JP2004241580A

JP2004241580A - Boiling cooler

Info

Publication number: JP2004241580A
Application number: JP2003028698A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Okamoto; 義之岡本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-02-05
Filing date: 2003-02-05
Publication date: 2004-08-26

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a boiling cooler which can surely exhibit cooling performance by arranging a plurality of heat dissipation parts in the flow direction of cooling air. <P>SOLUTION: The boiling cooler 1 is provided with a first heat dissipation part 3a on the cooling air upstream side and a second heat dissipation part 3b on the downstream side which are disposed in upright on a cooling medium vessel 2. In the cooling air upstream side of the second heat dissipation part 3b, an introducing guide plate 41 is arranged which introduces cooling air which passed through outside the first heat dissipation part 3a to a cooling medium flow upstream side part 38a of the second heat dissipation part 3b. As a result, heat exchange between low-temperature cooling air and vapor medium is performed nicely on the upstream side 38a, so that the boiling cooler 1 can exhibit surely cooling performance ability. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒の沸騰と凝縮による潜熱移動によって発熱体を冷却する沸騰冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、下記特許文献１に開示された沸騰冷却装置がある。この沸騰冷却装置は、発熱電子部品等の発熱体に底面を接して熱を受ける冷媒容器と、この冷媒容器の上面側に冷媒容器の内部と連通して冷媒を流通するチューブを有する放熱部とを備えるものである。
【０００３】
そして、発熱体を冷却するときには、冷媒容器内の冷媒が発熱体の熱を受けて沸騰する。沸騰気化した冷媒は、放熱部のチューブ内を流れるときに外部を流れる冷却風に潜熱を放出して凝縮し、液冷媒となって冷媒容器内に戻るようになっている。
【０００４】
また、下記特許文献１では、大きな冷却能力を必要とする場合には、必要放熱量に応じて、冷媒容器の上面側において冷却風の流れ方向に複数の放熱部を設けるものが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２０６８８０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術の沸騰冷却装置では、複数の放熱部を設けた場合であっても、思いの外冷却能力が増加しない場合があるという問題がある。そこで、本発明者が、上記問題点の原因について鋭意調査したところ、以下のことが明らかとなった。
【０００７】
沸騰冷却装置に一方向から冷却風が送風されると、冷却風上流側の放熱部で冷媒と熱交換した後の冷却風の温度が上昇する。この上流側放熱部から流出した冷却風がそのまま下流側の放熱部に流入すると、下流側放熱部での熱交換効率が低下する。したがって、複数の放熱部を設けたとしても、下流側放熱部は冷却能力への寄与が小さい。
【０００８】
特に、図１０（ａ）に示すように、冷媒容器１０２の上面に、チューブ１３３、１３８内を同一方向に冷媒が流通する第１放熱部１０３ａと第２放熱部１０３ｂとを近接して配置し、冷却風上流側の第１放熱部１０３ａから流出した冷却風が、流出時の温度分布のまま冷却風下流側の第２放熱部１０３ｂに流入した場合には、第２放熱部１０３ｂは冷却能力に寄与し難い。
【０００９】
これは、以下の理由による。第１放熱部１０３ａに一定の温度分布を有する冷却風が流入すると、チューブ１３３内の冷媒流れ上流側ほど高温蒸気冷媒が流通しているため熱交換効率が高くなる。したがって、第１放熱部１０３ａから流出する冷却風の温度分布（図１０（ａ）中のＣ−Ｃ線における温度分布）は、図１０（ｂ）に示すように、冷媒流れ上流側ほど温度が高くなる。
【００１０】
図１０（ｂ）に示す温度分布のまま冷却風が第２放熱部１０３ｂに流入すると、低温の冷却風であれば熱交換が良好に行なわれて冷媒が凝縮する冷媒流れ上流側部に高温の冷却風が流入することになり、熱交換が効率的に行なわれない。
【００１１】
これにより、特に図１０（ａ）に示す構成の沸騰冷却装置では、第２放熱部１０３ｂは冷却能力に寄与し難いことが解った。換言すれば、冷却風下流側の放熱部に流入する冷却風の温度分布を改良することにより冷却性能を向上することが可能であることを見出した。
【００１２】
本発明は、上記点を鑑みてなされたものであって、冷却風の流れ方向に複数の放熱部を設け、確実に冷却性能を発揮することが可能な沸騰冷却装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
一面に発熱体（６）が取り付けられ、内部に前記発熱体（６）の熱を受けて沸騰する冷媒を貯留する冷媒容器（２）と、
冷媒容器（２）の内部と連通して冷媒容器（２）の発熱体（６）の取付面に対向する面に設けられ、内部に冷媒を一方向に流通する第１のチューブ（３３）を有する第１放熱部（３ａ）と、
冷媒容器（２）の内部と連通して冷媒容器（２）の発熱体（６）の取付面に対向する面に設けられ、内部に冷媒を一方向に流通する第２のチューブ（３８）を有する第２放熱部（３ｂ）とを備え、
第２放熱部（３ｂ）は、第１放熱部（３ａ）に対し一方向から送風される冷却風の流れ方向下流側に配置され、
冷媒容器（２）に貯留されている冷媒が発熱体（６）から受熱して沸騰気化し、その冷媒蒸気が有する潜熱を、第１放熱部（３ａ）および第２放熱部（３ｂ）から冷却風に放出して発熱体（６）を冷却する沸騰冷却装置であって、
第２のチューブ（３８）のうち、内部を流通する冷媒流れの上流側部（３８ａ）に、第１放熱部（３ａ）の外側を通過した冷却風を導入する冷却風導入手段（４１）を備えることを特徴としている。
【００１４】
これによると、第２放熱部（３ｂ）の第２のチューブ（３８）の冷媒流れ上流側部（３８ａ）に、第１放熱部（３ａ）の外側を通過した低温の冷却風を流入させることができる。したがって、第２のチューブ（３８）の冷媒流れ上流側部（３８ａ）において、熱交換を良好に行なうことができる。このようにして、確実に冷却性能を発揮することができる。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明のように、第１放熱部（３ａ）の外側（４）を通過した冷却風を、第２のチューブ（３８）の上流側部（３８ａ）に向ける導入ガイド部材（４１）を冷却風導入手段（４１）とし、第２放熱部（３ｂ）の第２のチューブ（３８）の冷媒流れ上流側部（３８ａ）に、第１放熱部（３ａ）の外側を通過した低温の冷却風を流入させることができる。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明では、
第１放熱部（３ａ）は、第１のチューブ（３３）の表面に第１のチューブ（３３）の冷媒流れに直行する方向に延設された第１の放熱フィン（３４）を有し、冷却風導入手段は、第１放熱部（３ａ）に冷却風が流入する方向に対し、第１放熱部（３ａ）を傾斜して配置する構成であり、
第１の放熱フィン（３４）により、第１放熱部（３ａ）から流出する冷却風を第２のチューブ（３８）の冷媒流れの下流側部（３８ｂ）に向けることで、第１放熱部（３ａ）の外側を通過した冷却風を、第２のチューブ（３８）の上流側部（３８ａ）に導入することを特徴としている。
【００１７】
これによると、第１放熱部（３ａ）の第１の放熱フィン（３４）により、第１放熱部（３ａ）を通過した高温の冷却風を第２のチューブ（３８）の冷媒流れ上流側部（３８ａ）から遠ざけることで、第１放熱部（３ａ）の外側を通過した低温の冷却風を、第２のチューブ（３８）の上流側部（３８ａ）に流入させることができる。したがって、第２のチューブ（３８）の冷媒流れ上流側部（３８ａ）において、熱交換を良好に行なうことができる。このようにして、確実に冷却性能を発揮することができる。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の発明において、第２放熱部（３ｂ）は、第２のチューブ（３８）の表面に第２のチューブ（３８）の冷媒流れに直行する方向に延設された第２の放熱フィン（３９）を有するとともに、第２の放熱フィン（３９）の延設方向が第１の放熱フィン（３４）の延設方向と同一となるように配置されていることを特徴としている。
【００１９】
これによると、第１放熱部（３ａ）を通過した冷却風を、第２放熱部（３ｂ）の第２の放熱フィン（３９）の延設方向に流入させやすい。したがって、第２放熱部（３ｂ）の通風抵抗が増大することを防止できる。
【００２０】
また、請求項５に記載の発明では、請求項３または請求項４に記載の発明において、第１放熱部（３ａ）は、第２放熱部（３ｂ）に対し、第２のチューブ（３８）の冷媒流れ下流側方向に偏心して配置されていることを特徴としている。
【００２１】
これによると、第１の放熱フィン（３４）により、第１放熱部（３ａ）から流出する冷却風を第２のチューブ（３８）の冷媒流れの下流側部（３８ｂ）に向けた場合に、第１放熱部（３ａ）の外側を通過した冷却風を、第２のチューブ（３８）の上流側部（３８ａ）に導入しやすい。
【００２２】
また、請求項６に記載の発明では、
一面に発熱体（６）が取り付けられ、内部に前記発熱体（６）の熱を受けて沸騰する冷媒を貯留する冷媒容器（２）と、
冷媒容器（２）の内部と連通して冷媒容器（２）の発熱体（６）の取付面に対向する面に設けられ、内部に冷媒を一方向に流通する第１のチューブ（３３）と第１のチューブ（３３）の表面に第１のチューブ（３３）の冷媒流れに直行する方向に延設された第１の放熱フィン（３４）とを有する第１放熱部（３ａ）と、冷媒容器（２）の内部と連通して冷媒容器（２）の発熱体（６）の取付面に対向する面に設けられ、内部に冷媒を一方向に流通する第２のチューブ（３８）と第２のチューブ（３８）の表面に第２のチューブ（３８）の冷媒流れに直行する方向に延設された第２の放熱フィン（３９）とを有する第２放熱部（３ｂ）とを備え、
第２放熱部（３ｂ）は、第１放熱部（３ａ）に対し一方向から送風される冷却風の流れ方向下流側に配置され、
冷媒容器（２）に貯留されている冷媒が発熱体（６）から受熱して沸騰気化し、その冷媒蒸気が有する潜熱を、第１放熱部（３ａ）および第２放熱部（３ｂ）から冷却風に放出して発熱体（６）を冷却する沸騰冷却装置であって、
第１放熱部（３ａ）は、第１の放熱フィン（３４）の形成部よりも通風抵抗の低い第１の通風路（３５）を備え、第１の通風路（３５）を通過した冷却風を第２放熱部（３ｂ）に流入させることを特徴としている。
【００２３】
これによると、第２放熱部（３ｂ）に、第１放熱部（３ａ）の第１の通風路（３５）を通過した比較的低温の冷却風を流入させることができる。したがって、第２放熱部（３ｂ）において、熱交換を良好に行なうことができる。このようにして、確実に冷却性能を発揮することができる。
【００２４】
また、請求項７に記載の発明では、請求項６に記載の発明において、第２放熱部（３ｂ）は、第１放熱部（３ａ）の第１の放熱フィン（３４）形成部に対応した部位に、第２の放熱フィン（３９）の形成部よりも通風抵抗の低い第２の通風路（４０）を備え、第１放熱部（３ａ）の第１の放熱フィン（３４）形成部を通過した冷却風を第２の通風路（４０）に流入させることを特徴としている。
【００２５】
これによると、第１放熱部（３ａ）の第１の放熱フィン（３４）形成部を通過した冷却風を第２の通風路（４０）に流入させやすく、これに伴ない、第２放熱部（３ｂ）の第２の放熱フィン（３９）形成部に、第１放熱部（３ａ）の第１の通風路（３５）を通過した比較的低温の冷却風を流入させやすい。したがって、第２放熱部（３ｂ）において、一層熱交換を良好に行なうことができる。
【００２６】
また、請求項８に記載の発明では、
一面に発熱体（６）が取り付けられ、内部に発熱体（６）の熱を受けて沸騰する冷媒を貯留する冷媒容器（２）と、
冷媒容器（２）の内部と連通して冷媒容器（２）の発熱体（６）の取付面に対向する面に設けられ、内部に冷媒を一方向に流通する第１のチューブ（３３）を有する第１放熱部（３ａ）と、
冷媒容器（２）の内部と連通して冷媒容器（２）の発熱体（６）の取付面に対向する面に設けられ、内部に冷媒を第１のチューブ（３３）と同一方向に流通する第２のチューブ（３８）を有する第２放熱部（３ｂ）とを備え、
第２放熱部（３ｂ）は、第１放熱部（３ａ）に対し一方向から送風される冷却風の流れ方向下流側に配置され、
冷媒容器（２）に貯留されている冷媒が発熱体（６）から受熱して沸騰気化し、その冷媒蒸気が有する潜熱を、第１放熱部（３ａ）および第２放熱部（３ｂ）から冷却風に放出して発熱体（６）を冷却する沸騰冷却装置であって、
第１放熱部（３ａ）において第１のチューブ（３３）の冷媒流れ方向の異なる部位を通過した冷却風同士が、混合した後に第２放熱部（３ｂ）に流入するように、第１放熱部（３ａ）と第２放熱部（３ｂ）とが、冷却風流れ方向に離設されていることを特徴としている。
【００２７】
これによると、第１放熱部（３ａ）の第１のチューブ（３３）の冷媒流れ上流側部（３３ａ）を通過した高温の冷却風と、それより下流側を通過した比較的低温の冷却風とを混合した後、第２放熱部（３ｂ）の第２のチューブ（３８）の冷媒流れ上流側部（３８ａ）に流入させることができる。したがって、第２のチューブ（３８）の冷媒流れ上流側部（３８ａ）において、熱交換を良好に行なうことができる。このようにして、確実に冷却性能を発揮することができる。
【００２８】
また、請求項９に記載の発明では、請求項８に記載の発明において、第１放熱部（３ａ）と第２放熱部（３ｂ）との冷却風流れ方向の間隔（Ｗ２）は、第１のチューブ（３３）の冷媒流れ方向に直行する方向の寸法（Ｗ１）以上であることを特徴としている。
【００２９】
これによると、第１放熱部（３ａ）の第１のチューブ（３３）の冷媒流れ上流側を通過した高温の冷却風と、それより下流側を通過した比較的低温の冷却風とを、第２放熱部（３ｂ）に流入する前に混合しやすい。
【００３０】
また、請求項１０に記載の発明では、第１放熱部（３ａ）と第２放熱部（３ｂ）との間に、第１放熱部（３ａ）において第１のチューブ（３３）の冷媒流れ方向の異なる部位を通過した冷却風同士の流れを入れ替える入替ガイド部材（５１）を備えることを特徴としている。
【００３１】
これによると、第１放熱部（３ａ）の第１のチューブ（３３）の冷媒流れ上流側を通過した高温の冷却風と、それより下流側を通過した比較的低温の冷却風とを、第２放熱部（３ｂ）に流入する前に入れ替えることができる。したがって、高温の冷却風と比較的低温の冷却風とを混合しやすい。
【００３２】
また、請求項１１に記載の発明では、第１放熱部（３ａ）の冷却風流れ上流側に、冷却風を第１のチューブ（３３）に向けて集める集風ガイド部材（４２）を備えることを特徴としている。
【００３３】
これによると、第１放熱部（３ａ）に多量の冷却風を通過させることができる。したがって、冷却性能を向上することができる。
【００３４】
また、請求項１２に記載の発明では、
冷媒容器（２）の内部には、発熱体（６）により冷媒が沸騰気化する沸騰領域（６１）が形成され、
冷媒容器（２）内の冷媒流路（２５）のうち、沸騰領域（６１）から第１のチューブ（３３）の冷媒流れ上流側端部へ向かう冷媒流路（２５ａ）、および沸騰領域（６１）から第２のチューブ（３８）の冷媒流れ上流側端部へ向かう冷媒流路（２５ａ）は、直線状に形成されていることを特徴としている。
【００３５】
これによると、沸騰領域（６１）で沸騰気化した冷媒蒸気は、直線状の冷媒流路（２５ａ）を第１、第２のチューブ（３３、３８）の冷媒流れ上流側端部に向けて流れやすい。したがって、冷媒容器（２）内および第１、第２放熱部（３ａ、３ｂ）内において、冷媒を安定して一方向に循環させやすい。
【００３６】
また、請求項１３に記載の発明では、
冷媒容器（２）の内部には、発熱体（６）により冷媒が沸騰気化する沸騰領域（６１）が形成され、
冷媒容器（２）の発熱体（６）の取付面が側方となるように配置されたときに、沸騰領域（６１）が形成された高さにおける冷媒容器（２）内の冷媒流路断面積（Ｓ１）が、沸騰領域（６１）が形成された高さにおける第１放熱部（３ａ）内および第２放熱部（３ｂ）内の冷媒流路断面積（Ｓ２）の総和より大きいことを特徴としている。
【００３７】
沸騰領域（６１）において冷媒が沸騰気化し、冷媒が冷媒容器（２）内および第１、第２放熱部（３ａ、３ｂ）内を循環しているときには、圧力損失により、冷媒容器（２）内の冷媒液面は、第１、第２放熱部（３ａ、３ｂ）内の冷媒液面より低くなる。そして、冷媒容器（２）内の冷媒液面低下が著しいと沸騰領域（６１）がドライアウトし、冷媒の気化を良好に行なうことが困難となる。
【００３８】
請求項１３に記載の発明によれば、第１、第２放熱部（３ａ、３ｂ）内の冷媒液面が上昇しても、冷媒容器（２）内の冷媒液面の低下を抑制することができる。したがって、沸騰領域（６１）のドライアウトを防止し、安定した冷却性能を得ることができる。
【００３９】
なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００４１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の沸騰冷却装置の概略構造を示す図であり、図１（ａ）は側面図、図１（ｂ）は正面図である。
【００４２】
図１に示すように、沸騰冷却装置１は、例えば、半導体素子等の発熱体６を冷却するもので、内部空間に冷媒を貯留する冷媒容器２と、冷媒容器２の発熱体６取付面に対向する面に立設された第１放熱部３ａ、第２放熱部３ｂとで構成されている。
【００４３】
本実施形態の沸騰冷却装置１は、冷媒容器２の発熱体６取付面が側方となるように配置して（所謂サイドヒートで）使用することも、冷媒容器２の発熱体６取付面が下方となるように配置して（所謂ボトムヒートで）使用することも可能なものであるが、本実施形態では、冷媒容器２の発熱体６取付面が側方となるように配置した場合について説明する。
【００４４】
以下の説明において、冷媒容器２に対する発熱体６の取付け範囲を取付面に垂直方向（図１（ａ）中左右方向）の冷媒容器２内取付面側に投影した部分が沸騰領域であり、この沸騰領域において発熱体６の熱を受けて冷媒は蒸発気化する。
【００４５】
図１（ａ）に示すように、冷媒容器２は、取付面側のプレート部材である受熱側プレート２１、取付面とは反対側の最外部に配置されるプレート部材である放熱側プレート２４、および受熱側プレート２１と放熱側プレート２４との間に積層される２枚のプレート部材である中間プレート２２、２３により構成されている。
【００４６】
受熱側プレート２１、放熱側プレート２４、および中間プレート２２、２３は、それぞれろう付けが可能で、熱伝導性に優れる金属板（例えばアルミニウム板もしくはアルミニウム合金板）からなり、それぞれ平面形状が同一な矩形に形成されている。具体的には、受熱側プレート２１には熱伝導性よりアルミニウム板を使用し、他のプレート２２〜２４には母材となるアルミニウム合金板の表面にろう材層が形成されたクラッド材を使用している。
【００４７】
図１では図示を省略しているが、放熱側プレート２４には、開口部が複数形成されている。この開口部は後述する各ヘッダタンク３１、３２、３６、３７が差し込まれる挿入孔である。また、中間プレート２２、２３にも、後述する冷媒流路２５となるための開口部が形成されている。
【００４８】
第１放熱部３ａは、冷媒容器２の放熱側プレート２４の開口部に端部を挿入して立設され、内部を冷媒容器２の内部空間と連通する第１ヘッダタンク３１、第２ヘッダタンク３２と、両ヘッダタンク３１、３２の内部空間と連通するように積層配置される複数本（本例では４本）のチューブ３３と、積層された複数本のチューブ３３の最外方に配置される補強部材としてのサイドプレート３３１と、複数本のチューブ３３、放熱側プレート２４、サイドプレート３３１間に設けられた放熱フィン３４とで構成されている。
【００４９】
両ヘッダタンク３１、３２は、側面部や頭頂部を構成する複数のアルミニウム部材からなり、所望の表面にろう材層が形成されている。両ヘッダタンク３１、３２には、対向する面にチューブ３３が挿入される開口部が形成されている。
【００５０】
チューブ３３は、アルミニウム材の押し出し成形により内部に冷媒通路となる複数の孔を有する多孔偏平チューブである。また、放熱フィン３４は、熱伝導性に優れるアルミニウムの薄肉板材を波状に成形したものである。なお、放熱フィン３４を形成する薄肉板材は、表面にろう材層が形成されたものを使用している。
【００５１】
一方、第２放熱部３ｂは、第１放熱部３ａと同一の構成をなしており、第３ヘッダタンク３６、第４ヘッダタンク３７、チューブ３８、サイドプレート３８１、および放熱フィン３９とで構成されている。
【００５２】
第１放熱部３ａは、一方向（図１（ｂ）中右方向）から送風される冷却風に対し、冷媒容器２の前面（図１（ｂ）中紙面表側面）上で冷却風上流側に配置され、第２放熱部３ｂは、冷媒容器２の前面上で第１放熱部３ａの冷却風下流側に配置されている。
【００５３】
両放熱部３ａ、３ｂは、ともにチューブ３３、３８が冷却風に直行する上下方向に延設されるように配置されている。したがって、チューブ３３、３８の表面に設けられた放熱フィン３４、３９は、チューブ等との接合点間では、チューブ３３、３８内の冷媒通路と直行するように配設されている。
【００５４】
第１放熱部３ａの両ヘッダタンク３１、３２の図１（ｂ）中右方側（冷却風上流側）には、それぞれ略Ｓ字状に湾曲したアルミニウム材からなる集風ガイドプレート４２が配設されている。２つの集風ガイドプレート４２の冷却風上流側の端部間は、両ヘッダタンク３１、３２側の端部間より広くなるように形成されており、本実施形態における集風ガイド部材を構成している。
【００５５】
また、第２放熱部３ｂの第３ヘッダタンク３６の図１（ｂ）中右方側（冷却風上流側）には、略Ｓ字状に湾曲したアルミニウム材からなる導入ガイドプレート４１が配設されている。導入ガイドプレート４１の冷却風上流側の端部は、両放熱部３ａ、３ｂの上方側のヘッダタンク３１、３６より上方に大きく突出するように形成されている。
【００５６】
導入ガイドプレート４１は、第１放熱部３ａの外側（上方側）を通過した冷却風を、第２放熱部３ｂのチューブ３８方向に向ける冷却風導入手段としての導入ガイド部材である。
【００５７】
そして、冷媒容器２を構成する各プレート２１〜２４、各ヘッダタンク３１、３２、３６、３７を構成する各部材、チューブ３３、３８、サイドプレート３３１、３８１、放熱フィン３４、３９、導入ガイドプレート４１、および集風ガイドプレート４２を一体ろう付けして沸騰冷却装置１は形成されている。
【００５８】
ここで、チューブ３３が本実施形態における第１のチューブであり、放熱フィン３４が第１の放熱フィンである。また、チューブ３８が本実施形態における第２のチューブであり、放熱フィン３９が第２の放熱フィンである。
【００５９】
複数のプレート２１〜２４により構成された冷媒容器２内には、図２に示すように、前述した中間プレート２２、２３の開口部により冷媒流路２５が形成されている。また、図２において、一点鎖線で囲まれた領域は前述の沸騰領域６１である。
【００６０】
図２に示すように、冷媒流路２５は、沸騰領域６１から第１ヘッダタンク３１および第３ヘッダタンク３６へ、沸騰領域６１で沸騰気化した蒸気冷媒を流通する蒸気冷媒流路２５ａと、第２ヘッダタンク３２および第４ヘッダタンク３７から沸騰領域６１へ、第１、第２放熱部３ａ、３ｂで凝縮液化した液冷媒を流通する液冷媒流路２５ｂとにより構成されている。
【００６１】
液冷媒流路２５ｂは屈曲した流路のみからなるのに対し、蒸気冷媒流路２５ａは、沸騰領域６１から第１ヘッダタンク３１（チューブ３３の上流側端部方向）、第３ヘッダタンク３６（チューブ３８の上流側端部方向）へ向かう直線状の流路を有している。
【００６２】
また、図３（ｂ）に断面構造を示すように、冷媒流路２５は、沸騰領域６１の高さにおける冷媒流路２５の断面積Ｓ１が、沸騰領域６１の高さにおけるチューブ３３内流路の断面積とチューブ３８内流路の断面積との総和Ｓ２より大きくなるように形成されている。なお、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す沸騰冷却装置１を下方から見た図のＡ−Ａ線断面図である。
【００６３】
なお、図示を省略しているが、冷媒容器２には、その内部空間に通じる注入パイプが設けられており、内部空間に注入パイプを通じて所定量の冷媒が注入され、注入後、注入パイプの先端を封じ切って密閉されている。また、冷媒として、本例ではフロンが用いられる。
【００６４】
次に、上記構成の沸騰冷却装置１の作動について説明する。
【００６５】
冷媒容器２に貯留されている冷媒は、発熱体６の熱を受けて主に沸騰領域６１において沸騰気化し、蒸気冷媒となって一部が冷媒容器２から第１ヘッダタンク３１を介してチューブ３３内へ流れ込む。チューブ３３内へ流れ込んだ冷媒は、第２ヘッダタンク３２内を通過して冷媒容器２内へ戻る。また、主に沸騰領域６１において沸騰気化し、蒸気となった冷媒の残部は、冷媒容器２から第３ヘッダタンク３６を介してチューブ３８内へ流れ込む。チューブ３８内へ流れ込んだ冷媒は、第４ヘッダタンク３７内を通過して冷媒容器２内へ戻る。
【００６６】
沸騰領域６１において蒸発気化した蒸気冷媒は、直線状形成部を含む蒸気冷媒流路２５ａから第１、第３ヘッダタンク３１、３６に流入し、流路が屈曲している液冷媒流路２５ｂを逆流して第２、第４ヘッダタンク３２、３７に流入することはない。これにより、冷媒容器２内の冷媒は、沸騰領域６１→蒸気冷媒流路２５ａ→第１ヘッダタンク３１→チューブ３３→第２ヘッダタンク３２→液冷媒流路２５ｂ→沸騰領域６１と一方向に安定して循環するとともに、沸騰領域６１→蒸気冷媒流路２５ａ→第３ヘッダタンク３６→チューブ３８→第４ヘッダタンク３７→液冷媒流路２５ｂ→沸騰領域６１と一方向に安定して循環する。
【００６７】
上述のように流れる冷媒は、チューブ３３内およびチューブ３８内を流れる際に冷却風との熱交換によって冷却され、凝縮液となって冷媒容器２に還流する。上記サイクル（沸騰−凝縮液化）を繰り返すことにより発熱体６は冷却される。なお、チューブ３３、３８の表面には放熱フィン３４、３９が配設されているので、冷媒を良好に凝縮することができる。
【００６８】
冷却風は、図１（ｂ）に示すように、沸騰冷却装置１の図中右方より送風されている。第１放熱部３ａの冷却風上流側には、集風ガイドプレート４２が配設されているので、２つの集風ガイドプレート４２間に流入した冷却風は、第１放熱部３ａのチューブ３３および放熱フィン３４の近傍を流れるように集められ、多量の冷却風により良好に熱交換が行なわれる。
【００６９】
第１放熱部３ａでは、チューブ３３内を冷媒が上方側部３３ａから下方側部３３ｂに向かって一方向に流れている。したがって、冷却風との熱交換により上流側部３３ａでは主に蒸気冷媒の凝縮が行なわれ、下流側部３３ｂでは主に液冷媒の冷却が行なわれる。これにより、従来技術でも説明したように、第１放熱部３ａから流出する冷却風の温度は、チューブ３３の冷媒流れ上流側ほど高くなる。
【００７０】
一方、上方側の集風ガイドプレート４２および第１ヘッダタンク３１の上方（第１放熱部３ａ上方の外側）を通過した第１放熱部３ａで熱交換していない低温の冷却風は、第２放熱部３ｂの冷却風上流側に配設された導入ガイドプレート４１により向きを変えられ、第２放熱部３ｂの上方部側に進む。そして、この低温の冷却風に押し出されるように、第１放熱部３ａから流出した冷却風は下方側に向きを変えられる。
【００７１】
第２放熱部３ｂでは、第１放熱部３ａと同様に、チューブ３８内を冷媒が上方側部３８ａから下方側部３８ｂに向かって一方向に流れている。したがって、冷却風との熱交換により上流側部３８ａでは主に蒸気冷媒の凝縮が行なわれ、下流側部３８ｂでは主に液冷媒の冷却が行なわれる。このとき、上流側部３８ａには、第１放熱部３ａで熱交換していない低温の冷却風が流入するので、蒸気冷媒を効率良く凝縮することができる。
【００７２】
なお、沸騰領域６１において冷媒が沸騰気化し冷媒の循環が行なわれているときには、流通経路の圧力損失により、図３（ｂ）に示すように、沸騰側の冷媒液面に対し凝縮側の冷媒液面がＨ１だけ高くなる。すなわち、冷媒容器２内の液面がチューブ３３、３８内の液面よりＨ１だけ高くなる。
【００７３】
ところが、本実施形態では、冷媒流路２５は、沸騰領域６１の高さにおける冷媒流路２５の断面積Ｓ１が、沸騰領域６１の高さにおけるチューブ３３内流路の断面積とチューブ３８内流路の断面積との総和Ｓ２より大きくなるように形成されている。したがって、液面差Ｈ１形成時にチューブ３３、３８内の液面が上昇しても、冷媒流路２５内の液面低下は小さい。これにより、沸騰領域６１はドライアウトし難い。
【００７４】
上述の構成および作動によれば、第１放熱部３ａの外側（上方側）を通過した低温の冷却風を、導入ガイドプレート４１により、第２放熱部３ｂのチューブ３８の冷媒流れの上流側部３８ａに導入できる。したがって、冷媒流れの上流側部３８ａにおいて、熱交換を良好に行ない蒸気冷媒を確実に凝縮することができる。
【００７５】
このようにして、沸騰冷却装置１は、第１放熱部３ａと第２放熱部３ｂとで熱交換を良好に行ない、確実に冷却性能を発揮することができる。
【００７６】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について、図４に基づいて説明する。
【００７７】
本第２の実施形態の沸騰冷却装置１は、前述の第１の実施形態と比較して、第１、第２放熱部３ａ、３ｂの配置構成が異なる。なお、第１の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。
【００７８】
図４は、本第２の実施形態の沸騰冷却装置の概略構造を示す正面図である。
【００７９】
図４に示すように、沸騰冷却装置１は、冷媒容器２と冷媒容器２に立設された第１放熱部３ａ、第２放熱部３ｂとで構成されている。そして、第１、第２放熱部３ａ、３ｂは、ともに、第１放熱部３ａに流入する冷却風に対し、図中左方側に同一角度傾斜して配置されている。
【００８０】
したがって、チューブ３３の長手方向（冷媒流れ方向）とチューブ３８の長手方向（冷媒流れ方向）とは平行となっており、放熱フィン３４と放熱フィン３９とは同一方向に延設されている。
【００８１】
上記構成により、第１放熱部３ａに対し一方向（図中右方）から送風される冷却風は、第１放熱部３ａ内に流入すると、放熱フィン３４により下方側に向きを変えられ、第２放熱部３ｂのチューブ３８の冷媒流れ下流側部３８ｂ方向に向けて流出する。これに伴ない、第１放熱部３ａの第１ヘッダタンク３１の上方（第１放熱部３ａ上方の外側）を通過した第１放熱部３ａで熱交換していない低温の冷却風は、第２放熱部３ｂの上流側部３８ａに進む。
【００８２】
すなわち、第１放熱部３ａを冷却風流入方向に対し傾斜して配置する構成が本実施形態の冷却風導入手段である。
【００８３】
上述の構成および作動によれば、第２放熱部３ｂには、第１の実施形態と同様な温度分布の冷却風が流入することとなり、第１放熱部３ａの外側（上方側）を通過した低温の冷却風を、第２放熱部３ｂのチューブ３８の冷媒流れの上流側部３８ａに導入できる。したがって、冷媒流れの上流側部３８ａにおいて、熱交換を良好に行ない蒸気冷媒を確実に凝縮することができる。
【００８４】
このようにして、沸騰冷却装置１は、第１放熱部３ａと第２放熱部３ｂとで熱交換を良好に行ない、確実に冷却性能を発揮することができる。
【００８５】
また、放熱フィン３４と放熱フィン３９とは同一方向に延設されている。したがって、放熱フィン３４により向きを変えられた冷却風は、第２放熱部３ｂに流入するときには、放熱フィン３９の延設方向に流入する。これにより、通風抵抗が増大し難い。
【００８６】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について、図５に基づいて説明する。
【００８７】
本第３の実施形態の沸騰冷却装置１は、前述の第２の実施形態と比較して、第１、第２放熱部３ａ、３ｂの配置構成が異なる。なお、第１、第２の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。
【００８８】
図５は、本第３の実施形態の沸騰冷却装置の概略構造を示す正面図である。
【００８９】
図５に示すように、第２の実施形態と同様に、第１、第２放熱部３ａ、３ｂは、ともに、第１放熱部３ａに流入する冷却風に対し、図中左方側に同一角度傾斜して配置されている。
【００９０】
これに加えて、本実施形態では、第１放熱部３ａは、第２放熱部３ｂに対し所定量Ｈ２だけ下方側に（チューブ３８の冷媒流れ下流側方向に）偏心して配置されている。
【００９１】
したがって、第１放熱部３ａの第１ヘッダタンク３１の上方（第１放熱部３ａ上方の外側）を通過した第１放熱部３ａで熱交換していない低温の冷却風を、第２の実施形態よりも大量に第２放熱部３ｂのチューブ３８上流側部３８ａに流入させることができる。
【００９２】
これにより、第２放熱部３ｂでの熱交換がより良好となり、沸騰冷却装置１は、一層確実に冷却性能を発揮することができる。
【００９３】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について、図６および図７に基づいて説明する。
【００９４】
本第４の実施形態の沸騰冷却装置１は、前述の第１の実施形態と比較して、第１、第２放熱部３ａ、３ｂの構成が異なる。なお、第１の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。
【００９５】
図６は、本第４の実施形態の沸騰冷却装置の概略構造を示す沸騰冷却装置１を下方から見た図である。また、図７（ａ）は、第１放熱部３ａの正面図、図７（ｂ）は、第２放熱部３ｂの正面図である。図６に示すように、本実施形態の沸騰冷却装置１は、冷媒容器２と冷媒容器２に立設された第１放熱部３ａ、第２放熱部３ｂとで構成されている。
【００９６】
図７（ａ）に示すように、第１放熱部３ａの最外方のチューブ３３とサイドプレート３３１との間には放熱フィンが形成されておらず、通風路３５となっている。通風路３５は、他の放熱フィン３４を形成した部位に対し通風抵抗が低くなっている本実施形態における第１の通風路である。
【００９７】
一方、図７（ｂ）に示すように、第２放熱部３ｂの最も冷媒容器２側のチューブ３８と冷媒容器２との間には放熱フィンが形成されておらず、通風路４０となっている。すなわち、通風路４０は、第１放熱部３ａの放熱フィン３４形成部の冷却風下流側に（換言すれば放熱フィン３４形成部に対応した部位に）形成され、他の放熱フィン３９を形成した部位に対し通風抵抗が低くなっている本実施形態における第２の通風路である。
【００９８】
上記構成により、第１放熱部３ａに対し一方向（図６中右方）から送風される冷却風のうち、放熱フィン３４形成部に流入した冷却風は冷媒と熱交換を行ない流出する。一方、通風抵抗が低い通風路３５に流入した多量の冷却風は、比較的低温のまま第１放熱部３ａを流出する。
【００９９】
第１放熱部３ａの放熱フィン３４形成部を通過した高温の冷却風は、第２放熱部３ｂのうち通風抵抗の低い通風路４０方向に向かい、通風路４０を通過して沸騰冷却装置１から流出する。一方、第１放熱部３ａの通風路３５を通過した多量の低温の冷却風は、上記高温の冷却風の通風路４０へ向かう流れにもより、第２放熱部３ｂの放熱フィン３９形成部に向かって拡がりながら流れる。そして、第２放熱部３ｂの放熱フィン３９形成部に流入し冷媒と熱交換を行なう。
【０１００】
上述の構成および作動によれば、第１放熱部３ａ、第２放熱部３ｂではともに熱交換を良好に行なうことができる。したがって、沸騰冷却装置１は、確実に冷却性能を発揮することができる。
【０１０１】
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について、図８に基づいて説明する。
【０１０２】
本第５の実施形態の沸騰冷却装置１は、前述の第１の実施形態と比較して、第２放熱部３ｂへ流入する冷却風の温度分布を改良する構成が異なる。なお、第１の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。
【０１０３】
図８は、本第５の実施形態の沸騰冷却装置の概略構造を示す正面図である。
【０１０４】
図８に示すように、本実施形態の沸騰冷却装置１は、冷媒容器２と冷媒容器２に立設された第１放熱部３ａ、第２放熱部３ｂとで構成されている。そして、第１放熱部３ａと第２放熱部３ｂとは、冷却風流れ方向に離設されており、第１放熱部３ａと第２放熱部３ｂとの間隔Ｗ２は、第１放熱部３ａのチューブ３３の幅（冷媒流れ方向に直行する方向の寸法）Ｗ１の約３倍となっている。
【０１０５】
上記構成により、第１放熱部３ａに対し一方向（右方）から送風される冷却風は、第１放熱部３ａを通過するときに（チューブ３３幅Ｗ１進行するときに）チューブ３３内を流通する冷媒と熱交換する。第１放熱部３ａを流出した冷却風は、従来技術でも説明したように、例えば図１０（ｂ）に示したように、チューブ３３冷媒流れ上流側ほど高温となる。
【０１０６】
ところが、間隔Ｗ２はチューブ３３幅Ｗ１に対し約３倍と大きいので、チューブ３３の冷媒流れ方向の異なる部位を通過した冷却風同士、言い換えれば、温度の異なる冷却風同士が、図８に示すように、充分混合した後に第２放熱部３ｂに流入する。
【０１０７】
このように、第１放熱部３ａを流出した冷却風が、流出時の温度分布のまま第２放熱部３ｂに流入せず、高温の冷却風と低温の冷却風とが混合して流入する。したがって、チューブ３８の上流側部３８ａに流入する冷却風の温度を従来より低下することができ、熱交換を良好に行なうことができる。このようにして、沸騰冷却装置１は、確実に冷却性能を発揮することができる。
【０１０８】
なお、本発明者は、間隔Ｗ２が幅Ｗ１以上であれば、第２放熱部３ｂ流入前に温度の異なる冷却風同士を混合することが可能であり、間隔Ｗ２が幅Ｗ１の２倍以上であれば、混合を確実なものとすることができることを確認している。
【０１０９】
（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態について、図９に基づいて説明する。
【０１１０】
本第６の実施形態の沸騰冷却装置１は、前述の第５の実施形態と比較して、第２放熱部３ｂへ流入する冷却風の温度分布を改良するための部材を追加している。なお、第１、第５の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。
【０１１１】
図９は、本第６の実施形態の沸騰冷却装置の概略構造を示す正面図である。
【０１１２】
図９に示すように、本実施形態の沸騰冷却装置１は、第１放熱部３ａと第２放熱部３ｂとの間に、チューブ３３の冷媒流れ方向の異なる部位を通過した冷却風同士の流れを入れ替える入替ガイド部材としてのツイストプレート５１を備えている。
【０１１３】
上記構成により、第１放熱部３ａに対し一方向（図中右方）から送風される冷却風は、第１放熱部３ａを通過するときにチューブ３３内を流通する冷媒と熱交換し、チューブ３３冷媒流れ上流側ほど高温となる。第１放熱部３ａを流出した冷却風は、ツイストプレート５１に沿って流れ、チューブ３３の冷媒流れ方向の異なる部位を通過した冷却風同士、言い換えれば、温度の異なる冷却風同士が、図９に示すように入れ替わる。そして、高温の冷却風と比較的低温の冷却風とが充分混合した後に第２放熱部３ｂに流入する。
【０１１４】
このように、第１放熱部３ａを流出した冷却風が、流出時の温度分布のまま第２放熱部３ｂに流入せず、高温の冷却風と低温の冷却風とが確実に混合して流入する。したがって、チューブ３８の上流側部３８ａに流入する冷却風の温度を、第５の実施形態より一層低下することができ、熱交換を良好に行なうことができる。このようにして、沸騰冷却装置１は、確実に冷却性能を発揮することができる。
【０１１５】
（他の実施形態）
上記各実施形態において、沸騰冷却装置は、放熱部を第１放熱部と第２放熱部との２つ備えるものであったが、第２放熱部を複数備えるものであってもよい。すなわち、放熱部を３つ以上備える沸騰冷却装置であっても、本発明を適用して有効である。
【０１１６】
また、上記各実施形態において、それぞれ、第２放熱部３ｂに流入する冷却風の温度低下、温度分布改良のための構成を採用したが、これらを適宜組み合わせて採用するものであってもよい。
【０１１７】
また、上記第１の実施形態において、第１放熱部３ａの冷却風上流側に集風ガイド部材を設け、上記第２〜第６の実施形態では設けなかったが、上記第２〜第６の実施形態においても、これを採用するものであってもよい。
【０１１８】
また、上記各実施形態において、冷媒容器２内とチューブ３３、３８内とはヘッダタンクを介して連通したが、冷媒容器２内とチューブ３３、３８内とを直接連通するものであってもよい。
【０１１９】
また、上記各実施形態において、各放熱部３ａ、３ｂの備えるチューブ３３、３８は複数であったが、単数であってもかまわない。
【０１２０】
また、上記第４の実施形態において、各放熱部３ａ、３ｂに通風路３５、４０を設け、冷却風が、通風路３５→放熱フィン３９形成部、放熱フィン３４形成部→通風路４０、と流れるように構成したが、上記冷却風流れを確実なものとするために、ガイド部材を備えるものであってもよい。
【０１２１】
また、上記各実施形態において、チューブ３３、３８の表面に所謂コルゲートタイプの放熱フィン３４、３９を設けたが、例えばプレートタイプ等の他のタイプの放熱フィンであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における沸騰冷却装置の概略構造を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における沸騰冷却装置の冷媒循環経路を示す図である。
【図３】（ａ）は、本発明の第１の実施形態における沸騰冷却装置を下方から見た図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態における沸騰冷却装置の概略構造を示す正面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態における沸騰冷却装置の概略構造を示す正面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態における沸騰冷却装置を下方から見た図である。
【図７】（ａ）は、本発明の第４の実施形態における第１放熱部３ａの正面図、（ｂ）は、第２放熱部３ｂの正面図である。
【図８】本発明の第５の実施形態における沸騰冷却装置の概略構造を示す正面図である。
【図９】本発明の第６の実施形態における沸騰冷却装置の概略構造を示す正面図である。
【図１０】（ａ）は、従来の沸騰冷却装置の概略構造を示す正面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ線における冷却風温度分布を示すグラフである。
【符号の説明】
１沸騰冷却装置
２冷媒容器
３ａ第１放熱部
３ｂ第２放熱部
６発熱体
２５冷媒流路
２５ａ蒸気冷媒流路
３３チューブ（第１のチューブ）
３３ａ上流側部（第１のチューブの冷媒流れ上流側部）
３３ｂ下流側部（第１のチューブの冷媒流れ下流側部）
３４放熱フィン（第１の放熱フィン）
３５通風路（第１の通風路）
３８チューブ（第２のチューブ）
３８ａ上流側部（第２のチューブの冷媒流れ上流側部）
３８ｂ下流側部（第２のチューブの冷媒流れ下流側部）
３９放熱フィン（第２の放熱フィン）
４０通風路（第２の通風路）
４１導入ガイドプレート（冷却風導入手段、導入ガイド部材）
４２集風ガイドプレート（集風ガイド部材）
５１ツイストプレート（入替ガイド部材）
６１沸騰領域[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a boiling cooling device that cools a heating element by latent heat transfer due to boiling and condensation of a refrigerant.
[0002]
[Prior art]
As a prior art, there is a boiling cooling device disclosed in Patent Document 1 below. This boiling cooling device includes a refrigerant container that receives heat by contacting a bottom surface with a heating element such as a heat-generating electronic component, and a radiator having a tube that communicates with the inside of the refrigerant container on an upper surface side of the refrigerant container to flow the refrigerant. It is provided with.
[0003]
Then, when cooling the heating element, the refrigerant in the refrigerant container receives heat from the heating element and boils. The boiling vaporized refrigerant emits latent heat to the cooling air flowing outside when flowing through the tube of the heat radiating portion, condenses, and returns to the refrigerant container as a liquid refrigerant.
[0004]
Further, Patent Literature 1 below discloses a configuration in which, when a large cooling capacity is required, a plurality of heat radiating portions are provided in a flow direction of a cooling air on an upper surface side of a refrigerant container according to a required heat radiation amount. .
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2002-206880 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional cooling apparatus, there is a problem that the cooling capacity may not unexpectedly increase even when a plurality of heat radiating units are provided. The inventor of the present invention has conducted intensive investigations on the cause of the above problem, and has found the following.
[0007]
When the cooling air is sent to the boiling cooling device from one direction, the temperature of the cooling air after heat exchange with the refrigerant in the radiator on the upstream side of the cooling air increases. If the cooling air flowing out of the upstream heat radiating section flows into the downstream heat radiating section as it is, the heat exchange efficiency in the downstream heat radiating section decreases. Therefore, even if a plurality of heat radiating parts are provided, the downstream heat radiating part has a small contribution to the cooling capacity.
[0008]
In particular, as shown in FIG. 10A, a first heat radiating portion 103a and a second heat radiating portion 103b through which the refrigerant flows in the same direction in the tubes 133 and 138 are arranged close to each other on the upper surface of the refrigerant container 102. When the cooling air flowing out of the first heat radiating portion 103a on the upstream side of the cooling air flows into the second heat radiating portion 103b on the downstream side of the cooling air with the temperature distribution at the time of the outflow, the second heat radiating portion 103b has a cooling capacity. It is hard to contribute to.
[0009]
This is for the following reason. When the cooling air having a certain temperature distribution flows into the first heat radiating portion 103a, the heat exchange efficiency increases as the high-temperature vapor refrigerant flows toward the upstream side of the refrigerant flow in the tube 133. Therefore, as shown in FIG. 10B, the temperature distribution of the cooling air flowing out of the first heat radiating portion 103a (the temperature distribution along the line C-C in FIG. Get higher.
[0010]
When the cooling air flows into the second heat radiating section 103b with the temperature distribution shown in FIG. 10B, if the cooling air has a low temperature, a high-temperature cooling air flows well to the upstream of the refrigerant flow where the refrigerant condenses. Cooling air flows in and heat exchange is not performed efficiently.
[0011]
Accordingly, it was found that the second heat radiating portion 103b hardly contributes to the cooling capacity particularly in the boiling cooling device having the configuration shown in FIG. In other words, it has been found that the cooling performance can be improved by improving the temperature distribution of the cooling air flowing into the heat radiation portion on the downstream side of the cooling air.
[0012]
The present invention has been made in view of the above points, and has as its object to provide a plurality of heat radiating portions in a flow direction of cooling air, and to provide a boiling cooling device capable of reliably exhibiting cooling performance. I do.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the invention described in claim 1,
A refrigerant container (2) having a heating element (6) mounted on one surface and storing therein a refrigerant that boils upon receiving the heat of the heating element (6);
A first tube (33), which is provided on a surface facing the mounting surface of the heating element (6) of the refrigerant container (2) in communication with the inside of the refrigerant container (2) and through which the refrigerant flows in one direction, is provided. A first heat radiating section (3a) having
A second tube (38) that is provided on a surface facing the mounting surface of the heating element (6) of the refrigerant container (2) in communication with the inside of the refrigerant container (2) and through which the refrigerant flows in one direction is provided. A second heat radiating portion (3b) having
The second heat radiating portion (3b) is disposed downstream of the first heat radiating portion (3a) in the flow direction of the cooling air blown from one direction,
The refrigerant stored in the refrigerant container (2) receives heat from the heating element (6) and evaporates, and the latent heat of the refrigerant vapor is cooled from the first radiator (3a) and the second radiator (3b). A boiling cooling device for cooling the heating element (6) by discharging it into the wind,
In the second tube (38), a cooling air introducing means (41) for introducing cooling air passing outside the first heat radiating portion (3a) to an upstream side (38a) of the flow of the refrigerant flowing inside. It is characterized by having.
[0014]
According to this, low-temperature cooling air that has passed outside the first heat radiating portion (3a) flows into the upstream side portion (38a) of the refrigerant flow of the second tube (38) of the second heat radiating portion (3b). Can be. Therefore, heat exchange can be favorably performed in the upstream portion (38a) of the second tube (38) in the refrigerant flow. In this way, the cooling performance can be reliably exhibited.
[0015]
Further, as in the second aspect of the present invention, an introduction guide for directing the cooling air passing through the outside (4) of the first heat radiating portion (3a) to the upstream side portion (38a) of the second tube (38). The member (41) serves as cooling air introduction means (41), and the outside of the first heat radiating portion (3a) is provided on the upstream side (38a) of the second tube (38) of the second heat radiating portion (3b) in the refrigerant flow. The low-temperature cooling air that has passed can flow in.
[0016]
In the invention according to claim 3,
The first heat radiating portion (3a) has a first heat radiating fin (34) extending on a surface of the first tube (33) in a direction perpendicular to a refrigerant flow of the first tube (33), The cooling air introduction means is configured to arrange the first heat radiating portion (3a) at an angle to the direction in which the cooling air flows into the first heat radiating portion (3a),
The first radiating fin (34) directs the cooling air flowing out of the first radiating portion (3a) toward the downstream side (38b) of the refrigerant flow in the second tube (38), so that the first radiating portion (3). It is characterized in that the cooling air passing outside of 3a) is introduced into the upstream side portion (38a) of the second tube (38).
[0017]
According to this, the first cooling fins (34) of the first heat radiating portion (3a) allow the high-temperature cooling air passing through the first heat radiating portion (3a) to pass through the second tube (38) on the upstream side of the refrigerant flow. By moving the cooling tube away from (38a), the low-temperature cooling air that has passed through the outside of the first heat radiating portion (3a) can flow into the upstream side portion (38a) of the second tube (38). Therefore, heat exchange can be favorably performed in the upstream portion (38a) of the second tube (38) in the refrigerant flow. In this way, the cooling performance can be reliably exhibited.
[0018]
In the invention described in claim 4, in the invention described in claim 3, the second heat radiating portion (3b) is provided on the surface of the second tube (38) to allow the refrigerant flow of the second tube (38) to flow. It has a second radiating fin (39) extending in a direction perpendicular to the radiating fin (39), and the extending direction of the second radiating fin (39) is the same as the extending direction of the first radiating fin (34). It is characterized by being arranged in.
[0019]
According to this, the cooling air that has passed through the first heat radiating portion (3a) can easily flow in the direction in which the second heat radiating fins (39) of the second heat radiating portion (3b) extend. Therefore, it is possible to prevent the ventilation resistance of the second heat radiation part (3b) from increasing.
[0020]
According to the fifth aspect of the present invention, in the third or fourth aspect of the present invention, the first heat radiating portion (3a) is connected to the second tube (38) with respect to the second heat radiating portion (3b). Are eccentrically arranged in the downstream direction of the refrigerant flow.
[0021]
According to this, when the cooling air flowing out of the first heat radiating portion (3a) is directed to the downstream side portion (38b) of the refrigerant flow of the second tube (38) by the first heat radiating fin (34), The cooling air that has passed outside the first heat radiating portion (3a) is easily introduced into the upstream side portion (38a) of the second tube (38).
[0022]
In the invention according to claim 6,
A refrigerant container (2) having a heating element (6) mounted on one surface and storing therein a refrigerant that boils upon receiving the heat of the heating element (6);
A first tube (33) that is provided on a surface facing the mounting surface of the heating element (6) of the refrigerant container (2) in communication with the inside of the refrigerant container (2), and through which the refrigerant flows in one direction; A first radiating portion (3a) having first radiating fins (34) extending on a surface of the first tube (33) in a direction perpendicular to a flow of the refrigerant in the first tube (33); A second tube (38), which is provided on a surface facing the mounting surface of the heating element (6) of the refrigerant container (2) in communication with the inside of the container (2) and through which the refrigerant flows in one direction; A second heat radiating portion (3b) having, on the surface of the second tube (38), a second heat radiating fin (39) extending in a direction perpendicular to the flow of the refrigerant in the second tube (38);
The second heat radiating portion (3b) is disposed downstream of the first heat radiating portion (3a) in the flow direction of the cooling air blown from one direction,
The refrigerant stored in the refrigerant container (2) receives heat from the heating element (6) and evaporates, and the latent heat of the refrigerant vapor is cooled from the first radiator (3a) and the second radiator (3b). A boiling cooling device for cooling the heating element (6) by discharging it into the wind,
The first heat radiating section (3a) includes a first ventilation path (35) having a lower ventilation resistance than the formation section of the first radiating fin (34), and the cooling air passing through the first ventilation path (35). Is caused to flow into the second heat radiating section (3b).
[0023]
According to this, the relatively low-temperature cooling air that has passed through the first ventilation path (35) of the first heat radiation section (3a) can flow into the second heat radiation section (3b). Therefore, heat exchange can be favorably performed in the second heat radiation part (3b). In this way, the cooling performance can be reliably exhibited.
[0024]
According to the invention described in claim 7, in the invention described in claim 6, the second heat radiating portion (3b) corresponds to the first heat radiating fin (34) forming portion of the first heat radiating portion (3a). A second ventilation passage (40) having a lower ventilation resistance than the formation portion of the second radiating fin (39) is provided in the portion, and the first radiating fin (34) forming portion of the first radiating portion (3a) is provided. The cooling air that has passed is caused to flow into the second ventilation path (40).
[0025]
According to this, the cooling air that has passed through the first radiating fin (34) forming portion of the first radiating portion (3a) is easy to flow into the second ventilation path (40), and accordingly, the second radiating portion is formed. Relatively low-temperature cooling air that has passed through the first ventilation path (35) of the first radiator (3a) can easily flow into the second radiator fin (39) formation part of (3b). Therefore, heat can be exchanged more favorably in the second heat radiating section (3b).
[0026]
In the invention according to claim 8,
A refrigerant container (2) having a heating element (6) mounted on one surface and storing therein a refrigerant that boils upon receiving heat from the heating element (6);
A first tube (33), which is provided on a surface facing the mounting surface of the heating element (6) of the refrigerant container (2) in communication with the inside of the refrigerant container (2) and through which the refrigerant flows in one direction, is provided. A first heat radiating section (3a) having
The refrigerant container (2) is provided on the surface facing the mounting surface of the heating element (6) of the refrigerant container (2) in communication with the inside of the refrigerant container (2), and the refrigerant flows in the same direction as the first tube (33). A second heat radiating portion (3b) having a second tube (38);
The second heat radiating portion (3b) is disposed downstream of the first heat radiating portion (3a) in the flow direction of the cooling air blown from one direction,
The refrigerant stored in the refrigerant container (2) receives heat from the heating element (6) and evaporates, and the latent heat of the refrigerant vapor is cooled from the first radiator (3a) and the second radiator (3b). A boiling cooling device for cooling the heating element (6) by discharging it into the wind,
In the first heat radiating portion (3a), the first heat radiating portions are arranged such that the cooling air passing through the portions of the first tube (33) having different refrigerant flow directions flows into the second heat radiating portion (3b) after being mixed. (3a) and the second heat radiating part (3b) are characterized by being separated from each other in the flow direction of the cooling air.
[0027]
According to this, the high-temperature cooling air that has passed through the upstream portion (33a) of the refrigerant flow in the first tube (33) of the first heat radiating portion (3a) and the relatively low-temperature cooling air that has passed downstream therefrom After mixing, the refrigerant can be caused to flow into the upstream side (38a) of the refrigerant flow of the second tube (38) of the second heat radiation part (3b). Therefore, heat exchange can be favorably performed in the upstream portion (38a) of the second tube (38) in the refrigerant flow. In this way, the cooling performance can be reliably exhibited.
[0028]
According to a ninth aspect of the present invention, in the invention according to the eighth aspect, the distance (W2) between the first heat radiating portion (3a) and the second heat radiating portion (3b) in the direction of flow of the cooling air is the first. The dimension (W1) of the tube (33) in the direction perpendicular to the refrigerant flow direction is equal to or larger than the dimension (W1).
[0029]
According to this, the high-temperature cooling air that has passed through the upstream side of the refrigerant flow of the first tube (33) of the first heat radiating section (3a) and the relatively low-temperature cooling air that has passed downstream therefrom are separated by the second cooling air. 2 It is easy to mix before flowing into the heat radiation part (3b).
[0030]
Further, in the invention according to claim 10, between the first heat radiating portion (3a) and the second heat radiating portion (3b), the refrigerant flow direction of the first tube (33) in the first heat radiating portion (3a). And a switching guide member (51) for switching the flow of the cooling air passing through the different portions.
[0031]
According to this, the high-temperature cooling air that has passed through the upstream side of the refrigerant flow of the first tube (33) of the first heat radiating section (3a) and the relatively low-temperature cooling air that has passed downstream therefrom are separated by the second cooling air. 2 It can be replaced before flowing into the heat radiating section (3b). Therefore, the high-temperature cooling air and the relatively low-temperature cooling air are easily mixed.
[0032]
In the invention according to claim 11, a wind collecting guide member (42) for collecting the cooling air toward the first tube (33) is provided on the upstream side of the cooling air flow of the first heat radiating portion (3a). It is characterized by.
[0033]
According to this, a large amount of cooling air can be passed through the first heat radiation part (3a). Therefore, the cooling performance can be improved.
[0034]
In the invention according to claim 12,
Inside the refrigerant container (2), a boiling region (61) in which the refrigerant boils and evaporates is formed by the heating element (6),
In the refrigerant flow path (25) in the refrigerant container (2), the refrigerant flow path (25a) from the boiling area (61) to the refrigerant flow upstream end of the first tube (33), and the boiling area (61) ) Is characterized in that the refrigerant flow path (25a) extending from the refrigerant flow upstream end of the second tube (38) is formed in a straight line.
[0035]
According to this, the refrigerant vapor that has been vaporized in the boiling region (61) flows through the linear refrigerant flow path (25a) toward the refrigerant flow upstream end of the first and second tubes (33, 38). Cheap. Therefore, it is easy to stably circulate the refrigerant in one direction in the refrigerant container (2) and in the first and second heat radiating portions (3a, 3b).
[0036]
In the invention according to claim 13,
Inside the refrigerant container (2), a boiling region (61) in which the refrigerant boils and evaporates is formed by the heating element (6),
When the mounting surface of the heating element (6) of the refrigerant container (2) is arranged on the side, the refrigerant flow path in the refrigerant container (2) at the height at which the boiling region (61) is formed. The area (S1) is larger than the sum of the cross-sectional areas (S2) of the refrigerant flow paths in the first radiating portion (3a) and the second radiating portion (3b) at the height where the boiling region (61) is formed. Features.
[0037]
When the refrigerant evaporates in the boiling region (61) and the refrigerant circulates in the refrigerant container (2) and the first and second heat radiating portions (3a, 3b), the pressure loss causes the refrigerant container (2). The refrigerant liquid level inside is lower than the refrigerant liquid level inside the first and second heat radiating portions (3a, 3b). If the refrigerant level in the refrigerant container (2) drops significantly, the boiling region (61) is dried out, and it is difficult to satisfactorily vaporize the refrigerant.
[0038]
According to the thirteenth aspect of the invention, even if the coolant level in the first and second heat radiating portions (3a, 3b) rises, the coolant level in the coolant container (2) is prevented from lowering. Can be. Therefore, dryout of the boiling region (61) can be prevented, and stable cooling performance can be obtained.
[0039]
It should be noted that the reference numerals in parentheses attached to the respective means are examples showing the correspondence with specific means described in the embodiment described later.
[0040]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0041]
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic structure of a boiling cooling device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is a side view, and FIG. 1 (b) is a front view.
[0042]
As shown in FIG. 1, the boiling cooling device 1 cools a heating element 6 such as a semiconductor element, for example, and includes a refrigerant container 2 for storing a refrigerant in an internal space and a heating element 6 mounting surface of the refrigerant container 2. It is composed of a first heat radiating portion 3a and a second heat radiating portion 3b provided upright on the opposing surface.
[0043]
The boiling cooling device 1 of the present embodiment may be used such that the mounting surface of the heating element 6 of the refrigerant container 2 is lateral (so-called side heat), or the mounting surface of the heating element 6 of the refrigerant container 2 may be used. Although it is possible to use it by arranging it downward (so-called bottom heat), in the present embodiment, it is assumed that the mounting surface of the heating element 6 of the refrigerant container 2 is arranged to be lateral. explain.
[0044]
In the following description, a portion where the mounting range of the heating element 6 with respect to the refrigerant container 2 is projected on the mounting surface side inside the refrigerant container 2 in the direction perpendicular to the mounting surface (the left-right direction in FIG. 1A) is a boiling region. In the boiling region, the refrigerant evaporates by receiving the heat of the heating element 6.
[0045]
As shown in FIG. 1A, the refrigerant container 2 includes a heat receiving side plate 21 which is a plate member on the mounting surface side, a heat radiation side plate 24 which is a plate member disposed on the outermost side opposite to the mounting surface, And two intermediate plate members 22 and 23 which are laminated between the heat receiving side plate 21 and the heat radiating side plate 24.
[0046]
The heat receiving side plate 21, the heat radiating side plate 24, and the intermediate plates 22, 23 are each made of a metal plate (for example, an aluminum plate or an aluminum alloy plate) that can be brazed and has excellent heat conductivity, and have the same planar shape. It is formed in a rectangular shape. Specifically, an aluminum plate is used for the heat receiving side plate 21 because of thermal conductivity, and a clad material in which a brazing material layer is formed on the surface of an aluminum alloy plate serving as a base material is used for the other plates 22 to 24. are doing.
[0047]
Although not shown in FIG. 1, a plurality of openings are formed in the heat radiation side plate 24. The opening is an insertion hole into which each of the header tanks 31, 32, 36, and 37 described later is inserted. Further, the intermediate plates 22 and 23 are also provided with openings for forming the coolant flow paths 25 described later.
[0048]
The first heat radiating portion 3 a is erected by inserting an end into an opening of the heat radiating side plate 24 of the refrigerant container 2, and the first header tank 31 and the second header tank which communicate the inside with the internal space of the refrigerant container 2. 32, a plurality (four in this example) of tubes 33 stacked so as to communicate with the internal space of both header tanks 31 and 32, and an outermost one of the stacked tubes 33. A side plate 331 as a reinforcing member, and a plurality of tubes 33, a radiating side plate 24, and radiating fins 34 provided between the side plates 331.
[0049]
Each of the header tanks 31 and 32 is made of a plurality of aluminum members constituting a side surface or a crown, and a brazing material layer is formed on a desired surface. Openings into which the tubes 33 are inserted are formed on opposing surfaces of both the header tanks 31 and 32.
[0050]
The tube 33 is a perforated flat tube having a plurality of holes serving as refrigerant passages inside by extrusion molding of an aluminum material. The heat radiation fins 34 are formed by shaping a thin aluminum plate having excellent thermal conductivity into a wave shape. The thin plate material forming the heat radiation fins 34 has a brazing material layer formed on the surface.
[0051]
On the other hand, the second heat radiating portion 3b has the same configuration as the first heat radiating portion 3a, and includes a third header tank 36, a fourth header tank 37, a tube 38, a side plate 381, and a heat radiating fin 39. ing.
[0052]
The first heat radiating portion 3a is located on the front side of the refrigerant container 2 (the front side of the sheet in FIG. 1B) with respect to the cooling air blown from one direction (the middle right direction in FIG. 1B). , And the second heat radiating portion 3b is disposed on the front surface of the refrigerant container 2 downstream of the first heat radiating portion 3a in the cooling air flow.
[0053]
Both heat radiating portions 3a and 3b are arranged so that the tubes 33 and 38 extend vertically in a direction perpendicular to the cooling air. Therefore, the radiation fins 34 and 39 provided on the surfaces of the tubes 33 and 38 are disposed so as to be orthogonal to the refrigerant passages in the tubes 33 and 38 between the junction points with the tubes and the like.
[0054]
A wind collection guide plate 42 made of an aluminum material curved in a substantially S-shape is disposed on the right side (upstream of cooling air) in FIG. 1B of both header tanks 31 and 32 of the first heat radiating section 3a. Is established. The space between the upstream ends of the cooling winds of the two wind collecting guide plates 42 is formed to be wider than the space between the ends on the header tanks 31 and 32 side, and constitutes the wind collecting guide member in the present embodiment. ing.
[0055]
On the right side (upstream of cooling air) in FIG. 1B of the third header tank 36 of the second heat radiating section 3b, an introduction guide plate 41 made of an aluminum material curved in a substantially S shape is disposed. Have been. The end of the introduction guide plate 41 on the upstream side of the cooling air is formed so as to protrude greatly above the header tanks 31 and 36 above the heat radiating portions 3a and 3b.
[0056]
The introduction guide plate 41 is an introduction guide member as a cooling air introduction unit that directs the cooling air passing outside (upper side) of the first heat radiating portion 3a toward the tube 38 of the second heat radiating portion 3b.
[0057]
And each plate 21-24 which comprises the refrigerant container 2, each member which comprises each header tank 31, 32, 36, 37, tubes 33, 38, side plates 331, 381, radiation fins 34, 39, introduction guide plate The boiling cooling device 1 is formed by brazing the air collecting guide plate 41 and the wind collecting guide plate 42 integrally.
[0058]
Here, the tube 33 is the first tube in the present embodiment, and the radiation fins 34 are the first radiation fins. Further, the tube 38 is the second tube in the present embodiment, and the radiation fin 39 is the second radiation fin.
[0059]
As shown in FIG. 2, a coolant channel 25 is formed in the coolant container 2 formed by the plurality of plates 21 to 24 by the openings of the above-described intermediate plates 22 and 23. In FIG. 2, a region surrounded by a dashed line is the boiling region 61 described above.
[0060]
As shown in FIG. 2, the refrigerant flow path 25 includes a vapor refrigerant flow path 25 a that circulates vapor refrigerant vaporized in the boiling area 61 from the boiling area 61 to the first header tank 31 and the third header tank 36. A liquid refrigerant passage 25b through which the liquid refrigerant condensed and liquefied by the first and second heat radiating portions 3a and 3b flows from the second header tank 32 and the fourth header tank 37 to the boiling region 61.
[0061]
The liquid refrigerant flow path 25b includes only a bent flow path, whereas the vapor refrigerant flow path 25a extends from the boiling region 61 to the first header tank 31 (toward the upstream end of the tube 33) and the third header tank 36 ( It has a linear flow path toward the upstream end of the tube 38).
[0062]
As shown in the cross-sectional structure of FIG. 3B, the cross-sectional area S <b> 1 of the refrigerant flow path 25 at the height of the boiling region 61 is different from the flow path in the tube 33 at the height of the boiling region 61. And the cross-sectional area of the flow path in the tube 38 are larger than the sum S2. Note that FIG. 3B is a cross-sectional view of the boiling cooling device 1 shown in FIG.
[0063]
Although not shown, the refrigerant container 2 is provided with an injection pipe communicating with the internal space thereof, and a predetermined amount of refrigerant is injected into the internal space through the injection pipe. Is sealed off. In this example, chlorofluorocarbon is used as the refrigerant.
[0064]
Next, the operation of the boiling cooling device 1 having the above configuration will be described.
[0065]
The refrigerant stored in the refrigerant container 2 receives the heat of the heating element 6 and evaporates mainly in the boiling region 61, turns into a vapor refrigerant, and a part of the refrigerant flows from the refrigerant container 2 via the first header tank 31 into a tube. It flows into 33. The refrigerant flowing into the tube 33 passes through the second header tank 32 and returns to the inside of the refrigerant container 2. Further, the remainder of the refrigerant that has been vaporized and vaporized mainly in the boiling region 61 flows into the tube 38 from the refrigerant container 2 via the third header tank 36. The refrigerant flowing into the tube 38 passes through the fourth header tank 37 and returns to the refrigerant container 2.
[0066]
The vapor refrigerant evaporated and vaporized in the boiling region 61 flows into the first and third header tanks 31 and 36 from the vapor refrigerant flow path 25a including the linearly formed portion, and flows through the liquid refrigerant flow path 25b having a bent flow path. It does not flow backward and flow into the second and fourth header tanks 32 and 37. Thereby, the refrigerant in the refrigerant container 2 is stabilized in one direction as the boiling region 61 → the vapor refrigerant passage 25a → the first header tank 31 → the tube 33 → the second header tank 32 → the liquid refrigerant passage 25b → the boiling region 61. And circulates stably in one direction from the boiling region 61 → the vapor refrigerant passage 25a → the third header tank 36 → the tube 38 → the fourth header tank 37 → the liquid refrigerant passage 25b → the boiling region 61.
[0067]
The refrigerant flowing as described above is cooled by heat exchange with cooling air when flowing through the tubes 33 and 38, and returns to the refrigerant container 2 as condensed liquid. The heating element 6 is cooled by repeating the above cycle (boiling-condensation liquefaction). Since the radiation fins 34 and 39 are provided on the surfaces of the tubes 33 and 38, the refrigerant can be condensed well.
[0068]
As shown in FIG. 1B, the cooling air is blown from the right side of the boiling cooling device 1 in the drawing. Since the wind collecting guide plate 42 is disposed on the upstream side of the cooling air flow of the first heat radiating portion 3a, the cooling air flowing between the two wind collecting guide plates 42 is supplied to the tube 33 of the first heat radiating portion 3a and The heat is collected so as to flow in the vicinity of the radiating fins 34, and heat exchange is performed favorably by a large amount of cooling air.
[0069]
In the first heat radiating portion 3a, the refrigerant flows in the tube 33 in one direction from the upper side portion 33a toward the lower side portion 33b. Therefore, the vapor refrigerant is mainly condensed in the upstream portion 33a by heat exchange with the cooling air, and the liquid refrigerant is mainly cooled in the downstream portion 33b. Thus, as described in the related art, the temperature of the cooling air flowing out of the first heat radiating portion 3a becomes higher toward the upstream side of the refrigerant flow in the tube 33.
[0070]
On the other hand, the low-temperature cooling air that has not exchanged heat in the first heat radiating portion 3a that has passed above the upper wind collecting guide plate 42 and the first header tank 31 (outside the upper portion of the first heat radiating portion 3a) is the second cooling heat. The direction is changed by an introduction guide plate 41 disposed on the upstream side of the cooling airflow of the heat radiating portion 3b, and the airflow advances to the upper side of the second heat radiating portion 3b. Then, the cooling air flowing out of the first heat radiating portion 3a is turned downward so as to be pushed out by the low-temperature cooling air.
[0071]
In the second heat radiating portion 3b, similarly to the first heat radiating portion 3a, the refrigerant flows in the tube 38 in one direction from the upper side portion 38a toward the lower side portion 38b. Therefore, the upstream side portion 38a mainly condenses the vapor refrigerant by heat exchange with the cooling air, and the downstream side portion 38b mainly cools the liquid refrigerant. At this time, the low-temperature cooling air that has not exchanged heat in the first heat radiating portion 3a flows into the upstream side portion 38a, so that the vapor refrigerant can be efficiently condensed.
[0072]
When the refrigerant evaporates in the boiling region 61 and the refrigerant is circulated, the pressure loss in the flow path causes the refrigerant on the condensing side to the refrigerant surface on the condensing side as shown in FIG. 3B. The liquid level rises by H1. That is, the liquid level in the refrigerant container 2 is higher than the liquid level in the tubes 33 and 38 by H1.
[0073]
However, in the present embodiment, the cross-sectional area S1 of the refrigerant flow path 25 at the height of the boiling region 61 is different from the cross-sectional area of the flow path in the tube 33 at the height of the boiling region 61 and the flow rate in the tube 38. It is formed so as to be larger than the sum S2 with the cross-sectional area of the road. Therefore, even if the liquid level in the tubes 33 and 38 rises when the liquid level difference H1 is formed, the liquid level in the refrigerant flow path 25 is small. This makes it difficult for the boiling region 61 to dry out.
[0074]
According to the above configuration and operation, the low-temperature cooling air that has passed through the outside (upper side) of the first heat radiating portion 3a is directed by the introduction guide plate 41 to the upstream side of the refrigerant flow in the tube 38 of the second heat radiating portion 3b. 38a. Therefore, in the upstream side portion 38a of the refrigerant flow, heat exchange can be performed favorably, and the vapor refrigerant can be surely condensed.
[0075]
In this way, the boiling cooling device 1 can satisfactorily exchange heat between the first heat radiating portion 3a and the second heat radiating portion 3b, and can reliably exhibit cooling performance.
[0076]
(Second embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.
[0077]
The boiling cooling device 1 according to the second embodiment differs from the first embodiment in the arrangement of the first and second heat radiating portions 3a and 3b. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0078]
FIG. 4 is a front view showing a schematic structure of the boiling cooling device according to the second embodiment.
[0079]
As shown in FIG. 4, the boiling cooling device 1 includes a refrigerant container 2 and a first heat radiating portion 3a and a second heat radiating portion 3b provided upright on the refrigerant container 2. The first and second heat radiating portions 3a and 3b are arranged at the same angle to the left side in the drawing with respect to the cooling air flowing into the first heat radiating portion 3a.
[0080]
Therefore, the longitudinal direction (the refrigerant flow direction) of the tube 33 and the longitudinal direction (the refrigerant flow direction) of the tube 38 are parallel, and the radiation fins 34 and the radiation fins 39 extend in the same direction.
[0081]
With the above configuration, when the cooling air blown from one direction (right side in the drawing) to the first heat radiating portion 3a flows into the first heat radiating portion 3a, the cooling air is turned downward by the heat radiating fins 34, and The refrigerant flows out of the tube 38 of the second heat radiating section 3b toward the downstream side 38b. Along with this, the low-temperature cooling air that has not exchanged heat in the first heat radiating portion 3a that has passed above the first header tank 31 of the first heat radiating portion 3a (outside the upper portion of the first heat radiating portion 3a) is subjected to the second cooling. The process proceeds to the upstream portion 38a of the heat radiating portion 3b.
[0082]
That is, a configuration in which the first heat radiating portion 3a is arranged to be inclined with respect to the cooling air inflow direction is the cooling air introduction means of the present embodiment.
[0083]
According to the above configuration and operation, the cooling air having the same temperature distribution as in the first embodiment flows into the second heat radiating portion 3b, and passes through the outside (upper side) of the first heat radiating portion 3a. Low-temperature cooling air can be introduced into the upstream side portion 38a of the refrigerant flow in the tube 38 of the second heat radiating portion 3b. Therefore, in the upstream side portion 38a of the refrigerant flow, heat exchange can be performed favorably, and the vapor refrigerant can be surely condensed.
[0084]
In this way, the boiling cooling device 1 can satisfactorily exchange heat between the first heat radiating portion 3a and the second heat radiating portion 3b, and can reliably exhibit cooling performance.
[0085]
Further, the radiation fins 34 and the radiation fins 39 extend in the same direction. Therefore, when the cooling air whose direction has been changed by the heat radiation fins 34 flows into the second heat radiation part 3b, it flows in the direction in which the heat radiation fins 39 extend. This makes it difficult for the ventilation resistance to increase.
[0086]
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG.
[0087]
The boiling cooling device 1 of the third embodiment differs from the second embodiment in the arrangement of the first and second heat radiating portions 3a and 3b. The same parts as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0088]
FIG. 5 is a front view showing a schematic structure of the boiling cooling device according to the third embodiment.
[0089]
As shown in FIG. 5, similarly to the second embodiment, both the first and second heat radiating portions 3a and 3b are identical to the cooling air flowing into the first heat radiating portion 3a on the left side in the drawing. It is arranged at an angle.
[0090]
In addition, in the present embodiment, the first heat radiating portion 3a is disposed eccentrically below the second heat radiating portion 3b by a predetermined amount H2 (toward the refrigerant flow downstream of the tube 38).
[0091]
Therefore, the low-temperature cooling air that has not exchanged heat in the first heat radiating portion 3a that has passed above the first header tank 31 of the first heat radiating portion 3a (outside the upper portion of the first heat radiating portion 3a) is used in the second embodiment. A larger amount can flow into the tube 38 upstream side portion 38a of the second heat radiation portion 3b.
[0092]
Thereby, the heat exchange in the second heat radiating portion 3b becomes better, and the boiling cooling device 1 can more reliably exhibit the cooling performance.
[0093]
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIGS.
[0094]
The boiling cooling device 1 of the fourth embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the first and second heat radiating portions 3a and 3b. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0095]
FIG. 6 is a diagram of the boiling cooling device 1 showing a schematic structure of the boiling cooling device according to the fourth embodiment as viewed from below. FIG. 7A is a front view of the first heat radiating section 3a, and FIG. 7B is a front view of the second heat radiating section 3b. As shown in FIG. 6, the boiling cooling device 1 of the present embodiment includes a refrigerant container 2 and a first heat radiating portion 3 a and a second heat radiating portion 3 b erected on the refrigerant container 2.
[0096]
As shown in FIG. 7A, no heat radiation fins are formed between the outermost tube 33 of the first heat radiation portion 3 a and the side plate 331, and the air passage 35 is formed. The ventilation path 35 is a first ventilation path in the present embodiment in which ventilation resistance is lower than that of a portion where the other heat radiation fins 34 are formed.
[0097]
On the other hand, as shown in FIG. 7B, no radiation fin is formed between the refrigerant container 2 and the tube 38 closest to the refrigerant container 2 of the second heat radiation part 3 b, and the ventilation path 40 is formed. I have. That is, the ventilation passage 40 is formed on the cooling air downstream side of the radiating fin 34 forming portion of the first radiating portion 3a (in other words, at a portion corresponding to the radiating fin 34 forming portion), and another radiating fin 39 is formed. It is a 2nd ventilation path in this embodiment where ventilation resistance is low with respect to a part.
[0098]
With the above configuration, of the cooling air blown from one direction (the right side in FIG. 6) to the first heat radiating portion 3a, the cooling air flowing into the radiating fin 34 forming portion exchanges heat with the refrigerant and flows out. On the other hand, a large amount of cooling air that has flowed into the ventilation path 35 having low ventilation resistance flows out of the first heat radiating section 3a at a relatively low temperature.
[0099]
The high-temperature cooling air that has passed through the radiating fin 34 forming portion of the first radiating portion 3a is directed to the direction of the ventilation passage 40 of the second radiating portion 3b having low ventilation resistance, passes through the ventilation passage 40, and exits from the boiling cooling device 1. leak. On the other hand, a large amount of low-temperature cooling air that has passed through the ventilation path 35 of the first heat radiating section 3a flows to the radiating fin 39 forming section of the second heat radiating section 3b due to the flow of the high-temperature cooling air toward the ventilation path 40. It flows while spreading toward it. Then, it flows into the radiating fin 39 forming portion of the second radiating portion 3b and exchanges heat with the refrigerant.
[0100]
According to the above configuration and operation, both the first heat radiating portion 3a and the second heat radiating portion 3b can perform good heat exchange. Therefore, the boiling cooling device 1 can reliably exhibit the cooling performance.
[0101]
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIG.
[0102]
The boiling cooling device 1 of the fifth embodiment is different from the first embodiment in the configuration for improving the temperature distribution of the cooling air flowing into the second heat radiating portion 3b. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0103]
FIG. 8 is a front view showing a schematic structure of the boiling cooling device according to the fifth embodiment.
[0104]
As shown in FIG. 8, the boiling cooling device 1 of the present embodiment includes a refrigerant container 2 and a first heat radiating portion 3 a and a second heat radiating portion 3 b erected on the refrigerant container 2. The first heat radiating portion 3a and the second heat radiating portion 3b are separated from each other in the flow direction of the cooling air, and the distance W2 between the first heat radiating portion 3a and the second heat radiating portion 3b is equal to the distance of the first heat radiating portion 3a. The width of the tube 33 (dimension in the direction perpendicular to the flow direction of the refrigerant) W1 is about three times.
[0105]
With the above configuration, the cooling air blown from one direction (rightward) to the first heat radiating portion 3a flows through the inside of the tube 33 when passing through the first heat radiating portion 3a (when traveling the width 33 of the tube 33). Heat exchange with the refrigerant. As described in the related art, the cooling air flowing out of the first heat radiating portion 3a becomes hotter toward the upstream of the refrigerant flow of the tube 33 as shown in FIG. 10B, for example.
[0106]
However, since the interval W2 is about three times as large as the width W1 of the tube 33, the cooling winds that have passed through the tube 33 at different portions in the refrigerant flow direction, in other words, the cooling winds having different temperatures, as shown in FIG. Then, after sufficient mixing, it flows into the second heat radiation part 3b.
[0107]
In this way, the cooling air flowing out of the first heat radiating portion 3a does not flow into the second heat radiating portion 3b with the temperature distribution at the time of the outflow, but the high temperature cooling air and the low temperature cooling air mix and flow. Therefore, the temperature of the cooling air flowing into the upstream side portion 38a of the tube 38 can be reduced as compared with the related art, and heat exchange can be performed favorably. In this way, the boiling cooling device 1 can reliably exhibit the cooling performance.
[0108]
Note that the inventor can mix cooling air having different temperatures before flowing into the second heat radiating portion 3b if the interval W2 is equal to or greater than the width W1, and the interval W2 is equal to or greater than twice the width W1. We have confirmed that mixing can be assured, if any.
[0109]
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment will be described with reference to FIG.
[0110]
In the boiling cooling device 1 of the sixth embodiment, a member for improving the temperature distribution of the cooling air flowing into the second heat radiating portion 3b is added as compared with the fifth embodiment. The same parts as those in the first and fifth embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0111]
FIG. 9 is a front view showing a schematic structure of the boiling cooling device according to the sixth embodiment.
[0112]
As shown in FIG. 9, the boiling cooling device 1 according to the present embodiment includes a flow of cooling air flowing between the first heat radiating portion 3 a and the second heat radiating portion 3 b through the tubes 33 in different directions of the refrigerant flow. A twist plate 51 is provided as a replacement guide member for replacing the components.
[0113]
With the above configuration, the cooling air blown from one direction (right side in the drawing) to the first heat radiating portion 3a exchanges heat with the refrigerant flowing in the tube 33 when passing through the first heat radiating portion 3a, The temperature becomes higher as the refrigerant flow becomes more upstream. The cooling air flowing out of the first heat radiating portion 3a flows along the twist plate 51, and the cooling air having passed through portions of the tube 33 having different refrigerant flow directions, in other words, the cooling air having different temperatures is shown in FIG. Replaced as shown. Then, after the high-temperature cooling air and the relatively low-temperature cooling air are sufficiently mixed, they flow into the second heat radiating section 3b.
[0114]
In this way, the cooling air flowing out of the first heat radiating portion 3a does not flow into the second heat radiating portion 3b with the temperature distribution at the time of the outflow, but the high-temperature cooling air and the low-temperature cooling air surely mix and flow. I do. Therefore, the temperature of the cooling air flowing into the upstream side portion 38a of the tube 38 can be further reduced than in the fifth embodiment, and heat exchange can be performed favorably. In this way, the boiling cooling device 1 can reliably exhibit the cooling performance.
[0115]
(Other embodiments)
In each of the above embodiments, the boiling cooling device is provided with two heat radiating portions, the first heat radiating portion and the second heat radiating portion, but may be provided with a plurality of second heat radiating portions. That is, the present invention is also effective for a boiling cooling device having three or more heat radiating units.
[0116]
Further, in each of the above embodiments, the structure for lowering the temperature of the cooling air flowing into the second heat radiating portion 3b and improving the temperature distribution are adopted, but they may be employed in an appropriate combination.
[0117]
Further, in the first embodiment, the wind collecting guide member is provided on the upstream side of the cooling air of the first heat radiating portion 3a, and is not provided in the second to sixth embodiments. Also in the embodiment, this may be adopted.
[0118]
Further, in each of the above embodiments, the inside of the refrigerant container 2 and the tubes 33 and 38 communicate with each other via the header tank, but the inside of the refrigerant container 2 and the tubes 33 and 38 may directly communicate with each other. .
[0119]
Further, in each of the above embodiments, the tubes 33 and 38 included in each of the heat radiating portions 3a and 3b are plural, but may be singular.
[0120]
In the fourth embodiment, the heat radiating sections 3a and 3b are provided with the ventilation paths 35 and 40, and the cooling air flows through the ventilation path 35 → the radiation fin 39 forming section, the radiation fin 34 forming section → the ventilation path 40, and so on. Although it is configured to flow, it may be provided with a guide member to ensure the flow of the cooling air.
[0121]
In the above embodiments, the so-called corrugated radiating fins 34 and 39 are provided on the surfaces of the tubes 33 and 38, but other types of radiating fins such as a plate type may be used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic structure of a boiling cooling device according to a first embodiment of the present invention, wherein (a) is a side view and (b) is a front view.
FIG. 2 is a diagram illustrating a refrigerant circulation path of the boiling cooling device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3A is a diagram of the boiling cooling device according to the first embodiment of the present invention as viewed from below, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
FIG. 4 is a front view showing a schematic structure of a boiling cooling device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a front view showing a schematic structure of a boiling cooling device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a view of a boiling cooling device according to a fourth embodiment of the present invention as viewed from below.
FIG. 7A is a front view of a first heat radiating section 3a according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a front view of a second heat radiating section 3b.
FIG. 8 is a front view showing a schematic structure of a boiling cooling device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a front view showing a schematic structure of a boiling cooling device according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 10 (a) is a front view showing a schematic structure of a conventional boiling cooling device, and FIG. 10 (b) is a graph showing a cooling air temperature distribution along line CC in FIG. 10 (a).
[Explanation of symbols]
1 Boiling cooling device
2 Refrigerant container
3a First radiator
3b 2nd heat radiation part
6 Heating element
25 refrigerant channel
25a Steam refrigerant flow path
33 tubes (first tube)
33a Upstream side (upstream side of refrigerant flow in first tube)
33b Downstream side (downstream side of refrigerant flow of first tube)
34 Heat radiation fin (first heat radiation fin)
35 ventilation path (first ventilation path)
38 tubes (second tube)
38a Upstream side (upstream side of refrigerant flow in second tube)
38b Downstream side (downstream side of refrigerant flow in second tube)
39 Heat radiation fins (second heat radiation fins)
40 ventilation path (second ventilation path)
41 Introduction guide plate (cooling air introduction means, introduction guide member)
42 Wind collecting guide plate (wind collecting guide member)
51 Twist plate (replacement guide member)
61 Boiling region

Claims

A refrigerant container (2) having a heating element (6) mounted on one surface and storing therein a refrigerant that boils upon receiving the heat of the heating element (6);
A first tube that is provided on a surface of the refrigerant container (2) facing the mounting surface of the heating element (6) in communication with the inside of the refrigerant container (2), and through which the refrigerant flows in one direction; A first heat radiation part (3a) having (33);
A second tube which is provided on a surface of the refrigerant container (2) facing the mounting surface of the heating element (6) in communication with the interior of the refrigerant container (2), and through which the refrigerant flows in one direction; (38) a second heat radiation portion (3b).
The second heat radiating portion (3b) is disposed downstream of the first heat radiating portion (3a) in the flow direction of the cooling air blown from one direction,
The refrigerant stored in the refrigerant container (2) receives heat from the heating element (6) and boils and evaporates, and transfers the latent heat of the refrigerant vapor to the first heat radiating portion (3a) and the second heat radiating portion ( 3b) a cooling device for cooling the heating element (6) by discharging the heating element (6) from the cooling air,
Cooling air introduction means for introducing the cooling air passing outside the first heat radiating portion (3a) to the upstream side portion (38a) of the flow of the refrigerant flowing through the second tube (38). A boiling cooling device comprising (41).

The cooling air introduction means (41) is an introduction guide member (40) for directing the cooling air passing outside the first heat radiating portion (3a) to the upstream side portion (38a) of the second tube (38). 41. The boiling cooling device according to claim 1, wherein:

The first heat radiating portion (3a) includes a first heat radiating fin (34) extending on a surface of the first tube (33) in a direction perpendicular to a refrigerant flow of the first tube (33). Have
The cooling air introduction means is configured to arrange the first heat radiating portion (3a) at an angle to a direction in which the cooling air flows into the first heat radiating portion (3a),
The first radiating fins (34) direct the cooling air flowing out of the first radiating portion (3a) toward the downstream side (38b) of the refrigerant flow of the second tube (38). 2. The boiling cooling according to claim 1, wherein the cooling air that has passed outside the first heat radiating portion (3 a) is introduced into the upstream side portion (38 a) of the second tube (38). 3. apparatus.

The second heat dissipating part (3b) includes a second heat dissipating fin (39) extending on a surface of the second tube (38) in a direction perpendicular to a flow of the refrigerant in the second tube (38). 4. The device according to claim 3, wherein the second heat radiation fins (39) are arranged so that the extending direction of the second heat radiation fins (39) is the same as the extending direction of the first heat radiation fins (34). 5. Boiling cooling device.

The said 1st heat radiation part (3a) is eccentrically arrange | positioned with respect to the said 2nd heat radiation part (3b) in the refrigerant | coolant flow downstream direction of the said 2nd tube (38), The characterized by the above-mentioned. Or the boiling cooling device according to claim 4.

A refrigerant container (2) having a heating element (6) mounted on one surface and storing therein a refrigerant that boils upon receiving the heat of the heating element (6);
A first tube that is provided on a surface of the refrigerant container (2) facing the mounting surface of the heating element (6) in communication with the inside of the refrigerant container (2), and through which the refrigerant flows in one direction; (33) and a first heat dissipating portion having a first heat dissipating fin (34) extending on a surface of the first tube (33) in a direction orthogonal to a refrigerant flow of the first tube (33). (3a),
A second tube which is provided on a surface of the refrigerant container (2) facing the mounting surface of the heating element (6) in communication with the interior of the refrigerant container (2), and through which the refrigerant flows in one direction; (38) and a second radiator having a second radiator fin (39) extending on a surface of the second tube (38) in a direction perpendicular to a flow of the refrigerant in the second tube (38). (3b)
The second heat radiating portion (3b) is disposed downstream of the first heat radiating portion (3a) in the flow direction of the cooling air blown from one direction,
The refrigerant stored in the refrigerant container (2) receives heat from the heating element (6) and boils and evaporates, and transfers the latent heat of the refrigerant vapor to the first heat radiating portion (3a) and the second heat radiating portion ( 3b) a cooling device for cooling the heating element (6) by discharging the heating element (6) from the cooling air,
The first heat radiating portion (3a) includes a first air passage (35) having a lower airflow resistance than a portion where the first heat radiating fin (34) is formed, and passes through the first air passage (35). A cooling air flowing into the second heat radiating section (3b).

The second heat radiating portion (3b) is located at a position corresponding to the first heat radiating fin (34) forming portion of the first heat radiating portion (3a) more than the second heat radiating fin (39) forming portion. A second ventilation path (40) having a low ventilation resistance is provided, and the cooling air that has passed through the first radiating fin (34) forming portion of the first radiating section (3a) is transferred to the second ventilation path (40). 7. The apparatus according to claim 6, wherein the eluate flows into the evaporator.

A refrigerant container (2) having a heating element (6) mounted on one surface and storing therein a refrigerant that boils upon receiving the heat of the heating element (6);
A first tube that is provided on a surface of the refrigerant container (2) facing the mounting surface of the heating element (6) in communication with the inside of the refrigerant container (2), and through which the refrigerant flows in one direction; A first heat radiation part (3a) having (33);
The refrigerant container (2) is provided on a surface facing the mounting surface of the heating element (6) of the refrigerant container (2) in communication with the inside of the refrigerant container (2). A second heat radiating section (3b) having a second tube (38) flowing in the same direction,
The second heat radiating portion (3b) is disposed downstream of the first heat radiating portion (3a) in the flow direction of the cooling air blown from one direction,
The refrigerant stored in the refrigerant container (2) receives heat from the heating element (6) and boils and evaporates, and transfers the latent heat of the refrigerant vapor to the first heat radiating portion (3a) and the second heat radiating portion ( 3b) a cooling device for cooling the heating element (6) by discharging the heating element (6) from the cooling air,
In the first heat radiating portion (3a), the cooling air passing through portions of the first tube (33) having different refrigerant flow directions flows into the second heat radiating portion (3b) after mixing. The boiling cooling device, wherein the first heat radiating portion (3a) and the second heat radiating portion (3b) are separated from each other in the flow direction of the cooling air.

The distance (W2) between the first heat radiating portion (3a) and the second heat radiating portion (3b) in the cooling air flow direction is a dimension in a direction perpendicular to the refrigerant flow direction of the first tube (33). The boiling cooling device according to claim 8, wherein the temperature is (W1) or more.

Between the first heat radiating portion (3a) and the second heat radiating portion (3b), the first heat radiating portion (3a) having passed through a portion of the first tube (33) having a different refrigerant flow direction. The boiling cooling device according to claim 8 or 9, further comprising an exchange guide member (51) for exchanging the flow of the cooling winds.

The air collecting guide member (42) for collecting the cooling air toward the first tube (33) is provided on the upstream side of the cooling air flow of the first heat radiating portion (3a). The boiling cooling device according to claim 10.

Inside the refrigerant container (2), a boiling region (61) in which the refrigerant is boiled and vaporized by the heating element (6) is formed,
A refrigerant flow path (25a) extending from the boiling region (61) to the refrigerant flow upstream end of the first tube (33) in the refrigerant flow path (25) in the refrigerant container (2); The refrigerant flow path (25a) extending from the boiling region (61) to the refrigerant flow upstream end of the second tube (38) is formed linearly. The boiling cooling device according to any one of the above.

Inside the refrigerant container (2), a boiling region (61) in which the refrigerant is boiled and vaporized by the heating element (6) is formed,
When the mounting surface of the heating element (6) of the refrigerant container (2) is arranged to be lateral, the inside of the refrigerant container (2) at the height where the boiling region (61) is formed. The cross-sectional area of the refrigerant flow path (S1) is the cross-sectional area of the refrigerant flow path (S2) in the first radiating portion (3a) and the second radiating portion (3b) at the height where the boiling region (61) is formed. The boiling cooling device according to any one of claims 1 to 12, wherein the boiling cooling device is larger than the sum total of the above.