JP3807017B2

JP3807017B2 - Boiling cooler

Info

Publication number: JP3807017B2
Application number: JP9226297A
Authority: JP
Inventors: 長賀部　　博之
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-04-10
Filing date: 1997-04-10
Publication date: 2006-08-09
Anticipated expiration: 2017-04-10
Also published as: JPH10284660A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子や電気機器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、発熱体で発熱された熱を冷却する沸騰冷却装置が知られている。その中でも、特開昭５６−１４７４５７号公報に示される沸騰冷却装置のように、冷媒槽で沸騰気化されて上昇する蒸気冷媒と、放熱器で冷却されて冷媒槽に戻る液化冷媒とのフラッディグ（相互に衝突しあう現象）を防止して、効率良く熱交換を行わせる沸騰冷却装置が知られている。
【０００３】
つまり、特開昭５６−１４７４５７号公報に示される沸騰冷却装置は、発熱体の発する熱によって沸騰気化する冷媒を収容する冷媒槽と、冷媒槽上部に当該冷媒槽に連通して配置される流入側連通部と、この流入側連通部に連通され水平よりも傾斜させて配設される複数の冷媒通路と、冷媒通路で凝縮液化された冷媒を冷媒槽に戻す流出側連通部と、を有している（流入側連通部、冷媒通路、及び流出側連通部で放熱器を構成する）。
【０００４】
このような沸騰冷却装置において、冷媒槽で熱を吸収した冷媒は、沸騰気化して流入側連通部を通って冷媒通路を進んで行き熱を伝える。
また一般的に、内部表面積を増加して熱吸収効率を向上させることにより放熱特性を向上させる方法として、沸騰冷却装置の放熱器の冷媒通路内にインナフィンを配設することが知られている。そして、特開昭５６−１４７４５７号公報に示される沸騰冷却装置においても、冷媒通路内にインナフィンを配設して熱吸収効率を向上させることが考えられる。
【０００５】
そして、冷媒通路の内部表面積を増加させるためにインナフィンを配設する場合、インナフィンの位置決めを行ったり固定を行ったりする突起部を形成することが考えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記突起部を冷媒通路底面に接触させて設けてしまうと、冷媒通路内で凝縮液化された冷媒は突起部を乗り越えないと流出側連通路へ行けなくなる。図１５はこの様子を説明するための参考図である。冷媒通路４２のうちの最下部（底面部分）を流れる冷媒は、突起部４０１により塞き止められて冷媒通路内に滞留してしまう。結果、冷媒循環に有効な冷媒量が減少してしまう可能性がある。また、冷媒の滞留によって冷媒通路内の放熱面積が減少し、放熱特性が低下する可能性もある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、新規な構成にて放熱性能の低下を防止する沸騰冷却装置を得ることである。
また、本発明の目的は、冷媒通路内において凝縮された冷媒によって放熱面積が減少することを防止する沸騰冷却装置を得ることである。
また、本発明の目的は、冷媒通路内に凝縮フィンを有するものにおいて、その固定のための突起部により冷媒が滞留することを防止する沸騰冷却装置を得ることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために構成された請求項１記載の発明は、高温媒体からの熱を受けて気化する冷媒が内部に収容される冷媒槽（３）と、前記冷媒槽と連通して設けられ、前記冷媒槽で気化した冷媒を凝縮液化する放熱器（４）とを有し、前記放熱器は、前記冷媒の流入側に配設される流入側連通部（４４）、前記冷媒の流出側に配設される流出側連通部（４５）、略水平もしくは水平よりも傾斜させて配設され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（４２）、及び前記冷媒通路内に設けられ、前記気化した冷媒を凝縮液化させる凝縮フィン（３９１）を有する。そして、前記冷媒通路は、前記凝縮フィンを位置固定する突起部（４０１、４０２）が内部に設けられるものであり、前記突起部は、前記冷媒通路の内部底面より所定距離（ｄ１、ｄ２）を隔てた位置に設けられることを特徴としている。
【０００９】
突起部と冷媒通路底面との間に所定間隔が開いているので、冷媒通路内で凝縮液化された冷媒は突起部を乗り越えないでもこの所定間隔部分を流通して流出側連通路へ行ける。従って冷媒通路内に冷媒が滞留して、冷媒循環に有効な冷媒量が減少してしまうことを防止できる。また、冷媒の滞留が抑えられるため、冷媒通路内の放熱面積が減少することが抑制でき、結果、放熱特性の低下を防止できる。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、少なくとも前記冷媒通路は、周縁部が曲げ起こし形成された複数の薄板部材（４０）が、当該周縁部にて貼り合わされることで構成される。リブにより突起部（４０１、４０２）が構成されるので、薄板部材の強度向上になるが、この突起部は周縁部よりも所定距離だけ内側に離れて形成されるため、請求項１と同様な効果を得る。凝縮フィンは前記薄板部材に挟持されると共に、前記突起部により係止されるため、冷媒通路内での凝縮フィンの固定を確実に行える。
【００１１】
請求項３記載の発明によれば、リブ（４０１、４０２）は貼り合わされる複数の薄板部材における対向した位置に各々形成され、更に、各々のリブは前記冷媒通路の内部底面からの距離が同じとなる位置に形成され、対向するリブ同士が接触しているため、冷媒通路の強度を向上できる。
請求項４記載の発明によれば、リブ（４０１、４０２）は貼り合わされる複数の薄板部材における対向した位置に各々形成され、更に、対向する各々のリブは前記冷媒通路の内部底面からの距離がお互いに異なる位置に形成されるため、この位置ずれされて形成される間隙を通って流出側連通路へ流出される。従って、凝縮液化された冷媒は、突起部を乗り越えないでもこの間隙を流通して流出側連通路へ行ける。
【００１２】
上記目的を達成するために構成された請求項５記載の発明は、高温媒体からの熱を受けて気化する冷媒が内部に収容される冷媒槽（３）と、前記冷媒槽と連通して設けられ、前記冷媒槽で気化した冷媒を凝縮液化する放熱器（４）とを有し、前記放熱器は、前記冷媒の流入側に配設される流入側連通部（４４）、前記冷媒の流出側に配設される流出側連通部（４５）、略水平もしくは水平よりも傾斜させて配設され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（４２）、及び前記冷媒通路内に設けられ、前記気化した冷媒を凝縮液化させる凝縮フィン（３９１）を有する。そして、冷媒通路は、周縁部が曲げ起こし形成された複数の薄板部材（４０）が、当該周縁部にて貼り合わされることで構成され、内部にリブからなる突起部（４０１、４０２）を有し、前記突起部は、対向する突起部もしくは薄板部材内壁との間に、間隙からなる流通路（４０５、４０６、４０７）を有し、前記凝縮フィンは、前記薄板部材に挟持されると共に前記突起部により係止されることを特徴としている。
【００１３】
突起部と冷媒通路底面との間に流通路を備えているので、冷媒通路内で凝縮液化された冷媒は突起部を乗り越えないでもこの所定間隔部分を流通して流出側連通路へ行ける。従って冷媒通路内に冷媒が滞留して、冷媒循環に有効な冷媒量が減少してしまうことを防止できる。また、冷媒の滞留が抑えられるため、冷媒通路内の放熱面積が減少することが抑制でき、結果、放熱特性の低下を防止できる。
【００１４】
請求項６記載の発明によれば、凝縮フィンは複数のスリットを備え、凝縮液化された冷媒を冷媒通路（４２）内の下部に降下させる。冷媒通路（４２）内の下部側に凝縮液化された冷媒が流れる領域を形成し、その領域よりも上部側を気相冷媒が流れる領域とすることができるため、冷媒通路（４２）内において各凝縮フィンで構成される小通路の底面が凝縮された冷媒により覆われることを抑制できる。この結果、蒸気冷媒が熱を伝えることができる放熱面積が減少することを防止でき、放熱性能の低下を防止できる。
【００１５】
請求項７記載の発明によれば、前記冷媒通路は、内部の下部に形成されて前記凝縮液化した冷媒が流れる液相冷媒通路（３９４）、及び前記液相冷媒通路よりも上部に形成されて前記気相の冷媒が流れる気相冷媒通路（３９３）を有し、前記突起部は、前記気相冷媒通路に設けられることを特徴としている。液相冷媒通路よりも上部に突起部が形成されるため、液相冷媒通路内において放熱面積が減少することを防止でき、放熱性能の低下を防止できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の沸騰冷却装置の実施の形態を説明する。
（第１の実施の形態）
図１は第１の実施の形態における沸騰冷却装置１の斜視図、図２は図１におけるＩ−Ｉ’断面図、図３は同図II−II’一部断面図、図４は同図III −III ’一部断面図、図５は成形プレート４０の説明図、図６は図５における要部拡大図、図７は図５の成形プレート４０が組み合わされたものを上部から見た上視図、そして図８は図１におけるIV−IV’断面図である。
【００１７】
本実施の形態は、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。
図１、図２において、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（下端）に被せられたエンドキャップ２２とから成る。
【００１８】
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（気相冷媒通路）、凝縮液通路１０（凝縮液通路）、および非作動通路３３が設けられている。また、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。
【００１９】
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、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。
【００２０】
放熱器４は、所謂ドロンカップタイプの熱交換器で、図３に示すように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。
各放熱管３９は、図４に示すように、連結管５１の片側に積層されて、互いの小口径開口部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）に形成された小口径開口部４１と放熱管３９に形成された小口径開口部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２参照）。なお、プレート５０に設けられたリブ５０ｂは、放熱管３９との接合面を補強する補強用リブとして機能している（図２参照）。
【００２１】
放熱管３９は、図５に示す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る。図５において（ａ）は、成形プレート４０の側面図、（ｂ）は成形プレート４０の正面図である。成形プレート４０は、周縁部が曲げ起こし形成された薄板部材からなり、冷媒通路４２を含む各放熱管３９は、成形プレート４０を周縁部にて貼り合わされることで構成される。成形プレート４０の両端部には流入側連通部４４と流出側連通部４５が設ける。ここで、流入側連通部４４と流出側連通部４５とは各々ｒ１の内径を有し、開口径ｒ２の小口径開口部４１とで各流入側連通部４４同士、また各流出側連通部４５同士が連通されている。この放熱管３９は、両連通部４４、４５の間が偏平な冷媒通路４２となる。
【００２２】
その冷媒通路４２には、図８に示すような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３９１（凝縮フィン）が挿入されている。
図２及び図５に示すように、インナフィン３９１は成形プレート４０に形成されたリブ構造からなる突起部４０１、４０２、４０３、４０４によりその位置が固定され、また、インナフィン３９１は成形プレート４０が貼り合わされる際に、対向する各々の成形プレート４０に狭持される。リブにより突起部（４０１、４０２）が構成されるので、成形プレート４０の強度が向上する。
【００２３】
複数の突起部の内の、流出側連通部４５側の突起部４０１は、図６（ａ）に示すように、冷媒通路４２の底面４２５よりも上部側へ所定距離ｄ１を隔てて形成される。別の見方をすれば、突起部４０１は、冷媒通路４２の底面４２５との間に距離ｄ１の間隙からなる流通路４０５を有することになる。なお、図６では冷媒槽３は省略してある。突起部４０１はその最下部が、放熱器４における流出側連通部４５における小口径開口部４１の最下部に対し、所定距離ｄ３（＞０）だけ上方に来るように形成されることが好ましい。但し、流通路４０５を十分確保できるとき（ｄ３が充分に大きい時）には、ｄ１＜ｄ３と設定した方が、小口径開口部４１の最下部と冷媒通路４２の底面４２５との間に冷媒が滞留しないので好ましい。
【００２４】
また、流入側連通部４４側の突起部４０２も、図６（ｂ）に示すように、冷媒通路４２の底面４２５よりも上部側へ所定距離ｄ２を隔てて形成される。別の見方をすれば、突起部４０２は、冷媒通路４２の底面４２５との間に距離ｄ２の間隙からなる流通路４０６を有することになる。
そして、突起部４０１〜４０４は、図７に示すように対向する突起部４０１〜４０４と接触するように構成されている。
【００２５】
連結管５１は、２枚のプレート５０を貼り合わせて構成され、図３に示すように冷媒槽３の上端外周部に被せられ、放熱器４と冷媒槽３とを連通させている。連結管５１の内部は、図２に示すように、セパレータ５２（冷媒流制御板）によって冷媒槽３の流出口３５（図２参照）に通じる流入室５１１と流入口３６に通じる流出室５１２とに区画されている。連結管５１の流入室５１１には複数の連結管インナフィン５３が挿入されている。
【００２６】
次に、図９（ａ）は図８におけるインナフィン３９１の拡大図、同図（ｂ）は同図（ａ）の側面図、図１１は図９に示したインナフィン３９１の斜視図である。図２、図９、図１１に示すように、インナフィン３９１は、凝縮液化された冷媒を冷媒通路４２内の下部に降下させる複数のスリット３９２（開口部）を備える。換言すれば、冷媒通路４２内には、気相の冷媒が流れる複数の小通路からなる気相冷媒通路３９３、及び凝縮液化した冷媒が流れる凝縮液通路３９４が形成され、この気相冷媒通路３９３に気化した冷媒を凝縮液化させるインナフィン３９１が設けられ、このインナフィン３９１に、凝縮液化された冷媒を凝縮液通路３９４に降下させる複数のスリット３９２が形成されている。そして、各小通路はインナフィン３９１により上面３９５、側面３９７及び底面３９８と、形成プレート４０の内面で構成される側面３９７とにより区画された通路といえる。なお、本実施の形態において、スリット３９２はインナフィン３９１における冷媒移動方向の異なる位置に形成されている。
【００２７】
次に、本第１の実施の形態の作用を説明する。
図１の冷媒の循環で示されるように、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。ここで、図１では簡略化して１本の線で記載する。各冷媒通路４２を流れる蒸気冷媒は、冷却ファン５（図略）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３９１の表面に凝縮して凝縮潜熱を放出し液滴となる。
【００２８】
凝縮液化した冷媒は、インナフィン３９１の表面を伝って流出側連通部４５側へ移動するが、その途中でスリット３９２から下部に滴下し（図９参照）、下方のインナフィン３９１に移動する。本実施の形態ではスリット３９２が複数形成されるため、上記滴下が順に行われ、冷媒通路４２の底面に達する。換言すれば、冷媒通路４２内の気相冷媒通路３９３の各小通路で凝縮液化した冷媒は、スリット３９２を介して下部の小通路、延いては凝縮液通路３９４に滴下する。そして最終的に、冷媒通路４２の底面４２５を流れ、突起部４０１下部を通過して各放熱管３９の流出側連通部４５へ流入する。
【００２９】
また、冷媒槽３から噴き上げられて直接放熱器４内の流入側連通部４４に流入してきた液相冷媒は、図４における小口径開口部（開口径はｒ２）で衝突して一方の連通室４６内に溜まる。その冷媒は一方の連通室４６から突起部４０２下部の底面４２５を通過して冷媒通路４２へ移動し、更に突起部４０１下部を通過して流出側連通部を構成する他方の連通室４７へ移動する。
【００３０】
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冷媒、液相冷媒は、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。
（第１の実施の形態の効果）
突起部４０１と冷媒通路底面４２５との間に所定間隔ｄ１が開いているので、冷媒通路４２内で凝縮液化された冷媒は突起部を乗り越えないでもこの所定間隔部分である流通路４０５、４０６を流通して流出側連通路４５へ行ける。また、突起部４０２と冷媒通路底面４２５との間に所定間隔ｄ２が開いているので、流入側連通路付近の液相冷媒（冷媒槽３から噴き上げられて直接流入してきた冷媒）は突起部を乗り越えないでも、この所定間隔部分である流通路４０６を流通して冷媒通路、及び流出側連通路４５へ行ける。
【００３１】
従って冷媒通路内に冷媒が滞留して、冷媒循環に有効な冷媒量が減少してしまうことを防止できる。また、冷媒の滞留が抑えられるため、冷媒通路内の放熱面積が減少することが抑制でき、結果、放熱特性の低下を防止できる。
本実施の形態では、突起部４０１、４０２は貼り合わされる複数の成形プレート４０における対向した位置に各々形成され、更に、各々の突起部は冷媒通路４２の内部底面４２５からの距離が同じとなる位置に形成され、対向するリブ同士が接触しているため、冷媒通路の強度を向上できる。
【００３２】
突起部４０１が小口径開口部４１の最下部よりも上方に形成されているため、液相冷媒の液面が突起部４０１の最下部で塞き止められる前に液相冷媒を流出側連通部４５の小口径開口部４５から流出させることができる。結果、冷媒通路４２内において小口径開口部４５からの冷媒の流出時間を早めることができる。これにより、更に放熱面積が減少することを防止でき、放熱性能の低下を防止できる。
【００３３】
（第１の実施の形態のその他の効果）
（１）図９（ａ）に示す如く、インナフィン３９１は複数のスリット３９２を備え、凝縮液化された冷媒を冷媒通路４２内の下部に降下させる。冷媒通路４２内の下部側に凝縮液化された冷媒が流れる領域を形成し、その領域よりも上部側を気相冷媒が流れる領域とすることができる。この結果、冷媒通路４２内において各凝縮フィンで構成される小通路の底面が凝縮された冷媒により覆われることを抑制できる。すなわち、図９（ｂ）において、蒸気冷媒は、上面３９５、側面３９６、３９７、及び底面３９８で形成される小通路のうち、上面３９５、側面３９６、３９７だけでなく底面３９８に対しても熱を伝えることができる。この結果、蒸気冷媒が熱を伝えることができる放熱面積が減少することを防止でき、放熱性能の低下を防止できる。
【００３４】
ここで、図１０（ａ），（ｂ）は、スリット３９２を備えない場合の参考図である。この場合、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、冷媒通路内で順次凝縮された冷媒は、各小通路の底面３９８に沿って流出側連通部へ流出される。凝縮された冷媒は蒸気冷媒よりも低温であり、この凝縮冷媒が底面３９８を覆っているため、各小通路を流れる蒸気冷媒は小通路の上面３９５、側面３９６、３９７には効率良く伝熱できるが、底面３９８には殆ど伝熱できなくなる。結果、蒸気冷媒は効率良く冷媒通路へ熱を伝えることができなくなる可能性がある。それにより、放熱性能が低下する可能性がある。しかしながら、本実施の形態においては、スリット３９２を有するため、蒸気冷媒が熱を伝えることができる放熱面積が減少することを防止でき、放熱性能の低下を防止できる。
【００３５】
なお、スリット３９２がインナフィン３９１における冷媒移動方向の異なる位置に形成されているため、冷媒通路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。
しかしながら、本発明は図１０の構成を除外するものではなく、図１０の構成においても本願は適用可能である。
【００３６】
（２）本実施の形態においては、流入口連通部に小口径部の小口径開口部４１を設けたため、冷媒通路４２への液相冷媒の浸入を抑制できる。この結果、冷媒通路４２内で凝縮熱伝達によって熱の伝達を行うことができ、放熱性能の低下を防止できる。さらに、小口径開口部を設けることにより、各連通通路４２への冷媒の流入の偏りを防止でき、更には各連通通路４２への冷媒を均等に分配する効果も有し、これらによっても放熱性能の低下を防止できる。
【００３７】
（３）さらに、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。
【００３８】
（４）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。
【００３９】
（５）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。
【００４０】
（６）冷媒槽３は内部に、蒸気通路と凝縮液通路とを冷媒槽内の下部で連通させる下部連通路３８を備えるため、蒸気通路へは常に冷却された冷媒が凝縮液通路から供給される。したがって、冷媒槽内でのフラッディング（蒸気冷媒と凝縮液冷媒との移動時における相互干渉）を防止できる。
（７）放熱管３９は、連結部材５１を介して冷媒槽３に接続されるため、連結部材の形状によって放熱管３９の取り付け方向や位置を適宜変更することができ、設計の自由度が向上する。これにより、小型化も可能となる。
【００４１】
（８）底面が、流入側連通部４４から流出側連通部４５へ向かって下方へ傾斜しているため、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。
（９）冷媒槽３が、押し出し成形された押出材で構成されているため、ＩＢＧＴの取り付け個数の変化に対して容易に対応でき、生産性の向上につながる。
【００４２】
（１０）押出材と一体に設けられて冷媒室の内部を分割する隔壁を有するため、容易に蒸気通路９と凝縮液通路１０とを構成することができる。
（１１）押出材に設けられた支柱部３１の上部を削除するだけで複数の蒸気通路９を蒸気流出口３５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。
【００４３】
（１２）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。
（１３）冷媒槽３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。
【００４４】
（１４）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。
（１５）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。
【００４５】
（１６）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はかることができる。
（１７）放熱器４は、貼り合わせ部を有する複数の板状部材を、当該貼り合わせ部にて貼り合わせて形成し、そしてこの貼り合わせ部は、板状部材を曲げ起こして形成されるものであるため、容易に放熱器を形成できる。
【００４６】
（１８）また、複数のスリット３９２により、凝縮液化された冷媒を冷媒通路４２内の下部に降下させる。冷媒通路４２内の下部側に凝縮液化された冷媒が流れる凝縮液通路３９４を形成し、その凝縮液化通路よりも上部側を気相冷媒が流れる気相冷媒通路３９３とすることができるため、冷媒通路４２内において冷媒が詰まり易くなることを防止できる。この結果、気相冷媒通路３９３内で気相冷媒の通り抜けれる最小の断面積である最小流路断面積の減少を防止でき、放熱性能の低下を防止できる。
【００４７】
（第２の実施の形態）
図１２は第２の実施の形態における沸騰冷却装置の成形プレート４０を上部から見た上視図である。第１実施の形態と同一構造の部分については説明を省略し、相違点を中心に説明する。
本実施の形態が上記第１の実施の形態と異なる点は、図７における成形プレート４０のリブ構造からなる突起部４０１〜４０４が、対向する突起部４０１〜４０４と接触しているのに対し、本実施の形態では接触していないことである。この場合、各突起部相互間の間隙が流通路４０７となる。
【００４８】
なお、突起部４０１〜４０４は対向する成形プレート４０の双方に形成される必要はなく、一方のみでも良い。すなわち突起部４０１〜４０４は、対向する突起部もしくは成形プレート（薄板部材）内壁との間に、間隙からなる流通路４０５、４０６を備えれば良い。
上記構成により、冷媒通路４２内で凝縮液化された冷媒は突起部４０１を乗り越えないでもこの所定間隔部分を流通して流出側連通路４５へ行ける。また、冷媒槽３から直接流入してきた冷媒は、突起部４０２を乗り越えないでもこの所定間隔部分を流通して冷媒通路４２へ行ける。従って冷媒通路内に冷媒が滞留して、冷媒循環に有効な冷媒量が減少してしまうことを防止できる。また、冷媒の滞留が抑えられるため、冷媒通路内の放熱面積が減少することが抑制でき、結果、放熱特性の低下を防止できる。
【００４９】
なお、本実施の形態において、突起部４０１〜４０４の位置は、第１の実施の形態のように冷媒通路４２の底面４２５から離れている必要はなく、図１５のように底面４２５へ接触していても良い。
また、リブからなる突起部４０１〜４０４は、貼り合わされる複数の成形プレート４０における対向した位置に各々形成される場合、対向する各々のリブは冷媒通路４２の内部底面４２５からの距離がお互いに異なる位置に形成されても良い。この位置ずれされて形成される間隙が流通路４０５、４０６、４０７となり、この流通路を通って冷媒が冷媒通路４２、流出側連通路４５へ流出される。従って、凝縮液化された冷媒は、突起部を乗り越えないでもこの間隙を流通して流出側連通路へ行ける。
【００５０】
上記実施の形態においては、突起部はリブ構造により構成したが、形成プレートと別体形成された突起部材（例えば、アルミの構造体）を接合させて構成させても良い。また、突起部の数は４個に限られたものではなく、少なくとも流入側連通部４４側、流出側連通部４５側に対し各側一つ以上あれば良い。
なお、図９においては、スリット３９２は、インナフィン３９１の異なる位置に形成されたが、本発明においてスリット３９２は、図１３に示すように略同一の位置に形成されていてもよい。これにより、スリット３９２の形成が容易になる。
【００５１】
また、インナフィン３９１は、図１４に示すように交互に波状部材が形成されるようにし、そのずれた部分でスリット３９２を構成させても良い。ここで、図１４（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、同図（ｃ）は（ｂ）の斜視図である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における沸騰冷却装置の斜視図である。
【図２】図１におけるＩ−Ｉ’断面図である。
【図３】図１におけるII−II’一部断面図である。
【図４】図１におけるIII −III ’一部断面図である。
【図５】（ａ）は成形プレートの側面図、（ｂ）は成形プレートの平面図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は図５（ｂ）における要部拡大図である。
【図７】図６（ａ）、（ｂ）における上視図である。
【図８】図１におけるIV−IV’断面図である。
【図９】（ａ）は図８におけるインナフィンの拡大図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。
【図１０】（ａ）は第１の実施の形態におけるインナフィンのその他の構成を示す図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。
【図１１】図８に示したインナフィンの斜視図である。
【図１２】第２の実施の形態における沸騰冷却装置の要部拡大図である。
【図１３】本発明におけるインナフィンのその他の構成を示す図である。
【図１４】（ａ）は本発明におけるインナフィンのその他の構成の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ｂ）の斜視図である。
【図１５】課題を説明するための参考図である。
【符号の説明】
１沸騰冷却装置
２ＩＧＢＴモジュール
３冷媒槽
４放熱器
６ボルト
７押出材
９蒸気通路
１０凝縮液通路
２２エンドキャップ
３１、３２支柱部
３５流出口
３８連通路
３９放熱管
３９１インナフィン（凝縮フィン）
３９２スリット
３９３気相冷媒通路
３９４凝縮液通路
３９５上面
３９６、３９７側面
３９８底面
４０成形プレート（薄板部材）
４０１〜４０４突起部
４０５〜４０７流通路
４１小口径開口部
４２冷媒通路
４２５冷媒通路の底面
４４流入側連通部
４５流出側連通部
４６一方の連通室
４７他方の連通室
５１連結管
５１１流入室
５１２流出室
５２セパレータ
５３連結管インナフィン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a boiling cooling device that cools a heating element such as a semiconductor element or an electric device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a boil cooling device that cools heat generated by a heating element is known. Among them, as in a boiling cooling device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-147457, a flooding of vapor refrigerant that rises by boiling and evaporating in a refrigerant tank, and liquefied refrigerant that is cooled by a radiator and returned to the refrigerant tank ( 2. Description of the Related Art Boiling and cooling devices that prevent heat from colliding with each other and efficiently perform heat exchange are known.
[0003]
In other words, the boiling cooling device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-147457 has a refrigerant tank that contains a refrigerant that is boiled and vaporized by heat generated by a heating element, and an inflow that is arranged in communication with the refrigerant tank at the upper part of the refrigerant tank. A side communication portion, a plurality of refrigerant passages that are communicated with the inflow side communication portion and are inclined from the horizontal, and an outflow side communication portion that returns the refrigerant condensed and liquefied in the refrigerant passage to the refrigerant tank. (The radiator is constituted by the inflow side communication portion, the refrigerant passage, and the outflow side communication portion).
[0004]
In such a boiling cooling device, the refrigerant that has absorbed heat in the refrigerant tank is boiled and vaporized, proceeds through the refrigerant passage through the inflow side communication portion, and transfers heat.
In general, it is known that an inner fin is disposed in a refrigerant passage of a radiator of a boiling cooling device as a method of improving heat dissipation characteristics by increasing the internal surface area and improving heat absorption efficiency. And also in the boiling cooling apparatus shown by Unexamined-Japanese-Patent No. 56-147457, it is possible to improve heat absorption efficiency by arrange | positioning an inner fin in a refrigerant path.
[0005]
And when arranging an inner fin in order to increase the internal surface area of a refrigerant path, it is possible to form the projection part which positions or fixes an inner fin.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the protrusion is provided in contact with the bottom surface of the refrigerant passage, the refrigerant condensed and liquefied in the refrigerant passage cannot go to the outflow side communication passage unless it gets over the protrusion. FIG. 15 is a reference diagram for explaining this situation. The refrigerant flowing through the lowermost portion (bottom surface portion) of the refrigerant passage 42 is blocked by the protrusion 401 and stays in the refrigerant passage. As a result, the amount of refrigerant effective for refrigerant circulation may be reduced. Further, the heat radiation area in the refrigerant passage may be reduced due to the residence of the refrigerant, and the heat radiation characteristics may be deteriorated.
[0007]
Therefore, an object of the present invention is to obtain a boiling cooling device that prevents a decrease in heat dissipation performance with a novel configuration.
Another object of the present invention is to provide a boiling cooling device that prevents a heat radiation area from being reduced by the refrigerant condensed in the refrigerant passage.
Another object of the present invention is to obtain a boiling cooling device that prevents a refrigerant from being retained by a protrusion for fixing the fin having a condensing fin in the refrigerant passage.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1, which is configured to achieve the above object, is provided in communication with the refrigerant tank (3) in which a refrigerant that is vaporized by receiving heat from a high-temperature medium is accommodated. And a radiator (4) for condensing and liquefying the refrigerant vaporized in the refrigerant tank, wherein the radiator is an inflow side communication portion (44) disposed on the inflow side of the refrigerant, and the outflow of the refrigerant An outflow side communication portion (45) disposed on the side, a refrigerant passage (42) disposed substantially horizontally or inclined from the horizontal to communicate the inflow side communication portion and the outflow side communication portion, and the refrigerant A condensing fin (391) is provided in the passage and condenses and liquefies the vaporized refrigerant. The refrigerant passage is provided with protrusions (401, 402) for fixing the position of the condensation fins, and the protrusion has a predetermined distance (d1, d2) from the inner bottom surface of the refrigerant passage. It is characterized by being provided at a separated position.
[0009]
Since the predetermined interval is opened between the protrusion and the bottom surface of the refrigerant passage, the refrigerant condensed and liquefied in the refrigerant passage can pass through the predetermined interval portion and go to the outflow side communication passage without going over the protrusion. Therefore, it is possible to prevent the refrigerant from staying in the refrigerant passage and reducing the amount of refrigerant effective for refrigerant circulation. Moreover, since the retention of the refrigerant is suppressed, it is possible to suppress the reduction of the heat radiation area in the refrigerant passage, and as a result, it is possible to prevent the heat radiation characteristics from being deteriorated.
[0010]
According to the second aspect of the present invention, at least the refrigerant passage is configured by laminating a plurality of thin plate members (40) formed by bending the peripheral edge at the peripheral edge. Since the protrusions (401, 402) are constituted by the ribs, the strength of the thin plate member is improved. However, since the protrusions are formed inward by a predetermined distance from the peripheral edge, the same as in claim 1. Get the effect. The condensing fins are sandwiched between the thin plate members and locked by the protrusions, so that the condensing fins can be reliably fixed in the refrigerant passage.
[0011]
According to the third aspect of the present invention, the ribs (401, 402) are formed at opposing positions in the plurality of thin plate members to be bonded, and each rib has the same distance from the inner bottom surface of the refrigerant passage. Since the opposing ribs are in contact with each other, the strength of the refrigerant passage can be improved.
According to the fourth aspect of the present invention, the ribs (401, 402) are respectively formed at opposed positions in the plurality of thin plate members to be bonded together, and each of the opposed ribs is a distance from the inner bottom surface of the refrigerant passage. Are formed at different positions from each other, and thus flow out to the outflow side communication passage through the gap formed by shifting the position. Therefore, the condensed and liquefied refrigerant can pass through this gap and go to the outflow side communication passage without overcoming the protrusion.
[0012]
The invention according to claim 5, which is configured to achieve the above object, is provided in communication with the refrigerant tank (3) in which a refrigerant that is vaporized by receiving heat from a high-temperature medium is accommodated. And a radiator (4) for condensing and liquefying the refrigerant vaporized in the refrigerant tank, wherein the radiator is an inflow side communication portion (44) disposed on the inflow side of the refrigerant, and the outflow of the refrigerant An outflow side communication portion (45) disposed on the side, a refrigerant passage (42) disposed substantially horizontally or inclined from the horizontal to communicate the inflow side communication portion and the outflow side communication portion, and the refrigerant A condensing fin (391) is provided in the passage and condenses and liquefies the vaporized refrigerant. The refrigerant passage is formed by bonding a plurality of thin plate members (40) formed by bending the peripheral edge at the peripheral edge, and has protrusions (401, 402) made of ribs inside. The protrusion has a flow passage (405, 406, 407) formed between the protrusion and the thin plate member inner wall facing each other, and the condensation fin is sandwiched between the thin plate member and the It is characterized by being locked by a protrusion.
[0013]
Since the flow passage is provided between the projection and the bottom surface of the refrigerant passage, the refrigerant condensed and liquefied in the refrigerant passage can pass through the predetermined interval portion and go to the outflow side communication passage without passing over the projection. Therefore, it is possible to prevent the refrigerant from staying in the refrigerant passage and reducing the amount of refrigerant effective for refrigerant circulation. Moreover, since the retention of the refrigerant is suppressed, it is possible to suppress the reduction of the heat radiation area in the refrigerant passage, and as a result, it is possible to prevent the heat radiation characteristics from being deteriorated.
[0014]
According to the sixth aspect of the present invention, the condensing fin includes a plurality of slits, and causes the condensed and liquefied refrigerant to descend to the lower part in the refrigerant passage (42). An area in which the condensed and liquefied refrigerant flows can be formed on the lower side in the refrigerant passage (42), and an upper side than the area can be an area in which the gas-phase refrigerant flows. It can suppress that the bottom face of the small channel | path comprised with a condensation fin is covered with the condensed refrigerant | coolant. As a result, it is possible to prevent the heat radiation area where the vapor refrigerant can transmit heat from decreasing, and to prevent the heat radiation performance from deteriorating.
[0015]
According to the seventh aspect of the present invention, the refrigerant passage is formed in a lower portion inside the liquid phase refrigerant passage (394) through which the condensed and liquefied refrigerant flows, and is formed above the liquid phase refrigerant passage. It has a gas phase refrigerant passage (393) through which the gas phase refrigerant flows, and the projection is provided in the gas phase refrigerant passage. Since the protrusion is formed above the liquid-phase refrigerant passage, it is possible to prevent the heat radiation area from decreasing in the liquid-phase refrigerant passage, and to prevent the heat radiation performance from deteriorating.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of the boiling cooling device of the present invention will be described.
(First embodiment)
1 is a perspective view of a boiling cooling device 1 according to a first embodiment, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II ′ in FIG. 1, FIG. 3 is a partial cross-sectional view taken along line II-II ′ in FIG. III-III 'Partial cross-sectional view, FIG. 5 is an explanatory view of the forming plate 40, FIG. 6 is an enlarged view of the main part in FIG. 5, and FIG. 7 is a top view of the combination of the forming plate 40 of FIG. FIG. 8 is a sectional view taken along line IV-IV ′ in FIG.
[0017]
In this embodiment, in order to make it easy for the condensate liquefied by the radiator 4 to return, each of the radiator tubes 39 constituting the radiator 4 is attached with an inclination.
In FIG. 1 and FIG. 2, the refrigerant tank 3 includes an extruded material 7 formed by extrusion processing from, for example, an aluminum block material, and an end cap 22 covered on one open end (lower end) of the extruded material 7. Consists of.
[0018]
The extruded material 7 is provided with a plurality of vapor passages 9 (gas phase refrigerant passages), a condensate passage 10 (condensate passage), and a non-operation passage 33 that are partitioned by support columns 30 to 32 extending in the vertical direction. Yes. Further, the opening surface of each vapor passage 9 and the opening surface of the condensate passage 10 are provided as an outlet 35 for vapor refrigerant and an inlet 36 for condensate, respectively.
[0019]
The end cap 22 is made of the same aluminum as the extruded material 7, is placed on the outer periphery of the lower end of the extruded material 7, and is joined by integral brazing. However, a communication path 38 is formed between the end cap 22 and the lower end surface of the extruded material 7 to communicate the steam passage 9, the condensate passage 10, and the non-operating passage 33 formed in the extruded material 7. Yes. The end cap 22 is provided with a refrigerant sealing tube 49 through which the inside of the apparatus 1 is cleaned, the refrigerant is injected, and deaerated. The deaeration is performed by injecting the refrigerant, then turning the entire apparatus 1 upside down and placing the radiator 4 in a hot water tank (a temperature at which the saturated vapor pressure of the refrigerant becomes equal to or higher than the atmospheric pressure). It is performed by evaporating the refrigerant inside and expelling air (refrigerant gas is heavier than air). After deaeration, the refrigerant is sealed in the apparatus 1 by crimping the end of the tube 49 and sealing it by welding or the like.
[0020]
The radiator 4 is a so-called drone cup type heat exchanger, and is configured by laminating a plurality of radiator tubes 39 having the same hollow shape as shown in FIG.
As shown in FIG. 4, the heat radiating pipes 39 are stacked on one side of the connecting pipe 51 and communicate with each other through the small-diameter openings 41. The connecting pipe 51 and the heat radiating pipe 39 are connected to each other through a small diameter opening 41 formed in the plate 50 of the connecting pipe 51 (a plate on the heat radiating pipe 39 side) and a small diameter opening 41 formed in the heat radiating pipe 39. Communicating with However, each of the heat radiating pipes 39 is attached to the connecting pipe 51 in an inclined state so that the inflow side communication portion 44 is positioned higher than the outflow side communication portion 45 (see FIG. 2). The rib 50b provided on the plate 50 functions as a reinforcing rib that reinforces the joint surface with the heat radiating tube 39 (see FIG. 2).
[0021]
The heat radiating tube 39 is formed into a hollow body by joining the outer peripheral edge portions of two molded plates 40 (for example, aluminum plates) shown in FIG. 5A is a side view of the forming plate 40, and FIG. 5B is a front view of the forming plate 40. FIG. The forming plate 40 is made of a thin plate member having a peripheral edge bent and formed, and each heat radiating tube 39 including the refrigerant passage 42 is configured by bonding the forming plate 40 at the peripheral edge. An inflow side communication portion 44 and an outflow side communication portion 45 are provided at both ends of the forming plate 40. Here, each of the inflow side communication portion 44 and the outflow side communication portion 45 has an inner diameter of r1, and each of the inflow side communication portions 44 and each of the outflow side communication portions 45 with the small-diameter opening portion 41 having an opening diameter r2. They communicate with each other. The heat radiating pipe 39 serves as a flat refrigerant passage 42 between the communicating portions 44 and 45.
[0022]
Inner fins 391 (condensation fins) in which a thin aluminum plate as shown in FIG. 8 is formed into a wave shape are inserted into the refrigerant passage 42.
As shown in FIGS. 2 and 5, the position of the inner fin 391 is fixed by protrusions 401, 402, 403, and 404 having a rib structure formed on the molding plate 40, and the molding plate 40 is attached to the inner fin 391. When they are put together, they are held between the opposing forming plates 40. Since the protrusions (401, 402) are formed by the ribs, the strength of the forming plate 40 is improved.
[0023]
Of the plurality of protrusions, the protrusion 401 on the outflow side communication part 45 side is formed at a predetermined distance d1 above the bottom surface 425 of the refrigerant passage 42 as shown in FIG. 6A. . From another point of view, the protrusion 401 has a flow passage 405 having a gap of a distance d1 between the protrusion 401 and the bottom surface 425 of the refrigerant passage 42. In FIG. 6, the refrigerant tank 3 is omitted. The protrusion 401 is preferably formed such that its lowermost portion is located above the lowermost portion of the small-diameter opening 41 in the outflow side communication portion 45 of the radiator 4 by a predetermined distance d3 (> 0). However, when the flow passage 405 can be secured sufficiently (when d3 is sufficiently large), the refrigerant is set between the lowermost portion of the small-diameter opening 41 and the bottom surface 425 of the refrigerant passage 42 when d1 <d3 is set. Is preferable because it does not stay.
[0024]
Further, as shown in FIG. 6B, the protrusion 402 on the inflow side communication portion 44 side is also formed at a predetermined distance d2 above the bottom surface 425 of the refrigerant passage 42. From another point of view, the protrusion 402 has a flow passage 406 formed of a gap of a distance d2 between the protrusion 402 and the bottom surface 425 of the refrigerant passage.
And the protrusion parts 401-404 are comprised so that the protrusion parts 401-404 which oppose may be contacted, as shown in FIG.
[0025]
The connecting pipe 51 is configured by bonding two plates 50 and is placed on the outer periphery of the upper end of the refrigerant tank 3 as shown in FIG. 3 so that the radiator 4 and the refrigerant tank 3 communicate with each other. As shown in FIG. 2, the inside of the connecting pipe 51 includes an inflow chamber 511 that leads to an outlet 35 (see FIG. 2) of the refrigerant tank 3 and an outflow chamber 512 that leads to an inlet 36 by a separator 52 (refrigerant flow control plate). It is divided into. A plurality of connecting pipe inner fins 53 are inserted into the inflow chamber 511 of the connecting pipe 51.
[0026]
9A is an enlarged view of the inner fin 391 in FIG. 8, FIG. 9B is a side view of FIG. 9A, and FIG. 11 is a perspective view of the inner fin 391 shown in FIG. As shown in FIGS. 2, 9, and 11, the inner fin 391 includes a plurality of slits 392 (openings) that lower the condensed and liquefied refrigerant to the lower part in the refrigerant passage 42. In other words, in the refrigerant passage 42, a gas phase refrigerant passage 393 including a plurality of small passages through which the gas phase refrigerant flows and a condensate passage 394 through which the condensed and liquefied refrigerant flows are formed, and this gas phase refrigerant passage 393 is formed. Inner fins 391 for condensing and liquefying the vaporized refrigerant are provided, and a plurality of slits 392 for lowering the condensed and liquefied refrigerant to the condensate passage 394 are formed in the inner fins 391. Each small passage can be said to be a passage partitioned by the inner fins 391 by the upper surface 395, the side surface 397 and the bottom surface 398, and the side surface 397 formed by the inner surface of the forming plate 40. In the present embodiment, the slits 392 are formed at different positions in the inner fin 391 in the refrigerant moving direction.
[0027]
Next, the operation of the first embodiment will be described.
As shown by the circulation of the refrigerant in FIG. 1, the refrigerant boiled by the heat generated from the IGBT module 2 rises in the vapor passages 9 as bubbles, and is connected from the outlet 35 of the refrigerant tank 3 to the connecting pipe. After flowing into the inflow chamber 51, it further flows from the inflow chamber to the inflow side communication portion 44 of each heat radiating pipe 39 and is distributed to the refrigerant passage 42 of each heat radiating pipe 39. Here, in FIG. 1, it is simplified and described by one line. The vapor refrigerant flowing through each refrigerant passage 42 condenses on the inner wall surface of the refrigerant passage 42 and the surface of the inner fin 391 that receive air from the cooling fan 5 (not shown) and releases condensation latent heat to form droplets. Become.
[0028]
The condensed and liquefied refrigerant travels along the surface of the inner fin 391 and moves toward the outflow side communication portion 45, but drops in the middle from the slit 392 (see FIG. 9) and moves to the lower inner fin 391. In the present embodiment, since a plurality of slits 392 are formed, the above dropping is performed in order and reaches the bottom surface of the refrigerant passage 42. In other words, the refrigerant condensed and liquefied in each small passage of the gas-phase refrigerant passage 393 in the refrigerant passage 42 is dripped into the lower small passage and further to the condensate passage 394 through the slit 392. Finally, it flows through the bottom surface 425 of the refrigerant passage 42, passes through the lower portion of the protrusion 401, and flows into the outflow side communication portion 45 of each heat radiating pipe 39.
[0029]
Further, the liquid-phase refrigerant blown up from the refrigerant tank 3 and directly flows into the inflow side communication portion 44 in the radiator 4 collides with the small-diameter opening portion (opening diameter is r2) in FIG. It collects in 46. The refrigerant passes from one communication chamber 46 to the refrigerant passage 42 through the bottom surface 425 at the lower part of the projection 402, and further passes to the other communication chamber 47 constituting the outflow side communication part through the lower part of the projection 401. To do.
[0030]
Thereafter, the condensed refrigerant and the liquid phase refrigerant that have flowed from the outflow side communication portion 45 to the outflow chamber of the connection pipe 51 flow into the condensate passage 10 from the inlet 36 of the refrigerant tank 3 and flow down the condensate passage 10. Each steam passage 9 is supplied again through the communication passage 38 in the end cap.
(Effects of the first embodiment)
Since the predetermined interval d1 is open between the protrusion 401 and the refrigerant passage bottom surface 425, the refrigerant condensed and liquefied in the refrigerant passage 42 passes through the flow passages 405 and 406 which are the predetermined interval portions even if the refrigerant does not get over the protrusion. It can circulate and go to the outflow side communication passage 45. In addition, since the predetermined interval d2 is open between the protrusion 402 and the refrigerant passage bottom surface 425, the liquid-phase refrigerant in the vicinity of the inflow side communication passage (refrigerant that has flowed in directly from the refrigerant tank 3) passes through the protrusion. Even if it does not get over, it can circulate through the flow passage 406 that is the predetermined interval portion and go to the refrigerant passage and the outflow side communication passage 45.
[0031]
Therefore, it is possible to prevent the refrigerant from staying in the refrigerant passage and reducing the amount of refrigerant effective for refrigerant circulation. Moreover, since the retention of the refrigerant is suppressed, it is possible to suppress the reduction of the heat radiation area in the refrigerant passage, and as a result, it is possible to prevent the heat radiation characteristics from being deteriorated.
In the present embodiment, the protrusions 401 and 402 are respectively formed at opposed positions in the plurality of molded plates 40 to be bonded, and each protrusion has the same distance from the inner bottom surface 425 of the refrigerant passage 42. Since the ribs formed at the positions and facing each other are in contact with each other, the strength of the refrigerant passage can be improved.
[0032]
Since the protrusion 401 is formed above the lowermost part of the small-diameter opening 41, the liquid-phase refrigerant is allowed to flow out before the liquid surface of the liquid-phase refrigerant is blocked by the lowermost part of the protrusion 401. It is possible to flow out of the 45 small-diameter openings 45. As a result, the outflow time of the refrigerant from the small-diameter opening 45 in the refrigerant passage 42 can be shortened. Thereby, it can prevent that a thermal radiation area reduces further, and can prevent the fall of thermal radiation performance.
[0033]
(Other effects of the first embodiment)
(1) As shown in FIG. 9A, the inner fin 391 includes a plurality of slits 392 and lowers the condensed and liquefied refrigerant to the lower part in the refrigerant passage 42. A region where the condensed and liquefied refrigerant flows can be formed on the lower side in the refrigerant passage 42, and an upper side of the region can be a region where the gas-phase refrigerant flows. As a result, it is possible to suppress the bottom surface of the small passage constituted by the respective condensation fins from being covered with the condensed refrigerant in the refrigerant passage 42. That is, in FIG. 9B, the vapor refrigerant heats not only the top surface 395 and the side surfaces 396 and 397 but also the bottom surface 398 among the small passages formed by the top surface 395, the side surfaces 396 and 397, and the bottom surface 398. Can be communicated. As a result, it is possible to prevent the heat radiation area where the vapor refrigerant can transmit heat from decreasing, and to prevent the heat radiation performance from deteriorating.
[0034]
Here, FIGS. 10A and 10B are reference diagrams when the slit 392 is not provided. In this case, as shown in FIGS. 10A and 10B, the refrigerant sequentially condensed in the refrigerant passage flows out to the outflow side communication portion along the bottom surface 398 of each small passage. Since the condensed refrigerant has a lower temperature than the vapor refrigerant, and this condensed refrigerant covers the bottom surface 398, the vapor refrigerant flowing through each small passage can efficiently transfer heat to the top surface 395 and the side surfaces 396, 397 of the small passage. However, almost no heat can be transferred to the bottom surface 398. As a result, the vapor refrigerant may not be able to efficiently transfer heat to the refrigerant passage. As a result, the heat dissipation performance may be reduced. However, in the present embodiment, since the slit 392 is provided, it is possible to prevent the heat radiation area where the vapor refrigerant can transmit heat from being reduced, and to prevent the heat radiation performance from being lowered.
[0035]
In addition, since the slits 392 are formed at different positions in the inner fin 391 in the refrigerant moving direction, the amount of condensate accumulated in the refrigerant passage is reduced, and the vapor refrigerant can be efficiently condensed.
However, the present invention does not exclude the configuration of FIG. 10, and the present application can also be applied to the configuration of FIG. 10.
[0036]
(2) In the present embodiment, since the small-diameter opening 41 of the small-diameter portion is provided in the inflow port communication portion, the infiltration of the liquid-phase refrigerant into the refrigerant passage 42 can be suppressed. As a result, heat can be transferred by condensation heat transfer in the refrigerant passage 42, and deterioration of the heat dissipation performance can be prevented. Furthermore, by providing the small-diameter opening, it is possible to prevent the bias of the refrigerant flowing into each communication passage 42, and also to distribute the refrigerant evenly to each communication passage 42. Can be prevented.
[0037]
(3) Further, the heat radiating pipe 39 is inclined with respect to the connecting pipe 51, so that the liquefied condensate easily flows through the refrigerant passage 42 of the heat radiating pipe 39 from the inflow side communication portion 44 toward the outflow side communication portion 45. Become. As a result, the amount of condensate accumulated on the bottom surface of the refrigerant passage 42 is reduced, and the vapor refrigerant can be efficiently condensed. As a result, the amount of necessary refrigerant can be reduced and the cost can be reduced.
[0038]
(4) Further, by dividing the steam passage 9 into a plurality of passages by the support 31, the flow of the vapor refrigerant flowing through the steam passage 9 can be rectified, and the effective boiling area is increased by the support 31 to increase the heat dissipation performance. It can be improved. Moreover, it is effective also in the intensity | strength improvement with respect to the positive and negative pressure in the refrigerant tank 3, and prevention of a deformation | transformation of the attachment surface to which the IGBT module 2 is attached.
[0039]
(5) Since the heat radiator can be configured by stacking a plurality of the same hollow heat radiation pipes on the connecting member connected to the refrigerant tank, the number of heating elements attached increases and the total heat generation amount increases. But you can easily change the capacity of the radiator. That is, since the capacity of the radiator can be easily increased by sequentially stacking the same hollow-shaped radiator pipes, a radiator having a capacity corresponding to the total heat generation amount can be provided at low cost.
[0040]
(6) Since the refrigerant tank 3 is provided with a lower communication path 38 that connects the vapor passage and the condensate passage in the lower part of the refrigerant tank, the refrigerant is always supplied to the vapor passage from the condensate passage. The Therefore, flooding in the refrigerant tank (mutual interference during movement of the vapor refrigerant and the condensate refrigerant) can be prevented.
(7) Since the heat radiating pipe 39 is connected to the refrigerant tank 3 via the connecting member 51, the mounting direction and position of the heat radiating pipe 39 can be appropriately changed depending on the shape of the connecting member, and the degree of freedom in design is improved. To do. Thereby, miniaturization is also possible.
[0041]
(8) Since the bottom surface is inclined downward from the inflow side communication portion 44 toward the outflow side communication portion 45, the condensate flowing through the refrigerant passage easily flows from the inflow side communication portion to the outflow side communication portion. . For this reason, the amount of the condensate accumulated on the bottom surface of the refrigerant passage is reduced, and the vapor refrigerant can be efficiently condensed.
(9) Since the refrigerant tank 3 is made of an extruded material, it can easily cope with a change in the number of IBGTs attached, leading to an improvement in productivity.
[0042]
(10) Since the partition wall is provided integrally with the extruded material and divides the inside of the refrigerant chamber, the vapor passage 9 and the condensate passage 10 can be easily configured.
(11) Since the plurality of vapor passages 9 can be communicated with the vapor outlet 35 simply by removing the upper portion of the support column 31 provided in the extruded material, the refrigerant can be produced at low cost without adding special parts. Circulation can be controlled.
[0043]
(12) The vapor passage and the condensate passage can be communicated with each other at the lower portion in the refrigerant chamber by deleting the lower portion of the support column provided in the extruded material and joining the closing member to the lower end surface of the extruded material. it can. For this reason, since a closure member can be made into a simple shape (for example, a simple flat plate), manufacture of a closure member becomes easy.
(13) The refrigerant tank 3 can be provided with a refrigerant chamber for each heating element, corresponding to the case where a plurality of heating elements are attached. In this case, since each refrigerant chamber communicates with each other, the refrigerant is circulated evenly in the entire refrigerant tank, so that it is possible to prevent a decrease in heat dissipation performance due to the bias of the condensed refrigerant.
[0044]
(14) Since the refrigerant tank has a flat shape, the amount of refrigerant to be used can be reduced. For example, even when a fluorocarbon-based expensive refrigerant is used, the cost can be kept low.
(15) The vapor passage and the condensate passage may be configured by a refrigerant flow control plate arranged in the refrigerant chamber. In this case, in addition to the effect of preventing flooding, the refrigerant flow control plate is arranged in contact with the inner wall surface of the refrigerant chamber, so that improvement of the rigidity of the refrigerant chamber and improvement of the heat radiation performance by increasing the heat radiation area of the refrigerant chamber are expected. it can.
[0045]
(16) By configuring not only the refrigerant tank but also the radiator using the extruded material integrally formed with the refrigerant tank, not only can the cost of the radiator be reduced compared to the conventional device, but also the heat dissipation. Since the assembling process of the container and the refrigerant tank is not necessary, the cost of the entire apparatus can be reduced.
(17) The radiator 4 is formed by bonding a plurality of plate-like members having a bonding portion at the bonding portion, and the bonding portion is formed by bending the plate-like member. Therefore, a radiator can be easily formed.
[0046]
(18) Moreover, the condensed and liquefied refrigerant is lowered to the lower part in the refrigerant passage 42 by the plurality of slits 392. Since the condensate passage 394 in which the condensed and liquefied refrigerant flows can be formed on the lower side in the refrigerant passage 42, and the upper side of the condensate and liquefaction passage can be a gas phase refrigerant passage 393 in which the gas phase refrigerant flows. It is possible to prevent the refrigerant from being easily clogged in the passage 42. As a result, it is possible to prevent a decrease in the minimum channel cross-sectional area, which is the minimum cross-sectional area through which the gas-phase refrigerant can pass through in the gas-phase refrigerant passage 393, and it is possible to prevent a decrease in heat dissipation performance.
[0047]
(Second Embodiment)
FIG. 12 is a top view of the forming plate 40 of the boiling cooling device according to the second embodiment as viewed from above. Description of the same structure as that of the first embodiment will be omitted, and differences will be mainly described.
This embodiment is different from the first embodiment in that the protrusions 401 to 404 made of the rib structure of the forming plate 40 in FIG. 7 are in contact with the opposite protrusions 401 to 404. In this embodiment, there is no contact. In this case, the gap between the protrusions becomes the flow passage 407.
[0048]
Note that the protrusions 401 to 404 do not need to be formed on both of the opposing molding plates 40, and only one of them may be provided. That is, the protrusions 401 to 404 may be provided with flow passages 405 and 406 formed of a gap between the protrusions facing each other or the inner wall of the forming plate (thin plate member).
With the above-described configuration, the refrigerant condensed and liquefied in the refrigerant passage 42 can flow to the outflow side communication passage 45 through the predetermined interval portion without getting over the protrusion 401. In addition, the refrigerant that has directly flowed in from the refrigerant tank 3 can pass through the predetermined interval portion and go to the refrigerant passage 42 without going over the protrusion 402. Therefore, it is possible to prevent the refrigerant from staying in the refrigerant passage and reducing the amount of refrigerant effective for refrigerant circulation. Moreover, since the retention of the refrigerant is suppressed, it is possible to suppress the reduction of the heat radiation area in the refrigerant passage, and as a result, it is possible to prevent the heat radiation characteristics from being deteriorated.
[0049]
In the present embodiment, the positions of the protrusions 401 to 404 do not need to be separated from the bottom surface 425 of the refrigerant passage 42 as in the first embodiment, and contact the bottom surface 425 as shown in FIG. May be.
Further, when the protrusions 401 to 404 made of ribs are formed at opposing positions in the plurality of molded plates 40 to be bonded, the distance between the ribs facing each other from the inner bottom surface 425 of the refrigerant passage 42 is mutually. They may be formed at different positions. The gaps formed by the positional deviation become the flow passages 405, 406, and 407, and the refrigerant flows out to the refrigerant passage 42 and the outflow side communication passage 45 through the flow passages. Therefore, the condensed and liquefied refrigerant can pass through this gap and go to the outflow side communication passage without overcoming the protrusion.
[0050]
In the above-described embodiment, the protruding portion is configured by a rib structure, but may be configured by bonding a protruding member (for example, an aluminum structure) formed separately from the forming plate. Further, the number of protrusions is not limited to four, and it is sufficient that there is at least one on each side with respect to at least the inflow side communication portion 44 side and the outflow side communication portion 45 side.
In FIG. 9, the slits 392 are formed at different positions of the inner fins 391. However, in the present invention, the slits 392 may be formed at substantially the same positions as shown in FIG. Thereby, formation of the slit 392 becomes easy.
[0051]
Further, as shown in FIG. 14, the inner fins 391 may be alternately formed with corrugated members, and the slits 392 may be formed at the shifted portions. 14A is a plan view, FIG. 14B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 14A, and FIG. 14C is a perspective view of FIG.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a boiling cooling device in a first embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II ′ in FIG.
FIG. 3 is a partial cross-sectional view taken along the line II-II ′ in FIG.
4 is a partial cross-sectional view taken along line III-III ′ in FIG.
5A is a side view of a forming plate, and FIG. 5B is a plan view of the forming plate.
6 (a) and 6 (b) are enlarged views of main parts in FIG. 5 (b).
7 is a top view of FIGS. 6 (a) and 6 (b). FIG.
8 is a cross-sectional view taken along line IV-IV ′ in FIG.
9A is an enlarged view of the inner fin in FIG. 8, and FIG. 9B is a side view of FIG.
10A is a view showing another configuration of the inner fin in the first embodiment, and FIG. 10B is a side view of FIG. 10A.
11 is a perspective view of the inner fin shown in FIG. 8. FIG.
FIG. 12 is an enlarged view of a main part of a boiling cooling device according to a second embodiment.
FIG. 13 is a view showing another configuration of the inner fin in the present invention.
14A is a plan view of another configuration of the inner fin according to the present invention, FIG. 14B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 14A, and FIG. 14C is a perspective view of FIG.
FIG. 15 is a reference diagram for explaining a problem;
[Explanation of symbols]
1 Boiling cooler
2 IGBT module
3 Refrigerant tank
4 radiators
6 bolts
7 Extruded material
9 Steam passage
10 Condensate passage
22 End cap
31, 32 Prop section
35 outlet
38 communication path
39 Radiation tube
391 Inner fin (condensation fin)
392 slit
393 Gas-phase refrigerant passage
394 Condensate passage
395 top surface
396, 397 side
398 Bottom
40 Molded plate (thin plate member)
401-404 Protrusion
405-407 passage
41 Small-diameter opening
42 Refrigerant passage
425 Bottom of refrigerant passage
44 Inlet communication section
45 Outlet side communication part
46 One communication room
47 The other communication room
51 Connecting pipe
511 Inflow chamber
512 Outflow chamber
52 Separator
53 Connecting Pipe Inner Fin

Claims

A refrigerant tank that contains therein a refrigerant that is vaporized by receiving heat from the high-temperature medium, and a radiator that is provided in communication with the refrigerant tank and that condenses and liquefies the refrigerant vaporized in the refrigerant tank,
The radiator is provided with an inflow side communication portion disposed on the refrigerant inflow side, an outflow side communication portion disposed on the refrigerant outflow side, substantially horizontal or inclined from the horizontal, and the inflow side. A refrigerant passage communicating the communication part and the outflow side communication part, and a condensing fin provided in the refrigerant passage for condensing and liquefying the vaporized refrigerant;
The refrigerant passage is provided with a protrusion portion for fixing the position of the condensing fin, and the protrusion portion is provided at a position separated from the inner bottom surface of the refrigerant passage by a predetermined distance. Cooling system.

At least the refrigerant passage is configured by bonding a plurality of thin plate members formed by bending and raising the peripheral edge portion at the peripheral edge portion, and the protruding portion is formed inward by a predetermined distance from the peripheral edge portion. The boiling cooling device according to claim 1, wherein the condensing fin is sandwiched between the thin plate members and is locked by the rib.

The ribs are respectively formed at opposed positions in a plurality of thin plate members to be bonded, and each rib is formed at a position where the distance from the inner bottom surface of the refrigerant passage is the same, and the opposed ribs are in contact with each other. The boiling cooling device according to claim 2, wherein the boiling cooling device is provided.

The ribs are formed at opposing positions in a plurality of thin plate members to be bonded together, and the opposing ribs are formed at different positions from the inner bottom surface of the refrigerant passage. The boiling cooling device according to claim 2.

A refrigerant tank that contains therein a refrigerant that is vaporized by receiving heat from the high-temperature medium, and a radiator that is provided in communication with the refrigerant tank and that condenses and liquefies the refrigerant vaporized in the refrigerant tank,
The radiator is provided with an inflow side communication portion disposed on the refrigerant inflow side, an outflow side communication portion disposed on the refrigerant outflow side, substantially horizontal or inclined from the horizontal, and the inflow side. A refrigerant passage communicating the communication part and the outflow side communication part, and a condensing fin provided in the refrigerant passage for condensing and liquefying the vaporized refrigerant;
The refrigerant passage is configured by bonding a plurality of thin plate members formed by bending the peripheral edge portion at the peripheral edge portion, and has a protrusion formed of a rib inside.
The protrusion has a flow passage formed of a gap between the opposite protrusion or the thin plate member inner wall,
The condensing fin is sandwiched between the thin plate members and locked by the protrusions.

6. The boiling cooling apparatus according to claim 1, wherein the condensing fin includes a plurality of slits for lowering the condensed and liquefied refrigerant to a lower portion in the refrigerant passage.

The refrigerant passage has a liquid-phase refrigerant passage formed in a lower portion of the interior through which the condensed and liquefied refrigerant flows, and a gas-phase refrigerant passage formed in an upper portion of the liquid-phase refrigerant passage through which the gas-phase refrigerant flows. The boiling cooling device according to claim 1, wherein the protrusion is provided in the gas-phase refrigerant passage.