JPH0387050A - 電気絶縁型ヒートパイプ式半導体冷却器 - Google Patents

電気絶縁型ヒートパイプ式半導体冷却器

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JPH0387050A
JPH0387050A JP14869690A JP14869690A JPH0387050A JP H0387050 A JPH0387050 A JP H0387050A JP 14869690 A JP14869690 A JP 14869690A JP 14869690 A JP14869690 A JP 14869690A JP H0387050 A JPH0387050 A JP H0387050A
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JP14869690A
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Takashi Murase
孝志 村瀬
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Furukawa Electric Co Ltd
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Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、サイリスク等の電力半導体の冷却に用いられ
る高性能で電気的に安全な水冷による電気絶縁型ヒート
パイプ式半導体冷却器に関するものである。
(従来の技術) 電力半導体の冷却に用いられる半導体用ヒートパイプは
、ヒートパイプの一端にフィンを取付けて放熱部とし、
別の端部に半導体取付用金属ブロックを装着して吸熱部
とし、その中間において管同志を絶縁筒で接続したもの
である(特開昭62−293654)、このヒートパイ
プによれば、半導体の発生熱は吸熱部において金属ブロ
ックを介してヒートパイプに伝達され、ヒートパイプ効
果により放熱部のフィンに伝わり、自然対流またはファ
ンなどの強制対流により放熱する。
しかしながら近年の半導体の高密度化および大容量化に
伴い、冷却効率のさらに良い半導体用の冷却器の開発が
求められている。
一方、単に半導体を直接冷却するためのものとして通常
の水冷式冷却器がある。この水冷式冷却器は、例えば第
7図の斜視図に示される。この冷却器は、半導体が取り
付けられた。伝導性の良い金属ブロック(49)内に冷
却水を通すノズル(50)を設け、ノズル(51)から
ノズル(50)を通してノズル(52)へと冷却水を流
すことで半導体(53〉の発生熱を冷却するものである
。しかしこの水冷式冷却器は、冷却効率が低く、近年の
要求冷却水準に到底達しない。
そこで冷却能力をさらに向上させるには、連通孔を長く
する必要がある。そのための改良として第8図のように
金属ブロック(54)内に設けられたノズル(55)に
複数の蛇行部を形成する方法がある。なお、図中(56
)及び(57)はノズル、(58)は半導体である。
(発明が解決しようとする課題) しかし、この蛇行連通孔を形成する加工をブロック内部
に施すことは、構造が複雑なため工数を要し、高価なも
のになる。またこの改良によっても冷却効率に限度があ
り、半導体の高密度化、大容量化に対応できないばかり
でなく、特に電気絶縁が難しいという問題があった。
本発明は、上記の問題について検討の結果なされたもの
で、その目的とするところは、冷却効率が良く、かつ完
全な電気絶縁性を有する水冷式の電気絶縁型ヒートパイ
プ式半導体冷却器を提供することにある。
(課題を解決するための手段) すなわち本発明は中間部に電気的絶縁筒を設けて、ヒー
トパイプを吸熱域と放熱域に分け、吸熱域には半導体取
付用金属ブロックを装着し、放熱域には水冷構造を設け
たことを特徴とする電気絶縁型ヒートパイプ式半導体冷
却器を提供するものである。
すなわち本発明は、絶縁筒より電気的に絶縁したヒート
パイプの放熱部としての金属管(以下第一の金属管とい
う)に耐食性のよい、銅、ステンレス、合成樹脂などの
水冷ジャケットなどの水冷構造を設け、ヒートパイプに
伝達された半導体の発生熱を効率よく冷却できるように
したものである。しかして上述のような第一の金属管と
吸熱域の金属管(以下第二の金属管という)の中間には
、アルミナなどのセラミック性電気絶縁性の絶縁筒をも
って連結し、また作動液には同じく電気絶縁性のフロロ
カーボンなどの液を使用しているので半導体の電位が第
一の金属管に及ぶことがなく、しかもヒートパイプを直
接水と接触させて冷却することができるので、冷却効率
が向上するものである。
上記の第一の金属管のおよび第二の金属管の材質として
は、銅、アルミニウムおよびステンレス鋼などが使用で
き、それぞれの金属管の内部にはグループ加工もしくは
クロスグループ加工が施された管を使用すると沸騰およ
び凝縮作用により、吸熱および放熱効果が向上するので
好ましい、また第一の金属管と第二の金属管の管径又は
形状を異なるものを使用して、吸熱或は放熱の効果を調
整することも可能である。水冷構造を形成する材質とし
ては、銅、銅合金、アルミニウム、ステンレス鋼などの
耐食性の金属及び合成樹脂が適用される。そして水冷ジ
ャケットの内部は冷却効果を均一にするために適切な邪
魔板を設けると良い。
ヒートパイプの本数は特に制限はないが、好ましくは2
〜10本、より好ましくは2〜8本である。これは要求
される冷却能力に応じて、縦及び横方向に複数列もしく
は行に並べて組立ててもよい。
(実施例) 次に本発明を図示の実施例に従って説明する。
第1図及び第2図はそれぞれ本発明による電気絶縁型ヒ
ートパイプ冷却器の1実施例の正面図及び側面図であり
鋼管(例えば外径22.23mm)からなる一方が開口
した第一の金属管(1)、(1)及び同様に一方が開口
した第二の金属管(2)、(2)の開口部同志を対向さ
せるようにしアルミナ製絶縁筒(3)、(3)を介して
それぞれ連結し、その内部にはフロロカーボン系絶縁性
作動液4.4を一定量封入して、ヒートパイプ(5)、
(5)が形成される。これらのヒートパイプの第二金属
管(2)、(2)は銅製の金属ブロック(6)内に装着
されており、このブロック外面にはサイリスタ等の半導
体(7)がクランプ手段により挟持されて取付けられて
おり、こうして吸熱部(8)を形成する。
一方ヒートバイプ(5)、(5)の第一金属管(1)、
(1〉はステンレス製の例えば肉厚1.0mmの水冷ジ
ャケット(9)内に上端が突出するように挿入されてい
る。水冷ジャケット(9)内の金属管(1)及び(1)
の間には邪魔板(10)が設けられている。また水冷ジ
ャケット正面左隅部には水を送り込むためのノズル(1
1)、裏面右隅部には水を取り出すためのノズル(12
)が設けられており、こうして冷却部(13)が形成さ
れる。
上記の冷却器において、半導体(7)の発生熱は金属ブ
ロック(6)を介して第二金属管(2)、(2)に伝達
されこれらに収容された作動液(4)、(4)の蒸発に
より第一金属管(1)、(1)へと熱輸送されるが、こ
こで上部金属管(1)、(1)は水冷ジャケット(9)
内でノズル(11)よりノズル(12)へ流される水に
より直接冷却されて効率よく冷却される。
この水は邪魔板(10)により流れを調整される。
ここでヒートパイプ(5)、(5)の中間部には絶縁筒
(3)、(3)が設けられているので第一金属管は第二
金属管から電気的に絶縁されており作動液として特別の
イオン交換水等を用いる必要がなく通常の水を用いるこ
とができる。さらに任意にヒートパイプの面積を拡大す
ることができ冷却面積を増大することができる。
本発明において、冷却部13の構造は種々の態様に変更
できる。これを以下に説明する。
第3図は本発明の他の実施例の冷却部13を示す正面図
である。図中(14)、(14)及び(14)は第一金
属管であり、(3)、(3)及び(3)は絶縁筒である
。第一金属管はそれぞれ上端部が露出するように水冷ジ
ャケット(15)に挿入されている。この水冷ジャケッ
ト(15)の正面左下部には水を送り込むためのノズル
(16)、裏面右上部には水を取り出すためのノズル(
17)が設けられている。また水冷ジャケット(15)
内の左方の2つの第一金属管(14)、(14)の間に
はジャケット底面から上部に邪魔板(18)が右方の2
つの金属管(14)、(14)の間にはジャケット内上
面から下部へ邪魔板(19)がそれぞれ設けられている
以上のように本例では第1図及び第2図の例のものにヒ
ートパイプを1本追加した構成とすることにより、邪魔
板もそれに伴ない1つ増加させた構造となっており、そ
の他の点においては同様である。
第4図は本発明のさらに他の実施例を示す正面図である
。この例では第一金属管(20)、(20)及び(20
)を水冷ジャケット(21)内に上端が突出しないよう
に挿入し絶縁部にひびのない絶縁筒(22)、(22)
及び(22)を用いている。上記の点以外は、第1図の
例と同様である0図中(23)、(23)及び(23)
は第二金属管であり、3本のヒートパイプ(24)、(
24)及び(24)が形成されている。これらの中には
作動液(25)、(25)及び(25)がそれぞれ収容
されている。また(26)は金属ブロック、(27)は
この外面に設けられた半導体である。また(28)及び
(29)はジャケットに設けられたノズル、(30)及
び(31H1邪魔板である。
さらに第5図(a)、(b)は本発明の他の実施例の電
気絶縁型ヒートパイプ式半導体冷却器の冷却部13を示
す正面図及びその一部拡大図である。本例ではヒートパ
イプを4本としている。
図中(32)、(32)、(32)及び(32)は第一
金属管であり、これらは冷却ジャケット(33)に挿入
され、その上端部をジャケット上面から突出させてあり
、これら突出部は保護キャップ(34)、(34)、(
34)及び(34)を有する。(3)、(3)、(3)
及び(3)は絶縁筒である。金属管の外周には第5図(
b)に示すようにそれぞれ表面積拡大のための例えばロ
ーフイン(35)、(35)、(35)及び(35)が
設けられており水との対流効率の向上を図っている。冷
却ジャケット(33)の側壁は横に伸びる邪魔板(36
)、(37)及び(38〉を有する。
また水冷ジャケット正面下部には水の送り込みのための
ノズル(39)が裏面上部には水°取り出し用のノズル
(40)がそれぞれ設けられている。その他の点は前記
第1図の実施例と同様である。
またさらに第6図は本発明の他の実施例の電気絶縁型ヒ
ートパイプ冷却器の冷却部を示す正面図である。図中(
41)、(41)及び(41)は第一金属管であり、(
3)、(3)及び(3)はその一端に連結された絶縁筒
である。これら第一金属管はそれぞれ水冷用筒(42)
、(42)、及び(42)に挿入されている。左側の水
冷用筒(42)上部右側と中央部水冷用筒(42)下部
左側は連絡ノズル(43)で連結されこの中央部水冷用
筒(42)上部右側と右側水冷用筒(42)下部左側は
ノズル(44)により連結されている。
また左の水冷用筒(42)下部左側壁には水を送り込む
ノズル(45)が、右の水冷用筒(42)上部右側壁に
は水を取り出すノズル(46)が設けられている。その
他の点は第1図の例と同様である。
この実施例によれば、工場で予め水冷シリンダーを含有
する金属管を作成しておき、使用する場所で各部分を合
わせて組立てるようにすることができる。
なお、上記以外に種々の変更が可能であり、例えば第6
図の水冷ジャケットに代えて水冷偏平バイブを金属管の
周りに螺旋状に巻いてもよい。
(発明の効果) 本発明によれば半導体の冷却が効率よく、かつ電気的に
安全に行なうことができるもので工業上顕著な効果を奏
するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係る電気絶縁型ヒートパイ
プ式半導体冷却器の正面図、第2図は第1図の側面図、
第3図及び第5図(a)は本発明の他の実施例に係る水
冷ジャケットの正面図、第4図及び第6図は本発明の他
の実施例に係る電気絶縁型ヒートパイプ式半導体冷却器
の正面図、第5図(b)は第5図(a)の一部拡大図、
第7図及び第8図は従来の半導体冷却器の斜視図である

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)中間部に電気絶縁筒を設けて、ヒートパイプを吸
    熱域と放熱域に分け、吸熱域には半導体取付用金属ブロ
    ックを装着し、放熱域には水冷構造を設けたことを特徴
    とする電気絶縁型ヒートパイプ式半導体冷却器。
  2. (2)ヒートパイプが複数本の金属管であることを特徴
    とする請求項(1)記載の電気絶縁型ヒートパイプ式半
    導体冷却器。
  3. (3)水冷構造が水冷ジャケットであることを特徴とす
    る請求項(1)記載の電気絶縁型ヒートパイプ式半導体
    冷却器。
  4. (4)水冷構造が、2本以上の金属管ヒートパイプの放
    熱域を一緒に内部に貫挿した状態で装着された水冷ジャ
    ケットであることを特徴とする請求項(1)記載の電気
    絶縁型ヒートパイプ式半導体冷却器。
  5. (5)水冷ジャケットが、各金属管毎に水流を蛇行させ
    る邪魔板を有することを特徴とする請求項(4)記載の
    電気絶縁型ヒートパイプ式半導体冷却器。
  6. (6)電気絶縁型ヒートパイプのそれぞれに水冷手段を
    装着してなることを特徴とする請求項(1)記載の電気
    絶縁型ヒートパイプ式半導体冷却器。
JP14869690A 1989-06-08 1990-06-08 電気絶縁型ヒートパイプ式半導体冷却器 Pending JPH0387050A (ja)

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JP1-145769 1989-06-08
JP14576989 1989-06-08

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EP0401743A1 (en) 1990-12-12
DE69031883D1 (de) 1998-02-12
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EP0401743B1 (en) 1998-01-07

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