JPS5812509B2 - カイホウガタフツトウレイキヤクソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は冷媒の沸騰、凝縮を利用して発熱体を冷却する
開放型沸騰冷却装置に関する。

従来の沸騰冷却装置は大きく分けて蒸発器と凝縮器から
成り、密閉された冷却容器になっている。

その冷却容器の内圧は冷媒の温度に沿って変り、冷媒の
温度は周囲温度や発熱体の発熱量が変ると、大きく変化
する。

たとえば冷媒にハロゲン化炭化水素であるＣ２Ｃ１３Ｆ
３（フロンＲ−１１３）を使用したとき、冷媒の温度が
０℃から１００゜Ｃまで変化した場合、内圧はＯ． １
５ ｋｇ／ｃｍ’から４．５ｋｇ／ｃｍ’（絶対圧力
）まで変化する。

このような使用状況下において冷却容器の気密が不完全
である場合、内圧が大気圧（ １ ０ ３ ３ｋｇ／ｃ
ｍ’絶対圧力）より低い場合には冷却容器に空気などの
不凝縮ガスが浸入して凝縮器の性能が著しく低下し、所
要の冷却性能が得られなくなり、発熱体の異常過熱や破
損を招くことになる。

また内圧が大気圧より高い場合にも冷媒が冷却容器の外
に逃げて消耗するため冷却不能に陥り、内圧が大気圧よ
り低い場合と同じ結果を招く。

したがって、従来装置において気密保持が重要な課題で
あり、完全な溶接組立構造などを採っているが最新の技
術を駆使しても気密保持は容易でない。

特に大形の冷却容器の気密保持は不可能に近く、法規上
も圧力容器の扱いになるため頑丈な構造にする必要があ
る。

また冷媒を充填する際は冷却容器と冷媒中の不凝縮ガス
を完全に排除する必要があり、それを怠ると気密が不完
全な場合と同様に凝縮器の所定の性能が得られない。

また冷却容器を開けるには溶接部などを切り開く必要が
あり、発熱体の保守点検等は非常に困難である。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解消し、常
に安定した冷却性能の得られる開放型沸騰冷却装置を提
供するにある。

本発明の開放型沸騰冷却装置は、少なくとも蒸発器と凝
縮器からなり、かつそれらが連通するように設けられた
冷却容器と、上記冷却容器の任意の個所から連通して設
けられており上部に開口部を有する液溜と、少なくとも
前記冷却容器と液溜および連通部分全体に充填されたハ
ロゲン化炭化水素系冷媒液および液溜内の該冷媒液の上
部に浮上充填された該冷媒液よりも比重が小さく、かつ
該冷媒液に対して不溶性の多価アルコール、多糖類、ポ
リビニルアルコールおよびグルコースの少なくとも１種
を溶解した水溶液および多価アルコールから選ばれる冷
媒封止用液体を含むことを特徴とする。

以下、本発明の実施例を図によって具体的に説明する。

第１図は本発明の最も一般的な実施例を示すもので、第
１図Ａは動作前の状態を示す装置の断面図、第１図Ｂは
動作中、即ち、冷却中の状態を示す装置の断面図である
。

図において、１は蒸発器、２は蒸気管、３は凝縮器、４
は戻り管、５ａ（アルファベットの補助符号は装置の動
作の理解を容易にするために付したものであり、補助符
号を付さないときは補助符号を付した部品の総称である
と定義する）は凝縮管、６ａは液溜、７ａは吸排管であ
る。

８ａと８ｂはハロゲン化炭化水素からなる冷媒液である
。

この冷媒液は第１図Ａに示すように冷却容器全体、即ち
、第１図に示す例の場合は、蒸発器１、蒸気管２、凝縮
器３、戻り管４の総て、ならびに液溜６ａと該液溜６ａ
と冷却容器とを結ぶ凝縮管５ａの総てに充填されている
。

ここで、ハロゲン化炭化水素とは例えばペンタクロルモ
ノフルオルエタン（Ｃ２Ｃｌ，Ｆ，フロンＲ−１１１）
、テトラクロルジフルオルエタン（Ｃ２Ｃｌ４Ｆ２、フ
ロンＲ−１１２）トリクロルトリフルオルエタン（Ｃ２
Ｃｌ３Ｆ３、フロンＲ−１１３）、テトラクロルトリフ
ルオルエタン（Ｃ２ＨＣＩ４Ｆ，フロンＲ−１２１）、
ペンタクロルトリフルオルプロパン（Ｃ３Ｃｌ，Ｆ３、
フロンＲ−２ １ ３ ）、テトラクロルテトラフルオ
ルプロパン（Ｃ３Ｃ１４ＦいフロンＲ−２１４）、トリ
クロルペンタフルオルプロパン（Ｃ３Ｃ１３Ｆ，、フロ
ンＲ−２１５）、ジクロルへキサフルオルプロパン（Ｃ
３Ｃｌ２Ｆ６、フロンＲ−２１６）、ジクロルへキサフ
ルオルシクロプタン（Ｃ４Ｃ１２Ｆ６、フロンＣ−３１
６）、モノクロルヘプタフルオルシクロプタン（ Ｃ４
ＣＩＦ７、フロンＣ−３１７）、ｃｙｃ ｌ ｉｃ？Ｃ
６Ｆ１０（米国、ミネソタ・マイニング・マニュファク
チュアリング社製フロリナートＦＣ−７８）、ｃｙｃｌ
ｉｃ − Ｃ７Ｆ１４ ０（同社製フロリナートＦＣ−
７７）、ｃｙｃｌｉｃ − Ｃ３ Ｆ ｔ６ ｏ（同社
製フロリナートＦＣ−７５）、Ｃ１２ Ｆ ２７ Ｎ（
同社製フロリナートＦＯ−４３）、１Ｃ４ＨＦ１１０（
米国、デュポン社製フレオンＥｌ）、Ｃ６ＨＦ１０（同
社製フレオンＥ２）、Ｃ８ＨＦ２３０（同社製フレオン
Ｅ３）、パーフルオローｎ−ヘキサン（ Ｃ６Ｆ１４、
英国、インペリアル・スメルテイング社製フルテツクＰ
ＰＩ）、パーフルオローメチルシクロヘキサン（Ｃ７Ｆ
１４、同社製フルテックＰＰ２）、パーフルオロー１、
３−ジメチルシクロヘキサン（Ｃ８Ｆ１６、同社製フル
テックＰＰ３）、パーフルオローデカリン（Ｃ１ｏＦ１
８、同社製フルテツクＰＰ５）、パーフルオロー１−メ
チルデカリン（Ｃ１１Ｆ２ｏ１同社製フルテツクＰＰ７
）、ジブロモテトラフルオルエタン（Ｃ２Ｂｒ２Ｆいフ
ロンＲ−１１４Ｂ２）あるいはカーボンテトラクロライ
ド（ＣＣＩ４）などであり、少なくとも１種が用いられ
る。

次に動作状態、つまり冷却状態について説明する。

第１図Ｂにおいて、８ｃは上記冷媒液の蒸気、９ａは冷
媒封止用液体、１０は発熱体であり、矢印は流れの方向
と向きを示す。

更に個々について詳しく説明すると、蒸発器１は冷媒液
８ａが沸騰して冷媒蒸気８ｃになるときの気化潜熱によ
って発熱体１０を冷却するもの、蒸気管２は冷媒蒸気８
ｃを凝縮器３に導くもの、凝縮器３は冷媒蒸気８ｃを凝
縮液化し、その際に冷媒蒸気８ｃの潜熱を外部冷媒たと
えば大気に熱伝達するもの、戻り管４は凝縮器３で凝縮
液化した冷媒液８ａを蒸発器１に戻すもの、凝縮管５ａ
は液より軽い蒸気が液中を下向きに容易に流れられない
現象と凝縮作用によって冷媒蒸気８ｃが直接に液溜６ａ
に入ることを防止するためのもの、液溜６ａは冷却作用
に直接関係しない余分な冷媒液８ｂを溜めるもの、吸排
管７ａは液溜６ａを大気に通じる役目と冷媒封止用液体
９ａがあふれ落ちるのを防止するもの、冷媒液８ａは発
熱体１０の冷却目標温度に等しい沸点のもの、冷媒液８
ｂは冷媒液８ａと同じもので後述する冷却容器から排出
された冷媒液８ａ、冷媒蒸気８ｃは冷媒液８ａの蒸気で
ある。

冷媒封止用液体９ａは前記冷媒液８ａに溶けないこと、
比重が冷媒液８ａより小さいこと、それ自体容易に蒸発
しないこと、粘度があまり大きくないことなどの性質を
有するものであり、冷媒液８ｂが自然に蒸発して吸排管
７ａを通じて大気中に逃げるのを防止するための液体で
ある。

冷媒封止用液体としては以下のものから選択され、使用
される。

例えばエチレングリコール（ＣＨ２ｃＨｃＩ−｛２ａ−
｛）、ジエチレングリコール（ＨＯＣＨ２ＣＨ２０ＣＨ
２ＣＨ２二ＯＨ）、トリエチレングリコール（ＨＯＣＨ
２ＣＨ２０ＣＨ２ＣＨ２０ＣＨ２ＣＨ２０Ｈ）、１，２
−プロパンジオール（ＣＨ３ＣＨＯＨＣＨ２０Ｈ）、１
，３−プロパンジオール〔ＨＯ（ＣＨ２）３０Ｈ〕、１
，２−ブタンジオール（ＣＨ３Ｃ｝ＪＣＨＯＨＣＨ２０
Ｈ ）、１，３ーブタンジオール（ＣＨ３ＣＨＯＨＣＨ
２ＣＨ２０Ｈ）、１，４−ブタンジオール〔ＨＯ（ＣＨ
２）４０Ｈ〕、２，３−ブタンジオール（ＣＩ｛，ＣＨ
ＯＨＣＨＯＨＣＨ３）、イソプチレングリコール〔（Ｃ
Ｈ２）３ＣＯＨＣＨ２０Ｈ〕、トリメチルエチルグリコ
ール（（ＣＨ３） ２ＣＯＨＣＨ ＯＨＣＨ３〕、ヘキ
サメチレングリコール〔ＨＯＣＨ２（ ＣＨ２）４ＣＨ
２０ｆ−Ｄ、１，５−ペンタンジオール（ＨＯ（ＣＨ２
） ５０Ｈ）、１，５−ヘキサンジオール〔ＣＨ３ＣＨ
（Ｏ■｛）（ＣＨ２）３ＣＨ２０Ｈ〕、１，６−ヘキサ
ンジオール（ＨＯ（ＣＨ２）６０Ｈ）、２，５−へキサ
ンジオール（（ＣＨ３ＣＨＯＨＣＨ２）２）、■，７−
へプタンジオール〔ＨＯＣＨ２（ＣＨ２）５ＣＨ２０■
■〕、１，８−オクタンジオール〔ＨＯＣＨ２（ＣＨ２
）６ＣＨ２０Ｈ）、１，９−ノナンジオール（ ＨＯＣ
Ｈ２ （ＣＨ２）７ＣＨ２０Ｈ〕、１，１０−デカンジ
オール（ＨＯ （ＣＨ２）ｔｏＯＨ）、１，１１−
ウンデカンジオール〔ＨＯＣＨ２（ＣＨ２），ＣＨ２０
Ｈ〕、１，１２−オクタデカンジオール（ＨＯＣＨ２（
ＣＨ２）ｔｏＣＨＯＨ（ＣＨ２ ）５ ＣＨ３ ） 、
グリシドール（ＨＯＣＨ２ＣＨＣＨ２０）、グリセリン
（ＨＯＣＨ２ＣＨＯＨＣＨ２０Ｈ）などの多価アルコー
ル、Ｄ−グルコース、Ｄ−キシロース、Ｄ−ガラクトー
スなどの多糖類、ポリビニルアルコールおよびでんぷん
、グリコーゲン、セルロースなどのグルコースから選ば
れる少なくとも１種を溶解してなる水溶液または前記多
価アルコールの少なくとも１種が用いられる。

発熱体１０は被冷却体であり、たとえば半導体素子や変
圧器などの電気機器のようなものである。

本発明において、冷却容器とは少なくとも蒸発器１と凝
縮器３からなるものを意味する。

勿論、これらを一体構造とせず、第１図や後述の他の例
に示すように、蒸気管２あるいは戻り管４とにより連結
した構造においてはこれら蒸気管２および戻り管４をも
含むものである。

さらに説明を加えると、液溜６ａの容積は凝縮器３が１
００％働く時に冷却容器の外に排除する必要のある冷媒
液８ｂの量と液体９ａの量を加えた値以上の大きさ、冷
媒液８ａの充填量は最少限、冷却容器と凝縮管５ａを満
たせる量、液体９ａの量は多い程良いが、最少限、液層
が形成される量であり、通常の場合、封止効果をより確
実にするためには５ｍｍ以上とするのが望ましい。

液溜６ａの構造は上部に開口部例えば吸排管７ａを有し
、下部は冷却容器の一部に連通している構造を有するも
のである。

冷媒液８ｂ上に浮上、充填されている液体９ａは冷媒液
の気化あるいは凝縮による体積膨張にしたがって液溜６
ａ中を冷媒液８ｂと共に上下動する。

このような構成において、まず、発熱体１０の発熱量が
零の場合、冷媒液８ａは沸騰しないので冷媒蒸気８ｃは
なく、冷媒液８ｂは蒸気管２と凝縮器３の点々で表した
冷媒蒸気８ｃの空間の部分に入り、液溜６ａの冷媒液８
ｂの液面が下がり、液体９ａの液面も下がり、冷却容器
と凝縮管５ａと液溜６ａの下部が冷媒液８で満される。

この状態において冷却容器の内圧は冷却容器の最下部が
最も高く、その匝は大気圧に液柱の圧を加えたものとな
るが、大形の装置を除いて液柱の圧は無視してもよく、
内圧は大気圧に等しいと考えてよい。

次に、この状態から図示した状態になる過程を説明する
と、発熱体１０が発熱を開始してすぐに冷媒液８ａが沸
騰することはなく、最初、矢印に示したような向きで冷
媒液８ａが流れ、自然対流が起こるが、それだけでは冷
却性能が十分でないので冷媒液８ａの温度は上昇する。

やがて冷媒液８ａの温度が大気圧における飽和温度すな
わち、沸点に近づくと、発熱体１０の表面から激しい沸
騰が起こり、冷媒蒸気８Ｃが発生して冷却容器の内圧が
上がり、圧力の低い方向、すなわち液溜６ａに向かって
、冷媒液８ａと冷媒蒸気８Ｃが凝縮管５ａを通って移動
する。

その際に冷媒蒸気８ｃは冷やされて液化して液溜６ａに
達する。

移動したそれらの冷媒液が冷媒液８ｂである。

冷媒液８ｂの量は発熱体１０の発熱量と沸点と凝縮器３
の外部冷媒の温度などによって変る。

沸点、外部冷媒の温度が一定とすると発熱量のみによっ
て変り、その場合の平衡点は冷却容器内で冷媒蒸気８ｃ
の占める容積、すなわち、凝縮器３の凝縮面積が十分に
確保されて矢印で示すような沸騰と凝縮の循環が始まっ
て冷媒液８ａの温度の上昇がなくなる時点であり、その
ときの冷媒液８ａの温度はほぼ沸点になり、冷却容器の
内圧はほぼ大気圧に等しい値となる。

図は凝縮器３の半分が有効に働いている場合を示してい
るが、このときの発熱体１０の発熱量は限界の半分であ
る。

さらに発熱体１０の発熱量を限界を越えることなく増加
させた場合、冷媒液８ａの温度がわずかに上昇するが、
温度の上昇とともに冷却容器の内圧も上昇し、冷媒蒸気
８ｃは液溜６ａに向って移動を初め、冷媒蒸気８ｃは凝
縮管５ａで液化されて液溜６ａの冷媒液８ｂに加わる。

このように冷媒液８ａが冷媒蒸気８ｃになって冷却容器
から出ることは冷却容器の冷媒液８ａの量が減ることに
なり、凝縮器３の凝縮面積が増加して、沸騰と凝縮の激
しさを増し、冷媒液８ａの温度の上昇が止まり、その結
果、冷媒液８ａの温度は沸点よりわずかに高い値になり
、冷却容器の内圧は大気圧をわずかに上まわる値となる
。

以上は発熱体１０の発熱量を零から最大限まで増した場
合の訣明であるが、これとは逆に発熱体１０の発熱量を
最大限から零に減らした場合は発熱量に応じて冷媒液８
ａの温度が下がり、冷却容器の内圧が下がって冷媒液８
ｂが冷却容器内に移動し７、凝縮器３の凝縮面積が減っ
て、冷媒液８ａの温度は自動的に沸点の近く保たれ、冷
却容器の内圧はほぼ大気圧に保たれる。

また、装置の組立の際、冷却容器の内部や冷媒液８ａの
中に存在する不凝縮ガスを完全に排除しない場合でも、
それらの不凝縮ガスは冷却容器内の冷媒液８ａが液溜６
ａに移動するときにそれにまざって移動し、吸排管７ａ
から大気中に排出され、冷却容器の内部に不凝縮ガスが
封じ込まれることはない。

以上のように本実施例によると、冷却容器の内圧が常に
大気圧に保たれるので、冷却容器の内部、特に凝縮器３
に不凝縮ガスが浸入して凝縮器の性能が低下することが
ないこと、冷媒液８ａが冷却容器外に逃げ去ることがな
いこと、冷却容器等はかなり軟弱なものでも十分使用に
耐えること、冷媒液８ａの温度が常に沸点に保たれるの
で被冷却体である発熱体１０の表面温度をほぼ一定に保
つことができることなどが実現できる。

第２図、第３図、第４図は本発明の他の実施例の動作中
の概念図である。

構成上第１図と大きく異なるところは冷媒蒸気８ｃの循
環系路であり、特に第４図に示した実施例は蒸発器１と
蒸気管２と凝縮器３と戻り管４を１つにして冷却容器１
１としたものである。

いずれの実施例も冷媒液８ａが凝縮管５ａを通じ液溜６
ａに出入し、凝縮面積を自動的に調節して、冷媒液８ａ
の温度を沸点に保つことは第１図に示した実施例とまっ
たく変りなく、冷却作用や効果もほぼ同様であるが特異
な動作や効果などについて説明する。

なお、第２図以降において第１図と同一の符号の部分は
第１図と同一の部品である。

第２図に示した実施例によると冷媒蒸気８ｃと冷媒液８
ａが混合して凝縮器３の下方から上方に向って比較的速
い速度で流れているので不凝縮ガスを上方に押し上げる
作用があり、凝縮器３には微量の不凝縮ガスも存在しな
いので良好な凝縮性能が得られること、冷媒液８ａと冷
媒蒸気８ｃが液溜６ａに移動する際には必ず凝縮器３を
通り、冷媒蒸気８ｃのほとんどが凝縮液化されるので、
凝縮管５ａの凝縮能力を小さくできること、他に蒸気管
２が短かく、冷媒蒸気８ｃは蒸発器１を出てすぐに凝縮
器３で凝縮液化されるので、冷却容器内における冷媒蒸
気８ｃが占める空間が少なくなるため、冷却容器外へ排
除する必要のある冷媒液８ａの量が少なくなり、その結
果、液溜６ａの容積を小さくできることなどが実現でき
る。

第３図に示す実施例においても第２図に示した実施例と
ほぼ同等の効果が得られる。

第４図に示した実施例では冷却容器１１全体が凝縮器の
役目（正確には冷媒液８ａで満たされている部分は対流
による熱伝達が主であり、凝縮器とは呼べない）をする
ので構造的に無駄がなく、特に発熱体１０が大形の場合
に適したものである。

さらに本発明の他の実施例として第５図、第６図、第７
図、第８図に示したものについて説明する。

これらの実施例において第１図、第２図、第３図、第４
図に示した実施例と異なるところは、凝縮管５の形状な
らびにその数、液溜６の数ならびにその配置であり、冷
却容器の構成などは第１図、第２図、第３図、第４図に
示した実施例と変るところがなく、第１図、第２図、第
３図、第４図に示した実施例のいずれでもよく、また、
それ以外のものであってもよい。

一例として第１図に示した冷却容器を説明の対象にする
。

ほかに冷媒液８が液溜６に移動することによって凝縮器
３の凝縮面積が変化して発熱体１０の発熱量に見合って
凝縮性能が変化し、冷媒液８の温度を沸点に保つ動作す
なわち冷却容器の内圧を常に大気圧に保つ基本的な動作
は第１図、第２図、第３図、第４図に示した実施例と同
じである。

以下個々について補足すべき点について説明する。

第５図に示した実施例において凝縮管５ｂは立下り部分
のないものであり、冷却容器内の不凝縮ガスが滞りなく
出られるようにしたものである。

絞り管１２ａは凝縮管５ｂの凝縮能力に見合って冷媒蒸
気８ｃの流量を制限し、冷媒蒸気８ｃが直接に液溜６ａ
に入ることを防止するものであり、凝縮管５ｂ自体が非
常に細く、通路内を冷媒蒸気８ｃが流れるときの抵抗が
十分に大きければ付ける必要がないものである。

本実施例によると不凝縮ガスが抜けやすいので冷却容器
に冷媒液８ａを充填する際に冷却容器内や冷媒液８ａ中
の不凝縮ガスをまったく排除する必要がなく、冷媒液８
の充填が極めて容易である。

第６図に示した実施例において特異なところは液溜６ａ
の下部と冷却容器の下部を連通したことにあり、冷却容
器の下部には冷媒蒸気８ｃが存在しないので、凝縮管５
ｃに冷媒蒸気８ｃが直接に入ることはない。

したがって、本実施例によると凝縮管５ｃは凝縮能力が
ほとんどないような単なる管でよく、装置の構成はもつ
とも簡単になり、それにもかかわらず安定した動作をす
る装置が実現できる。

ただし、本実施例によると冷却容器内に封じ込められた
不凝縮ガスを自動的に外部に排出する作用が他の実施例
に比して弱いので冷媒液８ａを充填する際には冷却容器
内や冷媒液８ａ中の不凝縮ガスを排除する必要がある。

第７図に示した実施例は第６図に示した実施例に第５図
に示した実施例を併合したものである。

図において絞り管１２ｂと凝縮管５ｄと液溜６ｂと吸排
管７ｂからなる第５図に示した実施例と相似な部分は冷
却容器内に残存する不凝縮ガスを排出するためのもので
あり、第５図に示した実施例の絞り管１２ａ、凝縮管５
ｂ、液溜６ａ、吸排管７ａに比して、絞り管１２ｂは絞
りの度合の強いもの、凝縮管５ｄは凝縮能力の小さいも
の、液溜６ｂは容積の小さいもの、吸排管７ｂは細長い
ものであり、液溜６ｂも含めて全体が細長いものである
。

冷媒液８ｄは冷媒液８ａが移動したもの、液体９ｂは液
体９ａと同じもの、その他は第６図に示した実施例と全
く同じである。

絞り管１２ｂの作用は第５図に示した実施例の絞り管１
２ａと同じである。

以上の構成において、発熱体１０の発熱量に見合った所
要の凝縮面積を得るために、余分な冷媒液８ａは凝縮管
５ｃを通って液溜６ａに移動し、また一方では凝縮管５
ｄを通って液溜６ｂに移動し、液体９ｂの液面は液体９
ａより冷媒蒸気８Ｃの空間の高さＨ１に等しいＨ２ほと
高くなって平衡し、所要の冷却作用が行なわれる。

このとき移動する冷媒液８ｄの量が少ないほど凝縮管５
ｄの凝縮能力を小さくでき、その部分を小形にできる。

冷媒液８ｄの量を減らすには前記したように液溜６ｂも
含め、その周辺の部分を細くして容積を小さくすること
がもつとも簡単な方法であり、凝縮管５ｄと液溜６ｂと
吸排管７ｂをまとめて管状にしてもよい。

以上のように本実施例によると、第６図に示した実施例
の効果に冷却容器内に封じ込められた不凝縮ガスを自動
的に排出する作用が加わるので、より良好な装置が得ら
れる。

第８図に示す実施例は第７図に示した実施例の絞り管１
２ｂと凝縮管５ｄの部分を第１図に示した実施例の凝縮
管５ａに相似でかつそれより凝縮能力が小さい凝縮管５
ｅに置き換えたものであり、動作、効果など第７図に示
した実施例と変りない。

本発明の各実施例において、吸排管７の大きさ、高さ（
長さ）に限定はなく、許される限りにおいて冷却容器の
上方に細長く突き出すことによって冷却能力の最大限を
拡大することが可能である。

その理由を説明すると、発熱体１０の発熱量が大きく凝
縮器３が１００％働いてもさらに冷媒液８の温度が沸点
以上になる場合、冷却容器の内圧が大気圧より高くなっ
て吸排管７から最初に液体９が吹き出し、続いて冷媒液
８が吹きだすことになる。

ところが吸排管７の突き出しの高さが十分あれば液体９
が吸排管７の上部に達する以前に液柱の圧が大きくなる
ので吹き出すことができない。

その場合、冷却容器の内圧が高くなるので冷媒液８の温
度が沸点を越えるが、凝縮器３において外部冷媒との温
度差が大きくなり、凝縮性能が増加するので冷媒液８の
温度の上昇が止まるためである。

また、吸排管７を細くすることによってそこに入り込む
液体９と冷媒液８の量を少なくし、冷却容器の冷媒液８
が減ることを防止できるためである。

また、後で説示する第１０図の如く、発熱体（半導体整
流器）１０は蒸発器１の外部に位置し、蒸発器１の外壁
から熱が加わってその内壁が沸騰する面になる構成にし
ても本発明は適用でき、その場合、発熱体１０の保守点
検等が極めて容易になる。

また、吸排管７の先端の開孔部は上向きに限らず、横向
き、下向きにしてもよく、そのようにすることによって
異物の浸入を防止できる。

また、液溜６と凝縮管５の接続箇所は液溜６の下部に限
らず、凝縮管５の先端が液溜６の内側底部の附近に位置
すればよく、たとえば凝縮管５が液溜６の上部を貫通し
て液溜６の内側底部に達するようにしてもよく、そのこ
とは冷却容器の戻り管４と蒸発器１の接続箇所について
も同じである。

また、第１図、第２図、第３図、第４図、第５図に示し
た実施例において、液溜６を冷却容器の上部附近に配し
、凝縮管５によって冷却容器の上部と連通しているが、
液溜６の位置も冷却容器と凝縮管５の接続箇所も任意で
よく、たとえば第９図に示すように液溜６ａを冷却容器
の下部附近に配し、凝縮管５ａと冷却容器の接続箇所を
蒸発器１にしても本発明の目的はほぼ達成できる。

ただし、液溜６の位置も冷却容器と凝縮管５の接続箇所
も極端に下方に移動すると、冷却容器内の不凝縮ガスを
排出する作用が弱くなる。

また、上記各実施例において、凝縮器３と凝縮管５は直
接大気に放熱するように図示しているが、外部冷媒の種
類やその循環方法に限定はなく、たとえば強制的に水を
通すようにしてもよいし、また、第１０図に示すように
、冷却ファン１４で強制的に冷却するようにしてもよい
。

さらに、本発明においては、第１０図に示すように、冷
媒液を封止するための液体９ａの上部に、該液体９ａよ
りも比重が小さく、かつ該液体９ａに対して不溶性の保
護液体１３を充填してもよい。

この構成は前記第１図ないし第９図に示す装置について
も同様に適用することができる。

また、このような構成にした場合には大気中からの悪影
響例えば異物の浸入などを防止しうる効果がある。

ここで用いられる保護液体１３としては例えば鉱油、ア
ルキルベンゼン、アルキルトルエン、アルキルナフタレ
ン、ジメチルシリコーン油、メチルフエニルシリコーン
油、ポリブテン、α−オレフイン重合油、エステル系合
成油例えば二塩基酸ジエステル、ネオペンチルポリオー
ルエステル、けい酸エステルなど、ポリフエニルエーテ
ル系合成油、ジアリル（ａｒｙｌ）アルカン、植物油例
えば大豆油あるいはひまし油などがあり、１種または２
種以上の混合物として用いられる。

上記保護液体１３の層の厚さは最小限膜を形成しうる厚
さとすればよい。

特に５ｍｍ以上の厚さとするのが望ましい。

以下、冷媒液封止用液体９ａの層の厚みと冷媒液８の揮
散状況との関係を表１に、また、保護液体１３の層の厚
みと冷媒液８（蒸気）の逸散状況との関係を表２に示す
。

試験は冷媒液４．５ｌ中に半導体整流器を浸漬した。

そして、上記冷媒液の上部に冷媒液は上記半導体整流器
に通電した結果、該整流器との界面付近で局部的に沸騰
した。

また、使用した冷却装置は第１図に示す構造のものであ
る。

本発明において、冷媒液としてはハロゲン化炭化水素の
一部を他の液体例えば鉱油系絶縁油、アルキルベンゼン
、アルキルナフタレン、ジメチルシリコーン油、メチル
フエニルシリコーン油、ポリブテン、α−オレフイン重
合油、アルキルトルエン、ポリフエニルエーテル系合成
油、ジアクルアルカン、りん酸エステル、二塩基酸ジエ
ステル、ネオベンチルボリオールエステル、けい酸エス
テル、フロロエステルなどのエステル系合成油、植物性
油例えば大豆油やひまし油などから選ばれる少なくとも
１種で置換したものであってもよい。

その混合量は冷媒液全体の８０容量％以下とするのが望
ましい。

上記液体を併用することにより冷媒液の沸点を自由に調
節することができる。

本発明によれば、常に安定した冷却性能を有する開放型
沸騰冷却装置を提供することができ、これは半導体装置
、変圧器、回転機などを始めとする発熱を伴う各種装置
の冷却に極めて好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第１０図は、本発明の開放型沸騰冷却装置の
実施例を示す図である。 符号の説明、１・・・・・・蒸発器、３・・・・・・凝
縮器、５・・・・・・凝縮管、６・・・・・・液溜、８
・・・・・・冷媒液、９・・・・・・冷媒液封止用液体
、１３・・・・・・保護液体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも蒸発器と凝縮器からなり、かつそれらが
   連通するように設けられた冷却容器と、上記冷却容器の
   任意の個所から連通して設けられており上部に開口部を
   有する液溜と、少なくとも前記冷却容器と液溜および連
   通部分全体に充填されたハロゲン化炭化水素系冷媒液お
   よび液溜内の該冷媒液の上部に浮上充填された該冷媒液
   よりも比重が小さく、かつ該冷媒液に対して不溶性の多
   価アルコール、多糖類、ポリビニルアルコールおよびグ
   ルコースの少なくとも１種を溶解した水溶液および多価
   アルコールから選ばれる冷媒封止用液体を含むことを特
   徴とする開放型沸騰冷却装置。 ２ 冷媒封止用液体の上部に充填された上記冷媒封止用
   液体よりも比重が小さく、かつ上記冷媒封止用液体に対
   して不溶性の保護液体を有することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の開放型沸騰冷却装置。 ３ 前記保護液体は、鉱油、アルキルベンゼン、アルキ
   ルナフタレン、ジメチルシリコーン油、メチルフエニル
   シリコーン油、ポリブデン、α−オレフイン重合油、ア
   ルキルトルエン、エステル系合成油、ポリフエニルエー
   テル系合成油、ジアリル（ａｒｙｌ）アルカンおよび植
   物油から選ばれる少なくとも１種の液体であることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項記載の開放型沸騰冷却装
   置。