JPS58108760A - 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ａｍを示す断面図であ！０
　、　（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）中に還流する。この際、冷媒液（２）は、上
昇する気泡（４）によってかく乱され、したがって、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、
容器外へ放散される。

しかしながら、従来の沸騰冷却装置００１１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り
、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り、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図は先行孜術（特願昭５６−０５３４６６　）であ
る沸騰冷却装置を示す断面図である。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に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
さ、流路（６）内の冷媒液（２）をかき上げるいわゆる
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ｊ４）を示す）と液体との平均密
度と、流路（６）外の冷媒液（２〕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（ロ）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
り、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。

しかし、第２図に示すような構成においては、流路（６
）の上部における冷媒液（２）と気泡（４）の混在した
上向きの流れのために、冷媒液（２）の液面が波立つの
が認められる。この波立ちによシ、上向きの流れの持つ
駆動力が容器（３）の内壁面に沿う下向きの流れとして
活かされる前に損なわれる。

この発明は、上記した波立ちによる上向きの流の損失を
防ぎ、下向流の減速を防ごうとするものである。

第３図は、この発明の一実施例の断面図である。

図において、（９）は、消波板すなわちガイドである。

上記消波板（９）を、流路（６）の真上で、冷媒液面の
すぐ下に設置しておくと、上述したような波立ちによる
上向きの流れの損失を防ぐことができる。

第４図は、この発明の他の実施例を示す断面図である。

　Ｃ１［）は上にわん曲した案内板すなわちガイド、Ｑ
υは、気泡だま９である。上記案内板０Ｑにより、上向
きの流れの向きを除々に変化させ、波立ちによる循環力
の損失を最小限に防ぎ、容器（３）の内壁面に沿う下向
きの循環流に積極的に利用することができる。

第５図は、この発明のさらに他の実施例を示す断面図で
、（２）は、第４図における上にわん曲した案内板Ｃ１
Ｇの頂点に穴を設けた案内板すなわちガイド、（２）は
、気泡抜きのための穴である。第４図の構成においては
、上向きの流れの中の気泡が、わん曲した案内板αＯの
内側の上部に、気泡が捕獲され、気泡だまりａηを生じ
ることが認められる。捕獲された気泡だまり０ηは、凝
縮されず、過熱される恐れがある。めえに、上記、気泡
抜き穴（至）を設け、上部の気相空間（５）に逃がして
やるものである。

第６図は、この発明のさらに他の実施例を示す断面図で
、（１４）は、第４図で示した上にわん曲した案内板０
０を、その頂点で切断した形状を持つ案内板すなわちカ
イトである。第４図に示す構成においては、上述したよ
うに、気泡が、案内板０Ｉによって捕獲され、案内板α
Ｏの内側上部に、気泡だまＤ　＜ｉｌｌを形成するとい
う欠点がある。さらに、わん曲した案内板Ｑｌを設けた
場合、案内板顛と容器（３）の内壁面が接近している近
傍の液は、内壁面に沿って流れず淀み領域を形成し、ゆ
えにその部分の強制対流熱伝達を悪くさせることが認め
られる。

従って、案内板０４Ｉを設ける事により、気泡が捕獲さ
れるという事、並びに、案内板と内壁面の接近した近傍
で淀み領域が形成さ庇るという２つの欠点が解決される
。

この発明は１以上のように冷媒液の上部にガイドを設け
たので、流路（６）より噴出する気泡と冷媒液の上向き
の流れによる冷謀准面の波立ちを減少させ、上向きの流
れの駆動力を損失する事なく、下向きの流れに変換し、
容器と冷媒液間の対流熱伝達をさらに高めたもので、沸
騰冷却装置の性能向上および小形化がはかれるなどの効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の沸騰冷却装置を示す断面図、第２図は
、先行技術の沸騰冷却装置を示す断面図、第３図〜第６
図は、この発明のそれぞれ一実施例を示す沸騰冷却装置
の断面図である。 図中、（１）は発熱体、（２）は冷媒液、（３）は容器
、（４）は気泡、（５）は気相空間、（６）は流路、（
７）は整流板、（８）は流路、（９）は消波板すなわち
ガイド、顛は案内板すなわちガイド、０時は気泡だまシ
、（６）は案内板すなわちガイド、（至）は気泡抜き穴
、圓は案内板すなわちガイドである。 なお、各図中間・１−符号は同一または相当部分を示す
。 代理人　為野信− 第１図 第２図 第３図 第４図 、り 第５図 第６図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （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
   接して十向きに流れるように形成し、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第１の流路の下部
   と接続した第２の流路、及び第１の流路を通過する冷媒
   液と気泡の混在する上向きの流れによって生じる冷媒液
   面の波立ちを抑えるように上記容器の冷媒液の上部に設
   置したガイドを備えた沸騰冷却装置。
2. （２）ガイドを上にわん曲した形状としたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の沸騰冷却装置。
3. （３）上にわん曲したガイドの上部に穴を設けたことを
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載の沸騰冷却装置。