JPH08227954A - 半導体冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】冷却ブロックに取り付けられる素子の位置によ
って生じる冷却条件の差を減らす。 【構成】冷却ブロック１の上端に凝縮器２Ｂを前面側の
ヘッダ３Ｄを介して接続する。この凝縮器２Ｂの左側に
凝縮器２Ａを隣設する。この凝縮器２Ａの後端のヘッダ
３Ａの下端と冷却ブロック１の中央を送り管７Ａで接続
する。凝縮器２Ａの前端のヘッダ３Ｂの下端と冷却ブロ
ック１の左側上端を戻り管６Ａで接続する。凝縮器２Ｂ
の後端のヘッダ３Ｃの下端と冷却ブロック１の下端を戻
り管６Ｂで接続する。冷却ブロック１の下端の半導体素
子５で加熱され気化した冷媒は、送り管７Ａに流入させ
て、冷却ブロック１の上部に取り付けられた半導体素子
５の冷却条件の低下を防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体冷却装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図12は、車両に取り付けられ、この車両
の照明電源用のインバータに組み込まれた従来の半導体
冷却装置の一例を示す斜視図、図13は、図12のＸ−Ｘ断
面図である。

【０００３】図12及び図13において、図示しない車両の
床下に搭載され図示しない箱体の内部に収納された冷却
ブロック１の右側面には、インバータの主回路に接続さ
れる絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（以下、単に素
子という。）５が、上下に３個取り付けられている。こ
の冷却ブロック１は、銅板の溶接接合で内部が中空とな
るように製作され、内部には素子５を冷却する冷媒13が
注入されている。

【０００４】冷却ブロック１の上端には、以下説明する
凝縮器２Ｇが設けられている。この凝縮器２Ｇは、右側
のヘッダ３Ｋの下端が冷却ブロック１の上端に溶接接合
されることで、冷却ブロック１に注入された冷媒13の流
路を形成するとともに、後述するように素子５で発生す
る熱を吸収して気中に放出している。

【０００５】凝縮器２Ｇには、左端にヘッダ３Ｊが右側
のヘッダ３Ｋと対称的に設けられている。これらのヘッ
ダ３Ｊ，３Ｋの間には、複数列の冷却管11が図12，13に
おいては上下に５段に貫設され、両端がヘッダ３Ｊ，３
Ｋの内側に気密に溶接されている。さらに、これらの冷
却管11には、放熱板12があらかじめ等間隔に挿入され、
各放熱板12と各冷却管11は、貫通穴の部分で溶接されて
いる。

【０００６】このように構成された半導体冷却装置にお
いては、図12及び図13において上部が僅かに右側に傾斜
させた状態で車両に取り付けられる。したがって、各冷
却管11は右側が左側よりも僅かに低くなり、後述するよ
うに液化した冷媒の環流を考慮して設置される。

【０００７】また、インバータの運転によって各素子５
が発熱すると、この熱は、図13の矢印Ｚ１に示すよう
に、冷却ブロック１の表面から内部に注入された冷媒13
に伝達される。すると、この冷媒13は沸騰して、冷却ブ
ロック１の内部を気泡となって上昇し、図13の矢印Ｚ２
に示すように、右側のヘッダ３Ｋの内部に流入する。

【０００８】さらに、この気相の冷媒は、矢印Ｚ３に示
すように各冷却管11に流入し、これらの冷却管11の内面
に触れて冷却されながら、矢印Ｚ４に示すように各冷却
管11の内部を左側に流れる間に更に冷却され、凝縮し液
化する。

【０００９】この冷却と凝縮による熱を吸収した各冷却
管11は、これらの各冷却管11の外周から放熱板12に伝達
され、この放熱板12から冷却空気に放出される。放熱板
12は、矢印Ｙで示すように下側から上方に向って強制送
風される冷却空気又は自然対流の冷却空気によって冷却
される。

【００１０】各冷却管11によって凝縮し液化した冷媒
は、各冷却管11の左端から、図13の矢印Ｚ５に示すよう
に左側のヘッダ３Ｊに流入し、このヘッダ３Ｊから下端
の冷却管11の内部に流入する。この冷媒は、前述したよ
うに右側が僅かに低い冷却管11の内部を矢印Ｚ６に示す
ように流れて、右側のヘッダ３Ｋの内部に流下する。す
ると、この冷媒は、冷却ブロック１の内部を矢印Ｚ７に
示すように流下して、冷却ブロック１の内部に環流され
る。

【００１１】この環流した冷媒は、各素子５で加熱され
た冷却ブロック１の熱で再び加熱されて沸騰し気化して
上昇し、右側のヘッダ３Ｋから各冷却管11に流入し冷却
され、この冷却管11の内部で凝縮・液化して、再び冷却
ブロック１に環流する。

【００１２】この冷媒の気化・凝縮・液化の相変化の繰
り返しによって、各素子５から冷媒に伝達された熱は、
冷却ブロック１から各冷却管11に輸送され、各冷却管11
から放熱板12を経て冷却空気に放出される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
構成された半導体冷却装置においては、冷却ブロック１
の上端と下端に取り付けられた素子５との間では、冷却
温度に差が生じる。すなわち、冷却ブロック１の下端に
取り付けられた素子５は、図13の矢印Ｚ７に示すように
流下した冷媒13によって冷却されるのに対し、上方に位
置する素子５は、この冷媒13の中を矢印Ｚ１に示すよう
に上昇する気泡を含む冷媒によって冷却されるので、冷
却効果が低下する。

【００１４】また、上側に位置する素子５は、下側に位
置する素子５によって加熱された空気によって空冷され
るので、冷たい空気で冷却される下端の素子５と比べて
空冷効果が低い。

【００１５】すると、各素子５に流れる電流が不平衡と
なるので、インバータの定格を 100パーセント発揮でき
なくなるおそれがあるだけでなく、上側に取り付けられ
た素子５の寿命の低下により、保守・点検の頻度を上げ
なければならなくなるおそれもある。

【００１６】そこで、本発明の目的は、素子の冷却温度
の不平衡に伴う電力変換装置の定格の低下と素子の特性
及び寿命の低下を防ぐことのできる半導体冷却装置を得
ることである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明の
半導体冷却装置は、内部に冷媒が貯留され外面に複数の
半導体素子が上下に取り付けられる冷却ブロックと、こ
の冷却ブロックの上下に複数の接続管を介して接続され
る凝縮器とを備えたことを特徴とする。

【００１８】また、請求項２に記載の発明の半導体冷却
装置は、凝縮器の片側のヘッダの中央部と冷却ブロック
の上部を接続する第１の送り管と、片側のヘッダの両側
と冷却ブロックの側面を接続する第２の送り管と、凝縮
器の他側のヘッダと冷却ブロックの下部を接続する戻り
管とで複数の接続管を構成したことを特徴とする。

【００１９】また、請求項３に記載の発明の半導体冷却
装置は、内部に冷媒が貯留され外面に複数の半導体素子
が上下に取り付けられる冷却ブロックに片側のヘッダが
固定される凝縮器と、この凝縮器の他側のヘッダと冷却
ブロックとの間に接続され凝縮器で液化された冷媒を冷
却ブロックに環流させる戻り管とを備えたことを特徴と
する。

【００２０】また、請求項４に記載の発明の半導体冷却
装置は、内部に冷媒が貯留され外面に複数の半導体素子
が上下に取り付けられる冷却ブロックに片側のヘッダが
固定される第１の凝縮器と、この第１の凝縮器の他側の
ヘッダと冷却ブロックを接続し凝縮器で液化される冷媒
を冷却ブロックに環流させる戻り管と、第１の凝縮器に
隣接し片側と他側のヘッダが冷却ブロックに接続管を介
して接続される第２の凝縮器とを備えたことを特徴とす
る。

【００２１】また、請求項５に記載の発明の半導体冷却
装置は、戻り管の下端を冷却ブロックの下端に接続し、
接続管を、第２の凝縮器の片側のヘッダと冷却ブロック
の上部を接続する第２の戻り管と他側のヘッダと冷却ブ
ロックの中間部を接続する送り管で構成したことを特徴
とする。

【００２２】また、請求項６に記載の発明の半導体冷却
装置は、内部に冷媒が貯留され外面に複数の半導体素子
が上下に取り付けられる冷却ブロックと、この冷却ブロ
ックに片側のヘッダが複数の送り管を介して接続される
凝縮器と、この凝縮器の他側のヘッダと冷却ブロックの
下部を接続する戻り管とを備えたことを特徴とする。

【００２３】また、請求項７に記載の発明の半導体冷却
装置は、内部に冷媒が貯留され外面に複数の半導体素子
が取り付けられる冷却ブロックと、この冷却ブロックの
端部にこの冷却ブロックと直交方向に片側のヘッダが接
続された凝縮器とを備えたことを特徴とする。

【００２４】また、請求項８に記載の発明の半導体冷却
装置は、内部に冷媒が貯留され外面の片側に複数の半導
体素子が取り付けられる冷却ブロックと、この冷却ブロ
ックの外面の他側に複数の接続管を介して接続される凝
縮器とを備えたことを特徴とする。

【００２５】さらに、請求項９に記載の発明の半導体冷
却装置は、複数の接続管を、凝縮器と冷却ブロックの取
付面と直交する面を接続する送り管と、凝縮器と冷却ブ
ロックの取付面と直交する面を接続する戻り管としたこ
とを特徴とする。

【００２６】

【作用】請求項１及び請求項８に記載の発明において
は、冷却ブロックで気化した冷媒は、接続管を経て凝縮
器に流入し、この凝縮器で液化した冷媒は、接続管を経
て冷却ブロックに環流される。

【００２７】また、請求項２に記載の発明においては、
冷却ブロックで気化した冷媒は、第１，第２の送り管を
介して凝縮器に流入し、この凝縮器で液化した冷媒は、
戻り管を経て冷却ブロックに環流される。

【００２８】また、請求項３に記載の発明においては、
冷却ブロックで気化した冷媒は、片側のヘッダから凝縮
器に流入し、この凝縮器で液化した冷媒は、戻り管を介
して冷却ブロックに環流される。

【００２９】また、請求項４に記載の発明においては、
冷却ブロックで気化した冷媒の一部は、片側のヘッダか
ら第１の凝縮器に流入し、他の一部は、接続管を経て第
２の凝縮器に流入する。第１の凝縮器に流入した液化し
た冷媒は、戻り管を経て冷却ブロックに環流し、第２の
凝縮器で液化した冷媒は、接続管を経て冷却ブロックに
環流する。

【００３０】また、請求項５に記載の発明においては、
冷却ブロックの下部で気化した冷媒は、冷却ブロックの
中間部に接続された送り管を経て凝縮器に流入し、冷却
ブロックの上部に上昇する気化冷媒の量が減少する。

【００３１】また、請求項６に記載の発明においては、
冷却ブロックの下部で気化した冷媒は、複数の送り管の
一部に流入し、凝縮器で液化した冷媒は、戻り管を経て
冷却ブロックに環流する。

【００３２】また、請求項７に記載の発明においては、
冷却ブロックと凝縮器は、上下方向の高さが制約された
空間に収納可能となる。さらに、請求項９に記載の発明
においては、冷却ブロックで気化した冷媒は、送り管を
介して凝縮器に流入し、この凝縮器で液化した冷媒は、
戻り管を経て冷却ブロックに環流される。

【００３３】

【実施例】以下、本発明の半導体冷却装置の一実施例を
図面を参照して説明する。図１は、本発明の半導体冷却
装置の第１の実施例を示す斜視図で、従来の技術で示し
た図12に対応する図である。また、図２は、図１のＡ−
Ａ断面図、図３は、図１のＢ−Ｂ断面図である。

【００３４】図１，図２及び図３において、従来の技術
で示した図12及び図13と大きく異なるところは、冷媒の
流路が２経路となっていることである。すなわち、図１
に示すように、上部の凝縮器は、左側の凝縮器２Ａと、
この凝縮器２Ａの右側に隣接され凝縮器２Ａと外形が同
一でほぼ同一構造の凝縮器２Ｂに分割されている。

【００３５】これらの凝縮器２Ａ，２Ｂは、凝縮器２Ａ
の左側のヘッダ３Ａと凝縮器２Ｂの左側のヘッダ３Ｃが
隣接面で溶接され、右側のヘッダ３Ｂとヘッダ３Ｄも隣
接部が溶接されることで、一体に構成されている。

【００３６】一方、冷却ブロック１の上端の左端には、
切り欠き部１ａが形成され、この切り欠き部１ａの右側
の上面に対して、右側の凝縮器２Ｂの右側のヘッダ３Ｄ
の下端が載置され溶接で気密に接合されている。

【００３７】このうち、右側の凝縮器２Ｂの左側のヘッ
ダ３Ｃの下端の左側の底部には、略Ｊ字状に形成された
戻り管６Ｂの上端が溶接で接合され、この戻り管６Ｂの
下端は、冷却ブロック１の下端中央部に気密に溶接され
ている。

【００３８】一方、左側の凝縮器２Ａの後部のヘッダ３
Ａの下端左側には、略ｆ字状に湾曲した送り管７Ａの上
端が気密に溶接されている。この送り管７Ａの下端は、
冷却ブロック１の中央部の背面を図３に示すように貫通
し、この貫通部の外周は、冷却ブロック１の背面に気密
に溶接されている。

【００３９】さらに、冷却ブロック２Ａの前面側のヘッ
ダ３Ｂの右側下端には、短い戻り管６Ａの上端が気密に
接合されてる。この戻り管６Ａは、冷却ブロック１の切
り欠き部１ａの上端を縦に貫通して、送り管７Ａの下端
の右側から垂下し、下端は冷却ブロック１の下端に図３
に示すように達している。

【００４０】このように構成された半導体冷却装置にお
いては、各冷却管11は、図２に示すように左側が僅かに
低くなるように各ヘッダに両端が貫設されている。冷却
ブロック１の上部に取り付けられた素子５から伝達され
た熱で加熱され、冷却ブロック１の上部の内部で気化し
た冷媒は、図２の矢印Ｅ１に示すように冷却ブロック１
の上方に図１の矢印Ｃ１で示すように上昇する。

【００４１】この上昇した冷媒は、図１の矢印Ｃ２及び
図２の矢印Ｅ２に示すように凝縮器２Ｂの前面のヘッダ
３Ｄの内部に流入し、図２の矢印Ｅ３，Ｅ４に示すよう
に上昇するとともに、その一部は、図２の矢印Ｅ５に示
すように分流して、下部に位置する冷却管11に流入す
る。

【００４２】一方、図２の矢印Ｅ４に示すように上部に
更に上昇した冷媒は、図１の矢印Ｃ３に示すように上部
に配置された冷却管11に流入する。すると、この冷媒
は、この冷却管11の内部を図１の矢印Ｃ４に示すように
後方に流入する過程で、この冷却管11の内壁に触れて冷
却され凝縮して、内壁面を滴下し冷却管11の内部を後方
に流れて、図１の矢印Ｃ５及び図２の矢印Ｅ６に示すよ
うに後方のヘッダ３Ｃの内部に流下する。

【００４３】更にヘッダ３Ｃの内部を図１の矢印Ｃ６及
び図２の矢印Ｅ７に示すように流下した冷媒は、図１の
矢印Ｃ７に示すように戻り管６Ｂの内部に流入する。す
ると、この冷媒は、この戻り管６Ｂの内部を図１の矢印
Ｃ８及び図２の矢印Ｅ８，Ｅ９に示すように流下して、
この戻り管６Ｂの下端から冷却ブロック１の下端に図２
の矢印Ｅ10に示すように流入する。

【００４４】一方、冷却ブロック１の下部に取り付けら
れた素子５から伝達された熱で加熱され、冷却ブロック
11の下部の内部で気化した冷媒は、図３の矢印Ｆ１で示
すように上昇しながら、送り管７Ａの下端からこの送り
管７Ａの内部に、図３の矢印Ｆ２で示すように流入し上
昇する。

【００４５】この上昇する冷媒は、更に上昇して、送り
管７Ａの上端から図１の矢印Ｄ２及び図３の矢印Ｆ３に
示すように、左側の凝縮器２Ａの後端のヘッダ３Ａに流
入する。

【００４６】このヘッダ３Ａに流入した冷媒の一部は、
図３の矢印Ｆ４に示すように凝縮器２Ａの下部の冷却管
11に流入するとともに、他は図１の矢印Ｄ３に示すよう
に更に上昇して、図１の矢印Ｄ４及び図３の矢印Ｆ４に
示すように上部の冷却管11の内部に流入する。

【００４７】すると、この冷媒は、各冷却管11の内壁に
接触して冷却され凝縮して液化した後、各冷却管11の内
部を前方に流下し、図１の矢印Ｄ５，Ｄ６及び図３の矢
印Ｆ５に示すように前面側のヘッダ３Ｂの内部に流下す
る。

【００４８】この流下した冷媒は、ヘッダ３Ｂの下端か
ら、この下端に上端が接続された戻り管６Ａの内部に、
図１の矢印Ｄ７及び図３の矢印Ｆ６に示すように流下
し、この戻り管６Ａの内部を図３の矢印Ｆ７に示すよう
に更に流下した後、この戻り管６Ａの下端から図３の矢
印Ｆ８に示すように流出する。

【００４９】したがって、このように構成された半導体
冷却装置においては、冷却ブロック１の下部に取り付け
られた素子５によって加熱され気化した冷媒を、冷却ブ
ロック１の中央部に貫設された送り管７Ａに導くこと
で、下部から上昇する冷媒による、上部に取り付けられ
た素子５の冷却条件の低下を緩和することができる。

【００５０】なお、図３で示した送り管７Ａの下端に対
して、らっぱ状の短い導入管の上端の小径部を接続し、
冷却ブロック１の下部から上部に上昇する気泡の捕集効
果を上げてもよい。

【００５１】次に図４は、本発明の半導体冷却装置の第
２の実施例を示す斜視図で、図１に対応する図である。
図４において、図１と異なるところは、凝縮器の構成
で、図12と同様に形成された横幅の広い凝縮２Ｃの中央
部に対して、長方形の仕切板10が縦に挿入されているこ
とで、他は図１と同一である。

【００５２】この結果、凝縮器２Ｃは、仕切板２Ｃによ
って後部のヘッダ３Ｅと前端のヘッダ３Ｆとともに左右
に分割されている。なお、冷却ブロック１と送り管７Ａ
及び戻り管６Ａ，６Ｂの接続構成は、図１で示した第１
の実施例と同一であり、したがって、同一要素には同一
符号を付している。

【００５３】このように構成された半導体冷却装置にお
いては、上下に位置する素子５の冷却効果は、図１で示
した第１の実施例の半導体冷却装置と同様であるが、凝
縮器２Ｃの製作が容易となり、ヘッダ３Ｅ，３Ｆが前後
に各１枚だけとなるので、凝縮器２Ｃの耐震性が向上
し、車両の走行による振動に対する強度が向上する利点
がある。

【００５４】図５（ａ）は、本発明の半導体冷却装置の
第３の実施例を示す図で、図１及び図４に対応する平面
図である。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）の前面図で
ある。なお、図５（ａ）においては、作図のスペース
上、幅方向は縮小して示している。

【００５５】図５においては、凝縮器２Ｄは、仕切板10
Ａによって、幅の広い中間部とこの両側の幅の狭い両端
部に三分割されている。さらに、中間部の冷却管11は、
後方が僅かに低くなるように配設され、両端部の冷却管
11は、前方が僅かに低くなるように配設されている。ま
た、後方のヘッダ３Ｅに上端が接続された接続管７Ａ１
は、二重となっている。

【００５６】このように構成された半導体冷却装置にお
いて、冷却ブロック１の上部に取り付けられた素子５で
加熱されて気化した冷媒は、図５（ｂ）の矢印Ｊ１に示
すように上昇し、ヘッダ３Ｆの内部に流入する。

【００５７】この冷媒は、ヘッダ３Ｆの内部を図５
（ｂ）の矢印Ｊ２に示すように上昇した後、中間部の冷
却管11に流入し、この冷却管11で冷却され凝縮して、ヘ
ッダ３Ｅの内部に流下する。

【００５８】すると、このヘッダ３Ｅの内部に流入した
冷媒は、このヘッダ３Ｅの下端の中央部が接続された、
接続管７Ａ１の軸心の戻り管６Ａ１に流入し、この戻り
管６Ａ１の内部を図５（ｂ）の矢印Ｊ３に示すように流
下した後、この戻り管６Ａ１の下端から矢印Ｊ４で示す
ように冷却ブロック１に流下する。

【００５９】一方、この冷却ブロック１の外部に取り付
けられた素子５で加熱された冷媒から気化したガスは、
矢印Ｋ１で示すように接続管７Ａ１の外側の送り管７ａ
の内部に流入し、この送り管７ａの上部に矢印Ｋ２に示
すように上昇した後、後方のヘッダ３Ｅの内部に流入す
る。

【００６０】このヘッダ３Ｅの内部に流入した冷媒は、
図４（ａ）の矢印Ｋ４及び図５（ｂ）の矢印Ｋ３に示す
ように両端部の冷却管11に流入し、この冷却管11から前
面のヘッダ３Ｆの内部に流下する。

【００６１】このヘッダ３Ｆの内部に流下した冷媒は、
図５（ｂ）の矢印Ｋ５に示すように冷却ブロック１の内
部の戻り管６Ａ１に流入した後、この戻り管６Ａの下端
から冷却ブロック１の下端に環流する。

【００６２】このように構成された半導体冷却装置にお
いては、送り管７ａの内部に戻り管６Ａ１を同軸に収納
することで、凝縮器２Ｄと冷却ブロック１を接続する接
続管７Ａ１を１本としたので、冷却ブロック２Ｄの下方
からこの冷却ブロック２Ｄに導かれる冷却空気の流路の
圧力損失を減らすことができる利点がある。

【００６３】次に、図６は、本発明の半導体冷却装置の
第４の実施例を示す斜視図で、図１，図４及び図５に対
応する図である。また、図７は、図６のＣ−Ｃ断面拡大
図である。

【００６４】図６及び図７において、図１，図４及び図
５と異なるところは、冷却ブロック１と凝縮器２Ｅが切
り離されて、この間を三本の送り管８Ａ，８Ｂ，８Ｃで
接続していることである。なお、図１，図４で示した送
り管７Ａはない。すなわち、冷却ブロック１Ａの上端と
凝縮器２Ｅの前端のヘッダ３Ｆとの間は、略Ｚ字状に形
成された送り管８Ａ，８Ｂ，８Ｃで接続されている。

【００６５】このうち、中間部に位置する送り管８Ｂの
下端は、冷却ブロック１Ａの中央上端を貫通しており、
左右の送り管８Ａ，８Ｃの下端は、冷却ブロック１Ａの
中央部分まで垂下している。さらに、この下端には、円
椎台状に下端が開いた吸入口８ａ，８ｃが接合されてい
る。

【００６６】このように構成された半導体冷却装置にお
いては、冷却ブロック１Ａの下部に取り付けられた素子
５で加熱され気化した冷媒の大部分は、送り管８Ａ，８
Ｃの内部に吸入口８ａ，８ｃを介して流入し、これらの
吸入口８ａ，８ｃの間を上昇する冷媒で上部に取り付け
られた素子５は冷却される。

【００６７】この上部に取り付けられた素子５によって
加熱され気化した冷媒は、中央部に貫設された送り管８
Ｂに流入した後、両側の送り管８Ａ，８Ｂから上昇した
冷媒とともに、図６の矢印Ｌ３に示すように前側のヘッ
ダ３Ｆの内部を上昇しながら各冷却管11に流入する。

【００６８】各冷却管11で冷却され凝縮して液化した冷
媒は、ヘッダ３Ｅを矢印Ｌ５に示すように流下し、すべ
て戻り管６Ｂを経て、矢印Ｌ６，Ｌ７に示すように冷却
ブロック１Ａに環流される。

【００６９】この場合には、冷却ブロック１Ａの下部に
取り付けられた素子５で加熱され上昇する気泡による上
部の素子５の冷却条件の低下を防ぐことができる他、凝
縮部２Ｅが単一となるので、製作が容易となり、各素子
５の前面をヘッダ３Ｆの前端面よりも後方に位置させる
ことができるので、全体の占有容積を減らすことができ
る利点がある。

【００７０】次に、図８は、本発明の半導体冷却装置の
第５の実施例を示す斜視図で、図１，図４，図５及び図
６に対応する図である。図８においては、冷却ブロック
１Ａの上端中央と前面側のヘッダ３Ｆの下端中央が短い
送り管８Ｄで接続されている。また、冷却ブロック１Ａ
の両側面の中央部とヘッダ３Ｆの両端下面がＪ字状の送
り管７Ｂで対称的に接続されている。

【００７１】このように構成された半導体冷却装置にお
いては、冷却ブロック１Ａの下部に取り付けられた素子
５によって、この冷却ブロック１Ａの下部で気化した冷
媒は、図３で示した流れと同様に左右の送り管７Ｂの下
端に流入して上昇する。

【００７２】一方、冷却ブロック１の上部に取り付けら
れた素子５によって加熱され気化した冷媒は、冷却ブロ
ック１の上端中央に接続された送り管８Ｄを経て上昇
し、ヘッダ３Ｆに流入する。

【００７３】これらの冷媒は、ヘッダ３Ｆの内部を矢印
Ｎ２に示すように上昇しながら、各冷却管に流入し、矢
印Ｎ３に示すようにこれらの冷却管を後方に流れる過程
において冷却され凝縮し液化される。

【００７４】この液状の冷媒は、後方のヘッダ３Ｅの内
部に流入し、このヘッダ３Ｅの内部を矢印Ｎ４に示すよ
うに流下した後、このヘッダ３Ｅの下端に接続された戻
り管６Ｂに流入する。すると、この冷媒は、この戻り管
６Ｂの内部を矢印Ｎ５，Ｎ６に示すように流下し、戻り
管６Ｂの下端かから冷却ブロック１Ａの下端中央部に環
流する。

【００７５】この場合には、冷却ブロック１Ａの下端中
央に環流した冷媒が冷却ブロック１Ａの上方に上昇する
過程において、送り管７Ｂの下端が流路を遮らないの
で、冷却ブロック１Ａの内部における冷媒の流れが円滑
となる利点がある。

【００７６】図９は、本発明の半導体冷却装置の第６の
実施例を示し、凝縮器２Ｆは一対の仕切り10Ｂによっ
て、中間部とこの中間部の両側の両端部に仕切られてい
る。一方、冷却ブロック１Ｂは、凝縮器２Ｆの中央の直
下に立設され、この凝縮器の前端のヘッダ３Ｈの中央下
端は、戻り管６Ｄで冷却ブロック１Ｂの上端中央部に接
続されている。

【００７７】ヘッダ３Ｈの下端の両側は、送り管８Ｅで
冷却ブロック１Ｂの上端両側に接続されている。後方の
ヘッダ３Ｇの下端中央は、送り管７Ｃで冷却ヘッド１Ｂ
の中央部分と接続され、ヘッダ３Ｇの下端両側は、戻り
管６Ｃで冷却ヘッド１Ｂの両側面の下端に接続されてい
る。

【００７８】このように構成された半導体冷却装置にお
いては、冷却ブロック１Ｂの上部に取り付けられた素子
で加熱され気化された冷媒は、冷却ブロック１Ｂの上端
の両側から送り管８Ｅに流入した後、矢印Ｑ１に示すよ
うに上昇して前面側のヘッダ３Ｈの両側に流入する。

【００７９】この冷媒は、ヘッダ３Ｈの両側内部を矢印
Ｑ２に示すように上昇しながら、凝縮器２Ｆの両端部の
冷却管に流入し、この冷却管の内部を矢印Ｑ３に示すよ
うに後方に流れる過程で冷却され、凝縮し液化される。

【００８０】この液相となった冷媒は、ヘッダ３Ｇの両
側を矢印Ｑ４に示すように流下した後、戻り管６Ｃにそ
れぞれ流入し、この戻り管６Ｃの下端から、矢印Ｑ５に
示すように冷却ブロック１Ｂの両側下部から内部に環流
する。

【００８１】一方、冷却ブロック１Ｂの下部に取り付け
られた素子による発熱で気化した冷媒は、冷却ブロック
１Ｂの中央部に下端が貫設された送り管７Ｃに流入し、
この送り管７Ｃの内部を矢印Ｒ１に示すように上昇し、
ヘッダ３Ｇの下端中央部に流入する。

【００８２】この流入した冷媒は、ヘッダ３Ｇの中央部
を上昇し、この中央部の各冷却管の後端から内部に流入
する。この冷媒は、各冷却管の内部を矢印Ｒ２に示すよ
うに前方に流れる過程において冷却され、凝縮し液化し
て、この液相の冷媒はヘッダ３Ｈの中央部を矢印Ｒ３に
示すように流下し、さらに戻り管６Ｄを矢印Ｒ４に示す
ように流下して、冷却ブロック１Ｂの上端中央部から内
部に環流する。

【００８３】このように構成された半導体冷却装置にお
いては、冷却ブロック１Ｂの上端中央と両側下部に戻り
管を貫設させ、送り管を冷却ブロック１Ｂの中央部と上
端両側に貫設させることで、冷却ブロック１Ｂの各部で
気化した冷媒を全面的に発生近傍で送り管に流入させる
とともに、冷却された冷媒も、冷却ブロック１Ｂの全域
に亘って均一に環流させることができるので、素子の冷
却が更に均一となり、冷却ブロック１Ｂに取り付けられ
る素子の横方向の数を増やすことができ、冷却ブロック
１Ｂの高さを減らすことができる。

【００８４】次に、図10は、本発明の半導体冷却装置の
第７の実施例を示す斜視図で、半導体素子５を冷却ブロ
ック１Ｃの下面側に取り付けた場合を示す。図10におい
ては、凝縮器２Ｇは、前端のヘッダ３Ｋの下端が冷却ブ
ロック１Ｃの後端上面の段付部に載置され、ヘッダ３Ｋ
の前面と冷却ブロック１Ｃの前端上面との間に蒸気冷冷
媒通路９が取り付けられている。この場合には、車両の
取付部の制約によって、上下方向の空間が得られない場
合でも、その狭い空間に設置することができる利点があ
る。

【００８５】なお、蒸気冷媒通路９は、冷却ブロック１
Ｃや前後のヘッダ３Ｊ，３Ｋと同様に、内部は空洞とな
っており、広い外表面が形成されるために、凝縮器２Ｇ
に導く気化冷媒を冷却することができるので、凝縮器２
Ｇで液化した冷媒の温度を下げることができ、素子を冷
却する冷媒の温度の低下で、素子の冷却効果を更に上げ
ることができる。

【００８６】次に、図11は、本発明の半導体冷却装置の
第８の実施例を示す斜視図である。図11においては、凝
縮器は、図９で示した第６の実施例と同一で、仕切り10
Ｂによって中間部と両端部に仕切られている。図９と異
なるところは、冷却ブロック１Ｄと、この冷却ブロック
１Ｄと凝縮器２Ｆを接続する送り管と戻り管の接続及び
配置である。

【００８７】すなわち、冷却ブロック１Ｄの左側面と凝
縮器２Ｆの左側のヘッダ３Ｇの下端の前後は、略Ｊ字状
に形成された戻り管６Ｅがそれぞれ接続されている。一
方、冷却ブロック１Ｄの右側面とヘッダ３Ｈの下端中央
との間も、戻り管６Ｅで接続されれている。

【００８８】さらに、ヘッダ３Ｇの下端中央部と冷却ブ
ロック１Ｄの前方中央左側との間も、略Ｚ字状の送り管
８Ｆで接続され、冷却ブロック１Ｄの前方中央右側とヘ
ッダ３Ｈの下端前方との間も、送り管８Ｆで接続されて
いる。さらに、ヘッダ３Ｈの下端後部と冷却ブロック１
Ｄの右側後部との間は、接続管８Ｆで接続されている。

【００８９】このように構成された半導体冷却装置にお
いても、図10で示した半導体冷却装置と同様に、車両に
設けられた取付空間の制約によって、上下方向が制約さ
れ且つ略直方体状となる取付スペースに対応することが
できる。

【００９０】

【発明の効果】以上、請求項１に記載の発明によれば、
内部に冷媒が貯留され外面に複数の半導体素子が上下に
取り付けられる冷却ブロックを複数の接続管で凝縮器と
接続することで、冷却ブロックの内部で気化した冷媒を
接続管で凝縮器に導くとともに、この凝縮器で液化した
冷媒を接続管で環流させたので、外形を増やすことな
く、冷却ブロックに取り付けられた位置に起因する素子
の冷却温度の不平衡を緩和し、特性の低下を防ぐことの
できる半導体冷却装置を得ることができる。

【００９１】また、請求項２に記載の発明によれば、冷
却ブロックの上部と凝縮器の片側のヘッダの中央部を第
１の送り管で接続し、冷却ブロックの側面を片側のヘッ
ダの両側を第２の送り管で接続し、冷却ブロックの下部
と凝縮器の他側のヘッダを戻り管で接続することで、冷
却ブロックで気化した冷媒を第１，第２の送り管で凝縮
器に流入させるとともに、この凝縮器で液化した冷媒は
戻り管で冷却ブロックに環流させたので、外形を増やす
ことなく、冷却ブロックに取り付けられた位置に起因す
る素子の冷却温度の不平衡を緩和し、特性の低下を防ぐ
ことのできる半導体冷却装置を得ることができる。

【００９２】また、請求項３に記載の発明によれば、内
部に冷媒が貯留され外面に複数の半導体素子が上下に取
り付けられる冷却ブロックに、凝縮器を片側のヘッダを
介して固定し、凝縮器の他側のヘッダと冷却ブロックを
戻り管で接続することで、冷却ブロックで気化した冷媒
は片側のヘッダから凝縮器に導くとともに、この凝縮器
で液化した冷媒は戻り管で冷却ブロックに環流させたの
で、外形を増やすことなく、冷却ブロックに取り付けら
れた位置に起因する素子の冷却温度の不平衡を緩和し、
特性の低下を防ぐことのできる半導体冷却装置を得るこ
とができる。

【００９３】また、請求項４に記載の発明によれば、内
部に冷媒が貯留され外面に複数の半導体素子が上下に取
り付けられる冷却ブロックに、第１の凝縮器を片側のヘ
ッダを介して固定し、第１の凝縮器の他側のヘッダと冷
却ブロックを戻り管で接続し、第１の凝縮器に第２の凝
縮器を隣接し、この凝縮器の両側のヘッダと冷却ブロッ
クを接続管で接続することで、冷却ブロックで気化した
冷媒の一部を第１の凝縮器の片側のヘッダに流入させ、
他の一部は接続管で第２の凝縮器に流入させるととも
に、第１の凝縮器で液化した冷媒は戻り管で冷却ブロッ
クへ環流させ、第２の凝縮器で液化した冷媒は、接続管
で冷却ブロックに環流させたので、外形を増やすことな
く、冷却ブロックに取り付けられた位置に起因する素子
の冷却温度の不平衡を緩和し、特性の低下を防ぐことの
できる半導体冷却装置を得ることができる。

【００９４】また、請求項５に記載の発明によれば、第
１の凝縮器の他側に接続された戻り管の下端を冷却ブロ
ックの下端に接続するとともに、第２の凝縮器の片側の
ヘッダと冷却ブロックの上部を第２の戻り管で接続し、
第２の凝縮器の他側のヘッダと冷却ブロックの中間部を
送り管で接続することで、冷却ブロックの下部で気化し
た冷媒は送り管で第２の凝縮器に流入させるとともに、
冷却ブロックの上部に上昇する気化冷媒を減らしたの
で、外形を増やすことなく、冷却ブロックに取り付けら
れた位置に起因する素子の冷却温度の不平衡を緩和し、
特性の低下を防ぐことのできる半導体冷却装置を得るこ
とができる。

【００９５】また、請求項６に記載の発明によれば、内
部に冷媒が貯留され外面に複数の半導体素子が上下に取
り付けられる冷却ブロックと凝縮器の片側のヘッダを複
数の送り管で接続するとともに、凝縮器の他側のヘッダ
と冷却ブロックの下部を戻り管で接続することで、冷却
ブロックの下部で気化した冷媒を送り管で凝縮器に流入
させ、凝縮器で液化した冷媒は戻り管で冷却ブロックの
下部に環流させたので、外形を増やすことなく、冷却ブ
ロックに取り付けられた位置に起因する素子の冷却温度
の不平衡を緩和し、特性の低下を防ぐことのできる半導
体冷却装置を得ることができる。

【００９６】また、請求項７に記載の発明によれば、内
部に冷媒が貯留され外面に複数の半導体素子が取り付け
られる冷却ブロックの端部にこの冷却ブロックと直交方
向に凝縮器の片側のヘッダを接続することで、冷却ブロ
ックと凝縮器の上下方向の高さを減らしたので、外形を
増やすことなく、冷却ブロックに取り付けられた位置に
起因する素子の冷却温度の不平衡を緩和し、特性の低下
を防ぐことのできる半導体冷却装置を得ることができ
る。

【００９７】また、請求項８に記載の発明によれば、内
部に冷媒が貯留され外面の片側に複数の半導体素子が取
り付けられる冷却ブロックと、この冷却ブロックの半導
体素子の外面の他側に複数の接続管を介して接続される
凝縮器とを備えることで、冷却ブロックで気化した冷媒
を接続管を経て凝縮器に流入させ、この凝縮器で液化し
た冷媒は、接続管を経て冷却ブロックに環流させたの
で、外形を増やすことなく、冷却ブロックに取り付けら
れた位置に起因する素子の冷却温度の不平衡を緩和し、
特性の低下を防ぐことのできる半導体冷却装置を得るこ
とができる。

【００９８】さらに、請求項９に記載の発明によれば、
複数の接続管を、凝縮器と冷却ブロックの取付面と対向
する面を接続する送り管と、凝縮器と冷却ブロックの取
付面と直交する面を接続する戻り管とすることで、冷却
ブロックで気化した冷媒を送り管を介して凝縮器に流入
させ、この凝縮器で液化した冷媒は、戻り管を経て冷却
ブロックに環流させたので、外形を増やすことなく、冷
却ブロックに取り付けられた位置に起因する素子の冷却
温度の不平衡を緩和し、特性の低下を防ぐことのできる
半導体冷却装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体冷却装置の第１の実施例を示す
斜視図。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図。

【図３】図１のＢ−Ｂ断面図。

【図４】本発明の半導体冷却装置の第２の実施例を示す
斜視図。

【図５】本発明の半導体冷却装置の第３の実施例を示す
斜視図。

【図６】本発明の半導体冷却装置の第４の実施例を示す
斜視図。

【図７】図７のＣ−Ｃ断面図。

【図８】本発明の半導体冷却装置の第５の実施例を示す
斜視図。

【図９】本発明の半導体冷却装置の第６の実施例を示す
斜視図。

【図１０】本発明の半導体冷却装置の第７の実施例を示
す斜視図。

【図１１】本発明の半導体冷却装置の第８の実施例を示
す斜視図。

【図１２】従来の半導体冷却装置の一例を示す斜視図。

【図１３】図12のＸ−Ｘ断面図。

【符号の説明】

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…冷却ブロック、２Ａ，２
Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ，２Ｇ…凝縮器、３Ａ，３
Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆ，３Ｇ，３Ｈ，３Ｊ，３Ｋ
…ヘッダ、４…冷媒、５…半導体素子、６Ａ，６Ｂ，６
Ｃ，６Ｄ，６Ｅ…戻り管、７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，８Ａ，８
Ｂ，８Ｃ，７Ａ１…接続管、８Ｅ，８Ｆ…送り管、９…
蒸気冷媒通路、10，10Ａ，10Ｂ…仕切り。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に冷媒が貯留され外面に複数の半導
   体素子が上下に取り付けられる冷却ブロックと、この冷
   却ブロックの上下に複数の接続管を介して接続される凝
   縮器とを備えた半導体冷却装置。
2. 【請求項２】 複数の前記接続管を、前記凝縮器の片側
   のヘッダの中央部と前記冷却ブロックの上部を接続する
   第１の送り管と、前記片側のヘッダの両側と前記冷却ブ
   ロックの側面を接続する第２の送り管と、前記凝縮器の
   他側のヘッダと前記冷却ブロックの下部を接続する戻り
   管としたことを特徴とする請求項１に記載の半導体冷却
   装置。
3. 【請求項３】 内部に冷媒が貯留され外面に複数の半導
   体素子が上下に取り付けられる冷却ブロックに片側のヘ
   ッダが固定される凝縮器と、この凝縮器の他側のヘッダ
   と前記冷却ブロックとの間に接続され前記凝縮器で液化
   された前記冷媒を前記冷却ブロックに環流させる戻り管
   とを備えた半導体冷却装置。
4. 【請求項４】 内部に冷媒が貯留され外面に複数の半導
   体素子が上下に取り付けられる冷却ブロックに片側のヘ
   ッダが固定される第１の凝縮器と、この第１の凝縮器の
   他側のヘッダと前記冷却ブロックを接続し前記凝縮器で
   液化される冷媒を前記冷却ブロックに環流させる戻り管
   と、前記第１の凝縮器に隣接し片側と他側のヘッダが前
   記冷却ブロックに接続管を介して接続される第２の凝縮
   器とを備えた半導体冷却装置。
5. 【請求項５】 前記戻り管の下端を前記冷却ブロックの
   下端に接続し、前記接続管を、前記第２の凝縮器の片側
   のヘッダと前記冷却ブロックの上部を接続する第２の戻
   り管と、他側のヘッダと前記冷却ブロックの中間部を接
   続する送り管で構成したことを特徴とする請求項４に記
   載の半導体冷却装置。
6. 【請求項６】 内部に冷媒が貯留され外面に複数の半導
   体素子が上下に取り付けられる冷却ブロックと、この冷
   却ブロックに片側のヘッダが複数の送り管を介して接続
   される凝縮器と、この凝縮器の他側のヘッダと前記冷却
   ブロックの下部を接続する戻り管とを備えた半導体冷却
   装置。
7. 【請求項７】 内部に冷媒が貯留され外面に複数の半導
   体素子が取り付けられる冷却ブロックと、この冷却ブロ
   ックの端部にこの冷却ブロックと直交方向に片側のヘッ
   ダが接続された凝縮器とを備えた半導体冷却装置。
8. 【請求項８】 内部に冷媒が貯留され外面の片側に複数
   の半導体素子が取り付けられる冷却ブロックと、この冷
   却ブロックの前記外面の他側に複数の接続管を介して接
   続される凝縮器とを備えた半導体冷却装置。
9. 【請求項９】 複数の前記接続管を、前記凝縮器と前記
   冷却ブロックの前記外面の他側を接続する送り管と、前
   記凝縮器と前記冷却ブロックの前記外面と直交する面を
   接続する戻り管としたことを特徴とする請求項８に記載
   の半導体冷却装置。