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除熱方法及び除熱装置 外国出願あり

国内特許コード P10A015708
整理番号 QP050110-JP
掲載日 2010年8月31日
出願番号 特願2008-505028
登録番号 特許第4269060号
出願日 平成19年2月22日(2007.2.22)
登録日 平成21年3月6日(2009.3.6)
国際出願番号 PCT/JP2007/053297
国際公開番号 WO2007/105450
国際公開日 平成19年9月20日(2007.9.20)
優先権データ
  • 特願2006-045558 (2006.2.22) JP
発明者
  • 大田 治彦
  • 新本 康久
出願人
  • 九州大学
発明の名称 除熱方法及び除熱装置 外国出願あり
従来技術、競合技術の概要 【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いる。
【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RG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って液状の冷媒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から離れた位置に、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
産業上の利用分野 本発明は、除熱方法及び除熱装置に関する。
特許請求の範囲 【請求項1】 除熱対象物に沿って延びるように設けられた、前記除熱対象物に沿う面の幅よりも流路長さが大きい除熱用流路の流路方向の所定範囲において、前記除熱用流路の前記除熱対象物に沿う面を構成するとともに前記除熱対象物に当接する板状部の側方の、前記除熱用流路の側壁において前記除熱用流路内へ開口する開口部から、前記除熱用流路内に液状の冷媒を供給し、前記板状部の内側面に前記所定範囲に亘っ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。
【請求項2】 前記所定範囲に亘る複数位置において前記液状の冷媒を供給する 請求項1に記載の除熱方法。
【請求項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、前記除熱用流路を形成するとともに前記除熱対象物に当接する板状部の内側面に前記所定範囲に亘っ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し、 前記除熱用流路内への液状の冷媒の供給を、前記除熱用流路に沿って延び、外周面が前記板状部に向かって前記除熱用流路内に突出する液体供給用流路の、前記外周面に形成された前記板状部の内側面に向かって開口する開口部から行う 除熱方法。
【請求項4】 除熱対象物に沿って延びるように設けられる、前記除熱対象物に沿う面の幅よりも流路長さが大きい除熱用流路と、 前記除熱用流路の流路方向の所定範囲において、前記除熱用流路の前記除熱対象物に沿う面を構成するとともに前記除熱対象物に当接する板状部の側方の、前記除熱用流路の側壁において前記除熱用流路内へ開口する開口部から、前記除熱用流路内に液状の冷媒を供給し、前記板状部の内側面に前記所定範囲に亘っ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。
【請求項5】 前記開口部は、前記除熱用流路の前記板状部に対向する面に対してよりも、前記板状部に対して、近い位置にて開口している 請求項4に記載の除熱装置。
【請求項6】 前記開口部は、互いに対向する2つの前記側壁にそれぞれ設けられており、 前記液体供給部は、前記2つの側壁の間において、前記除熱用流路の前記板状部に対向する面から、前記板状部に向かって突出する突出部の、前記板状部に向かって開口する第2の開口部からも液状の冷媒を供給可能である 請求項4に記載の除熱装置。
【請求項7】 前記除熱用流路における前記冷媒の全流量に対する蒸発させた前記冷媒の流量の質量割合が0.2以上である 請求項4に記載の除熱装置。
【請求項8】 前記除熱用流路への液状の冷媒の供給量を、前記質量割合が0.2以上となるように設定された目標値に近づくように制御する制御器を備える 請求項7に記載の除熱装置。
【請求項9】 前記液体供給部は、前記所定範囲に亘る複数位置において前記液状の冷媒を供給する 請求項4に記載の除熱装置。
【請求項10】 前記液体供給部は、前記板状部の側方において前記除熱用流路に沿って延び、前記側壁によって隔てられた液体供給用流路を有し、前記開口部は、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ている 請求項4に記載の除熱装置。
【請求項11】 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4に記載の除熱装置。
【請求項12】 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4に記載の除熱装置。
【請求項13】 前記板状部の内側面には、前記液状の冷媒を表面張力により張り付かせて前記冷媒の液膜を前記内側面に広げる溝部が設けられている 請求項4に記載の除熱装置。
【請求項14】 前記溝部は前記除熱用流路を横切る方向に延びる 請求項13に記載の除熱装置。
【請求項15】 前記溝部は前記除熱用流路に沿う方向に延びる 請求項13に記載の除熱装置。
【請求項16】 前記板状部の内側面には、液状の前記冷媒を浸透させて前記冷媒の液膜を前記内側面に広げるシートが張られている 請求項4に記載の除熱装置。
【請求項17】 前記板状部の内側面は、粗面加工されている 請求項4に記載の除熱装置。
【請求項18】 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、前記除熱用流路を形成するとともに前記除熱対象物に当接する板状部の内側面に前記所定範囲に亘っ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、 前記液体供給部は、前記除熱用流路に沿って延び、外周面が前記板状部に向かって前記除熱用流路内に突出し、前記外周面に前記板状部に向かって開口する開口部が形成され、前記開口部から前記除熱用流路に液状の前記冷媒を供給する液体供給用流路を有する 除熱装置。
産業区分
  • 電子部品
  • 固体素子
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中
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