JP2020085311A

JP2020085311A - 沸騰冷却装置

Info

Publication number: JP2020085311A
Application number: JP2018218983A
Authority: JP
Inventors: 貴郁松本; Takafumi Matsumoto; 幸克尾▲崎▼; Yukikatsu Ozaki; 神谷　治雄; Haruo Kamiya; 治雄神谷; 浩嗣朝柄; Koji Asae; 康光大見; Yasumitsu Omi; 義則　毅; Takeshi Yoshinori; 毅義則; 功嗣三浦; Koji Miura
Original assignee: Denso Corp; Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2018-11-22
Filing date: 2018-11-22
Publication date: 2020-06-04

Abstract

【課題】沸騰冷却装置において、小型化を図る。【解決手段】沸騰冷却装置は、蒸発器１０と、凝縮器２０と、熱媒体通路３０とを備える。蒸発器１０は、発熱体４０と熱媒体との熱交換により熱媒体を沸騰気化させることで冷却対象物を冷却する。凝縮器２０は、熱媒体と空気との熱交換により熱媒体を凝縮させることで熱媒体の熱を空気に放熱する。熱媒体通路３０は、蒸発器１０と凝縮器２０とをループ状に連結して蒸発器１０と凝縮器２０との間で熱媒体を循環させる。凝縮器２０は、第１凝縮器２１と、第１凝縮器２１の重力方向上方側に配置される第２凝縮器２２と、を有している。第１凝縮器２１は、気液二相状態の熱媒体から少なくとも一部の液相熱媒体を分離するとともに、少なくとも一部の液相熱媒体が分離された後の熱媒体を第２凝縮器２２の蒸気流入口２２２１側へ流出させる。【選択図】図１

Description

本発明は、沸騰冷却装置に関するものである。

従来、特許文献１には、車両に搭載されるパワー素子等の発熱体を冷却するために、発熱体で発生する熱により熱媒体を沸騰させて発熱体から吸熱する沸騰冷却装置が開示されている。この特許文献１の沸騰冷却装置は、蒸発器、凝縮器および熱媒体配管を備えている。

蒸発器は、内部に熱媒体を流通させて発熱体からの熱を受熱する。凝縮器は、蒸発器で蒸発した熱媒体を冷却液化する。熱媒体配管は、蒸発器と凝縮器とをループ状に連結して蒸発器と凝縮器との間で熱媒体を循環させる。

特開２０１７−４８９６４号公報

ところで、上記特許文献１に記載の沸騰冷却装置において、発熱体の発熱量が増大すると、蒸発器から気液二相状態の熱媒体が流出する。この気液二相状態の熱媒体を凝縮器の重力方向上方側にある熱媒体流入口まで上昇させる必要があるので、気相熱媒体を熱媒体流入口まで上昇させる場合と比較して、圧力損失が増大する。

したがって、沸騰冷却装置内で熱媒体を循環させるためには、蒸発器に対する凝縮器の高さを高くする必要がある。これにより、液相熱媒体の位置エネルギを増大させて、液相熱媒体の駆動力を大きくすることができる。しかしながら、蒸発器に対する凝縮器の高さを高くすると、沸騰冷却装置が大型化してしまう。

本発明は上記点に鑑みて、沸騰冷却装置において、小型化を図ることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の沸騰冷却装置は、
冷却対象物（４０）と熱媒体との熱交換により熱媒体を沸騰気化させることで冷却対象物を冷却する蒸発器（１０）と、
熱媒体と外部流体との熱交換により熱媒体を凝縮させることで熱媒体の熱を外部流体に放熱する凝縮器（２０）と、
蒸発器と凝縮器とをループ状に連結して蒸発器と凝縮器との間で熱媒体を循環させる熱媒体通路（３０）と、を備える沸騰冷却装置において、
凝縮器は、第１凝縮器（２１）と、第１凝縮器の重力方向上方側に配置される第２凝縮器（２２）と、を有しており、
第１凝縮器は、気液二相状態の熱媒体から少なくとも一部の液相熱媒体を分離するとともに、少なくとも一部の液相熱媒体が分離された後の熱媒体を第２凝縮器の流入口（２２２１）側へ流出させる。

これによれば、重力方向下方側に位置する第１凝縮器（２１）において、気液二相状態の熱媒体から少なくとも一部の液相熱媒体が分離される。このため、重力方向上方側に位置する第２凝縮器（２２）には、少なくとも一部の液相熱媒体が分離された後の熱媒体を流入させることになる。すなわち、気液二相状態の熱媒体を第２凝縮器（２２）まで上昇させる必要がない。したがって、気液二相状態の熱媒体の重力方向上方側への上昇高さを低くすることができるので、熱媒体の圧力損失を低減できる。このため、蒸発器（１０）に対する凝縮器（２０）の高さを高くする必要がないので、沸騰冷却装置の小型化を図ることができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態に係る沸騰冷却装置を示す全体構成図である。図１のＩＩ部拡大図である。第２実施形態に係る沸騰冷却装置を示す全体構成図である。図３のＩＶ部拡大図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１および図２に基づいて説明する。本実施形態の沸騰冷却装置は、車両に搭載された発熱体を冷却する装置である。また、以下の各図中、上下の矢印は、車両の上下の各方向を示している。以下の各図は、車両の上下方向が重力方向と平行になっている状態を示している。

沸騰冷却装置は、蒸発器１０と、凝縮器２０と、熱媒体通路３０とを備えている。蒸発器１０は、冷却対象物である発熱体４０と熱媒体との熱交換により熱媒体を沸騰気化させることで発熱体４０を冷却する熱交換器である。発熱体４０としては、例えばパワー素子を採用することができる。

凝縮器２０は、熱媒体と外部流体である空気との熱交換により熱媒体を凝縮させることで熱媒体の熱を空気に放熱する熱交換器である。熱媒体通路３０は、蒸発器１０と凝縮器２０とをループ状に連結して、蒸発器１０と凝縮器２０との間で熱媒体を循環させる通路である。

熱媒体としては、蒸発および凝縮可能な流体を採用することができる。具体的には、熱媒体として、水またはアルコールを採用することができる。

次に、蒸発器１０の構成について説明する。蒸発器１０は、いわゆるタンクアンドチューブ型の熱交換器である。蒸発器１０は、蒸発チューブ１０１と、蒸発タンク１０２、１０３とを備えている。

蒸発チューブ１０１は、熱媒体が流れる流路を形成する管状部材である。蒸発チューブ１０１は、扁平板状（すなわち断面扁平形状）に形成された扁平チューブである。蒸発チューブ１０１は、その長手方向が重力方向と略平行となるように配置されている。蒸発チューブ１０１は、水平方向において、複数本平行に配置されている。

複数の蒸発チューブ１０１は、同一平面を形成している。すなわち、複数の蒸発チューブ１０１は、蒸発チューブ１０１の両側の扁平面がそれぞれ同一平面上に配置されるように、一列に並んで配置されている。

複数の蒸発チューブ１０１における扁平面には、発熱体４０が接合されている。このため、蒸発チューブ１０１内の熱媒体には、発熱体４０からの熱が伝わる。

蒸発タンク１０２、１０３は、複数の蒸発チューブ１０１と連通している。蒸発タンク１０２、１０３は、複数の蒸発チューブ１０１に対して熱媒体の集合または分配を行う。

蒸発タンク１０２、１０３は、蒸発チューブ１０１における長手方向の両端部に一つずつ設けられている。すなわち、蒸発タンク１０２、１０３は、蒸発チューブ１０１における重力方向上端部および下端部に一つずつ設けられている。

蒸発タンク１０２、１０３は、蒸発チューブ１０１の長手方向と直交する方向に延びている。すなわち、蒸発タンク１０２、１０３は、水平方向に延びている。蒸発タンク１０２、１０３には、蒸発チューブ１０１が挿入された状態で接合されている。

ここで、二つの蒸発タンク１０２、１０３のうち、重力方向下方側に配置されるとともに蒸発チューブ１０１に対して熱媒体の分配を行うものを、蒸発入口タンク１０２という。また、二つの蒸発タンク１０２、１０３のうち、重力方向上方側に配置されるとともに、蒸発チューブ１０１から流出する熱媒体の集合を行うものを、蒸発出口タンク１０３という。

蒸発入口タンク１０２は、後述する凝縮器２０にて凝縮した液相熱媒体を蒸発入口タンク１０２内に流入させる液流入口１０２１を有している。液流入口１０２１は、蒸発入口タンク１０２における長手方向の一端側に設けられている。

蒸発出口タンク１０３は、蒸発出口タンク１０３内の熱媒体を凝縮器２０の蒸気流入口２１２１側へ流出させる蒸気流出口１０３１を有している。換言すると、蒸発出口タンク１０３は、蒸発チューブ１０１にて蒸発した気相熱媒体を含む気液二相状態の熱媒体を凝縮器２０の蒸気流入口２１２１側へ流出させる蒸気流出口１０３１を有している。

蒸気流出口１０３１は、蒸発出口タンク１０３における長手方向の一端側に設けられている。本実施形態では、蒸気流出口１０３１は、蒸発出口タンク１０３の長手方向における液流入口１０２１と同一側の端部に設けられている。

次に、凝縮器２０の構成について説明する。凝縮器２０は、第１凝縮器２１および第２凝縮器２２を有している。第２凝縮器２２は、第１凝縮器２１の重力方向上方側に配置されている。本実施形態では、第１凝縮器２１および第２凝縮器２２は一体に形成されている。

第１凝縮器２１は、蒸発器１０から流出した気液二相状態の熱媒体から少なくとも一部の液相熱媒体を分離する。第１凝縮器２１は、気液二相状態の熱媒体から少なくとも一部の液相熱媒体が分離された後の熱媒体を、第２凝縮器２２の流入口側へ流出させる。

次に、第１凝縮器２１の構成について説明する。第１凝縮器２１は、いわゆるタンクアンドチューブ型の熱交換器である。第１凝縮器２１は、第１凝縮チューブ２１１と、第１凝縮タンク２１２、２１３とを備えている。

第１凝縮チューブ２１１は、熱媒体が流れる流路を形成する管状部材である。第１凝縮チューブ２１１は、扁平板状に形成された扁平チューブである。第１凝縮チューブ２１１は、その長手方向が重力方向と略垂直となるように配置されている。すなわち、第１凝縮チューブ２１１は、その長手方向が水平方向と略平行となるように配置されている。第１凝縮チューブ２１１は、重力方向において、複数本平行に配置されている。

複数の第１凝縮チューブ２１１は所定の間隔で互いに積層されている。複数の第１凝縮チューブ２１１同士の間には、空気が流れるようになっている。複数の第１凝縮チューブ２１１同士の間の空気通路には、第１放熱フィン２１５が設けられている。本実施形態では、第１放熱フィン２１５は、波状（すなわちコルゲート状）に形成されている。これにより、複数の第１凝縮チューブ２１１内を流れる熱媒体と、複数の第１凝縮チューブ２１１間を流れる空気とが熱交換される。

第１凝縮タンク２１２、２１３は、複数の第１凝縮チューブ２１１と連通している。第１凝縮タンク２１２、２１３は、複数の第１凝縮チューブ２１１に対して熱媒体の集合または分配を行う。第１凝縮タンク２１２、２１３は、第１凝縮チューブ２１１における長手方向の両端部に一つずつ設けられている。

第１凝縮タンク２１２、２１３は、第１凝縮チューブ２１１の長手方向と直交する方向に延びている。すなわち、第１凝縮タンク２１２、２１３は、重力方向に延びている。第１凝縮タンク２１２、２１３には、第１凝縮チューブ２１１が挿入された状態で接合されている。

ここで、二つの第１凝縮タンク２１２、２１３のうち、水平方向の一側に配置されるとともに、第１凝縮チューブ２１１に対して熱媒体の分配を行うものを、第１凝縮入口タンク２１２という。また、二つの第１凝縮タンク２１２、２１３のうち、水平方向の他側に配置されるとともに、第１凝縮チューブ２１１から流出する熱媒体の集合を行うものを、第１凝縮出口タンク２１３という。

第１凝縮入口タンク２１２は、蒸発器１０から流出した気液二相状態の熱媒体を第１凝縮入口タンク２１２内に流入させる蒸気流入口２１２１を有している。蒸気流入口２１２１は、第１凝縮入口タンク２１２における重力方向の略中央部に設けられている。蒸気流入口２１２１は、蒸発器１０の蒸気流出口１０３１よりも重力方向上方側に配置されている。

第１凝縮出口タンク２１３は、蒸気流出口２１３１および液流出口２１３２を有している。蒸気流出口２１３１は、第１凝縮出口タンク２１３内の気相熱媒体を、後述する第２凝縮器２２の蒸気流入口２２２１側へ流出させる。液流出口２１３２は、第１凝縮出口タンク２１３内の液相熱媒体を、蒸発器１０の液流入口１０２１側へ流出させる。

蒸気流出口２１３１は、第１凝縮出口タンク２１３における重力方向上方側に設けられている。液流出口２１３２は、第１凝縮出口タンク２１３における重力方向下方側に設けられている。

次に、第２凝縮器２２の構成について説明する。第２凝縮器２２は、いわゆるタンクアンドチューブ型の熱交換器である。第２凝縮器２２は、第２凝縮チューブ２２１と、第２凝縮タンク２２２、２２３とを備えている。

第２凝縮チューブ２２１は、熱媒体が流れる流路を形成する管状部材である。第２凝縮チューブ２２１は、扁平板状に形成された扁平チューブである。第２凝縮チューブ２２１は、その長手方向が重力方向と略平行となるように配置されている。第２凝縮チューブ２２１は、水平方向において、複数本平行に配置されている。

複数の第２凝縮チューブ２２１は所定の間隔で互いに積層されている。複数の第２凝縮チューブ２２１同士の間には、空気が流れるようになっている。複数の第２凝縮チューブ２２１同士の間の空気通路には、第２放熱フィン２２５が設けられている。本実施形態では、第２放熱フィン２２５は、波状に形成されている。複数の第２凝縮チューブ２２１内を流れる熱媒体と、複数の第２凝縮チューブ２２１間を流れる空気とが熱交換される。

第２凝縮タンク２２２、２２３は、複数の第２凝縮チューブ２２１と連通している。第２凝縮タンク２２２、２２３は、複数の第２凝縮チューブ２２１に対して熱媒体の集合または分配を行う。第２凝縮タンク２２２、２２３は、第２凝縮チューブ２２１における長手方向の両端部に一つずつ設けられている。すなわち、第２凝縮タンク２２２、２２３は、第２凝縮チューブ２２１における重力方向上端部および下端部に一つずつ設けられている。

第２凝縮タンク２２２、２２３は、第２凝縮チューブ２２１の長手方向と直交する方向に延びている。すなわち、第２凝縮タンク２２２、２２３は、水平方向に延びている。第２凝縮タンク２２２、２２３には、第２凝縮チューブ２２１が挿入された状態で接合されている。

ここで、二つの第２凝縮タンク２２２、２２３のうち、重力方向の上方側に配置されるとともに、第２凝縮チューブ２２１に対して熱媒体の分配を行うものを、第２凝縮入口タンク２２２という。また、二つの第２凝縮タンク２２２、２２３のうち、重力方向の下方側に配置されるとともに、第２凝縮チューブ２２１から流出する熱媒体の集合を行うものを、第２凝縮出口タンク２２３という。

第２凝縮入口タンク２２２は、第１凝縮器２１から流出した気相熱媒体を第２凝縮入口タンク２２２内に流入させる蒸気流入口２２２１を有している。蒸気流入口２２２１は、第２凝縮入口タンク２２２における長手方向の一端側に設けられている。

第２凝縮出口タンク２２３は、液流出口２２３１を有している。液流出口２２３１は、第２凝縮出口タンク２２３内の液相熱媒体を、蒸発器１０の液流入口１０２１側へ流出させる。液流出口２２３１は、第２凝縮出口タンク２２３における長手方向の一端側に設けられている。本実施形態では、液流出口２２３１は、第２凝縮出口タンク２２３の長手方向における蒸気流入口２２２１と同一側の端部に設けられている。

第２凝縮出口タンク２２３の下端面には、第１凝縮器２１における複数の第１凝縮チューブ２１１のうち、重力方向の最上方側に配置された第１凝縮チューブ２１１の上端面が接合されている。これにより、第１凝縮器２１および第２凝縮器２２が一体化されている。

次に、熱媒体通路３０の構成について説明する。熱媒体通路３０は、蒸気通路３０１、接続通路３０２、第１液通路３０３および第２液通路３０４を備えている。各通路３０１〜３０４は、例えば金属製の配管により形成されている。

蒸気通路３０１は、蒸発器１０から流出した熱媒体を第１凝縮器２１に導く通路である。具体的には、蒸気通路３０１は、蒸発器１０の蒸気流出口１０３１と第１凝縮器２１の蒸気流入口２１２１とを接続する通路である。

蒸気通路３０１の上流側端部（すなわち入口側端部）は、蒸発器１０の重力方向上方側に接続されている。蒸気通路３０１の下流側端部（すなわち出口側端部）は、第１凝縮器２１の重力方向における略中央部に接続されている。また、蒸気通路３０１の下流側端部は、第１コネクタ２１６を介して第１凝縮器２１に接続されている。

接続通路３０２は、第１凝縮器２１から流出した熱媒体を第２凝縮器２２に導く通路である。具体的には、接続通路３０２は、第１凝縮器２１の蒸気流出口２１３１と第２凝縮器２２の蒸気流入口２２２１とを接続する通路である。

接続通路３０２の上流側端部は、第１凝縮器２１の重力方向上方側に接続されている。接続通路３０２の下流側端部は、第２凝縮器２２の重力方向上方側に接続されている。

接続通路３０２の上流側端部は、第２コネクタ２１７を介して第１凝縮器２１に接続されている。接続通路３０２の下流側端部は、第３コネクタ２２６を介して第２凝縮器２２に接続されている。

第１液通路３０３は、第１凝縮器２１から流出した熱媒体を蒸発器１０に導く通路である。具体的には、第１液通路３０３は、第１凝縮器２１の液流出口２１３２と蒸発器１０の液流入口１０２１とを接続する通路である。

第１液通路３０３の上流側端部は、第１凝縮器２１の重力方向下方側に接続されている。第１液通路３０３の下流側端部は、蒸発器１０の重力方向下方側に接続されている。また、第１液通路３０３の上流側端部は、第４コネクタ２１８を介して第１凝縮器２１に接続されている。

第２液通路３０４は、第２凝縮器２２から流出した熱媒体を蒸発器１０に導く液通路である。具体的には、第２液通路３０４は、第２凝縮器２２の液流出口２２３１と後述する合流部３０５とを接続する通路である。

より詳細には、第２液通路３０４の下流側端部は、合流部３０５を介して蒸発器１０に接続されている。合流部３０５は、第１液通路３０３と第２液通路３０４とが合流する部分である。したがって、第２凝縮器２２から流出した熱媒体は、第２液通路３０４および第１液通路３０３を介して蒸発器１０に導かれる。すなわち、第２凝縮器２２から流出した熱媒体は、第２液通路３０４、合流部３０５、第１液通路３０３の順に流れて、蒸発器１０に流入する。

第２液通路３０４の上流側端部は、第２凝縮器２２の重力方向下方側に接続されている。第１液通路３０３の下流側端部、すなわち合流部３０５は、凝縮器２０よりも重力方向下方側に位置している。また、第２液通路３０４の上流側端部は、第５コネクタ２２７を介して第２凝縮器２２に接続されている。

図２に示すように、第１凝縮器２１は、蒸気通路３０１から流出した熱媒体が流入する入口側流路２１９を有している。本実施形態では、入口側流路２１９は、第１凝縮タンク２１２により形成されている。

入口側流路２１９の流路断面積Ｄ_２は、蒸気通路３０１の通路断面積Ｄ_１より大きい。ここで、入口側流路２１９の流路断面積Ｄ_２とは、入口側流路２１９における蒸気流入口２１２１から流入した熱媒体の流れ方向に垂直な断面の断面積をいう。本実施形態では、入口側流路２１９の流路断面積Ｄ_２は、第１凝縮入口タンク２１２の内部空間における水平方向に垂直な断面の断面積である。

続いて、本実施形態における沸騰冷却装置の作動を説明する。

蒸発器１０において、高温の発熱体４０と蒸発チューブ１０１内の液相熱媒体との間で、熱交換が行われる。これにより、発熱体４０の熱量が液相熱媒体に移動して、液相熱媒体が沸騰して気相熱媒体となり、発熱体４０が冷却される。

そして、蒸発チューブ１０１内で蒸発した気相熱媒体は、蒸発出口タンク１０３に流入する。蒸発出口タンク１０３内の気相熱媒体は、蒸気通路３０１を介して、第１凝縮器２１に流入する。

ここで、発熱体４０の発熱量が増大すると、気液二相状態の熱媒体が、蒸発チューブ１０１から蒸発出口タンク１０３に流出する。このため、気液二相状態の熱媒体が、蒸発出口タンク１０３から蒸気通路３０１を介して第１凝縮器２１に流入する。

このとき、第１凝縮器２１における入口側流路２１９の流路断面積Ｄ_２が蒸気通路３０１の通路断面積Ｄ_１より大きいので、蒸気通路３０１から第１凝縮器２１に流入した熱媒体の流速が低下する。これにより、第１凝縮器２１の入口側流路２１９（すなわち第１凝縮入口タンク２１２）において、気液二相状態の熱媒体から液相熱媒体が分離・除去される。つまり、第１凝縮入口タンク２１２において、気液二相状態の熱媒体から液相熱媒体と気相熱媒体とに分離される。

第１凝縮入口タンク２１２において気液分離された気相熱媒体は、複数の第１凝縮チューブ２１１のうち重力方向上方側の第１凝縮チューブ２１１を流れて、第１凝縮出口タンク２１３の重力方向上方側に流入する。そして、第１凝縮器２１で気液分離された気相熱媒体は、第１凝縮出口タンク２１３から接続通路３０２を介して、第２凝縮器２２の第２凝縮入口タンク２２２に流入する。

一方、第１凝縮入口タンク２１２において分離された液相熱媒体は、複数の第１凝縮チューブ２１１のうち重力方向下方側の第１凝縮チューブ２１１を流れて、第１凝縮出口タンク２１３の重力方向下方側に流入する。そして、第１凝縮器２１で気液分離された液相熱媒体は、第１凝縮出口タンク２１３から第１液通路３０３を介して、蒸発器１０の蒸発入口タンク１０２に流入する。

このとき、第１凝縮器２１では、第１放熱フィン２１５を介して、複数の第１凝縮チューブ２１１同士の間の空気通路を流れる空気と、第１凝縮チューブ２１１内の熱媒体との間で熱交換が行われる。これにより、熱媒体の有する熱が空気に放出される。

第２凝縮器２２の第２凝縮入口タンク２２２に流入した気相熱媒体は、第２凝縮チューブ２２１に流入する。このとき、第２凝縮器２２では、第２放熱フィン２２５を介して、複数の第２凝縮チューブ２２１同士の間の空気通路を流れる空気と、第２凝縮チューブ２２１内の気相熱媒体との間で熱交換が行われる。これにより、気相熱媒体が凝縮して液相熱媒体となり、熱媒体の有する熱が空気に放出される。

第２凝縮チューブ２２１で凝縮した液相熱媒体は、第２凝縮出口タンク２２３に流入する。そして、第２凝縮チューブ２２１で凝縮した液相熱媒体は、第２凝縮出口タンク２２３から第２液通路３０４および第１液通路３０３を介して、蒸発器１０の蒸発入口タンク１０２に流入する。

以上説明したように、本実施形態では、凝縮器２０として、第１凝縮器２１と、第１凝縮器２１の重力方向上方側に配置される第２凝縮器２２と、を設けている。第１凝縮器２１において、気液二相状態の熱媒体から液相熱媒体を分離させる。さらに、第１凝縮器２１において、液相熱媒体が分離された後の気相熱媒体を第２凝縮器２２の蒸気流入口２２２１側へ流出させる。

これによれば、第１凝縮器２１および第２凝縮器２２のうち、重力方向上方側に位置する第２凝縮器２２には、気相熱媒体が流入する。つまり、気液二相状態の熱媒体を第２凝縮器２２まで上昇させる（すなわち、持ち上げる）必要がない。したがって、気液二相状態の熱媒体の重力方向上方側への上昇高さを低くすることができるので、熱媒体の圧力損失を低減できる。

ここで、蒸発器１０の蒸気流出口１０３１から流出した気液二相状態の熱媒体を第１凝縮器２１の蒸気流入口２１２１まで上昇させる上昇高さを、二相持ち上げ高さＨ_１という。第１凝縮器２１の蒸気流出口２１３１から流出した気相冷媒を第２凝縮器２２の蒸気流入口２２２１まで上昇させる上昇高さを、気相持ち上げ高さＨ_２という。本実施形態では、二相持ち上げ高さＨ_１は、気相持ち上げ高さＨ_２よりも十分小さい。このため、熱媒体の圧力損失を十分低減できる。

したがって、蒸発器１０に対する凝縮器２０の高さを高くする必要がない。このため、沸騰冷却装置の小型化を図ることができる。

ところで、上述した特許文献１の沸騰冷却装置では、蒸発器から気液二相状態の熱媒体が流出した場合、凝縮器内に液相熱媒体が流入する。これにより、凝縮器における熱媒体の放熱性が悪化する可能性がある。このため、凝縮器における熱媒体の放熱性を確保するためには、凝縮器の体格を大きくする必要がある。その結果、沸騰冷却装置が大型化してしまう。

これに対し、本実施形態では、第１凝縮器２１において、液相熱媒体が分離された後の気相熱媒体を第２凝縮器２２の蒸気流入口２２２１側へ流出させるので、第２凝縮器２２への液相熱媒体の流入を抑制できる。したがって、第２凝縮器２２における熱媒体の放熱性を確保するために第２凝縮器２２の体格を大きくする必要がない。このため、沸騰冷却装置の小型化を図ることができる。

また、本実施形態では、第１凝縮器２１における入口側流路２１９の流路断面積Ｄ_２を、蒸気通路３０１の通路断面積Ｄ_１より大きくしている。これによれば、蒸気通路３０１から第１凝縮器２１に流入する熱媒体の流速を低下させることができる。このため、第１凝縮器２１の入口側流路２１９において、気液二相状態の熱媒体から液相熱媒体を分離することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図３および図４に基づいて説明する。本第２実施形態は、上記第１実施形態と比較して、蒸気通路３０１の構成が異なるものである。

図３に示すように、本実施形態の蒸発器１０における蒸発出口タンク１０３は、蒸発出口タンク１０３内の熱媒体を凝縮器２０の流入口側へ流出させる複数の蒸気流出口１０３１、１０３２を有している。換言すると、蒸発出口タンク１０３は、蒸発チューブ１０１にて蒸発した気相熱媒体を含む気液二相状態の熱媒体を凝縮器２０の流入口側へ流出させる複数の蒸気流出口１０３１、１０３２を有している。具体的には、蒸発出口タンク１０３は、２つの蒸気流出口１０３１、１０３２を有している。

２つの蒸気流出口１０３１、１０３２は、蒸発出口タンク１０３における長手方向の一端側および他端側に設けられている。以下、２つの蒸気流出口１０３１のうち、蒸発出口タンク１０３における長手方向の一端側に設けられたものを第１蒸気流出口１０３１といい、蒸発出口タンク１０３における長手方向の他端側に設けられたものを第２蒸気流出口１０３２という。第１蒸気流出口１０３１は、蒸発出口タンク１０３の長手方向における液流入口１０２１と同一側の端部に設けられている。

本実施形態の第１凝縮器２１における第１凝縮入口タンク２１２は、蒸発器１０から流出した気液二相状態の熱媒体を第１凝縮入口タンク２１２内に流入させる複数の蒸気流入口２１２１、２１２２を有している。具体的には、第１凝縮入口タンク２１２は、２つの蒸気流入口２１２１、２１２２を有している。

２つの蒸気流入口２１２１、２１２２は、第１凝縮入口タンク２１２における重力方向の中央部周辺に、上下方向に並んで設けられている。以下、２つの蒸気流入口２１２１、２１２２のうち、重力方向下方側に設けられたものを第１蒸気流入口２１２１といい、重力方向上方側に設けられたものを第２蒸気流入口２１２２という。

第１蒸気流入口２１２１は、蒸発器１０の第１蒸気流出口１０３１よりも重力方向上方側に配置されている。第２蒸気流入口２１２２は、蒸発器１０の第２蒸気流出口１０３２よりも重力方向上方側に配置されている。

本実施形態の熱媒体通路３０は、複数の蒸気通路３０１Ａ、３０１Ｂを有している。具体的には、熱媒体通路３０は、第１蒸気通路３０１Ａおよび第２蒸気通路３０１Ｂを有している。

第１蒸気通路３０１Ａは、蒸発器１０の第１蒸気流出口１０３１と第１凝縮器２１の第１蒸気流入口２１２１とを接続する通路である。第２蒸気通路３０１Ｂは、蒸発器１０の第２蒸気流出口１０３２と第１凝縮器２１の第２蒸気流入口２１２２とを接続する通路である。

第１蒸気通路３０１Ａの下流側端部は、第６コネクタ２１６Ａを介して第１凝縮器２１に接続されている。第２蒸気通路３０１Ｂの下流側端部は、第７コネクタ２１６Ｂを介して第１凝縮器２１に接続されている。

図４に示すように、本実施形態の入口側流路２１９は、第１凝縮器２１において、第１蒸気通路３０１Ａおよび第２蒸気通路３０１Ｂから流出した熱媒体が流入するように構成されている。すなわち、第１凝縮器２１は、複数の蒸気通路３０１Ａ、３０１Ｂから流出した熱媒体が流入する入口側流路２１９を有している。

入口側流路２１９の流路断面積Ｄ_２は、複数の蒸気通路３０１Ａ、３０１Ｂにおける通路断面積Ｄ_１Ａ、Ｄ_１Ｂの合計値より大きい。具体的には、入口側流路２１９の流路断面積Ｄ_２は、第１蒸気通路３０１Ａの通路断面積Ｄ_１Ａと、第２蒸気通路３０１Ｂの通路断面積Ｄ_１Ｂとの合計値より大きい。すなわち、入口側流路２１９の流路断面積Ｄ_２、第１蒸気通路３０１Ａの通路断面積Ｄ_１Ａ、および第２蒸気通路３０１Ｂの通路断面積Ｄ_１Ｂが、Ｄ_２＜Ｄ_１Ａ＋Ｄ_１Ｂの関係を満している。

以上説明したように、本実施形態では、熱媒体通路３０は、複数の蒸気通路３０１Ａ、３０１Ｂを有している。これによれば、蒸発器１０から第１凝縮器２１に導かれる熱媒体の流量を増大させることができるので、沸騰冷却装置の冷却能力を向上させることができる。

また、本実施形態では、第１凝縮器２１における入口側流路２１９の流路断面積Ｄ_２を第１蒸気通路３０１Ａにおける通路断面積Ｄ_１Ａと、第２蒸気通路３０１Ｂにおける通路断面積Ｄ_１Ｂと合計値より大きくしている。これによれば、第１蒸気通路３０１Ａおよび第２蒸気通路３０１Ｂから第１凝縮器２１に流入する熱媒体の流速を低下させることができる。このため、第１凝縮器２１の入口側流路２１９において、気液二相状態の熱媒体から液相熱媒体を分離することができる。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、例えば以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。

（１）上述の実施形態では、第１凝縮器２１において、気液二相状態の熱媒体から液相熱媒体を分離・除去させるとともに、気相熱媒体を第２凝縮器２２の蒸気流入口２２２１側へ流出させた例について説明したが、これに限定されない。

例えば、第１凝縮器２１において、気液二相状態の熱媒体から一部の液相熱媒体を分離・除去させてもよい。さらに、第１凝縮器２１において、当該一部の液相冷媒が分離された後の熱媒体を第２凝縮器２２の蒸気流入口２２２１側へ流出させてもよい。

（２）上述の実施形態では、第１凝縮器２１および第２凝縮器２２を一体に形成した例について説明したが、第１凝縮器２１および第２凝縮器２２の構成はこれに限定されない。例えば、第１凝縮器２１および第２凝縮器２２を別体として形成してもよい。

（３）上述の第２実施形態では、複数の蒸気通路３０１として、２つの蒸気通路３０１Ａ、３０１Ｂを設けた例について説明したが、これに限定されない。例えば、複数の蒸気通路３０１として、３つ以上の蒸気通路３０１を設けてもよい。

１０蒸発器
２０凝縮器
２１第１凝縮器
２２第２凝縮器
３０熱媒体通路
４０発熱体（冷却対象物）
２２２１蒸気流入口

Claims

冷却対象物（４０）と熱媒体との熱交換により前記熱媒体を沸騰気化させることで前記冷却対象物を冷却する蒸発器（１０）と、
前記熱媒体と外部流体との熱交換により前記熱媒体を凝縮させることで前記熱媒体の熱を前記外部流体に放熱する凝縮器（２０）と、
前記蒸発器と前記凝縮器とをループ状に連結して前記蒸発器と前記凝縮器との間で前記熱媒体を循環させる熱媒体通路（３０）と、を備える沸騰冷却装置であって、
前記凝縮器は、第１凝縮器（２１）と、前記第１凝縮器の重力方向上方側に配置される第２凝縮器（２２）と、を有しており、
前記第１凝縮器は、気液二相状態の前記熱媒体から少なくとも一部の液相熱媒体を分離するとともに、前記少なくとも一部の液相熱媒体が分離された後の前記熱媒体を前記第２凝縮器の流入口（２２２１）側へ流出させる沸騰冷却装置。
前記第１凝縮器には、前記蒸発器から流出した気液二相状態の前記熱媒体が流入する請求項１に記載の沸騰冷却装置。
前記第１凝縮器における重力方向上方側には、前記第１凝縮器にて前記気液二相状態の熱媒体から少なくとも一部の液相熱媒体が分離された後の熱媒体を、前記第２凝縮器の前記流入口側へ流出させる流出口（２１３１）が設けられている請求項１または２に記載の沸騰冷却装置。
前記熱媒体通路は、前記蒸発器から流出した前記熱媒体を前記第１凝縮器に導く蒸気通路（３０１）を含んでおり、
前記第１凝縮器は、前記蒸気通路から流出した前記熱媒体が流入する入口側流路（２１９）を有しており、
前記入口側流路の流路断面積（Ｄ_２）は、前記蒸気通路の通路断面積（Ｄ_１）より大きい請求項１ないし３のいずれか１つに記載の沸騰冷却装置。
前記熱媒体通路は、
前記第１凝縮器から流出した前記熱媒体を前記第２凝縮器に導く接続通路（３０２）と、
前記第２凝縮器から流出した前記熱媒体を前記蒸発器に導く液通路（３０４）と、を含んでおり、
前記接続通路の下流側端部は、前記第２凝縮器の重力方向上方側に接続されており、
前記液通路の上流側端部は、前記第２凝縮器の重力方向下方側に接続されている請求項１ないし４のいずれか１つに記載の沸騰冷却装置。
前記熱媒体通路は、前記蒸発器から流出した前記熱媒体を前記第１凝縮器に導く複数の蒸気通路（３０１Ａ、３０１Ｂ）を含んでいる請求項１ないし５のいずれか１つに記載の沸騰冷却装置。
前記第１凝縮器は、前記複数の蒸気通路から流出した前記熱媒体が流入する入口側流路（２１９）を有しており、
前記入口側流路の流路断面積（Ｄ_２）は、前記複数の蒸気通路における通路断面積（Ｄ_１Ａ、Ｄ_１Ｂ）の合計値より大きい請求項６に記載の沸騰冷却装置。