沸腾冷却装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及供冷却车辆用电器例如大功率半导体的沸腾冷却装置，包含蒸发器、冷凝器连接配管等通过使冷凝器底面比蒸发器液面一样高或更高，同时将液体回流管配置成倾斜，或者将配管作成变弯曲管或在流路中设液体驱动装置或者在配管内表面上形成防水性涂层以及在配管内设置弹性体等，允许采用乙二醇水溶液作为制冷介质可获得不易使装置损坏，小形轻量，且不易损坏的能用于低温场合，不会对大气臭氧层产生破坏的沸腾冷却装置。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及沸腾冷却装置，更确切地说，涉及例如供冷却车辆用的电器如逆变换器或交流变换器等大功率半导体用的沸腾冷却装置。首先对附图作简单说明。附图说明图1是表示本专利技术第一实施例的侧视剖面图，图2为同一制冷介质的冻结温度-浓度特性曲线图，图3为同一制冷介质的沸腾曲线的比较曲线图，图4是本专利技术第二实施例的侧剖面图，图5是同一制冷介质的饱和压力特性曲线图，图6-8是表示本专利技术的第三实施例，图6为侧视剖面图，图7为主要部分侧剖面图，图8为沿图7的Ⅷ-Ⅷ线俯视剖面图。图9-11是分别表示本专利技术第四实施例的各具体例的侧视剖面图，图12分别表示本专利技术第五、六实施例的侧视剖面图，图13-16表示本专利技术的第七实施例，图13是沿图15的ⅩⅢ-ⅩⅢ线的俯视剖面图，图14是沿图13的ⅩⅣ-ⅩⅣ线的俯视剖面图，图15为主视图，图16是沿图15箭头ⅩⅥ方向看的局部侧视图，图17是本专利技术第八实施例的回路图，图18-20是分别表示传统沸腾冷却装置的侧视剖面图，图21是沿图20的ⅩⅪ-ⅩⅪ线俯视剖面图，图22是传统沸腾冷却装置主要部分回路图。其中1为可控硅元件，3为蒸发器，5为冷凝器，6为蒸发管，7为液体回流管，23为制冷介质，24为冷凝液排出口，25为流体驱动装置，32为保温材料，33为防水性涂层，34为弹性体，35、42为第1、第2脱气槽，36为水，43为乙二醇，49为混合槽。此外，在各图中，相同标号表示同一或相当的部分。图18是表示例如登载在三菱电机技报第48卷第2号(1974年2月发行)P.231上的传统的沸腾冷却装置的剖面图。图中，叶片2在压接状态和平形可控硅元件1相结合。将可控硅元件1和叶片2和氟里昂液体一起放置在蒸发器3内。将冷凝器5设置在蒸发器3的上方，使在蒸发器3内发生的氟里昂蒸气4a通过蒸汽管6流入冷凝器5。使氟里昂蒸汽4a在冷凝器5内冷却凝缩成氟里昂液体再通过液体回流管7流入蒸发器3。在以上的构造中，当可控硅元件1处于动作状态，可使伴随其电力损失的发热量达数百瓦，此发热量经压接在可控硅元件1的冷却面上的叶片2向氟里昂液体内释放。然而，此时来自叶片2的热流速度达到105W/m2程度，使其周围的氟里昂液体4沸腾，从而使可控硅元件1因所谓氟里昂沸腾冷却而被冷却。使在蒸发器3内因氟里昂液体4的沸腾而产生的氟里昂蒸汽4a通过蒸发管6流入冷凝器5内，并在这里因设置在外部的冷却风扇(图中未表示)等被冷却。使冷凝的氟里昂液体4从液体回流管7返回到蒸发器3内。这样，通过使作为制冷介质的氟里昂液体4连续不断地反复进行沸腾和冷凝的相变化而使可控硅元件高效地受到冷却。图19是表示例如登载在三菱电机技报的卷148第2号上的传统沸腾冷却装置的简要概貌图。在蒸发器3内具有例如作为铁道车辆电力用的的可控硅半导体电气元件1，这已在例如氟里昂113(S2Cl3F3)等的液体制冷介质中进行浸润，此制冷介质4因吸收来自电气元件1的发热而温度上升和引起体积膨胀的同时，其一部分蒸发或沸腾气体，从而吸收气化热。使汽化的蒸汽通过蒸汽流路的蒸汽管6而到达冷凝器5。使在冷凝器5内径冷却而液化的制冷介质4从冷凝器5的底部经液体回流管7返回到蒸发器3。通过上述这样的制冷介质的循环使电气元件1连续不断被冷却。图20和图21为例如揭示在日本专利特公照59-41307号公报上的传统沸腾冷却装置的剖面图。图中，使作为发热体的半导体1压接在蒸发器3上。使从半导体1产生的热量通过冷凝器5向大气中释放。制冷介质4因半导体1的发热发生相变化而沸腾，从液体变成蒸汽，且向冷凝器进行热传输，此外，蒸汽管6是使在蒸发器3产生的制冷介质4的蒸汽4a从蒸发器3向冷凝器5传送的配管。液体回流管7使因冷凝器5而冷凝的液态制冷介质4从冷凝器5向蒸发器内回流的配管。通过以上的构造，使半导体1内产生的热量因热传导而向蒸发器3传热，再经位于蒸发器3内的冷却叶片3a向液态制冷介质4传递。在这里使液态制冷介质4发生相变化而变成蒸汽4a。此蒸汽4a经蒸汽流管6流入冷凝器5，再经设置在冷凝器5的管子5a上的放热片5b向大气释放。因此，使蒸汽4a在管子5a的管壁上冷凝而成为液体制冷介质4。这样，使液化的液态制冷介质4因自身重力而滞溜在冷凝器5的下部，且通过液体回流管7回流到蒸发器3内。图22是表示传统的沸腾冷却装置，特别是制冷介质封装装置的图，图中，在脱气槽8中装入倒如氟里昂113(b.p.47.6℃)那样的液态沸腾制冷介质4。设置在脱气槽8上的搅拌装置9由电动机9a，回转轴9b和回转叶轮9c组成，是为了对氟里昂液体4进行搅拌。在脱气槽8的外周表面上设置冷却体10。在从脱气槽8的上部引出的第1配管11上设置第1阀门12，在从脱气槽8的侧面上部引出的第2配管13上设置第2阀门14。电气装置15是通过第3配管16和脱气槽8下部相连接，使氟里昂液体4被封入的被封入容器。在第3配管16的中间设置第3阀门17。使第4配管18从第3配管16的第3阀门17和电气装置15间引出，且还设置第4阀门19。通过以上构造，首先使第1和第3阀门12、17关闭，在第2阀门14打开状态，用和第2配管13相连接的排气泵(图中未表示)，使脱气槽8内排气。其次，使第2阀门14关闭，打开第1阀门12，经第1配管11向脱气槽8内导入规定量的氟里昂液体4。在完成导入此制冷介质后，使第1阀门12关闭，用冷却体10使氟里昂液体4冷却，用搅拌装置9搅拌氟里昂液体4。此后，打开第2阀门14，用排气泵从脱气槽8内除去溶介在氟里昂液体4中的空气等非冷凝性气体。当该脱气完了后，关闭第2阀门14。接着打开第4阀门19，从第4配管18排出电气装置15内的气体。当完成此排气，关闭第4阀门19，打开第3阀门17，向电气装置15内封入氟里昂液体4。上述传统的沸腾冷却装置，如图18所示那样，氟里昂沸腾冷却适用于可控硅元件等高密度发热体的冷却，且一直得到广泛应用。然而，在一九七四年，美国加州大学的两位学者发表了关于向大气中排放的大量氟里昂因几乎不发生分介就直接到达同温层将使臭氧层遭到破坏的论文。从而以此为开端，目前已在国际范围展开全部废除氟里昂的活动，且大力推进替代氟里昂的沸腾冷却制冷介质的开发。可是，若要开发此替代品，会立刻想到水。也就是若论沸腾冷却特性，还是水比氟里昂具有更好的性能。然而，对适用于交流变换器等的机器来说，通常设定的工作温度条件为-20℃-80℃，因此，这使用水为制冷介质场合，则产生因水冻结使装置损坏等问题。作为解决上述问题的对策，可考虑把加入乙二醇那样的不冻液而形成的水的混合液作为制冷介质，但是，把此混合液用于传统的如图18构成那样的装置，因为，象已叙述的那样，在沸腾冷却中会伴随沸腾、冷凝的相变化，故在蒸发器3内，因水沸腾更活跃而使水的浓度下降，相反，在冷凝器5内水的浓度增高。其结果，不仅使冷却性能恶化，且在冷凝器5或液体回流管7的部分会发生混合液冻结，使上述损坏装置的问题依然没有得到解决。以上的问题对图19的装置同样存在。本专利技术正是为解决上述问题而进行的，目的在于提供使用无害物质水，且不会发生基于冻结而使装置损坏等问题的沸腾冷却装置。此外，在如图20所示传统的沸腾冷却装置中，在使用的环境温度成为制冷介质的冰点以下时，因充满液体回流管7内的液态制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沸腾冷却装置，使用水和能使水的冻结温度下降的不冻液的混合液作为制冷介质，包含通过上述制冷介质的沸腾将来自被冷却体的发热散发的蒸发器，使在上述蒸发器内发生的蒸汽冷却且冷凝的冷凝器，使在上述冷凝器内产生的冷凝液返回到上述蒸发器内的液体回流管，其特征在于将上述液体回流管配置成使上述冷凝器底部和上述蒸发器底部乃至其近旁连通，而且使上述冷凝器底面位于相当于上述蒸发器液面乃至更高的位置的同时，并使其向上述液体回流管的端部向下形成坡度那样的倾斜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：芦谷正裕，吉冈武男，森谦一，高桥信义，龟田卓，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]