JPH07106478A - 沸騰冷却装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 沸騰冷却装置において、冷却槽に対して偏平
チューブを鉛直方向に一体気密構造になるように構成し
て、チューブ間に冷却フィンを設けることにより、小型
高効率の沸騰冷却装置を得る。 【構成】 圧延鋼板製の被冷却槽２０の中に被冷却物で
ある半導体素子７０がマウントされており、この半導体
素子７０を浸すのに充分な量のフロロカーボン系の冷媒
６０が注入されている。また冷却槽２０の壁面に複数の
気密端子５０が取り付けられ、半導体素子７０に配線さ
れている。冷却槽２０の上部には、偏平断面を持つアル
ミ製のチューブ１０２が開口面を下にして、冷却槽２０
に対して鉛直方向に一体気密構造となるように着けられ
ている。また冷却槽２０の側面にはアルミ製のコルゲー
トフィン１０１が接続され、熱交換器１が構成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発熱した半導体素子等
の発熱体を冷却する沸騰冷却装置及びその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来電気機器等の半導体素子の冷却方法
として、図３８に示すようなヒートパイプ１を用いた冷
却装置が市販されている。この冷却装置の構造は、冷却
ブロック２の中に円柱状のヒートパイプ１の吸熱部３が
接合され、ヒートパイプ１の放熱部４にはプレートフィ
ン５が設けられている。パワーパックの放熱面６から放
熱される熱は冷却ブロック２、ヒートパイプ１、プレー
トフィン５を通って大気中に放出される。

【０００３】しかしこの冷却装置において、ヒートパイ
プ１の熱伝導性は優れているものの冷却ブロック２の熱
抵抗が非常に大きくなり、このため冷却装置全体の熱抵
抗も大きくなってしまい、結果、装置の体格も大きくな
ってしまうという問題があった。この問題を解決する方
法として、冷媒を用いて冷却を行う沸騰冷却装置があ
る。図３９は、特開昭５６−１４７４５７号公報に開示
された従来の沸騰冷却装置を示す図である。この図にお
いて、素子ケース部１と熱交換器２が熱輸送管３Ａ，３
Ｂによって接続されており、その作用は次の通りであ
る。つまり、半導体素子４Ａが発熱して冷却媒体８を沸
騰させると、冷却媒体８は蒸気になって上昇し熱輸送管
３Ａを経て熱交換器２に移動する。熱交換器２に達した
蒸気はフィンチューブ２Ａに分配され、外部冷却によっ
て凝縮して熱輸送管３Ｂに達し、再び素子ケース１に戻
る。このようなサイクルによって、半導体素子は冷却さ
れる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３９
に示したような沸騰冷却装置は、素子ケース部１と熱交
換器２が別体となっており、それらが熱輸送管で接続さ
れた構成になっているため、その加工が複雑であり、ま
た熱交換のサイクルが長く外部への熱伝達率が小さいた
め大容量の熱交換器が必要となり、この結果熱交換器の
大きさが被冷却物である半導体素子に比べ非常に大くな
ってしまうという問題があった。電気自動車等では車体
重量の軽減、空気抵抗の減少が走行可能距離に大きく影
響するため、沸騰冷却装置の大きさは重要な問題になっ
てしまう。

【０００５】本発明は上記問題に鑑みたものであり、一
方を密閉した筒状の放熱部を冷却槽の上部に一体気密構
造となるように取り付けることにより、熱交換のサイク
ルを短くし、これにより小型高効率の沸騰冷却装置を得
ることを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に構成された第一発明の沸騰冷却装置は、電気回路等で
用いられ、駆動することにより余分な熱を発生する発熱
体と、前記発熱体の発する熱を吸収し、その熱によって
気化する冷媒と、前記冷媒を封入する冷却槽と、一方の
開口面が前記冷却槽に取り付けられるとともに、他方の
開口面が密閉して取り付けられ、前記気化して上昇して
来る冷媒を冷却液化して前記冷却槽に戻す筒状の放熱部
とを備えることを特徴としている。

【０００７】ここで前記発熱体は前記冷却槽の内部に固
定されていてもよいし、外部に固定されていてもよい。
また上記目的を達成するために構成された第二発明の沸
騰冷却装置の製造方法は、冷却槽の一部に脱気及び冷媒
注入用の注入パイプを設ける工程と、前記冷却槽に発熱
体を固定する工程と、前記冷却槽の上部に、一方の開口
面を下にして筒状の放熱部を取りつける工程と、前記放
熱部の他方の開口部を底部で密閉する行程を含む沸騰冷
却装置の製造方法において、前記注入パイプから洗浄液
を注入、吸引し、前記冷却槽を含む冷却装置の内部を洗
浄する工程と、前記注入パイプから減圧して前記冷却装
置の気密を試験する工程と、前記注入パイプから前記冷
却装置の内部を脱気する工程と、前記注入パイプから前
記冷却槽に冷媒を注入する工程と、前記注入パイプを密
閉手段より密閉し、前記冷却装置を気密する工程とを備
えることを特徴としている。

【０００８】

【作用】請求項１記載の発明によれば、発熱体が電気回
路等において駆動し、それにより余分な熱を発生する。
発熱体において発生した熱は冷媒に吸収され、冷媒を沸
騰気化させる。発生した冷媒の蒸気は熱サイフォン効果
によって放熱部内を上昇し、放熱部側面に接触して外部
に熱を伝え、冷却されて再び液化する。液化した冷媒は
重力により下方に垂れ、下部の冷却槽に戻る。よって発
熱体で発生した余分な熱は、冷媒、放熱部を伝って大気
に放出される。

【０００９】請求項２記載の発明によれば、冷媒中に発
熱体が浸されている。これにより、発熱体において発生
した熱は直接冷媒に吸収され、冷媒を効率よく沸騰気化
させる。発生した冷媒の蒸気は熱サイフォン効果によっ
て放熱部内を上昇し、放熱部側面に接触して外部に熱を
伝え、冷却されて再び液化する。液化した冷媒は重力に
より下方に垂れ、下部の冷却槽に戻る。よって発熱体で
発生した余分な熱は、冷媒、放熱部を伝って大気に放出
される。

【００１０】請求項３記載の発明によれば、冷却槽の外
部に発熱体が固定されている。これにより、発熱体にお
いて発生した熱は間接的に冷媒に吸収され、冷媒を沸騰
気化させる。発生した冷媒の蒸気は熱サイフォン効果に
よって放熱部内を上昇し、放熱部側面に接触して外部に
熱を伝え、冷却されて再び液化する。液化した冷媒は重
力により下方に垂れ、下部の冷却槽に戻る。よって発熱
体で発生した余分な熱は、冷媒、放熱部を伝って大気に
放出される。

【００１１】請求項１３記載の発明によれば、注入パイ
プから洗浄液を注入、吸引し、冷却槽を含む冷却装置の
内部を洗浄する。そしてこの注入パイプから減圧して冷
却装置の気密を試験する。注入パイプから冷却装置の内
部を脱気した後、冷却槽に冷媒を注入し、その後、注入
パイプを密閉手段より密閉して、冷却装置を気密する。

【００１２】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、放熱部を
冷却槽と一体化にしたことにより、冷媒が冷却槽から気
化、液化して再び冷却槽に至る経路が短く、冷媒液面の
変化を小さく抑えることができ、これにより冷媒の封入
量を減少できる。さらに熱交換のサイクルが短いため、
外部への熱伝達効率を高めることができる。従って冷却
槽、放熱部を含めた全体の体格が非常にコンパクトにな
り、しかも冷媒の連通管などが不要なため、部品点数や
コストの削減、生産性の向上が得られる。

【００１３】請求項２記載の発明によれば、発熱体が冷
媒の中に浸され、発した熱が直接冷媒に吸収される。従
って熱伝達効率が非常に良く、冷媒が冷却槽から気化、
液化して再び冷却槽に至る経路が短くなる。よって冷媒
の封入量を減少でき、熱交換のサイクルが短く外部への
熱伝達効率を高めることができるため、冷却槽、放熱部
を含めた全体の体格をコンパクトにできる。

【００１４】請求項３記載の発明によれば、発熱体が冷
却槽の外部に取り付けられている。従って発熱体を固定
する工程が非常に簡単になり、生産性の向上が得られ
る。また万一発熱体が故障した場合でも、その交換を容
易に行うことができる。さらに発熱体が冷媒に触れてい
ないため、発熱体と冷媒の相性を考える必要がなく、冷
媒の種類を任意に設定することもできる。

【００１５】請求項１３記載の発明によれば、一ヶ所の
注入パイプから洗浄、気密試験、脱気、冷媒注入、密閉
を行うため、脱気後気密試験をしたり冷媒注入後脱気す
る等の二度手間を省くことができる。

【００１６】

【実施例】（第１実施例）以下本発明の第１実施例の沸
騰冷却装置を図面に基づき説明する。図１（ａ）は本発
明の第１実施例による沸騰冷却装置の概略図であり、図
（ｂ）は１−１断面図である。概略的には圧延鋼板製の
被冷却槽２０の中に被冷却物の発熱体である半導体素子
７０がマウントされており、この半導体素子７０を浸す
のに充分な量のフロロカーボン系の冷媒６０が注入され
ている。また冷却層２０の壁面に複数の気密端子５０が
取り付けられ、半導体素子７０に配線されている。冷却
槽２０の上部には、偏平断面を持つアルミ製のチューブ
１０２が一方の開口面を下にし、他方の開口面を密閉し
て、冷却槽２０と一体気密構造となるように付けられて
いる。また冷却槽２０の側面にはアルミ製のコルゲート
フィン１０１が接続され、放熱部である熱交換器１０が
構成されている。

【００１７】次に本実施例の製造方法について簡単に説
明する。図２（ａ）〜（ｃ）は本実施例の沸騰冷却装置
の製造方法を示すものである。初めに偏平チューブの平
部分にろう付けによってコルゲートフィン１０１を取り
付け、チューブ１０２の他方の開口面を密閉する。冷却
槽２０の一部に気密栓９０５を溶接で取り付ける。次
に、先端に気密栓９０５の口径に合わせた孔を持った脱
気注入管９０３を、ゴム製のパッキン９０４を介して気
密栓９０５に取りつける。冷却槽２０内に半導体素子７
０をマウントし、冷却槽２０の上部に周知の方法で筒状
のチューブ１０２を取りつける。この時、チューブ１０
２の一方の開口面が冷却槽２０側に向き、冷却槽２０に
対して鉛直方向に取り付けられるようにする。これによ
り、沸騰した冷媒６０が真上に上昇してチューブ内で冷
やされた後、重力によって真下に降下するようにする。

【００１８】次に脱気注入管９０３を通して冷却装置内
部に、溶材を含む洗浄剤の注入、吸引を繰り返して洗浄
する。そして脱気注入管９０３をヘリウムリークディテ
クタに接続し、気密チェックを行う。その後、脱気注入
管９０３から冷媒を注入する。冷媒注入後、脱気注入管
９０３の気密を保ったままでプレス９０１を用いて気密
栓９０５を圧着後、高電圧を印加して抵抗溶接によって
気密する。ここで、プレス９０１は油圧により気密栓９
０５をはさんで圧着するために構成され、プレス９０１
先端部には電線９０２により高電圧が印加可能な抵抗溶
接用電極が構成されている。図２（ｂ）は図２（ａ）に
おける２−２断面図つまり気密栓９０５の加工前の断面
図であり、図２（ｃ）は気密栓９０５をプレス９０１で
圧着加工した様子を示した図である。なお、脱気注入管
９０３は１本でなく複数で各々を気密加工しても良い
し、洗浄と気密テストと脱気はそれぞれ連続した工程で
なく別々であっても良い。しかし脱気と冷媒注入、気密
加工は連続して行うことが望ましい。

【００１９】このような構成において、半導体素子７０
は気密端子５０を通して気密状態で通電され、素子の電
力ロス分を発熱する。半導体素子７０において発生した
熱は周囲の冷媒６０に吸収され、冷媒６０を沸騰させ
る。発生した冷媒６０の蒸気は熱サイフォン効果によっ
てチューブ１０２内を上昇し、コルゲートフィン１０１
によって冷却され、再び液化する。液化した冷媒６０は
重力により下部の冷却槽２０に戻る。よって半導体素子
７０で発生した熱は、冷媒６０、チューブ１０２、コル
ゲートフィン１０１を伝って大気に放出される。

【００２０】本実施例において、チューブ１０２を冷却
槽２０と一体化にしたことにより、従来の循環式に比べ
冷媒の冷却液槽から気化、液化して再び冷却槽に至る経
路が短いため、液面の変化を小さく抑えることができ、
また冷媒の量も減少できる。またチューブ１０２を偏平
としたことで、その平面部に冷却フィンを簡単に取り着
けることができ、しかもフィンは通風時に熱伝達率が非
常に高いコルゲートフィン１０１を用いているため、小
型で高い冷却性能を得ることができる。一般的に高い冷
却性能を得るために強制冷却用の送風ファンを用いる
が、本実施例の沸騰冷却装置においては偏平チューブを
使用しているため、同じ断面積を持つ円管チューブに比
べて送風時の空気抵抗が減少でき、送風ファンも小型小
電力の物を用いるだけでさらに高い冷却性能を得ること
ができる。このことは、消費電力や車体重量によって走
行距離が大きく変わる電気自動車に対して大きな利点と
なる。

【００２１】以上の構成により、送風系、熱交換器、冷
却槽を含めた全体の体格が非常にコンパクトになり、し
かも冷媒の連通管などが不要で部品点数およびコストの
削減、生産性の向上が得られる。 （第２実施例）以下本発明の第２実施例の沸騰冷却装置
を図面に基づき説明する。

【００２２】図３（ａ）は第１実施例の沸騰冷却装置に
おいて、冷却槽内に数個の半導体素子７０をマウントす
るため、偏平チューブの長軸が平行となるように複数並
列接続し、偏平チューブの長軸方向の延長側の側面に強
制冷却用クロスフローファン３０１を取りつけた装置を
示す図であり、図３（ｂ）はこれらの装置を横から見た
図である。

【００２３】半導体素子７０は１個当たりの通電可能電
流が小さいため、大電流を扱う場合半導体素子７０を複
数個並列使用する。しかしこれらの半導体素子７０を冷
却槽２０に２次元的に配列すると、冷却槽２０の底面積
が大きなものが必要になる。そこで本実施例では半導体
素子７０を横長に配置して熱交換器１０の送風方向に対
する厚み（偏平チューブの短軸方向の厚み）を薄くして
送風抵抗を小さく抑えることによって、クロスフローフ
ァン３０１による強制冷却が可能になっている。

【００２４】各半導体素子の作動を安定させるためには
温度条件を均一にする必要があるが、本実施例の構成を
取ることにより、各素子で発生した冷媒の蒸気はその上
のチューブ１０２を通り、クロスフローファン３０１に
よって均一な流速で冷却され、温度差を生じにくくな
る。このことは、エンジンルームの温度的に不利な条件
下でＯＮ／ＯＦＦの激しい制御を繰り返す複数の半導体
素子７０の総合的な安定性、寿命に大きな利点である。
また半導体素子７０は水平面に対して傾斜して取り付け
られており、裏面からの沸騰気泡が放熱部に移動し易く
している。またこれにより半導体素子７０のレイアウト
をつめることができ、冷却槽２０の小型化にもなる。

【００２５】以上のように本実施例では、第１実施例の
沸騰冷却装置にクロスフローファン３０１を取りつける
ことにより、さらに高い冷却性能を得ることができ、こ
の結果送風系、熱交換器、冷却槽を含めた全体の体格が
非常にコンパクトになり、また部品点数の削減、生産性
の向上も得られる。 （第３実施例）以下本発明の第３実施例の沸騰冷却装置
を図面に基づき説明する。

【００２６】図４（ａ）は第２実施例の沸騰冷却装置に
おいて、平行に並列接続された偏平チューブ全体の幅Ｄ
と、偏平チューブ１０２の高さＣのアスペクト比が約１
（Ｃ／Ｄ≒１）となるように熱交換器１０が形成され、
偏平チューブ１０２の長軸方向の延長側の側面に強制冷
却用の軸流ファン３０２を取りつけた装置を示す図であ
り、図４（ｂ）はこれらの装置を横から見た図である。

【００２７】本実施例では、第１実施例の沸騰冷却装置
に、自動車用放熱器に一般的に使用されている低コスト
の軸流ファン３０２を取りつけることにより、第２実施
例同様の高い冷却性能を得ることができる。またチュー
ブ１０２を積層することにより、放熱フィン部分は体格
及びアスペクト比が従来のラジエータと同等の構造とな
り、放熱設計及び冷却ファン等の補器類の設計工数及び
コストを大幅に低減することができる。これにより第２
実施例同様送風系、熱交換器、冷却槽を含めた全体の大
きさがコンパクトになり、生産性も向上する。

【００２８】（第４実施例）以下本発明の第４実施例の
沸騰冷却装置を図面に基づき説明する。図５は、第３実
施例の沸騰冷却装置において、冷却槽２０の長さＧを並
列接続された偏平チューブ全体の幅Ｆよりも大きくし
（Ｅ／Ｆ≒１，Ｇ＞Ｄ，Ｆ）、より多くの半導体素子７
０をマウントできるようにしたものである。

【００２９】各半導体素子の作動を安定させるためには
温度条件を均一にする必要があるが、図５の構成では、
各素子で発生した冷媒の蒸気はその上の蒸気分配板８０
によって均等に分配されチューブ１０２に導かれ、温度
差を生じないようにしている。これにより、第３実施例
の効果に加え、数多くの半導体素子を効率的に省スペー
スで冷却することができる。

【００３０】（第５実施例）以下本発明の第５実施例の
沸騰冷却装置を図面に基づき説明する。図６（ａ）は、
第３実施例の沸騰冷却装置において、偏平チューブ全体
の幅を、偏平チューブ１０２の高さよりも大きくし、よ
り多くの半導体素子７０をマウントできるようにしたも
のであり、図６（ｂ）はこの装置を側面から見た図であ
る。

【００３１】気化した冷媒６０が熱サイフォン効果によ
って熱伝達するために必要な熱交換器１０の高さは、偏
平チューブ全体の幅より低くても良い場合がある。この
ような熱交換器の場合、偏平チューブの高さをあえて高
くし、第３実施例のようにアスペクト比を１に近づけて
１つの軸流ファン３０２で冷却するよりも、図６（ａ）
のように軸流ファン３０２を並列に並べた方が装置全体
をコンパクトにすることができる。また本実施例のよう
な構成にすれば、万一軸流ファン３０２の一つが故障し
たとしても、最低でも２分の１の送風量を確保できるた
め、安全性も向上することができる。

【００３２】（第６実施例）以下本発明の第６実施例の
沸騰冷却装置を図面に基づき説明する。図７は本発明の
第６実施例の沸騰冷却装置を示す図である。熱交換器を
構成するチューブ１０２と、冷却槽２０は特に別部品で
ある必要はなく、図７に示すように半導体素子７０組付
け後、一体型である形状にしても良い。

【００３３】この図において、各チューブ１０２は構造
的に独立しているため、万一ひとつのチューブ１０２に
洩れが発生しても他には影響を与えないため一部機能の
喪失のみで機能全体の喪失は発生しない。さらに、放熱
器に直接発熱体を取付けるために、放熱部までの熱抵抗
が低減されること、配管等は不要になることから体格の
小型化が可能であるとともに、発熱量及び発熱体数の変
更に対してユニット数を増減することのみで対応可能と
なるため、簡単にアスペクト比を約１：１に設定するこ
とができ、自動車用放熱器に一般的に使用されている低
コストの軸流ファン３０２による冷却が可能になる等、
設計や製造のための工数及び製造コストを低減すること
ができる。

【００３４】（第７実施例）図８（ｂ）は本発明の第７
実施例の沸騰冷却装置を示す図である。平行に並列接続
された複数の偏平チューブの上方は、図１から図６に示
すように各々を密閉した構造が望ましいが、チューブ１
０２の上部開口面の密閉部を単純化して生産性を向上す
るため、図８（ｂ）に示すように偏平チューブの上方に
図８（ａ）のような小さな容積の気密室１０３を設けて
密閉しても良い。このように、チューブ１０２に対して
一度に密閉のろう付けを行うことにより、各々のチュー
ブの上部を密閉する工程に比べて工数を減らすことがで
きる。

【００３５】なお本実施例では、図８（ａ）に示したよ
うに気密室を複数のチューブ１０２に跨る構成とした
が、各チューブごとに個々の気密室を構成させても良
い。なお、本発明では一本のチューブを放熱部としてい
るのではなく、本実施例のように放熱部は複数のチュー
ブ１０２で構成されていても良い。また、チューブ自体
も穴が一つである必要はなく、複数の穴を有していても
良い。

【００３６】（第８実施例）以下本発明の第８実施例の
沸騰冷却装置を図面に基づき説明する。図９は本発明の
第８実施例の沸騰冷却装置を示す図である。図９に示す
ように本実施例における沸騰冷却装置は、熱交換器１
０、コルゲートフィン１０１、冷却槽２０、冷媒６０、
パワーパック１１０よりなる。冷却槽２０の内部には冷
媒６０が封入されている。熱交換器１０とパワーパック
１１０はボルト１３３にて取り付けられている。すなわ
ち本実施例では、半導体素子７０が冷却槽の外部に形成
されている。ここで放熱面１１１は銅等の熱伝導性の良
い材質であり、冷媒６０は水である。コルゲートフィン
１０１は熱交換器１０に接着固定されている。パワーパ
ック１１０の詳細図を図１０に示す。半導体素子７０は
はんだ１２０にてＤＢＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｏｎｄｉｎ
ｇ Ｃｕｐｐｅｒ）１１５上に接着され、ＤＢＣ１１５
は絶縁基板１１２上にろう付等にて接着され、絶縁基板
１１２はろう付等にてＤＢＣ１１６上に接着され、ＤＢ
Ｃ１１６ははんだ１２１にて銅板１１３上に接着されて
いる。パワーパック１１０の中にはシリコンゲル１１４
が半導体素子７０を保護するために充填されている。図
９に示すように熱交換器１０は、冷媒６０が銅板１１３
の放熱面１１１からの熱を吸収するようにパワーパック
１１０の上方に配される。絶縁基板１１２は熱伝導性が
良く電気絶縁性の良いものでＡｌＮ等が用いられる。コ
ルゲートフィン１０１は熱交換器１０の伝熱面積を拡大
し、かつコルゲートフィン１０１の前縁効果により放熱
効率を良くするものである。図９の側面図を図１１に示
す。本実施例において、強制冷却ファンは軸流ファン３
０２を使用し、これによりコルゲートフィン１０１へ送
風する。送風方向は図示６０２に示す様に吸い込んでも
よいし、また逆に送風してもよい。熱交換器１０、コル
ゲートフィンは前述のようにＡｌ等の金属よりなる。低
温での使用に際しては、冷媒６に不凍液等を混ぜ凝固点
を低くしたり、第１から７実施例に示したようにフロロ
カーボン等の流動点の低い液体を用いる。

【００３７】このような構成において半導体素子７０が
発熱すると、ＤＢＣ１１５，絶縁基板１１２，ＤＢＣ１
１６を介して銅板１１３の放熱面１１１に熱が伝わり冷
媒６０を沸騰気化させる。この時、冷媒６０と放熱面１
１１の間で沸騰による高効率な熱伝達が行われる。沸騰
時の熱伝達率は自然対流時の１００〜１０００倍にも達
する。冷媒６０は水から蒸気に変化し、沸騰気化した蒸
気はチューブ１０２を上昇して、矢印６０１に示す様に
通路内を循環する。蒸気はチューブ１０２の内面に接触
すると凝縮して水となり潜熱を放出する。放出された熱
はコルゲートフィン１０１へと伝わり、コルゲートフィ
ンは軸流ファン３０２からの送風により冷却される。

【００３８】従って本実施例においても、送風系、熱交
換器、冷却槽を含めた全体の体格が非常にコンパクトに
なり、しかも半導体素子７０を含めたパワーパック１１
０を冷却槽２０の外部に接着固定した構造になっている
ため、第１乃至６実施例に比べて簡単に製造でき、この
結果コストの削減、生産性の向上が得られる。また万一
発熱体が故障した場合でも、その交換を容易に行うこと
ができる。さらに本実施例では冷媒６０として水を用い
ているため、非常に低コストで製造することができる。
また前述のように低温での使用に際してフロロカーボン
等の流動点の低い液体を用いることもできる。これは発
熱体が冷媒に触れていないため、発熱体と冷媒の相性を
考える必要がないためである。このように、冷媒の種類
を任意に設定することもできる。

【００３９】（第９実施例）以下本発明の第９実施例の
沸騰冷却装置を図面に基づき説明する。図１２は本発明
の第９実施例の沸騰冷却装置を示す図である。この図に
おいて本実施例の沸騰冷却装置は、冷却槽２０の底面に
図１４に示すような沸騰熱伝達促進構造物２０１が付け
られている。これにより冷却槽２０の実質的な熱伝達率
が増加し、冷媒６０に熱を伝えやすくなる。従って熱伝
達率が大きくなることで、小型化が可能となる。

【００４０】また本実施例において沸騰熱伝達促進構造
物２０１は、図１３に示すように半導体素子７０の直下
部分のみでも構わない。この場合、図１２に示した沸騰
冷却装置よりもコストの削減ができる。 （第１０実施例）図１５は本発明の第１０実施例の沸騰
冷却装置を示す図である。この実施例では冷却槽２０の
底面の一部を削って薄くすることで高熱伝導効率を実現
している。また冷却槽２０の底面は、図１６に示すよう
に半導体素子７０の直下部分のみを削っても良い。この
場合、図１５に示した沸騰冷却装置よりも冷却槽２０の
強度が大きくなる。

【００４１】（第１１実施例）図１７は本発明の第１１
実施例の沸騰冷却装置を示す図である。この沸騰冷却装
置では熱伝達効率をさらに大きくするため、冷却槽２０
の底部を取り除き、冷媒６０とパワーパック１１０の銅
板１１３の放熱面１１１が直に触れるようにしたもので
ある。この場合冷却槽２０とパワーパック１１０の接合
部における気密性が問題になるが、本実施例ではグリー
スとＯリング１３０を介して接合することによりこの問
題を解決している。

【００４２】（第１２実施例）図１８は本発明の第１２
実施例の沸騰冷却装置を示す図である。この沸騰冷却装
置では熱伝達効率を大きくするため、図１４に示すよう
な沸騰熱伝達促進構造物２０１を付けている。これによ
り、熱伝達効率を大きくできるだけでなく、銅板１１３
の強度も大きくできる。

【００４３】また本実施例においては図１９に示すよう
に、沸騰熱伝達促進構造物２０１の代わりに図２０のよ
うなハニカム状部材２０２を付けたり、また冷却槽２０
の底面や銅板１１３自体をハニカム状にしても良い。 （第１３実施例）図２１は本発明の第１３実施例の沸騰
冷却装置を示す図である。この沸騰冷却装置では熱伝導
効率をさらに大きくするため、銅板１１３の一部を削っ
て薄くしたものである。

【００４４】本実施例においては銅板１１３の強度を確
保するため、図２２に示すように半導体素子７０の直下
部分のみを削っても良い。また銅板１１３の強度を確保
し同時に熱伝達効率を高めるため、図２３または図２４
に示すように銅板１１３を沸騰促進させる構造にしても
良い。 （第１４実施例）図２５は本発明の第１４実施例の沸騰
冷却装置を示す図である。この実施例では熱伝導効率を
さらに高めるため銅板１１３の一部を取り除き、さらに
ＤＢＣ１１６の一部も削り取った構造となっている。

【００４５】またこの実施例においても図２６に示すよ
うに、図１４のような沸騰熱伝達促進構造物２０１を付
けることで、熱伝達効率を大きくできるだけでなく絶縁
基板１１２の強度も大きくできる。 （第１５実施例）図２７は本発明の第１５実施例の沸騰
冷却装置を示す図である。第９から第１４実施例ではパ
ワーパック１１０はＯリング１３０を介して冷却槽２０
に固定されていたが、本実施例ではろう付け等によって
接着固定されている。この構造においても気密性及び熱
伝導性に優れた特性を得ることができる。

【００４６】（第１６実施例）図２８は本発明の第１６
実施例の沸騰冷却装置を示す図である。第９から第１４
実施例ではパワーパック１１０はＯリング１３０を介し
て冷却槽２０に固定されていたが、本実施例ではアーク
溶接、抵抗溶接、レーザ溶接等の溶接によって接着固定
されている。この構造においても気密性及び熱伝導性に
優れた特性を得ることができ、さらに溶接は長時間の気
密維持が可能であることから耐久性も向上できる。図２
９はレーザ溶接を用いてパワーパック１１０と冷却槽２
０を接続した例を示している。この図ではレーザ溶接を
用いているため、大量生産に適している。

【００４７】（第１７実施例）図３０は本発明の第１７
実施例の沸騰冷却装置を示す図である。この実施例では
パワーパック１１０と冷却槽２０がグリースとＣリング
を介してボルト１３３で接続されている。Ｃリングを用
いた場合、Ｏリングを使った場合に比べて約半分の締め
付け荷重で接続することができる。

【００４８】（第１８実施例）図３１は本発明の第１８
実施例の沸騰冷却装置を示す図である。この実施例はパ
ワーパック１１０を用いず、半導体素子７０を取り付け
た絶縁基板１１２をＯリングを介してボルト１３３で直
接冷却槽２０に接続したものである。この沸騰冷却装置
においても第１から第１７実施例同様高効率の放熱特性
を得ることができる。

【００４９】（第１９実施例）図３２は本発明の第１９
実施例の沸騰冷却装置を示す図である。この実施例は図
３１の沸騰冷却装置で、半導体素子７０を取り付けた絶
縁基板１１２を、ろう付けや溶接等によって冷却槽２０
に接続したものである。この沸騰冷却装置においても第
１から１８実施例同様高効率の放熱特性を得ることがで
きる。

【００５０】（第２０実施例）図３３は本発明の第２０
実施例の沸騰冷却装置を示す図であり、図３４は図３３
を横から見た図である。この実施例では、冷却槽２０に
複数のパワーパック１１０が接続されている。この沸騰
冷却装置においても第１から第１９実施例同様高効率の
放熱特性を得ることができる。

【００５１】（第２１実施例）図３５は本発明の第２１
実施例の沸騰冷却装置を示す図である。本実施例ではパ
ワーパック１１０が冷却槽２０に対し側面に付けられて
いる。この沸騰冷却装置においても第１から第２０実施
例同様、高効率の放熱特性を得ることができる。

【００５２】上記実施例では、チューブ１０２に冷却フ
ィンを付けた構造となっているが、本発明においては冷
却フィンがなくても冷却でき、上記目的を達成すること
ができる。また第１実施例における気密試験法は、Ｈｅ
リークテストに限らず気泡試験、加圧試験等であっても
良い。さらに冷却槽２０、チューブ１０２、冷却フィン
の材質は製作時の都合に合わせて銅、アルミ、鉄、ステ
ンレス等に変更しても良い。また、第９から第２１実施
例において銅板１１３または冷却槽２０の底面は熱伝達
効率を高めるため、図３６のようにメッキ等により多孔
質層にしても良いし、図３７のように高密度で規則的な
キャビティを形成させても良い。

【００５３】また本発明は電気自動車に限られたもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば、構
成または形状を任意に変更して、他の電力用半導体素子
または発熱素子等の発熱体に対して実施できるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の第１実施例における沸騰冷
却装置を示す図である。（ｂ）は、図１（ａ）に示す沸
騰冷却装置の１−１断面図を示す図である。

【図２】（ａ）は、本発明の第１実施例における沸騰冷
却装置の製造方法を示す図である。（ｂ）は、本発明の
第１実施例における沸騰冷却装置の製造方法を示す図で
ある。（ｃ）は、本発明の第１実施例における沸騰冷却
装置の製造方法を示す図である。

【図３】（ａ）は、本発明の第２実施例における沸騰冷
却装置を示す図である。（ｂ）は、本発明の第２実施例
における沸騰冷却装置を横から見た図である。

【図４】（ａ）は、本発明の第３実施例における沸騰冷
却装置を示す図である。（ｂ）は、本発明の第３実施例
における沸騰冷却装置を横から見た図である。

【図５】本発明の第４実施例における沸騰冷却装置を示
す図である。

【図６】（ａ）は、本発明の第５実施例における沸騰冷
却装置を示す図である。（ｂ）は、本発明の第５実施例
における沸騰冷却装置を横から見た図である。

【図７】本発明の第６実施例における沸騰冷却装置を示
す図である。

【図８】（ａ）は、本発明の第７実施例における沸騰冷
却装置を示す図である。（ｂ）は、図８（ａ）に示す沸
騰冷却装置の１−１断面図を示す図である。

【図９】本発明の第８実施例における沸騰冷却装置を示
す図である。

【図１０】本発明の第８実施例における沸騰冷却装置の
パワーパック部分を示す図である。

【図１１】本発明の第８実施例における沸騰冷却装置を
横から見た図である。

【図１２】本発明の第９実施例における沸騰冷却装置を
示す図である。

【図１３】本発明の第９実施例における沸騰冷却装置を
示す図である。

【図１４】本発明の第９実施例における沸騰冷却装置の
熱伝導促進フィンを示す図である。

【図１５】本発明の第１０実施例における沸騰冷却装置
を示す図である。

【図１６】本発明の第１０実施例における沸騰冷却装置
を示す図である。

【図１７】本発明の第１１実施例における沸騰冷却装置
を示す図である。

【図１８】本発明の第１２実施例における沸騰冷却装置
を示す図である。

【図１９】本発明の第１２実施例における沸騰冷却装置
を示す図である。

【図２０】本発明の第１２実施例における沸騰冷却装置
のハニカム状部材を示す図である。

【図２１】本発明の第１３実施例における沸騰冷却装置
を示す図である。

【図２２】本発明の第１３実施例における沸騰冷却装置
を示す図である。

【図２３】本発明の第１３実施例における沸騰冷却装置
を示す図である。

【図２４】本発明の第１３実施例における沸騰冷却装置
を示す図である。

【図２５】本発明の第１４実施例における沸騰冷却装置
を示す図である。

【図２６】本発明の第１４実施例における沸騰冷却装置
を示す図である。

【図２７】本発明の第１５実施例における沸騰冷却装置
を示す図である。

【図２８】本発明の第１６実施例における沸騰冷却装置
を示す図である。

【図２９】本発明の第１６実施例における沸騰冷却装置
を示す図である。

【図３０】本発明の第１７実施例における沸騰冷却装置
を示す図である。

【図３１】本発明の第１８実施例における沸騰冷却装置
を示す図である。

【図３２】本発明の第１９実施例における沸騰冷却装置
を示す図である。

【図３３】本発明の第２０実施例における沸騰冷却装置
を示す図である。

【図３４】本発明の第２０実施例における沸騰冷却装置
を示す図である。

【図３５】本発明の第２１実施例における沸騰冷却装置
を示す図である。

【図３６】本発明における沸騰冷却装置の銅板表面また
は絶縁基板表面の一実施例を示す図である。

【図３７】本発明における沸騰冷却装置の銅板表面また
は絶縁基板表面の一実施例を示す図である。

【図３８】従来の半導体冷却装置を示す図である。

【図３９】従来の沸騰冷却式半導体装置を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０ 熱交換器 １０１ コルゲートフィン １０２ チューブ １０３ 気密室 １１０ パワーパック １１１ 放熱面 １１２ 絶縁基板 １１３ 銅板 １１４ シリコンゲル １１５ ＤＢＣ １２０ はんだ １３０ Ｏリング １３１ Ｃリング １３２ ろう付 １３３ ボルト １３４ 溶接部 ２０ 冷却槽 ２０１ 沸騰熱伝達促進構造物 ２０２ ハニカム状部材 ３０１ クロスフローファン ３０２ 軸流ファン ４０１ ファン・ケーシング ４０２ シュラウド ５０ 気密端子 ６０ 冷媒 ６０１ 蒸気流 ６０２ 熱流 ７０ 半導体素子 ８０ 蒸気分配板 ９０１ プレス ９０２ 電線 ９０３ 脱気注入管 ９０４ パッキン ９０５ 気密栓

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古川 隆 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 鈴木 昌彦 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 長賀部 博之 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気回路等で用いられ、駆動することに
   より余分な熱を発生する発熱体と、 前記発熱体の発する熱を吸収し、その熱によって気化す
   る冷媒と、 前記冷媒を入れる冷却槽と、 一方の開口面が前記冷却槽に取り付けられるとともに、
   他方の開口面が密閉して取り付けられ、前記気化して上
   昇して来る冷媒を冷却液化して前記冷却槽に戻す筒状の
   放熱部とを備えることを特徴とする沸騰冷却装置。
2. 【請求項２】 前記発熱体は前記冷却槽の内部に固定さ
   れることを特徴とする請求項１記載の沸騰冷却装置。
3. 【請求項３】 前記発熱体は前記冷却槽の外部に固定さ
   れることを特徴とする請求項１記載の沸騰冷却装置。
4. 【請求項４】 前記冷却槽の前記発熱体を固定する面
   は、前記発熱体から前記冷媒への熱伝導及び熱伝達を促
   進させる構造であることを特徴とする請求項３記載の沸
   騰冷却装置。
5. 【請求項５】 前記冷却槽の前記発熱体を固定する部分
   は開口しており、その開口部分が熱伝導及び熱伝達を促
   進させる構造をした前記発熱体を固定する面によって密
   閉されていることを特徴とする請求項３記載の沸騰冷却
   装置。
6. 【請求項６】 前記放熱部は偏平で筒状のチューブが、
   偏平の長軸が平行となるように複数並列接続されて構成
   されていることを特徴とする請求項１乃至５記載の沸騰
   冷却装置。
7. 【請求項７】 前記並列接続されたチューブの並列方向
   の幅と、前記放熱部の高さのアスペクト比を約１：１と
   することを特徴とする請求項６記載の沸騰冷却装置。
8. 【請求項８】 前記放熱部の側面に冷却フィンを取り付
   けることを特徴とする請求項１乃至７記載の沸騰冷却装
   置。
9. 【請求項９】 前記冷却フィンはコルゲートフィンであ
   ることを特徴とする請求項８記載の沸騰冷却装置。
10. 【請求項１０】 前記放熱部の側面に強制的に冷却風を
    送出する強制冷却用ファンを備えることを特徴とする請
    求項１乃至９記載の沸騰冷却装置。
11. 【請求項１１】 前記強制冷却用ファンはクロスフロー
    ファンであることを特徴とする請求項１０記載の沸騰冷
    却装置。
12. 【請求項１２】 前記強制冷却用ファンは軸流ファンで
    あることを特徴とする請求項１０記載の沸騰冷却装置。
13. 【請求項１３】 冷却槽の一部に脱気及び冷媒注入用の
    注入パイプを設ける工程と、前記冷却槽に発熱体を固定
    する工程と、前記冷却槽の上部に、一方の開口面を下に
    して筒状の放熱部を取りつける工程と、前記放熱部の他
    方の開口部を底部で密閉する行程を含む沸騰冷却装置の
    製造方法において、 前記注入パイプから洗浄液を注入、吸引し、前記冷却槽
    を含む冷却装置の内部を洗浄する工程と、 前記注入パイプから減圧して前記冷却装置の気密を試験
    する工程と、 前記注入パイプから前記冷却装置の内部を脱気する工程
    と、 前記注入パイプから前記冷却槽に冷媒を注入する工程
    と、 前記注入パイプを密閉手段より密閉し、前記冷却装置を
    気密する工程とを備えることを特徴とする沸騰冷却装置
    の製造方法。