JPS61104696A - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は沸騰冷却装置に係り、特に電子部品や変圧器の
発熱吸収装置に好適な沸騰冷却装置に関する。

〔発明の背景〕

現在、コンピュータに搭載される電子素子特電子部品集
積度は増加の一方をたどっている。このため、電子素子
の発熱密度も急激に増加し、これまで空冷あるいは間接
液冷によって冷却していたものが、直接液冷あるいは電
子素子を直接液体中に浸漬し液体の蒸発潜熱を利用する
沸騰冷却にする必要がある。また、沸騰冷却は変圧器や
整流器等、発熱密度の高い他の分野にも適用されつつあ
る。

この沸騰冷却に利用される液体は、冷媒と呼ばれ、沸騰
冷却が通常大気圧で行なわれるため、冷媒の選定に標準
沸点が重要な因子となる。すなわち、電子素子等、発熱
体の作動温度が決まれば、冷媒の標準沸点をもとに冷媒
を選び出せる。ある範囲の標準沸点をもつ化合物は限定
されるため、その対策として、特開昭５４−７６５７号
公報、特開昭５４−７６５８号公報にあるように、冷媒
を混合して標準沸点を調節する手法がとられるが、その
成分の標準沸点差の小さいものを混合していた。

冷媒の選定要件には、四に、冷媒の電気的性質。

不燃性、低毒性、化学的安定性が力１味される。コンピ
ュータなど畠信頼性全要求されるものは、これらのうち
、化学的安定性が重要な因子であり、一般には、炭化水
素化合物中のすべての水素原子をフッ素原子に置き換え
たパーフロロ化合物の化学的安定性がすぐれていること
が知られている。

パーフロロ化合物の中から、上記選定要件を充たす物質
を選ぶとすわば、四に限定される。

また、沸騰冷却は冷媒の蒸発潜熱を利用して冷却するの
であるから、蒸発潜熱の大きな冷媒が冷ＩＨ１１性能が
すぐれていると１える。従って、化学的に安定なパーフ
ロロ化合物を用いた電子素子の沸騰冷却用冷媒は極めて
限定されるため、冷却能力もある限られた範囲内になる
。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、沸騰冷却性能を改善した冷媒全提供す
ることにより、より信頼性の高い電子索’ｆ−、ｆ圧器
等の沸騰冷却装置１ｔを実現しようとするものである。

〔発明の概装〕

本発明者は、パーフロロ化合物を用いた沸騰冷却では、
その冷却性能が限定される現状に対し、標準沸点差の離
れた冷媒を混合し、その混合物が非共沸混合冷媒である
場合、冷媒の冷却性能を支配する蒸発潜熱が大幅に改善
できることを見出し、本発明に至った。、ここで非共沸
混合冷媒とは、ある温度、圧力下で混合冷媒の蒸気と液
体とが熱平衡している場合、混合冷媒の液相の組成と蒸
気相の組成とが異なるものであり、本発明で言う非共沸
混合冷媒とは、少なくとも、沸騰冷却装置として作動さ
せる温度、圧力下で液相組成と蒸気相組成とが異なるも
のを直り。

すなわち本発明の沸騰冷却装置の特徴は、被冷却物を液
体に浸漬して冷却する装置であって、この液体が沸点差
の大きい低沸点成分と高沸点成分との２種以上の成分か
ら成る非共沸混合冷媒である点にある。この構成成分の
沸点差は７０Ｃ以上であることが望ましい。例えば低沸
点成分はオクタフルオロシクロブタンであり、この場合
の高沸点成分の沸点は７０Ｃ以上である。高沸点成分を
例示すると、トリフルオロメチル−ウンデカフルオロシ
クロヘキサン、１，２−ビス（）　ＩＪフルオロメチル
）−デカフルオロシクロヘキサン、オクタデカフルオロ
〔４，４，Ｏ］デカン、２−ノナフルオロブチル−へブ
タフルオロオキソランである。

これらの成分からなる冷媒を用いる本発明装置は、電子
部品や変圧器の発熱吸収装置に適【７ている。

〔発明の実施例〕

本発明を適用した一実施例装置の断面略図を第１図に示
す。この例は冷媒中に発熱体を直接浸漬する直接熱交換
型のものである。

発熱体１は容器２の底部に設置される。冷媒３は液相部
分が発熱体ｌを覆うように注入されている。４は冷却フ
ィンである。

液相冷媒３は半導体素子等の発熱体１から発生（７た熱
と熱交換することにより、気泡となって上昇し気相冷媒
５となる。冷却フィン４は気相冷媒５を凝縮し液化する
。

第２図は間接型の自然循環式装置の断面略図である。６
は管、７は管６上外側に設けられた放熱フィンである。

発熱体１は管６外面に直接或いは間接的に配置されてい
る、。

発熱体１によって管６内の液相冷媒３が加熱され沸騰温
度を越えると気泡８を生ずる。気泡の発生で閉鎖循壌回
路中の発熱体１寄りの管とその反対側の管との間に大き
な密度差を生じ、冷媒３は管６の発熱体１寄り部分を上
昇し、反対側管部を下降して閉鎖回路を一巡する。気泡
８を含む冷媒３の二相流は放熱フィン７で冷却されて気
泡８が消滅し、単相流となって再び発熱体ｌ該当部分に
至る。管６の内径は気泡８の最大１ｕ径よりも大きい方
が望ましい。

冷媒の蒸気圧及び蒸気密度を測定Ｅ７、式（１）に示す
クラペイロン−クラウジウス式を用いて、冷媒の蒸発潜
熱を求めた。

ここで、ｐ：冷媒の蒸気圧、Ｔ：絶対温度、ΔＨ：蒸発
潜熱、ΔＶ：蒸気と液体の比容積差（蒸気比容積で近似
） 測定装置の概略金弟３図に示す。既知組成比の冷媒を封
入したステンレス製容器９を恒温油槽１０中に浸漬し、
温度と圧力とをセンサ１１゜１２によって測定する。容
器中には、中空ガラス１３を石英スプリンタ１４で釣っ
てありその伸縮て、冷媒の温度、蒸気圧、蒸気比容積を
測定でき、式（１）に従って蒸発潜熱を求められる。向
、１６は油槽の熱媒体である。

冷媒の蒸気圧が１気圧になるときの温度（標準沸点、並
びにその際の蒸発潜熱を衣に示す。また、混合冷媒の際
には、成分の沸点差を示した。

試料容器には蒸気試料採取管１５を取付け、蒸気を採取
後、ガスクロマトグラフによって蒸気の冷媒組成比を測
定した。表の実施例１・〜８にある混合冷媒は、いずれ
も非共沸であることがわかった。

ＩＱ） 表に示［７た非共沸混合冷媒は、同じ沸点範囲の純パー
フロロ系冷媒よりも蒸発潜熱が犬きく、沸騰冷却性能全
大幅に改善できる。各成分の沸点差が小さい桿、蒸発潜
熱が低くなる傾向にあるが、７０Ｃ以−１−の沸点差で
あれば、蒸発潜熱の向」二幼宋が明らかである。

〔発明の効果〕

以−にの通り、本発明によれば冷媒の蒸発潜熱が大きい
から冷却能力の優れた沸騰冷却装置が得られるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は夫々本発明の実施例装置の断面概略
図、第３図は本発明に適用する冷媒の蒸発潜熱の測定装
置の断面概略図である。 １・・・発熱体、２・・・容器、３・・・冷媒、６・・
・管、８・・・気泡。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被冷却物を液体に浸漬して冷却する装置であつて、
   該液体が２種以上の成分から成る非共沸混合冷媒である
   ことを特徴とする沸騰冷却装置。 ２、前記非共沸混合冷媒を構成する成分の沸点差が７０
   ℃以上である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、前記成分の内低沸点成分がオクタフルオロシクロブ
   タンである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。 ４、前記成分の内高沸点成分の沸点は７０℃以上である
   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。 ５、前記高沸点成分がトリオロメチル−ウンデカフルオ
   ロシクロヘキサン、１、２−ビス（トリフルオロメチル
   ）−デカフルオロシクロヘキサン、オクタデカフルオロ
   〔４．４．０〕デカン、２−ノナフルオロブチル−ヘプ
   タフルオロオキソランから選ばれることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項または第３項記載の沸騰冷却装置。 ６、前記被冷却物が電子部品であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項乃至第５項いずれか記載の沸騰冷却
   装置。 ７、前記被冷却物が変圧器であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項乃至第５項いずれか記載の沸騰冷却装
   置。