(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
密封容器内に収納される冷却媒体中に発熱体を保持し、平型半導体素子と冷却ブロックを交互に圧接配置した構造のスタックを浸漬してなる沸騰冷却装置において、上記冷却ブロックは、端子板の両面にそれぞれ冷却片を被着させて形成されると共に、上記端子板と接する側の上記冷却片の表面および上記端子板の両面に形成された溝を備え、上記端子板および上記冷却片に形成される上記溝は、一方向に伸びる部分を有し、上記冷却ブロック形成時に上記溝を互いに合致させ、一方向に伸びる貫通穴を構成することを特徴とする沸騰冷却装置。
【請求項２】
端子板または冷却片に形成される溝は、一方向に伸びる部分と、上記方向に直交するように伸びる部分によって構成される網目状に形成されることを特徴とする請求項１記載の沸騰冷却装置。
【請求項３】
端子板および冷却片に形成される溝は、一方向に伸びる部分と、上記方向に直交するように伸びる部分によって構成される網目状に形成され、冷却ブロック形成時に網目状の上記溝を合致させ、網目状の貫通穴を構成することを特徴とする請求項１記載の沸騰冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷却ブロックに形成する貫通穴の形状を変えることにより発熱体の熱交換の効率を向上させることができる沸騰冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９は例えば特開昭４９−５９４７０号公報に示された沸騰冷却装置を示す断面図である。この図において、符号１０１は金属製の密封容器、１０２は密封容器１０１内に配置された複数の平型半導体素子１０３および冷却ブロック１０４を複数個交互に圧接配置したスタック、１０５は密封容器１０１を貫通して配置されたスタック１０２に外部より電力を供給する一対の端子、１０６は密封容器１０１内に配置されたスタック１０２から発生する熱を吸収し沸騰する液体の冷却媒体、１０７は密封容器１０１の上部と接続され気相化された冷却媒体１０６を導出する気相管、１０８は気相管１０７と接続された気相ヘッダ、１０９は一端が密封容器１０１の−側と接続された液相管、１１０は気相管１０７と接続された液相ヘッダ、１１１はそれぞれの気相ヘッダ１０８および液相ヘッダ１１０間を接続した複数の冷却管である。なお、符号１１２は液状の冷却媒体１０６が熱交換によって相変化した気泡である。
【０００３】
次に、従来の沸騰冷却装置の動作について説明する。
冷却媒体１０６が充填された密封容器１０１内に配置されるスタック１０２の平型半導体素子１０３に通電がなされることによって発熱が生じる。発熱した熱は、平型半導体素子１０３の両端に配置された冷却ブロック１０４に伝わって、接触した冷却媒体１０６が冷却ブロック１０４内の貫通穴部において液相から気相への相変化をすることで冷却される。
【０００４】
相変化した冷却媒体１０４は気泡１１２となって、気相管１０７を通って気相ヘッダ１０８内に蒸気化して送られて充満し、各冷却管１１１を通過するときに凝縮液化される。凝縮液化された冷却媒体１０６は液相ヘッダ１１０から液相管１０９を経由して密封容器１０１内に戻される。
【０００５】
また、冷却ブロック１０４の詳細な構造は図１０および図１１に示すようになっている。図１０にその断面図を示すように、冷却ブロック１０４は端子板１１３の両面にそれぞれ冷却片１１４が被着された積層構造であり、また図１１にその平面図を示すように、冷却片１１４の端子板１１３と密着する側の面には一方向に溝が設けられている。この冷却ブロック１０４は端子板１１３の表面と、冷却片１１４に設けられた溝とによって冷却ブロック１０４の貫通穴１１５が構成されている。
【０００６】
従来の沸騰冷却装置は、以上のように、平型半導体素子１０３に通電することにより発生した熱を平型半導体素子１０３の両端に配置された冷却ブロック１０４の貫通穴１１５において接触した冷却媒体１０６の相変化により冷却する構造であったため、貫通穴１１５の大きさや個数を増大すれば熱交換効率を向上させることができるが、密封容器１０１内の限られた体積内では制限があるなどの問題点があった。
【０００７】
また、別の従来の技術に特開平２−１５２２６３号公報があり、この文献には沸騰冷却装置の密封容器の底と容器内のスタックとの間に絶縁シートなどを配置することで、容器内のスペースを有効に利用するという技術についての開示がなされている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、冷却ブロックの貫通穴の大きさや個数を増大させることによって小型軽量化を図るようにした沸騰冷却装置を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明による沸騰冷却装置は、密封容器内に収納される冷却媒体中に発熱体を保持し、平型半導体素子と冷却ブロックを交互に圧接配置した構造のスタックを浸漬してなる沸騰冷却装置において、上記冷却ブロックは、端子板の両面にそれぞれ冷却片を被着させて形成されると共に、上記端子板と接する側の上記冷却片の表面および上記端子板の両面に形成された溝を備え、上記端子板および上記冷却片に形成される上記溝は、一方向に伸びる部分を有し、上記冷却ブロック形成時に上記溝を互いに合致させ、一方向に伸びる貫通穴を構成するものである。
【００１０】
また、この発明による沸騰冷却装置は、上記のような構成に加え、端子板または冷却片に形成される溝は、一方向に伸びる部分と、上記方向に直交するように伸びる部分によって構成される網目状の溝とするものである。
【００１１】
さらに、この発明による沸騰冷却装置は、上記のような構成に加え、端子板および冷却片に形成される溝は、一方向に伸びる部分と、上記方向に直交するように伸びる部分よって構成される網目状に形成され、冷却ブロック形成時に網目状の上記溝を合致させ、網目状の貫通穴を構成するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１.
この発明の実施の形態１による沸騰冷却装置について図１および図２を用いて説明する。図１はこの発明による沸騰冷却装置の冷却ブロック４の断面構造を示す図である。この図において符号１４は冷却片、１６は端子板であり、一枚の端子板１６の両面にそれぞれ冷却片１４が被着されて冷却ブロック４が構成されている。また、１７は冷却片１４および端子板１６に設けられた溝からなる貫通穴を示すものである。また、図２は端子板１６の平面図を示すものであり、貫通穴１７を構成する溝が端子板１６の両面に所定間隔を隔てて複数本設けられることを示している。
【００１３】
従来の技術による貫通穴は冷却片側にのみ溝が設けられてなるものであり、端子板側には貫通穴を構成する溝などは形成されていなかったが、この発明による沸騰冷却装置では冷却ブロック４を構成する端子板１６の表面にも冷却片１４と同様に溝が設けられ、冷却片１４側に設けられた溝と合致させることで一つの貫通穴１７を形成している。
【００１４】
図１の冷却ブロック４の断面図において、冷却片１４側に設けられた貫通穴１７を構成する溝部の寸法が深さ２．５ｍｍ、幅５ｍｍであり、端子板１６側に設けられた貫通穴を構成する溝部の寸法が深さ２．５ｍｍ、幅５ｍｍである場合、貫通穴１７は５ｍｍ×５ｍｍの開口寸法とすることができ、同寸法の溝を冷却片側にしか設けない場合と比較すると２倍の大きさとできることが分かる。
【００１５】
従って、限られた密封容器内の広さであっても、端子板１６側にも溝を設け貫通穴１７の大きさを拡張することで、熱交換効率を向上させ、小型軽量化が可能な沸騰冷却装置を得ることができる。
【００１６】
参考例１．
先述の実施の形態１では冷却ブロック４には所定間隔を隔てて一方向に伸びるように配置された貫通穴１７が形成される例を示した。この参考例１においては、図３〜図５に示すように、実施の形態１において示した所定間隔を隔てて一方向に伸びる貫通穴１７に加え、さらに冷却片１８側に、貫通穴１７に直交する溝１９を形成する場合について説明する。
【００１７】
先述の実施の形態１の図１と同様の断面を見た場合は、図３に示すようにその断面構造は同様であるが、冷却片１８の奥行き方向に、端子板１６と接する部分には溝１９が配置されている。また、冷却ブロック１６の平面図を見た場合は、図４に示すように、貫通溝１７に直交するように溝１９が一方向に所定間隔を隔てて配置される状態となる。図５に図４におけるＺ−Ｚ断面図（溝１９の伸びる方向に対して垂直な断面を示す図）を示す。図５に示すように、溝１９は冷却片１８にのみに設けられ、貫通穴１７を構成する冷却片１８側に設けられる溝の深さが２．５ｍｍであり開口幅が５ｍｍである場合、この溝１９も同様の深さ、開口幅とすると、実施の形態１の場合と比較して熱交換に利用できる溝部の大きさを約１. ５倍に拡張することができる。
【００１８】
このように、冷却ブロック４に形成する貫通穴１７および溝部１９を上下左右方向に網目状に形成することによって、熱交換効率を向上させることができ、小型軽量化が可能な沸騰冷却装置を得ることができる。
【００１９】
実施の形態２．
上述の実施の形態１および参考例１においては、冷却ブロックの冷却片および端子板にそれぞれ溝を設け両者を合致させることで一つの貫通穴を構成するという例について示した。この実施の形態２では、図６に示すように、冷却片１４側には従来と同様に溝１４ａを形成し、その溝１４ａに直交するように端子板１６の表面に溝１６ａａを形成する場合について説明する。なお、端子板１６の上面側に形成する溝を符号１６ａ、下面側に形成する溝を符号１６ａａで示す。なお、この溝１６ａ、１６ａａは端子板１６の厚みに考慮し、例えば互いに重ならないように交互に配置するものとする。
【００２０】
図６に示すように、溝１６ａ、１６ａａを冷却片１４に設けた溝１４ａに直交させるように形成した場合においても、両者が交差する領域においては溝は一続きとなり、発生する気泡を逃がすという点においても問題はなく、十分な大きさの貫通穴を得ることが可能であるため、熱交換効率を向上させることが可能である。
【００２１】
実施の形態３．
また、図７に示すように、実施の形態１において示した貫通穴１７以外に、端子板１６側に、貫通穴１７に直交する溝１６ａおよび１６ａａを設け網目状の貫通穴とすることでも、参考例１の場合と同様に熱交換効率を向上させることが可能となる。
【００２２】
実施の形態４．
さらに、図８に示すように、参考例１において示した貫通穴１７および溝１９以外に、溝１９に沿うように、端子板１６側にも溝１６ａを形成し、端子板１６側の溝１６ａと冷却片１８側の溝１９とで貫通穴１７ａを構成するようにし、網目状の貫通穴とすれば、さらに熱交換効率を向上させることが可能となる。
【００２３】
【発明の効果】
この発明による沸騰冷却装置は、冷却ブロックを構成する端子板側にも貫通穴を構成する溝を設け、貫通穴をより大きな寸法としているため、従来の沸騰冷却装置よりも熱交換効率を向上させることが可能であり、沸騰冷却装置の小型化、軽量化を可能とするものである。
【００２４】
また、この発明による沸騰冷却装置は、冷却ブロックを構成する端子板側にも貫通穴を構成する溝を設けた上、さらに端子板側または冷却片側若しくは両方の面に溝を形成し、網目状の貫通穴としたため、より熱交換効率を向上させることが可能であり、沸騰冷却装置の小型化、軽量化を可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による沸騰冷却装置の冷却ブロックを示す断面図である。
【図２】 この発明の実施の形態１による端子板の平面図である。
【図３】 この発明の参考例１による沸騰冷却装置の冷却ブロックを示す断面図である。
【図４】 この発明の参考例１による冷却ブロックの平面図である。
【図５】 この発明の参考例１による冷却ブロックの断面図である。
【図６】 この発明の実施の形態２による冷却ブロックの断面図である。
【図７】 この発明の実施の形態３による冷却ブロックの断面図である。
【図８】 この発明の実施の形態４による冷却ブロックの断面図である。
【図９】 従来の技術による沸騰冷却装置を示す図である。
【図１０】 従来の技術による沸騰冷却装置の冷却ブロックを示す断面図である。
【図１１】 従来の技術による沸騰冷却装置の端子板の平面図である。
【符号の説明】
４. 冷却ブロック １４、１８. 冷却片 １６. 端子板
１７、１７ａ. 貫通穴  １４ａ、１６ａ、１６ａａ、１９. 溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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