JPH11325767A - 沸騰冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 起動時や発熱体の急激な温度上昇など、熱負
荷が急増すると、沸騰器３で発生する蒸気が急増し、沸
騰冷却装置１の高圧側と低圧側との圧力差が大きくな
り、凝縮器４内まで液面が上昇して、凝縮器４が部分的
に凝縮能力を果たさなくなる不具合があった。 【解決手段】 沸騰器３の送風通路には、沸騰器３の上
部に導かれる内気の風量を減らし、逆に沸騰器３の下部
に導かれる内気の風量を増加させる整流板１０が配置さ
れている。沸騰器３の下部は、上部に比較して沸騰が抑
えられるため、熱負荷が急増した場合でも、急激な蒸気
の発生が抑えられ、沸騰冷却装置１の高圧側と低圧側と
の圧力差の増加が抑えられる。このため、凝縮器４内ま
で液面が上昇する不具合がなく、常に凝縮器４全体を有
効に使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発熱体を収納する
筐体内を冷却する沸騰冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術として、例えば、特開昭５６−
１１９４９２号公報に開示された技術が知られている。
この沸騰冷却装置は、沸騰器と凝縮器とを環状に連結し
て蒸気と凝縮液との二相流自然循環ループを構成するも
のである。これによれば、沸騰器で沸騰した蒸気冷媒
は、蒸気上昇管を通って凝縮器へ流入し、凝縮器で放熱
して液化した冷媒は、液戻り管を通って沸騰器へ戻る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】沸騰冷却装置の起動時
や、発熱体の急激な温度上昇など、沸騰冷却装置に対す
る熱負荷が急激に上昇する場合がある。このような場合
では、沸騰器で発生する蒸気量が急増し、沸騰冷却装置
の高圧側（蒸気上昇管側）の圧力が急上昇して低圧側
（液戻り管側）との圧力差（ヘッド差）が大きくなって
しまう。この圧力差の増加によって、沸騰冷却装置の低
圧側の液面が上昇し、凝縮器内まで冷媒の液面が上昇し
てしまう。ここで、凝縮器は、各チューブへの蒸気の分
配が不均一の傾向がある。このため、凝縮器内に冷媒の
液面が上昇すると、蒸気の分配量の少ない側のチューブ
内に液冷媒が流入し、その状態で安定化してしまい、部
分的に凝縮器としての機能を果たさなくなってしまう
（図５参照）。

【０００４】

【発明の目的】本発明は、上記の事情に基づいて成され
たもので、その目的は、熱負荷が急激に上昇する場合が
あっても、沸騰器で発生する蒸気量の急増を防ぎ、低温
側熱交換器の凝縮性能の低下を抑制できる沸騰冷却装置
の提供にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】〔請求項１の手段〕請求
項１を採用したことにより、沸騰器の送風通路に配置さ
れた整流板によって、沸騰器の下部に風量が集中する。
沸騰器の下部は、上部に比較して冷媒の沸騰が抑えられ
る。このため、沸騰冷却装置の起動時や、発熱体の急激
な温度上昇など、沸騰冷却装置に対する熱負荷が急激に
上昇しても、沸騰器での蒸気量の急増が防がれ、凝縮器
内に冷媒の液面が上昇する不具合が抑えられる。この結
果、凝縮器の全体を有効に使うことができる。

【０００６】〔請求項２の手段〕請求項２を採用したこ
とにより、沸騰冷却装置の起動時や、発熱体の急激な温
度上昇など、沸騰冷却装置に対する熱負荷が急激に上昇
するような場合では、内気ファン駆動装置が、内気ファ
ンの回転数を低回転から徐々に上げる。内気ファンの回
転数が低回転の状態では、沸騰器に与えられる熱量が少
なく冷媒の沸騰が抑えられ、回転数の上昇によって徐々
に冷媒の沸騰量が多くなる。このように、沸騰冷却装置
に対する熱負荷が急激に上昇するような場合でも、沸騰
器での蒸気量の急増を防ぐことができ、凝縮器内に冷媒
の液面が上昇する不具合を抑えることができる。この結
果、凝縮器の全体を有効に使うことができる。

【０００７】〔請求項３の手段〕請求項３を採用したこ
とにより、沸騰冷却装置の起動時や、発熱体の急激な温
度上昇など、沸騰冷却装置に対する熱負荷が急激に上昇
するような場合では、整流板駆動装置が沸騰器の送風通
路に配置された整流板を駆動して、沸騰器の下部に風量
を集中させる。沸騰器の下部は、上部に比較して冷媒の
沸騰が抑えられる。このように、沸騰冷却装置に対する
熱負荷が急激に上昇するような場合でも、沸騰器での蒸
気量の急増を防ぐことができ、凝縮器内に冷媒の液面が
上昇する不具合を抑えることができる。この結果、凝縮
器の全体を有効に使うことができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を、複
数の実施例を用いて説明する。 （第１実施例）図１は沸騰冷却装置１を筐体２に組付け
た状態を示す概略側面図である。沸騰冷却装置１は、筐
体２の内部に配置される沸騰器３、筐体２の外部に配置
される凝縮器４、沸騰器３と凝縮器４とを連結する配管
（蒸気上昇管５と液戻り管６）、沸騰器３に内気を送風
する内気ファン７、凝縮器４に外気を送風する外気ファ
ン８等より構成され、内部の密閉空間に所定量の冷媒
（例えば、ＨＦＣ１３４ａ等のフロン系冷媒）が封入さ
れている。筐体２は、例えば携帯電話等の移動無線電話
の基地局であり、内部に発熱体である通信機器（図示し
ない）を収納している。

【０００９】沸騰器３および凝縮器４は、並列に配置さ
れた複数本のチューブと、各チューブの端に接続された
ヘッダと、各チューブ間に配置されたコルゲートフィン
とから構成され、一体ろう付けされたもので、各構成部
品は伝熱性に優れた金属（例えば、アルミニウムや銅
等）からなる。また、沸騰器３および凝縮器４は、筐体
２の縦壁面２ａに対してそれぞれ所定角度傾斜した姿勢
で取り付けられている。

【００１０】蒸気上昇管５および液戻り管６は、例えば
アルミニウム等の金属パイプを所定の長さに切断して使
用されるもので、蒸気上昇管５は沸騰器３で発生した蒸
気冷媒を凝縮器４の上部のヘッダ内へ導き、液戻り管６
は凝縮器４の下部のヘッダ内に収集された液冷媒を沸騰
器３の下部のヘッダ内へ導くものである。なお、蒸気上
昇管５および液戻り管６は、筐体２の縦壁面２ａに空け
られた貫通孔を通って沸騰器３と凝縮器４とを連結して
いる。

【００１１】内気ファン７は、例えば軸流式ファンで、
沸騰器３の上部に複数個取り付けられ、筐体２内の内気
（発熱体の発生する熱によって高温になっている）を沸
騰器３に送風するものである。外気ファン８は、例えば
内気ファン７より大型の軸流式ファンで、凝縮器４の上
部に取り付けられ、低温の外気を送風機に送風するもの
である。なお、この外気ファン８は、凝縮器４とともに
ケーシング９に収容され、そのケーシング９を介して筐
体２の縦壁面２ａに固定されている。内気ファン７およ
び外気ファン８は、図示しない制御回路によって通電制
御されている。

【００１２】内気ファン７による沸騰器３の送風通路に
は、沸騰器３の下部に風量を集中させる整流板１０が配
置されている。この実施例の整流板１０は、沸騰器３の
上流側において沸騰器３を上部と下部とに仕切るように
固定配置されたもので、沸騰器３の上部に導かれる内気
の風量割合を減らし、逆に下部に導かれる内気の風量割
合を増加するように、整流板１０が沸騰器３の上部を塞
ぐ方向に傾斜して配置されている。

【００１３】沸騰冷却装置１の作動を説明する。沸騰冷
却装置１の運転状態では、内気ファン７の作動によって
筐体２内の高温内気が沸騰器３に送風され、外気ファン
８の作動によって低温外気が凝縮器４に送風される。沸
騰器３内では液冷媒が高温内気から受熱して沸騰する。
沸騰した蒸気冷媒は、蒸気上昇管５を通って上昇し、低
温外気に晒されて低温、低圧になっている凝縮器４に導
かれる。凝縮器４に導かれた蒸気冷媒は、外気ファン８
によって通過する低温外気に熱を奪われてチューブの内
壁に液化凝縮し、自重により下部に滴下する。滴下した
液冷媒は、液戻り管６を通って下降し、沸騰器３の下部
に戻され、上記のサイクルを繰り返す。以上のように、
冷媒が沸騰と凝縮とを繰り返して沸騰器３と凝縮器４と
を循環することにより、高温内気と低温外気とが混合す
ることなく、筐体２内の熱を外部へ効率良く排出させる
ことができ、筐体２内の温度上昇が抑制できる。

【００１４】（第１実施例の効果）沸騰冷却装置１の起
動開始時は、内気が内気ファン７によって沸騰器３に送
風開始され、沸騰冷却装置１の熱負荷が急激に大きくな
る。また、例えば自然災害の発生時等、急激に発熱体で
ある通信機器の負荷が大きくなり、沸騰冷却装置１に対
する熱負荷が急激に大きくなる場合がある。このよう
に、熱負荷が急激に上昇した場合であっても、沸騰器３
の送風通路に配置された整流板１０によって、沸騰器３
の下部に高温内気の風量が集中する。沸騰器３の下部
は、上部に比較して冷媒の沸騰が抑えられる。このた
め、沸騰器３での蒸気量の急増が防がれることとなり、
沸騰冷却装置１の高圧側と低圧側との圧力差（ヘッド
差）の増加が抑えられ、結果的に沸騰冷却装置１の低圧
側の液面の上昇が抑えられ、凝縮器４内に冷媒の液面が
上昇する不具合がない。この結果、従来の不具合（凝縮
器４内に上昇した液冷媒が、蒸気の分配量の少ない側の
チューブ内に流入し、その状態で安定化してしまい、部
分的に凝縮機能を果たさなくなってしまう不具合）の発
生がなく、常に凝縮器４全体を有効に使用できる。言い
換えれば、凝縮器４の送風通路に整流板１０を配置しな
い従来装置に比較して、凝縮器４の放熱能力を向上でき
る。

【００１５】（第１実施例の変形例）上記の第１実施例
では整流板１０を沸騰器３の上流側に固定配置した例を
示したが、図２に示すように、沸騰器３の下流側の送風
通路に整流板１０を配置しても良い。この整流板１０
は、沸騰器３の下流側に固定配置されたもので、沸騰器
３の上部に導かれる内気の風量割合を減らし、逆に下部
に導かれる内気の風量割合を増加するように配置されて
いる。

【００１６】（第２実施例）図３は内気ファン７の制御
ブロック図である。この第２実施例は、内気ファン７の
回転数を制御することで、従来の不具合を解決するもの
である。内気ファン７の回転数を制御する内気ファン駆
動装置１１は、沸騰器３への急激な熱負荷の上昇を検出
する検出手段を具備し、この検出手段によって急激な熱
負荷の上昇を検出した際に、沸騰器３に入力する熱量が
少量から徐々に多くなるように、内気ファン７の回転数
を低回転から徐々に上げるものである。

【００１７】沸騰器３への急激な熱負荷の上昇を検出す
る検出手段として、この実施例では、沸騰冷却装置１の
起動開始を検出する手段と、運転中における急激な熱負
荷の上昇を検出する手段とを採用する。沸騰冷却装置１
の起動開始を検出する手段は、例えば沸騰冷却装置１の
起動スイッチであり、内気ファン駆動装置１１は、起動
スイッチがONされた際に内気ファン７の回転数を低回転
から徐々に上げ定常回転数に到達させるものである。

【００１８】一方、運転中に熱負荷の上昇を検出する手
段として熱負荷検出センサ１２を用いている。この熱負
荷検出センサ１２は、沸騰器３の熱負荷情報を内気ファ
ン駆動装置１１に与えるもので、発熱体である通信機器
の消費電流や温度など、発熱体の発生する熱量を直接的
に検出するセンサを用いても良いし、沸騰器３の吸気温
度や排気温度など、発熱体の発生した熱量を間接的に検
出するセンサを用いても良い。そして、内気ファン駆動
装置１１は、熱負荷検出センサ１２によって急激な熱負
荷の上昇を検出した際に、内気ファン７の回転数を一旦
落とし（例えば、一端OFF ）、その後、低回転から徐々
に定常回転数に復帰させるものである。

【００１９】（第２実施例の効果）沸騰冷却装置１の起
動開始時は、内気ファン７の回転速度が徐々に上昇して
定常回転に到る。内気ファン７の回転数が低回転の状態
では、沸騰器３に与えられる熱量が少なく、回転の上昇
によって徐々に与えられる熱量が増加するため、沸騰器
３での蒸気量の急増が防がれる。また、沸騰冷却装置１
の運転中において急激に発熱体である通信機器の負荷が
大きくなった場合は、内気ファン７の回転数が一旦落と
され、徐々に上昇して定常回転に到る。内気ファン７の
回転数が一旦落とされて低回転の状態では、沸騰器３に
与えられる熱量が少なく、回転の上昇によって徐々に与
えられる熱量が増加するため、沸騰器３での蒸気量の急
増が防がれる。このように、沸騰器３での蒸気量の急増
が防がれるため、沸騰冷却装置１の高圧側と低圧側との
圧力差の増加が抑えられ、結果的に沸騰冷却装置１の低
圧側の液面の上昇が抑えられ、凝縮器４内に冷媒の液面
が上昇する不具合がない。この結果、第１実施例の効果
と同様、従来の不具合の発生がなく、常に凝縮器４全体
を有効に使用できる。

【００２０】（第３実施例）図４は整流板１０の制御ブ
ロック図である。この第３実施例は、沸騰器３への急激
な熱負荷変動に対応して整流板１０の角度を変化させる
ものである。この第３実施例の整流板１０は、整流板駆
動装置１３によって傾斜角度が可変可能に設けられて、
傾斜角度を変化させることによって沸騰器３の上部と下
部との風量割合を可変するように設けられている。な
お、この実施例の整流板駆動装置１３は、モータ等のア
クチュエータと、このアクチュエータを電気的に制御す
る制御回路とからなる。

【００２１】整流板駆動装置１３は、第２実施例と同
様、沸騰器３への急激な熱負荷の上昇を検出する検出手
段を具備し、この検出手段によって急激な熱負荷の上昇
を検出した際に、沸騰器３の下部に風量が集中するよう
に整流板１０を駆動するものである。また、整流板駆動
装置１３は、沸騰器３への熱負荷が急減した場合に、沸
騰器３の上部に風量が集中するように整流板１０を駆動
するように設けられている。なお、急激な熱負荷変動が
生じていない場合（定常運転時）は、沸騰器３の上下に
均等に内気が供給されるように、整流板駆動装置１３が
整流板１０を設定するものである。

【００２２】沸騰器３への急激な熱負荷の上昇を検出す
る検出手段として、第２実施例と同様、沸騰冷却装置１
の起動開始を検出する手段と、運転中における急激な熱
負荷の変動を検出する手段とを採用する。沸騰冷却装置
１の起動開始を検出する手段は、例えば沸騰冷却装置１
の起動スイッチであり、整流板駆動装置１３は、起動ス
イッチがONされた際に、沸騰器３の下部に風量が集中す
るように整流板１０を駆動するものである。

【００２３】運転中に熱負荷の急変を検出する手段とし
て熱負荷検出センサ１２を用いている。この熱負荷検出
センサ１２は、熱負荷情報を整流板駆動装置１３に与え
るもので、第２実施例で示したように、発熱体である通
信機器の消費電流や温度など、発熱体の発生する熱量を
直接的に検出するセンサを用いても良いし、沸騰器３の
吸気温度や排気温度など、発熱体の発生した熱量を間接
的に検出するセンサを用いても良い。整流板駆動装置１
３は、熱負荷検出センサ１２によって急激な熱負荷の上
昇を検出した際に、沸騰器３の下部に風量が集中するよ
うに整流板１０を駆動し、逆に熱負荷の急減を検出した
際に、沸騰器３の上部に風量が集中するように整流板１
０を駆動するものである。

【００２４】（第３実施例の効果）沸騰冷却装置１の起
動開始時や、沸騰冷却装置１の運転中において急激に発
熱体である通信機器の負荷が大きくなった場合は、整流
板１０が駆動されて沸騰器３の下部に風量が集中する。
沸騰器３の下部は、上部に比較して冷媒の沸騰が抑えら
れため、沸騰器３での蒸気量の急増が防がれる。このよ
うに、沸騰器３での蒸気量の急増が防がれることによ
り、沸騰冷却装置１の高圧側と低圧側との圧力差の増加
が抑えられ、結果的に沸騰冷却装置１の低圧側の液面の
上昇が抑えられ、凝縮器４内に冷媒の液面が上昇する不
具合がない。この結果、第１、第２実施例の効果と同
様、従来の不具合の発生がなく、常に凝縮器４全体を有
効に使用できる。また、沸騰冷却装置１の運転中に熱負
荷が急減した場合は、整流板１０が駆動されて沸騰器３
の上部に風量が集中する。沸騰器３の上部は、下部に比
較して冷媒が沸騰しやすい。このため、熱負荷が急減し
た場合でも、沸騰器３での蒸気量の低下が防がれ、沸騰
冷却装置１の冷却能力の低下を防ぐことができる。

【００２５】（第３実施例の変形例）上記の第３実施例
では、整流板駆動装置１３（アクチュエータおよび制御
回路からなる）と、熱負荷検出センサ１２とを用いて熱
負荷が急変した場合に整流板１０を駆動する例を示した
が、バイメタル等の温度感応変形素子を用いて整流板１
０を駆動しても良い。この温度感応変形素子により、整
流板駆動装置１３と熱負荷検出センサ１２とを兼用でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】沸騰冷却装置の概略側面図である（第１実施
例）。

【図２】沸騰冷却装置の概略側面図である（第１実施例
の変形例）。

【図３】内気ファンの制御ブロック図である（第２実施
例）。

【図４】整流板の制御ブロック図である（第３実施
例）。

【図５】凝縮器の断面図である（従来例）。

【符号の説明】

１ 沸騰冷却装置 ２ 筐体 ３ 沸騰器 ４ 凝縮器 ７ 内気ファン ８ 外気ファン １０ 整流板 １１ 内気ファン駆動装置 １２ 熱負荷検出センサ（熱負荷の変動を検出する検
出手段） １３ 整流板駆動装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発熱体を収納する筐体内を冷却する沸騰冷
   却装置であって、 前記筐体内の内気から受熱して沸騰する液冷媒が封入さ
   れた沸騰器と、 この沸騰器で発生した蒸気冷媒を前記筐体外の外気によ
   って液化凝縮させる凝縮器と、 前記沸騰器に内気流を生じさせる内気ファンと、 前記凝縮器に外気流を生じさせる外気ファンと、 前記沸騰器の送風通路に配置され、前記沸騰器の下部に
   風量を集中させる整流板と、を備えることを特徴とする
   沸騰冷却装置。
2. 【請求項２】発熱体を収納する筐体内を冷却する沸騰冷
   却装置であって、 前記筐体内の内気から受熱して沸騰する液冷媒が封入さ
   れた沸騰器と、 この沸騰器で発生した蒸気冷媒を前記筐体外の外気によ
   って液化凝縮させる凝縮器と、 前記沸騰器に内気流を生じさせる内気ファンと、 前記凝縮器に外気流を生じさせる外気ファンと、 前記沸騰器への急激な熱負荷の上昇を検出する検出手段
   を具備し、この検出手段によって急激な熱負荷の上昇を
   検出した際に、前記沸騰器に入力する熱量が少量から徐
   々に多くなるように、前記内気ファンの回転数を低回転
   から徐々に上げる内気ファン駆動装置と、を備えること
   を特徴とする沸騰冷却装置。
3. 【請求項３】発熱体を収納する筐体内を冷却する沸騰冷
   却装置であって、 前記筐体内の内気から受熱して沸騰する液冷媒が封入さ
   れた沸騰器と、 この沸騰器で発生した蒸気冷媒を前記筐体外の外気によ
   って液化凝縮させる凝縮器と、 前記沸騰器に内気流を生じさせる内気ファンと、 前記凝縮器に外気流を生じさせる外気ファンと、 前記沸騰器の送風通路に設けられ、前記沸騰器の上部と
   下部との風量割合を可変する整流板と、 前記沸騰器への急激な熱負荷の上昇を検出する検出手段
   を具備し、この検出手段によって急激な熱負荷の上昇を
   検出した際に、前記沸騰器の下部に風量が集中するよう
   に前記整流板を駆動する整流板駆動装置と、を備えるこ
   とを特徴とする沸騰冷却装置。