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(In Japanese)除熱方法及び除熱装置 foreign

Patent code P10A015708
File No. QP050110-JP
Posted date Aug 31, 2010
Application number P2008-505028
Patent number P4269060
Date of filing Feb 22, 2007
Date of registration Mar 6, 2009
International application number JP2007053297
International publication number WO2007105450
Date of international filing Feb 22, 2007
Date of international publication Sep 20, 2007
Priority data
  • P2006-045558 (Feb 22, 2006) JP
Inventor
  • (In Japanese)大田 治彦
  • (In Japanese)新本 康久
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人九州大学
Title (In Japanese)除熱方法及び除熱装置 foreign
Abstract (In Japanese)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。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


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。



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。



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。



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。



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。



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

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、除熱方法及び除熱装置に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【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。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2008505028thum.jpg
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