(57)【要約】【課題】  冷凍サイクル内の冷媒封入量を適正に調整することにより小型で高性能の半導体素子の冷却装置を提供すること。【解決手段】  半導体素子６を冷却するための冷却板１と、コンデンサ２と、冷媒ポンプ３とを冷媒配管５により接続して冷媒循環式の冷媒サイクルを構成するとともに、コンデンサ２を冷却するファン４を設け、コンデンサ出口の過冷却度が０℃を超え７℃以下になるように冷媒封入量を調整した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を冷却するための冷却板と、コンデンサと、冷媒ポンプとを冷媒配管により接続して冷媒循環式の冷媒サイクルを構成するとともに、前記コンデンサを冷却するファンを備え、前記コンデンサ出口の過冷却度が０℃を超え７℃以下になるように冷媒封入量を調整したことを特徴とする半導体素子の冷却装置。
【請求項２】
前記コンデンサの冷媒出口から前記冷媒ポンプに至る前記冷媒配管に容器を設け、該容器への冷媒入口管を前記容器の上部に接続するとともに、前記容器からの冷媒出口管を前記容器の底部に接続したことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の冷却装置。
【請求項３】
前記冷媒ポンプに容積型のポンプ機構を用いたことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高発熱の半導体素子を冷媒を用いて効率よく冷却する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来の大型コンピュータの冷却装置を示しており、集積回路基板１０上に搭載された集積回路ユニット１１を冷却するためのものである。
【０００３】
図４に示されるように、冷却装置は、集積回路ユニット１１と熱的に接触する冷却ジャケット１２と、冷却ジャケット１２に冷媒を供給する冷媒ポンプ１３と、冷却ジャケット１２より出てきた冷媒を冷却するための熱交換器１４とを備えている。この冷却装置は、停電時や冷媒ポンプ１３の故障等の緊急時に、冷却ジャケット１２に冷媒を供給するためのベローズ容器１５を備えている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３１５４８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の冷却装置は、緊急時にはベローズ容器１５に充填された冷媒を冷却ジャケット１２に供給することで所定の目的を達成することはできるものの、最適冷媒量等については一切開示されていない。
【０００６】
また近年、半導体素子の発熱量の増加に伴い、小型で高性能の半導体素子の冷却装置が要望されている。
【０００７】
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、冷凍サイクル内の冷媒封入量を適正に調整することにより小型で高性能の半導体素子の冷却装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項１に記載の発明は、半導体素子を冷却するための冷却板と、コンデンサと、冷媒ポンプとを冷媒配管により接続して冷媒循環式の冷媒サイクルを構成するとともに、前記コンデンサを冷却するファンを備え、前記コンデンサ出口の過冷却度が０℃を超え７℃以下になるように冷媒封入量を調整したことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、前記コンデンサの冷媒出口から前記冷媒ポンプに至る前記冷媒配管に容器を設け、該容器への冷媒入口管を前記容器の上部に接続するとともに、前記容器からの冷媒出口管を前記容器の底部に接続したことを特徴とする。
【００１０】
さらに、請求項３に記載の発明は、前記冷媒ポンプに容積型のポンプ機構を用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
本発明にかかる半導体素子の冷却装置は、コンデンサ出口の過冷却度が０℃を超え７℃以下になるように冷媒封入量を調整したので、コンデンサにおける熱交換性能が向上し、小型で高性能の冷却装置を提供することができる。また、過冷却度が０℃を超えているので、蒸気冷媒が発生せず液冷媒が冷媒ポンプに供給されることになり、冷媒ポンプの性能を損なうことがない。また、後述するように、コンデンサ出口の過冷却度が７℃を超えると冷却性能が低下するが、本発明においては、冷媒封入量を調整することで冷却性能の低下を防止している。
【００１２】
また、冷媒配管に容器を設け、この容器への冷媒入口管を容器の上部に接続するとともに、容器からの冷媒出口管を容器の底部に接続したので、蒸気冷媒が多少発生したとしても容器の上部に溜まり、冷媒ポンプには容器の底部から液冷媒が供給されるので、ガスかみによる冷媒ポンプの流量低下を防止することができる。
【００１３】
さらに、冷媒ポンプに容積型のポンプ機構を用いたので、蒸気冷媒を多少吸入しても流量の低下がなく、信頼性の高い冷却装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる半導体素子の冷却装置の冷凍サイクル図を示している。
【００１５】
図１に示されるように、本実施の形態にかかる冷却装置は、高発熱体である半導体素子６を冷却するための冷却板１と、コンデンサ２と、冷媒ポンプ３とを備えており、冷却板１、コンデンサ２及び冷媒ポンプ３を冷媒配管５で接続して冷媒循環式の冷凍サイクルを構成している。また、冷媒ポンプ３のポンプ機構部はガスかみ運転に強い容積型ポンプを用いており、コンデンサ２は隣接配置されたファン４により冷却され、冷凍サイクル内には冷媒が封入されている。
【００１６】
上記構成において、コンデンサ２より出てきた液冷媒は、冷媒ポンプ３により冷却板１に送られて高発熱の半導体素子６の熱を奪い、冷却板１の中で液冷媒から蒸気冷媒に相変化を起こす。蒸気冷媒は、次にコンデンサ２に送られ、ファン４により冷却されることで蒸気冷媒から液冷媒に相変化を起こす。
【００１７】
ここで、コンデンサ２の出口温度は入口温度よりも０℃から７℃低い温度になるように、つまり過冷却度が０℃を超えて７℃以下になるように冷媒封入量を調整している。
【００１８】
図２は、本実施の形態にかかる冷却装置の冷却性能を示す熱抵抗値線図である。図２において横軸に過冷却度（℃）、縦軸に熱抵抗値（℃／Ｗ）を取っている。
【００１９】
図２に示されるように、冷媒量を減少させていくと過冷却度が低下し熱抵抗値も小さくなってくる。熱抵抗値は温度差（冷却板温度から周囲温度までの温度差）を半導体素子６の発熱量で割った値で、この数値が小さいほど冷却性能が良い。図２から、熱抵抗値が７℃以下で小さな数値（０．１５℃／Ｗ）に収束しているのが分かる。
【００２０】
以上のように、本実施の形態においては冷媒封入量の調整によりコンデンサ２出口の過冷却度を０℃を超えて７℃以下に確保しているため、熱抵抗値の低い性能の良い冷却を得ることができる。
【００２１】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２にかかる半導体素子の冷却装置の冷凍サイクル図を示している。
【００２２】
図３に示されるように、コンデンサ２の冷媒出口から冷媒ポンプ３に至る冷媒配管５に容器７が設置されており、容器７への冷媒入口管を容器７の上部に接続するとともに、容器７からの冷媒出口管を容器７の底部に接続している。したがって、容器７の中は上部から冷媒が入り、底部から液冷媒が出て行く構成になっている。
【００２３】
この構成によれば、コンデンサ２で過冷却度が取れなくなって蒸気冷媒が発生しても、容器７の上部に蒸気が溜まり、液冷媒は容器７の下部に溜まることになり、液冷媒だけが冷媒ポンプ３に送られる。したがって、冷媒ポンプ３において、ガスかみ運転に起因して流量低下が発生する可能性がなく、信頼性の高い冷凍サイクルを得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明にかかる半導体素子の冷却装置は、高発熱の半導体素子を効率良く冷却することができるので、半導体素子の発熱量の増大にも対応でき、ユニックス系サーバの半導体素子、パワー系デバイス素子等の冷却装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる半導体素子の冷却装置の冷凍サイクル図である。
【図２】図１の冷却装置の冷却性能を示す熱抵抗値線図である。
【図３】本発明の実施の形態２にかかる半導体素子の冷却装置の冷凍サイクル図である。
【図４】従来の冷却装置の冷凍サイクル図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  冷却板
２  コンデンサ
３  冷媒ポンプ
４  ファン
５  冷媒配管
６  半導体素子
７  容器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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