WO1990009037A1 - Electrically insulated heat pipe-type semiconductor cooling device - Google Patents

Electrically insulated heat pipe-type semiconductor cooling device Download PDF

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Takashi Murase
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The Furukawa Electric Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention provides an electric insulation having a plurality of heat pipes in which different grooves for effectively acting as a wick and improving heat radiation characteristics and condensation characteristics are formed on each inner peripheral surface of a heating part and a heat radiation part.
  • Heat pipe type semiconductor cooler
  • an insulation type heat pipe has been used for cooling semiconductors such as thyristors, as disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 57-48082.
  • this heat pipe is made by connecting a first metal pipe la made of steel, aluminum, stainless steel net, etc., and a second metal pipe lb via an electric insulation tube 7 to form a front pipe.
  • an electrically insulated working fluid 8 such as fluorocarbon is filled to form an electrically insulated heat pipe 1.
  • This electrically insulated heat pipe is mainly used for cooling a semiconductor such as a thyristor, and the second metal pipe lb is usually inserted and fixed in a metal block 3 on which a semiconductor element 4 is mounted. I have.
  • the heat generated by the semiconductor element 4 is input to the second metal tube 1 b via the metal block 3 and is transferred to the first metal tube 1 a by the action of the heat pipe 1, and the first metal tube 1 a
  • the heat is naturally or forcibly cooled by the fin 2 provided in a and is dissipated.
  • Both the first metal tube 1a and the second metal tube lb have the same inner surface structure, and have no grooves provided, as shown in perspective views and sectional views in FIGS. 2 and 2A, respectively.
  • a metal tube with a straight rectangular groove S in the axial direction is used.
  • the same pipe inner surface structure, for example, a rectangular groove, is used for both boiling and condensation in the heat pipe.
  • An electric insulation type heat pipe type semiconductor cooler includes a plurality of first metal tubes extending in parallel with each other and having an open end and a closed end.
  • a plurality of second metal tubes extending parallel to each other and having an open end and a closed end;
  • An electric insulation cylinder for connecting the first and second metal tubes so that they can communicate with each other between the open end of the first metal tube and the open end of the second metal tube;
  • the first groove formed on the inner peripheral surface of the first metal tube is formed to be inclined to one side with respect to the longitudinal axis of the heat pipe, and is formed on the inner peripheral surface of the second metal tube.
  • the second groove and the third groove are formed so as to cross each other.
  • FIG. 1 is a cutaway side view showing a part of a conventional semiconductor cooler provided with a heat pipe
  • FIG. 2 is a partial sectional perspective view of the heat pipe of FIG. 1
  • FIG. Fig. 1 is a cross-sectional view of the heat pipe taken along the line A-A 'and BB' of the heat pipe
  • Fig. 3 is a cross-sectional view showing one of the heat pipes.
  • FIG. 4 is a front view of the cooler of FIG. 3
  • FIG. 5 is a top view of the cooler of FIG. 3
  • FIG. 6 is provided in an electrically insulated heat pipe type semiconductor cooler of the present invention.
  • 7 and 8 are partial cross-sectional perspective views of the first and second metal pipes shown in FIG. 6, respectively.
  • FIGS. 1 is a cutaway side view showing a part of a conventional semiconductor cooler provided with a heat pipe
  • FIG. 2 is a partial sectional perspective view of the heat pipe of FIG. 1
  • FIG. Fig. 1 is a cross-sectional
  • FIG. 10A to 10C are graphs showing the cooling efficiency of the heat pipe and the heat pipe provided in the present invention and showing a comparison thereof.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a modified example of different grooves L, M, and N along the line D ′.
  • FIGS. 3 to 8 show an embodiment thereof in more detail, an embodiment thereof will be described with reference to FIGS. 3 to 8 attached thereto.
  • the same parts as those of the prior art in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified.
  • FIG. 3 and FIG. 4 show an electrically insulated heat pipe type semiconductor cooler 21 of this embodiment in which four heat pipes 1 are used, for example.
  • the electrically insulated heat pipe type semiconductor cooler 21 has a copper metal block 3 to which a semiconductor 4 can be attached.
  • the block 3 has four heat pipes 1 of the same shape and the same quality projecting in parallel with each other. In the middle of these heat pipes 1, electric insulation cylinders for electric insulation are respectively arranged, and a plurality of heat radiation fins 2 are attached to the heat radiation part.
  • the heat pipe 1 has a first metal tube 1 a having an open end and a closed end, a second metal tube 1 b having an open end and a closed end, and an electric leakage to the first metal tube 1 a. And an alumina electrically insulating cylinder 7 for preventing the occurrence of air.
  • the first metal tube 1a has a cylindrical shape with an outer diameter of 22 or 23 mm, and the closed end is squeezed into a hemispherical or conical shape by spinning, and the tip is further processed by spinning.
  • a nozzle 6 having pores is provided. As shown in FIG. 7, the inner peripheral surface of the first metal pipe 1a has a mountain height.
  • the second metal tube lb has a cylindrical shape having the same diameter as the first metal tube 1a, and the closed end is hemispherical or conical by spinning. It is narrowed down to.
  • the first metal pipe 1a and the second metal pipe 1b thus processed are provided with a sealing material (not shown) made of an Fe-Ni (42 vt%) alloy in the middle.
  • the electrically insulated heat pipe 1 is connected by connecting the open end of the first metal tube 1a and the open end of the second metal tube 1b with the electrically insulated tube 7. (See Fig. 6).
  • the sealing material is previously provided in the electric insulating cylinder 7, and the sealing material, the electric insulating cylinder 7, and the first and second metal tubes 1a, lb are connected to each other by high frequency induction heating or the like.
  • the closed side of the second metal tube 1b is formed on one end surface of the aluminum metal block 3 (length 130 ram, width 130 ⁇ thickness 30). Insert into the four blind holes (not shown) and join them with brazing material (not shown) to make the heat input section 12.
  • an electrically insulating hydraulic fluid 8 such as fluorocarbon is injected from the nozzle 6 of the heat pipe 1 and then the metal block 3 is heated to 50 or more by a heater (not shown). Then, the working fluid 8 is boiled to boil, and the inside of the heat pipe 1 is evacuated. Thereafter, the nozzle 6 at the tip is caulked with a crimping jig, and the upper end is welded and closed.
  • the nozzle 6 is not limited to the end of the heat pipe 1 on the side of the heat radiating section 11, but may be provided at the end of the heat input section 12.
  • a staggered vibration damping member (not shown) is provided near the electric insulating cylinder 7 of the first metal tube 1a to connect the first and second metal tubes 1a, lb. It is preferable to prevent the breakage.
  • a vibrating bite member may be formed by bending a part of the first metal tube 1a, or may be formed by bending an elastic member formed by bending the first metal tube 1a. It may be formed by attaching to a.
  • heat generated by the semiconductor 4 such as a thyristor attached to the metal block 3 is transferred to the metal block 3 constituting the heat input section 12 and then to the second metal pipe 1b. It is transmitted.
  • a plurality of second and third grooves M and N are respectively provided in opposite directions to the longitudinal axis. Since the second metal tube 1b is formed by being inclined and interleaved, the surface area of the inner surface of the second metal tube 1b further increases compared to the conventional one, and the cavity formed around the intersection of the grooves M and N with each other. Evaporation and boiling characteristics are enhanced by promoting the generation of bubble nuclei, and heat inside the heat input section 1 2 Communication is improved.
  • the evaporated vapor rises in the direction of the first metal tube 1a and reaches the heat radiating portion 11.
  • a plurality of first grooves L are formed on the inner surface of the first metal tube 1a at an angle of 5 ° in one direction with respect to the longitudinal axis.
  • the surface area of the inner surface of the pipe 1a is further increased as compared with the conventional one, and the heat radiation characteristic is improved by promoting the condensation heat transfer of the working fluid 8 in the groove L.
  • the latent heat released by the condensation is radiated to the air from the plurality of fins 2 attached to the outer wall of the first metal tube 1a in the radiator 11 and the vapor that has released the heat is released to the radiator.
  • the reason why the first groove L is in a unidirectional state is to quickly return the liquid condensed in the inner groove, and to prevent the condensate from returning in the intersecting groove. It is not appropriate to provide an intersecting groove such as a boiling part.
  • the electric insulating tube 7 is provided between the first and second metal tubes 1a and 1b, only the heat is transmitted to the upper heat radiating portion 11 and the heat is electrically insulated. There is no danger.
  • an electrically insulating liquid such as fluorocarbon is used for the hydraulic fluid 8
  • safety is secured in this respect as well.
  • the closed end of the first metal tube la and the closed end of the second metal tube lb are formed by being squeezed into a hemispherical or conical shape, the groove is formed.
  • the heat pipe extends to the end, which increases the effective area compared to a flat end and increases the heat efficiency of the heat pipe.
  • FIGS. 7 and 8 the above-described cooler 21 of the present embodiment (using the inner group pipe of FIGS. 7 and 8) and the inner surfaces of the first metal pipe 1a and the second metal pipe 1b of the related art are used.
  • Figure 9 shows a comparison of the cooling performance with a heat pipe cooler using a pipe with a rectangular groove (using the inner group pipe in Figs. 2 and 2A).
  • thermal resistance Rb-a is given by the following equation.
  • Tb Temperature of metal block surface for thyristor mounting [. C] T a ; ambient temperature [in]
  • the cooler according to the present invention has a total heat dissipation of about 25% compared to the conventional cooler and about 15% at 1000W. A decrease in resistance (improvement in cooling performance) was confirmed.
  • the curve of the embodiment is (curve a) Thermal resistance R b — a [CZW] is lower than that of the conventional one (curve b), and heat dissipation performance is clearly improved (especially at low heat of 500 W or less and low power loss). It was found that the thermal resistance decreased in
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and the groove shape on the inner surface of the heat pipe may be, for example, as shown in FIG. 1OA to FIG.
  • the cross sections of the plurality of first, second, and third grooves L, M, and N formed on the inner peripheral surface of the pipes 1 a and lb may be square, partially circular, and trapezoidal, respectively.
  • the first and second metal tubes 1 a and 1 b have the same diameter.
  • the second metal tube 1 b serving as the heat input section 12 is replaced with the first metal tube.
  • Boiling characteristics can be improved by making the diameter larger than 1 a.
  • the first and second metal pipes are not limited to round shapes, and may have different shapes such as ellipses and squares. In the cooler of the present embodiment, even if the semiconductor 4 such as a thyristor is directly attached to the surface of the metal block 3, the semiconductor 4 is electrically insulated by the electric insulating cylinder 7 in the middle of the heat pipe 1.
  • the insulated heat pipe type semiconductor cooler may be arranged in a vertical position or a horizontal position. In the case of the horizontal position, a plurality of grooves are formed in the heat pipe 1 and these are used as wicks. It works effectively to promote the reflux of the working fluid 8 and improve the boiling characteristics and coagulation characteristics.
  • the electrically insulated heat pipe type semiconductor cooler As described above, in the electrically insulated heat pipe type semiconductor cooler according to the present invention, as described above, a heat pipe whose pipe inner surface shape is improved individually for both the heat input section and the heat radiating section as compared with the related art is used. ing. As a result, the cooling efficiency is promoted by greatly improving the boiling and condensation characteristics, which is useful for cooling power semiconductors such as thyristors. In particular, high boiling characteristics and condensation characteristics can be exhibited even at low heat input.

Description

明 細 書
電気絶縁型ヒー トパイプ式半導体冷却器
技術分野
この発明は、 ウィ ッ クとして有効に作用して放熱特性及び 凝縮特性をそれぞれ高くする異なる条溝を、 加熱部及び放熱 部の各内周面に形成した複数本のヒー 卜パイプを有する電気 絶縁型ヒー トパイプ式半導体冷却器に関する。 背景技術
従来、 サイ リス夕等の半導体の冷却用と しては、 実開昭 5 7 - 4 0 8 8 2号に開示されているごと く 、 絶縁型ヒー トパ イブが用いられている。 このヒー トパイプは、 第 1図に示す ように、 鋦、 アルミ ニウム、 ステンレス網等からなる第 1 の 金属管 l a と第 2の金属管 l bとを電気絶緣筒 7を介して接 合し、 フロン又はフルォロカーボン等の電気絶縁性の作動液 8を封入して電気絶縁型ヒー 卜パイプ 1 と したものである。
この電気絶縁型ヒー トパイプは主と してサイ リ スタ等の半 導体の冷却用として使用されており、 第 2の金属管 l bは、 通常半導体素子 4を装着した金属プロック 3に挿入固着され ている。 半導体素子 4の発生熱は金属ブロック 3を介して第 2の金属管 1 bに入熱されヒ一トパイプ 1の作用により第 1 の金属管 1 aに熱輪送され、 第 1の金属管 1 aに設けられた フィ ン 2により、 自然又は強制冷却して、 放散されるもので しかし、 上記の従来の電気絶縁型ヒー トパイプ 1 は、 通常 第 1の金属管 1 a、 第 2の金属管 l bとも同一の内面構造で、 条溝が何ら施されていない金属管又は第 2図及び第 2 A図に それぞれ斜視図及び断面図として示すような軸方向に直線状 の矩形条溝 Sが施された金属管が用いられている。 そして、 この同一の管の内面構造、 例えば、 矩形条溝でヒー トパイプ 内の沸騰及び凝縮を兼用させている。
このため、 ヒー トパイプの内面における作動液 8の沸騰 (蒸発） 及び凝縮が各々充分に発揮されず、 特に、 低熱入力 時に熱抵抗が大きく 、 冷却性能が低いという問題があつた。 そこで、 所望の冷却を果たすためには装置を大型化しなけれ ばならない。
本発明はこのような従来の冷却器の欠点のない、 冷却効率 の優れた、 しかもコンパク トなヒー トパイプを備えた電気絶 緣型ヒ一 トパイプ式半導体冷却器を提供することを目的とし Tいる。 発明の開示
本発明の電気絶緣型ヒー トパイプ式半導体冷却器は、 互い に平行に延び、 開口端と閉塞端とを有する複数の第 1の金属 管と、
互いに平行に延び、 開口端と閉塞端とを有する複数の第 2 の金属管と、
各々が前記第 1の金属管の開口端と第 2の金属管の開口端 との間に、 第 1及び第 2の金属管を連通可能なように接続さ せる電気絶緣筒と、 前記第 2の金属管の閉塞端が接続され、 半導体が取着され る熱伝導性プロックと、
前記第 1の金属管に装着された放熱用のフィ ンと、
前記ヒー トパイプ内に密封された電気絶縁性の作動液と、 を具備し、
前記第 1の金属管の内周面に施された第 1の条溝は、 ヒー トパイプの長手軸に対して一方に傾斜して形成され、 前記第 2の金属管の内周面に施された第 2の条溝と第 3の条溝とは, 互いに交錯して形成されていることを特徴とする。 図面の簡単な説明
第 1図は、 従来のヒー トパイプを備えた半導体冷却器の一 部を切欠して示す側面図、 第 2図は、 第 1図のヒー 卜パイプ の部分断面斜視図、 第 2 A図は、 第 1図のヒー トパイプの A — A ' 、 B - B ' 線に沿って断面し、 その一方を代表的に示 す横断面図、 第 3図は、 電気絶縁型ヒー 卜パイプ式半導体冷 却器の斜視図、 第 4図は、 第 3図の冷却器の正面図、 第 5図 は、 同上面図、 第 6図は、 本発明の電気絶縁型ヒー トパイプ 式半導体冷却器に備えられたヒー トパイプの一部を切欠して 示す側面図、 第 7図及び第 8図は、 それぞれ第 6図で示した 第 1及び第 2の金属管の部分断面斜視図、 第 9図は、 従来の ヒー トパイプと、 本発明に備えられたヒー トパイプとの冷却 効率をグラフ化してその比較を示した図、 第 1 0 A図ないし 第 1 0 C図は、 第 6図に示す本発明の電気絶縁型ヒー トパイ プ式半導体冷却器に備えられたヒー 卜パイプの C一 C ' 、 D — D ' 線に沿ったそれぞれ異なる条溝 L、 M、 Nの変形例を 示す横断面図である。 発明を実施するための最良の形態
本発明をより詳細に説述するために、 その実施例を添付の 第 3図ないし第 8図に従って説明する。 なお、 本実施例を説 明するに当たって、 第 1図の従来技術と同一の部分について は、 同一符号を付してその説明を省略若しく は簡略する。 第 3図及び第 4図は、 ヒー トパイプ 1を、 例えば 4本傭え た本実施例の電気絶縁型ヒー トパイプ式半導体冷却器 2 1を 示す。
この電気絶縁型ヒー トパイプ式半導体冷却器 2 1は、 半導 体 4が取付け可能な銅製の金属ブロック 3を有する。 このブ ロック 3には同形同質の 4本のヒー トパイプ 1が互いに平行 に突設されている。 これらヒー トパイプ 1の中間にはそれぞ れ電気絶縁用の電気絶緣筒 Ίが配置され、 放熱部には複数の 放熱用フィ ン 2が揷着されている。
前記ヒー トパイプ 1は、 開口端と閉塞端とを有する第 1の 金属管 1 aと、 開口端と閉塞端とを有する第 2の金属管 1 b と、 第 1の金属管 1 aへの漏電を阻止するアルミナ製の電気 絶縁筒 7とからなる。 第 1の金属管 1 aは、 外径 2 2、 2 3 mmの円筒体形状を有し、 前記閉塞端はスピニング加工により 半球状若しく は円錐状に絞られ、 その先端は更にスピニング 加工により細孔を有するノズル 6が設けられている。 第 7図 に示すように、 この第 1の金属管 1 aの内周面には、 山の高 さ 〇 . 3 、 ピッチ 0. 6 mm、 長手車由に対して一方向に角度 α = 5 ° に傾斜した断面 V字状の第 1の条溝 Lが複数本形成 されている。 一方、 第 8図に示すように、 第 2の金属管 l b は、 第 1の金属管 1 a と同径の円筒体形状を有し、 前記閉塞 端はスピニング加工により半球状若しく は円錐状に絞られて いる。 この第 2の金属管 1 bの内周面には、 山の高さ 0. 3 inm、 ピッチ 0. 6 fflD]、 長手軸に対して互いに逆方向に角度 = 2 0。 、 7 = 2 0 で交錯し、 それぞれ断面 V字状の第 2 の条溝 M、 第 3の条溝 Nが複数本形成されている。
このように加工された第 1の金属管 1 a と第 2の金属管 1 b とは、 中間に F e - N i (4 2 vt%) 合金製の封着材 （図 示せず） を具備したアルミ ナ製の電気絶縁筒 7を組込み、 第 1の金属管 1 aの開口端と第 2の金属管 1 bの開口端とを電 気絶縁筒 7により接続して電気絶縁型ヒー トパイプ 1 とする (第 6図参照） 。 この実施例では、 あらかじめ前記封着材が 電気絶縁筒 7に具備されており、 高周波誘導加熱等により封 着材と電気絶縁筒 7と第 1及び第 2の金属管 1 a、 l bが接 枕 れ
次に、 第 2の金属管 1 bの閉塞側、 1 2 Omraの長さ、 を、 アルミニウム製の金属ブロッ ク 3 (縦 1 3 0ram, 横 1 3 0 ιηπκ 厚さ 30 ） の一端面に形成された 4個のブライ ン ド孔 （図 示しない） に挿入し、 钦ロウ材 （図示しない） で接合して入 熱部 1 2を作る。 次に、 ヒー トパイプ 1のノズル 6からフル ォロカ一ボンのような電気絶縁性の作動液 8を注入し、 しか る後、 金属プロッ ク 3を図示しないヒータにより 5 0で以上 に加熱して作動液 8を沸騰せしめヒー トパイプ 1の内部を脱 気し、 その後、 その先端のノズル 6を圧着治具によりかしめ て、 その上端部を溶接して閉塞させる。
なお、 ノズル 6は、 ヒー トパイプ 1の放熱部 1 1側の先端 部に限定されることはなく、 入熱部 1 2側の先端部に設けて もよい。
最後に、 1 0 0枚のアルミニウム製フィ ン 2 ( 4 S mm x 2 0 O ram、 厚さ 0 , 5 mm) をピッチ 2 . 5 にて第 1の金属管 1 a部 （ 2 5 0 ） に揷着して放熱部 1 1を作る。
このようなものにおいては、 第 1の金属管 1 aの電気絶緣 筒 7付近にじゃばら状の振動緩衝部材 （図示しない） を設け て、 第 1及び第 2の金属管 1 a、 l bの接続部の破損を防止 することが好ま しい。 このような振動緩銜部材は、 第 1の金 属管 1 aの一部を折曲げて形成してもよいし、 また、 折曲さ れて形成された弾性部材を第 1の金属管 1 aに取着すること により形成してもよい。
このようなものにおいては、 金属ブロック 3に取付けられ たサイ リスタ等の半導体 4で発生した熱は、 入熱部 1 2を構 成する金属プロッ ク 3、 続いて第 2の金属管 1 bに伝達され る。 第 2の金属管 1 b内面には、 それぞれ複数の第 2及び第 3の条溝 M、 Nが長手軸に対して互いに逆方向に 2 0。 傾斜 し、 交錯して形成されているため、 第 2の金属管 1 b内面の 表面積が従来のものより更に増大すると共に、 互いの条溝 M、 Nの交錯部周辺に形成される空洞部での気泡核の発生促進に より、 蒸発 · 沸騰特性が大きく なり、 入熱部 1 2内面での熱 伝達が向上する。
蒸発した蒸気ば第 1の金属管 1 a方向に上昇して放熱部 1 1 に至る。 この放熱部 1 1ではその第 1 の金属管 1 a内面に は、 複数の第 1の条溝 Lが長手軸に対して一方向に 5 ° 傾斜 して形成されているため、 第 1の金属管 1 a内面の表面積が 従来のものより更に増大し、 且つ、 条溝 Lでの作動液 8の凝 縮熱伝達の促進により放熱特性が向上する。
凝縮により放出された潜熱は、 放熱部 1 1 において第 1の 金属管 1 aの外壁に揷着された複数のフィ ン 2から空中へ放 熱され、 一方、 熱を放出した前記蒸気は放熱部 1 1の内周面 に形成された第 1の条溝 Lにて効率よく凝縮され液化し、 条 溝 Lに沿って角度 α = 5。 にて管内面を迴周しながら内面を 濡ら して重力方向に落下し、 第 2の金属管 1 bの入熱部 1 2 ίこ民る o
なお、 第 1の条溝 Lを一方向状態と しているのは、 内面の 条溝で凝縮した液をすみやかに還流させるためであり、 交錯 溝では、 凝縮液の還^の妨げになるため、 沸騰部のような交 錯溝を施すことは不適当である。
この際、 電気絶縁筒 7が第 1及び第 2の金属管 1 a、 1 b 間に設けられているので上方の放熱部 1 1 には熱だけが伝達 され電気的に絶縁されているので感電の危険はない。 また、 作動液 8にはフルォロカーボン等の電気絶縁性液体を使用し ているのでこの点においても安全性が確保されている。 更に、 第 1 の金属管 l aの閉塞端、 第 2の金属管 l bの閉塞端を、 それぞれ半球状又は円錐状に絞って形成してあるので条溝が 端部まで及ぶことになり、 端部が平板のものより有効面積が 増大してヒー トパイプとしての熱効率が高まる。
次に、 上述した本実施例の冷却器 2 1 (第 7図、 第 8図の 内面グループ管を使用） と、 従来の第 1の金属管 1 a及び第 2の金属管 1 bの内面にいずれも矩形条溝を施した管を用い たヒー トパイプ冷却器 （第 2図、 第 2 A図の内面グループ管 を使用） との冷却性能を比較したものを第 9図に示す。
この性能試験では、 2台の冷却器を 1組にして、 ポス ト径 7 5 の平型サイ リスタ 4を冷却器の金属プロック 3間に挟 圧固定し、 垂直状態にして前面風速 3 m/s にて風冷しながら サイ リス夕 4を作動させパワーロス 2 0 0〜 2 0 0 0 Wを印 加し放熱性能 （熱抵抗) を調べた。 この図の横軸にはサイ リ スタからの発熱量 （ トータルパワーロス） P [W] 、 縦軸に は冷却器 2台 1組での トータル熱抵抗 Rb- a を示している。
こで熱抵抗 Rb- a は次式で示される。
R b一 a = (T b - T a ) Z P
R b-a ； 金属ブロック面〜空気間熱抵抗 [°CZW]
Tb ； サイ リスタ取付用金属プロック面温度 [。C] T a ；環境温度 [で]
P ； サイ リスタカ、らのパワーロス [W]
第 9図より、 サイ リス夕 4からのパワーロス 500 Wのと き、 本発明による冷却器は従来の冷却器に比べて約 2 5 %、 1 0 0 0Wのときで約 1 5 %の トータル熱抵抗の低下 （冷却 性能向上） が確認された。
第 9図からもわかるように、 本実施例のものは （曲線 a ) 従来のもの （曲線 b ) に比べて、 熱抵抗 R b— a [ CZW] が 低下し、 明らかに放熱性能が向上することが分かった （特に、 5 0 0 W以下の低熱時、 低パワーロス時において熱抵抗が低 下することが判明した） 。
なお、 本発明は上記実施例に限定されることはなく 、 ヒー トパイプ管内面の条溝形状は、 例えば、 第 1 O A図から第 1 0 C図で示すように、 第 1及び第 2の金属管 1 a、 l bの内 周面に形成された、 それぞれ複数の第 1、 第 2、 第 3の条溝 L、 M、 Nの断面が 4角形、 部分円状、 台形状と してもよい が、 これら条溝は長手軸に対して一定の範囲の角度で傾斜し ているもである。 その傾斜は、 第 1の金属管 1 a内面の第 1 の条溝 Lについては、 な = 2〜 1 0。 の範囲で好適な凝縮特 性が得られ、 また、 第 2の金属管 l b内面の第 2及び第 3の 条溝 M、 Nについては、 それぞれの傾斜は、 = 2〜4 5 ° 、 7 = 2〜4 5。 （交叉角 0 = 4〜 9 0。 ） の範囲で好適な沸 騰特性が得られる。 また、 上述の第 1及び第 2の金属管 1 a， ' 1 bは、 それぞれ同一の径を有するが、 例えば、 入熱部 1 2 となる第 2の金属管 1 bを第 1の金属管 1 aより太径にして 沸騰特性を向上させることもできる。 さらに、 第 1及び第 2 の金属管は、 丸形に限られず、 楕円、 四角形等の異形状と し てもよい。 そして本実施例の冷却器では、 金属プロッ ク 3の 面にサイ リスタ等の半導体 4を直接取付けてもヒー トパイプ 1の中間で電気絶縁筒 7により電気的に絶縁されているため、 半導体 4の電位が放熱部 1 1 に伝わることなく熱だけが伝達 されるため感電などの危険も防止できる。 このような、 電気 絶緣型ヒー トパイプ式半導体冷却器は縱位置でも横位置に配 置してもよく、 横位置の場合でもヒー トパイプ 1内には複数 の条溝が形成されているので、 これらがウィ ックとして有効 に作用し、 作動液 8の還流を促進させ沸騰特性及び凝銪特性 を向上させる。
上述の結果として、 冷却効率が向上し且つ機器の小型化が 達成される。 産業上の利用可能性
上述のように、 本発明に係る電気絶縁型ヒー トパイプ式半 導体冷却器には、 上述のように従来に比べ管内面形状が入熱 部、 放熱部とも、 個々に改善したヒー トパイプが用いられて いる。 これにより沸騰及び凝縮特性が大幅に向上することに よつて冷却効率が促進されるため、 サイ リスタ等の電力半導 体の冷却に有用である。 特に、 低熱入力時においても高い沸 騰特性及び凝縮特性を発揮させることができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 互いに平行に延び、 開口端と閉塞端とを有する複数 の第 1 の金属管と、
互いに平行に延び、 開口端と閉塞端とを有する複数の第 2 の金属管と、
各々が前記第 1の金属管の開口端と第 2の金属管の開口端 との間に、 第 1及び第 2の金属管を連通可能なように接続さ せる電気絶縁筒と、
前記第 2の金属管に接続され、 半導体が取着される熱伝導 性ブロ ッ クと、
前記第 1の金属管に装着された放熱用のフィ ンと、 前記ヒー トパイプ内に密封された電気絶縁性の作動液と、 を具備する、 電気絶縁型ヒー トパイプ式半導体冷却器におい て、
前記第 1の金属管の内周面は、 ヒー トパイプの長手軸に対 して一方に傾斜して第 1の条溝が形成され、 前記第 2の金属 管の内周面は互いに交錯して第 2の条溝と第 3の条溝とが形 成されていることを特徴とする電気絶縁型ヒー トパイプ式半 導体冷却器。
2 . 前記第 1の条溝は、 長手軸に対して 2。 ないし 1 0 ° の範囲で傾斜することを特徴とする請求の範囲第 1項記載 の電気絶縁型ヒー トパイプ式半導体冷却器。
3 . 前記第 2の条溝及び第 3の条溝は、 互いに 4。 ない し 9 0 ° で交錯することを特徴とする請求の範囲第 1項若し く は第 2項記載の電気絶縁型ヒー トパイプ式半導体冷却器。
4 . 前記第 2の条溝は、 ヒー トパイプの長手軸に対して 2 ° ないし 4 5 ° の範囲で交錯し、 第 3の条溝は、 ヒー トパ イブの長手軸に対して互いに 2。 ないし 4 5 ° の範囲で交錯 することを特徵とする請求の範囲第 3項に記載の電気絶緣型 ヒー トパイプ式半導体冷却器。
5 . 前記第 1、 第 2及び第 3の条溝の少なく とも 1つは、 断面 V字状であることを特徵とする請求の範囲第 1項記載の 電気絶縁型ヒー トパイプ式半導体冷却器。
6 . 前記第 1、 第 2及び第 3の条溝の少なく とも 1つは、 断面 4角形であることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の 電気絶緣型ヒートパイプ式半導体冷却器。
7 . 前記第 1、 第 2及び第 3の条溝の少なく とも 1つは、 断面部分円状であることを特徵とする請求の範囲第 1項記載 の電気絶縁型ヒー トパイプ式半導体冷却器。
8 . 前記第 1、 第 2及び第 3の条溝の少なく とも 1つは、 断面台形状であることを特徵とする請求の範囲第 1項記載の 電気絶縁型ヒートパイプ式半導体冷却器。
9 . 前記第 1の金属管の閉塞端は、 断面円形状の狡り部 を有し、 この絞り部は先端に形成されたノズルを有すること を特徴とする請求の範囲第 1項記載の電気絶緣型ヒー トパイ プ式半導体冷却器。
1 0 . 前記第 2の金属管の閉塞端は、 断面円形状の絞り 部を有し、 この絞り部は先端に形成されたノズルを有するこ とを特徴とする請求の範囲第 1項記載の電気絶縁型ヒー トパ ィプ式半導体冷却器。
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