JP2003051689A - 発熱素子用冷却装置 - Google Patents
発熱素子用冷却装置Info
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- H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
- H01L23/4735—Jet impingement
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
- F28F3/12—Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 冷却媒体による冷却を過渡的にも均一に行う
ことができ、発熱素子に対して大きな熱応力が加わるの
を防止することができるようにすること。 【解決手段】 冷媒導入室３に導入された冷却媒体１０
は、中央噴出口７から噴出されて第１の冷媒接触室４内
で発熱素子１の裏面側に衝突して冷却作用を行う。以
下、同様にして、冷却媒体１０は第２の冷媒接触室５、
第３の冷媒接触室６で冷却作用を行う。周辺噴出口８，
９は中央噴出口７を中心にして放射状に広がるように形
成されており、ほぼ同じ程度の温度に冷却されるため、
各発熱素子１に大きな引っ張り熱応力が発生することは
ない。
ことができ、発熱素子に対して大きな熱応力が加わるの
を防止することができるようにすること。 【解決手段】 冷媒導入室３に導入された冷却媒体１０
は、中央噴出口７から噴出されて第１の冷媒接触室４内
で発熱素子１の裏面側に衝突して冷却作用を行う。以
下、同様にして、冷却媒体１０は第２の冷媒接触室５、
第３の冷媒接触室６で冷却作用を行う。周辺噴出口８，
９は中央噴出口７を中心にして放射状に広がるように形
成されており、ほぼ同じ程度の温度に冷却されるため、
各発熱素子１に大きな引っ張り熱応力が発生することは
ない。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷却媒体との熱交
換作用により発熱素子に対する冷却を行う発熱素子用冷
却装置に関するものである。
換作用により発熱素子に対する冷却を行う発熱素子用冷
却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】インバータなどの電力変換器をはじめと
する種々の機器にはＩＧＢＴなどの半導体素子が用いら
れている。これらの半導体素子は機器の運転中に発熱
し、その温度がかなりの程度上昇する発熱素子である。
また、これらの半導体素子の耐熱温度については所定の
値が規定されているため、機器の運転中は半導体素子に
対する冷却を行って温度が一定値以上に上昇するのを防
止しなければならない。したがって、半導体素子に対し
て効率良い冷却を行うことができるか否かは、機器の性
能にとって極めて重要である。
する種々の機器にはＩＧＢＴなどの半導体素子が用いら
れている。これらの半導体素子は機器の運転中に発熱
し、その温度がかなりの程度上昇する発熱素子である。
また、これらの半導体素子の耐熱温度については所定の
値が規定されているため、機器の運転中は半導体素子に
対する冷却を行って温度が一定値以上に上昇するのを防
止しなければならない。したがって、半導体素子に対し
て効率良い冷却を行うことができるか否かは、機器の性
能にとって極めて重要である。
【０００３】図１４は、従来の発熱素子用冷却装置の構
成を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面
図である。これらの図において、発熱素子１０１はヒー
トシンク１０２の表面に碁盤目状に配列されている。ヒ
ートシンク１０２は、銅やアルミニウムなど熱伝導性の
良好な材料により形成されており、内部には複数個所の
折曲点を有する冷媒流路１０３が形成されている。そし
て、冷媒流入口１０４から冷却媒体（例えば、水などの
液体）１０６が送り込まれると、この冷却媒体１０６は
冷媒流路１０３内を蛇行しながら進行するが、この進行
中における冷却媒体１０６の熱交換作用により各発熱素
子１０１に対する冷却が均一に行われる。そして、熱交
換を終えた冷却媒体１０６は冷媒流出口１０５からヒー
トシンク１０２の外部に排出されるようになっている。
成を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面
図である。これらの図において、発熱素子１０１はヒー
トシンク１０２の表面に碁盤目状に配列されている。ヒ
ートシンク１０２は、銅やアルミニウムなど熱伝導性の
良好な材料により形成されており、内部には複数個所の
折曲点を有する冷媒流路１０３が形成されている。そし
て、冷媒流入口１０４から冷却媒体（例えば、水などの
液体）１０６が送り込まれると、この冷却媒体１０６は
冷媒流路１０３内を蛇行しながら進行するが、この進行
中における冷却媒体１０６の熱交換作用により各発熱素
子１０１に対する冷却が均一に行われる。そして、熱交
換を終えた冷却媒体１０６は冷媒流出口１０５からヒー
トシンク１０２の外部に排出されるようになっている。
【０００４】なお、この従来例では発熱素子１０１が碁
盤目状に配列された例を示したが、発熱素子１０１は千
鳥状に配列されることもある。図１５は、碁盤目状配列
と千鳥状配列との相違を示すための説明図である。碁盤
目状配列は（ａ）に示すように、各列及び各行において
発熱素子１０１の位置が揃っている配列であり、千鳥状
配列は（ｂ）に示すように、或る行の発熱素子１０１
と、これに隣接する行の発熱素子１０１との位置がずれ
ているような配列である。
盤目状に配列された例を示したが、発熱素子１０１は千
鳥状に配列されることもある。図１５は、碁盤目状配列
と千鳥状配列との相違を示すための説明図である。碁盤
目状配列は（ａ）に示すように、各列及び各行において
発熱素子１０１の位置が揃っている配列であり、千鳥状
配列は（ｂ）に示すように、或る行の発熱素子１０１
と、これに隣接する行の発熱素子１０１との位置がずれ
ているような配列である。
【０００５】図１６は、図１４とは別の従来装置の構成
を示す概略図であり、（ａ）は正面方向の断面図、
（ｂ）は側面方向の断面図である。これらの図におい
て、発熱素子１０１は、モジュール型素子１０７の１構
成要素として組み込まれ、プレート部材１０８上に配列
されている。そして、発熱素子１０１の周囲はカバー部
材１０９により覆われ、プレート部材１０８の周辺部は
取付ネジ１１０によりヒートシンク１０２に取り付けら
れている。ヒートシンク１０２は、図１４の従来装置と
同様に、冷却媒体１０６により発熱素子１０１に対する
冷却を行うものであり、放熱フィン１１１、及び冷却媒
体１０６の流路となるチャンネル１１２が形成されてい
る。
を示す概略図であり、（ａ）は正面方向の断面図、
（ｂ）は側面方向の断面図である。これらの図におい
て、発熱素子１０１は、モジュール型素子１０７の１構
成要素として組み込まれ、プレート部材１０８上に配列
されている。そして、発熱素子１０１の周囲はカバー部
材１０９により覆われ、プレート部材１０８の周辺部は
取付ネジ１１０によりヒートシンク１０２に取り付けら
れている。ヒートシンク１０２は、図１４の従来装置と
同様に、冷却媒体１０６により発熱素子１０１に対する
冷却を行うものであり、放熱フィン１１１、及び冷却媒
体１０６の流路となるチャンネル１１２が形成されてい
る。
【０００６】そして、この図１６の冷却装置において
も、冷媒流入口１０４から冷却媒体１０６が送り込まれ
ると、この冷却媒体１０６は放熱フィン１１１の間のチ
ャンネル１１２を進行し、この進行中における冷却媒体
１０６の熱交換作用により各発熱素子１０１に対する冷
却が均一に行われる。
も、冷媒流入口１０４から冷却媒体１０６が送り込まれ
ると、この冷却媒体１０６は放熱フィン１１１の間のチ
ャンネル１１２を進行し、この進行中における冷却媒体
１０６の熱交換作用により各発熱素子１０１に対する冷
却が均一に行われる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、各発熱
素子１０１に対する冷却はヒートシンク１０２内を流れ
る冷却媒体１０６の熱交換作用により均一に行われるよ
うになっているが、均一とはいっても、冷却媒体１０６
の流路となる部分とそれ以外の部分とではある程度の温
度差が生じるため、全く均一というわけではない。
素子１０１に対する冷却はヒートシンク１０２内を流れ
る冷却媒体１０６の熱交換作用により均一に行われるよ
うになっているが、均一とはいっても、冷却媒体１０６
の流路となる部分とそれ以外の部分とではある程度の温
度差が生じるため、全く均一というわけではない。
【０００８】さらに、従来の冷却装置では、冷却媒体１
０６は冷媒流路１０３又はチャンネル１１２を進行する
ために、冷媒流入口１０４から冷媒流出口１０５に至る
までにある程度の時間がかかることが避けられない。そ
のため、過渡的には冷却媒体１０６が到達した部分と未
だ到達していない部分との温度差が大きくなってしまう
ことになる。例えば、図１４（ａ）に示した、点Ｐ1と
点Ｐ2とは互いに隣接する各発熱素子１０１上の位置で
あり両地点の距離は短いものである。しかし、冷媒流路
１０３は蛇行した形状であるため、点Ｐ1の部分が冷却
媒体１０６により冷却されていても、未だ点Ｐ2の部分
は冷却されておらず、両地点間の温度差が大きくなって
しまう状態が発生する。それ故、これらの間に大きな引
っ張り熱応力が発生し、この熱応力が発熱素子１０１に
も加わってしまう結果となる。
０６は冷媒流路１０３又はチャンネル１１２を進行する
ために、冷媒流入口１０４から冷媒流出口１０５に至る
までにある程度の時間がかかることが避けられない。そ
のため、過渡的には冷却媒体１０６が到達した部分と未
だ到達していない部分との温度差が大きくなってしまう
ことになる。例えば、図１４（ａ）に示した、点Ｐ1と
点Ｐ2とは互いに隣接する各発熱素子１０１上の位置で
あり両地点の距離は短いものである。しかし、冷媒流路
１０３は蛇行した形状であるため、点Ｐ1の部分が冷却
媒体１０６により冷却されていても、未だ点Ｐ2の部分
は冷却されておらず、両地点間の温度差が大きくなって
しまう状態が発生する。それ故、これらの間に大きな引
っ張り熱応力が発生し、この熱応力が発熱素子１０１に
も加わってしまう結果となる。
【０００９】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、冷却媒体による冷却が過渡的にも均一に行わ
れ、発熱素子に対して大きな熱応力が加わるのを防止す
ることが可能な発熱素子用冷却装置を提供することを目
的としている。
であり、冷却媒体による冷却が過渡的にも均一に行わ
れ、発熱素子に対して大きな熱応力が加わるのを防止す
ることが可能な発熱素子用冷却装置を提供することを目
的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、請求項１記載の発明は、複数個の発熱素
子が表面に略放射状に配設され、内部に形成された冷媒
流路に冷却媒体を流すことにより前記発熱素子に対する
冷却を行うヒートシンクを備えた発熱素子用冷却装置に
おいて、前記ヒートシンクは、前記冷媒流路に形成され
冷媒流入口からの冷却媒体の導入を行う冷媒導入室と、
前記冷媒流路に形成され前記冷媒導入室からの冷媒を前
記発熱素子が配設された個所の裏面に接触させる冷媒接
触室と、を有しており、前記冷媒導入室とこれに隣接す
る冷媒接触室との間には前記冷却媒体を前記裏面に向け
て噴出させるための噴出口が形成されている、ことを特
徴とする。
の手段として、請求項１記載の発明は、複数個の発熱素
子が表面に略放射状に配設され、内部に形成された冷媒
流路に冷却媒体を流すことにより前記発熱素子に対する
冷却を行うヒートシンクを備えた発熱素子用冷却装置に
おいて、前記ヒートシンクは、前記冷媒流路に形成され
冷媒流入口からの冷却媒体の導入を行う冷媒導入室と、
前記冷媒流路に形成され前記冷媒導入室からの冷媒を前
記発熱素子が配設された個所の裏面に接触させる冷媒接
触室と、を有しており、前記冷媒導入室とこれに隣接す
る冷媒接触室との間には前記冷却媒体を前記裏面に向け
て噴出させるための噴出口が形成されている、ことを特
徴とする。
【００１１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記複数個の発熱素子は、前記ヒートシン
クの表面に碁盤目状又は千鳥状に配列されており、前記
冷媒導入室は、中央又は中央付近に配設された前記発熱
素子の裏面側に形成されており、前記冷媒接触室は、前
記冷媒導入室を発熱素子配設面方向において囲むように
形成された第１の冷媒接触室、及びこの第１の冷媒接触
室以降の第Ｍ−１の冷媒接触室を発熱素子配設面方向に
おいて囲むように形成された第Ｍ（Ｍは２〜Ｎの任意の
値）の冷媒接触室のＮ（Ｎは２以上の整数）個の室によ
り構成されており、前記冷媒導入室とこれに隣接する第
１の冷媒接触室との間に形成された噴出口は、これらの
室の中心位置に形成された１つの中央噴出口であり、第
Ｍ−１の冷媒接触室と第Ｍの冷媒接触室との間には前記
冷却媒体を前記裏面に向けて噴出させるための複数の噴
出口が形成され、この複数の噴出口は前記中央噴出口を
中心として放射状に位置するように形成された周辺噴出
口であり、しかも、前記中央噴出口が最大径を有し、前
記周辺噴出口はこの中央噴出口から離間するに従って次
第に径が小さくなっていくものである、ことを特徴とす
る。
明において、前記複数個の発熱素子は、前記ヒートシン
クの表面に碁盤目状又は千鳥状に配列されており、前記
冷媒導入室は、中央又は中央付近に配設された前記発熱
素子の裏面側に形成されており、前記冷媒接触室は、前
記冷媒導入室を発熱素子配設面方向において囲むように
形成された第１の冷媒接触室、及びこの第１の冷媒接触
室以降の第Ｍ−１の冷媒接触室を発熱素子配設面方向に
おいて囲むように形成された第Ｍ（Ｍは２〜Ｎの任意の
値）の冷媒接触室のＮ（Ｎは２以上の整数）個の室によ
り構成されており、前記冷媒導入室とこれに隣接する第
１の冷媒接触室との間に形成された噴出口は、これらの
室の中心位置に形成された１つの中央噴出口であり、第
Ｍ−１の冷媒接触室と第Ｍの冷媒接触室との間には前記
冷却媒体を前記裏面に向けて噴出させるための複数の噴
出口が形成され、この複数の噴出口は前記中央噴出口を
中心として放射状に位置するように形成された周辺噴出
口であり、しかも、前記中央噴出口が最大径を有し、前
記周辺噴出口はこの中央噴出口から離間するに従って次
第に径が小さくなっていくものである、ことを特徴とす
る。
【００１２】請求項３記載の発明は、請求項２記載の発
明において、前記複数個の発熱素子が配設されるヒート
シンクの表面は両側の２つの表面であり、前記第１乃至
第Ｎの冷媒接触室及び前記各噴出口は、これら２つの表
面のそれぞれに対応して形成されている、ことを特徴と
する。
明において、前記複数個の発熱素子が配設されるヒート
シンクの表面は両側の２つの表面であり、前記第１乃至
第Ｎの冷媒接触室及び前記各噴出口は、これら２つの表
面のそれぞれに対応して形成されている、ことを特徴と
する。
【００１３】請求項４記載の発明は、請求項３記載の発
明において、前記冷媒流入口から前記冷媒導入室に至る
流路が１つである、ことを特徴とする。
明において、前記冷媒流入口から前記冷媒導入室に至る
流路が１つである、ことを特徴とする。
【００１４】請求項５記載の発明は、請求項３記載の発
明において、前記冷媒流入口から前記冷媒導入室に至る
流路が互いに対向する２つのものである、ことを特徴と
する。
明において、前記冷媒流入口から前記冷媒導入室に至る
流路が互いに対向する２つのものである、ことを特徴と
する。
【００１５】請求項６記載の発明は、請求項５記載の発
明において、前記冷媒導入室に至る互いに対向する２つ
の流路は、各導入口が互いにずれた位置に形成されてお
り、各導入口から冷媒導入室内に導入された冷却媒体が
旋回するようになっている、ことを特徴とする。
明において、前記冷媒導入室に至る互いに対向する２つ
の流路は、各導入口が互いにずれた位置に形成されてお
り、各導入口から冷媒導入室内に導入された冷却媒体が
旋回するようになっている、ことを特徴とする。
【００１６】請求項７記載の発明は、請求項５記載の発
明において、前記冷媒導入室に、前記互いに対向する２
つの各流路から導入された各冷却媒体を仕切る仕切板を
設けた、ことを特徴とする。
明において、前記冷媒導入室に、前記互いに対向する２
つの各流路から導入された各冷却媒体を仕切る仕切板を
設けた、ことを特徴とする。
【００１７】請求項８記載の発明は、プレート部材の表
面に複数の発熱素子が配設され、これらの発熱素子の周
囲をカバー部材で覆ったモジュール型素子を冷却するヒ
ートシンクを備えた発熱素子用冷却装置において、前記
ヒートシンクは、冷媒導入口からの冷却媒体の導入を行
う冷媒導入室と、前記冷媒導入室からの冷媒を前記発熱
素子が配設されたプレート部材の裏面に接触させる冷媒
接触室とを有しており、前記冷媒導入室と前記冷媒接触
室との間に形成される噴出口は、互いに同一の径を有す
る複数のものである、ことを特徴とする。
面に複数の発熱素子が配設され、これらの発熱素子の周
囲をカバー部材で覆ったモジュール型素子を冷却するヒ
ートシンクを備えた発熱素子用冷却装置において、前記
ヒートシンクは、冷媒導入口からの冷却媒体の導入を行
う冷媒導入室と、前記冷媒導入室からの冷媒を前記発熱
素子が配設されたプレート部材の裏面に接触させる冷媒
接触室とを有しており、前記冷媒導入室と前記冷媒接触
室との間に形成される噴出口は、互いに同一の径を有す
る複数のものである、ことを特徴とする。
【００１８】請求項９記載の発明は、請求項８記載の発
明において、前記冷媒接触室の周囲の壁部付近にＯリン
グが配設されており、このＯリングは前記複数個の発熱
素子が配設されたプレート部材の裏面と圧接している、
ことを特徴とする。
明において、前記冷媒接触室の周囲の壁部付近にＯリン
グが配設されており、このＯリングは前記複数個の発熱
素子が配設されたプレート部材の裏面と圧接している、
ことを特徴とする。
【００１９】請求項１０記載の発明は、請求項９記載の
発明において、前記プレート部材の略中央部分に取付ボ
スが設けられており、この取付ボスに前記発熱素子を覆
うカバー部材を締結し、この締結力によって前記Ｏリン
グが前記プレート部材の裏面と圧接している、ことを特
徴とする。
発明において、前記プレート部材の略中央部分に取付ボ
スが設けられており、この取付ボスに前記発熱素子を覆
うカバー部材を締結し、この締結力によって前記Ｏリン
グが前記プレート部材の裏面と圧接している、ことを特
徴とする。
【００２０】請求項１１記載の発明は、請求項８乃至１
０に記載の発明において、前記複数個の発熱素子の配設
領域の平面形状、並びにこの配設領域に対向する前記冷
媒接触室及び前記冷媒導入室の平面形状が略長方形であ
り、前記冷媒流入口から前記冷媒導入室に向かう冷媒の
流入方向、及び前記冷媒接触室から冷媒流出口に向かう
冷媒の流出方向は、前記長方形の長辺側に対して垂直な
方向である、ことを特徴とする。
０に記載の発明において、前記複数個の発熱素子の配設
領域の平面形状、並びにこの配設領域に対向する前記冷
媒接触室及び前記冷媒導入室の平面形状が略長方形であ
り、前記冷媒流入口から前記冷媒導入室に向かう冷媒の
流入方向、及び前記冷媒接触室から冷媒流出口に向かう
冷媒の流出方向は、前記長方形の長辺側に対して垂直な
方向である、ことを特徴とする。
【００２１】請求項１２記載の発明は、請求項１記載の
発明において、前記複数の発熱素子が配設された第１乃
至第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の配設領域を有すると共
に、これら第１乃至第Ｎの配設領域にそれぞれ対応した
第１乃至第Ｎの冷媒接触室を有しており、第Ｍ−１の冷
媒接触室と第Ｍ（Ｍは２〜Ｎの任意の値）の冷媒接触室
との間には、第Ｍ−１の冷媒接触室からの冷却媒体を導
入する第Ｍ−１の中間導入室が形成されていると共に、
第Ｍ−１の中間導入室と第Ｍの冷媒接触室との間には、
冷却媒体を第Ｍの冷媒接触室内の前記裏面に向けて噴出
させるための噴出口が形成されている、ことを特徴とす
る。
発明において、前記複数の発熱素子が配設された第１乃
至第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の配設領域を有すると共
に、これら第１乃至第Ｎの配設領域にそれぞれ対応した
第１乃至第Ｎの冷媒接触室を有しており、第Ｍ−１の冷
媒接触室と第Ｍ（Ｍは２〜Ｎの任意の値）の冷媒接触室
との間には、第Ｍ−１の冷媒接触室からの冷却媒体を導
入する第Ｍ−１の中間導入室が形成されていると共に、
第Ｍ−１の中間導入室と第Ｍの冷媒接触室との間には、
冷却媒体を第Ｍの冷媒接触室内の前記裏面に向けて噴出
させるための噴出口が形成されている、ことを特徴とす
る。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図１乃
至図１３に基づき説明する。図１は、本発明の第１の実
施形態の構成を示す説明図であり、（ａ）は縦断面図、
（ｂ）は（ａ）のＢ1−Ｂ1矢視図である。また、図２
は、図１（ａ）のII-II矢視図である。
至図１３に基づき説明する。図１は、本発明の第１の実
施形態の構成を示す説明図であり、（ａ）は縦断面図、
（ｂ）は（ａ）のＢ1−Ｂ1矢視図である。また、図２
は、図１（ａ）のII-II矢視図である。
【００２３】これらの図において、複数個の発熱素子１
がヒートシンク２の片側の表面上に碁盤目状に配列され
ている。図１（ａ）に示すように、中央の発熱素子１の
下方（以下においては、このように説明の便宜上、「上
方」又は「下方」と表現することがあるが、ヒートシン
ク２の取付方向は千差万別であり、実際には「上」、
「下」という概念はない）に冷媒導入室３が形成されて
いる。そして、この冷媒導入室３を囲むようにして第１
の冷媒接触室４が形成され、この第１の冷媒接触室４を
囲むようにして第２の冷媒接触室５が形成され、更にこ
の第２の冷媒接触室５を囲むようにして第３の冷媒接触
室６が形成されている。
がヒートシンク２の片側の表面上に碁盤目状に配列され
ている。図１（ａ）に示すように、中央の発熱素子１の
下方（以下においては、このように説明の便宜上、「上
方」又は「下方」と表現することがあるが、ヒートシン
ク２の取付方向は千差万別であり、実際には「上」、
「下」という概念はない）に冷媒導入室３が形成されて
いる。そして、この冷媒導入室３を囲むようにして第１
の冷媒接触室４が形成され、この第１の冷媒接触室４を
囲むようにして第２の冷媒接触室５が形成され、更にこ
の第２の冷媒接触室５を囲むようにして第３の冷媒接触
室６が形成されている。
【００２４】冷媒導入室３と第１の冷媒接触室４との間
には、これらの室の中心位置となるように１つの中央噴
出口７が形成されている。また、第１の冷媒接触室４と
第２の冷媒接触室５との間には中央噴出口７よりも径の
小さな複数の周辺噴出口８が形成されている。そして、
第２の冷媒接触室５と第３の冷媒接触室６との間には周
辺噴出口８よりも更に径の小さな複数の周辺噴出口９が
形成されている。
には、これらの室の中心位置となるように１つの中央噴
出口７が形成されている。また、第１の冷媒接触室４と
第２の冷媒接触室５との間には中央噴出口７よりも径の
小さな複数の周辺噴出口８が形成されている。そして、
第２の冷媒接触室５と第３の冷媒接触室６との間には周
辺噴出口８よりも更に径の小さな複数の周辺噴出口９が
形成されている。
【００２５】図２は、上記の噴出口７〜９の各径の大き
さ、及び相互の位置関係を示した説明図である。この図
に示すように、冷媒導入室３と第１の冷媒接触室４との
間に形成された中央噴出口７が最も径の大きなものとな
っており、第１の冷媒接触室４と第２の冷媒接触室５と
の間に形成された周辺噴出口８がその次に径が大きく、
第２の冷媒接触室５と第３の冷媒接触室６との間に形成
された周辺噴出口９が最も径の小さなものとなってい
る。そして、中央噴出口７を中心にして、複数の周辺噴
出口８，９が放射状に位置するように形成されている。
なお、第１の冷媒接触室４と第２の冷媒接触室５との間
には、２番目に径の大きな周辺噴出口８と最も径の小さ
な周辺噴出口９とが混在しているが、周辺噴出口９の位
置は周辺噴出口８の位置よりも中央噴出口７から遠くな
っている。したがって、中央噴出口７から離間するにし
たがって周辺噴出口の径が次第に小さくなるという関係
が成立している。
さ、及び相互の位置関係を示した説明図である。この図
に示すように、冷媒導入室３と第１の冷媒接触室４との
間に形成された中央噴出口７が最も径の大きなものとな
っており、第１の冷媒接触室４と第２の冷媒接触室５と
の間に形成された周辺噴出口８がその次に径が大きく、
第２の冷媒接触室５と第３の冷媒接触室６との間に形成
された周辺噴出口９が最も径の小さなものとなってい
る。そして、中央噴出口７を中心にして、複数の周辺噴
出口８，９が放射状に位置するように形成されている。
なお、第１の冷媒接触室４と第２の冷媒接触室５との間
には、２番目に径の大きな周辺噴出口８と最も径の小さ
な周辺噴出口９とが混在しているが、周辺噴出口９の位
置は周辺噴出口８の位置よりも中央噴出口７から遠くな
っている。したがって、中央噴出口７から離間するにし
たがって周辺噴出口の径が次第に小さくなるという関係
が成立している。
【００２６】次に、上記のように構成される第１の実施
形態の作用につき説明する。図示を省略してある冷媒流
入口から冷却媒体１０が送り込まれると、この冷却媒体
１０は冷媒導入室３に導入され、冷媒導入室３の内部は
直ちに冷却媒体１０で満たされる。そして、発熱素子１
が配設されているヒートシンク２の裏面側に向けて、中
央噴出口７から冷却媒体１０が噴出する。
形態の作用につき説明する。図示を省略してある冷媒流
入口から冷却媒体１０が送り込まれると、この冷却媒体
１０は冷媒導入室３に導入され、冷媒導入室３の内部は
直ちに冷却媒体１０で満たされる。そして、発熱素子１
が配設されているヒートシンク２の裏面側に向けて、中
央噴出口７から冷却媒体１０が噴出する。
【００２７】中央噴出口７から噴出した冷却媒体１０は
直ぐに第１の冷媒接触室４内を満たし、周辺噴出口８
（及び周辺噴出口９）から第２の冷媒接触室５内の裏面
側に向けて噴出される。更に、周辺噴出口８から噴出し
た冷却媒体１０は直ぐに第２の冷媒接触室５を満たし、
周辺噴出口９から第３の冷媒接触室６内の裏面側に向け
て噴出される。この後、第３の冷媒接触室６内を満たし
た冷却媒体１０は、図示を省略してある冷媒流出口へ送
られ、ここからヒートシンク２の外部に向けて排出され
る。
直ぐに第１の冷媒接触室４内を満たし、周辺噴出口８
（及び周辺噴出口９）から第２の冷媒接触室５内の裏面
側に向けて噴出される。更に、周辺噴出口８から噴出し
た冷却媒体１０は直ぐに第２の冷媒接触室５を満たし、
周辺噴出口９から第３の冷媒接触室６内の裏面側に向け
て噴出される。この後、第３の冷媒接触室６内を満たし
た冷却媒体１０は、図示を省略してある冷媒流出口へ送
られ、ここからヒートシンク２の外部に向けて排出され
る。
【００２８】図１（ａ），（ｂ）及び図２における矢印
は、このときに冷却媒体１０が流れる向きを示してい
る。すなわち、冷媒流入口から冷媒導入室３に導入され
た冷却媒体１０は、順次、第１の冷媒接触室４、第２の
冷媒接触室５、及び第３の冷媒接触室６に送り込まれ、
発熱素子１が配設されたヒートシンク２の裏面側と接触
して熱交換を行い、発熱素子１に対する冷却を行うよう
になっている。
は、このときに冷却媒体１０が流れる向きを示してい
る。すなわち、冷媒流入口から冷媒導入室３に導入され
た冷却媒体１０は、順次、第１の冷媒接触室４、第２の
冷媒接触室５、及び第３の冷媒接触室６に送り込まれ、
発熱素子１が配設されたヒートシンク２の裏面側と接触
して熱交換を行い、発熱素子１に対する冷却を行うよう
になっている。
【００２９】このとき、図１（ａ）において、冷媒導入
室３及び中央噴出口７の真上に位置する発熱素子１には
熱応力による引っ張り応力が働くが、周辺噴出口８，９
は中央噴出口７を中心にして放射状に広がるように形成
されているので、周辺の各発熱素子１に対する冷却も同
様に放射状に広がるように行われる。したがって、周囲
の発熱素子１はまだ冷却されておらず変形していないた
めに、引っ張り応力が周方向に均一に分布する。また、
中央噴出口７を中心として冷却範囲が放射状に広がって
いくので、冷却領域は周方向にほぼ均一な分布となり、
周辺の各発熱素子に対して各発熱素子１に大きな引っ張
り熱応力が過渡的な期間においても発生することはな
く、熱応力によって発熱素子１が破壊されるようなこと
はない。
室３及び中央噴出口７の真上に位置する発熱素子１には
熱応力による引っ張り応力が働くが、周辺噴出口８，９
は中央噴出口７を中心にして放射状に広がるように形成
されているので、周辺の各発熱素子１に対する冷却も同
様に放射状に広がるように行われる。したがって、周囲
の発熱素子１はまだ冷却されておらず変形していないた
めに、引っ張り応力が周方向に均一に分布する。また、
中央噴出口７を中心として冷却範囲が放射状に広がって
いくので、冷却領域は周方向にほぼ均一な分布となり、
周辺の各発熱素子に対して各発熱素子１に大きな引っ張
り熱応力が過渡的な期間においても発生することはな
く、熱応力によって発熱素子１が破壊されるようなこと
はない。
【００３０】ここで、中央噴出口７及び周辺噴出口８，
９の口径（孔径）を中央側に近付くほど大きくし、周辺
側に近づくほど小さくした理由につき説明する。本実施
形態では、中央に近い噴出口ほど孔径が大きく流量が多
くなるため、各噴出口からの噴流の平均流出速度を等し
くすることができる。いま、噴流の平均流出速度をｕ、
この噴流が衝突する衝突点の熱伝達率をαとすると、α
とｕとの関係は下記の（１）式で表すことができる（日
本機械学会、伝熱工学資料、第４版ｐ６６（６６）式参
照）。（１）式におけるλは流体熱伝導率、Ｄは孔径、
Ｐrはプラントル数、Ｒedはレイノルズ数であり、レイ
ノルズ数Ｒedは、流体動粘性計数をνとすれば、（２）
式により表すことができる。更に、流量をＱとすれば、
（２）式における平均流出速度ｕは（３）式により表す
ことができる。
９の口径（孔径）を中央側に近付くほど大きくし、周辺
側に近づくほど小さくした理由につき説明する。本実施
形態では、中央に近い噴出口ほど孔径が大きく流量が多
くなるため、各噴出口からの噴流の平均流出速度を等し
くすることができる。いま、噴流の平均流出速度をｕ、
この噴流が衝突する衝突点の熱伝達率をαとすると、α
とｕとの関係は下記の（１）式で表すことができる（日
本機械学会、伝熱工学資料、第４版ｐ６６（６６）式参
照）。（１）式におけるλは流体熱伝導率、Ｄは孔径、
Ｐrはプラントル数、Ｒedはレイノルズ数であり、レイ
ノルズ数Ｒedは、流体動粘性計数をνとすれば、（２）
式により表すことができる。更に、流量をＱとすれば、
（２）式における平均流出速度ｕは（３）式により表す
ことができる。
【００３１】
【数１】
結局、上記の（１）式乃至（３）式から、熱伝達率α
は、Ｄ／Ｑの０．５乗に比例することが分かる。よっ
て、流量が集中する中央噴出口７の孔径を大きくし、流
量が分散する周辺側の噴出口の孔径を小さくすることに
より、噴流が衝突する各発熱素子１の裏面側での熱伝達
率をほぼ一様にすることができる。このような理由によ
り、各噴出口の孔径を中央側に近付くほど大きくし、周
辺側に近づくほど小さくしてある。
は、Ｄ／Ｑの０．５乗に比例することが分かる。よっ
て、流量が集中する中央噴出口７の孔径を大きくし、流
量が分散する周辺側の噴出口の孔径を小さくすることに
より、噴流が衝突する各発熱素子１の裏面側での熱伝達
率をほぼ一様にすることができる。このような理由によ
り、各噴出口の孔径を中央側に近付くほど大きくし、周
辺側に近づくほど小さくしてある。
【００３２】なお、第１の実施形態では、冷媒接触室の
数が３つの場合につき説明したが、冷媒接触室の数は２
つ以上の任意の数にすることが可能である。
数が３つの場合につき説明したが、冷媒接触室の数は２
つ以上の任意の数にすることが可能である。
【００３３】図３は、本発明の第２の実施形態の構成を
示す説明図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）
のＢ2−Ｂ2矢視図である。この実施形態は、ヒートシン
ク２の両側の２つの表面に発熱素子１が配設されている
場合の構成を示すものである。
示す説明図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）
のＢ2−Ｂ2矢視図である。この実施形態は、ヒートシン
ク２の両側の２つの表面に発熱素子１が配設されている
場合の構成を示すものである。
【００３４】すなわち、図３（ａ）において、図示を省
略してある冷媒流入口に流路１１の一方の端部が接続さ
れており、この流路１１の他方の端部に冷媒導入室３が
接続されている。この冷媒導入室３を囲むようにして第
１の冷媒接触室４ａ，４ｂが形成され、この第１の冷媒
接触室４ａ，４ｂを囲むようにして第２の冷媒接触室５
ａ，５ｂが形成され、更にこの第２の冷媒接触室５ａ，
５ｂを囲むようにして第３の冷媒接触室６ａ，６ｂが形
成されている。
略してある冷媒流入口に流路１１の一方の端部が接続さ
れており、この流路１１の他方の端部に冷媒導入室３が
接続されている。この冷媒導入室３を囲むようにして第
１の冷媒接触室４ａ，４ｂが形成され、この第１の冷媒
接触室４ａ，４ｂを囲むようにして第２の冷媒接触室５
ａ，５ｂが形成され、更にこの第２の冷媒接触室５ａ，
５ｂを囲むようにして第３の冷媒接触室６ａ，６ｂが形
成されている。
【００３５】冷媒導入室３と第１の冷媒接触室４ａ，４
ｂとの間には、これらの室の中心位置となるように中央
噴出口７ａ，７ｂが形成されている。また、第１の冷媒
接触室４ａ，４ｂと第２の冷媒接触室５ａ，５ｂとの間
には中央噴出口７ａ，７ｂよりも径の小さな周辺噴出口
８ａ，８ｂが形成されている。そして、第２の冷媒接触
室５ａ，５ｂと第３の冷媒接触室６ａ，６ｂとの間には
周辺噴出口８ａ，８ｂよりも更に径の小さな周辺噴出口
９ａ，９ｂが形成されている。
ｂとの間には、これらの室の中心位置となるように中央
噴出口７ａ，７ｂが形成されている。また、第１の冷媒
接触室４ａ，４ｂと第２の冷媒接触室５ａ，５ｂとの間
には中央噴出口７ａ，７ｂよりも径の小さな周辺噴出口
８ａ，８ｂが形成されている。そして、第２の冷媒接触
室５ａ，５ｂと第３の冷媒接触室６ａ，６ｂとの間には
周辺噴出口８ａ，８ｂよりも更に径の小さな周辺噴出口
９ａ，９ｂが形成されている。
【００３６】第２の実施形態の作用は第１の実施形態の
場合と同様であるため、重複した説明を省略する。この
第２の実施形態の場合も第１の実施形態の場合と同様
に、各発熱素子１に対して均一な冷却を行うことが可能
となり、各発熱素子１に大きな引っ張り熱応力が発生す
るのを防止することができる。また、この第２の実施形
態では、冷媒導入室３の片側にのみ流路１１が接続され
ているので、この流路１１には中央噴出口７ａ，７ｂに
向かう安定した略放物線形状の速度分布の流れが生まれ
る。
場合と同様であるため、重複した説明を省略する。この
第２の実施形態の場合も第１の実施形態の場合と同様
に、各発熱素子１に対して均一な冷却を行うことが可能
となり、各発熱素子１に大きな引っ張り熱応力が発生す
るのを防止することができる。また、この第２の実施形
態では、冷媒導入室３の片側にのみ流路１１が接続され
ているので、この流路１１には中央噴出口７ａ，７ｂに
向かう安定した略放物線形状の速度分布の流れが生まれ
る。
【００３７】図４は、本発明の第３の実施形態の構成を
示す説明図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）
のＢ3−Ｂ3矢視図である。この第３の実施形態も、第２
の実施形態と同様に、ヒートシンク２の両側の２つの表
面に発熱素子１が配設されている場合の構成を示すもの
であるが、第２の実施形態と異なり、冷媒導入室３の両
側に２つの流路１１ａ，１１ｂが接続されている。した
がって、第２の実施形態の場合に比べて、冷媒流入口か
ら冷媒導入室３への冷却媒体１０の流量を大きくするこ
とができる。
示す説明図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）
のＢ3−Ｂ3矢視図である。この第３の実施形態も、第２
の実施形態と同様に、ヒートシンク２の両側の２つの表
面に発熱素子１が配設されている場合の構成を示すもの
であるが、第２の実施形態と異なり、冷媒導入室３の両
側に２つの流路１１ａ，１１ｂが接続されている。した
がって、第２の実施形態の場合に比べて、冷媒流入口か
ら冷媒導入室３への冷却媒体１０の流量を大きくするこ
とができる。
【００３８】図５は、本発明の第４の実施形態の要部構
成を示す横断面図であり、図４（ｂ）に対応する図であ
る。図４（ｂ）の場合は、２つの流路１１ａ，１１ｂの
各導入口は互いに対向する位置になっているので、各流
路を流れてきた冷却媒体１０は冷媒導入室３内において
ぶつかり合い、冷媒導入室３での流速が低下することに
なる。しかし、図５のように、２つの流路１１ａ，１１
ｂの各導入口は互いにずれた位置になっているので、各
流路を流れてきた冷却媒体１０は冷媒導入室３において
旋回速度成分を持つようになり、流速が大きく低下する
ことがない。したがって、発熱素子１の裏面側の噴流の
衝突部における熱伝達率を大きくすることができる。
成を示す横断面図であり、図４（ｂ）に対応する図であ
る。図４（ｂ）の場合は、２つの流路１１ａ，１１ｂの
各導入口は互いに対向する位置になっているので、各流
路を流れてきた冷却媒体１０は冷媒導入室３内において
ぶつかり合い、冷媒導入室３での流速が低下することに
なる。しかし、図５のように、２つの流路１１ａ，１１
ｂの各導入口は互いにずれた位置になっているので、各
流路を流れてきた冷却媒体１０は冷媒導入室３において
旋回速度成分を持つようになり、流速が大きく低下する
ことがない。したがって、発熱素子１の裏面側の噴流の
衝突部における熱伝達率を大きくすることができる。
【００３９】図６は、本発明の第５の実施形態の要部構
成を示す縦断面図であり、図４（ａ）に対応する図であ
る。すなわち、この実施形態では、冷媒導入室３内に流
路１１ａ側から流入してきた冷却媒体１０と、流路１１
ｂ側から流入してきた冷却媒体１０とを仕切るための仕
切板１２が各流入方向に対して斜めになるように形成さ
れている。したがって、各流路からの冷却媒体１０は冷
媒導入室３において互いにぶつかり合うことがないた
め、圧力損失を小さくした状態で各中央噴出口７ａ，７
ｂから噴出されることになる。
成を示す縦断面図であり、図４（ａ）に対応する図であ
る。すなわち、この実施形態では、冷媒導入室３内に流
路１１ａ側から流入してきた冷却媒体１０と、流路１１
ｂ側から流入してきた冷却媒体１０とを仕切るための仕
切板１２が各流入方向に対して斜めになるように形成さ
れている。したがって、各流路からの冷却媒体１０は冷
媒導入室３において互いにぶつかり合うことがないた
め、圧力損失を小さくした状態で各中央噴出口７ａ，７
ｂから噴出されることになる。
【００４０】図７は、本発明の第６の実施形態の構成を
示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図
である。この実施形態はモジュール型素子１３をヒート
シンク１４に組み付けたものであり、発熱素子１がモジ
ュール型素子１３の１構成要素として組み込まれたもの
である。複数個の発熱素子１は、全体が略長方形状とな
るように、プレート部材１５の表面上に配設され、これ
らの発熱素子１の周囲はカバー部材１６により覆われて
いる。そして、プレート部材１５の周縁部付近が取付ネ
ジ１７でヒートシンク１４に取り付けられている。
示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図
である。この実施形態はモジュール型素子１３をヒート
シンク１４に組み付けたものであり、発熱素子１がモジ
ュール型素子１３の１構成要素として組み込まれたもの
である。複数個の発熱素子１は、全体が略長方形状とな
るように、プレート部材１５の表面上に配設され、これ
らの発熱素子１の周囲はカバー部材１６により覆われて
いる。そして、プレート部材１５の周縁部付近が取付ネ
ジ１７でヒートシンク１４に取り付けられている。
【００４１】ヒートシンク１４の内部には、冷媒導入室
１８及び冷媒接触室１９が形成されており、これらの室
の間には複数の噴出口２０が形成されている。冷媒接触
室１９は、全ての発熱素子１の裏面側を含む略長方形状
の面を有するものとなっており、この冷媒接触室１９と
冷媒導入室１８とは、ほぼ同じ形状の面を有するものと
なっている。また、複数の噴出口２０は、互いに同一の
径を有している。
１８及び冷媒接触室１９が形成されており、これらの室
の間には複数の噴出口２０が形成されている。冷媒接触
室１９は、全ての発熱素子１の裏面側を含む略長方形状
の面を有するものとなっており、この冷媒接触室１９と
冷媒導入室１８とは、ほぼ同じ形状の面を有するものと
なっている。また、複数の噴出口２０は、互いに同一の
径を有している。
【００４２】この第６の実施形態における、発熱素子１
全体の形状は略長方形であり、比較的面積の小さなもの
であるため、冷媒接触室１９は１つだけであり、この冷
媒接触室１９内の冷却媒体１０により全ての発熱素子１
に対する冷却を行うようになっている。この場合、冷媒
流入口２１から流入する冷却媒体１０は、直ちに冷媒導
入室１８を一杯に満たし、各噴出口２０から噴流が噴出
する。このときの各噴出口２０からの噴出はほぼ同時に
行われるので、発熱素子１同士の間に引っ張り熱応力は
発生することはない。
全体の形状は略長方形であり、比較的面積の小さなもの
であるため、冷媒接触室１９は１つだけであり、この冷
媒接触室１９内の冷却媒体１０により全ての発熱素子１
に対する冷却を行うようになっている。この場合、冷媒
流入口２１から流入する冷却媒体１０は、直ちに冷媒導
入室１８を一杯に満たし、各噴出口２０から噴流が噴出
する。このときの各噴出口２０からの噴出はほぼ同時に
行われるので、発熱素子１同士の間に引っ張り熱応力は
発生することはない。
【００４３】図８は、本発明の第７の実施形態の構成を
示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図
である。図８が図７と異なる点は、ヒートシンク１４の
プレート部材１５に対する対向面上に環状溝２３が形成
されて、この環状溝２３内にＯリング２４が埋め込まれ
ている点である。このＯリング２４は、プレート部材１
５が取付ネジ１７によりヒートシンク１４に締結される
ときの締結力によって、プレート部材１５によって圧接
された状態になっている。
示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図
である。図８が図７と異なる点は、ヒートシンク１４の
プレート部材１５に対する対向面上に環状溝２３が形成
されて、この環状溝２３内にＯリング２４が埋め込まれ
ている点である。このＯリング２４は、プレート部材１
５が取付ネジ１７によりヒートシンク１４に締結される
ときの締結力によって、プレート部材１５によって圧接
された状態になっている。
【００４４】このように、本実施形態によれば、冷媒接
触室１９を形成するヒートシンク１４の壁部付近に環状
溝２３を形成し、この環状溝２３内にＯリング２４を配
設する構成としたので、冷媒接触室１９から冷却媒体１
０が漏れ出ることがなく、高い冷却性能を維持すること
ができる。
触室１９を形成するヒートシンク１４の壁部付近に環状
溝２３を形成し、この環状溝２３内にＯリング２４を配
設する構成としたので、冷媒接触室１９から冷却媒体１
０が漏れ出ることがなく、高い冷却性能を維持すること
ができる。
【００４５】図９は、本発明の第８の実施形態の構成を
示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図
である。この実施形態におけるモジュール型素子２５
は、胴体２７及び蓋体２８から成るカバー部材２６を有
している。プレート部材１５の中央部には孔部２９が穿
設されており、ヒートシンク１４の中央部に形成された
取付ボス３０がこの孔部２９を通っている。そして、締
付ネジ３１により蓋体２８が取付ボス３０に締結されて
おり、この締結力によって胴体２７の端面はプレート部
材１５に押圧力を与えている。したがって、Ｏリング２
４はプレート部材１５の裏面と圧接された状態となって
いる。
示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図
である。この実施形態におけるモジュール型素子２５
は、胴体２７及び蓋体２８から成るカバー部材２６を有
している。プレート部材１５の中央部には孔部２９が穿
設されており、ヒートシンク１４の中央部に形成された
取付ボス３０がこの孔部２９を通っている。そして、締
付ネジ３１により蓋体２８が取付ボス３０に締結されて
おり、この締結力によって胴体２７の端面はプレート部
材１５に押圧力を与えている。したがって、Ｏリング２
４はプレート部材１５の裏面と圧接された状態となって
いる。
【００４６】この第８の実施形態によれば、１つの締付
ネジ３１によりＯリング２４に対して充分な圧接力を与
えることができるので、組み付け作業を簡単に行うこと
ができ、作業性の向上を図ることができる。
ネジ３１によりＯリング２４に対して充分な圧接力を与
えることができるので、組み付け作業を簡単に行うこと
ができ、作業性の向上を図ることができる。
【００４７】図１０は、本発明の第９の実施形態の構成
を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面
図である。この図１０の構成は図７の構成と同様の構成
となっているが、冷媒流入口２１及び冷媒流出口２２の
取付方向が異なっている。
を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面
図である。この図１０の構成は図７の構成と同様の構成
となっているが、冷媒流入口２１及び冷媒流出口２２の
取付方向が異なっている。
【００４８】すなわち、図１０（ａ）に示すように、発
熱素子１全体の配設領域の平面形状は略長方形状であ
り、これに対応して冷媒接触室１９及び冷媒導入室１８
の平面形状も略長方形状となっている。そして、この長
方形の長辺に垂直な方向をＹ1方向、平行な方向をＹ2方
向とすると、この実施形態における冷媒流入口２１及び
冷媒流出口２２の取付方向はＹ1方向となっており、図
７（ａ）に示した第６の実施形態における冷媒流入口２
１及び冷媒流出口２２の取付方向はＹ2方向となってい
る。
熱素子１全体の配設領域の平面形状は略長方形状であ
り、これに対応して冷媒接触室１９及び冷媒導入室１８
の平面形状も略長方形状となっている。そして、この長
方形の長辺に垂直な方向をＹ1方向、平行な方向をＹ2方
向とすると、この実施形態における冷媒流入口２１及び
冷媒流出口２２の取付方向はＹ1方向となっており、図
７（ａ）に示した第６の実施形態における冷媒流入口２
１及び冷媒流出口２２の取付方向はＹ2方向となってい
る。
【００４９】このように、冷媒流入口２１及び冷媒流出
口２２の取付方向を長辺に垂直なＹ1方向とすることに
より、冷却媒体から発熱素子１に至るまでの熱抵抗を小
さくして、熱伝達率を大きくすることができる。これ
は、上流側の噴出口から噴出された後の冷却媒体と、下
流側の噴出口から噴出される噴流とが干渉する割合につ
いては、Ｙ1方向の方がＹ2方向よりもはるかに少ないか
らである。
口２２の取付方向を長辺に垂直なＹ1方向とすることに
より、冷却媒体から発熱素子１に至るまでの熱抵抗を小
さくして、熱伝達率を大きくすることができる。これ
は、上流側の噴出口から噴出された後の冷却媒体と、下
流側の噴出口から噴出される噴流とが干渉する割合につ
いては、Ｙ1方向の方がＹ2方向よりもはるかに少ないか
らである。
【００５０】図１１は、冷媒流入口２１及び冷媒流出口
２２の取付方向を長辺に垂直な方向とした場合、平行に
した場合についての、熱抵抗−流量特性図である。この
図から、明らかなように、取付方向を垂直な方向とした
場合の方がかなり熱抵抗が小さくなっている。
２２の取付方向を長辺に垂直な方向とした場合、平行に
した場合についての、熱抵抗−流量特性図である。この
図から、明らかなように、取付方向を垂直な方向とした
場合の方がかなり熱抵抗が小さくなっている。
【００５１】図１２は、本発明の第１０の実施形態の構
成を示す説明図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は
（ａ）のＢ4−Ｂ4矢視図である。また、図１３は図１２
（ａ）のXIII−XIII矢視図である。図１２（ａ）に示さ
れているように、この実施形態では発熱素子１の配設領
域が第１乃至第３の配設領域Ｒ1〜Ｒ3に分かれている。
したがって、この実施形態は多数の発熱素子１を冷却す
る場合に好適なものである。
成を示す説明図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は
（ａ）のＢ4−Ｂ4矢視図である。また、図１３は図１２
（ａ）のXIII−XIII矢視図である。図１２（ａ）に示さ
れているように、この実施形態では発熱素子１の配設領
域が第１乃至第３の配設領域Ｒ1〜Ｒ3に分かれている。
したがって、この実施形態は多数の発熱素子１を冷却す
る場合に好適なものである。
【００５２】冷媒流入口２１からの冷却媒体は冷媒導入
室３２に導入されるようになっており、冷媒導入室３２
内の冷却媒体は噴出口３３から噴出して第１の冷媒接触
室３４内に送り込まれ、ここでプレート部材１５の裏面
に衝突して発熱素子１の冷却を行うようになっている。
冷媒導入室３２は、図１３に示されるように、略逆凹字
状の断面形状を有する広い空間になっている。
室３２に導入されるようになっており、冷媒導入室３２
内の冷却媒体は噴出口３３から噴出して第１の冷媒接触
室３４内に送り込まれ、ここでプレート部材１５の裏面
に衝突して発熱素子１の冷却を行うようになっている。
冷媒導入室３２は、図１３に示されるように、略逆凹字
状の断面形状を有する広い空間になっている。
【００５３】第１の冷媒接触室３４内の冷却媒体は狭い
流路３５を通って第１の中間導入室３６に送り込まれる
ようになっている。この第１の中間導入室３６も、図１
３に示されるように、冷媒導入室３２と同様の形状を有
する空間となっている。第１の中間導入室３６内の冷却
媒体は噴出口３７から噴出して第２の冷媒接触室３８内
に送り込まれ、ここでプレート部材１５の裏面に衝突し
て発熱素子１の冷却を行うようになっている。
流路３５を通って第１の中間導入室３６に送り込まれる
ようになっている。この第１の中間導入室３６も、図１
３に示されるように、冷媒導入室３２と同様の形状を有
する空間となっている。第１の中間導入室３６内の冷却
媒体は噴出口３７から噴出して第２の冷媒接触室３８内
に送り込まれ、ここでプレート部材１５の裏面に衝突し
て発熱素子１の冷却を行うようになっている。
【００５４】第２の冷媒接触室３８内の冷却媒体は狭い
流路３９を通って第２の中間導入室４０に送り込まれる
ようになっており、第２の中間導入室４０内の冷却媒体
は噴出口４１から噴出して第３の冷媒接触室４２内に送
り込まれ、ここでプレート部材１５の裏面に衝突して発
熱素子１の冷却を行うようになっている。
流路３９を通って第２の中間導入室４０に送り込まれる
ようになっており、第２の中間導入室４０内の冷却媒体
は噴出口４１から噴出して第３の冷媒接触室４２内に送
り込まれ、ここでプレート部材１５の裏面に衝突して発
熱素子１の冷却を行うようになっている。
【００５５】そして、第３の冷媒接触室４２内の冷却媒
体は狭い流路４３を通り、更に冷媒流出口２２を通って
ヒートシンク１４の外部へ流出するようになっている。
体は狭い流路４３を通り、更に冷媒流出口２２を通って
ヒートシンク１４の外部へ流出するようになっている。
【００５６】このように、この実施形態では、第１乃至
第３の配設領域Ｒ1〜Ｒ3にそれぞれ対応して第１乃至第
３の冷媒接触室３４，３８，４２を設け、更に、第１の
冷媒接触室３４と第２の冷媒接触室３８との間に第１の
中間導入室３６を、第２の冷媒接触室３８と第３の冷媒
接触室４２との間に第２の中間導入室４０を設けてい
る。したがって、各噴出口３３，３７，４１から噴出さ
れる冷却媒体が互いに干渉することが防止され、冷却媒
体の流れをスムースにすることができ、冷却効率を向上
させることが可能になっている。
第３の配設領域Ｒ1〜Ｒ3にそれぞれ対応して第１乃至第
３の冷媒接触室３４，３８，４２を設け、更に、第１の
冷媒接触室３４と第２の冷媒接触室３８との間に第１の
中間導入室３６を、第２の冷媒接触室３８と第３の冷媒
接触室４２との間に第２の中間導入室４０を設けてい
る。したがって、各噴出口３３，３７，４１から噴出さ
れる冷却媒体が互いに干渉することが防止され、冷却媒
体の流れをスムースにすることができ、冷却効率を向上
させることが可能になっている。
【００５７】なお、本実施形態では、発熱素子１の配設
領域が３つの場合、すなわち冷媒接触室が３つで中間導
入室が２つの場合につき示したが、一般に、配設領域の
数がＮ（Ｎは２以上の整数）の場合、すなわち冷媒接触
室の数がＮで中間導入室の数がＮ−１の場合に適用可能
である。
領域が３つの場合、すなわち冷媒接触室が３つで中間導
入室が２つの場合につき示したが、一般に、配設領域の
数がＮ（Ｎは２以上の整数）の場合、すなわち冷媒接触
室の数がＮで中間導入室の数がＮ−１の場合に適用可能
である。
【００５８】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ヒート
シンクに冷媒導入室及び冷媒接触室の２種類の室を設
け、これらの室の間に冷却媒体を発熱素子の裏面側に向
けて噴出させる噴出口を設けた構成としたので、冷却媒
体による冷却を過渡的にも均一に行うことができ、発熱
素子に対して大きな熱応力が加わるのを防止することが
できる。
シンクに冷媒導入室及び冷媒接触室の２種類の室を設
け、これらの室の間に冷却媒体を発熱素子の裏面側に向
けて噴出させる噴出口を設けた構成としたので、冷却媒
体による冷却を過渡的にも均一に行うことができ、発熱
素子に対して大きな熱応力が加わるのを防止することが
できる。
【図１】本発明の第１の実施形態の構成を示す説明図で
あり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ1−Ｂ1矢
視図である。
あり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ1−Ｂ1矢
視図である。
【図２】図１（ａ）のII-II矢視図。
【図３】本発明の第２の実施形態の構成を示す説明図で
あり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ2−Ｂ2矢
視図である。
あり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ2−Ｂ2矢
視図である。
【図４】本発明の第３の実施形態の構成を示す説明図で
あり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ3−Ｂ3矢
視図である。
あり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ3−Ｂ3矢
視図である。
【図５】本発明の第４の実施形態の要部構成を示す横断
面図。
面図。
【図６】本発明の第５の実施形態の要部構成を示す縦断
面図。
面図。
【図７】本発明の第６の実施形態の構成を示す説明図で
あり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。
あり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図８】本発明の第７の実施形態の構成を示す説明図で
あり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。
あり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図９】本発明の第８の実施形態の構成を示す説明図で
あり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。
あり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図１０】本発明の第９の実施形態の構成を示す説明図
であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。
であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図１１】冷媒流入口２１及び冷媒流出口２２の取付方
向を、略長方形状の配設領域の長辺に垂直な方向とした
場合、平行にした場合についての、熱抵抗−流量特性図
である。
向を、略長方形状の配設領域の長辺に垂直な方向とした
場合、平行にした場合についての、熱抵抗−流量特性図
である。
【図１２】本発明の第１０の実施形態の構成を示す説明
図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ4−
Ｂ4矢視図である。
図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ4−
Ｂ4矢視図である。
【図１３】図１２（ａ）のXIII−XIII矢視図。
【図１４】従来の発熱素子用冷却装置の構成を示す概略
図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図１５】碁盤目状配列と千鳥状配列との相違を示すた
めの説明図。
めの説明図。
【図１６】図１４とは別の従来装置の構成を示す概略図
であり、（ａ）は正面方向の断面図、（ｂ）は側面方向
の断面図である。
であり、（ａ）は正面方向の断面図、（ｂ）は側面方向
の断面図である。
１ 発熱素子
２ ヒートシンク
３ 冷媒導入室
４，４ａ，４ｂ 第１の冷媒接触室
５，５ａ，５ｂ 第２の冷媒接触室
６，６ａ，６ｂ 第３の冷媒接触室
７，７ａ，７ｂ 中央噴出口
８，８ａ，８ｂ 周辺噴出口
９，９ａ，９ｂ 周辺噴出口
１０ 冷却媒体
１１，１１ａ，１１ｂ 流路
１２ 仕切板
１３ モジュール型素子
１４ ヒートシンク
１５ プレート部材
１６ カバー部材
１７ 取付ネジ
１８ 冷媒導入室
１９ 冷媒接触室
２０ 噴出口
２１ 冷媒流入口
２２ 冷媒流出口
２３ 環状溝
２４ Ｏリング
２５ モジュール型素子
２６ カバー部材
２７ 胴体
２８ 蓋体
２９ 孔部
３０ 取付ボス
３１ 締付ネジ
３２ 冷媒導入室
３３ 噴出口
３４ 第１の冷媒接触室
３５ 流路
３６ 第１の中間導入室
３７ 噴出口
３８ 第２の冷媒接触室
３９ 流路
４０ 第２の中間導入室
４１ 噴出口
４２ 第３の冷媒接触室
４３ 流路
１０１ 発熱素子
１０２ ヒートシンク
１０３ 冷媒流路
１０４ 冷媒流入口
１０５ 冷媒流出口
１０６ 冷却媒体
１０７ モジュール型素子
１０８ プレート部材
１０９ カバー部材
１１０ 取付ネジ
１１１ 放熱フィン
１１２ チャンネル
Ｒ1〜Ｒ3 第１乃至第３の配設領域
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2F078 GB06 GB15
3L044 AA03 BA06 CA13 KA01 KA04
5E322 DA04 EA11 FA01
5F036 AA01 BA05 BB41
Claims (12)
- 【請求項１】複数個の発熱素子が表面に略放射状に配設
され、内部に形成された冷媒流路に冷却媒体を流すこと
により前記発熱素子に対する冷却を行うヒートシンクを
備えた発熱素子用冷却装置において、 前記ヒートシンクは、前記冷媒流路に形成され冷媒流入
口からの冷却媒体の導入を行う冷媒導入室と、前記冷媒
流路に形成され前記冷媒導入室からの冷媒を前記発熱素
子が配設された個所の裏面に接触させる冷媒接触室と、
を有しており、 前記冷媒導入室とこれに隣接する冷媒接触室との間には
前記冷却媒体を前記裏面に向けて噴出させるための噴出
口が形成されている、 ことを特徴とする発熱素子用冷却装置。 - 【請求項２】前記複数個の発熱素子は、前記ヒートシン
クの表面に碁盤目状又は千鳥状に配列されており、 前記冷媒導入室は、中央又は中央付近に配設された前記
発熱素子の裏面側に形成されており、 前記冷媒接触室は、前記冷媒導入室を発熱素子配設面方
向において囲むように形成された第１の冷媒接触室、及
びこの第１の冷媒接触室以降の第Ｍ−１の冷媒接触室を
発熱素子配設面方向において囲むように形成された第Ｍ
（Ｍは２〜Ｎの任意の値）の冷媒接触室のＮ（Ｎは２以
上の整数）個の室により構成されており、 前記冷媒導入室とこれに隣接する第１の冷媒接触室との
間に形成された噴出口は、これらの室の中心位置に形成
された１つの中央噴出口であり、 第Ｍ−１の冷媒接触室と第Ｍの冷媒接触室との間には前
記冷却媒体を前記裏面に向けて噴出させるための複数の
噴出口が形成され、この複数の噴出口は前記中央噴出口
を中心として放射状に位置するように形成された周辺噴
出口であり、 しかも、前記中央噴出口が最大径を有し、前記周辺噴出
口はこの中央噴出口から離間するに従って次第に径が小
さくなっていくものである、 ことを特徴とする請求項１記載の発熱素子用冷却装置。 - 【請求項３】前記複数個の発熱素子が配設されるヒート
シンクの表面は両側の２つの表面であり、 前記第１乃至第Ｎの冷媒接触室及び前記各噴出口は、こ
れら２つの表面のそれぞれに対応して形成されている、 ことを特徴とする請求項２記載の発熱素子用冷却装置。 - 【請求項４】前記冷媒流入口から前記冷媒導入室に至る
流路が１つである、 ことを特徴とする請求項３記載の発熱素子用冷却装置。 - 【請求項５】前記冷媒流入口から前記冷媒導入室に至る
流路が互いに対向する２つのものである、 ことを特徴とする請求項３記載の発熱素子用冷却装置。 - 【請求項６】前記冷媒導入室に至る互いに対向する２つ
の流路は、各導入口が互いにずれた位置に形成されてお
り、各導入口から冷媒導入室内に導入された冷却媒体が
旋回するようになっている、 ことを特徴とする請求項５記載の発熱素子用冷却装置。 - 【請求項７】前記冷媒導入室に、前記互いに対向する２
つの各流路から導入された各冷却媒体を仕切る仕切板を
設けた、 ことを特徴とする請求項５記載の発熱素子用冷却装置。 - 【請求項８】プレート部材の表面に複数の発熱素子が配
設され、これらの発熱素子の周囲をカバー部材で覆った
モジュール型素子を冷却するヒートシンクを備えた発熱
素子用冷却装置において、 前記ヒートシンクは、冷媒導入口からの冷却媒体の導入
を行う冷媒導入室と、前記冷媒導入室からの冷媒を前記
発熱素子が配設されたプレート部材の裏面に接触させる
冷媒接触室とを有しており、 前記冷媒導入室と前記冷媒接触室との間に形成される噴
出口は、互いに同一の径を有する複数のものである、 ことを特徴とする発熱素子用冷却装置。 - 【請求項９】前記冷媒接触室の周囲の壁部付近にＯリン
グが配設されており、このＯリングは前記複数個の発熱
素子が配設されたプレート部材の裏面と圧接している、 ことを特徴とする請求項８記載の発熱素子用冷却装置。 - 【請求項１０】前記プレート部材の略中央部分に取付ボ
スが設けられており、この取付ボスに前記発熱素子を覆
うカバー部材を締結し、この締結力によって前記Ｏリン
グが前記プレート部材の裏面と圧接している、 ことを特徴とする請求項９記載の発熱素子用冷却装置。 - 【請求項１１】前記複数個の発熱素子の配設領域の平面
形状、並びにこの配設領域に対向する前記冷媒接触室及
び前記冷媒導入室の平面形状が略長方形であり、 前記冷媒流入口から前記冷媒導入室に向かう冷媒の流入
方向、及び前記冷媒接触室から冷媒流出口に向かう冷媒
の流出方向は、前記長方形の長辺側に対して垂直な方向
である、 ことを特徴とする請求項８乃至１０に記載の発熱素子用
冷却装置。 - 【請求項１２】前記複数の発熱素子が配設された第１乃
至第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の配設領域を有すると共
に、これら第１乃至第Ｎの配設領域にそれぞれ対応した
第１乃至第Ｎの冷媒接触室を有しており、 第Ｍ−１の冷媒接触室と第Ｍ（Ｍは２〜Ｎの任意の値）
の冷媒接触室との間には、第Ｍ−１の冷媒接触室からの
冷却媒体を導入する第Ｍ−１の中間導入室が形成されて
いると共に、 第Ｍ−１の中間導入室と第Ｍの冷媒接触室との間には、
冷却媒体を第Ｍの冷媒接触室内の前記裏面に向けて噴出
させるための噴出口が形成されている、 ことを特徴とする請求項１記載の発熱素子用冷却装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001237789A JP2003051689A (ja) | 2001-08-06 | 2001-08-06 | 発熱素子用冷却装置 |
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| US10/212,680 US7114550B2 (en) | 2001-08-06 | 2002-08-06 | Cooling device for heat-generating elements |
| US11/514,833 US7464747B2 (en) | 2001-08-06 | 2006-09-05 | Cooling device for heat-generating elements |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001237789A JP2003051689A (ja) | 2001-08-06 | 2001-08-06 | 発熱素子用冷却装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003051689A true JP2003051689A (ja) | 2003-02-21 |
Family
ID=19068810
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001237789A Pending JP2003051689A (ja) | 2001-08-06 | 2001-08-06 | 発熱素子用冷却装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US7114550B2 (ja) |
| EP (1) | EP1283550B1 (ja) |
| JP (1) | JP2003051689A (ja) |
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