JPS611041A - 沸騰冷媒式冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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ッ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
導体スタックの如き電気機器６は冷媒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
流入する伝熱フィン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
部に伝熱フィン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１１３の如く電気的に
絶縁性を存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内の伝熱フィン１
３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悟顔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−？　ａｔ　ｍ−
ＣＣ１５゜０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
０零体２．にまず上部ヘッダ４及び下部ヘッダ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の上部ヘッダ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れれた冷媒凝
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ィン１３を存し両側面が外気に
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ィン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
によっ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」ことを目的として前記伝
熱フィン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プレーシング材
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っ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
おこなっている。 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とヘッダ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
泡にもとす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
したがっ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ィンを、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
得る如くに伝熱フィ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ィンの部
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ィ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
り挟持し、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ィ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ィンの下方の空間並
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
付設偏肉で所定の条件に従っ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日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な
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ィン１５を、また枠体２
３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ィン１３をそれぞ
れ配置する。この様にして隔板２１、枠体２２．２３お
よび２４並びに伝熱フィン１３及び１５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によって挟持し、伝熱フィン１５の位置す
る部分には枠体２２によって密閉された冷媒凝縮室８を
、また伝熱フィン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生なくとも隔板２１、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
ング材をもって形成し、端板２０によって挟持された前
記各部材の積層体を例えば真空ろう付は炉の如き適宜の
ろう付は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ィン
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
ィン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２
０の下部には前記冷媒沸騰部工の内室に通ずる穴２６が
設けられかつ該穴２６に口出部２５、この場合はパイプ
からなる日出部が接合される。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
を間に挟んで口出部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。そして日出部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Ｉ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）により前記日出部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の伝熱フィン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２
４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Ｌ・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２′４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３
０の両端部を突き合わせ、この突き合わせ部をろう付は
等に結合する。棒材３０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って作
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３５
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を挟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２２
．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あるいは突合せ部
３５または３６に空隙が僅かに残っていても前記ろう付
は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って沸騰
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
高くなる震れがあるから、第４図に示す如く特に枠体２
３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、したがって前記各枠体の前記積層
体における相互積層のろう行間の平面度の崩れが少な（
ろう付けのための相互の重ね代が減少する虞れがない上
に・、同様にブレージング材からなる隔板２１あるいは
端板２０ともなじみ易く多少の寸法誤差があってもこれ
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せ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ックの如き電気
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ィンを、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
に伝熱フィ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ィンの部分に密閉
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ィ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挟持し
、前記各隔板の上部に形成された穴と前記１個の枠体の
内部の前記伝熱フィ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ィ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は設備内で所定の条
件に従っ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、かつ溶接時のスパッタ
や現物合せ時の切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。そして日出部２５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ｖｔ置の凝縮部の概略をしめず斜
視図である。 ｌ：冷媒沸騰部、８：冷媒凝縮室、９：冷却室、１０：
空気だめ室、２０：端板、２１丁隔板、　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１
２図 ｉ３図 第４図 才５図 、ｌｊ １６図 ／ム 才す唄、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）半導体スタッ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ィンを、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ィ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ィンの
   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ィ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
   より挟持し、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ィ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ィンの下方の
   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、伝熱フィン、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。