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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】P2024008436
(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】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022110316
(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】内部 銀二
(72)【発明者】
【氏名】藤本 裕地
【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】簡素な構造の伝熱面を備え、受熱部内が狭隘な空間においても伝熱性能が低下しない沸騰冷却装置を提供すること。
【解決手段】沸騰冷却装置は、液状の冷媒と、互いに対向する第１部材５と第２部材６とを有し、第１部材５と第２部材６との間の収容室に冷媒を収容し、発熱体からの熱を受ける受熱部と、を備え、第１部材５は、第１基部５１と、第１基部５１から第２部材６に向かって突出し、収容室を区分する第１凸部５２とを有し、第１部材５の内壁面、および第２部材６の内壁面の一方または両方は、冷媒を沸騰させる伝熱面であり、第１凸部５２と第２部材６との間の距離は、平面での冷媒の沸騰により生じる気泡の離脱気泡径の２倍以下である。
【選択図】図５
【解決手段】沸騰冷却装置は、液状の冷媒と、互いに対向する第１部材５と第２部材６とを有し、第１部材５と第２部材６との間の収容室に冷媒を収容し、発熱体からの熱を受ける受熱部と、を備え、第１部材５は、第１基部５１と、第１基部５１から第２部材６に向かって突出し、収容室を区分する第１凸部５２とを有し、第１部材５の内壁面、および第２部材６の内壁面の一方または両方は、冷媒を沸騰させる伝熱面であり、第１凸部５２と第２部材６との間の距離は、平面での冷媒の沸騰により生じる気泡の離脱気泡径の２倍以下である。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
液状の冷媒と、
互いに対向する第１部材と第２部材とを有し、前記第１部材と前記第２部材との間の収容室に前記冷媒を収容し、発熱体からの熱を受ける受熱部と、を備え、
前記第１部材は、第１基部と、前記第１基部から前記第２部材に向かって突出し、前記収容室を区分する第１凸部とを有し、
前記第１部材の内壁面、および前記第２部材の内壁面の一方または両方は、前記冷媒を沸騰させる伝熱面であり、
前記第１凸部と前記第２部材との間の距離は、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の２倍以下である、
ことを特徴とする沸騰冷却装置。
互いに対向する第１部材と第２部材とを有し、前記第１部材と前記第２部材との間の収容室に前記冷媒を収容し、発熱体からの熱を受ける受熱部と、を備え、
前記第１部材は、第１基部と、前記第１基部から前記第２部材に向かって突出し、前記収容室を区分する第１凸部とを有し、
前記第１部材の内壁面、および前記第２部材の内壁面の一方または両方は、前記冷媒を沸騰させる伝熱面であり、
前記第１凸部と前記第２部材との間の距離は、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の２倍以下である、
ことを特徴とする沸騰冷却装置。
【請求項2】
前記第１基部は、平板状であり、
前記第１凸部は、前記第１基部の表面に平行な長尺状である、
請求項１に記載の沸騰冷却装置。
前記第１凸部は、前記第１基部の表面に平行な長尺状である、
請求項１に記載の沸騰冷却装置。
【請求項3】
前記第１凸部は、前記第２部材に対向する長尺な第１頂面を有し、
前記第１頂面は、前記第１凸部の長手方向に延びる２つの第１縁部を有し、
前記２つの第１縁部の一方は、面取りされている、
請求項１または２に記載の沸騰冷却装置。
前記第１頂面は、前記第１凸部の長手方向に延びる２つの第１縁部を有し、
前記２つの第１縁部の一方は、面取りされている、
請求項１または２に記載の沸騰冷却装置。
【請求項4】
前記受熱部は、前記第１凸部を含む複数の第１凸部を有し、
前記複数の第１凸部のそれぞれは、前記第１基部の表面に平行な長尺状であり、
前記複数の第１凸部は、前記第１凸部の長手方向と交差する方向に並ぶ、
請求項１に記載の沸騰冷却装置。
前記複数の第１凸部のそれぞれは、前記第１基部の表面に平行な長尺状であり、
前記複数の第１凸部は、前記第１凸部の長手方向と交差する方向に並ぶ、
請求項１に記載の沸騰冷却装置。
【請求項5】
前記第２部材は、第２基部と、前記第２基部から前記第１部材に向かって突出し、前記第１凸部とともに前記収容室を区分する第２凸部と、を有し、
前記第１凸部と前記第２凸部とは、互いに対向する、
請求項１に記載の沸騰冷却装置。
前記第１凸部と前記第２凸部とは、互いに対向する、
請求項１に記載の沸騰冷却装置。
【請求項6】
前記受熱部は、前記第１凸部を含む複数の第１凸部と、前記第２凸部を含む複数の第２凸部と、を有し、
前記第１基部は、平板状であり、
前記第２基部は、平板状であり、
前記複数の第１凸部のそれぞれは、前記第１基部の表面に平行な長尺状であり、
前記複数の第２凸部のそれぞれは、前記第２基部の表面に平行な長尺状であり、
前記複数の第１凸部は、前記複数の第１凸部の長手方向と交差する所定方向に並び、
前記複数の第２凸部は、前記所定方向に並ぶ、
請求項５に記載の沸騰冷却装置。
前記第１基部は、平板状であり、
前記第２基部は、平板状であり、
前記複数の第１凸部のそれぞれは、前記第１基部の表面に平行な長尺状であり、
前記複数の第２凸部のそれぞれは、前記第２基部の表面に平行な長尺状であり、
前記複数の第１凸部は、前記複数の第１凸部の長手方向と交差する所定方向に並び、
前記複数の第２凸部は、前記所定方向に並ぶ、
請求項５に記載の沸騰冷却装置。
【請求項7】
前記第１凸部は、前記第２部材に対向する長尺な第１頂面を有し、
前記第１頂面は、前記第１凸部の長手方向に延びる２つの第１縁部を有し、
前記２つの第１縁部のうちの前記所定方向に位置する一方は、面取りされており、
前記第２凸部は、前記第１部材に対向する長尺な第２頂面を有し、
前記第２頂面は、記第１凸部の長手方向に延びる２つの第２縁部を有し、
前記２つの第２縁部のうちの前記所定方向に位置する一方は、面取りされている、
請求項６に記載の沸騰冷却装置。
前記第１頂面は、前記第１凸部の長手方向に延びる２つの第１縁部を有し、
前記２つの第１縁部のうちの前記所定方向に位置する一方は、面取りされており、
前記第２凸部は、前記第１部材に対向する長尺な第２頂面を有し、
前記第２頂面は、記第１凸部の長手方向に延びる２つの第２縁部を有し、
前記２つの第２縁部のうちの前記所定方向に位置する一方は、面取りされている、
請求項６に記載の沸騰冷却装置。
【請求項8】
前記受熱部は、前記第１凸部を含む複数の第１凸部を有し、
前記複数の第１凸部は、点在している、
請求項１に記載の沸騰冷却装置。
前記複数の第１凸部は、点在している、
請求項１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、外部からの熱を受ける受熱部と、外部に熱を放出する放熱部と、受熱部と放熱部とを接続する流通部と、を有する。また、受熱部には、冷媒に浸漬される沸騰伝熱面を有する伝熱部材が設けられる。この沸騰冷却装置は、発熱体からの熱を沸騰伝熱面で受熱部内の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ることにより、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。この結果、伝熱性能が低下するおそれがある。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。
【0007】
また、沸騰冷却装置の薄型化等に伴い受熱部の内部空間が狭隘になると、当該内部空間に気泡が充満し易くなる。このため、気泡同士が合体し易く、よって、大型な気泡が発生し、伝熱面が伝熱に寄与しない乾いた領域で覆われてしまう。さらに、狭隘な内部空間であると、圧力損失が大きいため、大型な気泡が排出され難い。この結果、伝熱面が乾いた領域で覆われる時間が長くなってしまい、伝熱特性が低下してしまう。
【0008】
したがって、簡素な構造の伝熱面を備え、受熱部内が狭隘な空間においても伝熱性能が低下しない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】
【0009】
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、互いに対向する第１部材と第２部材とを有し、前記第１部材と前記第２部材との間の収容室に前記冷媒を収容し、発熱体からの熱を受ける受熱部と、を備え、前記第１部材は、第１基部と、前記第１基部から前記第２部材に向かって突出し、前記収容室を区分する第１凸部とを有し、前記第１部材の内壁面、および前記第２部材の内壁面の一方または両方は、前記冷媒を沸騰させる伝熱面であり、前記第１凸部と前記第２部材との間の距離は、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の２倍以下である。
【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】気泡の成長を説明するための図である。
【図7】気泡の成長を説明するための図である。
【図8】気泡の成長を説明するための図である。
【図9】気泡の離脱を説明するための図である。
【図10】気泡の離脱を説明するための図である。
【図11】気泡の離脱を説明するための図である。
【図12】収容室での気泡の挙動を示す断面図である。
【図13】収容室での気泡の挙動を示す斜視図である。
【図14】比較例の伝熱面における気泡の成長を示す図である。
【図15】比較例の伝熱面における気泡の成長を示す図である。
【図16】比較例の伝熱面における気泡の成長を示す図である。
【図17】比較例の伝熱面における気泡の成長を示す図である。
【図18】第２実施形態の第１部材および第２部材の断面図である。
【図19】第１変形例の第１部材および第２部材の断面図である。
【図20】第２変形例の第１部材および第２部材の断面図である。
【図21】第３変形例の第１部材および第２部材の断面図である。
【図22】第３実施形態の第１部材および第２部材の断面図である。
【図23】収容室での気泡の挙動を示す断面図である。
【図24】第４実施形態の第１部材を示す斜視図である。
【図25】第４実施形態の第１部材および第２部材の断面図である。
【図26】第４変形例の第１部材を示す図である。
【図27】第５変形例の第１部材を示す図である。
【図28】第１部材および第２部材の配置の一例を示す図である。
【図29】第１部材および第２部材の配置の一例を示す図である。
【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。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。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２つの発熱体１００を冷却する。各発熱体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。なお、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。
【0014】
図１に示す例では、２つの発熱体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。各発熱体１００は、ＸＺ平面に沿う扁平形状をなす。なお、図１では、各発熱体１００の外形が概略的に示される。各発熱体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、２個に限定されず、１個でもよいし、３個以上でもよい。３個以上である場合、例えば、沸騰冷却装置のＹ１方向に２個以上配置されてもよい。
【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】
近年、例えば複数の発熱体１００および沸騰冷却装置１の配置効率を高める観点から、沸騰冷却装置１の薄型化が図られている。沸騰冷却装置１の薄型化によって、受熱部１０の収容室Ｓ１０は、従来よりも狭隘になっている。
【0018】
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、側壁１１３は、第１部材５と、第２部材６とを有する。
【0019】
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。
【0020】
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、２つの発熱体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。当該４つの平板状の部材のうち、Ｙ１方向に位置する平板状の部分が、第１部材５である。当該４つの平板状の部材のうち、Ｙ２方向に位置する平板状の部分が、第２部材６である。したがって、第１部材５と第２部材６とは、互いに対向しており、第１部材５と第２部材６との間に収容室Ｓ１０が位置する。第１部材５は、２つの発熱体１００のうちの一方から熱を受ける。第２部材６は、２つの発熱体１００のうちの他方から熱を受ける。なお、各発熱体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。
【0021】
第１部材５の内壁面は、伝熱面５０である。第２部材６の内壁面は、伝熱面６０である。伝熱面５０および６０のそれぞれは、冷媒ＲＥと接触する。伝熱面５０および６０の各近傍の冷媒ＲＥが沸点以上の温度に過熱されることにより、伝熱面５０および６０のそれぞれに複数の気泡Ｂが発生する。
【0022】
第１部材５および第２部材６のそれぞれは、熱伝導率に優れる材料により形成される。具体的には、第１部材５および第２部材６の各材料は、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のうち第１部材５および第２部材６を除く部分の材料は、特に限定されないが、第１部材５および第２部材６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。
【0023】
なお、図１に示す例では、第１部材５および第２部材６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、第１部材５および第２部材６のそれぞれは、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、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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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２１３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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
かかる沸騰冷却装置１では、２つの発熱体１００の熱が第１部材５または第２部材６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５０および６０の近傍で沸騰する。この結果、伝熱面５０および６０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５０および６０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。
【0035】
沸騰冷却装置１では、伝熱面５０および６０の近傍の冷媒ＲＥの相変化により、２つの発熱体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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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５０および６０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５０および６０から離脱するための浮力が小さくて済むので、伝熱面５０および６０からの離脱時の気泡Ｂの径を小さくすることができる。
【0041】
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５０および６０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５０および６０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５０および６０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５０および６０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。
【0042】
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。
【0043】
【0044】
図３に示すように、第１部材５および第２部材６が、互いに対向し、互いに離間している。各第１部材５は、Ｚ軸に沿って配置される。同様に、各第２部材６は、Ｚ軸に沿って配置される。伝熱面５０は、第１部材５の第２部材６に対向する面である。伝熱面６０は、第２部材６の第１部材５に対向する面である。伝熱面５０および６０のそれぞれは、Ｚ軸に沿って配置される。伝熱面５０および６０のそれぞれは、Ｚ軸に沿った長尺な複数の凹凸を有する。
【0045】
図３および４に示すように、第１部材５は、第１基部５１と、複数の第１凸部５２とを有する。第１基部５１は、ＸＹ平面に沿った平板状である。各第１凸部５２は、第１基部５１から第２部材６に向かってＹ２方向に突出している。各第１凸部５２は、第１基部５１の表面に平行な長尺状である。特に、図示の例では、各第１凸部５２の長手方向は、Ｚ軸に沿った方向に平行である。複数の第１凸部５２は、互いに離間し、等ピッチで配置される。複数の第１凸部５２は、各第１凸部５２の長手方向に交差する「所定方向」であるＸ２方向に並ぶ。
【0046】
同様に、第２部材６は、第２基部６１と、複数の第２凸部６２とを有する。第２基部６１は、ＸＹ平面に沿った平板状である。各第２凸部６２は、第２基部６１から第１部材５に向かってＹ１方向に突出している。各第２凸部６２は、第２基部６１の表面に平行な長尺状である。特に、図示の例では、各第２凸部６２の長手方向は、Ｚ軸に沿った方向に平行である。複数の第２凸部６２は、互いに離間し、等ピッチで配置される。複数の第２凸部６２は、「所定方向」であるＸ２方向に並ぶ。また、複数の第１凸部５２および複数の第２凸部６２は、１対１で対向し、互いに離間する。
【0047】
なお、図示の例では、第１凸部５２の数は、４であるが、１以上３以下でもよいし、５以上であってもよい。同様に、第２凸部６２の数は、４であるが、１以上３以下でもよいし、５以上であってもよい。ただし、本実施形態では、第１凸部５２と第２凸部６２とが１対１で対向しているため、第１凸部５２の数と第２凸部６２の数とは、互いに等しい。
【0048】
図５は、図３に示す第１部材５および第２部材６の断面図である。図５に示すように、複数の第１凸部５２および複数の第２凸部６２は、互いに対向しており、収容室Ｓ１０を区分している。具体的には、複数の第１凸部５２および複数の第２凸部６２によって、収容室Ｓ１０は、複数の第１空間Ｖ１と複数の第２空間Ｖ２とに区分される。
【0049】
各第１空間Ｖ１は、１つの第１凸部５２と１つの第２凸部６２との間に位置する。各第１空間Ｖ１は、Ｚ軸に沿った長尺な空間である。複数の第１空間Ｖ１は、互いに離間し、Ｘ２方向に並ぶ。また、各第２空間Ｖ２は、２つの第１空間Ｖ１の間に位置する。各第２空間Ｖ２は、Ｚ軸に沿った長尺な空間である。複数の第１空間Ｖ１と複数の第２空間Ｖ２とは、Ｘ２方向に交互に並ぶ。また、各第２空間Ｖ２の容積は、各第１空間Ｖ１の容積よりも非常に小さい。したがって、複数の第１部材５および複数の第２部材６は、非常に狭隘な第１空間Ｖ１と、第１空間Ｖ１よりも広域な第２空間Ｖ２とに、収容室Ｓ１０を区分している。
【0050】
また、伝熱面５０は、複数の第１頂面５０１、複数の第１側面５０２および複数の接続面５０３を有する。複数の第１頂面５０１および複数の第１側面５０２は、複数の第１凸部５２に属する面である。具体的には、各第１凸部５２は、１つの第１頂面５０１と、２つの第１側面５０２とを有する。各第１頂面５０１は、第２部材６に対向する。各第１頂面５０１は、Ｚ軸に沿って延び、ＺＸ平面に平行である。また、第１頂面５０１は、第１凸部５２の長手方向に延びる２つの第１縁部５０４を有する。また、各第１側面５０２は、Ｚ軸に沿って延び、ＹＺ平面に平行である。各第１側面５０２は、第１頂面５０１と接続面５０３とを接続する。複数の接続面５０３は、第１基部５１に属する面であり、隣り合う２つの第１凸部５２の間に位置する。
【0051】
同様に、伝熱面６０は、複数の第２頂面６０１、複数の第２側面６０２および複数の接続面６０３を有する。複数の第２頂面６０１および複数の第２側面６０２は、複数の第２凸部６２に属する面である。具体的には、各第２凸部６２は、１つの第２頂面６０１と、２つの第２側面６０２とを有する。各第２頂面６０１は、第１部材５に対向する。各第２頂面６０１は、Ｚ軸に沿って延び、ＺＸ平面に平行である。また、第２頂面６０１は、第２凸部６２の長手方向に延びる２つの第２縁部６０４を有する。また、各第２側面６０２は、Ｚ軸に沿って延び、ＹＺ平面に平行である。各第２側面６０２は、第２頂面６０１と接続面６０３とを接続する。複数の接続面６０３は、第２基部６１に属する面であり、隣り合う２つの第２凸部６２の間に位置する。
【0052】
第１凸部５２の幅Ｗ５１と、第２凸部６２の幅Ｗ６１とは、互いに等しい。また、隣り合う２つの第１凸部５２の間の距離Ｗ５２、隣り合う２つの第２凸部６２の間の距離Ｗ６２とは、互いに等しい。なお、図示の例では、幅Ｗ５１は、幅Ｗ５２よりも大きいが、幅Ｗ５１は、幅Ｗ５２以下でもよい。また、幅Ｗ６１は、幅Ｗ６２よりも大きいが、幅Ｗ６１は、幅Ｗ６２以下でもよい。また、幅Ｗ５１とＷ６１とは互いに異なっていてもよい。距離Ｗ５２とＷ６２とは互いに異なっていてもよい。
【0053】
また、複数の第１凸部５２のピッチと複数の第２凸部６２のピッチは、互いに等しい。当該ピッチは、中心間距離である。なお、複数の第１凸部５２および複数の第２凸部６２は、互いに対向していればよく、等ピッチでなくてもよい。また、第１凸部５２の高さＨ５１と第２凸部６２の高さＨ６１とは、互いに等しい。なお、高さＨ５１とＨ６１とは互いに異なっていてもよい。
【0054】
また、第１凸部５２と第２凸部６２との間の距離Ｌ１は、第１基部５１と第２基部６１との間の距離Ｌ２よりも非常に小さい。また、距離Ｌ１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の２倍以下である。なお、距離Ｌ１は、第１凸部５２と第２部材６との間の距離とも捉えられる。
【0055】
離脱気泡径Ｄｂａｓｅは、伝熱面５０または６０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は蒸発腺熱であり、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は蒸発腺熱であり、ｇは重力加速度である。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
３－２．気泡の挙動
図６、７および８のそれぞれは、気泡Ｂの成長を説明するための図である。気泡Ｂは、発熱体１００の熱を受け、例えば、第１頂面５０１および第２頂面６０１で発生する。
図６、７および８のそれぞれは、気泡Ｂの成長を説明するための図である。気泡Ｂは、発熱体１００の熱を受け、例えば、第１頂面５０１および第２頂面６０１で発生する。
【0060】
図６に示すように、第１頂面５０１で発生した気泡Ｂ１が成長すると、気泡Ｂ１と第１頂面５０１との間には、ミクロ液膜Ｆ１が形成される。同様に、第２頂面６０１で発生した気泡Ｂ２が成長すると、気泡Ｂ２と第２頂面６０１との間には、ミクロ液膜Ｆ２が形成される。
【0061】
図７に示すように、気泡Ｂ１がさらに成長して気泡Ｂ１の半径が増大すると、気泡Ｂ１と第１頂面５０１との間には、伝熱に寄与しない乾いた領域Ｓ１が形成される。同様に、気泡Ｂ２がさらに成長して気泡Ｂ２の半径が増大すると、気泡Ｂ２と第２頂面６０１との間には、伝熱に寄与しない乾いた領域Ｓ２が形成される。
【0062】
図８に示すように、気泡Ｂ１およびＢ２のそれぞれがさらに成長すると、気泡Ｂ１と気泡Ｂ２とが合体し、大型な気泡Ｂ０が形成される。前述のように、距離Ｌ１は、離脱気泡径Ｄｂａｓｅの２倍以下であるため、第１空間Ｖ１は、第２空間Ｖ２に比べ非常に狭隘である。このため、第２空間Ｖ２に比べて、第１空間Ｖ１では、気泡Ｂ１およびＢ２同士は接触して合体し易い。気泡Ｂ０は、第１頂面５０１およびと第２頂面６０１に接触している。気泡Ｂ０と第１頂面５０１との間には、ミクロ液膜Ｆ１および乾いた領域Ｓ１が存在し、気泡Ｂ０と第２頂面６０１との間には、ミクロ液膜Ｆ２および乾いた領域Ｓ２が存在する。
【0063】
図９、１０および１１のそれぞれは、気泡Ｂ０の離脱を説明するための図である。図９および１０に示すように、気泡Ｂ０が成長すると、気泡Ｂ０は、第１空間Ｖ１から第２空間Ｖ２に流出しようとする。気泡Ｂ０の第１空間Ｖ１から第２空間Ｖ２に流出しようとする過程で、乾いた領域Ｓ１およびＳ２は消失し、ミクロ液膜Ｆ１およびＦ２のみが存在する。よって、第１頂面５０１および第２頂面６０１は、乾いた領域Ｓ１およびＳ２で長期間覆われない。そして、図１１に示すように、気泡Ｂ０は、第１空間Ｖ１から第２空間Ｖ２に排出される。
【0064】
前述のように、複数の第１凸部５２および複数の第２凸部６２は１対１で対向配置される。また、各第１凸部５２とこれに対向する第２凸部６２との間の距離Ｌ１は、離脱気泡径Ｄｂａｓｅの２倍以下である。そして、第１凸部５２と第２凸部６２とは、収容室Ｓ１０を狭隘な第１空間Ｖ１と広域な第２空間Ｖ２とに区分している。このため、狭隘な第１空間Ｖ１と広域な第２空間Ｖ２とを隣接させることができる。広域な第２空間Ｖ２は、狭隘な第１空間Ｖ１に比べて圧力損失が小さい。よって、第１空間Ｖ１の気泡Ｂ０は隣接する第２空間Ｖ２へ容易に排出され易い。それゆえ、気泡Ｂ１およびＢ２が合体して大型な気泡Ｂ０が形成されても、当該気泡Ｂ０がすぐに第２空間Ｖ２へと排出される。別の言い方をすれば、気泡Ｂ１およびＢ２を意図的に合体させることで、第１空間Ｖ１に存在する気泡Ｂの第２空間Ｖ２への円滑な排出を促進させている。このため、第１頂面５０１および第２頂面６０１が乾いた領域Ｓ１およびＳ２に覆われる期間を短くすることができる。よって、収容室Ｓ１０が従来よりも狭隘な空間であっても、伝熱性能の低下の抑制、または伝熱性能の向上を図ることができる。
【0065】
このように、距離Ｌ１が離脱気泡径Ｄｂａｓｅの２倍以下であることで、気泡Ｂ１およびＢ２の合体、および気泡Ｂ０の第２空間Ｖ２への円滑な排出を促進させることができる。これに対して、距離Ｌ１が離脱気泡径Ｄｂａｓｅの２倍を超えると、気泡Ｂ１およびＢ２同士が合体し難く、よって、第１空間Ｖ１が多数の気泡Ｂ１およびＢ２で充満し易くなってしまう。この結果、伝熱性能が低下してしまう。なお、第１凸部５２および第２凸部６２は、互いに離間していればよい。よって、距離Ｌ２は、０＜Ｌ１＜離脱気泡径Ｄｂａｓｅ×２の関係を満たす。
【0066】
また、伝熱面５０および６０は、長尺な凹凸を備えた簡素な構造である。複雑で微細な構造では、異物の閉塞により伝熱性能が低下するおそれがある。これに対し、伝熱面５０および６０は長尺な凹凸を備えた簡素な構造であるため、異物による閉塞のおそれがない。また、簡素な構造であるため、コストの増大を抑制することができる。したがって、伝熱面５０および６０であれば、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。
【0067】
図１２は、収容室Ｓ１０での気泡Ｂの挙動を示す断面図である。図１３は、収容室Ｓ１０での気泡Ｂの挙動を示す斜視図である。図１２に示すように、複数の第１頂面５０１および複数の第２頂面６０１に加え、複数の接続面５０３および複数の各接続面６０３で気泡Ｂ５が発生する。また、図１３に示すように、第１空間Ｖ１に存在する気泡Ｂ５は、鉛直線に沿って浮力により上昇する。よって、気泡Ｂ５は、矢印Ａ１に示すように上昇し、第１部材５と第２部材６との間から排出される。
【0068】
また、前述のように、第２空間Ｖ２の気泡Ｂ０は、第１空間Ｖ１から第２空間Ｖ２に排出される。よって、気泡Ｂ０は、矢印Ａ２に示すように第２空間Ｖ２から第１空間Ｖ１に移動する。そして、気泡Ｂ０は、第１空間Ｖ１において、鉛直線に沿って浮力により上昇する。よって、気泡Ｂ０は、矢印Ａ３に示すように上昇し、第１部材５と第２部材６との間から排出される。
【0069】
前述のように、各第１凸部５２は長尺状であり、同様に、各第２凸部６２は長尺状である。各第１凸部５２および各第２凸部６２が長尺であることで、第１空間Ｖ１において、気泡Ｂ０およびＢ５を第１凸部５２および第２凸部６２に沿って移動させ易い。したがって、第１凸部５２および第２凸部６２の各長手方向を気泡Ｂの排出方向と一致させることで、気泡Ｂを排出させ易くすることができる。別の言い方をすると、第１凸部５２および第２凸部６２の並び方向を気泡Ｂの排出方向と交差する方向にすることで、気泡Ｂを排出させ易くすることができる。具体的には、本実施形態では、第１部材５および第２部材６が鉛直線に沿って配置される場合、各第１凸部５２および各第２凸部６２の各長手方向を鉛直線に沿って配置することで、鉛直上方への気泡Ｂ０およびＢ５を排出し易くなる。
【0070】
また、複数の第１凸部５２および複数の第２凸部６２を有することで、第１凸部５２および第２凸部６２がそれぞれ１つである場合に比べ、収容室Ｓ１０を複数の空間に区分することができる。複数の空間に区分することで、図５に示す幅Ｗ５１およびＷ６１を短くすることができるので、第１空間Ｖ１から第２空間Ｖ２に気泡Ｂ０を排出し易くなる。よって、伝熱性能の向上を図ることができる。
【0071】
また、前述のように、距離Ｌ１が離脱気泡径Ｄｂａｓｅの２倍以下であることで、気泡Ｂ１およびＢ２の合体、および気泡Ｂ０の第２空間Ｖ２への円滑な排出を促進させることができる。したがって、距離Ｌ１は、離脱気泡径Ｄｂａｓｅの２倍以下であればよいが、離脱気泡径Ｄｂａｓｅの１．８倍以下であることがより好ましく、離脱気泡径Ｄｂａｓｅの１．５倍以下であることがさらに好ましい。距離Ｌ１が小さくなることで、気泡Ｂ１およびＢ２の合体、および気泡Ｂ０の第２空間Ｖ２への円滑な排出をより促進させることができる。
【0072】
また、距離Ｌ２は、特に限定されないが、距離Ｌ１の５倍以上であることが好ましく、１０倍以上であることが好ましい。距離Ｌ２が大きくなることで、第２空間Ｖ２での気泡Ｂ０の充満を抑制することができる。
【0073】
また、第１空間Ｖ１の容積は、第２空間Ｖ２の容積の１０倍以下であることが好ましく、２０倍以下であることがより好ましい。第１空間Ｖ１の容積が第２空間Ｖ２よりも非常に小さいことで、第２空間Ｖ２の圧力損失を第１空間Ｖ１の圧力損失に比べて非常に小さくすることができる。よって、気泡Ｂ０の第２空間Ｖ２への円滑な排出をより促進させることができる。
【0074】
また、気泡Ｂ１およびＢ２の合体、および気泡Ｂ０の第２空間Ｖ２への円滑な排出を促進する観点から、幅Ｗ５１およびＷ６１のそれぞれは、特に限定されないが、離脱気泡径Ｄｂａｓｅの２倍以上１０倍以下であることが好ましい。また、第２空間Ｖ２での気泡Ｂ０の充満を抑制する観点から、幅Ｗ５２およびＷ６２のそれぞれは、特に限定されないが、離脱気泡径Ｄｂａｓｅの５倍以上１０倍以下であることが好ましい。
【0075】
図１４、１５、１６および図１７のそれぞれは、比較例の容器１１ｘが有する伝熱面５０ｘおよび６０ｘにおける気泡Ｂの成長を示す図である。図１４に示すように、伝熱面５０ｘおよび６０ｘは、凹凸を有さない。このため、伝熱面５０ｘおよび６０ｘとの間の距離は一定である。したがって、比較例としての容器１１ｘが有する収容室Ｓ１０ｘのＹ軸に沿った長さは一様である。また、収容室Ｓ１０ｘは、配置効率を高める観点等から、従来よりも狭隘な空間を想定している。
【0076】
図１４に示すように、収容室Ｓ１０ｘでは、伝熱面５０ｘ上には複数の気泡Ｂ１が発生し、伝熱面６０ｘ上には複数の気泡Ｂ２が発生する。気泡Ｂ１が成長すると、気泡Ｂ１と伝熱面５０ｘとの間には、ミクロ液膜Ｆ１に加え、伝熱に寄与しない乾いた領域Ｓ１が形成される。同様に、気泡Ｂ２が成長すると、気泡Ｂ２と伝熱面６０ｘとの間には、ミクロ液膜Ｆ２に加え、伝熱に寄与しない乾いた領域Ｓ２が形成される。
【0077】
図１５に示すように、気泡Ｂ１と気泡Ｂ２とがそれぞれ成長すると、気泡Ｂ１と気泡Ｂ２とが合体し、気泡Ｂ０が形成される。その後、他の気泡Ｂ１およびＢ２が成長すると、当該他の気泡Ｂ１およびＢ２は、気泡Ｂ０に接触して合体する。その結果、図１６に示すように、気泡Ｂ０は、さらに巨大化する。そして、ミクロ液膜Ｆ１およびＦ２のそれぞれは蒸発損耗し、乾いた領域Ｓ１およびＳ２が時間経過とともに拡大していく。この結果、図１７に示すように、伝熱面５０ｘは、伝熱に寄与しない乾いた領域Ｓ１に覆われ、伝熱面６０ｘは、伝熱に寄与しない乾いた領域Ｓ２に覆われる。
【0078】
さらに、従来よりも狭隘な収容室Ｓ１０ｘであるため、狭隘な収容室Ｓ１０ｘ内は圧力損失が大きい。このため、気泡Ｂ０は狭隘な収容室Ｓ１０ｘの外部へ排出され難く、よって、伝熱面５０ｘ上および６０ｘ上に気泡Ｂ０が滞在する期間が長期化する。この結果、伝熱面５０ｘが伝熱に寄与しない乾いた領域Ｓ１によって覆われる期間、および伝熱面６０ｘが伝熱に寄与しない乾いた領域Ｓ２によって覆われる期間が増加する。したがって、伝熱性能が低下してしまう。このように、収容室Ｓ１０ｘが従来よりも狭隘であると、気泡Ｂが排出され難く、よって、伝熱性能が低下してしまう。
【0079】
これに対し、本実施形態では、図５に示すように、伝熱面５０および６０は、凹凸を有する。このため、収容室Ｓ１０は、収容室Ｓ１０ｘと同様に狭隘な空間であるものの、収容室Ｓ１０ｘとは異なり、互いに容積の異なる第１空間Ｖ１および第２空間Ｖ２とを有する。このため、本実施形態の凹凸を有する伝熱面５０および６０の間に形成された収容室Ｓ１０であれば、前述のように、気泡Ｂを収容室Ｓ１０から円滑に排出することができる。よって、収容室Ｓ１０は従来よりも狭隘であっても、伝熱性能の低下の抑制、または伝熱性能の向上を図ることができる。よって、配置効率を高める観点等から収容室Ｓ１０が従来よりも狭隘な空間になっても、伝熱性能の低下の抑制、または伝熱性能の向上を図ることができる。
【0080】
なお、前述の各第１頂面５０１、各第１側面５０２および各接続面５０３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。
【0081】
２．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第１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第１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。
【0082】
図１８は、第２実施形態の第１部材５Ａおよび第２部材６Ａの断面図である。図１８に示すように、第１部材５Ａの第１凸部５２Ａが有する第１頂面５０１Ａは、２つの第１縁部５０４および５０４Ａを有する。第１縁部５０４および５０４Ａは、Ｚ軸に沿って延びる。２つの第１縁部５０４および５０４Ａのうちの一方の第１縁部５０４Ａは、面取りされている。具体的には、第１縁部５０４Ａは、Ｒ面取りされており、丸みを帯びている。同様に、第２部材６Ａの第２凸部６２Ａが有する第２頂面６０１Ａは、２つの第２縁部６０４および６０４Ａを有する。第２縁部６０４および６０４Ａは、Ｚ軸に沿って延びる。２つの第２縁部６０４および６０４Ａのうちの一方の第２縁部６０４Ａは、面取りされている。具体的には、第２縁部６０４Ａは、Ｒ面取りされており、丸みを帯びている。
【0083】
第１縁部５０４Ａおよび第２縁部６０４Ａのそれぞれが面取りされていることで、第１凸部５２Ａと第２凸部６２Ａとの間には、距離Ｌ１が第２空間Ｖ２に向かう方向に大きくなる部分がある。このため、第１縁部５０４Ａおよび第２縁部６０４Ａに沿って、第１空間Ｖ１の気泡Ｂ０を第２空間Ｖ２に排出し易くなる。
【0084】
また、第１縁部５０４Ａは、第１縁部５０４に対して「所定方向」であるＸ２方向に位置し、第２縁部６０４Ａは、第２縁部６０４に対して「所定方向」であるＸ２方向に位置する。したがって、第１縁部５０４Ａおよび第２縁部６０４Ａは、同一方向に位置している。このため、第１空間Ｖ１に対してＸ２方向に位置する第２空間Ｖ２に気泡Ｂ０を排出し易くなる。
【0085】
そして、複数の第１頂面５０２Ａが有する第１縁部５０４Ａが、全て同一方向に位置している。同様に、複数の第２頂面６０２Ａが有する第２縁部６０４Ａが、全て同一方向に位置している。このため、各第１空間Ｖ１の気泡Ｂ０は、同一方向に排出され易い。よって、１つの第２空間Ｖ２での気泡Ｂ０同士の衝突を低減することができる。よって、気泡Ｂ０を第１空間Ｖ１から第２空間Ｖ２を経由して収容室Ｓ１０の外部へと円滑に排出させることができる。
【0086】
２Ａ．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。
【0087】
２Ａ―１．第１変形例
図１９は、第１変形例の第１部材５Ａａおよび第２部材６Ａａの断面図である。図１９に示すように、第１部材５Ａａの第１凸部５２Ａａが有する第１頂面５０１Ａａは、２つの第１縁部５０４および５０４Ａａを有する。２つの第１縁部５０４および５０４Ａａのうちの一方の第１縁部５０４Ａａは、面取りされている。具体的には、第１縁部５０４Ａａは、Ｃ面取りされており、第１頂面５０１Ａａのうちの第１縁部５０４Ａａを除く部分に対して傾斜している。また、第１縁部５０４Ａａは、第１縁部５０４に対してＸ２方向に位置する。
図１９は、第１変形例の第１部材５Ａａおよび第２部材６Ａａの断面図である。図１９に示すように、第１部材５Ａａの第１凸部５２Ａａが有する第１頂面５０１Ａａは、２つの第１縁部５０４および５０４Ａａを有する。２つの第１縁部５０４および５０４Ａａのうちの一方の第１縁部５０４Ａａは、面取りされている。具体的には、第１縁部５０４Ａａは、Ｃ面取りされており、第１頂面５０１Ａａのうちの第１縁部５０４Ａａを除く部分に対して傾斜している。また、第１縁部５０４Ａａは、第１縁部５０４に対してＸ２方向に位置する。
【0088】
同様に、第２部材６Ａａの第２凸部６２Ａａが有する第２頂面６０１Ａａは、２つの第２縁部６０４および６０４Ａａを有する。２つの第２縁部６０４および６０４Ａａのうちの一方の第２縁部６０４Ａａは、面取りされている。具体的には、第２縁部６０４Ａａは、Ｃ面取りされており、第２頂面６０１Ａａのうちの第２縁部６０４Ａａを除く部分に対して傾斜している。また、第２縁部６０４Ａａは、第２縁部６０４に対してＸ２方向に位置する。したがって、第１縁部５０４Ａａおよび第２縁部６０４Ａａは、同一方向に位置している。
【0089】
第１縁部５０４Ａａおよび第２縁部６０４Ａａが設けられていることで、前述の第２実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【0090】
２Ａ―２．第２変形例
図２０は、第２変形例の第１部材５Ａｂおよび第２部材６Ａｂの断面図である。図２０に示すように、第１部材５Ａｂの第１凸部５２Ａｂが有する第１頂面５０１Ａｂは、２つの第１縁部５０４Ａを有する。２つの第１縁部５０４Ａのそれぞれは、Ｒ面取りされており、丸みを帯びている。同様に、第２部材６Ａｂの第２凸部６２Ａｂが有する第２頂面６０１Ａｂは、２つの第２縁部６０４Ａを有する。２つの第２縁部６０４Ａのそれぞれは、Ｒ面取りされており、丸みを帯びている。かかる第２変形例においても第２実施形態と同様に、第１空間Ｖ１の気泡Ｂ０を第２空間Ｖ２に排出し易くなる。
図２０は、第２変形例の第１部材５Ａｂおよび第２部材６Ａｂの断面図である。図２０に示すように、第１部材５Ａｂの第１凸部５２Ａｂが有する第１頂面５０１Ａｂは、２つの第１縁部５０４Ａを有する。２つの第１縁部５０４Ａのそれぞれは、Ｒ面取りされており、丸みを帯びている。同様に、第２部材６Ａｂの第２凸部６２Ａｂが有する第２頂面６０１Ａｂは、２つの第２縁部６０４Ａを有する。２つの第２縁部６０４Ａのそれぞれは、Ｒ面取りされており、丸みを帯びている。かかる第２変形例においても第２実施形態と同様に、第１空間Ｖ１の気泡Ｂ０を第２空間Ｖ２に排出し易くなる。
【0091】
２Ａ―３．第３変形例
図２１は、第３変形例の第１部材５Ａｃおよび第２部材６Ａｃの断面図である。図２１に示すように、第１部材５Ａｃの第１凸部５２Ａｃが有する第１頂面５０１Ａｃは、２つの第１縁部５０４Ａａを有する。２つの第１縁部５０４Ａａのそれぞれは、Ｃ面取りされており、第１頂面５０１Ａｃのうちの第１縁部５０４Ａａを除く部分に対して傾斜している。同様に、第２部材６Ａｃの第２凸部６２Ａｃが有する第２頂面６０１Ａｃは、２つの第２縁部６０４Ａａを有する。２つの第２縁部６０４Ａａのそれぞれは、Ｃ面取りされており、第２頂面６０１Ａｃのうちの第２縁部５６４Ａａを除く部分に対して傾斜している。かかる第３変形例においても第１変形例と同様に、第１空間Ｖ１の気泡Ｂ０を第２空間Ｖ２に排出し易くなる。
図２１は、第３変形例の第１部材５Ａｃおよび第２部材６Ａｃの断面図である。図２１に示すように、第１部材５Ａｃの第１凸部５２Ａｃが有する第１頂面５０１Ａｃは、２つの第１縁部５０４Ａａを有する。２つの第１縁部５０４Ａａのそれぞれは、Ｃ面取りされており、第１頂面５０１Ａｃのうちの第１縁部５０４Ａａを除く部分に対して傾斜している。同様に、第２部材６Ａｃの第２凸部６２Ａｃが有する第２頂面６０１Ａｃは、２つの第２縁部６０４Ａａを有する。２つの第２縁部６０４Ａａのそれぞれは、Ｃ面取りされており、第２頂面６０１Ａｃのうちの第２縁部５６４Ａａを除く部分に対して傾斜している。かかる第３変形例においても第１変形例と同様に、第１空間Ｖ１の気泡Ｂ０を第２空間Ｖ２に排出し易くなる。
【0092】
３．第３実施形態
以下、本開示の第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前述の第１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前述の第１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。
【0093】
３－１．第１部材５および第２部材６Ｂ
図２２は、第３実施形態の第１部材５および第２部材６Ｂの断面図である。図２２に示すように、第２部材６Ｂは、平板状である。第２部材６Ｂは、第１部材５に対向配置される。第２部材６Ｂの第１部材５に対向する面は、冷媒を沸騰させる伝熱面６０Ｂである。なお、第２部材６Ａは、第１部材５と同様に、Ｚ軸に沿って配置される。
図２２は、第３実施形態の第１部材５および第２部材６Ｂの断面図である。図２２に示すように、第２部材６Ｂは、平板状である。第２部材６Ｂは、第１部材５に対向配置される。第２部材６Ｂの第１部材５に対向する面は、冷媒を沸騰させる伝熱面６０Ｂである。なお、第２部材６Ａは、第１部材５と同様に、Ｚ軸に沿って配置される。
【0094】
第１部材５の複数の第１凸部５２は、収容室Ｓ１０を区分する。具体的には、複数の第１凸部５２によって、収容室Ｓ１０は、複数の第１空間Ｖ１Ｂと複数の第２空間Ｖ２Ｂとに区分される。第１空間Ｖ１Ｂは、第１凸部５２と第２部材６Ａとの間の空間である。第２空間Ｖ２Ｂは、接続面５０３と第２部材６Ｂとの間の空間である。第１空間Ｖ１Ｂおよび第２空間Ｖ２ＢのそれぞれはＺ軸に沿った長尺な空間である。複数の第１空間Ｖ１Ｂと複数の第２空間Ｖ２Ｂとは、Ｘ軸に沿って交互に並ぶ。また、各第１空間Ｖ１Ｂの容積は、各第２空間Ｖ２Ｂの容積よりも非常に小さい。したがって、複数の第１部材５は、非常に狭隘な第１空間Ｖ１Ｂと、第１空間Ｖ１Ｂよりも広域な第２空間Ｖ２Ｂとに、収容室Ｓ１０を区分している。
【0095】
第１凸部５２と第２部材６Ａとの間の距離Ｌ１は、第１基部５１と第２部材６Ａとの間の距離Ｌ２よりも非常に小さい。また、距離Ｌ１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の２倍以下である。
【0096】
２－２．気泡Ｂの挙動
図２３は、収容室Ｓ１０での気泡Ｂの挙動を示す断面図である。図２３に示すように、第１空間Ｖ１Ｂは、第２空間Ｖ２Ｂよりも非常に狭隘である。したがって、第１実施形態と同様に、第１空間Ｖ１Ｂでは、気泡Ｂ０が形成される。なお、気泡Ｂ０と第１頂面５０１との間には、ミクロ液膜Ｆ１および乾いた領域Ｓ１が存在し、気泡Ｂ０と伝熱面６０Ｂの間には、ミクロ液膜Ｆ２および乾いた領域Ｓ２が存在する。また、第１実施形態と同様に、気泡Ｂ０が成長すると、気泡Ｂ０は、第１空間Ｖ１Ｂから第２空間Ｖ２Ｂに排出される。また、第１実施形態と同様に、第２空間Ｖ２では、各接続面５０３で気泡Ｂ５が発生する。
図２３は、収容室Ｓ１０での気泡Ｂの挙動を示す断面図である。図２３に示すように、第１空間Ｖ１Ｂは、第２空間Ｖ２Ｂよりも非常に狭隘である。したがって、第１実施形態と同様に、第１空間Ｖ１Ｂでは、気泡Ｂ０が形成される。なお、気泡Ｂ０と第１頂面５０１との間には、ミクロ液膜Ｆ１および乾いた領域Ｓ１が存在し、気泡Ｂ０と伝熱面６０Ｂの間には、ミクロ液膜Ｆ２および乾いた領域Ｓ２が存在する。また、第１実施形態と同様に、気泡Ｂ０が成長すると、気泡Ｂ０は、第１空間Ｖ１Ｂから第２空間Ｖ２Ｂに排出される。また、第１実施形態と同様に、第２空間Ｖ２では、各接続面５０３で気泡Ｂ５が発生する。
【0097】
本実施形態においても、第１実施形態と同様に、第２空間Ｖ２Ｂで発生した気泡Ｂ５は、第２空間Ｖ２Ｂにおいて鉛直線に沿って浮力により上昇し、第１部材５と第２部材６Ｂとの間から排出される。一方、第１空間Ｖ１Ｂで発生した気泡Ｂ０は、第１空間Ｖ１Ｂよりも圧力損失の小さい第２空間Ｖ２Ｂに排出される。よって、気泡Ｂ０は、第１空間Ｖ１Ｂから第２空間Ｖ２Ｂに移動した後、第２空間Ｖ２Ｂにおいて鉛直線に沿って浮力により上昇する。そして、第１部材５と第２部材６Ｂとの間から排出される。
【0098】
前述のように、本実施形態では、第２部材６Ｂは平板状であるが、第１部材５は複数の第１凸部５２と有する。また、第２部材６Ｂと各第１凸部５２との間の距離Ｌ１は、離脱気泡径Ｄｂａｓｅの２倍以下であり、第１空間Ｖ１Ｂは、第２空間Ｖ２Ｂに比べて狭隘である。そして、第１凸部５２は、収容室Ｓ１０を狭隘な第１空間Ｖ１Ｂと広域な第２空間Ｖ２Ｂとに区分している。このため、収容室Ｓ１０では狭隘な第１空間Ｖ１Ｂと広域な第２空間Ｖ２Ｂとを隣接させることができる。広域な第２空間Ｖ２Ｂは、狭隘な第１空間Ｖ１Ｂに比べて圧力損失が小さい。このため、気泡Ｂ０は第１空間Ｖ１Ｂから第２空間Ｖ２Ｂへ容易に排出され易い。よって、第１頂面５０１および伝熱面６０Ｂが長期間乾いた領域Ｓ１およびＳ２で覆われることが抑制される。それゆえ、従来よりも狭隘な収容室Ｓ１０であっても、伝熱性能の低下の抑制、または伝熱性能の向上を図ることができる。
【0099】
また、前述のように、伝熱面５０は、長尺な凹凸を有するという簡素な構造であり、伝熱面６０Ｂは平坦面という簡素な構造である。複雑で微細な構造では、異物の閉塞により伝熱性能が低下するおそれがあるが、伝熱面５０および６０Ｂは簡素な構造であるため、異物による閉塞のおそれがない。また、簡素な構造であるため、コストの増大を抑制することができる。それゆえ、伝熱面５０および６０Ｂであれば、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。
【0100】
また、前述のように、各第１凸部５２は長尺である。各第１凸部５２が長尺であることで、第１空間Ｖ１Ｂにおいて、気泡Ｂを第１凸部５２に沿って移動させ易い。したがって、第１凸部５２の各長手方向を気泡Ｂの排出方向と一致させることで、気泡Ｂを排出させ易くすることができる。具体的には、本実施形態では、第１部材５および第２部材６Ｂが鉛直線に沿って配置される。この場合、各第１凸部５２を鉛直線に沿って配置することで、鉛直上方への気泡Ｂを排出し易くなる。
【0101】
さらに、複数の第１凸部５２を有することで、第１凸部５２が１つである場合に比べ、収容室Ｓ１０を複数の空間に区分することができる。複数の空間に区分することで、第１空間Ｖ１Ｂから第２空間Ｖ２Ｂに気泡Ｂ０を排出し易い。よって、伝熱性能の向上を図ることができる。
【0102】
３Ａ．変形例
前述の第３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３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。
【0103】
前述の第２実施形態および第１変形例で説明したように、第１凸部５２が有する２つの第１縁部５０４のいずれか一方は、面取りされていてもよい。かかる場合であっても、第１空間Ｖ１の気泡Ｂ０が排出され易くなり、かつ第１空間Ｖ１での気泡Ｂ０の充満を抑制することができる。
【0104】
前述の第２変形例および第３変形例で説明したように、２つの第１縁部５０４の双方は、面取りされていてもよい。この場合であっても、第１空間Ｖ１の気泡Ｂ０が排出され易くなる。
【0105】
４．第４実施形態
以下、本開示の第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前述の第１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前述の第１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。
【0106】
図２４は、第４実施形態の第１部材５Ｃを示す斜視図である。図２５は、第４実施形態の第１部材５Ｃおよび第２部材６Ｃの断面図である。図２４または２５に示すように、第１部材５Ｃおよび第２部材６Ｃのそれぞれは、点在する複数の突起を有する。
【0107】
図２４または図２５に示すように、第１部材５Ｃは、第１基部５１Ｃと、複数の第１凸部５２Ｃとを有する。第１基部５１Ｃは、ＸＹ平面に沿った平板状である。各第１凸部５２Ｃは、第１基部５１ＣからＹ２方向に突出している。各第１凸部５２Ｃは、四角柱状である。複数の第１凸部５２は、互いに離間している。複数の第１凸部５２Ｃは、点在している。図示の例では、複数の第１凸部５２Ｃは、平面視で行列状に配置される。
【0108】
同様に、第２部材６Ｃは、第２基部６１Ｃと、複数の第２凸部６２Ｃとを有する。詳細な図示はしないが、第２部材６Ｃは、第１部材５Ｃと同様の構成である。したがって、第２基部６１Ｃは、ＸＹ平面に沿った平板状である。各第２凸部６２Ｃは、第２基部６１Ｃから第１部材５Ｃに向かってＹ１方向に突出している。各第２凸部６２Ｃは、四角柱状である。複数の第２凸部６２は、互いに離間している。複数の第２凸部６２Ｃは、点在している。図示の例では、複数の第２凸部６２Ｃは、平面視で行列状に配置される。また、第１凸部５２Ｃと第２凸部６２Ｃとは、１対１で対向配置され、互いに離間する。
【0109】
なお、第１凸部５２Ｃおよび第２凸部６２Ｃのそれぞれの数は、特に限定されず、任意である。ただし、本実施形態では、第１凸部５２Ｃと第２凸部６２Ｃとが対向するよう、第１凸部５２Ｃの数と第２凸部６２Ｃの数とは、互いに等しい。また、複数の第１凸部５２Ｃおよび複数の第２凸部６２Ｃは、行列状に配置されているが、これらは、点在していればよく、ランダムに配置されてもよい。
【0110】
複数の第１部材５Ｃおよび複数の第２部材６Ｃは、収容室Ｓ１０を区分する。具体的には、複数の第１凸部５２Ｃおよび複数の第２凸部６２Ｃによって、収容室Ｓ１０は、複数の第１空間Ｖ１Ｃと第２空間Ｖ２Ｃとに区分される。
【0111】
各第１空間Ｖ１Ｃは、１つの第１凸部５２と１つの第２凸部６２との組同士の間に位置する。複数の第１空間Ｖ１Ｃは、平面視で行列状に配置される。また、第２空間Ｖ２Ｃは、複数の第１空間Ｖ１Ｃを除く空間である。第２空間Ｖ２Ｃは、平面視で格子状である。また、各第１空間Ｖ１Ｃの容積は、第２空間Ｖ２Ｃの容積よりも非常に小さい。したがって、複数の第１部材５Ｃおよび複数の第２部材６Ｃは、非常に狭隘な複数の第１空間Ｖ１Ｃと、各第１空間Ｖ１Ｃよりも広域な第２空間Ｖ２Ｃとに、収容室Ｓ１０を区分している。
【0112】
また、伝熱面５０Ｃは、複数の第１頂面５０１Ｃ、複数の第１側面５０２Ｃおよび接続面５０３Ｃを有する。複数の第１頂面５０１Ｃおよび複数の第１側面５０２Ｃは、複数の第１凸部５２Ｃに属する面である。具体的には、各第１凸部５２Ｃは、１つの第１頂面５０１Ｃと、１つの第１側面５０２Ｃとを有する。各第１頂面５０１Ｃは、第２部材６Ｃに対向する。各第１頂面５０１Ｃは、平面視で四角形である。また、各第１側面５０２Ｃは、第１頂面５０１Ｃと接続面５０３Ｃとを接続する。接続面５０３は、第１基部５１Ｃに属する面であり、第１基部５１Ｃのうち複数の第１凸部５２Ｃが設けられていない部分である。
【0113】
同様に、伝熱面６０Ｃは、複数の第２頂面６０１Ｃ、複数の第２側面６０２Ｃおよび接続面６０３Ｃを有する。複数の第２頂面６０１Ｃおよび複数の第２側面６０２Ｃは、複数の第２凸部６２Ｃに属する面である。具体的には、各第２凸部６２Ｃは、１つの第２頂面６０１Ｃと、１つの第２側面６０２Ｃとを有する。各第２頂面６０１Ｃは、第１部材５Ｃに対向する。各第２頂面６０１Ｃは、平面視で四角形である。また、各第２側面６０２Ｃは、第２頂面６０１Ｃと接続面６０３Ｃとを接続する。接続面６０３Ｃは、第２基部６１に属する面であり、第２基部６１Ｃのうち複数の第２凸部６２Ｃが設けられていない部分である。
【0114】
本実施形態においても、第１実施形態と同様に、第１凸部５２Ｃと第２凸部６２Ｃとの間の距離Ｌ１は、第１基部５１Ｃと第２基部６１Ｃとの間の距離Ｌ２よりも非常に小さい。また、距離Ｌ１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の２倍以下である。そして、第１凸部５２Ｃと第２凸部６２Ｃとは、収容室Ｓ１０を狭隘な第２空間Ｖ２Ｃと広域な第１空間Ｖ１Ｃとに区分している。このため、収容室Ｓ１０では狭隘な第２空間Ｖ２Ｃと広域な第１空間Ｖ１Ｃとを隣接させることができる。よって、気泡Ｂ０は第１空間Ｖ１Ｃから第２空間Ｖ２Ｃへ容易に排出され易い。それゆえ、第１頂面５０１Ｃおよび第２頂面６０１Ｃが長期間乾いた領域で覆われることが抑制される。したがって、従来よりも狭隘な収容室Ｓ１０であっても、伝熱性能の低下の抑制、または伝熱性能の向上を図ることができる。
【0115】
また、伝熱面５０Ｃおよび６０Ｃは、複数の突起が点在している簡素な構造である。複雑で微細な構造では、異物の閉塞により伝熱性能が低下するおそれがある。これに対し、伝熱面５０Ｃおよび６０Ｃは複数の突起が点在している簡素な構造であるため、異物による閉塞のおそれがない。また、簡素な構造であるため、コストの増大を抑制することができる。それゆえ、伝熱面５０Ｃおよび６０Ｃであれば、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。
【0116】
４Ａ．変形例
前述の第４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４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。
【0117】
第１頂面５０１Ｃと第１側面５０２Ｃとの接続部分は、面取りされていてもよい。同様に、第２頂面６０１Ｃと第２側面６０２Ｃとの接続部分は、面取りされていてもよい。面取りされている場合、面取りされている部分は、気泡Ｂ０の排出方向に設けられていることが好ましい。第１部材５Ｂおよび第２部材６Ｂが鉛直線に沿って配置される場合、浮力により気泡Ｂ０は鉛直上方に排出される。したがって、この場合、面取りされている部分は、第１頂面５０１Ｃおよび第２頂面６０１Ｃのうちの各鉛直上方の部分に設けられていることが好ましい。これにより、第１空間Ｖ１の気泡Ｂ０が排出され易くなる。
【0118】
第１凸部５２Ｃおよび第２凸部６２Ｃの各形状は、四角柱に限定されず、任意である。第４変形例および第５変形例に第１凸部５２Ｃの形状の例を示す。
【0119】
４Ａ－１．第４変形例
図２６は、第４変形例の第１部材５Ｃａを示す図である。図２６に示すように、第１部材５Ｃａが有する各第１凸部５２Ｃａは、円筒状であってもよい。この場合、第１頂面５０１Ｃａは、円形である。なお、図示はしないが第２凸部６２Ｃの形状についても同様の変形が可能である。
図２６は、第４変形例の第１部材５Ｃａを示す図である。図２６に示すように、第１部材５Ｃａが有する各第１凸部５２Ｃａは、円筒状であってもよい。この場合、第１頂面５０１Ｃａは、円形である。なお、図示はしないが第２凸部６２Ｃの形状についても同様の変形が可能である。
【0120】
４Ａ－２．第５変形例
図２７は、第５変形例の第１部材５Ｃｂを示す図である。図２６に示すように、第１部材５Ｃｂが有する各第１凸部５２Ｃｂは、第１基部５１Ｃから離れるに従って、断面積が小さくなる。なお、図示はしないが第２凸部６２Ｃの形状についても同様の変形が可能である。
図２７は、第５変形例の第１部材５Ｃｂを示す図である。図２６に示すように、第１部材５Ｃｂが有する各第１凸部５２Ｃｂは、第１基部５１Ｃから離れるに従って、断面積が小さくなる。なお、図示はしないが第２凸部６２Ｃの形状についても同様の変形が可能である。
【0121】
また、第１凸部５２Ｃの形状と第２凸部６２Ｃの形状は同一であっても、異なっていてもよい。
【0122】
また、第４実施形態では、第２部材６Ｃの代わりに、第３実施形態の第２部材６Ｂを用いてもよい。なお、第４、５変形例にていても同様である。
【0123】
以上、本発明の沸騰冷却装置に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。
【0124】
また、前述の各実施形態および各変形例では、「第１部材」および「第２部材」は鉛直線に沿って配置されたが、これらは鉛直線に沿って配置されていなくてもよい。
【0125】
図２８および２９のそれぞれは、第１部材５および第２部材６の配置の一例を示す図である。例えば、図２８に示すように、第１実施形態の第１部材５および第２部材６は、水平面および鉛直線の双方に対して角度θで傾斜していてもよい。この場合、当該傾斜している方向に沿って、第１凸部５２および第２凸部６２の各長手方向が配置されていることで、気泡Ｂを円滑に排出することができる。それゆえ、第２空間Ｖ２で発生した気泡Ｂ５は、矢印Ａ１に示すように第１部材５と第２部材６との間から排出される。第１空間Ｖ１で発生した気泡Ｂ０は、矢印Ａ２に示すように第２空間Ｖ２に移動した後、矢印Ａ３に示すように第１部材５と第２部材６との間から排出される。
【0126】
また、例えば、図２９に示すように、第１実施形態の第１部材５および第２部材６は、水平面に沿って配置されていてもよい。この場合であっても、第２空間Ｖ２で発生した気泡Ｂ５は、矢印Ａ１に示すように第１部材５と第２部材６との間から排出される。第１空間Ｖ１で発生した気泡Ｂ０は、矢印Ａ２に示すように第２空間Ｖ２に移動した後、矢印Ａ３に示すように第１部材５と第２部材６との間から排出される。
【0127】
前述の各実施形態では、「第１部材」および「第２部材」のそれぞれが「伝熱面」を有するが、いずれか一方のみが発熱体１００からの熱を受ける「伝熱面」を有していてもよい。したがって、「第１部材」および「第２部材」の一方は、発熱体１００と熱的に接触していてもよい。
【0128】
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】
【0129】
１…沸騰冷却装置、５…第１部材、５Ａ…第１部材、６…第２部材、１０…受熱部、１１…容器、２０…放熱部、２１…容器、２２…放熱フィン、３０…第１管部、４０…第２管部、５０…伝熱面、５１…第１基部、５２…第１凸部、６０…伝熱面、６０ｘ…伝熱面、６１…第２基部、６２…第２凸部、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頂面、５０２…第１側面、５０３…接続面、５０４…第１縁部、６０１…第２頂面、６０２…第２側面、６０３…接続面、６０４…第２縁部、Ａ１…矢印、Ａ２…矢印、Ａ３…矢印、Ｂ０…気泡、Ｂ１…気泡、Ｂ２…気泡、Ｂ５…気泡、Ｆ１…ミクロ液膜、Ｆ２…ミクロ液膜、Ｈ５１…高さ、Ｈ６１…高さ、Ｌ１…距離、Ｌ２…距離、ＲＥ…冷媒、Ｓ１…領域、Ｓ２…領域、Ｓ１０…収容室、Ｓ１０ｘ…狭隘な収容室、Ｓ２０…凝縮室、Ｓ３０…第１流路、Ｓ４０…第２流路、Ｖ１…第１空間、Ｖ２…第２空間、Ｗ５２…距離、Ｗ６２…距離、θ…角度。
【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】