JP5252230B2 - Natural circulation boiling cooling system - Google Patents

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Description

本発明は、冷媒を用いて発熱体を冷却する自然循環式沸騰冷却装置に関するものである。   The present invention relates to a natural circulation boiling cooling device that cools a heating element using a refrigerant.

沸騰冷却装置は、液体冷媒が沸騰する際の潜熱を利用して発熱体を冷却する装置である。沸騰冷却装置には、その構造により液体冷媒を自然循環させるものがある。自然循環式沸騰冷却装置は、発熱体の発熱を液体冷媒に伝達し、液体冷媒を沸騰・蒸発させ、気化した冷媒蒸気を凝縮して再び液体冷媒に戻し、戻った液体冷媒が再び発熱体から受熱するというサイクルを、冷媒蒸気の上昇や液体冷媒の自重などを利用して自然に行わせるものである。自然循環式沸騰冷却装置は、例えば、特開平10−173115号公報(特許文献1)に記載されている。以下、明細書において、自然循環式沸騰冷却装置を単に「沸騰冷却装置」と略称する。   The boiling cooling device is a device that cools a heating element using latent heat when a liquid refrigerant boils. Some boiling cooling devices naturally circulate a liquid refrigerant depending on its structure. The natural circulation boiling cooling device transmits the heat generated by the heating element to the liquid refrigerant, causes the liquid refrigerant to boil and evaporate, condenses the vaporized refrigerant vapor, and returns it to the liquid refrigerant. The cycle of receiving heat is naturally performed by using the rise of the refrigerant vapor or the weight of the liquid refrigerant. A natural circulation boiling cooling device is described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-173115 (Patent Document 1). Hereinafter, in the specification, the natural circulation boiling cooling device is simply referred to as “boiling cooling device”.

特開平10−173115号公報JP-A-10-173115

ところで、沸騰冷却装置は、液体冷媒を収容する収容部を備えている。収容部内は、例えば上下に延びた仕切壁により、発熱体から受熱する液体冷媒が収容された沸騰通路と、沸騰通路に液体冷媒を供給する環流通路とに仕切られている。沸騰通路は、収容部の下部で環流通路と連通している。これにより、沸騰通路内の液体冷媒が沸騰により減少した際、自重により、環流通路内の液体冷媒が沸騰通路に流入し、自然循環が行われる。   By the way, the boiling cooling apparatus is provided with the accommodating part which accommodates a liquid refrigerant. The inside of the accommodating part is partitioned by a partition wall extending vertically, for example, into a boiling passage in which the liquid refrigerant that receives heat from the heating element is accommodated and a circulation passage that supplies the liquid refrigerant to the boiling passage. The boiling passage communicates with the reflux passage at the lower portion of the housing portion. Thereby, when the liquid refrigerant in the boiling passage decreases due to boiling, the liquid refrigerant in the circulation passage flows into the boiling passage by its own weight, and natural circulation is performed.

自然循環を利用した沸騰冷却装置において、この環流通路から沸騰通路への液体冷媒の流れは重要である。ここで、沸騰通路から環流通路に気泡(冷媒蒸気)が流入すると、この流れの妨げになり、沸騰通路への液体冷媒の供給が妨げられて冷却性能の低下につながる。従って、気泡が沸騰通路から環流通路に逆流することを防ぐ必要がある。   In the boiling cooling device using natural circulation, the flow of the liquid refrigerant from the circulation passage to the boiling passage is important. Here, when bubbles (refrigerant vapor) flow into the circulation passage from the boiling passage, this flow is hindered, and the supply of liquid refrigerant to the boiling passage is hindered, leading to a decrease in cooling performance. Therefore, it is necessary to prevent bubbles from flowing back from the boiling passage to the circulation passage.

また一方では、熱伝達効率の観点から、沸騰通路において、発熱体からの受熱を液体冷媒に伝える伝熱面と、伝熱面に対向する面(以下、対向面と称する)との離間距離をある程度小さくすることが求められている。しかし、当該離間距離を小さくすると、その分、気泡が沸騰通路の下方(環流通路との連通部分)に押し出される可能性も大きくなり、逆流を誘発する虞がある。   On the other hand, from the viewpoint of heat transfer efficiency, in the boiling passage, a separation distance between a heat transfer surface that transmits heat received from the heating element to the liquid refrigerant and a surface that faces the heat transfer surface (hereinafter referred to as an opposite surface) is set. There is a need to reduce it to some extent. However, when the separation distance is reduced, the possibility that the bubbles are pushed out below the boiling passage (the communication portion with the circulation passage) is increased, and there is a possibility that backflow is induced.

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、伝熱面と対向面との離間距離を所定距離に保つと共に、環流通路から沸騰通路への液体冷媒の流れを維持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。   The present invention has been made in view of such circumstances, and maintains the separation distance between the heat transfer surface and the facing surface at a predetermined distance, and also maintains the flow of the liquid refrigerant from the circulation passage to the boiling passage. It is an object of the present invention to provide a boiling cooling device capable of performing the above.

本発明の沸騰冷却装置は、内部に液体冷媒を収容する収容部を備え、収容部が、上下方向に延在し発熱体の熱を液体冷媒に伝える伝熱面と、収容部内空間を伝熱面と面する沸騰通路と環流通路とに仕切る第1壁部と、を有し、環流通路は沸騰通路の下部において沸騰通路と連通している自然循環式沸騰冷却装置であって、第1壁部との間に逃がし通路が形成された状態で、第1壁部と伝熱面との間に第2壁部が配置されていることを特徴とする。   The boiling cooling device of the present invention includes an accommodating portion that accommodates a liquid refrigerant therein, the accommodating portion extends in the vertical direction, and transfers heat in the accommodating portion space. A boiling wall passage facing the surface and a first wall portion partitioning into the reflux passage, the circulation passage being a natural circulation boiling cooling device communicating with the boiling passage at a lower portion of the boiling passage, The second wall portion is disposed between the first wall portion and the heat transfer surface in a state where the escape passage is formed between the first wall portion and the heat transfer surface.

本発明によれば、第2壁部により、熱伝達効率に影響しうる上記離間距離(伝熱面と対向面との距離)を所定距離に保つことができる。そして、逃がし通路が形成されていることで、沸騰通路で発生した気泡が下方に進んだ際、その気泡は、環流通路に流入する前に逃がし通路に流入し、上部出口から流出する。つまり、沸騰通路から環流通路への気泡の流入(すなわち逆流)を防ぎ、気泡による自然循環の阻害を防止することができる。このように、本発明によれば、逃がし通路を形成する第2壁部が第1壁部と伝熱面との間に配置されているため、伝熱面と対向面との離間距離を所定距離に保つと共に、環流通路から沸騰通路への液体冷媒の流れを維持することができる。   According to the present invention, the above-mentioned separation distance (distance between the heat transfer surface and the opposing surface) that can affect the heat transfer efficiency can be maintained at a predetermined distance by the second wall portion. Since the escape passage is formed, when the bubbles generated in the boiling passage advance downward, the bubbles flow into the escape passage before flowing into the circulation passage and flow out from the upper outlet. That is, it is possible to prevent bubbles from flowing from the boiling passage into the circulation passage (that is, reverse flow) and to prevent natural circulation from being inhibited by the bubbles. Thus, according to this invention, since the 2nd wall part which forms a relief channel | path is arrange | positioned between the 1st wall part and a heat-transfer surface, the separation distance of a heat-transfer surface and an opposing surface is predetermined. While maintaining the distance, the flow of the liquid refrigerant from the circulation passage to the boiling passage can be maintained.

ここで、第2壁部は、沸騰通路と逃がし通路とを連通する連通路を有することが好ましい。これにより、気泡が連通路を通って逃がし通路に流入できるため、さらに気泡の逆流を防ぐことができる。   Here, it is preferable that a 2nd wall part has a communicating path which connects a boiling path and an escape path. Thereby, since the bubbles can escape through the communication passage and flow into the passage, the backflow of the bubbles can be further prevented.

ここで、連通路を区画する上壁面は、沸騰通路側よりも逃がし通路側が上方となるように傾斜していることが好ましい。これにより、気泡が連通路内を逃がし通路側に進行し易くなり、効果的に気泡の逆流を防ぐことができる。   Here, it is preferable that the upper wall surface which divides the communication path is inclined so that the escape passage side is upward rather than the boiling passage side. Thereby, it becomes easy for bubbles to escape through the communication passage and advance toward the passage, and the backflow of bubbles can be effectively prevented.

また、第2壁部の下端面は、沸騰通路側よりも逃がし通路側が上方となるように傾斜していることが好ましい。これにより、気泡が逃がし通路に流入し易くなり、効果的に気泡の逆流を防ぐことができる。   Moreover, it is preferable that the lower end surface of the 2nd wall part inclines so that the escape passage side may become upper rather than the boiling passage side. Thereby, it becomes easy for bubbles to escape and flow into the passage, and the backflow of bubbles can be effectively prevented.

また、第1壁部の下端は、逃がし通路の下部入口より下方に位置することが好ましい。これにより、逃がし通路の下部入口に達した気泡は、第1壁部を越えることなく、逃がし通路に流入する。したがって、効果的に気泡の逆流を防ぐことができる。   Moreover, it is preferable that the lower end of the first wall portion is located below the lower entrance of the escape passage. Thereby, the bubble which reached the lower entrance of the escape passage flows into the escape passage without exceeding the first wall portion. Therefore, the backflow of bubbles can be effectively prevented.

ここで、逃がし通路の上部出口は、沸騰通路に開口していることが好ましい。これにより、逃がし通路に流入した気泡は、上昇して再び沸騰通路に流出する。したがって、気泡が環流通路内に入ることはなく、自然循環全体の流れが阻害されることも防ぐことができる。   Here, the upper outlet of the escape passage is preferably open to the boiling passage. As a result, the bubbles flowing into the escape passage rise and flow out again into the boiling passage. Therefore, bubbles do not enter the circulation passage, and the flow of the entire natural circulation can be prevented from being hindered.

また、本発明の沸騰冷却装置が、収容部の上方に配置され、前記沸騰通路および前記環流通路に連通し、前記沸騰通路から流入した沸騰冷媒を凝縮して液体冷媒に戻す凝縮室を有する凝縮部をさらに備える場合、逃がし通路の上部出口は、凝縮室に開口していてもよい。これにより、上記同様、自然循環全体の流れが阻害されることも防ぐことができる。また、逃がし通路に流入した気泡が直接凝縮室に流入するので、熱伝達効率も向上する。   Further, the boiling cooling device of the present invention is disposed above the accommodating portion, and is a condenser having a condensing chamber that communicates with the boiling passage and the circulation passage and condenses the boiling refrigerant flowing from the boiling passage and returns it to the liquid refrigerant. In the case of further including a section, the upper outlet of the escape passage may open to the condensing chamber. Thereby, like the above, it can also prevent that the flow of the whole natural circulation is inhibited. In addition, since the air bubbles flowing into the escape passage directly flow into the condensing chamber, the heat transfer efficiency is also improved.

なお、本発明における第1壁部と第2壁部は、一体的に形成されていてもよく、この場合、第2壁部は、上下方向に延びる逃がし通路を区画するように第1壁部から延在している。これによっても、上記同様の効果が発揮される。   In addition, the 1st wall part and 2nd wall part in this invention may be formed integrally, and in this case, the 2nd wall part is the 1st wall part so that the escape passage extended in an up-down direction may be divided. Extends from. This also exhibits the same effect as described above.

本発明の沸騰冷却装置によれば、伝熱面と対向面との離間距離を所定距離に保つと共に、環流通路から沸騰通路への液体冷媒の流れを維持することができる。   According to the boiling cooling device of the present invention, the separation distance between the heat transfer surface and the facing surface can be maintained at a predetermined distance, and the flow of the liquid refrigerant from the circulation passage to the boiling passage can be maintained.

第一実施形態に係る沸騰冷却装置を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the boiling cooling device which concerns on 1st embodiment. 第一実施形態に係る沸騰冷却装置を示す正面図である。It is a front view which shows the boiling cooling device which concerns on 1st embodiment. 第二実施形態に係る沸騰冷却装置を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the boiling cooling device which concerns on 2nd embodiment. その他の実施形態に係る沸騰冷却装置を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the boiling cooling device which concerns on other embodiment. その他の実施形態に係る第2壁部を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the 2nd wall part which concerns on other embodiment. その他の実施形態に係る第2壁部を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the 2nd wall part which concerns on other embodiment. その他の実施形態に係る沸騰冷却装置を示す横断面図である。It is a cross-sectional view which shows the boiling cooling device which concerns on other embodiment. その他の実施形態に係る沸騰冷却装置を示す横断面図である。It is a cross-sectional view which shows the boiling cooling device which concerns on other embodiment. その他の実施形態に係る第2壁部を示す正面図である。It is a front view which shows the 2nd wall part which concerns on other embodiment.

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。   Next, the present invention will be described in more detail with reference to embodiments.

<第一実施形態>
第一実施形態の沸騰冷却装置1について、図1および図2を参照して説明する。図1は、沸騰冷却装置1を示す縦断面図である。図2は、沸騰冷却装置1を示す正面図である。
<First embodiment>
A boiling cooling device 1 according to a first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a boiling cooling device 1. FIG. 2 is a front view showing the boiling cooling device 1.

図1に示すように、沸騰冷却装置1は、収容部2と、凝縮部3と、を備えている。収容部2は、内部に液体冷媒(例えば水、アルコール、フロン等)を収容する略直方体形状の金属容器である。収容部2は、内部に、伝熱面21と、第1壁部22と、第2壁部23と、を有している。伝熱面21は、上下方向に延在し発熱体Zの熱を液体冷媒に伝える部位である。伝熱面21は、後述する沸騰通路Aに面しており、発熱体Zの位置に対応した収容部2の内側面である。ここでは、発熱体Zの熱が収容部2の側壁を伝わることを考慮して、図1の点線に示すように、発熱体Zから約45度の角度で拡幅した範囲を伝熱面21としている。なお、発熱体Zは、収容部2に取り付けられる、例えば半導体素子等を含んだパワーモジュールなどである。図2に示すように、ここでは、複数の発熱体Zが収容部2の側壁に取り付けられている。液体冷媒の液面は、沸騰冷却装置1停止時に、収容部2内で上部に位置している。   As shown in FIG. 1, the boiling cooling device 1 includes a storage unit 2 and a condensing unit 3. The accommodating portion 2 is a substantially rectangular parallelepiped metal container that accommodates a liquid refrigerant (for example, water, alcohol, chlorofluorocarbon, etc.) therein. The accommodating part 2 has the heat-transfer surface 21, the 1st wall part 22, and the 2nd wall part 23 inside. The heat transfer surface 21 is a part that extends in the vertical direction and transfers the heat of the heating element Z to the liquid refrigerant. The heat transfer surface 21 faces a boiling passage A, which will be described later, and is the inner side surface of the housing portion 2 corresponding to the position of the heating element Z. Here, considering that the heat of the heating element Z is transmitted through the side wall of the housing portion 2, a range widened at an angle of about 45 degrees from the heating element Z as the heat transfer surface 21 as shown by the dotted line in FIG. Yes. The heating element Z is a power module or the like that is attached to the housing portion 2 and includes, for example, a semiconductor element. As shown in FIG. 2, here, a plurality of heating elements Z are attached to the side wall of the housing portion 2. The liquid level of the liquid refrigerant is located in the upper part in the housing part 2 when the boiling cooling device 1 is stopped.

第1壁部22は、板状部材であって、収容部2内において収容部2の側壁に平行に配置されている。第1壁部22は、収容部2の内部空間を沸騰通路Aと環流通路Bとに仕切っている。第1壁部22は、収容部2内側面に接合されているが、収容部2の内底面には接合されていない。このため、沸騰通路Aと環流通路Bとは下方で連通している。   The first wall portion 22 is a plate-like member, and is disposed in the housing portion 2 in parallel with the side wall of the housing portion 2. The first wall portion 22 partitions the internal space of the housing portion 2 into a boiling passage A and a reflux passage B. The first wall portion 22 is joined to the inner side surface of the housing portion 2, but is not joined to the inner bottom surface of the housing portion 2. For this reason, the boiling passage A and the circulation passage B communicate with each other on the lower side.

沸騰通路Aは、収容部2の内側面、内底面、および、第1壁部22で囲まれた空間であって、伝熱面21側(図1における左側)の領域である。沸騰通路Aは、上下方向に延在し、上端で凝縮部3の凝縮室31と連通し、下端で環流通路Bに連通している。沸騰通路Aは、伝熱面21からの受熱により液体冷媒を沸騰させ、冷媒蒸気を凝縮室31に流出させる。   The boiling passage A is a space surrounded by the inner side surface, the inner bottom surface, and the first wall portion 22 of the accommodating portion 2, and is a region on the heat transfer surface 21 side (left side in FIG. 1). The boiling passage A extends in the vertical direction, communicates with the condensing chamber 31 of the condensing unit 3 at the upper end, and communicates with the reflux passage B at the lower end. The boiling passage A causes the liquid refrigerant to boil by receiving heat from the heat transfer surface 21, and causes the refrigerant vapor to flow out to the condensation chamber 31.

環流通路Bは、収容部2の内側面、内底面、および、第1壁部22で囲まれた空間であって、伝熱面21がない側(図1における右側)の領域である。環流通路Bは、上下方向に延在し、上端で凝縮室31と連通し、下端で沸騰通路Aに連通している。環流通路Bは、上端から凝縮部3で凝縮された液体冷媒が流入し、下端から沸騰通路Aに液体冷媒を供給する。つまり、液体冷媒は、自重により環流通路Bから沸騰通路Aに向かって流れる。   The circulation passage B is a space surrounded by the inner side surface, the inner bottom surface, and the first wall portion 22 of the housing portion 2 and is a region on the side (the right side in FIG. 1) without the heat transfer surface 21. The circulation passage B extends in the vertical direction, communicates with the condensation chamber 31 at the upper end, and communicates with the boiling passage A at the lower end. In the circulation passage B, the liquid refrigerant condensed in the condensing unit 3 flows from the upper end, and supplies the liquid refrigerant to the boiling passage A from the lower end. That is, the liquid refrigerant flows from the circulation passage B toward the boiling passage A by its own weight.

第2壁部23は、板状部材であって、伝熱面21と第1壁部22との間に互いに離間して配置されている。第2壁部23は、伝熱面21に対向する位置で、伝熱面21に平行に配置されている。第2壁部23の上下方向の長さは、第1壁部22よりも小さく、伝熱面21と同等か若干大きい。第2壁部23は、第1壁部22同様、収容部2の内側面に接合されている。第2壁部23は、沸騰通路Aにおける伝熱面21とその対向面との離間距離を規定している。つまり、第2壁部23により、当該離間距離を所定距離に保つことができる。ここでの離間距離は、熱伝達効率の観点から、約1〜3mmに設定される。   The second wall portion 23 is a plate-like member, and is disposed apart from each other between the heat transfer surface 21 and the first wall portion 22. The second wall portion 23 is disposed in parallel to the heat transfer surface 21 at a position facing the heat transfer surface 21. The length of the second wall portion 23 in the vertical direction is smaller than that of the first wall portion 22 and is equal to or slightly larger than that of the heat transfer surface 21. Similar to the first wall portion 22, the second wall portion 23 is joined to the inner surface of the housing portion 2. The second wall portion 23 defines a separation distance between the heat transfer surface 21 in the boiling passage A and its opposing surface. That is, the second wall portion 23 can maintain the separation distance at a predetermined distance. The separation distance here is set to about 1 to 3 mm from the viewpoint of heat transfer efficiency.

第2壁部23と第1壁部22が離間して配置されることで、両者間には逃がし通路Cが形成されている。逃がし通路Cは、第1壁部22、第2壁部23、および、収容部2の内側面で囲まれた空間である。つまり、沸騰通路A内に逃がし通路Cが形成されている。逃がし通路Cは、上下方向に延在し、下端である下部入口および上端である上部出口がそれぞれ沸騰通路Aに開口している。   Since the second wall portion 23 and the first wall portion 22 are arranged apart from each other, an escape passage C is formed between them. The escape passage C is a space surrounded by the first wall portion 22, the second wall portion 23, and the inner surface of the accommodating portion 2. That is, the escape passage C is formed in the boiling passage A. The escape passage C extends in the vertical direction, and a lower inlet which is a lower end and an upper outlet which is an upper end are open to the boiling passage A.

凝縮部3は、収容部2の上方に配置され、沸騰通路Aから流入した冷媒蒸気を凝縮して液体冷媒に戻すものである。凝縮部3は、内部空間である凝縮室31と、冷却管32と、を備えている。凝縮室31は、略直方体形状の空間であって、沸騰通路Aおよび環流通路Bにそれぞれ連通している。凝縮室31には、沸騰通路Aから冷媒蒸気が流入する。   The condensing part 3 is arrange | positioned above the accommodating part 2, and condenses the refrigerant | coolant vapor | steam which flowed in from the boiling channel | path A, and returns it to a liquid refrigerant. The condensing unit 3 includes a condensing chamber 31 that is an internal space and a cooling pipe 32. The condensation chamber 31 is a substantially rectangular parallelepiped space, and communicates with the boiling passage A and the circulation passage B, respectively. Refrigerant vapor flows from the boiling passage A into the condensing chamber 31.

冷却管32は、内部に冷却流体が環流するパイプであり、図2に示すように、凝縮部3を貫いて配置されている。冷却流体は、気体でも液体でもよく、ここでは冷水を用いている。冷却管32は、外部で放熱器や循環ポンプ等に接続されている。冷却管32は、凝縮室31を冷却し、凝縮室31内の冷媒蒸気を凝縮させる。凝縮した液体冷媒は、環流通路Bに流入し、その後沸騰通路Aに環流する。   The cooling pipe 32 is a pipe through which the cooling fluid circulates, and is disposed through the condensing unit 3 as shown in FIG. The cooling fluid may be gas or liquid, and cold water is used here. The cooling pipe 32 is externally connected to a radiator, a circulation pump, or the like. The cooling pipe 32 cools the condensation chamber 31 and condenses the refrigerant vapor in the condensation chamber 31. The condensed liquid refrigerant flows into the circulation passage B and then circulates into the boiling passage A.

ここで、沸騰冷却装置1の作用効果について説明する。伝熱面21から受熱した液体冷媒は、伝熱面21表面で沸騰し、気泡(冷媒蒸気)となる。気泡は、沸騰通路Aを通って上昇し、凝縮室31に導出される。ここで、例えば、発熱量が大きいことにより大量の気泡が発生した場合、気泡は、伝熱面21と第2壁部23との間に密集し、上昇しにくい状況となる。従来、このような状況で、気泡が発生し続けると、気泡は下方に押し出され、環流通路Bにまで逆流してしまう虞があった。しかし、沸騰冷却装置1では、逃がし通路Cがあるため、上記のような状況でも気泡の環流通路Bへの逆流を防ぐことができる。   Here, the effect of the boiling cooling device 1 is demonstrated. The liquid refrigerant received from the heat transfer surface 21 boils on the surface of the heat transfer surface 21 and becomes bubbles (refrigerant vapor). The bubbles rise through the boiling passage A and are led out to the condensation chamber 31. Here, for example, when a large amount of bubbles are generated due to a large amount of heat generation, the bubbles are concentrated between the heat transfer surface 21 and the second wall portion 23 and are not likely to rise. Conventionally, if bubbles continue to be generated in such a situation, the bubbles are pushed downward and may flow back to the circulation passage B. However, since the boiling cooling device 1 has the escape passage C, it is possible to prevent bubbles from flowing back to the circulation passage B even in the above situation.

沸騰通路Aで下方に押し出された気泡は、逃がし通路Cの下部入口が沸騰通路Aに開口しているため、環流通路Bの前に逃がし通路Cの下部入口に流入する。逃がし通路Cに流入した気泡は、逃がし通路Cを通って上昇し、上部出口から再び沸騰通路Aに流入する。従って、気泡が、環流通路Bの入口(沸騰通路Aと環流通路Bとの連通部分)から環流通路Bに流入することが防がれ、環流通路Bから沸騰通路Aへの流れが維持される。   The bubbles pushed downward in the boiling passage A flow into the lower inlet of the escape passage C before the circulating passage B because the lower entrance of the escape passage C opens to the boiling passage A. Bubbles that flow into the escape passage C rise through the escape passage C and flow into the boiling passage A again from the upper outlet. Accordingly, bubbles are prevented from flowing into the circulation passage B from the inlet of the circulation passage B (the communication portion between the boiling passage A and the circulation passage B), and the flow from the circulation passage B to the boiling passage A is maintained. .

さらに、逃がし通路Cの上部出口が沸騰通路Aに開口しているため、気泡は、環流通路B内に流入せず、環流通路B内における液体冷媒の上方から下方への流れを阻害することはない。逃がし通路Cの上部出口が環流通路B以外に開口していることで、環流通路B内の液体冷媒の流れ(上端→下端)も維持することができる。   Furthermore, since the upper outlet of the escape passage C is open to the boiling passage A, the bubbles do not flow into the circulation passage B, and the flow of liquid refrigerant in the circulation passage B is obstructed from flowing downward. Absent. Since the upper outlet of the escape passage C is opened in addition to the circulation passage B, the flow of the liquid refrigerant in the circulation passage B (upper end → lower end) can also be maintained.

また、第1壁部22の下端が逃がし通路Cの下部入口(第2壁部23の下端位置)よりも下方に位置しているため、気泡がより環流通路Bに流入しにくく、気泡の環流通路Bへの逆流を防ぐことができる。   Further, since the lower end of the first wall portion 22 is located below the lower entrance of the escape passage C (lower end position of the second wall portion 23), the bubbles are less likely to flow into the circulation passage B, and Backflow to the passage B can be prevented.

<第二実施形態>
第二実施形態の沸騰冷却装置10について、図3を参照して説明する。図3は、沸騰冷却装置10を示す縦断面図である。第二実施形態において、第一実施形態と同じ名称のものは、同じ機能を有するため、主に配置・形状の異なる部分について説明する。
<Second embodiment>
The boiling cooling apparatus 10 of 2nd embodiment is demonstrated with reference to FIG. FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing the boiling cooling device 10. In the second embodiment, parts having the same names as those in the first embodiment have the same functions, and therefore, the portions having different arrangements and shapes will be mainly described.

沸騰冷却装置10は、収容部20と、凝縮部30と、を備えている。収容部20は、上部が拡幅した略T字形状となっている。収容部20は、伝熱面211、212と、第1壁部221、222と、第2壁部231、232と、を備えている。   The boiling cooling device 10 includes a storage unit 20 and a condensing unit 30. The accommodating part 20 is substantially T-shaped with the upper part widened. The accommodating portion 20 includes heat transfer surfaces 211 and 212, first wall portions 221 and 222, and second wall portions 231 and 232.

伝熱面211、212は、発熱体Z1、Z2に対応し、収容部20において互いに対向位置にある内側面(図3の左右)にそれぞれ配置されている。発熱体Z1、Z2は、第一実施形態同様、収容部20の側壁に複数取り付けられる。この収容部20の側壁は、伝熱面211、212を含む部位が取外し可能な板部材Yとなっている。このため、伝熱面211、212周囲の側壁には、漏れ防止のシール部材Xが埋め込まれている。   The heat transfer surfaces 211 and 212 correspond to the heating elements Z1 and Z2, and are respectively disposed on the inner side surfaces (left and right in FIG. 3) that are opposite to each other in the housing portion 20. A plurality of heating elements Z1 and Z2 are attached to the side wall of the accommodating portion 20 as in the first embodiment. The side wall of the housing portion 20 is a plate member Y from which a portion including the heat transfer surfaces 211 and 212 can be removed. For this reason, a leakage preventing seal member X is embedded in the side walls around the heat transfer surfaces 211 and 212.

第1壁部221(222)は、収容部20内で沸騰通路A1(沸騰通路A2)と環流通路Bとを仕切っている。この第1壁部221、222は、収容部20の上部拡幅部20aにおいて、当該拡幅方向に屈折している。つまり、第1壁部221は、上部が図3の左方に屈折し、第1壁部222は、上部が図3の右方に屈折している。これにより、環流通路B上部が凝縮部30に向けて拡幅した形状となり、凝縮部30から滴下する液体冷媒を効率よく環流通路Bに流入させることができる。   The first wall portion 221 (222) partitions the boiling passage A1 (boiling passage A2) and the circulation passage B in the accommodating portion 20. The first wall portions 221 and 222 are refracted in the widening direction in the upper widened portion 20 a of the housing portion 20. That is, the upper portion of the first wall portion 221 is refracted leftward in FIG. 3, and the upper portion of the first wall portion 222 is refracted rightward in FIG. As a result, the upper part of the circulation passage B is widened toward the condensing unit 30, and the liquid refrigerant dripped from the condensing unit 30 can be efficiently introduced into the circulation passage B.

沸騰通路A1は、伝熱面211に面しており、収容部2の内側面、内底面、および、第1壁部221で囲まれた空間である。沸騰通路A2は、伝熱面212に面しており、収容部2の内側面、内底面、および、第1壁部222で囲まれた空間である。沸騰通路A1(A2)は、シール部材Xの埋め込み等により、伝熱面211(212)に対応する位置が凸状に拡幅した凸状拡幅部A1a(A2a)を有している。環流通路Bは、収容部2の内側面、内底面、および、第1壁部221、222で囲まれた空間である。沸騰通路A1、A2、および、環流通路Bは、収容部20の下部で連通している。   The boiling passage A <b> 1 faces the heat transfer surface 211 and is a space surrounded by the inner side surface, the inner bottom surface, and the first wall portion 221 of the housing portion 2. The boiling passage A <b> 2 faces the heat transfer surface 212 and is a space surrounded by the inner side surface, the inner bottom surface, and the first wall portion 222 of the housing portion 2. The boiling passage A1 (A2) has a convex widened portion A1a (A2a) in which a position corresponding to the heat transfer surface 211 (212) is widened in a convex shape by embedding the sealing member X or the like. The circulation passage B is a space surrounded by the inner side surface, the inner bottom surface, and the first wall portions 221 and 222 of the housing portion 2. The boiling passages A <b> 1 and A <b> 2 and the circulation passage B are in communication with each other at the lower part of the housing portion 20.

第2壁部231(232)は、伝熱面211(212)と第1壁部221(222)との間に互いに離間して配置されている。第2壁部231(232)は、沸騰通路A1(A2)の凸状拡幅部A1a(A2a)に、伝熱面211(212)と平行に配置されている。第2壁部231(232)と伝熱面211(212)の離間距離は、約2〜3mmである。このように、シール部材等によって沸騰通路に凹凸がある場合でも、第2壁部により伝熱面と対向面の離間距離を所定距離に規定することができる。   The 2nd wall part 231 (232) is mutually spaced apart and arrange | positioned between the heat-transfer surface 211 (212) and the 1st wall part 221 (222). The second wall portion 231 (232) is disposed parallel to the heat transfer surface 211 (212) in the convex widened portion A1a (A2a) of the boiling passage A1 (A2). The separation distance between the second wall portion 231 (232) and the heat transfer surface 211 (212) is about 2 to 3 mm. Thus, even when the boiling passage is uneven due to the seal member or the like, the separation distance between the heat transfer surface and the facing surface can be defined as a predetermined distance by the second wall portion.

第2壁部231(232)と第1壁部221(222)との間には、逃がし通路C1(C2)が形成されている。逃がし通路C1(C2)は、上下方向に延在し、下部入口が沸騰通路A1(A2)に開口し、上部出口も沸騰通路A1(A2)に開口している。逃がし通路C1(C2)の下部入口は、第1壁部221(222)の下端よりも上方に位置している。   An escape passage C1 (C2) is formed between the second wall portion 231 (232) and the first wall portion 221 (222). The escape passage C1 (C2) extends in the vertical direction, the lower inlet opens to the boiling passage A1 (A2), and the upper outlet also opens to the boiling passage A1 (A2). The lower entrance of the escape passage C1 (C2) is located above the lower end of the first wall portion 221 (222).

なお、第2壁部231の上部は、面取りされており、伝熱面211側より逃がし通路C1側のほうが上方になるように傾斜した傾斜案内部231aとなっている。これにより、凸状拡幅部A1aから沸騰通路Aに気泡が向かい易くなる。第2壁部232の上部にも同様の傾斜案内部232aが形成されている。傾斜案内部231a、232aは、曲面であっても平面であってもよい。また、逃がし通路C1(C2)は、垂直上方が沸騰通路A1(A2)となっており、気泡を妨げなく沸騰通路A1(A2)に戻すことができる。   In addition, the upper part of the 2nd wall part 231 is chamfered, and is the inclination guide part 231a which inclined so that the escape passage C1 side might become upward from the heat-transfer surface 211 side. Thereby, it becomes easy for a bubble to face the boiling passage A from the convex widened portion A1a. A similar inclined guide portion 232 a is also formed on the upper portion of the second wall portion 232. The inclined guide portions 231a and 232a may be curved surfaces or flat surfaces. The escape passage C1 (C2) has a boiling passage A1 (A2) in the vertical upper direction, and can return to the boiling passage A1 (A2) without hindering the bubbles.

凝縮部30は、収容部20の上方に配置され、凝縮室31と、複数の冷却管32と、を有している。凝縮室31は、沸騰通路A1、A2、および、還流通路Bと連通している。   The condensing unit 30 is disposed above the housing unit 20 and includes a condensing chamber 31 and a plurality of cooling pipes 32. The condensation chamber 31 communicates with the boiling passages A1 and A2 and the reflux passage B.

ここで、沸騰冷却装置10の作用効果について説明する。発熱体Z1(Z2)からの受熱により沸騰通路A1(A2)内の液体冷媒が沸騰し、気泡となって上昇して凝縮部30の凝縮室31に流入する。この冷媒蒸気は、凝縮室31で凝縮されて液体冷媒に戻り、拡幅した還流通路Bに滴下する。還流通路Bは、下方で連通した沸騰通路A1、A2に液体冷媒を供給する。ここで、第一実施形態同様、沸騰通路A1(A2)において、気泡が下方に押し出された場合、当該気泡は、還流通路Bに入り込むことなく、その手前の逃がし通路C1(C2)に流入し、逃がし通路C1(C2)内を上昇し、上部出口から再び沸騰通路A1(A2)に戻る。従って、下方に押し出された気泡は、還流通路Bに逆流することなく、還流通路Bから沸騰通路A1、A2への液体冷媒の流れを阻害しない。つまり、自然循環を効果的に維持することができる。   Here, the effect of the boiling cooling device 10 is demonstrated. The liquid refrigerant in the boiling passage A1 (A2) boils by receiving heat from the heating element Z1 (Z2), rises as bubbles, and flows into the condensing chamber 31 of the condensing unit 30. This refrigerant vapor is condensed in the condensing chamber 31, returns to the liquid refrigerant, and drops into the widened reflux passage B. The reflux passage B supplies the liquid refrigerant to the boiling passages A1 and A2 that communicate with each other below. Here, as in the first embodiment, when bubbles are pushed downward in the boiling passage A1 (A2), the bubbles flow into the escape passage C1 (C2) in front of the reflux passage B without entering the reflux passage B. Ascend in the escape passage C1 (C2) and return to the boiling passage A1 (A2) from the upper outlet again. Accordingly, the bubbles pushed downward do not flow back into the reflux passage B and do not hinder the flow of the liquid refrigerant from the reflux passage B to the boiling passages A1 and A2. That is, natural circulation can be effectively maintained.

また、第二実施形態では、沸騰通路に凸状拡幅部があるため、沸騰通路下方において気泡が環流通路に向かい易くなるが、逃がし通路により気泡が逃がされる。つまり、本発明は、凸状拡幅部があるような沸騰通路をもつ場合に特に有効である。   Moreover, in 2nd embodiment, since a convex wide part is in a boiling channel | path, although it becomes easy for a bubble to go to a reflux channel below a boiling channel | path, a bubble is escaped by an escape channel | path. That is, the present invention is particularly effective when the boiling passage has a convex widened portion.

<その他の実施形態>
図4に示すように、逃がし通路Cの上部出口は、凝縮室31に開口してもよい。これにより、逃がし通路Cに流入した気泡を直接凝縮室31に導出することができ、自然循環を維持すると共に、熱伝達効率を向上させることができる。
<Other embodiments>
As shown in FIG. 4, the upper outlet of the escape passage C may open to the condensation chamber 31. Thereby, the air bubbles flowing into the escape passage C can be directly led out to the condensing chamber 31, and natural circulation can be maintained and heat transfer efficiency can be improved.

また、図5に示すように、第二実施形態の第2壁部231を例に、第2壁部231は、伝熱面211に面する沸騰通路A1から逃がし通路C1にまで連通した連通路Dを有してもよい。これにより、伝熱面211付近の気泡は、下方に押し出される前に連通路Dを通って逃がし通路C1に流入する。従って、気泡の環流通路Bへの逆流を防ぐことができる。   Further, as shown in FIG. 5, taking the second wall portion 231 of the second embodiment as an example, the second wall portion 231 communicates from the boiling passage A1 facing the heat transfer surface 211 to the escape passage C1. D may be included. Thereby, bubbles near the heat transfer surface 211 escape through the communication path D and flow into the path C1 before being pushed downward. Therefore, the backflow of bubbles to the circulation path B can be prevented.

さらに、図5に示すように、連通路Dを区画する上壁面は、沸騰通路A1側よりも逃がし通路C1側のほうが上方となるように傾斜していてもよい。これにより、連通路Dに流入した気泡が、沸騰通路A1から逃がし通路C1に向かい易くなり、さらに上記逆流を防ぐことができる。なお、連通路Dの上下方向の位置は、下方であるよりも上方であるほうが好ましい。上方側に位置することで、伝熱面211付近の気泡の上昇を促し、気泡の下方への押し出しを防ぐことで、上記逆流を防ぐことができる。連通路Dは、第2壁部231に複数形成されてもよい。また、連通路Dは、孔であってもよい。   Furthermore, as shown in FIG. 5, the upper wall surface that defines the communication path D may be inclined such that the escape passage C1 side is higher than the boiling passage A1 side. As a result, the air bubbles flowing into the communication passage D can easily escape from the boiling passage A1 and go to the passage C1, and further prevent the backflow. In addition, it is more preferable that the position of the communicating path D in the vertical direction is on the upper side than on the lower side. By being positioned on the upper side, the bubbles in the vicinity of the heat transfer surface 211 are encouraged to rise, and by preventing the bubbles from being pushed downward, the backflow can be prevented. A plurality of communication paths D may be formed in the second wall portion 231. Further, the communication path D may be a hole.

また、図6に示すように、第2壁部231の下端面は、沸騰通路A側よりも逃がし通路C側が上方となるように傾斜していてもよい。これにより、下方に押し出された気泡の逃がし通路Cへの流入が促され、上記逆流をさらに防ぐことができる。なお、第2壁部23、232にも同様に適用できる。   Moreover, as shown in FIG. 6, the lower end surface of the 2nd wall part 231 may incline so that the escape channel | path C side may escape from the boiling channel | path A side. As a result, the bubbles pushed downward are encouraged to flow into the escape passage C, and the backflow can be further prevented. Note that the second wall portions 23 and 232 can be similarly applied.

図7は、その他の実施形態にかかる沸騰冷却装置を示す横断面図である。図7は、上方から見た横断面図であり、発熱体Zが1つの場合を例示している。図7に示すように、第1壁部22と第2壁部23とは、一体的に形成されており、第2壁部23は、上下方向に延びる逃がし通路Cを区画するように第1壁部22から延在していてもよい。逃がし通路Cは、一体形成された壁部を上下方向に貫通した通路となる。また、図8に示すように、逃がし通路Cは、壁部に複数形成されていてもよい。これらによっても第一および第二実施形態同様の効果が発揮される。   FIG. 7 is a cross-sectional view showing a boil cooling device according to another embodiment. FIG. 7 is a cross-sectional view as viewed from above, and illustrates a case where the number of heating elements Z is one. As shown in FIG. 7, the first wall portion 22 and the second wall portion 23 are integrally formed, and the second wall portion 23 defines the escape passage C extending in the vertical direction. It may extend from the wall 22. The escape passage C is a passage that penetrates the integrally formed wall portion in the vertical direction. Further, as shown in FIG. 8, a plurality of escape passages C may be formed in the wall portion. Also by these, the same effect as the first and second embodiments is exhibited.

また、逃がし通路Cは、上部および下部だけでなく、第2壁部23の周囲全体に亘って開口していてもよい。例えば、図9に示すように、第2壁部23の横幅を第1壁部22よりも小さくして、第2壁部23の側面と収容部2の内側面との間に隙間を形成してもよい。この場合、第2壁部23の保持は、例えば、第2壁部23の第1壁部22側に対向する表面に第1壁部22に向けて突起した凸状部分(点線参照)を形成し、当該凸状部分の先端と第1壁部22とを接合することで実現できる。これにより、第2壁部23は第1壁部22に保持され、逃がし通路Cは、下部入口および上部出口に加えて第2壁部23の側面方向にも開口を有する。これによって、上記同様の効果が発揮され、さらに側面方向からも気泡の流入が可能となる。なお、第2壁部23の保持は、上記に限られず、例えば、第2壁部23の側面から突起した凸状部分と収容部2の内側面とを接合して実現してもよい。   Further, the escape passage C may be opened not only at the upper part and the lower part but over the entire periphery of the second wall part 23. For example, as shown in FIG. 9, the width of the second wall portion 23 is made smaller than that of the first wall portion 22, and a gap is formed between the side surface of the second wall portion 23 and the inner side surface of the housing portion 2. May be. In this case, the holding of the second wall portion 23 forms, for example, a convex portion (see the dotted line) protruding toward the first wall portion 22 on the surface of the second wall portion 23 facing the first wall portion 22 side. And it can implement | achieve by joining the front-end | tip of the said convex-shaped part, and the 1st wall part 22. FIG. Thereby, the 2nd wall part 23 is hold | maintained at the 1st wall part 22, and the escape channel | path C has an opening also in the side surface direction of the 2nd wall part 23 in addition to a lower entrance and an upper exit. As a result, the same effect as described above is exhibited, and bubbles can also flow in from the side surface direction. The holding of the second wall portion 23 is not limited to the above, and may be realized by, for example, joining the convex portion protruding from the side surface of the second wall portion 23 and the inner side surface of the accommodating portion 2.

以上、これらその他の実施形態は、それぞれ組み合わせてもよく、第一および第二実施形態のいずれにも適用可能である。なお、凝縮部3、30は、冷媒蒸気を凝縮するものであればよく、例えば、フィンやラジエータを用いて直接凝縮室を冷却する空冷式であってもよい。   As described above, these other embodiments may be combined, and can be applied to both the first and second embodiments. The condensing units 3 and 30 may be any one that condenses the refrigerant vapor, and may be, for example, an air-cooled type that directly cools the condensing chamber using fins or a radiator.

1、10:沸騰冷却装置、
2、20:収容部、 21、211、212:伝熱面、
22、221、222:第1壁部、 23、231、232:第2壁部、
3、30:凝縮部、 31:凝縮室、 32:冷却管、
A、A1、A2:沸騰通路、 B:環流通路、 C、C1、C2:逃がし通路、
D:連通路、 Z、Z1、Z2:発熱体
1, 10: Boiling cooling device,
2, 20: accommodating portion, 21, 211, 212: heat transfer surface,
22, 221 and 222: the first wall, 23, 231 and 232: the second wall,
3, 30: condensing part, 31: condensing chamber, 32: cooling pipe,
A, A1, A2: Boiling passage, B: Circulation passage, C, C1, C2: Escape passage,
D: Communication path, Z, Z1, Z2: Heating element

Claims (8)

内部に液体冷媒を収容する収容部を備え、
前記収容部が、
上下方向に延在し発熱体の熱を液体冷媒に伝える伝熱面と、
前記収容部内空間を前記伝熱面と面する沸騰通路と環流通路とに仕切る第1壁部と、
を有し、
前記環流通路は前記沸騰通路の下部において前記沸騰通路と連通している自然循環式沸騰冷却装置であって、
前記第1壁部との間に逃がし通路が形成された状態で、前記第1壁部と前記伝熱面との間に第2壁部が配置されていることを特徴とする自然循環式沸騰冷却装置。
It has an accommodating part for accommodating a liquid refrigerant inside,
The accommodating portion is
A heat transfer surface that extends in the vertical direction and transfers the heat of the heating element to the liquid refrigerant;
A first wall that divides the internal space of the housing into a boiling passage and a reflux passage facing the heat transfer surface;
Have
The recirculation passage is a natural circulation boiling cooling device in communication with the boiling passage at a lower portion of the boiling passage,
A natural circulation boiling method, wherein a second wall portion is disposed between the first wall portion and the heat transfer surface in a state in which an escape passage is formed between the first wall portion and the first wall portion. Cooling system.
前記第2壁部は、前記沸騰通路と前記逃がし通路とを連通する連通路を有する請求項1に記載の自然循環式沸騰冷却装置。   2. The natural circulation boiling cooling device according to claim 1, wherein the second wall portion includes a communication passage that communicates the boiling passage and the escape passage. 前記連通路を区画する上壁面は、前記沸騰通路側よりも前記逃がし通路側が上方となるように傾斜している請求項2に記載の自然循環式沸騰冷却装置。   The natural circulation boiling cooling device according to claim 2, wherein an upper wall surface defining the communication passage is inclined so that the escape passage side is higher than the boiling passage side. 前記第2壁部の下端面は、前記沸騰通路側よりも前記逃がし通路側が上方となるように傾斜している請求項1〜3の何れか一項に記載の自然循環式沸騰冷却装置。   The natural circulation boiling cooling device according to any one of claims 1 to 3, wherein a lower end surface of the second wall portion is inclined such that the escape passage side is higher than the boiling passage side. 前記第1壁部の下端は、前記逃がし通路の下部入口より下方に位置する請求項1〜4の何れか一項に記載の自然循環式沸騰冷却装置。   The natural circulation boiling cooling device according to any one of claims 1 to 4, wherein a lower end of the first wall portion is positioned below a lower entrance of the escape passage. 前記逃がし通路の上部出口は、前記沸騰通路に開口している請求項1〜5の何れか一項に記載の自然循環式沸騰冷却装置。   The natural circulation boiling cooling device according to any one of claims 1 to 5, wherein an upper outlet of the escape passage is open to the boiling passage. 前記収容部の上方に配置され、前記沸騰通路および前記環流通路に連通し、前記沸騰通路から流入した冷媒蒸気を凝縮して液体冷媒に戻す凝縮室を有する凝縮部をさらに備え、
前記逃がし通路の上部出口は、前記凝縮室に開口している請求項1〜5の何れか一項に記載の自然循環式沸騰冷却装置。
Further comprising a condensing part that is disposed above the housing part, communicates with the boiling passage and the circulation passage, and has a condensing chamber for condensing the refrigerant vapor flowing from the boiling passage and returning it to the liquid refrigerant,
The natural circulation boiling cooling device according to any one of claims 1 to 5, wherein an upper outlet of the escape passage is open to the condensing chamber.
前記第1壁部と前記第2壁部とは、一体的に形成されており、
前記第2壁部は、上下方向に延びる逃がし通路を区画するように前記第1壁部から延在している請求項1に記載の自然循環式沸騰冷却装置。
The first wall portion and the second wall portion are integrally formed,
2. The natural circulation boiling cooling device according to claim 1, wherein the second wall portion extends from the first wall portion so as to define a relief passage extending in a vertical direction.
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