JP3924674B2

JP3924674B2 - 発熱素子用沸騰冷却器

Info

Publication number: JP3924674B2
Application number: JP2001397783A
Authority: JP
Inventors: 幸一郎武
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2021-12-27
Also published as: JP2003197839A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器等に組み込まれたダイオード、トランジスタ等の発熱素子を冷却するのに用いられる沸騰冷却器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
沸騰冷却器は、冷媒の沸騰と凝縮による熱輸送によって発熱体を冷却するものであって、各種の電子機器においても、従来より、機器内に組み込まれたダイオード、トランジスタ等の発熱素子を冷却するのに使用されている。
【０００３】
沸騰冷却器に用いられる低沸点の冷媒としては、フルオロカーボン等の高価なものが多い。そのため、沸騰冷却器の構造としては、冷媒の封入量がなるべく少なくて済むようなもの方が望ましい。
【０００４】
発熱素子用沸騰冷却器としては、例えば、特開平８−２０４０７５号公報に開示されたものが知られている。この沸騰冷却器は、内部に多数の中空通路を有しかつ側壁外面に発熱素子が取り付けられた中空面板よりなる沸騰部と、プレートフィン型熱交換器よりなる凝縮部とを備えている。沸騰部を構成する中空面板と、凝縮部を構成する熱交換器とは、前者の中空通路と後者のヘッダタンクとが連通するように、直接連結されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の沸騰冷却器にあっては、沸騰部が薄型の中空面板で構成されているため、冷媒の封入量をそれ程多くしなくて済む。しかし、上記の沸騰冷却器の場合、中空面板と熱交換器とが直接連結されていて、設計の自由度が低いため、コンパクト化や複雑化が進んでいる電子機器に十分に対応できず、電子機器内に設置できない事態も生じうる。
【０００６】
また、上記の沸騰冷却器の場合、電子機器における受熱位置（即ち、例えば発熱素子の設置箇所）と放熱位置（即ち、例えば排気口の設置箇所）とが大きく離れているときには、例えば中空面板の寸法を大きくして対応する必要があるため、その分だけ冷媒封入量が増えてしまう。
【０００７】
また、上記の沸騰冷却器の場合、比較的厚みの小さい中空面板の側壁外面に発熱素子が取り付けられているため、側壁の剛性不足により発熱素子との接触熱抵抗が増大して、放熱性能が低下するおそれがある。
【０００８】
さらに、上記装置の場合、沸騰部から凝縮部に向かって上昇する冷媒蒸気と、凝縮部から沸騰部に向かって下降する冷媒凝縮液とが、沸騰部と凝縮部との連結部分において互いに干渉する、いわゆるフラッディング現象が問題となる。このフラッディング現象は、冷媒の自然循環を阻害して、最大熱輸送量を減殺する結果、放熱性能の低下を引き起こすものであるから、極力防止する必要がある。
【０００９】
本発明の目的は、電子機器等のコンパクト化や複雑化に十分対応できるように設計の自由度が高く、冷媒封入量が少なくて済み、また優れた放熱性能が得られる発熱素子用沸騰冷却器を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明による第１の発熱素子用沸騰冷却器は、内部に収容された冷媒を外面に取り付けられている発熱素子から発せられた熱により沸騰させる沸騰部と、沸騰部の上方に配されかつ沸騰部から流入した冷媒蒸気を外部流体との熱交換により凝縮させる凝縮部との間に、内部に冷媒蒸気通路および冷媒凝縮液通路を有する連通管が介在されているものである。
【００１１】
上記のように沸騰部と凝縮部との間に連通管を介在させるようにすれば、例えば、電子機器等における受熱位置と放熱位置とが大きく離れている場合や、受熱位置と放熱位置との間の空間が著しく制限されている場合でも、連通管の長さや取付位置等を調整することによって容易に対応させることができ、設計の自由度が高い。また、連通管は、内部に冷媒蒸気通路および冷媒凝縮液通路を有するものであって、連通管内において冷媒蒸気と冷媒凝縮液とが干渉しないので、最大熱輸送量が減殺されず、高い放熱性能が得られる。さらに、受熱位置と放熱位置とが大きく離れている場合でも、沸騰部の高さを必要最小限に抑え、連通管の長さを長くすることによって、冷媒封入量の増大を防ぐことができる。
【００１２】
連通管は、少なくとも１本あれば足りるが、２本以上としてもよい。連通管を２本以上とした場合、冷媒蒸気および冷媒凝縮液がそれぞれ各連通管に分配されて各連通管における冷媒蒸気および冷媒凝縮液の流量が少なくなるので、それだけ冷媒蒸気および冷媒凝縮液の流通抵抗が小さくなり、放熱性能が向上する。また、連通管を２本以上とした場合、凝縮部内への冷媒蒸気の分配がよりスムーズになり、凝縮部内を流れる冷媒蒸気が均一化される。
【００１３】
なお、冷媒封入量を抑えるためには、全ての連通管における冷媒蒸気通路の断面積と冷媒凝縮液通路の断面積との和が、沸騰部内の水平断面積よりも小さくなされているのが好ましい。
【００１４】
本発明による第１の発熱素子用沸騰冷却器において、連通管が、内部が長さ方向に伸びる仕切壁によって断面積の異なる２つの通路に区画されている管よりなり、前記管における断面積の大きい方の通路が冷媒蒸気通路となされ、前記管における断面積の小さい方の通路が冷媒凝縮液通路となされているのが好ましい。
【００１５】
連通管を構成する前記管は、例えば、アルミニウム製や銅製の押出管、電縫管によって形成することができるので、製造が容易である。また、前記管における断面積の大きい方の通路が冷媒蒸気通路となされ、前記管における断面積の小さい方の通路が冷媒凝縮液通路となされているので、各通路における冷媒蒸気および冷媒凝縮液の流通抵抗が小さく、これらがスムーズに流れる。
【００１６】
また、本発明による第１の発熱素子用沸騰冷却器において、冷媒蒸気通路の上端出口から凝縮部の底部内に流入する冷媒蒸気と、凝縮部の底部内から冷媒凝縮液通路の上端入口に流入する冷媒凝縮液との干渉を避け得るように、連通管の上端部が凝縮部の底部内に突出させられているとともに、冷媒蒸気通路の上端出口が冷媒凝縮液通路の上端入口よりも上方に位置するように連通管の上端部が部分的に切り欠かれているのが好ましい。
【００１７】
以上の構成によれば、冷媒蒸気通路の上端出口から凝縮部の底部内に流入する冷媒蒸気と、凝縮部の底部内から冷媒凝縮液通路の上端入口に流入する冷媒凝縮液との干渉を効果的に回避できるので、さらに放熱性能が向上する。
【００１８】
次に、本発明による第２の発熱素子用沸騰冷却器は、内部に収容された冷媒を外面に取り付けられている発熱素子から発せられた熱により沸騰させる沸騰部と、沸騰部の上方に配されかつ沸騰部から流入した冷媒蒸気を外部流体との熱交換により凝縮させる凝縮部との間に、連通管が介在され、連通管の内周面には、長さ方向に伸びかつ冷媒凝縮液を表面張力の作用によって流下させ得る大きさを有する複数の溝が設けられていて、連通管内における前記溝以外の中心部分を冷媒蒸気が流通させられるものである。
【００１９】
上記の沸騰冷却器にあっても、例えば、電子機器等における受熱位置と放熱位置とが大きく離れている場合や、受熱位置と放熱位置との間の空間が著しく制限されている場合に、連通管の長さや取付位置等を調整することによって容易に対応させることができ、設計の自由度が高い。また、連通管を構成する前記管は、例えば、アルミニウム製や銅製の押出管、電縫管によって形成することができるので、製造が容易である。しかも、冷媒凝縮液が表面張力の作用によって前記溝を流れる一方、冷媒蒸気が前記管内における前記溝の内側部分、即ち、横断面積が広く流通抵抗が小さい前記管の中心部を流れるので、冷媒循環がスムーズに行われ、フラッディング現象を効果的に防止することができる。さらに、受熱位置と放熱位置とが大きく離れている場合でも、沸騰部の高さを必要最小限に抑え、連通管の長さを長くすることによって、冷媒封入量の増大を防ぐことができる。
【００２０】
第２の発熱素子用沸騰冷却器においても、連通管は、少なくとも１本あれば足りるが、２本以上としてもよい。そして、連通管を２本以上とした場合には、第１の発熱素子用沸騰冷却器の場合と同様の効果が得られる。
【００２１】
なお、第２の発熱素子用沸騰冷却器においても、冷媒封入量を抑えるためには、全ての連通管内の断面積の和が、沸騰部内の水平断面積よりも小さくなされているのが好ましい。
【００２２】
本発明による第３の発熱素子用沸騰冷却器は、内部に収容された冷媒を外面に取り付けられている発熱素子から発せられた熱により沸騰させる沸騰部と、沸騰部の上方に配されかつ沸騰部から流入した冷媒蒸気を外部流体との熱交換により凝縮させる凝縮部との間に、内部に冷媒蒸気通路を有する第１連通管および内部に冷媒凝縮液通路を有する第２連通管が介在されているものである。
【００２３】
上記のように沸騰部と凝縮部との間に第１連通管および第２連通管を介在させるようにすれば、例えば、電子機器等における受熱位置と放熱位置とが大きく離れている場合や、受熱位置と放熱位置との間の空間が著しく制限されている場合でも、両連通管の長さや取付位置等を調整することによって容易に対応させることができ、設計の自由度が高い。また、冷媒蒸気は第１連通管内の冷媒蒸気通路を流れ、冷媒凝縮液は第２連通管内の冷媒凝縮液通路を流れるので、冷媒蒸気と冷媒凝縮液とが干渉しない上、冷媒蒸気および冷媒凝縮液の流通抵抗が小さくなり、その結果、高い放熱性能が得られる。さらに、受熱位置と放熱位置とが大きく離れている場合でも、沸騰部の高さを必要最小限に抑え、連通管の長さを長くすることによって、冷媒封入量の増大を防ぐことができる。
【００２４】
なお、第３の発熱素子用沸騰冷却器において、冷媒封入量を抑えるためには、冷媒蒸気通路の断面積と冷媒凝縮液通路の断面積との和が、沸騰部内の水平断面積よりも小さくなされているのが好ましい。
【００２５】
本発明による第３の発熱素子用沸騰冷却器において、第１連通管が、内部の横断面積が異なる２種類の管のうち内部の横断面積が大きい方の管よりなり、前記管の内部が冷媒蒸気通路となされ、第２連通管が、前記２種類の管のうち内部の横断面積が小さい方の管よりなり、前記管の内部が冷媒凝縮液通路となされているのが好ましい。
【００２６】
第１連通管および第２連通管を構成する前記２種類の管は、例えば、アルミニウム製や銅製の押出管、電縫管によって形成することができ、製造がきわめて容易である。また、横断面積が大きい方の管の内部が冷媒蒸気通路となされ、横断面積が小さい方の管の内部が冷媒凝縮液通路となされているので、各通路における冷媒蒸気および冷媒凝縮液の流通抵抗が小さく、これらがスムーズに流れる。
【００２７】
本発明による第１〜第３の発熱素子用沸騰冷却器において、沸騰部の内面における発熱素子に対応する部分に、沸騰伝熱促進用微細凹凸が設けられているのが好ましい。沸騰伝熱促進用微細凹凸は、例えば、沸騰部の内面における発熱素子に対応する部分への粉末ろう付け、焼結、粉末溶射または機械加工によって形成されている。
【００２８】
沸騰部の内面における発熱素子に対応する部分、即ち、沸騰伝熱面に微細凹凸を設けておけば、伝熱面積が増大する上、核気泡の離脱が促進されるので、沸騰伝熱が促進され、それによって放熱性能が格段に向上する。
【００２９】
本発明による第１〜第３の発熱素子用沸騰冷却器において、発熱素子が、沸騰部の底部下面に取り付けられている場合がある。
【００３０】
上記の場合、沸騰部の底部上面が沸騰伝熱面となるため、冷媒封入量を必要最小限に抑えることができる。なお、発熱素子は、必ずしも沸騰部の底部下面に取り付けられることを要せず、他にも、例えば、沸騰部の外側面に取り付けられてもよい。
【００３１】
本発明による第１〜第３の発熱素子用沸騰冷却器において、沸騰部は、例えば、横断面円形または方形の周壁と、周壁の下端開口を塞いでいる底壁と、周壁の下端開口を塞いでいる頂壁とを備えたものとなされる。連通管の下端部または第１・第２連通管の下端部は、通常、頂壁の上端部に接続される。
【００３２】
本発明による発熱素子用沸騰冷却器の場合、沸騰部を薄くしなくても冷媒封入量を低く抑えることができるので、沸騰部の側壁の厚みを大きくとることができる。したがって、発熱素子を側壁外面に取り付ける場合でも、側壁の剛性不足により発熱素子との接触熱抵抗が増大して放熱性能が低下するおそれがない。
【００３３】
本発明による第１〜第３の発熱素子用沸騰冷却器において、凝縮部は、例えば、間隔をおいて水平に配された上下ヘッダタンクと、下端部が下ヘッダタンクに接続されかつ上端部が上ヘッダタンクに接続された複数の左右並列状熱交換管と、隣り合う熱交換管どうしの間および左右両端に位置する熱交換管の外側に配置固定された放熱フィンとを備えたものとなされる。連通管の上端部または第１・第２連通管の上端部は、通常、下ヘッダタンクの底部に接続される。
【００３４】
また、凝縮部は、水平に配されたヘッダタンクと、下端部がヘッダタンクに接続されかつ上端部が閉鎖された複数の左右並列状熱交換管と、隣り合う熱交換管どうしの間および左右両端に位置する熱交換管の外側に配置固定された放熱フィンとを備えたものであってもよい。連通管の上端部または第１・第２連通管の上端部は、通常、ヘッダタンクの底部に接続される。
【００３５】
凝縮部は、さらに、複数の熱交換管の前後いずれか一方の側に直接またはダクトを介して取り付けられた冷却ファンを備えたものであってもよい。この場合、冷却ファンが起こす風によって、熱交換管および放熱フィンの表面からの放熱が効率良く行われる。
【００３６】
更に、本発明には、上述した本発明による第１〜第３の発熱素子用沸騰冷却器のうちいずれか１つを備えている電子機器が含まれる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して以下に説明する。
【００３８】
図１〜４は、本発明の第１の実施形態を示すものである。これらの図に示された発熱素子用沸騰冷却器(1)は、内部に収容された冷媒(A)を外面に取り付けられた発熱素子(B)から発せられた熱により沸騰させる沸騰部(2)と、沸騰部(2)から流入した冷媒蒸気(A1)を外部流体(C)との熱交換により凝縮させる凝縮部(3)との間に、内部に冷媒蒸気通路(41)および冷媒凝縮液通路(42)を有する１本の連通管(4)が介在されたものである。冷媒蒸気通路(41)の断面積と冷媒凝縮液通路(42)の断面積との和は、沸騰部(2)内の水平断面積よりも小さくなされている。
【００３９】
沸騰部(2)は、図１〜３に示すように、周壁(21)と、周壁(21)の下端開口を塞いでいる底壁(22)と、周壁(21)の上端開口を塞いでいる頂壁(23)とを備えている。沸騰部(2)を構成する上記各壁(21)(22)(23)は、アルミニウムや銅といった金属材料よりなる。周壁(21)は、図３（ａ）に示すように横断面円形であってもよいし、或いは、図３（ｂ）に示すように横断面方形であってもよい。周壁(21)は、例えば、ブロック材を機械加工したものや押出形材等から形成される。なお、ブロック材を機械加工する場合、通常、周壁(21)と一体に底壁(22)または頂壁(23)が形成される。底壁(22)および頂壁(23)は、例えば、板材や押出形材等から形成され、周壁(21)の上下端部に溶接、ろう付け等によって接合される。
【００４０】
沸騰部(2)内には、フルオロカーボン系の冷媒(A)が収容されている（図１参照）。なお、冷媒(A)は、水などの自然冷媒であっても良い。
【００４１】
図１および２に示すように、ダイオード、トランジスタ等の発熱素子(B)は、底壁(22)下面に取り付けられている。
【００４２】
図１に示すように、沸騰部(2)の内面における発熱素子(B)と対向する部分、即ち、底壁(22)上面には、沸騰伝熱促進用微細凹凸(24)が設けられている。これらの微細凹凸(24)は、例えば、底壁(22)上面にアルミニウム粉末をろう付けすることによって形成される。また、微細凹凸(24)は、底壁(22)上面を焼結したり、底壁(22)上面に粉末を溶射したり、或いは、底壁(22)上面にローレット加工、エッチング加工、サンドブラスト加工等の機械加工を施すことによっても形成することができる。上記の微細凹凸(24)により、伝熱面積が拡大するとともに、核気泡の離脱が促進されるため、放熱性能が格段に向上する。
【００４３】
凝縮部(3)は、図１および２に示すように、間隔をおいて水平に配された上下ヘッダタンク(31)と、下端部が下ヘッダタンク(31)に接続されかつ上端部が上ヘッダタンク(31)に接続された複数の左右並列状熱交換管(32)と、隣り合う熱交換管(32)どうしの間および左右両端に位置する熱交換管(32)の外側に配置固定された放熱フィン(33)と、複数の熱交換管(32)の後側に取り付けられた冷却ファン(34)とを備えたものである。上下ヘッダタンク(31)、熱交換管(32)および放熱フィン(33)は、アルミニウムや銅といった金属材料よりなる。
【００４４】
上下ヘッダタンク(31)は、横断面円形の押出管または電縫管の両端開口を端板で閉鎖してなる。
【００４５】
熱交換管(32)は、断面長方形または長円形の偏平な押出管や電縫管よりなり、上下両端部が上下ヘッダタンク(31)に挿入されて、ろう付けや溶接等により接合されている。
【００４６】
放熱フィン(33)は、コルゲートフィンよりなり、熱交換管(32)の外面にろう付けや溶接等によって接合されている。なお、コルゲートフィンは、通常のプレーンフィンとする他、自動車用エアコン等において使用されているルーバフィンやオフセットフィン、或いはプレーンフィンに多数の孔をあけた孔あきフィンとしてもよく、これらを用いれば更に高い放熱効果が得られる。
【００４７】
左右両端に位置する放熱フィン(33)の外側には、アルミニウム板や銅板等の金属板よりなるサイドプレート(36)が、ろう付けや溶接等により接合されている。
い。
【００４８】
冷却ファン(34)としては、例えば、軸流式ファンが用いられる。この冷却ファン(34)は、図２（ａ）に示すように熱交換管(32)の後側に直接取り付けられてもよいし、また、図２（ｂ）に示すように熱交換管(32)の後側にダクト(35)を介して取り付けられてもよい。冷却ファン(34)の配置は、図２に示すように、その吸込口が熱交換管(32)の方（前方）を向いた吸込み式であってもよいし、或いはこれとは逆に、その吹出口が熱交換管(32)の方（前方）を向いた押込み式であってもよい。また、冷却ファン(34)は、熱交換管(32)の前側に取り付けられても勿論よい。この冷却ファン(34)を作動させることにより、外部流体としての空気(C)が、熱交換管(32)間および放熱フィン(33)間を前後方向に流れ、熱交換管(32)内を流れる冷媒蒸気(A1)との間で熱交換が行われる。なお、冷媒蒸気(A1)と熱交換させる外部流体としては、上記の空気(C)以外にも、水などの公知の冷却用流体を選択することができ、その場合、使用する流体に応じて凝縮部(3)の構造を適宜変更すればよい。
【００４９】
連通管(4)は、図４に示すように、内部が長さ方向に伸びる仕切壁(43)によって断面積の異なる２つの通路(41)(42)に区画されている管よりなる。そして、前記管における断面積の大きい方の通路が冷媒蒸気通路(41)となされ、前記管における断面積の小さい方の通路が冷媒凝縮液通路(42)となされている。連通管(4)を構成する前記管は、アルミニウム製や銅製の押出管または電縫管よりなる。連通管(4)は、図４や図３（ａ）に示すように横断面円形であってもよいし、或いは、図３（ｂ）に示すように横断面方形であってもよい。
【００５０】
また、図４（ａ）に示すように、冷媒蒸気通路(41)の上端出口(411)から下ヘッダタンク(31)（凝縮部(3)の底部）内に流入する冷媒蒸気(A1)と、下ヘッダタンク(31)内から冷媒凝縮液通路(42)の上端入口(421)に流入する冷媒凝縮液(A2)との干渉を避け得るように、連通管(4)の上端部が下ヘッダタンク(31)内に突出させられているとともに、冷媒蒸気通路(41)の上端出口(411)が冷媒凝縮液通路(42)の上端入口(421)よりも上方に位置するように連通管(4)の上端部が部分的に切り欠かれている。つまり、冷媒蒸気通路(41)の上端出口(411)は、下ヘッダタンク(31)内における冷媒凝縮液(A2)の液面レベルよりも高い位置に設けられ、冷媒凝縮液通路(42)の上端入口(421)は、下ヘッダタンク(31)内における冷媒凝縮液(A2)の液面レベルよりも低い位置に設けられている。したがって、下ヘッダタンク(31)内においては、浮力により上昇しようとする冷媒蒸気(A1)の流れと、重力により下降しようとする冷媒凝縮液(A2)の流れとが完全に分離される。よって、冷媒(A)の循環がスムーズとなり、十分な最大熱輸送量が得られる。
【００５１】
なお、連通管(4)の長さは、電子機器内における受熱位置（即ち、発熱素子(B)の設置箇所）と放熱位置（即ち、例えば排気口の設置箇所付近）との距離に応じて適宜に変更可能である。また、図１の沸騰冷却器(1)の場合、連通管(4)の上端部が凝縮部(3)における下ヘッダタンク(31)の長さ中央部に接続され、連通管(4)の下端部が沸騰部(2)における頂壁(23)の中央部に接続されているが、電子機器内において沸騰部(2)と凝縮部(3)との間の空間の一部に他の部品や装置等を配置する必要がある場合には、それらに干渉しないように連通管(4)の位置をずらすようにしても良い。
【００５２】
次に、上記の沸騰冷却器(1)の作動原理を説明する。電子機器等の作動中に発熱素子(B)から大量の熱が発せられると、その熱が沸騰部(2)に伝わり、沸騰部(2)内に収容された冷媒(A)が沸騰させられる。この際、底壁(22)上面、即ち沸騰伝熱面に設けられた沸騰伝熱促進用微細凹凸(24)により沸騰伝熱が促進され、発熱素子(B)から冷媒(A)への熱伝達が効率良く行われる。冷媒(A)の沸騰により生じた冷媒蒸気(A1)は、圧力差によって、沸騰部(2)から連通管(4)の冷媒蒸気通路(41)を上昇し、該通路(41)の上端入口(411)から凝縮部(3)の下ヘッダタンク(31)内に流入し、ここから複数の熱交換管(32)内に分流して、各熱交換管(32)内を上向きに流れる。冷媒蒸気(A1)は、各熱交換管(32)内を流れる間に、熱交換管(32)および放熱フィン(33)を介して、冷却ファン(34)によって熱交換管(32)間および放熱フィン(33)間を前後方向に流通させられる空気(C)と熱交換され、熱交換管(32)内面で凝縮する。熱交換管(32)内で凝縮しなかった冷媒蒸気(A1)は、上ヘッダタンク(31)に流入した後、再度いずれかの熱交換管(32)内に流入し、凝縮させられる。熱交換管(32)内で生じた冷媒凝縮液(A2)は、重力により熱交換管(32)内を降下して下ヘッダタンク(31)内に流入し、ここで一時的に滞留した後、連通管(4)の冷媒凝縮液通路(42)に上端入口(421)から流入する。ここで、冷媒蒸気通路(41)の上端出口(411)が冷媒凝縮液通路(42)の上端入口(421)よりも上方に位置させられているため、冷媒凝縮液(A2)の流れは冷媒蒸気(A2)の流れから完全に分離され、冷媒(A)の循環がスムーズに行われる。冷媒凝縮液(A2)は、冷媒凝縮液通路(42)を経て沸騰部(2)に戻され、ここで再び沸騰させられる。以上のような冷媒(A)の相変化が繰り返されることにより、発熱素子(B)の冷却が継続的に行われる。
【００５３】
図５は、本発明の第２の実施形態を示すものである。この実施形態の発熱素子用沸騰冷却器にあっては、沸騰部(2)と凝縮部(3)との間に介在されている連通管(40)が、内周面に長さ方向に伸びかつ冷媒凝縮液(A2)を表面張力の作用によって流下させ得る大きさを有する複数の溝(401)が設けられた管よりなる。そして、連通管(40)内における前記溝(401)よりも内側部分(402)を冷媒蒸気(A1)が流通させられ、連通管(40)内の断面積が、沸騰部(2)内の水平断面積よりも小さくなされている。連通管(40)を構成する前記管は、アルミニウム製や銅製の押出管または電縫管よりなる。上記連通管(40)の上端部は、上端開口が下ヘッダタンク(31)内における冷媒凝縮液(A2)の液面レベルとほぼ同じかそれよりもやや下方に位置するように、下ヘッダタンク(31)内に突出させられている。沸騰冷却器が上記の連通管(40)を備えていれば、冷媒凝縮液(A2)が表面張力の作用によって連通管(40)の溝(401)を流れる一方、冷媒蒸気(A1)が連通管(40)内における溝(401)の内側部分(402)、即ち、横断面積が広く流通抵抗が小さい連通管(40)の中心部(402)を流れるので、冷媒循環がスムーズに行われ、フラッディング現象を効果的に防止することができる。その他は、第１の実施形態とほぼ同じである。
【００５４】
【実施例】
まず、実施例１として、図１〜４に示すものと同じ構成を有する発熱素子用沸騰冷却器を作製した。沸騰部はアルミニウム製とし、その底壁上面にはアルミニウム粉末をろう付けすることによって沸騰伝熱促進用微細凹凸を形成した。凝縮部(3)の上下ヘッダタンク、熱交換管および放熱フィンも、アルミニウム製とした。連通管には、内部に仕切壁を有する横断面円形のアルミニウム製押出管を用いた。内部に封入する冷媒としては、フルオロカーボンを使用した。
【００５５】
また、実施例２として、沸騰部の底壁上面が沸騰伝熱促進用微細凹凸を有していないフラット面である点を除いて、実施例１と同じ構成を有する発熱素子用沸騰冷却器を作製した。
【００５６】
さらに、比較例として、連通管として内部に仕切壁が設けられていない横断面円形のアルミニウム製押出管を用いた点を除いて、実施例１と同じ構成を有する発熱素子用沸騰冷却器を作製した。
【００５７】
そして、各沸騰冷却器の沸騰部底壁下面に発熱素子の代用として電気ヒータを取り付け、電気ヒータの発熱量Ｑ（Ｗ）を変化させながら、各発熱量Ｑ（Ｗ）における沸騰冷却器の熱抵抗Ｒ（Ｋ／Ｗ）を測定した。測定結果は、図６に示すとおりである。図６に示したように、実施例１では、発熱量３００Ｗにおいて、熱抵抗０．１５Ｋ／Ｗという極めて高い冷却性能が得られた。実施例２では、発熱量２００Ｗにおいて、熱抵抗０．２６Ｋ／Ｗであったが、さらに発熱量が大きくなると急激に熱抵抗が高くなった。比較例では、連通管内でフラッディング現象が生じるため、発熱量３０Ｗ付近から急激に熱抵抗が高くなり、十分な冷却効果が得られなかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すものであって、発熱素子用沸騰冷却器の一部切欠き正面図である。
【図２】発熱素子用沸騰冷却器の側面図であって、（ａ）は冷却ファンを熱交換管に直接取り付けた場合を示し、（ｂ）は冷却ファンをダクトを介して熱交換管に取り付けた場合を示している。
【図３】発熱素子用沸騰冷却器の沸騰部および連通管の一部を拡大して示す斜視図であって、（ａ）（ｂ）はそれぞれ形状が異なる場合を示している。
【図４】（ａ）は連通管の上端部および凝縮部の下ヘッダタンクの拡大垂直断面、（ｂ）は連通管の拡大水平横断面である。
【図５】本発明の第２の実施形態を示すものであって、（ａ）は連通管の上端部および凝縮部の下ヘッダタンクの拡大垂直断面、（ｂ）は連通管の拡大水平横断面である。
【図６】実施例１、２および比較例について、素子発熱量と熱抵抗の関係を示したグラフである。
【符号の説明】
(A)：冷媒
(A1)：冷媒蒸気
(A2)：冷媒凝縮液
(B)：発熱素子
(C)：空気（外部流体）
(1)：発熱素子用沸騰冷却器
(2)：沸騰部
(21)：周壁
(22)：底壁
(23)：頂壁
(24)：沸騰伝熱促進用微細凹凸
(3)：凝縮部
(31)：上下ヘッダタンク
(32)：熱交換管
(33)：放熱フィン
(34)：冷却ファン
(35)：ダクト
(4)：連通管
(41)：冷媒蒸気通路
(411)：（冷媒蒸気通路の）上端出口
(42)：冷媒凝縮液通路
(421)：（冷媒凝縮液通路の）上端入口
(43)：仕切壁
(40)：連通管
(401)：溝
(402)：（連通管内における）溝の内側部分

Claims

内部に収容された冷媒を外面に取り付けられている発熱素子から発せられた熱により沸騰させる沸騰部と、沸騰部の上方に配されかつ沸騰部から流入した冷媒蒸気を外部流体との熱交換により凝縮させる凝縮部との間に、連通管が介在され、連通管の内周面には、長さ方向に伸びかつ冷媒凝縮液を表面張力の作用によって流下させ得る大きさを有する複数の溝が設けられていて、連通管内における前記溝よりも内側部分を冷媒蒸気が流通させられる、発熱素子用沸騰冷却器。
沸騰部の内面における発熱素子に対応する部分に、沸騰伝熱促進用微細凹凸が設けられている、請求項１記載の発熱素子用沸騰冷却器。
沸騰伝熱促進用微細凹凸が、沸騰部の内面における発熱素子に対応する部分への粉末ろう付け、焼結、粉末溶射または機械加工によって形成されている、請求項２記載の発熱素子用沸騰冷却器。
発熱素子が、沸騰部の底部下面に取り付けられている、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発熱素子用沸騰冷却器。
沸騰部が、横断面円形または方形の周壁と、周壁の下端開口を塞いでいる底壁と、周壁の下端開口を塞いでいる頂壁とを備えている、請求項１〜４のいずれか１つに記載の発熱素子用沸騰冷却器。
凝縮部が、間隔をおいて水平に配された上下ヘッダタンクと、下端部が下ヘッダタンクに接続されかつ上端部が上ヘッダタンクに接続された複数の左右並列状熱交換管と、隣り合う熱交換管どうしの間および左右両端に位置する熱交換管の外側に配置固定された放熱フィンとを備えている、請求項１〜５のいずれか１つに記載の発熱素子用沸騰冷却器。
凝縮部が、水平に配されたヘッダタンクと、下端部がヘッダタンクに接続されかつ上端部が閉鎖された複数の左右並列状熱交換管と、隣り合う熱交換管どうしの間および左右両端に位置する熱交換管の外側に配置固定された放熱フィンとを備えている、請求項１〜５のいずれか１つに記載の発熱素子用沸騰冷却器。
凝縮部が、さらに、複数の熱交換管の前後いずれか一方の側に直接またはダクトを介して取り付けられた冷却ファンを備えている、請求項６または７記載の発熱素子用沸騰冷却器。
請求項１〜８のいずれか１つに記載の発熱素子用沸騰冷却器を備えている、電子機器。