JPH07135280A - ヒートパイプ式冷却器 - Google Patents

ヒートパイプ式冷却器

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JPH07135280A
JPH07135280A JP5279326A JP27932693A JPH07135280A JP H07135280 A JPH07135280 A JP H07135280A JP 5279326 A JP5279326 A JP 5279326A JP 27932693 A JP27932693 A JP 27932693A JP H07135280 A JPH07135280 A JP H07135280A
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JP
Japan
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heat
net
heat pipe
wick
refrigerant
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Pending
Application number
JP5279326A
Other languages
English (en)
Inventor
Masaki Miyairi
正樹 宮入
Takashi Hashimoto
隆 橋本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Toshiba Transport Engineering Inc
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Transport Engineering Inc
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba Transport Engineering Inc filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH07135280A publication Critical patent/JPH07135280A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-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
    • F28D15/02Heat-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
    • F28D15/0275Arrangements for coupling heat-pipes together or with other structures, e.g. with base blocks; Heat pipe cores
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-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
    • F28D15/02Heat-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
    • F28D15/04Heat-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 with tubes having a capillary structure

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Abstract

(57)【要約】 【目的】冬期などにおいて半導体素子への通電を停止し
たときに、ヒートパイプ内に封入された冷媒液が凍結し
ても、この凍結によるウイックの網への影響を防ぐ。 【構成】受熱部ブロック3に挿入したヒートパイプ2の
内周に挿入した網1の下端の位置を、半導体素子への通
電を停止して液面が上昇したときの冷媒の液面よりも高
い位置とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子が受熱部ブ
ロックに取り付けられ、冬期などにおいて冷媒が凍結す
る環境に設置されるヒートパイプ式冷却器に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の半導体装置においては、高速スイ
ッチング素子を使って電力を変換する方法が採用されて
おり、高効率,低騒音等による高性能化が図られてい
る。高速スイッチング素子を使った半導体装置では、周
辺回路を含めた主回路の低インダクタンス化が必須条件
となる。具体的には、回路を構成する高速スイッチング
素子及びそのスナバ回路を構成するコンデンサやダイオ
ード等を近接して実装し、接続導体の短縮化が必要とな
ってくる。
【0003】一方、高速スイッチング素子は、高速でス
イッチングすることから、その熱の発生量は大きくな
り、その冷却手段として冷媒の相変化を利用した高効率
の冷却方法が採用されるのが一般的である。
【0004】冷媒の相変化を利用した冷却方法として
は、半導体素子を冷媒に浸漬して冷却する方法が従来か
ら採用されてきたが、浸漬するための気密構造の容器の
製造が高度な技術であること、及び冷媒を大量に使用す
ることや、周辺回路を全て容器に収納することがその部
分の信頼性及び容器の大形化につながることから困難で
あり、低インダクタンス化の実現が不可能であることか
ら、近年、高速スイッチング素子の冷却手段としてヒー
トパイプ式冷却器が採用されることが多い。
【0005】このヒートパイプ式冷却器は、図6に示す
ように、高速スイッチング素子が取り付けられる受熱部
ブロック3及びこの受熱部ブロック3に挿入された複数
本のヒートパイプ2と、このヒートパイプ2の放熱側に
取り付けられる複数枚の放熱フィン6で構成される。
又、ヒートパイプ2の内部には、小量の冷媒4が封入さ
れ、毛細管現象により放熱側で液化した冷媒を受熱側へ
戻すためのウイック1が設けられている。ウイック1と
しては、スクリーンメッシュ状の網や、ヒートパイプの
内壁面に軸方向に形成された複数条の溝が使われること
が多い。
【0006】ヒートパイプ式冷却器は、半導体素子冷却
用としては密閉二相流熱サイフォン方式のヒートパイプ
式冷却器が採用される。これは、ヒートパイプ2の受熱
側で半導体素子の発生熱により気化した冷媒4を放熱側
で液化させ、これを受熱側へ環流させるために重力を利
用して行う方法であり、受熱側が放熱側より常に下方に
位置していなければならない。
【0007】熱サイフォン方式のヒートパイプ式冷却器
では、本来は重力によって冷媒が受熱部側へ戻るので、
ウイック1は不要ではあるが、受熱側での沸騰熱伝達の
効率向上のために、ヒートパイプ2内壁面に溝を形成し
たり、受熱部ブロック3全域に冷媒4を保持するため
に、毛細管現象を生じせしめるスクリーンメッシュ状の
網をヒートパイプ2内面に設けるのが一般的である。
【0008】高速スイッチング素子にヒートパイプ式冷
却器を採用し、その発生熱を放熱させるために、前述し
たように複数個の高速スイッチング素子を近接して実装
することから、1個のヒートパイプ式冷却器で複数個の
半導体素子を冷却することが必須条件であり、そのため
受熱部ブロック3は大形化し、その全域を均一な温度と
し良好に冷却するために、少なくともヒートパイプ2内
部の受熱側にスクリーンメッシュ状の網を設置すること
がある。
【0009】受熱部ブロック3の放熱側に近い位置で
も、スクリーンメッシュ状の網が設けられているが、そ
の毛細管現象により冷媒4を保持して良好に冷却するこ
とをねらったものである。
【0010】ところで、半導体素子冷却用のヒートパイ
プ式冷却器では、冷媒4として、水あるいはパーフロロ
カーボン等が使われるが、熱伝達特性の優れた水は、冷
却器を小形化できる。バーンアウト及びドライアウト等
の特性も優れており、最大熱輸送量も期待できることか
ら、最も優れた冷媒といえる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般の
半導体装置の設置される環境では、冬期において保守・
点検のために設備の稼動を停止すると、冷媒が凍結する
おそれがあり、特に、車両等のように屋外に設置される
ときには、夜間の車庫において凍結を考慮する必要があ
る。
【0012】スクリーンメッシュ状の網は、毛細管現象
により受熱部ブロック全域に冷媒を保持し、複数個の高
速スイッチング素子を1個の受熱部ブロックに取り付け
る場合、ウイックとして最も有効な手段であるが、も
し、冷媒が凍結したときには、冷媒の凍結時の体積膨張
によって網は軸方向に引張られ、破断したり、軸方向に
ずれながら変形するおそれがある。
【0013】もし、スクリーンメッシュ状の網がつぶれ
たときには、ヒートパイプの内部を閉塞し熱輸送能力が
低下し、冷却効果も低下する。そこで、本発明の目的
は、冬期などにおいて半導体素子の通電を停止しても、
冷媒の凍結による影響を防ぐことのできるヒートパイプ
式冷却器を得ることである。
【0014】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、半導体素子が取り付けられる受熱部ブロックに熱輸
送管の下端が挿入され、熱輸送管の内周にウイック網が
挿入されたヒートパイプ式冷却器において、受熱部ブロ
ックが冷却時の冷却液の液面とウイック網の下端間に間
隙を設けたことを特徴とする。
【0015】また、請求項2に記載の発明は、半導体素
子が取り付けられる受熱部ブロックに熱輸送管の下端が
挿入され、熱輸送管の内周にウイック網が挿入されたヒ
ートパイプ式冷却器において、受熱部ブロックが冷却時
の冷却液の液面と受熱部ブロックの内部のウイック網の
下端間に間隙を設けたことを特徴とする。
【0016】さらに、請求項3に記載の発明は、半導体
素子が取り付けられる受熱部ブロックに熱輸送管の下端
が挿入され、熱輸送管の内周にウイック網が挿入された
ヒートパイプ式冷却器において、受熱部ブロックが冷却
時の冷却液の液面と受熱部ブロックの内部のウイック網
の下端間に間隙を設け、熱輸送管の内周のウイック網の
下側に複数の溝を形成したことを特徴とする。
【0017】
【作用】上述した構成により請求項1乃至請求項3に記
載の発明では、ウイック網の下端は、冷媒液に浸漬され
ないので、たとえ、冷媒液が冬期の保守・点検のために
設備の稼働を停止したときに凍結しても、凍結時の冷媒
の膨張の影響を防ぐことができる。
【0018】
【実施例】以下、本発明の半導体素子冷却用のヒートパ
イプ式冷却器の一実施例を図面を参照して説明する。図
1は、本発明の半導体素子冷却用のヒートパイプ式冷却
器を示す図で、従来の技術で示した図6に対応する図、
図2は、図1の下部の受熱部ブロックの部分の拡大詳細
図である。
【0019】図1及び図2において、従来の技術で示し
た図6と異なるところは、パイプ2の内周に挿入された
網1の下端の位置で、従来の技術で示した網11の下端が
ヒートパイプ2の下端に位置しているのに対し、図1及
び図2に示す網1は、冷媒液4の液面よりも上方に位置
している。
【0020】なお、図1及び図2で示した液面の位置
は、受熱部ブロック3に取り付けられた図示しない電力
用の半導体素子への通電が停止され、すなわち、この半
導体素子が組み込まれた電力変換装置の稼動が停止し、
受熱部ブロック3が冷却して、ヒートパイプ2の内部に
冷媒液4の蒸気がないとき、すなわち、液面が最も高い
ときを示す。
【0021】一方、ヒートパイプ2の下端の内面には、
冷媒液4の液面から下端まで、複数条の溝5が平行に形
成されている。したがって、電力変換装置が稼動中に
は、図1及び図2で示している液面よりも下がるので、
溝5の上端は、液面から露出する。
【0022】このように構成された半導体冷却用のヒー
トパイプ式冷却器においては、例えば、冬期の夜間に車
両が車庫に停車して電源が切り離され、受熱部ブロック
3の温度が零下となって凍結した冷媒液4の上端面が上
昇しても、網1への影響を防ぐことができるので、網1
の破断や素線のずれや変形を防ぐことができる。
【0023】図3は、図1に示した半導体素子冷却用の
ヒートパイプ式冷却器が傾斜して電力変換装置に取り付
けられたときを示し、この場合にも、冷媒液4の液面と
網1の下側の左端間に僅かな間隙が形成されるように、
網1の位置が設定されている。
【0024】図4は、図3に示したように傾斜して取り
付けられた半導体素子冷却用のヒートパイプ式冷却器の
冷媒液4の液面に合せて、網1の下端面を図4において
水平に切断したときを示す。この場合には、図3に示し
たヒートパイプ式冷却器に比べて、冷媒液4の保持量を
増やすことができる利点がある。
【0025】また、図5は、ヒートパイプ2の下端の内
面にウイックとしての溝が形成されない場合を示す。図
1及び図2で示したヒートパイプ式冷却器においても、
溝5から網1への毛細管現象によるヒートパイプ2の内
面での冷媒液4の上昇はないので、図5においても、図
1,図3及び図4で示したヒートパイプ式冷却器と同様
に熱輸送能力を果たすことができる他、ヒートパイプ2
の製作が容易となる利点もある。
【0026】
【発明の効果】以上、請求項1に記載の発明によれば、
半導体素子が取り付けられる受熱部ブロックに熱輸送管
の下端が挿入され、熱輸送管の内周にウイック網が挿入
されたヒートパイプ式冷却器において、受熱部ブロック
が冷却時の冷却液の液面とウイック網の下端間に間隙を
設けることで、ウイック網の下端を、冷媒液に浸漬せ
ず、たとえ、冷媒液が冬期の停電時に凍結しても、凍結
時の冷媒の膨張の影響を防いだので、冬期などにおいて
半導体素子の通電を停止しても、冷媒の凍結による影響
を防ぐことのできるヒートパイプ式冷却器を得ることで
ある。
【0027】また、請求項2に記載の発明によれば、半
導体素子が取り付けられる受熱部ブロックに熱輸送管の
下端が挿入され、熱輸送管の内周にウイック網が挿入さ
れたヒートパイプ式冷却器において、受熱部ブロックが
冷却時の冷却液の液面と受熱ブロックの内部のウイック
網の下端間に間隙を設けることで、ウイック網の下端
を、冷媒液に浸漬せず、たとえ、冷媒液が冬期の停電時
に凍結しても、凍結時の冷媒の膨張の影響を防いだの
で、冬期などにおいて半導体素子の通電を停止しても、
冷媒の凍結による影響を防ぐことのできるヒートパイプ
式冷却器を得ることができる。
【0028】さらに、請求項3に記載の発明によれば、
半導体素子が取り付けられる受熱部ブロックに熱輸送管
の下端が挿入され、熱輸送管の内周にウイック網が挿入
されたヒートパイプ式冷却器において、受熱部ブロック
が冷却時の冷却液の液面と受熱部ブロックの内部のウイ
ック網の下端間に間隙を設け、熱輸送管の内周のウイッ
ク網の下側に複数の溝を形成することで、ウイック網の
下端を、冷媒液に浸漬せず、たとえ、冷媒液が冬期の停
電時に凍結しても、凍結時の冷媒の膨張の影響を防いだ
ので、冬期などにおいて半導体素子の通電を停止して
も、冷媒の凍結による影響を防ぐことのできるヒートパ
イプ式冷却器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体素子冷却用のヒートパイプ式冷
却器の一実施例を示す図。
【図2】図1の要部を示す部分拡大断面図。
【図3】本発明の半導体素子冷却用のヒートパイプ式冷
却器の他の実施例を示す部分断面図。
【図4】本発明の半導体素子冷却用のヒートパイプ式冷
却器の異なる他の実施例を示す部分断面図。
【図5】本発明の半導体素子冷却用のヒートパイプ式冷
却器の更に異なる他の実施例を示す部分断面図。
【図6】従来の半導体素子冷却用のヒートパイプ式冷却
器の一例を示す図。
【符号の説明】
1…網、2…ヒートパイプ、3…受熱部ブロック、4…
冷媒液、5…溝、6…放熱フィン。
フロントページの続き (72)発明者 橋本 隆 東京都府中市東芝町1番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体素子が取り付けられる受熱部ブロ
    ックに熱輸送管の下端が挿入され、前記熱輸送管の内周
    にウイック網が挿入されたヒートパイプ式冷却器におい
    て、前記受熱部ブロックが冷却時の前記冷却液の液面と
    前記ウイック網の下端間に間隙を設けたことを特徴とす
    るヒートパイプ式冷却器。
  2. 【請求項2】 半導体素子が取り付けられる受熱部ブロ
    ックに熱輸送管の下端が挿入され、前記熱輸送管の内周
    にウイック網が挿入されたヒートパイプ式冷却器におい
    て、前記受熱部ブロックが冷却時の前記冷却液の液面と
    前記受熱部ブロックの内部の前記ウイック網の下端間に
    間隙を設けたことを特徴とするヒートパイプ式冷却器。
  3. 【請求項3】 半導体素子が取り付けられる受熱部ブロ
    ックに熱輸送管の下端が挿入され、前記熱輸送管の内周
    にウイック網が挿入されたヒートパイプ式冷却器におい
    て、前記受熱部ブロックが冷却時の前記冷却液の液面と
    前記受熱部ブロックの内部の前記ウイック網の下端間に
    間隙を設け、前記熱輸送管の内周の前記ウイック網の下
    側に複数の溝を形成したことを特徴とするヒートパイプ
    式冷却器。
JP5279326A 1993-11-09 1993-11-09 ヒートパイプ式冷却器 Pending JPH07135280A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008076040A (ja) * 2006-08-25 2008-04-03 Denso Corp 熱交換器
CN103090709A (zh) * 2011-11-04 2013-05-08 大连旭日阳光太阳能有限公司 无机超导热管的防冻

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JP2008076040A (ja) * 2006-08-25 2008-04-03 Denso Corp 熱交換器
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