JP3608272B2 - 沸騰冷却装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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】
従来の沸騰冷却装置では、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。そこで、例えば、プレス成形された２枚の薄肉部材を貼り合わせて厚み幅の薄い偏平な冷媒槽を構成することにより、使用する冷媒量を少なくした沸騰冷却装置が提案されている（特公昭５５−５１３４５号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、冷媒槽を薄肉部材で構成した場合、発熱体が取り付けられる取付け面の剛性不足により、発熱体との間の接触熱抵抗が増大して放熱性能が低下する。また、薄肉部材をプレス成形品とした場合、プレス用の金型に掛かる費用が高くつく。特に、発熱体の個数または発熱体の取付けピッチが異なる場合には、その発熱体の個数または取付けピッチに合わせたプレス型を新規設計する必要が生じるため、製造コストが大幅に高くなるという問題を生じる。
【０００４】
さらに、冷媒槽を偏平形状とした場合は、所謂フラッディング現象が問題となる。即ち、発熱体の熱により沸騰して冷媒槽内を上昇する沸騰冷媒と、放熱器で凝縮液化されて冷媒槽内を流下する凝縮冷媒とが互いに衝突して冷媒の自然循環が乱されるため、最大熱輸送量が低く抑えられて性能の低下を招く。なお、このフラッディングを軽減するために、凝縮部内の下部にガイド板を設けた沸騰冷却装置が提案されている（特開昭５７−２０４１５６号公報）が、冷媒槽の構成上、使用する冷媒量が多くなり、コストが高くなるという問題は依然解決されていない。
【０００５】
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、第１の目的は製造コストの低減を図ること、第２の目的はフラッディングによる性能低下を防止すること、第３の目的はその沸騰冷却装置の製造方法を提供することにある。
【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、表面に発熱体が取り付けられて、内部に前記発熱体の発する熱で気化する冷媒が収容された冷媒室を形成する冷媒槽と、前記冷媒室と連通して設けられ、前記冷媒室で気化した気相冷媒を凝縮液化する放熱器とを備え、前記冷媒槽は、押し出し成形された押出材を使用して構成され、厚み幅の薄い偏平形状を有し、その偏平表面に、前記発熱体が締結部材であるボルトの締め付けによって固定される沸騰冷却装置であって、前記押出材と別体に設けられて、前記ボルトを螺着するための雌ねじが形成された筒部を有する取付部材を備え、前記押出材には、前記発熱体を固定する前記ボルトの取り付けピッチに対応した位置に取付孔が形成され、この取付孔に前記取付部材が嵌め込まれて接合さ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、前記取付孔は、前記押出材の一端面側に開口する第１の取付孔と、他端面側に開口する第２の取付孔とが形成され、前記取付部材は、前記第１の取付孔と前記第２の取付孔とに嵌め込まれて、前記押出材を貫通した状態で接合されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３では、表面に発熱体が取り付けられて、内部に前記発熱体の発する熱で気化する冷媒が収容された冷媒室を形成する冷媒槽と、前記冷媒室と連通して設けられ、前記冷媒室で気化した気相冷媒を凝縮液化する放熱器とを備え、前記冷媒槽は、押し出し成形された押出材を使用して構成され、厚み幅の薄い偏平形状を有し、その偏平表面に、前記発熱体が締結部材であるボルトとナットの締め付けによって固定される沸騰冷却装置であって、前記押出材と別体に設けられて、前記ボルトを挿通する貫通孔が形成された筒形状を有する取付部材を備え、前記押出材には、前記発熱体を固定する前記ボルトの取り付けピッチに対応した位置に、前記押出材の一端面側に開口する第１の取付孔と、他端面側に開口する第２の取付孔とが形成され、前記取付部材が、前記第１の取付孔と前記第２の取付孔とに嵌め込まれて、前記押出材を貫通した状態で接合されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４では、請求項３に記載した沸騰冷却装置において、前記発熱体は、前記第１の取付孔側から前記取付部材の貫通孔に挿通された前記ボルトに対し、前記第２の取付孔側より取り出された前記ボルトの螺子部に前記ナットを締め付けて固定されることを特徴とする。
【００１１】
請求項５では、請求項１〜４に記載した何れかの沸騰冷却装置において、前記冷媒槽は、前記冷媒室の内部に、前記発熱体の熱により気化した冷媒が前記冷媒室内を上昇する蒸気通路と、前記放熱器で凝縮液化した冷媒が前記冷媒室内を流下する凝縮液通路とが設けられて、前記蒸気通路と前記凝縮液通路が前記冷媒室内の下部で連通していることを特徴とする。
【００１２】
請求項６では、請求項５に記載した沸騰冷却装置において、前記蒸気通路と前記凝縮液通路は、前記押出材と一体に設けられて前記冷媒室の内部を厚み方向に分割する隔壁によって構成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項７では、請求項５に記載した沸騰冷却装置において、前記蒸気通路と前記凝縮液通路は、前記冷媒室内に配された冷媒流制御板により構成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項８では、請求項１〜７に記載した何れかの沸騰冷却装置において、前記冷媒槽は、複数の前記発熱体に対応して複数の前記冷媒室を有し、各冷媒室が各々連通して設けられていることを特徴とする。
【００１５】
請求項９では、請求項８に記載した沸騰冷却装置において、前記冷媒槽は、複数の前記冷媒室が並列に設けられた場合に、隣合う前記冷媒室同士の間に中空通路が形成されて、その中空通路の上部と下部とで各冷媒室に連通していることを特徴とする。
【００１６】
請求項１０では、請求項１〜９に記載した何れかの沸騰冷却装置において、前記放熱器は、前記冷媒槽と一体に押し出し成形された押出材を使用して構成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項１１では、請求項１〜９に記載した何れかの沸騰冷却装置は、押し出し成形によって前記押出材を成形した後、前記放熱器との連通口以外の開放端を閉塞部材により閉塞する工程を経て製造されることを特徴とする。
【００１８】
請求項１２では、請求項１０に記載した沸騰冷却装置は、押し出し成形によって前記押出材を成形した後、不要な部位を削除し、その後、前記押出材の所要な開放面を閉塞部材により閉塞する工程を経て製造されることを特徴とする。
【００１９】
請求項１３では、請求項５〜９に記載した何れかの沸騰冷却装置において、前記放熱器は、前記冷媒槽に接続されて前記蒸気通路に通じる流入室および前記凝縮液通路に通じる流出室を形成する連結部材と、この連結部材に複数積層されて相互に連通して設けられた同一中空形状の放熱管とから成ることを特徴とする。
【００２０】
請求項１４では、請求項１３に記載した沸騰冷却装置において、前記放熱管は、前記流入室に通じる流入側連通部、前記流出室に通じる流出側連通部、および前記流入側連通部と前記流出側連通部とを連通する冷媒通路を有し、前記流入側連通部から前記流出側連通部へ向かって前記冷媒通路の底面が下方へ傾斜していることを特徴とする。
【００２１】
請求項１５では、請求項１３または１４に記載した沸騰冷却装置において、前記冷媒槽は、前記押出材に設けられた少なくとも１本の支柱部によって複数の前記蒸気通路を有するとともに、前記発熱体の取付け位置より上方の側面に前記流入室に通じる蒸気流出口が開口して設けられ、
前記支柱部の上部を削除することにより、複数の前記蒸気通路を前記蒸気流出口と連通させたことを特徴とする。
【００２２】
請求項１６では、請求項１３に記載した沸騰冷却装置において、前記冷媒室内の下部で前記蒸気通路と前記凝縮液通路とを連通する連通路は、各通路を仕切るために前記押出材に設けられた支柱部の下部を削除して、その押出材の下端面に閉塞部材を接合することで構成されていることを特徴とする。
【００２４】
【作用および発明の効果】
（請求項１）
冷媒槽が押出材を使用して構成されることにより、プレス成形された薄肉部材を貼り合わせて構成した場合と比較して型費を安くできるため、製造コストの低減を図ることができる。また、発熱体の個数が増加する場合でも、各発熱体を直列（縦方向）に配置すれば、押出材を適宜な長さに切断して使用することができるため、プレス成形品の様に新規にプレス型を設ける必要がなく、型に掛かる費用を大幅に低減できる。さらに、押出材を使用して冷媒槽を構成することから、プレス成形品の様な薄肉部材で冷媒槽を構成した場合と比較して、発熱体が取り付けられる取付け面の剛性を十分に確保できる。これにより、取付け面（押出材の表面）と発熱体との間の接触熱抵抗を小さくできるため、放熱性能の低下を防止できる。特に、冷媒槽を偏平形状とすることにより、使用する冷媒量を少なくできるため、例えばフロロカーボン系の高価な冷媒を使用した場合でもコストを低く抑えることができる。
更に、本発明では、締結部材（ボルト）を取り付けるための取付部材を押出材と別体で設けることにより、押出材自体に締結部材を取り付けるための中密部を設定する必要がなくなる。これにより、押出材のヒートマス（熱容量）が小さくなるため、冷媒槽（押出材）と放熱器とをろう付けする場合のろう付け性が良好になる。
【００２５】
（請求項２）
取付孔を押出材の一端面側と他端面側の両方に形成することにより、その取付孔（第１の取付孔と第２の取付孔）を介して、押出材を貫通した状態で取付部材を接合できる。これにより、取付部材の全長を長くできるので、ボルトとの結合長さを大きく確保して、ボルトの締結力を向上できる。
【００２６】
（請求項３）
冷媒槽が押出材を使用して構成されることにより、プレス成形された薄肉部材を貼り合わせて構成した場合と比較して型費を安くできるため、製造コストの低減を図ることができる。また、発熱体の個数が増加する場合でも、各発熱体を直列（縦方向）に配置すれば、押出材を適宜な長さに切断して使用することができるため、プレス成形品の様に新規にプレス型を設ける必要がなく、型に掛かる費用を大幅に低減できる。さらに、押出材を使用して冷媒槽を構成することから、プレス成形品の様な薄肉部材で冷媒槽を構成した場合と比較して、発熱体が取り付けられる取付け面の剛性を十分に確保できる。これにより、取付け面（押出材の表面）と発熱体との間の接触熱抵抗を小さくできるため、放熱性能の低下を防止できる。特に、冷媒槽を偏平形状とすることにより、使用する冷媒量を少なくできるため、例えばフロロカーボン系の高価な冷媒を使用した場合でもコストを低く抑えることができる。
更に、本発明では、ボルトを挿通するための取付部材を押出材と別体で設けることにより、押出材自体に締結部材を取り付けるための中密部を設定する必要がなくなる。これにより、押出材のヒートマス（熱容量）が小さくなるため、冷媒槽（押出材）と放熱器とをろう付けする場合のろう付け性が良好になる。
また、取付部材は、内周面に雄ねじを形成する必要がなく、ボルトを挿通する貫通孔が形成された筒形状であれば良いので、取付部材の製作コストを低減できる。
【００２７】
（請求項４）
取付部材の貫通孔に挿通されたボルトの端部（螺子部）にナットを締め付けて発熱体を固定するので、冷媒槽（押出材）の両面に発熱体を取り付けて、同時に固定することが可能である。
【００２９】
（請求項５）
冷媒室の内部に蒸気通路と凝縮液通路とを設けたことにより、冷媒室内での沸騰冷媒と凝縮冷媒との流れを明確に分けることができる。そのため、冷媒槽が偏平形状であっても、沸騰冷媒と凝縮冷媒とが衝突するフラッディングを防止できる。
【００３０】
（請求項６）
請求項５に記載した蒸気通路と凝縮液通路は、冷媒室の内部を厚み方向に分割する隔壁によって構成することができる。この各壁は、押し出し成形により押出材と一体に容易に設けることができる。なお、各壁は、発熱体を冷媒槽の片面に取り付ける場合と、両面に取り付ける場合とに対応して設けることが可能である。即ち、発熱体を冷媒槽の片面に取り付ける場合は、冷媒室の内部を厚み方向に二分割するように設けて、両面に取り付ける場合には、冷媒室の内部を厚み方向に少なくとも三分割するように設けることができる。
【００３１】
（請求項７）
また、冷媒室内に配された冷媒流制御板によって蒸気通路と凝縮液通路とを構成しても良い。この場合、フラッディング防止の効果とともに、冷媒流制御板が冷媒室の内壁面に当接した状態で配されることにより、冷媒室の剛性向上および冷媒室の放熱面積増大による放熱性能の向上が期待できる。
【００３２】
（請求項８）
冷媒槽は、複数の発熱体を取り付ける場合に対応して、各発熱体毎に各々冷媒室を設けることができる。この場合、各冷媒室を連通することにより、冷媒槽全体で冷媒の循環が均等に行なわれるため、凝縮冷媒の偏りによる放熱性能の低下を防止できる。
【００３３】
（請求項９）
複数の冷媒室が並列に設けられる場合は、隣合う冷媒室同士の間に各冷媒室と連通する中空通路を形成することにより、この中空通路を凝縮冷媒の通路として利用することができる。つまり、この中空通路にある冷媒は、発熱体から直接熱を受けることがなく、冷媒室の冷媒と比べて低温である。このため、中空通路を各冷媒室と連通して中空通路の冷媒を各冷媒室に供給することにより、放熱性能の向上が期待できる。また、隣合う冷媒室同士の間を中空通路とすることで軽量化を図ることもできる。
【００３４】
（請求項１０）
冷媒槽のみならず、放熱器も冷媒槽と一体に押し出し成形された押出材を使用して構成することにより、従来装置と比較して放熱器のコストを低減できるばかりでなく、放熱器と冷媒槽との組付け工程が不要となることから、装置全体のコストダウンを図ることができる。
【００３５】
（請求項１１）
沸騰冷却装置は、押し出し成形によって押出材を成形した後、放熱器との連通口以外の開放端を閉塞部材により閉塞する工程を経て製造される。なお、冷媒室内部に隔壁を設ける場合は、押出材を成形する際に一体に設けられる。
【００３６】
（請求項１２）
冷媒槽とともに放熱器も押出材を使用して構成する場合は、まず押し出し成形によって押出材（冷媒槽と放熱器とを含む）を成形した後、不要な部位を削除する。その後、押出材の所要な開放面を閉塞部材により閉塞する工程を経て製造される。ここで所要な開放面とは、放熱器に形成される冷却媒体（例えば空気）の通路以外の開放面を言う。
【００３７】
（請求項１３）
放熱器は、冷媒槽に接続された連結部材に同一中空形状の放熱管を複数積層して構成することができるため、発熱体の取付け個数が増加して総発熱量が増大した場合でも容易に放熱器の容量を変更できる。即ち、同一中空形状の放熱管を順次積層していくことで放熱器の容量を容易に増加できるため、総発熱量に相応した容量の放熱器を低コストで提供できる。
【００３８】
（請求項１４）
各放熱管は、冷媒通路の底面が流入側連通部から流出側連通部へ向かって下方へ傾斜していることから、各放熱管の冷媒通路を流れる凝縮液が流入側連通部から流出側連通部へ向かって流れやすくなる。このため、冷媒通路の底面に溜まる凝縮液の量が減少して、蒸気冷媒の凝縮を効率良く行うことができる。
【００３９】
（請求項１５）
押出材に設けられた支柱部の上部を削除するだけで複数の蒸気通路を蒸気流出口と連通させることができるため、特別な部品を追加することなく低コストで冷媒の循環を制御できる。
【００４０】
（請求項１６）
押出材に設けられた支柱部の下部を削除して、その押出材の下端面に閉塞部材を接合することにより、冷媒室内の下部で蒸気通路と凝縮液通路とを連通することができる。このため、閉塞部材を簡単な形状（例えば単なる平板）にできるため、閉塞部材の製作が容易になる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の沸騰冷却装置の実施例を説明する。
【００４３】
（第１実施例）
図１（ａ）は放熱器の一部正面図、および図１（ｂ）は沸騰冷却装置の側面図（冷媒槽は断面図）である。本実施例の沸騰冷却装置１は、例えば電気自動車や一般電力制御機器のインバータ回路を構成するＩＧＢＴモジュール２（本発明の発熱体）の冷却装置であり、冷媒槽３、放熱器４、および冷却ファン５より構成される。
【００４４】
ＩＧＢＴモジュール２は、図２（図１のＡ−Ａ断面図）に示すように、熱伝導性の良好な金属製（例えば銅製）の放熱板２ａを有し、この放熱板２ａが冷媒槽３の外壁面に密着した状態で、ボルト６の締め付けにより冷媒槽３に固定されている。なお、ＩＧＢＴモジュール２は、放熱板２ａと冷媒槽３の外壁面との間に熱伝導性グリースを介して固定しても良い。
【００４５】
冷媒槽３は、例えばアルミニウム製のブロック材から押し出し成形によって得られる中空状の押出材７と、この押出材７の一方の開放端を塞ぐ底板８とから成る。押出材７の他方の開放端は、冷媒の出入口として放熱器４に接続される。押出材７は、ＩＧＢＴモジュール２が取り付けられる外壁面の横幅および縦幅に対して厚み幅Ｗ（図２参照）の薄い偏平形状に設けられて、内部に複数の貫通路９、１０が形成されている。また、貫通路９、１０が形成されていない押出材７の厚肉部７ａには、ボルト６を螺着するための雌ねじ部が形成されている。
【００４６】
貫通路９、１０は、押出材７の内部を厚み幅方向（図２の左右方向）に二分割する仕切壁１１と、その二分割された一方側（図２の左側）の内部空間と他方側の内部空間とを各々横幅方向（図２の上下方向）に複数に分割する通路壁１２とによって区画されている。但し、仕切壁１１に対してＩＧＢＴモジュール２が取り付けられる側（一方側）の内部空間は、他方側の内部空間より多くの通路壁１２によって細かく区画されており、一方側の内部空間に形成される貫通路９の方が、他方側の内部空間に形成される貫通路１０より通路断面積が小さく、数多く設けられている。
【００４７】
この貫通路９、１０を形成する仕切壁１１および通路壁１２は、仕切壁１１によって二分割された一方側の各貫通路９と他方側の各貫通路１０とが連通するように、また一方側の各貫通路９同士および他方側の各貫通路１０同士が連通するように、押出材７の外壁に対して底部側（図１の下側）が短く切断されている（図１（ｂ）参照）。
【００４８】
押出材７の一方の開放端を塞ぐ底板８は、押出材７と同じアルミニウム製で、例えば、ろう付けによって押出材７の開口内周面に接合されている。この底板８によって一方の開放端が閉塞された押出材７の内部空間（本発明の冷媒室）、即ち冷媒槽３の内部には、フロロカーボン系の冷媒が封入される。
【００４９】
放熱器４は、放熱チューブ１３、上部タンク１４、下部タンク１５、および放熱フィン１６より構成されている。放熱チューブ１３は、断面形状が長円形の偏平なアルミニウム管より成り、放熱フィン１６と交互に積層されて、上部タンク１４と下部タンク１５とに支持されている。上部タンク１４は、各放熱チューブ１３の上端部が挿入されて、各放熱チューブ１３と連通している。下部タンク１５は、各放熱チューブ１３の下端部が挿入されて、各放熱チューブ１３と連通している。また、下部タンク１５は、図１（ｂ）に示すように、冷媒槽３の上端開口部（押出材７の他方の開放端部）が挿入されて、冷媒槽３と連通している。
【００５０】
放熱フィン１６は、例えば熱伝導率の高いアルミニウム製の薄板を交互に折り曲げて波状に成形したコルゲートフィンで、図１（ａ）に示すように、放熱チューブ１３の外壁面に接触して取り付けられている。上記の冷媒槽３と放熱器４は、例えば、仮組付けされた後、炉中にて一体ろう付けによって接合することができる。
【００５１】
冷却ファン５は、例えば軸流式ファンで、図１（ｂ）に示すように、放熱器４の前面（または後面）に配されて、放熱器４に対して前後方向（図１（ｂ）の左右方向）に送風する。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み式でも良いし、放熱器４に対して送風方向の上流側に位置する押込み式でも良い。
【００５２】
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に内蔵された半導体素子が発熱すると、ＩＧＢＴモジュール２の放熱板２ａから冷媒槽３の外壁に熱伝導されて、冷媒槽３に封入された冷媒を沸騰気化させる。この時、冷媒槽３の内壁面（押出材７の内壁面）と冷媒との間で高効率な熱伝達（沸騰時で自然対流時の１００〜１０００倍にも達する）が行なわれる。ここで、冷媒槽３は、その内部が厚み幅方向に仕切壁１１によって二分割されているため、仕切壁１１より一方側の各貫通路９（以下、蒸気通路９と言う）に収容された冷媒が主に沸騰することになる。沸騰した冷媒は、気泡となって蒸気通路９を上昇し、放熱器４の下部タンク１５へ流入した後、下部タンク１５から各放熱チューブ１３へ分配されて、各放熱チューブ１３内を上昇する。
【００５３】
放熱チューブ１３内を流れる冷媒蒸気は、冷却ファン５の送風を受けて低温となっている放熱チューブ１３の内壁面に凝縮して液化し、この際に凝縮潜熱を放出する。凝縮して液滴となった冷媒は、自重により放熱チューブ１３内を流下して下部タンク１５に一時溜まり、下部タンク１５から主に冷媒槽３内の他方側の各貫通路１０（以下、凝縮液通路１０と言う）に流入する。この凝縮液通路１０を流下した冷媒は、仕切壁１１および通路壁１２の下端と底板８との間に形成される連通口１７を通って蒸気通路９へ流入し、再びＩＧＢＴモジュール２の冷却に使用される。
【００５４】
一方、冷媒蒸気が凝縮液化する際に放出された凝縮潜熱は、放熱チューブ１３の管壁から放熱フィン１６へ伝わって大気へ放出される。この冷媒の沸騰・凝縮熱伝導が繰り返されることにより、ＩＧＢＴモジュール２から伝わった熱が順次大気へ放出されて半導体素子の冷却が行なわれる。
【００５５】
（第１実施例の効果）
本実施例の沸騰冷却装置１は、冷媒槽３が押出材７を使用して構成されている。このため、偏平な冷媒槽３を形成するためにプレス成形された薄肉部材を貼り合わせて冷媒槽３を構成した場合と比較して、押出材７に掛かる型費を安くできる。また、ＩＧＢＴモジュール２の個数が増加する場合でも、増加するＩＧＢＴモジュール２を多段（縦方向）に配置すれば、押出材７を適宜な長さに切断して使用することができるため、プレス成形品を使用する場合の様に新規にプレス型を設ける必要がなく、型費を大幅に低減できる。
【００５６】
押出材７を使用して冷媒槽３を構成することから、ＩＧＢＴモジュール２が取り付けられる押出材７の取付け面剛性を十分に確保できる。このため、プレス成形品の様な薄肉部材で冷媒槽３を構成した場合と比較して、取付け面（押出材７の外壁面）とＩＧＢＴモジュール２との間の接触熱抵抗を小さくできるため、放熱性能の向上を図ることができる。また、押出材７を使用することから、雌ねじ部を形成するための厚肉部７ａを十分確保できるとともに、蒸気通路９および凝縮液通路１０の形状も自由に設定できる。このことは、冷媒槽３を偏平形状とした場合の耐圧性を向上する上でも有利である。即ち、冷媒使用量を減少するために冷媒槽３を偏平形状とすることは耐圧的に不利であるが、十分な耐圧性を確保できるように蒸気通路９および凝縮液通路１０の形状を設定することができる。
【００５７】
さらには、雌ねじ部を形成する厚肉部７ａの取付け面積に余裕を持たせておくことにより、取付けねじピッチの異なる種々のＩＧＢＴモジュール２に対して同一の押出材７を使用するこができる。言い換えれば、同一形状の押出材７を使用した冷媒槽３に対して、取付けねじピッチの異なる種々のＩＧＢＴモジュール２を取り付けることができる。これにより、冷媒槽３の標準化が可能となることから、取付けねじピッチの異なるＩＧＢＴモジュール２を使用する場合のコストダウンを図ることができる。
【００５８】
さらに、冷媒槽３の内部が仕切壁１１によって蒸気通路９と凝縮液通路１０に区画されているため、冷媒槽３内での沸騰冷媒と凝縮冷媒との流れを明確に分けることができる。これにより、沸騰冷媒と凝縮冷媒とが衝突する所謂フラッディングを防止して、高い放熱性能を得ることができる。また、仕切壁１１によって蒸気通路９と凝縮液通路１０とを区画したことにより、凝縮液通路１０内の冷媒は、ＩＧＢＴモジュール２から伝導する熱によって直接加熱されることがないため、蒸気通路９内の冷媒と比べて低温となっている。そして、この低温の冷媒が連通口１７を通って順次凝縮液通路１０から蒸気通路９へ供給されることにより、効率良くＩＧＢＴモジュール２の冷却を行なうことができる。
【００５９】
（第２実施例）
図３は冷媒槽３の断面図である。本実施例では、冷媒槽３の下部タンク１５との接合部、即ち、押出材７の他方の開口部が段付き状に加工されている。具体的には、図３に示すように、蒸気通路９の方が凝縮液通路１０より少し長く設けられている。これにより、放熱器４の下部タンク１５に溜まった液冷媒は、蒸気通路９へ流入することはなく、殆ど凝縮液通路１０へ流入することができる。この結果、第１実施例の場合より、更にフラッディングを少なくして性能の向上を図ることができる。
【００６０】
（第３実施例）
図４は沸騰冷却装置１の側面図である。本実施例は、冷媒槽３とともに放熱器４も同一の押出材７０を使用して構成した場合の一例を示すものである。以下にその押出材７０を使用した沸騰冷却装置１の製造方法を説明する。
【００６１】
ａ）まず、アルミニウム製のブロック材から装置全体の押出材７０を形成する。この時、押出材７０の内部は、図５（図４のＢ−Ｂ断面図）に示すように、冷媒槽３の蒸気通路９と凝縮液通路１０、および放熱器４の冷媒通路４ａ（第１実施例の放熱チューブ１３に相当する通路）と送風通路４ｂが各々格子状に設けられた隔壁１８によって細かく区画された状態で押出材７０の上端から下端まで貫通して設けられている。
【００６２】
ｂ）続いて、図６に示すように、押出材７０から不要な部位を削除する。但し、図６に示すＬ１については全面的に削除し、Ｌ２、Ｌ３については、図７（図４のＣ−Ｃ断面図）に示すように、冷媒通路４ａを区画している隔壁１８を削除する。Ｌ４については内部の隔壁１８のみを削除する。
【００６３】
ｃ）続いて、押出材７０の開放面をそれぞれ端板１９〜２１で気密に閉塞して、押出材７０の内部空間を密閉する。なお、端板１９の平面形状を図８に、端板２０の平面形状を図９（ａ）、側面形状を図９（ｂ）、および端板２１の平面形状を図１０に示す。
【００６４】
以上の各工程により、冷媒槽３と放熱器４とを同一の押出材７０を使用して構成した沸騰冷却装置１が製造される。本実施例によれば、第１実施例と比較して放熱器４のコストを低減できるばかりでなく、放熱器４と冷媒槽３との組付け工程が不要となることから、装置全体のコストダウンを図ることができる。
【００６５】
（第４実施例）
図１１は沸騰冷却装置１の正面図、図１２は沸騰冷却装置１の側面図である。本実施例に示す冷媒槽３は、図１１に示すように、横幅方向に３個のＩＧＢＴモジュール２を並んで取り付けることができる大きさを有し、冷媒槽３の内部に各ＩＧＢＴモジュール２に対応した３つの冷媒室３ａ（図１３参照）が形成されている。各冷媒室３ａは、図１４に示すように、押出材７の一方の開放端に被せられたエンドキャップ２２によって連通している。
【００６６】
押出材７は、第１実施例と同様にアルミニウム材を押し出し成形して得られるもので、内部に冷媒室３ａを成す３つの中空部が貫通して設けられている。この押出材７は、水平方向の断面外周形状が、放熱器４の下部タンク１５に設けられた挿入口１５ａの内周形状（図１５参照）に合わせて設けられている。具体的には、図１３に示すように、横幅方向の両端外周面がそれぞれ半円形を成す凸曲面で構成されている。
【００６７】
エンドキャップ２２は、例えば押出材７と同じアルミニウム製で、押出材７の一方の開放端に被せられた後、一体ろう付けにより接合される。但し、このエンドキャップ２２は、押出材７の一方の開放端面に密着した状態ではなく、開放端面との間に隙間が確保された状態で被せられており、その隙間を通じて各冷媒室３ａを連通している。
【００６８】
本実施例においても、押出材７を使用して冷媒槽３を構成していることから、第１実施例で述べた押出材７を使用することにより得られる同様の効果を奏する。また、冷媒槽３の各冷媒室３ａがそれぞれエンドキャップ２２を通して連通することから、各冷媒室３ａで冷媒の循環が均等に行なわれる。このため、凝縮冷媒が特定の冷媒室３ａに偏る様なことはなく、冷媒の偏りによる放熱性能の低下を防止できる。
【００６９】
（第５実施例）
図１６は冷媒槽３（押出材７）の断面図である。本実施例では、第４実施例と同様に押出材７の内部に冷媒室３ａを成す３つの中空部３ａが貫通して設けられるとともに、さらに隣合う中空部３ａの間にも中空通路３ｂが貫通して設けられている。各中空通路３ｂは、上端側が放熱器４の下部タンク１５内に開口し、下端側がエンドキャップ２２を通して各冷媒室３ａと連通している（図１７参照）。
【００７０】
この様に中空通路３ｂを設けることにより、この中空通路３ｂを凝縮冷媒の通路として利用することができる。つまり、この中空通路３ｂにある冷媒は、ＩＧＢＴモジュール２から直接熱を受けることがなく、冷媒室３ａの冷媒と比べて低温である。このため、中空通路３ｂを冷媒室３ａと連通して、中空通路３ｂの低温の冷媒を冷媒室３ａに供給することにより、効率的にＩＧＢＴモジュール２の冷却を行なうことができる。また、中空通路３ｂを設けることで軽量化を図ることもできる。
【００７１】
（第６実施例）
図１８は沸騰冷却装置１の正面図（冷媒槽３は断面図）である。本実施例は、第４実施例で説明した冷媒槽３に対して、各冷媒室３ａに冷媒流制御板２３を配置した一例を示すものである。冷媒流制御板２３は、例えば図１９に示すように、波形のフィン形状に成形された整流部２３ａと、この整流部２３ａの一端部から斜めに延びる傾斜板２３ｂとから成り、各冷媒室３ａ内で図１８に示すように配置される。
【００７２】
この冷媒流制御板２３を各冷媒室３ａに配置することにより、傾斜板２３ｂによって凝縮冷媒の流れ（図１８に実線矢印で示す）と沸騰冷媒の流れ（図１８に破線矢印で示す）を分離できるため、沸騰冷媒と凝縮冷媒とが衝突するフラッディングを防止できる。また、整流部２３ａによって沸騰冷媒の流れを整流できるとともに、整流部２３ａが補強材の機能を果たすことで冷媒槽３の剛性が向上して、ＩＧＢＴモジュール２（放熱板２ａ）と冷媒槽３との間の接触熱抵抗を小さくできる。さらに、冷媒流制御板２３を熱伝導性の良好なアルミニウム製とした場合、整流部２３ａがインナフィンとしても機能することから冷媒槽３の放熱面積が増大する。これらの結果、放熱性能の向上を図ることができる。
【００７３】
（第７実施例）
図２０〜２２は冷媒槽３（押出材７）の断面図である。本実施例は、第４実施例で説明した冷媒槽３に対して、各冷媒室３ａに隔壁２４（第１実施例の仕切壁１１あるいは通路壁１２に相当する）を設けた例を示すものである。隔壁２４は、図２０に示すように、冷媒槽３の厚み方向に沿って設けることで、冷媒槽３の剛性を向上できるとともに、各冷媒室３ａ内の冷媒の流れを整流できる。
【００７４】
また、図２１に示すように、隔壁２４を冷媒槽３の横幅方向に沿って設けることにより、第１実施例と同様の蒸気通路９と凝縮液通路１０とが形成されて、図２３に示すように、沸騰冷媒の流れ（図２３に破線矢印で示す）と凝縮冷媒の流れ（図２３に実線矢印で示す）とを分離できる。これにより、沸騰冷媒と凝縮冷媒とが衝突するフラッディングを防止できることから、放熱性能が向上する。さらには、図２２に示すように、隔壁２４を冷媒槽３の厚み方向と横幅方向の両方に沿って設けることにより、図２０の場合と図２１の場合との両方の効果が期待できる。
【００７５】
（第８実施例）
図２４は沸騰冷却装置１の側面図（冷媒槽３は断面図）である。本実施例は、冷媒槽３の両面にそれぞれＩＧＢＴモジュール２を取り付けた場合の一例を示すもので、冷媒槽３の横幅方向に沿って設けられた２枚の隔壁２４により、各冷媒室３ａが厚み方向に三分割されている（図２５参照）。この場合、厚み方向の真中に形成される空間が第１実施例で説明した凝縮液通路１０となり、両側の空間がそれぞれ蒸気通路９となる。本実施例においても、沸騰冷媒と凝縮冷媒の流れを分離してフラッディングを防止することにより、放熱性能の向上を図ることができる。なお、ＩＧＢＴモジュール２を固定するためのボルト６は、押出材７を貫通してナット２５で締めつけられている。
【００７６】
（第９実施例）
図２６は沸騰冷却装置１の正面図、図２７は沸騰冷却装置１の側面図である。本実施例は、ＩＧＢＴモジュール２の個数を冷媒槽３の高さ方向に増やした場合（つまり、多段に配置した場合）の一例を示すものである。この場合、冷媒槽３を構成する押出材７の長さを変更するのみで対応できる。
【００７７】
（第１０実施例）
図２８は沸騰冷却装置１の側面図である。本実施例は、図２８に示すように、放熱器４が冷媒槽３に対して略９０度に傾いて組付けられており、その放熱器４に対して略垂直方向に送風する場合の一例を示すものである。
【００７８】
（第１１実施例）
図２９は沸騰冷却装置１の側面図である。本実施例は、所謂ドロンカップタイプの放熱器４を使用した場合の一例を示すものである。この場合、冷媒槽３を構成する押出材７は、放熱器４が冷媒槽３の側面に取り付けられることから、両方の開放端にそれぞれエンドキャップ２２が被せられている。
【００７９】
（第１２実施例）
図３０は沸騰冷却装置１の側面図である。本実施例は、ＩＧＢＴモジュール２を冷媒槽３の両側に取り付けるとともに、第８実施例と同様に、ＩＧＢＴモジュール２の個数を冷媒槽３の高さ方向にも増やした場合の一例を示すものである。なお、上述の第４実施例〜第１２実施例では、押出材７の開放端にエンドキャップ２２を被せた例を示したが、第１実施例のように底板８で閉塞しても良い。
【００８０】
（第１３実施例）
図３１は冷媒槽３（押出材７）の断面図、図３２は冷媒槽３の正面図である。図３３は冷媒槽３（押出材７）の部分断面図である。本実施例は、ボルト６の締結部に押出材７と別体に設けられた取付部材２６を用いた場合の一例を示すものである。取付部材２６は、例えばアルミニウム製で、一端側のみ開口する有底筒体形状に形成され、その開口部外周にはフランジ部２６ａが形成されて、筒部の内周面には雌ねじ２６ｂ（図３３参照）が形成されている。一方、押出材７には、ボルト６の取付けピッチに対応した位置に取付部材２６を嵌め込むための取付孔２８（図３３参照）が形成されている。但し、取付孔２８は、図３３に示すように、押出材７の外壁に取付部材２６のフランジ部２６ａを支持する壁面２８ａが残された状態で形成されている。
【００８１】
上記の取付部材２６は、取付孔２８の壁面２８ａとフランジ部２６ａとの間にリング状のろう材シート２９を挟んで取付孔２８に嵌め込まれた後、一体ろう付けによって接合される。なお、取付孔２８が開けられた押出材７は、一体ろう付けの際にリング状のろう材シート２９が融解してフランジ部２６ａが取付孔２８の壁面２８ａに接合されるため、冷媒槽３としての気密性が損なわれることはない。
【００８２】
この構成によれば、押出材７にボルト６を締結するための螺子孔（雌ねじ部）を形成しなくても良いため、螺子孔を形成するための厚肉部を確保する必要がない。これにより、押出材７に余分な厚肉部を極力少なくして、その分、冷媒室３ａを拡大したり、第５実施例で説明した凝縮冷媒の通路（中空通路３ｂ）を形成することができる。この結果、押出材７のヒートマス（熱容量）が小さくなるため、冷媒槽３（押出材７）と放熱器４とをろう付けする際に押出材７の温度上昇が早くなり、冷媒槽３と比較してヒートマスの小さい放熱器４とのろう付け性が良好になる。
【００８３】
（第１４実施例）
図３４〜３７は、それぞれ冷媒槽３（押出材７）の部分断面図である。本実施例は、第１３実施例で説明した取付部材２６を用いた場合の他の実施例を示すものである。図３４に示す取付部材２６は、フランジ部２６ａの表面が押出材７の表面より若干後退した状態（凹んだ状態）で取付孔２８に嵌め込まれており、第１３実施例に示したろう材シート２９によるろう付けではなく、トーチろう付け、あるいは溶接によって押出材７に接合されている。この場合、押出材７の表面に対してフランジ部２６ａの表面が凹んでいるため、ろう付け不良が発生してもトーチで再加熱することで補修を容易に行うことができる。
【００８４】
図３５に示す取付部材２６は、押出材７の一端面側（例えば、図示上面側）から他端面側へ貫通するもので、図３４に示した場合と同様にトーチろう付け、あるいは溶接によって押出材７に接合されている。つまり、取付部材２６を嵌め込むための取付孔２８は、押出材７の一端面側に開口する第１の取付孔（番号無し）と、他端面側に開口する第２の取付孔（番号無し）とが形成され、取付部材２６が、第１の取付孔と第２の取付孔とに嵌め込まれて、押出材７を貫通した状態で接合されている。
この場合、取付部材２６の全長が長くなるため、ボルト６との結合長さを大きく確保してボルト６の締結力を向上できる。また、内周面の雌ねじ２６ｂが取付部材２６の全長に渡って形成されることにより、押出材７の両面にＩＧＢＴモジュール２を固定することもできる。
【００８５】
図３６に示す取付部材２６は、内周面に雌ねじ２６ｂが形成されていない円筒形状を成すもので、押出材７の一端面側から他端面側へ貫通して設けられている。なお、取付部材２６は、フランジ部２６ａ側が取付孔２８の壁面２８ａとの間にリング状のろう材シート２９を配置して一体ろう付けにより接合されて、フランジ部２６ａと反対側がトーチろう付け、あるいは溶接により接合される。この場合、押出材７の両面にＩＧＢＴモジュール２を配置して、押出材７の一端面側（図３６の上側）から取付部材２６の内周にボルト６を挿通し、押出材７の他端面側でボルト６の先端部にナット２５を螺着することにより、押出材７の両側に配置されたＩＧＢＴモジュール２を同時に固定できる。
また、取付部材２６を嵌め込むための取付孔２８は、図３５の例と同様に、押出材７の一端面側に開口する第１の取付孔２８ｃと、他端面側に開口する第２の取付孔２８ｄとが形成され、取付部材２６が、第１の取付孔２８ｃと第２の取付孔２８ｄとに嵌め込まれて、押出材７を貫通した状態で接合されている（図３７参照）。
【００８６】
図３７に示す取付部材２６は、図３６に示した取付部材２６と同様に、内周面に雌ねじ２６ｂが形成されていない円筒形状であるが、フランジ部２６ａのない単純な円筒形に形成されている。これにより、取付部材２６の製作コストを低減できるため、装置全体の低コスト化が可能となる。なお、押出材７に開けられた取付孔２８の端部に内周側へ突き出た凸部２８ｂを形成することで、取付部材２６の位置決めを行うことができる。
【００８７】
（第１５実施例）
図３８は沸騰冷却装置１の側面図、図３９は冷媒槽の断面図、図４０は図３８のＤ−Ｄ断面図である。本実施例の沸騰冷却装置１は、冷媒槽３に取り付けられるＩＧＢＴモジュール２の個数（即ち、総発熱量）に応じて放熱器４の容量を変更できるように構成した場合の一例を示すものである。
【００８８】
冷媒槽３は、押し出し加工によって成形された押出材７と、この押出材７の上下両端部に接合されるエンドキャップ２２（２２ａ、２２ｂ）とから成る。押出材７には、図３９に示すように、上下方向に伸びる支柱部３０、３１、３２によって区画された蒸気通路９、凝縮液通路１０、および非作動通路３３が長手方向に貫通して形成されるとともに、接続プレート３４（図３８参照／本発明の連結部材）を介して放熱器４（放熱管３９）が接続される領域（図３９の破線Ｅで示す領域）に蒸気通路９の流出口３５と凝縮液通路１０の流入口３６とが開けられている。なお、流入口３６と流出口３５は、図３９に示すように、流入口３６の開口下端の方が流出口３５の開口下端より若干下方位置となる様に高低差が付けられている。
【００８９】
但し、流出口３５は、非作動通路３３の上方に開口しており、２本の蒸気通路９間に残る支柱部３１および蒸気通路９と非作動通路３３との間に残る支柱部３２の上部（図３９に破線Ｆで示す部分）がミーリング等の追加工によって削除されることにより各蒸気通路９と連通している。また、各支柱部３０〜３２には、ＩＧＢＴモジュール２の取付けボルト６を螺子込むための螺子孔３７が形成されている。なお、非作動通路３３は、押し出し加工の際に、凝縮液通路１０との釣り合いを持たせるために形成されたもので、凝縮液通路１０としては使用されない。従って、必ずしも非作動通路３３を形成する必要はない。
【００９０】
エンドキャップ２２は、押出材７の両端部に一体ろう付けにより接合されている。但し、上端側のエンドキャップ２２ａは、押出材７の上端開口面を閉塞しているが、下端側のエンドキャップ２２ｂは、押出材７の下端面との間に蒸気通路９、凝縮液通路１０、および非作動通路３３をそれぞれ連通する連通路３８を形成している。
【００９１】
放熱器４は、所謂ドロンカップタイプの熱交換器で、図４０に示すように、同一形状を成す中空状の放熱管３９を複数積層して構成され、接続プレート３４を介して冷媒槽３に接続されている。放熱管３９は、平面形状が略矩形状を成す２枚の成形プレート４０より成り、各成形プレート４０の外周縁部を接合して中空体に形成されている。２枚の成形プレート４０は、熱伝導性の良好な金属材（例えばアルミニウム材）をプレス成形して同一形状に設けられて、両端部に連通口４１が開けられている。この放熱管３９は、その中央部全体が偏平な冷媒通路４２となり、その冷媒通路４２には、アルミニウム製の薄板を波形状に成形したインナフィン４３が挿入されている。また、冷媒通路４２の両端には、それぞれ前記の連通口４１を有する流入側連通部４４と流出側連通部４５とが設けられている。各連通部４４、４５は、連通口４１を通じて他の放熱管３９の各連通部４４、４５と接続されて放熱器４全体のタンク部を構成している。
【００９２】
各放熱管３９は、図４０に示すように、互いの流入側連通部４４同士および流出側連通部４５同士を合わせて積層されて、各連通部４４、４５に開口する連通口４１を通じて互いに連通し、積層された各放熱管３９の間には放熱フィン１６が介在されている。但し、最も外側に位置する放熱管３９の外側の成形プレート４０には連通口４１が設けられていない。あるいは、連通口４１を開けた成形プレート４０を使用した場合でも、成形プレート４０の外側から端板（図示しない）等で連通口４１を塞いでも良い。
【００９３】
接続プレート３４は、図４０に示すように、押出材７に形成された流入口３６と流出口３５とを覆って押出材７の外壁面に気密に接合され、その押出材７の外壁面との間に、流出口３５を通じて各蒸気通路９および非作動通路３３と連通する一方の連通室４６（本発明の流入室）と、流入口３６を通じて凝縮液通路１０と連通する他方の連通室４７（本発明の流出室）とを形成している。但し、一方の連通室４６と他方の連通室４７は、インナフィン４３が介在された冷媒通路４２を通じて連通している。なお、接続プレート３４には、成形プレート４０と同様の連通口４１が開けられており、この連通口４１を通じて各連通室と各放熱管３９とが連通している。
【００９４】
次に、本実施例の作用を説明する。ＩＧＢＴモジュール２から発生した熱が伝わって沸騰した冷媒は、気泡となって蒸気通路９内を上昇し、流出口３５から主に一方の連通室４６内へ流入した後、さらに一方の連通室４６から放熱器４の一方のタンク部（図４０の右側の流入側連通部４４）へ流入して各放熱管３９の冷媒通路４２へ分配される。各冷媒通路４２を流れる蒸気冷媒は、冷却ファン５（図３８参照）の送風を受けて低温となっている冷媒通路４２の内壁面およびインナフィン４３の表面に凝縮して凝縮潜熱を放出し、液滴となって冷媒通路４２の底面を流れながら放熱器４の他方のタンク部（図４０の左側の流出側連通部４５）へ流入する。さらに他方のタンク部から他方の連通室４７内へ流入して主に他方の連通室４７内に溜まった凝縮液は、流入口３６から凝縮液通路１０に流入して凝縮液通路１０を流下した後、エンドキャップ２２ｂ内の連通路３８を通って再び蒸気通路９に供給される。一方、蒸気冷媒が凝縮する際に放出された凝縮潜熱は、冷媒通路４２の壁面から放熱フィン１６へ伝わって、各放熱管３９の間を通過する送風空気に放出される。
【００９５】
（本実施例の効果）
ドロンカップタイプの放熱器４を使用したことにより、ＩＧＢＴモジュール２の取付け個数が増加して総発熱量が増大した場合でも、容易に放熱器４の容量を変更できる。即ち、同一形状の放熱管３９を順次積層していくことで放熱器４の容量を容易に増加できるため、総発熱量に相応した容量の放熱器４を低コストで提供できる。また、押出材７の支柱部３１、３２の上部を削除するだけで各蒸気通路９を流出口３５と連通することができるため、特別な部品を追加することなく低コストで冷媒の循環を制御できる。
【００９６】
なお、本実施例の場合、放熱器４から冷媒槽３（凝縮液通路１０）へ凝縮液を戻り易くするために、冷媒槽３に対して放熱器４に傾斜を付けても良い。また、冷媒槽３の下端側のエンドキャップ２２ｂの代わりに、図４１に示すように、押出材７に設けられた支柱部３０〜３２の下部（図４１に破線Ｇで示す部分／なお支柱部３２は何方でも良い）をミーリング等の追加工によって削除して、その押出材７の下端面に平板４８（エンドキャップ２２）をろう付けにより接合しても良い。これにより、下側のエンドキャップ２２（平板４８）の製作が容易になる。本実施例では、流入口３６と流出口３５とに高低差を付けて形成したが、同一の高さに設けても良い。また、流入口３６と流出口３５とを同一形状としても良い。
【００９７】
（第１６実施例）
図４２は沸騰冷却装置１の正面図、図４３は沸騰冷却装置１の側面図である。本実施例は、放熱器４で液化した凝縮液を戻り易くするために、放熱器４を構成する各放熱管３９を傾斜して取り付けた場合の一例を示すものである。冷媒槽３は、例えばアルミニウム製のブロック材から押し出し加工によって成形された押出材７と、この押出材７の一方の開放端（図４２の下端）に被せられたエンドキャップ２２とから成る。押出材７には、上下方向に伸びる支柱部３０〜３２によって仕切られた複数の蒸気通路９、凝縮液通路１０、および非作動通路３３が設けられている。なお、複数の蒸気通路９、凝縮液通路１０、および非作動通路３３は、各支柱部３０〜３２の上端部が削除されていることで、押出材７の上端より若干低い位置に開口しており、その各蒸気通路９の開口面と凝縮液通路１０の開口面がそれぞれ蒸気冷媒の流出口３５と凝縮液の流入口３６として設けられている。
【００９８】
エンドキャップ２２は、押出材７と同じアルミニウム製で押出材７の下端外周部に被せられて一体ろう付けにより接合されている。但し、エンドキャップ２２と押出材７の下端面との間には、押出材７に形成された蒸気通路９、凝縮液通路１０、および非作動通路３３を各々連通する連通路３８が形成されている。このエンドキャップ２２には、図４２に示すように、冷媒封入用チューブ４９が設けられており、このチューブ４９を通して装置１内の洗浄、冷媒の注入、および脱気が行われる。なお、脱気は、冷媒を注入した後、装置１全体を上下反転させて放熱器４を温水槽（冷媒の飽和蒸気圧が大気圧以上となる温度に保ったもの）に入れて、装置１内の冷媒を気化させて空気を追い出す（冷媒ガスは空気より重い）ことにより行われる。脱気した後、チューブ４９の端部をかしめて溶接等により封じ切ることにより装置１内に冷媒が封入される。
【００９９】
放熱器４は、所謂ドロンカップタイプの熱交換器で、図４３に示すように、２枚のプレート５０を貼り合わせて構成された連結管５１（本発明の連結部材）と、同一中空形状を成す複数の放熱管３９とを積層して構成されている。連結管５１は、冷媒槽３の上端外周部に被せられて、その内部がセパレータ５２によって冷媒槽３の流出口３５に通じる流入室（図示しない）と流入口３６に通じる流出室（図示しない）とに区画されている。連結管５１の流入室には複数のインナフィン５３が挿入されている。各インナフィン５３は、図４２に示すように、プレート５０に設けられた複数の位置決め用リブ５０ａによって支持されている。
【０１００】
放熱管３９は、２枚の成形プレート４０（例えばアルミニウム板）の外周縁部を接合して中空体に形成されて、両端部に連通口４１を有する流入側連通部４４と流出側連通部４５が設けられている。この放熱管３９は、両連通部４４、４５の間が偏平な冷媒通路４２となり、その冷媒通路４２には、アルミニウム製の薄板を波形状に成形したインナフィン（図示しない）が挿入されている。
【０１０１】
各放熱管３９は、図４３に示すように、連結管５１の片側に積層されて、互いの連通口４１を通じて相互に連通している。また、連結管５１と放熱管３９は、連結管５１のプレート５０（放熱管３９側のプレート）に形成された連通口４１と放熱管３９に形成された連通口４１とを通じて相互に連通している。但し、各放熱管３９は、連結管５１のプレート５０に設けられた一対のリブ５０ｂに位置決めされて、連結管５１に対して流入側連通部４４の方が流出側連通部４５より高い位置になる様に全体が傾斜した状態で取り付けられている（図４２参照）。なお、プレート５０に設けられたリブ５０ｂは、放熱管３９の位置決めを行うとともに、放熱管３９との接合面を補強する補強用リブとしても機能している。
【０１０２】
次に、本実施例の作用を説明する。ＩＧＢＴモジュール２から発生した熱が伝わって沸騰した冷媒は、気泡となって各蒸気通路９内を上昇し、冷媒槽３の流出口３５から連結管５１の流入室へ流入した後、さらに流入室から各放熱管３９の流入側連通部４４へ流入して各放熱管３９の冷媒通路４２へ分配される。各冷媒通路４２を流れる蒸気冷媒は、冷却ファン５（図４３参照）の送風を受けて低温となっている冷媒通路４２の内壁面およびインナフィンの表面に凝縮して凝縮潜熱を放出し、液滴となって冷媒通路４２の底面を流れながら各放熱管３９の流出側連通部４５へ流入する。その後、流出側連通部４５から連結管５１の流出室へ流れ出た凝縮液は、冷媒槽３の流入口３６から凝縮液通路１０に流入して凝縮液通路１０を流下した後、エンドキャップ内の連通路３８を通って再び各蒸気通路９に供給される。
【０１０３】
（本実施例の効果）
本実施例では、連結管５１に対して放熱管３９を傾斜させたことにより、液化した凝縮液が放熱管３９の冷媒通路４２を流入側連通部４４から流出側連通部４５へ向かって流れやすくなる。これにより、冷媒通路４２の底面に溜まる凝縮液の量が減少して、蒸気冷媒の凝縮を効率良く行うことができる。この結果、必要な冷媒量を低減でき、低コスト化ができる。また、支柱部３１によって蒸気通路９を複数の通路に仕切ったことにより、蒸気通路９を流れる蒸気冷媒の流れを整流できるとともに、支柱部３１により有効沸騰面積が増加して放熱性能を向上できる。また、冷媒槽３内の正、負圧に対する強度向上、およびＩＧＢＴモジュール２が取り付けられる取付け面の変形防止にも効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）放熱器の一部正面図、（ｂ）沸騰冷却装置の側面図（冷媒槽は断面図）である（第１実施例）。
【図２】冷媒槽の断面図（図１（ｂ）のＡ−Ａ断面図）である（第１実施例）。
【図３】冷媒槽の断面図である（第２実施例）。
【図４】沸騰冷却装置の側面図である（第３実施例）。
【図５】図４のＢ−Ｂ断面図である（第３実施例）。
【図６】押出材の削除部分を示す側面図である（第３実施例）。
【図７】図４のＣ−Ｃ断面図である（第３実施例）。
【図８】端板の平面図である（第３実施例）。
【図９】（ａ）端板の平面図、および（ｂ）端板の側面図である（第３実施例）。
【図１０】端板の平面図である（第３実施例）。
【図１１】沸騰冷却装置の正面図である（第４実施例）。
【図１２】沸騰冷却装置の側面図である（第４実施例）。
【図１３】冷媒槽（押出材）の断面図である（第４実施例）。
【図１４】冷媒槽の正面図である（第４実施例）。
【図１５】冷媒槽と下部タンクの斜視図である（第４実施例）。
【図１６】冷媒槽（押出材）の断面図である（第５実施例）。
【図１７】冷媒槽の正面図である（第５実施例）。
【図１８】沸騰冷却装置の正面図（冷媒槽は断面図）である（第６実施例）。
【図１９】冷媒流制御板の斜視図である（第６実施例）。
【図２０】冷媒槽（押出材）の断面図である（第７実施例）。
【図２１】冷媒槽（押出材）の断面図である（第７実施例）。
【図２２】冷媒槽（押出材）の断面図である（第７実施例）。
【図２３】沸騰冷却装置の側面図（冷媒槽は断面図）である（第７実施例）。
【図２４】沸騰冷却装置の側面図（冷媒槽は断面図）である（第８実施例）。
【図２５】冷媒槽（押出材）の断面図である（第８実施例）。
【図２６】沸騰冷却装置の正面図である（第９実施例）。
【図２７】沸騰冷却装置の側面図である（第９実施例）。
【図２８】沸騰冷却装置の側面図である（第１０実施例）。
【図２９】沸騰冷却装置の側面図である（第１１実施例）。
【図３０】沸騰冷却装置の側面図である（第１２実施例）。
【図３１】冷媒槽（押出材）の断面図である（第１３実施例）。
【図３２】冷媒槽（押出材）の正面図である（第１３実施例）。
【図３３】冷媒槽（押出材）の部分断面図である（第１３実施例）。
【図３４】冷媒槽（押出材）の部分断面図である（第１４実施例）。
【図３５】冷媒槽（押出材）の部分断面図である（第１４実施例）。
【図３６】冷媒槽（押出材）の部分断面図である（第１４実施例）。
【図３７】冷媒槽（押出材）の部分断面図である（第１４実施例）。
【図３８】沸騰冷却装置の側面図である（第１５実施例）。
【図３９】冷媒槽の断面図である（第１５実施例）。
【図４０】図３８のＤ−Ｄ断面図である（第１５実施例）。
【図４１】冷媒槽の下部断面図である（第１５実施例）。
【図４２】沸騰冷却装置の正面図である（第１６実施例）。
【図４３】沸騰冷却装置の側面図である（第１６実施例）。
【符号の説明】
１ 沸騰冷却装置
２ ＩＧＢＴモジュール（発熱体）
３ 冷媒槽
３ａ 冷媒室
３ｂ 中空通路
４ 放熱器
６ ボルト（締結部材）
７ 押出材
７ａ 厚肉部（中密部）
８ 底板（閉塞部材）
９ 蒸気通路
１０ 凝縮液通路
１１ 仕切壁（隔壁）
２２ エンドキャップ（閉塞部材）
２３ 冷媒流制御板
２４ 隔壁
２５ ナット（締結部材）
２６ 取付部材
２６ｂ 雌ねじ
２８ 取付孔
３０〜３２ 支柱部
３４ 接続プレート（連結部材）
３５ 流出口（蒸気流出口）
３８ 連通路
３９ 放熱管
４２ 冷媒通路
４４ 流入側連通部
４５ 流出側連通部
４６ 一方の連通室（流入室）
４７ 他方の連通室（流出室）
５１ 連結管（連結部材）
７０ 押出材（第３実施例）
【発明の属する技術分野】
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】
従来の沸騰冷却装置では、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。そこで、例えば、プレス成形された２枚の薄肉部材を貼り合わせて厚み幅の薄い偏平な冷媒槽を構成することにより、使用する冷媒量を少なくした沸騰冷却装置が提案されている（特公昭５５−５１３４５号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、冷媒槽を薄肉部材で構成した場合、発熱体が取り付けられる取付け面の剛性不足により、発熱体との間の接触熱抵抗が増大して放熱性能が低下する。また、薄肉部材をプレス成形品とした場合、プレス用の金型に掛かる費用が高くつく。特に、発熱体の個数または発熱体の取付けピッチが異なる場合には、その発熱体の個数または取付けピッチに合わせたプレス型を新規設計する必要が生じるため、製造コストが大幅に高くなるという問題を生じる。
【０００４】
さらに、冷媒槽を偏平形状とした場合は、所謂フラッディング現象が問題となる。即ち、発熱体の熱により沸騰して冷媒槽内を上昇する沸騰冷媒と、放熱器で凝縮液化されて冷媒槽内を流下する凝縮冷媒とが互いに衝突して冷媒の自然循環が乱されるため、最大熱輸送量が低く抑えられて性能の低下を招く。なお、このフラッディングを軽減するために、凝縮部内の下部にガイド板を設けた沸騰冷却装置が提案されている（特開昭５７−２０４１５６号公報）が、冷媒槽の構成上、使用する冷媒量が多くなり、コストが高くなるという問題は依然解決されていない。
【０００５】
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、第１の目的は製造コストの低減を図ること、第２の目的はフラッディングによる性能低下を防止すること、第３の目的はその沸騰冷却装置の製造方法を提供することにある。
【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、表面に発熱体が取り付けられて、内部に前記発熱体の発する熱で気化する冷媒が収容された冷媒室を形成する冷媒槽と、前記冷媒室と連通して設けられ、前記冷媒室で気化した気相冷媒を凝縮液化する放熱器とを備え、前記冷媒槽は、押し出し成形された押出材を使用して構成され、厚み幅の薄い偏平形状を有し、その偏平表面に、前記発熱体が締結部材であるボルトの締め付けによって固定される沸騰冷却装置であって、前記押出材と別体に設けられて、前記ボルトを螺着するための雌ねじが形成された筒部を有する取付部材を備え、前記押出材には、前記発熱体を固定する前記ボルトの取り付けピッチに対応した位置に取付孔が形成され、この取付孔に前記取付部材が嵌め込まれて接合さ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、前記取付孔は、前記押出材の一端面側に開口する第１の取付孔と、他端面側に開口する第２の取付孔とが形成され、前記取付部材は、前記第１の取付孔と前記第２の取付孔とに嵌め込まれて、前記押出材を貫通した状態で接合されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３では、表面に発熱体が取り付けられて、内部に前記発熱体の発する熱で気化する冷媒が収容された冷媒室を形成する冷媒槽と、前記冷媒室と連通して設けられ、前記冷媒室で気化した気相冷媒を凝縮液化する放熱器とを備え、前記冷媒槽は、押し出し成形された押出材を使用して構成され、厚み幅の薄い偏平形状を有し、その偏平表面に、前記発熱体が締結部材であるボルトとナットの締め付けによって固定される沸騰冷却装置であって、前記押出材と別体に設けられて、前記ボルトを挿通する貫通孔が形成された筒形状を有する取付部材を備え、前記押出材には、前記発熱体を固定する前記ボルトの取り付けピッチに対応した位置に、前記押出材の一端面側に開口する第１の取付孔と、他端面側に開口する第２の取付孔とが形成され、前記取付部材が、前記第１の取付孔と前記第２の取付孔とに嵌め込まれて、前記押出材を貫通した状態で接合されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４では、請求項３に記載した沸騰冷却装置において、前記発熱体は、前記第１の取付孔側から前記取付部材の貫通孔に挿通された前記ボルトに対し、前記第２の取付孔側より取り出された前記ボルトの螺子部に前記ナットを締め付けて固定されることを特徴とする。
【００１１】
請求項５では、請求項１〜４に記載した何れかの沸騰冷却装置において、前記冷媒槽は、前記冷媒室の内部に、前記発熱体の熱により気化した冷媒が前記冷媒室内を上昇する蒸気通路と、前記放熱器で凝縮液化した冷媒が前記冷媒室内を流下する凝縮液通路とが設けられて、前記蒸気通路と前記凝縮液通路が前記冷媒室内の下部で連通していることを特徴とする。
【００１２】
請求項６では、請求項５に記載した沸騰冷却装置において、前記蒸気通路と前記凝縮液通路は、前記押出材と一体に設けられて前記冷媒室の内部を厚み方向に分割する隔壁によって構成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項７では、請求項５に記載した沸騰冷却装置において、前記蒸気通路と前記凝縮液通路は、前記冷媒室内に配された冷媒流制御板により構成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項８では、請求項１〜７に記載した何れかの沸騰冷却装置において、前記冷媒槽は、複数の前記発熱体に対応して複数の前記冷媒室を有し、各冷媒室が各々連通して設けられていることを特徴とする。
【００１５】
請求項９では、請求項８に記載した沸騰冷却装置において、前記冷媒槽は、複数の前記冷媒室が並列に設けられた場合に、隣合う前記冷媒室同士の間に中空通路が形成されて、その中空通路の上部と下部とで各冷媒室に連通していることを特徴とする。
【００１６】
請求項１０では、請求項１〜９に記載した何れかの沸騰冷却装置において、前記放熱器は、前記冷媒槽と一体に押し出し成形された押出材を使用して構成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項１１では、請求項１〜９に記載した何れかの沸騰冷却装置は、押し出し成形によって前記押出材を成形した後、前記放熱器との連通口以外の開放端を閉塞部材により閉塞する工程を経て製造されることを特徴とする。
【００１８】
請求項１２では、請求項１０に記載した沸騰冷却装置は、押し出し成形によって前記押出材を成形した後、不要な部位を削除し、その後、前記押出材の所要な開放面を閉塞部材により閉塞する工程を経て製造されることを特徴とする。
【００１９】
請求項１３では、請求項５〜９に記載した何れかの沸騰冷却装置において、前記放熱器は、前記冷媒槽に接続されて前記蒸気通路に通じる流入室および前記凝縮液通路に通じる流出室を形成する連結部材と、この連結部材に複数積層されて相互に連通して設けられた同一中空形状の放熱管とから成ることを特徴とする。
【００２０】
請求項１４では、請求項１３に記載した沸騰冷却装置において、前記放熱管は、前記流入室に通じる流入側連通部、前記流出室に通じる流出側連通部、および前記流入側連通部と前記流出側連通部とを連通する冷媒通路を有し、前記流入側連通部から前記流出側連通部へ向かって前記冷媒通路の底面が下方へ傾斜していることを特徴とする。
【００２１】
請求項１５では、請求項１３または１４に記載した沸騰冷却装置において、前記冷媒槽は、前記押出材に設けられた少なくとも１本の支柱部によって複数の前記蒸気通路を有するとともに、前記発熱体の取付け位置より上方の側面に前記流入室に通じる蒸気流出口が開口して設けられ、
前記支柱部の上部を削除することにより、複数の前記蒸気通路を前記蒸気流出口と連通させたことを特徴とする。
【００２２】
請求項１６では、請求項１３に記載した沸騰冷却装置において、前記冷媒室内の下部で前記蒸気通路と前記凝縮液通路とを連通する連通路は、各通路を仕切るために前記押出材に設けられた支柱部の下部を削除して、その押出材の下端面に閉塞部材を接合することで構成されていることを特徴とする。
【００２４】
【作用および発明の効果】
（請求項１）
冷媒槽が押出材を使用して構成されることにより、プレス成形された薄肉部材を貼り合わせて構成した場合と比較して型費を安くできるため、製造コストの低減を図ることができる。また、発熱体の個数が増加する場合でも、各発熱体を直列（縦方向）に配置すれば、押出材を適宜な長さに切断して使用することができるため、プレス成形品の様に新規にプレス型を設ける必要がなく、型に掛かる費用を大幅に低減できる。さらに、押出材を使用して冷媒槽を構成することから、プレス成形品の様な薄肉部材で冷媒槽を構成した場合と比較して、発熱体が取り付けられる取付け面の剛性を十分に確保できる。これにより、取付け面（押出材の表面）と発熱体との間の接触熱抵抗を小さくできるため、放熱性能の低下を防止できる。特に、冷媒槽を偏平形状とすることにより、使用する冷媒量を少なくできるため、例えばフロロカーボン系の高価な冷媒を使用した場合でもコストを低く抑えることができる。
更に、本発明では、締結部材（ボルト）を取り付けるための取付部材を押出材と別体で設けることにより、押出材自体に締結部材を取り付けるための中密部を設定する必要がなくなる。これにより、押出材のヒートマス（熱容量）が小さくなるため、冷媒槽（押出材）と放熱器とをろう付けする場合のろう付け性が良好になる。
【００２５】
（請求項２）
取付孔を押出材の一端面側と他端面側の両方に形成することにより、その取付孔（第１の取付孔と第２の取付孔）を介して、押出材を貫通した状態で取付部材を接合できる。これにより、取付部材の全長を長くできるので、ボルトとの結合長さを大きく確保して、ボルトの締結力を向上できる。
【００２６】
（請求項３）
冷媒槽が押出材を使用して構成されることにより、プレス成形された薄肉部材を貼り合わせて構成した場合と比較して型費を安くできるため、製造コストの低減を図ることができる。また、発熱体の個数が増加する場合でも、各発熱体を直列（縦方向）に配置すれば、押出材を適宜な長さに切断して使用することができるため、プレス成形品の様に新規にプレス型を設ける必要がなく、型に掛かる費用を大幅に低減できる。さらに、押出材を使用して冷媒槽を構成することから、プレス成形品の様な薄肉部材で冷媒槽を構成した場合と比較して、発熱体が取り付けられる取付け面の剛性を十分に確保できる。これにより、取付け面（押出材の表面）と発熱体との間の接触熱抵抗を小さくできるため、放熱性能の低下を防止できる。特に、冷媒槽を偏平形状とすることにより、使用する冷媒量を少なくできるため、例えばフロロカーボン系の高価な冷媒を使用した場合でもコストを低く抑えることができる。
更に、本発明では、ボルトを挿通するための取付部材を押出材と別体で設けることにより、押出材自体に締結部材を取り付けるための中密部を設定する必要がなくなる。これにより、押出材のヒートマス（熱容量）が小さくなるため、冷媒槽（押出材）と放熱器とをろう付けする場合のろう付け性が良好になる。
また、取付部材は、内周面に雄ねじを形成する必要がなく、ボルトを挿通する貫通孔が形成された筒形状であれば良いので、取付部材の製作コストを低減できる。
【００２７】
（請求項４）
取付部材の貫通孔に挿通されたボルトの端部（螺子部）にナットを締め付けて発熱体を固定するので、冷媒槽（押出材）の両面に発熱体を取り付けて、同時に固定することが可能である。
【００２９】
（請求項５）
冷媒室の内部に蒸気通路と凝縮液通路とを設けたことにより、冷媒室内での沸騰冷媒と凝縮冷媒との流れを明確に分けることができる。そのため、冷媒槽が偏平形状であっても、沸騰冷媒と凝縮冷媒とが衝突するフラッディングを防止できる。
【００３０】
（請求項６）
請求項５に記載した蒸気通路と凝縮液通路は、冷媒室の内部を厚み方向に分割する隔壁によって構成することができる。この各壁は、押し出し成形により押出材と一体に容易に設けることができる。なお、各壁は、発熱体を冷媒槽の片面に取り付ける場合と、両面に取り付ける場合とに対応して設けることが可能である。即ち、発熱体を冷媒槽の片面に取り付ける場合は、冷媒室の内部を厚み方向に二分割するように設けて、両面に取り付ける場合には、冷媒室の内部を厚み方向に少なくとも三分割するように設けることができる。
【００３１】
（請求項７）
また、冷媒室内に配された冷媒流制御板によって蒸気通路と凝縮液通路とを構成しても良い。この場合、フラッディング防止の効果とともに、冷媒流制御板が冷媒室の内壁面に当接した状態で配されることにより、冷媒室の剛性向上および冷媒室の放熱面積増大による放熱性能の向上が期待できる。
【００３２】
（請求項８）
冷媒槽は、複数の発熱体を取り付ける場合に対応して、各発熱体毎に各々冷媒室を設けることができる。この場合、各冷媒室を連通することにより、冷媒槽全体で冷媒の循環が均等に行なわれるため、凝縮冷媒の偏りによる放熱性能の低下を防止できる。
【００３３】
（請求項９）
複数の冷媒室が並列に設けられる場合は、隣合う冷媒室同士の間に各冷媒室と連通する中空通路を形成することにより、この中空通路を凝縮冷媒の通路として利用することができる。つまり、この中空通路にある冷媒は、発熱体から直接熱を受けることがなく、冷媒室の冷媒と比べて低温である。このため、中空通路を各冷媒室と連通して中空通路の冷媒を各冷媒室に供給することにより、放熱性能の向上が期待できる。また、隣合う冷媒室同士の間を中空通路とすることで軽量化を図ることもできる。
【００３４】
（請求項１０）
冷媒槽のみならず、放熱器も冷媒槽と一体に押し出し成形された押出材を使用して構成することにより、従来装置と比較して放熱器のコストを低減できるばかりでなく、放熱器と冷媒槽との組付け工程が不要となることから、装置全体のコストダウンを図ることができる。
【００３５】
（請求項１１）
沸騰冷却装置は、押し出し成形によって押出材を成形した後、放熱器との連通口以外の開放端を閉塞部材により閉塞する工程を経て製造される。なお、冷媒室内部に隔壁を設ける場合は、押出材を成形する際に一体に設けられる。
【００３６】
（請求項１２）
冷媒槽とともに放熱器も押出材を使用して構成する場合は、まず押し出し成形によって押出材（冷媒槽と放熱器とを含む）を成形した後、不要な部位を削除する。その後、押出材の所要な開放面を閉塞部材により閉塞する工程を経て製造される。ここで所要な開放面とは、放熱器に形成される冷却媒体（例えば空気）の通路以外の開放面を言う。
【００３７】
（請求項１３）
放熱器は、冷媒槽に接続された連結部材に同一中空形状の放熱管を複数積層して構成することができるため、発熱体の取付け個数が増加して総発熱量が増大した場合でも容易に放熱器の容量を変更できる。即ち、同一中空形状の放熱管を順次積層していくことで放熱器の容量を容易に増加できるため、総発熱量に相応した容量の放熱器を低コストで提供できる。
【００３８】
（請求項１４）
各放熱管は、冷媒通路の底面が流入側連通部から流出側連通部へ向かって下方へ傾斜していることから、各放熱管の冷媒通路を流れる凝縮液が流入側連通部から流出側連通部へ向かって流れやすくなる。このため、冷媒通路の底面に溜まる凝縮液の量が減少して、蒸気冷媒の凝縮を効率良く行うことができる。
【００３９】
（請求項１５）
押出材に設けられた支柱部の上部を削除するだけで複数の蒸気通路を蒸気流出口と連通させることができるため、特別な部品を追加することなく低コストで冷媒の循環を制御できる。
【００４０】
（請求項１６）
押出材に設けられた支柱部の下部を削除して、その押出材の下端面に閉塞部材を接合することにより、冷媒室内の下部で蒸気通路と凝縮液通路とを連通することができる。このため、閉塞部材を簡単な形状（例えば単なる平板）にできるため、閉塞部材の製作が容易になる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の沸騰冷却装置の実施例を説明する。
【００４３】
（第１実施例）
図１（ａ）は放熱器の一部正面図、および図１（ｂ）は沸騰冷却装置の側面図（冷媒槽は断面図）である。本実施例の沸騰冷却装置１は、例えば電気自動車や一般電力制御機器のインバータ回路を構成するＩＧＢＴモジュール２（本発明の発熱体）の冷却装置であり、冷媒槽３、放熱器４、および冷却ファン５より構成される。
【００４４】
ＩＧＢＴモジュール２は、図２（図１のＡ−Ａ断面図）に示すように、熱伝導性の良好な金属製（例えば銅製）の放熱板２ａを有し、この放熱板２ａが冷媒槽３の外壁面に密着した状態で、ボルト６の締め付けにより冷媒槽３に固定されている。なお、ＩＧＢＴモジュール２は、放熱板２ａと冷媒槽３の外壁面との間に熱伝導性グリースを介して固定しても良い。
【００４５】
冷媒槽３は、例えばアルミニウム製のブロック材から押し出し成形によって得られる中空状の押出材７と、この押出材７の一方の開放端を塞ぐ底板８とから成る。押出材７の他方の開放端は、冷媒の出入口として放熱器４に接続される。押出材７は、ＩＧＢＴモジュール２が取り付けられる外壁面の横幅および縦幅に対して厚み幅Ｗ（図２参照）の薄い偏平形状に設けられて、内部に複数の貫通路９、１０が形成されている。また、貫通路９、１０が形成されていない押出材７の厚肉部７ａには、ボルト６を螺着するための雌ねじ部が形成されている。
【００４６】
貫通路９、１０は、押出材７の内部を厚み幅方向（図２の左右方向）に二分割する仕切壁１１と、その二分割された一方側（図２の左側）の内部空間と他方側の内部空間とを各々横幅方向（図２の上下方向）に複数に分割する通路壁１２とによって区画されている。但し、仕切壁１１に対してＩＧＢＴモジュール２が取り付けられる側（一方側）の内部空間は、他方側の内部空間より多くの通路壁１２によって細かく区画されており、一方側の内部空間に形成される貫通路９の方が、他方側の内部空間に形成される貫通路１０より通路断面積が小さく、数多く設けられている。
【００４７】
この貫通路９、１０を形成する仕切壁１１および通路壁１２は、仕切壁１１によって二分割された一方側の各貫通路９と他方側の各貫通路１０とが連通するように、また一方側の各貫通路９同士および他方側の各貫通路１０同士が連通するように、押出材７の外壁に対して底部側（図１の下側）が短く切断されている（図１（ｂ）参照）。
【００４８】
押出材７の一方の開放端を塞ぐ底板８は、押出材７と同じアルミニウム製で、例えば、ろう付けによって押出材７の開口内周面に接合されている。この底板８によって一方の開放端が閉塞された押出材７の内部空間（本発明の冷媒室）、即ち冷媒槽３の内部には、フロロカーボン系の冷媒が封入される。
【００４９】
放熱器４は、放熱チューブ１３、上部タンク１４、下部タンク１５、および放熱フィン１６より構成されている。放熱チューブ１３は、断面形状が長円形の偏平なアルミニウム管より成り、放熱フィン１６と交互に積層されて、上部タンク１４と下部タンク１５とに支持されている。上部タンク１４は、各放熱チューブ１３の上端部が挿入されて、各放熱チューブ１３と連通している。下部タンク１５は、各放熱チューブ１３の下端部が挿入されて、各放熱チューブ１３と連通している。また、下部タンク１５は、図１（ｂ）に示すように、冷媒槽３の上端開口部（押出材７の他方の開放端部）が挿入されて、冷媒槽３と連通している。
【００５０】
放熱フィン１６は、例えば熱伝導率の高いアルミニウム製の薄板を交互に折り曲げて波状に成形したコルゲートフィンで、図１（ａ）に示すように、放熱チューブ１３の外壁面に接触して取り付けられている。上記の冷媒槽３と放熱器４は、例えば、仮組付けされた後、炉中にて一体ろう付けによって接合することができる。
【００５１】
冷却ファン５は、例えば軸流式ファンで、図１（ｂ）に示すように、放熱器４の前面（または後面）に配されて、放熱器４に対して前後方向（図１（ｂ）の左右方向）に送風する。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み式でも良いし、放熱器４に対して送風方向の上流側に位置する押込み式でも良い。
【００５２】
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に内蔵された半導体素子が発熱すると、ＩＧＢＴモジュール２の放熱板２ａから冷媒槽３の外壁に熱伝導されて、冷媒槽３に封入された冷媒を沸騰気化させる。この時、冷媒槽３の内壁面（押出材７の内壁面）と冷媒との間で高効率な熱伝達（沸騰時で自然対流時の１００〜１０００倍にも達する）が行なわれる。ここで、冷媒槽３は、その内部が厚み幅方向に仕切壁１１によって二分割されているため、仕切壁１１より一方側の各貫通路９（以下、蒸気通路９と言う）に収容された冷媒が主に沸騰することになる。沸騰した冷媒は、気泡となって蒸気通路９を上昇し、放熱器４の下部タンク１５へ流入した後、下部タンク１５から各放熱チューブ１３へ分配されて、各放熱チューブ１３内を上昇する。
【００５３】
放熱チューブ１３内を流れる冷媒蒸気は、冷却ファン５の送風を受けて低温となっている放熱チューブ１３の内壁面に凝縮して液化し、この際に凝縮潜熱を放出する。凝縮して液滴となった冷媒は、自重により放熱チューブ１３内を流下して下部タンク１５に一時溜まり、下部タンク１５から主に冷媒槽３内の他方側の各貫通路１０（以下、凝縮液通路１０と言う）に流入する。この凝縮液通路１０を流下した冷媒は、仕切壁１１および通路壁１２の下端と底板８との間に形成される連通口１７を通って蒸気通路９へ流入し、再びＩＧＢＴモジュール２の冷却に使用される。
【００５４】
一方、冷媒蒸気が凝縮液化する際に放出された凝縮潜熱は、放熱チューブ１３の管壁から放熱フィン１６へ伝わって大気へ放出される。この冷媒の沸騰・凝縮熱伝導が繰り返されることにより、ＩＧＢＴモジュール２から伝わった熱が順次大気へ放出されて半導体素子の冷却が行なわれる。
【００５５】
（第１実施例の効果）
本実施例の沸騰冷却装置１は、冷媒槽３が押出材７を使用して構成されている。このため、偏平な冷媒槽３を形成するためにプレス成形された薄肉部材を貼り合わせて冷媒槽３を構成した場合と比較して、押出材７に掛かる型費を安くできる。また、ＩＧＢＴモジュール２の個数が増加する場合でも、増加するＩＧＢＴモジュール２を多段（縦方向）に配置すれば、押出材７を適宜な長さに切断して使用することができるため、プレス成形品を使用する場合の様に新規にプレス型を設ける必要がなく、型費を大幅に低減できる。
【００５６】
押出材７を使用して冷媒槽３を構成することから、ＩＧＢＴモジュール２が取り付けられる押出材７の取付け面剛性を十分に確保できる。このため、プレス成形品の様な薄肉部材で冷媒槽３を構成した場合と比較して、取付け面（押出材７の外壁面）とＩＧＢＴモジュール２との間の接触熱抵抗を小さくできるため、放熱性能の向上を図ることができる。また、押出材７を使用することから、雌ねじ部を形成するための厚肉部７ａを十分確保できるとともに、蒸気通路９および凝縮液通路１０の形状も自由に設定できる。このことは、冷媒槽３を偏平形状とした場合の耐圧性を向上する上でも有利である。即ち、冷媒使用量を減少するために冷媒槽３を偏平形状とすることは耐圧的に不利であるが、十分な耐圧性を確保できるように蒸気通路９および凝縮液通路１０の形状を設定することができる。
【００５７】
さらには、雌ねじ部を形成する厚肉部７ａの取付け面積に余裕を持たせておくことにより、取付けねじピッチの異なる種々のＩＧＢＴモジュール２に対して同一の押出材７を使用するこができる。言い換えれば、同一形状の押出材７を使用した冷媒槽３に対して、取付けねじピッチの異なる種々のＩＧＢＴモジュール２を取り付けることができる。これにより、冷媒槽３の標準化が可能となることから、取付けねじピッチの異なるＩＧＢＴモジュール２を使用する場合のコストダウンを図ることができる。
【００５８】
さらに、冷媒槽３の内部が仕切壁１１によって蒸気通路９と凝縮液通路１０に区画されているため、冷媒槽３内での沸騰冷媒と凝縮冷媒との流れを明確に分けることができる。これにより、沸騰冷媒と凝縮冷媒とが衝突する所謂フラッディングを防止して、高い放熱性能を得ることができる。また、仕切壁１１によって蒸気通路９と凝縮液通路１０とを区画したことにより、凝縮液通路１０内の冷媒は、ＩＧＢＴモジュール２から伝導する熱によって直接加熱されることがないため、蒸気通路９内の冷媒と比べて低温となっている。そして、この低温の冷媒が連通口１７を通って順次凝縮液通路１０から蒸気通路９へ供給されることにより、効率良くＩＧＢＴモジュール２の冷却を行なうことができる。
【００５９】
（第２実施例）
図３は冷媒槽３の断面図である。本実施例では、冷媒槽３の下部タンク１５との接合部、即ち、押出材７の他方の開口部が段付き状に加工されている。具体的には、図３に示すように、蒸気通路９の方が凝縮液通路１０より少し長く設けられている。これにより、放熱器４の下部タンク１５に溜まった液冷媒は、蒸気通路９へ流入することはなく、殆ど凝縮液通路１０へ流入することができる。この結果、第１実施例の場合より、更にフラッディングを少なくして性能の向上を図ることができる。
【００６０】
（第３実施例）
図４は沸騰冷却装置１の側面図である。本実施例は、冷媒槽３とともに放熱器４も同一の押出材７０を使用して構成した場合の一例を示すものである。以下にその押出材７０を使用した沸騰冷却装置１の製造方法を説明する。
【００６１】
ａ）まず、アルミニウム製のブロック材から装置全体の押出材７０を形成する。この時、押出材７０の内部は、図５（図４のＢ−Ｂ断面図）に示すように、冷媒槽３の蒸気通路９と凝縮液通路１０、および放熱器４の冷媒通路４ａ（第１実施例の放熱チューブ１３に相当する通路）と送風通路４ｂが各々格子状に設けられた隔壁１８によって細かく区画された状態で押出材７０の上端から下端まで貫通して設けられている。
【００６２】
ｂ）続いて、図６に示すように、押出材７０から不要な部位を削除する。但し、図６に示すＬ１については全面的に削除し、Ｌ２、Ｌ３については、図７（図４のＣ−Ｃ断面図）に示すように、冷媒通路４ａを区画している隔壁１８を削除する。Ｌ４については内部の隔壁１８のみを削除する。
【００６３】
ｃ）続いて、押出材７０の開放面をそれぞれ端板１９〜２１で気密に閉塞して、押出材７０の内部空間を密閉する。なお、端板１９の平面形状を図８に、端板２０の平面形状を図９（ａ）、側面形状を図９（ｂ）、および端板２１の平面形状を図１０に示す。
【００６４】
以上の各工程により、冷媒槽３と放熱器４とを同一の押出材７０を使用して構成した沸騰冷却装置１が製造される。本実施例によれば、第１実施例と比較して放熱器４のコストを低減できるばかりでなく、放熱器４と冷媒槽３との組付け工程が不要となることから、装置全体のコストダウンを図ることができる。
【００６５】
（第４実施例）
図１１は沸騰冷却装置１の正面図、図１２は沸騰冷却装置１の側面図である。本実施例に示す冷媒槽３は、図１１に示すように、横幅方向に３個のＩＧＢＴモジュール２を並んで取り付けることができる大きさを有し、冷媒槽３の内部に各ＩＧＢＴモジュール２に対応した３つの冷媒室３ａ（図１３参照）が形成されている。各冷媒室３ａは、図１４に示すように、押出材７の一方の開放端に被せられたエンドキャップ２２によって連通している。
【００６６】
押出材７は、第１実施例と同様にアルミニウム材を押し出し成形して得られるもので、内部に冷媒室３ａを成す３つの中空部が貫通して設けられている。この押出材７は、水平方向の断面外周形状が、放熱器４の下部タンク１５に設けられた挿入口１５ａの内周形状（図１５参照）に合わせて設けられている。具体的には、図１３に示すように、横幅方向の両端外周面がそれぞれ半円形を成す凸曲面で構成されている。
【００６７】
エンドキャップ２２は、例えば押出材７と同じアルミニウム製で、押出材７の一方の開放端に被せられた後、一体ろう付けにより接合される。但し、このエンドキャップ２２は、押出材７の一方の開放端面に密着した状態ではなく、開放端面との間に隙間が確保された状態で被せられており、その隙間を通じて各冷媒室３ａを連通している。
【００６８】
本実施例においても、押出材７を使用して冷媒槽３を構成していることから、第１実施例で述べた押出材７を使用することにより得られる同様の効果を奏する。また、冷媒槽３の各冷媒室３ａがそれぞれエンドキャップ２２を通して連通することから、各冷媒室３ａで冷媒の循環が均等に行なわれる。このため、凝縮冷媒が特定の冷媒室３ａに偏る様なことはなく、冷媒の偏りによる放熱性能の低下を防止できる。
【００６９】
（第５実施例）
図１６は冷媒槽３（押出材７）の断面図である。本実施例では、第４実施例と同様に押出材７の内部に冷媒室３ａを成す３つの中空部３ａが貫通して設けられるとともに、さらに隣合う中空部３ａの間にも中空通路３ｂが貫通して設けられている。各中空通路３ｂは、上端側が放熱器４の下部タンク１５内に開口し、下端側がエンドキャップ２２を通して各冷媒室３ａと連通している（図１７参照）。
【００７０】
この様に中空通路３ｂを設けることにより、この中空通路３ｂを凝縮冷媒の通路として利用することができる。つまり、この中空通路３ｂにある冷媒は、ＩＧＢＴモジュール２から直接熱を受けることがなく、冷媒室３ａの冷媒と比べて低温である。このため、中空通路３ｂを冷媒室３ａと連通して、中空通路３ｂの低温の冷媒を冷媒室３ａに供給することにより、効率的にＩＧＢＴモジュール２の冷却を行なうことができる。また、中空通路３ｂを設けることで軽量化を図ることもできる。
【００７１】
（第６実施例）
図１８は沸騰冷却装置１の正面図（冷媒槽３は断面図）である。本実施例は、第４実施例で説明した冷媒槽３に対して、各冷媒室３ａに冷媒流制御板２３を配置した一例を示すものである。冷媒流制御板２３は、例えば図１９に示すように、波形のフィン形状に成形された整流部２３ａと、この整流部２３ａの一端部から斜めに延びる傾斜板２３ｂとから成り、各冷媒室３ａ内で図１８に示すように配置される。
【００７２】
この冷媒流制御板２３を各冷媒室３ａに配置することにより、傾斜板２３ｂによって凝縮冷媒の流れ（図１８に実線矢印で示す）と沸騰冷媒の流れ（図１８に破線矢印で示す）を分離できるため、沸騰冷媒と凝縮冷媒とが衝突するフラッディングを防止できる。また、整流部２３ａによって沸騰冷媒の流れを整流できるとともに、整流部２３ａが補強材の機能を果たすことで冷媒槽３の剛性が向上して、ＩＧＢＴモジュール２（放熱板２ａ）と冷媒槽３との間の接触熱抵抗を小さくできる。さらに、冷媒流制御板２３を熱伝導性の良好なアルミニウム製とした場合、整流部２３ａがインナフィンとしても機能することから冷媒槽３の放熱面積が増大する。これらの結果、放熱性能の向上を図ることができる。
【００７３】
（第７実施例）
図２０〜２２は冷媒槽３（押出材７）の断面図である。本実施例は、第４実施例で説明した冷媒槽３に対して、各冷媒室３ａに隔壁２４（第１実施例の仕切壁１１あるいは通路壁１２に相当する）を設けた例を示すものである。隔壁２４は、図２０に示すように、冷媒槽３の厚み方向に沿って設けることで、冷媒槽３の剛性を向上できるとともに、各冷媒室３ａ内の冷媒の流れを整流できる。
【００７４】
また、図２１に示すように、隔壁２４を冷媒槽３の横幅方向に沿って設けることにより、第１実施例と同様の蒸気通路９と凝縮液通路１０とが形成されて、図２３に示すように、沸騰冷媒の流れ（図２３に破線矢印で示す）と凝縮冷媒の流れ（図２３に実線矢印で示す）とを分離できる。これにより、沸騰冷媒と凝縮冷媒とが衝突するフラッディングを防止できることから、放熱性能が向上する。さらには、図２２に示すように、隔壁２４を冷媒槽３の厚み方向と横幅方向の両方に沿って設けることにより、図２０の場合と図２１の場合との両方の効果が期待できる。
【００７５】
（第８実施例）
図２４は沸騰冷却装置１の側面図（冷媒槽３は断面図）である。本実施例は、冷媒槽３の両面にそれぞれＩＧＢＴモジュール２を取り付けた場合の一例を示すもので、冷媒槽３の横幅方向に沿って設けられた２枚の隔壁２４により、各冷媒室３ａが厚み方向に三分割されている（図２５参照）。この場合、厚み方向の真中に形成される空間が第１実施例で説明した凝縮液通路１０となり、両側の空間がそれぞれ蒸気通路９となる。本実施例においても、沸騰冷媒と凝縮冷媒の流れを分離してフラッディングを防止することにより、放熱性能の向上を図ることができる。なお、ＩＧＢＴモジュール２を固定するためのボルト６は、押出材７を貫通してナット２５で締めつけられている。
【００７６】
（第９実施例）
図２６は沸騰冷却装置１の正面図、図２７は沸騰冷却装置１の側面図である。本実施例は、ＩＧＢＴモジュール２の個数を冷媒槽３の高さ方向に増やした場合（つまり、多段に配置した場合）の一例を示すものである。この場合、冷媒槽３を構成する押出材７の長さを変更するのみで対応できる。
【００７７】
（第１０実施例）
図２８は沸騰冷却装置１の側面図である。本実施例は、図２８に示すように、放熱器４が冷媒槽３に対して略９０度に傾いて組付けられており、その放熱器４に対して略垂直方向に送風する場合の一例を示すものである。
【００７８】
（第１１実施例）
図２９は沸騰冷却装置１の側面図である。本実施例は、所謂ドロンカップタイプの放熱器４を使用した場合の一例を示すものである。この場合、冷媒槽３を構成する押出材７は、放熱器４が冷媒槽３の側面に取り付けられることから、両方の開放端にそれぞれエンドキャップ２２が被せられている。
【００７９】
（第１２実施例）
図３０は沸騰冷却装置１の側面図である。本実施例は、ＩＧＢＴモジュール２を冷媒槽３の両側に取り付けるとともに、第８実施例と同様に、ＩＧＢＴモジュール２の個数を冷媒槽３の高さ方向にも増やした場合の一例を示すものである。なお、上述の第４実施例〜第１２実施例では、押出材７の開放端にエンドキャップ２２を被せた例を示したが、第１実施例のように底板８で閉塞しても良い。
【００８０】
（第１３実施例）
図３１は冷媒槽３（押出材７）の断面図、図３２は冷媒槽３の正面図である。図３３は冷媒槽３（押出材７）の部分断面図である。本実施例は、ボルト６の締結部に押出材７と別体に設けられた取付部材２６を用いた場合の一例を示すものである。取付部材２６は、例えばアルミニウム製で、一端側のみ開口する有底筒体形状に形成され、その開口部外周にはフランジ部２６ａが形成されて、筒部の内周面には雌ねじ２６ｂ（図３３参照）が形成されている。一方、押出材７には、ボルト６の取付けピッチに対応した位置に取付部材２６を嵌め込むための取付孔２８（図３３参照）が形成されている。但し、取付孔２８は、図３３に示すように、押出材７の外壁に取付部材２６のフランジ部２６ａを支持する壁面２８ａが残された状態で形成されている。
【００８１】
上記の取付部材２６は、取付孔２８の壁面２８ａとフランジ部２６ａとの間にリング状のろう材シート２９を挟んで取付孔２８に嵌め込まれた後、一体ろう付けによって接合される。なお、取付孔２８が開けられた押出材７は、一体ろう付けの際にリング状のろう材シート２９が融解してフランジ部２６ａが取付孔２８の壁面２８ａに接合されるため、冷媒槽３としての気密性が損なわれることはない。
【００８２】
この構成によれば、押出材７にボルト６を締結するための螺子孔（雌ねじ部）を形成しなくても良いため、螺子孔を形成するための厚肉部を確保する必要がない。これにより、押出材７に余分な厚肉部を極力少なくして、その分、冷媒室３ａを拡大したり、第５実施例で説明した凝縮冷媒の通路（中空通路３ｂ）を形成することができる。この結果、押出材７のヒートマス（熱容量）が小さくなるため、冷媒槽３（押出材７）と放熱器４とをろう付けする際に押出材７の温度上昇が早くなり、冷媒槽３と比較してヒートマスの小さい放熱器４とのろう付け性が良好になる。
【００８３】
（第１４実施例）
図３４〜３７は、それぞれ冷媒槽３（押出材７）の部分断面図である。本実施例は、第１３実施例で説明した取付部材２６を用いた場合の他の実施例を示すものである。図３４に示す取付部材２６は、フランジ部２６ａの表面が押出材７の表面より若干後退した状態（凹んだ状態）で取付孔２８に嵌め込まれており、第１３実施例に示したろう材シート２９によるろう付けではなく、トーチろう付け、あるいは溶接によって押出材７に接合されている。この場合、押出材７の表面に対してフランジ部２６ａの表面が凹んでいるため、ろう付け不良が発生してもトーチで再加熱することで補修を容易に行うことができる。
【００８４】
図３５に示す取付部材２６は、押出材７の一端面側（例えば、図示上面側）から他端面側へ貫通するもので、図３４に示した場合と同様にトーチろう付け、あるいは溶接によって押出材７に接合されている。つまり、取付部材２６を嵌め込むための取付孔２８は、押出材７の一端面側に開口する第１の取付孔（番号無し）と、他端面側に開口する第２の取付孔（番号無し）とが形成され、取付部材２６が、第１の取付孔と第２の取付孔とに嵌め込まれて、押出材７を貫通した状態で接合されている。
この場合、取付部材２６の全長が長くなるため、ボルト６との結合長さを大きく確保してボルト６の締結力を向上できる。また、内周面の雌ねじ２６ｂが取付部材２６の全長に渡って形成されることにより、押出材７の両面にＩＧＢＴモジュール２を固定することもできる。
【００８５】
図３６に示す取付部材２６は、内周面に雌ねじ２６ｂが形成されていない円筒形状を成すもので、押出材７の一端面側から他端面側へ貫通して設けられている。なお、取付部材２６は、フランジ部２６ａ側が取付孔２８の壁面２８ａとの間にリング状のろう材シート２９を配置して一体ろう付けにより接合されて、フランジ部２６ａと反対側がトーチろう付け、あるいは溶接により接合される。この場合、押出材７の両面にＩＧＢＴモジュール２を配置して、押出材７の一端面側（図３６の上側）から取付部材２６の内周にボルト６を挿通し、押出材７の他端面側でボルト６の先端部にナット２５を螺着することにより、押出材７の両側に配置されたＩＧＢＴモジュール２を同時に固定できる。
また、取付部材２６を嵌め込むための取付孔２８は、図３５の例と同様に、押出材７の一端面側に開口する第１の取付孔２８ｃと、他端面側に開口する第２の取付孔２８ｄとが形成され、取付部材２６が、第１の取付孔２８ｃと第２の取付孔２８ｄとに嵌め込まれて、押出材７を貫通した状態で接合されている（図３７参照）。
【００８６】
図３７に示す取付部材２６は、図３６に示した取付部材２６と同様に、内周面に雌ねじ２６ｂが形成されていない円筒形状であるが、フランジ部２６ａのない単純な円筒形に形成されている。これにより、取付部材２６の製作コストを低減できるため、装置全体の低コスト化が可能となる。なお、押出材７に開けられた取付孔２８の端部に内周側へ突き出た凸部２８ｂを形成することで、取付部材２６の位置決めを行うことができる。
【００８７】
（第１５実施例）
図３８は沸騰冷却装置１の側面図、図３９は冷媒槽の断面図、図４０は図３８のＤ−Ｄ断面図である。本実施例の沸騰冷却装置１は、冷媒槽３に取り付けられるＩＧＢＴモジュール２の個数（即ち、総発熱量）に応じて放熱器４の容量を変更できるように構成した場合の一例を示すものである。
【００８８】
冷媒槽３は、押し出し加工によって成形された押出材７と、この押出材７の上下両端部に接合されるエンドキャップ２２（２２ａ、２２ｂ）とから成る。押出材７には、図３９に示すように、上下方向に伸びる支柱部３０、３１、３２によって区画された蒸気通路９、凝縮液通路１０、および非作動通路３３が長手方向に貫通して形成されるとともに、接続プレート３４（図３８参照／本発明の連結部材）を介して放熱器４（放熱管３９）が接続される領域（図３９の破線Ｅで示す領域）に蒸気通路９の流出口３５と凝縮液通路１０の流入口３６とが開けられている。なお、流入口３６と流出口３５は、図３９に示すように、流入口３６の開口下端の方が流出口３５の開口下端より若干下方位置となる様に高低差が付けられている。
【００８９】
但し、流出口３５は、非作動通路３３の上方に開口しており、２本の蒸気通路９間に残る支柱部３１および蒸気通路９と非作動通路３３との間に残る支柱部３２の上部（図３９に破線Ｆで示す部分）がミーリング等の追加工によって削除されることにより各蒸気通路９と連通している。また、各支柱部３０〜３２には、ＩＧＢＴモジュール２の取付けボルト６を螺子込むための螺子孔３７が形成されている。なお、非作動通路３３は、押し出し加工の際に、凝縮液通路１０との釣り合いを持たせるために形成されたもので、凝縮液通路１０としては使用されない。従って、必ずしも非作動通路３３を形成する必要はない。
【００９０】
エンドキャップ２２は、押出材７の両端部に一体ろう付けにより接合されている。但し、上端側のエンドキャップ２２ａは、押出材７の上端開口面を閉塞しているが、下端側のエンドキャップ２２ｂは、押出材７の下端面との間に蒸気通路９、凝縮液通路１０、および非作動通路３３をそれぞれ連通する連通路３８を形成している。
【００９１】
放熱器４は、所謂ドロンカップタイプの熱交換器で、図４０に示すように、同一形状を成す中空状の放熱管３９を複数積層して構成され、接続プレート３４を介して冷媒槽３に接続されている。放熱管３９は、平面形状が略矩形状を成す２枚の成形プレート４０より成り、各成形プレート４０の外周縁部を接合して中空体に形成されている。２枚の成形プレート４０は、熱伝導性の良好な金属材（例えばアルミニウム材）をプレス成形して同一形状に設けられて、両端部に連通口４１が開けられている。この放熱管３９は、その中央部全体が偏平な冷媒通路４２となり、その冷媒通路４２には、アルミニウム製の薄板を波形状に成形したインナフィン４３が挿入されている。また、冷媒通路４２の両端には、それぞれ前記の連通口４１を有する流入側連通部４４と流出側連通部４５とが設けられている。各連通部４４、４５は、連通口４１を通じて他の放熱管３９の各連通部４４、４５と接続されて放熱器４全体のタンク部を構成している。
【００９２】
各放熱管３９は、図４０に示すように、互いの流入側連通部４４同士および流出側連通部４５同士を合わせて積層されて、各連通部４４、４５に開口する連通口４１を通じて互いに連通し、積層された各放熱管３９の間には放熱フィン１６が介在されている。但し、最も外側に位置する放熱管３９の外側の成形プレート４０には連通口４１が設けられていない。あるいは、連通口４１を開けた成形プレート４０を使用した場合でも、成形プレート４０の外側から端板（図示しない）等で連通口４１を塞いでも良い。
【００９３】
接続プレート３４は、図４０に示すように、押出材７に形成された流入口３６と流出口３５とを覆って押出材７の外壁面に気密に接合され、その押出材７の外壁面との間に、流出口３５を通じて各蒸気通路９および非作動通路３３と連通する一方の連通室４６（本発明の流入室）と、流入口３６を通じて凝縮液通路１０と連通する他方の連通室４７（本発明の流出室）とを形成している。但し、一方の連通室４６と他方の連通室４７は、インナフィン４３が介在された冷媒通路４２を通じて連通している。なお、接続プレート３４には、成形プレート４０と同様の連通口４１が開けられており、この連通口４１を通じて各連通室と各放熱管３９とが連通している。
【００９４】
次に、本実施例の作用を説明する。ＩＧＢＴモジュール２から発生した熱が伝わって沸騰した冷媒は、気泡となって蒸気通路９内を上昇し、流出口３５から主に一方の連通室４６内へ流入した後、さらに一方の連通室４６から放熱器４の一方のタンク部（図４０の右側の流入側連通部４４）へ流入して各放熱管３９の冷媒通路４２へ分配される。各冷媒通路４２を流れる蒸気冷媒は、冷却ファン５（図３８参照）の送風を受けて低温となっている冷媒通路４２の内壁面およびインナフィン４３の表面に凝縮して凝縮潜熱を放出し、液滴となって冷媒通路４２の底面を流れながら放熱器４の他方のタンク部（図４０の左側の流出側連通部４５）へ流入する。さらに他方のタンク部から他方の連通室４７内へ流入して主に他方の連通室４７内に溜まった凝縮液は、流入口３６から凝縮液通路１０に流入して凝縮液通路１０を流下した後、エンドキャップ２２ｂ内の連通路３８を通って再び蒸気通路９に供給される。一方、蒸気冷媒が凝縮する際に放出された凝縮潜熱は、冷媒通路４２の壁面から放熱フィン１６へ伝わって、各放熱管３９の間を通過する送風空気に放出される。
【００９５】
（本実施例の効果）
ドロンカップタイプの放熱器４を使用したことにより、ＩＧＢＴモジュール２の取付け個数が増加して総発熱量が増大した場合でも、容易に放熱器４の容量を変更できる。即ち、同一形状の放熱管３９を順次積層していくことで放熱器４の容量を容易に増加できるため、総発熱量に相応した容量の放熱器４を低コストで提供できる。また、押出材７の支柱部３１、３２の上部を削除するだけで各蒸気通路９を流出口３５と連通することができるため、特別な部品を追加することなく低コストで冷媒の循環を制御できる。
【００９６】
なお、本実施例の場合、放熱器４から冷媒槽３（凝縮液通路１０）へ凝縮液を戻り易くするために、冷媒槽３に対して放熱器４に傾斜を付けても良い。また、冷媒槽３の下端側のエンドキャップ２２ｂの代わりに、図４１に示すように、押出材７に設けられた支柱部３０〜３２の下部（図４１に破線Ｇで示す部分／なお支柱部３２は何方でも良い）をミーリング等の追加工によって削除して、その押出材７の下端面に平板４８（エンドキャップ２２）をろう付けにより接合しても良い。これにより、下側のエンドキャップ２２（平板４８）の製作が容易になる。本実施例では、流入口３６と流出口３５とに高低差を付けて形成したが、同一の高さに設けても良い。また、流入口３６と流出口３５とを同一形状としても良い。
【００９７】
（第１６実施例）
図４２は沸騰冷却装置１の正面図、図４３は沸騰冷却装置１の側面図である。本実施例は、放熱器４で液化した凝縮液を戻り易くするために、放熱器４を構成する各放熱管３９を傾斜して取り付けた場合の一例を示すものである。冷媒槽３は、例えばアルミニウム製のブロック材から押し出し加工によって成形された押出材７と、この押出材７の一方の開放端（図４２の下端）に被せられたエンドキャップ２２とから成る。押出材７には、上下方向に伸びる支柱部３０〜３２によって仕切られた複数の蒸気通路９、凝縮液通路１０、および非作動通路３３が設けられている。なお、複数の蒸気通路９、凝縮液通路１０、および非作動通路３３は、各支柱部３０〜３２の上端部が削除されていることで、押出材７の上端より若干低い位置に開口しており、その各蒸気通路９の開口面と凝縮液通路１０の開口面がそれぞれ蒸気冷媒の流出口３５と凝縮液の流入口３６として設けられている。
【００９８】
エンドキャップ２２は、押出材７と同じアルミニウム製で押出材７の下端外周部に被せられて一体ろう付けにより接合されている。但し、エンドキャップ２２と押出材７の下端面との間には、押出材７に形成された蒸気通路９、凝縮液通路１０、および非作動通路３３を各々連通する連通路３８が形成されている。このエンドキャップ２２には、図４２に示すように、冷媒封入用チューブ４９が設けられており、このチューブ４９を通して装置１内の洗浄、冷媒の注入、および脱気が行われる。なお、脱気は、冷媒を注入した後、装置１全体を上下反転させて放熱器４を温水槽（冷媒の飽和蒸気圧が大気圧以上となる温度に保ったもの）に入れて、装置１内の冷媒を気化させて空気を追い出す（冷媒ガスは空気より重い）ことにより行われる。脱気した後、チューブ４９の端部をかしめて溶接等により封じ切ることにより装置１内に冷媒が封入される。
【００９９】
放熱器４は、所謂ドロンカップタイプの熱交換器で、図４３に示すように、２枚のプレート５０を貼り合わせて構成された連結管５１（本発明の連結部材）と、同一中空形状を成す複数の放熱管３９とを積層して構成されている。連結管５１は、冷媒槽３の上端外周部に被せられて、その内部がセパレータ５２によって冷媒槽３の流出口３５に通じる流入室（図示しない）と流入口３６に通じる流出室（図示しない）とに区画されている。連結管５１の流入室には複数のインナフィン５３が挿入されている。各インナフィン５３は、図４２に示すように、プレート５０に設けられた複数の位置決め用リブ５０ａによって支持されている。
【０１００】
放熱管３９は、２枚の成形プレート４０（例えばアルミニウム板）の外周縁部を接合して中空体に形成されて、両端部に連通口４１を有する流入側連通部４４と流出側連通部４５が設けられている。この放熱管３９は、両連通部４４、４５の間が偏平な冷媒通路４２となり、その冷媒通路４２には、アルミニウム製の薄板を波形状に成形したインナフィン（図示しない）が挿入されている。
【０１０１】
各放熱管３９は、図４３に示すように、連結管５１の片側に積層されて、互いの連通口４１を通じて相互に連通している。また、連結管５１と放熱管３９は、連結管５１のプレート５０（放熱管３９側のプレート）に形成された連通口４１と放熱管３９に形成された連通口４１とを通じて相互に連通している。但し、各放熱管３９は、連結管５１のプレート５０に設けられた一対のリブ５０ｂに位置決めされて、連結管５１に対して流入側連通部４４の方が流出側連通部４５より高い位置になる様に全体が傾斜した状態で取り付けられている（図４２参照）。なお、プレート５０に設けられたリブ５０ｂは、放熱管３９の位置決めを行うとともに、放熱管３９との接合面を補強する補強用リブとしても機能している。
【０１０２】
次に、本実施例の作用を説明する。ＩＧＢＴモジュール２から発生した熱が伝わって沸騰した冷媒は、気泡となって各蒸気通路９内を上昇し、冷媒槽３の流出口３５から連結管５１の流入室へ流入した後、さらに流入室から各放熱管３９の流入側連通部４４へ流入して各放熱管３９の冷媒通路４２へ分配される。各冷媒通路４２を流れる蒸気冷媒は、冷却ファン５（図４３参照）の送風を受けて低温となっている冷媒通路４２の内壁面およびインナフィンの表面に凝縮して凝縮潜熱を放出し、液滴となって冷媒通路４２の底面を流れながら各放熱管３９の流出側連通部４５へ流入する。その後、流出側連通部４５から連結管５１の流出室へ流れ出た凝縮液は、冷媒槽３の流入口３６から凝縮液通路１０に流入して凝縮液通路１０を流下した後、エンドキャップ内の連通路３８を通って再び各蒸気通路９に供給される。
【０１０３】
（本実施例の効果）
本実施例では、連結管５１に対して放熱管３９を傾斜させたことにより、液化した凝縮液が放熱管３９の冷媒通路４２を流入側連通部４４から流出側連通部４５へ向かって流れやすくなる。これにより、冷媒通路４２の底面に溜まる凝縮液の量が減少して、蒸気冷媒の凝縮を効率良く行うことができる。この結果、必要な冷媒量を低減でき、低コスト化ができる。また、支柱部３１によって蒸気通路９を複数の通路に仕切ったことにより、蒸気通路９を流れる蒸気冷媒の流れを整流できるとともに、支柱部３１により有効沸騰面積が増加して放熱性能を向上できる。また、冷媒槽３内の正、負圧に対する強度向上、およびＩＧＢＴモジュール２が取り付けられる取付け面の変形防止にも効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）放熱器の一部正面図、（ｂ）沸騰冷却装置の側面図（冷媒槽は断面図）である（第１実施例）。
【図２】冷媒槽の断面図（図１（ｂ）のＡ−Ａ断面図）である（第１実施例）。
【図３】冷媒槽の断面図である（第２実施例）。
【図４】沸騰冷却装置の側面図である（第３実施例）。
【図５】図４のＢ−Ｂ断面図である（第３実施例）。
【図６】押出材の削除部分を示す側面図である（第３実施例）。
【図７】図４のＣ−Ｃ断面図である（第３実施例）。
【図８】端板の平面図である（第３実施例）。
【図９】（ａ）端板の平面図、および（ｂ）端板の側面図である（第３実施例）。
【図１０】端板の平面図である（第３実施例）。
【図１１】沸騰冷却装置の正面図である（第４実施例）。
【図１２】沸騰冷却装置の側面図である（第４実施例）。
【図１３】冷媒槽（押出材）の断面図である（第４実施例）。
【図１４】冷媒槽の正面図である（第４実施例）。
【図１５】冷媒槽と下部タンクの斜視図である（第４実施例）。
【図１６】冷媒槽（押出材）の断面図である（第５実施例）。
【図１７】冷媒槽の正面図である（第５実施例）。
【図１８】沸騰冷却装置の正面図（冷媒槽は断面図）である（第６実施例）。
【図１９】冷媒流制御板の斜視図である（第６実施例）。
【図２０】冷媒槽（押出材）の断面図である（第７実施例）。
【図２１】冷媒槽（押出材）の断面図である（第７実施例）。
【図２２】冷媒槽（押出材）の断面図である（第７実施例）。
【図２３】沸騰冷却装置の側面図（冷媒槽は断面図）である（第７実施例）。
【図２４】沸騰冷却装置の側面図（冷媒槽は断面図）である（第８実施例）。
【図２５】冷媒槽（押出材）の断面図である（第８実施例）。
【図２６】沸騰冷却装置の正面図である（第９実施例）。
【図２７】沸騰冷却装置の側面図である（第９実施例）。
【図２８】沸騰冷却装置の側面図である（第１０実施例）。
【図２９】沸騰冷却装置の側面図である（第１１実施例）。
【図３０】沸騰冷却装置の側面図である（第１２実施例）。
【図３１】冷媒槽（押出材）の断面図である（第１３実施例）。
【図３２】冷媒槽（押出材）の正面図である（第１３実施例）。
【図３３】冷媒槽（押出材）の部分断面図である（第１３実施例）。
【図３４】冷媒槽（押出材）の部分断面図である（第１４実施例）。
【図３５】冷媒槽（押出材）の部分断面図である（第１４実施例）。
【図３６】冷媒槽（押出材）の部分断面図である（第１４実施例）。
【図３７】冷媒槽（押出材）の部分断面図である（第１４実施例）。
【図３８】沸騰冷却装置の側面図である（第１５実施例）。
【図３９】冷媒槽の断面図である（第１５実施例）。
【図４０】図３８のＤ−Ｄ断面図である（第１５実施例）。
【図４１】冷媒槽の下部断面図である（第１５実施例）。
【図４２】沸騰冷却装置の正面図である（第１６実施例）。
【図４３】沸騰冷却装置の側面図である（第１６実施例）。
【符号の説明】
１ 沸騰冷却装置
２ ＩＧＢＴモジュール（発熱体）
３ 冷媒槽
３ａ 冷媒室
３ｂ 中空通路
４ 放熱器
６ ボルト（締結部材）
７ 押出材
７ａ 厚肉部（中密部）
８ 底板（閉塞部材）
９ 蒸気通路
１０ 凝縮液通路
１１ 仕切壁（隔壁）
２２ エンドキャップ（閉塞部材）
２３ 冷媒流制御板
２４ 隔壁
２５ ナット（締結部材）
２６ 取付部材
２６ｂ 雌ねじ
２８ 取付孔
３０〜３２ 支柱部
３４ 接続プレート（連結部材）
３５ 流出口（蒸気流出口）
３８ 連通路
３９ 放熱管
４２ 冷媒通路
４４ 流入側連通部
４５ 流出側連通部
４６ 一方の連通室（流入室）
４７ 他方の連通室（流出室）
５１ 連結管（連結部材）
７０ 押出材（第３実施例）
Claims (16)
- 表面に発熱体が取り付けられて、内部に前記発熱体の発する熱で気化する冷媒が収容された冷媒室を形成する冷媒槽と、
前記冷媒室と連通して設けられ、前記冷媒室で気化した気相冷媒を凝縮液化する放熱器とを備え、
前記冷媒槽は、押し出し成形された押出材を使用して構成され、厚み幅の薄い偏平形状を有し、その偏平表面に、前記発熱体が締結部材であるボルトの締め付けによって固定される沸騰冷却装置であって、
前記押出材と別体に設けられて、前記ボルトを螺着するための雌ねじが形成された筒部を有する取付部材を備え、
前記押出材には、前記発熱体を固定する前記ボルトの取り付けピッチに対応した位置に取付孔が形成され、この取付孔に前記取付部材が嵌め込まれて接合されていることを特徴とする沸騰冷却装置。 - 請求項１に記載した沸騰冷却装置において、
前記取付孔は、前記押出材の一端面側に開口する第１の取付孔と、他端面側に開口する第２の取付孔とが形成され、
前記取付部材は、前記第１の取付孔と前記第２の取付孔とに嵌め込まれて、前記押出材を貫通した状態で接合されていることを特徴とする沸騰冷却装置。 - 表面に発熱体が取り付けられて、内部に前記発熱体の発する熱で気化する冷媒が収容された冷媒室を形成する冷媒槽と、
前記冷媒室と連通して設けられ、前記冷媒室で気化した気相冷媒を凝縮液化する放熱器とを備え、
前記冷媒槽は、押し出し成形された押出材を使用して構成され、厚み幅の薄い偏平形状を有し、その偏平表面に、前記発熱体が締結部材であるボルトとナットの締め付けによって固定される沸騰冷却装置であって、
前記押出材と別体に設けられて、前記ボルトを挿通する貫通孔が形成された筒形状を有する取付部材を備え、
前記押出材には、前記発熱体を固定する前記ボルトの取り付けピッチに対応した位置に、前記押出材の一端面側に開口する第１の取付孔と、他端面側に開口する第２の取付孔とが形成され、前記取付部材が、前記第１の取付孔と前記第２の取付孔とに嵌め込まれて、前記押出材を貫通した状態で接合されていることを特徴とする沸騰冷却装置。 - 請求項３に記載した沸騰冷却装置において、
前記発熱体は、前記第１の取付孔側から前記取付部材の貫通孔に挿通された前記ボルトに対し、前記第２の取付孔側より取り出された前記ボルトの螺子部に前記ナットを締め付けて固定されることを特徴とする沸騰冷却装置。 - 請求項１〜４に記載した何れかの沸騰冷却装置において、
前記冷媒槽は、前記冷媒室の内部に、前記発熱体の熱により気化した冷媒が前記冷媒室内を上昇する蒸気通路と、前記放熱器で凝縮液化した冷媒が前記冷媒室内を流下する凝縮液通路とが設けられて、前記蒸気通路と前記凝縮液通路が前記冷媒室内の下部で連通していることを特徴とする沸騰冷却装置。 - 請求項５に記載した沸騰冷却装置において、
前記蒸気通路と前記凝縮液通路は、前記押出材と一体に設けられて前記冷媒室の内部を厚み方向に分割する隔壁によって構成されていることを特徴とする沸騰冷却装置。 - 請求項５に記載した沸騰冷却装置において、
前記蒸気通路と前記凝縮液通路は、前記冷媒室内に配された冷媒流制御板により構成されていることを特徴とする沸騰冷却装置。 - 請求項１〜７に記載した何れかの沸騰冷却装置において、
前記冷媒槽は、複数の前記発熱体に対応して複数の前記冷媒室を有し、各冷媒室が各々連通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８に記載した沸騰冷却装置において、
前記冷媒槽は、複数の前記冷媒室が並列に設けられた場合に、隣合う前記冷媒室同士の間に中空通路が形成されて、その中空通路の上部と下部とで各冷媒室に連通していることを特徴とする沸騰冷却装置。 - 請求項１〜９に記載した何れかの沸騰冷却装置において、
前記放熱器は、前記冷媒槽と一体に押し出し成形された押出材を使用して構成されていることを特徴とする沸騰冷却装置。 - 請求項１〜９に記載した何れかの沸騰冷却装置は、
押し出し成形によって前記押出材を成形した後、前記放熱器との連通口以外の開放端を閉塞部材により閉塞する工程を有することを特徴とする沸騰冷却装置の製造方法。 - 請求項１０に記載した沸騰冷却装置は、
押し出し成形によって前記押出材を成形した後、不要な部位を削除し、その後、前記押出材の所要な開放面を閉塞部材により閉塞する工程を有することを特徴とする沸騰冷却装置の製造方法。 - 請求項５〜９に記載した何れかの沸騰冷却装置において、
前記放熱器は、前記冷媒槽に接続されて前記蒸気通路に通じる流入室および前記凝縮液通路に通じる流出室を形成する連結部材と、この連結部材に複数積層されて相互に連通して設けられた同一中空形状の放熱管とから成ることを特徴とする沸騰冷却装置。 - 請求項１３に記載した沸騰冷却装置において、
前記放熱管は、前記流入室に通じる流入側連通部、前記流出室に通じる流出側連通部、および前記流入側連通部と前記流出側連通部とを連通する冷媒通路を有し、前記流入側連通部から前記流出側連通部へ向かって前記冷媒通路の底面が下方へ傾斜していることを特徴とする沸騰冷却装置。 - 請求項１３または１４に記載した沸騰冷却装置において、
前記冷媒槽は、前記押出材に設けられた少なくとも１本の支柱部によって複数の前記蒸気通路を有するとともに、前記発熱体の取付け位置より上方の側面に前記流入室に通じる蒸気流出口が開口して設けられ、
前記支柱部の上部を削除することにより、複数の前記蒸気通路を前記蒸気流出口と連通させたことを特徴とする沸騰冷却装置。 - 請求項１３に記載した沸騰冷却装置において、
前記冷媒室内の下部で前記蒸気通路と前記凝縮液通路とを連通する連通路は、各通路を仕切るために前記押出材に設けられた支柱部の下部を削除して、その押出材の下端面に閉塞部材を接合することで構成されていることを特徴とする沸騰冷却装置。
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