JPH08340189A - 沸騰冷却装置 - Google Patents

沸騰冷却装置

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JPH08340189A
JPH08340189A JP7332145A JP33214595A JPH08340189A JP H08340189 A JPH08340189 A JP H08340189A JP 7332145 A JP7332145 A JP 7332145A JP 33214595 A JP33214595 A JP 33214595A JP H08340189 A JPH08340189 A JP H08340189A
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JP
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boiling cooling
refrigerant
cooling device
heat
boiling
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JP7332145A
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Masahiko Suzuki
鈴木  昌彦
Seiji Kawaguchi
清司 川口
Shigeru Kadota
茂 門田
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Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Publication date
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    • F28F1/10Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
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    • F28F1/126Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element consisting of zig-zag shaped fins
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 体格の小型化を図ることにある。 【解決手段】 内部に冷媒が封入される沸騰冷却管3
は、断面形状が細長い長方形を成す偏平管より成り、流
体隔離板2に開けられた挿通穴を通って配されている。
この沸騰冷却管3は、流体隔離板2より高温流体側に配
される一方側が冷媒槽3a、流体隔離板2より低温流体
側に配される他方側が凝縮部3bとして構成され、上端
部および下端部がそれぞれ連通管4、5によって連通さ
れている。沸騰冷却管3には、冷媒槽3aの外壁に受熱
フィン6aが接合されて、凝縮部3bの外壁に放熱フィ
ン6bが接合されている。この受熱フィン6aおよび放
熱フィン6bは、ろう付けによって沸騰冷却管3に一体
的に接合されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱サイフォン式の
沸騰冷却装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、電子部品等の発熱体を密閉化
されたハウジングに収容して使用する場合がある。この
場合、発熱体を冷却する方法として、ハウジング内部に
直接外気を取り入れて換気することができないため、ハ
ウジング内部の空気とハウジング外部の空気との間で熱
交換を行なう方法が行われている。そして、構成部品が
少なく、熱移動量が大きいものとして、図19に示す様
な、ハウジング100を貫通して配置されたヒートパイ
プ200(内部に作動流体が封入されている)を使用す
る方法が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、ヒートパイ
プ200を使用する方法は、ヒートパイプ200の外壁
に取り付けられる伝熱フィン210との間の熱抵抗が大
きい。つまり、ヒートパイプ200では、管内部に作動
流体が封入された状態で伝熱フィン210を取り付けて
いる。従って、ろう付け等の高温状態での接合が不可能
であり、かしめ等の機械的な方法によって伝熱フィン2
10の取付けが行なわれる。このため、伝熱フィン21
0をろう付けによって接合した場合(この場合、フィン
と管壁とが融合することから熱抵抗が小さい)と比較し
て、熱抵抗が大きくなる。この結果、伝熱フィン210
自体が大きくなって、あるいは使用するヒートパイプ2
00の本数が多くなることで、体格の大型化を招いてい
る。本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、そ
の目的は、体格の小型化を図ることにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明によれ
ば、受熱フィンおよび放熱フィンが沸騰冷却管と融合し
た状態で接合されていることから、受熱フィンおよび放
熱フィンを沸騰冷却管に対して機械的に取り付けた場合
と比較して、各フィンと沸騰冷却管との間の熱抵抗を小
さくできる。これにより、受熱フィンおよび放熱フィン
を沸騰冷却管に対して機械的に取り付けた場合より、沸
騰冷却装置全体の小型化が可能となる。
【0005】請求項2の発明によれば、沸騰冷却管は、
受熱フィンおよび放熱フィンが接合された後、管内部を
脱気してから冷媒を封入することができる。従って、沸
騰冷却管と各フィンとを高温状態で溶融して接合するこ
とが可能である。
【0006】請求項3の発明によれば、複数本の沸騰冷
却管を連通手段によって相互に連通することにより、冷
媒の封入作業を一度に行なうことができる。即ち、各沸
騰冷却管を個々に脱気して各々個別に冷媒を封入する必
要がなく、各沸騰冷却管をまとめて一度に行なうことが
できるため、個別に行なう場合と比較してコストダウン
を図ることができる。
【0007】請求項4の発明によれば、連通手段は、各
沸騰冷却管の一方側、即ち冷媒槽で各沸騰冷却管を相互
に連通している。これにより、各沸騰冷却管毎の冷媒量
が連通手段を通じて均一化される(各沸騰冷却管毎の冷
媒の液面高さが略同一となる)ため、常に安定した冷却
性能を確保できる。
【0008】請求項5の発明によれば、沸騰冷却管は、
所要の性能に対して、1本の管状部材を蛇行状に折り曲
げて流体隔離板の両側を往復して配管することもでき
る。この場合、流体隔離板の両側を何度往復して配管し
ても、全体が1本であることから、連通手段を用いるこ
となく冷媒の封入作業を一度で行なうことができる。
【0009】請求項6の発明によれば、請求項5に記載
したように1本の管状部材を蛇行状に折り曲げて配管し
た時でも、沸騰冷却管の一方側で互いに離れた冷媒槽を
連通手段により相互に連通することで、各冷媒槽の冷媒
量を連通手段を通じて均一化することができる。
【0010】請求項7の発明によれば、受熱フィンおよ
び放熱フィンと沸騰冷却管との具体的な接合方法とし
て、ろう付けによる接合がある。このろう付け接合の場
合、ろう材を介して各フィンと沸騰冷却管とを一体的に
融合させることができるため、機械的な接合方法と比較
して両者(各フィンと沸騰冷却管)の間の熱抵抗を小さ
くできる。
【0011】請求項8の発明によれば、沸騰冷却管に封
入された冷媒の液面が流体隔離板と略一致する高さであ
ることから、効率の良い沸騰冷却装置を構成することが
できる。つまり、冷媒液面が流体隔離板より低過ぎる
と、流体隔離板と冷媒液面との間で凝縮部が形成され
て、高温流体側の伝熱面積が実質的に減少する。一方、
冷媒液面が流体隔離板より高過ぎると、低温流体側の伝
熱面積が実質的に減少することになる。これに対し、冷
媒液面が流体隔離板と略一致した高さであれば、高温流
体側の伝熱面積および低温流体側の伝熱面積が減少する
ことはなく、冷媒槽と凝縮部との間で効率良く熱移動が
行なわれる。
【0012】請求項9の発明によれば、沸騰冷却管は、
冷媒槽を成す一方側が、流体隔離板を一壁面として形成
される気密な空間に収容されることにより、その気密な
空間に存在する流体(高温流体)が外部に漏れることな
く、気密な空間に存在する高温流体の熱を低温流体へ移
動することができる。即ち、外部に流体が洩れるのを防
止する必要がある場合に、その気密な空間を冷却する方
法として適している。
【0013】請求項10の発明によれば、請求項9に記
載した気密な空間を形成する各壁面(流体隔離板も含
む)が磁性材料または導体で構成されていることから、
気密な空間に収容される電子部品等の発熱体から発生す
る電磁波を閉じ込めて外部への漏洩を防止できる。
【0014】請求項11の発明によれば、冷媒槽を成す
一方側が送風方向に対して通風面積がより大きくなる方
向に傾斜して取りつけられているため、送風経路の圧損
をより低減できる。
【0015】請求項12の発明によれば、沸騰冷却管が
流体隔離板に気密に接合されていることから、高温流体
と低温流体との混合を確実に防止できる。
【0016】請求項13の発明によれば、受熱フィンお
よび放熱フィンが、それぞれ冷媒槽および凝縮部と融合
した状態で接合されていることから、受熱フィンおよび
放熱フィンを冷媒槽および凝縮部に対して機械的に取り
付けた場合と比較して、各フィンと冷媒槽および凝縮部
との間の熱抵抗を小さくできる。これにより、受熱フィ
ンおよび放熱フィンを冷媒槽および凝縮部に対して機械
的に取り付けた場合より、沸騰冷却装置全体の小型化が
可能となる。
【0017】請求項14の発明によれば、冷媒槽および
凝縮部に受熱フィンおよび放熱フィンが接合された後、
冷媒槽と凝縮部と連結管から成る空間内部を脱気してか
ら冷媒を封入することにより、冷媒槽および凝縮部と受
熱フィンおよび放熱フィンとを高温状態で溶融して接合
することが可能である。
【0018】請求項15の発明によれば、冷媒槽および
凝縮部と受熱フィンおよび放熱フィンとの具体的な接合
方法として、ろう付けによる接合がある。このろう付け
接合の場合、ろう材を介して各フィンと冷媒槽および凝
縮部とを一体的に融合させることができるため、機械的
な接合方法と比較して両者(各フィンと冷媒槽および凝
縮部)の間の熱抵抗を小さくできる。
【0019】請求項16の発明によれば、冷媒槽が、流
体隔離板を一壁面として形成される気密な空間に収容さ
れることにより、その気密な空間に存在する流体(高温
流体)が外部に漏れることなく、気密な空間に存在する
高温流体の熱を低温流体へ移動することができる。即
ち、外部に流体が洩れるのを防止する必要がある場合
に、その気密な空間を冷却する方法として適している。
【0020】請求項17の発明によれば、請求項14に
記載した気密な空間を形成する各壁面(流体隔離板も含
む)が磁性材料または導体で構成されていることから、
気密な空間に収容される電子部品等の発熱体から発生す
る電磁波を閉じ込めて外部への漏洩を防止できる。
【0021】請求項18の発明によれば、少なくとも冷
媒槽が送風方向に対して通風面積がより大きくなる方向
に傾斜して取りつけられているため、送風経路の圧損を
より低減できる。
【0022】請求項19の発明によれば、連結管が流体
隔離板に気密に接合されていることから、高温流体と低
温流体との混合を確実に防止できる。
【0023】
【発明の実施の形態】次に、本発明の沸騰冷却装置の実
施例を図面に基づいて説明する。 (第1実施例)図1は第1実施例に係わる沸騰冷却装置
の断面図である。本実施例の沸騰冷却装置1は、高温流
体(例えば高温の空気)と低温流体(例えば低温の空
気)とを隔離する流体隔離板2、内部にフロロカーボン
系の冷媒が封入された複数本の沸騰冷却管3、各沸騰冷
却管3を連通する一対の連通管4、5、沸騰冷却管3の
外部に取り付けられた伝熱フィン6(後述する)より構
成される。
【0024】流体隔離板2は、例えば内部が高温となる
密閉空間の一壁面を構成するもので、アルミニウム等の
金属材料から成り、沸騰冷却管3と一体的に接合(例え
ばろう付け)されている。この流体隔離板2には、図2
に示すように、各沸騰冷却管3を通すための細長い挿通
穴2aが一定の間隔をおいて複数開けられている。但
し、流体隔離板2は、図3に示すように、分割体(図3
では二分割)としても良い。
【0025】沸騰冷却管3は、伝熱性に優れた金属材
(例えばアルミニウムや銅)を断面形状が細長い長方形
(または長円形状)を成す偏平管に形成したものであ
り、それぞれ流体隔離板2の挿通穴2aを通って配され
ている。この沸騰冷却管3は、流体隔離板2より高温流
体側に配される一方側(図1の下側)が冷媒槽3a、流
体隔離板2より低温流体側に配される他方側が凝縮部3
bとして構成される。
【0026】連通管4、5は、各沸騰冷却管3の上端部
および下端部にそれぞれ接続されて、各沸騰冷却管3を
連通している。なお、何方か一方の連通管4または5に
は、冷媒を封入するための冷媒封入口(図示しない)が
1か所設けられている。冷媒は、その液面がほぼ流体隔
離板2と一致する高さまで(即ち、冷媒槽3a)各沸騰
冷却管3に封入されている。但し、冷媒の封入は、沸騰
冷却管3に伝熱フィン6をろう付け接合した後に行なわ
れる。
【0027】伝熱フィン6は、沸騰冷却管3の一方側
(冷媒槽3a)で隣合う沸騰冷却管3同士の間に介在さ
れた受熱フィン6aと、沸騰冷却管3の他方側(凝縮部
3b)で隣合う沸騰冷却管3同士の間に介在された放熱
フィン6bとから成る。この伝熱フィン6は、伝熱性に
優れる金属(例えばアルミニウム)の薄い板(板厚0.
02〜0.5mm程度)を交互に押し返して波状に形成し
たコルゲートフィンであり、沸騰冷却管3の平坦な外壁
面にろう付けされている(即ち、沸騰冷却管3の外壁と
伝熱フィン6とが融合した状態で接合されている)。
【0028】次に、本実施例の作動を説明する。各沸騰
冷却管3に封入された冷媒は、受熱フィン6aを介して
高温流体より伝達された熱を受けて沸騰気化する。気化
した冷媒蒸気は、低温流体に晒されて低温となっている
各沸騰冷却管3の凝縮部3bで内壁面に凝縮液化し、そ
の凝縮潜熱が放熱フィン6bを介して低温流体に伝達さ
れる。凝縮部3bで凝縮液化した冷媒は、自重により内
壁面を伝って冷媒槽3aへ滴下する。この冷媒の沸騰・
凝縮液化の繰り返しにより、高温流体と低温流体とが混
合することなく、高温流体の熱を低温流体へ移動するこ
とができる。
【0029】(第1実施例の特徴および効果)本実施例
では、沸騰冷却管3の外壁面に伝熱フィン6をろう付け
接合したことにより、かしめ等の機械的な方法によって
伝熱フィン6を取り付ける場合と比較して、沸騰冷却管
3と伝熱フィン6との間の熱抵抗を小さくできる。これ
により、高温流体から低温流体への熱移動が効率的に行
なわれるため、ヒートパイプを用いた従来装置と比べ
て、同等の放熱性能(冷却性能)で比較した場合に、装
置全体の小型化が可能となる。
【0030】各沸騰冷却管3に封入した冷媒の液面高さ
を流体隔離板2と略一致させているため、効率の良い沸
騰冷却装置1を構成することができる。つまり、冷媒液
面が流体隔離板2より低過ぎると、流体隔離板2と冷媒
液面との間で凝縮部3bが形成されて、高温流体側の伝
熱面積が実質的に減少する。一方、冷媒液面が流体隔離
板2より高過ぎると、低温流体側の伝熱面積が実質的に
減少することになる。これに対し、冷媒液面が流体隔離
板2と略一致した高さであれば、高温流体側の伝熱面積
および低温流体側の伝熱面積が減少することはなく、冷
媒槽3aと凝縮部3bとの間で効率良く熱移動が行なわ
れる。
【0031】本実施例の沸騰冷却装置1は、各沸騰冷却
管3が連通管4、5によって連通されているため、連通
管4、5に設けられた冷媒封入口を通じて各沸騰冷却管
3内を脱気した後、その冷媒封入口から一度の冷媒封入
作業によって全部の沸騰冷却管3に冷媒を封入すること
ができる。言い換えれば、冷媒封入口を1箇所設けるだ
けで良い。従って、各沸騰冷却管3毎に個別に脱気、冷
媒封入を行なう必要がないため、コストを低く抑えるこ
とができる。また、各沸騰冷却管3が連通管(特に下側
の連通管)によって連通されていることから、各沸騰冷
却管3の間で常に冷媒の液面を略同じ高さに保つことが
できる。これにより、安定した冷却性能を得ることがで
きる。
【0032】(第2実施例)図4は沸騰冷却装置1の使
用例を示す模式図である。本実施例の沸騰冷却装置1
は、密閉化された空間に発熱体を収容する必要がある場
合に適用される。なお、「密閉化された空間に発熱体を
収容する必要がある場合」とは、例えば、油、水分、鉄
粉、腐食性ガス等を含む厳しい環境下で発熱体を使用す
る場合、電気的な断続を行なう際のアーク防止や接点の
酸化を防ぐために不活性ガス(ヘリウム、アルゴン等)
を使用する場合、または、人体に有害な気体(例えば、
フロロカーボンから分解生成されたフッ化水素等)を外
部に洩らさないようにする場合等がある。
【0033】沸騰冷却装置1は、第1実施例と同一の構
成(説明は省略する)で、流体隔離板2が、発熱体7を
収容する筐体8内で密閉空間9を形成する一壁面を構成
している。筐体8は、その内部に仕切板10と沸騰冷却
装置1の流体隔離板2とで気密に区画された密閉空間9
が形成されるとともに、その密閉空間9の一部に仕切板
10によって区画された高温側の伝熱空間11が形成さ
れ、さらに流体隔離板2によって伝熱空間11と気密に
区画された低温側の伝熱空間12が形成されている。
【0034】伝熱空間11は、仕切板10に開口する2
か所の通気口13、14を通じて密閉空間9と連通して
おり、一方の通気口13には、2か所の通気口13、1
4を通じて密閉空間9と伝熱空間11とで高温流体を流
通させるためのファン15が設けられている。なお、伝
熱空間11は密閉空間9の一部であるが、以後、密閉空
間9と言う時は、伝熱空間11を除いた空間を指すもの
とする。伝熱空間12は、筐体8の側壁に開口する2か
所の通気口16、17を通じて筐体8の外部(例えば外
気)と連通しており、一方の通気口16には、2か所の
通気口16、17を通じて筐体8の外部と伝熱空間12
とで低温流体を流通させるためのファン18が設けられ
ている。
【0035】発熱体7は、例えば高周波スイッチング回
路であり、スイッチング動作に伴って大きな熱量を放出
するもので、筐体8内で密閉空間9に収容されている。
沸騰冷却装置1は、流体隔離板2より一方側、即ち沸騰
冷却管3の冷媒槽3aが伝熱空間11に配されて、流体
隔離板2より他方側、即ち沸騰冷却管3の凝縮部3bが
伝熱空間12に配されている。
【0036】次に、本実施例の作動を説明する。筐体8
内に形成される伝熱空間11は、発熱体7から発生した
熱によって加熱された高温空気がファン15の作動によ
り流入することで高温となる。一方、伝熱空間12は、
ファン18の作動によって外気が循環することにより低
温(伝熱空間11と比較して)となる。そこで、各沸騰
冷却管3の冷媒槽3aに封入された冷媒は、伝熱空間1
1の高温空気から受熱フィン6aを介して伝達された熱
を受けて沸騰気化する。気化した冷媒蒸気は、各沸騰冷
却管3の凝縮部3bで内壁面に凝縮液化し、その凝縮潜
熱が放熱フィン6bを介して伝熱空間12を流れる空気
に伝達される。凝縮部3bで凝縮液化した冷媒は、自重
により内壁面を伝って冷媒槽3aへ滴下する。
【0037】この冷媒の沸騰・凝縮液化の繰り返しによ
り、筐体8内部(密閉空間9および伝熱空間11)を気
密に保ったまま、発熱体7から発生した熱を筐体8の外
部へ放出することができる。これにより、発熱体7を厳
しい環境下に晒すことなく、密閉化された筐体8内部に
収容して使用することができるとともに、密閉化された
筐体8内部に人体にとって有害な気体が満たされている
場合でも、その有害な気体が外部へ流出するのを防止で
きる。
【0038】また、本実施例によれば、密閉空間9およ
び伝熱空間11を形成する筐体8および流体隔離板2を
共に金属製とすることにより、発熱体7(高周波スイッ
チング回路)から発生される電磁波を筐体8内部に閉じ
込めて外部への漏洩を防止できるため、周辺機器への電
波障害を防止できる。また、外部からの電磁波の侵入も
防止できる。なお、発熱体7から発生する電磁波の漏洩
を防止するだけであれば、流体隔離板2の形状を、図5
に示すような環状体(図5では二分割されているが一体
でも良い)とすることもできる。即ち、隣合う沸騰冷却
管3同士の間は、流体隔離板2で区画する必要はなく、
伝熱フィン6を利用して電磁波シールドを行なうことが
できる。
【0039】(第3実施例)図6は沸騰冷却装置1の斜
視図である。本実施例の沸騰冷却装置1は、各沸騰冷却
管3の下端側のみ連通管19によって連通している。こ
の構成においても、連通管19に設けられた冷媒封入口
20から冷媒の封入を一度で行なうことができる(即
ち、冷媒封入口を1か所設けるだけで良い)とともに、
各沸騰冷却管3の冷媒槽3aが連通管19を通じて連通
することから、各冷媒槽3aの液面高さを同じに保つこ
とができるため、安定した放熱性能が得られる。
【0040】(第4実施例)図7は沸騰冷却装置1の斜
視図である。本実施例の沸騰冷却装置1は、両端が閉じ
た1本の沸騰冷却管3を、流体隔離板2の両側を蛇行状
に往復して配管している。沸騰冷却管3の一方の端部に
は、冷媒を封入するための冷媒封入口20が設けられて
いる。この構成によれば、沸騰冷却管3を流体隔離板2
の両側を何度往復して配管しても、全体が1本であるこ
とから、冷媒封入口20を1か所設けるだけで良い。な
お、沸騰冷却管3の断面形状は、長方形でなくても、図
8に示すような長円形状でも良い。
【0041】(第5実施例)図9は沸騰冷却装置1の斜
視図である。本実施例の沸騰冷却装置1は、図7に示し
た第4実施例の構成に加えて、冷媒槽3aの下端部を連
通管21で連通している。沸騰冷却管3と連通管21
は、図10に示すように、ろう付けにより気密に接合さ
れて、連通管21に開けられた連通孔21aを通じて連
通している。この構成によれば、連通管21を通じて各
冷媒槽3aが連通するため、各冷媒槽3aの液面高さを
同じに保つことができ、安定した放熱性能を得ることが
できる。
【0042】(第6実施例)図11は沸騰冷却装置1の
断面図である。本実施例の沸騰冷却装置1は、沸騰冷却
管3の両端部にタンク部30、31を一体に設けて、隣
合う沸騰冷却管3のタンク部30、31同士を気密に連
通している。なお、隣接するタンク部30、31の壁面
には、互いのタンク部30、31を連通する連通孔30
a、31aが開けられている。この構成では、連通管を
別体で設ける必要がないことから、部品点数を削減する
ことができる。
【0043】(第7実施例)図12は沸騰冷却装置1の
使用例を示す模式図である。本実施例は、第2実施例と
同様に発熱体7を密閉空間9に収容した場合の一例を示
すものであり、密閉空間9の気体を高温側の伝熱空間1
1に取り込むための通気口13を流体隔離板2より上方
に設けたことを特徴とする。具体的には、密閉空間9を
形成する一側壁面9aと密閉空間9内に設けた仕切壁2
2とで密閉空間9内を上下方向に伸びる送風路23を形
成し、この送風路23の上端が通気口13として密閉空
間9内の上部(流体隔離板2より上方)に開口してい
る。
【0044】これにより、発熱体7の熱で高温になった
気体が通気口13から送風路23内へ導入されてスムー
ズに冷媒槽3aへ導かれるため、密閉空間9内の温度を
均一に保つことができる。即ち、発熱体7から発生する
熱で高温となった気体が対流によって密閉空間9内を上
昇するため、密閉空間9内の上部に通気口13を設けた
方が密閉空間9内の冷却効率が良いと言える。言い換え
れば、通気口13が流体隔離板2より低い位置にある
と、密閉空間9内の比較的低温の気体が通気口13から
送風路23内に導入されて冷媒槽3aへ導かれるため、
密閉空間9内の冷却効率が悪いと言える。
【0045】また、本実施例では、高温側および低温側
の各伝熱空間11、12内で、冷媒槽3aおよび凝縮部
3bを通過する気体が、それぞれ吸入側の通気口13、
16から排出側の通気口14、17へ向かってスムーズ
に流れる様に、沸騰冷却装置1全体が前後方向(図12
の左右方向)に傾斜した状態で配置されている。これに
より、冷媒槽3aおよび凝縮部3bを通過する気体の流
れ方向の変化を緩やかにできるため、狭いスペース内で
の送風経路損失を低減できる。その結果、密閉空間9内
にあるファン15を小型化できる上に、ファン15の発
熱量を低減できるため、その分、発熱体7の発熱量を増
やすことができる(即ち、冷却能力を上げようとしてフ
ァン15を大型化すると、ファン15の発熱量が増加す
るため、結果的に発熱体7の発熱量を増やせなくな
る)。
【0046】(第8実施例)図13は沸騰冷却装置1の
使用例を示す模式図である。本実施例は、密閉空間9内
にサブ沸騰冷却装置24を配置して、密閉空間9内に配
置された発熱体7の中で特に発熱量の大きいもの、ある
いは発熱体7の発熱面の表面積当たりの発熱量が大きい
(発熱密度が大きい)ものを、サブ沸騰冷却装置24の
冷媒槽25に直接取り付けた場合の一例を示すものであ
る。サブ沸騰冷却装置24は、図14および図15に示
すように、冷媒槽25、凝縮部26、およびファン27
を備え、発熱密度の高い発熱体7aがボルト(図示しな
い)等により冷媒槽25に直接取り付けられている。発
熱体7aの発する熱は、冷媒槽25内に封入された冷媒
の沸騰・凝縮熱伝達によって凝縮部26の各放熱チュー
ブ26aに伝えられ、放熱チューブ26a間に介在され
た放熱フィン26bを通じて密閉空間9内に放出され
る。このサブ沸騰冷却装置24によれば、冷媒の沸騰・
凝縮熱伝達率が非常に高い(低熱抵抗)ことから、強制
対流冷却方式と比べて、発熱体7aの発熱面温度と密閉
空間9内温度との差が小さくても放熱量を確保できる。
【0047】即ち、発熱密度の大きな素子を熱抵抗の大
きな強制対流により冷却しようとすれば、発熱体7aの
発熱面温度と密閉空間9内温度との温度差を大きくしな
ければならないため、密閉空間9内の上限温度を低く抑
える必要が生じる。これをメインの沸騰冷却装置1のみ
で実施しようとすれば、放熱部3bが大幅に大型化して
しまう問題が生じる。これに対し、発熱密度の高い発熱
体7aを直接サブ沸騰冷却装置24の冷媒槽25に取り
付けて冷却すれば、密閉空間9内の温度上限値を上げら
れるため、密閉空間9内に発熱密度の大きな発熱体7a
があってもメインの沸騰冷却装置1の小型化が可能とな
る。なお、サブ沸騰冷却装置24のファン27は、凝縮
部26に設けられた放熱フィン26bの圧損増加を補う
程度の低出力ファンで良い。また、サブ沸騰冷却装置2
4の凝縮部26を密閉空間9内の送風経路に配置するこ
とにより、ファン15の送風能力で凝縮部26に送風す
ることができるため、サブ沸騰冷却装置24のファン2
7を廃止することもできる。
【0048】また、前記の第7実施例では、冷媒槽3a
および凝縮部3bを通過する気体の流れをスムーズにす
るために、沸騰冷却装置1全体を傾斜して取り付けた
が、本実施例では、筐体8全体に対する沸騰冷却装置1
の占める設置スペース(ここでは、前後方向のスペー
ス)をより小さく(薄く)するために、冷媒槽3aだけ
を傾斜させて取り付けている。即ち、沸騰冷却装置1の
占める設置スペースが小さくなればなる程、密閉空間9
内に形成される冷媒槽3a側の送風経路は大きな制約を
受ける。従って、冷媒槽3a側の送風経路の方が、密閉
空間9の外側に形成される凝縮部3b側の送風経路より
圧損が大きくなるため、少なくとも冷媒槽3aだけでも
傾斜させて取り付けることにより、冷媒槽3a側の送風
経路損失の低減を図っている。また、送風経路の損失低
減によって密閉空間9内にあるファン15の発熱量を低
減でき、それに伴って、発熱体7の発熱量を増やすこと
ができるメリットは第7実施例と同様である。
【0049】(第9実施例)図16は沸騰冷却装置1の
使用例を示す模式図である。本実施例は、メインの冷媒
槽3aに連結されたサブ冷媒槽28を設けたもので、こ
のサブ冷媒槽28に発熱密度の高い発熱体7aを取り付
けた場合の一例を示すものである。この場合も、第8実
施例と同様に、発熱密度の高い発熱体7aを直接サブ冷
媒槽28に封入された冷媒の沸騰・凝縮熱伝達によって
冷却することができ、且つ凝縮部3bを通じて密閉空間
9の外側に放熱できるため、発熱体7aと密閉空間9内
との温度差を大きく取ることができるとともに、密閉空
間9内の温度を上昇させることもない。従って、第8実
施例の場合より更に装置1全体の小型化が可能となる。
【0050】なお、本実施例の場合、メイン冷媒槽3a
とサブ冷媒槽28との上下関係を逆にしても良いが、サ
ブ冷媒槽28を上にすると、メイン冷媒槽3aで発生し
た沸騰冷媒もサブ冷媒槽28を通過できる様にサブ冷媒
槽28を大きくする必要が生じる。このため、封入する
冷媒量が増加してコストアップを招くことになる。従っ
て、図16に示す様に、サブ冷媒槽28をメイン冷媒槽
3aの下側に配置することにより、サブ冷媒槽28はサ
ブ冷媒槽28で発生した沸騰冷媒だけを通せばよいた
め、サブ冷媒槽28をメイン冷媒槽3aの上側に配置し
た場合より沸騰冷却装置1全体を薄型および小型化でき
るとともに、封入冷媒量も低減できる。
【0051】(第10実施例)図17は沸騰冷却装置1
の断面図である。本実施例の沸騰冷却装置1は、第1実
施例に示した沸騰冷却管3を使用したものとは構造が異
なり、高温流体側に配される冷媒槽32と低温流体側に
配される凝縮部33とを2本の連結管34(34a、3
4b)によって環状に連結した場合の一例を示すもので
ある。冷媒槽32は、複数本の冷媒管32aが並列に配
置されて、各冷媒管32aの両端が各々一組の冷媒タン
ク32b、32cによって連結されている。凝縮部33
は、冷媒槽32と同様の構造を成すもので、複数本の凝
縮管33aが並列に配置されて、各凝縮管33aの両端
が各々一組の冷媒タンク33b、33cによって連結さ
れている。
【0052】2本の連結管34は、それぞれ流体隔離板
2に開けられた穴に挿通されて、高温流体側で各々冷媒
槽32の冷媒タンク32b、32cに連結され、低温流
体側で各々凝縮部33の冷媒タンク33b、33cに連
結されている。但し、連結管34と流体隔離板2に開け
られた穴との間に隙間が生じて水等が浸入しない様に、
両者が気密に接合されている。また、冷媒槽32には、
第9実施例と同様に、サブ冷媒槽28が連結されてお
り、このサブ冷媒槽28に発熱体7a(発熱密度の高い
発熱体)が取り付けられている。
【0053】この沸騰冷却装置1は、冷媒が冷媒槽32
と凝縮部33との間で2本の連結管34a、34bを通
って効率良く循環できる様に、流体隔離板2に対して装
置1全体が傾斜した状態(傾斜角θ)で取り付けられて
いる。これにより、各冷媒管32a内で高温流体から受
熱して沸騰した冷媒およびサブ冷媒槽28内で発熱体7
aの熱を受けて沸騰した冷媒は、浮力を受けて上昇し、
図17の右側の冷媒タンク32bから一方の連結管34
aを通って凝縮部33に浸入することができる。一方、
凝縮部33では、各凝縮管33aの内壁面に凝縮した液
冷媒が重力によって各凝縮管33aの底面を流れ、図1
7の左側の冷媒タンク33cから他方の連結管34bを
通って冷媒槽32へ戻ることができる。
【0054】(第11実施例)図18は沸騰冷却装置1
の断面図である。本実施例の沸騰冷却装置1は、第10
実施例と同様に、冷媒槽32と凝縮部33とを2本の連
結管34(34a、34b)によって環状に連結したも
のであるが、図18に示すように、流体隔離板2に対す
る冷媒槽32と凝縮部33の傾きθを大きく設定して、
各冷媒管32aおよび各凝縮管33aが略天地方向(図
18の上下方向)を向くように構成した場合の一例を示
すものである。
【0055】この場合、例えばθ=90°とすれば、冷
媒槽32で沸騰した冷媒が各冷媒管32aを垂直に上昇
した後、上部側の冷媒タンク32bから一方の連結管3
4aへ流れ、この一方の連結管34aを更に上昇して凝
縮部33へ導かれる。凝縮部33では、一方の連結管3
4aに連通する上部側の冷媒タンク33bから各凝縮管
33aへ分配され、各凝縮管33aの内壁面に凝縮した
液冷媒がそのまま各凝縮管33aを下降して下部側の冷
媒タンク33cから他方の連結管34bへ流れ、この他
方の連結管34bを更に下降して冷媒槽32の下部側冷
媒タンク32cに流入する。この様に、流体隔離板2に
対する冷媒槽32と凝縮部33の傾きθを大きくすれ
ば、冷媒の流れに対して重力を有効に利用できるため、
冷媒の循環量を多く取れて冷却能力が向上する。なお、
液化した冷媒は、体積が急減するため、他方の連結管3
4bは一方の連結管34aより通路断面積を小さく設定
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】沸騰冷却装置の断面図である(第1実施例)。
【図2】流体隔離板の斜視図である。
【図3】流体隔離板の斜視図である。
【図4】沸騰冷却装置の使用例を示す模式図である(第
2実施例)。
【図5】流体隔離板の斜視図である。
【図6】沸騰冷却装置の斜視図である(第3実施例)。
【図7】沸騰冷却装置の斜視図である(第4実施例)。
【図8】沸騰冷却管の断面形状を示す斜視図である。
【図9】沸騰冷却装置の斜視図である(第5実施例)。
【図10】沸騰冷却管と連通管との接続部を示す断面図
である(第5実施例)。
【図11】沸騰冷却装置の断面図である(第6実施
例)。
【図12】沸騰冷却装置の使用例を示す模式図である
(第7実施例)。
【図13】沸騰冷却装置の使用例を示す模式図である
(第8実施例)。
【図14】サブ沸騰冷却装置の側面断面図である(第8
実施例)。
【図15】サブ沸騰冷却装置を下方から見た図面である
(第8実施例)。
【図16】沸騰冷却装置の使用例を示す模式図である
(第9実施例)。
【図17】沸騰冷却装置の断面図である(第10実施
例)。
【図18】沸騰冷却装置の断面図である(第11実施
例)。
【図19】ヒートパイプの使用例を示す模式図である
(従来技術)。
【符号の説明】
2 流体隔離板 3 沸騰冷却管 3a 冷媒槽 3b 凝縮部 4 連通管(連通手段/第1実施例) 5 連通管(連通手段/第1実施例) 6a 受熱フィン 6b 放熱フィン 9 密閉空間(気密な空間/第2実施例) 11 伝熱空間(気密な空間/第2実施例) 19 連通管(連通手段/第3実施例) 21 連通管(連通手段/第5実施例) 32 冷媒層(第10実施例) 33 凝縮部(第10実施例) 34 連結管

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高温流体と低温流体とが流体隔離板によっ
    て隔離されて、前記高温流体の熱を前記低温流体へ移動
    させる沸騰冷却装置であって、 前記流体隔離板を通り抜けて配されて、一方側が前記高
    温流体から受熱して内部に封入された冷媒が沸騰する冷
    媒槽、他方側が前記冷媒槽で沸騰した冷媒蒸気の熱を前
    記低温流体に放出して前記冷媒蒸気を凝縮液化させる凝
    縮部を成す沸騰冷却管と、 前記冷媒槽を成す前記沸騰冷却管に設けられる受熱フィ
    ンと、 前記凝縮部を成す前記沸騰冷却管に設けられる放熱フィ
    ンとを備え、 前記受熱フィンおよび前記放熱フィンは、前記沸騰冷却
    管と融合した状態で接合されていることを特徴とする沸
    騰冷却装置。
  2. 【請求項2】請求項1に記載した沸騰冷却装置におい
    て、 前記沸騰冷却管は、前記受熱フィンおよび前記放熱フィ
    ンが接合された後、管内部を脱気して冷媒が封入されて
    いることを特徴とする沸騰冷却装置。
  3. 【請求項3】請求項2に記載した沸騰冷却装置におい
    て、 前記沸騰冷却管は複数本設けられており、その各沸騰冷
    却管が連通手段によって相互に連通していることを特徴
    とする沸騰冷却装置。
  4. 【請求項4】請求項3に記載した沸騰冷却装置におい
    て、 前記連通手段は、前記沸騰冷却管の一方側に設けられて
    いることを特徴とする沸騰冷却装置。
  5. 【請求項5】請求項1または2に記載した沸騰冷却装置
    において、 前記沸騰冷却管は、前記流体隔離板の両側を蛇行状に往
    復して配管されていることを特徴とする沸騰冷却装置。
  6. 【請求項6】請求項5に記載した沸騰冷却装置におい
    て、 蛇行状に配された前記沸騰冷却管は、その一方側で連通
    手段によって相互に連通していることを特徴とする沸騰
    冷却装置。
  7. 【請求項7】請求項1〜6に記載した何れかの沸騰冷却
    装置において、 前記受熱フィンおよび前記放熱フィンは、前記沸騰冷却
    管と一体にろう付けにより接合されていることを特徴と
    する沸騰冷却装置。
  8. 【請求項8】請求項1〜7に記載した何れかの沸騰冷却
    装置において、 前記沸騰冷却管は、液面が前記流体隔離板と略一致する
    高さまで冷媒が封入されていることを特徴とする沸騰冷
    却装置。
  9. 【請求項9】請求項1〜8に記載した何れかの沸騰冷却
    装置において、 前記沸騰冷却管は、前記冷媒槽を成す一方側が、前記流
    体隔離板を一壁面として形成される気密な空間に収容さ
    れていることを特徴とする沸騰冷却装置。
  10. 【請求項10】請求項9に記載した沸騰冷却装置におい
    て、 前記気密な空間を形成する各壁面が磁性材料または導体
    で構成されていることを特徴とする沸騰冷却装置。
  11. 【請求項11】請求項1〜10に記載した何れかの沸騰
    冷却装置において、 前記沸騰冷却管は、少なくとも前記冷媒槽を成す一方側
    が送風方向に対して通風面積がより大きくなる方向に傾
    斜して取りつけられていることを特徴とする沸騰冷却装
    置。
  12. 【請求項12】請求項1〜11に記載した何れかの沸騰
    冷却装置において、 前記沸騰冷却管は、前記流体隔離板に気密に接合されて
    いることを特徴とする沸騰冷却装置。
  13. 【請求項13】高温流体と低温流体とが流体隔離板によ
    って隔離されて、前記高温流体の熱を前記低温流体へ移
    動させる沸騰冷却装置であって、 前記流体隔離板より前記高温流体側に配されて、前記高
    温流体から受熱して内部に封入された冷媒が沸騰する冷
    媒槽と、 前記流体隔離板より前記低温流体側に配されて、前記冷
    媒槽で沸騰した冷媒蒸気の熱を前記低温流体に放出して
    前記冷媒蒸気を凝縮液化させる凝縮部と、 前記流体隔離板を通り抜けて前記冷媒槽と前記凝縮部と
    を気密に連結する連結管と、 前記冷媒槽に設けられる受熱フィンと、 前記凝縮部に設けられる放熱フィンとを備え、 前記受熱フィンおよび前記放熱フィンは、前記冷媒槽お
    よび前記凝縮部とそれぞれ融合した状態で接合されてい
    ることを特徴とする沸騰冷却装置。
  14. 【請求項14】請求項13に記載した沸騰冷却装置にお
    いて、 前記冷媒槽および前記凝縮部に前記受熱フィンおよび前
    記放熱フィンが接合された後、前記冷媒槽と前記凝縮部
    と前記連結管から成る空間内部を脱気して冷媒が封入さ
    れていることを特徴とする沸騰冷却装置。
  15. 【請求項15】請求項13または14に記載した沸騰冷
    却装置において、 前記受熱フィンおよび前記放熱フィンは、前記冷媒槽お
    よび前記凝縮部と一体にろう付けにより接合されている
    ことを特徴とする沸騰冷却装置。
  16. 【請求項16】請求項13〜15に記載した何れかの沸
    騰冷却装置において、 前記冷媒槽が、前記流体隔離板を一壁面として形成され
    る気密な空間に収容されていることを特徴とする沸騰冷
    却装置。
  17. 【請求項17】請求項16に記載した沸騰冷却装置にお
    いて、 前記気密な空間を形成する各壁面が磁性材料または導体
    で構成されていることを特徴とする沸騰冷却装置。
  18. 【請求項18】請求項13〜17に記載した何れかの沸
    騰冷却装置において、 前記冷媒槽と前記凝縮部のうち、少なくとも前記冷媒槽
    が送風方向に対して通風面積がより大きくなる方向に傾
    斜して取りつけられていることを特徴とする沸騰冷却装
    置。
  19. 【請求項19】請求項13〜18に記載した何れかの沸
    騰冷却装置において、 前記連結管は、前記流体隔離板に気密に接合されている
    ことを特徴とする沸騰冷却装置。
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