JPH0621289A - 半導体冷却装置 - Google Patents
半導体冷却装置Info
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- JPH0621289A JPH0621289A JP4176497A JP17649792A JPH0621289A JP H0621289 A JPH0621289 A JP H0621289A JP 4176497 A JP4176497 A JP 4176497A JP 17649792 A JP17649792 A JP 17649792A JP H0621289 A JPH0621289 A JP H0621289A
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- H01L23/427—Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
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- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/0275—Arrangements for coupling heat-pipes together or with other structures, e.g. with base blocks; Heat pipe cores
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- H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
- H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
- H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
- H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
- H01L25/072—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next to each other
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- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
- H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
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- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】半導体素子の冷却装置の伝熱性能の向上を図る
と共に、製作費が安価で、信頼性の高い冷却装置を提供
する。 【構成】素子ベース１１上に絶縁層１０を形成し、その
上にサイリスタ素子９を実装する。冷媒である水６を封
入したヒートパイプ３を挿入した冷却ブロック２の一面
と、素子ベース１１の一面とが、熱伝導グリース１４を
介して接している。また、ヒートパイプ３を構成するパ
イプ４が途中で折れ曲がっており、その外気に面してい
る側に冷却フィン５が設けられている。 【効果】冷媒に水を用いることができ、安価なヒートパ
イプを構成できるとともに、ヒートパイプが曲がってい
るため、自然対流放熱で効果的に冷却できる。
と共に、製作費が安価で、信頼性の高い冷却装置を提供
する。 【構成】素子ベース１１上に絶縁層１０を形成し、その
上にサイリスタ素子９を実装する。冷媒である水６を封
入したヒートパイプ３を挿入した冷却ブロック２の一面
と、素子ベース１１の一面とが、熱伝導グリース１４を
介して接している。また、ヒートパイプ３を構成するパ
イプ４が途中で折れ曲がっており、その外気に面してい
る側に冷却フィン５が設けられている。 【効果】冷媒に水を用いることができ、安価なヒートパ
イプを構成できるとともに、ヒートパイプが曲がってい
るため、自然対流放熱で効果的に冷却できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体冷却装置に係
り、特に、インバータ制御された車輌のサイリスタ素子
の発熱を冷却するのに好適な半導体冷却装置に関する。
り、特に、インバータ制御された車輌のサイリスタ素子
の発熱を冷却するのに好適な半導体冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のインバータ制御された車両のサイ
リスタの冷却装置は、例えば、特開昭６３−２５４７５
４号公報、特開平１−１９２１４８号公報に記されてい
る。そこでは、図２に示すように、インバータを制御す
るサイリスタ１と冷却ブロック２とを交互に積層してい
る。そして、サイリスタ１と冷却ブロック２とは空気層
を介して押し付け、いわゆる圧接されている。サイリス
タ１は、サイリスタ素子を内蔵しており、冷却ブロック
２と接する面に銅ポストが設置されている。
リスタの冷却装置は、例えば、特開昭６３−２５４７５
４号公報、特開平１−１９２１４８号公報に記されてい
る。そこでは、図２に示すように、インバータを制御す
るサイリスタ１と冷却ブロック２とを交互に積層してい
る。そして、サイリスタ１と冷却ブロック２とは空気層
を介して押し付け、いわゆる圧接されている。サイリス
タ１は、サイリスタ素子を内蔵しており、冷却ブロック
２と接する面に銅ポストが設置されている。
【０００３】一方、冷却ブロック２には、ヒートパイプ
３を構成するパイプ４が挿入されている。図２には、パ
イプ４が３本挿入されている例を示す。パイプ４の他端
側には冷却フィン５が多数取りつけられ、凝縮器８を構
成する。パイプ４内には冷媒が封入される。サイリスタ
１内のサイリスタ素子で発熱した熱は、サイリスタ１内
を熱伝導し、両端の銅ポストから冷却ブロック２へ伝え
られる。銅ポストから冷却ブロック２への熱の伝わりを
良好にするため、両者を例えば２〜３トン程度の力で圧
接している。パイプ４内の冷媒には、フロン液、パーフ
ロロカーボント液などを用いている。
３を構成するパイプ４が挿入されている。図２には、パ
イプ４が３本挿入されている例を示す。パイプ４の他端
側には冷却フィン５が多数取りつけられ、凝縮器８を構
成する。パイプ４内には冷媒が封入される。サイリスタ
１内のサイリスタ素子で発熱した熱は、サイリスタ１内
を熱伝導し、両端の銅ポストから冷却ブロック２へ伝え
られる。銅ポストから冷却ブロック２への熱の伝わりを
良好にするため、両者を例えば２〜３トン程度の力で圧
接している。パイプ４内の冷媒には、フロン液、パーフ
ロロカーボント液などを用いている。
【０００４】冷却ブロック２が加熱されると、液体の冷
媒は飽和温度に達し沸騰を開始し、冷媒ガスを発生す
る。発生した冷媒ガスは、パイプ４内を図２の上方の冷
却フィン５側へ流れる。ここで冷媒ガスが冷却され、凝
縮液化する。液化した冷媒液は再び、パイプ４を図２の
下方側へ戻る。
媒は飽和温度に達し沸騰を開始し、冷媒ガスを発生す
る。発生した冷媒ガスは、パイプ４内を図２の上方の冷
却フィン５側へ流れる。ここで冷媒ガスが冷却され、凝
縮液化する。液化した冷媒液は再び、パイプ４を図２の
下方側へ戻る。
【０００５】冷却フィン５の外側は、空気７が流れてお
り、自然対流あるいは強制対流によって冷却されてい
る。自然対流による冷却の場合には、ファンは設置され
ておらず、冷却フィン５によって暖められた空気と周囲
の空気７との温度差によって生じる空気の密度差によっ
て、対流が発生する。強制対流の場合は図２には図示し
ないが、ファン等が設置されており、それによって空気
の流れが強制的に発生され、冷却フィン５から空気７へ
の伝熱を良好にしている。
り、自然対流あるいは強制対流によって冷却されてい
る。自然対流による冷却の場合には、ファンは設置され
ておらず、冷却フィン５によって暖められた空気と周囲
の空気７との温度差によって生じる空気の密度差によっ
て、対流が発生する。強制対流の場合は図２には図示し
ないが、ファン等が設置されており、それによって空気
の流れが強制的に発生され、冷却フィン５から空気７へ
の伝熱を良好にしている。
【０００６】インバータの作動時には、サイリスタ１内
に高電圧の大電流が流れるため、サイリスタ１と凝縮器
８側とを絶縁する必要がある。そのため、パイプ４に
は、冷却ブロック２側と凝縮器８との間に、碍子６が設
けられている。そして、パイプ４内に封入する冷媒も絶
縁性を保つ必要があるため、冷媒としては前述の如く、
フロン、パーフロロカーボン系のものが多く使用され
る。
に高電圧の大電流が流れるため、サイリスタ１と凝縮器
８側とを絶縁する必要がある。そのため、パイプ４に
は、冷却ブロック２側と凝縮器８との間に、碍子６が設
けられている。そして、パイプ４内に封入する冷媒も絶
縁性を保つ必要があるため、冷媒としては前述の如く、
フロン、パーフロロカーボン系のものが多く使用され
る。
【０００７】さらに、特開平１−１９２１４８号公報に
は、発熱物体とヒートパイプブロックとの間に高熱伝導
性電気絶縁体を挿入する構造が記載されている。
は、発熱物体とヒートパイプブロックとの間に高熱伝導
性電気絶縁体を挿入する構造が記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、サイリスタ１から冷却ブロック２への伝熱を良好に
するため、両者の接する面を平面に仕上げ、両者をスタ
ック状にして２〜３トン程度の力で押え付けている。し
たがって、両者の接触を良くするための接触面の平面を
高精度に仕上げ必要があるばかりでなく、サイリスタ１
内部を２〜３トンの力で押え付けているため、サイリス
タ内部における熱応力の発生や、この平面仕上げの不十
分さが原因で、サイリスタに強い力が作用して、サイリ
スタが破損するする恐れがあった。また、碍子６を設け
てパイプ４の絶縁性を保っているが、この碍子６を設け
ると、パイプ４と碍子６とを接合する必要が生じ、装置
の信頼性に課題を残しているとともに、コスト高になる
恐れがあった。また、冷媒にフロン液あるいはパーフロ
ロカーボン液などの絶縁性流体を封入しているが、これ
らの流体のヒートパイプ３内部における熱伝達特性は必
ずしも高いわけではない。したがって、冷却フィン等で
構成される凝縮器８が大形になるという不具合があっ
た。
は、サイリスタ１から冷却ブロック２への伝熱を良好に
するため、両者の接する面を平面に仕上げ、両者をスタ
ック状にして２〜３トン程度の力で押え付けている。し
たがって、両者の接触を良くするための接触面の平面を
高精度に仕上げ必要があるばかりでなく、サイリスタ１
内部を２〜３トンの力で押え付けているため、サイリス
タ内部における熱応力の発生や、この平面仕上げの不十
分さが原因で、サイリスタに強い力が作用して、サイリ
スタが破損するする恐れがあった。また、碍子６を設け
てパイプ４の絶縁性を保っているが、この碍子６を設け
ると、パイプ４と碍子６とを接合する必要が生じ、装置
の信頼性に課題を残しているとともに、コスト高になる
恐れがあった。また、冷媒にフロン液あるいはパーフロ
ロカーボン液などの絶縁性流体を封入しているが、これ
らの流体のヒートパイプ３内部における熱伝達特性は必
ずしも高いわけではない。したがって、冷却フィン等で
構成される凝縮器８が大形になるという不具合があっ
た。
【０００９】本発明の目的は、車輌等に用いられる半導
体素子を効果的に冷却し、信頼性の高い冷却装置を提供
することにある。
体素子を効果的に冷却し、信頼性の高い冷却装置を提供
することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の半導体冷却装置においては、サイリスタ素
子を垂直な平面に実装し、サイリスタ素子を搭載した発
熱体ブロックと冷却ブロックとを、電気絶縁膜層を介し
てスタック状に積層したものである。そして、冷却ブロ
ックに形成したヒートパイプを冷却ブロックの側方また
は斜め側方に延在して設けたものである。
め、本発明の半導体冷却装置においては、サイリスタ素
子を垂直な平面に実装し、サイリスタ素子を搭載した発
熱体ブロックと冷却ブロックとを、電気絶縁膜層を介し
てスタック状に積層したものである。そして、冷却ブロ
ックに形成したヒートパイプを冷却ブロックの側方また
は斜め側方に延在して設けたものである。
【００１１】また、冷媒を封入したパイプの一端側を発
熱体を多数搭載した発熱体ユニットに対向して設けた冷
却ブロックに挿入し、該パイプの他端側に冷却フィンを
設けたものであって、該パイプの前記冷却ブロックへの
挿入部と前記冷却フィン部との間で前記冷媒の流動方向
が変化するように前記パイプを曲げて、前記冷却フィン
と前記パイプの前記冷却ブロックへの挿入部とをほぼ平
行に形成したものである。
熱体を多数搭載した発熱体ユニットに対向して設けた冷
却ブロックに挿入し、該パイプの他端側に冷却フィンを
設けたものであって、該パイプの前記冷却ブロックへの
挿入部と前記冷却フィン部との間で前記冷媒の流動方向
が変化するように前記パイプを曲げて、前記冷却フィン
と前記パイプの前記冷却ブロックへの挿入部とをほぼ平
行に形成したものである。
【００１２】また、垂直面方向に設けた素子ベースの表
面にサイリスタ素子を複数個配設し、該サイリスタ素子
で発生した熱のヒートシンクを形成する冷却ブロックと
該素子ベースとを絶縁層を介して層状に締結したもので
あって、前記冷却ブロックにヒートパイプを設け、該ヒ
ートパイプの凝縮器部を前記冷却ブロックの真上から真
横の間の位置に設けたものである。
面にサイリスタ素子を複数個配設し、該サイリスタ素子
で発生した熱のヒートシンクを形成する冷却ブロックと
該素子ベースとを絶縁層を介して層状に締結したもので
あって、前記冷却ブロックにヒートパイプを設け、該ヒ
ートパイプの凝縮器部を前記冷却ブロックの真上から真
横の間の位置に設けたものである。
【００１３】また、垂直面方向に設けた素子ベースの表
面にサイリスタ素子を複数個配設し、該サイリスタ素子
で発生した熱のヒートシンクを形成する冷却ブロックと
該素子ベースとを絶縁層を介して層状に締結したもので
あって、前記冷却ブロックにヒートパイプを設け、該ヒ
ートパイプ内に封入した冷媒が該ヒートパイプの凝縮器
で凝縮した後重力により落下するように該ヒートパイプ
を形成したものである。
面にサイリスタ素子を複数個配設し、該サイリスタ素子
で発生した熱のヒートシンクを形成する冷却ブロックと
該素子ベースとを絶縁層を介して層状に締結したもので
あって、前記冷却ブロックにヒートパイプを設け、該ヒ
ートパイプ内に封入した冷媒が該ヒートパイプの凝縮器
で凝縮した後重力により落下するように該ヒートパイプ
を形成したものである。
【００１４】さらに、以上の様に形成した半導体冷却装
置を車輌に搭載したものである。
置を車輌に搭載したものである。
【００１５】
【作用】サイリスタ素子と素子ベースとの間に設けられ
たセラミックスは、高電圧で大電流が流れるサイリスタ
素子と、素子ベース間を絶縁する。そして、ヒートパイ
プの凝縮器側は、車輌床下の人に触れる部分に配置され
るため、危険を防ぐことが可能になる。例えば、銅ベー
ス側に穴が設けられ、ヒートパイプブロック側にねじ穴
を設けておくと、ボルト等で占めつけることにより、サ
イリスタ素子に力を加えることなく、銅ベースとヒート
パイプブロックを圧接することができる。サイリスタ素
子で発熱した熱は、セラミックス層を通って銅ベースに
伝えられる。そして、銅ベースからヒートパイプブロッ
クへは、圧接部の接触熱抵抗分だけ低下して伝熱され
る。ヒートパイプブロック内には、ヒートパイプが複数
本挿入されているので、熱はヒートパイプブロックから
ヒートパイプ内部の冷媒側へ伝わる。ヒートパイプ内に
おいては、冷媒液はヒートパイプブロック側に存在する
ので、ここでは冷媒液が加熱される。冷媒液の温度が冷
媒液の沸点を越えると、冷媒液は沸騰を開始する。冷媒
液が沸騰すると、その蒸発潜熱のため伝熱特性は飛躍的
に向上する。冷媒ガスは上昇して冷却フィン側で凝縮す
る。冷媒が水の場合には、従来技術のフロンやパーフロ
ロカーボンの場合と比べて、伝熱特性が向上する。この
理由は、水は蒸発潜熱、熱伝導率など伝熱特性の優劣を
決定する物性値が大きいためである。伝熱特性が向上す
ると、同じ熱量を伝熱するのにヒートパイプブロック側
と冷却フィン側との温度差が小さくなる。温度差が小さ
くなると、伝熱量の増大、素子温度の低減、凝縮器の小
形化等を行うことができる。
たセラミックスは、高電圧で大電流が流れるサイリスタ
素子と、素子ベース間を絶縁する。そして、ヒートパイ
プの凝縮器側は、車輌床下の人に触れる部分に配置され
るため、危険を防ぐことが可能になる。例えば、銅ベー
ス側に穴が設けられ、ヒートパイプブロック側にねじ穴
を設けておくと、ボルト等で占めつけることにより、サ
イリスタ素子に力を加えることなく、銅ベースとヒート
パイプブロックを圧接することができる。サイリスタ素
子で発熱した熱は、セラミックス層を通って銅ベースに
伝えられる。そして、銅ベースからヒートパイプブロッ
クへは、圧接部の接触熱抵抗分だけ低下して伝熱され
る。ヒートパイプブロック内には、ヒートパイプが複数
本挿入されているので、熱はヒートパイプブロックから
ヒートパイプ内部の冷媒側へ伝わる。ヒートパイプ内に
おいては、冷媒液はヒートパイプブロック側に存在する
ので、ここでは冷媒液が加熱される。冷媒液の温度が冷
媒液の沸点を越えると、冷媒液は沸騰を開始する。冷媒
液が沸騰すると、その蒸発潜熱のため伝熱特性は飛躍的
に向上する。冷媒ガスは上昇して冷却フィン側で凝縮す
る。冷媒が水の場合には、従来技術のフロンやパーフロ
ロカーボンの場合と比べて、伝熱特性が向上する。この
理由は、水は蒸発潜熱、熱伝導率など伝熱特性の優劣を
決定する物性値が大きいためである。伝熱特性が向上す
ると、同じ熱量を伝熱するのにヒートパイプブロック側
と冷却フィン側との温度差が小さくなる。温度差が小さ
くなると、伝熱量の増大、素子温度の低減、凝縮器の小
形化等を行うことができる。
【００１６】
【実施例】図１に本発明の一実施例を示す。サイリスタ
素子９はセラミックスの絶縁層１０を介して銅製の素子
ベース１１に半田を用いて接合されている。これが発熱
体ブロックを形成する。サイリスタ素子９の周囲には何
もない場合もあるが、図１のように樹脂１２でモールド
し、その廻りをプラスチック１３で補強している場合も
ある。一方、素子ベース１１側にはヒートパイプ３が配
置されている。ヒートパイプ３は、冷却ブロック２に一
端側を接続し、他端側に冷却フィン５を取り付けたパイ
プ４と、冷却ブロック２とを備えており、冷却フィン５
部が凝縮器８を構成する。素子ベース１１と冷却ブロッ
ク２との間には熱伝導グリース１４が挟持され、素子ベ
ース１１にはねじ穴が設けられている。そして、冷却ブ
ロック２のこのねじ穴に対応する位置には、ボルト挿入
口が設けられている。ボルト１５をボルト挿入口に挿入
し、素子ベース１１側のねじ穴と締め付けることによ
り、素子ベース１１と冷却ブロック２の接触面間に熱伝
導グリース１４の薄い層を設けることを可能にする。ね
じ穴とボルト挿入口は図１の場合と逆になってもよい。
つまり、ねじ穴を冷却ブロック２側に、ボルト挿入口を
素子ベース１１側に設けて、素子ベース１１側からボル
トを挿入してもよい。
素子９はセラミックスの絶縁層１０を介して銅製の素子
ベース１１に半田を用いて接合されている。これが発熱
体ブロックを形成する。サイリスタ素子９の周囲には何
もない場合もあるが、図１のように樹脂１２でモールド
し、その廻りをプラスチック１３で補強している場合も
ある。一方、素子ベース１１側にはヒートパイプ３が配
置されている。ヒートパイプ３は、冷却ブロック２に一
端側を接続し、他端側に冷却フィン５を取り付けたパイ
プ４と、冷却ブロック２とを備えており、冷却フィン５
部が凝縮器８を構成する。素子ベース１１と冷却ブロッ
ク２との間には熱伝導グリース１４が挟持され、素子ベ
ース１１にはねじ穴が設けられている。そして、冷却ブ
ロック２のこのねじ穴に対応する位置には、ボルト挿入
口が設けられている。ボルト１５をボルト挿入口に挿入
し、素子ベース１１側のねじ穴と締め付けることによ
り、素子ベース１１と冷却ブロック２の接触面間に熱伝
導グリース１４の薄い層を設けることを可能にする。ね
じ穴とボルト挿入口は図１の場合と逆になってもよい。
つまり、ねじ穴を冷却ブロック２側に、ボルト挿入口を
素子ベース１１側に設けて、素子ベース１１側からボル
トを挿入してもよい。
【００１７】冷却ブロック２にはパイプ４を挿入するパ
イプ挿入口が複数個設けられている。パイプ挿入口の数
は、サイリスタ素子９の配置と、その発熱量などによっ
て決まるが、ボルト１５を挿入する位置は、冷却ブロッ
ク２側から挿入する場合はパイプ挿入口を避ける位置
に、また、素子ベース１１側から挿入する場合はサイリ
スタ素子９を避ける位置に設ける必要があり、パイプ挿
入口の配置は、これらの点を考慮して選ぶ必要がある。
パイプ挿入口にはヒートパイプ３を構成するパイプ４が
挿入され、各パイプ４には、多数の冷却フィン５が取り
付けられている。パイプ４の内壁面には多数の溝１６が
形成され、パイプ４内部には冷媒５ａとして純水が封入
されている。パイプ４は直線状の場合もあるが、図１の
ようにパイプ挿入口の上方側に切り欠き１６ａを設け、
パイプ４を折り曲げて配置してもよい。このようにする
ことにより、サイリスタ冷却システム全体のスペースフ
ァクター（配置効率）を良好にすることができる。
イプ挿入口が複数個設けられている。パイプ挿入口の数
は、サイリスタ素子９の配置と、その発熱量などによっ
て決まるが、ボルト１５を挿入する位置は、冷却ブロッ
ク２側から挿入する場合はパイプ挿入口を避ける位置
に、また、素子ベース１１側から挿入する場合はサイリ
スタ素子９を避ける位置に設ける必要があり、パイプ挿
入口の配置は、これらの点を考慮して選ぶ必要がある。
パイプ挿入口にはヒートパイプ３を構成するパイプ４が
挿入され、各パイプ４には、多数の冷却フィン５が取り
付けられている。パイプ４の内壁面には多数の溝１６が
形成され、パイプ４内部には冷媒５ａとして純水が封入
されている。パイプ４は直線状の場合もあるが、図１の
ようにパイプ挿入口の上方側に切り欠き１６ａを設け、
パイプ４を折り曲げて配置してもよい。このようにする
ことにより、サイリスタ冷却システム全体のスペースフ
ァクター（配置効率）を良好にすることができる。
【００１８】この半導体冷却装置では、サイリスタ素子
９から発生する熱をヒートパイプ３の凝縮器８側へ導
き、最終的には凝縮器８の外側にある空気７と熱交換し
て冷却する方法を利用している。つまり、サイリスタ素
子９で発生した熱は、先ず絶縁層１０を通って素子ベー
ス１１側へ伝わる。ここで、一つの素子ベース１１に対
して、サイリスタ素子９が複数個配置されていて、各サ
イリスタ素子９における発生熱量が異なる場合に、素子
ベース１１はそれ自身の温度分布が均一化するように作
用する。素子ベース１１から冷却ブロック２へは、熱伝
導グリース１４を通って伝熱されている。素子ベース１
１と冷却ブロック２はボルト１５で締結されているの
で、この部分では接触熱抵抗が存在する。空気層がある
と、空気の熱伝導率が低いために、ここでの温度差が大
きくなってしまう。熱伝導グリース１４は、空気よりも
熱伝導率がはるかに大きいため、温度差を小さくできる
効果がある。冷却ブロック２部では、冷却ブロック２に
挿入されているパイプ４へサイリスタ素子で発熱した熱
が熱伝導で伝熱される。そして、パイプ４内に封入され
ている冷媒５ａとしての純水へ伝熱される。ここでの伝
熱には、水の沸騰あるいは蒸発現象を伴う。すなわち、
ヒートパイプ３のパイプ４が加熱され、その温度が、パ
イプ４内の冷媒５ａの飽和温度よりも高くなると、液体
の冷媒５ａが蒸発あるいは沸騰する。この伝熱形態は、
対流などの伝熱形態に比べてはるかに伝熱性能が高い。
液体の冷媒５ａが蒸発あるいは沸騰すると、冷媒５ａよ
りガスが発生し、この冷媒ガスは、パイプ４内を凝縮器
８側へ流れる。凝縮器８部においては、パイプ４の外部
に設けた冷却フィン５が空気流で冷却されているため、
パイプ４内の冷媒ガスは、パイプ４の壁面で冷却され
て、凝縮液化する。液化された冷媒液は再びパイプ４内
を冷却ブロック２側へ戻る。このようにしてサイリスタ
素子９で発生した熱は、最終的には、凝縮器８の外部の
空気へと伝えられる。
９から発生する熱をヒートパイプ３の凝縮器８側へ導
き、最終的には凝縮器８の外側にある空気７と熱交換し
て冷却する方法を利用している。つまり、サイリスタ素
子９で発生した熱は、先ず絶縁層１０を通って素子ベー
ス１１側へ伝わる。ここで、一つの素子ベース１１に対
して、サイリスタ素子９が複数個配置されていて、各サ
イリスタ素子９における発生熱量が異なる場合に、素子
ベース１１はそれ自身の温度分布が均一化するように作
用する。素子ベース１１から冷却ブロック２へは、熱伝
導グリース１４を通って伝熱されている。素子ベース１
１と冷却ブロック２はボルト１５で締結されているの
で、この部分では接触熱抵抗が存在する。空気層がある
と、空気の熱伝導率が低いために、ここでの温度差が大
きくなってしまう。熱伝導グリース１４は、空気よりも
熱伝導率がはるかに大きいため、温度差を小さくできる
効果がある。冷却ブロック２部では、冷却ブロック２に
挿入されているパイプ４へサイリスタ素子で発熱した熱
が熱伝導で伝熱される。そして、パイプ４内に封入され
ている冷媒５ａとしての純水へ伝熱される。ここでの伝
熱には、水の沸騰あるいは蒸発現象を伴う。すなわち、
ヒートパイプ３のパイプ４が加熱され、その温度が、パ
イプ４内の冷媒５ａの飽和温度よりも高くなると、液体
の冷媒５ａが蒸発あるいは沸騰する。この伝熱形態は、
対流などの伝熱形態に比べてはるかに伝熱性能が高い。
液体の冷媒５ａが蒸発あるいは沸騰すると、冷媒５ａよ
りガスが発生し、この冷媒ガスは、パイプ４内を凝縮器
８側へ流れる。凝縮器８部においては、パイプ４の外部
に設けた冷却フィン５が空気流で冷却されているため、
パイプ４内の冷媒ガスは、パイプ４の壁面で冷却され
て、凝縮液化する。液化された冷媒液は再びパイプ４内
を冷却ブロック２側へ戻る。このようにしてサイリスタ
素子９で発生した熱は、最終的には、凝縮器８の外部の
空気へと伝えられる。
【００１９】このように構成した本実施例においては、
発熱素子と冷却ブロックとの間に電気的絶縁層を設けて
いるため、ヒートパイプ内に封入する冷媒を水にするこ
とが可能になる。そして、冷媒が水であることにより、
ヒートパイプの沸騰及び凝縮性能の向上を図れる。又、
ヒートパイプにおいて、冷却ブロック側と凝縮器との間
を碍子などによる絶縁構造にする必要がなくなり、冷却
装置が安価に製作できる。従来、発熱体ユニットと冷却
ブロックとは交互に積層されていたが、冷却ブロックの
面に発熱体ユニットを多数実装することにより、発熱体
ユニットに押しつける力を小さくすることが可能にな
り、発熱素子の破損を防止できる。また、ヒートパイプ
のパイプが曲げられて形成されているため、ヒートパイ
プの凝縮器の冷却が、ファンなしの自然対流のみで可能
になる。自然対流の冷却はファンを取り付けていないの
で、冷却装置の信頼性が向上するばかりでなく、消費電
力の低減を図れる効果がある。
発熱素子と冷却ブロックとの間に電気的絶縁層を設けて
いるため、ヒートパイプ内に封入する冷媒を水にするこ
とが可能になる。そして、冷媒が水であることにより、
ヒートパイプの沸騰及び凝縮性能の向上を図れる。又、
ヒートパイプにおいて、冷却ブロック側と凝縮器との間
を碍子などによる絶縁構造にする必要がなくなり、冷却
装置が安価に製作できる。従来、発熱体ユニットと冷却
ブロックとは交互に積層されていたが、冷却ブロックの
面に発熱体ユニットを多数実装することにより、発熱体
ユニットに押しつける力を小さくすることが可能にな
り、発熱素子の破損を防止できる。また、ヒートパイプ
のパイプが曲げられて形成されているため、ヒートパイ
プの凝縮器の冷却が、ファンなしの自然対流のみで可能
になる。自然対流の冷却はファンを取り付けていないの
で、冷却装置の信頼性が向上するばかりでなく、消費電
力の低減を図れる効果がある。
【００２０】本実施例では、発熱体がサイリスタ素子の
場合を示したが、サイリスタ素子の代わりにＩＧＢＴで
代表されるパワートランジスタであってもよい。また、
サイリスタ素子が水平に実装されていてもよい。
場合を示したが、サイリスタ素子の代わりにＩＧＢＴで
代表されるパワートランジスタであってもよい。また、
サイリスタ素子が水平に実装されていてもよい。
【００２１】図３に本発明の他の実施例を示す。これら
の実施例ではヒートパイプ３のパイプ４をほぼ直角に曲
げている。曲げる位置は、冷却ブロック２と凝縮器８と
の間である。この実施例によると、冷却ブロック２を多
段に積み重ねる配置が可能となる。図３には２段の場合
を示した。なお、パイプ４を曲げるとは、実質的に曲げ
るという意味であり、例えば、パイプ４が銅パイプやア
ルミパイプの場合には、ベンダーなどで曲げることもで
きる。また、冷却ブロック２側に挿入したパイプ４の部
分と、凝縮器８側のパイプ４の部分とを、フランジ構造
にして接続する場合には、フランジ部分を利用して実質
的にパイプ４を曲げた構造にすることも可能である。こ
の実施例では、素子ベース１１を重力方向に実装し、凝
縮器８を形成する冷却フィン５が、重力方向にほぼ平行
に配置されるようにヒートパイプを構成している。とこ
ろで、パイプ４がほぼ直角に曲げられていないと、冷却
フィン５は重力方向と平行にならないが、実用的にはほ
ぼ重力方向に対して平行に近い状態であればよい。つま
り、凝縮器８の外側の空気は、フィン５の間を流れてフ
ィン５と熱交換してフィンを冷却する。そして、空気流
１７は、元来の空気の温度と、フィン５によって暖めら
れた空気の温度との差に基づく密度差によって強められ
る。この流れは重力方向に発生するため、冷却フィン５
が重力方向とほぼ平行であると、冷却フィン５の間を流
れる空気流１７が、スムーズに流れて、空冷時の冷却効
果が高まる。したがって、冷却フィン５が逆に水平に近
いと、空気の流れが悪くなり、冷却効果が急激に減じて
しまう。
の実施例ではヒートパイプ３のパイプ４をほぼ直角に曲
げている。曲げる位置は、冷却ブロック２と凝縮器８と
の間である。この実施例によると、冷却ブロック２を多
段に積み重ねる配置が可能となる。図３には２段の場合
を示した。なお、パイプ４を曲げるとは、実質的に曲げ
るという意味であり、例えば、パイプ４が銅パイプやア
ルミパイプの場合には、ベンダーなどで曲げることもで
きる。また、冷却ブロック２側に挿入したパイプ４の部
分と、凝縮器８側のパイプ４の部分とを、フランジ構造
にして接続する場合には、フランジ部分を利用して実質
的にパイプ４を曲げた構造にすることも可能である。こ
の実施例では、素子ベース１１を重力方向に実装し、凝
縮器８を形成する冷却フィン５が、重力方向にほぼ平行
に配置されるようにヒートパイプを構成している。とこ
ろで、パイプ４がほぼ直角に曲げられていないと、冷却
フィン５は重力方向と平行にならないが、実用的にはほ
ぼ重力方向に対して平行に近い状態であればよい。つま
り、凝縮器８の外側の空気は、フィン５の間を流れてフ
ィン５と熱交換してフィンを冷却する。そして、空気流
１７は、元来の空気の温度と、フィン５によって暖めら
れた空気の温度との差に基づく密度差によって強められ
る。この流れは重力方向に発生するため、冷却フィン５
が重力方向とほぼ平行であると、冷却フィン５の間を流
れる空気流１７が、スムーズに流れて、空冷時の冷却効
果が高まる。したがって、冷却フィン５が逆に水平に近
いと、空気の流れが悪くなり、冷却効果が急激に減じて
しまう。
【００２２】また、冷却ブロック２を多段に配設して、
パイプ４を曲げた構造にすると、多段に配設された凝縮
器８の間に空間ができる。例えば、図３の２段の例では
空間１８の部分である。この空間１８も冷却効率を高め
る効果を有する。つまり、凝縮器８側で暖められた空気
が上昇して空間１８に放出される。そして、外部の周囲
空気と混合して、温度が下がった空気となって、上段の
凝縮器８へと流入する。この空間１８が存在しないと下
段の凝縮器８で温度を高められた空気が、そのまま上段
の凝縮器８部へ流入する。従来、この方法を用いていた
ので、多段になると上段の凝縮器ほど、冷却効率が低下
するという不具合が生じていた。本実施例によれば、ヒ
ートパイプのパイプが曲げられて形成されているため、
ヒートパイプの凝縮器の冷却を、ファンなしの自然対流
のみで可能になる。さらに、冷却ブロックを多段に配設
しても、自然対流の冷却が可能になる。自然対流の冷却
はファンを取り付けていないので、冷却装置の信頼性が
向上するばかりでなく、消費電力の低減を図れる効果が
ある。
パイプ４を曲げた構造にすると、多段に配設された凝縮
器８の間に空間ができる。例えば、図３の２段の例では
空間１８の部分である。この空間１８も冷却効率を高め
る効果を有する。つまり、凝縮器８側で暖められた空気
が上昇して空間１８に放出される。そして、外部の周囲
空気と混合して、温度が下がった空気となって、上段の
凝縮器８へと流入する。この空間１８が存在しないと下
段の凝縮器８で温度を高められた空気が、そのまま上段
の凝縮器８部へ流入する。従来、この方法を用いていた
ので、多段になると上段の凝縮器ほど、冷却効率が低下
するという不具合が生じていた。本実施例によれば、ヒ
ートパイプのパイプが曲げられて形成されているため、
ヒートパイプの凝縮器の冷却を、ファンなしの自然対流
のみで可能になる。さらに、冷却ブロックを多段に配設
しても、自然対流の冷却が可能になる。自然対流の冷却
はファンを取り付けていないので、冷却装置の信頼性が
向上するばかりでなく、消費電力の低減を図れる効果が
ある。
【００２３】図４に、本発明のさらに他の実施例のヒー
トパイプ３の一部断面図を示す。パイプ４の内壁面に微
細溝１９を設けたことが本実施例の特徴である。微細溝
１９を設けることにより、パイプ４内の液体の冷媒５ａ
の沸騰性能の向上と、ガスの冷媒５ａの凝縮性能の向上
が図られる。また、前述の如く、ガスの冷媒５ａから液
体の冷媒５ａに凝縮器８側のパイプ４内で相変化し、冷
却ブロック２側のパイプ４内へ液体の冷媒５ａが戻る。
そこで、パイプ４の内壁面の微細溝１９をパイプ４の軸
方向に走るように設けると、生成された冷媒５ａの凝縮
液が微細溝１９内に浸入し、その表面張力の作用によ
り、凝縮液に冷却ブロック２側方向の力が働く。その結
果、微細溝１９内の液体の冷媒５ａは冷却ブロック２側
へと輸送される。パイプ４が重力方向に平行で真直であ
ると、冷媒５ａの凝縮液は重力の作用で落下するが、パ
イプ４が曲げられている場合には、液落下に及ぼす重力
の影響が弱められる。そのため、この場合には微細溝１
９が、凝縮液がパイプ４内の冷却ブロック２側へ輸送さ
れるのを助けることになる。なお、冷媒５ａをパイプ４
内に封入するわけであるが、冷媒５ａとしては、水ある
いはパーフロロカーボンなどの液体が用いられる。特に
水の場合は熱伝達に及ぼす熱物性値、つまり熱伝導率、
蒸発潜熱、比熱、表面張力などが優れているので、高い
伝熱性能を得ることができる。水を用いることが可能に
なるのは次の理由による。つまり、サイリスタ素子９側
には高電圧の大電流が流れるが、ヒートパイプ３の凝縮
器８側には安全上の問題から高電圧を印加したくない。
そこで、本発明では絶縁層１０としてセラミック層を設
けている。ここで絶縁しているため、ヒートパイプ３内
に電気伝導性のよい水を冷媒に用いることが可能にな
る。また、水を用いた場合には、雰囲気の温度が０℃以
下になると凍ってしまうおそれがある。しかし、パイプ
４を冷却ブロック２内に挿入しているので、パイプ４内
の冷媒である水がたとえ凍って膨張したとしても、パイ
プ４を冷却ブロック２によって締め付けいるため、パイ
プ４の膨張による破損を防止できる。もちろん水の封入
量を増加させて、パイプ４が冷却ブロック２に覆われて
いない部分まで水を封入してしまうと水が凍ったとき
に、パイプ４の破損を招くこともあり得る。しかし、水
の封入量を適切に設定することにより、パイプ４内の水
の高さを、冷却ブロック２に挿入したパイプの高さ以内
にすることができるので、そのおそれはない。
トパイプ３の一部断面図を示す。パイプ４の内壁面に微
細溝１９を設けたことが本実施例の特徴である。微細溝
１９を設けることにより、パイプ４内の液体の冷媒５ａ
の沸騰性能の向上と、ガスの冷媒５ａの凝縮性能の向上
が図られる。また、前述の如く、ガスの冷媒５ａから液
体の冷媒５ａに凝縮器８側のパイプ４内で相変化し、冷
却ブロック２側のパイプ４内へ液体の冷媒５ａが戻る。
そこで、パイプ４の内壁面の微細溝１９をパイプ４の軸
方向に走るように設けると、生成された冷媒５ａの凝縮
液が微細溝１９内に浸入し、その表面張力の作用によ
り、凝縮液に冷却ブロック２側方向の力が働く。その結
果、微細溝１９内の液体の冷媒５ａは冷却ブロック２側
へと輸送される。パイプ４が重力方向に平行で真直であ
ると、冷媒５ａの凝縮液は重力の作用で落下するが、パ
イプ４が曲げられている場合には、液落下に及ぼす重力
の影響が弱められる。そのため、この場合には微細溝１
９が、凝縮液がパイプ４内の冷却ブロック２側へ輸送さ
れるのを助けることになる。なお、冷媒５ａをパイプ４
内に封入するわけであるが、冷媒５ａとしては、水ある
いはパーフロロカーボンなどの液体が用いられる。特に
水の場合は熱伝達に及ぼす熱物性値、つまり熱伝導率、
蒸発潜熱、比熱、表面張力などが優れているので、高い
伝熱性能を得ることができる。水を用いることが可能に
なるのは次の理由による。つまり、サイリスタ素子９側
には高電圧の大電流が流れるが、ヒートパイプ３の凝縮
器８側には安全上の問題から高電圧を印加したくない。
そこで、本発明では絶縁層１０としてセラミック層を設
けている。ここで絶縁しているため、ヒートパイプ３内
に電気伝導性のよい水を冷媒に用いることが可能にな
る。また、水を用いた場合には、雰囲気の温度が０℃以
下になると凍ってしまうおそれがある。しかし、パイプ
４を冷却ブロック２内に挿入しているので、パイプ４内
の冷媒である水がたとえ凍って膨張したとしても、パイ
プ４を冷却ブロック２によって締め付けいるため、パイ
プ４の膨張による破損を防止できる。もちろん水の封入
量を増加させて、パイプ４が冷却ブロック２に覆われて
いない部分まで水を封入してしまうと水が凍ったとき
に、パイプ４の破損を招くこともあり得る。しかし、水
の封入量を適切に設定することにより、パイプ４内の水
の高さを、冷却ブロック２に挿入したパイプの高さ以内
にすることができるので、そのおそれはない。
【００２４】このように構成した本実施例では、サイリ
スタ素子と冷却ブロックとの間に電気的絶縁層を設けて
いるため、ヒートパイプ内に封入する冷媒を水にするこ
とが可能になる。そして、冷媒が水であることにより、
ヒートパイプの沸騰及び凝縮性能の向上を図れる。又、
ヒートパイプにおいて、冷却ブロック側と凝縮器との間
を碍子などによる絶縁構造にする必要がなくなり、冷却
装置が安価に製作できる。また、従来、交互に積層され
ていた発熱体ユニットと冷却ブロックとを、冷却ブロッ
クに発熱体ユニットを多数実装することにより、発熱体
ユニットと冷却ブロックとの押しつけ力を小さくするこ
とが可能になり、サイリスタ素子の破損を防止できる。
さらに、ヒートパイプを構成するパイプの内壁面に微細
溝を設けることにより、パイプを曲げた場合において
も、凝縮器側で生成された冷媒の凝縮液が冷却ブロック
側へ戻りやすくなる効果がある。
スタ素子と冷却ブロックとの間に電気的絶縁層を設けて
いるため、ヒートパイプ内に封入する冷媒を水にするこ
とが可能になる。そして、冷媒が水であることにより、
ヒートパイプの沸騰及び凝縮性能の向上を図れる。又、
ヒートパイプにおいて、冷却ブロック側と凝縮器との間
を碍子などによる絶縁構造にする必要がなくなり、冷却
装置が安価に製作できる。また、従来、交互に積層され
ていた発熱体ユニットと冷却ブロックとを、冷却ブロッ
クに発熱体ユニットを多数実装することにより、発熱体
ユニットと冷却ブロックとの押しつけ力を小さくするこ
とが可能になり、サイリスタ素子の破損を防止できる。
さらに、ヒートパイプを構成するパイプの内壁面に微細
溝を設けることにより、パイプを曲げた場合において
も、凝縮器側で生成された冷媒の凝縮液が冷却ブロック
側へ戻りやすくなる効果がある。
【００２５】図５は、本発明の他の実施例で、図３及び
図４で説明した実施例とはパイプ４を直角に曲げている
点が異なっている。この場合、凝縮器８の冷却フィン５
が重力方向に平行となっており、冷却フィンでの熱交換
が理想的になる。そこで、本実施例では外側の空気の自
然対流によって冷却フィン５を冷却している。これによ
り、冷却装置の信頼性が向上するばかりでなく、消費電
力の低減を図れる。
図４で説明した実施例とはパイプ４を直角に曲げている
点が異なっている。この場合、凝縮器８の冷却フィン５
が重力方向に平行となっており、冷却フィンでの熱交換
が理想的になる。そこで、本実施例では外側の空気の自
然対流によって冷却フィン５を冷却している。これによ
り、冷却装置の信頼性が向上するばかりでなく、消費電
力の低減を図れる。
【００２６】図６に本発明のさらに他の実施例を示す。
この実施例と図５に示した実施例との違いは、空気の流
れを引き起こすためファンダクト２１を設けたことにあ
る。この実施例においては、ファンダクト内に設けたフ
ァンにより空気の流れ２２が強制的に作られるため、凝
縮器８の冷却フィン５の間の空気はスムーズに流れ、伝
熱性能が飛躍的に向上する。
この実施例と図５に示した実施例との違いは、空気の流
れを引き起こすためファンダクト２１を設けたことにあ
る。この実施例においては、ファンダクト内に設けたフ
ァンにより空気の流れ２２が強制的に作られるため、凝
縮器８の冷却フィン５の間の空気はスムーズに流れ、伝
熱性能が飛躍的に向上する。
【００２７】図７に本発明の他の実施例を示す。この場
合はヒートパイプ３を構成するパイプ４は重力方向に真
直に延びており、冷却ブロック２の両方の面に、サイリ
スタ素子９が実装されている。これにより、一つのヒー
トパイプ３で約２倍のサイリスタ素子９を冷却すること
ができる。両面にサイリスタ素子９が実装されているの
で、パイプ４を曲げることができない。また、冷却フィ
ン５は重力方向にほぼ直交するため、自然対流伝熱に適
していない。そこで、ファン２０及びファンダクト２１
を設けて、強制対流によって冷却フィン５の間に空気を
流す構造としている。この構成により、簡単な構造で大
きな冷却能力を得ることができる。
合はヒートパイプ３を構成するパイプ４は重力方向に真
直に延びており、冷却ブロック２の両方の面に、サイリ
スタ素子９が実装されている。これにより、一つのヒー
トパイプ３で約２倍のサイリスタ素子９を冷却すること
ができる。両面にサイリスタ素子９が実装されているの
で、パイプ４を曲げることができない。また、冷却フィ
ン５は重力方向にほぼ直交するため、自然対流伝熱に適
していない。そこで、ファン２０及びファンダクト２１
を設けて、強制対流によって冷却フィン５の間に空気を
流す構造としている。この構成により、簡単な構造で大
きな冷却能力を得ることができる。
【００２８】図８及び図９に本発明のさらに他の実施例
を示す。熱伝導グリース１４を介して接する２つの面、
つまり、冷却ブロック２及び素子ベース１１の熱伝導グ
リースとの接触面２３、２４の構造を示している。これ
らの接触面２３、２４には、微小溝２５、２６を格子状
に設けている。接触面２３あるいは接触面２４に熱伝導
グリース１４を塗布して両方の面を接触させ、ボルト１
５で押しつける。ここで、熱伝導グリース１４の塗布量
が多い場合には、ボルト１５による締結力を強くして
も、熱伝導グリース１４の厚みを小さくできない。この
厚みが大きいと、熱伝導グリース層内の温度差が大きく
なり、それだけ、伝熱性能が低下する。そこで、接触面
２３、２４の一部に微小溝２５、２６を設けて、残った
熱伝導グリースを微小溝２５、２６の中に収容する。こ
のような構造にすると、接触面２３、２４の微小溝２
５、２６のない部分の熱伝導グリースの厚みを小さく抑
えることができて、伝熱性能の向上を図れる。一方、微
小溝２５、２６の部分は熱伝導グリースが厚くなり、伝
熱性能に寄与しないので、逆に微小溝２５、２６が占め
る面積をできるだけ小さくするのが望ましい。そこで、
両者のかねあいで微小溝２５、２６の占める面積の割合
は決まるが、微小溝２５、２６はできるだけまばらに接
触面２５、２６上にあるようにするのがよい。例えば、
図８、図９のように格子状に設けると効果が大きい。も
ちろん、接触面２３側のみ、または、接触面２４側のみ
に微小溝２５、または２６を設ける構造でもよい。
を示す。熱伝導グリース１４を介して接する２つの面、
つまり、冷却ブロック２及び素子ベース１１の熱伝導グ
リースとの接触面２３、２４の構造を示している。これ
らの接触面２３、２４には、微小溝２５、２６を格子状
に設けている。接触面２３あるいは接触面２４に熱伝導
グリース１４を塗布して両方の面を接触させ、ボルト１
５で押しつける。ここで、熱伝導グリース１４の塗布量
が多い場合には、ボルト１５による締結力を強くして
も、熱伝導グリース１４の厚みを小さくできない。この
厚みが大きいと、熱伝導グリース層内の温度差が大きく
なり、それだけ、伝熱性能が低下する。そこで、接触面
２３、２４の一部に微小溝２５、２６を設けて、残った
熱伝導グリースを微小溝２５、２６の中に収容する。こ
のような構造にすると、接触面２３、２４の微小溝２
５、２６のない部分の熱伝導グリースの厚みを小さく抑
えることができて、伝熱性能の向上を図れる。一方、微
小溝２５、２６の部分は熱伝導グリースが厚くなり、伝
熱性能に寄与しないので、逆に微小溝２５、２６が占め
る面積をできるだけ小さくするのが望ましい。そこで、
両者のかねあいで微小溝２５、２６の占める面積の割合
は決まるが、微小溝２５、２６はできるだけまばらに接
触面２５、２６上にあるようにするのがよい。例えば、
図８、図９のように格子状に設けると効果が大きい。も
ちろん、接触面２３側のみ、または、接触面２４側のみ
に微小溝２５、または２６を設ける構造でもよい。
【００２９】このように構成した本実施例では、素子ベ
ースと冷却ブロックとの間に熱伝導性グリースを挿入し
ているので、この部分の接触熱抵抗の低減を図ることが
可能になり伝熱性能の向上を図ることができる。また、
素子ベース及び冷却ブロックの接する面の両方あるいは
一方の面に微小溝を設けることにより、熱伝導性グリー
スの厚みを薄くでき、一層の伝熱性能向上を図ることが
できる。
ースと冷却ブロックとの間に熱伝導性グリースを挿入し
ているので、この部分の接触熱抵抗の低減を図ることが
可能になり伝熱性能の向上を図ることができる。また、
素子ベース及び冷却ブロックの接する面の両方あるいは
一方の面に微小溝を設けることにより、熱伝導性グリー
スの厚みを薄くでき、一層の伝熱性能向上を図ることが
できる。
【００３０】図１０に本発明の一実施例を搭載した車輌
２７を、図１１には、図１０のＡ−Ａ矢視断面図を示
す。車体２８は台車２９により支えられている。台車２
９は、台車枠３０と、この台車枠３０に回転自在に設け
た車軸３２と、車軸３２に固設された車輪３１と、車軸
３２にモータ３４で発生した動力を伝えるギヤ３３と、
モータ３４とを備えている。そして、モータ３４の回転
力は、ギヤ３３から車輪３１に伝わり、車輪３１の回転
により車輌２７はレール３５上を移動する。モータ３４
の回転を制御する電流は、パンタグラフ３６により架線
３７から取り入れられ、制御器３８によりモータ制御電
流に変換される（図１０及び図１１においては、電気配
線を省略している）。モータ制御電流の値を変化させる
ことにより、モータ３４の回転が変化し、それに伴い車
輌２７の速度が変化する。
２７を、図１１には、図１０のＡ−Ａ矢視断面図を示
す。車体２８は台車２９により支えられている。台車２
９は、台車枠３０と、この台車枠３０に回転自在に設け
た車軸３２と、車軸３２に固設された車輪３１と、車軸
３２にモータ３４で発生した動力を伝えるギヤ３３と、
モータ３４とを備えている。そして、モータ３４の回転
力は、ギヤ３３から車輪３１に伝わり、車輪３１の回転
により車輌２７はレール３５上を移動する。モータ３４
の回転を制御する電流は、パンタグラフ３６により架線
３７から取り入れられ、制御器３８によりモータ制御電
流に変換される（図１０及び図１１においては、電気配
線を省略している）。モータ制御電流の値を変化させる
ことにより、モータ３４の回転が変化し、それに伴い車
輌２７の速度が変化する。
【００３１】制御器３８は、制御器筐体３９内にサイリ
スタ１、ヒートパイプ３、フィルタコンデンサ４０等の
電装品等を収めた構造になっており、車体２８底部に車
輌２７正面から見て左右対称に２個取り付けられている
場合が多い。図１２は車輌２７が傾いた場合の車輌２７
の断面図である。車輌２７が右に傾くと、図１２の左側
のヒートパイプ３のパイプ４内の液体の冷媒５ａが冷却
ブロック２側に戻りやすくなる。このように車輌２７が
傾いた場合においても、左右に配置されたヒートパイプ
のどちらかが伝熱性能の高い配置となり、サイリスタ素
子の冷却を効果的に行える。
スタ１、ヒートパイプ３、フィルタコンデンサ４０等の
電装品等を収めた構造になっており、車体２８底部に車
輌２７正面から見て左右対称に２個取り付けられている
場合が多い。図１２は車輌２７が傾いた場合の車輌２７
の断面図である。車輌２７が右に傾くと、図１２の左側
のヒートパイプ３のパイプ４内の液体の冷媒５ａが冷却
ブロック２側に戻りやすくなる。このように車輌２７が
傾いた場合においても、左右に配置されたヒートパイプ
のどちらかが伝熱性能の高い配置となり、サイリスタ素
子の冷却を効果的に行える。
【００３２】このように構成した本実施例においては、
車輌の床下に左右対象に冷却装置を取り付けているの
で、必ず一方の冷却ユニットのパイプの凝縮液が冷却ブ
ロック側へ戻りやすくなり、伝熱性能の向上を図ること
ができる。以上のいずれの実施例においても、各部の伝
熱性能の向上を図ることにより、例えば空気流の温度を
一定と考えれば、素子温度の低減を図ることができる。
それにより、素子の寿命を長くでき、信頼性を高めるこ
とができる。また、冷却装置の小形、軽量化を図れる。
車輌の床下に左右対象に冷却装置を取り付けているの
で、必ず一方の冷却ユニットのパイプの凝縮液が冷却ブ
ロック側へ戻りやすくなり、伝熱性能の向上を図ること
ができる。以上のいずれの実施例においても、各部の伝
熱性能の向上を図ることにより、例えば空気流の温度を
一定と考えれば、素子温度の低減を図ることができる。
それにより、素子の寿命を長くでき、信頼性を高めるこ
とができる。また、冷却装置の小形、軽量化を図れる。
【００３３】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、サ
イリスタの発熱素子にヒートパイプを熱的に接続し、ヒ
ートパイプの凝縮部をサイリスタに対し、上方または側
部上方に設けたので、冷却性能が向上すると共に、冷却
用のスペース効率が増す。
イリスタの発熱素子にヒートパイプを熱的に接続し、ヒ
ートパイプの凝縮部をサイリスタに対し、上方または側
部上方に設けたので、冷却性能が向上すると共に、冷却
用のスペース効率が増す。
【００３４】
【図１】本発明の一実施例の斜視図である。
【図２】従来技術の斜視図である。
【図３】本発明の一実施例の側面図である
【図４】本発明の一実施例のヒートパイプの一部分の側
面図である。
面図である。
【図５】本発明の一実施例の側面図である。
【図６】本発明の一実施例の側面図である。
【図７】本発明の一実施例の側面図である。
【図８】本発明の一実施例の接触面構造を示す斜視図で
ある。
ある。
【図９】本発明の一実施例の接触面構造を示す斜視図で
ある。
ある。
【図１０】本発明の一実施例を搭載した車輌の側面図で
ある。
ある。
【図１１】本発明の一実施例を搭載した車輌の正面断面
図である。
図である。
【図１２】本発明の一実施例を搭載した車輌の正面断面
図である。
図である。
１…サイリスタ、２…冷却ブロック、３…ヒートパイ
プ、４…パイプ、５…冷却フィン、８…凝縮器、９…サ
イリスタ素子、１０…絶縁層、１１…素子ベース、１４
…熱伝導グリース、１９…微細溝、２３、２４…接触
面、２５、２６…微細溝、２７…車輌、３８…制御器。
プ、４…パイプ、５…冷却フィン、８…凝縮器、９…サ
イリスタ素子、１０…絶縁層、１１…素子ベース、１４
…熱伝導グリース、１９…微細溝、２３、２４…接触
面、２５、２６…微細溝、２７…車輌、３８…制御器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 秀治 茨城県勝田市市毛1070番地 株式会社日立 製作所水戸工場内 (72)発明者 豊田 瑛一 茨城県勝田市市毛1070番地 株式会社日立 製作所水戸工場内
Claims (12)
- 【請求項１】発熱体を多数搭載した発熱体ユニットと、
該発熱体ユニットに対向して設けられ内部に冷媒を封入
した冷却ブロックとを備えた半導体冷却装置において、 前記発熱体ユニットの素子ベースの表面に電気絶縁膜層
を形成し、前記冷却ブロックに前記冷却ブロックに対し
て側方または斜め側方に延在したヒートパイプを設け、
該ヒートパイプはその内部を前記冷却ブロック内に封入
した冷媒が流動可能に形成され、該ヒートパイプの延在
した側に冷却フィンを設けたことを特徴とする半導体冷
却装置。 - 【請求項２】前記素子ベースと前記冷却ブロックとの間
に熱伝導グリースを挟持し、前記素子ベースと前記冷却
ブロックとを締結する手段を設けたことを特徴とする請
求項１に記載の半導体冷却装置。 - 【請求項３】前記素子ベースおよび前記冷却ブロックの
対向する面の少なくとも一方に微小溝を設けたことを特
徴とする請求項２に記載の半導体冷却装置。 - 【請求項４】冷媒を封入したパイプの一端側を発熱体を
多数搭載した発熱体ユニットに対向して設けた冷却ブロ
ックに挿入し、該パイプの他端側に冷却フィンを設けた
ものであって、該パイプの前記冷却ブロックへの挿入部
と前記冷却フィン部との間で前記冷媒の流動方向が変化
するように前記パイプを曲げて、前記冷却フィンと前記
パイプの前記冷却ブロックへの挿入部とをほぼ平行に形
成したことを特徴とする半導体冷却装置。 - 【請求項５】前記ヒートパイプのパイプの内壁面に微細
溝を設けたことを特徴とする請求項４に記載の半導体冷
却装置。 - 【請求項６】前記冷却ブロックが重力方向に複数段配設
されていることを特徴とする請求項１または４に記載の
半導体冷却装置。 - 【請求項７】前記ヒートパイプ内に封入する冷媒を水と
し、この水の封入量を前記冷却ブロック内に形成した前
記冷媒の封入部の容積以下としたことを特徴とする請求
項１または４に記載の半導体冷却装置。 - 【請求項８】前記ヒートパイプの凝縮器部の周囲にファ
ンガイドを設け、該ファンガイドにより形成される空間
にファンを配設したことを特徴とする請求項１または４
に記載の半導体冷却装置。 - 【請求項９】垂直面方向に設けた素子ベースの表面にサ
イリスタ素子を複数個配設し、該サイリスタ素子で発生
した熱のヒートシンクを形成する冷却ブロックと該素子
ベースとを絶縁層を介して層状に締結したものであっ
て、前記冷却ブロックにヒートパイプを設け、該ヒート
パイプの凝縮器部を前記冷却ブロックの真上から真横の
間の位置に設けたことを特徴とする半導体冷却装置。 - 【請求項１０】垂直面方向に設けた素子ベースの表面に
サイリスタ素子を複数個配設し、該サイリスタ素子で発
生した熱のヒートシンクを形成する冷却ブロックと該素
子ベースとを絶縁層を介して層状に締結したものであっ
て、前記冷却ブロックにヒートパイプを設け、該ヒート
パイプ内に封入した冷媒が該ヒートパイプの凝縮器で凝
縮した後重力により落下するように該ヒートパイプを形
成したことを特徴とする半導体冷却装置。 - 【請求項１１】請求項１、４、９、１０のいずれか１項
に記載の半導体冷却装置を搭載したことを特徴とする車
輌。 - 【請求項１２】前記半導体冷却装置を前記車輌の車体下
部にほぼ対称に設けたことを特徴とする請求項１１に記
載の車輌。
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