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JP2009250559A - Ebullient cooling device - Google Patents

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JP2009250559A
JP2009250559A JP2008101127A JP2008101127A JP2009250559A JP 2009250559 A JP2009250559 A JP 2009250559A JP 2008101127 A JP2008101127 A JP 2008101127A JP 2008101127 A JP2008101127 A JP 2008101127A JP 2009250559 A JP2009250559 A JP 2009250559A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
refrigerant
heating element
refrigerant tank
tank
wall surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2008101127A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koji Tanaka
公司 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2008101127A priority Critical patent/JP2009250559A/en
Publication of JP2009250559A publication Critical patent/JP2009250559A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To secure necessary cooling performance with respect to a heating element arranged on an upper side without increasing the amount of a refrigerant filled within an ebullient cooling device, in the ebullient cooling device having a plurality of heating elements juxtaposed vertically. <P>SOLUTION: A separation means 5 for separating air bubbles generated by boiling of the refrigerant by receiving heat of a lower side heating element arranged on the lower side out of two heating elements 2 juxtaposed vertically from an inner wall face 3b of a refrigerant tank 3 is provided inside the refrigerant tank 3. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、発熱体で発生する熱により冷媒を沸騰させて発熱体から吸熱する沸騰冷却装置に関する。   The present invention relates to a boiling cooling device that absorbs heat from a heating element by boiling a refrigerant with heat generated in the heating element.

沸騰冷却装置として、例えば特許文献1に開示されたものがある。この特許文献1の図42に示された沸騰冷却装置は、側面に発熱体が取り付けられた冷媒槽と、この冷媒槽の上部に設けられた放熱部を備えている。また、冷媒槽は、アルミニウム製のブロック材を押し出し成形して形成されている。
特許第3608272号公報
An example of the boiling cooling device is disclosed in Patent Document 1. The boiling cooling device shown in FIG. 42 of Patent Document 1 includes a refrigerant tank having a heating element attached to a side surface, and a heat radiating portion provided on the upper part of the refrigerant tank. The refrigerant tank is formed by extruding an aluminum block material.
Japanese Patent No. 3608272

ところで、特許文献1に記載の沸騰冷却装置では、冷媒槽に複数の発熱体が上下方向に並べて配置されている。そして、下方側の発熱体(以下、下方側発熱体という)の熱により冷媒が沸騰すると、冷媒蒸気が気泡となり浮力によって上方側に移動し、冷媒槽の内壁面のうち上方側の発熱体(以下、上方側発熱体という)の配置部位に対応する部位の近傍にある液相冷媒を排除してしまう。このため、上方側の発熱体と液相冷媒との間で良好な熱伝達を行うことができず、上方側発熱体に対する冷却性能が低下するという問題がある。   By the way, in the boiling cooling apparatus described in Patent Document 1, a plurality of heating elements are arranged in the vertical direction in the refrigerant tank. And if a refrigerant | coolant boils with the heat | fever of a lower side heat generating body (henceforth a lower side heat generating body), a refrigerant | coolant vapor | steam will become a bubble and will move to an upper side by buoyancy, and the upper side heat generating body ( Hereinafter, the liquid refrigerant in the vicinity of the portion corresponding to the arrangement portion of the upper heating element) is excluded. For this reason, there is a problem that good heat transfer cannot be performed between the upper heating element and the liquid refrigerant, and the cooling performance for the upper heating element is lowered.

これに対し、冷媒槽のうち、上方側発熱体の配置部位に対応する部位の厚み、すなわち上下方向と直交する方向の長さを増加させれば、上方側発熱体の配置部位に対応する部位近傍における液相冷媒量を確保することができるので、上方側発熱体に対する冷却性能の低下を抑制することができる。   On the other hand, if the thickness of the part corresponding to the arrangement part of the upper heating element in the refrigerant tank, that is, the length in the direction orthogonal to the vertical direction is increased, the part corresponding to the arrangement part of the upper heating element. Since the amount of liquid phase refrigerant in the vicinity can be secured, it is possible to suppress a decrease in cooling performance with respect to the upper heating element.

しかしながら、上記特許文献1に記載の沸騰冷却装置では、冷媒槽が押し出し成形により形成されているため、冷媒槽における上方側発熱体の配置部位に対応する部位のみの厚みを増加させることはできない。すなわち、冷媒槽の上下方向全域において厚みを増加させる必要がある。したがって、沸騰冷却装置内に予め封入する冷媒量が増加することになるため、コストアップにつながる。   However, in the boiling cooling device described in Patent Document 1, since the refrigerant tank is formed by extrusion, it is not possible to increase the thickness of only the part corresponding to the arrangement part of the upper heating element in the refrigerant tank. That is, it is necessary to increase the thickness in the entire vertical direction of the refrigerant tank. Therefore, the amount of the refrigerant sealed in the boiling cooling device increases, leading to an increase in cost.

本発明は、上記点に鑑み、複数の発熱体が上下方向に並べて配置されている沸騰冷却装置において、装置内に封入する冷媒量を増加させることなく、上方側に配置される発熱体に対する必要な冷却性能を確保することを目的とする。   In view of the above points, the present invention is a boiling cooling device in which a plurality of heating elements are arranged in the vertical direction, and the necessity for a heating element arranged on the upper side without increasing the amount of refrigerant sealed in the device. The purpose is to ensure proper cooling performance.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、冷媒槽(3)の内部には、上下方向に並べて配置された2つの発熱体(2)のうち下方側に配置された下方側発熱体の熱を受けて冷媒が沸騰することにより発生する気泡を、冷媒槽(3)の内壁面(3b)から剥離させる剥離手段(5)が設けられていることを特徴としている。   In order to achieve the above object, in the invention described in claim 1, the refrigerant tank (3) has a lower side disposed on the lower side of the two heating elements (2) arranged side by side in the vertical direction. A peeling means (5) for peeling bubbles generated by boiling of the refrigerant by receiving heat from the heating element from the inner wall surface (3b) of the refrigerant tank (3) is provided.

これによれば、下方側発熱体の熱を受けることにより発生した気泡は浮力により上方へ移動するが、剥離手段(5)により、冷媒槽(3)の内壁面(3b)のうち上方側発熱体の配置部位に対応する部位近傍から気泡を離すことができる。このため、上方側発熱体の配置部位に対応する部位に液相冷媒が残存し、上方側発熱体と液相冷媒との間で良好な熱伝達を行うことができる。このとき、冷媒槽(3)の厚みを変更する必要がないので、沸騰冷却装置(1)内に封入する冷媒量を増加させることなく、上方側発熱体に対する必要な冷却性能を確保することが可能となる。   According to this, the bubbles generated by receiving the heat of the lower heating element move upward by buoyancy, but the peeling means (5) causes the upper heat generation in the inner wall surface (3b) of the refrigerant tank (3). Bubbles can be separated from the vicinity of the part corresponding to the arrangement part of the body. For this reason, a liquid phase refrigerant | coolant remains in the site | part corresponding to the arrangement | positioning site | part of an upper side heat generating body, and favorable heat transfer can be performed between an upper side heat generating body and a liquid phase refrigerant | coolant. At this time, since it is not necessary to change the thickness of the refrigerant tank (3), it is possible to ensure the necessary cooling performance for the upper heating element without increasing the amount of refrigerant enclosed in the boiling cooling device (1). It becomes possible.

なお、本請求項における「上下方向」とは、発熱体(2)の熱を受けて冷媒が沸騰することにより発生する気泡が浮力によって移動する方向を意味している。   In addition, the “vertical direction” in the claims means a direction in which bubbles generated by boiling of the refrigerant by receiving heat from the heating element (2) move by buoyancy.

また、請求項2に記載の発明では、冷媒槽(3)内の下方側には、冷媒槽(3)内の容積を減少させる容積減少手段(6)が設けられていることを特徴としている。   The invention described in claim 2 is characterized in that a volume reducing means (6) for reducing the volume in the refrigerant tank (3) is provided on the lower side in the refrigerant tank (3). .

通常、沸騰冷却装置(1)は、冷媒槽(3)の上方側ほど冷却性能を確保することが困難となるため、冷媒槽(3)の上方側に配置される上方側発熱体に対する冷却性能が確保できるように設計されている。したがって、冷媒槽(3)の下方側においては冷媒量が過剰となっていた。   Usually, since it becomes difficult for the boiling cooling device (1) to secure the cooling performance toward the upper side of the refrigerant tank (3), the cooling performance for the upper heating element arranged on the upper side of the refrigerant tank (3). It is designed to ensure. Therefore, the refrigerant amount is excessive on the lower side of the refrigerant tank (3).

このため、冷媒槽(3)内の下方側に容積減少手段(6)を設けることで、冷媒槽(3)の下方側の冷媒量を減少させることができる。このとき、冷媒槽(3)の上方側の冷媒量を減少させることはないため、上方側発熱体と液相冷媒との間で良好な熱伝達を行うことができる。したがって、沸騰冷却装置(1)内に封入する冷媒量を増加させることなく、上方側発熱体に対する必要な冷却性能を確保することが可能となる。   For this reason, the amount of refrigerant on the lower side of the refrigerant tank (3) can be reduced by providing the volume reducing means (6) on the lower side in the refrigerant tank (3). At this time, since the amount of refrigerant on the upper side of the refrigerant tank (3) is not reduced, good heat transfer can be performed between the upper heating element and the liquid refrigerant. Therefore, it is possible to ensure the necessary cooling performance for the upper heating element without increasing the amount of refrigerant sealed in the boiling cooling device (1).

また、請求項3に記載の発明では、請求項1に記載の発明において、冷媒槽(3)内の下方側には、冷媒槽(3)内の容積を減少させる容積減少手段(6)が設けられていることを特徴としている。これによれば、沸騰冷却装置(1)内に封入する冷媒量を減少させることが可能となる。   Moreover, in invention of Claim 3, in the invention of Claim 1, the volume reduction means (6) which reduces the volume in a refrigerant tank (3) is provided in the downward side in a refrigerant tank (3). It is characterized by being provided. According to this, it becomes possible to reduce the refrigerant | coolant amount enclosed in a boiling cooling device (1).

また、請求項4に記載の発明では、剥離手段(5)は、冷媒槽(3)の内壁面(3b)のうち、2つの発熱体(2)のうち下方側発熱体より上方側に配置される上方側発熱体の配置部位に対応する部位と、下方側発熱体の配置部位に対応する部位との間に配置されていることを特徴としている。   In the invention according to claim 4, the peeling means (5) is disposed above the lower heating element of the two heating elements (2) in the inner wall surface (3b) of the refrigerant tank (3). It arrange | positions between the site | part corresponding to the arrangement | positioning site | part of the upper side heat generating body and the site | part corresponding to the arrangement | positioning site | part of a lower side heat generating body.

これによれば、冷媒槽(3)の内壁面(3b)のうち上方側発熱体の配置部位に対応する部位の全域にわたって気泡を離すことができるので、上方側発熱体と液相冷媒との間でより良好な熱伝達を行うことができる。したがって、上方側発熱体に対する必却性能を向上させることが可能となる。   According to this, since air bubbles can be separated over the entire area corresponding to the arrangement part of the upper heating element in the inner wall surface (3b) of the refrigerant tank (3), the upper heating element and the liquid phase refrigerant can be separated. Better heat transfer between the two. Therefore, it is possible to improve the inevitable performance for the upper heating element.

また、請求項5に記載の発明では、容積減少手段(6)は、冷媒槽(3)の下端面の板厚を、内壁面(3b)から離れるほど厚くすることにより構成されていることを特徴としている。   Moreover, in invention of Claim 5, volume reduction means (6) is comprised by making the plate | board thickness of the lower end surface of a refrigerant tank (3) thick so that it leaves | separates from an inner wall surface (3b). It is a feature.

これによれば、冷媒槽(3)の内壁面(3b)のうち、下方側発熱体の配置部位に対応する部位近傍に十分な量の液相冷媒を存在させることができるので、下方側発熱体に対する冷却性能を向上させることが可能となる。   According to this, since a sufficient amount of liquid-phase refrigerant can be present in the vicinity of the portion corresponding to the arrangement portion of the lower heating element in the inner wall surface (3b) of the refrigerant tank (3), the lower heat generation. It becomes possible to improve the cooling performance for the body.

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

以下、本発明の一実施形態について図1および図2に基づいて説明する。図1は、本実施形態に係る沸騰冷却装置1を示す斜視図である。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a perspective view showing a boiling cooling device 1 according to this embodiment.

図1に示すように、本実施形態の沸騰冷却装置1は、冷媒の沸騰と凝縮の繰り返しによって発熱体2を冷却するもので、内部に液相の冷媒を貯留する冷媒槽3と、この冷媒槽3の外壁面3aに組み付けられる放熱コア部4とを備え、一体ろう付けにより製造される。発熱体2は、例えば電気自動車のインバータ回路を構成するIGBTモジュールであり、ボルト(図示せず)等により冷媒槽3の外壁面3aに密着して固定される。   As shown in FIG. 1, a boiling cooling device 1 of the present embodiment cools a heating element 2 by repeating boiling and condensation of a refrigerant, a refrigerant tank 3 that stores a liquid-phase refrigerant therein, and the refrigerant The heat radiating core part 4 assembled | attached to the outer wall surface 3a of the tank 3 is provided, and it manufactures by integral brazing. The heating element 2 is, for example, an IGBT module that constitutes an inverter circuit of an electric vehicle, and is closely fixed to the outer wall surface 3a of the refrigerant tank 3 with a bolt (not shown) or the like.

本実施形態では、冷媒槽3の2つの外壁面3aに放熱コア部4が1つずつ配置されている。すなわち、本実施形態の沸騰冷却装置1は、2つの放熱コア部4を有している。そして、2つの外壁面3aのそれぞれにおいて、放熱コア部4の下方側に6つの発熱体2が配置されている。   In the present embodiment, one heat radiating core portion 4 is arranged on each of the two outer wall surfaces 3 a of the refrigerant tank 3. That is, the boiling cooling device 1 of the present embodiment has two heat radiating core portions 4. And in each of the two outer wall surfaces 3a, the six heat generating bodies 2 are arrange | positioned under the thermal radiation core part 4. FIG.

1つの外壁面3aに配置される6つの発熱体2は、上下方向に2つずつ並べて配置されている。すなわち、外壁面3aの下端部に2つの発熱体2が配置され、外壁面3aの上端部、すなわち放熱コア部4の直ぐ下側に2つの発熱体2が配置され、外壁面3aにおける上端部と下端部との間に2つの発熱体2が配置されている。以下、外壁面3aの下端部に配置される2つの発熱体2を下段発熱体21といい、外壁面3aの上端部、すなわち放熱コア部4の直ぐ下側に配置される2つの発熱体2を上段発熱体22といい、下段発熱体21と上段発熱体22との間に配置される2つの発熱体2を中段発熱体23という。なお、2つの下段発熱体21、2つの上段発熱体22、および2つの中段発熱体23は、それぞれ水平方向に並べて配置されている。   The six heating elements 2 arranged on one outer wall surface 3a are arranged side by side in the vertical direction. That is, the two heat generating elements 2 are disposed at the lower end portion of the outer wall surface 3a, the two heat generating elements 2 are disposed immediately below the upper end portion of the outer wall surface 3a, that is, the heat radiating core portion 4, and the upper end portion of the outer wall surface 3a. Two heating elements 2 are disposed between the lower end portion and the lower end portion. Hereinafter, the two heating elements 2 arranged at the lower end portion of the outer wall surface 3 a are referred to as a lower heating element 21, and the two heating elements 2 arranged at the upper end portion of the outer wall surface 3 a, that is, immediately below the heat radiating core portion 4. Is referred to as the upper heating element 22, and the two heating elements 2 disposed between the lower heating element 21 and the upper heating element 22 are referred to as the middle heating element 23. The two lower heating elements 21, the two upper heating elements 22, and the two middle heating elements 23 are arranged in the horizontal direction.

放熱コア部4は、冷媒槽3の外壁面3a上に略直立して組み付けられる複数本のチューブ41と、各チューブ41の外表面に接合される波状の放熱フィン42とを有している。チューブ41は、内部を冷媒が流通する冷媒通路を形成するものである。また、チューブ41は、放熱フィン42との接合面である両側面が、放熱コア部4に送風される冷却風の流れ方向に沿って配置されている。なお、冷却風が、本発明の外部流体に相当している。   The heat radiating core portion 4 includes a plurality of tubes 41 that are assembled substantially upright on the outer wall surface 3 a of the refrigerant tank 3, and wavy heat radiating fins 42 that are joined to the outer surface of each tube 41. The tube 41 forms a refrigerant passage through which the refrigerant flows. Further, the tube 41 has both side surfaces, which are joint surfaces with the radiation fins 42, arranged along the flow direction of the cooling air blown to the radiation core portion 4. The cooling air corresponds to the external fluid of the present invention.

ところで、本実施形態では、冷媒槽3内における冷媒蒸気の流れ方向(以下、蒸気流れ方向X1という)は、冷媒槽3の長手方向と一致している。また、チューブ41、すなわち放熱コア部4への冷媒蒸気の流入方向(以下、蒸気流入方向X2という)は、冷媒槽3および放熱コア部4の配置方向と一致している。そして、蒸気流入方向X2は、蒸気流れ方向X1と直交している。なお、チューブ41の積層方向(以下、チューブ積層方向X3という)は、蒸気流れ方向X1および蒸気流入方向X2に対してともに直交している。   By the way, in this embodiment, the flow direction of the refrigerant vapor in the refrigerant tank 3 (hereinafter referred to as the vapor flow direction X1) coincides with the longitudinal direction of the refrigerant tank 3. Further, the inflow direction of the refrigerant vapor into the tube 41, that is, the heat dissipation core portion 4 (hereinafter referred to as the vapor inflow direction X <b> 2) coincides with the arrangement direction of the refrigerant tank 3 and the heat dissipation core portion 4. The steam inflow direction X2 is orthogonal to the steam flow direction X1. Note that the stacking direction of the tubes 41 (hereinafter referred to as the tube stacking direction X3) is orthogonal to the steam flow direction X1 and the steam inflow direction X2.

そして、チューブ41の下端部、すなわち放熱コア部4の下端部は、蒸気流れ方向X1に対して蒸気流入方向X2に予め定めた角度で傾斜している。このため、チューブ41は断面台形状になっている。   And the lower end part of the tube 41, ie, the lower end part of the thermal radiation core part 4, inclines at a predetermined angle in the steam inflow direction X2 with respect to the steam flow direction X1. For this reason, the tube 41 has a trapezoidal cross section.

また、放熱コア部4のチューブ積層方向X3における両端部には、チューブ積層方向X1における外側から放熱フィン42を押さえる第1フィン押さえ板部43がそれぞれ配設されている。また、放熱コア部4の蒸気流入方向X2における端部には、蒸気流入方向X2における外側から放熱フィン42を押さえる第2フィン押さえ板部44が配設されている。   Moreover, the 1st fin press board part 43 which hold | suppresses the radiation fin 42 from the outer side in the tube lamination direction X1 is each arrange | positioned at the both ends in the tube lamination direction X3 of the thermal radiation core part 4. FIG. In addition, a second fin pressing plate portion 44 that presses the radiation fin 42 from the outside in the steam inflow direction X2 is disposed at the end of the heat radiation core portion 4 in the steam inflow direction X2.

図2は、図1のA−A断面図である。図2に示すように、本実施形態の冷媒槽3は、複数のプレート30が積層された状態で接合されて、液相の冷媒が貯留される空間が内部に形成された扁平箱状の容器となっている。   FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. As shown in FIG. 2, the refrigerant tank 3 of the present embodiment is a flat box-like container in which a plurality of plates 30 are joined in a stacked state and a space in which liquid-phase refrigerant is stored is formed. It has become.

冷媒槽3の内部には、下段発熱体21の熱を受けて冷媒が沸騰することにより発生する気泡を、冷媒槽3の内壁面3bから剥離させる剥離手段5が設けられている。剥離手段5は、冷媒槽3の内壁面3bのうち、下段発熱体21の配置部位に対応する部位と中段発熱体23の配置部位に対応する部位との間、および、中段発熱体23の配置部位に対応する部位と上段発熱体22の配置部位に対応する部位との間にそれぞれ配置されている。なお、下段発熱体21が本発明の下方側発熱体に相当し、上段発熱体22および中段発熱体23が上方側発熱体に相当している。   Inside the refrigerant tank 3, peeling means 5 is provided for peeling bubbles generated by boiling of the refrigerant by receiving heat from the lower heating element 21 from the inner wall surface 3 b of the refrigerant tank 3. The peeling means 5 is disposed between the portion corresponding to the arrangement portion of the lower heating element 21 and the portion corresponding to the arrangement portion of the middle heating element 23 in the inner wall surface 3b of the refrigerant tank 3, and the arrangement of the middle heating element 23. It arrange | positions between the site | part corresponding to the site | part, and the site | part corresponding to the arrangement | positioning site | part of the upper stage heating element 22, respectively. The lower heating element 21 corresponds to the lower heating element of the present invention, and the upper heating element 22 and the middle heating element 23 correspond to the upper heating element.

なお、冷媒槽3の内壁面3bのうち、中段発熱体23の配置部位に対応する部位と上段発熱体22の配置部位に対応する部位に設けられた剥離手段5は、下段発熱体21の熱を受けて冷媒が沸騰することにより発生する気泡のみではなく、中段発熱体23の熱を受けて冷媒が沸騰することにより発生する気泡をも、冷媒槽3の内壁面3bから剥離させることができる。   In the inner wall surface 3 b of the refrigerant tank 3, the peeling means 5 provided at the portion corresponding to the arrangement portion of the middle heating element 23 and the portion corresponding to the arrangement portion of the upper heating element 22 is the heat of the lower heating element 21. As a result, not only bubbles generated by boiling of the refrigerant but also bubbles generated by boiling of the refrigerant by receiving heat from the middle heating element 23 can be separated from the inner wall surface 3b of the refrigerant tank 3. .

本実施形態では、剥離手段5は、チューブ積層方向X3から見た断面が略L字形状に形成されている。より詳細には、剥離手段5は、冷媒槽3の内壁面3bから冷媒槽3の内方側に向かって蒸気流入方向X2と略平行に延びた後に屈曲して上方側に向かって蒸気流れ方向X1と略平行に延びている。   In the present embodiment, the peeling means 5 has a substantially L-shaped cross section viewed from the tube stacking direction X3. More specifically, the peeling means 5 extends from the inner wall surface 3b of the refrigerant tank 3 toward the inward side of the refrigerant tank 3 in a direction substantially parallel to the vapor inflow direction X2 and then bends and flows upward in the vapor flow direction. It extends substantially parallel to X1.

また、冷媒槽3の内部には、冷媒槽3内の容積を減少させる容積減少手段6が設けられている。容積減少手段6は、冷媒槽3の下端面から冷媒槽3の内方側に向かって突出するように形成されている。本実施形態では、容積減少手段6は、冷媒槽3の下端面の板厚を、内壁面3bから離れるほど、すなわち当該下端面の蒸気流入方向X2における中央部に向かうほど、段階的に厚くすることにより構成されている。   Further, inside the refrigerant tank 3, volume reducing means 6 for reducing the volume in the refrigerant tank 3 is provided. The volume reducing means 6 is formed so as to protrude from the lower end surface of the refrigerant tank 3 toward the inner side of the refrigerant tank 3. In the present embodiment, the volume reducing means 6 gradually increases the thickness of the lower end surface of the refrigerant tank 3 as the distance from the inner wall surface 3b increases, that is, toward the central portion of the lower end surface in the steam inflow direction X2. It is constituted by.

以上説明したように、冷媒槽3の内部に剥離手段5を設けることにより、下段発熱体21の熱を受けることにより発生した気泡が浮力により上方へ移動した際に、剥離手段5により、冷媒槽3の内壁面3bのうち上段発熱体22および中段発熱体23の配置部位に対応する部位近傍から気泡を離すことができる。すなわち、剥離手段5により、下段発熱体21の熱を受けることにより発生した気泡の成長と集合を阻害することができる。このため、上段発熱体22および中段発熱体23の配置部位に対応する部位に液相冷媒が残存することになるので、上段発熱体2と液相冷媒との間、および中段発熱体23と液相冷媒との間でそれぞれ良好な熱伝達を行うことができる。このとき、冷媒槽3の厚み、すなわち蒸気流入方向X2の長さを変更する必要がないので、沸騰冷却装置1内に封入する冷媒量を増加させることなく、上段発熱体22および中段発熱体23に対する必要な冷却性能を確保することが可能となる。   As described above, by providing the peeling means 5 inside the refrigerant tank 3, when the bubbles generated by receiving the heat of the lower heating element 21 move upward due to buoyancy, the peeling means 5 causes the refrigerant tank to The bubbles can be separated from the vicinity of the part corresponding to the arrangement part of the upper heating element 22 and the middle heating element 23 in the inner wall surface 3b of the three. That is, the peeling means 5 can inhibit the growth and aggregation of bubbles generated by receiving heat from the lower heating element 21. For this reason, since the liquid refrigerant remains in the part corresponding to the arrangement part of the upper stage heating element 22 and the middle stage heating element 23, between the upper stage heating element 2 and the liquid phase refrigerant and between the middle stage heating element 23 and the liquid. Good heat transfer can be performed with the phase refrigerant. At this time, since it is not necessary to change the thickness of the refrigerant tank 3, that is, the length of the steam inflow direction X2, the upper heating element 22 and the middle heating element 23 are not increased without increasing the amount of the refrigerant sealed in the boiling cooling device 1. It is possible to ensure the necessary cooling performance for the above.

ところで、通常、沸騰冷却装置1は、冷媒槽3の上方側ほど冷却性能を確保することが困難となるため、冷媒槽3の上方側に配置される上段発熱体22に対する必要な冷却性能が確保できるように設計されている。したがって、冷媒槽3の下方側においては、冷媒量が過剰となっていた。   By the way, normally, since it becomes difficult for the boiling cooling device 1 to ensure the cooling performance toward the upper side of the refrigerant tank 3, the necessary cooling performance for the upper heating element 22 disposed on the upper side of the refrigerant tank 3 is ensured. Designed to be able to. Therefore, the refrigerant amount is excessive on the lower side of the refrigerant tank 3.

これに対し、本実施形態のように、冷媒槽3内の容積を減少させる容積減少手段6を冷媒槽3内の下方側に設けることで、冷媒槽3の下方側の冷媒量を減少させることができる。このとき、冷媒槽3の上方側の冷媒量を減少させることはないため、上段発熱体22と液相冷媒との間では良好な熱伝達を行うことができる。したがって、沸騰冷却装置1内に封入する冷媒量を減少しつつ、上段発熱体22に対する必要な冷却性能を確保することが可能となる。   On the other hand, the amount of refrigerant on the lower side of the refrigerant tank 3 is reduced by providing the volume reducing means 6 for reducing the volume in the refrigerant tank 3 on the lower side in the refrigerant tank 3 as in this embodiment. Can do. At this time, since the amount of the refrigerant on the upper side of the refrigerant tank 3 is not reduced, good heat transfer can be performed between the upper heating element 22 and the liquid phase refrigerant. Therefore, it is possible to ensure the necessary cooling performance for the upper heating element 22 while reducing the amount of refrigerant sealed in the boiling cooling device 1.

また、剥離手段5を、冷媒槽3の内壁面3bのうち、下段発熱体21の配置部位に対応する部位と中段発熱体23の配置部位に対応する部位との間に配置することで、冷媒槽3の内壁面3bのうち中段発熱体23の配置部位に対応する部位の全域にわたって気泡を離すことができる。このため、中段発熱体23と液相冷媒との間でより良好な熱伝達を行うことができるので、中段発熱体23に対する冷却性能を向上させることが可能となる。   In addition, by disposing the peeling means 5 between the part corresponding to the arrangement part of the lower heating element 21 and the part corresponding to the arrangement part of the middle heating element 23 in the inner wall surface 3 b of the refrigerant tank 3, the refrigerant Bubbles can be released over the entire region of the inner wall surface 3b of the tank 3 corresponding to the portion where the middle heating element 23 is disposed. For this reason, since better heat transfer can be performed between the middle-stage heating element 23 and the liquid-phase refrigerant, the cooling performance for the middle-stage heating element 23 can be improved.

同様に、剥離手段5を、冷媒槽3の内壁面3bのうち、中段発熱体23の配置部位に対応する部位と上段発熱体22の配置部位に対応する部位との間に配置することで、冷媒槽3の内壁面3bのうち上段発熱体22の配置部位に対応する部位の全域にわたって気泡を離すことができる。このため、上段発熱体22と液相冷媒との間でより良好な熱伝達を行うことができるので、上段発熱体22に対する冷却性能を向上させることが可能となる。   Similarly, by disposing the peeling means 5 between the part corresponding to the arrangement part of the middle heating element 23 and the part corresponding to the arrangement part of the upper heating element 22 in the inner wall surface 3b of the refrigerant tank 3, Bubbles can be separated over the entire region of the inner wall surface 3b of the refrigerant tank 3 corresponding to the portion where the upper heating element 22 is disposed. For this reason, since better heat transfer can be performed between the upper heating element 22 and the liquid refrigerant, it is possible to improve the cooling performance for the upper heating element 22.

また、容積減少手段6を、冷媒槽3の下端面の板厚を、内壁面3bから離れるほど厚くすることにより構成することで、冷媒槽3の内壁面3bのうち下段発熱体21の配置部位に対応する部位近傍に十分な量の液相冷媒を存在させることができる。これにより、下段発熱体21に対する冷却性能を向上させることが可能となる。   In addition, the volume reducing means 6 is configured by increasing the thickness of the lower end surface of the refrigerant tank 3 as the distance from the inner wall surface 3b increases, so that the lower heating element 21 is disposed on the inner wall surface 3b of the refrigerant tank 3. A sufficient amount of the liquid-phase refrigerant can be present in the vicinity of the portion corresponding to. Thereby, the cooling performance for the lower heating element 21 can be improved.

また、チューブ41の下端部、すなわち放熱コア部4の下端部を、蒸気流れ方向X1に対して蒸気流入方向X2に傾斜させることで、沸騰冷却装置1全体が重力方向に対して蒸気流入方向X2に傾斜した場合に、放熱コア部4内に凝縮した冷媒が滞留することを抑制し、放熱コア部4から冷媒槽3に冷媒を還流させることができる。このため、傾斜時においても放熱性能を確保することが可能となる。   Further, by inclining the lower end portion of the tube 41, that is, the lower end portion of the heat radiating core portion 4, in the steam inflow direction X2 with respect to the steam flow direction X1, the entire boiling cooling device 1 is in the steam inflow direction X2 with respect to the gravity direction. When it inclines, the refrigerant | coolant condensed in the heat radiating core part 4 can be suppressed, and a refrigerant | coolant can be recirculated from the heat radiating core part 4 to the refrigerant tank 3. FIG. For this reason, it is possible to ensure the heat dissipation performance even when tilting.

(他の実施形態)
なお、上記実施形態では、剥離手段5を、冷媒槽3の内壁面3bのうち、上下方向に並べて配置された2つの発熱体2のうち下方側に配置される下方側発熱体の配置部位に対応する部位と、下方側発熱体より上方側に配置される上方側発熱体の配置部位に対応する部位との間に配置した例について説明したが、剥離手段5の配置箇所はこれに限定されない。
(Other embodiments)
In the above-described embodiment, the peeling means 5 is arranged on the lower heating element arrangement portion arranged on the lower side of the two heating elements 2 arranged in the vertical direction on the inner wall surface 3 b of the refrigerant tank 3. Although the example arrange | positioned between the corresponding site | part and the site | part corresponding to the arrangement | positioning site | part of the upper side heating element arrange | positioned above a lower side heating element was demonstrated, the arrangement | positioning location of the peeling means 5 is not limited to this. .

例えば、剥離手段5を、冷媒槽3の内壁面3bのうち、下方側発熱体の配置部位に対応する部位内に配置してもよい。この場合、下方側発熱体のうち剥離手段5より下方側の部位の熱を受けて沸騰した冷媒の気泡を、冷媒槽3の内壁3bから剥離させることができるので、上方側発熱体に対する冷却性能を向上させることができる。   For example, you may arrange | position the peeling means 5 in the site | part corresponding to the arrangement | positioning site | part of a lower side heat generating body among the inner wall surfaces 3b of the refrigerant | coolant tank 3. FIG. In this case, since the refrigerant bubbles boiled by receiving heat from the lower part of the lower heating element from the peeling means 5 can be peeled from the inner wall 3b of the refrigerant tank 3, the cooling performance for the upper heating element Can be improved.

また、剥離手段5を、冷媒槽3の内壁面3bのうち、上方側発熱体の配置部位に対応する部位内に配置してもよい。この場合、下方側発熱体の熱を受けて沸騰した冷媒の気泡、および上方側発熱体のうち剥離手段5より下方側の部位の熱を受けて沸騰した冷媒の気泡を、冷媒槽3の内壁3bから剥離させることができる。このため、上方側発熱体のうち剥離手段5より上方側の部位に対する冷却性能を向上させることができる。   Further, the peeling means 5 may be disposed in a portion of the inner wall surface 3b of the refrigerant tank 3 corresponding to the portion where the upper heating element is disposed. In this case, the refrigerant bubbles boiled by the heat of the lower heating element, and the refrigerant bubbles boiled by receiving the heat of the lower part of the upper heating element from the peeling means 5 are converted into the inner wall of the refrigerant tank 3. It can be made to peel from 3b. For this reason, the cooling performance with respect to the site | part above the peeling means 5 among upper side heat generating bodies can be improved.

また、上記実施形態では、剥離手段5を、冷媒槽3の内壁面3bから冷媒槽3の内方側に向かって蒸気流入方向X2と略平行に延びた後に屈曲して上方側に向かって蒸気流れ方向X1と略平行に延びる断面略L字形状に形成した例について説明したが、剥離手段5の形状はこれに限定されない。例えば、剥離手段5を、冷媒槽3の内壁面3bから冷媒槽3の内方側かつ上方側に向かって延びるように形成してもよいし、内壁面3bの一部を冷媒槽3の内方側に向かって切り起こすことにより形成してもよい。   In the above-described embodiment, the peeling means 5 is bent from the inner wall surface 3b of the refrigerant tank 3 toward the inner side of the refrigerant tank 3 in a direction substantially parallel to the vapor inflow direction X2, and then bent upward. Although the example formed in the cross-sectional substantially L shape extended substantially parallel to the flow direction X1 was demonstrated, the shape of the peeling means 5 is not limited to this. For example, the peeling means 5 may be formed so as to extend from the inner wall surface 3 b of the refrigerant tank 3 toward the inner side and the upper side of the refrigerant tank 3, and a part of the inner wall surface 3 b is formed inside the refrigerant tank 3. You may form by cutting up toward the side.

また、上記実施形態では、冷媒槽3に剥離手段5および容積減少手段6の両方を設けた例について説明したが、これに限らず、剥離手段5のみを設けてもよいし、容積減少手段6のみを設けてもよい。   Moreover, although the said embodiment demonstrated the example which provided both the peeling means 5 and the volume reduction means 6 in the refrigerant tank 3, it is not restricted to this, You may provide only the peeling means 5, or the volume reduction means 6 You may provide only.

また、上記実施形態では、容積減少手段6を、冷媒槽3の下端面の板厚を内壁面3bから離れるほど段階的に厚くすることにより構成したが、容積減少手段6の形状はこれに限定されない。例えば、容積減少手段6を、冷媒槽3の下端面の板厚を、内壁面3bから離れるほど連続的に厚くすることにより構成してもよいし、冷媒槽3の下端面を冷媒槽3の内方側に向けて凸となるようにドーム状に湾曲させることにより構成してもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the volume reduction means 6 was comprised by thickening stepwise so that the plate | board thickness of the lower end surface of the refrigerant tank 3 may leave | separate from the inner wall surface 3b, the shape of the volume reduction means 6 is limited to this. Not. For example, the volume reducing means 6 may be configured by continuously increasing the thickness of the lower end surface of the refrigerant tank 3 as the distance from the inner wall surface 3 b increases. You may comprise by making it curve in a dome shape so that it may become convex toward an inward side.

また、上記実施形態では、冷媒槽3の2つの外壁面3aに放熱コア部4を1つずつ配置した例について説明したが、これに限らず、冷媒槽3の1つの外壁面3aに放熱コア部4を1つ配置してもよい。   Moreover, although the said embodiment demonstrated the example which has arrange | positioned the thermal radiation core part 4 to the two outer wall surfaces 3a of the refrigerant tank 3 one each, it is not restricted to this, The thermal radiation core is set to one outer wall surface 3a of the refrigerant tank 3. One unit 4 may be arranged.

また、上記実施形態では、複数の発熱体2を、上下方向に3段に並べて配置した例について説明したが、これに限らず、上下方向に2段に並べて配置してもよいし、4段以上並べて配置してもよい。また、複数の発熱体2のうち少なくとも2つの発熱体2を上下方向に並べて配置すれば、残りの発熱体2を任意の箇所に配置してもよい。   In the above-described embodiment, the example in which the plurality of heating elements 2 are arranged in three stages in the vertical direction has been described. However, the present invention is not limited to this, and may be arranged in two stages in the vertical direction. These may be arranged side by side. Further, if at least two of the plurality of heating elements 2 are arranged side by side in the vertical direction, the remaining heating elements 2 may be arranged at arbitrary locations.

また、上記実施形態では、チューブ41の下端部を、蒸気流れ方向X1に対して蒸気流入方向X2に傾斜させた例について説明したが、これに限らず、蒸気流入方向X2と平行にしてもよい。   In the above-described embodiment, the example in which the lower end portion of the tube 41 is inclined in the steam inflow direction X2 with respect to the steam flow direction X1 has been described. .

本発明の実施形態に係る沸騰冷却装置1を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a boiling cooling device 1 according to an embodiment of the present invention. 図1のA−A断面図である。It is AA sectional drawing of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

2 発熱体
3 冷媒槽
3a 外壁面
3b 内壁面
4 放熱コア部
5 剥離手段
6 容積減少手段
2 Heating element 3 Refrigerant tank 3a Outer wall surface 3b Inner wall surface 4 Radiation core 5 Separation means 6 Volume reduction means

Claims (5)

外壁面(3a)に発熱体(2)が取り付けられ、前記発熱体(2)の熱を受けて沸騰する冷媒を貯留する冷媒槽(3)と、
前記冷媒槽(3)で沸騰した冷媒蒸気が流れ込み、前記冷媒蒸気と外部流体との間で熱交換を行って前記冷媒蒸気を凝縮させる放熱コア部(4)とを備える沸騰冷却装置であって、
前記冷媒槽(3)の内部には、上下方向に並べて配置された2つの前記発熱体(2)のうち下方側に配置された下方側発熱体の熱を受けて前記冷媒が沸騰することにより発生する気泡を、前記冷媒槽(3)の内壁面(3b)から剥離させる剥離手段(5)が設けられていることを特徴とする沸騰冷却装置。
A heat generating body (2) is attached to the outer wall surface (3a), and a refrigerant tank (3) for storing a refrigerant that boiled by receiving heat from the heat generating body (2);
A boiling cooling device comprising: a heat radiating core (4) configured to condense the refrigerant vapor by flowing heat between the refrigerant vapor and an external fluid by flowing the refrigerant vapor boiled in the refrigerant tank (3). ,
In the inside of the refrigerant tank (3), the refrigerant is boiled by receiving the heat of the lower heating element arranged on the lower side of the two heating elements (2) arranged in the vertical direction. A boiling cooling device characterized in that a peeling means (5) for peeling off the generated bubbles from the inner wall surface (3b) of the refrigerant tank (3) is provided.
外壁面(3a)に発熱体(2)が取り付けられ、前記発熱体(2)の熱を受けて沸騰する冷媒を貯留する冷媒槽(3)と、
前記冷媒槽(3)で沸騰した冷媒蒸気が流れ込み、前記冷媒蒸気と外部流体との間で熱交換を行って前記冷媒蒸気を凝縮させる放熱コア部(4)とを備える沸騰冷却装置であって、
前記冷媒槽(3)内の下方側には、前記冷媒槽(3)内の容積を減少させる容積減少手段(6)が設けられていることを特徴とする沸騰冷却装置。
A heat generating body (2) is attached to the outer wall surface (3a), and a refrigerant tank (3) for storing a refrigerant that boiled by receiving heat from the heat generating body (2);
A boiling cooling device comprising: a heat radiating core (4) configured to condense the refrigerant vapor by flowing heat between the refrigerant vapor and an external fluid by flowing the refrigerant vapor boiled in the refrigerant tank (3). ,
On the lower side in the refrigerant tank (3), a volume cooling means (6) for reducing the volume in the refrigerant tank (3) is provided.
前記冷媒槽(3)内の下方側には、前記冷媒槽(3)内の容積を減少させる容積減少手段(6)が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の沸騰冷却装置。   2. The boiling cooling device according to claim 1, wherein a volume reducing means (6) for reducing the volume in the refrigerant tank (3) is provided on the lower side in the refrigerant tank (3). . 前記剥離手段(5)は、前記冷媒槽(3)の内壁面(3b)のうち、前記2つの発熱体(2)のうち前記下方側発熱体より上方側に配置される上方側発熱体の配置部位に対応する部位と、前記下方側発熱体の配置部位に対応する部位との間に配置されていることを特徴とする請求項1または3に記載の沸騰冷却装置。   The peeling means (5) is an upper heating element disposed above the lower heating element in the two heating elements (2) in the inner wall surface (3b) of the refrigerant tank (3). The boiling cooling device according to claim 1 or 3, wherein the boiling cooling device is disposed between a portion corresponding to the arrangement portion and a portion corresponding to the arrangement portion of the lower heating element. 前記容積減少手段(6)は、前記冷媒槽(3)の下端面の板厚を、前記内壁面(3b)から離れるほど厚くすることにより構成されていることを特徴とする請求項2または3に記載の沸騰冷却装置。   The said volume reduction means (6) is comprised by making the plate | board thickness of the lower end surface of the said refrigerant | coolant tank (3) thick, so that it leaves | separates from the said inner wall surface (3b), It is characterized by the above-mentioned. The boiling cooling apparatus according to 1.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015092131A (en) * 2009-04-21 2015-05-14 ユナ ティーアンドイー カンパニーリミテッドYouna T&E Co.,Ltd. Solar module cooling system
CN120027627A (en) * 2025-04-24 2025-05-23 成都理工大学 A method and device for suppressing intermittent boiling at an inclination angle of a high-temperature heat pipe

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