[发明专利]沸腾冷却装置

说明书

技术领域

本发明涉及沸腾冷却装置，特别涉及使用沸腾、二相流(气液二相流)的冷却装置的冷却性能的改善。

背景技术

一直以来，开发了使用强制对流下的沸腾、二相流的冷却装置，适用于混合动力车辆的变换器(逆变器)冷却系统等。

在专利文献1中，公开了一种功率半导体模块，其包括具有冷却剂流路的冷却用基体和在其上安装的多个功率半导体，最适当地确定功率半导体元件的安装位置以使冷却剂的温度上升最适当化，提高冷却效率。

此外，在专利文献2中，公开了一种沸腾冷却装置，在沸腾冷却中防止模块的上部(下游区域)的放热性能下降，公开了用隔壁等来防止因来自功率半导体的授热而在模块的下部(上游区域)产生的蒸汽进入模块的上部(下游区域)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2007-12722号公报；

专利文献2：特开平9-23081号公报。

发明内容

发明所要解决的问题

但是，在使用沸腾、二相流的冷却装置中，需要抑制极限热流速的下降和/或沸腾时的传热系数的下降，并将装置尽可能地设计为小型。通常，在沸腾中由气泡底部的气液运行情况来决定传热(热传递)。具体地，因薄液膜的形成而促进传热的区域和因干燥部的发展而使传热变差的部分共存。而且，对于任一现象占支配地位的情况，气泡的附着面积都会产生很大影响。但是，如果因气泡的成长而使附着面积增大，则有时也会从促进传热转变为变差。

图8A和图8B表示与小气泡的成长相伴的泡核沸腾传热的小的传热促进的状态。在开放式流路中气泡尺寸为较小的情况。图8(A)是俯视图，图8(B)是侧视图。压力越低则气泡尺寸越大，周围液体的温度比饱和温度越低(低温处理)则气泡尺寸越小。在气泡尺寸小的情况下，干燥部50的面积也小，但是，薄液膜52所占的面积也变小。其结果，沸腾传热的特征变小，依然很大地有助于对气泡周围的液单相的传热。因此，与对液单相的传热相比较的情况下的传热促进比例小。

图9A和图9B表示与大气泡的成长相伴的泡核沸腾传热的大的传热促进的状态。在开放式流路中气泡尺寸为中～大的情况。在气泡尺寸变大时，干燥部50的面积也变大，但是，薄液膜52所占的面积变大。其结果，沸腾传热的特征变显著，与向液单相的传热的情况相比较的情况下的传热促进比例大。

图10A和图10B表示与巨大气泡的成长相伴的泡核沸腾传热的传热变差(劣化)的状态。在开放式流路中气泡尺寸为非常大的情况。在气泡变得过大时，干燥部50的所占的面积扩展，该部分的传热变差相比薄液膜52的蒸发所产生的传热促进变得更为显著，作为传热面整体而呈现传热变差的状况。

图11A和图11B表示与冷却翅片12(以下简称为翅片，フイン)间的扁平气泡成长相伴的泡核沸腾传热的传热促进的状态。在翅片间狭窄的流路中，气泡尺寸为中等程度的情况。可通过产生适度大小的扁平并使其成长来同时满足翅片12所致的传热面积的增大和传热系数的增大。

图12表示气泡体积和传热促进、变差的关系。横轴表示气泡体积，竖轴表示传热。竖轴的箭头P表示传热促进，箭头Q表示传热变差。开放式流路(图中，由标记a表示)和翅片间狭窄流路(图中，由标记b表示)皆是无论气泡体积过小还是过大都不能估计到传热促进，需要使气泡限制于适度的大小(图中，用OPT表示最佳值)。因此，控制对传热面的接触时间以不过度地延长是重要的。

用于解决问题的手段

本发明的目的是提供可用简单的构成使气泡体积限制于适度的大小，从而提高传热特性的冷却装置。

本发明的沸腾冷却装置，将发热体冷却，其特征在于，具有在铅垂方向上配置的至少第一和第二冷却通道，所述第一冷却通道和第二冷却通道还具有：使冷却剂在铅垂方向上流动的冷却翅片；和在所述冷却翅片的、与抵接发热体的一侧相反侧形成的蒸汽排出流路，在所述第一冷却通道和所述第二冷却通道之间，具有阻碍在所述第一冷却通道产生的气泡向所述第二冷却通道前进且向所述蒸汽排出流路导引的导引部。

在本发明的一个实施方式中，还具有在所述冷却翅片和所述蒸汽排出流路之间配置的隔板，所述导引部形成为所述隔板的一部分。

在本发明的另一实施方式中，所述隔板在与所述第一冷却通道和所述第二冷却通道之间对应的位置具有开口部，所述导引部从所述开口部的缘部向所述冷却翅片的所述抵接发热体的一侧突出形成。

此外，在本发明的另一实施方式中，还具有在所述第一冷却通道和所述第二冷却通道之间设置且向所述第二冷却通道供给冷却剂的供液管，所述导引部的顶端(前端)部抵接所述供液管。