JPH0730023A - 半導体素子冷却装置 - Google Patents
半導体素子冷却装置Info
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- JPH0730023A JPH0730023A JP5172765A JP17276593A JPH0730023A JP H0730023 A JPH0730023 A JP H0730023A JP 5172765 A JP5172765 A JP 5172765A JP 17276593 A JP17276593 A JP 17276593A JP H0730023 A JPH0730023 A JP H0730023A
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- Japan
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- refrigerant
- heat
- semiconductor element
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Abstract
(57)【要約】
【目的】熱輸送能力を高め、装置の小形化および軽量化
を実現する半導体素子冷却装置を提供する。 【構成】密閉容器１の一側に受熱部ブロック３、他側に
放熱フィン４をそれぞれ取付け、密閉容器１の内部に
は、断熱部７と凝縮部６のほぼ全域に亘る内管11を支え
12を介して取付ける。内管11は、その外周と密閉容器１
の内周との間に適宜の隙間を形成する外径とし、かつ断
熱部７側の端部をテーパ状に広げている。
を実現する半導体素子冷却装置を提供する。 【構成】密閉容器１の一側に受熱部ブロック３、他側に
放熱フィン４をそれぞれ取付け、密閉容器１の内部に
は、断熱部７と凝縮部６のほぼ全域に亘る内管11を支え
12を介して取付ける。内管11は、その外周と密閉容器１
の内周との間に適宜の隙間を形成する外径とし、かつ断
熱部７側の端部をテーパ状に広げている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電力変換装置等に用い
られる半導体素子冷却装置に関するものである。
られる半導体素子冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電力変換装置等に用いられる半導体素子
は、通電により発熱するので何らかの冷却手段を必要と
するが、近年ヒートパイプ式冷却器を用いた冷却装置が
広く採用されている。
は、通電により発熱するので何らかの冷却手段を必要と
するが、近年ヒートパイプ式冷却器を用いた冷却装置が
広く採用されている。
【０００３】図４は、ヒートパイプ式冷却器の断面図
で、１は管状の密閉容器で内部に少量の冷媒２を封入し
ており、この密閉容器１の一側には半導体素子（図示し
ない）に接触してこの熱を伝熱する受熱部ブロック３が
取付けられ、密閉容器１の他側には大気へ熱放散する放
熱フィン４が取付けられている。ここで、受熱部ブロッ
ク３の部分は蒸発部５を形成し、放熱フィン４の部分は
凝縮部６を形成し、これらの中間は断熱部７を形成す
る。
で、１は管状の密閉容器で内部に少量の冷媒２を封入し
ており、この密閉容器１の一側には半導体素子（図示し
ない）に接触してこの熱を伝熱する受熱部ブロック３が
取付けられ、密閉容器１の他側には大気へ熱放散する放
熱フィン４が取付けられている。ここで、受熱部ブロッ
ク３の部分は蒸発部５を形成し、放熱フィン４の部分は
凝縮部６を形成し、これらの中間は断熱部７を形成す
る。
【０００４】以上のようにヒートパイプ式冷却式冷却器
は、蒸発部５、凝縮部６および断熱部７より形成され、
蒸発部５から凝縮部６へ熱を輸送する手段として用いら
れる。すなわち、冷媒２の蒸発・凝縮という相変化を利
用して熱輸送を行うもので、密閉容器１の内部では冷媒
２が気体となって圧力差により蒸発部５から凝縮部６へ
向う蒸気流８と、液化され凝縮部６から蒸発部５へと重
力により移動する液流９とが対向して流れている。
は、蒸発部５、凝縮部６および断熱部７より形成され、
蒸発部５から凝縮部６へ熱を輸送する手段として用いら
れる。すなわち、冷媒２の蒸発・凝縮という相変化を利
用して熱輸送を行うもので、密閉容器１の内部では冷媒
２が気体となって圧力差により蒸発部５から凝縮部６へ
向う蒸気流８と、液化され凝縮部６から蒸発部５へと重
力により移動する液流９とが対向して流れている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、密閉
容器１内で冷媒２の蒸気流８と液流９が対向して流れる
ので、蒸気流８が液流９に対して悪影響を与え、蒸発部
５へ冷媒２がスムースに戻らず液がれ状態となるドライ
アウト現象を発生するなどの問題があり、ヒートパイプ
式冷却器の熱輸送能力限界の要因となっていた。そこ
で、本発明の目的は、上記熱輸送能力限界を高め、装置
の小形化および軽量化を実現する半導体素子冷却装置を
提供することにある。
容器１内で冷媒２の蒸気流８と液流９が対向して流れる
ので、蒸気流８が液流９に対して悪影響を与え、蒸発部
５へ冷媒２がスムースに戻らず液がれ状態となるドライ
アウト現象を発生するなどの問題があり、ヒートパイプ
式冷却器の熱輸送能力限界の要因となっていた。そこ
で、本発明の目的は、上記熱輸送能力限界を高め、装置
の小形化および軽量化を実現する半導体素子冷却装置を
提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明では、内部に冷媒を封入した管
状の密閉容器の一側に半導体素子が取付けられる受熱部
ブロックを設けて形成される冷媒の蒸発部と、密閉容器
の他側に放熱フィンを設けて形成される冷媒の凝縮部
と、密閉容器の内部の蒸発部を除いた部分に設置され、
蒸発部で冷媒が気化した蒸気流と凝縮部で蒸気流が液化
した液流とを仕切る両端部の開放した管状の仕切体を設
けたものである。
め、請求項１記載の発明では、内部に冷媒を封入した管
状の密閉容器の一側に半導体素子が取付けられる受熱部
ブロックを設けて形成される冷媒の蒸発部と、密閉容器
の他側に放熱フィンを設けて形成される冷媒の凝縮部
と、密閉容器の内部の蒸発部を除いた部分に設置され、
蒸発部で冷媒が気化した蒸気流と凝縮部で蒸気流が液化
した液流とを仕切る両端部の開放した管状の仕切体を設
けたものである。
【０００７】また、請求項２記載の発明では、さらに仕
切体に複数孔を設けてなり、さらに、請求項３記載の発
明では、仕切体を上方側が開放した断面形状をほぼ円弧
状としている。
切体に複数孔を設けてなり、さらに、請求項３記載の発
明では、仕切体を上方側が開放した断面形状をほぼ円弧
状としている。
【０００８】
【作用】管状の仕切体の内部を冷媒の蒸気流が上昇し、
凝縮部で凝縮した冷媒の液流が仕切体と密閉容器の間に
形成される間隙を下降するので、対向する蒸気流と液流
が仕切られ、冷媒の循環がスムースになり熱輸送能力を
高めて冷却能力を向上する。
凝縮部で凝縮した冷媒の液流が仕切体と密閉容器の間に
形成される間隙を下降するので、対向する蒸気流と液流
が仕切られ、冷媒の循環がスムースになり熱輸送能力を
高めて冷却能力を向上する。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は、請求項１記載の発明の一実施例を示し、
同図（ａ）は縦断面図で、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ
−Ａ断面図である。同図（ａ），（ｂ）において、10は
ヒートパイプ式冷却器で、このヒートパイプ式冷却器10
は、少量の冷媒２が封入された密閉容器１と、この密閉
容器１の一側に取付けられた受熱部ブロック３と、密閉
容器１の他側に取付けられた放熱フィン４と、密閉容器
１の内部に取付けられた内管11で構成され、上述した従
来のヒートパイプ式冷却器と同様に受熱部ブロック３の
部分は蒸発部５、放熱フィン４の部分は凝縮部６、これ
らの中間は断熱部７をそれぞれ形成する。
する。図１は、請求項１記載の発明の一実施例を示し、
同図（ａ）は縦断面図で、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ
−Ａ断面図である。同図（ａ），（ｂ）において、10は
ヒートパイプ式冷却器で、このヒートパイプ式冷却器10
は、少量の冷媒２が封入された密閉容器１と、この密閉
容器１の一側に取付けられた受熱部ブロック３と、密閉
容器１の他側に取付けられた放熱フィン４と、密閉容器
１の内部に取付けられた内管11で構成され、上述した従
来のヒートパイプ式冷却器と同様に受熱部ブロック３の
部分は蒸発部５、放熱フィン４の部分は凝縮部６、これ
らの中間は断熱部７をそれぞれ形成する。
【００１０】また、上記内管11は、その外周と密閉容器
１の内周の間に適宜の隙間を形成すると共に、断熱部７
と凝縮部６のほぼ全域に亘るように収納され、長手方向
に沿っては２箇所で、かつ１箇所では半径方向に沿った
４箇所に配置される８個の支え12を介して密閉容器１の
内壁に固定され、断熱部６側の端部はテーパ状に広げら
れている。なお、内管11を固定する場合には、密閉容器
１の中間部分を予め分割しておき、支え12を介してこの
中間部分の内壁に接合した後、この中間部分の両側に端
部部分をそれぞれ接合するか、または密閉容器１の一方
の端部を開放しておき、支え12の近傍にろう材を置い
て、加熱炉等で加熱することにより接合し、この後端部
を接合するようにしてもよい。
１の内周の間に適宜の隙間を形成すると共に、断熱部７
と凝縮部６のほぼ全域に亘るように収納され、長手方向
に沿っては２箇所で、かつ１箇所では半径方向に沿った
４箇所に配置される８個の支え12を介して密閉容器１の
内壁に固定され、断熱部６側の端部はテーパ状に広げら
れている。なお、内管11を固定する場合には、密閉容器
１の中間部分を予め分割しておき、支え12を介してこの
中間部分の内壁に接合した後、この中間部分の両側に端
部部分をそれぞれ接合するか、または密閉容器１の一方
の端部を開放しておき、支え12の近傍にろう材を置い
て、加熱炉等で加熱することにより接合し、この後端部
を接合するようにしてもよい。
【００１１】次に、以上のように構成された実施例の作
用を説明する。半導体素子（図示しない）の発生熱は、
受熱部ブロック３により蒸発部５へ伝熱され、密閉容器
１内に封入された冷媒２を蒸発させる。この蒸発による
冷媒２の蒸気流８は、内管11の内部を通って凝縮部６へ
移動し、凝縮部６において放熱フィン４が取付けられて
入る密閉容器１の内壁を凝縮し、液流９となって内壁に
沿い蒸発部５へ戻る。以上のサイクルの繰り返しによ
り、冷媒２の相変化が半導体素子（図示しない）の発生
熱を、蒸発部５から凝縮部６へと熱移送することにな
る。
用を説明する。半導体素子（図示しない）の発生熱は、
受熱部ブロック３により蒸発部５へ伝熱され、密閉容器
１内に封入された冷媒２を蒸発させる。この蒸発による
冷媒２の蒸気流８は、内管11の内部を通って凝縮部６へ
移動し、凝縮部６において放熱フィン４が取付けられて
入る密閉容器１の内壁を凝縮し、液流９となって内壁に
沿い蒸発部５へ戻る。以上のサイクルの繰り返しによ
り、冷媒２の相変化が半導体素子（図示しない）の発生
熱を、蒸発部５から凝縮部６へと熱移送することにな
る。
【００１２】したがって、冷媒の蒸気流と液流が分離さ
れ、これによって蒸気流が液流に悪影響を与えることが
なくなり、熱輸送能力の限界を高め、熱輸送能力に優れ
たヒートパイプ式冷却器を提供することができる。
れ、これによって蒸気流が液流に悪影響を与えることが
なくなり、熱輸送能力の限界を高め、熱輸送能力に優れ
たヒートパイプ式冷却器を提供することができる。
【００１３】次に、図２は、請求項２記載の発明の実施
例を示し、同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）は要部を
示す斜視図である。同図（ａ）において、15はヒートパ
イプ式冷却器で、このヒートパイプ式冷却器15は、内管
16以外は上述したヒートパイプ式冷却器10と同様の構成
である。
例を示し、同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）は要部を
示す斜視図である。同図（ａ）において、15はヒートパ
イプ式冷却器で、このヒートパイプ式冷却器15は、内管
16以外は上述したヒートパイプ式冷却器10と同様の構成
である。
【００１４】すなわち、内管16は、上述した内管11と同
様に一方の端部（断熱部側）をテーパ状に広げ、かつ管
壁に多数の孔16ａを設けた構成とし、上述したヒートパ
イプ式冷却器10と同様な支え（図示しない）を介して密
閉容器１の内壁に固定される。
様に一方の端部（断熱部側）をテーパ状に広げ、かつ管
壁に多数の孔16ａを設けた構成とし、上述したヒートパ
イプ式冷却器10と同様な支え（図示しない）を介して密
閉容器１の内壁に固定される。
【００１５】以上のように構成された実施例において、
蒸気流８は、凝縮部へ戻る途中でも内管16の孔16ａを通
って外側へ移動し、凝縮して液流９となる。したがっ
て、冷媒２を早く蒸発部へ戻すことができる。
蒸気流８は、凝縮部へ戻る途中でも内管16の孔16ａを通
って外側へ移動し、凝縮して液流９となる。したがっ
て、冷媒２を早く蒸発部へ戻すことができる。
【００１６】図３は、請求項３記載の発明の実施例を示
し、同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の
Ｂ−Ｂ断面図である。同図（ａ）において、20はヒート
パイプ式冷却器で、このヒートパイプ式冷却器20は、水
平に近い角度に傾斜させて用いるもので、内管21以外は
上述したヒートパイプ式冷却器10と同様の構成である。
し、同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の
Ｂ−Ｂ断面図である。同図（ａ）において、20はヒート
パイプ式冷却器で、このヒートパイプ式冷却器20は、水
平に近い角度に傾斜させて用いるもので、内管21以外は
上述したヒートパイプ式冷却器10と同様の構成である。
【００１７】すなわち、内管21は、傾斜して密閉容器１
に取付けられたときの上方側が開かれた円弧状とした構
成とし、上述したヒートパイプ式冷却器10と同様な支え
（図示しない）を介して密閉容器１の内壁に固定され
る。ただし、上方側は開かれているので、この側には支
えを設けない。
に取付けられたときの上方側が開かれた円弧状とした構
成とし、上述したヒートパイプ式冷却器10と同様な支え
（図示しない）を介して密閉容器１の内壁に固定され
る。ただし、上方側は開かれているので、この側には支
えを設けない。
【００１８】以上のように構成された実施例において、
蒸気流８と液流９が分離されるのは上述した各実施例と
同様であるが、密閉容器１の内壁で凝縮された冷媒は、
密閉容器１の内壁に沿って円周方向に落下し、蒸気流８
の影響を受けることなく液流９となって蒸発部へ戻され
る。したがって、蒸気流８の流路面積が増大し、蒸気の
移動が早くなって冷媒２を早く凝縮部へ移動させること
ができる。
蒸気流８と液流９が分離されるのは上述した各実施例と
同様であるが、密閉容器１の内壁で凝縮された冷媒は、
密閉容器１の内壁に沿って円周方向に落下し、蒸気流８
の影響を受けることなく液流９となって蒸発部へ戻され
る。したがって、蒸気流８の流路面積が増大し、蒸気の
移動が早くなって冷媒２を早く凝縮部へ移動させること
ができる。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように請求項１乃至請求項
３記載の発明によれば、管状で内部に冷媒を封入した密
閉容器の一側に半導体素子が取付けられる受熱部ブロッ
クを設けて冷媒の蒸発部を形成すると共に、他側に放熱
フィンを設けて冷媒の凝縮部を形成し、冷媒の相変化に
より熱を輸送するようにした半導体素子冷却装置におい
て、密閉容器の内部の蒸発部を除いた部分に、冷媒の蒸
気流と液流を仕切る管状の仕切体を設けた構成としてい
るので、冷媒の蒸気流と液流が仕切られて熱輸送能力が
向上し、熱輸送形態が単純化され、理論上の熱輸送能力
限界までの使用が可能となり、使用個数の削減，設計段
階での限界設計等が可能となり、装置の小形化および軽
量化を実現した半導体素子冷却装置を提供することがで
きる。
３記載の発明によれば、管状で内部に冷媒を封入した密
閉容器の一側に半導体素子が取付けられる受熱部ブロッ
クを設けて冷媒の蒸発部を形成すると共に、他側に放熱
フィンを設けて冷媒の凝縮部を形成し、冷媒の相変化に
より熱を輸送するようにした半導体素子冷却装置におい
て、密閉容器の内部の蒸発部を除いた部分に、冷媒の蒸
気流と液流を仕切る管状の仕切体を設けた構成としてい
るので、冷媒の蒸気流と液流が仕切られて熱輸送能力が
向上し、熱輸送形態が単純化され、理論上の熱輸送能力
限界までの使用が可能となり、使用個数の削減，設計段
階での限界設計等が可能となり、装置の小形化および軽
量化を実現した半導体素子冷却装置を提供することがで
きる。
【図１】請求項１記載の発明の一実施例を示し、（ａ）
は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図。
は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図。
【図２】請求項２記載の発明の実施例を示し、（ａ）は
縦断面図、（ｂ）は要部の斜視図。
縦断面図、（ｂ）は要部の斜視図。
【図３】請求項３記載の発明の実施例を示し、（ａ）は
縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図。
縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図。
【図４】従来のヒートパイプ式冷却器の縦断面図。
１…密閉容器、２…冷媒、３…受熱部ブロック、４…放
熱フィン、５…蒸発部、６…凝縮部、７…断熱部、８…
蒸気流、９…液流、10，15，20…ヒートパイプ式冷却
器、11，16，21…内管、12…支え、16ａ…孔。
熱フィン、５…蒸発部、６…凝縮部、７…断熱部、８…
蒸気流、９…液流、10，15，20…ヒートパイプ式冷却
器、11，16，21…内管、12…支え、16ａ…孔。
Claims (3)
- 【請求項１】 内部に冷媒を封入した管状の密閉容器の
一側に半導体素子が取付けられる受熱部ブロックを設け
て形成される前記冷媒の蒸発部と、前記密閉容器の他側
に放熱フィンを設けて形成される前記冷媒の凝縮部と、
前記密閉容器の内部の前記蒸発部を除いた部分に設置さ
れ、前記蒸発部で前記冷媒が気化した蒸気流と前記凝縮
部で前記蒸気流が液化した液流とを仕切る両端部の開放
した管状の仕切体とを有する半導体素子冷却装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の半導体素子冷却装置にお
いて、仕切体には複数孔を設けたことを特徴する半導体
素子冷却装置。 - 【請求項３】 内部に冷媒を封入した密閉容器を傾斜さ
せ、一側に半導体素子が取付けられる受熱部ブロックを
設けて形成される前記冷媒の蒸発部と、前記密閉容器の
他側に放熱フィンを設けて形成される前記冷媒の凝縮部
と、前記密閉容器の内部の前記蒸発部を除いた部分に設
置され、前記蒸発部で前記冷媒が気化した蒸気流と前記
凝縮部で前記蒸気流が液化した液流とを仕切り、上方側
が開放した断面形状をほぼ円弧状とした仕切体とを有す
る半導体素子冷却装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5172765A JPH0730023A (ja) | 1993-07-13 | 1993-07-13 | 半導体素子冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5172765A JPH0730023A (ja) | 1993-07-13 | 1993-07-13 | 半導体素子冷却装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0730023A true JPH0730023A (ja) | 1995-01-31 |
Family
ID=15947928
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5172765A Pending JPH0730023A (ja) | 1993-07-13 | 1993-07-13 | 半導体素子冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0730023A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5832989A (en) * | 1996-03-14 | 1998-11-10 | Denso Corporation | Cooling apparatus using boiling and condensing refrigerant |
| US6076596A (en) * | 1996-03-14 | 2000-06-20 | Denso Corporation | Cooling apparatus for high-temperature medium by boiling and condensing refrigerant |
| US6119767A (en) * | 1996-01-29 | 2000-09-19 | Denso Corporation | Cooling apparatus using boiling and condensing refrigerant |
| US6357517B1 (en) | 1994-07-04 | 2002-03-19 | Denso Corporation | Cooling apparatus boiling and condensing refrigerant |
| US6527045B1 (en) | 1996-03-14 | 2003-03-04 | Denso Corporation | Cooling apparatus boiling and condensing refrigerant |
| CN101752330B (zh) | 2008-12-05 | 2012-02-01 | 财团法人工业技术研究院 | 散热冷板与冷冻系统 |
| KR101439524B1 (ko) * | 2014-04-25 | 2014-09-17 | 위너스라이팅(주) | 히트파이프형 방열장치 |
| KR20180110506A (ko) * | 2017-03-29 | 2018-10-10 | 티엠에스테크 주식회사 | 열전도 장치 |
| WO2020171645A1 (ko) * | 2019-02-22 | 2020-08-27 | 오지영 | 전기, 전자 기기 냉각용 열전도 시스템 |
| KR20240097489A (ko) * | 2022-12-20 | 2024-06-27 | 주식회사유니에스티에스 | 교차형히트파이프와 이를 이용한 원자력장치 |
-
1993
- 1993-07-13 JP JP5172765A patent/JPH0730023A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR20240097489A (ko) * | 2022-12-20 | 2024-06-27 | 주식회사유니에스티에스 | 교차형히트파이프와 이를 이용한 원자력장치 |
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