(57)【要約】【課題】簡素な構成で冷却水による冷却能力を増大させる。【解決手段】半導体素子１０を基板１１上に載置し、内壁面に樹脂コーティングを施した熱交換部３０を基板１１の裏面に設けて、冷却水タンク６からの冷却水をプランジャポンプ２から熱交換部３０へ循環させ、半導体素子１０を冷却する。温度センサ１３で検出した半導体素子１０の温度に応じて流量制御弁８で制御した量の空気をプランジャポンプ２に供給し、当該ポンプ内で加圧して冷却水に空気を溶解させて、冷却水の気体溶存量を温度が高いときは増大させる。これにより熱交換部３０における樹脂コーティングを施した壁面近傍にナノスケールの微小な気泡を発生させるから、壁面と冷却水との摩擦による圧力損失を減少し、冷却水が運ぶ熱量も大きくなって、冷却能力が増大する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体に付設された熱交換部と、該熱交換部に冷却液体を循環させる循環手段とを備えて、前記発熱体を冷却する冷却装置において、
前記発熱体の温度に応じて前記冷却液体中の気体溶存量を増減させる気体溶存量制御手段を有し、
前記熱交換部における流路が前記冷却液体に対して撥液性の壁面を有することを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記気体溶存量制御手段は、前記発熱体の温度を検出する温度センサを有し、前記冷却液体と前記発熱体の温度に応じた量の気体とを混在させた状態で加圧して、前記冷却液体に前記気体を溶解させることにより前記冷却液体中の気体溶存量を増減させるものであることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】
前記循環手段が、前記冷却液体を貯留する冷却液体タンクと、該冷却液体タンクからの冷却液体を前記熱交換部へ圧送するポンプを有し、
前記気体溶存量制御手段は、前記発熱体の温度に応じて流量を制御する流量制御弁を介して前記気体を前記ポンプへ供給し、当該ポンプ内において前記冷却液体と気体の加圧を行うことを特徴とする請求項２記載の冷却装置。
【請求項４】
前記冷却液体が水であり、前記気体が空気であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記冷却液体は、その一部が反応により蒸気圧の低い液体または気体を生成するものであり、
前記気体溶存量制御手段は、前記熱交換部または熱交換部より上流の流路に配置され前記冷却液体における蒸気圧の低い液体または気体への反応を促進する触媒を有して、前記発熱体の温度に応じて反応量を変化させることにより冷却液体中の気体溶存量を増減させることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
【請求項６】
前記冷却液体が、主液体と、反応により蒸気圧の低い液体または気体を生成する副液体を含み、
前記触媒は、前記副液体の反応を促進して前記蒸気圧の低い液体または気体を生成させることを特徴とする請求項５記載の冷却装置。
【請求項７】
前記触媒は、前記発熱体からの伝熱領域に配置され、温度に応じた活性化により前記冷却液体における蒸気圧の低い液体または気体への反応量を変化させることを特徴とする請求項５または６記載の冷却装置。
【請求項８】
前記気体溶存量制御手段は、前記発熱体の温度を検出する温度センサを有して、前記副液体の量を前記温度センサで検出された発熱体の温度に応じて制御することにより前記冷却液体における蒸気圧の低い液体または気体への反応量を変化させることを特徴とする請求項６または７記載の冷却装置。
【請求項９】
前記循環手段が、前記冷却液体を貯留する冷却液体タンクと、該冷却液体タンクからの冷却液体を前記熱交換部へ圧送するポンプを有し、
さらに前記ポンプには流量制御弁を介して前記副液体を貯留する副液体タンクが接続され、
前記気体溶存量制御手段は、前記温度センサで検出された発熱体の温度に応じて前記流量制御弁により流量を制御した副液体を前記副液体タンクから前記ポンプへ供給することを特徴とする請求項８記載の冷却装置。
【請求項１０】
前記循環手段は前記熱交換部を通過した冷却液体を前記冷却液体タンクへ戻すよう構成され、
前記冷却液体タンクの冷却液体における前記副液体の濃度を検出する濃度センサを有して、
前記流量制御弁により前記ポンプへ供給する副液体の流量を、前記温度センサで検出された発熱体の温度に加えて、前記濃度センサで検出された副液体の濃度に応じて制御することを特徴とする請求項９記載の冷却装置。
【請求項１１】
前記主液体が水であり、前記副液体がアルコールであり、前記触媒がＣｕまたはＣｕを含む合金であることを特徴とする請求項６から１０のいずれか１に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却液体の循環により発熱体を冷却する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば入出力電力系統間で電力変換する半導体電力変換装置において、発熱体としての電力半導体素子に生じる発熱を冷媒により冷却する冷却装置が、再表００／０１７９２７号公報に開示されている。
これは、一定の冷却能力で連続運転されると電力変換装置の負荷変動により電力半導体素子の温度が上下し、これがヒートサイクルとなって、電力半導体素子の寿命低下、信頼性の低下を招くので、素子の温度に応じて冷媒の流量を連続可変制御するようにしたものである。
これにより、ヒートサイクルが軽減され、信頼性や寿命が改善される効果が得られる。
【特許文献１】再表００／０１７９２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、冷却作用は冷媒と電力半導体素子を支持する壁面間の熱伝達によるが、電力半導体素子側から熱を受け取った冷媒は速やかに移動して新たな冷媒が到来し、熱伝達が連続的に行われないと、高い冷却効率は望めない。
この点に関して、冷媒として液体の循環により発熱体を冷却する場合に、従来は、壁面の極近傍では液体の流速が０（ゼロ）になると言われており、熱伝達の向上には限度があると考えられていた。
本発明は、上記従来の問題点にかんがみ、発熱体側の壁面と冷却液体間の熱伝達をより向上させた、改良された冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
Ｄｒｅｃｋ．Ｃ．Ｔｒｅｔｈｅｗａｙ氏の実験によれば、流路の材質を液体に濡れないものにし、かつ脱気していない液体を流路を通過させた際に、流路壁面近傍の液体の速度が０ではなく、速度を持っていることが確認された。
この現象は、流路壁面が液体に濡れるものであると発生せず、また液体を脱気してしまってもこの現象は発生しない。
この現象を同氏は、流路壁面極近傍に発生するナノスケールの微小な気泡によるものだとしている。（参考文献、「Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｆｌｕｉｄ  ｓｌｉｐ  ａｔ  ３Ｄ  ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ  ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌｗａｌｌｓ  ｂｙ  ｔｈｅ  ｌａｔｔｉｃｅ  Ｂｏｌｔｚｍｎｎ  ｍｅｔｈｏｄ」  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ２０２  （２００５）  １８１−１９５）
【０００５】
同氏の実験は微量流路内を流れる液体に対して行なわれたものであるが、本発明はこの現象を液体循環による冷却に応用して、より効率的に発熱体を冷却するものである。
すなわち本発明は、発熱体に付設された熱交換部と、該熱交換部に冷却液体を循環させる循環手段とを備えて、発熱体を冷却する冷却装置において、発熱体の温度に応じて冷却液体中の気体溶存量を増減させる気体溶存量制御手段を有し、熱交換部における流路が冷却液体に対して撥液性の壁面を有するものとした。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、熱交換部に供給する冷却液体中の気体溶存量を発熱体の温度上昇に応じて増加させることにより、熱交換部の壁面近傍にナノスケールの微小な気泡を発生させ、壁面と冷却液体との摩擦による圧力損失を減少させるから、冷却液体が運ぶ熱量も大きくなって、冷却能力を増大させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次に本発明の実施の形態を実施例により説明する。
図１は、半導体素子を用いた電力変換スイッチやＣＰＵ等（以下、代表して半導体素子と呼ぶ）の冷却に適用した第１の実施例における冷却装置の全体構成を示す。
冷却装置１において、半導体素子１０が基板１１上に載置され、基板１１の裏面には冷却水を通流させる熱交換部３０が設けられている。また、半導体素子１０には例えば熱電対からなる温度センサ１３が付設され、温度センサ１３は制御部１４に接続されている。
熱交換部３０の一端は配管５ｃを介してプランジャポンプ２に接続され、他端は配管５ｄを介して冷却水タンク６に接続されている。冷却水タンク６には、水からなる冷却水が貯留されている。
配管５ｄには放熱部１６が付設されている。
【０００８】
プランジャポンプ２は、逆止弁４ａ、４ｂ、４ｃを備えるポンプ筐体２１と、ポンプ筐体２１内に配置されてポンプ筐体２１との間にプランジャ室２２を形成するプランジャ２０とより構成される。プランジャ２０は、ポンプ筐体２１内を図１中の上下方向に往復動し、プランジャ２０の往復に伴ってプランジャ室２２の容積が変化する。
プランジャ室２２は、逆止弁４ａを介して配管５ａに接続し、また逆止弁４ｂ、配管５ｂを介して冷却水タンク６の底部に接続している。
配管５ａには流量制御弁８が設けられ、配管５ａの他端は大気中へ開口している。
熱交換部３０と接続した配管５ｃは逆止弁４ｃを介してポンプ筐体２１のプランジャ室２２に接続されている。
【０００９】
逆止弁４ａは、配管５ａからプランジャ室２２への空気の吸入のみを許し、外部への逆流を阻止する。
逆止弁４ｂは、冷却水タンク６からプランジャ室２２への冷却水の吸入のみを許し、外部への逆流を阻止する。
逆止弁４ｃは、プランジャ室２２から配管５ｃ側への吐出のみを許し、逆流を阻止する。
プランジャ２０が図１中の下方向に動くと、逆止弁４ｃが閉じた状態で逆止弁４ａ、４ｂが開き、配管５ａからの空気と冷却水タンク６からの配管５ｂを介した冷却水とがプランジャ室２２内に吸入される。
プランジャ２０が図１中の上方向に動くと、逆止弁４ａ、４ｂが閉じた状態で逆止弁４ｃが開き、プランジャ室２２内の冷却水が配管５ｃへ吐出される。これにより、プランジャ２０の上下往復動により冷却水が圧送され、熱交換部３０へ冷却水が供給される。
【００１０】
熱交換部３０は、図２に示すように、その冷却水の流路３１の横断面において、基板１１に面接触した上壁３２からこれに平行に対向する下壁３３近傍まで互いに平行に立ち下げた多数のフィン３４を備えて、伝熱壁面の面積を大きくしている。なお、図２の（ａ）は冷却水の流れに対して垂直の横断面を示し、（ｂ）は冷却水の流れに対して平行な断面を示している。
熱交換部３０は伝熱性の観点から金属製とするのが好ましく、その上壁３２、下壁３３を含む内壁面およびフィン３４の表面はフッ素系やシリコン系の樹脂コーティングＣが施されて、撥液性となっている。
熱交換部３０を流れる間に冷却水は基板１１から熱を奪い、基板１１上の半導体素子１０を冷却する。
熱交換部３０を通過した冷却水は、配管５ｄを流れる間に、放熱部１６において基板１１から奪った熱を放熱し、冷却水タンク６へ戻る。
以上を繰り返して、冷却水が熱交換部３０を循環することになる。
【００１１】
ここで、プランジャポンプ２において冷却水が冷却水タンク６から吸入される際、同時に配管５ａから空気も供給されるので、図１においてプランジャ２０が上方向に動いて冷却水が配管５ｃへ吐出されるとき、プランジャ室内２２において水と空気とが共存した状態で加圧される。この結果、空気が冷却水中に溶解する。
流量制御弁８は、温度センサ１３で測定した半導体素子１０の温度に基づいて制御部１４により制御され、配管５ａを通ってプランジャ室２２内に流れ込む空気の量を調整する。これにより、冷却水中に溶解する空気の量、すなわち冷却水中の気体溶存量が変化する。
具体的には、半導体素子１０の温度が高いほど流量制御弁８を開放側へ制御して、プランジャ室２２内へ供給される空気の量を増大させ、気体溶存量を大きくする一方、温度が低いほど流量制御弁８を絞り側へ制御して、プランジャ室２２内への空気の量を減少させ、気体溶存量を小さくする。
【００１２】
冷却水を圧送したとき流路３１の壁面の近傍には速度境界層ができるが、速度境界層内では液体の流れる速度の違いから大きなせん断力が発生する。冷却水中の気体溶存量が大きいときはそのせん断力によって一種の減圧沸騰（キャビテーション）が起こり、熱交換部３０では内壁が撥液性の樹脂コーティングＣによって冷却水に対して濡れにくいため、その壁面近傍にナノスケールの微小な気泡が発生する。
したがって、気体溶存量が増加した冷却水を熱交換部３０へ循環させると、壁面と冷却水との摩擦により引き起こされる圧力損失が微小気泡により減少する。その結果、壁面近傍でも冷却水のゼロでない流速が得られるから、冷却水が運ぶ熱量も大きくなって、冷却能力が増大する。
【００１３】
なお、微小気泡となった空気は冷却水と分離した状態で冷却水タンク６に戻るが、配管５ｂは冷却水タンク６の底部から冷却水をプランジャ室２２へ供給するので、冷却水タンク６に戻った空気が再びプランジャ室２２へ再循環されることはなく、プランジャ室２２への空気量は専ら配管５ａ上の流量制御弁８によって制御される。冷却水タンク６に戻った空気は適宜放出される。
【００１４】
本実施例では、プランジャポンプ２から順次配管５ｃ、熱交換部３０、配管５ｄ、冷却水タンク６、配管５ｂを経てプランジャポンプ２に戻る経路が発明における循環手段を構成し、とくにプランジャポンプ２がポンプに、冷却水タンク６が冷却液体タンクに対応する。
半導体素子１０が発熱体に対応し、水からなる冷却水が冷却液体に、空気が気体にそれぞれ対応する。
また、熱交換部３０の樹脂コーティングＣが施された内壁面が撥液性の壁面に対応する。
そして、温度センサ１３で検出した半導体素子１０の温度に応じて制御部１４により調節される流量制御弁８を介して空気をプランジャポンプ２へ供給し、当該プランジャポンプ２内において水と空気の加圧を行う構造が気体溶存量制御手段を構成している。
【００１５】
本実施例は以上のように構成され、熱交換部３０の流路壁面を水に濡れにくい撥液性のものとするとともに、熱交換部３０に供給する冷却水の気体溶存量を半導体素子１０の温度上昇に応じて増加させることにより、すなわちより具体的には、水と温度センサ１３で検出した温度に応じた量の空気とが混在した状態で加圧して、水に空気を溶解させることにより、熱交換部３０の流路３１における壁面近傍にナノスケールの微小な気泡を発生させ、壁面と冷却水との摩擦による圧力損失を減少させるから、冷却水が運ぶ熱量も大きくなって、冷却能力を増大させることができる。
これによって、冷却水の流量を一定にした状態でも、気体溶存量の制御により半導体素子１０の発熱量に応じた冷却を行うことができ、さらには冷却水の流量制御を併用した場合にもその制御範囲が格段に拡大するという効果を有する。
【００１６】
なお、冷却水中への空気の溶解は冷却水がプランジャポンプ２に吸入される前、あるいはプランジャポンプ２から吐出された後におこなうこともできるが、本実施例ではとくに、半導体素子１０の温度に応じて流量制御弁８で流量を制御された空気をプランジャポンプ２へ供給し、プランジャポンプ２による冷却水の圧送と同時に、冷却水中に空気を溶解させることにより、冷却水を圧送するための装置と冷却水中に空気を溶解させるための装置の２つの装置を個別に備える必要がなくなるので、製造コストや工数を低減することができるという利点を有している。
【００１７】
次に、第２の実施例について説明する。
第１の実施例では半導体素子の温度に応じて流量制御弁を制御し、冷却水中の気体溶存量を変化させるものとしたが、この実施例では、主液体と、反応により蒸気圧の低い液体または気体を生成する副液体とを混合した冷却水を用いて、熱交換部の壁面近傍にナノスケールの微小気泡を発生させる。
図３に、第２の実施例における冷却装置１Ａの全体構成を示す。
なお、第１の実施例と同一の構成物については同一番号を付して説明を省略する。
プランジャポンプ２Ａは第１の実施例におけるプランジャポンプ２に対して逆止弁４ａを備えず、配管５ａと流量制御弁８を廃している。これにより、温度センサ１３および制御部１４も不要となる。
【００１８】
冷却水タンク６Ａには、主液体としての水に、副液体として反応が触媒により促進されるメタノールやエタノールなどのアルコールを溶かした冷却水が貯留されている。
熱交換部３０Ａは、図４に示すように、第１の実施例における熱交換部３０と同一形状を有するが、基板１１側の上壁３２から立ち下げたフィン３４の表面に触媒Ｓを膜状に担持させてある。触媒ＳとしてＣｕ、またはＣｕを含む合金を用いると、アルコールは２００℃程度の比較的低い温度で水素や二酸化炭素への反応が促進される。
なお、熱交換部３０Ａのフィン３４を含む各壁を触媒Ｓと同種のＣｕ製またはＣｕを含む合金製とすると、異種金属とした場合に比較して触媒の接合が容易となり、熱膨張係数の差による信頼性低下の心配もない。
【００１９】
熱交換部３０Ａの流路３１の内壁面は第１の実施例と同じく、フッ素系やシリコン系の樹脂コーティングＣが施されている。図４の（ａ）は冷却水の流れに対して垂直の断面を示し、（ｂ）は冷却水の流れに対して平行な断面を示している。
熱交換部３０Ａの一端は配管５ｃを介してプランジャポンプ２Ａに接続され、他端は配管５ｄを介して冷却水タンク６Ａに接続されている。
【００２０】
プランジャポンプ２Ａは、プランジャ２０の往復に伴ってプランジャ室２２の容積が変化する。
熱交換部３０Ａと接続した配管５ｃは逆止弁４ｃを介してポンプ筐体２１のプランジャ室２２に接続されている。
プランジャ室２２は逆止弁４ｂ、配管５ｂを介して冷却水タンク６Ａに接続している。
逆止弁４ｂは、冷却水タンク６Ａからプランジャ室２２への冷却水の吸入のみを許し、外部への逆流を阻止する。
逆止弁４ｃは、プランジャ室２２から配管５ｃ側への吐出のみを許し、逆流を阻止する。
【００２１】
プランジャ２０が図３中の下方向に動くと、逆止弁４ｃが閉じた状態で逆止弁４ｂが開き、冷却水タンク６Ａからの配管５ｂを介した冷却水がプランジャ室２２内に吸入される。
プランジャ２０が図３中の上方向に動くと、逆止弁４ｂが閉じた状態で逆止弁４ｃが開き、プランジャ室２２内の冷却水が配管５ｃへ吐出される。これにより、プランジャ２０の上下往復動により冷却水が圧送され、熱交換部３０Ａに冷却水が供給される。
その他の構成は第１の実施例と同じである。
【００２２】
以上の構成において、熱交換部３０Ａでは、冷却水中のアルコールがフィン３４に担持された触媒Ｓにより反応が促進され、水素や二酸化炭素が生成されて気体溶存量が増大する。そして、気体溶存量が増大により、水素や二酸化炭素のナノスケールの微小気泡が、第１の実施例の場合と同様に熱交換部３０Ａの流路３１における壁面近傍に発生する。
触媒Ｓは基板１１を介して半導体素子１０から伝熱される熱交換部３０Ａ内に配置されているから、半導体素子１０の温度が高いほど触媒作用も活性化し、アルコールの反応量が増大して気体溶存量が増大する。この結果、半導体素子１０の温度に応じて自動的に微小気泡の発生量が変化することになる。
【００２３】
本実施例では、プランジャポンプ２Ａから順次配管５ｃ、熱交換部３０Ａ、配管５ｄ、冷却水タンク６Ａ、配管５ｂを経てプランジャポンプ２Ａに戻る経路が発明における循環手段を構成し、とくにプランジャポンプ２Ａがポンプに、冷却水タンク６Ａが冷却液体タンクに対応する。
半導体素子１０が発熱体に対応し、水にアルコールを溶かした冷却水が冷却液体に対応する。そしてとくに、冷却水をなす水が主液体に、アルコールが副液体に該当する。
熱交換部３０Ａの樹脂コーティングＣが施された内壁面が撥液性の壁面に対応する。
熱交換部３０Ａの流路にアルコールの反応を促進する触媒Ｓを配置し、触媒Ｓの温度に応じた活性化により水素や二酸化炭素の生成量を増減させる構造が気体溶存量制御手段を構成している。
【００２４】
本実施例は以上のように構成され、冷却水として水に加えて、反応により蒸気圧の低い水素や二酸化炭素などを生成するアルコールを含み、熱交換部３０Ａの流路壁面を撥液性のものとするとともに、熱交換部３０Ａの流路３１に上記反応を促進する触媒Ｓを配置したので、流量制御弁等がなくても、半導体素子１０の温度に応じた触媒Ｓの活性化により気体溶存量が変化し、これにより、一層簡単な構成でナノスケールの微小気泡を熱交換部３０Ａの壁面近傍に発生させ、壁面と冷却水との摩擦による圧力損失を減少させて、冷却能力を増大させることができる。
また、反応を促進させる触媒Ｓを発熱源の半導体素子１０が設置された基板１１に取り付けられた熱交換部３０Ａ内に配置していることにより、半導体素子１０の温度が上昇すると触媒Ｓはすみやかに活性化して反応を促進するから、とくに応答性が高く、半導体素子１０の過熱防止に有利である。
【００２５】
なお、本実施例では、Ｃｕなどの触媒Ｓを熱交換部３０Ａ内のフィン３４の全面に担持させたものとしたが、金属触媒は水やアルコールに濡れやすいので、触媒Ｓの配置を熱交換部内でも上流側に限定することにより、フィンもその主要部を水やアルコールに濡れにくい樹脂コーティングＣ面として、冷却水がゼロでない速度をもつ領域を広げることができる。
さらには、触媒Ｓは半導体素子１０の温度が伝熱されて、感知できる領域である限りにおいて、熱交換部内でなくとも、その上流側の配管５ｃ内に配置することも可能である。
【００２６】
次に、第３の実施例について説明する。この実施例は第２の実施例に対して温度センサを備えて、発熱体の温度に応じて冷却水の成分濃度を調節するようにしたものである。
図５に、第３の実施例における冷却装置１Ｂの全体構成を示す。
なお、第２の実施例と同一の構成物については同一番号を付して説明を省略する。
プランジャポンプ２のプランジャ室２２は、逆止弁４ｂ、配管５ｂを介して冷却水タンク６Ａの底部に接続し、逆止弁４ａ、配管５ａを介して副液体タンク７に接続している。配管５ａには流量制御弁８Ｂが設けられている。
冷却水タンク６Ａには主液体としての水に、副液体としてのアルコールを溶かした冷却水が貯留されている。副液体タンク７にはアルコールが貯留されている。
【００２７】
半導体素子１０には温度センサ１３が付設され、冷却水タンク６Ａには貯留されている冷却水のアルコール濃度を検出する濃度センサ１８が付設されている。
温度センサ１３と濃度センサ１８は制御部１４Ｂに接続され、制御部１４Ｂは温度センサ１３で測定した半導体素子１０の温度ならびに濃度センサ１８で検出したアルコール成分の濃度に基づいて流量制御弁８Ｂを制御する。
具体的には、半導体素子１０の温度が高く、あるいはアルコール濃度が低いほど流量制御弁８Ｂを開いて、プランジャ室２２内のアルコールの量を増大させ、温度が低く、あるいはアルコール濃度が高いほど流量制御弁８Ｂを絞り側へ制御して、プランジャ室２２内のアルコールの量を減少させる。
【００２８】
熱交換部３０Ａの一端は配管５ｃ、逆止弁４ｃを介してプランジャ室２２に接続され、他端は配管５ｄを介して冷却水タンク６Ａに接続されている。
プランジャ２０が図５中の下方向に動くと、逆止弁４ｃが閉じた状態で逆止弁４ａ、４ｂが開き、配管５ａからのアルコールと冷却水タンク６Ａからの配管５ｂを介した冷却水とがプランジャ室２２内に吸入される。プランジャ２０が図５中の上方向に動くと、逆止弁４ａ、４ｂが閉じた状態で逆止弁４ｃが開き、プランジャ室２２内の冷却水が配管５ｃへ吐出される。これにより、プランジャ２０の上下往復動により冷却水が圧送され、熱交換部３０Ａに冷却水が供給される。
熱交換部３０Ａの内部構造を含むその他の構成は第２の実施例と同じである。
【００２９】
本実施例によれば、第２の実施例と同じく、半導体素子の温度に応じて気体溶存量が変化し、これにより、ナノスケールの微小気泡を熱交換部３０Ａの壁面近傍に発生させ、壁面と冷却水との摩擦による圧力損失を減少させて、冷却能力を増大させることができ、また、半導体素子１０の温度変化に対する応答性が高く、半導体素子１０の過熱が防止される。
【００３０】
さらに、触媒Ｓによって促進される反応は温度とアルコール成分の濃度によって決まるが、濃度が高いほど反応量が多くなるから、半導体素子１０の温度が高いほど流量制御弁８Ｂを制御してアルコールを多くプランジャ室２２へ供給することにより、気体溶存量が増大し、冷却能力が一層増大する。
なお、半導体素子１０の温度が高いほど触媒Ｓによって促進される反応量が多くなり、また濃度を高くしたときの反応量も多くなるが、反応が促進された結果として、冷却水タンク６Ａに戻ってくる冷却水中のアルコール成分の濃度が低下しても、制御部１４Ｂは濃度センサによって検出した濃度低下を反映させて流量制御弁８Ｂを調節するから、アルコール成分の濃度を半導体素子１０の温度に対応して適正値に調節することができる。
【００３１】
なお本実施例では、第２の実施例におけると同一の熱交換部３０Ａを用いて、Ｃｕなどの触媒Ｓをフィン３４の全面に担持させたものとしたが、半導体素子１０の温度に応じてアルコールの量が増減されることにより、気体溶存量が増減するから、触媒Ｓは熱交換部よりも上流の配管５ｃの任意位置に配置して、半導体素子の温度の影響を受けない環境下で一定の触媒作用を発揮する構成とすることもできる。これにより、熱交換部３０Ａ内壁の全面を撥液性の樹脂コーティングＣ面として水やアルコールに濡れにくくし、冷却水がゼロでない速度をもつ領域をより一層広げることができる。
【００３２】
また、第２、第３の実施例においては、それぞれ冷却水の一部を形成する主液体と副液体についても、水に対するアルコールに限定されず、反応によって蒸気圧の低い液体または気体を生成するものであれば、任意の成分の組み合わせを採用することができる。
さらにまた、冷却水を水とアルコールの２成分としたが、これに限定されず、反応によって蒸気圧の低い液体または気体を生成するものを含んでいれば３以上の成分としてもよく、あるいは、その一部が反応によって蒸気圧の低い液体または気体を生成する単一成分の冷却水としてもよい。
【００３３】
なお各実施例では、冷却水を圧送するポンプとしてプランジャポンプ２を用いるものとしたが、これに限定されることなく他の方式のポンプを用いてもよい。
熱交換部３０、３０Ａでは冷却水の流路３１に上流から下流へ向けた直線状のフィン３４を設けるものとしたが、これに限定されることなく、例えば、平面形においてジグザグ状に複数回折り返した流路とするなど、任意の形状を採用することができる。
【００３４】
なお、実施例はいずれも冷却対象としての発熱体が半導体素子の場合について説明したが、本発明は半導体素子の冷却に限定されることなく、種々の発熱体の冷却に適用することができる。
発熱体に対応して、たとえば第１の実施例においても、冷却水を形成する液体も水に限定されず、気体も空気に限定されず、任意の組み合わせを採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】第１の実施例における冷却装置の全体構成を示す図である。
【図２】熱交換部の詳細を示す図である。
【図３】第２の実施例における冷却装置の全体構成を示す図である。
【図４】第２の実施例における熱交換部の詳細を示す図である。
【図５】第３の実施例における冷却装置の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１、１Ａ、１Ｂ    冷却装置
２、２Ａ    プランジャポンプ
４ａ、４ｂ、４ｃ    逆止弁
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ    配管
６、６Ａ    冷却水タンク
７    副液体タンク
８、８Ｂ    流量制御弁
１０    半導体素子
１１    基板
１３    温度センサ
１４、１４Ｂ    制御部
１６    放熱部
１８    濃度センサ
２０    プランジャ
２１    ポンプ筐体
２２    プランジャ室
３０、３０Ａ    熱交換部
３１    流路
３２    上壁
３３    下壁
３４    フィン
Ｃ    樹脂コーティング
Ｓ    触媒
【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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