JPH0378785B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、放熱フインを有する冷却装置とその
製造方法に関し、特に、整流器やサイリスタのよ
うな大容量半導体を冷媒（フツ化塩素、フツ化イ
オウ、アンモニア、水等）で冷却する場合に使用
される沸騰冷却方式の冷却装置とその製造方法に
関する。

（従来の技術） 上記沸騰冷却方式の冷却装置は、原理的には、
装置の内部に、液状冷媒をためるための液層領域
と、冷媒蒸気をためる気相領域とを形成し、上記
液状冷媒に発熱体を浸漬し、発熱体により加熱さ
れて沸騰した冷媒蒸気を、気相領域において、外
気により冷却するようになつている。

このような冷媒を沸騰させる型式の冷却装置で
は、多量の熱を発熱体から冷媒に伝えることがで
きるという利点があるが、その反面、気相領域と
液相領域を共通の容器の内部に形成すると、気相
領域の壁部面積が制限されるので、冷媒から外気
へ放出できる熱量が比較的少ないという問題があ
る。

そのために、実際には、発熱体を収容する容器
とは別に凝縮器を設け、凝縮器において冷媒蒸気
の放熱を行うよう構造が採用されている。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、その様な構造では、容器の他に、凝
縮器や接続配管が必要になるので、構造が複雑化
するという問題がある。

無論、気相領域と液相領域を共通の容器に形成
した装置において、放熱量を増大させる手段とし
て、壁部に放熱フインを設けることが考えられる
が、通常の板状フインを設けようとすると、次の
ような問題が生じる。

すなわち、沸騰方式の冷却装置では、容器が一
般的な直方体の場合、沸騰した冷媒を収容する空
間に対して、合計５個の壁部、すなわち前後左右
と上側の壁部が設けられる。そのために、それら
の壁の全てに板状の放熱フインを設ける場合、壁
部において、自然対流による放熱に都合の良いよ
うな方向にフインを形成することが困難である。
すなわち、板状の放熱フインを取り付けてもフイ
ン効率が低く、目標とする性能を得ることが難し
いという問題がある。

（問題点を解決するための手段） 上記問題を解決するために、本発明による装置
は、密閉構造の容器の内部に、液状冷媒をためる
ための液層領域と、その上側おいて冷媒蒸気をた
めるための気相領域とを形成し、上記液状冷媒に
発熱体を浸漬し、発熱体により加熱されて沸騰し
た冷媒蒸気と容器外の外気との熱交換を容器の壁
部を介して行うようにし、上記壁部の外面に多数
の針状フインの一端部を固定し、上記多数の針状
フインを互いに間隔を隔てて上記壁部から突出し
た状態で配置したことを特徴としている。

又本発明は、上記冷却装置に適した製造方法を
も提供するもので、その方法は、密閉構造の容器
の内部に発熱体冷却用の冷媒をため、冷媒と容器
外の外気との熱交換を容器の壁部を介して行うよ
うにし、上記壁部の外面に多数の針状フインを設
けたフイン付き冷却装置の製造方法において、上
記壁部の素材として、板状の芯材と、その外面上
に配置される板状のろう材とを設け、多数の突起
を有する型により上記芯材の外面に凹部を形成
し、それと同時に、上記ろう材の上記凹部に対応
する部分をその他の部分から剪断して凹部の底部
に位置させ、次に、上記凹部に針状フインの端部
を嵌め込み、次に上記壁部及びフインの組立体を
加熱してろう材を溶かした後に冷却し、冷却によ
り凝固したろう材によりフインを壁部に固定する
ことを特徴としている。

（実施例） 第１図において、冷媒沸騰方式の冷却装置の容
器１は直方体状で、底壁２と上壁３と４個（前後
左右）の側壁４とを備えている。

容器１の内部には、その下半部に液相領域５が
形成されている。液相領域５には、その液面を符
号Ｌで示すごとく、液状冷媒（フツ化塩素、フツ
化イオウ、アンモニア、水等）が溜めてあり、
又、大容量半導体等の発熱体６が、全体が液状冷
媒につかつた状態で、収容されている。発熱体６
は気密状態の絶縁コネクタ７を介して外部の端子
８に接続し、又、コネクタ７により容器１内部の
所定位置に保持されている。上記端子８はパネル
９に取り付けてある。パネル９は１個の側壁４の
一部分に取り付けられて容器側面の一部分を形成
している。

液相領域５の上半部は気相領域１０、すなわち
沸騰した冷媒の蒸気が充満する空間領域となつて
いる。

上記上壁３及び側壁４の外面には、パネル９を
除く全体にわたつて、多数のフイン１５が設けて
ある。各フイン１５は針状で、例えば直径３mm、
長さ60mmの円柱体であり、対応する壁３，４に対
して直角に延びており、一端部が壁３，４に固定
されている。又、各壁３，４において、フイン１
５は千鳥配列状態で設置されている。

上記構成によると、発熱体６が液相領域５の液
状冷媒を加熱し、（すなわち液状冷媒により発熱
体６が冷却され）、液状冷媒は沸騰する。このよ
うにして生じた冷媒蒸気は気相領域１０に充満し
て上壁３や側壁４の内面で凝縮し、上壁３や側壁
４を介して外気へ熱を放出する。このように気相
領域１０の内壁面で凝縮して液状となつた冷媒は
気相領域１０内を落下して液相領域５へ戻る。

そして上壁３や側壁４には多数のフイン１５
（一部のみ図示）が設けてあり、容器外面の放熱
面積は非常に広くなつている。しかもフイン１５
が針状であり、特に実施例では千鳥状に配列され
ているので、いずれの壁面においても、一部のフ
イン１５の間に空気が滞留することはなく（又は
ほとんどなく）、全て又は大部分のフイン１５が
放熱部としての機能を充分に果たす。従つて、フ
イン１５全体の放熱量が大きくなつて冷媒は充分
に冷却され、その結果、冷媒による発熱体６の冷
却効果も高くなる。

上記フイン１５や上壁３や側壁４に固定する方
法としては、溶接（スタツド溶接）やろう付けを
採用することができ、ろう付けを採用する場合に
は、本発明による次のような方法を採用すること
ができる。

第２図において、２０は第１図の上壁３や側壁
４の素材で、板状の芯材２１と薄い板状の皮材２
２とを備えている。芯材２１は両面が平坦なアル
ミニウム等の板である。皮材２２はフイン溶着用
のろう材で形成されており、芯材２１の外面（片
面）全体を覆つている。

このような素材２０に、その下面（皮材２２と
反対側の面）を下型２３で支持した状態で、上型
２４によりプレス加工を施す。上型２４には多数
の突起２５が設けてある。これらの突起２５は、
上壁３や側壁４のフイン１５と同じ位置関係で配
置されており、又、各突起２５の寸法はフイン１
５の端部の寸法とほぼ同じである。この加工によ
り、第３図の如く、芯材２１の表面には多数の凹
部２６が形成され、それと同時に、皮材２２は、
突起２５が圧接した部分がその他の部部から剪断
されて凹部２６の底部に入り込む。

凹部２３には、上記突起２５に対応する部分に
窪み２７を設けておき、上記加工により、芯材２
１が部分的に窪み２７に入り込んで多数の突部２
８が形成されるように構成することもできる。こ
のように突部２８を形成すると、上壁３及び側壁
４の内面において冷媒の凝縮熱伝達を促進するこ
とができ、この点でも冷却効率が向上する。

次に、第４図の如く、凹部２６にフイン１５の
端部を嵌め込んで治具（図示せず）により一時的
に固定し、その状態で加熱処理を行つて皮材２２
を溶かす。この工程では、ろう材（皮材２２）が
フイン１５の周囲だけではなく、フイン１５の端
面と凹部２６の底面との間にも位置している。従
つて、溶融後の冷却凝固状態では、フイン１５
は、芯材２１の表面近傍の部分だけではなく、凹
部２６の内部においても確実に固定され、その結
果、フイン１５の固定強度は向上するとともに、
フイン１５と芯材２１との熱伝達率が最大限に高
くなる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明の構成によると、い
ずれの壁面においても自然対流による放熱を妨げ
ることがなく、フイン効率の高い沸騰冷却方式の
冷却装置を得ることができる。無論、本発明の装
置では共通の容器１内に液相領域５と気相領域１
０とが形成されるので、従来のように、気相領域
を独立した凝縮器で形成する場合に比べ、構造を
簡単化できる。

又、第２図〜第４図に示すような製造方法を使
用すると、フイン１５の固定強度及び熱伝達率が
高いだけではなく、容器の内壁における冷媒の凝
縮熱伝達率も合わせて向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の装置の一部切り欠き正
面略図、第２図〜第４図は本発明実施例の製造方
法により容器を製造する場合のそれぞれ異なる段
階を示す断面略図である。１……容器、３……上
壁、４……側壁、５……液層領域、６……発熱
体、１０……気相領域、１５……フイン、２０…
…素材、２１……芯材、２２……皮材、２４……
上型、２５……突起、２６……凹部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 密閉構造の容器の内部に、液状冷媒をためる
   ための液層領域と、その上側おいて冷媒蒸気をた
   めるための気相領域とを形成し、上記液状冷媒に
   発熱体を浸漬し、発熱体により加熱されて沸騰し
   た冷媒蒸気と容器外の外気との熱交換を容器の壁
   部を介して行うようにし、上記壁部の外面に多数
   の熱伝導性良好なる金属製針状フインの一端部を
   固定し、上記多数の針状フインを互いに間隔を隔
   てて上記壁部から突出した状態で配置したことを
   特徴とするフイン付き冷却装置。 ２ 密閉構造の容器の内部に発熱体冷却用の冷媒
   をため、冷媒と容器外の外気との熱交換を容器の
   壁部を介して行うようにし、上記壁部の外面に多
   数の針状フインを設けたフイン付き冷却装置の製
   造方法において、上記壁部の素材として、板状の
   芯材と、その外面上に配置される板状のろう材と
   を設け、多数の突起を有する型により上記芯材の
   外面に凹部を形成し、それと同時に、上記ろう材
   の上記凹部に対応する部分をその他の部分から剪
   断して凹部の底部に位置させ、次に、上記凹部に
   針状フインの端部を嵌め込み、次に上記壁部及び
   フインの組立体を加熱してろう材を溶かした後に
   冷却し、冷却により凝固したろう材によりフイン
   を壁部に固定することを特徴とする冷却装置の製
   造方法。