(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体が取り付けられて、内部に前記発熱体の熱を受けて気化する冷媒を収容した冷媒槽と、この冷媒槽で気化した蒸気冷媒の熱を放出する放熱器とを備えた沸騰冷却装置であって、
前記放熱器は、複数の放熱管と、前記放熱管の間に配される放熱フィンとを有し、
前記放熱器の下部には、前記放熱管の下端部を連通させる下部連通部材が設けられており、
前記冷媒槽は、押出し加工によって内部を長手方向に貫通する貫通孔が形成されるとともに、横幅に対して厚み幅の薄い断面偏平形状を有する押出材によって構成され、この押出材を略Ｕ字状に曲げ加工して、その両端部が前記下部連通部材に接合されて前記貫通孔が前記放熱器内部と連通し、曲げ部より一端側の外壁平面部に前記発熱体が取り付けられており、
前記冷媒槽の前記一端側開口部の方が、前記冷媒槽の他端側開口部より高い位置で開口していることを特徴とする沸騰冷却装置。
【請求項２】
前記冷媒槽は、前記貫通孔が前記押出材の長手方向に伸びる仕切り壁によって複数の通路に区画されてい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】
本発明は、半導体素子等の発熱体を冷却する沸騰冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、特開昭５１−１１８０３８号に開示された冷却装置がある。
この冷却装置は、冷媒を貯蔵する冷媒タンク、発熱体を挟持する中空の冷却フィン、冷媒タンクと冷却フィンを連通する接手管、および冷却フィンと接手管の内部に挿入されて、末広がりに形成された上端が冷媒タンク内に開口するインナチューブを備える。この冷却装置によれば、発熱体の熱で沸騰した蒸気冷媒がインナチューブの外側を通って冷媒タンク内へ流入し、冷媒タンク内に貯蔵されている液冷媒がインナチューブの内側を通って冷却フィンに流れ込むことができる。これにより、蒸気冷媒と液冷媒とがインナチューブにより分離されて蒸気冷媒と液冷媒との循環が良好に行われることから、蒸気冷媒と液冷媒とが衝突して冷却性能が低下する所謂フラッディングを防止できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の冷却装置では、インナチューブの内側を低温の液冷媒が流れて、外側を高温の蒸気冷媒が流れるため、インナチューブの壁面を介して蒸気冷媒と液冷媒との間で熱交換が行われる。このため、冷却フィンに流れ込む液冷媒の温度が上昇して冷却効果が低下する。
また、液冷媒の温度上昇によって液冷媒の一部が気化すると、その気化した蒸気冷媒と液冷媒の流れが逆行するため、冷却フィンに流れ込む液冷媒の量が低減して冷却能力が低下し、完全にフラッディングを防止できない。
さらには、冷却フィンと接手管の内部にインナチューブを挿入する必要があるため、構造が複雑になってコストの上昇を招くといった問題がある。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、簡単な構造（安価）で蒸気冷媒と液冷媒との循環を良好に行うことのできる沸騰冷却装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明では、冷媒槽が、横幅に対して厚み幅の薄い断面偏平形状を有する押出材を略Ｕ字状に曲げ加工して設けられ、その押出材の曲げ部より一端側の外壁平面部に発熱体が取り付けられている。従って、発熱体の熱で沸騰気化した蒸気冷媒は、押出材に形成された貫通孔内を上昇して、冷媒槽の一端側開口部から放熱器に流入し、放熱器で冷却された液冷媒は、冷媒槽の他端側開口部より貫通孔内に流入した後、曲げ部を通って発熱体が取り付けられている沸騰領域へ供給される。この様に、蒸気冷媒と液冷媒との循環が良好に行われることで冷却性能が向上する。
特に、本発明では、複数の放熱管の下端部を連通させる下部連通部材が設けられているので、冷媒槽において加熱された蒸気冷媒を各放熱管に分配することができる。また、本発明では、冷媒槽の一端側開口部の方が冷媒槽の他端側開口部より高い位置で開口しているため、他端側開口部へとショートカットすることなく、蒸気冷媒を放熱器へと流入させることができる。また、放熱器内の液冷媒は、一端側開口部より低い位置に開口する他端側開口部から貫通孔内へ流入するため、蒸気冷媒と液冷媒との循環がより良好に行われて、フラッディング減少に効果がある。さらに、本発明では、冷媒槽を略Ｕ字状に曲げ加工して、その両端部を放熱器に接合するだけの簡単な構造でフラッディングを減少できるため、従来の冷却装置と比較して低コストである。
【０００６】
請求項２の発明では、押出材に形成された貫通孔が仕切り壁によって複数の通路に区画されている。これにより、冷媒槽の耐圧性が向上すると共に、伝熱面積が拡大することで放熱性能が向上する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の沸騰冷却装置を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１は沸騰冷却装置の全体斜視図である。
本実施例の沸騰冷却装置１は、冷媒の沸騰／凝縮熱伝達によって発熱体２を冷却するもので、冷媒槽３、放熱器４、および冷却ファン（図示しない）から構成されている。
発熱体２は、例えば電気自動車や一般電力制御機器等のインバータ回路を構成するＩＧＢＴモジュールである。この発熱体２は、内部で発生した熱を放出する放熱板２ａを有し、この放熱板２ａが冷媒槽３の外壁平面部３ａに密着した状態でボルト５の締め付けによって冷媒槽３に固定されている（図１及び図２参照）。
【００１０】
冷媒槽３は、例えばアルミニウム製のブロック材から押し出し加工によって成形された押出材を略Ｕ字状に折り曲げ加工したもので、本実施例では放熱器４に対して２個設けられている。
押出材は、縦長形状で、且つ横幅に対して厚み幅の薄い断面偏平形状に設けられ、内部に貫通孔６（図２参照）が開けられている。また、押出材の外壁平面部３ａには、貫通孔６の幅方向両側（図２の左右両側）に前記ボルト５を螺子込むための螺子孔３ｂが形成されている。
【００１１】
放熱器４は、複数の放熱管７、各放熱管７の間に介在される放熱フィン８、各放熱管７の下端部を連通する下部連通部材９、各放熱管７の上端部を連通する上部連通部材１０より構成されている。
放熱管７は、偏平なアルミニウム管で、下端部が下部連通部材９を構成するロアプレート９ａ（図３参照）に形成されたバーリング部（図示しない）に差し込まれてロアプレート９ａと気密に接合され、上端部が上部連通部材１０を構成するアッパプレート（図示しない）に形成されたバーリング部に差し込まれてアッパプレートと気密に接合されている。
放熱フィン８は、アルミニウム製の薄板を波形状（コルゲート型）に成形したもので、各屈曲部が放熱管７の外壁面に接触した状態で接合されている。
【００１２】
下部連通部材９は、アルミニウム製のロアプレート９ａとロアタンク９ｂから成る（図３参照）。ロアタンク９ｂには、冷媒槽３の両端開口部が差し込まれるバーリング部９ｃが設けられている。
上部連通部材１０は、下部連通部材９と同様にアルミニウム製のアッパプレートとアッパタンクから成る。
この放熱器４を構成する各部品および冷媒槽３は、図１に示す全体形状を成す様に仮組付けされて一体ろう付けによって接合された後、冷媒槽３（貫通孔６）と放熱器４（各放熱管７、下部連通部材９、上部連通部材１０）とで形成される密閉空間内にフロロカーボン系の冷媒が封入されている。
なお、発熱体２は、図３に示す様に、押出材の曲げ部（冷媒槽３の下端部）より一端側に取り付けられている。
【００１３】
次に、本実施例の作用を説明する。
発熱体２の熱を受けて沸騰気化した蒸気冷媒は、冷媒槽３の貫通孔６内を上昇して一端側開口部６ａから放熱器４の下部連通部材９内に流入した後、下部連通部材９から各放熱管７に分配される。各放熱管７内を上昇する蒸気冷媒は、冷却ファンの送風を受けて低温となっている放熱管７の内壁面に凝縮して液化し、液滴となって放熱管７内を流下して再び下部連通部材９内に戻る。下部連通部材９内に溜まった液冷媒は、図３に実線矢印で示す様に、冷媒槽３の他端側開口部６ｂから貫通孔６内に流入し、貫通孔６の下端部（押出材の曲げ部）を通って、再び発熱体２が固定されている沸騰領域に供給される。
一方、蒸気冷媒が凝縮する際に放出された凝縮潜熱は、放熱管７の壁面から放熱フィン８へ伝わって、各放熱管７の間を通過する送風空気に放出される。
【００１４】
（本実施例の効果）
本実施例では、冷媒槽３を略Ｕ字状に形成して、その曲げ部から一端側に発熱体２を固定しているため、発熱体２の熱で沸騰気化した蒸気冷媒は、冷媒槽３の一端側開口部６ａから放熱器４の下部連通部材９内に流入し、下部連通部材９内に溜まった液冷媒は、冷媒槽３の他端側開口部６ｂから貫通孔６内に流入する。この様に、押出材から成る冷媒槽３を略Ｕ字状に形成して蒸気冷媒の上昇経路と液冷媒の下降経路とを独立させたことにより、蒸気冷媒と液冷媒との循環が良好に行われて冷却性能が向上する。また、上昇経路と下降経路との間に空間が確保されることから、上昇経路を上昇する蒸気冷媒と下降経路を流下する液冷媒との間で熱交換が行われることがなく、液冷媒の温度上昇による冷却効果の低下を防止できる。
また、冷媒槽３を押出材で構成したことにより、冷媒槽３の強度設計が容易である。
さらには、押出材を略Ｕ字状に曲げ加工して、その両端部を放熱器４に接合するだけの簡単な構造でフラッディングの発生を低減できるため、従来の冷却装置と比較して低コストである。
【００１５】
（第２実施例）
図４は冷媒槽３の水平断面図である。
本実施例の冷媒槽３は、押出材の貫通孔６が仕切り壁６ｃによって複数の通路６ｄに区画されている。これにより、各仕切り壁６ｃが冷媒槽３の補強材として機能することから冷媒槽３の耐圧性が向上すると共に、伝熱面積が拡大することで放熱性能が向上する。
【００１６】
（第３実施例）
図５は下部連通部材９と冷媒槽３の縦断面図である。
本実施例の冷媒槽３は、発熱体２が固定されている一端側開口部６ａの方が他端側開口部６ｂより高い位置で下部連通部材９に接合されている。これにより、下部連通部材９内に溜まっている液冷媒は、一端側開口部６ａより低い位置に開口する他端側開口部６ｂから貫通孔６内へ流入することができる。このため、蒸気冷媒と液冷媒との循環がより良好に行われて、フラッディング減少に効果がある。
【００１７】
（第４実施例）
図６は下部連通部材９と冷媒槽３の縦断面図である。
本実施例は、冷媒槽３に固定する発熱体２の個数が多い場合を示す。
この場合、押出材の長さを発熱体２の個数に応じて長く切断するだけで容易に対応できる。また、本実施例の様に発熱体２の個数が多くなっても冷媒槽３が放熱器４の下部連通部材９に対して２箇所（一端側開口部６ａと他端側開口部６ｂ）で接合されているため、質量増加に対して剛性が高く、耐久性も良いと言える。
【図面の簡単な説明】
【図１】沸騰冷却装置の全体斜視図である。
【図２】冷媒槽の水平断面図である。
【図３】下部連通部材と冷媒槽の縦断面図である。
【図４】冷媒槽の水平断面図である（第２実施例）。
【図５】下部連通部材と冷媒槽の縦断面図である（第３実施例）。
【図６】下部連通部材と冷媒槽の縦断面図である（第４実施例）。
【符号の説明】
１    沸騰冷却装置
２    発熱体
３    冷媒槽
４    放熱器
６    貫通孔
６ｃ  仕切り壁
６ｄ  通路
【図１】
0003810119.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003810119.tif 000004
【図４】
0003810119.tif 000005
【図５】
0003810119.tif 000006
【図６】
0003810119.tif 000007