JP4877069B2

JP4877069B2 - 沸騰冷却装置

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Publication number: JP4877069B2
Application number: JP2007137479A
Authority: JP
Inventors: 公司田中
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-05-24
Filing date: 2007-05-24
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2027-05-24
Also published as: JP2008292053A

Description

本発明は、冷媒の沸騰と凝縮の繰り返しによって発熱体を冷却する沸騰冷却装置に関する。

沸騰冷却装置として、例えば特許文献１に開示されたものがある。この特許文献１の図１２に示された沸騰冷却装置は、側面に発熱素子が取り付けられた冷媒槽と、この冷媒槽の上部に設けられた放熱部を備えている。また、この放熱部は、冷媒槽と連通する下部タンクを有している。
特開２０００−２６０９１９号公報

上記特許文献１に記載の沸騰冷却装置は、冷媒槽の長手方向（長さ方向）が略垂直となるように設置することが想定されている。このため、沸騰冷却装置全体が重力方向に対して傾斜した場合、放熱部の下部タンク内に冷媒が滞留してしまう。これにより、放熱部内での冷媒循環が阻害され、放熱性能が低下するという問題がある。

本発明は、上記点に鑑み、傾斜時においても放熱性能を確保することができる沸騰冷却装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、発熱体（２）の熱を受けて沸騰する冷媒を貯留するとともに沸騰した冷媒蒸気が下方より上方へ向かって流れる冷媒槽（３）と、冷媒槽（３）で沸騰した冷媒蒸気が流れ込み、冷媒蒸気と外部流体との間で熱交換を行って冷媒蒸気を凝縮させる複数本のチューブ（４１）を有する放熱コア部（４）とを備えた沸騰冷却装置であって、
冷媒槽（３）には冷媒蒸気の流れ方向に延びる面（３ａ、３ｂ）が形成されており、
冷媒槽（３）の前記面（３ａ、３ｂ）のうち上部に、複数本のチューブ（４１）の個々にそれぞれ対応して複数の冷媒蒸気入口（３１）が形成され、
冷媒槽（３）の前記面（３ａ、３ｂ）のうち冷媒蒸気入口（３１）よりも下部に、複数本のチューブ（４１）の個々にそれぞれ対応して複数の液冷媒出口（３２）が形成され、
冷媒槽（３）内における冷媒蒸気の流れ方向を冷媒蒸気流れ方向（Ｘ２）とし、チューブ（４１）への冷媒蒸気の流入方向を冷媒蒸気流入方向（Ｘ３）としたとき、冷媒蒸気流れ方向（Ｘ２）と冷媒蒸気流入方向（Ｘ３）とは略直交しており、かつ、複数本のチューブ（４１）は、冷媒蒸気流れ方向（Ｘ２）および冷媒蒸気流入方向（Ｘ３）に対してともに直交する方向（Ｘ１）に積層され、
複数本のチューブ（４１）は、前記方向（Ｘ１）に積層された状態にて冷媒槽（３）の前記面（３ａ、３ｂ）に直接組み付けられ、
複数本のチューブ（４１）の内部通路の上部が複数の冷媒蒸気入口（３１）に直接接続されて、冷媒槽（３）内の冷媒蒸気が複数の冷媒蒸気入口（３１）から複数本のチューブ（４１）の個々に直接流入するようになっており、
複数本のチューブ（４１）の内部通路の下部が複数の液冷媒出口（３２）に直接接続されて、複数本のチューブ（４１）にて凝縮した液冷媒が複数の液冷媒出口（３２）から冷媒槽（３）内に直接流入するようになっており、
複数本のチューブ（４１）の下端部（４１ａ）が、冷媒蒸気流れ方向（Ｘ２）に対して冷媒蒸気流入方向（Ｘ３）に予め定めた第１角度（θ１）で傾斜していることを特徴としている。

このように、複数本のチューブ（４１）の下端部を、冷媒蒸気流れ方向（Ｘ２）に対して冷媒蒸気流入方向（Ｘ３）に予め定めた第１角度（θ１）で傾斜させることで、沸騰冷却装置（１）全体が重力方向（Ｘ４）に対して冷媒蒸気流入方向（Ｘ３）に傾斜した場合に、チューブ（４１）内に凝縮した液冷媒が滞留することを抑制し、チューブ（４１）から冷媒槽（３）に液冷媒を還流させることができる。このため、傾斜時においても放熱性能を確保することが可能となる。

請求項２に記載の発明では、発熱体（２）の熱を受けて沸騰する冷媒を貯留するとともに沸騰した冷媒蒸気が下方より上方へ向かって流れる冷媒槽（３）と、冷媒槽（３）で沸騰した冷媒蒸気が流れ込み、冷媒蒸気と外部流体との間で熱交換を行って冷媒蒸気を凝縮させる複数本のチューブ（４１）を有する放熱コア部（４）とを備えた沸騰冷却装置であって、
冷媒槽（３）には冷媒蒸気の流れ方向に延びる面（３ａ、３ｂ）が形成されており、
冷媒槽（３）の前記面（３ａ、３ｂ）のうち上部に、複数本のチューブ（４１）の個々にそれぞれ対応して複数の冷媒蒸気入口（３１）が形成され、
冷媒槽（３）の前記面（３ａ、３ｂ）のうち冷媒蒸気入口（３１）よりも下部に、複数本のチューブ（４１）の個々にそれぞれ対応して複数の液冷媒出口（３２）が形成され、
冷媒槽（３）内における冷媒蒸気の流れ方向を冷媒蒸気流れ方向（Ｘ２）とし、チューブ（４１）への冷媒蒸気の流入方向を冷媒蒸気流入方向（Ｘ３）としたとき、冷媒蒸気流れ方向（Ｘ２）と冷媒蒸気流入方向（Ｘ３）とは略直交しており、かつ、複数本のチューブ（４１）は、冷媒蒸気流れ方向（Ｘ２）および冷媒蒸気流入方向（Ｘ３）に対してともに直交する方向（Ｘ１）に積層され、
複数本のチューブ（４１）は、前記方向（Ｘ１）に積層された状態にて冷媒槽（３）の前記面（３ａ、３ｂ）に直接組み付けられ、
複数本のチューブ（４１）の内部通路の上部が複数の冷媒蒸気入口（３１）に直接接続されて、冷媒槽（３）内の冷媒蒸気が複数の冷媒蒸気入口（３１）から複数本のチューブ（４１）の個々に直接流入するようになっており、
一方、複数本のチューブ（４１）の下端部と複数の液冷媒出口（３２）との間に複数の還流通路（４５）が接続され、複数本のチューブ（４１）にて凝縮した液冷媒が複数の還流通路（４５）および複数の液冷媒出口（３２）を通して冷媒槽（３）へ流入するようになっており、
複数の還流通路（４５）が、冷媒蒸気流れ方向（Ｘ２）に対して冷媒蒸気流入方向（Ｘ３）に予め定めた第１角度（θ１）で傾斜していることを特徴としている。
このように、請求項２に記載の発明によれば、複数の還流通路（４５）が、冷媒蒸気流れ方向（Ｘ２）に対して冷媒蒸気流入方向（Ｘ３）に予め定めた第１角度（θ１）で傾斜しているから、沸騰冷却装置（１）全体が重力方向（Ｘ４）に対して冷媒蒸気流入方向（Ｘ３）に傾斜した傾斜時に、チューブ（４１）内に凝縮した液冷媒が滞留することを抑制し、液冷媒をチューブ（４１）から冷媒槽（３）に還流できるので、放熱性能を確保することが可能となる。
なお、請求項１、２に記載の発明における「予め定めた第１角度（θ１）」は、９０°未満に設定される。

請求項１、２に記載の発明では、複数本のチューブ（４１）は、冷媒蒸気流れ方向（Ｘ２）および冷媒蒸気流入方向（Ｘ３）に対してともに直交する方向（Ｘ１）に積層されている。
そして、沸騰冷却装置（１）全体が、重力方向（Ｘ４）に対して、上記チューブ積層方向（Ｘ１）に傾斜した場合にも、チューブ（４１）の下端部（４１ａ）あるいは還流通路（４５）の傾斜によりチューブ（４１）内に凝縮した冷媒が滞留することを抑制できるので、放熱性能を確保することが可能となる。

また、請求項３に記載の発明のように、請求項１または２に記載の沸騰冷却装置において、チューブ（４１）の内部に、チューブ（４１）内を複数の通路状に区画して、チューブ（４１）内の凝縮面積を増大する凝縮面積増大部材（４１０）を設け、チューブ（４１）の内部において冷媒蒸気を凝縮させる凝縮通路（４１２）を凝縮面積増大部材（４１０）によって区画される複数の通路状部分により形成するようにしてもよい。
また、請求項４に記載の発明のように、請求項３に記載の沸騰冷却装置において、チューブ（４１）の内部において凝縮面積増大部材（４１０）の上部に冷媒槽（３）で沸騰した冷媒蒸気が冷媒蒸気入口（３１）から流れ込む蒸気通路（４１１）を形成し、チューブ（４１）の内部において凝縮面積増大部材（４１０）の下部に凝縮通路（４１２）にて凝縮した液冷媒を液冷媒出口（３２）側へ向かって流す液冷媒通路（４１３）を形成するようにしてもよい。
また、請求項５に記載の発明のように、請求項３または４に記載の沸騰冷却装置において、冷媒蒸気流れ方向（Ｘ２）が重力方向（Ｘ４）に対して冷媒蒸気流入方向（Ｘ３）に第１角度（θ１）以上の第２角度（θ２）で傾斜するように設置された際に、凝縮面積増大部材（４１０）によって形成された凝縮通路（４１２）を流れる冷媒の流通方向が、重力方向（Ｘ４）と一致するようにしてもよい。

このように、凝縮面積増大部材（４１０）によって形成された通路状部分（４１２）を流れる冷媒の流通方向を重力方向（Ｘ４）と一致させることで、通路状部分（４１２）における冷媒の流通を促進することができるので、冷媒循環を促進することが可能となる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１〜図６に基づいて説明する。図１は、本第１実施形態に係る沸騰冷却装置１を示す斜視図である。

図１に示すように、本実施形態の沸騰冷却装置１は、冷媒の沸騰と凝縮の繰り返しによって発熱体２を冷却するもので、内部に液状の冷媒を貯留する冷媒槽３と、この冷媒槽３の表面に組み付けられる放熱コア部４とを備え、一体ろう付けにより製造される。発熱体２は、例えば電気自動車のインバータ回路を構成するＩＧＢＴモジュールであり、ボルト（図示せず）等により冷媒槽３の表面に密着して固定される。

本実施形態では、冷媒槽３の一面３ａに１つの放熱コア部４が配置されており、この放熱コア部４の下方側に４つの発熱体２が配置されている。また、冷媒槽３における一面３ａとは反対側の面である他面３ｂ（図３参照）にも、４つの発熱体２が配置されている。

放熱コア部４は、冷媒槽３の一面３ａ上に略直立して組み付けられる複数本のチューブ４１と、各チューブ４１の外表面に接合される波状の放熱フィン４２とを有している。チューブ４１は、内部を冷媒が流通する冷媒通路を形成するものである。

図２は、本第１実施形態におけるチューブ４１を示す断面図である。図２に示すように、チューブ４１の内部には、インナーフィン４１０が挿入されている。このインナーフィン４１０は、熱伝導性に優れる薄い金属板（例えば、アルミニウム板）を所定のピッチで交互に折り曲げて波状に成形したもので、チューブ４１内の凝縮面積を増大させるとともに、チューブ４１内に後述する冷媒循環路を形成する目的で用いられる。なお、インナーフィン４１０が、本発明の凝縮面積増大部材に相当している。

インナーフィン４１０は、折り曲げ部（山部と谷部）の延設方向をチューブ４１の通路方向（図２の矢印方向）に向けてチューブ４１内に挿入され、かつ、チューブ４１内の下側に偏って配置され、各折り曲げ部がチューブ４１の内壁面に当接して、ろう付けされている。

これにより、チューブ４１内には、インナーフィン４１０の上側に確保される第１の通路（以下、蒸気通路４１１という）と、インナーフィン４１０のピッチ間に形成される複数の第２の通路（以下、凝縮通路４１２という）と、インナーフィン４１０の下側に確保される第３の通路（以下、液冷媒通路４１３という）が形成される。そして、蒸気通路４１１、凝縮通路４１２および液冷媒通路４１３で上記の冷媒循環路を構成している。なお、液冷媒通路４１３の通路断面積は、蒸気通路４１１の通路断面積より小さくなっている。また、本実施形態では、チューブ４１内の蒸気通路４１１の通路断面積は、冷媒蒸気流入方向Ｘ３全域で一定になっている。

チューブ４１は、放熱フィン４２との接合面である両側面が、放熱コア部４に送風される冷却風（外部流体）の流れ方向に沿って配置されるが、このとき、凝縮通路４１２より蒸気通路４１１が冷却風流れ下流側に位置するようにチューブ４１の向きを特定している。

図３は図１のＡ−Ａ部分断面図で、図４は図１のＢ−Ｂ断面図である。図３中の矢印は冷媒の流れを示しており、図３および図４中の一点鎖線は液冷媒の液面位置を示している。

図３および図４に示すように、冷媒槽３の上端部近傍には、チューブ４１の蒸気通路４１１と連通し、冷媒槽３で沸騰した冷媒（冷媒蒸気）をチューブ４１内に流入させる冷媒蒸気入口３１が形成されている。また、冷媒槽３における発熱体２が固定されている部位より上方側には、チューブ４１の凝縮通路４１２と連通し、チューブ４１で凝縮した冷媒（液冷媒）を冷媒槽３内に流入させる液冷媒出口３２が形成されている。なお、設置時における液冷媒の液面位置が液冷媒出口３２より上方側になるように、冷媒の封入量が調整されている。

冷媒槽３における液冷媒出口３２の近傍には、略コの字形状の冷媒流制御部３３が設けられている。冷媒流制御部３３は、液冷媒出口３２の下方側に配置され、チューブ４１の積層方向（以下、チューブ積層方向Ｘ１という）に延びる第１部材３３ａと、第１部材３３ａのチューブ積層方向Ｘ１両端部から上方に向かって延びる第２部材３３ｂとから構成されている。これにより、冷媒槽３内で沸騰した冷媒が液冷媒出口３２に流入することを抑制している。

図３に示すように、本実施形態では、冷媒槽３内における冷媒蒸気の流れ方向（以下、冷媒蒸気流れ方向Ｘ２という）は、冷媒槽３の長手方向と一致している。また、チューブ４１（すなわち放熱コア部４）への冷媒蒸気の流入方向（以下、冷媒蒸気流入方向Ｘ３という）は、冷媒槽３および放熱コア部４の配置方向と一致している。そして、冷媒蒸気流入方向Ｘ３は、冷媒蒸気流れ方向Ｘ２と直交している。なお、チューブ積層方向Ｘ１は、冷媒蒸気流れ方向Ｘ２および冷媒蒸気流入方向Ｘ３に対してともに直交している。

チューブ４１の下端部４１ａ、すなわち放熱コア部４の下端部は、冷媒蒸気流れ方向Ｘ２に対して冷媒蒸気流入方向Ｘ３に予め定めた角度（以下、下端部傾斜角度θ_１という）で傾斜している。このため、チューブ４１は断面台形状になっている。

図５は、本第１実施形態に係る沸騰冷却装置１の設置状態を示す模式図である。図５に示すように、本実施形態の沸騰冷却装置１は、冷媒蒸気流れ方向Ｘ２が重力方向（鉛直方向）Ｘ４に対して冷媒蒸気流入方向Ｘ３に予め定めた角度（以下、設置傾斜角度θ_２という）で常に傾斜するように設置されている。なお、下端部傾斜角度θ_１は、設置傾斜角度θ_２以下となるように設定されている。

そして、沸騰冷却装置１は、その冷媒流れ方向Ｘ２が重力方向Ｘ４に対して冷媒蒸気流入方向Ｘ３に設置傾斜角度θ_２で傾斜するように設置された際に、チューブ４１内の複数の凝縮通路４１２を流れる冷媒の流通方向（図５中の矢印方向）が重力方向Ｘ４と一致するように構成されている。

図１に戻り、放熱コア部４におけるチューブ積層方向Ｘ１両端部には、チューブ積層方向Ｘ１外側から放熱フィン４２を押さえる第１のフィン押さえ板部４３がそれぞれ配設されている。また、放熱コア部４における冷媒蒸気流入方向Ｘ３の端部には、冷媒蒸気流入方向Ｘ３外側から放熱フィン４２を押さえる第２のフィン押さえ板部４４が配設されている。

次に、本実施形態の沸騰冷却装置１の作動を説明する。

図３に示すように、冷媒槽３に貯留される液冷媒は、発熱体２の熱を受けて沸騰し、冷媒蒸気となって冷媒蒸気入口３１を通ってチューブ４１の蒸気通路４１１内へ流入する。蒸気通路４１１内へ流入した冷媒蒸気は、凝縮通路４１２へ流入し、インナーフィン４１０の表面およびチューブ４１の内壁面に凝縮して液化する。凝縮通路４１２内で液化した冷媒は液冷媒通路４１３内へ落下し、液冷媒出口３２を通って冷媒槽３へ還流する。

以上説明したように、チューブ４１の下端部４１ａ、すなわち放熱コア部４の下端部を、冷媒蒸気流れ方向Ｘ２に対して冷媒蒸気流入方向Ｘ３に傾斜させることで、沸騰冷却装置１全体が重力方向Ｘ４に対して冷媒蒸気流入方向Ｘ３に傾斜した場合に、放熱コア部４内に凝縮した冷媒が滞留することを抑制し、放熱コア部４から冷媒槽３に冷媒を還流させることができる。このため、傾斜時においても放熱性能を確保することが可能となる。

また、沸騰冷却装置１を設置した際に、凝縮通路４１２を流れる冷媒の流通方向を重力方向Ｘ４と一致させることで、凝縮通路４１２における冷媒の流通を促進することができるため、冷媒循環を促進することが可能となる。

図６（ａ）は図１のＣ矢視図で、図６（ｂ）は図６（ａ）の沸騰冷却装置１が重力方向Ｘ４に対してチューブ積層方向Ｘ１に傾斜した状態を示す図である。図６（ａ）、（ｂ）中の一点鎖線は、チューブ４１内における凝縮した冷媒の液面位置を示している。

図６（ａ）、（ｂ）に示すように、チューブ４１を、冷媒蒸気流れ方向Ｘ２および冷媒蒸気流入方向Ｘ３に対してともに直交する方向（すなわちチューブ積層方向Ｘ１）に複数本積層することで、沸騰冷却装置１全体が、重力方向Ｘ４に対してチューブ積層方向Ｘ１に傾斜した場合に、チューブ４１内に凝縮した冷媒が滞留することを抑制できる。

より詳細には、沸騰冷却装置１全体が重力方向Ｘ４に対してチューブ積層方向Ｘ１に傾斜した場合に、複数本のチューブ４１のうち下方側に配置されるチューブ４１には凝縮した冷媒が滞留してしまい、冷媒蒸気を凝縮させる機能を果たさない。一方、複数本のチューブ４１のうち上方側に配置されるチューブ４１には凝縮した冷媒が滞留しないため、冷媒蒸気を凝縮させることができる。このため、放熱コア部４全体として放熱性能を確保することが可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図７および図８に基づいて説明する。上記第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。

図７は本第２実施形態に係る沸騰冷却装置１を示す斜視図で、図８は本第２実施形態における放熱コア部４を示す断面図である。

図７および図８に示すように、本実施形態のチューブ４１は断面四角形状になっている。そして、放熱コア部４の下端部には、チューブ４１の液冷媒通路４１３と冷媒槽３の液冷媒出口３２とを接続する還流通路４５が接続されている。本実施形態では、還流通路４５の一端側は、チューブ４１の下端部における冷媒槽３から最も離れた部位に接続されている。また、還流通路４５は、冷媒蒸気流れ方向Ｘ２に対して冷媒蒸気流入方向Ｘ３に予め定めた角度（下端部傾斜角度θ_１）で傾斜している。なお、還流通路４５は、チューブ４１と別体に構成されている。これにより、上記実施形態１と同様の効果を得ることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図９に基づいて説明する。上記第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。

図９は、本第３実施形態に係る沸騰冷却装置１を示す斜視図である。図９に示すように、本実施形態では、冷媒槽３の一面３ａだけでなく他面３ｂにも放熱コア部４が配置されている。すなわち、本実施形態の沸騰冷却装置１は２つの放熱コア部４を有している。

このように、１つの冷媒槽３に対して２つの放熱コア部４を設けることで、放熱性能を向上させることが可能となる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図１０に基づいて説明する。上記第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。

図１０は、本第４実施形態におけるチューブ４１を示す断面図である。図１０に示すように、インナーフィン４１０は、折り曲げ部（山部と谷部）の延設方向が冷媒蒸気流れ方向Ｘ２と一致するように配設されている。

ところで、本実施形態の沸騰冷却装置１は、通常、その冷媒蒸気流れ方向Ｘ２が重力方向Ｘ４と一致するように設置されており、一時的に、冷媒蒸気流れ方向が重力方向Ｘ４に対して冷媒蒸気流入方向Ｘ３に傾斜するようになっている。すなわち、本実施形態の沸騰冷却装置１は、その冷媒蒸気流れ方向Ｘ２が重力方向Ｘ４と一致している状態の発生頻度が、冷媒蒸気流れ方向Ｘ２が重力方向Ｘ４に対して傾斜している状態の発生頻度より高くなっている。

このため、インナーフィン４１０を、折り曲げ部の延設方向が冷媒蒸気流れ方向Ｘ２と一致するように配設することで、通常時において、チューブ４１内の複数の凝縮通路４１２を流れる冷媒の流通方向（図１０中の矢印方向）を重力方向Ｘ４と一致させることができる。これにより、沸騰冷却装置１を実際に設置した際に、凝縮通路４１２を流れる冷媒の流通方向と重力方向Ｘ４とが一致する頻度を高くすることができるので、冷媒循環をより促進することが可能となる。

（他の実施形態）
なお、上記第１〜第３実施形態では、沸騰冷却装置１を常に一定の設置傾斜角度θ_２で傾斜するように設置した例について説明したが、これに限らず、沸騰冷却装置１をその傾斜角度が時々刻々変化するように設置してもよい。この場合、設置傾斜角度θ_２は、最も頻繁に発生すると想定される傾斜時の角度とすることができる。

また、上記第４実施形態では、チューブ４１の下端部４１ａが冷媒蒸気流れ方向Ｘ２に対して傾斜配置されている例について説明したが、これに限らず、図１１に示すように、チューブ４１の液冷媒通路４１３に還流通路４５を接続するとともに、この還流通路４５を冷媒蒸気流れ方向Ｘ２に対して傾斜配置してもよい。

また、上記各実施形態では、チューブ４１内の蒸気通路４１１の通路断面積が、冷媒蒸気流入方向Ｘ３全域で一定になっている例について説明したが、これに限らず、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、冷媒槽３から離れるにつれて通路断面積が小さくなる、すなわちインナーフィン４１０の冷媒蒸気流れ方向Ｘ２の長さが長くなるようにしてもよい。

チューブ４１内においては、冷媒槽３から離れるにつれて冷媒蒸気の量が少なくなるため、蒸気通路４１１の通路断面積を小さくしても特に問題はない。一方、蒸気通路４１１の通路断面積を小さくした分、インナーフィン４１０の長さを長くすることで、凝縮通路４１２での凝縮性能を向上させることができる。

また、上記各実施形態は、上記した範囲以外にも、可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。

第１実施形態に係る沸騰冷却装置１を示す斜視図である。第１実施形態におけるチューブ４１を示す断面図である。図１のＡ−Ａ部分断面図である。図１のＢ−Ｂ断面図である。第１実施形態に係る沸騰冷却装置１の設置状態を示す模式図である。（ａ）は図１のＣ矢視図で、（ｂ）は図６（ａ）の沸騰冷却装置１が重力方向Ｘ４に対してチューブ積層方向Ｘ１に傾斜した状態を示す図である。第２実施形態に係る沸騰冷却装置１を示す斜視図である。第２実施形態における放熱コア部４を示す断面図である。第３実施形態に係る沸騰冷却装置１を示す斜視図である。第４実施形態におけるチューブ４１を示す断面図である。他の実施形態としての放熱コア部４を示す断面図である。他の実施形態としてのチューブ４１を示す断面図である。

符号の説明

２…発熱体、３…冷媒槽、４…放熱コア部、４１…チューブ、４５…還流通路、４１０…インナーフィン（凝縮面積増大部材）、４１１…蒸気通路（第１の通路）、４１２…凝縮通路（第２の通路）、Ｘ１…チューブ積層方向、Ｘ２…冷媒蒸気流れ方向、Ｘ３…冷媒蒸気流入方向。

Claims

発熱体（２）の熱を受けて沸騰する冷媒を貯留するとともに沸騰した冷媒蒸気が下方より上方へ向かって流れる冷媒槽（３）と、
前記冷媒槽（３）で沸騰した冷媒蒸気が流れ込み、前記冷媒蒸気と外部流体との間で熱交換を行って前記冷媒蒸気を凝縮させる複数本のチューブ（４１）を有する放熱コア部（４）とを備える沸騰冷却装置であって、
前記冷媒槽（３）には前記冷媒蒸気の流れ方向に延びる面（３ａ、３ｂ）が形成されており、
前記冷媒槽（３）の前記面（３ａ、３ｂ）のうち上部に、前記複数本のチューブ（４１）の個々にそれぞれ対応して複数の冷媒蒸気入口（３１）が形成され、
前記冷媒槽（３）の前記面（３ａ、３ｂ）のうち前記冷媒蒸気入口（３１）よりも下部に、前記複数本のチューブ（４１）の個々にそれぞれ対応して複数の液冷媒出口（３２）が形成され、
前記冷媒槽（３）内における前記冷媒蒸気の流れ方向を冷媒蒸気流れ方向（Ｘ２）とし、前記チューブ（４１）への前記冷媒蒸気の流入方向を冷媒蒸気流入方向（Ｘ３）としたとき、前記冷媒蒸気流れ方向（Ｘ２）と前記冷媒蒸気流入方向（Ｘ３）とは略直交しており、かつ、前記複数本のチューブ（４１）は、前記冷媒蒸気流れ方向（Ｘ２）および前記冷媒蒸気流入方向（Ｘ３）に対してともに直交する方向（Ｘ１）に積層され、
前記複数本のチューブ（４１）は、前記方向（Ｘ１）に積層された状態にて前記冷媒槽（３）の前記面（３ａ、３ｂ）に直接組み付けられ、
前記複数本のチューブ（４１）の内部通路の上部が前記複数の冷媒蒸気入口（３１）に直接接続されて、前記冷媒槽（３）内の前記冷媒蒸気が前記複数の冷媒蒸気入口（３１）から前記複数本のチューブ（４１）の個々に直接流入するようになっており、
前記複数本のチューブ（４１）の内部通路の下部が前記複数の液冷媒出口（３２）に直接接続されて、前記複数本のチューブ（４１）にて凝縮した液冷媒が前記複数の液冷媒出口（３２）から前記冷媒槽（３）内に直接流入するようになっており、
前記複数本のチューブ（４１）の下端部（４１ａ）が、前記冷媒蒸気流れ方向（Ｘ２）に対して前記冷媒蒸気流入方向（Ｘ３）に予め定めた第１角度（θ１）で傾斜していることを特徴とする沸騰冷却装置。
発熱体（２）の熱を受けて沸騰する冷媒を貯留するとともに沸騰した冷媒蒸気が下方より上方へ向かって流れる冷媒槽（３）と、
前記冷媒槽（３）で沸騰した冷媒蒸気が流れ込み、前記冷媒蒸気と外部流体との間で熱交換を行って前記冷媒蒸気を凝縮させる複数本のチューブ（４１）を有する放熱コア部（４）とを備える沸騰冷却装置であって、
前記冷媒槽（３）には前記冷媒蒸気の流れ方向に延びる面（３ａ、３ｂ）が形成されており、
前記冷媒槽（３）の前記面（３ａ、３ｂ）のうち上部に、前記複数本のチューブ（４１）の個々にそれぞれ対応して複数の冷媒蒸気入口（３１）が形成され、
前記冷媒槽（３）の前記面（３ａ、３ｂ）のうち前記冷媒蒸気入口（３１）よりも下部に、前記複数本のチューブ（４１）の個々にそれぞれ対応して複数の液冷媒出口（３２）が形成され、
前記冷媒槽（３）内における前記冷媒蒸気の流れ方向を冷媒蒸気流れ方向（Ｘ２）とし、前記チューブ（４１）への前記冷媒蒸気の流入方向を冷媒蒸気流入方向（Ｘ３）としたとき、前記冷媒蒸気流れ方向（Ｘ２）と前記冷媒蒸気流入方向（Ｘ３）とは略直交しており、かつ、前記複数本のチューブ（４１）は、前記冷媒蒸気流れ方向（Ｘ２）および前記冷媒蒸気流入方向（Ｘ３）に対してともに直交する方向（Ｘ１）に積層され、
前記複数本のチューブ（４１）は、前記方向（Ｘ１）に積層された状態にて前記冷媒槽（３）の前記面（３ａ、３ｂ）に直接組み付けられ、
前記複数本のチューブ（４１）の内部通路の上部が前記複数の冷媒蒸気入口（３１）に直接接続されて、前記冷媒槽（３）内の前記冷媒蒸気が前記複数の冷媒蒸気入口（３１）から前記複数本のチューブ（４１）の個々に直接流入するようになっており、
一方、前記複数本のチューブ（４１）の下端部と前記複数の液冷媒出口（３２）との間に複数の還流通路（４５）が接続され、前記複数本のチューブ（４１）にて凝縮した液冷媒が前記複数の還流通路（４５）および前記複数の液冷媒出口（３２）を通して前記冷媒槽（３）へ流入するようになっており、
前記複数の還流通路（４５）が、前記冷媒蒸気流れ方向（Ｘ２）に対して前記冷媒蒸気流入方向（Ｘ３）に予め定めた第１角度（θ１）で傾斜していることを特徴とする沸騰冷却装置。
前記チューブ（４１）の内部には、前記チューブ（４１）内を複数の通路状に区画して、前記チューブ（４１）内の凝縮面積を増大する凝縮面積増大部材（４１０）が設けられており、
前記チューブ（４１）の内部において前記冷媒蒸気を凝縮させる凝縮通路（４１２）が前記凝縮面積増大部材（４１０）によって区画される複数の通路状部分により形成され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。
前記チューブ（４１）の内部において前記凝縮面積増大部材（４１０）の上部に前記冷媒槽（３）で沸騰した前記冷媒蒸気が前記冷媒蒸気入口（３１）から流れ込む蒸気通路（４１１）が形成され、
前記チューブ（４１）の内部において前記凝縮面積増大部材（４１０）の下部に前記凝縮通路（４１２）にて凝縮した液冷媒を前記液冷媒出口（３２）側へ向かって流す液冷媒通路（４１３）が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の沸騰冷却装置。
前記冷媒蒸気流れ方向（Ｘ２）が重力方向（Ｘ４）に対して前記冷媒蒸気流入方向（Ｘ３）に前記第１角度（θ１）以上の第２角度（θ２）で傾斜するように設置された際に、前記凝縮面積増大部材（４１０）によって形成された前記凝縮通路（４１２）を流れる前記冷媒の流通方向が、重力方向（Ｘ４）と一致していることを特徴とする請求項３または４に記載の沸騰冷却装置。