JPH10308486A - 沸騰冷却装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コストを低くでき、且つ量産性の高い沸騰冷
却装置及びその製造方法を提供すること。 【解決手段】 密閉容器３は、下側壁面を形成する受熱
壁５と上側壁面を形成する放熱壁６、及び受熱壁５と放
熱壁６との間に積層される第１の平板部材７と第２の平
板部材８より構成され、全体が一体ろう付けにより製造
されている。この密閉容器３は、平板部材７と平板部材
８とが受熱壁５と放熱壁６との間に交互に積層されて、
平板部材７に設けられたスリット状の開口部と平板部材
８に設けられたスリット状の開口部とが交差する位置で
互いの開口部同士が連通して密閉空間が形成され、その
密閉空間に所定量の冷媒が封入されている。また、各平
板部材７、８のそれぞれ隣合う開口部間及び開口部間に
形成される板厚部同士が上下方向（積層方向）に交差し
て柱状の伝熱部が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子等の発
熱体を冷却するための沸騰冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯端末等の需要により、あらゆ
る姿勢での使用に対応できる沸騰冷却装置が要求されて
いる。そこで、本出願人は、図２８に示す様に、密閉容
器１１０内に伝熱部材１２０を備えた沸騰冷却装置１０
０を出願した（特願平８−３１３５３６号参照）。この
沸騰冷却装置１００は、発熱体１３０が取り付けられる
受熱壁１４０と、この受熱壁１４０と対向する放熱壁１
５０との間に熱伝導性に優れた伝熱部材１２０を介在さ
せて、この伝熱部材１２０により両壁面（受熱壁１４０
と放熱壁１５０）を熱的に連結している。これによれ
ば、図２８に示す様に受熱壁１４０が放熱壁１５０より
上方側に位置する使用状態の時でも、発熱体１３０から
放出された熱を受熱壁１４０から伝熱部材１２０を通じ
て放熱壁１５０へ伝達できるとともに、伝熱部材１２０
を通じて冷媒Ｒにも熱伝達できるため、冷媒Ｒが受熱壁
１４０に接触していなくても十分に発熱体１３０を冷却
することが可能である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、先願の沸騰
冷却装置では、伝熱部材１２０を密閉容器１１０と一体
に切削によって加工しているため、伝熱部材１２０の形
状、寸法精度、及び加工限界等の制約が生じる。その結
果、コストが高く、且つ量産性に乏しいという問題があ
った。本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、
その目的は、コストを低くでき、且つ量産性の高い沸騰
冷却装置及びその製造方法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１の手段によれ
ば、伝熱部が開口部を有する１枚以上の平板部材によっ
て形成され、その平板部材が受熱壁及び放熱壁とともに
積層されて密閉容器を形成している。この様に積層構造
とすることにより、伝熱部を具備する密閉容器を容易に
製造できるため、コストダウンが可能となり、且つ量産
性も向上する。また、平板部材に形成される開口部は、
その大きさ、形状、数等を適宜変更することができるた
め、密閉容器の設計自由度が向上する。なお、伝熱部は
１枚の平板部材で形成することもできるが、複数枚の平
板部材を積層して形成しても良い。

【０００５】請求項２の手段によれば、伝熱部は、発熱
体の取付け部位に対応する領域に密に形成されている。
この場合、例えばスリット状の開口部を複数個並列に設
けた平板部材であれば、隣接する開口部同士の間隔を部
材の中央部（発熱体の取付け部位に対応する領域）で小
さくし、部材の周辺部で大きくすることにより発熱体の
取付け部位に対応する領域に伝熱部材を密に配置するこ
とができる。この結果、発熱体の取付け部位に対応する
領域（熱流束の大きな部位）で伝熱性が向上するため、
それに伴って放熱性能を向上できる。特に、発熱体が取
り付けられる受熱壁を放熱壁の上側に配置した不利な姿
勢での使用時でも、性能の低下を防ぐことができる。

【０００６】請求項３の手段によれば、伝熱部は、発熱
体の取付け部位に対応する領域の少なくとも中央部に設
けられている。この場合、発熱体が密閉容器の上側に配
置されても、発熱体から発生した熱が受熱壁から伝熱部
を通じて放熱壁へ伝達されるとともに、伝熱部に接触す
る液冷媒にも熱伝達されるため、密閉容器内の液冷媒が
直接受熱壁に接触していなくても発熱体の冷却が可能で
ある。なお、伝熱部を有していない密閉容器の場合は、
発熱体を密閉容器の下側に配置して使用すると、発熱体
が取り付けられた領域全体で冷媒の沸騰が行われるた
め、液冷媒の供給が冷媒の沸騰により妨げられて沸騰領
域の中央部まで液冷媒が十分に戻ることができない。従
って、沸騰領域の中央部に伝熱部を設けても冷媒の沸騰
面積が減少する分は少なく、それよりも伝熱面積を確保
できるメリットの方が大きいと言える。また、仮に密閉
容器から冷媒が抜け出てしまった場合でも、受熱壁から
伝熱部を通じて放熱壁へ熱伝達できることから、ある程
度の冷却性能を確保できるメリットもある。

【０００７】請求項４の手段によれば、伝熱部の周囲に
おいて液冷媒が接触する開口部の開口面積（開口部の周
壁面の表面積）が他の部位より大きく設けられているた
め、冷媒の沸騰可能な表面積が増加する。その結果、沸
騰領域の少なくとも中央部に伝熱部を設けたことによる
沸騰面積の減少分を補うことができるため、冷媒の沸騰
による熱伝達率の低下を防止できる。なお、開口部の開
口面積を他の部位より大きくする手段として、伝熱部の
周囲のみ開口部を密に設ける。または開口部の周壁面に
細かい凹凸を形成する。更には、積層された上下の平板
部材で開口部の幅が異なる様に配置する等の方法が考え
られる。

【０００８】請求項５の手段によれば、複数枚の平板部
材を積層して伝熱部を形成し、且つ平板部材の開口部同
士が連通して密閉空間を形成し、この密閉空間が、発熱
体の取付け部位を中心として受熱壁側から放熱壁側へ向
かって次第に広くなる形状に形成されている。これによ
り、沸騰した冷媒蒸気が容器内壁面に凝縮して液化した
後、その凝縮液が発熱体の取付け部位上方に形成される
密閉空間に戻る時の冷媒戻りが促進されるため、冷却性
能が向上する。また、密閉空間を受熱壁側から放熱壁側
へ向かって次第に広くすることで必要な冷媒量を少なく
できるため、その分コストダウンを図ることができる。

【０００９】請求項６の手段によれば、複数枚の平板部
材を積層して伝熱部を形成し、且つ密閉容器内に発熱体
の取付け部位を中心として放射状に伸びた開口部が形成
される。これにより、発熱体の熱を受けて沸騰した冷媒
蒸気が開口部を放射状に流れるため、冷媒蒸気がスムー
ズに開口部全体に拡散される。その結果、放熱性能が向
上して効率良く発熱体を冷却できる。

【００１０】請求項７の手段によれば、複数枚の平板部
材を積層して伝熱部を形成し、且つ平板部材の開口部同
士が連通して密閉空間を形成し、この密閉空間を流れる
冷媒の主流方向が受熱壁側から放熱壁側へ向かって次第
に縦方向（各部材の積層方向）から横方向（積層方向と
直交する方向）へ変化している。これにより、発熱体の
熱を受けて沸騰した冷媒蒸気が受熱壁側では早く上昇
し、放熱壁側ではスムーズに横方向へ拡散できる。その
結果、熱の移動が受熱壁から放熱壁へ効果的に行われる
ため放熱性能が向上する。

【００１１】請求項８の手段によれば、密閉容器内に冷
媒を注入するための注入口が積層された複数枚の平板部
材と一体に形成されている。これにより、冷媒を注入す
るための注入パイプを新たに設ける必要がないため、部
品点数を削減して組付け工数を減らすことができる。

【００１２】請求項９の手段によれば、平板部材は、開
口部がプレス、切削、あるいはエッチングの何れかの加
工方法により形成されている。この場合、プレス加工ま
たはエッチング加工を用いて開口部を形成すれば、切削
加工より低コストであるとともに、寸法精度を高くする
ことが可能である。特に、エッチング加工を用いた場合
は、平板部材の板厚と同程度の開口部幅まで形成できる
ため、隣接する伝熱部同士の間隔を微小幅に形成するこ
とも可能である。また、切削加工の場合でも、従来の様
に容器と一体に伝熱部を切削する場合より加工が容易で
ある。

【００１３】請求項１０の手段によれば、密閉容器は、
一体ろう付けによって製造されている。密閉容器を積層
構造として一体ろう付けすることにより容易に製造でき
る。この場合、密閉容器を構成する各部材（受熱壁、平
板部材、及び放熱壁）は、ろう付け可能な金属材料（例
えばアルミニウム）で構成されることは言うまでもな
い。例えば、母材となるアルミニウム板の表面にろう材
層が形成されたクラッド材を使用することもできる。

【００１４】請求項１１および１２の手段によれば、受
熱壁と放熱壁との間に複数枚の平板部材が介在されて、
各平板部材における連結板部は、自身の一部が互いに接
触し合って、受熱壁の熱を放熱壁へ伝えることを特徴と
する。この場合、複数枚の平板部材を積層するだけで各
平板部材の連結板部同士が接触し合って伝熱部（受熱壁
の熱を放熱壁へ伝える部材）を形成できるため、製造が
容易であり、量産性を向上できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の沸騰冷却装置を図
面に基づいて説明する。図１は沸騰冷却装置１の断面図
である。本実施例の沸騰冷却装置１は、例えば、携帯端
末に使用される半導体素子を具備した発熱体２を冷却す
るもので、密閉容器３と放熱フィン４を備える。密閉容
器３は、下側壁面を形成する受熱壁５と上側壁面を形成
する放熱壁６、及び受熱壁５と放熱壁６との間に積層さ
れる第１の平板部材７と第２の平板部材８より構成さ
れ、全体が一体ろう付けにより製造されている。

【００１６】受熱壁５、放熱壁６、及び各平板部材７、
８は、それぞれろう付けが可能で、熱伝導性に優れる金
属板（例えばアルミニウム板）から成り、それぞれ平面
形状が同一面積の長方形に形成されている。具体的に
は、母材となるアルミニウム板の表面にろう材層が形成
されたクラッド材を使用している。受熱壁５と放熱壁６
は、所要の強度を確保するために各平板部材７、８より
板厚が厚く形成されている（図１参照）。但し、図３で
は、便宜上、受熱壁５と放熱壁６の板厚を各平板部材
７、８と略同一寸法に示している。

【００１７】平板部材７は、図２に示す様に、スリット
状の開口部７ａが部材の縦方向（図２の上下方向）に沿
って複数本形成されている。平板部材８は、図３に示す
様に、スリット状の開口部８ａが部材の横方向（図３の
左右方向）に沿って複数本形成されている。平板部材７
の開口部７ａと平板部材８の開口部８ａは、切削加工、
プレス加工、エッチング加工等により形成され、そのス
リット幅Ａ（図２及び図３参照）が略同一に設けられて
いる。

【００１８】密閉容器３は、図４に示す様に、平板部材
７と平板部材８とが受熱壁５と放熱壁６との間に交互に
積層されて、平板部材７の開口部７ａと平板部材８の開
口部８ａとが交差する位置で互いの開口部７ａ、８ａ同
士が連通して密閉空間が形成され、その密閉空間に注入
パイプ９を通じて所定量の冷媒が注入され、注入後、注
入パイプ９の先端を封じ切って密閉される。なお、注入
パイプ９は、放熱壁６（または受熱壁５）を貫通して密
閉空間に通じる貫通穴（図示しない）に差し込まれてろ
う付けされている。また、各平板部材７、８には、必要
に応じて冷媒注入用の穴を設けても良い。この密閉容器
３には、各平板部材７、８のそれぞれ隣合う開口部７
ａ、７ａ間及び開口部８ａ、８ａ間に形成される板厚部
７ｂ、８ｂ同士が上下方向（積層方向）に交差して柱状
の伝熱部１０が形成されている。この伝熱部１０は、各
平板部材７、８の板厚部７ｂ、８ｂ同士が交差する位置
毎に設けられて、それぞれ下端面が受熱壁５と接触し、
上端面が放熱壁６と接触して、受熱壁５と放熱壁６とを
熱的に連結している。

【００１９】発熱体２は、密閉容器３の受熱壁５の略中
央部に配されて、図示しないボルト等の締め付けにより
受熱壁５に固定されている。なお、発熱体２と受熱壁５
との間の接触熱抵抗を小さくするために、両者間に熱伝
導グリースを介在させても良い。放熱フィン４は、熱伝
導性に優れるアルミニウム等の金属製で、図１に示す様
に、放熱壁６に対して直立して設けられている。なお、
この放熱フィン４は、放熱壁６と一体に形成されてい
る。

【００２０】次に、本実施例の作動を説明する。 ａ）発熱体２が密閉容器３の下側に配置される使用状態
（受熱壁５が放熱壁６の下方側に位置する／図１に示す
状態）の時。 発熱体２から発生した熱は、受熱壁５を通じて密閉容器
３内に封入された冷媒に伝達されて冷媒を沸騰させると
ともに、受熱壁５から各伝熱部１０を通じて放熱壁６へ
伝達される。なお、発熱体２から受熱壁５へ伝わる熱
は、発熱体２の取付け部位から遠くなる程低くなるた
め、密閉容器３内の冷媒は、主に発熱体２の取付け部位
に対応する領域（以下、沸騰領域と言う）で沸騰する。
この沸騰領域で沸騰した冷媒蒸気は、各平板部材７、８
の開口部７ａ、８ａを通って密閉容器３内の密閉空間
（各平板部材７、８の開口部７ａ、８ａ同士が連通する
空間）全体に拡がり、密閉空間の沸騰領域から外れた領
域（以下、凝縮領域と言う）で密閉容器３の内壁面（主
に放熱壁６の内面及び伝熱部１０の壁面）に凝縮して液
化する。液化した冷媒は、凝縮領域から再び沸騰領域に
供給されて、上記サイクル（沸騰−凝縮−液化）を繰り
返す。発熱体２から冷媒に伝達された熱は、冷媒蒸気が
密閉容器３の内壁面に凝縮する際に凝縮潜熱として放出
され、その凝縮潜熱が密閉容器３の放熱壁６から放熱フ
ィン４を通じて大気へ放出される。一方、受熱壁５から
伝熱部１０を通じて放熱壁６に伝達された熱も、放熱壁
６から放熱フィン４を通じて大気に放出される。

【００２１】ｂ）発熱体２が密閉容器３の上側に配置さ
れる使用状態（受熱壁５が放熱壁６の上方側に位置す
る）の時。 発熱体２から発生した熱は、受熱壁５から各伝熱部１０
を通じて放熱壁６へ伝達されるとともに、各伝熱部１０
に接触する冷媒に伝達されて冷媒を沸騰させる。なお、
発熱体２の取付け部位から遠くなる程、伝熱部１０の温
度も低くなるため、密閉容器３内の冷媒は主に沸騰領域
で沸騰する。この沸騰領域で沸騰した冷媒蒸気は、各平
板部材７、８の開口部７ａ、８ａを通って密閉容器３内
の密閉空間全体に拡がり、密閉空間の沸騰領域から外れ
た凝縮領域で密閉容器３の内壁面（主に受熱壁５の内
面、密閉容器側壁面、伝熱部１０の壁面等）に凝縮して
液化する。液化した冷媒は、凝縮領域から再び沸騰領域
に供給されて、上記サイクル（沸騰−凝縮−液化）を繰
り返す。発熱体２から冷媒に伝達された熱は、冷媒蒸気
が密閉容器３の内壁面に凝縮する際に凝縮潜熱として放
出され、その凝縮潜熱が密閉容器３の放熱壁６から放熱
フィン４を通じて大気へ放出される。一方、受熱壁５か
ら伝熱部１０を通じて放熱壁６に伝達された熱も、放熱
壁６から放熱フィン４を通じて大気に放出される。

【００２２】（本実施例の効果）本実施例では、密閉容
器３内に複数本の伝熱部１０を設けたことにより、その
伝熱部１０によって沸騰領域では放熱面積が増大し、凝
縮領域では凝縮面積が増大する。その結果、放熱面積及
び凝縮面積の増大した分、放熱性能を向上させることが
できる。また、発熱体２が密閉容器３の上壁面に配置さ
れる使用状態の時でも、各伝熱部１０によって発熱体２
の熱を冷媒に伝達できるため、発熱体２を冷却できるだ
けの十分な冷却性能を確保できる。この伝熱部１０を具
備する密閉容器３を、受熱壁５と放熱壁６との間に各平
板部材７、８を積層するだけで簡単に構成でき、一体ろ
う付けによって製造できるため、先願と比較しても極め
て製造が容易であり、量産性が向上するとともに、コス
トを低く抑えることができる。

【００２３】更に、柱状の伝熱部１０を積層された複数
枚の平板部材７、８によって形成することから、各平板
部材７、８に設けられる開口部７ａ、８ａの形状に応じ
て伝熱部１０の形状、寸法等を適宜変更できるため、設
計自由度が向上する。また、各平板部材７、８の開口部
７ａ、８ａをエッチング加工によって形成すれば、部材
の板厚と同程度のスリット幅Ａを形成することができる
（例えば、板厚０．６mmの金属板にスリット幅０．６mm
の開口部７ａ、８ａを形成できる）ため、隣接する伝熱
部１０間の寸法を容易に小さくできる。

【００２４】（第２実施例）図５は密閉容器３の断面図
である。本実施例では、発熱体２の取付け部位に対応す
る領域に伝熱部１０を密に配置した一例を示すものであ
る。この場合、各平板部材７、８の隣接する開口部７ａ
同士および開口部８ａ同士の間隔を部材中央部で小さ
く、部材周辺部で大きく設定するとともに、開口部７
ａ、８ａのスリット幅Ａを部材中央部で小さく、部材周
辺部で大きく形成している（なお、図５には平板部材８
の開口部８ａは図示されない）。そして、この各平板部
材７、８を交互に積層することにより、図５に示す様
に、発熱体２の取付け部位に対応する領域で伝熱部１０
を密に配置することができる。これにより、発熱体２の
取付け部位に対応する領域（熱流束の大きな部位）で伝
熱性が向上するため、放熱性能を向上できる。特に、発
熱体２を取り付けた受熱壁５が放熱壁６の上方側に配置
される不利な姿勢での使用時でも性能の低下を防ぐこと
ができる。

【００２５】（第３実施例）図６は密閉容器３の断面図
である。本実施例では、各平板部材７、８の開口部７
ａ、８ａによって形成される密閉空間が、受熱壁５側で
狭く、放熱壁６側で広くなるすり鉢状に形成されている
（なお、図６には平板部材８の開口部８ａは図示されな
い）。この場合、最も放熱壁６側に配される平板部材７
または平板部材８には部材周辺部まで開口部７ａまたは
開口部８ａを形成し、最も受熱壁５側に配される平板部
材７または平板部材８には部材中央部のみ開口部７ａま
たは開口部８ａを形成して、その間に積層される平板部
材７、８には、放熱壁６側から受熱壁５側へ向かって順
次部材周辺部の開口部７ａ、８ａを減らしている。この
各平板部材７、８を積層することにより、図６に示す様
に、すり鉢状の密閉空間が形成される。これにより、沸
騰領域への凝縮液の戻りが促進されるため、冷却性能が
向上する。また、密閉空間をすり鉢状としたことで、冷
媒量を減らすことができ、その分コストダウンを図るこ
とも可能である。

【００２６】（第４実施例）図７は密閉容器３の断面図
である。本実施例は、密閉容器３内の密閉空間を冷媒が
移動し易くして放熱性の向上を図った一例を示すもので
ある。この密閉容器３は、図２及び図３に示した各平板
部材７、８を受熱壁５上に１枚ずつ交互に積層し、積層
途中から各平板部材７、８を２枚以上連続して（図７で
は２枚）積層した後、最後に放熱壁６を積層して構成さ
れている。この場合、密閉空間を流れる冷媒の主流方向
が受熱壁５近傍では縦方向（積層方向）となり、放熱壁
６近傍では横方向（積層方向と直交する方向）となる。
これにより、発熱体２の熱を受けて沸騰した冷媒蒸気が
受熱壁５側では早く上昇し、放熱壁６側ではスムーズに
横方向へ拡散できるため、熱の移動が受熱壁５から放熱
壁６へ効果的に行われて放熱性能が向上する。なお、受
熱壁５側で２枚以上連続して積層されている部分のみ、
その積層された各平板部材７、８の厚さに相当する１枚
の平板部材で構成することも可能であるが、この場合、
開口部のスリット幅が大きくなってしまう（最小でも板
厚と同程度）ため、隣接する伝熱部１０間の距離を最小
スリット幅Ａに抑えることができない。従って、隣接す
る伝熱部１０間の距離を小さくするためには、開口部７
ａ、８ａのスリット幅を小さくできる板厚の薄い平板部
材７、８を連続して積層する方法が望ましい（なお、図
７には平板部材８の開口部８ａは図示されない）。

【００２７】（第５実施例）図８は平板部材１１の斜視
図である。本実施例は、密閉容器３内の密閉空間を放射
状に伸びた形状とした一例である。この場合、１枚の平
板部材１１に図８に示す様な放射状の開口部１１ａを形
成し、その平板部材１１を受熱壁５と放熱壁６とで挟み
込んで密閉容器３を構成している。これによれば、発熱
体２の熱を受けて沸騰した冷媒蒸気が発熱体２の取付け
部位を中心として密閉空間（開口部１１ａ）を放射状に
流れるため、冷媒蒸気がスムーズに密閉空間全体に拡散
される。その結果、放熱性能が向上して効率良く発熱体
２を冷却できる。なお、本実施例の場合、伝熱部１０
は、開口部１１ａの外周壁部によって形成されている。

【００２８】（第６実施例）図９（ａ）、（ｂ）は平板
部材１２、１３の平面図である。本実施例は、開口部の
形状が異なる２種類以上（図９では２種類）の平板部材
１２、１３を積層して密閉空間を放射状に伸びた形状と
した一例である。この場合、図９（ａ）に示す様に放射
状の開口部１２ａが形成された一方の平板部材１２と、
図９（ｂ）に示す様に円弧状の開口部１３ａが形成され
た他方の平板部材１３とを重ね合わせて受熱壁５及び放
熱壁６とともに積層して密閉容器３を構成している。こ
れにより、第５実施例と同様に放射状に伸びた密閉空間
（開口部１２ａ、１３ａ）を形成できるため、冷媒蒸気
がスムーズに密閉空間全体に拡散されて効率良く発熱体
２を冷却できる。

【００２９】（第７実施例）図１０は密閉容器３の分解
斜視図、図１１は密閉容器３の側面図である。本実施例
は、冷媒を注入するための注入口１４を各平板部材７、
８と一体に形成した一例を示すものである。図１０に示
す様に、各平板部材７、８の一側辺中央部に外側へ突出
する突辺部７Ａ、８Ａを形成し、更に各突辺部７Ａ、８
Ａのうち間に挟まれる１枚以上の突辺部７Ａまたは突辺
部８Ａに注入用通路７ｇまたは注入用通路８ｇを形成し
て、各平板部材７、８を積層することにより、図１１に
示す様に冷媒注入口１４を一体に形成することができ
る。この場合、図１に示した様な注入パイプ９を新たに
設ける必要がないため、部品点数を削減して組付け工数
を減らすことができる。

【００３０】（第８実施例）図１２は沸騰冷却装置１の
斜視図である。本実施例は、放熱フィン４を密閉容器３
の放熱壁６と別体で設けて、螺子１５等で密閉容器３に
固定した一例を示すものである。この場合、放熱フィン
４を放熱壁６と別体とすることにより、装置全体のレイ
アウト等からユーザーの要求に合致した性能、形態、大
きさの放熱フィン４を選定できる。なお、放熱フィン４
の固定方法は、熱伝導を損なわない方法であれば、接
着、かしめ等の方法でも良い。

【００３１】（第９実施例）図１３は密閉容器３を構成
する各部材の斜視図、図１５は密閉容器３の斜視図であ
る。なお、発熱体２の取付け位置を図１３〜図１６に二
点鎖線で示す。本実施例では、伝熱部１０（図１６参
照）が冷媒の沸騰領域（発熱体２の取付け部位に対応す
る領域）の少なくとも中央部に大きく設けられ、且つそ
の伝熱部１０の周囲において各平板部材７、８の開口部
７ａ、８ａが細かく形成されている。平板部材７は、図
１４（ａ）に示す様に、スリット状に形成された複数本
の開口部７ａが等間隔に設けられ、部材の略中央部には
矩形状の板厚部７ｃを有している。また、板厚部７ｃの
周囲では、開口部７ａが複数本に枝分かれして形成され
ている。平板部材８は、図１４（ｂ）に示す様に、スリ
ット状に形成された複数本の開口部８ａが等間隔に設け
られ、部材の略中央部には矩形状の板厚部８ｃを有して
いる。また、板厚部８ｃの周囲では、開口部８ａが複数
本に枝分かれして形成されている。各平板部材７、８の
開口部７ａ、８ａは、切削加工、プレス加工、エッチン
グ加工等により形成することができる。

【００３２】密閉容器３は、図１６に示す様に、平板部
材７と平板部材８とが受熱壁５と放熱壁６との間に交互
に積層され、平板部材７の開口部７ａと平板部材８の開
口部８ａとが交差する位置で互いの開口部７ａ、８ａ同
士が連通して密閉空間を形成している。また、この密閉
容器３には、各平板部材７、８のそれぞれ隣合う開口部
７ａ、７ａ間に形成される板厚部７ｂと開口部８ａ、８
ａ間に形成される板厚部８ｂ及び前記板厚部７ｃ、８ｃ
同士が上下方向（積層方向）に重なって柱状の伝熱部１
０（以下、沸騰領域の中央部に形成される伝熱部を１０
ａとする）が形成されている。

【００３３】この沸騰冷却装置によれば、発熱体２が密
閉容器３の上側に配置される使用状態の時でも、発熱体
２から発生した熱が受熱壁５から沸騰領域の略中央部に
設けられた伝熱部１０ａを通じて放熱壁６へ伝達される
ため、密閉容器３内の液冷媒が直接受熱壁５に接触して
いなくても発熱体２の冷却が可能である。また、伝熱部
１０ａに接触する液冷媒にも熱伝達されて冷媒を沸騰さ
せることができるが、伝熱部１０ａの周囲で開口部７
ａ、８ａが枝分かれして細かく形成されているため、液
冷媒が接触する伝熱部１０ａの面積（開口部７ａ、８ａ
の周壁面の表面積）が増加して冷媒の沸騰可能な表面積
が増加する。その結果、沸騰領域の少なくとも中央部に
伝熱部１０ａを大きく設けたことによる沸騰面積の減少
分を補うことができるため、冷媒の沸騰による熱伝達率
の低下を防止できる。

【００３４】但し、伝熱部１０（１０ａを含む）を有し
ていない密閉容器３の場合は、発熱体２を密閉容器３の
下側に配置して使用すると、発熱体２が取り付けられた
領域全体で冷媒の沸騰が行われるため、液冷媒の供給が
冷媒の沸騰により妨げられて沸騰領域の中央部まで液冷
媒が十分に戻ることができない。従って、沸騰領域の中
央部に伝熱部１０ａを設けても、冷媒の沸騰可能な表面
積の減少分は少なく、それより発熱体２を上側に配置し
た場合の伝熱面積を確保できるメリットの方が大きいと
言える。また、本実施例では、仮に密閉容器３から冷媒
が抜け出てしまった場合でも、受熱壁５から伝熱部１０
（１０ａを含む）を通じて放熱壁６へ熱伝達できること
から、ある程度の冷却性能を確保できるメリットもあ
る。

【００３５】（第１０実施例）図１７は密閉容器３を構
成する各部材の斜視図、図１９は密閉容器３の斜視図で
ある。なお、発熱体２の取付け位置を図１７〜図２０に
二点鎖線で示す。本実施例は、冷媒沸騰領域の少なくと
も中央部に伝熱部１０ａを大きく設けた場合の他の例で
ある。各平板部材は、図１８（ａ）、（ｂ）に示す様
に、部材の略中央部に矩形状の板厚部７ｃ、８ｃを残し
て、それぞれスリット状の開口部７ａ、８ａが複数本形
成されている。従って、密閉容器３には、各平板部材
７、８のそれぞれ隣合う開口部７ａ、７ａ間に形成され
る板厚部７ｂと開口部８ａ、８ａ間に形成される板厚部
８ｂ及び前記板厚部７ｃ、８ｃ同士が上下方向（積層方
向）に重なって柱状の伝熱部１０（１０ａを含む）が形
成されている（図２０参照）。本実施例においても、第
９実施例と同様に、発熱体２が密閉容器３の上側に配置
される使用状態の時（図２０に示す状態）でも、発熱体
２から発生した熱が受熱壁５から沸騰領域の略中央部に
設けられた伝熱部１０ａを通じて放熱壁６へ伝達される
ため、密閉容器３内の液冷媒が直接受熱壁５に接触して
いなくても発熱体２の冷却が可能である。

【００３６】（第１１実施例）図２１（ａ）、（ｂ）は
平板部材７、８の平面図（発熱体２の取付け位置を二点
鎖線で示す）である。本実施例は、平板部材７、８に形
成された複数本の開口部７ａ、８ａのうち、冷媒沸騰領
域の略中央部に設けられた伝熱部（図示せず）を挟んで
対向する開口部７ａ、８ａに楔状のテーパ面７ｄ、８ｄ
が形成されている。この場合、テーパ面７ｄ、８ｄで発
生した気泡が成長すると、テーパ面７ｄ、８ｄの拘束に
よりテーパの広がった方向へ気泡が押し出されるため、
気泡の抜けが良くなって放熱性能の向上に寄与できる。

【００３７】（第１２実施例）図２２（ａ）、（ｂ）及
び図２３（ａ）、（ｂ）はそれぞれ平板部材７、８の平
面図（発熱体２の取付け位置を二点鎖線で示す）であ
る。本実施例は、各平板部材７、８において、スリット
幅の大きい開口部７ａ、８ａとスリット幅の小さい開口
部７ｅ、８ｅとを組み合わせて形成した例を示すもので
ある。図２２では、冷媒沸騰領域の略中央部に設けられ
た伝熱部（図示せず）の周囲のみスリット幅の小さい開
口部７ｅ、８ｅが形成され、且つ隣合う開口部７ｅ、７
ｅ同士間、及び開口部８ｅ、８ｅ同士間のピッチも小さ
く設定されている。図２３では、スリット幅の小さい開
口部７ｅ、８ｅを長手方向へ延長して形成したもので、
図２２の場合より開口部７ａ、７ｅ、８ａ、８ｅの数を
少なくできる。これらの場合、沸騰領域において液冷媒
が接触する伝熱部の面積（開口部７ｅ、８ｅ周壁面の表
面積）が増加して冷媒の沸騰可能な表面積が増加するた
め、沸騰領域の少なくとも中央部に伝熱部を大きく設け
たことによる沸騰面積の減少分を補うことができ、冷媒
の沸騰による熱伝達率の低下を防止できる。

【００３８】（第１３実施例）図２４（ａ）、（ｂ）は
平板部材７、８の平面図（発熱体２の取付け位置を二点
鎖線で示す）である。本実施例は、各平板部材７、８に
おいて、冷媒沸騰領域の略中央部に設けられた伝熱部
（図示せず）の周囲のみ開口部７ａ、８ａに細かい凹凸
７ｆ、８ｆを形成したものである。本実施例でも、第１
２実施例と同様に、沸騰領域において液冷媒が接触する
伝熱部の面積（開口部７ａ、８ａ周壁面の表面積）が増
加して冷媒の沸騰可能な表面積が増加するため、沸騰領
域の少なくとも中央部に伝熱部を大きく設けたことによ
る沸騰面積の減少分を補うことができ、冷媒の沸騰によ
る熱伝達率の低下を防止できる。

【００３９】（第１４実施例）図２５は密閉容器３を構
成する各部材の斜視図、図２６は密閉容器３の斜視図で
ある。なお、発熱体２の取付け位置を図２５〜図２７に
二点鎖線で示す。本実施例は、平板部材７の開口部７
ａ、７ｅと平板部材８の開口部８ａとでスリット幅が異
なる場合の一例を示すものである。平板部材７は、図２
５に示す様に、部材中央部に形成される開口部７ｅのみ
他の開口部７ａよりスリット幅が小さく設定されてい
る。平板部材８に形成された開口部８ａは、平板部材７
の他の開口部７ａと同様のスリット幅に設定されてい
る。これにより、各平板部材７、８を積層すると、図２
７に示す様に、冷媒沸騰領域の略中央部に設けられた伝
熱部１０ａの周囲のみ、各平板部材７、８の積層方向で
開口部７ｅ、８ａの幅が大きくなったり小さくなったり
する。その結果、開口部７ａ、８ａの幅が同一の場合と
比較して、冷媒の沸騰可能な表面積が増加するため、沸
騰領域の少なくとも中央部に伝熱部１０ａを大きく設け
たことによる沸騰面積の減少分を補うことができ、冷媒
の沸騰による熱伝達率の低下を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】沸騰冷却装置の斜視図である（第１実施例）。

【図２】平板部材の平面図である（第１実施例）。

【図３】平板部材の平面図である（第１実施例）。

【図４】密閉容器の断面図である（第１実施例）。

【図５】密閉容器の断面図である（第２実施例）。

【図６】密閉容器の断面図である（第３実施例）。

【図７】密閉容器の断面図である（第４実施例）。

【図８】平板部材の斜視図である（第５実施例）。

【図９】第１の平板部材の平面図（ａ）と第２の平板部
材の平面図（ｂ）である（第６実施例）。

【図１０】密閉容器の分解斜視図である（第７実施
例）。

【図１１】密閉容器の側面図である（第７実施例）。

【図１２】沸騰冷却装置の斜視図である（第８実施
例）。

【図１３】密閉容器を構成する各部材の斜視図である
（第９実施例）。

【図１４】第１の平板部材の平面図（ａ）と第２の平板
部材の平面図（ｂ）である（第９実施例）。

【図１５】密閉容器の斜視図である（第９実施例）。

【図１６】密閉容器の断面図である（第９実施例）。

【図１７】密閉容器を構成する各部材の斜視図である
（第１０実施例）。

【図１８】第１の平板部材の平面図（ａ）と第２の平板
部材の平面図（ｂ）である（第１０実施例）。

【図１９】密閉容器の斜視図である（第１０実施例）。

【図２０】密閉容器の断面図である（第１０実施例）。

【図２１】第１の平板部材の平面図（ａ）と第２の平板
部材の平面図（ｂ）である（第１１実施例）。

【図２２】第１の平板部材の平面図（ａ）と第２の平板
部材の平面図（ｂ）である（第１２実施例）。

【図２３】第１の平板部材の平面図（ａ）と第２の平板
部材の平面図（ｂ）である（第１２実施例）。

【図２４】第１の平板部材の平面図（ａ）と第２の平板
部材の平面図（ｂ）である（第１３実施例）。

【図２５】密閉容器を構成する各部材の斜視図である
（第１４実施例）。

【図２６】密閉容器の斜視図である（第１４実施例）。

【図２７】密閉容器の断面図である（先願例）。

【図２８】沸騰冷却装置の断面図である（先願例）。

【符号の説明】

１ 沸騰冷却装置 ２ 発熱体 ３ 密閉容器 ５ 受熱壁 ６ 放熱壁 ７ 平板部材 ７ａ 開口部 ７ｂ 板厚部（連結板部） ８ 平板部材 ８ａ 開口部 ８ｂ 板厚部（連結板部） １０ 伝熱部 １０ａ 沸騰領域の略中央部に設けられた伝熱部 １１ 平板部材（第５実施例） １２ 平板部材（第６実施例） １３ 平板部材（第６実施例） １４ 注入口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川口 清司 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】密閉容器に封入される冷媒の沸騰と凝縮の
   繰り返しによる熱伝達を利用して発熱体を冷却する沸騰
   冷却装置であって、 前記密閉容器は、 表面に前記発熱体が取り付けられる板状の受熱壁と、 この受熱壁と所定の間隔をおいて対向する板状の放熱壁
   と、 前記受熱壁と前記放熱壁との間に介在されて、前記受熱
   壁と前記放熱壁とを熱的に連結する伝熱部とを具備し、 この伝熱部が開口部を有する１枚以上の平板部材によっ
   て形成され、前記受熱壁及び前記放熱壁とともに積層さ
   れて前記密閉容器を形成していることを特徴とする沸騰
   冷却装置。
2. 【請求項２】前記伝熱部は、前記発熱体の取付け部位に
   対応する領域に密に設けられていることを特徴とする請
   求項１に記載した沸騰冷却装置。
3. 【請求項３】前記伝熱部は、前記発熱体の取付け部位に
   対応する領域の少なくとも中央部に設けられていること
   を特徴とする請求項１に記載した沸騰冷却装置。
4. 【請求項４】前記発熱体の取付け部位に対応する領域の
   少なくとも中央部に設けられた前記伝熱部の周囲におい
   て、冷媒が接触する前記開口部の開口面積が他の部位よ
   り大きく設けられていることを特徴とする請求項３に記
   載した沸騰冷却装置。
5. 【請求項５】複数枚の前記平板部材を積層して前記伝熱
   部を形成し、且つ前記平板部材の開口部同士が連通して
   密閉空間を形成し、この密閉空間が、前記発熱体の取付
   け部位を中心として前記受熱壁側から前記放熱壁側へ向
   かって次第に広くなる形状に形成されていることを特徴
   とする請求項１〜４に記載した何れかの沸騰冷却装置。
6. 【請求項６】複数枚の前記平板部材を積層して前記伝熱
   部を形成し、且つ前記密閉容器内に前記発熱体の取付け
   部位を中心として放射状に伸びた前記開口部が形成され
   ることを特徴とする請求項１〜４に記載した何れかの沸
   騰冷却装置。
7. 【請求項７】複数枚の前記平板部材を積層して前記伝熱
   部を形成し、且つ前記平板部材の開口部同士が連通して
   密閉空間を形成し、この密閉空間を流れる冷媒の主流方
   向が前記受熱壁側から前記放熱壁側へ向かって次第に縦
   方向から横方向へ変化していることを特徴とする請求項
   １〜４に記載した何れかの沸騰冷却装置。
8. 【請求項８】前記密閉容器内に冷媒を注入するための注
   入口が積層された複数枚の前記平板部材と一体に形成さ
   れていることを特徴とする請求項１〜７に記載した何れ
   かの沸騰冷却装置。
9. 【請求項９】請求項１〜８に記載した何れかの沸騰冷却
   装置を製造する方法であって、 前記平板部材は、前記開口部がプレス、切削、あるいは
   エッチングの何れかの加工方法により形成されているこ
   とを特徴とする沸騰冷却装置の製造方法。
10. 【請求項１０】請求項１〜９に記載した何れかの沸騰冷
    却装置を製造する方法であって、 前記密閉容器は、一体ろう付けによって製造されている
    ことを特徴とする沸騰冷却装置の製造方法。
11. 【請求項１１】密閉容器に封入される冷媒の沸騰と凝縮
    の繰り返しによる熱伝達を利用して発熱体を冷却する沸
    騰冷却装置であって、 前記密閉容器は、 表面に前記発熱体が取り付けられる板状の受熱壁と、 この受熱壁と所定の間隔をおいて対向する板状の放熱壁
    と、 前記受熱壁と前記放熱壁との間に介在されて、外縁部及
    びこの外縁部に連続的に形成されて、前記外縁部より内
    側に配置された連結板部を有する複数枚の平板部材とか
    ら成り、 各平板部材における前記連結板部は、自身の一部が互い
    に接触し合って、前記受熱壁の熱を前記放熱壁へ伝える
    ことを特徴とする沸騰冷却装置。
12. 【請求項１２】前記平板部材における前記連結板部は、
    くし歯に配置された複数の板部から成り、前記平板部材
    は、くし歯の方向が異なる様に積層されることを特徴と
    する請求項１１に記載した沸騰冷却装置。