JP4552877B2

JP4552877B2 - 冷却器

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Publication number: JP4552877B2
Application number: JP2006086289A
Authority: JP
Inventors: 裕孝大野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2026-03-27
Also published as: JP2007266117A

Description

本発明は、発熱体に取り付けた状態で冷媒を流すことによって、発熱体を冷却する冷却器に関する。

種々の局面で冷却器が必要とされる。例えば、パワーモジュールで制御する電力は大電力化しており、パワーモジュールに用いる半導体装置の発熱量が増大している。そこで、その半導体装置を効率的に冷却する冷却器が必要とされている。
特許文献１に、半導体装置等の発熱体に取り付けた状態で冷媒を流すことによって、発熱体を冷却する冷却器が開示されている。この冷却器は、内部に主流路を備えており、その主流路を水等の冷媒が流れる。冷媒の流動方向に沿った主流路の長さが発熱体の長さよりも長く、流動方向に直交する幅が発熱体の幅よりも広い。発熱体は、外壁を介して主流路に接しており、発熱体は主流路を流れる冷媒によって冷却される。

主流路を流れる冷媒は、発熱体を冷却することによって加熱される。従って、主流路の下流に至るほど、発熱体の冷却効率が低下してしまう。そこで、主流路とは別に副流路を設けた冷却器が開発されており、特許文献１に開示されている。この冷却器では、主流路を流れる冷媒が加熱されて冷却効率が低下する位置で、副流路から主流路に冷媒を供給する。すると、主流路を流れる冷媒の温度が低下し、冷却能力が回復する。

特開２００５−７９３３７号公報

上記の冷却器が意図したように機能するためには、副流路から連通路を経て主流路に流入する冷媒と主流路を流動してきた冷媒がよく混合する必要がある。主流路に流入する冷媒と主流路を流動してきた冷媒がよく混合しなければ、主流路内に冷えた冷媒が流れる領域と加熱された冷媒が流れる領域が形成されてしまう。発熱体を冷却する能力を高めるためには、主流路を流動する冷媒の温度を低温な均一温度に保つ必要がある。

従来の冷却器は、発熱体と主流路を分離する外壁、主流路、主流路と副流路を分離する隔壁、副流路、副流路を閉じる外壁の積層構造を備えている。副流路から流入する冷媒の温度は主流路を流動してきた冷媒の温度よりも低い。攪拌状態が悪いと、主流路の発熱体側を温度の高い冷媒が流れ、主流路の副流路側を冷たい冷媒が流れる。これでは、副流路から低温の冷媒を供給して冷却能力を回復する効果が十分に得られない。

本発明は、副流路から流入する冷媒と主流路を流動してきた冷媒がよく混合し、主流路を流れる冷媒が低温で均一な状態に保たれ、冷却能力にすぐれた冷却器を提供することを目的とする。

本発明は、発熱体に取り付けた状態で液体冷媒を流して用いる冷却器に関する。冷却器の内部には、主流路と副流路と連通路が形成されている。主流路は、一端が主流路用冷媒供給管に接続されており、他端が主流路用冷媒排出管に接続されており、発熱体を取り付ける面を有する壁部材の発熱体を取り付ける面の反対側の面に沿って伸びており、主流路用冷媒供給管から供給される液体冷媒が内部を流れて主流路用冷媒排出管に排出されるように構成されている。主流路を流動する液体冷媒が発熱体を冷却する。副流路は、一端が副流路用冷媒供給管に接続されており、他端が副流路用冷媒排出管に接続されており、主流路から隔てられた状態で主流路に沿って伸びており、副流路用冷媒供給管から供給される液体冷媒が内部を流れて副流路用冷媒排出管に排出されるように構成されている。連通路は、主流路の液体冷媒の流動方向の一部において主流路と副流路を連通しており、副流路内を流れる液体冷媒の一部が流入し、副流路から流入した液体冷媒が主流路に排出されるように構成されている。本発明の冷却器では、主流路に液体冷媒の流動を整える整流板が形成されている。その整流板は、液体冷媒が副流路から連通路を経て主流路に流入する領域で、不連続となっている。

上記の構成を有すると、液体冷媒が連通路から主流路に導入される領域では、整流板が形成されていない。整流板が途切れた領域では、液体冷媒の流れが乱れる。上記構成の冷却器によると、主流路を流動する液体冷媒の流れが乱れた領域で、冷たい液体冷媒が主流路に導入される。液体冷媒の流れが乱れた部分に導入された液体冷媒は、主流路を流動してきた液体冷媒とよく混ざり合う。
本発明の技術によれば、副流路から流入する冷たい液体冷媒と、主流路を流動して昇温された液体冷媒がよく混ざり合う。冷えた液体冷媒と昇温した液体冷媒がよく混ざりあい、液体冷媒の温度が一様に低下したところで再び整流板によって液体冷媒の流れが整えられる。
主流路を流動する液体冷媒の流れが整流されていると、気泡の発生が抑制される。気泡の発生によって、冷却効率が低下することが避けられる。
本発明の冷却器によれば、発熱体を効率よく冷却することができる。

本発明の他の冷却器では、液体冷媒が副流路から連通路を経て主流路に流入する領域において、主流路の液体冷媒の流動方向と交差する方向に伸びる溝が主流路に形成されている。

上記の構成によれば、溝が形成されていない領域では、液体冷媒は主流路の底壁と略平行に流れる。溝が形成されている領域では、液体冷媒は溝底に向かって流れる。液体冷媒の流動方向が変わることで、液体冷媒の流れが一時的に乱れる。
本冷却器では、主流路を流動する液体冷媒の流れが乱れる領域、即ち、主流路に溝が形成されている領域において、副流路からの冷たい液体冷媒が流入する。主流路を流動する液体冷媒の流れが乱れた部分に副流路からの冷たい液体冷媒が流入するために、主流路を流動して昇温された液体冷媒と主流路に流入した低温の液体冷媒がよく混ざり合う。
本発明の技術によれば、温度が一様に低下した液体冷媒を主流路に流すことができ、発熱体を効率よく冷却することができる。

本発明の他の冷却器では、液体冷媒が副流路から連通路を経て主流路に流入する領域において、主流路の液体冷媒の流動方向と交差する方向に伸びる仕切り壁が主流路に形成されている。その仕切り壁の上部には、液体冷媒が流通可能な隙間が確保されている。

上記の構成によれば、仕切り壁が形成されていない領域では、液体冷媒は主流路の底壁と略平行に流れる。仕切り壁が形成されている領域では、液体冷媒は、仕切り壁の上部の隙間に向かって流れる。液体冷媒の流動方向が変わることで、液体冷媒の流れが一時的に乱れる。
本冷却器では、主流路を流動する液体冷媒の流れが乱れる領域、即ち、主流路に仕切り壁が形成されている領域において、副流路からの冷たい液体冷媒が流入する。主流路を流動する液体冷媒の流れが乱れた部分に液体冷媒が流入するために、主流路を流動して昇温された液体冷媒と主流路に流入した低温の液体冷媒がよく混ざり合う。
本発明の技術によれば、温度が一様に低下した液体冷媒を主流路に流すことができ、発熱体を効率よく冷却することができる。

本発明の他の冷却器では、主流路の長さ方向の複数個所において、連通路が主流路と副流路を連通している。
本冷却器では、上流側の連通路から下流側の連通路に至る範囲では、主流路の深さが連続的に変化し、連通路が形成されている領域で、主流路の深さが不連続的に変化する。
「深さが連続的に変化する」とは、主流路の底面が液体冷媒の流動方向に沿って傾斜していることをいう。主流路の底面は、上流から下流に向けて徐々に深くなるように傾斜してもよいし、徐々に浅くなるように傾斜していてもよい。その傾斜は、直線状であってもよいし、緩やかな曲線状であってもよい。また、「深さが不連続的に変化する」とは、主流路の底面が急激に変化していることをいう。例えば、段差状に急激に浅くなっていてもよいし、急激に深くなっていてもよい。

主流路の深さが連続的に変化している領域では、液体冷媒の流れは乱れにくい。主流路の深さが不連続的に変化している領域では、液体冷媒の流れが乱れる。
本冷却器では、主流路を流動する液体冷媒の流れが乱れる領域、即ち、主流路の深さが不連続的に変化している領域において、副流路からの冷たい液体冷媒が流入する。主流路を流動する液体冷媒の流れが乱れた部分に液体冷媒が流入するために、主流路を流動して昇温された液体冷媒と主流路に流入した低温の液体冷媒がよく混ざり合う。
本発明の技術によれば、温度が一様に低下した液体冷媒を主流路に流すことができ、発熱体を効率よく冷却することができる。

本発明の冷却器において、副流路は、隔壁によって主流路から隔てられた状態で主流路の水平面上の側方に沿って伸びており、連通路は、主流路の液体冷媒の流動方向の一部において隔壁を主流路の液体冷媒の流動方向と交差する方向に貫通し、主流路と副流路を連通していると好ましい。
副流路が主流路の水平面上に沿って形成されている場合、発熱体は、主流路の上面にのみ配置される。上記の構成によれば、発熱体は主流路のみと重なり合い、副流路と重なり合わない。副流路の液体冷媒に発熱体の熱が伝播しにくい。主流路には、上流下流を問わず、副流路から冷えた液体冷媒が供給される。

本発明は、内部を流通する液体冷媒の温度が沸点近くに設定されている冷却器に適用するとよい。
冷却器が発熱体を冷却するとき、冷却器内の液体冷媒が沸騰していると、冷却能力が高くなる。その一方で、液体冷媒が沸騰すると、冷却器内に気泡が発生する。冷却器内にその気泡が蓄積すると、断熱層が形成される。この断熱層は、冷却器の冷却能力が低下するバーンアウト現象の要因となる。液体冷媒の沸騰による気泡は、液体冷媒の温度を下げることで消滅する。従って、バーンアウト現象は、液体冷媒の温度を下げることで抑制される。
本発明の冷却器は、発熱体が設置される面を有する主流路と、発熱体が設置されない副流路を有している。主流路を流れる液体冷媒の温度は、発熱体からの熱吸収により昇温する。液体冷媒の温度を沸点近くに設定した場合、発熱体からの熱を吸収することで液体冷媒が沸騰する。主流路内には、液体冷媒の沸騰による気泡が発生する。本発明の構成によれば、副流路から温度の低い液体冷媒が主流路に流れ込む。主流路に発生した気泡には、副流路の低温の液体冷媒が衝突する。また、副流路の低温の液体冷媒は、主流路に流れていた液体冷媒と良く混合する。副流路から流入する液体冷媒の効果で、主流路に発生した気泡は、瞬時に冷やされて凝結し、液化する。本発明の冷却器に沸点近くの液体冷媒を内部に流通すると、バーンアウト現象の発生が抑制された、優れた冷却性能を有する冷却器を得ることができる。

以下に示す実施例の特徴を最初に列記する。
（特徴１）冷却器は、パワーモジュールを冷却する。
（特徴２）冷却器は、冷却器の制御温度上限に近い沸点を持つ冷媒を用いている。冷却器は、冷媒の沸騰熱を利用した沸騰冷却を行っている。
（特徴３）冷却器は、主流路の幅方向に並んで配置された複数の整流板を備える。
（特徴４）整流板は伝熱板を兼用しており、パワーモジュールの熱を冷媒に伝熱する。
（特徴５）冷却器は、上流側の仕切り壁の上部から下流側の仕切り壁の下部に向けて主流路の深さが徐々に深くなっている。
上記の構成によれば、上流側の仕切り壁の上部から下流側の仕切り壁の下部に向けて徐々に深くなる傾斜部が形成される。冷媒は、傾斜部を通過するときに流れが加速する。上記の構成の冷却器では、冷媒は、上流側の仕切り壁の上部から下向きに傾斜している傾斜部で加速したところで、下流側の仕切り壁でせき止められる。下流側の仕切り壁の下部では、冷媒の流れが急激に乱れる。冷媒の流れが急激に乱れたところで副流路から冷えた冷媒が流れ込む。副流路からの冷たい冷媒と主流路内の暖かい冷媒が、効率よく混ざり合う。
（特徴６）特徴５を有する冷却器において、傾斜部と仕切り壁の間には、傾斜部の裾野から連続した平坦部が形成されている。
（特徴７）冷却器は、上流側の連通路から下流側の連通路に至る範囲で徐々に主流路の深さが浅くなっており、連通路が形成されている領域で、その深さが急激に深くなる絶壁を有している。
上記の構成によれば、主流路は、流通方向に沿って上昇する傾斜部を有している。冷媒は、傾斜部を通過するときに、冷媒の流れが整えられる。そして冷媒は、流動方向に沿って上昇する傾斜部で流れが整ったところで、絶壁の上部から一気に落ちる。絶壁の下部領域では、冷媒の流れが急激に乱れる。冷媒の流れが急激に乱れたところで副流路から低温の冷媒が流れ込む。副流路からの冷たい冷媒と主流路内の暖かい冷媒が、効率よく混ざり合う。
（特徴８）特徴７を有する冷却器において、絶壁と傾斜部の間には絶壁の下部から傾斜部の裾野に連続する平坦部が形成されている。

＜参考例＞
参考例の冷却器１０について、図１を参照して説明する。冷却器１０は、上部にパワーモジュール１００を設置して冷却する冷却器である。冷却器１０の形状は、上面と下面が広い扁平形状である。冷却器１０にパワーモジュール１００を設置した状態では、パワーモジュール１００の下面と冷却器１０の上面が密着する。冷却器１０は、内部に冷媒を流通し、パワーモジュール１００を冷却する。冷却器１０の主流路３０を流れる冷媒の温度は、沸点近くに設定されている。冷媒がパワーモジュール１００の熱を吸収するときに、冷媒は沸騰する。水やその他の液体は、沸騰するための熱（沸騰熱）を他の媒体から吸収する。パワーモジュール１００の制御したい温度の上限に近い沸点の冷媒を用いると、冷却器１０は、パワーモジュール１００の熱をよく吸収する。

図１は冷却器１０の部分平面図である。図１に示すように、冷却器１０の内部には、主流路３０と一対の副流路２０と複数個の連通路４０を備える。図１では、パワーモジュール１００の設置部位を仮想線で示している。図１に示すように、パワーモジュール１００は、下面の全域が主流路３０の上部に位置するように設置される。なお、図１において、紙面の手前側が冷却器１０の上部であり、紙面の奥側が冷却器１０の下部である。

図１に示すように、冷却器１０の内部には、一対の副流路２０、２０が主流路３０を挟んで並列した状態で設けられている。冷却器１０は、主流路３０を中心とした対称の構造である。副流路２０と主流路３０の間には連通路４０が設けられている。連通路４０は、長さ方向に間隔をおいた複数の位置において、主流路３０と副流路２０の間の隔壁４８を貫通している。
冷却器１０は、主流路３０の底部に複数の整流板群５０、５２、５４を備えている。整流板群５０、５２、５４を構成する個々の整流板５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５０ｅ、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、５２ｅ、５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ、５４ｅは、主流路３０の流路に沿って略平行に形成されている。整流板群５０、５２、５４は、主流路３０の底壁面と一体化している。整流板群５０、５２、５４が形成されることで、パワーモジュール１００の熱を冷媒に放熱する面積が増える。冷却器３０は、整流板群５０、５２、５４を有することで放熱能力が向上している。

整流板５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５０ｅは、流路に沿って略平行に形成されており、幅方向に整列して整流板群５０を形成している。整流板群５０は、主流路３０の主流路用冷媒供給管６０の主流路用冷媒排出管（図示しない）側に形成されている。整流板群５０と主流路用冷媒供給管６０の間には、供給された冷媒が幅方向に広がるだけのスペースが確保されている。
整流板５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、５２ｅは、主流路３０に沿って略平行に形成されており、幅方向に整列して整流板群５２を形成している。
整流板群５０と整流板群５２は離れている。即ち、整流板群５０と整流板群５２は不連続であり、両者間に間隙が形成されている。一対の連通路４０は、整流板群５０と整流板群５２の間隔に形成されている。即ち、一対の連通路４０は、整流板群５０と整流板群５２の不連続部分に形成されている。
整流板５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ、５４ｅは、主流路３０に沿って略平行に形成されており、幅方向に整列して整流板群５４を形成している。
整流板群５２と整流板群５４は離れている。即ち、整流板群５２と整流板群５４は不連続であり、両者間に間隙が形成されている。一対の連通路４０は、整流板群５２と整流板群５４の間隔に形成されている。即ち、一対の連通路４０は、整流板群５２と整流板群５４の不連続部分に形成されている。
以下同様の構造が、主流路３０の流動方向に沿って繰り返して形成されている。

図１に示す矢印は、冷媒が流れる方向である。主流路３０を流れる冷媒は、主流路３０の一方の端部に設けられた主流路用冷媒供給管６０から供給され、他方の端部に設けられた主流路用冷媒排出管（図示しない）から排出される。副流路２０を流れる冷媒は、主流路３０の主流路用冷媒排出管側の端部にある副流路用冷媒供給管（図示しない）から供給され、主流路用冷媒供給管６０側にある副流路用冷媒排出管７６から排出される。図１の矢印が示すように、副流路２０を流れる冷媒の流動方向は、主流路３０を流れる冷媒の流動方向と反対である。連通路４０では、副流路２０を流れる冷媒が主流路３０に向けて流れる。主流路３０の下流側には副流路２０の上流側の冷媒が流入し、主流路３０の上流側には副流路２０の下流側の冷媒が流入する。副流路２０から連通路４０を経て主流路３０に低温な冷媒が流入するので、主流路３０を流れる冷媒の温度上昇が抑制される。主流路３０を流れる冷媒は、パワーモジュール１００を冷却することによって昇温される。主流路３０に副流路２０から低温の冷媒が流入供給することで、主流路３０の下流側を流れる冷媒の温度が過度に上昇することが防止される。

本冷却器１０には、整流板群５０、５２、５４が設けられている。この整流板群５０、５２、５４は、前記したように、連通路４０から冷媒が流れ込む領域をちょうど避けるように設けられている。整流板群５０、５２が途切れることで、整流板群５０、５２、５４で整えられていた冷媒の流れが乱れる。冷却器１０の主流路３０には、パワーモジュール１００の制御したい温度の上限に近い沸点の冷媒が流れている。沸点に近い温度の冷媒は、沸騰してしまうと沸騰蒸気の気泡が発生する。沸点に近い温度の冷媒は、冷却能力に優れる。しかし、沸騰蒸気の気泡が大きく成長すると、気泡の断熱効果で冷却能力が逆に低下するバーンアウト現象が生じる。冷媒の流れが乱れると、気泡がつぶれる。整流板群５０、５２、５４が不連続的に形成されていることによって、主流路３０内で気泡が大きく成長する現象が抑制される。
さらに、主流路３０を流れる冷媒の流れが乱れる領域で、副流路２０から低温の冷媒が流れ込む。低温の冷媒と沸騰蒸気の気泡が接触することで、気泡は凝縮される。また、図１中の矢印が示すように、主流路３０に流入した低温の冷媒は、主流路３０を流れる冷媒の流れの乱れによってよく攪拌される。結果、主流路３０を流れる冷媒は、均一に冷やされる。
参考例の冷却器１０は、主流路３０に上記の構成の整流板群５０、５２、５４が設けられているため、すぐれた冷却能力を有している。

＜第１実施例＞
図２〜図４を用いて、本実施例の冷却器１１０について説明する。図２〜４中の矢印は、冷媒の流動方向を示している。なお、上記参考例と重複する説明は省略する。
図２は、冷却器１１０の部分平面図である。図２に示すように、冷却器１１０の内部には、主流路１３０と、一対の副流路１２０と、複数の連通路１４０を備える。冷媒の温度は、参考例と同様に沸点に近い。このため、冷却器１１０内では、沸騰蒸気の気泡が形成される。冷却器１１０は、上壁部材１１２と下壁部材１１４を重ね合わせて組み立てられる（図３の参照）。上壁部材１１２は、平板である。下壁部材１１４の一方の面には、主流路１３０用の溝と、副流路１２０用の溝と、連通路１４０用の溝が設けられている。また、下壁部材１１４には、主流路１３０と副流路１２０の間の隔壁１４８を構成する突条も形成されている。

図２に示すように、冷却器１１０の内部には、副流路１２０と主流路１３０と副流路１２０のが、幅方向に順に並列した状態で設けられている。冷却器１１０は、主流路１３０を中心とした対称の構造である。副流路１２０と主流路１３０の間には、連通路１４０が設けられている。連通路１４０は、主流路１３０と副流路１２０を隔てる隔壁１４８を貫通した状態で設けられている。そして、連通路１４０は、主流路１３０に溝１５０が形成されている領域で連通する。主流路１３０の流動方向の複数個所に溝１５０が形成されている。それに対応して、主流路１３０の流動方向の複数個所に連通路１４０が形成されている。溝１５０については、後で説明する。
図２に示す矢印は、冷媒が流れる方向である。主流路１３０を流れる冷媒は、主流路１３０の一方の端部に設けられた主流路用冷媒供給管１６０から供給され、他方の端部に設けられた主流路用冷媒排出管（図示しない）から排出される。副流路１２０を流れる冷媒は、主流路１３０の主流路用冷媒排出管側の端部にある副流路用冷媒供給管（図示しない）から供給され、主流路用冷媒供給管１６０側にある副流路用冷媒排出管１７６側から排出される。図２の矢印が示すように、副流路１２０を流れる冷媒の流動方向は、主流路１３０を流れる冷媒の流動方向と反対である。

図３は、図２のIII−III線断面図である。図３に示すように、主流路１３０は浅く形成されている。このため、主流路１３０内の冷媒の流れは速い。冷却効率は、冷媒の流れが速いほど向上する。冷却器１１０は、主流路１３０が浅いので冷媒の流れが速い。冷却器１１０は、パワーモジュール１００を冷却する能力にすぐれている。

図２、３に示すように主流路１３０には、幅方向に伸びる溝１５０が形成されている。溝１５０は、主流路１３０の幅方向に伸びるように形成されている。冷却器１１０は、主流路１３０の底部に溝１５０を設けるだけでよく、作製が容易である。
冷媒は、溝１５０を横断するときに、一時的に流速が遅くなる。これにより、沸騰蒸気からなる気泡は、溝１５０の上部に集合する。図４は、溝１５０付近の断面形状を示す部分断面図である。図４に示すように、主流路１３０を流れる冷媒は、溝１５０を通過するときに溝１５０内に流れ込む。流れ込んだ冷媒は溝１５０内で上下方向に循環するように流れる。溝１５０が形成されることで、主流路１３０を流れる冷媒の流れが乱れる。

図２の矢印が示すように、溝１５０が形成された領域には、副流路１２０からの低温の冷媒が連通路１４０を通じて流れ込む。冷えた冷媒と沸騰蒸気の気泡が接触することで、沸騰蒸気の気泡は凝縮される。また、前記したように溝１５０が設けられた領域は、主流路１３０の冷媒の流れが乱れる領域である。連通路１４０を経て主流路１３０に流れ込んだ冷媒は、主流路１３０を流れる冷媒の乱れによってよく攪拌される。結果、主流路１３０内の冷媒は均一に冷やされる。
本冷却器１１０は、主流路１３０に上記の溝１５０が設けられているため、冷却能力が高い。

＜第２実施例＞
図５〜図７を用いて、本実施例の冷却器２１０について説明する。図５〜７中の矢印は、冷媒の流動方向を示している。なお、他の実施例と重複する説明は省略する。
図５は、冷却器２１０の部分平面図である。図５に示すように、冷却器２１０の内部には、主流路２３０と、一対の副流路２２０と、複数の連通路２４０を備える。冷媒の温度は、他の実施例と同様に沸点に近い。冷却器２１０内では、沸騰蒸気の気泡が形成される。
図５の矢印が示すように、主流路２３０を流れる冷媒は、主流路２３０の一方の端部に設けられた主流路用冷媒供給管２６０から供給され、他方の端部に設けられた主流路用冷媒排出管（図示しない）から排出される。副流路２２０を流れる冷媒は、主流路２３０の主流路用冷媒排出管側の端部にある副流路用冷媒供給管（図示しない）から供給され、主流路用冷媒供給管２６０側にある副流路用冷媒排出管２７６側から排出される。図５の矢印が示すように、副流路２２０を流れる冷媒の流動方向は、主流路２３０を流れる冷媒の流動方向と反対である。

冷却器２１０は、上壁部材２１２と下壁部材２１４を重ね合わせて組み立てられる（図６の断面図参照）。上壁部材２１２は、平板である。下壁部材２１４の一方の面には、主流路２３０用の溝と、副流路２２０用の溝と、連通路２４０用の溝が設けられている。また、下壁部材２１４には、主流路２３０と副流路２２０の間の隔壁２４８を構成する突条も形成されている。

図６は、図５のVI−VI線断面図である。図５、６に示すように、主流路２３０には、底部に沿って傾斜部２５４と平坦部２５２と仕切り壁２５０が形成されている。主流路２３０の底部には、傾斜部２５４、平坦部２５２及び仕切り壁２５０の順で並んだサイクル２５６が繰り返されている。図６に示すように、傾斜部２５４は、冷媒の流動方向に沿って下る傾斜である。平坦部２５２は、連通路２４０から冷媒が流入してくる領域に形成されている。仕切り壁２５０は、平坦部２５２から垂直上方に伸びるように形成されている。仕切り壁２５０の上部は上壁部材２１２には当接しておらず、冷媒が流通可能な隙間が確保されている。仕切り壁２５０の上部は、流動方向に沿って下向きに傾斜しており、その傾斜は次のサイクル２５６の傾斜部２５４を形成している。冷却器２１０は、冷媒の流動断面積が広く確保される。冷却器２１０は、冷媒を供給するときのポンプの負担を軽減することができる。

図７は、傾斜部２５４と平坦部２５２と仕切り壁２５０のサイクル２５６部分を拡大した断面図を示している。図７に示す矢印は、冷媒の流れを詳細に示している。図６、７に示すように、主流路２３０に導入された冷媒は、主流路２３０の傾斜部２５４に沿う流れが生じる。傾斜部２５４に沿った流れは、仕切り壁２５０にぶつかり、仕切り壁２５０に沿った上向きの流れが生じる。仕切り壁２５０にぶつかることで、冷媒の流れは乱れる。そして、平坦部２５２付近で、冷媒は、上下方向に循環するような流れが生じる。冷媒は、平坦部２５２が形成されていることで必要以上に乱れることなく、スムースに循環する。

また、流れてきた冷媒が仕切り壁２５０にぶつかると、冷媒の流れがさえぎられる。このため、冷媒と一緒に流れてきた沸騰蒸気の気泡が仕切り壁２５０の近辺に停滞する。
また、図５に示すように、平坦部２５２から仕切り壁２５０が形成された領域には、副流路２２０のよく冷えた冷媒が連通路２４０を通じて流れ込む。冷えた冷媒と沸騰蒸気の気泡が接触することで、気泡は凝縮される。また、前記したように仕切り壁２５０が形成された領域は、主流路２３０の冷媒の流れが乱れる領域である。連通路２４０を通じて流れ込んだ冷媒は、その流れの乱れによってよく攪拌される。結果、主流路２３０内の冷媒は均一に冷やされる。
本冷却器２１０は、主流路２３０の流動方向に沿って下る傾斜部２５４と平坦部２５２と仕切り壁２５０が設けられているため、冷却能力に優れる。

＜第３実施例＞
図８〜図１０を用いて、本実施例の冷却器３１０について説明する。図８〜１０中の矢印は、冷媒の流動方向を示している。なお、他の実施例と重複する説明は省略する。
図８は、冷却器３１０の部分平面図である。図８に示すように、冷却器３１０の内部には、主流路３３０と、一対の副流路３２０と、複数の３４０を備える。冷媒の温度は、他の実施例と同様に沸点に近い。冷却器３１０内では、沸騰蒸気の気泡が形成される。
図８に示す矢印は、冷媒が流れる方向である。主流路３３０を流れる冷媒は、主流路３３０の一方の端部に設けられた主流路用冷媒供給管３６０から供給され、他方の端部に設けられた主流路用冷媒排出管（図示しない）から排出される。副流路３２０を流れる冷媒は、主流路３３０の主流路用冷媒排出管側の端部にある副流路用冷媒供給管（図示しない）から供給され、主流路用冷媒供給管３６０側にある副流路用冷媒排出管３７６側から排出される。図８の矢印が示すように、副流路３２０の冷媒の流れは、主流路３３０の冷媒の流れと反対である。
冷却器３１０は、上壁部材３１２と下壁部材３１４を重ね合わせて組み立てられる（図９の断面図参照）。上壁部材３１２は、平板である。下壁部材３１４の一方の面には、主流路３３０用の溝と、副流路３２０用の溝と、連通路３４０用の溝が設けられている。また、下壁部材３１４には、主流路３３０と副流路３２０の間の隔壁３４８を構成する突条も形成されている。

図９は、図８のIX−IX線断面図である。図９に示すように、主流路３３０の底部には、傾斜部３５４、絶壁３５０及び平坦部３５２の順で並んだサイクル３５６が繰り返されている。傾斜部３５４は、絶壁３５０の上部に向けて平坦部３５２から上るように形成されている。絶壁３５０は傾斜部３５４の上部から垂直に下るように形成されている。平坦部３５２は、傾斜部３５４の下部と絶壁３５０の下部の間に形成されている。主流路３３０の最も主流路用冷媒供給管３６０側には、傾斜部３５４が形成されておらず、平坦なプラトー領域３５８が形成されている。プラトー領域３５８の流通方向の端部には、垂直に下る絶壁３５０が形成されている。

次に主流路３３０における冷媒の流れについて説明する。
図１０は、傾斜部３５４と絶壁３５０と平坦部３５２のサイクル３５６部分を拡大した断面図を示している。図１０に示す矢印は、冷媒の流れを詳細に示している。サイクル３５６において、冷媒は、傾斜部３５４を流れるときはその傾斜に沿って上る方向に流れる。傾斜部３５４を上りきったところで、冷媒は、絶壁３５０の上部から下方に向けて一気に落ちる。絶壁３５０の下部に落ち込んだ冷媒は、平坦部３５２の面と垂直方向に押し返される。主流路３３０の冷媒は、絶壁３５０と平坦部３５２の間で流れが乱れる。冷媒は、平坦部３５２が形成されていることで必要以上に乱れない。なお、主流路用冷媒供給管３６０側では、傾斜部３５４の代わりにプラトー領域３５８が形成されている。

図８に示すように、平坦部３５２が形成された領域には、副流路３２０のよく冷えた冷媒が連通路３４０を通じて流れ込む。冷えた冷媒と沸騰蒸気の気泡が接触することで、気泡は凝縮される。また、前記したように絶壁３５０が形成された領域は、主流路３３０の冷媒の流れが乱れる領域である。連通路３４０を通じて流れ込んだ冷媒は、その流れの乱れによってよく攪拌される。結果、主流路３３０内の冷媒は均一に冷やされる。
本冷却器３１０は、主流路３３０に流動方向に沿って上る傾斜部３５４と絶壁３５０と平坦部３５２が設けられているため、冷却能力に優れる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、冷却器を流れる冷媒の種類も、限定されない。例えば、水のほか、フルオロカーボン等の有機冷媒を用いてもよい。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

参考例の冷却器を示す部分平面図である。第１実施例の冷却器を示す部分平面図である。図２のIII−III線断面図である。第１実施例の冷却器を部分的に拡大した拡大断面図である。第２実施例の冷却器を示す部分平面図である。図５のVI−VI線断面図である。第２実施例の冷却器を部分的に拡大した拡大断面図である。第３実施例の冷却器を示す部分平面図である。図８のIX−IX線断面図である。第３実施例の冷却器を部分的に拡大した拡大断面図である。

符号の説明

１０、１１０、２１０、３１０冷却器
２０、１２０、２２０、３２０副流路
３０、１３０、２３０、３３０主流路
４０、１４０、２４０、３４０連通路
４８、１４８、２４８、３４８隔壁
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５０ｅ、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、５２ｅ、５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ、５４ｅ、整流板
５０、５２、５４整流板群
６０、１６０、２６０、３６０主流路用冷媒供給管
７６、１７６、２７６、３７６副流路用冷媒排出管
１５０溝
２５０仕切り壁
２５２、３５２平坦部
２５４、３５４傾斜部
３５０絶壁
３５８プラトー領域

Claims

発熱体に取り付けて液体冷媒を流して用いる冷却器であり、
内部に主流路と副流路と連通路が形成されており、
主流路は、一端が主流路用冷媒供給管に接続されており、他端が主流路用冷媒排出管に接続されており、発熱体を取り付ける面を有する壁部材の発熱体を取り付ける面の反対側の面に沿って伸びており、主流路用冷媒供給管から供給される液体冷媒が内部を流れて主流路用冷媒排出管に排出されるように構成されており、
副流路は、一端が副流路用冷媒供給管に接続されており、他端が副流路用冷媒排出管に接続されており、主流路から隔てられた状態で主流路に沿って伸びており、副流路用冷媒供給管から供給される液体冷媒が内部を流れて副流路用冷媒排出管に排出されるように構成されており、
連通路は、主流路の液体冷媒の流動方向の一部において主流路と副流路を連通しており、副流路内を流れる液体冷媒の一部が流入し、副流路から流入した液体冷媒が主流路に排出されるように構成されており、
主流路には、液体冷媒が副流路から連通路を経て主流路に流入する領域で、主流路の液体冷媒の流動方向と交差する方向に伸びる溝が形成されていることを特徴とする冷却器。
発熱体に取り付けて液体冷媒を流して用いる冷却器であり、
内部に主流路と副流路と連通路が形成されており、
主流路は、一端が主流路用冷媒供給管に接続されており、他端が主流路用冷媒排出管に接続されており、発熱体を取り付ける面を有する壁部材の発熱体を取り付ける面の反対側の面に沿って伸びており、主流路用冷媒供給管から供給される液体冷媒が内部を流れて主流路用冷媒排出管に排出されるように構成されており、
副流路は、一端が副流路用冷媒供給管に接続されており、他端が副流路用冷媒排出管に接続されており、主流路から隔てられた状態で主流路に沿って伸びており、副流路用冷媒供給管から供給される液体冷媒が内部を流れて副流路用冷媒排出管に排出されるように構成されており、
連通路は、主流路の液体冷媒の流動方向の一部において主流路と副流路を連通しており、副流路内を流れる液体冷媒の一部が流入し、副流路から流入した液体冷媒が主流路に排出されるように構成されており、
主流路には、液体冷媒が副流路から連通路を経て主流路に流入する領域で、主流路の液体冷媒の流動方向と交差する方向に伸びる仕切り壁が形成されており、その仕切り壁の上部に液体冷媒が流通可能な隙間が確保されていることを特徴とする冷却器。
発熱体に取り付けて液体冷媒を流して用いる冷却器であり、
内部に主流路と副流路と連通路が形成されており、
主流路は、一端が主流路用冷媒供給管に接続されており、他端が主流路用冷媒排出管に接続されており、発熱体を取り付ける面を有する壁部材の発熱体を取り付ける面の反対側の面に沿って伸びており、主流路用冷媒供給管から供給される液体冷媒が内部を流れて主流路用冷媒排出管に排出されるように構成されており、
副流路は、一端が副流路用冷媒供給管に接続されており、他端が副流路用冷媒排出管に接続されており、主流路から隔てられた状態で主流路に沿って伸びており、副流路用冷媒供給管から供給される液体冷媒が内部を流れて副流路用冷媒排出管に排出されるように構成されており、
連通路は、主流路の液体冷媒の流動方向の複数個所において主流路と副流路を連通しており、副流路内を流れる液体冷媒の一部が流入し、副流路から流入した液体冷媒が主流路に排出されるように構成されており、
主流路は、上流側の連通路から下流側の連通路に至る範囲で、その深さが連続的に変化し、連通路が形成されている領域で、その深さが不連続的に変化していることを特徴とする冷却器。
副流路は、隔壁によって主流路から隔てられた状態で主流路の水平面上の側方に沿って伸びており
連通路は、主流路の液体冷媒の流動方向の一部において隔壁を主流路の液体冷媒の流動方向と交差する方向に貫通し、主流路と副流路を連通していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項の冷却器。