JPH08204075A - プレートフィン型素子冷却器 - Google Patents
プレートフィン型素子冷却器Info
- Publication number
- JPH08204075A JPH08204075A JP3147295A JP3147295A JPH08204075A JP H08204075 A JPH08204075 A JP H08204075A JP 3147295 A JP3147295 A JP 3147295A JP 3147295 A JP3147295 A JP 3147295A JP H08204075 A JPH08204075 A JP H08204075A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fin type
- plate fin
- evaporator
- hollow
- heat
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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
- F28D15/0233—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 the conduits having a particular shape, e.g. non-circular cross-section, annular
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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
- F28D15/0266—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 with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 パワーエレクトロニクス技術に用いる小型軽
量で高性能なプレートフィン型素子冷却器の提供。 【構成】 サーモサイホンの原理を用いた構成で、動作
冷媒の凝縮をプレートフィン型熱交換器の凝縮部１０に
て行うため、蒸発部１として相互に連通する多数の中空
通路２を有する中空面板を用いこれに半導体素子を着設
し、該通路２内に表面にローレット加工を施したフィン
３を設け、どの箇所からの受熱も直ちに冷媒に分散伝熱
でき、アンバランス負荷でも均熱化が可能で、大きな蒸
発面積で冷媒の沸騰も容易に行われ、熱交換効率にすぐ
れる凝縮部１０内で冷媒ガスが容易に凝縮するため放熱
性能にすぐれ、蒸発部１と凝縮部１０をヘッダータンク
１１を介して接続するため、両者を水平、垂直のいずれ
の方向にも配置でき、素子の取付アレンジや大容量化に
対して設計自由度が高い。
量で高性能なプレートフィン型素子冷却器の提供。 【構成】 サーモサイホンの原理を用いた構成で、動作
冷媒の凝縮をプレートフィン型熱交換器の凝縮部１０に
て行うため、蒸発部１として相互に連通する多数の中空
通路２を有する中空面板を用いこれに半導体素子を着設
し、該通路２内に表面にローレット加工を施したフィン
３を設け、どの箇所からの受熱も直ちに冷媒に分散伝熱
でき、アンバランス負荷でも均熱化が可能で、大きな蒸
発面積で冷媒の沸騰も容易に行われ、熱交換効率にすぐ
れる凝縮部１０内で冷媒ガスが容易に凝縮するため放熱
性能にすぐれ、蒸発部１と凝縮部１０をヘッダータンク
１１を介して接続するため、両者を水平、垂直のいずれ
の方向にも配置でき、素子の取付アレンジや大容量化に
対して設計自由度が高い。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ダイオード、トラン
ジスタ、サイリスタなどの半導体素子を使用して電力の
変換、制御、開閉を行うパワーエレクトロニクス技術で
不可欠である半導体素子の冷却器に係り、内部に中空通
路を有した中空面板に取付けた素子から効率よく奪った
熱をサーモサイホンの原理にて移動させ、高性能プレー
トフィンを介して空気中に放熱する、小型軽量で高性能
なプレートフィン型素子冷却器に関する。
ジスタ、サイリスタなどの半導体素子を使用して電力の
変換、制御、開閉を行うパワーエレクトロニクス技術で
不可欠である半導体素子の冷却器に係り、内部に中空通
路を有した中空面板に取付けた素子から効率よく奪った
熱をサーモサイホンの原理にて移動させ、高性能プレー
トフィンを介して空気中に放熱する、小型軽量で高性能
なプレートフィン型素子冷却器に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＧＴＯサイリスタやＩＧＢＴ（モ
ールド型複合素子）に代表されるパワーエレクトロニク
ス技術の進展はめざましく、インバーターによる電源の
制御が各分野で主流になりつつある。これらに使用され
る大容量半導体素子の冷却は当該装置の大きさと重量に
直接影響を与える重要な要素である。
ールド型複合素子）に代表されるパワーエレクトロニク
ス技術の進展はめざましく、インバーターによる電源の
制御が各分野で主流になりつつある。これらに使用され
る大容量半導体素子の冷却は当該装置の大きさと重量に
直接影響を与える重要な要素である。
【０００３】従来の素子冷却器は、動作冷媒の蒸発と凝
縮により熱を移動させるサーモサイホンの原理による、
所謂ヒートパイプを使用している。すなわち、パイプの
一端側に着設した素子の熱がパイプ内の冷媒液体を蒸発
させ、パイプの他端側に設けられた放熱フィンにて冷却
され、蒸発ガスが凝縮すると液成分はパイプ内に内張し
たウィックと呼ばれる多孔質物質の毛細管現象で蒸発部
へ還流することにより、素子の熱が移動して空気中に放
熱される構成からなる。
縮により熱を移動させるサーモサイホンの原理による、
所謂ヒートパイプを使用している。すなわち、パイプの
一端側に着設した素子の熱がパイプ内の冷媒液体を蒸発
させ、パイプの他端側に設けられた放熱フィンにて冷却
され、蒸発ガスが凝縮すると液成分はパイプ内に内張し
たウィックと呼ばれる多孔質物質の毛細管現象で蒸発部
へ還流することにより、素子の熱が移動して空気中に放
熱される構成からなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】パワーエレクトロニク
ス技術、すなわち、一般産業分野での交流電源制御技術
あるいは鉄道車両の動力として、所謂インバーターモー
ターが採用され、インバーターによる電源の制御が行わ
れるが、例えば、今日の鉄道の高速化に伴い、動力の高
出力化とともに全ての構成部品に高性能、小型軽量化が
要求され、特に、インバーターに使用される素子冷却器
には、鉄道車両の加速時の如く、負荷が集中する際の高
放熱性能、並びにこれとは相反する小型軽量化が強く要
求される。
ス技術、すなわち、一般産業分野での交流電源制御技術
あるいは鉄道車両の動力として、所謂インバーターモー
ターが採用され、インバーターによる電源の制御が行わ
れるが、例えば、今日の鉄道の高速化に伴い、動力の高
出力化とともに全ての構成部品に高性能、小型軽量化が
要求され、特に、インバーターに使用される素子冷却器
には、鉄道車両の加速時の如く、負荷が集中する際の高
放熱性能、並びにこれとは相反する小型軽量化が強く要
求される。
【０００５】従来のヒートパイプを使用した構成では、
実開昭５８−１０５７７号、実開昭５８−１０５７８号
に示されるごとく、半導体素子の着設は板材を介して行
われ、素子数や発熱量などに応じてヒートパイプの数や
フィン容量を選定するが、素子の取付アレンジや大容量
化に対して制約が多く、また、パイプから離れている部
分の温度が高くなり、素子間のアンバランス負荷の場合
には特に入熱が平均化せずに、高密度熱流束や過負荷に
対応し難いものであり、さらには、その体積、重量共に
大型化するきらいがあった。
実開昭５８−１０５７７号、実開昭５８−１０５７８号
に示されるごとく、半導体素子の着設は板材を介して行
われ、素子数や発熱量などに応じてヒートパイプの数や
フィン容量を選定するが、素子の取付アレンジや大容量
化に対して制約が多く、また、パイプから離れている部
分の温度が高くなり、素子間のアンバランス負荷の場合
には特に入熱が平均化せずに、高密度熱流束や過負荷に
対応し難いものであり、さらには、その体積、重量共に
大型化するきらいがあった。
【０００６】この発明は、かかる従来の素子冷却器の問
題に鑑み、素子間のアンバランス負荷時においても均熱
化が可能で、高密度熱流束や過負荷に対しても放熱性能
にすぐれ、特に、素子の取付アレンジや大容量化に対し
て制約が少なく、小型軽量化が容易な素子冷却器の提供
を目的としている。
題に鑑み、素子間のアンバランス負荷時においても均熱
化が可能で、高密度熱流束や過負荷に対しても放熱性能
にすぐれ、特に、素子の取付アレンジや大容量化に対し
て制約が少なく、小型軽量化が容易な素子冷却器の提供
を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、内部に少なくとも１か所で相互に連通
する複数の中空通路を有し、中空通路部内表面が微細凹
凸加工されたフィン面にて形成され、かつ外表面に素子
を着設する中空面板からなる蒸発部と、該蒸発部の中空
通路部内とヘッダータンクを介して連通するプレートフ
ィン型熱交換器からなる凝縮部とで構成され、内部に低
沸点冷媒液を封入し、素子からの入熱を蒸発部での冷媒
液の沸騰気化、凝縮部でのガス液化にて放熱可能となし
たことを特徴とするプレートフィン型素子冷却器であ
る。
に、この発明は、内部に少なくとも１か所で相互に連通
する複数の中空通路を有し、中空通路部内表面が微細凹
凸加工されたフィン面にて形成され、かつ外表面に素子
を着設する中空面板からなる蒸発部と、該蒸発部の中空
通路部内とヘッダータンクを介して連通するプレートフ
ィン型熱交換器からなる凝縮部とで構成され、内部に低
沸点冷媒液を封入し、素子からの入熱を蒸発部での冷媒
液の沸騰気化、凝縮部でのガス液化にて放熱可能となし
たことを特徴とするプレートフィン型素子冷却器であ
る。
【０００８】また、この発明は、上記の構成において、
凝縮部が、作動冷媒通路と空気通路とを交互に積層しろ
う付けにて一体化したプレートフィン型熱交換器である
プレートフィン型素子冷却器、ヘッダータンクがサイド
バーにて形成されたプレートフィン型素子冷却器、を併
せて提案する。
凝縮部が、作動冷媒通路と空気通路とを交互に積層しろ
う付けにて一体化したプレートフィン型熱交換器である
プレートフィン型素子冷却器、ヘッダータンクがサイド
バーにて形成されたプレートフィン型素子冷却器、を併
せて提案する。
【０００９】
【作用】前述のように構成された発明によれば、動作冷
媒の凝縮をプレートフィン型熱交換器の凝縮部にて行う
ために、ヘッダータンクを介して接続する蒸発部とし
て、相互に連通する多数の中空通路を有する中空面板を
用いこれに半導体素子を着設し、また、該中空通路内に
表面に微細凹凸加工を施したフィンを設けることによ
り、中空面板のいずれの箇所からの受熱も直ちに分散し
て冷媒に伝熱するため、アンバランス負荷でも均熱化が
可能であり、大きな蒸発面積で冷媒の沸騰も容易に行わ
れ、熱交換効率にすぐれるプレートフィン型熱交換器内
で冷媒ガスが容易に凝縮するため放熱性能にすぐれ、さ
らに、蒸発部の中空面板と凝縮部のプレートフィン型熱
交換器をヘッダータンクを介して連通するため、蒸発部
と凝縮部を水平、垂直のいずれの方向にも配置でき、素
子の取付アレンジや大容量化に対して設計の自由度が高
い。
媒の凝縮をプレートフィン型熱交換器の凝縮部にて行う
ために、ヘッダータンクを介して接続する蒸発部とし
て、相互に連通する多数の中空通路を有する中空面板を
用いこれに半導体素子を着設し、また、該中空通路内に
表面に微細凹凸加工を施したフィンを設けることによ
り、中空面板のいずれの箇所からの受熱も直ちに分散し
て冷媒に伝熱するため、アンバランス負荷でも均熱化が
可能であり、大きな蒸発面積で冷媒の沸騰も容易に行わ
れ、熱交換効率にすぐれるプレートフィン型熱交換器内
で冷媒ガスが容易に凝縮するため放熱性能にすぐれ、さ
らに、蒸発部の中空面板と凝縮部のプレートフィン型熱
交換器をヘッダータンクを介して連通するため、蒸発部
と凝縮部を水平、垂直のいずれの方向にも配置でき、素
子の取付アレンジや大容量化に対して設計の自由度が高
い。
【００１０】
【実施例】この発明を図面に基づいて詳述する。図１は
この発明の一実施例を示す一部破断正面説明図であり、
図２は一部破断側面図であり、図３は図１の蒸発部のＡ
−Ａ線における横断上面説明図である。また、図４は垂
直方向の強制風冷式の冷却ファンを有する実施例を示す
一部破断説明図である。図５、図６は凝縮部と蒸発部と
の配列例を示す一部破断説明図である。図１では、水平
方向の強制風冷式で凝縮部と蒸発部とを垂直に配置した
例を示す。蒸発部１はここでは押し出し型材であり、図
３の断面に示すごとく、８本の通路２及びその両端に２
本の液戻り補助通路２ａを垂直方向に設けてあり、各通
路は内面に垂直方向のフィン３が多数設けられ、いずれ
の表面もローレット加工、エッチング加工またはサンド
プラスト加工などにて微細な凹凸が設けてある。また、
蒸発部１の上下端は開放されており、上側が後述の凝縮
部１０のヘッダータンク１１に望み、下側は蓋板４にて
閉塞されるが、蓋板４と中空通路２下端との間に隙間５
が形成され各中空通路２は同隙間にて相互に連通してい
る。蒸発部１表面は両面とも半導体素子をねじ止めでき
るように所定位置にねじ穴６が設けられ、ここでは最大
１２個の素子が着設できる。
この発明の一実施例を示す一部破断正面説明図であり、
図２は一部破断側面図であり、図３は図１の蒸発部のＡ
−Ａ線における横断上面説明図である。また、図４は垂
直方向の強制風冷式の冷却ファンを有する実施例を示す
一部破断説明図である。図５、図６は凝縮部と蒸発部と
の配列例を示す一部破断説明図である。図１では、水平
方向の強制風冷式で凝縮部と蒸発部とを垂直に配置した
例を示す。蒸発部１はここでは押し出し型材であり、図
３の断面に示すごとく、８本の通路２及びその両端に２
本の液戻り補助通路２ａを垂直方向に設けてあり、各通
路は内面に垂直方向のフィン３が多数設けられ、いずれ
の表面もローレット加工、エッチング加工またはサンド
プラスト加工などにて微細な凹凸が設けてある。また、
蒸発部１の上下端は開放されており、上側が後述の凝縮
部１０のヘッダータンク１１に望み、下側は蓋板４にて
閉塞されるが、蓋板４と中空通路２下端との間に隙間５
が形成され各中空通路２は同隙間にて相互に連通してい
る。蒸発部１表面は両面とも半導体素子をねじ止めでき
るように所定位置にねじ穴６が設けられ、ここでは最大
１２個の素子が着設できる。
【００１１】凝縮部１０は、内部に熱交換用セレートフ
ィンを配置し、その周囲をサイドバーにて囲った作動冷
媒通路１２と凝縮のための空気用フィンを内部に配置
し、上端はサイドバーで下端はヘッダー部材兼サイドバ
ーで閉塞された空気通路１３とを下方に複数の連通孔を
穿孔したチューブプレートを挟んで交互に積層し、ろう
付けにて一体結合化し、図１で作動冷媒通路１２の流体
は上下方向に、空気通路１３の流体は前後方向（図２で
は空気通路１３の流体は左右方向）に移動するよう構成
されている。なお、図示しないが、図１の凝縮部１０前
面に冷却用ファンが設置されている。凝縮部１０下部に
ヘッダータンク１１が設けられ、下端中央部の開口部に
蒸発部１上端開口部が対向し、凝縮部１０と蒸発部１が
溶接一体化されて両者の内部が連通している。ヘッダー
タンク１１は、サイドバーにて偏平直方体に形成してあ
り、他に型材で同様に構成することが可能である。
ィンを配置し、その周囲をサイドバーにて囲った作動冷
媒通路１２と凝縮のための空気用フィンを内部に配置
し、上端はサイドバーで下端はヘッダー部材兼サイドバ
ーで閉塞された空気通路１３とを下方に複数の連通孔を
穿孔したチューブプレートを挟んで交互に積層し、ろう
付けにて一体結合化し、図１で作動冷媒通路１２の流体
は上下方向に、空気通路１３の流体は前後方向（図２で
は空気通路１３の流体は左右方向）に移動するよう構成
されている。なお、図示しないが、図１の凝縮部１０前
面に冷却用ファンが設置されている。凝縮部１０下部に
ヘッダータンク１１が設けられ、下端中央部の開口部に
蒸発部１上端開口部が対向し、凝縮部１０と蒸発部１が
溶接一体化されて両者の内部が連通している。ヘッダー
タンク１１は、サイドバーにて偏平直方体に形成してあ
り、他に型材で同様に構成することが可能である。
【００１２】以上の構成において、動作冷媒に、例え
ば、沸点が３０℃または５６℃のパーフロロカーボン、
沸点が約２７℃または約３２℃のフロロカーボンなどを
使用することにより、動作冷媒の蒸発と凝縮により熱を
移動させるサーモサイホンの原理を利用することがで
き、蒸発部１に取り付けられた素子は内部の動作冷媒の
蒸発による気化潜熱で冷却され、気化した冷媒ガスは上
部の凝縮部１０で空気により冷却され、凝縮潜熱を放出
し液化されて再びヘッダータンク１１に滴下し、蒸発部
１で加熱、凝縮部１０で冷却される同じサイクルを繰り
返す。
ば、沸点が３０℃または５６℃のパーフロロカーボン、
沸点が約２７℃または約３２℃のフロロカーボンなどを
使用することにより、動作冷媒の蒸発と凝縮により熱を
移動させるサーモサイホンの原理を利用することがで
き、蒸発部１に取り付けられた素子は内部の動作冷媒の
蒸発による気化潜熱で冷却され、気化した冷媒ガスは上
部の凝縮部１０で空気により冷却され、凝縮潜熱を放出
し液化されて再びヘッダータンク１１に滴下し、蒸発部
１で加熱、凝縮部１０で冷却される同じサイクルを繰り
返す。
【００１３】図４に示す構成例は、垂直方向の強制風冷
式の冷却ファンを有する実施例であり、凝縮部１０の上
面に冷却ファン２０を配置し、空気が凝縮部１０の下面
から上面へ抜けるように空気通路１３を構成し、蒸発部
１を凝縮部１０下面中央に接続して凝縮部１０内の中央
部にヘッダータンク１１を設けることにより、蒸発部１
からの気化した冷媒ガスはヘッダータンク１１より図で
左右の凝縮部１０内に分配されて冷却、凝縮、滴下して
蒸発部１に戻るよう構成されている。冷却ファン２０の
作動により空気が凝縮部１０の下面から上面へ抜ける
が、この空気流は蒸発部１表面に着設された半導体素子
３０近傍も流れることになり、半導体素子３０近傍の空
気を滞留させることがなく、冷却効率がより向上する。
式の冷却ファンを有する実施例であり、凝縮部１０の上
面に冷却ファン２０を配置し、空気が凝縮部１０の下面
から上面へ抜けるように空気通路１３を構成し、蒸発部
１を凝縮部１０下面中央に接続して凝縮部１０内の中央
部にヘッダータンク１１を設けることにより、蒸発部１
からの気化した冷媒ガスはヘッダータンク１１より図で
左右の凝縮部１０内に分配されて冷却、凝縮、滴下して
蒸発部１に戻るよう構成されている。冷却ファン２０の
作動により空気が凝縮部１０の下面から上面へ抜ける
が、この空気流は蒸発部１表面に着設された半導体素子
３０近傍も流れることになり、半導体素子３０近傍の空
気を滞留させることがなく、冷却効率がより向上する。
【００１４】図５に示す構成例は、上下方向に空気が抜
ける空気通路１３と直交配置した作動冷媒通路１２から
なる凝縮部１０の側面にヘッダータンク１１を設け、そ
の下部に蒸発部１を垂下接続してあり、蒸発部１からの
気化した冷媒ガスはヘッダータンク１１を上昇して作動
冷媒通路１２内に入り、冷却、凝縮、滴下して蒸発部１
に戻るように構成してある。冷却ファンを装着しない自
然冷却であるが、空気が凝縮部１０の下面から上面へ抜
け、この際、空気流は蒸発部１表面に着設された半導体
素子３０近傍も流れて、滞留させることがない。また、
図６に示すごとく、同一の構成の凝縮部１０の側面にヘ
ッダータンク１１下部に、蒸発部１を水平に接続配置す
ることもでき、冷却器の設置箇所に応じて、蒸発部１を
図５の垂直配置、図６の水平配置と適宜選定できる。
ける空気通路１３と直交配置した作動冷媒通路１２から
なる凝縮部１０の側面にヘッダータンク１１を設け、そ
の下部に蒸発部１を垂下接続してあり、蒸発部１からの
気化した冷媒ガスはヘッダータンク１１を上昇して作動
冷媒通路１２内に入り、冷却、凝縮、滴下して蒸発部１
に戻るように構成してある。冷却ファンを装着しない自
然冷却であるが、空気が凝縮部１０の下面から上面へ抜
け、この際、空気流は蒸発部１表面に着設された半導体
素子３０近傍も流れて、滞留させることがない。また、
図６に示すごとく、同一の構成の凝縮部１０の側面にヘ
ッダータンク１１下部に、蒸発部１を水平に接続配置す
ることもでき、冷却器の設置箇所に応じて、蒸発部１を
図５の垂直配置、図６の水平配置と適宜選定できる。
【００１５】前述した図１〜図３に示す構成のこの発明
による冷却器を、蒸発部１は内部にフィンを設けたＪＩ
Ｓ規格のアルミニウム材質Ａ６０６３の押出型材を使用
し、凝縮部１０とヘッダータンク１１はＪＩＳ規格のア
ルミニウム材質Ａ３００３を主材料としたセレートフィ
ンを用いたプレートフィン構造で真空ろう付けで一体化
して作製し、これらを溶接により接合した後、内部を高
真空にして、動作冷媒として沸点が５６℃のパーフロロ
カーボンを封入した。得られた冷却器に、モールド型複
合素子（ＩＧＢＴ）を１２個取付けたところ、総放熱量
３７００Ｗ、熱抵抗０．０１２℃／Ｗの素子冷却器を実
現した。
による冷却器を、蒸発部１は内部にフィンを設けたＪＩ
Ｓ規格のアルミニウム材質Ａ６０６３の押出型材を使用
し、凝縮部１０とヘッダータンク１１はＪＩＳ規格のア
ルミニウム材質Ａ３００３を主材料としたセレートフィ
ンを用いたプレートフィン構造で真空ろう付けで一体化
して作製し、これらを溶接により接合した後、内部を高
真空にして、動作冷媒として沸点が５６℃のパーフロロ
カーボンを封入した。得られた冷却器に、モールド型複
合素子（ＩＧＢＴ）を１２個取付けたところ、総放熱量
３７００Ｗ、熱抵抗０．０１２℃／Ｗの素子冷却器を実
現した。
【００１６】この発明による素子冷却器の冷却能力を図
７に示す。図７は負荷（ｋＷ）に対する熱抵抗Ｒ（℃／
Ｗ）と素子取付面温度上昇値ΔＴ（℃）を示している。
また、比較のため、この発明による素子冷却器の上記設
計値と同じ値を有するヒートパイプ式冷却器を作製して
体積と重量を測定したところ、体積と重量ともに本発明
が従来の４７％と、著しく小型軽量化することができ
た。
７に示す。図７は負荷（ｋＷ）に対する熱抵抗Ｒ（℃／
Ｗ）と素子取付面温度上昇値ΔＴ（℃）を示している。
また、比較のため、この発明による素子冷却器の上記設
計値と同じ値を有するヒートパイプ式冷却器を作製して
体積と重量を測定したところ、体積と重量ともに本発明
が従来の４７％と、著しく小型軽量化することができ
た。
【００１７】この発明において、蒸発部は実施例の押し
出しによる複数の中空通路部を有する型材からなる中空
面板の如く、表面に半導体素子を着設して内部に冷媒液
を満たすことが可能な通路を有し、連通する凝縮部のヘ
ッダータンク内あるいはその近傍に冷媒液液面を形成で
きればいずれの構成も採用できる。中空通路部は、実施
例のように複数配置する他、面板が筒状で１つの中空し
かないものでも利用できるが、複数通路の場合は液面差
が生じないように相互に連通させたり、通路内に乱流促
進材を挿入したり、フィンを形成したり、さらには内表
面にローレット加工、エッチングなどの微細凹凸加工を
施すなど蒸発面積の拡大並びに蒸発を促進する手段を用
いることが望ましい。また、凝縮のための冷媒流体には
実施例の空気の他、水、冷却液など公知の冷媒を適宜選
定できる。
出しによる複数の中空通路部を有する型材からなる中空
面板の如く、表面に半導体素子を着設して内部に冷媒液
を満たすことが可能な通路を有し、連通する凝縮部のヘ
ッダータンク内あるいはその近傍に冷媒液液面を形成で
きればいずれの構成も採用できる。中空通路部は、実施
例のように複数配置する他、面板が筒状で１つの中空し
かないものでも利用できるが、複数通路の場合は液面差
が生じないように相互に連通させたり、通路内に乱流促
進材を挿入したり、フィンを形成したり、さらには内表
面にローレット加工、エッチングなどの微細凹凸加工を
施すなど蒸発面積の拡大並びに蒸発を促進する手段を用
いることが望ましい。また、凝縮のための冷媒流体には
実施例の空気の他、水、冷却液など公知の冷媒を適宜選
定できる。
【００１８】この発明において、凝縮部のプレートフィ
ン型熱交換器には、凝縮のための冷媒流体種及び流体方
向に応じて、作動冷媒通路との積層構造を並流、向流、
直交流等のいずれも適宜選定でき、蒸発部と連通してタ
ンク内に冷媒液面を形成するヘッダータンクから作動冷
媒通路への分配は気化ガスを適宜分散することにより行
われ、また積極的に分配フィンを設けることも可能で、
凝縮部と蒸発部との配列に垂直型、水平型、Ｌ字型など
のいずれを採用するか、あるいは上記の積層構造によっ
ても適宜選定でき、同様に凝縮液の集合もフィンにセレ
ートフィンを用いることで容易に滴下させることが可能
であるが、積極的に集合フィンを配置することも適宜採
用することができる。
ン型熱交換器には、凝縮のための冷媒流体種及び流体方
向に応じて、作動冷媒通路との積層構造を並流、向流、
直交流等のいずれも適宜選定でき、蒸発部と連通してタ
ンク内に冷媒液面を形成するヘッダータンクから作動冷
媒通路への分配は気化ガスを適宜分散することにより行
われ、また積極的に分配フィンを設けることも可能で、
凝縮部と蒸発部との配列に垂直型、水平型、Ｌ字型など
のいずれを採用するか、あるいは上記の積層構造によっ
ても適宜選定でき、同様に凝縮液の集合もフィンにセレ
ートフィンを用いることで容易に滴下させることが可能
であるが、積極的に集合フィンを配置することも適宜採
用することができる。
【００１９】プレートフィン型熱交換器のコルゲーショ
ンには、セレートフィンを用いることができ、これは波
形方向は同一であるが所要幅でコルゲーションが細分さ
れかつ波形方向に少しずつずれるように成形するため、
細分されたコルゲーション間に多数のすき間が形成さ
れ、流体のガス分配または液体の滴下を通路幅不幸に均
一にすることができ、通常のプレーン型に多数の孔を設
けた孔あきフィンもセレートフィンと同様の作用効果を
奏する。
ンには、セレートフィンを用いることができ、これは波
形方向は同一であるが所要幅でコルゲーションが細分さ
れかつ波形方向に少しずつずれるように成形するため、
細分されたコルゲーション間に多数のすき間が形成さ
れ、流体のガス分配または液体の滴下を通路幅不幸に均
一にすることができ、通常のプレーン型に多数の孔を設
けた孔あきフィンもセレートフィンと同様の作用効果を
奏する。
【００２０】
【発明の効果】この発明は、鉄道車両用に代表されるイ
ンバーター制御技術や、一般産業分野での交流電源制御
技術のパワーエレクトロニクス技術で不可欠である半導
体素子冷却器を、高性能化、小型軽量化できるプレート
フィン型素子冷却器であり、以下の利点を有する。 （１）従来型ヒートパイプ式冷却器と比べ体積、重量共
に１／２以下にできる。 （２）大きな蒸発面積と適量な冷媒液のために、高密度
熱流束や過負荷でも冷却能力が安定している。 （３）蒸発部は内部で連通し、冷媒液で満たされている
ので素子間のアンバランス負荷に対しても平均化される
ため小型化が可能である。 （４）蒸発部の中空通路内に表面に微細凹凸加工を施し
たフィンを設けることにより、中空面板のいずれの箇所
からの受熱も直ちに分散して冷媒に伝熱するため、アン
バランス負荷でも均熱化が可能である。 （５）冷媒にパーフロロカーボンを使用することにより
凍結することがなく、また、大きな蒸発面積を有してい
るため低温起動時のバーンアウト現象が生じない。 （６）凝縮部にプレートフィン型熱交換器を用いている
ため、半導体素子の取付アレンジや大容量化に対して設
計の自由度が高い。 （７）強制風冷式の場合、他の型式の冷却器より冷却風
量を少なくできるため、ファン動力や騒音を最小にでき
る。
ンバーター制御技術や、一般産業分野での交流電源制御
技術のパワーエレクトロニクス技術で不可欠である半導
体素子冷却器を、高性能化、小型軽量化できるプレート
フィン型素子冷却器であり、以下の利点を有する。 （１）従来型ヒートパイプ式冷却器と比べ体積、重量共
に１／２以下にできる。 （２）大きな蒸発面積と適量な冷媒液のために、高密度
熱流束や過負荷でも冷却能力が安定している。 （３）蒸発部は内部で連通し、冷媒液で満たされている
ので素子間のアンバランス負荷に対しても平均化される
ため小型化が可能である。 （４）蒸発部の中空通路内に表面に微細凹凸加工を施し
たフィンを設けることにより、中空面板のいずれの箇所
からの受熱も直ちに分散して冷媒に伝熱するため、アン
バランス負荷でも均熱化が可能である。 （５）冷媒にパーフロロカーボンを使用することにより
凍結することがなく、また、大きな蒸発面積を有してい
るため低温起動時のバーンアウト現象が生じない。 （６）凝縮部にプレートフィン型熱交換器を用いている
ため、半導体素子の取付アレンジや大容量化に対して設
計の自由度が高い。 （７）強制風冷式の場合、他の型式の冷却器より冷却風
量を少なくできるため、ファン動力や騒音を最小にでき
る。
【図１】この発明によるプレートフィン型素子冷却器の
一実施例を示す一部破断正面説明図である。
一実施例を示す一部破断正面説明図である。
【図２】図１の一部破断側面図である。
【図３】図１の蒸発部のＡ−Ａ線における横断上面説明
図である。
図である。
【図４】垂直方向の強制風冷式の冷却ファンを有するこ
の発明による実施例を示す一部破断説明図である。
の発明による実施例を示す一部破断説明図である。
【図５】この発明による凝縮部と蒸発部との配列例を示
す一部破断説明図である。
す一部破断説明図である。
【図６】この発明による凝縮部と蒸発部との配列例を示
す一部破断説明図である。
す一部破断説明図である。
【図７】負荷（ｋＷ）に対する熱抵抗Ｒ（℃／Ｗ）と素
子取付面温度上昇値ΔＴ（℃）を示すグラフである。
子取付面温度上昇値ΔＴ（℃）を示すグラフである。
１ 蒸発部 ２ 中空通路 ３ フィン ４ 蓋板 ５ 隙間 ６ ねじ穴 １０ 凝縮部 １１ ヘッダータンク １２ 作動冷媒通路 １３ 空気通路 ２０ 冷却ファン ３０ 半導体素子
フロントページの続き (72)発明者 木島 研二 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)
- 【請求項１】 内部に少なくとも１か所で相互に連通す
る複数の中空通路を有し、中空通路部内表面が微細凹凸
加工されたフィン面にて形成され、かつ外表面に素子を
着設する中空面板からなる蒸発部と、該蒸発部の中空通
路部内とヘッダータンクを介して連通するプレートフィ
ン型熱交換器からなる凝縮部とで構成され、内部に低沸
点冷媒液を封入し、素子からの入熱を蒸発部での冷媒液
の沸騰気化、凝縮部でのガス液化にて放熱可能となした
ことを特徴とするプレートフィン型素子冷却器。 - 【請求項２】 凝縮部が、作動冷媒通路と空気通路とを
交互に積層しろう付けにて一体化したプレートフィン型
熱交換器であることを特徴とする請求項１に記載のプレ
ートフィン型素子冷却器。 - 【請求項３】 ヘッダータンクがサイドバーにて形成さ
れたことを特徴とする請求項１のプレートフィン型素子
冷却器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3147295A JP3549933B2 (ja) | 1995-01-27 | 1995-01-27 | プレートフィン型素子冷却器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3147295A JP3549933B2 (ja) | 1995-01-27 | 1995-01-27 | プレートフィン型素子冷却器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08204075A true JPH08204075A (ja) | 1996-08-09 |
| JP3549933B2 JP3549933B2 (ja) | 2004-08-04 |
Family
ID=12332215
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3147295A Expired - Lifetime JP3549933B2 (ja) | 1995-01-27 | 1995-01-27 | プレートフィン型素子冷却器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3549933B2 (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0852399A1 (en) * | 1995-09-08 | 1998-07-08 | Sumitomo Precision Products Company Limited | Semiconductor element cooling apparatus |
| EP0969261A2 (en) | 1998-06-30 | 2000-01-05 | Denso Corporation | Cooling apparatus using boiling and condensing refrigerant |
| EP1035398A1 (en) * | 1999-03-05 | 2000-09-13 | Denso Corporation | Cooling apparatus using boiling and condensing refrigerant |
| JP2002231866A (ja) * | 2001-02-01 | 2002-08-16 | Sumitomo Precision Prod Co Ltd | サーモサイフォン式冷却器とその製造方法 |
| KR100414860B1 (ko) * | 2001-08-29 | 2004-01-13 | (주)아이큐리랩 | 박판형 냉각장치 |
| US6808015B2 (en) | 2000-03-24 | 2004-10-26 | Denso Corporation | Boiling cooler for cooling heating element by heat transfer with boiling |
| WO2004106822A1 (en) * | 2003-05-31 | 2004-12-09 | Icurie Lab Holdings Limited | Cooling device of thin plate type for preventing dry-out |
| EP1595099A1 (en) * | 2003-01-24 | 2005-11-16 | iCurie Lab Holdings Limited | Cooling device of hybrid-type |
| KR100549830B1 (ko) * | 1999-01-30 | 2006-02-06 | 삼성전자주식회사 | 써모싸이펀 열교환기 |
| WO2007119783A1 (ja) * | 2006-04-13 | 2007-10-25 | Mitsubishi Electric Corporation | 冷却装置および電力変換装置 |
| JP2011174647A (ja) * | 2010-02-24 | 2011-09-08 | Showa Denko Kk | ヒートパイプ式放熱器 |
| US9458792B2 (en) | 2012-08-07 | 2016-10-04 | Denso Corporation | Exhaust heat recovery device |
-
1995
- 1995-01-27 JP JP3147295A patent/JP3549933B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0852399A1 (en) * | 1995-09-08 | 1998-07-08 | Sumitomo Precision Products Company Limited | Semiconductor element cooling apparatus |
| US6857466B2 (en) | 1998-06-30 | 2005-02-22 | Denso Corporation | Cooling apparatus boiling and condensing refrigerant |
| EP0969261A2 (en) | 1998-06-30 | 2000-01-05 | Denso Corporation | Cooling apparatus using boiling and condensing refrigerant |
| EP0969261A3 (en) * | 1998-06-30 | 2000-09-27 | Denso Corporation | Cooling apparatus using boiling and condensing refrigerant |
| US6257324B1 (en) | 1998-06-30 | 2001-07-10 | Denso Corporation | Cooling apparatus boiling and condensing refrigerant |
| KR100549830B1 (ko) * | 1999-01-30 | 2006-02-06 | 삼성전자주식회사 | 써모싸이펀 열교환기 |
| EP1035398A1 (en) * | 1999-03-05 | 2000-09-13 | Denso Corporation | Cooling apparatus using boiling and condensing refrigerant |
| US6561262B1 (en) | 1999-03-05 | 2003-05-13 | Denso Corporation | Boiling and cooling apparatus |
| US6808015B2 (en) | 2000-03-24 | 2004-10-26 | Denso Corporation | Boiling cooler for cooling heating element by heat transfer with boiling |
| JP2002231866A (ja) * | 2001-02-01 | 2002-08-16 | Sumitomo Precision Prod Co Ltd | サーモサイフォン式冷却器とその製造方法 |
| JP4481512B2 (ja) * | 2001-02-01 | 2010-06-16 | 住友精密工業株式会社 | サーモサイフォン式冷却器とその製造方法 |
| KR100414860B1 (ko) * | 2001-08-29 | 2004-01-13 | (주)아이큐리랩 | 박판형 냉각장치 |
| EP1595099A1 (en) * | 2003-01-24 | 2005-11-16 | iCurie Lab Holdings Limited | Cooling device of hybrid-type |
| EP1595099A4 (en) * | 2003-01-24 | 2010-03-10 | Icurie Lab Holdings Ltd | HYBRID TYPE COOLING DEVICE |
| WO2004106822A1 (en) * | 2003-05-31 | 2004-12-09 | Icurie Lab Holdings Limited | Cooling device of thin plate type for preventing dry-out |
| CN100447991C (zh) * | 2003-05-31 | 2008-12-31 | 伊库瑞莱伯控股有限公司 | 用于防止干燥的薄板类型的冷却装置 |
| WO2007119783A1 (ja) * | 2006-04-13 | 2007-10-25 | Mitsubishi Electric Corporation | 冷却装置および電力変換装置 |
| US7907408B2 (en) | 2006-04-13 | 2011-03-15 | Mitsubishi Electric Corporation | Cooling apparatus and power converter |
| JP2011174647A (ja) * | 2010-02-24 | 2011-09-08 | Showa Denko Kk | ヒートパイプ式放熱器 |
| US9458792B2 (en) | 2012-08-07 | 2016-10-04 | Denso Corporation | Exhaust heat recovery device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3549933B2 (ja) | 2004-08-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11035621B2 (en) | Electronics cooling with multi-phase heat exchange and heat spreader | |
| RU2524058C2 (ru) | Охлаждающий модуль для охлаждения электронных элементов | |
| JP3067399B2 (ja) | 半導体冷却装置 | |
| US7369410B2 (en) | Apparatuses for dissipating heat from semiconductor devices | |
| JP2002168547A (ja) | 熱サイホンによるｃｐｕ冷却装置 | |
| JP3549933B2 (ja) | プレートフィン型素子冷却器 | |
| JPH10173115A (ja) | 沸騰冷却装置及びその製造方法 | |
| JPH0878589A (ja) | 沸騰冷却装置 | |
| CN219577681U (zh) | 散热装置及工业控制装置 | |
| JP3093442B2 (ja) | ヒートパイプ式ヒートシンク | |
| CN214891554U (zh) | 散热器和空调室外机 | |
| CN114599216A (zh) | 相变冷却储能变流器 | |
| JP3456713B2 (ja) | 半導体素子冷却ユニット | |
| JP3893651B2 (ja) | 沸騰冷却装置及びそれを用いた筐体冷却装置 | |
| JP3841944B2 (ja) | プレートフィン型素子冷却器 | |
| JPH08321570A (ja) | 沸騰冷却装置 | |
| JPH05304383A (ja) | 高出力電子機器用ヒートシンク | |
| JP7299441B1 (ja) | 沸騰式冷却器 | |
| CN211457824U (zh) | 空调器及其相变散热控制盒 | |
| JP2003243867A (ja) | 沸騰冷却装置 | |
| JP7102977B2 (ja) | サーモサイフォン式暖房装置 | |
| JP2000022377A (ja) | 沸騰冷却装置 | |
| JP3656607B2 (ja) | 沸騰冷却装置 | |
| WO2019146262A1 (ja) | 車両用サーモサイフォン式冷却装置 | |
| JPH1050909A (ja) | 沸騰冷却装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040422 |
|
| R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090430 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090430 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100430 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110430 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120430 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130430 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130430 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140430 Year of fee payment: 10 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |