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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024125095
(43)【公開日】2024-09-13
(54)【発明の名称】冷却装置
(51)【国際特許分類】
F28D 15/02 20060101AFI20240906BHJP
H01M 10/613 20140101ALI20240906BHJP
H01M 10/625 20140101ALI20240906BHJP
H01M 10/6552 20140101ALI20240906BHJP
H01M 10/633 20140101ALI20240906BHJP
B60K 11/02 20060101ALI20240906BHJP
B60K 1/04 20190101ALI20240906BHJP
【ＦＩ】
F28D15/02 101L
F28D15/02 L
H01M10/613
H01M10/625
H01M10/6552
H01M10/633
B60K11/02
B60K1/04 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023033201
(22)【出願日】2023-03-03
(71)【出願人】
【識別番号】000003609
【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所
(74)【代理人】
【識別番号】100160691
【弁理士】
【氏名又は名称】田邊 淳也
(74)【代理人】
【識別番号】100182718
【弁理士】
【氏名又は名称】木崎 誠司
(72)【発明者】
【氏名】若杉 知寿
【テーマコード（参考）】
3D038
3D235
5H031
【Ｆターム（参考）】
3D038AA10
3D038AB01
3D038AC22
3D235AA01
3D235BB36
3D235BB45
3D235CC14
5H031HH06
5H031KK01
(57)【要約】
【課題】鉛直方向に十分な高さを確保できない状態でも、蒸気熱輸送方法の熱輸送速度を向上させる。
【解決手段】冷却装置は、一部が冷却対象に接触する蒸発部であって、冷却対象に接触している部分とは異なる位置で露出した面である蒸発面を有する蒸発部と、水平方向に沿って蒸発部に隣接して配置される熱交換部であって、外部との熱交換により冷却される熱交換部と、多孔質材料により形成された凝縮体であって、熱交換部のうちの鉛直方向上方側に位置する部分に接触した状態で配置されると共に水平方向において蒸発部に向かって延びる凝縮体と、蒸発面で蒸発し、凝縮体により凝縮される熱媒体と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】冷却装置は、一部が冷却対象に接触する蒸発部であって、冷却対象に接触している部分とは異なる位置で露出した面である蒸発面を有する蒸発部と、水平方向に沿って蒸発部に隣接して配置される熱交換部であって、外部との熱交換により冷却される熱交換部と、多孔質材料により形成された凝縮体であって、熱交換部のうちの鉛直方向上方側に位置する部分に接触した状態で配置されると共に水平方向において蒸発部に向かって延びる凝縮体と、蒸発面で蒸発し、凝縮体により凝縮される熱媒体と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
冷却装置であって、
一部が冷却対象に接触する蒸発部であって、前記冷却対象に接触している部分とは異なる位置で露出した面である蒸発面を有する蒸発部と、
水平方向に沿って前記蒸発部に隣接して配置される熱交換部であって、外部との熱交換により冷却される熱交換部と、
多孔質材料により形成された凝縮体であって、前記熱交換部のうちの鉛直方向上方側に位置する部分に接触した状態で配置されると共に水平方向において前記蒸発部に向かって延びる凝縮体と、
前記蒸発面で蒸発し、前記凝縮体により凝縮される熱媒体と、
を備える、冷却装置。
一部が冷却対象に接触する蒸発部であって、前記冷却対象に接触している部分とは異なる位置で露出した面である蒸発面を有する蒸発部と、
水平方向に沿って前記蒸発部に隣接して配置される熱交換部であって、外部との熱交換により冷却される熱交換部と、
多孔質材料により形成された凝縮体であって、前記熱交換部のうちの鉛直方向上方側に位置する部分に接触した状態で配置されると共に水平方向において前記蒸発部に向かって延びる凝縮体と、
前記蒸発面で蒸発し、前記凝縮体により凝縮される熱媒体と、
を備える、冷却装置。
【請求項2】
請求項１に記載の冷却装置であって、
前記凝縮体は、水平方向に沿って前記熱交換部よりも前記蒸発部側にはみ出して、前記蒸発面の一部と対向する延伸部を有する、冷却装置。
前記凝縮体は、水平方向に沿って前記熱交換部よりも前記蒸発部側にはみ出して、前記蒸発面の一部と対向する延伸部を有する、冷却装置。
【請求項3】
請求項２に記載の冷却装置であって、さらに、
前記延伸部と前記蒸発面とを鉛直方向に延びて接続する接続部を備える、冷却装置。
前記延伸部と前記蒸発面とを鉛直方向に延びて接続する接続部を備える、冷却装置。
【請求項4】
請求項３に記載の冷却装置であって、
前記蒸発面には、前記熱交換部から前記蒸発部へと向かう接続方向に沿って延びる複数の溝が形成されている、冷却装置。
前記蒸発面には、前記熱交換部から前記蒸発部へと向かう接続方向に沿って延びる複数の溝が形成されている、冷却装置。
【請求項5】
請求項４に記載の冷却装置であって、
前記複数の溝は、
前記熱交換部に近い側に形成された複数の第１の溝と、
前記第１の溝よりも前記熱交換部から遠い側に形成された複数の第２の溝であって、前記第１の溝の本数よりも多く、かつ、前記第１の溝の幅よりも小さい複数の第２の溝と、
を有する、冷却装置。
前記複数の溝は、
前記熱交換部に近い側に形成された複数の第１の溝と、
前記第１の溝よりも前記熱交換部から遠い側に形成された複数の第２の溝であって、前記第１の溝の本数よりも多く、かつ、前記第１の溝の幅よりも小さい複数の第２の溝と、
を有する、冷却装置。
【請求項6】
請求項４または請求項５に記載の冷却装置であって、さらに、
前記熱交換部を冷却するために外部から供給される冷媒の流量および温度を制御する制御部と、
前記冷却対象の温度を取得する第１温度取得部と、
前記熱交換部に供給される前記冷媒の温度を取得する第２温度取得部と、
前記熱交換部に供給される前記冷媒の流量を取得する流量取得部と、
を備え、
前記制御部は、
前記蒸発面の温度と、前記熱交換部に供給される前記冷媒の温度および流量とを用いて、前記凝縮体内に保有された前記熱媒体の液膜厚みを算出し、
算出された前記熱媒体の液膜厚みを、前記複数の溝におけるドライアウトの発生を抑制するために最小液膜厚み以上、かつ、前記蒸発面から前記熱媒体のオーバーフローの発生を抑制するための最大液膜厚み以下となるように、前記熱交換部に供給される前記冷媒の流量を制御する、冷却装置。
前記熱交換部を冷却するために外部から供給される冷媒の流量および温度を制御する制御部と、
前記冷却対象の温度を取得する第１温度取得部と、
前記熱交換部に供給される前記冷媒の温度を取得する第２温度取得部と、
前記熱交換部に供給される前記冷媒の流量を取得する流量取得部と、
を備え、
前記制御部は、
前記蒸発面の温度と、前記熱交換部に供給される前記冷媒の温度および流量とを用いて、前記凝縮体内に保有された前記熱媒体の液膜厚みを算出し、
算出された前記熱媒体の液膜厚みを、前記複数の溝におけるドライアウトの発生を抑制するために最小液膜厚み以上、かつ、前記蒸発面から前記熱媒体のオーバーフローの発生を抑制するための最大液膜厚み以下となるように、前記熱交換部に供給される前記冷媒の流量を制御する、冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、冷却装置に関する。
【背景技術】
【0002】
電気自動車などのバッテリを冷却する冷却装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された冷却装置では、複数のバッテリモジュールのそれぞれがヒートパイプを介してヒートシンクに接続されている。ヒートシンク内には、ラジエータにより冷却される冷却水が流れる冷却水通路が形成されている。これにより、冷却水を介してヒートシンクが冷却され、ヒートパイプを介して各バッテリモジュールが冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平１１－２０４１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１に記載された冷却装置では、ヒートシンクに接続されるヒートパイプがラジエータに近い上流側に位置するほど、当該ヒートパイプに接続されているバッテリモジュールがより冷却される。一方で、ヒートシンクの下流側に位置するヒートパイプに接続するバッテリモジュールは、上流側ほど冷却されない。すなわち、特許文献１に記載された冷却装置では、バッテリモジュール間で温度差が発生してしまう。
【0005】
液体や蒸気の熱媒体の顕熱を利用した冷却方法とは別の冷却方法として、熱媒体の液体と蒸気との相変化により熱を輸送する蒸気熱輸送式が知られている。蒸気熱輸送式では、蒸発と凝縮との相変化現象を利用するため熱輸送能力が高い。蒸気熱輸送方式では、沸点温度で熱媒体の温度が制御されるため、冷却対象の温度分布の発生を抑制するメリットがある。そのため、冷却方法として蒸気熱輸送式を採用することにより、特許文献１のようなバッテリモジュール間で発生する温度差を抑制できる。
【0006】
蒸気輸送方式には、垂直式と水平式がある。垂直式では、鉛直上方において放熱側として熱媒体が凝縮し、鉛直下方において冷却対象を冷却して熱媒体が蒸発する。鉛直上方で凝縮した液体の熱媒体は、重力により冷却対象が配置された延長下方へと輸送される。垂直式では、熱媒体の移動に重力を利用しているため、鉛直上方の凝縮面から鉛直下方の蒸発面への熱媒体の輸送速度が比較的速く、熱輸送速度が高い。一方、水平式では、凝縮面上で凝縮された液体の熱媒体を蒸発面へと輸送する力が弱く、熱輸送速度が低いおそれがある。しかしながら、冷却対象の搭載位置やスペースによっては、垂直式の蒸気熱輸送式を実現できずに、水平式の蒸気熱輸送方式で冷却対象を冷却したい場合がある。
【0007】
本発明は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、鉛直方向に十分な高さを確保できない状態でも、蒸気熱輸送方法の熱輸送速度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現できる。
【0009】
（１）本発明の一形態によれば、冷却装置が提供される。この冷却装置は、一部が冷却対象に接触する蒸発部であって、前記冷却対象に接触している部分とは異なる位置で露出した面である蒸発面を有する蒸発部と、水平方向に沿って前記蒸発部に隣接して配置される熱交換部であって、外部との熱交換により冷却される熱交換部と、多孔質材料により形成された凝縮体であって、前記熱交換部のうちの鉛直方向上方側に位置する部分に接触した状態で配置されると共に水平方向において前記蒸発部に向かって延びる凝縮体と、前記蒸発面で蒸発し、前記凝縮体により凝縮される熱媒体と、を備える。
【0010】
この構成によれば、熱交換部により冷却された凝縮体は、気体の熱媒体を凝縮させて液体へと変化させる。凝縮体は、多孔質材料に形成されているため、毛管力を有している。液体に変化した熱媒体は、毛管力により凝縮体内における液体量の分布を均一化する。凝縮体内の液体の熱媒体は、凝縮体よりも鉛直下方に位置する蒸発面へと重力および毛管力により輸送される。蒸発面へと輸送された液体の熱媒体は、蒸発部の一部が冷却対象と接触しているため、冷却対象により加熱された高温の蒸発面によって加熱されて気体へと変化する。気体に変化した熱媒体は、再び、凝縮体へと循環して凝縮される。すなわち、本構成によれば、毛管力を有する凝縮体により、間欠的に蒸発面へと液体の熱媒体が供給される。本構成と異なり凝縮体が存在しない場合には、熱交換部の鉛直上方側の面で熱媒体の液滴が粗大化して当該面で留まって、水平方向に沿って隣接する蒸発部の蒸発面まで熱媒体が輸送されにくい。蒸発面まで十分な熱媒体が輸送されないと、蒸発面が乾いて液滴の再付着がしにくくなる。それに対して、本構成では、鉛直方向に十分な高さを有していなくても、凝縮体の毛管力を利用した水平式の蒸気熱輸送方法を用いて、熱輸送速度を向上させて冷却対象を効率的に冷却できる。
【0011】
（２）上記態様の冷却装置において、前記凝縮体は、水平方向に沿って前記熱交換部よりも前記蒸発部側にはみ出して、前記蒸発面の一部と対向する延伸部を有していてもよい。
この構成によれば、凝縮体の延伸部の鉛直下方に熱交換部が存在していないため、毛管力により延伸部内に移動した液体の熱媒体は、重力によって蒸発面へと落下する。その結果、延伸部以外の凝縮体内から毛管力により延伸部内へと液体の熱媒体が更に移動するため、延伸部を介して凝縮体から蒸発面への熱媒体の輸送を促進することができる。
この構成によれば、凝縮体の延伸部の鉛直下方に熱交換部が存在していないため、毛管力により延伸部内に移動した液体の熱媒体は、重力によって蒸発面へと落下する。その結果、延伸部以外の凝縮体内から毛管力により延伸部内へと液体の熱媒体が更に移動するため、延伸部を介して凝縮体から蒸発面への熱媒体の輸送を促進することができる。
【0012】
（３）上記態様の冷却装置において、さらに、前記延伸部と前記蒸発面とを鉛直方向に延びて接続する接続部を備えていてもよい。
この構成によれば、延伸部内の液体の熱媒体が接続部を介して蒸発面へと輸送されるため、熱媒体の輸送をさらに促進させることができる。
この構成によれば、延伸部内の液体の熱媒体が接続部を介して蒸発面へと輸送されるため、熱媒体の輸送をさらに促進させることができる。
【0013】
（４）上記態様の冷却装置において、前記蒸発面には、前記熱交換部から前記蒸発部へと向かう接続方向に沿って延びる複数の溝が形成されていてもよい。
この構成によれば、蒸発面に流入した液体の熱媒体は、各溝に流入する。各溝の一部では、熱媒体の表面張力により、液膜厚みが極めて薄いマイクロレイヤーと呼ばれる層が形成される。マイクロレイヤーの蒸発熱熱伝達率が高いため、本構成によれば、蒸発面の冷却性能が向上する。また、マイクロレイヤーは、溝内の熱媒体が蒸発して液体積割合が低下しても、熱媒体の全てが蒸発するまで溝内に連続的に形成される。この結果、溝内に均一に分配された熱媒体により、接続方向に沿って均質な冷却能力を確保できる。
この構成によれば、蒸発面に流入した液体の熱媒体は、各溝に流入する。各溝の一部では、熱媒体の表面張力により、液膜厚みが極めて薄いマイクロレイヤーと呼ばれる層が形成される。マイクロレイヤーの蒸発熱熱伝達率が高いため、本構成によれば、蒸発面の冷却性能が向上する。また、マイクロレイヤーは、溝内の熱媒体が蒸発して液体積割合が低下しても、熱媒体の全てが蒸発するまで溝内に連続的に形成される。この結果、溝内に均一に分配された熱媒体により、接続方向に沿って均質な冷却能力を確保できる。
【0014】
（５）上記態様の冷却装置において、前記複数の溝は、前記熱交換部に近い側に形成された複数の第１の溝と、前記第１の溝よりも前記熱交換部から遠い側に形成された複数の第２の溝であって、前記第１の溝の本数よりも多く、かつ、前記第１の溝の幅よりも小さい複数の第２の溝と、を有してもよい。
この構成によれば、蒸発面の溝を流れる熱媒体の流速は、上流側と下流側との圧力差と、流路である溝の圧力損失抵抗とのバランスにより決定する。上流側に位置する第１の溝の幅は、下流側に位置する第２の溝の幅よりも大きい。そのため、高い熱輸送条件の上流側では第１の溝内を流れる熱媒体の流速が低下する。一方で、蒸発により熱媒体の液流量が低下する下流側の第２の溝の幅は、第１の溝よりも小さい。そのため、第２の溝における上流側と下流側との圧力差が大きくなり、第２の溝を流れる熱媒体の流速を増加させる。すなわち、本構成によれば、液体積比が高い上流側を流れる熱媒体の流速を低下させて高い熱輸送を実現すると同時に、下流側を流れる熱媒体の流速を増加させてマイクロレイヤーによる蒸発を促進させることができる。
この構成によれば、蒸発面の溝を流れる熱媒体の流速は、上流側と下流側との圧力差と、流路である溝の圧力損失抵抗とのバランスにより決定する。上流側に位置する第１の溝の幅は、下流側に位置する第２の溝の幅よりも大きい。そのため、高い熱輸送条件の上流側では第１の溝内を流れる熱媒体の流速が低下する。一方で、蒸発により熱媒体の液流量が低下する下流側の第２の溝の幅は、第１の溝よりも小さい。そのため、第２の溝における上流側と下流側との圧力差が大きくなり、第２の溝を流れる熱媒体の流速を増加させる。すなわち、本構成によれば、液体積比が高い上流側を流れる熱媒体の流速を低下させて高い熱輸送を実現すると同時に、下流側を流れる熱媒体の流速を増加させてマイクロレイヤーによる蒸発を促進させることができる。
【0015】
（６）上記態様の冷却装置において、さらに、前記熱交換部を冷却するために外部から供給される冷媒の流量および温度を制御する制御部と、前記冷却対象の温度を取得する第１温度取得部と、前記熱交換部に供給される前記冷媒の温度を取得する第２温度取得部と、前記熱交換部に供給される前記冷媒の流量を取得する流量取得部と、を備え、前記制御部は、前記蒸発面の温度と、前記熱交換部に供給される前記冷媒の温度および流量とを用いて、前記凝縮体内に保有された前記熱媒体の液膜厚みを算出し、算出された前記熱媒体の液膜厚みを、前記複数の溝におけるドライアウトの発生を抑制するために最小液膜厚み以上、かつ、前記蒸発面から前記熱媒体のオーバーフローの発生を抑制するための最大液膜厚み以下となるように、前記熱交換部に供給される前記冷媒の流量を制御してもよい。
この構成によれば、熱交換部および凝縮体による気体の熱媒体に対する凝縮能力と、蒸発面における液体の熱媒体に対する蒸発能力とのバランスによって、冷却能力が決定する。本構成では、凝縮体内に保有された熱媒体の液膜厚みを最小液膜厚み以上に制御されることで、蒸発面に供給される熱媒体の流量を保って、溝内の熱媒体のドライアウトの発生が抑制される。さらに、凝縮体内で保有された熱媒体の液膜厚みが最大液膜厚み以下に制御されることで、蒸発面に過剰に熱媒体が供給されてマイクロレイヤーの生成が阻害されることを抑制する。すなわち、バッファーとして機能する凝縮体内の液膜厚みが一定範囲に制御されることにより、冷却能力を向上させることができる。
この構成によれば、熱交換部および凝縮体による気体の熱媒体に対する凝縮能力と、蒸発面における液体の熱媒体に対する蒸発能力とのバランスによって、冷却能力が決定する。本構成では、凝縮体内に保有された熱媒体の液膜厚みを最小液膜厚み以上に制御されることで、蒸発面に供給される熱媒体の流量を保って、溝内の熱媒体のドライアウトの発生が抑制される。さらに、凝縮体内で保有された熱媒体の液膜厚みが最大液膜厚み以下に制御されることで、蒸発面に過剰に熱媒体が供給されてマイクロレイヤーの生成が阻害されることを抑制する。すなわち、バッファーとして機能する凝縮体内の液膜厚みが一定範囲に制御されることにより、冷却能力を向上させることができる。
【0016】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、冷却装置、熱輸送装置、冷却方法、熱輸送方法、およびこれらの装置を備える又は方法を実現するシステム、これら装置または方法を実行するためのコンピュータプログラム、このコンピュータプログラムを配布するためのサーバ装置、コンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の一実施形態としての冷却装置の概略斜視図である。
【図2】比較例の冷却装置の概略斜視図である。
【図3】第１実施形態の冷却装置の効果の説明図である。
【図4】第１実施形態の冷却装置の効果の説明図である。
【図5】第２実施形態の冷却部の概略斜視図である。
【図6】接続部の概略斜視図である。
【図7】第２実施形態の冷却部の効果の説明図である。
【図8】第３実施形態の蒸発部の概略斜視図である。
【図9】第３実施形態の溝の概略断面図である。
【図10】熱媒体の上流側および下流側の流量の説明図である。
【図11】溝角度に応じて変化する駆動圧力差の説明図である。
【図12】溝角度に応じて変化する溝の流路断面積の説明図である。
【図13】溝による蒸発促進効果の説明図である。
【図14】溝による蒸発促進効果の説明図である。
【図15】第４実施形態の蒸発部の説明図である。
【図16】第４実施形態の蒸発部の説明図である。
【図17】第１の溝と第２の溝との効果の説明図である。
【図18】第５実施形態の冷却装置の一部の概略ブロック図である。
【図19】冷却水の流量制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0018】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態としての冷却装置１００の概略斜視図である。本実施形態の冷却装置１００は、冷却対象である加熱体ＯＢを水平式の蒸気熱輸送式により冷却する。冷却装置１００では、熱交換部１０の鉛直上方に接触した状態で配置された凝縮体３０が蒸気から液体に凝縮させた熱媒体４０を毛管力によって水平方向に輸送する。これにより、輸送された液体の熱媒体４０が、加熱体ＯＢに一部が接触している蒸発部２０で蒸発する。加熱体ＯＢは、熱媒体４０の蒸発潜熱分だけ冷却される。
図１は、本発明の一実施形態としての冷却装置１００の概略斜視図である。本実施形態の冷却装置１００は、冷却対象である加熱体ＯＢを水平式の蒸気熱輸送式により冷却する。冷却装置１００では、熱交換部１０の鉛直上方に接触した状態で配置された凝縮体３０が蒸気から液体に凝縮させた熱媒体４０を毛管力によって水平方向に輸送する。これにより、輸送された液体の熱媒体４０が、加熱体ＯＢに一部が接触している蒸発部２０で蒸発する。加熱体ＯＢは、熱媒体４０の蒸発潜熱分だけ冷却される。
【0019】
図１には、冷却装置１００の一部が示されている。本実施形態の冷却装置１００は、鉛直方向に沿って順番に配置された複数の加熱体ＯＢと同数の冷却部８０ａと、１つの冷却部８０とを備えている。本実施形態の冷却装置１００では、各冷却部８０ａの間と、図１に示されるように最も鉛直上方に位置する冷却部８０ａと冷却部８０と間とに１つの加熱体ＯＢが挟まれるように配置されている。
【0020】
冷却部８０は、図１に示されるように、水平面に平行な面を有する蒸発部２０と、密閉された空間内を循環する熱媒体４０と、水平方向に沿って蒸発部２０に隣接して配置される熱交換部１０と、熱交換部１０のうちの鉛直上方側に位置する部分に接触した状態で配置された凝縮体３０とを備えている。蒸発部２０は、平板状の本体部２３と、本体部２３のうちの加熱体ＯＢに接触する鉛直下方を向いている下面２２と、本体部２３のうちの鉛直上方を向いているの上面である蒸発面２１とを有している。なお、本実施形態では、鉛直方向に平行なＺ軸を有する直交座標系ＣＳが定義されている。直交座標系ＣＳにおけるＸ軸は、熱交換部１０から蒸発部２０へと向かう接続方向に平行な方向として定義されている。Ｙ軸は、Ｘ軸およびＺ軸に直交する軸であり、熱交換部１０の奥行方向に平行な軸である。
【0021】
熱交換部１０は、蒸発部２０のＸ軸負方向側に隣接する下面部１３と、下面部１３に対向して鉛直上方に位置する上面部１１と、上面部１１と下面部１３との間に配置される複数のフィンで形成される熱交換本体部１２とを備えている。上面部１１および下面部１３は、水平方向に平行な平板形状を有する。熱交換本体部１２を形成するフィンは、ＹＺ平面に平行な平板状の形状を有している。各フィンの間には、図１に示されるように、Ｙ軸方向に延びる空間が形成される。本実施形態では、矢印ＤＲ１に沿って外部から熱交換部１０を冷却するための冷媒としての冷却水が供給される。
【0022】
凝縮体３０は、熱交換部１０の上面部１１の鉛直上方側かつ蒸発部２０の蒸発面２１よりも鉛直上方側に配置されている。凝縮体３０は、水平方向に平行な平板形状を有する。凝縮体３０は、多孔質材料で形成されているため、毛管力を有している。図１に示されるように、凝縮体３０は、水平方向に沿って熱交換部１０よりも蒸発部２０側であるＸ軸正方向側にはみ出して、蒸発面２１の一部と対向する延伸部３１を有している。
【0023】
熱媒体４０は、蒸発部２０の蒸発面２１と、凝縮体３０とを含む密閉された空間内で、液体と気体との相変化を伴って循環する。具体的には、液体の熱媒体４０は、加熱体ＯＢにより昇温した蒸発部２０の蒸発面２１により加熱されて蒸発する。蒸気の熱媒体４０は、冷却水により冷却される熱交換部１０の上面部１１と接触している凝縮体３０により冷却されて凝縮する。凝縮体３０内の液体の熱媒体４０は、多孔質材料により発生する毛管力によって、上面部１１よりもＸ軸正方向側にはみ出している延伸部３１を含む水平方向に沿って輸送される。延伸部３１へと輸送された液体の熱媒体４０は、重力により落下および熱交換本体部１２のＸ軸正方向側の側面を伝って、蒸発部２０の蒸発面２１に輸送される。
【0024】
図１に示される冷却部８０ａは、冷却部８０の蒸発部２０ａがさらに台部２５を備えている。台部２５は、水平方向に平行な面を有する平板部２６と、平板部２６に鉛直方向上端が接続して鉛直下方およびＸ軸に沿って延びる足部２７，２８とを有する。平板部２６の鉛直方向上側の面は加熱体ＯＢの鉛直下方側の面に接触している。足部２７は、平板部２６に対してＹ軸正方向側に配置されている。足部２８は、平板部２６に対してＹ軸負方向側に配置されている。足部２７，２８の鉛直下方の端部は、蒸発部２０ａにおける本体部２３の鉛直上方側の面に接している。そのため、蒸発部２０ａの蒸発面２１ａは、本体部２３の鉛直上方側の面の内、足部２７と足部２８とのそれぞれに接触していない露出した面である。なお、冷却部８０の蒸発面２１と凝縮体３０とを含む密閉空間と、冷却部８０ａの蒸発面２１ａと凝縮体３０ａとを含む密閉空間とは、互いの熱媒体４０が行き来できないように分離されている。
【0025】
図２は、比較例の冷却装置１００ｘの概略斜視図である。比較例の冷却装置１００ｘでは、第１実施形態の冷却装置１００と比較して、冷却部８０ｘ，８０ａｘが互いに凝縮体３０，３０ａを備えない点が異なる。比較例では凝縮体３０，３０ａがないため、図２に示されるように、熱交換部１０の上面部１１の鉛直上方側の面で冷却されて凝縮した液体の熱媒体４０が、蒸発部２０，２０ａが位置するＸ軸正方向を含む水平方向へと輸送されずに、液溜まりとして留まっている。
【0026】
図３および図４は、第１実施形態の冷却装置１００の効果の説明図である。図３，４には、図１に示されるＸ軸に沿って場所が異なる位置１～６における液体の熱媒体４０の液体積割合の時系列変化が示されている。図３，４の縦軸である液体積割合は、各位置における空間体積に対する液体体積の比（割合）である。なお、図３と図４とでは、縦軸のスケールが異なる。図３には、第１実施形態の冷却装置１００の熱媒体４０の時系列変化が示され、図４には、比較例の冷却装置１００ｘの熱媒体４０の時系列変化が示されている。図３の位置１～４における液体の熱媒体４０は、凝縮体３０内に含まれる熱媒体４０の液体積割合を表している。図４の位置１～４における液体の熱媒体４０は、熱交換部１０の上面部１１の鉛直上方側の面に発生している熱媒体４０の液体積割合を表している。図３，４の位置５，６における液体の熱媒体４０は、蒸発面２１に存在する熱媒体４０の液体積割合を表している。
【0027】
図３に示されるように、第１実施形態の冷却装置１００では、位置１～４における凝縮体３０内の液体の熱媒体４０は、時間が経過するにつれて減少している。位置５，６における蒸発面２１上の液体の熱媒体４０は、時間が経過するにつれて増加する。特に、位置５よりも凝縮体３０から遠い位置６では、熱媒体４０の量が位置５よりも時間が経過するほど増えている。すなわち、第１実施形態の冷却装置１００では、凝縮体３０内から蒸発面２１へと液体の熱媒体４０の輸送が促進されていることがわかる。
【0028】
一方で、図４に示されるように、比較例の冷却装置１００ｘでは、位置１～４における凝縮体３０内の液体の熱媒体４０は、時間が経過しても単調に減少せずに増加と減少とを繰り返している。位置５，６における蒸発面２１上の液体の熱媒体４０は、時間が経過するにつれて増加するものの、増加量は図３に示される第１実施形態よりも少ない。すなわち、比較例の冷却装置１００ｘでは、第１実施形態の冷却装置１００と比較して、熱交換部１０の上面部１１から蒸発面２１へと液体の熱媒体４０の輸送が促進されていないことがわかる。
【0029】
以上のように、第１実施形態の冷却装置１００は、加熱体ＯＢに一部が接触すると共に蒸発面２１を有する蒸発部２０と、蒸発部２０の蒸発面２１で蒸発すると共に凝縮体３０により凝縮する熱媒体４０と、蒸発部２０に隣接して配置される熱交換部１０と、熱交換部１０の鉛直上方に接触した状態で配置された凝縮体３０とを備えている。凝縮体３０は、多孔質材料で形成されているため、毛管力を有している。そのため、熱交換部１０により冷却された凝縮体３０は、気体の熱媒体４０を凝縮させて液体へと変化させる。凝縮体３０の毛管力により、液体に変化した熱媒体４０は、凝縮体３０内における保水量分布を均一化する。凝縮体３０内の液体の熱媒体４０は、凝縮体３０よりも下方に位置する蒸発面２１へと重力により輸送される。蒸発面２１へと輸送された液体の熱媒体４０は、蒸発部２０の一部が加熱体ＯＢと接触しているため、高温の蒸発面２１によって加熱されて気体へと変化し、凝縮体３０へと循環する。すなわち、本実施形態では、毛管力を有する凝縮体３０により、間欠的に蒸発面２１へと液体の熱媒体４０が供給される。第１実施形態と異なり、比較例の冷却装置１００ｘように凝縮体３０が存在しない場合には、熱交換部１０の上面部１１の鉛直上方側の面で熱媒体４０の液滴が粗大化して留まって、熱媒体４０が蒸発面２１に輸送されにくい。蒸発面２１まで十分な熱媒体４０が輸送されないと、蒸発面２１が乾いて液滴の再付着がしにくくなる。それに対して、本実施形態では、鉛直方向に十分な高さを有していなくても、凝縮体３０の毛管力を利用した水平式の蒸気熱輸送方法を用いて、熱輸送速度を向上させて加熱体ＯＢを効率的に冷却できる。
【0030】
また、第１実施形態の凝縮体３０は、水平方向に沿って熱交換部１０よりも蒸発部２０側であるＸ軸正方向側にはみ出して、蒸発面２１の一部と対向する延伸部３１を有している。すなわち、延伸部３１の鉛直下方に熱交換部１０が存在していないため、延伸部３１内に移動した液体の熱媒体４０は、重力によって蒸発面２１へと落下する。その結果、延伸部３１以外の凝縮体３０内から毛管力により延伸部３１内へと液体の熱媒体が更に移動するため、延伸部３１を介して凝縮体３０から蒸発面２１への熱媒体４０の輸送を促進することができる。
【0031】
＜第２実施形態＞
図５は、第２実施形態の冷却部８０ｂの概略斜視図である。第２実施形態の冷却部８０ｂでは、第１実施形態の冷却装置１００が備える冷却部８０に対して、接続部５０を備える点が異なる。図５に示されるように、接続部５０は、鉛直方向に延びて凝縮体３０の延伸部３１と、蒸発部２０の蒸発面２１とを接続している。
図５は、第２実施形態の冷却部８０ｂの概略斜視図である。第２実施形態の冷却部８０ｂでは、第１実施形態の冷却装置１００が備える冷却部８０に対して、接続部５０を備える点が異なる。図５に示されるように、接続部５０は、鉛直方向に延びて凝縮体３０の延伸部３１と、蒸発部２０の蒸発面２１とを接続している。
【0032】
図６は、接続部５０の概略斜視図である。図６に示されるように、接続部５０は、奥行き方向に平行なＹＺ平面を有する基端部５１と、一端が基端部５１に接続して接続方向であるＸ軸正方向側に延びる５つのリブ５２とを備えている。基端部５１およびリブ５２の鉛直方向に沿う長さ（高さ）は、冷却部８０ｂにおいて蒸発面２１から上面部１１の鉛直上方側の面までの距離と同じである。そのため、基端部５１およびリブ５２は、凝縮体３０の延伸部３１の鉛直下方側の面と、蒸発面２１とに接触して、凝縮体３０および蒸発部２０を接続する。
【0033】
５つのリブ５２は、同じ形状を有する。リブ５２は、基端部５１に接続していない他端がＸ軸正方向に延びるＺＸ平面に平行な面を有している。リブ５２がＸ軸正方向に延びている長さは、冷却部８０ｂに組み立てられた状態で、凝縮体３０の延伸部３１がＸ軸正方向の端面と同位置になる長さと同じである。
【0034】
図７は、第２実施形態の冷却部８０ｂの効果の説明図である。図７には、図５に示されるＸ軸に沿って場所が異なる位置１～６における液体の熱媒体４０の液体積割合の時系列変化が示されている。なお、図５における位置１～６は、図１における位置１～６と同じ位置である。図７の縦軸の液体積割合は、図３，４の縦軸と同じ各位置における空間体積に対する液体体積の比（割合）である。
【0035】
図７に示されるように、位置１～６のいずれの位置でも、時間が経過するほど液体の熱媒体４０の量が増加する。換言すると、凝縮体３０内の熱媒体４０は、蒸発面２１へと速やかに輸送されている。一方で、接続部５０を備えない第１実施形態の冷却部８０では、凝縮体３０の延伸部３１の鉛直下方側の面に、液体の熱媒体４０が雫状の液滴となって留まる傾向があった。すなわち、第２実施形態の冷却部８０ｂでは、第１実施形態の冷却部８０よりも延伸部３１から蒸発面２１までの熱媒体の輸送を迅速化できる。
【0036】
以上のように、第２実施形態の接続部５０は、鉛直方向に延びて凝縮体３０の延伸部３１と、蒸発部２０の蒸発面２１とを接続している。そのため、第２実施形態の冷却部８０ｂでは、延伸部２１内の液体の熱媒体４０が接続部５０を介して蒸発面２１へと輸送されるため、熱媒体４０の輸送をさらに促進させることができる。
【0037】
＜第３実施形態＞
図８は、第３実施形態の蒸発部２０ｃの概略斜視図である。第３実施形態の冷却部では、第２実施形態の冷却部８０ｂと比較して、蒸発部２０ｃの形状が異なる。図８に示されるように、第３実施形態の蒸発部２０ｃの蒸発面２１ｃには、熱交換部１０から蒸発部２０ｃへと向かう接続方向と平行なＸ軸方向に沿って延びる複数の溝２４が形成されている。溝２４は、本体部２３ｃに対してＹＺ平面に平行な断面がＶ字型となるように形成されている。
図８は、第３実施形態の蒸発部２０ｃの概略斜視図である。第３実施形態の冷却部では、第２実施形態の冷却部８０ｂと比較して、蒸発部２０ｃの形状が異なる。図８に示されるように、第３実施形態の蒸発部２０ｃの蒸発面２１ｃには、熱交換部１０から蒸発部２０ｃへと向かう接続方向と平行なＸ軸方向に沿って延びる複数の溝２４が形成されている。溝２４は、本体部２３ｃに対してＹＺ平面に平行な断面がＶ字型となるように形成されている。
【0038】
蒸発面２１ｃに溝２４内では、表面張力により熱媒体４０の気体と液体とが分離された流動状況を得ることができる。溝２４内の蒸発メニスカス界面では、固気液３相面が形成され、液体の表面張力によって極めて薄いマイクロレイヤーと呼ばれる蒸発熱伝達率が高い層が得られる。マイクロレイヤーは、蒸発により断面内の液体積割合が低下しても蒸発が完結するまで流れ方向に連続的に形成される。そのため、溝２４の幅方向に均一分配された液体の熱媒体４０により面内で均質な冷却能力を確保できる。
【0039】
ここで、断面がＶ字型の溝２４の溝角度の最適化について考える。図９は、第３実施形態の溝２４の概略断面図である。図９には、溝２４内に液体の熱媒体４０が存在する状態が示されている。図９に示されるように、溝角度αは、Ｖ字の頂点を通る中心軸ＯＬ２と溝２４の斜面とが成す角度である。中心軸ＯＬ２から溝２４の幅までの距離をｒとすると、溝幅は２ｒとして表される。このときに、溝２４が熱媒体４０に接触している面の長さを濡れぶち長さとすると、水力直径ｄｅは、下記式（１）のように表される。水力直径ｄｅは、後述の式（３）で用いる。
【0040】
【数1】
【0041】
溝２４内の熱媒体４０は、熱交換部１０に近い上流側から、熱交換部１０から離れた下流側に向かうにつれて蒸発するため、下流側を流れる熱媒体４０の流量が上流側よりも少なくなる。図１０は、熱媒体４０の上流側および下流側の流量の説明図である。図１０に示されるように、上流側の熱媒体４０における中心軸ＯＬ２ｕから溝２４の端面までの距離をｒmax、上流側の熱媒体４０における中心軸ＯＬ２ｄから溝２４の端面までの距離をｒminと定義する。この場合に、気液界面における力学的バランスがラプラス則に従うとすると、熱媒体４０の駆動圧力差ΔＰ１は、下記式（２）のように表される。なお、式（２）におけるσl（Ｎ／ｍ）は、液体の熱媒体４０の表面張力である。θは、液体の熱媒体４０の接触角である。
【0042】
【数2】
【0043】
一方で、溝２４内を流れる熱媒体４０には、粘性抵抗損失ΔＰ２が生じる。駆動圧力差ΔＰ１が粘性抵抗損失ΔＰ２よりも大きい場合に、溝２４内の熱媒体４０は、上流側から下流側へと流れる。ここで、溝２４の長さをＬと定義し、長さ方向の中央を代表点としてダルシーの圧力損失式を用いると、粘性抵抗損失ΔＰ２は、式（１）の水力直径ｄｅを用いて下記式（３）のように表される。なお、Ｒｅは、レイノルズ数である。ρは、熱媒体４０の密度である。ｕは、熱媒体４０の流速である。
【0044】
【数3】
【0045】
上記式（３）における流速ｕは、蒸発部２０ｃの熱輸送量Ｑｅｘと、熱媒体４０の蒸発潜熱ＱLとを用いて、下記式（４）のように表される。なお、Ｎは、蒸発部２０ｃに形成された溝２４の本数である。
【0046】
【数4】
【0047】
上記式（２）で示される駆動圧力差ΔＰ１が、上記式（３）で表される粘性抵抗損失ΔＰ２よりも大きくなる範囲で、溝２４の溝角度αを設定することにより、蒸発部２０ｃにおける熱媒体４０の蒸発を促進させることができる。
【0048】
図１１は、溝角度αに応じて変化する駆動圧力差ΔＰ１の説明図である。図１１には、溝２４の溝幅を２ｍｍに固定した状態で、溝角度αが１５，３０，４５，６０°の場合の各駆動圧力差ΔＰ１（ｋＰａ）が棒グラフにより示されている。図１１に示されるように、溝角度αが小さいほど、駆動圧力差ΔＰ１が大きくなる。そのため、溝角度αが大きくなるように溝２４が形成されることが好ましい。
【0049】
図１２は、溝角度αに応じて変化する溝２４の流路断面積の説明図である。図１２には、溝２４の溝幅を２ｍｍに固定し、かつ、溝２４の長さＬを１０ｃｍに固定した状態で、角度αが１５，３０，４５，６０°の場合の溝２４の表面積が流路断面積として棒グラフにより示されている。なお、図１１に示す例では、溝の本数を５０本に固定している。図１２に示されるように、溝角度αが小さいほど、溝２４の流路断面積は増加する。
【0050】
図１３および図１４は、溝２４による蒸発促進効果の説明図である。図１３には、第３実施形態の冷却部の接続方向に沿った各位置での熱輸送量が示されている。図１３の横軸は、接続方向に沿う冷却部の長さを正規化した値であり、縦軸は熱輸送量（Ｗ）である。図１３には、加熱体ＯＢの熱負荷が２０，３０，４０，５０Ｖの場合に、溝２４が形成された第３実施形態の蒸発部２０ｃと、溝が形成されていない第１実施形態の蒸発部２０とのそれぞれの熱輸送量が示されている。
【0051】
図１３に示されるように、特に加熱体ＯＢの熱負荷が大きい場合（例えば、５０Ｖ）に、溝２４が形成された蒸発部２０ｃの熱輸送量が高くなっている。蒸発部２０ｃでは、溝２４により発生する駆動圧力差ΔＰ１により、より下流側へと液体の熱媒体４０が輸送される。そのため、加熱体ＯＢの熱負荷が４０Ｖ，５０Ｖと高い場合に、蒸発部２０ｃの下流側での熱輸送量が高くなっている。
【0052】
図１４には、高温の加熱体ＯＢと、冷却される熱交換部１０との温度差に応じて変化する熱輸送量（Ｗ）と、単位温度差当たりの熱輸送量を表す熱コンダクタンス（Ｗ／Ｋ）とが示されている。なお、加熱体ＯＢの温度として、蒸発部２０ｃの蒸発面２１ｃの代表温度を採用し、熱交換部１０の温度として凝縮体３０（図１）の代表温度を採用した。
【0053】
図１４に示されるように、溝２４を有する蒸発部２０ｃの冷却部では、温度差が上昇するほど熱輸送量も増え、温度差に関わらず熱コンダクタンスはほぼ一定である。これは、加熱体ＯＢの熱負荷が上昇しても、温度差に応じた高い熱輸送量を発揮できることを表している。一方で、溝２４が形成されていない蒸発部２０を有する冷却部８０、８０ｂでは、温度差の上昇分に対する熱輸送量の上昇分が少ない。結果として、温度差の上昇に伴って熱コンダクタンスが低下している。
【0054】
以上のように、第３実施形態の蒸発面２１ｃには、熱交換部１０から蒸発部２０ｃへと向かう接続方向と平行なＸ軸方向に沿って延びる複数の溝２４が形成されている。そのため、蒸発面２１ｃに流入した液体の熱媒体４０は、各溝２４に流入する。各溝２４の一部では、熱媒体４０の表面張力σlにより、マイクロレイヤーが形成される。マイクロレイヤーの蒸発熱熱伝達率が高いため、第３実施形態の蒸発面２１ｃの冷却性能が向上する。また、マイクロレイヤーは、溝２４内の熱媒体４０が蒸発して液体積割合が低下しても、熱媒体４０の全てが蒸発するまで溝２４内に連続的に形成される。この結果、溝２４内に均一に分配された熱媒体４０により、接続方向に沿って均質な冷却能力を確保できる。
【0055】
＜第４実施形態＞
図１５および図１６は、第４実施形態の蒸発部２０ｄの説明図である。図１５には、蒸発部２０ｄの概略斜視図が示されている。図１６には、蒸発部２０ｄの蒸発面２１ｄを熱媒体４０が流れる方向における下流側から見た概略側面図が示されている。第４実施形態の蒸発部２０ｄは、第３実施形態の蒸発部２０ｃ（図８）と比較して、溝２４ｄが接続方向であるＸ軸方向に沿って上流側と下流側とで異なる溝幅の第１の溝２４ｄ１と、第２の溝２４ｄ２とを備えている。
図１５および図１６は、第４実施形態の蒸発部２０ｄの説明図である。図１５には、蒸発部２０ｄの概略斜視図が示されている。図１６には、蒸発部２０ｄの蒸発面２１ｄを熱媒体４０が流れる方向における下流側から見た概略側面図が示されている。第４実施形態の蒸発部２０ｄは、第３実施形態の蒸発部２０ｃ（図８）と比較して、溝２４ｄが接続方向であるＸ軸方向に沿って上流側と下流側とで異なる溝幅の第１の溝２４ｄ１と、第２の溝２４ｄ２とを備えている。
【0056】
図１５，１６に示されるように、第４実施形態の複数の溝２４ｄは、熱交換部１０に近い上流側に形成された複数の第１の溝２４ｄ１と、第１の溝２４ｄ１よりも熱交換部１０から遠い下流側に形成された複数の第２の溝２４ｄ２とを備えている。第４実施形態では、複数の第１の溝２４ｄ１のそれぞれは、同じ形状（溝角度α、長さ、溝幅）を有している。第１の溝２４ｄ１は、蒸発部２０ｄのＸ軸負方向側の端面から、蒸発部２０ｄのＸ軸に沿う長さの半分の位置まで形成されている。
【0057】
複数の第２の溝２４ｄ２のそれぞれは、同じ形状（溝角度α、長さ、溝幅）を有している。第４実施形態の第２の溝２４ｄ２は、第１の溝２４ｄ１のＸ軸正方向側の端面から、蒸発部２０ｄのＸ軸正方向側の端面まで形成されている。すなわち、第２の溝２４ｄ２は、第１の溝２４ｄ１と同じ長さを有している。また、第２の溝２４ｄ２の溝幅は、第１の溝２４ｄ１の溝幅の半分である。蒸発部２０ｄに形成された第２の溝２４ｄ２の溝本数は、第１の溝２４ｄ１の２倍である。第２の溝２４ｄ２の頂点の溝角度は、第１の溝２４ｄ１の頂点の溝角度と同じである。そのため、第２の溝２４ｄ２の溝深さは、第１の溝２４ｄ１の溝深さの半分である。第４実施形態では、第１の溝２４ｄ１のうちの最も深い頂点の高さ（Ｚ軸方向に沿う位置）と、第２の溝２４ｄ２のうちの最も深い頂点の高さとが一緒になるように、第１の溝２４ｄ１および第２の溝２４ｄ２が形成されている。
【0058】
図１７は、第１の溝２４ｄ１と第２の溝２４ｄ２との効果の説明図である。図１７には、接続方向における溝２４ｄの各位置における熱媒体の液圧力の分布が示されている。第１の溝２４ｄ１および第２の溝２４ｄ２を備える第４実施形態の液圧力が黒塗りの丸で示され、比較として１種類の溝２４（図８）が形成されている第３実施形態の液圧力が白抜きの丸で示されている。図１７に示される例では、第１の溝２４ｄ１の溝幅が２ｍｍであり、第１の溝２４ｄ１の溝角度α（図９）が１５°である。そのため、第２の溝２４ｄ２の溝幅は１ｍｍであり、第２の溝２４ｄ２の溝角度αは１５°である。なお、第３実施形態の溝２４は、全長にわたって第４実施形態の第１の溝２４ｄ１と同じ断面形状を有する。
【0059】
図１７に示されるように、第３実施形態と第４実施形態とで溝幅が同じ上流側では、各位置における熱媒体４０の液圧力の勾配は同じである。しかし、溝幅が異なる下流側では、第４実施形態の方の液圧力の勾配が大きい。その結果、第４実施形態の第２の溝２４ｄ２の出入口における駆動圧力差ΔＰ１は、下流側の第３実施形態の下流側の駆動圧力差よりも大きくなっている。この結果、第４実施形態の溝２４ｄの出入口における駆動圧力差ΔＰ１は、第３実施形態の駆動圧力差ΔＰ１よりも４０％程大きくなっている。
【0060】
以上のように、第４実施形態の複数の溝２４ｄは、熱交換部１０に近い上流側に形成された複数の第１の溝２４ｄ１と、第１の溝２４ｄ１よりも熱交換部１０から遠い下流側に形成された複数の第２の溝２４ｄ２とを備えている。蒸発面２１ｄの溝２４ｄを流れる熱媒体の流速は、上流側と下流側との駆動圧力差ΔＰ１と、流路である溝２４ｄの粘性抵抗損失ΔＰ２とのバランスにより決定する。上流側に位置する第１の溝２４ｄ１の幅は、下流側に位置する第２の溝２４ｄ２の幅よりも大きい。そのため、高い熱輸送条件の上流側では第１の溝２４ｄ１内を流れる熱媒体４０の流速が低下する。一方で、蒸発により熱媒体４０の液流量が低下する下流側の第２の溝２４ｄ２の幅は、第１の溝２４ｄ１よりも小さい。そのため、第２の溝２４ｄ２における上流側と下流側との駆動圧力差ΔＰ１が大きくなり、第２の溝を流れる熱媒体４０の流速を増加させる。すなわち、第４実施形態では、液体積比が高い上流側を流れる熱媒体４０の流速を低下させて高い熱輸送を実現すると同時に、下流側を流れる熱媒体４０の流速を増加させてマイクロレイヤーによる蒸発を促進させることができる。
【0061】
＜第５実施形態＞
第５実施形態の冷却装置１００ｅは、第３実施形態のように溝２４が形成された蒸発部２０ｃを備える冷却部８０ｅにおいて、熱交換部１０を冷却するために供給される冷媒としての冷却水の流量を制御する制御部６０を備えている。制御部６０は、蒸発部２０ｃにおける溝２４のドライアウトの発生と、蒸発部２０ｃから蒸発していない液体の熱媒体４０のオーバーフローの発生とを抑制するように、熱交換部１０に供給される冷却水の流量を制御する。
第５実施形態の冷却装置１００ｅは、第３実施形態のように溝２４が形成された蒸発部２０ｃを備える冷却部８０ｅにおいて、熱交換部１０を冷却するために供給される冷媒としての冷却水の流量を制御する制御部６０を備えている。制御部６０は、蒸発部２０ｃにおける溝２４のドライアウトの発生と、蒸発部２０ｃから蒸発していない液体の熱媒体４０のオーバーフローの発生とを抑制するように、熱交換部１０に供給される冷却水の流量を制御する。
【0062】
図１８は、第５実施形態の冷却装置１００ｅの一部の概略ブロック図である。図１８に示されるように、冷却部８０ｅは、さらに、加熱体ＯＢの温度Ｔｈを検出する第１温度センサ（第１温度取得部）Ｓ１と、熱交換部１０に供給される冷却水の入口温度Ｔｃ，ｉｎを検出する第２温度センサ（第２温度取得部）Ｓ２と、熱交換部１０に供給される冷却水の流量ｍ（ｋｇ／ｓ）を取得する流量センサ（流量取得部）Ｓｆとを備えている。なお、図１８では、後述する各部の熱抵抗が示されている（例えば、対流熱伝達抵抗Ｒｆなど）。
【0063】
ここで、冷却部８０ｅ内における蒸気の熱媒体４０の蒸気圧は、飽和温度Ｔｓと、蒸発部２０ｃおよび凝縮体３０の温度差のバランスとによって決定する。具体的には、蒸発部２０ｃの蒸発面２１ｃの発熱量と、凝縮体３０を冷却する熱交換部１０の壁面の放熱量とが等価の熱流束ｑｅｘ（Ｗ／ｍ2）とした場合に、飽和温度Ｔｓを用いて、蒸発面２１ｃの壁面温度Ｔｅｖａおよび熱交換部１０の壁面温度Ｔｃｏｎは、下記式（５），（６）のように表される。なお、式（５）におけるαevaは、蒸発面２１ｃの熱伝達率である。式（６）におけるαconは、熱交換部１０の壁面の熱伝達率である。
【0064】
【数5】
【数6】
【0065】
ここで、熱交換部１０の熱伝達率αconが蒸発面２１ｃの熱伝達率αevaよりも高い、すなわち、凝縮能力が蒸発能力よりも高い場合、飽和温度Ｔｓは、熱交換部１０の壁面温度Ｔｃｏｎに近づいて、冷却部８０ｂ内の蒸気圧は低下する。高い凝縮能力により凝縮した熱媒体４０は、蒸発面２１ｃの溝２４に供給されるものの、低い蒸発能力により完全に気化せずに、凝縮体３０内および溝２４内に留まる。
【0066】
一方で、蒸発面２１ｃの熱伝達率αevaが熱交換部１０の熱伝達率αconよりも高い、すなわち、蒸発能力が凝縮能力よりも高い場合、飽和温度Ｔｓは、蒸発面２１ｃの熱伝達率αevaに近づいて、冷却部８０ｂ内の蒸気圧は上昇する。高い蒸発能力により気化した熱媒体４０は、凝縮体３０に供給されるものの、低い凝縮能力により凝縮されにくく液体の熱媒体４０が不足して、蒸発面２１ｃの溝２４における液枯れを招くおそれがある。
【0067】
第５実施形態では、制御部６０が熱交換部１０を冷却する冷却水の流量を制御することにより、熱交換部１０の壁面温度Ｔｃｏｎに起因する凝縮能力と、蒸発面２１ｃの壁面温度Ｔｅｖａとのバランスを制御して、凝縮体３０内に保有される熱媒体４０の量を変化させる。これにより、第５実施形態では、蒸発面２１ｃの溝２４内の熱媒体４０の流量が制御され、蒸発面２１ｃにおけるドライアウトおよびオーバーフローの発生を抑制する。ドライアウトの発生が抑制されることで、溝２４内に高熱伝導率のマイクロレイヤーが形成されないことを防止し、蒸発性能の低下を抑制する。また、オーバーフローの発生が抑制されることで、多すぎる熱媒体４０の液量によって溝２４内にマイクロレイヤーが形成されないことを防止し、蒸発性能の低下を抑制する。
【0068】
具体的な制御として、制御部６０は、取得された冷却水の温度Ｔｃ，ｉｎおよび流量ｍと、加熱体ＯＢの温度Ｔｈとを用いて、凝縮体３０内に保有された熱媒体４０の液膜厚みδｃａｌを算出する。液膜厚みδｃａｌが最小液厚みδｍｉｎ以下だと、蒸発部２０ｃの溝２４に十分な熱媒体４０が供給されずにドライアウトが発生する。一方、液膜厚みδｃａｌが最大液厚みδｍａｘ以上だと、凝縮体３０内の熱媒体４０がオーバーフローにより蒸発部２０ｃの溝２４内に過剰に供給される。そのため、本実施形態の制御部６０は、算出した液膜厚みδｃａｌが最小液厚みδｍｉｎ以上、かつ、最大液厚みδｍａｘ以下となるように、熱交換部１０に供給される冷却水の流量を制御する。なお、最小液厚みδｍｉｎおよび最大液厚みδｍａｘの算出方法については後述する。
【0069】
ここで、加熱体ＯＢの温度Ｔｈと、冷却水の入口温度Ｔｃ，ｉｎと、冷却部８０ｅが輸送する熱輸送量Ｑｅｘ（Ｗ）とには、下記式（７）で示される関係が成立する。
Ｒλ，ｈ：加熱体内部熱伝導抵抗
Ｒｅｖａ：蒸発熱伝達抵抗
Ｒｃｏｎ：凝縮熱伝達抵抗
Ｒｐ：浸透液熱抵抗
Ｒλ，ｃ：熱交換部内部熱伝導抵抗
Ｒｆ：対流熱伝達抵抗
Ｒｃｐ：冷却水温度上昇による抵抗
Ａｈ：蒸発部の伝達面積
Ａｃ：凝縮体の伝熱面積
Ａｆ：冷却水流路の伝熱表面積
【数7】
Ｒｅｖａ：蒸発熱伝達抵抗
Ｒｃｏｎ：凝縮熱伝達抵抗
Ｒｐ：浸透液熱抵抗
Ｒλ，ｃ：熱交換部内部熱伝導抵抗
Ｒｆ：対流熱伝達抵抗
Ｒｃｐ：冷却水温度上昇による抵抗
Ａｈ：蒸発部の伝達面積
Ａｃ：凝縮体の伝熱面積
Ａｆ：冷却水流路の伝熱表面積
【0070】
加熱体ＯＢの内部の熱伝導抵抗である加熱体内部熱伝導抵抗Ｒλ，ｈは、加熱体ＯＢの熱伝達距離ｔｈ（ｍ）と、加熱体ＯＢを形成する部材の熱伝導率λＭ（Ｗ／（ｍ・Ｋ））とを用いて、下記式（８）のように表される。
【数8】
【0071】
蒸発時の熱媒体４０の熱伝達抵抗である蒸発熱伝達抵抗Ｒｅｖａは、蒸発面２１ｃの熱伝達率αeva（Ｗ／（ｍ2・Ｋ））を用いて、下記式（９）のように表される。
【数9】
【0072】
凝縮時の熱媒体４０の熱伝達抵抗である凝縮熱伝達抵抗Ｒｃｏｎは、凝縮体３０に接する熱交換部１０における壁面の熱伝達率αcon（Ｗ／（ｍ2・Ｋ））を用いて、下記式（１０）のように表される。
【数10】
【0073】
凝縮体３０内に浸透した熱媒体４０による浸透液熱抵抗Ｒｐは、凝縮体３０内の液膜厚みδｃａｌと、合成熱伝導率Λｃとを用いて、下記式（１１）のように表される。
【数11】
【0074】
合成熱伝導率Λｃは、凝縮体３０を形成する多孔質材料と、多孔質材料の空隙内に存在する液体の熱媒体４０とによって決定される熱伝導率である。多孔質材料の熱伝導率をΛｍ（Ｗ／（ｍ・Ｋ））とし、液体の熱媒体４０の熱伝導率をΛｌｉｑ（Ｗ／（ｍ・Ｋ））とすると、合成伝導率Λｃは、下記式（１２）のように表される。
【0075】
【数12】
【0076】
多孔質材料の空隙率をεとすると、多孔質材料の熱伝導率Λｍは、下記式（１３）のように表される。また、凝縮体３０内の熱媒体４０の熱伝導率Λｌｉｑは、下記式（１４）のように表される。
【0077】
【数13】
【数14】
【0078】
熱交換部１０の内部の熱伝導抵抗である熱交換部内部熱伝導抵抗Ｒλ，ｃは、熱交換部１０の熱伝達距離ｔｃ（ｍ）と、熱交換部１０を形成する部材の熱伝導率λｎ（Ｗ／（ｍ・Ｋ））とを用いて、下記式（１５）のように表される。
【数15】
【0079】
熱交換部１０に供給される冷却水と、熱交換部１０との対流熱伝達抵抗Ｒｆは、冷却水の熱伝達率αf（Ｗ／（ｍ2・Ｋ））を用いて、下記式（１６）のように表される。
【数16】
【0080】
冷却水温度上昇による抵抗Ｒｃｐは、熱交換部１０に流入する冷却水の入口温度Ｔｃ，ｉｎと、熱交換部１０を通過して流出する冷却水の出口温度Ｔｃ，ｏｕｔとの差によって発生する。冷却水の出口温度Ｔｃ，ｏｕｔは、冷却した熱交換部１０からの熱量により、入口温度Ｔｃ，ｉｎよりも上昇する。本実施形態では、冷却水の温度を入口温度Ｔｃ，ｉｎと出口温度Ｔｃ，ｏｕｔとの平均値として、下記式（１７）に示される熱抵抗Ｒｐを算出した。
【数17】
【0081】
そのため、検出された加熱体ＯＢの温度Ｔｈと、冷却水の入口温度Ｔｃ，ｉｎおよび流量ｍと、加熱体ＯＢを冷却したい温度である制御目標温度Ｔｈ，ｔａｒｇｅｔとが既知であれば、上記式（７）を用いて凝縮体３０内の液膜厚みδｃａｌを算出できる。
【0082】
ここで、蒸発部２０ｃのドライアウトの発生を防止するための最小液厚みδｍｉｎは、液体の熱媒体４０の表面張力σ（Ｎ／ｍ）と、粘度η（Ｐａ・ｓ）と、温度Ｔ（Ｋ）とによって決定される下記式（１８）の関数ｆとして表される。同じように、蒸発部２０ｃのオーバーフローを防止するために許容される最大液厚みδｍａｘは、表面張力σ（Ｎ／ｍ）と、粘度η（Ｐａ・ｓ）と、温度Ｔ（Ｋ）とによって決定される下記式（１９）の関数ｇとして表される。
【0083】
【数18】
【数19】
【0084】
制御部６０は、上記式（７）を用いて算出した液膜厚みδｃａｌが最小液厚みδｍｉｎ以上、かつ、最大液厚みδｍａｘ以下になるように、熱交換部１０に供給される冷却水の流量ｍを制御する。
【0085】
図１９は、冷却水の流量制御のフローチャートである。図１９の制御フローに示されるように、制御部６０は、初めに、初期値としての熱輸送量Ｑｅｘと、液膜厚みδｉｎｉと、制御目標温度Ｔｈ，ｔａｒｇｅｔとを設定する（ステップＳ１）。制御部６０は、これらの初期値として、加熱体ＯＢに応じたユーザからの入力値を用いてもよいし、他の装置から取得してもよい。
【0086】
制御部６０は、熱交換部１０に対して流量ｍの冷却水の供給を開始する（ステップＳ２）。制御部６０は、予め設定されている冷却水の入口温度Ｔｃ，ｉｎと、設定された初期値とを上記式（７）に代入することにより、供給する冷却水の流量ｍを決定する。制御部６０は、決定した流量ｍの冷却水を、図示されていないバルブなどを制御して熱交換部１０へと供給する。なお、冷却水の入口温度Ｔｃ，ｉｎとして、第２温度センサＳ２の検出値が用いられてもよい。
【0087】
熱交換部１０に冷却水が供給され始めると、加熱体ＯＢが稼働し、加熱体ＯＢの発熱が開始される（ステップＳ３）。制御部６０は、第２温度センサＳ２および流量センサＳｆを用いて冷却水の入口温度Ｔｃ，ｉｎおよび流量ｍを取得し、第１温度センサＳ１を用いて加熱体ＯＢの温度Ｔｈを取得する（ステップＳ４）。
【0088】
制御部６０は、取得された冷却水の温度Ｔｃ，ｉｎおよび流量ｍと、加熱体ＯＢの温度Ｔｈとを上記式（７）に代入し、液膜厚みδｃａｌを算出する（ステップＳ５）。制御部６０は、算出された液膜厚みδｃａｌが最小液厚みδｍｉｎ以上、かつ、最大液厚みδｍａｘ以下か否かを判定する（ステップＳ６）。液膜厚みδｃａｌが最小液厚みδｍｉｎ以上、かつ、最大液厚みδｍａｘ以下と判定された場合には（ステップＳ６：ＹＥＳ）、制御部６０は、後述のステップＳ８の処理を行う。
【0089】
液膜厚みδｃａｌが最小液厚み未満、または、最大液厚みδｍａｘよりも大きいと判定された場合には（ステップＳ６：ＮＯ）、制御部６０は、現時点で熱交換部１０に供給している冷却水の流量ｍを補正する（ステップＳ７）。第５実施形態では、最大液厚みδｍａｘと最小液厚みδｍｉｎの差の１０％を補正量として、現時点の流量ｍに加算または減算する。算出された液膜厚みδｃａｌが最小液厚みδｍｉｎ未満の場合には、制御部６０は、現時点の流量ｍに補正量を加算する。一方で、算出された液膜厚みδｃａｌが最大液厚みδｍａｘよりも大きい場合には、制御部６０は、現時点の流量ｍに補正量を減算する。制御部６０は、補正量を加算または減算した新たな流量ｍの冷却水を熱交換部１０へと供給する。
【0090】
制御部６０は、所定の操作を受け付けることにより、制御フローを終了するか否かを判定する（ステップＳ８）。例えば、所定の操作としては、加熱体ＯＢの稼働が終了する操作やユーザからの冷却装置１００の停止操作などが挙げられる。制御フローを終了しないと判定された場合には（ステップＳ８：ＮＯ）、制御部６０は、ステップＳ４以降の処理を繰り返す。制御フローを終了すると判定された場合には（ステップＳ８：ＹＥＳ）、制御フローが終了する。なお、図１９に示される制御フローでは、ステップＳ７の後に終了判断のステップＳ８の処理が行われたが、制御フローのいずれでも終了判断の処理が行われてもよい。
【0091】
以上のように、第５実施形態の制御部６０は、取得された冷却水の温度Ｔｃ，ｉｎおよび流量ｍと、加熱体ＯＢの温度Ｔｈとを用いて、凝縮体３０内に保有された熱媒体４０の液膜厚みδｃａｌを算出する。本実施形態の制御部６０は、算出した液膜厚みδｃａｌが蒸発面２１ｃでドライアウトの発生を抑制するための最小液厚みδｍｉｎ以上となるように、熱交換部１０に供給される冷却水の流量を制御する。また、制御部６０は、蒸発面２１ｃから熱媒体４０のオーバーフローの発生を抑制するための最大液厚みδｍａｘ以下となるように、熱交換部１０に供給される冷却水の流量を制御する。第５実施形態では、熱交換部１０および凝縮体３０による気体の熱媒体に対する凝縮能力と、蒸発面２１ｃにおける液体の熱媒体４０に対する蒸発能力とのバランスによって、冷却能力が決定する。第５実施形態では、凝縮体３０内に保有された熱媒体４０の液膜厚みδｃａｌを最小液膜厚みδｍｉｎ以上に制御されることで、蒸発面２１ｃに供給される熱媒体４０の流量を保って、溝２４内の熱媒体４０のドライアウトの発生が抑制される。さらに、凝縮体３０内で保有された熱媒体４０の液膜厚みδｃａｌが最大液膜厚みδｍａｘ以下に制御されることで、蒸発面２１ｃに過剰に熱媒体４０が供給されてマイクロレイヤーの生成が阻害されることを抑制する。すなわち、バッファーとして機能する凝縮体３０内の液膜厚みδｃａｌが一定範囲に制御されることにより、冷却能力を向上させることができる。
【0092】
＜実施形態の変形例＞
本発明は上記実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。また、上記実施形態において、ハードウェアによって実現されるとした構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されるとした構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。
本発明は上記実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。また、上記実施形態において、ハードウェアによって実現されるとした構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されるとした構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。
【0093】
＜変形例１＞
上記第１実施形態から第５実施形態までの各実施形態の冷却装置１００，１００ｅおよび冷却部８０，８０ａ，８０ｂ、８０ｅは、一例であって、変形可能である。変形例の冷却装置および冷却部は、多孔質材料に形成された凝縮体３０，３０ａが毛管力によって水平方向に液体の熱媒体４０を輸送し、熱媒体が蒸発面で蒸発し、熱媒体が凝縮体により凝縮される範囲で変形可能である。
上記第１実施形態から第５実施形態までの各実施形態の冷却装置１００，１００ｅおよび冷却部８０，８０ａ，８０ｂ、８０ｅは、一例であって、変形可能である。変形例の冷却装置および冷却部は、多孔質材料に形成された凝縮体３０，３０ａが毛管力によって水平方向に液体の熱媒体４０を輸送し、熱媒体が蒸発面で蒸発し、熱媒体が凝縮体により凝縮される範囲で変形可能である。
【0094】
他の実施形態では、冷却装置が、図１に示される１つの加熱体ＯＢに下面２２が接触している蒸発部２０を備える冷却部８０のみを備え、冷却部８０ａを備えていなくてもよい。また、第１実施形態（図１）のように、蒸発部２０が冷却対象である加熱体ＯＢに接触する部分は、冷却部８０のように蒸発部２０の鉛直下方を向いた下面２２であってもよいし、冷却部８０ａのように台部２５における鉛直下方を向いた面であってもよく、その他の部分であってもよい。
【0095】
上記第１実施形態では、蒸発面２１が形成された蒸発部２０は、熱交換部１０の鉛直下方側に位置する下面部１３に隣接するように配置されたが、熱交換本体部１２または上面部１１に隣接するように配置されてもよい。蒸発部２０の位置は、蒸発面２１が凝縮体３０よりも鉛直下方側に位置する範囲で変形できる。また、上記第１実施形態では、蒸発面２１は、水平方向に平行な面であったが、水平方向に対して傾斜していてもよく、水平方向に液体の熱媒体４０を輸送可能な範囲で変形可能である。
【0096】
第１実施形態の凝縮体３０は、水平方向に平行な面を有する平板状の形状を有していたが、水平方向に対して傾斜した平板形状を有していてもよいし、例えば、球形状であってもよい。凝縮体３０は、凝縮させた液体の熱媒体４０を毛管力により水平方向に輸送可能な範囲で変形可能である。また、凝縮体３０は、延伸部３１（図１）を有しておらず、例えば、Ｘ軸正方向側の端面が熱交換部１０のＸ軸正方向側の端面まで延びていなくてもよい。上記第１実施形態では、冷却部８０内で熱媒体４０が循環する空間と、冷却部８０ａ内で熱媒体４０が循環する空間とが分離されていたが、同じ空間として形成されていてもよい。第１実施形態のような複数の冷却部８０ａおよび冷却部８０を備える冷却装置１００において、熱媒体４０が循環する空間が連通していることにより、各冷却部８０，８０ａの冷却対象である複数の加熱体ＯＢの温度のバラツキを抑制できる。
【0097】
＜変形例２＞
上記第２実施形態の接続部５０（図５，６）の形状については変形可能である。接続部５０が備える基端部５１および複数のリブ５２の形状等については、凝縮体３０から蒸発面２１への熱媒体４０が移動を促進させる形状の範囲で周知の形状を用いることができる。
上記第２実施形態の接続部５０（図５，６）の形状については変形可能である。接続部５０が備える基端部５１および複数のリブ５２の形状等については、凝縮体３０から蒸発面２１への熱媒体４０が移動を促進させる形状の範囲で周知の形状を用いることができる。
【0098】
上記第３実施形態および第４実施形態では、蒸発面２１ｃ，２１ｄ（図８－９，１５－１６）に形成される溝２４，２４ｄの断面としてＶ字の例を挙げたが、溝断面形状は、半円であってもよいし、鉛直上方が開口した台形などの矩形形状などであってもよい。溝２４，２４ｄは、蒸発面２１ｃ、２１ｄにおいて接続方向に沿った全ての位置で形成されていなくてもよく、一部に形成されていてもよい。上記第３実施形態および第４実施形態で挙げた溝幅、溝深さ、および溝角度αは、一例であって変形可能である。溝２４，２４ｄは、接続方向に沿って平行に延びるように形成されていたが、接続方向に所定の角度傾いて延びるように形成されていてもよい。
【0099】
上記第５実施形態における最小液膜厚みδｍｉｎおよび最大液膜厚みδｍａｘは、上記式（１８），（１９）のような関数を用いて算出されなくてもよく、例えば、各要素によって決定されるマップから導出されてもよい。同じように、図１９に示される制御フローのステップＳ７の冷却水流量の補正量は、マップを用いて与えられてもよく、最大液膜厚みδｍａｘと最小液膜厚みδｍｉｎとの差の１０％でなくてもよい。熱交換部１０を冷却する冷媒として冷却水が用いられたが、冷媒は、冷却水以外であってもよく、周知の熱媒体を用いることができる。
【0100】
以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。
【0101】
本発明は、以下の形態としても実現することが可能である。
［適用例１］
冷却装置であって、
一部が冷却対象に接触する蒸発部であって、前記冷却対象に接触している部分とは異なる位置で露出した面である蒸発面を有する蒸発部と、
水平方向に沿って前記蒸発部に隣接して配置される熱交換部であって、外部との熱交換により冷却される熱交換部と、
多孔質材料により形成された凝縮体であって、前記熱交換部のうちの鉛直方向上方側に位置する部分に接触した状態で配置されると共に水平方向において前記蒸発部に向かって延びる凝縮体と、
前記蒸発面で蒸発し、前記凝縮体により凝縮される熱媒体と、
を備える、冷却装置。
［適用例２］
適用例１に記載の冷却装置であって、
前記凝縮体は、水平方向に沿って前記熱交換部よりも前記蒸発部側にはみ出して、前記蒸発面の一部と対向する延伸部を有する、冷却装置。
［適用例３］
適用例１または適用例２に記載の冷却装置であって、さらに、
前記延伸部と前記蒸発面とを鉛直方向に延びて接続する接続部を備える、冷却装置。
［適用例４］
適用例１から適用例３までのいずれか一項に記載の冷却装置であって、
前記蒸発面には、前記熱交換部から前記蒸発部へと向かう接続方向に沿って延びる複数の溝が形成されている、冷却装置。
［適用例５］
適用例１から適用例４までのいずれか一項に記載の冷却装置であって、
前記複数の溝は、
前記熱交換部に近い側に形成された複数の第１の溝と、
前記第１の溝よりも前記熱交換部から遠い側に形成された複数の第２の溝であって、前記第１の溝の本数よりも多く、かつ、前記第１の溝の幅よりも小さい複数の第２の溝と、
を有する、冷却装置。
［適用例６］
適用例１から適用例５までのいずれか一項に記載の冷却装置であって、さらに、
前記熱交換部を冷却するために外部から供給される冷媒の流量および温度を制御する制御部と、
前記冷却対象の温度を取得する第１温度取得部と、
前記熱交換部に供給される前記冷媒の温度を取得する第２温度取得部と、
前記熱交換部に供給される前記冷媒の流量を取得する流量取得部と、
を備え、
前記制御部は、
前記蒸発面の温度と、前記熱交換部に供給される前記冷媒の温度および流量とを用いて、前記凝縮体内に保有された前記熱媒体の液膜厚みを算出し、
算出された前記熱媒体の液膜厚みを、前記複数の溝におけるドライアウトの発生を抑制するために最小液膜厚み以上、かつ、前記蒸発面から前記熱媒体のオーバーフローの発生を抑制するための最大液膜厚み以下となるように、前記熱交換部に供給される前記冷媒の流量を制御する、冷却装置。
［適用例１］
冷却装置であって、
一部が冷却対象に接触する蒸発部であって、前記冷却対象に接触している部分とは異なる位置で露出した面である蒸発面を有する蒸発部と、
水平方向に沿って前記蒸発部に隣接して配置される熱交換部であって、外部との熱交換により冷却される熱交換部と、
多孔質材料により形成された凝縮体であって、前記熱交換部のうちの鉛直方向上方側に位置する部分に接触した状態で配置されると共に水平方向において前記蒸発部に向かって延びる凝縮体と、
前記蒸発面で蒸発し、前記凝縮体により凝縮される熱媒体と、
を備える、冷却装置。
［適用例２］
適用例１に記載の冷却装置であって、
前記凝縮体は、水平方向に沿って前記熱交換部よりも前記蒸発部側にはみ出して、前記蒸発面の一部と対向する延伸部を有する、冷却装置。
［適用例３］
適用例１または適用例２に記載の冷却装置であって、さらに、
前記延伸部と前記蒸発面とを鉛直方向に延びて接続する接続部を備える、冷却装置。
［適用例４］
適用例１から適用例３までのいずれか一項に記載の冷却装置であって、
前記蒸発面には、前記熱交換部から前記蒸発部へと向かう接続方向に沿って延びる複数の溝が形成されている、冷却装置。
［適用例５］
適用例１から適用例４までのいずれか一項に記載の冷却装置であって、
前記複数の溝は、
前記熱交換部に近い側に形成された複数の第１の溝と、
前記第１の溝よりも前記熱交換部から遠い側に形成された複数の第２の溝であって、前記第１の溝の本数よりも多く、かつ、前記第１の溝の幅よりも小さい複数の第２の溝と、
を有する、冷却装置。
［適用例６］
適用例１から適用例５までのいずれか一項に記載の冷却装置であって、さらに、
前記熱交換部を冷却するために外部から供給される冷媒の流量および温度を制御する制御部と、
前記冷却対象の温度を取得する第１温度取得部と、
前記熱交換部に供給される前記冷媒の温度を取得する第２温度取得部と、
前記熱交換部に供給される前記冷媒の流量を取得する流量取得部と、
を備え、
前記制御部は、
前記蒸発面の温度と、前記熱交換部に供給される前記冷媒の温度および流量とを用いて、前記凝縮体内に保有された前記熱媒体の液膜厚みを算出し、
算出された前記熱媒体の液膜厚みを、前記複数の溝におけるドライアウトの発生を抑制するために最小液膜厚み以上、かつ、前記蒸発面から前記熱媒体のオーバーフローの発生を抑制するための最大液膜厚み以下となるように、前記熱交換部に供給される前記冷媒の流量を制御する、冷却装置。
【符号の説明】
【0102】
１０…熱交換部
１１…熱交換部の上面部
１２…熱交換本体部
１３…熱交換部の下面部
２０，２０ａ，２０ｃ，２０ｄ…蒸発部
２１，２１ａ，２１ｃ，２１ｄ…蒸発面
２２…蒸発部の下面
２３，２３ｃ…蒸発部の本体部
２４，２４ｄ…溝
２４ｄ１…第１の溝
２４ｄ２…第２の溝
２５…台部
２６…平板部
２７，２８…足部
３０，３０ａ…凝縮体
３１…延伸部
４０…熱媒体
５０…接続部
５１…基端部
５２…リブ
６０…制御部
８０，８０ａ，８０ｂ，８０ｅ，８０ｘ…冷却部
１００，１００ｅ，１００ｘ…冷却装置
ｍ…冷却水の流量
ＯＢ…加熱体（冷却対象）
Ｑｅｘ…熱輸送量
Ｓ１…第１温度センサ（第１温度取得部）
Ｓ２…第２温度センサ（第２温度取得部）
Ｓｆ…流量センサ（流量取得部）
δｃａｌ…熱媒体の液膜厚み
δｍａｘ…最大液膜厚み
δｍｉｎ…最小液膜厚み
σl…表面張力
１１…熱交換部の上面部
１２…熱交換本体部
１３…熱交換部の下面部
２０，２０ａ，２０ｃ，２０ｄ…蒸発部
２１，２１ａ，２１ｃ，２１ｄ…蒸発面
２２…蒸発部の下面
２３，２３ｃ…蒸発部の本体部
２４，２４ｄ…溝
２４ｄ１…第１の溝
２４ｄ２…第２の溝
２５…台部
２６…平板部
２７，２８…足部
３０，３０ａ…凝縮体
３１…延伸部
４０…熱媒体
５０…接続部
５１…基端部
５２…リブ
６０…制御部
８０，８０ａ，８０ｂ，８０ｅ，８０ｘ…冷却部
１００，１００ｅ，１００ｘ…冷却装置
ｍ…冷却水の流量
ＯＢ…加熱体（冷却対象）
Ｑｅｘ…熱輸送量
Ｓ１…第１温度センサ（第１温度取得部）
Ｓ２…第２温度センサ（第２温度取得部）
Ｓｆ…流量センサ（流量取得部）
δｃａｌ…熱媒体の液膜厚み
δｍａｘ…最大液膜厚み
δｍｉｎ…最小液膜厚み
σl…表面張力
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】