JP2004282001A - 沸騰冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組付け費や素材費等をより安価にできる沸騰冷却装置を提供する。
【解決手段】表面に発熱体１０が取付けられ、内部に冷媒を貯留する冷媒槽部１１０と、発熱体１０の熱を受けて沸騰した冷媒を拡散させる冷媒拡散部１３０と、冷媒槽部１１０および冷媒拡散部１３０の間に設けられると共に、冷媒槽部１１０および冷媒拡散部１３０に連通して冷媒が流通する第１空間および外部冷却流体が流通する第２空間が形成された熱交換部１２０とを有する沸騰冷却装置において、熱交換部１２０を第１空間および第２空間に対応する開口部を有する複数の板状部材１２０Ａ，１２０Ｃの積層によって形成し、冷媒槽部１１０を鍛造あるいは鋳造によって一体で形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷媒の沸騰熱伝達により半導体素子等の発熱体を冷却する沸騰冷却装置に関するものである。

本出願人は、先に特願２００２−１７４３４０において、図２８に示すような沸騰冷却装置１００を提案している。この沸騰冷却装置１００は、複数の開口部を有する板状部材を複数積層する構造としており、冷媒槽部１１０、熱交換部１２０、冷媒拡散部１３０が形成されるようにしている。そして、冷媒流路１０１は冷媒槽部１１０、熱交換部１２０、冷媒拡散部１３０間で連通するようにしており、また、冷却水流路１０２が熱交換部１２０に形成されるようにしている。冷媒槽部１１０の下側面には発熱体１０が装着され、この発熱体１０によって冷媒槽部１１０内の冷媒は沸騰気化し、熱交換部１２０を上昇して、冷媒拡散部１３０で拡散された後、再び熱交換部１２０を下降する際に冷却水流路１０２を流通する冷却水によって凝縮液化され、冷媒槽部１１０に戻る。このように、発熱体１０の熱は冷媒から冷却水に移動され、発熱体１０が冷却されることになる。

これにより、以前より熱交換部１２０を構成していたチューブやフィンを廃止でき、チューブを冷媒槽部１１０に差し込んで組み立てる必要が無くなる。よって、部品の厳しい寸法管理が不要となり、部品生産が容易となる。また、積層構造を採用することで一方向からの組付けが可能となり、組立て工程の自動化にも容易に対応できる。更に、以前までのチューブを廃止できることにより、冷媒槽部１１０にチューブの差込み量を規制するための構造を不要として、沸騰冷却装置１００の全体に占める冷媒槽部１１０の占有体積を削減でき、放熱面積が拡大されて放熱性能を向上できるようにしている。

しかしながら、この沸騰冷却装置１００においては、板状部材の積層構造とすることで、熱交換部１２０のように冷媒流路１０１と冷却水流路１０２とを有する複雑な内部構造を容易に実現可能としているものの、冷媒のみが流通する冷媒槽部１１０あるいは冷媒拡散部１３０においては、組付け費（組付け工数）の増加を招いていた。また、複数の開口部を板状部材に設けることから、廃材と成る部分も多くなり、素材費が高くなるという問題があった。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、組付け費や素材費等をより安価にできる沸騰冷却装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明では、表面に第１発熱体（１０）が取付けられ、内部に冷媒を貯留する冷媒槽部（１１０）と、第１発熱体（１０）の熱を受けて沸騰した冷媒を拡散させる冷媒拡散部（１３０）と、冷媒槽部（１１０）および冷媒拡散部（１３０）の間に設けられると共に、冷媒槽部（１１０）および冷媒拡散部（１３０）に連通して冷媒が流通する第１空間（１２１Ａ）および外部冷却流体が流通する第２空間（１２２Ａ）が形成された熱交換部（１２０）とを有する沸騰冷却装置において、熱交換部（１２０）は、第１空間（１２１Ａ）および第２空間（１２２Ａ）に対応する開口部（１２１、１２２）を有する複数の板状部材（１２０Ａ〜１２０Ｄ）が積層されることによって形成され、冷媒槽部（１１０）は、鍛造あるいは鋳造によって一体で形成されたことを特徴としている。

これにより、第１空間（１２１Ａ）と第２空間（１２２Ａ）とによって複雑な内部構造を有する熱交換部（１２０）を板状部材（１２０Ａ〜１２０Ｄ）の積層構造によって容易に形成できる。そして、冷媒のみが流通する冷媒槽部（１１０）については、板状部材（１２０Ａ〜１２０Ｄ）の積層を不要として組付け費を低減でき、また開口部（１２１、１２２）に相当する廃材も無くすことができ、素材費の低減ができる。

そして、請求項２に記載の発明によれば、冷媒槽部（１１０）に第１発熱体（１０）を取付けるねじ部（１１４）あるいは所定の相手側部材を取付ける取付け部の少なくとも一方を容易に形成できる。即ち、冷媒槽部（１１０）を板状部材の積層構造とした場合には、沸騰冷却装置（１００）として全体を一体的に形成した後に、ねじ部を形成する必要があり、その加工が困難であった。また、取付け部の形成にあたっては、別部材の接合を必要としていたからである。

また、請求項３に記載の発明では、冷媒槽部（１１０）の内部に冷媒との伝熱面積を拡大する第１リブ（１１５）を一体で設けるようにしており、安価に性能向上（冷媒沸騰の促進）を図ることができる。

請求項４に記載の発明では、冷媒槽部（１１０）の内部底面には、複数の第１窪み（１１６）が設けられたことを特徴としている。

これにより、沸騰冷却装置（１００）が例えば車両に取付けられて、車両の走行姿勢に応じて、傾きが生じる時においても、冷媒が傾きの低い側にすべて集まること無く、第１窪み（１１６）に冷媒を保持することができるので、冷媒の沸騰作用が低下するのを防止できる。尚、第１窪み（１１６）は、積層構造によるものとは異なり、冷媒槽部（１１０）を形成する際に容易に設けることができる。

請求項５に記載の発明では、第１リブ（１１５）は、複数の第１窪み（１１６）内に設けられたことを特徴としている。

これにより、沸騰冷却装置（１００）の傾きが生じた時に、第１窪み（１１６）に保持される冷媒に対して、第１リブ（１１５）によって第１発熱体（１０）からの伝熱面積を増大させて、冷媒の沸騰を促進させることができる。

請求項６に記載の発明では、第１リブ（１１５）は、冷媒槽部（１１０）の中心側から外周側に開口するように凹状に形成されたことを特徴としている。

これにより、請求項４に記載の発明と同様に、沸騰冷却装置（１００）が例えば車両に取付けられて、車両の走行姿勢に応じて、傾きが生じる時においても、冷媒が傾きの低い側にすべて集まること無く、第１リブ（１１５）の凹状部に冷媒を保持することができるので、冷媒の沸騰作用が低下するのを防止できる。尚、請求項５に記載の発明との組み合わせによれば、第１窪み（１１６）および第１リブ（１１５）の凹状部の両者によってより多くの冷媒を保持できるようになるので、冷媒の沸騰作用低下防止の効果を向上することができる。

請求項７に記載の発明では、冷媒拡散部（１３０）は、鍛造あるいは鋳造によって一体で形成されたことを特徴としており、これにより、請求項１に記載の発明と同様に、冷媒拡散部（１３０）についても安価に形成することができる。

そして、請求項８に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明と同様に、冷媒拡散部（１３０）には、第２発熱体（１０ａ）を取付けるねじ部（１３７）あるいは所定の相手側部材を取付ける取付け部（１３９）の少なくとも一方を容易に形成できる。

請求項９に記載の発明では、冷媒拡散部（１３０）の内部には、第２発熱体（１０ａ）側から第２空間（１２２Ａ）側に延びて熱交換部（１２０）に当接する第２リブ（１３８）が設けられたことを特徴としている。

これにより、第２リブ（１３８）を介して第２発熱体（１０ａ）の熱を効率良く第２空間（１２２Ａ）内の外部冷却流体に伝達できるので、冷媒拡散部（１３０）側に第２発熱体（１０ａ）を取付けた場合の冷却性能を向上できる。

請求項１０に記載の発明では、第２リブ（１３８）は、冷媒拡散部（１３０）の中心側から外周側に開口するように凹状に形成されたことを特徴としている。

これにより、請求項６に記載の発明と同様に、沸騰冷却装置（１００）に傾きが生じた時に、冷媒拡散部（１３０）内における冷媒を第２リブ（１３８）の凹状部に保持することができる。よって、第２発熱体（１０ａ）の熱を第２リブ（１３８）によって保持された冷媒に伝達でき（冷媒を沸騰させることができ）、第２発熱体（１０ａ）を効率良く冷却できる。

請求項１１に記載の発明では、第２リブ（１３８）が当接する熱交換部（１３０）面には、複数の第２窪み（１２８）が設けられ、第２リブ（１３８）は、複数の第２窪み（１２８）内に設けられたことを特徴としている。

これにより、沸騰冷却装置（１００）の傾きが生じた時に、第２発熱体（１０ａ）の熱を第２窪み（１２８）に保持された冷媒に伝達でき（冷媒を沸騰させることができ）、第２発熱体（１０ａ）を効率良く冷却できる。尚、請求項１０に記載の発明との組み合わせによれば、第２窪み（１２８）および第２リブ（１３８）の凹状部の両者によってより多くの冷媒を保持できるようになるので、冷媒の沸騰作用低下防止の効果を向上することができる。

請求項１２に記載の発明では、冷媒槽部（１１０）あるいは冷媒拡散部（１３０）の少なくとも一方の内部には、第２空間（１２２Ａ）からの外部冷却流体が流通する第３空間（１３３Ａ）が形成され、第３空間（１３３Ａ）が形成される冷媒槽部（１１０）あるいは冷媒拡散部（１３０）内の表面には、外部冷却流体に対する犠牲材（１７０）が設けられたことを特徴としている。

これにより、冷媒槽部（１１０）あるいは冷媒拡散部（１３０）に外部冷却流体を流通させる場合に、犠牲材（１７０）を優先させた全面に拡がる腐食形態とすることができる。よって、外部冷却流体による局所的な孔食を考慮して必要以上に冷媒容器としての肉厚を増加させること無く、外部冷却流体に対する冷媒槽部（１１０）あるいは冷媒拡散部（１３０）の耐食性を向上させることができる。

請求項１３に記載の発明によれば、冷媒槽部（１１０）あるいは冷媒拡散部（１３０）のうち、冷媒槽部（１１０）内の表面に設けられる犠牲材（１７０）は、多孔質構造としたことを特徴としている。

これにより、冷媒槽（１１０）内の伝熱面積を増加させて冷媒の沸騰を促進させることができる。

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
次に、本発明の沸騰冷却装置１００の第１実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。沸騰冷却装置１００は、例えば半導体素子（ＩＧＢＴ）等の発熱体１０の熱によって内部に封入される冷媒が沸騰気化し、外部から供給される冷却水（外部冷却流体）によって気化冷媒が凝縮液化する際にその凝縮潜熱を外部冷却流体に放出することで発熱体１０を冷却する水冷式のものとしている。

以下説明する図面のうち、図１は沸騰冷却装置１００の正面図、図２は沸騰冷却装置１００の平面図、図３は冷媒槽部１１０の平面図および正面図、図４〜図６は各プレート１２０Ａ〜１２０Ｄ、１３０Ａ〜１３０Ｃの平面図である。

沸騰冷却装置１００は、図１、図２に示すように、下側から上側に向けて順に冷媒槽部１１０、熱交換部１２０、冷媒拡散部１３０が積層され、熱交換部１２０の上側の面（中間プレート１２０Ｄ）に入口パイプ１４０、出口パイプ１５０が設けられ、冷媒拡散部１３０の上側の面（上側プレート１３０Ｃ）に冷媒封入パイプ１６０が設けられたものである。尚、上記各部材は、熱伝導性に優れるアルミニウムあるいはアルミニウム合金から成り、これら部材が一体でろう付けされることによって沸騰冷却装置１００は形成される。

冷媒槽部１１０は、本発明の第１の特徴部を成すもので、後述する熱交換部１２０および冷媒拡散部１３０とは異なり、図１、図３に示すように、冷間鍛造（あるいは鋳造でも良い）によって一体的に形成されている。

具体的には、冷媒槽部１１０は、長方形の底面部１１１の外周に側壁部１１２が設けられて内側に空間を形成する半容器としている。そして、図３中の左右側には側壁部１１２から内側の空間に張出すと共に、反底面部側に円柱状を成して突出する肉部１１３が複数（ここでは、１２ヶ所としている）設けられており、この肉部１１３には、底面部１１１の下側から複数（１２ヶ所）のねじ部１１４が形成されている。尚、肉部１１３の円柱状の突出部は、後述する熱交換部１２０の冷却水開口部１２２（入口開口部１２２ａ、出口開口部１２２ｂ）内に収容される。

更に、内側の空間には、底面部１１１から開口側に突出して、図３中の左右方向に延びる複数のリブ（本発明の第１リブに対応）１１５が一体で設けられている。尚、リブ１１５の突出側端部位置は、側壁部１１２の開口側端部と同一の位置と成るようにしており、また、リブ１１５の長手方向端部と側壁部１１２との間には、隙間が形成されるようにしている。

そして、冷媒槽部１１０の下側面には発熱体（本発明の第１発熱体に対応）１０が配置され、ボルト１１の締め付けにより固定されている。尚、発熱体１０と冷媒槽部１１０との間の接触熱抵抗を小さくするために、両者間に熱伝導グリースを介在させても良い。

熱交換部１２０は、本発明の第２の特徴部を成すもので、図１、図４、図５に示すように、複数の中間プレート１２０Ａ〜１２０Ｄが積層されて形成されている。即ち、冷媒槽部１１０の上側に中間プレート１２０Ａが配置され、その上側に中間プレート１２０Ｂと中間プレート１２０Ｃとが交互に積層されて、更にその上側に中間プレート１２０Ｄが配置されている。中間プレート１２０Ａは、冷媒槽部１１０の側壁部１１２およびリブ１１５の反底面部側端部と当接して接合される。尚、リブ１１５の反底面部側端部は、後述する中間プレート１２０Ａの冷媒開口部１２１の間に位置して接合される。

中間プレート１３０Ａ〜１３０Ｄは、それぞれ冷媒槽部１１０と外形を同一とする長方形の平板部材としており、複数の冷媒開口部１２１が設けられている。冷媒開口部１２１は、図中の左右方向に延びる長円形の穴であり、左右方向および上下方向に複数配列され、中間プレート１３０Ａ〜１３０Ｄが積層された時に、互いに重なり合う（連通し合う）ようにしている。

そして、中間プレート１２０Ａには、冷媒槽部１１０の円柱状の肉部１１３を貫通させるねじ部逃し穴１２３（１２ヶ所）が設けられている。

また、中間プレート１３０Ｂ、１３０Ｃには、上記の冷媒開口部１２１に加えて、冷却水開口部１２２が設けられている。冷却水開口部１２２は、図中の上下方向に延びて櫛状を成す入口側開口部１２２ａおよび出口側開口部１２２ｂと図中の左右方向に延びる長円形の中間開口部１２２ｃとから成る。中間開口部１２２ｃは、図中の上下方向において上記の冷媒開口部１２１の間に挟まれるように配置されている。また入口側開口部１２２ａおよび出口側開口部１２２ｂの櫛歯に相当する部位は、中間開口部１２２ｃの位置に対応するようになっている。そして、中間プレート１３０Ｂ、１３０Ｃのそれぞれの冷却水開口部１２２（１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ）の端部は、互いにずれた位置に設けられている。

更に、中間プレート１２０Ｄには、図中の右上に入口パイプ穴１２４、左下に出口パイプ穴１２５が設けられている。そして、各パイプ穴１２４、１２５にはそれぞれ、入口パイプ１４０、出口パイプ１５０が図１、図２に示すように接合されている。

熱交換部１２０においては、冷媒開口部１２１が積層方向に連通することによって、複数の第１空間１２１Ａが形成される。そして、この第１空間１２１Ａは、冷媒槽部１１０および後述する冷媒拡散部１３０のそれぞれの内部空間に連通するようにしている。また、中間プレート１２０Ａ、１２０Ｄの間で交互に複数積層された中間プレート１２０Ｂ、１２０Ｃにおいては、冷却水開口部１２２、即ち入口側開口部１２２ａ、出口側開口部１２２ｂ、中間開口部１２２ｃが積層方向およびプレートの面方向にそれぞれ連通することによって、第２空間１２２Ａが形成される。尚、第２空間１２２Ａは、入口パイプ１４０および出口パイプ１５０と連通する。

冷媒拡散部１３０は、上記熱交換部１２０と同様に、図１、図６に示すように、複数のプレート１３０Ａ〜１３０Ｃが積層されて形成されている。即ち、中間プレート１３０Ａと中間プレート１３０Ｂとが交互に積層されて、更にその上側に上側プレート１３０Ｃが配置されている。

中間プレート１３０Ａ、１３０Ｂは、上記熱交換部１２０における中間プレート１２０Ａ〜１２０Ｄの冷媒開口部１２１を囲む領域に相当する外形を有する長方形の平板部材としている。中間プレート１３０Ａ、１３０Ｂには、それぞれ図中の左右方向あるいは上下方向に延びる長穴として形成される冷媒開口部１３１、１３２が複数設けられている。そして、冷媒開口部１３１は、熱交換部１２０の冷媒開口部１２１の上下方向の配置に対応するように設けられている。

また、上側プレート１３０Ｃは、中間プレート１３０Ａ、１３０Ｂと外形を同一としており、図中の右下には、上記冷媒開口部１３１あるいは１３２に連通する冷媒パイプ穴１３３が設けられている。この冷媒パイプ穴１３３には、図１、図２に示すように、冷媒パイプ１６０が接合されている。

冷媒拡散部１３０においては、冷媒開口部１３１、１３２が互いに交差する部位で連通して、内部空間が形成され、この内部空間は冷媒パイプ１６０と連通する。

尚、各プレート１２０Ａ〜１２０Ｄ、１３０Ａ〜１３０Ｃの各開口部１２１、１２２、１３１、１３２、および各穴１２３〜１２５、１３３は、切削加工、プレス加工、エッチング加工等により形成されている。

そして、冷媒封入パイプ１６０からは、所定量の冷媒が注入され、冷媒は冷媒拡散部１３０から熱交換部１２０の第１空間１２１Ａを通り、主に冷媒槽部１１０を満たすように貯留される。冷媒としては、ここではフロン（ＨＦＣ１３４ａ）を用いている。その他の冷媒として、水、アルコール、フロロカーボン等を用いても良い。尚、冷媒封入パイプ１６０の開口側は、冷媒注入後に溶接等により封止される。

次に、本実施形態の作動および作用効果について説明する。冷媒槽部１１０における冷媒は、発熱体１０の熱を受けて沸騰気化し、第１空間１２１Ａ側に上昇し、冷媒拡散部１３０内に流入して拡散する。そして、この拡散した冷媒が再び第１空間１２１Ａに下降する際に、第２空間１２２Ａを流通する冷却水によって冷却されて凝縮液化して、自重によって冷媒槽部１１０に還流する。このように、沸騰冷却装置１００は、発熱体１０の熱を沸騰気化により輸送し、凝縮液化時の凝縮潜熱を冷却水側に放出することで発熱体１０を冷却する。

本発明においては、第１空間１２１Ａと第２空間１２２Ａとによって複雑な内部構造を有する熱交換部１２０を中間プレート１２０Ａ〜１２０Ｄの積層構造によって容易に形成できるようにしている。そして、冷媒のみが流通する冷媒槽部１１０については、冷間鍛造により一体で形成するようにしているので、プレート（１２０Ａ〜１２０Ｄ）の積層を不要として組付け費を低減でき、また冷媒開口部１２１、冷却水開口部１２２に相当する廃材も無くすことができ、素材費の低減ができる。

また、冷媒槽部１１０を一体で形成することにより、発熱体１０を取付けるためのねじ部１１４を容易に形成することができる。即ち、先願のように、冷媒槽部１１０をプレートによる積層構造とした場合には、沸騰冷却装置１００として全体を一体的に形成した後に、ねじ部１１４を形成する必要があり、その加工が困難であったからである。

尚、冷媒槽部１１０の内部空間にはリブ１１５を一体で設けるようにしているので、容易に冷媒との伝熱面積を増加させて、冷媒の沸騰を促進させる（即ち熱交換性能を向上させる）ことができる。更には、リブ１１５の反底面部側端部は熱交換部１２０の中間プレート１２０Ａと接合されるようにしているので、冷媒槽部１１０の耐圧性を向上させることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図７〜図１１に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、冷媒拡散部１３０の上側にも発熱体（本発明の第２発熱体に対応）１０ａを設けるようにしたものである。尚、ここでは説明上、沸騰冷却装置１００を構成する各部材を上側から順に各図面（図８〜図１１）に配置している。

ここでは、冷媒拡散部１３０についても、図７、図８に示すように、冷媒槽部１１０と同様に冷間鍛造による一体成形品としている。具体的には、冷媒拡散部１１０は、長方形の上面部１３４の外周に側壁部１３５が設けられて内側に空間を形成する半容器としている。

そして、上面部１３４の幅方向の中央側および両側壁部１３５側には、反上面部側に円柱状を成して突出する肉部１３６が複数（ここでは、中央側３ヶ所、両側壁側に４ヶ所の合計７ヶ所としている）設けられており、この肉部１３６には、上面部１３４の上側から複数（７ヶ所）のねじ部１３７が形成されている。更に、内側の空間には、上面部１３４から開口側に突出して、図８中の左右方向に延びる複数のリブ（本発明の第２リブに対応）１３８が一体で設けられている。即ち、リブ１３８は、発熱体１０ａ側から熱交換部１２０の第２空間１２２Ａ側に向けて延びるようにしており、リブ１３８の突出側端部位置は、側壁部１３５の開口側端部と同一の位置と成るようにしている。そして、このリブ１３８の突出側端部は、中間プレート１２０Ｄの冷媒開口部１２１の間に位置して接合される。また、リブ１３８の中央部および長手方向端部と側壁１１２との間には、冷媒が拡散されやすくなるように隙間が形成されている。

また、冷媒拡散部１３０の図８中の右上に入口パイプ穴１３０ａ、左下に出口パイプ穴１３０ｂが設けられ、右下に冷媒パイプ穴１３３が設けられている。そして、各パイプ穴１３０ａ、１３０ｂ、１３３にはそれぞれ、入口パイプ１４０、出口パイプ１５０、冷媒封入パイプ１６０が図７に示すように接合されている。

そして、冷媒拡散部１３０の上側面には発熱体１０ａが配置され、ボルト１１の締め付けにより固定されている。

熱交換部１２０の冷媒拡散部１３０に当接する中間プレート１２０Ｄには、冷媒拡散部１３０の肉部１３６が貫通するねじ部逃し穴１２３を設けている。尚、上記第１実施形態で説明した入口パイプ穴１２４、出口パイプ穴１２５は廃止している。また、この中間プレート１２０Ｄと交互に積層される中間プレート１２０Ｂ、１２０Ｃとの間には中間プレート１２０Ｇ、１２０Ｆ、１２０Ｅを追加している。中間プレート１２０Ｇ、１２０Ｆは、中間プレート１２０Ｃ、１２０Ｂに対して、幅方向の中央側で肉部１３６が貫通するねじ逃し穴１２３を追加したものとしている。中間プレート１２０Ｅは、中間プレート１２０Ｃに対して、幅方向の中央側で冷媒拡散部１３０側から連通するねじ逃し穴１２３を閉塞するための肉部１２６が設けられたものとしている。

更にここでは、冷媒拡散部１３０、中間プレート１２０Ａ〜１２０Ｇ、冷媒槽部１１０の図中右下側には、沸騰冷却装置１００の上下に設けられる発熱体１０のハーネス（図示せず）を収容するハーネス穴１３０ｃ、１２７、１１７を設けるようにしている。

これにより、上記第１実施形態と同様に、冷媒拡散部１３０についても安価に形成することができる。尚、冷媒拡散部１３０に形成されるねじ部１３７は、中間プレート１２０Ｄ、１２０Ｇ、１２０Ｆ、１２０Ｅに設けたねじ部逃し穴１２３および肉部１２６によって形成される空間内に収容され、冷媒および冷却水が洩れることは無い。

また、冷媒拡散部１３０に取付けされた発熱体１０ａは、熱交換部１２０（第２空間１２２Ａ）の冷却水によって冷却されることになるが、ここでは冷媒拡散部１３０の内部空間に熱交換部１２０の中間プレート１２０Ｄに当接するリブ１３８を設けているので、発熱体１０の熱を効率良く冷却水に伝達でき、冷却性能を向上できる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図１２に示す。第３実施形態は、上記第２実施形態に対して、冷媒拡散部１３０に、所定の相手側部材を取付ける取付け部１３９を一体で形成するようにしたものである。

ここでは取付け部１３９を張出し部として形成して、ここに取付け穴１３９ａを設けている。この取付け部１３９は、例えば、車両側のハーネスや配管などの固定用に使用したり、逆に沸騰冷却装置１００自身を車両のボディに取付けるためのものとして使用できる。

このように、冷媒拡散部１３０をプレートによる積層構造とした場合では、取付け部１３９を形成するために、別部材の接合を必要としていたが、ここでは一体成形可能であり、安価に対応できる。尚、取付け部１３９は、冷媒拡散部１３０側に限らず、冷媒槽部１１０側に設けるようにしても良い。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図１３、図１４に示す。第４実施形態は、上記第１〜第３実施形態に対して、冷媒槽部１１０の底面部１１１に複数の窪み（本発明の第１窪みに対応）１１６を設けたものである。ここでは窪み１１６を球面状のディンプル１１６ａとしている。

これにより、沸騰冷却装置１００が例えば車両に取付けられて、車両の走行姿勢に応じて、図１４に示すように、傾きが生じる時においても、冷媒が傾きの低い側にすべて集まること無く、ディンプル１１６ａに冷媒を保持することができるので、冷媒の沸騰作用が低下するのを防止できる。尚、ディンプル１１６ａは、積層構造によるものとは異なり、冷媒槽部１１０を形成する際に容易に設けることができる。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態を図１５〜図１７に示す。第５実施形態は、上記第４実施形態に対して、リブ１１５と窪み１１６との組み合わせに特徴を持たせたものである。

ここでは冷媒槽部１１０（図１５は、図１３に対して９０度回転した状態で図示している）において、複数の窪み１１６を長孔状に形成して、この窪み１１６の中にリブ１１５を設けるようにしている。

これにより、上記第４実施形態で説明したように、沸騰冷却装置１００の傾きが生じた時に、窪み１１６に保持される冷媒に対して、リブ１１５によって発熱体１０からの伝熱面積を増大させて、冷媒の沸騰を促進させることができる。

尚、リブ１１５の形状は、図１８、図１９に示すように、冷媒槽部１１０の中心側から外周側に開口するように凹状に、即ち、Ｕ字状や三日月状に形成されるようにしても良い。当然のことながら窪み１１６は、上記凹状のリブ１１５を内部に収容でき得る形状とする。

これにより、沸騰冷却装置１００に傾きが生じた時に、窪み１１６および凹状のリブ１１５の両者によって、より多くの冷媒を保持できるようになるので、冷媒の沸騰作用低下防止の効果を向上することができる。

また、図１９に示すように、冷媒拡散部１３０を鍛造により一体で形成し、この冷媒拡散部１３０に発熱体１０ａを取付ける場合に、冷媒拡散部１３０内のリブ１３８も同様に（図１８に示すように）中心側から外周側に開口するように凹状に形成しても良い。

これにより、沸騰冷却装置１００に傾きが生じた時に、冷媒拡散部１３０内における冷媒をリブ１３８の凹状部に保持することができ、発熱体１０ａの熱をリブ１３８によって保持された冷媒に伝達でき（冷媒を沸騰させることができ）、発熱体１０ａを効率良く冷却できる。

更に、熱交換部１２０の中間プレート１２０Ｄに窪み（本発明の第２の窪みに対応）１２８を設けても良く、上記で説明した冷媒槽１１０と同様に、沸騰冷却装置１００に傾きが生じた時の冷媒の保持量を増加させることができる。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態を図２０〜図２３に示す。第６実施形態は、上記第２実施形態に対して、冷却水に対する耐食性を考慮しつつ、冷媒拡散部１３０内にも冷却水を流通させるようにしたものである。

本実施形態の沸騰冷却装置１００においては、冷却水が流入、流出する入口パイプ１４０、出口パイプ１５０を熱交換部１２０の一側面に設けており、冷却水は熱交換部１２０内をＵターンして流れるようにしている。また、熱交換部１２０を形成する中間プレート１２０Ａ〜１２０Ｇの間には、少なくとも一方の面に犠牲材が設けられた薄肉のプレートを介在させるようにしている（本出願人が先の特願２００２−１７４３４０にて提案した内容）。

一方、冷媒拡散部１３０の内部には、矩形状の仕切り壁１３０ｄが設けられ、熱交換部１２０の第２空間１２２Ａからの冷却水が流通する第３空間１３３Ａ（仕切り壁１３０ｄの外側）を形成するようにしている。熱交換部１２０における第２空間１２２Ａ（冷却水開口部１２２）は、第３空間１３３Ａに対応する位置に設けられ、中間プレート１２０Ｄにも冷却水開口部１２２を設けることで、第２空間１２２Ａと第３空間１３３Ａとが連通するようにしている。尚、第３空間１３３Ａ内には、冷却水が入口パイプ１４０側と出口パイプ１５０側との間で短絡するのを防止するために、仕切り壁１３０ｅを設けている。

また、仕切り壁１３０ｄの内側は、冷媒拡散部１３０として本来の冷媒が流通する空間としており、熱交換部１２０の第１空間１２１Ａ（冷媒開口部１２１）がこの領域に対応するように設けられることで両者間が連通するようにしている。

そして、冷媒拡散部１３０の内側の面には、冷却水に対する犠牲材１７０が設けられるようにしている。犠牲材１７０は、周知のように冷媒拡散部１３０に対して自らが金属電極の陽極として働き、電気化学反応によって消耗（犠牲腐食）することで、相手側の冷媒拡散部１３０の耐食寿命を延ばすものである。犠牲材１７０は、冷媒拡散部１３０を形成するアルミニウム材に対して電位が低くなるように、亜鉛を所定量含有するアルミニウム材としている。

冷媒拡散部１３０への犠牲材１７０の形成にあたっては、図２２に示すように行う。即ち、まず、冷媒拡散部１３０用の鍛造材１８０の一方の面に予め犠牲材１７０をクラッドしたものを準備する（図２２（ａ））。次に、犠牲材１７０がクラッドされた側が冷媒拡散部１３０の内側となるように鍛造成形する（図２２（ｂ））。更に、熱交換部１２０と接合される側の端部の犠牲材１７０を切削除去する（図２２（ｃ））。これは、熱交換部１２０との接合部での腐食（犠牲腐食）が進行して冷媒や冷却水が洩れるのを防止するためである。

尚、図２２（ｃ）の工程を廃止するために、図２３に示すように、予め熱交換部１２０側と接合される端部に対応する位置にプレス加工で打ち抜き孔１７１を設けた犠牲材１７０を用いるようにしても良い。

このように形成される冷媒拡散部１３０を用いた沸騰冷却装置１００においては、冷媒拡散部１３０側に設けられる発熱体１０ａを冷媒（冷媒への熱移動）および、第３空間１３３Ａを流通する冷却水の両者によって冷却することができる。

そして、冷却水が流通する冷媒拡散部１３０の内部には犠牲材１７０を設けるようにしているので、この犠牲材１７０を優先させた全面に拡がる腐食形態とすることができる。よって、冷却水による局所的な孔食を考慮して必要以上に冷媒容器としての肉厚を増加させること無く、冷却水に対する冷媒拡散部１３０の耐食性を向上させることがでる。

尚、冷媒拡散部１３０内の第３空間１３３Ａの配置については、冷媒拡散部１３０に取付けられる発熱体１０ａの大きさや位置に応じて、図２４や図２５に示すように種々の対応が可能である。図２４は、第３空間１３３Ａを冷媒拡散部１３０の長手方向の一方に配置した例であり、また、図２５は、冷媒拡散部１３０内の全体を第３空間１３３Ａとした例である。

また、図２６に示すように、第３空間を冷媒槽１１０の内部に設けるようにしても良く、この場合は冷媒槽１１０に取付けられる発熱体１０を冷媒（冷媒への熱移動）および、冷媒槽１１０内の第３空間を流通する冷却水の両者によって冷却することができる。

この場合、冷媒槽１１０に設ける犠牲材１７０は、複数の小穴１７２を有する多孔質構造のものとして、冷媒槽１１０内に全体的に設けるようにするのが良い。これにより、冷媒槽１１０内の第３空間においては、犠牲材１７０による耐食性の向上が図れると共に、図２７に示すように、冷媒槽１１０内の伝熱面積を増加させて冷媒の沸騰を促進させることができる。

尚、犠牲材１７０の多孔質構造としては、小穴１７２によって形成されるものに限らず、繊維状のものやメッシュ状のものによって形成されるようにしても良い。

第１実施形態の沸騰冷却装置の外観を示す正面図である。 図１におけるＡ方向からの矢視図である。 冷媒槽部を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ方向からの矢視図である。 中間プレート１２０Ａを示す平面図である。 （ａ）は中間プレート１２０Ｂ、（ｂ）は中間プレート１２０Ｃ、（ｃ）は中間プレート１２０Ｄを示す平面図である。 （ａ）は中間プレート１３０Ａ、（ｂ）は中間プレート１３０Ｂ、（ｃ）は上側プレート１３０Ｃを示す平面図である。 第２実施形態の沸騰冷却装置の外観を示す正面図である。 冷媒拡散部を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ方向からの矢視図である。 （ａ）は中間プレート１２０Ｄ、（ｂ）は中間プレート１２０Ｇ、（ｃ）は中間プレート１２０Ｆを示す平面図である。 （ａ）は中間プレート１２０Ｅ、（ｂ）は中間プレート１２０Ｃ、（ｃ）は中間プレート１２０Ｂを示す平面図である。 （ａ）は中間プレート１２０Ａ、（ｂ）は冷媒槽部を示す平面図である。 第３実施形態の沸騰冷却装置の部分的な外観を示す正面図である。 第４実施形態の冷媒槽部を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ方向からの矢視図である。 第４実施形態の沸騰冷却装置の部分的な外観を示す正面図である。 第５実施形態における冷媒槽部を示す平面図である。 図１５におけるＥ−Ｅ部を示す断面図である。 図１５におけるＦ−Ｆ部を示す断面図である。 第５実施形態における冷媒槽部の変形例を示す平面図である。 第５実施形態の変形例における沸騰冷却装置を示す断面図である。 第６実施形態における沸騰冷却装置を示す斜視図である。 第６実施形態における冷媒拡散部を示す平面図である。 図２１における冷媒拡散部の製造過程を示す断面図である。 第６実施形態における犠牲材の変形例を示す斜視図である。 第６実施形態における冷媒拡散部の変形例１を示す平面図である。 第６実施形態における冷媒拡散部の変形例２を示す平面図である。 第６実施形態における冷媒槽部に設けられる犠牲材を示す斜視図である。 図２６における犠牲材を用いた冷媒槽部を示す断面図である。 先の出願における沸騰冷却装置を示す断面図である。

符号の説明

１０ 発熱体（第１発熱体）
１０ａ 発熱体（第２発熱体）
１００ 沸騰冷却装置
１１０ 冷媒槽部
１１４ ねじ部
１１５ リブ（第１リブ）
１１６ 窪み（第１窪み）
１２０ 熱交換部
１２０Ａ〜１２０Ｄ 中間プレート（板状部材）
１２１ 冷媒開口部（開口部）
１２１Ａ 第１空間
１２２ 冷却水開口部（開口部）
１２２Ａ 第２空間
１２８ 窪み（第２窪み）
１３０ 冷媒拡散部
１３３Ａ 第３空間
１３７ ねじ部
１３８ リブ（第２リブ）
１３９ 取付け部
１７０ 犠牲材

Claims (13)

1. 表面に第１発熱体（１０）が取付けられ、内部に冷媒を貯留する冷媒槽部（１１０）と、
   前記第１発熱体（１０）の熱を受けて沸騰した前記冷媒を拡散させる冷媒拡散部（１３０）と、
   前記冷媒槽部（１１０）および前記冷媒拡散部（１３０）の間に設けられると共に、前記冷媒槽部（１１０）および前記冷媒拡散部（１３０）に連通して前記冷媒が流通する第１空間（１２１Ａ）および外部冷却流体が流通する第２空間（１２２Ａ）が形成された熱交換部（１２０）とを有する沸騰冷却装置において、
   前記熱交換部（１２０）は、前記第１空間（１２１Ａ）および前記第２空間（１２２Ａ）に対応する開口部（１２１、１２２）を有する複数の板状部材（１２０Ａ〜１２０Ｄ）が積層されることによって形成され、
   前記冷媒槽部（１１０）は、鍛造あるいは鋳造によって一体で形成されたことを特徴とする沸騰冷却装置。
2. 前記冷媒槽部（１１０）には、前記第１発熱体（１０）を取付けるねじ部（１１４）あるいは所定の相手側部材を取付ける取付け部の少なくとも一方が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の沸騰冷却装置。
3. 前記冷媒槽部（１１０）の内部には、前記冷媒との伝熱面積を拡大する第１リブ（１１５）が設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の沸騰冷却装置。
4. 前記冷媒槽部（１１０）の内部底面には、複数の第１窪み（１１６）が設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の沸騰冷却装置。
5. 前記第１リブ（１１５）は、前記複数の第１窪み（１１６）内に設けられたことを特徴とする請求項４に記載の沸騰冷却装置。
6. 前記第１リブ（１１５）は、前記冷媒槽部（１１０）の中心側から外周側に開口するように凹状に形成されたことを特徴とする請求項３または請求項５のいずれかに記載の沸騰冷却装置。
7. 前記冷媒拡散部（１３０）は、鍛造あるいは鋳造によって一体で形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の沸騰冷却装置。
8. 前記冷媒拡散部（１３０）には、第２発熱体（１０ａ）を取付けるねじ部（１３７）あるいは所定の相手側部材を取付ける取付け部（１３９）の少なくとも一方が設けられたことを特徴とする請求項７に記載の沸騰冷却装置。
9. 前記冷媒拡散部（１３０）の表面には第２発熱体（１０ａ）が取付けられ、
   前記冷媒拡散部（１３０）の内部には、前記第２発熱体（１０ａ）側から前記第２空間（１２２Ａ）側に延びて前記熱交換部（１２０）に当接する第２リブ（１３８）が設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の沸騰冷却装置。
10. 前記第２リブ（１３８）は、前記冷媒拡散部（１３０）の中心側から外周側に開口するように凹状に形成されたことを特徴とする請求項９に記載の沸騰冷却装置。
11. 前記第２リブ（１３８）が当接する前記熱交換部（１３０）面には、複数の第２窪み（１２８）が設けられ、
    前記第２リブ（１３８）は、前記複数の第２窪み（１２８）内に設けられたことを特徴とする請求項９または請求項１０のいずれかに記載の沸騰冷却装置。
12. 前記冷媒槽部（１１０）あるいは前記冷媒拡散部（１３０）の少なくとも一方の内部には、前記第２空間（１２２Ａ）からの前記外部冷却流体が流通する第３空間（１３３Ａ）が形成され、
    前記第３空間（１３３Ａ）が形成される前記冷媒槽部（１１０）あるいは前記冷媒拡散部（１３０）内の表面には、前記外部冷却流体に対する犠牲材（１７０）が設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の沸騰冷却装置。
13. 前記冷媒槽部（１１０）あるいは前記冷媒拡散部（１３０）のうち、前記冷媒槽部（１１０）内の表面に設けられる前記犠牲材（１７０）は、多孔質構造としたことを特徴とする請求項１２に記載の沸騰冷却装置。

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