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【講演ポイント】
SiC・GaNなどの次世代パワーデバイスや高集積電子機器では、発熱密度の増大に伴い、従来の空冷・単相水冷では対応困難な高熱流束除熱が課題となっている。特に局所ドライアウトによる冷却破綻(限界熱流束:CHF)は、高性能化・高信頼化を阻む重要な制約となっている。
本講演では、高熱流束冷却技術として注目される沸騰冷却について、その基礎と限界を整理するとともに、ハニカム多孔構造を用いたCHF向上技術について解説する。特に、液体供給と蒸気排出を両立する構造設計、毛細管力を活用した液供給機構、ならびに大面積・高熱流束条件における安定冷却メカニズムについて紹介する。
また、多孔質マイクロチャンネル構造への展開や、局所高熱流束を有するパワーデバイス冷却への適用可能性、ならびに今後の高性能熱マネジメント技術の方向性について議論する。
【習得できる知識】
・高熱流束パワーデバイスにおける冷却課題
・沸騰冷却および限界熱流束(CHF)の基礎
・ハニカム多孔構造による高性能冷却メカニズム
・液供給・蒸気排出を考慮した熱設計の考え方
・次世代冷却技術の方向性
【プログラム】
1.高熱流束化するパワーデバイスと冷却課題
1.1 SiC・GaNデバイスの高出力密度化
1.2 高熱流束化と冷却限界
1.3 温度上昇と信頼性低下
1.4 空冷・単相水冷の限界
2.沸騰冷却の基礎と限界熱流束(CHF)
2.1 沸騰冷却の特徴
2.2 沸騰曲線と熱伝達特性
2.3 限界熱流束(CHF)とは何か
2.4 局所ドライアウトによる冷却破綻
3.ハニカム多孔構造による高性能冷却
3.1 ハニカム多孔構造の概要
3.2 毛細管力による液供給
3.3 蒸気排出チャネルの役割
3.4 液供給と蒸気排出の分離設計
3.5 大面積条件における安定冷却
4.限界熱流束(CHF)向上メカニズム
4.1 多孔構造とCHF向上
4.2 構造寸法・厚さの影響
4.3 熱伝達率(HTC)との関係
4.4 従来冷却構造との比較
5.多孔質マイクロチャンネル冷却への展開
5.1 マイクロチャンネル冷却の特徴
5.2 多孔構造との組み合わせ
5.3 液供給・圧力損失・蒸気滞留の課題
5.4 パワーデバイス冷却への適用可能性
6.まとめと今後の展望
6.1 高熱流束冷却技術の方向性
6.2 次世代熱マネジメント技術への展開
【質疑応答】
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