JP3953741B2 - 沸騰冷却器及びその製造方法 - Google Patents
沸騰冷却器及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3953741B2 JP3953741B2 JP2001058653A JP2001058653A JP3953741B2 JP 3953741 B2 JP3953741 B2 JP 3953741B2 JP 2001058653 A JP2001058653 A JP 2001058653A JP 2001058653 A JP2001058653 A JP 2001058653A JP 3953741 B2 JP3953741 B2 JP 3953741B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- refrigerant
- phase refrigerant
- liquid
- tank
- partition plate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- 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
- F28D15/0233—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 the conduits having a particular shape, e.g. non-circular cross-section, annular
-
- 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
-
- 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
- F28D15/04—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 tubes having a capillary structure
- F28D15/046—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 tubes having a capillary structure characterised by the material or the construction of the capillary structure
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
- F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
- F28F3/025—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
- F28F9/02—Header boxes; End plates
- F28F9/0219—Arrangements for sealing end plates into casing or header box; Header box sub-elements
- F28F9/0221—Header boxes or end plates formed by stacked elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して積層構造体からなる沸騰冷却器、及びその製造方法に関するものである。この沸騰冷却器は、比較的大型の発熱体、例えば、鉄道車両の主電源制御用素子(IGBT)の冷却用に適したものであるが、用途はもちろんこれに限定されるわけではない。
【0002】
【従来の技術】
エタノール等の液相冷媒(作動液とも称される)を発熱体の熱によって沸騰・蒸発上昇させ、この気相冷媒をフィン等を用いて冷却・凝縮下降させて環流することにより発熱体の冷却を行う装置は、ヒートパイプ(気相冷媒収容室がパイプ状)または沸騰冷却器(気相冷媒収容室がパイプ以外の形状)として公知である。このように冷媒の二相変化を利用したヒートパイプまたは沸騰冷却器は、強制的な冷媒循環装置を必要とせず、なおかつ単に金属板からなるフィン冷却器に比べて熱輸送性能が高いので、近年、小型の電子機器から大型の電源装置等までの発熱素子冷却用として、幅広く用いられるようになってきた。
【0003】
図11には、特に、気相冷媒収容室と冷却フィンとが積層構造で形成された沸騰冷却器の一例を示している。この沸騰冷却器101は、その下方に位置する発熱体(図示せず)に取付けられて該発熱体から熱伝達を受けるタンク103と、扁平な気相冷媒収容室と冷却フィンとが交互に積層配置されかつタンク103内空間と流体流通可能とされたコンデンサ102とを備えている。タンク103は押出型材からなり、液相冷媒(例えばエタノール)を収容するための複数の冷媒収容溝106が、沸騰冷却器101の長手方向に延在する形態で形成されている。これら溝の両端部は、封止部材104の周囲をタンク103に溶接することによって封止されている。タンク103の上面には、複数の冷媒収容溝106に通じ、コンデンサ102を収容するための開口部が形成されている。コンデンサ102は、開口部に嵌め込まれた後、タンク103との接続隅肉部を全周にわたって溶接することによりタンク103に固定される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に発熱体の温度は変動する。発熱体が、例えば、毎日運転される鉄道車両の主電源制御用素子である場合、完全冷機状態から高温状態への大きな温度変化が少なくとも1日1回生じ、さらに運転中の比較的小さな温度変化が多数回生じる。このような発熱体の温度変化は冷却器に伝達され、冷却器の各部に熱応力サイクルが生じたり、あるいは冷媒の蒸気圧変動に伴う応力サイクルが生じる。上記のような沸騰冷却器101では、タンク103とコンデンサ102、及びタンク103と封止部材104とが線状の溶接ビード105によって溶接結合されているので、これらの応力が溶接ビード105の近傍に集中し、繰返される応力変動による金属疲労から亀裂が発生し、冷媒の漏出に至る場合があるという問題があった。また、沸騰冷却器101では、最も圧力のかかるコンデンサ102の下部の剛性が低いため、高圧力用途には適していない。
【0005】
さらに、上記のような沸騰冷却器101では、その製造に際して、積層・真空ろう付けによるコンデンサ102の形成、押出しによるタンク103の母材の形成、タンク103上面における開口部形成、コンデンサ102とタンク103との溶接、タンク103と封止部材104との溶接、といった種々の作業工程が必要であり、製造に長時間を要したり、それに伴って製造コストが高くなったりするという問題もあった。
【0006】
本発明は、従来の沸騰冷却器が有する上記のような問題点を解決するためになされたもので、その目的は、全体剛性が高く、耐圧性に優れ、熱応力または圧力変動による亀裂・冷媒漏れが生じにくく、なおかつ製造が容易である沸騰冷却器を提供することである。本発明の他の目的は、そのような沸騰冷却器の製造方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明が提供する沸騰冷却器は、液相冷媒を収容するために貫通形成された冷媒通路を有しかつ外部の発熱体と接続する複数のタンクセグメントと、下部に前記液相冷媒を収容し上部に前記発熱体の熱によって蒸発した気相冷媒を収容する扁平空間の輪郭を形成する枠体と、金属板の両面にろう材層が形成されたブレージングシートからなり前記冷媒通路に連通する液相冷媒用開口部を下部に有しかつ前記枠体の両側に設けられた仕切板と、を備え、前記仕切板の下部には前記タンクセグメントが、前記冷媒通路と前記液相冷媒用開口部とを連通させた積層状態でろう付け一体化されていることを特徴とする。
【0008】
この構成によれば、各構成部材間の接合は全て面接合となるため全体剛性が高く、耐圧性にも優れ、熱応力または圧力変動に伴う応力が好適に分散されるので亀裂・冷媒漏れが生じにくい。発熱体との接続部が面接合を介して全体構造に一体化されていることも、亀裂防止に有利に作用する。また、各構成部材を積層した後、真空中で1回加熱するだけで、ろう材が溶融して全体が一体化されるので製造が極めて容易である。
【0009】
前記タンクセグメントは、前記冷媒通路を複数備えると共に該複数の冷媒通路を互いに連通させる連通溝を有していることが好ましい。また、前記連通溝の上端部は、前記冷媒通路の最大高さの4〜9割まで入れられる冷媒液面より下方に配置され、かつ、前記連通溝の上下間隔は、前記最大高さ×0.13以上とされていることが好ましい。この場合、冷媒通路の上部1〜6割は、蒸気を凝縮部へと流れ易くするためのスペースとして確保される。
【0010】
各冷媒通路内の液相冷媒の液面高さは、発熱体から伝達される熱量が不均一であること、発熱体の傾斜、遠心力などに起因して異なってくる場合があり、最悪のケースでは液涸れが生じる可能性もある。しかし、上記のような構成とすれば、連通溝を通じて液相冷媒が流動して各冷媒通路内の液相冷媒の液面高さが均一化されるのでこのような問題が生じない。なお、上記のように、連通溝は、冷媒液面下に設けた方が液相冷媒の移動が容易であって好ましいが、連通溝が液面を挟む形態であっても沸騰冷却器としての機能は損なわれない。
【0011】
前記枠体は、熱の放散を促進するためのインナーフィンを前記扁平空間内に保持するように形成されているとさらに好ましい。
【0012】
この構成によれば、冷媒の熱が、仕切板及び外部フィンへとさらに伝達されやすくなるので、冷却器としての冷却効果がさらに向上する。
【0013】
本発明が提供する、沸騰冷却器の製造方法は、液相冷媒を収容するために貫通形成された冷媒通路を有しかつ外部の発熱体との接続部を含む複数のタンクセグメントと、下部に前記液相冷媒を収容し上部に前記発熱体の熱によって蒸発した気相冷媒を収容する扁平空間の輪郭を形成する枠体と、金属板の両面にろう材層が形成されたブレージングシートからなり前記冷媒通路に連通する液相冷媒用開口部を下部に有しかつ前記枠体の両側に設けられた仕切板と、を準備する段階と、前記仕切板と前記枠体と前記タンクセグメントとを、前記冷媒通路と前記液相冷媒用開口部とを連通させた状態で積層して積層体を組立てる段階と、前記積層体を加熱ろう付けにより一体化する段階と、を含むことを特徴とする。
【0014】
この製造方法によれば、各構成部材を積層した後、真空中で1回加熱するだけで、ろう材が溶融して全体が一体化されるので、全体剛性が高く、耐圧性にも優れ、亀裂・冷媒漏れを生じにくい沸騰冷却器を極めて容易に製造することができる。
【0015】
前記仕切板と前記枠体と前記タンクセグメントとは、それぞれ対応する位置に位置合せ孔を有し、前記積層体を組立てる段階は、前記位置合せ孔に位置合せピンを挿通する段階を含んでいるとさらに好ましい。
【0016】
位置合せピンを使用すれば各構成部材同士の位置合せが容易かつ正確になり、また位置合せピンが冷却器全体を貫通する補強部材ともなるので、全体剛性がさらに向上して有利である。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による沸騰冷却器の好ましい実施形態を示す添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳細に説明する。
【0018】
始めに図1,図2,図3を参照して本発明による沸騰冷却器1の一実施形態の全体構成を説明する。図1は、本発明による沸騰冷却器1の一実施形態を完成状態で示す斜視図、図2は、沸騰冷却器1の一部を、各構成部材に分解して示す分解斜視図、図3は、沸騰冷却器1のコンデンサ部2を除去してタンク部3のみを上方から見た平面図である(後述のインナーフィン70は省略している)。本実施形態の沸騰冷却器1は、大きく見れば直方体を2個重ねた形状を有している。さらに詳しく述べると、この沸騰冷却器1は、略直方体状のコンデンサ部2と、コンデンサ部2の下方に配置されやはり略直方体状のタンク部3と、タンク部3から両矢印Aで示す前後方向に張出した略直方体状の前後張出部4,4と、タンク部3から両矢印Bで示す左右方向に張出した略直方体状の側方張出部5,5とを備えている。
【0019】
コンデンサ部2は、仕切板30と、フィン40及びヘッダー50の組合せと、仕切板30と、枠体20と、仕切板30とをこの順で、両矢印Aで示す前後方向に多数積層して接合し、さらに、前後方向端部には、端板31を接合して構成されている(但し、この形成様式は、構成を説明するために便宜的に記載したものであり、沸騰冷却器1の実際の製造方法については追って詳細に説明する)。こうしてコンデンサ部2は、枠体20とそれを挟む2枚の仕切板30,30とから形成された扁平空間20aとフィン40とを多数含むことになる。フィン40は、放熱作用を高めるために、2枚の仕切板30,30の間に挟持されている。また、上端部には、ヘッダー50が有する複数の気相冷媒通路55…55と、仕切板30が有する複数の気相冷媒用開口部35…35と、複数の扁平空間20a…20aとから、気相冷媒を流動させる複数の通路が形成されている。
【0020】
タンク部3は、仕切板30と、タンクセグメント10と、仕切板30と、枠体20と、仕切板30とをこの順で、タンクセグメント10が有する冷媒通路14と仕切板30が有する液相冷媒用開口部34とが連通するように、両矢印Aで示す前後方向に多数積層して接合し、さらに、前後方向端部には、端板31を接合して形成されている(但し、この形成様式も、構成を説明するために便宜的に記載したものであり、沸騰冷却器1の実際の製造方法については追って詳細に説明する)。こうして、タンク部3には、上方に向けて部分的に開口し、液相冷媒を収容するための複数の液相冷媒収容部3a…3aが形成されている(図3)。タンク部3の下面には、発熱体80(図4にのみ示す)が接続される。
【0021】
前後張出部4は、端部セグメント11と2個のコーナーセグメント13,13とから構成され、主として沸騰冷却器1の取付け用に使用される。図示の実施形態では、端部セグメント11が複数の通路11a…11aを、角部セグメント13が通路13aを有しているが、これは、端部セグメント11とタンクセグメント10とを共通の押出母材から切出して形成し、角部セグメント13と側方セグメント12(後出)とを共通の押出母材から切出して形成したためであり、これらの通路11a,13aは冷媒を収容するためのものではない。しかし、これら通路11a…11a,13aを有することは、軽量化の観点で好ましい。
【0022】
側方張出部5は、仕切板30と、側方セグメント12と、仕切板30と、枠体20と、仕切板30とをこの順で、両矢印Aで示す前後方向に多数積層して接合し、さらに、前後方向端部には、端板31を接合して形成されている。側方張出部5は、前後張出部4と同様に、主として沸騰冷却器1の取付け用に使用される。図示の実施形態では、側方張出部5もまた貫通形態の通路を有しているが、これは冷媒を収容するためのものではなく、主目的は軽量化である。
【0023】
次に、沸騰冷却器1の冷却作用について説明する。ここで使用される代表的な液相冷媒はエタノールであるが、他の液体であっても冷却作用に変わりはない。
【0024】
完成した沸騰冷却器1には、図示しない注入口から適当量の液相冷媒が注入され、その後密閉される。この状態で沸騰冷却器1は、タンク部3が発熱体80に接触するように固定される。発熱体80の温度が上昇すると、タンクセグメント10、枠体20、仕切板30の下部が加熱され、液相冷媒収容部3a…3aに収容された冷媒の温度が上昇し、やがて沸騰が始まる。沸騰した冷媒から蒸発した蒸気は上昇し、タンク部3の上部に形成された複数の開口部を通じて、コンデンサ部2に形成された多数の扁平空間20a…20aへと入る。この蒸気は、フィン40によって好適に冷却された仕切板30及びインナーフィン70に触れて熱を奪われ凝縮して液相冷媒となり、仕切板30に沿って下降して液相冷媒収容部3a…3aへと還流する。液相冷媒収容部3a…3aへ戻った冷媒は再び沸騰・蒸発して上記の過程を繰返す。こうして、発熱体80の熱は、冷媒の相変化を通じて好適に沸騰冷却器1の外部へと放散される。
【0025】
なお、気相冷媒通路55…55を有するヘッダー50を備えた図示の実施形態では、沸騰した冷媒の蒸気の一部は、さらに上昇して気相冷媒通路55…55へと流入する。こうして気相冷媒は、コンデンサ部2の上端部に形成された複数の通路を通じて、複数の扁平空間20a…20aの間を自由に流動できるので、発熱体80の温度分布が不均一で各扁平空間20a内の蒸気圧に差が生じる可能性のある場合でも、蒸気圧の均等化が図られる。
【0026】
以下、各構成部材を詳細に説明する。
【0027】
図4は、タンクセグメント10の詳細を示す正面図である。タンクセグメント10は、アルミニウムまたはアルミニウム系合金の押出型材を押出方向に直交する方向に切断して形成され、略矩形断面に貫通形成された複数(図示の形態では8個)の冷媒通路14…14と、複数の位置合せ孔16,16(図示の形態では2個)とを備えている。冷媒通路14…14は、沸騰冷却器1の完成状態では、後述する枠体20の冷媒収容溝24…24及び仕切板30の液相冷媒用開口部34…34と気密接続されて、沸騰冷却器1の前後方向に延在する貫通形態の液相冷媒収容部3a…3aを構成する。位置合せ孔16,16は、位置合せピン60(図2参照)と協働して、積層段階における各構成部材同士の相対位置を正確に合せる機能を有している。なお、タンクセグメント10が比較的小さい場合には、単一の冷媒通路14を用いてもよい。
【0028】
タンクセグメント10は複数個用いられるが、そのうちの少なくとも1つには、複数の冷媒通路14…14を互いに連通させる連通溝15…15を形成する。各冷媒通路14…14内の液相冷媒の液面高さは、発熱体80から伝達される熱量が不均一である場合や、発熱体80が左右方向に傾斜した場合(すなわち、発熱体80を保持する鉄道車両等が傾斜した場合)、または遠心力が作用した場合などでは、相互に異なることがあり、最悪のケースでは液涸れが生じる可能性もある。連通溝15…15は、このようなときに各冷媒通路14…14間で液相冷媒を流動させて各冷媒通路14…14内の液相冷媒の液面高さを均一化する機能を有している。
【0029】
冷媒の液面位置は次のように決定すると好ましい。すなわち、冷媒通路14…14の最大高さHの4割から9割に冷媒を入れ、冷媒通路14…14の最大高さHの1割から6割を冷媒蒸気が移動できるスペースとして残す。これにより、冷媒の蒸気が移動できるスペースが確保され、順次冷媒が沸騰しても蒸気がコンデンサ部2側へ上昇し易くなり、また、常に液相冷媒が確保されて液涸れが防止される。例えば、図示する好適な実施形態では、冷媒の液面位置を、冷媒通路14…14の最大高さHの2/3の位置にしている。
【0030】
連通溝15…15の位置及びサイズは、次のように決定すると好ましい。すなわち、連通溝15…15の位置は、その上端部が冷媒液面下に配置されるように決定し、その幅(上下間隔W)は、冷媒通路14…14の最大高さH×0.13以上とすることが好ましい。例えば、図示する好適な実施形態では、冷媒通路14…14の最大高さHが50mm、連通溝内の冷媒液面高さが冷媒通路14…14の底面から33mm、連通溝の中心Cの位置が冷媒液面下5〜15mmで、連通溝の上下間隔Wが10mmとされている。また、連通溝15…15は、図5に断面で示すように、タンクセグメント10の前面、後面双方に設けてもよいし、片面のみに設けてもよい。
【0031】
さらに、少なくとも1つのタンクセグメント10には、発熱体80と接続するための接続部10a…10aを設ける。図示する実施形態における接続部10aは、冷媒通路14を逃がした余肉部10bとねじ穴10cとから構成され、これが6ヶ所に設けられている。接続部10aの数は、発熱体80の大きさや形状に応じて任意に選択することができる。また、余肉部10bをどのような形状にするか、言い換えれば冷媒通路14の断面をどのような形状にするかも、任意に選択可能である。タンクセグメント10は、押出型材から形成されるので、複雑な形状も容易に実現可能である。このように、タンクセグメント10に接続部10a…10aを設けることによって、発熱体80(または、発熱体80を保持する鉄道車両等)の振動に起因して作用する入力が、タンクセグメント10から他の部材へと、ろう付けによる面接合部を介して好適に分散されるので、沸騰冷却器1の耐久性の観点で有利である。
【0032】
図6は、枠体20の詳細を示す正面図である。枠体20は、アルミニウムまたはアルミニウム系合金からなり、その下部に、複数の冷媒収容溝24…24を備えている。冷媒収容溝24…24は、タンクセグメント10が有する複数の冷媒通路14…14と部分的に対応する形状を有し上方に向けて開口している。冷媒収容溝24…24は、積層された際に、タンクセグメント10の冷媒通路14…14及び仕切板30の液相冷媒用開口部34…34と共に液相冷媒収容部3a…3aを構成する。枠体20の上部は、発熱体80の熱によって蒸発した気相冷媒を収容する扁平空間20aの輪郭を形成し、最上部は、本実施形態においては、ヘッダー50及びその気相冷媒通路55…55に部分的に対応した形状とされている。枠体20の最外周輪郭は、図1に示すコンデンサ部2、タンク部3、側方張出部5,5の全てを包含する形状とされている。さらに、枠体20には、複数(図示の形態では6個)の位置合せ孔26…26が設けられている。なお、枠体20が比較的小さい場合には、冷媒収容溝24を単一のものとしてもよい。
【0033】
図6に示す枠体20は、熱の放散を促進するためのインナーフィン70を扁平空間20a内に保持するよう、複数のフィン保持部21…21,21a…21aを有している。この構成によれば、組立ての際にインナーフィン70が所定位置に保持され、冷却器としての使用時には、気相冷媒の熱が、仕切板30及びフィン40へとさらに伝達されやすくなるので、沸騰冷却器1の冷却性能がさらに向上する。インナーフィン70としては、オフセットフィン等、種々のフィンが使用可能である。
【0034】
本実施形態では、冷媒収容溝24…24の上端に位置するフィン保持部21a…21aは、タンクセグメント10が有する冷媒通路14…14及び仕切板30が有する液相冷媒用開口部34…34の上端位置よりわずかに高い位置に配置されている。これは、インナーフィン70が、前後方向に貫通する液相冷媒収容部3a…3aを遮らないようにするためである。
【0035】
図7は、仕切板30の詳細を示す正面図である。仕切板30は、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の金属板の両面にろう材層が形成されたブレージングシート(通常、ろう材層をクラッド形成したもの)から形成されている。沸騰冷却器1をアルミニウムで構成する場合、ろう材としてはアルミニウム−シリコン系ろう材、またはアルミニウム−シリコン−マグネシウム系ろう材が好ましいが、これらに限定はされない。真空ろう付けによってろう材が溶融・固化し、仕切板30は、各部材を結合する接着剤のように機能する。
【0036】
仕切板30は、タンクセグメント10が有する複数の冷媒通路14…14に対応した形状の複数の液相冷媒用開口部34…34を下部に有し、かつ上部が枠体20を包含する形状とされている。また、仕切板30は、後述するヘッダー50の気相冷媒通路55…55に対応した形状に形成された複数の気相冷媒用開口部35…35を有している。仕切板30は、積層された際に、枠体20と組合されて、気相冷媒を収容する扁平空間20aを形成する。液相冷媒用開口部34…34は、タンクセグメント10の冷媒通路14…14及び枠体20の冷媒収容溝24…24と共に液相冷媒収容部3a…3aを構成する。仕切板30の最外周輪郭は、図1に示すコンデンサ部2、タンク部3、側方張出部5,5の全てを包含する形状とされている。さらに、仕切板30には、複数(図示の形態では6個)の位置合せ孔36…36が設けられている。なお、仕切板30が比較的小さい場合には、液相冷媒用開口部34を単一のものとしてもよい。
【0037】
図7に示す仕切板30は、4ヶ所に爪部37を有している。これらは、積層作業の際、フィン40を挟んだ後に、図1に示すように折り曲げて、フィン40を、溶融接合されるまでの間、所定位置に保持するためのものである。
【0038】
フィン40は、好ましくは薄い金属板を折り曲げて多数の通風路を有するように形成され、図2に示すように、前後方向には2枚の仕切板30,30で挟まれ、上下方向には、タンクセグメント10とヘッダー50との間に挟まれるように配置される。フィン40の前後方向厚さは、タンクセグメント10及びヘッダー50の前後方向厚さと同一に形成されており、従って、積層された状態では2枚の仕切板30,30に密着し、仕切板30,30のろう材が溶融することによって、2枚の仕切板30,30に接合され、その結果、仕切板30,30から効率良く熱を奪って放散するように作用する。フィン40は、ストレートフィンでも、ウェービーフィンでもよい。
【0039】
ヘッダー50は、図2に示すように、前後方向に貫通する複数(図示の形態では5個)の気相冷媒通路55…55と、同じく前後方向に貫通する複数(図示の形態では2個)の位置合せ孔56とを備え、タンクセグメント10と同一の厚さに形成されている。気相冷媒通路55…55は、仕切板30に形成されている気相冷媒用開口部35の形状に対応した形状を有している。ヘッダー50は、積層された状態では2枚の仕切板30に密着し、仕切板30のろう材が溶融することによって、2枚の仕切板30に接合される。従って、ヘッダー50は、気相冷媒を自由に流動させるだけでなく、沸騰冷却器1の全体剛性を高める効果も有している。
【0040】
2枚の端板31,31(図1,2参照)は、仕切板30より厚いアルミニウムまたはアルミニウム系合金の板材(ろう材を含まず)から形成され、仕切板30と同じ外輪郭を有し、また、位置合せ孔31aを備えている。端板31,31は、特にコンデンサ部2の前後方向両端部の剛性確保のために接合されるものである。また、2枚の接合板32,32(図2参照)は、仕切板30と同様にブレージングシートから形成され、端板31と、端部セグメント11及び角部セグメント13とを面接合するために挟まれている。
【0041】
次に、沸騰冷却器1を本発明による方法に従って製造する手順を説明する。
【0042】
まず、既に詳細を説明したタンクセグメント10、端部セグメント11、側方セグメント12、角部セグメント13、枠体20、仕切板30、端板31、接合板32、フィン40、ヘッダー50、インナーフィン70のそれぞれを必要数準備する。
【0043】
次いで、各構成部材に形成された位置合せ孔16,26,31a,36,56に位置合せピン60を挿通しながら(図2参照)、端部セグメント11と2個の角部セグメント13,13との組合せ、接合板32、端板31、仕切板30、タンクセグメント10とフィン40と2個の側方セグメント12,12とヘッダー50との組合せ、仕切板30、枠体20とインナーフィン70との組合せ、仕切板30、タンクセグメント10とフィン40と2個の側方セグメント12,12とヘッダー50との組合せ、仕切板30、枠体20とインナーフィン70との組合せ、仕切板30、…(中略)…、仕切板30、端板31、接合板32、端部セグメント11と2個の角部セグメント13,13との組合せ、を、この順に全て重ねて非接合積層体1a(図2はその一部のみを示している)を形成し、固定用クランプ等で図1に両矢印Aで示す前後方向に適度に加圧して保持する。
【0044】
次いで、固定保持された非接合積層体1aを電気加熱炉等に収納し、炉内を真空にした後、仕切板30が有するろう材の融点を越えるまで温度上昇させる。高温状態に所定時間保持した後、炉内温度を下げ、十分に温度低下した状態で沸騰冷却器1を炉から取出す。
【0045】
上記の加熱処理が終了した沸騰冷却器1では、仕切板30及び接合板32が有するろう材が溶融して、全ての構成部材が一体化されている。なお前述のように、アルミニウム−シリコン系ろう材、またはアルミニウム−シリコン−マグネシウム系ろう材を用いた場合、ろう材を溶融させるために適切な温度は約650℃である。
【0046】
次に、本発明に関するいくつかの変更形態について説明する。
【0047】
前後張出部4は、上記の実施形態では主として沸騰冷却器1の取付け用に使用されるものであるが、発熱体80に接触させて吸熱用に利用してもよい。その場合、例えば、端板31及び接合板32にも仕切板30が有する液相冷媒用開口部34…34と同様の開口部を設けて、端部セグメント11が有する通路11a…11aを冷媒収容部3a…3aに連通させ、なおかつ、前後張出部4の端面は、もう1枚の接合板32を追加接合して(他の部材と共に真空ろう付けで面接合される)封止する。この場合、前後張出部4の端面で、端部セグメント11と角部セグメント13とが連結されるので、剛性がさらに増大するという効果もある。従って、通路11a…11aを冷媒収容部3a…3aに連通させない場合であっても、接合板32を追加してもよい。
【0048】
側方張出部5は、前述の実施形態では主として沸騰冷却器1の取付け用に使用されるものであるが、発熱体80に接触させて吸熱用に利用してもよい。その場合には、例えば、タンクセグメント10と側方セグメント12とを分割せずに一体で形成し、タンクセグメント10が有する冷媒通路14と側方セグメント12が有する通路12aとを連通させ、また、枠体20が有する冷媒収容溝24と通路22とを連通させる。
【0049】
前後張出部4及び側方張出部5のいずれかを排除した形態、あるいは双方とも排除した形態でも、本発明に係る基本的な作用・効果は得られる。しかし、前後張出部4または側方張出部5を備えていると、沸騰冷却器1の取付けの自由度が増して好ましい。
【0050】
図示の形態では、枠体20がインナーフィン70を保持しているが、このインナーフィン70は省略可能である。但し、この場合、冷却性能はやや劣ることになる。
【0051】
また、インナーフィン70が存在する場合でも、存在しない場合でも、枠体20において冷媒収容溝24…24を形成している側壁部24a…24aを、さらに上方まで延在させてもよい(インナーフィン70が存在する場合にはインナーフィン70の上下幅が小さくなるが)。このようにすると、枠体20による仕切板30の支持剛性が増大し、耐圧性、耐久性がさらに向上するので好ましい。
【0052】
図8は、タンクセグメント10の冷媒通路の変更形態を示している。この変更形態における冷媒通路14′の輪郭は、沸騰冷却器1の前後方向(押出母材の押出方向)に延在する多数の凸条14aと凹溝14bとから形成されている。このようにすると、冷媒通路14′の輪郭部表面積が大きくなり、核沸騰の起点が多くなる。従って、液相冷媒の気化が一層盛んになり、気化によって持ち出される熱量が増加するので冷却器としての冷却性能の向上を図ることができる。なお、図示の形態では凹凸形状を略矩形としているが、これは一例に過ぎず、三角形状、サイン波のような曲線状、といった矩形以外の形状としてもよく、各凹凸の大きさも自由に選択することができる。また、ここではタンクセグメント10の冷媒通路14′のみを示しているが、枠体20の冷媒収容溝24…24、及び仕切板30の液相冷媒用開口部34…34の輪郭も、同様の凹凸形状を有するように形成してもよい。
【0053】
図示の実施形態では、枠体20の冷媒収容溝24…24の下部形状をタンクセグメント10の冷媒通路14…14に対応した形状としているが、冷媒収容溝24…24の底面が冷媒通路14…14の底面より上方に位置するように構成すれば、枠体20が壁となって、冷媒収容部3a…3aが前後方向にいくつかの区画に分割される。このような構成によれば、前後方向に傾いた場合や前後方向に遠心力の作用を受けた場合でも、ある程度の液相冷媒が各区画内に残留するので、液相冷媒の一方向への極端な偏りを防止することができ、こうして、液涸れの危険を回避することができる。
【0054】
図示の実施形態では、沸騰冷却器1はヘッダー50を備えているが、ヘッダー50を含まない形態であっても、本発明に係る基本的な作用・効果は得られる。この場合、仕切板30における気相冷媒用開口部35…35を省略し、フィン40の上端部は、仕切板30の上端部に一致させることが好ましい。
【0055】
図9は、図4における連通溝15の変更形態である連通溝15′を備えたタンクセグメント10′を示し、図10は、図9におけるX−X線視断面を示している。この連通溝15′は、タンクセグメント10′の厚さ(前後)方向に貫通する形でリブの一部を切除した形状である。タンクセグメント10′はアルミニウムの押出型材を切断して形成されるので、連通溝15′は、母材の押出成形時に、同時に形成することが可能である。従って、前記連通溝15の場合に必要な複雑な後加工が不要であり、沸騰冷却器の製作がより容易になる。このようなタンクセグメント10′を、例えば、タンク部3の両端部2ヶ所に用いれば、前述のタンクセグメント10を用いた実施形態と同様の作用を得ることができる。
【0056】
上記においては、使用される冷媒の代表例としてエタノールを挙げたが、冷媒は、発熱体の温度や使用環境の外気温などに応じて適宜選択することができる。オゾン破壊の懸念がない他の好適な冷媒の一例として、パーフロロカーボンを挙げることができる。
【0057】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、全体剛性が高く、耐圧性に優れ、熱応力または圧力変動による亀裂・冷媒漏れが生じにくく、なおかつ製造が容易である沸騰冷却器が提供される。さらに、本発明によれば、このような沸騰冷却器を真空ろう付け法によって極めて容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による沸騰冷却器の一実施形態を完成状態で示す斜視図である。
【図2】 図1の沸騰冷却器の一部を、各構成部材に分解して示す分解斜視図である。
【図3】 図1の沸騰冷却器についてコンデンサ部を除去してタンク部のみを上方から見た平面図である。
【図4】 図1の沸騰冷却器を構成するタンクセグメントを示す正面図である。
【図5】 図4におけるV−V線視断面図である。
【図6】 図1の沸騰冷却器の扁平空間の輪郭を形成する枠体の正面図である。
【図7】 図1の沸騰冷却器の扁平空間の壁面を形成する仕切板の正面図である。
【図8】 タンクセグメント内冷媒通路の変更実施形態を示す正面図である。
【図9】 別形態の連通溝を備えたタンクセグメントを示す正面図である。
【図10】 図9におけるX−X線視断面図である。
【図11】 従来の沸騰冷却器の一例を完成状態で示す斜視図である。
【符号の説明】
1…沸騰冷却器; 1a…非接合積層体(積層体); 10,10′…タンクセグメント; 10a…接続部; 14,14′…冷媒通路; 15,15′…連通溝; 16,26,31a,36,56…位置合せ孔; 20…枠体; 24…冷媒収容溝; 30…仕切板; 34…液相冷媒用開口部(開口部); 35…気相冷媒用開口部; 40…フィン; 50…ヘッダー; 55…気相冷媒通路; 60…位置合せピン; 70…インナーフィン; 80…発熱体; C…連通溝の中心; H…冷媒通路の最大高さ; W…連通溝の上下間隔
Claims (6)
- 液相冷媒を収容するために貫通形成された冷媒通路を有しかつ外部の発熱体と接続する複数のタンクセグメントと、
下部に前記液相冷媒を収容し上部に前記発熱体の熱によって蒸発した気相冷媒を収容する扁平空間の輪郭を形成する枠体と、
金属板の両面にろう材層が形成されたブレージングシートからなり前記冷媒通路に連通する液相冷媒用開口部を下部に有しかつ前記枠体の両側に設けられた仕切板と、を備え、
前記仕切板の下部には前記タンクセグメントが、前記冷媒通路と前記液相冷媒用開口部とを連通させた積層状態でろう付け一体化されていることを特徴とする沸騰冷却器。 - 前記タンクセグメントは、前記冷媒通路を複数備えると共に該複数の冷媒通路を互いに連通させる連通溝を有していることを特徴とする請求項1に記載の沸騰冷却器。
- 前記連通溝の上端部は、前記冷媒通路の最大高さ×〔0.4〜0.9〕に設定される冷媒液面より下方に配置され、かつ、前記連通溝の上下間隔は、前記最大高さ×0.13以上とされていることを特徴とする請求項2に記載の沸騰冷却器。
- 前記枠体は、熱の放散を促進するためのインナーフィンを前記扁平空間内に保持するように形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の沸騰冷却器。
- 液相冷媒を収容するために貫通形成された冷媒通路を有しかつ外部の発熱体との接続部を含む複数のタンクセグメントと、下部に前記液相冷媒を収容し上部に前記発熱体の熱によって蒸発した気相冷媒を収容する扁平空間の輪郭を形成する枠体と、金属板の両面にろう材層が形成されたブレージングシートからなり前記冷媒通路に連通する液相冷媒用開口部を下部に有しかつ前記枠体の両側に設けられた仕切板と、を準備する段階と、
前記仕切板と前記枠体と前記タンクセグメントとを、前記冷媒通路と前記液相冷媒用開口部とを連通させた状態で積層して積層体を組立てる段階と、
前記積層体を加熱ろう付けにより一体化する段階と、を含むことを特徴とする、沸騰冷却器の製造方法。 - 前記仕切板と前記枠体と前記タンクセグメントとは、それぞれ対応する位置に位置合せ孔を有し、前記積層体を組立てる段階は、前記位置合せ孔に位置合せピンを挿通する段階を含むことを特徴とする請求項5に記載の、沸騰冷却器の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001058653A JP3953741B2 (ja) | 2001-03-02 | 2001-03-02 | 沸騰冷却器及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001058653A JP3953741B2 (ja) | 2001-03-02 | 2001-03-02 | 沸騰冷却器及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002261217A JP2002261217A (ja) | 2002-09-13 |
JP3953741B2 true JP3953741B2 (ja) | 2007-08-08 |
Family
ID=18918338
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001058653A Expired - Fee Related JP3953741B2 (ja) | 2001-03-02 | 2001-03-02 | 沸騰冷却器及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3953741B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3961455B2 (ja) * | 2003-06-27 | 2007-08-22 | 三菱電機株式会社 | 冷却装置 |
JP4583082B2 (ja) * | 2004-06-22 | 2010-11-17 | 古河スカイ株式会社 | 沸騰冷却器 |
EP2811251A1 (en) * | 2013-06-04 | 2014-12-10 | ABB Research Ltd. | Cooling apparatus |
CN212084987U (zh) * | 2020-07-09 | 2020-12-04 | 宁波市哈雷换热设备有限公司 | 一种承压能力强的芯片冷却器 |
-
2001
- 2001-03-02 JP JP2001058653A patent/JP3953741B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2002261217A (ja) | 2002-09-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2737987B2 (ja) | 積層型蒸発器 | |
JP5933757B2 (ja) | 熱交換器 | |
WO1998025093A1 (fr) | Echangeur de chaleur | |
JPH07280484A (ja) | 積層型熱交換器 | |
JP3953741B2 (ja) | 沸騰冷却器及びその製造方法 | |
JPH0545336B2 (ja) | ||
JP2004108644A (ja) | 熱交換器 | |
US8448698B2 (en) | Tube for heat exchanger | |
JP6148034B2 (ja) | 熱交換器の製造方法 | |
JP3624282B2 (ja) | 積層型熱交換器 | |
JP3895917B2 (ja) | サーモサイフォン式冷却器 | |
JPH09246768A (ja) | 沸騰冷却装置 | |
JPH10332224A (ja) | 積層型蒸発器 | |
JPH0335992Y2 (ja) | ||
JPH08159687A (ja) | 熱交換器 | |
JP3485224B2 (ja) | 電子部品用沸騰冷却装置 | |
JPH0639252Y2 (ja) | 熱交換器 | |
US20210063094A1 (en) | Method and apparatus for forming liquid filled heat transfer device | |
JPH04129681U (ja) | 積層型熱交換器 | |
JP2000269393A (ja) | 沸騰冷却装置 | |
JP3938025B2 (ja) | 熱交換器のろう付け方法およびそのろう付け治具 | |
JP4583082B2 (ja) | 沸騰冷却器 | |
JP4106194B2 (ja) | 一体型熱交換器のタンク構造 | |
JPH0340953B2 (ja) | ||
JPH10153358A (ja) | 積層型熱交換器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060428 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20060726 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20060726 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060804 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20061128 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070410 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070425 |
|
R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100511 Year of fee payment: 3 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100511 Year of fee payment: 3 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |