JPS6320020B2 - - Google Patents
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- JPS6320020B2 JPS6320020B2 JP57138395A JP13839582A JPS6320020B2 JP S6320020 B2 JPS6320020 B2 JP S6320020B2 JP 57138395 A JP57138395 A JP 57138395A JP 13839582 A JP13839582 A JP 13839582A JP S6320020 B2 JPS6320020 B2 JP S6320020B2
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- JP
- Japan
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- evaporator
- refrigerant
- condenser
- cooling
- boiling
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B23/00—Machines, plants or systems, with a single mode of operation not covered by groups F25B1/00 - F25B21/00, e.g. using selective radiation effect
- F25B23/006—Machines, plants or systems, with a single mode of operation not covered by groups F25B1/00 - F25B21/00, e.g. using selective radiation effect boiling cooling systems
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/0266—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
- H10W40/70—Fillings or auxiliary members in containers or in encapsulations for thermal protection or control
- H10W40/73—Fillings or auxiliary members in containers or in encapsulations for thermal protection or control for cooling by change of state
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、冷媒の沸騰、凝縮を利用して発熱体
の冷却を行なう沸騰冷却装置に係り、特に、装置
の内圧を常に大気圧に等しく保つて冷却動作が可
能な定圧型沸騰冷却装置に関する。
の冷却を行なう沸騰冷却装置に係り、特に、装置
の内圧を常に大気圧に等しく保つて冷却動作が可
能な定圧型沸騰冷却装置に関する。
サイリスタ、トランジスタなどの電力用半導体
素子の大容量化に伴ない、このような素子の冷却
装置としてフロンなどの液体冷媒の沸騰、凝縮を
利用することにより優れた冷却性能が得られるよ
うにした沸騰冷却装置が使用されるようになつて
きた。
素子の大容量化に伴ない、このような素子の冷却
装置としてフロンなどの液体冷媒の沸騰、凝縮を
利用することにより優れた冷却性能が得られるよ
うにした沸騰冷却装置が使用されるようになつて
きた。
しかして、従来から用いられていた沸騰冷却装
置の多くは、液体冷媒の封入部分が真空容器から
なり、その中に冷媒を封入する密閉型の方式とな
つているため、冷却動作中の熱負荷に応じて容器
の内圧はほぼ真空に近い状態から２気圧程度にま
で大幅に変化し、その結果、容器は真空から２気
圧程度の圧力にまで耐えるものが必要になり、大
きなコストアツプとなつてしまうという欠点があ
つた。
置の多くは、液体冷媒の封入部分が真空容器から
なり、その中に冷媒を封入する密閉型の方式とな
つているため、冷却動作中の熱負荷に応じて容器
の内圧はほぼ真空に近い状態から２気圧程度にま
で大幅に変化し、その結果、容器は真空から２気
圧程度の圧力にまで耐えるものが必要になり、大
きなコストアツプとなつてしまうという欠点があ
つた。
そこで、この真空容器による密封型方式の沸騰
冷却装置の欠点を除くため、液体冷媒が封入され
る容器の一部にベローズなどを利用した可変容積
型の液溜を設け、常温から最大熱負荷状態までの
いずれの場合にも内圧をほぼ大気圧に保つたまま
で動作が可能な定圧型沸騰冷却装置が提案され、
実用化されるようになつてきた。
冷却装置の欠点を除くため、液体冷媒が封入され
る容器の一部にベローズなどを利用した可変容積
型の液溜を設け、常温から最大熱負荷状態までの
いずれの場合にも内圧をほぼ大気圧に保つたまま
で動作が可能な定圧型沸騰冷却装置が提案され、
実用化されるようになつてきた。
この定圧型の沸騰冷却装置では、蒸発器の温度
が常温に保たれている間は凝縮器の中も含めて全
ての冷媒通路内が液状の冷媒によつて満たされて
おり、かつ可変容積型の液溜は最少容積の状態に
ある。そして、発熱体である半導体素子などの温
度が上昇して蒸発器に熱負荷が掛ると、それに応
じて蒸発器内で冷媒が沸騰し、大量の気化潜熱を
奪つて発生した冷媒の蒸気が凝縮器で凝縮するこ
とにより大気中に大量の熱を放散して冷却作用が
行なわれ、このときの冷媒の容積の増加分は可変
容積型の液溜による容積の増加によつて吸収さ
れ、内圧の増加をもたらすことなく大気圧のまま
で冷却作用を行なうことができるようになつてい
る。
が常温に保たれている間は凝縮器の中も含めて全
ての冷媒通路内が液状の冷媒によつて満たされて
おり、かつ可変容積型の液溜は最少容積の状態に
ある。そして、発熱体である半導体素子などの温
度が上昇して蒸発器に熱負荷が掛ると、それに応
じて蒸発器内で冷媒が沸騰し、大量の気化潜熱を
奪つて発生した冷媒の蒸気が凝縮器で凝縮するこ
とにより大気中に大量の熱を放散して冷却作用が
行なわれ、このときの冷媒の容積の増加分は可変
容積型の液溜による容積の増加によつて吸収さ
れ、内圧の増加をもたらすことなく大気圧のまま
で冷却作用を行なうことができるようになつてい
る。
従つて、この定圧型沸騰冷却装置によれば、蒸
発器と凝縮器を含む冷媒が封入されるべき容器の
内圧が熱負荷の有無と無関係に常に大気圧に等し
く保たれるため、圧力容器が不要になり、ローコ
スト化が容易になるという利点が得られる。
発器と凝縮器を含む冷媒が封入されるべき容器の
内圧が熱負荷の有無と無関係に常に大気圧に等し
く保たれるため、圧力容器が不要になり、ローコ
スト化が容易になるという利点が得られる。
ところで、従来の定圧型沸騰冷却装置では、蒸
発器内で発生した冷媒の蒸気が凝縮器内に効率よ
く流入するように、蒸発器と凝縮器を上下に配置
し、蒸発器の上部に凝縮器を設けるようにしてい
た。
発器内で発生した冷媒の蒸気が凝縮器内に効率よ
く流入するように、蒸発器と凝縮器を上下に配置
し、蒸発器の上部に凝縮器を設けるようにしてい
た。
一方、このような冷却装置を上記した半導体素
子の冷却に用いた場合には、当然のことながら蒸
発器と半導体素子が相互に密着した状態で組立て
られ、この結果凝縮器の下部には、蒸発器とそれ
による被冷却体である半導体素子及びそれに対す
る種々の電気的な付属部品が存在するようにな
る。
子の冷却に用いた場合には、当然のことながら蒸
発器と半導体素子が相互に密着した状態で組立て
られ、この結果凝縮器の下部には、蒸発器とそれ
による被冷却体である半導体素子及びそれに対す
る種々の電気的な付属部品が存在するようにな
る。
従つて、上記した従来の定圧型沸騰冷却装置
は、半導体装置に適用した場合、凝縮器に対する
下方から上方に向けての冷却空気の流通を効率良
く行なうのが困難になり、自然空冷では充分な冷
却性能が得られず、強制空冷の場合でもガイド用
の風道の構成が複雑になるため、通空抵抗の増加
による送風機容量の増大を必要とするという欠点
があつた。
は、半導体装置に適用した場合、凝縮器に対する
下方から上方に向けての冷却空気の流通を効率良
く行なうのが困難になり、自然空冷では充分な冷
却性能が得られず、強制空冷の場合でもガイド用
の風道の構成が複雑になるため、通空抵抗の増加
による送風機容量の増大を必要とするという欠点
があつた。
また、上記した従来の冷却装置では、蒸発器と
凝縮器が上下に配置されているため、半導体装置
としての高さ方向の寸法が大きくなり、機器の小
形化が困難であるという欠点があつた。
凝縮器が上下に配置されているため、半導体装置
としての高さ方向の寸法が大きくなり、機器の小
形化が困難であるという欠点があつた。
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を除
き、蒸発器と凝縮器を同じ位置に横方向に並べて
配置しても冷媒の循環が充分に行なえるように
し、これにより冷却空気の流通効率が高く、しか
も装置全体の小形化が容易な定圧型沸騰冷却装置
を提供するにある。
き、蒸発器と凝縮器を同じ位置に横方向に並べて
配置しても冷媒の循環が充分に行なえるように
し、これにより冷却空気の流通効率が高く、しか
も装置全体の小形化が容易な定圧型沸騰冷却装置
を提供するにある。
この目的を達成するため、本発明は、蒸発器と
凝縮器を横に並べて配置し、これらをそれぞれ上
下２本の冷媒通路で連通させたことを特徴とす
る。
凝縮器を横に並べて配置し、これらをそれぞれ上
下２本の冷媒通路で連通させたことを特徴とす
る。
以下、本発明による定圧型沸騰冷却装置の実施
例を図面について説明する。
例を図面について説明する。
第１図は本発明を半導体素子の冷却用に適用し
た場合の一実施例で、第２図はそのＡ−Ａ線によ
る上面図を示し、これらの図において、１は大電
力用サイリスタなどの半導体素子、２は蒸発器、
３は沸騰通路、４ａ，４ｂは連通管、５は絶縁継
手、６は凝縮器、７ａ，７ｂはヘツダー、８ａ，
８ｂは連通管、９は凝縮管、１０は放熱フイン、
１１は液もどり管、１２は連通管、１３は液溜、
１３ａは伸縮部、１４は絞り、１５は脱気管、１
６ａは液体の状態にある冷媒である。
た場合の一実施例で、第２図はそのＡ−Ａ線によ
る上面図を示し、これらの図において、１は大電
力用サイリスタなどの半導体素子、２は蒸発器、
３は沸騰通路、４ａ，４ｂは連通管、５は絶縁継
手、６は凝縮器、７ａ，７ｂはヘツダー、８ａ，
８ｂは連通管、９は凝縮管、１０は放熱フイン、
１１は液もどり管、１２は連通管、１３は液溜、
１３ａは伸縮部、１４は絞り、１５は脱気管、１
６ａは液体の状態にある冷媒である。
蒸発器２は複数個の半導体素子１を挾んで所定
個数設けられ、それぞれ半導体素子１に接する部
分は垂直になつた多数の沸騰通路３が形成されて
いるアルミニウム、銅などの熱伝導率の高い材料
のブロツクで構成されている。そして、これらの
沸騰通路３の上と下はそれぞれ連通管４ａ，４ｂ
に連通されている。従つて、複数の半導体素子１
は蒸発器２によつて相互に電気的に接続され、か
つ、これらの蒸発器２はそれぞれの半導体素子１
に対する端子として利用することができる。
個数設けられ、それぞれ半導体素子１に接する部
分は垂直になつた多数の沸騰通路３が形成されて
いるアルミニウム、銅などの熱伝導率の高い材料
のブロツクで構成されている。そして、これらの
沸騰通路３の上と下はそれぞれ連通管４ａ，４ｂ
に連通されている。従つて、複数の半導体素子１
は蒸発器２によつて相互に電気的に接続され、か
つ、これらの蒸発器２はそれぞれの半導体素子１
に対する端子として利用することができる。
凝縮器６はほぼ垂直になつている２個のヘツダ
ー７ａと７ｂの間にほぼ水平に設けられている多
数の凝縮管（放熱管）９を有し、これらの凝縮管
９には放熱フイン１０が設けられている。そし
て、一方のヘツダー７ａには上と下に連通管８ａ
と８ｂが設けられており、絶縁継手５を介して蒸
発器２の連通管４ａ，４ｂに結合され、これによ
り多数の蒸発器２の内部と凝縮器６の内部とが連
通されるようになつている。なお、このとき、上
記したように、それぞれの蒸発器２は対応する半
導体素子１の端子電圧による充電部となつている
から、連通管４ａ，４ｂと８ａ，８ｂとの間に絶
縁継手５を設け、相互の絶縁が保たれるようにな
つている。
ー７ａと７ｂの間にほぼ水平に設けられている多
数の凝縮管（放熱管）９を有し、これらの凝縮管
９には放熱フイン１０が設けられている。そし
て、一方のヘツダー７ａには上と下に連通管８ａ
と８ｂが設けられており、絶縁継手５を介して蒸
発器２の連通管４ａ，４ｂに結合され、これによ
り多数の蒸発器２の内部と凝縮器６の内部とが連
通されるようになつている。なお、このとき、上
記したように、それぞれの蒸発器２は対応する半
導体素子１の端子電圧による充電部となつている
から、連通管４ａ，４ｂと８ａ，８ｂとの間に絶
縁継手５を設け、相互の絶縁が保たれるようにな
つている。
また、これらのヘツダー７ａと７ｂの下部は液
もどり管１１によつて連通され、ヘツダー７ｂ側
から蒸発器２へ戻る液体状態の冷媒に対する通路
が確保されている。
もどり管１１によつて連通され、ヘツダー７ｂ側
から蒸発器２へ戻る液体状態の冷媒に対する通路
が確保されている。
液溜１３は円筒状の容器で、その側部はベロー
ズなどからなる伸縮部１３ａで作られ、大気圧の
ままで内容積が所定の範囲にわたつて変化可能に
作られている。そして、この液溜１３は蒸発器２
の上方に設けられ、連通管１２によつてヘツダー
７ａの下部に連通されると共に脱気管１５を介し
てヘツダー７ｂの上部に連通されている。このと
き、脱気管１５とヘツダー７ｂの上部との結合部
分には絞り１４が設けてあり、ヘツダー７ｂの上
部（この部分は蒸発器２及び凝縮器６を含む冷媒
通路内で一番上部に位置するようにしてある）に
集つた気体だけが脱気管１５の中に抽出されて来
るようになつている。
ズなどからなる伸縮部１３ａで作られ、大気圧の
ままで内容積が所定の範囲にわたつて変化可能に
作られている。そして、この液溜１３は蒸発器２
の上方に設けられ、連通管１２によつてヘツダー
７ａの下部に連通されると共に脱気管１５を介し
てヘツダー７ｂの上部に連通されている。このと
き、脱気管１５とヘツダー７ｂの上部との結合部
分には絞り１４が設けてあり、ヘツダー７ｂの上
部（この部分は蒸発器２及び凝縮器６を含む冷媒
通路内で一番上部に位置するようにしてある）に
集つた気体だけが脱気管１５の中に抽出されて来
るようになつている。
なお、これら第１図、第２図には示されていな
いが、交互に積重ねるようにして組合わされた複
数の半導体素子１と複数の蒸発器２とは両端に設
けてある締付金具によつて一体化され、半導体ス
タツクを構成している。
いが、交互に積重ねるようにして組合わされた複
数の半導体素子１と複数の蒸発器２とは両端に設
けてある締付金具によつて一体化され、半導体ス
タツクを構成している。
冷媒１６ａは沸点が50℃〜90℃程度のもので、
例えば、パーフルオロ２メチルペンタン（２−
CF3C5F11）、パーフルオロメチルシクロヘキサン
（C6F11CF3）、パーフルオロトリエチルアミン
〔（CF3CF2）2N〕、パーフルオロサイクリツクエー
テル（C7F14O）、トリクロロペンタフルオロプロ
パン（CCl3CF2CF3）、トリクロロトリフルオロ
エタン（CCl2FCClF2）などのフロン系又はパー
フルオロカーボン系の冷媒であり、常温で蒸発器
２をはじめとして凝縮器６、各部を結ぶ管路内、
それに液溜１３の内部にまで全て充満した状態で
封入されている。そして、このとき、液溜１３の
内容積はその変化範囲内で最少値を示すようにし
てある。
例えば、パーフルオロ２メチルペンタン（２−
CF3C5F11）、パーフルオロメチルシクロヘキサン
（C6F11CF3）、パーフルオロトリエチルアミン
〔（CF3CF2）2N〕、パーフルオロサイクリツクエー
テル（C7F14O）、トリクロロペンタフルオロプロ
パン（CCl3CF2CF3）、トリクロロトリフルオロ
エタン（CCl2FCClF2）などのフロン系又はパー
フルオロカーボン系の冷媒であり、常温で蒸発器
２をはじめとして凝縮器６、各部を結ぶ管路内、
それに液溜１３の内部にまで全て充満した状態で
封入されている。そして、このとき、液溜１３の
内容積はその変化範囲内で最少値を示すようにし
てある。
次に、動作について説明する。
まず、半導体素子１が常温に保たれていたとす
る。そうすると蒸発器２の中の冷媒と凝縮器６の
中の冷媒を含め全ての冷媒１６ａの温度は等しく
保たれているから、冷媒１６ａは静止したままに
なつている。
る。そうすると蒸発器２の中の冷媒と凝縮器６の
中の冷媒を含め全ての冷媒１６ａの温度は等しく
保たれているから、冷媒１６ａは静止したままに
なつている。
この状態で半導体素子１に電流が流れて熱が発
生すると蒸発器２の中の冷媒の温度が他の部分の
冷媒の温度より高くなり、体積が増加して比重が
低下するため、この部分にある冷媒１６ａは沸騰
通路３の中を上昇し、連通管４ａから８ａを通つ
て凝縮器６のヘツダー７ａから凝縮管９の中に流
入し、フイン１０を介して空気中に熱を放散しな
がらヘツダー７ｂに進み、この間に温度が低下す
る。温度が低下して常温に近づいた冷媒はヘツダ
ー７ｂの下部から液もどり管１１を通つてヘツダ
ー７ａの下部に移り、そこから連通管８ｂ，５ｂ
を通つて蒸発器２の下部に戻る。こうして、この
状態では、液体のままの冷媒、或いはサブクール
沸騰状態の冷媒の対流による蒸発器２と凝縮器６
との間の循環により半導体素子１からの放熱が行
なわれ、液体のままの冷媒１６ａの温度は半導体
素子１から蒸発器２に与えられる熱量に応じて変
化している。
生すると蒸発器２の中の冷媒の温度が他の部分の
冷媒の温度より高くなり、体積が増加して比重が
低下するため、この部分にある冷媒１６ａは沸騰
通路３の中を上昇し、連通管４ａから８ａを通つ
て凝縮器６のヘツダー７ａから凝縮管９の中に流
入し、フイン１０を介して空気中に熱を放散しな
がらヘツダー７ｂに進み、この間に温度が低下す
る。温度が低下して常温に近づいた冷媒はヘツダ
ー７ｂの下部から液もどり管１１を通つてヘツダ
ー７ａの下部に移り、そこから連通管８ｂ，５ｂ
を通つて蒸発器２の下部に戻る。こうして、この
状態では、液体のままの冷媒、或いはサブクール
沸騰状態の冷媒の対流による蒸発器２と凝縮器６
との間の循環により半導体素子１からの放熱が行
なわれ、液体のままの冷媒１６ａの温度は半導体
素子１から蒸発器２に与えられる熱量に応じて変
化している。
次に、こうして液体のままの冷媒１６ａの循環
による放熱が行なわれているときに、蒸発器２に
掛つている熱負荷がさらに増加し、冷媒１６ａの
温度がそれ自身の沸点に達したとすれば、冷媒１
６ａが蒸発器２の中で沸騰し始めるようになる。
この状態を第３図に示す。この図において、１６
ｂは蒸発器２の沸騰通路３の中で冷媒１６ａが沸
騰したことにより発生した冷媒蒸気の泡であり、
１６ｃは冷媒の蒸気、１６ｄは蒸気から凝縮して
液体に戻つたばかりの冷媒を示す。
による放熱が行なわれているときに、蒸発器２に
掛つている熱負荷がさらに増加し、冷媒１６ａの
温度がそれ自身の沸点に達したとすれば、冷媒１
６ａが蒸発器２の中で沸騰し始めるようになる。
この状態を第３図に示す。この図において、１６
ｂは蒸発器２の沸騰通路３の中で冷媒１６ａが沸
騰したことにより発生した冷媒蒸気の泡であり、
１６ｃは冷媒の蒸気、１６ｄは蒸気から凝縮して
液体に戻つたばかりの冷媒を示す。
蒸発器２の沸騰通路３の中で冷媒１６ａの沸騰
により発生した多量の泡１６ｂは上側の連通管４
ａ，８ａを通つてヘツダー７ａから凝縮器６の凝
縮管９の中に進み、フイン１０を介して冷却用空
気に熱を奪われて凝縮し、液体に戻る。そして、
液体に戻つた冷媒１６ｄはヘツダー７ｂの下部か
らもどり管１１により再び蒸発器２の下部に戻
る。
により発生した多量の泡１６ｂは上側の連通管４
ａ，８ａを通つてヘツダー７ａから凝縮器６の凝
縮管９の中に進み、フイン１０を介して冷却用空
気に熱を奪われて凝縮し、液体に戻る。そして、
液体に戻つた冷媒１６ｄはヘツダー７ｂの下部か
らもどり管１１により再び蒸発器２の下部に戻
る。
この蒸発器２の中での冷媒１６ａの沸騰と、凝
縮器６の中での冷媒蒸気６ｃの凝縮が始まると、
これら蒸発器２と凝縮器６による伝熱効率はそれ
までの液状冷媒１６ａの循環による伝熱効率より
飛躍的に増大し、大きな熱負荷のもとでの放熱動
作を充分に行なつて沸騰冷却方式としての性能を
完全に発揮するようになり、半導体素子１の損失
に対して比較的小さな冷却装置で所定の温度上昇
範囲を保つことができる。
縮器６の中での冷媒蒸気６ｃの凝縮が始まると、
これら蒸発器２と凝縮器６による伝熱効率はそれ
までの液状冷媒１６ａの循環による伝熱効率より
飛躍的に増大し、大きな熱負荷のもとでの放熱動
作を充分に行なつて沸騰冷却方式としての性能を
完全に発揮するようになり、半導体素子１の損失
に対して比較的小さな冷却装置で所定の温度上昇
範囲を保つことができる。
そして、この実施例によれば、液体の状態の冷
媒１６ａの対流による循環がスムーズに生じ、そ
の後、熱負荷の増大に伴なつて沸騰冷却に移行す
るため、蒸発器２と凝縮器６をほぼ水平に配置し
ても沸騰冷却作用が阻害される虞れは全くなく、
常に安定した良好な沸騰冷却性能を得ることがで
きる。
媒１６ａの対流による循環がスムーズに生じ、そ
の後、熱負荷の増大に伴なつて沸騰冷却に移行す
るため、蒸発器２と凝縮器６をほぼ水平に配置し
ても沸騰冷却作用が阻害される虞れは全くなく、
常に安定した良好な沸騰冷却性能を得ることがで
きる。
ところで、上記したように沸騰冷却動作に移行
すると、第３図に示すように冷媒の泡１６ｂや蒸
気１６ｃが発生するため、冷媒封入部分の容積を
増加させなければ定圧型としての動作が得られな
くなるが、この実施例によれば、冷媒の泡１６ｂ
や蒸気１６ｃが発生すると、その容積に対応した
液体の冷媒１６ａがヘツダー７ａの下部から連通
管１２を通つて液溜１３の中に入り、この液溜１
３の内容積を増加させることになる。しかして、
このときの液溜１３の容積の変化は大気圧のまま
で可能であるから、上記実施例では沸騰冷却中も
常に装置内の圧力を大気圧にほぼ等しく保つこと
ができ、定圧型としての動作を得ることができ
る。
すると、第３図に示すように冷媒の泡１６ｂや蒸
気１６ｃが発生するため、冷媒封入部分の容積を
増加させなければ定圧型としての動作が得られな
くなるが、この実施例によれば、冷媒の泡１６ｂ
や蒸気１６ｃが発生すると、その容積に対応した
液体の冷媒１６ａがヘツダー７ａの下部から連通
管１２を通つて液溜１３の中に入り、この液溜１
３の内容積を増加させることになる。しかして、
このときの液溜１３の容積の変化は大気圧のまま
で可能であるから、上記実施例では沸騰冷却中も
常に装置内の圧力を大気圧にほぼ等しく保つこと
ができ、定圧型としての動作を得ることができ
る。
また、冷媒１６ａの中には空気が溶け込んでい
ることが多く、この空気が冷却動作中に冷媒１６
ａから分離してくると冷却効果を妨げる虞れがあ
る。
ることが多く、この空気が冷却動作中に冷媒１６
ａから分離してくると冷却効果を妨げる虞れがあ
る。
しかしながら、この実施例によれば、分離した
空気は冷媒やその蒸気より軽いから、容器内での
最上部であるヘツダー７ｂの上部に集まり、絞り
１４から脱気管１５を通つて液溜１３の上部に集
められてしまうから、空気が溶け込んでいても冷
却動作が阻害される虞れはない。なお、このと
き、空気と一緒に絞り１４を通過して脱気管１５
の中に入り込んだ冷媒の蒸気は、この脱気管１５
の中で冷却され、液体に戻つてしまうから、液溜
１３の中に冷媒の蒸気が溜つてしまう虞れはな
い。
空気は冷媒やその蒸気より軽いから、容器内での
最上部であるヘツダー７ｂの上部に集まり、絞り
１４から脱気管１５を通つて液溜１３の上部に集
められてしまうから、空気が溶け込んでいても冷
却動作が阻害される虞れはない。なお、このと
き、空気と一緒に絞り１４を通過して脱気管１５
の中に入り込んだ冷媒の蒸気は、この脱気管１５
の中で冷却され、液体に戻つてしまうから、液溜
１３の中に冷媒の蒸気が溜つてしまう虞れはな
い。
次に、第４図は本発明の他の一実施例で第５図
は第４図のＢ−Ｂ線からみた平面図である。な
お、この実施例は本発明による沸騰冷却装置を半
導体装置に適用し、半導体素子に必要な付属電気
部品なども含めて全体をユニツト化したもので、
これら第４図、第５図において、１７ａは蒸発器
２に取付けた半導体素子１の端子、１７ｂは外部
回路と半導体素子１とを接続する端子、１８はヒ
ユーズ、１９はコンデンサ、２０は抵抗器、２１
は変圧器、２２は枠、２３は仕切板であり、その
他は第１図ないし第３図の実施例と同じである。
なお、１３ｂは液溜１３のカバー、２４ａ，２４
ｂは冷却用空気の流通方向を表わす矢印である。
は第４図のＢ−Ｂ線からみた平面図である。な
お、この実施例は本発明による沸騰冷却装置を半
導体装置に適用し、半導体素子に必要な付属電気
部品なども含めて全体をユニツト化したもので、
これら第４図、第５図において、１７ａは蒸発器
２に取付けた半導体素子１の端子、１７ｂは外部
回路と半導体素子１とを接続する端子、１８はヒ
ユーズ、１９はコンデンサ、２０は抵抗器、２１
は変圧器、２２は枠、２３は仕切板であり、その
他は第１図ないし第３図の実施例と同じである。
なお、１３ｂは液溜１３のカバー、２４ａ，２４
ｂは冷却用空気の流通方向を表わす矢印である。
液溜１３はカバー１３ｂに収容し、凝縮器６の
上方に設置してあり、これに応じて連通管１２と
脱気管１５の配置状態も第１図ないし第３図の実
施例とは変えてある。
上方に設置してあり、これに応じて連通管１２と
脱気管１５の配置状態も第１図ないし第３図の実
施例とは変えてある。
ヒユーズ１８は端子１７ａと１７ｂの間に設け
られ、半導体素子１を保護する働きをする。
られ、半導体素子１を保護する働きをする。
コンデンサ１９と抵抗器２０とは半導体素子１
のアノードとカソード間に接続され、サージ電圧
に対する保護作用を行なわせるもので、連通管４
ａ，８ａの上方に配置してある。
のアノードとカソード間に接続され、サージ電圧
に対する保護作用を行なわせるもので、連通管４
ａ，８ａの上方に配置してある。
変圧器２１はパルス用であり、半導体素子１と
蒸発器２からなるスタツクの下方に配置してあ
る。
蒸発器２からなるスタツクの下方に配置してあ
る。
枠２２は全体をユニツト化するためのもので、
内部に仕切板２３を備え、この仕切板２３により
凝縮器６に対する冷却用空気の通路を区画する働
きをする。
内部に仕切板２３を備え、この仕切板２３により
凝縮器６に対する冷却用空気の通路を区画する働
きをする。
従つて、この実施例によれば、付属電気部品を
も含めて全体をユニツト化できるのでコンパクト
な装置が容易に得られ、また、仕切板２３を設け
ているため、矢印２４ａ，２４ｂで示す冷却用空
気の流れに対して半導体素子１を含む電気的機構
部分をシールドすることができ、凝縮器６に対す
る冷却用空気の流通を良好にすると共に電気的機
構部に対する防塵効果をあげることができ、さら
に、蒸発器２の側面に余分な構造物や部品がない
ため、半導体素子１の交換が容易であるなどの利
点がある。
も含めて全体をユニツト化できるのでコンパクト
な装置が容易に得られ、また、仕切板２３を設け
ているため、矢印２４ａ，２４ｂで示す冷却用空
気の流れに対して半導体素子１を含む電気的機構
部分をシールドすることができ、凝縮器６に対す
る冷却用空気の流通を良好にすると共に電気的機
構部に対する防塵効果をあげることができ、さら
に、蒸発器２の側面に余分な構造物や部品がない
ため、半導体素子１の交換が容易であるなどの利
点がある。
ところで、以上の実施例では、複数の蒸発器２
を用い、これらを半導体素子１の外側に接触させ
て冷却する方式のものとしているが、本発明はこ
れに限らず、例えば所定の大きさと形状の容器を
用い、その中に半導体素子と冷却フインを組合わ
せた半導体スタツクを入れ、内部を冷媒で満たし
て蒸発器とする、いわゆる冷媒直接浸漬方式の沸
騰冷却により実施するようにしてもよい。
を用い、これらを半導体素子１の外側に接触させ
て冷却する方式のものとしているが、本発明はこ
れに限らず、例えば所定の大きさと形状の容器を
用い、その中に半導体素子と冷却フインを組合わ
せた半導体スタツクを入れ、内部を冷媒で満たし
て蒸発器とする、いわゆる冷媒直接浸漬方式の沸
騰冷却により実施するようにしてもよい。
また、循環器の空冷方式についても、自然通
風、強制通風いずれによつて実施してもよく、さ
らに水冷方式としてもよいのはいうまでもない。
風、強制通風いずれによつて実施してもよく、さ
らに水冷方式としてもよいのはいうまでもない。
さらに本発明は、半導体装置の冷却装置に限ら
ず、どのような被発熱体の冷却用としても適用可
能なことはいうまでもない。
ず、どのような被発熱体の冷却用としても適用可
能なことはいうまでもない。
以上説明したように、本発明によれば、蒸発器
と凝縮器を横に並べて配置することができるか
ら、従来技術の欠点を除き、装置全体の高さが小
さくなるので小型化が容易になり、凝縮器に対す
る冷却空気の流通抵抗が少なくなるので冷却性能
が良好な定圧型沸騰冷却装置をローコストで提供
することができる。
と凝縮器を横に並べて配置することができるか
ら、従来技術の欠点を除き、装置全体の高さが小
さくなるので小型化が容易になり、凝縮器に対す
る冷却空気の流通抵抗が少なくなるので冷却性能
が良好な定圧型沸騰冷却装置をローコストで提供
することができる。
第１図は本発明による定圧型沸騰冷却装置の一
実施例を示す側断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ
線による上面図、第３図は第１図の実施例が沸騰
冷却動作状態に入つたときを示す側断面図、第４
図は本発明の他の一実施例を示す側面図、第５図
は第４図のＢ−Ｂ線による上面図である。 １……半導体素子、２……蒸発器、３……沸騰
通路、４ａ，８ａ……上部の連通管、４ｂ，８ｂ
……下部の連通管、５……絶縁継手、６……凝縮
器、７ａ，７ｂ……ヘツダー、９……凝縮管、１
１……もどり管、１３……液溜。
実施例を示す側断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ
線による上面図、第３図は第１図の実施例が沸騰
冷却動作状態に入つたときを示す側断面図、第４
図は本発明の他の一実施例を示す側面図、第５図
は第４図のＢ−Ｂ線による上面図である。 １……半導体素子、２……蒸発器、３……沸騰
通路、４ａ，８ａ……上部の連通管、４ｂ，８ｂ
……下部の連通管、５……絶縁継手、６……凝縮
器、７ａ，７ｂ……ヘツダー、９……凝縮管、１
１……もどり管、１３……液溜。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 蒸発器と凝縮器及び冷媒液溜とを備えた定圧
型沸騰冷却装置において、上記凝縮器として、ほ
ぼ水平に延びた凝縮管が複数本、上下に平行配置
されているものを用い、かつ、これら蒸発器と凝
縮器を横に並べて配置したうえで、それらの上部
同志及び下部同志をそれぞれ第１と第２の連通管
により連通させ、上記冷媒液溜をこれら蒸発器と
凝縮器の少くとも一方の上方に設置したことを特
徴とする定圧型沸騰冷却装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、上記冷媒液
溜と、上記凝縮器の上部との間に、絞りと放熱フ
インを備えた脱気管を設けたことを特徴とする定
圧型沸騰冷却装置。 ３ 特許請求の範囲第１項において、上記蒸発器
が半導体装置の発熱部に設けた吸熱部であり、こ
の蒸発器の上方に上記半導体装置に対する電気的
付属品の少くとも一部を設け、上記半導体装置を
含めて全体がパツケージ化されていることを特徴
とする定圧型沸騰冷却装置。 ４ 特許請求の範囲第３項において、上記蒸発器
と凝縮器の間に仕切板が設けられていることを特
徴とする定圧型沸騰冷却装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57138395A JPS5929985A (ja) | 1982-08-11 | 1982-08-11 | 定圧型沸騰冷却装置 |
| US06/520,514 US4502286A (en) | 1982-08-11 | 1983-08-04 | Constant pressure type boiling cooling system |
| DE19833328732 DE3328732A1 (de) | 1982-08-11 | 1983-08-09 | Konstantdruck-siedekuehlsystem |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57138395A JPS5929985A (ja) | 1982-08-11 | 1982-08-11 | 定圧型沸騰冷却装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5929985A JPS5929985A (ja) | 1984-02-17 |
| JPS6320020B2 true JPS6320020B2 (ja) | 1988-04-26 |
Family
ID=15220939
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57138395A Granted JPS5929985A (ja) | 1982-08-11 | 1982-08-11 | 定圧型沸騰冷却装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4502286A (ja) |
| JP (1) | JPS5929985A (ja) |
| DE (1) | DE3328732A1 (ja) |
Families Citing this family (64)
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1982
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1983
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| US4502286A (en) | 1985-03-05 |
| JPS5929985A (ja) | 1984-02-17 |
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