JPH05190714A - Semiconductor cooler and its assembling method - Google Patents

Semiconductor cooler and its assembling method

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JPH05190714A
JPH05190714A JP169192A JP169192A JPH05190714A JP H05190714 A JPH05190714 A JP H05190714A JP 169192 A JP169192 A JP 169192A JP 169192 A JP169192 A JP 169192A JP H05190714 A JPH05190714 A JP H05190714A
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cooling
semiconductor
container
pipe
cooling container
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平吉 桑原
Kenji Takahashi
研二 高橋
Tadakatsu Nakajima
忠克 中島
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Hitachi Ltd
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Abstract

PURPOSE:To improve the cooling capacity by improving the gas/liquid of a refrigerant and making it easy for liquid to return into a cooling vessel. CONSTITUTION:Semiconductor elements 1 and cooling vessels 2 are stacked alternately, and cooling liquid is filed up in a cooling vessel 1, and they are cooled by the boiling of it. The cooling vessel communicates with a condenser by a communication pipe 4, and the produced cooling gas is liquefied in the condenser 3, and returns to the cooling vessel. A steam chamber 18 is provided above the cooling vessel, and the cooling element 16 is made rectangular, and the inner tube of the communication pipe is inserted into the chimney 17 at the position far from the communication pipe, and the inner tube is arranged aslant.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体冷却装置及びその
組立て方法に係り、特に冷却装置内に冷媒液を封入し
て、その沸騰現象によって素子を冷却する半導体冷却装
置及びその組立て方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor cooling device and a method for assembling the same, and more particularly to a semiconductor cooling device and a method for assembling the same in which a cooling liquid is enclosed in a cooling device to cool an element by its boiling phenomenon.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の半導体素子を冷却する装置の一例
は、例えば特公昭61−26226号公報に記されてい
るように、冷却装置と半導体素子がスタック状に積層さ
れ、それが沸騰する液体が封入された容器内に配置され
ている。沸騰した冷媒ガスを凝縮させるための装置は、
上記公知例のように容器外側に付いている場合、あるい
は特公昭61−38865号公報に記されているよう
に、沸騰部の容器と凝縮器が連絡管で連絡されている場
合とがある。
2. Description of the Related Art An example of a conventional apparatus for cooling a semiconductor element is a liquid in which a cooling apparatus and semiconductor elements are stacked in a stack and the same is boiled as described in Japanese Patent Publication No. 61-22626. Is placed in a container in which is enclosed. The device for condensing the boiling refrigerant gas is
It may be attached to the outside of the container as in the above-mentioned known example, or as described in JP-B-61-38865, the container of the boiling portion and the condenser may be connected by a connecting pipe.

【0003】一方、実公昭61−30294号公報、実
公昭61−30295号公報、あるいは実公昭61−2
0778号公報、特公昭61−37793号公報等に記
されているように、半導体素子と、冷却フィンをその内
壁に有し冷媒液を封入した容器とがスタック状に積層さ
れ、それぞれの容器が凝縮器と連絡されている。上記4
つの公知例では、凝縮器はひとつであるが、特公昭63
−61780号公報、特公昭63−38864号公報に
記されている例では、凝縮器と冷却容器とは一対一の対
応になっている。後者の公知例のように、半導体素子と
沸騰部容器とを別々に構成した方が、半導体素子のメン
テナンスが楽になるなどというメリットがある。
On the other hand, Japanese Utility Model Publication No. 61-30294, Japanese Utility Model Publication No. 61-30295, or Japanese Utility Model Publication No. 61-2.
As described in Japanese Patent Publication No. 0778, Japanese Patent Publication No. 61-37793, etc., a semiconductor element and a container having a cooling fin on its inner wall and containing a coolant liquid are stacked in a stack, and each container is Communicated with the condenser. 4 above
In one known example, there is one condenser,
In the examples disclosed in Japanese Patent Publication No. 61780 and Japanese Patent Publication No. 63-38864, the condenser and the cooling container have a one-to-one correspondence. As in the latter known example, when the semiconductor element and the boiling portion container are separately configured, there is an advantage that the maintenance of the semiconductor element becomes easier.

【0004】図16に従来の大容量半導体素子の沸騰冷
却装置の代表例を示す。半導体素子1が複数個積層さ
れ、その間に冷却容器2がスタック状に積層され、複数
個の半導体素子1と冷却容器2が圧接されている。冷却
容器2は、凝縮器3と連絡管4を介して連絡されてい
る。凝縮器3は、伝熱管5と冷却フィン6、及び左右の
ヘッダ7、8により構成されている。連絡管4は2重管
になっており、外管9は、冷却容器2の上側と凝縮器3
のヘッダ7とを連絡する。内管10は、一方端はヘッダ
7内にまで挿入され、他方の端部は、冷却容器2の底部
近くまで挿入されている。冷却容器2の内壁には沸騰伝
熱に適した伝熱面が挿入されている。沸騰する冷媒液1
1が、冷却容器2内に封入されている。
FIG. 16 shows a typical example of a conventional boiling cooling apparatus for a large-capacity semiconductor element. A plurality of semiconductor elements 1 are stacked, a cooling container 2 is stacked between them, and the plurality of semiconductor elements 1 and the cooling container 2 are pressed against each other. The cooling container 2 is connected to the condenser 3 via a connecting pipe 4. The condenser 3 includes a heat transfer tube 5, a cooling fin 6, and left and right headers 7 and 8. The connecting pipe 4 is a double pipe, and the outer pipe 9 is the upper side of the cooling container 2 and the condenser 3
Please contact with the header 7 of. The inner tube 10 has one end inserted into the header 7 and the other end inserted near the bottom of the cooling container 2. A heat transfer surface suitable for boiling heat transfer is inserted into the inner wall of the cooling container 2. Boiling refrigerant liquid 1
1 is enclosed in a cooling container 2.

【0005】半導体素子1が作動して発熱を開始する
と、熱は冷却容器2側へ伝わり、冷媒液11が沸騰を始
める。生成された気泡は、冷却容器2内を上昇し、連絡
管4の内管10と外管9の間を流れて凝縮器5側へ移動
する。凝縮器5では、この気泡は凝縮、液化する。液化
された冷媒液12は、最下部方向の伝熱管5内を流れ
て、ヘッダ7へ戻り、内管10内を通って、再び冷却容
器2の底部側へ導かれる。
When the semiconductor element 1 is activated and begins to generate heat, the heat is transmitted to the cooling container 2 side, and the refrigerant liquid 11 starts to boil. The generated bubbles rise in the cooling container 2, flow between the inner pipe 10 and the outer pipe 9 of the communication pipe 4, and move to the condenser 5 side. In the condenser 5, the bubbles are condensed and liquefied. The liquefied refrigerant liquid 12 flows through the heat transfer pipe 5 in the lowermost direction, returns to the header 7, passes through the inside of the inner pipe 10, and is again guided to the bottom side of the cooling container 2.

【0006】このようにして、半導体素子1で発熱した
熱を、冷媒液11の沸騰によって凝縮器3側へ運び、最
終的には、凝縮器3に取り付けられた冷却フィン6の間
を流れる冷却空気(ファンを取り付けて強制的に空気を
流す場合と、ファンを取り付けずに空気が自然循環する
場合とがある)側へ伝熱され、半導体素子1を作動時に
所定の温度(例えば100℃)以下におさえるものであ
る。
In this way, the heat generated in the semiconductor element 1 is carried to the condenser 3 side by the boiling of the refrigerant liquid 11, and finally flows between the cooling fins 6 attached to the condenser 3. Heat is transferred to the side of the air (there may be the case where a fan is attached to force the air to flow or the case where the air is naturally circulated without a fan), and the semiconductor element 1 is operated at a predetermined temperature (for example, 100 ° C.). It is as follows.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】電力用半導体素子で
は、騒音の低減を図るため、あるいはコンピュータなど
のLSI素子では演算速度の向上を図るため、半導体素
子への電気入力が増大する傾向がある。そのため素子の
発熱量が増加する。この対策として、半導体冷却装置の
冷却効率向上を図る必要がある。
In the power semiconductor element, the electric input to the semiconductor element tends to increase in order to reduce noise or in an LSI element such as a computer to improve the operation speed. Therefore, the amount of heat generated by the element increases. As a countermeasure, it is necessary to improve the cooling efficiency of the semiconductor cooling device.

【0008】本発明は、冷媒液の沸騰によって熱を伝え
るわけであるが、沸騰すべき冷媒液が凝縮器3側から冷
却容器2側へ戻らないと、伝熱性能が低下してしまう。
冷媒液が戻る原理は次の通りである。つまり、ヘッダ7
内にたまる冷媒液のヘッド13と、気泡が冷却容器2か
ら凝縮器3へ流れる流動抵抗とがバランスするわけであ
るから、この流動抵抗が大きすぎると、冷媒液が戻りに
くくなる。又、沸騰性能の向上を図るためには、伝熱面
の面積を大きくしなければならない。更に、冷却容器内
の沸騰伝熱面を、冷媒気泡の流動抵抗が小さくなる構造
としなければならない。このためには、蒸気管14を大
きくすればよいわけであるが、むやみに大きくすればよ
いというものではなく、冷却容器2の幅寸法に制限があ
るため、冷却性能が大幅に低下しない範囲で最適な寸法
にしなければならない。
In the present invention, heat is transferred by boiling of the refrigerant liquid, but if the refrigerant liquid to be boiled does not return from the condenser 3 side to the cooling container 2 side, the heat transfer performance will deteriorate.
The principle of returning the refrigerant liquid is as follows. That is, header 7
Since the head 13 of the refrigerant liquid accumulated inside and the flow resistance of the bubbles flowing from the cooling container 2 to the condenser 3 are balanced, if the flow resistance is too large, it becomes difficult for the refrigerant liquid to return. Moreover, in order to improve the boiling performance, the area of the heat transfer surface must be increased. Furthermore, the boiling heat transfer surface in the cooling container must be structured to reduce the flow resistance of the refrigerant bubbles. For this purpose, it is sufficient to make the steam pipe 14 large, but it is not necessary to make it large unnecessarily, and since the width dimension of the cooling container 2 is limited, the cooling performance is not significantly deteriorated. Must have optimal dimensions.

【0009】一方、内管10についても、外径を大きく
して液流動の圧力損失を小さくすれば、液戻りが良くな
るわけであるが、これについてもむやみに大きくできな
い。内管のみを大きくすると、蒸気管14と内管10と
の間で構成される蒸気通路部面積が狭くなってしまう。
内管10の大きさも最適な値に設定する必要がある。更
に、内管10を通って冷却容器2側へ液が戻るわけであ
るが、冷却容器内の液が不足しやすいところへ、内管1
0の冷却容器側端を配置しないと、冷媒液が蒸発部の全
域に均等に導かれないので、伝熱性能が低下する。
On the other hand, with respect to the inner pipe 10 as well, if the outer diameter is increased to reduce the pressure loss of the liquid flow, the liquid return can be improved, but this too cannot be increased unnecessarily. If only the inner pipe is enlarged, the area of the steam passage portion formed between the steam pipe 14 and the inner pipe 10 becomes narrow.
The size of the inner pipe 10 also needs to be set to an optimum value. Furthermore, although the liquid returns to the cooling container 2 side through the inner pipe 10, the inner pipe 1
If the end of the cooling container on the side of 0 is not arranged, the refrigerant liquid is not evenly guided to the entire area of the evaporation portion, so that the heat transfer performance deteriorates.

【0010】本発明の目的は、上記問題点に鑑みなされ
たもので、冷媒液の流れを良好にして冷却容器内へ冷媒
液が十分に供給され、冷媒ガスの流動断面積を大きくす
るとともに気液流動抵抗を最小にして伝熱促進を図り、
装置全体を小型化して冷却性能の向上した半導体冷却装
置を提供することである。
The object of the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, in which the flow of the refrigerant liquid is improved and the refrigerant liquid is sufficiently supplied into the cooling container to increase the flow cross-sectional area of the refrigerant gas. The liquid flow resistance is minimized to promote heat transfer,
An object of the present invention is to provide a semiconductor cooling device having a reduced size as a whole and improved cooling performance.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、半導体素子に積層された冷却容器と凝縮器
とが連絡管によって連絡され、該冷却容器内部に冷却素
子を配置して冷媒液を封入し、該冷媒液の沸騰によって
前記半導体素子を冷却する半導体冷却装置において、前
記冷却容器の上方部に蒸気室を設けたことを特徴とする
ものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a cooling vessel laminated on a semiconductor device and a condenser connected by a connecting pipe, and the cooling element is arranged inside the cooling vessel. In a semiconductor cooling device in which a coolant liquid is sealed and the semiconductor element is cooled by boiling of the coolant liquid, a vapor chamber is provided above the cooling container.

【0012】また、半導体素子に積層された冷却容器と
凝縮器とが連絡管によって連絡され、該冷却容器内部に
冷却素子を配置して冷媒液を封入し、該冷媒液の沸騰に
よって前記半導体素子を冷却する半導体冷却装置におい
て、前記冷却容器の上方部に蒸気室を設けるとともに、
該冷却容器と前記半導体素子とがそれぞれ複数個積層さ
れ、該冷却容器と前記凝縮器との間に蒸気分離管を配置
し、該蒸気分離管と該冷却容器とが内管と外管とから成
る2重管構造の連絡管で連絡され、かつ該蒸気分離管と
前記凝縮器とが蒸気通路管と液通路管とによって連絡さ
れていることを特徴とするものである。
Further, the cooling container laminated on the semiconductor element and the condenser are connected to each other by a connecting pipe, the cooling element is arranged inside the cooling container to fill the refrigerant liquid, and the semiconductor element is boiled by boiling the refrigerant liquid. In a semiconductor cooling device that cools, a steam chamber is provided above the cooling container,
A plurality of the cooling vessels and the semiconductor elements are laminated, and a vapor separation tube is arranged between the cooling vessel and the condenser, and the vapor separation tube and the cooling vessel are composed of an inner tube and an outer tube. It is characterized in that they are connected by a connecting pipe having a double pipe structure, and that the vapor separation pipe and the condenser are connected by a vapor passage pipe and a liquid passage pipe.

【0013】また、半導体素子に積層された冷却容器と
凝縮器とが連絡管によって連絡され、該冷却容器内部に
冷却素子を配置して冷媒液を封入し、該冷媒液の沸騰に
よって前記半導体素子を冷却する半導体冷却装置の組立
て方法において、前記冷却容器の上方部に蒸気室を設
け、かつ前記冷却容器内に挿入される冷却素子をチムニ
列から構成される構造とし、該冷却素子の断面形状を矩
形状とするとともに、前記冷却容器に開口を2つ設け、
一方の開口から前記冷却素子を挿入し、他方の開口側へ
該冷却素子を突き出して開口部を溶接し、チムニ列を冷
却容器内に並べられるようにしたことを特徴とするもの
である。
Further, the cooling container laminated on the semiconductor element and the condenser are connected to each other by a connecting pipe, the cooling element is arranged inside the cooling container to enclose the refrigerant liquid, and the semiconductor element is caused by boiling of the refrigerant liquid. In a method for assembling a semiconductor cooling device for cooling a cooling container, a steam chamber is provided above the cooling container, and a cooling element to be inserted into the cooling container is constituted by a chimney row, and a cross-sectional shape of the cooling element. With a rectangular shape, the cooling container is provided with two openings,
The cooling element is inserted from one opening, the cooling element is projected to the other opening side and the opening is welded, so that the chimney row can be arranged in the cooling container.

【0014】[0014]

【作用】上記の構成によれば、冷却容器内の冷媒液及び
冷媒ガスの流動し、液戻り管内を通って冷媒液が冷却容
器内へ戻るとき、冷却容器内に、ある一定の冷媒液が保
持されて、伝熱面において沸騰する場合、発生気泡の上
昇に伴って、冷媒液が上に運ばれる。そして、蒸気泡は
内管側へ流れるため、冷媒液も内管側へ導かれる傾向に
ある。したがって、冷却容器の上方部が狭くて、沸騰伝
熱面の上側に冷媒が占める体積部が少ないと、冷却容器
内上方においては、蒸気管が取り付けてある側には冷媒
液が多くあるが、その反対側には冷媒液が少なくなる。
この場合、冷却容器内に蒸気室を設けると、冷媒液が急
に内管側へ曲げられることがなく、内管が取り付けられ
る側と反対側にも冷媒液が導かれやすくなる。
According to the above construction, when the refrigerant liquid and the refrigerant gas in the cooling container flow and the refrigerant liquid returns to the inside of the cooling container through the liquid return pipe, a certain amount of the refrigerant liquid remains in the cooling container. When held and boiling on the heat transfer surface, the refrigerant liquid is carried upward as the generated bubbles rise. Then, since the vapor bubbles flow to the inner pipe side, the refrigerant liquid also tends to be guided to the inner pipe side. Therefore, when the upper part of the cooling container is narrow, and the volume part occupied by the refrigerant on the upper side of the boiling heat transfer surface is small, in the upper part of the cooling container, there is much refrigerant liquid on the side where the steam pipe is attached, On the opposite side, there is less refrigerant liquid.
In this case, when the vapor chamber is provided in the cooling container, the refrigerant liquid is not suddenly bent to the inner pipe side, and the refrigerant liquid is easily guided to the side opposite to the side to which the inner pipe is attached.

【0015】一方、液戻り管の冷却容器側端を液戻り管
から遠ざかる方向に取り付けると、液戻り管側に冷媒液
が多くなるため内管が取り付けられる側と反対側にも冷
媒液が導かれやすくなる。
On the other hand, when the end of the liquid return pipe on the side of the cooling container is installed in a direction away from the liquid return pipe, the amount of refrigerant liquid increases on the liquid return pipe side, so that the refrigerant liquid is introduced to the side opposite to the side on which the inner pipe is attached. It becomes easy to be hurt.

【0016】又、内管及び蒸気管が狭すぎると、それぞ
れ流動抵抗が大きくなるため、内管側の冷媒液、及び蒸
気管側の気液2相流が流れにくくなる。結果として、冷
却容器側に冷媒液が戻りにくくなるが、内管及び蒸気管
の大きさを最適な値にすることにより、管径を無理やり
に大きくさせずに、冷媒液の冷却容器側への戻りを容易
にすることができる。
Further, if the inner pipe and the steam pipe are too narrow, the flow resistance increases respectively, so that the refrigerant liquid on the inner pipe side and the gas-liquid two-phase flow on the steam pipe side hardly flow. As a result, it becomes difficult for the refrigerant liquid to return to the cooling container side, but by optimizing the sizes of the inner pipe and the steam pipe, without forcibly increasing the pipe diameter, the refrigerant liquid to the cooling container side The return can be facilitated.

【0017】沸騰熱伝達においても、一般の伝熱現象と
同様に、伝熱面積が増加するほど伝熱量は増加する。し
たがって、矩形状の冷却容器内に沸騰伝熱面を設ける場
合には、伝熱面積も矩形状にして無駄な領域を減らし、
有効にスペースを使う。伝熱面構造として、チムニ構造
を使用する場合にはチムニ内の壁面で沸騰した冷媒ガス
が、チムニ内を上昇するため、冷媒液が上部側へ運ばれ
る。したがって、矩形状伝熱面ではチムニ長さが等しく
なるため、伝熱面上方側へは冷媒液が均等に持ち運ばれ
る。
Also in boiling heat transfer, the heat transfer amount increases as the heat transfer area increases, similar to the general heat transfer phenomenon. Therefore, when the boiling heat transfer surface is provided in the rectangular cooling container, the heat transfer area is also made rectangular and the useless area is reduced,
Use space effectively. When the chimney structure is used as the heat transfer surface structure, the refrigerant gas boiling on the wall surface inside the chimney rises inside the chimney, so that the refrigerant liquid is carried to the upper side. Therefore, since the chimney lengths are equal on the rectangular heat transfer surface, the refrigerant liquid is uniformly carried to the upper side of the heat transfer surface.

【0018】[0018]

【実施例】以下、本発明のいくつかの実施例を、図面を
参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Some embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0019】図1に本発明の一実施例を示す。半導体素
子1と、冷媒液11(本実施例ではパーフロロカーボン
液を使用)を中に封入した冷却容器2とが交互に積層さ
れている。半導体素子1の両面及び冷却容器の両面は平
滑に仕上げられており、図1には示してないが、交互に
積層された両端側(矢印15の方向)から相当の力で押
えられて、半導体素子1と冷却容器2とが密着してい
る。冷却容器2は直方体の形状をしており、内部には冷
却素子16が配置されている。冷却素子16も直方体の
形状をしており、冷却素子16の加圧されている矢印1
5の方向の2面は冷却容器2と一体、もしくは半田、溶
接などで接合された構造となっている。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. The semiconductor element 1 and the cooling container 2 in which the refrigerant liquid 11 (perfluorocarbon liquid is used in this embodiment) is enclosed are alternately laminated. Both sides of the semiconductor element 1 and both sides of the cooling container are finished to be smooth, and although not shown in FIG. 1, the semiconductor elements 1 are pressed by a considerable force from both ends (in the direction of arrow 15) that are alternately stacked, The element 1 and the cooling container 2 are in close contact with each other. The cooling container 2 has a rectangular parallelepiped shape, and a cooling element 16 is arranged inside. The cooling element 16 also has the shape of a rectangular parallelepiped, and the arrow 1 under pressure of the cooling element 16
Two surfaces in the direction of 5 are integrated with the cooling container 2 or joined by soldering, welding, or the like.

【0020】冷却素子16は、図2に示すように、断面
が矩形状をしたチムニ17を垂直方向に何本か並べた構
造である。各チムニ17は冷却素子16の上下方向に開
口17aを設けている。
As shown in FIG. 2, the cooling element 16 has a structure in which several chimneys 17 each having a rectangular cross section are arranged in the vertical direction. Each chimney 17 is provided with an opening 17a in the vertical direction of the cooling element 16.

【0021】冷却容器2は冷却素子16の上方側に蒸気
室18が設けられている。蒸気室18から凝縮器3側に
むかって、連絡管4が取り付けられている。連絡管4は
外管9と内管10で成り立っている。冷却容器2と凝縮
器3との間には蒸気分離管19が配置され、複数個の連
絡管4(図1では4個)が、蒸気分離管19の側面側
(図1では左面側)へ連絡している。一方、蒸気分離管
19の上方端側からは、凝縮器ヘッダ7の上方側へ複数
個の蒸気通路管19aが連絡している。図1の例では連
絡管4と蒸気通路管19aの数が同数になっているがこ
の限りではない。又、蒸気分離管19の他の側面側(図
1では右面側)へは凝縮器ヘッダ7の下方側から液通路
管20が複数個設けられている。
The cooling container 2 is provided with a steam chamber 18 above the cooling element 16. A connecting pipe 4 is attached from the steam chamber 18 toward the condenser 3 side. The connecting pipe 4 is composed of an outer pipe 9 and an inner pipe 10. A vapor separation pipe 19 is arranged between the cooling container 2 and the condenser 3, and a plurality of connecting pipes 4 (four in FIG. 1) are connected to the side surface side (the left surface side in FIG. 1) of the vapor separation pipe 19. I am in touch. On the other hand, from the upper end side of the vapor separation pipe 19, a plurality of vapor passage pipes 19a communicate with the upper side of the condenser header 7. In the example of FIG. 1, the number of the connecting pipes 4 and the number of the steam passage pipes 19a are the same, but the number is not limited to this. A plurality of liquid passage pipes 20 are provided from the lower side of the condenser header 7 to the other side face side (the right face side in FIG. 1) of the vapor separation pipe 19.

【0022】図3に凝縮器3の断面を示す。凝縮器3の
左右にはヘッダ7、8が取り付けられ、伝熱管5が多段
(図3では4段)に配置されている。そして垂直方向に
冷却フィン6が多数枚並べられており、伝熱管5とは半
田あるいは圧着などによって接合されている。図3には
示してないが、図3の手前側にファンが備えられ、フィ
ン6の間を空気流が流れるようになっており、強制空冷
によって凝縮器が冷却される。ファンがない場合は自然
空冷によってファン6の間を空気が流れて同様に凝縮器
が冷却される。
FIG. 3 shows a cross section of the condenser 3. Headers 7 and 8 are attached to the left and right of the condenser 3, and the heat transfer tubes 5 are arranged in multiple stages (four stages in FIG. 3). A large number of cooling fins 6 are arranged in the vertical direction, and are joined to the heat transfer tubes 5 by soldering or pressure bonding. Although not shown in FIG. 3, a fan is provided on the front side of FIG. 3 so that an air flow can flow between the fins 6, and the condenser is cooled by forced air cooling. When there is no fan, air flows between the fans 6 by natural air cooling, and the condenser is cooled in the same manner.

【0023】図4に蒸気分離管19の構造を示す。蒸気
分離管19は、しきり板23によってふたつの左右の室
に分けられている。内管10は、しきり板23に挿入さ
れている。しきり板で分けられた左側の室へは蒸気通路
管19aが連絡し、右側の室へは液通路管20が連絡し
ている。又、しきり板23の下方には連絡孔24が設け
られ、一部分、しきり板23でしきられた左右の室が連
絡されている。
FIG. 4 shows the structure of the vapor separation pipe 19. The vapor separation pipe 19 is divided into two left and right chambers by a partition plate 23. The inner pipe 10 is inserted into the end plate 23. The vapor passage pipe 19a communicates with the left chamber divided by the divider plate, and the liquid passage pipe 20 communicates with the right chamber. Further, a communication hole 24 is provided below the partition plate 23, and the left and right chambers partially partitioned by the partition plate 23 are connected to each other.

【0024】次に動作について説明する。半導体素子1
が作動して発熱すると、その熱は先ず冷却容器2に伝え
られ、続いて冷却素子6を介して冷却容器2内の冷媒液
11が沸騰する。発生した冷媒ガス21は、冷却素子を
構成する多数のチムニ17内を流れて上昇し、蒸気室1
8へ導かれる。このとき冷媒液の一部分も同時に運ぶ場
合もある。更に、外管9と内管10で構成される蒸気管
14を流れて、蒸気分離管19において、気相と液相が
分離され、冷媒ガスのみが、蒸気通路管19aへ流入
し、凝縮器3のヘッダ7へと導かれる。更にこの冷媒ガ
スは、多数の伝熱管5へと流入する。
Next, the operation will be described. Semiconductor element 1
When is activated to generate heat, the heat is first transferred to the cooling container 2, and then the refrigerant liquid 11 in the cooling container 2 boils via the cooling element 6. The generated refrigerant gas 21 flows through a large number of chimneys 17 forming the cooling element and rises, and the vapor chamber 1
You are led to 8. At this time, a part of the refrigerant liquid may be carried at the same time. Further, it flows through a steam pipe 14 composed of an outer pipe 9 and an inner pipe 10, a vapor phase and a liquid phase are separated in a vapor separation pipe 19, and only a refrigerant gas flows into a vapor passage pipe 19a and a condenser is formed. 3 to header 7. Further, this refrigerant gas flows into many heat transfer tubes 5.

【0025】一方、伝熱管5及び冷却フィン6が凝縮器
3の外側の空気流によって冷却されているため、伝熱管
5内の冷媒ガスも冷却され、液化して凝縮液となる。伝
熱管5内の凝縮液はヘッダ7あるいは8へ流れ落ちるわ
けであるが、冷媒ガスの流動の影響をうけて、そのほと
んどは、図3の場合、ヘッダ8側へ流れ、ヘッダ8の下
側に凝縮液12としてたまる。したがって、多段に配置
された伝熱管5のうち一番下方に位置する伝熱管は、冷
媒液をヘッダ8側からヘッダ7側へ流す役割をする(矢
印22)。
On the other hand, since the heat transfer tube 5 and the cooling fins 6 are cooled by the air flow outside the condenser 3, the refrigerant gas in the heat transfer tube 5 is also cooled and liquefied to become a condensed liquid. The condensate in the heat transfer tube 5 flows down to the header 7 or 8, but under the influence of the flow of the refrigerant gas, most of it flows to the header 8 side and to the lower side of the header 8 in the case of FIG. Accumulates as condensate 12. Therefore, the lowermost heat transfer tube among the heat transfer tubes 5 arranged in multiple stages plays a role of flowing the refrigerant liquid from the header 8 side to the header 7 side (arrow 22).

【0026】さらにこの冷媒液は、液通路管20を通っ
て蒸気分離管19へと導かれて、蒸気分離管からは内管
10を通って冷却容器2内へ流れ、内管10の一方の先
端側である冷却素子16の下方側へ冷媒液が放出され、
冷媒液と冷媒ガスの循環サイクルが形成される。
Further, the refrigerant liquid is guided to the vapor separation pipe 19 through the liquid passage pipe 20, and then flows from the vapor separation pipe into the cooling container 2 through the inner pipe 10 and one of the inner pipes 10 The refrigerant liquid is discharged to the lower side of the cooling element 16 which is the tip side,
A circulation cycle of the refrigerant liquid and the refrigerant gas is formed.

【0027】つまり、半導体素子1で発熱した熱は、冷
媒の液とガスの流動によって凝縮器3側へ導かれ、最終
的には凝縮器の冷却フィン6間を流れる空気側へと伝わ
るわけである。
That is, the heat generated in the semiconductor element 1 is guided to the condenser 3 side by the flow of the liquid and the gas of the refrigerant, and finally transmitted to the air side flowing between the cooling fins 6 of the condenser. is there.

【0028】冷媒液の駆動は次の原理によって引き起こ
される。つまり、凝縮器3のヘッダ7、8内の下方に流
れてきた冷媒液12の垂直方向の高さは、冷却容器2の
位置よりも高いため、その高さの差(ヘッド差)によっ
て、ヘッダ7側から冷却容器2側へ流れるわけである。
冷却容器2内においては冷媒ガスが生成されて加圧され
るため、これが駆動力になって、冷媒液の一部分を含む
場合もあるが、蒸気管14を通って、逆に冷却容器2側
から凝縮器3側へ駆動する。
The driving of the refrigerant liquid is caused by the following principle. That is, since the vertical height of the refrigerant liquid 12 flowing downward in the headers 7 and 8 of the condenser 3 is higher than the position of the cooling container 2, the difference in the heights (head difference) causes It flows from the 7 side to the cooling container 2 side.
Since the refrigerant gas is generated and pressurized in the cooling container 2, this may serve as a driving force and may contain a part of the refrigerant liquid. However, the refrigerant gas passes through the steam pipe 14 and, conversely, from the cooling container 2 side. Drive to the condenser 3 side.

【0029】図5に本発明の他の実施例を示す。これは
内管10を冷却素子16を構成するチムニ17内に挿入
するわけであるが、内管10を挿入するチムニの位置を
できるかぎり連絡管4が配置されている側から遠ざける
ようにしたものである。これによって、冷却素子16の
上方部分の乾きを少なくして、半導体素子1の冷却性能
の向上を図れる。
FIG. 5 shows another embodiment of the present invention. In this, the inner pipe 10 is inserted into the chimney 17 that constitutes the cooling element 16, but the position of the chimney into which the inner pipe 10 is inserted is set as far as possible from the side where the connecting pipe 4 is arranged. Is. As a result, it is possible to reduce the amount of dryness of the upper portion of the cooling element 16 and improve the cooling performance of the semiconductor element 1.

【0030】図6に本発明の他の実施例を示す。これ
は、内管10を傾斜させて取り付けたものである。内管
10は外管9の内部に配置されるわけであるが、冷却容
器2側から蒸気分離管19の方向に高さが高くなるよう
に配置する。これは、蒸気分離管19内のしきり板23
に内管10を挿入する位置を高めにすれば構成すること
ができる。これは内管10内に冷媒ガスがトラップする
のをふせぎ、冷却性能の向上を図るものである。
FIG. 6 shows another embodiment of the present invention. This is one in which the inner pipe 10 is attached with an inclination. The inner pipe 10 is arranged inside the outer pipe 9, but the inner pipe 10 is arranged so that its height increases from the cooling container 2 side toward the vapor separation pipe 19. This is the limit plate 23 in the vapor separation pipe 19.
It can be constructed by raising the position where the inner tube 10 is inserted into. This prevents the refrigerant gas from being trapped in the inner pipe 10 and improves the cooling performance.

【0031】図7に本発明の他の実施例を示す。これは
外管9の形状を楕円形状あるいは長方形状にしたもので
ある。冷却容器2は半導体素子1と交互に積層されるわ
けであるが、できるかぎりその厚さを小さくして、装置
全体を小形にしたい。ところが、外管9を小さくしすぎ
ると、冷却容器2側から凝縮器3側へ冷媒ガスが流れる
流動抵抗が大きくなり、冷媒の循環サイクルがさまたげ
られ、冷却性能の低下をまねく。そこで、外管9をだ円
形状、あるいは長方形状にすることにより、冷却容器2
の厚さを大きくしないで、冷媒ガスが流動する外管9の
断面積を広くとれるようにしたものである。
FIG. 7 shows another embodiment of the present invention. This is the one in which the shape of the outer tube 9 is elliptical or rectangular. The cooling container 2 and the semiconductor element 1 are alternately laminated, but it is desirable to reduce the thickness of the cooling container 2 as much as possible to make the entire device small. However, if the outer pipe 9 is made too small, the flow resistance of the refrigerant gas flowing from the cooling container 2 side to the condenser 3 side becomes large, and the circulation cycle of the refrigerant is interrupted, resulting in deterioration of the cooling performance. Therefore, the outer tube 9 is formed into an elliptical shape or a rectangular shape so that the cooling container 2
The outer tube 9 through which the refrigerant gas flows can have a wide cross-sectional area without increasing the thickness of the.

【0032】図8に本発明の他の実施例を示す。これは
冷却容器2と冷却素子16の組み立て方法に関するもの
である。冷却容器2の両面に開口25を設けて、多数の
チムニ17を列状に設けた冷却素子16を一方の開口側
から挿入して、他方の開口側へ突き出し、冷却容器2内
にチムニ17の列が形成されるように構成する。そして
次に2つの開口25の部分を銀ロウ等で溶接して、冷媒
を封入してももれない密封構造の冷却容器2を提供する
ものである。
FIG. 8 shows another embodiment of the present invention. This relates to a method of assembling the cooling container 2 and the cooling element 16. An opening 25 is provided on both sides of the cooling container 2, and a cooling element 16 having a large number of chimneys 17 arranged in a row is inserted from one opening side and protrudes to the other opening side, and the chimney 17 of the chimney 17 is placed in the cooling container 2. It is configured so that rows are formed. Then, the two openings 25 are welded with silver solder or the like to provide the cooling container 2 having a sealed structure in which the refrigerant is not enclosed.

【0033】図9、図10に本発明の他の実施例を示
す。これらの図は、外管9、内管10の内径寸法と最大
放熱量との関係を示したものである。つまり前述の如
く、内管あるいは外管が小さすぎると冷媒液及び冷媒ガ
スの循環サイクルがさまたげられ、冷却容器2内に冷媒
液が戻されなくなり、ついには冷却素子16の上方側に
冷媒液が供給されない乾き部分が発生するようになり、
冷却性能が低下してしまう。図9、図10に示すよう
に、内管径が約6mm以下、外管径が約20mm以下に
なると上記の原理によって最大放熱量が急激に低下す
る。これをふせぐには内管径を6mm以上、外管径を2
0mm以上にしなければならない。
9 and 10 show another embodiment of the present invention. These figures show the relationship between the inner diameters of the outer tube 9 and the inner tube 10 and the maximum heat radiation amount. That is, as described above, if the inner pipe or the outer pipe is too small, the circulation cycle of the refrigerant liquid and the refrigerant gas is interrupted, the refrigerant liquid is not returned to the cooling container 2, and finally the refrigerant liquid is provided above the cooling element 16. Dry parts that are not supplied will be generated,
Cooling performance will decrease. As shown in FIGS. 9 and 10, when the inner pipe diameter is about 6 mm or less and the outer pipe diameter is about 20 mm or less, the maximum heat radiation amount is drastically reduced by the above principle. To prevent this, the inner pipe diameter should be 6 mm or more and the outer pipe diameter should be 2 mm.
Must be 0 mm or more.

【0034】図11、図12は蒸気室18を設けること
の効果を示す作用説明図である。冷却容器2内の冷媒液
及び冷媒ガスの作動状況を示している。図11が蒸気室
がない場合、図12が蒸気室がある場合である。
FIG. 11 and FIG. 12 are operation explanatory views showing the effect of providing the steam chamber 18. The operation state of the refrigerant liquid and the refrigerant gas in the cooling container 2 is shown. 11 shows the case where there is no steam chamber, and FIG. 12 shows the case where there is a steam chamber.

【0035】先ず図11の場合を説明する。ここでは円
形状の冷却素子を例として描いてある。半導体素子が作
動して発熱すると冷却素子が加熱され、チムニ17内の
冷媒液26が沸騰をはじめ、気泡27を形成する。この
気泡は多数におよぶわけであるが、冷却容器2の上方に
いくにしたがって合体して、冷媒ガスの気相28の占め
る体積がふえてくる。
First, the case of FIG. 11 will be described. Here, a circular cooling element is illustrated as an example. When the semiconductor element operates and heat is generated, the cooling element is heated, the refrigerant liquid 26 in the chimney 17 starts to boil, and bubbles 27 are formed. Although a large number of these bubbles are present, they are merged as they go up above the cooling container 2, and the volume occupied by the vapor phase 28 of the refrigerant gas increases.

【0036】そして、流動の方向として連絡管4の方向
へ曲げられる。したがって、図11では左側、つまり連
絡管の取り付けてある方向とは反対側に気相部分がふえ
てくる。蒸気室がない場合は図11で示されるように冷
却素子の左上方部にまで気相域が広がり、冷却素子は上
方の一部分が乾いてしまい、著しい冷却性能の低下をま
ねく。
Then, it is bent in the direction of the connecting pipe 4 as the flow direction. Therefore, in FIG. 11, the gas phase portion expands on the left side, that is, on the side opposite to the direction in which the connecting pipe is attached. When there is no steam chamber, the vapor phase region extends to the upper left part of the cooling element as shown in FIG. 11, and the upper part of the cooling element is dried, resulting in a significant decrease in cooling performance.

【0037】一方、図12は蒸気室17を設けた場合を
示してあるが、気相域が相当部分を占めても、冷却素子
はぬれている状況になり、高い冷却性能を保てる。実際
の例では蒸気室の高さは3〜4cmにすると高い冷却性
能を保つことができる。
On the other hand, FIG. 12 shows the case where the steam chamber 17 is provided, but even if the vapor phase region occupies a considerable portion, the cooling element is in a wet state and high cooling performance can be maintained. In an actual example, if the height of the steam chamber is 3 to 4 cm, high cooling performance can be maintained.

【0038】図13は、ひとつのチムニ17内の気液の
流動状況を示したものである。図13(a)は熱負荷が
小さい場合で、図13(b)、(c)になるにしたがっ
て熱負荷が大きくなる。図13(a)の場合は、気泡2
7が発生するがその数は比較的少ない。図13(b)に
なると気泡27の数も多くなり、上方では複数の気泡が
合体する。図13(c)ではチムニ17内の相当部分を
気相が占め、チムニ内表面には液膜29が形成され、こ
の液膜の蒸発によって熱が伝えられる。つまり、チムニ
内を気泡が上昇する駆動力によって、チムニ内の液は上
方へ運ばれる。そのため特に図13(c)の場合のよう
に、熱負荷が大きくなると蒸発が激しいため、チムニ内
表面に冷媒液を供給する必要があるが、このチムニ効果
により気泡の上昇運動が駆動力となってチムニ内表面へ
の液の供給を促進している。
FIG. 13 shows the flow of gas and liquid in one chimney 17. FIG. 13A shows a case where the heat load is small, and the heat load becomes larger as it goes to FIGS. 13B and 13C. In the case of FIG. 13A, the bubbles 2
7 occurs, but the number is relatively small. As shown in FIG. 13B, the number of bubbles 27 increases, and a plurality of bubbles coalesce in the upper part. In FIG. 13C, the gas phase occupies a considerable portion inside the chimney 17, a liquid film 29 is formed on the inner surface of the chimney 17, and heat is transferred by evaporation of this liquid film. That is, the liquid in the chimney is carried upward by the driving force of the bubbles rising in the chimney. Therefore, as in the case of FIG. 13 (c) in particular, when the heat load becomes large, the evaporation is severe, so that it is necessary to supply the refrigerant liquid to the inner surface of the chimney. Promotes the supply of liquid to the inner surface of the chimney.

【0039】冷却素子16を矩形状にする効果は、この
チムニ効果を最大限に発揮していることである。冷却素
子16が円形状であると、中央部分のチムニは長いが、
端へいくにしたがってチムニ長が短くなってチムニ効果
がなくなる。そこで矩形状にして全てのチムニ長を長く
してやり、全域でチムニ内表面への冷媒液の供給がすみ
やかに行われるようにして冷却性能を高められる。もち
ろん、前述のように、同じ大きさの冷却容器内へ冷却素
子を挿入する場合には、丸形状よりも矩形状にした方
が、伝熱面積をより大きくとれるようになり、一層冷却
性能が向上する。
The effect of making the cooling element 16 rectangular is that the chimney effect is maximized. When the cooling element 16 has a circular shape, the chimney in the central portion is long,
The chimney length becomes shorter toward the edge and the chimney effect disappears. Therefore, the cooling performance is enhanced by making the length of all chimneys rectangular so that the refrigerant liquid is quickly supplied to the inner surface of the chimneys over the entire area. Of course, as described above, when inserting the cooling element into the cooling container of the same size, it is possible to make the heat transfer area larger by making the rectangular shape larger than the round shape, which further improves the cooling performance. improves.

【0040】図14、図15は、内管10を傾斜させて
配置した場合の動作を示す作用説明図である。図14が
内管を水平においた場合、図15は傾斜させた場合であ
る。
14 and 15 are operation explanatory views showing the operation when the inner pipe 10 is inclined and arranged. FIG. 14 shows the case where the inner pipe is horizontal, and FIG. 15 shows the case where the inner pipe is inclined.

【0041】図14に示すように、内管10がひとつの
チムニ17に挿入されているが、内管内に気泡30が発
生した場合、それが上昇していって内管10の水平部に
とまってしまう。それが加えあわされて大きくなり、水
平部にトラップされて気相部31を形成する。一旦気相
部31が形成されると、除去されないため、内管内を冷
媒液が流れにくくなり、冷却容器2内が液ガレをおこし
て冷却性能の低下をまねく。
As shown in FIG. 14, the inner pipe 10 is inserted into one chimney 17, but when bubbles 30 are generated in the inner pipe, it rises and stays in the horizontal portion of the inner pipe 10. Will end up. It is added and becomes larger, and is trapped in the horizontal portion to form the vapor phase portion 31. Once the vapor phase portion 31 is formed, it is not removed, so that it becomes difficult for the refrigerant liquid to flow in the inner tube, causing liquid stagnation in the cooling container 2 and lowering the cooling performance.

【0042】図15に示すように、内管10を傾斜させ
て配置しておくと、内管10に気泡30が発生しても、
蒸気分離管19まで気泡30が流れていくので(矢印3
2)、内管10内の冷媒液の流動はスムーズに行われる
(矢印33)。
As shown in FIG. 15, when the inner pipe 10 is arranged so as to be inclined, even if bubbles 30 are generated in the inner pipe 10,
Since bubbles 30 flow to the vapor separation pipe 19 (arrow 3
2), the flow of the refrigerant liquid in the inner pipe 10 is smoothly performed (arrow 33).

【0043】[0043]

【発明の効果】上述のとおり本発明によれば、次のよう
な効果がある。冷却容器の上方部に蒸気室を設けること
により、冷却素子部に乾きを生じさせないので、冷却性
能の向上を図ることができる。
As described above, the present invention has the following effects. By providing the steam chamber in the upper part of the cooling container, the cooling element part is prevented from being dried, so that the cooling performance can be improved.

【0044】冷却素子の形状を矩形状にすることによ
り、チムニ効果を全域で有効に働くようにしたので、チ
ムニ内面側への冷媒液の供給の促進を図ることができ、
同時に冷却容器内で冷却素子の占める面積を最大にして
伝熱促進を図ることができる。
By making the shape of the cooling element rectangular, the chimney effect is effectively exerted over the entire area, so that the supply of the refrigerant liquid to the inner surface of the chimney can be promoted.
At the same time, the area occupied by the cooling elements in the cooling container can be maximized to promote heat transfer.

【0045】チムニ内に内管を挿入するわけであるが、
そのチムニ位置を連絡管から遠ざかる方向にすることに
より、冷却容器内で気相部が占めやすい領域にできるだ
け冷媒液が流れやすくすることができる。
The inner tube is inserted into the chimney,
By making the chimney position away from the connecting pipe, the refrigerant liquid can be made to flow as easily as possible in the region where the gas phase portion is likely to be occupied in the cooling container.

【0046】内管を傾斜させて配置することにより、内
管内に気相がトラップしない構造とする。これにより内
管内の冷媒液の流れを良好にして、冷却容器内へ冷媒液
が十分に供給される。
By arranging the inner pipe in an inclined manner, a structure in which the gas phase is not trapped in the inner pipe is formed. As a result, the flow of the refrigerant liquid in the inner pipe is improved, and the refrigerant liquid is sufficiently supplied into the cooling container.

【0047】冷却容器に2つの開口を設けて、その部分
に冷却素子を挿入して溶接する密封構造とする。これに
よって、冷却容器内にチムニ列で構成される冷却素子の
配置が可能になる。
The cooling container is provided with two openings, and a cooling element is inserted into the openings to form a hermetically sealed structure. This makes it possible to arrange the cooling elements in the cooling container in the form of chimney rows.

【0048】外管の形状を、だ円形状または長方形状と
したので、冷却容器を厚くしないで装置全体を小型に
し、冷媒ガスの流れる流動断面積を大きくとることがで
きる。
Since the outer tube has an elliptical shape or a rectangular shape, the entire apparatus can be made compact without increasing the thickness of the cooling container, and the flow cross section of the refrigerant gas can be increased.

【0049】内管及び外管の寸法を6mm及び20mm
以上にすることにより、冷媒の気液流動抵抗を最小にす
ることができる。
The inner and outer pipes have dimensions of 6 mm and 20 mm.
By the above, the gas-liquid flow resistance of the refrigerant can be minimized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例を示す斜視断面図である。FIG. 2 is a perspective sectional view showing an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施例を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施例を示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の他の実施例を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing another embodiment of the present invention.

【図6】本発明の他の実施例を示す断面図である。FIG. 6 is a sectional view showing another embodiment of the present invention.

【図7】本発明の他の実施例を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing another embodiment of the present invention.

【図8】本発明の他の実施例を示す断面図である。FIG. 8 is a sectional view showing another embodiment of the present invention.

【図9】本発明の他の実施例を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing another embodiment of the present invention.

【図10】本発明の他の実施例を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing another embodiment of the present invention.

【図11】本発明の動作原理を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing the operating principle of the present invention.

【図12】本発明の動作原理を示す説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram showing the operating principle of the present invention.

【図13】本発明の動作原理を示す説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram showing the operating principle of the present invention.

【図14】本発明の動作原理を示す説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram showing the operating principle of the present invention.

【図15】本発明の動作原理を示す説明図である。FIG. 15 is an explanatory diagram showing the operating principle of the present invention.

【図16】従来技術を示す斜視図である。FIG. 16 is a perspective view showing a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体素子 2 冷却容器 3 凝縮器 4 連絡管 5 伝熱管 6 冷却フィン 7,8 凝縮器ヘッダ 9 外管 10 内管 11 冷媒液 12 凝縮液 14 蒸気管 15 両端方向 16 冷却素子 17 チムニ 17a 開口 18 蒸気室 19 蒸気分離管 19a 蒸気通路管 20 液通路管 21 冷媒ガス 22 矢印 23 しきり板 24 連絡孔 25 開口 26 冷媒液 27 気泡 28 気相 29 液膜 30 気泡 31 気相部 32,33 矢印 1 Semiconductor Element 2 Cooling Container 3 Condenser 4 Communication Tube 5 Heat Transfer Tube 6 Cooling Fin 7,8 Condenser Header 9 Outer Tube 10 Inner Tube 11 Refrigerant Liquid 12 Condensate 14 Steam Pipe 15 Both Ends 16 Cooling Element 17 Chimney 17a Opening 18 Vapor chamber 19 Vapor separation pipe 19a Vapor passage pipe 20 Liquid passage pipe 21 Refrigerant gas 22 Arrow 23 Stopper plate 24 Communication hole 25 Opening 26 Refrigerant liquid 27 Bubble 28 Gas phase 29 Liquid film 30 Bubble 31 Gas phase part 32, 33 Arrow

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体素子に積層された冷却容器と凝縮
器とが連絡管によって連絡され、該冷却容器内部に冷却
素子を配置して冷媒液を封入し、該冷媒液の沸騰によっ
て前記半導体素子を冷却する半導体冷却装置において、
前記冷却容器の上方部に蒸気室を設けたことを特徴とす
る半導体冷却装置。
1. A cooling container laminated on a semiconductor device and a condenser are connected by a connecting pipe, a cooling device is disposed inside the cooling container to seal a refrigerant liquid, and the semiconductor device is boiled by boiling the cooling liquid. In a semiconductor cooling device for cooling
A semiconductor cooling device, wherein a vapor chamber is provided above the cooling container.
【請求項2】 請求項1に記載の半導体冷却装置におい
て、前記冷媒液をパーフロロカーボン液としたことを特
徴とする半導体冷却装置。
2. The semiconductor cooling device according to claim 1, wherein the refrigerant liquid is a perfluorocarbon liquid.
【請求項3】 請求項1に記載の半導体冷却装置におい
て、前記冷却容器内に挿入される冷却素子をチムニ列か
ら構成される構造とし、該冷却素子の断面形状が矩形状
であることを特徴とする半導体冷却装置。
3. The semiconductor cooling device according to claim 1, wherein the cooling element to be inserted into the cooling container has a structure composed of chimney rows, and the cooling element has a rectangular cross-sectional shape. Semiconductor cooling device.
【請求項4】 請求項3に記載の半導体冷却装置におい
て、前記冷却容器に開口を2つ設け、一方の開口から前
記冷却素子を挿入し、他方の開口側へ該冷却素子を突き
出して開口部を溶接し、チムニ列を冷却容器内に並べら
れるようにしたことを特徴とする半導体冷却装置。
4. The semiconductor cooling device according to claim 3, wherein the cooling container is provided with two openings, the cooling element is inserted from one opening, and the cooling element is projected toward the other opening side to form an opening portion. Is welded so that the chimney rows can be arranged in the cooling container.
【請求項5】 半導体素子に積層された冷却容器と凝縮
器とが連絡管によって連絡され、該冷却容器内部に冷却
素子を配置して冷媒液を封入し、該冷媒液の沸騰によっ
て前記半導体素子を冷却する半導体冷却装置において、
前記冷却容器の上方部に蒸気室を設けるとともに、該冷
却容器と前記半導体素子とがそれぞれ複数個積層され、
該冷却容器と前記凝縮器との間に蒸気分離管を配置し、
該蒸気分離管と該冷却容器とが内管と外管とから成る2
重管構造の連絡管で連絡され、かつ該蒸気分離管と前記
凝縮器とが蒸気通路管と液通路管とによって連絡されて
いることを特徴とする半導体冷却装置。
5. A cooling container laminated on a semiconductor element and a condenser are connected to each other by a connecting pipe, a cooling element is disposed inside the cooling container to enclose a refrigerant liquid, and the semiconductor element is caused by boiling of the refrigerant liquid. In a semiconductor cooling device for cooling
A vapor chamber is provided in the upper part of the cooling container, and a plurality of the cooling container and the semiconductor element are laminated,
A vapor separation tube is arranged between the cooling container and the condenser,
The vapor separation tube and the cooling container are composed of an inner tube and an outer tube 2
A semiconductor cooling device, characterized in that they are connected by a connecting pipe having a heavy pipe structure, and the vapor separation pipe and the condenser are connected by a vapor passage pipe and a liquid passage pipe.
【請求項6】 請求項5に記載の半導体冷却装置におい
て、前記内管の先端を連絡管と遠くなる方向の冷却素子
内に取り付けたことを特徴とする半導体冷却装置。
6. The semiconductor cooling device according to claim 5, wherein the tip of the inner pipe is mounted in a cooling element in a direction away from the connecting pipe.
【請求項7】 請求項5に記載の半導体冷却装置におい
て、前記冷却容器から前記蒸気分離管にむかって、前記
内管の高さが高くなるように傾斜させたことを特徴とす
る半導体冷却装置。
7. The semiconductor cooling device according to claim 5, wherein the inner pipe is inclined from the cooling container toward the vapor separation pipe so that the height of the inner pipe is increased. ..
【請求項8】 請求項5に記載の半導体冷却装置におい
て、前記外管を楕円形状または長方形状としたことを特
徴とする半導体冷却装置。
8. The semiconductor cooling device according to claim 5, wherein the outer tube has an elliptical shape or a rectangular shape.
【請求項9】 請求項5に記載の半導体冷却装置におい
て、前記内管の内径を6mm以上としたことを特徴とす
る半導体冷却装置。
9. The semiconductor cooling device according to claim 5, wherein the inner diameter of the inner pipe is 6 mm or more.
【請求項10】 請求項5に記載の半導体冷却装置にお
いて、前記外管の内径を20mm以上としたことを特徴
とする半導体冷却装置。
10. The semiconductor cooling device according to claim 5, wherein the outer tube has an inner diameter of 20 mm or more.
【請求項11】 半導体素子に積層された冷却容器と凝
縮器とが連絡管によって連絡され、該冷却容器内部に冷
却素子を配置して冷媒液を封入し、該冷媒液の沸騰によ
って前記半導体素子を冷却する半導体冷却装置の組立て
方法において、前記冷却容器の上方部に蒸気室を設け、
かつ前記冷却容器内に挿入される冷却素子をチムニ列か
ら構成される構造とし、該冷却素子の断面形状を矩形状
とするとともに、前記冷却容器に開口を2つ設け、一方
の開口から前記冷却素子を挿入し、他方の開口側へ該冷
却素子を突き出して開口部を溶接し、チムニ列を冷却容
器内に並べられるようにしたことを特徴とする半導体冷
却装置の組立て方法。
11. A cooling container laminated on a semiconductor device and a condenser are connected by a connecting pipe, a cooling device is arranged inside the cooling container to seal a refrigerant liquid, and the semiconductor device is heated by boiling the refrigerant liquid. In the method for assembling a semiconductor cooling device for cooling a cooling chamber, a steam chamber is provided above the cooling container,
Further, the cooling element to be inserted into the cooling container has a structure composed of a chimney array, the cooling element has a rectangular cross-sectional shape, and the cooling container is provided with two openings, and the cooling is performed from one opening. A method for assembling a semiconductor cooling device, wherein an element is inserted, the cooling element is projected to the other opening side and the opening is welded so that the chimney row can be arranged in a cooling container.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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