JP3887857B2 - 沸騰冷却装置及びそれを用いた筐体冷却装置 - Google Patents
沸騰冷却装置及びそれを用いた筐体冷却装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3887857B2 JP3887857B2 JP33409296A JP33409296A JP3887857B2 JP 3887857 B2 JP3887857 B2 JP 3887857B2 JP 33409296 A JP33409296 A JP 33409296A JP 33409296 A JP33409296 A JP 33409296A JP 3887857 B2 JP3887857 B2 JP 3887857B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat
- refrigerant
- low
- high temperature
- temperature side
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/0266—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/0275—Arrangements for coupling heat-pipes together or with other structures, e.g. with base blocks; Heat pipe cores
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
- F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
- F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
- F28F1/126—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element consisting of zig-zag shaped fins
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温媒体の熱で冷媒を沸騰させ、その後凝縮させることで高温媒体の熱を放熱させる沸騰冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子部品等の発熱体を密閉化されたハウジングに収容して使用する場合がある。この場合、発熱体を冷却する方法として、ハウジング内部に直接外気を取り入れて換気することができないため、ハウジング内部の空気とハウジング外部の空気との間で熱交換を行なう方法が行われている。そして、構成部品が少なく、熱移動量が大きいものとして、特公平２−３３２０号公報に示す様な、ハウジングを貫通して配置されたヒートパイプ（内部に冷媒が封入されている）を使用する方法が知られている。
【０００３】
特公平２−３３２０号公報に示す様なヒートパイプは、ハウジング内部の高温空気で内部の冷媒を沸騰させ、ハウジング外部に配置される放熱部でその冷媒を凝縮させることで放熱し、その凝縮冷媒を再びハウジング内部に位置する吸熱部に滴下させる。
しかしながら、特公平２−３３２０号公報のようにヒートパイプは、沸騰して上昇する蒸気冷媒と、凝縮されて降下する凝縮冷媒が同じ管内を移動するため、両者が対抗しあって冷媒全体の循環が効率良く行われないという問題がある。
【０００４】
そこで、実開昭６２−１６２８４７号公報のように、冷媒を循環させることで効率良く放熱させることができる沸騰冷却装置が知られている。実開昭６２−１６２８４７号公報に示された沸騰冷却装置は、冷媒槽に発熱体を固定し、発熱体の発する熱を冷媒槽内に封入された冷媒で吸熱し、吸熱により沸騰気化した冷媒を、冷媒槽の上に配設された放熱器で凝縮液化させ、凝縮液化した冷媒を、冷媒槽内に挿入された冷媒戻り管を介して冷媒槽に戻すものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実開昭６２−１６２８４７号公報に示された沸騰冷却装置は、放熱器で凝縮された冷媒を冷媒槽内に戻す冷媒戻り管が、冷媒の中に挿入されているため、冷媒が冷媒槽内に戻る前に冷媒戻り管の中で温められてしまい、冷媒に上昇方向の浮力が働き、冷媒が効率よく冷媒槽内に戻らなくなる。この結果、冷媒の循環が緩慢になり、放熱性能が低下するという問題が発生する。
【０００６】
また、同様に冷媒槽から上部の放熱器へ沸騰気化した冷媒が上昇する際、冷媒槽と放熱器とを連通させる通路が冷えていると、沸騰気化した冷媒がその通路内で凝縮され、放熱器に移動する前に降下してしまう。この結果、冷媒の循環が緩慢になり、放熱性能が低下するという問題が発生する。
また、放熱特性が低下することにより、体格の大型化を招いている。
【０００７】
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その第１の目的は、新規な構成にて体格の小型化を図ることにある。
また、第２の目的は、冷媒の循環の阻害を防止できる沸騰冷却装置を得ることである。
また、第３の目的は、放熱器で凝縮した冷媒を冷媒槽に戻す低温側連通管を有する沸騰冷却装置において、低温側連通管が温められて低温側連通管内で凝縮冷媒に上昇力が発生することを防止する沸騰冷却装置を得ることである。
【０００８】
また、第４の目的は、冷媒槽で沸騰した冷媒を放熱器へ送る高温側連通管を有する沸騰冷却装置において、高温側連通管が冷却されて高温側連通管内で蒸気冷媒が凝縮することを防止する沸騰冷却装置を得ることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため請求項１記載の発明では、高温部分においては流体隔離板（２）と冷媒槽（３ａ）の外周を囲う高温側区画部材（５０ｄ）とにより形成された高温通路（３５ａ）に冷媒槽（３ａ）を配置し、凝縮液化した冷媒を冷媒槽（３ａ）に戻す低温側連通管（３４ａ）をこの高温側区画部材（５０ｄ）の外側に配置することによって、低温側連通管（３４ａ）を高温通路（３５ａ）よりも低温の領域へ分離している。さらに、高温空気が流通する上流側における低温側連通管（３４ａ）の全面にはブラケットを配置している。これにより、高温通路から低温側連通管（３４ａ）への熱伝導を抑制できると同時に、高温空気が低温側連通管（３４ａ）に当たらず高温空気により低温側連通管（３４ａ）が加熱されることを防止することができる。その結果、放熱器（３ｂ）で凝縮液化されて降下してくる凝縮冷媒が高温通路および高温空気から熱を吸収して、低温側連通管（３４ａ）内で上昇力を受けることを防止でき冷媒の循環が阻害されることがなくなる。また、高温空気が流体隔離板（２）と高温側区画部材（３５ｄ）とにより高温通路（３５ａ）を区画しているため、高温空気が直線的に流れるようになり圧力損失を低減させることができる。
【００１０】
また、低温部分においては流体隔離板（２）と放熱器（３ｂ）の外周を囲う低温側区画部材（５０ｃ）とにより形成された低温通路（３５ｂ）に放熱器（３ｂ）を配置し、沸騰気化した冷媒を放熱器（３ｂ）に送出する高温側連通管（３４ｂ）をこの低温側区画部材（５０ｃ）の外側に配置することによって、高温側連通管（３４ｂ）を低温通路（３５ｂ）よりも高温の領域へ分離している。これにより、高温側連通管（３４ａ）から低温通路（３５ｂ）への熱伝導を抑制できる。その結果、冷媒槽（３ａ）で沸騰気化して上昇する蒸気冷媒が低温通路（３５ｂ）へ熱を放出して、高温側連通管（３４ｂ）内で降下することを防止でき冷媒の循環が阻害されることがなくなる。また、低温空気が流体隔離板（２）と低温側区画部材（３５ｃ）とにより低温通路（３５ｂ）を区画しているため、低温空気が直線的に流れるようになり圧力損失を低減させることができる。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、冷媒槽（３ａ）の吸熱管（３１ａ）および放熱器（３ｂ）の放熱管（３１ｂ）は断面形状が長円形状からなる扁平管であり、内部には複数の内部仕切り板が形成されている。これにより、耐圧性能が向上させ、冷媒との接触表面積拡大に伴う吸熱および放熱効率を向上させることができる。
【００１２】
請求項３記載の発明によれば、各冷媒槽（３ａ）どうしが並列配置され、更に各放熱器（３ｂ）どうしが並列配置されている。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の沸騰冷却装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施の形態）
図１は沸騰冷却装置１を筐体冷却装置に適用した場合の側面図であり、図２は図１を説明する模式図である。
【００２９】
本実施の形態において、図１、図２に示すように、密閉空間９内は筐体８０によって形成された空間であり、その密閉空間９内に発熱体７（例えば通信機器等の送受信器や、その送受信器を駆動するためのパワーアンプ）が収容されている。密閉空間９の上部、下部には夫々冷却器８１と連通する開口部が設けられている。冷却器は、密閉空間９の気体を高温側の伝熱空間１１に取り込むために、密閉空間９の上部と連通した開口部である通気口１３が形成されている。具体的には、密閉空間９を形成する一側壁面９ａと密閉空間９内に設けた仕切壁２２とで密閉空間９内を上下方向に伸びる送風路２３を形成し、この送風路２３の上端が通気口１３として密閉空間９内の上部（流体隔離板２より上方）に開口している。
【００３０】
これにより、発熱体７の熱で高温になった気体が通気口１３から送風路２３内へ導入されてスムーズに冷媒槽３ａへ導かれるため、密閉空間９内の温度を均一に保つことができる。即ち、発熱体７から発生する熱で高温となった気体が対流によって密閉空間９内を上昇するため、密閉空間９内の上部に通気口１３を設けた方が密閉空間９内の冷却効率が良いと言える。言い換えれば、通気口１３が流体隔離板２より低い位置にあると、密閉空間９内の比較的低温の気体が通気口１３から送風路２３内に導入されて冷媒槽３ａへ導かれるため、密閉空間９内の冷却効率が悪いと言える。
【００３１】
更に送風路２３によって高温流体は冷媒槽３ａに均一に流入するようになる。送風路２３がない場合は、内部ファン１５に最も近い冷媒槽３ａの下部付近に流れが集中してしまい、吸熱効率が低下するが、送風路２３があることにより、冷媒槽３ａの上部にも高温風が通過しやすくなる。
また、本実施の形態では、高温側および低温側の各伝熱空間１１、１２内で、冷媒槽３ａおよび放熱器３ｂを通過する気体が、それぞれ吸入側の通気口１３、１６から排出側の通気口１４、１７へ向かってスムーズに流れる様に、沸騰冷却装置１全体が前後方向（図２の左右方向）に傾斜した状態で配置されている。これにより、冷媒槽３ａおよび放熱器３ｂを通過する気体の流れ方向の変化を緩やかにできるため、狭いスペース内での送風経路損失を低減できる。その結果、密閉空間９内にある内部ファン１５を小型化できる上に、内部ファン１５の発熱量を低減できるため、その分、発熱体７の発熱量を増やすことができる（即ち、冷却能力を上げようとして内部ファン１５を大型化すると、内部ファン１５の発熱量が増加するため、結果的に発熱体７の発熱量を増やせなくなる）。
【００３２】
また、コントローラ８２は温度センサ８４によって検出された通気口１３への流入空気の温度に基づき、内部ファン１５の回転速度、動作時間、動作パターン等を制御する。そして、密閉空間９内が高温であるときには内部ファン１５及び外部ファン１８を作動させて密閉空間９内の温度を下げ、また密閉空間９内が低温（寒冷時）の時には、内部ファン１５及び冷却器壁８３に固定されたヒータ１９を作動させて密閉空間９内の温度を適切に制御する。
【００３３】
図３は沸騰冷却装置を示す斜視図である。また、図４は図３における沸騰冷却装置の正面図、図５は図４を説明するための模式図、図６は図３におけるＩ−Ｉ断面図である。
本実施の形態では、図３に示すように、沸騰冷却装置が高温流体及び低温流体の夫々流れる方向に複数積層させている。
【００３４】
本実施の形態の沸騰冷却装置１は図４、図５に示すように、高温流体（例えば高温の空気）と低温流体（例えば低温の空気）とを隔離する流体隔離板２、流体隔離板２よりも高温流体側に配設された複数本の吸熱管３１ａからなる冷媒槽３ａ、吸熱管３１ａの内部に封入され、高温流体から熱を受けて沸騰気化する冷媒８、一方が冷媒槽３ａに気密に連通され、他方が流体隔離板２を通り抜けて低温流体側に延設された一対の低温側連通管３４ａおよび高温側連通管３４ｂ、低温側連通管３４ａおよび高温側連通管３４ｂの他方に気密に連通され、流体隔離板２よりも低温流体側に配設され複数本の放熱管３１ｂからなる放熱器３ｂ、冷媒槽３ａの各吸熱管３１ａの相互間に融合した状態（例えば、ろう付けされた状態）で接合された受熱フィン６ａ、放熱器３ｂの各放熱管３１ｂの相互間に融合した状態（例えば、ろう付けされた状態）で接合された放熱フィン６ｂ、及び冷媒槽３ａと低温側連通管３４ａとの間、放熱器３ｂと高温側連通管３４ｂとの間に埋設され、夫々冷媒槽３ａから低温側連通管３４ａへの熱移動、放熱器３ｂから高温側連通管３４ｂへの熱移動を抑制する熱伝導抑制手段としての断熱材５０（例えば、発泡性樹脂であるウレタンフォーム）から構成される。
【００３５】
なお、図５において、低温流体と高温流体との送風方向は、便宜上紙面左右方向に記載されているが、実際は図３の積層方向に送風される。
流体隔離板２は、例えば内部が高温となる密閉空間の一壁面を構成するもので、アルミニウム等の金属材料から成り、低温側連通管３４ａ、高温側連通管３４ｂと一体的に接合（例えばろう付け）されている。この流体隔離板２には、低温側連通管３４ａ、高温側連通管３４ｂを通すための細長い挿通穴が開けられている。なお、流体隔離板２と各連通管との間に、熱移動を抑制するゴム等の樹脂を挟持させても良い。また、流体隔離板２をウレタンフォーム等の発泡性樹脂からなる断熱材で周囲（低温流体もしくは高温流体の少なくとも一方）と断熱させても良い。
【００３６】
冷媒槽３ａは、略平行に配列された複数本の吸熱管３１ａと、吸熱管３１ａの下部に配設されて、これら吸熱管３１ａを下方で連通する吸熱側下部連通部４１、及び吸熱管３１ａの上部に配設されて、これら吸熱管３１ａを上方で連通する吸熱側上部連通部４２とから成る。吸熱管３１ａは、伝熱性に優れた金属材（例えばアルミニウムや銅）を断面形状が細長い長方形（または長円形状）を成す偏平管に形成したものである。
【００３７】
放熱器３ｂは、略平行に配列された複数本の放熱管３１ｂと、放熱管３１ｂの下部に配設されて、これら放熱管３１ｂを下方で連通する放熱側下部連通部４３、及び放熱管３１ｂの上部に配設されて、これら放熱管３１ｂを上方で連通する放熱側上部連通部４４とから成る。放熱管３１ｂも、伝熱性に優れた金属材（例えばアルミニウムや銅）を断面形状が細長い長方形（または長円形状）を成す偏平管に形成したものである。
【００３８】
高温側連通管３４ｂは、冷媒槽３ａの吸熱側上部連通部４２と放熱器３ｂの放熱側上部連通部４４とに連通され、冷媒槽３ａで沸騰気化された冷媒８を放熱器３ｂに送出する。そして高温側連通管３４ｂは、放熱管３１ｂと略平行で所定間隔（好ましくは各放熱管３１ｂ相互間の距離よりも大きい間隔、より好ましくはその相互間間隔の２倍以上の間隔）を有して配設されている。
【００３９】
低温側連通管３４ａは、放熱器３ｂの放熱側下部連通部４３と冷媒槽３ａの吸熱側下部連通部４１とに連通され、放熱器３ｂで冷却液化された冷媒８を冷媒槽３ａに戻す。そして低温側連通管３４ａは、吸熱管３１ａと略平行で所定間隔（好ましくは各吸熱管３１ａ相互間の距離よりも大きい間隔、より好ましくはその相互間間隔の２倍以上の間隔）を有して配設されている。
【００４０】
冷媒８は、ＨＦＣ−１３４ａ（化学式：ＣＨ2 ＦＣＦ3 ）や水などから成り、その容器内部圧力があまり高くない範囲（ＨＦＣ−１３４ａの場合、例えば数１０気圧以下の圧力）、すなわち高温流体により沸騰し低温流体により凝縮されるように設定されている。具体的には、冷媒８は１００℃で沸騰されるように選択されている。ここで、冷媒は複数の組成の冷媒を混合させてもよく、また、主として単一組成の冷媒を用いても良い。また、冷媒８は液面が冷媒槽３ａの吸熱側上部連通部４２より僅かに下になる量まで封入されている。冷媒量は作動時に液面が放熱管３１ｂに達しない方が好ましい。但し、冷媒８の封入は、吸熱管３１ａ及び放熱管３１ｂに夫々吸熱フィン６ａ及び放熱フィン６ｂをろう付け接合した後に行なわれる。
【００４１】
受熱フィン６ａは、各吸熱管３１ａ相互間に配設され、放熱フィン６ｂは、各放熱管３１ｂ相互間に配設されている。受熱フィン６ａ及び放熱フィン６ｂは、伝熱性に優れる金属（例えばアルミニウム）の薄い板（板厚０．０２〜０．５mm程度）を交互に押し返して波状に形成したコルゲートフィンであり、吸熱管３１ａ、放熱管３１ｂの平坦な外壁面にろう付けされている（即ち、融合した状態で接合されている）。この受熱フィン６ａは、高温流体側の熱を冷媒８に伝えやすくするものであり、同時に吸熱管３１ａの強度を向上させている。また放熱フィン６ｂは、冷媒８の熱を低温流体側に伝えやすくするものであり、同時に放熱管３１ｂの強度を向上させている。
【００４２】
熱伝導抑制手段としての断熱材５０は、例えば、発泡性樹脂、より具体的にはウレタンフォームからなり、図３、４に示すように、冷媒槽３ａと低温側連通管３４ａとの間、放熱器３ｂと高温側連通管３４ｂとの間に配設されている。そして、断熱材５０は、夫々冷媒槽３ａから低温側連通管３４ａへの熱移動、高温側連通管３４ｂから放熱器３ｂへの熱移動を抑制している。
【００４３】
ここで、断熱材５０は冷媒槽３ａと低温側連通管３４ａとの間、放熱器３ｂと高温側連通管３４ｂとの間に配設されるだけでなく、低温側連通管３４ａ及び高温側連通管３４ｂの外周を被覆している。この被覆は低温側連通管３４ａ及び高温側連通管３４ｂの外周全体を覆ってもよく、一部（上下方向の一部）を覆うようにしてもよい。図６は、低温側連通管３４ａの外周が被覆された様子を示すものである。なお、断熱材５０は図６に示すように各連通管３４ａ、３４ｂの外周全てを覆うのではなく、図７に示すように冷媒槽３ａと低温側連通管３４ａとの間、放熱器３ｂと高温側連通管３４ｂとの間に配設されるものでも良い。
【００４４】
また、上記沸騰冷却装置１は、各冷媒槽どうしが並列配置され更に各放熱器どうしが並列配置されるように並列配置されている。
次に、本実施の形態の作動を説明する。
冷媒槽３ａの各吸熱管３１ａに封入された冷媒８は、受熱フィン６ａを介して高温流体より伝達された熱を受けて沸騰気化する。気化した冷媒蒸気は、低温流体に晒されて低温となっている放熱器３ｂの各放熱管３１ｂで内壁面に凝縮液化し、その凝縮潜熱が放熱フィン６ｂを介して低温流体に伝達される。放熱器３ｂで凝縮液化した冷媒８は、自重により内壁面を伝って冷媒槽３ａの吸熱側下部連通部４１へ滴下する。この冷媒８の沸騰・凝縮液化の繰り返しにより、高温流体と低温流体とが混合することなく、高温流体の熱を低温流体へ効率よく移動させることができる。
【００４５】
次に、本実施の形態の効果を説明する。
本実施の形態では、熱伝導抑制手段として、冷媒槽３ａと低温側連通管３４ａとの間に冷媒槽側断熱材としての断熱材５０ａを有する。これにより、放熱器で凝縮液化されて降下してくる凝縮冷媒が、低温側連通管３４ａを介して高温の冷媒槽３ａから熱を吸収して、低温側連通管３４ａ内で上昇力を受けることを防止できる。
【００４６】
よって、冷媒の循環が阻害されることを防止でき、小型化が可能となる。
また、熱伝導抑制手段として、放熱器と高温側連通管３４ｂとの間に放熱器側断熱材としての断熱材５０ｂを有する。これにより、冷媒槽３ａで沸騰気化して上昇する蒸気冷媒が、高温側連通管３４ｂを介して低温の放熱器３ｂへ熱を放熱して、高温側連通管３４ｂ内で降下することを防止できる。
【００４７】
また、熱伝導抑制手段として、低温側連通管３４ａの外周に被覆された高温部分側断熱材としての断熱材５０ａを有する。これにより、高温部分（高温流体としての高温空気）から低温側連通管３４ａへの熱伝導を抑制できる。結果、放熱器３ｂで凝縮液化されて降下してくる凝縮冷媒が、低温側連通管３４ａを介して高温部分から熱を吸収して、低温側連通管３４ａ内で上昇力を受けることを防止できる。よって、冷媒の循環が阻害されることを防止でき、小型化が可能となる。
【００４８】
よって、熱伝導抑制手段として、高温側連通管３４ｂの外周に被覆された低温部分側断熱材としての断熱材５０ｂを有する。これにより、冷媒槽３ａで沸騰気化して上昇する蒸気冷媒が、高温側連通管３４ｂを介して低温部分（低温流体としての低温空気）へ熱を放熱して、高温側連通管３４ｂ内で降下することを防止できる。よって、冷媒の循環が阻害されることを防止でき、小型化が可能となる。
【００４９】
また断熱材５０ａ，５０ｂを、低温側連通管３４ａもしくは高温側連通管３４ｂの外周の少なくとも一部を被覆することで、従来に比べて冷媒の循環が阻害されることを防止でき、さらに断熱材５０ａ，５０ｂを、低温側連通管３４ａもしくは高温側連通管３４ｂの外周の全てを被覆することで更に更に冷媒の循環が阻害されることを防止でき、小型化が可能となる。
【００５０】
そして断熱材は発泡性樹脂からなるため、効率良く断熱できる。
また、冷媒槽３ａは、略平行に配列された複数の吸熱管３１ａと、複数の吸熱管３１ａの下部に配設され、複数の吸熱管３１ａを夫々連通させる吸熱側下部連通部４１と、複数の吸熱管３１ａの上部に配設され、複数の吸熱管３１ａを夫々連通させる吸熱側上部連通部４２とから成り、連通管は、吸熱管３１ａに略平行に配設されて吸熱側下部連通部４１に連通するものであるため、小型化が可能となる。
【００５１】
また、受熱フィン６ａおよび放熱フィン６ｂが夫々冷媒槽３ａ、放熱器３ｂと融合した状態で接合されていることから、受熱フィン６ａおよび放熱フィン６ｂを冷媒槽３ａ、放熱器３ｂに対して機械的に取り付けた場合と比較して、各フィンと沸騰冷却管との間の熱抵抗を小さくできる。これにより、受熱フィン６ａおよび放熱フィン６ｂを冷媒槽３ａ、放熱器３ｂに対して機械的に取り付けた場合より、更に沸騰冷却装置全体の小型化が可能となる。
【００５２】
また、高温流体及び低温流体を対向して流し、沸騰冷却装置を高温流体及び低温流体の夫々流れる方向に複数積層させたため、更に効率良く、高温流体の熱を低温流体側に放熱できる。
（第２の実施の形態）
図８は第２の実施の形態における冷却器を筐体冷却装置に適用した場合の側面図であり、図９は図８を外側、すなわち紙面左側から見た平面図である。また、図１０は第２の実施の形態における沸騰冷却装置１の斜視図、図１１は図１０におけるII−II断面図である。
【００５３】
本実施の形態における冷却器は、図１、２に示す密閉空間９と同様な筐体内に装着されるものである。そしてその密閉空間９内には、例えば通信機器等の送受信器や、その送受信器を駆動するためのパワーアンプからなる発熱体（図１、２参照）が収容されている。
図８、９に示すように冷却器の上部、下部には夫々密閉空間９と連通する開口部１３、１４が設けられている。冷却器は、密閉空間９の気体を高温側の伝熱空間１１に取り込むために、密閉空間９の上部と連通した開口部である通気口１３が形成されている。具体的には、一側壁面９ａと仕切壁２２とで冷却器内を上下方向に伸びる送風路２３を形成し、この送風路２３の上端が通気口１３として密閉空間９内の上部（流体隔離板２より上方）に開口している。通気口１３の出口部分には密閉空間９の下部からの冷風の導入を抑制するとともに、密閉空間９の上部からの高温風を積極的に導入するように、密閉空間９の上部に開口する導入口２２１が形成されている。
【００５４】
これにより、発熱体７の熱で高温になった気体が通気口１３から送風路２３内へ導入されてスムーズに冷媒槽３ａへ導かれるため、密閉空間９内の温度を均一に保つことができる。即ち、発熱体７から発生する熱で高温となった気体が対流によって密閉空間９内を上昇するため、密閉空間９内の上部に通気口１３を設けた方が密閉空間９内の冷却効率が良いと言える。言い換えれば、通気口１３が流体隔離板２より低い位置にあると、密閉空間９内の比較的低温の気体が通気口１３から送風路２３内に導入されて冷媒槽３ａへ導かれるため、密閉空間９内の冷却効率が悪い。
【００５５】
また、高温側および低温側の各伝熱空間１１、１２内で、冷媒槽３ａおよび放熱器３ｂを通過する気体が、それぞれ吸入側の通気口１３、１６から排出側の通気口１４、１７へ向かってスムーズに流れる様に、沸騰冷却装置１全体が前後方向（図８の左右方向）に傾斜した状態で配置されている。これにより、冷媒槽３ａおよび放熱器３ｂを通過する気体の流れ方向の変化を緩やかにできるため、狭いスペース内での送風経路損失を低減できる。その結果、密閉空間９内にある内部ファン１５を小型化できる上に、内部ファン１５の発熱量を低減できるため、その分、発熱体７の発熱量を増やすことができる（即ち、冷却能力を上げようとして内部ファン１５を大型化すると、内部ファン１５の発熱量が増加するため、結果的に発熱体７の発熱量を増やせなくなる）。
【００５６】
内部循環ファンとしての内部ファン１５は軸流ファンからなり、吸引することで、導入口２２１を介して通気口１３に導入された高温風（高温流体としての高温空気）を冷媒槽３ａの各吸熱管３１ａ間に導入させる。そして、内部ファン１５は冷媒槽３ａの吸熱管３１ａと平行となるように傾斜させられている。なお、内部ファン１５は冷媒槽３ａの吸熱管３１ａに対して傾斜していても良い。
【００５７】
外部循環ファンとしての外部ファン１８は軸流ファンからなり、吸引することで、導入口２２１を介して通気口１６に導入された低温風（低温流体としての低温空気）を放熱器３ｂの各放熱管３１ｂ間に導入させる。なお、外部ファン１８は放熱器３ｂの放熱管３１ｂに対して傾斜して配置されている。そして、外部ファン１８の排出側には外部ファン１８を出た風を上方に変向させる変向板１８１が配設されている。外部ファン１８を出た風は変向板１８１により冷却器上面に開口された通気口１７を通り、外部に排出される。
【００５８】
図８における冷却器の放熱器３ｂの側方には、放熱器３ｂをメンテナンスするメンテナンス蓋９ｂが設けられている。放熱器３ｂは外部空気を導入するため、外部空気中に含まれる粉塵やゴミ等が放熱管３１ｂ相互間に詰まってしまう可能性があるが、このメンテナンス蓋９ｂを設けることにより、容易にそれらを除去することができる。なお、このメンテナンス蓋９ｂは、作動時には冷却器に固定されており、清掃時に開放されるものである。
【００５９】
図１０は沸騰冷却装置を示す斜視図である。本実施の形態においても沸騰冷却装置が高温流体及び低温流体の夫々流れる方向に複数積層させている。なお、沸騰冷却装置の詳細については、断熱材５０がない点以外は図４と同様であるため、一部図４を用いて説明する。沸騰冷却装置１は図４、図１０に示すように、高温流体（例えば高温の空気）と低温流体（例えば低温の空気）とを隔離する流体隔離板２、流体隔離板２よりも高温流体側に配設された複数本の吸熱管３１ａからなる冷媒槽３ａ、吸熱管３１ａの内部に封入され、高温流体から熱を受けて沸騰気化する冷媒８、一方が冷媒槽３ａに気密に連通され、他方が流体隔離板２を通り抜けて低温流体側に延設された一対の低温側連通管３４ａおよび高温側連通管３４ｂ、低温側連通管３４ａおよび高温側連通管３４ｂの他方に気密に連通され、流体隔離板２よりも低温流体側に配設され複数本の放熱管３１ｂからなる放熱器３ｂ、冷媒槽３ａの各吸熱管３１ａの相互間に融合した状態（例えば、ろう付けされた状態）で接合された受熱フィン６ａ、放熱器３ｂの各放熱管３１ｂの相互間に融合した状態（例えば、ろう付けされた状態）で接合された放熱フィン６ｂから構成される。
【００６０】
流体隔離板２は、例えば内部が高温となる密閉空間の一壁面を構成するもので、アルミニウム等の金属材料から成り、低温側連通管３４ａ、高温側連通管３４ｂと一体的に接合（例えばろう付け）されている。この流体隔離板２には、低温側連通管３４ａ、高温側連通管３４ｂを通すための細長い挿通穴が開けられている。
【００６１】
冷媒槽３ａは、略平行に配列された複数本の吸熱管３１ａと、吸熱管３１ａの下部に配設されて、これら吸熱管３１ａを下方で連通する吸熱側下部連通部４１、及び吸熱管３１ａの上部に配設されて、これら吸熱管３１ａを上方で連通する吸熱側上部連通部４２とから成る。吸熱管３１ａは、伝熱性に優れた金属材（例えばアルミニウムや銅）を断面形状が長円形状（または細長い長方形）を成す偏平管に形成したものである。図１１は、吸熱管３１ａを示す一部断面図である。なお、この図で受熱フィン６ａは省略してある。同図に示すように、吸熱管３１ａは断面形状が長円形状からなる扁平管であり、内部には上下方向に渡って複数の内部仕切り板３３が形成されている（目の字断面）。これにより、耐圧性能向上、冷媒との接触表面積拡大に伴う吸熱効率の向上等の効果がある。なお、この吸熱管３１ａは、押し出し形成により容易に形成できる。
【００６２】
放熱器３ｂは、略平行に配列された複数本の放熱管３１ｂと、放熱管３１ｂの下部に配設されて、これら放熱管３１ｂを下方で連通する放熱側下部連通部４３、及び放熱管３１ｂの上部に配設されて、これら放熱管３１ｂを上方で連通する放熱側上部連通部４４とから成る。放熱管３１ｂも、伝熱性に優れた金属材（例えばアルミニウムや銅）を断面形状が長円形状（または細長い長方形）を成す偏平管に形成したものである。放熱管３１ｂにおいても図１１に示す吸熱管３１ａと同様に断面形状が長円形状からなる扁平管で構成され、内部には上下方向に渡って複数の内部仕切り板３３が形成されている（図略）。これにより、耐圧性能向上、冷媒との接触表面積拡大に伴う放熱効率の向上等の効果がある。なお、この放熱管３１ｂも、押し出し形成により容易に形成できる。
【００６３】
高温側連通管３４ｂは、冷媒槽３ａの吸熱側上部連通部４２と放熱器３ｂの放熱側上部連通部４４とに連通され、冷媒槽３ａで沸騰気化された冷媒８を放熱器３ｂに送出する。そして高温側連通管３４ｂは、吸熱管３１ｂと略平行で所定間隔（好ましくは各吸熱管３１ｂ相互間の距離よりも大きい間隔、より好ましくはその相互間間隔の２倍以上の間隔）を有して配設されている。
【００６４】
低温側連通管３４ａは、放熱器３ｂの放熱側下部連通部４３と冷媒槽３ａの吸熱側下部連通部４１とに連通され、放熱器３ｂで冷却液化された冷媒８を冷媒槽３ａに戻す。そして低温側連通管３４ａは、放熱管３１ａと略平行で所定間隔（好ましくは各放熱管３１ａ相互間の距離よりも大きい間隔、より好ましくはその相互間間隔の２倍以上の間隔）を有して配設されている。
【００６５】
冷媒８は、ＨＦＣ−１３４ａ（化学式：ＣＨ2 ＦＣＦ3 ）や水などから成り、その容器内部圧力があまり高くない範囲（ＨＦＣ−１３４ａの場合、例えば数１０気圧以下の圧力）、すなわち高温流体により沸騰し低温流体により凝縮されるように設定されている。具体的には、冷媒８は１００℃で沸騰されるように選択されている。ここで、冷媒は複数の組成の冷媒を混合させてもよく、また、主として単一組成の冷媒を用いても良い。また、冷媒８は液面が冷媒槽３ａの吸熱側上部連通部４２より僅かに下になる量まで封入されている。冷媒量は作動時に液面が放熱管３１ｂに達しない方が好ましい。但し、冷媒８の封入は、吸熱管３１ａ及び放熱管３１ｂに夫々吸熱フィン６ａ及び放熱フィン６ｂをろう付け接合した後に行なわれる。
【００６６】
受熱フィン６ａは、各吸熱管３１ａ相互間に配設され、放熱フィン６ｂは、各放熱管３１ｂ相互間に配設されている。受熱フィン６ａ及び放熱フィン６ｂは、伝熱性に優れる金属（例えばアルミニウム）の薄い板（板厚０．０２〜０．５mm程度）を交互に押し返して波状に形成したコルゲートフィンであり、吸熱管３１ａ、放熱管３１ｂの平坦な外壁面にろう付けされている（即ち、融合した状態で接合されている）。この受熱フィン６ａは、高温流体側の熱を冷媒８に伝えやすくするものであり、同時に吸熱管３１ａの強度を向上させている。また放熱フィン６ｂは、冷媒８の熱を低温流体側に伝えやすくするものであり、同時に放熱管３１ｂの強度を向上させている。
【００６７】
本実施の形態において、高温部分には高温流体である高温空気が流通される高温通路３５ａが形成され、低温部分には低温流体である低温空気が流通される低温通路３５ｂが形成されている。
本実施の形態では、熱伝導抑制手段として、少なくとも冷媒槽３ａと低温側連通管３４ａとの間、放熱器３ｂと連通管３４ｂとの両方の間に配置された板状部材を用いている。
【００６８】
この高温通路３５ａは、流体隔離板２と冷媒槽３ａの外周を囲う板状部材からなる高温側区画部材５０ｄとで構成されている。そして冷媒槽３ａがこの高温通路３５ａに配置され、低温側連通管３４ａはこの高温通路３５ａよりも低温の領域へ分離されている。これは、図１２に示すように、低温側連通管３４ａを高温側区画部材５０ｄの外側に配置することで達成できる。そして、高温空気が流通する上流側における低温側連通管３４ａの全面にはブラケットが配置され、高温空気が低温側連通管３４ａの配置される空間へ流入することを防止している。なお、図１２において、各フランジ間は図示しないスペーサにより各沸騰冷却装置相互間隔が一定になるように保持されている。
【００６９】
また、同様に低温通路３５ｂは、流体隔離板２と放熱器３ｂの外周を囲う板状部材からなる低温側区画部材５０ｃとで構成されている。そして放熱器３ｂがこの低温通路３５ｂに配置され、高温側連通管３４ｂはこの低温通路３５ｂよりも高温の領域へ分離されている。これは、高温側連通管３４ｂを低温側区画部材５０ｃの外側に配置することで達成できる。
【００７０】
フランジは沸騰冷却装置を固定するものであり、冷媒槽３ａと低温側連通管３４ａとの間を所定間隔に保つ働きをし、また、放熱器３ｂと高温側連通管３４ｂとの間を所定間隔に保つ働きをする。本実施の形態においては、熱伝導抑制手段として、低温側連通管３４ａと吸熱管３１ａとの間に、流体隔離板２とともに高温通路３５ａを区画する高温側区画部材５０ｄを有し、この高温側区画部材５０ｄにより低温側連通管３４ａを高温通路３５ａよりも低温の領域へ分離する。これにより、高温通路から低温側連通管３４ａへの熱伝導を抑制できる。結果、放熱器３ｂで凝縮液化されて降下してくる凝縮冷媒が、低温側連通管３４ａを介して高温通路から熱を吸収して、低温側連通管３４ａ内で上昇力を受けることを防止できる。よって、冷媒の循環が阻害されることを防止でき、小型化が可能となる。
【００７１】
更に、熱伝導抑制手段として、高温側連通管３４ｂと放熱管３１ｂとの間に、流体隔離板２とともに低温通路３５ｂを区画する低温側区画部材５０ｃを有し、この低温側区画部材５０ｃにより高温側連通管３４ｂを低温通路３５ｂよりも高温の領域へ分離する。これにより、高温側連通管３４ｂから低温通路３５ｂへの熱伝導を抑制できる。結果、冷媒槽３ａで沸騰気化して上昇する蒸気冷媒が、高温側連通管３４ｂを介して低温通路へ熱を放熱して、高温側連通管３４ｂ内で降下することを防止できる。よって、冷媒の循環が阻害されることを防止でき、小型化が可能となる。
【００７２】
また、図１０に示す多段式の沸騰冷却装置において、各低温側連通管３４ａを高温通路から分離し、各高温側連通管３４ｂを低温通路から分離しすることで、流体を流す時の温度効率が向上できる。
本実施の形態の沸騰冷却装置は送風可能部分（フィン部分）と送風不可能部分（低温側連通管３４ａ、高温側連通管３４ｂ）とに分けることができる。本実施の形態のような多段式の沸騰冷却装置に、図示しないファンにより単純に送風すると、送風された風はフィン部分に流入する際に縮流し、フィン部分通過後に拡大流れとなり、圧力損失を生じる可能性がある。これに対し、本実施の形態では流体隔離板２と高温側区画部材５０ｄとで高温通路３５ａを区画し、流体隔離板２と低温側区画部材５０ｃとで低温通路３５ｂを区画しているため、各通路３５ａ，３５ｂを流れる通気が直線的に流れるようになり、これにより圧力損失を低減することができる。このことは、ファンの消費電力低減と送風騒音低減に役立つ。また、区画されない場合に比較して送風断面積が制限されるため、フィン部分の流量を増加させることができる。
【００７３】
高温側連通管３４ｂは、放熱管３１ｂと略平行で所定間隔（好ましくは放熱管３１ｂ相互間の距離よりも大きい間隔、より好ましくはその相互間間隔の２倍以上の間隔）を有して配設されているため、冷媒槽３ａで沸騰気化して上昇する蒸気冷媒が、高温側連通管３４ｂを介して低温の放熱器３ｂへ熱を放熱して、高温側連通管３４ｂ内で降下することを防止できる。また、低温側連通管３４ａは、放熱器３ｂの放熱側下部連通部４３と冷媒槽３ａの吸熱側下部連通部４１とに連通され、放熱器３ｂで冷却液化された冷媒８を冷媒槽３ａに戻す。そして低温側連通管３４ａは、吸熱管３１ａと略平行で所定間隔（好ましくは各吸熱管３１ａ相互間の距離よりも大きい間隔、より好ましくはその相互間間隔の２倍以上の間隔）を有して配設されているため、放熱器３ｂで凝縮液化されて降下してくる凝縮冷媒が、低温側連通管３４ａを介して高温の冷媒槽３ａから熱を吸収して、低温側連通管３４ａ内で上昇力を受けることを防止できる。
【００７４】
上記第１、第２の実施の形態では、冷媒槽３ａは複数の吸熱管３１ａで熱を受けることができるので吸熱効率が向上する。そして、この吸熱により沸騰気化する冷媒を上部の吸熱側上部連通部４２で収集し、その冷媒は高温側連通管３１ｂにより放熱器３ｂへ送出されているので、放熱器３ｂと冷媒槽３ａとを連通するための管の数を減らすことができ、流体隔離板２の加工を容易にできる。また、同様に放熱器３ｂは複数の吸熱管３１ｂで熱を放出するので放熱効率が向上する。そして、凝縮液化された冷媒を下部の放熱側下部連通部４３で収集し、その冷媒は低温側連通管３４ａにより冷媒槽３ａへ送出されているので、放熱器３ｂと冷媒槽３ａとを連通するための管の数を減らすことができ、流体隔離板２の加工を容易にできる。
【００７５】
なお、高温側区画部材５０ｄは図１２のように、フランジと低温側連通路３４ａとの間に配設された板状部材で構成される必要はなく、図１３に示すように、各フランジ間に挟持された補間フランジ５０ｅであっても良い。また、同様に低温側区画部材５０ｃも、フランジと高温側連通路３４ｂとの間に配設された板状部材で構成される必要はなく、各フランジ間に挟持された補間フランジ５０ｅであっても良い。この場合、送風がよりスムースになる。
【００７６】
また、図１２、図１３では送風の上流側にブラケットが配置されているため、高温風が低温側連通管３４ａに当たらず、低温側連通管３４ａが高温風によって加熱されることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における沸騰冷却装置を用いた筐体冷却装置の側面図である。
【図２】図１に示した筐体冷却装置を説明する模式図である。
【図３】第１の実施の形態における沸騰冷却装置を示す斜視図である。
【図４】図３における沸騰冷却装置の正面図である。
【図５】図４の沸騰冷却装置を説明するための模式図である。
【図６】図３におけるＩ−Ｉ断面図である。
【図７】図６に示した沸騰冷却装置の変形例を示す断面図である。
【図８】第２の実施の形態における沸騰冷却装置を用いた冷却器の側面図である。
【図９】図８に示した第２の実施の形態における冷却器の正面図である。
【図１０】第２の実施の形態における沸騰冷却装置を示す斜視図である。
【図１１】図１０に示した沸騰冷却装置の吸熱管の拡大図である。
【図１２】図１０におけるII−II断面図である。
【図１３】図１２に示した沸騰冷却装置の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 沸騰冷却装置
１１ 高温側の伝熱空間
１２ 低温側の伝熱空間
１３、１６ 吸入側の通気口
１４、１７ 排出側の通気口
１５ 内部ファン
２ 流体隔離板
２２ 仕切壁
２３ 送風路
３ａ 冷媒槽
３ｂ 放熱器
３１ａ 吸熱管
３１ｂ 放熱管
３４ａ 低温側連通管（連通管）
３４ｂ 高温側連通管（連通管）
３５ａ 高温通路（高温部分）
３５ｂ 低温通路（低温部分）
４１ 吸熱側下部連通部
４２ 吸熱側上部連通部
４３ 放熱側下部連通部
４４ 放熱側上部連通部
５０ａ、ｂ 断熱材（熱伝導抑制手段）
５０ｃ 低温側区画部材
５０ｄ 高温側区画部材
６ａ 受熱フィン
６ｂ 放熱フィン
７ 発熱体
８ 冷媒
９ 密閉空間
９ａ 壁面
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温媒体の熱で冷媒を沸騰させ、その後凝縮させることで高温媒体の熱を放熱させる沸騰冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子部品等の発熱体を密閉化されたハウジングに収容して使用する場合がある。この場合、発熱体を冷却する方法として、ハウジング内部に直接外気を取り入れて換気することができないため、ハウジング内部の空気とハウジング外部の空気との間で熱交換を行なう方法が行われている。そして、構成部品が少なく、熱移動量が大きいものとして、特公平２−３３２０号公報に示す様な、ハウジングを貫通して配置されたヒートパイプ（内部に冷媒が封入されている）を使用する方法が知られている。
【０００３】
特公平２−３３２０号公報に示す様なヒートパイプは、ハウジング内部の高温空気で内部の冷媒を沸騰させ、ハウジング外部に配置される放熱部でその冷媒を凝縮させることで放熱し、その凝縮冷媒を再びハウジング内部に位置する吸熱部に滴下させる。
しかしながら、特公平２−３３２０号公報のようにヒートパイプは、沸騰して上昇する蒸気冷媒と、凝縮されて降下する凝縮冷媒が同じ管内を移動するため、両者が対抗しあって冷媒全体の循環が効率良く行われないという問題がある。
【０００４】
そこで、実開昭６２−１６２８４７号公報のように、冷媒を循環させることで効率良く放熱させることができる沸騰冷却装置が知られている。実開昭６２−１６２８４７号公報に示された沸騰冷却装置は、冷媒槽に発熱体を固定し、発熱体の発する熱を冷媒槽内に封入された冷媒で吸熱し、吸熱により沸騰気化した冷媒を、冷媒槽の上に配設された放熱器で凝縮液化させ、凝縮液化した冷媒を、冷媒槽内に挿入された冷媒戻り管を介して冷媒槽に戻すものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実開昭６２−１６２８４７号公報に示された沸騰冷却装置は、放熱器で凝縮された冷媒を冷媒槽内に戻す冷媒戻り管が、冷媒の中に挿入されているため、冷媒が冷媒槽内に戻る前に冷媒戻り管の中で温められてしまい、冷媒に上昇方向の浮力が働き、冷媒が効率よく冷媒槽内に戻らなくなる。この結果、冷媒の循環が緩慢になり、放熱性能が低下するという問題が発生する。
【０００６】
また、同様に冷媒槽から上部の放熱器へ沸騰気化した冷媒が上昇する際、冷媒槽と放熱器とを連通させる通路が冷えていると、沸騰気化した冷媒がその通路内で凝縮され、放熱器に移動する前に降下してしまう。この結果、冷媒の循環が緩慢になり、放熱性能が低下するという問題が発生する。
また、放熱特性が低下することにより、体格の大型化を招いている。
【０００７】
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その第１の目的は、新規な構成にて体格の小型化を図ることにある。
また、第２の目的は、冷媒の循環の阻害を防止できる沸騰冷却装置を得ることである。
また、第３の目的は、放熱器で凝縮した冷媒を冷媒槽に戻す低温側連通管を有する沸騰冷却装置において、低温側連通管が温められて低温側連通管内で凝縮冷媒に上昇力が発生することを防止する沸騰冷却装置を得ることである。
【０００８】
また、第４の目的は、冷媒槽で沸騰した冷媒を放熱器へ送る高温側連通管を有する沸騰冷却装置において、高温側連通管が冷却されて高温側連通管内で蒸気冷媒が凝縮することを防止する沸騰冷却装置を得ることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため請求項１記載の発明では、高温部分においては流体隔離板（２）と冷媒槽（３ａ）の外周を囲う高温側区画部材（５０ｄ）とにより形成された高温通路（３５ａ）に冷媒槽（３ａ）を配置し、凝縮液化した冷媒を冷媒槽（３ａ）に戻す低温側連通管（３４ａ）をこの高温側区画部材（５０ｄ）の外側に配置することによって、低温側連通管（３４ａ）を高温通路（３５ａ）よりも低温の領域へ分離している。さらに、高温空気が流通する上流側における低温側連通管（３４ａ）の全面にはブラケットを配置している。これにより、高温通路から低温側連通管（３４ａ）への熱伝導を抑制できると同時に、高温空気が低温側連通管（３４ａ）に当たらず高温空気により低温側連通管（３４ａ）が加熱されることを防止することができる。その結果、放熱器（３ｂ）で凝縮液化されて降下してくる凝縮冷媒が高温通路および高温空気から熱を吸収して、低温側連通管（３４ａ）内で上昇力を受けることを防止でき冷媒の循環が阻害されることがなくなる。また、高温空気が流体隔離板（２）と高温側区画部材（３５ｄ）とにより高温通路（３５ａ）を区画しているため、高温空気が直線的に流れるようになり圧力損失を低減させることができる。
【００１０】
また、低温部分においては流体隔離板（２）と放熱器（３ｂ）の外周を囲う低温側区画部材（５０ｃ）とにより形成された低温通路（３５ｂ）に放熱器（３ｂ）を配置し、沸騰気化した冷媒を放熱器（３ｂ）に送出する高温側連通管（３４ｂ）をこの低温側区画部材（５０ｃ）の外側に配置することによって、高温側連通管（３４ｂ）を低温通路（３５ｂ）よりも高温の領域へ分離している。これにより、高温側連通管（３４ａ）から低温通路（３５ｂ）への熱伝導を抑制できる。その結果、冷媒槽（３ａ）で沸騰気化して上昇する蒸気冷媒が低温通路（３５ｂ）へ熱を放出して、高温側連通管（３４ｂ）内で降下することを防止でき冷媒の循環が阻害されることがなくなる。また、低温空気が流体隔離板（２）と低温側区画部材（３５ｃ）とにより低温通路（３５ｂ）を区画しているため、低温空気が直線的に流れるようになり圧力損失を低減させることができる。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、冷媒槽（３ａ）の吸熱管（３１ａ）および放熱器（３ｂ）の放熱管（３１ｂ）は断面形状が長円形状からなる扁平管であり、内部には複数の内部仕切り板が形成されている。これにより、耐圧性能が向上させ、冷媒との接触表面積拡大に伴う吸熱および放熱効率を向上させることができる。
【００１２】
請求項３記載の発明によれば、各冷媒槽（３ａ）どうしが並列配置され、更に各放熱器（３ｂ）どうしが並列配置されている。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の沸騰冷却装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施の形態）
図１は沸騰冷却装置１を筐体冷却装置に適用した場合の側面図であり、図２は図１を説明する模式図である。
【００２９】
本実施の形態において、図１、図２に示すように、密閉空間９内は筐体８０によって形成された空間であり、その密閉空間９内に発熱体７（例えば通信機器等の送受信器や、その送受信器を駆動するためのパワーアンプ）が収容されている。密閉空間９の上部、下部には夫々冷却器８１と連通する開口部が設けられている。冷却器は、密閉空間９の気体を高温側の伝熱空間１１に取り込むために、密閉空間９の上部と連通した開口部である通気口１３が形成されている。具体的には、密閉空間９を形成する一側壁面９ａと密閉空間９内に設けた仕切壁２２とで密閉空間９内を上下方向に伸びる送風路２３を形成し、この送風路２３の上端が通気口１３として密閉空間９内の上部（流体隔離板２より上方）に開口している。
【００３０】
これにより、発熱体７の熱で高温になった気体が通気口１３から送風路２３内へ導入されてスムーズに冷媒槽３ａへ導かれるため、密閉空間９内の温度を均一に保つことができる。即ち、発熱体７から発生する熱で高温となった気体が対流によって密閉空間９内を上昇するため、密閉空間９内の上部に通気口１３を設けた方が密閉空間９内の冷却効率が良いと言える。言い換えれば、通気口１３が流体隔離板２より低い位置にあると、密閉空間９内の比較的低温の気体が通気口１３から送風路２３内に導入されて冷媒槽３ａへ導かれるため、密閉空間９内の冷却効率が悪いと言える。
【００３１】
更に送風路２３によって高温流体は冷媒槽３ａに均一に流入するようになる。送風路２３がない場合は、内部ファン１５に最も近い冷媒槽３ａの下部付近に流れが集中してしまい、吸熱効率が低下するが、送風路２３があることにより、冷媒槽３ａの上部にも高温風が通過しやすくなる。
また、本実施の形態では、高温側および低温側の各伝熱空間１１、１２内で、冷媒槽３ａおよび放熱器３ｂを通過する気体が、それぞれ吸入側の通気口１３、１６から排出側の通気口１４、１７へ向かってスムーズに流れる様に、沸騰冷却装置１全体が前後方向（図２の左右方向）に傾斜した状態で配置されている。これにより、冷媒槽３ａおよび放熱器３ｂを通過する気体の流れ方向の変化を緩やかにできるため、狭いスペース内での送風経路損失を低減できる。その結果、密閉空間９内にある内部ファン１５を小型化できる上に、内部ファン１５の発熱量を低減できるため、その分、発熱体７の発熱量を増やすことができる（即ち、冷却能力を上げようとして内部ファン１５を大型化すると、内部ファン１５の発熱量が増加するため、結果的に発熱体７の発熱量を増やせなくなる）。
【００３２】
また、コントローラ８２は温度センサ８４によって検出された通気口１３への流入空気の温度に基づき、内部ファン１５の回転速度、動作時間、動作パターン等を制御する。そして、密閉空間９内が高温であるときには内部ファン１５及び外部ファン１８を作動させて密閉空間９内の温度を下げ、また密閉空間９内が低温（寒冷時）の時には、内部ファン１５及び冷却器壁８３に固定されたヒータ１９を作動させて密閉空間９内の温度を適切に制御する。
【００３３】
図３は沸騰冷却装置を示す斜視図である。また、図４は図３における沸騰冷却装置の正面図、図５は図４を説明するための模式図、図６は図３におけるＩ−Ｉ断面図である。
本実施の形態では、図３に示すように、沸騰冷却装置が高温流体及び低温流体の夫々流れる方向に複数積層させている。
【００３４】
本実施の形態の沸騰冷却装置１は図４、図５に示すように、高温流体（例えば高温の空気）と低温流体（例えば低温の空気）とを隔離する流体隔離板２、流体隔離板２よりも高温流体側に配設された複数本の吸熱管３１ａからなる冷媒槽３ａ、吸熱管３１ａの内部に封入され、高温流体から熱を受けて沸騰気化する冷媒８、一方が冷媒槽３ａに気密に連通され、他方が流体隔離板２を通り抜けて低温流体側に延設された一対の低温側連通管３４ａおよび高温側連通管３４ｂ、低温側連通管３４ａおよび高温側連通管３４ｂの他方に気密に連通され、流体隔離板２よりも低温流体側に配設され複数本の放熱管３１ｂからなる放熱器３ｂ、冷媒槽３ａの各吸熱管３１ａの相互間に融合した状態（例えば、ろう付けされた状態）で接合された受熱フィン６ａ、放熱器３ｂの各放熱管３１ｂの相互間に融合した状態（例えば、ろう付けされた状態）で接合された放熱フィン６ｂ、及び冷媒槽３ａと低温側連通管３４ａとの間、放熱器３ｂと高温側連通管３４ｂとの間に埋設され、夫々冷媒槽３ａから低温側連通管３４ａへの熱移動、放熱器３ｂから高温側連通管３４ｂへの熱移動を抑制する熱伝導抑制手段としての断熱材５０（例えば、発泡性樹脂であるウレタンフォーム）から構成される。
【００３５】
なお、図５において、低温流体と高温流体との送風方向は、便宜上紙面左右方向に記載されているが、実際は図３の積層方向に送風される。
流体隔離板２は、例えば内部が高温となる密閉空間の一壁面を構成するもので、アルミニウム等の金属材料から成り、低温側連通管３４ａ、高温側連通管３４ｂと一体的に接合（例えばろう付け）されている。この流体隔離板２には、低温側連通管３４ａ、高温側連通管３４ｂを通すための細長い挿通穴が開けられている。なお、流体隔離板２と各連通管との間に、熱移動を抑制するゴム等の樹脂を挟持させても良い。また、流体隔離板２をウレタンフォーム等の発泡性樹脂からなる断熱材で周囲（低温流体もしくは高温流体の少なくとも一方）と断熱させても良い。
【００３６】
冷媒槽３ａは、略平行に配列された複数本の吸熱管３１ａと、吸熱管３１ａの下部に配設されて、これら吸熱管３１ａを下方で連通する吸熱側下部連通部４１、及び吸熱管３１ａの上部に配設されて、これら吸熱管３１ａを上方で連通する吸熱側上部連通部４２とから成る。吸熱管３１ａは、伝熱性に優れた金属材（例えばアルミニウムや銅）を断面形状が細長い長方形（または長円形状）を成す偏平管に形成したものである。
【００３７】
放熱器３ｂは、略平行に配列された複数本の放熱管３１ｂと、放熱管３１ｂの下部に配設されて、これら放熱管３１ｂを下方で連通する放熱側下部連通部４３、及び放熱管３１ｂの上部に配設されて、これら放熱管３１ｂを上方で連通する放熱側上部連通部４４とから成る。放熱管３１ｂも、伝熱性に優れた金属材（例えばアルミニウムや銅）を断面形状が細長い長方形（または長円形状）を成す偏平管に形成したものである。
【００３８】
高温側連通管３４ｂは、冷媒槽３ａの吸熱側上部連通部４２と放熱器３ｂの放熱側上部連通部４４とに連通され、冷媒槽３ａで沸騰気化された冷媒８を放熱器３ｂに送出する。そして高温側連通管３４ｂは、放熱管３１ｂと略平行で所定間隔（好ましくは各放熱管３１ｂ相互間の距離よりも大きい間隔、より好ましくはその相互間間隔の２倍以上の間隔）を有して配設されている。
【００３９】
低温側連通管３４ａは、放熱器３ｂの放熱側下部連通部４３と冷媒槽３ａの吸熱側下部連通部４１とに連通され、放熱器３ｂで冷却液化された冷媒８を冷媒槽３ａに戻す。そして低温側連通管３４ａは、吸熱管３１ａと略平行で所定間隔（好ましくは各吸熱管３１ａ相互間の距離よりも大きい間隔、より好ましくはその相互間間隔の２倍以上の間隔）を有して配設されている。
【００４０】
冷媒８は、ＨＦＣ−１３４ａ（化学式：ＣＨ2 ＦＣＦ3 ）や水などから成り、その容器内部圧力があまり高くない範囲（ＨＦＣ−１３４ａの場合、例えば数１０気圧以下の圧力）、すなわち高温流体により沸騰し低温流体により凝縮されるように設定されている。具体的には、冷媒８は１００℃で沸騰されるように選択されている。ここで、冷媒は複数の組成の冷媒を混合させてもよく、また、主として単一組成の冷媒を用いても良い。また、冷媒８は液面が冷媒槽３ａの吸熱側上部連通部４２より僅かに下になる量まで封入されている。冷媒量は作動時に液面が放熱管３１ｂに達しない方が好ましい。但し、冷媒８の封入は、吸熱管３１ａ及び放熱管３１ｂに夫々吸熱フィン６ａ及び放熱フィン６ｂをろう付け接合した後に行なわれる。
【００４１】
受熱フィン６ａは、各吸熱管３１ａ相互間に配設され、放熱フィン６ｂは、各放熱管３１ｂ相互間に配設されている。受熱フィン６ａ及び放熱フィン６ｂは、伝熱性に優れる金属（例えばアルミニウム）の薄い板（板厚０．０２〜０．５mm程度）を交互に押し返して波状に形成したコルゲートフィンであり、吸熱管３１ａ、放熱管３１ｂの平坦な外壁面にろう付けされている（即ち、融合した状態で接合されている）。この受熱フィン６ａは、高温流体側の熱を冷媒８に伝えやすくするものであり、同時に吸熱管３１ａの強度を向上させている。また放熱フィン６ｂは、冷媒８の熱を低温流体側に伝えやすくするものであり、同時に放熱管３１ｂの強度を向上させている。
【００４２】
熱伝導抑制手段としての断熱材５０は、例えば、発泡性樹脂、より具体的にはウレタンフォームからなり、図３、４に示すように、冷媒槽３ａと低温側連通管３４ａとの間、放熱器３ｂと高温側連通管３４ｂとの間に配設されている。そして、断熱材５０は、夫々冷媒槽３ａから低温側連通管３４ａへの熱移動、高温側連通管３４ｂから放熱器３ｂへの熱移動を抑制している。
【００４３】
ここで、断熱材５０は冷媒槽３ａと低温側連通管３４ａとの間、放熱器３ｂと高温側連通管３４ｂとの間に配設されるだけでなく、低温側連通管３４ａ及び高温側連通管３４ｂの外周を被覆している。この被覆は低温側連通管３４ａ及び高温側連通管３４ｂの外周全体を覆ってもよく、一部（上下方向の一部）を覆うようにしてもよい。図６は、低温側連通管３４ａの外周が被覆された様子を示すものである。なお、断熱材５０は図６に示すように各連通管３４ａ、３４ｂの外周全てを覆うのではなく、図７に示すように冷媒槽３ａと低温側連通管３４ａとの間、放熱器３ｂと高温側連通管３４ｂとの間に配設されるものでも良い。
【００４４】
また、上記沸騰冷却装置１は、各冷媒槽どうしが並列配置され更に各放熱器どうしが並列配置されるように並列配置されている。
次に、本実施の形態の作動を説明する。
冷媒槽３ａの各吸熱管３１ａに封入された冷媒８は、受熱フィン６ａを介して高温流体より伝達された熱を受けて沸騰気化する。気化した冷媒蒸気は、低温流体に晒されて低温となっている放熱器３ｂの各放熱管３１ｂで内壁面に凝縮液化し、その凝縮潜熱が放熱フィン６ｂを介して低温流体に伝達される。放熱器３ｂで凝縮液化した冷媒８は、自重により内壁面を伝って冷媒槽３ａの吸熱側下部連通部４１へ滴下する。この冷媒８の沸騰・凝縮液化の繰り返しにより、高温流体と低温流体とが混合することなく、高温流体の熱を低温流体へ効率よく移動させることができる。
【００４５】
次に、本実施の形態の効果を説明する。
本実施の形態では、熱伝導抑制手段として、冷媒槽３ａと低温側連通管３４ａとの間に冷媒槽側断熱材としての断熱材５０ａを有する。これにより、放熱器で凝縮液化されて降下してくる凝縮冷媒が、低温側連通管３４ａを介して高温の冷媒槽３ａから熱を吸収して、低温側連通管３４ａ内で上昇力を受けることを防止できる。
【００４６】
よって、冷媒の循環が阻害されることを防止でき、小型化が可能となる。
また、熱伝導抑制手段として、放熱器と高温側連通管３４ｂとの間に放熱器側断熱材としての断熱材５０ｂを有する。これにより、冷媒槽３ａで沸騰気化して上昇する蒸気冷媒が、高温側連通管３４ｂを介して低温の放熱器３ｂへ熱を放熱して、高温側連通管３４ｂ内で降下することを防止できる。
【００４７】
また、熱伝導抑制手段として、低温側連通管３４ａの外周に被覆された高温部分側断熱材としての断熱材５０ａを有する。これにより、高温部分（高温流体としての高温空気）から低温側連通管３４ａへの熱伝導を抑制できる。結果、放熱器３ｂで凝縮液化されて降下してくる凝縮冷媒が、低温側連通管３４ａを介して高温部分から熱を吸収して、低温側連通管３４ａ内で上昇力を受けることを防止できる。よって、冷媒の循環が阻害されることを防止でき、小型化が可能となる。
【００４８】
よって、熱伝導抑制手段として、高温側連通管３４ｂの外周に被覆された低温部分側断熱材としての断熱材５０ｂを有する。これにより、冷媒槽３ａで沸騰気化して上昇する蒸気冷媒が、高温側連通管３４ｂを介して低温部分（低温流体としての低温空気）へ熱を放熱して、高温側連通管３４ｂ内で降下することを防止できる。よって、冷媒の循環が阻害されることを防止でき、小型化が可能となる。
【００４９】
また断熱材５０ａ，５０ｂを、低温側連通管３４ａもしくは高温側連通管３４ｂの外周の少なくとも一部を被覆することで、従来に比べて冷媒の循環が阻害されることを防止でき、さらに断熱材５０ａ，５０ｂを、低温側連通管３４ａもしくは高温側連通管３４ｂの外周の全てを被覆することで更に更に冷媒の循環が阻害されることを防止でき、小型化が可能となる。
【００５０】
そして断熱材は発泡性樹脂からなるため、効率良く断熱できる。
また、冷媒槽３ａは、略平行に配列された複数の吸熱管３１ａと、複数の吸熱管３１ａの下部に配設され、複数の吸熱管３１ａを夫々連通させる吸熱側下部連通部４１と、複数の吸熱管３１ａの上部に配設され、複数の吸熱管３１ａを夫々連通させる吸熱側上部連通部４２とから成り、連通管は、吸熱管３１ａに略平行に配設されて吸熱側下部連通部４１に連通するものであるため、小型化が可能となる。
【００５１】
また、受熱フィン６ａおよび放熱フィン６ｂが夫々冷媒槽３ａ、放熱器３ｂと融合した状態で接合されていることから、受熱フィン６ａおよび放熱フィン６ｂを冷媒槽３ａ、放熱器３ｂに対して機械的に取り付けた場合と比較して、各フィンと沸騰冷却管との間の熱抵抗を小さくできる。これにより、受熱フィン６ａおよび放熱フィン６ｂを冷媒槽３ａ、放熱器３ｂに対して機械的に取り付けた場合より、更に沸騰冷却装置全体の小型化が可能となる。
【００５２】
また、高温流体及び低温流体を対向して流し、沸騰冷却装置を高温流体及び低温流体の夫々流れる方向に複数積層させたため、更に効率良く、高温流体の熱を低温流体側に放熱できる。
（第２の実施の形態）
図８は第２の実施の形態における冷却器を筐体冷却装置に適用した場合の側面図であり、図９は図８を外側、すなわち紙面左側から見た平面図である。また、図１０は第２の実施の形態における沸騰冷却装置１の斜視図、図１１は図１０におけるII−II断面図である。
【００５３】
本実施の形態における冷却器は、図１、２に示す密閉空間９と同様な筐体内に装着されるものである。そしてその密閉空間９内には、例えば通信機器等の送受信器や、その送受信器を駆動するためのパワーアンプからなる発熱体（図１、２参照）が収容されている。
図８、９に示すように冷却器の上部、下部には夫々密閉空間９と連通する開口部１３、１４が設けられている。冷却器は、密閉空間９の気体を高温側の伝熱空間１１に取り込むために、密閉空間９の上部と連通した開口部である通気口１３が形成されている。具体的には、一側壁面９ａと仕切壁２２とで冷却器内を上下方向に伸びる送風路２３を形成し、この送風路２３の上端が通気口１３として密閉空間９内の上部（流体隔離板２より上方）に開口している。通気口１３の出口部分には密閉空間９の下部からの冷風の導入を抑制するとともに、密閉空間９の上部からの高温風を積極的に導入するように、密閉空間９の上部に開口する導入口２２１が形成されている。
【００５４】
これにより、発熱体７の熱で高温になった気体が通気口１３から送風路２３内へ導入されてスムーズに冷媒槽３ａへ導かれるため、密閉空間９内の温度を均一に保つことができる。即ち、発熱体７から発生する熱で高温となった気体が対流によって密閉空間９内を上昇するため、密閉空間９内の上部に通気口１３を設けた方が密閉空間９内の冷却効率が良いと言える。言い換えれば、通気口１３が流体隔離板２より低い位置にあると、密閉空間９内の比較的低温の気体が通気口１３から送風路２３内に導入されて冷媒槽３ａへ導かれるため、密閉空間９内の冷却効率が悪い。
【００５５】
また、高温側および低温側の各伝熱空間１１、１２内で、冷媒槽３ａおよび放熱器３ｂを通過する気体が、それぞれ吸入側の通気口１３、１６から排出側の通気口１４、１７へ向かってスムーズに流れる様に、沸騰冷却装置１全体が前後方向（図８の左右方向）に傾斜した状態で配置されている。これにより、冷媒槽３ａおよび放熱器３ｂを通過する気体の流れ方向の変化を緩やかにできるため、狭いスペース内での送風経路損失を低減できる。その結果、密閉空間９内にある内部ファン１５を小型化できる上に、内部ファン１５の発熱量を低減できるため、その分、発熱体７の発熱量を増やすことができる（即ち、冷却能力を上げようとして内部ファン１５を大型化すると、内部ファン１５の発熱量が増加するため、結果的に発熱体７の発熱量を増やせなくなる）。
【００５６】
内部循環ファンとしての内部ファン１５は軸流ファンからなり、吸引することで、導入口２２１を介して通気口１３に導入された高温風（高温流体としての高温空気）を冷媒槽３ａの各吸熱管３１ａ間に導入させる。そして、内部ファン１５は冷媒槽３ａの吸熱管３１ａと平行となるように傾斜させられている。なお、内部ファン１５は冷媒槽３ａの吸熱管３１ａに対して傾斜していても良い。
【００５７】
外部循環ファンとしての外部ファン１８は軸流ファンからなり、吸引することで、導入口２２１を介して通気口１６に導入された低温風（低温流体としての低温空気）を放熱器３ｂの各放熱管３１ｂ間に導入させる。なお、外部ファン１８は放熱器３ｂの放熱管３１ｂに対して傾斜して配置されている。そして、外部ファン１８の排出側には外部ファン１８を出た風を上方に変向させる変向板１８１が配設されている。外部ファン１８を出た風は変向板１８１により冷却器上面に開口された通気口１７を通り、外部に排出される。
【００５８】
図８における冷却器の放熱器３ｂの側方には、放熱器３ｂをメンテナンスするメンテナンス蓋９ｂが設けられている。放熱器３ｂは外部空気を導入するため、外部空気中に含まれる粉塵やゴミ等が放熱管３１ｂ相互間に詰まってしまう可能性があるが、このメンテナンス蓋９ｂを設けることにより、容易にそれらを除去することができる。なお、このメンテナンス蓋９ｂは、作動時には冷却器に固定されており、清掃時に開放されるものである。
【００５９】
図１０は沸騰冷却装置を示す斜視図である。本実施の形態においても沸騰冷却装置が高温流体及び低温流体の夫々流れる方向に複数積層させている。なお、沸騰冷却装置の詳細については、断熱材５０がない点以外は図４と同様であるため、一部図４を用いて説明する。沸騰冷却装置１は図４、図１０に示すように、高温流体（例えば高温の空気）と低温流体（例えば低温の空気）とを隔離する流体隔離板２、流体隔離板２よりも高温流体側に配設された複数本の吸熱管３１ａからなる冷媒槽３ａ、吸熱管３１ａの内部に封入され、高温流体から熱を受けて沸騰気化する冷媒８、一方が冷媒槽３ａに気密に連通され、他方が流体隔離板２を通り抜けて低温流体側に延設された一対の低温側連通管３４ａおよび高温側連通管３４ｂ、低温側連通管３４ａおよび高温側連通管３４ｂの他方に気密に連通され、流体隔離板２よりも低温流体側に配設され複数本の放熱管３１ｂからなる放熱器３ｂ、冷媒槽３ａの各吸熱管３１ａの相互間に融合した状態（例えば、ろう付けされた状態）で接合された受熱フィン６ａ、放熱器３ｂの各放熱管３１ｂの相互間に融合した状態（例えば、ろう付けされた状態）で接合された放熱フィン６ｂから構成される。
【００６０】
流体隔離板２は、例えば内部が高温となる密閉空間の一壁面を構成するもので、アルミニウム等の金属材料から成り、低温側連通管３４ａ、高温側連通管３４ｂと一体的に接合（例えばろう付け）されている。この流体隔離板２には、低温側連通管３４ａ、高温側連通管３４ｂを通すための細長い挿通穴が開けられている。
【００６１】
冷媒槽３ａは、略平行に配列された複数本の吸熱管３１ａと、吸熱管３１ａの下部に配設されて、これら吸熱管３１ａを下方で連通する吸熱側下部連通部４１、及び吸熱管３１ａの上部に配設されて、これら吸熱管３１ａを上方で連通する吸熱側上部連通部４２とから成る。吸熱管３１ａは、伝熱性に優れた金属材（例えばアルミニウムや銅）を断面形状が長円形状（または細長い長方形）を成す偏平管に形成したものである。図１１は、吸熱管３１ａを示す一部断面図である。なお、この図で受熱フィン６ａは省略してある。同図に示すように、吸熱管３１ａは断面形状が長円形状からなる扁平管であり、内部には上下方向に渡って複数の内部仕切り板３３が形成されている（目の字断面）。これにより、耐圧性能向上、冷媒との接触表面積拡大に伴う吸熱効率の向上等の効果がある。なお、この吸熱管３１ａは、押し出し形成により容易に形成できる。
【００６２】
放熱器３ｂは、略平行に配列された複数本の放熱管３１ｂと、放熱管３１ｂの下部に配設されて、これら放熱管３１ｂを下方で連通する放熱側下部連通部４３、及び放熱管３１ｂの上部に配設されて、これら放熱管３１ｂを上方で連通する放熱側上部連通部４４とから成る。放熱管３１ｂも、伝熱性に優れた金属材（例えばアルミニウムや銅）を断面形状が長円形状（または細長い長方形）を成す偏平管に形成したものである。放熱管３１ｂにおいても図１１に示す吸熱管３１ａと同様に断面形状が長円形状からなる扁平管で構成され、内部には上下方向に渡って複数の内部仕切り板３３が形成されている（図略）。これにより、耐圧性能向上、冷媒との接触表面積拡大に伴う放熱効率の向上等の効果がある。なお、この放熱管３１ｂも、押し出し形成により容易に形成できる。
【００６３】
高温側連通管３４ｂは、冷媒槽３ａの吸熱側上部連通部４２と放熱器３ｂの放熱側上部連通部４４とに連通され、冷媒槽３ａで沸騰気化された冷媒８を放熱器３ｂに送出する。そして高温側連通管３４ｂは、吸熱管３１ｂと略平行で所定間隔（好ましくは各吸熱管３１ｂ相互間の距離よりも大きい間隔、より好ましくはその相互間間隔の２倍以上の間隔）を有して配設されている。
【００６４】
低温側連通管３４ａは、放熱器３ｂの放熱側下部連通部４３と冷媒槽３ａの吸熱側下部連通部４１とに連通され、放熱器３ｂで冷却液化された冷媒８を冷媒槽３ａに戻す。そして低温側連通管３４ａは、放熱管３１ａと略平行で所定間隔（好ましくは各放熱管３１ａ相互間の距離よりも大きい間隔、より好ましくはその相互間間隔の２倍以上の間隔）を有して配設されている。
【００６５】
冷媒８は、ＨＦＣ−１３４ａ（化学式：ＣＨ2 ＦＣＦ3 ）や水などから成り、その容器内部圧力があまり高くない範囲（ＨＦＣ−１３４ａの場合、例えば数１０気圧以下の圧力）、すなわち高温流体により沸騰し低温流体により凝縮されるように設定されている。具体的には、冷媒８は１００℃で沸騰されるように選択されている。ここで、冷媒は複数の組成の冷媒を混合させてもよく、また、主として単一組成の冷媒を用いても良い。また、冷媒８は液面が冷媒槽３ａの吸熱側上部連通部４２より僅かに下になる量まで封入されている。冷媒量は作動時に液面が放熱管３１ｂに達しない方が好ましい。但し、冷媒８の封入は、吸熱管３１ａ及び放熱管３１ｂに夫々吸熱フィン６ａ及び放熱フィン６ｂをろう付け接合した後に行なわれる。
【００６６】
受熱フィン６ａは、各吸熱管３１ａ相互間に配設され、放熱フィン６ｂは、各放熱管３１ｂ相互間に配設されている。受熱フィン６ａ及び放熱フィン６ｂは、伝熱性に優れる金属（例えばアルミニウム）の薄い板（板厚０．０２〜０．５mm程度）を交互に押し返して波状に形成したコルゲートフィンであり、吸熱管３１ａ、放熱管３１ｂの平坦な外壁面にろう付けされている（即ち、融合した状態で接合されている）。この受熱フィン６ａは、高温流体側の熱を冷媒８に伝えやすくするものであり、同時に吸熱管３１ａの強度を向上させている。また放熱フィン６ｂは、冷媒８の熱を低温流体側に伝えやすくするものであり、同時に放熱管３１ｂの強度を向上させている。
【００６７】
本実施の形態において、高温部分には高温流体である高温空気が流通される高温通路３５ａが形成され、低温部分には低温流体である低温空気が流通される低温通路３５ｂが形成されている。
本実施の形態では、熱伝導抑制手段として、少なくとも冷媒槽３ａと低温側連通管３４ａとの間、放熱器３ｂと連通管３４ｂとの両方の間に配置された板状部材を用いている。
【００６８】
この高温通路３５ａは、流体隔離板２と冷媒槽３ａの外周を囲う板状部材からなる高温側区画部材５０ｄとで構成されている。そして冷媒槽３ａがこの高温通路３５ａに配置され、低温側連通管３４ａはこの高温通路３５ａよりも低温の領域へ分離されている。これは、図１２に示すように、低温側連通管３４ａを高温側区画部材５０ｄの外側に配置することで達成できる。そして、高温空気が流通する上流側における低温側連通管３４ａの全面にはブラケットが配置され、高温空気が低温側連通管３４ａの配置される空間へ流入することを防止している。なお、図１２において、各フランジ間は図示しないスペーサにより各沸騰冷却装置相互間隔が一定になるように保持されている。
【００６９】
また、同様に低温通路３５ｂは、流体隔離板２と放熱器３ｂの外周を囲う板状部材からなる低温側区画部材５０ｃとで構成されている。そして放熱器３ｂがこの低温通路３５ｂに配置され、高温側連通管３４ｂはこの低温通路３５ｂよりも高温の領域へ分離されている。これは、高温側連通管３４ｂを低温側区画部材５０ｃの外側に配置することで達成できる。
【００７０】
フランジは沸騰冷却装置を固定するものであり、冷媒槽３ａと低温側連通管３４ａとの間を所定間隔に保つ働きをし、また、放熱器３ｂと高温側連通管３４ｂとの間を所定間隔に保つ働きをする。本実施の形態においては、熱伝導抑制手段として、低温側連通管３４ａと吸熱管３１ａとの間に、流体隔離板２とともに高温通路３５ａを区画する高温側区画部材５０ｄを有し、この高温側区画部材５０ｄにより低温側連通管３４ａを高温通路３５ａよりも低温の領域へ分離する。これにより、高温通路から低温側連通管３４ａへの熱伝導を抑制できる。結果、放熱器３ｂで凝縮液化されて降下してくる凝縮冷媒が、低温側連通管３４ａを介して高温通路から熱を吸収して、低温側連通管３４ａ内で上昇力を受けることを防止できる。よって、冷媒の循環が阻害されることを防止でき、小型化が可能となる。
【００７１】
更に、熱伝導抑制手段として、高温側連通管３４ｂと放熱管３１ｂとの間に、流体隔離板２とともに低温通路３５ｂを区画する低温側区画部材５０ｃを有し、この低温側区画部材５０ｃにより高温側連通管３４ｂを低温通路３５ｂよりも高温の領域へ分離する。これにより、高温側連通管３４ｂから低温通路３５ｂへの熱伝導を抑制できる。結果、冷媒槽３ａで沸騰気化して上昇する蒸気冷媒が、高温側連通管３４ｂを介して低温通路へ熱を放熱して、高温側連通管３４ｂ内で降下することを防止できる。よって、冷媒の循環が阻害されることを防止でき、小型化が可能となる。
【００７２】
また、図１０に示す多段式の沸騰冷却装置において、各低温側連通管３４ａを高温通路から分離し、各高温側連通管３４ｂを低温通路から分離しすることで、流体を流す時の温度効率が向上できる。
本実施の形態の沸騰冷却装置は送風可能部分（フィン部分）と送風不可能部分（低温側連通管３４ａ、高温側連通管３４ｂ）とに分けることができる。本実施の形態のような多段式の沸騰冷却装置に、図示しないファンにより単純に送風すると、送風された風はフィン部分に流入する際に縮流し、フィン部分通過後に拡大流れとなり、圧力損失を生じる可能性がある。これに対し、本実施の形態では流体隔離板２と高温側区画部材５０ｄとで高温通路３５ａを区画し、流体隔離板２と低温側区画部材５０ｃとで低温通路３５ｂを区画しているため、各通路３５ａ，３５ｂを流れる通気が直線的に流れるようになり、これにより圧力損失を低減することができる。このことは、ファンの消費電力低減と送風騒音低減に役立つ。また、区画されない場合に比較して送風断面積が制限されるため、フィン部分の流量を増加させることができる。
【００７３】
高温側連通管３４ｂは、放熱管３１ｂと略平行で所定間隔（好ましくは放熱管３１ｂ相互間の距離よりも大きい間隔、より好ましくはその相互間間隔の２倍以上の間隔）を有して配設されているため、冷媒槽３ａで沸騰気化して上昇する蒸気冷媒が、高温側連通管３４ｂを介して低温の放熱器３ｂへ熱を放熱して、高温側連通管３４ｂ内で降下することを防止できる。また、低温側連通管３４ａは、放熱器３ｂの放熱側下部連通部４３と冷媒槽３ａの吸熱側下部連通部４１とに連通され、放熱器３ｂで冷却液化された冷媒８を冷媒槽３ａに戻す。そして低温側連通管３４ａは、吸熱管３１ａと略平行で所定間隔（好ましくは各吸熱管３１ａ相互間の距離よりも大きい間隔、より好ましくはその相互間間隔の２倍以上の間隔）を有して配設されているため、放熱器３ｂで凝縮液化されて降下してくる凝縮冷媒が、低温側連通管３４ａを介して高温の冷媒槽３ａから熱を吸収して、低温側連通管３４ａ内で上昇力を受けることを防止できる。
【００７４】
上記第１、第２の実施の形態では、冷媒槽３ａは複数の吸熱管３１ａで熱を受けることができるので吸熱効率が向上する。そして、この吸熱により沸騰気化する冷媒を上部の吸熱側上部連通部４２で収集し、その冷媒は高温側連通管３１ｂにより放熱器３ｂへ送出されているので、放熱器３ｂと冷媒槽３ａとを連通するための管の数を減らすことができ、流体隔離板２の加工を容易にできる。また、同様に放熱器３ｂは複数の吸熱管３１ｂで熱を放出するので放熱効率が向上する。そして、凝縮液化された冷媒を下部の放熱側下部連通部４３で収集し、その冷媒は低温側連通管３４ａにより冷媒槽３ａへ送出されているので、放熱器３ｂと冷媒槽３ａとを連通するための管の数を減らすことができ、流体隔離板２の加工を容易にできる。
【００７５】
なお、高温側区画部材５０ｄは図１２のように、フランジと低温側連通路３４ａとの間に配設された板状部材で構成される必要はなく、図１３に示すように、各フランジ間に挟持された補間フランジ５０ｅであっても良い。また、同様に低温側区画部材５０ｃも、フランジと高温側連通路３４ｂとの間に配設された板状部材で構成される必要はなく、各フランジ間に挟持された補間フランジ５０ｅであっても良い。この場合、送風がよりスムースになる。
【００７６】
また、図１２、図１３では送風の上流側にブラケットが配置されているため、高温風が低温側連通管３４ａに当たらず、低温側連通管３４ａが高温風によって加熱されることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における沸騰冷却装置を用いた筐体冷却装置の側面図である。
【図２】図１に示した筐体冷却装置を説明する模式図である。
【図３】第１の実施の形態における沸騰冷却装置を示す斜視図である。
【図４】図３における沸騰冷却装置の正面図である。
【図５】図４の沸騰冷却装置を説明するための模式図である。
【図６】図３におけるＩ−Ｉ断面図である。
【図７】図６に示した沸騰冷却装置の変形例を示す断面図である。
【図８】第２の実施の形態における沸騰冷却装置を用いた冷却器の側面図である。
【図９】図８に示した第２の実施の形態における冷却器の正面図である。
【図１０】第２の実施の形態における沸騰冷却装置を示す斜視図である。
【図１１】図１０に示した沸騰冷却装置の吸熱管の拡大図である。
【図１２】図１０におけるII−II断面図である。
【図１３】図１２に示した沸騰冷却装置の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 沸騰冷却装置
１１ 高温側の伝熱空間
１２ 低温側の伝熱空間
１３、１６ 吸入側の通気口
１４、１７ 排出側の通気口
１５ 内部ファン
２ 流体隔離板
２２ 仕切壁
２３ 送風路
３ａ 冷媒槽
３ｂ 放熱器
３１ａ 吸熱管
３１ｂ 放熱管
３４ａ 低温側連通管（連通管）
３４ｂ 高温側連通管（連通管）
３５ａ 高温通路（高温部分）
３５ｂ 低温通路（低温部分）
４１ 吸熱側下部連通部
４２ 吸熱側上部連通部
４３ 放熱側下部連通部
４４ 放熱側上部連通部
５０ａ、ｂ 断熱材（熱伝導抑制手段）
５０ｃ 低温側区画部材
５０ｄ 高温側区画部材
６ａ 受熱フィン
６ｂ 放熱フィン
７ 発熱体
８ 冷媒
９ 密閉空間
９ａ 壁面
Claims (3)
- （ａ）高温空気が流通する高温部分が下部に、低温空気が流通する低温部分が上部に流体隔離板によって隔離されて、前記高温空気の熱を前記低温空気へ移動させる沸騰冷却装置であって、
（ｂ）前記高温部分に配設され、平行に配列された複数の吸熱管と、前記複数の吸熱管の下部に配設され前記複数の吸熱管を夫々連通させる吸熱側下部連通部と、前記複数の吸熱管の上部に配設され前記複数の吸熱管を夫々連通させる吸熱側上部連通部とを有し、前記高温空気から受熱して沸騰気化する冷媒が内部に封入される冷媒槽と、
（ｃ）前記低温部分に配置され、平行に配列された複数の放熱管と、前記複数の放熱管の下部に配設され前記複数の放熱管を夫々連通させる放熱側下部連通部と、前記複数の放熱管の上部に配設され前記複数の放熱管を夫々連通させる放熱側上部連通部とを有し、前記冷媒槽で沸騰気化した冷媒の熱を前記低温空気に放出して前記冷媒を凝縮液化させる放熱器と、
（ｄ）一方が前記冷媒槽の前記吸熱側上部連通部と気密に連通され、他方が前記流体隔離板を通り抜けて前記放熱器の前記放熱側上部連通部と気密に連通され、前記冷媒槽で沸騰気化した冷媒を前記放熱器に送出する高温側連通管と、
（ｅ）一方が前記放熱器の前記放熱側下部連通部と気密に連通され、他方が前記流体隔離板を通り抜けて前記冷媒槽の前記吸熱側下部連通部に気密に連通され、前記放熱器で凝縮液化された冷媒を前記冷媒槽に戻す低温側連通管と、
（ｆ）前記冷媒槽の外周を囲う板状部材からなる高温側区画部材と、
（ｇ）前記放熱器の外周を囲う板状部材からなる低温側区画部材とを備え、
（ｈ）前記高温側連通管は、前記放熱管と平行に配列されており、
（ｉ）前記低温側連通管は、前記吸熱管と平行に配列されており、
（ｊ）前記高温部分には、前記流体隔離板と前記高温側区画部材とにより前記高温空気が流通される高温通路が形成され、前記高温空気が流通する上流側における前記低温側連通管の全面にはブラケットが配置されており、
（ｋ）前記冷媒槽は前記高温通路に配置され、前記低温側連通管は前記高温側区画部材により区画された前記高温通路の外側に配置され、
（ｌ）前記低温部分には、前記流体隔離板と前記低温側区画部材とにより前記低温空気が流通される低温通路が形成され、
（ｍ）前記放熱器は前記低温通路に配置され、前記高温側連通管は前記低温側区画部材により区画された前記低温通路の外側に配置されていることを特徴とする沸騰冷却装置。 - 前記吸熱管および前記放熱管は、断面形状が長円形状からなる扁平管であり、内部には複数の内部仕切り板が形成されていることを特徴とする請求項１記載の沸騰冷却装置。
- 前記冷媒槽が複数並列配置され、さらに前記放熱器が複数並列配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の沸騰冷却装置。
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33409296A JP3887857B2 (ja) | 1996-04-03 | 1996-12-13 | 沸騰冷却装置及びそれを用いた筐体冷却装置 |
| US08/790,015 US6119767A (en) | 1996-01-29 | 1997-01-28 | Cooling apparatus using boiling and condensing refrigerant |
| GB9706506A GB2312499B (en) | 1996-03-29 | 1997-03-27 | Cooling apparatus using boiling and condensing refrigerant |
| AU16601/97A AU699379B2 (en) | 1996-03-29 | 1997-03-27 | Cooling apparatus using boiling and condensing refrigerant |
| GB9922813A GB2340218B (en) | 1996-03-29 | 1997-03-27 | Cooling apparatus using boiling and condensing refrigerant |
| KR1019970011132A KR100259599B1 (ko) | 1996-03-29 | 1997-03-28 | 비등및응축냉매를이용한냉각장치 |
| CN97113010A CN1131988C (zh) | 1996-03-29 | 1997-03-29 | 利用沸腾和冷凝制冷剂的冷却装置 |
| BR9701588A BR9701588A (pt) | 1996-03-29 | 1997-03-31 | Aparelho de resfriamento |
| US09/467,003 US6575230B1 (en) | 1996-01-29 | 1999-12-20 | Cooling apparatus using boiling and condensing refrigerant |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8-81452 | 1996-04-03 | ||
| JP8145296 | 1996-04-03 | ||
| JP33409296A JP3887857B2 (ja) | 1996-04-03 | 1996-12-13 | 沸騰冷却装置及びそれを用いた筐体冷却装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09326582A JPH09326582A (ja) | 1997-12-16 |
| JP3887857B2 true JP3887857B2 (ja) | 2007-02-28 |
Family
ID=26422474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33409296A Expired - Lifetime JP3887857B2 (ja) | 1996-01-29 | 1996-12-13 | 沸騰冷却装置及びそれを用いた筐体冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3887857B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020034613A (ko) * | 2000-11-02 | 2002-05-09 | 김은태 | 전기/전자장비용 부품 냉각장치 |
| CN100454527C (zh) * | 2005-01-11 | 2009-01-21 | 台达电子工业股份有限公司 | 散热装置及其制造方法 |
| JP4793195B2 (ja) * | 2005-09-20 | 2011-10-12 | パナソニック株式会社 | 発熱体収納箱冷却装置 |
| WO2011064972A1 (ja) | 2009-11-25 | 2011-06-03 | パナソニック株式会社 | 発熱体収納箱冷却装置 |
| JP2012241976A (ja) * | 2011-05-19 | 2012-12-10 | Fujikura Ltd | ループ型ヒートパイプ |
| AU2012232968B2 (en) | 2011-10-31 | 2014-11-13 | Abb Technology Ag | Thermosiphon cooler arrangement in modules with electric and/or electronic components |
| AU2012232967B2 (en) | 2011-10-31 | 2015-01-15 | Abb Technology Ag | Cabinet with modules having a thermosiphon cooler arrangement |
| CN106288893A (zh) * | 2015-06-03 | 2017-01-04 | 丹佛斯微通道换热器（嘉兴）有限公司 | 换热器系统 |
| CN113720046B (zh) * | 2021-09-02 | 2022-10-04 | 晋江爱家制冷设备有限公司 | 一种一体化液体循环低温散热器 |
-
1996
- 1996-12-13 JP JP33409296A patent/JP3887857B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09326582A (ja) | 1997-12-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6360814B1 (en) | Cooling device boiling and condensing refrigerant | |
| US6527045B1 (en) | Cooling apparatus boiling and condensing refrigerant | |
| JPH08340189A (ja) | 沸騰冷却装置 | |
| JPH09102691A (ja) | 沸騰冷却装置 | |
| JP2013247148A (ja) | 自然循環型冷却装置 | |
| JP3887857B2 (ja) | 沸騰冷却装置及びそれを用いた筐体冷却装置 | |
| JP5621225B2 (ja) | 沸騰冷却装置 | |
| JP3767053B2 (ja) | 沸騰冷却装置及びそれを用いた筐体冷却装置 | |
| JPH10227554A (ja) | 冷却装置 | |
| JP3893651B2 (ja) | 沸騰冷却装置及びそれを用いた筐体冷却装置 | |
| JP3539151B2 (ja) | 冷却装置 | |
| JPH1098142A (ja) | 沸騰冷却装置 | |
| JP3924674B2 (ja) | 発熱素子用沸騰冷却器 | |
| JP2003258475A (ja) | 沸騰冷却装置 | |
| JP3890795B2 (ja) | 沸騰冷却装置 | |
| JP3810119B2 (ja) | 沸騰冷却装置 | |
| JPH08186208A (ja) | 沸騰冷却装置 | |
| CN218993562U (zh) | 便携式空调 | |
| JP3804185B2 (ja) | 沸騰冷却装置 | |
| JP2005233526A (ja) | 冷却庫 | |
| JPH09205167A (ja) | 沸騰冷却装置 | |
| JP2000065454A (ja) | 沸騰冷却装置 | |
| JP2000031362A (ja) | 沸騰冷却装置 | |
| JPH1065077A (ja) | 沸騰冷却装置 | |
| JPH05340656A (ja) | 自然循環型サーモサイフォン |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060718 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060919 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20061107 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20061120 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091208 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101208 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111208 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121208 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131208 Year of fee payment: 7 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |