JPH1050909A - 沸騰冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発熱体が上下方向に複数形成されているもの
において、冷媒槽上部、下部に配設される発熱体の冷却
を共に効率良く行う。 【解決手段】 ＩＧＢＴモジュール２からの熱をして沸
騰気化する冷媒を収容する蒸気通路９と、冷媒を冷却し
て凝縮液化させる放熱器４と、蒸気通路９と下部に形成
される下部連通路３８で連通され、放熱器４で凝縮液化
された凝縮冷媒を下部連通路３８を介して蒸気通路９に
返戻する凝縮液通路１０とを備えるものにおいて、更
に、蒸気通路９と凝縮液通路１０と連通する上段案内通
路３０１ａ、及び上段案内通路３０１ａより下部に上段
案内通路３０１ａよりも狭い通路面積を有する中段案内
通路３０１ｂを有する。この結果、冷媒槽における低温
の凝縮冷媒が不足しがちな蒸気通路上部に、十分な液化
冷媒を供給できるとともに、下方の案内通路から余分な
液化冷媒が蒸気通路に流出することを防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高温媒体からの熱
を吸熱して、この高温媒体を冷却する沸騰冷却装置に関
し、その用途としては例えば半導体素子や電気機器等の
発熱体を冷却する沸騰冷却装置等がある。

【０００２】

【従来の技術】従来、高温媒体としての発熱体で発熱さ
れた熱を冷却する沸騰冷却装置が知られている。その中
でも、特開昭５６−１４７４５７号公報に示される沸騰
冷却装置のように、冷媒槽で沸騰気化されて上昇する蒸
気冷媒と、放熱器で冷却されて冷媒槽に戻る液化冷媒と
のフラッディング（相互に衝突しあう現象）を防止し
て、効率良く熱交換を行わせる沸騰冷却装置が知られて
いる。

【０００３】つまり、特開昭５６−１４７４５７号公報
に示される沸騰冷却装置は、発熱体の発する熱によって
沸騰気化する冷媒を収容する冷媒槽と、冷媒槽から蒸気
冷媒が流出する蒸気通路と、冷媒を冷却して凝縮液化さ
せる放熱器と、放熱器から液化冷媒を冷媒槽の下部に戻
す凝縮液通路が形成されている。このように、上記凝縮
液通路と蒸気通路とを設け、冷媒を循環させることで上
記フラッディングを防止している。

【０００４】しかしながら、特開昭５６−１４７４５７
号公報に示される沸騰冷却装置は、凝縮液通路が、放熱
器から液化冷媒を冷媒槽の下部に戻すように形成されて
いるため、冷媒槽の冷媒内上部では常に下部で昇温され
た冷媒が供給され、冷媒槽の冷媒上部に相当する部分に
配置された発熱体の冷却が不充分になるという欠点があ
る。

【０００５】この欠点を解決するものとして、例えば特
開平１−１０３８５４号公報に示される沸騰冷却装置が
ある。同公報に示される沸騰冷却装置は、上下方向に配
列された複数の発熱体が固定された冷媒槽と、冷媒槽内
に収容されて発熱体の発する熱によって沸騰気化する冷
媒と、冷媒を冷却して凝縮液化させる放熱器とを有して
いる。そして冷媒槽が、蒸気冷媒が流出する蒸気通路、
液化冷媒が流入する凝縮液通路、及び蒸気通路と凝縮液
通路とを下部連通路で連通する冷媒流制御板を有し、さ
らに冷媒流制御板は、蒸気通路と凝縮液通路と連通する
同一形状の複数の案内通路が上記発熱体に対応して上下
方向に複数形成されている。このように特開平１−１０
３８５４号公報においては、下部連通路とは別に複数の
案内通路を通して凝縮液通路から蒸気通路へ低温の液化
冷媒を送出することで、冷媒槽の冷媒上部に相当する部
分に配置された発熱体の冷却が不充分になることを防止
している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、特開平１−
１０３８５４号公報に示される沸騰冷却装置は、冷媒流
制御板に、蒸気通路と凝縮液通路と連通する同一形状の
複数の案内通路が、上記発熱体に対応して上下方向に複
数形成されているため、下部連通路に到達する液化冷媒
の量が急激に減少してしまう可能性がある。この結果、
冷媒の循環が不充分になるという問題が生じ、放熱器の
体格に対して放熱性能が悪いという問題があることが判
った。

【０００７】そこで、本発明の目的は、新規な構成にて
放熱性能の悪化を防止する沸騰冷却装置を得ることであ
る。また、本発明の他の目的は、冷媒槽の冷媒上部及び
下部に相当する部分に配置された発熱体の冷却が不充分
になることを防止する沸騰冷却装置を得ることである。

【０００８】さらに、本発明の他の目的は、冷媒流制御
板に、蒸気通路と凝縮液通路と連通する案内通路が形成
されるものにおいて、下部連通路に到達する液化冷媒の
量が急激に減少することを防止する沸騰冷却装置を得る
ことである。さらに、本発明の他の目的は、冷媒流制御
板に、蒸気通路と凝縮液通路と連通する案内通路が、発
熱体に対応して上下方向に複数形成されているものにお
いて、下部連通路を通しての冷媒循環量を確保しつつ、
冷媒槽上部に配設される発熱体の冷却も十分に行える沸
騰冷却装置を得ることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１または請求項２
記載の発明によれば、冷媒槽内に収容される冷媒が、高
温媒体からの熱をして沸騰気化して蒸気冷媒となり、蒸
気通路から放熱器に送出される。蒸気冷媒は放熱器で冷
却されて凝縮液化し、凝縮液通路を通って冷媒槽の蒸気
通路に戻り、再び高温媒体の熱を吸熱する。ここで、蒸
気通路と凝縮液通路との下部に形成される下部連通路と
は別に、更に下部連通路よりも上方に形成された第１の
案内通路を有するため、冷媒槽の蒸気通路上部に相当す
る部分での冷却が不充分になることを防止できる。ま
た、第１の案内通路と下部連通通路との間に形成される
第２の案内通路は、通路面積が第１の案内通路よりも狭
く設定されているため、下部連通路に到達する液化冷媒
の量が急激に減少することを防止できる。また、下部連
通路を通しての冷媒循環量を確保しつつ、冷媒槽上部で
の冷却も十分に行うことができる。よって、冷媒槽の冷
媒上部及び下部に相当する部分での冷却が不充分になる
ことを防止できる。

【００１０】請求項３記載の発明によれば、第１の案内
通路及び第２の案内通路は、夫々凝縮液通路側への開口
位置よりも蒸気通路への開口位置の方が上方に配設され
るため、蒸気通路から凝縮液通路へ高温の冷媒が移動す
ることを防止できる。これにより請求項１、２記載の発
明の効果に加え、更に効率良く液化冷媒を凝縮液通路か
ら蒸気通路へ移動させることができる。

【００１１】請求項４記載の発明によれば、第１の案内
通路及び第２の案内通路が、夫々複数の小穴により構成
されるため、請求項１、２記載の発明の効果に加え、更
にその開口面積の設計が容易になるという効果がある。
請求項５記載の発明によれば、凝縮液通路に複数のサイ
ド板を備えるため、第１の案内通路及び第２の案内通路
へ液化冷媒を容易に導くことができる。これにより請求
項１、２記載の発明の効果に加え、更に効率良く液化冷
媒を凝縮液通路から蒸気通路へ移動させることができ
る。

【００１２】請求項６記載の発明によれば、蒸気通路内
に支柱部材を備える配設することで蒸気通路内を複数に
分離し、蒸気通路内における蒸気冷媒の上昇を活性化で
きる。この場合、支柱部材は第１の案内通路に隣接した
位置に、蒸気通路内案内通路を有するため、第１の案内
通路を通過してくる液化冷媒を隣接した蒸気通路内に通
過させることができる。これにより、請求項１、２記載
の発明の効果に加え、更に冷却特性を向上させることが
できる。

【００１３】請求項７記載の発明によれば、冷媒流制御
板は下部連通路よりも上方に形成されて蒸気通路と凝縮
液通路とを連通するとともに、その通路面積が下部連通
路から離れる程大きく設定される複数の案内通路を備え
る。この結果、冷媒槽における低温の液化冷媒が不足し
がちな蒸気通路上部に、充分な液化冷媒を供給できる。
また、下方の案内通路から余分な液化冷媒が蒸気通路に
流出することを防止できる。これにより、下部連通路に
到達する液化冷媒の量が急激に減少することを防止でき
る。また、案内通路は下部連通路に近づく程小さく設定
されるが、蒸気通路の下方に近づくにつれて下部連通路
からの液化冷媒供給量が増えるため、不足する液化冷媒
量も減少してくる。従って、下部連通路を通しての冷媒
循環量を確保しつつ、冷媒槽上部での冷却も十分に行う
ことができる。

【００１４】請求項８記載の発明によれば、冷媒流制御
板は凝縮液通路と第１の沸騰部との間に形成される案内
通路を有し、蒸気通路と凝縮液通路との下部には下部連
通路とを有する。この結果、冷媒槽における低温の液化
冷媒が不足しがちな蒸気通路上部に、十分な液化冷媒を
供給できる。しかしながら、案内通路と下部連通路との
間では蒸気通路と凝縮液通路とを分離しているため、下
方の案内通路から余分な液化冷媒が蒸気通路に流出する
ことを防止できる。これにより、下部連通路に到達する
液化冷媒の量が急激に減少することを防止できる。ま
た、案内通路は下部連通路に近づく程小さく設定される
が、蒸気通路の下方に近づくにつれて下部連通路からの
液化冷媒供給量が増えるため、不足する液化冷媒量も減
少してくる。従って、下部連通路を通しての冷媒循環量
を確保しつつ、冷媒槽上部での冷却も十分に行うことが
できる。

【００１５】請求項９記載の発明によれば、第１の案内
通路及び第２の案内通路は、夫々凝縮液通路側への開口
位置よりも蒸気通路への開口位置の方が上方に配設され
るため、蒸気通路から凝縮液通路へ高温の冷媒が移動す
ることを防止できる。これにより請求項７記載の発明の
効果に加え、更に効率良く液化冷媒を凝縮液通路から蒸
気通路へ移動させることができる。

【００１６】請求項１０記載の発明によれば、第１の案
内通路及び第２の案内通路が、夫々複数の小穴により構
成されるため、請求項７記載の発明の効果に加え、更に
その開口面積の設計が容易になるという効果がある。請
求項１１記載の発明によれば、凝縮液通路に複数のサイ
ド板を備えるため、第１の案内通路及び第２の案内通路
へ液化冷媒を容易に導くことができる。これにより請求
項７記載の発明の効果に加え、更に効率良く液化冷媒を
凝縮液通路から蒸気通路へ移動させることができる。

【００１７】請求項１２記載の発明によれば、蒸気通路
内に支柱部材を備える配設することで蒸気通路内を複数
に分離し、蒸気通路内における蒸気冷媒の上昇を活性化
できる。この場合、支柱部材は第１の案内通路に隣接し
た位置に、蒸気通路内案内通路を有するため、第１の案
内通路を通過してくる液化冷媒を隣接した蒸気通路内に
通過させることができる。これにより、請求項７記載の
発明の効果に加え、更に冷却特性を向上させることがで
きる。

【００１８】

【実施の形態】次に、本発明の沸騰冷却装置の実施の形
態を説明する。 （第１の実施の形態）図１は第１の実施の形態における
沸騰冷却装置の平面図であり、図２は図１における側面
図であり、図３は冷媒槽３の断面図、図４は放熱器４の
断面図である。以下に図面を用いて本実施の形態を説明
する。

【００１９】図１に示すように、本実施の形態の沸騰冷
却装置１は、高温媒体として例えば電気自動車や一般電
力制御機器のインバータ回路を構成するＩＧＢＴモジュ
ール２（２ａ，２ｂ，２ｃ）を冷却する冷却装置であ
り、冷媒槽３、連結管５１、および放熱器４より構成さ
れる。ＩＧＢＴモジュール２は、例えばボルトを用いた
締め付けにより冷媒槽３の外壁面に上下方向（上段を２
ａ、中段を２ｂ、下段を２ｃと図示）に複数固定されて
いる。ＩＧＢＴモジュール２は、放熱板と冷媒槽３の外
壁面との間に熱伝導性グリースを介して固定すると良
い。

【００２０】冷媒槽３は、例えばアルミニウム製のブロ
ック材から押し出し成形によって得られる中空状の押出
材７と、この押出材７の上下両端部の開放端を塞ぐエン
ドキャップ２２とから成る。押出材７の他方の開放端
は、冷媒の出入口として放熱器４に接続される。押出材
７は、図３に示すように、ＩＧＢＴモジュール２が取り
付けられる外壁面の横幅および縦幅に対して厚み幅Ｗの
薄い偏平形状に設けられ、また、上下方向に伸びる支柱
部３０（冷媒流制御板）、支柱部３１（支柱部材）、支
柱部３２によって区画された蒸気通路９、凝縮液通路１
０、および非作動通路３３が長手方向に貫通して形成さ
れる。支柱部３０により冷媒槽３内が凝縮液通路１０及
び蒸気通路９に区画され、支柱部３１により凝縮液通路
１０内が複数に分割されている。更に図１に示すよう
に、蒸気通路９の流出口３５と凝縮液通路１０の流入口
３６とが開けられて、この位置で連結管５１を介して放
熱器４（放熱管３９）と接続されている。

【００２１】なお、押出材７は、複数の蒸気通路９、凝
縮液通路１０、および非作動通路３３は、各支柱部３０
〜３２の上端部が削除されていることで、押出材７の上
端より若干低い位置に開口しており、その各蒸気通路９
の開口面と凝縮液通路１０の開口面がそれぞれ蒸気冷媒
の流出口３５と凝縮液の流入口３６として設けられてい
る。但し、流出口３５は、非作動通路３３の上方に開口
している。なお、非作動通路３３は、押し出し加工の際
に、凝縮液通路１０との釣り合いを持たせるために形成
されたもので、凝縮液通路１０としては使用されない。
従って、必ずしも非作動通路３３を形成する必要はな
い。

【００２２】また、押出材７は、図３に示すように貫通
路９、１０が形成されていない支柱部３０、３１、３２
に、ボルト２６ａを螺着するための雌ねじ部７ａ（螺子
孔）が形成されている。冷媒流制御板としての支柱部３
０は、その上方、即ち上段のＩＧＢＴモジュール２ａが
固定される付近に、凝縮液通路１０から蒸気通路９へ凝
縮液を送出する開口穴である上段案内通路３０１ａ（第
１の案内通路）が形成されている。また、中段のＩＧＢ
Ｔモジュール２ｂが固定される付近には、上段案内通路
よりも通路面積（開口面積）が小さい（狭い）中段案内
通路３０１ｂ（第２の案内通路）が形成されており、下
段のＩＧＢＴモジュール２ｃが固定される付近には、中
段案内通路よりも通路面積が小さい（狭い）下段案内通
路３０１ｃが形成されている。なお、図１に示すよう
に、本実施の形態では各段案内通路は略同一形状の複数
の小穴からなる。

【００２３】ここで、上段案内通路３０１ａの通路面積
Ｓａ、を中段案内通路３０１ｂの通路面積Ｓｂ、下段案
内通路３０１ｃの通路面積Ｓｃの関係の取りうる範囲
は、Ｓａ＞Ｓｂ＞Ｓｃであり、好ましいのはＳａ／Ｓｂ
≧２、Ｓｂ／Ｓｃ≧２であり、更にその中でも好ましい
のは、Ｓａ／Ｓｂ≧３、Ｓｂ／Ｓｃ≧３である。なお、
各段案内通路が複数の小穴からなる場合、各段案内通路
での合計（例えば上段案内通路３０１ａが複数の小穴か
らなる場合、その小穴の合計がＳａとする。）が上記の
関係にあれば良い。

【００２４】支柱部材としての支柱部３１は、上段のＩ
ＧＢＴモジュール２ａが固定される付近に、凝縮液通路
１０から蒸気通路９へ凝縮液を送出する開口穴である上
段蒸気通路内案内通路３０１ａ（蒸気通路内案内通路）
が形成されている。また、中段のＩＧＢＴモジュール２
ｂが固定される付近には、上段案内通路よりも通路面積
が小さい（狭い）中段蒸気通路内案内通路３０１ｂが形
成されており、下段のＩＧＢＴモジュール２ｃが固定さ
れる付近には、中段案内通路よりも通路面積が小さい
（狭い）下段蒸気通路内案内通路３０１ｃが形成されて
いる。なお、図１に示すように、本実施の形態では各段
蒸気通路案内通路も略同一形状の複数の小穴からなる。

【００２５】エンドキャップ２２は、押出材７の両端部
に一体ろう付けにより接合され、押出材７の下端面との
間に蒸気通路９、凝縮液通路１０、および非作動通路３
３をそれぞれ冷媒槽下部で連通する下部連通路３８（下
部連通路）を形成している。このエンドキャップ２２に
は、図６に示すように、冷媒封入用のチューブ４９が設
けられており、このチューブ４９を通して装置１内の洗
浄、冷媒の注入、および脱気が行われる。なお、脱気
は、冷媒を注入した後、装置１全体を上下反転させて放
熱器４を温水槽（冷媒の飽和蒸気圧が大気圧以上となる
温度に保ったもの）に入れて、装置１内の冷媒を気化さ
せて空気を追い出す（冷媒ガスは空気より重い）ことに
より行われる。脱気した後、チューブ４９の端部をかし
めて溶接等により封じ切ることにより装置１内に冷媒が
封入される。

【００２６】放熱器４は、碗型（底面とその周囲で曲げ
起こし形成された形状）の連結管５１を介して冷媒槽３
に接続されている。また、その平面図は図４に示される
ように、抜き穴形成させた小口径開口部４１（小口径部
分、調整口）が形成されている。ここで、小口径開口部
４１は直径ｒ２を有しており、この周囲には直径ｒ１
（但し、ｒ１＞ｒ２）大口径開口部（大口径部分）が形
成されている。

【００２７】放熱器４は、所謂ドロンカップタイプの熱
交換器で、図４に示すような、同一形状を成す放熱管３
９を複数積層して構成されている。放熱管３９は、平面
形状が略矩形状を成す図５（ａ），（ｂ）に示す２枚の
成形プレート４０より成り、各成形プレート４０の外周
縁部を接合して中空体に形成されている。ここで、図５
（ａ）は成形プレ−ト４０の側面図であり、同図（ｂ）
は成形プレ−ト４０の平面図である。２枚の成形プレー
ト４０は、熱伝導性の良好な金属材（例えばアルミニウ
ム材）をプレス成形して同一形状に設けられて、両端部
に小口径開口部４１が開けられている。

【００２８】この放熱管３９は、その中央部全体が偏平
な冷媒通路４２となり、この冷媒通路４２が複数形成さ
れている。また、冷媒通路４２の両端には、それぞれ前
記の小口径開口部４１を有する流入側連通部４４と流出
側連通部４５とが設けられている。流入側連通部４４、
流出側連通部４５は、小口径開口部４１を通じて各々他
の放熱管３９の流入側連通部４４、流出側連通部４５と
接続されて放熱器４全体のタンク部を構成している。ま
た、別の見方をすれば、流入側連通部４４は２枚の成形
プレート４０で構成される流入側連通室が、複数積層さ
れており、流出側連通部４５は２枚の成形プレート４０
で構成される流出側連通室が、複数積層されていること
になる。そして、抜き穴形成させた小口径開口部４１
は、隣接した流入側連通室間の冷媒浸入量を調整する調
整口の役割も果たす。

【００２９】各放熱管３９は、図４に示すように、互い
の流入側連通部４４同士および流出側連通部４５同士を
合わせて積層されて、各連通部４４、４５に開口する小
口径開口部４１を通じて互いに連通し、積層された各放
熱管３９の間には放熱フィン１６が介在されている。但
し、最も外側に位置する放熱管３９の外側の成形プレー
ト４０には小口径開口部４１が設けられていない。ある
いは、小口径開口部４１を開けた成形プレート４０を使
用した場合でも、成形プレート４０の外側から端板（図
示しない）等で連通口４１を塞いでも良い。

【００３０】連結管５１は、押出材７に形成された流入
口３６と流出口３５とを覆って押出材７の上部に気密に
接合されている。連結管５１は、その内部がセパレータ
５２によって冷媒槽３の流出口３５に通じる流入室（図
示しない）と流入口３６に通じる流出室（図示しない）
とに区画されている。そして流入室には複数のインナフ
ィン５３が挿入されている。各インナフィン５３は、図
２に示すように、プレート５０に設けられた複数の位置
決め用リブ５０ａによって支持されている。

【００３１】連結管５１は、その押出材７の外壁面との
間に、流出口３５を通じて各蒸気通路９および非作動通
路３３と連通する一方の連通室４６と、流入口３６を通
じて凝縮液通路１０と連通する他方の連通室４７とを形
成している。但し、一方の連通室４６と他方の連通室４
７は、インナフィン４３が設置された冷媒通路４２を通
じて連通している。但し、連結管５１は、各放熱管３９
を流入側連通部４４の方が流出側連通部４５より高い位
置になる様に全体が傾斜した状態で取り付けている。な
お、連結管５１に設けられたリブ５０ｂは、放熱管３９
との接合面を補強する補強用リブとして機能している。

【００３２】以下に、本実施の形態における各案内通路
の形成方法を図６を用いて簡単に説明する。以下の形成
方法は、特に厚み幅Ｗが薄く支柱部３０の幅（図面の蒸
気通路９と凝縮液通路１０との間の幅）が長く、ドリル
等では中空内部からの加工が困難な場合に有効である。
図６において、先ず、押出材７の各案内通路の形成予定
位置に、押出材７の外側からドリル等で円形穴３０３を
形成する。この場合、円形穴径は所望通路面積となるよ
うに、上段、中段、下段の順に小さくなるように開け
る。その深さは、押出材７を突き抜けないように設定す
ることが望ましい。また、円形穴は、中段案内通路及び
下段案内通路位置に示すように、案内通路形成形状に沿
って複数箇所開けても良い。そして、円形穴３０３形成
後、その円形穴３０３を通して支柱部３０を削って貫通
穴からなる案内通路３０１を形成する。凝縮液通路１０
及び蒸気通路９を連通させる。最後にこの円形穴３０３
にキャップ等をはめ込み、例えばろう付け等で封止する
ことで、案内通路３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃを形成
できる。

【００３３】次に、第１の実施の形態の作用・効果を説
明する。ＩＧＢＴモジュール２から発生した熱が伝わっ
て沸騰した冷媒は、気泡となって各蒸気通路９内を上昇
し、冷媒槽３の流出口３５から連結管５１の流入室へ流
入した後、さらに流入室から各放熱管３９の流入側連通
部４４へ流入して各放熱管３９の冷媒通路４２へ分配さ
れる。各冷媒通路４２を流れる蒸気冷媒は、冷媒通路４
２の内壁面およびインナフィンの表面に凝縮して凝縮潜
熱を放出し、液滴となって冷媒通路４２の底面を流れな
がら各放熱管３９の流出側連通部４５へ流入する。その
後、流出側連通部４５から連結管５１の流出室へ流れ出
た凝縮液は、冷媒槽３の流入口３６から凝縮液通路１０
に流入して凝縮液通路１０を流下した後、エンドキャッ
プ内の下部連通路３８を通って再び各蒸気通路９に供給
される。一方、蒸気冷媒が凝縮する際に放出された凝縮
潜熱は、冷媒通路４２の壁面から放熱フィン１６へ伝わ
って、各放熱管３９の間を通過する送風空気に放出され
る。

【００３４】ここで、支柱部３０（冷媒流制御板）は下
部連通路３８よりも上方に形成されて蒸気通路９と凝縮
液通路１０と連通する上段案内通路３０１ａ（第１の案
内通路）を備える。この結果、冷媒槽における低温の液
化冷媒が不足しがちな蒸気通路上部に、上段案内通路３
０１ａを介して十分な液化冷媒を供給できる。また、上
段案内通路３０１ａよりも下方の案内通路である中段案
内通路３０１ｂは、その通路面積が上段案内通路３０１
ａよりも小さく設定してあるため、中段案内通路３０１
ｂから余分な液化冷媒が蒸気通路に流出することを防止
できる。これにより、下部連通路に到達する液化冷媒の
量が急激に減少することを防止できる。ここで、案内通
路は下部連通路に近づく程小さく設定されるが、蒸気通
路の下方に近づくにつれて下部連通路からの液化冷媒供
給量が増えるため、不足する液化冷媒量も減少してく
る。従って、下部連通路を通しての冷媒循環量を確保し
つつ、冷媒槽上部での冷却も十分に行うことができる。
つまり、冷媒槽の冷媒上部及び下部に相当する部分での
冷却が不充分になることをともに防止できる。

【００３５】また、上段、中段の案内通路が、夫々複数
の小穴により構成されるため、更にその開口面積の設計
が容易になる。更に、蒸気通路９内に支柱部材としての
支柱部３１を配設することで蒸気通路内を複数に分離
し、蒸気通路９内における蒸気冷媒の上昇を活性化でき
る。この場合、支柱部３１は上段案内通路３０１ａに隣
接した位置に、上段蒸気通路内案内通路を有するため、
上段案内通路３０１ａを通過してくる液化冷媒を隣接し
た蒸気通路内に通過させることができる。

【００３６】なお、図３において、厚み幅Ｗが比較的厚
く支柱部３０の幅（図面の蒸気通路９と凝縮液通路１０
との間の幅）が短い場合は、ドリル等で中空内部から加
工しても良い。 （第２の実施の形態）以下に本発明における第２の実施
の形態の沸騰冷却装置１を図７を用いて説明する。

【００３７】図７は第２の実施の形態における沸騰冷却
装置１の正面図である。以下に図１の沸騰冷却装置との
相違点を中心に本実施の形態の沸騰冷却装置を説明す
る。本実施の形態において図１に示した実施の形態と同
一もしくは均等の動作を有する部分には、図１と同一符
号を付し、その説明は省略する。本実施の形態の押出材
７は、図７に示すように、上下方向に伸びる支柱部３０
（冷媒流制御板）、支柱部３２によって区画された蒸気
通路９、凝縮液通路１０、および非作動通路３３が長手
方向に貫通して形成される。支柱部３０により冷媒槽３
内が凝縮液通路１０及び蒸気通路９に区画されている。

【００３８】冷媒流制御板としての支柱部３０は、その
上方、即ち上段のＩＧＢＴモジュール２ａが固定される
付近に、凝縮液通路１０から蒸気通路９へ凝縮液を送出
する開口穴である上段案内通路３０１ａ（第１の案内通
路）が開口幅ｄ１で形成されている。また、中段のＩＧ
ＢＴモジュール２ｂが固定される付近には、上段案内通
路よりも通路面積が小さい（狭い）中段案内通路３０１
ｂ（第２の案内通路）が開口幅ｄ２で形成されている。
更に、下段のＩＧＢＴモジュール２ｃが固定される付近
には、中段案内通路よりも通路面積が小さい（狭い）下
段案内通路３０１ｃが開口幅ｄ３形成されている。ここ
で、開口幅ｄ１、ｄ２、ｄ３の間にはｄ１＞ｄ２＞ｄ３
の関係がある。即ち、各案内通路は、その通路面積が下
部連通路３８から離れる程大きく設定されている。

【００３９】そして、この上段案内通路３０１ａ、中段
案内通路３０１ｂ、下段案内通路３０１ｃは、夫々凝縮
液通路１０側への開口位置よりも蒸気通路９への開口位
置の方が上方になるように配設されている。なお、図１
に示す実施の形態と同様に、各段案内通路は略同一形状
の複数の小穴からなっても良い。また、支柱部３０にお
ける凝縮液通路１０側には、各案内通路の開口部の直下
付近に、凝縮液通路１０から各案内通路内に液化冷媒を
導くサイド板３０２が配設されている。

【００４０】なお、本実施の形態における冷媒槽３は、
２枚の薄板７を貼り合せることにより形成されている
（図示せず）。そして、支柱部３０、３２を薄板７とは
別部材で構成する。この場合、支柱部３０に図示の案内
通路３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃを形成し、上記サイ
ド板３０２を取付ける。この後、支柱部３０、３２を挟
んだ状態で各薄板７を貼り合せ、加熱により支柱部３
０、３２及び薄板７を固着する。

【００４１】次に、第２の実施の形態の作用・効果を説
明する。本実施の形態においても第１の実施の形態と同
様な効果を得ることができる。即ち、通路面積が下部連
通路３８から離れる程大きく設定される案内通路（上段
案内通路３０１ａ）を備える。この結果、冷媒槽におけ
る低温の液化冷媒が不足しがちな蒸気通路上部に、上段
案内通路３０１ａを介して十分な液化冷媒を供給でき
る。また、上段案内通路３０１ａよりも下方の案内通路
である中段案内通路３０１ｂは、その通路面積が上段案
内通路３０１ａよりも小さく設定してあるため、中段案
内通路３０１ｂから余分な液化冷媒が蒸気通路に流出す
ることを防止できる。これにより、下部連通路に到達す
る液化冷媒の量が急激に減少することを防止できる。こ
こで、案内通路は下部連通路に近づく程小さく設定され
るが、蒸気通路の下方に近づくにつれて下部連通路から
の液化冷媒供給量が増えるため、不足する液化冷媒量も
減少してくる。従って、下部連通路を通しての冷媒循環
量を確保しつつ、冷媒槽上部での冷却も十分に行うこと
ができる。

【００４２】更に、本実施の形態は上段案内通路３０１
ａ、中段案内通路３０１ｂ、下段案内通路３０１ｃは、
夫々凝縮液通路１０側への開口位置よりも蒸気通路９へ
の開口位置の方が上方になるように配設されているた
め、蒸気通路９から凝縮液通路１０へ高温の冷媒が移動
することを防止できる。これにより更に効率良く液化冷
媒を凝縮液通路から蒸気通路へ移動させることができ
る。

【００４３】また、凝縮液通路１０に複数のサイド板３
０２を備えるため、各案内通路へ液化冷媒を容易に導く
ことができる。これにより更に効率良く液化冷媒を凝縮
液通路から蒸気通路へ移動させることができる。 （第３の実施の形態）以下に本発明における第３の実施
の形態の沸騰冷却装置１を図８を用いて説明する。

【００４４】図８は第３の実施の形態における沸騰冷却
装置１の正面図であり、図９（ａ）、（ｂ）は図８にお
けるＡ−Ａ’断面図である。以下に図１の沸騰冷却装置
との相違点を中心に本実施の形態の沸騰冷却装置を説明
する。本実施の形態において図１に示した実施の形態と
同一もしくは均等の動作を有する部分には、図１と同一
符号を付し、その説明は省略する。

【００４５】本実施の形態の押出材７は、図８に示すよ
うに、上下方向に伸びる支柱部３０（冷媒流制御板）、
支柱部３２によって区画された蒸気通路９、凝縮液通路
１０、および非作動通路３３が長手方向に貫通して形成
される。支柱部３０により冷媒槽３内が凝縮液通路１０
及び蒸気通路９に区画されている。冷媒流制御板として
の支柱部３０は、その上方、即ち上段のＩＧＢＴモジュ
ール２ａが固定される付近に、凝縮液通路１０から蒸気
通路９へ凝縮液を送出する開口穴である上段案内通路３
０１（案内通路）が形成されている。また、上段案内通
路３０１と下部連通路３８との間には、案内通路は形成
されず凝縮液通路１０と蒸気通路９とを分離している。

【００４６】図９（ａ）に示すように上段案内通路３０
１は単穴でも良いし、同図（ｂ）に示すように略同一形
状の複数の小穴からなっていても良い。複数の小穴は、
図示のように同一高さに平行に形成されても良いし、図
１のように異なる高さに形成されても良い。また、複数
の小穴は異なる開口面積であっても良い。次に、第３の
実施の形態の作用・効果を説明する。

【００４７】本実施の形態においても第１の実施の形態
と同様な効果を得ることができる。即ち、冷媒流制御板
としての支柱部３０は、その上方、即ち上段のＩＧＢＴ
モジュール２ａが固定される付近に、凝縮液通路１０か
ら蒸気通路９へ凝縮液を送出する開口穴である上段案内
通路３０１（案内通路）が形成されている。この結果、
冷媒槽における低温の液化冷媒が不足しがちな蒸気通路
上部に、上段案内通路３０１ａを介して充分な液化冷媒
を供給できる。

【００４８】また、上段案内通路３０１と下部連通路３
８との間では蒸気通路９と凝縮液通路１０とを分離して
いるため、下方から余分な液化冷媒が蒸気通路９に流出
することを防止できる。これにより、下部連通路３８に
到達する液化冷媒の量が急激に減少することを防止でき
る。また、案内通路３０１は下部連通路３８に近い部分
で形成されないが、蒸気通路９の下方に近づくにつれて
下部連通路３８からの液化冷媒供給量が増えるため、不
足する液化冷媒量も減少してくる。従って、下部連通路
３８を通しての冷媒循環量を確保しつつ、冷媒槽上部で
の冷却も十分に行うことができる。

【００４９】（第４の実施の形態）以下に本発明におけ
る第４の実施の形態の沸騰冷却装置１を図１０を用いて
説明する。図１０は第４の実施の形態における沸騰冷却
装置１の正面図である。以下に図１の沸騰冷却装置との
相違点を中心に本実施の形態の沸騰冷却装置を説明す
る。本実施の形態において図１に示した実施の形態と同
一もしくは均等の動作を有する部分には、図１と同一符
号を付し、その説明は省略する。

【００５０】本実施の形態においては、案内通路３０１
が連結管５１内を区画するセパレータ５２に形成されて
いる。この案内通路３０１は、押出材７の流出口３５よ
りも上部で、更に連結管における連通口４１よりも下部
に形成される。案内通路３０１は、単穴でも良いし複数
の小穴からなっても良い。この場合、複数の小穴は同一
高さに平行に形成されても良いし、異なる高さに形成さ
れても良い。また、複数の小穴は異なる開口面積であっ
ても良い。

【００５１】次に、第４の実施の形態の作用・効果を説
明する。本実施の形態においても第３の実施の形態と同
様な効果を得ることができる。即ち、冷媒流制御板とし
てのセパレータ５２は案内通路３０１が形成されている
ため、冷媒槽における低温の液化冷媒が不足しがちな蒸
気通路上部に、案内通路３０１を介して十分な液化冷媒
を供給できる。

【００５２】また、案内通路３０１と下部連通路３８と
の間では蒸気通路９と凝縮液通路１０とを分離している
ため、下方から余分な液化冷媒が蒸気通路９に流出する
ことを防止できる。これにより、下部連通路３８に到達
する液化冷媒の量が急激に減少することを防止できる。
また、案内通路３０１は下部連通路３８に近い部分で形
成されないが、蒸気通路９の下方に近づくにつれて下部
連通路３８からの液化冷媒供給量が増えるため、不足す
る液化冷媒量も減少してくる。従って、下部連通路３８
を通しての冷媒循環量を確保しつつ、冷媒槽上部での冷
却も十分に行うことができる。

【００５３】（実施の形態のその他の効果）上記第１乃
至第４の実施の形態においては、冷媒槽３の内部が蒸気
通路９と凝縮液通路１０に区画されているため、冷媒槽
３内での蒸気冷媒と液化冷媒との流れを明確に分けるこ
とができる。これにより、沸騰冷媒と液化冷媒とが衝突
する所謂フラッディングを防止して、高い放熱性能を得
ることができる。また、蒸気通路９と凝縮液通路１０と
を区画したことにより、凝縮液通路１０内の冷媒は、Ｉ
ＧＢＴモジュール２から伝導する熱によって直接加熱さ
れることがないため、蒸気通路９内の冷媒と比べて低温
となっている。そして、この低温の冷媒が案内通路３０
１、３０１ａ〜３０１ｃの何れかを通って順次凝縮液通
路１０から蒸気通路９へ供給されることにより、効率良
くＩＧＢＴモジュール２の冷却を行なうことができる。

【００５４】また、放熱量が増大すると流出口３５へは
多くの気泡を含んだ冷媒（気相と液相が混合した状態の
冷媒）が上昇してくる。ここで、図４において流入側連
通部４４がストレート（同一径）であると、冷媒通路へ
も多くの液相冷媒が浸入してくる。気泡表面は液膜で構
成されるので、その時の冷媒通路４２の入口近傍は液相
で満たされてしまう。この場合、熱伝達は凝縮熱伝達で
なく、強制対流熱伝達で行われることになる。強制対流
熱伝達は、凝縮熱伝達に比べて熱伝達率が劣るため、放
熱特性が低下してしまう。しかしながら、上記第１乃至
第４の実施の形態においては、流入口連通部に小口径部
の小口径開口部４１を設けたため、冷媒通路４２への液
相冷媒の浸入を抑制できる。この結果、冷媒通路４２内
で凝縮熱伝達によって熱の伝達を行うことができ、放熱
性能の低下を防止できる。さらに、小口径開口部を設け
ることにより、各冷媒通路４２への冷媒の流入の偏りを
防止でき、更には各冷媒通路４２への冷媒を均等に分配
する効果も有し、これらによっても放熱性能の低下を防
止できる。なお、本実施の形態においては、高温媒体と
して発熱体を用いて説明したが、高温媒体としては例え
ば高温気体、高温液体等の高温流体であっても良い。こ
の場合、例えば本実施の形態における半導体素子取付け
部分に吸熱フィンを配設する。そして発熱体等を遠隔し
た場所に配置し、その発熱体を取り巻く高温流体を循環
させ、吸熱フィンで高温流体の熱を奪うことで高温流体
を冷却する。これにより、高温流体を介して発熱体を冷
却することができる。

【００５５】また、上記第１、第３、第４の実施の形態
における冷媒槽３は、第２の実施の形態のように、２枚
の薄板７を貼り合せることにより形成しても良い。ま
た、上記第１乃至第４の実施の形態における冷媒槽３
は、支柱部３０部分を形成しないように押出し形成し、
その後、別部材にて形成された支柱部３０をその冷媒槽
３内に挿入し、その後、熱処理で当該押出材内壁と支柱
部３０を固着させて形成させても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態における沸騰冷却装置の側面
図である。

【図２】図１に示した沸騰冷却装置の側面図である。

【図３】図１に示した沸騰冷却装置の冷媒槽の断面図で
ある。

【図４】図１に示した沸騰冷却装置の放熱器の断面図で
ある。

【図５】（ａ）は放熱管を構成する成形プレートの側面
図であり、（ｂ）は（ａ）の平面図である。

【図６】図１に示した沸騰冷却装置の製造工程を示す図
である。

【図７】第２の実施の形態における沸騰冷却装置の正面
図である。

【図８】第３の実施の形態における沸騰冷却装置の正面
図である。

【図９】（ａ）、（ｂ）は図８に示した沸騰冷却装置の
Ａ−Ａ’断面図である。

【図１０】第４の実施の形態における沸騰冷却装置の正
面図である。

【符号の説明】 １ 沸騰冷却装置 １０ 凝縮液通路 １６ 放熱フィン ２，２ａ〜２ｃ ＩＧＢＴモジュール（高温媒体） ２２ エンドキャップ ２６ａ ボルト ３ 冷媒槽 ３０ 支柱部（冷媒流制御板） ３０１ 案内通路 ３０１ａ 上段案内通路（第１の案内通路） ３０１ｂ 中段案内通路（第２の案内通路） ３０１ｃ 下段案内通路 ３０２ サイド板 ３０３ 円形穴 ３１ 支柱部（支柱部材） ３２ 支柱部 ３３ 非作動通路 ３５ 流出口 ３６ 流入口 ３８ 下部連通路 ３９ 放熱管 ４ 放熱器 ４０ 成形プレート ４１ 小口径開口部 ４２ 冷媒通路 ４４ 流入側連通部 ４５ 流出側連通部 ４６ 一方の連通室 ４７ 他方の連通室 ４９ チューブ ５０ プレート ５０ａ リブ ５１ 連結管 ５２ セパレータ（冷媒流制御板） ５３ インナフィン ６ ボルト ７ 押出材 ７ａ 雌ねじ部 ９ 蒸気通路

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温媒体からの熱をして沸騰気化する冷
   媒が内部に収容され、沸騰気化した蒸気冷媒が流出する
   蒸気通路と、 前記蒸気通路に連通され、前記蒸気通路で沸騰気化され
   る冷媒を冷却して凝縮液化させる放熱器と、 前記蒸気通路と下部に形成される下部連通路で連通さ
   れ、前記放熱器で凝縮液化された凝縮冷媒を前記下部連
   通路を介して前記蒸気通路に返戻する凝縮液通路と、 前記下部連通路よりも上方に形成されて前記蒸気通路と
   前記凝縮液通路と連通する第１の案内通路と、 前記第１の案内通路と前記下部連通通路との間に形成さ
   れ前記第１の案内通路よりも狭い通路面積を有し、前記
   蒸気通路と前記凝縮液通路と連通する第２の案内通路と
   を備えることを特徴とする沸騰冷却装置。
2. 【請求項２】 高温媒体からの熱をして沸騰気化する冷
   媒が内部に収容される冷媒槽、及び前記冷媒槽と連通し
   て設けられ、前記冷媒槽で沸騰気化される冷媒を冷却し
   て凝縮液化させる放熱器を有し、 前記冷媒槽が、前記受熱された熱を吸熱して沸騰気化し
   た蒸気冷媒が流出する蒸気通路、前記放熱器で凝縮液化
   した凝縮冷媒が流入する凝縮液通路、及び前記蒸気通路
   と前記凝縮液通路との間に配設され、前記蒸気通路と前
   記凝縮液通路とを区画するとともに、前記蒸気通路と前
   記凝縮液通路とを下部に形成される下部連通路で連通す
   る冷媒流制御板、を有する沸騰冷却装置であって、 前記冷媒流制御板は、前記下部連通路よりも上方に形成
   されて前記蒸気通路と前記凝縮液通路と連通する第１の
   案内通路、及び前記第１の案内通路と前記下部連通通路
   との間に形成され前記第１の案内通路よりも狭い通路面
   積を有し、前記蒸気通路と前記凝縮液通路と連通する第
   ２の案内通路、を備えることを特徴とする沸騰冷却装
   置。
3. 【請求項３】 前記第１の案内通路及び前記第２の案内
   通路は、夫々前記凝縮液通路側への開口位置よりも前記
   蒸気通路への開口位置の方が上方に配設されることを特
   徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載の沸騰
   冷却装置。
4. 【請求項４】 前記第１の案内通路及び前記第２の案内
   通路は、夫々複数の小穴により構成されることを特徴と
   する請求項１乃至請求項２の何れかに記載の沸騰冷却装
   置。
5. 【請求項５】 前記凝縮液通路に配設された板状部材か
   らなり、前記第１の案内通路及び前記第２の案内通路へ
   凝縮冷媒を導く複数のサイド板を備えることを特徴とす
   る請求項１乃至請求項４の何れかに記載の沸騰冷却装
   置。
6. 【請求項６】 前記蒸気通路内に配設され、前記蒸気通
   路内を複数に分離するとともに、前記第１の案内通路に
   隣接した位置に、前記第１の案内通路を通過してくる凝
   縮冷媒を隣接した蒸気通路内に通過させる蒸気通路内案
   内通路を有する支柱部材を備える請求項１乃至請求項５
   の何れかに記載の沸騰冷却装置。
7. 【請求項７】 高温媒体からの熱をして沸騰気化する冷
   媒が内部に収容される冷媒槽、及び前記冷媒槽と連通し
   て設けられ、前記冷媒槽で沸騰気化される冷媒を冷却し
   て凝縮液化させる放熱器を有し、 前記冷媒槽が、前記受熱された熱を吸熱して沸騰気化し
   た蒸気冷媒が流出する蒸気通路、前記放熱器で凝縮液化
   した凝縮冷媒が流入する凝縮液通路、及び前記蒸気通路
   と前記凝縮液通路との間に配設され、前記蒸気通路と前
   記凝縮液通路とを区画するとともに、前記蒸気通路と前
   記凝縮液通路とを下部に形成される下部連通路で連通す
   る冷媒流制御板、を有する沸騰冷却装置であって、 前記冷媒流制御板は、前記下部連通路よりも上方に形成
   されて前記蒸気通路と前記凝縮液通路と連通するととも
   に、その通路面積が前記下部連通路から離れる程大きく
   設定される複数の案内通路を備えることを特徴とする沸
   騰冷却装置。
8. 【請求項８】 高温媒体からの熱をして沸騰気化する冷
   媒が内部に収容される冷媒槽、及び前記冷媒槽と連通し
   て設けられ、前記冷媒槽で沸騰気化される冷媒を冷却し
   て凝縮液化させる放熱器を有し、 前記冷媒槽は、 高温媒体からの熱を受熱して前記冷媒を沸騰気化させる
   第１の沸騰部、及び前記第１の沸騰部よりも下方で高温
   媒体からの熱を受熱して前記冷媒を沸騰気化させる第２
   の沸騰部、を有する蒸気通路、 前記放熱器で凝縮液化した凝縮冷媒が流入する凝縮液通
   路、及び、 前記蒸気通路と前記凝縮液通路との間に配設され、前記
   凝縮液通路と前記第１の沸騰部との間に形成される案内
   通路、及び前記蒸気通路と前記凝縮液通路との下部に形
   成される下部連通路とを有し、前記案内通路と前記下部
   連通路とにより前記蒸気通路と前記凝縮液通路と連通す
   るとともに、前記案内通路と前記下部連通路との間では
   前記蒸気通路と前記凝縮液通路とを分離する冷媒流制御
   板を備えることを特徴とする沸騰冷却装置。
9. 【請求項９】 前記案内通路は、前記凝縮液通路側への
   開口位置よりも前記蒸気通路への開口位置の方が上方に
   配設されることを特徴とする請求項７または請求項８記
   載の沸騰冷却装置。
10. 【請求項１０】 前記案内通路は、複数の小穴により構
    成されることを特徴とする請求項７乃至請求項９の何れ
    かに記載の沸騰冷却装置。
11. 【請求項１１】 前記凝縮液通路に配設された板状部材
    からなり、前記案内通路へ液化冷媒を導くサイド板を備
    えることを特徴とする請求項７乃至請求項１０の何れか
    に記載の沸騰冷却装置。
12. 【請求項１２】 前記蒸気通路内に配設され、前記蒸気
    通路内を複数に分離するとともに、前記案内通路に隣接
    した位置に、前記案内通路を通過してくる液化冷媒を隣
    接した蒸気通路内に通過させる蒸気通路内案内通路を有
    する支柱部材を備える請求項７乃至請求項１１の何れか
    に記載の沸騰冷却装置。