JP4956787B2

JP4956787B2 - 冷却装置

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Publication number: JP4956787B2
Application number: JP2007086681A
Authority: JP
Inventors: 誠岩島; 善則村上
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2027-03-29
Also published as: JP2008244398A

Description

本発明は、半導体素子等の発熱体を冷却する冷却装置に関する。

従来、半導体素子の高出力化、高温度化に対応するために、フィン型の冷却装置に代わり、発熱体を冷却する流路内にポーラス部材（多孔質体）を配置し、フィンと比べて冷却効率を向上させる冷却装置が知られている（特許文献１参照）。
特開２００１−３５８２７０号公報

しかしながら、上記冷却装置では、多孔質体の熱伝達率が高いために、各多孔質体の出入口間での冷媒の温度差が大きくなり、上記冷却装置の冷媒入口側に配置される多孔質体へ供給される冷媒の温度と、上記冷却装置の冷媒出口側に配置される多孔質体へ供給される冷媒の温度との差が大きくなるといった問題があった。

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、各高熱伝達率材へ供給される冷媒間の温度差を抑制できる冷却装置を提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本発明に係る冷却装置では、発熱体から発生する熱を冷媒に伝達する高熱伝達率材の直下に配置された仕切り板に形成された孔を介して、下部流路から高熱伝達率材に、冷媒が供給され、前記高熱伝達率材は、多孔質体であることを特徴としている。

本発明により、複数の高熱伝達率材の直下に配置された仕切り板に形成された孔を介して、下部流路から高熱伝達率材に、冷媒を供給しているので、各高熱伝達率材へ供給される冷媒間の温度差を抑制することができる。これから、各高熱伝達率材へ供給される冷媒の温度をより均一化できる。

以下に、本発明の第１乃至第６の実施形態に係る冷却装置について、図１乃至図７を参照して説明する。

（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係る冷却装置について図１を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係る冷却装置の構造を示す図、図２は図１に示す冷却装置のＡＡ断面図である。なお、図１では冷却板１、絶縁板２および半導体素子３を透視した状態を示している。図１および図２に示すように、第１の実施形態に係る冷却装置は、発熱体である半導体素子３から発生する熱を冷媒に伝達する複数の高熱伝達率材である６個の多孔質体５と、冷媒が流れる流路１０を分割し、上部流路１０ｂと下部流路１０ａに仕切る仕切り板６と、仕切り板６に形成された６個の孔７とを備えている。また、全多孔質体５は仕切り板６上に配置され、多孔質体５における仕切り板６と対向する端部は冷却板１と接合し、冷却板１上に６個の絶縁板２を介して、６個の半導体素子３が配置されている。また、各半導体素子３の直下に、各絶縁板２、各多孔質体５、各孔７が配置されている。また、流路１０の一方には、下部流路１０ａに冷媒を流入するための冷媒入口８が形成され、流路１０の他方には、上部流路１０ｂから冷媒を流出させるための冷媒出口４が形成されている。ここで、冷却板１は主に銅やアルミニウム等の熱伝達率の高い金属からなり、冷却板１上に配置された絶縁板２はセラミック基板等からなる。また、半導体素子３はＩＧＢＴやダイオード等の大電流を流す素子である。一方、多孔質体５は図１に示したように、円柱状に形成されている。更に、多孔質体５には、冷媒が多孔質体５内を通過できるように、他の気孔と一部が接続される（オープンセル型の）球状の気孔が多数形成されている。また、孔７は多孔質体５よりも小さく形成されている。なお、６個の半導体素子３は全く同じ仕様である。同様に、６個の絶縁板２、６個の多孔質体５、６個の孔７は各々全く同じ仕様である。よって、６個の半導体素子３の大きさおよび発熱量の大きさは全く同じであり、６個の多孔質体５の気孔率（単位面積当たりの気孔数および気孔の直径）は全く同じである。

次に、第１の実施形態に係る冷却装置における冷媒経路について説明する。第１の実施形態では、冷媒として冷却水を用いている。冷媒は、冷媒入口８から流入した後、図１および図２中の矢印の向きに流れ、冷媒出口４から流出される。すなわち、冷却装置外部から供給された冷媒は、冷媒入口８から下部流路１０ａに流入し、仕切り板６の孔７を介して、下部流路１０ａから多孔質体５に下から上に垂直に供給される。多孔質体５に供給された冷媒は、多孔質体５における孔側端部から孔７と対向する端部に向けて、多孔質体５の気孔内を通過する。その際、冷媒は多孔質体５を冷却する。更に、気孔内を通過した冷媒は、多孔質体５における孔７と対向する端部で冷却板１に当たる。冷却板１における多孔質体５との接合面に当たった後、多孔質体５の内周部である中心部から外周部に向かって当該接合面に沿って押し流され、多孔質体５から上部流路１０ｂに流入する。その際、冷媒は冷却板１を直接冷却する。その後、上部流路１０ｂに流入した冷媒は、冷媒出口４方向に流れ、最終的に冷媒出口４から冷却装置外部に流出する。上記一連の冷媒経路により、絶縁板２、冷却板１および多孔質体５に伝達された半導体素子３で発生した熱は、冷媒入口８−下部流路１０ａ−仕切り板６の孔７−多孔質体５の気孔−冷却板１と多孔質体５との接合面-上部流路１０ｂ−冷媒出口４を流れる冷媒に伝達される。結果として、半導体素子３が放熱、冷却される。

以上より、第１の実施形態に係る冷却装置では、流路１０を下部流路１０ａと上部流路１０ｂに仕切る仕切り板６上に６個の多孔質体５が配置され、６個の孔７を介して、下部流路１０ａから６個の多孔質体５に下から上に垂直に同時に冷媒が供給されるので、各多孔質体５へ供給される冷媒間の温度差を抑制することができる。これから、各多孔質体５へ供給される冷媒の温度をより均一化できる。また、第１の実施形態に係る冷却装置では、上記のように、６個の半導体素子３の大きさおよび発熱量の大きさは全く同じであり、６個の多孔質体５の気孔率（単位面積当たりの気孔数および気孔の直径）は全く同じであることから、各多孔質体５へ供給される冷媒間の温度差を抑制することで、半導体素子３間の温度差を抑制できる。よって、半導体素子３間の電気的特性（オン抵抗やスイッチング損失等）の均一性を確保することができる。

また、第１の実施形態に係る冷却装置では、仕切り板６上に配置された６個の多孔質体５に下部流路１０ａから垂直に同時に冷媒が供給されるので、冷媒経路に対して、６個の多孔質体５を並列に配置できる。これから、従来の冷却装置、すなわち、冷媒経路に対して複数の多孔質体を直列に配置した冷却装置と比較して、冷媒入口８から冷媒出口４までの圧力損失を低減することができる。更に、第１の実施形態に係る冷却装置では、多孔質体５に供給された冷媒は、多孔質体５における孔７と対向する端部と接合する冷却板１に当たった後、多孔質体５の中心部から外周部に向かって、冷却板１における多孔質体５との接合面に沿って押し流されるので、半導体素子３全体を均一に冷却することができる。

また、第１の実施形態に係る冷却装置では、冷媒入口８から仕切り板６の孔７までの圧力損失および上部流路１０ｂから冷媒出口４までの圧力損失は、多孔質体５の圧力損失に対し無視できる程小さくなるため、各多孔質体５に、同じ流量および同じ流速の冷媒を供給することができる。更に、各多孔質体５から上部流路１０ｂに流入した冷媒は、他の多孔質体５に影響する（供給される）ことなしに、冷媒出口４から流出できる。

また、第１の実施形態に係る冷却装置では、仕切り板６の孔７を多孔質体５よりも小さくしたため、冷媒入口８から下部流路１０ａに流入した冷媒と、上部流路１０ｂから冷媒出口４に流出する冷媒が混ざることがなく、各多孔質体５に供給する冷媒を同一温度にできる。更に、冷媒を効率良く、冷却板１における多孔質体５との接合面に当てることができる。よって、冷却性能を向上することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る冷却装置について、第１の実施形態に係る冷却装置と異なる点を中心に図３を参照して説明する。また、第２の実施形態に係る冷却装置について、第１の実施形態に係る冷却装置と同様の構造には同じ番号を付し、説明を省略する。図３は、本発明の第２の実施形態に係る冷却装置の多孔質体周辺部を示す断面図である。図３は、図２の多孔質体周辺部Ｃ相当の図を示している。第２の実施形態に係る冷却装置は、第１の実施形態と異なり、多孔質体５の代わりに、多孔質体１１を用いている。そして、多孔質体１１が多孔質体５と異なる点は、仕切り板側端部の面積よりも仕切り板６と対向する端部の面積が小さく形成されていることだけである。これにより、第１の実施形態と同様の効果を取得することができる。なお、孔７は多孔質体１１よりも小さく形成されている。更に、多孔質体１１を用いることで、多孔質体１１の中心部の圧力損失に対し、多孔質体１１の外周部の圧力損失が大きく設定されるため、冷媒を効率良く、冷却板１における多孔質体１１との接合面に当てることができる。よって、冷却性能を向上することができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る冷却装置について、第１の実施形態に係る冷却装置と異なる点を中心に図４を参照して説明する。また、第３の実施形態に係る冷却装置について、第１の実施形態に係る冷却装置と同様の構造には同じ番号を付し、説明を省略する。図４は、本発明の第３の実施形態に係る冷却装置の多孔質体周辺部を示す平面図である。図４は、図１の多孔質体周辺部Ｂ相当の図を示している。第３の実施形態に係る冷却装置は、第１の実施形態と異なり、多孔質体５の代わりに、多孔質体１２を用いている。そして、多孔質体１２が多孔質体５と異なる点は、上部流路１０ｂの冷媒出口４と反対方向に部分的に突出した卵型の柱に形成されていることだけである。これにより、第１の実施形態と同様の効果を取得することができる。なお、孔７は多孔質体１２よりも小さく形成されている。更に、多孔質体１２を用いることで、多孔質体１２の孔側端部から冷媒出口４側の上部流路１０ｂまでの圧力損失に対し、多孔質体１２の孔側端部から冷媒出口４の反対側の上部流路１０ｂまでの圧力損失が大きく設定されるため、冷媒を効率良く冷媒出口４側に排出することができ、冷媒の流れをよりスムーズにできる。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係る冷却装置について、第１の実施形態に係る冷却装置と異なる点を中心に図５を参照して説明する。また、第４の実施形態に係る冷却装置について、第１の実施形態に係る冷却装置と同様の構造には同じ番号を付し、説明を省略する。図５は、本発明の第４の実施形態に係る冷却装置の構造を示す断面図である。図５は、図２相当の図である。

第４の実施形態に係る冷却装置では、仕切り板６に形成された孔７１と、孔７１の直上に配置された多孔質体５１と、多孔質体５１の直上に冷却板１を介して配置された絶縁板２１と、絶縁板２１の直上に配置された半導体素子３１と、仕切り板６に形成された孔７２と、孔７２の直上に配置された多孔質体５２と、多孔質体５２の直上に冷却板１を介して配置された絶縁板２２と、絶縁板２２の直上に配置された半導体素子３２と、仕切り板６に形成された孔７３と、孔７３の直上に配置された多孔質体５３と、多孔質体５３の直上に冷却板１を介して配置された絶縁板２３と、絶縁板２３の直上に配置された半導体素子３３とを備えている。ここで、半導体素子３１乃至３３は、半導体素子３と大きさおよび発熱量の大きさ以外全く同じである。更に、絶縁板２１乃至２３は絶縁板２と大きさ以外全く同じであり、多孔質体５１乃至５３は多孔質体５と大きさ以外全く同じであり、孔７１乃至７３は孔７と大きさ以外全く同じである。また、孔７１は多孔質体５１よりも小さく形成され、孔７２は多孔質体５２よりも小さく形成され、孔７３は多孔質体５３よりも小さく形成されている。また、第４の実施形態に係る冷却装置における冷媒経路は、第１の実施形態と同様である。これにより、第１の実施形態と同様の効果を取得することができる。

更に、第４の実施形態に係る冷却装置では、半導体素子３１乃至３３の大きさが夫々異なっており、半導体素子３３＞半導体素子３２＞半導体素子３１の関係となっている。半導体素子３１乃至３３に合わせて、絶縁板２１乃至２３の大きさ、多孔質体５１乃至５３の大きさおよび孔７１乃至７３の大きさも異なっている。そして、絶縁板２３＞絶縁板２２＞絶縁板２１、多孔質体５３＞多孔質体５２＞多孔質体５１、孔７３＞孔７２＞孔７１の関係となっている。すなわち、第４の実施形態に係る冷却装置では、多孔質体５１乃至５３の大きさ、孔７１乃至７３の大きさを、半導体素子３１乃至３３の大きさに比例させている。これにより、半導体素子３１乃至３３の大きさが夫々異なっても、半導体素子３１乃至３３全体を均一に冷却することができる。

（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態に係る冷却装置について、第１の実施形態に係る冷却装置と異なる点を中心に図６を参照して説明する。また、第５の実施形態に係る冷却装置について、第１の実施形態に係る冷却装置と同様の構造には同じ番号を付し、説明を省略する。図６は、本発明の第５の実施形態に係る冷却装置の構造を示す断面図である。図６は、図２相当の図である。

第５の実施形態に係る冷却装置では、仕切り板６に形成された孔７４と、孔７４の直上に配置された多孔質体５４と、多孔質体５４の直上に冷却板１を介して配置された絶縁板２４と、絶縁板２４の直上に配置された半導体素子３４と、仕切り板６に形成された孔７５と、孔７５の直上に配置された多孔質体５５と、多孔質体５５の直上に冷却板１を介して配置された絶縁板２５と、絶縁板２５の直上に配置された半導体素子３５と、仕切り板６に形成された孔７６と、孔７６の直上に配置された多孔質体５６と、多孔質体５６の直上に冷却板１を介して配置された絶縁板２６と、絶縁板２６の直上に配置された半導体素子３６とを備えている。ここで、半導体素子３４乃至３６は、半導体素子３と発熱量の大きさ以外全く同じである。更に、絶縁板２４乃至２６は絶縁板２と全く同じであり、多孔質体５４乃至５６は多孔質体５と大きさ以外全く同じであり、孔７４乃至７６は孔７と大きさ以外全く同じである。また、孔７４は多孔質体５４よりも小さく形成され、孔７５は多孔質体５５よりも小さく形成され、孔７６は多孔質体５６よりも小さく形成されている。また、第５の実施形態に係る冷却装置における冷媒経路は、第１の実施形態と同様である。これにより、第１の実施形態と同様の効果を取得することができる。

更に、第５の実施形態に係る冷却装置では、半導体素子３１乃至３３の発熱量の大きさが夫々異なっており、半導体素子３６＞半導体素子３５＞半導体素子３４の関係となっている。半導体素子３４乃至３６の発熱量の大きさに合わせて、多孔質体５４乃至５６の大きさおよび孔７４乃至７６の大きさも異なっている。そして、多孔質体５６＞多孔質体５５＞多孔質体５４、孔７６＞孔７５＞孔７４の関係となっている。すなわち、第５の実施形態に係る冷却装置では、多孔質体５４乃至５６の大きさ、孔７４乃至７６の大きさを、半導体素子３４乃至３６の発熱量の大きさに比例させている。これにより、半導体素子３４乃至３６の発熱量の大きさが夫々異なっても、半導体素子３４乃至３６の温度を均一にすることができる。よって、半導体素子３４乃至３６間の電気的特性（オン抵抗やスイッチング損失等）の均一性を確保することができる。

（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態に係る冷却装置について、第１の実施形態に係る冷却装置と異なる点を中心に図７を参照して説明する。また、第６の実施形態に係る冷却装置について、第１の実施形態に係る冷却装置と同様の構造には同じ番号を付し、説明を省略する。図７は、本発明の第６の実施形態に係る冷却装置の多孔質体周辺部を示す図である。図７（Ａ）は図２の多孔質体周辺部Ｃ相当の図を示し、図７（Ｂ）は図１の多孔質体周辺部Ｂ相当の図を示している。第６の実施形態に係る冷却装置では、仕切り板６に形成された孔７７および７８と、孔７７および７８の直上に配置された楕円形の柱の多孔質体５７と、多孔質体５７の直上に冷却板１を介して配置された絶縁板２７と、絶縁板２７の直上に配置された半導体素子３７および３８とを備えている。これにより、半導体素子３７の直下に孔７７が配置され、半導体素子３８の直下に孔７８が配置される。

ここで、半導体素子３７としてＩＧＢＴを、半導体素子３８としてダイオードを各々想定している。更に、絶縁板２７は絶縁板２と大きさ以外全く同じであり、多孔質体５７は多孔質体５と形状および大きさ以外全く同じであり、孔７７および７８は孔７と大きさ以外全く同じである。また、孔７７は多孔質体５７よりも小さく形成され、孔７８は多孔質体５７よりも小さく形成されている。また、第６の実施形態に係る冷却装置における冷媒経路は、第１の実施形態と同様である。これにより、第１の実施形態と同様の効果を取得することができる。

更に、第６の実施形態に係る冷却装置では、複数の発熱体である半導体素子３７および３８に対して、複数の多孔質体のうちの１個である多孔質体５７が配置され、複数の多孔質体のうちの１個である多孔質体５７に対して、複数の孔である孔７７および７８が配置されているので、ＩＧＢＴである半導体素子３７とダイオードである半導体素子３８のペア性が強く、交互に発熱を生じる関係、すなわち、片方が発熱している時は他方は発熱しない関係にある場合には、多孔質体５７における発熱していない半導体素子（例えば、半導体素子３８）の直下の部分を通過した冷媒を、発熱している半導体素子（例えば、半導体素子３７）の冷却に使用することができる。結果的に、半導体素子３７および３８の温度上昇を低く抑えることができる。

なお、以上に述べた実施形態は、本発明の実施の一例であり、本発明の範囲はこれらに限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、他の様々な実施形態に適用可能である。例えば、第１乃至第６の実施形態に係る冷却装置では、冷却板１を主に銅やアルミニウムから形成しているが、特にこれに限定されるものでなく、熱伝達率の高い金属であれば、いずれの材料から形成しても良い。同様に、絶縁板２、２１乃至２７をセラミック基板から形成しているが、特にこれに限定されるものでなく、絶縁材料であれば、いずれの材料から形成しても良い。

また、第１乃至第５の実施形態に係る冷却装置では、半導体素子３、３１乃至３６として、ＩＧＢＴまたはダイオードを用いているが、特にこれに限定されるものでなく、他の発熱体でも適用可能である。同様に、第６の実施形態に係る冷却装置では、半導体素子３７としてＩＧＢＴを、半導体素子３８としてダイオードを用いているが、特にこれに限定されるものでなく、ペア性が強く、交互に発熱を生じる関係、すなわち、片方が発熱している時は他方は発熱しない関係にある発熱体であれば、他の発熱体でも適用可能である。

また、第１乃至第３の実施形態に係る冷却装置では、６個の絶縁板２、６個の半導体素子３、６個の多孔質体５、１１および１２、６個の孔７が配置されているが、特にこれに限定されるものでなく、複数であれば、何個でも良い。同様に、第４の実施形態に係る冷却装置では、半導体素子３１乃至３３、絶縁板２１乃至２３、多孔質体５１乃至５３および孔７１乃至７３を各々２組配置しているが、特にこれに限定されるものでなく、何組でも良い。同様に、第５の実施形態に係る冷却装置では、半導体素子３４乃至３６、絶縁板２４乃至２６、多孔質体５４乃至５６および孔７４乃至７６を各々２組配置しているが、特にこれに限定されるものでなく、何組でも良い。更に、第６の実施形態に係る冷却装置では、半導体素子３７および３８、絶縁板２７、多孔質体５７、孔７７および７８を各々６組配置しているが、特にこれに限定されるものでなく、何組でも良い。

また、第６の実施形態に係る冷却装置では、多孔質体５７に対して２個の孔７７および７８を仕切り板６に形成しているが、特にこれに限定されるものでなく、１個の孔でも、同様の効果を取得できる。

また、第１乃至第５の実施形態に係る冷却装置では、１個の半導体素子に対して、１個の多孔質体を配置しているが、特にこれに限定されるものでなく、１個の半導体素子に対して、複数の多孔質体を配置しても良い。

また、第２の実施形態に係る冷却装置では、円柱状の多孔質体５における仕切り板側端部の面積よりも仕切り板６と対向する端部の面積を小さく形成した立体である多孔質体１１を用いているが、特にこれに限定されるものでなく、多角柱における仕切り板側端部の面積よりも仕切り板６と対向する端部の面積を小さく形成した立体からなる多孔質体を用いても良い。また、例えば、図８乃至図１３に示す変形例でも良い。以下、図８乃至図１３に示す変形例について説明する。図８乃至図１３は、図２に示す冷却装置の多孔質体周辺部Ｃの変形例を示す断面図である。図８は、多孔質体５の中心を通る断面における孔側端部が凹形状に切り欠かれた立体である多孔質体１３を用いた変形例である。図９は、多孔質体５の仕切り板側端部の側面に、壁９１を配置した変形例である。なお、壁９１の高さは均一である。図１０は、多孔質体５の代わりに、単位面積当たりの気孔数が大きい大気孔数層１４ｂを内周部である中心部に有し、単位面積当たりの気孔数が小さい小気孔数層１４ａを外周部に有する円柱状の多孔質体１４を用いた変形例である。これにより、外周部より内周部の気孔率を高くしている。図１１は、多孔質体５の代わりに、気孔の直径が大きい大気孔径層１５ｂを内周部である中心部に有し、気孔の直径が小さい小気孔径層１５ａを外周部に有する円柱状の多孔質体１５を用いた変形例である。これにより、外周部より内周部の気孔率を高くしている。図１２は、気孔率の低い第１の層である単位面積当たりの気孔数が小さい小気孔数層１６ａと気孔率の高い第２の層である単位面積当たりの気孔数が大きい大気孔数層１６ｂとを備え、中心を通る断面における仕切り板６側に凹形状の小気孔数層１６ａが配置され、小気孔数層１６ａ方向に突出した凸形状に形成された大気孔数層１６ｂが小気孔数層１６ａの直上に接合された円柱状の多孔質体１６を、多孔質体５の代わりに用いた変形例である。図１３は、気孔率の低い第１の層である気孔の直径が小さい小気孔径層１７ａと気孔率の高い第２の層である気孔の直径が大きい大気孔径層１７ｂとを備え、中心を通る断面における仕切り板６側に凹形状の小気孔径層１７ａが配置され、小気孔径層１７ａ方向に突出した凸形状に形成した大気孔径層１７ｂが小気孔径層１７ａの直上に接合された円柱状の多孔質体１７を、多孔質体５の代わりに用いた変形例である。上述した図８乃至図１３の変形例でも、第２の実施形態と同様の効果を取得できる。

また、第３の実施形態に係る冷却装置では、上部流路１０ｂの冷媒出口４と反対方向に部分的に突出した卵型の柱である多孔質体１２を用いているが、特にこれに限定されるものでなく、上部流路１０ｂの冷媒出口４と反対方向に部分的に突出した凸形状を有していれば、他の形状の柱からなる多孔質体を用いても良い。更に、上部流路１０ｂの冷媒出口４と反対方向に部分的に突出した凸形状を有していない場合、例えば、図１４乃至図１６に示す変形例の場合でも良い。以下、図１４乃至図１６に示す変形例について説明する。図１４乃至図１６は、図２に示す冷却装置の多孔質体周辺部Ｃの変形例を示す断面図である。図１４は、多孔質体５の仕切り板側端部の側面に壁９２を配置した変形例である。壁９２の高さは、上部流路１０ｂの冷媒出口４側よりも冷媒出口４の反対側が高くなっている。図１５は、多孔質体５の代わりに、単位面積当たりの気孔数が大きい大気孔数層１８ｂを上部流路１０ｂの冷媒出口４側に有し、単位面積当たりの気孔数が小さい小気孔数層１８ａを冷媒出口４の反対側に有する円柱状の多孔質体１８を用いた変形例である。これにより、上部流路１０ｂの冷媒出口４の反対側よりも冷媒出口４側の気孔率を高くしている。図１６は、多孔質体５の代わりに、気孔の直径が大きい大気孔径層１９ｂを上部流路１０ｂの冷媒出口４側に有し、気孔の直径が小さい小気孔径層１９ａを冷媒出口４の反対側に有する円柱状の多孔質体１９を用いた変形例である。これにより、上部流路１０ｂの冷媒出口４の反対側よりも冷媒出口４側の気孔の直径を大きくしている。上述した図１４乃至図１６の変形例でも、第３の実施形態と同様の効果を取得できる。

また、第１の実施形態に係る冷却装置および図９乃至図１６に示した変形例の多孔質体５、１４乃至１９は円柱であるが、特にこれに限定されるものでなく、多角柱でも良い。更に、図８に示した変形例の多孔質体１３は、多孔質体５の中心を通る断面における孔側端部が凹形状に切り欠かれた立体であるが、特にこれに限定されるものでなく、多角柱の中心を通る断面における孔側端部が凹形状に切り欠かれた立体としても良い。また、図８乃至図１６に示した変形例に、上部流路１０ｂの冷媒出口４と反対方向に部分的に突出した凸形状を有する形状または卵型状に多孔質体５、１３乃至１９を形成した多孔質体を用いることもできる。更に、図８乃至図１６に示した変形例に、多孔質体５、１３乃至１９における仕切り板側端部の面積よりも仕切り板６と対向する端部の面積を小さく形成した立体である多孔質体を用いることもできる。更に、図９乃至図１６に示した変形例に、多孔質体５、１４乃至１９の中心を通る断面における孔側端部が凹形状に切り欠かれた立体である多孔質体を用いることもできる。更に、図１０乃至図１３、図１５および図１６に示した変形例に、多孔質体１４乃至１９の仕切り板側端部の側面に配置された均一の高さの壁９１を適用することもできる。更に、図１０乃至図１３、図１５および図１６に示した変形例に、多孔質体１４乃至１９の仕切り板側端部の側面に配置された、上部流路１０ｂの冷媒出口４側よりも冷媒出口４の反対側が高い壁９２を適用することもできる。

また、第４および第５の実施形態に係る冷却装置では、円柱状の多孔質体５１乃至５６を用いているが、特にこれに限定されるものでなく、多角柱状の多孔質体を用いても良い。更に、第２の実施形態のように、仕切り板側端部の面積よりも仕切り板６と対向する端部の面積を小さく形成した立体からなる多孔質体を用いても良いし、第３の実施形態のように、上部流路１０ｂの冷媒出口４と反対方向に部分的に突出した凸形状を有する形状の柱または卵型の柱からなる多孔質体を用いても良い。また、図８乃至図１６に示した変形例を適用しても良いし、図８乃至図１６に示した変形例の多孔質体を多角柱からなる多孔質体に置換した変形例を適用しても良い。更に、上部流路１０ｂの冷媒出口４と反対方向に部分的に突出した凸形状を有する形状または卵型状に多孔質体５、１３乃至１９を形成した多孔質体を、図８乃至図１６に示した変形例に用いた変形例を適用しても良いし、多孔質体５、１３乃至１９における仕切り板側端部の面積よりも仕切り板６と対向する端部の面積を小さく形成した立体である多孔質体を、図８乃至図１６に示した変形例に用いた変形例を適用しても良い。更に、多孔質体５、１４乃至１９の中心を通る断面における孔側端部が凹形状に切り欠かれた立体である多孔質体を、図９乃至図１６に示した変形例に用いた変形例を適用しても良い。更に、多孔質体１４乃至１９の仕切り板側端部の側面に配置された均一の高さの壁９１を、図１０乃至図１３、図１５および図１６に示した変形例に配置した変形例を適用しても良い。更に、多孔質体１４乃至１９の仕切り板側端部の側面に配置された、上部流路１０ｂの冷媒出口４側よりも冷媒出口４の反対側が高い壁９２を、図１０乃至図１３、図１５および図１６に示した変形例に配置した変形例を適用しても良い。

また、第６の実施形態に係る冷却装置では、楕円形の柱状の多孔質体５７を用いているが、特にこれに限定されるものでなく、円柱状または多角柱状の多孔質体を用いても良い。更に、第２の実施形態のように、仕切り板側端部の面積よりも仕切り板６と対向する端部の面積を小さく形成した立体からなる多孔質体を用いても良いし、第３の実施形態のように、上部流路１０ｂの冷媒出口４と反対方向に部分的に突出した凸形状を有する形状の柱または卵型の柱からなる多孔質体を用いても良い。また、図８乃至図１６に示した変形例を適用しても良いし、図８乃至図１６に示した変形例の多孔質体を多角柱からなる多孔質体に置換した変形例を適用しても良い。更に、上部流路１０ｂの冷媒出口４と反対方向に部分的に突出した凸形状を有する形状または卵型状に多孔質体５、１３乃至１９を形成した多孔質体を、図８乃至図１６に示した変形例に用いた変形例を適用しても良いし、多孔質体５、１３乃至１９における仕切り板側端部の面積よりも仕切り板６と対向する端部の面積を小さく形成した立体である多孔質体を、図８乃至図１６に示した変形例に用いた変形例を適用しても良い。更に、多孔質体５、１４乃至１９の中心を通る断面における孔側端部が凹形状に切り欠かれた立体である多孔質体を、図９乃至図１６に示した変形例に用いた変形例を適用しても良い。更に、多孔質体１４乃至１９の仕切り板側端部の側面に配置された均一の高さの壁９１を、図１０乃至図１３、図１５および図１６に示した変形例に配置した変形例を適用しても良い。更に、多孔質体１４乃至１９の仕切り板側端部の側面に配置された、上部流路１０ｂの冷媒出口４側よりも冷媒出口４の反対側が高い壁９２を、図１０乃至図１３、図１５および図１６に示した変形例に配置した変形例を適用しても良い。

また、第１乃至第６の実施形態に係る冷却装置および図８乃至図１６に示した変形例の多孔質体５、１１乃至１９、５１乃至５７には、他の気孔と一部が接続される（オープンセル型の）球状の気孔が多数形成されているが、特にこれに限定されるものでなく、冷媒が多孔質体５、１１乃至１９、５１乃至５７内を通過できれば、いずれの形状の気孔でも適用可能である。更に、第１乃至第６の実施形態に係る冷却装置および図８乃至図１６に示した変形例では、多孔質体５、１１乃至１９、５１乃至５７の材料を説示していないが、熱伝達率が高い材料であれば、例えば、銅またはアルミニウム等の金属材料でも良い。

また、第１乃至第６の実施形態に係る冷却装置では、冷媒として、冷却水を用いているが、特にこれに限定されるものでなく、他の流体を用いても良い。

本発明の第１の実施形態に係る冷却装置の構造を示す図図１に示す冷却装置のＡＡ断面図本発明の第２の実施形態に係る冷却装置の多孔質体周辺部を示す断面図本発明の第３の実施形態に係る冷却装置の多孔質体周辺部を示す平面図本発明の第４の実施形態に係る冷却装置の構造を示す断面図本発明の第５の実施形態に係る冷却装置の構造を示す断面図本発明の第６の実施形態に係る冷却装置の多孔質体周辺部を示す図図２に示す冷却装置の多孔質体周辺部の変形例を示す断面図図２に示す冷却装置の多孔質体周辺部の変形例を示す断面図図２に示す冷却装置の多孔質体周辺部の変形例を示す断面図図２に示す冷却装置の多孔質体周辺部の変形例を示す断面図図２に示す冷却装置の多孔質体周辺部の変形例を示す断面図図２に示す冷却装置の多孔質体周辺部の変形例を示す断面図図２に示す冷却装置の多孔質体周辺部の変形例を示す断面図図２に示す冷却装置の多孔質体周辺部の変形例を示す断面図図２に示す冷却装置の多孔質体周辺部の変形例を示す断面図

符号の説明

１冷却板、２絶縁板、３半導体素子、４冷媒出口、５多孔質体、
６仕切り板、７孔、８冷媒入口、
１０流路、１０ａ下部流路、１０ｂ上部流路、
１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９多孔質体、
１４ａ、１６ａ、１８ａ小気孔数層、１４ｂ、１６ｂ、１８ｂ大気孔数層、
１５ａ、１７ａ、１９ａ小気孔径層、１５ｂ、１７ｂ、１９ｂ大気孔径層、
２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７絶縁板、
３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８半導体素子、
５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７多孔質体、
７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８孔、９１、９２壁、
Ｂ多孔質体周辺部、Ｃ多孔質体周辺部

Claims

冷媒が流れる流路を分割し、上部流路と下部流路に仕切る仕切り板と、
発熱体から発生する熱を前記冷媒に伝達するため、前記仕切り板上に配置された高熱伝達率材と、
前記仕切り板における前記各高熱伝達率材の直下の位置に形成された孔とを備え、
前記冷媒は、前記下部流路から前記高熱伝達率材に、前記孔を介して供給され、
前記高熱伝達率材は、多孔質体であることを特徴とする冷却装置。
前記冷媒は、前記多孔質体内を通過し、前記多孔質体における前記孔と対向する端部で、前記発熱体から発生する前記熱を直接冷却することを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
前記孔は、前記高熱伝達率材よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１項に記載の冷却装置。
前記高熱伝達率材は、多角柱または円柱であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の冷却装置。
前記高熱伝達率材は、仕切り板側端部の面積よりも仕切り板と対向する端部の面積が小さい立体であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の冷却装置。
前記高熱伝達率材は、前記上部流路の出口と反対方向に凸形状を有する柱または卵型の柱であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の冷却装置。
前記高熱伝達率材の中心を通る断面における孔側端部が、凹形状に切り欠かれていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の冷却装置。
前記高熱伝達率材の仕切り板側端部の側面に、壁を配置することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の冷却装置。
前記壁の高さは、前記上部流路の出口側よりも該出口の反対側が高いことを特徴とする請求項８に記載の冷却装置。
前記高熱伝達率材は、外周部よりも内周部の気孔率が高いことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の冷却装置。
前記高熱伝達率材は、外周部よりも内周部の気孔の直径が大きいことを特徴とする請求項１０に記載の冷却装置。
前記高熱伝達率材は、前記上部流路の出口の反対側よりも該出口側の気孔率が高いことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の冷却装置。
前記高熱伝達率材は、前記上部流路の出口の反対側よりも該出口側の気孔の直径が大きいことを特徴とする請求項１２に記載の冷却装置。
前記高熱伝達率材は、気孔率の低い第１の層と気孔率の高い第２の層とを備え、
中心を通る断面における仕切り板側に凹形状の前記第１の層が配置され、
前記第１の層方向に突出した凸形状に形成された前記第２の層が、前記第１の層の直上に接合されたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の冷却装置。
前記第１の層の気孔の直径よりも、前記第２の層の気孔の直径が大きいことを特徴とする請求項１４に記載の冷却装置。
前記高熱伝達率材および前記孔の大きさは、前記発熱体の大きさに比例することを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の冷却装置。
前記高熱伝達率材および前記孔の大きさは、前記発熱体の発熱量の大きさに比例することを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の冷却装置。
複数の前記発熱体に対して、複数の前記高熱伝達率材のうちの１個が配置されることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の冷却装置。
１個の前記発熱体に対して、複数の前記高熱伝達率材が配置されることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の冷却装置。
複数の前記高熱伝達率材のうちの１個に対して、複数の前記孔が配置されることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の冷却装置。