JP6417990B2 - 冷却器 - Google Patents

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。

流体が封入された流体容器内の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、蒸気の膨脹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流体を自励振動変位させる。

特許第４４１１８２９号公報

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、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、冷却すべき発熱体を利用して加熱部を構成すれば、その発熱体を冷却するための冷媒流体として流体容器内の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。この場合、簡素な構成で冷却器を実現できることが望まれる。

本発明は上記点に鑑みて、簡素な構成の冷却器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、３、６、７に記載の発明では、
冷媒が入っている加熱部空間（１４ａ）が形成されており、発熱体（１２）の熱を加熱部空間内の冷媒へ放熱させることにより冷媒を加熱し気化させる加熱部（１４）と、
加熱部空間と連通している冷却部空間（１６ａ）を形成しており、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、
冷却部空間と連通している吸収部空間（１８ａ）を形成する吸収部壁（１８１）を有し、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）とを備え、
加熱部空間、冷却部空間、及び吸収部空間は、全体として、冷媒が封入された一空間（３２）を構成し、
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、一空間内で冷媒を自励振動させるようになっており、
吸収部は、吸収部空間に冷媒とは異なる気体（Ｇ）が封入されており、
この気体は、冷媒の加熱部側とは反対側に配置されていることを特徴としている。
また、請求項１に記載の発明では、
吸収部空間は、少なくとも冷媒の液体部分で構成される液体（Ｂ）が移動する流路を構成しており、
吸収部壁は、液体の表面張力の支配的な作用によって形成される液体と気体の界面（Ｓ３）を維持する流路形状を有しており、
気体と冷媒との間に、同じ温度条件で比較して、冷媒よりも表面張力が大きな液体（Ｌ１）が配置されていることを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明では、
吸収部空間は、少なくとも冷媒の液体部分で構成される液体（Ｃ）が移動する流路を構成しており、
吸収部壁は、液体の表面張力の支配的な作用によって形成される液体と気体の界面（Ｓ５）を維持する流路形状を有しており、
気体と冷媒との間に、同じ温度条件で比較して、冷媒よりも蒸気圧が低い液体（Ｌ２）が配置されていることを特徴としている。
また、請求項６に記載の発明では、吸収部は、吸収部壁の外側に、吸収部壁よりも熱移動が少ない断熱部（１９）を有することを特徴としている。
また、請求項７に記載の発明では、吸収部は、気体を加熱する加熱手段（２０）を有することを特徴としている。

請求項１、３、６、７に記載の発明によれば、吸収部空間に封入した気体をガスバネと作用させることで、冷媒の体積変化を吸収させることができる。このように、吸収部の構成として、吸収部空間に気体が封入された構成を採用することで、吸収部を簡素な構成とすることができ、冷却器を簡素な構成で実現することができる。

なお、請求項６、７に記載の発明では、気体と冷媒との間に、気体と冷媒とを仕切部材が介在していない場合に限らず、仕切部材が介在していてもよい。

ところで、吸収部が、冷媒の体積変化を吸収するための機械的な動作を行う機械稼働部品を用いて構成されると、機械稼働部品の耐久性によって冷却器の耐久性が決まってしまう。また、吸収部内に気体を封入した場合であっても、気体と冷媒との間に、気体と冷媒とを仕切る仕切部材を介在させると、仕切部材の耐久性によって冷却器の耐久性が決まってしまう。このため、冷却器の耐久性が低いという問題が生じる。

請求項１、３に記載の発明によれば、吸収部を構成するための機械稼働部品が不要なので、吸収部を機械稼働部品で構成する場合と比較して、冷却器の耐久性を向上できる。また、気体と冷媒とを仕切る仕切部材が不要なので、気体と冷媒との間に仕切部材を介在させる場合と比較して、冷却器の耐久性を向上できる。

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一例である。

第１実施形態における冷却器の断面構成を示す図である。 図１中の領域IIの拡大図である。 図１の冷却器の作動を説明するための図である。 第２実施形態における冷却器の断面構成を示す図である。 図４中の領域Vの拡大図である。 第３実施形態における冷却器の断面構成を示す図である。 図６中の領域VIIの拡大図である。 （ａ）は吸収部１８の内部から外部への放熱についての対策を施していない場合の吸収部の断面図であり、（ｂ）は（ａ）の吸収部内部の位置と温度の関係を示す図である。 冷媒（液冷媒Ｒ１）と液冷媒Ｒ１よりも蒸気圧が低い液体Ｌ２のそれぞれの蒸気圧と温度の関係を示す図である。 第４実施形態における冷却器の断面構成を示す図である。 （ａ）は図１０の吸収部の拡大図であり、（ｂ）は（ａ）の吸収部内部の位置と温度の関係を示す図である。 第５実施形態における冷却器の断面構成を示す図である。 （ａ）は図１２の吸収部の拡大図であり、（ｂ）は（ａ）の吸収部内部の位置と温度の関係を示す図である。

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、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態の冷却器１０は、その冷却器１０内に封入された冷媒Ｒを利用して発熱体１２を冷却する。なお、図１の矢印ＤＲ１は、冷却器１０が設置された状態での上下方向ＤＲ１すなわち鉛直方向ＤＲ１を表している。冷却器１０は、加熱部１４、冷却部１６、吸収部１８を備えている。冷却器１０の冷媒Ｒは、常温では液体Ｒ１であり、発熱体１２により加熱されることにより沸騰して気体Ｒ２（図３参照）となる流体であり、一例を挙げれば、フッ素系不活性液体である。以下では、冷媒の液体部分Ｒ１を液冷媒Ｒ１と呼び、冷媒の気体部分Ｒ２をガス冷媒Ｒ２と呼ぶ。

発熱体１２は、発熱するために、冷却器１０により冷却される部材であり、具体的には、冷却が必要な半導体素子などの電子部品である。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。発熱体１２の電気端子１２ａ、１２ｂは加熱部１４から突き出ており、発熱体１２は、その電気端子１２ａ、１２ｂに通電されることにより発熱する。

加熱部１４には、液冷媒Ｒ１が入っている加熱部空間１４ａが形成されており、加熱部１４は、その加熱部空間１４ａ内に発熱体１２を収容している。そして、加熱部１４は、その発熱体１２の熱を加熱部空間１４ａ内の液冷媒Ｒ１へ放熱させることにより、加熱部空間１４ａ内の液冷媒Ｒ１を加熱し沸騰気化（蒸発）させる。

詳細には、加熱部１４は、加熱部空間１４ａを形成している箱状の加熱部壁１４１を備えている。初期状態では、図１に示すように、加熱部空間１４ａは、液冷媒Ｒ１で満たされており、発熱体１２全体が液冷媒Ｒ１に浸かっている。加熱部空間１４ａの冷却部１６側である一端は後述の冷却部１６の冷却部空間１６ａに連通しているが、加熱部空間１４ａの他端は閉塞されている。

冷却部１６は、加熱部空間１４ａと連通している冷却部空間１６ａを形成しており、後述する図３（ｃ）に示すように、加熱部１４で気化され冷却部空間１６ａへ流入してきたガス冷媒Ｒ２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に対し水平方向に並んで配置されている。

冷却部壁１６１は管状の形状を成しており、その内側に冷却部空間１６ａを形成している。冷却装置１６２は、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内のガス冷媒Ｒ２を、外気と熱交換させることにより冷却する。すなわち、冷却部１６は、ガス冷媒Ｒ２を冷却する際に、その冷媒からの熱を、冷却部１６の外部すなわち冷却部１６まわりの外部空間１６ｂへ放熱する。冷却部壁１６１は、高い放熱性能が得られるように、例えば薄肉の金属、好ましくは薄肉のアルミニウム合金で構成されている。

冷却部空間１６ａは管状に形成された空間であり、その長手方向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、後述する図３（ｂ）に示すように、冷却部空間１６ａ内に冷媒の気液界面（液冷媒Ｒ１とガス冷媒Ｒ２の界面）Ｓ１が存在する場合には、その気液界面Ｓ１は、重力方向に拘わらず、冷媒の表面張力により、冷却部空間１６ａの長手方向を向くように維持される。すなわち、冷却部空間１６ａの長手方向において、気液界面Ｓ１を境に加熱部１４側にはガス冷媒Ｒ２が存在し、その反対側には液冷媒Ｒ１が存在する。

吸収部１８は、冷媒の加熱および冷却によって加熱部空間１４ａ内および冷却部空間１６ａ内で生じる冷媒の体積変化を吸収する機能を有する部分である。吸収部１８は、冷却部１６に対し水平方向に並んで配置されており、冷却部１６の加熱部１４側とは反対側に配置されている。

吸収部１８は、一端が冷却部空間１６ａと連通し、一端とは反対側の他端が閉塞された吸収部空間１８ａを形成している。吸収部空間１８ａには、冷媒と異なる気体Ｇが封入されている。この気体Ｇは、冷却器１０の使用環境において気体状態である。気体Ｇは、冷却器１０の使用時において気体として安定して、吸収部空間１８ａに存在していることが望ましい。気体Ｇとしては、冷媒と反応しない不活性ガス、例えば、窒素、ヘリウム等が挙げられる。なお、この吸収部空間１８ａ、上述の加熱部空間１４ａ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。また、吸収部空間１８ａは、後述する図３に示すように、液冷媒Ｒ１が移動する流路を構成している。

詳細には、吸収部１８は、吸収部空間１８ａを形成している吸収部壁１８１を備えている。吸収部壁１８１は、管状の形状を成しており、その内側に吸収部空間１８ａを形成している。吸収部壁１８１、冷却部壁１６１、および加熱部壁１４１は一体となって、アルミニウム合金等の金属から成り、冷媒が収容される１つの冷媒容器を構成している。

そして、図２に示すように、吸収部壁１８１は、液冷媒Ｒ１の表面張力の支配的な作用によって形成される液冷媒Ｒ１と気体Ｇの界面Ｓ２を維持する流路形状を有している。なお、図２は、液冷媒Ｒ１と気体Ｇの界面Ｓ２が、図１中の破線位置に存在するときを示している。

具体的には、吸収部壁１８１の内側の吸収部空間１８ａの幅（流路幅）Ｄ１が、液冷媒Ｒ１の表面張力によって液冷媒Ｒ１と気体Ｇの界面（液冷媒Ｒ１の液面）Ｓ２が、吸収部空間１８ａの長手方向を向くように設定されている。吸収部空間１８ａの長手方向とは、図２の左右方向であり、液冷媒Ｒ１の移動方向（振動方向）や、吸収部１８と冷却部１６の並び方向でもある。本実施形態では、吸収部空間１８ａの幅が、冷却部空間１６ａと同じ幅に設定されている。また、流路幅Ｄ１が狭くても、図２に示す向きの界面Ｓ２が形成されない場合がある。例えば、吸収部壁１８１の内壁面１８２に筋や凹凸等があると、液冷媒Ｒ１が重力によって下方に移動し、気体Ｇが液冷媒Ｒ１の上方に位置してしまう。そこで、本実施形態では、内壁面１８２が平滑な面とされている。

このため、吸収部空間１８ａ内では、図２の左右方向において、界面Ｓ２よりも冷却部１６側（図２右側）に液冷媒Ｒ１が存在し、界面Ｓ２よりも冷却部１６側の反対側（図２左側）に気体Ｇが存在している。すなわち、気体Ｇは、液冷媒Ｒ１の冷却部１６側の反対側に配置されている。

なお、液冷媒Ｒ１の表面張力の支配的な作用によって形成される液冷媒Ｒ１と気体Ｇの界面Ｓ２が維持される状態は、液冷媒Ｒ１の表面張力によって形成される液冷媒Ｒ１のメニスカスが維持される状態や、液冷媒Ｒ１が内壁面１８２の周方向全域に接する状態や、液冷媒Ｒ１の液面Ｓ２が内壁面１８２に対して立っている状態とも表現される。

このように構成された冷却器１０では、図３（ａ）〜（ｄ）に示す状態を順に繰り返すことで、発熱体１２が冷却される。

図３（ａ）に示すように、発熱体１２が発熱を開始すると、加熱部１４内の液冷媒Ｒ１が発熱体１２により加熱され沸騰する。これにより、ガス冷媒Ｒ２が増加し、加熱部１４の内圧が上昇する。

図３（ｂ）に示すように、ガス冷媒Ｒ２の増加によって冷媒全体が膨張し、加熱部１４の内圧が上昇すると、吸収部１８内の気体Ｇが圧縮され、液冷媒Ｒ１とガス冷媒Ｒ２の界面Ｓ１が、冷却部１６内へ移動する。すなわち、ガス冷媒Ｒ２が冷却部１６に流入する。

図３（ｃ）に示すように、ガス冷媒Ｒ２が冷却部１６に流入すると、ガス冷媒Ｒ２は冷却されて凝縮する。これにより、ガス冷媒Ｒ２が減少し、加熱部１４の内圧が下降する。

図３（ｄ）に示すように、ガス冷媒Ｒ２が凝縮して、加熱部１４の内圧が下降すると、圧縮されていた気体Ｇが膨張し、液冷媒Ｒ１が加熱部１４内へ供給される。これにより、発熱体１２の一部または全部が冷媒の液体部分Ｒ１に浸かるようになる。発熱体１２が液冷媒Ｒ１に浸かると、上述のように、再び加熱部１４内の液冷媒Ｒ１が沸騰し気化する。

このように、冷却器１０の加熱部１４および冷却部１６は、冷媒に沸騰（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Ｒ（液冷媒Ｒ１）を自励振動させる。

そして、冷却器１０の吸収部１８は、気体Ｇをガスバネとして作用させることにより、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。さらに、吸収部１８は、気体Ｇの圧縮反力を液冷媒Ｒ１に作用させることで、冷媒Ｒの自励振動を補助する役割を果たす。

この冷媒Ｒ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１２の熱を、冷媒と冷却部壁１６１と冷却装置１６２とを介し、冷却部１６から外気へ放出させることができる。

以上の説明の通り、本実施形態では、吸収部１８内に気体Ｇを封入し、気体Ｇをガスバネとして用いている。これにより、吸収部１８の構成部品が少なく済むため、吸収部１８を簡素な構成とすることができる。よって、本実施形態によれば、冷却器１０を簡素な構成で実現することができる。

ところで、吸収部１８が、冷媒の体積変化を吸収するための機械的な動作を行う機械稼働部品、例えば、バネ形状状部品やピストン運動部品を用いて構成されると、機械稼働部品の耐久性によって冷却器１０の耐久性が決まってしまう。同様に、液冷媒Ｒ１と気体Ｇとを仕切る仕切部材を用いた場合も、仕切部材の耐久性によって冷却器１０の耐久性が決まってしまう。このため、冷却器１０の耐久性が低いという問題が生じる。

これに対して、本実施形態では、吸収部壁１８１の形状を、液冷媒Ｒ１の表面張力の支配的な作用によって形成される液冷媒Ｒ１と気体Ｇの界面Ｓ２を維持する流路形状としている。このため、吸収部１８を構成するための機械稼働部品が不要である。また、液冷媒Ｒ１と気体Ｇとを仕切る仕切部材も不要である。したがって、本実施形態によれば、吸収部１８を機械稼働部品で構成する場合と比較して、冷却器１０の耐久性を向上できる。また、本実施形態によれば、気体Ｇと液冷媒Ｒ１との間に仕切部材を介在させる場合と比較して、冷却器１０の耐久性を向上できる。

また、本実施形態では、液冷媒Ｒ１の表面張力によって界面Ｓ２が維持されるので、重力に関係なく、冷媒Ｒの自励振動を安定作動させることができる。すなわち、本実施形態の冷却器１０のように、冷却器１０の設置方向を、界面Ｓ２が重力方向を向く方向としなくてもよい。

（第２実施形態）
本実施形態は、第１実施形態に対して吸収部１８の構成を一部変更したものである。

すなわち、図４、５に示すように、本実施形態では、吸収部１８において、気体Ｇと液冷媒Ｒ１との間に、液冷媒Ｒ１よりも表面張力が大きな液体Ｌ１が配置されている。なお、図５は、液冷媒Ｒ１よりも表面張力が大きな液体Ｌ１が、図４中の破線位置に存在するときを示している。また、液冷媒Ｒ１と液体Ｌ１の表面張力の大小関係は、同じ温度条件で比較したときの関係である。この液体Ｌ１としては、例えば、重水・水、グリセリン、グリース等が挙げられる。

このため、本実施形態では、吸収部空間１８ａを、液冷媒Ｒ１と液体Ｌ１で構成される液体Ｂが移動するようになっている。すなわち、吸収部空間１８ａは、液冷媒Ｒ１と液体Ｌ１で構成される液体Ｂが移動する流路を構成している。

そして、吸収部壁１８１は、第１実施形態と同様に、液体Ｂの表面張力の支配的な作用によって形成される液体Ｂと気体Ｇの界面Ｓ３を維持する流路形状を有している。なお、液体Ｂの表面張力、液体Ｂと気体Ｇの界面Ｓ３は、それぞれ、液体Ｌ１の表面張力、液体Ｌ１と気体Ｇの界面Ｓ３のことである。本実施形態では、吸収部壁１８１のうち液体Ｌ１の移動部分における流路幅Ｄ２は、吸収部壁１８１のうち液体Ｌ１の移動部分以外の流路幅Ｄ１、すなわち、冷却部壁１６１の流路幅Ｄ１よりも大きく設定されている。

なお、本実施形態では、液体Ｌ１と液冷媒Ｒ１の界面Ｓ４も、液体Ｌ１と気体Ｇの界面Ｓ３と同様に、吸収部空間１８ａの長手方向（図５の左右方向）を向いている。

本実施形態によれば、液体Ｌ１の表面張力の効果により、吸収部壁１８１のうち液体Ｌ１の移動部分における流路幅Ｄ２を、液体Ｌ１を配置しない場合の流路幅Ｄ１よりも大きくすることができる。また、流路幅Ｄ２を流路幅Ｄ１と同じとした場合では、液冷媒Ｒ１よりも表面張力が大きな液体Ｌ１を用いることで、液体Ｌ１を配置しない場合と比較して、液体Ｂと気体Ｇとの界面Ｓ４をより強固に維持することができるため、冷媒Ｒの自励振動を安定作動させることができる。

（第３実施形態）
本実施形態は、第１実施形態に対して吸収部１８の構成を一部変更したものである。

すなわち、図６、７に示すように、本実施形態では、吸収部１８において、気体Ｇと液冷媒Ｒ１との間に、液冷媒Ｒ１よりも蒸気圧が低い液体Ｌ２が配置されている。なお、図７は、液冷媒Ｒ１よりも蒸気圧が低い液体Ｌ２が、図６中の破線位置に存在するときを示している。液冷媒Ｒ１と液体Ｌ２の蒸気圧の高低関係は、同じ温度条件で比較したときの関係である。この液体Ｌ２としては、例えば、イオン液体が挙げられる。

このため、本実施形態では、吸収部空間１８ａを、液冷媒Ｒ１と液体Ｌ２で構成される液体Ｃが移動するようになっている。すなわち、吸収部空間１８ａは、液冷媒Ｒ１と液体Ｌ２で構成される液体Ｃが移動する流路を構成している。

そして、吸収部壁１８１は、第１実施形態と同様に、液体Ｃの表面張力の支配的な作用によって形成される液体Ｃと気体Ｇの界面Ｓ５を維持する流路形状を有している。なお、液体Ｃの表面張力、液体Ｃと気体Ｇの界面Ｓ５は、それぞれ、液体Ｌ２の表面張力、液体Ｌ２と気体Ｇの界面Ｓ５のことである。

なお、本実施形態では、液体Ｌ２と液冷媒Ｒ１の界面Ｓ６も、液体Ｌ２と気体Ｇの界面Ｓ５と同様に、吸収部空間１８ａの長手方向（図７の左右方向）を向いている。

ここで、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、吸収部１８の内部から外部への放熱についての対策を施していない場合、吸収部空間１８ａの気体Ｇが封入されている気体封入部の温度は、界面Ｓ２から離れるほど、界面Ｓ２よりも低くなる。すなわち、吸収部空間１８ａの界面Ｓ２から離れた側の端部での温度Ｔ１と界面Ｓ２での温度Ｔ２の差が大きい。このため、図９に示すように、吸収部空間１８ａの端部での蒸気圧Ｐ１と、界面Ｓ２での蒸気圧Ｐ２とが異なるので、図８（ａ）に示すように、液冷媒Ｒ１が蒸発および凝縮し、吸収部空間１８ａの端部（気体Ｇの冷媒側とは反対側）に、冷媒の凝縮部分Ｒ３が生成してしまう。この結果、気体Ｇが加熱部１４側へ移動し、冷媒の自励振動が適切に行われず、冷却性能が低下する恐れがある。

これに対して、本実施形態では、液冷媒Ｒ１よりも蒸気圧が低い液体Ｌ２を用いている。この液体Ｌ２は、図９に示すように、温度差が生じても蒸気圧の変化が小さいので、蒸発し難い。これにより、液体Ｌ２を、気体Ｇと液冷媒Ｒ１の間に常に存在させることができる。このため、吸収部１８の内部から外部への放熱についての対策を施さなくても、吸収部１８における液冷媒Ｒ１の蒸発および凝縮を抑制できる。したがって、液体Ｌ２の存在によって液冷媒Ｒ１の蒸発を抑制することで、液冷媒Ｒ１が吸収部空間１８ａで蒸発および凝縮することがないため、冷媒の自励振動を安定作動させることができる。よって、冷却器１０の冷却性能の低下を抑制できる。

（第４実施形態）
本実施形態は、第１実施形態に対して吸収部１８の構成を一部変更したものである。

すなわち、図１０に示すように、本実施形態では、吸収部壁１８１の外面を、吸収部壁１８１よりも熱移動が少ない断熱性を有する断熱部材１９で覆っている。断熱部材１９としては、例えば、グラスウール等が挙げられる。断熱部材１９で覆う範囲としては、気体Ｇの初期封入量の長さ以上の範囲が好ましい。すなわち、図１０に示すように、吸収部壁１８１の外面のうち初期段階において気体Ｇが存在する範囲に対応する領域を断熱部材１９で覆うことが好ましい。

このように、吸収部壁１８１の外面を断熱部材１９で覆うことで、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、吸収部空間１８ａの気体封入部の温度低下を抑制できる。すなわち、界面Ｓ２と吸収部空間１８ａの温度差を小さくできる。なお、界面Ｓ２の温度はほぼ均一であり、図１１（ａ）では、界面Ｓ２の温度として、吸収部壁１８１に接する位置における界面Ｓ２の温度を示している。

このため、吸収部空間１８ａにおける液冷媒Ｒ１の蒸発および凝縮を抑制でき、冷媒の自励振動を安定作動させることができる。よって、冷却器１０の冷却性能の低下を抑制できる。

なお、本実施形態では、吸収部壁１８１の外側に、吸収部壁１８１よりも熱移動が少ない断熱部として、断熱部材１９を設けたが、断熱部材１９に替えて、魔法瓶のような真空断熱層を有する真空断熱構造を設けてもよい。

（第５実施形態）
本実施形態は、第１実施形態に対して吸収部１８の構成を一部変更したものである。

すなわち、図１２に示すように、本実施形態では、吸収部１８に、電気ヒータ２０を設置している。電気ヒータ２０は、気体Ｇを加熱する加熱手段である。電気ヒータ２０による吸収部１８の加熱範囲としては、気体Ｇの初期封入量の長さ以上の範囲が好ましい。すなわち、図１２に示すように、吸収部壁１８１の外面のうち初期段階において気体Ｇが存在する範囲に対応する領域を加熱することが好ましい。

そして、本実施形態では、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、気体Ｇが封入された空間の温度が界面Ｓ２と同じ温度になるように、吸収部１８内の気体Ｇを加熱する。なお、気体Ｇが封入された空間の温度が、界面Ｓ２よりも高い温度となるように、吸収部１８内の気体Ｇを加熱してもよい。

このように、吸収部１８内の気体Ｇを加熱して、吸収部空間１８ａの気体封入部の温度低下が生じないようにすることで、吸収部空間１８ａにおける液冷媒Ｒ１の蒸発および凝縮を抑制でき、冷媒の自励振動を安定作動させることができる。よって、冷却器１０の冷却性能の低下を抑制できる。

なお、本実施形態では、加熱手段として電気ヒータ２０を用いたが、他の加熱手段を用いてもよい。他の加熱手段としては、高温ガスを熱源とする熱交換器が挙げられる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、下記のように、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。

（１）上記した各実施形態では、加熱部１４の加熱部空間１４ａ内に発熱体１２が収容されていたが、発熱体１２の熱を加熱部空間１４ａ内の液冷媒Ｒ１へ放熱させることにより液冷媒Ｒ１を加熱し気化させることができれば、加熱部空間１４ａの外部に発熱体１２が配置されていてもよい。

（２）上記した各実施形態では、気体Ｇと冷媒Ｒとの間に、気体Ｇと冷媒Ｒとを仕切る仕切部材が介在していなかったが、ダイヤフラム等の変形が可能な仕切部材が介在していてもよい。

（３）上記した各実施形態では、冷却器１０は、冷却部空間１６ａおよび吸収部空間１８ａの長手方向が水平方向を向くように設置されているが、冷却部空間１６ａ内の界面Ｓ１の向きおよび吸収部空間１８ａ内の界面Ｓ２の向きは、液冷媒Ｒ１等の表面張力によって維持されるので、冷却器１０の設置向きに限定はない。

（４）上記した各実施形態において、加熱部空間１４ａ、冷却部空間１６ａおよび吸収部空間１８ａは、その長手方向が水平方向となるように設けられているが、例えば冷媒封入空間３２が特許文献１に記載された流体容器のようにＵ字状に形成されていても差し支えない。

（５）上記した各実施形態において、発熱体１２からの発熱が止まると、発熱体１２全体が液体冷媒に浸るが、発熱体１２の一部分が液冷媒Ｒ１に浸るのでも差し支えない。

（６）上記した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。

（７）上記した各実施形態において、発熱体１２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。

（８）上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。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。

１０ 冷却器
１２ 発熱体
１４ 加熱部
１４ａ 加熱部空間
１６ 冷却部
１６ａ 冷却部空間
１８ 吸収部
１８ａ 吸収部空間
１８１ 吸収部壁
Ｒ 冷媒
Ｒ１ 液冷媒（冷媒の液体部分）
Ｒ２ ガス冷媒（冷媒の気体部分）
Ｇ 気体

Claims (7)

1. 冷媒が入っている加熱部空間（１４ａ）が形成されており、発熱体（１２）の熱を前記加熱部空間内の前記冷媒へ放熱させることにより該冷媒を加熱し気化させる加熱部（１４）と、
   前記加熱部空間と連通している冷却部空間（１６ａ）を形成しており、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、
   前記冷却部空間と連通している吸収部空間（１８ａ）を形成する吸収部壁（１８１）を有し、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）とを備え、
   前記加熱部空間、前記冷却部空間、及び前記吸収部空間は、全体として、前記冷媒が封入された一空間（３２）を構成し、
   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、前記一空間内で前記冷媒を自励振動させるようになっており、
   前記吸収部は、前記吸収部空間に前記冷媒とは異なる気体（Ｇ）が封入されており、
   前記気体は、前記冷媒の前記加熱部側とは反対側に配置されており、
   前記吸収部空間は、少なくとも前記冷媒の液体部分で構成される液体（Ｂ）が移動する流路を構成しており、
   前記吸収部壁は、前記液体の表面張力の支配的な作用によって形成される前記液体と前記気体の界面（Ｓ３）を維持する流路形状を有しており、
   前記気体と前記冷媒との間に、同じ温度条件で比較して、前記冷媒よりも表面張力が大きな液体（Ｌ１）が配置されていることを特徴とする冷却器。
2. 前記気体と前記冷媒との間に、同じ温度条件で比較して、前記冷媒よりも蒸気圧が低い液体（Ｌ２）が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の冷却器。
3. 冷媒が入っている加熱部空間（１４ａ）が形成されており、発熱体（１２）の熱を前記加熱部空間内の前記冷媒へ放熱させることにより該冷媒を加熱し気化させる加熱部（１４）と、
   前記加熱部空間と連通している冷却部空間（１６ａ）を形成しており、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、
   前記冷却部空間と連通している吸収部空間（１８ａ）を形成する吸収部壁（１８１）を有し、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）とを備え、
   前記加熱部空間、前記冷却部空間、及び前記吸収部空間は、全体として、前記冷媒が封入された一空間（３２）を構成し、
   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、前記一空間内で前記冷媒を自励振動させるようになっており、
   前記吸収部は、前記吸収部空間に前記冷媒とは異なる気体（Ｇ）が封入されており、
   前記気体は、前記冷媒の前記加熱部側とは反対側に配置されており、
   前記吸収部空間は、少なくとも前記冷媒の液体部分で構成される液体（Ｃ）が移動する流路を構成しており、
   前記吸収部壁は、前記液体の表面張力の支配的な作用によって形成される前記液体と前記気体の界面（Ｓ５）を維持する流路形状を有しており、
   前記気体と前記冷媒との間に、同じ温度条件で比較して、前記冷媒よりも蒸気圧が低い液体（Ｌ２）が配置されていることを特徴とする冷却器。
4. 前記吸収部は、前記吸収部壁の外側に、前記吸収部壁よりも熱移動が少ない断熱部（１９）を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷却器。
5. 前記吸収部は、前記気体を加熱する加熱手段（２０）を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷却器。
6. 冷媒が入っている加熱部空間（１４ａ）が形成されており、発熱体（１２）の熱を前記加熱部空間内の前記冷媒へ放熱させることにより該冷媒を加熱し気化させる加熱部（１４）と、
   前記加熱部空間と連通している冷却部空間（１６ａ）を形成しており、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、
   前記冷却部空間と連通している吸収部空間（１８ａ）を形成する吸収部壁（１８１）を有し、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）とを備え、
   前記加熱部空間、前記冷却部空間、及び前記吸収部空間は、全体として、前記冷媒が封入された一空間（３２）を構成し、
   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、前記一空間内で前記冷媒を自励振動させるようになっており、
   前記吸収部は、前記吸収部空間に前記冷媒とは異なる気体（Ｇ）が封入されており、
   前記気体は、前記冷媒の前記加熱部側とは反対側に配置されており、
   前記吸収部は、前記吸収部壁の外側に、前記吸収部壁よりも熱移動が少ない断熱部（１９）を有することを特徴とする冷却器。
7. 冷媒が入っている加熱部空間（１４ａ）が形成されており、発熱体（１２）の熱を前記加熱部空間内の前記冷媒へ放熱させることにより該冷媒を加熱し気化させる加熱部（１４）と、
   前記加熱部空間と連通している冷却部空間（１６ａ）を形成しており、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、
   前記冷却部空間と連通している吸収部空間（１８ａ）を形成する吸収部壁（１８１）を有し、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）とを備え、
   前記加熱部空間、前記冷却部空間、及び前記吸収部空間は、全体として、前記冷媒が封入された一空間（３２）を構成し、
   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、前記一空間内で前記冷媒を自励振動させるようになっており、
   前記吸収部は、前記吸収部空間に前記冷媒とは異なる気体（Ｇ）が封入されており、
   前記気体は、前記冷媒の前記加熱部側とは反対側に配置されており、
   前記吸収部は、前記気体を加熱する加熱手段（２０）を有することを特徴とする冷却器。

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