JPS6259890B2 - - Google Patents
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- JPS6259890B2 JPS6259890B2 JP20864981A JP20864981A JPS6259890B2 JP S6259890 B2 JPS6259890 B2 JP S6259890B2 JP 20864981 A JP20864981 A JP 20864981A JP 20864981 A JP20864981 A JP 20864981A JP S6259890 B2 JPS6259890 B2 JP S6259890B2
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- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 40
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
- H01L23/427—Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B23/00—Machines, plants or systems, with a single mode of operation not covered by groups F25B1/00 - F25B21/00, e.g. using selective radiation effect
- F25B23/006—Machines, plants or systems, with a single mode of operation not covered by groups F25B1/00 - F25B21/00, e.g. using selective radiation effect boiling cooling systems
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
- F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
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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。
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１００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。
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が通電などによつて発熱すると、
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。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２Ａは、容器内壁面に沿つて重力の作用で
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によつてかく乱され、した
がつて、容器３の内壁面の冷媒液２に接する部分
にも、冷媒液２の対流熱伝達によつて、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。
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。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２Ａは、容器内壁面に沿つて重力の作用で
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によつてかく乱され、した
がつて、容器３の内壁面の冷媒液２に接する部分
にも、冷媒液２の対流熱伝達によつて、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１００で
は、上昇する気泡４による冷媒液２のかく乱が、
不確定であつたため、対流熱伝達率が極めて小さ
い。
は、上昇する気泡４による冷媒液２のかく乱が、
不確定であつたため、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つては容器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。したがつて、対流熱伝達に
よる熱の放散効果は極めて小さかつた。
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つては容器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。したがつて、対流熱伝達に
よる熱の放散効果は極めて小さかつた。
この発明は、上昇する気泡４によつて誘発され
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。
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図は先行技術（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
壁面に沿つ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の上昇によつて、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。したがつて、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。
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
壁面に沿つ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の上昇によつて、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。したがつて、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。
したがつて、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１００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
生した駆動力によつて、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。したがつて、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。
び流路６を沸騰冷却装置１００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
生した駆動力によつて、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。したがつて、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。この波立ちにより、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。
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。この波立ちにより、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。
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。
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。１０は上にわん曲した案内板すなわちガ
イド、１１は、気泡だまりである。上記案内板１
０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。
である。１０は上にわん曲した案内板すなわちガ
イド、１１は、気泡だまりである。上記案内板１
０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、１２は、第４図における上にわん曲し
た案内板１０の頂点に穴を設けた案内板すなわち
ガイド、１３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１０の内側の上部に、気泡
が捕獲され、気泡だまり１１を生じることが認め
られる。捕獲された気泡だまり１１は、凝縮され
ず、過熱された恐れがある。めえに、上記、気泡
抜き穴１３を設け、上部の気相空間５に逃がして
やるものである。
断面図で、１２は、第４図における上にわん曲し
た案内板１０の頂点に穴を設けた案内板すなわち
ガイド、１３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１０の内側の上部に、気泡
が捕獲され、気泡だまり１１を生じることが認め
られる。捕獲された気泡だまり１１は、凝縮され
ず、過熱された恐れがある。めえに、上記、気泡
抜き穴１３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１０を、その頂点で切断した形状を持つ
案内板すなわちガイドである。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１
０によつて捕獲され、案内板１０の内側上部に、
気泡だまり１１を形成するという欠点がある。さ
らに、わん曲した案内板１０を設けた場合、案内
板１０と容器３の内壁面が接近している近傍の液
は、内壁面に沿つ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。従つて、案内板１４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れ
るという２つの欠点が解決される。
断面図で、１４は、第４図で示した上にわん曲し
た案内板１０を、その頂点で切断した形状を持つ
案内板すなわちガイドである。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１
０によつて捕獲され、案内板１０の内側上部に、
気泡だまり１１を形成するという欠点がある。さ
らに、わん曲した案内板１０を設けた場合、案内
板１０と容器３の内壁面が接近している近傍の液
は、内壁面に沿つ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。従つて、案内板１４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れ
るという２つの欠点が解決される。
この発明は、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媒液面の波立ちを減少
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。
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媒液面の波立ちを減少
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。
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、１０は案
内板すなわちガイド、１１は気泡だまり、１２は
案内板すなわちガイド、１３は気泡抜き穴、１４
は案内板すなわちガイドである。なお、各図中同
一符号は同一または相当部分を示す。
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、１０は案
内板すなわちガイド、１１は気泡だまり、１２は
案内板すなわちガイド、１３は気泡抜き穴、１４
は案内板すなわちガイドである。なお、各図中同
一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (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
によつ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つて上
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つて生じ
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 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 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。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20864981A JPS58108760A (ja) | 1981-12-22 | 1981-12-22 | 沸騰冷却装置 |
| KR8201479A KR860000253B1 (ko) | 1981-04-07 | 1982-04-03 | 비등 냉각장치(沸騰冷却裝置) |
| MX192188A MX157055A (es) | 1981-04-07 | 1982-04-06 | Mejoras en aparato de enfriamiento por ebullicion para autotransportes |
| ES511289A ES8304364A1 (es) | 1981-04-07 | 1982-04-07 | Aparato de refrigeracion por ebullicion. |
| AU82439/82A AU551611B2 (en) | 1981-04-07 | 1982-04-07 | Ebullition cooling apparatus |
| DE19823213112 DE3213112A1 (de) | 1981-04-07 | 1982-04-07 | Siedekuehlapparat |
| US06/366,124 US4572286A (en) | 1981-04-07 | 1982-04-07 | Boiling cooling apparatus |
| US06/805,538 US4653579A (en) | 1981-04-07 | 1985-12-06 | Boiling cooling apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20864981A JPS58108760A (ja) | 1981-12-22 | 1981-12-22 | 沸騰冷却装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58108760A JPS58108760A (ja) | 1983-06-28 |
| JPS6259890B2 true JPS6259890B2 (ja) | 1987-12-14 |
Family
ID=16559739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20864981A Granted JPS58108760A (ja) | 1981-04-07 | 1981-12-22 | 沸騰冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58108760A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03107794A (ja) * | 1989-09-21 | 1991-05-08 | Mitsubishi Nuclear Fuel Co Ltd | 燃料集合体の支持格子 |
-
1981
- 1981-12-22 JP JP20864981A patent/JPS58108760A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03107794A (ja) * | 1989-09-21 | 1991-05-08 | Mitsubishi Nuclear Fuel Co Ltd | 燃料集合体の支持格子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58108760A (ja) | 1983-06-28 |
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