JP4222190B2 - 半導体装置用の沸騰冷却装置 - Google Patents
半導体装置用の沸騰冷却装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4222190B2 JP4222190B2 JP2003387384A JP2003387384A JP4222190B2 JP 4222190 B2 JP4222190 B2 JP 4222190B2 JP 2003387384 A JP2003387384 A JP 2003387384A JP 2003387384 A JP2003387384 A JP 2003387384A JP 4222190 B2 JP4222190 B2 JP 4222190B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- condenser
- cooling
- cooling air
- air passage
- wind tunnel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000009835 boiling Methods 0.000 title claims description 26
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 26
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 107
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 27
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims description 7
- 239000003570 air Substances 0.000 description 55
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 5
- 239000003981 vehicle Substances 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- KYKAJFCTULSVSH-UHFFFAOYSA-N chloro(fluoro)methane Chemical compound F[C]Cl KYKAJFCTULSVSH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
次に、前記の電力変換装置に適用した沸騰冷却装置の従来構成を図4〜図6に示す。図4において、1は電力変換装置のコンバータ,インバータ部を構成する主回路素子としてのダイオード,IGBTなどのパワー半導体モジュール、2は沸騰式の単位冷却ユニット、3は冷却空気を通風する風胴である。ここで、冷却ユニット2はフロン,純水などの冷媒(液相)4を減圧封入した密閉圧力容器になるタンク5と、該タンク5の上部側に風冷式の凝縮器6を一体に組み合わせた構成になり、前記タンク5をヒートシンクとしてその底面側にパワー半導体モジュール1を伝熱的に取り付けた上で、凝縮器6は風胴3の中の通風路に配置している。なお、この電力変換装置は全体を外箱で覆い、車両の床下に取り付けて搭載している。
上記沸騰冷却装置の原理は周知の通りであり、パワー半導体モジュール1の発生熱はタンク5に伝熱して該タンク内に封入した冷媒4を沸騰させる。また、冷媒蒸気はタンク5から圧力の低い凝縮器6に移動し、ここで風胴3の中を通風する冷却空気(送風ブロアにより周囲外気を取り込んで風胴3に送風する)と熱交換して凝縮し、再びタンク5に還流する。この蒸発−凝縮サイクルを繰り返すことにより、パワー半導体モジュール1の発生熱が効率よく冷却空気中に熱放散される。
すなわち、車両の床面下に搭載した電力変換装置の沸騰冷却装置に対し、軌道に近い周囲から送風ブローにより取り込んだ外気を風胴3に通風して凝縮器6に流すと、周囲から外気と一緒に巻き込んだ塵埃,ゴミが凝縮器6の入口,冷却風通路6c内に布設した放熱フィン7に蓄積して冷却空気の円滑な通風を妨げる。
この場合に、図4のように各冷却ユニット2の凝縮器6を風胴3内で前後に並べて配置した構成では、特に風下に配置した凝縮器の入口側に多量の塵埃,ゴミが多く蓄勢して冷却風通路の放熱フィン間に目詰まりを引き起こすことが経験的に知見されている。これは風上に配置した凝縮器の冷却風通路出口と風下に配置した凝縮の冷却通路入口との間が隔離していて両者の間に断面が拡大した空間が存在することから、この領域の通風路に流れる冷却空気流に乱流が生じ、これが原因で風下の凝縮器入口部分に塵埃が溜まり易くなる。しかも、この部分に塵埃,ゴミが蓄積した状態になると、凝縮器5を通流する冷却空気流の圧力損失が高まって沸騰冷却装置の能力が低下し、その結果、パワー半導体モジュールの温度が上昇して主回路システムの性能を低下させるおそれがある。
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、複数の冷却ユニットを並置してその凝縮器を前後に並べて風胴内に配置した構成の沸騰冷却装置を対象に、凝縮器の冷却風通路に塵埃,ゴミが蓄積されにくくし、またメンテナンス時には風胴を開放することなく簡単なエアブローだけで各ユニットの凝縮器を一括して清掃できるように改良した半導体装置用の沸騰冷却装置を提供することを目的とする。
前記凝縮器は、前記密閉圧力容器に左右に並べて立設した冷媒蒸気の通路となる複数の冷媒ダクトと、前記各冷媒ダクトの頂部に連ねて設けたヘッダーとで冷媒の凝縮空間を画成するとともに、前記冷媒ダクトの相互間の空間により冷却風通路を形成し、
風上側の凝縮器の前記冷却風通路と風下側の凝縮器の前記冷却風通路とを連通するとともに、
前記冷却風通路に、風上側の凝縮器の前記冷却風通路入口から風下側の前記凝縮器の冷却風通路出口までの間に連なる共通の放熱フィンを布設するものとし、その実施の態様として次記のように構成する。
(2)風上側の凝縮器と風下側の凝縮器との間を離間して配置し、かつ風上側の凝縮器出口と風下側の凝縮器入口との間に跨がって冷却風通路同士の間を補助風胴で連結して、風上側の凝縮器の前記冷却風通路と風下側の凝縮器の前記冷却風通路とを前記補助風洞を介して連通する。
(3)前項において、前後に並ぶ各冷却ユニットの前記密閉圧力容器を一体に連ねて構成する。
すなわち、風胴3内の風上に配置した凝縮器6の入口から風下に配置した凝縮器6の出口までの距離をL1 として、放熱フィン8は前記距離L1 に対応した長さの長尺なアルミ板で作られている。そして、冷却ユニット2の凝縮器6を図示のように前後に突き合わせた状態、双方の凝縮器6の冷却風通路5cを貫通するように多数枚の共通な放熱フィン8が凝縮器6の冷媒ダクト6aの壁面にろう付けして伝熱的に布設されている。
ここで、風胴3内の風上側に配置した凝縮器6の冷却風通路6cと風下側に配置した凝縮器6の冷却風通路6cとの間に跨がって、図3(a) で示すように風胴3と別な補助風胴9を設けて各冷却風通路同士の間を連通させている。さらに、前記の補助風胴9を挟んでその前後に並ぶ凝縮器6の入口端から出口端までの全長距離をL2 として、各凝縮器6の冷却風通路6c同士を連ねて前記距離L2 に対応する長さを有する多数枚の共通な放熱板8を補助風胴9の中を経由して布設した上で、放熱フィン8を凝縮器6の冷媒ダクト6aにろう付けして伝熱的に結合している。
2 沸騰冷却装置の冷却ユニット
3 風胴
4 冷媒
5 密閉容器のタンク
6 凝縮器
6a 冷媒ダクト(冷媒通路)
6b ヘッダー
6c 冷却風通路
8 共通放熱フィン
9 補助風胴
Claims (4)
- 単位冷却ユニットが冷媒を封入した密閉圧力容器の上部に風冷式の凝縮器を設けた構成になり、前記密閉圧力容器に半導体モジュールを伝熱的に取り付けた上で、複数ユニットの各凝縮器が風胴内の導風路に沿って前後に並ぶように配置し、前記風胴に冷却空気を送風して半導体モジュールを冷却するようにした半導体装置用の沸騰冷却装置において、
前記凝縮器は、前記密閉圧力容器に左右に並べて立設した冷媒蒸気の通路となる複数の冷媒ダクトと、前記各冷媒ダクトの頂部に連ねて設けたヘッダーとで冷媒の凝縮空間を画成するとともに、前記冷媒ダクトの相互間の空間により冷却風通路を形成し、
風上側の凝縮器の前記冷却風通路と風下側の凝縮器の前記冷却風通路とを連通するとともに、
前記冷却風通路に、風上側の凝縮器の前記冷却風通路入口から風下側の前記凝縮器の冷却風通路出口までの間に連なる共通の放熱フィンを布設したことを特徴とする半導体装置用の沸騰冷却装置。 - 請求項1に記載の半導体装置用の沸騰冷却装置において、風上側の凝縮器の出口側端面と風下側の凝縮器の入口側端面とを前後に突き合わせて配置して、風上側の凝縮器の前記冷却風通路と風下側の凝縮器の前記冷却風通路とを連通することを特徴とする半導体装置用の沸騰冷却装置。
- 請求項1に記載の半導体装置用の沸騰冷却装置において、風上側の凝縮器と風下側の凝縮器との間を離間して配置し、かつ風上側の凝縮器出口と風下側の凝縮器入口との間に跨がって冷却風通路同士の間を補助風胴で連結して、風上側の凝縮器の前記冷却風通路と風下側の凝縮器の前記冷却風通路とを前記補助風洞を介して連通することを特徴とする半導体装置用の沸騰冷却装置。
- 請求項1ないし3のいずれかに記載の半導体装置用の沸騰冷却装置において、前後に並ぶ各冷却ユニットの前記密閉圧力容器を一体に連ねて構成したことを特徴とする半導体装置用の沸騰冷却装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003387384A JP4222190B2 (ja) | 2003-11-18 | 2003-11-18 | 半導体装置用の沸騰冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003387384A JP4222190B2 (ja) | 2003-11-18 | 2003-11-18 | 半導体装置用の沸騰冷却装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005150489A JP2005150489A (ja) | 2005-06-09 |
JP4222190B2 true JP4222190B2 (ja) | 2009-02-12 |
Family
ID=34694748
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003387384A Expired - Lifetime JP4222190B2 (ja) | 2003-11-18 | 2003-11-18 | 半導体装置用の沸騰冷却装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4222190B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4907251B2 (ja) * | 2006-07-26 | 2012-03-28 | フルタ電機株式会社 | エアブロー装置の放熱機構 |
JP2008286503A (ja) * | 2007-05-21 | 2008-11-27 | Tokyo Univ Of Science | 沸騰冷却方法、沸騰冷却装置および機能製品 |
JP5109645B2 (ja) * | 2007-12-20 | 2012-12-26 | 株式会社デンソー | ナビゲーション装置用冷却装置および温度制御システム |
CN110373512B (zh) * | 2019-08-16 | 2021-03-02 | 中国十七冶集团有限公司 | 一种转炉干法除尘设备组合安装方法 |
CN114788431A (zh) * | 2019-12-02 | 2022-07-22 | 华为技术有限公司 | 用于将热量从热源传递至空气的装置 |
JP7370883B2 (ja) * | 2020-01-31 | 2023-10-30 | 古河電気工業株式会社 | 伝熱部材および伝熱部材を有する冷却装置 |
-
2003
- 2003-11-18 JP JP2003387384A patent/JP4222190B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2005150489A (ja) | 2005-06-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8879259B2 (en) | Cooling system for onboard electrical power converter, and electrical power converter for railway vehicle | |
RU2626041C2 (ru) | Теплообменник для тягового преобразователя | |
RU2524058C2 (ru) | Охлаждающий модуль для охлаждения электронных элементов | |
WO2010074016A1 (ja) | 蓄冷機能付きエバポレータ | |
US5509466A (en) | Condenser with drainage member for reducing the volume of liquid in the reservoir | |
US10865693B2 (en) | Cooling module | |
EP2677261A1 (en) | Two-phase cooling system for electronic components | |
JP5574819B2 (ja) | 蓄冷機能付きエバポレータ | |
WO2006082766A1 (en) | Cooling apparatus of a fuel cell vehicle | |
US20070131397A1 (en) | Coolant radiator for a motor vehicle | |
JP3608272B2 (ja) | 沸騰冷却装置およびその製造方法 | |
JP4222190B2 (ja) | 半導体装置用の沸騰冷却装置 | |
WO2014177102A2 (zh) | 封闭式电子平台的热控制系统 | |
WO2020126547A1 (en) | An arrangement for cooling power semiconductor devices of a converter | |
JP2001260877A (ja) | 鉄道車両用電力変換装置 | |
JP5754917B2 (ja) | 車両輸送用冷凍ユニット | |
JP6578169B2 (ja) | 蓄冷機能付きエバポレータ | |
JP3924674B2 (ja) | 発熱素子用沸騰冷却器 | |
JPWO2003023307A1 (ja) | ヒートシンク、該ヒートシンク付き制御装置、該装置を備えた工作機械 | |
JPH0692226A (ja) | 車両用制御装置 | |
JP5501494B2 (ja) | 蓄冷機能付きエバポレータ | |
JP3501911B2 (ja) | 沸騰冷却装置 | |
WO2019049405A1 (ja) | 鉄道車両の電力変換装置および電力変換装置を搭載した鉄道車両 | |
JP2007244130A (ja) | 電力変換装置 | |
JP3608286B2 (ja) | 沸騰冷却装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060315 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20060703 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20060704 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080710 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080715 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080910 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20081028 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20081110 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 4222190 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111128 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111128 Year of fee payment: 3 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111128 Year of fee payment: 3 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121128 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131128 Year of fee payment: 5 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |