JP3840739B2

JP3840739B2 - Boiling cooler

Info

Publication number: JP3840739B2
Application number: JP13002097A
Authority: JP
Inventors: 公良寺尾; 和雄小林; 公司田中; 清司川口
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-05-20
Filing date: 1997-05-20
Publication date: 2006-11-01
Anticipated expiration: 2017-05-20
Also published as: JPH10321778A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒の沸騰と凝縮の繰り返しによる熱輸送によって発熱体を冷却する沸騰冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、例えば特開昭５６−１４７４５７号公報に記載された沸騰冷却装置がある。この沸騰冷却装置は、液冷媒を溜める密封容器と、この密封容器と２本の熱輸送管により連結された凝縮器とを備え、この凝縮器が複数のチューブと一組のヘッダによって構成されている。この装置では、密封容器内で発熱体の熱を受けて沸騰した蒸気冷媒が一方の熱輸送管を通って凝縮器へ導かれ、凝縮器の各チューブを流れる際に冷却されて液化し、他方の熱輸送管を通って再び密封容器へ還流する。これにより、発熱体の熱は、冷媒の沸騰及び凝縮作用によって凝縮器へ輸送され、各チューブよりフィンを通じて外部流体に放出される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
パソコン等に使用されるＣＰＵを沸騰冷却装置によって冷却する場合、ＣＰＵが組み付けられた基板が必ず水平方向に配置されるとは限らず、垂直方向に配置される場合もあるため、ＣＰＵを取り付ける沸騰冷却装置の取付け面も垂直に配置する必要が生じる。
ところが、上記の従来装置は、発熱体の取付け面を垂直にして使用することまで考慮した設計が成されていないため、実際に上記の姿勢（垂直姿勢）で使用した場合には十分な冷却性能を確保できない。つまり、発熱体の取付け面が垂直となる様に装置全体を横に倒した姿勢て使用した場合、２本の熱輸送管が共に冷媒液面と略同じ高さになり、密閉容器内で沸騰した蒸気冷媒と凝縮器で液化した液冷媒とがスムーズに循環できなくなることから、能力低下を引き起こす。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、発熱体の取付け面が略垂直方向となる姿勢で使用した場合でも能力低下の小さい沸騰冷却装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の手段）
冷媒チューブは、連通口が形成された２枚のプレート部材を中空形状に接合して形成され、冷媒タンクは、冷媒チューブと同じ方向に積層されており、連通口を介して冷媒チューブに連通しており、ヘッダは、プレート部材に設けられた連通口を冷媒チューブ毎に同一方向に突き合わせて形成されており、略平行に配された複数の冷媒チューブをそれぞれ略直角方向に相互に連通しており、発熱体は、連通口が形成された面と対向する面に取り付けられており、少なくとも１か所のヘッダが冷媒液面より上方に位置している。
この場合、発熱体の熱を受けて沸騰した蒸気冷媒が冷媒液面より上方に位置するヘッダを通って各冷媒チューブへ流入することができる。また、各冷媒チューブを流れる際に冷却されて液化した冷媒が冷媒液面より下方に位置するヘッダを通って冷媒タンクへ還流することができる。これにより、複数の冷媒チューブが略垂直方向となる姿勢で使用した場合でも、蒸気冷媒と液冷媒とが干渉することなくスムーズに循環できるため、十分な放熱性能を確保することができる。また、２枚のプレート部材によって形成される冷媒チューブを同一方向に積み重ねることでヘッダを同時に形成できるため、製造が容易であり、大量生産に適した形状を提供できる。
【０００６】
（請求項２の手段）
複数の冷媒チューブが略垂直方向となる姿勢で使用される時に、放熱部が冷媒液面より上方に位置し、発熱体が冷媒液面より下方に取り付けられる。この場合、放熱部全体が冷媒液面より上方に出ているため、放熱部の機能が低下することはなく、放熱部全体を有効に使用できる。また、発熱体を冷媒液面より下方に取り付けることで、発熱体の熱を効果的に液冷媒へ伝達できる。
【０００７】
（請求項３の手段）
複数の冷媒チューブが略水平方向となる姿勢で使用される時に、少なくとも１か所のヘッダが冷媒タンク内に開口する開口部の位置が冷媒タンク内の冷媒液面より上方に設けられている。この場合、冷媒タンク内で沸騰した蒸気冷媒が冷媒タンクの上壁面と冷媒液面との隙間を通って上記の開口部よりヘッダへ流入することができるため、蒸気冷媒の流れが阻害されることなく、良好な循環流を形成することができる。
【０００８】
（請求項４の手段）
放熱部は、発熱体が取り付けられる冷媒タンクの取付け面に対して複数の冷媒チューブが所定角度傾斜して設けられている。この場合、冷媒タンクの取付け面が水平方向となる姿勢で使用した場合でも、各冷媒チューブは水平面に対して所定角度傾斜した姿勢となる。その結果、冷媒チューブの壁面に凝縮した液冷媒は、冷媒チューブ内で停滞することなく、重力を受けて冷媒チューブの傾斜面を移動し、ヘッダを通って再び冷媒タンクへ戻ることができる。また、各冷媒チューブの傾斜に伴って、冷媒タンク内で沸騰した蒸気冷媒は高い位置のヘッダへ流入し易くなり、冷媒チューブで凝縮した液冷媒は低い位置のヘッダへ流れるため、より冷媒循環が促進される効果を期待できる。
【０００９】
（請求項５の手段）
複数の冷媒チューブが略水平方向となる姿勢で使用される時に、少なくとも１か所のヘッダが冷媒タンク内に開口する開口部と、冷媒タンク内で発熱体の熱を受けて冷媒が沸騰する沸騰部との間に、冷媒タンク内の冷媒液面の上部空間を分割する仕切り部を設けた。この場合、沸騰部で沸騰した蒸気冷媒は、仕切り部によって上記の開口部へ流れることができないため、必然的に他の開口部よりヘッダへ流入する。この結果、蒸気冷媒の流れが分散されることなく、一方向の流れとなるため、良好な冷媒循環流を形成することができる。また、冷媒チューブ内で凝縮した液冷媒は、圧力の高い蒸気冷媒の流れ方向に押し流されるため、冷媒チューブ内で停滞することなく冷媒タンク内へ戻ることができる。
【００１０】
（請求項６の手段）
複数の冷媒チューブが略垂直方向となる姿勢で使用される時に、冷媒タンクは、略垂直方向に伸びる複数の細い管状通路を有し、各管状通路の上端部が冷媒液面より上方に位置するヘッダを通じて複数の冷媒チューブと連通し、各管状通路の下端部が冷媒液面より下方に位置するヘッダを通じて複数の冷媒チューブと連通している。
この場合、冷媒液面が発熱体の取付け位置より下方にある場合でも、各管状通路内の液面が毛細管力によって上方へ吸い上げられて発熱体の近傍まで導くことができる。更に、各管状通路内の液冷媒は、冷媒タンクの壁面を通じて発熱体の熱が伝達されて沸騰し、泡となって各管状通路内を上昇するが、この泡に引きずられて液冷媒も同時に上昇し、発熱体の取付け部で沸騰することができる。この様に、垂直方向に伸びる複数の細い管状通路を設けることにより、冷媒液面が発熱体の取付け位置より下方にあっても発熱体の取付け部で沸騰を継続することができる。従って、冷媒液面をより低く設定することができるため、液面上に現れる放熱部の有効面積（放熱面積）を大きく確保できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の沸騰冷却装置を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１は沸騰冷却装置１の斜視図である。
本実施例の沸騰冷却装置１は、液冷媒を溜める冷媒タンク２、この冷媒タンク２で発熱体３（図３参照）の熱を受けて沸騰した蒸気冷媒を凝縮させて放熱する放熱部（後述する）、冷媒タンク２と放熱部の冷媒チューブ４（図３参照）とを連通する２本のヘッダ５（一方のヘッダ５Ａ、他方のヘッダ５Ｂ）を有する。
冷媒タンク２は、図３に示す様に、上側のみ開口する容器６と、この容器６の開口面を塞ぐプレート部材７とから成り、それぞれ熱伝導性に優れるアルミニウム等の金属板をプレス加工して形成されている。プレート部材７には、横幅方向（図３の左右方向）の左右両側にプレート部材７の表面より突出して先端が開口する絞り部７ａが設けられている。この絞り部７ａは、プレート部材７の側辺に沿って細長く設けられている。
この冷媒タンク２は、平面形状が方形（略正方形）で、その平面形状の横幅に対してプレート部材７から容器６底面までの間隔が小さい偏平な箱型に設けられている。
【００１２】
放熱部は、内部を冷媒が流れる冷媒チューブ４と、蒸気冷媒の熱（凝縮潜熱）を外部流体（外気）へ放出するフィン８とを有し、図３に示す様に、複数の冷媒チューブ４と複数のフィン８とを交互に配置して構成されている。
冷媒チューブ４は、プレス成形された２枚のプレート部材９を互いの周縁部のみ接合して偏平な中空形状に形成されている。なお、冷媒チューブ４の平面形状は、冷媒タンク２と同様の方形（略正方形）に設けられている。
プレート部材９は、放熱部の最も外側（図３の最上部）に配されるプレート部材９を除いて、冷媒タンク２のプレート部材７と同一形状に形成されている。従って、各プレート部材９には、図２に示すように、横幅方向の左右両側に絞り部９ａが設けられている。なお、放熱部の最も外側に配されるプレート部材９には絞り部が設けられていなくても良い。
【００１３】
各冷媒チューブ４は、冷媒タンク２の上方に互いの絞り部９ａ同士を突き合わせて積み重ねられている。
フィン８は、例えばアルミニウム等の薄い金属板を交互に折り曲げて波状に成形したもので、各冷媒チューブ４間、及び冷媒チューブ４と冷媒タンク２との間に介在されている。
ヘッダ５は、冷媒タンク２と各冷媒チューブ４の同一方向に積み重ねられた各絞り部７ａ、９ａによって形成されるもので、各冷媒チューブ４を相互に連通し、且つ各冷媒チューブ４と冷媒タンク２とを連通させる。
この沸騰冷却装置１は、冷媒タンク２を形成する容器６とプレート部材７、冷媒チューブ４とヘッダ５を形成する各プレート部材９、及びフィン８を同一方向に積み重ねて全体形状を組み立てた後、一体ろう付けによって製造される。
【００１４】
発熱体３は、例えばパソコン等に使用されるＣＰＵであり、冷媒タンク２の底面中央部に密着して固定されている。
冷媒は、水、アルコール、フロロカーボン、フロン等が用いられ、図示しない注入パイプを通じて冷媒タンク２内に注入される。但し、冷媒は、冷媒タンク２のプレート部材７より低い位置まで（液面とプレート部材７との間に空間が確保される）注入されている。また、沸騰冷却装置１を直立させた姿勢（図４に示す姿勢）で使用する場合には、図４に示す様に、冷媒タンク２内の液面が発熱体３の取付け位置より上方にあることが望ましい。
【００１５】
次に、本実施例の作動を説明する。
ａ）発熱体３が固定される冷媒タンク２の底面が略水平状態となる姿勢（図３に示す状態）で使用した場合。
発熱体３より発生した熱を受けて沸騰した冷媒は、図３に矢印で示す様に、冷媒タンク２内の液面とプレート部材７との間の隙間を通って一方のヘッダ５Ａへ流入し、一方のヘッダ５Ａから各冷媒チューブ４へ分配される。冷媒チューブ４へ流入した蒸気冷媒は、冷媒チューブ４の内壁面に凝縮して液滴となり、蒸気冷媒の流れに押されながら冷媒チューブ４を他方のヘッダ５Ｂへ向かって流れる。各冷媒チューブ４より他方のヘッダ５Ｂへ流れた液冷媒は、そのまま他方のヘッダ５Ｂ内を落下して冷媒タンク２内の液冷媒へ還流し、上記サイクル（沸騰−凝縮−液化）を繰り返す。
一方、発熱体３より冷媒に伝達された熱は、冷媒チューブ４内で蒸気冷媒が凝縮する際に凝縮潜熱として放出され、冷媒チューブ４の壁面よりフィン８を通じて外気に放出される。
【００１６】
ｂ）発熱体３として想定しているＣＰＵ等の電子素子は、一般に水平（０度）か垂直（９０度）の姿勢で使われる頻度が圧倒的に多く、０度及び９０度以外の姿勢で使用されることは極めて少ない。そこで、発熱体３が固定される冷媒タンク２の底面が略直立した姿勢（図４に示す状態）で使用する場合が生じる。
この場合、発熱体３より発生した熱を受けて沸騰した冷媒は、図４に矢印で示す様に、冷媒タンク２内の上部空間を上昇して一方のヘッダ５Ａへ流入し、一方のヘッダ５Ａから各冷媒チューブ４へ分配される。冷媒チューブ４へ流入した蒸気冷媒は、冷媒チューブ４の内壁面に凝縮して液滴となり、重力によって冷媒チューブ４の内壁面を伝いながら滴下する。各冷媒チューブ４内を滴下した液冷媒は、他方のヘッダ５Ｂを通って再び冷媒タンク２内へ還流し、上記サイクル（沸騰−凝縮−液化）を繰り返す。
一方、発熱体３より冷媒に伝達された熱は、冷媒チューブ４内で蒸気冷媒が凝縮する際に凝縮潜熱として放出され、冷媒チューブ４の壁面よりフィン８を通じて外気に放出される。
【００１７】
（第１実施例の効果）
本実施例では、冷媒チューブ４の両端に一方のヘッダ５Ａと他方のヘッダ５Ｂを設けているため、沸騰冷却装置１を直立姿勢（図４に示す姿勢）で使用した場合でも、一方のヘッダ５Ａが液面より上方に位置し、他方のヘッダ５Ｂが液面より下方に位置している。これにより、発熱体３の熱を受けて沸騰した蒸気冷媒が一方のヘッダ５Ａを通って各冷媒チューブ４へ流入することができ、且つ各冷媒チューブ４で液化した冷媒が他方のヘッダ５Ｂを通って冷媒タンク２へ還流することができる。この様に、蒸気冷媒と液冷媒とが干渉することなくスムーズに循環できるため、十分な放熱性能を確保することができる。
また、本実施例の沸騰冷却装置１は、冷媒タンク２を形成する容器６とプレート部材７、冷媒チューブ４とヘッダ５を形成する各プレート部材９、及びフィン８を同一方向に積み重ねた積層構造であるため、製造が容易（一体ろう付けによって簡単に製造できる）である。
【００１８】
（第２実施例）
図５は沸騰冷却装置１の斜視図である。
本実施例では、一方のヘッダ５Ａと他方のヘッダ５Ｂが冷媒チューブ４の対角位置に設けられている。つまり、第１実施例では各ヘッダ５Ａ、５Ｂが冷媒チューブ４の側辺に沿って長く設けられているが、本実施例では、図６に示す様に、冷媒チューブ４の角部のみに設けられ、且つ一方のヘッダ５Ａと他方のヘッダ５Ｂとが対角位置に設けられている。
これにより、沸騰冷却装置１を水平な姿勢で使用した場合（図７参照）は、第１実施例と同様に、発熱体３の熱を受けて沸騰した冷媒が一方のヘッダ５Ａより各冷媒チューブ４へ分配され、各冷媒チューブ４を流れる際に凝縮液化して、他方のヘッダ５Ｂより冷媒タンク２内の液面に還流することができる。
また、沸騰冷却装置１を略直立した姿勢で使用した場合（図８参照）には、一方のヘッダ５Ａまたは他方のヘッダ５Ｂが液面より上方に位置し、他方のヘッダ５Ｂまたは一方のヘッダ５Ａが液面より下方に位置するため、第１実施例の場合と同様に、蒸気冷媒と液冷媒とが干渉することなくスムーズに循環できる。
【００１９】
（第３実施例）
図９は沸騰冷却装置１の斜視図である。
本実施例は、冷媒チューブ４及び冷媒タンク２の平面形状を略三角形とした場合の一例を示すものである。この場合、三角形の各頂点にそれぞれヘッダ５を設けることにより、沸騰冷却装置１を直立姿勢で使用した場合でも、必ず１つ又は２つのヘッダ５が液面より上方に位置し、残りのヘッダ５が液面より下方に位置するため、冷媒の循環流を形成することができる。
【００２０】
（第４実施例）
図１０は沸騰冷却装置１の断面図である。
本実施例では、沸騰冷却装置１を直立姿勢で使用した場合に、図１０に示す様に、液面が放熱部のフィン８より下方にあり、且つ発熱体３が液面より下方に固定されている。つまり、放熱部はフィン８を通じて外気に放熱する機能を持たせているため、放熱性能を維持するためには、放熱部全体が液面より上方にあることが望ましい。そこで、沸騰冷却装置１を直立させた時に、液面が放熱部のフィン８より低くなる様に冷媒封入量を少なくしている。言い換えれば、沸騰冷却装置１を水平状態で使用できることは言うまでもなく、沸騰冷却装置１を直立させた時に、下側のヘッダ５Ｂが液冷媒で満たされて、且つ液面がフィン８の下端より低くできる様に、ヘッダ５Ｂの体積、冷媒タンク２の体積及び高さ等を設計する必要がある。
【００２１】
これにより、放熱部全体を有効に使用できるため、十分な放熱性能を確保することができる。また、液面が低くなっても発熱体３を液面より下方に取り付けることにより、発熱体３の熱を効果的に液冷媒へ伝達できる。
この場合、発熱体３の取付け位置が下側のヘッダ５Ｂに近くなるため、図１１に示す様に沸騰冷却装置１を水平な姿勢で使用した場合には、発熱体３の熱を受けて沸騰した蒸気冷媒がヘッダ５Ｂへ流入し易くなる。その結果、蒸気冷媒と液冷媒との循環がよりスムーズに行われて良好な循環流を形成することができるため、放熱性能が向上する。
【００２２】
（第５実施例）
図１２は沸騰冷却装置１の断面図である。
本実施例は、冷媒タンク２内の沸騰部（発熱体３の取付け位置に相当する部位）にフィン部材１０を設けた場合の一例を示すものである。フィン部材１０は、複数の棒状部材あるいは板状部材から成り、冷媒タンク２の底面からプレート部材７側へ延びて設けられている。この場合、発熱体３の熱を冷媒に効率的に伝達できると共に、冷媒の接触面積を拡大できる効果を生じる。
【００２３】
（第６実施例）
図１３は沸騰冷却装置１の断面図である。
本実施例では、第１実施例で説明した冷媒タンク２の容器６部分を複数枚の平板部材により構成している。平板部材は、冷媒タンク２の底面を形成する底板１１と、スリット１２ａが形成された複数枚の板材１２とから成り、底板１１の上部に各板材１２が積み重ねられて、各板材１２のスリット１２ａが交差する様に設けられている。この場合、冷媒タンク２内の沸騰部で冷媒との接触面積を拡大でき、且つ熱伝達を改善できるため、広い領域にてより広い表面積で冷媒を沸騰させることができ、性能向上を達成できる。また、底板１１とプレート部材７との間で各板材１２の柱部分（スリット１２ａとスリット１２ａとの間）が積み重ねられるため、冷媒タンク２の強度を確保できる効果もある。
【００２４】
（第７実施例）
図１４は沸騰冷却装置１の断面図である。
本実施例は、冷媒タンク２の底面（発熱体３の取付け面）と各冷媒チューブ４とが平行にならない様に、冷媒タンク２の底面に対して各冷媒チューブ４を所定角度傾斜して取り付けた場合の一例を示すものである。具体的には、図１４に示す様に、冷媒タンク２の容器６の高さ（深さ）を徐々に変化させて、その容器６に接合されるプレート部材７とともに放熱部全体を傾斜させている。
これにより、発熱体３を水平な姿勢で使用する場合、即ち発熱体３が取り付けられる冷媒タンク２の底面を水平な状態で使用する場合（図１４に示す状態）でも、冷媒チューブ４内で凝縮した液冷媒が重力によって冷媒チューブ４の傾斜面を下方へ移動できるため、冷媒チューブ４内に液冷媒が停滞することを防止できる。
また、冷媒タンク２の容器６の高さを徐々に変化させてプレート部材７を傾斜させたことにより、冷媒タンク２内で沸騰した蒸気冷媒が、傾斜したプレート部材７に沿ってより高い位置のヘッダ５Ａへ流入し易くなり、合わせて凝縮液は重力によって冷媒チューブ４内を低い位置のヘッダ５Ｂへ向かって流れるため、冷媒循環が促進される効果が期待できる。なお、冷媒タンク２の底面（水平面）に対して冷媒チューブ４の傾斜角度が５度程度あれば、凝縮液が重力によって冷媒チューブ４内を移動できる効果が得られる。
【００２５】
（第８実施例）
図１５は沸騰冷却装置１の断面図である。
本実施例では、他方のヘッダ５Ｂ（または一方のヘッダ５Ａ）が冷媒タンク２内に開口する開口部（プレート部材７に設けた絞り部７ａの開口穴）と冷媒タンク２内の沸騰部（最も盛んに沸騰する領域）との間に、液面の上部空間を分割する仕切り板１３を設けている。この場合、沸騰部で沸騰した蒸気冷媒は、仕切り板１３に邪魔されて他方のヘッダ５Ｂへ流入できないため、必然的に一方のヘッダ５Ａへ流入することになる。この結果、蒸気冷媒の流れが分散されることなく、一方向の流れとなるため、良好な冷媒循環流を形成することができる。また、冷媒チューブ４内で凝縮した液冷媒は、圧力の高い蒸気冷媒の流れ方向に押し流されるため、冷媒チューブ４内で停滞することなく冷媒タンク２内へ戻ることができる。
【００２６】
（第９実施例）
図１６は沸騰冷却装置１の断面図である。
本実施例では、冷媒タンク２のプレート部材７及び冷媒チューブ４を形成するプレート部材９にそれぞれ１か所だけ絞り部７ａ、９ａを設け、他方の箇所には穴７ｂ、９ｂのみを空けておき、各プレート部材７、９を絞り部７ａ、９ａと穴７ｂ、９ｂとが対向する様に交互に向きを変えて積み重ねた一例である。但し、他方のヘッダ５Ｂ（または一方のヘッダ５Ａ）のみ、ヘッダ５Ｂの下端部が冷媒タンク２内の液面より下方へ突き出す様に、プレート部材７に設けた絞り部７ａが冷媒タンク２内を向いた状態で取り付けられている。
この場合、第８実施例に記載した仕切り板１３を使用しなくても冷媒の流れを制御して良好な冷媒循環流を形成することができる。また、冷媒チューブ４内で凝縮した液冷媒は、圧力の高い蒸気冷媒の流れ方向に押し流されるため、冷媒チューブ４内で停滞することなく冷媒タンク２内へ戻ることができる。
【００２７】
（第１０実施例）
図１７は沸騰冷却装置１の断面図である。
本実施例は、前述の第９実施例に記載した構成に対し、蒸気冷媒が流入する一方のヘッダ５Ａと液冷媒が流れる他方のヘッダ５Ｂとの通路断面積（ヘッダ５の太さ）を変えた場合の一例を示すものである。即ち、冷媒循環量は一定になるので、蒸気冷媒と液冷媒との比重差より、蒸気側は体積が非常に大きく流体の流速が速くなることから圧損を生じやすいため、蒸気冷媒が通る一方のヘッダ５Ａを太くすることでよりスムーズな冷媒循環流を形成することができる。
【００２８】
（第１１実施例）
図１８は沸騰冷却装置１の断面図である。
本実施例では、放熱部の最上部（図１８の最上部）には冷媒チューブ４を設けず、プレート１４で代用した場合の一例を示すものである。この場合、各冷媒チューブ４の両側に必ずフィン８が配置されているため、各冷媒チューブ４が両側からフィン８により支えられる構造となる。一方、図３に示した構造では、放熱部の最上部に配された冷媒チューブ４の上側にフィン８が配置されていないため、他の冷媒チューブ４と比較して耐圧性の点で不利である。従って、図１８に示す様に、放熱部の最上部をプレート１４で代用することにより、耐圧性の高い沸騰冷却装置１を提供できる。なお、発熱体３の発熱量に応じて冷媒チューブ４の本数を適宜増減できることは言うまでもない。
【００２９】
（第１２実施例）
図１９（ａ）は沸騰冷却装置１の断面図、（ｂ）は冷媒タンク２の断面図（Ｅ−Ｅ）である。
本実施例は、冷媒タンク２の厚み（図１９（ａ）及び（ｂ）の左右方向の幅）を薄くし、且つタンク内部に複数の細い管状通路２ａ（図１９（ｂ）参照）を設けた場合の一例を示すものである。この管状通路２ａは、タンク内部にリブ等を設けて形成され、冷媒チューブ４と同一方向に延びて一方のヘッダ５Ａと他方のヘッダ５Ｂに連通している。
これによれば、沸騰冷却装置１を直立姿勢で使用した場合に、発熱体３の取付け位置が液面より上方であっても、各管状通路２ａの毛細管力によって冷媒が上方へ吸い上げられて発熱体３の近傍まで導くことができる。更に、発熱体３の熱が伝達されて沸騰した冷媒は、泡となって各管状通路２ａ内を上昇するが、この泡に引きずられて液冷媒も同時に上昇することにより、発熱体３の取付け部で沸騰することができる。この様に、沸騰冷却装置１を直立姿勢で使用した時に管状通路２ａの毛細管力によって冷媒を上方に吸い上げることができるため、液面が発熱体３の取付け位置より下方にあっても発熱体３の取付け部で沸騰を継続することができる。その結果、液面をより低く設定することができるため、液面上に現れる放熱部の有効面積（放熱面積）を大きく確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】沸騰冷却装置の斜視図である（第１実施例）。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】沸騰冷却装置を直立姿勢で使用した時の断面図（図１のＢ−Ｂ断面図）である（第１実施例）。
【図５】沸騰冷却装置の斜視図である（第２実施例）。
【図６】図５のＣ−Ｃ断面図である。
【図７】図６のＤ−Ｄ断面図である。
【図８】沸騰冷却装置を直立姿勢で使用した時の断面図（図６のＤ−Ｄ断面図）である（第２実施例）。
【図９】沸騰冷却装置の斜視図である（第３実施例）。
【図１０】沸騰冷却装置を直立姿勢で使用した時の断面図である（第４実施例）。
【図１１】沸騰冷却装置を水平姿勢で使用した時の断面図である（第４実施例）。
【図１２】沸騰冷却装置の断面図である（第５実施例）。
【図１３】沸騰冷却装置の断面図である（第６実施例）。
【図１４】沸騰冷却装置の断面図である（第７実施例）。
【図１５】沸騰冷却装置の断面図である（第８実施例）。
【図１６】沸騰冷却装置の断面図である（第９実施例）。
【図１７】沸騰冷却装置の断面図である（第１０実施例）。
【図１８】沸騰冷却装置の断面図である（第１１実施例）。
【図１９】沸騰冷却装置の断面図（ａ）及び冷媒タンクの断面図（ｂ）である（第１２実施例）。
【符号の説明】
１沸騰冷却装置
２冷媒タンク
２ａ管状通路
３発熱体
４冷媒チューブ
５Ａ一方のヘッダ
５Ｂ他方のヘッダ
８フィン
７冷媒チューブを形成するプレート部材
７ａ絞り部（連通口）
９冷媒タンクを形成するプレート部材
９ａ絞り部（連通口）
１３仕切り板（仕切り部）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a boiling cooling device that cools a heating element by heat transport by repeated boiling and condensation of a refrigerant.
[0002]
[Prior art]
As a conventional technique, for example, there is a boiling cooling apparatus described in Japanese Patent Laid-Open No. 56-147457. The boiling cooling device includes a sealed container for storing a liquid refrigerant, and a condenser connected by the sealed container and two heat transport pipes, and the condenser includes a plurality of tubes and a set of headers. Yes. In this apparatus, the vapor refrigerant boiled by the heat of the heating element in the sealed container is led to the condenser through one heat transport pipe, and is cooled and liquefied as it flows through each tube of the condenser. Reflux to the sealed container again through the heat transfer tube. Thereby, the heat of the heating element is transported to the condenser by the boiling and condensing action of the refrigerant, and is released from each tube to the external fluid through the fins.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
When a CPU used in a personal computer or the like is cooled by a boiling cooling device, the board on which the CPU is assembled is not necessarily arranged in the horizontal direction, but may be arranged in the vertical direction. The mounting surface of the cooling device also needs to be arranged vertically.
However, the above-mentioned conventional device is not designed to be used with the mounting surface of the heating element vertical, so that it has sufficient cooling performance when actually used in the above posture (vertical posture). Cannot be secured. In other words, when the device is used with the entire device lying down so that the mounting surface of the heating element is vertical, the two heat transport pipes are both at the same height as the coolant level and boil in the sealed container. Since the vapor refrigerant and the liquid refrigerant liquefied by the condenser cannot be circulated smoothly, the capacity is lowered.
The present invention has been made based on the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a boiling cooling device with a small reduction in performance even when used in a posture in which the mounting surface of the heating element is in a substantially vertical direction.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
(Means of Claim 1)
The refrigerant tube is formed by joining two plate members each having a communication port in a hollow shape, and the refrigerant tank is stacked in the same direction as the refrigerant tube, and communicates with the refrigerant tube through the communication port. and, the header is in communication with a communication port provided in the plate member are formed against the same direction for each refrigerant tube, a plurality of refrigerant tubes arranged substantially in parallel to each other, each substantially perpendicular direction The heating element is attached to the surface facing the surface where the communication port is formed, and at least one header is located above the coolant level.
In this case, the vapor refrigerant boiled by receiving heat from the heating element can flow into each refrigerant tube through the header located above the refrigerant liquid level. Further, the refrigerant that is cooled and liquefied when flowing through each refrigerant tube can return to the refrigerant tank through the header located below the refrigerant liquid level. Accordingly, even when the plurality of refrigerant tubes are used in a substantially vertical orientation, the vapor refrigerant and the liquid refrigerant can circulate smoothly without interfering with each other, so that sufficient heat radiation performance can be ensured. Moreover, since the header can be simultaneously formed by stacking the refrigerant tubes formed by the two plate members in the same direction, manufacturing is easy and a shape suitable for mass production can be provided.
[0006]
(Means of Claim 2 )
When the plurality of refrigerant tubes are used in a substantially vertical orientation, the heat radiating portion is positioned above the refrigerant liquid level, and the heating element is attached below the refrigerant liquid level. In this case, since the whole heat radiating part has come out from the refrigerant | coolant liquid level, the function of a heat radiating part does not fall and can use the whole heat radiating part effectively. Moreover, the heat of the heating element can be effectively transmitted to the liquid refrigerant by attaching the heating element below the coolant level.
[0007]
(Means of claim 3 )
When the plurality of refrigerant tubes are used in a substantially horizontal posture, the position of the opening where at least one header opens into the refrigerant tank is provided above the refrigerant liquid level in the refrigerant tank. In this case, the vapor refrigerant boiled in the refrigerant tank can flow into the header from the opening through the gap between the upper wall surface of the refrigerant tank and the refrigerant liquid surface, so that the flow of the vapor refrigerant is inhibited. And a good circulation flow can be formed.
[0008]
(Means of claim 4 )
The heat dissipating part is provided with a plurality of refrigerant tubes inclined at a predetermined angle with respect to the attachment surface of the refrigerant tank to which the heating element is attached. In this case, even when the refrigerant tank is used in a posture where the mounting surface of the refrigerant tank is in a horizontal direction, each refrigerant tube is in a posture inclined by a predetermined angle with respect to the horizontal plane. As a result, the liquid refrigerant condensed on the wall surface of the refrigerant tube can move to the inclined surface of the refrigerant tube under gravity and return to the refrigerant tank again through the header without stagnation in the refrigerant tube. Further, as the refrigerant tubes are inclined, the vapor refrigerant boiled in the refrigerant tank easily flows into the header at the higher position, and the liquid refrigerant condensed in the refrigerant tubes flows into the header at the lower position. We can expect effect to be promoted.
[0009]
(Means of claim 5 )
When a plurality of refrigerant tubes are used in a substantially horizontal posture, at least one header opens into the refrigerant tank, and the refrigerant boils in response to heat from the heating element in the refrigerant tank. The partition part which divides | segments the upper space of the refrigerant | coolant liquid level in a refrigerant | coolant tank was provided between these parts. In this case, the vapor refrigerant boiled in the boiling part cannot flow into the opening part by the partition part, and therefore inevitably flows into the header from the other opening part. As a result, the flow of the vapor refrigerant is not dispersed and becomes a one-way flow, so that a good refrigerant circulation flow can be formed. Further, since the liquid refrigerant condensed in the refrigerant tube is pushed away in the flow direction of the high-pressure vapor refrigerant, it can return to the refrigerant tank without stagnation in the refrigerant tube.
[0010]
(Means of claim 6 )
When a plurality of refrigerant tubes are used in a substantially vertical orientation, the refrigerant tank has a plurality of thin tubular passages extending in a substantially vertical direction, and an upper end portion of each tubular passage is located above the refrigerant liquid level. The plurality of refrigerant tubes communicate with each other through the header, and the lower end portion of each tubular passage communicates with the plurality of refrigerant tubes through the header positioned below the refrigerant liquid level.
In this case, even when the coolant level is below the mounting position of the heating element, the liquid level in each tubular passage can be sucked upward by the capillary force and guided to the vicinity of the heating element. Furthermore, the liquid refrigerant in each tubular passage is boiled by the heat of the heating element being transmitted through the wall surface of the refrigerant tank, and rises in each tubular passage as a bubble. It can rise and boil at the mounting part of the heating element. In this way, by providing a plurality of thin tubular passages extending in the vertical direction, boiling can be continued at the mounting portion of the heating element even if the coolant level is below the mounting position of the heating element. Therefore, since the coolant liquid level can be set lower, a large effective area (heat dissipating area) of the heat dissipating part appearing on the liquid surface can be secured.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the boiling cooling device of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view of the boiling cooling device 1.
A boiling cooling device 1 according to the present embodiment includes a refrigerant tank 2 that stores liquid refrigerant, and a heat radiating unit that radiates heat by condensing the boiled vapor refrigerant by receiving heat from the heating element 3 (see FIG. 3). And two headers 5 (one header 5A and the other header 5B) that communicate the refrigerant tank 2 with the refrigerant tube 4 (see FIG. 3) of the heat radiating section.
As shown in FIG. 3, the refrigerant tank 2 is composed of a container 6 that opens only on the upper side and a plate member 7 that closes the opening surface of the container 6, and presses a metal plate such as aluminum that has excellent thermal conductivity. Is formed. The plate member 7 is provided with narrowed portions 7a that protrude from the surface of the plate member 7 and open at the ends on the left and right sides in the lateral width direction (left and right direction in FIG. 3). The narrowed portion 7 a is elongated along the side of the plate member 7.
The refrigerant tank 2 is provided in a flat box shape whose planar shape is square (substantially square) and whose distance from the plate member 7 to the bottom surface of the container 6 is small with respect to the lateral width of the planar shape.
[0012]
The heat radiating section includes a refrigerant tube 4 through which refrigerant flows, and fins 8 that release heat (condensation latent heat) of the vapor refrigerant to an external fluid (outside air). As shown in FIG. And a plurality of fins 8 are alternately arranged.
The refrigerant tube 4 is formed in a flat hollow shape by joining two press-molded plate members 9 only at the peripheral edges of each other. The planar shape of the refrigerant tube 4 is provided in the same square shape (substantially square) as the refrigerant tank 2.
The plate member 9 is formed in the same shape as the plate member 7 of the refrigerant tank 2 except for the plate member 9 disposed on the outermost side of the heat radiating portion (the uppermost portion in FIG. 3). Therefore, as shown in FIG. 2, each plate member 9 is provided with a narrowed portion 9a on both the left and right sides in the width direction. The plate member 9 disposed on the outermost side of the heat radiating portion does not have to be provided with a throttle portion.
[0013]
Each refrigerant tube 4 is stacked above the refrigerant tank 2 with the narrowed portions 9a facing each other.
The fins 8 are formed by alternately bending thin metal plates such as aluminum and forming them in a wave shape, and are interposed between the refrigerant tubes 4 and between the refrigerant tubes 4 and the refrigerant tank 2.
The header 5 is formed by the respective throttle portions 7a and 9a stacked in the same direction of the refrigerant tank 2 and the respective refrigerant tubes 4. The refrigerant tubes 4 communicate with each other, and the respective refrigerant tubes 4 and the refrigerant tanks. 2 to communicate.
This boiling cooling device 1 assembles the overall shape by stacking the container 6 and the plate member 7 forming the refrigerant tank 2, the plate members 9 forming the refrigerant tube 4 and the header 5, and the fins 8 in the same direction, Manufactured by integral brazing.
[0014]
The heating element 3 is a CPU used in, for example, a personal computer, and is fixed in close contact with the center of the bottom surface of the refrigerant tank 2.
Water, alcohol, fluorocarbon, chlorofluorocarbon, or the like is used as the refrigerant, and is injected into the refrigerant tank 2 through an injection pipe (not shown). However, the refrigerant is injected to a position lower than the plate member 7 of the refrigerant tank 2 (a space is secured between the liquid surface and the plate member 7). Further, when the boiling cooling device 1 is used in an upright posture (the posture shown in FIG. 4), the liquid level in the refrigerant tank 2 is above the mounting position of the heating element 3 as shown in FIG. 4. It is desirable.
[0015]
Next, the operation of this embodiment will be described.
a) When used in a posture (state shown in FIG. 3) in which the bottom surface of the refrigerant tank 2 to which the heating element 3 is fixed is substantially horizontal.
The refrigerant that has boiled by receiving heat generated from the heating element 3 flows into the one header 5A through the gap between the liquid surface in the refrigerant tank 2 and the plate member 7, as shown by the arrows in FIG. The refrigerant is distributed from one header 5A to each refrigerant tube 4. The vapor refrigerant that has flowed into the refrigerant tube 4 condenses on the inner wall surface of the refrigerant tube 4 to form droplets, and flows through the refrigerant tube 4 toward the other header 5B while being pushed by the flow of vapor refrigerant. The liquid refrigerant that has flowed from the respective refrigerant tubes 4 to the other header 5B falls in the other header 5B as it is to return to the liquid refrigerant in the refrigerant tank 2, and repeats the above cycle (boiling-condensation-liquefaction).
On the other hand, the heat transferred from the heating element 3 to the refrigerant is released as condensation latent heat when the vapor refrigerant is condensed in the refrigerant tube 4, and is released from the wall surface of the refrigerant tube 4 to the outside air through the fins 8.
[0016]
b) Electronic elements such as CPUs assumed as the heating element 3 are generally overwhelmingly used in a horizontal (0 degree) or vertical (90 degree) posture, and in postures other than 0 and 90 degrees. Very rarely used. Therefore, the refrigerant tank 2 to which the heating element 3 is fixed may be used in a posture in which the bottom surface is substantially upright (the state shown in FIG. 4).
In this case, the refrigerant that has boiled by receiving heat generated from the heating element 3 rises in the upper space in the refrigerant tank 2 and flows into one header 5A, as indicated by an arrow in FIG. To each refrigerant tube 4. The vapor refrigerant that has flowed into the refrigerant tube 4 condenses on the inner wall surface of the refrigerant tube 4 to form droplets, and is dropped while traveling along the inner wall surface of the refrigerant tube 4 by gravity. The liquid refrigerant dropped in each refrigerant tube 4 returns to the refrigerant tank 2 again through the other header 5B and repeats the above cycle (boiling-condensation-liquefaction).
On the other hand, the heat transferred from the heating element 3 to the refrigerant is released as condensation latent heat when the vapor refrigerant is condensed in the refrigerant tube 4, and is released from the wall surface of the refrigerant tube 4 to the outside air through the fins 8.
[0017]
(Effects of the first embodiment)
In the present embodiment, since one header 5A and the other header 5B are provided at both ends of the refrigerant tube 4, even when the boiling cooling device 1 is used in an upright posture (the posture shown in FIG. 4), the one header 5A. Is located above the liquid level, and the other header 5B is located below the liquid level. Thus, the vapor refrigerant boiled by the heat of the heating element 3 can flow into each refrigerant tube 4 through one header 5A, and the refrigerant liquefied in each refrigerant tube 4 passes through the other header 5B. Thus, the refrigerant can be returned to the refrigerant tank 2. In this way, since the vapor refrigerant and the liquid refrigerant can circulate smoothly without interfering with each other, sufficient heat radiation performance can be ensured.
In addition, the boiling cooling device 1 of the present embodiment has a laminated structure in which a container 6 and a plate member 7 that form a refrigerant tank 2, plate members 9 that form a refrigerant tube 4 and a header 5, and fins 8 are stacked in the same direction. Therefore, it is easy to manufacture (can be easily manufactured by integral brazing).
[0018]
(Second embodiment)
FIG. 5 is a perspective view of the boiling cooling device 1.
In the present embodiment, one header 5 </ b> A and the other header 5 </ b> B are provided at diagonal positions of the refrigerant tube 4. That is, in the first embodiment, the headers 5A and 5B are provided long along the side of the refrigerant tube 4, but in this embodiment, the headers 5A and 5B are provided only at the corners of the refrigerant tube 4 as shown in FIG. In addition, one header 5A and the other header 5B are provided at diagonal positions.
Thereby, when the boiling cooling device 1 is used in a horizontal posture (see FIG. 7), the refrigerant that has boiled by receiving heat from the heating element 3 is sent from each header 5A to each refrigerant tube, as in the first embodiment. 4 and is condensed and liquefied when flowing through each refrigerant tube 4 and can be returned to the liquid level in the refrigerant tank 2 from the other header 5B.
When the boiling cooling device 1 is used in a substantially upright posture (see FIG. 8), one header 5A or the other header 5B is positioned above the liquid level, and the other header 5B or one header 5A. Is located below the liquid level, the vapor refrigerant and the liquid refrigerant can be smoothly circulated without interference as in the case of the first embodiment.
[0019]
(Third embodiment)
FIG. 9 is a perspective view of the boiling cooling device 1.
The present embodiment shows an example in which the planar shapes of the refrigerant tube 4 and the refrigerant tank 2 are substantially triangular. In this case, by providing the header 5 at each vertex of the triangle, even when the boiling cooling device 1 is used in an upright posture, one or two headers 5 are always positioned above the liquid level, and the remaining headers 5 Is located below the liquid level, so that a circulating flow of refrigerant can be formed.
[0020]
(Fourth embodiment)
FIG. 10 is a cross-sectional view of the boiling cooling device 1.
In the present embodiment, when the boiling cooling device 1 is used in an upright posture, as shown in FIG. 10, the liquid level is below the fins 8 of the heat radiating section, and the heating element 3 is fixed below the liquid level. ing. That is, since the heat radiating portion has a function of radiating heat to the outside air through the fins 8, it is desirable that the entire heat radiating portion is above the liquid level in order to maintain the heat radiating performance. Therefore, when the boiling cooling device 1 is set upright, the amount of refrigerant filled is reduced so that the liquid level is lower than the fins 8 of the heat radiating unit. In other words, it goes without saying that the boiling cooling device 1 can be used in a horizontal state, and when the boiling cooling device 1 is set upright, the lower header 5B is filled with the liquid refrigerant and the liquid level is lower than the lower ends of the fins 8. It is necessary to design the volume of the header 5B, the volume and height of the refrigerant tank 2, etc. so that it can be done.
[0021]
Thereby, since the whole thermal radiation part can be used effectively, sufficient thermal radiation performance can be ensured. Even if the liquid level is lowered, the heat of the heating element 3 can be effectively transferred to the liquid refrigerant by attaching the heating element 3 below the liquid level.
In this case, since the mounting position of the heating element 3 is close to the lower header 5B, when the boiling cooling device 1 is used in a horizontal posture as shown in FIG. It becomes easy for the vapor | steam refrigerant | coolant which flowed in to the header 5B. As a result, the vapor refrigerant and the liquid refrigerant can be circulated more smoothly and a good circulation flow can be formed, so that the heat dissipation performance is improved.
[0022]
(5th Example)
FIG. 12 is a cross-sectional view of the boiling cooling device 1.
In this embodiment, an example in which the fin member 10 is provided in a boiling portion (a portion corresponding to the mounting position of the heating element 3) in the refrigerant tank 2 is shown. The fin member 10 is composed of a plurality of rod-like members or plate-like members, and is provided extending from the bottom surface of the refrigerant tank 2 to the plate member 7 side. In this case, the heat of the heating element 3 can be efficiently transmitted to the refrigerant, and the contact area of the refrigerant can be increased.
[0023]
(Sixth embodiment)
FIG. 13 is a cross-sectional view of the boiling cooling device 1.
In this embodiment, the container 6 portion of the refrigerant tank 2 described in the first embodiment is constituted by a plurality of flat plate members. The flat plate member includes a bottom plate 11 that forms the bottom surface of the refrigerant tank 2 and a plurality of plate members 12 in which slits 12 a are formed. The plate members 12 are stacked on the top of the bottom plate 11, and the slits 12 a of the plate members 12 are stacked. Are provided to cross. In this case, since the contact area with the refrigerant can be enlarged at the boiling portion in the refrigerant tank 2 and heat transfer can be improved, the refrigerant can be boiled with a wider surface area in a wide area, and performance can be improved. Moreover, since the column part (between slit 12a and slit 12a) of each board | plate material 12 is piled up between the baseplate 11 and the plate member 7, there also exists an effect which can ensure the intensity | strength of the refrigerant | coolant tank 2. FIG.
[0024]
(Seventh embodiment)
FIG. 14 is a cross-sectional view of the boiling cooling device 1.
In the present embodiment, each refrigerant tube 4 is attached at a predetermined angle with respect to the bottom surface of the refrigerant tank 2 so that the bottom surface of the refrigerant tank 2 (attachment surface of the heating element 3) and each refrigerant tube 4 do not become parallel. An example is shown. Specifically, as shown in FIG. 14, the height (depth) of the container 6 of the refrigerant tank 2 is gradually changed, and the entire heat radiation part is inclined together with the plate member 7 joined to the container 6. Yes.
As a result, even when the heating element 3 is used in a horizontal posture, that is, when the bottom surface of the refrigerant tank 2 to which the heating element 3 is attached is used in a horizontal state (the state shown in FIG. 14), it is condensed in the refrigerant tube 4. Since the liquid refrigerant thus moved can move downward on the inclined surface of the refrigerant tube 4 by gravity, the liquid refrigerant can be prevented from staying in the refrigerant tube 4.
Further, by gradually changing the height of the container 6 of the refrigerant tank 2 and inclining the plate member 7, the vapor refrigerant boiled in the refrigerant tank 2 is placed at a higher position along the inclined plate member 7. It becomes easy to flow into the header 5A, and the condensate flows in the refrigerant tube 4 toward the header 5B at a lower position by gravity, so that an effect of promoting refrigerant circulation can be expected. If the inclination angle of the refrigerant tube 4 with respect to the bottom surface (horizontal plane) of the refrigerant tank 2 is about 5 degrees, the effect that the condensed liquid can move in the refrigerant tube 4 by gravity is obtained.
[0025]
(Eighth embodiment)
FIG. 15 is a cross-sectional view of the boiling cooling device 1.
In the present embodiment, the other header 5B (or one header 5A) is opened in the refrigerant tank 2 (opening hole of the throttle portion 7a provided in the plate member 7) and the boiling portion (mostly in the refrigerant tank 2). A partition plate 13 that divides the upper space of the liquid level is provided between the region and the region where the liquid boils actively. In this case, since the vapor refrigerant boiled in the boiling part is obstructed by the partition plate 13 and cannot flow into the other header 5B, it inevitably flows into one header 5A. As a result, the flow of the vapor refrigerant is not dispersed and becomes a one-way flow, so that a good refrigerant circulation flow can be formed. Further, since the liquid refrigerant condensed in the refrigerant tube 4 is pushed away in the flow direction of the high-pressure vapor refrigerant, it can return to the refrigerant tank 2 without stagnation in the refrigerant tube 4.
[0026]
(Ninth embodiment)
FIG. 16 is a cross-sectional view of the boiling cooling device 1.
In this embodiment, the plate member 7 of the refrigerant tank 2 and the plate member 9 forming the refrigerant tube 4 are each provided with only one narrowed portion 7a, 9a, and only the holes 7b, 9b are left at the other location. This is an example in which the plate members 7 and 9 are stacked by alternately changing the direction so that the narrowed portions 7a and 9a and the holes 7b and 9b face each other. However, only in the other header 5B (or one header 5A), the throttle portion 7a provided in the plate member 7 extends in the refrigerant tank 2 so that the lower end portion of the header 5B protrudes downward from the liquid level in the refrigerant tank 2. It is attached in the state of facing.
In this case, the refrigerant flow can be controlled to form a good refrigerant circulation flow without using the partition plate 13 described in the eighth embodiment. Further, since the liquid refrigerant condensed in the refrigerant tube 4 is pushed away in the flow direction of the high-pressure vapor refrigerant, it can return to the refrigerant tank 2 without stagnation in the refrigerant tube 4.
[0027]
(Tenth embodiment)
FIG. 17 is a cross-sectional view of the boiling cooling device 1.
In this embodiment, the passage sectional area (the thickness of the header 5) between one header 5A into which the vapor refrigerant flows and the other header 5B through which the liquid refrigerant flows is changed with respect to the configuration described in the ninth embodiment. An example is shown. That is, since the amount of refrigerant circulation is constant, the vapor side has a very large volume and the flow rate of the fluid is high because of the difference in specific gravity between the vapor refrigerant and the liquid refrigerant. By making the header 5A thicker, a smoother refrigerant circulation flow can be formed.
[0028]
(Eleventh embodiment)
FIG. 18 is a cross-sectional view of the boiling cooling device 1.
In this embodiment, an example in which the refrigerant tube 4 is not provided at the uppermost part of the heat radiating part (the uppermost part in FIG. 18) and the plate 14 is substituted is shown. In this case, since the fins 8 are always disposed on both sides of each refrigerant tube 4, each refrigerant tube 4 is supported by the fins 8 from both sides. On the other hand, in the structure shown in FIG. 3, since the fins 8 are not arranged on the upper side of the refrigerant tube 4 arranged at the uppermost part of the heat radiating portion, it is disadvantageous in terms of pressure resistance compared to other refrigerant tubes 4. is there. Therefore, as shown in FIG. 18, by replacing the uppermost portion of the heat radiating portion with the plate 14, it is possible to provide the boiling cooling device 1 with high pressure resistance. Needless to say, the number of refrigerant tubes 4 can be appropriately increased or decreased according to the amount of heat generated by the heating element 3.
[0029]
(Twelfth embodiment)
FIG. 19A is a cross-sectional view of the boiling cooling device 1, and FIG. 19B is a cross-sectional view (EE) of the refrigerant tank 2.
In this embodiment, the thickness of the refrigerant tank 2 (the width in the left-right direction in FIGS. 19A and 19B) is reduced, and a plurality of thin tubular passages 2a (see FIG. 19B) are provided inside the tank. An example is shown. The tubular passage 2a is formed by providing a rib or the like inside the tank, extends in the same direction as the refrigerant tube 4, and communicates with one header 5A and the other header 5B.
According to this, when the boiling cooling device 1 is used in an upright posture, even if the mounting position of the heating element 3 is above the liquid level, the refrigerant is sucked upward by the capillary force of each tubular passage 2a to generate heat. It can be guided to the vicinity of the body 3. Furthermore, the refrigerant that has boiled as a result of the heat generated by the heat generating body 3 becomes bubbles and rises in the tubular passages 2a. The liquid refrigerant also rises at the same time by being dragged by the bubbles, so that the heat generating body 3 is attached. Can boil in part. In this way, when the boiling cooling device 1 is used in an upright posture, the refrigerant can be sucked upward by the capillary force of the tubular passage 2 a, so that the heating element 3 even if the liquid level is below the mounting position of the heating element 3. Boiling can be continued at the mounting portion. As a result, since the liquid level can be set lower, a large effective area (heat dissipating area) of the heat dissipating part appearing on the liquid surface can be secured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a boiling cooling device (first embodiment).
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
3 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view (BB cross-sectional view of FIG. 1) when the boiling cooling device is used in an upright posture (first embodiment).
FIG. 5 is a perspective view of a boiling cooling device (second embodiment).
6 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG.
7 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view (DD cross-sectional view of FIG. 6) when the boiling cooling device is used in an upright posture (second embodiment).
FIG. 9 is a perspective view of a boiling cooling device (third embodiment).
FIG. 10 is a sectional view when the boiling cooling device is used in an upright posture (fourth embodiment).
FIG. 11 is a sectional view when the boiling cooling device is used in a horizontal posture (fourth embodiment).
FIG. 12 is a sectional view of a boiling cooling device (fifth embodiment).
FIG. 13 is a sectional view of a boiling cooling device (sixth embodiment).
FIG. 14 is a sectional view of a boiling cooling device (seventh embodiment).
FIG. 15 is a sectional view of a boiling cooling device (eighth embodiment).
FIG. 16 is a sectional view of a boiling cooling device (9th embodiment).
FIG. 17 is a sectional view of a boiling cooling device (tenth embodiment).
FIG. 18 is a sectional view of a boiling cooling device (eleventh embodiment).
FIG. 19 is a sectional view (a) of a boiling cooling device and a sectional view (b) of a refrigerant tank (a twelfth embodiment).
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Boiling cooler 2 Refrigerant tank 2a Tubular passage 3 Heat generating body 4 Refrigerant tube 5A One header 5B The other header 8 Fin 7 Plate member 7a which forms a refrigerant | coolant tube Restriction part (communication port)
9 Plate member 9a forming refrigerant tank Restriction part (communication port)
13 Partition plate (partition)

Claims

A refrigerant tank that has a heating element attached to the surface and stores liquid refrigerant inside;
A plurality of refrigerant tubes that are arranged in layers and into which vapor refrigerant boiled by the heat of the heating element flows and fins interposed between the refrigerant tubes are condensed to condense the vapor refrigerant flowing through the refrigerant tubes. A heat dissipating part that radiates heat,
A boiling cooling device comprising a plurality of headers communicating the refrigerant tank and the plurality of refrigerant tubes,
The refrigerant tube is formed by joining two plate members formed with communication ports into a hollow shape,
The refrigerant tank is stacked in the same direction as the refrigerant tube, and communicates with the refrigerant tube via the communication port.
Before Kihe header is the communication port provided in the plate member is formed against the same direction for each of the refrigerant tubes, substantially parallel arranged a plurality of refrigerant tubes in the respective substantially perpendicular direction Communicate with each other ,
The boiling cooling device , wherein the heating element is attached to a surface facing the surface on which the communication port is formed, and at least one header is positioned above the coolant level .

When the plurality of refrigerant tubes are used in a substantially vertical orientation,
2. The boiling cooling device according to claim 1, wherein the heat dissipating part is located above the coolant level, and the heating element is attached below the coolant level .

When the plurality of refrigerant tubes are used in a substantially horizontal orientation,
2. The boiling cooling device according to claim 1, wherein an opening portion where at least one of the headers opens into the refrigerant tank is provided above a liquid level of the refrigerant in the refrigerant tank .

The heat radiating portion is provided with the plurality of refrigerant tubes inclined at a predetermined angle with respect to an attachment surface of the refrigerant tank to which the heating element is attached . Boiling cooling system.

When the plurality of refrigerant tubes are used in a substantially horizontal orientation,
The refrigerant liquid level in the refrigerant tank is between an opening where at least one of the headers opens into the refrigerant tank and a boiling part where the heat of the heating element is received in the refrigerant tank and the refrigerant boils. The boiling cooling device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a partition portion that divides the upper space .

When the plurality of refrigerant tubes are used in a substantially vertical orientation,
The refrigerant tank has a plurality of thin tubular passages extending in a substantially vertical direction, and an upper end portion of each tubular passage communicates with the plurality of refrigerant tubes through the header located above the refrigerant liquid level, The boiling cooling device according to any one of claims 1 to 5, wherein a lower end portion communicates with the plurality of refrigerant tubes through the header located below the refrigerant liquid level .