JPH10229150A - 沸騰冷却装置 - Google Patents

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は押し出し形成された押
出容器３０と、両端を閉塞するキャップ７とからなる。
押出容器３０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との間に設けられ押出容器３０と一体的に押
し出し形成された複数の柱状部材８より成り、受熱壁
５、放熱壁６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
て受熱壁５に固定される。放熱ブロック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に固定される。柱状部材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。

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。

【０００４】本発明は、上記事情に基づいて成されたも
ので、その第１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。第２の目的
は、第１の目的において更に製造コストを低減できる沸
騰冷却装置を得ることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明によ
れば、伝熱性を有する伝熱部材が沸騰冷却容器内の閉空
間で受熱壁と放熱壁とに接触して設けられている。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で
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て、放熱壁よ
り外部へ放出される。更に、沸騰冷却容器は、押し出し
形成されて両端部に開口部を有する押出容器と、押出容
器の開口部を閉塞する閉塞部材とからなるため、その沸
騰冷却容器を容易に形成でき、製造コストを低減でき
る。

【０００６】請求項２記載の発明によれば、伝熱部材で
ある柱状部材を押出容器とともに一体的に押し出し形成
するため、柱状部材を形成するための工程を省略するこ
とができる。このため、更に製造コストを低減できる。
また、柱状部材を、柱状部材と閉塞部材との間に中空通
路が形成されるように押出容器内に配置するため、中空
通路を介して沸騰冷却容器内で冷媒が対流する。これに
より沸騰冷却容器内での温度の偏りを低減し放熱性能を
向上させる。

【０００７】請求項３記載の発明によれば、柱状部材
は、押出容器の開口方向と同方向に延設され、この柱状
部材における端部が押出容器における開口部よりも内側
に設定されるため、中空通路を容易に形成することがで
きる。請求項４記載の発明によれば、柱間伝熱材により
複数の柱状部材が各々接続される。発熱体の熱を受熱壁
で受熱し伝熱部材で放熱壁へ伝熱する際、柱状部材から
直接放熱壁へ伝熱するだけでなく、柱間伝熱材を介して
も放熱壁へ伝熱できるので、沸騰面積を増大するととも
に、受熱壁と放熱壁との間の熱抵抗を低減して沸騰冷却
容器内での温度の偏りを低減し放熱性能を向上させる。

【０００８】請求項５記載の発明によれば、固定領域に
対応する領域の柱状部材を、対応しない領域の柱状部材
に比べて密に配置することで、固定領域に対応する領域
の伝熱部材の全断面積及び全表面積を大きくできる。固
定領域に対応する領域は熱流束が大きいため、固定領域
に対応する領域の伝熱部材の全断面積を大きくすること
で受熱壁と放熱壁との間の熱抵抗を低減でき効率よく伝
熱できる。また、伝熱部材の全表面積を増加させること
で過度熱を小さくできるので熱抵抗を低減でき、放熱特
性を向上できるとともにバーンアウトを生じにくくでき
る。

【０００９】請求項６記載の発明によれば、柱状部材
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柱状部材を通
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。

【００１０】請求項７記載の発明によれば、伝熱部材は
押出容器内で受熱壁の内面及び放熱壁の内面に熱的に連
結させた波板部材を有するため、伝熱部材の表面積を増
加させることができる。これにより、バーンアウトを生
じにくくできるとともに、熱抵抗を低減し放熱性能を向
上できる。請求項８記載の発明によれば、受熱壁の内
面、放熱壁の内面及び伝熱部材の表面の内の少なくとも
一つは凹凸面を有する。凹凸面により表面積を増加させ
ることができる。これにより、バーンアウトを生じにく
くできるとともに、熱抵抗を低減し放熱性能を向上でき
る。

【００１１】請求項９記載の発明によれば、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導が可能となり、発熱
体の冷却装置として用いることができる。

【００１２】

【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の実施の形態）図１は第１の実施の形態における
沸騰冷却装置を示す図である。ここで、（ａ）は沸騰冷
却装置を上面から見た図であり、（ｂ）は（ａ）におけ
るＩ−Ｉ断面図である。また、図２は図１（ａ）におけ
るII−II断面図である。

【００１３】図１及び図２に示すように、本実施の形態
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）、放熱ブロック４及び放熱フィン１０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とを有する筒状の押出容器３０、
押出容器３０の両開口部を閉塞する２つのキャップ７
（閉塞部材）、受熱壁５と放熱壁６との間に設けられた
複数の柱状部材８（本発明の伝熱部材、柱状部材）より
成り、受熱壁５、放熱壁６、及びキャップ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。

【００１４】この押出容器３０は、押し出し形成された
筒状部材からなり、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構成されている。押出容器３０は、
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。そして、対向する２つの平面を有し、一方が発熱体
２を固定する受熱壁５、他方が放熱壁６として構成され
ている。そして、押し出し形成された方向の両端部が開
口部となっている。なお、押出容器３０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。

【００１５】柱状部材８は、押出容器３０と一体的に押
し出し形成され受熱壁５の内面と放熱壁６の内面と連続
的に接続される。柱状部材８は、押出容器３０の押し出
し方向と平行に延設された複数の部材からなり、その端
部は押出容器３０の端部と同一位置まで形成されてい
る。各柱状部材８により押出容器３０内が複数の小通路
に区画されている。

【００１６】キャップ７は、プレス形成によりカップ状
に形成され、押出容器３０の両端部の開口部に嵌合され
る。キャップ内には、柱状部材８の端部の外側において
各小通路同士を連通させる中空空間３１が形成される。
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、キ
ャップ７の一部に設けられた注入口（図示せず）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。

【００１７】発熱体２は、受熱壁５の表面略中央部の固
定位置に配されて、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。
放熱ブロック４は、熱伝導性に優れるアルミニウム又は
銅等で形成された複数の板状の部材を有し、断面が櫛歯
形状をなしている。この放熱ブロック４は、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。

【００１８】放熱フィン１０は放熱ブロック４の板状部
材の相互間に配置され、放熱面積を増加させる働きをす
る。次に、本実施の形態の作動を説明する。 ａ）沸騰冷却装置１を図１に示す姿勢（受熱壁５が放熱
壁６の下方側に位置する）で使用する場合。

【００１９】発熱体２から発生した熱は、受熱壁５を通
じて沸騰冷却容器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（放熱壁６、キャップ７、柱
状部材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から放熱ブロック４、放
熱ブロック４から放熱フィン１０を通じて大気に放出さ
れる。

【００２０】この場合、柱状部材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。また、受熱壁
５から直接、熱伝導により放熱壁へ伝熱させることもで
きる。 ｂ）沸騰冷却装置１を図３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。

【００２１】発熱体２から発生した熱は、受熱壁５から
柱状部材８に伝達され、その柱状部材８を通じて放熱壁
６に伝達されるとともに、柱状部材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、柱状部材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
置された柱状部材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３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、キャッ
プ７、柱状部材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から放熱ブロ
ック４、放熱ブロック４から放熱フィン１０を通じて大
気に放出される。一方、柱状部材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。

【００２２】（本実施の形態の効果）本実施の形態によ
れば、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状部材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
返しによる熱伝導によって発熱体２を冷却することがで
きる。また、柱状部材８によって直接受熱壁５から放熱
壁６へ熱伝導できるため、高い放熱性能を得ることがで
きる。これにより、受熱壁５が放熱壁６より天地方向の
上方側に配置されている場合でも冷媒Ｒの沸騰と凝縮の
繰り返しによる熱伝導が可能となり、発熱体２の冷却装
置として用いることができる。

【００２３】更に、沸騰冷却容器３は、押し出し形成さ
れて両端部に開口部を有する押出容器３０と、押出容器
の開口部を閉塞するキャップ７とからなるため、その沸
騰冷却容器３を容易に形成でき、製造コストを低減でき
る。伝熱部材である柱状部材８を押出容器３０とともに
一体的に押し出し形成するため、柱状部材８を形成する
ための工程を省略することができる。このため、更に製
造コストを低減できる。また、柱状部材を、柱状部材８
とキャップ７との間に中空通路３１が形成されるように
押出容器３０内に配置するため、中空通路３１を介して
沸騰冷却容器３内で冷媒が対流する。これにより沸騰冷
却容器内での温度の偏りを低減し放熱性能を向上させ
る。

【００２４】なお、柱状部材８は、図２に示した構成の
他に図４または図５に示すような構成としても良い。す
なわち、図４（ａ）のように柱状部材８の表面に凹凸面
を形成しても良く、これにより、柱状部材８の表面積を
増加させることができ、凹凸面から冷媒への伝熱を促進
し冷媒を沸騰しやすくなる。なお、凹凸面を受熱壁の内
面、放熱壁の内面及び伝熱部材の表面の内の少なくとも
一つに形成することにより、凹凸面により表面積を増加
させることができ、凹凸面から冷媒への伝熱を促進し冷
媒を沸騰しやすくできる。

【００２５】また図４（ｂ）のように、受熱壁５と放熱
壁６とに略平行に形成されて、複数の柱状部材に各々接
続する柱間伝熱材８１を有しても良い。発熱体２の熱を
受熱壁５で受熱し柱状部材８で放熱壁６へ伝熱する際、
発熱体２に対応した領域の柱状部材８から直接放熱壁６
へ伝熱するだけでなく、発熱体２に対応した領域の柱状
部材から柱間伝熱材８１を介して、発熱体２に対応しな
い領域の柱状部材８へ伝熱させ、その発熱体２に対応し
ない領域の柱状部材８からも放熱壁６へ伝熱できる。こ
れにより沸騰冷却容器３内での温度の偏りを低減し放熱
性能を向上させることができる。なお、この柱間伝熱材
８１も柱状部材８と同様、押出容器３０と一体的に押し
出し形成することで容易に形成できる。

【００２６】さらに図４（ｃ）のように、押出容器３０
の開口方向と同方向に平行に複数形成される柱状部材８
を、発熱体２の固定領域に対応する領域（中央部分）
が、対応しない領域（周辺部分）に比べて密になるよう
に配置しても良い。これにより、固定領域に対応する領
域の柱状部材８の全断面積及び全表面積を大きくでき
る。固定領域に対応する領域は熱流束が大きいため、固
定領域に対応する領域の柱状部材の全断面積を大きくす
ることでその熱を放熱壁６に効率よく伝熱できる。ま
た、柱状部材６の全表面積を増加させることで冷媒Ｒに
対しても効率よく伝熱できる。

【００２７】そして、図４（ｄ）のように、押出容器３
０の開口方向と同方向に平行に複数形成される柱状部材
８を、発熱体２の固定領域に対応する領域（中央部分）
が、対応しない領域（周辺部分）に比べて太くなるよう
に配置しても良い。これにより、固定領域に対応する領
域の柱状部材８の全断面積を大きくできる。固定領域に
対応する領域は熱流束が大きいため、固定領域に対応す
る領域の柱状部材の全断面積を大きくすることで、受熱
壁５が放熱壁６の上方に位置する使用状態でも、その熱
を放熱壁６に効率よく伝熱できる。また太くする分、固
定領域に対応する部分の全表面積が減少するが、この部
分の柱状部材８の表面を凹凸面とすることで、柱状部材
６の全表面積の減少を補償することができる。

【００２８】また、図５（ａ）のように、柱状部材８は
受熱壁５側より放熱壁６側の方が太くなっていても良
い。この場合、図５（ｂ）のように受熱壁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、閉空間に
封入されている冷媒Ｒの液面が高くなる。これにより、
発熱体２の熱が受熱壁５から柱状部材８を通じて冷媒Ｒ
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Ｒ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５側より放熱壁６
側の方が太くなっている柱状部材８の形状としては、例
えば円錐形状、あるいは受熱壁５側から放熱壁６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。

【００２９】（第２の実施の形態）図６は第２の実施の
形態における沸騰冷却装置を示す図である。ここで、
（ａ）は沸騰冷却装置を上面から見た図であり、（ｂ）
は（ａ）におけるIII −III断面図である。本実施の形
態は、図１に示した実施の形態とは沸騰冷却容器３が異
なるものである。図６において、図１と同一作用をする
部分には図１と同一符号を付し、その説明を簡略する。

【００３０】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とを有する筒状の押出容器３
０、押出容器３０の両開口部を閉塞する２つのキャップ
７１（閉塞部材）、受熱壁５と放熱壁６との間に設けら
れた複数の柱状部材８（本発明の伝熱部材、柱状部材）
より成り、受熱壁５、放熱壁６、及びキャップ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。

【００３１】この押出容器３０は、押し出し形成された
筒状部材からなり、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構成されている。押出容器３０は、
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。そして、対向する２つの平面を有し、一方が発熱体
２を固定する受熱壁５、他方が放熱壁６として構成され
ている。押し出し形成された方向の両端部が開口部とな
っている。なお、押出容器３０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。

【００３２】柱状部材８は、押出容器３０と一体的に押
し出し形成され受熱壁５の内面と放熱壁６の内面と連続
的に接続される。柱状部材８は、押出容器３０の押し出
し方向と平行に延設された複数の部材からなり、その端
部は押出容器３０の端部よりも距離Ａだけ内側に設定さ
れている。これは、柱状部材８を押出容器３０とともに
押し出し形成後、柱状部分８の端部を切削等により除去
することで達成できる。ここで、各柱状部材８により押
出容器３０内が複数の小通路に区画されている。

【００３３】キャップ７１は、アルミニウム等からなる
板状部材であり、押出容器３０の両端部にろう付け等の
金属接合により接合され、押出容器３０を閉塞してい
る。そして柱状部材８を除去することにより形成された
空間をキャップ７１で囲うことにより中空空間３１が形
成される。この中空空間３１により、沸騰冷却容器内の
各小通路同士が連通される。キャップ７１の一部に設け
られた注入口（図示せず）に注入パイプ９が接続され、
冷媒Ｒを注入した後、先端を封じ切って密閉される。

【００３４】本実施の形態における沸騰冷却装置も、図
１に示した沸騰冷却装置の作用と同様な作用により高い
放熱性能を得ることができる。更に、沸騰冷却容器３
は、押し出し形成されて両端部に開口部を有する押出容
器３０と、押出容器の開口部を閉塞するキャップ７１と
からなるため、その沸騰冷却容器３を容易に形成でき、
製造コストを低減できる。この場合、柱状部材８におけ
る端部が押出容器３０における開口部よりも内側に設定
されるため、キャップとしてプレス形成しない平板材を
用いても、中空通路３１を容易に形成することができ
る。これによっても製造コストを低減できる。

【００３５】（第３の実施の形態）図７は第３の実施の
形態における沸騰冷却装置を示す図である。本実施の形
態は、図１及び図２に示した実施の形態とは沸騰冷却容
器３が異なるものである。図７において、図１及び図２
と同一作用をする部分には図１と同一符号を付し、その
説明を簡略する。

【００３６】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とを有する筒状の押出容器３
０、押出容器３０の両開口部を閉塞する２つのキャップ
７（図１参照）、受熱壁５と放熱壁６との間に設けられ
た複数の波形フィン８２（本発明の伝熱部材、波板部
材）より成り、受熱壁５、放熱壁６、及びキャップ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。

【００３７】波形フィン８２は、アルミニウム等の材料
から構成されて、押出容器３０の受熱壁５の内面と放熱
壁６の内面とろう付け等の金属接合により接合されてい
る。波形フィン８２はその開口方向が、押出容器３０の
押し出し方向と平行になるように延設されている。その
波形フィン８２の端部は押出容器３０の端部と同一位置
まで形成されている。各波形フィン８２により押出容器
３０内が複数の小通路に区画されている。

【００３８】波形フィン８２は、図７（ｂ）、（ｃ）に
示すように隣り合った山と谷とが互いにずらされ、その
ずらされた部分に通路８３を備えている。ここで、図７
（ｂ）は波形フィン８２の要部断面図、（ｃ）は（ｂ）
の斜視図である。本実施の形態によれば、図１に示した
沸騰冷却装置と同様、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８２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導によって発熱体２
を冷却することができる。また、波形フィン８２によっ
て直接受熱壁５から放熱壁６へ熱伝導できるため、高い
放熱性能を得ることができる。これにより、受熱壁５が
放熱壁６より天地方向の上方側に配置されている場合で
も冷媒Ｒの沸騰と凝縮の繰り返しによる熱伝導が可能と
なり、発熱体２の冷却装置として用いることができる。

【００３９】更に、沸騰冷却容器３は、押し出し形成さ
れて両端部に開口部を有する押出容器３０と、押出容器
の開口部を閉塞するキャップ７とからなるため、その沸
騰冷却容器３を容易に形成でき、製造コストを低減でき
る。また、伝熱部材は押出容器３０内で受熱壁３の内面
及び放熱壁６の内面に熱的に接触して設けられた波形フ
ィン８２を有するため、表面積を増加させることができ
る。これにより、バーンアウトを生じにくくするととも
に、熱抵抗を低減して放熱性能を向上できる。そして通
路８３を介して沸騰冷却容器３内で冷媒が対流する。こ
れにより沸騰冷却容器内での温度の偏りを低減し放熱性
能を向上させる。

【００４０】なお、波形フィンとしては図８に示すよう
に、押出容器３０の一方の開口部側から他方の開口部側
に向かって一枚の板からなり、山と谷との間に通路８３
を形成するものであっても良い。さらに、図９に示すよ
うに、押出容器３０の一方の開口部側から他方の開口部
側に向かって一枚の板からなり、山と谷との間に切り起
こし形成された通路８３を有するルーバフィンであって
も良い。ここで、図９（ａ）はルーバフィンからなる波
板フィン８２を図７（ａ）と同じ方向から見た図、
（ｂ）は（ａ）における側面側（紙面における右側もし
くは左側）から見た図である。

【００４１】また、図７（ａ）のように伝熱部材は、波
形フィン８２だけで構成される必要はなく、図１０に示
すように発熱体２の固定領域に対応する部分には柱状部
材８を配置し、その周辺には波形フィン８２を配置する
ようにしても良い。この場合、熱流束の大きい発熱体２
の固定領域では、主に柱状部材８を介しての熱伝導によ
り放熱壁６まで熱移動させ、熱流束の小さい部分で波形
フィン８２により放熱面積を増加させて冷媒の沸騰・凝
縮作用により放熱壁６に熱伝導させる。これにより、受
熱壁５が放熱壁６より天地方向の上方側に配置されてい
る場合でも冷媒Ｒの沸騰と凝縮の繰り返しによる熱伝導
を効率よく行わせることができる。

【００４２】（第４の実施の形態）図１１は第４の実施
の形態における沸騰冷却装置を示す図である。ここで、
（ａ）は沸騰冷却装置を上面から見た図であり、（ｂ）
は（ａ）におけるIV−IV断面図である。本実施の形態
は、図１に示した実施の形態とは沸騰冷却容器３が異な
るものである。図１１において、図１と同一作用をする
部分には図１と同一符号を付し、その説明を簡略する。

【００４３】柱状部材８は、押出容器３０と一体的に押
し出し形成され受熱壁５の内面と放熱壁６の内面と連続
的に接続される。柱状部材８は、押出容器３０の押し出
し方向と平行に延設された複数の部材からなり、その端
部は押出容器３０の端部と同一位置まで形成されてい
る。各柱状部材８により押出容器３０内が複数の小通路
に区画されている。そして、各柱状部材８の幅は螺合手
段としての雄ねじ３２に対する雌ねじ部分が形成される
のに十分な幅を有している。

【００４４】放熱ブロック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た複数の板状の部材を有
し、断面が櫛歯形状をなしている。この放熱ブロック４
の板状部材は、雄ねじ３２を締結する領域を外周に残し
て、放熱壁６の表面に形成される。雄ねじ３２は、放熱
ブロック４の外周部分の柱状部材８に一致する位置にお
いて、放熱ブロック４と押出容器３０とを螺合してい
る。

【００４５】本実施の形態においては、図１に示した沸
騰冷却装置の効果に加え、以下の効果がある。すなわ
ち、放熱ブロック４と押出容器との材料が異なり、その
熱膨張率が異なる場合、放熱ブロック４を押出容器３０
へろう付けや溶接等で接合するだけでは、熱膨張率差に
より両者が剥離する場合がある。しかしながら、螺合す
ることによりその剥離を防止することができる。

【００４６】また、図１２に示すように、押出容器３０
の開口方向と同方向に平行に複数形成される柱状部材８
を、発熱体２の固定領域に対応する領域（中央部分）
が、対応しない領域（周辺部分）に比べて密になるよう
に配置し、更に放熱ブロック４を押出容器３０へ固定す
る雄ねじ３２のねじ穴部分に相当する柱状部材８、及び
発熱体２を押出容器３０へ固定する雄ねじ３３のねじ穴
部分に相当する柱状部材８を他の柱状部材８に比べて太
くしても良い。これにより図４（ｃ）に記載の沸騰冷却
装置の効果と図１１に示した沸騰冷却装置の効果に加
え、発熱体２と押出容器３０との間の熱膨張率差に起因
する剥離も防止できる。

【００４７】上記実施の形態においては、放熱ブロック
４と押出容器３０とを別体形成した後、ろう付けや螺合
により両者を結合させていたが、図１３に示すように、
放熱ブロック４を押出容器とともに一体的に押し出し形
成せても良い。この場合、放熱ブロック４は押出容器３
０とともに一体的に押し出し形成されるため、熱伝導が
滑らかに行われ放熱性能が向上する。また、押し出し材
の経費自体は比較的安価のため、受熱壁５、放熱壁６及
び柱状部材とともに放熱ブロック４を一体形成すること
で装置全体の製造コストを低減できる。

【００４８】またこの場合、放熱ブロックを構成する複
数の板状部材は、発熱体２の固定領域に対応する部分
が、対応しない部分に比べて密になるように配置させる
ことが好ましい。以下に理由を説明する。柱状部材８が
受熱壁５及び放熱壁６に接触しているため、放熱壁６と
してはその柱状部材８の延設方向に高温部分が分布す
る。柱状部材８と放熱ブロック４の板状部材とを一体的
に押し出し形成した場合、放熱ブロック４の板状部材は
高温部分の分布に一致して配置されることになる。この
場合、発熱体２の固定領域に対応する板状部材の一枚当
たりの放熱量が大きくなり、対応しない板状部材の一枚
当たりの放熱量は小さくなる。従って、発熱体２に対応
する位置の板状部材を密にするように放熱ブロック４を
形成することにより、各板状部材の放熱量が、各板状部
材の放熱能力を上回ることを防止できる。

【００４９】なお、押し出し材を用いて沸騰冷却装置を
製作する場合、上記効果に加え、更に以下のような効果
がある。 （１）発熱体２取り付け面である受熱壁５と、放熱ブロ
ック４取り付け面である放熱壁６との平面度を確保しや
すくなる。このため、平面度を確保するために切削する
等の余分な工程が不要となる。（平面度が悪いと接触熱
抵抗が大きくなる。） （２）様々な発熱量の発熱体２に対して、押し出し材の
長さを任意に変えることで対応できる。このため、新規
に押し出しの型を製作する必要がない。

【００５０】（３）受熱壁５→柱状部材８（伝熱部材）
→放熱壁６→放熱ブロック４からなる放熱通路におい
て、各部分が全て押し出し材で一体形成されることで、
ろう付け不良等による接触熱抵抗の低下の心配がない。 （４）発熱体２や放熱ブロック４の取り付けにおいて、
押し出し材ならば容易にねじ穴を確保することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は第１の実施の形態における沸騰冷却装
置の平面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ断面図である。

【図２】図１（ａ）におけるII−II断面図である。

【図３】第１の実施の形態における沸騰冷却装置の配置
を変えた図である。

【図４】（ａ）〜（ｄ）は第１の実施の形態における変
形例を示す断面図である。

【図５】（ａ）、（ｂ）は第１の実施の形態における変
形例を示す断面図である。

【図６】（ａ）は第２の実施の形態における沸騰冷却装
置の平面図、（ｂ）は（ａ）のIII −III 断面図であ
る。

【図７】（ａ）は第３の実施の形態における沸騰冷却装
置の断面図、（ｂ）は（ａ）の要部拡大図、（ｃ）は
（ｂ）の斜視図である。

【図８】第３の実施の形態における変形例を示す斜視図
である。

【図９】（ａ）は第３の実施の形態における変形例を示
す側面図、（ｂ）は（ａ）における側面図である。

【図１０】第３の実施の形態における変形例を示す断面
図である。

【図１１】（ａ）は第４の実施の形態における沸騰冷却
装置の平面図、（ｂ）は（ａ）のIV−IV断面図である。

【図１２】第４の実施の形態における変形例を示す断面
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を
示す断面図である。

【符号の説明】

１ 沸騰冷却装置 ２ 発熱体 ３ 沸騰冷却容器 ３０ 押出容器 ３１ 中空通路 ４ 放熱ブロック ５ 受熱壁 ６ 放熱壁 ７，７１ キャップ（閉塞部材） ８ 柱状部材（伝熱部材） ８１ 柱間伝熱材 ８２ 波形フィン（波板部材、伝熱部材） ８３ 通路 ９ 注入パイプ １０ 放熱フィン Ｒ 冷媒

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部に発熱体が固定される受熱壁及び当
   該受熱壁に対向して配置された放熱壁を有し、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
   媒が封入される沸騰冷却容器と、 前記閉空間内で前記受熱壁及び前記放熱壁に接触して設
   けられ、伝熱性を有する伝熱部材とを備え、前記発熱体
   の熱を前記受熱壁から前記冷媒及び前記伝熱部材を媒体
   として前記放熱壁へ伝達し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、押し出し形成されて両端部に開口
   部を有する押出容器と、前記押出容器の前記開口部を閉
   塞する閉塞部材とからなることを特徴とする沸騰冷却装
   置。
2. 【請求項２】 前記伝熱部材は、前記押出容器とともに
   一体的に押し出し形成された柱状部材を有するものであ
   り、前記柱状部材は、前記柱状部材と前記閉塞部材との
   間に中空通路が形成されるように前記押出容器内に配置
   されることを特徴とする請求項１記載の沸騰冷却装置。
3. 【請求項３】 前記柱状部材は、前記押出容器の開口方
   向と同方向に延設されるものであり、前記柱状部材にお
   ける端部は、前記押出容器における前記開口部よりも内
   側に設定されることを特徴とする請求項２に記載の沸騰
   冷却装置。
4. 【請求項４】 前記柱状部材は、前記押出容器の開口方
   向と同方向に、平行に複数形成されるものであり、 前記受熱壁と前記放熱壁とに略平行に形成されて、複数
   の前記柱状部材の各々に接続する柱間伝熱材を更に有す
   ることを特徴とする請求項２または請求項３の何れかに
   記載の沸騰冷却装置。
5. 【請求項５】 前記受熱壁は、前記発熱体を固定する固
   定領域を有し、 前記柱状部材は、前記押出容器の開口方向と同方向に、
   平行に複数形成されるものであり、更にその複数の柱状
   部材は前記固定領域に対応する領域が対応しない領域に
   比べて密に配置されていることを特徴とする請求項２な
   いし請求項４の何れかに記載の沸騰冷却装置。
6. 【請求項６】 前記柱状部材は、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
   １ないし請求項５の何れかに記載した沸騰冷却装置。
7. 【請求項７】 前記伝熱部材は、前記押出容器内で前記
   受熱壁の内面及び前記放熱壁の内面に熱的に連結された
   波板部材を有することを特徴とする請求項１ないし請求
   項６の何れかに記載の沸騰冷却装置。
8. 【請求項８】 前記受熱壁の内面、前記放熱壁の内面及
   び前記伝熱部材の表面の内の少なくとも一つは、凹凸面
   を有することを特徴とする請求項１ないし請求項７の何
   れかに記載の沸騰冷却装置。
9. 【請求項９】 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ない
   し請求項８の何れかに記載した沸騰冷却装置。