(57)【要約】【課題】放熱フィン及び底壁部の内面から気泡が離脱することを促進し得る技術を提供する。【解決手段】沸騰冷却装置２は、冷媒が流入する入口１２と、冷媒が流出する出口１４と、入口１２から出口１４に向かって冷媒が流れる沸騰器１６とを備える。沸騰器１６は、底面部２４の内面に配置され、その外面において発熱体６０と熱的に接続される放熱板４０と、放熱板４０の内面に固定されるテーパ台４２と、テーパ台４２の表面から突出する複数の放熱フィン５０と、複数の放熱フィン５０の先端に間隔をあけて対向する上壁部２２とを有する。テーパ面４２の表面は、冷媒が流れる方向に沿って上壁部２２側へ変位するように傾斜している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が流入する入口と、
前記冷媒が流出する出口と、
前記入口から前記出口に向かって前記冷媒が流れる沸騰器と、を備え、
前記沸騰器は、その外面が発熱体と熱的に接続される底壁部と、前記底壁部の内面から突出する複数の放熱フィンと、前記複数の放熱フィンの先端に間隔をあけて対向する上壁部と、を有し、
前記複数の放熱フィンが突出する前記底壁部の前記内面の少なくとも一部は、前記冷媒が流れる方向に沿って上壁部側へ変位するように傾斜している、
沸騰冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する技術は、沸騰冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷媒が流入する入口と、冷媒が流出する出口と、入口から出口に向かって冷媒が流れる沸騰器と、を備える沸騰冷却装置が知られている。沸騰器は、その外面が発熱体と熱的に接続される底壁部と、底壁部の内面から突出する複数の放熱フィンと、複数の放熱フィンの先端に間隔をあけて対向する上壁部と、を有する。沸騰器内における冷媒の流速は、例えば放熱フィンによる抵抗によって、底壁部の内面から複数の放熱フィンの先端までの領域（即ち、放熱フィンが存在する領域）よりも、複数の放熱フィンの先端から上壁部の内面までの領域（即ち、放熱フィンが存在しない領域）で速くなる。このような流速差により、放熱フィンにおいて冷媒が沸騰し易くなり、発熱体から多くの熱を回収することができる。このような沸騰冷却装置の一例が、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１６５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
沸騰冷却装置では、冷媒が沸騰することによって、放熱フィンの表面に気泡が発生する。このとき、発生した気泡が放熱フィン及び底壁部の内面に付着し続けると、新たな冷媒と放熱フィンとの接触が阻害され、冷却性能が低下するおそれがある。本明細書では、放熱フィン及び底壁部の内面から気泡が離脱することを促進し得る技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する沸騰冷却装置は、冷媒が流入する入口と、冷媒が流出する出口と、入口から出口に向かって冷媒が流れる沸騰器と、を備える。沸騰器は、その外面が発熱体と熱的に接続される底壁部と、底壁部の内面から突出する複数の放熱フィンと、複数の放熱フィンの先端に間隔をあけて対向する上壁部と、を有する。複数の放熱フィンが突出する底壁部の内面の少なくとも一部は、冷媒が流れる方向に沿って上壁部側へ変位するように傾斜している。
【０００６】
ここで、「底壁部」、「上壁部」の各語は、沸騰器が設置される向きを限定するものではない。従って、例えば、底壁部が上方に位置し、上壁部が下方に位置するような向きで、沸騰器が設置されてもよい。また、「その外面が発熱体と熱的に接続される底壁部」の語は、底壁部の外面が発熱体と直接接触する場合に限られず、底壁部の外面と発熱体とが熱を伝達できる状態で接続される限り、底壁部の外面と発熱体との間に他の物体が介在してもよい。
【０００７】
上記の沸騰冷却装置では、底壁部の内面の少なくとも一部は、冷媒が流れる方向に沿って上壁部側へ変位するように傾斜している。そのため、入口から流入した冷媒が上記の傾斜に当たると、冷媒の流れの向きが変わり、底壁部の内面及び放熱フィンから離れる方向へ冷媒の流れが形成される。このような冷媒の流れが形成されることにより、底壁部の内面及び放熱フィンに付着する気泡が底壁部の内面及び放熱フィンから離脱し易くなる。従って、上記の沸騰冷却装置によると、放熱フィン及び底壁部の内面から気泡が離脱することを促進し得る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例の沸騰冷却装置の構成を説明する図。
【図２】気泡が放熱フィンから離脱する様子を模式的に説明する図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（実施例）
図１に本実施例の沸騰冷却装置２を示す。この沸騰冷却装置２は、発熱体６０の熱によって沸騰器１６内を流れる冷媒を沸騰させて発熱体６０を冷却する冷却装置である。本実施例では、冷媒として、車両用のエンジンの冷却に用いられるＬＬＣ（Long Life Coolant）が用いられる。他の例では、これ以外の冷媒が用いられてもよい。冷却対象の発熱体６０は、例えば、スイッチング素子である。
【００１０】
沸騰冷却装置２は、入口１２と、出口１４と、沸騰器１６と、を備える。入口１２は冷媒の入口である。冷媒は入口１２を通して沸騰器１６内に流入する。図１に示すように、入口１２には仕切り板１３が設けられており、冷媒の流入経路を二つに分断している。出口１４は冷媒の出口である。沸騰器１６内の冷媒は出口１４を介して外部に流出する。図１中の矢印Ｆ１〜Ｆ６は冷媒の流れを示す。沸騰器１６内において、冷媒は、主に図１中の座標系のＸ軸の正方向に向かって流れる。以下では、Ｘ軸の正方向側のことを「下流側」と呼び、Ｘ軸の負方向側のことを「上流側」と呼ぶ場合がある。本実施例では、入口１２の径は、出口１４の径よりも大きい。他の例では、入口１２の径と出口１４の径が略等しくてもよい。
【００１１】
沸騰器１６は、筐体２０と、放熱板４０と、テーパ台４２と、複数の放熱フィン５０と、を備える。筐体２０は、沸騰器１６の本体を構成する箱状のケースである。筐体２０は、上壁部２２、底壁部２４、上流側壁部２６、下流側壁部２８、及び、側壁部３０、３２を有する。
【００１２】
上壁部２２は、沸騰器１６の各壁部のうち、図１中の座標系のＸＹ平面に平行であり、Ｚ軸の正方向側に位置する壁部である。以下では、図１中のＺ軸の正方向側のことを「上側」と呼び、Ｚ軸の負方向側のことを「下側」と呼ぶ場合がある。上記の出口１４は、上壁部２２のうちの下流側寄りに形成されている。底壁部２４は、ＸＹ平面に平行であり、下側に位置する壁部である。底壁部２４には、開口部３４が形成されている。上流側壁部２６は、ＹＺ平面に平行であり、上流側に位置する壁部である。上記の入口１２は上流側壁部２６に形成されている。下流側壁部２８は、ＹＺ平面に平行であり、下流側に位置する壁部である。側壁部３０、３２は、それぞれ、ＸＺ平面に平行な壁部である。
【００１３】
放熱板４０は、板状の部材であり、底壁部２４の内面に配置される。放熱板４０は、底壁部２４の開口部３４を閉塞するように配置される。これにより、沸騰器１６内を流れる冷媒が開口部３４から外部に漏出することが防止される。沸騰冷却装置２を使用する際には、放熱板４０の外面（即ち図中のＺ軸の負方向側の面）に発熱体６０を接触させる。また、沸騰冷却装置２を使用しない間は、放熱板４０を底壁部２４の内面から取り外すことができる。
【００１４】
テーパ台４２は、放熱板４０の内面（即ちＺ軸の正方向側の面）に固定されている。テーパ台４２の裏面（即ちＺ軸の負方向側の面）は、放熱板４０の内面の略中央部分を覆うように固定されている。このテーパ台４２の表面（即ちＺ軸の正方向側の面）は、冷媒が流れる方向（即ち図１の矢印Ｆ３、Ｆ４の方向）に沿って上側（即ち上壁部２２側）へ変位するように傾斜している。本実施例における放熱板４０及びテーパ台４２と底壁部２４との組合せが請求項の「底壁部」の一例である。また、テーパ台４２の表面が「底壁部の内面」の一例である。
【００１５】
複数の放熱フィン５０は、それぞれ、テーパ台４２の表面から上側に向けて突出する部材である。以下では、複数の放熱フィン５０のそれぞれを区別せずに呼ぶ場合に単に「放熱フィン５０」と呼ぶ場合がある。放熱フィン５０はピン状に形成されている。放熱フィン５０の先端は、上壁部２２と間隔をあけて対向している。本実施例では、各放熱フィン５０は、テーパ台４２の傾斜に合わせて、冷媒が流れる方向（即ち図１の矢印Ｆ３、Ｆ４の方向）に対して下流側寄りに傾斜して備えられている。各放熱フィン５０は、互いに一定の間隔を保って配置されている。沸騰器１６内に流入した冷媒の一部は、各放熱フィン５０の間を流れる（図１の矢印Ｆ４参照）。各放熱フィン５０には放熱板４０及びテーパ台４２を介して発熱体６０の熱が伝わるため、各放熱フィン５０は高温になる。そのため、放熱フィン５０の間を流れる冷媒が放熱フィン５０及びテーパ台４２に触れると、冷媒は放熱フィン５０及びテーパ台４２の熱を回収（即ち吸熱）して沸騰する。
【００１６】
放熱フィン５０及びテーパ台４２において冷媒が沸騰する際に、放熱フィン５０及びテーパ台４２の表面には気泡（即ち、気相の冷媒）が発生する。このとき、発生した気泡が、テーパ台４２の表面及び放熱フィン５０に付着し続けると、新たな冷媒と放熱フィン５０との接触が阻害され、冷却性能が低下するおそれがある。特に、図２に示すように、発生した気泡Ｂ１が、表面張力によって２本の放熱フィン５０の間にトラップされる場合等には、気泡がテーパ台４２の表面及び放熱フィン５０から離脱し難くなる。
【００１７】
ただし、本実施例の沸騰冷却装置２では、テーパ台４２の表面は、冷媒が流れる方向に沿って上側へ変位するように傾斜している。このため、図２に示すように、入口１２から流入し、放熱フィン５０の近傍まで流れてきた冷媒（図２の矢印Ｆ１０参照）が、上記の傾斜に当たると、冷媒の流れの向きが変わり、テーパ台４２の表面及び放熱フィン５０から離れる方向へ冷媒の流れが形成される（矢印Ｆ１１参照）。このような冷媒の流れが形成されることにより、テーパ台４２の表面及び放熱フィン５０に付着する気泡が下側から上側へ押され、テーパ台４２の表面及び放熱フィン５０から離脱し易くなる（符号Ｂ１、Ｂ２参照）。従って、本実施例の沸騰冷却装置２によると、テーパ台４２の表面及び放熱フィン５０からからの気泡の離脱を促進することができる。その結果、冷却性能の低下を抑制することができる。
【００１８】
以上、本明細書に開示の技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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。
【００１９】
（変形例１）上記の実施例では、沸騰器１６は、底壁部２４が下側に位置し、上壁部２２が上側に位置するような向きで設置される。沸騰器１６の設置向きはこれに限られず、任意の向きに配置することができる。例えば、沸騰器１６は、底壁部２４が上側に位置し、上壁部２２が下側に位置するような向きで設置されてもよい。この場合も、沸騰冷却装置は、上記の実施例と同様に、テーパ台４２の表面及び放熱フィン５０からの気泡の離脱を促進する効果を発揮することができる。
【００２０】
（変形例２）上記の実施例では、放熱フィン５０はピン状に形成されている。放熱フィンの形状はこれに限られず、板状等、任意の形状を有していてもよい。
【００２１】
（変形例３）入口１２及び出口１４の位置は、上記の実施例で開示した位置に限られない。沸騰器１６内の冷媒が、放熱フィン５０の近傍でＸ軸の正方向に向かって流れるように形成されていれば、入口１２及び出口１４は任意の位置に形成されていてもよい。
【００２２】
（変形例４）上記の実施例では、放熱フィン５０が設けられているテーパ台４２の表面の全面が傾斜している。これに限られず、放熱板の内面に複数の放熱フィンが設けられている場合において、放熱板の内面の複数の放熱フィンが設けられている領域のうちの一部のみが傾斜していてもよい。
【００２３】
（変形例５）上記の実施例では、放熱板４０の外面が発熱体６０と直接接触している。これに限られず、放熱板４０の外面と発熱体６０とが熱的に接続（即ち、熱を伝達できる状態で接続）される限り、放熱板４０の外面と発熱体６０との間に他の物体が介在してもよい。
【００２４】
（変形例６）上記の実施例では、放熱板４０は底壁部２４と別個に形成されている。これに限られず、放熱板４０が底壁部２４と一体に形成されていてもよい。
【００２５】
（変形例７）上記の実施例では、放熱板４０は沸騰器１６の内部に配置されている。これに限られず、放熱板４０が沸騰器１６の開口部３４を閉塞可能であれば、放熱板４０の一部が沸騰器１６の外側に配置されていてもよい。この場合、放熱板４０及びテーパ第４２のうち、少なくとも傾斜している範囲が、底壁部２４の内面から上壁部２２側へ突出していればよい。
【００２６】
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。
【符号の説明】
【００２７】
２：沸騰冷却装置
１２：入口
１３：仕切り板
１４：出口
１６：沸騰器
２０：筐体
２２：上壁部
２４：底壁部
２６：上流側壁部
２８：下流側壁部
３０：側壁部
３２：側壁部
３４：開口部
４０：放熱板
４２：テーパ台
５０：放熱フィン
６０：発熱体
【図１】
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【図２】
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