JPH0590777A - Cold plate and cooling device using the same - Google Patents
Cold plate and cooling device using the sameInfo
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Abstract
(57)【要約】
【目的】吸熱部で冷媒を液相ルートと気相ルートとに完
全に分離できる機能を備えたコールドプレートおよびこ
れを用いた冷却装置を得る。
【構成】一方の面側が被冷却体２に熱的に接続されるコ
ールドプレート本体２３内で、上記一方の面側には冷媒
液通路２４が形成され、他方の面側には蒸気通路２５が
形成されている。冷媒液通路２４と蒸気通路２５との間
には両通路間を仕切る隔壁を構成するとともに蒸気のみ
を透過させ、液体を透過させない特性を有した膜体２６
が設けられている。
(57) [Abstract] [Purpose] To obtain a cold plate having a function of completely separating a refrigerant into a liquid phase route and a vapor phase route at an endothermic part, and a cooling device using the cold plate. A refrigerant liquid passage 24 is formed on one surface side of the cold plate body 23 whose one surface side is thermally connected to the object to be cooled 2, and a steam passage 25 is formed on the other surface side. Has been formed. A partition wall is formed between the refrigerant liquid passage 24 and the vapor passage 25 to partition both passages, and a film body 26 having a characteristic of allowing only vapor to pass and not allowing liquid to pass.
Is provided.
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、宇宙機内の電子機器な
どを冷却するのに適したコールドプレートおよびこれを
用いた冷却装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cold plate suitable for cooling electronic equipment in a spacecraft and a cooling device using the cold plate.
【０００２】[0002]
【従来の技術】人工衛星等の宇宙機の大型化に伴って機
内の電子機器等が発生する熱量も増大する傾向にある。
したがって、宇宙機内の温度を所定に保つとともに電子
機器等を保護するには、電子機器等で発生した熱を何等
かの手段で宇宙空間へ排出する必要がある。この排出手
段、つまり冷却手段としては幾つかの方式が考えられて
いる。最近では二相流体閉ループ方式の冷却装置が注目
されている。2. Description of the Related Art As the size of spacecraft such as artificial satellites increases, the amount of heat generated by electronic equipment in the aircraft tends to increase.
Therefore, in order to keep the temperature inside the spacecraft at a predetermined level and protect the electronic devices and the like, it is necessary to discharge the heat generated by the electronic devices and the like to outer space by some means. Several methods are considered as the discharging means, that is, the cooling means. Recently, a two-phase fluid closed loop type cooling device has been attracting attention.
【０００３】二相流体閉ループ方式を採用した冷却装置
では、通常、図４に示すように、コールドプレート１
が、たとえば複数設けられ、これらコールドプレート１
の一方の面上に電子機器などの被冷却体２がそれぞれ熱
的に接続状態に搭載される。各コールドプレート１の内
部にはそれぞれ冷却管３が埋め込まれている。各冷却管
３の冷媒導入口４は、それぞれ流量調整弁５を介して共
通に接続され、冷媒輸送管６を介して冷媒循環ポンプ７
の吐出口に接続される。また、各冷却管３の冷媒導出口
８は共通に接続され、冷媒輸送管９を介してラジエータ
１０の入口に接続される。そして、ラジエータ１０の出
口は冷媒循環ポンプ７の吸込み口に接続されるとともに
冷媒の体積増加を吸収するためのアキュムレータ１１に
接続される。この冷却装置では、上記のように閉ループ
の冷媒通路が構成され、この閉ループ内に冷媒として、
たとえば水が封入される。In a cooling device that employs a two-phase fluid closed loop system, as shown in FIG.
However, a plurality of cold plates 1 are provided, for example.
The objects to be cooled 2 such as electronic devices are mounted on one of the surfaces in a thermally connected state. A cooling pipe 3 is embedded in each cold plate 1. The refrigerant introduction ports 4 of the respective cooling pipes 3 are commonly connected via a flow rate adjusting valve 5, respectively, and a refrigerant circulation pump 7 is connected via a refrigerant transport pipe 6.
Connected to the discharge port of. Further, the refrigerant outlet port 8 of each cooling pipe 3 is commonly connected, and is connected to the inlet of the radiator 10 via the refrigerant transport pipe 9. The outlet of the radiator 10 is connected to the suction port of the refrigerant circulation pump 7 and the accumulator 11 for absorbing the increase in the volume of the refrigerant. In this cooling device, the closed loop refrigerant passage is configured as described above, and as the refrigerant in the closed loop,
For example, water is enclosed.
【０００４】このように構成される二相流体閉ループ方
式の冷却装置は次のように作用する。すなわち、被冷却
体２が発熱していないときには、閉ループ内を冷媒が液
相の状態で循環する。被冷却体２が発熱を始めると、こ
の熱がコールドプレート１を介して冷却管３内を流れる
冷媒に伝わる。この結果、冷媒が蒸発して熱を奪う。こ
のとき、冷却管３および冷媒輸送管９の中は冷媒が二相
流状態で流れる。また、冷媒が蒸発すると、冷媒の体積
が増加するが、この体積増加はアキュムレータ１１によ
って吸収される。そして、蒸発によって生成された蒸気
はラジエータ１０で凝縮液化される。ラジエータ１０は
奪った熱を輻射で宇宙空間へ放熱する。The two-phase fluid closed loop type cooling device thus constructed operates as follows. That is, when the object to be cooled 2 does not generate heat, the refrigerant circulates in the liquid phase in the closed loop. When the cooled body 2 starts to generate heat, this heat is transmitted to the refrigerant flowing in the cooling pipe 3 via the cold plate 1. As a result, the refrigerant evaporates and takes heat. At this time, the refrigerant flows in the cooling pipe 3 and the refrigerant transport pipe 9 in a two-phase flow state. Further, when the refrigerant evaporates, the volume of the refrigerant increases, but this volume increase is absorbed by the accumulator 11. Then, the vapor generated by evaporation is condensed and liquefied by the radiator 10. The radiator 10 radiates the taken heat to the outer space.
【０００５】このような二相流体閉ループ方式の冷却装
置は、冷媒の蒸発と凝縮とを利用しているので、液単相
流だけを用いたものに比べて、コールドプレート１およ
びラジエータ１０での熱伝達率を高くできること、コー
ルドプレート１の各部温度を均一にできること、蒸発潜
熱を利用しているので冷媒の循環流量を少なくできるこ
と等の長所を有している。しかしながら、二相流体閉ル
ープ方式を採用し、しかも上記のような構成の冷却装置
を実用化するには幾つかの問題点があった。Since such a two-phase fluid closed-loop type cooling device utilizes the evaporation and condensation of the refrigerant, the cold plate 1 and the radiator 10 are cooled more than those using only the liquid single-phase flow. The heat transfer coefficient can be increased, the temperature of each part of the cold plate 1 can be made uniform, and the circulation flow rate of the refrigerant can be reduced because the latent heat of vaporization is used. However, there were some problems in adopting the two-phase fluid closed loop system and practically using the cooling device having the above-mentioned configuration.
【０００６】第１に、各冷却管３への冷媒の流量を如何
にして調整するかと言う点である。冷却管３内での蒸発
熱伝達率は液単相流の場合に比べて大きいが、クオリテ
ィ（全流量に占める蒸発した蒸気の流量割合）が大きく
なり過ぎると、冷却管３内でドライアウトが発生し、熱
伝達率が著しく低下する。したがって、何等かの手段で
各冷却管３内あるいは冷媒導出口８において冷媒の状態
を検出し、この結果に基いて搭載されている被冷却体２
の発熱量に対応した最適な流量が得られるように各流量
調整弁５を調整する必要がある。しかし、宇宙機の運転
状態によって各被冷却体２の発熱量が変化するので、上
記の調整は困難なものとなる。The first point is how to adjust the flow rate of the refrigerant to each cooling pipe 3. The evaporative heat transfer coefficient in the cooling pipe 3 is larger than that in the case of the liquid single-phase flow, but if the quality (the flow rate ratio of vaporized vapor to the total flow rate) becomes too large, dryout occurs in the cooling pipe 3. Occurs and the heat transfer coefficient is significantly reduced. Therefore, the state of the refrigerant in each cooling pipe 3 or the refrigerant outlet port 8 is detected by some means, and the mounted object 2 to be cooled is mounted based on this result.
It is necessary to adjust each flow rate adjusting valve 5 so as to obtain an optimum flow rate corresponding to the heat generation amount. However, the amount of heat generated by each cooled body 2 changes depending on the operating state of the spacecraft, so that the above adjustment becomes difficult.
【０００７】第２に、冷媒輸送管９における圧力損失が
大きい点である。上述の如く、各冷却管３からは二相流
状態の冷媒が流れ出るので、冷媒輸送管９内は二相流に
なる。二相流の圧力損失は液または蒸気の単相流よりも
はるかに大きい。このため、冷媒循環ポンプ７の動力増
加をもたらすばかりか、冷媒の飽和温度の低下をもたら
してラジエータ１０の温度を低下させ、ラジエータ１０
での輻射放熱量を減少させる。Secondly, the pressure loss in the refrigerant transport pipe 9 is large. As described above, since the refrigerant in the two-phase flow state flows out from each cooling pipe 3, the inside of the refrigerant transport pipe 9 becomes a two-phase flow. The two-phase flow has a much higher pressure drop than the liquid or vapor single-phase flow. For this reason, not only the power of the refrigerant circulation pump 7 is increased, but also the saturation temperature of the refrigerant is lowered to lower the temperature of the radiator 10 and the radiator 10 is cooled.
The amount of radiation released by
【０００８】第３に、各冷却管３内を通流する冷媒の流
量変動を如何にして抑えるかと言う点である。熱供給を
受け、しかも内部に二相状態で冷媒が流れている配管が
並列に接続されている系では、二相流特有の流動不安定
現象が起こり、流量が大幅に変動することがある。Thirdly, how to suppress the fluctuation in the flow rate of the refrigerant flowing through each cooling pipe 3 is pointed out. In a system in which pipes which receive heat supply and in which refrigerant flows in a two-phase state are connected in parallel, a flow instability phenomenon peculiar to a two-phase flow occurs, and the flow rate may fluctuate significantly.
【０００９】第４に、アキュムレータの存在である。コ
ールドプレート１を多数設けた場合には、冷媒の相変化
（蒸発）による体積増加を吸収するために大きな容積の
アキュムレータ１１を必要とする。したがって、全体の
大型化を免れ得ない。また、冷媒液をアキュムレータ１
１の内部へ入れたり、外部へ出したりするための機構も
簡単ではない。Fourth, there is an accumulator. When a large number of cold plates 1 are provided, a large volume accumulator 11 is required to absorb the volume increase due to the phase change (evaporation) of the refrigerant. Therefore, the size of the entire system cannot be avoided. In addition, the refrigerant liquid is stored in the accumulator 1
The mechanism for putting in and out of 1 is not simple either.
【００１０】第５に、二相流体閉ループの特性は宇宙環
境でなければ確認できないと言う点である。二相流を構
成している液相と気相（蒸気）は密度が大きく異なるの
で、重力の影響を受ける。したがって、地上実験で確認
しても、その実験結果が宇宙環境で通用するとは限らな
い。理論的研究や、短時間の微少重力状態を作り出す航
空機実験や、落下塔実験等によって性能をある程度予測
することもできるが限界がある。Fifth, the characteristic of the two-phase fluid closed loop can be confirmed only in a space environment. Since the liquid phase and the gas phase (vapor) that make up the two-phase flow have greatly different densities, they are affected by gravity. Therefore, even if it is confirmed by the ground experiment, the result of the experiment is not always valid in the space environment. The performance can be predicted to some extent by theoretical research, an aircraft experiment that creates a microgravity state for a short time, a drop tower experiment, etc., but there is a limit.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、二相流体
閉ループ方式を採用した従来の冷却装置には多くの問題
点が残されていた。そこで本発明は、上述した全ての問
題点の解消に寄与できるコールドプレートおよびこれを
用いた冷却装置を提供することを目的としている。As described above, many problems remain in the conventional cooling device adopting the two-phase fluid closed loop system. Therefore, an object of the present invention is to provide a cold plate and a cooling device using the cold plate, which can contribute to solving all the above-mentioned problems.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、本発明に係るコールドプレートは、一方の面側が被
冷却体に熱的に接続されるコールドプレート本体と、こ
のコールドプレート本体内で前記一方の面側に形成され
た冷媒液通路および他方の面側に形成された蒸気通路
と、前記冷媒液通路と前記蒸気通路との間に設けられて
両通路間を仕切る隔壁を構成するとともに蒸気のみを透
過させ、液体を透過させない特性を有した膜体とを備え
ている。In order to achieve the above object, a cold plate according to the present invention includes a cold plate main body whose one surface side is thermally connected to an object to be cooled, and a cold plate main body in the cold plate main body. A refrigerant liquid passage formed on the one surface side and a vapor passage formed on the other surface side, and a partition wall provided between the refrigerant liquid passage and the vapor passage to partition the two passages together A film body having a characteristic of allowing only vapor to permeate and not allowing liquid to permeate.
【００１３】また、本発明に係る冷却装置は、内部に冷
媒液通路と蒸気通路とを有するとともに両通路間を仕切
る隔壁が蒸気のみを透過させ、液体を透過させない特性
を有した膜体で形成され、上記冷媒液通路の側に位置し
ている表面が被冷却体に熱的に接続されるコールドプレ
ートと、このコールドプレートの前記冷媒液通路を経由
させて冷媒液を循環通流させる冷媒液循環系と、前記膜
体を透過して前記蒸気通路へ移行した蒸気を凝縮液化さ
せた後に前記冷媒液循環系の流れに合流させる手段とを
備えている。Further, the cooling device according to the present invention is formed of a film body having a refrigerant liquid passage and a vapor passage therein, and a partition wall separating both passages allows only vapor to permeate and does not permeate liquid. A cold plate whose surface located on the side of the refrigerant liquid passage is thermally connected to the object to be cooled, and a refrigerant liquid which circulates the refrigerant liquid through the refrigerant liquid passage of the cold plate. A circulation system and means for condensing and liquefying the vapor that has passed through the film body and moved to the vapor passage and then joins it into the flow of the refrigerant liquid circulation system are provided.
【００１４】[0014]
【作用】コールドプレート内に形成されている冷媒液通
路に冷媒液を通流させると、搭載されている被冷却体の
発熱量に対応した蒸気が発生するが、この蒸気は膜体を
透過して速やかに蒸気通路へ移行する。したがって、冷
媒液通路には液相の冷媒だけが流れ、蒸気通路には気相
の冷媒だけが流れることになる。このように、本発明で
は冷媒の蒸発を利用しているが、二相流としては扱って
いない。このため、二相流であるがゆえに起こる前述し
た問題点の全てを回避することができる。[Function] When the refrigerant liquid is caused to flow through the refrigerant liquid passage formed in the cold plate, steam corresponding to the amount of heat generated by the mounted object to be cooled is generated. And quickly move to the steam passage. Therefore, only the liquid phase refrigerant flows through the refrigerant liquid passage, and only the vapor phase refrigerant flows through the vapor passage. As described above, the present invention utilizes the evaporation of the refrigerant, but does not handle it as a two-phase flow. Therefore, it is possible to avoid all of the above-mentioned problems that occur due to the two-phase flow.
【００１５】[0015]
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図１には本発明の一実施例に係るコールドプレート
およびこれを組込んだ冷却装置が示されている。Embodiments will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a cold plate according to an embodiment of the present invention and a cooling device incorporating the cold plate.
【００１６】同図において、２１ａ，２１ｂは、コール
ドプレートを示している。これらコールドプレート２１
ａ，２１ｂの一方の面側には電子機器等の被冷却体２２
が熱的に接続状態に搭載されている。In the figure, 21a and 21b represent cold plates. These cold plates 21
The object to be cooled 22 such as an electronic device is provided on one surface side of a and 21b.
Is mounted in a thermally connected state.
【００１７】コールドプレート２１ａ，２１ｂは、それ
ぞれコールドプレート本体２３と、このコールドプレー
ト本体２３内で被冷却体２２が搭載されている一方の面
側に形成された冷媒液通路２４と、他方の面側に形成さ
れた蒸気通路２５と、冷媒液通路２４と蒸気通路２５と
の間に配置されて両通路間を仕切る隔壁を構成するとと
もに蒸気のみを透過させ、液体を透過させない特性を有
した膜体２６とを備えている。Each of the cold plates 21a and 21b includes a cold plate body 23, a coolant liquid passage 24 formed on one surface side of the cold plate body 23 on which the cooled body 22 is mounted, and the other surface. A film having a vapor passage 25 formed on the side and a partition wall disposed between the refrigerant liquid passage 24 and the vapor passage 25 to partition the two passages, and allows only vapor to permeate and does not permeate liquid. And a body 26.
【００１８】コールドプレート本体２３は、たとえば図
２に示すように、熱伝導率の良い材料で形成された２枚
の板材２７ａ，２７ｂを周縁部にＯリング２８を介在さ
せて重ね合わせるとともに、周縁部をボルト２９等で締
め付けて一体化した構造となっている。As shown in FIG. 2, for example, the cold plate body 23 has two plate members 27a and 27b formed of a material having a high thermal conductivity, which are superposed on each other with an O-ring 28 interposed between the plate members 27a and 27b. It has a structure in which the parts are fastened together by bolts 29 or the like.
【００１９】冷媒液通路２４および蒸気通路２５は、各
板材２７ａ，２７ｂの内面に形成された溝３１，３２と
膜体２６とで構成されている。冷媒液通路２４を構成し
ている溝３１は、図３(a) に示すように、複数平行に設
けられた溝３３と、各溝３３の一端側を共通に接続する
溝３４と、各溝３３の他端側を共通に接続する溝３５と
で構成されている。そして、溝３４の図中左端部が冷媒
液導入口３６に接続され、溝３５の図中右端部が冷媒液
導出口３７に接続されている。一方、蒸気通路２５を構
成している溝３２は、図３(b) に示すように、溝３３に
対向する関係に複数平行に設けられた溝３８と、各溝３
８の一端側を共通に接続する溝３９と、各溝３８の他端
側を共通に接続する溝４０とで構成されている。そし
て、溝４０の図中右端部が蒸気導出口４１に接続されて
いる。The refrigerant liquid passage 24 and the vapor passage 25 are constituted by the grooves 31 and 32 formed on the inner surfaces of the plate members 27a and 27b and the film 26. As shown in FIG. 3 (a), the grooves 31 forming the refrigerant liquid passage 24 include a plurality of grooves 33 provided in parallel, a groove 34 that connects one end side of each groove 33 in common, and each groove 33. And the groove 35 which connects the other end side of 33 in common. The left end of the groove 34 in the drawing is connected to the refrigerant liquid inlet 36, and the right end of the groove 35 in the drawing is connected to the refrigerant liquid outlet 37. On the other hand, as shown in FIG. 3 (b), the grooves 32 forming the steam passage 25 are provided with a plurality of grooves 38 provided in parallel with each other so as to face the grooves 33, and each groove 3
The groove 39 connects one end side of 8 in common, and the groove 40 connects the other end side of each groove 38 in common. The right end of the groove 40 in the figure is connected to the steam outlet 41.
【００２０】膜体２６は、前記特性を有する、たとえば
フッ素樹脂製の疎水性多孔質材によって構成されてい
る。この膜体２６は、コールドプレート本体２３を組立
てるときに板材２７ａと２７ｂとの間に装着されてい
る。つまり、冷媒液通路２４と蒸気通路２５とを仕切る
隔壁として装着されている。The film body 26 is formed of a hydrophobic porous material having the above-mentioned characteristics and made of, for example, a fluororesin. The film body 26 is mounted between the plate members 27a and 27b when the cold plate body 23 is assembled. That is, it is mounted as a partition wall that separates the refrigerant liquid passage 24 and the vapor passage 25.
【００２１】各コールドプレート２１ａ，２１ｂに設け
られた冷媒液導入口３６は、図１に示すように共通に接
続され、冷媒輸送管４２を介して冷媒循環ポンプ４３の
吐出口に接続されている。また、各コールドプレート２
１ａ，２１ｂに設けられた冷媒液導出口３７は共通に接
続され、冷媒輸送管４４を介して冷媒循環ポンプ４３の
吸込み口に接続されている。さらに、各コールドプレー
ト２１ａ，２１ｂに設けられた蒸気導出口４１は共通に
接続され、冷媒輸送管４５、ラジエータ４６を介して冷
媒循環ポンプ４３の吸込み口に接続されている。そし
て、上記のように構成された閉ループ内には冷媒液とし
て、たとえば水が封入されている。次に、上記のように
構成された冷却装置の作用を説明する。The refrigerant liquid inlets 36 provided in the cold plates 21a and 21b are commonly connected as shown in FIG. 1, and are connected to the outlet of the refrigerant circulation pump 43 through the refrigerant transport pipe 42. .. Also, each cold plate 2
Refrigerant liquid outlets 37 provided in 1a and 21b are commonly connected and connected to a suction port of a refrigerant circulation pump 43 via a refrigerant transport pipe 44. Further, the steam outlet 41 provided in each cold plate 21a, 21b is commonly connected, and is connected to the suction port of the refrigerant circulation pump 43 via the refrigerant transport pipe 45 and the radiator 46. Then, for example, water is sealed as a refrigerant liquid in the closed loop configured as described above. Next, the operation of the cooling device configured as described above will be described.
【００２２】閉ループ内に封入された冷媒液は、冷媒循
環ポンプ４３の作用によって各コールドプレート２１
ａ，２１ｂの内部に形成された冷媒液通路２４を経由し
て循環する。The refrigerant liquid sealed in the closed loop is cooled by the refrigerant circulation pump 43.
It circulates via a refrigerant liquid passage 24 formed inside a and 21b.
【００２３】被冷却体２２が発熱すると、この熱が冷媒
液通路２４内を流れている冷媒液に伝わるので、冷媒液
の一部が蒸発する。発生した蒸気は膜体２６を透過して
蒸気通路２５へ速やかに移行する。蒸気通路２５に移行
した蒸気は、冷媒輸送管４５を介してラジエータ４６に
流入し、ここで凝縮液化される。そして、液化した冷媒
は冷媒輸送管４４内を流れてきた冷媒液に合流して冷媒
循環ポンプ４３へ吸込まれる。When the object to be cooled 22 generates heat, this heat is transferred to the refrigerant liquid flowing in the refrigerant liquid passage 24, so that part of the refrigerant liquid is evaporated. The generated steam permeates the film body 26 and quickly moves to the steam passage 25. The steam that has moved to the steam passage 25 flows into the radiator 46 via the refrigerant transport pipe 45 and is condensed and liquefied there. Then, the liquefied refrigerant merges with the refrigerant liquid flowing in the refrigerant transport pipe 44 and is sucked into the refrigerant circulation pump 43.
【００２４】このように構成された冷却装置では、各コ
ールドプレート２１ａ，２１ｂの各冷媒液通路２４内で
発生した蒸気が各膜体２６を透過して速やかに蒸気通路
２５へと移行する。このため、各冷媒液通路２４には実
質的に冷媒が液単相の状態で流れることになる。したが
って、各冷媒液通路２４への流量調整は不要となる。ま
た、冷媒輸送管４４には液のみが流れ、冷媒輸送管４５
には蒸気のみが流れるので、二相流の状態で流した場合
に比べて圧力損失を小さくできる。したがって、冷媒循
環ポンプ４３の小型化を図れるばかりか、ラジエータ４
６での放熱量低下も防止できる。さらに、上記構成の冷
却装置では、冷媒の蒸発を利用しているが、液相と気相
（蒸気）とが完全に分離され、別々のルートを流れるの
で二相流とはならない。このため、複数のコールドプレ
ートを並列に接続しても、二相流に特有の流動不安定性
が発生する虞がない。また、この閉ループではコールド
プレート２１ａ，２１ｂの中、冷媒輸送管４４の中、冷
媒輸送管４５の中がいずれもが液相または気相（蒸気）
で充満しており、冷媒の蒸発に伴う体積の増加がない。
したがって、アキュムレータを設ける必要もない。さら
に、上記構成の冷却装置では、二相流を扱っていないの
で、重力の影響を受けることがなく、地上でその特性を
確認することができる。In the thus constructed cooling device, the steam generated in the refrigerant liquid passages 24 of the cold plates 21a, 21b permeates the film bodies 26 and rapidly moves to the vapor passages 25. Therefore, the refrigerant substantially flows in the liquid single phase in each refrigerant liquid passage 24. Therefore, it is not necessary to adjust the flow rate to each refrigerant liquid passage 24. Further, only the liquid flows through the refrigerant transport pipe 44, and the refrigerant transport pipe 45
Since only the steam flows through, the pressure loss can be made smaller than that in the case of flowing in a two-phase flow state. Therefore, not only the refrigerant circulation pump 43 can be downsized, but also the radiator 4
It is also possible to prevent a decrease in the amount of heat radiation at 6. Further, in the cooling device having the above-described configuration, the evaporation of the refrigerant is used, but since the liquid phase and the gas phase (vapor) are completely separated and flow through different routes, a two-phase flow does not occur. Therefore, even if a plurality of cold plates are connected in parallel, there is no possibility that flow instability peculiar to the two-phase flow will occur. In this closed loop, all of the cold plates 21a and 21b, the refrigerant transport pipe 44, and the refrigerant transport pipe 45 are in a liquid phase or a vapor phase (vapor).
Is full, and the volume does not increase with the evaporation of the refrigerant.
Therefore, it is not necessary to provide an accumulator. Furthermore, since the cooling device having the above-mentioned configuration does not handle the two-phase flow, the characteristics can be confirmed on the ground without being affected by gravity.
【００２５】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。たとえば、上記実施例では板材２７ｂ
の内面に溝３２を形成し、この溝３２で蒸気通路２５の
一部を構成しているが、溝を設ける代わりに波板を介在
させるようにしてもよい。また、膜体の固定手段は、実
施例のようの挟み込み固定方式に限られるものではな
い。また、本発明に係るコールドプレートおよび冷却装
置は、宇宙機内に限らず地上でも使用できることは勿論
である。The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the plate material 27b
Although the groove 32 is formed on the inner surface of the and the groove 32 constitutes a part of the steam passage 25, a corrugated plate may be interposed instead of providing the groove. Further, the fixing means of the film body is not limited to the sandwich fixing method as in the embodiment. Further, the cold plate and the cooling device according to the present invention can be used not only in the spacecraft but also on the ground.
【００２６】[0026]
【発明の効果】以上のように、本発明に係るコールドプ
レートでは、プレートの内部で冷媒液と冷媒の蒸気とに
完全に分離する機能を備えているので、冷媒の蒸発を利
用しているにも拘らず、冷媒の全ての流れを単相流とし
て扱うことができ、二相流が持っている不利な面の解消
に寄与できる。また、本発明に係る冷却装置では、吸熱
部に上記機能を備えたコールドプレートを用いているの
で、全体の小型化を図れ、しかも安定した冷却性能を発
揮させることができる。As described above, since the cold plate according to the present invention has the function of completely separating the refrigerant liquid and the refrigerant vapor inside the plate, the evaporation of the refrigerant is utilized. Nevertheless, the entire flow of the refrigerant can be treated as a single-phase flow, which can contribute to the elimination of the disadvantages of the two-phase flow. Further, in the cooling device according to the present invention, since the cold plate having the above-mentioned function is used in the heat absorbing portion, the overall size can be reduced and stable cooling performance can be exhibited.
【図１】本発明の一実施例に係る冷却装置の概略構成
図。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a cooling device according to an embodiment of the present invention.
【図２】図１におけるＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向
に見た局部的断面図。FIG. 2 is a local cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1 and viewed in the direction of the arrow.
【図３】(a) は冷媒液通路を構成する溝の配置を模式的
に示す図で、(b) は蒸気通路を構成する溝の配置を模式
的に示す図。FIG. 3A is a diagram schematically showing the arrangement of grooves forming the refrigerant liquid passage, and FIG. 3B is a diagram schematically showing the arrangement of grooves forming the vapor passage.
【図４】二相流体閉ループ方式を採用した従来の冷却装
置の概略構成図。FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a conventional cooling device that adopts a two-phase fluid closed loop system.
２１ａ，２１ｂ…コールドプレート、 ２２…被
冷却体、２３…コールドプレート本体、
２４…冷媒液通路、２５…蒸気通路、 ２６…
膜体、２７ａ，２７ｂ…板材、 ３
６…冷媒液導入口、３７…冷媒液導出口、
４１…蒸気導出口、４２，４４，４５…冷媒
輸送管、 ４３…冷媒循環ポンプ、４６…ラ
ジエータ。21a, 21b ... Cold plate, 22 ... Cooled object, 23 ... Cold plate body,
24 ... Refrigerant liquid passage, 25 ... Steam passage, 26 ...
Membrane, 27a, 27b ... Plate material, 3
6 ... Refrigerant liquid inlet, 37 ... Refrigerant liquid outlet,
41 ... Steam outlet, 42, 44, 45 ... Refrigerant transport pipe, 43 ... Refrigerant circulation pump, 46 ... Radiator.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮崎 芳郎 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝小向工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yoshiro Miyazaki 1 Komukai Toshiba-cho, Kouki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Stock company Toshiba Komukai factory
Claims (3)
ールドプレート本体と、このコールドプレート本体内で
前記一方の面側に形成された冷媒液通路および他方の面
側に形成された蒸気通路と、前記冷媒液通路と前記蒸気
通路との間に設けられて両通路間を仕切る隔壁を構成す
るとともに蒸気のみを透過させ、液体を透過させない特
性を有した膜体とを具備してなることを特徴とするコー
ルドプレート。1. A cold plate body, one surface of which is thermally connected to an object to be cooled, a refrigerant liquid passage formed on the one surface side of the cold plate body, and the other surface side of the cold plate body. A vapor passage, and a film body having a property of forming a partition wall provided between the refrigerant liquid passage and the vapor passage to partition the passages and allowing only vapor to permeate and not allowing liquid to permeate. Cold plate characterized by
いることを特徴とする請求項１に記載のコールドプレー
ト。2. The cold plate according to claim 1, wherein the film body is formed of a hydrophobic porous material.
ともに両通路間を仕切る隔壁が蒸気のみを透過させ、液
体を透過させない特性を有した膜体で形成され、上記冷
媒液通路の側に位置している表面が被冷却体に熱的に接
続されるコールドプレートと、このコールドプレートの
前記冷媒液通路を経由させて冷媒液を循環通流させる冷
媒液循環系と、前記膜体を透過して前記蒸気通路へ移行
した蒸気を凝縮液化させた後に前記冷媒液循環系の流れ
に合流させる手段とを具備してなることを特徴とする冷
却装置。3. A partition wall having a refrigerant liquid passage and a vapor passage therein and partitioning both passages is formed of a film body having a characteristic of allowing only vapor to pass therethrough and not allowing liquid to pass therethrough. A cold plate whose surface located at is thermally connected to the object to be cooled, a refrigerant liquid circulation system for circulating a refrigerant liquid through the refrigerant liquid passage of the cold plate, and the film body. A cooling device, comprising: means for condensing and liquefying the vapor that has permeated and moved to the vapor passage, and then joins the vapor into the flow of the refrigerant liquid circulation system.
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|---|---|---|---|
| JP3251818A JP2753159B2 (en) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | Cold plate and cooling device using the same |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1991
- 1991-09-30 JP JP3251818A patent/JP2753159B2/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2753159B2 (en) | 1998-05-18 |
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