JPH0579914B2 - - Google Patents
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- JPH0579914B2 JPH0579914B2 JP59108312A JP10831284A JPH0579914B2 JP H0579914 B2 JPH0579914 B2 JP H0579914B2 JP 59108312 A JP59108312 A JP 59108312A JP 10831284 A JP10831284 A JP 10831284A JP H0579914 B2 JPH0579914 B2 JP H0579914B2
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- cooling
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は沸騰−凝縮を利用した熱伝達装置の構
成に関する。
成に関する。
第１図は従来の熱伝達装置の構成を示したもの
である。下面２、上面３、側壁部４により容器１
が構成されていて、この内部を真空引き後、蒸発
性の液体５（例えばフロン、アルコール等）が入
れてある。下面２は加熱面であり、ヒーターその
他の熱源により加熱されている。上面３は冷却面
であり、空気や水の自然対流あるいは強制対流に
よつて冷却されている。下面２に接している液体
５は熱を受けて沸騰し、発生した気泡６は浮力に
よつて上昇し液面９′部に達する。液面９部から
は蒸気となつて、蒸気圧差によつて上面３に到達
し、ここで冷却されて液化する。これにより上面
３の下部に凝縮液膜７が形成し、これは重力によ
つて下部に落下し元に戻り、再び同じサイクルを
くり返す。上面３部にて放出された凝縮熱は、そ
の外面を流れる空気や水によつて熱除去される。
このような熱伝達装置は、金属の単なる熱伝導を
利用するものに対して著しく熱抵抗が小さいた
め、半導体素子あるいは電気機械等の発熱物体の
冷却にしばしば利用される。しかしこの熱伝達装
置を、さらに高性能化し、発熱物体を高性能化す
るためには、加熱面側の流体の沸騰部の熱抵抗及
び冷却面側の凝集液膜７の熱抵抗を小さくする必
要がある。一般に沸騰部の熱抵抗に対し凝縮液膜
７の熱抵抗が数倍大きいので、凝縮液膜７の熱抵
抗を低減するのが効果的である。このため現在
種々の検討が行なわれている。たとえば上面３の
下部に多数のフインを設けたものであるが、加工
が困難であつたり、工数が著しく増加するという
欠点がある。これを解決する方法として第２図に
示す方法が提案されている（A.Markowitz，
Boiling and Condensation in ａ Liguid−
Filled Enclosure，MIT Report No.
DSR29077−73 Jan.1971）。この方法は、上面３
の上部に補助容器１０を設け、容器１とそれをパ
イプ１０′によつて連結したものであり、加工の
困難な多数のフインは無い。つまり内部に入れる
液体５の量を増やし、パイプ１０′を通して、液
体５の液面９が補助容器１０の内部に位置するま
で入れる。このようにすると、下面２に入力を入
れない時、上面３は液体５に接しており、入力を
入れると沸騰して発生した気泡６が上昇し、上面
３部に激しく衝突する。このため上面３では、気
泡６′と液体５との一種の強制対流伝熱となる。
である。下面２、上面３、側壁部４により容器１
が構成されていて、この内部を真空引き後、蒸発
性の液体５（例えばフロン、アルコール等）が入
れてある。下面２は加熱面であり、ヒーターその
他の熱源により加熱されている。上面３は冷却面
であり、空気や水の自然対流あるいは強制対流に
よつて冷却されている。下面２に接している液体
５は熱を受けて沸騰し、発生した気泡６は浮力に
よつて上昇し液面９′部に達する。液面９部から
は蒸気となつて、蒸気圧差によつて上面３に到達
し、ここで冷却されて液化する。これにより上面
３の下部に凝縮液膜７が形成し、これは重力によ
つて下部に落下し元に戻り、再び同じサイクルを
くり返す。上面３部にて放出された凝縮熱は、そ
の外面を流れる空気や水によつて熱除去される。
このような熱伝達装置は、金属の単なる熱伝導を
利用するものに対して著しく熱抵抗が小さいた
め、半導体素子あるいは電気機械等の発熱物体の
冷却にしばしば利用される。しかしこの熱伝達装
置を、さらに高性能化し、発熱物体を高性能化す
るためには、加熱面側の流体の沸騰部の熱抵抗及
び冷却面側の凝集液膜７の熱抵抗を小さくする必
要がある。一般に沸騰部の熱抵抗に対し凝縮液膜
７の熱抵抗が数倍大きいので、凝縮液膜７の熱抵
抗を低減するのが効果的である。このため現在
種々の検討が行なわれている。たとえば上面３の
下部に多数のフインを設けたものであるが、加工
が困難であつたり、工数が著しく増加するという
欠点がある。これを解決する方法として第２図に
示す方法が提案されている（A.Markowitz，
Boiling and Condensation in ａ Liguid−
Filled Enclosure，MIT Report No.
DSR29077−73 Jan.1971）。この方法は、上面３
の上部に補助容器１０を設け、容器１とそれをパ
イプ１０′によつて連結したものであり、加工の
困難な多数のフインは無い。つまり内部に入れる
液体５の量を増やし、パイプ１０′を通して、液
体５の液面９が補助容器１０の内部に位置するま
で入れる。このようにすると、下面２に入力を入
れない時、上面３は液体５に接しており、入力を
入れると沸騰して発生した気泡６が上昇し、上面
３部に激しく衝突する。このため上面３では、気
泡６′と液体５との一種の強制対流伝熱となる。
又、特開昭51−69253号公報には、容器内に封
入する液体の量を多くし、凝縮面と液面との距離
を近づけ、液体を飛沫して飛ばし直接冷却面に衝
突させる熱伝達装置が記載されている。
入する液体の量を多くし、凝縮面と液面との距離
を近づけ、液体を飛沫して飛ばし直接冷却面に衝
突させる熱伝達装置が記載されている。
第２図に示す方法では、実際にその部分の熱抵
抗を測定してみると、第１図の方法より大きく、
特に下面３部の熱流束が小さい時には著しく熱抵
抗が大きい。これは液体５中の気泡６，６′の大
きさが、上面３で冷却されて下部に降下して来る
液体５により予冷されて小さくなるため、気泡
６，６′の強制対流効果が弱くなるためである。
第５図は、上面３の熱流束qcと、熱抵抗αcとの関
係を示したものである。実線（従来）は、第１
図に示す方法におけるqcとαcとの関係を示してい
る。qcが大きくなるにつれ、下面３部に形成する
凝縮液膜７の厚さが厚くなるので、qcの増加につ
れαcは小さくなる。二点鎖線（従来）は、第２
図に示す方法に対応するものである。特にqcの小
さな領域では、気泡６，６′が液体５により予冷
される効果が大きく、その大きさが小さくなりし
たがつて前述の強制対流効果が弱くなり、αcは実
線より著しく小さくなる。qcが大きくなつても二
点鎖線は実線に一致するのみであり、従来の方
法より熱伝達率は大きくならない。ただし、この
従来の方法は、内部に不凝縮性の空気等が入つ
た時、空気を補助容器１０内の蒸気空間部８′へ
集め、上面３への熱伝達率を激減させないように
する効果はある。
抗を測定してみると、第１図の方法より大きく、
特に下面３部の熱流束が小さい時には著しく熱抵
抗が大きい。これは液体５中の気泡６，６′の大
きさが、上面３で冷却されて下部に降下して来る
液体５により予冷されて小さくなるため、気泡
６，６′の強制対流効果が弱くなるためである。
第５図は、上面３の熱流束qcと、熱抵抗αcとの関
係を示したものである。実線（従来）は、第１
図に示す方法におけるqcとαcとの関係を示してい
る。qcが大きくなるにつれ、下面３部に形成する
凝縮液膜７の厚さが厚くなるので、qcの増加につ
れαcは小さくなる。二点鎖線（従来）は、第２
図に示す方法に対応するものである。特にqcの小
さな領域では、気泡６，６′が液体５により予冷
される効果が大きく、その大きさが小さくなりし
たがつて前述の強制対流効果が弱くなり、αcは実
線より著しく小さくなる。qcが大きくなつても二
点鎖線は実線に一致するのみであり、従来の方
法より熱伝達率は大きくならない。ただし、この
従来の方法は、内部に不凝縮性の空気等が入つ
た時、空気を補助容器１０内の蒸気空間部８′へ
集め、上面３への熱伝達率を激減させないように
する効果はある。
又、特開昭51−69253号公報に記載の熱伝達装
置は、冷却面に直接液滴を飛沫させるものではあ
るが、凝縮膜を排除することについては配慮され
ていないものである。
置は、冷却面に直接液滴を飛沫させるものではあ
るが、凝縮膜を排除することについては配慮され
ていないものである。
本発明の目的は、上述した従来例よりも、冷却
面側の熱伝達率を向上し、熱伝達装置を高性能化
することにある。
面側の熱伝達率を向上し、熱伝達装置を高性能化
することにある。
上記目的を達成するために、本発明の熱伝達装
置は、容器内に蒸発性の液体を入れ、その沸騰−
凝縮作用により加熱面から冷却面へ熱輸送する熱
伝達装置において、前記容器の上面にブロツク状
の冷却面を設けるとともに、該ブロツク状の冷却
面の背面または側部に蒸発空間部を設け、該冷却
面を肉厚に形成して下面に凝縮液膜を形成しやす
くし、加熱面に熱を加えた時に発生する沸騰液面
部の気泡を冷却面に形成する凝縮液膜に接触させ
る事により凝縮液膜を排除するように構成したこ
とを特徴とするものである。
置は、容器内に蒸発性の液体を入れ、その沸騰−
凝縮作用により加熱面から冷却面へ熱輸送する熱
伝達装置において、前記容器の上面にブロツク状
の冷却面を設けるとともに、該ブロツク状の冷却
面の背面または側部に蒸発空間部を設け、該冷却
面を肉厚に形成して下面に凝縮液膜を形成しやす
くし、加熱面に熱を加えた時に発生する沸騰液面
部の気泡を冷却面に形成する凝縮液膜に接触させ
る事により凝縮液膜を排除するように構成したこ
とを特徴とするものである。
本発明の熱伝達装置は、容器の上面にブロツク
状の冷却面を設けるとともに、該ブロツク状の冷
却面の背面または側部に蒸発空間を設けているの
で、液体の体積膨張が生じても空間の存在により
沸騰が停止してしまうことがなく、容器内の液面
を適正に入れ沸騰液面部に形成する気泡を、冷却
面に形成する凝縮液膜に接触させることにより凝
縮膜を排除しているので、熱伝達率を向上せし
め、かつこの効果が熱流束qcが大きくなつても持
続できる。
状の冷却面を設けるとともに、該ブロツク状の冷
却面の背面または側部に蒸発空間を設けているの
で、液体の体積膨張が生じても空間の存在により
沸騰が停止してしまうことがなく、容器内の液面
を適正に入れ沸騰液面部に形成する気泡を、冷却
面に形成する凝縮液膜に接触させることにより凝
縮膜を排除しているので、熱伝達率を向上せし
め、かつこの効果が熱流束qcが大きくなつても持
続できる。
第３図、第４図は本発明の構成と原理を示す図
であり、第３図は下面２に入力を入れない場合、
第４図は入力を入れた場合を示す。これは従来例
の第１図に対し、液体５の封入量は多くするが、
第３図に示すように液面９は上面３に接していな
い。また従来例の第２図に示すような補助容器１
０は設けていない。本発明においては、第３図に
示す液面９から上面（冷却面）３までの初期距離
Hiと、下面（加熱面）２から上面３までの距離
Hsとの比Hi／Hsが重要な意味を持つている。こ
の比Hi／Hsの値を適正にすると、沸騰により生
じた沸騰液面９′の気泡（泡膜）６′が、上面３に
形成する凝縮液膜７に接し、その落下を促進す
る。これは泡膜６′の表面に凝縮液膜７が接する
と、泡膜６′の表面張力により凝縮液膜７が引張
られて下部に排除され、その結果上面３部には厚
い液膜が減少して薄膜部が増加し、熱伝達率αcが
大きくなるのである。第１図の様にHi／Hsが著
しく大きい場合には、泡膜６′は凝縮液膜７に接
触せず、上述した効果は生じない。その逆に
Hi／Hsが小さいと沸騰液面９の動揺時、液面９
が上面３に接触し、むしろ上面３の液膜９の厚さ
を厚くし、熱伝達率αcの減少をきたす。さらに
Hi／Hsが著しく小さくなると、液面９が上面３
に接触する個所が多くなり、結果として蒸気の凝
縮する伝熱面積の減少をきたし、熱伝達率αcをさ
らに小さくする。この様な領域においては、熱流
束qcを増加させると、すぐに蒸気空間部８が無く
なり、下面２から上面３には液体５の自然対流伝
熱に移行し、熱伝達率は激減する。これは熱流束
qcの増加により液体５の温度が高まり、液体５が
体積膨張し、蒸気空間部８と気泡６を消失させて
しまつたからである。第５図の破線は本発明の熱
流束qcに対する熱伝達率αcの変化を示したもので
ある。破線はHi／Hsが適正な場合で、実線
（従来）より、特に熱流束の高い領域にてαcは
大きくなり、最高値は従来より60％位大きくな
る。ハツチング部分は、従来よりαcが大きくな
つた部分を示している。これに対しHi／Hsが小
さいと、破線に示すように、低熱流束域ではむ
しろ従来よりαcは小さく、熱流束が大きくなる
につれαcは増加し若干αcは従来より大きくなる
ものの、すぐに気泡６と蒸気空間部８が無くな
り、液体５の自然対流伝熱（一点鎖線）に移行す
る（点p2）。第６図は、工業的に重要な、つまり
本熱伝達装置を発熱密度の高い電子素子等の冷却
に用いる時に重要な、熱流束の高い領域におい
て、Hi／Hsと熱伝達率比αc／αcD（αcDは従来の
熱伝達装率を表す）の関係を示したものである。
Hi／Hsが0.02〜0.3の範囲においてαc／αcDは１以
上となる。またHi／Hsが0.02以下では、自然対
流伝熱に移行しαc／αcDは１以下となり、Hi／Hs
が0.3以上では、αc／αcDは１、すなわち第１図の
従来の状態となる。従つて、本発明の最適範囲
はHi／Hsが0.02〜0.3である。
であり、第３図は下面２に入力を入れない場合、
第４図は入力を入れた場合を示す。これは従来例
の第１図に対し、液体５の封入量は多くするが、
第３図に示すように液面９は上面３に接していな
い。また従来例の第２図に示すような補助容器１
０は設けていない。本発明においては、第３図に
示す液面９から上面（冷却面）３までの初期距離
Hiと、下面（加熱面）２から上面３までの距離
Hsとの比Hi／Hsが重要な意味を持つている。こ
の比Hi／Hsの値を適正にすると、沸騰により生
じた沸騰液面９′の気泡（泡膜）６′が、上面３に
形成する凝縮液膜７に接し、その落下を促進す
る。これは泡膜６′の表面に凝縮液膜７が接する
と、泡膜６′の表面張力により凝縮液膜７が引張
られて下部に排除され、その結果上面３部には厚
い液膜が減少して薄膜部が増加し、熱伝達率αcが
大きくなるのである。第１図の様にHi／Hsが著
しく大きい場合には、泡膜６′は凝縮液膜７に接
触せず、上述した効果は生じない。その逆に
Hi／Hsが小さいと沸騰液面９の動揺時、液面９
が上面３に接触し、むしろ上面３の液膜９の厚さ
を厚くし、熱伝達率αcの減少をきたす。さらに
Hi／Hsが著しく小さくなると、液面９が上面３
に接触する個所が多くなり、結果として蒸気の凝
縮する伝熱面積の減少をきたし、熱伝達率αcをさ
らに小さくする。この様な領域においては、熱流
束qcを増加させると、すぐに蒸気空間部８が無く
なり、下面２から上面３には液体５の自然対流伝
熱に移行し、熱伝達率は激減する。これは熱流束
qcの増加により液体５の温度が高まり、液体５が
体積膨張し、蒸気空間部８と気泡６を消失させて
しまつたからである。第５図の破線は本発明の熱
流束qcに対する熱伝達率αcの変化を示したもので
ある。破線はHi／Hsが適正な場合で、実線
（従来）より、特に熱流束の高い領域にてαcは
大きくなり、最高値は従来より60％位大きくな
る。ハツチング部分は、従来よりαcが大きくな
つた部分を示している。これに対しHi／Hsが小
さいと、破線に示すように、低熱流束域ではむ
しろ従来よりαcは小さく、熱流束が大きくなる
につれαcは増加し若干αcは従来より大きくなる
ものの、すぐに気泡６と蒸気空間部８が無くな
り、液体５の自然対流伝熱（一点鎖線）に移行す
る（点p2）。第６図は、工業的に重要な、つまり
本熱伝達装置を発熱密度の高い電子素子等の冷却
に用いる時に重要な、熱流束の高い領域におい
て、Hi／Hsと熱伝達率比αc／αcD（αcDは従来の
熱伝達装率を表す）の関係を示したものである。
Hi／Hsが0.02〜0.3の範囲においてαc／αcDは１以
上となる。またHi／Hsが0.02以下では、自然対
流伝熱に移行しαc／αcDは１以下となり、Hi／Hs
が0.3以上では、αc／αcDは１、すなわち第１図の
従来の状態となる。従つて、本発明の最適範囲
はHi／Hsが0.02〜0.3である。
この最適範囲においても、第５図の破線に示
すように、熱流束qcが著しく増大すると、液体５
の体積膨張により、気泡６と蒸気空間部８が消失
し、自然対流伝熱に突然移行する（点p1）。した
がつて本発明の重要な点は、これをいかに回避す
るかということにもある。
すように、熱流束qcが著しく増大すると、液体５
の体積膨張により、気泡６と蒸気空間部８が消失
し、自然対流伝熱に突然移行する（点p1）。した
がつて本発明の重要な点は、これをいかに回避す
るかということにもある。
第７図は、上述した自然対流に移行し、急激に
熱伝達率が減少する現象を構造的に解決する方法
を示した実施例である。図示のごとく上面３の下
部にブロツク状の冷却面１２を設け、この冷却面
１２と側壁部４との間に蒸気空間部８及び１１を
設けたものである。この大きな蒸気空間部８の存
在により、液体５が体積膨張を起しても沸騰が停
止してしまうということがなくなる。ブロツク状
の冷却面１２は熱伝達性の銅、アルミニウム等で
できていて、蒸気は主として冷却面１２の下部に
て行なわれる。このため沸騰液面９と冷却面１２
の下部との初期距離Hiを、第６図に示す最適範
囲以内にするのが良い。蒸気空間部８に接する冷
却面１２の側部１２′も凝縮に有効に寄与し、熱
抵抗はさらに小さくなる。また蒸気空間部８は、
内部で発生する不凝縮性の気体、あるいは外部よ
り侵入する不凝縮性の空気を集めるガス溜め部と
しての効果もある。つまり蒸気が冷却面１２に凝
縮する際、不凝縮気体にある熱抵抗の増大を緩和
する作用がある。またこのブロツク状の冷却面１
２は肉厚であり、その熱容量は大きいので、過度
的に大きな入力が下面２に入つても、それを吸収
し、下面２の異常温度上昇を阻止する。このよう
な方法により蒸気空間部８を設けると、第５図の
破線に示すように、熱流束qcが増大しても熱流
束αcは低下しなくなる。
熱伝達率が減少する現象を構造的に解決する方法
を示した実施例である。図示のごとく上面３の下
部にブロツク状の冷却面１２を設け、この冷却面
１２と側壁部４との間に蒸気空間部８及び１１を
設けたものである。この大きな蒸気空間部８の存
在により、液体５が体積膨張を起しても沸騰が停
止してしまうということがなくなる。ブロツク状
の冷却面１２は熱伝達性の銅、アルミニウム等で
できていて、蒸気は主として冷却面１２の下部に
て行なわれる。このため沸騰液面９と冷却面１２
の下部との初期距離Hiを、第６図に示す最適範
囲以内にするのが良い。蒸気空間部８に接する冷
却面１２の側部１２′も凝縮に有効に寄与し、熱
抵抗はさらに小さくなる。また蒸気空間部８は、
内部で発生する不凝縮性の気体、あるいは外部よ
り侵入する不凝縮性の空気を集めるガス溜め部と
しての効果もある。つまり蒸気が冷却面１２に凝
縮する際、不凝縮気体にある熱抵抗の増大を緩和
する作用がある。またこのブロツク状の冷却面１
２は肉厚であり、その熱容量は大きいので、過度
的に大きな入力が下面２に入つても、それを吸収
し、下面２の異常温度上昇を阻止する。このよう
な方法により蒸気空間部８を設けると、第５図の
破線に示すように、熱流束qcが増大しても熱流
束αcは低下しなくなる。
又、このようにブロツク状の冷却面は肉厚であ
るため、凝縮液が溜まりやすく、気泡によりこの
凝縮液膜を排除することができる。
るため、凝縮液が溜まりやすく、気泡によりこの
凝縮液膜を排除することができる。
第８図は他の実施例である。これはブロツク状
の冷却面１２の中に横穴１３を設けたものであ
り、蒸気空間部８が増大するため、熱流束qcが増
大しても、さらに自然対流に移行し難しくなる。
１４は溶接部で、この実施例では、冷却面１２を
別個に作り、これを容器１の上部にセツトした
後、溶接により固定するものである。
の冷却面１２の中に横穴１３を設けたものであ
り、蒸気空間部８が増大するため、熱流束qcが増
大しても、さらに自然対流に移行し難しくなる。
１４は溶接部で、この実施例では、冷却面１２を
別個に作り、これを容器１の上部にセツトした
後、溶接により固定するものである。
第９図は他の実施例である。これはブロツク状
の冷却面の縁に、液切り板１５を設けたものであ
る。このようにすると冷却面１２の側面１２′に
て凝縮した液膜が降下し、冷却面１２の下部に回
り込み、凝縮液膜７の厚さを厚くしないようにす
ることができる。
の冷却面の縁に、液切り板１５を設けたものであ
る。このようにすると冷却面１２の側面１２′に
て凝縮した液膜が降下し、冷却面１２の下部に回
り込み、凝縮液膜７の厚さを厚くしないようにす
ることができる。
第１０図は他の実施例である。これは大きなく
さび状の冷却面１２を、下面３に設けたものであ
る。凝縮液膜７は、くさび面１２′を降下し、そ
の先端より下部に落下する。くさびの先端と、下
面２に入力を入れない時の液面９からの初期距離
Hiを第６図の最適範囲にすると良い。くさび面
１２′と隣りのそれとの間が、蒸気空間部８とし
て作用する。
さび状の冷却面１２を、下面３に設けたものであ
る。凝縮液膜７は、くさび面１２′を降下し、そ
の先端より下部に落下する。くさびの先端と、下
面２に入力を入れない時の液面９からの初期距離
Hiを第６図の最適範囲にすると良い。くさび面
１２′と隣りのそれとの間が、蒸気空間部８とし
て作用する。
第１１図は他の実施例である。これは短形状の
冷却面１２を、複数個上面３に設けた場合であ
る。冷却面１２の側部１２′と、隣りのそれとの
間の空間部が蒸気空間部８である。
冷却面１２を、複数個上面３に設けた場合であ
る。冷却面１２の側部１２′と、隣りのそれとの
間の空間部が蒸気空間部８である。
第１２図は他の実施例である。これは下面２そ
のものが発熱体ではなく、その内部に小さな加熱
面（たとえば半導体素子）２′が設けてある場合
であり、この場合には、下面２の面積に対し加熱
面２′の総面積は小さくなる。このため、今まで
の実施例における下面２の熱流束と、第１２図の
加熱面２′の熱流束を同一とし、また第１２図の
上面３と下面２の面積を同一とすると、この実施
例における下面（冷却面）３へ熱流束は小さくな
る。第５図に示すように熱流束が小さい場合に
は、熱伝達率αcの向上効果は小さくなるので、こ
の実施例では次のような工夫をしている。つまり
上面３に小さなブロツク状の冷却面１２を設け、
また加熱面２′の上部から冷却面１２に向つて縮
少ノズル１６を設け、気泡６を縮少ノズル１６に
より集める事により、冷却面１２への熱流束を高
め、熱伝達率向上効果を小さくしないようにした
ものである。
のものが発熱体ではなく、その内部に小さな加熱
面（たとえば半導体素子）２′が設けてある場合
であり、この場合には、下面２の面積に対し加熱
面２′の総面積は小さくなる。このため、今まで
の実施例における下面２の熱流束と、第１２図の
加熱面２′の熱流束を同一とし、また第１２図の
上面３と下面２の面積を同一とすると、この実施
例における下面（冷却面）３へ熱流束は小さくな
る。第５図に示すように熱流束が小さい場合に
は、熱伝達率αcの向上効果は小さくなるので、こ
の実施例では次のような工夫をしている。つまり
上面３に小さなブロツク状の冷却面１２を設け、
また加熱面２′の上部から冷却面１２に向つて縮
少ノズル１６を設け、気泡６を縮少ノズル１６に
より集める事により、冷却面１２への熱流束を高
め、熱伝達率向上効果を小さくしないようにした
ものである。
第１３図は他の実施例である。これは大規模集
積回路等のように、積方向に長い容器１に本発明
を用いた場合である。複数個の冷却面１２が上面
３に設けてあり、それに対応して縮少ノズル１６
が設けてある。３′は上面３に設けたフインであ
る。
積回路等のように、積方向に長い容器１に本発明
を用いた場合である。複数個の冷却面１２が上面
３に設けてあり、それに対応して縮少ノズル１６
が設けてある。３′は上面３に設けたフインであ
る。
第１４図は他の実施例である。これは加熱面
２′とほぼ同じ大きさの冷却面１２を、加熱面
２′毎に上面３に取付けたものである。このよう
な場合は縮少ノズル１６は不要としても良い。
２′とほぼ同じ大きさの冷却面１２を、加熱面
２′毎に上面３に取付けたものである。このよう
な場合は縮少ノズル１６は不要としても良い。
なお本発明は容器１が密閉されている場合の
他、大気に開放されている場合でも適用できるも
のである。
他、大気に開放されている場合でも適用できるも
のである。
以上説明したように、本発明によれば、(1)気泡
によ冷却面の下面の凝縮液膜を排除できるので、
凝縮部の熱伝達率が著しく向上し、(2)従来のよう
な細かいフインを多数取付ける必要が無くなり、
(3)冷却面の側部に設けた蒸気空間部により、本発
明の効果が高熱熱流束領域まで持続させることが
でき、(4)この蒸気空間部は不凝縮気体の影響を小
さくおさえることもでき、(5)冷却面の付加によ
り、熱容量が増加し、加熱面の異常温度上昇を防
止できるようになつた。
によ冷却面の下面の凝縮液膜を排除できるので、
凝縮部の熱伝達率が著しく向上し、(2)従来のよう
な細かいフインを多数取付ける必要が無くなり、
(3)冷却面の側部に設けた蒸気空間部により、本発
明の効果が高熱熱流束領域まで持続させることが
でき、(4)この蒸気空間部は不凝縮気体の影響を小
さくおさえることもでき、(5)冷却面の付加によ
り、熱容量が増加し、加熱面の異常温度上昇を防
止できるようになつた。
第１図、第２図は従来の熱伝達装置の構成図、
第３図、第４図は本発明の熱伝達装置の構成を説
明する図、第５図は本発明の熱伝達装置の効果を
説明する図、第６図は本発明の熱伝達装置が効果
を発揮する最適範囲を説明する図、第７図から第
１４図は他の実施例である。 １…容器、２…下面（加熱面）、３…上面（冷
却面）、４…側壁部、５…液体、６…気泡、６′…
気泡（泡膜）、７…凝縮液膜、８，１１…蒸気空
間部、９…液面、９′…沸騰液面、１０…補助容
器、１２…冷却面、１２′…側部、１３…穴、１
４…溶接部、１５…液切り板、１６…縮少ノズ
ル。
第３図、第４図は本発明の熱伝達装置の構成を説
明する図、第５図は本発明の熱伝達装置の効果を
説明する図、第６図は本発明の熱伝達装置が効果
を発揮する最適範囲を説明する図、第７図から第
１４図は他の実施例である。 １…容器、２…下面（加熱面）、３…上面（冷
却面）、４…側壁部、５…液体、６…気泡、６′…
気泡（泡膜）、７…凝縮液膜、８，１１…蒸気空
間部、９…液面、９′…沸騰液面、１０…補助容
器、１２…冷却面、１２′…側部、１３…穴、１
４…溶接部、１５…液切り板、１６…縮少ノズ
ル。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 容器内に蒸発性の液体を入れ、その沸騰−凝
縮作用により加熱面から冷却面へ熱輸送する熱伝
達装置において、前記容器の上面にブロツク状の
冷却面を設けるとともに、該ブロツク状の冷却面
の背面または側部に蒸発空間部を設け、該冷却面
を肉厚に形成して下面に凝縮液膜を形成しやすく
し、加熱面に熱を加えた時に発生する沸騰液面部
の気泡を冷却面に形成する凝縮液膜に接触させる
事により凝縮液膜を排除するように構成したこと
を特徴とする熱伝達装置。 ２ 前記加熱面と冷却面との間に、沸騰して発生
する気泡を集めるための縮少ノズルを設けた特許
請求の範囲第１項記載の熱伝達装置。 ３ 前記加熱面に熱を加えない時の液面から冷却
面までの初期距離Hiと加熱面から冷却面までの
初期距離Hsと加熱面から冷却面までの距離との
比Hi／Hsを0.02〜0.3の範囲に設定した特許請求
の範囲第１項記載の熱伝達装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59108312A JPS60253790A (ja) | 1984-05-30 | 1984-05-30 | 熱伝達装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59108312A JPS60253790A (ja) | 1984-05-30 | 1984-05-30 | 熱伝達装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60253790A JPS60253790A (ja) | 1985-12-14 |
| JPH0579914B2 true JPH0579914B2 (ja) | 1993-11-05 |
Family
ID=14481518
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59108312A Granted JPS60253790A (ja) | 1984-05-30 | 1984-05-30 | 熱伝達装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60253790A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102869943A (zh) * | 2010-05-19 | 2013-01-09 | 日本电气株式会社 | 沸腾冷却装置 |
| US8863821B2 (en) * | 2011-04-18 | 2014-10-21 | Empire Technology Development Llc | Dissipation utilizing flow of refrigerant |
| CN105324161B (zh) | 2013-05-28 | 2017-04-26 | 英派尔科技开发有限公司 | 薄膜系统及其使用方法和制造方法 |
| US10010811B2 (en) | 2013-05-28 | 2018-07-03 | Empire Technology Development Llc | Evaporation-condensation systems and methods for their manufacture and use |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5169253A (ja) * | 1974-12-13 | 1976-06-15 | Hitachi Ltd | Netsudentatsusochi |
| JPH0361001A (ja) * | 1989-07-28 | 1991-03-15 | Sanyo Kokusaku Pulp Co Ltd | 天然精油含有合板の製造方法 |
-
1984
- 1984-05-30 JP JP59108312A patent/JPS60253790A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5169253A (ja) * | 1974-12-13 | 1976-06-15 | Hitachi Ltd | Netsudentatsusochi |
| JPH0361001A (ja) * | 1989-07-28 | 1991-03-15 | Sanyo Kokusaku Pulp Co Ltd | 天然精油含有合板の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60253790A (ja) | 1985-12-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |