(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体の内部に収容された発熱体を冷却する沸騰冷却装置であって、
並列して垂直方向に配された複数本のチューブと、各チューブの両端に接続されて各チューブに連通するとともに水平方向に配された上部タンク及び下部タンクとを有し、前記筐体の内部に配され、内部を流れる冷媒と前記筐体内部の高温流体との熱交換を行う高温側熱交換器と、
並列して垂直方向に配された複数本のチューブと、各チューブの両端に接続されて各チューブに連通するとともに水平方向に配された上部タンク及び下部タンクとを有し、前記筐体の外部で前記高温側熱交換器より高い位置に配され、内部を流れる冷媒と前記筐体外部の低温流体との熱交換を行う低温側熱交換器と、
一端が前記高温側熱交換器の上部に連結され、他端が前記低温側熱交換器の上部に連結されて、前記高温側熱交換器で沸騰した沸騰冷媒を前記低温側熱交換器へ導入する蒸気導入管と、
一端が前記低温側熱交換器の下部に連結され、他端が前記高温側熱交換器の下部に連結されて、前記低温側熱交換器で液化した液冷媒を前記高温側熱交換器へ導入する液導入管とを備え、
前記蒸気導入管と前記液導入管とで前記高温側熱交換器と前記低温側熱交換器とを環状に連結する連結管を構成すると共に、この連結管は、所定量の予備冷媒を蓄えることのできる配管長さを有しており、且つ前記液導入管は、垂直方向で前記高温側熱交換器の上部タンクと前記低温側熱交換器の下部タンクとの間に形成される空間を略水平方向または斜め方向に延びて配管される横配管部を有していることを特徴とする沸騰冷却装置。
【請求項２】
前記横配管部は、冷媒が曲線的に流れる曲線管部を有していることを特徴とする請求項１に記載した沸騰冷却装置。
【請求項３】
前記連結管は、前記低温側熱交換器と前記高温側熱交換器とを連結するために必要な最短配管長さの１．５倍以上の配管長さを有していることを特徴とする請求項１または２に記載した沸騰冷却装置。
【請求項４】
前記連結管は、前記低温側熱交換器および前記高温側熱交換器に対して着脱可能に連結されていることを特徴とする請求項１〜３に記載した何れかの沸騰冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱サイフォン式の沸騰冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品等の発熱体を密閉化されたハウジング内部に収容して使用する場合には、ハウジング内部に直接外気を取り入れて換気することができない。そこで、本出願人は、ハウジング内部に収容された発熱体を冷却する手段として、ハウジング内部の空気とハウジング外部の空気との間で熱交換を行う沸騰冷却装置を出願した（特願平８−２５０８７０号参照）。この沸騰冷却装置は、ハウジング内部に配置した高温側熱交換器とハウジング外部に配置した低温側熱交換器とを連結管によって環状に連結したもので、その連結管と各熱交換器とを着脱可能に締結できる構造とすることで組付け性を向上している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のように連結管と各熱交換器とを着脱可能に締結できる構造とした場合、一般にはＯリング等で連結管と熱交換器との嵌合部をシールすることにより嵌合部からの冷媒漏れを防止しているが、完全には防止することができないため、長期間使用する間に冷媒が漏れてしまう。特に、冷媒としてＨＦＣ１３４ａ等のフロン系冷媒を用いると、内圧が高くなるため、長期間の使用時には多くの冷媒が漏れてしまう。その結果、装置内部に封入されている冷媒量が低減して、液冷媒を貯めている高温側熱交換器内の液面が低下するため、高温側熱交換器の吸熱量が低減して放熱性能が低下するという問題が生じる。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、長期間の使用に伴う冷媒漏れによる放熱性能の低下を抑制できる沸騰冷却装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の手段）
請求項１に記載の沸騰冷却装置は、筐体の内部に収容された発熱体を冷却する沸騰冷却装置であって、並列して垂直方向に配された複数本のチューブと、各チューブの両端に接続されて各チューブに連通するとともに水平方向に配された上部タンク及び下部タンクとを有し、筐体の内部に配され、内部を流れる冷媒と筐体内部の高温流体との熱交換を行う高温側熱交換器と、並列して垂直方向に配された複数本のチューブと、各チューブの両端に接続されて各チューブに連通するとともに水平方向に配された上部タンク及び下部タンクとを有し、筐体の外部で高温側熱交換器より高い位置に配され、内部を流れる冷媒と筐体外部の低温流体との熱交換を行う低温側熱交換器と、一端が高温側熱交換器の上部に連結され、他端が低温側熱交換器の上部に連結されて、高温側熱交換器で沸騰した沸騰冷媒を低温側熱交換器へ導入する蒸気導入管と、一端が低温側熱交換器の下部に連結され、他端が高温側熱交換器の下部に連結されて、低温側熱交換器で液化した液冷媒を高温側熱交換器へ導入する液導入管とを備えている。
そして、蒸気導入管と液導入管とで高温側熱交換器と低温側熱交換器とを環状に連結する連結管を構成し、この連結管は、所定量の予備冷媒を蓄えることのできる配管長さを有している。これにより、長期間使用する間に冷媒漏れが生じても、連結管に蓄えられる予備冷媒量が無くなるまでは、要求される放熱性能を維持することができる。
また、液導入管は、垂直方向で高温側熱交換器の上部タンクと低温側熱交換器の下部タンクとの間に形成される空間を略水平方向または斜め方向に延びて配管される横配管部を有している。この横配管部を設けることにより、所定量の予備冷媒を蓄えることができる。
さらに、横配管部を蒸気導入管に設ける場合より液導入管に設けた方が流路の圧損を低減できる。つまり、流路の圧損は、気相冷媒が流れる蒸気導入管の方が、液相冷媒が流れる液導入管よりも大きくなるため、予備冷媒を蓄えるための横配管部としては液導入管に設けた方が流路の圧損の点で有利である。
【０００６】
（請求項２の手段）
横配管部は、冷媒が曲線的に流れる曲線管部を有している。つまり、横配管部は必ずしも直線的に配管されている必要はなく、冷媒が曲線的（例えば蛇行状、渦巻き状等）に流れるように構成されていても良い。
【０００７】
（請求項３の手段）
連結管は、低温側熱交換器と高温側熱交換器とを連結するために必要な最短配管長さの１．５倍以上の配管長さを有している。これにより、長期間（例えば２０年間）使用する間の冷媒漏れ量を補うことができる。なお、１．５倍より短くても最短配管長さ以上あれば、それなりに予備冷媒量を蓄えることは可能であるが、長期間の使用を考慮すると１．５倍以上あることが望ましい。
【００１０】
（請求項４の手段）
連結管は、低温側熱交換器および高温側熱交換器に対して着脱可能に連結されている。この場合、熱交換器に対する連結管の組付け作業を容易にできるが、連結部からの冷媒漏れを完全に防止することが困難であるため、長期間の使用によって冷媒が漏れる可能性がある。これに対し、請求項１〜３に記載した何れかの手段を採用することにより、連結管に蓄えられた予備冷媒量によって冷媒漏れを補うことができ、所望の放熱性能を維持することができる。これにより、冷媒漏れによる放熱性能の低下を招くことなく、連結管の組付け作業を容易にできるメリットを得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１は沸騰冷却装置１の正面図である。
本実施例の沸騰冷却装置１は、密閉化されたハウジング２（図２参照）の内部に配置される沸騰器３（本発明の高温側熱交換器）と、ハウジング２の外部に配置される凝縮器４（本発明の低温側熱交換器）と、沸騰器３と凝縮器４とを連結する連結管（蒸気導入管５と液導入管６）と、沸騰器３に送風する室内ファン７と、凝縮器４に送風する室外ファン８等より構成され、沸騰器３、凝縮器４、及び連結管５、６によって形成される密閉空間に所定量の冷媒（例えばＨＦＣ１３４ａ等のフロン系冷媒）が封入されている。
ハウジング２は、例えば携帯電話や自動車電話等の移動無線電話の無線基地局に使用されるもので、内部に発熱体である通信機器（図示しない）を収容している。
【００１２】
沸騰器３は、並列に配された複数本のチューブ９と、各チューブ９の両端に接続されて各チューブ９を相互に連通する一組のタンク（上部タンク１０と下部タンク１１）と、隣合う各チューブ９間に介在された受熱用フィン１２等より構成され、一体ろう付けにより接合されている。
チューブ９は、伝熱性に優れた金属材（例えばアルミニウムや銅）により断面形状が偏平な長円形状に形成されている。
各タンク１０、１１は、それぞれチューブ９と同じ金属材により両端が閉じた略筒形状に形成され、長手方向（図１の左右方向）に一定の間隔をおいて各チューブ９の端部が挿入されている。上部タンク１０には、長手方向の一端部（図１の右端部）に蒸気導入管５を接続する接続口（図示しない）が設けられ、下部タンク１１には、長手方向の他端部に液導入管６を接続する接続口（図示しない）が設けられている。
受熱用フィン１２は、例えばアルミニウムの薄板を交互に折り曲げて波状に成形したもので、各折り曲げ部でチューブ９の表面に接合されている。
この沸騰器３は、図２に示すように、ハウジング２の立壁面２ａに対して所定角度傾斜した姿勢で取り付けられている。
【００１３】
凝縮器４は、並列に配された複数本のチューブ１３と、各チューブ１３の両端に接続されて各チューブ１３を相互に連通する一組のタンク（上部タンク１４と下部タンク１５）と、隣合う各チューブ１３間に介在された放熱用フィン１６等より構成され、一体ろう付けにより接合されている。
チューブ１３は、伝熱性に優れた金属材（例えばアルミニウムや銅）により断面形状が偏平な長円形状に形成されている。
各タンク１４、１５は、チューブ１３と同じ金属材により両端が閉じた略筒形状に形成され、長手方向に一定の間隔をおいて各チューブ１３の端部が挿入されている。上部タンク１４には、長手方向の他端部（図１の左端部）に蒸気導入管５を接続する接続口（図示しない）が設けられ、下部タンク１５には、長手方向の一端部に液導入管６を接続する接続口（図示しない）が設けられている。
放熱用フィン１６は、例えばアルミニウムの薄板を交互に折り曲げて波状に成形したもので、各折り曲げ部でチューブ１３の表面に接合されている。
この凝縮器４は、図２に示すように、垂直方向において沸騰器３より高い位置に配置され、且つハウジング２の立壁面２ａに対して、沸騰器３と反対側へ所定角度傾斜した姿勢で取り付けられている。
【００１４】
連結管５、６は、例えばアルミニウム等の金属製パイプを所定の長さに切断して使用されるもので、沸騰器３で沸騰した沸騰冷媒を凝縮器４へ導入する蒸気導入管５と、凝縮器４で液化した液冷媒を沸騰器３へ導入する液導入管６とから成り、ハウジング２の立壁面２ａに空けられた貫通孔２ｂを通って配管されている。なお、貫通孔２ｂは、各導入管５、６にろう付け接合されているユニオン１７、１８等により気密に塞がれている（図２参照）。
蒸気導入管５は、図１に示すように、一端が沸騰器３の上部タンク１０に設けられた接続口にジョイント部材１９を介して着脱可能に連結され、他端が凝縮器４の上部タンク１４に設けられた接続口にジョイント部材２０を介して着脱可能に連結されている。この蒸気導入管５は、沸騰器３の上部タンク１０と凝縮器４の下部タンク１５との間を略水平方向に配管される横配管部５ａと、凝縮器４の他端側を凝縮器４と略平行に傾斜して配管される縦配管部５ｂとを有している。液導入管６は、図１に示すように、一端が凝縮器４の下部タンク１５に設けられた接続口にジョイント部材２１を介して着脱可能に連結され、他端が沸騰器３の下部タンク１１に設けられた接続口にジョイント部材２２を介して着脱可能に連結されている。この液導入管６は、沸騰器３の上部タンク１０と凝縮器４の下部タンク１５との間を略水平方向に配管される横配管部６ａと、沸騰器３の他端側を沸騰器３と略平行に傾斜して配管される縦配管部６ｂとを有している。
【００１５】
室内ファン７は、例えば軸流式ファンで、沸騰器３の上部に複数個取り付けられ、ハウジング２内部の空気（発熱体の発生する熱によって高温となっている）を沸騰器３に送風する。
室外ファン８は、例えば室内ファン７より大型の軸流式ファンで、凝縮器４の上部に取り付けられ、ハウジング２外部の空気（つまり外気）を凝縮器４に送風する。なお、この室外ファン８は、図２に示すように、凝縮器４とともにケーシング２３に収容され、そのケーシング２３を介してハウジング２の立壁面２ａに固定されている。
室内ファン７および室外ファン８は、例えばサーミスタ等の温度センサ（図示しない）により検出されるハウジング２の内部温度に基づいて、図示しないコントローラにより通電制御される。
なお、装置内部の冷媒液面は、例えば凝縮器４の下部タンク１５より若干低い位置に設定されている。即ち、蒸気導入管５の横配管部５ａおよび液導入管６の横配管部６ａまで液冷媒が満たされている。
【００１６】
次に、本実施例の作用を説明する。
発熱体から発生する熱によってハウジング２の内部温度が上昇し、コントローラを通じて室内ファン７及び室外ファン８が通電されると、室内ファン７によってハウジング２の内部空気が沸騰器３に送風され、室外ファン８によって外気が凝縮器４に送風される。これにより、沸騰器３では、各チューブ９内に満たされている液冷媒が高温空気から受熱して沸騰する。沸騰した冷媒（沸騰冷媒）は、沸騰器３の各チューブ９内を上昇して上部タンク１０より蒸気導入管５を通って凝縮器４の上部タンク１４へ流入する。凝縮器４では、上部タンク１４から各チューブ１３へ分配された沸騰冷媒が各チューブ１３を流れる際に室外ファン８の送風を受けて冷却され、潜熱を放出してチューブ１３の壁面に凝縮する。凝縮した冷媒は、液滴となって凝縮器４の下部タンク１５へ滴下する。下部タンク１５に溜まった凝縮液は、液導入管６を通って沸騰器３の下部タンク１１へ流入し、下部タンク１１から再び沸騰器３の各チューブ９へ供給されて、上記サイクルを繰り返す。
以上のように、冷媒が沸騰と凝縮とを繰り返して沸騰器３と凝縮器４とを循環することにより、発熱体から発生した熱が順次外気へ放出されて、発熱体の温度上昇が抑制される。
【００１７】
（第１実施例の効果）
本実施例では、蒸気導入管５に横配管部５ａと縦配管部５ｂとを設けているため、沸騰器３の上部タンク１０と凝縮器４の上部タンク１４とを最短距離で連結した場合の配管長さより蒸気導入管５の全長を長く設定できる（少なくとも１．５倍以上）。同様に、液導入管６に横配管部６ａと縦配管部６ｂとを設けているため、凝縮器４の下部タンク１５と沸騰器３の下部タンク１１とを最短距離で連結した場合の配管長さより液導入管６の全長を長く設定できる（少なくとも１．５倍以上）。これにより、蒸気導入管５および液導入管６に所定量の予備冷媒を蓄えることができるため、長期間使用する間に冷媒漏れが生じても、各導入管５、６に蓄えられた予備冷媒量が無くなるまでは、要求される放熱性能を維持することができる。
【００１８】
沸騰器３の上部タンク１０と凝縮器４の上部タンク１４及び凝縮器４の下部タンク１５と沸騰器３の下部タンク１１とをそれぞれ最短距離で連結した場合（従来の沸騰冷却装置）と比較すると、図３に示すように、本実施例の方が連結管５、６に蓄えられる予備冷媒量を多くできるため、長期間の使用によって冷媒漏れが発生しても、要求される放熱性能を維持するための最低冷媒量（図３では約４３０ｇ）まで減少する時間をより長く確保することができる。つまり、従来装置より長期間に渡って要求される放熱性能を維持することができる。
また、本実施例では、所定量の予備冷媒を蓄えるために蒸気導入管５および液導入管６にそれぞれ横配管部５ａ、６ａを設けているが、この横配管部５ａ、６ａが沸騰器３の上部タンク１０と凝縮器４の下部タンク１５との間に配管されているため、各導入管５、６の全長が長くなっても装置全体の大型化を招くことはない。
【００１９】
（第２実施例）
図４は沸騰冷却装置１の正面図である。
本実施例は、液導入管６の他の例を示すもので、図４に示すように、液導入管６の横配管部６ａを沸騰器３の上部タンク１０と凝縮器４の下部タンク１５との間で左右方向に往復させている。この場合、第１実施例と比較して更に予備冷媒量を多く確保できるため、より長期間の使用に渡って要求される放熱性能を維持することができる。なお、液導入管６だけでなく、蒸気導入管５の横配管部５ａを往復させても良い。
【００２０】
（変形例）
上記実施例では、蒸気導入管５の横配管部５ａおよび液導入管６の横配管部６ａを略直線状に配管した例を示したが、例えば図５および図６に示すように、各横配管部５ａ、６ａに曲線管部２４を設けても良い。また、この曲線管部２４は、蒸気導入管５の縦配管部５ｂおよび液導入管６の縦配管部６ｂに設けても良い。但し、流路の圧損は、気相冷媒の通過する蒸気導入管５の方が液相冷媒の通過する液導入管６よりも大きくなるため、予備冷媒を蓄えるための曲線管部２４としては蒸気導入管５に設ける場合より液導入管６に設けた方が流路の総圧損を低減でき、放熱性能を向上できる。
なお、本実施例では、蒸気導入管５および液導入管６を沸騰器３および凝縮器４に対してジョイント部材１９〜２２を介して着脱可能に連結する例を記載したが、一体ろう付け等により接合しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】沸騰冷却装置の正面図である（第１実施例）。
【図２】沸騰冷却装置の側面図である（第１実施例）。
【図３】冷媒量と放熱性能との関係を示すグラフである。
【図４】沸騰冷却装置の正面図である（第２実施例）。
【図５】曲線管部を示す平面図である（変形例）。
【図６】曲線管部を示す平面図である（変形例）。
【符号の説明】
１    沸騰冷却装置
２    ハウジング（筐体）
３    沸騰器（高温側熱交換器）
４    凝縮器（低温側熱交換器）
５    蒸気導入管（連結管）
５ａ  横配管部
６    液導入管（連結管）
２４    曲線管部
【図１】
0003876504.tif 000002
【図２】
0003876504.tif 000003
【図３】
0003876504.tif 000004
【図４】
0003876504.tif 000005
【図５】
0003876504.tif 000006
【図６】
0003876504.tif 000007