JPH03274364A - 沸騰冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、例えば地下鉄用車両に搭載されるチョッパ
装置のサイリスタ素子や、電子機器に使用されるパワー
トランジスタなどを冷却するための沸騰冷却装置に関す
るものである。 ［従来の技術］ 第５４図は例えば三菱電機技報第４８巻第２号に示され
た従来の浸漬形沸騰冷却方式のサイリスタ装置を示す構
成図である。 図において、蒸発器（１）内にはＲ１１３等のフロン液
（２）が入れられており、このフロン液（２）にサイリ
スタ素子（３）が浸漬され冷却されている。サイリスタ
素子（３）にはフィン（４）が−体的に連結されている
。また、サイリスタ素子（３）の端子（５）は、蒸発器
（１）外に引き出されている。蒸発器（１〉の上部には
、蒸気管（６）及び液戻り管（７）を介して凝縮器（８
〉が連結されている。 次に、動作について説明する。サイリスタ素子（３）が
動作状態になると、その内部で電力損失が起こり、その
結果数１００ワツトの高い熱量の熱が発生する。一方、
このサイリスタ素子（３）の冷却面は、直径数１０１１
という小さい面積であるため、冷却面の熱流束は、ｉｏ
’Ｗ／１という高い値になる。 このようにサイリスタ素子（３）に発生した熱は、サイ
リスタ素子（３）の冷却面に圧接されたフィン（４）か
らフロン液（２）に放熱される。 これにより、フロン液（２）が沸騰して、蒸発器（１）
内にフロン蒸気（２ａ）が発生する１発生したフロン蒸
気（２ａ）は、蒸気管（６）を通って凝縮器（８）に入
り、この凝縮器（８〉で凝縮されて再びフロン液（２〉
となる、この凝縮されたフロン液（２）は、液戻り管（
７）から再び蒸発器〈１）内に戻る。 このような動作が繰り返されることにより、サイリスタ
素子（３）は冷却され続ける。 次に、第５５図は例えばｒ電子機器の放熱設計とシミュ
レーションＪ（１９８９年応用技術出版発行）第１４８
頁に示された従来の個別冷却フィン形（非浸漬形）沸騰
冷却方式のサイリスク装置を示す構成図である。 図において、サイリスタ素子（３）は大気中に露出され
ている。各サイリスク素子（３）には、冷却フィン（９
）が取り付けられている。各冷却フィン（９〉は、熱輸
送管（ｌＯ）を介して共通液溜（１１）に連結されてい
る。これらの冷却フィン（９）、熱輸送管（１０〉及び
共通液溜（１１〉には、フロン液〈２〉が入れられてい
る。共通液溜（１１）は、蒸気管（６〉及び液戻り管（
７〉を介して凝縮器（８）に連結されている。 次に、動作について説明する。サイリスタ素子（３〉で
発生した熱は、冷却フィン（９）を介してフロン液（２
）に伝達される。これにより、フロン液（２）が蒸発し
、フロン蒸気（２ａ〉が発生する１発生したフロン蒸気
（２ａ）は、熱輸送管（１０）　、共通液溜（１１）及
び蒸気管（６）を通って凝縮器（８）に入り、この凝縮
器（８〉で凝縮されて再びフロン液（２）となる。この
凝縮されたフロン液（２）は、重力により液戻り管（７
）を通って再び共通液溜（１１）内に戻る。 このような動作が繰り返されることにより、サイリスタ
素子（３）は冷却され続ける。 ところで、第５６図は一般的な冷媒の沸騰曲線を示す過
黒度と熱流束との関係図である。図において、Ａ点〜Ｂ
点は自然対流の領域であり、Ｂ点〜Ｃ点〜Ｄ点は核沸騰
の領域である。Ｄ点はバーンアウト点と呼ばれ、Ｄ点の
熱流束はバーンアウト熱流束と呼ばれている。Ｄ点〜Ｅ
点は遷移沸騰の領域であり、Ｅ点〜Ｆ点〜Ｇ点は膜沸騰
の領域である。 通常、低い熱流束から高い熱流束になる場合は、Ａ点か
らＢ点を経由してＨ′点に至る特性を示す。 そして、さらに熱流束を上げると、Ｈ′点からＨ点へ移
行し、それよりさらに熱流束を上げると、Ｈ点から０点
を経由してＤ点に至る特性を示す。 逆に、熱流束を下げて行くと、Ｄ点から０点を経由して
Ｈ点に至るが、さらに熱流束を下げてもＨ′点に移行せ
ず、Ｈ点からＢ点を経由してＡ点に戻る特性を示す、−
船釣に、このような現象は、ヒステリシスを持つと言わ
れている。 即ち、上記のような従来の沸騰冷却方法では、第５６図
に示すＢ点からＤ点の間の熱流束を使用しているが、上
記のヒステリシスの特性を定量的に把握せずに蒸発器（
１）の伝熱面積を決めていた。 また、仮にこの特性を把握して蒸発器（１）の伝熱面積
を決めていたとしても、冷媒が変わった場合には、新た
な冷媒についての沸騰特性を把握する必要があった。 ［発明が解決しようとする課題］ 上記のように構成された従来の沸騰冷却方式のサイリス
タ装置においては、次のような問題点があった。 ■　それぞれ冷却液としてフロン液（２）を使用してい
るが、フロンは大気中に放出されるとオゾン層を破壊す
るため、環境保全の立場からはフロン以外の冷媒を用い
る必要がある。また、フロン以外の冷媒を用いる場合、
物性がフロンとは異なるため、従来同様の装置では様々
な点で十分な冷却性能が得られなくなってしまう。 ■　従来装置のうち、個別冷却フィンタイプのものでは
、共通液溜（１１〉が冷却フィン（９）の上方に配置さ
れているため、全体の高さ寸法が大きくなり、このサイ
リスタ装置が取り付けられる機器（例えば鉄道車両等）
に大きな装着空間が必要になり、機器のコンパクト化の
妨げになる。特に、リニアモータカーでは、車両のコン
パクト化、即ち低床化が強く要求されるため、サイリス
タ装置の高さ寸法を小さくすることが一層必要である。 ■　パワートランジスタ等の被冷却体は、より大電流化
されているのに対して、従来の装置では、十分な冷却特
性が得られず、特に熱負荷が小さいときの冷却特性が十
分でない。 ■　蒸発器（１）又は冷却フィン（９）の設計をする際
に、沸騰開始点の熱流束を加味していないため、熱流束
が同一であっても、第５６図のＨ点付近では、蒸発器（
１）の壁面温度と冷媒温度との差である過熱度が変動し
、冷却特性が不安定になる。 請求項（１）に係る発明は、上記のような問題点を解決
することを課題としてなされたものであり、フロンを用
いることなく、優れた冷却性能を持つ沸騰冷却装置を得
ることを特徴とする 請求項（２）及び（３）に係る発明は、それぞれ上記の
ような問題点を解決することを課題としてなされたもの
であり、全体の高さ寸法を小さくすることができる沸騰
冷却装置を得ることを特徴とする 請求項（４）に係る発明は、上記のような問題点を解決
することを課題としてなされたものであり、対流による
冷却が主になっているときの冷却特性を向上させ、これ
により熱負荷が小さいときの冷却特性を良くし、全体と
しての冷却特性を改善することができる沸騰冷却装置を
得ることを特徴とする 請求項（５）に係る発明は、上記のような問題点を解決
することを課題としてなされたものであり、広い熱負荷
の範囲に対して冷却特性を向上させることができる沸騰
冷却装置を得ることを特徴とする 請求項〈６〉に係る発明は、上記のような問題点を解決
することを課題としてなされたものであり、効果的に伝
熱を促進することができ、これによりフロンを用いるこ
となく、水又はエチレングリコール水溶液からなる冷却
液により優れた冷却性能を持たせることができる沸騰冷
却装置を得ることを特徴とする 請求項（７）に係る発明は、上記のような問題点を解決
することを課題としてなされたものであり、リークによ
る冷却性能の低下を防止でき、これによりフロンを用い
ることなく、水又はエチレングリコール水溶液からなる
冷却液により優れた冷却性能を持たせることができる沸
騰冷却装置を得ることを特徴とする 請求項（８）、（９）及び（１０〉に係る発明は、それ
ぞれ上記のような問題点を解決することを課題としてな
されたものであり、蒸発器の過熱度の変動を防止し、冷
却性能を安定させることができる沸騰冷却装置を得るこ
とを目的とする。 ［課題を解決するための手段］ 請求項（１）に係る発明の沸騰冷却装置は、エチレング
リコール水溶液からなる冷却液を用いるとともに、銅製
の凝縮器を用いたものである。 請求項（２）に係る発明の沸騰冷却装置は、共通液溜の
側方に、はぼ水平方向に向いたダクトを介して蒸発器を
接続したものである。 請求項（３）に係る発明のｓｍ冷却装置は、共通液溜の
側方に、はぼ水平方向に向いたダクトを介して蒸発器を
接続し、かつ蒸発器の吸熱面の内側に、上下方向に延び
る複数の内部流路を設けたものである。 請求項（４）に係る発明の沸騰冷却装置は、流入する冷
却液を冷却する液冷用冷却器を、蒸発器に連結したもの
である。 請求項（５）に係る発明の沸騰冷却装置は、蒸発器内に
、第１の冷媒流路と、この第１の冷媒流路より断面積の
小さい第２の冷媒流路とを互いに平行に設けたものであ
る。 請求項（６）に係る発明の沸騰冷却装置は、冷却液とし
て水又はエチレングリコール水溶液を使用し、かつ蒸発
器内の伝熱面上に、粒子径が３００μｍ以上２０００μ
ｍ以下である伝熱促進粒子を多数固着したものである。 請求項（７）に係る発明の沸騰冷却装置は、冷却液とし
て水又はエチレングリコール水溶液を使用し、かつ冷却
液の液面上の空間部の圧力を監視する監視手段を、空間
部に臨んで設けるとともに、その圧力の異常上昇時に空
間部内を減圧する排気手段を空間部に接続したものであ
る。 請求項（８）、（９）及び（１０）に係る発明の沸騰冷
却装置は、それぞれ蒸発器の伝熱面積を、冷媒の沸騰開
始点以上の熱流束値になるようにしたものである。 ［作用］ 請求項（１）に係る発明においては、エチレングリコー
ル水溶液からなる水溶液により、被冷却体を冷却すると
ともに、凝縮器を銅製にすることにより凝縮器の腐食を
特徴とる 請求項（２）に係る発明においては、蒸発器を共通液溜
の側方に配置することにより、全体の高さを特徴とる 請求項（３）に係る発明においては、蒸発器を共通液溜
の側方に配置することにより、全体の高さを低くし、か
つ複数の内部流路を蒸発器内に設けることにより、気泡
の移動を容易にして沸騰冷却装置を向上させる。 請求項（４）に係る発明においては、吸熱により対流す
る冷却液を、液冷用冷却器に流入させて冷却する。 請求項（５）に係る発明においては、蒸発器に第１の冷
媒流路より小断面の第２の冷媒流路を設けることにより
、小さい熱負荷のときの冷却効率を高める。 請求項（６）に係る発明においては、蒸発器内の伝熱面
に最適粒子径の伝熱促進粒子を固着することにより、効
果的に伝熱を促進し、冷却液として純水又はエチレング
リコール水溶液を使用する場合の冷却性能を高める。 請求項（７）に係る発明においては、監視手段により空
間部の圧力を監視するとともに、その圧力の異常上昇時
に排気手段により空間部内を減圧することにより、冷却
液として水又はエチレングリコール水溶液を使用する場
合のリークによる冷却性能の低下を特徴とる 請求項（８）、（９）及び（１０）に係る発明において
は、蒸発器の伝熱面積を、冷媒の沸騰開始点以上の熱流
束値になるようにすることにより、過熱度の変動を防止
する。 ［実施例］ 以下、請求項（１〉に係る発明（以下、第１発明と略称
する。〉の実施例を図について説明する。 第１図は第１発明の一実施例によるサイリスタ装置用の
個別冷却フィンタイプの沸騰冷却装置を示す構成図であ
る。 図において、蒸発器（２１）には、蒸気流路である蒸気
管（２２〉及び液戻り流路である液戻り管（２３）を介
して、凝縮器（２４）が接続されている。 この凝縮器（２４）は、複数本のフィンチューブ（２４
ｍ）と、フィンチューブ（２４ａ）の両端部に設けられ
た第１及び第２のヘッダ（２４ｂ）　、　（２４ｃ）と
からなっている。 蒸発器（２１〉内には、エチレングリコール水溶液から
なる冷却液（２５〉が収容されている。このエチレング
リコール水溶液に対する耐腐食性から、蒸発器（２１）
、凝縮器（２２）、蒸気管（２３）及び液戻り管（２４
）は、それぞれ銅製のものが用いられている。 また、蒸発器（２１）には、被冷却体としてのサイリス
タ素子〈３〉が圧接されている。 上記のように構成された沸騰冷却装置においては、従来
例と同様に、冷却液（２５〉によりサイリスタ素子（３
）が冷却される。また、沸騰により生じた蒸気（２７）
は、凝縮器（２４）で凝縮されて、再び蒸発器（２１）
内に戻る。 このとき、上記の沸騰冷却装置では冷却液（２５〉とし
てエチレングリコール水溶液からなるものを用いている
ため、フロンガスのような環境破壊の問題は生じない。 また、装置は銅製なので、エチレングリコール水溶液に
よる腐食が防止される１例えば、エチレングリコール３
８＠ｔ％水溶液に防食剤を混入したものの場合、その侵
食度は、軟鋼で０．０４１ｍｍ／年、亜鉛は０．０５９
ｕｚ／年、銅は０．０Ｏ１７ｉｖ／年とされている。こ
のため、装置の腐食は防止され、腐食にともなう非凝縮
性ガス（例えば、水素、）などの発生も防止される。 ここで、第２図はフロンＲ１１３，水及びエチレングリ
コール３５−ｔ％水溶液のそれぞれの沸騰曲線を示す伝
熱面の過熱度と熱流束との関係図である。 これらの各冷媒の沸騰冷却性能は、水が最も良く、次い
でエチレングリコール３５ｗｔ％水溶液、フロンＲ１１
３の順となっている。なお、第２図において、水とエチ
レングリコール３５ｗｔ％水溶液とは実測値であり、フ
ロンＲ１１３は、核沸騰熱伝達の推算式であるＬ　ａｂ
ｏｕｎｔｚｏｖの式を用いて求めたものである。以下に
、このＬ　ａｂｏｕｎｔｚｏｖの式を示す。 ＩＱ／（Ｌ−γｖ）　ｌ　−１、／　ν、＜　１０−２
の場合α・１２／λ、＝＝０．０６２５ｆ：（Ｑ／（Ｌ
・γい）・１２／ν、〕０５×ｐ、、ｌ／３ ＋Ｑ／（Ｌ・γ、））・１２／ν□＞１０−２の場合α
・１２／λ、　＝　０．１２５［：＋Ｑ　／（Ｌ・γ９
〉）・１２／ν、〕Ｇ、＠Ｓ×Ｐ　、　、　ｌ　／　３ １２−＜ｃ　、、（Ｔ、＋２７３）／Ｌ　ｌ（γ１／γ
Ｖ）×（σ／（Ｊ・γ、・Ｌ）１ ここで、Ｑ：熱流束（ｋｅａｌ／ｓ＋”ｈｒ）Ｌ：蒸発
潜熱（ｋｅａｌ／Ａｇ） γ０．液の比重量（ｋｇ／　ｘ”　） γ、：蒸気の比重量（ｋｇ／ｌ＞ シュ：液の動粘性係数（ｍ’／ｂｒ） α：熱伝達率（Ａｃａｌ／　＋ｗ”ｈｒ”Ｃ）λ１：液
の熱伝達率（＾ｃａｔ／　１ｈｒ”ｃ　）Ｃ０：液の比
熱（Ａｃａｌ／　ｋ’９℃）σ：表面張力（ｋｇ／富〉 Ｊ　＝　４２６．８　（ｋｅａｌ　ｋｅａｌ　）Ｔ、；
壁ｉ　（”Ｃ） Ｐ、：液のプラントル数（−〉 である。 第２図から明らかなように、飽和液温度７０℃の場合、
エチレングリコール３８＠ｔ％水溶液の沸騰冷却特性は
、水よりは劣るものの、フロンＲ１１３とほぼ同等か又
はそれより優れている。 一方、水は、沸騰冷却特性は優れているものの、０℃に
なると氷になってしまうので、車両などに搭載するには
、凍結対策や低温での立ち上がり特性を考慮した設計が
必要になり、適用温度範囲が限られてしまう、これに対
して、エチレングリコール水溶液は、第３図に示すよう
に、その濃度に応じて凍結温度を低くすることもできる
０例えば、第２図に示した、３５ｗｔ％水溶液では凍結
温度が一２０℃であり、サイリスタ素子（３〉の動作温
度範囲（通常、−２０℃〜８０℃程度である。）に十分
適用することができる。 しかし、エチレングリコール水溶液は、第４図に示すよ
うに、サイリスタ素子（３）の動作温度範囲での飽和圧
力が大気圧よりも低くなるため、リークなどから非凝縮
性ガス（例えば、空気。）が侵入することにより冷却性
能が悪くならないように製造する必要がある。 なお、上記実施例では装置の全体を銅製にしたが、凝縮
器（２４）以外の部分については、他の材料製のもので
あってもよい。しかし、上述したような耐腐食性の点か
ら、特にエチレングリコール水溶液の蒸気（２７）が存
在する部分、例えば蒸気管（２２〉などについては、や
はり銅製のものを用いるのが好ましい。 また、エチレングリコール水溶液がちなる冷却液（２５
）に、腐食抑制剤などを添加して用いてもよく、より確
実に腐食を防止できる。 さらに、上記実施例では蒸気流路として蒸気管（２２）
を、液戻り流路として液戻り管（２４）を、それぞれ示
したが、管状のものに限定されないのは言うまでもない
。 さらにまた、上記実施例ではサイリスタ装置用の個別冷
却フィンタイプの沸騰冷却装置を示したが、他のあらゆ
る沸騰冷却装置にも、第１発明を適用することができる
。 以下、請求項（２）に係る発明（以下、第２発明と略称
する。）の実施例を図について説明する。 第５図は第２発明の第１実施例によるサイリスタ装置用
の個別冷却フィンタイプの沸騰冷却装置を一部断面で示
す側面図、第６図は第５図の正面図である。 図において、被冷却体であるサイリスタ素子（３）には
蒸発器である冷却フィン（３１）が個別に取り付けられ
ている。各冷却フィン（３１）の側部には、はぼ水平方
向に向けられたダクト＜３２〉が取り付けられており、
冷却フィン（３１）はこのダクト（３２）を介して共通
液溜（３３）の側方に連結されている。共通液溜（３３
）の上部には、凝縮器（２４）が接続されている。 また、冷却液（２５〉として純水又はエチレングリコー
ル水溶液が使用されている。 次に、動作について説明する。大気中に露出しているサ
イリスタ素子（３）に発生した熱は、冷却フィン（３１
）に伝達される。この熱により、冷却フィン（３１）内
の冷却液（２５〉が沸騰し、吸熱面（３１ａ）から気泡
（２６〉が発生して上昇する。この気泡（２６）の上昇
にともなって、冷却フィン（３１）内の冷却液（２５）
が図の矢印のように対流する。 冷却フィン（３１）内を上昇した気泡（２６〉は、ダク
ト（３２〉を通って共通液溜（３３〉に移動し、液面か
ら第１のヘッダ（２４ｂ＞に入る。これにより、第１の
ヘッダ（２４ｂ）内には、蒸気（２７〉が充満する。こ
の蒸気＜２７〉は、凝縮器（２４）で空冷され、凝縮、
液化し、再び冷却液（２５〉となる、この冷却液（２５
）は重力により共通液溜（３３〉内に戻り、さらに冷却
フィン（３１）に戻ってサイリスタ素子（３）の冷却を
行う。 このような沸騰冷却装置では、ダクト（３２）をほぼ水
平に寝かせ、かつ共通液溜（３３）の側方に冷却フィン
（３１）を配置したので、全体の高さ寸法が従来よりも
小さくなっている。 ここで、上記実施例では冷却液（２５）として純水又は
エチレングリコール水溶液が使用されているため、サイ
リスタ素子（３）に対する冷却形態としては、沸騰によ
る冷却だけでなく、対流による冷却や、対流及び沸騰に
よる冷却となることが多い、これに対して、上記実施例
の装置では、ダクト（３２〉がほぼ水平方向に向けられ
ているとともに、共通液溜（３３）の側方に冷却フィン
（３１）が配置されているため、気泡（２６〉がスムー
ズに移動するとともに、この移動により冷却液（２５）
の対流が促進され、第５５図の従来装置に比べて冷却特
性が高められる。 ところで、このように冷却液（２５）として純水やエチ
レングリコール水溶液を使用する場合、動作温度が一２
０〜６０℃程度であるため、蒸気（２７）の圧力は１５
０ｙｉＨｇ以下の低圧状態となることは、第１発明の実
施例と同様である。 次に、第７図は第２発明の第２実施例による沸騰冷却装
置の断面図である。 図において、各冷却フィン（３１）及び共通液溜（３３
〉の間には、それぞれほぼ水平方向に向いているダクト
である上部ダクト（３４）と下部ダクト（３５）とが介
在している。これらの上部ダクト（３４）及び下部ダク
ト（３５〉は、互いに平行に上下に間隔をおいて配置さ
れている。他の楕或は、第５図のものと同様である。 このような沸騰冷却装置では、気泡（２６）が上部ダク
ト（３４）を通るため、上部ダクト（３４）では、冷却
フィン（３１）から共通液溜（３３〉に向けて冷却液（
２５）が流れ、下部ダクト（３４〉では共通液溜〈３３
〉から冷却フィン（３１）に向けて冷却液〈２５〉が流
れる。このため、図の矢印に示すような冷却液（２５〉
の対流が一層促進されるかたちとなり、冷却特性がより
高められる。 次に、第８図は第２発明の第３実施例による沸騰冷却装
置の断面図である。 図において、冷却フィン（３１）は第７図のものに比べ
て上方に延長されており、冷却フィン（３１）内の吸熱
面の上方に冷却液（２５）の液面が位置している。そし
て、冷却フィン（３１）の液面上と共通液溜（３３）の
液面上又は第１のヘッダ（２４ｂ）とが、ダクトである
蒸気用ダクト〈３６）により連結されている。即ち、冷
却フィン（３１）と共通液溜り３３）とは３本のダクト
で連結されている。 このような沸騰冷却装置では、蒸気（２７）の専用の蒸
気用ダクト（３６）を設けることにより、気泡（２６）
の移動にともなう冷却液（２５〉の対流を利用しつつ、
凝縮器（２４）から戻る冷却液（２５）に妨げられるこ
となく、蒸気（２７）を凝縮器り２４）側へ移動させる
ことができる。従って、冷却特性がさらに向上する。 次に、第９図は第２発明の第４実施例による沸騰冷却装
置の断面図である。 図において、凝縮器〈２４）は第７図及び第８図とは反
対に傾いており、共通液溜（３３〉の上方の第１のヘッ
ダ（２４ｂ）より、反対側の第２のヘッダ（２４ｃ）の
方が低くなっている。この第２のヘッダ（２４ｃ）の下
部と共通液溜（３３）との間に、液戻り管（３７）が設
けられている。また、第１のヘッダ（２４ｂ）の下端部
が共通液溜を兼ねている。 この実施例によれば、蒸気流路が大きくとれるため、蒸
気（２７）の圧力損失が小さく、蒸気（２７）が均一化
され易く、また凝縮された冷却液（２５）が液戻り管（
３７〉を通って共通液溜（３３）に戻るため、凝縮後の
冷却液（２５）と蒸気（２７）とがすぐに接触すること
はなく冷却効率が良い。 なお、上記各実施例では冷却液〈２５）として純水又は
エチレングリコール水溶液を使用したものを示したが、
他の水溶液やフロン液などを使用することも可能である
。 また、上記各実施例ではダクトを１〜３本使用したもの
を示したが、ダクトは４本以上使用してもよい。 さらに、ダクトの断面形状は円形、矩形及び多角形のい
ずれでもよく、例えば後述する第２１図のように一部又
は全体にベローズを用いるなどしてもよい。 さらにまた、上記実施例では被冷却体としてサイリスタ
素子（３）を示したが、これに限定されるものではない
。 以下、請求項（３）に係る発明（以下、第３発明と略称
する。）の実施例を図について説明する。 第１０図は第３発明の第１実施例による沸騰冷却装置の
要部断面図、第１１図は第１０図のＡ−Ａ線に沿う矢視
断面図、第１２図は第１０図のＢ−Ｂ線に沿う矢視断′
＠図である。 図において、蒸発器である冷却フィン（３１）の吸熱面
（３１ａ）の内側には、ブロック状のニレメン）（４１
）が設けられている。この実施例の装置は銅製であり、
このためエレメント（４１）も銅製のものが用いられて
いるゎエレメント（４１）には、上下方向に延びる内部
流路としての断面円形の円形ダクト（４２）が多数設け
られている。なお、他の構成は第５図のものと同様であ
る。 上記のような沸騰冷却装置においては、冷却フィン（３
１）が共通液溜（３３）の側方に配置されているため、
第２発明の各実施例と同様に、全体の高さが低くなって
いる。また、冷却フィン（３１）内に上下に延びる円形
ダクト（４２）が形成されているため、発生した気泡（
２６）がこれに案内されてスムーズに上昇し、これによ
り沸騰冷却や対流が促進され、冷却フィン（３１）の冷
却特性、特に熱負荷が小さいときの冷却特性が向上する
。 ここで、第１３図は冷却液として純水を使用した場合の
垂直円管の沸騰冷却特性についての実験結果を示す過熱
度と熱流束との関係図であり、液温６０°Ｃ１伝熱面は
一様熱流束の条件とした。また、垂直円管は、内径φ３
■〜９■、長さ４０ｚｔ〜８０ｍｍのものを使用した。 さらに、これと比較するため、水平円板（直径φＬｏｌ
ｌ　）の沸騰冷却特性を破線で示した。 この実験結果に示すように、水平円板の沸騰開始点以下
の熱流束の小さい領域においても、垂直円管の沸騰冷却
特性が優れている。 また、第１４図は冷却液としてエチレングリコール水溶
液（２０ｗｔ％、　３５ｗｔ％）を使用した場合の垂直
円管の沸騰冷却特性についての実験結果を示す過熱度と
熱流束との関係図であり、液温６０℃、伝熱面は一様熱
流束の条件とした。また、垂直円管は、内径φ６■〜１
２＋１１、長さ８０１１のものを使用した。さらに、比
較のため、水平円板（直径φ１０■）の沸騰冷却特性を
実線で示した。 この実験結果に示すように、エチレングリコール水溶液
を用いた場合であっても、垂直円管は、熱流束の小さい
領域における沸騰冷却特性が優れている。 これら第１３図及び第１４図の実験結果がちも、この実
施例の円形ダクト〈４２）により、冷却フィン（３１〉
の冷却特性、特に熱負荷が小さいときの冷却特性が向上
することが確認できる。 次に、第１５図はこの第３発明の第２実施例による沸騰
冷却装置の冷却フィンの断面図であり、第１実施例の第
１２図に相当する断面を示したものである。 この実施例では、内部流路として断面矩形の矩形ダクト
（４３〉が用いられており、これにより上記実施例と同
様の効果が得られる。 また、第１６図はこの第３発明の第３実施例による沸騰
冷却装置の冷却フィンの断面図、第１７図は第１６図の
Ｃ−Ｃ線に沿う矢視断面図である。 図において、冷却フィン（３１）の吸熱面（３１ａ）の
内側には、上下方向に延びる複数のフィン（４４）が設
けられている。これらのフィン（４４）により、冷却フ
ィン（３１）内の中央部に内部流路り４５）が形成され
ている。 この実施例では、発生した気泡（２６）は、フィン（４
４）から離れ冷却フィン（３１）の中央部を上昇するの
で、吸熱面（３１ａ）の限界熱流束が大きくなり、ドラ
イアウトしにくくなる。 さらに、第１８図は第３発明の第４実施例による沸騰冷
却装置の要部断面図、第１９図は第１８図のＤ−Ｄ線に
沿う矢視断面図である。 図において、エレメント（４１）には、上下方向に延び
る内部流路としての二段矩形ダクト（４６）が多数設け
られている。各二段矩形ダクト（４６）間の肉厚は、２
■以下になっている。第２０図は二段矩形ダクト（４６
）を拡大して示す斜視図であり、二段矩形ダクト（４６
〉の表面には、多数の伝熱促進微粒子（４７）が固着さ
れている。この伝熱促進微粒子（４７）は、例えばアル
ミニウム又は銅の小片からなっている。 このような二段矩形ダクト（４６）によっても、上記各
実施例と同様の効果が得られる。 また、第１８図のように、冷却液（２５）の液面が吸熱
面（３１ａ）の上端部よりも下にある場合でも、発生し
た気泡（２６）が二段矩形ダクト（４６）内を上昇する
ことにより、冷却液（２５）も二段矩形ダクト（４６）
内を押し上げられ、二段矩形ダクト（４６）の上端部か
ら沸き出す、このようなボンピング効果により、吸熱面
（３１ａ）の全体が冷却され、効率良い沸騰冷却が行わ
れる。 さらに、二段矩形ダクト（４６〉を用いることにより構
造的強度が強くなる。 また、二段矩形ダクト（４６）を用いた場合、フィン効
率が比較的悪い状態となるため、吸熱面（３１ａ）の熱
流束が増大し、十分発達した核沸Ｒ熟伝達特性を利用で
きる。 次に、第２１図は第３発明の第５実施例による沸騰冷却
装置の断面図であり、第１８図と同様に二段矩形ダクト
（４３）を有する冷却フィン（３１）が用いられている
。第１のヘッダ（２４ｂ）の下端部が共通液溜（３３）
を兼ねており、この第１のヘッダ（２４ｂ）と冷却フィ
ン（３１）との間は、ダクトとしてのベローズ（４８）
により連結されている。 通常、冷却フィン（３１）はサイリスタ素子（３）のス
タック（１２）に支持されており、凝縮器（２４）は他
の位置に支持されている。このため、冷却フィン（３１
）と凝縮器（２４）とを連結するダクトには大きな応力
が生じる場合がある。また、熱変形によっても、ダクト
に無理な応力が生じることがある。これに対して、上記
のようにダクト部分にベローズ（４８）を用いることに
より、応力が逃がされてダクトの破壊が防止される。 なお、上記各実施例では冷却液（２５）として純水又は
エチレングリコール水溶液を使用したものを示したが、
他の水溶液やフロン液などを使用することも可能である
。 また、被冷却体はサイリスタ素子（３）に限定されるも
のではない。 さらに、上記各実施例ではダクトを１〜２本使用したも
のを示したが、第２発明と同様にダクトは３本以上使用
してもよく、ダクトの断面形状も限定されない。 さらにまた、ダクトを２本以上用いる場合、例えば第２
２図に示すように、それぞれのダクトにベローズ（４８
）を用いてもよい。 ところで、第２３図は第１８図の冷却フィン（３１〉を
使用した沸騰冷却装置の断面図である。図中、破＠Ａ、
Ｂ及びＣは、それぞれ冷却液〈２５〉の液面位置を示し
ている。このような沸騰冷却装置を使用して冷却試験を
行った結果（実測データ〉を第２４図〜第２７図に示す
。 まず、第２４図は第２３図の装置に純水（冷却液〉を液
面高さＣで用いた場合の過熱度と熱流束との関係を示す
関係図である。比較のため、銅製の水平円板（φ１０■
）及びＳＵＳの垂直円管（内径φ６■　長さ８０■）の
それぞれの場合のデータを併記している。また、冷却液
（２５）としてフロンＲ１１３を用いた場合のデータも
併記している。 この図に示すように、第２３図の装置に純水を液面高さ
Ｃで使用した場合、フロンＲ１１３や水平円板垂直円管
のものに比べて、良好な沸騰冷却特性が得られた。 なお、熱流束及び過熱度の計算には、次に示す式【１】
及び【２】を使用した。 熱流束＝素子の電力損失／吸熱面積・・・・・・・【１
】過熱度＝吸熱面温度−冷却液温度・・・・・・・・・
【２】第２５図は第２３図の装置にエチレングリコール
３５ｗｔ％水溶液（冷却液）を液面高さＣで用いた場合
の過熱度と熱流束との関係を示す関係図である。 第２４図と同様に、フロンＲ１］３を用いた場合、水平
円板、垂直円管の場合のデータをそれぞれ併記している
。この図のように、エチレングリコール水溶液２円面高
さＣの場合にも、良好な沸騰冷却特性が得られた。 第２６図は第２３図の装置に対する冷却試験の結果を沸
騰熱伝達率と熱流束との関係で整理した関係図であり、
冷却液（２５〉として純水１エチレングリコール水溶液
（２０ｗｔ％、　３５ｗｔ％）及びフロンＲ１１３をそ
れぞれ液面高さＣで用いた場合のデータである。また、
比較のため、水平円板のデータも併記している。 この図から、第２３図の装置で純水やエチレングリコー
ル水溶液を使用した場合に、広い熱流束の範囲で高い沸
騰熱伝達率が得られることがわかる。 第２７図は第２３図の装置でエチレングリコール水溶液
（３５ｗｔ％）を使用した場合の液面位置と並列熱抵抗
との関係を示す関係図である。また、熱負荷は１００Ｏ
Ｗである。 冷却フィン（３１〉の冷却特性を示す並列熱抵抗は、液
面位置がＡ′〜Ｃの範囲のときに良好である。これは、
液面がＡ′より低いと吸熱面（３１ｍ）の液面からの露
出量が大きくなり、液面がＣより高いと冷却液（２５〉
が気泡（２６）の移動の抵抗になるためである。実験の
結果、液面の位置は、吸熱面（３１ａ）の上端部から１
０ｘｚ下の位置よりも上の位置が適当であり、これによ
り効率の良い沸騰冷却を行うことができる。 以下、請求項（４）に係る発明（以下、第４発明と略称
する。）の実施例を図について説明する。 第２８図は第４発明の一実施例による沸騰冷却装置の断
面図であり、第８図と同−又は相当部分には同一符号を
付し、その説明を省略する。 図において、蒸発器である冷却フィン（３１）と凝縮器
（２４）との間は、蒸気管（４９〉により直接連結され
ている。一方、共通液溜（３３）の側面部には、複数本
のフィンチューブ（５０ａ）を有する液冷用冷却器（５
０）が連結されている。つまり、液冷用冷却器（５０）
は、各ダクト（３４）　、（３，５）及び共通液溜（３
３）を介して、冷却フィン（３１）に連結されている。 なお、他の構成については第８図のものと同様である。 上記のように構成された沸騰冷却装置では、熱負荷が小
さい場合、図の矢印に示すように、冷却液（２５）に対
流が生じる。この対流した冷却液（２５）は、液冷用冷
却器（５０）に流入して冷却される。このため、対流に
よる冷却が主である場合、即ち熱負荷が小さい場合であ
っても十分な冷却効率が得られる。 なお、上記実施例では液冷用冷却器（５０）としてフィ
ンチューブ＜　５０ａ）を有する空冷のものを示したが
、液冷用冷却器（５０〉は冷却液を冷却できるものであ
ればよく、特に限定されない。 また、上記実施例では共通液溜（３３）に液冷用冷却器
（５０）を連結したが、冷却フィン（３１）に直接連結
してもよい。 さらに、上記実施例では非浸漬形の沸騰冷却装置を示し
たが、浸漬形のものであっても、この発明を適用できる
。 以下、請求項（５）に係る発明（以下、第５発明と略称
する。〉の実施例を図について説明する。 第２９図は第５発明の第１実施例による沸騰冷却装置の
蒸発器の断面図、第３０図は第２９図のＥ−Ｅ線に沿う
矢視断面図である。 図において、銅ブロック製の蒸発器（５１）の外周面に
は、サイリスタ素子やパワートランジスタ等の発熱体で
ある被冷却体（５２）が接合されている。また、蒸発器
（５１）は凝縮器く図示せず）に連結されている。 蒸発器（５１）の内部には、断面長方形の第１の冷媒流
路〈５３）と、断面正方形の３本の第２の冷媒流路（５
４）とが設けられている。第２の冷媒流路（５４）は、
第１の冷媒流路（５３）より被冷却体（５２）ｉｌｌに
位置しており、かつ第１の冷媒流路（５３）と平行に設
けられている。また、第２の冷媒流Ｒ（５４）の断面積
は、第１の冷媒流路（５３）の断面積より小さくなって
いる。これらの第１及び第２の冷媒流路（５３）　、（
５４）内には、例えば水などの冷却液が流れるようにな
っている。 第１の冷媒流路（５３）の被冷却体（５２）（１１の内
壁面には、伝熱促進粒子である金属粒子り５５）が−面
に固着されている。蒸発器（５１）の一端部には冷媒入
口（５６）が、他端部には冷媒出口（５７〉が設けられ
ており、それぞれ凝縮器に接続されている。 次に、動作について説明する。被冷却体〈５２〉が発熱
すると、その熱は蒸発器（５１〉に伝導し、第２の冷媒
流路（５４）内の冷却液により冷却される。このとき、
熱負荷が小さければ対流伝熱で冷却され、熱負荷が大き
ければ沸騰伝熱で冷却される。 しかし、熱負荷がさらに大きくなると、小径の第２の冷
媒流Ｎ（５４）はバーンアウト点に達し、伝熱面がドラ
イアウトを起こして、冷却特性が急激に悪化してしまう
。このような場合、第２の冷媒流路（５４）より大径の
第１の冷媒流路（５３）に熱が伝わり、第１の冷媒流Ｂ
（５３）内の冷却液により沸騰冷却が行われる。 通常、このような冷却液に対する熱伝導は、独立に行わ
れるのではなく、伝熱面に流れ込む熱量と伝熱面の面積
とから決まる熱流束によって、その伝熱形態（対流伝熱
、沸騰伝熱、対流と沸騰の共存する伝熱など。〉が相互
に決定づけられる。 特に、２第２の冷媒流路（５４）がドライアウトした場
合、全熱負荷が第１の冷媒流１（５３）に流れ込み、第
１の冷媒流ＩＮ（５３）の伝熱面の熱流束は急激に増大
する。 このように、上記実施例では第１の冷媒流路（５３）で
冷却される前に、第１の冷媒流路（５３）より小径の第
２の冷媒流路（５４）で冷却されるので、熱負荷が比較
的小さい場合、即ち被冷却体（５１）の電力損失が小さ
い場合の冷却特性が向上している。一方、熱負荷が大き
くなると第１の冷媒流路（５３）で冷却されるので、全
体として、熱負荷の広い範囲に対して冷却特性が向上す
ることになる。 また、上記実施例では第１の冷媒流路（５３）の伝熱面
、即ち内壁面上に金属粒子（５５〉を固着したので、伝
熱面の表面積が大きくなるとともに、温度境界層の発達
が防止され、熱伝達が促進されることになり、結果とし
て冷却効率、特に熱負荷が比較的大きい場合の冷却効率
が良くなる。 次に、上記のような蒸発器（５１）を有する沸騰冷却装
置の冷却特性を第３１図について説明する。 第３１図は上記実施例の装置の過熱度と熱流束との関係
、即ち沸騰曲線を示す関係図である。 図において、Ｅ、Ｆ、Ａ点を通る実線は、金属粒子（５
５）及び第２の冷媒流路（５４）を用いない第１の冷媒
流路（５３）のみの場合の沸騰曲線を示している。特に
′、Ａ点はこのときのバーンアウト点である。この状態
から金属粒子（５５）を付加することにより、沸騰曲線
はＥ、Ｆ、Ｃ，Ｂ点を通る実線及び破線となる９さらに
、第２の冷媒流路（５４）を付加することにより、沸騰
曲線は、ＥＦ点がり、Ｃ点に移り、全体としてり、Ｃ，
Ｂ点を通る一点鎖線及び破線となる。 このように、第１の冷媒流路（５３）に金属粒子（５５
）を固着したことにより、特に大きな熱負荷のときの伝
熱が促進され、冷却効率が良くなる。 また、熱負荷が小さいときには、冷媒流路の断面積が小
さい方が冷却特性が良いため、第２の冷媒流路（５４）
を設けたことにより、特に小さな熱負荷のときの冷却特
性が良くなる。 ここで、例えばパワートランジスタなどの被冷却体は、
使用される条件により、その電力損失が時間に対して変
化する場合が多いため、冷却装置は、小さい電力損失か
ら大きい電力損失まで、常に高効率な冷却特性を必要と
されている。これに対して、上記のような蒸発器（５１
）を有する沸騰冷却装置では、第２の冷媒流路（５４）
と金属粒子〈５５）との両方を設けたので、広い熱負荷
の範囲にわたって、冷却効率を高めることができ、優れ
た冷却特性を得ることができる。 次に、第３２図は第５発明の第２実施例による沸騰冷却
装置の蒸発器（５１）の断面図、第３３図は第３２図の
Ｆ−Ｆｉｌｌに沿う断面図、第３４図は第３２図のＧ−
Ｇｌｉにに沿う断面図である。 図において、第１の冷媒流路（５３）の幅方向中央には
、その長さ方向に延びる補強板（５８）が設けられてお
り、これにより第１の冷媒流路（５３〉が２本に分割さ
れている。被冷却体（５２〉は、蒸発器（５１）の両面
に接合されており、このため第２の冷媒流路（５４）が
第１の冷媒流Ｆ＃１（５３）の両側に配置されていると
ともに、金属粒子（５５）も第１の冷媒流路（５３〉の
内壁面のうち第３２図の上下両面に固着されている。 このような装置によっても、上記実施例と同様の効果を
奏する。また、サイリスタ素子は３　ｔｏｎ程度の大き
な力で蒸発器（５１）に圧接されるため、この実施例で
は、圧接に対する強度の点から補強板〈５８）が設けら
れている。 なお、第２の冷媒流路（５４）の断面形状は、第２９図
のような正方形や第３２図のような円形に限定されるも
のではなく、他の多角形や楕円形などでもよい。また、
第１の冷媒流路（５３）の断面形状も長方形に限定され
ない。 また、被冷却体（５２）はサイリスタ素子やパワートラ
ンジスタに限定されるものではなく、その個数も特に限
定されない。 さらに、第１及び第２の冷媒流路（５３）　、（５４）
の配置関係や数も上記各実施例に限定されるものではな
く、例えば第３５図ないし第３７図に示すような配置及
び数にしてもよい。 さらにまた、上記実施例では伝熱促進粒子として金属粒
子（５５）を示したが、具体的には例えばアルミニウム
や銅の小片などを利用することができる。また、伝熱促
進粒子は非金属粒子であってもよいが、熱伝導率の高い
ものが好ましい。さらに、伝熱促進粒子は蒸発器（５１
）と同じ材料のものであれば、特に固着が容易である。 また、上記実施例では蒸発器（５１）として銅製のもの
を示したが、例えばアルミニラ製のものなど、他の材料
からなるものであってもよい。 さらに、上記実施例では金属粒子（５５）を第１の冷媒
流Ｎ（５３）に固着したが、第２の冷媒流路〈５４〉に
固着してもよい。 さらにまた、上記実施例では金属粒子（５５）を第１の
冷媒流路（５３）の被冷却体（５２〉側の壁面に一面に
設けたが、壁面の一部に設けてもよく、また他の壁面に
も設けてもよい。 また、上記実施例では冷却液の一例として水を示したが
、例えばエチレングリコール水溶液などの水溶液やフロ
ン液などであってもよい。 さらに、上記各実施例では第１の冷媒流路（５３）に金
属粒子（５５）を設けたが、伝熱促進粒子は必ずしも設
けなくてもよく、伝熱促進粒子を省略しても、この発明
の効果を得ることができる。 以下、請求項（６）に係る発明（以下、第６発明と略称
する。〉の実施例を図について説明する。 第３８図は第６発明の第１実施例による個別冷却フィン
形（非浸漬形）の沸騰冷却装置の断面図、第３９図は第
３８図の冷却フィンの断面図であり、第５図と同−又は
相当部分には同一符号を付し、その説明を省略する。 図において、蒸発器である冷却フィン（３１）内の伝熱
面である２カ所の吸熱面（３１ａ）の表面には、それぞ
れ伝熱促進粒子〈６１）が１層ずつ固着されている。ま
た、冷却液（２５）は、純水又はエチレングリコール水
溶液からなるものが使用されている。 このような沸騰冷却装置では、冷却フィン（３１）に伝
達された熱が所定値以上になると、伝熱促進粒子（６１
）間の隙間や吸熱面（３１）から気泡（２６）が全面的
に発生する０発生した気泡（２６）は、冷却液（２５）
を上昇させながら自らも上昇する。そして、気泡り２６
）は、冷却フィン（３１）内の上部に到達すると、ダク
トク３２）に沿って共通液溜〈３３）に移動し、液面か
ら第１のヘッダ（２４ｂ）に入る。 これにより、第１のヘッダ（２４ｂ）内に蒸気（２７）
が充満する。この蒸気り２７）は、凝縮器（２４）内で
空冷されて凝縮、液化される。凝縮液は、重力により再
び共通液溜（３３〉に戻り冷却を行う。 ところで、従来のフロンＲ１１３を使用した装置では、
冷却フィン（３１）の内壁面をショツトブラスト等によ
り粗面化して伝熱を促進していたが、物性の異なる純水
やエチレングリコール水溶液を冷却液（２５）として使
用する場合、従来の装置では十分な伝熱促進を行うこと
ができない、これに対して、上記実施例では吸熱面（３
１ａ）上に伝熱促進粒子（６１〉が設けられていること
により、吸熱面（３１ａ）から冷却液（２５）への伝熱
が促進され、沸騰時に全面にわたって気泡（２６）が発
生しやすくなり、冷却効率が高められている。 また、第４０図は第６発明の第２実施例を示す冷却フィ
ン（３１）の断面図であり、伝熱促進粒子（６１）を２
層に固着したものである。 さらに、第４１図は第６発明の第３実施例を示す冷却フ
ィン（３１）の断面図であり、補強板（６２）を設ける
ことにより冷却フィン（３１〉の構造強度を増したもの
である。即ち、純水やエチレングリコール水溶液を冷却
液（２５）として使用する場合、十分に発達した核沸騰
現象は、フロンＲ１１３の場合とは異なり、１０’　Ｗ
　／　ｗ”以上の熱流束で実現される。従って、同一の
熱負荷の場合、吸熱面（３１ａ）の面積が小さい方が大
きな熱流束が得られることになる。この理由から、吸熱
面（３１ａ）の表面に、伝熱面積を大きくするためのフ
ィンなどを設けない方が良い場合もある。この場合、冷
却フィン（３１）は構造的に強度が不足するため、補強
板（６２）が必要となる。 これら第２．第３実施例でも上記第１実施例と同様の効
果が得られる。 しかし、このような伝熱促進粒子（６１）を用いた場合
でも、粒子径によっては十分な伝熱促進効果を得ること
ができない、そこで、上記のように冷却液（２５）とし
て純水やエチレングリコール水溶液を用いた場合の伝熱
促進粒子〈６１〉の最適粒子径について説明する。 まず、日本機械学会論文集第４５１号Ｂ編ｒ多孔質伝熱
面の核沸騰熱圧特性」に示されている計算式を利用して
最適粒子径の推算を行う、この推算に必要な物性値は、
蒸発潜熱１表面張力及び冷媒蒸気の密度であり、これら
は検討対象となる飽和温度に対応した値を使用した。 非均−温度場において、開口半径ｒ　ｅｃＩｌなるキャ
ビティを有する伝熱面から気泡を発生するのに必要な伝
熱面温度差ΔＴＫは、式【３】で与えられるとする。 但し、σ　：表面張力（ｋｇ／　ｘ　）Ｌ　：蒸発潜熱
（ｋｃａ　Ｉ　／　ｋｇ　）ρＶ：冷媒蒸気の密度（ｋ
ｇ／　１） Ｔｓ：冷媒の飽和温度（”Ｃ） Ｋｃ：定数 ｇｃ：変換係数である。 また、ｇ　ｃ＝　１０’ｄｙｎｅ−ｃｉ＋／　Ｊ　＝＝
　４２７ｋｇｆ　１／　Ｍｅａｌである。 さらに、多孔質面では、粒子間に形成されるキャビティ
が有効な気泡様を形成すると考えられ、このキャビティ
の大きさく開口半径ｒｅ）は、粒子径に比例するとすれ
ば、式【４】の関係を得る。 ｒｃ＝Ｋｐ−ｒｐ　　　・・・・・・【４】但し、Ｋｐ
：定数 ｒｐ；粒子半径（画）である。 上記の式【３】と式【４】とから、次の式【５】を得る
ことができる。 れる。 ０．０９４≦Ｋｐ−ΔＴ　／　Ｋ　ｃ≦０．２３−　・
−・−［６１式【６］に式【５】を代入して、粒子半径
ｒ、について整理すると、式【７】を得る。 ・　・　・【７】 上記の式【７】を使用して、最適粒子径の推算を行った
。その結果を次の表に示す。 一方、低熱流束Ｑ　／　ｓ　−３Ｘ　１０’Ｗ　／１．
高熱流束Ｑ　／　Ｓ　＝　Ｉ　Ｘ　１０８Ｗ／、２で高
性能な沸騰熱伝達特性を有する多孔質面の範囲は、式【
６】で表さ但し、表中、 Ａ：エチレングリコール２５−ｔ％水溶液Ｂ：エチレン
グリコール３５ｗｔ％水溶液Ｃ：エチレングリコール４
５ｗｔ％水溶液Ｄ：エチレングリコール液である。 上表の結果から、冷却液（２５）として純水又はエチレ
ングリコール水溶液を使用した場合の伝熱促進粒子（６
１）の半径の範囲は、０．１７〜３．８０となる。そし
て、この範囲内で実用的な範囲を考えると、半径０．１
７〜１．０層程度、即ち３００〜２０００Ｊｉｗが伝熱
促進粒子（６１）の最適粒子径となる。この最適粒子径
の範囲は、フロンＲ１１３の場合と明らかに異なってい
る。 次に、第４２図〜第４５図は冷却液（２５）として純水
、エチレングリコール水溶液を使用した場合の吸熱面（
３１ａ）の低圧での沸騰伝熱特性を示す過熱度と熱流束
との関係図であり、第４２図は伝熱促進粒子（６１）の
粒子径を１０００μＬ積層を１層とした場合、第４３図
は粒子径１０００μＬ積層を２層とした場合、第４４図
は粒子径４００μｍ、積層を１層とした場合、第４５図
は粒子径４００μＬ積層を２層とした場合をそれぞれ示
している。また、各図とも、実験による実測値に基づい
ており、比較のため水平円板（φ１０■、液温６０℃）
の平滑面の場合の実測値も併記している。 これにより、各粒径の各冷媒とも伝熱促進粒子（６１）
を用いることにより、水平円板の場合に比べて沸騰伝熱
特性が著しく向上していることがわかる。 第４６図は第４２図〜第４５図のデータに基づいて純水
における熱流束と伝熱促進度との関係を粒子径ごとに示
した関係図、第４７図は同様にエチレングリコール３５
ｗｔ％水溶液における熱流束と伝熱促進度との関係を粒
子径ごとに示した関係図である。 これらの図から、上記した伝熱促進粒子〈６１〉の最適
粒子径の範囲の内、粒子径４００〜１０００μｍの範囲
で、積層を１層又は２層とした場合に伝熱促進度が優れ
ていることが確認できる。特に、粒子径１００（ｌｃｚ
ｉで積層を２眉とした場合に伝熱促進度が優れている。 なお、伝熱促進度は、式【８］を使用して計算した。 ・　・　・　・　・【８】 但し、過熱度−吸熱面温度−冷媒温度である。 上記の結果をまとめると、冷却液（２５）として純水又
はエチレングリコール水溶液を使用する場合の伝熱促進
粒子（６１）の最適粒子径は、３００〜２０００μまで
ある。そして、その範囲内で４００〜ｉｏｏ。 μｍの範囲が特に良好であり、積層を２層とすればさら
に良好である。 なお、上記実施例では個別フィンタイプの沸騰冷却装置
を示したが、浸漬形の沸騰冷却装置にもこの第６発明を
適用できる。この場合、発熱体に取り付けられた放熱ブ
ロック等に伝熱促進粒子を固着すればよい。 また、伝熱促進粒子（６１）は、例えば銅やアルミニウ
ムなどの金属粒子や他の非金属粒子等を利用することが
でき、特に限定されるものではないが、熱伝導率の高い
ものが好ましい。 以下、請求項（７）に係る発明（以下、第７発明と略称
する。）の実施例を図について説明する。 第４８図は第７発明の一実施例による沸騰冷却装置を示
すｍ成因であり、第２３図と同−又は相当部分には同一
符号を付し、その説明を省略する。 図において、第１のヘッダ（２４ｂ）の上端部には、伸
縮自在な可視部材であるベローズ（７１）が設けられて
いる。このベローズ（７１）の内部は、第１のヘッダ（
２４ｂ）内、即ち冷却液（２５〉の液面上の空間部（７
２）に連通している。これにより、ベローズ（７１）は
、空間部（７２）内の圧力変化に応じて伸縮する。また
、ベローズ（７１）は、ばね（７３〉により縮小方向に
常時付勢されている。 ベローズ（７１）の上端部には、可動接点（７４ａ）が
取り付けられている。この可動接点（７４ａ）は、ベロ
ーズ（７１）の伸縮により移動し、対向する固定接点（
７４ｂ）に接離される。各接点（７４ａ）　、（７４ｂ
）は、空間部（７２）の圧力の異常上昇を検出する検出
器（７５）に接続されている。この検出器（７５）には
、警報器（７６）が接続されている。 これらのベローズ（７１）　、ばね（７３）、各接点（
７４ａ）、（７４ｂ）、検出器（７５）及び警報器（７
６）がら、監視手段（７０）が構成されている。 第１のヘッダ（２４ｂ）の側部には、電磁弁（７７）を
介して排気手段としての真空容器（７８）が接続されて
いる。電磁弁（７７）は、検出器（７５）に接続されて
おり、検出器〈７５）で異常が検出されると開くように
なっている。 上記のように構成された沸騰冷却装置においては、沸騰
冷却の動作については第２３図の装置と同様である。 ここで、第１発明の実施例でも説明したが、冷却液（２
５）として純水やエチレングリコール水溶液を使用する
場合、サイリスタ素子（３）の動作温度範囲（６０℃前
後）における飽和圧力は大気圧よりも低くなる（第４図
）。このため、リークにより空気等の非凝縮性ガスが空
間部（７２）に侵入することがある。 このように、装置内に空気が侵入すると、凝縮器（２４
）の冷却性能が悪くなり、冷却液（２５）の動作温度が
高くなり、この影響で冷却フィン〈３１〉の温度も高く
なる。そして、サイリスタ素子（３〉のジャンクション
温度が高くなり、許容温度を越えるとサイリスタ素子（
３）が機能しなくなってしまう。特に、鉄道車両に搭載
されるす、イリスタ素子く３〉の場合、その機能が停止
すると、車両を停止させなければならず、営業運転に支
障をきたすことになる。 これに対して、上記実施例の装置では、空気の侵入によ
り空間部（７２）内の圧力が上昇すると、ばね（７３）
に逆らってベローズ（７１）が伸びる。 圧力上昇が設定値に達すると、可動接点（７４ｍ）が固
定接点（７４ｂ）に接し、検出器（７５）で異常圧力上
昇が検出される。これにより、警報器（７６〉により警
報が発せられるとともに、電磁弁（７７）が開放される
。電磁弁（７７）の開放により、空間部（７２）内のガ
スは真空容器（７８）に移動し、これにより空間部（７
２）内が減圧される。装置の内圧が低下すると、ベロー
ズ（７１）が縮小して接点（７４ａ）　、　（７４ｂ）
が再び開く、接点（７４ａ）　、　（７４ｂ）が開くと
、検出器（７５）から正常信号が出力され、電磁弁（７
７）が閉じる。 このような監視手段（７０）と真空容器（７８）との働
きにより、リークによる冷却性能の低下が防止され、装
置は引き続き使用可能となる。従って、装置の冷却性能
が長期にわたって安定して確保できる。 ところで、冷却液（２５）の動作温度は、サイリスタ素
子（３）による熱負荷と凝縮器（２４〉の冷却性能とに
より決定される。この冷却液（２５）の動作温度を６０
℃とすると、そのときの蒸気圧Ｐは、冷却液（２５）と
して純水を使用する場合、蒸気圧Ｐ　＝　１５０ｚｙＨ
ｇ　（＝　０．２ＡＩ？／ｃｚ２ａｂｓ）　、冷却液（
２５）としてエチレングリコール水溶液３５ｗｔ％を使
用する場合、蒸気圧Ｐ＝１２９ｚｉＨｇ　（＝０．１７
ａｇ／ｃ１ａｂｓ）となる。 一方、ベローズ（７１）の受圧面積をＳｅ１、ばね（７
３）のばね定数をｋＡｆＩ／ＣＬ大気圧をＰ。、冷却液
（２５）が６０℃のときのばね（７３）の可動端の変位
量をΔＸｃｗとすると５次に示す式【９】が成り立つ。 Ｐ　１ｓ　＝　Ｐ　−８＋　ｋΔＸ　・・　・・・・【
９】ここで、大気中の空気が装置内にリークしたために
、装置の内圧、即ち蒸気圧ＰがΔＰＡｇ／ａ１だけ上昇
し、ベローズ（７１）がΔＸ、伸びたとすると、次の式
【１０】が戒り立つ。 ｐ　、−ｓ　＝　＜ｐ　＋ΔＰ）Ｓ＋ｋ（ΔＸ−Δｘ＋
）・　・　・　・　・【１０】 式【１０】に式【９】を代入して整理すると、ΔＰ−Ｓ
−にΔｘ、＝０ となる、即ち、ΔＰの圧力上昇に対してΔＸ＋＝ΔＰ−
８／ｋ（ｃｍ） の変位Ｉが検出されることになる。 このため、装置内圧の上昇の許容値を予め定めておくと
ともに、接点（７４ｍ）　、　（７４ｂ）の間隔をこれ
に対応した長さにしておけば、上記のように異常圧力上
昇時に警報が発せられるとともに、空間部（７２）が減
圧されることになる。 なお、上記実施例では被冷却体としてサイリスタ素子（
３）の場合について説明したが、上記各発明と同様に被
冷却体は特に限定されるものではない。 また、上記実施例では個別フィンタイプ（非浸漬形）の
沸騰冷却装置を示したが、浸漬形のものにもこの発明は
適用できる。 さらに、上記実施例では排気手段として真空容器（７８
）を示したが、例えば真空ポンプなど、他のものであっ
てもよい。 さらにまた、監視手段（７０）も上記実施例の構成に限
定されるものではない。 以下、請求項（８）〜（１０）に係る発明の実施例をま
とめて説明する。 第４９図は発明者らが実験で求めた飽和液１ｓｏ℃のと
きの各冷媒の沸騰曲線を示す過熱度と熱流束との関係図
である。冷媒は、純水７工チレングリコール２０彎ｔ％
水溶液、エチレングリコール３５ｗｔ％水溶液及びエチ
レングリコール４５ｗｔ％水溶液である。各冷媒につい
て、熱流束が１０５Ｗ／１付近で沸騰曲線が変化してい
ることがわかる。 ここで、実測値（過熱度ΔＴｓａｔ、熱流束Ｑ／Ｓ蒸気
の圧力Ｐｓ及び熱伝達率α）や、飽和液温が６０℃のと
きの各冷媒の物性値（熱伝導率Ｋｌ、表面張力σ、液の
比重ρ１．蒸気の比重ρシ、液のブラントル数Ｐｒ、冷
媒の蒸発潜熱り及び液の温度伝導度ａｌ）を、以下に示
すヌセルト数Ｎｕ及び無次元数Ｆの式【１１】〜【１３
】に代入して、実験結果を整理した。 ｑ α＝３．ΔＴ、ｔ（Ｗ／１℃） ・（１２］ ・　・　・　・　・【１３】 そして、例えばエチレングリコール３５ｗｔ％水溶液に
ついて、核沸騰熱伝達の関係であるヌセルト数Ｎｕと無
次元数Ｆとの関係を整理したのが第５０図である。 第５０図において、−点鎖線はＫ　ｕｔａｔｅｌａｄｚ
ｅの式（Ｎ　ｕ　＝７．ＯＸ　１０−’　−Ｆ　）を、
破線はエチレングリコール３５−１％についての発明者
が作成した実験式（Ｎ　ｕ　＝９．Ｏｘ　１ｏ−’　−
Ｆ　）を、それぞれ示している。無次元数（Ｎｕ、Ｆ）
で整理した実測値の大部分は、発明者の実験式に対して
一２５％〜＋４０％の範囲で整理されている。しかし、
無次元数Ｆが２Ｘ１０’以下では、上記の実測値は、発
明者の実験式からずれる特性を示している。これは、エ
チレングリコール３５ｗｔ％水溶液の冷媒としての特性
が、核沸騰伝達特性の強い領域と若干弱い領域（核沸騰
及び自然対流の混在する領域〉とに区別されることを示
している。 第５１図はエチレングリコール水溶液の混合割合と安定
した核沸騰ｗｇｎ点の熱流束との関係を示す関係図であ
り、飽和液温４０℃、６０℃、　７０’Ｃ，８０’Ｃの
それぞれについての実測値を整理したものである。この
図から、安定した核沸騰開始点の熱流束が、混合割合や
飽和液温の影響を受けることがわかる。 第５２図はエチレングリコールのモル分率ｍと沸騰開始
点のＦ値との関係を示す関係図であり、モル分率ｍとＦ
値との関係を整理すると次の式【１０％式％ ［１４］ この式【１０を利用すれば、エチレングリコールのモル
分率ｍから、そのモル分率に対応する沸騰開始点のＦ値
を求めることができる。 一方、熱流束ｑ／ｓは、次の式【１５】により求められ
る。 ・　・　・　・　・　【１５】 そこで、式【１５】のＦが、式【１０で求めた沸騰開始
点のＦ値以上になるように、蒸発器の伝熱面積Ｓを決め
れば、冷却液としてエチレングリコール水溶液を使用し
た沸騰冷却装置の蒸発器について、第５３図に示すよう
な沸騰開始点以上の熱流束値で使用することができる。 また、フロロカーボン系の冷却液を使用する場合は、発
明者らの実験結果を無次元整理した結果、沸騰開始点の
熱流束を求めるためのＦ値として、Ｆ＝１．１Ｘ１０’
が得られた。 同様に、冷却液として純水又は水溶液を使用する場合は
、Ｆ　＝　２．７Ｘ　１０’が得られた。 ここで、 ｑ／ｓ　：熱流束値　　　　　（Ｗ　／ｉ２　）ｑ　　
：熱量　　　　　　　（Ｗ＞ Ｓ　　：蒸発器の伝熱面積　（１〉 Ｌ　　：蒸発潜熱　　　　　＜　ｋｅａｌ／ｋｇ＞ρＶ
　；蒸気の比重量　　　（ｋｔｔ／１）ρ１　：液の比
重量　　　　（Ａｙ／１）ａｊ　＝液の温度伝導度　　
（１／ｈｒ　）σ　　：表面張力　　　　　（Ａｇ／置
）Ｐｓ　：蒸気の圧力　　　　（ｋｇ／１）Ｐｒ　；液
のプラントル数　（−〉 である。 以上の結果を整理すると、各冷媒について下記の関係式
となる。 純水又は水溶液 Ｆ≧２．７ｘ　１０４ フロロカーボン系冷媒 Ｆ≧１．１ｘｌＯ’ エチレングリコール水溶液 Ｆ≧２．ＩＸ　１０’・ｍ−０Ｏ’） これらの関係式を満たすように、蒸発器の伝熱面積を決
めれば、第５３図に示すような沸騰開始点以上の熱流束
を使用することができ、実用上安定的な沸騰状態を得る
ことができる。即ち、過熱度の変動がなく、冷却性能の
安定した蒸発器を得ることができる。 ［発明の効果コ 以上説明したように、請求項（１）に係る発明の沸騰冷
却装置は、エチレングリコール水溶液からなる冷却液を
用いるとともに、銅製の凝縮器を用いたので、フロンを
用いることなく、また腐食による性能低下を防止しつつ
、優れた冷却性能を得ることができるという効果を奏す
る。 請求項（２）に係る発明の沸騰冷却装置は、共通液溜の
使方に、はぼ水平方向に向いたダクトを介して蒸発器を
接続したので、高さ寸法を小さくすることができ、これ
によりこの装置が取り付けられる機器を小形化・低床化
することができるという効果を奏する。 請求項（３）に係る発明の沸騰冷却装置は、共通液溜の
使方に、はぼ水平方向に向いたダクトを介して蒸発器を
接続し、かつ蒸発器の吸熱面の内側に、上下方向に延び
る複数の内部流路を設けたので、上記請求項（２）の発
明の効果に加えて、冷却液の気泡の移動が容易になるた
め、沸騰冷却や対流による冷却が効率良く行われ、沸騰
冷却特性が向上するなどの効果を奏する。 請求項（４）に係る発明の沸騰冷却装置は、液冷用冷却
器を蒸発器に連結し、対流した冷却液を冷却するように
したので、対流による冷却が主になっている場合の冷却
効率を高め、これにより熱負荷が小さいときの冷却特性
を向上させ、全体として優れた冷却特性を得ることがで
きるという効果を奏する。 請求項（５）に係る発明の沸騰冷却装置は、第１の冷媒
流路より断面積の小さい第２の冷媒流路を蒸発器に設け
たので、特に熱負荷が小さいときの冷却特性が良くなり
、広い熱負荷の範囲に対して優れた冷却特性を得ること
ができるという効果を奏する。 請求項（６）に係る発明の沸騰冷却装置は、蒸発器内の
伝熱面上に、粒子径が３００μｍ以上２０００μｍ以下
である伝熱促進粒子を多数固着したので、効果的に伝熱
が促進され、フロンを用いることなく、水又はエチレン
グリコール水溶液からなる冷却液により優れた冷却性能
を得ることができるという効果を奏する。 請求項（７）に係る発明の沸騰冷却装置は、冷却液の液
面上の空間部内の圧力を監視する監視手段を、空間部に
臨んで設けるとともに、圧力の異常上昇時に空間部内を
減圧する排気手段を空間部に接続したので、リークによ
る冷却性能の低下を防止でき、これによりフロンを用い
ることなく、水又はエチレングリコール水溶液からなる
冷却液により優れた冷却性能を得ることができ、かつ冷
却性能を長期にわたって安定させることができるなどの
効果を奏する。 請求項（８）、（９）及び（１０）に係る発明の沸騰冷
却装置は、蒸発器の伝熱面積を冷媒の沸ｍ開始点以上の
熱流束値になるようにしたので、蒸発器の過熱度の変動
を防止し、冷却性能を安定させることができるという効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１発明の第１実施例を示す構成図、第２図は
各冷媒の沸騰曲線を示す伝熱面の過熱度と熱流束との関
係図、第３図はエチレングリコール水溶液のエチレング
リコール濃度と凍結温度との関係を示す関係図、第４図
は各冷媒の飽和液温度と飽和圧力との関係を示す関係図
である。 第５図は第２発明の第１実施例を示す構成図、第６図は
第５図の正面図、第７図は第２発明の第２実施例を示す
断面図、第８図は第２発明の第３実施例を示す断面図、
第９図は第２発明の第４実施例を示す断面図である。 第１０図は第３発明の第１実施例を示す一部切欠断面図
、第１１図は第１０図のＡ−Ａｉ４ｉに沿う矢視断面図
、第１２図は第１０図のＢ−Ｂ線に沿う矢視断面図、第
１３図は冷媒として純水を用いた場合の垂直円管の沸騰
曲線を示す関係図、第１４図は冷媒としてエチレングリ
コール水溶液を用いた場合の垂直円管の沸騰曲線を示す
関係図、第１５図は第３発明の第２実施例を示す断面図
、第１６図は第３発明の第３実施例を示す断面図、第１
７図は第１６図のＣ−Ｃ線に沿う矢視断面図、第１８図
は第３発明の第４実施例を示す断面図、第１９図は第１
８図のＤ−Ｄ線に沿う矢視断面図、第２０図は第１８図
の二段矩形ダクトを拡大して示す斜視図、第２１図は第
３発明の第５実施例を示す断面図、第２２図は第３発明
の第６実施例を示す断面図、第２３図は第１８図の冷却
フィンを使用した沸騰冷却装置の断面図、第２４図は第
２３図の装置に純水を液面高さＣで用いた場合の過熱度
と熱流束との関係を示す関係図、第２５図は第２３図の
装置にエチレングリコール水溶液を液面高さＣで用いた
場合の過熱度と熱流束との関係を示す関係図、第２６図
は第２３図の装置に対する冷却試験の結果を沸騰熱伝達
率と熱流束との関係で整理した関係図、第２７図は第２
３図の装置でエチレングリコール水溶液を使用した場合
の液面位置と並列熱抵抗との関係を示す関係図である。 第２８図は第４発明の一実施例を示す断面図であるわ 第２９図は第５発明の第１実施例を示す断面図、第３０
図は第２９図のＥ−Ｅ！に沿う矢視断面図、第３１図は
第２９図の装置の沸騰曲線を示す関係図、第３２図は第
５発明の第２実施例を示す断面図、第３３図は第３２図
のＦ−Ｆｌｉに沿う矢視断面図、第３４図は第３２図の
Ｇ−Ｇ線に沿う矢視断面図、第３５図は第５発明の第３
実施例を示す断面図、第３６図は第３５図のＨ−）（ｌ
ｉに沿う矢視断面図、第３７図は第３５図のＩ−Ｉ＠に
沿う矢１！断面図である。 第３８図は第６発明の第１実施例を示す断面図、第３９
図は第３８図の冷却フィンの断面図、第４０図は第６発
明の第２実施例を示す断面図、第４１図は第６発明の第
３実施例を示す断面図、第４２図〜第４５図は冷却液と
して純水、エチレングリコール水溶液を使用した場合の
吸熱面の沸騰伝熱特性を示す関係図であり、第４２図は
伝熱促進粒子の粒子径を１０００μＬＷｔ層を１層とし
た場合、第４３図は粒子径１０００μＬ積層を２層とし
た場合、第４４図は粒子径４００μ贋、積層を１層とし
た場合、第４５図は粒子径４００ｕｘ、　８１Ｆ層を２
層とした場合をそれぞれ示している。第４６図は第４２
図〜第４５図のデータに基づいて純水における熱流束と
伝熱促進度との関係を粒子径ごとに示した関係図、第４
７図はエチレングリコール３５ｗｔ％水溶液における熱
流束と伝熱促進度との関係を粒子径ごとに示した関係図
である。 第４８図は第７発明の一実施例を示す構成図である。 第４９図は飽和液温６０℃のときの各冷媒の沸騰曲線を
示す過熱度と熱流束との関係図、第５０図はエチレング
リコール３５ｗ％水溶液の核沸騰熱伝達を示すＦ値とＮ
ｕ数との関係図、第５１図はエチレングリコール水溶液
の混合割合と安定した核沸騰開始点の熱流束との関係を
示す関係図、第５２図はエチレングリコールのモル分率
とＦ値との関係を示す関係図、第５３図は一般的な冷媒
の沸騰曲線を示す過熱度と熱流束との関係図である。 第５４図は浸漬形の従来装置の一例を示す構成図、第５
５図は非浸漬形の従来装置の一例を示す構成図、第５６
図は一般的な冷媒の沸騰曲線を示す過熱度と熱流束との
関係図である。 図において、（３）はサイリスタ素子（被冷却体）、（
２１）は蒸発器、（２２〉は蒸気管（蒸気流路）、（２
３）は液戻り管（液戻り流路）、（２４）は凝縮器、（
２５）は冷却液、（３１〉は冷却フィン（蒸発器）、＜
　３１ｍ）は伝熱面、（３２〉はダクト、（３３）は共
通液溜、（４２）は円形ダクト（内部流１）、〈４３〉
は矩形ダクト（内部流路）、（４５〉は内部流路、（４
６〉は二段矩形ダクト（内部流路）、　　（４８）はベ
ローズ（ダクト〉、（５０〉は液冷用冷却器、（５１）
は蒸発器、（５３〉は第１の冷媒流路、（５４〉は第２
の冷媒７ＸＮ、（６１）は伝熱促進粒子、（７０）は監
視手段、（７１〉は排気手段である。 なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）エチレングリコール水溶液からなる冷却液を収容
   している蒸発器と、この蒸発器に蒸気流路及び液戻り流
   路を介して連結されている銅製の凝縮器とを備えている
   ことを特徴とする沸騰冷却装置。
2. （２）凝縮器に連結されているとともに、冷却液を収容
   している共通液溜と、この共通液溜にダクトを介して連
   結されているとともに、前記冷却液を収容しており、か
   つ被冷却体に接合されている蒸発器とを備えている非浸
   漬形の沸騰冷却装置において、前記ダクトがほぼ水平方
   向に向けられているとともに、前記蒸発器が前記共通液
   溜の側方に配置されていることを特徴とする沸騰冷却装
   置。
3. （３）凝縮器に連結されているとともに、冷却液を収容
   している共通液溜と、この共通液溜にダクトを介して連
   結されているとともに、被冷却体に接合されており、か
   つ前記冷却液を収容している蒸発器とを備えている非浸
   漬形の沸騰冷却装置において、前記ダクトがほぼ水平方
   向に向けられているとともに、前記蒸発器が前記共通液
   溜の側方に配置されており、かつ前記蒸発器の吸熱面の
   内側に、上下方向に延びる複数の内部流路が設けられて
   いることを特徴とする沸騰冷却装置。
4. （４）凝縮器に連結されているとともに、冷却液を収容
   している蒸発器と、この蒸発器に連結され、流入する冷
   却液を冷却する液冷用冷却器とを備えていることを特徴
   とする沸騰冷却装置。
5. （５）凝縮器に連結されているとともに冷却液を収容し
   ている蒸発器を備えている沸騰冷却装置において、前記
   蒸発器内には、第１の冷媒流路と、この第１の冷媒流路
   より断面積の小さい第２の冷媒流路とが互いに平行に設
   けられていることを特徴とする沸騰冷却装置。
6. （６）凝縮器に連結されているとともに冷却液を収容し
   ている蒸発器を備えている沸騰冷却装置において、前記
   冷却液が水及びエチレングリコール水溶液のいずれか一
   方からなり、かつ前記蒸発器内の伝熱面上に、粒子径が
   ３００μｍ以上２０００μｍ以下である伝熱促進粒子が
   多数固着されていることを特徴とする沸騰冷却装置。
7. （７）水及びエチレングリコール水溶液のいずれか一方
   からなる冷却液を収容している蒸発器と、この蒸発器に
   連結され、前記冷却液の蒸気を凝縮する凝縮器と、前記
   冷却液の液面上の空間部に臨んで設けられ、前記空間部
   の圧力を監視する監視手段と、前記空間部に接続され、
   前記圧力の異常上昇時に前記空間部内を減圧する排気手
   段とを備えていることを特徴とする沸騰冷却装置。
8. （８）凝縮器に連結されているとともに冷却液を収容し
   ている蒸発器を備えている沸騰冷却装置において、前記
   冷却液が純水又は水溶液からなっているとともに、前記
   蒸発器の伝熱面積が下記に示す関係式を満たしているこ
   とを特徴とする沸騰冷却装置。 Ｆ≧２．７×１０＾４ 但し ▲数式、化学式、表等があります▼ ｑ／ｓ：熱流束値（Ｗ／ｍ＾２） ｑ：熱量（Ｗ） ｓ：蒸発器の伝熱面積（ｍ＾２） Ｌ：蒸発潜熱（ｋｃａｌ／ｋｇ） ρｖ：蒸気の比重量（ｋｇ／ｍ＾３） ρｌ：液の比重量（ｋｇ／ｍ＾３） ａｌ：液の温度伝導度（ｍ＾２／ｈｒ） σ：表面張力（ｋｇ／ｍ） Ｐｓ：蒸気の圧力（ｋｇ／ｍ＾２） Ｐｒ：液のプラントル数（−）
9. （９）凝縮器に連結されているとともに冷却液を収容し
   ている蒸発器を備えている沸騰冷却装置において、前記
   冷却液がエチレングリコール水溶液からなっているとと
   もに、前記蒸発器の伝熱面積が下記に示す関係式を満た
   していることを特徴とする沸騰冷却装置。 Ｆ≧２．１×１０＾４・ｍ＾−＾０＾．＾０＾２＾γ但
   し ▲数式、化学式、表等があります▼ ｑ／ｓ：熱流束値（Ｗ／ｍ＾２） ｑ：熱量（Ｗ） ｓ：蒸発器の伝熱面積（ｍ＾２） Ｌ：蒸発潜熱（ｋｃａｌ／ｋｇ） ρｖ：蒸気の比重量（ｋｇ／ｍ＾３） ρｌ：液の比重量（ｋｇ／ｍ＾３） ａｌ：液の温度伝導度（ｍ＾２／ｈｒ） σ：表面張力（ｋｇ／ｍ） Ｐｓ：蒸気の圧力（ｋｇ／ｍ＾２） Ｐｒ：液のプラントル数（−） ｍ：エチレングリコールのモル分率
10. （１０）凝縮器に連結されているとともにフロロカーボ
    ン系の冷却液を収容している蒸発器を備えている沸騰冷
    却装置において、前記蒸発器の伝熱面積が下記に示す関
    係式を満たしていることを特徴とする沸騰冷却装置。 Ｆ≧１．１×１０＾４ 但し ▲数式、化学式、表等があります▼ ｑ／ｓ：熱流束値（Ｗ／ｍ＾２） ｑ：熱量（Ｗ） ｓ：蒸発器の伝熱面積（ｍ＾２） Ｌ：蒸発潜熱（ｋｃａｌ／ｋｇ） ρｖ：蒸気の比重量（ｋｇ／ｍ＾３） ρｌ：液の比重量（ｋｇ／ｍ＾３） ａｌ：液の温度伝導度（ｍ＾２／ｈｒ） σ：表面張力（ｋｇ／ｍ） Ｐｓ：蒸気の圧力（ｋｇ／ｍ＾２） Ｐｒ：液のプラントル数（−）