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公開番号2024140211
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-10
出願番号2023051243
出願日2023-03-28
発明の名称沸騰冷却器
出願人富士電機株式会社
代理人弁理士法人旺知国際特許事務所
主分類H01L 23/427 20060101AFI20241003BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】伝熱特性の低下を抑制することができる沸騰冷却器を提供する。
【解決手段】沸騰冷却器は、冷媒REが流れる内部空間S1を形成する内壁面100を含み、発熱体9からの熱を受ける受熱部10と、受熱部10からの熱を放熱する放熱部と、受熱部10で冷媒REが気化されることにより生成された気相冷媒を放熱部に輸送する第1管部と、放熱部で気相冷媒が凝縮されることにより生成された液相冷媒を受熱部10に輸送する第2管部と、を備える。内壁面100は、発熱体9からの熱により冷媒REを沸騰させる伝熱面110を有する。伝熱面110は、第1領域111と、第1領域111よりも流入口O11の近くに設けられ、かつ、第1領域111よりも狭い第2領域112と、を有する。第2領域112には、伝熱面110から突出する凸部8が設けられる。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
冷媒が流れる内部空間を形成する内壁面を含み、発熱体からの熱を受ける受熱部と、
前記受熱部からの熱を放熱する放熱部と、
前記受熱部で前記冷媒が気化されることにより生成された気相冷媒を前記放熱部に輸送する第１管部と、
前記放熱部で前記気相冷媒が凝縮されることにより生成された液相冷媒を前記受熱部に輸送する第２管部と、を備え、
前記内壁面は、前記発熱体からの熱により前記冷媒を沸騰させる伝熱面を有し、
前記伝熱面は、第１領域と、前記第１領域よりも前記第２管部の近くに設けられ、かつ、前記第１領域よりも狭い第２領域と、を有し、
前記第２領域には、前記伝熱面から突出する凸部が設けられる、
ことを特徴とする沸騰冷却器。
続きを表示（約 810 文字）【請求項２】
前記凸部を含み、互いに離間する複数の凸部を備える、
請求項１に記載の沸騰冷却器。
【請求項３】
前記凸部の高さは、平面での前記冷媒の沸騰により生じる気泡の離脱気泡径よりも大きく、かつ、前記内部空間の幅の０．２５倍よりも小さい、
請求項１に記載の沸騰冷却器。
【請求項４】
前記複数の凸部の離間距離は、前記複数の凸部のそれぞれの高さの１倍以上であり、２倍以下である、
請求項２に記載の沸騰冷却器。
【請求項５】
前記複数の凸部のそれぞれは、前記冷媒の流れる方向と交差する方向に延在し、
前記複数の凸部は、互いに平行に配列される、
請求項２に記載の沸騰冷却器。
【請求項６】
前記凸部の幅は、前記凸部の高さよりも小さい、
請求項１に記載の沸騰冷却器。
【請求項７】
前記複数の凸部のそれぞれは、底部および先端部を有し、
前記複数の凸部のそれぞれは、前記底部から前記先端部に向かって先細りの形状を有する、
請求項２に記載の沸騰冷却器。
【請求項８】
前記受熱部は、前記第１管部から前記冷媒が流入する流入口と、前記第２管部に前記冷媒を流出する流出口と、を有し、
前記凸部は、前記流入口に面する第１面と、前記流出口に面する第２面とを有し、
前記伝熱面と前記第１面とのなす角度は、前記伝熱面と前記第２面とのなす角度よりも大きい、
請求項７に記載の沸騰冷却器。
【請求項９】
前記第２管部には、前記受熱部に前記液相冷媒を送るための送液ポンプが設けられる、
請求項１に記載の沸騰冷却器。
【請求項１０】
前記冷媒には、活性界面剤が添加されている、
請求項１に記載の沸騰冷却器。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、沸騰冷却器に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
直流電力を交流電力に変換する電力変換装置等の半導体装置が知られている。当該半導体装置には、発熱体の熱を放散させるための冷却器が搭載されている。冷却器の例として、特許文献１に記載の冷却装置が挙げられる。
【０００３】
当該文献に記載の冷却装置は、吸熱器と、放熱器と、第１冷媒移送管と、冷媒ポンプとを備える。吸熱器は、半導体装置に熱結合される。放熱器は、吸熱器から導入された冷媒液を冷却する。第１冷媒移送管は、放熱器にて冷却された冷媒液を吸熱液に移送する。冷媒ポンプは、第１冷媒移送管に設けられる。
【０００４】
かかる冷却装置では、半導体装置と密着された吸熱器が有する伝熱面に、吸熱促進用の溝が設けられている。当該溝により、吸熱器の冷媒入口から流入する冷媒液を拡散させるとともに、伝熱面積を増大させて半導体装置からの熱を効果的に冷媒液で吸収して蒸発させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特願２００５－１９９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
冷媒液は吸熱器内部を通過する間に蒸発し、吸熱器の冷媒出口に向けて次第に冷媒液の液量が減少する。そのため、吸熱器の冷媒出口付近では、冷媒液が全て蒸発してしまう可能性がある。冷媒液が全て蒸発した場合は、吸熱器の冷媒出口付近が気相冷媒で充満するため、伝熱面が乾いてしまう。よって、伝熱面のうち伝熱に寄与する領域の割合が小さくなってしまう。この結果、伝熱特性が低下するおそれがある。
【０００７】
伝熱面の冷媒出口付近が乾いた領域で覆われることを解消するためには、吸熱器に流入する冷媒液の流速を速める方法が考えられる。冷媒液の流速を速めることで、冷媒出口付近が乾いた領域で覆われることが抑制される。しかし、流速を速めると、吸熱器の冷媒入口付近では、過熱液相が流れ易くなってしまう。このため、過熱液相の厚さが薄くなってしまい、気泡が形成され難くなってしまう。よって、当該方法では、伝熱面のうち冷媒入口付近の領域は伝熱に寄与しなくなってしまう。このため、当該方法によっても、伝熱面のうち伝熱に寄与する領域の割合が小さくなってしまう。この結果、伝熱特性が低下するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するために、本開示の好適な態様に係る沸騰冷却器は、冷媒が流れる内部空間を形成する内壁面を含み、発熱体からの熱を受ける受熱部と、前記受熱部からの熱を放熱する放熱部と、前記受熱部で前記冷媒が気化されることにより生成された気相冷媒を前記放熱部に輸送する第１管部と、前記放熱部で前記気相冷媒が凝縮されることにより生成された液相冷媒を前記受熱部に輸送する第２管部と、を備え、前記内壁面は、前記発熱体からの熱により前記冷媒を沸騰させる伝熱面を有し、前記伝熱面は、第１領域と、前記第１領域よりも前記第２管部の近くに設けられ、かつ、前記第１領域よりも狭い第２領域と、を有し、前記第２領域には、前記伝熱面から突出する凸部が設けられる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
実施形態に係る沸騰冷却器の概略図である。
図１に示す受熱部を示す平面図である。
図１に示す受熱部を示す断面図である。
気泡の成長を説明するための図である。
気泡の成長が促進される例を示す図である。
気泡の成長が促進され難い例を示す図である。
図３に示す複数の凸部による作用を説明するための図である。
図３に示す受熱部における第１領域および第２領域を示す図である。
複数の凸部が設けられていない場合の受熱部における第１領域および第２領域を示す図である。
図３の複数の凸部の平面図である。
図３の複数の凸部の断面図である。
気泡の発生を説明するための図である。
気泡の成長を説明するための図である。
気泡の離脱を説明するための図である。
第１変形例の複数の凸部の断面図である。
第２変形例の複数の凸部の断面図である。
第３変形例の複数の凸部の断面図である。
第４変形例の複数の凸部の断面図である。
第５変形例の複数の凸部の断面図である。
第６変形例の複数の凸部の断面図である。
第７変形例の複数の凸部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態を説明する。なお、図面において各部の寸法および縮尺は実際と適宜に異なり、理解を容易にするために模式的に示している部分もある。また、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られない。
（【００１１】以降は省略されています）

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