特開 2024-177945 沸騰冷却装置

(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】P2024177945

(43)【公開日】2024-12-24

(54)【発明の名称】沸騰冷却装置

(51)【国際特許分類】

   F28D 15/02 20060101AFI20241217BHJP

   H01L 23/427 20060101ALI20241217BHJP

【ＦＩ】

F28D15/02 M

H01L23/46 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023096369

(22)【出願日】2023-06-12

(71)【出願人】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003177

【氏名又は名称】弁理士法人旺知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】内部 銀二

【テーマコード（参考）】

5F136

【Ｆターム（参考）】

5F136CC31

5F136CC35

5F136DA21

(57)【要約】

【課題】簡単な構成で、冷却に寄与しない乾き領域への対策を図ることができ、かつ、圧力損失の増大を抑制することができる伝熱管を備えた沸騰冷却装置を提供する。
【解決手段】沸騰冷却装置は、冷媒が流通する長尺状の流路を有する伝熱管を備え、伝熱管は、流路を構成し、発熱体からの熱を受ける伝熱面を含む管本体と、流路に設けられた隔壁と、を有し、隔壁は、流路の長手方向に延在し、流路を２以上の空間に分割する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷媒が流通する長尺状の流路を有する伝熱管を備え、
前記伝熱管は、
前記流路を構成し、発熱体からの熱を受ける伝熱面を含む管本体と、
前記流路に設けられた隔壁と、を有し、
前記隔壁は、前記流路の長手方向に延在し、前記流路を２以上の空間に分割する、
ことを特徴とする沸騰冷却装置。

【請求項2】

前記隔壁は、前記長手方向に延在する平板状である、
請求項１に記載の沸騰冷却装置。

【請求項3】

前記長手方向は、鉛直方向に交差し、
前記隔壁は、前記鉛直方向に交差する方向に沿って配置される、
請求項２に記載の沸騰冷却装置。

【請求項4】

前記隔壁は、前記長手方向に沿って屈曲した屈曲部を有し、
前記屈曲部は、前記流路の前記長手方向に沿った中心線よりも前記伝熱面に近い、
請求項３に記載の沸騰冷却装置。

【請求項5】

前記隔壁は、前記流路を互いに等しい体積を有する２以上の空間に分割する、
請求項１に記載の沸騰冷却装置。

【請求項6】

前記隔壁は、複数の壁部を有し、
前記複数の壁部のそれぞれは、前記長手方向に見て前記伝熱面から前記流路の内側に向って延在し、互いに接続される、
請求項１に記載の沸騰冷却装置。

【請求項7】

前記壁部の数は、３以下である、
請求項６に記載の沸騰冷却装置。

【請求項8】

前記長手方向は、鉛直方向に交差し、
前記複数の壁部のうちの１つの壁部は、前記鉛直方向に沿って配置され、
前記１つの壁部は、前記複数の壁部の接続部よりも鉛直上方に配置される、
請求項６に記載の沸騰冷却装置。

【請求項9】

前記複数の壁部のうちの残りの壁部は、前記複数の壁部の接続部よりも鉛直下方に配置される、
請求項８に記載の沸騰冷却装置。

【請求項10】

前記長手方向は、鉛直方向に交差し、
前記複数の壁部は、前記複数の壁部の接続部よりも鉛直下方に配置される、
請求項６に記載の沸騰冷却装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、沸騰冷却装置に関する。

【背景技術】

【0002】

冷媒の沸騰に伴う潜熱を利用して発熱体を冷却する沸騰冷却装置が知られている。当該沸騰冷却装置の例として、円筒状の伝熱管を有する冷却装置が知られている。

【0003】

伝熱管を有する冷却装置は、一般的な水冷式冷却装置と比較して循環流量が非常に小さく、レイノルズ数が１００以上３０００以下程度と小さい。このため、伝熱管の内部は、層流になる。それゆえ、伝熱管の内部で冷媒が沸騰する際、気液二相冷媒の蒸気が伝熱管の上部に溜まり易く、液相冷媒が伝熱管の下部に溜まり易い。

【0004】

特許文献１に記載の伝熱管は、下部に溜まった液相冷媒を拡散させるよう、内部にねじった隔壁を有している。当該隔壁は、例えば、伝熱管の終端まで少なくとも１回転ねじられた形状を有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開第２０１８／５２４５９３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、従来のねじられた形状の隔壁では、ねじれ角によっては伝熱管の内部に、蒸気が溜まってしまう領域が発生し続けてしまうおそれがある。この結果、伝熱管の内壁面である伝熱面において冷却に寄与しない大型な乾き領域が形成されるおそれがある。このため、従来の伝熱管では、隔壁を有さない単純な管と冷却効率が変わらないおそれがある。また、ねじられた形状の隔壁を製造することは非常に難しい。さらには、ねじられた形状の隔壁では、圧力損失が増大するおそれがある。

【0007】

以上のことから、簡単な構成で、冷却に寄与しない乾き領域への対策を図ることができ、かつ、圧力損失の増大を抑制することができる伝熱管を備えた沸騰冷却装置が望まれている。

【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装置は、冷媒が流通する長尺状の流路を有する伝熱管を備え、前記伝熱管は、前記流路を構成し、発熱体からの熱を受ける伝熱面を含む管本体と、前記流路に設けられた隔壁と、を有し、前記隔壁は、前記流路の長手方向に延在し、前記流路を２以上の空間に分割する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１実施形態に係る沸騰冷却装置を備える冷却システムの概略図である。

【図2】図１の沸騰冷却装置が搭載されるモーターの断面の簡略図である。

【図3】比較例の伝熱管の縦断面図である。

【図4】比較例の伝熱管の横断面図である。

【図5】第１実施形態の伝熱管の縦断面図である。

【図6】第１実施形態の伝熱管の横断面図である。

【図7】第２実施形態の伝熱管の縦断面図である。

【図8】第２実施形態の伝熱管の横断面図である。

【図9】変形例の伝熱管の横断面図である。

【図10】第３実施形態の伝熱管の縦断面図である。

【図11】第３実施形態の伝熱管の横断面図である。

【図12】変形例の伝熱管の横断面図である。

【図13】第４実施形態の伝熱管の横断面図である。

【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開示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、本開示の範囲は、以下の説明において特に本開示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。なお、「等しい」とは、実質的に等しければよく、製造誤差等を含む意味である。

【0011】

１．第１実施形態
１－１．沸騰冷却装置１を備える冷却システム１００
図１は、第１実施形態に係る沸騰冷却装置１を備える冷却システム１００の概略図である。図２は、図１の沸騰冷却装置１が搭載されるモーター９の断面の簡略図である。

【0012】

以下の説明は、便宜上、Ｚ軸を適宜に用いて行う。Ｚ軸に沿う一方向がＺ１方向であり、Ｚ１方向とは反対の方向がＺ２方向である。典型的には、Ｚ軸が鉛直線であり、Ｚ１方向が鉛直上方に相当し、Ｚ２方向が鉛直下方に相当する。なお、実空間でのＺ軸の向きは、沸騰冷却装置１の設置姿勢に応じて決められる。Ｚ軸は、鉛直線に対して４５°以下の範囲内で傾斜してもよい。また、以下では、単に「上方」とは、鉛直線に沿う方向での位置を示しており、鉛直上方および鉛直斜め上方の双方を概念として含む。同様に、単に「下方」とは、鉛直線に沿う方向での位置を示しており、鉛直下方および鉛直斜め下方の双方を概念として含む。

【0013】

図１に示す冷却システム１００は、沸騰冷却装置１と熱交換器７と送液ポンプ８とを有する。また、沸騰冷却装置１は、例えば、モーター９に搭載される。なお、沸騰冷却装置１は、モーター９以外に搭載されてもよく、冷却を必要とするのであれば、駆動または通電等により発熱する他の機器または電子部品に搭載される。

【0014】

図２に示すように、モーター９は、固定子９１と回転子９２とシャフト９３とを有する。
固定子９１は、円筒状のステーターである。固定子９１は、回転子９２を回転させるための力を発生させる。固定子９１には、巻線９１１が設けられている。例えば、固定子９１は鉄心で構成され、巻線９１１は銅線で構成される。巻線９１１は、「発熱体」の例示である。固定子９１に、沸騰冷却装置１が配置される。

【0015】

回転子９２は、回転中心軸Ｏ９周りに回転可能に構成されるモーターである。回転子９２は、例えば珪素鋼板等で構成さる。回転子９２には、例えば、永久磁石９２１が設けられる。また、シャフト９３は、紙面手前方向および奥行方向に延在する長尺な出力軸である。シャフト９３は、回転子９２の中心に貫通しており、例えば鉄等で形成される。

【0016】

かかるモーター９では、固定子９１の巻線９１１によって作られる回転磁界によってエネルギーを与えられ、回転子９２が回転中心軸Ｏ９周りに矢印Ａ０に示すように回転する。

【0017】

なお、モーター９の構成は一例であり、他の構成のモーターに沸騰冷却装置１が設けられてもよい。

【0018】

沸騰冷却装置１は、冷媒の沸騰に伴う潜熱による熱輸送を利用して、「発熱体」としての巻線９１１を冷却する。沸騰冷却装置１は、冷媒が流れる２つの熱輸送管部１０を有する。２つの熱輸送管部１０は、図２において左右対称に設けられる。一方の熱輸送管部１０は、図２中の右側に位置し、他方の熱輸送管部１０は、図２中の左側に位置する。２つの熱輸送管部１０は、例えば、固定子９１に埋設されるが、固定子９１に埋設されていなくてもよい。

【0019】

図１に示すように、熱輸送管部１０は、冷媒が流入する入口１０１と、冷媒が流出する出口１０２を有する。熱輸送管部１０は、複数の伝熱管３と、複数の接続管２とを含む。各伝熱管３は、長尺な直線状の円管である。各接続管２は、隣り合う２つの伝熱管３を接続する。複数の伝熱管３と複数の接続管２によって、熱輸送管部１０は、長尺な管を構成する。

【0020】

図２に示すように、複数の伝熱管３は、互いに離間し、固定子９１の周方向に沿って並ぶ。図２の例では、２つの熱輸送管部１０のそれぞれは、９個の伝熱管３を有する。図２の例では、熱輸送管部１０の入口１０１は、熱輸送管部１０の最も下方に位置し、出口１０２は、熱輸送管部１０の最も上方に位置する。

【0021】

複数の伝熱管３および複数の接続管２のそれぞれは、熱伝導性に優れる材料で構成されることが好ましく、例えば、銅、アルミニウムまたはこれらのいずれかの合金等の金属材料で構成される。

【0022】

かかる沸騰冷却装置１では、図１の矢印Ａ１に示すように、冷媒は、入口１０１から流入する。その後、冷媒は、図２の矢印Ａ２に示すように熱輸送管部１０内を流通する。この流通している間に、液状の冷媒である液相冷媒が「発熱体」である巻線９１１の熱を受けて気化することにより気相冷媒が生成される。そして、図１の矢印Ａ３に示すように、出口１０２から気相冷媒が流出する。

【0023】

冷媒は、常温で液状となる媒体であり、例えば、純水等の水、または、水とアルコールとの混合液を含む。当該アルコールは、例えば、エタノールまたはメタノールである。なお、冷媒の種類は、上記の種類以外の種類であってもよい。また、冷媒には、界面活性剤が添加されることが好ましい。界面活性剤は、非イオン性界面活性剤でもよいし、陰イオン界面活性剤または陽イオン界面活性剤等のイオン性界面活性剤でもよい。界面活性剤の具体例としては、フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、および炭化水素系界面活性剤等が挙げられる。冷媒が水である場合、溶解性に優れる炭化水素系界面活性剤を用いることが好ましい。

【0024】

図１に示す熱交換器７は、沸騰冷却装置１に蒸気管６１を介して接続される。熱交換器７は、沸騰冷却装置１から蒸気管６１を介して供給される気相冷媒を外部の流体との熱交換により冷却する。当該外部の流体は、特に限定されず、液体でも気体でもよい。熱交換器７により、気相冷媒は液相冷媒になる。

【0025】

送液ポンプ８は、液管６２を介して沸騰冷却装置１に供給される液相冷媒の流量を調整する。送液ポンプ８の構造は、特に限定されず、例えば、プランジャーポンプ、またはダイヤフラプポンプでもよい。また、送液ポンプ８は、液管６３を介して沸騰冷却装置１に接続される。

【0026】

１－２．比較例の伝熱管３ｘ
図３は、比較例の伝熱管３ｘの縦断面図である。図４は、比較例の伝熱管３ｘの横断面図である。図３および図４に示す比較例の伝熱管３ｘは、単純な円筒状である。伝熱管３ｘの内壁面は、発熱体の熱を受ける伝熱面３０ｘである。伝熱管３ｘには、矢印Ａ２方向に冷媒が流れる。

【0027】

伝熱面３０ｘの近傍の冷媒が沸点以上の温度に過熱されることにより、伝熱面３０ｘに複数の気泡Ｂが発生する。発生した気泡Ｂは、浮力により伝熱面３０ｘから離脱して鉛直上方に移動する。このため、気泡Ｂは、伝熱管３ｘ内のうち鉛直上方に溜まり易く、気泡Ｂ同士が鉛直上方で合体し易い。この結果、大型な合体気泡Ｂ０が伝熱面３０ｘのうちの鉛直上方の部分に形成されてしまう。大型な合体気泡Ｂ０で伝熱面３０ｘが覆われることで、伝熱面３０ｘに大型な乾き領域Ｓｘが形成されてしまう。

【0028】

乾き領域Ｓｘは、伝熱面３０ｘのうち冷媒が接触せずに伝熱に寄与しない領域である。乾き領域Ｓｘは伝熱に寄与しないため、乾き領域Ｓｘが大型化するほど沸騰熱伝達性能が低下してしまう。この乾き領域Ｓｘの拡大を抑制して、冷却性能の低下を抑制するよう、本実施形態の伝熱管３は構成されている。

【0029】

１－３．本実施形態の伝熱管３
図５は、第１実施形態の伝熱管３の縦断図である。図６は、第１実施形態の伝熱管３の横断面図である。図５および図６に示すように、本実施形態の伝熱管３は、管本体３１と隔壁３２とを有する。管本体３１は、円筒状である。伝熱管３の内壁面は、伝熱面３０である。伝熱面３０は、円筒状である。伝熱面３０は、発熱体である巻線９１１の熱を受ける。伝熱面３０は、冷媒が流通する長尺状の流路Ｓ１を構成する。流路Ｓ１は、長尺な円柱状である。本実施形態では、流路Ｓ１の長手方向は、鉛直方向に交差しており、水平方向に平行である。流路Ｓ１において、冷媒は、矢印Ａ２の方向に流れる。

【0030】

図５および図６に示すように、隔壁３２は、伝熱管３の内部、すなわち流路Ｓ１内に設けられる。隔壁３２は、流路Ｓ１の長手方向に延在し、流路Ｓ１を２以上の空間に分割する。本実施形態では、流路Ｓ１は、隔壁３２によって、３つの空間Ｓ１１、Ｓ１２およびＳ１３に分割される。空間Ｓ１１、Ｓ１２およびＳ１３のそれぞれは、流路Ｓ１の長手方向に延在する空間である。

【0031】

隔壁３２は、３つの壁部３２１、３２２および３２３を有する。３つの壁部３２１、３２２および３２３のそれぞれは、流路Ｓ１の長手方向に延在する平板状である。３つの壁部３２１、３２２および３２３のそれぞれは、伝熱面３０から内側に向かって延び、互いに接続される。３つの壁部３２１、３２２および３２３の接続部は、流路Ｓ１の長手方向に沿った中心線Ｏ１に重なる。壁部３２１および壁部３２２は、中心線Ｏ１よりも鉛直下方に位置する。壁部３２１と壁部３２２との接続部分が、壁部３２１および壁部３２２のうち最も鉛直上方に位置する。壁部３２１と壁部３２３とのなす角度は、１８０°以下である。壁部３２１および壁部３２２は、鉛直方向および水平方向に対して交差する。また、壁部３２３は、３つの壁部３２１、３２２および３２３の接続部よりも鉛直上方に位置する。壁部３２３は、鉛直方向に沿って配置される。

【0032】

壁部３２１と各壁部３２２と伝熱面３０との一部によって、空間Ｓ１１が構成される。壁部３２１と各壁部３２３と伝熱面３０との一部によって、空間Ｓ１２が構成される。壁部３２２と各壁部３２３と伝熱面３０との一部によって、空間Ｓ１３が構成される。空間Ｓ１１、Ｓ１２およびＳ１３の各体積は、互いに等しい。

【0033】

なお、壁部３２１、３２２および３２３は、一体で形成されてもよいし、別体で形成されて接合材等で接続されてもよい。壁部３２１、３２２および３２３のそれぞれは、管本体３１と一体で形成されてもよいし、別体で形成されて接合材等で接続されてもよい。

【0034】

前述のように、隔壁３２は、流路Ｓ１の長手方向に延在し、流路Ｓ１を「２以上の空間」である３つの空間Ｓ１１、Ｓ１２およびＳ１３に分割する。このため、隔壁３２が設けられていることで、設けられていない場合に比べ、伝熱面３０に接触する気泡Ｂの量を減少させることができる。それゆえ、伝熱面３０における乾き領域Ｓｘを小さくすることができる。よって、冷却性能を向上させることが可能である。

【0035】

隔壁３２が設けられることで、隔壁３２よりも鉛直下方で発生した気泡Ｂが隔壁３２で保持される。具体的には、壁部３２１および３２２よりも鉛直下方、すなわち空間Ｓ１１で発生した気泡Ｂは、伝熱面３０から離脱して浮力により鉛直上方に上昇すると、壁部３２１および３２２に接触して留まる。このため、壁部３２１および３２２で留まった気泡Ｂは、壁部３２１および３２２よりも鉛直上方には移動しない。したがって、壁部３２１および３２２で留まった気泡Ｂは、伝熱面３０に接触しない。すなわち、空間Ｓ１１における複数の気泡Ｂは、合体気泡Ｂ０を形成するものの、伝熱面３０における乾き領域Ｓｘの形成に寄与しない。このように、壁部３２１および３２２が設けられることで、伝熱面３０のうち鉛直上方の部分に接触する気泡Ｂの量を減らすことができる。このため、乾き領域Ｓｘの形成に寄与する気泡Ｂの量を減らすことができる。よって、合体気泡Ｂ０の大型化を抑制することができるので、乾き領域Ｓｘの拡大を抑制することができる。

【0036】

また、空間Ｓ１２およびＳ１３における気泡Ｂは、浮力により上昇して伝熱面３０に接触する。このため、当該気泡Ｂは、乾き領域Ｓｘの形成に寄与する。しかし、空間Ｓ１２およびＳ１３では、流路Ｓ１から空間Ｓ１３の体積分、乾き領域Ｓｘの形成に寄与する気泡Ｂの量が減る。空間Ｓ１１の体積は、流路Ｓ１の体積の１／３であるため、この体積の減少分、乾き領域Ｓｘの形成に寄与する気泡Ｂの量が減る。したがって、このため、伝熱面３０に触れる気泡Ｂの量を減らすことができる。

【0037】

さらに、隔壁３２は、流路Ｓ１の長手方向に延在している。隔壁３２は、従来の、ねじれた形状を有する必要がない。よって、隔壁３２の構成は、簡単な構成である。それゆえ、本実施形態によれば、簡単な構成で、冷却に寄与しない乾き領域Ｓｘの対策を図ることができる。さらに、隔壁３２が流路Ｓ１の長手方向に延在しているため、流路Ｓ１における冷媒の流れが隔壁３２によって遮られることが抑制される。このため、隔壁３２が設けられることによる流路Ｓ１での圧力損失の増大を抑制することができる。

【0038】

また、前述のように、隔壁３２は、流路Ｓ１を互いに等しい体積を有する３つの空間Ｓ１１、Ｓ１２およびＳ１３に分割する。３つの空間Ｓ１１、Ｓ１２およびＳ１３の各体積が互いに等しいことで、異なっている場合に比べ、流路Ｓ１の圧力損失の増大を抑制することができる。なお、３つの空間Ｓ１１、Ｓ１２およびＳ１３の各体積は、互いに異なっていてもよい。

【0039】

隔壁３２は、長手方向に延在する平板状である。具体的には、隔壁３２の複数の壁部３２１、３２２および３２３のそれぞれは、長手方向に延在する平板状である。平板状であることで、湾曲状である場合に比べ、隔壁３２の形成が簡単であり、かつ圧力損失の増大を抑制することができる。

【0040】

前述のように、複数の壁部３２１、３２２および３２３のそれぞれは、長手方向に見て伝熱面３０から流路Ｓ１の内側に向って延在し、互いに接続される。複数の壁部３２１、３２２および３２３の接続部は、中心線Ｏ１に位置する。隔壁３２がかかる構成であることで、簡単な構成で、流路Ｓ１を複数の空間Ｓ１１、Ｓ１２およびＳ１３に分割することができる。さらには、３つの空間Ｓ１１、Ｓ１２およびＳ１３の各体積を等しくすることが容易である。よって、流路Ｓ１の圧力損失の増大を抑制し易い。

【0041】

複数の壁部３２１、３２２および３２３のうちの１つの壁部３２３は、鉛直方向に沿って配置される。さらに、壁部３２３は、壁部３２１、３２２および３２３の接続部よりも鉛直上方に配置される。かかる壁部３２３が設けられることで、壁部３２３が設けられていない場合に比べ、伝熱面３０と壁部３２３との接続部分には、表面張力によってメニスカスＭが形成される。このため、乾き領域Ｓｘの拡大が抑制される。それゆえ、冷却性能の低下を抑制することができる。

【0042】

複数の壁部３２１、３２２および３２３のうちの残りの壁部３２１および３２３は、前述のように、壁部３２１、３２２および３２３の接続部よりも鉛直下方に配置される。このため、空間Ｓ１１における気泡Ｂは、壁部３２１および３２２で留まり易く、伝熱面３０に接触し難い。そして、壁部３２１および３２２で留まった気泡Ｂは、壁部３２１および３２２よりも鉛直上方には移動せず、乾き領域Ｓｘの形成に寄与しない。よって、伝熱面３０における乾き領域Ｓｘの拡大を抑制することができる。

【0043】

また、隔壁３２の材料は、特に限定されないが、管本体３１に比べ、熱伝導率の低い材料であることが好ましい。

【0044】

また、「壁部」の数は、３以下であることが好ましい。本実施形態では、隔壁３２は、３つの壁部３２１、３２２および３２３を有する。「壁部」の数が３以下であることで、４以上である場合に比べ、圧力損失の増大を抑制され易い。

【0045】

以上の沸騰冷却装置１が有する伝熱管３によれば、簡単な構成で、冷却に寄与しない乾いた領域の対策を図ることができ、かつ、圧力損失の増大を抑制することができる。

【0046】

２．第２実施形態
第２実施形態について説明する。以下に例示する形態において作用や機能が第１実施形態と同様である要素については、第１実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。

【0047】

図７は、第２実施形態の伝熱管３Ａの縦断図である。図８は、第２実施形態の伝熱管３Ａの横断面図である。図７および図８に示す伝熱管３Ａは、隔壁３３を有する。流路Ｓ１は、隔壁３３によって、２つの空間Ｓ１４およびＳ１５に分割される。空間Ｓ１４およびＳ１５のそれぞれは、流路Ｓ１の長手方向に延在する空間である。

【0048】

隔壁３３は、平板状であって、鉛直方向と交差する水平方向に沿って配置される。別の見方をすると、隔壁３３は、冷媒の流れる方向である矢印Ａ２に沿って配置される。隔壁３３は、伝熱面３０に接続される。図８に示すように、流路Ｓ１の長手方向に見て、隔壁３３の左側および右側のそれぞれは、伝熱面３０に接続される。隔壁３３は、流路Ｓ１の中心線Ｏ１に重なる。

【0049】

隔壁３３と伝熱面３０との下部によって、空間Ｓ１４が構成される。隔壁３３と各伝熱面３０との上部によって、空間Ｓ１５が構成される。空間Ｓ１４およびＳ１５の各体積は、互いに等しい。

【0050】

本実施形態の隔壁３３は、流路Ｓ１の長手方向に延在し、流路Ｓ１を「２以上の空間」である２つの空間Ｓ１４およびＳ１５に分割する。このため、隔壁３３が設けられていることで、設けられていない場合に比べ、伝熱面３０に接触する気泡Ｂの量を減少させることができる。それゆえ、伝熱面３０における乾き領域Ｓｘを小さくすることができる。よって、冷却性能を向上させることが可能である。

【0051】

また、隔壁３３は、鉛直方向に交差する水平方向に沿って配置される。このため、隔壁３３より下方で発生した気泡Ｂは隔壁３３で保持される。それゆえ、隔壁３３で留まった気泡Ｂは、隔壁３３よりも鉛直上方には移動しない。したがって、隔壁３３で留まった複数の気泡Ｂは、合体気泡Ｂ０を形成するものの、大型な乾き領域Ｓｘの形成に寄与し難い。空間Ｓ１４の体積は流路Ｓ１の体積の１／２であるため、この体積の減少分、乾き領域Ｓｘの形成に寄与する気泡Ｂの量が減る。このため、隔壁３３が設けられていることで、隔壁３３が設けられていない場合に比べ、乾き領域Ｓｘの形成に寄与する気泡Ｂの量を減らすことができる。よって、合体気泡Ｂ０の大型化を抑制することができるので、乾き領域Ｓｘの拡大を抑制することができる。

【0052】

また、隔壁３３の構成は、第１実施形態の隔壁３２の構成よりも、さらに簡単である。そして、本実施形態によれば、第１実施形態に比べて、流路Ｓ１での圧力損失の増大を抑制することができる。

【0053】

図９は、変形例の伝熱管３Ａａの縦断図である。図９の伝熱管３Ａａが有する隔壁３３ａは、水平方向に沿った平板部３３１と、２つの屈曲部３３２および３３３と、を有する。平板部３３１は、中心線Ｏ１に重なる。２つの屈曲部３３２および３３３は、長手方向に見て、平板部３３１の両側に位置し、平板部３３１よりも鉛直上方に位置する。２つの屈曲部３３２および３３３は、隔壁３３ａを長手方向に沿って屈曲させることにより形成される。２つの屈曲部３３２および３３３は、流路Ｓ１の中心線Ｏ１よりも伝熱面３０に近い。

【0054】

隔壁３３ａが屈曲部３３２および３３３を有することで、図８の隔壁３３に比べて、乾き領域Ｓｘの拡大を抑制することができる。屈曲部３３２および３３３のそれぞれと伝熱面３０との接続部分には、表面張力によってメニスカスＭが形成される。このため、乾き領域Ｓｘの拡大が抑制される。それゆえ、冷却性能の低下を抑制することができる。

【0055】

３．第３実施形態
第３実施形態について説明する。以下に例示する形態において作用や機能が第１実施形態と同様である要素については、第１実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。

【0056】

図１０は、第３実施形態の伝熱管３Ｂの縦断図である。図１１は、第３実施形態の伝熱管３Ｂの横断面図である。図１０および図１１に示す伝熱管３Ｂは、隔壁３４を有する。流路Ｓ１は、隔壁３４によって、３つの空間Ｓ１６、Ｓ１７およびＳ１８に分割される。空間Ｓ１６、Ｓ１７、およびＳ１８のそれぞれは、流路Ｓ１の長手方向に延在する空間である。

【0057】

隔壁３４は、３つの壁部３４１、３４２および３４３を有する。３つの壁部３４１、３４２および３４３のそれぞれは、流路Ｓ１の長手方向に延在する平板状である。３つの壁部３４１、３４２および３４３のそれぞれは、伝熱面３０から内側に向かって延び、互いに接続される。

【0058】

３つの壁部３４１、３４２および３４３の接続部は、流路Ｓ１の中心線Ｏ１と重なっていない。当該接続部は、中心線Ｏ１よりも鉛直上方に位置する。壁部３４２および３４３は、水平方向に沿って配置される。壁部３４１は、鉛直方向に沿って配置される。壁部３４１と壁部３４２とのなす角度は、９０°である。壁部３４１と壁部３４３とのなす角度は、９０°である。

【0059】

壁部３４１と各壁部３４２と伝熱面３０との一部によって、空間Ｓ１６が構成される。壁部３４１と各壁部３４３と伝熱面３０との一部によって、空間Ｓ１７が構成される。壁部３４２と各壁部３４３と伝熱面３０との一部によって、空間Ｓ１８が構成される。空間Ｓ１６，Ｓ１７およびＳ１８の各体積は等しい。

【0060】

本実施形態の隔壁３４は、流路Ｓ１の長手方向に延在し、流路Ｓ１を「２以上の空間」である３つの空間Ｓ１６、Ｓ１７およびＳ１８に分割する。このため、隔壁３４が設けられていることで、設けられていない場合に比べ、伝熱面３０に接触する気泡Ｂの量を減少させることができる。それゆえ、伝熱面３０における乾き領域Ｓｘを小さくすることができる。よって、冷却性能を向上させることが可能である。

【0061】

また、本実施形態では、空間Ｓ１６および空間Ｓ１７における気泡Ｂは、乾き領域Ｓｘの形成に寄与し難い。空間Ｓ１６および空間Ｓ１７の体積は、流路Ｓ１の体積の２／３であるため、この体積の減少分、乾き領域Ｓｘの形成に寄与する気泡Ｂの量が減る。よって、第１実施形態に比べて乾き領域Ｓｘの拡大を抑制することができる。

【0062】

なお、空間Ｓ１８の体積は、空間Ｓ１６およびＳ１７の各体積よりも小さくてもよい。この場合、空間Ｓ１８における気泡Ｂの量をさらに減らすことができる。

【0063】

図１２は、変形例の伝熱管３Ｂａの横断面図である。図１２に示すように、伝熱管３Ｂａが有する隔壁３４ａは、壁部３４２および壁部３４３の代わりに、壁部３４２ａおよび壁部３４３ａを有する。壁部３４２ａおよび壁部３４３ａのそれぞれは、水平方向および鉛直方向に交差している。壁部３４１、壁部３４２ａおよび壁部３４３ａの全ては、壁部３４１、壁部３４２ａおよび壁部３４３ａの接続部よりも鉛直下方に位置する。なお、当該接続部は、中心線Ｏ１よりも鉛直上方に位置する。

【0064】

壁部３４１、壁部３４２ａおよび壁部３４３ａの全ては、壁部３４１、壁部３４２ａおよび壁部３４３ａの接続部よりも鉛直下方に位置する。このため、伝熱管３Ｂａでは、図１１の伝熱管３Ｂに比べ、空間Ｓ１６およびＳ１７において、合体気泡Ｂ０が伝熱面３０に接触し難い。また、伝熱管３Ｂａでは、図１１の伝熱管３Ｂと同様に、空間Ｓ１６および空間Ｓ１７の体積は、流路Ｓ１の体積の２／３であるため、この体積の減少分、乾き領域Ｓｘの形成に寄与する気泡Ｂの量が減る。このようなことから、図１２の伝熱管３ａによれば、圧力損失を低減しつつ、伝熱面３０における乾き領域Ｓｘを特に小さくすることができる。よって、冷却性能を向上させることが可能である。

【0065】

４．第４実施形態
第４実施形態について説明する。以下に例示する形態において作用や機能が第１実施形態と同様である要素については、第１実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。

【0066】

図１３は、第４実施形態の伝熱管３Ｃの横断面図である。図１３に示す伝熱管３Ｃは、隔壁３５を有する。流路Ｓ１は、隔壁３５によって、４つの空間Ｓ０１、Ｓ０２、Ｓ０３およびＳ０４に分割される。空間Ｓ０１、Ｓ０２、Ｓ０３およびＳ０４のそれぞれは、流路Ｓ１の長手方向に延在する空間である。

【0067】

隔壁３５は、４つの壁部３５１、３５２、３５３および３５４を有する。４つの壁部３５１、３５２、３５３および３５４のそれぞれは、流路Ｓ１の長手方向に延在する平板状である。４つの壁部３５１、３５２、３５３および３５４のそれぞれは、伝熱面３０から内側に向かって延び、互いに接続される。４つの壁部３５１、３５２、３５３および３５４のそれぞれは、鉛直方向および水平方向と交差する。

【0068】

壁部３５１と各壁部３５２と伝熱面３０との一部によって、空間Ｓ０１が構成される。壁部３５１と各壁部３５３と伝熱面３０との一部によって、空間Ｓ０２が構成される。壁部３５２と各壁部３５４と伝熱面３０との一部によって、空間Ｓ０３が構成される。壁部３５３と各壁部３５４と伝熱面３０との一部によって、空間Ｓ０４が構成される。空間Ｓ０１、Ｓ０２、Ｓ０３、およびＳ０４各体積は、互いに等しい。

【0069】

隔壁３５は簡単な構成である。また、空間Ｓ０１における気泡Ｂは、乾き領域Ｓｘの形成に寄与し難い。空間Ｓ０１の体積は、流路Ｓ１の体積の１／４であるため、この体積の減少分、乾き領域Ｓｘの形成に寄与する気泡Ｂの量が減る。よって、乾き領域Ｓｘの拡大を抑制することができる。

【0070】

さらに、壁部３５３および３５４のそれぞれと伝熱面３０との接続部分には、表面張力によってメニスカスＭが形成される。このため、空間Ｓ０２およびＳ０３では、空間Ｓ０４に比べて、伝熱面３０における乾き領域Ｓｘの拡大が抑制される。それゆえ、冷却性能の低下を抑制することができる。

【0071】

５．変形例
前述の各実施形態は、例えば、以下に述べる各種の変形が可能である。また、各変形例を適宜組み合わせてもよい。

【0072】

「隔壁」は、例えば、鉛直方向に沿って延びる平板部材のみで形成されてもよい。この場合であっても、メニスカスが形成されることにより、「隔壁」が設けられていない場合に比べ、乾き領域Ｓｘの拡大を抑制することができる。

【0073】

「伝熱管」は、円筒以外の形状でもよく、楕円または多角形等でもよい。

【0074】

以上、本開示について図示の実施形態に基づいて説明したが、本開示は、これらに限定されるものではない。また、本開示の各部の構成は、前述した実施形態の同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。

【符号の説明】

【0075】

１…沸騰冷却装置、２…接続管、３…伝熱管、３Ａ…伝熱管、３Ａａ…伝熱管、３Ｂ…伝熱管、３Ｂａ…伝熱管、３Ｃ…伝熱管、３ｘ…伝熱管、７…熱交換器、８…送液ポンプ、９…モーター、１０…熱輸送管部、３０…伝熱面、３０ｘ…伝熱面、３１…管本体、３２…隔壁、３３…隔壁、３３ａ…隔壁、３４…隔壁、３４ａ…隔壁、３５…隔壁、６１…蒸気管、６２…液管、６３…液管、９１…固定子、９２…回転子、９３…シャフト、１００…冷却システム、１０１…入口、１０２…出口、３２１…壁部、３２２…壁部、３２３…壁部、３３２…屈曲部、３３１…平板部、３４１…壁部、３４２…壁部、３４２ａ：壁部、３４３…壁部、３４３ａ：壁部、３５１…壁部、３５２…壁部、３５３…壁部、３５４…壁部、９１１…巻線、９２１…永久磁石、Ｂ…気泡、Ｂ０…合体気泡、Ｍ…メニスカス、Ｏ１…中心線、Ｏ９…回転中心軸、Ｓ０１…空間、Ｓ０２…空間、Ｓ０３…空間、Ｓ０４…空間、Ｓ１…流路、Ｓ１１…空間、Ｓ１２…空間、Ｓ１３…空間、Ｓ１４…空間、Ｓ１５…空間、Ｓ１６…空間、Ｓ１７…空間、Ｓ１８…空間、Ｓｘ…乾き領域。

【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】