WO2007105450A1 - 除熱方法及び除熱装置 - Google Patents

Abstract

大面積からの高熱流束での除熱が可能な除熱装置を提供する。除熱装置１は、除熱対象物ＨＯに隣接して設けられる除熱用流路３１と、除熱用流路３１に沿って延び、液状の冷媒が流れる液体供給用流路３２とを備える。除熱用流路３１と液体供給用流路３２とを隔てる壁部３６ａには、除熱用流路３１と液体供給用流路３２とを連通する連通孔３８が複数位置に設けられている。液体供給用流路３２から除熱用流路３１へは連通孔３８を介して液状の冷媒が供給され、除熱用流路３１の内周面には液膜が形成される。当該液膜は除熱対象物ＨＯからの熱により蒸発し、蒸発した冷媒は除熱用流路３１から排出される。

Description

明 細 書

除熱方法及び除熱装置

技術分野

[0001] 本発明は、除熱方法及び除熱装置に関する。

背景技術

[0002] 除熱対象物に隣接する流路に液状の冷媒を流し、除熱対象物と冷媒との間の熱交 換により除熱対象物を冷却する技術が知られている。当該技術は、電子機器の発熱 密度の飛躍的増大、電力変換用の大型半導体の普及などにより、一層、大面積から の高熱流束での除熱が要求されて 、る。

[0003] 図 14は、従来の除熱用流路 501について、大面積からの除熱を行うために流路を 長くした場合等に生じる問題を説明する図である。図 14では、平面図を紙面左側に 示し、平面図の y501〜y504の位置における断面図を、 y501〜y504の位置の紙 面右側に示している。

[0004] 除熱用流路 501は、図 14の紙面左側の平面図に示すように、 y方向へ延び、矢印 A501で示すように、端部 501aから液状の冷媒 RLが流し込まれる。除熱対象物（不 図示）は、例えば除熱用流路 501の z方向の負側に配置され、図 14の紙面右側の断 面図の矢印 A502で示すように、除熱用流路 501の底面 501bを加熱している。換言 すれば、除熱用流路 501は底面 501bにより除熱対象物を除熱している。

[0005] y501の位置では、液状の冷媒 RLは除熱用流路 501を満たしている。 y502の位 置では、液状の冷媒 RLのうち一部が蒸発し、気体状の冷媒 RGにより気泡が生じて いる。なお、気泡は、除熱用流路 501のうち、加熱されている底面 501b側に生じる。 y503の位置では気泡が拡大、結合しており、底面 501b側における液状の冷媒 RL は少量になっている。そして、 y504の位置では、底面 501b側には気体状の冷媒 R Gのみが存在し、底面 501bの対向面である上面 501cのみに液状の冷媒 RLが液膜 状に存在している。

[0006] すなわち、除熱用流路 501を長くすると、 y504の位置において示すように、いわゆ るバーンアウト現象が生じ、除熱対象物は液状の冷媒 RLと熱交換を十分に行うこと ができず、冷却能力が著しく低下する。従って、図 14に示す除熱用流路 501では、 除熱用流路 501の上流側から下流側に亘つて液状の冷媒 RLが満たされるようにす ることが前提とされている。

[0007] 特許文献 1では、除熱用流路としての主流路よりも除熱対象物カゝら離れた位置に、 主流路に沿って延びる副流路を設け、主流路と副流路とを連通する複数の連通孔を 介して副流路から主流路へ液状の冷媒を供給することにより、主流路の上流側から 下流側までの液状の冷媒の温度の均一化を図る技術が開示されている。また、特許 文献 1では、主流路に生じた気泡を破砕するための破砕装置を設けてバーンアウト 現象を防止している。

特許文献 1：特開 2005 - 79337号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] 図 14に示した従来技術や特許文献 1の技術は、除熱用流路 (主流路）に満たされ た液状の冷媒を流すことを基本としていることから、種々の問題を生じるおそれがある 。例えば、除熱に潜熱が利用される冷媒は、主流路を流れる冷媒のうちごく一部に限 られる。このため、熱流束は小さくならざるを得ない。除熱対象物から所要の熱量を 除熱するためには除熱面積に対して大量の冷媒を流さなければならず、除熱装置が 大型化したり、必要なポンプ動力が増大する。また仮にそうしても下流方向に伸びた 大面積からの除熱では下流において図 14の y504の位置のようなバーンアウトに至 ることも十分に予測される。これらの理由力 大面積からの除熱が困難になる等の問 題が生じるおそれがある。この他にも、副流路の冷媒の流れが主流路の冷媒の流れ に合流することから、主流路の流れに圧力損失や脈動が生じる、主流路に生じた気 泡を破砕するための部材ゃ装置を設けなければならない等の問題が生じるおそれも ある。

[0009] 大面積力ゝらの高熱流束での除熱が可能な除熱方法及び除熱装置が提供されるこ とが望ましい。

課題を解決するための手段

[0010] 本発明の第 1の観点の除熱方法は、除熱対象物に隣接して設けられた除熱用流 路の所定方向の複数位置において前記除熱用流路内に液状の冷媒を供給し、前記 除熱用流路の内周面に前記複数位置に亘つて前記冷媒の液膜を形成し、当該液膜 を前記除熱対象物からの熱により蒸発させ、蒸発させた前記冷媒を前記除熱用流路 カゝら排出することにより、前記除熱対象物を除熱する。

[0011] 好適には、前記所定方向は前記除熱用流路の流路方向である。

[0012] 本発明の第 2の観点の除熱方法は、除熱対象物に隣接して設けられた除熱用流 路の流路方向の所定範囲において前記除熱用流路内に液状の冷媒を供給し、前記 除熱用流路の内周面に前記所定範囲に亘つて前記冷媒の液膜を形成し、当該液膜 を前記除熱対象物からの熱により蒸発させ、蒸発させた前記冷媒を前記除熱用流路 カゝら排出することにより、前記除熱対象物を除熱する。

[0013] 本発明の第 3の観点の除熱装置は、除熱対象物に隣接して設けられる除熱用流路 と、前記除熱用流路の所定方向の複数位置において前記除熱用流路内に液状の 冷媒を供給し、前記除熱用流路の内周面に前記複数位置に亘つて前記冷媒の液膜 を形成するように構成された液体供給部と、を備える。

[0014] 好適には、前記所定方向は前記除熱用流路の流路方向である。

[0015] 好適には、前記液体供給部は、前記除熱用流路に隣接し、液状の前記冷媒が流 れる液体供給用流路を備え、前記除熱用流路と前記液体供給用流路とを隔てる壁 部には、前記液体供給用流路から前記除熱用流路への液状の前記冷媒の通過を 許容するように構成された冷媒通過部が前記複数位置に設けられて！/ヽる。

[0016] 好適には、前記除熱用流路は、流路方向において複数の区画に仕切られ、当該 複数の区画には、気体状の前記冷媒を排出する排出口がそれぞれ設けられている。

[0017] 好適には、前記除熱用流路は、流路方向の両端に前記冷媒の排出口が設けられ ている。

[0018] 好適には、前記除熱用流路の内周面には、溝部が設けられている。

[0019] 好適には、前記除熱用流路の内周面には、当該除熱用流路を横切る方向に延び る溝部が設けられている。

[0020] 好適には、前記除熱用流路の内周面には、当該除熱用流路に沿う方向に延びる 溝部が設けられている。 [0021] 好適には、前記除熱用流路の内周面には、前記液状の冷媒が浸透するシートが張 られている。

[0022] 好適には、前記除熱用流路の内周面は、粗面加工されている。

発明の効果

[0023] 本発明によれば、大面積力 高熱流束で除熱ができる。

図面の簡単な説明

[0024] [図 1]本発明の実施形態の除熱装置の全体構成を示す図。

[図 2]図 1の除熱装置の除熱部の構成例を模式的に示す図。

[図 3]図 2A〜図 2Cの除熱部の構造例における除熱方法を説明する図。

[図 4]図 1の除熱装置の効果を別の観点力 捉えて説明する図。

[図 5]加熱長さの観点力 除熱用流路への液体供給方法の変形例を説明する図。

[図 6]除熱用流路への液体の供給方法の変形例を示す断面図。

[図 7]液体供給用流路及び除熱用流路における流れのパターンを説明する図。

[図 8]液体供給用流路及び除熱用流路における流れのパターンを 3次元的に拡張し た変形例を示す図。

[図 9]除熱用流路と液体供給用流路とを仕切る壁部や連通孔の変形例を示す斜視 図。

[図 10]除熱用流路の内周面のパターン例を説明する図。

[図 11]除熱用流路を流路の幅方向へ拡大した変形例を示す図。

[図 12]除熱用流路を流路方向へ拡大した変形例を示す図。

[図 13]除熱装置の全体構成の変形例を示す図。

[図 14]従来の除熱用流路を示す図。

[図 15]液体供給用流路力 除熱用流路への液状の冷媒の供給量を説明する図。

[図 16]冷媒通過部の流動抵抗を液体供給用流路の上流部で小さぐ下流部で大きく した例を示す図。

[図 17]本発明の応用例を示す図。

[図 18]本発明の他の応用例を示す図。

[図 19]本発明の効果を説明する図。 符号の説明

[0025] 1…除熱装置、 12…除熱部、 31· ··除熱用流路、 32· ··液体供給用流路、 38· ··連通 孔、 HO…除熱対象物。

発明を実施するための最良の形態

[0026] 図 1は、本発明の実施形態に係る除熱装置 1の全体構成を示す図である。除熱装 置 1は、液状の冷媒 RLを貯留する貯液槽 3と、貯液槽 3等の冷媒を送出するポンプ 5 と、ポンプ 5から送出された冷媒により除熱対象物 HO (図 2A〜図 2C参照）を除熱す る除熱部 12と、除熱部 12から流出した気体状の冷媒を凝縮する凝縮部 14と、凝縮 部 14から流出した冷媒を気体状の冷媒と液状の冷媒とに分離する気液分相器 19と 、気液分相器 19から流出した冷媒をポンプ 5のキヤビテーシヨン防止のために過冷 却する過冷却部 21とを備える。過冷却部 21により過冷却された冷媒は、ポンプ 5によ り送出され、あるいは、貯液槽 3に貯留される。

[0027] 貯液槽 3は、例えばアキュムレータにより構成されており、除熱装置 1の循環系の圧 力を所定の圧力に保つほか、負荷変動に応じた流体温度微調整にも用いられる。ポ ンプ 5は、モータ 6により駆動され、モータ 6の動作は制御器 7により制御される。凝縮 部 14は、例えば空冷式であり、冷媒と熱交換を行う空気がファン 15により送り込まれ る。ファン 15はモータ 16により駆動され、モータ 16の動作は制御器 17により制御さ れる。過冷却部 21は、例えば空冷式であり、冷媒と熱交換を行う空気がファン 22によ り送り込まれる。ファン 22はモータ 23により駆動され、モータ 23の動作は制御器 24 により制御される。

[0028] ポンプ 5と除熱部 12との間には、除熱部 12に流入する液状の冷媒 RLの流量を検 出する流量センサ 9と、除熱部 12に流入する液状の冷媒 RLの温度を検出する温度 センサ 10とが設けられている。制御器 7は流量センサ 9の検出結果に基づいてモー タ 6の動作を制御し、制御器 17は温度センサ 10の検出結果に基づいてモータ 16の 動作を制御し、制御器 24は温度センサ 10の検出結果に基づいてモータ 23の動作 を制御する。

[0029] 除熱部 12では、除熱対象物 HOカゝら熱量 Qの熱を冷媒に吸収させて除熱が行わ れ、凝縮部 14及び過冷却部 21では、冷媒により吸収された熱量 Q1及び Q2の熱が それぞれ放出される。なお、配管からの熱損失がないとすれば、 Q = Q1 + Q2である

[0030] 図 2A〜図 2Cは、除熱部 12の構成を模式的に示す図であり、図 2Aは一部透視し て示す斜視図、図 2Bは図 2Aの lib— lib線矢視方向における断面図、図 2Cは図 2A において実線で囲んだ領域 Eを拡大して示す X方向から見た断面図である。なお、便 宜上、 z方向を上下方向として表現する場合があるが、除熱部 12は、その大きさ等の 種々の条件によっては、 X方向、 y方向、 z方向のいずれが上下方向になっても一定 の除熱効果を発揮できるものである。

[0031] 除熱部 12は、除熱対象物 HOに隣接して設けられる除熱用流路 31と、除熱用流路 31に液状の冷媒を供給する液体供給用流路 32とを備えている。なお、液体供給用 流路 32は、あるいは、液体供給用流路 32に加え、ポンプ 5等を含む冷媒送出系は、 本発明の液体供給部の一例である。

[0032] 除熱用流路 31は、例えば除熱対象物 HOに当接して設けられた第 1板状部 34と、 第 1板状部 34に対向配置される第 2板状部 35と、第 1板状部 34及び第 2板状部 35 の間に配置され、除熱用流路 31の流路方向（冷媒の流れ方向、流路の長さ方向、 y 方向）に互いに平行に延びる 2本のノィプ 36とにより、これらの部材に囲まれた領域 に形成されている。なお、第 1板状部 34側だけでなぐ第 2板状部 35側にも除熱対 象物を配置してもよい。また、パイプ 36に代えて、矩形ダクト等、適宜な断面形状の 中空体を用いてよい。除熱用流路 31のうち、流路方向の一端 (y方向の正側）は開口 しており、凝縮部 14に接続されている。流路方向の他端は、不図示の壁部によって 塞がれている。

[0033] 第 1板状部 34、第 2板状部 35、パイプ 36は、金属ゃ榭脂などの適宜な材料により 形成してよい。第 1板状部 34及び第 2板状部 35と、パイプ 36とは、接着剤や半田を 用いて接合したり、溶接ゃ融着により接合するなど、適宜に接合してよい。

[0034] 液体供給用流路 32は、パイプ 36により、パイプ 36の内部に形成されている。液体 供給用流路 32の位置は、 z方向に見て除熱対象物 HOに重なる位置でも重ならない 位置でもよい。ノィプ 36の一方の端部 36bは開口しており流入口 37が形成されてい る。端部 36bはポンプ 5に接続されている。なお、パイプ 36の他方の端部 36cは塞が れている。また、パイプ 36のうち、除熱用流路 31と液体供給用流路 32とを隔てる壁 部 36aには、除熱用流路 31の流路方向（y方向）の複数位置に、除熱用流路 31と液 体供給用流路 32とを連通する連通孔 38が設けられている。連通孔 38は本発明の冷 媒通過部の一例である。複数の連通孔 38は、例えば、互いに同じ径であり、また、等 間隔で設けられている。

[0035] 第 1板状部 34には、除熱用流路 31の内周面を形成する面に、除熱用流路 31の流 路方向に直交する方向（幅方向、 X方向）に延びる溝部 40が形成されている。溝部 4 0は、除熱用流路 31の流路方向に複数設けられており、例えば、複数の連通孔 38と 同位置に複数の連通孔 38と同数設けられている。

[0036] 図 3は、除熱部 12における除熱方法を説明する図である。図 3では、平面図を紙面 左側に示し、平面図の yl〜y3の位置における断面図を、 yl〜y3の位置の紙面右 側に示している。

[0037] 除熱部 12では、図 2Aにおいて矢印 A1で示すように、ポンプ 5により送出された液 状の冷媒 RLが流入口 37から液体供給用流路 32に流し込まれる。液体供給用流路 32に流し込まれた液状の冷媒 RLは、図 2Aの矢印 A2及び図 3の矢印 A5で示すよう に、連通孔 38から除熱用流路 31に流れ込む。

[0038] 除熱用流路 31に流れ込んだ液状の冷媒 RLは、図 3の紙面右側の断面図に示す ように、除熱用流路 31の第 1板状部 34側の内周面に液膜を形成する。連通孔 38が 除熱用流路 31の流路方向の複数位置に設けられていることから、冷媒 RLの液膜は 、除熱用流路 31の上流側から下流側まで、流路方向の全体に亘つて形成される。

[0039] そして、図 3の紙面右側の断面図において矢印 A6で示すように、第 1板状部 34に は除熱対象物 HOからの熱が伝達され、冷媒 RLの液膜は蒸発して気体状の冷媒 R Gとなる。換言すれば、冷媒は略潜熱相当分の熱を除熱対象物 HOから吸収する。

[0040] 除熱用流路 31の気体状の冷媒 RGは、図 2Aの矢印 A3で示すように、開口端部か ら流出して凝縮部 14に流れ込む。なお、気体状の冷媒 RGを排気するファン等の排 気手段を流路内に設けてもょ 、。

[0041] 除熱用流路 31において液膜が形成されるようにするためには、以下のように各種 ノ ラメータの設定や制御を行えばょ ヽ。 [0042] 除熱用流路 31においては、以下の（1)式が成立する。

p X dV/dt X (C X (T -T ) +h X X ) =Q …ひ）

1 pi s in fg out

ここで、

Q：単位時間当たりの除熱量 (W)

P ：液状の冷媒の密度 (kgZm³)

1

dVZdt:液状の冷媒の単位時間当たりの除熱用流路への供給量 (m³Zs) C ：液状の冷媒の定圧比熱 CiZkgK)

l

T：除熱用流路における冷媒の飽和温度 (Κ)

Τ ：液状の冷媒の除熱用流路への供給時における温度 (Κ)

in

h ：冷媒の蒸発潜熱 CiZkg)

fg

X

out：除熱用流路の冷媒の全流量に対する蒸発流量の質量割合

である。

(1)式より、下記の（2)式が得られる。

X = ( (Q/ ( P X dV/dt) -C X (T -T ) ) /h - {2)

out 1 pl s in fg

[0043] 従って、除熱装置 1では、 X が所定値になるように各種パラメータを設定すれば、 out

除熱用流路 31に液膜を形成することができる。好適に液膜が形成される X の範囲 out の一例を示せば、 0. 2以上かつ 1以下である。

[0044] Qは、除熱対象物 HOにおいて必要とされる除熱量によって決定される。 _P、 C 、 h

1 l fgは、冷媒の構成成分の選択や作動圧力の選択により調整できる。 dV/dt, T 、 T m s は、除熱装置 lの設計時において各種手段の構造的態様により調整でき、また、除 熱装置 1の稼動時において各種手段の動作により調整できる。

[0045] 除熱装置 1の稼動時における X の制御は、例えば、以下のように行われる。

out

[0046] dVZdtは流量センサ 9により検出される。制御器 7は、流量センサ 9の検出値に基 づいて、 dVZdtが所定の目標値に近づくように、モータ 6を介してポンプ 5の動作を 制御する。すなわち、制御器 7により dVZdtのフィードバック制御が行われ、ひいて は X の制御が行われる。

out

[0047] T は、温度センサ 10により検出される。制御器 17は温度センサ 10の検出値に基 in

づいて、 T が所定の目標値に近づくように、モータ 16の動作を制御する。また、制御 器 24も温度センサ 10の検出値に基づいて、 Tが所定の目標値に近づくように、モ

m

ータ 23の動作を制御する。すなわち、制御器 17及び制御器 24により、 T はフィード

in

バック制御され、ひいては X の制御が行われる。

out

[0048] なお、制御器 17 (凝縮部 14)と、制御器 24 (過冷却部 21)とは、 T の制御において

m

適宜に役割分担してよい。例えば、稼動開始時には、凝縮部 14において T のフィー

m ドバック制御を行うとともに過冷却部 21における冷却は停止することとし、冷媒の温度 が所定の温度以上に上昇したときには、凝縮部 14においてモータ 16の回転を一定 として冷却効率を一定とするとともに過冷却部 21において T のフィードバック制御を

in

行うようにする。

[0049] Tは除熱用流路 31における圧力により決定される。従って、 Tはファン 15、 22によ

s s

る放熱量の影響を強く受ける。しかし、 dVZdtの調整によって凝縮部 14や過冷却部 21での熱伝達を変化させれば、冷媒の膨張率等を制御し、間接的に Tを制御する

s

ことができる。また、例えば除熱用流路 31に圧力センサを設けるとともに凝縮部 14へ の流路に圧力調整弁を設け、圧力センサの検出結果に基づいて圧力調整弁の動作 を制御するようにしてもよい。

[0050] 以上の実施形態によれば、除熱対象物 HOに隣接して設けられた除熱用流路 31 の流路方向の複数位置に液状の冷媒 RLを供給し、除熱用流路 31の内周面に複数 位置に亘つて冷媒 RLの液膜を形成することから、除熱用流路 31の上流から下流に 亘る広い範囲において液状の冷媒 RLを枯渴させることなぐかつ、効率的に冷媒を 蒸発させることができる。従って、従来に比較して、顕熱による除熱量に対する潜熱 による除熱量の割合が大幅に増加し、大面積からの高熱流束での除熱ができる。冷 媒の流量 (質量)も低減でき、除熱装置 1や除熱用流路 31の小型化も図られる。流量 が低く抑えられ、また主流路が蒸気で貫通することにより圧損が特許文献 1よりも小さ ぐ両者の積で与えられるポンプ能力は大きく低減される。液状の冷媒 RLは潜熱に より除熱することから、従来のように顕熱ゃ沸騰により除熱する場合に比較して、非常 に熱伝達が良ぐ冷媒 RLの温度は、除熱対象物 HOの許容温度（除熱後の目標温 度）に対して、さほど低くなくてもよい。このため、凝縮部 14や過冷却部 21に要求さ れる冷却能力を下げることができ、かつ、凝縮部 14や過冷却部 21においては、その 内部を流れる冷媒と外気との温度差が大きくなり、効率的に冷媒の冷却を行うことが できるようになることから、凝縮部 14や過冷却部 21の小型化が図られる。除熱用流 路 31に気体状の冷媒を流すことを基本としていることから、除熱用流路に液状の冷 媒を流す場合に生じる種々の問題も生じない。例えば、特許文献 1のように、主流路 に副流路の流れが合流して主流路の流れが不安定になると!/、うことがな!/、。主流路 に生じた気泡を破砕するための部材ゃ装置を設ける必要もない。

[0051] 除熱装置 1は、除熱用流路 31に沿って延び、液状の冷媒 RLが流れる液体供給用 流路 32を備え、除熱用流路 31と液体供給用流路 32とを隔てる壁部 36aに、除熱用 流路 31と液体供給用流路 32とを連通する連通孔 38が除熱用流路 31の流路方向の 複数位置に設けられていることから、構成が簡素でありながら、除熱用流路 31の流 路方向の複数位置に冷媒を供給して液膜を形成することができる。

[0052] 除熱用流路 31の内周面には、除熱用流路 31に直交する方向に延びる溝部 40が 設けられていることから、除熱用流路 31に直交する方向において液膜が広がり易ぐ 液体供給用流路 32から離れた位置、すなわち、除熱用流路 31の中央側位置にお ける冷媒の枯渴が抑制される。なお、溝部 40により液状の冷媒が広がる原理は以下 のとおりである。液状の冷媒 RLは表面張力によって溝部 40の側面 (傾斜面）に張り 付き、溝部 40内の液状の冷媒 RLの表面は凹状になる。冷媒 RLの表面と溝部 40の 側面との接触角は、除熱用流路 31の中央側と側部側 (液体供給用流路 32側）とで 同等であるのに対し、中央側ほど枯渴して冷媒 RLの量が少ないから、中央側ほど凹 状の表面の曲率は大きくなる。このため、中央側ほど冷媒 RLが縮まろうとする力が強 くなり、高い気圧とバランスする状態となる。しかし、冷媒 RLの表面へ力かる気体状の 冷媒 RGの大きさは、中央側と側部側とで同等である。このため、液体の冷媒 RGは、 側部側から中央側にかけて負の圧力勾配が生じるので中央側へ自動的に流れる。

[0053] 図 4A〜Cは、本実施形態の除熱装置 1の効果を、別の観点力 捉えて説明する図 である。

[0054] 図 4Aは従来の除熱用流路 501における冷媒の様子を示している。従来の除熱用 流路 501では、液状の冷媒 RLは、除熱用流路 501の一端力も流し込まれ (矢印 7A) 、他端に向力つて流れる。従って、除熱用流路 501の流路方向の長さ L501が、冷媒 が加熱される加熱長さとなる。長さ L501が一定の長さを超えると、液状の冷媒 RLは 蒸発して気体状の冷媒 RGになり除熱用流路 501の下流側から排出される（矢印 A8 )。すなわち、除熱用流路 501の下流側においては、ドライアウト現象が生じて内周 面は枯渴し、冷却能力が著しく低下する。

[0055] しかし、図 4Bに示すように、本実施形態の除熱用流路 31では、除熱用流路 31の 両側から流路方向に直交する方向に液状の冷媒 RLが供給されることから、加熱長さ は除熱用流路 31の幅の半分の長さ L1となる。従って、長さ L1を流れる間だけ液状 の冷媒 RLが枯渴しな 、量で冷媒 RLを供給すれば、除熱用流路 31の全面に亘つて 冷却能力を発揮させることができる。換言すれば、除熱用流路 31の流路方向の長さ が冷媒 RLの枯渴に及ぼす影響は著しく低減され、流路方向の長さの設定の自由度 が向上する。

[0056] なお、図 4Cに示すように、本実施形態の除熱用流路 31においても、除熱用流路 3 1の幅が大きくなり、液状の冷媒 RLの供給量に対して加熱長さ (L2)が長くなれば、 除熱用流路 31の中央側において液状の冷媒 RLが枯渴することになる。従って、除 熱用流路 31の幅と液状の冷媒 RLの供給量は適宜に設定する必要がある。

[0057] 図 5A〜図 5Dは、図 4A〜図 4Cを参照して説明した加熱長さの観点から、除熱用 流路への液体供給方法の変形例を説明する図である。なお、図 5A〜図 5Dでは、図 5Aの矢印 A9で示すように、除熱用流路が紙面上下方向の両面（除熱用流路 31の 第 1板状部 34側及び第 2板状部 35側に相当）から加熱される場合について例示す る。

[0058] 図 5Aは、断面矩形の除熱用流路 41において、矢印 A10で示すように、矩形の両 側から液体の冷媒が供給される変形例を示している。この変形例では、加熱長さは 除熱用流路 41の幅の半分の長さ L4となる。

[0059] 図 5Bは、断面円形の除熱用流路 42において、二股の矢印 Al lで示すように、円 形の対向する 2点から液体の冷媒が供給される変形例を示して 、る。この変形例で は、加熱長さは除熱用流路 42の円周の 1Z4の長さ L5となる。

[0060] 図 5Cは、断面円形の除熱用流路 43において、二股の矢印 A12で示すように、円 形の 1点から液体の冷媒が供給される変形例を示している。この変形例では、加熱長 さは除熱用流路 43の円周の 1Z2の長さ L6となる。

[0061] 図 5Dは、断面円形の除熱用流路 44において、二股の矢印 A13で示すように、円 周上に均等に配置された 4点力 液体の冷媒が供給される変形例を示している。この 変形例では、加熱長さは除熱用流路 43の円周の 1Z8の長さ L7となる。

[0062] 図 5A〜図 5Dに示したように、液体の供給口を増加させれば加熱長さは短くなり、 冷媒の枯渴防止に有利である。ただし、供給口が増加すれば、部品点数や製造ェ 程が増大するおそれがある。従って、除熱用流路の断面形状、液状の冷媒の供給口 の位置及び数は、冷媒の飽和温度、除熱対象物の大きさや発熱量等の種々の条件 を考慮して設定されることが好ましい。なお、図 5A〜図 5Dは、除熱用流路の断面形 状、供給口の位置や数の組み合わせの例示であり、これ以外にも種々変形してよい

[0063] 図 6A〜図 6Dは、除熱用流路への液体の供給方法の変形例を示す断面図である 。なお、図 6A〜図 6Dにおいて、除熱対象物は、流路の z方向の正側及び負側のう ち少なくとも一方側に設けられ、また、除熱用流路の流路方向は y方向である。

[0064] 図 6Aは、断面矩形状の流路に壁部 47を設け、当該流路を除熱用流路 45と、液体 供給用流路 46とに分割した変形例を示している。壁部 47には除熱用流路 45の流路 方向（y方向）の複数位置に不図示の連通孔が設けられ、矢印 A15で示すように、液 体供給用流路 46から連通孔を介して除熱用流路 45に液状の冷媒が供給される。な お、この変形例では、壁部 47を設けることにより、簡単に除熱用流路 45及び液体供 給用流路 46を構成することができる。

[0065] 図 6Bは、除熱用流路 49の両側にノズル 50を設けた変形例を示している。ノズル 5 0は、除熱用流路 49の流路方向（y方向）の複数位置に設けられている。液状の冷媒 は、矢印 A17で示すように、ノズル 50により除熱用流路 49に供給される。この変形例 では、ノズル 50の向きの調整により液体の供給方向を調整でき、ノズル 50の先端 50 aの位置を、除熱用流路 49の流路方向に直交する方向（X方向）において調整するこ とにより液体の供給位置を調整できる。複数のノズル 50の向き、位置、流量を互いに 異なる設定〖こすることもできる。従って、除熱装置の使用環境等に応じた設定変更が 容易である。 [0066] 図 6Cは、矩形の流路の内部両端にパイプ 51を設け、パイプ 51の外側に除熱用流 路 52を、ノイブ 51の内部に液体供給用流路 53を形成した変形例を示している。こ の変形例では、図 2Aに示した実施形態と同様に、パイプ 51に形成された複数の連 通孔から除熱用流路 52に液体の冷媒が供給される（矢印 A19)。この変形例では、 パイプ 51を、矩形の流路に揷通するだけで除熱用流路 52及び液体供給用流路 53 を構成することができる。また、パイプ 51は矩形の流路の構造的な強度の補強に寄 与している。

[0067] 図 6Dは、矩形の流路に多孔質体からなる壁部 55を設け、除熱用流路 56、液体供 給用流路 57を形成した変形例を示して 、る。多孔質体にっ 、ては後述する。

[0068] 図 6Eは、除熱用流路 59と同等の幅を有する液体供給用流路 60を、除熱用流路 5 9に重ねて並走させた変形例を示している。なお、図 6Eの変形例において、除熱対 象物は除熱用流路 59の紙面下方側に配置されている。除熱用流路 59及び液体供 給用流路 60は、互いに連通する不図示の連通孔が流路両側に形成されている。連 通孔は除熱用流路 59の流路方向 (y方向）に複数設けられている。液体供給用流路 60の液状の冷媒は、矢印 A21で示すように、当該連通孔を介して除熱用流路 59に 供給される。この変形例では、除熱用流路 59と液体供給用流路 60を積層することか ら、幅の縮小、液体供給用流路 60の流量確保、除熱用流路 59と液体供給用流路 6 0との温度差の縮小が図られる。

[0069] 図 6Fは、図 6Bの変形例にカ卩え、除熱用流路 49の中央において除熱用流路 49内 へ突出するノズル 62を設けた変形例を示している。この変形例において、除熱対象 物は除熱用流路 49の紙面下方側に設けられ、ノズル 62は除熱用流路 49の紙面上 方側から除熱用流路 49内へ突出している。ノズル 50からの液状の冷媒は幅方向中 央に到達するまでに枯渴する可能性がある。そこで、この変形例では、ノズル 62によ り除熱用流路 49の中央に液状の冷媒を供給することにより、除熱用流路 49の幅方 向中央の枯渴を防止している。また、中央への液状の冷媒の供給をノズル 62により 行って 、ることから、ノズル 62の先端位置を除熱対象物に加熱されて 、る側の面 (紙 面下方側の面）に近づけることにより、当該面へ確実に液膜を形成することができる。

[0070] 図 6Gは、図 6Eに示した変形例において、両側の連通孔に代えて、除熱用流路 59 の幅方向の複数位置に、液体供給用流路 60から除熱用流路 59内へ突出するノズ ル 65を設けた変形例を示している。液体供給用流路 60の液状の冷媒は、ノズル 65 を介して除熱用流路 59へ供給される。この変形例では、加熱長さはノズル 65間の距 離になる。従って、加熱長さを除熱用流路 59の幅よりも更に短くして液状の冷媒の枯 渴を防止できる。換言すれば、除熱用流路 59の幅方向への拡張が可能である。また 、ノズル 65の先端位置を除熱対象物に加熱されている側の面 (紙面下方側の面）に 近づけることにより、当該面へ確実に液膜を形成することができる。

[0071] 図 7A〜図 7Dは、液体供給用流路及び除熱用流路における流れのパターンを説 明する図である。図 7A〜図 7Dにおいて、実線の矢印は液状の冷媒の流れ方向を 示し、点線の矢印は気体状の冷媒の流れ方向を示している。

[0072] 液体供給用流路は、図 7Aの液体供給用流路 74のように、除熱用流路 73の流路 方向（y方向）の一端 74aから液状の冷媒が流入し、他端 74bから液状の冷媒が流出 してもよいし、図 7Bの液体供給用流路 68や図 7Cの液体供給用流路 71のように、他 端 68b、 71bは塞がれており、液状の冷媒の流出口として、除熱用流路 67、 70との 連通孔 (不図示）のみが設けられていてもよい。さらに、図 7Dに示すように、除熱用 流路 76の流路方向の中途の適宜な位置に流入口 77aが設けられ、当該流路方向の 一端 77b及び他端 77cに向力つて液状の冷媒が流れるものでもよい。この場合、図 7 Dに示すように、液体供給用流路 77の一端 77b及び他端 77cが塞がれて、冷媒の流 出口として、除熱用流路 76との連通孔のみが設けられてもよいし、一端 77b及び他 端 77cの一方力も冷媒が流出してもよい。また、図 7Aのように液体供給用流路の両 端が開口して 、る場合には、双方を流入口としてもよ 、。

[0073] 除熱用流路は、図 7Aの除熱用流路 73のように、一端 73aから液状の流体が供給 されてもよいし、図 7B〜図 7Dの除熱用流路のように、液体供給用流路からのみ液状 の冷媒が供給されてもよい。また、除熱用流路は、図 7Bの除熱用流路 67のように、 流路方向の一端側力 のみ気体状の冷媒を流出させるものであってもよいし、図 7C の除熱用流路 70及び図 7Dの除熱用流路 76のように流路方向の両側に気体状の 冷媒を流出させるものでもよい。

[0074] 図 7C及び図 7Dに示したように、除熱用流路の流路方向の両端側力 冷媒を排出 できるのは、除熱用流路に形成された液膜の蒸発により除熱し、除熱用流路からは 気体状の冷媒が排出されるように構成したことによるものである。すなわち、従来のよ うに、基本的に液状の冷媒の顕熱や通常の沸騰により除熱する技術では、除熱用流 路に大量の液状の冷媒を流す必要があり、その結果、図 14に示したように、除熱用 流路の一端から他端へ液状の冷媒を流す構造が採用される。仮に、従来技術にお いて図 7Cのように冷媒の流路を設定したとすれば、除熱用流路に十分な流量での 流れを形成することができず、十分な除熱効果を得ることができない。しかし、本実施 形態では、液膜を形成するのに十分な量の冷媒を供給すればよ!、だけであるので、 除熱用流路の一端を液状の冷媒の流入口とする必要はなぐ除熱用流路の両端を 冷媒の流出口として利用できる。なお、両端を流出口とすることにより、除熱用流路か らの排気が迅速になされ、また、排気速度の過度の増大を抑えることができる。

[0075] また、図 7Dに示したように、液体供給用流路の流入口を適宜な位置に設け、液状 の冷媒を流路方向（y方向）の両側へ向かわせることができるのも、除熱用流路に形 成された液膜の蒸発により除熱し、除熱用流路からは気体状の冷媒が排出されるよう に構成したことによるものである。すなわち、従来は、液状の冷媒の流れを主流路と 副流路に分流し、その後、合流させる構成であったことから、主流路の流れと副流路 の流れとは同一方向にならざるを得な力つた。しかし、本実施形態では、除熱用流路 では気体状の冷媒が、液体供給用流路では液体状の冷媒が流れるものであることか ら、互いの流路方向は自由に設定することができる。

[0076] 従って、本実施形態では、図 7A〜図 7Dに示したような種々の流れのパターンが可 能であり、設計の自由度が向上する。なお、図 7A〜図 7Dは例示であり、その他にも 種々のパターンで液状の冷媒及び気体状の冷媒を流してょ 、。

[0077] 図 7A〜図 7Dにおいて説明したような、除熱用流路ゃ液体供給用流路の設計の自 由度の向上は、液体供給用流路及び除熱用流路における流れのパターンを 3次元 的に拡張することも可能とする。図 8A〜図 8Fは、液体供給用流路及び除熱用流路 における流れのパターンを 3次元的に拡張した変形例を示す図である。図 8A〜図 8 Fにおいて、実線の矢印は液状の冷媒の流路方向を示し、点線の矢印は気体状の 冷媒の流路方向を示して!/、る。 [0078] 図 8Aは、図 7Dに示した変形例に加え、除熱対象物に直交する方向（z方向）にお いて液状の冷媒が供給される変形例を示す平面図であり、図 8Bは図 8Aの紙面下方 から見た断面図である。この変形例では、図 8Bの紙面下方側に除熱対象物が設け られている。除熱用流路 76の幅方向中央の位置には、除熱用流路 76の流路方向に 沿って延びる液体供給用流路 79が設けられている。液体供給用流路 79は、例えば 液体供給用流路 77と同様の形状で若干小さいものであり、紙面上方側に、液状の冷 媒が供給される流入口 79aが設けられるとともに、紙面下方側に、液状の冷媒を除熱 用流路 76に供給するための複数の連通孔 (不図示）が除熱用流路 76に沿って設け られている。当該変形例は、図 6Fに示した変形例と同様に、除熱用流路 76の中央 の枯渴防止に有効である。

[0079] 図 8Cは、図 8Aに示した液体供給用流路 79を、除熱用流路 81の幅方向に複数配 列した変形例であり、図 8Dは、図 8Cの紙面下方側から見た断面図である。この変形 例では、図 6Gに示した変形例と同様に、除熱用流路 81の幅方向への拡張を可能と するものである。なお、図 8C力も明らかなように、本発明の除熱用流路は、流路方向 が長手方向でなくてもよい。

[0080] 図 8Eは、除熱用流路 83の長手方向及び幅方向に直交する方向に気体状の冷媒 を排出する排出口 83aを設けた変形例であり、図 8Fは、図 8Eの紙面下方側から見 た断面図である。この変形例において、除熱対象物は図 8Fの紙面下方側に設けら れ、排出口 83aは、除熱用流路 83の内周面のうち除熱対象物とは反対側に開口し ている。なお、除熱用流路 83は、長手方向（液体供給用流路 84の流れ方向）の両端 が塞がれており、気体状の冷媒の流出口は、排出口 83aのみである。排出口 83aは 、例えば液体供給用流路 84の流れ方向に沿って複数設けられている。この変形例 では、蒸発した冷媒を、除熱対象物に沿う面の他の領域へ流すことなぐ即座に排出 できる。なお、図 8Eでは、流路の端面が除熱対象物に沿うように配置されているとい える。換言すれば、本発明の除熱用流路は、除熱対象物に沿う方向 (y方向）に気体 状の冷媒が流れるものでなくてもよい。排出口 83aから排出された気体状の冷媒は、 例えばパイプや矩形ダクトに流れ込んで凝縮部や過冷却部へ流れる。

[0081] 図 9A〜図 9Eは、除熱用流路と液体供給用流路とを仕切る壁部（図 6Aの壁部 47 や図 6Dの壁部 55等を参照)や連通孔の変形例を示す斜視図である。

[0082] 図 9Aの変形例では、平板状の壁部 85に複数の連通孔 86が形成されている。例え ば、金属板ゃ榭脂板に打ち抜き加工を施すことにより形成されている。この変形例で は、連通孔を有する壁部を簡単に形成でき、また、連通孔は、位置 (例えば複数の連 通孔の間隔)、大きさ、形状の設計変更が容易である。

[0083] 図 9Bの変形例では、多孔質体によって壁部 88が形成されている。多孔質体は、例 えば焼結金属である。多孔質体の濾過径は、除熱用流路への供給量等により適宜 に設定してよいが、例えば、 1 μ力 200 である。なお、従来の除熱用流路に液状 の冷媒を流す技術では、多孔質体によって主流路と副流路とを仕切っても、副流路 力 主流路へ十分な量の液状の冷媒を供給することはできない。なお、多孔質体の 孔部は、本発明の冷媒通過部の一例である。

[0084] 図 9Cの変形例では、壁部 89の長手方向に沿って延びる一のスリット 90が設けられ ている。この変形例では、スリット 90により除熱用流路の流路方向の所定範囲におい て除熱用流路内に液状の冷媒を供給し、当該所定範囲に亘つて液膜を形成すること により、複数位置に液状の冷媒を供給する場合と同様の効果を得られる。

[0085] 図 9Αに示すように、打ち抜き加工等により連通孔を配置する場合には、連通孔の 大きさ、形状、配置位置は適宜に変更してよい。例えば、連通孔の大きさ、形状、位 置は不均一、不均等としてよい。連通孔と、除熱用流路の内周面に形成される流路 直交方向の溝とは、同位置や同数でなくてもよい。図 9Dに示す変形例では、液体供 給用流路 91は、液状の冷媒が流し込まれる一端 9 laから他端 9 lbへ複数の連通孔 92が設けられており、連通孔 92は、他端 9 lb側ほど径が大きくなるように形成されて いる。これにより、液体供給用流路 91の上流側から下流側までの全体に亘つて、一 様な流量で除熱用流路に液状の冷媒を供給できる場合がある。

[0086] また、図 9Eに示す変形例では、液体供給用流路 94の端部 94a及び端部 94b側ほ ど連通孔 95のピッチが小さくなるように、連通孔 95が形成されている。これにより、液 体供給用流路 94の上流側から下流側までの全体に亘つて、一様な流量で除熱用流 路に液状の冷媒を供給できる場合がある。

[0087] 図 15A及び図 15Bは、液体供給用流路から除熱用流路への液状の冷媒の供給量 を説明する図である。

[0088] 図 15Aの上方側の図は、図 2A〜図 2C、図 7A、図 7Bに示した除熱用流路 31、 73 、 67を一般化した平面図である。図 15Aの下方側の図は、図 15Aの上方側の図に おける、流路方向の各位置における液体供給用流路の圧力 P 1及び除熱用流路の 圧力 P2を示す図である。図 15Bの上方側の図は、図 7Dに示した除熱用流路 76を 一般ィ匕した平面図である。図 15Bの下方側の図は、図 15Bの上方側の図における、 流路方向の各位置における液体供給用流路の圧力 P 1及び除熱用流路の圧力 P2を 示す図である。

[0089] 液体供給用流路（32、 77等)から除熱用流路（31、 76等)への液状の冷媒の供給 は、両者を連通する流路 (冷媒通過部。例えば、連通孔（86、図 9A)、焼結金属等の 多孔質体により構成された壁部（88、図 9B)の孔部、スリット（90、図 9C)、ノズル (65 、図 6G)など)の流動抵抗が除熱用流路に沿って一様であると仮定すれば、液体供 給用流路と除熱用流路との 2つの流路間の圧力差 Δ Pにより、冷媒通過部を流れる 液体供給量が定まる。すなわち、液体供給用流路から除熱用流路へ液体が流入す るためには、液体供給用流路の圧力が除熱用流路の圧力よりも高いことが必須であ り、また、液体供給用流路から除熱用流路への流量の分布は、液体供給用流路及び 除熱用流路それぞれの圧力分布によって決定される。

[0090] 液体供給用流路（32、 77等）における圧力勾配は、除熱用流路（31、 76等)への 液体流入により、液体供給用流路における流量が減ってゆくので、徐々に低下する。 一方、除熱用流路では、流量は増加の一途を迪るうえに、加熱により液単相から気 液二相へと変化するので、圧力勾配は逆に増加してゆく。

[0091] 従って、液体供給用流路（32、 77等)及び除熱用流路（31、 76等)の圧力差 Δ Ρ は、並行流路を想定した場合、除熱用流路の上流部で小さぐ下流部で大きくなるた め、上流部での液体供給用流路から除熱用流路への供給量が小さくなつて、上流部 でドライアウトが発生りやすくなることもある。

[0092] これを解消するためには、液体供給用流路（32、 77等)及び除熱用流路（31、 76 等)を連通する流路 (冷媒通過部)の流動抵抗に関して、開口部の寸法やピッチなど を変化させて、除熱用流路の上流部で小さぐ下流部で大きくして、除熱用流路への 液体供給量を一様にすることが考えられる。

[0093] 図 16A〜図 16Fは、上記のように、液体供給用流路と除熱用流路との境界に位置 する冷媒通過部の流動抵抗を除熱用流路の上流部で小さぐ下流部で大きくした例 を示している。

[0094] 図 16Aは、図 15Aの液体供給用流路と除熱用流路とを連通孔 131により連通した 場合を示している。連通孔 131は、液体供給用流路及び除熱用流路の上流側 (紙面 右側）ほど径が大きく設定されており、上流側ほど流動抵抗が小さくなつている。

[0095] 図 16Bは、図 15Aの液体供給用流路と除熱用流路とを連通孔 133により連通した 場合を示している。連通孔 133は、液体供給用流路及び除熱用流路の上流側 (紙面 右側）ほどピッチが小さく設定されており、上流側ほど流動抵抗が小さくなつている。

[0096] 図 16Cは、図 15Aの液体供給用流路と除熱用流路とをスリット 135により連通した 場合を示している。スリット 135は、液体供給用流路及び除熱用流路の上流側 (紙面 右側）ほど幅が大きく設定されており、上流側ほど流動抵抗が小さくなつている。

[0097] 図 16Dは、図 15Bの液体供給用流路と除熱用流路とを連通孔 137により連通した 場合を示している。連通孔 137は、液体供給用流路及び除熱用流路の上流側 (液体 供給用流路 77の中央側）ほど径が大きく設定されており、上流側ほど流動抵抗が小 さくなつている。

[0098] 図 16Eは、図 15Bの液体供給用流路と除熱用流路とを連通孔 139により連通した 場合を示している。連通孔 139は、液体供給用流路及び除熱用流路の上流側 (液体 供給用流路 77の中央側）ほどピッチが小さく設定されており、上流側ほど流動抵抗 力 、さくなつている。

[0099] 図 16Fは、図 15Bの液体供給用流路と除熱用流路とをスリット 141により連通した 場合を示している。スリット 141は、液体供給用流路及び除熱用流路の上流側 (液体 供給用流路 77の中央側）ほど幅が大きく設定されており、上流側ほど流動抵抗が小 さくなつている。ただし、流入液体の衝突により局所的に液体供給用流路の圧力が高 くなる中央部は流動抵抗を相対的にやや大きくして 、る。

[0100] なお、発生蒸気の通過量が多!、下流部でドライアウトを発生する場合もある。この 場合には、図 9Dや図 9Eに示したような、下流部での流量を増大させる方法が有効 になる。

[0101] 図 10A〜図 10Fは、除熱用流路の内周面のパターンを説明する図である。図 10A 〜図 10Dにおいては、液状の冷媒は、液体供給用流路等から紙面左右方向（X方向 )へ供給される。なお、図 10Aは、図 2A〜図 2Cに示した実施形態に対応する図であ る。

[0102] 図 10Bの変形例では、溝部 40にカ卩えて、溝部 40に直交する方向に延びる溝部 96 が複数設けられている。溝部 96により、液状の冷媒は溝部 96の延びる方向にも広が り易くなり、液膜が除熱用流路の全体に亘つて形成されやすくなる。特に、液体供給 用流路に形成された連通孔から液状の冷媒が供給される場合など、液状の冷媒の 供給位置が互いに離間している場合には、供給位置間が枯渴しやすいが、溝部 96 により当該供給位置間にも液状の冷媒が広がるから、枯渴が防止される。

[0103] なお、溝部 40を設けずに溝部 96のみを設けてもよいし、流路方向に斜めに延びる 溝部を設け、当該溝部により流路方向及び流路に直交する方向の双方に液状の冷 媒を広げてもよい。ジグザグに蛇行する溝部を設けてもよい。なお、溝部 40や流路に 斜めに延びる溝部は、流路を横切る溝部の一例である。流路を横切る溝部は、流路 の一方の側方端から他方の側方端まで延びるものでもよ!、し、側方端間の中途の適 宜な範囲にぉ 、て延びるものであってもよ 、。

[0104] 図 10Cの変形例では、網状のシート 98が除熱用流路の内周面に張られる。シート 98は、本発明の液状の冷媒が浸透するシートの一例である。シート 98は例えば金属 、セラミック、榭脂、繊維等により形成されている。メッシュの大きさや編み込み形式は 冷媒の種類等に応じて適宜に選択してよい。この変形例では、冷媒はシート 98に吸 い込まれて除熱用流路の内周面に広がる。これにより内周面全体に満遍なく液膜が 形成される。

[0105] 図 10Dの変形例では、多孔質体により形成されたシート 100が除熱用流路の内周 面に張られる。シート 100は、本発明の液状の冷媒が浸透するシートの一例である。 シート 100は、例えば焼結金属により構成される。シート 100においても、シート 98と 同様の効果が得られる。

[0106] シート 100の配置に代えて、除熱用流路の内周面にコーティングや研磨等の粗面 加工を施すことにより、内周面を粗状とし、液膜保持機能を持たせてもよい。

[0107] 図 10E及び図 10Fは、溝部 40や溝部 96の断面形状の例を示している。図 10Eに 示す溝部 102は断面 V字であり、図 10Fに示す溝部 103は断面矩形である。図 10E 及び図 10Fは例示であり、溝部 40や溝部 96は U字等の種々の形状にしてよい。

[0108] 図 11A〜図 11Cは、除熱用流路を流路の幅方向へ拡大した変形例を示しており、 図 11Aは除熱部 105の外観斜視図、図 11Bは図 11Aの Xlb— Xlb線矢視方向の断 面図、図 11Cは図 11 Aの XIc— XIc線矢視方向の断面図である。

[0109] 図 11A〜図 11Cの除熱部 105は、断面矩形の中空体 106の両側部及び中央に、 分岐部を有するパイプ 107A、 107B、 107C (以下、単に「パイプ 107」といい、これ らを区別しないことがある。）が揷通されて区画され、 2つの除熱用流路 109A、 109 B (以下、単に「除熱用流路 109」といい、両者を区別しないことがある。）が形成され ている。また、パイプ 107A、 107B、 107Cには、それぞれ内部に液体供給用流路 1 10A、 110B、 1 IOC (以下、単に「液体供給用流路 110」といい、これらを区別しない ことがある。）が形成されている。パイプ 107には、除熱用流路 109と、液体供給用流 路 110とを連通する不図示の連通孔が除熱用流路 109の流路方向に沿って複数設 けられている。

[0110] 各除熱用流路 109においては、図 2A等に示した除熱用流路と同様に、その両側 に配置された液体供給用流路 110から、不図示の連通孔を介して液状の冷媒が供 給され、冷媒の液膜が形成される。ただし、中央の液体供給用流路 110Bは、その両 側の除熱用流路 109A及び 109Bの双方に液状の冷媒を供給する。各除熱用流路 109において蒸発した気体状の冷媒は、各除熱用流路 109から排出された後に合 流する。

[0111] 図 11A〜図 11Cの変形例では、除熱用流路が流路の幅方向において複数の除熱 用流路 109に分割されることになるから、幅方向の加熱長さが短くなり、液状の冷媒 の枯渴が防止される。換言すれば、除熱用流路を幅方向に拡張することが可能にな る。二つの除熱用流路 109A及び 109Bにおいて液体供給用流路 110Bが共用され ており、部品点数の削減が図られる。二つの除熱用流路 109A及び 109Bは液体供 給用流路 110Bに隔てられており、除熱用流路 109A及び 109Bの相互影響が緩和 される。

[0112] 図 12A〜図 12Cは、除熱用流路を流路方向へ拡大した変形例を示しており、図 1 2 Aは除熱部 112の外観斜視図、図 12Bは図 12 Aの Xllb - Xllb線矢視方向の断面 図、図 12Cは図 12 Aの XIIc— XIIc線矢視方向の断面図である。

[0113] 図 12A〜図 12Cの除熱部 112は、断面矩形の中空体 114の両側部及び中央に、 複数の分岐部を有するパイプ 115A、 115B、 115C (以下、単に「パイプ 115」といい 、これらを区別しないことがある。）が挿通されて区画され、 2つの除熱用流路 116A、 116B (以下、単に「除熱用流路 116」といい、両者を区別しないことがある。）が形成 されている。また、パイプ 115A、 115B、 115Cには、それぞれ内部に液体供給用流 路 117A、 117B、 117C (以下、単に「液体供給用流路 117」といい、これらを区別し ないことがある。）が形成されている。ノイブ 115には、除熱用流路 116と、液体供給 用流路 117とを連通する不図示の連通孔が除熱用流路 116の流路方向に沿って複 数設けられている。

[0114] 除熱用流路 116は、流路方向（y方向）において、複数の区画 Dl、 D2、 D3に仕切 られている。複数の区画 D1〜D3には、流路側方、例えば、除熱対象物 HOの反対 側へ開口して気体状の前記冷媒を排出する排出口 119A、 119B、 119Cがそれぞ れ設けられている。各区画においては、液体供給路 117から供給された冷媒により 液膜が形成され、蒸発した冷媒は排出口 119A〜119C力 排出される。なお、液体 供給路 117は、図 12Bに示すように、液体供給路 117は全区画 D1〜D3に亘つて連 通して 、てもよ 、し、除熱用流路 116と同様に複数に仕切られて 、てもよ 、。

[0115] この変形例では、除熱用流路 116を流路方向において区画することにより、蒸発し た冷媒を早期に排出可能として各区画 D1〜D3の除熱効率を高めるとともに区画同 士の相互影響を緩和できる。換言すれば、除熱用流路すなわち除熱面を限りなく長 くすることができる。し力も、液体供給用流路 117は区画 D1〜D3に合わせて仕切る 必要はなぐ設計変更を要しない。なお、従来のように液状の冷媒を流す技術では、 除熱用流路を流路方向において区画すると圧力損失が大きぐポンプの負担が増大 し、冷却効率の低下をも生じることから、流路方向への拡張が困難であった。

[0116] 図 13は、除熱装置の全体構成の変形例を示す図である。なお、図 1の除熱装置 1 と共通部分については同一符号を付している。図 13の除熱装置では、気液分相器 1 9及び過冷却部 21が省略されている。従って、蒸発冷媒は完全に凝縮部 14内部で 液体に戻り、除熱対象物からの熱量 Qは、全て凝縮部 14において大気へ放出される ことになる。

[0117] 図 17は、本発明の応用例を示す図である。

[0118] 自動車 151は、除熱対象物としてのパワーコントローラ 153と、除熱装置 155とを有 している。

[0119] 除熱装置 155は、上述した除熱装置 1と類似した構成を有している。具体的には、 除熱装置 155は、液状の冷媒を貯留する補助液体タンク 157 (貯液槽 3に対応）と、 液状の冷媒を送出するポンプ 159 (ポンプ 5に対応）と、ポンプ 159により送出された 液状の冷媒によりパワーコントローラ 153を除熱する除熱部 161 (除熱部 12に対応） と、除熱部 161から流出した気体状の冷媒を凝縮するラジェータ 163 (凝縮部 14に 対応)と、ラジェータ 163から流出した冷媒を気体状の冷媒と液状の冷媒とに分離す る気液分相器 165 (気液分相器 19に対応）とを有している。気液分相器 165により分 離された液状の冷媒は、ポンプ 159により送出される。ポンプ 159により送出された 液状の冷媒は、流量コントロールユニット 160により、補助液体タンク 157や除熱部 1 61への流量が制御される。

[0120] 除熱部 161は、特に図示しないが、除熱部 12と同様に、パワーコントローラ 153に 隣接して設けられた除熱用流路を有している。除熱用流路の所定方向の複数位置（ 所定範囲）において除熱用流路内に液状の冷媒が供給され、除熱用流路の内周面 には複数位置 (所定範囲）に亘つて冷媒の液膜が形成される。液膜の蒸発により、パ ヮーコントローラ 153は冷却される。

[0121] 自動車への適用に際し、パワーコントローラの許容温度（100° C程度）と廃熱を放 出する外気温度（30° C程度)の間の温度差が小さぐ液膜蒸発により除熱部の所 要温度差を通常の沸騰冷却よりも小さく抑えることができるので、冷却システム全体 の除熱能力を高めることができる。

[0122] 図 18は、本発明の他の応用例を示す図である。

[0123] 電力変換システム 171は、例えば、発電所や工場などに設けられ、電圧等を変換 するシステムである。電力変換システム 171は、除熱対象物としての複数のパワー素 子 173と、除熱装置 175とを有している。

[0124] 除熱装置 175は、上述した除熱装置 121と類似した構成を有している。具体的には 、除熱装置 175は、液状の冷媒を送出するポンプ 177 (ポンプ 5に対応）と、ポンプ 1 77により送出された液状の冷媒により複数のパワー素子 173を除熱する複数の除熱 部 179 (除熱部 12に対応）と、除熱部 179から流出した気体状の冷媒を凝縮する空 冷ユニット 181 (凝縮部 14に対応）とを有して 、る。空冷ュ-ット 181から流出した冷 媒は、ポンプ 177により送出される。

[0125] 複数のパワー素子 173及び複数の除熱部 179は、 1つの除熱部 179及び 2つのパ ヮー素子 173が交互に積層されることにより、パワー素子冷却列 183を構成している 。パワー素子冷却列 183は、複数列設けられている。各パワー素子冷却列 183では 、 1つの除熱部 179の両側にパワー素子 173が配置され、 1つの除熱部 179により 2 つのパワー素子 173を除熱可能となっている。

[0126] 複数のパワー素子冷却列 183及び各パワー素子冷却列 183内の複数の除熱部 1 79は、互いに並列に接続されている。すなわち、ポンプ 177から送出された液状の 冷媒は、分流して各パワー素子冷却列 183に流入し、さらに、各パワー素子冷却列 1 83にお 、て分流して各除熱部 179に流入するように構成されて！、る。

[0127] 各除熱部 179は、特に図示しないが、除熱部 12と同様に、パワー素子 173に隣接 して設けられた除熱用流路を有している。除熱用流路の所定方向の複数位置 (所定 範囲）において除熱用流路内に液状の冷媒が供給され、除熱用流路の内周面には 複数位置 (所定範囲）に亘つて冷媒の液膜が形成される。液膜の蒸発により、パワー 素子 173は冷却される。

[0128] 図 19A及び図 19Bは、本発明の効果を説明する図である。図 19Aは、本発明の一 例の除熱装置における、実験により得られた熱伝達特性を示す図である。図 19Bは 、図 19Aの熱伝達特性を、従来技術における熱伝達特性と比較して示す図である。 図 19A及び図 19Bにおいて、横軸は、除熱対象物の除熱対象面（除熱用流路を構 成する一つの面）と除熱用流路に流入する液状の冷媒との温度差 ΔΤ(Κ)を、縦軸 は、除熱対象物の除熱対象面における熱流束 q (WZcm²)を示している。また、図中 には、熱伝達率 a (WZm²K)が示されている。

[0129] 図 19A及び図 19Bにおいて、円形のマーク Mlは、本発明の一例の除熱装置にお ける、除熱用流路の流路方向の上流且つ幅方向の中央の位置における値を、矩形 のマーク M2は、本発明の一例の除熱装置における、除熱用流路の流路方向の中 央且つ幅方向の中央の位置における値を、三角形のマーク M3は、本発明の一例の 除熱装置における、除熱用流路の流路方向の下流且つ幅方向の中央の位置にお ける値を示している。

[0130] 本発明の一例の除熱装置の除熱用流路は、内周面に溝が形成されているものであ る。また、ヒートスプレッダは設けられていない。除熱用流路入口における液体の過冷 度 (飽和温度からの差）は、 15Kである。液体冷媒の体積流量は、 4. 5リットル Z分で ある。液体供給用流路の片側は、閉じられている。除熱用流路の間隙幅 (除熱対象 面と対向する断熱面との間隙）は、 5mmである。除熱対象面の幅 X長さ (流路方向） は、 30mm X 150mmである。

[0131] 図 19A及び図 19B力も理解されるように、本発明の一例の除熱装置では、ヒートス プレッダが設けられていない場合であっても、ヒートスプレッダ付きの水冷方式よりも 1 オーダ高い熱流束での冷却を実現している。し力も、冷却可能な発熱面積は 2ォー ダ大きぐ液膜蒸発により高い熱伝達率が得られるので、除熱対象面と流体との温度 差は十分に小さい。

[0132] 本発明は以上の実施形態や変形例に限定されず、種々の態様で実施してよい。

[0133] 除熱対象物は、冷媒の飽和温度よりも高温であればよぐパワー素子、モータ、バッ テリ等の熱を放出する発熱物であってもよ 、し、ヒートスプレッダ等の発熱物の熱を伝 達する伝熱物であってもよい。気体、液体、固体のいずれであるかも問わない。

[0134] 除熱用流路は、除熱対象物に隣接して設けられれば、適宜な材質、形状、寸法で 形成してよい。いずれにせよ、除熱用流路は、除熱対象物に隣接していれば、除熱 対象物から熱が伝達されるから、除熱対象物に熱的に接続されることになる。

[0135] 除熱用流路への液状の冷媒の供給がなされる複数位置は、流路方向に配列され たものに限定されない。複数位置に液状の冷媒が供給され、当該複数位置に亘つて 液膜が形成されれば、流路に直交する方向などでもよい。なお、複数位置に亘る範 囲には、枯渴する箇所が生じないことが望ましいが、一部に枯渴する箇所が生じたと しても、複数位置に液体の冷媒が供給されており、かつ、従来の液状の冷媒を流す 技術のように、複数位置に亘る範囲に液状の冷媒が充填されている（液状の冷媒が 除熱用流路に満たされている）状態となっていなければ、複数位置に亘つて液膜が 形成されているといえる。

Claims

請求の範囲

[1] 除熱対象物に隣接して設けられた除熱用流路の所定方向の複数位置において前 記除熱用流路内に液状の冷媒を供給し、前記除熱用流路の内周面に前記複数位 置に亘つて前記冷媒の液膜を形成し、当該液膜を前記除熱対象物からの熱により蒸 発させ、蒸発させた前記冷媒を前記除熱用流路から排出することにより、前記除熱対 象物を除熱する除熱方法。

[2] 前記所定方向は前記除熱用流路の流路方向である

請求項 1に記載の除熱方法。

[3] 除熱対象物に隣接して設けられた除熱用流路の流路方向の所定範囲において前 記除熱用流路内に液状の冷媒を供給し、前記除熱用流路の内周面に前記所定範 囲に亘つて前記冷媒の液膜を形成し、当該液膜を前記除熱対象物からの熱により蒸 発させ、蒸発させた前記冷媒を前記除熱用流路から排出することにより、前記除熱対 象物を除熱する除熱方法。

[4] 除熱対象物に隣接して設けられる除熱用流路と、

前記除熱用流路の所定方向の複数位置において前記除熱用流路内に液状の冷 媒を供給し、前記除熱用流路の内周面に前記複数位置に亘つて前記冷媒の液膜を 形成するように構成された液体供給部と、

を備える除熱装置。

[5] 前記所定方向は前記除熱用流路の流路方向である

請求項 4に記載の除熱装置。

[6] 前記液体供給部は、前記除熱用流路に隣接し、液状の前記冷媒が流れる液体供 給用流路を備え、

前記除熱用流路と前記液体供給用流路とを隔てる壁部には、前記液体供給用流 路から前記除熱用流路への液状の前記冷媒の通過を許容するように構成された冷 媒通過部が前記複数位置に設けられて 、る

請求項 4に記載の除熱装置。

[7] 前記除熱用流路は、流路方向において複数の区画に仕切られ、当該複数の区画 には、気体状の前記冷媒を排出する排出口がそれぞれ設けられている 請求項 5に記載の除熱装置。

[8] 前記除熱用流路は、流路方向の両端に前記冷媒の排出口が設けられている 請求項 5に記載の除熱装置。

[9] 前記除熱用流路の内周面には、溝部が設けられている

請求項 4に記載の除熱装置。

[10] 前記除熱用流路の内周面には、当該除熱用流路を横切る方向に延びる溝部が設 けられている

請求項 5に記載の除熱装置。

[11] 前記除熱用流路の内周面には、当該除熱用流路に沿う方向に延びる溝部が設け られている

請求項 5に記載の除熱装置。

[12] 前記除熱用流路の内周面には、液状の前記冷媒が浸透するシートが張られている 請求項 4に記載の除熱装置。

[13] 前記除熱用流路の内周面は、粗面加工されている

請求項 4に記載の除熱装置。