CN101461059B - 冷却器 - Google Patents

Abstract

冷却器包括传热部件(1)，该传热部件具有被喷雾冷却流体的表面。传热部件(1)包括形成在表面上的第一槽(1a)和形成在所述表面上并与第一槽(1a)交叉的第二槽(1b)。

Description

冷却器

技术领域

本发明涉及冷却器。

背景技术

除了通过使冷却流体在内部流动而进行热交换并由此冷却配置在冷却器的表面上的被冷却体的冷却器以外，还有将被冷却体配置在传热部件上并通过向传热部件喷雾冷却流体来进行冷却的冷却器。

日本专利文献特开平3-30457号公报公开了以下半导体装置的冷却方法：向半导体装置的发热部供应预定的液体并使其气化，通过该气化潜热来冷却发热部。根据该半导体装置的冷却方法，能够提高冷却效率和半导体装置的可靠性，使冷却构造简化、小型化，并防止由冷却流体引起的腐蚀和污染。

日本专利文献特表2001-521138号公报涉及电子元件用的冷却装置，公开了进行双相冷却的装置。该双相冷却装置具有第一腔部、第二腔部、以及第三腔部。第二腔部在内表面上固定有一个以上的喷雾喷嘴，并且在外表面上的与喷雾喷嘴相面对的位置安装有一个以上的高功率的电子元件。在第二腔部中，通过泵从喷雾喷嘴喷出冷却液的喷雾。一旦冷却液与第二腔部的加热部分接触，则冷却液的一部分被转换成蒸气，冷却液的剩余部分以液体状态回流到第一腔部中。

日本专利文献特开2005-86204号公报公开了喷雾冷却系统，该喷雾冷却系统是通过冷却流体的喷雾来冷却部件的系统，其具有包括热传递壁和被密闭的喷雾室的主体，其中该热传递壁具有成为喷雾室的边界的内侧面。在该喷雾冷却系统中，热传递壁的外侧面构成为相对于部件的一部分被保持。喷雾器被配置成向内侧面喷雾冷却流体。在该喷雾冷却系统中，能够在复杂的系统内的多处有效地进行安装。

在对冷却流体进行喷雾的冷却器中，能够主要地通过冷却流体蒸发时的蒸发潜热来进行冷却。或者，通过在向传热部件喷雾冷却流体时冷却流体在吸收热量的同时进行流动来冷却被冷却体。

为了均匀地冷却被冷却体，最好至少均匀地冷却传热部件中的配置有被冷却体的区域。为了均匀地冷却传热部件，最好在传热部件的表面上均匀地配置冷却流体。

在上述日本专利文献特开2005-86204号公报公开的喷雾冷却组件中，通过控制器来控制喷雾器，在喷射正确的量的情况下进行冷却。但是，在该公报中，关于被喷射了冷却流体的热传递壁的表面上的液滴的均匀化没有进行任何研究。即，虽然对喷雾量进行控制，但是关于向传热部件进行了喷雾后的冷却流体的举动没有进行研究。在冷却流体被进行了喷雾后，如果传热部件的表面上的液滴的状态不均匀，则无法均匀地冷却被冷却体。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够进行均匀的冷却的冷却器。

本发明的冷却器包括传热部件，该传热部件具有被喷雾冷却流体的表面。所述传热部件包括：第一流路，形成在所述表面上；以及第二流路，形成在所述表面上并与所述第一流路交叉。

在上述发明中，优选的是：所述第一流路形成为向所述表面的大致整体供应所述冷却流体。所述第一流路形成为能够排出过量的所述冷却流体。所述第二流路形成为促进所述冷却流体的蒸发。

在上述发明中，优选的是：所述第二流路形成为与所述第二流路的延伸方向相垂直的截面的形状呈阶梯状。

在上述发明中，优选的是：所述传热部件形成为所述表面的高度从中央部向外周部变低的凸面状。

在上述发明中，优选的是：所述传热部件以所述表面的高度从中央部向外周部变低的方式倾斜。

在上述发明中，优选的是：所述第一流路和所述第二流路形成为槽状。所述第一流路和所述第二流路中的至少一种流路形成为从所述表面的中央部向外周部逐渐地变深。

在上述发明中，优选的是：所述第二流路形成为槽状。所述第二流路形成为至少一部分产生毛细管现象。

在上述发明中，优选的是：所述第一流路和所述第二流路分别形成为具有底面的槽状。所述第二流路的底面形成为比所述第一流路的底面低。

根据本发明，可以提供一种能够进行均匀的冷却的冷却器。

另外，也可以适宜地组合上述构成中的两个以上的构成。即，勿庸置疑适当地选择上述构成的一部分或全部而进行组合是预定的。

附图说明

图1是第一实施方式中的冷却器的简要的侧视图；

图2是第一实施方式中的传热部件的简要的平面图；

图3是第一实施方式中的传热部件的第一槽的第一简要截面图；

图4是第一实施方式中的传热部件的第二槽的第一简要截面图；

图5是第一实施方式中的传热部件的第一槽的第二简要截面图；

图6是第一实施方式中的传热部件的第二槽的第二简要截面图；

图7是第一实施方式中的其他的第二槽的简要截面图；

图8是第一实施方式中的又一其他的第二槽的简要截面图；

图9是第二实施方式中的传热部件的简要的平面图；

图10是第三实施方式中的第一冷却器的简要的侧视图；

图11是第三实施方式中的第二冷却器的简要的截面图；

图12是第四实施方式中的传热部件的简要的平面图；

图13是第四实施方式中的传热部件的简要的截面图。

具体实施方式

(第一实施方式)

参照图1至图8来说明本发明的第一实施方式中的冷却器。

图1是本实施方式中的冷却器的简要的侧视图。本实施方式中的冷却器是通过对冷却流体进行喷雾来进行冷却的冷却器。本实施方式中的冷却器包括传热部件1。传热部件1形成为平板状。

在传热部件1的表面上配置有作为被冷却体的发热体12。发热体12与传热部件1的主表面接合。在本实施方式中，发热体12配置在传热部件1的主表面的中央部。

本实施方式中的冷却器包括喷雾器11。喷雾器11配置成面对与配置有发热体12的一侧相反的一侧的传热部件1的主表面。离开传热部件1配置了喷雾器11。喷雾器11形成为能够对冷却流体21进行喷雾。即，喷雾器11形成为能够使冷却流体21以粒状喷出。喷雾器11形成为能够向传热部件1的主表面中的与配置有发热体12的一侧相反的一侧的主表面喷雾冷却流体21。在本实施方式中，作为冷却流体而使用液体。

图2是本实施方式中的传热部件的简要的平面图。本实施方式中的传热部件1形成为平面形状大致呈圆形。传热部件1具有作为在表面上形成的第一流路的第一槽1a。传热部件1具有作为形成在上述表面上并与第一槽1a交叉的第二流路的第二槽1b。

本实施方式中的第一槽1a和第二槽1b形成为其延伸的方向相互正交。第一槽1a与第二槽1b相互连通。发热体12配置在与形成有第一槽1a和第二槽1b的区域的大致中央部相对应的区域中。

在本实施方式中形成有多个第一槽1a。在传热部件1的表面的大致整体上形成有第一槽1a。第一槽1a形成为直线状。第一槽1a之间相互隔开间隔而形成。本实施方式中的第一槽1a以等间隔形成。第一槽1a形成为其延伸的方向相互平行。第一槽1a形成为从传热部件1的一个端面延伸至另一个端面。第一槽1a形成为能够向传热部件1的外侧排出被供应的冷却流体中的过量的冷却流体。

在本实施方式中形成有多个第二槽1b。第二槽1b形成为直线状。第二槽1b之间相互隔开间隔而形成。本实施方式中的第二槽1b以等间隔形成。第二槽1b形成为其延伸的方向相互平行。第二槽1b形成为其延伸方向上的长度大致相同。

第二槽1b的端部配置在传热部件1的主表面的内部的区域。第二槽1b形成为未到达传热部件1的端面。第二槽1b形成为供应到内部的冷却流体不会被从第二槽1b的端部排出。

图3是本实施方式中的传热部件的第一槽部分的简要的截面图。图3是沿图2中的III—III线截取并向箭头方向观察时的截面图。第一槽1a形成为从传热部件1的一个端面贯穿至另一个端面。第一槽1a形成为深度沿着延伸方向恒定。

图4是本实施方式中的传热部件的第二槽部分的简要的截面图。图4是沿图2中的IV—IV线截取并向箭头方向观察时的截面图。第二槽1b形成为深度沿着延伸方向恒定。本实施方式中的第二槽1b形成为两侧的端部不与外侧连通。

参照图3和图4，本实施方式中的传热部件1形成为厚度在第一槽1a延伸的方向和第二槽1b延伸的方向上恒定。各槽形成为底面位于恒定的高度。

图5是放大了本实施方式中的第一槽的简要的截面图。图5是用与第一槽延伸的方向相垂直的面切断时的简要的截面图。本实施方式中的第一槽1a的截面形状形成为“コ”形。第一槽1a具有底面9a。第一槽1a具有深度d1。

图6是放大了本实施方式中的第二槽的简要的截面图。图6是用与第二槽延伸的方向相垂直的面切断时的简要的截面图。本实施方式中的第二槽1b形成为截面形状呈阶梯状。第二槽1b形成为具有多个台阶。第二槽1b形成为宽度方向的中央部最深。第二槽2b具有底面9b。第二槽1b具有深度d2。

本实施方式中的第二槽1b的深度d2形成为比第一槽1a的深度d1大。即，第二槽1b的底面9b形成为位于比第一槽1a的底面9a低的位置。

参照图1，在对发热体12进行冷却时，喷雾器11向传热部件1喷雾冷却流体12。在本实施方式中，以传热部件1的平面形状的圆的中央部分为中心而遍布传热部件1的主表面的大致整体来进行喷雾。

参照图2，当向传热部件1喷雾了过量的冷却流体21时，过量的冷却流体21如箭头31所示那样从第一槽1a的端部被排出到传热部件1的外侧。当向第二槽1b供应了过量的冷却流体时，过量的冷却流体21从第二槽1b流入到第一槽1a中之后被排出。

当冷却流体局部性地不足时，冷却流体在第一槽1a和第二槽1b中流动而流入到不足之处，由此能够大致均匀地供应冷却流体。例如，即使喷雾器11未向传热部件1进行均匀的喷雾而在某一区域进行了偏倚的喷雾，也能够顺沿第一槽1a和第二槽1b而大致均匀地配置冷却流体，从而能够大致均匀地冷却传热部件。

这样，本实施方式中的冷却器包括传热部件，传热部件包括形成在被喷雾冷却流体的表面上的第一流路和与第一流路交叉的第二流路。根据该构成，能够在形成有第一槽和第二槽的区域整体上大致均匀地配置冷却流体。传热部件在形成有第一槽和第二槽的区域被大致均匀地冷却，结果能够大致均匀地冷却被冷却部件。

另外，参照图6，本实施方式中的第二槽1b由于截面形状形成为阶梯状而形成有成为台阶的部分。或者，形成有在截面形状中成为角的部分。根据该构成，冷却流体21容易滞留在第二槽1b的表面。通过冷却流体21的滞留，能够抑制第二槽中的液滴的不足，促进冷却流体的蒸发。

另外，在本实施方式中，第一槽形成为将冷却流体供应给传热部件的表面的大致整体，并且形成为能够排出过量的冷却流体。相反，第二槽1b形成为促进冷却流体的蒸发。根据该构成，第一流路成为主要用于遍布槽整体而供应冷却流体的流路，第二流路成为主要用于进行蒸发的流路。这样，能够分离成具有各自的功能的多个流路，缩小喷雾量发生了变动时的冷却性能的变动。

参照图5和图6，在本实施方式中，第二槽1b的深度d2形成为比第一槽1a的深度d1深。根据该构成，能够将流入到第一槽1a中的冷却流体容易地分配给第二槽1b。另外，能够使冷却流体以均匀的深度滞留在第二槽1b的底部，缩小冷却性能的变动。

图7表示了本实施方式中的其他的第二槽的简要的截面图。其他的第二槽1c形成为截面形状大致呈“コ”形。在第二槽1c的内表面上形成有多个凹部7。凹部7相互隔开间隔而形成。

图8表示了本实施方式中的又一其他的第二槽的简要的截面图。又一其他的第二槽1d形成为截面形状大致呈“コ”形。在第二槽1d的内表面上形成有多个凸部8。凸部8相互隔开间隔而形成。

如图7和图8所示，通过在第二流路的表面上形成凸部或凹部，能够形成在第二槽的截面形状中成为角的部分，从而能够在第二槽中保持冷却流体。或者，能够扩大第二槽的表面面积，促进蒸发。

作为第二槽的促进蒸发的构造，不限于上述任一构造，例如也可以在第二槽的表面上配置多孔质(porous)的材料。或者，作为第二槽的促进蒸发的构造，也可以如上述那样形成在截面形状中成为角的部分或成为台阶的部分。或者，也可以在第二槽中填充须状物(whisker)。

第二槽也可以形成为至少一部分产生毛细管现象。根据该构成，冷却流体通过毛细管现象而沿第二槽移动，从而能够在第二槽的大致整体上配置冷却流体。例如，第二槽的宽度也可以形成为小至产生毛细管现象的程度。

另外，本实施方式中的第二槽的端部配置在传热部件的主表面的内部，但是不限于该方式，也可以形成为第二槽的端部到达传热部件的端面。根据该构成，能够直接地将被供应到第二槽中的过量的冷却流体排出而不流经第一槽。

本实施方式中的第一槽和一部分第二槽的截面形状形成为“コ”形，但是不限于该方式，可以采用任意的形状。例如，截面形状可以形成为V字形状。

本实施方式中的传热部件形成为平板状，但是不限于该方式，可以采用任意的形状。例如，传热部件不限于板状，也可以形成为长方体状。作为传热部件，虽然材质不受限制，但是优选热传导优良的材质。另外，在本实施方式中，在传热部件的表面上配置了被冷却体，但是不限于该方式，也可以作为被冷却体的一部分而形成传热部件。例如，也可以在被冷却部件的框体的表面上形成第一流路和第二流路并向该表面喷雾冷却流体。

本发明中的冷却器可以应用于对任意的被冷却体进行冷却的冷却器。

(第二实施方式)

参照图9来说明本发明的第二实施方式中的冷却器。本实施方式中的冷却器的传热部件的第一流路和第二流路的构成与第一实施方式不同。

图9是本实施方式中的传热部件的简要的平面图。传热部件2形成为平板状。传热部件2形成为平面形状大致呈圆形。

本实施方式中的传热部件2具有作为第一流路的第一槽2a和作为第二流路的第二槽2b。第一槽2a和第二槽2b形成在被喷雾冷却流体的面上。第一槽2a与第二槽2b形成为相互交叉。第一槽2a与第二槽2b相互连通。

本实施方式中的作为被冷却体的发热体12配置在与形成有第一槽2a和第二槽2b的主表面相反的一侧的主表面上。发热体12配置在与形成有第一槽2a和第二槽2b的区域相对应的区域的大致中央部。

第一槽2a形成有多个。第一槽2a形成为直线状。第一槽2a形成为各延伸方向呈放射状。第一槽2a形成为从传热部件2的平面形状的圆的中心向外周延伸。第一槽2a的外侧的端部到达传热部件2的端面。第一槽2a形成为能够向外侧排出过量的冷却流体。

第二槽2b形成有多个。第二槽2b形成为在平面图中大致呈圆形延伸。第二槽2b在平面图中呈闭合的形状。多个第二槽2b在平面图中形成为同心圆状。第二槽2b以等间隔形成。第二槽2b形成为未到达传热部件2的端面。

在本实施方式中的冷却器中，能够在传热部件的形成有第一槽2a和第二槽2b的区域大致均匀地配置冷却流体，从而能够大致均匀地冷却被冷却体。

关于其它的构成、作用、以及效果，由于与第一实施方式相同，因此不再重复其说明。

(第三实施方式)

参照图10和图11来说明本发明的第三实施方式中的冷却器。在本实施方式中，传热部件的形状与第一实施方式不同。

图10是本实施方式中的第一冷却器的简要的侧视图。本实施方式中的第一冷却器包括传热部件3。传热部件3的形成有第一槽和第二槽的表面形成为凸面状。传热部件3形成为平面形状大致呈圆形。

传热部件3形成为被喷雾冷却流体21的表面的高度从中央部向外周部变低。传热部件3的表面倾斜。传热部件3形成为与喷雾器11相对的部分最厚并随着靠近外周而变薄。传热部件3在沿第二槽的方向上同样地形成为中央部最厚并随着靠近外周而变薄。喷雾器11配置在传热部件3的中央部的正上方。

第一槽3a沿与喷雾器11相对的表面形成。第一槽3a形成为深度恒定。第一槽3a形成为到达传热部件3的端面。未图示的第二槽形成为深度恒定，并且形成为到达传热部件3的端面。

在本实施方式中的第一冷却器中，被喷雾器11喷雾的冷却流体21如箭头32所示那样在第一槽3a中向外周部流动。传热部件3的形成有第一槽和第二槽的表面形成为凸面状，因此能够通过重力来排出过量的冷却流体。

图11是本实施方式中的第二冷却器的简要的截面图。本实施方式中的第二冷却器包括传热部件4。传热部件4具有第一槽4a。传热部件4的形成有第一槽4a和第二槽的表面形成为凸面。传热部件4形成为用沿第一槽4a的延伸方向的面切断了时的表面形状大致呈圆弧状。

第一槽4a形成为到达传热部件4的端面。未图示的第二槽形成为到达传热部件4的端面。传热部件4形成为用沿第二槽的延伸方向的面切断了时的表面形状大致呈圆弧状。喷雾器11配置在传热部件4的最厚的部分的正上方。

在本实施方式中的第二冷却器中，能够如箭头33所示那样通过重力向外侧排出过量的冷却流体21。

本实施方式中的传热部件的第一槽延伸的方向和第二槽延伸的方向上的表面的形状形成为凸面状，但是不限于该方式，也可以形成为截面形状在第一槽延伸的方向或第二槽延伸的方向中的任一个方向上呈凸形状。

关于其它的构成、作用、以及效果，由于与第一实施方式相同，因此不再重复其说明。

(第四实施方式)

参照图12和图13来说明本发明的第四实施方式中的冷却器。

图12是本实施方式中的冷却器的传热部件的简要的平面图。本实施方式中的冷却器包括传热部件5。传热部件5形成为平板状。传热部件5形成为平面形状大致呈圆形。

在传热部件5的被喷雾冷却流体的表面上形成有作为第一流路的第一槽5a和作为第二流路的第二槽5b。第一槽5a和第二槽5b分别形成为直线状。第一槽5a与第二槽5b形成为相互正交。

第一槽5a形成有多个。第一槽5a形成为相互之间的间隔大致相等。配置有多个第二槽5b。第二槽5b形成为相互之间的间隔大致相等。

本实施方式中的传热部件5具有排出槽5c、5d，该排出槽5c、5d形成为环绕形成有第一槽5a和第二槽5b的区域的周围。

排出槽5c形成为与第一槽5a连通。排出槽5c形成为在与第一槽5a延伸的方向大致垂直的方向上延伸。排出槽5c配置在第一槽5a的两侧的端部。排出槽5d形成为与第二槽5b连通。排出槽5d形成为在与第二槽5b延伸的方向大致垂直的方向上延伸。排出槽5d配置在第二槽5b的两侧的端部。排出槽5c、5d延伸至传热部件5的端面。排出槽5c、5d形成为能够向传热部件5的外侧排出冷却流体。

图13是本实施方式中的冷却器的简要的截面图。图13是沿图12中的XIII—XIII线截取并向箭头方向观察时的截面图。本实施方式中的排出槽5c、5d形成为截面形状呈“コ”形。

本实施方式中的第一槽5a形成为深度从传热部件1的表面的中央部向周边部逐渐地变深。即，传热部件1的表面形成为平面状，第一槽5a形成为在接近排出槽5c时逐渐地变深。与第一槽5a相同，第二槽5b形成为在接近排出槽5d时逐渐地变深。

冷却流体被喷雾器11向传热部件5喷雾。在本实施方式中，被喷雾到第一槽5a中的冷却流体如箭头36所示那样向排出槽5c流动。第一槽5a中的过量的冷却流体被引导至排出槽5c。这样，通过形成为深度从中央部向外周部逐渐地变深，能够积极地排出过量的冷却流体。参照图12，流入到排出槽5c中的过量的冷却流体如箭头34所示那样被从传热部件5排出。

在第二槽5b中，过量的冷却流体被导入到排出槽5d中。流入到排出槽5d中的过量的冷却流体如箭头35所示那样被从传热部件5排出。

在本实施方式中，第一槽和第二槽形成为在接近传热部件的外侧时逐渐地变深，但是不限于该方式，第一槽和第二槽中的一种槽也可以形成为从传热部件的表面的中央部向周边部逐渐地变深。

关于其它的构成、作用、以及效果，由于与第一实施方式相同，因此不再重复其说明。

在上述各图中，对相同或相当的部分标注了相同的标号。

此次公开的上述实施方式在所有的方面均仅为例示而不是限定性的。本发明的范围由权利要求书而非上述说明来表示，与权利要求相等的含义和范围内的所有的变更均包括在本发明的范围内。

产业上的可利用性

本发明例如可以应用于半导体元件的冷却用的冷却器等，其中所述半导体元件构成控制混合动力车辆的驱动用旋转电机的电器设备(PCU：功率控制单元)。

Claims (7)

1.一种冷却器，包括传热部件，该传热部件具有被喷雾冷却流体的表面，其中，

所述传热部件包括：

第一流路，形成在所述表面上；以及

第二流路，形成在所述表面上并与所述第一流路交叉，

所述第一流路形成为从所述传热部件的一侧的端面延伸至另一侧的端面，

所述第二流路形成为其端部配置在所述传热部件的主表面的内部的区域中，

所述第一流路和所述第二流路分别形成为具有底面的槽状，

所述第二流路的底面形成为比所述第一流路的底面低。

2.如权利要求1所述的冷却器，其中，

所述第一流路形成为向所述表面的大致整体供应所述冷却流体，

所述第一流路形成为能够排出过量的所述冷却流体，

所述第二流路形成为促进所述冷却流体的蒸发。

3.如权利要求1所述的冷却器，其中，

所述第二流路形成为与所述第二流路的延伸方向相垂直的截面的形状呈阶梯状。

4.如权利要求1所述的冷却器，其中，

所述传热部件形成为所述表面的高度从中央部向外周部变低的凸面状。

5.如权利要求1所述的冷却器，其中，

所述传热部件以所述表面的高度从中央部向外周部变低的方式倾斜。

6.如权利要求1所述的冷却器，其中，

所述第一流路和所述第二流路形成为槽状，

所述第一流路和所述第二流路中的至少一种流路形成为从所述表面的中央部向外周部逐渐地变深。

7.如权利要求1所述的冷却器，其中，

所述第二流路形成为槽状，

所述第二流路形成为至少一部分产生毛细管现象。

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