JPH02206151A - ヒートパイプ式半導体冷却器 - Google Patents

ヒートパイプ式半導体冷却器

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JPH02206151A
JPH02206151A JP1027024A JP2702489A JPH02206151A JP H02206151 A JPH02206151 A JP H02206151A JP 1027024 A JP1027024 A JP 1027024A JP 2702489 A JP2702489 A JP 2702489A JP H02206151 A JPH02206151 A JP H02206151A
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absorbing
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Takashi Murase
孝志 村瀬
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    • F28D15/02Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は改良されたヒートパイプ式半導体冷却器に関す
るものである。
〔従来の技術とその課題] サイリスク等の半導体の冷却用としてヒートパイプを用
いた冷却吸熱部は本発明者等により特開昭60−579
56号としてすでに公知である。
この半導体用ヒートパイプ冷却吸熱部は第5図および第
6図に示すように銅などの熱伝導のよい金属からなるヒ
ートパイプ(1)に同じく熱伝導のよい銅またはアルミ
ニウムなどからなるフィン(2)が挿着されて放熱部を
形成し、ヒートパイプの下端が熱伝導のよい銅などから
なる金属ブロック(3)に挿着され、金属ブロックに取
付けられたサイリスク等の半導体(4)が発熱された熱
をヒートパイプに伝達しフィンにより自然またはファン
などにより強制冷却させて半導体の効率を高めるもので
ある。
なお必要に応じて電流取出し用の端子(5)が取付けら
れる。サイリスタ等の半導体面は通常、電位を持ってい
るため、これらが金属ヒートパイプを介して放熱部に通
電されるため使用環境によっては取扱上非常に危険な状
況にあった。特に最近は電車などの車輌に搭載される場
合があり、安全上問題があった。そこでサイリスク等の
半導体(4)と金属ブロックとの間に比較的熱伝導性の
良い窒化アルミなどのセラミック製絶縁板(9)を設は
電気的に絶縁することが試みられている。しかし上記の
窒化アルミなどは熱性能、機械強度、信頬性などの点で
なお問題があった。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は上記の問題について検討の結果、電気絶縁性に
優れ、かつ吸熱性および放熱性を向上せしめたヒートパ
イプ式半導体冷却器を開発したものである。
〔課題を解決するための手段および作用〕本発明は内面
に軸方向の一方に傾斜した多数の条溝を有する1本また
は複数本のヒートパイプにフィンを多数挿着して放熱部
を形成し、その下方に内面に軸方向に多数の交錯した条
溝を有する1本または複数本のヒートパイプを金属ブロ
ックに挿着して吸熱部を形成し、該放熱部と吸熱部との
中間を電気絶縁性の筒で接続し、かつ作動液が電気絶縁
性のものであることを特徴とするヒートパイプ式半導体
冷却器である。
すなわち本発明は、例えば第1図に示すようにヒートパ
イプ(1)の一端が半球状または円錐状に絞られたその
先端にノズル(6)を有し、かつその内面に第3図に示
すようなり字状、凹字状または波形状などの軸方向(1
)の一方に傾斜した角度(α)の多数の条溝(M)を設
けた1本または複数本のヒートパイプにフィン(2)を
多数挿着して放熱部を形成し、その下方に一端が半球状
または円錐状に絞られ溶接により封止され、かつ内面に
第4図に示すように軸方向に多数の交錯した7字状、凹
字状または波形状などの条溝(N)を有する1本または
複数本のヒートパイプ(1′)を金属ブロック(3)に
挿着して吸熱部を形成し、上記放熱部と吸熱部との中間
を鉄−ニッケル合金製などのフランジを有c?) する電気絶縁筒僻で接続し、かつヒートパイプの作動液
としてフロンなどの電気絶縁性のものを封入してヒート
パイプ式半導体冷却器としたものである。
しかして上記の放熱部のヒートパイプ(1)内面に設け
る条溝(M)の形状は、V字状、凹字状または波形状の
いずれのものでもよく、第3図のように軸方向の一方に
傾斜した角度(α)を有するもので、この角度(α)は
2〜10°の範囲が好ましい。上記の条溝により、ヒー
トパイプ内面の表面積が拡大しこの凝縮特性を促進する
と共に、作動液の還流を良好にして放熱特性を向上させ
る。
また吸熱部のヒートパイプ(1′)内面に設ける条溝(
N)の形状は、V字状、凹字状、または波形状のいずれ
でもよいが、第4図のように軸方向に交錯した条溝を設
けるものである。その角度は軸方向に2〜45°の傾斜
したものがよい。この条溝により表面積が増大し作動液
の沸騰特性が促進され吸熱作用が向上する。
また放熱部と吸熱部の中間において例えばアルミナ、マ
グネシャ、ガラス、セラミックなどからなる電気絶縁筒
(7)で接続して吸熱部の半導体からの電気的なリーク
を上記の電気絶縁筒で遮断して放熱部まで電流が及ばな
いようにする。このためサイリスクの電位が放熱部に伝
わることなく熱だけが伝熱されるため感電などの危険が
防止できる。
また半導体を直接金属ブロックに取付けられるので熱的
な性能も向上する。
なお上記の電気絶縁筒とヒートパイプの接続には鉄−ニ
ッケル合金などの封着材料を介して接続した方が良好に
接続できる。
しかして上記の放熱部を構成するヒートパイプは、その
上端が半球状または円錐状に絞られ、その先端にノズル
(6)を有するものが好ましく、これはヒートパイプの
端部をこのように形成するとヒートバイブ内面に設けた
条溝が端部までおよんでいるためヒートパイプとしての
効率が高められるものである。またその先端のノズルは
作動液を注入するためのものである。さらに吸熱部のヒ
ートパイプの下方端が半球状または円錐状に絞られてい
るのは上記の放熱部の場合と同様にヒートバイブ内面に
設けた条溝が端部までおよんでいるため蒸発効率が向上
するものである。
なお本発明のヒートパイプ式半導体冷却器はヒートパイ
プを縦位置でも横位置に配置しても良く特に横位置の場
合においてもヒートパイプ内面に条溝が設けであるので
これがウィックとして有効に作用して放熱特性を高める
ものである。また上記の放熱部、吸熱部に用いるヒート
パイプは、それぞれ同一の径のものでもよいが、例えば
吸熱部のヒートパイプ(1′)を放熱部のヒートパイプ
(1)より大径にして吸熱効果を向上させることもでき
る。
さらにヒートパイプの材質としては、銅、アルミの他ス
テンレス鋼などが使用でき、金属ブロックおよびフィン
には銅、アルミなどの熱伝導の良いものを適用する。
このように本発明によれば金属ブロック(3)面にサイ
リスタ等の半導体(4)を直接取付けてもヒートパイプ
の中間において電気絶縁筒(7)により電気的に絶縁さ
れているためサイリスクの電位が放熱部に伝わることな
く熱だけが伝達されるため感電などの危険が防止tきる
。また半導体を直接金属ブロックに取付けられるので熱
的な性能も向上する。
また、放熱部のヒートパイプ(1)と吸熱部のヒートパ
イプ(1′)の内面には特殊な条溝が設けられているの
で放熱性および吸熱性が一層向上するものである。
そしてヒートパイプの端部を半球状または円錐状に形成
しであるので条溝が端部まで及ぶことになり、端部が平
板のものよりを効面積が増してヒートパイプとしての性
能も増加するものである。
さらにヒートパイプに細孔部を有するノズル(6)が設
けであるので作動液の注入および封止などの作業性が向
上するなど多くの利点を有するものである。
〔実施例〕
以下に本発明の一実施例について説明する。
内面に山の高さ0.3mm、ピッチ0.9 tnaの7
字形状で軸方向に右5°に傾斜した第3図に示す条溝(
M)を形成した外径22.23 tmの銅製のパイプの
上端部をスピニング加工により半球状に形成し、その先
端をさらにスピニング加工により細孔部を有するノズル
(6)を設けて放熱部のヒートパイプ(1)とする。次
に同一径の銅製のパイプ内面に山の高さ0.3m++、
ピッチ0.98のV字形状で軸方向に左右双方に5″′
傾斜した第4図に示す条溝(N)を設け、この先端を同
様にスピニング加工により半球状に成形し、溶接により
封止し、吸熱部のヒートパイプ(1′)とする。このヒ
ートパイプ(1′)と放熱部のヒートパイプ(1)の中
間にFe−Ni合金製のフランジ(図示せず)を具備し
たアルミナ絶縁(+7) 筒桝組込み高周波加熱により、フランジとヒートパイプ
(1)、(1′)を連結して一体化した。次に第1図に
示すようにこの一体化したヒートパイプの一端120m
a+を穿孔された銅製の金属ブロック(3)に挿入して
軟ロウ材でロウ接した後ヒートパイプの上端のノズル(
6)から空気等の非凝縮性ガスを脱気後フレオン等の電
気絶縁性作動液(8)を一定量注入し、該ノズル(6)
を圧着治具によりかしめて該圧着上端部をTIG溶接に
より溶接の後多数の銅製のフィン(2)を適切なピッチ
間隔にヒートパイプの上方に挿着して放熱部とした。な
お絶縁筒付鋼管をヒートパイプ化した後、ブロックにロ
ウ接してもよい。この場合ノズルは下方(ブロック内)
に配置することができる。
このようにして製造されたヒートパイプ式半導体冷却器
は第1図に示すようにヒートパイプ(1)に多数のフィ
ン(2)が挿着されて放熱部をなし、その下方に金属ブ
ロック(3)に挿着されたヒートパイプ(1′)が吸熱
部をなし、その中間を電気絶縁筒(7)で接続する構造
としたものである。
サイリスクなどの半導体(4)の発熱は金属ブロック(
3)を介してヒートパイプ(1′)に伝達されヒートパ
イプ(1)の放熱部により放熱される。この際電気絶縁
性の筒(7)が設けられているので上方の放熱部には熱
だけが伝達され電気的に絶縁されているので感電の危険
はない。また作動液にはフロン等の電気絶縁性のものを
使用しているのでこの点においても安全性が確保されて
いる。そして放熱部のヒートパイプ(1)には、第3図
に示すような内面に7字状のスパイラル条溝が設けであ
るので放熱性が向上し、また放熱部のヒートパイプ(1
′)には第4図に示した左右にクロスしたスパイラル条
溝が設けられているので、吸熱性が向上するものである
〔効果〕
以上に説明したように本発明によれば電気絶縁性が高く
、かつ放熱性、吸熱性の優れたヒートパイプ式半導体冷
却器が得られるもので工業上顕著な効果を奏するもので
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すヒートパイプ式半導体
冷却器の正面図、第2図は第1図の平面図、第3図は第
1図に示すヒートパイプ(1)の内面を示す断面斜視図
、第4図は第1図に示すヒートパイプ(1′)の内面を
示す断面斜視図、第5図は従来のヒートパイプ式半導体
冷却器の正面図、第6図は第5図の平面図、第7@は従
来の他のヒートパイプ式半導体冷却器の正面図である。 1.1′・・・ヒートパイプ、  2・・・フィン、 
 3・・・金属ブロック、 4・・・半導体、 5・・
・端子、6・・・ノズル、 7・・・電気絶縁筒、 8
・・・作動液。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 内面に軸方向の一方に傾斜した多数の条溝を有する1本
    または複数本のヒートパイプにフィンを多数挿着して放
    熱部を形成し、その下方に内面に軸方向に多数の交錯し
    た条溝を有する1本または複数本のヒートパイプを金属
    ブロックに挿着して吸熱部を形成し、該放熱部と吸熱部
    との中間を電気絶縁性の筒で接続し、かつ作動液が電気
    絶縁性のものであることを特徴とするヒートパイプ式半
    導体冷却器。
JP1027024A 1989-02-06 1989-02-06 ヒートパイプ式半導体冷却器 Expired - Fee Related JP2677854B2 (ja)

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DE69031929T DE69031929T2 (de) 1989-02-06 1990-02-06 Halbleiter-kühlanordnung vom elektrisch-isolierten wärmerohr-typ
KR1019900702191A KR930005489B1 (ko) 1989-02-06 1990-02-06 전기 절연형 히트 파이프식 반도체 냉각기
EP90902690A EP0417299B1 (en) 1989-02-06 1990-02-06 Electrically insulated heat pipe-type semiconductor cooling device

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0534466U (ja) * 1991-09-20 1993-05-07 三菱電線工業株式会社 ヒートパイプ式冷却器
JPH0590169U (ja) * 1992-05-07 1993-12-07 三菱電線工業株式会社 ヒートパイプ式冷却器
JP2012117786A (ja) * 2010-12-03 2012-06-21 Toyota Motor Corp ヒートパイプ

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