JPH09246768A - 沸騰冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接続部を複数の板状部材を貼り合わせて形成
する沸騰冷却装置において、貼り合わせ部分におけるろ
う付け性の低下を防止する。 【解決手段】 発熱体２が取り付けられて、内部に発熱
体２の発する熱で気化する冷媒が収容される冷媒槽３
と、冷媒槽と連通して設けられ、貼り合わせ部を有する
複数の板状部材５０を、当該貼り合わせ部５０１でろう
付けにて貼り合わせて形成される連結部５１と、連結部
に連通して設けられ、冷媒槽で気化した冷媒を凝縮液化
する放熱器４と、連結部における複数の板状部材をリベ
ット５０３（挟み込み手段）とを備える。このように挟
み込み手段で複数の板状部材を挟み込むため、貼り合わ
せ部５０１におけるろう付け性が向上する。したがっ
て、気密性を向上でき、信頼性も向上できる。さらに接
続部の強度を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子や電気
機器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、発熱体で発熱された熱を冷却する
沸騰冷却装置が知られている。その中でも、特開平８−
２９０４２号公報に示される沸騰冷却装置のように、冷
媒槽と放熱器とを接続部で接続した沸騰冷却装置が知ら
れている。この接続部は、一方の開口部が冷媒槽に嵌合
され、他方の開口部が放熱器に嵌合し、これら嵌合部分
にろう付け材を流し込んでろう付けすることにより、気
密性を保ちつつ冷媒槽と放熱器と連通されている。

【０００３】ところが、特開平８−２９０４２号公報に
示される沸騰冷却装置は、接続部をプレス加工により形
成している。プレス形成は平板を圧力により変形させる
加工法であるため、比較的小さな変形量であれば容易に
変形させれるが、特開平８−２９０４２号公報の接続部
のように、２つの開口部の間の間隔が長い構造にする場
合、プレス型の体格が大きくなるため、このプレス型の
分だけコストアップになるという欠点がある。

【０００４】そこでこの接続部を、複数の板状部材を貼
り合わせて形成することが考えられる。これにより板状
部材の変形量が小さくなるため、プレス型の体格を小さ
くでき、プレス型のコストを低減させることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ごとく、接続部を複数の板状部材を貼り合わせて形成す
る場合、貼り合わせた方向における強度が低下する。こ
のため、気密性を保たせるためにろう付けする工程にお
いて、ろう付け材を制御性良くろう付けできない（ろう
付け性が低下する）という問題が生じる可能性がある。
その結果、信頼性が低下するという問題が生じる可能性
がある。

【０００６】そこで、本発明の目的は、新規な構成にて
気密性を向上できる沸騰冷却装置を得ることである。ま
た、本発明の目的は、新規な構成にて信頼性を向上でき
る沸騰冷却装置を得ることである。また、本発明の目的
は、接続部を複数の板状部材を貼り合わせて形成する沸
騰冷却装置において、貼り合わせ部分におけるろう付け
性の低下を防止できる沸騰冷却装置を得ることである。

【０００７】また、本発明の目的は、接続部の強度を向
上できる沸騰冷却装置を得ることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、以下の構成を採用した。 （請求項１）請求項１では、発熱体（２）が取り付けら
れて、内部に前記発熱体の発する熱で気化する冷媒が収
容される冷媒槽（３）と、前記冷媒槽と連通して設けら
れ、貼り合わせ部を有する複数の板状部材（５０）を、
当該貼り合わせ部（５０１）でろう付けにて貼り合わせ
て形成される連結部（５１）と、前記連結部に連通して
設けられ、前記冷媒槽で気化した冷媒を凝縮液化する放
熱器（４）と、前記連結部における前記複数の板状部材
を挟み込む、挟み込み手段（５０３）とを備える。

【０００９】このように連結部（５１）における複数の
板状部材を挟み込む、挟み込み手段を有するため、貼り
合わせ部におけるろう付け性が向上する。また、気密性
を向上できる。また、信頼性を向上できる。さらに接続
部の強度を向上できる。 （請求項２）請求項２では、前記挟み込み手段は、前記
貼り合わせ部を係合する係合手段であるため、張り合わ
せ部における強度を向上できる。したがって、請求項１
の効果に加え、さらに貼り合わせ部におけるろう付け性
が向上する。また、気密性を向上できる。また、信頼性
を向上できる。さらに接続部の強度を向上できる。

【００１０】（請求項３）請求項３では、前記板状部材
は２枚からなり、前記挟み込み手段は、一方の前記板状
部材の周縁部の一部が曲げられて他方の前記板状部材の
周縁部をかしめる、かしめ部であるため、張り合わせ部
における強度を向上できる。したがって、請求項１の効
果に加え、さらに貼り合わせ部におけるろう付け性が向
上する。また、気密性を向上できる。また、信頼性を向
上できる。

【００１１】（請求項４）請求項４では、前記挟み込み
手段は、前記連結部の外周に配設された環状部材である
ため、張り合わせ部における強度を向上できる。したが
って、請求項１の効果に加え、さらに貼り合わせ部にお
けるろう付け性が向上する。また、気密性を向上でき
る。また、信頼性を向上できる。接続部の強度を向上で
きる。

【００１２】（請求項５）請求項５では、前記挟み込み
手段は、前記貼り合わせ部を挟持する挟持手段であるた
め、張り合わせ部における強度を向上できる。したがっ
て、請求項１の効果に加え、さらに貼り合わせ部におけ
るろう付け性が向上する。また、気密性を向上できる。
また、信頼性を向上できる。接続部の強度を向上でき
る。

【００１３】（請求項６）請求項６では、前記連結部の
前記冷媒槽との連通部は、前記板状部材を曲げ起こして
形成されるものであるため、張り合わせ部におけるろう
付け性と強度を向上できる。したがって、請求項１の効
果に加え、さらに貼り合わせ部におけるろう付け性が向
上する。また、気密性を向上できる。また、信頼性を向
上できる。接続部の強度を向上できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、本発明の沸騰冷却装置の実
施例を説明する。 （第１実施例）図１は第１実施例における沸騰冷却装置
１の正面図、図２は沸騰冷却装置１の側面図、図３は連
結部５１を構成するプレート５０の説明図、そして図４
は図３における一部拡大図である。

【００１５】本実施例は、放熱器４で液化した凝縮液を
戻り易くするために、放熱器４を構成する各放熱管３９
を傾斜して取り付けた場合の一例を示すものである。図
１において、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７
と、この押出材７の一方の開放端（下端）に被せられた
エンドキャップ２２とから成る。

【００１６】押出材７には、上下方向に伸びる支柱部３
０〜３２によって仕切られた複数の蒸気通路９、凝縮液
通路１０、および非作動通路３３が設けられている。な
お、複数の蒸気通路９、凝縮液通路１０、および非作動
通路３３は、各支柱部３０〜３２の上端部が削除されて
いることで、押出材７の上端より若干低い位置に開口し
ており、その各蒸気通路９の開口面と凝縮液通路１０の
開口面がそれぞれ蒸気冷媒の流出口３５と凝縮液の流入
口３６として設けられている。

【００１７】エンドキャップ２２は、押出材７と同じア
ルミニウム製で押出材７の下端外周部に被せられて一体
ろう付けにより接合されている。但し、エンドキャップ
２２と押出材７の下端面との間には、押出材７に形成さ
れた蒸気通路９、凝縮液通路１０、および非作動通路３
３を各々連通する連通路３８が形成されている。このエ
ンドキャップ２２には、冷媒封入用チューブ４９が設け
られており、このチューブ４９を通して装置１内の洗
浄、冷媒の注入、および脱気が行われる。なお、脱気
は、冷媒を注入した後、装置１全体を上下反転させて放
熱器４を温水槽（冷媒の飽和蒸気圧が大気圧以上となる
温度に保ったもの）に入れて、装置１内の冷媒を気化さ
せて空気を追い出す（冷媒ガスは空気より重い）ことに
より行われる。脱気した後、チューブ４９の端部をかし
めて溶接等により封じ切ることにより装置１内に冷媒が
封入される。

【００１８】放熱器４は、所謂ドロンカップタイプの熱
交換器で、図２に示すように２枚のプレート（板状部
材）５０を貼り合わせて構成された連結部５１と、同一
中空形状を成す複数の放熱管３９とを積層して構成され
ている。プレート５０は、例えばアルミニウム板からな
る。連結部５１は、図２に示すように冷媒槽３の上端外
周部に被せられている。図３（ａ）は連結部５１を構成
するプレート５０の平面図を示す図であり、同図（ｂ）
は（ａ）の側面図である。図４は図３の係合穴５０２
（係合手段、挟み込み手段）の部分を拡大した図であ
る。図４に示すように、貼り合わせ部５０１は、プレー
ト５０を外周縁部を曲げ起こして形成されて、そして、
冷媒槽３を挟む部分の端部には上述の係合穴５０２が形
成されている。

【００１９】図５は図１のＡ−Ａ断面図である。図５に
示すように、プレート５０は貼り合わせ部５０１で接合
されて中空体を構成し、その中空体は係合穴５０２に係
合部材５０３（リベット、ネジ等）（係合手段、挟み込
み手段）が嵌められて係合されている。プレート５０
は、ろう付け材をクラッドしたブレージングシートが用
いられ、そして、係合部材５０３の周囲及びプレート５
０の貼り合わせ部５０１に、ろう付け材５０４が流し込
まれていることになる。図６は、図１に示す沸騰冷却装
置の冷媒槽３と連結部５１との接合部分の断面図であ
る。この図のように、板状部材５０の周縁部には、曲げ
起こし形成されたリブ構造を有し、そのリブ構造と冷媒
槽３との間で構成されるろうだまり部に、上記ろう付け
材５０４が溜まる。

【００２０】各放熱管３９は、図２に示すように、連結
部５１両側（片側でも良い）に積層されて連通してい
る。また、図１のように連結部５１と放熱管３９は、連
結部５１のプレート５０（放熱管３９側のプレート）に
形成された小口径開口部４１と放熱管３９に形成された
小口径開口部４１とを通じて相互に連通している。但
し、各放熱管３９は、連結部５１に対して流入側連通部
４４の方が流出側連通部４５より高い位置になる様に全
体が傾斜した状態で取り付けられている。なお、プレー
ト５０に設けられたリブ５０ｂは、放熱管３９との接合
面を補強する補強用リブとして機能している。

【００２１】次に、本実施例における沸騰冷却装置のろ
う付け方法について説明する。各プレートをプレス形成
後、図７（または図８）に示すように放熱器４、接合部
５１及び冷媒槽３を、例えば締結部材（ネジ、ナット）
と平板で圧縮して保持する。この状態で、図５に示した
ように、係合穴５０２に係合部材５０３（リベット、ネ
ジ等）を係合する。プレート５０は、ろう付け材がクラ
ッドされており、炉で昇温された際に、当該ろう付け材
が、係合部材５０３の周囲及びプレート５０の貼り合わ
せ部５０１に流し込む。ろう付け材完了後、上記圧縮治
具を外す。

【００２２】次に、沸騰冷却装置１の作用を説明する。
ＩＧＢＴモジュール２から発生した熱が伝わって沸騰し
た冷媒は、気泡となって各蒸気通路９内を上昇し、冷媒
槽３の流出口３５から連結部５１の流入室へ流入した
後、さらに流入室から各放熱管３９の流入側連通部４４
へ流入して各放熱管３９の冷媒通路４２へ分配される。
各冷媒通路４２を流れる蒸気冷媒は、低温となっている
冷媒通路４２の内壁面表面に凝縮して凝縮潜熱を放出し
液滴となる。その後、流出側連通部４５から連結部５１
の流出室へ流れ出た凝縮液は、冷媒槽３の流入口３６か
ら凝縮液通路１０に流入して凝縮液通路１０を流下した
後、エンドキャップ内の連通路３８を通って再び各蒸気
通路９に供給される。

【００２３】（第１実施例の効果）昇温加熱により、ろ
う付け材５０４を流し込む際、連結部５１における複数
の板状部材５０を挟み込み、係合穴５０２と係合部材５
０３を用いて係合するため（係合手段、挟み込み手
段）、貼り合わせ部５０１におけるろう付け性が向上す
る。また、気密性を向上できる。また、信頼性を向上で
きる。さらに接続部の強度を向上できる。

【００２４】また、連結部５１と冷媒槽との連通部５０
８は、板状部材５０を曲げ起こして形成されるものであ
るため、貼り合わせ部５０１におけるろう付け性を強度
を向上できる。したがって、さらに貼り合わせ部におけ
るろう付け性が向上する。また、気密性を向上できる。
また、信頼性を向上できる。接続部の強度を向上でき
る。

【００２５】（第１実施例のその他の効果） （１）本実施例においては、支柱部３１によって蒸気通
路９を複数の通路に仕切ったことにより、蒸気通路９を
流れる蒸気冷媒の流れを整流できるとともに、支柱部３
１により有効沸騰面積が増加して放熱性能を向上でき
る。また、冷媒槽３内の正、負圧に対する強度向上、お
よびＩＧＢＴモジュール２が取り付けられる取付け面の
変形防止にも効果を奏する。

【００２６】（２）放熱器は、冷媒槽に接続された連結
部に同一中空形状の放熱管を複数積層して構成すること
ができるため、発熱体の取付け個数が増加して総発熱量
が増大した場合でも容易に放熱器の容量を変更できる。
即ち、同一中空形状の放熱管を順次積層していくことで
放熱器の容量を容易に増加できるため、総発熱量に相応
した容量の放熱器を低コストで提供できる。

【００２７】（３）冷媒槽３は内部に、蒸気通路と凝縮
液通路とを冷媒槽内の下部で連通させる下部連通路３８
を備えるため、蒸気通路へは常に冷却された冷媒が凝縮
液通路から供給される。したがって、冷媒槽内でのフラ
ッディング（蒸気冷媒と凝縮液冷媒との移動時における
相互干渉を防止できる。 （４）放熱管３９は、連結部５１を介して冷媒槽３に接
続されるため、連結部の形状によって放熱管３９の取り
付け方向や位置を適宜変更することができ、設計の自由
度が向上する。これにより、小型化も可能となる。

【００２８】（５）底面が、流入側連通部４４から流出
側連通部４５へ向かって下方へ傾斜しているため、冷媒
通路を流れる凝縮液が流入側連通部から流出側連通部へ
向かって流れやすくなる。このため、冷媒通路の底面に
溜まる凝縮液の量が減少して、蒸気冷媒の凝縮を効率良
く行うことができる。 （６）冷媒槽３が、押し出し成形された押出材で構成さ
れているため、生産性の向上につながる。

【００２９】（７）押出材と一体に設けられて冷媒室の
内部を分割する隔壁を有するため、容易に蒸気通路９と
凝縮液通路１０とを構成することができる。 （８）冷媒槽３は、複数の発熱体を取り付ける場合に対
応して、各発熱体毎に各々冷媒室を設けることができ
る。この場合、各冷媒室を連通することにより、冷媒槽
全体で冷媒の循環が均等に行なわれるため、凝縮冷媒の
偏りによる放熱性能の低下を防止できる。

【００３０】（９）冷媒槽を偏平形状とすることによ
り、使用する冷媒量を少なくできるため、例えばフロロ
カーボン系の高価な冷媒を使用した場合でもコストを低
く抑えることができる。 （１０）放熱器４は、貼り合わせ部を有する複数の板状
部材を、当該貼り合わせ部にて貼り合わせて形成し、そ
してこの貼り合わせ部は、板状部材を曲げ起こして形成
されるものであるため、容易に放熱器を形成できる。

【００３１】（その他の実施例）以下に、本発明の変形
例を示す。 （１）図９は、挟み込み手段として、一方の板状部材５
０の周縁部の一部が曲げられて他方の板状部材５０の周
縁部をかしめる、かしめ部５０５を有する。これによ
り、張り合わせ部５０１における強度を向上できる。し
たがって、貼り合わせ部におけるろう付け性が向上す
る。また、気密性を向上できる。また、信頼性を向上で
きる。

【００３２】（２）図１０は、挟み込み手段として、連
結部５１の外周に環状部材５０６を配設したものであ
る。環状部材５０６としては、例えばリング５０６があ
る。これにより、張り合わせ部５０１における強度を向
上できる。したがって、貼り合わせ部におけるろう付け
性が向上する。また、気密性を向上できる。また、信頼
性を向上できる。

【００３３】（３）図１１は、挟み込み手段として、貼
り合わせ部５０１を挟持する挟持手段５０７を有するも
のである。挟持手段５０７としては、例えばクリップ５
０７がある。これにより、張り合わせ部５０１における
強度を向上できる。したがって、貼り合わせ部における
ろう付け性が向上する。また、気密性を向上できる。ま
た、信頼性を向上できる。

【００３４】（４）図１２、図１３は、連結部５１を構
成する板状部材５０の、冷媒槽３との接続部分（噛み合
わせ部分）に、凹凸によるリブ構造を形成したものであ
る。これにより噛み合わせ部分の強度をさらに向上でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例における沸騰冷却装置の側面図であ
る。

【図２】図１に示した沸騰冷却装置の側面図である。

【図３】（ａ）は第１実施例におけるプレート５０の平
面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。

【図４】図３における部分拡大図である。

【図５】図１に示した沸騰冷却装置のＡ−Ａ断面図であ
る。

【図６】図１に示した沸騰冷却装置の断面図である。

【図７】図１に示した沸騰冷却装置の製造方法を示す図
である。

【図８】図１に示した沸騰冷却装置の製造方法を示す図
である。

【図９】本発明における他の実施例を説明する図であ
る。

【図１０】本発明における他の実施例を説明する図であ
る。

【図１１】本発明における他の実施例を説明する図であ
る。

【図１２】本発明における他の実施例を説明する図であ
る。

【図１３】本発明における他の実施例を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１ 沸騰冷却装置 ２ ＩＧＢＴモジュール（発熱体） ３ 冷媒槽 ４ 放熱器 ７ 押出材 ９ 蒸気通路 １０ 凝縮液通路 ２２ エンドキャップ ３１、３２ 支柱部 ３５ 流出口 ３８ 連通路 ３９ 放熱管 ４１ 小口径開口部 ４２ 冷媒通路 ４４ 流入側連通部 ４５ 流出側連通部 ５０ プレート （板状部材） ５０１ 貼り合わせ部 ５０２ 係合穴 （挟み込み手段） ５０３ 係合部材 （挟み込み手段） ５０４ ろう付け材（挟み込み手段） ５０５ かしめ部 （挟み込み手段） ５０６ 環状部材 （挟み込み手段） ５０７ 挟持手段 （挟み込み手段） ５０８ 連通部 ５１ 連結部 ５２ セパレータ ５３ 連結部インナフィン

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱体が取り付けられて、内部に前記発
   熱体の発する熱で気化する冷媒が収容される冷媒槽と、 前記冷媒槽と連通して設けられ、貼り合わせ部を有する
   複数の板状部材を、当該貼り合わせ部でろう付けにて貼
   り合わせて形成される連結部と、 前記連結部に連通して設けられ、前記冷媒槽で気化した
   冷媒を凝縮液化する放熱器と、 前記連結部における前記複数の板状部材を挟み込む、挟
   み込み手段とを備えることを特徴とする沸騰冷却装置。
2. 【請求項２】 前記挟み込み手段は、前記貼り合わせ部
   を係合する係合手段であることを特徴とする請求項１記
   載の沸騰冷却装置。
3. 【請求項３】 前記板状部材は２枚からなり、前記挟み
   込み手段は、一方の前記板状部材の周縁部の一部が曲げ
   られて他方の前記板状部材の周縁部をかしめる、かしめ
   部であることを特徴とする請求項１記載の沸騰冷却装
   置。
4. 【請求項４】 前記挟み込み手段は、前記連結部の外周
   に配設された環状部材であることを特徴とする請求項１
   記載の沸騰冷却装置。
5. 【請求項５】 前記挟み込み手段は、前記貼り合わせ部
   を挟持する挟持手段であることを特徴とする請求項１記
   載の沸騰冷却装置。
6. 【請求項６】 前記連結部の前記冷媒槽との連通部は、
   前記板状部材を曲げ起こして形成されるものである請求
   項１記載の沸騰冷却装置。