JPS58108759A - 沸騰冷却装置 - Google Patents

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】 この発明は、例えば電力用半導体素子などの発熱体を沸
騰熱伝達を応用して冷却する沸騰冷却装置に関するもの
であり、目的とするところはその冷却特性の改善するこ
とにある。

第１図は従来の沸騰冷却装置００１３を示す断面図であ
り、（１）は半導体素子などの発熱体、（２）は冷媒液
、（３）は容器である・ 今、発熱体（１）が通電などによって発熱すると・発熱
体（１）の冷媒液（２）に接する面（伝熱面）から気泡
（４）が発生する０発生した気泡すなわち蒸気は、容器
（３）内の気相空間（５）を実線の矢印に示すように上
昇し、冷却されている容器（３）の内壁面で凝縮液化す
る。この時、凝縮潜熱として、発熱体（１）で発生した
熱を容器（３）外へ放散させる。凝縮液化した冷媒液（
２人）は、容器内壁面に沿って重力の作用で降下し、冷
媒液（２＋　４に還流する。この際、冷媒液（２）は、
上昇する気泡（４）によってかく乱され、したかって、
容器（３）の内壁面の冷媒液（２）に接する部分にも、
冷媒液（２）の対流熱伝達によって、発熱体（１）で発
生した熱の一部が伝えられ、容器（３）の壁を介して、
容器外へ放散さｎる。

しかしながら、従来の沸騰冷却装置０１ｊでは、上昇す
る気泡（４）による冷媒液（２）のかく乱が、不確定で
あったため、対流熱伝達率が極めて小さい。

実際に、第１図に示すような構成の場合には、気泡（４
）によるかく乱は、気泡（４）が発生している発熱体（
１）の表面近くの冷媒液（２）中の付近に限られてお９
、その気泡のかく乱によっては容器（３）の下部にまで
は、気泡（４）のかく乱による対流が及んでいない事が
認められる。したがって、対流熱伝達による熱の放散効
果は極めて小さかった。

この発明は、上昇する気泡（４）によって誘発された冷
媒液（２）の流れを積極的に利用することによシ、冷却
特性を改善した沸騰冷却装置を提供することを目的とす
るものである。

第２図は先行技術（特願昭５６−０５３４６［）である
沸騰冷却装置を示す断面図である１図において、（１）
〜（５）は上記従来装置と全く同様のものを示す、（６
）は発熱体（１）の内部に形成された冷媒液（２）の流
路で、この例では発熱体（６）より下方に延長されてい
る。（７）は冷媒液（２）の下向きの流れが容器（３）
の内壁面に沿って流れるような流路を形成する整流板で
ある。発熱体（１）が発熱すると、流路すなわちダクト
（６）内に発生した気泡（４）の上昇によって、気泡（
４）と冷媒液（２）間に粘性に基づく摩擦力が働き、流
路（６）内の冷媒１（２１なかさ上げるいわゆる気泡ポ
ンプ作用が働く。また、発熱体（１）からの発生熱が小
さくて流路（６）内に気泡が発生しない場合には、流路
（６）内の冷媒液（２）が加熱されて、密度が小さくな
り浮力が生じる。したがって、いずれにしても、発熱体
（１）が発熱すると、流路（６）内では、上昇流が生じ
る。この冷媒液（２）を上昇させる駆動力は流路（６）
内の気体（気泡（４）を示す）と液体との平均密度と、
流路（６）外の冷媒液＋２１の平均密度との差が大き□ い程、また流路（６）の鉛直方向の高さが大きい程大き
くなることが知られている。

したがって、第２図に示すように整流板（７）および流
路（６）を沸騰冷却装置００［ｌ内に構成しておくと、
冷媒液（２）は実線の矢印に示すように循環することに
なる。すなわち、発熱体（１）内の流路（６）で発生し
た駆動力によって、冷媒液（２）は、流路（６）の下部
よシ、流路（６）内に流入し、流路（６）の上部から流
出する。流出した冷媒液（２）は、容器（３）の内壁面
と整流板（７）間に形成された流路（８）を下向きに流
れて、流路（６）の下部へ流入する。したがって、発熱
体（１）内で誘発された冷媒液（２）は整然と流路（８
）を流れ、流路（８）内の冷媒液（２）と容器（３）の
内壁面間の対流熱伝達特性を上昇させることになる。

ところが、先行技術においては、第２図に示されるよう
に整流板（７）と容器（３）との間の流路の断面積Ｓこ
の例では幅がほぼ均一であるため、第３図の斜線部で示
す容器（３）の底部（９）の冷媒液（２）が淀んでしま
い、そのため、この部分（９）における放熱が疎外され
るという欠点があった。実験によれば、この部分の面積
は全放熱面積の２０係以上占めることが確認された。こ
のような傾向は、第４図に示すように、発熱体（１）の
底部（９）が犬きくなる程、換言すれは発熱体（１）の
下端と容器（３）の下端との距離Ｈが大きくなる程、顕
著となる。

この発明は上述した先行技術の欠点を改善するためにな
されたものである。

第５図、第６図はこの発明のそれぞれ一実施例を示す断
面図である。整流板（７）と容器（３）との間に形成さ
れる流路（８）の断面積Ｓが容器（３）の下部に行く相
体々に小さくなシ、距ＭＨが小さくなっている。このよ
うにすると容器（３）の下部程流路（８）を流れる冷媒
液（２）の流速が早くなり、熱伝達率が上昇する。また
、容器（３〕の底部における冷媒液（２）の淀みが小さ
くなる。このことは、例えば、沸騰冷却装置００Ｇが電
車などの床下に取り付けられる場合には容器（３）の底
部が特に放熱と寄与しているため、極めて有効でおる。

すなわち、第７図に示すように、車両Ｑ０の床下には、
種々の電気機器Ｑηが繊装されてお夛、車両＜ｉ＋１が
動いたときに生じる床下の走行風は、沸騰冷却装置（財
）の底部根太きく、上部では他の電気機器αυに邪魔さ
れることによって小さくなっている。したがって、沸騰
冷却装置−の底部程、熱伝達率を大きくしてやり、熱放
散を大きくする方が、発熱体（１）の温度上昇を押える
上で有利となる。Ｑ４は線路、（２）は車輪である。

第８図はこの発明の他の実施例である。整流板（７）の
容器（３）の底部に近い端部が滑らかに曲げられている
。このようにすると、流路（８）を流れる冷媒液（２）
の流れが円滑になシ、圧力損失が小さくなるという特徴
を有する・ 第９図、第１θ図はこの発明の他の実施例を示す断面図
で、それぞれ容器（３）が６角筒、４角筒である。第１
０図では第２の流路（８）の終端部が第２流路（８）の
下部に当シ、この部分の断面積が上部の断面積より小さ
くしである。

以上説明したように、この発明は、第２流路（８）の上
部断面積よシ下部断面積を小さくしたので、容器の下部
で流路（８）を流れる冷媒液の流速が早くな９、容器の
底部における冷媒液の淀みが小さくなり、そのため、容
器の底部Ｉでの放熱効果を極めて高めることができる。

又第２の流路（８）を第１の流路（６）の下部に接続す
ると、冷媒液の所望する循環路が形成され、所望する循
環路外の巻込み流が減少するので、一層数熱効果が促進
される。

【図面の簡単な説明】

第３図〜第６図はそれぞれこの発明の沸騰冷却装置の一
実施例を示す断面図である。第７図はこの発明の応用例
を示す概略正面図、第８図〜第１０図は、それぞれこの
発明の一実施例を示す断面図である。 図において、（１）は発熱体、（２）は冷媒液、（３］
は容器、（４）は気はう、（６）は第１の流路、（７）
は整流板、（８）は第２の流路、α１は車両である。 尚、各図中同一符号は同一または相当部分を示すものと
する。 代理人　葛野信− 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第８図 第９図 第１０図 手続補正書（自発） ２、発明の名称 沸騰冷却装置 ３、補正をする者 代表者片山仁へ部 ４、代理人 ６、補正の対象 図面 ６、　　？１１ｉ正の内容 図面の第４図を別紙のとおり訂正する。 ７、添付書類の目録 袖正後の第４図を記載した書面　　　　１通以上 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）冷媒液、この冷媒液に浸漬した発熱体、上記冷媒
   液と発熱体を収容した容器、上記発熱体の熱によって生
   じる上記冷媒液の気泡が上向きに流れるように上記発熱
   体中に形成した第１の流路、上記気泡の上向きの流れで
   生じる駆動力によって上記冷媒液が上記容器の内壁面に
   接して下向きに流れ、かつ下降した上記冷媒液が第１の
   流路に導かれるように形成した第２の流路を有するもの
   において、上記第２の流路はその上部断面積よシその下
   部断面積が小さいことを特徴とする沸騰冷却装置。 （２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、第２
   の流路は容器の内壁面と整流板で形成し、上記整流板の
   下端部が滑らかに湾曲している沸騰冷却装置。 （３）特許請求の範囲第１項又は第２項記載のものにお
   いて、第２の流路は第１の流路の下部と接続している沸
   騰冷却装置。