JP6390566B2 - Cooler - 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冷却器に関するものである。 The present invention relates to a cooler that cools a heating element using a refrigerant.
作動流体が封入された流体容器内のその作動流体を加熱する加熱部と、その加熱部により加熱され気化した蒸気を冷却する冷却部とを有する蒸気エンジンが、特許文献1に開示されている。その特許文献1の蒸気エンジンは、蒸気の膨張圧力により液体を流動変位させて機械的エネルギを出力するとともに、蒸気を冷却部にて冷却して液化することにより流体容器内の作動流体を自励振動変位させる。 Patent Document 1 discloses a steam engine having a heating unit that heats the working fluid in a fluid container in which the working fluid is sealed, and a cooling unit that cools the vapor that is heated and vaporized by the heating unit. The steam engine of Patent Document 1 self-excites the working fluid in the fluid container by flowing and displacing the liquid by the expansion pressure of the steam to output mechanical energy and cooling the liquefied steam in the cooling unit. Displace by vibration.
また、流体容器において、加熱部に対して冷却部側とは反対側にガス室が設けられており、そのガス室には不活性ガスが封入されている。 In the fluid container, a gas chamber is provided on the side opposite to the cooling unit side with respect to the heating unit, and an inert gas is sealed in the gas chamber.
特許文献1の蒸気エンジンは、上述のように機械的エネルギを出力するものであるが、特許文献1のような蒸気エンジンを、機械的エネルギを得ることとは別の目的に活用することができる。例えば、発明者らは、加熱部から冷却部への熱移動が流体容器内での作動流体の自励振動変位により促進されるので、冷却すべき発熱体で加熱部の発熱源を構成したとすれば、その発熱体を冷却するための冷媒として流体容器内の作動流体を用いることができると考えた。すなわち、特許文献1の蒸気エンジンを、その発熱体を冷却する冷却器として活用することが可能であると考えた。 Although the steam engine of patent document 1 outputs mechanical energy as mentioned above, the steam engine like patent document 1 can be utilized for a purpose different from obtaining mechanical energy. . For example, the inventors have said that the heat transfer from the heating part to the cooling part is promoted by the self-excited vibration displacement of the working fluid in the fluid container, so that the heating source of the heating part is configured by a heating element to be cooled. Then, it was thought that the working fluid in a fluid container can be used as a refrigerant | coolant for cooling the heat generating body. That is, it was thought that the steam engine of patent document 1 can be utilized as a cooler for cooling the heating element.
ここで、発明者らは、上記のような冷媒としての作動流体を流体容器内で自励振動変位させる冷却器において、冷媒が加熱される前の低温状態から冷媒の自励振動が始動される場合について検討した結果、次のようなことを見出した。 Here, the inventors start self-excited oscillation of the refrigerant from a low temperature state before the refrigerant is heated in the cooler that displaces the working fluid as the refrigerant as described above in the fluid container. As a result of examining the case, the following was found.
すなわち、冷媒の自励振動の始動に際し、先ず、冷媒が加熱され始めた加熱開始当初においては、流体容器内は加熱部内も含めて液冷媒で満たされている。そして、加熱部の温度が上がり冷媒の飽和温度に到達すると、加熱部において液冷媒が沸騰し加熱部内は蒸気冷媒で満たされる。このとき、冷媒の気液界面は、冷媒の蒸発が進むに連れて加熱部側から冷却部側へ移動するが、加熱部と冷却部との間の境界部位に相当する中継部のうち冷媒の飽和温度となっている部分に一旦とどまる。そこから、気液界面の揺らぎが増幅し冷媒の自励振動が始動する。従って、加熱部と冷却部との間の中継部において上記自励振動の振動方向長さに対する温度勾配が大きいほど、冷媒の自励振動は始動されやすくなると考えられる。 That is, when starting the self-excited vibration of the refrigerant, first, at the beginning of heating when the refrigerant starts to be heated, the fluid container is filled with the liquid refrigerant including the inside of the heating section. When the temperature of the heating unit rises and reaches the saturation temperature of the refrigerant, the liquid refrigerant boils in the heating unit and the heating unit is filled with the vapor refrigerant. At this time, the gas-liquid interface of the refrigerant moves from the heating unit side to the cooling unit side as the refrigerant evaporates, but the refrigerant part of the relay unit corresponding to the boundary portion between the heating unit and the cooling unit It stays in the part where the saturation temperature is reached. From there, the fluctuation of the gas-liquid interface is amplified and the self-excited vibration of the refrigerant starts. Therefore, it is considered that the self-excited vibration of the refrigerant is more easily started as the temperature gradient with respect to the vibration direction length of the self-excited vibration is larger in the relay unit between the heating unit and the cooling unit.
しかしながら、冷媒を封入する流体容器が例えば一様な材質および厚さで形成されているとした場合には、中継部の温度勾配は加熱部と冷却部との間の距離によって変化し、その加熱部と冷却部との間の距離が大きくなるほど中継部の温度勾配は小さくなってしまう。従って、その加熱部と冷却部との間の距離によっては、冷媒の自励振動が始動する前に、加熱部の温度が過剰に上昇してしまうという事態が想定される。すなわち、この冷媒の自励振動を利用した冷却器を例えば電子機器の冷却などへ適用することを考えた場合、その電子機器を構成する素子の温度が、冷媒の自励振動の始動前に、その加熱部の過剰な温度上昇を伴って素子の耐熱温度を超える可能性がある。 However, if the fluid container that encloses the refrigerant is formed of, for example, a uniform material and thickness, the temperature gradient of the relay unit varies depending on the distance between the heating unit and the cooling unit, and the heating The temperature gradient of the relay part becomes smaller as the distance between the part and the cooling part becomes larger. Therefore, depending on the distance between the heating unit and the cooling unit, it is assumed that the temperature of the heating unit excessively increases before the self-excited vibration of the refrigerant starts. That is, when considering that the cooler using the self-excited vibration of the refrigerant is applied to, for example, cooling of an electronic device, the temperature of the element constituting the electronic device is There is a possibility that the heat resistance temperature of the element will be exceeded with an excessive temperature rise of the heating part.
本発明は上記点に鑑みて、冷媒の自励振動を伴い発熱体を冷却する冷却器であって、その自励振動の始動性を向上させることが可能な冷却器を提供することを目的とする。 In view of the above points, the present invention aims to provide a cooler that cools a heating element with self-excited vibration of a refrigerant, and that can improve the startability of the self-excited vibration. To do.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の冷却器の発明では、冷媒が入る加熱部空間(14a)が形成されており、発熱体(121、122)の熱を加熱部空間内の冷媒へ放熱させることによりその冷媒を加熱し気化させる加熱部(14)と、
加熱部空間へ連通している冷却部空間(16a)が形成されており、加熱部で気化され冷却部空間へ流入してきた冷媒を冷却して液化させる冷却部(16)と、
冷却部空間へ連通している吸収部空間(18a)が形成されており、その吸収部空間の膨張と収縮とによって冷媒の加熱および冷却による体積変化を吸収する吸収部(18)と、
加熱部と冷却部との間に配置され、加熱部空間と冷却部空間とをつなぐ中継部空間(20a)が形成された中継部(20)とを備え、
加熱部および冷却部は、冷媒に気化と液化とを繰り返させることにより、加熱部空間から中継部空間を介して冷却部空間にわたる空間(14a、16a、20a)にて冷媒を自励振動させ、
中継部は、自励振動の振動方向(DRv)における単位長さあたりの熱抵抗が部分的に大きい熱抵抗部(201)を有していることを特徴とする。
In order to achieve the above object, in the invention of the cooler according to claim 1, the heating part space (14a) into which the refrigerant enters is formed, and the heat of the heating element (121, 122) is transferred to the refrigerant in the heating part space. A heating section (14) for heating and vaporizing the refrigerant by releasing heat to
A cooling unit space (16a) communicating with the heating unit space is formed, and a cooling unit (16) for cooling and liquefying the refrigerant vaporized by the heating unit and flowing into the cooling unit space;
An absorption part space (18a) communicating with the cooling part space is formed, and an absorption part (18) that absorbs volume change due to heating and cooling of the refrigerant by expansion and contraction of the absorption part space;
A relay section (20) disposed between the heating section and the cooling section and having a relay section space (20a) connecting the heating section space and the cooling section space;
The heating part and the cooling part cause the refrigerant to self-excited and vibrate in the space (14a, 16a, 20a) extending from the heating part space to the cooling part space via the relay part space by repeating vaporization and liquefaction.
The relay unit includes a thermal resistance unit (201) having a partially large thermal resistance per unit length in the vibration direction (DRv) of self-excited vibration.
上述の発明によれば、加熱部と冷却部との間に配置された中継部は、上記自励振動の振動方向における単位長さあたりの熱抵抗が部分的に大きい熱抵抗部を有しているので、例えば単位長さあたりの熱抵抗がその熱抵抗部でも一様である構成と比較して、発熱体の発熱中に熱抵抗部の温度勾配を大きくし易い。従って、冷媒の自励振動の始動性を向上させることが可能である。 According to the above-described invention, the relay unit disposed between the heating unit and the cooling unit includes the thermal resistance unit having a partially large thermal resistance per unit length in the vibration direction of the self-excited vibration. Therefore, for example, as compared with a configuration in which the thermal resistance per unit length is uniform even in the thermal resistance portion, it is easy to increase the temperature gradient of the thermal resistance portion during the heat generation of the heating element. Therefore, it is possible to improve the startability of the self-excited vibration of the refrigerant.
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した括弧内の各符号は、後述する実施形態に記載の具体的内容との対応関係を示す一例である。 In addition, each code | symbol in the bracket | parenthesis described in a claim and this column is an example which shows a corresponding relationship with the specific content as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.
(第1実施形態)
図1は、本実施形態の冷却器10の全体構成を断面図示すると共に、その全体構成図の下側に冷却器10の温度分布を示した図である。この図1の全体構成図に示すように、冷却器10は、加熱部14、冷却部16、体積変化吸収部18、および中継部20等を備えている。冷却器10は、その冷却器10内に封入された冷媒を利用して発熱体121、122を冷却する。詳細に言えば、冷却器10は、冷却器10内に封入された冷媒を冷媒振動方向DRvに沿って自励振動させることにより、加熱部14に取り付けられた熱源である発熱体121、122の熱を加熱部14から冷却部16へ移動させて冷却部16から外部へと放熱する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view of the overall configuration of the
なお、図1下側の温度分布図は、冷媒振動方向DRvに沿った冷却器10の温度分布を示した図である。すなわち、その図1下側の温度分布図では、横軸が冷却器10における冷媒振動方向DRvの位置を表し、縦軸が、加熱部14と中継部20と冷却部16とから成る冷媒容器のうち後述の冷媒封入空間32に面し冷媒に接触する冷媒接触面の温度を表している。この温度分布図における横軸および縦軸の構成は、後述の図3(d)、図5(c)、および図6〜8でも同様である。
The lower temperature distribution diagram of FIG. 1 is a diagram showing the temperature distribution of the
冷却器10内に封入された冷媒は、常温では液体で、発熱体121、122により加熱されることにより冷却器10内にて沸騰する流体である。また、冷媒振動方向DRvとは、冷却器10内に封入された冷媒の自励振動においてその冷媒が往復する方向、言い換えれば、冷却器10内の蒸気冷媒(すなわち気体の冷媒)と液冷媒(すなわち液体の冷媒)との境目を成す気液界面26が往復する方向である。
The refrigerant sealed in the
発熱体121、122は発熱するものであり、冷却器10によって冷却される部材である。具体的に発熱体121、122は、冷却が必要な半導体素子などである。一例を挙げれば、インバータの半導体素子モジュールである。本実施形態では、発熱体121、122は2つ設けられており、加熱部14の外側に取り付けられ固定されている。そして、発熱体121、122はそれぞれ、発熱体121、122の熱を加熱部14へ伝える伝熱面121a、122aを有している。
The
加熱部14の内部には加熱部空間14aが形成されている。また、その加熱部空間14aは冷媒で満たされている。具体的には、加熱部14は有底筒形状を成している。そして、冷媒振動方向DRvにおける加熱部空間14aの冷却部16側の端である一端は冷却部16の冷却部空間16aへ連通するように開口しているが、加熱部空間14aの他端は閉塞されている。
A
また、加熱部14は発熱体121、122の熱を加熱部空間14a内の冷媒へ伝える役割を果たすので、例えばアルミニウム合金など熱伝導性の良い金属によって構成されている。
Moreover, since the
加熱部14のうち、冷媒振動方向DRvに直交する冷媒振動交差方向DRcにおける一方側の外表面141には、2つの発熱体121、122のうちの第1の発熱体121が伝熱可能に接触させられている。詳細には、その一方側の外表面141は第1の発熱体121が有する伝熱面121aに面接触している。
The
これと同様に、加熱部14のうち冷媒振動交差方向DRcにおける他方側の外表面142には、2つの発熱体121、122のうちの第2の発熱体122が伝熱可能に接触させられている。詳細には、その他方側の外表面142は第2の発熱体122が有する伝熱面122aに面接触している。このように発熱体121、122が加熱部14に装着されていることから、加熱部14は、発熱体121、122の熱を加熱部空間14a内の冷媒へ放熱させ、その冷媒への放熱によりその冷媒を加熱し沸騰気化させる。
Similarly, the
なお、発熱体121、122から加熱部14への熱の伝わりを良くするために、発熱体121、122の伝熱面121a、122aは、その伝熱面121a、122aに塗布されたグリスを介して加熱部14の外表面141、142にそれぞれ接触していても差し支えない。
In order to improve the heat transfer from the
冷却部16の内部には、加熱部空間14aと連通している冷却部空間16aが形成されている。そして、冷却部16は、加熱部14で気化され冷却部空間16aへ流入してきた気体の冷媒すなわち蒸気冷媒を冷却して液化させる。具体的に冷却部16は、冷却部壁161と冷却装置162とを備えている。冷却部16は、加熱部14に対し冷媒振動方向DRvの一方に中継部20を挟み並んで配置されている。
Inside the cooling
冷却部壁161は筒状の形状を成しており、その内側に冷却部空間16aが形成されている。冷却装置162は、冷却部壁161と一体に成形され冷却部壁161の周りに設けられた多数の冷却フィン162aから構成されている。そして、冷却装置162は、冷却部空間16a内の冷媒を、冷却器10外部の空気である外気と熱交換させることにより冷却する。
The cooling
冷却部壁161および冷却装置162は、冷却部16で高い放熱性能が得られるように、例えばアルミニウム合金等の熱伝導性の良い金属で構成されている。そして、冷却部壁161は薄肉に形成されている。
The cooling
冷却部空間16aは冷媒振動方向DRvへ細長く延びた空間であり、冷媒振動方向DRvに直交する管路断面積が極めて小さい管路で構成されている。そのため、冷却部空間16a内に冷媒の気液界面26が存在する場合には、その気液界面26は重力方向に拘わらず、冷媒の表面張力により、冷媒振動方向DRvの加熱部14側を向くように維持される。そして、冷媒振動方向DRvにおいて、気液界面26を境に加熱部14側には蒸気冷媒が存在し、その反対側には液冷媒が存在する。
The
例えば、冷媒が加熱部14で加熱されることにより、気体になった冷媒の体積が増すほど、冷却部空間16a内において気液界面26は、加熱部空間14aから遠ざかる方向すなわち図1の左方向へ移動する。そうすると、冷却部16は、液冷媒も冷却するが、それと共に、加熱部14で気化された蒸気冷媒も冷却し凝縮させる。
For example, the gas-
中継部20は、冷媒振動方向DRvにおいて加熱部14と冷却部16との間に配置されている。具体的に、中継部20は、冷媒振動方向DRvに延びた筒形状を成している。そして、冷媒振動方向DRvにおける中継部20の一端は冷却部16の冷却部壁161に接続され、中継部20の他端は加熱部14に接続されている。すなわち、中継部20の内部には、加熱部空間14aと冷却部空間16aとをつなぐ中継部空間20aが形成されている。
The
この中継部空間20aも冷却部空間16aと同様に、管路断面積が極めて小さい管路で構成されている。そのため、中継部空間20a内に冷媒の気液界面26が存在する場合には、その気液界面26は重力方向に拘わらず、冷媒の表面張力により、冷媒振動方向DRvの加熱部14側を向くように維持される。
Similar to the
また、中継部20は、熱抵抗部201と加熱部側接続部202と冷却部側接続部203とを有している。この熱抵抗部201、加熱部側接続部202、および冷却部側接続部203は冷媒振動方向DRvに沿って直列に接続され、加熱部14側から加熱部側接続部202、熱抵抗部201、冷却部側接続部203の順に並んで配置されている。
Further, the
加熱部側接続部202は加熱部14に接続され、加熱部14と一体構成になっている。そして、冷却部側接続部203は冷却部16に接続され、冷却部16と一体構成になっている。従って、加熱部14、加熱部側接続部202、熱抵抗部201、冷却部側接続部203、冷却部16、および体積変化吸収部18は、加熱部14、加熱部側接続部202、熱抵抗部201、冷却部側接続部203、冷却部16、体積変化吸収部18の順に冷媒振動方向DRvに沿って直列に配置されている。
The heating unit
また、加熱部側接続部202は例えば加熱部14と同じ材料で構成され、冷却部側接続部203は冷却部16と同じ材料で構成さている。
Moreover, the heating part
熱抵抗部201は、その内側に中継部空間20aの一部を形成するリング形状を成している。従って、熱抵抗部201の内周面201aは冷媒に対し直接に接触する。
The
また、冷媒振動方向DRvにおける熱抵抗部201の長さは、加熱部14の長さおよび冷却部16の長さと比較して格段に短い。すなわち、熱抵抗部201は冷媒振動方向DRvにおいて局所的に設けられている。
Further, the length of the
熱抵抗部201は、加熱部側接続部202と冷却部側接続部203とをロウ付けした部位である。言い換えれば、加熱部側接続部202および冷却部側接続部203は、その熱抵抗部201に隣接して接合する接合部位である。熱抵抗部201は、その加熱部側接続部202および冷却部側接続部203に比して熱伝導率が低いロウ材で構成されている。熱抵抗部201の構成材料としては、アルミニウムシリコン合金などの金属材料を例示することができる。
The
熱抵抗部201がこのような低熱伝導率の材料で構成されていることにより、熱抵抗部201では、冷媒振動方向DRvにおける単位長さあたりの熱抵抗RLtすなわち単位長さ熱抵抗RLtが部分的に大きい。詳しく言えば、熱抵抗部201の熱伝導率が加熱部側接続部202および冷却部側接続部203の熱伝導率に比して低いことに起因して、熱抵抗部201の単位長さ熱抵抗RLtが局所的に大きい。
Since the
その熱抵抗部201で単位長さ熱抵抗RLtが部分的に大きいこととは、具体的に言えば、加熱部側接続部202および冷却部側接続部203に比して熱抵抗部201での単位長さ熱抵抗RLtが大きいことである。
More specifically, the unit length thermal resistance RLt is partially larger in the
熱抵抗とは熱の伝わりにくさであり、熱抵抗が大きいほど熱は伝わりにくい。そして、上記の単位長さ熱抵抗RLtは、下記式F1によって導き出される。従って、単位長さ熱抵抗RLtの単位は例えば、「K/(Wm)」である。 Thermal resistance is the difficulty in transmitting heat, and the greater the thermal resistance, the less difficult it is to transmit heat. And said unit length thermal resistance RLt is derived | led-out by the following formula F1. Therefore, the unit of the unit length thermal resistance RLt is, for example, “K / (Wm)”.
ここで、上記式F1において、Rは熱抵抗部201の熱抵抗であり、Lは冷媒振動方向DRvでの熱抵抗部201の長さであり、kは熱抵抗部201の熱伝導率である。そして、Aは熱抵抗部201の断面積すなわち伝熱面積である。その断面積Aを有する断面は、加熱部側接続部202から冷却部側接続部203への熱の伝導方向を向いた面であるので、本実施形態では冷媒振動方向DRvを向いた環状面になる。また、上記の熱抵抗部201の伝熱面積とは、詳細に言えば、熱抵抗部201が加熱部側接続部202から冷却部側接続部203へ熱を伝導するときの伝熱面積である。
Here, in the formula F1, R is the thermal resistance of the
また、加熱部側接続部202と冷却部側接続部203とが熱抵抗部201によって接合されているので、加熱部14、中継部20、および冷却部16は一体となって、冷媒が収容される1つの冷媒容器を構成している。
Moreover, since the heating part
体積変化吸収部18は、一軸方向または略一軸方向へ伸縮する伸縮部材で構成されており、冷却器10内に封入された冷媒の体積変化を吸収する吸収部として機能する。その体積変化吸収部18の伸縮方向である上記一軸方向は、本実施形態では冷媒振動方向DRvと同じである。体積変化吸収部18は、例えばベローズまたは蛇腹等で伸縮可能に構成されている。
The volume
詳細には、体積変化吸収部18の内側に吸収部空間18aが形成されており、その吸収部空間18aは、冷媒振動方向DRvにおける冷却部空間16aの加熱部14側とは反対側の端部に連通している。そして、体積変化吸収部18は、吸収部空間18aの膨張と収縮とによって冷媒の加熱および冷却による体積変化を吸収する。
Specifically, an
体積変化吸収部18のうち冷却部16側の端部である接続端18bは、冷却部16の加熱部14側とは反対側の端部に対して気密に固定されている。また、体積変化吸収部18のうち接続端18bとは反対側の端部は、閉塞された閉塞端18cとなっている。従って、吸収部空間18a、上述の加熱部空間14a、中継部空間20a、および冷却部空間16aは全体として、冷媒が封入された一空間としての気密な冷媒封入空間32を構成している。言い換えると、加熱部14、中継部20、冷却部16、および体積変化吸収部18は全体として、冷媒封入空間32が形成された冷媒封入容器を構成している。
The
そして、その冷媒封入空間32は常に冷媒で満たされている。また、吸収部空間18aは、例えば冷媒の自励振動中であっても常に液冷媒で満たされている。
And the refrigerant |
例えば、冷却部空間16a内の冷媒が吸収部空間18a内へ流入すると、吸収部空間18aが伸びて体積変化吸収部18の閉塞端18cが冷媒振動方向DRvで冷却部16から離れる側へ移動する。逆に、吸収部空間18aが縮んで体積変化吸収部18の閉塞端18cが冷媒振動方向DRvで冷却部16へ近づく側へ移動すると、吸収部空間18a内の冷媒が冷却部空間16a内へ流出する。このように構成された体積変化吸収部18は、冷却器10の中で機械的な動作を行う駆動部となっている。
For example, when the refrigerant in the
次に、冷却器10で行われる冷媒の自励振動について図1を用いて説明する。上述のように構成された冷却器10では、加熱部空間14a内の液冷媒が発熱体121、122の熱により加熱され沸騰させられると冷媒の気体部分が増す。それと共に冷媒全体の体積が増加するので、体積変化吸収部18の吸収部空間18aが膨張し閉塞端18cが冷却部16から離れる側へ移動する。
Next, the self-excited vibration of the refrigerant performed in the cooler 10 will be described with reference to FIG. In the cooler 10 configured as described above, when the liquid refrigerant in the
冷媒の気体部分がある程度増し例えば気液界面26が中継部空間20aを超えて冷却部空間16a内に入ると、冷却部16が、その冷媒の気体部分を冷却し凝縮させる。冷媒の気体部分が凝縮することにより気体部分が少なくなると、それと共に冷媒全体の体積が減少する。そうなると、体積変化吸収部18の吸収部空間18aが収縮し閉塞端18cが冷却部16へ近づく側へ移動すると共に、凝縮した液冷媒は冷却部空間16aから中継部空間20aを経て加熱部空間14aへと流れる。そして、加熱部空間14aへ流入した液冷媒は再び、加熱部14にて発熱体121、122の熱により加熱され沸騰させられる。
When the gas part of the refrigerant increases to some extent, for example, when the gas-
このように、冷却器10において加熱部14および冷却部16は、冷媒に蒸発と凝縮とを繰り返させることにより、冷媒封入空間32内で冷媒の気液界面26を自励振動させる。要するに、加熱部空間14aから冷却部空間16aにわたる空間14a、16a、20a内で冷媒を自励振動させる。
Thus, in the cooler 10, the
そして、体積変化吸収部18は、その冷媒の自励振動に伴う冷媒全体の体積変化を吸収する。更に、体積変化吸収部18は、所定のばね定数を持っているので、その体積変化吸収部18の伸縮方向における釣合い点に向って伸縮量に応じた反力を生じ、冷媒の自励振動を補助する役割を果たす。
And the volume
この気液界面26の自励振動すなわち冷媒の自励振動に伴い冷媒が蒸発と凝縮とを繰り返すことで、発熱体121、122から冷媒を介し外気に至る熱伝達経路において高い熱伝達性能を得ることができる。
By repeating the self-excited vibration of the gas-
また、冷却部空間16a内および吸収部空間18a内において、気液界面26付近では冷媒は飽和状態になっているが、気液界面26から離れた部位の液冷媒はサブクール状態になっている。従って、そのサブクール状態の液冷媒が、体積変化吸収部18が収縮すると共に加熱部空間14aへ流れ込むので、発熱体121、122を冷却する高い冷却性能を得ることができる。
Moreover, in the
上述したように、本実施形態によれば、加熱部14と冷却部16との間に配置された中継部20は、単位長さ熱抵抗RLtが部分的に大きい熱抵抗部201を有している。これにより、例えば単位長さ熱抵抗RLtが中継部20の中で熱抵抗部201でも一様である構成と比較して、発熱体121、122の発熱中に、熱抵抗部201の冷媒振動方向DRv長さに対する温度勾配を大きくし易い。従って、冷却器10において冷媒の自励振動の始動性を向上させることが可能である。
As described above, according to the present embodiment, the
例えば、この熱抵抗部201が加熱部14と冷却部16との間に設けられていることによって、発熱体121、122の発熱開始当初に冷媒の気液界面26の微小揺らぎが増幅しやすくなるので、加熱部14と冷却部16との間隔に関わらず冷媒の自励振動を確実に始動させることが可能である。
For example, since the
ここで、加熱部14の熱抵抗が大きくなるほど、発熱体121、122の熱を冷媒へ伝えて冷媒を加熱する加熱部14の加熱性能は低下する。また、冷却部16の熱抵抗が大きくなるほど、冷媒から放熱させて冷媒を冷却する冷却部16の冷却性能は低下する。従って、熱抵抗部201を設けたことによる効果について詳細に言えば、加熱部14の加熱性能および冷却部16の冷却性能が損なわれないように、冷媒の自励振動の始動性を向上させることが可能である。
Here, as the heat resistance of the
この熱抵抗部201の単位長さ熱抵抗RLtと冷媒の自励振動の始動性との関係を明らかにするために、図2に示す比較例としての冷却器90を用いて冷媒の自励振動が始動する際の挙動について説明する。図2は、比較例の冷却器90の全体構成を断面図示する全体構成図であって、図1上側の図に相当する図である。
In order to clarify the relationship between the unit length thermal resistance RLt of the
この図2に示す比較例の冷却器90は、図1に示す熱抵抗部201を備えておらず、この点を除いて本実施形態の冷却器10と同じ物である。従って、図2では、冷却器90のうち、本実施形態の冷却器10と共通する部分には図1と同じ符号が付されている。また、図2の冷却器90の加熱部14、冷却部16、および中継部20は互いに同じ材料で一体に構成されており、例えば加熱部14の加熱性能および冷却部16の冷却性能が損なわれないように熱伝導率の高い金属材料で構成されている。
The cooler 90 of the comparative example shown in FIG. 2 does not include the
そして、図2の冷却器90において冷媒の自励振動が始動する際の挙動は、図3によって説明される。その図3は、図2の冷却器90において冷媒の自励振動が始動する際の挙動を示すと共に、その始動の際の冷却器90の温度分布を示した図である。図3(a)は、発熱体121、122が発熱しておらず冷媒の自励振動が停止している停止時を示している。また、図3(b)は、発熱体121、122が発熱を開始し加熱部14の加熱面温度Thが冷媒の飽和温度Tsatに到達した状態を示している。また、図3(c)は、冷媒の自励振動が始動された始動時の状態を示している。また、図3(d)は、図3(a)〜(c)の各状態において冷却器90の温度分布を示した図である。
And the behavior when the self-excited vibration of the refrigerant starts in the cooler 90 of FIG. 2 will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows the behavior when the self-excited vibration of the refrigerant starts in the cooler 90 of FIG. 2 and also shows the temperature distribution of the cooler 90 at the time of starting. FIG. 3A shows a stop state in which the
先ず、図3(a)に示すように、発熱体121、122が発熱していないときには冷媒の自励振動は生じておらず、冷媒封入空間32は液冷媒で満たされている。このときの冷媒振動方向DRvにおける温度分布は、図3(d)の実線Laで示されるようになる。すなわち、加熱面温度Thは冷却面温度Tcと同じであり、冷媒の飽和温度Tsatよりも低い温度になっている。その加熱面温度Thとは、加熱部14のうち加熱部空間14aに面し冷媒に接触する加熱面143の温度Thである。また、冷却面温度Tcとは、冷却部16のうち冷却部空間16aに面し冷媒に接触する冷却面163の温度Tcである。
First, as shown in FIG. 3A, when the
次に、発熱体121、122が発熱を開始すると冷媒温度が上昇する。そして、加熱面温度Thが冷媒の飽和温度Tsatに到達すると冷媒の蒸発が進み、図3(b)に示すように冷媒の気液界面26は加熱部空間14aと中継部空間20aとの間へ移動する。このときの冷媒振動方向DRvにおける温度分布は、図3(d)の実線Lbで示されるようになる。すなわち、冷却面温度Tcは冷媒の飽和温度Tsatよりも低いまま変わらないが、加熱面温度Thは冷媒の飽和温度Tsatと一致する。従って、中継部空間20aに面する中継部20の内面204は、その内面204のうち加熱面143と接続している位置すなわち冷媒の気液界面26に接触する気液界面位置で冷媒の飽和温度Tsatになっている。
Next, when the
さらに加熱面温度Thが上昇すると、冷却器90の温度分布は、図3(d)の実線Lcで示されるようになる。すなわち、中継部20の内面204の温度勾配ΔTL1は加熱面温度Thの上昇に伴って大きくなる。そして、その温度勾配ΔTL1は、図3(c)に示す気液界面位置にて所定の閾値を超える。そうなると、冷媒の気液界面26で微小揺らぎが増幅し、図3(c)の矢印V1のように、その微小揺らぎの増幅によって冷媒の自励振動が始動される。
When the heating surface temperature Th further increases, the temperature distribution of the cooler 90 becomes as indicated by the solid line Lc in FIG. That is, the temperature gradient ΔTL1 of the
なお、その中継部20が有する内面204の温度勾配ΔTL1とは、冷媒振動方向DRvの単位長さ当たりの温度差である。すなわち、冷却器90では、その内面204の温度勾配ΔTL1は、中継部20が均一材料かつ均一肉厚で構成されているので、冷媒振動方向DRvでの内面204の全長にわたって均一である。そして、その内面204の温度勾配ΔTL1は、冷媒振動方向DRvでの中継部20の長さL1(すなわち、中継部長さL1)と、下記式F2から算出される加熱面温度Thと冷却面温度Tcとの温度差ΔTとに基づいて、下記式F3から算出される。
Note that the temperature gradient ΔTL1 of the
ΔT=Th−Tc ・・・(F2)
ΔTL1=ΔT/L1 ・・・(F3)
ここで、上記の温度勾配ΔTL1と冷媒の自励振動の始動性との関係について説明する。
ΔT = Th−Tc (F2)
ΔTL1 = ΔT / L1 (F3)
Here, the relationship between the temperature gradient ΔTL1 and the startability of the self-excited vibration of the refrigerant will be described.
気液界面26において冷媒は基本的には飽和温度Tsatになっているが微細に見れば冷媒温度は不均一であり、その冷媒温度の不均一に起因して冷媒の局所蒸発および凝縮が生じる。この局所蒸発および凝縮よって、気液界面26の微小揺らぎすなわち微小変位が発生する。
Although the refrigerant basically has a saturation temperature Tsat at the gas-
そして図3(c)において、気液界面26が冷媒振動方向DRvの一方に微小変位する場合を想定すると、その微小変位前の気液界面位置における内面204の温度と微小変位後の気液界面位置における内面204の温度との差は、その内面204の温度勾配ΔTL1が大きいほど大きくなる。そして、その気液界面26の微小変位に起因した冷媒の蒸発および凝縮による冷媒の圧力変化も、その温度勾配ΔTL1が大きいほど大きくなる。従って、その温度勾配ΔTL1が大きいほど気液界面26の微小変位は増幅されやすく、冷媒の自励振動が始動されやすくなる。図3(a)〜図3(d)を用いて説明した冷媒の自励振動が始動する際の挙動は、本実施形態の冷却器10でも同様である。
In FIG. 3C, assuming that the gas-
この点を踏まえ本実施形態の冷却器10を見ると、図1に示すように、加熱部14と冷却部16との間の中継部20は熱抵抗部201を有している。これにより、加熱部側接続部202から冷却部側接続部203へ熱が伝導されにくくなるので、図1下側の温度分布図に示すように発熱体121、122の発熱中には、上記温度勾配ΔTL1は、冷媒振動方向DRvにおける熱抵抗部201の位置にて部分的に大きくする。従って、冷媒の蒸発が加熱部空間14aで進み気液界面26が熱抵抗部201に接するまで移動すると、気液界面26の微小変位が増幅されやすくなり、上述したように冷媒の自励振動が始動されやすくなる。
Considering this point, when looking at the cooler 10 of the present embodiment, the
次に、図4に示す実験結果について説明する。図4は、発熱体121、122の発熱量Qinと中継部長さL1とをそれぞれ変化させ、冷媒の自励振動が始動したときの加熱面温度Thと冷却面温度Tcとの温度差ΔTを計測した実験結果を示している。その冷媒の自励振動が始動したときとは、詳細に言えば、冷媒の気液界面26が加熱部空間14aと冷却部空間16aとの間で往復運動を開始したときである。図4では、発熱体121、122の発熱量Qinが横軸に示され、冷媒の自励振動が始動したときの温度勾配ΔTL1が縦軸に示されている。その縦軸の温度勾配ΔTL1は上記式F3から算出されたものである。図4の実験では、図2に示す比較例の冷却器90が用いられた。
Next, the experimental results shown in FIG. 4 will be described. 4 measures the temperature difference ΔT between the heating surface temperature Th and the cooling surface temperature Tc when the self-excited vibration of the refrigerant is started by changing the heat generation amount Qin of the
この図4の実験結果から判るように、冷媒の自励振動が始動したときの温度勾配ΔTL1は、中継部長さL1および発熱体121、122の発熱量Qinによらず略一定の大きさになっている。このことから、冷媒の自励振動を始動させるためには、中継部20の内面204のうち気液界面26が接する位置での温度勾配ΔTL1が所定の閾値を超える必要があるものと考えられる。このことは本実施形態でも同様に適用される。そして、冷媒の自励振動によって発熱体121、122を冷却する構成の冷却器10、90では、その冷媒の自励振動が始動するかどうかは冷媒の気液界面位置における温度勾配ΔTL1によって決まる。
As can be seen from the experimental results in FIG. 4, the temperature gradient ΔTL1 when the self-excited vibration of the refrigerant starts is substantially constant regardless of the relay portion length L1 and the heat generation amount Qin of the
本実施形態では、図1の熱抵抗部201での温度勾配ΔTL1は、図1下側の温度分布図に記載の実線Dtの勾配として示されており、熱抵抗部201の単位長さ熱抵抗RLtは、その熱抵抗部201での温度勾配ΔTL1が上記所定の閾値を十分超えるように決定されている。
In the present embodiment, the temperature gradient ΔTL1 in the
次に、図2に示す比較例の冷却器90を用いて、中継部長さL1の長短と中継部20での温度勾配ΔTL1との関係について説明する。図5は、その中継部長さL1の長短と中継部20での温度勾配ΔTL1との関係を示した図である。図5(a)は、中継部長さL1が短い冷却器90の全体構成を示した図であり、図5(b)は、中継部長さL1が図5(a)のものと比較して長い冷却器90の全体構成を示した図である。また、図5(c)は、図5(a)(b)の各冷却器90において、冷媒振動方向DRvに沿った温度分布を示した図である。図5(c)の実線L2aは図5(a)の冷却器90での温度分布を示し、図5(c)の実線L2bは図5(b)の冷却器90での温度分布を示している。なお、図5(c)のTlimは、発熱体121、122に含まれる素子が予め定められた耐熱温度になったときの加熱面温度Thである。
Next, the relationship between the length of the relay portion length L1 and the temperature gradient ΔTL1 at the
図5(c)に示すように、図5(a)の冷却器90と図5(b)の冷却器90とを、それらの間で加熱面温度Thを同じにすると共に冷却面温度Tcも同じにして相互比較した場合、図5(b)の冷却器90における中継部20での温度勾配ΔTL1は、図5(a)の冷却器90での温度勾配ΔTL1よりも小さくなる。
As shown in FIG. 5C, the cooler 90 of FIG. 5A and the cooler 90 of FIG. 5B have the same heating surface temperature Th between them, and the cooling surface temperature Tc is also the same. When the same comparison is made, the temperature gradient ΔTL1 in the
従って、例えば加熱面温度Thが図5(a)(b)の冷却器90で相互に同じ温度にまで上昇しても、図5(a)の冷却器90に対し図5(b)のように中継部長さL1が長くなると、冷媒の気液界面26の位置(すなわち、気液界面位置)における温度勾配ΔTL1が図5(b)の冷却器90では小さくなる。そのため、図5(a)の冷却器90において冷媒の自励振動を始動することができたときても、図5(b)の冷却器90では冷媒の自励振動を始動できないことがある。 Therefore, for example, even if the heating surface temperature Th rises to the same temperature by the cooler 90 of FIGS. 5A and 5B, the temperature of the cooler 90 of FIG. When the relay portion length L1 becomes longer, the temperature gradient ΔTL1 at the position of the refrigerant gas-liquid interface 26 (that is, the gas-liquid interface position) becomes smaller in the cooler 90 of FIG. Therefore, even if the self-excited vibration of the refrigerant can be started in the cooler 90 of FIG. 5A, the self-excited vibration of the refrigerant may not be started in the cooler 90 of FIG. 5B.
また、図5(c)の破線で示すように、図5(b)の冷却器90において図5(a)の冷却器90と同じ温度勾配ΔTL1を得るためには、図5(a)の冷却器90との比較で加熱面温度Thを更に高くする必要がある。そうなると、発熱体121、122に含まれる素子の温度が、冷媒の自励振動が始動する前に耐熱温度Tlimを超えて破損してしまう可能性がある。
5C, in order to obtain the same temperature gradient ΔTL1 in the cooler 90 in FIG. 5B as in the cooler 90 in FIG. 5A, the cooler 90 in FIG. In comparison with the cooler 90, it is necessary to further increase the heating surface temperature Th. If so, there is a possibility that the temperature of the elements included in the
これに対し、図1に示す本実施形態の冷却器10では、熱抵抗部201の単位長さ熱抵抗RLtが加熱部側接続部202および冷却部側接続部203に比して大きいことに加え、その熱抵抗部201は冷媒振動方向DRvにおいて局所的に設けられている。従って、熱抵抗部201での温度勾配ΔTL1を大きくさせ易いというメリットがある。
In contrast, in the cooler 10 of the present embodiment shown in FIG. 1, the unit length thermal resistance RLt of the
また、本実施形態によれば、熱抵抗部201は、加熱部側接続部202および冷却部側接続部203に比して熱伝導率が低い材料で構成されている。これにより、その熱抵抗部201では、単位長さ熱抵抗RLtが加熱部側接続部202および冷却部側接続部203に比して大きい。従って、加熱部14と冷却部16とを接合するロウ付け部位を、単位長さ熱抵抗RLtを局所的に大きくする熱抵抗部201として利用することが可能である。
Moreover, according to this embodiment, the
言い換えれば、熱抵抗部201に該当するロウ材部分では熱伝導が悪いので、発熱体121、122の発熱中には、図1の実線Dtの勾配として示すように熱抵抗部201で局所的に大きな温度勾配ΔTL1がつく。そのため、冷媒の気液界面26の微小揺らぎが増幅しやすくなり、その気液界面26の自励振動を確実に始動することが可能となる。
In other words, since the heat conduction is poor in the brazing material portion corresponding to the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第1実施形態と異なる点を主として説明する。また、前述の実施形態と同一または均等な部分については省略または簡略化して説明する。このことは後述の第3実施形態以降でも同様である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described. Further, the same or equivalent parts as those of the above-described embodiment will be described by omitting or simplifying them. The same applies to the third and later embodiments described later.
図6は、本実施形態の冷却器10の全体構成を断面図示すると共に、その全体構成図の下側に冷却器10の温度分布を示した図であって、第1実施形態の図1に相当する図である。この図6に示すように、本実施形態では熱抵抗部201が第1実施形態とは異なっている。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the overall configuration of the cooler 10 of the present embodiment, and is a diagram showing the temperature distribution of the cooler 10 on the lower side of the overall configuration diagram, which is similar to FIG. 1 of the first embodiment. It is an equivalent figure. As shown in FIG. 6, in this embodiment, the
具体的に、本実施形態の熱抵抗部201はOリングである。このOリングは、シール部材として一般に用いられるものであり、例えばゴムなどの弾性体で構成されている。また、熱抵抗部201としてのOリングは例えば略円形断面を有し、中継部空間20aまわりに環状に形成されている。
Specifically, the
中継部20では、加熱部側接続部202と冷却部側接続部203とが、熱抵抗部201としてのOリングを挟んでボルト205によって接合されている。そして、そのOリングは、加熱部側接続部202と冷却部側接続部203との間から冷媒が漏れ出ることを防止している。
In the
また、加熱部側接続部202と冷却部側接続部203とは直接には接触しておらず、熱抵抗部201としてのOリングは加熱部側接続部202と冷却部側接続部203との各々に直接接触している。
Moreover, the heating part
また、熱抵抗部201としてのOリングは例えばゴムなどで構成されているので、加熱部側接続部202および冷却部側接続部203と比較して、上記式F1における熱抵抗部201の熱伝導率kは低い値になる。従って、本実施形態でも第1実施形態と同様に、熱抵抗部201が、加熱部側接続部202および冷却部側接続部203に比して熱伝導率kが低い材料で構成されることにより、その熱抵抗部201では、単位長さ熱抵抗RLtが部分的に大きくなっている。
In addition, since the O-ring as the
更に、そのOリングと加熱部側接続部202との接触面、および、そのOリングと冷却部側接続部203との接触面は何れも、中継部空間20aまわりに細長く線状に延びた形状を成すので、上記式F1における熱抵抗部201の断面積Aも局所的に小さくなっている。従って、本実施形態の熱抵抗部201では、冷媒振動方向DRvを向いた断面の面積Aである伝熱面積Aが加熱部側接続部202および冷却部側接続部203に比して小さくなっていることによっても、単位長さ熱抵抗RLtが部分的に大きくなっている。
Furthermore, the contact surface between the O-ring and the heating unit
このように、Oリングで構成された熱抵抗部201においては熱伝導が悪いので、発熱体121、122の発熱中には、図6の実線Dtの勾配として示すように熱抵抗部201で局所的に大きな温度勾配ΔTL1がつく。そのため、冷媒の気液界面26の微小揺らぎが増幅しやすくなり、その気液界面26の自励振動を確実に始動することが可能となる。
As described above, since the heat conduction is poor in the
本実施形態では、前述の第1実施形態と共通の構成から奏される効果を第1実施形態と同様に得ることができる。 In the present embodiment, the effects produced from the configuration common to the first embodiment described above can be obtained as in the first embodiment.
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第1実施形態と異なる点を主として説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described.
図7は、本実施形態の冷却器10の全体構成を断面図示すると共に、その全体構成図の下側に冷却器10の温度分布を示した図であって、第1実施形態の図1に相当する図である。この図7に示すように、本実施形態では熱抵抗部201が第1実施形態とは異なっている。
FIG. 7 is a cross-sectional view of the overall configuration of the cooler 10 of the present embodiment, and is a diagram showing the temperature distribution of the cooler 10 on the lower side of the overall configuration diagram, which is similar to FIG. 1 of the first embodiment. It is an equivalent figure. As shown in FIG. 7, in this embodiment, the
具体的に、本実施形態の熱抵抗部201は加熱部側接続部202および冷却部側接続部203と同じ材料で構成されている。例えば、熱抵抗部201、加熱部側接続部202、冷却部側接続部203、加熱部14、および冷却部16は同じ材料で構成され一体に成形されている。
Specifically, the
但し、本実施形態の熱抵抗部201では、加熱部側接続部202および冷却部側接続部203に比して肉厚が薄く形成されている。すなわち、中継部20の肉厚が熱抵抗部201で部分的に薄くなっている。詳しく言えば、その肉厚が熱抵抗部201で局所的に薄くなっている。
However, in the
すなわち、熱抵抗部201では上記式F1における断面積Aが局所的に小さくなっている。従って、本実施形態の熱抵抗部201では、冷媒振動方向DRvを向いた断面の面積Aである伝熱面積Aが加熱部側接続部202および冷却部側接続部203に比して小さくなっていることにより、単位長さ熱抵抗RLtが部分的に大きくなっている。
That is, in the
このように単位長さ熱抵抗RLtが大きい熱抵抗部201においては熱伝導が悪いので、発熱体121、122の発熱中には、図7の実線Dtの勾配として示すように熱抵抗部201で局所的に大きな温度勾配ΔTL1がつく。そのため、冷媒の気液界面26の微小揺らぎが増幅しやすくなり、その気液界面26の自励振動を確実に始動することが可能となる。
Since heat conduction is poor in the
本実施形態では、前述の第1実施形態と共通の構成から奏される効果を第1実施形態と同様に得ることができる。 In the present embodiment, the effects produced from the configuration common to the first embodiment described above can be obtained as in the first embodiment.
また、上述したように本実施形態によれば、熱抵抗部201では、冷媒振動方向DRvを向いた断面の面積Aが加熱部側接続部202および冷却部側接続部203に比して小さくなっていることにより、単位長さ熱抵抗RLtが部分的に大きくなっている。従って、熱抵抗部201の形状によって単位長さ熱抵抗RLtを部分的に大きくすることが可能である。例えば、加熱部側接続部202および冷却部側接続部203とは異なる材料で熱抵抗部201を構成する必要がないというメリットがある。
Further, as described above, according to the present embodiment, in the
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第1実施形態と異なる点を主として説明する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described.
図8は、本実施形態の冷却器10の全体構成を断面図示すると共に、その全体構成図の下側に冷却器10の温度分布を示した図であって、第1実施形態の図1に相当する図である。この図8に示すように、本実施形態では熱抵抗部201が第1実施形態とは異なっている。
FIG. 8 is a cross-sectional view of the overall configuration of the cooler 10 of the present embodiment, and shows the temperature distribution of the cooler 10 on the lower side of the overall configuration diagram, and is shown in FIG. 1 of the first embodiment. It is an equivalent figure. As shown in FIG. 8, in this embodiment, the
具体的に本実施形態では、加熱部側接続部202と冷却部側接続部203とがボルト205によって接合されている。すなわち、そのボルト205によるボルト止めでは、冷媒振動方向DRvにおいて加熱部側接続部202の冷却部側接続部203側を向いた接触面202aと、冷却部側接続部203の加熱部側接続部202側を向いた接触面203aとが互いに対向して直接接触している。本実施形態では、この2つの接触面202a、203aが熱抵抗部201を構成している。
Specifically, in the present embodiment, the heating part
第1実施形態の説明で前述したように加熱部側接続部202および冷却部側接続部203はアルミニウム合金等の金属材料で構成されているので、上記2つの接触面202a、203aはボルト205の締結力によって互いに押圧しつつ金属接触している。そして、図8におけるIX部分の拡大した図9に示すように何れの接触面202a、203aも面粗さを有しているので、微細に見れば2つの接触面202a、203aの直接接触は多数の点接触で構成されている。
As described above in the description of the first embodiment, since the heating part
このような熱抵抗部201の構成から、接触面202a、203a間の多数の点接触から成る熱抵抗部201の伝熱面積が、上記式F1における熱抵抗部201の断面積Aに該当する。そして、その熱抵抗部201の伝熱面積は多数の点接触の接触面積を寄せ集めた大きさであるので、熱抵抗部201の伝熱面積は局所的に小さくなっている。
Due to such a configuration of the
従って、本実施形態の熱抵抗部201では、上記式F1における熱抵抗部201の断面積Aである伝熱面積Aが加熱部側接続部202および冷却部側接続部203に比して小さくなっていることにより、単位長さ熱抵抗RLtが部分的に大きくなっている。
Therefore, in the
このように熱抵抗部201では金属接触により熱抵抗が局所的に大きくなっているので、図8の発熱体121、122の発熱中には、図8の実線Dtの勾配として示すように熱抵抗部201で局所的に大きな温度勾配ΔTL1がつく。そのため、冷媒の気液界面26の微小揺らぎが増幅しやすくなり、その気液界面26の自励振動を確実に始動することが可能となる。
As described above, since the thermal resistance locally increases in the
本実施形態では、前述の第1実施形態と共通の構成から奏される効果を第1実施形態と同様に得ることができる。 In the present embodiment, the effects produced from the configuration common to the first embodiment described above can be obtained as in the first embodiment.
(他の実施形態)
(1)上述の第1実施形態において、加熱部側接続部202および冷却部側接続部203は、熱抵抗部201に接合する接合部位であるが、その加熱部側接続部202および冷却部側接続部203が無く、加熱部14および冷却部16が熱抵抗部201に直接に接合されていても差し支えない。その場合には、加熱部14のうち熱抵抗部201側の部位と冷却部16のうち熱抵抗部201側の部位とがそれぞれ、熱抵抗部201に接合する接合部位に該当する。このことは、第2〜4実施形態でも同様である。
(Other embodiments)
(1) In the first embodiment described above, the heating part
(2)上述の各実施形態において、発熱体121、122は2つ設けられているが、発熱体121、122は1つまたは3つ以上設けられていても差し支えない。
(2) In each of the above-described embodiments, two
(3)上述の各実施形態において、発熱体121、122は、冷却が必要な半導体素子などであるが、電気部品である必要はない。
(3) In each of the embodiments described above, the
(4)上述の各実施形態において、発熱体121、122は、加熱部14の外側に取り付けられているが、加熱部空間14a内に収容され、冷媒が直接接触するように配置されていても差し支えない。
(4) In each of the above-described embodiments, the
(5)上述の各実施形態において、冷却器10は冷媒振動方向DRvに延びた形状を成しているが、冷却器10の形状に限定はなく、例えば冷却器10は、特許文献1に記載された蒸気エンジンのようにU字状に形成されていても差し支えない。 (5) In each of the above-described embodiments, the cooler 10 has a shape extending in the refrigerant vibration direction DRv. However, the shape of the cooler 10 is not limited. For example, the cooler 10 is described in Patent Document 1. It may be formed in a U shape like a steam engine made.
(6)上述の各実施形態において、冷却部16は、冷却部空間16a内の冷媒を外気と熱交換させることにより冷却するが、冷却部16まわりに冷却水が流れる配管を設け、冷媒を、その冷却水と熱交換させることにより冷却しても差し支えない。
(6) In each of the above-described embodiments, the cooling
(7)上述の各実施形態において、体積変化吸収部18は蛇腹等で構成され冷媒振動方向DRvに伸縮するが、例えばダイヤフラム等で構成されていてもよいし、或いは、冷媒の膨張および収縮を吸収することができれば、伸縮しない構成であっても差し支えない。
(7) In each of the above-described embodiments, the volume
(8)上述の各実施形態において、冷却器10の設置方向は特に限定されていないが、冷却器10の上下方向が特定されていても差し支えない。例えば、冷却器10は、冷却部空間16aが加熱部空間14aの下方に位置するように設置されていてもよい。
(8) In each embodiment described above, the installation direction of the cooler 10 is not particularly limited, but the vertical direction of the cooler 10 may be specified. For example, the cooler 10 may be installed such that the
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。 In addition, this invention is not limited to above-described embodiment, In the range described in the claim, it can change suitably. In each of the above-described embodiments, it is needless to say that elements constituting the embodiment are not necessarily essential unless explicitly stated as essential and clearly considered essential in principle. Yes. Further, in each of the above embodiments, when numerical values such as the number, numerical value, quantity, range, etc. of the constituent elements of the embodiment are mentioned, it is clearly limited to a specific number when clearly indicated as essential and in principle. The number is not limited to the specific number except for the case. In each of the above embodiments, when referring to the material, shape, positional relationship, etc. of the constituent elements, etc., unless otherwise specified, or in principle limited to a specific material, shape, positional relationship, etc. The material, shape, positional relationship, etc. are not limited.
14 加熱部
14a 加熱部空間
16 冷却部
16a 冷却部空間
18 体積変化吸収部(吸収部)
18a 吸収部空間
20 中継部
20a 中継部空間
121、122 発熱体
201 熱抵抗部
14
18a
Claims (4)
前記加熱部空間へ連通している冷却部空間(16a)が形成されており、前記加熱部で気化され前記冷却部空間へ流入してきた前記冷媒を冷却して液化させる冷却部(16)と、
前記冷却部空間へ連通している吸収部空間(18a)が形成されており、該吸収部空間の膨張と収縮とによって前記冷媒の加熱および冷却による体積変化を吸収する吸収部(18)と、
前記加熱部と前記冷却部との間に配置され、前記加熱部空間と前記冷却部空間とをつなぐ中継部空間(20a)が形成された中継部(20)とを備え、
前記加熱部および前記冷却部は、前記冷媒に気化と液化とを繰り返させることにより、前記加熱部空間から前記中継部空間を介して前記冷却部空間にわたる空間(14a、16a、20a)にて前記冷媒を自励振動させ、
前記中継部は、前記自励振動の振動方向(DRv)における単位長さあたりの熱抵抗が部分的に大きい熱抵抗部(201)を有していることを特徴とする冷却器。 A heating unit space (14a) into which the refrigerant enters is formed, and a heating unit (14) that heats and vaporizes the refrigerant by dissipating heat of the heating elements (121, 122) to the refrigerant in the heating unit space. When,
A cooling unit space (16a) communicating with the heating unit space is formed, and a cooling unit (16) that cools and liquefies the refrigerant that has been vaporized by the heating unit and has flowed into the cooling unit space;
An absorption part space (18a) communicating with the cooling part space is formed, and an absorption part (18) that absorbs volume change due to heating and cooling of the refrigerant by expansion and contraction of the absorption part space;
A relay section (20) disposed between the heating section and the cooling section and having a relay section space (20a) connecting the heating section space and the cooling section space;
The heating unit and the cooling unit cause the refrigerant to repeat vaporization and liquefaction so that the space (14a, 16a, 20a) spans the cooling unit space from the heating unit space through the relay unit space. The self-excited vibration of the refrigerant,
The said relay part has a thermal resistance part (201) with a partially large thermal resistance per unit length in the vibration direction (DRv) of the said self-excited vibration, The cooler characterized by the above-mentioned.
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