CN107003077A - 冷却器 - Google Patents

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佐田俊
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Abstract

本发明提供一种冷却器，其能够紧凑地构造冷却器整体的同时，还能提高冷却性能。冷却器(100)具备：底座(20)，具有沿上下方向安装发热体(10)的安装面(21a)；管道单元(30)，由储罐(31)和互相平行的多个管道(32)组成，其中，所述储罐(31)被埋设在底座(20)中的安装面(21a)的相反面(21b)中且收容有制冷剂(60)，所述管道(32)以竖立设置的状态被连接到该储罐(31)的侧面；和多个散热片(40)，以贯通多个管道(32)的状态被安装在管道(32)上，储罐(31)被设置为沿底座(20)的厚度方向的厚度(t2)比沿底座(20)的上下方向的高度(h2)薄的扁平形状，管道(32)被连接到储罐(31)的上侧位置。

Description

冷却器
技术领域
本发明涉及一种冷却器，该冷却器在建筑机械(混合动力)；风力及太阳能发电的功率转换器；电源装置及不间断电源装置等的功率转换器；用于控制电梯、轧延机及机床等中的电动机等的所谓变频器；轨道车辆及电动车辆等的利用功率晶体管或晶闸管等半导体元件的控制设备等的冷却中使用。
本申请基于2014年12月25日在日本申请的专利申请2014-262356号要求优先权，并且在此援引其内容。
背景技术
作为在利用功率晶体管或晶闸管等半导体元件的控制设备等的冷却中所使用的冷却器，已知有利用制冷剂沸腾时的潜热来冷却发热体的冷却器(沸腾冷却器)。
例如，专利文献1所记载的冷却器(热管冷却器)为如下的结构：在接受半导体元件等发热体的热的底座中埋设有剖面面积较大的多根圆管状的储罐，并且在储罐的露出部分的侧面竖立设置有多个细管，在该细管中安装有多个翅片，该冷却器可通过外部空气来冷却发热体的热。
专利文献2所记载的冷却器(沸腾冷却装置)为如下的结构，其具备：收容部，用于收容液体冷却剂；连通室，其内部空间与收容部内连通；和冷凝部，在连通室的侧方突出，在连通室中具备用于将沸腾的制冷剂(液体制冷剂)引导到冷凝部的开口上部的引导板，该冷却器通过抑制制冷剂向冷凝部内进入来维持冷凝部的冷凝性能(冷却性能)。
专利文献1：日本专利公开2004-125381号公报
专利文献2：日本专利公开2012-234928号公报
在如专利文献1所记载的结构的冷却器中，如果不将储罐(沸腾管)的内径加大至某种程度，则无法有效地引起制冷剂的沸腾。另外，如果未向底座中埋入一半以上的储罐，则无法充分发挥冷却性能。此外，由于有必要在底座中设置多个用于安装发热体的螺纹孔，因此为了避免螺纹孔与储罐之间的干扰，需要限制储罐的设置数量或发热体的安装位置。
为了发挥沸腾冷却性能，需要对装有制冷剂的储罐确保适当的空间，并且在该空间部分连接管道。通常，该空间为储罐体积的1/3以上时很理想。另一方面，如果在储罐的管底面中不存在液状的制冷剂，则无法发挥沸腾冷却性能。
但是，在电动车辆等中所使用的车辆用冷却器存在如下的问题：当车辆在具有坡度的场所中行驶时，储罐的空间会在储罐的圆管轴方向上被液状的制冷剂局部填埋而制冷剂以液状到达管道中，或者出现在储罐的底部不存在液状制冷剂的情况。
另外，在如专利文献2所记载的结构的冷却器中，由于冷凝部(冷却管)被配置在比制冷剂的液面更靠上侧，并且该制冷剂的液面应比发热体更靠上侧，因此有必要确保用于设置收容部(沸腾管)和冷凝部的较宽的空间。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种冷却器，其能够紧凑地构造冷却器整体的同时，还能提高冷却性能。
本发明的冷却器具备：底座，具有沿上下方向安装发热体的安装面；管道单元，由储罐和互相平行的多个管道组成，其中，所述储罐被埋设在该底座中的所述安装面的相反面中且收容有制冷剂，所述管道以竖立设置的状态被连接到该储罐的侧面；和多个散热片，以贯通多个所述管道的状态被安装在这些管道上，所述储罐被设置为沿所述底座的厚度方向的厚度比沿所述底座的上下方向的高度薄的扁平形状，所述管道被连接在所述储罐的上侧位置。
通过将构造管道单元的储罐设置为扁平形状，并且与圆管形状的情况相比较将该储罐设为薄型，从而能够与圆管形状的储罐的情况同样地确保储罐与底座之间的接触面积的同时，还能减小储罐向底座的厚度方向的埋设量。由此，即使在以与以往相同的厚度设置底座厚度的情况下，也能确保充分的冷却性能，并能确保用于设置发热体安装用螺栓的厚度。因此，即使在将发热体配置在与储罐的安装位置重叠的位置上的情况下，螺栓和储罐也不会干扰，因此能够自由地设定发热体的安装位置和储罐的安装位置，能够紧凑地构造冷却器整体。
另外，由于在以扁平形状形成的储罐的上侧位置连接有各管道，因此即使在车辆在具有坡度的场所行驶而冷却器倾斜时，也能在储罐内确保空间，并且能够将制冷剂保持在储罐内。因此，储罐的底部不会干涸，平常能够顺利地发挥沸腾冷却性能，并能提高冷却性能。
本发明的冷却器优选在所述底座中互相并列地埋设有多个所述管道单元，各所述管道单元的所述储罐的设置间隔被设定为比所述发热体的预设间隔窄，并且所述散热片以横跨各所述管道单元的所述管道的方式一体设置。
本发明的冷却器能够根据发热体的尺寸来设计设置于底座上的储罐的上下方向的高度，并且通过将储罐的上下方向的高度设定为比发热体的上下方向的高度低，从而能够对发热体并排设置多个储罐。另外，通过在底座的相反面即冷却面侧以横跨各管道的方式一体设置散热片，从而能够通过多个管道单元来提高冷却性能，并能通过靠近配置各管道单元来实现紧凑化。
根据本发明，能够紧凑地构造冷却器整体的同时，还能提高冷却性能。
附图说明
图1是表示作为本发明的实施方式的冷却器的立体图。
图2是从另一角度观察图1所示冷却器的立体图。
图3是图1所示冷却器的剖视图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的冷却器的实施方式进行说明。
图1至图3表示本发明的实施方式的冷却器100。该冷却器100具备：底座20，沿上下方向形成有安装发热体10的安装面21a；管道单元30，由多个储罐31和多个管道32组成，其中，所述储罐31被埋设在该底座20的与安装面21a相反的一侧的相反面21b中，所述多个管道32以竖立设置的状态被连接到各储罐31的侧面；和多个散热片40，以贯通多个管道32的状态被安装在这些管道32上，所述冷却器100用于车辆。
虽然省略图示，但该冷却器100以底座20的安装面21a沿上下方向的方式被设置在车辆的侧面下部。
底座20由导热性优异且热容大的铝或铜等金属形成。并且，在底座20的一侧(在图3中为左侧)的安装面21a上安装有半导体元件等的发热体10，在底座20的与安装有发热体10的安装面21a相反的一侧(图3中为右侧)的相反面21b中埋设有储罐31。
如图3所示，储罐31由横剖面(该图3中为上下方向剖面)为长圆形状的管道形成，并且该储罐31被设置为与底座20的厚度t1的厚度方向相同的方向的厚度t2比上下方向的高度h2薄的扁平形状。另外，储罐31的上下方向的高度h2被设定为比发热体10的上下方向的高度h1低。此外，例如可通过将圆筒形状的管道径向碾压而容易制作该横剖面为长圆形状的储罐31。并且，通过在如此设置为扁平形状的储罐31的平坦的侧面上连接多个细管道32来构造管道单元30。这些储罐31及管道32由铝或铜形成。
如图1及图2所示，管道32以隔开规定间隔互相平行且形成沿储罐31的延伸方向的列的方式竖立设置在各储罐31的侧面的上侧位置上。另外，各管道32被配置为从与储罐31之间的连接端朝向该连接端的相反侧的闭塞端而相对于水平方向以角度α向上方倾斜。并且，储罐31和管道32通过钎焊被接合，并且内部空间成为一体，且在内部收容有纯水或全氟碳等的制冷剂60。
以车辆在具有坡度的场所行驶且有可能导致冷却器100倾斜的角度为基准设定角度α。如此，通过倾斜地安装管道32，能够防止在冷却器100倾斜时液状制冷剂60流入管道32中。
如此，如图1至图3所示，通过将多个安装有多个管道32的储罐31(管道单元30)沿上下方向并列配置在底座20的相反面21b上，从而以矩阵状配置管道32。此外，如图2所示，在本实施例中，俯视观察时以格子状配置有管道32，但也可以是以之字形排列管道32的结构，或者还可以是以其它方式排列管道32的结构。
并列埋设到底座20中的各管道单元30(储罐31)被设定为其沿上下方向的设置间隔(间距p2)比发热体10的预设间隔(间距p1)窄。在图1至图3所示的本实施方式的冷却器100中，对上下两段的发热体10设置有三段的管道单元30。
对于各管道单元30的储罐31而言，储罐31的厚度t2的一半以上被埋入到底座20中，并且通过锡焊来一体地接合底座20和储罐31。由此，底座20与储罐31之间的热移动得以顺利进行。
在管道32上以贯通管道32的状态且以用扦子穿(串剌し)的方式重叠安装有多个由导热率优异的铝或铜形成的薄板状的散热片40。在散热片40的薄板的规定位置设置有例如通过冲缘加工等形成的多个贯通孔(图略)。通过向这些贯通孔压入管道32，来将散热片40横跨安装在各管道32上，并且一体设置散热片40和各管道32。此外，也可以通过对插入到散热片40的贯通孔中的管道32进行扩管来安装散热片40。
在如此构造的冷却器100中，由发热体10产生的热传递到底座20中，进而从底座20传递到管道单元30的储罐31中，从而使储罐31内的制冷剂60沸腾并蒸发。并且，蒸发的制冷剂60的蒸气在储罐31内上升而移到管道32内，并经由管道32向散热片40传热而冷却。
在本实施方式的冷却器100中，将构造管道单元30的储罐31形成为与圆管形状的情况相比为薄型的扁平形状。由此，能够与圆管形状的储罐的情况同样地确保储罐31与底座20之间的接触面积的同时，还能减小储罐31向底座20的厚度方向的埋设量。因此，即使在以与以往相同的厚度t1形成底座20的情况下，也能确保充分的冷却性能的同时，还能确保用于设置发热体10的安装用螺栓(图略)的厚度。因此，即使在将发热体10配置在与储罐31的安装位置重叠的位置上的情况下，螺栓和储罐31也不会干扰，因此能够自由地设定发热体10的安装位置和储罐31的安装位置，能够紧凑地构造冷却器整体。
另外，由于在以扁平形状形成的储罐31的上侧位置连接有各管道32，因此能够确保制冷剂60在储罐31内的液面高度与储罐31和管道32的连接口之间的较大的间隔。由此，当车辆在具有坡度的场所行驶而冷却器100倾斜时，能够确保储罐31的空间，并能防止液状的制冷剂60从储罐31流入管道32中。另外，由于储罐31设为扁平形状，并且储罐31的上下方向的高度h2较大，因此当冷却器100倾斜时，能够将液状的制冷剂60保持在储罐31内。因此，储罐31的底部不会干涸，平常能够顺利地发挥沸腾冷却性能，并能提高冷却性能。
进一步，在本实施方式的冷却器100中，通过将储罐31的上下方向的高度h2设为比发热体10的上下方向的高度h1低，并且将储罐31的设置间隔p2设定为比发热体10的预设间隔p1窄，从而能够对一个发热体10沿上下方向并排设置多个储罐31。另外，在底座20的相反面21b即冷却面侧，以横跨各管道32的方式一体设置有散热片40。由此，能够通过多个管道单元30来提高冷却性能的同时，还能通过靠近配置各管道单元30来实现紧凑化。
此外，在将储罐31的设置间隔p2设定为比发热体10的预设间隔p1大的情况下，当因车辆的倾斜等而储罐31内的制冷剂60的液量减少(不平衡)时有可能会空烧储罐31。
此外，本发明并不限定于上述实施方式的结构，在不脱离本发明的宗旨的范围内可对具体结构进行各种变更。
例如，散热片40可为如上述实施方式那样以贯通所有管道32的状态安装的结构，除此之外，也可为将这些多个管道32分成几个区域后安装以多个管道32为单位的小型散热片的结构。
产业上的可利用性
能够紧凑地构造冷却器整体的同时，还能提高冷却性能。
附图标记说明
10 发热体
20 底座
21a 安装面
21b 相反面
30 管道单元
31 储罐
32 管道
40 散热片
60 制冷剂
100 冷却器

Claims (2)

1.一种冷却器，具备：
底座，具有沿上下方向安装发热体的安装面；
管道单元，由储罐和互相平行的多个管道组成，其中，所述储罐被埋设在该底座中的所述安装面的相反面中且收容有制冷剂，所述管道以竖立设置的状态被连接到该储罐的侧面；和
多个散热片，以贯通多个所述管道的状态被安装在这些管道上，
所述储罐被设置为沿所述底座的厚度方向的厚度比沿所述底座的上下方向的高度薄的扁平形状，
所述管道被连接到所述储罐的上侧位置。
2.根据权利要求1所述的冷却器，
在所述底座中互相并列地埋设有多个所述管道单元，
各所述管道单元的所述储罐的设置间隔被设定为比所述发热体的预设间隔窄，
所述散热片以横跨各所述管道单元的所述管道的方式一体设置。
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