JP2000031362A

JP2000031362A - 沸騰冷却装置

Info

Publication number: JP2000031362A
Application number: JP10197030A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Nagakabe; 長賀部　　博之
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-07-13
Filing date: 1998-07-13
Publication date: 2000-01-28

Abstract

(57)【要約】【課題】容器に気密漏れが生じた場合でも、ある程度
の放熱性能を維持できる沸騰冷却装置１を提供するこ
と。【解決手段】冷媒槽３の中空容器６は、例えば押し出
し成形品で、横幅に対して厚みが薄い偏平形状に設けら
れている。中空容器６の左側半分には、容器内部を通路
状に区画する複数の仕切り壁６ａによって冷媒室８、液
戻り通路９、断熱通路１０が形成され、中空容器６の右
側半分には、中空容器６を厚み方向に貫通する貫通孔１
１が複数形成されている。この貫通孔１１は、中空容器
６の横幅方向に細長く形成され、中空容器６の上下方向
に一定の間隔をあけて複数形成されている。貫通孔１１
には、例えばアルミニウム製の放熱フィン１２が挿入さ
れ、貫通孔１１の内面にろう付け等により熱的に結合し
て取り付けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば電気自動車
のインバータ回路に使用される半導体素子等の発熱体を
冷却するための沸騰冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術として、例えば特開平８−２０
４０７５号公報に記載された沸騰冷却装置がある。この
沸騰冷却装置は、沸騰部と凝縮部とを有する高気密容器
内に冷媒を封入し、その冷媒の沸騰と凝縮の繰り返しに
よる熱輸送によって発熱体を冷却するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の沸騰
冷却装置は、高気密容器に微小のクラック等が発生して
気密漏れが生じると、発熱体の熱を受けて沸騰した冷媒
蒸気が容器の外部へ漏れ出てしまうため、容器内部に封
入されている冷媒が沸騰部と凝縮部とを循環できなくな
る。その結果、発熱体の熱を沸騰部から放熱部へ移動さ
せることが不可能となり、冷却装置としての機能を消失
し、発熱体を冷却することができなくなるという問題が
あった。本発明は、上記事情に基づいて成されたもの
で、その目的は、容器に気密漏れが生じた場合でも、あ
る程度の放熱性能を維持できる沸騰冷却装置を提供する
ことにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】（請求項１の手段）冷媒
槽は、発熱体が取り付けられる取付面の近傍に冷媒槽を
貫通して空けられた貫通空間を有し、この貫通空間に取
付面より熱伝導によって伝わってくる熱を外部流体に放
出するための放熱フィンを配置している。この構成によ
れば、冷媒を封入する容器（冷媒槽と放熱器）に気密漏
れが生じて、冷媒の沸騰と凝縮による熱輸送が不可能に
なっても、放熱フィンを通じて発熱体の熱を外部流体に
放出することができる。この結果、容器に気密漏れが生
じても、ある程度の放熱性能を確保できるため、発熱体
の急激な温度上昇を抑制できる。

【０００５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。（第１実施例）図１は沸騰冷却装置１の正面図、図２は
沸騰冷却装置１の側面図である。沸騰冷却装置１は、例
えば電気自動車のインバータ回路を構成するＩＧＢＴモ
ジュール等の発熱体２（半導体素子）を冷却するもの
で、図１に示すように、内部に液冷媒を溜める冷媒槽３
と、この冷媒槽３の上部に設けられる放熱器４とを備え
る。発熱体２は、図２に示すように、ボルト５の締め付
けによって冷媒槽３の両表面に密着して固定されてい
る。

【０００６】冷媒槽３は、アルミニウム等の熱伝導性に
優れる金属材料より形成された中空容器６と、この中空
容器６の下端部に被せられるエンドタンク７とから成
る。中空容器６は、例えば押し出し成形品で、横幅に対
して厚みが薄い偏平形状に設けられている。図１に示す
中空容器６の左側半分には、図３に示すように、容器内
部を通路状に区画する複数の仕切り壁６ａによって冷媒
室８、液戻り通路９、断熱通路１０が形成され、中空容
器６の右側半分には、中空容器６を厚み方向（図２の左
右方向）に貫通する貫通孔１１が複数形成されている。

【０００７】冷媒室８は、内部に貯留される液冷媒が発
熱体２の熱を受けて沸騰する沸騰領域を形成している。
液戻り通路９は、放熱器４で凝縮した凝縮液が流れ込む
ための通路で、中空容器６の最も外側に形成されてい
る。断熱通路１０は、冷媒室８と液戻り通路９との間を
断熱するために設けられている。貫通孔１１は、図１に
示すように、中空容器６の横幅方向に細長く形成され、
中空容器６の上下方向に一定の間隔をあけて複数形成さ
れている。この貫通孔１１には、例えばアルミニウム製
の放熱フィン１２が挿入され、貫通孔１１の内面にろう
付け等により熱的に結合して取り付けられている。放熱
フィン１２の表面には、図４に示すように、多数のルー
バ１２ａが設けられている。

【０００８】エンドタンク７は、例えば中空容器６と同
じアルミニウム製で、ろう付け等により中空容器６の下
端部に接合されて中空容器６の下端側を閉じている。但
し、エンドタンク７の内側には、図５に示すように、中
空容器６の下端面との間に還流通路１３が形成され、こ
の還流通路１３によって液戻り通路９と冷媒室８及び断
熱通路１０とを相互に連通している。

【０００９】放熱器４は、所謂ドロンカップタイプの熱
交換器で、連結管１４、放熱管１５、及び放熱フィン１
６より構成され、図２に示すように、垂直送風に対応し
ている。連結管１４は、冷媒槽３との連結部であり、冷
媒槽３の上端部に組み付けられている。この連結管１４
は、プレス成形された２枚の成形プレートを互いの外周
縁部で接合して形成され、長手方向（図１の左右方向）
の両端部に円形の連通口１４ａが開口している。連結管
１４の内部には仕切り板１７が設けられ、この仕切り板
１７によって冷媒槽３の冷媒室８と連通する第１の連通
室（図１で仕切り板１７より右側）と、冷媒槽３の液戻
り通路９及び断熱通路１０と連通する第２の連通室（図
１で仕切り板１７より左側）とに仕切られている。ま
た、第１の連通室には、例えばアルミニウム製のインナ
フィン１８が挿入されている。

【００１０】放熱管１５は、プレス成形された２枚の成
形プレートを互いの外周縁部で接合して偏平な中空体に
形成され、長手方向の両端部に円形の連通口１５ａが開
口している。また、放熱管１５の内部には、例えばアル
ミニウム製のインナフィン１９（図２参照）が挿入され
ている。各放熱管１５は、図２に示すように、連結管１
４の両側にそれぞれ複数個ずつ積層されて、互いの連通
口１４ａ、１５ａを通じて相互に連通している。なお、
この放熱管１５は、図１に示すように、若干傾斜した姿
勢で連結管１４に組み付けられている。放熱フィン１６
は、熱伝導性に優れる薄い金属板（例えばアルミニウム
板）を交互に折り曲げて波状に成形されたコルゲートフ
ィンであり、連結管１４と放熱管１５との間、及び積層
された各放熱管１５の間に介在され、連結管１４及び放
熱管１５の表面にろう付け等により接合されている。

【００１１】次に、本実施例の作動を説明する。ａ）沸騰冷却装置１に気密漏れが発生していない場合。発熱体２から発生した熱が冷媒槽３（中空容器６）の壁
面を通じて冷媒室８の液冷媒に伝達されて液冷媒が沸騰
する。沸騰した冷媒は、蒸気となって冷媒室８を上昇
し、冷媒室８から連結管１４の第１の連通室を通って各
放熱管１５へ流入する。放熱管１５へ流入した冷媒蒸気
は、放熱管１５を流れる際に外気との熱交換によって冷
却され、潜熱を放出して放熱管１５の内壁面に凝縮す
る。この冷媒蒸気が凝縮する際に放出された潜熱は、各
放熱管１５の壁面から放熱フィン１６へ伝達され、その
放熱フィン１６より外気に放出される。放熱管１５内で
凝縮して液滴となった凝縮液は、放熱管１５の傾斜方向
に（図１の右側から左側へ）放熱管１５内を流れ、連結
管１４の第２の連通室を通って冷媒槽３の液戻り通路９
へ滴下した後、還流通路１３を通って冷媒室８及び断熱
通路１０へ供給される。

【００１２】ｂ）沸騰冷却装置１に気密漏れが発生した
場合。この場合、発熱体２の熱を受けて沸騰した冷媒蒸気が外
部へ漏れ出てしまうため、冷媒による熱輸送が不可能と
なるが、冷媒槽３に具備された放熱フィン１２を通じて
外気へ放熱することができる。つまり、発熱体２に発生
した熱は、発熱体２が取り付けられている中空容器６の
表面（発熱体２の取付面）から熱伝導によって貫通孔１
１に配されている放熱フィン１２に伝達され、その放熱
フィン１２より外気に放出される。

【００１３】（本実施例の効果）本実施例の沸騰冷却装
置１は、冷媒を封入している容器６（冷媒槽３及び放熱
器４）に気密漏れが生じても、冷媒槽３に具備された放
熱フィン１２を通じて外気へ放熱することができる。こ
の結果、冷媒による熱輸送が不可能になっても、放熱フ
ィン１２からの放熱によってある程度の放熱性能を維持
できるため、図６及び図７に示すように、発熱体２の急
激な温度上昇を抑制でき、温度上昇による発熱体２（半
導体素子）への悪影響を防止できる。この放熱フィン１
２による放熱性能は、放熱フィン１２の総放熱面積、放
熱フィン１２への冷却風速等により規定される。従っ
て、放熱フィン１２からの放熱によって充分な放熱性能
を維持できれば、図６に示すように、冷媒槽３の表面温
度（発熱体２の取付面温度）を発熱体２の許容最高温度
以下に抑えることが可能である。また、放熱フィン１２
からの放熱による放熱性能が低い場合でも、冷媒槽３に
放熱フィン１２を具備していない従来装置と比較して、
図７に示すように、冷媒槽３の表面温度が発熱体２の許
容最高温度を超えるまでの時間をｔ1 からｔ2 （ｔ1 ＜
ｔ2 ）へと延ばすことができる。

【００１４】（第２実施例）図８は沸騰冷却装置１の正
面図である。本実施例は、放熱フィン１２を冷媒槽３
（中空容器６）の上下方向に配置した一例を示すもので
ある。本実施例においても、第１実施例と同様の効果
（容器に気密漏れが生じても、冷媒槽３に具備された放
熱フィン１２を通じて外気へ放熱することができる）を
得ることができる。また、この場合、右方の発熱体の断
熱通路１０への断熱効果をより大きくできる効果もあ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】沸騰冷却装置の正面図である（第１実施例）。

【図２】沸騰冷却装置の側面図である（第１実施例）。

【図３】図１のＡ−Ａ断面面である。

【図４】図１のＢ−Ｂ断面面である。

【図５】エンドタンクの断面図である。

【図６】本実施例の効果を示すグラフである。

【図７】本実施例の効果を示すグラフである。

【図８】沸騰冷却装置の正面図である（第２実施例）。

【符号の説明】

１沸騰冷却装置２発熱体３冷媒槽４放熱器１１貫通孔（貫通空間）１２放熱フィン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に発熱体が取り付けられ、内部に液冷
媒を貯留する冷媒槽と、この冷媒槽で前記発熱体の熱を受けて沸騰した冷媒蒸気
を外部流体との熱交換によって凝縮液化させる放熱器と
を備えた沸騰冷却装置であって、前記冷媒槽は、前記発熱体が取り付けられる取付面の近
傍に前記冷媒槽を貫通して空けられた貫通空間を有し、
この貫通空間に前記取付面より熱伝導によって伝わって
くる熱を外部流体に放出するための放熱フィンを配置し
たことを特徴とする沸騰冷却装置。