(57)【要約】【課題】凝縮器としての性能をより向上させるとともに設置の自由度を高める。【解決手段】気体Ｘ１が冷却され凝縮されることによって凝縮液Ｘ２とされる凝縮器であって、上記気体Ｘ１が凝縮される凝縮面１１を有する冷却板１と、上記凝縮面１１に対向配置されるとともに凝縮されることによって生成された上記凝縮液Ｘ２を毛細管現象によって捕捉するマイクロチャンネル３１と、上記マイクロチャンネル３１に捕捉された上記凝縮液Ｘ２を外部に排出するための流路２１と、上記流路内の上記凝縮液に対して流れを付与する強制流動手段と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体が冷却され凝縮されることによって凝縮液とされる凝縮器であって、
前記気体が凝縮される凝縮面を有する冷却板と、
前記凝縮面に対向配置されるとともに凝縮されることによって生成された前記凝縮液を毛細管現象によって捕捉するマイクロチャンネルと、
前記マイクロチャンネルに捕捉された前記凝縮液を外部に排出するための流路と、
前記流路内の前記凝縮液に対して流れを付与する強制流動手段と、
を備えることを特徴とする凝縮器。
【請求項２】
前記マイクロチャンネルの表面が親液性を有することを特徴とする請求項１記載の凝縮器。
【請求項３】
前記マイクロチャンネルは、複数の溝を有して構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の凝縮器。
【請求項４】
前記マイクロチャンネルは、多孔質部材によって構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の凝縮器。
【請求項５】
前記凝縮面が撥液性を有していることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の凝縮器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体が冷却され凝縮されることによって凝縮液とされる凝縮器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
凝縮器は、周知のように、気体を冷却し凝縮することによって液体の凝縮液にするものである。具体的には、凝縮面において気体を水や空気と間接的に熱交換させることによって冷却し凝縮している。
ところで、上述のような凝縮器においては、凝縮面上に凝縮された凝縮液が膜状に付着していると、すなわち凝縮面上に液膜が形成されていると、液膜が熱抵抗となり気体と水や空気との熱交換効率が低下し、凝縮器としての性能が低下する。
このため、従来の凝縮器においては、主に重力を利用して凝縮面上に形成された液膜を落下させて除去することによって気体と水や空気との熱交換効率を向上させている（特許文献１及び２参照）。
【特許文献１】特開平１０−１７６８９６号公報
【特許文献２】特開平１０−１７６８９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述のような重力を利用して凝縮面上の液膜を除去する方法では、表面張力等の作用によって一部の凝縮液が凝縮面上に残り、十分に凝縮面上の凝縮液を除去し、気体と水や空気との熱交換効率を向上させることができない。また、重力によって落下される凝縮液の落下位置が限定されるため、設置方向が制限される。したがって、設置の自由度が低いという問題が生じる。
【０００４】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、凝縮器としての性能をより向上させるとともに設置の自由度を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の凝縮器では、第１の手段として、気体が冷却され凝縮されることによって凝縮液とされる凝縮器であって、上記気体が凝縮される凝縮面を有する冷却板と、上記凝縮面に対向配置されるとともに凝縮されることによって生成された上記凝縮液を毛細管現象によって捕捉するマイクロチャンネルと、上記マイクロチャンネルに捕捉された上記凝縮液を外部に排出するための流路と、上記流路内の上記凝縮液に対して流れを付与する強制流動手段と、を備えるという構成を採用する。
【０００６】
第２の手段として、上記第１の手段において、上記マイクロチャンネルの表面が親液性を有するという構成を採用する。
【０００７】
第３の手段として、上記第１または第２の手段において、上記マイクロチャンネルが、複数の溝を有して構成されているという構成を採用する。
【０００８】
第４の手段として、上記第１または第２の手段において、上記マイクロチャンネルが、多孔質部材によって構成されているという構成を採用する。
【０００９】
第５の手段として、上記第１〜第４いずれかの手段において、  上記凝縮面が撥液性を有しているという構成を採用する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の凝縮器によれば、マイクロチャンネルによって凝縮面において生成された凝縮液を捕捉することができるため、凝縮面上に液膜が形成されることをより抑止することができるとともに重力方向がいずれの方向であってもマイクロチャンネルによって凝縮面において生成された凝縮液を捕捉することができる。
したがって、本発明の凝縮器によれば、凝縮器としての性能をより向上させるとともに設置の自由度を高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明に係る凝縮器の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１２】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態の凝縮器Ｓ１の分解斜視図である。なお、図１において、図示するように、後述する流路２２の延在方向をＸ方向とし、凝縮面１１においてＸ方向と直交する方向をＹ方向とし、Ｘ方向及びＹ方向に対して直交する方向をＺ方向として示す。
また、図２が図１におけるＹ−Ｚ平面断面の部分拡大図であり、図３が図１におけるＸ−Ｚ平面断面の部分拡大図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態の凝縮器Ｓ１は、例えばＣＰＵ等の発熱素子を冷却する冷却サイクルの一構成要素として用いられるものであり、蒸気状態の冷媒（気体）が冷却され凝縮されることによって凝縮液とされるものである。この凝縮器Ｓ１は、平面視（Ｘ−Ｙ平面視）において、例えば５０〜１００ｍｍ角の大きさを有しており、冷却板１と、流路板２と、マイクロチャンネル板３と、導排出板４とが積層された構成を有している。
【００１４】
冷却板１は、蒸気状態の冷媒Ｘ１が凝縮されることによって凝縮液Ｘ２とされる凝縮面１１を有するものであり、一方側の面が凝縮面１１として構成され、他方側の面が放熱面１２とされている。放熱面１２は、外部の空気や水と接触する箇所であり、外部の空気や水と冷媒Ｘ１との熱交換を促進させるために、フィン形状とされていることが好ましい。
また、本実施形態の凝縮器Ｓ１においては、冷却板１の凝縮面１１が撥液性を有している。具体的には、例えば、冷却板１の凝縮面１１に対してポリ４フッ化エチレンによる表面処理を行うことによって凝縮面１１に対して撥液性を付与することができる。
【００１５】
流路板２は、冷却板１の凝縮面１１において生成された凝縮液Ｘ２が流れるための流路２１を有するものであり、冷却板１上（Ｚ方向）に配置されている。なお、流路板２は、図１に示すように、冷却板１の凝縮面１１が広く露出されるように、枠状に形状設定されており、後述するマイクロチャンネル３１から直接凝縮液Ｘ２を受け取る流路２２がその中央部に例えば２本形成されている。そして、枠部及び流路２２に凹部が形成され、この凹部が流路２１として用いられている。
【００１６】
マイクロチャンネル板３は、冷却板１の凝縮面１１において生成された凝縮液Ｘ２を毛細管現象を利用して捕捉するマイクロチャンネル３１を有するものであり、流路板２上（Ｚ方向）にマイクロチャンネル３１が凝縮面１１に対向するように配置されている。なお、マイクロチャンネル３１のＸ方向の幅は、流路板２の流路２２の長さに応じた長さとされている。また、本実施形態の凝縮器Ｓ１においては、マイクロチャンネル３１は、図１におけるＸ方向に沿って形成された複数の溝３２によって構成されており、マイクロチャンネル３１と凝縮面１１とは１ｍｍ程度離間して配置されている。なお、溝３２の幅は、毛管力が重力に比べて十分に大きくなるような値として、例えば１０μｍ〜数ｍｍであるとする。
また、本実施形態の凝縮器Ｓ１においては、マイクロチャンネル３１の表面が親液性を有している。具体的には、例えば、マイクロチャンネル３１の表面に対して光触媒をコーディングすることによってマイクロチャンネル３１の表面に対して親液性を付与することができる。
また、マイクロチャンネル板３のマイクロチャンネル３１の両側（Ｘ方向）には、凝縮面１１に蒸気状態の冷媒Ｘ１を供給するための貫通孔３３と、流路２１から凝縮液Ｘ２を排出するための貫通孔３４が形成されている。
【００１７】
導排出板４は、本実施形態の凝縮器Ｓ１の内部に蒸気状態の冷媒Ｘ１を導入するための導入口４１と、凝縮器Ｓ１の内部から凝縮液Ｘ２を排出するための排出口４２とを備える板であり、マイクロチャンネル板３上（Ｚ方向）に配置されている。なお、導排出板４の導入口４１及び排出口４２は、マイクロチャンネル板３の貫通孔３３及び貫通孔３４に応じた位置に形成されており、導排出板４がマイクロチャンネル板３上に配置されることによって、導入口４１が貫通孔３３と接続され、排出口４２が貫通孔３４と接続される。
【００１８】
また、本実施形態の凝縮器Ｓ１は、上述の構成の他に、流路２１内の凝縮液Ｘ２に対して流れを付与する強制流動部５を有している。具体的には、この強制流動部５としては、流路２１内の凝縮液Ｘ２を導排出板４の排出口４２を介して排出するポンプや蒸気状態の冷媒Ｘ１を加圧して導排出板４の導入口４１を介して導入する冷媒加圧装置等を用いることができる。そして強制流動部５としてポンプを用いる場合には、強制流動部５が図１に示すように導排出板４の排出口４２に接続され、強制流動部５として冷媒加圧装置を用いる場合には、強制流動部が導排出板４の導入口４１に接続される。
なお、本実施形態の凝縮器Ｓ１を備える冷却システムが既存のポンプや冷媒加圧装置を有している場合には、これらを本実施形態の凝縮器Ｓ１の強制流動部として兼用することができ、本実施形態の凝縮器Ｓ１専用の強制流動部を別途設置する必要はない。
【００１９】
次に、上述のように構成された本実施形態の凝縮器Ｓ１の動作について説明する。
【００２０】
まず、強制流動部５によって流路２２の凝縮液Ｘ２に対して流れを付与、すなわち、凝縮液Ｘ２及び蒸気状態の冷媒Ｘ１に流れが付与されると、蒸気状態の冷媒Ｘ１が導排出板４の導入口４１を介して本実施形態の凝縮器Ｓ１の内部に導入される。
このようにして導入された蒸気状態の冷媒Ｘ１は、マイクロチャンネル板３の貫通孔３３を介して冷却板１の凝縮面１１上に流入する。この結果、冷却板１の凝縮面１１上に流入した蒸気状態の冷媒Ｘ１は、凝縮面１１において外部の空気や水等と熱交換されることによって、冷却され凝縮される。そして、蒸気状態の冷媒Ｘ１が凝縮されることによって凝縮液Ｘ２が生成される。
【００２１】
凝縮面１１において生成された凝縮液Ｘ２は、凝縮面１１が撥液性を有しているため、図２及び図３に示すように、球状となる。具体的には、凝縮面１１上に生成された凝縮液Ｘ２が他の凝縮液Ｘ２と接触して成長していくことによって、図２及び図３に示すような大きな球状になっていく。そして、球状体の形状が大きくなることによってマイクロチャンネル板３のマイクロチャンネル３１に触れると、毛細管現象によって、球状体を構成する凝縮液Ｘ２がマイクロチャンネル３１に捕捉される。なお、このような毛細管現象によって凝縮液Ｘ２に働く力は重力よりも大きいため、凝縮液Ｘ２がマイクロチャンネル３１に触れた場合には、凝縮液Ｘ２は必ずマイクロチャンネル３１に捕捉される。
マイクロチャンネル３１に捕捉された凝縮液Ｘ２は、強制流動部５によって流路２１内の凝縮液Ｘ２に流れが付与されているため、この流れに伴って、親液性を有するマイクロチャンネル３１の表面を伝って流路板２の流路２２内に流れ込む。
そして、流路２２内に流れ込んだ凝縮液Ｘ２は、流路２１の流れに伴って、流路２１に流れ込み、さらには、マイクロチャンネル板３に形成された貫通孔３４及び導排出板４の排出口４２を介して本実施形態の外部に排出される。
【００２２】
このような本実施形態の凝縮器Ｓ１によれば、マイクロチャンネル３１によって凝縮面１１において生成された凝縮液Ｘ２を捕捉することができるため、凝縮面１１上に液膜が形成されることをより抑止することができるとともに重力方向がいずれの方向であってもマイクロチャンネル３１によって凝縮面１１において生成された凝縮液Ｘ２を捕捉することができる。
したがって、本実施形態の凝縮器Ｓ１によれば、凝縮器としての性能をより向上させるとともに設置の自由度を高めることが可能となる。
また、本実施形態の凝縮器Ｓ１においては、マイクロチャンネル３１を通過しないと凝縮器Ｓ１の外部にたどり着くことができない。そして、このマイクロチャンネル３１には、凝縮液Ｘ２が存在するため、蒸気状態の冷媒Ｘ１が凝縮されずに凝縮器Ｓ１の外部に排出されることを抑止することができる。
【００２３】
また、本実施形態の凝縮器Ｓ１によれば、マイクロチャンネル３１の表面が親液性を有している。このため、凝縮液Ｘ２がマイクロチャンネル３１を流れ易くなり、これと同時に凝縮面１１上の凝縮液Ｘ２がマイクロチャンネル３１によって捕捉し易くなる。
【００２４】
また、本実施形態の凝縮器Ｓ１によれば、凝縮面１１が撥液性を有している。これによって凝縮面１１上の凝縮液Ｘ２がはじかれるため、凝縮面１１上の凝縮液Ｘ２を球状にすることができ、凝縮液Ｘ２をマイクロチャンネル３１に接触し易くすることができる。また、凝縮面１１上の凝縮液Ｘ２が球状となることによって、凝縮面１１上に液膜が生じることをより抑止することができ、凝縮器としての性能をより向上させることも可能となる。
【００２５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
【００２６】
図４は、本実施形態の凝縮器Ｓ２を図１に示した座標系のＹ−Ｚ平面に対応する面において切断した断面図である。
この図に示すように、本実施形態の凝縮器Ｓ２は、上記第１実施形態の凝縮器Ｓ２の溝３２を有するマイクロチャンネル３１の代わりに、微細な孔を複数有する多孔質部材によって形成されたマイクロチャンネル３５を有している。なお、具体的には、多孔質部材として、セラミック、樹脂等の材料あるいは微粒子焼結や表面の陽極酸化処理によって得られた材料を用いることができる。
【００２７】
このような構成を有する本実施形態の凝縮器Ｓ２においても、凝縮面１１において生成された凝縮液Ｘ２がマイクロチャンネル３５に触れることによって、毛細管現象によって凝縮液Ｘ２がマイクロチャンネル３５に捕捉される。
したがって、本実施形態の凝縮器Ｓ２においても、上記第１実施形態の凝縮器Ｓ１と同様に、凝縮面１１上に液膜が形成されることをより抑止することができるとともに重力方向がいずれの方向であってもマイクロチャンネル３１によって凝縮面１１において生成された凝縮液Ｘ２を捕捉することができ、凝縮器としての性能をより向上させるとともに設置の自由度を高めることが可能となる。
【００２８】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る凝縮器の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００２９】
例えば、上記実施形態においては、第１実施形態において複数の溝を有するマイクロチャンネルについて説明し、第２実施形態において多孔質材料からなるマイクロチャンネルを説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、多孔質材料からなるマイクロチャンネルにさらに溝を形成しても良い。
【００３０】
また、例えば、図５に示すように、マイクロチャンネル３１の奥（図５においては紙面上側）に液溜まり空間Ｋを形成する構成を採用することもできる。このような構成を採用することによって、一時的に凝縮面１１において生成される凝縮液Ｘ２が多くなり、強制流動部５の排出能力を上回ることとなった場合であっても、一時的に液溜まり空間Ｋに凝縮液Ｘ２を一時的に貯留することが可能となる。このため、マイクロチャンネル３１全体が凝縮液Ｘに浸されることを抑止することができ、常に凝縮面１１上の凝縮液Ｘ２をマイクロチャンネル３１によって捕捉することができる。
【００３１】
また、上記実施形態においては、冷却板１の凝縮面１１に対して表面処理を行うことで凝縮面１１に対して撥液性を付与した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、撥液性を有する材料によって冷却板１を形成することもできる。このような場合には、凝縮面１１に対して表面処理を行う必要がなくなる。
【００３２】
また、上記実施形態においては、マイクロチャンネルの表面に対して光触媒をコーティングすることによって、マイクロチャンネルに対して親液性を付与した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、マイクロチャンネル板３を予め親液性を有する材料によって形成しても良い。このような場合には、マイクロチャンネルの表面に光触媒をコーティングする必要はなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施形態である凝縮器の分解斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態である凝縮器の部分断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態である凝縮器の部分断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態である凝縮器の部分断面図である。
【図５】本発明の変形例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１……冷却板
１１……凝縮面
２……流路板
２１……流路
３……マイクロチャンネル板
３１，３５……マイクロチャンネル
３２……溝
４……導排出板
５……強制流動部（強制流動手段）
Ｓ１，Ｓ２……凝縮器
Ｘ１……蒸気状態の冷媒（気体）
Ｘ２……凝縮液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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