JP2012167866A - 沸騰冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却容器と熱交換体との接合箇所において、シール部材を用いることができる沸騰冷却装置の提供にある。
【解決手段】発熱体１３の熱を受ける液体冷媒Ｒを貯溜する冷却容器１１と、冷却容器１１に固定される熱交換体２０と、を備えた沸騰冷却装置である。冷却容器１１は、液体冷媒Ｒが貯溜される冷媒貯溜部１４と、液体冷媒Ｒの蒸発による冷媒蒸気が凝縮される冷媒凝縮部１５と、を備え、冷媒凝縮部１５の内部と外部とを連通する開口部１２が冷媒凝縮部１５に形成されている。熱交換体２０は、開口部１２に挿入され、冷媒凝縮部１５に位置する吸熱部と、冷却容器１１の外部に位置し、吸熱部の外周面よりも拡径された外周面を有する放熱部と、開口部１２の周囲にわたって吸熱部の外周面と放熱部の外周面とを連結し、冷却容器１１との外面と対向する座面と、を備え、冷却容器１１の外面と座面との間にシール部材３８が介在された。
【選択図】 図１

Description

この発明は、半導体素子や半導体素子を備えるパワーモジュール等の発熱体を冷却する沸騰冷却装置に関する。

従来の技術としては、例えば、特許文献１に記載された浸漬液冷パッケージが存在する。
この浸漬液冷パッケージは、内部に密閉された伝熱空間を形成した容器を有しており、容器の下面には、絶縁性材料からなる基板が設けられている。
基板の伝熱空間側には、電子部品が多数実装されており、伝熱空間には非導電性の冷却液が封入されている。
容器には上部からヒートパイプが容器の上部壁面を貫通する形で固着されており、ヒートパイプの蒸発部には吸熱用フィンがフィンの略下半分を冷却液に浸漬させた形で設けられている。
ヒートパイプの凝縮部は、容器外の上方に突出しており、凝縮部には放熱用フィンが設けられている。

実願昭５４−１８３７２９号（実開昭５６−１０１６９５号）のマイクロフィルム

特許文献１に開示された浸漬液冷パッケージは、ヒートパイプが容器の上部壁面を貫通することから、ヒートパイプと容器との接合箇所を溶接またはロウ付けするなどにより、容器の気密性を保つ必要がある。
しかしながら、ヒートパイプと容器との接合箇所を溶接またはロウ付けする場合、溶接やロウ付けに時間がかかるなど装置製作のコストが嵩むという問題がある。
因みに、シール部材を用いることで装置製作のコストを低減することも考えられるが、特許文献１に開示された浸漬液冷パッケージでは、シール部材を設けるスペースが殆どないことから、シール部材を用いて容器の気密性を図ることが構造上困難である。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、冷却容器と熱交換体との接合箇所において、シール部材を用いることができる沸騰冷却装置の提供にある。

上記の課題を解決するために、本発明は、発熱体の熱を受ける液体冷媒を貯溜する冷却容器と、前記冷却容器に固定される熱交換体と、を備えた沸騰冷却装置であって、前記冷却容器は、前記液体冷媒が貯溜される冷媒貯溜部と、前記液体冷媒の蒸発により発生する冷媒蒸気が凝縮される冷媒凝縮部と、を備え、前記冷媒凝縮部の内部と外部とを連通する開口部が前記冷媒凝縮部に形成され、前記熱交換体は、前記開口部に挿入され、前記冷媒凝縮部の内部に位置する吸熱部と、前記冷却容器の外部に位置し、前記吸熱部の外周面よりも拡径された外周面を有する放熱部と、前記開口部の周囲にわたって前記吸熱部の外周面と前記放熱部の外周面とを連結し、前記冷却容器との外面と対向する座面と、を備え、 前記冷却容器の外面と前記座面との間にシール部材が介在されていることを特徴とする。

本発明によれば、熱交換体の座面は冷却容器の開口部の周囲にわたって冷却容器との外面と対向していることから、シール部材を設けるスペースが充分に確保され、シール部材を冷却容器の外面と熱交換体の座面との間に介在させることができる。
シール部材を用いることにより、冷却容器内の冷媒の外部への漏洩を防止することができるほか、溶接やロウ付けによる冷却容器の気密性確保の手段と比較して製作コストを低減することができる。

また、本発明は、上記の沸騰冷却装置において、前記熱交換体は、密閉空間を形成する熱交換体ケースと、前記密閉空間に収容される液体の熱交換媒体と、備え、前記熱交換体ケースが前記吸熱部と前記放熱部とを備えてもよい。

この場合、熱交換媒体は熱交換体の吸熱部を介して冷媒蒸気と熱交換を行った熱交換媒体は、放熱部において外部の冷媒と熱交換を行う。
熱交換体ケースの放熱部を吸熱部よりも大きくすれば、熱交換体における熱交換媒体の凝縮効率の向上を図ることができるから、熱交換体の放熱部を吸熱部よりも大きくすることで熱交換体に座面をより備えやすくすることができる。

また、本発明は、上記の沸騰冷却装置において、前記密閉空間に液戻り通路を形成する通路形成部材を備え、前記熱交換体ケースは前記座面を含んでもよい。

この場合、密閉空間に液戻り通路を形成する通路形成部材を備えることで、熱交換体ケースの放熱部が吸熱部よりも大きくなりやすく、熱交換体ケースはシール部材の介在に適した座面を含むことができる。

また、本発明は、上記の沸騰冷却装置において、前記シール部材は、前記開口部における内周面と前記吸熱部の外周面との間に配置される周面当接部を有してもよい。

この場合、シール部材の周面当接部が開口部の隙間を埋めることにより、冷却容器の開口部からの冷媒の漏洩を防止することができ、冷却容器内の冷媒の外部への漏洩をより確実に防止することができる。

また、本発明は、上記の沸騰冷却装置において、前記吸熱部および前記放熱部の少なくとも一方はフィンを有してもよい。

この場合、吸熱部および放熱部の少なくとも一方にフィンを有することにより、吸熱部および放熱部の少なくとも一方ではより熱交換を効率的に行うことができる。

本発明によれば、冷却容器と熱交換体との接合箇所において、シール部材を用いることができる沸騰冷却装置を提供できる。

第１の実施形態に係る沸騰冷却装置の概要を示す縦断面図である。 第１の実施形態に係る沸騰冷却装置の要部を拡大して示す要部縦断面図である。 第１の実施形態に係る沸騰冷却装置の概要を示す分解斜視図である。 第２の実施形態に係る沸騰冷却装置の要部を拡大して示す要部縦断面図である。 第３の実施形態に係る沸騰冷却装置の要部を拡大して示す要部縦断面図である。

（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る沸騰冷却装置を図面に基づき説明する。
図１に示すように、沸騰冷却装置の冷却容器１１は、冷却容器１１の底を形成する底壁１１Ａを備えている。
底壁１１Ａは長方形状であり、底壁１１Ａの長辺側の端縁から一対の受熱壁１１Ｂが立設されている。
一対の受熱壁１１Ｂにおける底壁１１Ａと反対側となる端縁には、底壁１１Ａおよび受熱壁１１Ｂから離れる方向に傾斜する傾斜壁１１Ｃが夫々形成されている。
傾斜壁１１Ｃの端縁からさらに垂直壁１１Ｄが延設され、図１および図２に示すように、垂直壁１１Ｄの端部を接続する天井壁１１Ｅが形成されている。
図３に示すように、天井壁１１Ｅには、方形の開口部１２が形成されている。
そして、冷却容器１１は、底壁１１Ａ〜天井壁１１Ｅの両端縁に接合される一対の側壁１１Ｆを有する。

この実施形態の沸騰冷却装置では、受熱壁１１Ｂの外表面においてそれぞれ３個の発熱体１３が取り付けられている。
発熱体１３はＩＧＢＴ等のスイッチング素子を有するパワーモジュール等の電子回路ユニットである。
冷却容器１１は、液体の冷媒（以後「液体冷媒」と表記する）Ｒを貯溜する冷媒貯溜部１４と、蒸発した冷媒（以後「冷媒蒸気」と表記する）を凝縮する冷媒凝縮部１５と、備えている。
冷媒凝縮部１５における天井壁１１Ｅに開口部１２が形成されていることから、開口部１２は冷媒凝縮部１５の内部と外部とを連通する。
図１に示すように、冷却容器１１において、受熱壁１１Ｂ側の部位が冷媒貯溜部１４に相当し、冷却容器の傾斜壁１１Ｃ〜１１Ｅ側の部位が冷媒凝縮部１５に相当する。
冷却容器１１は熱伝導に優れた材料（例えば、アルミ系金属材料）により形成されており、受熱壁１１Ｂは、発熱体１３の熱を液体冷媒Ｒに伝達する伝熱面を有する。
因みに、図３おいては一方の受熱壁１１Ｂの外表面に固定された発熱体１３のみ示される。

図１および図３に示すように、冷媒貯溜部１４および冷媒凝縮部１５の内部を複数の通路に区画する一対の通路形成板１６が配設されている。
通路形成板１６は屈曲された板材により形成され、通路形成板１６の側端は側壁１１Ｆ、１１Ｆに固定されている。
通路形成板１６は、大部分が冷媒貯溜部１４内に位置する垂直部１６Ａと、垂直部１６Ａから冷媒凝縮部１５側の垂直壁１１Ｄへ向けて延設された傾斜部１６Ｂと、を備える。
このため、図１に示すように、一対の通路形成板１６の縦断面は漏斗状の形態を呈している。

垂直部１６Ａと受熱壁１１Ｂとの間に形成される通路は第１冷媒通路Ｔ１である。
この実施形態では、一対の通路形成板１６を配設したことにより、冷却容器１１内において一対の第１冷媒通路Ｔ１が形成される。
また、一対の垂直部１６Ａの間には、第２冷媒通路Ｔ２が形成されている。
冷却容器１１の傾斜壁１１Ｃと通路形成板１６の傾斜部１６Ｂとの間には導入通路としての第３冷媒通路Ｔ３が形成されている。
一対の傾斜部１６Ｂの間には凝縮通路としての第４冷媒通路Ｔ４が形成されている。
従って、通路形成板１６は、第１冷媒通路Ｔ１〜第４冷媒通路Ｔ４を形成する通路形成手段に相当する。

この実施形態では、液体冷媒Ｒの液面が受熱壁１１Ｂの上端よりも僅かに下方に位置する状態にある。
この状態では、第１冷媒通路Ｔ１および第２冷媒通路Ｔ２は液体冷媒Ｒが存在し、第３冷媒通路Ｔ３および第４冷媒通路Ｔ４は冷媒蒸気が存在する。
液面から蒸発する冷媒蒸気は、第３冷媒通路Ｔ３から第４冷媒通路Ｔ４を通るが、第３冷媒通路Ｔ３では、傾斜部１６Ｂが冷媒蒸気を案内し、上方へ向かう冷媒蒸気の流れが発生する。
因みに、液体冷媒Ｒは水を加えて希釈されたエチルアルコールを用いている。

通路形成板１６の下端部は、冷却容器１１の底壁１１Ａに達しておらず、底壁１１Ａとの間には間隙が形成されている。
従って、一対の第１冷媒通路Ｔ１と第２冷媒通路Ｔ２は通路形成板１６の下方の間隙にて連通している。
通路形成板１６の上端部と天井壁１１Ｅとの間には充分な間隙が形成されている。
一対の第３冷媒通路Ｔ３と第４冷媒通路Ｔ４は通路形成板１６の上方の間隙にて連通している。
なお、第４冷媒通路Ｔ４は第２冷媒通路Ｔ２の上方に位置する。
本実施形態の沸騰冷却装置では、液体冷媒Ｒと冷媒蒸気との気液分離の循環経路が冷却容器１１内に形成されることになる。

この実施形態の沸騰冷却装置は、冷却容器１１のほかに、冷却容器１１に接合される熱交換体２０を備えている。
熱交換体２０は、密閉空間を形成する熱交換体ケース２１と、密閉空間に収容される熱交換媒体としての液体媒体Ｌと、密閉空間内に複数の媒体通路Ｕ１〜Ｕ４を形成する通路形成部材２６と、を備えている。

図２に示すように、熱交換体ケース２１は、底壁２１Ａと、下部垂直壁２１Ｂ、水平壁２１Ｃと、一対の上部垂直壁２１Ｄと、天井壁２１Ｅと、を備えている。
下部垂直壁２１Ｂは底壁２１Ａの外周縁から立設されている。
水平壁２１Ｃは、下部垂直壁２１Ｂにおける底壁２１Ａと反対側となる端縁から下部垂直壁２１Ｂから離れる方向に水平に延設されている。
上部垂直壁２１Ｄは、水平壁２１Ｃの延設側の端縁から立設されており、上部垂直壁２１Ｄの端部を接続する天井壁２１Ｅが形成されている。
熱交換体ケース２１は熱伝導に優れた材料（例えば、アルミ系金属材料）により形成されている。

熱交換体ケース２１は、液体媒体Ｌを貯溜する媒体貯溜部２２と、蒸発した液体媒体Ｌの蒸気（以後「媒体蒸気」と表記する）を凝縮する媒体凝縮部２３と、備えている。
図２に示すように、熱交換体ケース２１において、下部垂直壁２１Ｂ側の部位が媒体貯溜部２２に相当し、熱交換体ケース２１の水平壁２１Ｃ〜天井壁２１Ｅ側の部位が媒体凝縮部２３に相当する。
下部垂直壁２１Ｂは媒体貯溜部２２の外周面を構成し、上部垂直壁２１Ｄは媒体凝縮部２３の外周面を構成する。
底壁２１Ａの表面にはフィンとしての底側フィン２４が設けられ、天井壁２１Ｅにはフィンとしての天井側フィン２５が設けられている。
本実施形態では、複数個の底側フィン２４および天井側フィン２５が設けられている。

媒体貯溜部２２は、冷却容器１１の開口部１２に挿入可能であって冷却容器１１と嵌合するように寸法設定されており、熱交換体ケース２１が冷却容器１１に接合された状態では、媒体貯溜部２２は、冷却容器１１内の冷媒凝縮部１５に位置する。
媒体凝縮部２３の外周面は、開口部１２の内径よりも大きく寸法設定されており、熱交換体ケース２１が冷却容器１１に接合された状態では、冷却容器１１の外側に位置する。
つまり、媒体凝縮部２３は、媒体貯溜部２２の外周面よりも拡径された外周面を有する。因みに、拡径とは径を拡大する意味であるが、拡径の対象である外周面が円周面に限らず、本実施形態のように円周面以外の外周面に対しても径方向の寸法を拡大する場合を含む。
ところで、沸騰冷却装置１０では、凝縮能力を向上させることが重要である。
熱交換体ケース２１が媒体貯溜部２２と媒体凝縮部２３を備え、液体媒体Ｌの蒸発と媒体蒸気の凝縮を行う構造では、媒体凝縮部２３をより大きくすることで、凝縮能力が向上する。
冷却容器１１内に位置する熱交換体ケース２１の一部と、底側フィン２４は吸熱部に相当し、冷却容器１１の外側となる熱交換体ケースの一部と、天井側フィン２５は放熱部に相当する。

熱交換体ケース２１内に貯溜される液体媒体Ｌは、冷却容器１１内に貯溜される液体冷媒Ｒよりも沸点が低い液体である。
因みに、液体冷媒Ｒが加水により希釈されたエチルアルコールの場合、液体媒体Ｌは、例えば、純度の高いエチルアルコールを用いればよい。
この実施形態では、熱交換体ケース２１内において、下部垂直壁２１Ｂの上端よりもやや下方に液体媒体Ｌの液面が位置するように、液体媒体Ｌの貯溜量が設定されている。

熱交換体ケース２１は、熱交換体ケース２１内の空間を複数の通路に区画する一対の通路形成部材２６を備えている。
通路形成部材２６は屈曲された板材により形成され、通路形成部材２６の側端は下部垂直壁２１Ｂ、水平壁２１Ｃおよび上部垂直壁２１Ｄに固定されている。
通路形成部材２６は、垂直部２６Ａと、垂直部２６Ａから媒体凝縮部２３側の上部垂直壁２１Ｄへ向けて延設された傾斜部２６Ｂと、を備える。
このため、図２に示すように、一対の通路形成部材２６の縦断面は漏斗状の形態を呈している。

垂直部２６Ａと下部垂直壁２１Ｂとの間に形成される通路は第１媒体通路Ｕ１である。
この実施形態では、一対の通路形成部材２６を配設したことにより、熱交換体ケース２１内において一対の第１媒体通路Ｕ１が形成される。
また、一対の垂直部２６Ａの間には、第２媒体通路Ｕ２が形成されている。
熱交換体ケース２１の水平壁２１Ｃおよび上部垂直壁２１Ｄと通路形成部材２６の傾斜部２６Ｂとの間には第３媒体通路Ｕ３が形成されている。
一対の傾斜部２６Ｂの間には第４媒体通路Ｕ４が形成されている。
従って、通路形成部材２６は、第１媒体通路Ｕ１〜第４媒体通路Ｕ４を形成する。
通路形成部材２６を設けることにより熱交換体ケース２１において水平壁２１Ｃが設け易くなっている。

この実施形態では、液体媒体Ｌの液面が下部垂直壁２１Ｂの上端よりもやや下方に位置する状態にある。
この状態では、第１媒体通路Ｕ１および第２媒体通路Ｕ２には液体媒体Ｌが存在し、 第３媒体通路Ｕ３および第４媒体通路Ｕ４は媒体蒸気が存在する。
液面から蒸発する媒体蒸気は、第３媒体通路Ｕ３から第４媒体通路Ｕ４を通るが、第３媒体通路Ｕ３では、傾斜部２６Ｂが媒体蒸気を案内し、斜め上方へ向かう媒体蒸気の流れが発生する。
第４媒体通路Ｕ４において凝縮された媒体蒸気は、通路形成部材２６の第２媒体通路Ｕ２側の面を伝わって液体媒体Ｌへ向かう。
従って、第２媒体通路Ｕは液戻り通路に相当し、通路形成部材２６が密閉空間に液戻り通路を形成している。

ところで、熱交換体ケース２１は冷却容器１１に固定されるが、熱交換体ケース２１の上部垂直壁２１Ｄの外側面には複数の固定用の脚部２７が形成されており、ボルト（図示せず）等の固定部材を用いて脚部２７が冷却容器１１に固定されている。
熱交換体ケース２１が冷却容器１１に固定される状態では、冷却容器１１の天井壁１１Ｅと熱交換体ケース２１の水平壁２１Ｃは互いに対向している。

天井壁１１Ｅと水平壁２１Ｃとの間にはシール部材２８が介在されている。
シール部材２８は、開口部１２を囲繞する環状であって断面が長方形状のシール部材であり、冷却容器１１内の冷媒蒸気の開口部１２を通じた外部への漏洩を防止する。
両者１１、２１が固定される状態では、シール部材２８が上下に締め付けられてシール機能を発揮する。
従って、熱交換体ケース２１の水平壁２１Ｃは、開口部１２の周囲にわたって下部垂直壁２１Ｂと上部垂直壁２１Ｄとを連結して熱交換体ケース２１の一部を構成するだけでなく、シール部材２８の座面として機能する。
なお、本実施形態のシール部材２８はゴム系材料により形成されているが、ゴム系材料に限らず樹脂系材料や金属系材料等のシール部材でもよい。
シール部材２８の材料は液体冷媒Ｒに対して不溶性、不反応性の材料であることが好ましい。
また、シール部材２８と天井壁１１Ｅおよび水平壁２１Ｃの密着性を高めるため、シーラーなどの接着剤をシール部材２８に塗布してもよい。

次に、沸騰冷却装置１０の作用について説明する。
冷媒貯溜部１４内の液体冷媒Ｒは、発熱体１３が発熱すると受熱壁１１Ｂの伝熱面を通じて発熱体１３から受熱して沸騰する。
因みに、冷却容器１１内には液体冷媒Ｒの沸点が大気圧における沸点よりも低くなるように予め減圧されている。
液体冷媒Ｒの沸騰により生じた冷媒蒸気は気泡（図示せず）として液体冷媒Ｒ中に発生し、気泡は第１冷媒通路Ｔ１を上昇する。
第１冷媒通路Ｔ１を上昇して液面に達した気泡からは冷媒蒸気が冷媒凝縮部１５へ放出される。

第１冷媒通路Ｔ１における気泡の上昇に伴い、第１冷媒通路Ｔ１において液体冷媒Ｒの下方から上方への流れが発生する。
第１冷媒通路Ｔ１における液体冷媒Ｒの下方から上方への流れの発生に伴って、通路形成板１６の下端部では第２冷媒通路Ｔ２から第１冷媒通路Ｔ１へ向かう液体冷媒Ｒの流れが生じる。

一方、液面から放出された冷媒蒸気は、傾斜壁１１Ｃと通路形成板１６の傾斜部１６Ｂに沿う流れが発生する。
第３冷媒通路Ｔ３では斜め上方へ向かう冷媒蒸気の流れが形成される。
第３冷媒通路Ｔ３を通過した冷媒蒸気は、天井壁１１Ｅと通路形成板１６の間を通って第４冷媒通路Ｔ４へ導入される。
冷媒蒸気は、第３冷媒通路Ｔ３から第４冷媒通路Ｔ４へ導入される際、熱交換体ケース２１の下部側および底側フィン２４と冷媒蒸気との間で熱交換が行われる。
熱交換体ケース２１に熱を奪われた冷媒蒸気は凝縮される。

底側フィン２４の表面では、冷媒蒸気との熱交換が行われることにより、冷媒蒸気は凝縮されて液相化される。
液相化された冷媒は、凝縮による滴の成長に伴う自重により底側フィン２４を沿って下方へ移動する。
底側フィン２４において液相化された冷媒が下方へ向かうほど、凝縮された冷媒の滴は大きく成長する。
凝縮された冷媒は、底側フィン２４の下端より滴下されて第２冷媒通路Ｔ２に集約される。

一方、冷媒蒸気との熱交換により底側フィン２４に吸収された熱は、熱交換体ケース２１内の液体媒体Ｌへ移動する。
熱交換体ケース２１内の液体媒体Ｌは底側フィン２４から受熱して沸騰する。
液体媒体Ｌの沸騰により生じた媒体蒸気は気泡（図示せず）として液体媒体Ｌ中に発生し、気泡は第１媒体通路Ｕ１を上昇する。
第１媒体通路Ｕ１を上昇して液面に達した気泡からは媒体蒸気が媒体凝縮部２３へ放出される。

第１媒体通路Ｕ１における気泡の上昇に伴い、第１媒体通路Ｕ１において液体媒体Ｌの下方から上方への流れが発生する。
第１媒体通路Ｕ１における液体媒体Ｌの下方から上方への流れの発生に伴って、通路形成部材２６の下端部では第２媒体通路Ｕ２から第１媒体通路Ｕ１へ向かう液体媒体Ｌの流れが生じる。

一方、液面から放出された媒体蒸気は、水平壁２１Ｃと傾斜部２６Ｂに沿う流れが発生する。
第３媒体通路Ｕ３では斜め上方へ向かう媒体蒸気の流れが形成される。
第３媒体通路Ｕ３を通過した媒体蒸気は、天井壁２１Ｅと通路形成部材２６の間を通って第４媒体通路Ｕ４へ導入される。
媒体蒸気は、第３媒体通路Ｕ３から第４媒体通路Ｕ４へ導入される際、天井壁２１Ｅとの間にて熱交換を行う。

熱交換体ケース２１の媒体凝縮部２３に熱を奪われた媒体蒸気は凝縮され、天井壁２１Ｅにおいて液相化される。
凝縮により液相化された媒体は、凝縮による滴の成長に伴う自重により天井壁２１Ｅから滴下し、滴下した媒体は第２媒体通路Ｕ２に集約される。
また、滴下した媒体の一部は通路形成部材２６の第２媒体通路Ｕ２側の面を伝わる。

一方、天井壁２１Ｅの上部には天井側フィン２５が設けられているので、天井壁２１Ｅへ移動した熱は天井側フィン２５へ移動し、天井側フィン２５の表面では、外部の冷媒としての外気との熱交換が行われることにより、熱は外気に放熱される。
媒体蒸気の凝縮により天井壁２１Ｅが受ける熱は天井側フィン２５において放熱される。
このように、本実施形態に係る沸騰冷却装置によれば、発熱体１３から生じる熱は冷却容器１１内の液体冷媒Ｒにより冷却され、液体冷媒Ｒが受ける熱は熱交換体２０を介して外気へ放熱される。
なお、冷却容器１１内では、冷媒蒸気が冷媒凝縮部１５において存在することになるが、天井壁１１Ｅと水平壁２１Ｃとの間にシール部材２８を介在させていることから、冷却容器１１の気密性が保たれており、冷媒蒸気の開口部１２からの漏洩は生じない。

この実施形態は以下の効果を奏する。
（１）熱交換体ケース２１の水平壁２１Ｃは座面として冷却容器１１の開口部１２の周囲にわたって冷却容器１１との天井壁１１Ｅと対向していることから、シール部材２８を天井壁１１Ｅの外面と水平壁２１Ｃの外面との間に介在させることができる。シール部材２８を用いることにより、冷却容器１１内の冷媒蒸気の開口部１２を通じた外部への漏洩を防止することができるほか、溶接やロウ付けによる冷却容器の気密性確保の手段と比較して装置製作のコストを低減することができる。
（２）熱交換体ケース２１の水平壁２１Ｃと冷却容器１１の天井壁１１Ｅとは、両者１１、２１の接合方向において互いに対向している。このため、シール部材２８を挟圧する接合方向の力を熱交換体ケース２１および冷却容器１１に作用させることにより、シール部材２８のシール機能を高めることができる。また、熱交換体ケース２１に固定する際に、シール部材２８の固定を同時に行うことができる。

（３）冷媒蒸気は、熱交換体ケース２１の下部側や底側フィン２４を介して液体媒体Ｌと熱交換を行い、熱を受けた液体媒体Ｌは、媒体蒸気となって熱交換体ケース２１の上部側や天井側フィン２５を介して外気と熱交換を行うことができる。
（４）熱交換体ケース２１が放熱部および吸熱部を備えているから、熱交換体ケース２１の放熱部を吸熱部よりも大きくすれば、熱交換体２０における熱交換媒体の凝縮効率の向上を図ることができる。熱交換体ケース２１の放熱部を吸熱部よりも大きくすることで熱交換体ケース２１に座面をより備えやすくすることができる。
（５）熱交換体ケース２１の密閉空間内に複数の媒体通路Ｕ１〜Ｕ４を形成する通路形成部材２６を備えることで、熱交換体ケース２１の放熱部が吸熱部よりも大きくなりやすくなる。これにより、熱交換体ケース２１はシール部材２８の介在に適した座面としての水平壁２１Ｃを含ませ易くすることができる。

（６）熱交換体ケース２１に底側フィン２４および天井側フィン２５を有することにより、熱交換体ケース２１の吸熱部および放熱部ではより熱交換を効率的に行うことができる。
（７）液体冷媒Ｒを貯溜する冷却容器１１と、液体媒体Ｌを収容した熱交換体ケース２１を組み合わせていることから、沸騰冷却装置の小型化を図ることができるとともに、発熱体１３の冷却を効率良く行うことができる。さらに言うと、沸騰冷却装置の冷却性能を維持しつつ装置の小型化を図ることが可能である。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る沸騰冷却装置について説明する。
第２の実施形態に係る沸騰冷却装置のうち、冷却容器およびシール部材は第１の実施形態と同一であり、熱交換体ケースの構成のみが第１の実施形態と相違する。
従って、共通する要素については、第１の実施形態の説明を援用し、符号を共通して用いる。

図４に示すように、この実施形態の沸騰冷却装置は、冷却容器１１のほかに、冷却容器１１に固定される熱交換体３０を備えている。
熱交換体３０は、密閉空間を形成する熱交換体ケース３１と密閉空間に収容される液体の液体媒体Ｌを備えている。

熱交換体ケース３１は、底壁３１Ａと、底壁３１Ａの周囲にわたって形成される下部垂直壁３１Ｂ、下部垂直壁３１Ｂから水平方向に延設される水平壁３１Ｃと、水平壁３１Ｃから上方へ向けて延設される上部垂直壁３１Ｄと、天井壁３１Ｅと、を備えている。
熱交換体ケース３１を構成する要素は第１の実施形態の熱交換体ケース２１と同じであるが、本実施形態では熱交換体ケース３１内には通路形成部材は設けられず、液体媒体Ｌのみ収容される。

熱交換体ケース３１は、液体媒体Ｌを貯溜する媒体貯溜部３２と、媒体蒸気を凝縮する媒体凝縮部３３と、備えている。
図４に示すように、熱交換体ケース３１において、上部垂直壁３１Ｄの中間付近から下位の部位が媒体貯溜部２２に相当し、上部垂直壁３１Ｄの中間付近よりも上位の部位が媒体凝縮部３３に相当する。
熱交換体ケース３１の下部垂直壁３１Ｂは媒体貯溜部３２の外周面を構成し、上部垂直壁３１Ｄは媒体凝縮部３３の外周面を構成する。
水平壁３１Ｃは開口部１２の周囲にわたって下部垂直壁２１Ｂと上部垂直壁２１Ｄとを連結する。
底壁３１Ａの表面には複数の底側フィン３４が設けられ、天井壁３１Ｅには複数の天井側フィン３５が設けられている。
そして、熱交換体ケース３１が冷却容器１１に固定された状態では、熱交換体ケース３１の底壁３１Ａと底側フィン３４のみが冷却容器１１の冷媒凝縮部１５を臨む。
従って、熱交換体ケース３１の底壁３１Ａと底側フィン３４は吸熱部に相当する。
熱交換体ケース３１において底壁３１Ａと除く部位および天井側フィン３５は、冷却容器１１の外側に位置し、これらは放熱部に相当する。

この実施形態の沸騰冷却装置によれば、冷却容器１１内の冷媒凝縮部１５に存在する冷媒蒸気は吸熱部を介して液体媒体Ｌと熱交換を行う。
熱を受けた液体媒体Ｌは沸騰により生じる媒体蒸気として媒体凝縮部３３に漂い、媒体蒸気は放熱部を介して外気と熱交換を行う。
熱交換により熱を奪われた媒体蒸気は凝縮されて液相化されて液体媒体となる。

本実施形態では、第１の実施形態の作用効果（１）〜（４）、（６）、（７）とほぼ同等の作用効果を奏するほか、熱交換体ケース３１を冷却容器１１内に位置させることなく、冷媒凝縮部１５における冷媒蒸気と熱交換媒体との熱交換を行うことができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る沸騰冷却装置について説明する。
本実施形態の沸騰冷却装置は、シール部材の構造が第１の実施形態と異なり、その他の構成は第１の実施形態と同一である。
従って、共通する要素については、第１の実施形態の説明を援用し、符号を共通して用いる。

図５に示すように、沸騰冷却装置は冷却容器１１と冷却容器１１に固定された熱交換体２０とを備えている。
天井壁１１Ｅと水平壁２１Ｃとの間にはシール部材３８が介在されている。
シール部材３８は、天井壁１１Ｅと水平壁２１Ｃとの間に介在される本体部３８Ａだけでなく、開口部１２における天井壁１１Ｅと熱交換体ケース２１の下部垂直壁２１Ｂとの隙間を全て埋める周面当接部３８Ｂを有している。
従って、シール部材３８の断面形状は逆Ｌ字状である。
シール部材３８の周面当接部３８Ｂは、開口部１２における内周面と下部垂直壁２１Ｂとの間に配置され、天井壁１１Ｅおよび下部垂直壁２１Ｂの挟圧により密閉状態で開口部１２における両者１１Ｅ、２１Ｅとの隙間を封止する。

本実施形態の沸騰冷却装置によれば、シール部材３８が開口部１２における天井壁１１Ｅと熱交換体ケース２１の下部垂直壁２１Ｂとの隙間を埋めることから、冷媒蒸気が開口部１２を通過することが妨げられる。
従って、沸騰冷却装置のシール部材３８は、第１の実施形態のシール部材２８と比較して冷却容器１１の開口部１２からの冷媒の漏洩を確実に防止することができ、より一層の冷却容器１１の気密性を確保することができる。

なお、上記の各実施形態は、本発明の一実施形態を示すものであり、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、下記のように発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能である。

○ 上記の各実施形態では、シール部材の断面形状は長方形としたが、長方形に限定されず、シール部材の断面形状は円形、楕円形であってもよく、シール機能を発揮する断面形状であってもよい。
○ 上記の各実施形態では、内部に熱交換媒体を貯溜できるように中空の熱交換体ケースを用いた熱交換体としたが、熱交換体は中空ではない中実の熱交換体としてもよい。この場合、熱交換媒体と同等程度の高い熱伝導率を有する材料を用いることが好ましく、例えば、銅系やアルミ系の金属材料が熱交換媒体の材料として好適である。
○ 上記の各実施形態では、熱交換体ケースの吸熱部および放熱部にそれぞれフィンを設けるようにしたが、フィンは必ずしも設ける必要はなく、吸熱および放熱が可能であればフィンを備えない熱交換体としてもよい。

１１ 冷却容器
１１Ｂ 受熱壁
１１Ｅ 天井壁
１２ 開口部
１３ 発熱体
１４ 冷媒貯溜部
１５ 冷媒凝縮部
１６ 通路形成板
２０、３０ 熱交換体
２１、３１ 熱交換体ケース
２１Ｃ 水平壁
２２、３２ 媒体貯溜部
２３、３３ 媒体凝縮部
２４、３４ 底側フィン
２５、３５ 天井側フィン
２６ 通路形成部材
２８、３８ シール部材
３８Ａ シール本体部
３８Ｂ 周面当接部
Ｔ１〜Ｔ４ 第１〜第４冷媒通路
Ｒ 液体冷媒
Ｕ１〜Ｕ４ 第１〜第４媒体通路
Ｌ 液体媒体

Claims (5)

1. 発熱体の熱を受ける液体冷媒を貯溜する冷却容器と、
   前記冷却容器に固定される熱交換体と、を備えた沸騰冷却装置であって、
   前記冷却容器は、
   前記液体冷媒が貯溜される冷媒貯溜部と、
   前記液体冷媒の蒸発により発生する冷媒蒸気が凝縮される冷媒凝縮部と、を備え、
   前記冷媒凝縮部の内部と外部とを連通する開口部が前記冷媒凝縮部に形成され、
   前記熱交換体は、
   前記開口部に挿入され、前記冷媒凝縮部の内部に位置する吸熱部と、
   前記冷却容器の外部に位置し、前記吸熱部の外周面よりも拡径された外周面を有する放熱部と、
   前記開口部の周囲にわたって前記吸熱部の外周面と前記放熱部の外周面とを連結し、前記冷却容器との外面と対向する座面と、を備え、
   前記冷却容器の外面と前記座面との間にシール部材が介在されていることを特徴とする沸騰冷却装置。
2. 前記熱交換体は、
   密閉空間を形成する熱交換体ケースと、
   前記密閉空間に収容される液体の熱交換媒体と、備え、
   前記熱交換体ケースが前記吸熱部と前記放熱部とを備えていることを特徴とする請求項１記載の沸騰冷却装置。
3. 前記密閉空間に液戻り通路を形成する通路形成部材を備え、
   前記熱交換体ケースは前記座面を含むことを特徴とする請求項２記載の沸騰冷却装置。
4. 前記シール部材は、前記開口部における内周面と前記吸熱部の外周面との間に配置される周面当接部を有することを特徴とする請求項１又は２記載の沸騰冷却装置。
5. 前記吸熱部および前記放熱部の少なくとも一方はフィンを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の沸騰冷却装置。

Images