JP7452080B2 - 沸騰冷却器 - Google Patents

Description

本発明は、沸騰冷却器に関する。

冷媒の沸騰に伴う潜熱による熱輸送を利用して発熱体を冷却する沸騰冷却器が知られている。

例えば、特許文献１に記載の冷却器は、受熱部と、放熱部と、これらを連結する第１連結部および第２連結部と、を有する。ここで、受熱部は、冷媒を貯蔵し、冷却対象物からの熱を受け、当該熱により冷媒を気化させる。第１連結部は、受熱部で気化した冷媒を放熱部に輸送する。放熱部は、冷媒から放熱することで冷媒を凝縮液化させる。第２連結部は、放熱部で凝縮液化した冷媒を受熱部に輸送する。

国際公開第２０１５／１４６１１０号

特許文献１に記載の冷却器は、前述のように、冷媒の液相と気相との間の密度差を利用するサーモンサイフォン方式により受熱部と放熱部との間で冷媒を循環または移動させる。このため、特許文献１に記載の冷却器では、小型化を図ろうとすると、冷媒の循環流路における抵抗が増大したり、受熱部と放熱部との間における位置ヘッドが減少したりするとともに、気化した冷媒が第２連結部へ混入しやすくなることにより、冷媒の循環または移動を円滑に行うことができない。この結果、冷却能力が低下してしまうという課題がある。

以上の課題を解決するために、本発明の一態様に係る沸騰冷却器は、冷媒を収容する収容室を有し、発熱体からの熱を受ける受熱部と、互いに放熱条件または放熱性の異なる第１凝縮室および第２凝縮室を有し、前記第１凝縮室および前記第２凝縮室で冷媒から外部流体へ放熱させることにより前記受熱部からの熱を放熱する放熱部と、前記収容室と前記第１凝縮室とを連通させる複数の第１管路、および、前記収容室と前記第２凝縮室とを連通させる複数の第２管路を有し、前記複数の第１管路および前記複数の第２管路における冷媒の自励振動を用いて前記受熱部から前記放熱部に熱を輸送する伝熱部と、を有する。

第１実施形態に係る沸騰冷却器の概略構成を示す斜視図である。 第１実施形態に係る沸騰冷却器の平面図である。 図２中のＡ－Ａ線断面図である。 伝熱部の管路における冷媒の液柱および気柱を示す図である。 第２実施形態に係る沸騰冷却器の平面図である。 図５中のＢ－Ｂ線断面図である。 放熱側管体の作用を説明するための図である。 第３実施形態に係る沸騰冷却器の断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態を説明する。なお、図面において各部の寸法または縮尺は実際と適宜に異なり、理解を容易にするために模式的に示している部分もある。また、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られない。

１．第１実施形態
１－１．沸騰冷却器１の概略
図１は、第１実施形態に係る沸騰冷却器１の概略構成を示す斜視図である。沸騰冷却器１は、例えば、鉄道車両、自動車または家庭用電気機械等に搭載されるインバーターまたは整流器等のパワーエレクトロニクス製品における冷却に用いられる。パワーエレクトロニクス製品は、例えば、ダイオードまたはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のパワー半導体素子を有する。当該パワー半導体素子は、沸騰冷却器１における冷却の対象物である発熱体の一例である。

なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する「Ｘ軸」、「Ｙ軸」および「Ｚ軸」を適宜に用いて説明する。また、Ｘ軸に沿う一方向を「Ｘ１方向」といい、Ｘ１方向とは反対の方向を「Ｘ２方向」という。同様に、Ｙ軸に沿う一方向を「Ｙ１方向」といい、Ｙ１方向とは反対の方向を「Ｙ２方向」という。Ｚ軸に沿う一方向を「Ｚ１方向」といい、Ｚ１方向とは反対の方向を「Ｚ２方向」という。ここで、Ｚ軸は、後述の受熱部１０の第１面Ｆ１または第２面Ｆ２の法線に平行な軸である。また、Ｚ１方向またはＺ２方向でみることを「平面視」という。

沸騰冷却器１は、冷媒ＲＥの沸騰に伴う潜熱による熱輸送を利用して、図示しない発熱体を冷却する冷却器である。特に、沸騰冷却器１は、冷媒ＲＥの気相と液相との間の相変化に伴う圧力差に起因する振動流を冷媒ＲＥに生じさせる自励振動型の冷却器である。すなわち、沸騰冷却器１は、冷媒ＲＥの相変化による潜熱輸送だけでなく、冷媒ＲＥの液体の移動に伴う温度変化による顕熱輸送でも冷却を行う。

沸騰冷却器１は、図１に示すように、受熱部１０と放熱部２０と伝熱部３０とを有する。まず、沸騰冷却器１の各部を簡単に説明すると、受熱部１０は、図示しない発熱体からの熱を受ける構造体である。受熱部１０には、冷媒ＲＥを収容する空間として収容室Ｓ１が設けられる。放熱部２０は、受熱部１０からの熱を放熱する構造体である。放熱部２０には、冷媒ＲＥを気化した状態から凝縮液化させる空間として複数の凝縮室Ｓ２が設けられる。図１に示す例では、放熱部２０は、当該複数の凝縮室Ｓ２からの放熱のための複数の放熱フィン２２を有する。伝熱部３０は、受熱部１０から放熱部２０へ熱を伝達する構造体である。伝熱部３０には、凝縮室Ｓ２ごとに、収容室Ｓ１と凝縮室Ｓ２とを連通させる空間として２つの管路Ｓ３が形成される。図１に示す例では、伝熱部３０は、管路Ｓ３を形成する複数の管体３１を有する。

ここで、放熱部２０が有する複数の凝縮室Ｓ２は、互いに放熱条件または放熱性の異なる複数の凝縮室Ｓ２を含む。互いに放熱条件または放熱性の異なる複数の凝縮室Ｓ２の間では、温度差が生じやすく、これに伴い、圧力が不均一となりやすい。このため、当該複数の凝縮室Ｓ２のそれぞれで前述の振動流を生じさせやすい。この結果、沸騰冷却器１の優れた放熱特性が得られる。なお、「放熱性の異なる」とは、比較対象の熱交換の効率が異なることをいう。「放熱条件の異なる」とは、比較対象の熱交換の効率に関する条件が異なることをいう。

図１に示す例では、放熱部２０が有する凝縮室Ｓ２の数が８個である。したがって、伝熱部３０が有する管体３１の数が１６個である。また、凝縮室Ｓ２ごとに２つの管体３１の組が設けられるので、伝熱部３０が有する管体３１の当該組の数が８組である。以下では、放熱部２０が有する８個の凝縮室Ｓ２を凝縮室Ｓ２＿１～Ｓ２＿８という場合がある。同様に、伝熱部３０が有する８組の管体３１を管体３１＿１～３１＿８という場合がある。管路Ｓ３についても、管体３１＿１～３１＿８に対応して、管路Ｓ３＿１～Ｓ３＿８という場合がある。以下、沸騰冷却器１の各部を順次説明する。

１－２．沸騰冷却器１の各部の詳細
図２は、第１実施形態に係る沸騰冷却器１の平面図である。図３は、図２中のＡ－Ａ線断面図である。

受熱部１０は、冷媒ＲＥを収容する収容室Ｓ１を有し、図示しない発熱体からの熱を受ける容器である。受熱部１０は、熱伝導性に優れる材料で構成される。受熱部１０の具体的な構成材料としては、例えば、銅、アルミニウムまたはこれらのいずれかの合金等の金属材料が挙げられる。

冷媒ＲＥとしては、特に限定されないが、例えば、水等の水系冷媒、メタノール等のアルコール系冷媒、アセトン等のケトン系冷媒、エチレングリコール等のグリコール系冷媒、フロリナート等のフッ化炭素系冷媒、ＨＦＣ１３４ａ等のフロン系冷媒、およびブタン等の炭化水素系冷媒等が挙げられる。なお、冷媒ＲＥには、必要に応じて、フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤または炭化水素系界面活性剤等の界面活性剤等が添加されてもよい。また、冷媒ＲＥは、前述の冷媒の２種以上を組み合わせてもよい。

図３に示すように、受熱部１０の外形は、第１面Ｆ１と第１面Ｆ１とは反対側の第２面Ｆ２とを有する略板状をなす。なお、図１および図２に示す受熱部１０には、冷却の対象物に対してネジ止めにより固定するための複数の孔ＨＭが設けられる。当該複数の孔ＨＭは、図１に示す形態に限定されず任意であり、必要に応じて設ければよく省略してもよい。

第１面Ｆ１は、図示しない発熱体に熱的に接続される面である。第２面Ｆ２は、伝熱部３０が接続される面である。なお、「熱的に接続」とは、次の条件ａ、ｂまたはｃのいずれかを満たすことをいう。条件ａ：２つの部材が物理的に直接に接する。条件ｂ：２つの部材が５０μｍ以下の間隙を介して配置される。条件ｃ：２つの部材が１０Ｗ・ｍ^－１・Ｋ^－１以上の熱伝導率の他の部材を介して物理的に接続される。なお、各条件における２つの部材間には、伝熱グリースや接着剤等が存在してもよい。この場合、接着剤は、熱伝導性を高める観点から、熱伝導性のフィラー等を含むことが好ましい。

図３に示す例では、第１面Ｆ１および第２面Ｆ２のそれぞれは、Ｚ軸に直交する平面である。なお、第１面Ｆ１および第２面Ｆ２のそれぞれの形状は、図３に示す形状に限定されず、冷却対象の形状等に応じて決められ、例えば、湾曲した部分を有してもよい。

図３に示すように、受熱部１０は、底板１１と天板１２と側壁１３とを有する。底板１１および天板１２のそれぞれは、Ｚ軸に直交する方向に拡がる平板である。ただし、天板１２には、伝熱部３０が有する複数の管体３１の各端を接続するための複数の貫通孔１４が設けられる。底板１１および天板１２は、互いに平行に配置される。側壁１３は、底板１１および天板１２の外周同士を全周にわたって連結する。ここで、底板１１におけるＺ２方向の面が第１面Ｆ１である。天板１２のＺ１方向の面が第２面Ｆ２である。

なお、底板１１、天板１２および側壁１３のそれぞれが別部材で構成されてもよいし、底板１１、天板１２および側壁１３のうちの２以上が一体で構成されてもよい。また、底板１１、天板１２および側壁１３の構成材料は、互いに同じであっても異なってもよい。

図３に示す放熱部２０は、複数の凝縮室Ｓ２を有し、当該複数の凝縮室Ｓ２で冷媒ＲＥを外部の流体との熱交換により外部へ放熱することにより気体の状態から凝縮液化させる構造体である。当該外部の流体は、特に限定されず、液体でも気体でもよいが、典型的には、例えば、空気である。

本実施形態の放熱部２０は、筒体２１＿１～２１＿８と複数の放熱フィン２２とを有する。筒体２１＿１は、凝縮室Ｓ２＿１を内部空間として形成する容器である。具体的には、筒体２１＿１は、筒部と当該筒部の両端を塞ぐ１対の板部とを有する。ただし、当該１対の板部のうちの一方には、２つの管体３１を接続するための孔が設けられる。同様に、筒体２１＿２～２１＿８は、凝縮室Ｓ２＿２～Ｓ２＿８を内部空間として形成する容器である。

本実施形態では、各筒体２１の内部空間、すなわち各凝縮室Ｓ２は、円柱状をなす。したがって、放熱部２０に設けられる複数の凝縮室Ｓ２の平面視形状は、それぞれ円形をなしており、互いに同じ形状である。ただし、凝縮室Ｓ２＿１、Ｓ２＿４およびＳ２＿６の平面視での面積は、互いに等しいが、他の凝縮室Ｓ２とは異なる。また、凝縮室Ｓ２＿２、Ｓ２＿５およびＳ２＿７の平面視での面積は、互いに等しいが、他の凝縮室Ｓ２とは異なる。さらに、凝縮室Ｓ２＿３およびＳ２＿８の平面視での面積は、互いに等しいが、他の凝縮室Ｓ２とは異なる。

ここで、図２に示すように、平面視で、凝縮室Ｓ２＿１、Ｓ２＿４およびＳ２＿６のそれぞれの面積は、凝縮室Ｓ２＿２、Ｓ２＿３、Ｓ２＿５、Ｓ２＿７およびＳ２＿８のそれぞれの面積よりも大きい。また、平面視で、凝縮室Ｓ２＿２、Ｓ２＿５およびＳ２＿７のそれぞれの面積は、凝縮室Ｓ２＿３およびＳ２＿８のそれぞれの面積よりも大きい。

また、平面視で、凝縮室Ｓ２＿１～Ｓ２＿３は、この順でＸ２方向に並ぶ。また、平面視で、凝縮室Ｓ２＿４およびＳ２＿５は、この順でＸ２方向に並ぶ。さらに、平面視で、凝縮室Ｓ２＿６～Ｓ２＿８は、この順でＸ２方向に並ぶ。ここで、凝縮室Ｓ２＿１～Ｓ２＿３からなる群と凝縮室Ｓ２＿４およびＳ２＿５からなる群と凝縮室Ｓ２＿６～Ｓ２＿８からなる群とは、この順でＹ２方向に並ぶ。

本実施形態では、Ｚ軸に沿う凝縮室Ｓ２＿１～Ｓ２＿８の長さは、図３に示すように、互いに等しい。なお、Ｚ軸に沿う凝縮室Ｓ２＿１～Ｓ２＿８の長さが互いに異なってもよい。

以上から理解されるように、凝縮室Ｓ２＿１、Ｓ２＿４およびＳ２＿６の容積は、互いに等しいが、他の凝縮室Ｓ２とは異なる。また、凝縮室Ｓ２＿２、Ｓ２＿５およびＳ２＿７の容積は、互いに等しいが、他の凝縮室Ｓ２とは異なる。さらに、凝縮室Ｓ２＿３およびＳ２＿８の容積は、互いに等しいが、他の凝縮室Ｓ２とは異なる。

ここで、凝縮室Ｓ２＿１、Ｓ２＿４およびＳ２＿６のそれぞれの容積は、凝縮室Ｓ２＿２、Ｓ２＿３、Ｓ２＿５、Ｓ２＿７およびＳ２＿８のそれぞれの容積よりも大きい。また、凝縮室Ｓ２＿２、Ｓ２＿５およびＳ２＿７のそれぞれの容積は、凝縮室Ｓ２＿３およびＳ２＿８のそれぞれの容積よりも大きい。

互いに容積の異なる複数の凝縮室Ｓ２では、熱容量が互いに異なる。このため、当該複数の凝縮室Ｓ２では、放熱条件または放熱性が互いに異なるため、温度差が生じやすい傾向を示す。また、凝縮室Ｓ２＿１～Ｓ２＿３と凝縮室Ｓ２＿４およびＳ２＿５と凝縮室Ｓ２＿６～Ｓ２＿８とでは、外径における表面積が異なるので、この点でも、放熱条件または放熱性が互いに異なり、温度差が生じやすい。

放熱部２０に設けられる複数の放熱フィン２２は、前述の筒体２１＿１～２１＿８に熱的に接続される。各放熱フィン２２は、熱伝導性に優れる材料で構成される。放熱フィン２２の具体的な構成材料としては、例えば、銅、アルミニウムまたはこれらのいずれかの合金等の金属材料が挙げられる。

図３に示す例では、各放熱フィン２２は、平板状をなす。また、複数の放熱フィン２２は、互いに厚さ方向に間隔を隔てて配置される。本実施形態の各放熱フィン２２は、平面視で受熱部１０のほぼ全範囲にわたり重なるように配置される。ここで、各放熱フィン２２には、前述の筒体２１＿１～２１＿８を挿入するための孔が設けられる。また、放熱フィン２２は、筒体２１＿１～２１＿８に対して熱的に接続されるように筒体２１＿１～２１＿８に接着剤、ネジ止めまたは溶接等により固定される。

なお、放熱フィン２２の形状および数等は、図３に示す例に限定されず、任意である。また、各放熱フィン２２は、凝縮室Ｓ２ごとに個別に設けられてもよい。この場合、凝縮室Ｓ２ごとの複数の放熱フィン２２の構成は、互いに同一でも異なってもよい。さらに、放熱フィン２２は、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。

伝熱部３０は、複数の管路Ｓ３を有し、受熱部１０から放熱部２０へ熱を伝達する構造体である。本実施形態の伝熱部３０は、管路Ｓ３を形成する管体３１を複数有する。本実施形態の管体３１は、Ｚ軸に沿って直線的に延びる。各管体３１は、熱伝導性に優れる材料で構成される。管体３１の具体的な構成材料としては、例えば、銅、アルミニウムまたはこれらのいずれかの合金等の金属材料が挙げられる。なお、複数の管体３１のうちの２以上の管体３１の形状または構成材料等は、互いに同じでも異なってもよい。

伝熱部３０が有する複数の管体３１は、２個の管体３１＿１と２個の管体３１＿２と２個の管体３１＿３と２個の管体３１＿４と２個の管体３１＿５と２個の管体３１＿６と２個の管体３１＿７と２個の管体３１＿８とを有する。

２個の管体３１＿１は、受熱部１０と筒体２１＿１とを接続する。２個の管体３１＿２は、受熱部１０と筒体２１＿２とを接続する。２個の管体３１＿３は、受熱部１０と筒体２１＿３とを接続する。２個の管体３１＿４は、受熱部１０と筒体２１＿４とを接続する。２個の管体３１＿５は、受熱部１０と筒体２１＿５とを接続する。２個の管体３１＿６は、受熱部１０と筒体２１＿６とを接続する。２個の管体３１＿７は、受熱部１０と筒体２１＿７とを接続する。２個の管体３１＿８は、受熱部１０と筒体２１＿８とを接続する。

管体３１＿１～３１＿８のそれぞれには、管路Ｓ３が形成される。したがって、図３に示すように、管体３１＿１に形成される管路Ｓ３は、収容室Ｓ１と凝縮室Ｓ２＿１とを連通させる。同様に、管体３１＿２～３１＿８に形成される管路Ｓ３は、収容室Ｓ１と凝縮室Ｓ２＿２～Ｓ２＿８とを連通させる。

以上のように、複数の管路Ｓ３が収容室Ｓ１と複数の凝縮室Ｓ２とを連通させる。ここで、収容室Ｓ１では、図示しない発熱体からの熱により冷媒ＲＥの一部が気化される。収容室Ｓ１で気化した冷媒ＲＥは、各管路Ｓ３を介して、各管路Ｓ３ごとの適宜のタイミングで、当該管路Ｓ３に対応する凝縮室Ｓ２に供給される。各凝縮室Ｓ２では、冷媒ＲＥを気体の状態から凝縮液化される。各管路Ｓ３では、収容室Ｓ１からの冷媒ＲＥの気体のほか、凝縮室Ｓ２からの冷媒ＲＥの液体が存在する。

図４は、伝熱部３０の管路Ｓ３における冷媒ＲＥの液柱ＲＥＬおよび気柱ＲＥＧを示す図である。図４に示すように、管路Ｓ３では、冷媒ＲＥの液体で構成される液柱ＲＥＬと、冷媒ＲＥの気体で構成される気柱ＲＥＧとが形成される。このように、管路Ｓ３に液柱ＲＥＬおよび気柱ＲＥＧが形成されることにより、収容室Ｓ１における冷媒ＲＥの気化に伴う収容室Ｓ１の圧力上昇と凝縮室Ｓ２における冷媒ＲＥの凝縮液化に伴う圧力下降とに起因して、管路Ｓ３の両端間に圧力差が生じる。この圧力差を駆動力として、冷媒ＲＥの自励振動を生じさせることができる。

ここで、管路Ｓ３の幅Ｗ（管体３１の内径）は、液柱ＲＥＬおよび気柱ＲＥＧを効率的に形成させるように、冷媒ＲＥのラプラス長さ以下であることが好ましい。このラプラス長さは、以下の式（１）により求められる。
Ｄ＝［σ／（ｇ・（ρＬ－ρｖ））］＾０．５ （１）
なお、この式（１）中、Ｄは、ラプラス長さである。σは、冷媒ＲＥの表面張力である。ｇは、重力加速度である。ρＬは、冷媒ＲＥが液体である場合の密度である。ρｖは、冷媒ＲＥが気体である場合の密度である。

前述のように、放熱条件または放熱性の異なる複数の凝縮室Ｓ２では、温度差が生じやすい。このため、当該複数の凝縮室Ｓ２では、圧力差が生じやすい。この圧力差を有する２つの凝縮室Ｓ２のうち、圧力の低い方の凝縮室Ｓ２に接続される管路Ｓ３は、圧力の高い方の凝縮室Ｓ２に接続される管路Ｓ３に比べて、液柱ＲＥＬおよび気柱ＲＥＧを凝縮室Ｓ２に向けて移動させやすい。逆に、この圧力差を有する２つの凝縮室Ｓ２のうち、圧力の高い方の凝縮室Ｓ２に接続される管路Ｓ３は、圧力の低い方の凝縮室Ｓ２に接続される管路Ｓ３に比べて、液柱ＲＥＬおよび気柱ＲＥＧを収容室Ｓ１に向けて移動させやすい。このように、各管路Ｓ３での液柱ＲＥＬおよび気柱ＲＥＧが移動しやすくなるため、優れた冷却性能が得られる。

以上の沸騰冷却器１は、前述のように、図示しない発熱体からの熱を受ける受熱部１０と、受熱部１０からの熱を放熱する放熱部２０と、受熱部１０から放熱部２０に熱を輸送する伝熱部３０と、を有する。

ここで、受熱部１０は、冷媒ＲＥを収容する収容室Ｓ１を有する。放熱部２０は、第１凝縮室の一例である凝縮室Ｓ２＿１と、第２凝縮室の一例である凝縮室Ｓ２＿２と、を有する。凝縮室Ｓ２＿１およびＳ２＿２の放熱条件または放熱性は、互いに異なる。放熱部２０は、凝縮室Ｓ２＿１およびＳ２＿２で冷媒ＲＥから外部流体へ放熱させることにより受熱部１０からの熱を放熱する。伝熱部３０は、複数の第１管路の一例である２個の管路Ｓ３＿１と、複数の第２管路の一例である２個の管路Ｓ３＿２と、を有する。２個の管路Ｓ３＿１は、収容室Ｓ１と凝縮室Ｓ２＿１とを連通させる。２個の管路Ｓ３＿２は、収容室Ｓ１と凝縮室Ｓ２＿２とを連通させる。伝熱部３０は、２個の管路Ｓ３＿１および２個の管路Ｓ３＿２における冷媒ＲＥの自励振動を用いて受熱部１０から放熱部２０に熱を輸送する。

以上の沸騰冷却器１では、伝熱部３０が冷媒ＲＥの自励振動を用いて受熱部１０から放熱部２０に熱を輸送するので、沸騰冷却器１の小型化を図っても、冷媒ＲＥの循環または移動を円滑に行うことができる。このため、特許文献１に記載のようなサーモンサイフォン方式を採用する構成に比べて、小型化しても、優れた冷却能力が得られる。また、自励振動を用いることにより、重力方向に関係なく、冷媒ＲＥの循環または移動を行うことができる。このため、沸騰冷却器１が設置姿勢の変化を伴う自動車等に設置される場合においても、優れた冷却性能が得られる。

そのうえ、凝縮室Ｓ２＿１およびＳ２＿２の放熱条件または放熱性が互いに異なるので、これらの凝縮室間で温度差および圧力差を生じさせやすい。このため、冷媒ＲＥの自励振動による移動を容易に生じさせることができる。この結果、沸騰冷却器１の冷却能力の安定化を図ることができる。

ここで、各管路Ｓ３の幅Ｗは、前述のように、冷媒ＲＥのラプラス長さ以下であることが好ましい。この場合、管路Ｓ３に冷媒ＲＥの気柱および液柱を形成することができる。この結果、管路Ｓ３における冷媒ＲＥの移動または循環を効率的に行うことができる。

本実施形態では、凝縮室Ｓ２＿１の外形における表面積が凝縮室Ｓ２＿２の外形における表面積よりも大きい。このため、これらの凝縮室Ｓ２＿１およびＳ２＿２の放熱性を異ならせることができる。

また、凝縮室Ｓ２＿１の容積が凝縮室Ｓ２＿２の容積よりも大きい。このため、本実施形態では、この点でも、これらの凝縮室Ｓ２＿１およびＳ２＿２の放熱性を異ならせることができる。

本実施形態の放熱部２０は、凝縮室Ｓ２＿１およびＳ２＿２を含む８個の凝縮室Ｓ２を有する。ここで、放熱部２０は、第３凝縮室の一例である凝縮室Ｓ２＿３を有する。凝縮室Ｓ２＿３の放熱条件または放熱性は、凝縮室Ｓ２＿１およびＳ２＿２とは異なる。放熱部２０は、凝縮室Ｓ２＿３で冷媒ＲＥから外部流体へ放熱させることにより受熱部１０からの熱を放熱する。伝熱部３０は、複数の第３管路の一例である２個の管路Ｓ３＿３を有する。２個の管路Ｓ３＿３は、収容室Ｓ１と凝縮室Ｓ２＿３とを連通させる。放熱部２０は、２個の管路Ｓ３＿３における冷媒ＲＥの自励振動を用いて受熱部１０から放熱部２０に熱を輸送する。このように、凝縮室Ｓ２＿１、Ｓ２＿２およびＳ２＿３の放熱条件または放熱性が互いに異なるので、管路Ｓ３＿１、Ｓ３＿２およびＳ３＿３における冷媒ＲＥの自励振動による移動を容易に生じさせることができる。この結果、沸騰冷却器１の冷却能力の安定化を図ることができる。

なお、放熱部２０が有する複数の凝縮室Ｓ２＿１～Ｓ２＿８のうち、任意の１つの凝縮室Ｓ２を第１凝縮室として捉えてもよい。この場合、当該任意の１つの凝縮室Ｓ２とは異なる他の任意の２つの凝縮室Ｓ２のうち、一方を第２凝縮室とし、他方を第３凝縮室として捉えればよい。また、第１管路、第２管路および第３管路は、８組の管路Ｓ３のうち、第１凝縮室、第２凝縮室および第３凝縮室に対応して選択される。

２．第２実施形態
以下、本発明の第２実施形態について説明する。以下に例示する形態において作用や機能が第１実施形態と同様である要素については、第１実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。

図５は、第２実施形態に係る沸騰冷却器１Ａの平面図である。図６は、図５中のＢ－Ｂ線断面図である。沸騰冷却器１Ａは、放熱部２０に代えて放熱部２０Ａを有する以外は、前述の第１実施形態の沸騰冷却器１と同様である。放熱部２０Ａは、放熱側管体２３をさらに有する以外は、前述の放熱部２０と同様である。

ただし、図５および図６に示す例では、複数の凝縮室Ｓ２または複数の筒体２１が互いに等しい形状および大きさである。本実施形態では、このような複数の凝縮室Ｓ２または複数の筒体２１であっても、複数の凝縮室Ｓ２の放熱条件を異ならせることができる。なお、複数の凝縮室Ｓ２は、前述の第１実施形態と同様の構成であってもよい。

図５に示すように、放熱側管体２３は、放熱フィン２２上に配置される。図５に示す例では、放熱部２０Ａが有する複数の放熱フィン２２のうち受熱部１０から最も遠い位置の放熱フィン２２上に放熱側管体２３が配置される。なお、放熱側管体２３の配置は、図５に示す例に限定されない。例えば、放熱側管体２３は、複数の放熱フィン２２のうち任意の隣り合う２つの放熱フィン２２の間に配置されてもよい。

放熱側管体２３は、閉ループ形状、すなわち無端状の管体である。図５に示す例では、放熱側管体２３は、放熱部２０Ａが有する筒体２１＿１～２１＿８のうち、筒体２１＿４を除く複数の筒体２１に接続される。ここで、放熱側管体２３は、筒体２１に接触するだけでもよいし、ロウ材等により筒体２１に接合されてもよい。また、放熱側管体２３は、放熱フィン２２に接着剤またはロウ材等により接合されてもよい。

なお、放熱側管体２３は、筒体２１＿１～２１＿８のうち少なくとも１つの筒体２１に接続されていればよく、例えば、１つの筒体２１に接続されてもよいし、すべての筒体２１に接続されてもよい。また、放熱側管体２３と複数の筒体２１とが接続する面積は、互いに同じでも異なってもよい。

放熱側管体２３には、冷媒ＲＥＸが流通する管路Ｓ４が形成される。管路Ｓ４は、筒体２１からの熱により冷媒ＲＥＸの自励振動を生じさせる閉ループ形状、すなわち無端状の空間である。したがって、管路Ｓ４の幅は、前述の管路Ｓ３の幅Ｗと同様、冷媒ＲＥＸのラプラス長さ以下であることが好ましい。冷媒ＲＥＸとしては、前述の冷媒ＲＥと同様の冷媒を用いることができる。

図７は、放熱側管体２３の作用を説明するための図である。図７では、放熱側管体２３と２つの凝縮室Ｓ２＿１およびＳ２＿２とが代表的に図示される。放熱側管体２３では、冷媒ＲＥＸの複数の液柱ＲＥＸＬおよび複数の気柱ＲＥＸＧが形成される。複数の液柱ＲＥＸＬおよび複数の気柱ＲＥＸＧは、互いに間隔または長さが異なりやすい。ここで、気柱ＲＥＸＧは、液柱ＲＥＸＬに比べて、熱伝導率が低い。このため、凝縮室Ｓ２＿１およびＳ２＿２の放熱条件を異ならせることができる。

以上のように、放熱部２０Ａは、冷媒ＲＥＸを収容する空間を凝縮室Ｓ２＿１およびＳ２＿２に連通しない空間として形成する放熱側管体２３を有する。放熱側管体２３は、凝縮室Ｓ２＿１およびＳ２＿２に熱的に接続され、凝縮室Ｓ２＿１およびＳ２＿２からの熱により冷媒ＲＥＸを自励振動させる。このため、これらの凝縮室Ｓ２＿１およびＳ２＿２の放熱条件を異ならせることができる。

ここで、放熱側管体２３が閉ループ状をなすので、放熱側管体２３内の冷媒ＲＥＸを自励振動により循環させることができる。

また、放熱側管体２３に収容される冷媒ＲＥＸの沸点は、収容室Ｓ１に収容される冷媒ＲＥの沸点よりも低いことが好ましい。この場合、放熱側管体２３に収容される冷媒ＲＥＸの沸点が、収容室Ｓ１に収容される冷媒ＲＥの沸点以上である場合に比べて、凝縮室Ｓ２からの熱により放熱側管体２３の冷媒ＲＥＸの自励振動を生じさせやすくすることができる。

以上の第２実施形態によっても、前述の第１実施形態と同様の効果が得られる。

３．第３実施形態
以下、本発明の第３実施形態について説明する。以下に例示する形態において作用や機能が第１実施形態と同様である要素については、第１実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。

図８は、第３実施形態に係る沸騰冷却器１Ｂの断面図である。沸騰冷却器１Ｂは、放熱部２０に代えて放熱部２０Ｂを有する以外は、前述の第１実施形態の沸騰冷却器１と同様である。放熱部２０Ｂは、複数の放熱フィン２２の一部が放熱フィン２２ａおよび２２ｂである以外は、前述の放熱部２０と同様である。

ただし、図５および図６に示す例では、前述の第２実施形態と同様、複数の凝縮室Ｓ２または複数の筒体２１が互いに等しい形状および大きさである。本実施形態では、このような複数の凝縮室Ｓ２または複数の筒体２１であっても、複数の凝縮室Ｓ２の放熱条件を異ならせることができる。なお、複数の凝縮室Ｓ２は、前述の第１実施形態と同様の構成であってもよい。

前述の第１実施形態と同様、各放熱フィン２２は、凝縮室Ｓ２＿１、Ｓ２＿２およびＳ２＿３のそれぞれに接続される。これに対し、放熱フィン２２ａは、凝縮室Ｓ２＿１およびＳ２＿２に接続されずに凝縮室Ｓ２＿３に接続される。放熱フィン２２ｂは、凝縮室Ｓ２＿１に接続されずに凝縮室Ｓ２＿２およびＳ２＿３のそれぞれに接続される。

なお、放熱フィン２２ａおよび２２ｂの配置、数または大きさ等は、図８に示す例に限定されず、任意である。例えば、放熱フィン２２ａおよび２２ｂのそれぞれの大きさが放熱フィン２２と同じであってもよい。この場合、放熱フィン２２ａおよび２２ｂと凝縮室Ｓ２＿１およびＳ２＿２との間に適宜に隙間を設ければよい。

以上のように、放熱部２０Ｂは、複数の放熱フィン２２、２２ａおよび２２ｂを有する。複数の放熱フィン２２、２２ａおよび２２ｂと凝縮室Ｓ２＿１との間の熱抵抗は、複数の放熱フィン２２、２２ａおよび２２ｂと凝縮室Ｓ２＿２との間の熱抵抗よりも小さい。このため、これらの凝縮室Ｓ２＿１およびＳ２＿２の放熱条件を異ならせることができる。

以上の第３実施形態によっても、前述の第１実施形態と同様の効果が得られる。

４．変形例
以上に例示した各形態は多様に変形され得る。前述の各形態に適用され得る具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様は、相互に矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。

前述の形態では、放熱部２０が有する複数の凝縮室Ｓ２の平面視形状が互いに等しい構成が例示されるが、この例示に限定されない。放熱部２０が有する複数の凝縮室Ｓ２のうち、２以上の凝縮室Ｓ２の平面視形状が互いに異なってもよい。

また、前述の形態では、放熱部２０が有する凝縮室Ｓ２の数が８個である構成が例示されるが、当該数は、８個に限定されず、２個以上７個以下または９個以上でもよい。

また、前述の形態では、凝縮室Ｓ２の平面視形状が円形である構成が例示されるが、この例示に限定されない。例えば、凝縮室Ｓ２の平面視形状は、三角形、四角形、五角形または六角形等の他の多角形でもよいし、楕円形等でもよい。

また、前述の形態では、凝縮室Ｓ２の平面視での配置は、千鳥配置である構成が例示されるが、この例示に限定されない。例えば、凝縮室Ｓ２の平面視での配置は、行列配置等他の規則的な配置でもよいし、不規則な配置でもよい。

また、前述の形態では、伝熱部３０が有する複数の管路Ｓ３または複数の管体３１の形状が互いに同じである構成が例示されるが、この例示に限定されない。伝熱部３０が有する複数の管路Ｓ３または複数の管体３１のうちの２以上の形状は、互いに異なってもよい。また、伝熱部３０が有する複数の管路Ｓ３または複数の管体３１のうちの２以上の長さまたは幅が互いに異なってもよい。

また、前述の形態では、１つの凝縮室Ｓ２に接続される管路Ｓ３の数が２個である構成が例示されるが、この例示に限定されず、当該数は、３個以上でもよい。

前述の形態では、管路Ｓ３が管体３１に設けられる構成が例示されるが、この例示に限定されない。例えば、管路Ｓ３が板状またはブロック状の部材に設けられてもよい。また、複数の管路Ｓ３が１つの部材に設けられてもよい。

１…沸騰冷却器、１Ａ…沸騰冷却器、１Ｂ…沸騰冷却器、１０…受熱部、２０…放熱部、２０Ａ…放熱部、２０Ｂ…放熱部、２２…放熱フィン、２２ａ…放熱フィン、２２ｂ…放熱フィン、２３…放熱側管体、３０…伝熱部、ＲＥ…冷媒、ＲＥＸ…冷媒、Ｓ１…収容室、Ｓ２…凝縮室、Ｓ２＿１…凝縮室、Ｓ２＿２…凝縮室、Ｓ２＿３…凝縮室、Ｓ２＿４…凝縮室、Ｓ２＿５…凝縮室、Ｓ２＿６…凝縮室、Ｓ２＿７…凝縮室、Ｓ２＿８…凝縮室、Ｓ３…管路、Ｓ３＿１…管路、Ｓ３＿２…管路、Ｓ３＿３…管路、Ｓ３＿４…管路、Ｓ３＿５…管路、Ｓ３＿６…管路、Ｓ３＿７…管路、Ｓ３＿８…管路、Ｓ４…管路。

Claims (9)

1. 冷媒を収容する収容室を有し、発熱体からの熱を受ける受熱部と、
   互いに放熱条件または放熱性の異なる第１凝縮室および第２凝縮室を有し、前記第１凝縮室および前記第２凝縮室で冷媒から外部流体へ放熱させることにより前記受熱部からの熱を放熱する放熱部と、
   前記収容室と前記第１凝縮室とを連通させる複数の第１管路、および、前記収容室と前記第２凝縮室とを連通させる複数の第２管路を有し、前記複数の第１管路および前記複数の第２管路における冷媒の自励振動を用いて前記受熱部から前記放熱部に熱を輸送する伝熱部と、を有する、
   沸騰冷却器。
2. 前記第１凝縮室の外形における表面積が前記第２凝縮室の外形における表面積よりも大きい、
   請求項１に記載の沸騰冷却器。
3. 前記第１凝縮室の容積が前記第２凝縮室の容積よりも大きい、
   請求項１または２に記載の沸騰冷却器。
4. 前記放熱部は、複数の放熱フィンをさらに有し、
   前記複数の放熱フィンと前記第１凝縮室との間の熱抵抗は、前記複数の放熱フィンと前記第２凝縮室との間の熱抵抗よりも小さい、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の沸騰冷却器。
5. 前記放熱部は、前記第１凝縮室および前記第２凝縮室に接続される放熱側管体を有し、
   前記放熱側管体は、前記第１凝縮室および前記第２凝縮室からの熱により自励振動する冷媒を収容する空間を前記第１凝縮室および前記第２凝縮室に連通しない空間として形成する、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の沸騰冷却器。
6. 前記放熱側管体に収容される冷媒の沸点は、前記収容室に収容される冷媒の沸点よりも低い、
   請求項５に記載の沸騰冷却器。
7. 前記放熱側管体は、閉ループ状をなす、
   請求項５または６に記載の沸騰冷却器。
8. 前記放熱部は、前記第１凝縮室および前記第２凝縮室とは放熱条件または放熱性の異なる第３凝縮室を有し、前記第３凝縮室で冷媒を気体の状態から凝縮液化させることにより前記受熱部からの熱を放熱し、
   前記伝熱部は、前記収容室と前記第３凝縮室とを連通させる複数の第３管路を有し、前記複数の第３管路における冷媒の自励振動を用いて前記受熱部から前記放熱部に熱を輸送する、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の沸騰冷却器。
9. 前記複数の第１管路および前記複数の第２管路のそれぞれの管路の幅は、前記収容室に収容される冷媒のラプラス長さ以下である、
   請求項１から８のいずれか１項に記載の沸騰冷却器。

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