KR101007488B1 - 냉각 장치 및 전력 변환 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 강도가 높고 방열 특성이 좋은 냉각 장치를 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 냉각 장치는, 열교환기(1)가 하방에 배치된 증발기(14)와 면으로 접합되고, 열교환기(1)의 수용부(3)가 열교환기 고온 액체 송출구(7)를 갖고, 증발기(14)와의 접합부에 2상 유체 송입구(6)를 갖고, 열교환기(1)의 출구 헤더(4)가 증발기(14)와의 접합부에 중간 온도 액체 송출구(8)를 갖고, 증발기(14)는 열교환기(1)와의 접합부에 수용부(3)의 2상 유체 송입구(6)에 대향해서 2상 유체 송출구(42)를 갖고, 열교환기(1)와의 접합부에 출구 헤더(3)의 중간 온도 액체 송출구(8)에 대향해서 중간 온도 액체 송입구(41)를 갖는다.

Description

냉각 장치 및 전력 변환 장치{COOLING APPARATUS AND POWER CONVERTER}

본 발명은 열 수송 기기에 관한 것이며, 발열체의 열을 냉각하는 냉각 장치 및 이 냉각 장치를 채용한 전력 변환 장치에 관한 것이다.

에너지 공급 설비, 정보 통신 설비, 교통 설비 등의 라이프라인에 관한 중요설비에 있어서, 최근 많은 전자 기기가 사용되고 있다. 이들 전자 기기는 안정되게 확실히 동작시킬 필요가 있고, 전자 기기로부터의 발열을 효율적으로 방열할 필요가 있다. 방열하는 수단으로서는 다종 다양의 형태가 있지만, 고효율에서 에너지 절약·환경 보전에 의거한 높은 신뢰성을 갖는 방열 수단의 하나로서, 냉각 장치가 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 이 냉각 장치에서는, 열교환용 순환 용액의 상변화에 의해 발생하는 순환 용액 수송 파이프내의 밀도차(밀도차에 의해 발생하는 부력)를 이용하고, 기기 내를 열교환용 순환 용액이 순환하도록 구성하고 있다. 즉, 가열 열교환기로부터 2상 유체 송입구까지의 기액 2상 유체 송입 파이프내의 기액 2상 유체의 외관 밀도와, 해당 구간과 같은 높이의 구간에 있어서의 순환 용액 수송 파이프내의 열교환용 순환 용액의 밀도의 밀도차를 이용해서 열교환용 순환 용액을 순환시키고 있다. 또한, 이 순환을 반복하는 것에 의해, 가열 열교환기로부터 전달된 고온도의 열을 현열 방출 열교환기와 방열기에 수송하고, 현열 방출 열교환기와 방열기로부터 열을 필요로 하는 별도의 기기 또는 저열원으로 열을 수송하도록 하고 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제 2005-195226 호 공보(제 4 페이지 ~ 제 6 페이지, 도 1)

상기와 같은 종래의 냉각 장치는, 가열 열교환기에 열교환용 순환 용액을 송입 및 송출하는 기액 2상 유체 송입 파이프를 배관으로 구성하고 있으므로, 강도가 낮다고 하는 문제가 있다. 또한, 상기와 같은 냉각 장치에서는, 미세한 균열로부터 공기 등의 불응축 가스가 내부에 침입하면, 열교환 순환 용액 수용 용기내의 파이프 주위에 있어서의 열교환용 순환 용액의 응축 특성이 악화하고, 소망의 방열 특성(열 수송 특성)을 얻을 수 없다는 문제가 있다.

본 발명의 목적은, 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해서 행해진 것으로서, 강도가 높고 방열 특성이 양호한 냉각 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 냉각 장치는, 순환액이 흐르는 증발기 통유로가 내부에 형성되는 동시에 발열체가 외부에 배치되어 발열체가 발하는 열에 의해 순환액을 가열하는 블록 형상의 증발기, 순환액이 흐르는 방열기 통유로를 갖고 순환액의 열을 방출하는 방열기, 및 방열기로부터 순환액이 송입되는 열교환기 저온 액체 송입구를 갖는 입구 헤더와, 증발기에 순환액이 송출되는 중간 온도 액체 송출구를 갖는 출구 헤더와, 상기 입구 헤더 및 출구 헤더를 연결하는 열교환기 통유로, 증발기에서 가열된 순환액 및 상기 순환액의 증기가 수용되어 있는 수용부를 갖는 열교환기를 구비하고, 열교환기는 상기 열교환기의 하방에 배치된 증발기와 면으로 접합되어 있고, 수용부는 방열기에 순환액이 송출되는 열교환기 고온 액체 송출구를 갖는 동시에, 증발기와의 접합부에 증발기로부터 순환액 및 상기 순환액의 증기가 송입되는 2상 유체 송입구를 갖고, 출구 헤더는 증발기와의 접합부에 중간 온도 액체 송출구를 갖고, 증발기는 열교환기와의 접합부에 2상 유체 송입구에 대향해서 수용부에 순환액 및 상기 순환액의 증기가 송출되는 2상 유체 송출구를 갖는 동시에, 열교환기와의 접합부에 중간 온도 액체 송출구에 대향해서 출구 헤더로부터 순환액이 송입되는 중간 온도 액체 송입구를 갖는 것이다.

또한, 본 발명의 냉각 장치는, 순환액이 흐르는 증발기 통유로가 내부에 형성되는 동시에 발열체가 외부에 배치되어 발열체가 발하는 열에 의해 순환액을 가열하는 블록 형상의 증발기와, 순환액이 흐르는 방열기 통유로를 갖고 순환액의 열을 방출하는 방열기와 방열기로부터 순환액이 송입되는 열교환기 저온 액체 송입구를 갖는 입구 헤더와, 증발기에 순환액이 송출되는 중간 온도 액체 송출구를 갖는 출구 헤더와, 입구 헤더 및 출구 헤더를 연결하는 열교환기 통유로, 증발기에서 가열된 순환액 및 상기 순환액의 증기가 수용되어 있는 수용부를 갖는 열교환기를 구비하고, 열교환기는 하방에 배치된 상기 증발기와 면으로 접합되어 있고, 수용부는 증발기와의 접합부에 개구부를 갖고, 출구 헤더는 증발기와의 접합부에 중간 온도 액체 송출구를 갖고, 증발기는 개구부에 대향해서 열교환기와의 접합면으로부터 오목하게 된 순환액을 유지하는 순환액 유지부를 갖고, 순환액 유지부의 하면에 수용부에 순환액 및 상기 순환액의 증기가 송출되는 2상 유체 송출구와 수용부로부터 순환액이 송입되는 증발기 고온 액체 송입구를 갖고, 열교환기와의 접합부에 중간 온도 액체 송출구에 대향해서 출구 헤더로부터 순환액이 송입되는 중간 온도 액체 송입구를 갖고, 방열기에 순환액이 송출되는 증발기 고온 액체 송출구를 갖고, 내부에 증발기 고온 액체 송입구와 증발기 고온 액체 송출구를 연통시키는 고온 액체 유로가 형성되어 있는 것이다.

본 발명에 의하면, 강도가 높고 방열 특성이 좋은 냉각 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 의한 냉각 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시형태 1에 의한 다른 냉각 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시형태 1에 의한 다른 냉각 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.

도 4는 본 발명의 실시형태 1에 의한 다른 냉각 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.

도 5는 본 발명의 실시형태 1에 의한 다른 냉각 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.

도 6은 본 발명의 실시형태 1에 의한 다른 냉각 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.

도 7은 본 발명의 실시형태 1에 의한 열교환기 통유로를 도시하는 단면 구성 도이다.

도 8은 본 발명의 실시형태 2에 의한 냉각 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.

도 9는 본 발명의 실시형태 2에 의한 다른 냉각 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.

도 10은 본 발명의 실시형태 3에 의한 냉각 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.

도 11은 본 발명의 실시형태 3에 의한 다른 냉각 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.

도 12는 본 발명의 실시형태 3에 의한 다른 냉각 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.

도 13은 본 발명의 실시형태 3에 의한 다른 냉각 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.

도 14는 본 발명의 실시형태 4에 의한 냉각 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.

도 15는 본 발명의 실시형태 4에 의한 다른 냉각 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.

도 16은 본 발명의 실시형태 4에 의한 다른 냉각 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.

도 17은 본 발명의 실시형태 4에 의한 다른 냉각 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.

도 18은 본 발명의 실시형태 4에 의한 냉각 장치의 가열량에 대한 증발기 전열면 온도를 도시한 도면이다.

도 19는 본 발명의 실시형태 5에 의한 냉각 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.

도 20은 본 발명의 실시형태 6에 의한 냉각 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.

도 21은 본 발명의 실시형태 6에 의한 다른 냉각 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.

도 22는 본 발명의 실시형태 6에 의한 또 다른 냉각 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.

<부호의 설명>

1 : 열교환기 2 : 입구 헤더

3 : 수용부 4 : 출구 헤더

5 : 열교환기 저온 액체 송입구 6 : 2상 유체 송입구

7 : 열교환기 고온 액체 송출구 8 : 중간 온도 액체 송출구

9 : 열교환기 통유로 11a : 증기

11b : 고온의 순환액 11c : 응축액

12 : 개구부 13 : 밀봉용 포트

14 : 증발기 15 : 증발기 통유로

15a : 가열 유로 15b : 비가열 유로

15c : 분류용 헤더 16 : 발열체

16a : 강 발열체 16b : 약 발열체

18 : 방열기 19 : 방열기 통유로

19a : 분류용 헤더 19b : 합류용 헤더

19c : 병렬 통유로 20 : 핀(fin)

21 : 열교환기 방열부 22 : 보조 방열기

23 : 리세스 24 : 핀

25 : 열교환기 냉각 유로 26 : 팬

27 : 순환액 유지부 28 : 바이패스 유로

29 : 고온부 30 : 저온부

31 : 분할판 32 : 케이스

33 : 방열기 냉각 유로 34 : 개구

35 : 장착부 36 : 방해판

37 : 단열부 38 : 유동 저해체

41 : 중간 온도 액체 송입구 42 : 2상 유체 송출구

43 : 증발기 고온 액체 송입구 44 : 증발기 고온 액체 송출구

45 : 증발기 저온 액체 송입구 46 : 증발기 저온 액체 송출구

47 : 고온 액체 유로 48 : 저온 액체 유로

실시형태 1

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 의한 냉각 장치의 구성을 도시하는 단면도이며, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)에 도시하는 A-A 단면에 있어서의 단면도이다. 도면에 있어서, 동일한 도면부호를 붙인 것은 동일 또는 이것에 상당하는 것이며, 이것은 명세서의 전문에 있어서 공통되는 것이다.

도 1에 있어서, 냉각 장치는 발열체(16)로부터의 열을 이용하여 순환액을 순환액과 상기 순환액의 증기로 상변화시키는 블록 형상의 증발기(14), 순환액의 증기를 응축시키는 열교환기(1), 및 순환액의 열을 방출하는 방열기(18)를 구비하고 있고, 열교환기(1)의 하면과 증발기(14)의 상면은 납땜 용접 등을 이용하여 면으로 접합되어 있다. 열교환기(1)는 입구 헤더(2)와 수용부(3)와 출구 헤더(4)를 연접한 원통형의 용기이며, 입구 헤더(2)와 출구 헤더(4)는 복수의 관형상의 열교환기 통유로(9)를 이용하여 연결되어 있다. 입구 헤더(2)는 측면에 방열기(18)로부터 순환액이 송입되는 열교환기 저온 액체 송입구(5)를 갖고, 출구 헤더(4)는 하면의 증발기(14)와의 접합부에 증발기(14)로 순환액이 송출되는 중간 온도 액체 송출구(8)를 갖고 있다. 수용부(3)는 하면에 방열기(18)로 순환액이 송출되는 열교환기 고온 액체 송출구(7)를 갖고, 하면의 증발기(14)와의 접합부에 증발기(14)로부터 순환액 및 상기 순환액의 증기가 송입되는 2상 유체 송입구(6)를 갖고 있다. 여기에서, 열교환기(1)와 증발기(14)의 접합부는 열교환기(1)와 증발기(14)의 접합면이며, 열교환기(1)와 증발기(14)가 접합되어 있는 부분을 가리킨다. 또한, 본 실시형태 1에 있어서는, 열교환기(1), 증발기(14) 및 방열기(18)도 동으로 구성되어 있고, 열전도가 좋은 금속이 바람직하다.

입구 헤더(2)의 열교환기 저온 액체 송입구(5)에는 방열기(18)의 방열기 통유로(19)가 접속되어 있고, 입구 헤더(2)는 열교환기 저온 액체 송입구(5)로부터 송입되는 저온의 순환액을 수용하는 동시에, 열교환기 통유로(9)에 상기 저온의 순환액을 송출하는 기능을 갖고 있다. 또한, 열교환기 저온 액체 송입구(5)로부터 송입되는 저온의 순환액을 복수의 열교환기 통유로(9)로 송출할 때에, 각 열교환기 통유로(9)내를 흐르는 저온의 순환액의 유량을 균일화하기 위해서, 입구 헤더(2)내에 각 열교환기 통유로(9)로 저온의 순환액을 인도하는 정류 구조체(예컨대, 안내 날개나 정류 격자 등)를 마련해도 좋다. 또한, 입구 헤더(2)내에 수용된 저온의 순환액을 보다 저온화하기 위해서, 주위 공간과 열교환가능한 입구 헤더(2)의 내벽면에 핀 등의 돌기를 마련해도 좋다.

수용부(3)는 복수의 관형상의 열교환기 통유로(9)와, 증발기(14)로부터 2상 유체 송입구(6)를 거쳐서 송입되는 고온의 순환액(11b)과, 상기 순환액의 일부가 기화한 증기(11a)를 수용하는 기능을 갖는다. 또한, 수용부(3)는 방열기(18)의 방열기 통유로(19)가 접속되어 있는 열교환기 고온 액체 송출구(7)를 갖고, 열교환기 고온 액체 송출구(7)를 거쳐서 고온의 순환액(11b)을 방열기(18)로 송출하는 기능을 갖고 있다.

열교환기 통유로(9)는 입구 헤더(2)로부터 송입되는 저온의 순환액과 수용부(3)내에 수용되어 있는 고온의 순환액(11b) 및 그 증기(11a) 사이의 온도차에 의해 열교환기 통유로(9)의 벽을 거쳐서 열교환하고, 열교환에 의해 승온한 순환액(중간 온도 액체)을 출구 헤더(4)로 송출하는 기능을 갖는다. 또한, 열교환기 통유로(9)는 상기 열교환에 따라, 수용부(3)내에 수용되어 있는 증기(11a)를 응축시키고, 냉각 장치의 내압이 과도하게 상승하는 것을 방지하는 기능을 갖는다. 순환액으로서 에틸렌 글리콜 수용액과 같은 다성분 유체를 이용한 경우에는, 수용부(3)내에 수용하는 고온의 순환액(11b)과 열교환기 통유로(9)의 외벽에서 증기(11a)가 응축해서 생성된 순환액이 수용부(3)내에서 교반·혼합된다. 또한, 수용부(3)내에 수용되는 증기(11a)의 응축을 촉진시키기 위해서, 수용부(3)의 내벽면에 핀 등의 돌기를 마련해도 좋다.

출구 헤더(4)는 열교환기 통유로(9)로부터 송입되는 순환액을 수용하는 동시에, 중간 온도 액체 송출구(8)를 거쳐서 열교환기 통유로(9)에서 승온된 순환액을 증발기(14)로 송출하는 기능을 갖는다. 또한, 입구 헤더(2)와 마찬가지로, 출구 헤더(4)의 내부에 정류 구조체 또는 핀 등의 돌기를 마련해도 좋다.

열교환기(1)는 입구 헤더(2)와 수용부(3)와 출구 헤더(4)를 갖는 용기이며, 열교환기 저온 액체 송입구(5)로부터 송입되는 저온의 순환액을, 열교환기 통유로(9)를 흐르는 사이에 수용부(3)내의 고온의 순환액(11b) 및 증기(11a)와의 열교환에 의해 승온시키고, 중간 온도 액체 송출구(8)로부터 증발기(14)로 송출하는 기능을 갖는다. 또한, 열교환기(1)는, 2상 유체 송입구(6)로 송입되는 증기(11a)를 응축해 고온의 순환액(11b)으로 해서, 2상 유체 송입구(6)로 송입된 고온의 순환액(11b)과 함께, 열교환기 고온 액체 송출구(7)로부터 송출하는 기능을 갖는다. 또한, 열교환기 저온 액체 송입구(5)의 장착 위치는 입구 헤더(2)의 벽면이면 좋고, 특히 제한되지 않는다. 또한, 열교환기 고온 액체 송출구(7)의 장착 위치는 수용부(3)의 벽면에서 또한 수용부(3)내에 수용되는 고온의 순환액(11b)과 접하는 위치이라면 좋다.

직방체의 블록 형상의 증발기(14)는 열교환기(1)와 상면에서 접합되어 있고, 열교환기(1)의 접합부에 열교환기(1)의 중간 온도 액체 송출구(8)에 대향해서 열교환기(1)의 출구 헤더(4)로부터 순환액이 송입되는 중간 온도 액체 송입구(41)를 갖는 동시에, 열교환기(1)의 접합부에 열교환기(1)의 2상 유체 송입구(6)에 대향해서 열교환기(1)의 수용부(3)로 고온의 순환액(11b) 및 상기 순환액의 증기가 송출되는 2상 유체 송출구(42)를 갖고 있다. 또한, 증발기(14)의 내부에는, 중간 온도 액체 송입구(41)와 2상 유체 송출구(42)를 연통시키는 증발기 통유로(15)가 형성되는 동시에, 증발기(14)의 외부에는, 발열체(16)가 증발기(14)에 열이 전해지도록 배치되어 있다.

증발기 통유로(15)는 발열체(16)와 인접하는 복수의 병렬한 가열 유로(15a), 발열체(16)와 인접하지 않는 비가열 유로(15b), 및 비가열 유로(15b)로부터 복수의 가열 유로(15a)로 순환액을 분류하는 분류용 헤더(15c)를 갖고 있다. 열교환기(1)의 출구 헤더(4)로부터 중간 온도 액체 송입구(41)를 거쳐서 송입된 순환액은, 비가열 유로(15b)를 거쳐서 분류용 헤더(15c)에서 분류되어, 복수의 가열 유로(15a)를 흘러서 2상 유체 송출구(42)를 거쳐서 열교환기(1)의 수용부(3)로 송출된다. 또한, 도 1에는 도시하지 않고 있지만, 증발기 통유로(15)는 복수의 가열 유로(15a)로부터 기액 2상 유체 송출구(42)에 순환액을 합류하는 합류용 헤더를 구비해도 좋다.

증발기(14)는, 발열체(16)로부터 증발기(14)에 인가된 열에 의해, 가열 유로(15a)를 흐르는 순환액을 승온시키고, 순환액의 적어도 일부를 증기로 상변화시키고, 고온의 순환액(11b)과 증기로 이루어지는 기액 2상 유체를 생성하는 기능을 갖는다. 또한, 순환액으로서 다성분 유체를 이용한 경우에는, 순환액을 농축시키는 기능도 갖는다. 또한, 기액 2상 유체의 외관 밀도와 순환액의 밀도의 차이로부터 발생하는 부력에 의해, 기액 2상 유체를 상승시키는 기능도 갖는다. 따라서, 가열 유로(15a)는 기액 2상 유체가 상방을 향해서 흐르도록 구성되어 있다.

가열 유로(15a)를 복수의 병렬 유로로 하고 있으므로, 다수의 발열체(16) 또는 대면적의 발열체(16)를 증발기(14)에 설치하는 것이 가능한 동시에, 발열체(16)와의 전열 면적을 크게 할 수 있고, 냉각 장치의 방열 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 도 1에 있어서는, 비가열 유로(15b)를 단일의 유로로서 도시하고 있지만, 가열 유로(15a), 비가열 유로(15b)와 함께, 복수의 병렬 유로이어도 좋다. 가열 유로(15a) 및 비가열 유로(15b)를 복수의 병렬 유로로 하는 것에 의해, 증발기(14)를 박판 구성으로서 제작하는 것이 가능해지고, 증발기(14)를 소형화 및 경량화할 수 있다.

증발기(14)는 형(型) 성형해도 좋고, 절삭 가공해도 좋다. 절삭 가공의 때는, 분류용 헤더(15c)의 어느 한쪽의 면으로부터 분류용 헤더(15c)를 형성하고, 그 가공의 때에 발생하는 개구를 폐쇄해서 제작해도 좋다. 또한, 평판과 유로부의 리세스를 형성한 또 하나의 부재를 땜납 부착 또는 납땜 부착해서 제작해도 좋다.

또한, 증발기 통유로(15)의 유로 단면 형상은 원형, 반원형, 타원형, 직사각형, 또는 이것들의 조합으로도 좋고, 내벽면에 핀 등의 돌기를 마련해도 좋다. 또한, 증발기 통유로(15)를 직사각형 단면으로 한 경우에는, 유로 단면의 코너부에 순환액이 정체하기 쉽고, 증기에 의해 순환액을 밀어 올리는 것이 어려우므로, 냉각 장치를 순환하는 순환액의 유량이 저하하고, 열 수송 특성이 악화된다. 그 때문에, 증발기 통유로(15)의 단면 형상은 원형 또는 타원형인 방법이 바람직하다.

발열체(16)는 열을 증발기(14)에 인가할 수 있는 것이라면 좋고, 치수, 형상, 구성 등은 특별히 제한되지 않고, 전자 기기, 가열용 히터, 열 수송 기기·냉동 사이클의 방열부 등이다.

방열기(18)는, 수용부(3)의 열교환기 고온 액체 송출구(7)와 입구 헤더(2)의 열교환기 저온 액체 송입구(5)를 연결하는 관형상의 방열기 통유로(19) 및 방열기 통유로(19)의 적어도 일부의 외벽에 열이 전해지도록 배치된 복수의 핀(20)을 갖는다. 방열기(18)는, 수용부(3)로부터 송입되어 방열기 통유로(19)를 흐르는 고온의 순환액이 보유하는 열을 방열기 통유로(19)의 벽 및 핀(20)을 거쳐서 주위(공기, 물 등의 유체, 토양, 열을 필요로 하는 기기 등의 고체)로 방출되고, 냉각한 저온의 순환액을 열교환기 저온 액체 송입구(5)로부터 입구 헤더(2)에 송입하는 기능을 갖고 있다.

또한, 방열기(18)는 직접, 임의의 공간(공기중, 수중, 토양중 등)에 노출되게 설치하고, 열전도, 자연·강제 대류 열전달, 복사 등을 이용해서 방열해도 좋다. 또한, 방열기(18)는 자연풍을 이용해도 좋고, 냉각 장치가 차량 등의 이동체 에 탑재되어 있을 경우에는 주행풍을 이용해서 방열해도 좋다. 또한, 방열기(18)의 주위에 팬 또는 펌프를 이용하여 냉각 유체를 흘려보내서 방열해도 좋고, 냉각 장치의 주위에 마련된 다른 기기로부터의 배풍 또는 배수 등을 이용해서 방열해도 좋다. 방열기(18)는 순환액의 열을 외부에 방출하는 것이라면 좋고, 그 형상, 치수, 구성 등에 대해서는 특별히 제한되지 않는다.

또한, 방열기 통유로(19)는 도 1에서는 지그재그인 단일인 배관으로서 도시하고 있지만, 복수의 통유로를 병렬로 갖고, 복수의 병렬의 통유로로 분류하는 분류용 헤더 또는 복수의 병렬의 통유로를 합류시키는 합류용 헤더를 구비해도 좋다. 또한, 각 통유로를 흐르는 순환액의 유량을 균일화(분류 특성 향상)하기 위해서, 분류용 헤더 또는 합류용 헤더내에 순환액을 유도하는 정류 구조체를 마련해도 좋다. 방열기 통유로(19)는 원형관, 타원관, 직사각형관, 편평관, 콜게이트관(corrugated pipe)(플렉시블 파이프), 또는 이것들의 조합 등이어도 좋다. 또한, 방열기 통유로(19)의 내벽면에 핀 등의 돌기 또는 난류 촉진체를 마련해도 좋다.

다음에, 본 실시형태 1에 의한 냉각 장치의 동작을 설명한다. 순환액은 열교환기(1)의 입구 헤더(2), 열교환기 통유로(9), 출구 헤더(4), 증발기(14)의 증발기 통유로(15), 열교환기(1)의 수용부(3), 및 방열기(18)의 방열기 통유로(19)를 연결한 순환 유로를 순차로 유동하고, 냉각 장치내를 순환한다. 수용부(3)에 수용되어 있는 고온의 순환액(11b)은, 방열기(18)의 방열기 통유로(19)를 통과할 때에, 방열기(18)의 주위에 현열을 방출해서 저온의 순환액이 된다. 이 저온의 순환액은 열교환기 저온 액체 송입구(5)로부터 입구 헤더(2)로 송입되어, 입구 헤더(2)의 내부에서 분류되고, 복수의 열교환기 통유로(9)로 송입된다. 열교환기 통유로(9)를 통과할 때에, 저온의 순환액은 수용부(3)내에 수용된 고온의 순환액(11b) 및 증기(11a)와 열교환해서 승온되어, 예열된다. 승온된 순환액은 출구 헤더(4)내에서 합류하고, 중간 온도 액체 송출구(8) 및 중간 온도 액체 송입구(41)를 거쳐서 증발기 통유로(15)로 송출되어, 증발기 통유로(15)와 인접하고 있는 발열체(16)에 의해 또한 고온으로 승온되어서 비등하고, 증기로 상변화하면서 2상 유체 송출구(42) 및 2상 유체 송입구(6)를 거쳐서 수용부(3)로 되돌아온다. 수용부(3)로 되돌아온 고온의 순환액(11b)과 증기(11a)는 열교환기 통유로(9)내의 순환액과 열교환하고, 증기(11a)의 일부는 응축해서 응축액이 되어 유하한다. 또한, 수용부(3)로 되돌아온 고온의 순환액(11b)과 응축액은 혼합되고, 다시 한번 순환 유로를 유동해 냉각 장치내를 순환하면서, 방열, 예열, 비등 온도로의 승온, 응축을 되풀이한다.

본 발명의 냉각 장치에 있어서는, 순환액의 상변화에 의해 발생하는 순환 유로내의 밀도차(밀도차에 의해 발생하는 부력)를 이용하고, 냉각 장치내를 순환액이 순환하도록 구성하고 있다. 즉, 발열체(16)의 하단으로부터 2상 유체 송입구(6)까지의 증발기 통유로(15)내의 기액 2상 유체의 외관 밀도와, 해당 구간과 동일한 높이의 구간에 있어서 순환 유로내의 순환액의 밀도의 차(밀도차)를 이용해서 순환액을 순환시키고 있다. 또한, 이 순환을 되풀이하는 것에 의해, 발열체(16)로부터 전달된 열을 방열기(18)로 수송하고, 방열기(18)로부터 주위로 열을 방출하도록 하고 있다.

따라서, 본 발명의 냉각 장치에 있어서는, 열교환기(1), 방열기(18), 및 증발기(14)의 위치 관계는 증발기(14)가 열교환기(1)보다 하방에 있으면 좋고, 증발기(14)와 열교환기(1)의 위치 관계 이외는, 도 1에 도시하는 냉각 장치와는 상이한 위치 관계여도 좋다. 예를 들면, 방열기(18)가 증발기(14) 및 열교환기(1)보다 상방에 있어도 좋다.

또한, 열교환기(1), 방열기(18), 및 증발기(14)는 동 등의 열전도가 양호한 금속으로 구성하면 좋다.

순환액은, 열특성이 좋고(예컨대, 열전도율이 높고, 비열이 큰), 유동 특성이 좋고(예컨대, 점성계수가 작은), 기체의 밀도에 대한 액체의 밀도의 비가 큰 유체가 바람직하고, 증류수, 알콜, 액체 금속 등의 단일 성분으로 이루어지는 액체, 또는 부동액, 알콜 수용액 등의 수용액, 혹은 자성 유체 등의 혼합 액체이며, 기액의 상변화를 발생하는 유체가 사용된다. 증기(11a)는 순환액 또는 그 일부가 기화한 것이지만, 공기 등의 불응축 가스가 약간 혼입해도 좋다.

이상과 같이, 본 실시형태 1에 의한 냉각 장치에 있어서는, 순환액의 상변화에 의해 발생하는 순환 유로내의 밀도차를 이용하여, 냉각 장치내를 순환액이 순환하면서, 발열체(16)로부터 전달된 열을 방열기(18)로 수송하고, 방열기(18)로부터 주위로 열을 방출하도록 구성하고 있다. 그 때문에, 순환액을 순환시키기 위한 외부 동력을 채용하는 일이 없고, 모든 방향(수평방향, 하방으로부터 상방, 상방으로부터 하방 등)으로 대량의 열을 수송할 수 있다. 또한, 가동부를 갖는 펌프 등을 필요로 하지 않으므로, 내구성·신뢰성이 높고, 소형이며 경량의 냉각 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 실시형태 1에 의한 냉각 장치에 있어서는, 블록 형상의 증발기(14)와 면으로 접합된 열교환기(1)의 2상 유체 송입구(6) 및 중간 온도 액체 송출구(8)는 증발기(14)와의 접합부에 배치되고, 증발기(14)의 2상 유체 송출구(42)는 열교환기(1)와의 접합부에 2상 유체 송입구(6)에 대향해서 배치되는 동시에, 증발기(14)의 중간 온도 액체 송입구(41)는 열교환기(1)와의 접합부에 중간 온도 액체 송출구(8)에 대향해서 배치된다. 그 때문에, 열교환기(1)와 증발기(14) 사이에는 외부로 돌출한 파이프부 등이 없고, 열교환기(1)와 증발기(14)의 접합부의 면적이 크므로, 밀폐성이 높고, 강도 및 내진성을 향상시키는 것이 가능하고, 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 종래의 냉각 장치에서는, 증발기 통유로(15)의 적어도 일부는 파이프를 굴곡해서, 또는 복수의 부재를 연결해서 제작되어 있었으므로, 증발기 통유로(15)의 양 단부를 열교환기(1)의 2상 유체 송입구(6) 및 중간 온도 액체 송출구(8)에 정확하게 위치 결정을 해서 장착하는(각부 길이 및 굴곡 각도를 정확하게 규정하는) 것이 매우 어렵다. 그러나, 본 실시형태 1에 의한 냉각 장치에서는, 블록 형상의 증발기(14)를 열교환기(1)와 면으로 접합하고, 열교환기(1)의 2상 유체 송입구(6) 및 중간 온도 액체 송출구(8)와 증발기(14)의 2상 유체 송출구(42) 및 중간 온도 액체 송입구(41)는 서로 대향해서 배치되어 있으므로, 각각의 장착 위치를 정확하게 규정해 형성하는 것이 가능하고, 제작이 매우 용이하게 된다. 또한, 열적인 접촉 면적을 크게 해 방열 특성이 향상하기 때문에, 증발기 통유로(15)를 복수의 병렬 유로로서 구성했을 경우도, 접합부가 증대하는 일이 없고, 용이하게 제작할 수 있다. 또한, 증발기 통유로(15)의 가열 유로(15a)와 비가열 유로(15b)를 인접해서 배설하는 것이 가능하므로, 냉각 장치를 소형화할 수 있다.

또한, 열교환기(1)는 도 1에 도시하는 것과 같은 원통형의 용기일 필요는 없고, 입방체나 직방체여도 좋다. 또한, 도 1의 (b)에 도시하는 단면에 있어서의 열교환기(1)의 형상의 중심축과 증발기(14)의 형상의 중심축을 비키어 놓고, 오프세트 배설해도 좋다. 오프세트 배설함으로써, 열교환기(1)의 하측이며 증발기(14)의 측면측에 큰 공간을 형성할 수 있고, 상기 공간에 발열체(16)를 낭비가 없이 수용하는 것이 가능하고, 냉각 장치를 소형화할 수 있다. 또한, 수용부(3)가 원통형의 용기일 경우에 오프세트 배설하면, 2상 유체 송입구(6)로 송입된 기상 2상 유체가 원통형의 수용부(3)의 내벽면을 따라 이동하고, 고온의 순환액(11b)에 증기보다 큰 원심력이 작용하므로, 고온의 순환액(11b)은 수용부(3)의 내벽면을 따라 이동하고, 증기는 수용부(3)의 중앙으로 이동한다. 그 때문에, 고온의 순환액(11b)과 증기(11a)의 분리가 촉진되므로, 열교환기 통유로(9)의 외벽이 증기(11a)와 보다 접하기 용이하게 되어, 열교환기 통유로(9)에 있어서의 열교환 특성이 향상한다. 또한, 열교환기 통유로(9)에 2상 유체 송입구(6)로 송입되는 고속의 기액 2상 유체가 충돌하기 어려워지므로, 열교환기 통유로(9)의 내부식성이 향상하는 동시에, 강도 및 내진성이 향상한다. 따라서, 보다 직경의 작은 열교환기 통유로(9)를 이용하는 것이 가능하고, 열교환기 통유로(9)의 면적을 확대해서 열교환 특성을 향상시키는 것이 가능한 동시에, 열교환기 통유로(9)의 벽을 얇은 두께화하여 경량화하는 것도 가능하다.

열교환기 통유로(9)는 도 1에 도시하는 것과 같은 복수의 배관으로도 좋고, 복수의 유로가 집합한 구성이어도 좋고, 또한 열교환기 통유로(9)의 일부와 수용부(3)의 벽이 일체화해서 구성되어도 좋다. 또한, 도 1에서는, 열교환기 통유로(9)는 직선 형상의 유로로서 도시되어, U자 형상, 지그재그 형상, 나선형 등의 유로여도 좋다. 또한, 열교환기 통유로(9)의 외벽 또는 내벽에 핀 등의 돌기 또는 난류 촉진체를 장착하거나 하여, 열교환 특성을 향상시키는 쪽이 바람직하다. 열교환기 통유로(9)는 원관, 타원관, 직사각형관, 편평관, 원관의 일부가 오목하게 된 구성 또는 콜게이트관 등으로도 좋다.

도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시형태 1에 의한 냉각 장치의 다른 구성을 도시하는 단면도이다. 도 2의 (b)는 도 2의 (a)에 도시하는 A-A 단면에 있어서의 단면도이며, 도 2의 (c)는 도 2의 (a)에 도시하는 B-B 단면에 있어서의 단면도이다. 또한, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)에 도시하는 A-A 단면에 있어서의 단면도이며, 도 4의 (b)는 도 4의 (a)에 도시하는 A-A 단면에 있어서의 단면도이며, 도 5의 (b)는 도 5의 (a)에 도시하는 A-A 단면에 있어서의 단면도이다. 또한, 도 6의 (b)는 도 6의 (a)에 도시하는 A-A 단면에 있어서의 단면도이며, 도 6의 (c)는 도 6의 (a)에 도시하는 B-B 단면에 있어서의 단면도이다. 또한, 도 7은 본 발명의 실시형태 1에 의한 열교환기 통유로의 단면도이다.

우선, 도 2에 도시하는 본 발명의 실시형태 1에 의한 냉각 장치에 대해서 설명한다. 도 1에 도시하는 냉각 장치에 있어서는, 수용부(3)는 방열기(18)의 방열기 통유로(19)가 접속되는 열교환기 고온 액체 송출구(7)를 하면에 갖고 있다. 도 2에 도시하는 냉각 장치에 있어서는, 수용부(3)는 증발기(14)와의 접합부에 열교환기 고온 액체 송출구(7)를 갖고 있다. 또한, 증발기(14)는 방열기(18)의 방열기 통유로(19)가 접속되는 증발기 고온 액체 송출구(44)를 측면에 갖고, 열교환기(1)와의 접합부에 열교환기 고온 액체 송출구(7)에 대향해서 수용부(3)로부터 순환액이 송입되는 증발기 고온 액체 송입구(43)를 갖는 동시에, 내부에 증발기 고온 액체 송입구(43)와 증발기 고온 액체 송출구(44)를 연통시키는 고온 액체 유로(47)를 갖고 있다. 수용부(3)에 수용되어 있는 고온의 순환액(11b)은 열교환기 고온 액체 송출구(7) 및 증발기 고온 액체 송입구(43)를 거쳐서 고온 액체 유로(47)에 송입되어, 증발기 고온 액체 송출구(44)를 통해서, 방열기(18)로 송출된다.

그 때문에, 도 2에 도시하는 냉각 장치에 있어서는, 도 1에 도시하는 냉각 장치보다, 방열기 통유로(19) 도중의 굽힘부에 생기는 접속 개소를 감소할 수 있는 동시에, 열교환기(1)와 증발기(14)의 접합부의 면적을 더욱 크게 할 수 있고, 강도 및 내진성이 더욱 향상하고, 신뢰성이 향상한다. 또한, 도 1에 도시하는 냉각 장치에서는, 열교환기 저온 액체 송입구(5)의 배치된 면과 열교환기 고온 액체 송출구(7)의 배치된 면이 직교하고 있어, 방열기 통유로(19)의 양 단부를 정확하게 위치 결정하고, 장착하는 것이 어렵다. 그러나, 도 2에 도시하는 냉각 장치에서는, 열교환기 저온 액체 송입구(5)의 배치된 면과 증발기 고온 액체 송출구(44)의 배치된 면이 평행하므로, 방열기 통유로(19)의 양 단부를 용이하게 장착할 수 있다. 또한, 고온 액체 유로(47)를 소경의 복수의 유로로 하고, 접속부를 증가시키는 일이 없이, 증발기(14)를 보다 소형화 및 경량화하는 것도 가능하다.

또한, 냉각 장치는, 초기에 내재하는 잔류 가스, 봉입되는 순환액내에 포함되는 잔류 가스, 또는 장치내의 접액부로부터 초기에 발생하는 가스가, 수용부(3)의 상부에 축적되는 구조이다. 그 때문에, 도 2에서는, 수용부(3)의 상부에 주위공간과 연통하도록 관형상의 밀봉용 포트(13)를 마련하고 있다. 이 밀봉용 포트(13)로부터 냉각 장치를 진공배기하고, 순환액을 적량 봉입한 후, 임시 동작후에 탈가스해서 밀봉하는 것에 의해, 내부의 불응축 가스량을 감소해서 방열 특성을 향상시키고, 안정되게 동작시키는 것이 가능하다. 또한, 진공배기, 액봉입, 잔류 가스 배출의 각 공정을 하나의 포트에 의해 실시하는 것이 가능하므로, 부품 점수를 증가시키는 일이 없이, 상기 공정을 실시할 수 있다. 또한, 이 밀봉용 포트(13)에 다수의 개구를 갖는 연결 관을 장착하고, 기밀성 체크용 포트, 진공배기용 포트, 순환액 봉입 포트, 탈가스용 포트 등으로서 사용하는 것에 의해, 작업성이 대폭 향상한다. 이 밀봉용 포트(13)를 도 1에 도시하는 냉각 장치에 마련해도 당연히 마찬가지의 효과가 얻어진다. 또한, 수용부(3)의 상부에 불응축 가스가 축적하기 쉬운 구조이므로, 수용부(3)의 상부에는 열교환기 통유로(9)를 마련하지 않고, 불응축 가스 모음용의 공간으로 해도 좋다.

또한, 도 2에 도시하는 냉각 장치에서는, 증발기(14)의 발열체(16)가 배치된 면과 반대측의 면에 발열체(16)의 열을 방출하는 보조 방열기(22)가 배치되어 있다. 본 냉각 장치는, 증발기 통유로(15)내에서 순환액의 비등이 발생하지 않으면 동작하지 않으므로, 발열체(16)의 발열량이 순환액을 비등시키는 열량에 도달하지 않을 경우(저발열시)에는, 본 냉각 장치는 동작하지 않고, 발열체(16)의 발열량이 순환액을 비등시키는 열량일 경우(고발열시)보다 발열체(16)의 온도는 역으로 고온이 된다. 여기에서, 저발열시에 있어서는, 방출할 필요가 있는 열량은 비교적 작으므로, 증발기(14)의 발열체(16)가 배치된 면과 반대측의 면에 보조 방열기(22)를 마련하는 것에 의해, 발열체(16)의 열을 적절하게 방출할 수 있다.

또한, 도 2에서는 도 1과 상이하게, 열교환기 저온 액체 송입구(5)의 위치를 열교환기(1)의 중심축보다 상부에 마련하고 있다. 그 때문에, 보다 큰 방열기(18)를 마련할 수 있고, 또한 방열 특성을 향상시킬 수 있다. 그 밖의 구성 및 기능은 도 1에 도시하는 냉각 장치와 동일하다.

다음에, 도 3에 도시하는 본 발명의 실시형태 1에 의한 냉각 장치에 대해서 설명한다. 도 2에 도시하는 냉각 장치는, 열교환기(1)의 외형 형상이 원주이지만, 도 3에 도시하는 냉각 장치는, 열교환기(1)의 외형 형상이 직방체(단면 형상이 직사각형)이다. 또한, 도 3에 도시하는 냉각 장치는 밀봉용 포트(13) 및 보조 방열기(22)를 구비하지 않는다. 열교환기(1)의 외형 형상이 직방체이므로, 원주 형상의 열교환기(1)보다 단위 체적당의 열교환기 통유로(9)의 열교환 면적(예를 들면 개수)을 크게 할 수 있고, 열교환기 통유로(9)를 통해 열교환 특성을 향상시키고, 냉각 장치의 방열 특성을 향상시킬 수 있다.

또한, 도 3의 (b)에 도시하는 바와 같이, 증발기(14)의 중심선과 열교환기(1)의 중심선을 비키어 놓아서 오프세트 배설하고 있으므로, 열교환기(1)의 하측이며 증발기(14)의 측면측에 큰 공간을 형성할 수 있고, 상기 공간에 발열체(16)를 낭비없이 수용하는 것이 가능하고, 냉각 장치를 소형화할 수 있다. 그 밖의 구성 및 기능은 도 2에 도시하는 냉각 장치와 동일하다.

도 4에 도시하는 본 발명의 실시형태 1에 의한 냉각 장치에 대해서 설명한다. 도 2에 도시하는 냉각 장치에서는, 수용부(3)내에 입구 헤더(2)와 출구 헤더(4)를 연결하는 직관 형상의 열교환기 통유로(9)를 배치하고 있다. 도 4에 도시하는 냉각 장치에서는, 수용부(3)의 한쪽의 측면의 상방에 입구 헤더(2)를, 하방에 출구 헤더(4)를 배치하고, 입구 헤더(2)와 출구 헤더(4)를 연결하는 U자 형상의 열교환기 통유로(9)를 수용부(3)내에 배치하고 있다. 그 때문에, 냉각 장치를 소형화할 수 있는 동시에, 열교환기(1)의 외부 용기를 형 성형하고, 상기 외부 용기내에 내삽물[입구 헤더(2)와 수용부(3)와 출구 헤더(4) 사이의 분할판 및 열교환기 통유로(9) 등]을 장입하는 것에 의해, 제작이 더욱 용이해져, 기밀성도 향상한다.

또한, 방열기(18)는, 방열기 통유로(19)를 복수의 편평관으로 이루어지는 병렬 통유로(19c)로 하고, 복수의 병렬 통유로(19c)의 사이에 방열하기 위한 복수의 핀(20)을 갖고 있다. 또한, 방열기(18)는, 복수의 병렬 통유로(19c)의 상류에 순환액을 분류하기 위한 분류용 헤더(19a)와 복수의 병렬 통유로(19c)의 하류에 순환액을 합류하기 위한 합류용 헤더(19b)를 갖는다. 증발기(14)로부터 송출된 순환액은 분류용 헤더(19a), 병렬 통유로(19c), 합류용 헤더(19b)를 순차로 흐르고, 열교환기(1)의 입구 헤더(2)로 송출된다. 도 4에 도시하는 방열기(18)는 도 2에 도시하는 방열기(18)에 비교해서 압력 손실이 저하하고, 방열 특성이 향상한다. 그 때문에, 소형화할 수 있다. 또한, 도 2에 도시하는 방열기(18)의 핀(20)이 마련되지 않고 있는 부분은 방열에 그다지 기여하지 않고, 또한 이 부분에만 공기가 통류해 버려(바이패스류가 발생함), 방열 특성이 나빠지므로, 바이패스류를 방지하는 방안이 필요하게 된다. 도 4에 도시하는 방열기(18)에서는, 바이패스류가 발생하는 스페이스가 없고, 방열 특성이 향상한다.

또한, 증발기(14)는 양 측면에 발열체(16)를 마련하고 있으므로, 보다 많은 발열체(16)를 탑재할 수 있다. 그 밖의 구성 및 기능은 도 2에 도시하는 냉각 장치와 동일하다.

도 5에 도시하는 본 발명의 실시형태 1에 의한 냉각 장치에 대해서 설명한다. 도 5에 있어서는, 입구 헤더(2)는 증발기(14)와의 접합부에 열교환기 저온 액체 송입구(5)를 갖고, 증발기(14)는 하면에 방열기(18)의 방열기 통유로(19)가 연결되는 증발기 저온 액체 송입구(45) 및 증발기 고온 액체 송출구(44)를 갖고 있다. 또한, 증발기(14)는 열교환기(1)와의 접합부에 열교환기 저온 액체 송입구(5)에 대향해서 증발기 저온 액체 송출구(46)를 갖는 동시에, 증발기 저온 액체 송입구(45)와 증발기 저온 액체 송출구(46)를 연통시키는 저온 액체 유로(48)를 갖고 있다. 방열기(18)로부터 송출된 순환액은 증발기 저온 액체 송입구(45), 저온 액체 통유로(48), 증발기 저온 액체 송출구(46), 열교환기 저온 액체 송입구(5)를 순차로 흘러서 입구 헤더(2)로 송입된다. 그 밖의 구성 및 기능은 도 2에 도시하는 냉각 장치와 동일하다.

도 5에 도시하는 냉각 장치에 있어서는, 입구 헤더(2)는 증발기(14)와의 접합부에 열교환기 저온 액체 송입구(5)를 갖는 동시에, 열교환기(1)와의 접합부에 열교환기 저온 액체 송입구(5)에 대향해서 증발기 저온 액체 송출구(46)를 갖고 있으므로, 열교환기(1)와 증발기(14)의 접합부의 면적을 더욱 크게 할 수 있고, 강도 및 내진성이 더욱 향상하고, 신뢰성이 향상한다. 또한, 증발기 저온 액체 송입구(45)와 증발기 고온 액체 송출구(44)가 동일 면에 배치되어 있으므로, 방열기 통유로(19)의 양 단부를 용이하게 장착할 수 있다.

또한, 도 5에 도시하는 냉각 장치에서는, 열교환기 통유로(9)를 2상 유체 송입구(6)의 근방에 마련하지 않고, 수용부(3)의 상방에 배설하고 있다. 그 때문에, 2상 유체 송입구(6)로 송입되는 고온의 순환액(11b)이 감속된 후, 수용부(3)의 내벽 또는 열교환기 통유로(9)의 외벽에 충돌하므로, 열교환기(1)의 내부식성, 강도 및 내진성을 향상시킬 수 있다. 또한, 이 2상 유체 송입구(6)에서의 압력 손실이 작아지고, 순환 유로를 흐르는 순환액의 유량이 증대하므로, 냉각 장치의 방열 특성을 향상시킬 수 있다.

도 6에 도시하는 본 발명의 실시형태 1에 의한 냉각 장치에 대해서 설명한다. 도 6에 있어서, 내부에 1개의 지그재그형 방열기 통유로(19)가 마련되고, 외부에 핀(20)이 마련된 판 형상의 방열기(18)를 구비하고 있고, 방열기 통유로(19)를 흐르는 순환액의 흐름 방향에 평행한 면과 증발기 통유로(15)를 흐르는 순환액의 흐름 방향에 평행한 면이 직교하도록 구성되어 있다. 그 때문에, 냉각 장치의 높이를 도 5에 도시하는 냉각 장치보다 작게 할 수 있다.

또한, 도 6에 도시하는 바와 같이, 입구 헤더(2)를 거쳐서 수용부(3)의 내부 와 주위를 연통시키게 하도록 밀봉용 포트(13)를 배치해도 좋다. 또한, 도 6에 도시하는 냉각 장치에서는, 수용부(3)의 상부를 제외하고 하방에 열교환기 통유로(9)를 배치하고 있다. 그 때문에, 수용부(3)의 상부가 불응축 가스 모음의 기능을 수행하고, 불응축 가스에 의한 영향이 작아지는 동시에, 허용할 수 있는 불응축 가스량이 커진다. 그 밖의 구성 및 기능은 도 5에 도시하는 냉각 장치와 동일하다.

도 7에 도시하는 본 발명의 실시형태 1에 의한 냉각 장치의 열교환기 통유로(9)에 대해서 설명한다. 도 7의 (a)에 도시하는 열교환기 통유로(9)는 직관이며, 인접해서 복수의 열교환기 통유로(9)를 마련하면, 열교환기 통유로(9)의 외측에 형성되는 응축액(11c)이 연결되고, 열교환기 통유로(9)의 주위에 증기(11a)의 이동을 방해하는 응축액(11c)의 브릿지가 형성된다. 그 때문에, 증기(11a)와 열교환기 통유로(9)가 접하는 열교환 면적이 작아지고, 열교환 특성이 악화한다. 도 7의 (b)에 도시하는 열교환기 통유로(9)는 외벽에 리세스(23)를 마련하고 있으므로, 열교환기 통유로(9) 사이의 간극이 불균일로 되고, 이 간극의 큰 부분을 응축액(11c)이 유하하기 용이하게 된다. 그 때문에, 열교환기 통유로(9) 주위에 응축액(11c)의 브릿지가 형성되기 어렵게 되고, 열교환 면적이 작아지지 않고 열교환 특성이 악화하지 않는다. 따라서, 열교환기 통유로(9)를 인접해서 마련했을 경우에 리세스(23)를 마련하면 유효하다.

실시형태 2

도 8은 본 발명의 실시형태 2에 의한 냉각 장치의 구성을 도시하는 단면도이며, 도 8의 (b)는 도 8의 (a)에 도시하는 A-A 단면에 있어서의 단면도이다.

본 실시형태 2에 의한 냉각 장치는, 방열기(18)와는 별도로 열교환기(1)에 열교환기 방열부(21)를 마련하고, 냉각 장치의 방열 특성을 향상시키는 것이며, 발열체(16)에서 발생하는 발열량이 작을 경우에도, 안정되게 방열할 수 있는 구성으로 한 것이다.

도 8에 있어서는, 열교환기 방열부(21)는 수용부(3)의 외측의 주위에 마련된 핀(24)과, 핀(24) 사이에 마련된 열교환기 냉각 유로(25)와, 열교환기 냉각 유로(25)에 냉각 유체를 이송하는 팬(26)을 갖고 있다. 그 때문에, 발열체(16)로부터 인가되는 열의 일부를 방열하는 것이 가능하고, 냉각 장치의 방열 특성이 더욱 향상한다. 냉각 유체에는 공기 또는 액체가 이용되고, 냉각 유체로서 액체를 이용하는 경우에는, 팬(26) 대신에 펌프를 설치하면 좋다. 도 8에서는, 팬(26)(또는 펌프)을 냉각 유로의 상류에 설치하고 있지만, 하류에 설치해도 좋다. 냉각 장치를 차량 등의 이동체에 설치할 경우에는, 팬(26) 또는 펌프를 설치하지 않고 주행풍을 이용해도 좋다. 그 밖의 구성 및 기능은 도 5에 도시하는 냉각 장치와 동일하다.

본 냉각 장치에 있어서는, 발열체(16)의 발열량이 순환액을 비등시키는 열량에 도달하지 않는 경우(저발열시)에는, 순환 유로내를 순환액이 순환하지 않는다. 또한, 복수의 가열 유로(15a) 사이에서 고온의 순환액(11b)이 순환하는[인접하는 가열 유로(15a)내에서만 순환액의 이동이 발생하는] 경우에도, 순환 유로내를 순환액이 순환하지 않는다. 그러나, 상기 어느 경우라도, 증발기 통유로(15)내의 고온의 순환액(11b) 및 증기는 반드시 수용부(3)에 유입하므로, 본 실시형태 2에 도시하는 냉각 장치와 같이 수용부(3)에 열교환기 방열부(21)를 마련하는 것에 의해, 발열체(16)로부터 인가된 열을 주위로 방열할 수 있다. 또한, 수용부(3)에 열교환기 방열부(21)를 마련하는 것에 의해, 수용부(3)내의 포화 압력의 상승을 억제하는 것이 가능하므로, 이 포화 압력에 상당하는 포화 온도와 증발기(14)내의 가열 유로(15a) 벽면의 온도의 차가 커지고, 가열 유로(15a)내에 수용되는 고온의 순환액(11b)이 비등하기 용이하게 되어, 순환 유로를 순환액이 순환하기 용이하게 된다.

도 8에 도시하는 냉각 장치에서는, 열교환기 방열부(21)의 핀(24)을 수용부(3)의 주위에 마련하고 있지만, 입구 헤더(2) 및 출구 헤더(4)에도 마련하면 좋다. 또한, 열교환기 방열부(21)는 열교환기(1)의 벽으로부터 인가된 열을 냉각 유체에 방열하는 것이 가능하다면 좋고, 특히 형상, 치수, 구조 등에 제약되지 않는다.

도 9는 본 발명의 실시형태 2에 의한 냉각 장치의 다른 구성을 도시하는 단면도이며, 도 9의 (b)는 도 9의 (a)에 도시하는 A-A 단면에 있어서의 단면도이다.

도 9에 도시하는 냉각 장치는 수용부(3)의 중심부에 열교환기 냉각 유로(25)를 마련하고, 수용부(3)의 외주부에 복수의 열교환기 통유로(9)를 마련한 것이다. 도 9에 도시하는 냉각 장치에 있어서도, 도 8에 도시하는 냉각 장치와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

실시형태 3

도 10은 본 발명의 실시형태 3에 의한 냉각 장치의 구성을 도시하는 단면도 이다. 도 10의 (b)는 도 10의 (a)에 도시하는 A-A 단면에 있어서의 단면도이며, 도 10의 (c)는 도 10의 (a)에 도시하는 B-B 단면에 있어서의 단면도이다.

본 실시형태 3에 의한 냉각 장치는, 차량 등의 이동체에 탑재한 경우에 있어서의 체적력(중력이나 원심력 등의 인력)의 변화에 대한 내성을 향상시킨 것이다. 구체적으로는, 예를 들면 이동체의 가속, 감속에 따라, 수용부(3)내의 고온의 순환액(11b)과 증기(11a)로 형성되는 기액 계면이 수평이 아니라, 열교환기 고온 액체 송출구(7)의 장착부측의 기액 계면이 높게 되거나, 낮게 되거나 해서, 수용부(3)내의 고온의 순환액(11b)이 열교환기 고온 액체 송출구(7)와 접촉하지 않는 상태가 발생한 경우에도, 수용부(3)로부터 방열기(18)로 고온의 순환액(11b)을 송출할 수 있도록 하는 것이다.

도 10에 있어서는, 증발기(14)는, 상부의 열교환기(1)와의 접합부에 접합면으로부터 오목하게 된 고온의 순환액(11b)을 유지하기 위한 순환액 유지부(27)를 마련하고, 이 순환액 유지부(27)의 저면에 증발기 고온 액체 송입구(43) 및 2상 유체 송출구(42)를 마련하고 있다. 또한, 열교환기(1)는, 증발기(14)와의 접합부에 순환액 유지부(27)에 대향하여, 2상 유체 송입구(6) 및 열교환기 고온 액체 송출구(7)를 일체화한 개구부(12)를 갖고 있다. 그 때문에, 수용부(3)내의 고온의 순환액(11b)의 수용 용량을 증가시키는 일이 없이, 증발기 고온 액체 송입구(43)로부터 수용부(3)내의 기액 계면까지의 높이를 보다 크게 할 수 있다. 따라서, 이동체의 감속, 가속, 구부러짐에 따라 기액 계면의 변화가 발생하고, 수용부(3)내의 고온의 순환액(11b)이 열교환기 고온 액체 송출구(7)[개구부(12)]와 접하지 않는 상태가 생겼을 경우라도, 증발기 고온 액체 송입구(43)로부터 고온 액체 유로(47) 및 증발기 고온 액체 송출구(44)를 거쳐서 방열기(18)로 고온의 순환액(11b)을 송출하는 것이 가능하고, 안정되게 동작시킬 수 있다. 그 밖의 구성 및 기능은 도 2에 도시하는 냉각 장치와 동일하다.

도 11 내지 도 13은 본 발명의 실시형태 3에 의한 냉각 장치의 다른 구성을 도시하는 단면도이다. 도 11의 (b)는 도 11의 (a)에 도시하는 A-A 단면에 있어서의 단면도이며, 도 12의 (b)는 도 12의 (a)에 도시하는 A-A 단면에 있어서의 단면도이다. 또한, 도 13의 (b)는 도 13의 (a)에 도시하는 A-A 단면에 있어서의 단면도이며, 도 13의 (c)는 도 13의 (a)에 도시하는 B-B 단면에 있어서의 단면도이다.

도 11 내지 도 13에 도시하는 냉각 장치는, 도 10에 도시하는 냉각 장치보다 큰 기액 계면의 변화가 있는 경우라도 안정되게 동작시키는 구성이며, 수용부(3)의 하방에 있어서 열교환기 고온 액체 송출구(7)가 마련된 단부와는 반대측의 단부를 방열기(18)의 방열기 통유로(19) 또는 증발기(14)의 고온 액체 유로(47)와 연통시키는 바이패스 유로(28)를 구비한 것이다.

도 11에 있어서는, 수용부(3)의 하방에 있어서 열교환기 고온 액체 송출구(7)가 마련된 단부와는 반대측의 단부와 방열기 통유로(19)를 열교환기 고온 액체 송출구(7)를 거쳐서 연통하도록 수용부(3)의 하부 및 방열기 통유로(19)내에 L자 형상의 파이프로 이루어지는 바이패스 유로(28)를 배설하고 있다. 수용부(3)내의 바이패스 유로(28)의 단부가, 열교환기 고온 액체 송출구(7)가 마련된 단부와는 반대측의 단부에 배설되어 있으므로, 수용부(3)내의 고온의 순환액(11b)이 열교환기 고온 액체 송출구(7)와 접하지 않는 상태가 생겼을 경우라도, 고온의 순환액(11b)을 방열기 통유로(19)로 송출하는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 바이패스 유로(28)는 냉각 장치의 외부로 돌출되어 있지 않으므로, 외력이 작용해 접속부가 파단할 일이 없고, 강도, 내진성 및 기밀성이 향상하고, 신뢰성이 향상한다.

그 밖의 구성 및 기능은 도 1에 도시하는 냉각 장치와 동일하다.

도 12에 있어서는, 수용부(3)의 하방에 있어서 열교환기 고온 액체 송출구(7)가 마련된 단부와는 반대측의 단부와 고온 유체 유로(47)를 중간 온도 액체 송출구(8) 및 중간 온도 액체 송입구(41)를 거쳐서 연통하도록 비가열 유로(15b)내에 바이패스 유로(28)를 배설하고 있다. 그 밖의 구성 및 기능은 도 5에 도시하는 냉각 장치와 동일하다. 도 12에 도시하는 냉각 장치에 있어서도, 도 11에 도시하는 냉각 장치와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

도 13에 있어서는, 증발기 통유로(15) 및 고온 액체 유로(47) 이외의 증발기(14)내에, 수용부(3)의 하방에 있어서 열교환기 고온 액체 송출구(7)가 마련된 단부와는 반대측의 단부를 고온 유체 유로와 연통시키도록 L자 형상의 바이패스 유로(28)를 배설하고 있다. 그 밖의 구성 및 기능은 도 2에 도시하는 냉각 장치와 동일하다. 도 13에 도시하는 냉각 장치에 있어서도, 도 11에 도시하는 냉각 장치와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 도 12 및 도 13에 도시하는 냉각 장치에서는, 수용부(3)의 하방에 있어서 열교환기 고온 액체 송출구(7)가 마련된 단부와는 반대측의 단부를 방열기(18)의 방열기 통유로(19)와 연통시키도록 바이패스 유로(28)를 배설해도 좋다.

실시형태 4

도 14는 본 발명의 실시형태 4에 의한 냉각 장치의 구성을 도시한 도면이다. 도 14의 (a)는 본 발명의 실시형태 4에 의한 냉각 장치의 구성을 도시하는 평면도이며, 도 14의 (b)는 도 14의 (a)에 도시하는 C-C 단면에 있어서의 단면도이며, 도 14의 (c)는 도 14의 (b)에 도시하는 A-A 단면에 있어서의 단면도이다.

본 실시형태 4에 의한 냉각 장치는, 주로 열교환기(1), 증발기(14) 및 발열체(16)를 구비한 고온부(29)와 주로 방열기(18)를 구비한 저온부(30)의 설치 환경을 나누기 위한 분할판(31)을 고온부(29)와 저온부(30) 사이에 마련하는 것이다. 고온부(29)는, 발열체(16)가 특히 전자 기기일 경우에는, 방수, 방진 구조인 쪽이 바람직하고, 한편 저온부(30)는 방열기(18)에 냉각 유체가 통류하기 용이한 쪽이 바람직하다. 분할판(31)은 방수, 방진, 냉각 유체 유로중 적어도 어느 하나의 목적을 수행하는 기능을 부담하는 것이며, 방수, 방진 구조가 필요로 될 때는 고온부(29)를 수용하는 케이스(32)의 일부로서, 저온의 냉각 유체의 통류가 필요로 될 때는 저온부(30)를 수용하는 방열기 냉각 유로(33)의 측벽의 일부로서 이용된다.

도 14에 있어서는, 고온부(29)를 수용하는 케이스(32)가 마련되는 동시에, 저온부(30)를 수용하고 방열기(18)에 냉각 유체를 유도하는 방열기 냉각 유로(33)가 마련되어 있다. 고온부(29)와 저온부(30) 사이에 마련한 분할판(31)은 케이스(32)의 측벽을 이루는 동시에, 방열기 냉각 유로(33)의 측벽을 이루고 있다. 방열기 통유로(19)는, 분할판(31)을 관통해서 방열기(18)와 열교환기(1)의 저온 액체 송입구(5) 및 증발기(14)의 증발기 고온 액체 송출구(44)를 연결하고 있다. 그 밖의 구성 및 기능은 도 4에 도시하는 냉각 장치와 동일하다.

또한, 고온부(29)의 케이스(32) 또는 저온부(30)의 방열기 냉각 유로(33)의 측벽과 분할판(31)의 접합면에는 O링이나 가스켓을 마련하거나 접착제 등으로 고착시키거나 해도 좋다.

방열기 냉각 유로(33)를 형성하지 않을 경우에는, 냉각 유체는 어떠한 압력손실이 없는 공간으로 빠져나간다. 그러나, 도 14에 도시하는 냉각 장치에서는, 방열기(18)의 핀(20) 사이에 냉각 유체가 흐르도록 방열기 냉각 유로(33)를 형성하고 있으므로, 안정되게 방열할 수 있다. 또한, 고온부(29)를 수용하는 케이스(32)를 마련하고 있으므로, 고온부(29)의 방수, 방진 구조를 형성할 수 있다. 또한, 분할판(31)은 케이스(32)의 측벽을 구성하는 동시에, 방열기 냉각 유로(33)의 측벽을 구성하고 있으므로, 제조 비용을 삭감할 수 있다. 또한, 방열기(18)를 방열기 냉각 유로(33)에 장착하고 있으므로, 냉각 장치의 강도 및 내진성이 향상하고, 신뢰성이 향상한다.

또한, 수직 방향 또는 수평 방향에 대하여 경사한 방향에 냉각 유체가 통류 할 수 있도록 방열기 냉각 유로(33)를 구성하면, 굴뚝 효과에 의해 냉각 유체가 자연히 상승하고, 팬 등을 마련하지 않아도 방열할 수 있다.

도 15 내지 도 17은 본 발명의 실시형태 4에 의한 냉각 장치의 다른 구성을 도시하는 평면도 및 단면도이다. 도 15의 (a)는 본 발명의 실시형태 4에 의한 냉각 장치의 구성을 도시하는 평면도이며, 도 15의 (b)는 도 15의 (a)에 도시하는 C-C 단면에 있어서의 단면도이며, 도 15의 (c)는 도 15의 (b)에 도시하는 A-A 단면에 있어서의 단면도이다. 또한, 도 16의 (b)는 도 16의 (a)에 도시하는 A-A 단면에 있어서의 단면도이며, 도 17의 (b)는 도 17의 (a)에 도시하는 A-A 단면에 있어서의 단면도이다.

도 15에 있어서는, 방열기 냉각 유로(33)의 측벽의 일부에 마련된 개구(34)를 덮도록 분할판(31)을 마련하고 있다. 도 15에 도시하는 냉각 장치에 있어서도, 도 14에 도시하는 냉각 장치와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 방열기 냉각 유로(33)의 측벽에 복수의 개구(34)를 마련하고, 고온부(29)를 복수 장착해도 양호하다.

또한, 도 15에서는, 방열기(18)의 단부에 마련된 장착부(35)를 거쳐서 방열기(18)를 방열기 냉각 유로(33)에 장착하고 있다. 그 때문에, 도 14에 도시하는 냉각 장치와 마찬가지로, 방열기(18)가 지지되고, 냉각 장치의 강도 및 내진성이 향상하고, 신뢰성이 향상한다. 도 15에 도시하는 냉각 장치에서는, 장착부(35)를 마련하는 것에 따라 발생한 방열기(18)와 방열기 냉각 유로(33) 사이의 간극을 덮는 방해판(36)을 마련하고 있다. 방해판(36)은 방열기(18)의 냉각 유체의 상류측 또는 하류측의 어느 한쪽에 마련하면 좋다. 이 방해판(36)은 장착부(35)를 마련한 것에 의한 간극을 폐쇄하는 것에 한정되지 않고, 예를 들면 치수 공차에 의해 발생하는 방열기(18)와 방열기 냉각 유로(33) 사이의 간극 등을 폐쇄하기 위해서 이용되어도 좋다. 그 밖의 구성 및 기능은 도 14에 도시하는 냉각 장치와 동일하다.

도 16에 있어서는, 입구 헤더(2)와 분할판(31)이 접합해서 배치되고, 분할 판(31)이 입구 헤더(2)의 측벽의 일부를 이루고 있다. 그 밖의 구성 및 기능은 도 14에 도시하는 냉각 장치와 동일하다. 도 14에 도시하는 냉각 장치와 동일한 효과를 얻을 수 있는 동시에, 분할판(31)을 거쳐서 열교환기(1)로부터 방열기(18)에 열전도에 의해 열이 전해지므로, 또한 냉각 장치의 방열 특성이 향상한다. 또한, 부품 점수가 감소되므로, 제작성이 향상한다.

도 17에 있어서는, 증발기(14)와 분할판(31)이 접합해서 배치되어 있다. 그 밖의 구성 및 기능은 도 16에 도시하는 냉각 장치와 동일하다. 도 16에 도시하는 냉각 장치와 동일한 효과를 얻을 수 있는 동시에, 분할판(31)을 거쳐서 증발기(14)로부터 방열기(18)에 열전도에 의해 열이 전해지므로, 또한 냉각 장치의 방열 특성이 향상한다. 또한, 분할판(31)이 열교환기(1)와 증발기(14)의 보강재의 기능을 수행하는 동시에, 방열기(18)와 열교환기(1) 또는 증발기(14) 사이에 배관이 없으므로, 냉각 장치의 강도 및 내진성이 향상하고, 신뢰성이 향상한다.

또한, 도 16 및 도 17에 도시하는 바와 같이, 분할판(31) 및 열교환기(1)를 거쳐서 방열기(18)와 증발기(14)를 열이 전해지도록 접합함으로써, 발열체(16)의 발열량의 과도 변화에 대한 영향이 완화되고, 순환액의 비등 개시시에 있어서의 발열체(16)의 온도의 오버슈트(overshoot)[순환액이 비등하지 않는 상태에서는 가열 유로(15a)내의 열전달이 악화되고 발열체(16)의 온도가 보다 높게 되지만, 비등 개시에 따라 가열 유로(15a)내의 열전달이 양호하게 되어 발열체(16)의 온도가 저하한다. 이 때의 온도차]를 작게 할 수 있다. 또한, 냉각 장치내의 순환액이 동결된 상태에 있어서 발열체(16)가 발열하기 시작했을 경우에는, 열전도에 의해 발열 체(16)로부터 방열기(18)에 열이 전해지기 용이하게 되므로, 방열기 통유로(19)내의 동결한 순환액이 융해하고, 보다 조기에 순환액을 이동할 수 있게 되고, 순환액이 동결했을 때의 동작 특성이 향상한다.

도 18은 본 발명의 실시형태 4에 의한 냉각 장치의 발열체의 발열량에 대한 증발기 전열면 온도를 도시한 도면이다. 도 18에 있어서, ▲ 표시는 도 16에 도시하는 냉각 장치를 이용하여 실험한 결과이며, ● 표시는 도 17에 도시하는 냉각 장치를 이용하여 실험한 결과이다.

도 18에 도시하는 종축의 증발기 전열면 온도는 가열 유로(15a)와 증발기(14)의 표면 사이에 있어서의 금속부의 온도이며, 이 온도가 높으면 발열체(16)의 온도도 높게 된다. 그 때문에, 증발기 전열면 온도는 보다 낮은 온도인 쪽이 좋다. 도 18로부터 알 수 있는 바와 같이, 300W∼800W의 발열량에 있어서 도 16에 도시하는 냉각 장치의 증발기 전열면 온도와 도 17에 도시하는 냉각 장치의 증발기 전열면 온도는 크게 상이하고, 도 17에 도시하는 냉각 장치쪽이 증발기 전열면 온도는 낮고, 보다 수냉 장치로서의 방열 특성은 좋다. 또한, 어느 발열량에 있어서도, 증발기 전열면 온도는 도 17에 도시하는 냉각 장치쪽이 3K∼5K 정도 낮고, 이 점으로부터도 도 17에 도시하는 냉각 장치쪽이 보다 방열 특성이 좋다. 이 요인으로서는, 증발기(14)와 방열기(18)가 연결되어 있으므로, 열전도에 의해 증발기(14)로부터 방열기(18)에 열이 보다 많이 이동할 수 있는 구성으로 한 것에 의한 냉각 효과가 향상한 것, 및 이 구조 변경에 의해 입구 헤더(2) 및 수용부(3)내의 순환액이 냉각되기 때문에, 수용부(3)내의 증기(11a)의 온도가 낮아지고, 가열 유로(15a)의 벽과 상기 증기(11a)의 온도(포화 온도)의 차이가 커져 비등하기 용이하게 되는 것이 있다.

실시형태 5

도 19는 본 발명의 실시형태 5에 의한 냉각 장치의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 19의 (b)는 도 19의 (a)에 도시하는 A-A 단면에 있어서의 단면도이다.

본 실시형태 5에 의한 냉각 장치는, 증발기 통유로(15)와 고온 액체 유로(47) 사이, 고온 액체 유로(47)와 저온 액체 유로(48) 사이 및 가열 유로(15a)와 비가열 유로(15b) 사이에 단열하기 위한 단열부(37)를 마련하고 있다. 그 때문에, 가열 유로(15a)로부터 비가열 유로(15b)에, 가열 유로(15a)로부터 고온 액체 유로(47)에, 및 고온 액체 유로(47)로부터 저온 액체 유로(48)에 열이 전해지는 것을 억제할 수 있고, 고온 액체 유로(47), 저온 액체 유로(48) 및 비가열 유로(15b)내에서의 순환액의 비등을 억제하는 것이 가능하고, 순환 유로내에서 순환 방향과 역방향으로의 순환액을 이동시키려고 하는 힘(부력)을 억제할 수 있다. 그 밖의 구성 및 기능은 도 5에 도시하는 냉각 장치와 동일하다. 단열부(37)는, 증발기 통유로(15)와 고온 액체 유로(47) 사이, 고온 액체 유로(47)와 저온 액체 유로(48) 사이 및 가열 유로(15a)와 비가열 유로(15b) 사이 중 어느 하나에 구비되어 있는 것만으로도 좋다.

도 19에서는 단열부(37)는 증발기(14)를 관통하도록 형성된 직선상의 홈이지만, 이 구조에 특히 한정되는 것은 아니다. 단열부(37)는 관통하지 않는 홈, 단부가 절단된 구멍, 또는 수지 등의 단열재를 매설한 것이어도 좋고, 각 통유로 사이의 열전도를 저해하는 형상, 치수, 구조, 재질이면 좋다.

실시형태 6

도 20은 본 발명의 실시형태 6에 의한 냉각 장치의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 20의 (b)는 도 20의 (a)에 도시하는 A-A 단면에 있어서의 단면도이다.

본 실시형태 6에 의한 냉각 장치는, 증발기(14)에 복수의 발열체(16)가 마련되고, 각 발열체(16)로부터 발생하는 발열량이 상이한 경우에, 다른 발열체(16)보다도 발열량이 작은 약 발열체(16b)에 인접하는 가열 유로(15a)로의 순환액의 이동을 억제하는 것이다.

도 20에서는, 발열량이 큰 강 발열체(16a)와 발열량이 작은 약 발열체(16b)가 증발기(14)에 장착되고, 약 발열체(16b)에 인접하는 가열 유로(15a)내에 순환액의 흐름을 저해하는 유동 저해체(38)를 마련한 것이다. 약 발열체(16b)가 가열 유로(15a)내의 순환액을 비등시킬 수 없다는 정도로 발열량이 작을 경우에, 유동 저해체(38)를 마련하지 않으면, 순환액이 수용부(3)로부터 2상 유체 송입구(6)를 거쳐서 약 발열체(16b)에 인접하는 가열 유로(15a)에 유입한 후, 분류용 헤더(15c)를 거쳐서 강 발열체(16a)에 인접하는 가열 유로(15a)에 송입되어, 승온되어 비등하고, 기액 2상 유체로서 다시 수용부(3)로 되돌아오는 숏 패스(short pass)가 발생한다. 따라서, 순환액이 순환 유로를 순환하지 않게 되므로, 방열기(18)로부터 주위로 방열할 수 없고, 방열 특성이 현저하게 저하한다. 여기에서, 약 발열체(16b)에 인접하는 가열 유로(15a)에 유동 저해체(38)를 마련하는 것에 의해, 순환액의 숏 패스(short pass)가 발생하지 않고, 적정한 동작이 확보되어, 효율적으로 방열할 수 있다. 그 밖의 구성 및 기능은 도 2에 도시하는 냉각 장치와 동일하다.

또한, 유동 저해체(38)로서는, 순환액의 흐름을 저해하는 것이면 좋고, 완전 통류할 수 없는 마개여도 양호하고, 마개에 가열 유로(15a)보다 통류 단면적이 작은 구멍을 마련한 것이어도 좋고, 철망, 소결 금속, 발포 금속, 부직포 등이어도 좋다.

또한, 도 21 및 도 22는 본 발명의 실시형태 6에 의한 냉각 장치의 다른 구성을 도시하는 단면도이다. 도 21의 (b)는 도 21의 의 (a)에 도시하는 A-A 단면에 있어서의 단면도이며, 도 22의 (b)는 도 22의 (a)에 도시하는 A-A 단면에 있어서의 단면도이다.

도 21에서는, 발열량의 큰 강 발열체(16a)와 발열량이 작은 약 발열체(16b)가 증발기(14)에 장착되고, 약 발열체(16b)에 인접하는 가열 유로(15a)의 출구[2상 유체 송출구(42)]에 유동 저해체(38)가 마련하고 있다. 그 때문에, 도 20에 도시하는 냉각 장치와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 그 밖의 구성 및 기능은 도 2에 도시하는 냉각 장치와 동일하다. 도 21에서는, 유동 저해체(38)를 약 발열체(16b)에 인접하는 가열 유로(15a)의 출구에 마련했지만, 약 발열체(16b)에 인접하는 가열 유로(15a)의 입구에 마련해도 좋다.

또한, 도 20에서는 각 가열 유로(15a)에 각각 유동 저해체(38)를 마련했지만, 도 21에 도시하는 바와 같이 일체형의 유동 저해체(38)를 마련해도 좋다.

도 22에서는, 발열량이 큰 강 발열체(16a)와 발열량이 작은 약 발열체(16b)가 증발기(14)에 장착되고, 강 발열체(16a)의 근방에는 가열 유로(15a)를 마련하고, 약 발열체(16b)의 근방에는 가열 유로(15a)를 마련하지 않고 있다. 즉, 강 발열체(16a)에 인접해서 가열 유로(15a)를 마련하고 있다. 그 때문에, 도 20에 도시하는 냉각 장치와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 유동 저해체(38)를 마련할 필요가 없을 뿐만 아니라, 형성하는 가열 유로(15a)의 수를 감소시킬 수 있으므로, 제작성이 향상한다. 그 밖의 구성 및 기능은 도 2에 도시하는 냉각 장치와 동일하다.

본 냉각 장치는, 비등 현상을 이용한 것으로, 비등이 발생하지 않는다면 정상인 열 수송은 행할 수 없다. 비등은 가열 유로(15a)의 내벽과 가열 유로(15a)내의 순환액의 온도차가 있는 정도로 크지 않으면 발생하지 않는다. 상기 온도차는 순환액의 물성치에 의해 크게 변하는 한편, 가열 유로(15a)의 내벽과 가열 유로(15a)내의 순환액이 접하는 면(전열면)을 통과하는 열 유속(heat flux)(단위 면적당의 전열량)에도 크게 의존한다. 따라서, 발열체(16)의 발열량에 따라 전열 면적을 변화시키면 좋고, 발열체(16)의 발열량이 작을 경우, 상기 전열 면적을 작게 하는 것에 의해, 전열면 온도를 비등이 개시하는 온도 이상으로 하는 것이 가능하다. 즉, 약 발열체(16b)에 인접하는 가열 유로(15a)의 전열 면적을 작게 하는[예를 들면, 가열 유로(15a)의 개수를 적게 하는 또는 직경을 작게 하는] 것에 의해, 안정되게 비등이 발생하고, 본 냉각 장치는 안정 동작할 수 있다. 도 22는 그 극단적인 예로서, 약 발열체(16b)의 근방에 가열 유로(15a)를 마련하지 않는 형태로서 도시하고 있지만, 약 발열체(16b)의 근방에 있어서의 가열 유로(15a)의 개수를 감소시키는 것만으로도, 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 발열체(16)마다 가열 유로(15a)의 개수를 바꾸는 것 뿐만이 아니라, 1개의 발열체(16)가 증발기(14)에 장착된 경우라도, 발열체(16)중의 발열량이 많은 부분에 가열 유로(15a)를 보다 조밀하게 마련하고, 발열량이 작은 부분에 가열 유로(15a)를 보다 드물게 마련해도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

실시형태 7

본 실시형태 7에 의한 전력 변환 장치는, 발열체(16)로서 적어도 인버터 또는 컨버터중 어느 하나를 구비하고, 실시형태 1 내지 6중 어느 하나에 나타내는 냉각 장치를 구비한 전력 변환 장치이다. 전력 변환 장치는 직류를 교류로, 또는 교류를 직류로 변환하는 것이며, 각종 기기에 이용되고 있고, 공냉이나 수냉에 의해 각 인버터 또는 컨버터가 냉각되고 있다. 본 실시형태 7에 의한 전력 변환 장치는, 발열체(16)로서 적어도 인버터 또는 컨버터중 어느 하나를 갖는 냉각 장치를 구비하고 있으므로, 매우 높은 방열 특성을 갖는 동시에, 냉각 장치에 전력을 공급할 필요가 없고, 에너지 절약(전체 효율이 높음)이 달성된다. 또한, 펌프 등이 필요 없기 때문에, 배선 및 제어 등을 실시할 필요가 없고 조립성이 양호하고, 통유로 도중시에 분리용의 커넥터 등이 없으므로, 액누설 등의 염려가 없고, 신뢰성 이 높은 전력 변환 장치를 제공할 수 있다.

Claims (19)

1. 순환액이 흐르는 증발기 통유로가 내부에 형성되는 동시에 발열체가 외부에 배치되어 상기 발열체가 발하는 열에 의해 순환액을 가열하는 블록 형상의 증발기와,

   순환액이 흐르는 방열기 통유로를 갖고 순환액의 열을 방출하는 방열기와,

   상기 방열기로부터 순환액이 송입되는 열교환기 저온 액체 송입구를 갖는 입구 헤더와, 상기 증발기로 순환액이 송출되는 중간 온도 액체 송출구를 갖는 출구 헤더와, 상기 입구 헤더 및 상기 출구 헤더를 연결하는 열교환기 통유로와, 상기 증발기에서 가열된 순환액 및 상기 순환액의 증기가 수용되어 있는 수용부를 구비하는 열교환기를 포함하며,

   상기 열교환기는 하방에 배치된 상기 증발기와 면으로 접합되어 있고,

   상기 수용부는 상기 증발기와의 접합부에 개구부를 갖고,

   상기 출구 헤더는 상기 증발기와의 접합부에 상기 중간 온도 액체 송출구를 갖고,

   상기 증발기는, 상기 개구부에 대향해서 상기 열교환기와의 접합면으로부터 오목하게 된 상기 순환액을 유지하는 순환액 유지부를 갖고, 상기 순환액 유지부의 하면에 상기 수용부로 순환액 및 상기 순환액의 증기가 송출되는 2상 유체 송출구와 상기 수용부로부터 순환액이 송입되는 증발기 고온 액체 송입구를 갖고, 상기 열교환기와의 접합부에 상기 중간 온도 액체 송출구에 대향해서 상기 출구 헤더로부터 상기 순환액이 송입되는 중간 온도 액체 송입구를 갖고, 상기 방열기로 상기 순환액이 송출되는 증발기 고온 액체 송출구를 갖고, 또한 상기 증발기의 내부에는 상기 증발기 고온 액체 송입구와 상기 증발기 고온 액체 송출구를 연통시키는 고온 액체 유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는

   냉각 장치.
2. 순환액이 흐르는 증발기 통유로가 내부에 형성되는 동시에 발열체가 외부에 배치되어 상기 발열체가 발하는 열에 의해 순환액을 가열하는 블록 형상의 증발기와,

   순환액이 흐르는 방열기 통유로를 갖고 순환액의 열을 방출하는 방열기와,

   상기 방열기로부터 순환액이 송입되는 열교환기 저온 액체 송입구를 갖는 입구 헤더와, 상기 증발기로 순환액이 송출되는 중간 온도 액체 송출구를 갖는 출구 헤더와, 상기 입구 헤더 및 상기 출구 헤더를 연결하는 열교환기 통유로와, 상기 증발기에서 가열된 순환액 및 상기 순환액의 증기가 수용되어 있는 수용부를 구비하는 열교환기를 포함하며,

   상기 열교환기는 하방에 배치된 상기 증발기와 면으로 접합되어 있고,

   상기 수용부는 상기 방열기로 순환액이 송출되는 열교환기 고온 액체 송출구를 갖는 동시에, 상기 증발기와의 접합부에 상기 증발기로부터 순환액 및 상기 순환액의 증기가 송입되는 2상 유체 송입구를 갖고,

   상기 출구 헤더는 상기 증발기와의 접합부에 상기 중간 온도 액체 송출구를 갖고,

   상기 증발기는 상기 열교환기와의 접합부에 상기 2상 유체 송입구에 대향해서 상기 수용부에 순환액 및 상기 순환액의 증기가 송출되는 2상 유체 송출구를 갖는 동시에, 상기 열교환기와의 접합부에 상기 중간 온도 액체 송출구에 대향해서 상기 출구 헤더로부터 순환액이 송입되는 중간 온도 액체 송입구를 갖고,

   상기 수용부의 하방에 있어서 상기 열교환기 고온 액체 송출구가 마련된 단부와는 반대측의 단부를 상기 방열기 통유로와 연통시키는 바이패스 유로를 구비한 것을 특징으로 하는

   냉각 장치.
3. 순환액이 흐르는 증발기 통유로가 내부에 형성되는 동시에 발열체가 외부에 배치되어 상기 발열체가 발하는 열에 의해 순환액을 가열하는 블록 형상의 증발기와,

   순환액이 흐르는 방열기 통유로를 갖고 순환액의 열을 방출하는 방열기와,

   상기 방열기로부터 순환액이 송입되는 열교환기 저온 액체 송입구를 갖는 입구 헤더와, 상기 증발기로 순환액이 송출되는 중간 온도 액체 송출구를 갖는 출구 헤더와, 상기 입구 헤더 및 상기 출구 헤더를 연결하는 열교환기 통유로, 상기 증발기에서 가열된 순환액 및 상기 순환액의 증기가 수용되어 있는 수용부를 구비하는 열교환기를 포함하며,

   상기 열교환기는 하방에 배치된 상기 증발기와 면으로 접합되어 있고,

   상기 수용부는 상기 증발기와의 접합부에 순환액이 송출되는 열교환기 고온 액체 송출구를 갖는 동시에, 상기 증발기와의 접합부에 상기 증발기로부터 순환액 및 상기 순환액의 증기가 송입되는 2상 유체 송입구를 갖고,

   상기 출구 헤더는 상기 증발기와의 접합부에 상기 중간 온도 액체 송출구를 갖고,

   상기 증발기는 상기 열교환기와의 접합부에 상기 2상 유체 송입구에 대향해서 상기 수용부에 순환액 및 상기 순환액의 증기가 송출되는 2상 유체 송출구를 갖고, 상기 열교환기와의 접합부에 상기 중간 온도 액체 송출구에 대향해서 상기 출구 헤더로부터 순환액이 송입되는 중간 온도 액체 송입구를 갖고, 상기 열교환기와의 접합부에 상기 열교환기 고온 액체 송출구에 대향해서 상기 수용부로부터 순환액이 송입되는 증발기 고온 액체 송입구를 갖고, 상기 방열기로 순환액이 송출되는 증발기 고온 액체 송출구를 갖고, 또한 내부에 상기 증발기 고온 액체 송입구와 상기 증발기 고온 액체 송출구를 연통시키는 고온 액체 유로가 형성되어 있고,

   상기 수용부의 하방에 있어서 상기 열교환기 고온 액체 송출구가 마련된 단부와는 반대측의 단부를 상기 고온 액체 유로 또는 상기 방열기 통유로와 연통시키는 바이패스 유로를 구비한 것을 특징으로 하는

   냉각 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 열교환기는 냉각 유로에 냉각 유체를 흐르게 하는 열교환기 방열부를 갖고,

   상기 냉각 유로는 상기 열교환기의 내부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는

   냉각 장치.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 증발기는 상기 증발기 통유로와 상기 고온 액체 유로 사이에 단열하기 위한 단열부를 갖는 것을 특징으로 하는

   냉각 장치.
6. 제 3 항에 있어서,

   상기 입구 헤더는 상기 증발기와의 접합부에 상기 열교환기 저온 액체 송입구를 갖고,

   상기 증발기는 상기 방열기로부터 순환액이 송입되는 증발기 저온 액체 송입구를 갖고, 상기 열교환기와의 접합부에 상기 열교환기 저온 액체 송입구에 대향해서 상기 열교환기로 순환액이 송출되는 저온 액체 송출구를 갖고, 내부에 상기 증발기 저온 액체 송입구와 상기 저온 액체 송출구를 연통시키는 저온 액체 유로가 형성되어 있으며, 또한 상기 증발기는 상기 고온 액체 통유로와 상기 저온 액체 유로 사이에 단열하기 위한 단열부를 갖는 것을 특징으로 하는

   냉각 장치.
7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 증발기에는 복수의 발열체가 배치되고, 상기 증발기는 다른 발열체에 비교해서 발열량이 작은 발열체에 인접하는 상기 증발기 통유로의 가열 유로에 순환액의 흐름을 저해하는 유동 저해체를 갖는 것을 특징으로 하는

   냉각 장치.
8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 증발기에는 상기 발열체가 배치된 면과 반대측의 면에 열을 방출하는 보조 방열기가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는

   냉각 장치.
9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 열교환 통유로는 외벽에 리세스를 갖는 것을 특징으로 하는

   냉각 장치.
10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 냉각 장치를 구비하고,

    발열체가 인버터 또는 컨버터인 것을 특징으로 하는

    전력 변환 장치.
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