WO2012147265A1 - 沸騰冷却装置 - Google Patents

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communication chamber
internal space
condensing
cooling device
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聡 針生
康二 吉原
貴文 山▲崎▼
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Toyota Industries Corp
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Toyota Industries Corp
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
    • H10W40/70—Fillings or auxiliary members in containers or in encapsulations for thermal protection or control
    • H10W40/73—Fillings or auxiliary members in containers or in encapsulations for thermal protection or control for cooling by change of state
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes

Definitions

  • the present invention relates to a boiling cooling device that cools a heating element using a refrigerant.
  • the boiling cooling device is a device that cools the heating element using latent heat generated when the liquid refrigerant boils.
  • the boiling cooling device includes an accommodating portion that accommodates a liquid refrigerant.
  • the refrigerant (vapor refrigerant) boiled by the heat of the heating element in this housing part flows into the condensing part, where it is heat-exchanged and condensed.
  • the condensed liquid refrigerant circulates again to the storage unit.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 10-173115
  • the condensing performance of the condensing part decreases when liquid refrigerant enters the condensing part. Therefore, it is preferable that the condensing part suppresses the entrance of the liquid refrigerant and only the vapor refrigerant flows in. On the other hand, it is required to reduce the manufacturing cost and reduce the weight of the condensing unit while maintaining the condensing performance of the condensing unit.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a boiling cooling device capable of reducing the cost and weight while suppressing the ingress of liquid refrigerant into a condensing unit. To do.
  • the boiling cooling device of the present invention includes a housing part that houses a liquid refrigerant that boils by receiving heat from a heating element, a communication chamber that is located above the housing part, and whose internal space communicates with the inside of the housing part, and has one end A condensing part that forms an internal space that is communicated with the communication chamber through an opening and that is closed at the other end, and that protrudes to the side of the communication chamber.
  • a plate-like member that is opposed to the opening of the condensing part and spaced from the one end of the condensing part, and forms a communication port upward to guide the boiled liquid refrigerant to the upper part of the condensing part opening
  • the heat transfer member is arrange
  • the heat transfer member provided near the inlet (one end side end) of the condensing part Prevents refrigerant from entering. That is, entry of the liquid refrigerant into the condensing part is suppressed. Further, heat exchange between the heat transfer member provided in the vicinity of the inlet and the vapor refrigerant or the liquid refrigerant makes it possible to maintain the condensing performance of the condensing unit. Furthermore, since the heat transfer member is disposed only in the vicinity of the inlet in the internal space of the condensing unit, the cost of the heat transfer member can be reduced and the weight of the apparatus can be reduced.
  • the heat transfer member is preferably a fin.
  • the fin By using the fin as the heat transfer member, effective heat exchange between the liquid refrigerant or vapor refrigerant adhering to the fin and the fin is possible in the vicinity of the inlet of the condensing unit.
  • the heat transfer member has a wall surface orthogonal to a direction from the one end of the condensing unit toward the other end.
  • the wall surface can effectively prevent the liquid refrigerant from entering the condensing part.
  • a gap forming portion is further provided between the communication chamber and the condensing portion, and the internal space of the gap forming portion communicates with the internal space of the communicating chamber and the internal space of the condensing portion. It is preferable. According to this configuration, the liquid refrigerant can be dropped below the internal space of the gap forming part before entering the condensing part, and the entry of the liquid refrigerant into the condensing part can be more effectively suppressed.
  • the present invention it is possible to prevent the liquid refrigerant from entering the condensing part, and it is possible to reduce the manufacturing cost and reduce the weight.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line AA in FIG.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line BB in FIG. 2.
  • the boiling cooling device 1 of the first embodiment includes a housing part 2, a communication chamber 3, a gap forming part 4, and a condensing part 5.
  • the accommodating portion 2 is a lower portion of the metal container Y and accommodates a liquid refrigerant (for example, water, alcohol, chlorofluorocarbon, etc.) therein.
  • the metal container Y is hollow and has a substantially rectangular parallelepiped shape. That is, the accommodating part 2 is formed in the bottomed cylinder shape which the upper part opened.
  • the liquid level of the liquid refrigerant is located at the lower part of the communication chamber 3 (or the upper part of the accommodating part 2) when the boiling cooling device 1 is stopped.
  • a heating element Z is attached to the outer surface of the side wall of the housing portion 2.
  • the side wall of the housing part 2 transmits the heat of the heating element Z into the housing part 2.
  • heat exchange is performed between the side wall of the accommodating part 2, and a liquid refrigerant, and the heat generating body Z is cooled.
  • the heating element Z is, for example, a power module including a semiconductor element or the like.
  • a facing wall 21 is disposed in the housing portion 2 so as to face the side wall to which the heating element Z is attached. Thereby, the path
  • the communication chamber 3 is the remaining part (upper part) of the metal container Y and is an upper part from the upper part of the accumulated liquid refrigerant (slightly below the liquid level).
  • the internal space of the communication chamber 3 communicates with the inside of the accommodating portion 2. That is, the communication chamber 3 is formed in a bottomed cylindrical shape having an open bottom.
  • the communication chamber 3 has an opening formed on a side wall (right side wall in FIG. 2).
  • the communication chamber 3 communicates the internal space of the housing part 2 and the internal space 51 a of the condensing part 5 through the opening and the internal space 4 a of the gap forming part 4.
  • a guide plate 31 that guides the vapor refrigerant to the upper part of the internal space 51 a of the condensing unit 5 is provided. The guide plate 31 will be described later.
  • the gap forming part 4 is formed in a substantially cylindrical shape.
  • the gap forming portion 4 protrudes laterally (right side in FIG. 2) from the side wall of the communication chamber 3.
  • the gap forming part 4 has an internal space 4 a and connects the internal space of the communication chamber 3 and the internal space 51 a of the condensing part 5.
  • the protruding length of the gap forming portion 4 to the side of the upper wall 41 is smaller than the protruding length of the gap forming portion 4 to the side of the lower wall 42. That is, the side end portion of the gap forming portion 4 is inclined so as to protrude sideward (right side in FIG. 2) as it goes downward.
  • the end of the gap forming portion 4 is fitted into the opening portion of the communication chamber 3.
  • the gap forming part 4 is assembled to the metal container Y by screwing.
  • the condensing unit 5 is a so-called heat exchanger and has a function of condensing the vapor refrigerant that has entered.
  • the condensing unit 5 includes a plurality of metal tubes 51 formed in a bottomed cylindrical shape, outer fins 52, and inner fins 53. One end of the metal tube 51 is opened, and the other end of the metal tube 51 is closed.
  • the metal tube 51 includes an upper wall 511, a lower wall 512, a side wall 513, and a blocking wall 514. As described above, the metal tube 51 forms an internal space 51 a having one end connected to the communication chamber 3 via the gap forming portion 4 and the other end closed.
  • the metal tube 51 extends laterally and upward from the lateral end of the gap forming portion 4. One end (open end) of the metal tube 51 is connected to the gap forming portion 4. The metal tube 51 is disposed so as to be inclined so that the other end (closed end) of the metal tube 51 is positioned above one end of the metal tube 51. The plurality of metal tubes 51 extend in parallel. The outer fin 52 is disposed between the metal tubes 51.
  • the inner fins 53 are corrugated straight fins as shown in FIGS.
  • the inner fin 53 is disposed in the metal tube 51.
  • the inner fin 53 is disposed only at one end side end (opening end) of the internal space 51 a of the metal tube 51.
  • one end side end portion of the internal space 51 a means a space near the opening in the metal tube 51.
  • This one end side end has a predetermined width in the extending direction of the metal tube 51.
  • the width of the end on one end side is about 1/20 to 1/10 of the stretched length of the metal tube 51.
  • the inner fin 53 has a width (length in the extending direction) of about 1/20 to 1/10 of the extending length of the metal tube 51 and is arranged from one end of the metal tube 51 toward the other end. Yes.
  • the inner fins 53 are arranged apart from the upper wall 511 of the metal tube 51 and away from the lower wall 512 of the metal tube 51.
  • the inner fin 53 is arranged such that the upper end of the inner fin 53 is slightly above the center of the opening end of the metal tube 51 and the lower end of the inner fin 53 is slightly above the lower wall 512 in height. That is, the separation distance between the upper end of the inner fin 53 and the upper wall 511 of the metal tube 51 is larger than the separation distance between the lower end of the inner fin 53 and the lower wall 512 of the metal tube 51.
  • the inner fin 53 forms a small passage 53a extending in the vertical direction by the top and end of the corrugation being in contact with the side wall 513 of the metal tube 51.
  • the inner fins 53 are arranged such that the small passages 53a extend in the vertical direction. Specifically, the small passage 53a extends in a direction orthogonal to both the extending direction of the metal tube 51 and the side wall facing direction.
  • the inner fins 53 are in contact with both side walls 513 of the metal tube 51.
  • Inner fin 53 has a wall surface (a part of a wall defining small passage 53a) orthogonal to the extending direction of metal tube 51.
  • the guide plate 31 is disposed at the end portion on the gap forming portion 4 side in the communication chamber 3. As shown in FIGS. 2 and 4, the guide plate 31 has a side wall 3 a that forms an opening for communicating with the gap forming portion 4 among the side walls of the communication chamber 3 (hereinafter referred to as “open side wall 3 a”). Is formed.
  • the opening side wall 3a is formed in a rectangular frame shape.
  • the guide plate 31 protrudes upward from the lower side portion of the opening side wall 3a so as to face the opening of the condensing unit 5.
  • the upper end of the guide plate 31 is separated from the upper side portion of the opening side wall 3a.
  • a communication port 31 a is formed above the guide plate 31 to communicate the inside of the housing portion 2 and the internal space 4 a of the gap forming portion 4.
  • the guide plate 31 is separated from the opening side wall 3a except for the lower end of the guide plate 31. That is, as shown in FIG. 4, a substantially convex shape is formed by the lower side portion of the opening side wall 3 a and the guide plate 31.
  • the vapor refrigerant rising from the storage unit 2 passes above the guide plate 31 and is guided to the upper part of the internal space 51a of the condensing unit 5 (metal tube 51).
  • the liquid refrigerant condensed in the condensing unit 5 passes through both sides of the guide plate 31 and circulates in the housing unit 2.
  • the boiling cooling device 1 Even if the liquid refrigerant in the storage unit 2 boils and jumps from the liquid surface and jumps over the guide plate 31, the internal space 4 a is formed by the gap forming unit 4. It is suppressed that the refrigerant reaches the condensing unit 5. Further, even when the splashed liquid refrigerant reaches the condensing unit 5, the inner fin 53 serves as a barrier against liquid refrigerant entering because the inner fin 53 is disposed at one end of the metal tube 51. That is, the liquid refrigerant is prevented from entering the metal tube 51. By suppressing the entry of the liquid refrigerant into the condensing unit 5, it is possible to prevent a decrease in the condensing performance.
  • the inner fin 53 having a function of preventing the liquid refrigerant from entering is a heat transfer member with good heat exchange efficiency. Accordingly, heat exchange is performed between the vapor refrigerant or the liquid refrigerant adhered to the inner fin 53 and the inner fin 53. Thereby, in this structure, it can prevent that the cooling performance of the boiling cooling device 1 falls.
  • the inner fin 53 has a certain width, so that the liquid refrigerant drops into any of the small passages 53a.
  • the dropped liquid refrigerant is dropped on the lower wall 512 of the metal tube 51 directly after exchanging heat with the inner fins 53, and is returned to the storage unit 2.
  • the inner fin 53 is an intrusion preventing member that prevents the liquid refrigerant from entering, and is also a heat transfer member that can exchange heat with the liquid refrigerant and the vapor refrigerant. Since the inner fin 53 is disposed only at one end of the metal tube 51, the material cost is low and further weight reduction is possible.
  • the upper limit of the amount of heat Q generated in the boiling cooling device is almost determined.
  • the heat transfer coefficient h is a large value even without the inner fin 53 due to the configuration using the plurality of metal tubes 51. Therefore, even if the area of the inner fin in the area A (the inner peripheral surface of the metal tube, the outer fin and the inner fin) contributing to heat transfer is reduced, the performance for cooling the maximum heat quantity Q (upper limit value) is It is fully demonstrated.
  • the heat transfer member (inner fin 53 in the first embodiment) disposed at one end of the metal tube 51 can prevent the liquid refrigerant from entering the condensing unit 5 (metal tube 51). What is necessary is just to be provided in the edge part. That is, the “heat transfer member” in the present invention means a member having an area with respect to the opening and capable of preventing the liquid refrigerant from entering the condensing unit 5.
  • “Possible to prevent entry” means that the heat transfer member is arranged so as to occupy at least about 30 to 40% of the opening area in the projection view with respect to the opening of the metal tube 51.
  • the ratio of the heat transfer member in the opening is 3% of the entire opening. It is arranged to be more than a percent. Accordingly, a material that cannot substantially suppress the ingress of the liquid refrigerant (for example, a single bar member) is not included in the “heat transfer member” of the present invention.
  • the ratio of the heat transfer member with respect to the opening area is 50% or more in this embodiment.
  • variety of the one end side edge part of the metal tube 51 starts from the end of the metal tube 51, and ends at the position of 1/5 or less of the metal tube 51 extending
  • the heat transfer member disposed at one end of the metal tube 51 is not limited to the inner fin 53.
  • the heat transfer member may be a plurality of pin fins 530.
  • the pin fin 530 is a rod-shaped metal, and is arranged so that one end of the pin fin 530 contacts the one side wall 513 of the metal tube 51 and the other end of the pin fin 530 contacts the other side wall 513 of the metal tube 51.
  • the installation of the pin fins 530 can be realized by a known technique (adhesion, welding, integral molding, etc.).
  • a known technique adheresion, welding, integral molding, etc.
  • the pin fins 530 may be arranged so as to be shifted up and down for each row so that the second row pin fins are located between the pin fins on the first row (left end) in the projection view. Thereby, the ratio of the heat transfer member with respect to the opening area is increased, and the ingress of the liquid refrigerant is further suppressed.
  • the heat transfer member may be a mesh member (mesh shape) (not shown) formed in a mesh shape. If it is a net-like member, it can be arranged so as to block the entire opening of the metal tube 51. That is, the mesh member can permit the passage of the vapor refrigerant and suppress the liquid refrigerant from entering the condensing unit 5.
  • the inner fin 53 may be a louver fin or an offset fin.
  • the heat transfer member may be a plurality of plate-like members.
  • the metal tube 51 has one end (open end) to the other end (closed end) so that the plate surface faces the opening of the metal tube 51. ) Are preferably arranged in parallel.
  • the metal tube 51 of the condensation part 5 should just be a metal container (condensation main-body part) which forms the internal space 51a.
  • the boiling cooling device 10 of the second embodiment is different from the first embodiment in that it mainly does not have the gap forming part 4.
  • symbol as 1st embodiment is attached
  • the boiling cooling device 10 includes a storage unit 2, a communication chamber 3, and a condensing unit 5.
  • the communication chamber 3 allows the internal space of the storage unit 2 and the internal space 51a of the condensing unit 5 to communicate with each other.
  • the guide plate 310 in the second embodiment is disposed in the communication chamber 3.
  • the guide plate 310 is disposed slightly apart from one end (open end) of the metal tube 51.
  • the guide plate 310 is arranged such that the lower end of the guide plate 310 is below the lower end of the condensing unit 5 and the upper end of the guide plate 310 is the center of the opening of the condensing unit 5 in height.
  • Side end portions (front and rear end portions in FIG. 6) of the guide plate 310 are welded to the side surfaces (front and rear side surfaces in FIG. 6) of the communication chamber 3.
  • the second embodiment even if the liquid refrigerant boiled off and jumps over the guide plate 310, it adheres to the inner fin 53 and cannot enter the interior of the metal tube 51. That is, according to the second embodiment, entry of the liquid refrigerant into the condensing unit 5 can be suppressed. Thus, also by 2nd embodiment, the effect similar to 1st embodiment is exhibited.
  • the first embodiment is more suitable because the liquid entry preventing function is higher than the second embodiment because the gap forming portion 4 is formed.
  • the guide plate 310 may be formed so that a part or all of the guide plate 310 is inclined.
  • the guide plate 310 may be arranged such that the upper end of the guide plate 310 is located closer to the condenser unit 5 than the lower end of the guide plate 310.
  • the vapor refrigerant is guided to the upper part of the opening of the condensing part 5 and flows into the upper part of the internal space 51a.
  • the second embodiment may have a configuration in which the guide plate 310 and the opposing wall 21 are integrally formed (for example, one plate member).

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Abstract

　凝縮部内への液体冷媒の進入を抑制するとともに、低コスト化および軽量化が可 能な沸騰冷却装置を提供する。　本発明の沸騰冷却装置は、液体冷媒を収容する収容部と、内部空間が収容部内と連通する連通室と、連通室の側方に突出した凝縮部と、を備える沸騰冷却装置であって、連通室は、凝縮部の開口に対向するとともに凝縮部の一端から離間して配置された板状部材で、且つ、上方に連通口を形成することで沸騰した液体冷媒を凝縮部の開口上部に誘導する誘導板を備え、凝縮部の内部空間には、一端側端部にのみインナーフィン（熱伝達部材）が配置されている。

Description

沸騰冷却装置
　本発明は、冷媒を用いて発熱体を冷却する沸騰冷却装置に関するものである。
　沸騰冷却装置は、液体冷媒が沸騰する際の潜熱を利用して発熱体を冷却する装置である。沸騰冷却装置は液体冷媒を収容する収容部を備える。この収容部において発熱体の熱により沸騰した冷媒（蒸気冷媒）は、凝縮部内に流入し、そこで熱交換されて凝縮される。凝縮した液体冷媒は、再び収容部に環流する。このような沸騰冷却装置は、例えば、特開平１０－１７３１１５号公報（特許文献１）に記載されている。
特開平１０－１７３１１５号公報
　ところで、凝縮部の凝縮性能は、液体冷媒が凝縮部内に進入すると低下する。したがって、凝縮部としては、液体冷媒の進入を抑制し、蒸気冷媒だけが流入することが好ましい。一方で、凝縮部の凝縮性能を維持しつつ、凝縮部の製造コスト低減および軽量化を実現することが求められている。
　本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、凝縮部内への液体冷媒の進入を抑制するとともに、低コスト化および軽量化が可能な沸騰冷却装置を提供することを目的とする。
　本発明の沸騰冷却装置は、発熱体の熱を受けて沸騰する液体冷媒を収容する収容部と、前記収容部の上方に位置し、内部空間が前記収容部内と連通する連通室と、一端が開口を介して前記連通室内に通じ他端が閉塞された内部空間を形成し、前記連通室の側方に突出した凝縮部と、を備える沸騰冷却装置であって、前記連通室は、前記凝縮部の開口に対向するとともに前記凝縮部の前記一端から離間して配置された板状部材で、且つ、上方に連通口を形成することで前記沸騰した液体冷媒を前記凝縮部の開口上部に誘導する誘導板を備え、前記凝縮部の内部空間には、前記一端側端部にのみ熱伝達部材が配置されていることを特徴とする。
　なお、「上方」や「上部」とは、沸騰冷却装置の使用時において、重力方向を基準とした方向を示すものとする。
　本発明によれば、例えば沸騰により跳ねた液体冷媒が連通口を介して凝縮部に進入しようとした際、凝縮部の入口付近（一端側端部）に設けられた熱伝達部材が、当該液体冷媒の進入を妨げる。つまり、液体冷媒の凝縮部への進入は抑制される。また、入口付近に設けられた熱伝達部材と蒸気冷媒もしくは液体冷媒とが熱交換することにより、凝縮部の凝縮性能の維持が可能となる。さらに、凝縮部の内部空間において熱伝達部材が入口付近にのみ配置されているため、熱伝達部材の低コスト化および装置の軽量化が可能となる。
　ここで、本発明において、前記熱伝達部材は、フィンであることが好ましい。熱伝達部材としてフィンを用いることで、凝縮部の入口付近において、フィンに付着した液体冷媒または蒸気冷媒とフィンとの間での効果的な熱交換が可能となる。
　ここで、本発明において、前記熱伝達部材は、前記凝縮部の前記一端から前記他端に向かう方向に直交する壁面を有することが好ましい。前記壁面は、液体冷媒の凝縮部への進入を効果的に抑制することができる。
　ここで、本発明において、前記連通室と前記凝縮部の間に隙間形成部をさらに備え、前記隙間形成部の内部空間は、前記連通室の内部空間と前記凝縮部の内部空間とに連通することが好ましい。この構成によれば、液体冷媒を、凝縮部に進入する前に隙間形成部の内部空間下方へ滴下させることができ、より効果的に液体冷媒の凝縮部への進入を抑制することができる。
　本発明によれば、凝縮部内への液体冷媒の進入の抑制が可能になるとともに、製造コスト削減および軽量化が可能となる。
第一実施形態の沸騰冷却装置１を示す斜視図である。 第一実施形態の沸騰冷却装置１を示す縦断面図である。 金属チューブ５１を示す図２におけるＡ－Ａ線断面図である。 図２におけるＢ－Ｂ線断面図である。 第一実施形態の変形態様の金属チューブ５１を示す縦断面図である。 第二実施形態の沸騰冷却装置１０を示す縦断面図である。
　次に、好ましい実施形態を挙げ、図面を参照して本発明をより詳しく説明する。なお、図面表現上、インナーフィン５３の波の数は、一部変更して表現されている。
　＜第一実施形態＞
　第一実施形態の沸騰冷却装置１は、図１および図２に示すように、収容部２と、連通室３と、隙間形成部４と、凝縮部５と、を備えている。収容部２は、金属容器Ｙの下方部分であって、内部に液体冷媒（例えば水、アルコール、フロン等）を収容している。金属容器Ｙは、内部が空洞で、略直方体形状に形成されている。つまり、収容部２は、上方が開口した有底筒状に形成されている。
　液体冷媒の液面は、沸騰冷却装置１停止時に、連通室３下部（あるいは収容部２上部）に位置している。収容部２の側壁の外面には発熱体Ｚが取り付けられている。収容部２の側壁は、発熱体Ｚの熱を収容部２内に伝達する。そして、収容部２の側壁と液体冷媒との間で熱交換が行われ、発熱体Ｚは冷却される。発熱体Ｚは、例えば半導体素子等を含んだパワーモジュール等である。なお、収容部２内には、発熱体Ｚが取り付けられた側壁に対向するように対向壁２１が配置されている。これにより、熱交換に寄与する液体冷媒の通路が狭くなり、熱伝達率が向上する。
　連通室３は、金属容器Ｙの残り部分（上方部分）であって、溜まった液体冷媒上部（液面の若干下方）から上方の部位である。連通室３の内部空間は、収容部２内と連通している。つまり、連通室３は、下方が開口した有底筒状に形成されている。連通室３は、側壁（図２右側壁）に開口が形成されている。連通室３は、開口および隙間形成部４の内部空間４ａを介して、収容部２の内部空間と凝縮部５の内部空間５１ａとを連通させている。連通室３内には、蒸気冷媒を凝縮部５の内部空間５１ａ上部に誘導する誘導板３１が設けられている。誘導板３１については後述する。
　隙間形成部４は、略筒形状に形成されている。隙間形成部４は、連通室３の側壁から側方（図２右側）に突出している。隙間形成部４は、内部空間４ａを有し、連通室３の内部空間と凝縮部５の内部空間５１ａとを連通させている。隙間形成部４の上壁４１の側方への突出長さは、隙間形成部４の下壁４２の側方への突出長さよりも小さい。つまり、隙間形成部４の側方端部は、下方に向かうほど側方（図２右側）に突出するように傾斜している。隙間形成部４の端部は連通室３の開口部位に嵌合されている。隙間形成部４は、ねじ止めにより金属容器Ｙに組み付けられている。
　凝縮部５は、いわゆる熱交換器であって、進入した蒸気冷媒を凝縮する機能を有している。凝縮部５は、有底筒状に形成された複数の金属チューブ５１と、アウターフィン５２と、インナーフィン５３と、を備えている。金属チューブ５１の一端は開口し、金属チューブ５１の他端は閉塞している。金属チューブ５１は、上壁５１１、下壁５１２、側壁５１３、及び閉塞壁５１４を備えている。このように、金属チューブ５１は、一端が隙間形成部４を介して連通室３に通じ他端が閉塞された内部空間５１ａを形成している。
　金属チューブ５１は、隙間形成部４の側方端部から側方且つ上方に向けて延伸している。金属チューブ５１の一端（開口端）は、隙間形成部４に接続されている。金属チューブ５１は、金属チューブ５１の他端（閉塞端）が金属チューブ５１の一端よりも上方に位置するように傾斜して配置されている。複数の金属チューブ５１は、並列して延伸している。アウターフィン５２は、金属チューブ５１同士の間に配置されている。
　インナーフィン５３（「熱伝達部材」に相当する）は、図２および図３に示すように、波形のストレートフィンである。インナーフィン５３は、金属チューブ５１内に配置されている。インナーフィン５３は、金属チューブ５１の内部空間５１ａのうち、一端側端部（開口側端部）にのみ配置されている。
　ここで、「内部空間５１ａの一端側端部」とは、金属チューブ５１内の開口近傍の空間を意味する。この一端側端部は、金属チューブ５１の延伸方向に所定の幅を有している。第一実施形態において、一端側端部の幅は、金属チューブ５１延伸長さの１／２０～１／１０程度である。つまり、インナーフィン５３は、金属チューブ５１延伸長さの１／２０～１／１０程度の幅（前記延伸方向の長さ）を有し、金属チューブ５１の一端から他端に向けて配置されている。
　インナーフィン５３は、金属チューブ５１の上壁５１１から離間し且つ金属チューブ５１の下壁５１２から離間して配置されている。インナーフィン５３は、高さにおいて、インナーフィン５３の上端が金属チューブ５１開口端中央より若干上方で、インナーフィン５３の下端が下壁５１２より若干上方となるように配置されている。つまり、インナーフィン５３の上端と金属チューブ５１の上壁５１１との離間距離は、インナーフィン５３の下端と金属チューブ５１の下壁５１２との離間距離よりも大きい。
　インナーフィン５３は、波形の頂部および端部が金属チューブ５１の側壁５１３に当接していることで、上下方向に延びる小通路５３ａを形成している。インナーフィン５３は、小通路５３ａが上下方向に延びるように配置されている。詳細には、小通路５３ａは、金属チューブ５１の延伸方向および側壁対向方向の双方に直交する方向に延伸している。インナーフィン５３は、金属チューブ５１の両側壁５１３に当接している。インナーフィン５３は、金属チューブ５１の延伸方向に直交する壁面（小通路５３ａを区画する壁の一部）を有している。
　ここで、誘導板３１について説明する。誘導板３１は、連通室３内の隙間形成部４側端部に配置されている。誘導板３１は、図２および図４に示すように、連通室３の側壁のうち隙間形成部４と連通するための開口を形成している側壁３ａ（以下、「開口側壁３ａ」と称する）に形成されている。開口側壁３ａは、矩形枠状に形成されている。誘導板３１は、凝縮部５の開口に対向するように、開口側壁３ａの下辺部位から上方に向けて突出している。
　誘導板３１の上端は、開口側壁３ａの上辺部位から離間している。これにより、誘導板３１の上方に収容部２内と隙間形成部４の内部空間４ａとを連通させる連通口３１ａが形成される。誘導板３１は、誘導板３１の下端を除いて、開口側壁３ａから離間している。つまり、図４に示すように、開口側壁３ａの下辺部位と誘導板３１とにより、略凸形状が形成されている。これにより、収容部２から上昇した蒸気冷媒は、誘導板３１の上方を通過して、凝縮部５（金属チューブ５１）の内部空間５１ａ上部に誘導される。そして、凝縮部５で凝縮された液体冷媒は、誘導板３１の両サイドを通過して、収容部２に環流する。
　（作用効果）
　沸騰冷却装置１によれば、収容部２内の液体冷媒が沸騰することにより液面から飛び跳ねて誘導板３１を飛び越えることがあっても、隙間形成部４による内部空間４ａが存在するため、液体冷媒が凝縮部５に到達することは抑制される。さらに、跳ねた液体冷媒が凝縮部５まで到達した場合も、金属チューブ５１の一端側端部にインナーフィン５３が配置されているため、インナーフィン５３が液体冷媒進入に対する防壁の役割を果たす。つまり、液体冷媒が金属チューブ５１内に進入することは抑制される。液体冷媒の凝縮部５への進入を抑制することで、凝縮性能低下の防止が可能となる。
　さらに、液体冷媒の進入を防止する機能を有するインナーフィン５３は、熱交換効率が良好な熱伝達部材である。したがって、蒸気冷媒やインナーフィン５３に付着した液体冷媒と、インナーフィン５３との間で、熱交換が行われる。これにより、本構成では、沸騰冷却装置１の冷却性能が低下することを防止することができる。
　また、液体冷媒が金属チューブ５１内に進入した場合でも、インナーフィン５３が一定の幅を有しているため、液体冷媒は、何れかの小通路５３ａに滴下する。滴下した液体冷媒は、インナーフィン５３と熱交換した後、あるいは直接、金属チューブ５１の下壁５１２に滴下し、収容部２へ還流する。
　このように、インナーフィン５３は、液体冷媒の進入を防止する進入防止部材であるとともに、液体冷媒および蒸気冷媒と熱交換可能な熱伝達部材でもある。インナーフィン５３は、金属チューブ５１の一端側端部にのみ配置されているため、材料コストは小さく、さらに軽量化も可能となる。
　なお、金属チューブ５１の内部空間５１ａ全体にインナーフィン５３を配置した場合の冷却性能と第一実施形態の冷却性能は、理論上ほとんど差はない（Ｑ＝ｈ×Ａ×ΔＴ）。沸騰冷却装置で発生する熱量Ｑは、上限がほぼ決まっている。そして、熱伝達率ｈは、複数の金属チューブ５１を用いる構成により、インナーフィン５３がない状態でも大きな値となる。したがって、熱伝達に寄与する面積Ａ（金属チューブ内周面、アウターフィンおよびインナーフィン）のうちインナーフィンの面積が小さくなったとしても、最大の熱量Ｑ（上限値）を冷却するだけの性能は十分に発揮される。
　ここで、金属チューブ５１の一端側端部に配置される熱伝達部材（第一実施形態ではインナーフィン５３）は、液体冷媒の凝縮部５（金属チューブ５１）への進入を防止可能に一端側端部に設けられていればよい。つまり、本発明における「熱伝達部材」とは、開口に対して面積を持った、液体冷媒の凝縮部５への進入を防止可能な部材を意味している。
　「進入防止可能」とは、熱伝達部材が金属チューブ５１の開口に対し、投影図において、その開口面積の少なくとも３～４割程度を占めるように配置されていることを意味する。換言すると、熱伝達部材は、金属チューブ５１の開口を、隙間形成部４側から金属チューブ５１の閉塞壁５１４に向けて見た場合、当該開口内に占める熱伝達部材の割合が開口全体の３割以上となるように配置されている。したがって、液体冷媒の進入を実質的に抑制しえないもの（例えば、単なる１本の棒部材等）については、本発明の「熱伝達部材」には含まれない。なお、当該開口面積に対する熱伝達部材の割合は、本実施形態では５割
以上となっている。
　また、金属チューブ５１の一端側端部の幅は、金属チューブ５１の一端から始まり、金属チューブ５１延伸長さの１／５以下の位置で終わることが好ましく、さらには１／１０以下の位置で終わることが好ましい。これにより、冷却性能を維持しつつ、さらなる低コスト化および軽量化が可能となる。
　（変形態様）
　金属チューブ５１の一端側端部に配置される熱伝達部材は、上記インナーフィン５３に限られない。例えば、図５に示すように、熱伝達部材は、複数のピンフィン５３０であってもよい。ピンフィン５３０は、棒状の金属であって、ピンフィン５３０の一端が金属チューブ５１の一側壁５１３に当接し、ピンフィン５３０の他端が金属チューブ５１の他側壁５１３に当接するように配置されている。
　ピンフィン５３０の設置は、公知技術（接着、溶接、または一体成形等）によって実現できる。複数のピンフィン５３０が金属チューブ５１の一端側端部に配置されることにより、液体冷媒の進入の抑制が可能となり、さらに付着した液体冷媒とピンフィン５３０とで熱交換が可能となる。また、このピンフィン５３０は、投影図において１列目（左端）のピンフィンとピンフィンの間に２列目のピンフィンが位置するように、列ごとに上下にずらして配置しても良い。これにより、開口面積に対する熱伝達部材の割合が大きくなり、さらに液体冷媒の進入は抑制される。
　同様に、熱伝達部材は、網状に形成された網状部材（メッシュ形状）（図示なし）であっても良い。網状部材であれば、金属チューブ５１の開口全面を塞ぐように配置することができる。つまり、網状部材は、蒸気冷媒の通過を許可し、液体冷媒の凝縮部５への進入を抑制することができる。
　また、インナーフィン５３は、ルーバーフィンやオフセットフィンであっても良い。また、熱伝達部材は、複数の板状部材であっても良く、この場合、板表面が金属チューブ５１の開口に対向するように、金属チューブ５１の一端（開口端）から他端（閉塞端）に向かって並列配置されることが好ましい。また、凝縮部５の金属チューブ５１は、内部空間５１ａを形成する金属容器（凝縮本体部）であれば足りる。
　＜第二実施形態＞
　第二実施形態の沸騰冷却装置１０は、主に隙間形成部４を有していない点で第一実施形態と異なっている。その他の構成については、第一実施形態と同符号を付して説明を省略する。
　沸騰冷却装置１０は、図６に示すように、収容部２と、連通室３と、凝縮部５と、を備えている。連通室３は、収容部２の内部空間と凝縮部５の内部空間５１ａとを連通させている。第二実施形態における誘導板３１０は、連通室３内に配置されている。
　誘導板３１０は、金属チューブ５１の一端（開口端）から若干離間して配置されている。誘導板３１０は、高さにおいて、誘導板３１０の下端が凝縮部５の下端より下方で、誘導板３１０の上端が凝縮部５の開口中央となるように配置されている。誘導板３１０の側端部（図６手前および奥側の端部）は、連通室３の側面（図６手前および奥側の側面）に溶接等されている。
　第二実施形態によれば、沸騰して飛び跳ねた液体冷媒は、誘導板３１０を飛び越えたとしても、インナーフィン５３に付着し、金属チューブ５１内の奥まで進入することができない。つまり、第二実施形態によれば、液体冷媒の凝縮部５内への進入を抑制することができる。このように、第二実施形態によっても、第一実施形態同様の効果が発揮される。ただし、第一実施形態は、隙間形成部４が形成されている分、第二実施形態よりも液進入防止機能が高く、より好適である。
　また、誘導板３１０は、誘導板３１０の一部または全部が傾斜するように形成されてもよい。例えば、誘導板３１０は、誘導板３１０の上端が誘導板３１０の下端よりも凝縮部５側に位置するように配置されてもよい。この誘導板３１０によっても、蒸気冷媒は、凝縮部５の開口上部に誘導され、内部空間５１ａ上部に流入する。また、第二実施形態は、誘導板３１０と対向壁２１とが一体形成（例えば、１つの板部材）されている構成でも良い。
１、１０：沸騰冷却装置、
２：収容部、　３：連通室、　３１、３１０：誘導板、　３１ａ：連通口、
４：隙間形成部、　４ａ：内部空間、
５：凝縮部、　５１：金属チューブ、　５１ａ：内部空間、
５２：アウターフィン、　
５３：インナーフィン（熱伝達部材）、　５３ａ：小通路、　
５３０：ピンフィン（熱伝達部材）
Ｙ：金属容器、　Ｚ：発熱体

Claims (4)

  1. 　発熱体の熱を受けて沸騰する液体冷媒を収容する収容部と、
    　前記収容部の上方に位置し、内部空間が前記収容部内と連通する連通室と、
    　一端が開口を介して前記連通室内に通じ他端が閉塞された内部空間を形成し、前記連通室の側方に突出した凝縮部と、
    　を備える沸騰冷却装置であって、
    　前記連通室は、前記凝縮部の開口に対向するとともに前記凝縮部の前記一端から離間して配置された板状部材で、且つ、上方に連通口を形成することで前記沸騰した液体冷媒を前記凝縮部の開口上部に誘導する誘導板を備え、
    　前記凝縮部の内部空間には、前記一端側端部にのみ熱伝達部材が配置されている沸騰冷却装置。
  2. 　請求項１において、
    　前記熱伝達部材は、フィンである沸騰冷却装置。
  3. 　請求項１または２において、
    　前記熱伝達部材は、前記凝縮部の前記一端から前記他端に向かう方向に直交する壁面を有する沸騰冷却装置。
  4. 　請求項１～３のうちの一項において、
    　前記連通室と前記凝縮部の間に隙間形成部をさらに備え、
    　前記隙間形成部の内部空間は、前記連通室の内部空間と前記凝縮部の内部空間とに連通する沸騰冷却装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170303441A1 (en) * 2016-04-15 2017-10-19 Google Inc. Cooling electronic devices in a data center

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5723708B2 (ja) * 2011-07-20 2015-05-27 株式会社日立製作所 電子機器却装置
JP6276959B2 (ja) * 2013-10-11 2018-02-07 株式会社日立製作所 相変化モジュール及びそれを搭載した電子機器装置
CN107003077A (zh) * 2014-12-25 2017-08-01 三菱铝株式会社 冷却器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000205769A (ja) * 1999-01-13 2000-07-28 Denso Corp 沸騰冷却装置
JP2001028415A (ja) * 1999-07-14 2001-01-30 Denso Corp 沸騰冷却装置
JP2010080507A (ja) * 2008-09-24 2010-04-08 Hitachi Ltd 電子装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000205769A (ja) * 1999-01-13 2000-07-28 Denso Corp 沸騰冷却装置
JP2001028415A (ja) * 1999-07-14 2001-01-30 Denso Corp 沸騰冷却装置
JP2010080507A (ja) * 2008-09-24 2010-04-08 Hitachi Ltd 電子装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170303441A1 (en) * 2016-04-15 2017-10-19 Google Inc. Cooling electronic devices in a data center
US10349561B2 (en) * 2016-04-15 2019-07-09 Google Llc Cooling electronic devices in a data center

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