(57)【要約】【課題】熱抵抗を低減しうる沸騰冷却装置を提供する。【解決手段】沸騰冷却装置１は、外部からの熱を受ける中空状受熱部３、外部に熱を放出する中空状放熱部４、および受熱部３内と放熱部４内とを通じさせる冷媒流通部５を有する冷媒封入体２と、冷媒封入体２内に封入されて受熱部３に貯留されかつ潜熱として熱を輸送する冷媒６とを備えている。冷媒６は、フルオロカーボンとハイドロカーボンとの混合液からなる。前記混合液におけるハイドロカーボンの含有量は３０〜９０質量％であり、４０〜７０質量％であることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの熱を受ける中空状受熱部、外部に熱を放出する中空状放熱部、および受熱部内と放熱部内とを通じさせる冷媒流通部を有する冷媒封入体と、冷媒封入体内に封入されかつ潜熱として熱を輸送する冷媒とを備えた沸騰冷却装置において、冷媒が、フルオロカーボンとハイドロカーボンとの混合液からなり、前記混合液におけるハイドロカーボンの含有量が３０〜９０質量％である沸騰冷却装置。
【請求項２】
前記混合液におけるハイドロカーボンの含有量が４０〜７０質量％である請求項１記載の沸騰冷却装置。
【請求項３】
前記フルオロカーボンがパーフルオロケトンからなり、前記ハイドロカーボンがｎ−ペンタンまたはイソペンタンからなる請求項１または２記載の沸騰冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷媒の相変化を利用して発熱体を冷却する沸騰冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の沸騰冷却装置として、外部からの熱を受ける中空状受熱部、外部に熱を放出する中空状放熱部、および受熱部内と放熱部内とを通じさせる冷媒流通部を有する冷媒封入体と、冷媒封入体内に封入されかつ潜熱として熱を輸送する冷媒とを備えており、冷媒が、水とエタノールとの混合液からなる沸騰冷却装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１記載の沸騰冷却装置によれば、冷媒が、水とエタノールとの混合液からなるので、冷媒の凝固点が氷点下となり、氷点下となる環境下でも使用可能になる。
【０００４】
しかしながら、水とエタノールとの混合液からなる冷媒を用いた沸騰冷却装置の場合、熱抵抗、すなわち冷媒封入体の壁から冷媒、および冷媒から冷媒封入体の壁に熱が伝わる際の抵抗が水に比べて高くなるので、水を用いた沸騰冷却装置に比べて冷却効率が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１９６９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明の目的は、上記問題を解決し、熱抵抗を低減しうる沸騰冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。
【０００８】
1)外部からの熱を受ける中空状受熱部、外部に熱を放出する中空状放熱部、および受熱部内と放熱部内とを通じさせる冷媒流通部を有する冷媒封入体と、冷媒封入体内に封入されかつ潜熱として熱を輸送する冷媒とを備えた沸騰冷却装置において、冷媒が、フルオロカーボンとハイドロカーボンとの混合液からなり、前記混合液におけるハイドロカーボンの含有量が３０〜９０質量％である沸騰冷却装置。
【０００９】
2)前記混合液におけるハイドロカーボンの含有量が４０〜７０質量％である上記1)記載の沸騰冷却装置。
【００１０】
3)前記フルオロカーボンがパーフルオロケトンからなり、前記ハイドロカーボンがｎ−ペンタンまたはイソペンタンからなる上記1)または2)記載の沸騰冷却装置。
【発明の効果】
【００１１】
上記1)〜3)の沸騰冷却装置によれば、冷媒が、フルオロカーボンとハイドロカーボンとの混合液からなり、前記混合液におけるハイドロカーボンの含有量が３０〜９０質量％であるから、特許文献１記載の水とエタノールとの混合液からなる冷媒を用いた沸騰冷却装置に比べて、熱抵抗が低くなる。しかも、冷媒の凝固点が氷点下になるので、氷点下となる環境下でも使用可能である。
【００１２】
上記2)の沸騰冷却装置によれば、水とエタノールとの混合液からなる冷媒を用いた沸騰冷却装置に比べて、熱抵抗が著しく低くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の沸騰冷却装置を概略的に示す垂直断面図である。
【図２】冷媒を構成するフルオロカーボンとハイドロカーボンとの混合液中のハイドロカーボンの含有量決めるために行った実験結果を示すグラフである。
【図３】冷媒を構成するフルオロカーボンとハイドロカーボンとの混合液中のハイドロカーボンの含有量決めるために行った図２とは異なる実験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１５】
以下の説明において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。
【００１６】
図１はこの発明の沸騰冷却装置の全体構成を概略的に示す。
【００１７】
図１において、沸騰冷却装置(1)は、外部からの熱を受ける中空状受熱部(3)、外部に熱を放出する中空状放熱部(4)、および受熱部(3)内と放熱部(4)内とを通じさせる冷媒流通部(5)を有するアルミニウム製の冷媒封入体(2)と、冷媒封入体(2)内に封入されて受熱部(3)に貯留されておりかつ潜熱として熱を輸送する冷媒(6)とを備えている。冷媒(6)は、冷媒封入体(2)内を真空状態として封入されている。
【００１８】
冷媒封入体(2)の受熱部(3)の外面に、たとえば半導体素子からなるパワーデバイスを備えたパワーモジュールなどからなる発熱体(7)が取り付けられるようになっており、発熱体(7)から発せられる熱が冷媒封入体(2)の壁を経て受熱部(3)内の冷媒(6)に伝わるようになっている。
【００１９】
冷媒封入体(2)の放熱部(4)の外面には、アルミニウム製放熱フィン(8)が設けられており、空冷または液冷によって、冷媒(6)により受熱部(3)から輸送されてきた熱を外部に放熱するようになっている。放熱フィン(8)は、必ずしも必要としない。
【００２０】
冷媒(6)は、フルオロカーボンとハイドロカーボンとの混合液からなる。前記混合液におけるハイドロカーボンの含有量は３０〜９０質量％の範囲内で選択すべきであり、４０〜７０質量％であることが好ましい。なお、前記混合液におけるフルオロカーボンとハイドロカーボンとの合計量は１００質量％である。前記フルオロカーボンがパーフルオロケトンからなり、前記ハイドロカーボンがｎ−ペンタンまたはイソペンタンからなることが好ましい。パーフルオロケトンとしては、たとえばのＮｏｖｅｃ（ノベック）６４９（住友スリーエム社製）が用いられる。
【００２１】
ここで、冷媒(6)を構成するフルオロカーボンとハイドロカーボンとの混合液におけるハイドロカーボンの含有量を３０〜９０質量％としたのは、次のような実験を行った結果、図２および図３に示すような結果が得られたからである。
【００２２】
すなわち、図１に示す沸騰冷却装置(1)を使用して、水(A)、水とエタノールとの混合液(B)（混合液中のエタノール含有量は５０質量％）、Ｎｏｖｅｃ６４９(C)、Ｎｏｖｅｃ６４９とｎ−ペンタンとの混合液(D)（混合液中のｎ−ペンタンの含有量は５０質量％）、およびｎ−ペンタン(E)の熱抵抗を求めた。熱抵抗は、発熱体(7)からの発熱量をＱ(W)、冷媒の温度をＴ（℃）、冷媒封入体(2)の受熱部(3)における発熱体(7)が接触している壁の温度をＴｗ（℃）として、（Ｔｗ−Ｔ）／Ｑ（℃／Ｗ）という式により求めた。その結果を図２に示す。なお、図２においては、水の熱抵抗を１００％とした場合の各物質の熱抵抗を示す。
【００２３】
また、Ｎｏｖｅｃ６４９とｎ−ペンタンとの混合液中のｎ−ペンタンの含有量を種々変えて、上述した方法により熱抵抗を求めた。その結果を図３に示す。なお、図３においては、水の熱抵抗を１００％とした場合のｎ−ペンタンの含有量が異なっている種々の混合液の熱抵抗を示す。
【００２４】
図２に示す結果から、Ｎｏｖｅｃ６４９とｎ−ペンタンとの混合液(D)の熱抵抗は、水(A)および水とエタノールとの混合液(B)だけではなく、Ｎｏｖｅｃ６４９(C)およびｎ−ペンタン(E)の熱抵抗よりも低くなり、しかも水とエタノールとの混合液(B)の熱抵抗が水(A)の熱抵抗よりも高くなることが分かる。また、図３に示す結果から、フルオロカーボンとハイドロカーボンとの混合液におけるハイドロカーボンの含有量が３０〜９０質量％の場合に、熱抵抗が水(A)の熱抵抗よりも低くなり、特に４０〜７０質量％の場合に、熱抵抗が水(A)の熱抵抗よりも著しく低くなることが分かる。そして、図２および図３に示す結果から、フルオロカーボンとハイドロカーボンとの混合液におけるハイドロカーボンの含有量が、３０〜９０質量％、好ましくは４０〜７０質量％に決められたのである。
【００２５】
上述した沸騰冷却装置(1)において、発熱体(7)から発せられる熱が冷媒封入体(2)の壁を経て受熱部(3)内の冷媒(6)に伝わると、冷媒封入体(2)の受熱部(3)内に溜まっている冷媒(6)が加熱されて蒸発する。ガス状冷媒(6)は、冷媒流通部(5)を通って放熱部(4)に流れ、空冷または液冷によって冷媒封入体(2)の外部に放熱して再液化し、再液化した冷媒(6)が冷媒流通部(5)を通って受熱部(3)に戻る。このような動作を繰り返すことによって、発熱体(7)から発せられる熱が、冷媒(6)により潜熱として放熱部(4)に輸送され、放熱部(4)から冷媒封入体(2)の外部に放熱される。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
この発明による沸騰冷却装置は、たとえば半導体素子からなるパワーデバイスを備えたパワーモジュールなどからなる発熱体を冷却するのに好適に用いられる。
【符号の説明】
【００２７】
(1)：沸騰冷却装置
(2)：冷媒封入体
(3)：受熱部
(4)：放熱部
(5)：冷媒流通部
(6)：冷媒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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