JPH02122554A

JPH02122554A - 沸騰冷却装置

Info

Publication number: JPH02122554A
Application number: JP27681288A
Authority: JP
Inventors: Masao Fujii; 雅雄藤井; Haruo Tetsuno; 鉄野　治雄; Taku Kameda; 卓亀田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-10-31
Filing date: 1988-10-31
Publication date: 1990-05-10
Also published as: GB2225099A; GB8923697D0; ES2017293A6

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、車載用などの電気機器の沸騰冷却装置に関し
、特にその凝縮器の高さを低くして、高さが制限されて
いる機器にも搭載できるようにした沸騰冷却装置に関す
るものである。

［従来の技術］第１０図は、例えば電気学会誌、９９巻、５号。

ＰＰ、３７９〜３８５．昭和５４年５月号に記載されて
いる従来の電気機器の沸騰冷却装置（１００）の概略構
成図である。図において、（１）は液状体の作動媒質（
５）が発熱体く被冷却体）より発生する熱を受けて蒸気
化する蒸発器、（２）は蒸発器（１）で蒸気化した作動
媒質を輸送する蒸気管などの蒸気輸送部、（３）は蒸気
輸送部（２）を経て流入された蒸気化した作動媒質を冷
却して液化する凝縮器、（４）は凝縮器（３）から蒸発
器（１）へ液化した作動媒質を輸送する液管などの液輸
送部、（６）は液状体の作動媒質（５）中に漫されて冷
却を要する半導体素子などの発熱体く被冷却体）である
。これらにより沸騰冷却装置（１００）が構成されるが
、その冷却媒体となる作動媒質（５）は、通常、沸騰冷
却装置（１００）の内部を真空にした後、充填される。

次に、動作について説明する。

まず、発熱体（６）が動作すると、練状体作動媒質（５
）に接する発熱体（６）の伝熱面で気泡（７）が発生し
、発熱体（６）は沸騰熱伝達作用により良好に冷却され
る。発生した気泡（７）は、練状体作動媒質（５）中を
上昇し、自由液面（８）上で破裂して蒸気になる。この
蒸気は、蒸発器（１）と凝縮器（３）間の圧力差によっ
て蒸気管（３）中を輸送され、凝縮器（３）へ流入する
。この凝縮器（３）は、通常空気冷却されていて、流入
された蒸気は凝縮し液化される。液化された作動媒質は
、重力の作用で液管（４）を降下し、蒸発器（１）中へ
還流する。

このとき、蒸発器（１）内の圧力は、凝縮器（３）内の
圧力より高いため、練状体作動媒質（５）は液管（４）
中を逆止弁する。この逆止弁する高さＨと圧力との関係
は、沸騰冷却装置（１００）内を作動媒質が蒸気あるい
は液滴の状態で自然循環する際の圧力損失をΔｐとする
と、次式で表わされる。

Δｐ＝（ρ＋−７）ｇ）・ｇ−Ｈ・・・・・・・−（１
）ここで、ρ１．ρ５は作動媒質の液密度及び蒸気密度
、ｇは重力加速度である。

このように作動媒質の自然循環によって熱輸送される従
来の沸騰冷却装置では、液管（４）中に高さＨまで練状
体作動媒質（５）が逆止弁する。ここで、凝縮器（３）
は液状体の作動媒質が存在すれば凝縮能力が低下するの
で、その設置位置をＨ以上の高さにする必要があった。

ところで、沸騰冷却装置（１００）を第【１図に示すよ
うに、電車などの車体（２００）の床下（９）に搭載す
る場合には、床下（９）とレール（１０）との間の間隙
には制限がある。このため、（１）式で表わされる圧力
損失△Ｐを小さくするために蒸気管（２）の管径を太く
したり、車両の走行風を利用して凝縮器（３）を冷却す
るために車体（２００）の外側方向に設置したりしてい
る。

［発明が解決しようとする課題」従来の沸騰冷却装置では、作動媒質の輸送が自然循環に
よっているので、凝縮器を蒸発器より所定の高さ以上に
設置する必要があるため、高さが制限されている機器に
は搭載できなくなるという間連点があった。

本発明は、かかる３題を解決するためになされたもので
、凝縮器の高さを低くして、高さが制限されている機器
にも搭載できる沸騰冷却装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明の請求項１に係る沸騰冷却装置は、その内部に収
納された液状体の作動媒質が被冷却体より発生する熱を
受けて蒸気化する蒸発器と、この蒸発器で蒸気化した作
動媒質を輸送する蒸気輸送部と、この蒸気輸送部を経て
流入された蒸気化した作動媒質を冷却して液化する凝縮
器、及びこの凝縮器から前記蒸発器へ液化した作動媒質
を輸送する輸送路となり、その一部に、前記蒸発器内の
練状体作動媒質の液面位より低い位置で上昇部位路を形
成するとともに気泡を生成し、この気泡を面記上昇部位
路中を上昇させる液輸送手段を備えたものである。

また、本発明の請求項２に係る沸騰冷却装置は、被冷却
体の側面との間に所定の間隙を有し、航記被冷却体より
発生する熱を受けてその内部に収納された液状体の作動
媒質が蒸気化する蒸発器と、この蒸発器で蒸気化した作
動媒質を輸送する蒸気輸送部と、この蒸気輸送部を経て
流入された蒸気化した作動媒質を冷却して液化する凝縮
器、及びこの凝縮器から前記蒸発器へ液化した作動媒質
を輸送するととも一気泡を生成しこの気泡を前記間隙に
沿って上昇させる液輸送手段を備えたものである。

し作用］本発明においては、液輸送路の上昇部位路中を、あるい
は蒸発器と発熱体（被冷却体）との間に形成された間隙
中を上昇する気泡が魂状体作動媒質を汲み上げる。

［実施例］第１図は、本発明に係る一実施例の沸騰冷却装置の概略
構成図であり、（１）〜（８）は従来例と同様のもので
ある。（１２）は凝縮器（３）から蒸発器（１）への液
輸送部（１１）の一部に、蒸発器（１）内の魂状体作動
媒質（５）の液面位（８）より低い位置で形成された上
昇部位路である。この実施例では、上昇部位路（１２）
は発熱体く被冷却体）（６）中を貫通している。

このような構成において、発熱体（６）が動作すると上
昇部位路（１２）内に沸騰による気泡（１３）か発生し
、この気泡（１３）は浮力で上昇する。このとき、気泡
（１３）と気泡（１３）周囲の液状体との気液界面で剪
断力が働き液状体は気泡（１３）の上昇とともに上昇す
る。この作用は、沸騰気泡ポンプ作用と呼ばれ、その原
理は、例えば日本機械学会論文集（第２部）、３９巻、
３２５号、　ＰＰ、２７９７〜２８０６．昭和４８年９
月号に記載されている。この沸騰気泡ポンプ作用によっ
て、液輸送部（１１）内の魂状体作動媒質が汲み出され
液輸送部（１１）内での液面が下降する。

従って、凝縮器（１）の設置位置を下げることがでる液
輸送部（１１）内での液面の移動について説明する。第
２図は発熱体（６）か動作していない状態、第３図は発
熱体（６）が動作して上昇部位路（１２）中に気泡（１
３）が発生している状態を示す図である。

第２図で発熱体（６）の非動作時には液輸送部（１１）
を越えて凝縮器（３）中にも魂状体作動媒質が存在して
いるか、第３図のように発熱体か動作を始めると上昇部
位路（１２）での沸騰気泡ポンプ作用によって液状体が
汲み出され、液面（１４）は凝縮器（３）内から液輸送
部（１１）中にまで下降する。尚、発熱体（６）の沸騰
冷却作用を安定に行うためには、第２図のように、発熱
体（６）は非動作時にも、魂状体作動媒質（５）中に浸
漬されている位置関係にするのか望ましい。

第４図は、本発明に係る他の実施例の沸騰冷却装置の概
略構成図である。この実施例では、発熱体（６）と蒸発
器（１）容器間に電気的な絶縁を要する場合であり、蒸
発器（１）容器と上昇部位路（１２）との間に電気絶縁
性を有する絶縁管（１５）が接続されている。

第５図は、本発明に係る第三の実施例の沸騰冷却装置の
概略構成図である。この実施例では、上昇部位路（１２
）が発熱体（６）中を貫通しないで、その外側面に別の
発熱体（１６）を圧接して設けて沸騰気泡ポンプ作用を
起こさせている。

第６図は、本発明に係る第四の実施例の沸騰冷却装置の
概略構成図である。この実施例では、上昇部位路（１２
）が蒸発器（１）の外部に構成された場合であり、その
側面に発熱体（１６ａ）が圧接して設けられるとともに
吐出口（１７）は蒸発器（１）内の魂状体作動媒質（５
）中に浸されている。

第７図は５本発明に係る第五の実施例の沸騰冷却装置の
概略構成図である。この実施例では、上昇部位路（１２
）の吐出口（１７）か魂状体作動媒質（５）の液面位（
８）　、ｈ部にある場合である。尚、沸騰気泡ポンプ作
用の安定性からは、上昇部位路（１２）の吐出口（１７
）が魂状体作動媒質（５）中に浸されている方が望まし
い。

第８図は、本発明に係る第六の実施例の沸騰冷却装置の
概略構成図であり、（１）〜（１１）は上記実施例と同
様のものである。（１８）は蒸発器（１）内側面と発熱
体（６）側面との間に所定の間隙で形成された液輸送路
である。この間隙（１８）中で沸騰により生成された気
泡（１９）が上昇′１−ることにより、沸騰気泡ポンプ
作用か起こり魂状体作動媒質が汲上げ輸送される。従っ
て、この場合も液輸送路の液面が低下し凝縮器（３）の
位置をドげることかできる。

この実施例では、沸騰気泡ポンプ作用を蒸発器（１）側
面との間隙（１８）で行っているが、第９図のように、
発熱体（６）内と併用して行わせてもよいつ尚、上記各実施例においては、気泡を生成するための沸
騰は加熱による場合を示してか、作動媒質よりも低い沸
点の媒質を注入してその低沸点媒質に作動媒質からの熱
で沸騰を起こさせたり、あるいは上昇部位路（１２）近
傍が減圧できる場合には減圧することにより作動媒質の
沸点を下げて沸騰させたりすることもできる。

［発明の効果］本発明は以上説明したとおり、請求項１においては、そ
の内部に収納された液状体の作動媒質が被冷却体より発
生する熱を受けて蒸気化する蒸発器と、この蒸発器で蒸
気化した作動媒質を輸送する蒸気輸送部と、この蒸気輸
送部を経て流入された蒸気化した作動媒質を冷却して液
化する凝縮器、及びこの凝縮器から前記蒸発器へ液化し
た作動媒質を輸送する輸送路となり、その一部に、前記
蒸発器内の板状体作動媒質の液面位より低い位置で上昇
部位路を形成するとともに気泡を生成し、この気泡を前
記上昇部位路中を上昇させる液輸送手段を備え、また請
求項２においては、凝縮器から前記蒸発器へ液化した作
動媒質を輸送するとともに気泡を生成しこの気泡を前記
蒸発器内の被冷却体との間に形成した間隙に沿って上昇
させる液輸送手段を備えたので、凝縮器の高さを低くで
き、高さが制限されている機器にも搭載できる沸騰冷却
装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明に係る一実施例の沸騰冷却装置の概略構
成図、第２図及び第３図は沸騰気泡ポンプ作用により液
輸送管の液面が移動することを説明する説明図、第４図
は本発明に係る他の実施例の、第５図は本発明に係る第
三の実施例の、第６図は本発明に係る第四の実施例の、
第７図は本発明に係る第五の実施例の、第８図は本発明
に係る第六の実施例の、第９図は本発明に係る第七の実
施例の沸騰冷却装置の概略構成をそれぞれ示す図、第１
Ｏ図は従来の沸騰冷却装置の概略構成図、第１１図は第
１Ｏ図に示す沸騰冷却装置を電車用に搭載したときの概
略構成図である。図において、（１）は蒸発器　（２）は蒸気輸送部（蒸
気管）、（３）は凝縮器、（１１）は液輸送部（液管）
、（１２）は上昇部位路、（１３）　、　（１９）は気
泡である。なお、各図中向−・符号は同−又は相当部分を示す。代理人　　大　　岩　　増　　雄第１図第２図第３図第４図第５図第６図／’７第７図第８図第９図第１０図第１１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）その内部に収納された液状体の作動媒質が被冷却
体より発生する熱を受けて蒸気化する蒸発器、この蒸発
器で蒸気化した作動媒質を輸送する蒸気輸送部、この蒸
気輸送部を経て流入された蒸気化した作動媒質を冷却し
て液化する凝縮器、及びこの凝縮器から前記蒸発器へ液
化した作動媒質を輸送する輸送路となり、その一部に、
前記蒸発器内の液状体作動媒質の液面位より低い位置で
上昇部位路を形成するとともに気泡を生成し、この気泡
を前記上昇部位路中を上昇させる液輸送手段を備えたこ
とを特徴とする沸騰冷却装置。
（２）被冷却体の側面との間に所定の間隙を有し、前記
被冷却体より発生する熱を受けてその内部に収納された
液状体の作動媒質が蒸気化する蒸発器、この蒸発器で蒸
気化した作動媒質を輸送する蒸気輸送部、この蒸気輸送
部を経て流入された蒸気化した作動媒質を冷却して液化
する凝縮器、及びこの凝縮器から前記蒸発器へ液化した
作動媒質を輸送するとともに気泡を生成しこの気泡を前
記間隙に沿って上昇させる液輸送手段を備えたことを特
徴とする沸騰冷却装置。