JP2947660B2 - Boiling cooling system for vehicles - Google Patents

Boiling cooling system for vehicles

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JP2947660B2
JP2947660B2 JP4029171A JP2917192A JP2947660B2 JP 2947660 B2 JP2947660 B2 JP 2947660B2 JP 4029171 A JP4029171 A JP 4029171A JP 2917192 A JP2917192 A JP 2917192A JP 2947660 B2 JP2947660 B2 JP 2947660B2
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    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0266Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、車両用制御装置に係
り、特に半導体素子の沸騰冷却装置に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for a vehicle, and more particularly to a cooling device for a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から車両用制御装置特に大容量
導体変換装置には、多くの場合沸騰冷却による半導体素
子の冷却方式が用いられている。この冷却方式は、大別
して浸漬式沸騰冷却と個別フイン式沸騰冷却の2つの方
式に分けられる。図12は、このうちの個別フイン式沸騰
冷却方式を示したもので、発熱体素子1と冷却フイン2
を交互に重ね、さらに皿ばね3,絶縁座4等によりスタ
ツク5を組立てている。一方、冷却フイン2には、図13
に示すように冷媒6を貯留するタンク7と連通する液戻
り管8とベローズ9,絶縁管10等により構成される蒸気
管が2重管構造として具備されている。11は凝縮器であ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION semi <br/> conductor converter particularly conventionally vehicle control apparatus large capacity, have been used cooling method of a semiconductor device according to often boil cooling. This cooling method is roughly classified into two methods, i.e., immersion boiling cooling and individual fin boiling cooling. Figure 12 shows the individual fins type boiling cooling system of this, heating element 1 and the cooling fins 2
Are stacked alternately, and a stack 5 is assembled by a disc spring 3, an insulating seat 4, and the like. On the other hand, cooling fin 2 has
As shown in FIG. 1, a steam pipe constituted by a liquid return pipe 8, a bellows 9, an insulating pipe 10 and the like communicating with a tank 7 for storing a refrigerant 6 is provided as a double pipe structure. 11 is a condenser.

【0003】以上の構成において、発熱体素子1により
冷媒6が飽和沸騰して気化し、この蒸気6aが蒸気管を
通ってタンク7から、さらに凝縮器11に上昇して冷却さ
れ、液滴6bとなってタンク7にり、再び液戻り管8
を通って冷却フイン2に戻る。この繰り返しにより、効
率よく発熱体素子1で発生した熱を大気へ放熱する。以
上が個別フイン式沸騰冷却の原理である。
In the above-described structure, the refrigerant 6 is saturated and boiled by the heating element 1 and vaporized. The vapor 6a rises from the tank 7 through the vapor pipe to the condenser 11 to be cooled, and the droplet 6b is cooled. become a return to the tank 7, again liquid return pipe 8
And returns to the cooling fin 2. By this repetition, the heat generated in the heating element 1 is efficiently radiated to the atmosphere. The above is the principle of the individual fin-type boiling cooling.

【0004】ところで、従来より冷却フイン2には放熱
面積を増大するため、図14およびこの図14の縦断面拡大
図を示す図15に示すように内部に液戻り管8に平行に
多数の溝2aを設け、溝2aにより多数のフイン(以
下、突出部という)2bを形成し、さらに各溝2aの両
端が連通する環状溝2cを設け、2重管構造とした蒸気
管の液戻り管8の外側に連通するように構成している。
なお、冷却フイン2は、例えば銅のように熱伝導の良好
な材料を用い、図15にも示すように溝2a,突出部2
b,環状溝2c等を予め加工した上半部と下半部を接合
し、この接合したものの外周に環状の縁を接合するよう
にした製造方法が多く採用されている。また、蒸気管を
構成する液戻り管8は、中間部を絶縁チューブ(図示し
ない)を介して接続している。
[0004] Since from the cooling fins 2 prior to increasing the heat dissipation area, longitudinal section of FIG. 14 and FIG. 14 larger
As shown in FIG. 15 shows a diagram, inside provided a number of grooves 2a in parallel to the liquid return pipe 8, a large number of fins by the grooves 2a (hereinafter, referred to as protrusions) 2b is formed, further the both ends of each groove 2a Is provided so as to communicate with the outside of the liquid return pipe 8 of the steam pipe having a double pipe structure.
The cooling fin 2 is made of a material having good heat conductivity such as copper, for example, and has a groove 2a and a protrusion 2 as shown in FIG.
b, an upper half portion and a lower half portion which have been processed in advance in the annular groove 2c and the like are joined together, and an annular edge is joined to the outer periphery of the joined portions. In addition, the liquid return pipe 8 constituting the steam pipe has an intermediate portion connected via an insulating tube (not shown).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】周知のように従来から
沸騰冷却に用いる冷媒6は、フロンR113 と呼称される
ものを多く用いてきたが、年年環境問題に関連して、製
造もしくは使用が禁止され始めてきている。このような
状況の中で、フロンR113 に代替すべき冷媒を探してい
るが、同等以上のものが見当らず、止むを得ず僅かなが
ら冷媒特性としては劣るが、パーフロロカーボン(通
称、フロリナート)が代替冷媒として使用され始めた。
このフロリナートは、フロンR113 に比べ代表的には潜
熱が約2/3と低く、この特性も含めて沸騰冷却の代表
的特性であるバーンアウト特性を悪くしている。
As is well known, as the refrigerant 6 used for boiling cooling, a refrigerant called as Freon R113 has been used in many cases. It is beginning to be banned. Under such circumstances, we are looking for a refrigerant to substitute for CFC R113, but we can't find anything equivalent or better. Began to be used as an alternative refrigerant.
This flolinate typically has a latent heat of about 2/3 lower than that of Freon R113, and deteriorates the burnout characteristic, which is a typical characteristic of boiling cooling, including this characteristic.

【0006】図16は、これを説明する図である。一般
に、冷媒温度Tが上昇することにより、バーンアウト熱
流束qBOは増加する、例えば、同図の曲線aがフロンR
113 に相当するものとすると、曲線bがフロリナートに
相当し、その値は約50〜60%にしか満たない(なお、こ
の曲線bは代表的なバーンアウトの実験式を元に描いて
いる)。ここで、特に問題とされるのが低温におけるバ
ーンアウト熱流束の値である。次にも説明するが、近年
のもう1つの傾向として素子の大容量化により発熱量が
大きくなり、熱流束も増加している。この大容量素子を
用いた車両用制御装置が低温で起動するとき、バーンア
ウトを起こさないことが第1の課題である。
FIG. 16 is a diagram for explaining this. In general, as the refrigerant temperature T rises, the burnout heat flux q BO increases. For example, the curve a in FIG.
Assuming that it corresponds to 113, curve b corresponds to florinate, and its value is less than about 50 to 60% (note that curve b is drawn based on a typical burnout empirical formula). . Here, what is particularly problematic is the value of the burnout heat flux at a low temperature. As will be described below, another tendency in recent years is that the amount of heat generated increases due to the increase in the capacity of the element, and the heat flux also increases. A first problem is that when the vehicle control device using the large-capacity element starts at a low temperature, burnout does not occur.

【0007】次に、上述した車両用駆動回路の大容量化
または制御装置の集約化は、結果として素子の大容量化
を招いている。例えば、従来は遮断容量3000AのGTO
を用いていたものの代りに、近年の傾向として遮断容量
4000Aのものの需要が増加してきた。これに伴い必然的
に素子1個当りの発熱損も増加し、この発熱損を処理す
る側としての冷却フインの責務も増大してくる。したが
って、上述した過渡的特性(バーンアウト特性)の問題
と、さらに定常熱特性の悪さにも問題が生じてくる。
[0007] Next, the increase in the capacity of the vehicle drive circuit or the consolidation of the control device results in an increase in the capacity of the element. For example, a GTO with a breaking capacity of 3000 A
In recent years, the breaking capacity has been
The demand for 4000A ones has increased. As a result, the heat loss per element is inevitably increased, and the responsibility of the cooling fin as a side for processing the heat loss is also increased. Therefore, the above-described problem of the transient characteristics (burnout characteristics) and the problem of the poor steady-state thermal characteristics also arise.

【0008】つまり、潜熱が低いということを代表とす
る冷媒特性の悪さが定常沸騰熱伝導率にも大きく影響し
ている。すなわち、同一形状の冷却フインでも熱抵抗が
悪くなることである。図17は、これを説明する図であ
る。同図において、例えば曲線eをフロンR113 に相当
するものとすれば、同一条件下では曲線dまたはcがフ
ロリナートの場合である。
That is, the poor refrigerant characteristics represented by the low latent heat greatly influences the steady-state boiling heat conductivity. In other words, even if the cooling fins have the same shape, the thermal resistance becomes worse. FIG. 17 is a diagram for explaining this. In the figure, if the curve e corresponds to Freon R113, for example, the curve d or c is the case of Florinert under the same conditions.

【0009】以上を総合して説明したものが図18であ
り、通常見られる沸騰曲線であるが、例えば曲線hをフ
ロンR113 とすれば、曲線fまたはgがフロリナートに
相当し、バーンアウト熱流束が悪化し沸騰熱伝導率が低
下していることが良く理解できる。
FIG. 18 is a diagram generally illustrating the above-mentioned boiling curve. If curve h is Freon R113, curve f or g corresponds to florinate and burnout heat flux is obtained. It can be clearly understood that the boiling heat conductivity has decreased due to the deterioration of the thermal conductivity.

【0010】定常熱特性の低下は、次のように影響す
る。仮にQ(w)の損失とすれば、素子は遮断電流3000
A,4000Aによって素子接合部温度(許容値)Tj が変
化することはないから、周囲温度をTa とすれば、Tj
→Ta の總熱抵抗RTOTAL は何れの素子でも次の式で示
す関係が成立する。 ここで、Rj-c は素子熱抵抗、Rfin は冷却フイン熱抵
抗、RCOOLERは凝縮器の熱抵抗を示し、また、素子の構
造が同一であれば、Rj-c は素子によって変らず一定値
を持つものとすれば、同一条件下ではフロンR113 とフ
ロリナートのRfin には大小が生じるため、フロリナー
トの場合は凝縮器の熱抵抗COOLERを抑える必要があ
る。このことは、すなわち凝縮器の巨大化、通風量の増
大化等を招く。そこで、フロンR113 と同等の冷却フイ
ン熱抵抗がフロリナートの場合にも最低限要求され、上
記した式の損失Qが増加することは、さらにその要求値
が高くなることを意味する。これが第2の課題である。
[0010] The deterioration of the steady-state thermal characteristics affects as follows. If the loss of Q (w) is assumed, the element has a breaking current of 3000.
A, since it will not change the element junction temperature (tolerance) T j by 4000A, if the ambient temperature and T a, T j
→ T a Satoshinetsu resistance R TOTAL of the relationship is established as indicated by the following equation at any element. Here, R jc is the thermal resistance of the element, R fin is the thermal resistance of the cooling fin , R COOLER is the thermal resistance of the condenser, and if the element structure is the same, R jc is a constant value that does not change depending on the element. Assuming that have, in the same conditions for magnitude occurs in the R fin CFC R113 and Fluorinert, in the case of Fluorinert is necessary to suppress the thermal resistance R COOLER condenser. This leads to, for example, an increase in the size of the condenser and an increase in the amount of ventilation. Therefore, a cooling fin thermal resistance equivalent to that of Freon R113 is required at least in the case of Fluorinert, and an increase in the loss Q in the above equation means that the required value is further increased. This is the second problem.

【0011】さらに従来型冷却フインで何故バーンア
ウトが起き易いか、また、定常熱特性が悪くなるかの理
由を説明する。 (1)潜熱の低いことにより蒸気発生量が3/2倍にな
り、管路等の抵抗増加により循環に支障をきたす。これ
は、爆発的な蒸気発生、いわゆる起動時において循環が
悪くなり温度勾配のみで熱を処理する、いわばバーンア
ウトを起こす。 (2)素子が小さいと、ポストと呼ばれる部分の径が比
較的小さく、起動時における発生損失は、この径に対す
る面積を通して伝熱される。この面積が大きくなると、
単位面積当りの熱量、いわゆる熱流束が小さくなる。ま
たは、大きな熱量を処理できる。つまり、この面積が小
さいため、熱流束は大きなもとなり、バーンアウトを起
すことになる。 (3)(1)項における循環に関連し、必然的に定常熱
特性が悪くなる。
[0011] Further , the reason why burnout is likely to occur in the conventional cooling fin and the reason why the steady-state thermal characteristics are deteriorated will be described. (1) The amount of generated steam is increased by 3/2 times due to low latent heat, and circulation is hindered due to an increase in resistance of a pipe or the like. This results in explosive steam generation, so-called burn-out, in which the circulation deteriorates at start-up and heat is processed only by temperature gradients. (2) If the element is small, the diameter of the portion called the post is relatively small, and the loss generated at the time of startup is transferred through the area corresponding to this diameter. When this area increases,
The amount of heat per unit area, so-called heat flux, is reduced. Alternatively, a large amount of heat can be processed. That is, since this area is small, the heat flux becomes large, and burnout occurs. (3) In connection with the circulation in the item (1), the steady-state thermal characteristics inevitably deteriorate.

【0012】本発明は、上述した2つの課題を解決すべ
くなされたもので、代替冷媒および素子(発熱体素子)
の大容量化に伴なう発熱量増加に対して、低温における
バーンアウト熱流束の向上と、定常熱特性(熱抵抗)の
改善を図った冷却フインを備えた車両用沸騰冷却装置を
提供することを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above two problems, and has an alternative refrigerant and an element (heating element).
Provided is a boiling cooling device for a vehicle provided with a cooling fin that improves a burnout heat flux at a low temperature and improves steady-state heat characteristics (thermal resistance) in response to an increase in the amount of heat generated due to an increase in the capacity of a vehicle. It is intended to be.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、半導体素子の側面に押圧される円板状の
冷却フィンと、この冷却フィンの上部に片側が接続され
る蒸気管と、この蒸気管の他側に接続され冷媒貯留槽と
凝縮器を備えた放熱器とからなり、冷却フィンには、複
数状の溝を形成するフィン列と各溝の両端が連通する環
状溝を備え、蒸気管には片側がフィン列を貫通し他側が
冷媒貯留槽に接続される戻り管が貫設される車両用沸騰
冷却装置において、フィン列と交差する交差溝を冷却フ
ィンに形成したことを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a disk-shaped disk which is pressed against a side surface of a semiconductor element.
One side is connected to the cooling fin and the top of this cooling fin
And a refrigerant storage tank connected to the other side of the steam pipe.
It consists of a radiator equipped with a condenser.
An array of fin rows that form a number of grooves and a ring that connects both ends of each groove
The steam pipe has one side penetrating the fin row and the other side
Boiling for vehicles with a return pipe connected to the refrigerant storage tank
In the cooling device, the cross groove intersecting with the fin row is
It is characterized in that it is formed in a fin.

【0014】[0014]

【作用】一般にバーンアウト熱流束の向上には、(イ)
瞬時に冷媒の温度を上昇させる、(ロ)沸騰初期(時間
t=0)のときの伝熱面(沸騰面)の拡大(ただし、単
なる定常沸騰面の拡大は余り有効とはされていない)、
(ハ)沸騰により生長した気泡の離脱までのサイクルタ
イムの短縮、(ニ)蒸気の流れを乱流にする、(ホ)ス
ムーズな蒸気液の流れ等が有効とされており、特に
(イ)と(ロ)の効果が最も大きい。
[Function] Generally, to improve the burnout heat flux, (a)
(B) Expansion of the heat transfer surface (boiling surface) at the beginning of boiling (time t = 0) (however, merely expanding the steady boiling surface is not considered very effective) ,
(C) It is effective to shorten the cycle time until the bubbles grown by boiling are released, (d) make the steam flow turbulent, (e) smooth the flow of the vapor liquid, etc., and especially (a) And (b) have the greatest effect.

【0015】一方、定常熱特性は、沸騰面積の拡大と上
述した(ハ)〜(ホ)が同様に有効とされており、これ
らの複合効果も期待されている。ここで、実際にバーン
アウトを起こした場合の温度上昇について説明する。図
9に示すように瞬時に直線的に上昇し、その後指数曲線
で上昇するように見えるが、上昇の傾きが増加する程急
激に上昇を続ける。この曲線は、冷媒の温度も上昇して
いるので、致命的なバーンアウト(融点)までは達して
いないが、発熱体素子としては破壊温度を遥かに超えて
いる。図10および図11は、典型的な上昇曲線であり、立
上りの直線は同じで、その後は指数曲線で変化する。
On the other hand, as for the steady thermal characteristics, the expansion of the boiling area and the above-mentioned (c) to (e) are similarly effective, and a combined effect thereof is also expected. Here, a description will be given of a temperature rise when burnout actually occurs. As shown in FIG. 9, it appears to rise linearly instantaneously, and then rises in an exponential curve, but continues to rise sharply as the slope of the rise increases. This curve does not reach a critical burnout (melting point) because the temperature of the refrigerant has also risen, but it far exceeds the destruction temperature as a heating element. FIGS. 10 and 11 are typical rising curves, with the rising straight line being the same and then changing with an exponential curve.

【0016】そこで、上述した本発明の手段のように溝
を設ける部分の最外径を増大させることは、バーンアウ
トに対して瞬時に伝熱面積の拡大につながり有効であ
る。なお、発熱体素子の大容量化に伴なって発熱体素子
のポスト径が大きくなるため、冷却フインの外径も大き
くなり、必然的に溝を設ける部分の最外径も増大する。
また、内部に蒸気空間を設けることにより、起動時の爆
発的な蒸気流または定常の連続的な蒸気の発生に対して
緩衝領域となり、スムーズな蒸気の流れを形成し、冷却
作用を向上する。
Therefore, increasing the outermost diameter of the portion where the groove is provided as in the means of the present invention described above is effective because it instantaneously increases the heat transfer area against burnout. Since the post diameter of the heating element increases with an increase in the capacity of the heating element, the outer diameter of the cooling fin also increases, and the outermost diameter of the portion where the groove is provided necessarily increases.
Further, by providing a steam space inside, a buffer region is provided for an explosive steam flow at start-up or a steady continuous steam generation, a smooth steam flow is formed, and a cooling effect is improved.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は、本発明の一実施例を示す断面図である。
同図において、6は冷媒、7はタンク、8aは液戻り
管、9aはベローズ、10aは絶縁管、11は凝縮器、12は
冷却フインを示し、液戻り管8a,ベローズ9a,絶縁
管10aは2重構造の蒸気管を構成する。ここで、蒸気管
は蒸発した冷媒6aが流れる部分の断面積を従来のもの
より大きくし、また、液戻り管8aも内径を従来のもの
より大きくする。なお、液戻り管8aは従来と同様に中
間部を絶縁チューブ(図示しない)を介して接続する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing one embodiment of the present invention.
In the figure, 6 is a refrigerant, 7 is a tank, 8a is a liquid return pipe, 9a is a bellows, 10a is an insulating pipe, 11 is a condenser, 12 is a cooling fin, and a liquid return pipe 8a, a bellows 9a, and an insulating pipe 10a. Constitutes a double structure steam pipe. Here, the cross section of the portion where the evaporated refrigerant 6a flows in the vapor pipe is made larger than that of the conventional one, and the inner diameter of the liquid return pipe 8a is also made larger than that of the conventional one. The liquid return pipe 8a has an intermediate portion connected via an insulating tube (not shown) as in the conventional case.

【0018】冷却フイン12は、図2に示すように内部に
液戻り管8aに平行に多数の溝12aを設け、これらの溝
12aにより多数の突出部12bを形成する。各溝12aは両
端で環状溝12cに連通する。また、冷却フイン12内にお
ける冷媒の蒸気の流れ方向から見た溝12aの終えん部で
ある上部に突出部12bを一部切り欠いて大きな蒸気空間
12dを形成する。さらに、図3に示すように溝12aを設
ける部分の最外径をD1 、溝12aの深さをT1 とし、図
15に示すように従来の冷却フイン12の溝12aを設ける部
分の外径をD2 、溝2aの深さをT2 としたとき、D1
>D2 、T1 >T2 となるように構成する。
As shown in FIG. 2, the cooling fin 12 has a large number of grooves 12a provided therein in parallel with the liquid return pipe 8a.
Many protrusions 12b are formed by 12a. Each groove 12a communicates with the annular groove 12c at both ends. In addition, a projection 12b is partially cut out at the upper end, which is the end of the groove 12a, as viewed from the flow direction of the refrigerant vapor in the cooling fin 12, so that a large vapor space is formed.
Form 12d. Further, as shown in FIG. 3, the outermost diameter of the portion where the groove 12a is provided is D 1 , and the depth of the groove 12a is T 1 ,
The outer diameter of the portion providing grooves 12 a of the conventional cooling fin 12 as shown in 15 D 2, when the depth of the groove 2a was T 2, D 1
> D 2 , T 1 > T 2 .

【0019】この実施例(以下、第1実施例という)
は、溝12aを設ける部分の外径D1 を大きくすることに
よって伝熱面積を増大し、また、蒸気空間12dを形成す
ることによって、これが起動時の爆発的な蒸気流または
定常の連続的な蒸気の発生に対して、一時的な流れの緩
衝領域となり、蒸気流または液流をスムーズにすること
に大きく寄与する。一方、蒸気空間12dを設けることに
より、その分だけ伝熱面積を減らすことになって定常熱
特性の改善には寄与しないことになる。しかしながら、
溝12aを設ける部分の外径D1 を大きくしているので、
これによる伝熱面積増大が結果的に特性を改善する。こ
の関係を上述した図17を参照して説明すれば、同図に示
す曲線eが曲線e1 に移行することの相当し、10〜15%
改善される。
This embodiment (hereinafter referred to as a first embodiment)
Is the heat transfer area increases by increasing the outer diameter D 1 of the portion providing grooves 12a, also, by forming the vapor space 12d, which is continuous explosive vapor stream or steady startup It serves as a temporary flow buffer region for the generation of steam, and greatly contributes to smoothing the steam or liquid flow. On the other hand, by providing the steam space 12d , the heat transfer area is reduced by that amount, which does not contribute to the improvement of the steady-state thermal characteristics. However,
Since a larger outer diameter D 1 of the portion providing the groove 12a,
The resulting increase in the heat transfer area results in improved characteristics. To describe this relationship with reference to FIG. 17 described above, equivalent of that curve e shown in FIG shifts the curve e 1, 10 to 15%
Be improved.

【0020】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れるものではなく、種々変形実施することができる。図
4は、本発明の他の実施例(以下、第2実施例という)
の要部(冷却フイン)を示す断面図である。同図に示す
ように冷却フイン13は、内部に液戻り管8aに平行に多
数の溝13aを設け、これらの溝13aにより多数の突出部
13bを形成する。各溝13aは両端で環状溝13cに連通す
る。また、溝13aと突出部13bを上下2段に分割すると
共に溝13aと直交する方向に沿い、かつ溝13aより幅を
くした溝13dを設ける。さらに、溝13aを設ける部分
の最外径と溝13aの深さは、従束の冷却フイン2に対し
上述した第1実施例と同様の関係を持つように構成す
る。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be variously modified. FIG. 4 shows another embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as a second embodiment).
It is sectional drawing which shows the principal part (cooling fin). As shown in the figure, the cooling fin 13 has a large number of grooves 13a provided therein in parallel with the liquid return pipe 8a, and a large number of projections formed by these grooves 13a.
Form 13b. Each groove 13a communicates with the annular groove 13c at both ends. In addition, the groove 13a and the protruding portion 13b are divided into upper and lower two stages, and the width is set to be smaller than the width of the groove 13a along the direction orthogonal to the groove 13a.
Wide Kushida providing a groove 13d. Further, the outermost diameter of the portion where the groove 13a is provided and the depth of the groove 13a are configured to have the same relationship as that of the first embodiment described above with respect to the subordinate cooling fin 2.

【0021】この第2実施例は、上述した第1実施例と
同様に伝熱面積を増大し、また、上下段に分割し、中段
に溝13dを設けることにより、蒸気流を乱流とすること
ができ、また、分割のため溝が下段で発生した蒸気の拡
がり空間ともなり、流れの一時的な緩衝領域となる。フ
ロリナートは、潜熱が低いため、フロンR113 の同熱量
に対し蒸気発生量が3/2になり、連続的な蒸気の発生
に対し緩衝領域を設けることにより、スムースな流れを
実現することができる。乱流および緩衝領域の確保によ
り、バーンアウトおよび定常熱特性に効果的に寄与す
る。これは、図17に示す曲線e2 に相当し、従来よりも
30〜35%の改善効果となる。
In the second embodiment, the heat transfer area is increased as in the first embodiment described above, and the steam is made turbulent by dividing the upper and lower stages and providing a groove 13d in the middle stage. In addition, the groove serves as a spreading space for the steam generated at the lower stage due to the division, and serves as a temporary buffer region for the flow. Since Fluorinert has a low latent heat, the amount of generated steam becomes 3/2 of the same amount of heat of Freon R113, and a smooth flow can be realized by providing a buffer region for continuous generation of steam. By ensuring the turbulence and the buffer region, it effectively contributes to burnout and steady thermal characteristics. This corresponds to the curve e 2 shown in FIG.
30-35% improvement effect.

【0022】図5は、本発明のさらに異なる他の実施例
(以下、第3実施例という)の要部(冷却フイン)を示
す断面図である。同図に示すように冷却フイン14は、液
戻り管8aが中心0を通るように配置し、内部に液戻り
管8aに平行に多数の溝14aを設け、これらの溝14aに
より多数の突出部14bを形成する。各溝14aは両端で環
状溝14cに連通する。また、図2と同様に上部に突出部
14bを一部切欠いて大きな蒸気空間14d、液戻り管8a
と直交する方向の斜め上部,下部にも突出部14bを一部
切欠いて蒸気空間14e,14fを形成する。さらに、図6
に示すように溝14aを配設する部分の最外径をD1 、溝
14aの深さをT1 としたとき、上述した第1実施例と同
様にD1 >D2 、T1 >T2 となるように構成する。
FIG. 5 is a sectional view showing a main part (cooling fin) of still another embodiment (hereinafter, referred to as a third embodiment) of the present invention. As shown in the figure, the cooling fin 14 is arranged so that the liquid return pipe 8a passes through the center 0, and has a number of grooves 14a provided therein in parallel with the liquid return pipe 8a. Form 14b. Each groove 14a communicates with the annular groove 14c at both ends. Also, as shown in FIG.
14b is partially cut off, large vapor space 14d, liquid return pipe 8a
The projections 14b are also partially cut out at the oblique upper and lower portions in a direction perpendicular to the direction of the arrow to form steam spaces 14e and 14f. Further, FIG.
The outermost diameter of the portion where the groove 14a is provided is D 1 ,
When the depth of 14a was T 1, configured such that D 1> D 2, T 1 > T 2 as in the first embodiment described above.

【0023】この第3実施例は、上述した第1実施例と
同様に伝熱面積を増大し、また、蒸気空間14d,14e,
14fを形成することによって、上述した第1実施例およ
び第2実施例の緩衝領域を設けたものに相当し、スムー
ズな蒸気の流れを実現するのに効果的で、バーンアウト
および定常熱特性に有効に作用する。ただし、液戻り管
8aの先端の位置の関係上、多数冷媒の液の流れが遅く
なることが影響し、第1実施例よりは従来比で評価した
ときに特性が若干低下する。
In the third embodiment, the heat transfer area is increased as in the first embodiment, and the steam spaces 14d, 14e,
By forming the 14f, it is equivalent to the provision of the buffer region of the first and second embodiments described above, which is effective for realizing a smooth steam flow, and has burnout and steady thermal characteristics. Works effectively. However, due to the position of the leading end of the liquid return pipe 8a, the slow flow of the liquid of the large number of refrigerants has an effect, and the characteristics are slightly lower than in the first embodiment when compared with the conventional example.

【0024】図7は、本発明のさらに異なる他の実施例
(以下、第4の実施例という)の要部(冷却フイン)を
示す断面図である。同図に示すように冷却フイン15は、
内部に液戻り管8aに平行に多数の溝15aを設け、これ
らの溝15aにより多数の突出部15bを形成する。各溝15
aは環状溝15cに連通する。また、上述した第2実施例
と同様に突出部15bを上下段に2分割すると共に溝15a
と直交する方向に沿い、かつ溝15aより幅を大きくした
溝15dを設け、溝15dの両側に図8に示すように平行し
た溝15e,15fを設けるが、これらの溝15d,15e,15
fの深さは、突出部15bの機械的強度(スタックに組立
てたときの締付け力に対抗する)の関係で溝15aより浅
くする。さらに、溝15aを設ける部分の最外径と溝13a
の深さは、上述した第1実施例と同様の関係を持つよう
に構成する。
FIG. 7 is a sectional view showing a main part (cooling fin) of still another embodiment (hereinafter, referred to as a fourth embodiment) of the present invention. As shown in FIG.
A number of grooves 15a are provided in parallel with the liquid return pipe 8a, and a number of protrusions 15b are formed by these grooves 15a. Each groove 15
a communicates with the annular groove 15c. Further, similarly to the above-described second embodiment, the projecting portion 15b is divided into upper and lower stages and the groove 15a is formed.
A groove 15d is provided along the direction perpendicular to the direction of the arrow and having a width larger than that of the groove 15a, and parallel grooves 15e, 15f are provided on both sides of the groove 15d as shown in FIG.
The depth f is shallower than the groove 15a due to the mechanical strength of the protrusion 15b (which opposes the tightening force when assembled in a stack). Further, the outermost diameter of the portion where the groove 15a is provided and the groove 13a
Are configured to have the same relationship as in the first embodiment described above.

【0025】この第4の実施例は、上述した第1実施例
と同様に伝熱面積を増大し、また、溝15aに直交する方
向に設けた浅い溝15d,15e,15fを設けることによ
り、溝15aに沿った冷媒の蒸気の流れの一部を主流より
離脱させることができ、乱流を生じさせる結果となるの
で、定常熱特性に効果的に作用する。ただし、上述した
第1実施例または第2実施例程緩衝領域の期待はできな
いが、乱流効果等によって第1実施例相当の従来比で10
〜15%の改善は期待できる。
In the fourth embodiment, the heat transfer area is increased in the same manner as in the first embodiment, and shallow grooves 15d, 15e and 15f provided in a direction perpendicular to the grooves 15a are provided. Part of the flow of the refrigerant vapor along the groove 15a can be separated from the main flow, resulting in turbulent flow, which effectively affects the steady-state thermal characteristics. However, although the buffer area is not as expected as in the first and second embodiments, the turbulence effect and the like make it 10 times less than the conventional one equivalent to the first embodiment.
A ~ 15% improvement is expected.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、
導体素子の側面に押圧される円板状の冷却フィンと、こ
の冷却フィンの上部に片側が接続される蒸気管と、この
蒸気管の他側に接続され冷媒貯留槽と凝縮器を備えた放
熱器とからなり、冷却フィンには、複数状の溝を形成す
るフィン列と各溝の両端が連通する環状溝を備え、蒸気
管には片側がフィン列を貫通し他側が冷媒貯留槽に接続
される戻り管が貫設される車両用沸騰冷却装置におい
て、フィン列と交差する交差溝を冷却フィンに形成した
ので、低温時も含めバーンアウト熱流束を向上して代替
冷媒による低温起動を可とし、定常熱特性を改善して
大容量素子に適用でき装置の集約化、大容量化を実現
し、クーラや送風機等の大型化を不要とするから装置の
小型化を実現する車両用沸騰冷却装置を提供できる。
According to the present invention as described above, according to the present invention, the semi
A disk-shaped cooling fin pressed against the side surface of the conductive element;
A steam pipe with one side connected to the top of the cooling fin of
A discharge port connected to the other side of the steam pipe and equipped with a refrigerant storage tank and condenser
The cooling fins are formed with multiple grooves.
Fin row and annular grooves communicating both ends of each groove.
One side of the pipe penetrates the fin row and the other side connects to the refrigerant storage tank
In a vehicle boiling cooling system with a return pipe
Te, since <br/> forming a cross groove intersecting the fin rows to the cooling fins, the cold start according to an alternative refrigerant to improve the burnout heat flux including low temperatures and possible, to improve the transient thermal properties The present invention can be applied to a large-capacity element, realizes centralization and large-capacity devices, and eliminates the necessity of increasing the size of a cooler, a blower, and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例の構成を示す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例の要部を示す断面図。FIG. 2 is a sectional view showing a main part of one embodiment of the present invention.

【図3】図2のA−A断面図。FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG. 2;

【図4】本発明の他の実施例の要部を示す断面図。FIG. 4 is a sectional view showing a main part of another embodiment of the present invention.

【図5】本発明のさらに異なる他の実施例の要部を示す
断面図。
FIG. 5 is a sectional view showing a main part of still another embodiment of the present invention.

【図6】図5のBーB断面図。FIG. 6 is a sectional view taken along line BB of FIG. 5;

【図7】本発明のさらに異なる他の実施例の要部を示す
断面図。
FIG. 7 is a sectional view showing a main part of still another embodiment of the present invention.

【図8】図7のC−C断面図。FIG. 8 is a sectional view taken along the line CC in FIG. 7;

【図9】本発明に関連するバーンアウト発生時の時間と
温度上昇の関係を示す曲線図。
FIG. 9 is a curve diagram showing a relationship between a time when a burnout occurs and a temperature rise related to the present invention.

【図10】図9と異なるバーンアウト発生時の時間と温
度上昇の関係を示す曲線図。
FIG. 10 is a curve diagram showing a relationship between a time when a burnout occurs and a temperature rise different from FIG. 9;

【図11】図9および図10と異なるバーンアウト発生時
の時間と温度上昇の関係を示す曲線図。
FIG. 11 is a curve diagram showing a relationship between a time when a burnout occurs and a temperature rise different from those in FIGS. 9 and 10;

【図12】従来の車両用沸騰冷却装置の構成を示す正面
図。
FIG. 12 is a front view showing a configuration of a conventional vehicle boiling cooling device.

【図13】図12に示す車両用沸騰冷却装置の断面図。FIG. 13 is a cross-sectional view of the vehicular boiling cooling device shown in FIG.

【図14】従来の車両用沸騰冷却装置に用いる冷却フイ
ンの断面図。
FIG. 14 is a cross-sectional view of a cooling fin used in a conventional vehicle boiling cooling device.

【図15】図14のD−D断面図。FIG. 15 is a sectional view taken along line DD of FIG. 14;

【図16】実験式により求めたバーンアウト熱流束の曲
線図。
FIG. 16 is a curve diagram of a burnout heat flux obtained by an empirical formula.

【図17】本発明に関連する沸騰の核沸騰領域までを示
す沸騰曲線図。
FIG. 17 is a boiling curve diagram showing up to a nucleate boiling region related to the present invention.

【図18】本発明に関連する沸騰の代表的な沸騰曲線
図。
FIG. 18 is a typical boiling curve diagram of boiling related to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…発熱体素子、6…冷媒、6a…蒸気、6b…液滴、
7…タンク、8a…液戻り管、11…凝縮器、12,13,1
4,15…冷却フイン、12a,13a,13d,14a,15a,1
5d,15e,15f…溝、12b,13b,14b,15b…フイ
ン、12c,13c,14c,15c…環状溝、12d,14d,14
e,14f…蒸気空間。
1 ... heating element, 6 ... refrigerant, 6a ... vapor, 6b ... droplet,
7: tank, 8a: liquid return pipe, 11: condenser, 12, 13, 1
4, 15 ... cooling fins, 12a, 13a, 13d, 14a, 15a, 1
5d, 15e, 15f: groove, 12b, 13b, 14b, 15b: fin, 12c, 13c, 14c, 15c: annular groove, 12d, 14d, 14
e, 14f: steam space.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体素子の側面に押圧される円板状の
冷却フィンと、この冷却フィンの上部に片側が接続され
る蒸気管と、この蒸気管の他側に接続され冷媒貯留槽と
凝縮器を備えた放熱器とからなり、前記冷却フィンに
は、複数状の溝を形成するフィン列と前記各溝の両端が
連通する環状溝を備え、前記蒸気管には片側が前記フィ
ン列を貫通し他側が前記冷媒貯留槽に接続される戻り管
が貫設される車両用沸騰冷却装置において、前記フィン
列と交差する交差溝を前記冷却フィンに形成したことを
特徴とする車両用沸騰冷却装置。
1. A disk-shaped member pressed against a side surface of a semiconductor element.
One side is connected to the cooling fin and the top of this cooling fin
And a refrigerant storage tank connected to the other side of the steam pipe.
It consists of a radiator equipped with a condenser.
The fin row forming a plurality of grooves and both ends of each of the grooves are
An annular groove communicating with the steam pipe is provided.
Return pipe that penetrates the cooling line and is connected to the refrigerant storage tank on the other side
Wherein the fins
A boiling cooling device for a vehicle , wherein an intersecting groove intersecting with a row is formed in the cooling fin .
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