JPH1098142A

JPH1098142A - 沸騰冷却装置

Info

Publication number: JPH1098142A
Application number: JP9006255A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Osakabe; 長賀部　　博之; Seiji Kawaguchi; 清司川口; Masahiko Suzuki; 鈴木　　昌彦
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-03-14
Filing date: 1997-01-17
Publication date: 1998-04-14

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の放熱通路からなる放熱器を有するもの
において、各放熱通路への液相冷媒の侵入を抑制して、
各放熱通路の放熱量の低下を防止する。【解決手段】発熱体２が固定された冷媒槽３、熱を受
けて一部が沸騰気化する冷媒、沸騰気化した冷媒の熱を
放熱する放熱器４を備える。ここで、放熱器４は、冷媒
槽３における流出口３５に連設され自身の内径よりも小
口径の小口径開口部４１１を有する返戻室４６１を備え
る。返戻室４６１は混合冷媒のうちの液体冷媒を小口径
開口部４１１で塞き止める。塞き止められた液体冷媒
は、返戻通路４２１を通って冷媒槽３へ戻される。気体
冷媒と共に上昇してくる液体冷媒の放熱通路４２への侵
入は小口径部分で抑制されるため、放熱通路内では、気
体冷媒が直接壁面に伝熱する。これにより、放熱量の低
下を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高温媒体からの熱
を吸熱して、この高温媒体を冷却する沸騰冷却装置に関
し、その用途としては例えば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等がある。

【０００２】

【従来の技術】従来、高温媒体としての発熱体で発熱さ
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、特開昭５６−１４７４５７号公報に示される沸騰
冷却装置のように、冷媒槽で沸騰気化されて上昇する蒸
気冷媒と、放熱器で冷却されて冷媒槽に戻る液化冷媒と
のフラッディング（相互に衝突しあう現象）を防止し
て、効率良く熱交換を行わせる沸騰冷却装置が知られて
いる。

【０００３】つまり、特開昭５６−１４７４５７号公報
に示される沸騰冷却装置は、発熱体の発する熱によって
沸騰気化する冷媒を収容する冷媒槽と、冷媒槽上部に当
該冷媒槽に連通して配置される略同一径を有する流入側
通路と、流入側通路に連通される複数の放熱通路からな
る放熱器と、放熱器で凝縮液化された冷媒を冷媒槽に戻
す流出側通路と、を有している。

【０００４】このような沸騰冷却装置においては、通常
時（放熱量が小さいとき）、冷媒の気泡が吹き上げて気
相で流入側通路を進んでいき、この気相の冷媒によって
熱が伝えられる。すなわち、気体冷媒が放熱通路内壁に
直接接して、この内壁に直接熱を伝達させる凝縮熱伝達
で伝熱する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、特開昭５６
−１４７４５７号公報に示されるような沸騰冷却装置
は、放熱量が大きくなると多くの気泡が吹き上げ、一部
は液相で流入側通路を進んでいき、これら気相と液相の
両相の冷媒によって熱が伝えられることになる。放熱通
路内に液相が侵入した部分では、熱伝達は凝縮熱伝達か
ら強制対流熱伝達（放熱通路内壁に付着した液相冷媒を
介して放熱通路に伝熱すること）に変わる。強制対流熱
伝達の熱伝導率は、凝縮熱伝達の熱伝達率に比べて１／
１０〜１／２０である。

【０００６】特開昭５６−１４７４５７号公報に示され
る沸騰冷却装置は、冷媒槽に連通して配置される流入側
通路が略同一径を有しているため、放熱通路内に侵入す
る液相冷媒の量が多くなり、装置全体の放熱特性は大幅
に低下するという問題がある。また、特開昭５６−１４
７４５７号公報に示される沸騰冷却装置は、冷媒槽に連
通して配置される流入側通路が略同一径を有しているた
め、流入側通路における流路抵抗が小さい。このため、
上昇して流入側通路に到達した気相冷媒は、流入側通路
の入口から離れた端部により多くの気相冷媒が滞留し、
端部付近がより高温となる。たとえ放熱通路が複数配設
されても、端部から離れた放熱通路は低温となり、有効
に放熱ができなくなる。したがって、放熱器の体格に対
して放熱性能が悪いという問題がある。

【０００７】そこで、本発明の目的は、新規な構成にて
放熱性能の悪化を防止する沸騰冷却装置を得ることであ
る。また、本発明の他の目的は、放熱通路に侵入する液
相冷媒（液体冷媒）の量を減少させる沸騰冷却装置を得
ることである。更に、本発明の他の目的は、複数の放熱
通路からなる放熱器を有するものにおいて、各放熱通路
の放熱量の偏りを防止する沸騰冷却装置を得ることであ
る。

【０００８】そして、本発明の他の目的は、複数の放熱
通路からなる放熱器を有するものにおいて、各冷媒通路
への流入冷媒量の偏りを防止する沸騰冷却装置を得るこ
とである。

【０００９】

【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記載の
発明によれば、放熱器（４）は、冷媒槽（３）に連通し
混合冷媒の移動方向に大口径部分（ｒ１）と小口径部分
（ｒ２）とが交互に形成される流入側通路（４４、４６
１）、冷媒槽（３）に連通する流出側通路（４５、４７
１）、及び、流入側通路と流出側通路とを連通させる複
数の放熱通路（４２１、４２）を備える。

【００１０】放熱量が大きくなると冷媒槽から多くの気
泡が吹き上げ、気体と液体の両相の冷媒が流入側通路
（４４、４６１）へ侵入する。流入側通路は混合冷媒の
移動方向に形成された小口径部分（ｒ２）により、混合
冷媒のうちの液体冷媒が隣接された放熱通路（４２）へ
侵入することを抑制する。すなわち、小口径部分（ｒ
２）により、混合冷媒のうちの液体冷媒が塞き止められ
る。この塞き止められた液体冷媒は冷媒槽へ戻される。
従って、小口径部分（ｒ２）を通過して放熱通路へ侵入
する混合冷媒は、液体冷媒の量が減小したものとなる。
これにより、放熱通路での凝縮熱伝達をする面積を増加
させることができる。

【００１１】請求項３記載の発明によれば、冷媒槽
（３）は、内部に、高温媒体の熱により気化した気体冷
媒及び液体冷媒が上昇する蒸気通路（９）、及び前記放
熱器で冷却された冷媒が流下する凝縮液通路（１０）を
有するため、冷媒槽内でのフラッディング（高温媒体の
熱により高温になった冷媒と冷却された冷媒とが衝突し
合う現象）を防止することができる。

【００１２】請求項４記載の発明によれば、放熱器
（４）は、冷媒槽（３）における冷媒槽側流出口（３
５）に連設され自身の内径（ｒ１）よりも小口径（ｒ
２）の小口径開口部（４１１）を有し、混合冷媒のうち
の液体冷媒を小口径開口部で塞き止める流入側返却室
（４６１）、及び流出側返却室に接続され塞き止められ
た液体冷媒を冷媒槽に戻す返却通路（４２１）、を有す
る液体冷媒返却部（３４１）を備える。

【００１３】放熱量が大きくなると冷媒槽から多くの気
泡が吹き上げ、気体と液体の両相の冷媒が流入側返却室
（４６１）へ侵入する。流入側返却室（４６１）は小口
径開口部（４１１）により、混合冷媒のうちの液体冷媒
が放熱通路へ侵入することを抑制する。すなわち、小口
径開口部（４１１）により、混合冷媒のうちの液体冷媒
が塞き止められる。この塞き止められた液体冷媒は返却
通路（４２１）を通って冷媒槽へ戻される。従って、小
口径開口部（４１１）を通過して放熱通路へ侵入する混
合冷媒は、液体冷媒の量が減小したものとなる。これに
より、放熱通路での凝縮熱伝達をする面積を増加させる
ことができる。

【００１４】請求項５記載の発明によれば、液体冷媒返
却部（３４１）３４１の流入側返却室は底面を有し、小
口径開口部の開口位置の最下部は底面よりも所定高さだ
け上部に設定されるため、冷媒槽側流出口（３５）を通
過した混合冷媒のうち、冷媒槽より噴き上げてくる液体
冷媒を効率良く塞き止めることができる。請求項６記載
の発明によれば、小口径開口部は、略楕円もしくは略長
方形の抜き穴であるため、冷媒槽側流出口（３５）を通
過した混合冷媒のうちの液体冷媒を効率良く塞き止める
ことができる。これにより、放熱器の有効面積を大きく
でき、放熱性能を向上できる。

【００１５】請求項７記載の発明によれば、液体冷媒返
却部は冷媒槽側流入口に連設された流出側返却室を有
し、返却通路及び放熱通路は流出側返却室を介して前記
冷媒槽と連通されるため、返却通路と冷媒槽との接続及
び放熱通路と冷媒槽との接続を共通化でき、冷媒槽の加
工を容易にできる。請求項８記載の発明によれば、冷媒
槽（３）は、内部に、高温媒体の熱により気化した気体
冷媒及び液体冷媒が上昇する蒸気通路（９）、及び前記
放熱器で冷却された冷媒が流下する凝縮液通路（１０）
を有するため、冷媒槽内でのフラッディング（高温媒体
の熱により高温になり上昇する気体冷媒と冷却され流下
する液体冷媒とが衝突し合う現象）を防止することがで
きる。

【００１６】請求項９記載の発明によれば、放熱通路
（４２）は内部に底面を有し、当該底面が、冷媒槽側流
出口側から冷媒槽側流入口側へ向かって下方へ傾斜して
いるため、放熱通路を流れる凝縮液が冷媒槽へ向かって
流れやすくなる。このため、放熱通路の底面に溜まる凝
縮した液体冷媒の量が減少し、凝縮熱伝達する面積を大
きくすることができ、気体冷媒の凝縮を効率良く行うこ
とができる。

【００１７】請求項１０記載の発明によれば、放熱器
は、混合冷媒の流入側に位置し、混合冷媒の移動方向に
第１の大口径部分（４６１）、小口径部分（４１１）及
び第２の大口径部分（４４）がこの順に形成される流入
側通路、第１の大口径部分に連通され、混合冷媒のうち
の小口径部分で塞き止められる液体冷媒が流通される返
却通路（４２１）、第２の大口径部分に連通され、混合
冷媒のうちの小口径部分を通過した気体冷媒が導入され
て該気体冷媒を凝縮液化させる放熱通路（４２）、及び
返却通路及び放熱通路に連通され、液体冷媒及び凝縮液
化された冷媒を冷媒槽に戻す流出側通路を備える。

【００１８】放熱量が大きくなると冷媒槽から多くの気
泡が吹き上げ、気体と液体の両相の冷媒が第１の大口径
部分（４６１）へ侵入する。第１の大口径部分（４６
１）は小口径部分（４１１）により、混合冷媒のうちの
液体冷媒が第２の大口径部分（４４）を介して放熱通路
へ侵入することを抑制する。すなわち、小口径部分（４
１１）により、混合冷媒のうちの液体冷媒が塞き止めら
れる。この塞き止められた液体冷媒は返却通路（４２
１）を通って冷媒槽へ戻される。従って、小口径部分
（４１１）を通過して放熱通路へ侵入する混合冷媒は、
液体冷媒の量が減小したものとなる。これにより、放熱
通路での凝縮熱伝達をする面積を増加させることができ
る。

【００１９】さらに、小口径開口部を設けることによ
り、各放熱通路（４２）への冷媒の流入の偏りを防止で
き、更には各放熱通路（４２）への冷媒を均等に分配す
る効果も有し、これらによっても放熱性能の低下を防止
できる。請求項１１記載の発明によれば、第１の大口径
部分は底面を有し、小口径部分の開口位置の最下部は底
面よりも所定高さだけ上部に設定されるため、第１の大
口径部分に導入された混合冷媒のうち、冷媒槽より噴き
上げられる液体冷媒を効率良く塞き止めることができ
る。

【００２０】請求項１２記載の発明によれば、小口径部
分は、略楕円もしくは略長方形の抜き穴であるため、第
１の大口径部分に導入された混合冷媒のうちの液体冷媒
を効率良く塞き止めることができる。これにより、放熱
器の有効面積を大きくでき、放熱性能を向上できる。自
重により降下してくる液体冷媒を効率良く塞き止めるこ
とができる。

【００２１】請求項１３記載の発明によれば、冷媒槽
（３）は、内部に、高温媒体の熱により気化した気体冷
媒及び液体冷媒が上昇する蒸気通路（９）、及び前記放
熱器で冷却された冷媒が流下する凝縮液通路（１０）を
有するため、冷媒槽内でのフラッディングを防止するこ
とができる。請求項１４記載の発明によれば、流出側通
路にも小口径部分が形成される場合、冷媒通路を伝って
来る冷媒がこの小口径部分に塞き止められて溜まってし
まい、装置内を循環して放熱に関わる有効冷媒量が減少
する可能性があるが、流出側通路の小口径部分における
最下部が冷媒通路の最下部よりも下方に設定されるか
ら、小口径部分に塞き止められて溜まる冷媒の量を低減
できる。このため、封入される冷媒量を低減でき、コス
ト低減が可能となる。

【００２２】請求項１５記載の発明によれば、放熱器
は、蒸気通路に通じるとともに複数の流入側連通室を有
する流入側通路、凝縮液通路に通じるとともに複数の流
出側連通室を有する流出側通路、特定の流入側連通室と
特定の流出側連通室とを連通させる複数の放熱通路、及
び複数の流入側連通室の相互間に形成され、隣接する流
入側連通室への液体冷媒の流入を抑制する抑制口（４１
１、４１）を有する。

【００２３】このため、抑制口を通過する度に、放熱通
路へ侵入する混合冷媒は、液体冷媒の量が減小したもの
となる。これにより、放熱通路での凝縮熱伝達をする面
積を増加させることができる。請求項１６記載の発明に
よれば、抑制口は、略楕円もしくは略長方形の抜き穴で
あるため、混合冷媒のうちの液体冷媒を効率良く塞き止
めることができる。これにより、放熱器の有効面積を大
きくでき、放熱性能を向上できる。

【００２４】請求項１７記載の発明によれば、放熱通路
は内部に底面を有し、当該底面が、流入側通路側から流
出側通路側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冷媒槽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した冷媒の量が
減少し、凝縮熱伝達する面積を大きくすることができ、
気体冷媒の凝縮を効率良く行うことができる。

【００２５】請求項１８記載の発明によれば、放熱器
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されるものであり、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、板状部材を貼り合せる際、当該貼り合せ部に
より大きな均一過重を印加することができる。これによ
り、貼り合せの際の気密性を向上させることができ、結
果、放熱性能を向上できる。

【００２６】請求項１９記載の発明によれば、放熱器
（４）は、冷媒槽（３）から流入された液体冷媒のうち
の放熱通路の内壁に付着するものの量を低減させる付着
量低減手段（４６１、４２１、４１１）を有するため、
放熱通路で凝縮熱伝達をする面積を増加させることがで
きる。

【００２７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の沸騰冷却装置の実
施の形態を説明する。（第１実施の形態）図１は第１実施の形態における沸騰
冷却装置の側面図であり、図２は図１におけるＢ−Ｂ断
面図、図３は図１におけるＣ−Ｃ断面図、図４は成形プ
レートの平面図及び側面図、図５は図１におけるＤ−Ｄ
断面図である。

【００２８】本実施の形態の沸騰冷却装置１は、高温媒
体として例えば電気自動車や一般電力制御機器のインバ
ータ回路を構成するＩＧＢＴモジュール２を冷却する冷
却装置であり、冷媒槽３、放熱器４、および冷却ファン
５より構成される。ＩＧＢＴモジュール２は、図１に示
すように、ボルト６の締め付けにより冷媒槽３の外壁面
に固定されている。ＩＧＢＴモジュール２は、放熱板と
冷媒槽３の外壁面との間に熱伝導性グリースを介して固
定すると良い。

【００２９】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成形によって得られる中空状の押出
材７と、この押出材７の上下両端部の開放端を塞ぐエン
ドキャップ２２（２２ａ、２２ｂ）とから成る。押出材
７の他方の開放端は、冷媒の出入口として放熱器４に接
続される。押出材７は、図２、図３に示すように、ＩＧ
ＢＴモジュール２が取り付けられる外壁面の横幅および
縦幅に対して厚み幅Ｗの薄い偏平形状に設けられ、ま
た、上下方向に伸びる支柱部３０、３１、３２によって
区画された蒸気通路９、凝縮液通路１０、および非作動
通路３３が長手方向に貫通して形成されるとともに、接
続プレート３４（図１参照）を介して放熱器４（放熱管
３９）が接続される領域に蒸気通路９の冷媒槽側流出口
３５と凝縮液通路１０の冷媒槽側流入口３６とが開けら
れている。

【００３０】なお、複数の蒸気通路９、凝縮液通路１
０、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冷媒槽側
流出口３５と凝縮液の冷媒槽側流入口３６として設けら
れている。また、各通路９、１０が形成されていない押
出材７の厚肉部７ａには、ボルト６を螺着するための雌
ねじ部が形成されている。

【００３１】但し、冷媒槽側流出口３５は、非作動通路
３３の上方に開口しており、２本の蒸気通路９間に残る
支柱部３１および蒸気通路９と非作動通路３３との間に
残る支柱部３２の上部（図３に破線Ｆで示す部分）がミ
ーリング等の追加工によって削除されることにより各蒸
気通路９と連通している。また、各支柱部３０〜３２に
は、ＩＧＢＴモジュール２の取付けボルト６を螺子込む
ための螺子孔３７が形成されている。なお、非作動通路
３３は、押し出し加工の際に、凝縮液通路１０との釣り
合いを持たせるために形成されたもので、凝縮液通路１
０としては使用されない。従って、必ずしも非作動通路
３３を形成する必要はない。

【００３２】エンドキャップ２２は、押出材７の両端部
に一体ろう付けにより接合されている。但し、上端側の
エンドキャップ２２ａは、押出材７の上端開口面を閉塞
しているが、下端側のエンドキャップ２２ｂは、押出材
７の下端面との間に蒸気通路９、凝縮液通路１０、およ
び非作動通路３３をそれぞれ連通する下部連通路３８を
形成している。

【００３３】放熱器４は、所謂ドロンカップタイプの熱
交換器で、図４（ａ）に示すように、同一形状を成す薄
板の成形プレート４０を交互に積層してなる複数の放熱
管３９を並列に積層して構成されている。放熱器４は、
接続プレート３４を介して冷媒槽３に接続されている
（図５参照）。接続プレート３４は、図５に示すよう
に、押出材７に形成された冷媒槽側流出口３５と冷媒槽
側流入口３６とを覆って押出材７の外壁面に気密に接合
されている。そして、接続プレート３４はその押出材７
の外壁面とで囲まれた空間により、冷媒槽３の冷媒槽側
流出口３５に連通されて所定内径（ｒ１）を有する流入
側返却室４６１（大口径開口部、大口径部分、第１の大
口径部分）、冷媒槽側流入口３６に連通されて所定内径
（ｒ１）を有する流出側返却室４７１、流入側返却室４
６１及び流出側返却室４７１とを連通する返却通路４２
１、からなる液体冷媒返却部３４１（付着量低減手段）
を構成している。

【００３４】また、流入側返却室４６１の冷媒槽側流出
口３５の対向側には流入側返却室４６１の内径よりも小
口径（ｒ２）の小口径開口部４１１（小口径部分、抑制
口）が形成されている。なお、液体冷媒返却部３４１
は、この小口径開口部４１１を通じて各放熱管３９と連
通されている。放熱管３９は、平面形状が略矩形状を成
す２枚の成形プレート４０（図４（ａ参照）より成り、
各成形プレート４０の外周縁部を接合して中空体に形成
されている。２枚の成形プレート４０は、熱伝導性の良
好な金属材（例えばアルミニウム材）をプレス成形して
同一形状に設けられて、両端部に小口径開口部４１（小
口径部分、抑制口）が開けられている。また、図４
（ｂ）は成形プレート４０の平面図である。図４（ｂ）
に示されるように、小口径開口部４１は略楕円もしくは
略長方形からなる抜き穴で構成されている。ここで、小
口径開口部４１は直径ｒ２を有しており、この周囲には
直径ｒ１（但し、ｒ１＞ｒ２）大口径開口部（大口径部
分）が形成されている。

【００３５】この放熱管３９は、その中央部全体が偏平
な放熱通路４２となり、その端部が各々大口径を有する
流入側連通室４４（冷媒槽側流出口３５側に接続された
空間）、及び流出側連通室４５（冷媒槽側流入口３６側
に接続された空間）として構成される。また、放熱器４
として見れば、放熱管３９が複数積層されることで、複
数の放熱通路４２と、これら放熱通路４２の端部に連接
された流入側通路と流出側通路とが設けられている。こ
こで、流入側通路とは流入側連通室４４が複数積層され
て構成されるものであり、流出側通路とは流出側連通室
４５が複数積層されて構成されるものである。そして、
流入側通路及び流出側通路は、各放熱通路４２が連通さ
れる各流入側連通室４４相互間及び各流出側連通室４５
相互間に各々小口径開口部４１を有する。これにより、
流入側通路、流出側通路は、自身の内部に大口径部分
（ｒ１）と小口径部分（ｒ２）とが交互に複数配置され
ることになる。抜き穴形成させた小口径開口部４１は、
隣接した流入側連通室４４間の液体冷媒の浸入量を抑制
する抑制口の役割も果たす。

【００３６】本実施の形態においては、放熱管３９は冷
媒槽３に対して略直角で、冷媒液面に対して略水平に積
層されている。しかしながら、冷媒槽３から離れるに従
って上方になるように傾斜させることで、放熱管３９内
に溜まった液体冷媒を効率よく冷媒槽３に返却すること
ができる。図５に示すように、積層された各放熱管３９
の間には放熱フィン１６が介在されている。但し、最も
外側に位置する放熱管３９の外側の成形プレート４０に
は小口径開口部４１が設けられていない。あるいは、小
口径開口部４１を開けた成形プレート４０を使用した場
合でも、成形プレート４０の外側から端板（図示しな
い）等で連通口４１を塞いでも良い。

【００３７】そして、放熱管３９の小口径開口部４１と
液体冷媒返却部３４１の小口径開口部４１１とが連通さ
れて、複数の流入側連通室４４からなる流入側通路と流
入側返却室４６１とが連通される。また、複数の流出側
連通室４５からなる流出側通路とと流出側返却室４７１
とも同時に連通される。これにより、放熱器４が構成さ
れる。

【００３８】図１において冷却ファン５は、例えば軸流
式ファンで、放熱器４の上面に配されて、放熱器４に対
して上下方向に送風する。なお、冷却ファン５は、放熱
器４に対して送風方向の下流側に位置する吸込み式でも
良いし、放熱器４に対して送風方向の上流側に位置する
押込み式でも良い。また、冷却ファン５はクロスフロー
ファンでも良く、更に、配置位置は放熱器４の前面もし
くは後面としても良い。

【００３９】次に、第１実施の形態の作用を説明する。
図６において、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、気泡となって蒸気通路９内を
上昇し、冷媒槽側流出口３５から流出側連通室４６１内
へ流入する。その後、図５においてさらに流出側連通室
４６１から流入側連通室４４へ流入して各放熱管３９の
放熱通路４２へ分配される。各放熱通路４２を流れる蒸
気冷媒は、冷却ファン５の送風を受けて低温となってい
る放熱通路４２の内壁面およびインナフィン４３の表面
に凝縮して凝縮潜熱を放出し、液滴となって放熱通路４
２の底面を流れながら放熱器４の流出側連通室４５へ流
入する。凝縮液は、冷媒槽側流入口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、図３に示
すエンドキャップ２２ｂ内の下部連通路３８を通って再
び蒸気通路９に供給される。一方、蒸気冷媒が凝縮する
際に放出された凝縮潜熱は、放熱通路４２の壁面から放
熱フィン１６へ伝わって、各放熱管３９の間を通過する
送風空気に放出される。

【００４０】（第１実施の形態の効果）図６において、
放熱量が大きくなると冷媒槽から多くの気泡が吹き上
げ、気体と液体の両相の冷媒が流入側返却室４６１へ侵
入する（図６で気体冷媒は白抜き丸で表し、液体冷媒は
黒塗り丸で示す）。流入側返却室４６１は小口径開口部
４１１により、混合冷媒のうちの液体冷媒が放熱通路へ
侵入することを抑制する。すなわち、小口径開口部４１
１により、混合冷媒のうちの液体冷媒が塞き止められ
る。この塞き止められた液体冷媒は返却通路４２１を通
って冷媒槽へ戻される。従って、小口径開口部４１１を
通過して放熱通路４２へ侵入する混合冷媒は、液体冷媒
の量が減小したものとなる。これにより、放熱通路４２
での凝縮熱伝達をする面積を増加させることができる。

【００４１】また、別の見方をすれば、放熱器４の流入
側連通部４６１は、混合冷媒の移動方向に大口径部分
（ｒ１）と小口径部分（ｒ２）とが交互に形成されるた
め、小口径部分（ｒ２）が混合冷媒のうちの液体冷媒が
隣接された放熱通路４２へ侵入することを抑制する。従
って、小口径部分（ｒ２）を通過して放熱通路へ侵入す
る混合冷媒は、液体冷媒の量が減小したものとなる。こ
れにより、放熱通路での凝縮熱伝達をする面積を増加さ
せることができる。

【００４２】また、図３において、放熱量が増大すると
冷媒槽側流出口３５へは多くの気泡を含んだ冷媒（気相
と液相が混合した状態の冷媒）が噴き上げられて上昇し
てくる。ここで、図５において流入側通路内がストレー
ト（同一径）であると、放熱通路へ気相（蒸気）冷媒だ
けでなく多くの液相冷媒も浸入し、その時の放熱通路４
２の入口近傍は液相で満たされてしまう。この場合、熱
伝達は凝縮熱伝達だけでなく、強制対流熱伝達でも行わ
れることになる。強制対流熱伝達は、凝縮熱伝達に比べ
て熱伝達率が大幅に劣るため、放熱特性が低下してしま
う。しかしながら、本実施の形態においては、流入側通
路内に小口径部分である小口径開口部４１１を設けたた
め、放熱通路４２への液相冷媒の浸入を抑制できる。こ
の結果、放熱通路４２内で主として凝縮熱伝達によって
熱の伝達を行うことができ、放熱性能の低下を防止でき
る。さらに、小口径開口部４１を設けることにより、各
放熱通路４２への冷媒の流入の偏りを防止でき、更には
各放熱通路４２への冷媒を均等に分配する効果も有し、
これらによっても放熱性能の低下を防止できる。

【００４３】さらに、冷媒槽３内の冷媒は、放熱量増大
時に冷媒内部で気泡が増えてその液面が上昇する。この
とき、冷媒槽側流入口３５は液面が上昇した際の塞とな
る。これにより、液体の冷媒が放熱通路内に侵入するこ
とを抑制できる。また、小口径開口部４１１の開口位置
の最下部は、流入側返却室４６１の底面よりも所定高さ
（（ｒ１−ｒ２）／２）だけ上部に設定される。この所
定高さ部分は、冷媒槽側流出口３５を通過した液相冷媒
のうち、自重により降下してくるもの塞き止める塞とな
る。これにより、液体の冷媒が放熱通路内に侵入するこ
とを抑制できる。また、冷媒槽側流入口３５は略楕円も
しくは略長方形により構成されるため、自重により降下
してくる液相冷媒を効率よく塞き止めることができる。

【００４４】（第１実施の形態のその他の効果）ドロン
カップタイプの放熱器４を使用したことにより、ＩＧＢ
Ｔモジュール２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４の容量を変更できる。即
ち、同一形状の放熱管３９を順次積層していくことで放
熱器４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４を低コストで提供できる。また、押
出材７の支柱部３１、３２の上部を削除するだけで各蒸
気通路９を冷媒槽側流出口３５と連通することができる
ため、特別な部品を追加することなく低コストで冷媒の
循環を制御できる。

【００４５】なお、本実施の形態の場合、放熱器４から
冷媒槽３（凝縮液通路１０）へ凝縮液を戻り易くするた
めに、冷媒槽３に対して放熱器４に傾斜を付けても良
い。また、冷媒槽３の下端側のエンドキャップ２２ｂの
代わりに、図４１に示すように、押出材７に設けられた
支柱部３０〜３２の下部をミーリング等の追加工によっ
て削除して、その押出材７の下端面に平板４８（エンド
キャップ２２）をろう付けにより接合しても良い。これ
により、下側のエンドキャップ２２（平板４８）の製作
が容易になる。

【００４６】本実施の形態では、冷媒槽側流入口３６と
冷媒槽側流出口３５とに高低差を付けて形成したが、同
一の高さに設けても良い。また、冷媒槽側流入口３６と
冷媒槽側流出口３５とを同一形状としても良い。本実施
の形態の沸騰冷却装置１は、冷媒槽３が押出材７を使用
して構成されている。このため、偏平な冷媒槽３を形成
するためにプレス成形された薄肉部材を貼り合わせて冷
媒槽３を構成した場合と比較して、押出材７に掛かる型
費を安くできる。また、ＩＧＢＴモジュール２の個数が
増加する場合でも、増加するＩＧＢＴモジュール２を多
段（縦方向）に配置すれば、押出材７を適宜な長さに切
断して使用することができるため、プレス成形品を使用
する場合の様に新規にプレス型を設ける必要がなく、型
費を大幅に低減できる。

【００４７】押出材７を使用して冷媒槽３を構成するこ
とから、ＩＧＢＴモジュール２が取り付けられる押出材
７の取付け面剛性を十分に確保できる。このため、プレ
ス成形品の様な薄肉部材で冷媒槽３を構成した場合と比
較して、取付け面（押出材７の外壁面）とＩＧＢＴモジ
ュール２との間の接触熱抵抗を小さくできるため、放熱
性能の向上を図ることができる。また、押出材７を使用
することから、雌ねじ部を形成するための厚肉部７ａを
十分確保できるとともに、蒸気通路９および凝縮液通路
１０の形状も自由に設定できる。このことは、冷媒槽３
を偏平形状とした場合の耐圧性を向上する上でも有利で
ある。即ち、冷媒使用量を減少するために冷媒槽３を偏
平形状とすることは耐圧的に不利であるが、十分な耐圧
性を確保できるように蒸気通路９および凝縮液通路１０
の形状を設定することができる。

【００４８】さらには、雌ねじ部を形成する厚肉部７ａ
の取付け面積に余裕を持たせておくことにより、取付け
ねじピッチの異なる種々のＩＧＢＴモジュール２に対し
て同一の押出材７を使用するこができる。言い換えれ
ば、同一形状の押出材７を使用した冷媒槽３に対して、
取付けねじピッチの異なる種々のＩＧＢＴモジュール２
を取り付けることができる。これにより、冷媒槽３の標
準化が可能となることから、取付けねじピッチの異なる
ＩＧＢＴモジュール２を使用する場合のコストダウンを
図ることができる。

【００４９】さらに、冷媒槽３の内部が蒸気通路９と凝
縮液通路１０に区画されているため、冷媒槽３内での沸
騰冷媒と凝縮冷媒との流れを明確に分けることができ
る。これにより、沸騰冷媒と凝縮冷媒とが衝突する所謂
フラッディングを防止して、高い放熱性能を得ることが
できる。また、蒸気通路９と凝縮液通路１０とを区画し
たことにより、凝縮液通路１０内の冷媒は、ＩＧＢＴモ
ジュール２から伝導する熱によって直接加熱されること
がないため、蒸気通路９内の冷媒と比べて低温となって
いる。そして、この低温の冷媒が連通口１７を通って順
次凝縮液通路１０から蒸気通路９へ供給されることによ
り、効率良くＩＧＢＴモジュール２の冷却を行なうこと
ができる。

【００５０】（第２実施の形態）図７は第２実施の形態
における沸騰冷却装置１の斜視図、図８は図７における
Ｉ−Ｉ’一部断面図、図９は図７におけるII−II’一部
断面図、図１０は図７におけるIII −III ’一部断面図
である。図７から図１０において、本実施の形態は、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。

【００５１】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（図７の下端）に被せ
られたエンドキャップ２２とから成る。押出材７には、
上下方向に伸びる支柱部３０〜３２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、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冷媒槽側
流出口３５と凝縮液の冷媒槽側流入口３６として設けら
れている。

【００５２】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を各々連通する下部連通路３８が形成されている。こ
のエンドキャップ２２には、図７に示すように、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。

【００５３】放熱器４は、所謂ドロンカップタイプの熱
交換器で、第１実施の形態と同様に２枚のプレート５０
を貼り合わせて構成された連結管５１（連結部材）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。連結管５１は、冷媒槽３の上端外周部に被
せられて、その内部がセパレータ５２によって冷媒槽３
の冷媒槽側流出口３５に通じる流出室５１１と冷媒槽側
流入口３６に通じる流入室５１２とに区画されている
（図１０参照）。連結管５１の流出室５１２には図８、
図１０に示すように複数のインナフィン５３が挿入され
ている。各インナフィン５３は、プレート５０に設けら
れた複数の位置決め用リブ５０ａによって支持されてい
る。

【００５４】図１０に示すように、接続プレート３４は
２枚の板状部材からなり、貼り合わされることで液体冷
媒返却部３４１を構成している。液体冷媒返却部３４１
は連結管５１の側壁部に気密に接合され、冷媒槽側流出
口３５を通じて各蒸気通路９および非作動通路３３に連
通する流入側返却室４６１と、冷媒槽側流入口３６を通
じて凝縮液通路１０に連通する流出側返却室４７１と、
流入側返却室４６１及び流出側返却室４７１を連通する
返却通路４２１とを構成している。返却通路４２１内に
は、インナフィン４３が設置されている（図１１参
照）。なお、接続プレート３４には、成形プレート４０
と同様の小口径開口部４１１が開けられており、この小
口径開口部４１１を通じて各返却室４６１、４７１と各
放熱管３９とが連通している。

【００５５】液体冷媒返却部３４１は、冷媒槽３の冷媒
槽側流出口３５に連通されて所定内径（ｒ１）を有する
流入側返却室４６１（大口径開口部、大口径部分）、冷
媒槽側流入口３６に連通された流出側返却室４７１（大
口径部分）、流入側返却室４６１及び流出側返却室４７
１とを連通する返却通路４２１とからなる。そして、流
入側返却室４６１の冷媒槽側流出口３５の対向側には流
入側返却室４６１の内径よりも小口径の小口径開口部４
１１（小口径部分、抑制口）が形成されている。

【００５６】放熱管３９は、図４に示す２枚の成形プレ
ート４０（例えばアルミニウム板）の外周縁部を接合し
て中空体に形成されて、両端部に小口径開口部４１を有
する流入側通路と流出側通路とが設けられている。この
放熱管３９は、その中央部全体が偏平な放熱通路４２と
なり、その端部が各々大口径を有する流入側連通室４４
（冷媒槽側流出口３５側に接続された空間）、及び流出
側連通室４５（冷媒槽側流入口３６側に接続された空
間）として構成される。また、放熱器４として見れば、
放熱管３９が複数積層されることで、複数の放熱通路４
２と、これら放熱通路４２の端部に連接された流入側通
路と流出側通路とが設けられている。ここで、流入側通
路とは流入側連通室４４が複数積層されて構成されるも
のであり、流出側通路とは流出側連通室４５が複数積層
されて構成されるものである。そして、流入側通路及び
流出側通路は、各放熱通路４２が連通される各流入側連
通室４４相互間及び各流出側連通室４５相互間に各々小
口径開口部４１を有する。これにより、流入側通路、流
出側通路は、自身の内部に大口径部分（ｒ１）と小口径
部分（ｒ２）とが交互に複数配置されることになる。抜
き穴形成させた小口径開口部４１は、隣接した流入側連
通室４４間の液体冷媒の浸入量を抑制する抑制口の役割
も果たす。

【００５７】放熱管３９の偏平な放熱通路４２には、図
１１に示すようにアルミニウム製の薄板を波形状に成形
したインナフィン４３が挿入されている。ここで、図１
２（ａ）にインナフィン４３の平面図、（ｂ）にはイン
ナフィン４３のＡ−Ａ断面図を示す。各放熱管３９は、
図１０に示すように、連結管５１の片側に積層されて、
互いの小口径開口部４１を通じて相互に連通している。
また、連結管５１と放熱管３９は、連結管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、連結管５１に対して流出側連通部４４の方が流入側
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（図７参照）。なお、プレート５
０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。

【００５８】そして、放熱管３９の小口径開口部４１と
液体冷媒返却部３４１の小口径開口部４１１とが連通さ
れて、流入側返却室４６１と流出側連通部４４とが連通
される。また、流出側返却室４７１と流入側連通部４５
とも同時に連通される。これにより、放熱器４が構成さ
れる。次に、本第２実施の形態の作用を説明する。

【００５９】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の冷媒槽側流出口３５から連結管５１
の流出室５１１へ流入した後、さらに流出室５１１から
各放熱管３９の流出側通路（流入側返却室４６１及び流
入側連通室４４）へ流入して各放熱管３９の放熱通路４
２へ分配される。各放熱通路４２を流れる蒸気冷媒は、
冷却ファン５（図８参照）の送風を受けて低温となって
いる放熱通路４２の内壁面およびインナフィンの表面に
凝縮して凝縮潜熱を放出し、液滴となって放熱通路４２
の底面を流れながら各放熱管３９の流出側通路（流出側
連通室４５及び流出側返却室４７１）へ流入する。その
後、流出側通路から連結管５１の流入室へ流れ出た凝縮
液は、冷媒槽３の冷媒槽側流入口３６から凝縮液通路１
０に流入し、凝縮液通路１０を流下した後、エンドキャ
ップ内の下部連通路３８を通って再び各蒸気通路９に供
給される。

【００６０】（第２実施の形態の効果）放熱量が大きく
なると冷媒槽から多くの気泡が吹き上げ、気体と液体の
両相の冷媒が流入側返却室４６１へ侵入する。流入側返
却室４６１は小口径開口部４１１により、混合冷媒のう
ちの液体冷媒が放熱通路へ侵入することを抑制する。す
なわち、小口径開口部４１１により、混合冷媒のうちの
液体冷媒が塞き止められる。この塞き止められた液体冷
媒は返却通路４２１を通って冷媒槽へ戻される。従っ
て、小口径開口部４１１を通過して放熱通路４２へ侵入
する混合冷媒は、液体冷媒の量が減小したものとなる。
これにより、放熱通路４２での凝縮熱伝達をする面積を
増加させることができる。

【００６１】また、別の見方をすれば、放熱器４の流入
側通路は、混合冷媒の移動方向に大口径部分（ｒ１）と
小口径部分（ｒ２）とが交互に形成されるため、小口径
部分（ｒ２）が混合冷媒のうちの液体冷媒が隣接された
放熱通路４２へ侵入することを抑制する。従って、小口
径部分（ｒ２）を通過して放熱通路４２へ侵入する混合
冷媒は、液体冷媒の量が減小したものとなる。これによ
り、放熱通路での凝縮熱伝達をする面積を増加させるこ
とができる。

【００６２】本第２実施の形態においても、第１実施の
形態と同様に、流入側通路内に小口径部分である小口径
開口部４１を設けたため、各放熱通路４２への冷媒の流
入の偏りを防止でき、更には各放熱通路４２への冷媒を
均等に分配する効果も有し、これらによっても放熱性能
の低下を防止できる。さらに、連結管５１に対して放熱
管３９を傾斜させたことにより、液化した凝縮冷媒が放
熱通路４２から冷媒槽３へ向かって流れやすくなる。こ
れにより、放熱通路４２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。
この結果、必要な冷媒量を低減でき、低コスト化ができ
る。

【００６３】（第２実施の形態のその他の効果）また、
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３１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。

【００６４】なお、本発明においては、上記第１実施の
形態および第２実施の形態に示した構成のほかに、たと
えば以下のような構成も採りうる。図１３は、放熱器４
を接続部３４の両側に配設させたものである。このよう
な構成にすることにより、さらに放熱特性を向上させる
ことができる。（第３実施の形態）図１４は第３実施の形態における沸
騰冷却装置１の正面図、図１５は図１４に示した沸騰冷
却装置の沸騰冷却装置の側面図である。

【００６５】本実施の形態は、図７に示した沸騰冷却装
置の一部を変更したものである。以下に図７の沸騰冷却
装置との相違点を中心に本実施の形態の沸騰冷却装置を
説明する。本実施の形態において図７に示した実施の形
態と同一もしくは均等の動作を有する部分には、図７と
同一符号を付し、その説明は省略する。図１４、図１５
において、放熱器４は、所謂ドロンカップタイプの熱交
換器で、図７に示した実施の形態と同様に２枚のプレー
ト５０を貼り合わせて構成された連結管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。

【００６６】連結管５１は、図１６（ａ）に示す２枚の
プレート５０を貼り合せて構成されており、その両端部
には同図（ｂ）に示すように冷媒槽３内で沸騰気化して
くる蒸気冷媒を放熱器４に送出する２つの送出開口部５
４１、５４２と、放熱器４内で凝縮される凝縮冷媒を冷
媒槽３に返却する２つの返却開口部５４４、５４５とを
有している。連結管５１は、図１４に示すように冷媒槽
３の上端外周部に被せられて、その内部がセパレータ５
２によって冷媒槽３の冷媒槽側流出口３５に通じる流出
室５１１（図示しない）と冷媒槽側流入口３６に通じる
流入室５１２（図示しない）とに区画されている。

【００６７】ここで、図１６（ｂ）における送出開口部
５４２、返却開口部５４４の周囲の点線は、同図（ａ）
に示される各開口部付近の突起部を示している。また、
各開口部５４１、５４２との間、５４４、５４５との間
には夫々保持部材５４３、５４６が形成されている。さ
らに、連結管５１の流入室には複数のインナフィン５３
が挿入されている。

【００６８】放熱管３９は、図１７（ａ）に示す２枚の
成形プレート４０（例えばアルミニウム板）の外周縁部
を接合して中空体に形成されて構成されている。同図
（ｂ）に示すように、両端部には小口径開口部４１１、
４１２、４１４、４１５が設けられている。この小口径
開口部４１１、４１２の間、４１１、４１２の間には夫
々保持部材４１３、４１６が形成されている。

【００６９】各放熱管３９は、図１５に示すように、連
結管５１の両側に積層され、また、積層された各放熱管
３９の間には放熱フィン１６が介在されている。ここ
で、小口径開口部４１１、４１５には図１７（ａ）の小
口径開口部部分に示すように突起部が形成され、小口径
開口部４１２、４１４は当該突起部が嵌入されるべく幅
の穴に形成されている。そして、このプレート４０を積
層する際、小口径開口部４１２と他のプレートの小口径
開口部４１５とが嵌め合わされ、小口径開口部４１１と
他のプレートの小口径開口部４１４とが嵌め合わされて
いる。そして、嵌め合せ後、ろう付け等により気密に接
合する。このようにして、複数のプレート４０は互いの
小口径開口部４１１、４１２、４１４、４１５を通じて
相互に連通し、放熱管３９を構成している。

【００７０】ここで、連結管５１はその送出開口部５４
１、５４２、返却開口部５４４、５４５が、成形プレー
ト４０の小口径開口部４１１、４１２、４１４、４１５
に接続されることで、放熱管３９と連通している。ま
た、放熱管３９の最も外側に位置する成形プレート４０
には小口径開口部が設けられていないプレートを使用し
ている。ここで、最も外側のプレートは小口径開口部を
開けた成形プレート４０を使用し、成形プレート４０の
外側から端板（図示しない）等で連通口４１を塞いでも
良い。

【００７１】この放熱管３９は、その中央部全体が偏平
な放熱通路４２となり、この放熱通路４２が複数形成さ
れている。その放熱通路４２には、図１２に示されるよ
うなアルミニウム製の薄板を波形状に成形したインナフ
ィンが挿入されている。また、別の見方をすれば、流入
側通路は２枚の成形プレート４０で構成される流入側連
通室４４が、複数積層されており、流出側通路は２枚の
成形プレート４０で構成される流出側連通室４５が、複
数積層されていることになる。そして、抜き穴形成させ
た小口径開口部４１１、４１２、４１４、４１５は、隣
接した流入側連通室間の冷媒浸入量を抑制する抑制口の
役割も果たしている。

【００７２】ここで、小口径開口部４１１、４１２、４
１４、４１５（小口径部分、抑制口）は横方向の直径ｒ
２を有しており、この周囲には横方向の直径ｒ１（但
し、ｒ１＞ｒ２）を有する大口径開口部（大口径部分）
が形成されている。また、小口径開口部４１１、４１
２、４１４、４１５は上下方向の直径ｒ４を有してお
り、この周囲には上下方向の直径ｒ３（但し、ｒ３＞２
×ｒ４）を有する大口径開口部（大口径部分）が形成さ
れている。

【００７３】また、図７と同様に、各放熱管３９は、連
結管５１に対して流入側通路室４４の方が流出側連通室
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。そして図１８（ａ），（ｂ）に示すよ
うに、各放熱管３９を構成するプレート４０は、放熱通
路４２となる部分の最下部４０ａよりも、小口径開口部
４１１の最下部４１１ａの方が距離ｄ１だけ下方になる
ように設定され、また同様に小口径開口部４１４の最下
部４１４ａの方も距離ｄ２だけ下方になるように設定さ
れている。このｄ１，ｄ２は異なっていても良いし、同
一でも良い。

【００７４】本実施の形態の作用を説明する。ＩＧＢＴ
モジュール（図示せず）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の冷媒槽側流出口３５から連結管５１の流出室５
１１へ流入する。その後、冷媒は流出室５１１から小口
径開口部５４１、５４２を通り、さらに各放熱管３９の
流入側通路（流入側返却室４６１及び流入側連通室４
４）へ流入して各放熱管３９の放熱通路４２へ分配され
る。各放熱通路４２を流れる蒸気冷媒は、冷却ファン５
（図９参照）の送風を受けて低温となっている放熱通路
４２の内壁面およびインナフィンの表面に凝縮して凝縮
潜熱を放出し、液滴となって放熱通路４２の底面４０ａ
を流れながら各放熱管３９の流出側通路（流出側返却室
４７１及び流出側連通室４５）へ流入する。その後、冷
媒は流出側通路から連結管５１の小口径開口部５４４、
５４５を通って流入室５１２へ流れる。（この場合、冷
媒の大部分は下部の小口径開口部５４４の最下部付近を
流れる。）さらにその流れ出た凝縮液は、冷媒槽３の冷
媒槽側流入口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下部連通路
３８を通って再び各蒸気通路９に供給される。

【００７５】（第３実施の形態の効果）放熱量が大きく
なると冷媒槽から多くの気泡が吹き上げ、気体と液体の
両相の冷媒が流入側返却室４６１へ侵入する。流入側返
却室４６１は小口径開口部４１４により、混合冷媒のう
ちの液体冷媒が放熱通路へ侵入することを抑制する。す
なわち、小口径開口部４１４により、混合冷媒のうちの
液体冷媒が塞き止められる。この塞き止められた液体冷
媒は返却通路４２１を通って冷媒槽へ戻される。従っ
て、小口径開口部４１４を通過して放熱通路へ侵入する
混合冷媒は、液体冷媒の量が減小したものとなる。これ
により、放熱通路４２での凝縮熱伝達をする面積を増加
させることができる。

【００７６】本第３実施の形態においても、第１、２実
施の形態と同様に、流入側通路内に小口径部分である小
口径開口部４１１、４１２、４１４、４１５を設けたた
め、放熱通路４２への液相冷媒の浸入を抑制できる。こ
の結果、放熱通路４２内で主として凝縮熱伝達によって
熱の伝達を行うことができ、放熱性能の低下を防止でき
る。さらに、小口径開口部を設けることにより、各放熱
通路４２への冷媒の流入の偏りを防止でき、更には各放
熱通路４２への冷媒を均等に分配する効果も有し、これ
らによっても放熱性能の低下を防止できる。

【００７７】さらに、連結管５１に対して放熱管３９を
傾斜させたことにより、液化した凝縮液が放熱管３９の
放熱通路４２を流出側連通部４４から流入側連通部４５
へ向かって流れやすくなる。これにより、放熱通路４２
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。この結果、必要な冷媒量
を低減でき、低コスト化ができる。

【００７８】ここで、流出側通路にも小口径開口部４１
１、４１２、４１４、４１５が形成される場合、放熱通
路４２を伝って来る冷媒がこの小口径部分で塞き止めら
れて溜まってしまい、沸騰冷却装置１内を循環して放熱
に関与する冷媒量が減少する可能性があるが、流出側通
路の小口径開口部における最下部４１１ａ，４１４が放
熱通路の最下部４０ａよりも下方に設定されるから、小
口径開口部４１１、４１４の下部付近に溜まる冷媒の量
を低減できる。このため、沸騰冷却装置１内に封入する
冷媒量を低減でき、コストダウンが可能となる。

【００７９】また、小口径開口部４１１、４１２、４１
４、４１５の周囲を貼り合わせ部とし、複数のプレート
４０を、当該貼り合わせ部にて貼り合わせて放熱器を形
成する。小口径開口部の相互間には保持部材４１３、４
１６を有するため、プレート４０を貼り合せる際、当該
貼り合せ部により大きな均一過重を印加することができ
る。これにより、貼り合せてろう付けする際の気密性を
向上させることができ、結果、放熱性能を向上できる。

【００８０】（第４実施の形態）図１９は第４実施の形
態における沸騰冷却装置１の正面図である。本実施の形
態は、図７に示した沸騰冷却装置の一部を変更したもの
である。以下に図７の沸騰冷却装置との相違点を中心に
本実施の形態の沸騰冷却装置を説明する。本実施の形態
において図７に示した実施の形態と同一もしくは均等の
動作を有する部分には、図７と同一符号を付し、その説
明は省略する。

【００８１】連結管５１は、冷媒槽３の上端外周部に上
下方向に被せられて、その内部がセパレータ５０ａによ
って冷媒槽３の冷媒槽側流出口３５に通じる流入室と冷
媒槽側流入口３６に通じる流出室とに区画されている。
液体冷媒返却部３４１は２枚の接続プレート３４が貼り
合わされることで構成される。液体冷媒返却部３４１は
連結管５１の上壁部に気密に接合され、冷媒槽側流出口
３５を通じて各蒸気通路９に連通する一方の流入側返却
室４６１と、冷媒槽側流入口３６を通じて凝縮液通路１
０に連通する流出側返却室４７１と、流入側返却室４６
１及び流出側返却室４７１を連通する放熱通路４２１と
を構成している。なお、接続プレート３４には、成形プ
レート４０と同様の小口径開口部４１１が開けられてお
り、この小口径開口部４１１を通じて各返却室４６１、
４７１と各放熱管３９とが連通している。

【００８２】放熱量が大きくなると冷媒槽から多くの気
泡が吹き上げ、気体と液体の両相の冷媒が流入側返却室
４６１へ侵入する。流入側返却室４６１は小口径開口部
４１１により、混合冷媒のうちの液体冷媒が放熱通路へ
侵入することを抑制する。すなわち、小口径開口部４１
１により、混合冷媒のうちの液体冷媒が塞き止められ
る。この塞き止められた液体冷媒は返却通路４２１を通
って冷媒槽へ戻される。従って、小口径開口部４１１を
通過して放熱通路へ侵入する混合冷媒は、液体冷媒の量
が減小したものとなる。これにより、放熱通路４２での
凝縮熱伝達をする面積を増加させることができる。

【００８３】さらに、冷媒槽３内の冷媒は、放熱量増大
時に冷媒内部で気泡が増えてその液面が上昇する。小口
径開口部４１１の開口位置の最下部は、流入側返却室４
６１の底面よりも所定径（ｒ１−ｒ２）だけ狭く設定さ
れるため、液面が上昇した際のせきとなる。これによ
り、液体の冷媒が放熱通路内に侵入することを抑制でき
る。

【００８４】（第１乃至第４実施の形態のその他の効
果）（１）放熱器は、冷媒槽に接続された連結部材に同一中
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。

【００８５】（２）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。（３）放熱管３９は、連結管５１を介して冷媒槽３に接
続されるため、連結管５１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。

【００８６】（４）底面が、流出側連通部４４から流入
側連通部４５へ向かって下方へ傾斜しているため、放熱
通路を流れる凝縮液が流出側連通部から流入側連通部へ
向かって流れやすくなる。このため、放熱通路の底面に
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。（５）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。

【００８７】（６）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。（７）押出材に設けられた支柱部３１の上部を削除する
だけで複数の蒸気通路９を蒸気冷媒槽側流出口３５と連
通させることができるため、特別な部品を追加すること
なく低コストで冷媒の循環を制御できる。

【００８８】（８）押出材に設けられた支柱部の下部を
削除して、その押出材の下端面に閉塞部材を接合するこ
とにより、冷媒室内の下部で蒸気通路と凝縮液通路とを
連通することができる。このため、閉塞部材を簡単な形
状（例えば単なる平板）にできるため、閉塞部材の製作
が容易になる。（９）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。

【００８９】（１０）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。（１１）冷媒室内に配された冷媒流制御板によって蒸気
通路と凝縮液通路とを構成しても良い。この場合、フラ
ッディング防止の効果とともに、冷媒流制御板が冷媒室
の内壁面に当接した状態で配されることにより、冷媒室
の剛性向上および冷媒室の放熱面積増大による放熱性能
の向上が期待できる。

【００９０】（１２）冷媒槽のみならず、放熱器も冷媒
槽と一体に押し出し成形された押出材を使用して構成す
ることにより、従来装置と比較して放熱器のコストを低
減できるばかりでなく、放熱器と冷媒槽との組付け工程
が不要となることから、装置全体のコストダウンを図る
ことができる。（１３）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。

【００９１】なお、本実施の形態においては、高温媒体
として発熱体を用いて説明したが、高温媒体としては例
えば高温気体、高温液体等の高温流体であっても良い。
この場合、例えば本実施の形態における半導体素子取付
け部分に吸熱フィンを配設する。そして発熱体等を遠隔
した場所に配置し、その発熱体を取り巻く高温流体を循
環させ、吸熱フィンで高温流体の熱を奪うことで高温流
体を冷却する。これにより、高温流体を介して発熱体を
冷却することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施の形態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Ｂ−Ｂ断面図であ
る。

【図３】図１に示した沸騰冷却装置のＣ−Ｃ断面図であ
る。

【図４】（ａ）は放熱管を構成する成形プレートの側面
図であり、（ｂ）は（ａ）の平面図である。

【図５】図１に示した沸騰冷却装置のＤ−Ｄ断面図であ
る。

【図６】図１に示した沸騰冷却装置の説明図である。

【図７】第２実施の形態における沸騰冷却装置の斜視図
である。

【図８】図７に示した沸騰冷却装置のＩ−Ｉ’一部断面
図である。

【図９】図７に示した沸騰冷却装置のII−II’一部断面
図である。

【図１０】図７に示した沸騰冷却装置のIII −III ’一
部断面図である。

【図１１】図７に示した沸騰冷却装置の返却通路内及び
放熱通路内の説明図である。

【図１２】（ａ）はインナフィンの正面図、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

【図１３】その他の実施の形態における沸騰冷却装置の
側面図である。

【図１４】第３実施の形態における沸騰冷却装置の正面
図である。

【図１５】図１４に示した沸騰冷却装置の側面図であ
る。

【図１６】（ａ）は連結管を構成する成形プレートの側
面図であり、（ｂ）は（ａ）の平面図である。

【図１７】（ａ）は放熱管を構成する成形プレートの側
面図であり、（ｂ）は（ａ）の平面図である。

【図１８】（ａ）、（ｂ）は図１７に示した成形プレー
トの一部拡大図である。

【図１９】第４実施の形態における沸騰冷却装置の正面
図である。

【符号の説明】

１沸騰冷却装置２ＩＧＢＴモジュール（発熱体）３冷媒槽４放熱器６ボルト７押出材７ａ厚肉部９蒸気通路１０凝縮液通路２２、２２ａ、２２ｂエンドキャップ２６取付部材２６ａ雌ねじ３０支柱部３１、３２支柱部３４接続プレート３４１液体冷媒返却部（付着量低減手段）３５冷媒槽側流出口３６冷媒槽側流入口３８下部連通路３９放熱管４１、４１１、４１２、４１４、４１５小口径開口部
（小口径部分、抑制口）４１１ａ、４１４ａ小口径開口部の最下部４２放熱通路４２ａ放熱通路の最下部４２１返却通路４４流出側連通室（流入側通路）４５流入側連通室（流出側通路）４６１流入側返却室（流入側通路）４７１流出側返却室（流出側通路）５１連結管５２セパレータ５４１、５４２送出開口部５４４、５４５返却開口部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高温媒体からの熱を受熱して一部が沸騰
気化して気体冷媒となる液体冷媒が内部に収容され、気
化した前記気体冷媒と前記液体冷媒との混合冷媒を流出
する冷媒槽（３）、及び前記冷媒槽と連通して設けら
れ、前記混合冷媒が前記冷媒槽から流入され、前記混合
冷媒の熱を低温媒体へ放熱させることで前記気体冷媒を
凝縮液化させ、前記液体冷媒と前記凝縮液化された冷媒
とを前記冷媒槽へ戻す放熱器（４）を備え、前記放熱器
（４）は、前記冷媒槽（３）から前記混合冷媒が流入されるととも
に、前記混合冷媒の移動方向に大口径部分（ｒ１）と小
口径部分（ｒ２）とが交互に形成される流入側通路（４
４、４６１）、前記冷媒槽（３）へ前記冷媒を流出する流出側通路（４
５、４７１）、及び、前記流入側通路と前記流入側通路とを連通させる複数の
放熱通路（４２１、４２）を有することを特徴とする沸
騰冷却装置。
【請求項２】前記流出側通路は、前記気化した冷媒の
移動方向に大口径部分と小口径部分が交互に形成され、前記複数の放熱通路のうちの各々は、前記流入側通路の
前記大口径部分の特定の一つと前記流出側通路の前記大
口径部分の特定の一つとを連通させることを特徴とする
請求項１記載の沸騰冷却装置。
【請求項３】前記冷媒槽は、内部に、前記高温媒体の
熱により気化した気体冷媒及び前記液体冷媒を上昇させ
て前記流入側通路へ導く蒸気通路（９）、及び前記流出
側通路に通じるとともに前記放熱器で冷却された冷媒が
流下する凝縮液通路（１０）を有する請求項１乃至請求
項２記載の沸騰冷却装置。
【請求項４】高温媒体からの熱を受熱して一部が沸騰
気化して気体冷媒となる液体冷媒が内部に収容され、気
化した前記気体冷媒と前記液体冷媒との混合冷媒が流出
する冷媒槽側流出口を有する冷媒槽（３）、及び前記冷
媒槽と連通して設けられ、前記混合冷媒が前記冷媒槽か
ら流入され、前記混合冷媒の熱を低温媒体へ放熱させる
ことで前記気体冷媒を凝縮液化させ、前記液体冷媒と前
記凝縮液化された冷媒とを前記冷媒槽へ戻す放熱器
（４）を備え、前記放熱器（４）は、前記冷媒槽における前記冷媒槽側流出口（３５）に連設
され自身の内径（ｒ１）よりも小口径（ｒ２）の小口径
開口部（４１１）を有し、前記混合冷媒のうちの前記液
体冷媒を前記小口径開口部で塞き止める流入側返却室
（４６１）、及び前記流入側返却室（４６１）に接続さ
れ塞き止められた液体冷媒を前記冷媒槽に戻す返却通路
（４２１）、を有する液体冷媒返却部（３４１）と、前記液体冷媒返却部（３４１）の前記小口径開口部（４
１１）に連設されることで、前記流入側返却室（４６
１）を介して前記冷媒槽側流出口（３５）に連通され、
前記混合冷媒のうちの前記気体冷媒が導入され、該気体
冷媒を凝縮液化させて前記冷媒槽（３）へ戻す放熱通路
（４２）とを備えることを特徴とする沸騰冷却装置。
【請求項５】前記液体冷媒返却部（３４１）の前記流
入側返却室は底面を有し、前記小口径開口部の開口位置
の最下部は前記底面よりも所定高さだけ上部に設定され
ることを特徴とする請求項４記載の沸騰冷却装置。
【請求項６】前記小口径開口部は、略楕円もしくは略
長方形の抜き穴であることを特徴とする請求項４又は請
求項５の何れかに記載の沸騰冷却装置。
【請求項７】前記冷媒槽は、前記放熱器から前記液体
冷媒と前記凝縮液化された冷媒とが流入される冷媒槽側
流入口（３６）を有し、前記液体冷媒返却部（３４１）は、前記冷媒槽側流入口
に連設された流出側返却室（４７１）を有し、前記返却
通路及び前記放熱通路は前記流出側返却室を介して前記
冷媒槽と連通されることを特徴とする請求項４乃至請求
項６の何れかに記載の沸騰冷却装置。
【請求項８】前記冷媒槽は、内部に、前記高温媒体の
熱により気化した気体冷媒及び前記液体冷媒を上昇させ
て前記冷媒槽側流出口（３５）へ導く蒸気通路（９）、
及び前記冷媒槽側流入口に通じるとともに前記放熱器で
冷却された冷媒が流下する凝縮液通路（１０）を有する
請求項７記載の沸騰冷却装置。
【請求項９】前記放熱通路（４２）は内部に底面を有
し、当該底面が、前記冷媒槽側流出口（３５）側から前
記冷媒槽側流入口（３６）側へ向かって下方へ傾斜して
いることを特徴とする請求項７又は請求項８の何れかに
記載の沸騰冷却装置。
【請求項１０】高温媒体からの熱を受熱して一部が沸
騰気化して気体冷媒となる液体冷媒が内部に収容され、
気化した前記気体冷媒と前記液体冷媒との混合冷媒を流
出する冷媒槽（３）、及び前記冷媒槽と連通して設けら
れ、前記混合冷媒が前記冷媒槽から流入され、前記混合
冷媒の熱を低温媒体へ放熱させることで前記気体冷媒を
凝縮液化させ、前記液体冷媒と前記凝縮液化された冷媒
とを前記冷媒槽へ戻す放熱器（４）を備え、前記放熱器
は、前記混合冷媒の流入側に位置し、前記混合冷媒の移動方
向に第１の大口径部分（４６１）、小口径部分（４１
１）及び第２の大口径部分（４４）がこの順に形成され
る流入側通路（４６１、４１１、４４）、前記第１の大口径部分（４６１）に連通され、前記混合
冷媒のうちの前記小口径部分で塞き止められる液体冷媒
が流通される返却通路（４２１）、前記第２の大口径部分（４４）に連通され、前記混合冷
媒のうちの前記小口径部分を通過した気体冷媒が導入さ
れて該気体冷媒を凝縮液化させる放熱通路（４２）、及
び前記返却通路及び前記放熱通路に連通され、前記液体
冷媒及び前記凝縮液化された冷媒を前記冷媒槽に戻す流
出側通路（４５、４７１）を備えることを特徴とする沸
騰冷却装置。
【請求項１１】前記第１の大口径部分（４６１）は底
面を有し、前記小口径部分（４１１）の開口位置の最下
部は前記底面よりも所定高さだけ上部に設定されること
を特徴とする請求項１０記載の沸騰冷却装置。
【請求項１２】前記小口径部分（４１１）は、略楕円
もしくは略長方形の抜き穴であることを特徴とする請求
項１０又は請求項１１の何れかに記載の沸騰冷却装置。
【請求項１３】前記冷媒槽は、内部に、前記高温媒体
の熱により気化した気体冷媒及び前記液体冷媒を上昇さ
せて前記冷媒槽側流出口（３５）へ導く蒸気通路
（９）、及び前記冷媒槽側流入口に通じるとともに前記
放熱器で冷却された冷媒が流下する凝縮液通路（１０）
を有する請求項１０乃至請求項１２の何れかに記載の沸
騰冷却装置。
【請求項１４】前記放熱通路は内部に底面を有し、さらに前記流出側通路（４５、４７１）は、前記気化し
た冷媒の移動方向に大口径部分と小口径部分が交互に形
成されるものであり、前記流出側通路の前記小口径部分における最下部は、前
記放熱通路の最下部よりも下方に設定される請求項１０
乃至請求項１３の何れかに記載の沸騰冷却装置。
【請求項１５】高温媒体からの熱を受熱して一部が沸
騰気化して気体冷媒となる液体冷媒が内部に収容される
冷媒槽（３）、及び前記冷媒槽と連通して設けられ、前
記冷媒槽で気化した前記気体冷媒と前記液体冷媒との混
合冷媒が前記冷媒槽から導入され、前記混合冷媒の熱を
低温媒体へ放熱させることで前記気体冷媒を凝縮液化さ
せ、前記液体冷媒と前記凝縮液化された冷媒とを前記冷
媒槽へ戻す放熱器（４）を備え、前記冷媒槽は、内部に、前記発熱体の熱により気化した
冷媒が前記冷媒槽内を上昇する蒸気通路（９）、及び前
記放熱器で凝縮液化した冷媒が前記冷媒槽内を流下する
凝縮液通路（１０）を有し、前記放熱器は、前記蒸気通路に通じるとともに複数の流
入側連通室（４６１、４４）を有する流入側通路、前記
凝縮液通路に通じるとともに複数の流出側連通室（４７
１、４５）を有する流出側通路、特定の流入側連通室と
特定の流出側連通室とを連通させる複数の放熱通路（４
２１、４２）、及び前記複数の流入側連通室の相互間に
形成され、隣接する流入側連通室への前記液体冷媒の流
入を抑制する抑制口（４１１、４１）を有することを特
徴とする沸騰冷却装置。
【請求項１６】前記抑制口は、略楕円もしくは略長方
形の抜き穴であることを特徴とする請求項１５記載の沸
騰冷却装置。
【請求項１７】前記放熱通路は内部に底面を有し、当
該底面が、前記流入側通路側から前記流出側通路側へ向
かって下方へ傾斜していることを特徴とする請求項１５
乃至請求項１６の何れかに記載の沸騰冷却装置。
【請求項１８】前記放熱器は、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
形成されるものであり、前記貼り合わせ部は、板状部材を曲げ起こして形成され
るものである請求項１乃至請求項１７の何れかに記載の
沸騰冷却装置。
【請求項１９】高温媒体からの熱を受熱して一部が沸
騰気化して気体冷媒となる液体冷媒が内部に収容され、
気化した前記気体冷媒と前記液体冷媒との混合冷媒を流
出する冷媒槽（３）、及び前記冷媒槽と連通して設けら
れ、前記混合冷媒が前記冷媒槽から流入され、前記混合
冷媒の熱を低温媒体へ放熱させることで前記気体冷媒を
凝縮液化させ、前記液体冷媒と前記凝縮液化された冷媒
とを前記冷媒槽へ戻す放熱器（４）を備え、前記放熱器
（４）は、前記気体冷媒を凝縮液化させる放熱通路と、前記冷媒槽（３）から流入された前記液体冷媒のうち
の、前記放熱通路の内壁に付着するものの量を低減させ
る付着量低減手段（４６１、４２１、４１１）とを有す
ることを特徴とする沸騰冷却装置。