JP3487382B2

JP3487382B2 - 沸騰冷却装置

Info

Publication number: JP3487382B2
Application number: JP16957495A
Authority: JP
Inventors: 長賀部　　博之; 清司川口; 鈴木　　昌彦; 肇杉戸; 和雄小林; 茂門田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1994-12-28
Filing date: 1995-07-05
Publication date: 2004-01-19
Anticipated expiration: 2015-07-05
Also published as: JPH08236669A; US5713413A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、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。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子等の発熱体を冷却
する装置として、熱サイホン効果を利用した沸騰冷却装
置が提案されている。この沸騰冷却装置は、冷媒を収容
する冷媒槽と、この冷媒槽の上方に設置された凝縮器
（放熱器）とを備え、冷媒中に発熱体が浸漬されてい
る。冷媒槽に収容された冷媒は、発熱体より発生する熱
を吸収して沸騰し、蒸気となって上昇して凝縮器へ移動
する。凝縮器に達した冷媒蒸気は、外部冷却によって凝
縮液化されて、再び冷媒槽へ戻る。この冷媒の沸騰・凝
縮熱伝達が繰り返されて、発熱体で発生した熱が凝縮器
へ運ばれ、大気へ放出されることにより発熱体の冷却が
行われる。

【０００３】この沸騰冷却装置では、沸騰して上昇する
冷媒蒸気と、凝縮液化されて下降する凝縮液とが逆行す
るため、冷媒の自然循環が乱されて、最大熱輸送量が低
く抑えられてしまう。特に、使用する冷媒量を少なくす
るために（沸騰冷却装置では、一般に高価なフロロカー
ボン系の冷媒が使用されるため、使用する冷媒量を少な
くした方がコストを低く抑えることができる）、冷媒槽
の幅（厚み）を薄くした場合には、その問題（冷媒の自
然循環の乱れによる最大熱輸送量の低下）が大きいと言
える。

【０００４】そこで、特開昭５７−２０４１５６号公報
では、沸騰した冷媒蒸気を凝縮器内の一部の冷媒通路へ
導くように、凝縮器内の下部気相室にガイド板を設けた
技術が開示されている。これにより、凝縮器内の各冷媒
通路を、冷媒蒸気が通過する蒸気通路と凝縮液が通過す
る凝縮液通路とに分けることができるため、上昇する冷
媒蒸気と下降する凝縮液との干渉による冷媒の自然循環
の乱れを低減することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記公報に
開示された従来技術によれば、凝縮器内の各冷媒通路が
蒸気通路と凝縮液通路とに分けられる。即ち、凝縮器内
において冷媒蒸気の通路（蒸気通路）が限定されてしま
う。このため、大きな圧力損失を生じるとともに、各冷
媒通路が蒸気通路と凝縮液通路とに分けられることから
凝縮器全体の温度が不均一となる。このため、凝縮器を
効率的に使用することができず、放熱性能（冷却性能）
が低下するという問題を生じる。本発明は、上記事情に
基づいて成されたもので、その目的は、沸騰冷却装置に
おいて、沸騰蒸気と凝縮液との循環を良好にして放熱性
能の向上を図ることにある。

【０００６】

【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、以下の構成を採用した。請求項１では、
内部に冷媒を収容する冷媒槽と、この冷媒槽の厚み方向
における一方の外壁面に接触して取り付けられる発熱体
と、前記冷媒槽の上部に前記冷媒槽と連通して設けら
れ、前記発熱体の熱を受けて前記冷媒槽から上昇してく
る沸騰蒸気を冷却液化する放熱器と、前記冷媒槽内を厚
み方向に二分割する薄板状の冷媒流制御板とを備え、こ
の冷媒流制御板の下部に、前記二分割された両側を連通
する連通口が設けられると共に、前記冷媒槽内の厚み方
向において、前記冷媒流制御板より前記発熱体側の上部
に、前記冷媒槽内を上昇してきた沸騰蒸気が流出する蒸
気流出口が設けられ、前記冷媒流制御板より反発熱体側
の上部に、前記放熱器で凝縮して流下してきた凝縮液が
流入する液流入口が設けられた沸騰冷却装置であって、
前記冷媒流制御板は、前記冷媒槽の内壁面側へ突出する
突起部を有し、その突起部の先端が前記冷媒槽の内壁面
に当接した状態で設けられていることを特徴とする。

【０００７】請求項２では、請求項１に記載した沸騰
冷却装置において、前記冷媒流制御板は、その上部側
が、前記放熱器で凝縮して流下してくる凝縮液を前記液
流入口へ導く導入板として設けられていることを特徴と
する。請求項３では、請求項１または２に記載した沸騰
冷却装置において、前記冷媒槽は、プレス成形された一
対のプレート間に前記冷媒流制御板を挟み込んで、一体
ろう付けにより接合されていることを特徴とする。

【０００８】

【０００９】

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【作用および発明の効果】本発明の沸騰冷却装置は、以
下の作用および効果を奏する。請求項１では、冷媒槽内
を厚み方向に二分割する冷媒流制御板を設け、その冷媒
流制御板より発熱体側の上部に蒸気流出口が設けられ、
冷媒流制御板より反発熱体側の上部に液流入口が設けら
れているので、沸騰して冷媒槽内を上昇してくる沸騰蒸
気（冷媒蒸気）は蒸気流出口を通って冷媒槽より流出
し、放熱器で凝縮して流下してきた凝縮液は液流入口を
通って冷媒槽内へ流入することができる。これにより、
沸騰蒸気の流れと凝縮液の流れとを明確に分けることが
でき、冷媒槽内で下降する凝縮液と上昇する沸騰蒸気と
の干渉が低減して、放熱性能の向上を図ることができ
る。また、冷媒流制御板に設けられた突起部の先端が冷
媒槽の内壁面に当接しているため、その突起部が冷媒槽
の壁面を補強するリブとして働く。更に、冷媒槽の内壁
面に接触する突起部によって放熱面積が増大するため、
その分、放熱性能の向上を図ることが可能となる。

【００２２】また、冷媒槽から上昇してきた沸騰蒸気
が放熱器を流れる際に、放熱器内の通路が限定されるこ
とはなく、放熱器全体を一様に流れることができる。こ
のため、大きな圧力損失を生じることはなく、且つ放熱
器全体の温度が不均一化することもなく、放熱器全体を
効率良く使用することができる。請求項２では、冷媒流
制御板の上部側を導入板として、放熱器で凝縮して流下
してくる凝縮液を液流入口へ導くことができるので、沸
騰蒸気と凝縮液とをよりスムーズに分けることが可能と
なる。

【００２３】冷媒槽は、請求項３に記載したように、
プレス成形された一対のプレート間に冷媒流制御板を挟
み込んで、一体ろう付けにより接合されている。

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【００３２】

【００３３】

【００３４】

【００３５】

【実施例】次に、本発明の沸騰冷却装置の実施例を図面
に基づいて説明する。なお、本発明の権利範囲は、第１
０実施例に記載した沸騰冷却装置に含まれるものであ
り、第１〜第９実施例、及び第１１〜１４実施例は、本
発明の沸騰冷却装置を説明する上での参考例として記載
したもので、本発明の権利範囲を特定するものではな
い。（第１実施例）図１は沸騰冷却装置の正面図、図２は沸騰冷却装置の側
面図である。本実施例に示す沸騰冷却装置１は、電気自
動車のインバータ回路（図示しない）を構成するＩＧＢ
Ｔモジュール２（本発明の発熱体）に適用されるもの
で、内部にフロロカーボン系の冷媒が封入された冷媒槽
３、この冷媒槽３の上部に配置される放熱器４、および
放熱器４に送風する冷却ファン５より構成される。

【００３６】ＩＧＢＴモジュール２は、内蔵する半導体
素子（図示しない）で発生した熱を放出する放熱板２ａ
を有し、この放熱板２ａが冷媒槽３の外壁面に熱伝導グ
リース（図示しない）を介して密着され、ボルト６とナ
ット７の締結により冷媒槽３に固定されている（図２参
照）。

【００３７】冷媒槽３は、略矩形状を成す２枚の成形プ
レート８により構成されて、その厚み幅ｔ（図２参照）
が１２mm程度の薄型に設けられている。成形プレート８
は、板厚１．６mm程度のアルミニウム板をプレス成形し
たもので、図３に示すように、冷媒を収容するための浅
い窪み８ａが３か所、成形プレート８の横幅方向（図３
の左右方向）に並んで形成されて、その出入口が成形プ
レート８の横幅方向に狭められている。また、各窪み８
ａの周囲には、ボルト６を通すためのボルト孔８ｂが開
けられている。

【００３８】また、成形プレート８には、各窪み８ａ
の出入口にガイド板９が設けられている。このガイド板
９は、図３に示すように、各窪み８ａの出入口に斜めに
設けられて、２枚の成形プレート８を合わせて冷媒槽３
を形成した際に、冷媒槽３の出入口に沸騰蒸気が流出す
る蒸気流出口１０と凝縮液が流入する液流入口１１とを
形成する。

【００３９】なお、ガイド板９は、成形プレート８と別
体のアルミニウム板を２枚の成形プレート８間に挟み込
んで一体ろう付けにより取り付けることもできるが、成
形プレート８と一体にプレス成形によって設けることも
できる。この場合（プレス成形の場合）、図４に示すよ
うに、冷媒槽３を形成する何れか一方の成形プレート８
側のみにガイド板９を設けても良いし、図５に示すよう
に、両方の成形プレート８にプレス成形した各々の突起
部８ｃを突き合わせてガイド板９を形成しても良い。

【００４０】放熱器４は、放熱チューブ４０、上部タン
クと下部タンク（下述する）、およびコルゲートフィン
４１より構成されている。放熱チューブ４０は、偏平な
アルミニウム管により構成されている。上部タンクは、
アッパタンク４２とアッパプレート４３と組み合わせて
構成されて、アッパプレート４３に各放熱チューブ４０
の上端部が挿入されている。下部タンクは、ロアタンク
４４とロアプレート４５と組み合わせて構成されて、ロ
アプレート４５に各放熱チューブ４０の下端部が挿入さ
れている。また、ロアタンク４４の底部には、冷媒槽３
の上端開口部を挿入する挿入口４４ａ（図２参照）が設
けられている。なお、アッパタンク４２、アッパプレー
ト４３、ロアタンク４４、ロアプレート４５は、それぞ
れ板厚１．６mm程度のアルミニウム板のプレス成形品で
ある。

【００４１】コルゲートフィン４１は、隣合う各放熱チ
ューブ４０間に介在されて、放熱チューブ４０の外壁面
に接触して取り付けられている。このコルゲートフィン
４１は、放熱器４の表面積を拡大し、且つ熱伝達率を増
大させることで、放熱器４の放熱性能を向上させること
ができる。この放熱器４は、冷媒槽３とともに（放熱器
４と冷媒槽３とが組付けられた状態で）一体ろう付けに
より製造されている。

【００４２】冷却ファン５は、軸流式で、放熱器４の前
面（または後面）に配されて、ファンシュラウド５ａを
介して放熱器４の側面にボルト１２（図２参照）で固定
されている。なお、冷却ファン５は、放熱器４に対して
送風方向の下流側に位置する吸込式（この場合の送風方
向を図２に矢印で示す）でも良いし、放熱器４に対して
送風方向の上流側に位置する押込式でも良い。

【００４３】次に、本実施例の沸騰冷却装置１の作用を
説明する。ＩＧＢＴモジュール２内の半導体素子が発熱
すると、ＩＧＢＴモジュール２の放熱板２ａに熱が伝わ
り、さらに熱伝導グリースを介して冷媒槽３を構成する
成形プレート８に伝わることで、冷媒槽３に収容された
冷媒が沸騰する。なお、ＩＧＢＴモジュール２は、各窪
み８ａ毎に取り付けられており（ＩＧＢＴモジュール２
の取付け位置を図３に一点鎖線Ｂで示す）、ＩＧＢＴモ
ジュール２に内蔵された半導体素子の搭載位置は、ほぼ
図３の破線Ｃで示す位置となる。

【００４４】各冷媒槽３に封入された冷媒は、半導体素
子の搭載位置を含む領域、即ち、主に図３の破線Ｃで示
す領域で沸騰する。その沸騰した冷媒は、気泡となって
冷媒槽３内を上昇し、図３の矢印Ｄで示すように、ガイ
ド板９によって形成された蒸気流出口１０を通って冷媒
槽３より流出した後、放熱器４の下部タンクへ流入す
る。さらに、放熱器４の下部タンクから各放熱チューブ
４０へ分配されて、放熱チューブ４０内を上昇する。こ
の放熱チューブ４０内を流れる冷媒蒸気は、放熱チュー
ブ４０の内壁面に凝縮して液化し、自重により放熱チュ
ーブ４０内を流下して下部タンクから再び冷媒槽３内へ
戻る。一方、冷媒蒸気が凝縮する際に放出された凝縮潜
熱は、放熱チューブ４０の管壁からコルゲートフィン４
１へ伝わり、冷却ファン５の送風によって大気に放出さ
れる。

【００４５】ここで、冷媒槽３内へ流下してくる凝縮液
は、図３の矢印Ｅで示すように、ガイド板９によって形
成された液流入口１１を通って冷媒槽３内へ流入する。
このように、冷媒槽３内を上昇する気泡と、冷媒槽３内
へ流入しようとする凝縮液とが、冷媒槽３（窪み８ａ）
の出入口に設けたガイド板９によって分けられるため、
互いに干渉することなく、スムーズに流れて、冷媒槽３
内での冷媒の循環が良好に行なわれる。

【００４６】（第１実施例の効果）本実施例では、冷媒
槽３内での沸騰蒸気（気泡）と凝縮液との干渉が低減さ
れて、冷媒槽３から冷媒蒸気が上方へ抜けやすくなるこ
とで、冷媒槽３内での冷媒の循環（沸騰蒸気と凝縮液と
の入れ替わり）が滑らかに行なわれる。この結果、冷媒
の沸騰・凝縮熱伝達による最大熱輸送量が増大し、その
分、放熱性能を向上させることができる。

【００４７】また、本実施例の沸騰冷却装置１は、冷媒
槽３より上昇する沸騰蒸気が、放熱器４の下部タンクか
ら各放熱チューブ４０へ分配される。即ち、放熱器４
は、特定の放熱チューブ４０のみに沸騰蒸気を流す構造
ではなく、全ての放熱チューブ４０に冷媒槽３で沸騰し
た沸騰蒸気を流すことができる。従って、特定のチュー
ブに沸騰蒸気を流す従来装置のように大きな圧力損失を
生じることはなく、且つ、放熱器４の温度分布が不均一
化することもない。従って、従来装置と比較して放熱器
４を効率的に使用することができるため、放熱性能の向
上を図ることが可能である。

【００４８】なお、本実施例の沸騰冷却装置１は、ＩＧ
ＢＴモジュール２を３個取り付けることができる構成
で、各ＩＧＢＴモジュール２に対応して冷媒槽３を３つ
に分けているが、各冷媒槽３（即ち窪み８ａ）は、それ
ぞれ独立して設けても良いし、各々が連通していても良
い。また、冷媒槽３の大きさ、即ち成形プレート８の大
きさは、取り付けるＩＧＢＴモジュール２の個数に応じ
て変更できることは言うまでもない。

【００４９】（第２実施例）図６は第２実施例に係わる
成形プレート８の平面図である。本実施例は、第１実施
例とガイド板９の形状および配置が異なるものである。
具体的には、図６に示すように、２本の細長い板状のガ
イド板９が、半導体素子の搭載位置を含む領域（図３の
破線Ｃで示す領域）の両側を略上下方向に延びて、冷媒
槽３内の上端近くから冷媒槽３内の下部側まで設けられ
ている。この２本のガイド板９により、冷媒槽３内上部
の両端側が各々液流入口１１として形成され、冷媒槽３
内上部の中央部が蒸気流出口１０として形成される。本
実施例によれば、２本のガイド板９によって、沸騰蒸気
の流れと凝縮液の流れとをより明確に分けることができ
るため、さらに沸騰蒸気と凝縮液との干渉が低減され
て、放熱性能の向上を図ることができる。

【００５０】（第３実施例）図７は第３実施例に係わる
成形プレート８の平面図である。本実施例は、第２実施
例で説明した半導体素子の搭載位置を含む領域（２本の
ガイド板９の間）にインナフィン１３を挿入したもので
ある。インナフィン１３は、例えば、図８に示すよう
に、波型に屈曲形成された波状フィン、あるいは図９に
示すように、矩形状に屈曲形成された矩形型波状フィン
等を使用することができる。

【００５１】このインナフィン１３を蒸気流出口１０へ
挿入することにより、沸騰により発生した気泡の流れを
整流することができる。即ち、インナフィン１３がない
場合は、ガイド板９の内側を上昇する気泡が、図７の破
線Ｆで示すように、ガイド板９の傾斜面に当たって中央
側へ入り込み、中央部を上昇してくる気泡と衝突して気
泡の流れに乱れが生じる。これに対して、インナフィン
１３を挿入した場合は、そのインナフィン１３によって
ガイド板９の間が複数の通路１３ａに分割される（図８
および図９参照）ため、沸騰により発生した気泡は、図
７の実線矢印で示すように、各通路１３ａを通って上昇
することができる。これにより、気泡の流れに方向性が
付与されるため、ガイド板９の内側を流れる気泡がガイ
ド板９の傾斜面に当たっても、インナフィン１３の整流
効果によってそのまま上方へ抜け易くなる。

【００５２】また、本実施例では、インナフィン１３を
使用することで放熱面積が増大するため、半導体素子で
発生した熱がより早く冷媒へ伝わり、その結果、放熱性
能が向上する。さらに、図８および図９に示したよう
に、インナフィン１３の側面が各成形プレート８の内壁
面に当接することで、インナフィン１３が冷媒槽３の補
強用リブとして働く。

【００５３】即ち、本実施例のように、冷媒槽３が板厚
の薄い（約１．６mm）成形プレート８により構成されて
いる場合は、成形プレート８の剛性不足が懸念されるた
め、インナフィン１３によって成形プレート８の剛性不
足を補強することにより、成形プレート８の変形（歪
み）を防止することができる。なお、剛性不足により成
形プレート８に歪みが生じると、ＩＧＢＴモジュール２
と成形プレート８との間の接触熱抵抗が増大し、その結
果、熱伝導率が低下して放熱性能が悪くなる。従って、
インナフィン１３により成形プレートの変形が防止され
ることで、熱伝導率の低下による放熱性能の悪化を防止
することができる。

【００５４】（第４実施例）図１０は第４実施例に係わ
る成形プレート８の平面図である。第１実施例で説明し
たように、冷媒槽３（窪み８ａ）の出入口が成形プレー
ト８の横幅方向に狭められている場合は、当然に２本の
ガイド板９によって形成される蒸気流出口１０も狭くな
っている。そこで、本実施例では、インナフィン１３を
蒸気流出口１０まで延ばすとともに、そのフィンピッチ
を蒸気流出口１０内では小さく設定している。これによ
り、インナフィン１３による整流効果を増大させて、よ
りスムーズに気泡を抜け易くすることができる。

【００５５】なお、図１０に示す成形プレート８は、Ｉ
ＧＢＴモジュール２を１個だけ取り付ける場合の形状を
示すが、第１実施例に示したように、複数個のＩＧＢＴ
モジュール２が取り付けられる成形プレート８に本実施
例を適用できることは言うまでもない。

【００５６】（第５実施例）図１１〜図１５は第５実施
例に係わる成形プレート８の平面図である。第１実施例
では、冷媒槽３（窪み８ａ）の出入口が狭められている
例を示したが、成形プレート８に余裕がある場合は、必
ずしも冷媒槽３の出入口が狭められている必要はなく、
図１１〜図１５に示すように、冷媒槽３の出入口が狭め
られていない形状の方が望ましい。

【００５７】即ち、図１１は、ガイド板９が冷媒槽３
（窪み８ａ）内の上部に傾斜した状態で配されており、
蒸気流出口１０と液流入口１１とを形成できれば、その
ガイド板９の配置角度θはどのようであっても前記同様
の効果を奏する。図１２は、ガイド板９が複数個（図１
２では２個）傾斜した状態で配置されることにより蒸気
流出口１０と液流入口１１とを形成した例を示すもの
で、前記同様の効果を奏する。図１３は、ガイド板９が
発熱体取付け位置に対応する領域の両側を冷媒槽３内の
上部から内部まで延びて配されることにより蒸気流出口
１０と液流入口１１とを形成した例を示すもので、前記
同様の効果を奏する。

【００５８】図１４および図１５は、１個のガイド板９
が冷媒槽３内の上部から内部まで配されることにより蒸
気流出口１０と液流入口１１とを形成した例を示すもの
で、ガイド板９は、図１４に示すように、冷媒槽３内の
上部で傾斜した部分があっても良いし、図１５に示すよ
うに、冷媒槽３内の上部で略水平方向に配されている部
分があっても良い。

【００５９】（第６実施例）図１６は第６実施例に係わ
る成形プレート８の平面図である。本実施例では、図１
６に示すように、隣合う冷媒槽３（窪み８ａ）の間に湾
曲した補助ガイド板１４を設けたものである。図１１に
示したように、ガイド板９を冷媒槽３の出入口に斜めに
配置した場合、気泡の流れが冷媒槽３全体において片側
（図１６の右側）へ偏り易くなる。このため、補助ガイ
ド板１４により、その偏りを是正することで、より均一
に気泡を拡散することができる。

【００６０】（第７実施例）図１７は第７実施例に係わ
る冷媒槽３の断面図（図１のＡ−Ａ断面）である。本実
施例は、ガイド板９によって冷媒槽３内を厚み方向に二
分割したもので、ＩＧＢＴモジュール２が取り付けられ
た側の冷媒槽３内上部が蒸気流出口１０となり、反対側
が液流入口１１となる。ガイド板９の下部には、ガイド
板９の両側を連通する連通口９ａが開けられている。こ
れにより、半導体素子の熱を吸収して沸騰した冷媒が蒸
気流出口１０側の通路１０ａを気泡となって上昇し、蒸
気流出口１０より抜け出て放熱器４へ流入する。一方、
放熱器４で冷却液化された凝縮液は、下部タンクから液
流入口１１へ流れ込み、液流入口１１側の通路１１ｂを
降下して、ガイド板９の連通口９ａを通って蒸気流出口
１０側へ流入することができる。

【００６１】このガイド板９は、成形プレート８と一体
にプレス成形することはできないが、２枚の成形プレー
ト８の間に挟み込んで一体ろう付けすることができるた
め、比較的低コストで製造することができるとともに、
その取付けも容易である。なお、本実施例の場合、元々
薄型に設けられている冷媒槽３をガイド板９によって厚
み方向に二分割するため、蒸気流出口１０側の通路１０
ａおよび液流入口１１側の通路１１ａの厚み幅が小さく
なる。従って、気泡の流出をスムーズに行なわせるため
には、通路１０ａの厚み幅ｔ1 を通路１１ａの厚み幅ｔ
2 より大きく設定した方が良い。

【００６２】（第８実施例）図１８は第８実施例に係わ
る冷媒槽３の断面図（図１のＡ−Ａ断面）である。本実
施例は、図１８に示すように、第７実施例で説明したガ
イド板９の上端を延長して蒸気流出口１０側へ折り曲げ
たものである。これにより、放熱器４から流下してくる
凝縮液をガイド板９の延長部９ｂ（本発明の導入板）で
受けて、そのまま液流入口１１へ導くことができるた
め、効率良く冷媒の循環が行なわれる。

【００６３】（第９実施例）図１９は第９実施例に係わ
る冷媒槽３の断面図（図１のＡ−Ａ断面）である。本実
施例は、第７および第８実施例と同様に、ガイド板９に
よって冷媒槽３を厚み方向に二分割するものであるが、
放熱器４の下部タンクに対して、冷媒槽３がＩＧＢＴモ
ジュール２側（図１９の左側）へ偏って接続されてい
る。この場合、下部タンクの底面が第８実施例で説明し
たガイド板９の延長部９ｂの作用を果たすため、ガイド
板９は第７実施例と同様の形状（つまり、上端を延長し
て折り曲げる必要はない）で良い。

【００６４】（第１０実施例）図２０は第１０実施例に係わる冷媒槽３の断面図（図１
のＡ−Ａ断面に相当）である。本実施例は、冷媒槽３を
厚み方向に二分割するガイド板９（本発明の冷媒流制御
板）に突起部９ｃを設けたもので、その突起部９ｃの先
端が成形プレート８の内壁面に当接した状態でろう付け
されている。突起部９ｃは、ガイド板９と別体で、ある
いはガイド板９と一体にプレス成形して設けたもので、
蒸気流出口１０側の通路１０ａと液流入口１１側の通路
１１ａとに各々複数個ずつ設けられている。

【００６５】これにより、第３実施例で説明したインナ
フィン１３と同様に、各突起部９ｃが成形プレート８の
補強用リブとして機能するため、成形プレート８の剛性
不足を補って成形プレート８の歪みを抑えることができ
る。その結果、成形プレート８の変形に伴う接触熱抵抗
の増大を防止して、放熱性能の低下を防止することがで
きる。また、突起部９ｃを設けたことで放熱面積が増大
するため、それに伴って放熱性能の向上を図ることがで
きる。

【００６６】（第１１実施例）図２１は成形プレートの
平面図である。本実施例は、放熱器４で凝縮液化された
凝縮液を冷媒槽３内の下部側まで導く冷媒供給通路１５
を設けた場合の一例を示すものである。その冷媒供給通
路１５は、冷媒槽３内でＩＧＢＴモジュール２の取付け
面に対応する領域、即ち、冷媒槽３内の冷媒がＩＧＢＴ
モジュール２の熱を受けて沸騰する発熱密度の高い沸騰
領域１６（図２１に破線で示す領域）の側方を冷媒槽３
内の上下方向に延びて形成され、冷媒槽３内の下部側で
沸騰領域１６と通じている。特に、複数のＩＧＢＴモジ
ュール２を冷媒槽３の横幅方向に並んで取り付ける場合
には、図２１に示すように、隣合う沸騰領域１６の間に
冷媒供給通路１５を形成することができる。

【００６７】この様に、冷媒槽３内に冷媒供給通路１５
を形成することによって、沸騰領域１６でＩＧＢＴモジ
ュール２の熱を受けて沸騰する沸騰蒸気と放熱器４から
流下してくる凝縮液との干渉が低減されることから放熱
性能が向上する（図中にて沸騰蒸気の流れを破線矢印
で、凝縮液の流れを実線矢印で示す）。また、冷媒供給
通路１５内は、沸騰領域１６と比べて冷媒の発熱密度が
低く、冷媒温度が低温である。従って、冷媒供給通路１
５に流入した凝縮液を低温のまま冷媒槽３内の下部側か
ら沸騰領域１６へ供給することができるため、冷媒槽３
内での沸騰蒸気（高温）と凝縮液（低温）との循環が良
好に行なわれて、効率の良い冷却を行なうことができ
る。

【００６８】この冷媒供給通路１５は、図２２（図２１
のＢ−Ｂ断面図）に示すように、冷媒槽３を形成する２
枚の成形プレート８と一体にプレス成形によって設ける
ことができる。具体的には、図２１に示すように、ボル
ト孔８ｂ（ＩＧＢＴモジュール２を取り付けるためのボ
ルト６を通す孔）が形成される締結部位８ｄと連なって
冷媒槽３内の上下方向に延びる通路壁１７を形成し、隣
合う２本の通路壁１７によって区画された空間を冷媒供
給通路１５として設けることができる。または、図２３
（図２１のＢ−Ｂ断面図）に示すように、対向する２枚
の成形プレート８の間に棒状のスペーサ１８を介在する
ことで冷媒供給通路１５を形成しても良い。

【００６９】なお、図２２では、２枚の成形プレート８
に設けられた各通路壁１７同士の間に若干の隙間が形成
されているが、互いの通路壁１７同士が当接していても
良い。実際は、冷媒供給通路１５を設ける目的から言え
ば、通路壁１７同士が当接していた方が沸騰領域１６と
冷媒供給通路１５との間を分離できるため、放熱性能の
向上を図る上でより効果的であると言える。また、図２
２および図２３に示したように、冷媒供給通路１５を形
成する際に沸騰領域１６より冷媒供給通路１５の方が冷
媒槽３の厚み幅Ｗを大きくすることで、より効果的に凝
縮液を冷媒供給通路１５へ導入することができる。ま
た、沸騰領域１６の厚み幅を薄くした方がＩＧＢＴモジ
ュール２と冷媒との間で高効率な熱伝導が行なわれるこ
とからも、沸騰領域１６の厚み幅を薄く、冷媒供給通路
１５の厚み幅を厚くした方が放熱性能向上の面で有利で
ある。

【００７０】（第１２実施例）図２４は成形プレート８
の平面図である。本実施例は、第１１実施例で説明した
冷媒槽３内の沸騰領域１６にインナフィン１３を挿入し
た場合の一例を示すものである（図中にて沸騰蒸気の流
れを破線矢印で、凝縮液の流れを実線矢印で示す）。イ
ンナフィン１３は、例えば薄いアルミニウム板を交互に
折り曲げて波形状（または凹凸形）に成形したもので、
対向する２枚の成形プレート８の内壁面にろう付け等に
より接合されている。このインナフィン１３を沸騰領域
１６に挿入することにより、図２４に示すように、イン
ナフィン１３と対向する２枚の成形プレート８との間に
沸騰蒸気の流出通路を形成することができる。

【００７１】これにより、沸騰蒸気の流れが整流されて
沸騰領域１６からスムーズに排出されるとともに、イン
ナフィン１３によって冷媒槽３の放熱面積が実質的に増
大すること等から、放熱性能の向上が期待できる。ま
た、インナフィン１３が冷媒槽３の壁面（成形プレート
８の取付け面）を支持する補強材としても機能するた
め、ＩＧＢＴモジュール２が取り付けられる成形プレー
ト８の取付け面剛性が不足する場合でも、その取付け面
の剛性不足を補うことができる。

【００７２】（第１３実施例）図２５は成形プレート８
の平面図である。本実施例は、冷媒槽３内の上部に凝縮
液を冷媒供給通路１５へ導く冷媒液導入板１９を設けた
場合の一例を示すものである（図中にて沸騰蒸気の流れ
を破線矢印で、凝縮液の流れを実線矢印で示す）。冷媒
液導入板１９は、図２５に示すように、沸騰領域１６の
上部側で左右に１か所ずつ設けられる締結部位８ｄの一
方（図２５では左側）から、その沸騰領域１６の上方へ
斜めに傾斜した状態で設けられている。これにより、放
熱器４から流下してくる凝縮液を冷媒液導入板１９で受
け止めて、そのまま冷媒供給通路１５へ導くことができ
るため、より沸騰蒸気と凝縮液との干渉が低減されて、
放熱性能の向上を図ることが可能となる。

【００７３】この場合、図２６に示すように、冷媒液導
入板１９を設けていない他方の締結部位８ｄを上方へ延
ばした形状とすることにより、沸騰領域１６から冷媒液
導入板１９に沿って流出する沸騰蒸気と、放熱器４から
流下してくる凝縮液との干渉を低減できる効果が得られ
る。なお、この形状は、その断面積が滑らかに変化する
ようにして、沸騰蒸気の流れが剥離等の乱れを生じない
ようにすると良い。

【００７４】（第１４実施例）図２７および図２８は成
形プレート８の平面図である。本実施例は、冷媒液導入
板１９を沸騰領域１６の上部で左右両側に設けた場合の
一例を示すものである（図中にて沸騰蒸気の流れを破線
矢印で、凝縮液の流れを実線矢印で示す）。冷媒液導入
板１９の形状は、図２７に示すように、左右両側で略同
形状のものを互いに向かい合うように設けても良いし、
図２８に示すように、左右両側で異形状のものを設けて
も良い。これにより、凝縮液を効果的に冷媒供給通路１
５へ導くことができるため、より一層の放熱性能向上が
期待できる。

【００７５】上記の第１３、１４実施例で説明した冷媒
液導入板１９は、図２９（図２５のＣ−Ｃ断面図）に示
すように、冷媒槽３を形成する２枚の成形プレート８と
一体にプレス成形によって設けても良いし、図３０（図
２５のＣ−Ｃ断面図）に示すように、成形プレート８と
別部材のスペーサ１９によって形成しても良い。その冷
媒液導入板１９および冷媒供給通路１５を形成する通路
壁１７を各々スペーサ１８、１９で構成した場合の例を
図３１および図３２に示す。

【図面の簡単な説明】

【図１】沸騰冷却装置の正面図である。

【図２】沸騰冷却装置の側面図である。

【図３】成形プレートの平面図である（第１実施例）。

【図４】ガイド板を形成する成形プレートの断面図であ
る（第１実施例）。

【図５】ガイド板を形成する成形プレートの断面図であ
る（第１実施例）。

【図６】成形プレートの平面図である（第２実施例）。

【図７】成形プレートの平面図である（第３実施例）。

【図８】インナフィンの取付け状態を示す断面図である
（第３実施例）。

【図９】インナフィンの取付け状態を示す断面図である
（第３実施例）。

【図１０】成形プレートの平面図である（第４実施
例）。

【図１１】成形プレートの平面図である（第５実施
例）。

【図１２】成形プレートの平面図である（第５実施
例）。

【図１３】成形プレートの平面図である（第５実施
例）。

【図１４】成形プレートの平面図である（第５実施
例）。

【図１５】成形プレートの平面図である（第５実施
例）。

【図１６】成形プレートの平面図である（第６実施
例）。

【図１７】冷媒槽の断面図である（第７実施例）。

【図１８】冷媒槽の断面図である（第８実施例）。

【図１９】冷媒槽の断面図である（第９実施例）。

【図２０】冷媒槽の断面図である（第１０実施例）。

【図２１】成形プレートの平面図である（第１１実施
例）。

【図２２】冷媒供給通路の断面図（図２１のＢ−Ｂ断面
図）である（第１１実施例）。

【図２３】冷媒供給通路の断面図である（第１１実施
例）。

【図２４】成形プレートの平面図である（第１２実施
例）。

【図２５】成形プレートの平面図である（第１３実施
例）。

【図２６】成形プレートの平面図である（第１３実施
例）。

【図２７】成形プレートの平面図である（第１４実施
例）。

【図２８】成形プレートの平面図である（第１４実施
例）。

【図２９】冷媒液導入板の断面図（図２５のＣ−Ｃ断面
図）である。

【図３０】冷媒液導入板の断面図である。

【図３１】冷媒液導入板および通路壁を示す平面図であ
る。

【図３２】冷媒液導入板および通路壁を示す平面図であ
る。

【符号の説明】

１沸騰冷却装置２ＩＧＢＴモジュール（発熱体）３冷媒槽４放熱器８成形プレート（プレート）９ガイド板（冷媒流制御板）９ａ連通口９ｂ延長部（導入板）９ｃ突起部１０蒸気流出口１１液流入口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者杉戸肇愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内 (72)発明者小林和雄愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内 (72)発明者門田茂愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内 (56)参考文献特開昭58−131755（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−204156（ＪＰ，Ａ) 特開平６−53376（ＪＰ，Ａ) 特開平６−120382（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−162847（ＪＰ，Ｕ) 実開昭56−21456（ＪＰ，Ｕ) 実開平３−69245（ＪＰ，Ｕ) 実開昭55−4501（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 23/427 H05K 7/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に冷媒を収容する冷媒槽と、この冷媒槽の厚み方向における一方の外壁面に接触して
取り付けられる発熱体と、前記冷媒槽の上部に前記冷媒槽と連通して設けられ、前
記発熱体の熱を受けて前記冷媒槽から上昇してくる沸騰
蒸気を冷却液化する放熱器と、前記冷媒槽内を厚み方向に二分割する薄板状の冷媒流制
御板とを備え、この冷媒流制御板の下部に、前記二分割された両側を連
通する連通口が設けられると共に、前記冷媒槽内の厚み
方向において、前記冷媒流制御板より前記発熱体側の上
部に、前記冷媒槽内を上昇してきた沸騰蒸気が流出する
蒸気流出口が設けられ、前記冷媒流制御板より反発熱体
側の上部に、前記放熱器で凝縮して流下してきた凝縮液
が流入する液流入口が設けられた沸騰冷却装置であっ
て、前記冷媒流制御板は、前記冷媒槽の内壁面側へ突出する
突起部を有し、その突起部の先端が前記冷媒槽の内壁面
に当接した状態で設けられていることを特徴とする沸騰
冷却装置。
【請求項２】請求項１に記載した沸騰冷却装置におい
て、前記冷媒流制御板は、その上部側が、前記放熱器で凝縮
して流下してくる凝縮液を前記液流入口へ導く導入板と
して設けられていることを特徴とする沸騰冷却装置。
【請求項３】請求項１または２に記載した沸騰冷却装置
において、前記冷媒槽は、プレス成形された一対のプレート間に前
記冷媒流制御板を挟み込んで、一体ろう付けにより接合
されていることを特徴とする沸騰冷却装置。