JPH0632408B2 - 沸騰冷却装置 - Google Patents
沸騰冷却装置Info
- Publication number
- JPH0632408B2 JPH0632408B2 JP59225763A JP22576384A JPH0632408B2 JP H0632408 B2 JPH0632408 B2 JP H0632408B2 JP 59225763 A JP59225763 A JP 59225763A JP 22576384 A JP22576384 A JP 22576384A JP H0632408 B2 JPH0632408 B2 JP H0632408B2
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- Japan
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- refrigerant
- boiling point
- vaporization
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は沸騰冷却装置に係り、特に電子部品や変圧器の
発熱吸収装置に好適な沸騰冷却装置に関する。
発熱吸収装置に好適な沸騰冷却装置に関する。
現在、コンピュータに搭載される電子素子等電子部品集
積度は増加の一方をたどつている。このため、電子素子
の発熱密度も急激に増加し、これまで空冷あるいは間接
液冷によつて冷却していたものが、直接液冷あるいは電
子素子を直接液体中に浸漬し液体の蒸発潜熱を利用する
沸騰冷却にする必要がある。また、沸騰冷却は変圧器や
整流器等、発熱密度の高い他の分野にも適用されつつあ
る。
積度は増加の一方をたどつている。このため、電子素子
の発熱密度も急激に増加し、これまで空冷あるいは間接
液冷によつて冷却していたものが、直接液冷あるいは電
子素子を直接液体中に浸漬し液体の蒸発潜熱を利用する
沸騰冷却にする必要がある。また、沸騰冷却は変圧器や
整流器等、発熱密度の高い他の分野にも適用されつつあ
る。
この沸騰冷却に利用される液体は、冷媒と呼ばれ、沸騰
冷却が通常大気圧で行なわれるため、冷媒の選定に標準
沸点が重要な因子となる。すなわち、電子素子等、発熱
体の作動温度が決まれば、冷媒の標準沸点をもとに冷媒
を選び出せる。ある範囲の標準沸点をもつ化合物は限定
されるため、その対策として、特開昭５４−7657号公
報，特開昭５４−7658号公報にあるように、冷媒を混合
して標準沸点を調節する手法がとられるが、その成分の
標準沸点差の小さいものを混合していた。
冷却が通常大気圧で行なわれるため、冷媒の選定に標準
沸点が重要な因子となる。すなわち、電子素子等、発熱
体の作動温度が決まれば、冷媒の標準沸点をもとに冷媒
を選び出せる。ある範囲の標準沸点をもつ化合物は限定
されるため、その対策として、特開昭５４−7657号公
報，特開昭５４−7658号公報にあるように、冷媒を混合
して標準沸点を調節する手法がとられるが、その成分の
標準沸点差の小さいものを混合していた。
冷媒の選定要件には、更に、冷媒の電気的性質，不燃
性，低毒性，化学的安定性が加味される。コンピュータ
など高信頼性を要求されるものは、これらのうち、化学
的安定性が重要な因子であり、一般には、炭化水素化合
物中のすべての水素原子をフツ素原子に置き換えたパー
フロロ化合物の化学的安定性がすぐれていることが知ら
れている。パーフロロ化合物の中から、上記選定要件を
充たす物質を選ぶとすれば、更に限定される。
性，低毒性，化学的安定性が加味される。コンピュータ
など高信頼性を要求されるものは、これらのうち、化学
的安定性が重要な因子であり、一般には、炭化水素化合
物中のすべての水素原子をフツ素原子に置き換えたパー
フロロ化合物の化学的安定性がすぐれていることが知ら
れている。パーフロロ化合物の中から、上記選定要件を
充たす物質を選ぶとすれば、更に限定される。
また、沸騰冷却は冷媒の蒸発潜熱を利用して冷却するの
であるから、蒸発潜熱の大きな冷媒が冷却性能がすぐれ
ていると言える。従つて、化学的に安定なパーフロロ化
合物を用いた電子素子の沸騰冷却用冷媒は極めて限定さ
れるため、冷却能力もある限られた範囲内になる。
であるから、蒸発潜熱の大きな冷媒が冷却性能がすぐれ
ていると言える。従つて、化学的に安定なパーフロロ化
合物を用いた電子素子の沸騰冷却用冷媒は極めて限定さ
れるため、冷却能力もある限られた範囲内になる。
本発明の目的は、沸騰冷却性能を改善した冷媒を提供す
ることにより、より信頼性の高い電子素子，変圧器等の
沸騰冷却装置を実現しようとするものである。
ることにより、より信頼性の高い電子素子，変圧器等の
沸騰冷却装置を実現しようとするものである。
本発明者は、パーフロロ化合物を用いた沸騰冷却では、
その冷却性能が限定される現状に対し、標準沸点差の離
れた冷媒を混合し、その混合物が非共沸混合冷媒である
場合、冷媒の冷却性能を支配する蒸発潜熱が大幅に改善
できることを見出し、本発明に至つた。ここで非共沸混
合冷媒とは、ある温度，圧力下で混合冷媒の蒸気と液体
とが熱平衡している場合、混合冷媒の液相の組成と蒸気
相の組成とが異なるものであり、本発明で言う非共沸混
合冷媒とは、少なくとも、沸騰冷却装置として作動させ
る温度，圧力下で液相組成と蒸気相組成とが異なるもの
を言う。
その冷却性能が限定される現状に対し、標準沸点差の離
れた冷媒を混合し、その混合物が非共沸混合冷媒である
場合、冷媒の冷却性能を支配する蒸発潜熱が大幅に改善
できることを見出し、本発明に至つた。ここで非共沸混
合冷媒とは、ある温度，圧力下で混合冷媒の蒸気と液体
とが熱平衡している場合、混合冷媒の液相の組成と蒸気
相の組成とが異なるものであり、本発明で言う非共沸混
合冷媒とは、少なくとも、沸騰冷却装置として作動させ
る温度，圧力下で液相組成と蒸気相組成とが異なるもの
を言う。
すなわち本発明の沸騰冷却装置の特徴は、被冷却物を液
体に浸漬して冷却する装置であつて、この液体が沸点差
の大きい低沸点成分と高沸点成分との２種以上の成分か
ら成る非共沸混合冷媒である点にある。この構成成分の
沸点差は７０℃以上であることが望ましい。例えば低沸
点成分はオクタフルオロシクブタンであり、この場合の
高沸点成分の沸点は７０℃以上である。高沸点成分を例
示すると、トリフルオロメチル−ウンデカフルオロシク
ロヘキサン、１，２−ビス（トリフルオロチメル）−デ
カフルオロシクロヘキサン、オクタデカフルオロ〔4.4.
0〕デカン、２−ノナフルオロブチル−ヘプタフルオロ
オキソランである。これらの成分からなる冷媒を用いる
本発明装置は、電子部品や変圧器の発熱吸収装置に適し
ている。
体に浸漬して冷却する装置であつて、この液体が沸点差
の大きい低沸点成分と高沸点成分との２種以上の成分か
ら成る非共沸混合冷媒である点にある。この構成成分の
沸点差は７０℃以上であることが望ましい。例えば低沸
点成分はオクタフルオロシクブタンであり、この場合の
高沸点成分の沸点は７０℃以上である。高沸点成分を例
示すると、トリフルオロメチル−ウンデカフルオロシク
ロヘキサン、１，２−ビス（トリフルオロチメル）−デ
カフルオロシクロヘキサン、オクタデカフルオロ〔4.4.
0〕デカン、２−ノナフルオロブチル−ヘプタフルオロ
オキソランである。これらの成分からなる冷媒を用いる
本発明装置は、電子部品や変圧器の発熱吸収装置に適し
ている。
本発明を適用した一実施例装置の断面略図を第１図に示
す。この例は冷媒中に発熱体を直接浸漬する直接熱交換
型のものである。
す。この例は冷媒中に発熱体を直接浸漬する直接熱交換
型のものである。
発熱体１は容器２の底部に設置される。非共沸混合冷媒
３は液相部分が発熱体１を覆うように注入されている。
４は冷却フインである。
３は液相部分が発熱体１を覆うように注入されている。
４は冷却フインである。
液相非共沸混合冷媒３は半導体素子等の発熱体１から発
生した熱と熱交換することにより、気泡となつて上昇し
た気相冷媒５となる。冷却フイン４は気相冷媒５を凝縮
し液化する。
生した熱と熱交換することにより、気泡となつて上昇し
た気相冷媒５となる。冷却フイン４は気相冷媒５を凝縮
し液化する。
第２図は間接型の自然循環式装置の断面略図である。６
は管、７は管６上外側に設けられた放熱フインである。
発熱体１は管６外面に直接或いは間接的に配置されてい
る。
は管、７は管６上外側に設けられた放熱フインである。
発熱体１は管６外面に直接或いは間接的に配置されてい
る。
発熱体１によつて管６内の液相非共沸混合冷媒３が加熱
され低沸点成分の沸騰温度を越えると低沸点成分の気泡
８を生ずる。気泡の発生で閉鎖循環回路中の発熱体１寄
りの管とその反対側の管との間に大きな密度差を生じ、
冷媒３は管６の発熱体１寄り部分を上昇し、反対側管部
を下降して閉鎖回路を一巡する。気泡８を含む非共沸混
合冷媒３の二相流は放熱フイン７で冷却されて気泡８が
削減し、単相流となつて再び発熱体１該当部分に至る。
管６の内径は気泡８の最大直径よりも大きい方が望まし
い。
され低沸点成分の沸騰温度を越えると低沸点成分の気泡
８を生ずる。気泡の発生で閉鎖循環回路中の発熱体１寄
りの管とその反対側の管との間に大きな密度差を生じ、
冷媒３は管６の発熱体１寄り部分を上昇し、反対側管部
を下降して閉鎖回路を一巡する。気泡８を含む非共沸混
合冷媒３の二相流は放熱フイン７で冷却されて気泡８が
削減し、単相流となつて再び発熱体１該当部分に至る。
管６の内径は気泡８の最大直径よりも大きい方が望まし
い。
冷媒の蒸気圧及び蒸気密度を測定し、式(1)に示すクラ
ペイロン−クラウジウス式を用いて、冷媒の蒸発潜熱を
求めた。
ペイロン−クラウジウス式を用いて、冷媒の蒸発潜熱を
求めた。
ここで、ｐ：冷媒の蒸気圧、Ｔ：絶対温度、ΔＨ：蒸発
潜熱、ΔＶ：蒸気の液体の比容積差（蒸気比容積で近
似） 測定装置の概略を第３図に示す。既知組成比の冷媒を封
入したステンレス製容器９を恒温油槽１０中に浸漬し、
温度と圧力とをセンサ１１，１２によつて測定する。容
器中には、中空ガラス１３を石英スプリング１４で釣つ
てありその伸縮を容器の耐圧ガラス窓から観測する。こ
れによつて、冷媒の温度，蒸気圧、蒸気比容積を測定で
き、式(1)に従つて蒸発潜熱を求められる。尚、１６は
油槽の熱媒体である。
潜熱、ΔＶ：蒸気の液体の比容積差（蒸気比容積で近
似） 測定装置の概略を第３図に示す。既知組成比の冷媒を封
入したステンレス製容器９を恒温油槽１０中に浸漬し、
温度と圧力とをセンサ１１，１２によつて測定する。容
器中には、中空ガラス１３を石英スプリング１４で釣つ
てありその伸縮を容器の耐圧ガラス窓から観測する。こ
れによつて、冷媒の温度，蒸気圧、蒸気比容積を測定で
き、式(1)に従つて蒸発潜熱を求められる。尚、１６は
油槽の熱媒体である。
冷媒の蒸気圧が１気圧になるときの温度（標準沸点、並
びにその際の蒸発潜熱を表に示す。また、混合冷媒の際
には、成分の沸点差を示した。
びにその際の蒸発潜熱を表に示す。また、混合冷媒の際
には、成分の沸点差を示した。
試料容器には蒸気試料採取管１５を取付け、蒸気の採取
後、ガスクロマトグラフによつて蒸気の冷媒組成比を測
定した。表の実施例１〜８にある混合冷媒は、いずれも
非共沸であることがわつた。
後、ガスクロマトグラフによつて蒸気の冷媒組成比を測
定した。表の実施例１〜８にある混合冷媒は、いずれも
非共沸であることがわつた。
表において、比較例１にテトラデカフルオロヘキサンの
沸点が５７℃で蒸発潜熱が20.6kcal／kgであることを示
した。また、比較例２〜３に示したように、他の純パー
フロロ系冷媒(NHO,BUdH)の蒸発潜熱は19.8〜２１kcal／
kgである。これに対して実施例１〜８に示すように、純
成分の沸点差が73.2℃以上あるものの組合せによって蒸
発潜熱は22.8〜26.6kcal／kgを得られることを示した。
沸点が５７℃で蒸発潜熱が20.6kcal／kgであることを示
した。また、比較例２〜３に示したように、他の純パー
フロロ系冷媒(NHO,BUdH)の蒸発潜熱は19.8〜２１kcal／
kgである。これに対して実施例１〜８に示すように、純
成分の沸点差が73.2℃以上あるものの組合せによって蒸
発潜熱は22.8〜26.6kcal／kgを得られることを示した。
(1)同一沸点レベルでの比較：比較例１と実施例２，実
施例８との比較（沸点５７℃） 比較例１は20.6kcal／kgであるのに対して、実施例２は
25.8kcal／kg，実施例８は22.8kcal／kgである。すなわ
ち、本発明によって１１％〜２５％の蒸発潜熱の向上と
なる。
施例８との比較（沸点５７℃） 比較例１は20.6kcal／kgであるのに対して、実施例２は
25.8kcal／kg，実施例８は22.8kcal／kgである。すなわ
ち、本発明によって１１％〜２５％の蒸発潜熱の向上と
なる。
(2)全体傾向：比較例１を沸点範囲５０〜６５℃の本発
明と比較すると、比較例１が20.6kcal／kgであるのに対
して、本発明では22.8〜26.6kcal／kgの蒸発潜熱を得る
ことができる。すなわち、１１〜２９％の蒸発潜熱の向
上となる。
明と比較すると、比較例１が20.6kcal／kgであるのに対
して、本発明では22.8〜26.6kcal／kgの蒸発潜熱を得る
ことができる。すなわち、１１〜２９％の蒸発潜熱の向
上となる。
また、比較例１〜３に示したように純パーフロロ系冷媒
の蒸発潜熱は２０〜２１kcal／kg程度である。一方、本
発明では前述したように22.8〜26.6kcal／kgの蒸発潜熱
である。従って、少なくとも９％以上の蒸発潜熱を向上
することができる。
の蒸発潜熱は２０〜２１kcal／kg程度である。一方、本
発明では前述したように22.8〜26.6kcal／kgの蒸発潜熱
である。従って、少なくとも９％以上の蒸発潜熱を向上
することができる。
本実施例に示すように、蒸発潜熱の向上は、沸点差が大
きくなると顕著である。このように本発明によれば、沸
騰冷却性能を大幅に改善できる。各成分の沸点差が小さ
い程、蒸発潜熱が低くなる傾向にあるが、７０℃以上の
沸点差であれば、蒸発潜熱の向上効果が明らかである。
きくなると顕著である。このように本発明によれば、沸
騰冷却性能を大幅に改善できる。各成分の沸点差が小さ
い程、蒸発潜熱が低くなる傾向にあるが、７０℃以上の
沸点差であれば、蒸発潜熱の向上効果が明らかである。
以上の通り、本発明によれば冷媒の蒸発潜熱が大きいか
ら冷却性能の優れた沸騰冷却装置が得られるという効果
がある。
ら冷却性能の優れた沸騰冷却装置が得られるという効果
がある。
第１図及び第２図は夫々本発明の実施例装置の断面概略
図、第３図は本発明に適用する冷媒の蒸発潜熱の測定装
置の断面概略図である。 １…発熱体、２…容器、３…非共沸混合冷媒、６…管、
８…気泡。
図、第３図は本発明に適用する冷媒の蒸発潜熱の測定装
置の断面概略図である。 １…発熱体、２…容器、３…非共沸混合冷媒、６…管、
８…気泡。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本間 ▲吉▼治 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 中野 文雄 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭49−85567（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−7658（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−7657（ＪＰ，Ａ)
Claims (7)
- 【請求項１】被冷却物を液体に浸漬して冷却する装置で
あって、該液体が相溶する２種以上の成分から成る非共
沸混合冷媒であることを特徴とする沸騰冷却装置。 - 【請求項２】前記非共沸混合冷媒を構成する成分の沸点
差が７０℃以上であることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の沸騰冷却装置。 - 【請求項３】前記成分の内低沸点成分がオクタフルオロ
シクロブタンであることを特徴とする特許請求の範囲第
２項記載の沸騰冷却装置。 - 【請求項４】前記成分の内高沸点成分の沸点は７０℃以
上であることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
沸騰冷却装置。 - 【請求項５】前記高沸点成分がトリフルオロメチル−ウ
ンデカフルオロシクロヘキサン、１，２−ビス（トリフ
ルオロチメル）−デカフルオロシクロヘキサン、オクタ
デカフルオロ〔４．４．０〕デカン、２−ノナフルオロ
ブチル−ヘプタフルオロオキソランから選ばれることを
特徴とする特許請求の範囲第１項または第３項記載の沸
騰冷却装置。 - 【請求項６】前記被冷却物が電子部品であることを特徴
とする特許請求の範囲第１項乃至第５項いずれか記載の
沸騰冷却装置。 - 【請求項７】前記被冷却物が変圧器であることを特徴と
する特許請求の範囲第１項乃至第５項いずれか記載の沸
騰冷却装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59225763A JPH0632408B2 (ja) | 1984-10-29 | 1984-10-29 | 沸騰冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59225763A JPH0632408B2 (ja) | 1984-10-29 | 1984-10-29 | 沸騰冷却装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61104696A JPS61104696A (ja) | 1986-05-22 |
| JPH0632408B2 true JPH0632408B2 (ja) | 1994-04-27 |
Family
ID=16834425
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59225763A Expired - Fee Related JPH0632408B2 (ja) | 1984-10-29 | 1984-10-29 | 沸騰冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0632408B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010065879A (ja) * | 2008-09-09 | 2010-03-25 | Showa Denko Kk | ヒートパイプ |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0456508A3 (en) * | 1990-05-11 | 1993-01-20 | Fujitsu Limited | Immersion cooling coolant and electronic device using this coolant |
| JPH04226057A (ja) * | 1990-05-11 | 1992-08-14 | Fujitsu Ltd | 浸漬液冷用冷媒及びこれを用いた沸騰液冷式電子機器 |
| JP4839890B2 (ja) | 2006-02-28 | 2011-12-21 | ヤマハ株式会社 | 広指向性スピーカシステム |
| WO2016031186A1 (ja) * | 2014-08-27 | 2016-03-03 | 日本電気株式会社 | 相変化冷却装置および相変化冷却方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4985567A (ja) * | 1972-12-25 | 1974-08-16 |
-
1984
- 1984-10-29 JP JP59225763A patent/JPH0632408B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010065879A (ja) * | 2008-09-09 | 2010-03-25 | Showa Denko Kk | ヒートパイプ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61104696A (ja) | 1986-05-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |