WO2023157717A1

WO2023157717A1 - 冷却装置

Info

Publication number: WO2023157717A1
Application number: PCT/JP2023/003965
Authority: WO
Inventors: 陽一郎河本; 公和小原; 拓也三ツ橋; 上仁柴田
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2022-02-21
Filing date: 2023-02-07
Publication date: 2023-08-24
Also published as: JP2023121508A

Abstract

冷却装置は、冷却槽部（１０）と、スペーサ部（４０）と、を備える。冷却槽部（１０）は、冷却対象物（３）が固定された板状部材（２）を浸漬して冷却するための冷媒液（１１）を貯留する。スペーサ部（４０）は、少なくとも一部が冷媒液（１１）中に配置され、冷却槽部（１０）に対する板状部材（２）の相対的位置を決めるとともに、冷却槽部（１０）の内部の容積を減少させる。これによれば、発熱体を冷媒液（１１）に浸漬して冷却する冷却装置において、生産性を向上させることができる。

Description

冷却装置

関連出願の相互参照

　本出願は、２０２２年２月２１日に出願された日本特許出願２０２２－２４８８５号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、発熱体を冷媒液に浸漬して冷却する冷却装置に関する。

　特許文献１には、電子機器を冷媒液に浸漬して冷却する冷却装置が開示されている。特許文献１の冷却装置では、冷媒液を貯留する冷却槽の内部に、電子機器を挿入して支持するための複数のスロットが設けられている。

特開２０１９－２０４８５１号公報

　しかしながら、上記特許文献１の冷却装置のように、冷却槽の内部に複数のスロットを設けようとすると、冷却槽の容積が増加する。このため、冷媒液の封入量が多くなりやすく、生産性の低下を招きやすい。

　本開示は、上記点に鑑みて、発熱体を冷媒液に浸漬して冷却する冷却装置において、生産性を向上させることを目的とする。

　上記目的を達成するため、本開示の一態様に係る冷却装置は、冷却対象物が固定された板状部材を浸漬して冷却するための冷媒液を貯留する冷却槽部と、
　少なくとも一部が冷媒液中に配置され、冷却槽部に対する板状部材の相対的位置を決めるとともに、冷却槽部の内部の容積を減少させるスペーサ部と、を備える。

　これによれば、スペーサ部を設けることで、冷却槽部に対する板状部材の相対的位置を決めることができる。さらに、冷却槽部の内部の容積を減少させて、冷媒液の封入量を減少させることができる。その結果、生産性を向上させることができる。

第１実施形態に係る冷却装置の全体構成を示す概念図である。第１実施形態における電子基板およびスペーサ部を示す斜視図である。第１実施形態における電子基板およびギャップフィラー部を示す正面図である。第１実施形態における隙間距離と限界熱流束との関係を示すグラフである。第１実施形態における電気素子の等価直径およびスペーサ部との隙間距離に関して限界熱流束が低下しない領域を示すグラフである。第１実施形態における冷却槽部に対する電子基板の挿入状態を示す説明図である。第２実施形態に係る冷却装置の構成を示す概念図である。比較例に係る冷却装置の構成を示す概念図である。第３実施形態に係る冷却装置の構成を示す概念図である。第４実施形態に係る冷却装置の構成を示す概念図である。

　以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各実施形態において先行する実施形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の実施形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

　（第１実施形態）
　以下、本開示の第１実施形態について図面を用いて説明する。図１では、紙面上下方向が重力方向となっている。

　図１に示すように、本第１実施形態の冷却装置１は、冷却槽部１０、貯液槽部２０、仕切部材３０およびスペーサ部４０を備えている。冷却槽部１０、貯液槽部２０および仕切部材３０は、例えば樹脂材料や金属材料によって構成することができる。

　冷却槽部１０は、電子基板２が収容された容器状部材である。電子基板２は、冷却対象物である電気素子３が搭載された板状部材である。電気素子３は、作動に伴って発熱し、冷却を必要とする発熱素子（すなわち発熱体）である。本実施形態の電子基板２は、板面が重力方向と平行となるように配置されている。本実施形態では、電子基板２の表裏の両面に電気素子３が搭載されている。

　冷却槽部１０には、電子基板２を浸漬して冷却するための冷媒液１１が貯蔵されている。電子基板２は、冷媒液１１に浸漬された状態となっている。冷媒液１１としては、絶縁流体を用いることができる。本実施形態では、冷媒液１１としてフッ素系不活性液体を用いている。フッ素系不活性液体は、絶縁性、伝熱特性、安定性に優れた冷媒液である。本実施形態では、沸点が１２０℃程度よりも低い低沸点の冷媒液１１を用いている。

　冷媒液１１の沸点は、電気素子３の耐熱温度よりも低くなっている。すなわち、冷媒液１１の沸点は、高発熱時の電気素子３の温度よりも低くなっている。本実施形態では、電気素子３の発熱温度よりも１０～２０℃程度低い沸点を有する冷媒液１１を用いている。このため、電気素子３の発熱で冷媒液１１は沸騰可能となっており、冷却槽部１０では冷媒液１１が沸騰して電気素子３から吸熱する沸騰冷却が行われる。本実施形態では、電気素子３と接触する冷媒液１１が沸騰し、冷却槽部１０の冷媒液１１が沸点より低温のサブクール液となっている状態で沸騰するサブクール沸騰が行われる。

　冷媒液１１が沸騰して発生した気相冷媒はサブクール液で凝縮、縮小するが、凝縮できない気泡が冷媒液１１の内部を上方に移動する。冷却槽部１０の内部で発生した気体が冷却槽部１０内の上部で貯留されることで気体部１２が形成される。気体部１２には、気相冷媒、冷媒液１１から放出された溶存ガス、初期から冷却槽部１０に存在する空気などが含まれている。気体部１２の体積は変動可能となっており、体積ゼロになることもある。

　気体部１２に含まれる気相冷媒は、冷却槽部１０の内部で冷媒液１１が気化することで生成される。冷媒液１１の気化には、冷媒液１１の沸騰と蒸発が含まれている。気体部１２に含まれる気相冷媒は、凝縮することで液相の冷媒液１１となる。

　冷媒液１１には、主に大気からなる溶存ガスが溶解している。気体部１２に含まれる溶存ガスは、冷媒液１１に溶解している溶存ガスが冷媒液１１から放出されることで生成する。冷媒液１１に溶解している溶存ガスの溶解度は、冷媒液１１の温度等によって変動する。冷媒液１１の温度が上昇すると溶存ガスの溶解度が低下し、溶存ガスが冷媒液１１から放出される。冷媒液１１から放出された溶存ガスは気相冷媒とともに気体部１２を形成する。気体部１２に含まれる溶存ガスは、冷媒液１１の温度低下によって冷媒液１１に再度溶解することができる。

　貯液槽部２０は、内部に冷媒液１１を貯蔵可能な容器状部材である。貯液槽部２０は、冷却槽部１０の外部に設けられている。本実施形態では、貯液槽部２０は、冷却槽部１０の上面に対向して設けられている。

　貯液槽部２０の上部には、大気に開口する開口部２１が設けられている。貯液槽部２０の内部は、上方で開口部２１を介して大気と連通している。貯液槽部２０は大気に開放されており、貯液槽部２０の内部では、冷媒液１１の上部に大気が存在する。本実施形態では、開口部２１は、貯液槽部２０の側面部分における上方側に設けられている。

　仕切部材３０は、冷却槽部１０と貯液槽部２０との間に設けられ、冷却槽部１０と貯液槽部２０とを仕切る部材である。仕切部材３０は、支持部３１、捕捉部３２および連通部３３を有している。

　支持部３１は、電子基板２を支持固定する。本実施形態では、仕切部材３０は、電子基板２の板面に垂直な方向に２つに分割されている。すなわち、仕切部材３０は、２つの分割仕切部材３０ａ、３０ｂで形成されている。そして、２つの分割仕切部材３０ａ、３０ｂの間に電子基板２を挟み込むことにより、電子基板２が支持固定されている。したがって、仕切部材３０のうち、電子基板２を挟み込んで支持固定している部位によって支持部３１が構成されている。

　捕捉部３２は、冷却槽部１０内で発生した気体を捕捉する。捕捉部３２は、冷却槽部１０の上方側に配置されている。捕捉部３２の内部に、冷却槽部１０内で発生した気体が貯留される。したがって、捕捉部３２の内部に、気体部１２が形成されている。本実施形態では、捕捉部３２は、水平方向に垂直な断面が、下方側が開口したコの字状（換言すると、バスタブ状あるいはＵ字状）に形成されている。

　連通部３３は、冷却槽部１０と貯液槽部２０とを連通させる。連通部３３は、その内部を冷媒液１１が通過可能に構成されている。貯液槽部２０は、連通部３３によって冷却槽部１０と接続されている。本実施形態では、連通部３３は、仕切部材３０と電子基板２との間に形成された微細な隙間によって形成されている。

　貯液槽部２０の内部は、連通部３３を介して冷却槽部１０の内部と連通している。このため、冷媒液１１は、連通部３３を介して冷却槽部１０と貯液槽部２０との間を流動可能となっている。冷媒液１１は、冷却槽部１０内での沸騰・凝縮に伴う体積変動や気体部１２の体積変動、冷媒液１１の温度変動に伴う体積変動などに応じて、冷却槽部１０と貯液槽部２０との間を流動する。冷却槽部１０と貯液槽部２０との間を冷媒液１１が流動することで、冷却槽部１０に電子基板２を浸漬して冷却するための冷媒液１１を常に供給することができる。

　貯液槽部２０の内部は、下方で連通部３３を介して冷却槽部１０に連通している。貯液槽部２０の内部は開口部２１を介して大気に開放していることから、貯液槽部２０の内部および冷却槽部１０の内部は大気圧に維持される。つまり、本実施形態の冷却装置１は大気開放式となっている。

　電子基板２には、コネクタ５が設けられている。コネクタ５は、配線４と電気的に接続する電気接続部である。電子基板２は、コネクタ５を介して配線４が接続されている。配線４は、外部との電源や電気信号の伝送路として機能する。配線４は、貯液槽部２０の開口部２１から外部に取り出されている。

　コネクタ５は、電子基板２の上端部に設けられている。電子基板２のうち、コネクタ５は貯液槽部２０に突出している。すなわち、コネクタ５は、貯液槽部２０内に配置されている。

　冷却槽部１０の内部には、少なくとも一部が冷媒液中に配置されるスペーサ部４０が設けられている。本実施形態では、スペーサ部４０の全体が冷媒液中に配置されている。

　スペーサ部４０は、冷却槽部１０に対する電子基板２の相対的位置を決める位置決め機能を有している。また、スペーサ部４０は、冷却槽部１０の内部の容積を減少させる空間占有機能を有している。

　具体的には、図１および図２に示すように、スペーサ部４０は、冷却槽部１０の内壁面および電子基板２に対応する形状を有することによって、冷却槽部１０の内部の空間を占有して、冷却槽部１０の内部の容積を減少させる。換言すると、スペーサ部４０は、冷却槽部１０の内壁面と電子基板２との双方に接触することによって、冷却槽部１０の内部の空間を占有して、冷却槽部１０の内部の容積を減少させる。本実施形態では、スペーサ部４０は、冷却槽部１０における上下方向（すなわち、後述する電子基板２の挿入方向）に沿った内壁面と電子基板２との双方に接触することによって、冷却槽部１０の内部の空間を占有して、冷却槽部１０の内部の容積を減少させる。

　スペーサ部４０は、金属で形成されたフレーム部４１、および樹脂で形成されたギャップフィラー部４２を有している。フレーム部４１は、導電性を有している。本実施形態では、フレーム部４１の少なくとも一部は、電子基板２のグランド線（図示せず）に接触している。

　フレーム部４１は、枠状、より詳細には格子状に形成されている。フレーム部４１の内部に、ギャップフィラー部４２が配置されている。

　具体的には、フレーム部４１は、上下方向に延びる棒状に形成された第１部材４１１、および上下方向に直交する方向に延びる棒状に形成された第２部材４１２を有している。第１部材４１１および第２部材４１２は、それぞれ複数設けられている。複数の第１部材４１１および複数の第２部材４１２は、それぞれ並列配置されている。第１部材４１１および第２部材４１２は、長手方向が交差し、複数の第１部材４１１および複数の第２部材４１２は格子状に配置されている。

　フレーム部４１（すなわち、第１部材４１１および第２部材４１２）における上下方向に沿った外面は、冷却槽部１０の内壁面と接触している。フレーム部４１における上下方向に沿った内面の少なくとも一部は、ギャップフィラー部４２と接触している。

　図１～図３に示すように、ギャップフィラー部４２は、ブロック状に形成されている。ギャップフィラー部４２の少なくとも一部は、角柱状に形成されている。ギャップフィラー部４２の内壁面は、電子基板２および電気素子３と間隔を空けて対向している。ギャップフィラー部４２の外壁面、冷却槽部１０の内壁面と間隔を空けて対向している。ギャップフィラー部４２の外壁面の一部は、フレーム部４１と接触している。

　スペーサ部４０は、スペーサ部４０と電気素子３との隙間に冷媒液を流通させる流体流路６０を形成する流路形成部４３を有している。すなわち、スペーサ部４０と電気素子３との隙間には、冷媒液が流通する流体流路６０が形成されている。

　ここで、スペーサ部４０または冷却槽部１０の内壁面と電気素子３との隙間距離をｈｓと定義する。隙間距離ｈｓは、電気素子３の沸騰面と、当該沸騰面と対向するスペーサ部４０または冷却槽部１０の内壁面との間の距離である。以下、電気素子３の沸騰面と対向するスペーサ部４０または冷却槽部１０の内壁面を、対向内壁面という。

　隙間距離ｈｓが短くなると、電気素子３の沸騰面と対向内壁面との距離が近くなる。このとき、電気素子３の沸騰面と対向内壁面との隙間が気相冷媒の気泡で満たされると、当該隙間に冷媒液が供給されず、限界熱流束ＣＨＦが低下する可能性がある。このため、スペーサ部４０は、隙間距離ｈｓが予め定めた基準距離以上となる形状に形成されている。以下に述べるように、基準距離は、電気素子３の等価直径、熱伝達係数にて規定される。

　図４に、２０ｍｍ角の電気素子３を用いた場合における隙間距離ｈｓと限界熱流束ＣＨＦとの関係を示す。なお、図４では、平滑面にショットブラスト加工をした仕様を用いた場合を実線で示し、ピンフィン面にショットブラスト加工をした仕様を用いた場合を一点鎖線で示している。

　図４から明らかなように、隙間距離ｈｓが３ｍｍを下回ると、限界熱流束ＣＨＦが低下する。このため、スペーサ部４０は、隙間距離ｈｓが３ｍｍ以上となる形状に形成されている。

　ここで、電気素子３の等価直径をＤｅと定義し、電気素子３の濡れ縁長さをｐｓと定義し、電気素子３の面積をＡｓと定義する。このとき、等価直径をＤｅは、Ｄｅ＝４・Ａｓ／ｐｓの関係を満たしている。

　本発明者は、電気素子３の等価直径Ｄｅおよび隙間距離ｈｓを変化させて、限界熱流束ＣＨＦが低下する限界値（すなわち下限値）を検討した。その検討結果を図５に示す。図５は、横軸が電気素子３の等価直径Ｄｅ、縦軸が隙間距離ｈｓのグラフである。

　図５において、前述した限界値は、ｈｓ＝Ｄｅ／６で表される直線に近似できる。図５において、ｈｓ＝Ｄｅ／６で表される直線より上側の領域（図５の斜線ハッチングで示す領域）は、限界熱流束ＣＨＦが低下しない領域である。このため、スペーサ部４０は、Ｄｅ／ｈｓ＞６の関係を満たすように形成されている。

　図２に示すように、本実施形態では、スペーサ部４０は、電子基板２の表裏方向（すなわち、板面に垂直な方向）に２つに分割されている。すなわち、スペーサ部４０は、２つの分割部材４０Ａ、４０Ｂで形成されている。２つの分割部材４０Ａ、４０Ｂは、電子基板２の表裏を挟み込むように配置されている。

　具体的には、フレーム部４１およびギャップフィラー部４２は、それぞれ電子基板２の表裏方向（すなわち、板面に垂直な方向）に２つに分割されている。分割されたフレーム部４１およびギャップフィラー部４２は、それぞれ電子基板２の表裏を挟み込むように配置されている。

　図３に示すように、本実施形態では、ギャップフィラー部４２は、電子基板２の表面および裏面の各々において、複数設けられている。複数のギャップフィラー４２部同士の間には、冷媒液１１が流通する流体流路６０が形成されている。ギャップフィラー部４２の上端部には、上方側に向かうにつれて、隣り合うギャップフィラー部４２同士の距離が短くなるように形成された斜面部４２１が設けられている。これにより、流体流路６０における斜面部４２１と対向する部位では、上方側に向かうにつれて、冷媒液１１の流速が速くなる。

　図１に示すように、冷却槽部１０には、冷却槽部１０内の冷媒液１１を循環させる循環回路５０が接続されている。循環回路５０には、循環ポンプ５１および熱交換器５２が設けられている。

　循環ポンプ５１は、冷媒液１１を圧送して循環回路５０に循環させる。熱交換器５２は、冷媒液１１の熱を放熱して冷却する。熱交換器５２としては、例えば冷媒液１１を外気と熱交換して冷却するラジエータ、あるいは冷媒液１１を冷凍サイクルの低温冷媒と熱交換して冷却するチラー等を用いることができる。熱交換器５２で冷媒液１１を冷却することで、冷媒液１１の温度上昇を抑制することができ、サブクール状態を維持することができる。

　循環回路５０は、循環入口部５３および循環出口部５４で冷却槽部１０と接続されている。循環入口部５３を介して冷却槽部１０の冷媒液１１が循環回路５０に流入する。循環出口部５４を介して循環回路５０を循環した冷媒液１１が冷却槽部１０に流出する。

　冷却槽部１０の内部では、循環出口部５４から循環入口部５３に向かう冷媒液１１の流れが形成される。図１に示す例では、冷却槽部１０における下方部の左側に循環出口部５４が設けられ、冷却槽部１０における下方部の右側に循環入口部５３が設けられている。このため、冷却槽部１０の内部で左側から右側に向かう冷媒液１１の流れが形成される。

　図６に示すように、本実施形態の冷却装置１は、スペーサ部４０、仕切部材３０および貯液槽部２０が組み付けられた電子基板２を、冷却槽部１０に対して上方から挿入することにより形成されている。以下、スペーサ部４０、仕切部材３０および貯液槽部２０が組み付けられた電子基板２を、部品組付け後の電子基板２ともいう。

　部品組付け後の電子基板２を冷却槽部１０に挿入する際に、貯液槽部２０における上下方向に沿った内壁面とスペーサ部４０（本実施形態ではフレーム部４１）とが接触することにより、部品組付け後の電子基板２が冷却槽部１０内の所定位置に導かれる。したがって、スペーサ部４０は、電子基板２を冷却槽部１０内の所定位置に導くガイド機能を有している。

　次に、上記構成を備える本実施形態の冷却装置１の作動について説明する。

　冷却槽部１０の内部では、電子基板２の電気素子３によって電気素子３の近傍の冷媒液１１が沸騰し、気相冷媒が発生する。気相冷媒は気泡となって流体流路６０を上昇し、捕捉部３２に捕捉されて気体部１２を形成する。冷媒液１１の温度上昇によって冷媒液１１から放出された溶存ガスも、気相冷媒とともに気体部１２を形成する。冷媒液１１が気化した気相冷媒や冷媒液１１から放出された溶存ガスは、冷却槽部１０の内部（より詳細には、捕捉部３２の内部）に貯留される。

　沸騰で生成した気相冷媒は、気泡として、流体流路６０の冷媒液１１の中を上昇する。冷却槽部１０の冷媒液１１はサブクール液であるため、気相冷媒からなる気泡は冷媒液１１の内部を上昇する際に冷媒液１１で冷却され、気相冷媒は凝縮する。この結果、気相冷媒からなる気泡は冷媒液１１の内部を上昇する途中で縮小し、冷媒液１１のサブクール度が大きい場合には気泡は消滅する。

　冷却槽部１０の冷媒液１１は、循環回路５０を介して熱交換器５２に供給され、熱交換器５２で冷却される。熱交換器５２による冷却で、冷媒液１１は積極的にサブクール状態を維持することができる。

　電気素子３の近傍で冷媒液１１が沸騰して発生した気相冷媒は、流体流路６０を上昇して捕捉部３２に捕捉され、捕捉部３２の内部で気体部１２を形成する。

　冷却槽部１０の内部では、冷媒液１１の気化や冷媒液１１からの溶存ガスの放出によって気体部１２の体積が増大する。気体部１２の体積増大に伴って、冷却槽部１０の内部における冷媒液１１の体積が減少する。冷却槽部１０での冷媒液１１の体積減少に伴って、冷却槽部１０から貯液槽部２０に冷媒液１１が流動し、貯液槽部２０の内部で冷媒液１１の体積が増大する。

　冷却槽部１０では、電気素子３の発熱量低下や外気温の低下等によって、冷媒液１１の温度が低下する。冷媒液１１の温度低下によって、気体部１２に含まれる気相冷媒は凝縮が促進され、気体部１２に含まれる溶存ガスは冷媒液１１への溶解が促進される。

　冷却槽部１０の内部では、気体部１２に含まれる気相冷媒の凝縮や気体部１２に含まれる溶存ガスの冷媒液１１への溶解によって、気体部１２の体積が減少し、冷媒液１１の体積が増大する。冷媒液１１の体積増大に伴って、貯液槽部２０から冷却槽部１０に冷媒液１１が流動し、貯液槽部２０の内部で冷媒液１１の体積が減少する。

　以上説明したように、本実施形態の冷却装置１は、冷却槽部１０に対する電子基板２の相対的位置を決めるとともに、冷却槽部１０の内部の容積を減少させるスペーサ部４０を備えている。これによれば、冷却槽部１０に対する電子基板２の相対的位置を決めることができる。さらに、冷却槽部１０の内部の容積を減少させて、冷媒液１１の封入量を減少させることができる。その結果、生産性を向上させることができる。

　また、本実施形態の冷却装置１では、スペーサ部４０に、電子基板２を冷却槽部１０内の所定位置に導くガイド機能を持たせている。すなわち、部品組付け後の電子基板２を冷却槽部１０に対して挿入する際に、貯液槽部２０における上下方向に沿った内壁面とスペーサ部４０とが接触することにより、電子基板２が冷却槽部１０内の所定位置に導かれる。これによれば、電子基板２を冷却槽部１０に挿入する際に、電子基板２が冷却槽部１０に接触することを抑制できるので、生産性を向上させることができる。

　また、本実施形態の冷却装置１では、スペーサ部４０を、Ｄｅ／ｈｓ＞６の関係を満たすように形成している。これによれば、上述した図５に示すように、電気素子３の沸騰面と対向内壁面との距離が近くなりすぎて限界熱流束ＣＨＦが低下することを抑制できる。したがって、Ｄｅ／ｈ＞６の関係を満たす範囲で隙間距離ｈｓが小さくなるようにスペーサ部４０を形成することで、冷却性能を確保しつつ、冷却槽部１０の内部の容積を減少させて冷媒液１１の封入量を減少させることができる。

　（第２実施形態）
　次に、本開示の第２実施形態について図７および図８に基づいて説明する。本実施形態は、上記第１実施形態と比較して、スペーサ部４０の形状が異なる。

　図７に示すように、本実施形態の冷却装置１では、スペーサ部４０に、スペーサ部４０と電気素子３との隙間に流入した冷媒液１１を電気素子３側へ導く入口側流体流路６１が設けられている。すなわち、スペーサ部４０の流路形成部４３は、入口側流体流路６１を形成している。

　入口側流体流路６１の入口側は、循環出口部５４に接続されている。入口側流体流路６１の出口側は、電気素子３の下端部の下方側に配置されている。本実施形態では、入口側流体流路６１の出口側は、電気素子３の下端部の直下に配置されている。

　以上説明したように、本実施形態の冷却装置１では、スペーサ部４０に入口側流体流路６１を設けている。すなわち、スペーサ部４０は、低温の冷媒液１１の流れを制御する機能を有している。これにより、循環出口部５４から冷却槽部１０内に流入した低温の冷媒液１１を電気素子３に向かって優先的に流すことができる。その結果、冷却性能を向上させることができる。

　ここで、比較例として、図８に示すように、スペーサ部４０が設けられていない冷却装置が考えられる。比較例の冷却装置では、循環出口部５４から冷却槽部１０内に流入した低温の冷媒液１１は、図８の矢印に示すように様々な方向に流れる。

　一方、本実施形態の冷却装置１は、図７に示すように、スペーサ部４０に入口側流体流路６１が設けられている。このため、循環出口部５４から冷却槽部１０内に流入した低温の冷媒液１１が、優先して電気素子３に向かって流れる。その結果、冷却性能を向上することが可能となる。

　（第３実施形態）
　次に、本開示の第３実施形態について図９に基づいて説明する。本実施形態は、上記第１実施形態と比較して、スペーサ部４０の形状が異なる。

　図９に示すように、本実施形態の冷却装置１では、スペーサ部４０に、電気素子３の発熱によって気化した冷媒液１１である気泡をスペーサ部４０と電気素子３との隙間から流出させる出口側流体流路６２が設けられている。すなわち、スペーサ部４０の流路形成部４３は、出口側流体流路６２を形成している。本実施形態では、出口側流体流路６２は、スペーサ部４０のギャップフィラー部４２に貫通孔を設けることにより形成されている。

　出口側流体流路６２の入口側は、電気素子３の上端部の上方側に配置されている。出口側流体流路６２の出口側は、捕捉部３２の下方側に配置されている。本実施形態では、出口側流体流路６２の出口側は、捕捉部３２の直下に配置されている。

　出口側流体流路６２は、冷媒液１１を下方側から上方側へ流す形状に形成されている。本実施形態では、出口側流体流路６２は上下方向に延びている。

　以上説明したように、本実施形態の冷却装置１では、スペーサ部４０に出口側流体流路６２を設けている。すなわち、スペーサ部４０は、電気素子３の発熱によって発生した気泡の流れを制御する機能を有している。これにより、電気素子３の発熱によって発生した気泡が電気素子３の周辺に滞留することを抑制できるので、限界熱流束値を向上させることができる。その結果、冷却性能を向上させることができる。

　（第４実施形態）
　次に、本開示の第４実施形態について図１０に基づいて説明する。本実施形態は、上記第１実施形態と比較して、スペーサ部４０の形状が異なる。

　図１０に示すように、本実施形態の冷却装置１では、スペーサ部４０に、入口側流体流路６１および出口側流体流路６２が設けられている。すなわち、スペーサ部４０の流路形成部４３は、入口側流体流路６１および出口側流体流路６２を形成している。入口側流体流路６１内の冷媒液の流速は、出口側流体流路６２内の冷媒液の流速よりも速い。

　これによれば、循環出口部５４から冷却槽部１０内に流入した低温の冷媒液１１を電気素子３に向かって優先的に流すとともに、電気素子３の発熱によって発生した気泡が電気素子３の周辺に滞留することを抑制できる。その結果、冷却性能をより確実に向上させることができる。

　本開示は上述の実施形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。

　（１）上述した実施形態では、冷却槽部１０の上方側に貯液槽部２０を配置した例について説明したが、この態様に限定されない。例えば、冷却槽部１０の側方に貯液槽部２０を配置してもよい。冷却槽部１０に対して水平方向に隣接するように貯液槽部２０を配置してもよい。

　（２）上述した実施形態では、出口側流体流路６２を、ギャップフィラー部４２に貫通孔を設けることにより形成した例について説明したが、この態様に限定されない。例えば、出口側流体流路６２を、ギャップフィラー部４２と電子基板２との隙間により形成してもよい。

　（３）上述した実施形態では、電子基板２の表裏の両面に電気素子３を搭載した例について説明したが、電子基板２の一方の面にのみ電気素子３を搭載してもよい。

　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims

　冷却対象物（３）が固定された板状部材（２）を浸漬して冷却するための冷媒液（１１）を貯留する冷却槽部（１０）と、
　少なくとも一部が前記冷媒液中に配置され、前記冷却槽部に対する前記板状部材の相対的位置を決めるとともに、前記冷却槽部の内部の容積を減少させるスペーサ部（４０）と、を備える冷却装置。
　前記スペーサ部は、前記スペーサ部の内壁面と前記冷却対象物との隙間距離（ｈｓ）が予め定めた基準距離以上となる形状に形成されている請求項１に記載の冷却装置。
　前記冷却対象物の等価直径をＤｅと定義し、前記スペーサ部と前記冷却対象物との隙間距離をｈｓと定義したとき、
　Ｄｅ／ｈｓ＞６
になっている請求項１または２に記載の冷却装置。
　前記スペーサ部は、前記スペーサ部と前記冷却対象物との隙間に前記冷媒液を流通させる流体流路（６０、６１、６２）を形成する流路形成部（４３）を有している請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷却装置。
　前記流路形成部は、前記スペーサ部と前記冷却対象物との隙間に流入した前記冷媒液を前記冷却対象物側へ導く入口側流体流路（６１）を形成する請求項４に記載の冷却装置。
　前記流路形成部は、前記冷却対象物の発熱によって気化した前記冷媒液を前記スペーサ部と前記冷却対象物との隙間から流出させる出口側流体流路（６２）を形成しており、
　前記出口側流体流路は、前記冷媒液を下方側から上方側へ流す形状に形成されている請求項４または５に記載の冷却装置。
　前記流路形成部は、前記スペーサ部と前記冷却対象物との隙間に流入した前記冷媒液を前記冷却対象物側へ導く入口側流体流路（６１）と、前記冷却対象物の発熱によって気化した前記冷媒液を前記スペーサ部と前記冷却対象物との隙間から流出させる出口側流体流路（６２）と、を形成しており、
　前記入口側流体流路内の前記冷媒液の流速は、前記出口側流体流路内の前記冷媒液の流速よりも速い請求項４に記載の冷却装置。
　前記スペーサ部は、金属で形成されたフレーム部（４１）および樹脂で形成されたギャップフィラー部（４２）を有している請求項１ないし７のいずれか１つに記載の冷却装置。
　前記スペーサ部は、複数の分割部材（４０Ａ、４０Ｂ）で形成されており、
　前記分割部材は、前記板状部材の表裏を挟み込むように配置されている請求項１ないし８のいずれか１つに記載の冷却装置。