
の発熱量の発熱体の冷却にも適用することができる。

【００５０】また、固体電解素子はコルゲート状に成形
されているので、電解反応面が増大され、冷却性能を向
上させることができるとともに、小型化が図られる。

【００５１】また、この発明に係る水蒸発式冷却装置
は、筐体と、この筐体の一部に設けられて水を貯水する
貯水ピットと、上記筐体の内壁面に設けられ、一端が上
記貯水ピットに貯水されている水に浸漬されて毛細管現
象により常に湿潤状態に維持され、かつ、該筐体を介し
て発熱体に熱的に連結されて該発熱体から熱を吸熱する
含水層と、上記含水層と相対するように配設され、該筐
体と共働して該含水層を収納する第１の密閉空間を形成
し、気体中の水蒸気を選択的に透過する選択的水蒸気透
過膜と、上記含水層の反対側で上記選択的水蒸気透過膜
と相対するように上記筐体に配設され、該筐体内に上記
第１の密閉空間に連なる第２の密閉空間と第３の密閉空
間とを画成し、電極および触媒層が水素イオン導電性の
固体高分子電解質膜の両面に設けられて電解反応面が構
成され、陽極側の電解反応面で気体に含まれる水蒸気を
消費して低湿度の気体を得るとともに、陰極側の電解反
応面で水蒸気を生成する固体電解素子と、陽極側の電解
反応面が上記第２の密閉空間側となるように上記電極を
介して上記固体電解素子に電圧を供給する直流電源と、
上記第３の密閉空間に通気管を介して連通され、陰極側
の電解反応面で生成された水蒸気を凝縮して水溜に分離
回収する水凝縮器と、上記水凝縮器の水溜に回収された
水を上記貯水ピットに返水する返水手段とを備えたの
で、発熱体を外周温度以下に冷却でき、使用環境の制限
がなく、環境保全に適した小型の水蒸発式冷却装置が得
られる。さらに、気体を流通させるファン等の駆動手段
を省略することができ、メンテナンスフリーの水蒸発式
冷却装置が得られる。

【００５２】また、均圧機構が第２の密閉空間と第３の
密閉空間との間に設けられ、該第２の密閉空間内の圧力
と該第３の密閉空間内の圧力とをほぼ等しくするように
したので、陽極側の電解反応面で生成される酸素が第２
の密閉空間から第３の密閉空間に送られ、第２の密閉空
間内の異常な圧力上昇が未然に防止される。

【００５３】また、第１、第２および第３の密閉空間内
の不凝縮性気体は、酸素もしくは酸素富化空気としてい
るので、不働体ガスによる電解反応への影響が低減で
き、冷却速度を速めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１に係る水蒸発式冷却
装置を示すシステム構成図である。

【図２】この発明の実施の形態１に係る水蒸発式冷却
装置に適用される選択的水蒸気透過膜における気体透過
速度および速度比を表す図である。

【図３】この発明の実施の形態１に係る水蒸発式冷却
装置に適用される選択的水蒸気透過膜の機能を説明する
図である。

【図４】この発明の実施の形態１に係る水蒸発式冷却
装置に適用される減湿装置を冷媒圧縮式空気冷却機で構
成した場合のシステム構成図である。

【図５】この発明に係る水蒸発式冷却装置の冷却原理
を説明する図である。

【図６】この発明の実施の形態２に係る水蒸発式冷却
装置を示すシステム構成図である。

【図７】この発明の実施の形態２に係る水蒸発式冷却
装置に用いられる水蒸気交換モジュールを構成する固体
電解素子の基本構造を示す断面図である。

【図８】この発明の実施の形態２に係る水蒸発式冷却
装置に用いられる水蒸気交換モジュールの構造を説明す
る斜視図である。

【図９】この発明の実施の形態３に係る水蒸発式冷却
装置に適用されるヒートシンクの構成を示す断面図であ
る。

【図１０】この発明の実施の形態４に係る水蒸発式冷
却装置に適用されるヒートシンクの構成を示す断面図で
ある。

【図１１】この発明の実施の形態５に係る水蒸発式冷
却装置に適用されるヒートシンクの構成を示す断面図で
ある。

【図１２】この発明の実施の形態５に係る水蒸発式冷
却装置に適用されるヒートシンクの発熱体への取付構造
を示す断面図である。

【図１３】この発明の実施の形態７に係る水蒸発式冷
却装置を示すシステム構成図である。

【図１４】従来の伝熱装置を示す構成図である。

【符号の説明】

３０水、３１選択的水蒸気透過膜、３２密閉筐体
（気体循環回路）、４０可撓性フィルム、４２筐
体、４５ａ第１の密閉空間、４５ｂ第２の密閉空
間、４５ｃ第３の密閉空間、４６細管（均圧機
構）、４７通気管、５０、５０Ａ発熱体、５１、５
１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃヒートシンク、５２筐体、５
２ｂ放熱フィン、５３含水層、５４貯水ピット、
５７密閉空間、６５減湿装置、６７空気循環機
（気体循環手段）、７０返水管（返水手段）、７７
ａ、７７ｂ空気配管（気体循環回路）、７８ドレー
ンポート（水溜）、８０水蒸気交換モジュール（減湿
装置）、８３水凝縮器（減湿装置）、８５水溜、８
７直流電源（減湿装置）、８８固体電解素子、８９
固体高分子電解質膜、９０触媒、９１陽極、９２
陰極、Ｃ空気循環経路（気体循環回路）。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05K 7/20 H01L 23/427

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】筐体、この筐体の一部に設けられて水を
貯水する貯水ピット、該筐体の内壁面に設けられ、一端
が該貯水ピットに貯水されている水に浸漬されて毛細管
現象により常に湿潤状態に維持され、かつ、該筐体を介
して発熱体に熱的に連結されて該発熱体から熱を吸熱す
る含水層および該含水層と相対して該筐体の一部を構成
し、該筐体と共働して密閉空間を形成し、気体中の水蒸
気を選択的に透過する選択的水蒸気透過膜を有するヒー
トシンクと、気体に含まれる水蒸気を凝縮して水溜に分
離回収するとともに低湿度の気体を得る減湿装置と、こ
の減湿装置で得られた低湿度の気体を上記選択的水蒸気
透過膜の外表面に沿って流通させた後減湿装置に戻す気
体循環回路と、この気体循環回路中に配設されて気体を
気体循環回路を循環させる気体循環手段と、上記減湿装
置の水溜に回収された水を上記貯水ピットに返水する返
水手段とを備えたことを特徴とする水蒸発式冷却装置。
【請求項２】ヒートシンクは、発熱体に熱的に連結さ
れる部位の筐体の外面が該発熱体の冷却面の形状に合わ
せた面形状に形成され、含水層が該発熱体に熱的に連結
される部位の筐体の内壁面に設けられていることを特徴
とする請求項１記載の水蒸発式冷却装置。
【請求項３】ヒートシンクは、放熱フィンが発熱体に
熱的に連結される部位の筐体の内壁面に複数立設され、
含水層が該放熱フィンの壁面および該発熱体に熱的に連
結される部位の筐体の内壁面に設けられ、選択的水蒸気
透過膜が該含水層に沿って該含水層に所定間隙をもって
設けられていることを特徴とする請求項１記載の水蒸発
式冷却装置。
【請求項４】ヒートシンクは、筐体、含水層および選
択的水蒸気透過膜が可撓性材料で構成され、変形自在に
形成されていることを特徴とする請求項１記載の水蒸発
式冷却装置。
【請求項５】減湿装置は、電極および触媒層が水素イ
オン導電性の固体高分子電解質膜の両面に設けられて電
解反応面が構成された固体電解素子を有し、気体循環回
路を循環する気体が陽極側の電解反応面に沿って流通す
るように配設されて、陽極側の電解反応面で該気体に含
まれる水蒸気を消費して低湿度の気体を得るとともに、
陰極側の電解反応面で水蒸気を生成する水蒸気交換モジ
ュールと、この水蒸気交換モジュールの陰極側の電解反
応面側に配設されて、該陰極側の電解反応面で生成され
た水蒸気を凝縮して水溜に分離回収する水凝縮器と、上
記電極を介して上記固体電解素子に電圧を供給する直流
電源とから構成されていることを特徴とする請求項１乃
至請求項４のいずれかに記載の水蒸発式冷却装置。
【請求項６】固体電解素子はコルゲート状に成形され
ていることを特徴とする請求項５記載の水蒸発式冷却装
置。
【請求項７】筐体と、この筐体の一部に設けられて水
を貯水する貯水ピットと、上記筐体の内壁面に設けら
れ、一端が上記貯水ピットに貯水されている水に浸漬さ
れて毛細管現象により常に湿潤状態に維持され、かつ、
該筐体を介して発熱体に熱的に連結されて該発熱体から
熱を吸熱する含水層と、上記含水層と相対するように配
設され、該筐体と共働して該含水層を収納する第１の密
閉空間を形成し、気体中の水蒸気を選択的に透過する選
択的水蒸気透過膜と、上記含水層の反対側で上記選択的
水蒸気透過膜と相対するように上記筐体に配設され、該
筐体内に上記第１の密閉空間に連なる第２の密閉空間と
第３の密閉空間とを画成し、電極および触媒層が水素イ
オン導電性の固体高分子電解質膜の両面に設けられて電
解反応面が構成され、陽極側の電解反応面で気体に含ま
れる水蒸気を消費して低湿度の気体を得るとともに、陰
極側の電解反応面で水蒸気を生成する固体電解素子と、
陽極側の電解反応面が上記第２の密閉空間側となるよう
に上記電極を介して上記固体電解素子に電圧を供給する
直流電源と、上記第３の密閉空間に通気管を介して連通
され、陰極側の電解反応面で生成された水蒸気を凝縮し
て水溜に分離回収する水凝縮器と、上記水凝縮器の水溜
に回収された水を上記貯水ピットに返水する返水手段と
を備えたことを特徴とする水蒸発式冷却装置。
【請求項８】均圧機構が第２の密閉空間と第３の密閉
空間との間に設けられ、該第２の密閉空間内の圧力と該
第３の密閉空間内の圧力とをほぼ等しくするようにした
ことを特徴とする請求項７記載の水蒸発式冷却装置。
【請求項９】第１、第２および第３の密閉空間内の不
凝縮性気体は、酸素もしくは酸素富化空気であることを
特徴とする請求項７または請求項８記載の水蒸発式冷却
装置。