JPS5994444A - 自然循環式沸騰冷却装置 - 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】 この発明は自然循環式Ｓ、　Ｉｌｉ〜冷却装置に関する
ものであり、特に沸Ｊ１ｍ気泡のポンプ駆動力により、
自然に循環する閉鎖循環回路系内の液状冷却媒体の沸騰
二相流れにより発熱体を効率よく冷却する自然循環式１
！Ｊ　騰冷却装置に関するものである。

従来、冷却媒体の沸騰現象を使って発熱体を冷却する装
置は、主にプール沸騰現象を使っているものが多い。

第１図は従来のプール沸騰形式の冷却装置を示す構成図
である。第１図において、容器（１〕の上端面には長い
上昇管（２）と短い下降管（３）との下端が取付けられ
ており、上昇管（２〕と下降管（３）との上端間には連
通管（４）が斜めに取付けられている。液冷却媒体（５
）は容器（１）内に封入されている。

発熱体（６〕は冷却対象であり、液冷却媒体（５）に完
全に浸されて表面の沸ｊ濾現象により冷却される。

凝縮器（７）は連通１（４）の外周部に取付けられ、沸
騰で発生した液冷却媒体（５〕の気泡（５ａ）を凝縮し
て再びγｉ（５ｂ　）に戻すものである。

次に動作について説明する０冷却対象である発熱体（６
）は、容器（１〕に封入された液冷却媒体（５）に完全
に浸されており、表面の沸騰現象により冷却される０沸
＋１７！で発生した気泡（５ａ）は矢印Ａに示すように
蒸気流として上昇管（２）を介して液表面より？、：、
＝　ｋ６器（７）へ搬送され、凝縮器（７）内で凝縮さ
れて再び液（５ｂ）に戻る。この液（５ｂ）は下降糊（
３）を介して再び容器（１）内に戻される。

従来の装置Ｃ１は以上のように構成されているため、発
熱体（６）が十分に納まる容器（１）と、発熱体（６）
を十分に浸せるだりの液冷却媒体（５）が必要であり、
また容器（１）の密閉性を保つために、例えは容器（１
）と上昇管（２）、下降管（３）との継ぎ口部か溶接さ
れていたりするため、故障時に容器（１）内の発熱体（
６）を取出し補修することが困難であ゛るなどの欠点が
あった。

この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたものであり、発熱体（６〕を冷却する冷却
装置を閉鎖循環回路として発熱体（６〕と別個に設置し
、発熱体（６）を閉鎖循環回路の外部に設置して、従来
の如き大きな容器（１〕や大量の液冷却媒体（５）を必
要とぜす、かつ発熱体（６）を容易に保守点検し得るよ
うにした自然循環式製脱冷却装置を提供することを目的
としている。

以下、この発明の一実施例を第２図について説明する。

８２図はこの発明に係る自然循環式製脱冷却装置の一実
施例を示す構成図である。

第２図において、冷却装置（８）は底部管（８０１）と
、ル（０管（８０１）の一端に連通した長い上昇管（８
０２）と、底部鴇（８０１）の他端に連通ｌ、た短い下
降管（８０３）と、一端を上昇管（８０２）の上端に連
通し他端を下降管（８０３）の上端に連通した連通管（
８０４）と、連通管（８０４）の外周部に取付けられた
例えは凝縮器である放熱部（８０５）とから構成され、
放熱部（８０５）を除いた他の１で閉鎖楯」、■回路（
８ａ）を形成している０冷却媒体（９）　ＬＬ　例工Ｉ
Ｊ、水、アンモニア、フロン系等の冷却媒体であり、冷
却装置（８）の底部管（８０１）と上昇管（８０２）と
下Ｉ４管（８０３）と連通管（８０４）とに封入されて
いる。発熱体（１０）は例えは分割可能に構成された円
筒状のコイルであり、締付装置（図示せず）等の適当な
手段によって、銅の如き熱伝桿率の高い物質からなる加
熱８＋Ｓ（１１）を介して冷却装置（８〕の上昇管（８
０２）の外周部に施されている。

次に動作について説明する。液状態の冷却媒体（９）は
、底ＢＩ３廿（８０１）と上昇管（８０２）と下降管（
８０３）と連通管（８０４）とに封入されており、この
液状態の冷却媒体（９）の封入された上昇管（８０２）
に加熱部（１１）が設けられている。加熱部（１１）に
取付けられた冷却対象である発熱体（１０）により、加
熱部（１１）部分の上昇管（８０２）内の液状態の冷却
媒体（９〕は加熱され、沸騰温度を越えると沸騰を開始
し、沸騰気泡（９ａ）を発生する。沸騰気泡（９ａ）の
発生により閉鎖循環回路（８ａ）中の上昇管（８０２）
と下降管（８０３）との間で大きな密度差が生じる。こ
のため冷Ｊ、、ｌＩ媒体（９）は上昇管（８０２）中で
は上方へ下降管（８０３）中では下方への流れを生じ、
閉鎖循環回路（８ａ）を−巡することになる。従って、
沸騰気泡（９ａ）を含む液状態の冷却媒体（９）の沸騰
二相流れは、連通管（８０４）に導かれ、放熱部（８０
５）で冷却されると共に沸騰気泡（９ａ）は消滅する。

沸騰気泡（９ａ）が消滅して液単相流となった冷却媒体
（９）は、下降管（８Ｃ１３）および底部管（８０１）
を経て再び上昇管（８０２）の加熱部（１１）で加熱さ
れる。

なお、閉鎖循環回路（８ａ）を構成する管の断面形状は
円形、長方形等どのような形状でもよく、発生する沸騰
気泡（９ａ）の気泡径より断面径が大きければよい。ま
た放熱部（８０５）は連通管（８０４）に設けたが、下
降管（８０３）に設けてもよい。さらに上記実施４！Ａ
ｊで（ま、発熱体（１０）としてコイルを示したカダ、
／ｊＸ型人容′ｌ、６１市力拭器の発熱部、電力量・ナ
イリスタ素子、′電子（筬器等とのような発熱体−〇あ
ってもよＩＩ′１゜この発明は以上のように構成され、
冷却装置（８）を底部管（８０１）と上昇管（８０２）
と下ト、Ｉ：物（８０３）と連通管（８０４）と力）ら
なる閉＆’Ａ　（Ｍ　ｆ５Ｊ回１４　＜　ｓ　ａ　）内
に膜状態の冷却媒体（９）を封入し、かつ連通管（８０
４）もしくもま下１年管（８０３）に放熱部（８０５）
を設けて構成し、発熱体（１０）を上昇管（３０２）の
外周部に近接して取伺けているため、冷却装置（８）と
発熱体（１０）との分離が１」能とタリ、発熱体（１０
）の保守点検か容易となる。また発熱体（１０）を冷却
装置（８）内に収納する必要カダなし）ため、冷却装置
（８）を小型にでき、冷却媒体（９）の必要悄を少なく
することができる。さら番こ機械的ポンプを使用せずに
沸騰気泡（９ａ）ｉこよるポンプ駈動力により、冷却媒
体（９）カダ自然番こ循環た、加熱部（１１）の熱伝達
率は、核沸騰熱伝達率で決まる従来のプール沸騰形に比
較して１本発明の装置では、沸騰気泡（９ａ）のポンプ
駆動による流れに起因する対流熱伝達率が加わり）従来
装置の数倍の熱伝達率が得られ、冷却効果が改善される
。

次にこの発明の他の実施例を第３図について説明する。

図中（１０）は第２図のものと同じである。図において
、冷却装置（１２）は横長の冷却媒体溜めタンク（１２
１）と、このタンク（１２１）に長手方向に沿って並列
に接続した複数（図示の実施例では５本）の底部管（１
２２）と、各底部管（１２２）にそれぞれ連通させた同
数の上昇管（１２３）と、各上昇管（１２３）の上端を
相互に連通ずる接続管（１２４）と、一端がこの接続管
（１２４）に連通され他端が前記タンク（１２１）に接
続された所望数（図示の実施例では２本）の下降管（１
２５）と、各下降管（１２５）の外周部に設けた放熱部
（１２６）とから構成され、前記冷却媒体溜めタンク（
１２１）、Ｉ底部管（１２２）、上昇管（１２３）、接
続管（１２４）および下降管（１２５）によってタンク
（１２１）を介して並列状に配置される複数の閉鎖循環
回路（１２ａ）を形成している０液冷知謀体は冷却媒体
溜めタンク（１２１）、底部管（１２２）、上昇管（１
２３）、接続＠・（１２４）および下降管（１２５）内
に封入されているＯ 前記した第２図の実施例の場合と同様に各発熱体（１０
）が発熱している際には、各上昇管（１２３）内で生じ
る沸騰気泡による密度差により、閉鎖循環回路（１２ａ
）内に冷却媒体の循環（１３）が生じる。

前記した第２図の実施例の如き閉鎖循環回路（８ａ）で
はドライアウトによる液切れ、循環の駆動力となる密度
差の限界により上昇管（８０２）の長さが限られるので
多くの発熱体を同時に冷却できないし、あるいは発熱量
の大きな発熱体をも冷却できなかったが、第３図口こ示
した実施例の如く閉鎮循環回路（１２ａ）を共通のタン
ク（１２１）を介して並列状に複数個設けると、閉鎮循
環回路（１２ａ）の数だけの発熱体（１０）を同時に冷
却でき、またこの各発熱体（１０）の総和に等しい大き
な発熱体をも冷却できるものである。

上記した第３図の実施例では各上昇管（１２３）の上端
を接続管（１２４）を介して上昇管（１２３）より本数
の少ない下降管（１２５）で冷却媒体溜めタンク（１２
１）に接続した閉鎖循環回路（１２ａ）を示したが、接
続管（１２４）を使わずに同数の下降管（１２５）で各
上昇管（１２３）をタンク（１２１）に個々に接続する
ようにしてもよく、勿論上昇管（１２３）や下降管（１
２５）の数は第３図のものに限られるものではない。

なお、上記各実施例の閉鎖循環回路（８Ａ　）。

（１２ａ）には液状冷却媒体を漏水状態で封入するのが
効率の点でよいが、必ずしも満水状態でなくてもよい。

以上のようにこの発明によれば装置が小型となり、冷却
媒体の必要量が少なくなり、機器の保守点検か容易とな
り、さらに冷却効果が向上する等の諸効果を有する０

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のプール訓読形式の冷却装置を示す構成図
、第２図はこの発明に係る自然循環式２４　ｋ冷却装置
の一実施例を示す１４成図、第３図はこの発明の他の実
施例を示す構成図である。 図において、（８）は冷却装置、（８０１）は底部管、
（８０２）は上昇管、（’８０３　）は下降官、（８０
４）は連通管、（８０５）は放熱部、（８ａ）は閉鎖循
環回路、

〔９〕は冷却媒体、（９ａ）はｉ”ｌ−〃ζ気
泡、（１０）は発熱体、（１１）は加熱部、（１２）は
冷却装置、（１２１）は冷却媒体宿めタンク、（１２２
）は底部管、（１２３）は上昇管、（１２４）は接続管
、（１２５）は下降管、（１２６）は放熱部、（１２ａ
）は開始循環回路である。なお、各図中同一部分には同
一符号を付している。 第１図 ｂυ１ 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、冷却対象である発熱体の加熱によって沸騰気泡を生
   じる液状態の冷却媒体を封入し、前記冷却媒体を循環さ
   せる閉鎖循環回路および前記閉鎖循環回路に設けられ、
   前記沸騰気泡を含む前記液状態の冷却媒体を冷却させる
   放熱部を備え、前記発熱体を前記閉鎖循環回路の外部に
   近接して設置するようにしたことを特徴とする自然循に
   ｊ式ｄ１シｒ１１：を冷却袋η３゜２　閉ｔｌｉ循パ１
   回路は、底部管と、底部管の一端に連通した長い上昇管
   と、底部管の他端に連通した短い下降管と、一端を上昇
   管の上端に連通し、他端を下降管の上端に連通した連通
   管とからなり、発熱体は前記上昇管の外部に近接して設
   置！χするようにし、放熱部は前記連通管もしくは前記
   下降管の外周に設置した特許請求の範囲第１項記載の自
   然循環式沸騰冷却装置。 ３　複数の閉鎖循環回路を共通の冷却媒体溜めタンクを
   介して並列状に設けた特許請求の範囲第１項記載の自然
   循環式沸騰冷却装置６０