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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】P2024008426
(43)【公開日】2024-01-19
(54)【発明の名称】沸騰冷却装置
(51)【国際特許分類】
H01L 23/427 20060101AFI20240112BHJP
F28D 15/02 20060101ALI20240112BHJP
【ＦＩ】
H01L23/46 A
F28D15/02 M
F28D15/02 102A
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022110297
(22)【出願日】2022-07-08
(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】田中 孝典
(72)【発明者】
【氏名】柴田 修平
(72)【発明者】
【氏名】中村 淳
【テーマコード（参考）】
5F136
【Ｆターム（参考）】
5F136BA03
5F136CC35
5F136CC40
5F136DA27
5F136FA02
5F136FA03
(57)【要約】
【課題】異物に閉塞され難く、伝熱性能の向上を図ることができる簡素な構造の伝熱面を有する沸騰冷却装置を提供する。
【解決手段】沸騰冷却装置は、液状の冷媒と、発熱体からの熱により前記冷媒を沸騰させる伝熱面ＦＴを有する伝熱部材５と、を備え、伝熱面ＦＴは、鉛直線に沿って配置されており、第１面５１と、第１面５１よりも鉛直上方に配置され、第１面５１よりも凹む第２面５２と、を有し、第２面５２の深さＨ３は、平面での冷媒の沸騰により生じる気泡の離脱気泡径よりも大きい。また、伝熱面ＦＴは、第２面５２よりも鉛直上方に配置され、第２面５２よりも凹む第３面５３、をさらに有することが好ましい。
【選択図】図５
【解決手段】沸騰冷却装置は、液状の冷媒と、発熱体からの熱により前記冷媒を沸騰させる伝熱面ＦＴを有する伝熱部材５と、を備え、伝熱面ＦＴは、鉛直線に沿って配置されており、第１面５１と、第１面５１よりも鉛直上方に配置され、第１面５１よりも凹む第２面５２と、を有し、第２面５２の深さＨ３は、平面での冷媒の沸騰により生じる気泡の離脱気泡径よりも大きい。また、伝熱面ＦＴは、第２面５２よりも鉛直上方に配置され、第２面５２よりも凹む第３面５３、をさらに有することが好ましい。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
液状の冷媒と、
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する伝熱部材と、を備え、
前記伝熱面は、鉛直線に沿って配置されており、
第１面と、前記第１面よりも鉛直上方に配置され、前記第１面よりも凹む第２面と、を有し、
前記第２面の深さは、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い、
ことを特徴とする沸騰冷却装置。
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する伝熱部材と、を備え、
前記伝熱面は、鉛直線に沿って配置されており、
第１面と、前記第１面よりも鉛直上方に配置され、前記第１面よりも凹む第２面と、を有し、
前記第２面の深さは、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い、
ことを特徴とする沸騰冷却装置。
【請求項2】
前記伝熱面は、前記第２面よりも鉛直上方に配置され、前記第２面よりも凹む第３面、をさらに有する、
請求項１に記載の沸騰冷却装置。
請求項１に記載の沸騰冷却装置。
【請求項3】
液状の冷媒と、
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する伝熱部材と、を備え、
前記伝熱面は、
鉛直線に沿って配置されており、
第１面と、前記第１面よりも鉛直上方に配置され、前記第１面よりも凹む第２面と、前記第２面よりも鉛直上方に配置され、前記第２面よりも凹む第３面と、前記第１面と前記第２面とを接続する第１段差面と、前記第２面と前記第３面とを接続する第２段差面と、を有し、
前記第１面と前記第１段差面との第１接続部分から前記第２面と前記第２段差面との第２接続部分までの水平面に沿った距離は、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い、
ことを特徴とする沸騰冷却装置。
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する伝熱部材と、を備え、
前記伝熱面は、
鉛直線に沿って配置されており、
第１面と、前記第１面よりも鉛直上方に配置され、前記第１面よりも凹む第２面と、前記第２面よりも鉛直上方に配置され、前記第２面よりも凹む第３面と、前記第１面と前記第２面とを接続する第１段差面と、前記第２面と前記第３面とを接続する第２段差面と、を有し、
前記第１面と前記第１段差面との第１接続部分から前記第２面と前記第２段差面との第２接続部分までの水平面に沿った距離は、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い、
ことを特徴とする沸騰冷却装置。
【請求項4】
液状の冷媒と、
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する伝熱部材と、を備え、
前記伝熱面は、鉛直線に沿って配置されており、
複数の第１凹部を有する第１領域と、前記第１領域よりも鉛直上方に配置され複数の第２凹部を有する第２領域と、を有し、
前記複数の第１凹部のそれぞれの鉛直線に沿った第１開口幅は、前記複数の第２凹部のそれぞれの鉛直線に沿った第２開口幅よりも大きい、
ことを特徴とする沸騰冷却装置。
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する伝熱部材と、を備え、
前記伝熱面は、鉛直線に沿って配置されており、
複数の第１凹部を有する第１領域と、前記第１領域よりも鉛直上方に配置され複数の第２凹部を有する第２領域と、を有し、
前記複数の第１凹部のそれぞれの鉛直線に沿った第１開口幅は、前記複数の第２凹部のそれぞれの鉛直線に沿った第２開口幅よりも大きい、
ことを特徴とする沸騰冷却装置。
【請求項5】
前記第１開口幅と、前記第２開口幅とは、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小さい、
請求項４に記載の沸騰冷却装置。
請求項４に記載の沸騰冷却装置。
【請求項6】
前記複数の第１凹部は、互いに平行に配列される複数の溝であり、
前記複数の第２凹部は、互いに平行に配列される複数の溝である、
請求項４または５に記載の沸騰冷却装置。
前記複数の第２凹部は、互いに平行に配列される複数の溝である、
請求項４または５に記載の沸騰冷却装置。
【請求項7】
前記第２領域は、前記第１領域よりも凹んでいる、
請求項４または５に記載の沸騰冷却装置。
請求項４または５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による熱輸送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。当該装置として、例えば特許文献１に記載の沸騰冷却装置が挙げられる。
【0003】
特許文献１に記載の沸騰冷却装置は、冷媒に浸漬される沸騰伝熱面を有する沸騰伝熱部材を備える。この沸騰冷却装置は、発熱体からの熱を沸騰伝熱面で冷媒に伝えることにより、当該冷媒を沸騰させる。
【0004】
また、特許文献１では、内周面が粗面である複数の穴を沸騰伝熱面に設けて、発熱体の冷却効率を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１７－１５２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、伝熱性能の更なる向上のために、伝熱面の形状を複雑で微細にすると、長期使用時に異物による閉塞が生じるおそれがある。また、複雑で微細な形状の伝熱面を加工することは難しく、コストがかかる。それゆえ、異物に閉塞され難く、伝熱性能の向上を図ることができる簡素な構造の伝熱面が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
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、液状の冷媒と、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する伝熱部材と、を備え、前記伝熱面は、鉛直線に沿って配置されており、第１面と、前記第１面よりも鉛直上方に配置され、前記第１面よりも凹む第２面と、を有し、前記第２面の深さは、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い。
【0008】
また、本開示の好適な態様に係る沸騰冷却装置は、液状の冷媒と、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する伝熱部材と、を備え、前記伝熱面は、鉛直線に沿って配置されており、第１面と、前記第１面よりも鉛直上方に配置され、前記第１面よりも凹む第２面と、前記第２面よりも鉛直上方に配置され、前記第２面よりも凹む第３面と、前記第１面と前記第２面とを接続する第１段差面と、前記第２面と前記第３面とを接続する第２段差面と、を有し、前記第１面と前記第１段差面との第１接続部分から前記第２面と前記第２段差面との第２接続部分までの水平面に沿った距離は、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い。
【0009】
また、本開示の好適な態様に係る沸騰冷却装置は、液状の冷媒と、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する伝熱部材と、を備え、前記伝熱面は、鉛直線に沿って配置されており、複数の第１凹部を有する第１領域と、前記第１領域よりも鉛直上方に配置され複数の第２凹部を有する第２領域と、を有し、前記複数の第１凹部のそれぞれの鉛直線に沿った第１開口幅は、前記複数の第２凹部のそれぞれの鉛直線に沿った第２開口幅よりも大きい。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】第１実施形態に係る沸騰冷却装置の概略構成を示す斜視図である。
【図6】伝熱面における気泡の合体の抑制を説明するための図である。
【図7】従来の伝熱面における気泡の挙動を説明するための図である。
【図8】従来の伝熱面における気泡の挙動を説明するための図である。
【図9】第１変形例の伝熱部材を示す図である。
【図10】第２変形例の伝熱部材を示す図である。
【図11】第３変形例の伝熱部材を示す図である。
【図12】第４変形例の伝熱部材を示す図である。
【図13】第５変形例の伝熱部材を示す図である。
【図14】第６変形例の伝熱部材を示す図である。
【図15】第２実施形態の伝熱部材の平面図である。
【図18】伝熱面での気泡の発生を説明するための図である。
【図19】伝熱面での気泡の成長を説明するための図である。
【図20】伝熱面での気泡の成長を説明するための図である。
【図21】伝熱面からの気泡の離脱を説明するための図である。
【図22】伝熱面の第１領域で発生する気泡の作用を説明するための図である。
【図23】第７変形例の伝熱部材を示す図である。
【図24】第８変形例の伝熱部材を示す図である。
【図25】第９変形例の伝熱部材を示す図である。
【図26】第１０変形例の伝熱部材を示す図である。
【図27】第１１変形例の伝熱部材を示す図である。
【図28】第１２変形例の伝熱部材を示す図である。
【図29】第１３変形例の伝熱部材を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
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。
【0012】
１．第１実施形態
１－１．沸騰冷却装置の概要
図１は、第１実施形態に係る沸騰冷却装置１の概略構成を示す斜視図である。以下の説明は、便宜上、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を適宜に用いて行う。また、以下では、Ｘ軸に沿う一方向がＸ１方向であり、Ｘ１方向とは反対の方向がＸ２方向である。Ｙ軸に沿う一方向がＹ１方向であり、Ｙ１方向とは反対の方向がＹ２方向である。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。また、ＸＹ平面は、水平面に平行である。また、Ｚ軸は、鉛直線に平行であり、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、「鉛直線に沿う方向」とは、完全に鉛直線に平行な方向に加え、本明細書に記載の発明を逸脱しない範囲で鉛直線に対して若干傾斜している方向も含む。また、本明細書において「等しい」とは、厳密に等しい場合だけでなく、製造誤差等の範囲内を含む。
１－１．沸騰冷却装置の概要
図１は、第１実施形態に係る沸騰冷却装置１の概略構成を示す斜視図である。以下の説明は、便宜上、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を適宜に用いて行う。また、以下では、Ｘ軸に沿う一方向がＸ１方向であり、Ｘ１方向とは反対の方向がＸ２方向である。Ｙ軸に沿う一方向がＹ１方向であり、Ｙ１方向とは反対の方向がＹ２方向である。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。また、ＸＹ平面は、水平面に平行である。また、Ｚ軸は、鉛直線に平行であり、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、「鉛直線に沿う方向」とは、完全に鉛直線に平行な方向に加え、本明細書に記載の発明を逸脱しない範囲で鉛直線に対して若干傾斜している方向も含む。また、本明細書において「等しい」とは、厳密に等しい場合だけでなく、製造誤差等の範囲内を含む。
【0013】
沸騰冷却装置１は、図１中に二点鎖線で示す発熱体１００を冷却する。発熱体１００は、例えば、ダイオードまたはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のパワー半導体素子である。パワー半導体素子は、例えば、鉄道車両、自動車または家庭用電気機械等に搭載されるインバーターまたは整流器等のパワーエレクトロニクス製品に搭載される。
【0014】
図１に示す例では、発熱体１００は、ＸＺ平面に沿う扁平形状をなす。なお、図１では、発熱体１００の外形が概略的に示される。発熱体１００の図１に示す形状は一例であり、適宜所望の形状とすることができる。なお、発熱体１００の数は、１個に限定されず、２個以上でもよい。発熱体１００の数が２個である場合、例えば、当該２個の発熱体１００は、沸騰冷却装置１を挟むように、Ｙ軸に沿う方向に並んで配置される。また、発熱体１００は、パワー半導体素子に限定されず、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電気部品または電子部品でもよい。
【0015】
図２は、図１に示す沸騰冷却装置１の断面図である。図２に示す沸騰冷却装置１は、気化した冷媒ＲＥと液化した冷媒ＲＥとの密度差を利用したループ型サーモサイフォンの冷却器である。沸騰冷却装置１は、受熱部１０と放熱部２０と第１管部３０と第２管部４０とを有する。
【0016】
１―１ａ．受熱部１０
受熱部１０は、箱状の容器１１を有する。容器１１は、冷媒ＲＥを収容する収容室Ｓ１０を内部空間として有する。受熱部１０は、発熱体１００からの熱によって冷媒ＲＥを加熱し、冷媒ＲＥを気化せて気相冷媒を生成する。
受熱部１０は、箱状の容器１１を有する。容器１１は、冷媒ＲＥを収容する収容室Ｓ１０を内部空間として有する。受熱部１０は、発熱体１００からの熱によって冷媒ＲＥを加熱し、冷媒ＲＥを気化せて気相冷媒を生成する。
【0017】
図示の例では、容器１１は、底板１１１と天板１１２と側壁１１３とを有する。底板１１１と天板１１２と側壁１１３とで囲まれた空間が収容室Ｓ１０である。また、容器１１は、発熱体１００から熱を受ける伝熱部材５を有する。
【0018】
底板１１１および天板１１２のそれぞれは、ＸＹ平面に沿って広がる平板である。底板１１１および天板１１２は、互いに平行となるように配置されており、天板１１２は、底板１１１に対してＺ１方向に配置される。また、天板１１２には、第１管部３０および第２管部４０との接続のための孔が設けられる。底板１１１と天板１１２との間には、側壁１１３が配置される。
【0019】
側壁１１３は、底板１１１および天板１１２の外周同士を全周にわたって連結する。側壁１１３の外周面には、発熱体１００が接触する。図１に示す例では、側壁１１３は、角筒であり、４つの平板状の部材で構成される。４つの平板状の部材のうち、発熱体１００に接触する平板状の部材が、伝熱部材５である。なお、発熱体１００と容器１１との間には、他の部材、または接着剤等が介在していてもよい。
【0020】
伝熱部材５は、Ｚ軸に沿って配置される。伝熱部材５は、伝熱面ＦＴを有する。伝熱面ＦＴは、容器１１の内壁面の一部を構成している。伝熱面ＦＴは、容器１１の内部に露出しており、冷媒ＲＥと接触する。また、伝熱面ＦＴは、Ｚ軸に沿って配置される。伝熱面ＦＴは、発熱体１００から伝熱部材５を介して冷媒ＲＥに熱を伝える。伝熱面ＦＴの近傍の冷媒ＲＥが沸点以上の温度に過熱されることにより、伝熱面ＦＴに複数の気泡Ｂが発生する。
【0021】
伝熱部材５は、熱伝導率に優れる材料により形成される。具体的には、伝熱部材５の材料は、例えば、アルミニウムおよび銅等の金属、または当該金属を含む合金等である。また、容器１１のうち伝熱部材５を除く部分の材料は、特に限定されないが、伝熱部材５の材料と同様に、例えば、アルミニウムおよび銅等の金属、または当該金属を含む合金等である。
【0022】
なお、図１に示す例では、伝熱部材５は、容器１１の容器の一部であるが、容器１１と別体であってもよい。また、伝熱部材５は、１部材で構成されてもよいし、複数の部材で構成されてもよい。また、図１に示す容器１１の形状は一例であり、適宜所望の形状とすることができる。また、図２に示す例では伝熱部材５は平板状であるが、他の形状でもよく、例えばブロック状でもよい。また、収容室Ｓ１０の形状は、四角柱であるが、この形状は一例であり、適宜所望の形状とすることができる。
【0023】
１―１ｂ．放熱部２０
図２に示す放熱部２０は、受熱部１０に対してＺ１方向に配置される。放熱部２０は、容器２１と複数の放熱フィン２２とを有する。容器２１は、冷媒ＲＥを気化した状態から凝縮液化させる凝縮室Ｓ２０を内部空間として有する。放熱部２０では、受熱部１０で生成された気相冷媒が凝縮されることにより液相冷媒が生成される。
図２に示す放熱部２０は、受熱部１０に対してＺ１方向に配置される。放熱部２０は、容器２１と複数の放熱フィン２２とを有する。容器２１は、冷媒ＲＥを気化した状態から凝縮液化させる凝縮室Ｓ２０を内部空間として有する。放熱部２０では、受熱部１０で生成された気相冷媒が凝縮されることにより液相冷媒が生成される。
【0024】
図示の例では、容器２１は、底板２１１と天板２１２と側壁２１３とを有する。底板２１１と天板２１２と側壁２１３とで囲まれた空間が凝縮室Ｓ２０である。
【0025】
底板２１１および天板２１２のそれぞれは、ＸＹ平面に沿って広がる平板である。底板２１１および天板２１２は、互いに平行となるように配置されており、底板２１１は、天板２１２に対してＺ２方向に配置される。また、底板２１１には、第１管部３０および第２管部４０との接続のための孔が設けられる。底板２１１と天板２１２との間には、側壁１３が配置される。側壁２１３は、底板２１１および天板２１２の外周同士を全周にわたって連結する。なお、図１に示す容器２１の形状は一例であり、適宜所望の形状とすることができる。また、側壁２１３は円筒状であり、凝縮室Ｓ２０は円柱状であるが、これらの形状は一例であり、適宜所望の形状とすることができる。
【0026】
容器２１は、熱伝導性に優れる材料により形成される。容器２１の具体的な材料としては、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が挙げられる。
【0027】
各放熱フィン２２は、容器２１に熱的に接続される。各放熱フィン２２は、平板状の部材である。複数の放熱フィン２２は、互いに厚さ方向に離間している。各放熱フィン２２は、熱伝導性に優れる材料により形成される。放熱フィン２２の材料は、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ある。また、各放熱フィン２２には、容器２１を挿入するための孔が設けられる。放熱フィン２２は、例えば、容器２１に対して拡管、圧入、接着剤、ネジ止め、ロウ付けまたは溶接等により固定される。なお、各放熱フィン２２と容器２１との間には、他の部材、または接着剤等が介在していてもよい。
【0028】
また、放熱フィン２２の形状は、図１に示す例に限定されず、適宜所望の形状とすることができる。また、放熱フィン２２は、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。ただし、放熱部２０が複数の放熱フィン２２を有することにより、気相冷媒を効率的に凝縮液化させることができる。
【0029】
１―１ｃ．第１管部３０
第１管部３０は、受熱部１０および放熱部２０のそれぞれに接続される直線状の蒸気管である。第１管部３０は、第１流路Ｓ３０を内部空間として有する。第１流路Ｓ３０は、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２０に輸送する。図示の例では、第１管部３０の一端は、収容室Ｓ１０内の冷媒ＲＥに接触しておらず、第１管部３０の他端は、底板２１１から凝縮室Ｓ２０内に突出している。また、第１流路Ｓ３０の幅は一定であり、第１流路Ｓ３０の断面積は一定であるが、これらは一定でなくてもよい。また、第１流路Ｓ３０の横断面の形状は、円形であるが、これは一例であり、適宜所望の形状とすることができる。
第１管部３０は、受熱部１０および放熱部２０のそれぞれに接続される直線状の蒸気管である。第１管部３０は、第１流路Ｓ３０を内部空間として有する。第１流路Ｓ３０は、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２０に輸送する。図示の例では、第１管部３０の一端は、収容室Ｓ１０内の冷媒ＲＥに接触しておらず、第１管部３０の他端は、底板２１１から凝縮室Ｓ２０内に突出している。また、第１流路Ｓ３０の幅は一定であり、第１流路Ｓ３０の断面積は一定であるが、これらは一定でなくてもよい。また、第１流路Ｓ３０の横断面の形状は、円形であるが、これは一例であり、適宜所望の形状とすることができる。
【0030】
第１管部３０の材料は、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ある。なお、第１管部３０の材料は、金属材料に限定されず、例えば、セラミックス材料または樹脂材料等でもよい。また、第１管部３０は、天板１１２および底板２１１に対してロウ付け等により固定される。
【0031】
１―１ｄ．第２管部４０
第２管部４０は、受熱部１０および放熱部２０のそれぞれに接続される直線状の液管である。第２管部４０は、第２流路Ｓ４０を内部空間として有する。第２流路Ｓ４０は、放熱部２０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４０の一端は、凝縮室Ｓ２０内に露出しておらず、第２管部４０の他端は、収容室Ｓ１０内に露出しており、かつ冷媒ＲＥに接触している。また、第２流路Ｓ４０の幅は一定であり、第２流路Ｓ４０の断面積は一定であるが、これらは一定でなくてもよい。また、第２流路Ｓ４０の横断面の形状は、円形であるが、これは一例であり、適宜所望の形状とすることができる。
第２管部４０は、受熱部１０および放熱部２０のそれぞれに接続される直線状の液管である。第２管部４０は、第２流路Ｓ４０を内部空間として有する。第２流路Ｓ４０は、放熱部２０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４０の一端は、凝縮室Ｓ２０内に露出しておらず、第２管部４０の他端は、収容室Ｓ１０内に露出しており、かつ冷媒ＲＥに接触している。また、第２流路Ｓ４０の幅は一定であり、第２流路Ｓ４０の断面積は一定であるが、これらは一定でなくてもよい。また、第２流路Ｓ４０の横断面の形状は、円形であるが、これは一例であり、適宜所望の形状とすることができる。
【0032】
第２管部４０の材料は、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ある。なお、第２管部４０の材料は、金属材料に限定されず、例えば、セラミックス材料または樹脂材料等でもよい。また、第２管部４０は、天板１１２および底板２１１に対してロウ付け等により固定される。
【0033】
かかる沸騰冷却装置１では、発熱体１００の熱が伝熱部材５を介して容器１１内の冷媒ＲＥに伝わることにより、冷媒ＲＥが伝熱面ＦＴ近傍で沸騰する。この結果、伝熱面ＦＴには、気泡Ｂが発生する。発生した気泡Ｂは、浮力により伝熱面ＦＴから離脱した後、冷媒ＲＥの液面よりも上方で気体状の冷媒ＲＥとなる。当該気体状の冷媒ＲＥは、受熱部１０から第１管部３０を介して放熱部２０に輸送される。放熱部２０に輸送された気体状の冷媒ＲＥは、放熱部２０で凝縮されることにより液状の冷媒ＲＥに戻る。当該液状の冷媒ＲＥは、放熱部２０から第２管部４０を介して受熱部１０に輸送される。
【0034】
沸騰冷却装置１では、伝熱面ＦＴ近傍の冷媒ＲＥの相変化により、伝熱部材５を介して発熱体１００を冷却させることができる。また、冷媒ＲＥの受熱部１０での気化と放熱部２０での液化とが繰り返されることにより、発熱体１００を継続的かつ安定的に冷却することができる。
【0035】
なお、沸騰冷却装置１は、図１に示す構成に限定されず、例えば、受熱部１０、放熱部２０、第１管部３０および第２管部４０が一体で構成されるサーモサイフォンであってもよい。また、沸騰冷却装置１は、プール沸騰式でもよいし、冷媒ＲＥの流れを強制的に生じさせる強制対流沸騰式であってもよい。強制対流沸騰式である場合、例えば、第１管部３０に、図示しないポンプが接続される。
【0036】
１－２．冷媒ＲＥ
冷媒ＲＥは、溶媒と界面活性剤とを含む。溶媒は、冷媒ＲＥの主成分であり、典型的には所定圧力のもと常温で液状となる媒体である。当該溶媒の具体例としては、特に限定されないが、例えば、水、メタノールまたはエタノール等のアルコール類、アセトン等のケトン類、エチレングリコール等のグリコール類、フロリナート等のフッ化炭素類、ＨＦＣ１３４ａ等のフロン類、およびブタン等の炭化水素類が挙げられる。これらのうち、１種を単独でまたは２種以上を混合液等の態様で組み合わせて用いることができる。
冷媒ＲＥは、溶媒と界面活性剤とを含む。溶媒は、冷媒ＲＥの主成分であり、典型的には所定圧力のもと常温で液状となる媒体である。当該溶媒の具体例としては、特に限定されないが、例えば、水、メタノールまたはエタノール等のアルコール類、アセトン等のケトン類、エチレングリコール等のグリコール類、フロリナート等のフッ化炭素類、ＨＦＣ１３４ａ等のフロン類、およびブタン等の炭化水素類が挙げられる。これらのうち、１種を単独でまたは２種以上を混合液等の態様で組み合わせて用いることができる。
【0037】
界面活性剤は、例えば気泡Ｂ同士の合体の抑制ために用いられる。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。陰イオン界面活性剤または陽イオン界面活性剤を用いることで、例えば界面活性剤のクーロン力に基づく反発力によって、気泡Ｂ同士の合体が抑制される。また、非イオン性界面活性剤を用いることで、例えば非イオン性界面活性剤の立体障害によって、気泡Ｂ同士の合体が抑制される。
【0038】
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ＲＥに含まれる溶媒が水である場合、水に対する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。
【0039】
冷媒ＲＥが界面活性剤を含むことにより、冷媒ＲＥの表面張力γを小さくすることができる。このため、気泡Ｂの内外の圧力差Δｐおよび過熱度ΔＴを小さくすることができる。この結果、気泡Ｂが成長し易くなる。また、冷媒ＲＥの表面張力が小さくなることにより、伝熱面ＦＴに対する気泡Ｂの付着力を小さくすることができる。このため、気泡Ｂが伝熱面ＦＴから離脱するための浮力が小さくて済むので、伝熱面ＦＴからの離脱時の気泡Ｂの径を小さくすることができる。
【0040】
また、前述のように、冷媒ＲＥが界面活性剤を含むことにより、隣り合う気泡Ｂ同士の合体が抑制される。このため、伝熱面ＦＴで発生した各気泡Ｂが小さな径のまま離脱し易くなる。この結果、気泡Ｂの発生周期を短くすることができる。すなわち、単位時間あたりの気泡Ｂの発生数を多くすることができる。さらに、隣り合う気泡Ｂ同士の合体が抑制されることで、１個あたりの気泡Ｂに接する伝熱面ＦＴの面積の大型化を抑制することができる。このため、伝熱に寄与しない乾いた領域で伝熱面ＦＴが長時間覆われることが抑制される。よって、界面活性剤を含むことにより、含まない場合に比べ、伝熱面ＦＴの伝熱特性の向上を図ることができる。それゆえ、沸騰冷却装置１の冷却性能を向上させることができる。
【0041】
なお、界面活性剤は省略してもよい。また、冷媒ＲＥは、溶媒および界面活性剤以外の添加剤等の物質を含んでもよい。ただし、この場合、当該物質は、冷媒ＲＥの作用に悪影響を与えない範囲内の含有率で冷媒ＲＥに含まれる。
【0042】
１－３．伝熱部材５
図３は、図１に示す伝熱部材５の平面図である。図４は、図３に示す伝熱部材５の側面図である。図３および図４に示すように、伝熱部材５の伝熱面ＦＴは、高低差を有する。具体的には、伝熱面ＦＴは、階段状になっている。
図３は、図１に示す伝熱部材５の平面図である。図４は、図３に示す伝熱部材５の側面図である。図３および図４に示すように、伝熱部材５の伝熱面ＦＴは、高低差を有する。具体的には、伝熱面ＦＴは、階段状になっている。
【0043】
伝熱面ＦＴは、Ｚ軸に沿って配置される複数の鉛直面５１と、ＸＹ平面に沿って配置される平行な複数の段差面５２と、有する。なお、各鉛直面５１は、完全に鉛直線に沿って配置される場合に加え、本明細書に記載の発明を逸脱しない範囲で鉛直線に対して若干傾斜している場合も含む。同様に、各段差面５２は、完全に水平面に沿って配置される場合に加え、本明細書に記載の発明を逸脱しない範囲で水平面に対して若干傾斜している場合も含む。
【0044】
【0045】
図５は、図４に示す伝熱部材５の部分拡大図である。図５に示すように、伝熱部材５の伝熱面ＦＴは、第１面５１１と、第２面５１２と、第３面５１３と、第１段差面５２１と、第２段差面５２２と、第３段差面５２３とを有する。なお、第１面５１１、第２面５１２および第３面５１３は、複数の鉛直面５１の一部である。第１段差面５２１、第２段差面５２２および第３段差面５２３は、複数の段差面５２の一部である。
【0046】
第１面５１１、第２面５１２および第３面５１３は、互いに平行であり、Ｚ軸に沿って配置される。第２面５１２は、第１面５１１よりもＺ１方向に配置され、第３面５１３は、第２面５１２よりもＺ１方向に配置される。また、第２面５１２は、第１面５１１よりもＹ２方向に凹んでおり、第３面５１３は、第２面５１２よりもＹ２方向に凹んでいる。それゆえ、第１面５１１、第２面５１２および第３面５１３は、ＸＹ平面での位置、特にＹ軸での位置が互いに異なる。また、図示の例では、第１面５１１のＺ軸に沿った長さＷ１と、第２面５１２のＺ軸に沿った長さＷ２と、第３面５１３のＺ軸に沿った長さＷ３とは、互いに等しい。
【0047】
第１段差面５２１、第２段差面５２２および第３段差面５２３は、互いに平行であり、ＸＹ平面に沿って配置される。第１段差面５２１は、第１面５１１と第２面５１２とを接続する。第２段差面５２２は、第２面５１２と第３面５１３とを接続する。また、第１段差面５２１、第２段差面５２２および第３段差面５２３は、ＸＹ平面での位置、特にＹ軸での位置が互いに異なる。第２段差面５２２は、第１段差面５２１に対してＹ２方向に位置し、第３段差面５２３は、第２段差面５２２に対してＹ２方向に位置する。
【0048】
第２面５１２と第２段差面５２２との第２接続部分５０２は、第１面５１１と第１段差面５２１との第１接続部分５０１よりもＹ２方向に位置する。第３面５１３と第３段差面５２３との第３接続部分５０３は、第２接続部分５０２よりもＹ２方向に位置する。
【0049】
また、図示の例では、第２面５１２の深さＨ２と、第３面５１３の深さＨ３とは、互いに等しい。深さＨ２は、第２段差面５２２のＹ軸に沿った長さでもある。深さＨ３は、第３段差面５２３のＹ軸に沿った長さでもある。また別の見方をすると、深さＨ２は、第１接続部分５０１から第２接続部分５０２までの水平面に沿った距離でもある。深さＨ３は、第２接続部分５０２から第３接続部分５０３までの水平面に沿った距離でもある。
【0050】
深さＨ２および深さＨ３のそれぞれは、平面での冷媒ＲＥの沸騰により生じる気泡Ｂの離脱気泡径Ｄｂａｓｅよりも大きい。具体的には、深さＨ２および深さＨ３のそれぞれは、数ｍｍ程度である。深さＨ２およびＨ３のそれぞれが、離脱気泡径Ｄｂａｓｅよりも大きいことで、気泡Ｂの合体を効果的に抑制することができる。それゆえ、伝熱部材５の伝熱性能の向上を図ることができる。
【0051】
離脱気泡径Ｄｂａｓｅは、伝熱面ＦＴから離脱する際における気泡Ｂの直径である。離脱気泡径Ｄｂａｓｅは、例えば、減圧場での純水に対するCole and Rohsenowの式を用いた計算により求められる。当該式は、以下の式（１）で表される。
Ｄｂａｓｅ＝１．５×１０－４√（σ／ｇ（ρＬ－ρＶ））×Ｊａ５／４ ・・・（１）
Ｊａ＝ρＬｃＰＬＴｓａｔ／ρＶｈｆｇ
Ｔｓａｔは飽和温度であり、σは表面張力であり、ρＬは液密度であり、ρＶは蒸気密度であり、ｃＰＬは液比熱であり、ｈｆｇは蒸発潜熱であり、ｇは重力加速度である。
Ｄｂａｓｅ＝１．５×１０－４√（σ／ｇ（ρＬ－ρＶ））×Ｊａ５／４ ・・・（１）
Ｊａ＝ρＬｃＰＬＴｓａｔ／ρＶｈｆｇ
Ｔｓａｔは飽和温度であり、σは表面張力であり、ρＬは液密度であり、ρＶは蒸気密度であり、ｃＰＬは液比熱であり、ｈｆｇは蒸発潜熱であり、ｇは重力加速度である。
【0052】
例えば、圧力５０ｋＰａでの純水の離脱気泡径Ｄｂａｓｅを求める場合、
飽和温度Ｔｓａｔ：３５５［Ｋ］
表面張力σ：６２．４［ｍＮ／ｍ］
液密度ρＬ：９７１［ｋｇ／ｍ３］
蒸気密度ρＶ：０．３０９［ｋｇ／ｍ３］
液比熱ｃＰＬ：４．２０［ｋＪ／ｋｇ・Ｋ］
蒸発潜熱ｈｆｇ：２３０５［ｋＪ／ｋｇ］
重力加速度ｇ＝９．８１［ｍ／ｓ２］
であり、式（１）を用いて計算すると、離脱気泡径Ｄｂａｓｅは、５．２４［ｍｍ］である。
飽和温度Ｔｓａｔ：３５５［Ｋ］
表面張力σ：６２．４［ｍＮ／ｍ］
液密度ρＬ：９７１［ｋｇ／ｍ３］
蒸気密度ρＶ：０．３０９［ｋｇ／ｍ３］
液比熱ｃＰＬ：４．２０［ｋＪ／ｋｇ・Ｋ］
蒸発潜熱ｈｆｇ：２３０５［ｋＪ／ｋｇ］
重力加速度ｇ＝９．８１［ｍ／ｓ２］
であり、式（１）を用いて計算すると、離脱気泡径Ｄｂａｓｅは、５．２４［ｍｍ］である。
【0053】
なお、前述のように、冷媒ＲＥへの界面活性剤の添加により冷媒ＲＥの表面張力が低下する。このため、例えば、表面張力σを２６．５［ｍＮ／ｍ］とすると、離脱気泡径Ｄｂａｓｅは、３．４１［ｍｍ］となる。
【0054】
また、離脱気泡径Ｄｂａｓｅは、例えば、カメラ等の撮像装置を用いて計測してもよい。この場合、離脱気泡径Ｄｂａｓｅは、冷媒ＲＥに強制対流が生じていない状態で計測される。
【0055】
図６は、伝熱面ＦＴにおける気泡Ｂの合体の抑制を説明するための図である。図６に示すように、例えば、第１面５１１では気泡Ｂ０１が発生する。その後、気泡Ｂ０１は、第１面５１１から離脱し、気泡Ｂ１として浮力によってＺ１方向に順次上昇する。同様に、第２面５１２では気泡Ｂ０２が発生する。その後、気泡Ｂ０２は、第２面５１２から離脱し、気泡Ｂ２として浮力によってＺ１方向に順次上昇する。また、第３面５１３で気泡Ｂ０３が発生する。その後、気泡Ｂ０３は、第３面５１３から離脱し、気泡Ｂ３として浮力によってＺ１方向に順次上昇する。なお、気泡Ｂ０１の第１面５１１との接触部分は、伝熱に寄与しない乾いた領域Ｓ１である。同様に、気泡Ｂ０２の第２面５１２との接触部分は、伝熱に寄与しない乾いた領域Ｓ２である。気泡Ｂ０３の第３面５１３との接触部分は、伝熱に寄与しない乾いた領域Ｓ３である。
【0056】
前述のように、第２面５１２は、第１面５１１よりもＹ２方向に凹んでおり、第３面５１３は、第２面５１２よりもＹ２方向に凹んでいる。このため、第１面５１１、第２面５１２および第３面５１３は、互いにＹ軸での位置が異なる。そして、前述のように、深さＨ２およびＨ３のそれぞれは、離脱気泡径Ｄｂａｓｅよりも大きい。このため、気泡Ｂ０１、Ｂ０２およびＢ０３が互いに接触しないよう、これらを離間させることができる。それゆえ、気泡Ｂ０１、Ｂ０２およびＢ０３の合体を抑制することができる。この結果、伝熱に寄与しない乾いた領域Ｓ１、Ｓ２およびＳ３が拡大することが抑制される。よって、伝熱性能の向上を図ることができる。
【0057】
また、第１面５１１、第２面５１２および第３面５１３のＹ軸での位置が互いに異なることで、気泡Ｂ０１、Ｂ０２およびＢ０３は、Ｙ軸の異なる位置から浮力によりＺ１方向に上昇する。このため、気泡Ｂ１は、気泡Ｂ０２に対して距離ｄ１離間する。同様に、気泡Ｂ２は、気泡Ｂ０３に対して距離ｄ２離間する。よって、気泡Ｂ１が浮上する際、気泡Ｂ１の気泡Ｂ０２への接触を抑制することができる。同様に、気泡Ｂ２が浮上する際、気泡Ｂ２の気泡Ｂ０３への接触を抑制することができる。それゆえ、気泡Ｂ１、Ｂ２およびＢ３が気泡Ｂ０１、Ｂ０２およびＢ０３と合体することが抑制される。この結果、乾いた領域Ｓ１、Ｓ２およびＳ３が拡大することが抑制される。よって、伝熱性能の向上を図ることができる。
【0058】
さらに、気泡Ｂ０１、Ｂ０２およびＢ０３は、Ｙ軸の異なる位置から浮上する。このため、気泡Ｂ０１は気泡Ｂ０２に対して距離ｄ１１離間しつつ浮上し、気泡Ｂ０２は気泡Ｂ０３に対して距離ｄ１２離間しつつ浮上する。それゆえ、伝熱面ＦＴの上部に気泡Ｂ１、Ｂ２およびＢ３が充満することが抑制される。よって、浮上した気泡Ｂ１、Ｂ２およびＢ３が、例えば最も鉛直上方に位置する気泡Ｂ０３に近接することが抑制される。したがって、伝熱面ＦＴ上の気泡Ｂの大型化が抑制されるので、乾いた領域Ｓ１、Ｓ２およびＳ３が拡大することが抑制される。それゆえ、伝熱性能の向上を図ることができる。
【0059】
また、前述のように、深さＨ２およびＨ３は、離脱気泡径Ｄｂａｓｅよりも大きく、具体的には、数ｍｍ程度である。数ｍｍ程度の高低差を設けるという簡素な構造であれば、複雑で微細な構造に対してコストの増大および異物の閉塞を抑制することができる。それゆえ、簡単な構成で、長期にわたって伝熱特性の向上を図ることができる。
【0060】
図７および図８のそれぞれは、従来の伝熱面ＦＴｘにおける気泡Ｂの挙動を説明するための図である。図７および図８に示すように、伝熱面ＦＴｘは、高低差を持つ構造を有さない。この場合、気泡Ｂ同士が合体し易く、伝熱に寄与しない乾いた領域Ｓｘが拡大し易い。具体的には、伝熱面ＦＴｘが鉛直方向に沿って配置される場合、気泡Ｂは、伝熱面ＦＴｘから離脱する過程で、伝熱面ＦＴｘに沿って浮上する。このため、図７に示すように、伝熱面ＦＴｘの上部は、気泡Ｂが充満した状態になる。さらに、気泡Ｂは、伝熱面ＦＴｘから離脱する過程で伝熱面ＦＴｘの近傍を通過するため、当該気泡Ｂよりも伝熱面ＦＴｘの鉛直上方で形成された気泡Ｂに接触し易い。このようなことから、伝熱面ＦＴｘの上部では、近接した気泡Ｂ同士が合体し易い。この結果、気泡Ｂ同士が容易に合体し、図８に示すように、伝熱面ＦＴに大きな乾いた領域Ｓｘが形成される。乾いた領域Ｓｘは伝熱に寄与しないため、結果として伝熱特性が劣化する。
【0061】
これに対し、前述のように、図４に示す伝熱面ＦＴは、高低差を設けた構造を有するため、気泡Ｂの合体が抑制される。よって、伝熱特性の向上を図ることができる。
【0062】
また、前述の長さＷ１は、離脱気泡径Ｄｂａｓｅよりも小さいことが好ましい。長さＷ１が離脱気泡径Ｄｂａｓｅよりも小さいことで、大きい場合に比べ、第１面５１１の鉛直線に沿った方向において気泡Ｂ同士が合体することが抑制される。また、同様の観点から、長さＷ２は、離脱気泡径Ｄｂａｓｅよりも小さいことが好ましく、長さＷ３は、離脱気泡径Ｄｂａｓｅよりも小さいことが好ましい。
【0063】
また、前述のように、第１面５１１および第２面５１２に加え、第３面５１３を有する。鉛直面５１の数を増加させることで、各鉛直面５１のＺ軸に沿った長さを小さくすることができる。このため、鉛直面５１の数が多いほど、長さＷ１を離脱気泡径Ｄｂａｓｅよりも小さいし易くなる。よって、各鉛直面５１内での気泡Ｂ同士の合体を抑制し易くなる。なお、図４に示す例では、鉛直面５１の数は、７個であるが、当該数は、２個以上であれば、いくつでもよい。
【0064】
なお、前述の各鉛直面５１および各段差面５２は、平坦面であるが、これに限定されず、凹凸または曲面を有していてもよい。
【0065】
２．変形例
前述の第１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。
前述の第１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。
【0066】
２―１．第１変形例
図９は、第１変形例の伝熱部材５ａを示す図である。図９に示す伝熱部材５ａが有する伝熱面ＦＴａでは、深さＨ２およびＨ３が、互いに異なる。図９に示す例では、深さＨ２およびＨ３の関係は、Ｈ３＜Ｈ２である。なお、図示はしないが、深さＨ２およびＨ３の関係がＨ２＜Ｈ３であってもよい。
図９は、第１変形例の伝熱部材５ａを示す図である。図９に示す伝熱部材５ａが有する伝熱面ＦＴａでは、深さＨ２およびＨ３が、互いに異なる。図９に示す例では、深さＨ２およびＨ３の関係は、Ｈ３＜Ｈ２である。なお、図示はしないが、深さＨ２およびＨ３の関係がＨ２＜Ｈ３であってもよい。
【0067】
以上の第１変形例によっても、前述の第１実施形態と同様、簡素な構造で、異物の閉塞を抑制することができ、長期にわたって伝熱特性の向上を図ることができる。
【0068】
２―２．第２変形例
図１０は、第２変形例の伝熱部材５ｂを示す図である。図１０に示す伝熱部材５ｂａが有する伝熱面ＦＴｂでは、長さＷ１、Ｗ２およびＷ３が、互いに異なる。図９に示す例では、長さＷ１、長さＷ２および長さＷ３の関係は、Ｗ３＜Ｗ２＜Ｗ１である。したがって、第２変形例では、鉛直上方に向かうに従って鉛直面５１の鉛直線に沿った長さが短くなる。
図１０は、第２変形例の伝熱部材５ｂを示す図である。図１０に示す伝熱部材５ｂａが有する伝熱面ＦＴｂでは、長さＷ１、Ｗ２およびＷ３が、互いに異なる。図９に示す例では、長さＷ１、長さＷ２および長さＷ３の関係は、Ｗ３＜Ｗ２＜Ｗ１である。したがって、第２変形例では、鉛直上方に向かうに従って鉛直面５１の鉛直線に沿った長さが短くなる。
【0069】
以上の第２変形例によっても、前述の第１実施形態と同様、簡素な構造で、異物の閉塞を抑制することができ、長期にわたって伝熱特性の向上を図ることができる。
【0070】
２―３．第３変形例
図１１は、第３変形例の伝熱部材５ｃを示す図である。図１１に示す伝熱部材５ｃが有する伝熱面ＦＴｃでは、長さＷ１、Ｗ２およびＷ３が、互いに異なる。図１１に示す例では、長さＷ１、長さＷ２および長さＷ３の関係は、Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３である。したがって、第３変形例では、例えば、鉛直上方に向かうに従って鉛直面５１の鉛直線に沿った長さが長くなる。
図１１は、第３変形例の伝熱部材５ｃを示す図である。図１１に示す伝熱部材５ｃが有する伝熱面ＦＴｃでは、長さＷ１、Ｗ２およびＷ３が、互いに異なる。図１１に示す例では、長さＷ１、長さＷ２および長さＷ３の関係は、Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３である。したがって、第３変形例では、例えば、鉛直上方に向かうに従って鉛直面５１の鉛直線に沿った長さが長くなる。
【0071】
なお、長さＷ１、長さＷ２および長さＷ３の関係は、第２変形例および第３変形例に示す関係に限定されない。例えば、長さＷ２が最も長くてもよいし、最も短くてもよい。したがって、伝熱面ＦＴが有する複数の鉛直面５１は互いに長さが異なっていてもよい。
【0072】
以上の第３変形例によっても、前述の第１実施形態と同様、簡素な構造で、異物の閉塞を抑制することができ、長期にわたって伝熱特性の向上を図ることができる。
【0073】
２―４．第４変形例
図１２は、第４変形例の伝熱部材５ｄを示す図である。図１２の伝熱部材５ｄが有する伝熱面ＦＴｄでは、第１段差面５２１、第２段差面５２２および第３段差面５２３が、それぞれＸＹ平面に対して傾斜している。具体的には、第１面５１１と第１段差面５２１とのなす角度が鈍角になるよう、第１段差面５２１はＸＹ平面に対して傾斜している。同様に、第２面５１２と第２段差面５２２とのなす角度が鈍角になるよう、第２段差面５２２はＸＹ平面に対して傾斜している。第３面５１３と第３段差面５２３とのなす角度が鈍角になるよう、第３段差面５２３はＸＹ平面に対して傾斜している。
図１２は、第４変形例の伝熱部材５ｄを示す図である。図１２の伝熱部材５ｄが有する伝熱面ＦＴｄでは、第１段差面５２１、第２段差面５２２および第３段差面５２３が、それぞれＸＹ平面に対して傾斜している。具体的には、第１面５１１と第１段差面５２１とのなす角度が鈍角になるよう、第１段差面５２１はＸＹ平面に対して傾斜している。同様に、第２面５１２と第２段差面５２２とのなす角度が鈍角になるよう、第２段差面５２２はＸＹ平面に対して傾斜している。第３面５１３と第３段差面５２３とのなす角度が鈍角になるよう、第３段差面５２３はＸＹ平面に対して傾斜している。
【0074】
なお、第１段差面５２１、第２段差面５２２および第３段差面５２３のＸＹ平面に対する各傾斜角度は、互いに等しくても異なっていてもよい。また、当該各傾斜角度は、特に限定されないが、伝熱面ＦＴｄが鉛直線に沿って配置される伝熱部材５ｄにおいて、本明細書に記載の発明を逸脱しない範囲内にある。
【0075】
以上の第４変形例によっても、前述の第１実施形態と同様、簡素な構造で、異物の閉塞を抑制することができ、長期にわたって伝熱特性の向上を図ることができる。
【0076】
２―５．第５変形例
図１３は、第５変形例の伝熱部材５ｅを示す図である。図１３の伝熱部材５ｅが有する伝熱面ＦＴｅは、第１面５１１、第２面５１２および第３面５１３が、それぞれＺ軸に対して傾斜している。具体的には、第１面５１１と第１段差面５２１とのなす角度が鈍角になるよう、第１面５１１はＺ軸に対して傾斜している。同様に、第２面５１２と第２段差面５２２とのなす角度が鈍角になるよう、第２面５１２はＺ軸に対して傾斜している。第３面５１３と第３段差面５２３とのなす角度が鈍角になるよう、第３面５１３はＺ軸に対して傾斜している。
図１３は、第５変形例の伝熱部材５ｅを示す図である。図１３の伝熱部材５ｅが有する伝熱面ＦＴｅは、第１面５１１、第２面５１２および第３面５１３が、それぞれＺ軸に対して傾斜している。具体的には、第１面５１１と第１段差面５２１とのなす角度が鈍角になるよう、第１面５１１はＺ軸に対して傾斜している。同様に、第２面５１２と第２段差面５２２とのなす角度が鈍角になるよう、第２面５１２はＺ軸に対して傾斜している。第３面５１３と第３段差面５２３とのなす角度が鈍角になるよう、第３面５１３はＺ軸に対して傾斜している。
【0077】
なお、第１面５１１、第２面５１２および第３面５１３のＺ軸に対する各傾斜角度は、互いに等しくても異なっていてもよい。また、当該各傾斜角度は、特に限定されないが、伝熱面ＦＴｅが鉛直線に沿って配置される伝熱部材５ｅにおいて、本明細書に記載の発明を逸脱しない範囲内にある。
【0078】
以上の第５変形例によっても、前述の第１実施形態と同様、簡素な構造で、異物の閉塞を抑制することができ、長期にわたって伝熱特性の向上を図ることができる。
【0079】
２―６．第６変形例
図１４は、第６変形例の伝熱部材５ｆを示す図である。図１４の伝熱部材５ｆが有する伝熱面ＦＴｆは、第１面５１１、第２面５１２および第３面５１３が、それぞれＺ軸に対して傾斜している。また、第１段差面５２１、第２段差面５２２および第３段差面５２３が、それぞれＸＹ平面に対して傾斜している。具体的には、第１面５１１と第１段差面５２１とのなす角度が鋭角になるよう、第１面５１１および第１段差面５２１は傾斜している。同様に、第２面５１２と第２段差面５２２とのなす角度が鋭角になるよう、第２面５１２および第２段差面５２２は傾斜している。第３面５１３と第３段差面５２３とのなす角度が鋭角になるよう、第３面５１３および第３段差面５２３は傾斜している。
図１４は、第６変形例の伝熱部材５ｆを示す図である。図１４の伝熱部材５ｆが有する伝熱面ＦＴｆは、第１面５１１、第２面５１２および第３面５１３が、それぞれＺ軸に対して傾斜している。また、第１段差面５２１、第２段差面５２２および第３段差面５２３が、それぞれＸＹ平面に対して傾斜している。具体的には、第１面５１１と第１段差面５２１とのなす角度が鋭角になるよう、第１面５１１および第１段差面５２１は傾斜している。同様に、第２面５１２と第２段差面５２２とのなす角度が鋭角になるよう、第２面５１２および第２段差面５２２は傾斜している。第３面５１３と第３段差面５２３とのなす角度が鋭角になるよう、第３面５１３および第３段差面５２３は傾斜している。
【0080】
なお、第１面５１１、第２面５１２および第３面５１３のＺ軸に対する各傾斜角度は、互いに等しくても異なっていてもよい。同様に、第１段差面５２１、第２段差面５２２および第３段差面５２３のＸＹ平面に対する各傾斜角度は、互いに等しくても異なっていてもよい。また、各傾斜角度は、特に限定されないが、伝熱面ＦＴｅが鉛直線に沿って配置される伝熱部材５ｆにおいて、本明細書に記載の発明を逸脱しない範囲内にある。
【0081】
また、本変形例では、深さＨ２とは、第１接続部分５０１と第２接続部分５０２とのＸＹ平面に沿った距離に相当する。深さＨ３とは、第２接続部分５０２と第３接続部分５０３とのＸＹ平面に沿った距離に相当する。
【0082】
本変形例においても第１実施形態と同様に、第１接続部分５０１から第２接続部分５０２までの水平面に沿った距離は、離脱気泡径Ｄｂａｓｅよりも大きい。また、第２接続部分５０２から第３接続部分５０３までの水平面に沿った距離は、離脱気泡径Ｄｂａｓｅよりも大きい。このため、本変形例においても、第１実施形態と同様に、気泡Ｂの合体を抑制することができる。それゆえ、伝熱性能の低下を抑制することができる。また、伝熱面ＦＴｆは、簡素な構造であるため、複雑で微細な構造に対してコストの増大および異物の閉塞を抑制することができる。それゆえ、簡単な構成で、長期にわたって伝熱特性の向上を図ることができる。また、第１面５１１、第２面５１２および第３面５１３が図１４に示すように傾斜していると、各面で発生した気泡Ｂは特に接触し難く、よって気泡Ｂ同士の合体が抑制され易い。
【0083】
以上の第６変形例によっても、前述の第１実施形態と同様、簡素な構造で、異物の閉塞を抑制することができ、長期にわたって伝熱特性の向上を図ることができる。
【0084】
３．第２実施形態
以下、本開示の第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前述の実施形態と同様である要素については、前述の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。
以下、本開示の第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前述の実施形態と同様である要素については、前述の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。
【0085】
３－１．伝熱部材５Ａ
図１５は、第２実施形態の伝熱部材５Ａの平面図である。図１６は、図１５示す伝熱部材５Ａの側面図である。なお、伝熱部材５Ａは、Ｚ軸に沿って配置される。また、伝熱部材５Ａが有する伝熱面ＦＴＡは、Ｚ軸方向に沿って配置される。また、図１５では後述の底部６２１および６２２の図示が省略される。
図１５は、第２実施形態の伝熱部材５Ａの平面図である。図１６は、図１５示す伝熱部材５Ａの側面図である。なお、伝熱部材５Ａは、Ｚ軸に沿って配置される。また、伝熱部材５Ａが有する伝熱面ＦＴＡは、Ｚ軸方向に沿って配置される。また、図１５では後述の底部６２１および６２２の図示が省略される。
【0086】
図１５および図１６に示すように、伝熱面ＦＴＡは、複数の第１凹部６１０を有する第１領域６１と、複数の第２凹部６２０を有する第２領域６２とを有する。第２領域６２は、第１領域６１よりもＺ１方向に配置される。
【0087】
各第１凹部６１０は、Ｘ軸に沿って延びる溝である。複数の第１凹部６１０は、Ｚ軸に沿って並んでおり、互いに平行に等ピッチで配置される。なお、「等ピッチ」とは、厳密に等ピッチである場合だけでなく、製造誤差等の範囲内を含む。また、各第２凹部６２０は、Ｘ軸に沿って延びる溝である。複数の第２凹部６２０は、Ｚ軸に沿って並んでおり、互いに平行に等ピッチで配置される。
【0088】
図１６に示す例では、各第１凹部６１０の断面形状は、Ｖ字形状である。同様に、各第２凹部６２０の断面形状は、Ｖ字形状である。複数の第１凹部６１０および複数の第２凹部６２０は、例えば、切削加工等の機械加工により形成される。
【0089】
図１７は、図１６に示す伝熱部材５Ａの部分拡大図である。図１７に示すように、各第１凹部６１０は、底部６１１を有する。各第１凹部６１０の幅は、底部６１１に向かうに従って連続的に縮小する。また、隣接する２つの第１凹部６１０の接続部分は、頂点６１２である。第１領域６１では、底部６１１と頂点６１２とが、Ｚ１方向に交互に並ぶ。同様に、各第２凹部６２０は、底部６２１を有する。各第２凹部６２０の幅は、底部６２１に向かうに従って連続的に縮小する。また、隣り合う２つの第２凹部６２０の接続部分が、頂点６２２である。第２領域６２では、底部６２１と頂点６２２とが、Ｚ１方向に交互に並ぶ。
【0090】
図示の例では、各第１凹部６１０の第１深さｈ１は、各第２凹部６２０の第２深さｈ２よりも大きい。第１深さｈ１は、底部６１１から頂点６１２までのＸＹ平面に沿った距離でもある。同様に、第２深さｈ２は、底部６２１から頂点６２２までのＸＹ平面に沿った距離でもある。
【0091】
また、各第１凹部６１０の鉛直線に沿った第１開口幅ｗ１は、各第２凹部６２０の鉛直線に沿った第２開口幅ｗ２よりも大きい。第１開口幅ｗ１は、隣接する２つの頂点６１２の間のＺ軸に沿った距離でもある。同様に、第２開口幅ｗ２は、隣接する２つの頂点６２２の間のＺ軸に沿った距離でもある。また、第１開口幅ｗ１は、離脱気泡径Ｄｂａｓｅよりも小さいことが好ましい。同様に、第２開口幅ｗ２は、離脱気泡径Ｄｂａｓｅよりも小さいことが好ましい。
【0092】
３－２．気泡の挙動
図１８は、伝熱面ＦＴＡでの気泡Ｂの発生を説明するための図である。以下では、複数の第１凹部６１０のうちの任意の１個の第１凹部６１０が第１凹部６１０＿１であり、第１凹部６１０＿１に対して隣接する２つの第１凹部６１０のうち、一方の第１凹部６１０が第１凹部６１０＿２であり、他方の第１凹部６１０が第１凹部６１０＿３である。同様に、複数の第２凹部６２０のうちの任意の１個の第２凹部６２０が第２凹部６２０＿１であり、第２凹部６２０＿１に対して隣接する２つの第２凹部６２０のうち、一方の第２凹部６２０が第２凹部６２０＿２であり、他方の第２凹部６２０が第２凹部６２０＿３である。また、図１８、１９、２０および２１では、理解を容易にするため、鉛直線に沿った浮力について考慮せずに説明する。
図１８は、伝熱面ＦＴＡでの気泡Ｂの発生を説明するための図である。以下では、複数の第１凹部６１０のうちの任意の１個の第１凹部６１０が第１凹部６１０＿１であり、第１凹部６１０＿１に対して隣接する２つの第１凹部６１０のうち、一方の第１凹部６１０が第１凹部６１０＿２であり、他方の第１凹部６１０が第１凹部６１０＿３である。同様に、複数の第２凹部６２０のうちの任意の１個の第２凹部６２０が第２凹部６２０＿１であり、第２凹部６２０＿１に対して隣接する２つの第２凹部６２０のうち、一方の第２凹部６２０が第２凹部６２０＿２であり、他方の第２凹部６２０が第２凹部６２０＿３である。また、図１８、１９、２０および２１では、理解を容易にするため、鉛直線に沿った浮力について考慮せずに説明する。
【0093】
気泡Ｂは、第１凹部６１０＿１の最深位置である底部６１１、および第２凹部６２０＿１の最深位置である底部６２１で発生する。具体的には、まず、図１８に示すように、第１凹部６１０＿１の底部６１１で、核気泡Ｂｎ１が発生する。同様に、第２凹部６２０＿１の底部６２１で、核気泡Ｂｎ２が発生する。
【0094】
核気泡Ｂｎの曲率は、溝の幅とほぼ同程度である。したがって、前述のように、第１開口幅ｗ１は第２開口幅ｗ２よりも大きいので、核気泡Ｂｎ１は、核気泡Ｂｎ２よりも大きい。よって、溝の幅を制御することにより、核気泡Ｂｎのサイズを制御することができる。このため、伝熱面ＦＴＡから離脱する気泡Ｂの発生周期を制御することができる。
【0095】
図１９は、伝熱面ＦＴでの気泡Ｂの成長を説明するための図である。図１９に示すように、核気泡Ｂｎ１から成長した気泡Ｂ１＿１は、第１凹部６１０＿１によりＺ軸に沿う方向での接触線の成長が制限される。このため、壁面への付着力が制限され気泡Ｂ１＿１の離脱サイズが制限される。同様に、核気泡Ｂｎ２から成長した気泡Ｂ２＿１は、第２凹部６２０＿１によりＺ軸に沿う方向での接触線の成長が制限される。このため、壁面への付着力が制限され気泡Ｂ２＿１の離脱サイズが制限される。
【0096】
図２０は、伝熱面ＦＴＡでの気泡Ｂの成長を説明するための図である。図２０では、気泡Ｂ１＿１の発生の後に、気泡Ｂ１＿２およびＢ１＿３が発生した場合の状態が示される。図２０に示すように、気泡Ｂ１＿１、Ｂ１＿２、Ｂ１＿３のそれぞれの成長が進行すると、Ｚ１方向での気泡Ｂ１＿１の成長が気泡Ｂ１＿２、Ｂ１＿３により制限される。これは、界面活性剤の作用により気泡Ｂ１＿１と気泡Ｂ１＿２および気泡Ｂ１＿２のそれぞれとの合体が抑制されるからである。Ｚ軸に沿う方向での気泡Ｂ１＿１の成長が制限されることにより、気泡Ｂ１＿１が伝熱面ＦＴＡから離れる方向に成長し易くなる。そして、成長する気泡Ｂ１＿２と気泡Ｂ１＿３との間に挟まれた、気泡Ｂ１＿１はくびれた形状に変形する。
【0097】
同様に、図２０では、気泡Ｂ２＿１の発生の後に、気泡Ｂ２＿２およびＢ２＿３が発生した場合の状態が示される。界面活性剤の作用により、Ｚ軸に沿う方向での気泡Ｂ２＿１の成長が気泡Ｂ２＿２、Ｂ２＿３により制限され、気泡Ｂ２＿１は伝熱面ＦＴＡから離れる方向に成長し易くなる。そして、成長する気泡Ｂ２＿２と気泡Ｂ２＿３との間に挟まれた、気泡Ｂ２＿１はくびれた形状に変形する。
【0098】
このように、伝熱面ＦＴＡが第１凹部６１０および第２凹部６２０を有することに加え、冷媒ＲＥが界面活性剤を含むことにより、気泡Ｂは、伝熱面ＦＴＡから離れる方向により成長し易くなる。
【0099】
また、前述のように、第１開口幅ｗ１は、離脱気泡径Ｄｂａｓｅよりも小さいことが好ましい。第１開口幅ｗ１が離脱気泡径Ｄｂａｓｅよりも小さいことで、大きい場合に比べ、気泡Ｂ１＿１は隣り合う気泡Ｂ１＿２およびＢ１＿３の影響により伝熱面ＦＴＡから離れる方向に向かって成長し易い。このため、気泡Ｂ１＿１は伝熱面ＦＴＡから離脱し易くなり、よって、伝熱性能を高めることができる。同様に、第２開口幅ｗ２は、離脱気泡径Ｄｂａｓｅよりも小さいことが好ましい。第２開口幅ｗ２が離脱気泡径Ｄｂａｓｅよりも小さいことで、大きい場合に比べ、気泡Ｂ２＿１は隣り合う気泡Ｂ２＿２およびＢ２＿３の影響により伝熱面ＦＴＡから離れる方向に向かって成長し易い。このため、気泡Ｂ２＿１は伝熱面ＦＴＡから離脱し易くなり、よって、伝熱性能を高めることができる。
【0100】
図２１は、伝熱面ＦＴＡからの気泡Ｂの離脱を説明するための図である。図２１に示すように、気泡Ｂ１＿１、Ｂ１＿２、Ｂ１＿３のそれぞれの成長が進行すると、気泡Ｂ１＿１は、伝熱面ＦＴＡから離脱し、気泡Ｂ１ａと気泡Ｂ１ｂとに分離する。前述のように、気泡Ｂ１＿１がくびれることで、気泡Ｂ１＿１は、気泡Ｂ１ａと気泡Ｂ１ｂに分裂し易くなる。そして、気泡Ｂ１ａは、伝熱面ＦＴＡから離脱し、気泡Ｂ１ｂは、気泡Ｂ１＿１の一部が第１凹部６１０＿１内に残留する残留気泡として伝熱面ＦＴＡ上に残り易くなる。その後、気泡Ｂ１ｂは、新たな気泡Ｂ１＿１の発生のための核として機能する。同様に、気泡Ｂ２＿１、Ｂ２＿２、Ｂ２＿３のそれぞれの成長が進行すると、気泡Ｂ２＿１は、伝熱面ＦＴＡから離脱し、気泡Ｂ２ａと気泡Ｂ２ｂとに分離する。そして、気泡Ｂ２ｂは、新たな気泡Ｂ２＿１の発生のための核として機能する。
【0101】
気泡Ｂ１ｂおよび気泡Ｂ２ｂが伝熱面ＦＴＡ上に残ることにより、気泡Ｂ１＿１およびＢ２＿１の発生周期を短くすることができる。このため、単位時間あたりに離脱する気泡数を増加させることができる。よって、気泡Ｂの発生周期を短くすることができる。それゆえ、沸騰冷却装置１の冷却性能を向上させることができる。
【0102】
図２２は、伝熱面ＦＴの第１領域６１で発生する気泡Ｂの作用を説明するための図である。前述のように、第２開口幅ｗ２は第１開口幅ｗ１よりも小さい。このため、複数の第２凹部６２０で発生する各気泡Ｂ２は、複数の第１凹部６１０で発生する各気泡Ｂ１よりも小さい。よって、複数の第２凹部６２０が設けられていることで、多くの気泡Ｂ２を伝熱面ＦＴＡから効率良く離脱させることができる。このため、単位時間あたりの気泡Ｂ２の発生数を多くすることができ、よって伝熱性能を高めることができる。
【0103】
また、前述のように、伝熱面ＦＴが鉛直線に沿って配置される構成において、第１凹部６１０が設けられる第１領域６１は、第２凹部６２０が設けられる第２領域６２よりも鉛直下方に位置する。そして、第１凹部６１０の第１開口幅ｗ１は第２凹部６２０の第２開口幅ｗ２よりも大きい。このため、第２凹部６２０では、大型な気泡Ｂ２が発生し、第１凹部６１０では、小型な気泡が発生する。大型な気泡Ｂ２は小型な気泡Ｂ１に比べて浮上速度が速い。よって、大型の気泡Ｂ２は、小型な気泡Ｂ１に比べて、大きな浮力によって高速で上昇する。この大型の気泡Ｂ２の上昇運動に随伴して周囲の液体が移動する際に対流が生じる。当該対流は、第１凹部６１０よりも鉛直上方に位置する第２凹部６２０で発生した小型な気泡Ｂ２を伝熱面ＦＴＡから引き剥がす作用を示す。よって、気泡Ｂ２の離脱を促進することができる。また、当該対流によって、伝熱面ＦＴＡの上部での気泡Ｂの充満が抑制される。このようなことから、伝熱面ＦＴＡの上部における気泡Ｂの合体を抑制することができ、さらに小型の気泡Ｂ２の発生周期を短くすることができる。その結果、伝熱部材５の伝熱性能を高めることができる。
【0104】
また、伝熱面ＦＴＡは、第１凹部６１０および第２凹部６２０を設けるこという簡単な構造である。このため、複雑で微細な構造に対してコストの増大および異物の閉塞を抑制することができる。それゆえ、簡単な構成で、長期にわたって伝熱特性の向上を図ることができる。
【0105】
また、複数の第１凹部６１０は、互いに平行に配列される複数の溝であり、複数の第２凹部６２０は、互いに平行に配列される複数の溝である。溝は、前述のように、機械加工等により容易に形成可能である。よって、第１凹部６１０および第２凹部６２０が溝であることで、特に簡単な構成で、かつ低コストで、長期にわたって伝熱特性の向上を図ることができる。
【0106】
また、前述のように、各第１凹部６１０の断面形状は、Ｖ字形状であり、各第２凹部６２０の断面形状は、Ｖ字形状である。このため、第１凹部６１０内および第２凹部６２０内に異物が入り込んでしまっても、第１凹部６１０および第２凹部６２０に沿って当該異物が移動し易い。それゆえ、第１凹部６１０および第２凹部６２０から当該異物が除去され易い。よって、沸騰冷却装置１を長期にわたり使用しても、沸騰冷却装置１の冷却性能の低下を抑制することができる。
【0107】
また、前述のように、複数の第１凹部６１０は、等ピッチで配列され、複数の第２凹部６２０は、等ピッチで配列される。このため、伝熱面ＦＴＡでの気泡Ｂ１およびＢ２の発生分布を均一化することができる。また、複数の溝が等ピッチでない構成に比べて、溝の形成も容易である。
【0108】
また、第２領域６２は、第１領域６１よりもＹ２方向に凹んでいる。このため、第１実施形態と同様に、気泡Ｂ１の浮上の際、気泡Ｂ１は、気泡Ｂ２と接触し難い。よって、気泡Ｂ１と気泡Ｂ２との合体が抑制される。また、伝熱面ＦＴＡの上部に気泡Ｂ１およびＢ２が充満することが抑制される。
【0109】
また、第１深さｈ１は、第２深さｈ２よりも深く、第１深さｈ１と第２深さｈ２との差は、離脱気泡径Ｄｂａｓｅよりも大きい。第１深さｈ１と第２深さｈ２との差が離脱気泡径Ｄｂａｓｅよりも大きいことで、第１実施形態と同様に、気泡Ｂ２の生成時および離脱時において、気泡Ｂ１と気泡Ｂ２との合体が抑制される。このため、伝熱性能の更なる向上を図ることができる。なお、第１深さｈ１と第２深さｈ２との差は、頂点６１２と頂点６２２とのＸＹ平面に沿った距離でもある。したがって、当該距離は、離脱気泡径Ｄｂａｓｅよりも大きい。
【0110】
また、第１領域６１と第２領域６２との比率は、特に限定されないが、第２領域６２の方が第１領域６１よりも大きいことで、単位時間あたりの気泡Ｂ２の発生数を多くすることができる。一方、第１凹部６１０は前述の対流による作用を示すことができればよく、第１領域６１の方が第２領域６２よりも小さいことで、気泡Ｂ２の発生数の低下が抑制される。
【0111】
４．変形例
前述の第２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。
前述の第２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。
【0112】
４―１．第７変形例
図２３は、第７変形例の伝熱部材５ｇを示す図である。図２３に示す伝熱部材５ｇの伝熱面ＦＴｇは、第１領域６１および第２領域６２に加え、第３領域６３を有する。第３領域６３は、第２領域６２に対してＺ１方向に配置される。第３領域６３は、複数の第３凹部６３０を有する。各第３凹部６３０は、Ｘ軸に沿って延びる溝である。複数の第３凹部６３０は、Ｚ軸に沿って並んでおり、互いに平行に等ピッチで配置される。また、各第３凹部６３０の断面形状は、Ｖ字形状である。
図２３は、第７変形例の伝熱部材５ｇを示す図である。図２３に示す伝熱部材５ｇの伝熱面ＦＴｇは、第１領域６１および第２領域６２に加え、第３領域６３を有する。第３領域６３は、第２領域６２に対してＺ１方向に配置される。第３領域６３は、複数の第３凹部６３０を有する。各第３凹部６３０は、Ｘ軸に沿って延びる溝である。複数の第３凹部６３０は、Ｚ軸に沿って並んでおり、互いに平行に等ピッチで配置される。また、各第３凹部６３０の断面形状は、Ｖ字形状である。
【0113】
各第３凹部６３０は、底部６３１を有する。各第３凹部６３０の幅は、底部６３１に向かうに従って連続的に縮小する。また、隣接する２つの第３凹部６３０の接続部分は、頂点６３２である。第３領域６３では、底部６３１と頂点６３２とが、Ｚ１方向に交互に並ぶ。
【0114】
各第３凹部６３０の第３深さｈ３は、第２深さｈ２よりも小さい。第３深さｈ３は、底部６３１から頂点６３２までのＸＹ平面に沿った距離である。また、各第３凹部６３０の鉛直線に沿った第３開口幅ｗ３は、第２開口幅ｗ２と等しい。
【0115】
また、第３領域６３は、第２領域６２よりもＹ２方向に凹んでいる。このため、第１実施形態と同様に、第２領域６２で発生した気泡Ｂ２の浮上の際、気泡Ｂ２が、第３領域６３で発生した気泡Ｂ３と接触し難い。よって、気泡Ｂ２と気泡Ｂ３との合体が抑制される。また、伝熱面ＦＴｇの上部に気泡Ｂ１、Ｂ２およびＢ３が充満することが抑制される。
【0116】
また、第２深さｈ２と第３深さｈ３との差は、離脱気泡径Ｄｂａｓｅよりも大きい。第２深さｈ２と第３深さｈ３との差が離脱気泡径Ｄｂａｓｅよりも大きいことで、第１実施形態と同様に、気泡Ｂ３の生成時および離脱時において、気泡Ｂ３と気泡Ｂ２との合体が抑制される。このため、伝熱性能の更なる向上を図ることができる。
【0117】
以上の第７変形例によっても、前述の第２実施形態と同様、簡素な構造で、異物の閉塞を抑制することができ、長期にわたって伝熱特性の向上を図ることができる。
【0118】
なお、第１開口幅ｗ１と第２開口幅ｗ２と第３開口幅ｗ３は、互いに等しくても異なっていてもよい。また、「伝熱面」が有する領域の数は特に限定されず、「第１領域」、「第２領域」および「第３領域」に加え、さらに他の領域が設けられていてもよい。
【0119】
４―２．第８変形例
図２４は、第８変形例の伝熱部材５ｈを示す図である。図２４に示す伝熱部材５ｈの伝熱面ＦＴｈでは、複数の第１凹部６１０ｈの断面形状が矩形である。したがって、各第１凹部６１０ｈの幅は、一定である。また、複数の第２凹部６２０ｈの断面形状は、矩形である。したがって、各第２凹部６２０ｈの幅は、一定である。
図２４は、第８変形例の伝熱部材５ｈを示す図である。図２４に示す伝熱部材５ｈの伝熱面ＦＴｈでは、複数の第１凹部６１０ｈの断面形状が矩形である。したがって、各第１凹部６１０ｈの幅は、一定である。また、複数の第２凹部６２０ｈの断面形状は、矩形である。したがって、各第２凹部６２０ｈの幅は、一定である。
【0120】
また、隣接する２つの第１凹部６１０ｈの接続部分は、平坦な頂面６１４である。同様に、隣接する２つの第２凹部６２０ｈの接続部分は、平坦な頂面６２４である。第１領域６１では、底面６１３と頂面６１４とが、Ｚ１方向に交互に並ぶ。同様に、第２領域６２では、底面６２３と頂面６２４とが、Ｚ１方向に交互に並ぶ。
【0121】
以上の第８変形例によっても、前述の第２実施形態と同様、簡素な構造で、異物の閉塞を抑制することができ、長期にわたって伝熱特性の向上を図ることができる。
【0122】
４―３．第９変形例
図２５は、第９変形例の伝熱部材５ｉを示す図である。図２４に示す伝熱部材５ｉの伝熱面ＦＴｉでは、複数の第１凹部６１０ｉの断面形状が台形である。また、複数の第２凹部６２０ｉの断面形状は、台形である。
図２５は、第９変形例の伝熱部材５ｉを示す図である。図２４に示す伝熱部材５ｉの伝熱面ＦＴｉでは、複数の第１凹部６１０ｉの断面形状が台形である。また、複数の第２凹部６２０ｉの断面形状は、台形である。
【0123】
また、隣接する２つの第１凹部６１０ｉの接続部分は、平坦な頂面６１４である。同様に、隣接する２つの第２凹部６２０ｉの接続部分は、平坦な頂面６２４である。第１領域６１では、底面６１３と頂面６１４とは、Ｚ１方向に交互に並ぶ。同様に、第２領域６２では、底面６２３と頂面６２４とが、Ｚ１方向に交互に並ぶ。
【0124】
以上の第９変形例によっても、前述の第２実施形態と同様、簡素な構造で、異物の閉塞を抑制することができ、長期にわたって伝熱特性の向上を図ることができる。
【0125】
なお、「第１凹部」および「第２凹部」の各断面形状は特に限定されず、図２４および図２５に示す各断面形状以外の形状でもよい。また、「第１凹部」および「第２凹部」の各内壁面は、平坦面に限定されず、凹凸または曲面を有していてもよい。なお、「第３凹部」についても同様である。
【0126】
【0127】
以上の第１０変形例によっても、前述の第２実施形態と同様、簡素な構造で、異物の閉塞を抑制することができ、長期にわたって伝熱特性の向上を図ることができる。
【0128】
４―５．第１１変形例
図２７は、第１１変形例の伝熱部材５ｋを示す図である。本変形例では、第７変形例との相違点を中心に説明する。図２７に示す伝熱部材５ｋの伝熱面ＦＴｋでは、複数の頂点６１２、複数の頂点６２２および頂点６３２のＹ軸での位置が同じである。
図２７は、第１１変形例の伝熱部材５ｋを示す図である。本変形例では、第７変形例との相違点を中心に説明する。図２７に示す伝熱部材５ｋの伝熱面ＦＴｋでは、複数の頂点６１２、複数の頂点６２２および頂点６３２のＹ軸での位置が同じである。
【0129】
以上の第１１変形例によっても、前述の第２実施形態および第７変形例と同様、簡素な構造で、異物の閉塞を抑制することができ、長期にわたって伝熱特性の向上を図ることができる。
【0130】
４―６．第１２変形例
図２８は、第１２変形例の伝熱部材５ｌを示す図である。本変形例では、第７変形例との相違点を中心に説明する。図２８に示す伝熱部材５ｌの伝熱面ＦＴｌでは、第１深さｈ１、第２深さｈ２および第３深さｈ３が、互いにほぼ等しい。
図２８は、第１２変形例の伝熱部材５ｌを示す図である。本変形例では、第７変形例との相違点を中心に説明する。図２８に示す伝熱部材５ｌの伝熱面ＦＴｌでは、第１深さｈ１、第２深さｈ２および第３深さｈ３が、互いにほぼ等しい。
【0131】
また、頂点６１２と頂点６２２とのＸＹ平面に沿った距離は、離脱気泡径Ｄｂａｓｅよりも大きい。同様に、頂点６２２と頂点６３２とのＸＹ平面に沿った距離は、離脱気泡径Ｄｂａｓｅよりも大きい。それゆえ、気泡Ｂの生成時および離脱時において、気泡Ｂ同士の合体が抑制される。このため、伝熱性能の更なる向上を図ることができる。
【0132】
以上の第１２変形例によっても、前述の第２実施形態と同様、簡素な構造で、異物の閉塞を抑制することができ、長期にわたって伝熱特性の向上を図ることができる。
【0133】
４―７．第１３変形例
図２９は、第１３変形例の伝熱部材５ｍを示す図である。本変形例では、第７変形例との相違点を中心に説明する。図２９に示す伝熱部材５ｍの伝熱面ＦＴｍでは、第１深さｈ１、第２深さｈ２および第３深さｈ３が、互いにほぼ等しい。また、複数の頂点６１２、複数の頂点６２２および複数の頂点６３２のＹ軸での位置は、互いに等しい。また、複数の底部６１１、複数の底部６２１および複数の底部６３１のＹ軸での位置は、互いに等しい。
図２９は、第１３変形例の伝熱部材５ｍを示す図である。本変形例では、第７変形例との相違点を中心に説明する。図２９に示す伝熱部材５ｍの伝熱面ＦＴｍでは、第１深さｈ１、第２深さｈ２および第３深さｈ３が、互いにほぼ等しい。また、複数の頂点６１２、複数の頂点６２２および複数の頂点６３２のＹ軸での位置は、互いに等しい。また、複数の底部６１１、複数の底部６２１および複数の底部６３１のＹ軸での位置は、互いに等しい。
【0134】
以上の第１３変形例によっても、前述の第２実施形態と同様、簡素な構造で、異物の閉塞を抑制することができ、長期にわたって伝熱特性の向上を図ることができる。
【0135】
なお、第１深さｈ１、第２深さｈ２および第３深さｈ３は、互いに異なっていても等しくてもよい。
【0136】
以上、本発明の沸騰冷却装置ついて図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。また、本発明の各部の構成は、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。
【0137】
前述の実施形態では、「第１凹部」、「第２凹部」および「第３凹部」のそれぞれは、溝であったが、溝でなくてもよく、例えば格子状の穴であってもよい。
また、本発明は、パワー半導体素子の冷却装置以外に、沸騰現象による熱伝達を利用する幅広い装置に利用可能である。
また、本発明は、パワー半導体素子の冷却装置以外に、沸騰現象による熱伝達を利用する幅広い装置に利用可能である。
【符号の説明】
【0138】
１…沸騰冷却装置、５…伝熱部材、１０…受熱部、１１…容器、１３…側壁、２０…放熱部、２１…容器、２２…放熱フィン、３０…第１管部、４０…第２管部、５１…鉛直面、５２…段差面、６１…第１領域、６２…第２領域、６３…第３領域、１００…発熱体、１１１…底板、１１２…天板、１１３…側壁、２１１…底板、２１２…天板、２１３…側壁、５０１…第１接続部分、５０２…第２接続部分、５０３…第３接続部分、５１１…第１面、５１２…第２面、５１３…第３面、５２１…第１段差面、５２２…第２段差面、５２３…第３段差面、６１０…第１凹部、６１１…底部、６１２…頂点、６１３…底面、６１４…頂面、６２０…第２凹部、６２１…底部、６２２…頂点、６２３…底面、６２４…頂面、６３０…第３凹部、６３１…底部、６３２…頂点、Ｂ…気泡、Ｂｎ１…核気泡、Ｂｎ２…核気泡、ＦＴ…伝熱面、Ｈ２…深さ、Ｈ３…深さ、ＲＥ…冷媒、Ｓ１０…収容室、Ｓ２０…凝縮室、Ｓ１…乾いた領域、Ｓ２…乾いた領域、Ｓ３…乾いた領域、Ｓ３０…第１流路、Ｓ４０…第２流路、Ｓｘ…乾いた領域、Ｗ１…第１開口幅、Ｗ２…第２開口幅、ｄ１…距離、ｄ２…距離、ｄ１１…距離、ｄ１２…距離、ｈ１…第１深さ、ｈ２…第２深さ、ｈ３…第３深さ、ｗ１…第１開口幅、ｗ２…第２開口幅、ｗ３…第３開口幅。
【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】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】