(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液相冷媒を収容するために貫通形成された冷媒通路を有しかつ外部の発熱体と接続する複数のタンクセグメントと、
下部に前記液相冷媒を収容し上部に前記発熱体の熱によって蒸発した気相冷媒を収容する扁平空間の輪郭を形成する枠体と、
金属板の両面にろう材層が形成されたブレージングシートからなり前記冷媒通路に連通する液相冷媒用開口部を下部に有しかつ前記枠体の両側に設けられた仕切板と、を備え、
前記仕切板の下部には前記タンクセグメントが、前記冷媒通路と前記液相冷媒用開口部とを連通させた積層状態でろう付け一体化されていることを特徴とする沸騰冷却器。
【請求項２】
前記タンクセグメントは、前記冷媒通路を複数備えると共に該複数の冷媒通路を互いに連通させる連通溝を有していることを特徴とする請求項１に記載の沸騰冷却器。
【請求項３】
前記連通溝の上端部は、前記冷媒通路の最大高さ×〔０．４〜０．９〕に設定される冷媒液面より下方に配置され、かつ、前記連通溝の上下間隔は、前記最大高さ×０．１３以上とされていることを特徴とする請求項２に記載の沸騰冷却器。
【請求項４】
前記枠体は、熱の放散を促進するためのインナーフィンを前記扁平空間内に保持するように形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の沸騰冷却器。
【請求項５】
液相冷媒を収容するために貫通形成された冷媒通路を有しかつ外部の発熱体との接続部を含む複数のタンクセグメントと、下部に前記液相冷媒を収容し上部に前記発熱体の熱によって蒸発した気相冷媒を収容する扁平空間の輪郭を形成する枠体と、金属板の両面にろう材層が形成されたブレージングシートからなり前記冷媒通路に連通する液相冷媒用開口部を下部に有しかつ前記枠体の両側に設けられた仕切板と、を準備する段階と、
前記仕切板と前記枠体と前記タンクセグメントとを、前記冷媒通路と前記液相冷媒用開口部とを連通させた状態で積層して積層体を組立てる段階と、
前記積層体を加熱ろう付けにより一体化する段階と、を含むことを特徴とする、沸騰冷却器の製造方法。
【請求項６】
前記仕切板と前記枠体と前記タンクセグメントとは、それぞれ対応する位置に位置合せ孔を有し、前記積層体を組立てる段階は、前記位置合せ孔に位置合せピンを挿通する段階を含むことを特徴とする請求項５に記載の、沸騰冷却器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して積層構造体からなる沸騰冷却器、及びその製造方法に関するものである。この沸騰冷却器は、比較的大型の発熱体、例えば、鉄道車両の主電源制御用素子（ＩＧＢＴ）の冷却用に適したものであるが、用途はもちろんこれに限定されるわけではない。
【０００２】
【従来の技術】
エタノール等の液相冷媒（作動液とも称される）を発熱体の熱によって沸騰・蒸発上昇させ、この気相冷媒をフィン等を用いて冷却・凝縮下降させて環流することにより発熱体の冷却を行う装置は、ヒートパイプ（気相冷媒収容室がパイプ状）または沸騰冷却器（気相冷媒収容室がパイプ以外の形状）として公知である。このように冷媒の二相変化を利用したヒートパイプまたは沸騰冷却器は、強制的な冷媒循環装置を必要とせず、なおかつ単に金属板からなるフィン冷却器に比べて熱輸送性能が高いので、近年、小型の電子機器から大型の電源装置等までの発熱素子冷却用として、幅広く用いられるようになってきた。
【０００３】
図１１には、特に、気相冷媒収容室と冷却フィンとが積層構造で形成された沸騰冷却器の一例を示している。この沸騰冷却器１０１は、その下方に位置する発熱体（図示せず）に取付けられて該発熱体から熱伝達を受けるタンク１０３と、扁平な気相冷媒収容室と冷却フィンとが交互に積層配置されかつタンク１０３内空間と流体流通可能とされたコンデンサ１０２とを備えている。タンク１０３は押出型材からなり、液相冷媒（例えばエタノール）を収容するための複数の冷媒収容溝１０６が、沸騰冷却器１０１の長手方向に延在する形態で形成されている。これら溝の両端部は、封止部材１０４の周囲をタンク１０３に溶接することによって封止されている。タンク１０３の上面には、複数の冷媒収容溝１０６に通じ、コンデンサ１０２を収容するための開口部が形成されている。コンデンサ１０２は、開口部に嵌め込まれた後、タンク１０３との接続隅肉部を全周にわたって溶接することによりタンク１０３に固定される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に発熱体の温度は変動する。発熱体が、例えば、毎日運転される鉄道車両の主電源制御用素子である場合、完全冷機状態から高温状態への大きな温度変化が少なくとも１日１回生じ、さらに運転中の比較的小さな温度変化が多数回生じる。このような発熱体の温度変化は冷却器に伝達され、冷却器の各部に熱応力サイクルが生じたり、あるいは冷媒の蒸気圧変動に伴う応力サイクルが生じる。上記のような沸騰冷却器１０１では、タンク１０３とコンデンサ１０２、及びタンク１０３と封止部材１０４とが線状の溶接ビード１０５によって溶接結合されているので、これらの応力が溶接ビード１０５の近傍に集中し、繰返される応力変動による金属疲労から亀裂が発生し、冷媒の漏出に至る場合があるという問題があった。また、沸騰冷却器１０１では、最も圧力のかかるコンデンサ１０２の下部の剛性が低いため、高圧力用途には適していない。
【０００５】
さらに、上記のような沸騰冷却器１０１では、その製造に際して、積層・真空ろう付けによるコンデンサ１０２の形成、押出しによるタンク１０３の母材の形成、タンク１０３上面における開口部形成、コンデンサ１０２とタンク１０３との溶接、タンク１０３と封止部材１０４との溶接、といった種々の作業工程が必要であり、製造に長時間を要したり、それに伴って製造コストが高くなったりするという問題もあった。
【０００６】
本発明は、従来の沸騰冷却器が有する上記のような問題点を解決するためになされたもので、その目的は、全体剛性が高く、耐圧性に優れ、熱応力または圧力変動による亀裂・冷媒漏れが生じにくく、なおかつ製造が容易である沸騰冷却器を提供することである。本発明の他の目的は、そのような沸騰冷却器の製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明が提供する沸騰冷却器は、液相冷媒を収容するために貫通形成された冷媒通路を有しかつ外部の発熱体と接続する複数のタンクセグメントと、下部に前記液相冷媒を収容し上部に前記発熱体の熱によって蒸発した気相冷媒を収容する扁平空間の輪郭を形成する枠体と、金属板の両面にろう材層が形成されたブレージングシートからなり前記冷媒通路に連通する液相冷媒用開口部を下部に有しかつ前記枠体の両側に設けられた仕切板と、を備え、前記仕切板の下部には前記タンクセグメントが、前記冷媒通路と前記液相冷媒用開口部とを連通させた積層状態でろう付け一体化されていることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、各構成部材間の接合は全て面接合となるため全体剛性が高く、耐圧性にも優れ、熱応力または圧力変動に伴う応力が好適に分散されるので亀裂・冷媒漏れが生じにくい。発熱体との接続部が面接合を介して全体構造に一体化されていることも、亀裂防止に有利に作用する。また、各構成部材を積層した後、真空中で１回加熱するだけで、ろう材が溶融して全体が一体化されるので製造が極めて容易である。
【０００９】
前記タンクセグメントは、前記冷媒通路を複数備えると共に該複数の冷媒通路を互いに連通させる連通溝を有していることが好ましい。また、前記連通溝の上端部は、前記冷媒通路の最大高さの４〜９割まで入れられる冷媒液面より下方に配置され、かつ、前記連通溝の上下間隔は、前記最大高さ×０．１３以上とされていることが好ましい。この場合、冷媒通路の上部１〜６割は、蒸気を凝縮部へと流れ易くするためのスペースとして確保される。
【００１０】
各冷媒通路内の液相冷媒の液面高さは、発熱体から伝達される熱量が不均一であること、発熱体の傾斜、遠心力などに起因して異なってくる場合があり、最悪のケースでは液涸れが生じる可能性もある。しかし、上記のような構成とすれば、連通溝を通じて液相冷媒が流動して各冷媒通路内の液相冷媒の液面高さが均一化されるのでこのような問題が生じない。なお、上記のように、連通溝は、冷媒液面下に設けた方が液相冷媒の移動が容易であって好ましいが、連通溝が液面を挟む形態であっても沸騰冷却器としての機能は損なわれない。
【００１１】
前記枠体は、熱の放散を促進するためのインナーフィンを前記扁平空間内に保持するように形成されているとさらに好ましい。
【００１２】
この構成によれば、冷媒の熱が、仕切板及び外部フィンへとさらに伝達されやすくなるので、冷却器としての冷却効果がさらに向上する。
【００１３】
本発明が提供する、沸騰冷却器の製造方法は、液相冷媒を収容するために貫通形成された冷媒通路を有しかつ外部の発熱体との接続部を含む複数のタンクセグメントと、下部に前記液相冷媒を収容し上部に前記発熱体の熱によって蒸発した気相冷媒を収容する扁平空間の輪郭を形成する枠体と、金属板の両面にろう材層が形成されたブレージングシートからなり前記冷媒通路に連通する液相冷媒用開口部を下部に有しかつ前記枠体の両側に設けられた仕切板と、を準備する段階と、前記仕切板と前記枠体と前記タンクセグメントとを、前記冷媒通路と前記液相冷媒用開口部とを連通させた状態で積層して積層体を組立てる段階と、前記積層体を加熱ろう付けにより一体化する段階と、を含むことを特徴とする。
【００１４】
この製造方法によれば、各構成部材を積層した後、真空中で１回加熱するだけで、ろう材が溶融して全体が一体化されるので、全体剛性が高く、耐圧性にも優れ、亀裂・冷媒漏れを生じにくい沸騰冷却器を極めて容易に製造することができる。
【００１５】
前記仕切板と前記枠体と前記タンクセグメントとは、それぞれ対応する位置に位置合せ孔を有し、前記積層体を組立てる段階は、前記位置合せ孔に位置合せピンを挿通する段階を含んでいるとさらに好ましい。
【００１６】
位置合せピンを使用すれば各構成部材同士の位置合せが容易かつ正確になり、また位置合せピンが冷却器全体を貫通する補強部材ともなるので、全体剛性がさらに向上して有利である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による沸騰冷却器の好ましい実施形態を示す添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１８】
始めに図１，図２，図３を参照して本発明による沸騰冷却器１の一実施形態の全体構成を説明する。図１は、本発明による沸騰冷却器１の一実施形態を完成状態で示す斜視図、図２は、沸騰冷却器１の一部を、各構成部材に分解して示す分解斜視図、図３は、沸騰冷却器１のコンデンサ部２を除去してタンク部３のみを上方から見た平面図である（後述のインナーフィン７０は省略している）。本実施形態の沸騰冷却器１は、大きく見れば直方体を２個重ねた形状を有している。さらに詳しく述べると、この沸騰冷却器１は、略直方体状のコンデンサ部２と、コンデンサ部２の下方に配置されやはり略直方体状のタンク部３と、タンク部３から両矢印Ａで示す前後方向に張出した略直方体状の前後張出部４，４と、タンク部３から両矢印Ｂで示す左右方向に張出した略直方体状の側方張出部５，５とを備えている。
【００１９】
コンデンサ部２は、仕切板３０と、フィン４０及びヘッダー５０の組合せと、仕切板３０と、枠体２０と、仕切板３０とをこの順で、両矢印Ａで示す前後方向に多数積層して接合し、さらに、前後方向端部には、端板３１を接合して構成されている（但し、この形成様式は、構成を説明するために便宜的に記載したものであり、沸騰冷却器１の実際の製造方法については追って詳細に説明する）。こうしてコンデンサ部２は、枠体２０とそれを挟む２枚の仕切板３０，３０とから形成された扁平空間２０ａとフィン４０とを多数含むことになる。フィン４０は、放熱作用を高めるために、２枚の仕切板３０，３０の間に挟持されている。また、上端部には、ヘッダー５０が有する複数の気相冷媒通路５５…５５と、仕切板３０が有する複数の気相冷媒用開口部３５…３５と、複数の扁平空間２０ａ…２０ａとから、気相冷媒を流動させる複数の通路が形成されている。
【００２０】
タンク部３は、仕切板３０と、タンクセグメント１０と、仕切板３０と、枠体２０と、仕切板３０とをこの順で、タンクセグメント１０が有する冷媒通路１４と仕切板３０が有する液相冷媒用開口部３４とが連通するように、両矢印Ａで示す前後方向に多数積層して接合し、さらに、前後方向端部には、端板３１を接合して形成されている（但し、この形成様式も、構成を説明するために便宜的に記載したものであり、沸騰冷却器１の実際の製造方法については追って詳細に説明する）。こうして、タンク部３には、上方に向けて部分的に開口し、液相冷媒を収容するための複数の液相冷媒収容部３ａ…３ａが形成されている（図３）。タンク部３の下面には、発熱体８０（図４にのみ示す）が接続される。
【００２１】
前後張出部４は、端部セグメント１１と２個のコーナーセグメント１３，１３とから構成され、主として沸騰冷却器１の取付け用に使用される。図示の実施形態では、端部セグメント１１が複数の通路１１ａ…１１ａを、角部セグメント１３が通路１３ａを有しているが、これは、端部セグメント１１とタンクセグメント１０とを共通の押出母材から切出して形成し、角部セグメント１３と側方セグメント１２（後出）とを共通の押出母材から切出して形成したためであり、これらの通路１１ａ，１３ａは冷媒を収容するためのものではない。しかし、これら通路１１ａ…１１ａ，１３ａを有することは、軽量化の観点で好ましい。
【００２２】
側方張出部５は、仕切板３０と、側方セグメント１２と、仕切板３０と、枠体２０と、仕切板３０とをこの順で、両矢印Ａで示す前後方向に多数積層して接合し、さらに、前後方向端部には、端板３１を接合して形成されている。側方張出部５は、前後張出部４と同様に、主として沸騰冷却器１の取付け用に使用される。図示の実施形態では、側方張出部５もまた貫通形態の通路を有しているが、これは冷媒を収容するためのものではなく、主目的は軽量化である。
【００２３】
次に、沸騰冷却器１の冷却作用について説明する。ここで使用される代表的な液相冷媒はエタノールであるが、他の液体であっても冷却作用に変わりはない。
【００２４】
完成した沸騰冷却器１には、図示しない注入口から適当量の液相冷媒が注入され、その後密閉される。この状態で沸騰冷却器１は、タンク部３が発熱体８０に接触するように固定される。発熱体８０の温度が上昇すると、タンクセグメント１０、枠体２０、仕切板３０の下部が加熱され、液相冷媒収容部３ａ…３ａに収容された冷媒の温度が上昇し、やがて沸騰が始まる。沸騰した冷媒から蒸発した蒸気は上昇し、タンク部３の上部に形成された複数の開口部を通じて、コンデンサ部２に形成された多数の扁平空間２０ａ…２０ａへと入る。この蒸気は、フィン４０によって好適に冷却された仕切板３０及びインナーフィン７０に触れて熱を奪われ凝縮して液相冷媒となり、仕切板３０に沿って下降して液相冷媒収容部３ａ…３ａへと還流する。液相冷媒収容部３ａ…３ａへ戻った冷媒は再び沸騰・蒸発して上記の過程を繰返す。こうして、発熱体８０の熱は、冷媒の相変化を通じて好適に沸騰冷却器１の外部へと放散される。
【００２５】
なお、気相冷媒通路５５…５５を有するヘッダー５０を備えた図示の実施形態では、沸騰した冷媒の蒸気の一部は、さらに上昇して気相冷媒通路５５…５５へと流入する。こうして気相冷媒は、コンデンサ部２の上端部に形成された複数の通路を通じて、複数の扁平空間２０ａ…２０ａの間を自由に流動できるので、発熱体８０の温度分布が不均一で各扁平空間２０ａ内の蒸気圧に差が生じる可能性のある場合でも、蒸気圧の均等化が図られる。
【００２６】
以下、各構成部材を詳細に説明する。
【００２７】
図４は、タンクセグメント１０の詳細を示す正面図である。タンクセグメント１０は、アルミニウムまたはアルミニウム系合金の押出型材を押出方向に直交する方向に切断して形成され、略矩形断面に貫通形成された複数（図示の形態では８個）の冷媒通路１４…１４と、複数の位置合せ孔１６，１６（図示の形態では２個）とを備えている。冷媒通路１４…１４は、沸騰冷却器１の完成状態では、後述する枠体２０の冷媒収容溝２４…２４及び仕切板３０の液相冷媒用開口部３４…３４と気密接続されて、沸騰冷却器１の前後方向に延在する貫通形態の液相冷媒収容部３ａ…３ａを構成する。位置合せ孔１６，１６は、位置合せピン６０（図２参照）と協働して、積層段階における各構成部材同士の相対位置を正確に合せる機能を有している。なお、タンクセグメント１０が比較的小さい場合には、単一の冷媒通路１４を用いてもよい。
【００２８】
タンクセグメント１０は複数個用いられるが、そのうちの少なくとも１つには、複数の冷媒通路１４…１４を互いに連通させる連通溝１５…１５を形成する。各冷媒通路１４…１４内の液相冷媒の液面高さは、発熱体８０から伝達される熱量が不均一である場合や、発熱体８０が左右方向に傾斜した場合（すなわち、発熱体８０を保持する鉄道車両等が傾斜した場合）、または遠心力が作用した場合などでは、相互に異なることがあり、最悪のケースでは液涸れが生じる可能性もある。連通溝１５…１５は、このようなときに各冷媒通路１４…１４間で液相冷媒を流動させて各冷媒通路１４…１４内の液相冷媒の液面高さを均一化する機能を有している。
【００２９】
冷媒の液面位置は次のように決定すると好ましい。すなわち、冷媒通路１４…１４の最大高さＨの４割から９割に冷媒を入れ、冷媒通路１４…１４の最大高さＨの１割から６割を冷媒蒸気が移動できるスペースとして残す。これにより、冷媒の蒸気が移動できるスペースが確保され、順次冷媒が沸騰しても蒸気がコンデンサ部２側へ上昇し易くなり、また、常に液相冷媒が確保されて液涸れが防止される。例えば、図示する好適な実施形態では、冷媒の液面位置を、冷媒通路１４…１４の最大高さＨの２／３の位置にしている。
【００３０】
連通溝１５…１５の位置及びサイズは、次のように決定すると好ましい。すなわち、連通溝１５…１５の位置は、その上端部が冷媒液面下に配置されるように決定し、その幅（上下間隔Ｗ）は、冷媒通路１４…１４の最大高さＨ×０．１３以上とすることが好ましい。例えば、図示する好適な実施形態では、冷媒通路１４…１４の最大高さＨが５０ｍｍ、連通溝内の冷媒液面高さが冷媒通路１４…１４の底面から３３ｍｍ、連通溝の中心Ｃの位置が冷媒液面下５〜１５ｍｍで、連通溝の上下間隔Ｗが１０ｍｍとされている。また、連通溝１５…１５は、図５に断面で示すように、タンクセグメント１０の前面、後面双方に設けてもよいし、片面のみに設けてもよい。
【００３１】
さらに、少なくとも１つのタンクセグメント１０には、発熱体８０と接続するための接続部１０ａ…１０ａを設ける。図示する実施形態における接続部１０ａは、冷媒通路１４を逃がした余肉部１０ｂとねじ穴１０ｃとから構成され、これが６ヶ所に設けられている。接続部１０ａの数は、発熱体８０の大きさや形状に応じて任意に選択することができる。また、余肉部１０ｂをどのような形状にするか、言い換えれば冷媒通路１４の断面をどのような形状にするかも、任意に選択可能である。タンクセグメント１０は、押出型材から形成されるので、複雑な形状も容易に実現可能である。このように、タンクセグメント１０に接続部１０ａ…１０ａを設けることによって、発熱体８０（または、発熱体８０を保持する鉄道車両等）の振動に起因して作用する入力が、タンクセグメント１０から他の部材へと、ろう付けによる面接合部を介して好適に分散されるので、沸騰冷却器１の耐久性の観点で有利である。
【００３２】
図６は、枠体２０の詳細を示す正面図である。枠体２０は、アルミニウムまたはアルミニウム系合金からなり、その下部に、複数の冷媒収容溝２４…２４を備えている。冷媒収容溝２４…２４は、タンクセグメント１０が有する複数の冷媒通路１４…１４と部分的に対応する形状を有し上方に向けて開口している。冷媒収容溝２４…２４は、積層された際に、タンクセグメント１０の冷媒通路１４…１４及び仕切板３０の液相冷媒用開口部３４…３４と共に液相冷媒収容部３ａ…３ａを構成する。枠体２０の上部は、発熱体８０の熱によって蒸発した気相冷媒を収容する扁平空間２０ａの輪郭を形成し、最上部は、本実施形態においては、ヘッダー５０及びその気相冷媒通路５５…５５に部分的に対応した形状とされている。枠体２０の最外周輪郭は、図１に示すコンデンサ部２、タンク部３、側方張出部５，５の全てを包含する形状とされている。さらに、枠体２０には、複数（図示の形態では６個）の位置合せ孔２６…２６が設けられている。なお、枠体２０が比較的小さい場合には、冷媒収容溝２４を単一のものとしてもよい。
【００３３】
図６に示す枠体２０は、熱の放散を促進するためのインナーフィン７０を扁平空間２０ａ内に保持するよう、複数のフィン保持部２１…２１，２１ａ…２１ａを有している。この構成によれば、組立ての際にインナーフィン７０が所定位置に保持され、冷却器としての使用時には、気相冷媒の熱が、仕切板３０及びフィン４０へとさらに伝達されやすくなるので、沸騰冷却器１の冷却性能がさらに向上する。インナーフィン７０としては、オフセットフィン等、種々のフィンが使用可能である。
【００３４】
本実施形態では、冷媒収容溝２４…２４の上端に位置するフィン保持部２１ａ…２１ａは、タンクセグメント１０が有する冷媒通路１４…１４及び仕切板３０が有する液相冷媒用開口部３４…３４の上端位置よりわずかに高い位置に配置されている。これは、インナーフィン７０が、前後方向に貫通する液相冷媒収容部３ａ…３ａを遮らないようにするためである。
【００３５】
図７は、仕切板３０の詳細を示す正面図である。仕切板３０は、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の金属板の両面にろう材層が形成されたブレージングシート（通常、ろう材層をクラッド形成したもの）から形成されている。沸騰冷却器１をアルミニウムで構成する場合、ろう材としてはアルミニウム−シリコン系ろう材、またはアルミニウム−シリコン−マグネシウム系ろう材が好ましいが、これらに限定はされない。真空ろう付けによってろう材が溶融・固化し、仕切板３０は、各部材を結合する接着剤のように機能する。
【００３６】
仕切板３０は、タンクセグメント１０が有する複数の冷媒通路１４…１４に対応した形状の複数の液相冷媒用開口部３４…３４を下部に有し、かつ上部が枠体２０を包含する形状とされている。また、仕切板３０は、後述するヘッダー５０の気相冷媒通路５５…５５に対応した形状に形成された複数の気相冷媒用開口部３５…３５を有している。仕切板３０は、積層された際に、枠体２０と組合されて、気相冷媒を収容する扁平空間２０ａを形成する。液相冷媒用開口部３４…３４は、タンクセグメント１０の冷媒通路１４…１４及び枠体２０の冷媒収容溝２４…２４と共に液相冷媒収容部３ａ…３ａを構成する。仕切板３０の最外周輪郭は、図１に示すコンデンサ部２、タンク部３、側方張出部５，５の全てを包含する形状とされている。さらに、仕切板３０には、複数（図示の形態では６個）の位置合せ孔３６…３６が設けられている。なお、仕切板３０が比較的小さい場合には、液相冷媒用開口部３４を単一のものとしてもよい。
【００３７】
図７に示す仕切板３０は、４ヶ所に爪部３７を有している。これらは、積層作業の際、フィン４０を挟んだ後に、図１に示すように折り曲げて、フィン４０を、溶融接合されるまでの間、所定位置に保持するためのものである。
【００３８】
フィン４０は、好ましくは薄い金属板を折り曲げて多数の通風路を有するように形成され、図２に示すように、前後方向には２枚の仕切板３０，３０で挟まれ、上下方向には、タンクセグメント１０とヘッダー５０との間に挟まれるように配置される。フィン４０の前後方向厚さは、タンクセグメント１０及びヘッダー５０の前後方向厚さと同一に形成されており、従って、積層された状態では２枚の仕切板３０，３０に密着し、仕切板３０，３０のろう材が溶融することによって、２枚の仕切板３０，３０に接合され、その結果、仕切板３０，３０から効率良く熱を奪って放散するように作用する。フィン４０は、ストレートフィンでも、ウェービーフィンでもよい。
【００３９】
ヘッダー５０は、図２に示すように、前後方向に貫通する複数（図示の形態では５個）の気相冷媒通路５５…５５と、同じく前後方向に貫通する複数（図示の形態では２個）の位置合せ孔５６とを備え、タンクセグメント１０と同一の厚さに形成されている。気相冷媒通路５５…５５は、仕切板３０に形成されている気相冷媒用開口部３５の形状に対応した形状を有している。ヘッダー５０は、積層された状態では２枚の仕切板３０に密着し、仕切板３０のろう材が溶融することによって、２枚の仕切板３０に接合される。従って、ヘッダー５０は、気相冷媒を自由に流動させるだけでなく、沸騰冷却器１の全体剛性を高める効果も有している。
【００４０】
２枚の端板３１，３１（図１，２参照）は、仕切板３０より厚いアルミニウムまたはアルミニウム系合金の板材（ろう材を含まず）から形成され、仕切板３０と同じ外輪郭を有し、また、位置合せ孔３１ａを備えている。端板３１，３１は、特にコンデンサ部２の前後方向両端部の剛性確保のために接合されるものである。また、２枚の接合板３２，３２（図２参照）は、仕切板３０と同様にブレージングシートから形成され、端板３１と、端部セグメント１１及び角部セグメント１３とを面接合するために挟まれている。
【００４１】
次に、沸騰冷却器１を本発明による方法に従って製造する手順を説明する。
【００４２】
まず、既に詳細を説明したタンクセグメント１０、端部セグメント１１、側方セグメント１２、角部セグメント１３、枠体２０、仕切板３０、端板３１、接合板３２、フィン４０、ヘッダー５０、インナーフィン７０のそれぞれを必要数準備する。
【００４３】
次いで、各構成部材に形成された位置合せ孔１６，２６，３１ａ，３６，５６に位置合せピン６０を挿通しながら（図２参照）、端部セグメント１１と２個の角部セグメント１３，１３との組合せ、接合板３２、端板３１、仕切板３０、タンクセグメント１０とフィン４０と２個の側方セグメント１２，１２とヘッダー５０との組合せ、仕切板３０、枠体２０とインナーフィン７０との組合せ、仕切板３０、タンクセグメント１０とフィン４０と２個の側方セグメント１２，１２とヘッダー５０との組合せ、仕切板３０、枠体２０とインナーフィン７０との組合せ、仕切板３０、…（中略）…、仕切板３０、端板３１、接合板３２、端部セグメント１１と２個の角部セグメント１３，１３との組合せ、を、この順に全て重ねて非接合積層体１ａ（図２はその一部のみを示している）を形成し、固定用クランプ等で図１に両矢印Ａで示す前後方向に適度に加圧して保持する。
【００４４】
次いで、固定保持された非接合積層体１ａを電気加熱炉等に収納し、炉内を真空にした後、仕切板３０が有するろう材の融点を越えるまで温度上昇させる。高温状態に所定時間保持した後、炉内温度を下げ、十分に温度低下した状態で沸騰冷却器１を炉から取出す。
【００４５】
上記の加熱処理が終了した沸騰冷却器１では、仕切板３０及び接合板３２が有するろう材が溶融して、全ての構成部材が一体化されている。なお前述のように、アルミニウム−シリコン系ろう材、またはアルミニウム−シリコン−マグネシウム系ろう材を用いた場合、ろう材を溶融させるために適切な温度は約６５０℃である。
【００４６】
次に、本発明に関するいくつかの変更形態について説明する。
【００４７】
前後張出部４は、上記の実施形態では主として沸騰冷却器１の取付け用に使用されるものであるが、発熱体８０に接触させて吸熱用に利用してもよい。その場合、例えば、端板３１及び接合板３２にも仕切板３０が有する液相冷媒用開口部３４…３４と同様の開口部を設けて、端部セグメント１１が有する通路１１ａ…１１ａを冷媒収容部３ａ…３ａに連通させ、なおかつ、前後張出部４の端面は、もう１枚の接合板３２を追加接合して（他の部材と共に真空ろう付けで面接合される）封止する。この場合、前後張出部４の端面で、端部セグメント１１と角部セグメント１３とが連結されるので、剛性がさらに増大するという効果もある。従って、通路１１ａ…１１ａを冷媒収容部３ａ…３ａに連通させない場合であっても、接合板３２を追加してもよい。
【００４８】
側方張出部５は、前述の実施形態では主として沸騰冷却器１の取付け用に使用されるものであるが、発熱体８０に接触させて吸熱用に利用してもよい。その場合には、例えば、タンクセグメント１０と側方セグメント１２とを分割せずに一体で形成し、タンクセグメント１０が有する冷媒通路１４と側方セグメント１２が有する通路１２ａとを連通させ、また、枠体２０が有する冷媒収容溝２４と通路２２とを連通させる。
【００４９】
前後張出部４及び側方張出部５のいずれかを排除した形態、あるいは双方とも排除した形態でも、本発明に係る基本的な作用・効果は得られる。しかし、前後張出部４または側方張出部５を備えていると、沸騰冷却器１の取付けの自由度が増して好ましい。
【００５０】
図示の形態では、枠体２０がインナーフィン７０を保持しているが、このインナーフィン７０は省略可能である。但し、この場合、冷却性能はやや劣ることになる。
【００５１】
また、インナーフィン７０が存在する場合でも、存在しない場合でも、枠体２０において冷媒収容溝２４…２４を形成している側壁部２４ａ…２４ａを、さらに上方まで延在させてもよい（インナーフィン７０が存在する場合にはインナーフィン７０の上下幅が小さくなるが）。このようにすると、枠体２０による仕切板３０の支持剛性が増大し、耐圧性、耐久性がさらに向上するので好ましい。
【００５２】
図８は、タンクセグメント１０の冷媒通路の変更形態を示している。この変更形態における冷媒通路１４′の輪郭は、沸騰冷却器１の前後方向（押出母材の押出方向）に延在する多数の凸条１４ａと凹溝１４ｂとから形成されている。このようにすると、冷媒通路１４′の輪郭部表面積が大きくなり、核沸騰の起点が多くなる。従って、液相冷媒の気化が一層盛んになり、気化によって持ち出される熱量が増加するので冷却器としての冷却性能の向上を図ることができる。なお、図示の形態では凹凸形状を略矩形としているが、これは一例に過ぎず、三角形状、サイン波のような曲線状、といった矩形以外の形状としてもよく、各凹凸の大きさも自由に選択することができる。また、ここではタンクセグメント１０の冷媒通路１４′のみを示しているが、枠体２０の冷媒収容溝２４…２４、及び仕切板３０の液相冷媒用開口部３４…３４の輪郭も、同様の凹凸形状を有するように形成してもよい。
【００５３】
図示の実施形態では、枠体２０の冷媒収容溝２４…２４の下部形状をタンクセグメント１０の冷媒通路１４…１４に対応した形状としているが、冷媒収容溝２４…２４の底面が冷媒通路１４…１４の底面より上方に位置するように構成すれば、枠体２０が壁となって、冷媒収容部３ａ…３ａが前後方向にいくつかの区画に分割される。このような構成によれば、前後方向に傾いた場合や前後方向に遠心力の作用を受けた場合でも、ある程度の液相冷媒が各区画内に残留するので、液相冷媒の一方向への極端な偏りを防止することができ、こうして、液涸れの危険を回避することができる。
【００５４】
図示の実施形態では、沸騰冷却器１はヘッダー５０を備えているが、ヘッダー５０を含まない形態であっても、本発明に係る基本的な作用・効果は得られる。この場合、仕切板３０における気相冷媒用開口部３５…３５を省略し、フィン４０の上端部は、仕切板３０の上端部に一致させることが好ましい。
【００５５】
図９は、図４における連通溝１５の変更形態である連通溝１５′を備えたタンクセグメント１０′を示し、図１０は、図９におけるＸ−Ｘ線視断面を示している。この連通溝１５′は、タンクセグメント１０′の厚さ（前後）方向に貫通する形でリブの一部を切除した形状である。タンクセグメント１０′はアルミニウムの押出型材を切断して形成されるので、連通溝１５′は、母材の押出成形時に、同時に形成することが可能である。従って、前記連通溝１５の場合に必要な複雑な後加工が不要であり、沸騰冷却器の製作がより容易になる。このようなタンクセグメント１０′を、例えば、タンク部３の両端部２ヶ所に用いれば、前述のタンクセグメント１０を用いた実施形態と同様の作用を得ることができる。
【００５６】
上記においては、使用される冷媒の代表例としてエタノールを挙げたが、冷媒は、発熱体の温度や使用環境の外気温などに応じて適宜選択することができる。オゾン破壊の懸念がない他の好適な冷媒の一例として、パーフロロカーボンを挙げることができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、全体剛性が高く、耐圧性に優れ、熱応力または圧力変動による亀裂・冷媒漏れが生じにくく、なおかつ製造が容易である沸騰冷却器が提供される。さらに、本発明によれば、このような沸騰冷却器を真空ろう付け法によって極めて容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による沸騰冷却器の一実施形態を完成状態で示す斜視図である。
【図２】  図１の沸騰冷却器の一部を、各構成部材に分解して示す分解斜視図である。
【図３】  図１の沸騰冷却器についてコンデンサ部を除去してタンク部のみを上方から見た平面図である。
【図４】  図１の沸騰冷却器を構成するタンクセグメントを示す正面図である。
【図５】  図４におけるＶ−Ｖ線視断面図である。
【図６】  図１の沸騰冷却器の扁平空間の輪郭を形成する枠体の正面図である。
【図７】  図１の沸騰冷却器の扁平空間の壁面を形成する仕切板の正面図である。
【図８】  タンクセグメント内冷媒通路の変更実施形態を示す正面図である。
【図９】  別形態の連通溝を備えたタンクセグメントを示す正面図である。
【図１０】  図９におけるＸ−Ｘ線視断面図である。
【図１１】  従来の沸騰冷却器の一例を完成状態で示す斜視図である。
【符号の説明】
１…沸騰冷却器；  １ａ…非接合積層体（積層体）；  １０，１０′…タンクセグメント；  １０ａ…接続部；  １４，１４′…冷媒通路；  １５，１５′…連通溝；  １６，２６，３１ａ，３６，５６…位置合せ孔；  ２０…枠体；  ２４…冷媒収容溝；  ３０…仕切板；  ３４…液相冷媒用開口部（開口部）；  ３５…気相冷媒用開口部；  ４０…フィン；  ５０…ヘッダー；  ５５…気相冷媒通路；  ６０…位置合せピン；  ７０…インナーフィン；  ８０…発熱体；  Ｃ…連通溝の中心；  Ｈ…冷媒通路の最大高さ；  Ｗ…連通溝の上下間隔
【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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