JPH08250633A - 沸騰冷却装置 - Google Patents

沸騰冷却装置

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Publication number
JPH08250633A
JPH08250633A JP7048053A JP4805395A JPH08250633A JP H08250633 A JPH08250633 A JP H08250633A JP 7048053 A JP7048053 A JP 7048053A JP 4805395 A JP4805395 A JP 4805395A JP H08250633 A JPH08250633 A JP H08250633A
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JP
Japan
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refrigerant tank
heat
tank
refrigerant
radiator
Prior art date
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Pending
Application number
JP7048053A
Other languages
English (en)
Inventor
Takashi Furukawa
隆 古川
Manji Suzuki
万治 鈴木
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.)
Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Publication date
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Priority to JP7048053A priority Critical patent/JPH08250633A/ja
Publication of JPH08250633A publication Critical patent/JPH08250633A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F28D15/0266Heat-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

Abstract

(57)【要約】 【目的】 第1の目的は、放熱器4の部品点数を減らし
て装置全体のコスト低減を図ること。第2の目的は、放
熱器4のろう付け箇所を削減して、生産性の向上を図る
こと。 【構成】 冷媒槽3の上部に設置される放熱器4は、放
熱チューブ10、放熱用フィン11、および下部タンク
とから構成されている。放熱チューブ10は、断面形状
が長円形状のアルミニウム管を中程で折り曲げて冷媒槽
3に対して逆U字形状となるように配されて、冷媒槽3
の幅方向に一定の間隔を保って複数配置されている。こ
の放熱チューブ10は、その両端開口部10a、10b
が共に下部タンクのロアプレート13に接続されて冷媒
槽3に開口している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子等の発熱体
を冷却する沸騰冷却装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、熱サイホン効果を利用して半
導体素子等の発熱体を冷却する沸騰冷却装置が提案され
ている(特公昭53−35661号公報参照)。この沸
騰冷却装置は、発熱体を冷却するための冷媒液を収容す
る冷媒槽と、この冷媒槽の上部に設置される放熱器とを
備え、発熱体の熱を吸収して沸騰蒸発した冷媒蒸気が放
熱器で冷却されて大気に放熱することにより、発熱体の
冷却が行われる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の沸騰
冷却装置に使用される放熱器は、側面に放熱フィンが取
り付けられた複数の放熱チューブと、各放熱チューブの
上端部に接続されて、各放熱チューブと連通する上部タ
ンクとを備えるが、その上部タンクは冷却機能に大きく
関与しておらず、単に各放熱チューブの上端を密閉する
機能しか有していないのが現状である。従って、放熱器
本来の冷却機能を果たす上では、上部タンクの分だけ構
成部品数が多くなるため、装置全体のコストが高くなっ
てしまう。また、各放熱チューブと上部タンクとのろう
付け部が発生するため、密閉性が低下して、製造時の歩
留りが低下するという問題を有していた。本発明は、上
記事情に基づいて成されたもので、第1の目的は、放熱
器の部品点数を減らして装置全体のコスト低減を図るこ
とにあり、第2の目的は、放熱器のろう付け箇所を削減
して、生産性の向上を図ることにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、以下の構成を採用した。請求項1では、
発熱する発熱体と、この発熱体の熱を吸収して沸騰する
冷媒を収容した冷媒槽と、両端開口部が共に前記冷媒槽
に開口して前記冷媒槽の上部に取り付けられ、前記冷媒
槽から上昇してくる気相冷媒を冷却液化して前記冷媒槽
へ戻す放熱部とを備えたことを特徴とする。
【0005】請求項2では、請求項1に記載した沸騰冷
却装置において、前記放熱部は、前記冷媒槽に開口する
一方の開口部と他方の開口部とを筒状に連絡する放熱チ
ューブであることを特徴とする。
【0006】請求項3では、請求項2に記載した沸騰冷
却装置において、前記放熱チューブは、前記冷媒槽に対
して逆U字形状に設けられていることを特徴とする。
【0007】請求項4では、請求項2に記載した沸騰冷
却装置において、前記放熱チューブは、前記一方の開口
部と前記他方の開口部との間で蛇行状に形成されている
ことを特徴とする。
【0008】
【作用および発明の効果】
(請求項1)発熱体の熱を吸収して沸騰した冷媒は、冷
媒槽内を上昇して、冷媒槽に開口する開口部より放熱部
内へ流入し、放熱部内を流れる際に冷却されて液化す
る。液化した冷媒は、放熱部の開口部から再び冷媒槽内
へ戻される。ここで、放熱部は、両端開口部が共に冷媒
槽に開口した状態で冷媒槽に取り付けられているため、
従来の上部タンクを使用する必要がなく、部品点数を削
減することができる。このため、上部タンクに掛かる型
費および材料費が不要となり、装置全体のコストダウン
を図ることができる。また、部品点数の削減に伴ってろ
う付け箇所を大幅に減らすことができるため、放熱器の
密閉性が向上して歩留りが良くなることから、生産性の
向上が期待できる。
【0009】(請求項2)放熱部としては、筒状の放熱
チューブを使用することができる。この放熱チューブ
は、例えば市販の円管を適宜な長さに切断して、その両
端開口部を冷媒槽に接合(ろう付け)するだけで良い。
【0010】(請求項3および請求項4)放熱チューブ
を使用する場合、放熱チューブの両端開口部が共に冷媒
槽に開口して接合されていれば良く、放熱チューブ全体
の形状を特定する必要はない。具体的には、請求項3に
記載したように、冷媒槽に対して逆U字形状でも良い
し、請求項4に記載したように、一方の開口部と他方の
開口部との間で蛇行状に形成されても良い。
【0011】
【実施例】次に、本発明の沸騰冷却装置の実施例を図面
に基づいて説明する。 (第1実施例)図1は沸騰冷却装置の正面図、図2は沸
騰冷却装置の側面図である。本実施例の沸騰冷却装置1
は、電気自動車のインバータ回路(図示しない)を構成
するIGBTモジュール2(本発明の発熱体)の冷却装
置であり、内部にフロロカーボン系の冷媒R(図4参
照)を収容する冷媒槽3、この冷媒槽3の上部に配置さ
れる放熱器4、および放熱器4に送風する冷却ファン5
等より構成される。
【0012】IGBTモジュール2は、内蔵する半導体
素子(図示しない)で発生した熱を放出する放熱板2a
(図2参照)を有し、この放熱板2aが冷媒槽3の外壁
面に熱伝導グリース(図示しない)を介して密着した状
態で、ボルト6とナット7の締め付けにより冷媒槽3に
固定されている(図2参照)。なお、本実施例では、冷
媒槽3に対して3個のIGBTモジュール2が並んで固
定されている(図1参照)。
【0013】冷媒槽3は、略矩形状を成す2枚の成形プ
レート8、9から成る。その成形プレート8、9は、そ
れぞれ片面(図3に示す面)にろう材がクラッドされた
アルミニウム板(板厚1.6mm程度)をプレス成形した
もので、図3に示すように、冷媒Rを収容する冷媒室を
形成するための浅い窪み8a、9aが3か所、成形プレ
ート8、9の横幅方向に並んで形成されている。対向す
る2枚の成形プレート8、9は、互いの上端部を除く外
周縁で液密にろう付けされることにより偏平な冷媒槽3
(厚み幅t=12mm程度)を形成している。なお、冷媒
槽3の上端は、放熱器4との接続口として幅方向全体に
開口している。
【0014】放熱器4は、放熱チューブ10、下部タン
ク(下述する)、および放熱用フィン11より構成され
ている。放熱チューブ10は、断面形状が長円形状を成
すアルミニウム管より成り、そのアルミニウム管を中程
で折り曲げて冷媒槽3に対して逆U字形状となるように
配され、冷媒槽3の横幅方向(図1の左右方向)に一定
の間隔を保って複数配置される。
【0015】下部タンクは、各放熱チューブ10と冷媒
槽3とを連絡するもので、冷媒槽3の上端開口部に接続
されるロアタンク12と、各放熱チューブ10の一方の
開口部10aおよび他方の開口部10b(図4参照)が
接続されるロアプレート13とから成る。このロアタン
ク12とロアプレート13は、成形プレート8、9と同
様に、片面にろう材がクラッドされたアルミニウム板
(板厚1.6mm程度)をプレス成形したもので、ロアプ
レート13には、放熱チューブ10の開口部10a、1
0bが挿入される複数の挿入孔(図4参照)が開けられ
ている。
【0016】放熱用フィン11は、熱伝導率の良いアル
ミニウムの薄板を交互に折り曲げて波状に成形したもの
で、隣合う放熱チューブ10の間に介在されて、放熱チ
ューブ10の外壁面に接触している。この放熱用フィン
11は、放熱器4の表面積を拡大し、且つ熱伝達率を増
大させることで、放熱器4の放熱性能を向上させること
ができる。この放熱器4と冷媒槽3は、両者を組付けた
状態で、炉中にて一体ろう付けされる。
【0017】冷却ファン5は、軸流式で、放熱器4の前
面(または後面)に配されて、ファンシュラウド14を
介して放熱器4の側面にボルト15(図2参照)で固定
されている。なお、冷却ファン5は、放熱器4に対して
送風方向の下流側に位置する吸込式(この場合の送風方
向を図2に矢印で示す)でも良いし、放熱器4に対して
送風方向の上流側に位置する押込式でも良い。
【0018】次に、本実施例の沸騰冷却装置1の作用を
説明する。IGBTモジュール2内の半導体素子が発熱
すると、IGBTモジュール2の放熱板2aに熱が伝わ
り、さらに熱伝導グリースを介して冷媒槽3を構成する
一方の成形プレート8に主に伝わることで、冷媒槽3内
の冷媒Rが沸騰する。沸騰した冷媒Rは、気泡となって
冷媒槽3内を上昇し(図4参照)、放熱器4の下部タン
クへ流入した後、下部タンクから各放熱チューブ10へ
分配されて、放熱チューブ10内を上昇する。
【0019】放熱チューブ10内を流れる冷媒蒸気は、
冷却ファン5の送風を受けて低温となっている放熱チュ
ーブ10の内壁面に凝縮して液化し、自重により放熱チ
ューブ10内を流下して下部タンクから再び冷媒槽3内
へ戻る(図4参照)。一方、冷媒蒸気が凝縮する際に放
出された凝縮潜熱は、放熱チューブ10の管壁から放熱
用フィン11へ伝わって大気へ放出される。この冷媒R
の沸騰・凝縮熱伝達が繰り返されて、IGBTモジュー
ル2から伝わった熱が順次大気へ放出されることによ
り、半導体素子の冷却が行われる。
【0020】(第1実施例の効果)放熱チューブ10を
逆U字形状に折り曲げて、その両端開口部10a、10
bを共にロアプレート13に接続したことにより、各放
熱チューブ10の上部側にタンクを設ける必要がない。
即ち、従来の沸騰冷却装置における上部タンクが不要と
なる。このため、上部タンクに掛かる型費および材料費
を削減できることから、装置全体のコストダウンを図る
ことができる。また、部品点数の削減に伴ってろう付け
箇所を大幅に減らすことができるため、放熱器4の密閉
性が向上して歩留りが良くなり、その結果、生産性が大
幅に向上する。
【0021】(第2実施例)図5は第2実施例に係わる
沸騰冷却装置1の正面図である。本実施例の沸騰冷却装
置1は、隣合う放熱チューブ10同士の間だけでなく、
1本の放熱チューブ10の間にも放熱用フィン11を配
置している。これにより、放熱器4全体のスペースを有
効に用いることができるとともに、放熱チューブ10の
曲げRも大きく設定することができるため、第1実施例
の放熱チューブ10より加工が容易になる。
【0022】(第3実施例)図6は第3実施例に係わる
沸騰冷却装置1の正面図である。本実施例の沸騰冷却装
置1は、1本の放熱チューブ10を蛇行状に折り曲げ
て、その両端開口部10a、10bを共にロアプレート
13に接続したものである。即ち、放熱チューブ10の
両端開口部10a、10bが共にロアプレート13に接
続されて冷媒槽3に開口していれば、放熱チューブ10
の形状を特定する必要はない。
【0023】(第4実施例)図7は第4実施例に係わる
沸騰冷却装置1の正面図である。第1実施例〜第3実施
例では、放熱チューブ10に放熱用フィン11を配置し
たが、図7に示すように、放熱用フィン11を配置しな
い構造でも良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】沸騰冷却装置の正面図である。
【図2】沸騰冷却装置の側面図である。
【図3】成形プレートの平面図である。
【図4】冷媒の状態を示す沸騰冷却装置の断面図であ
る。
【図5】沸騰冷却装置の正面図である(第2実施例)。
【図6】沸騰冷却装置の正面図である(第3実施例)。
【図7】沸騰冷却装置の正面図である(第4実施例)。
【符号の説明】
1 沸騰冷却装置 2 IGBTモジュール(発熱体) 3 冷媒槽 10 放熱チューブ(放熱部) 10a 開口部(一方の開口部) 10b 開口部(他方の開口部) R 冷媒

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】発熱する発熱体と、 この発熱体の熱を吸収して沸騰する冷媒を収容した冷媒
    槽と、 両端開口部が共に前記冷媒槽に開口して前記冷媒槽の上
    部に取り付けられ、前記冷媒槽から上昇してくる気相冷
    媒を冷却液化して前記冷媒槽へ戻す放熱部とを備えた沸
    騰冷却装置。
  2. 【請求項2】請求項1に記載した沸騰冷却装置におい
    て、 前記放熱部は、前記冷媒槽に開口する一方の開口部と他
    方の開口部とを筒状に連絡する放熱チューブであること
    を特徴とする沸騰冷却装置。
  3. 【請求項3】請求項2に記載した沸騰冷却装置におい
    て、 前記放熱チューブは、前記冷媒槽に対して逆U字形状に
    設けられていることを特徴とする沸騰冷却装置。
  4. 【請求項4】請求項2に記載した沸騰冷却装置におい
    て、 前記放熱チューブは、前記一方の開口部と前記他方の開
    口部との間で蛇行状に形成されていることを特徴とする
    沸騰冷却装置。
JP7048053A 1995-03-08 1995-03-08 沸騰冷却装置 Pending JPH08250633A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104333320A (zh) * 2014-11-15 2015-02-04 贵州大学 一种光伏电站的设计方法及小容量逆变器
CN104634142A (zh) * 2014-08-02 2015-05-20 芜湖长启炉业有限公司 三腔联合超导换热器
CN106711110A (zh) * 2017-03-19 2017-05-24 北京工业大学 一种用于大功率串联igbt的风冷水冷混合散热模组
CN114234535A (zh) * 2021-12-15 2022-03-25 浙江酷灵信息技术有限公司 热虹吸散热装置

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CN106711110B (zh) * 2017-03-19 2019-05-17 北京工业大学 一种用于大功率串联igbt的风冷水冷混合散热模组
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