JPH10209356A

JPH10209356A - 沸騰冷却装置

Info

Publication number: JPH10209356A
Application number: JP2998797A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Kobayashi; 和雄小林; Seiji Kawaguchi; 清司川口; Hiroyuki Osakabe; 長賀部　　博之; Masayoshi Terao; 公良寺尾
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-11-25
Filing date: 1997-02-14
Publication date: 1998-08-07
Anticipated expiration: 2017-02-14
Also published as: JP3654326B2

Abstract

(57)【要約】【課題】あらゆる姿勢での使用に対応できる沸騰冷却
装置１を提供すること。【解決手段】沸騰冷却容器３は、一定の間隔を保って
対向する受熱壁５と放熱壁６、この両者間の外周を囲む
周側壁７、受熱壁５と放熱壁６との間に設けられた複数
の柱部材８より成り、受熱壁５、放熱壁６、及び周側壁
７によって密閉された空間が形成され、その閉空間に所
定量の冷媒Ｒが封入されている。発熱体２は受熱壁５の
表面略中央部に配されて受熱壁５の表面に密着した状態
で受熱壁５に固定されている。放熱フィン４は放熱壁６
の表面全体に配されて放熱壁６の表面に密着した状態で
受熱壁５に固定されている。柱部材８は、放熱壁６及び
周側壁７と一体に複数個設けられて、放熱壁６の平面上
で相互に略等間隔に配置され、先端面が受熱壁５の内壁
面に当接している。冷媒Ｒは、閉空間の半分強程度の量
が封入されている。

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】従来より、冷媒の沸騰蒸発と凝縮液化の
繰り返しによる熱伝達を利用して発熱体を冷却する沸騰
冷却装置が知られている。この沸騰冷却装置は、冷媒を
収容する冷媒槽と、この冷媒槽の上部に設けられた放熱
器とを備え、冷媒槽で発熱体の熱を吸収して沸騰した冷
媒が冷媒槽から放熱器へ移動し、その放熱器で冷やされ
て凝縮液化した後、再び冷媒槽へ戻る様に構成されてい
る。発熱体から発生した熱は、冷媒が放熱器で凝縮する
際に凝縮潜熱として外部に放出される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、携帯端末等の需
要により、あらゆる姿勢での使用に対応できる沸騰冷却
装置が要求されているが、従来の沸騰冷却装置では、冷
媒を如何に冷媒槽へ供給するかが問題となっている。例
えば、沸騰冷却装置を天地方向に逆転した状態で使用す
る場合（冷媒槽が上で放熱器が下）、冷媒が放熱器内に
溜まって冷媒槽へ供給できなくなるため、事実上、冷却
装置として使用できない。本発明は、上記事情に基づい
て成されたもので、その目的は、あらゆる姿勢での使用
に対応できる沸騰冷却装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１の手段では、沸
騰冷却容器は、閉空間にて受熱壁と放熱壁とを熱的に連
結する伝熱部材を具備している。これにより、受熱壁が
放熱壁より下方に位置する使用状態の時は、閉空間に封
入されている冷媒が受熱壁の内壁面に接触しているた
め、発熱体の熱は、冷媒の沸騰と凝縮の繰り返しによっ
て受熱壁から放熱壁へ伝達されるとともに、伝熱部材を
通じても放熱壁へ伝達され、更に放熱壁から放熱フィン
を通じて外部へ放出される。

【０００５】請求項２の手段では、伝熱部材が沸騰冷却
容器と別体に設けられているため、伝熱部材の形状を自
由に設計できるとともに、容器内（閉空間）での配置も
自由である。また、伝熱部材を沸騰冷却容器と一体に形
成する場合より、伝熱部材を別体とした方が容器の製造
が簡単である。

【０００６】請求項３の手段では、伝熱部材が熱伝導性
に優れる金属材料により柱状に設けられ、一端面が受熱
壁に当接し、他端面が放熱壁に当接している。この場
合、伝熱部材を容器と一体に切削加工によって形成する
ことができる。あるいは型成形によって製造することも
可能である。

【０００７】請求項４の手段では、請求項３に記載した
柱状の伝熱部材は、受熱壁側より放熱壁側の方が太くな
っている。この場合、受熱壁が放熱壁の上方側に配置さ
れる使用状態の時は、受熱壁が放熱壁の下方側に配置さ
れる使用状態の時より、閉空間に封入されている冷媒の
液面が高くなる。これにより、発熱体の熱が受熱壁から
伝熱部材を通じて冷媒へ伝わる伝熱経路が短くなり、そ
の分、熱抵抗を小さくできるため、冷媒液面が低く伝熱
経路が大きい場合より放熱性能が向上する。なお、受熱
壁側より放熱壁側の方が太くなっている伝熱部材の形状
としては、例えば円錐形状、あるいは受熱壁側から放熱
壁側へ向かって段階的に太くなる段付き形状等が考えら
れる。

【０００８】請求項５の手段では、柱状の伝熱部材が複
数本設けられ、各柱状伝熱部材が受熱壁及び放熱壁の平
面内で発熱体の取付け部位に密に配置されている。これ
により、発熱体の取付け部位に対応する領域で伝熱部材
の放熱面積が増大するため、放熱性を向上できる。ま
た、受熱壁が放熱壁の上方側に配置される使用状態の時
には、冷媒が受熱壁に接していないため、発熱体から放
出される放熱量が増大するとバーンアウトを生じる可能
性があるが、伝熱部材を密に配置することで伝熱部材全
体の伝熱面積（受熱壁から放熱壁へ熱を伝える面積）が
増大して熱抵抗を低減できるため、受熱壁から伝熱部材
を通じてより速く冷媒へ熱を伝えることができ、発熱体
から放出される放熱量が増大してもバーンアウトを防止
できる。

【０００９】請求項６の手段では、請求項１または２に
記載した伝熱部材は、熱伝導性の高い金属製の板材を交
互に折り曲げて波状に成形した波形フィンであり、各折
り曲げ部が受熱壁と放熱壁とに接触して配置されてい
る。この場合、波形フィンが高さ方向に弾力性を有して
いるため、波形フィンを受熱壁及び放熱壁の内壁面に接
合（例えばろう付け）する際に、柱状の伝熱部材と比較
して接合が容易である。つまり、柱状の伝熱部材では、
放熱壁または受熱壁と接触する端面の平面度を厳しく管
理する必要があるが、波形フィンでは厳しい寸法管理を
必要としない。また、柱状の伝熱部材では、放熱面積を
増大させるために細かな形状とするのは困難であるが、
波形フィンであれば容易に放熱面積を増大させることが
できる。

【００１０】請求項７の手段では、請求項６に記載した
波形フィンは、発熱体の取付け部位に対応する領域でフ
ィンピッチが密となる様に配置されている。これによ
り、発熱体の取付け部位に対応する領域で波形フィンの
放熱面積が増大して放熱性を向上できる。また、波形フ
ィンのフィンピッチを密にすることで波形フィンの伝熱
面積が増大して熱抵抗を低減できる。その結果、受熱壁
が放熱壁の上方側に配置される場合でも、受熱壁から波
形フィンを通じてより速く冷媒へ熱を伝えることができ
るため、発熱体から放出される放熱量が増大してもバー
ンアウトを防止できる。なお、フィンピッチとは、波形
フィンの折り曲げ部と折り曲げ部（山と山、谷と谷）と
の間隔を言う。

【００１１】請求項８の手段では、請求項７に記載した
波形フィンがフィンピッチの異なる複数のフィンより構
成されている。即ち、発熱体の取付け部位に対応する領
域にはフィンピッチの小さい波形フィンを配置し、その
他の領域にはフィンピッチの大きい波形フィンを配置す
ることができる。このため、１枚の金属板でフィンピッ
チが異なる様に成形する必要はなく、元々フィンピッチ
の異なる別々の波形フィンを使用することができる。

【００１２】請求項９の手段では、沸騰冷却容器は、請
求項６〜８に記載した何れかの波形フィンよりフィンピ
ッチが密に形成されたフィン部材を具備し、このフィン
部材が発熱体の取付け部位に対応する領域で受熱壁のみ
に接触して配置されている。この場合、受熱壁に接触す
るフィン部材によって放熱面積を増大できるため、放熱
性を向上できる。なお、フィン部材は、波形フィンと同
様に波形状に成形されたフィンでも良い。

【００１３】請求項１０の手段では、沸騰冷却容器は、
発熱体の取付け部位に対応する領域で受熱壁の内壁面が
凹凸形状に設けられている。この場合、内壁面を凹凸形
状とすることで冷媒に接触する受熱壁の表面積が増大す
るため放熱性を向上できる（但し、受熱壁が放熱壁より
下側に配置されている場合）。

【００１４】請求項１１の手段では、波形フィンは、壁
面に冷媒が流通できる開口部（例えばスリット）を有し
ている。これにより、発熱体の熱を受けて気化した沸騰
蒸気をより効果的に周辺に移動させることができ、且つ
凝縮液の移動も容易になるため、容器内（閉空間）での
冷媒の循環を良好にできる。

【００１５】請求項１２の手段では、請求項１１に記載
した波形フィンの開口部は、ルーバである。この場合、
元々ルーバを有する波形フィンを使用することによって
請求項１１に記載した効果を得ることができるため、新
たに開口部を形成する必要はない。

【００１６】請求項１３の手段では、波形フィンは、折
り曲げ部の位置を適宜ずらして形成することにより冷媒
が流通できる開口部を有している。この場合も、請求項
１１と同様に、容器内（閉空間）での冷媒の循環を良好
にできる。また、折り曲げ部の位置をずらすことで波形
フィンの強度を向上できるため、容器の耐圧性を向上で
きる。

【００１７】請求項１４の手段では、波形フィンは、折
り曲げ部の稜線に沿った方向の端面が沸騰冷却容器の内
壁面から離れて配置されている。この場合、波形フィン
の端面と容器の内壁面との間にクリアランスが設けられ
るため、沸騰蒸気と凝縮液との移動が容易になる。その
結果、発熱体から受けた熱を周辺に拡散し易くなるた
め、放熱性能を向上できる。なお、波形フィンは、折り
曲げ部の稜線に沿った方向の両端面がそれぞれ容器の内
壁面から離れて配置されていても良いが、何方か一方の
端面のみが容器の内壁面から離れて配置されていても良
い（従って、他方の端面は容器の内壁面に接触していて
も良い）。

【００１８】請求項１５の手段では、波形フィンは複数
使用され、折り曲げ部の稜線に沿った方向で相互に適宜
な間隔を空けて配置されている。この場合も、請求項１
４と同様に、沸騰蒸気と凝縮液との移動が容易になるた
め、発熱体から受けた熱を周辺に拡散し易くなって放熱
性能を向上できる。

【００１９】請求項１６の手段では、沸騰冷却容器は、
閉空間にて受熱壁と放熱壁とを熱的に連結する伝熱部材
と、少なくとも受熱壁に接触して配置されたフィン部材
とを具備している。この場合、フィン部材によって放熱
面積を増大できるため、その分だけ放熱性能を向上でき
る。なお、フィン部材としては、熱伝導性に優れる金属
板を波形状に折り曲げた波形フィンを使用しても良い。
また、フィン部材にスリット等の開口部を設けて冷媒が
流通できる様に構成しても良い。

【００２０】請求項１７の手段では、請求項１６に記載
した伝熱部材は、複数の柱状部材から成り、相互に適宜
な間隔を置いて配置され、フィン部材は、少なくとも発
熱体の取付け部位に対応する領域に配置されている。こ
の場合、フィン部材によって発熱体の取付け部位に対応
する領域での放熱面積を増大できるため、放熱性能を向
上できる。

【００２１】請求項１８の手段では、請求項１６に記載
した伝熱部材は、一端面が受熱壁に当接し、他端面が放
熱壁に当接する中実の部材であり、発熱体の取付け部位
に対応する領域に配置されている。この場合、伝熱部材
を中実としたことで伝熱面積が増大して熱抵抗を小さく
できるため、受熱壁に伝わった発熱体の熱をより早く放
熱壁へ運ぶことができる。その結果、受熱壁が放熱壁よ
り上側に配置された場合でもバーンアウトを防止するこ
とができる。

【００２２】請求項１９の手段では、放熱壁の内壁面が
凹形状に設けられている。この場合、受熱壁が放熱壁の
上方側に配置される使用状態の時は、受熱壁が放熱壁の
下方側に配置される使用状態の時より、閉空間に封入さ
れている冷媒の液面が高くなる。これにより、発熱体の
熱が受熱壁から伝熱部材を通じて冷媒へ伝わる伝熱経路
が短くなり、その分、熱抵抗を小さくできるため、冷媒
液面が低く伝熱経路が大きい場合より放熱性能が向上す
る。

【００２３】請求項２０の手段では、閉空間の凝縮領域
に冷媒より比重の重い可動体が収容され、この可動体が
沸騰冷却容器の姿勢変化に応じて凝縮領域を移動でき
る。なお、凝縮領域とは、発熱体の熱を受けて沸騰した
冷媒が凝縮潜熱を放出して凝縮できる領域である。これ
により、閉空間の凝縮領域に可動体が収容されていない
場合と比較して、凝縮領域での液冷媒の淀み（凝縮領域
と沸騰領域とを循環しないで淀んでいる液冷媒）を少な
くできることにより放熱性能を向上できる。

【００２４】請求項２１の手段では、受熱壁が放熱壁よ
り天地方向の上方側に配置されている。この場合、閉空
間の冷媒が受熱壁の内壁面に接触していないため、発熱
体の熱は受熱壁から伝熱部材に伝わり、この伝熱部材を
通じて放熱壁へ伝達されるとともに、伝熱部材から冷媒
へ伝達され、冷媒の沸騰と凝縮の繰り返しによって放熱
壁へ伝熱される。これにより、受熱壁が放熱壁より天地
方向の上方側に配置されている場合でも冷媒の沸騰と凝
縮の繰り返しによる熱伝達が可能となり、発熱体の冷却
装置として用いることができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の沸騰冷却装置を図
面に基づいて説明する。（第１実施例）図１は沸騰冷却装置の断面図である。本
実施例の沸騰冷却装置１は、携帯端末に使用される半導
体素子等を具備した発熱体２を冷却するもので、沸騰冷
却容器３（下述する）と放熱フィン４から成る。沸騰冷
却容器３は、一定の間隔を保って対向する受熱壁５と放
熱壁６、この両者間の外周を囲む周側壁７、受熱壁５と
放熱壁６との間に設けられた複数の柱部材８（本発明の
伝熱部材）より成り、受熱壁５、放熱壁６、及び周側壁
７によって密閉された空間を形成して、その閉空間に所
定量の冷媒Ｒが封入されている。

【００２６】この沸騰冷却容器３は、例えばアルミニウ
ム等の熱伝導性に優れる金属材料から成り、横寸法及び
縦寸法に対して高さ寸法（図１の上下方向の寸法）が小
さい偏平な箱型（例えば縦：６０〜７０mm、横：６０〜
７０mm、高さ：５〜１０mm）に設けられている。なお、
放熱壁６、周側壁７、及び柱部材８は一体に成形され、
受熱壁５とろう付けにより気密に組合わされている。容
器３の材料としては、アルミニウム以外に銅、ステンレ
ス等を使用しても良い。本実施例の特徴である柱部材８
は、周側壁７と同じ高さで複数個設けられ、放熱壁６の
平面上で相互に略等間隔に配置されている（図２参
照）。

【００２７】冷媒Ｒは、容器３内に形成される閉空間の
半分強程度（閉空間の容積の約６〜７割）の量が注入パ
イプ９を通じて注入されている（図１参照）。注入パイ
プ９は、図３に示す様に、周側壁７の一部に設けられた
注入口１０に接続され、冷媒Ｒを注入した後、先端を封
じ切って密閉される。なお、容器３の形状は、注入パイ
プ９の飛び出しを無くすために、図４に示す様に、注入
口１０が設けられた周側壁７の一部を内側へ窪ませた形
状としても良い。発熱体２は、受熱壁５の表面略中央部
に配されて、図示しないボルト等の締め付けによって受
熱壁５の表面に密着した状態で固定されている。放熱フ
ィン４は、熱伝導性に優れるアルミニウム又は銅等で形
成され、放熱壁６の表面全体に渡って配され、図示しな
いボルト等の締め付けにより放熱壁６の表面に密着した
状態で固定されている。

【００２８】次に、本実施例の作動を説明する。ａ）沸騰冷却装置１を図５に示す姿勢（受熱壁５が放熱
壁６の下方側に位置する）で使用する場合。発熱体２から発生した熱は、受熱壁５を通じて容器３内
に封入された冷媒Ｒに伝達されて冷媒Ｒを沸騰させる。
但し、発熱体２から受熱壁５へ伝わる熱は、発熱体２の
取付け部位から遠くなる程少なくなるため、容器３内の
冷媒Ｒは、主に発熱体２の取付け部位に対応する領域
（沸騰領域）で沸騰する。沸騰領域で沸騰した蒸気冷媒
Ｒは、閉空間を水平方向（図５の左右方向）に拡がり、
閉空間の沸騰領域から外れた領域（凝縮領域）で容器内
壁面（放熱壁６、周側壁７、柱部材８の各壁面）に凝縮
して液化する。液化した冷媒Ｒは、凝縮領域から再び沸
騰領域へ供給されて、上記サイクル（沸騰−凝縮−液
化）を繰り返す。発熱体２から冷媒Ｒに伝達された熱
は、蒸気冷媒Ｒが容器内壁面に凝縮する際に凝縮潜熱と
して放出され、その凝縮潜熱が放熱壁６全体に伝わり、
放熱壁６から放熱フィン４を通じて大気に放出される。
この場合、柱部材８は、沸騰領域では放熱面積を増大
し、凝縮領域では凝縮面積を増大させることができるた
め、その放熱面積及び凝縮面積の増大した分、放熱性能
を向上させることができる。

【００２９】ｂ）沸騰冷却装置１を図１に示す姿勢（受
熱壁５が放熱壁６の上方側に位置する）で使用する場
合。発熱体２から発生した熱は、受熱壁５から柱部材８に伝
達され、その柱部材８を通じて放熱壁６に伝達されると
ともに、柱部材８に接触する冷媒Ｒに伝達されて冷媒Ｒ
を沸騰させる。但し、発熱体２の取付け部位から遠くな
る程、柱部材８の温度も低下するため、容器３内の冷媒
Ｒは、発熱体２の取付け部位に配置された柱部材８に接
触する領域（沸騰領域）で主に沸騰する。沸騰した蒸気
冷媒Ｒは、閉空間を水平方向（図１の左右方向）に拡が
り、閉空間の沸騰領域から外れた領域（凝縮領域）で容
器内壁面（受熱壁５、周側壁７、柱部材８の各壁面）に
凝縮して液化する。液化した冷媒Ｒは、凝縮領域から再
び沸騰領域へ供給されて、上記サイクル（沸騰−凝縮−
液化）を繰り返す。発熱体２から冷媒Ｒに伝達された熱
は、蒸気冷媒Ｒが容器内壁面に凝縮する際に凝縮潜熱と
して放出され、その凝縮潜熱が放熱壁６全体に伝わり、
放熱壁６から放熱フィン４を通じて大気に放出される。
一方、柱部材８を通じて放熱壁６に伝達された熱も、放
熱壁６から放熱フィン４を通じて大気に放出される。

【００３０】（本実施例の効果）本実施例では、受熱壁
５が放熱壁６の上方側に位置する使用状態の時でも、発
熱体２から発生した熱を柱部材８を通じて冷媒Ｒに伝達
できるため、冷媒Ｒの沸騰／凝縮の繰り返しによる熱伝
達によって発熱体２を冷却することができる。また、柱
部材８によって直接受熱壁５から放熱壁６へ熱伝達でき
るため、高い放熱性能を得ることができる。なお、本実
施例では、複数の柱部材８を放熱壁６の平面上で略等間
隔に配置したが、図６に示す様に、ランダムに配置して
も良い。

【００３１】（第２実施例）図７は沸騰冷却装置１の断
面図である。本実施例は、柱部材８の断面積を高さ方向
（図７の上下方向）で変化させた一例を示すものであ
る。柱部材８は、図７に示す様に、受熱壁５側から放熱
壁６側へ向かって断面積が次第に大きくなる略円錐形状
に設けられている。この場合、容器３内の閉空間は、容
器３の高さ方向において放熱壁６側より受熱壁５側の方
が広くなる。このため、受熱壁５が放熱壁６の上方側に
位置する使用状態の時には、図７に示す様に、冷媒Ｒの
液面が高くなって受熱壁５に近づけることができる。こ
のため、受熱壁５から柱部材８を通じて冷媒Ｒへ伝熱さ
れる伝熱経路を小さく（短く）できることから、熱抵抗
が小さくなって放熱性能を向上できる。また、受熱壁５
が放熱壁６の下方側に位置する使用状態の時には、図８
に示す様に、冷媒Ｒの液面が低くなって容器３内の凝縮
空間を大きく確保できるため、放熱性を向上する上で効
果がある。

【００３２】（第３実施例）図９は沸騰冷却装置１の断
面図である。本実施例は、柱部材８を閉空間の沸騰領域
（発熱体２の取付け部位に対応する領域）に密に配置し
た一例を示すものである。受熱壁５の発熱体２が取付け
られている部分は、熱流束が高い（単位断面積当たりの
移動熱量が大きい）ため、例えば受熱壁５が放熱壁６よ
り上方側に配置されている場合（図９に示す状態）に
は、容器３内の冷媒Ｒが受熱壁５に接触していないこと
から、発熱体２の放熱量が大きくなった時にバーンアウ
トを生じる可能性がある。これに対し、本実施例では、
図９及び図１０（図９のＢ−Ｂ線に沿う断面図）に示す
様に、容器３内の沸騰領域に柱部材８を密に配置したこ
とで放熱面積を増大できるため、放熱性が向上してバー
ンアウトを防止することができる。

【００３３】（第４実施例）図１１は沸騰冷却装置１の
断面図である。本実施例は、放熱壁６の内壁面（受熱壁
５と対向する面）を凹形状（緩やかに湾曲した形状）と
した一例を示すものである。本実施例の場合、容器３内
の閉空間は、容器３の高さ方向（図１１の上下方向）に
おいて放熱壁６側より受熱壁５側の方が広くなってい
る。このため、受熱壁５が放熱壁６の上方側に配置され
る使用状態の時（図１１に示す状態）は、受熱壁５が放
熱壁６の下方側に配置される使用状態の時より、容器３
内（閉空間）に封入されている冷媒Ｒの液面が高くな
る。その結果、発熱体２の熱が受熱壁５から柱部材８を
通じて冷媒Ｒへ伝わる伝熱経路が短くなるため、熱抵抗
が小さくなって放熱性能を向上できる。

【００３４】（第５実施例）図１２は沸騰冷却装置１の
断面図である。本実施例は、容器３内の凝縮領域に可動
体１１を収容した一例を示すものである。可動体１１
は、図１４（図１２のＣ−Ｃ線に沿う断面図）に示す様
に略口字形に設けられて、容器３内の沸騰領域に配置さ
れた柱部材８Ａの周囲に配されている。この可動体１１
は、容器３に対して固定されておらず、容器３内を上下
移動可能に設けられている。但し、可動体１１は冷媒Ｒ
より比重が重く、容器３を天地方向に逆転して使用した
場合でも絶えず容器３内の下部側に位置している（図１
２及び図１３参照）。この様に、容器３内の凝縮領域に
可動体１１を収容したことで、沸騰領域の冷媒Ｒ液面が
上昇するとともに、凝縮領域での液冷媒Ｒの淀み（凝縮
領域と沸騰領域とを循環しないで淀んでいる液冷媒Ｒ）
を少なくできることから放熱性能を向上できる効果が生
じる。

【００３５】（第６実施例）図１５は沸騰冷却装置１の
断面図である。本実施例は、容器３内の凝縮領域に可動
体１１を収容した他の例を示すものである。可動体１１
は、図１５に示す様に容器３を立てた姿勢で使用した場
合に、容器３内の下部側に形成される凝縮領域に収容さ
れている。また、可動体１１は、図１６（図１５のＤ−
Ｄ線に沿う断面図）に示す様に、容器３内の凝縮領域を
上下方向に移動可能な状態で収容されており、容器３を
上下逆転して使用した場合でも絶えず容器３内の下部側
に位置している（図１５参照）。本実施例でも、凝縮領
域での液冷媒Ｒの淀みを少なくできるので放熱性能の向
上を期待できる。

【００３６】（第７実施例）図１７は沸騰冷却装置１の
斜視図である。本実施例は、沸騰冷却容器３内（閉空
間）に伝熱部材としての波形フィン１２を配置した一例
を示すものである。沸騰冷却容器３は、放熱壁６が１枚
の金属板を所定の大きさに切断して形成され、受熱壁５
と周側壁７とが放熱壁６と同一の金属板をプレス成形し
て一体に設けられている（図１８参照）。なお、容器３
の金属材料は、熱伝導性の高いアルミニウム、銅、また
はステンレス等を使用することができる。放熱壁６に
は、容器３と同一の金属材料によって成形された放熱フ
ィン４が固定されている。受熱壁５には、表面の略中央
部に発熱体２がボルト（図示しない）等の締め付けによ
って固定されている。

【００３７】波形フィン１２は、図１９に示す様に、例
えばアルミニウム等の熱伝導性の高い金属製の薄板を交
互に折り曲げて波状に成形したもので、容器３内の全域
に渡って配され、各折り曲げ部が受熱壁５の内壁面と放
熱壁６の内壁面とに接触してろう付け等により接合され
ている（図１８参照）。なお、波形フィン１２は、図２
０に示す様に、フィン壁面１２ａに開口部１２ｂを設け
ても良いし、図２１及び図２２に示す様に、フィン壁面
１２ａにルーバ１２ｃが形成されていても良い。あるい
は、図２３及び図２４に示す様に、波形フィン１２の折
り曲げ部の位置をずらして段付形状とすることによって
フィン壁面１２ａに開口部１２ｂを設けても良い。

【００３８】本実施例によれば、容器３内に波形フィン
１２を配置して受熱壁５と放熱壁６とに接触させたこと
により、受熱壁５が放熱壁６の上方側に位置する使用状
態の時でも、発熱体２から発生した熱を波形フィン１２
を通じて冷媒Ｒに伝達することができる。また、波形フ
ィン１２自身によって直接受熱壁５から放熱壁６へ熱伝
達できるため、高い放熱性能を得ることができる。な
お、波形フィン１２は、フィン壁面１２ａに開口部１２
ｂやルーバ１２ｃを形成することで、その開口部１２ｂ
やルーバ１２ｃの切り起こし穴を冷媒Ｒが流通できるた
め、容器３内の全域に波形フィン１２を配置しても冷媒
Ｒの循環が妨げられることはない。更に、本実施例で
は、受熱壁５及び放熱壁６の板厚が薄い場合でも、波形
フィン１２がリブ（補強材）の機能を果たすことによっ
て発熱体２の取付け面強度及び放熱フィン４の接合面強
度を向上できる。このため、受熱壁５と発熱体２との接
触熱抵抗及び放熱壁６と放熱フィン４との接触熱抵抗を
減らして放熱性能の向上を図ることができる。

【００３９】伝熱部材として第１実施例に記載した様な
多数の柱部材８（図１参照）を使用する場合には、放熱
壁６または受熱壁５と接触する各柱部材８の端面の平面
度を厳しく管理する必要があるとともに、各柱部材８の
高さも一致させる必要がある。このため、柱部材８を切
削によって形成すると極めてコストが高くなってしま
う。これに対し、伝熱部材として波形フィン１２を使用
した場合は、波形フィン１２自体が高さ方向（図１８の
上下方向）に弾力性を有しているため、厳しい寸法管理
を必要とせず、受熱壁５及び放熱壁６に対して容易にろ
う付けすることができる。また、柱部材８を型成形する
こともできるが、この場合、放熱面積を増大させるため
に柱部材８をより細かな形状とするのが困難であるのに
対して、波形フィン１２を使用すれば容易に放熱面積を
増大させることができる。

【００４０】（変形例）本実施例の場合、図２５に示す
様に、高さの低い波形フィン１２を二段（または三段以
上）に配置しても良い。但し、各波形フィン１２は、相
互に熱伝達できる様に折り曲げ部同士の位置を合わせて
接合されている。沸騰冷却容器３は、図２６に示す様
に、受熱壁５を１枚の金属板で形成し、放熱壁６と周側
壁７とをプレス成形によって一体に設けても良い。また
は、図２７に示す様に、放熱壁６と受熱壁５とを同一形
状（皿形）に成形しても良い。あるいは、図２８に示す
様に、受熱壁５と周側壁７とをプレス成形でなく切削加
工によって一体に形成することもできる。この場合、受
熱壁５を１枚の金属板で形成し、放熱壁６と周側壁７と
を切削加工によって一体に形成しても良いことは言うま
でもない。

【００４１】（第８実施例）図２９は沸騰冷却容器３の
断面図である。本実施例では、波形フィン１２のフィン
ピッチ（折り曲げ部と折り曲げ部との間隔）が発熱体２
の取付け部位に対応する領域で密（小さい）となる様に
設けられている。これにより、波形フィン１２の放熱面
積が増大して放熱性能を向上できる。また、受熱壁５の
発熱体２が取り付けられている部分は、熱流束が高い
（単位面積当たりの移動熱量が大きい）ため、発熱体２
から放出される放熱量が増大すると容易にバーンアウト
を生じる可能性がある。これに対して、発熱体２の取付
け部位に対応する領域で波形フィン１２のフィンピッチ
を密にすると、波形フィン１２の伝熱面積が増大して熱
抵抗を低減できるため、発熱体２から放出される放熱量
が増大してもバーンアウトの発生を防ぐことが可能であ
る。

【００４２】（変形例）本実施例の場合、図２９に示し
た様に１枚の金属板を途中でフィンピッチが密となる様
に成形しても良いが、図３０に示す様に、元々フィンピ
ッチの異なる別々の波形フィン１２Ａ、１２Ｂを使用す
ることもできる。また、図３１に示す様に、容器３内全
体にフィンピッチが均等に折り曲げられた波形フィン１
２を配置し、さらに発熱体２の取付け部位に対応する領
域のみ波形フィン１２よりフィンピッチの小さいフィン
部材１３を受熱壁５に接触させて配置しても良い。ある
いは、図３２に示す様に、発熱体２の取付け部位に対応
する領域で受熱壁５の内壁面に凹凸５ａを設けても良
い。この場合、受熱壁５の表面積が増大して放熱性能を
向上できるメリットがある。

【００４３】（第９実施例）図３３は沸騰冷却容器３の
断面図である。本実施例では、発熱体２の取付け部位に
対応する領域に断面積の大きい中実の伝熱部材１４を配
置し、その他の領域に波形フィン１２を配置している。
中実の伝熱部材１４は、熱伝導性の高い金属材料（例え
ばアルミニウム）によって形成され、一端面（図３３の
下端面）が受熱壁５の内壁面に密着し、他端面が放熱壁
６の内壁面に密着して一体ろう付け等により接合されて
いる。この場合、受熱壁５から放熱壁６へ熱伝導するた
めの伝熱面積を増大できるため、受熱壁５が放熱壁６の
上側に配置された場合でも、発熱体２の熱をより早く冷
媒Ｒへ伝えることができる。これにより、放熱性能を向
上できる。

【００４４】（第１０実施例）図３４は沸騰冷却装置１
の断面図である。本実施例では、第１実施例に記載した
沸騰冷却容器３（伝熱部材として柱部材８を具備する）
を用い、且つ発熱体２の取付け部位に対応する領域で柱
部材８の間に波形フィン１２を配置している。波形フィ
ン１２は、その上下両端部が受熱壁５と放熱壁６とに接
触するとともに、各折り曲げ部が柱部材８の壁面に接触
して配置されている。これにより、波形フィン１２の分
だけ放熱面積が増大して放熱性能を向上できるととも
に、受熱壁５から放熱壁６へ熱を伝達するための伝熱面
積を増大できるため、受熱壁５が放熱壁６の上側に配置
された場合でも、バーンアウトを防ぐことが可能であ
る。また、この場合、図３５に示す様に、波形フィン１
２の柱部材８との接触部以外にスリット（穴）１２ｄを
設けることにより、冷媒Ｒの循環が波形フィン１２によ
って妨げられるのを防止できるため、さらに放熱性能を
向上できる。なお、波形フィン１２は、発熱体２の取付
け部位に対応する領域だけでなく、全ての柱部材８の間
に配置しても良い。

【００４５】（第１１実施例）図３６は沸騰冷却容器３
の断面図である。本実施例では、波形フィン１２の折り
曲げ部の稜線に沿った方向（図３６の上下方向）の両端
と容器３の内壁面（周側壁７の内壁面）との間にクリア
ランスＣが設定されている。これにより、クリアランス
Ｃを通って沸騰蒸気と凝縮液との移動が容易になるた
め、熱が周辺に拡散し易くなって放熱性能を向上でき
る。また、波形フィン１２の両端だけでなく、図３７に
示す様に、中央部にもクリアランスＣを設けることによ
り、発熱体２の取付け部位に対応する領域から沸騰蒸気
が拡散されるとともに、凝縮液の戻りも容易になる。

【００４６】（第１２実施例）図３８は沸騰冷却容器３
の分解斜視図である。本実施例の沸騰冷却容器３は、１
枚の金属板によって形成される放熱壁６（または受熱壁
５）と、受熱壁５（または放熱壁６）と周側壁７とが一
体に形成されたケース１５と、多数の柱状の伝熱部材１
６と、冷媒Ｒを注入するための注入パイプ９とから構成
され、各部材の接触面にブレージングシート（図示しな
い）を挟んで一体ろう付けされている。この構成によれ
ば、伝熱部材１６が容器３と別体であるため、伝熱部材
１６の形状を自由に設計できるとともに、自由な配置が
可能である。また、柱状の伝熱部材１６をケース１５と
一体に切削により形成する場合は、放熱壁６（または受
熱壁５）に接合される伝熱部材１６の端面の平面度を厳
しく管理する必要があるため製造が困難であるが、伝熱
部材１６をケース１５と別体で成形する場合は比較的容
易に製造することができる。さらに、伝熱部材１６に使
用する金属材料を受熱壁５及び放熱壁６に使用する金属
材料より柔らかくすることにより、放熱壁６と受熱壁５
との間で伝熱部材１６を押し潰して接合することも可能
である。この場合、伝熱部材１６を配置する閉空間の高
さ（深さ）と伝熱部材１６との寸法公差を比較的大きく
設定できるため、製造が容易である。

【００４７】（第１３実施例）図３９は沸騰冷却容器３
の分解斜視図である。本実施例は、伝熱部材１６を円柱
形状とした場合の一例を示すもので、第１２実施例と同
じ効果を得ることができる。

【００４８】（第１４実施例）図４０は沸騰冷却容器３
の分解斜視図である。本実施例は、伝熱部材１６を略円
錐形状とした場合の一例を示すもので、第１２実施例と
同じ効果を得ることができる。

【００４９】（第１５実施例）図４１は沸騰冷却容器３
の分解斜視図である。本実施例は、伝熱部材１６として
線状の部材を折り曲げたものを使用し、各折り曲げ部で
受熱壁５及び放熱壁６と接触させている。この場合も、
伝熱部材１６の形状を自由に設計でき、且つ製造も容易
である。

【００５０】（第１６実施例）図４２は沸騰冷却容器３
の分解斜視図である。本実施例は、球状の伝熱部材１６
を使用した一例を示すもので、第１２実施例と同じ効果
を得ることができる。

【００５１】（第１７実施例）図４３は沸騰冷却容器３
の分解斜視図である。本実施例は、棒状（円柱状）ある
いはチューブ等の伝熱部材１６を交互に重ねて使用した
一例を示すものである。

【００５２】（第１８実施例）図４４は沸騰冷却容器３
の分解斜視図である。本実施例は、伝熱部材１６として
押出成形品を使用した一例を示すもので、第１７実施例
と同様に、各伝熱部材１６を交互に重ねて配置してい
る。押出成形品の場合は、製品の高さや平面度を精度良
く作ることができるため、受熱壁５及び放熱壁６とのろ
う付けを良好に行うことができる。

【００５３】（第１９実施例）図４５は沸騰冷却容器３
の分解斜視図である。本実施例は、伝熱部材１６として
押出成形品を使用した他の例を示すものである。この伝
熱部材１６は、内部に複数の通路１６ａが貫通するチュ
ーブを用いたもので、各チューブを交互に重ねて配置し
ている。チューブに形成された通路１６ａは、図４５に
示す様に、中央部で通路断面積が小さくなる様に設けら
れている。これにより、発熱体２の取付け部位に対応す
る領域で伝熱部材１６を密に配置することができる。

【００５４】（第２０実施例）図４６は沸騰冷却容器３
の分解斜視図である。本実施例は、コルゲートフィンを
円形にした伝熱部材１６を使用している。この伝熱部材
１６を収容するケース１５は、図４６に示す様に、伝熱
部材１６の形状（円形）に対応した円形の室１５ａを形
成しても良い。

【００５５】（第２１実施例）図４７は沸騰冷却容器３
の分解斜視図である。本実施例は、ケース１５をプレス
成形した場合の一例を示すものである。プレス成形では
比較的薄い金属板を使用するため、平面度や強度等が必
要な部分（例えば受熱壁５の表面や、注入パイプ９が接
合される部位等）には、図４７に示す様に、ケース１５
の外側から肉厚のある別部材１７、１８を一体ろう付け
して使用しても良い。なお、伝熱部材１６としては、上
記第１２実施例から第２０実施例に示した何れかのもの
を使用することができる。勿論、これ以外の形状でも良
いことは言うまでもない。本実施例の場合、容器３全体
を一体ろう付けによって簡単に製造することができると
ともに、上記の様に別部材１７、１８を使用することで
各部毎に適正な肉厚を確保することが可能である。

【００５６】（第２２実施例）図４８は沸騰冷却容器３
の分解斜視図である。本実施例の沸騰冷却容器３は、複
数のスリット１９ａが形成された金属板１９を複数枚具
備し、その複数枚の金属板１９をスリット１９ａが交互
に交差する様に重ね合わせ、その両外側にそれぞれ平板
状の金属板から成る放熱壁６と受熱壁５とを重ねて構成
され、受熱壁５及び放熱壁６とともに各金属板１９を一
体ろう付けして製造されている。この場合、受熱壁５及
び放熱壁６を含む複数枚の金属板１９を積層して容器３
を構成できるため、切削加工や型成形等で製造する場合
と比較して簡単に容器３を製造することができる。ま
た、スリット１９ａの形状、容器３の大きさ等の設計自
由度も高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】沸騰冷却装置の断面図である（第１実施例）。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である（第１実施
例）。

【図３】沸騰冷却容器の分解斜視図である（第１実施
例）。

【図４】沸騰冷却容器の斜視図である（第１実施例）。

【図５】沸騰冷却装置の断面図である（第１実施例）。

【図６】柱部材の配置を示す沸騰冷却容器の断面図であ
る（第１実施例）。

【図７】沸騰冷却装置の断面図である（第２実施例）。

【図８】沸騰冷却装置の断面図である（第２実施例）。

【図９】沸騰冷却装置の断面図である（第３実施例）。

【図１０】図９のＢ−Ｂ線に沿う断面図である（第３実
施例）。

【図１１】沸騰冷却装置の断面図である（第４実施
例）。

【図１２】沸騰冷却装置の断面図である（第５実施
例）。

【図１３】沸騰冷却装置の断面図である（第５実施
例）。

【図１４】図１２のＣ−Ｃ線に沿う断面図である（第５
実施例）。

【図１５】沸騰冷却装置の断面図である（第６実施
例）。

【図１６】図１５のＤ−Ｄ線に沿う断面図である（第６
実施例）。

【図１７】沸騰冷却装置の斜視図である（第７実施
例）。

【図１８】沸騰冷却容器の断面図である（第７実施
例）。

【図１９】波形フィンの斜視図である。

【図２０】開口部を有する波形フィンの斜視図である。

【図２１】ルーバを有する波形フィンの側面図である。

【図２２】ルーバを有する波形フィンの平面図である。

【図２３】波形フィンの斜視図である。

【図２４】波形フィンの断面図である。

【図２５】沸騰冷却容器の断面図である（第７実施
例）。

【図２６】沸騰冷却容器の断面図である（第７実施
例）。

【図２７】沸騰冷却容器の断面図である（第７実施
例）。

【図２８】沸騰冷却容器の断面図である（第７実施
例）。

【図２９】沸騰冷却容器の断面図である（第８実施
例）。

【図３０】沸騰冷却容器の断面図である（第８実施
例）。

【図３１】沸騰冷却容器の断面図である（第８実施
例）。

【図３２】沸騰冷却容器の断面図である（第８実施
例）。

【図３３】沸騰冷却容器の断面図である（第９実施
例）。

【図３４】沸騰冷却装置の断面図である（第１０実施
例）。

【図３５】図３４のＥ−Ｅ線に沿う断面図である（第１
０実施例）。

【図３６】沸騰冷却容器の断面図である（第１１実施
例）。

【図３７】沸騰冷却容器の断面図である（第１１実施
例）。

【図３８】沸騰冷却容器の分解斜視図である（第１２実
施例）。

【図３９】沸騰冷却容器の分解斜視図である（第１３実
施例）。

【図４０】沸騰冷却容器の分解斜視図である（第１４実
施例）。

【図４１】沸騰冷却容器の分解斜視図である（第１５実
施例）。

【図４２】沸騰冷却容器の分解斜視図である（第１６実
施例）。

【図４３】沸騰冷却容器の分解斜視図である（第１７実
施例）。

【図４４】沸騰冷却容器の分解斜視図である（第１８実
施例）。

【図４５】沸騰冷却容器の分解斜視図である（第１９実
施例）。

【図４６】沸騰冷却容器の分解斜視図である（第２０実
施例）。

【図４７】沸騰冷却容器の分解斜視図である（第２１実
施例）。

【図４８】沸騰冷却容器の分解斜視図である（第２２実
施例）。

【符号の説明】

１沸騰冷却装置２発熱体３沸騰冷却容器４放熱フィン５受熱壁６放熱壁８柱部材（伝熱部材）１１可動体１２波形フィン（伝熱部材）１２ａフィン壁面１２ｂ開口部１２ｃルーバ１３フィン部材１４中実の伝熱部材（第９実施例）１６伝熱部材（第１２実施例〜第２２実施例）１９金属板１９ａスリットＲ冷媒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者寺尾公良愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向して配置された受熱壁と放熱壁とを有
し、この受熱壁及び放熱壁とともに閉空間を形成して、
その閉空間に冷媒が封入された沸騰冷却容器と、前記放熱壁と熱的に結合して設けられた放熱フィンとを
備え、前記受熱壁の表面に固定された発熱体の熱を前記受熱壁
から冷媒を媒体として前記放熱壁へ伝達し、更に前記放
熱壁から前記放熱フィンを通じて外部へ放出する沸騰冷
却装置であって、前記沸騰冷却容器は、前記閉空間にて前記受熱壁と前記
放熱壁とを熱的に連結する伝熱部材を具備していること
を特徴とする沸騰冷却装置。
【請求項２】前記伝熱部材は、前記沸騰冷却容器と別体
に設けられていることを特徴とする請求項１に記載した
沸騰冷却装置。
【請求項３】前記伝熱部材は、熱伝導性に優れる金属材
料により柱状に設けられ、一端面が前記受熱壁に当接
し、他端面が前記放熱壁に当接していることを特徴とす
る請求項１または２に記載した沸騰冷却装置。
【請求項４】前記柱状の伝熱部材は、前記受熱壁側より
前記放熱壁側の方が太くなっていることを特徴とする請
求項３に記載した沸騰冷却装置。
【請求項５】前記伝熱部材は、複数本設けられて、前記
受熱壁及び前記放熱壁の平面内で前記発熱体の取付け部
位に対応する領域に密に配置されていることを特徴とす
る請求項２〜４に記載した沸騰冷却装置。
【請求項６】前記伝熱部材は、熱伝導性の高い金属製の
板材を交互に折り曲げて波状に成形した波形フィンであ
り、各折り曲げ部が前記受熱壁と前記放熱壁とに接触し
て配置されていることを特徴とする請求項１または２記
載の沸騰冷却装置。
【請求項７】前記波形フィンは、前記発熱体の取付け部
位に対応する領域でフィンピッチが密となる様に配置さ
れていることを特徴とする請求項６記載の沸騰冷却装
置。
【請求項８】前記波形フィンは、フィンピッチの異なる
複数のフィンより構成されていることを特徴とする請求
項７記載の沸騰冷却装置。
【請求項９】前記沸騰冷却容器は、前記波形フィンより
フィンピッチが密に形成されたフィン部材を具備し、こ
のフィン部材が前記発熱体の取付け部位に対応する領域
で前記受熱壁のみに接触して配置されていることを特徴
とする請求項６〜８に記載した何れかの沸騰冷却装置。
【請求項１０】前記沸騰冷却容器は、前記発熱体の取付
け部位に対応する領域で前記受熱壁の内壁面が凹凸形状
に設けられていることを特徴とする請求項６〜９に記載
した何れかの沸騰冷却装置。
【請求項１１】前記波形フィンは、壁面に冷媒が流通で
きる開口部を有していることを特徴とする請求項６〜１
０に記載した何れかの沸騰冷却装置。
【請求項１２】前記開口部は、ルーバであることを特徴
とする請求項１１に記載した沸騰冷却装置。
【請求項１３】前記波形フィンは、折り曲げ部の位置を
適宜ずらして形成することにより冷媒が流通できる開口
部を有していることを特徴とする請求項６〜１２に記載
した何れかの沸騰冷却装置。
【請求項１４】前記波形フィンは、折り曲げ部の稜線に
沿った方向の端面が前記沸騰冷却容器の内壁面から離れ
て配置されていることを特徴とする請求項６〜１３に記
載した何れかの沸騰冷却装置。
【請求項１５】前記波形フィンは複数使用され、折り曲
げ部の稜線に沿った方向で相互に適宜な間隔を空けて配
置されていることを特徴とする請求項６〜１４に記載し
た何れかの沸騰冷却装置。
【請求項１６】対向して配置された受熱壁と放熱壁とを
有し、この受熱壁及び放熱壁とともに閉空間を形成し
て、その閉空間に冷媒が封入された沸騰冷却容器と、前記放熱壁と熱的に結合して設けられた放熱フィンとを
備え、前記受熱壁の表面に固定された発熱体の熱を前記受熱壁
から冷媒を媒体として前記放熱壁へ伝達し、更に前記放
熱壁から前記放熱フィンを通じて外部へ放出する沸騰冷
却装置であって、前記沸騰冷却容器は、前記閉空間にて前記受熱壁と前記
放熱壁とを熱的に連結する伝熱部材と、少なくとも前記
受熱壁に接触して配置されたフィン部材とを具備してい
ることを特徴とする沸騰冷却装置。
【請求項１７】前記伝熱部材は、複数の柱状部材から成
り、相互に適宜な間隔を置いて配置され、前記フィン部材は、少なくとも前記発熱体の取付け部位
に対応する領域に配置されていることを特徴とする請求
項１６記載の沸騰冷却装置。
【請求項１８】前記伝熱部材は、一端面が前記受熱壁に
当接し、他端面が前記放熱壁に当接する中実の部材であ
り、前記発熱体の取付け部位に対応する領域に配置され
ていることを特徴とする請求項１６記載の沸騰冷却装
置。
【請求項１９】前記沸騰冷却容器は、前記放熱壁の内壁
面が凹形状に設けられていることを特徴とする請求項１
〜１８に記載した何れかの沸騰冷却装置。
【請求項２０】前記閉空間にて冷媒が凝縮する凝縮領域
に冷媒より比重の重い可動体が収容され、この可動体が
前記沸騰冷却容器の姿勢変化に応じて前記凝縮領域を移
動できることを特徴とする請求項１〜１９に記載した何
れかの沸騰冷却装置。
【請求項２１】前記沸騰冷却容器は、前記受熱壁が前記
放熱壁より天地方向の上方側に配置されていることを特
徴とする請求項１〜２０に記載した何れかの沸騰冷却装
置。