TWI361265B - - Google Patents

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1361265 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種散熱方法及散熱裝置。 【先前技術】 使液狀冷媒流入鄰接散熱對象物之流路，藉由散熱對 象物與冷媒間之熱交換來使散熱對象物冷卻之技術係眾所 周知。前述技術，係藉由電子設備發熱密度之飛躍性增大 及電力轉換用大型半導體之普及等，而更加被要求以來自 大面積之南熱流束來散熱。 第14圖’係先前之散熱用流路50丨中，當用在實施大 面積散熱之流路很長時等，所產生問題之說明圖。在第i 4 圖中，使俯視圖表示於圖紙左側，使俯視圖之y5〇1〜y5〇4 位置中之剖面圖，表示於y5〇1〜y5〇4位置之圖紙右侧。 散熱用流路5 01，如第14圖圖紙左側俯視圖所示，係 往y方向延伸，如箭頭A501所示，液狀冷媒礼係自端部 5 01 a k入政熱對象物（未圖示），係例如配置於散熱用流 路501之z方向負側，如第14圖圖紙右側剖面圖箭頭A5〇2 所示，正在加熱散熱用流路5〇1底面501jb。換言之，散熱 用流路501係藉由底面5〇lb來使散熱對象物散熱。 在y5〇i位置中，液狀冷媒RL係充滿散熱用流路5〇1。 在y502位置_，液狀冷媒RL中之局部係蒸發，藉由氣體 狀冷媒RG而產生氣泡。而且氣泡，係散熱用流路5〇1中產 生於正被加熱之底面側。在y5〇3位置中，氣泡係正在擴大 2197-8674-PF;Ahddub 5 1361265 且結合，底面501b側中之液狀冷媒RL係變少量。而且， 在y504位置中’於底面501b側僅存在氣體狀冷媒rG，液 狀冷媒RL係僅在底面501b相反側之上表面501c上以液膜 狀存在》

亦即’當拉長散熱用流路501時，如y 504位置中所示， 會產生所謂燒壞（burn-out)之現象，散熱對象物無法與液 狀冷媒RL充分實施熱交換’冷卻能力會明顯下降。因此， 在第14圖所示散熱用流路501中，其前提係橫跨散熱用流 路501上游侧至下游側皆能充滿液狀冷媒rl。 在專利文獻1中，係開示有在比作為散熱用流路之主 流路還要離開散熱對象物之位置處，設有沿著主流路延伸 之輔助流路，透過連通主流路與辅助流路之複數連通孔， 使液狀冷媒自輔助流路供給到主流路，藉此，能使自主流 路上游側至下游侧之液狀冷媒溫度均勻之技術。又，在專 利文獻1中，係設有用於破壞產生於主流路之氣泡的破壞 裝置，以防止燒壞現象。 【專利文獻1】日本特開2005-79337號公報 【發明内容】 【發明所欲解決的課題】 第14圖所不先前技術或專利文獻i之技術，係以將液 狀冷媒充滿流入散熱用流路（主流路）為基本，所以，會有 產生種種問題之虞。例如，散熱利用潛熱之冷媒，係僅偶 限於流入主流路之冷媒中的極少部分。因&，熱流束必須 2197-8 67 4-PF;Ahddub 6 1361265 最好，在前述散熱用流路内周面處，施加有粗面加工。 當使用本發明時，能以高熱流束自大面積散熱。 【實施方式】 第1圖係表不本發明實施形態散熱裝置丨之整體構成 圖。散熱裝置1’係包括：儲液槽3,儲留液狀之冷媒RL; 幫浦5,使儲液槽3等之冷媒送出；散熱部12，藉由自繁 浦5送出之冷媒將散熱對象物H〇(第2A圖〜第沉圖）加以 散熱；冷凝部14,使自散熱部12流出之氣體狀冷媒冷凝； 氣液刀相H 19’使自冷凝部14流出之冷媒分離成氣體狀 冷媒及液狀冷媒；以及過冷卻部21，為了防止幫浦5之氣 钮’使自氣液分相器19流出之冷媒過冷卻。藉由過冷卻部 21而被過冷卻之冷媒，係藉由幫浦5送出，或者，儲留在 儲液槽3。 儲液槽3,例如係以蓄液器來構成，使散熱裝置i之 循環系統壓力保持在既定壓力，同時，也使用於對應負荷 變動之流體溫度微調。幫浦5’係以馬達6來驅動，馬達6 之動作係以控制器7來控制。冷凝部14，係例如空冷式， 與冷媒實施熱交換之空氣仙風扇15送人。風扇π係以 馬達16來驅動，馬達16之動作係以控制器17來控制。過 冷卻部21，係例如空冷式，與冷媒實施熱交換之空氣係以 風扇22送入。風扇22係以馬達23來驅動馬㈣之動 作係以控制器24來控制。 在幫浦5與散熱部12之間，設有：流量偵知器9,將 2197-8674-PF;Ahddub 9 流入散熱部1 2之液狀冷媒RL之流量加以檢出；以及溫度 偵知器10，將流入散熱部丨2之液狀冷媒RL之溫度加以檢 出。控制器7係依據流量偵知器9之檢出結果來控制馬達 16之動作，控制器7係依據溫度偵知器1〇之檢出結果來 控制馬達16之動作’控制器7係依據溫度偵知器1〇之檢 出結果來控制馬達23之動作。

在散熱部12中’以冷媒來吸收來自散熱對象物H0之 熱而實施散熱，在冷凝部14及過冷卻部21中，以冷媒吸 收之熱量Q1及Q2之熱係分別被散出。而且，當自配管無 散失熱損失時，Q=Q1+Q2。

第2A圖〜第2C圖，係表示散熱部12構成之示意圖， 第2A圖係局部透視之立體圖，第2B圖係第2A圖nb_nb 線箭視方向之剖面圖，第2C圖係在第2A圖中以實線包圍 領域E之自X方向觀得的放大剖面圖。而且，雖然為了方 便說明而有時以z方向之上下方向來表現，但是，散熱部 12’係藉由大小等種種條件，在X方向、y方向、z方向之 任意上下方向皆能發揮—定之散熱效果。 散熱部1 2係包括：散熱用流路31，鄰接散熱對象物 H0而設置；以及液體供給用流路32，供給液狀冷媒到散熱 用流路31。而且，液體供給用流路32，或者，包含加上液 體供給用流路32及幫浦5等之冷媒送出系統，係本發明液 體供給部之一例。 散熱用流路31，係例如藉由抵接散熱對象物H0而設 置的第1板狀部34、相向第1板狀部34配置之第2板狀 10 2197-867 4-PF;Ahddub 1361265 部35、及配置於第1板狀部34與第2板狀部35之間，與 散熱用流路31流路方向（冷媒流動、流路縱向、y方向）相 互平行延伸之2支管體36所構成，形成被這些構件包圍之 領域。而且，不僅是第1板狀部34側，第2板狀部35側 也可配置散熱對象物《又，也可以矩形風管等適當剖面形 狀之中空體來取代管體36。散熱用流路31中，流路方向 一端（y方向之向正侧）係有開口，連接到冷凝部14。流路 方向另一端係以未圖示之壁部來阻塞。

第1板狀部34、第2板狀部35及管體36，係可以金 屬或樹脂等適當材料來形成。第1板狀部34及第2板狀部 35與管體36’可以接著劑或鱲銲來接合，或者，使用熔接 或熔著等來接合。 液體供給用流路32，係藉由管體36，形成於管體36 内部。液體供給用流路32之位置，係自z方向觀之，可以 是重疊散熱對象物H0之位置或不重疊散熱對象物H0之位 置。管體36 —邊端部36b係成開口狀，形成流入口 37 » 端部36b係連接有幫浦5。而且，管體36另一邊端部36c 係被阻塞。又，管體36之中’分隔散熱用流路31與液體 供給用流路32之壁部36a處，在散熱用流路31流路方向 (y方向）之複數位置上，設有連通散熱用流路31與液體供 給用流路32之連通孔38。連通孔38，係本發明冷媒通過 部之一例。複數連通孔38，係例如相同直徑，又，以等間 隔設置。 在第1板狀部34,於形成散熱用流路31内周面之表 2197-8 674-PF;Ahddub 11 1361265 面’形成有在與散熱用流路31流路方向直交方向（寬度方 向、X方向）延伸之凹槽部40。凹槽部40，係在散熱用流 路31流路方向上設置複數個’例如，在與複數連通孔38 相同位置處設置與複數連通孔38相同數量者。 第3圖係說明散熱部12中之散熱方法的之示意圖。在 第3圖中，俯視圖表示於圖面左側’使俯視圖位置 中之剖面圖表示於yl~y3位置之圖面右側。 在散熱部12中，如第2A圖中箭頭A1所示，以幫浦5 送出之液狀冷媒RL係自流入口 37流入液體供給用流路 32。流入液體供給用流路32之液狀冷媒rl，如第2A圖箭 頭A2及第3圖箭.頭A5所示，係自連通孔38流入散熱用流 路31 〇 流入散熱用流路31之液狀冷媒rl，如第3圖圖面右 側剖面圖所示，係在散熱用流路31第i板狀部34側内周 面形成液膜。連通孔38係設於散熱用流路31流路方向上 之複數位置，所以，冷媒RL之液膜，係自散熱用流路Μ 上游側至下游侧橫跨流路全部。 而且，在第3圖圓面右側剖面圖中，如箭頭A6所示， 來自散熱對象物HO之熱係傳遞到第i板狀部34，冷媒虬 之液膜，係蒸發而成為氣體狀冷媒RG。換言之，冷媒係自 散熱對象物HO吸收約相當於潛熱部分之熱。 散熱用流路31氣體狀冷媒RG，如第2A圖箭頭μ所 示，係自開口端部流出而流入冷凝部14。而且，也可以使 排出氣體狀冷媒RG之風扇等排氣機構設於流路内。 2197-8674-PF; Ahddub 12 1361265 為了在散熱用流路31中形成液膜，而可如下地設定各 種參數或實施控制。 在散熱用流路31中，以下之（i)式會成立。 P 1 X dV/dt x(CPix(Ts-Tu)+h，g X …⑴ 在此， Q:每單位時間之散熱量（w)

Pi :液狀冷媒之密度（kg/m3)

dV/dt.液狀冷媒每單位時間之往散熱用流路的供給量 (mVs)

Cpi :液狀冷媒之定壓比熱（J/kgK)

Ts:散熱用流路中之冷媒飽和溫度（κ) TU:液狀冷媒往散熱用流路供給時之溫度（κ) hfg :冷媒之蒸發潛熱（j/kg)

Xout :蒸發流量與散熱用流路冷媒全流量的質量比例。 藉由（1)式，能獲得（2)式。 X dV/dt)-CPix(Ts-Tin))/hfg …⑵ 因此，在散熱裝置1申，當設定各種參數使X(jut為既 定值時，能在散熱用流路31形成液膜。適合形成液膜之 X〇ut範圍一例為〇 2以上且在1以下。 Q係以在散熱對象物H0中必要之散熱量來決定。p ,、 Cm、hfg ’係能藉由冷媒構成成分之選擇或作動壓力之選擇 而調整。dV/dt、Tu、Ts，係能藉由散熱裝置i設計時之各 種機構的構造性態樣來調整，又，能藉由散熱裝置1運轉 中各種機構之動作來調整。 2197-8674-PF; Ahddub 13 1361265 散熱裝置1運轉，之Lut控制係例如如τ述般地實施。 曰dV/d 1係以流1偵知器Θ來檢出《控制器7，係依據流 曰貞知器9之檢出值’透過馬達6控制幫浦5之動作，以 /dt接近既定目標值。亦即，藉由控制器7來實施 之回饋控制，進而實施X〇ut之控制。

Tin係以溫度偵知器〗〇來檢出。控制器^ 7，係依據溫 又病知器1 〇之檢出值，控制馬達J 6之動作，以使L接近 既定目標值。又，控制器24也係依據溫度備知器1〇之檢 出值’控制馬達23之動作，以使Tu接近既定目標值。亦 I5藉由控制器17及控制器24 ’ Tu被回饋控制，進而實 施Xout之控制。 而且，控制器17(冷凝部14)及控制器24(過冷卻部 21) ’係可以在Tin控制中適當分擔工作。例如，在運轉開 始時，在冷凝部14中，在實施Tin回饋㈣之同時，在過 冷卻部21中之冷卻會停止，#冷媒溫度上升到超過既定溫 度時，在冷凝部14中，使馬達16旋轉維_—定而使冷卻 效率為-定’同時，在過冷卻部21中，實施L之回饋控 制。

Ts係以散熱用流路31中之壓力來決定。因此，L係受 風扇15, 22所致之散熱量的影響很大.但是，當藉由= 之調整而改變冷凝部14或過冷卻部21處之熱傳遞時，能 控制冷媒之膨脹率等’間接地能控制Ts。又，例如，也可 以在散熱用流路31設置壓力偵知器，同時，在往△凝部 14之流路上設置壓力調整閥，依據壓力 裔I檢出結 2197-8674-PF;Ahddub 14 1361265 果’來控制壓力調整閥之動作。 當使用以上實施形態時，供給液狀冷媒RL到鄰接散熱 對象物H0設置之散熱用流路31流路方向的複數位置處， 在散熱用流路31内周面橫跨複數位置，形成冷媒rl之液 膜，所以’在橫跨敷熱用流路31上游到下游之大範圍中， 液狀冷媒RL不會乾涸，而且，能使冷媒有效率地蒸發。因 此，與先前相比較下，相對於顯熱所致之散熱量，潛熱所 致散熱量的比例會大幅增加，能以高熱流束自大面積散 熱。冷媒流量（質量）也能降低，能使散熱裝置丨或散熱用 流路31小型化。流量也能被抑低，又，主流路以蒸汽貫穿， 藉此’壓損係比專利文獻 還要小，兩者乘積所致之幫浦 能力會大幅降低。液狀冷媒RL係藉由潛熱來散熱，所以， 與先前之以顯熱或沸騰來散熱時相比較下，熱傳遞非常 好，冷媒RL之溫度，係相對於散熱對象物H〇容許溫度（散 °因此，能降低對冷凝部

熱後之目標溫度）’不用低太多。E 14或過冷卻部21要求之冷卻能力， 2197-8674-PF;Ahddub 15 1361265 意圖。先前之散熱用流路5〇1中，液狀冷媒RL，係自散熱 用流路501 —端流入（箭頭7A)，往另一端流動。因此，散 熱用流路501流路方向之長度L5(n，係成為冷媒被加熱之 加熱長度。當長度L501超過一定長度時，液狀冷媒肚會 蒸發而成為氣體狀冷媒RG，自散熱用流路5〇丨下游側排出 (箭頭8A)。亦即，在，散熱用流路5〇1下游側中會產生 燒壞現象而内周面會乾涸，冷卻能力會顯著降低。 但疋，如第4B圖所示，在本實施形態之散熱用流路 31中，液狀冷媒虬係自散熱用流路31兩端往與流路方向 直交之方向供給，所以，加熱長度係成為散熱用流路31寬 度之一半長度L1。因此，當僅在流過長度u之時供給冷 媒RL不會乾涸之量時，能橫跨散熱用流路31全部地發揮 冷卻能力。換言之，散熱用流路31流路方向長度對冷媒 RL乾涸之影響會顯著減少，流路方向長度之設定自由度會 提 ifj。

而且’如第4C圖所示，即使在本實施形態之散熱用流 路31中，散熱用流路31之寬度會變大，當相對於液狀冷 媒RL供給量而加熱長度（L2)變長時，在散熱用流路31中 央侧中，液狀冷媒RL會乾涸。因此，必須適當設定散熱用 流路31寬度與液狀冷媒rl供給量。 第5A圖〜第5D圖，係自參照第4A圖〜第4C圖說明 過之加熱長度觀點’說明往散熱用流路之液體供給方法的 變形例。而且，在第5A圖〜第5D圖中，如第5A圖之箭頭 A9所示’係例示散熱用流路自圖面上下方向兩面（相當於 17 2197-8674-PF;Ahddub 1361265 剖面形狀 變形》 供給口之位置及數量之組合 此外也可有種種 第6A圓第⑽圖’係、表示將液體供給到散熱用流路 :供給方法的變形例剖面圖。而且，在第βΑ圖〜第⑽圖 散熱對象物，係設於流路z方向正向侧及負向側中之 邊側，又，散熱用流路之流略方向係丫方向。

第6A圖，係表示使壁部47設於剖面矩形之流路處， 使前述流路分割成散熱用流路45與液體供給用流路46之 變形例。在壁部4 7處，於散熱用流路4 5流路方向（y方向） 複數位置設置未圖示之連通孔’如箭頭A15所示，液狀冷 媒係自液體供給用流路46透過連通孔供給到散熱用流路 邨。而且，在此變形例中’藉由設置壁部47，能簡單地構 成散熱用流路45及液體供給用流路46。 第6B圖，係表示使喷嘴50設於散熱用流路49兩側之 變形例。喷嘴50,係設於散熱用流路49流路方向㈠方向） 複數位置。液狀冷媒，如箭頭A17所示，係藉由喷嘴5〇供 給到散熱用流路49。在此變形例中，藉由調整喷嘴5〇之 方向，能調整液體供給方向，使喷嘴5〇尖端5〇&之位置， 在與散熱用流路49流路方向直交之方向（χ方向）中調整， 藉此’能調整液體之供給位置。也可使複數噴嘴5〇之方 向、位置、流量設定成不同。因此，能很容易地對應散熱 裝置使用環境等而變更設寒。 第6C圖’係標是在矩形流路内部兩端設置管體5^， 在管體51外側形成散熱用流路52，在管體51内部形成液 2197-8674-PF;Ahddub 19 1361265 流量之流動，無法獲得充分的散 6fc …效果。但是，在本實施 形‘i中，在形成液膜時，僅需要供 八θ .^ 〇充刀罝的冷媒，所以， …須使散熱用流路一端當作液狀冷出 V媒机入口，能將散熱用 流路兩端利用做冷媒流出口。而 且藉由將兩端當作流出 口，自散熱用流路之排氣變迅速，能抑制排氣速度過度增 大0

又’如第7D圖所示，使液體供給用流路流入口設於適 當位置，能使液狀冷媒朝向流路方向（7方向）兩側之物件， 係藉由形成於散熱用流路上之液膜的蒸發而散熱，氣體狀 冷媒自散熱用流路排出之物件。#即’ t前係使液狀冷媒 之流動分流成主流路及辅助流路，之後，使其合流之構成， 所以’必須使主流路與辅助流路之流動在同一方向。但是， 在本實施形態中，係在散熱流路中流通氣體狀冷媒，在液 體供給用流路中流通液體狀冷媒之物件，所以，能自由設 定相互的流路方向。 因此’在本實施形態中，可有第7A圖〜第7D圖所示 之種種流動模式，能提高設計之自由度。而且，第7A圖〜 第7D圖之例示，也可以其他種種模式來流通液狀冷媒及氣 體狀冷媒。 在第7A圖〜第7D圖說明過之提高散熱用流路及液體 供給用流路得設計自由度，係可以使液體供給用流路及散 熱用流路中之流動模式做3維擴張。第8A圖〜第8F圖， 係表示使液體供給用流路及散熱用流路中之流動模式做3 維擴張之變形例。在第8A圖〜第8F圖中，實線箭頭係表 2197-8674-PF;Ahddub 23 1361265 示液狀冷媒之流路方向，虛線箭頭係表示氣體狀冷媒之流 路方向。

第8A圖’係加上第7D圖所示變形例，在與散熱對象 物直交之方向（z方向）中，供給冷媒之變形例的俯視圖， 第8B圖，係自第8A圖圖面下方觀得之剖面圖。在本變形 例中’在第8B圖圖面下方側設置有散熱對象物。在散熱用 流路76寬度方向中央位置處’設有沿著散熱用流路73流 路方向延伸之液體供給用流路79。液體供給用流路79，係 例如與液體供給用流路77相同形狀，但是尺寸略小，在圖 面上方側設有供給液狀冷媒之流入口 79a，同時，在圖面 下方側，用於使液狀冷媒供給到散熱用流路76之複數連通 孔（未圖示）係沿著散熱用流路76設置。前述變形例，係與 第6F圖所示變形例相同地，能有效防止散熱用流路76中 央之乾涸。 第8C圖，係使第8A圖所示液體供給用流路79複數配

% 列於散熱用流路81寬度方向之變形例，第8D圖係自第8C 圖圖面下方侧觀得之剖面圖。在此變形例中’與第6G圖所 示變形例相同地，其係可往散熱用流路81寬度方向擴張之 物件。而且，由第8C圖可知，本發明之散熱用流路係流路 方向也可不為縱向。 第8E圖係在散熱用流路縱向及與橫向直交之方向上 s史置排出氣體狀冷媒之排出口 83a的變形例，第卯圖係自 第8E圖圖面下方觀得之剖面圖 物係設於第8F圖圖面下方側， °在此變形例中，散丨熱對象 排出口 83a，係在散熱用流 24 2197-8674-PF;Ahddub 1361265 • 83内周面中與散熱對象物相反侧處開口。而且，散熱用 流路83’係縱向(液體供給用流路84之流動方向)兩端被 阻塞，氣體狀冷媒流出口僅有排出口 83a ^排出口 ，係 例如石著液體供給用流路84流動方向設置複數個。在此變 形例中，使蒸發之冷媒不流通在沿著散熱對象物之表面的 其他領域，而能即刻排出。而且，在第8E圖中，流路端面 可說係✓。著散熱對象物配置。換言之，本發明之散熱用流 路，係也可不為氣體狀冷媒流通在沿著散熱對象物之方向 (y方向）上之物件。自排出口 83a排出之氣體狀冷媒，係 例如流入管體或矩形風管而往冷凝部或過冷卻部流通。 第9A圖〜第9E圖，係表示分隔散熱用流路與液體供 給用流路之壁部（參照第6A圖壁部47或第6D圖壁部55等） 或連通孔之變形例的立體圖。 在第9A圖變形例_，在平板狀壁部85形成有複數連 通孔86 »例如，藉由打孔加工在金屬板或樹脂板上形成。 % 在此變形例中，能簡單地形成具有連通孔之壁部，又，連 通孔係能很容易做位置（例如複數連通孔之間隔）、大小或 形狀之設計變更》 在第9B圖變形例中’係以多孔質體來形成壁部88。 多孔質體係例如燒結金屬。多孔質體之過濾直徑，雖然可 因為往散熱用流路之供給量而適當設定，但是，例如可為 〜200/z。而且，在先前之使液狀冷媒流通在散熱用流 路之技術中，即使以多孔質體來分割主流路及辅助流路， 也無法自輔助流路供給充分量的液狀冷媒往主流路。而 2197->8674-PF;Ahddub 25 ·' 變之壓力差ΛΡ，當想定並行流路時，在散熱用流路上游 L ’、’在下游部變大’所以，在上游部之自液體供給用 2路往散熱用流路的供給量會變小，在上游部有時也會很 容易產生燒壞的現象。 為了解決上述問題，關於連通液體供給用流路（32, 77 等）與散熱用流路（31，76等）之流路（冷媒通過部）流動阻 2 ’考慮到改變開口部尺寸或節距等，使散熱用流路上游 %部較小，下游部較大，使對於散熱用流路之液體供給量一 樣。 第16Α圖〜第16F圖，如上所述，係例示使位於液體 供給用流路與散熱用流路之邊界的冷媒通過部流動阻力， 在流路上游部較小，下游部較大。 第16Α圖，係表示以連通孔131來連通第15Α圖液體 供給用流路與散熱用流路之情形。連通孔131，係被設定 成愈往液體供給用流路與散熱用流路上游側（圖面右側）直 ^ 捏愈大’愈往上游側則流動阻力愈小。 第16Β圖，係表示以連通孔133來連通第15Α圖液體 供給用流路與散熱用流路之情形。連通孔133，係被設定 成愈往液體供給用流路與散熱用流路上游側（圖面右側）節 距愈小’愈往上游侧則流動阻力愈小。 第16C圖，係表示以狹縫135來連通第15Α圖液體供 給用流路與散熱用流路之情形。狭缝135,係被設定成愈 往液體供給用流路與散熱用流路上游側（圖面右側）寬度愈 大’愈往上游側則流動阻力愈小。 2197-8674-PF;Ahddub 28 1361265 第16D圖’係表示以連通孔137來連通第15B圖液體 供給用流路與散熱用流路之情形。連通孔137，係被設定 成愈往液體供給用流路與散熱用流路上游侧（液體供給用 流路77中央側）直徑愈大，愈往上游側則流動阻力愈小。

第16E圖’係表示以連通孔139來連通第15B圖液體 供給用流路與散熱用流路之情形。連通孔139，係被設定 成愈往液體供給用流路與散熱用流路上游側（液體供給用 流路77中央側）節距愈小，愈往上游側則流動阻力愈小。 第16F圖’係表示以狹縫141來連通第15B圖液體供 給用流路與散熱用流路之情形。狹缝141，係被設定成愈 往液體供給用流路與散熱用流路上游側（圖面右側）寬度愈 大’愈往上游侧則流動阻力愈小。但是，藉由流入液體之 衝突’液體供給用流路在局部壓力變高之中央部.係使流動 阻力相對地稍稍提高》 而且’在產生蒸汽之通過量較多的下游部處，有時也 ^ 會產生燒壞之現象。在此情形時，第9D圖或第9E圖所示 在下游部增大流量的方法係為有效。 第1 0A圖〜第1 OF圖，係說明散熱用流路内周面模式 之圖面。在第10A圖〜第10D圖中’液狀冷媒係自液體供 給用流路等往圖面左右方向（X方向）供給。而且，第 圖係對應第2A圖〜第2C圖所示實施形態之圖面。 在第10B圖之變形例中，加上凹槽部40，設有在與凹 槽部40直交方向上延伸之複數凹槽部96。藉由凹槽部96， 液狀冷媒也很容易往凹槽部96延伸方向擴大，液膜係彳艮容 2197-8674-PF;Ahddub 29 1361265 易橫跨散熱用流路全部而形成。尤其，當液狀冷媒自形成 於液體供給用流路之連通孔被供給等，當液狀冷媒之供給 位置係相互分離時，雖然供給位置間很容易乾涸但是， 藉由凹槽部96，液狀冷媒也會在前述供給位置間擴大，所 以’能防止乾涸產生。

而且’也可以不設置凹槽部40而僅設置凹槽部96’ 也可以設置在流路方向傾斜延伸之凹槽部，藉由前述凹槽 部，液狀冷媒會在流路方向及與流路直交方向之雙方擴 大。也可以設置蛇行之凹槽部。而且，凹槽部4〇或在流路 上傾斜延伸之凹槽部，係橫切流路之凹槽部一例。橫切流 路之凹槽部，也可以自流路一邊侧邊端延伸至另一邊之惻 邊端’也可以在側邊端間中途之適當範圍中延伸。 在第10C圖之變形例中，網狀片體98係在散熱用流路 内周面張開。片體98,係浸透有本發明液狀冷媒片體之一 例。片體98 ’係例如以金屬、陶瓷、樹脂、纖維等來形成。 網目大小或編織形式係可對應冷媒種類等而適當選擇。在 本變形例中，冷媒係被吸入片體98而在散熱用流路内周面 擴大。藉此，液膜會遍佈内周面全部。 在第10D圖之變形例中，以多孔質體形成之片體i 〇〇 係張設於散熱用流路内周面β片體1 〇〇，係浸透有本發明 液狀冷媒片體之一例。片體1〇〇係例如以燒結金屬來構 成。在片體100 _，能獲得與片體98相同之效果。 也可以取代片體100之配置，藉由在散熱用流路内周 面施加塗佈或研磨等粗糖面加工，使内周面粗糙，使其具 2197-8674-PF;Ahddub 30 1361265 *- 有液膜保持功能。 第1〇Ε圓及第l〇F圖，係表示凹槽部40或凹槽部96 剖面形狀之實例。第10E圖所示之凹槽部1〇2係剖面v字 形，第10F圖所示凹槽部103係剖面矩形。第1〇E圖及第 10F圖係例示，凹槽部40或凹槽部96也可以是u字形等 之種種形狀《» 第11A圖〜第11C圖，係表示使散熱用流路往流路寬 度方向擴大之變形例，第11A圖係散熱部1〇5之外觀立體 臀圖’第11B圖係第11A圖xib-xib線箭視方向之剖面圖， 第11C圖係第11A圖XIc-XIc線箭視方向之剖面圖。 第11A圖〜第11C圖之散熱部105，係在剖面矩形中 空體106兩側部及中央插入具有分歧部之管體 107A’ 107B，10 7C(以下，單稱「管體107」，有時不加以區 分）而區分’形成2個散熱用流路i〇9A, 1〇9B(以下，單稱 「散熱用流路109」，有時不加以區分）。又，在管體 107A，107B，107C處，分別在内部形成有液體供給用流路 110A，110B，110C(以下，單稱「液體供給用流路11〇」，有 時不加以區分）。在管體107處，連通散熱用流路1〇9與液 體供給用流路11 〇之未圖示連通孔係沿著散熱用流路1 〇 9 流路方向設有複數個。 在各散熱用流路109中’與第2A圖所示散熱用流路相 同地’液狀冷媒係透過未圖示連通孔自配置於其兩側之液 體供給用流路110供給，形成冷媒液膜。但是，中央之液 體供給用流路11 0B，係使液狀冷媒供給到其兩側之散熱用 31 2197-8674-PF/Ahddub 1361265 流路109A及109B兩者。在各散熱用流路109中蒸發之氣 體狀冷媒，係在自各散熱用流路109排出後合流。

第11A圖〜第lie圖之變形例中，係散熱用流路在流 路寬度方向中被分割成複數散熱用流路1〇9，所以，寬度 方向之加熱長度會變短’能防止液狀冷媒乾涸。換言之， 有可能使散熱用流路往寬度方向擴張。在2個散熱用流路 10 9A及10 9B中’係共用液體供給用流路11〇B，能減少零 件數量。2個散熱用流路i〇9A及i〇9B係被液體供給用流 路110B分隔’散熱用流路1〇9人及109B之相互影響會緩和。 第12A圖〜第12C圖，係表示使散熱用流路往流路方 向擴大之變形例’第12A圖係散熱部112之外觀立體圖， 第12B圖係第12A圖XI Ib-XI lb線箭視方向之剖面圖，第 12C圖係第12A圖XIIc-XIIc線箭視方向之刮面圖。 第12A圖〜第12C圖之散熱部112’係在剖面矩形中 空體114兩側部及中央插入具有分歧部之管體 115A，115B，115C(以下’單稱「管體115」，有時不加以區 分）而區分’形成2個散熱用流路ιΐ6Α，116B(以下，單稱 「散熱用流路.116」’有時不加以區分）。又，在管體 115A，115B，115C處’分別在内部形成有液體供給用流路 117A，117B，117C(以下’單稱「液體供給用流路Η?」，有 時不加以區分）。在管體115處，連通散熱用流路116與液 體供給用流路11 7之未圖示連通孔係沿著散熱用流路116 流路方向設有複數個。 散熱用流路116’係在流路方向（y方向）中，被分隔成 2197-8674-PF;Ahddub 32 1361265 複數區塊Dl，D2, D3。在複數區塊D1〜D3處，流路側邊， 例如分別設有往散熱對象物H0相反側開口而使氣體狀冷 媒排出之排出口 119A，119B，119C。在各區塊中，藉由供給 自液體供給用流路117之冷媒而形成液臈，蒸發後之冷媒 係自排出口 119A〜119C排出。而且，液體供給用流路117， 如第12B圖所示’可以橫跨全區參D1〜D3而連通，也可以 與散熱用流路116相同地分隔成複數個。 在此變形例中，使散熱用流路116在流路方向中分 隔’藉此’能使蒸發後之冷媒早些排出而提高各區塊Μ〜 D3之散熱效率，同時，能緩和各區塊間之相互影響。換言 之’此使散熱用流路（亦即散熱面）無限增長。但是，液體 供給用流路117無須配合區塊D1〜D3而分隔，無須設計變 更。而且’在如先前之使液狀冷媒流動的技術中，當使散 熱用流路在流路方向中分隔時，壓力損失會變大幫浦負 擔會增大，冷卻效率會降低，所以，很難往流路方向擴張。 第13圖係表示散熱裝置全體構成變形例之圖面。而 且關於第1圖散熱裝置i共通部分係賦予相同編號。第 13圖之敢熱裝置中，係省略氣液分相器Μ及過冷卻部2卜 因此’蒸發冷媒係在冷凝部14内部完全回復到液體，來自 散…' 對象物之熱量Q’係、全部在冷凝部14中往大氣排出。 第π圖係表示本發明應用例之圖面。 π車151’係具有作為散熱對象物之動力控制器153 及散熱裝置155。 散熱裝置155’係具有也L >+> λ， JL. π丹有興上述散熱裝置1類似之構成。 2197-8674-PF；Ahddub 1361265 具體說來，散熱裝置155係具有：輔助液體槽157(對應儲 液槽3) ’儲留液狀冷媒；幫浦159(對應幫浦5)，使液狀 冷媒送出’散熱部161(對應散熱部12)，以藉由幫浦159 送出之液狀冷媒來使動力控制器153散熱；冷凝器163(對 應冷凝部14) ’使自散熱部161流出之冷媒冷凝；以及氣 液/刀相器165(對應氣液分相器19)，使自冷凝器163流出 之冷媒为離成氣體狀冷媒及液狀冷媒。以氣液分相器165 分離之液狀冷媒，係以幫浦159送出。以幫浦159送出之 液狀冷媒，係藉由流量控制單元16〇來控制往辅助液體槽 157或散熱部161之流量。 散熱部161，雖然未圖示，但是，與散熱部12相同地， 具有與動力控制器153鄰接設置的散熱用流路。在散熱用 流路之既定方向複數位置（既定範圍）中，液狀冷媒係被供 給到散熱用流路内，在散熱用流路内周面橫跨複數位置（既 定範圍）形成有冷媒液膜。藉由液膜之蒸發，動力控制器 15 3被冷卻。 田使用於汽車時，動力控制器之容許溫度（丨左右） 與散出廢熱之外氣溫度（3Qt:左右）間之溫度差很小，藉由 液膜蒸發，能使散熱部之期望溫度差抑低到比通常之沸騰 溫度還要小，所以，能提高冷卻系統全體之散熱能力。 第18圖係本發明另一應用例之圖面。 電力轉換系統171，係例如設於發電廠或工廠等，其 為轉換電壓等之系統。電力轉換系統m，係具有作為散 熱對象物之複數功率元件173及散熱裝置175。 34 2197-8674-PF;Ahddub ^61265 散熱震置175 ’係具有與占述散熱裝置121類似之構 成。具體說來，散熱裝置175係具有：幫浦177(對應幫浦 5)’送出液狀冷媒；複數散熱部179(對應散熱部12)，藉 由以幫浦177送出之液狀冷媒來使複數功率元件173散 熱，以及空冷單元181(對應冷凝部14)，使自散熱部179 流出之氣體狀冷媒冷凝。自空冷單元181流出之冷媒係以 幫浦17 7送出。

複數功率元件173及複數散熱部179，係藉由1個散 熱部179與2個功率元件173交互積層，而構成功率元件 冷卻列183。功率元件冷卻列183係複數配列。各功率元 件冷部列183中，功率元件173係配置於i個散熱部179 兩侧’藉由1個散熱部179可使2個功率元件173散熱。 複數功率元件冷卻列183及各功率元件冷卻列183内 之複數散熱17 9，係相互並列連接。亦即，自幫浦17 7 送出之液狀冷媒’係分流而流入各功率元件冷卻列18 3， 而且，在各功率元件冷卻列丨83申分流而流入各散熱部 179。 各散熱部179’雖然未圖示，但是與散熱部12相同地， 具有與功率元件173鄰接設置之散熱用流路。在散熱用流 路既定方向之複數位置（既定範圍）中，液狀冷媒係供給到 散熱用流路内’在液狀冷媒係被供給到散熱用流路内，在 散熱用流路内周面橫跨複數位置（既定範圍）形成有冷媒液 膜。藉由液膜之蒸發，功率元件173被冷卻。 第1 9Α圖及第19Β圖，係說明本發明效果之圖面。第 2197-8674-PF;Ahddub 35 1361265 19A圖係表示在本發明一例散熱裝置中，由實驗所得之熱 傳特性圖。第19B圖係表示將第19A圖熱傳特性與先前技 術中之熱傳特性的比較圖。在第19A圖及第19B圖中橫 軸係表不使散熱對象物散熱對象面（構成散熱用流路之i 個表面）與流入散熱用流路之液狀冷媒的溫度差ΔΤ(Κ)，縱 軸係表不散熱對象物散熱對象面中之熱流束q(w/cm2) ^ 又’在圖中，表示有熱傳率a(w/m2K)。 在第19A圖及第19B圖中，圓形記號M1，係表示本發 明一例之散熱裝置中，散熱用流路流路方向上游且寬度方 向中央位置中之值，矩形記號M2，係表示本發明一例之散 熱裝置中，散熱用流路流路方向中央且寬度方向中央位置 中之值，二角形記號M3,係表示本發明一例之散熱裝置中， 散熱用流路流路方向下游且寬度方向中央位置中之值。 本發明一例散熱裝置之散熱用流路，係在内周面形成 有凹槽之物件。又，無設置熱分離器。在散熱用流路入口 中之液體過冷度（飽和溫度起之差）係15K。液狀冷媒體積 流量，係4. 5公升/分鐘。液體供給用流路之單側，係被關 閉。散熱用流路間隙寬度（與相向於散熱對象物之絕熱面間 之間隙）係5mm。散熱對象面之寬度χ長度（流路方向）係 30mm X 150mm。 由第19A圖及第19B圖可知，在本發明一例之散熱萝 置中，即使不設置熱分離器時，藉由具有熱分離器之水= 方式，也能實現以高一級之熱流束來冷卻。但是，可冷卻 之發熱面積係大2級，能藉由液膜蒸發來獲得很高的熱傳 2197-8674-PF;Ahddub 36 1^01265 率所以，散熱對象物與流體之溫度差非常小β 本發明並不侷限於以上實施形態或變形例，也 種態樣。 散熱對象物，係只要比冷媒之飽和溫度還要高溫即 可，其可為功率元件、馬達、電池等散出熱之發熱體，也 可以為熱分離器等傳遞發熱物之熱的傳熱物。氣體、液體 散熱用流路，只要是鄰接散熱對象物設置即可，可以 適當材質、形狀或尺寸來形成。無論如何，散熱用流路， 係當鄰接散熱對象物時，來自散熱對象物之熱會被傳遞， 所以係成為與散熱對象做熱連接。 液狀冷媒供給往散熱用流路之複數位置，係並不偈限 於配置於流路方向。液狀冷媒係被供給到複數位置，备橫 跨前述複數位置形成液膜時，也可為與流路直交之:向 等。而且，在橫跨複數位置之範圍處，雖然希望不要產生 r酒處所但疋’即使在局部產生乾酒處所，液狀冷媒係 被供到複數位置，而且，當不是如先前流通液狀冷媒之 技術般地在橫跨複數位置之範圍處填充有液狀冷媒之狀 態（液狀冷媒充滿散熱用流路）時，可以說横跨複數位置皆 形成有液膜。 【圖式簡單說明】 第1圖係表示本發明實施形態散熱裝置之整體構成 圖0 37 2197-8674-PF；Ahddub 1361265 第2A圖至第2C圖係表示第i圖散熱裝置散熱部構成 例之示意圖。 口圖係、說明2C圖散熱部構成 孰 方法之示意圖。 "' 第4A圖至第4C圖係以另一觀點捕捉第1圖散熱裝置 效果之說明圖。

第5A圖至第5D圖係由加熱長度之觀點來說明往散熱 用流路之液體提供方法變形例之示意圖。 ‘ ' 第6A圖至第6G圖係表示使液體供給到散熱用流路之 變形例剖面圖。 第7A圖至第7D圖係說明液體供給用流路及散熱用流 路中流動模式之示意圖。 第8A圖至第8F圖係表示使液體供給用流路及散熱用 流路中流動模式做3維擴張之變形例的示意圖。 …

第9A圖至第9E圖係表示分隔散熱用流路與液體供 用流路之壁部或連通孔的變形例的立體圖。 第10A圖至第10F圖係說明散熱用流路内周面 例的示意圖。 ' 第11A圖至第11C圖係表示使散熱用流路往流路橫 擴大之變形例的示意圖。 給 式 向 第12A圖至第12C圖俏矣_找也也w + 向 _保表不使散熱用流路往流路方 擴大之變形例的示意圖》 第13圖係表示散熱裝置整體構成變形例之示意圖。 第14圖係表示先前散熱用流路之示意圖。 2197-8674-PF； Ahddub 38

Claims (1)

1. m 13_第__ 】00年9月27日修正替換頁 十、申請專利範園： 1.種散熱方法，在沿著散熱對象物延伸般被設置、 流路長比沿著前述散熱對象物的面寬度大之散熱用流路流 路方向之既定範圍中，從構成前述散熱用流路之沿著前述 散熱對^物的面且與前述散熱對象物抵接的板狀部侧方 之在月述散熱用流路側壁中朝前述散熱用流路内開口的 開口部，使液狀冷媒供給到前述散熱用流路内，在前述板 狀部㈣面橫跨前述既定範圍形成前述冷媒之液膜，使前 述液膜藉由來自前述散熱對象物的熱而蒸發，使被蔘發之 前述冷媒自前述散熱用流路排出，藉此，使前述散熱對象 物散熱》 種政熱方法，在與散熱對象物鄰接設置之散敎用 流路之流路方向既定範圍中，使液狀冷媒供給到前述散執 用流路内’在形成前述散熱用流路且與前述散熱對象物抵 接的板狀物内侧面橫跨前述既定範圍而形成前述冷媒之液 膜4使刚达液膜藉由來自前述散熱對象物的熱而蒸發 被蒸發之前述冷媒自 、 达散熱用流路排出，藉此，使前述 散熱對象物散熱； ^ 使朝前述散熱用流路内的液狀冷媒的供給，從沿 钱熱用流路延伸、外周面朝向前述板狀部而突出至前述 政熱用流路内的液體供仏 流路之 '被形成於前述 而朝向前述板狀部内側面開口的開口部進行。 3. 一種散熱裝置，包括： 散熱用流路，沿著散熱對象物延伸般被設置，流路長 2197-8674-PF1 40 136126& 〇96 】〇64〇5 號 】〇。年9月27日修正替換頁 比沿著前述散熱對象物的面寬度大；以及 液體供給部，在前述散熱用流路之流路方向既定範圍 中’從構成前述散熱用流路之沿著前述散熱對象物的面且 與前述散熱對象物抵接的板狀部側方之、在前述散熱用流 路侧壁中朝前述散熱用流路内開口的開口部，使液狀冷媒 供給到前述散熱用流路内，在前述板狀部内側面橫跨前述 既定範圍形成前述冷媒之液膜。

   4. 一種散熱裝置，包括： 散熱用流路’鄰接散熱對象物而設置；以及 液體供給部，在前述散熱用流路既定方向之複數位置 中，使液狀冷媒供給到前述散熱用流路内，在前述散熱用 流路内周面橫跨前述複數位置形成前述冷媒之液膜； 其中，前述既定方向係前述散熱用流路之流路方向， 別述散熱用流路在流路方向兩端設有前述冷媒之排出口。 5. —種散熱裝置，包括： 散熱用流路，鄰接散熱對象物而設置；以及 液體供給部’在前述散熱用流路既定方向之複數位置 中’使液狀冷媒供給到前述散熱用流路内，在前述散熱用 流路内周面橫跨前述複數位置形成前述冷媒之液膜； 其中，前述散熱用流路内周面設有凹槽部。 6. —種散熱裝置，包括： 中 散熱用流路，鄰接散熱對象物而設置；以及 液體供給部’在前述散熱用流路既定方向之複數位置 使液狀冷媒供給到前述散熱用流路内，在前述散熱用 2197-8674'PFl 41 096106405號 100年9月27日修正替冑^ 流=周面橫跨前述複數位置形成前述冷媒之液膜； -中别述既疋方向係、前述散熱用流路之流路方向， 在=述散熱用流路内周面處，設有在橫切前述散熱用流路 之方向上延伸的凹槽部。 7· 一種散熱裝置，包括： 散熱用流路，鄰接散熱對象物而設置；以及 液體供給部，在前述散熱用流路既定方向之複數位置 中使液狀冷媒供給到前述散熱用流路内在前述散献用 流路内周面：跨前述複數位置形成前述冷媒之液膜· ’”、 ’、中刚述既定方向係前述散熱用流路之流路方向， 在=述散熱用流路内周面處，設有在沿著前述散熱用流路 之方向上延伸的凹槽部。 8· 一種散熱裝置，包括： 散熱用流路，鄰接散熱對象物而設置；以及 液體供給部，在前述散熱用流路既定方向之複數位置 中’使液狀冷媒供給到前述散熱用流路内，在前述散孰用 流路内周面橫跨前述複數位置形成前述冷媒之液膜； >其中’在前述散熱用流路内周面處，張設有浸透液狀 刖述冷媒之片體。 9. 一種散熱裝置，包括： 散熱用流路，鄰接散熱對象物而設置；以及 液體供給部，在前述散熱用流路既定方向之複數位置 中’使液狀冷媒供給到前述散熱用流路内，在前述散熱用 流路内周面橫跨前述複數位置形成前述冷媒之液膜； 2197-8674-PF1 42 096106405號 100年9月27日修正替換頁 其中，在前述散熱用流路内周面處，施加有粗面加工。 1〇· 一種散熱裝置，包括： 散熱用流路’鄰接散熱對象物而設置；以及 液體供給部，在前述散熱用流路之流路方向既定範圍 中使液狀冷媒供給到前述散熱用流路内，在形成前述散 熱用流路且與前述散熱對象物抵接的板狀物内側自橫跨前 述既定範圍而形成前述冷媒之液膜般被構成；

   其中，剛述液體供給部係，具有沿著前述散熱用流路 延伸、外二面朝向前述板狀部而突出至前述散熱用流路 内朝向刖述板狀部開口的開口部被形成於前述外周面， 使液狀的前述冷媒你a 媒攸則述開口部供給至前述散熱 液體供給用流路。 路的

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