JPS5929985A - 定圧型沸騰冷却装置 - Google Patents
定圧型沸騰冷却装置Info
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- refrigerant
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- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B23/00—Machines, plants or systems, with a single mode of operation not covered by groups F25B1/00 - F25B21/00, e.g. using selective radiation effect
- F25B23/006—Machines, plants or systems, with a single mode of operation not covered by groups F25B1/00 - F25B21/00, e.g. using selective radiation effect boiling cooling systems
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- 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
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- 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
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
- H01L23/427—Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、冷媒のｆ）’６ Ｕｅ ａ 凝綜を利用して
発熱体の冷却を行なう沸１１．１？冷却装旧′に係り、
特に、装置の内圧を常に大気圧に等しく保って冷却動作
がｉｉＪ能な定Ｈ―型Ｎｌｊ Ｉｉ、ｉ！冷却装置に関
する。
発熱体の冷却を行なう沸１１．１？冷却装旧′に係り、
特に、装置の内圧を常に大気圧に等しく保って冷却動作
がｉｉＪ能な定Ｈ―型Ｎｌｊ Ｉｉ、ｉ！冷却装置に関
する。
サイリスタ、トランジスタなどの電力相半％Ｊ体素子の
大容社化に伴ない、このような菓子の冷却装置；コとし
てフロンなどの液体冷媒の沸騰、凝縮を利用することに
より優れた冷却性能が得られるようにした沸ｎ、（（冷
却装置が使用されるように／、「つできた。
大容社化に伴ない、このような菓子の冷却装置；コとし
てフロンなどの液体冷媒の沸騰、凝縮を利用することに
より優れた冷却性能が得られるようにした沸ｎ、（（冷
却装置が使用されるように／、「つできた。
しかして、従来から用いろれ′Ｃいた沸騰冷却装置の多
くは、液体冷媒の封入部分が真空容）（ｇかしなり、そ
の中に冷媒を封入する密閉型の方式となっているため、
冷却動作中の熱負荷に応じて容器の内圧はほぼ真空に近
い状態から２気月Ｅ （ｊ、Ａ度にまで大幅に変化し、
その結果、容器は真空から２気圧程度のｆＥ力にまで耐
えるものが必要になり、大きなコストアップとなってし
まうという欠点があった。
くは、液体冷媒の封入部分が真空容）（ｇかしなり、そ
の中に冷媒を封入する密閉型の方式となっているため、
冷却動作中の熱負荷に応じて容器の内圧はほぼ真空に近
い状態から２気月Ｅ （ｊ、Ａ度にまで大幅に変化し、
その結果、容器は真空から２気圧程度のｆＥ力にまで耐
えるものが必要になり、大きなコストアップとなってし
まうという欠点があった。
そこで、この真空容器による密封型方式の沸１１．１冷
却装置１グの欠点を除くため、液体冷媒が封入される容
器の一部にベローズなどを利用した可変容積型の液溜を
設け、常温から最大熱負荷状態までのいずれの場合にも
内圧をほぼ大気圧に保ったままで動作が可能な定圧型沸
騰冷却袋ｆｒｆが提案され、実用化されるようになって
きた。
却装置１グの欠点を除くため、液体冷媒が封入される容
器の一部にベローズなどを利用した可変容積型の液溜を
設け、常温から最大熱負荷状態までのいずれの場合にも
内圧をほぼ大気圧に保ったままで動作が可能な定圧型沸
騰冷却袋ｆｒｆが提案され、実用化されるようになって
きた。
この定圧型の沸ｊ１ひ冷却装置では、蒸発器の温度が常
温に保たれている間は凝縮器の中も含めて全ての冷媒１
ｆｆｔ路内が液状の冷媒によって満たされており、かつ
可変容積型の液溜は最少容積の状態にある。そして、発
熱体である半導体素子などの温度が上昇して蒸発器に熱
負荷が掛ると、それに応じて蒸発器内で冷媒が沸騰し、
大ｆｉｔの気化潜熱を奪って発生した冷媒の蒸気が凝縮
器で凝縮することにより大気中に大全の熱を放散して冷
却作用が行なわれ、このと７２の冷媒の容積の増加分は
可変等積型の液溜による容積の増加によってＬ没収され
、内圧の増加をもたらすことなく大気圧のす＋：で冷却
作用を行なうことができるようにｆ、ＣつＣいる。
温に保たれている間は凝縮器の中も含めて全ての冷媒１
ｆｆｔ路内が液状の冷媒によって満たされており、かつ
可変容積型の液溜は最少容積の状態にある。そして、発
熱体である半導体素子などの温度が上昇して蒸発器に熱
負荷が掛ると、それに応じて蒸発器内で冷媒が沸騰し、
大ｆｉｔの気化潜熱を奪って発生した冷媒の蒸気が凝縮
器で凝縮することにより大気中に大全の熱を放散して冷
却作用が行なわれ、このと７２の冷媒の容積の増加分は
可変等積型の液溜による容積の増加によってＬ没収され
、内圧の増加をもたらすことなく大気圧のす＋：で冷却
作用を行なうことができるようにｆ、ＣつＣいる。
従って、この定圧型沸騰冷却装置によれば、蒸発器と）
１非縮器を含む冷／（１，１；が封入されるべき容器の
内圧が熱負荷の有無と無関係に常に大気圧に等しく保た
れるため、１４二力容器が不要になり、ローコスト化が
容易Ｋ ｊＣるという利点が得られる。
１非縮器を含む冷／（１，１；が封入されるべき容器の
内圧が熱負荷の有無と無関係に常に大気圧に等しく保た
れるため、１４二力容器が不要になり、ローコスト化が
容易Ｋ ｊＣるという利点が得られる。
ところで、従来の定圧型Ｖｌ目１１；￥冷却装置ｄでは
、蒸発器内で発生した冷媒の蒸気が凝縮器内に効率よく
流入するように、蒸発器と凝縮器を上下に配置し、蒸発
器の上部に凝縮器を設けるようにしていた〇 一方、このような冷却装置を上記した半１７体素子の冷
却に用いた鴨合には、当然のことながら蒸発器と半導体
素子がｔｌｌ互に密着した状態で組立てられ、この結果
凝縮器の下部には、蒸発器とそれによる被冷却体である
半導体素子及びそれに幻する種々の電気的な付Ｆｆ４部
品が存在するようになる。
、蒸発器内で発生した冷媒の蒸気が凝縮器内に効率よく
流入するように、蒸発器と凝縮器を上下に配置し、蒸発
器の上部に凝縮器を設けるようにしていた〇 一方、このような冷却装置を上記した半１７体素子の冷
却に用いた鴨合には、当然のことながら蒸発器と半導体
素子がｔｌｌ互に密着した状態で組立てられ、この結果
凝縮器の下部には、蒸発器とそれによる被冷却体である
半導体素子及びそれに幻する種々の電気的な付Ｆｆ４部
品が存在するようになる。
従って１．に配した従来の定圧型沸１１ｉη冷却装置は
、半ン尊体装１ｒ′（に適Ｉ１１ シた場合、凝縮器に
対する下刃から」；方に向けての冷却空気の流刑を効率
良く行なうのが困輝になり、自然空冷では充分な冷却性
能が得られず、強制空冷の場合でもガイド川の風道の構
［邸が複雑になるため、ｉｍｍ低抵抗増加による送風機
容凡の増大を必要とするという欠点があった。
、半ン尊体装１ｒ′（に適Ｉ１１ シた場合、凝縮器に
対する下刃から」；方に向けての冷却空気の流刑を効率
良く行なうのが困輝になり、自然空冷では充分な冷却性
能が得られず、強制空冷の場合でもガイド川の風道の構
［邸が複雑になるため、ｉｍｍ低抵抗増加による送風機
容凡の増大を必要とするという欠点があった。
また、上記した従来の冷却装置では、蒸発器とδネ縮器
が上下に配置されているため、半導体装置、としての高
さ方向の寸法が大きくなり、機器の小形化が困嬉である
という欠点があった。
が上下に配置されているため、半導体装置、としての高
さ方向の寸法が大きくなり、機器の小形化が困嬉である
という欠点があった。
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を除き、蒸発
器と凝縮器を同じ位１ｎに横方向に並べて配置しても冷
媒の循環が充分に行なえるようにし、これにより冷却空
気の流通効率が高く、シかも装置全体の小形化が容易な
定圧型沸騰冷却袋＋＋ｑを提供するにある。
器と凝縮器を同じ位１ｎに横方向に並べて配置しても冷
媒の循環が充分に行なえるようにし、これにより冷却空
気の流通効率が高く、シかも装置全体の小形化が容易な
定圧型沸騰冷却袋＋＋ｑを提供するにある。
この目的を達成するため、本発明は、蒸発器と凝縮器を
横に並べて配置し、これらをそれぞれ上下２木の冷媒通
路で？ｉ！１ｒＪ７させたことを特徴とする。
横に並べて配置し、これらをそれぞれ上下２木の冷媒通
路で？ｉ！１ｒＪ７させたことを特徴とする。
以下、本発明によるｉｉｌ比型ｆｊｌ＋ ＩＩＲ冷Ｊ（
１装置の実細例を図面について説明する。
１装置の実細例を図面について説明する。
第１図は本発明を半導体素子の冷却用に適用した場合の
一実施例で、２１１２図は（のΔ−八へによる上面図を
示し、これらの図に」５いて、■は大電力用・す゛イリ
スクなどの半シ０体繁子、２番誹蒸発器、３は卵騰ＭＱ
路、４α、４ｂは述通管、５は絶縁相；手、６は凝縮器
、７α、 ７ ｂ Ｇ；ｊヘッダー、８α。
一実施例で、２１１２図は（のΔ−八へによる上面図を
示し、これらの図に」５いて、■は大電力用・す゛イリ
スクなどの半シ０体繁子、２番誹蒸発器、３は卵騰ＭＱ
路、４α、４ｂは述通管、５は絶縁相；手、６は凝縮器
、７α、 ７ ｂ Ｇ；ｊヘッダー、８α。
８１〕は連１ｉ１ｉ ’Ｉ’ｖ°、９は凝縮管、１０は
放熱フィン、１１は液もどり管１１２番、ｔｊｌＩ！涌
管、１；目Ｊ数溜、１３ａ、は伸縮部、１４は絞り、１
５目脱気ヤτ、１６ａは液体の状態にある冷々〜１．で
ある。
放熱フィン、１１は液もどり管１１２番、ｔｊｌＩ！涌
管、１；目Ｊ数溜、１３ａ、は伸縮部、１４は絞り、１
５目脱気ヤτ、１６ａは液体の状態にある冷々〜１．で
ある。
蒸発器２０複数個の半う９体素子１を挾んで１り「定個
数設けられ）それぞれ半う１１体素子１に接する「１１
ｉ分は垂直になった多数の沸ｌｌ？！、萌路３が形成さ
れているアルミニウム、銅ｆｌどの熱伝？ｊＪ率の高い
拐料のブロックで描１＆されている。そして、これらの
沸騰通路３の上と下はぞオしぞれ′５１（！曲’ｊ３’
４ Ｌ’ ｒ ４ ｂに連ｉｍされている。従って、
複数の半等体素子１は蒸発器２によってｔ（１互に電気
的に１亙続され、かつ、これらの蒸発器２はぞれぞれの
半う９体素子１に対する端子としで利用することができ
る。
数設けられ）それぞれ半う１１体素子１に接する「１１
ｉ分は垂直になった多数の沸ｌｌ？！、萌路３が形成さ
れているアルミニウム、銅ｆｌどの熱伝？ｊＪ率の高い
拐料のブロックで描１＆されている。そして、これらの
沸騰通路３の上と下はぞオしぞれ′５１（！曲’ｊ３’
４ Ｌ’ ｒ ４ ｂに連ｉｍされている。従って、
複数の半等体素子１は蒸発器２によってｔ（１互に電気
的に１亙続され、かつ、これらの蒸発器２はぞれぞれの
半う９体素子１に対する端子としで利用することができ
る。
声Ｆ縮器６はほぼ垂直になっている２個のヘッダー７α
と７１〕の間（（はぼ水平に段目られている多数のδと
細管（放熱管）９を有し、これらの凝縮管９には放熱フ
ィン１０がｉ侵略−］られてい２）。そしＣ１一方のヘ
ッダー７ａには上ど下に連ｉｒＪ＞管８ｃＬと８ｂが設
けられており、絶縁相；手５を介しで熱光？ＦＳ２の連
ｉｍ管４α、４ｂに結合され、これにより多数の蒸発器
２の内部と凝縮器６の内部とが連１山されるように１，
１つている。ｌｌお、このとき、上５己したように、そ
れぞれの蒸発器２は対応する生粉１１本素子１の端子電
圧による充電部となっているから、連１ｆｆｉ管４ ’
＋ ４ ｂと８ａ、８ｂとの間に絶縁継手５を設け、
相互の絶縁が保たれるようになっている。
と７１〕の間（（はぼ水平に段目られている多数のδと
細管（放熱管）９を有し、これらの凝縮管９には放熱フ
ィン１０がｉ侵略−］られてい２）。そしＣ１一方のヘ
ッダー７ａには上ど下に連ｉｒＪ＞管８ｃＬと８ｂが設
けられており、絶縁相；手５を介しで熱光？ＦＳ２の連
ｉｍ管４α、４ｂに結合され、これにより多数の蒸発器
２の内部と凝縮器６の内部とが連１山されるように１，
１つている。ｌｌお、このとき、上５己したように、そ
れぞれの蒸発器２は対応する生粉１１本素子１の端子電
圧による充電部となっているから、連１ｆｆｉ管４ ’
＋ ４ ｂと８ａ、８ｂとの間に絶縁継手５を設け、
相互の絶縁が保たれるようになっている。
また、これらのヘッダー７ＣＬと７ｂの下部は液もどり
管１１によって連ａされ、ヘッダー７ｂ側から蒸発器２
へ戻る液体状態の冷媒に対する１ｌＴＪ路液溜１３は円
筒状の容器で、その側部はベローズなどからなる伸縮部
１３（Ｌで作られ、大気圧のままで内容積が所定の範囲
にわたって変化可能に作られている。そして、この液ｒ
、？ｔ １３は蒸発器２の上刃に設けられ、連１ｍ管１
２によってヘッダー７ｃＬの下部に連通されると共に脱
気管１５を介してヘッダー７ｂの」―部に連＋ｍされて
いる。このとき、脱気管１５とヘッダー７ｂの上部との
結合部分には絞り１４が設けてあり、ヘッダー７ｂの上
部（この部分は蒸発器２及び凝縮器６を含む冷媒１ｍ路
内で一番上部に位置するようにしである）に集った気体
だ４１が脱気管１５の中に抽出されて来るようになって
いる。
管１１によって連ａされ、ヘッダー７ｂ側から蒸発器２
へ戻る液体状態の冷媒に対する１ｌＴＪ路液溜１３は円
筒状の容器で、その側部はベローズなどからなる伸縮部
１３（Ｌで作られ、大気圧のままで内容積が所定の範囲
にわたって変化可能に作られている。そして、この液ｒ
、？ｔ １３は蒸発器２の上刃に設けられ、連１ｍ管１
２によってヘッダー７ｃＬの下部に連通されると共に脱
気管１５を介してヘッダー７ｂの」―部に連＋ｍされて
いる。このとき、脱気管１５とヘッダー７ｂの上部との
結合部分には絞り１４が設けてあり、ヘッダー７ｂの上
部（この部分は蒸発器２及び凝縮器６を含む冷媒１ｍ路
内で一番上部に位置するようにしである）に集った気体
だ４１が脱気管１５の中に抽出されて来るようになって
いる。
なお、これら第１図、第２図には示されていないが、交
互に積重ねるようにして組合わされた複数の半導体素子
１と複数の蒸発器２とは両端に設けである締付金具によ
って一体化され、半導体スタックをｆ７’７我している
。
互に積重ねるようにして組合わされた複数の半導体素子
１と複数の蒸発器２とは両端に設けである締付金具によ
って一体化され、半導体スタックをｆ７’７我している
。
冷ＩＪ￥１６αは沸点が５０℃〜９０℃ゼｒｒ ｔｘｃ
のちので、例えば、パーフルメロ２メヂルペンタン（２
−”Ｆｓ Ｃａ Ｆｎ ） 、バーフルオロメチルシク
ロ：ヘキサン（Ｃａ Ｉ”ｎ ＣＦ３ ）、パーフルオ
ロトリエヂルアミン（＜ｃｐｓ ＣＦ２）２Ｎ ）、バ
ー７）ｂオロ−＋Ｊ−イクＩＪ ツクエーテル（ｃ７ｐ
’、、 ｏ ）、 トリクロロペンタフルオロプロパ＞
（ＣＣ１，ＣＦ、 ＣＦ、 ）、 トリクロロトリフ
ル、ｔ ｏ ｘ 夕＞ （ＣＣ１，Ｆ ＣＣＬ Ｆ、
） Ｑどノ’７０ン系又はパーフルオロカーボン系の
冷Ｗであり、常温で蒸発器２をはじめとして凝縮器６、
各部を結ぶ管路内、それに液溜１３の内部にまで全て充
満した状態で封入されている。そして、このとき、液溜
１３の内容積はその変化範囲内で最少値を示すようにし
である。
のちので、例えば、パーフルメロ２メヂルペンタン（２
−”Ｆｓ Ｃａ Ｆｎ ） 、バーフルオロメチルシク
ロ：ヘキサン（Ｃａ Ｉ”ｎ ＣＦ３ ）、パーフルオ
ロトリエヂルアミン（＜ｃｐｓ ＣＦ２）２Ｎ ）、バ
ー７）ｂオロ−＋Ｊ−イクＩＪ ツクエーテル（ｃ７ｐ
’、、 ｏ ）、 トリクロロペンタフルオロプロパ＞
（ＣＣ１，ＣＦ、 ＣＦ、 ）、 トリクロロトリフ
ル、ｔ ｏ ｘ 夕＞ （ＣＣ１，Ｆ ＣＣＬ Ｆ、
） Ｑどノ’７０ン系又はパーフルオロカーボン系の
冷Ｗであり、常温で蒸発器２をはじめとして凝縮器６、
各部を結ぶ管路内、それに液溜１３の内部にまで全て充
満した状態で封入されている。そして、このとき、液溜
１３の内容積はその変化範囲内で最少値を示すようにし
である。
次に、動作について１悦明する。
まず、半導体素子１が常温に保たれていたとする。そう
すると蒸発器２の中の冷媒と凝縮器６の中の冷媒を含め
全ての冷媒１６αの温度は等しく保たれているから、冷
媒１６αは静止したままになっている。
すると蒸発器２の中の冷媒と凝縮器６の中の冷媒を含め
全ての冷媒１６αの温度は等しく保たれているから、冷
媒１６αは静止したままになっている。
この状態で半導体素子１に電流が流れて熱が発生ずると
蒸発器２の中の冷媒の湿度が他の部分の冷媒の温度より
高くなり、体積が増加し゛ＣＣ用爪低下するため、この
部分にある冷θＩＩ、１６σ、Ｇ；［沸１時通路３の中
を上昇し、連１ＩｒＪｑ′ｆ４ａカラ８ａをｉｒｎ ”
）てＩＡ縮器６のヘッダー７０Ｌが１１１管９の中に流
入し、フィン１ｏを介して空気中にＰＩ、を放散しなが
らヘッダー７ｂにテ１αみ、この間に温度が低下する。
蒸発器２の中の冷媒の湿度が他の部分の冷媒の温度より
高くなり、体積が増加し゛ＣＣ用爪低下するため、この
部分にある冷θＩＩ、１６σ、Ｇ；［沸１時通路３の中
を上昇し、連１ＩｒＪｑ′ｆ４ａカラ８ａをｉｒｎ ”
）てＩＡ縮器６のヘッダー７０Ｌが１１１管９の中に流
入し、フィン１ｏを介して空気中にＰＩ、を放散しなが
らヘッダー７ｂにテ１αみ、この間に温度が低下する。
温度が低下してＭ ｌ’ｌｌ’Ａに近づいた冷Ｑｌ、Ｉ
；はヘッダー７１）の下ｉη１（から液もどり管１１を
ｉ！ＩＪっでヘッダー７（Ｚの下部に移り、”ｃ コカ
Ｆ） ’？ＪＳ １ｆｉｉ ’ｉ２’ ８ ” ＋ ５
ｂを１ｍって蒸発器２の下部に戻る。こうして、この
状態では、液体のままの冷奴い或いは−リーブクール沸
騰状態の冷媒の対流によＺ＋ ｆ／入り１′！器２と凝
汗）器６との間の循環により半２ｎ体素子１がらの放熱
が行なわれ、液体のままの冷媒１６（Ｌの温度ｃ；を半
う、り体素子１から蒸発ｒｉ、ｙ ２に与えられる熱Ｈ
Ｊ、 Ｋ Ｉ＋ｉ；ｉじて変化している。
；はヘッダー７１）の下ｉη１（から液もどり管１１を
ｉ！ＩＪっでヘッダー７（Ｚの下部に移り、”ｃ コカ
Ｆ） ’？ＪＳ １ｆｉｉ ’ｉ２’ ８ ” ＋ ５
ｂを１ｍって蒸発器２の下部に戻る。こうして、この
状態では、液体のままの冷奴い或いは−リーブクール沸
騰状態の冷媒の対流によＺ＋ ｆ／入り１′！器２と凝
汗）器６との間の循環により半２ｎ体素子１がらの放熱
が行なわれ、液体のままの冷媒１６（Ｌの温度ｃ；を半
う、り体素子１から蒸発ｒｉ、ｙ ２に与えられる熱Ｈ
Ｊ、 Ｋ Ｉ＋ｉ；ｉじて変化している。
次に、こうして液体のままの冷媒１ （５ａの循環によ
る放熱が行なわれているときに、：＜’ｉ発器２に掛つ
Ｃいる熱負荷がさらに増加し、冷媒１６ａの温度がそれ
自身の沸点に達したとずれば、冷媒１６αが蒸発器２の
中で沸■、省し始めるようになる。この状態を第３図に
示す。この図において、１６ｂは蒸発器２の沸騰１ｍ路
３の中で冷媒１６αが沸騰したことにより発生した冷媒
蒸気の泡であり、１６Ｃは冷媒の蒸気、１６ｄは蒸気か
ら凝縮して液体に戻ったばかりの冷媒を示す。
る放熱が行なわれているときに、：＜’ｉ発器２に掛つ
Ｃいる熱負荷がさらに増加し、冷媒１６ａの温度がそれ
自身の沸点に達したとずれば、冷媒１６αが蒸発器２の
中で沸■、省し始めるようになる。この状態を第３図に
示す。この図において、１６ｂは蒸発器２の沸騰１ｍ路
３の中で冷媒１６αが沸騰したことにより発生した冷媒
蒸気の泡であり、１６Ｃは冷媒の蒸気、１６ｄは蒸気か
ら凝縮して液体に戻ったばかりの冷媒を示す。
蒸発器２の沸騰１ｍ路３の中で冷／Ｉ’＆ ｌ ６αの
沸１１１ｔにより発生した多爪の泡１６ｂは上側の連ｌ
１Ｉｉ管４α、（３ａを通ってヘッダー７ｃＬから凝縮
器６の２（、ｆｉ縮管９の中にイへみ、フィン１０を介
して冷却用空気に熱を奪われて凝縮し、液体に戻る。そ
して、液体に戻った冷媒１（ｉｄはヘッダー７ｂσ）下
部からもどり管１１により再び蒸発器２の下部に戻る。
沸１１１ｔにより発生した多爪の泡１６ｂは上側の連ｌ
１Ｉｉ管４α、（３ａを通ってヘッダー７ｃＬから凝縮
器６の２（、ｆｉ縮管９の中にイへみ、フィン１０を介
して冷却用空気に熱を奪われて凝縮し、液体に戻る。そ
して、液体に戻った冷媒１（ｉｄはヘッダー７ｂσ）下
部からもどり管１１により再び蒸発器２の下部に戻る。
この蒸発器２の中での冷媒１６ｃＬの沸騰と、凝縮器６
の中での冷媒蒸気６Ｃの凝縮が始まると、これら蒸発器
２と凝縮器６による伝熱効率はそれまでの液状冷媒１６
αの循環による伝熱動部より飛躍的に増大し、大きな熱
負荷のもとての放熱動作を充分に行なって沸騰冷却方式
としての性能を完全に発揮するようになり、半、・！２
体素：ｆ−１σ〕（（４クモに対して比較的小さ１Ｃ冷
却装置で所５．１１σ） ｒｆＪ ｌ１ＩＪ：；ケ１゜
範囲を保つことかでさ２、。
の中での冷媒蒸気６Ｃの凝縮が始まると、これら蒸発器
２と凝縮器６による伝熱効率はそれまでの液状冷媒１６
αの循環による伝熱動部より飛躍的に増大し、大きな熱
負荷のもとての放熱動作を充分に行なって沸騰冷却方式
としての性能を完全に発揮するようになり、半、・！２
体素：ｆ−１σ〕（（４クモに対して比較的小さ１Ｃ冷
却装置で所５．１１σ） ｒｆＪ ｌ１ＩＪ：；ケ１゜
範囲を保つことかでさ２、。
そして、この実施例によれば、液体σ）状態σ）？１媒
Ｉ Ｇ ａの対’１ｔｉｔによる循ｊ３；１かスムーズ
ｔこ生じ、その後、（＋”ｌｌ負荷の増大に伴なって沸
１１彎冷Ｊ：ＩＩ Ｋ ｌ多行１−るため、蒸発器２と
凝縮器６をほぼ水平に自己１？’ｔ シても沸１ｔｌｊ
？ｉ″ｉ）」１作用が阻害される＋、１．ｉ；れ（：
１全＜ ７．［＜、常に安定した良好な沸騰冷却性能を
？ｕ Ｚ、ことｌｒ’ −Ｃきる。
Ｉ Ｇ ａの対’１ｔｉｔによる循ｊ３；１かスムーズ
ｔこ生じ、その後、（＋”ｌｌ負荷の増大に伴なって沸
１１彎冷Ｊ：ＩＩ Ｋ ｌ多行１−るため、蒸発器２と
凝縮器６をほぼ水平に自己１？’ｔ シても沸１ｔｌｊ
？ｉ″ｉ）」１作用が阻害される＋、１．ｉ；れ（：
１全＜ ７．［＜、常に安定した良好な沸騰冷却性能を
？ｕ Ｚ、ことｌｒ’ −Ｃきる。
ところで１上記したように沸１！々冷却１ｉＩＪ（’＋
； ｋこＪｌ多Ｙ’ｒすると、第３図に示すように冷媒
σ）泡１（５ｂや蒸気１６Ｃが発生ずるため、冷媒封入
部分σ）容１ａを増加させなけれは定圧型としての動作
／１′−得らｉ’ｔなくなるが、この実施例に、１；れ
は、冷媒σ）泡１６ｂや蒸気ＩＧＣが発生ずると、そσ
）容積に対＋１ｉ５ Ｌ／た液体の冷媒１６（Ｌがヘッ
ダー７ａσ〕下１’ｌｌｓ ７Ｊ’らｉ’−１ｓ ｉｆ
ｌ管１２を通って液溜１３の中に入り、こσ） ？ｔｔ
ｆｌｉ’ｉ ｔ ３の内容積を増加さ・けることに３
（る。し力）して、このときの液溜１３の容積の笈化は
大気１１−σ）まＩＨ’ｒ可能であるから、上記実施例
では沸騰冷却中も常に装着内の圧力を大気圧にほぼ等し
く保つことができ、定圧型としての動作を得ることがで
きる。
； ｋこＪｌ多Ｙ’ｒすると、第３図に示すように冷媒
σ）泡１（５ｂや蒸気１６Ｃが発生ずるため、冷媒封入
部分σ）容１ａを増加させなけれは定圧型としての動作
／１′−得らｉ’ｔなくなるが、この実施例に、１；れ
は、冷媒σ）泡１６ｂや蒸気ＩＧＣが発生ずると、そσ
）容積に対＋１ｉ５ Ｌ／た液体の冷媒１６（Ｌがヘッ
ダー７ａσ〕下１’ｌｌｓ ７Ｊ’らｉ’−１ｓ ｉｆ
ｌ管１２を通って液溜１３の中に入り、こσ） ？ｔｔ
ｆｌｉ’ｉ ｔ ３の内容積を増加さ・けることに３
（る。し力）して、このときの液溜１３の容積の笈化は
大気１１−σ）まＩＨ’ｒ可能であるから、上記実施例
では沸騰冷却中も常に装着内の圧力を大気圧にほぼ等し
く保つことができ、定圧型としての動作を得ることがで
きる。
また、冷媒１６αの中には空気が溶は込んでいることが
多く°、この空気が冷却動作中に冷媒１６αから分離し
てくると冷却効果を妨げる虞れがある０ しかしながら、この実施例によれば、分１ｉＩ ｔ、た
空気は冷媒やその蒸気より軽いから、容）：ｇ内での最
上部であるヘッダー７ｂの上部に集まり、絞り１４から
脱気管１５を通って液溜１３の上部に集められてしまう
から、空気が溶は込んでいても冷却動作が阻害される虞
れはない。７：Ｃお、このとき１空気と一緒に絞り１４
を通過して脱気管１５の中に入り込んだ冷媒の蒸気は、
この脱気管１５の中で冷却され、液体に戻ってしまうか
ら、液溜１３の中に冷媒の蒸気が溜ってしまうりすれは
ない。
多く°、この空気が冷却動作中に冷媒１６αから分離し
てくると冷却効果を妨げる虞れがある０ しかしながら、この実施例によれば、分１ｉＩ ｔ、た
空気は冷媒やその蒸気より軽いから、容）：ｇ内での最
上部であるヘッダー７ｂの上部に集まり、絞り１４から
脱気管１５を通って液溜１３の上部に集められてしまう
から、空気が溶は込んでいても冷却動作が阻害される虞
れはない。７：Ｃお、このとき１空気と一緒に絞り１４
を通過して脱気管１５の中に入り込んだ冷媒の蒸気は、
この脱気管１５の中で冷却され、液体に戻ってしまうか
ら、液溜１３の中に冷媒の蒸気が溜ってしまうりすれは
ない。
次に、第４図は本発明の他の一実施例でｆＪｓ図は第４
図のＥｌ−Ｂ線からみた平面図である。なお、この実施
例は本発明による沸騰冷却装置を半導体装１１イに適用
し、半導体素子に心安なｆ」Ｊｆｆ！ １Ｔｉ、気部品
なども含めて全体をユニット化したちので１これら第４
図、第５図に１３いて、ｌ 、７ （Ｌはｈ’ｓ発器２
に取付けた半）ｊ７体素子１の端子、１７ｂは外部回路
と半導体素子１とを接続する端子、１８はヒユーズ、１
９Ｇ’Ｊコンデンサ、２０は抵抗器、２１は変圧器、２
２は枠、２３は仕切板°Ｃあり、その他は第１図ｒ、（
いし第：３図の実施例と同じである。なお、１３ｂは液
溜１３のカバー、２４ｃｃ、２４ｂは情動用空気の流Ｉ
ｒｌ′ｉ力向を表わす矢印である０液溜１３はカバー１
３ｂに収容し、んｄ縮器６σ）上刃に設置ｒ１．シてあ
り、これに応じて連１１ｎ管１２と脱気管１５の配置状
態も第１図ｆｌいし２ｒ１３図の実施例とは変えである
０ ヒユーズ１８は端子１７（ｊと１７ｂの間に；投Ｇ−１
られ、半導体素子１を保にΦする働きをする。
図のＥｌ−Ｂ線からみた平面図である。なお、この実施
例は本発明による沸騰冷却装置を半導体装１１イに適用
し、半導体素子に心安なｆ」Ｊｆｆ！ １Ｔｉ、気部品
なども含めて全体をユニット化したちので１これら第４
図、第５図に１３いて、ｌ 、７ （Ｌはｈ’ｓ発器２
に取付けた半）ｊ７体素子１の端子、１７ｂは外部回路
と半導体素子１とを接続する端子、１８はヒユーズ、１
９Ｇ’Ｊコンデンサ、２０は抵抗器、２１は変圧器、２
２は枠、２３は仕切板°Ｃあり、その他は第１図ｒ、（
いし第：３図の実施例と同じである。なお、１３ｂは液
溜１３のカバー、２４ｃｃ、２４ｂは情動用空気の流Ｉ
ｒｌ′ｉ力向を表わす矢印である０液溜１３はカバー１
３ｂに収容し、んｄ縮器６σ）上刃に設置ｒ１．シてあ
り、これに応じて連１１ｎ管１２と脱気管１５の配置状
態も第１図ｆｌいし２ｒ１３図の実施例とは変えである
０ ヒユーズ１８は端子１７（ｊと１７ｂの間に；投Ｇ−１
られ、半導体素子１を保にΦする働きをする。
コンデンサ１９と抵抗器２０とは半３７ｊ体素子１のア
ノードとカソード間に接続され、−リーン１ｕ圧に対す
る保護作用を行なわせるもので、連１ｉｉｉ管４α、８
αのと方に配置しである。
ノードとカソード間に接続され、−リーン１ｕ圧に対す
る保護作用を行なわせるもので、連１ｉｉｉ管４α、８
αのと方に配置しである。
変圧器２１はパルス用であり、半導体素子１と蒸発器２
から４〔るスタックの下方に配置しである０枠２２は全
体をユニット化するためのもので１内部に仕切板２３を
備え、この仕切板２３により凝縮器６に対する冷却用空
気の血路を区画する働きをする。
から４〔るスタックの下方に配置しである０枠２２は全
体をユニット化するためのもので１内部に仕切板２３を
備え、この仕切板２３により凝縮器６に対する冷却用空
気の血路を区画する働きをする。
従って、この実施例によれば、付属↑１１１部品をモ含
めて全体をユニット化できるのでフンノ４クト、＜（装
置が容易に得られ、また、仕切板２３を設けているため
、矢印２４α、２４ｂで示す冷却用空気の流れに対して
半導体素子１を含む電気的機構部分をシールドすること
ができ、’／Ｂ６＆器６に対する冷却用空気の流ｉｎ！
を良好にすると共にＩｆ、気的（幾構部に対する防塵効
果をあげることができ１さらに、蒸発器２の側面に余分
な構造物や部品がないため、半導体素子１の交換が容易
であるなどの利点がある。
めて全体をユニット化できるのでフンノ４クト、＜（装
置が容易に得られ、また、仕切板２３を設けているため
、矢印２４α、２４ｂで示す冷却用空気の流れに対して
半導体素子１を含む電気的機構部分をシールドすること
ができ、’／Ｂ６＆器６に対する冷却用空気の流ｉｎ！
を良好にすると共にＩｆ、気的（幾構部に対する防塵効
果をあげることができ１さらに、蒸発器２の側面に余分
な構造物や部品がないため、半導体素子１の交換が容易
であるなどの利点がある。
ところで、以上の実施例では、複数の蒸発器２を用い、
これらを半導体素子１の外側に接触させて冷却する方式
のものとしているが、本発明はこれた限らず、例えば所
定の大きさと形状の容器を用い、その中に半導体素子と
冷却フィンを組合わぜた半導体スタックを入れ、内部を
冷な１にで満たして蒸発器とする、いわゆる冷！Ｉｌ／
、’直接１ｉ ｉ’ｉ！１方式の沸ｎ、（５冷却により
実強するようにしてもよい。
これらを半導体素子１の外側に接触させて冷却する方式
のものとしているが、本発明はこれた限らず、例えば所
定の大きさと形状の容器を用い、その中に半導体素子と
冷却フィンを組合わぜた半導体スタックを入れ、内部を
冷な１にで満たして蒸発器とする、いわゆる冷！Ｉｌ／
、’直接１ｉ ｉ’ｉ！１方式の沸ｎ、（５冷却により
実強するようにしてもよい。
また、循環器の空冷方式についても、自然通風、強制ｉ
ｔ］７風いずれによって実旋してもよく１さらに水冷方
式としてもよいのはいうまでもない。
ｔ］７風いずれによって実旋してもよく１さらに水冷方
式としてもよいのはいうまでもない。
さらに本発明は、半導体装置の冷却装置Ｆ？に限らず、
どのような被発熱体の冷却用としても適用可能７：【こ
とはいうまでもない。
どのような被発熱体の冷却用としても適用可能７：【こ
とはいうまでもない。
以上説明したように、本発明によれは、蒸発器と凝縮器
を横に並べて配ＩＫｆすることができるから、従未技術
の欠点を除き、装置全体の高さが小さくなるので小型化
が容易になり、凝縮器に対する冷却空気の流面抵抗が少
なくなるので冷却性能が良好な定圧型沸騰冷却装置をロ
ーコストで提供することができる。
を横に並べて配ＩＫｆすることができるから、従未技術
の欠点を除き、装置全体の高さが小さくなるので小型化
が容易になり、凝縮器に対する冷却空気の流面抵抗が少
なくなるので冷却性能が良好な定圧型沸騰冷却装置をロ
ーコストで提供することができる。
第１図は本発明による定圧型沸１肘冷却装置の一実紬例
を示ず側断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線による上面
図、第３図は第１図の実施例が沸騰冷ｊ３Ｉ動作状態に
入ったときを示す側断面図、第４図は本発明の他の一実
施例を示す側面図、第５図は第４図のｎ − ｏ ６）
による上面図である。 １・・・・・・半導体素子、２・・・・・・蒸発器、３
・・・・・・沸騰ｉｌＴＪＶＩ５、４ ａ 、 ８ ａ
− − 、ｈ部ノ連ａ ｔ、４ｂ．８ｂ・・・・・・
下部の連通管、５・・・・・・絶縁継手、６・・・・・
・凝縮器、７α，７ｂ・・・・・・ヘッダー、９・・・
・・・凝縮管、１１・・・・・・もどり管、１３・・・
・・・液溜。 第１図 第３図
を示ず側断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線による上面
図、第３図は第１図の実施例が沸騰冷ｊ３Ｉ動作状態に
入ったときを示す側断面図、第４図は本発明の他の一実
施例を示す側面図、第５図は第４図のｎ − ｏ ６）
による上面図である。 １・・・・・・半導体素子、２・・・・・・蒸発器、３
・・・・・・沸騰ｉｌＴＪＶＩ５、４ ａ 、 ８ ａ
− − 、ｈ部ノ連ａ ｔ、４ｂ．８ｂ・・・・・・
下部の連通管、５・・・・・・絶縁継手、６・・・・・
・凝縮器、７α，７ｂ・・・・・・ヘッダー、９・・・
・・・凝縮管、１１・・・・・・もどり管、１３・・・
・・・液溜。 第１図 第３図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、 蒸発器と凝縮器及び冷媒液溜とを備えた定圧型沸
騰冷却装置において、上記蒸発器と凝縮器を横に並べて
配置し、それらの上部同志及び下部同志をそれぞれ第１
と第２の連通管により連通させたことを特徴とする定圧
型沸騰冷却装置。 ２、、 特ｉ！′ｒ請求の範囲第１項において、上記
冷媒液溜は、上記蒸発器又は上記凝縮器の上方に配置さ
れていることを特徴とする定圧型沸騰冷却装置。 ３、 特ｉｌ／ｆｉ！ｉ？求の範囲第１項又は第２項に
おいて、上記液溜と凝縮器の上部との間に、絞りと放熱
フィンを備えた脱気管を設けたことを特徴とする定圧型
沸１ｊ誉冷却装置。 ４、 特許請求の範囲第１項において、上記蒸発器が半
導体装置の発熱部に設けた吸熱部であり、この蒸発器の
上方に上記半導体装置に対する電気的付属品の少くとも
一部を設け、上記半導体装置を含メて全体をパッケージ
化したことを特徴とする定圧型沸騰冷却装置。 ５、 特許請求の範囲第４項において、上記蒸発器と凝
縮器の間に仕切板を設問たことを特徴とする定圧型沸騰
冷却装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57138395A JPS5929985A (ja) | 1982-08-11 | 1982-08-11 | 定圧型沸騰冷却装置 |
| US06/520,514 US4502286A (en) | 1982-08-11 | 1983-08-04 | Constant pressure type boiling cooling system |
| DE19833328732 DE3328732A1 (de) | 1982-08-11 | 1983-08-09 | Konstantdruck-siedekuehlsystem |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57138395A JPS5929985A (ja) | 1982-08-11 | 1982-08-11 | 定圧型沸騰冷却装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5929985A true JPS5929985A (ja) | 1984-02-17 |
| JPS6320020B2 JPS6320020B2 (ja) | 1988-04-26 |
Family
ID=15220939
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57138395A Granted JPS5929985A (ja) | 1982-08-11 | 1982-08-11 | 定圧型沸騰冷却装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4502286A (ja) |
| JP (1) | JPS5929985A (ja) |
| DE (1) | DE3328732A1 (ja) |
Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
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