JP3513389B2 - 沸騰冷却装置 - Google Patents

沸騰冷却装置

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JP3513389B2
JP3513389B2 JP14138598A JP14138598A JP3513389B2 JP 3513389 B2 JP3513389 B2 JP 3513389B2 JP 14138598 A JP14138598 A JP 14138598A JP 14138598 A JP14138598 A JP 14138598A JP 3513389 B2 JP3513389 B2 JP 3513389B2
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-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
    • F28D15/02—Heat-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
    • F28D15/0266—Heat-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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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、凝縮器の冷却促
進を可能にするようにした沸騰冷却装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】図３は、例えば特開平２−１５２２６３
号公報に示された従来の沸騰冷却装置を示す断面図であ
る。図において、１は金属製の密封容器、２は密封容器
１内に配置された複数の平形半導体素子および冷却ブロ
ック複数個を交互に圧接配置して形成されたスタック、
３は密封容器１を貫通して配置されスタック２に外部よ
り電力を供給する一対の端子、４は密封容器１内に充填
されスタック２より発生する熱を吸収し沸騰する液状の
冷却媒体、５は一端が密封容器１の一側と接続された液
相管、
【０００３】６は密封容器１の上側と接続され気相化さ
れた冷却媒体４を導出する気相管、７は密封容器１およ
び図示しない周辺電気部品を収納する耐水構造の下部筐
体、８は液相管５と気相管６とがそれぞれ貫通して溶接
等で固着されるとともに下部筐体７上に配置された仕切
り板、９は下部筐体７と仕切り板８との間に配置され図
示しないボルトでそれぞれと圧接されたガスケット、１
０は液相管５の他端と接続された液相ヘッダ、１１は気
相管６と接続された気相ヘッダ、１２はそれぞれのヘッ
ダ１０，１１間を接続した複数の冷却管、１３はそれぞ
れの冷却管１２の外周に固着して形成された複数の冷却
フィンである。
【０００４】そして、上記１０〜１３で各冷却管１２が
気相側で高く液相側に傾斜した凝縮器１４が形成され
る。１５は凝縮器１４の上方に冷却フィン１３を囲むよ
うに配置された風胴、１６は凝縮器１４を冷却した空気
を排出する開口、１７は下部筐体７と連結され凝縮器１
４および風胴１５を収容した上部筐体、１８は上部筐体
１７の上部に配置され一側が他側より高く形成された側
壁、１９ａ，１９ｂは側壁１８の両側に形成された吸入
口、及び排出口、２０は側壁１８の上端と接続された天
井板である。
【０００５】そして、上記１８〜２０で屋根２１が形成
される。なお、２２は液状の冷却媒体４が熱交換によっ
て相変化した気泡、２３は凝縮器１４によって熱交換さ
れ風胴１５内から上昇する空気の流れ、２４は吸気口１
９ａから流入し排出口１９ｂから外部に排出される第２
の空気の流れ、２５は屋根２１の内部に吸気口１９ａ及
び排出口１９ｂより上方に形成される袋部である。
【０００６】次に動作について説明する。冷却媒体４が
充填された密封容器１内に配置されたスタック２は、通
電されることによって発熱し、接触した冷却媒体４の気
相変化により冷却される。相変化した冷却媒体４は気泡
２２となり気相管６から気相ヘッダ１１内に蒸気化して
送られて充満し、各冷却管１２を通過するときに凝縮液
化され、凝縮熱は冷却フィン１３から風胴１５内に放出
される。そして、風胴１５内には凝縮熱によって温度が
上昇した空気の流れ２３が発生し、第２の空気の流れ２
４によって排出口１９ａから大気中に排出される。
【０００７】このように、風胴１５からの空気の流れ２
３を第２の空気の流れ２４で大気中に排出すると、屋根
２１内の両側には圧力変化が発生するので、不足する空
気は吸気口１９ａから大気が屋根２１内に流入し、空気
が補充されて凝縮器１４からの放熱が継続される。一
方、凝縮液化された冷却媒体４は、液相ヘッダ１０から
液相管５を経て密封容器１内に戻される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の沸騰冷却装置は
以上のように、凝縮器１４にゴミ等の異物が付着するの
を防止するために上部筐体１６および屋根２１を必要と
していたので、風胴１５から温度が上昇した空気の流れ
２３が屋根２１の袋部２５にこもって滞留が発生し、吸
気口１９ａから排出口１９ｂに向かう第２の空気の流れ
２４に取り残されるので、正常な空気２４の流れを形成
することができず、凝縮器１４の冷却能力が十分に発揮
されないという問題点があった。
【０００９】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、屋根の袋部に温度の上昇した空
気が滞留するのを防止することによって、凝縮器の冷却
能力の向上を図るようにした沸騰冷却装置を得ることを
目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
わる沸騰冷却装置は、筐体内に配置され冷却媒体が充填
された密封容器、密封容器内に配置され冷却媒体で冷却
される発熱体、筐体内に配置され密封容器と連結される
とともに熱交換した冷却媒体を冷却する凝縮器、凝縮器
の上方に配置され空気の流れを形成する風胴、筐体の上
部に配置された屋根、屋根の一側から取り入れ他側から
排出される第２の空気の流れを形成しこの空気の流れに
よって風胴から排出される空気の流れを外部に案内する
吸気口及び排出口を備えた沸騰冷却装置において、屋根
の第２の空気の流れの下流側に第２排出基地を設けたも
のである。
【００１１】また、この発明の請求項２に係わる沸騰冷
却装置は、請求項１において、第２の排出口は屋根の上
側部に設けられたものである。
【００１２】また、この発明の請求項３に係わる沸騰冷
却装置は、請求項１において、第２の排出口は屋根の天
井部に設けられたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態を図について説明する。図１はこの発明の実
施の形態１による沸騰冷却装置の構成を示す断面図であ
る。図において、３１は金属製の密封容器、３２は密封
容器３１内に配置された複数の平形半導体素子および冷
却ブロック複数個を交互に圧接配置して形成されたスタ
ック、３３は密封容器３１を貫通して配置されスタック
３２に外部より電力を供給する一対の端子、３４は密封
容器３１内に充填されスタック３２より発生する熱を吸
収し沸騰する液状の冷却媒体、３５は一端が密封容器２
５の一側と接続された液相管、
【００１４】３６は密封容器３１の上側と接続され気相
化された冷却媒体３４を導出する気相管、３７は密封容
器３１および図示しない周辺電気部品を収納する耐水構
造の下部筐体、３８は液相管３５と気相管３６とがそれ
ぞれ貫通して溶接等で固着されるとともに下部筐体３７
上に配置された仕切り板、３９は下部筐体３７と仕切り
板３８との間に配置され図示しないボルトでそれぞれと
圧接されたガスケット、４０は液相管３５の他端と接続
された液相ヘッダ、４１は気相管３６と接続された気相
ヘッダ、４２はそれぞれのヘッダ４９，４１間を接続し
た複数の冷却管、４３はそれぞれの冷却管４２の外周に
固着して形成された複数の冷却フィンである。
【００１５】そして、上記４０〜４３で各冷却管４２が
気相側で高く液相側に傾斜した凝縮器４４が形成され
る。４５は凝縮器４４の上方に冷却フィン４３を囲むよ
うに配置された風胴、４６は凝縮器４４を冷却した凝縮
熱を排出する開口、４７は下部筐体３７と連結され凝縮
器４４および風胴４５を収容した上部筐体、４８は上部
筐体１７の上部に配置され両側がほぼ同じ高さに形成さ
れた側壁、４９ａ，４９ｂは側壁４８の両端の下側部に
形成された吸気口及び排出口、５０は他端側の屈曲部に
形成された第２の排出口、５１は側壁４８の一端側の上
端側を端端に向けて傾斜して覆う天井板、
【００１６】５２は天井板５１と接続され側壁４８の他
端側を平面状に覆う天井板である。そして、上記４８〜
５２で屋根５３が形成される。なお、５４は液状の冷却
媒体３４の熱交換によって相変化した気泡、５５は凝縮
器４４によって熱交換され温度が上昇した空気の流れ、
５６は吸気口４９ａから流入し排出口４９ｂから大気に
排出される第２の空気の流れ、５７は第２の空気の流れ
５６から分流して第２の排出口５０から大気に排出され
る第３の空気の流れである。
【００１７】次に動作について説明する。冷却媒体３４
が充填された密封容器３１内に配置されたスタック３２
は、通電されることによって発熱し、接触した冷却媒体
３４の気相変化により冷却される。相変化した冷却媒体
３４は気泡５４となり気相管３６から気相ヘッダ４１内
に蒸気化して送られて充満し、各冷却管４２を通過する
ときに凝縮液化され、凝縮熱は冷却フィン４３から風胴
４５内に放出される。そして、風胴４５内には温度が上
昇した空気の流れが発生し、第２の空気の流れ５６によ
って排出口４９ｂから大気中に排出される。そして、こ
の第２の空気の流れ５６は、途中で第３の空気の流れ５
７に分流され、第２の排出口５０から大気中に排出され
る。
【００１８】このように、温度の上昇した空気の流れ５
５が第２及び第３の空気の流れ５６，５７によって大気
中に排出されると、屋根５３内両側には圧力変化が発生
するので、不足する空気は吸気口４９ａから大気が屋根
５３内に流入し、空気が補充されることにより凝縮器４
４からの放熱が継続される。そして、吸気口４９ａから
流入する空気量より排出口４９ｂ，及び第２の排出口５
０から排出される空気量が多いので、流入する空気量が
増加することにより、凝縮器４４による冷却が促進され
る。
【００１９】一方、凝縮液化された冷却媒体３４は、液
相ヘッダ４０から液相管３５を経て密封容器３１内に戻
される。以上のように実施の形態１によれば、屋根５３
の吸気口４９ａから排出口４９ｂに向かって流れる第２
の空気の流れ５６の下流側に、第２の排出口５０を屋根
５３の上側部に設けたので、凝縮器４４を冷却した温度
の上昇した空気の流れ５５を、第２及び第３の空気の流
れ５６，５７によって増速することにより、空気の流れ
５５が屋根５３の内部に滞留することなく、凝縮器４４
の冷却効率の向上が可能となる。
【００２０】実施の形態２．図２はこの発明の実施の形
態２による沸騰冷却装置を示す断面図である。なお図に
おいて、実施の形態１と同様のものは同一符号を付して
詳細な説明を省略する。５８は一端が所定の高さで他端
に向かって傾斜された側壁、５９ａ，５９ｂは側壁５８
の両端の下側部に形成された吸気口及び排出口、６０は
側壁５８の上部を覆うように配置された天井板、６１は
天井板６０の他端側に形成された第２の排出口である。
そして、上記５８〜６１で屋根６２が形成される。
【００２１】次に動作について説明する。冷却媒体３４
が充填された密封容器３１内に配置されたスタック３２
は、通電されることによって発熱し、接触した冷却媒体
３４の気相変化により冷却される。相変化した冷却媒体
３４は気泡５４となり気相管３６から気相ヘッダ４１内
に蒸気化して送られて充満し、各冷却管４２を通過する
ときに凝縮液化され、凝縮熱は冷却フィン４３から風胴
４５内に放出される。そして、風胴４５内の温度が上昇
した空気の流れ５５によって屋根６２に向かって上昇
し、第２の空気の流れ５６によって大気中に排出され
る。そして、この空気の流れ５６は途中で第３の空気の
流れに分流され、第２の排出口６１から大気中に排出さ
れる。
【００２２】このように、温度が上昇した空気の流れ５
５が第２及び第３の空気の流れ５６，５７によって大気
中に排出されると、屋根６２内の両側には圧力変化が発
生するので、不足する空気は吸気口５９ａから大気が屋
根６２内に流入し、空気が補充されることにより凝縮器
４４からの放熱が継続される。そして、吸気口５９ａか
ら流入する空気量より各排出口５９ｂ，６１から排出さ
れる空気量が多いので、流入する空気量が増加すること
により、凝縮器４４による冷却が促進される。
【００２３】一方、凝縮液化された冷却媒体３４は、液
相ヘッダ４０から液相管３５を経て密封容器３１内に戻
される。以上のように実施の形態２によれば、屋根６２
の吸気口５９ａから排出口５９ｂに向かって流れる第２
の空気の流れ５６の下流側に、第２の排出口６１を屋根
５３の天井部に設けたので、凝縮器４４を冷却した温度
の上昇した空気の流れ５５を、第２及び第３の空気の流
れ５６，５７によって増速することにより、空気の流れ
５５が屋根６２の内部に滞留することなく、凝縮器４４
の冷却効率の向上が可能であることは勿論のこと、構造
的にも簡素化される。
【００２４】
【発明の効果】以上のようにこの発明の請求項１によれ
ば、筐体内に配置され冷却媒体が充填された密封容器、
密封容器内に配置され冷却媒体で冷却される発熱体、筐
体内に配置され密封容器と連結されるとともに熱交換し
た冷却媒体を冷却する凝縮器、凝縮器の上方に配置され
空気の流れを形成する風胴、筐体の上部に配置された屋
根、屋根の一側から取り入れ他側から排出される第２の
空気の流れを形成しこの第２の空気の流れにより風胴か
ら排出される空気の流れを外部に案内する吸気口及び排
出口を備えた沸騰冷却装置において、屋根の第２の空気
の流れの下流側に第２の排出口を設けた構成としたの
で、冷却効率の向上が可能な沸騰冷却装置を提供するこ
とができる。
【００２５】また、この発明の請求項２によれば、請求
項１において、第２の排出口は屋根の上側部に設けられ
た構成としたので、冷却効率の向上が可能であることは
勿論のこと、構造的に簡素化された沸騰冷却装置を提供
することができる。
【００２６】また、この発明の請求項３によれば、請求
項１において、第２の排出口は屋根の天井部に設けられ
た構成としたので、冷却効率の向上が可能な沸騰冷却装
置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による沸騰冷却装置
を示す断面図である。
【図２】 この発明の実施の形態２による沸騰冷却装置
を示す断面図である。
【図３】 従来の沸騰冷却装置を示す断面図である。
【符号の説明】
３１ 密封容器、３２ 発熱体、３７ 筐体（下部筐
体）、４４ 凝縮器、４５ 風胴、４７ 筐体（上部筐
体）、４９ａ 吸気口、４９ｂ 排出口、５０ 第２の
排出口、５３ 屋根、５５ 空気の流れ、５６ 第２の
空気の流れ、５９ａ 吸気口、５９ｂ 排出口、６１
第２の排出口、６２ 屋根。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F28D 15/02 H01L 23/46 H05K 7/20 F24F 7/00 F24F 7/02

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 筐体内に配置され冷却媒体が充填された
    密封容器、上記密封容器内に配置され上記冷却媒体で冷
    却される発熱体、上記筐体内に配置され上記密封容器と
    連結されるとともに熱交換した上記冷却媒体を冷却する
    凝縮器、上記凝縮器の上方に配置され空気の流れを形成
    する風胴、上記筐体の上部に配置された屋根、上記屋根
    の一側から取り入れ他側から排出される第２の空気の流
    れを形成しこの第２の空気の流れにより上記風胴から排
    出される空気の流れを外部に案内する吸気口及び排出口
    を備えた沸騰冷却装置において、上記屋根の上記第２の
    空気の流れの下流側に第２の排出口を設けたことを特徴
    とする沸騰冷却装置。
  2. 【請求項２】 第２の排出口は屋根の上側部に設けられ
    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. 【請求項３】 第２の排出口は屋根の天井部に設けられ
    ていることを特徴とする請求項１記載の沸騰冷却装置。
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