JPH0329181B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は半導体スタツクの如き電気機器を密閉
容器内の沸騰性冷媒中に浸し、該冷媒の気液の相
変化を伴う循環を利用して前記電気機器の冷却を
行う沸騰冷媒式冷却装置に関する。この種の冷却
装置においては前記密閉容器に対し沸騰冷媒の漏
れや外気の侵入を極力防止するための高い気密性
が要求されかつ収納される電気機器の帯電部に対
して有害な異物の混入防止が要件になるととも
に、その生産に際して特に量産の場合には品質管
理が容易である上に製作コストの低いことが望ま
れる。

〔従来技術とその問題点〕

この種の沸騰冷媒式冷却装置として従来第７図
及び第８図に示す如きものがしられている。即ち
発熱源となる半導体スタツクの如き電気機器６は
密閉容器の冷媒沸騰部１の内部に貯留された沸騰
冷媒７の中に適宜の手段により完全に浸る如く保
持されている。前記電気機器６のリード線は前記
密閉容器の冷媒沸騰部１の適宜の個所に配置され
た気密端子５を介して外部に引き出される。更に
前記密閉容器の冷媒沸騰部１の上部には電気機器
６の損失熱を吸収して沸騰気化した冷媒７の気相
部分が流入する伝熱フイン１５を備えた冷媒凝縮
室８とその上方に位置する空気だめ室１０、並び
に冷媒凝縮室８を複数の溝状の室に分割する如く
配置されたその外壁が前記冷媒７の気相部分に接
触しかつそれ自体の内部を外気が流通する如く両
側面が外界に開口した溝状に形成され内部に伝熱
フイン１３の配置された冷却室９から構成される
冷媒凝縮部２が設けられる。その際前記密閉容器
の冷媒沸騰部１の内部の電気機器６には高電圧が
印加されるから沸騰冷媒としては通常フロン１１
３の如く電気的に絶縁性を有する物質が使用され
る。

前記の如くにして構成された沸騰冷媒冷却装置
においては気液の相変化を伴う沸騰冷媒７の前記
密閉容器内の循環の際に、前記電気機器６の損失
熱が当該電気機器に接触する部分における沸騰熱
伝達、冷媒凝縮室８における気相冷媒の凝縮熱伝
達並びに冷却室９内の伝熱フイン１３における対
流熱伝達により外気中に放出されて前記電気機器
６の冷却が行われる。その際前記冷却装置の冷却
能力並びに長期間にわたる信頼性を確保するため
に前記冷却装置内部における冷媒の気液両相から
なる冷却系に対する気密保持が重要な条件とな
り、通常前記冷却装置の気密度は前記密閉容器の
各部を溶接あるいはろう付けなどにより接合して
その漏れ量が10^-7atm.cc／sec以下になる如くに保
持される。

前述の如き気密保持を目的として第７図の冷媒
凝縮部２の本体２ａにまず上部ヘツダ４及び下部
ヘツダ３をそれぞれ溶接した後その全体を冷媒沸
騰部１に溶接する。また冷媒沸騰部１の内部の電
気機器６のリード線を外部に引き出すための気密
端子５も冷媒沸騰部１の適宜の個所に配置溶接さ
れる。その際冷媒凝縮部２の上部ヘツダ４の内側
に形成される空気だめ室１０は、第７図に示す如
く冷却室９により複数個の溝状の室に分割された
冷媒凝縮室８のそれぞれに連絡していて前記密閉
容器内部の圧力を均一化するとともに、前記冷却
装置の長期間使用中に不可避的に前記密閉容器内
に侵入する微量の外気を貯留して冷媒凝縮部２に
おける凝縮性能の低下を防止する役目を果たす。

一方冷媒凝縮部２の内部における冷媒凝縮室８
と冷却室９との構成は、例えば第８図に示す如く
その内部に水平方向に通気し得る伝熱フイン１３
を有し両側面が外気に開口する溝状の冷却室９と
内部に垂直方向に気相冷媒の通路を形成する伝熱
フイン１５を内蔵する溝状の冷媒凝縮室８とが水
平方向に交互に配置される如くに隔板１１によつ
て相互に区切られるとともに、冷却室９はその上
辺と下辺とを、また冷媒凝縮室８はその前面と背
面とを適宜の閉鎖材１２及び１４により閉鎖され
それぞれが一方向にのみ貫通する如くにされる。

その際前記冷却装置全体の軽量化と冷媒凝縮室
８と冷却室９とにおける伝熱特性の向上とを目的
として前記伝熱フイン１３及び１５、隔板１１並
びに閉鎖材１２及び１４などにはアルミニウム材
が使用されるが、更に製品の品質管理の向上を図
ることをも考慮して、アルミニウムの心材に接合
用ろうの被覆された所謂ブレーシング材を素材と
する隔板１１を用いて、冷媒凝縮室８並びに冷却
室９を第８図の如くに構成した後、該構成体を塩
浴槽あるいは炉の中で所定の条件に従つて加熱並
びに冷却することにより前記各部材相互の接合部
の一斉ろう付けをおこなつている。

前記の如く構成された沸騰冷却装置の密閉容器
においては冷媒凝縮室８並びに冷却室９は一斉ろ
う付けが行われるが、その他の冷媒沸騰部１の形
成、あるいは冷媒凝縮部２における本体２ａとヘ
ツダ３及び４の接合、もしくは冷媒沸騰部１と冷
媒凝縮部２との相互の接合などは全て通常の溶接
作業を必要とするから、作業的に労力と熟練とを
要する人為的な要素が残存しかつ溶接ひずみや気
泡にもとずく気密に対する信頼性の低下、あるい
は作業中の異物の密閉容器内への侵入など品質管
理上に多くの懸念材料を伴う結果折角の前述の各
部材の一斉ろう付けの効果化が著しく減殺される
うえに、特に同一製品を量産する如き場合に経済
的に不利になることを免れない。

〔発明の目的〕

本発明は従来の沸騰冷媒式冷却装置が有する前
述の如き欠点に鑑み、接合ろう材の被覆された素
材から予め所定の形状に形成された全ての各部材
を安定した条件のもとで一斉に気密接合して沸騰
冷媒式冷却装置の密閉容器を構成する如くするこ
とにより、製作に際し特に量産の場合、品質管理
が容易で高い信頼性を有しかつ工数の節減したが
つてまたコストの低減された沸騰冷媒式冷却装置
を提供することを目的とする。〔発明の要点〕 前記の目的を達成するために本発明では首記の
冷却装置において、適宜の板材からなる隔板の一
方の面に閉環状の１個の枠体を、また他方の面の
上部と下部とに２個の閉環状の枠体をそれぞれ配
置し、前記１個の枠体の内部に垂直方向に通気し
得る如く伝熱フインを、また前記上下に配置され
た２個の枠体相互の間に水平方向に通気し得る如
くに伝熱フインをそれぞれ配置してなる単位構成
体を別の前記隔板を介在させて所定の個数積層
し、前記垂直方向に通気し得る如くに配置された
伝熱フインの部分に密閉された冷媒凝縮室を、ま
た前記水平方向に通気し得る如くに配置された伝
熱フインの部分に両側面で外気に開口する冷却室
を交互に位置する如くにそれぞれ形成し、前記積
層体の両端を適宜の板材からなる端板により挾持
し、前記各隔板の上部に形成された穴と前記１個
の枠体内部の前記伝熱フインの上方の空間並びに
前記２個の枠体のうち上方に配置される枠体内部
の空間とにより空気だめ室を、また前記各隔板の
下部に形成された穴と前記１個の枠体内部の前記
伝熱フインの下方の空間並びに前記２個の枠体の
うち下方に配置される枠体内部の空間とにより冷
媒沸騰室をそれぞれ前記積層体を積層方向に貫通
する如くに形成し、かつ前記各部材の内の少なく
とも隔板、枠体の部材が接合ろう材により被覆さ
れた素材からなり、前記各部材からなる構成体が
適宜のろう付設備内で所定の条件に従つて部材相
互間の一斉ろう付けの行われる如くするととも
に、前記両端板に形成され前記冷媒沸騰室に通ず
る口出用穴に前記冷媒沸騰室内の沸騰冷媒中に適
宜の手段により固定保持された前記被冷却電気機
器のリード線の引出用気密端子を接合して密閉す
ることにより、溶接の如く人為的要素を含む作業
が一切不要の完全密閉容器からなる沸騰冷媒式冷
却装置を構成するものである。

〔発明の実施例〕

次に図面に表された実施例にもとづいて本発明
の詳細を説明する。

第１図及び第２図において板状の隔板２１の一
方の面に棒材からなる１個の枠体２２を、また他
方の面に同様に棒材からなる２個の枠体２３及び
２４を枠体２３が下方に枠体２４が上方に位置す
る如くにそれぞれ配置し、枠体２２の内部には垂
直方向に通気し得る如くにされた薄板材からなる
波形の伝熱フイン１５を、また枠体２３と枠２４
との間には水平方向に通気し得る如くにされた同
様に薄板材からなる波形の伝熱フイン１３をそれ
ぞれ配置する。この様にして隔板２１、枠体２
２，２３および２４並びに伝熱フイン１３及び１
５から構成された単位構成体を第２図に示す如く
相互の間に別の隔板２１を介在させて所定の個数
積層しかつ該積層体の両端を板状の端板２０によ
つて挾持し、伝熱フイン１５の位置する部分には
枠体２２によつて密閉された冷媒凝縮室８を、ま
た伝熱フイン１３の位置する部分にはその両側方
が外気に開口する溝状の冷却室９をそれらが交互
に位置する如くに形成する。

その際前記の各構成部材の内少なくとも隔板２
１、枠体２２，２３及び２４は何れもアルミニウ
ムを心材として表面に接合用ろう材が予め被覆さ
れた素材所謂ブレージング材をもつて形成し、端
板２０によつて挾持された前記各部材の積層体を
例えば真空ろう付け炉の如き適宜ののう付け設備
内で所定の条件に従い加熱並びに冷却して前記各
部材相互の一斉ろう付けを行なう。その結果隔板
２１の上部の穴２８と枠体２２の内部の前記伝熱
フイン１５の上方の空間並びに枠体２４の内部空
間とにより前記積層体を積層方向に貫通する空気
だめ室１０が、また隔板２１の下部と穴２７と枠
体２２の内部の前記伝熱フイン１５の下方の空間
並びに枠体２３の内部空間とにより前記積層体を
積層方向に貫通する冷媒沸騰部１の内室がそれぞ
れ形成される。更に前記積層体の両端の端板２０
の下部には前記冷媒沸騰部１の内室に通ずる穴２
６が設けられかつ該穴２６に口出部２５、この場
合はパイプからなる口出部が接合される。この口
出部２５の接合は、積層体が一斉ろう付けされる
前に、例えば第１図に示すようなブレージング材
またはろう材から円環板２５ａを間に挾んで口出
部２５を端板２０に当接しておくことにより、積
層体の一斉ろう付けと同時に行なうことができ
る。そして口出部２５を介して前記内室の内部に
適宜の手段により固定保持された被冷却電気機器
（図示せず）のリード線を外部に引き出し、冷媒
沸騰部１の内室に所定量のフロン１１３の如き冷
媒を充填するとともに気密端子（図示せず）によ
り前記口出部２５を気密に封鎖して前記電気機器
の沸騰冷媒式冷却装置が構成される。

前記の如くにして構成された沸騰冷媒式冷却装
置においては冷媒沸騰部１の内室に固定保持され
た前記電気機器の損失熱が前記沸騰冷媒の気液の
相変化を伴う前記密閉容器内の循環により、冷媒
が前記電気機器に接触する部分における沸騰熱伝
達、冷媒凝縮室８の内部における気相冷媒の凝縮
熱伝達並びに冷却室９の伝熱フイン１３における
対流熱伝達により外気中に放出され前記電気機器
の冷却が行われる。ところで枠体２２，２３およ
び２４は閉環状にする必要があるが、断面形状が
各枠体の平面形状をした引抜き加工または押出加
工等により形成された管材から所望厚さに切出こ
とにより継ぎ目なしの閉環状の枠体を形成でき
る。

これらの枠体２２，２３および２４を棒材３０
により形成する場合は、それぞれ第３図、第４図
および第５図に示す如く、棒材３０を適当に閉環
状に折曲して棒材３０の両端部を突き合わせ、こ
の突き合わせ部をろう付け等に結合する。棒材３
０を直角に折曲する際に、この折曲部に図示する
ように予め切込みを施すことによつて作業を容易
にかつ安全にすることができる。

各枠体の突き合わせ部の接合は第３図ａ、第４
図ａおよび第５図ａに示すように突き合わせ部３
５に望ましくは隔板２１と同一のブレージング材
よりなる接合片３２を挾んでろう付けすることに
より行なうことも、また第３図ｂ、第４図ｂおよ
び第５図ｂに示すように、棒材３０の両端部を所
定長さ、内側に直角に折曲し、この折曲部３３，
３３を相互に突き合わせてこの突き合わせ部３６
をろう付けすることにより行なうことも可能であ
る。

更に第６図ａおよびｂに示す如く前記枠体２
２，２３および２４並びに隔板２１が双方ともに
ブレージング材からなる結果枠体の切込み３１あ
るいは突合わせ部３５または３６に空隙が僅かり
残つていても前記ろう付け作業中に前記枠体およ
び隔板の双方からろうが供給されて空隙が埋めら
れるのでこれらの個所のろう付けも確実にするこ
とができる利点がある。

前記積層体から構成される密閉容器において冷
媒沸騰部１の内室は前記被冷却電気機器を収納し
かつ前記電気機器と前記内室の壁との間に必要な
絶縁距離を保つて沸騰冷媒中に浸すに足る容積を
有しているため、前記内室の内圧が増大した場合
前記枠体２３に生ずる応力が著しく高くなる虞れ
があるから、第４図に示す如く特に枠体２３の切
込み３１の存在する部分の応力を緩和しかつ補強
し得る如くに隔板２１の穴２７の形状、寸法並び
に隅角半径が選定される。

更に前記枠体２２，２３並びに２４の素材とし
てろう材の被覆された薄板材からなる溝形棒材を
使用する場合はむくの棒材を使用する場合に比較
して前記各枠体の成形時の断面変形が小で、した
がつて前記各枠体の前記積層体における相互積層
のろう付面の平面度の崩れが少なくろう付けのた
めの相互の重ね代が減少する虞がない上に、同様
にブージング材からなる隔板２１あるいは端板２
０ともなじみ易く多少の寸法誤差があつてもこれ
を吸収することができるから、本発明の如く比較
的に複雑な形状を備えた部材を多数組合めて密閉
容器を構成する場合には著しく有利である。

〔発明の効果〕

本発明は以上に説明した如く半導体スタツクの
如き電気機器を密閉容器の沸騰冷媒中に浸し、該
冷媒の気液の相変化を伴う循環を利用して前記電
気機器の冷却を行う沸騰冷媒式冷却装置におい
て、適宜の板材からなる隔板の一方の面に適宜の
棒材からなる１個の枠体を、また他方の面の上部
と下部とに同様に適宜の棒材からなる２個の枠体
をそれぞれ配置し、前記１個の枠体の内部に垂直
方向に通気し得る如く伝熱フインを、また前記上
下に配置された２個の枠体相互の間に水平方向に
通気し得る如くに伝熱フインをそれぞれ配置して
なる単位構成体を別の前記隔板を介在させて所定
の個数積層し、前記垂直方向に通気し得る如くに
配置された伝熱フインの部分に密閉された冷媒凝
縮室を、また前記水平方向に通気しうる如くに配
置された伝熱フインの部分に両側面で外気に開口
する冷却室を交互に位置する如くにそれぞれ形成
し、前記積層体の両端を適宜の板材からなる端板
により挾持し、前記各隔板の上部に形成された穴
と前記１個の枠体の内部の前記伝熱フインの上方
の空間並びに前記２個の枠体のうち上方に配置さ
れる枠体の内部空間とにより空気だめ室を、また
前記各隔板の下部に形成された穴と前記１個の枠
体の内部の前記伝熱フインの下方の空間並びに前
記２個の枠体のうち下方に配置される枠体の内部
空間とにより冷媒沸騰室をそれぞれ前記積層体を
積層方向に貫通する如くに形成し、かつ少なくと
も前記隔板、枠板が接合用ろう材により被覆され
た素材からなり、前記部材からなる構成体が適宜
のろう付け設備内で所定の条件に従つて部材相互
間の一斉ろう付けの行われる如くするとともに、
前記両端板に形成され前記冷媒沸騰室に通ずる口
出用穴に前記冷媒沸騰室内の沸騰冷媒中に適宜の
手段により固定保持された前記被冷却電気機器の
リード線の引出用気密端子を接合して密閉するこ
とにより、沸騰冷媒式冷却装置の密閉容器を入手
容易なブレージング材からなる枠体と板状体とか
ら構成し簡単な組立と各部材の一斉ろう付けとに
より装置全体の軽量化を容易にするとともに、煩
雑で工数を要求する溶接作業を排して気密接合部
の品質の均一化を図り、かつ溶接時のスパツタや
現物合せ時の粉の如き異物が密閉容器内に侵入す
るのを防止して製品の信頼性の向上と製造コスト
の低減とを図り得る効果がある。そして口出部２
５を他の部材のろう付けが行なわれるとき同時に
ろう付けを行なうようにすれば人為的要素を含む
作業をさらに少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の沸騰冷媒式冷却装置の構成部
材を示す概略斜視図、第２図は前記部材より構成
された本発明の前記冷却装置の概略縦断面図、第
３図ａ，ｂ、第４図ａ，ｂ及び第５図ａ，ｂは前
記部材のうち棒材から形成される各枠体の概略正
面図、第６図ａ，ｂは前記枠体と板状体との接合
部を示す部分的な横断面図、第７図は従来装置を
示す縦断面図、第８図は従来装置の凝縮部の概略
をしめす斜視図である。 １……冷媒沸騰部、８
……冷媒凝縮室、９……冷却室、１０……空気だ
め室、２……端板、２１……隔板、２２，２３及
び２４……枠体、２５……口出部、２６……端板
に形成された穴、２７及び２８……隔板に形成さ
れた穴、３０……枠体の素材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体スタツクの如き電気機器を密閉容器内
   の沸騰冷媒中に浸し、該冷媒の気液の相変化を伴
   う循環を利用して前記電気機器の冷却を行う沸騰
   冷媒式冷却装置において、適宜の板材からなる隔
   板の一方の面に閉環状の１個の枠体を、また他方
   の面の上部と下部とに同様に閉環状の２個の枠体
   をそれぞれ配置し、前記１個の枠体の内部に垂直
   方向に通気し得る如く伝熱フインを、また前記上
   下に配置された２個の枠体相互の間に水平方向に
   通気し得る如くに伝熱フインをそれぞれ配置して
   なる単位構成体を別の前記隔板を介在させて所定
   の個数積層し、前記垂直方向に通気し得る如くに
   配置された伝熱フインの部分に密閉された冷媒凝
   縮室を、また前記水平方向に通気しうる如くに配
   置された伝熱フインの部分に両側面で外気に開口
   する冷却室を交互に位置する如くにそれぞれ形成
   し、前記積層体の両端を適宜の板材からなる端板
   により挾持し、前記各隔板の上部に形成された穴
   と前記１個の枠体の内部の前記伝熱フインの上方
   の空間並びに前記２個の枠体のうち上方に配置さ
   れる枠体の内部空間とにより空気だめ室を、また
   前記各隔板の下部に形成された穴と前記１個の枠
   体の内部の前記伝熱フインの下方の空間並びに前
   記２個の枠体のうち下方に配置される枠体の内部
   空間とにより冷媒沸騰室をそれぞれ前記積層体を
   積層方向に貫通する如くに形成してなることを特
   徴とする沸騰冷媒式冷却装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の装置におい
   て、前記各枠体が溝形棒材から形成されてなるこ
   とを特徴とする沸騰冷媒式冷却装置。 ３ 特許請求の範囲第１項並びに第２項の何れか
   に記載の装置において、前記隔板の一方の面の上
   部と下部とに配置される前記枠体のうち少なくと
   も下部に配置される枠体に生ずる応力を緩和しか
   つ該枠体を補強する如く、前記隔板の下部に形成
   される穴の形状、寸法並びに隅角半径を選定して
   なることを特徴とする沸騰冷媒式冷却装置。 ４ 特許請求の範囲第１項ないし第３項の何れか
   に記載の装置において、前記隔板、枠体、伝熱フ
   イン、端板等の各部材をろう付けにより一体に結
   合したことを特徴とする沸騰冷媒式冷却装置。