(57)【要約】【課題】凝縮部内の対流を促進させ、凝縮性能を向上させることができる沸騰冷却装置を提供する。【解決手段】本発明の沸騰冷却装置は、発熱体Ｚの熱を受ける液体冷媒を収容する収容部２と、収容部２に連通する凝縮部３と、を有する容器１００と、入口４ａが液体冷媒に浸漬し出口４ｂが液面の上方にある筒状の誘導パイプ４と、を備え、発熱体Ｚの熱を受けて沸騰する液体冷媒の沸騰領域が、液体冷媒内における誘導パイプ４の入口４ａの下方または誘導パイプ４の内部に存在する沸騰冷却装置において、誘導パイプ４の少なくとも液面より上方の部分には、上方に向かって通路が狭くなるしぼり４２が形成されていることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体の熱を受ける液体冷媒を収容する収容部と、前記収容部に連通する凝縮部と、を有する容器と、
入口が前記液体冷媒に浸漬し出口が前記液面の上方にある筒状の誘導パイプと、
を備え、
前記発熱体の熱を受けて沸騰する前記液体冷媒の沸騰領域が、前記液体冷媒内における前記誘導パイプの入口の下方または前記誘導パイプの内部に存在する沸騰冷却装置において、
前記誘導パイプの少なくとも前記液面より上方の部分には、上方に向かって通路が狭くなるしぼりが形成されていることを特徴とする沸騰冷却装置。
【請求項２】
前記しぼりは、前記通路を前記出口に向かって徐々に狭くする形状をしている請求項１に記載の沸騰冷却装置。
【請求項３】
前記凝縮部は、前記液面の上方から外れた位置に配置された、内部に液体冷媒が流通する凝縮管を複数備える請求項１または２に記載の沸騰冷却装置。
【請求項４】
前記誘導パイプは、前記出口が前記凝縮部の側壁面側に偏って配置される請求項１〜３の何れか一項に記載の沸騰冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒を用いた沸騰冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
沸騰冷却装置は、例えば特開昭５７−１１４２６０号公報（特許文献１）に記載されたように、発熱体の熱を受ける液体冷媒を収容する液留部と、沸騰した蒸気（液体冷媒）を凝縮する凝縮部と、液留部で沸騰した蒸気を凝縮部へ導く案内管とを備えている。蒸気は、案内管があることで、確実に凝縮部に到達し、そこで凝縮され、再び液留部に環流する。
【０００３】
凝縮部は、例えば凝縮管等で構成された熱交換器を備えている。従って、凝縮部内において、対流が活発となれば、蒸気が熱交換器に当たりやすく、凝縮性能は向上する。
【特許文献１】特開昭５７−１１４２６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の沸騰冷却装置では、沸騰した蒸気が案内管によって単に凝縮部に案内されるだけであり、案内後の蒸気の流れについては何ら考慮されていない。つまり、凝縮部内の蒸気の流れはコントロールされず、成り行きまかせとなっていた。このような従来の構成では、凝縮部内での対流を促進させることが困難であり、その結果、凝縮性能の向上の面で問題があった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、凝縮部内の対流を促進させ、凝縮性能を向上させることができる沸騰冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の沸騰冷却装置は、発熱体の熱を受ける液体冷媒を収容する収容部と、収容部に連通する凝縮部と、を有する容器と、入口が液体冷媒に浸漬し出口が液面の上方にある筒状の誘導パイプと、を備え、発熱体の熱を受けて沸騰する液体冷媒の沸騰領域が、液体冷媒内における誘導パイプの入口の下方または誘導パイプの内部に存在する沸騰冷却装置において、誘導パイプの少なくとも液面より上方の部分には、上方に向かって通路が狭くなるしぼりが形成されていることを特徴とする。
【０００７】
誘導パイプの少なくとも出口部分がしぼりとなっていることで、そこを通って放出される蒸気の流速は上がる。蒸気が出口から勢いよく凝縮部内に噴出することで、凝縮部内での対流が促進され、その結果、凝縮性能が向上する。
【０００８】
ここで、しぼりは、通路を出口に向かって徐々に狭くする形状をしていることが好ましい。換言すると、しぼりは、通路が出口に向かって徐々に狭くなる形状となっていることが好ましい。つまり、しぼりは、緩やかに通路を狭めるよう形成されている。これにより、通路が急に狭まることによる抵抗（パイプ内での対流）発生を抑制することができる。従って、誘導パイプは、より効率的に蒸気の対流を促進させることができる。なお、しぼりは、誘導パイプの少なくとも出口にあればよく、誘導パイプ全体が通路を徐々に狭くする形状（すなわち、しぼり）であってもよい。
【０００９】
ところで、本発明において、凝縮部は、液面の上方から外れた位置に配置された、内部に液体冷媒が流通する凝縮管を複数備えていてもよい。この場合、本発明の沸騰冷却装置はより効果的である。従来では、液面の上方に凝縮管がない場合には、凝縮部内で対流が促進されないため、蒸気が凝縮管に特に当たりにくくなっていた。しかし、本発明の沸騰冷却装置では、誘導パイプがしぼりを有するため、凝縮部内の対流が促進され、上記領域外にある凝縮管であっても蒸気があたりやすくなる。つまり、凝縮性能は向上する。
【００１０】
ここで、誘導パイプは、出口が凝縮部の側壁面側に偏って配置されることが好ましい。これにより、出口から出る蒸気は、凝縮部の側壁面に沿って流れ易くなる。凝縮部の側壁面付近、天井面付近、および、角部付近では、よどみが生じ易く、対流が発生しにくい。しかし、本発明によれば、蒸気が側壁面に沿って流れ易く、側壁面から角部を介して天井面へと流路が形成される。つまり、凝縮部内のよどみが解消され、より蒸気の対流・攪拌が促される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の沸騰冷却装置によれば、凝縮部内の対流を促進させ、凝縮性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。
【００１３】
＜第一実施形態＞
第一実施形態の沸騰冷却装置１について、図１および図２を参照して説明する。図１は、沸騰冷却装置１を示す模式図である。図２は、図１における模式Ａ−Ａ線断面図である。
【００１４】
沸騰冷却装置１は、冷媒の収容部２と凝縮部３とを備える容器１００と、誘導パイプ４とを備えている。収容部２は、上方が開口した略直方体の容器であり、内部に液体冷媒（例えばフロン）を収容している。収容部２の内底面２ａには、発熱体Ｚが取り付けられている。発熱体Ｚは、例えば半導体素子等である。従って、発熱体Ｚは液体冷媒内にあり、発熱体Ｚの熱は、液体冷媒に伝達される。液体冷媒は、発熱体Ｚの熱を受けて沸騰する。
【００１５】
凝縮部３は、収容部２の上方に連続して設けられている。つまり、凝縮部３は、液体冷媒の液面よりも上方に設けられ、内部が収容部２の内部と連通している。凝縮部３は、複数の凝縮管３１（熱交換器）を有し、凝縮管３１内には液体冷媒（冷却水）が流れている。凝縮部３は、凝縮部３内の蒸気を凝縮する。
【００１６】
誘導パイプ４は、全体が略円筒状であり、下方側の開口４ａ（以下、「入口」と称する）が液体冷媒内に位置し、上方側の開口４ｂ（以下、「出口」と称する）が液面の上方に位置している。誘導パイプ４の入口４ａは、発熱体Ｚの熱で生じる気泡を流入させるため、発熱体Ｚの上方に配置されている。換言すると、発熱体Ｚの熱を受けて沸騰する液体冷媒の沸騰領域（発熱体Ｚ周辺の液体冷媒）が、誘導パイプ４の入口４ａの下方に存在している。誘導パイプ４は、上下方向に延在し、出口４ｂが凝縮部３内に位置している。
【００１７】
すなわち、誘導パイプ４は、発熱体Ｚの熱によって生じた蒸気を凝縮部３に導く通路を形成している。なお、誘導パイプ４は、図示しない連結部材により収容部２の側壁面に固定されている。また、第一実施形態において、誘導パイプ４の出口４ｂの開口方向は、その延長線上に凝縮管３１が位置するように配置されている。
【００１８】
ここで、誘導パイプ４の構造についてさらに詳細に説明する。誘導パイプ４は、パイプ本体部４１と、しぼり部４２（本発明における「しぼり」に相当する）とからなっている。パイプ本体部４１は、ほぼ均一径の円筒状であり、下方側の開口が入口４ａを形成している。しぼり部４２は、上方に向かうほど径が徐々に小さくなる円筒状である。しぼり部４２は、液面上に位置し、下方側の開口がパイプ本体部４１の上方側の開口と一体につながっている。しぼり部４２の上方側の開口は、誘導パイプ４の出口４ｂを形成している。つまり、誘導パイプ４は、その出口４ｂを含む部位に、通路を徐々に狭くするしぼりを有している。換言すると、誘導パイプ４は、液面の上方の部分に、上方に向かって通路が狭くなるしぼりが形成されている。なお、誘導パイプ４内の液面は沸騰が起こった際に圧力により低くなる可能性もあるが、上述した「液面の上方の部分」の記載における「液面」とは、沸騰が起こる前の液面の高さのことを意味するものとする。
【００１９】
ここで、沸騰冷却装置１の作用効果について説明する。まず、収容部２内に設置された発熱体Ｚの熱が液体冷媒に伝わり、液体冷媒が沸騰し気泡（蒸気）が発生する。その気泡は、上昇し、発熱体Ｚの上方にある誘導パイプ４に流入する。気泡は、誘導パイプ４内を上昇し、液面に達して液体冷媒外に放出される。液体冷媒外に放出された蒸気は、誘導パイプ４内で上昇を続け、しぼり部４２を通過して出口４ｂから噴出する。
【００２０】
このとき、しぼり部４２を通過した蒸気の流速は、しぼり部４２で流路が狭まっているため上昇する。そして、勢いを増した蒸気は、出口４ｂから凝縮部３内に流入する。凝縮部３内では、出口４ｂから出る蒸気により対流が促進され、より蒸気が凝縮管３１に当たりやすくなる。つまり、蒸気は、効率よく凝縮管３１により凝縮される。このように、沸騰冷却装置１は、凝縮部３内の対流を促進させ、凝縮性能を向上させることができる。凝縮した液体冷媒は、収容部２内に滴下する。
【００２１】
なお、誘導パイプ４は、少なくとも液面より上方の部位にしぼりを有していればよく、例えば以下のようなものでもよい。第一変形例としては、図３に示すように、しぼり部４２がリング形状であり、その外径がパイプ本体部４１と同径となっている。しぼり部４２の内径は外径よりも小さく、誘導パイプ４の通路は狭くなっている。従って、上記同様の効果が発揮される。ただし、この場合、誘導パイプ４内の出口４ｂ付近において、しぼり部４２による抵抗（別の対流）が発生する虞がある。
【００２２】
また、第二変形例としては、図４に示すように、誘導パイプ４が入口４ａから出口４ｂまで連続して徐々に径が小さくなっている。つまり、液面より上方の部位を含む誘導パイプ４全体がしぼり部４２となっている。誘導パイプ４の通路は、連続的に緩やかに狭くなっている。これによっても、上記と同様の効果が発揮される。また、徐々に通路を狭くすることで、抵抗の発生を抑制することができる。
【００２３】
また、誘導パイプ４の通路断面形状は、上記のような円形に限らず、矩形や多角形であっても上記と同様の効果を発揮する。つまり、誘導パイプ４は、角筒形状であってもよい。また、発熱体Ｚの設置位置は、収容部２（容器１００）の内底面２ａに限らず、その外底面や、誘導パイプ４内であってもよい。例えば、図５に示すように、発熱体Ｚが誘導パイプ４の内壁面に設置されていてもよい。この場合、誘導パイプ４の通路断面形状は、矩形であるほうが発熱体Ｚを設置しやすい。
【００２４】
＜第二実施形態＞
第二実施形態の沸騰冷却装置１０について図６を参照して説明する。図６は、第一実施形態における図２に相当する図である。この沸騰冷却装置１０は、第一実施形態の沸騰冷却装置１と比較して、誘導パイプ４の位置、発熱体Ｚの位置、および、凝縮管３１の位置が異なっている。従って、第一実施形態と同様の構成については、同符号を付して説明は省略する。
【００２５】
沸騰冷却装置１０では、凝縮部３が液体冷媒の液面の上方領域Ｘ外にまで延在している。そして、その領域Ｘから外れた位置に凝縮管３１が配置されている。つまり、凝縮管３１は、液面の上方に配置されていない。この構造は、例えば、凝縮した液体冷媒の滴下と、蒸気の上昇とが互いに進行の邪魔となるのを防ぐ構造である。
【００２６】
誘導パイプ４は、入口４ａが発熱体Ｚの上方で、且つ、出口４ｂが凝縮部３の側壁面３ａ側に偏って配置されている。発熱体Ｚは、入口４ａの下方であって、収容部２の外底面２ｂに取り付けられている。
【００２７】
これによれば、第一実施形態同様、凝縮部３内の対流が促進され、凝縮管３１が領域Ｘ外に配置されていても、凝縮性能の向上が可能となる。また、誘導パイプ４の出口４ｂが凝縮部３の側壁面３ａ付近に配置されているため、蒸気が側壁面３ａに沿って流れ易い。従って、図６の矢印に示すように、側壁面３ａから角部を介して天井面３ｂへと流路が形成されやすい。これにより、凝縮部３内のよどみが解消され、より蒸気の対流・攪拌が促される。また、領域Ｘ外に偏った凝縮管３１への流路が形成されやすい。従って、より凝縮性能が向上する。
【００２８】
なお、第一実施形態において、誘導パイプ４の出口４ｂが、例えば、図２手前側（または奥側）にある凝縮部３の側壁面付近に配置されていれば、上記同様の効果が発揮される。また、このように配置することで、凝縮管３１が伸びる方向に沿った蒸気の流路（図２手前から奥、または、奥から手前）が形成される。従って、より蒸気が凝縮管３１に接し易く、凝縮性能は向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】沸騰冷却装置１を示す模式図である。
【図２】図１における模式Ａ−Ａ線断面図である。
【図３】誘導パイプ４の第一変形例を示す図である。
【図４】誘導パイプ４の第二変形例を示す図である。
【図５】誘導パイプ４の第三変形例を示す図である。
【図６】第二実施形態における図２に相当する図である。
【符号の説明】
【００３０】
１、１０：沸騰冷却装置、
１００：容器、  ２：収容部、  
３：凝縮部、  ３ａ：側壁面、  ３１：凝縮管、
４：誘導パイプ、  ４ａ：入口、  ４ｂ：出口、
４１：パイプ本体部、  ４２：しぼり部（しぼり）、
Ｚ：発熱体
【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】
2009290104.tif 000007
【図６】
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