(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動することにより発熱する電気機器が内部に収容されるケーシングである高温部分に配置され、高温部分において高温流体を所定送風量で流通させる高温側送風機と、
前記高温部分と隔離され、前記ケーシングの外部の空間である低温部分に配置され、低温部分において低温流体を所定送風量で流通させる低温側送風機と、
前記高温部分に配置され、前記高温流体から受熱して沸騰気化する冷媒が内部に封入される高温側熱交換器と、
前記低温部分に配置され、前記高温側熱交換器に連通されて前記沸騰気化した冷媒の熱を前記低温流体に放熱することで前記冷媒を凝縮液化させる低温側熱交換器と、
前記電気機器の動作する時間帯を判定し、前記時間帯に応じて騒音低下要求信号が入力され、騒音低下要求信号が入力された時、前記高温側送風機の送風量が前記低温側送風機の送風量よりも多くなるように制御する制御回路とを備えることを特徴とする沸騰冷却装置。
【請求項２】
前記低温側送風機及び前記高温側送風機は略同一送風量を有するものであり、前記高温側送風機の個数が前記低温側送風機の個数よりも多く配置されることを特徴とする請求項１記載の沸騰冷却装置。
【請求項３】
前記高温流体の温度を検知する温度検知手段を有し、前記制御回路は、前記温度検知手段で検知した温度が高くなる程前記高温側送風機の送風量を多くなるように制御することを特徴とする請求項１または２に記載の沸騰冷却装置。
【請求項４】
前記制御回路は、前記騒音低下要求信号が入力された時、前記騒音低下要求信号が入力されない時の前記高温側送風機の送風量に比べて前記高温側送風機の送風量を増加させ、前記騒音低下要求信号が入力されない時の前記低温側送風機の送風量に比べて前記低温側送風機の送風量を減少させるように制御する制御回路とを備えることを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１つに記載の沸騰冷却装置。
【請求項５】
前記制御回路は、前記高温側送風機の前記送風量及び前記低温側送風機の前記送風量を、夫々前記高温側送風機の回転数及び前記低温側送風機の回転数を独立制御することで制御することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の沸騰冷却装置。
【請求項６】
前記低温側送風機及び前記高温側送風機のうちの少なくとも低温側送風機は複数で構成されるものであり、
前記制御回路は、作動させる前記低温側送風機の個数を制御することで前記送風量を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか１つに記載の沸騰冷却装置。
【請求項７】
前記制御回路によって前記電気機器の動作する時間帯が夜間であると判定されると、前記高温側送風機の送風量を前記低温側送風機の送風量よりも多くなるように制御することを特徴とする請求項１ないし６のうちいずれか１つに記載の沸騰冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部が外部から密閉化された筐体内の高温流体を筐体外の低温流体と熱交換させて冷却させる沸騰冷却装置、この沸騰冷却装置を備えた筐体冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子部品等の発熱体を密閉化されたハウジングに収容して使用する場合がある。この場合、発熱体を冷却する方法として、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ため、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なう方法が行われている。そして、構成部品が少なく、熱移動量が大きいものとして、プレートフィンを積層した直交流式の熱交換器を使用する方法が知られている。特に、このようなハウジング型熱交換器としては携帯電話用の中継基地局等が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、プレートフィンを用いたエアーツーエアー方式（高温空気から低温空気へ伝熱する方式）の熱交換器は、ハウジング内の発生熱量が増加した場合、熱交換器の大型化とともに熱交換器への外気送風量が増加し、騒音が大きくなるという問題がある。この騒音は、例えば携帯電話用の中継基地局を住宅地周辺に設置する場合は非常に大きな問題となる。
【０００４】
そこで、室外の送風量を減らすことも考えれるが、単に室外の送風量を減らすと、熱交換器の温度効率が低下し、熱交換装置を大型化しなければならない（参考資料「熱交換器設計ハンドブック」尾花英朗  著  工学図書株式会社ｐ．１２１  図３．８８「両流体ともに混合しない直交流熱交換器の温度効率線図」）。この上記資料より、例として熱移動単位数ＮＴＵ（室外）が１〜５の範囲で、室外の低温流体の流量を減少させ、その分を室内の高温流体の流量にまわす場合、流量比Ｒ（室外）が１の時に比べ、Ｒ（室外）が０．５の時は温度効率Ｅ（室外）約１６〜２１％上昇するが、低温流体の流量が減るため、全体の熱移動量は−１９〜−２３％になってしまい、結果、冷却能力が大きく低下してしまうことが解る。
【０００５】
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その第１の目的は、新規な構成にて、外気の送風量を減少させても性能の低下が少ない沸騰冷却器をを得ることである。
また、第２の目的は、熱交換装置の小型化を図ることである。
また、第３の目的は、放熱特性の低下を防止しつつ、外部送風の騒音低下を図ることである。
【０００６】
【発明を解決するための手段】
請求項１記載の発明によれば、高温部分に高温流体を所定送風量で流通させる高温側送風機を配置し、低温部分に低温流体を所定送風量で流通させる低温側送風機を配置し、高温部分に配される電気機器の動作する時間帯を判定し、時間帯に応じて騒音低下要求信号が入力され、騒音低下要求信号が入力された時、高温側送風機の送風量が低温側送風機の送風量よりも多くなるように制御する。
【０００７】
高温側送風機の送風量を多くすることで、高温流体から高温側熱交換器への熱移動量を増加させることができ、高温側熱交換器自体の温度を上昇させる。高温側熱交換器から冷媒を介して低温側熱交換器への熱抵抗は、伝熱表面積に依存するため、高温側熱交換器から低温側熱交換器への熱抵抗は、高温側熱交換器の温度に依らず略一定となる。従って、高温側熱交換器自体の温度上昇はそのまま低温側熱交換器の温度上昇になる。低温流体の温度が同じ場合、低温流体と低温側熱交換器との温度差が大きい程、低温側熱交換器から低温流体への熱移動量は大きくなる。このため、低温側送風機の送風量を低温側に比べて小さくしても、低温側熱交換器から低温流体へ効率良く放熱できる。従って、放熱特性の悪化を防止しつつ低温側送風機の送風による騒音も防止できる。特に、送風機が作動する際の騒音が気になる時間帯であっても、電気機器を効率良く冷却できるとともに、低温側送風機の送風による騒音を防止できる。
【０００８】
請求項２記載の発明によれば、高温側送風機の個数を低温側送風機の個数よりも多く配置することで、略同一送風量を有する送風機を用いて低温側送風機及び高温側送風機を構成することができる。この場合、容易に送風量の差を形成することができる。
請求項３記載の発明によれば、制御回路は温度検知手段で検知した温度が高くなる程高温側送風機の送風量を多くなるように制御するため、高温流体が高温になり過ぎることを防止でき、また消費電力の低下も達成できる。
【００１０】
請求項４記載の発明によれば、制御回路は、騒音低下要求信号が入力された時、騒音低下要求信号が入力されない時の高温側送風機の送風量に比べて高温側送風機の送風量を増加させ、騒音低下要求信号が入力されない時の低温側送風機の送風量に比べて低温側送風機の送風量を減少させるように制御したため、低温側送風機の送風量を低温側に比べて小さくしても、低温側熱交換器から低温流体へ効率良く放熱できる。従って、放熱特性の悪化を防止しつつ低温側送風機の送風による騒音も防止できる。
【００１１】
請求項５記載の発明によれば、制御回路は、高温側送風機の送風量及び低温側送風機の送風量を、夫々前記高温側送風機の回転数及び前記低温側送風機の回転数を独立制御することで制御するため、容易に各送風量を制御できる。請求項６記載の発明によれば、制御回路は、作動させる低温側送風機の個数を制御することで送風量を制御するため、容易に低温側送風機側の送風量を制御できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の熱交換装置を備えた沸騰冷却装置を電子機器装置に組み込んだ実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施の形態の構成〕
図１ないし図６は本発明の第１実施の形態を示したもので、図１は電子機器装置の全体構造を示した図である。
【００１５】
電子機器装置１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装置であって、内部に電子部品１１、１２を気密的に収容するハウジング１３、およびこのハウジング１３内に組み込まれ、電子部品１１、１２を冷却する沸騰冷却装置（冷却器）１４等から構成されている。
電子部品１１は、電気が流れると所定の作動を行うと共に、発熱する発熱体（例えば送受信器に組み込まれる高周波スイッチング回路を構成する半導体スイッチング素子等）である。電子部品１２は、電気が流れると所定の作動を行うと共に、発熱する発熱体（例えばパワーアンプに組み込まれるパワートランジスタ等の半導体増幅素子等）である。
【００１６】
ハウジング１３は、内部を外部から気密化する筐体であって、内部には密閉空間１５が形成されている。この密閉空間１５は、電子部品１１、１２に塵、埃や水分等の異物が付着することにより電子部品１１、１２の性能が低下することを防止するために、後記する沸騰冷却装置１４の流体隔離板等により外部と気密的に区画されている。
【００１７】
そして、密閉空間１５は、沸騰冷却装置１４の流体隔離板および沸騰冷却装置１４のケーシングによって、電子部品１１、１２を収容する電子部品収容空間１６と筐体内通路としての高温側伝熱空間１７とに区画されている。この高温側伝熱空間１７は、風上側が沸騰冷却装置１４の奥行き寸法をできるだけ小さくするために流路面積が狭く、風下側が風上側よりも流路面積が広くなっている。さらに、ハウジング１３は、流体隔離板によって高温側伝熱空間１７と気密的に区画された筐体外通路としての低温側伝熱空間１８を形成している。
【００１８】
沸騰冷却装置１４は、ハウジング１３に一体的に設けられたケーシング２０、低温空気（外部流体、低温流体）の空気流を発生させる２個の遠心式の上部側送風機２１、高温空気（内部流体、高温流体）の空気流を発生させる２個の遠心式の下部側送風機２２、密閉空間１５内の空気温度を下限温度（例えば０℃）以上にするための電気ヒータ２３、これらの沸騰冷却装置１４の電気機器を通電制御するコントローラ２４、および密閉空間１５内の空気温度を上限温度（例えば７０℃）以下にするための熱交換装置２５等から構成されている。
【００１９】
ケーシング２０は、電子機器装置１の最も外側に配される外壁板２６、および高温側伝熱空間１７を囲む背面側区画板２７等からなり、これらの外壁板２６と背面側区画板２７はスポット溶接等の手段による接合、あるいはねじやボルト等の締結具による締結によりハウジング１３に固定されている。
２個の上部側送風機２１は、本発明の低温側送風機であって、低温側伝熱空間１８内に空気流を発生させる遠心式ファン３１、この遠心式ファン３１を回転させる電動モータ３２、および遠心式ファン３１を回転自在に収容するスクロールケーシング３３をそれぞれ有している。
【００２０】
２個の下部側送風機２２は、本発明の高温側送風機であって、高温側伝熱空間１７内に空気流を発生させる遠心式ファン３４、この遠心式ファン３４を回転させる電動モータ３５、および遠心式ファン３４を回転自在に収容するスクロールケーシング３６をそれぞれ有している。
電気ヒータ２３は、密閉空間１５内の温度が下限温度（例えば０℃）よりも低温のときに電子部品（例えば半導体素子）１１、１２の性能が低下するため、密閉空間１５内の温度を下限温度以上となるように、高温側伝熱空間１７を流れる空気を加熱する内部流体加熱手段である。この実施の形態の電気ヒータ２３は、例えば１．２ｋＷの発熱量を持つものである。
【００２１】
コントローラ２４は、本願の制御回路であって、例えばサーミスタ等の感温素子よりなる温度センサ９（温度検知手段）により検出した密閉空間１５内の検出温度に基づいて、２個の上部側送風機２１の電動モータ３２、２個の下部側送風機２２の電動モータ３５および電気ヒータ２３等の電気機器を制御する制御手段である。
【００２２】
コントローラ２４は、密閉空間１５内の温度が下限温度（例えば０℃）以上の時に、２個の上部側送風機２１および２個の下部側送風機２２をＨｉ運転（強風量）またはＬｏ運転（弱風量）し、電気ヒータ２３をＯＦＦ（オフ）する。なお、本実施の形態では、コントローラ２４は密閉空間１５内の温度が下限温度以上の通常時（日中）、２個の上部側送風機２１および２個の下部側送風機２２を各々の送風機が略同じ回転数で同じ送風量となるように作動させる。そして、夜間・深夜においては、２個の上部側送風機２１の少なくとも一方の回転数を（通常時に対して）下げて送風量を減らし、２個の下部側送風機２２の少なくとも一方の回転数を（通常時に対して）上げて送風量を増やす。
【００２３】
なお、この日中時・夜間時・深夜時の判定は、図示しない計時手段としての時計で例えば７時〜１８時を日中、１８時〜２１時を夜間、２１時〜７時を深夜として判定することでできる。そして、１８時〜２１時の間は夜間信号（騒音低下要求信号または第１の騒音低下要求信号）を出力して上記制御を行い、更に２１時〜７時の間は深夜信号（騒音低下要求信号または第２の騒音低下要求信号）を出力して上記制御を行うようにしても良い。また、図示しない光量測定手段としての光起電素子（例えば太陽電池、フォトダイオード、フォトトランジスタ）により、明るさを検知することで日中時・夜間時の何れかを判定する時間帯判定回路を用いることもできる。そして、この計時手段および光量測定手段を組み合わせることも可能である。これにより、上部側送風機２１の作動する際の騒音が問題となる夜間及び深夜には、その上部側送風機２１の騒音を低減させることができる。表１に制御例を示す。
【００２４】
【表１】
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この表１において、各送風機の数値は定格電圧が印加された場合の回転数を１００とした場合の割合を示したものであり、この数値の変化をさせるためには、例えば印加電圧の波高値を制御する、もしくはパルス幅を制御するＰＷＭ制御により達成できる。
【００２５】
なお、コントローラ２４は、密閉空間１５内の温度が下限温度（例えば０℃）以下の時に、２個の上部側送風機２１の電動モータ３２をＯＦＦ（オフ）し、２個の下部側送風機２２の電動モータ３５をＨｉ運転（強風量）またはＬｏ運転（弱風量）し、電気ヒータ２３をＯＮ（オン）する。
次に、沸騰冷却器を備えた熱交換装置２５を図１ないし図５に基づいて詳細に説明する。ここで、図２（ａ）は沸騰冷却装置の概略構造を示した図で、図２（ｂ）は沸騰冷却器を多段に配設した熱交換装置を示した図で、図３は沸騰冷却器の具体的構造を示した図で、図４および図５は沸騰冷却器を２分割する流体隔離板を示した図である。
【００２６】
熱交換装置２５は、ハウジング１３内を循環する内部空気（筐体内部流体、所謂内気）である高温空気とハウジング１３外を循環する外部空気（筐体外部流体、所謂外気）である低温空気とを気密的に隔離する流体隔離板２、およびこの流体隔離板２を貫通した状態で流体隔離板２に組み付けられた多段式（２段式）の沸騰冷却器３等から構成されている。
【００２７】
流体隔離板２は、内部が高温となる密閉空間１５の一壁面および内部が低温となる低温側伝熱空間１８の一壁面を構成する、ハウジング１３の一壁面（筐体の一部）を成すものである。例えばアルミニウム等の熱伝導性に優れる金属材料よりなる薄板からなり、高温側伝熱空間１７を含む密閉空間１５と低温側伝熱空間１８を含む外部とを気密的に区画するように、沸騰冷却器３およびケーシング２０と一体的に接合（ろう付け）されている。
【００２８】
この流体隔離板２には、図４に示したように、後記する沸騰冷却器３の各沸騰冷却管を貫通させるための細長い長方形状または長円形状の貫通孔３８（例えば幅が１．７ｍｍで、長さが１６．０ｍｍ）が一定の間隔をおいて複数開けられている。但し、流体隔離板２は、図５に示したように、分割体（本例では二分割）としても良い。
【００２９】
沸騰冷却器３は、ケーシング２０内に所定の角度だけ傾斜した状態で多段（２段）に組み付けられ、内部にフロロカーボン系またはフロン系の冷媒が封入された複数本の沸騰冷却管４、各沸騰冷却管４を連通する一対の連結管５、沸騰冷却管４の外部に取り付けられた複数の伝熱フィン６等から構成されたマルチフローパス型の熱交換器である。なお、沸騰冷却器３の両側には、流体隔離板２およびケーシング２０に締結具により締結する役目と複数本の沸騰冷却管や複数の伝熱フィン６を補強する役目のサイドプレート３７が接合されている。また、沸騰冷却器３は、高温空気および低温空気の流れ方向に多段（例えば２段）となるように配設されている。
【００３０】
複数本の沸騰冷却管４は、例えばアルミニウムや銅等の熱伝導性に優れた金属材料を断面形状が細長い長方形状または長円形状を成す偏平管（例えば幅が１．７ｍｍで、長さが１６．０ｍｍ）に形成したものであり、それぞれ流体隔離板２の貫通孔３８を通り抜けるように配されている。これらの沸騰冷却管４よりなる沸騰冷却器３は、流体隔離板２より高温空気側に配される一方側（図３の図示下側）が冷媒槽（沸騰部）７、流体隔離板２より低温空気側に配される他方側（図３の図示上側）が放熱器（凝縮部）８として構成される。なお、この実施の形態では、沸騰部７は幅（幅方向寸法）が３６０ｍｍ、高さが３３０ｍｍ、厚さが１６ｍｍであり凝縮部８は幅が３６０ｍｍ、高さが４３０ｍｍ、厚さが１６ｍｍとされている。
【００３１】
連結管５は、複数本の沸騰冷却管４（沸騰部７）の下端部に接続された高温側タンク４１、および複数本の沸騰冷却管４（凝縮部８）の上端部に接続された低温側タンク４２からなり、各沸騰冷却管４を連通している。これらの高温側、低温側タンク４１、４２は、沸騰冷却管４側に設けられたコアプレートとこのコアプレートに接合する略逆Ｕ字状のタンクプレートとから構成されている。なお、何れか一方の高温側タンク４１または低温側タンク４２には、沸騰冷却器３内に冷媒を封入するための冷媒封入口（図示せず）が１箇所だけ設けられている。冷媒は、その液面がほぼ流体隔離板２の位置と一致する高さまで、すなわち、沸騰部７の高さまで沸騰冷却器３の各沸騰冷却管４内に封入されている。但し、冷媒の封入は、沸騰冷却管４に伝熱フィン６をろう付け接合した後に行われる。また、高温側タンク４１はなくても良い。
【００３２】
伝熱フィン６は、沸騰冷却器３の高温側（沸騰部７）で隣合う沸騰冷却管４間に介在された受熱フィン６ａと、沸騰冷却器３の低温側（凝縮部８）で隣合う沸騰冷却管４間に介在された放熱フィン６ｂとからなる。この伝熱フィン６は、例えばアルミニウム等の熱伝導性に優れる金属材料よりなる薄い板（例えば板厚０．０２〜０．５０ｍｍ程度）を交互に押し返して波形状に形成したコルゲートフィンであり、沸騰冷却管４の平坦な外壁面にろう付けされている。すなわち、沸騰冷却管４の外壁面と伝熱フィン６とが融合した状態で接合されている。
【００３３】
受熱フィン６ａは、流体隔離板２よりも下方に配され、フィンピッチＰ1 が例えば２．４０ｍｍ、フィン幅Ｂ1 が例えば１６ｍｍである。なお、フィンピッチＰ1 は例えば１．５０ｍｍ〜２．９０ｍｍの範囲が良く、望ましくは２．００ｍｍ〜２．５０ｍｍの範囲が良い。放熱フィン６ｂは、流体隔離板２よりも上方に配され、フィンピッチＰ2 が例えば３．７５ｍｍ、フィン幅Ｂ2 が例えば１６ｍｍである。なお、フィンピッチＰ2 は、例えば３．００ｍｍ〜４．５０ｍｍの範囲が良く、望ましくは３．５０ｍｍ〜４．００ｍｍが良い。すなわち、沸騰冷却器３は、受熱フィン６ａのフィンピッチＰ1 を放熱フィン６ｂのフィンピッチＰ2 よりも、例えば５０％〜６５％程度だけ小さくしている。
【００３４】
そして、熱交換装置２５は、図１および図２（ｂ）に示したように、密閉空間１５の高温側伝熱空間１７内を循環する高温空気（ハウジング１３内の清浄な空気）と低温側伝熱空間１８内を循環する低温空気（ハウジング１３外の汚れた空気）とが対向流となるように、高温空気および低温空気の流れ方向に沸騰冷却器３が多段に配設されている。
【００３５】
すなわち、多段の沸騰冷却器３等よりなる熱交換装置２５は、２段目の沸騰冷却器３の各沸騰冷却管４の下端部（沸騰部７）の図示右側部が高温空気の入口とされ、１段目の沸騰冷却器３の各沸騰冷却管４の下端部（沸騰部７）の図示左側部が高温空気の出口とされている。また、熱交換装置２５は、１段目の沸騰冷却器３の各沸騰冷却管４の上端部（凝縮部８）の図示左側部が高温空気の入口とされ、２段目の沸騰冷却器３の各沸騰冷却管４の上端部（凝縮部８）の図示右側部が高温空気の出口とされている。
【００３６】
〔第１実施の形態の作用・効果〕
次に、本実施の形態の沸騰冷却器３を高温空気と低温空気とが対向流となるように多段に配設した熱交換装置２５を備えた沸騰冷却装置１４の作用を図２および図３に基づいて簡単に説明する。
ハウジング１３中の密閉空間１５内の温度が下限温度（例えば０℃）以上の時に、２個の上部側送風機２１の電動モータ３２および２個の下部側送風機２２の電動モータ３５の通電を開始することにより、遠心式ファン３１、３４が作動を始める。これにより、ハウジング１３内の密閉空間１５中に高温空気（埃、塵または水分等の異物を含まない清浄な内気、内部流体）の循環流が発生する。また、ハウジング１３外の低温側伝熱空間１８中に低温空気（埃、塵または水分等の異物を含む外気、外部流体）の循環流が発生する。
【００３７】
そして、ハウジング１３の流体隔離板２を貫通した状態で取り付けられた沸騰冷却器３は、多段式の沸騰冷却器３の各沸騰冷却管４に封入された冷媒が、図２（ａ）に示したように、受熱フィン６ａを介して高温空気より伝達された熱を受けて沸騰気化する。気化した冷媒蒸気は、低温空気に晒されて低温となっている沸騰冷却器３の上端側に設けられる凝縮部８で内壁面に凝縮液化し、その凝縮潜熱が放熱フィン６ｂを介して低温空気に伝達される。
【００３８】
凝縮部８で凝縮液化した冷媒は、図２（ａ）に示したように、自重により各沸騰冷却管４の内壁面を伝って沸騰冷却器３の下端側に設けられる沸騰部７へ滴下する。以上のように、沸騰冷却器３の各沸騰冷却管４内に封入された冷媒が沸騰気化・凝縮液化を交互に繰り返すことにより、高温空気の熱を低温空気へ移動することにより、電子部品１１、１２で発生した熱を多段の沸騰冷却器３で放熱できる。
【００３９】
それによって、密閉空間１５の高温側伝熱空間１７内を循環する高温空気（ハウジング１３内のきれいな空気）と低温側伝熱空間１８内を循環する低温空気（ハウジング１３外の汚れた空気）とが混合することなく、電子部品１１、１２を冷却することができる。
ここで、本実施の形態の沸騰冷却器３は、受熱フィン６ａのフィンピッチＰ1 が、放熱フィン６ｂのフィンピッチＰ2 よりも小さいので、複数本の沸騰冷却管４のうち流体隔離板２より上方に突出する（ハウジング１３外に突出する）凝縮部８の熱交換有効面積よりも流体隔離板２より下方に突出する（ハウジング１３内に突出する）沸騰部７の熱交換有効面積の方が小さくなっているが、沸騰部７はフィンピッチの小さい分だけ熱交換性能が向上するので、沸騰部７の熱交換有効面積が小さくなっても熱交換性能の低下はない。
【００４０】
受熱フィン６ａを通過する高温流体の温度は図７のように変化する。図７は、高温流体の流速を変化させた時の、受熱フィン６ａの各位置における高温流体の温度を示したものである。説明のため、放熱フィン６ａ内の温度は各位置を通して均一とする。本実施の形態の沸騰冷却器の受熱フィン６ａはルーバ付コルゲートフィンを用いており非常に熱伝達率が高い。ハウジング１３内部の冷却では、高温流体入口温度とフィン６ａ温度の差が数℃〜十数℃のことが多いため、受熱フィン６ａを通過する高温流体は十分余裕をもって、受熱フィン６ａ温度に近い温度まで変化する。
【００４１】
高温流体の流量を増加した場合、高温流体の流速が増加し、受熱フィン６ａの熱伝達率は流速を増すことによって増加するが、受熱フィン６ａを通過する時間が短くなるため、高温流体の温度変化は緩やかになる。しかし、受熱フィン６ａの熱伝達率が高く、十分余裕のあるフィンを使っているため、高温流体はフィン出口で十分フィン温度に近くまで温度変化する。また、流量を減らすと温度変化は急になり、十分余裕をもって温度変化する。このように受熱フィン６ａとして熱伝達率に余裕のあるコルゲートフィン（特にルーバ付コルゲートフィン）を用いることで、流量の調整を活かすことができる。なお、上記の内容は放熱フィンについても同様である。
【００４２】
次に、２個の上部側送風機２１および２個の下部側送風機２２の送風量を変える効果について説明する。
図１において内部流体（高温流体）の流量を外部流体（低温流体）の流量より、増加させると沸騰冷却器による熱の移動は図８のように変化する。高温流体は沸騰部７を通過する際に沸騰部７の受熱フィンに熱を伝え、高温流体は温度が低下する。このときの高温流体から沸騰部７に移動した熱量ｑ（Ｊ／ｓ）は、空気の熱容量と温度低下分の積である。つまり、高温流体の流量Ｑ（ｍ3 ／ｓ）×高温流体の密度ρ（ｋｇ／ｍ3 ）×高温流体の比熱ｃp （Ｊ／ｋｇ・℃）×温度低下量ΔＴ（℃）で表すことができる。
【００４３】
ここで、高温流体の密度ρ、高温流体の比熱ｃp は略一定（温度により若干変化するが微小である）であるため、高温流体から同じ熱量ｑを移動させる場合、高温側の流量Ｑを増せば、高温流体の温度低下量ΔＴは減り（図のΔＴ１’＜ΔＴ１）、沸騰部７の受熱フィン６ａはそれだけ高い温度に保たれる。
受熱フィン６ａに熱量が伝わった後は、受熱フィン６ａ〜沸騰部７〜冷媒〜凝縮部８〜放熱フィン６ｂの相互間の熱流束（単位面積当たりの熱移動量）は同じであるため、受熱フィン６ａから放熱フィン６ｂまでの温度差は高温流体と低温流体の流量が近い場合と略同じ（冷媒の飽和温度により冷媒の気化熱が変化するが、ほぼ無視できる範囲である）と考えることができる（温度により若干変化するが微小である）。そして高温流体の流量増加による受熱フィン６ａの温度上昇は、そのまま放熱フィンの温度上昇につながる。
【００４４】
また、放熱フィン６ｂから低温流体に伝わる熱量ｑ（Ｊ／ｓ）は、低温流体の流量Ｑ（ｍ3 ／ｓ）×低温流体の密度ρ（ｋｇ／ｍ3 ）×低温流体の比熱ｃp （Ｊ／ｋｇ・℃）×温度上昇量ΔＴ（℃）で表すことができる。ここで放熱フィンと低温流体の温度差が大きくなった（図８のΔＴ２’＞ΔＴ２）ので、低温流体の流量を減らすことができる。このように、冷媒の飽和温度が高温流体の流量変化によって自由にシフトするため、低温流体の流量を低減することができる。
【００４５】
これによって、騒音に最も影響が大きな上部側送風機２１の送風量を低減可能である。高温流体の流量増は密閉匡体の中に入っているため、騒音が弱まり、結果として高温側の送風量を増やし、低温側の送風量を減少させるほうが大幅に全体の騒音値を低減できる。
さらに、低温側の流量を減少させることで、放熱器の汚れ付着量が減少し、放熱器の清掃などのメンテナンス周期をのばすことができる。
【００４６】
本発明のように冷媒を流体隔離板近傍まで封入する場合、沸騰部７の沸騰冷却管４の中で起こる沸騰（蒸発）現象はプール沸騰（沸騰面から気泡が発生することで沸騰する）状態である。このプール沸騰は、理論的には、壁面からの蒸発（壁面に非常に薄い冷媒の液膜が接する場合に、その表面から気化する）場合に比べて熱抵抗が大きい。これは、熱抵抗の大きさが、沸騰部７壁面全面積に対する沸騰（蒸発）現象の起こる割合に依存するため、プール沸騰による冷媒の蒸発が気泡部に限られるのに対し、薄い液膜状冷媒の蒸発は広い面積で発生するからである。
【００４７】
しかし、本実施の形態のように沸騰部７が上下方向に長い構造では、重力に逆らって液面より非常に高くまで液膜を供給しなければならないため、薄い液膜状態を壁面の上下部分の広い面積で保つのは困難である。
一方、凝縮部８の内部では、凝縮した冷媒が凝縮部８壁面をふさぐ割合がプール沸騰時の沸騰部７よりも少ないので、プール沸騰の沸騰部７壁面より熱抵抗が小さくなる（図８でΔＴｂ＞ΔＴｃ）。そこで、沸騰部７の殆どに液冷媒が存在し、主としてプール沸騰する沸騰冷却器３においては、沸騰部７の熱抵抗ΔＴｂを小さくする方が性能向上の効果が大きい。よって、凝縮部８壁面の熱抵抗はほとんど低下しないため（ΔＴｃ’≒ΔＴｃ）、特に高温流体側の流量を増加することにより、ΔＴｂ’＜ΔＴｂとなり、沸騰部７壁面から凝縮部８壁面までの熱抵抗を低下でき（ΔＴｂ’＋ΔＴｃ’＜ΔＴｂ＋ΔＴｃ）、その分ΔＴ２’を大きくできる効果がある。
【００４８】
また、高温流体はハウジング１３内での循環であり、高温流体の循環流量を増やしても、その一部はハウジング１３内の圧力に変換され、高温流体の吸い込み側に静圧としてかかり、ハウジング１３内に吹き出した流体のエネルギーの一部を回収できる。それに対し、低温流体の流量を増やしても、排出された低温流体の速度、圧力エネルギーは大気に放出されてしまい回収不能である。よって、高温流体の流量を増やし、低温流体の流量を低下させるほうが、送風機２１，２２の消費電力を低減できるという効果もある。また高温側の流速を増やすことは、ハウジング１３内部の温度分布を小さくすることにも効果がある。
【００４９】
低温側と高温側の流量を変化させるためには、下部側送風機２１、上部側送風機２２の回転数を変えて行うと、同じ送風機の個数でも対応可能である。また、送風機の設置場所があれば、送風機個数を変えることにより送風量を変えると、同じ送風機仕様（回転数、送風機のファン径、消費電力）で対応可能である。
〔第１実施の形態のその他の作用・効果〕
図１、図９に示すように、本実施の形態では、ハウジング１３内部の上方に開口し、上方の高温流体を積極的に導入する高温流体用吸い込みダクト２７ａを設けている。高温流体の流量を増す場合、高温流体用吸い込みダクト２７ａにより、ハウジング１３内の高温流体が上部に溜まることを防止でき、また上部に上昇する高温の高温流体を吸い込んで、熱交換器の効率を上げる効果もある。
【００５０】
ここで、比較例として高温流体用吸い込みダクトが無い場合の構成を図１０に示す。この場合、沸騰部７を通過する高温流体の流速には大きな差を持つ分布（大、中、小）ができる。そして図１０のように、下部側送風機２２に近い沸騰部７の下部に流速が集中する（上部の流速が小になる）ことにより、沸騰部７の効率的な利用ができなくなってしまう。これは、沸騰部７の下部には液冷媒が多くあるため、上述のプール沸騰が起こりやすく、上部に行くほど気泡が多く、液冷媒の存在する確率が小さくなるので、薄い液膜状冷媒の蒸発が起こりやすくなる。このため、沸騰部７の上部の流速が低下することは、高温流体から受熱フィン６ａへの熱移動が効率良く行われなくなるからである。
【００５１】
それに対し、図１、図９のように高温流体用吸い込みダクト２７ａを設けることにより、上部からの高温流体の流れをつくり、下部側送風機２２からみて、沸騰部７下部も上部も流体の経路は差が無くなり、流速が平均化され、沸騰部７上部に高温流体の流量を積極的に導入することができる。これにより、特に高温流体の流量を増やしたときに、沸騰部７の効率アップを行える。
【００５２】
また、高温流体用吸い込みダクト２７ａは、沸騰部７によって冷却された高温流体が下部側送風機２２から吹き出された後に、すぐに沸騰部７に吸い込まれてしまうショートサーキットの問題も解決することができる。ショートサーキットが発生すると、ハウジング１３の上部等で局所的にひじょうに高温となってしまう大きな問題が発生する。
【００５３】
高温流体用吸い込みダクト２７ａを設けることにより、図９の効果の他に、高温流体と低温流体の隔壁のシールが何らかの理由で劣化した場合に、侵入する水滴を高温流体用吸い込みダクト２７ａによって、ハウジング１３内の電気回路に達することを防止できる。なお、高温流体用吸い込みダクト２７ａによってハウジング１３への侵入を止められた水滴は、図１１における沸騰部７下部に設けられたドレンパイプ６１によりハウジング１３外に排出される。また、低温流体の流量を少なくしているので、防水が必要な低温通路にかかる上部側送風機２２の動圧を低く抑えることができるため、防水性にも効果がある。
【００５４】
次に、沸騰冷却器３を高温空気および低温空気の流れ方向に多段に配設した熱交換装置の特徴を図６（ａ）、（ｂ）に基づいて説明する。
図６（ａ）、（ｂ）は沸騰冷却器３が単段（１段）および多段（２段）の場合の空気の流路方向温度分布および冷媒の流路方向温度分布を示した模式図である。なお、模式図の縦軸は温度（下方ほど高温）であり、横軸は流体（空気）の流れ方向である。
【００５５】
沸騰冷却器３が単段（１段）の熱交換装置（従来例）の場合には、図６（ａ）に示したように、高温空気が下段の沸騰冷却器（沸騰部７）の図示右側から流入し、上段の沸騰冷却器（凝縮部８）へ放熱するに従って高温空気の温度が降温した後に、放熱した高温空気（冷却された高温空気）が沸騰冷却器３の図示左側へ流出する。また、沸騰冷却器３が単段（１段）の熱交換装置（従来例）の場合には、図６（ａ）に示したように、低温空気が上段の沸騰冷却器（凝縮部８）の図示左側から流入し、沸騰冷却器３から受熱するに従って高温空気の温度が昇温し沸騰冷却器３の図示右側へ流出する。
【００５６】
ここで、沸騰冷却器３の凝縮部８の入口空気と出口空気との温度差をΔＴ1 とすると、沸騰冷却器３内に封入された冷媒と熱交換する熱交換媒体は空気であるため、低温空気は、沸騰冷却器３の放熱フィン６ｂにより急速に加熱され、低温空気は入口で急激に昇温するものの、その後、飽和状態となるため、温度差ΔＴ1 （冷却性能）はあまり大きくならない。
これに対し、沸騰冷却器３を多段に配設した熱交換装置２５の場合には、図６（ｂ）に示したように、空気の流れ方向に少なくとも２段階で沸騰冷却器３内に封入された冷媒と空気との熱交換を行うことができる。このとき、１段目の沸騰冷却器３内に封入された冷媒と２段目の沸騰冷却器３内に封入された冷媒には図示破線のように温度差（放熱フィン温度差、受熱フィン温度差）があるため、図６（ｂ）に示したように、低温空気は１段目の沸騰冷却器３の凝縮部８の途中で飽和温度になった後、更に２段目の沸騰冷却器３の入口付近で温度が昇温すると共に、高温空気は２段目の沸騰冷却器３の沸騰部７の途中で飽和温度になった後、更に１段目の沸騰冷却器３の入口付近で温度が降温する。
【００５７】
したがって、図６（ａ）、（ｂ）に示したように、本実施の形態（沸騰冷却器３を多段に配設した熱交換装置２５）の場合の温度差ΔＴ2 は、従来例（単段の沸騰冷却器３を配設した熱交換装置）の場合の温度差ΔＴ1 よりも大きくできるので、高温空気の熱を低温空気へ放熱させることにより、高温空気の冷却性能を向上できる。これにより、電子部品１１、１２の冷却効果を向上できるので、電子部品１１、１２が安定した作動を行う。また、本実施の形態では、従来例と同等の放熱性能（冷却性能）で比較した場合、沸騰冷却器３の熱交換有効面積（放熱有効面積）を減少できるので、このようなコンパクトな熱交換装置２５を備えた沸騰冷却装置１４全体を小型化できる。
【００５８】
また、沸騰冷却器３を多段に配設した熱交換装置２５は、高温空気と低温空気とが対向流となるように配設されている。したがって、１段目の沸騰冷却器３内に封入された冷媒の温度（放熱フィン温度、受熱フィン温度）と２段目の沸騰冷却器３内に封入された冷媒の温度（放熱フィン温度、受熱フィン温度）との間に効果的に温度差を設けることができるので、温度差のある冷媒を用いて低温空気・高温空気を順次効率良く昇温・降温することが可能である。それによって、更に冷却性能が改善され沸騰冷却装置１４全体の小型化が可能となる。
【００５９】
なお、本実施の形態では、沸騰冷却器３が２段の場合について説明したが、熱交換装置２５の沸騰部７および凝縮部８の空気入口と空気出口との温度差を更に大きく取りたい場合には、３段以上の多段としても良く、作用効果については同様なため説明は省略する。
また、本実施の形態の沸騰冷却器３は、ハウジング１３（流体隔離板２）により高温側が気密化されているので、目詰まりを起こす心配のない沸騰部７を成す沸騰冷却管４に設けられる受熱フィン６ａのフィンピッチＰ1 を、埃、塵または水分等の異物を含んだ外気に晒される凝縮部８を成す沸騰冷却管４に設けられる放熱フィン６ｂのフィンピッチＰ2 よりも小さくしている。
【００６０】
これにより、フィンピッチを流体隔離板２の高温側（内気側）と低温側（外気側）とで同じ大きさにした場合と比較して、凝縮部８の目詰まりを防止しながら、沸騰部７のフィンピッチＰ1 を凝縮部８のフィンピッチＰ2 よりも小さくすることで高温空気の冷却性能を向上できる。また、フィンピッチＰ1 を小さくした分だけ、受熱フィン６ａの上下方向寸法を放熱フィン６ｂの上下方向寸法よりも短縮でき、それによって複数本の沸騰冷却管４の沸騰部７の上下方向寸法（放熱有効面積）を小さくできるので、沸騰冷却器３、ひいては沸騰冷却装置１４全体の小型化を達成できる。
【００６１】
〔第２実施の形態〕
図１２は第２実施の形態における沸騰冷却器３を筐体冷却装置に適用した場合の側面図であり、図１３は図１２を外側、すなわち紙面左側から見た平面図である。また、図１４は図１２に示した沸騰冷却器の説明図、図１５は図１４における正面図である。
【００６２】
本実施の形態における沸騰冷却器３は、図１２に示すように電子部品収容空間１６（以下、収容空間１６）を形成するハウジング１３内に装着されるものである。そして収容空間１６内には、例えば通信機器等の送受信器や、その送受信器を駆動するためのパワーアンプからなる発熱体１１、１２が収容されている。
図１２に示すように沸騰冷却器３の上部、下部には夫々収容空間１６と連通する高温流体用吸い込みダクト２７ａ、高温流体用吐き出しダクト２７ｂが設けられている。高温流体用吸い込みダクト２７ａは、収容空間１６の気体を高温側の伝熱空間１７に取り込むために、収容空間１６の上部と連通した開口部に連設されている。具体的には、側壁面と背面側区画板２７とで沸騰冷却器３内を上下方向に伸びる高温側伝熱空間１７を形成し、この高温側伝熱空間１７の上端が高温流体用吸い込みダクト２７ａとして収容空間１６内の上部（流体隔離板２より上方）に開口している。
【００６３】
これにより、発熱体１１、１２の熱で高温になった気体が高温流体用吸い込みダクト２７ａから高温側伝熱空間１７内へ導入されてスムーズに高温側熱交換器３ａへ導かれるため、収容空間１６内の温度を均一に保つことができる。即ち、発熱体１１、１２から発生する熱で高温となった気体が対流によって収容空間１６内を上昇するため、収容空間１６内の上部に高温流体用吸い込みダクト２７ａを設けた方が収容空間１６内の冷却効率が良いと言える。言い換えれば、高温流体用吸い込みダクト２７ａが流体隔離板２より低い位置にあると、収容空間１６内の比較的低温の気体が高温流体用吸い込みダクト２７ａから高温側伝熱空間１７内に導入されて高温側熱交換器３ａへ導かれるため、収容空間１６内の冷却効率が低下する可能性がある。
【００６４】
また、高温側および低温側の各伝熱空間１７、１８内で、高温側熱交換器３ａおよび低温側熱交換器３ｂを通過する気体が、それぞれ吸入側の高温流体用吸い込みダクト２７ａ、低温側吸込口２６ａから排出側の高温流体用吐き出しダクト２７ｂ、低温側吐出口２６ｂへ向かってスムーズに流れる様に、沸騰冷却器全体が前後方向（図１２の左右方向）に傾斜した状態で配置されている。これにより、高温側熱交換器３ａおよび低温側熱交換器３ｂを通過する気体の流れ方向の変化を緩やかにできるため、狭いスペース内での送風経路損失を低減できる。その結果、収容空間１６内にある下部側送風機３４（ファン部３４とモータ部３５、以下、下部側送風機３４とする）を小型化できる上に、下部側送風機３４の発熱量を低減できるため、その分、発熱体１１、１２の発熱量を増やすことができる（即ち、冷却能力を上げようとして下部側送風機３４を大型化すると、下部側送風機３４の発熱量が増加するため、結果的に発熱体１１、１２の発熱量を増やせなくなる）。
【００６５】
図１２、図１３に示すように、高温側送風機としての下部側送風機３４は軸流ファンからなり、吸引することで、高温流体用吸い込みダクト２７ａを介して導入された高温風（高温流体としての高温空気）を高温側熱交換器３ａの各沸騰冷却管４ａ間（図１４参照）に導入させる。そして、下部側送風機３４は高温側熱交換器３ａの沸騰冷却管４ａと平行となるように傾斜させられている。なお、下部側送風機３４は高温側熱交換器３ａの沸騰冷却管４ａに対して傾斜していても良い。
【００６６】
低温側送風機としての上部側送風機３１（ファン部３１とモータ部３２、以下、上部側送風機３１とする）は軸流ファンからなり、吸引することで、低温側吸込口２６ａを介して導入された低温風（低温流体としての低温空気）を低温側熱交換器３ｂの各沸騰冷却管４ｂ間（図１４参照）に導入させる。なお、上部側送風機３１は低温側熱交換器３ｂの沸騰冷却管４ｂに対して傾斜し、外壁板２６に対して平行に配置されている。そして、上部側送風機３１の排出側には上部側送風機３１を出た風を上方に変向させる外壁板２６が配設されている。上部側送風機３１を出た風は外壁板２６により沸騰冷却器３上面に開口された低温側吐出口２６ｂを通り、外部に排出される。
【００６７】
下部側送風機３４、上部側送風機３１は図示しないコントローラ２４によってその回転速度及び作動時期が制御させる。
コントローラ２４は、例えばサーミスタ等の感温素子よりなる図示しない温度センサ９により検出した密閉空間１５内の検出温度に基づいて、２個の上部側送風機２１の電動モータ３２、２個の下部側送風機３４の電動モータ３５および電気ヒータ２３等の電気機器を制御する制御手段である。
【００６８】
コントローラ２４は、密閉空間１５内の温度が下限温度（例えば０℃）以上の時に、２個の上部側送風機３１および２個の下部側送風機３４をＨｉ運転（強風量）またはＬｏ運転（弱風量）し、電気ヒータ２３をＯＦＦ（オフ）する。なお、本実施の形態では、コントローラ２４は密閉空間１５内の温度が下限温度以上の通常時（日中）、２個の上部側送風機３１および２個の下部側送風機３４を各々の送風機が略同じ回転数で同じ送風量となるように作動させる。そして、夜間・深夜においては、２個の上部側送風機３１の少なくとも一方の回転数を（通常時に対して）下げて送風量を減らし、２個の下部側送風機３４の少なくとも一方の回転数を（通常時に対して）上げて送風量を増やす。なお、この日中時・夜間時・深夜時の判定は、図示しない計時手段としての時計で例えば７時〜１８時を日中、１８時〜２１時を夜間、２１時〜７時を深夜として判定することでできる。また、図示しない光量測定手段としての光起電素子（例えば太陽電池、フォトダイオード、フォトトランジスタ）により、明るさを検知することで日中時・夜間時の何れかを判定することもできる。そして、この計時手段および光量測定手段を組み合わせることも可能である。これにより、上部側送風機３１の作動する際の騒音が問題となる夜間及び深夜には、その上部側送風機３１の騒音を低減させることができる。
【００６９】
なお、コントローラ２４は、密閉空間１５内の温度が下限温度（例えば０℃）以下の時に、２個の上部側送風機３１の電動モータ３２をＯＦＦ（オフ）し、２個の下部側送風機３４の電動モータ３５をＨｉ運転（強風量）またはＬｏ運転（弱風量）し、電気ヒータ２３をＯＮ（オン）する。
図１２における沸騰冷却器３の低温側熱交換器３ｂの側方には、低温側熱交換器３ｂをメンテナンスするメンテナンス蓋（二点鎖線部分）が設けられている。低温側熱交換器３ｂは外部空気を導入するため、外部空気中に含まれる粉塵やゴミ等が沸騰冷却管４ｂ相互間に詰まってしまう可能性があるが、このメンテナンス蓋を設けることにより、容易にそれらを除去することができる。なお、このメンテナンス蓋は、作動時には沸騰冷却器３に固定されており、清掃時に開放されるものである。
【００７０】
本実施の形態の筐体冷却装置は、図１４に示す沸騰冷却器２５が高温流体及び低温流体の夫々流れる方向に複数積層させている。
沸騰冷却器２５は図１４、図１５に示すように、高温流体（例えば高温の空気）と低温流体（例えば低温の空気）とを隔離する流体隔離板２、流体隔離板２よりも高温流体側に配設された複数本の沸騰冷却管４ａからなる高温側熱交換器３ａ、沸騰冷却管４ａの内部に封入され、高温流体から熱を受けて沸騰気化する冷媒、一方が高温側熱交換器３ａに気密に連通され、他方が流体隔離板２を通り抜けて低温流体側に延設された一対の低温側連通管９ｂ及び高温側連通管９ａ、低温側連通管９ｂ及び高温側連通管９ａの他方に気密に連通され、流体隔離板２よりも低温流体側に配設され複数本の沸騰冷却管４ｂからなる低温側熱交換器３ｂ、高温側熱交換器３ａの各沸騰冷却管４ａの相互間に融合した状態（例えば、ろう付けされた状態）で接合された受熱フィン６ａ、低温側熱交換器３ｂの各沸騰冷却管４ｂの相互間に融合した状態（例えば、ろう付けされた状態）で接合された放熱フィン６ｂ、及び高温側熱交換器３ａと低温側連通管９ｂとの間、低温側熱交換器３ｂと低温側連通管９ａとの間に埋設され、夫々高温側熱交換器３ａから低温側連通管９ｂへの熱移動、低温側熱交換器３ｂから高温側連通管９ａへの熱移動を抑制する熱伝導抑制手段としての図示しない断熱材（例えば、発泡性樹脂であるウレタンフォーム）から構成される。
【００７１】
流体隔離板２は、例えば内部が高温となるハウジング１３の一壁面を構成するもので、アルミニウム等の金属材料から成り、低温側連通管９ｂ、高温側連通管９ａと一体的に接合（例えばろう付け）されている。この流体隔離板２には、低温側連通管９ｂ、高温側連通管９ａを通すための複数の挿通穴が開けられている。なお、流体隔離板２と各連通管との間に、熱移動を抑制するゴム等の樹脂を挟持させても良い。また、流体隔離板２をウレタンフォーム等の発泡性樹脂からなる断熱材で周囲（低温流体もしくは高温流体の少なくとも一方）と断熱させても良い。
【００７２】
高温側熱交換器３ａは、略平行に配列された複数本の管状部材としての沸騰冷却管４ａと、沸騰冷却管４ａの下部に配設されて、これら沸騰冷却管４ａを下方で連通する高温側下部タンク４２ａ、及び沸騰冷却管４ａの上部に配設されて、これら沸騰冷却管４ａを上方で連通する高温側上部タンク４１ａとから成る。沸騰冷却管４ａは、伝熱性に優れた金属材（例えばアルミニウムや銅）を断面形状が長円形状（または細長い長方形）を成す偏平管に形成したものである。
【００７３】
沸騰冷却管４ａは断面形状が長円形状からなる扁平管であり、内部には上下方向に渡って複数の内部仕切り板が形成されている（略目の字断面）。この内部仕切り板により、沸騰冷却管４ａは内部が複数の小通路に区分けされた多孔管として構成されている。すなわち、沸騰冷却管４ａを構成する管状部材は、対向する２つの壁面と、内部に２つの壁面に共に接する複数の板状部材が配置され、この複数の板状部材と前記２つの壁面とで囲まれた複数の通路で小通路が構成されているといえる。これにより、耐圧性能向上、冷媒との接触表面積拡大に伴う吸熱効率の向上等の効果がある。なお、この沸騰冷却管４ａは、押し出し形成により容易に形成できる。各小通路の直径（小通路が方形の場合は各辺の径の最大径、小通路が円形もしくは楕円形の場合は最大径）は冷媒が沸騰して吸熱管内壁を離脱する時の気泡径の１〜１０2 倍程度とすることが好ましく、本実施の形態では０．５〜１ｍｍに設定されている。この吸熱管は小通路が上下方向（高温側下部タンク４２ａから高温側上部タンク４１ａ）へ向かって開口するように配置され、そして高温流体が流通する方向に小通路が積層されるように配置される。
【００７４】
低温側熱交換器３ｂは、略平行に配列された複数本の沸騰冷却管４ｂと、沸騰冷却管４ｂの下部に配設されて、これら沸騰冷却管４ｂを下方で連通する低温側下部タンク４２ｂ、及び沸騰冷却管４ｂの上部に配設されて、これら沸騰冷却管４ｂを上方で連通する低温側上部タンク４１ｂとから成る。沸騰冷却管４ｂも、伝熱性に優れた金属材（例えばアルミニウムや銅）を断面形状が長円形状（または細長い長方形）を成す偏平管に形成したものである。沸騰冷却管４ｂにおいても断面形状が長円形状からなる扁平管で構成され、内部には上下方向に渡って複数の内部仕切り板が形成されている。これにより、耐圧性能向上、冷媒との接触表面積拡大に伴う放熱効率の向上等の効果がある。この沸騰冷却管４ｂも、押し出し形成により容易に形成できる。この沸騰冷却管４ｂも沸騰冷却管４ａと同様に小通路が上下方向（低温側下部タンク４２ｂから低温側上部タンク４１ｂ）へ向かって開口するように配置され、そして低温流体が流通する方向に小通路が積層されるように配置される。
【００７５】
高温側連通管９ａは、高温側熱交換器３ａの高温側上部タンク４１ａと低温側熱交換器３ｂの低温側上部タンク４１ｂとに連通され、高温側熱交換器３ａで沸騰気化された冷媒を低温側熱交換器３ｂに送出する。そして高温側連通管９ａは、吸熱管３１ｂと略平行で所定間隔（好ましくは各吸熱管３１ｂ相互間の距離よりも大きい間隔、より好ましくはその相互間間隔の２倍以上の間隔）を有して配設されている。
【００７６】
低温側連通管９ｂは、低温側熱交換器３ｂの低温側下部タンク４２ｂと高温側熱交換器３ａの高温側下部タンク４２ａとに連通され、低温側熱交換器３ｂで冷却液化された冷媒を高温側熱交換器３ａに戻す。そして低温側連通管９ｂは、放熱管３１ａと略平行で所定間隔（好ましくは各放熱管３１ａ相互間の距離よりも大きい間隔、より好ましくはその相互間間隔の２倍以上の間隔）を有して配設されている。
【００７７】
冷媒は、ＨＦＣ−１３４ａ（化学式：ＣＨ2 ＦＣＦ3 ）や水などから成り、その容器内部圧力があまり高くない範囲（ＨＦＣ−１３４ａの場合、例えば数１０気圧以下の圧力）内で、高温流体により沸騰し低温流体により凝縮されるように設定されている。具体的には、冷媒は最高でも１００℃以下で沸騰されるように選択されている。ここで、冷媒は複数の組成の冷媒を混合させてもよく、また、主として単一組成の冷媒を用いても良い。また、冷媒は液面が、非動作時に流体隔離板２の位置に一致する程度、または冷媒が吸熱上部連通部４２内に液面がある程度に高温側熱交換器３ａ内に封入されている。冷媒量は作動時に液面が沸騰冷却管４ｂに達しない方が好ましい。但し、冷媒の封入は、沸騰冷却管４ａ及び沸騰冷却管４ｂに夫々吸熱フィン６ａ及び放熱フィン６ｂをろう付け接合した後に行なわれる。
【００７８】
受熱フィン６ａは、各沸騰冷却管４ａ相互間に配設され、放熱フィン６ｂは、各沸騰冷却管４ｂ相互間に配設されている。受熱フィン６ａ及び放熱フィン６ｂは、伝熱性に優れる金属（例えばアルミニウム）の薄い板（板厚０．０２〜０．５mm程度）を交互に押し返して波状に形成したコルゲートフィンであり、沸騰冷却管４ａ、沸騰冷却管４ｂの平坦な外壁面にろう付けされている（即ち、融合した状態で接合されている）。この受熱フィン６ａは、高温流体側の熱を冷媒に伝えやすくするものであり、同時に沸騰冷却管４ａの強度を向上させている。また放熱フィン６ｂは、冷媒の熱を低温流体側に伝えやすくするものであり、同時に沸騰冷却管４ｂの強度を向上させている。
【００７９】
本実施の形態では、高温側熱交換器３ａに設けられる受熱フィン６ａのフィンピッチＰ1 （例えば１．５０ｍｍ〜２．９０ｍｍ、望ましくは２．００ｍｍ〜２．５０ｍｍで、本例では２．４０ｍｍ）を、低温側熱交換器３ｂの放熱フィン６ｂのフィンピッチＰ2 （例えば３．００ｍｍ〜４．５０ｍｍ、望ましくは３．５０ｍｍ〜４．００ｍｍで、本例では３．７５ｍｍ）よりも小さくしている。すなわち、沸騰冷却器３は、受熱フィン６ａのフィンピッチＰ1 を放熱フィン６ｂのフィンピッチＰ2 よりも、例えば５０％〜６５％程度だけ小さくしている。
【００８０】
〔第２実施の形態の作用・効果〕
次に、本実施の形態の作動を説明する。
作動することにより発熱体１１、１２が発熱し、収容空間１６内が高温になる。下部側送風機３４は高温になった空気を循環させ、その高温空気を高温側熱交換器３ａに導入させる。高温側熱交換器３ａの各沸騰冷却管４ａに封入された冷媒は、受熱フィン６ａを介して高温空気より伝達された熱を受けて沸騰気化する。気化した冷媒蒸気は、低温流体に晒されて低温となっている低温側熱交換器３ｂの各沸騰冷却管４ｂで内壁面に凝縮液化し、その凝縮潜熱が放熱フィン６ｂを介して低温空気に伝達される。低温側熱交換器３ｂで凝縮液化した冷媒は、自重により内壁面を伝って高温側熱交換器３ａの高温側下部タンク４２ａへ滴下する。なお、上部側送風機３１は外部から低温の空気を吸引し低温側熱交換器３ｂへ導入し続ける。この冷媒の沸騰・凝縮液化の繰り返しにより、高温空気と低温空気とが混合することなく、発熱体１１、１２の熱を外部へ効率よく放熱させることができる。
【００８１】
沸騰部７の受熱フィン６ａのフィンピッチが凝縮部８の放熱フィンより小さい。これにより、高温流体の流量を増やしたときに、沸騰冷却管４ａ通過流速が増大し、高温空気の熱量を受熱フィン６ａに伝達する時間が減ることを補うことができる。
本実施の形態のように、沸騰部７が高温流体の熱を受け、沸騰した蒸気冷媒が高温側連通管９ａを上昇して凝縮部８に達し、凝縮部８内で低温流体に熱を放出して冷媒が凝縮液化し、その液冷媒が低温側連通管９ｂを下降して再び沸騰部７に戻る、という冷媒循環を繰り返して高温流体から低温流体に熱を移動する沸騰冷却器では、沸騰冷却器内で蒸気冷媒と凝縮冷媒の対向流れが発生しない。このため、図２に示す沸騰冷却器のような気相冷媒・液冷媒が同一管内を行き来しあうタイプの沸騰冷却器に比べ、放熱壁面の熱抵抗が小さくなる。すなわち、本実施の形態においては沸騰部７壁面の熱抵抗に比べ凝縮部８壁面の熱抵抗がより小さくなるので、性能を向上させるためには高温側熱交換器３ａの熱抵抗を小さくする方が好ましい。よって、特に高温流体側の流量を増加することで、高温側熱交換器３ａの熱抵抗を小さくでき、結果性能を向上できるという効果がある。
【００８２】
本実施の形態では、フィンピッチを流体隔離板２の高温側（内気側）と低温側（外気側）とで同じ大きさにした場合と比較して、低温側熱交換器３ｂの目詰まりを防止しながら、高温側熱交換器３ａのフィンピッチＰ1 を低温側熱交換器３ｂのフィンピッチＰ2 よりも小さくすることで高温空気の冷却性能を向上でき、沸騰冷却器３、ひいては沸騰冷却装置１４全体の小型化を達成できる。
【００８３】
本実施の形態は、沸騰部７と凝縮部８とを２本の第１、第２連結管９ａ、９ｂによって環状に連結した沸騰冷却器３を空気の流れ方向に多段に配設した沸騰冷却器３２５を備えた沸騰冷却装置１４を備えている。この構成によって、各沸騰冷却器３内において冷媒の循環流が形成され、冷媒蒸気（沸騰蒸気）と冷媒液（凝縮液）との衝突を防止できるので、各沸騰冷却器３単体の放熱性能（冷却性能）を第１実施の形態よりも向上することができる。このような沸騰冷却器３を多段に配設することにより、第１実施の形態よりも更に沸騰冷却器３２５の放熱性能（冷却性能）の向上を図ることができる。
【００８４】
〔第３実施の形態〕
以下、第３実施の形態を説明する。本構成はコントローラ２４の制御方法以外は図１２から図１５に示した沸騰冷却器と同一であるため、構成についての説明は省略し、コントロール２４の制御方法を中心に説明する。
本制御方法は、ハウジング１３内外に設けられた内部温度センサ及び外部温度センサによってハウジング１３内部・外部の温度を検出し、この検出した温度に応じて表２のように内部循環としての下部側送風機３４、外部循環としての上部側送風機３１とを制御する。
【００８５】
【表２】
0003767053.tif 000003
この表２において、各送風機の数値は定格電圧が印加された場合の回転数を１００とした場合の割合を示したものであり、この数値の変化をさせるためには、例えば印加電圧の波高値を制御する、もしくはパルス幅を制御するＰＷＭ制御により達成できる。
【００８６】
ここで、注目すべきことは上部側送風機の送風量（回転数）を下部側送風機の送風量（回転数）よりも小さく設定してあることである。これにより、上部側送風機３１の作動する際の騒音を低減させることができる。
なお、上記第１〜第３の実施の形態では、時間・明るさ・内外温度により各送風機の回転数（送風量）を変化させたが、各回転数は一定として上部側送風機の送風量（回転数）が下部側送風機の送風量（回転数）よりも小さくなるように設定されていても良い。
【００８７】
また、上記第１〜第３の実施の形態では、沸騰冷却器３、高温側熱交換器３ａ、低温側熱交換器３ｂとしてコルゲートフィン・チューブ式のマルチフローパス型の熱交換器を用いたが、沸騰冷却器３、高温側熱交換器３ａ、低温側熱交換器３ｂとしてプレートフィン・チューブ式の熱交換器、微細ピンフィン・チューブ式の熱交換器、偏平管（チューブ）を蛇行状に屈曲形成したサーペンタイン型の熱交換器、２枚の成形プレートを貼り合わせた沸騰冷却管を多数積層したドロンカップ型の熱交換器を用いても良い。受熱フィン６ａまたは放熱フィン６ｂとしてスリットフィンやルーバーフィンを利用しても良い。
【００８８】
更に、ハウジング１３内部空気、筐体内部流体である高温空気（内気）として電子部品１１、１２等の発熱体により高温化される高温空気等の高温気体を用いたが、高温流体として電子部品１１、１２等の発熱体を冷却する冷却水やオイル（作動油や潤滑油を含む）等の高温液体を用いても良い。これと同様に、ハウジング１３外部空気、筐体外部流体である外部流体（外気）として低温空気等の低温気体だけでなく水やオイル等の低温液体を用いても良い。これらの場合には、筐体内流体循環手段や筐体外流体循環手段はポンプを使用することになる。なお、ポンプや遠心式ファン３１、３４を駆動する駆動手段としては本例のような電動モータ３２、３５だけでなく内燃機関、水車、風車等を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施の形態における電子機器装置の全体構造を示した概略図である。
【図２】（ａ）は沸騰冷却装置の熱交換装置の概略構造を示した断面図で、（ｂ）は沸騰冷却装置の熱交換装置の概略構造を示した模式図である。
【図３】図１の沸騰冷却器の具体的構造を示した正面図である。
【図４】図１の沸騰冷却器を２分割する流体隔離板を示した斜視図である。
【図５】図１の沸騰冷却器を２分割する流体隔離板を示した斜視図である。
【図６】（ａ）は従来例の場合の空気および冷媒の流路方向温度分布を表した模式図で、（ｂ）は第１実施の形態の場合の空気および冷媒の流路方向温度分布を表した模式図である。
【図７】フィン位置に対する高温流体の温度の関係を示す図である。
【図８】高温流体から低温流体までの熱移動を説明する説明図である。
【図９】図１の沸騰冷却装置を説明する説明図である。
【図１０】図９の沸騰冷却装置の比較例を示す説明図である。
【図１１】図１の沸騰冷却装置を説明する説明図である。
【図１２】第２実施の形態における電子機器装置の全体構造を示した概略図である。
【図１３】図１２の電子機器装置の側面図である。
【図１４】図１２の沸騰冷却装置を説明する説明図である。
【図１５】図１４の沸騰冷却器の具体的構造を示した正面図である。
【符号の説明】
１  電子機器装置
２  流体隔離板
３  沸騰冷却器
４  沸騰冷却管
５  連結管
６  伝熱フィン
７  沸騰部
８  凝縮部
９  温度センサ
１１，１２  電子部品（発熱体）
１３  ハウジング（筐体）
１４  沸騰冷却装置
１５  密閉空間
１７  高温側伝熱空間
１８  低温側伝熱空間
２１，３１  上部側送風機（低温側送風機）
２２，３４  下部側送風機（高温側送風機）
２５  熱交換装置
４１  高温側タンク
４２  低温側タンク
３ａ  高温側熱交換器
３ｂ  低温側熱交換器
４ａ  沸騰冷却管
４ｂ  沸騰冷却管
６ａ  受熱フィン
６ｂ  放熱フィン
４１ａ  高温側上端タンク
４１ｂ  低温側上端タンク
４２ａ  高温側下端タンク
４２ｂ  低温側下端タンク
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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