CN107615479A - 液冷冷却器和液冷冷却器中的散热翅片的制造方法 - Google Patents

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Abstract

包括散热器，该散热器设定成使从与发热元件直接或间接接触的部位至与冷却液接触的部位间的热阻在冷却液的流通方向的不同位置之间为不同的值，能抑制从发热元件的上游端至下游端的温度差。

Description

液冷冷却器和液冷冷却器中的散热翅片的制造方法
技术领域
本发明涉及包括将来自发热体的热释放到冷却液的散热器的液冷冷却器和液冷冷却器中的散热翅片的制造方法。
背景技术
近年来，由于CPU(central processing unit：中央控制单元)、LSI(Large-scaleintegration：大规模集成)、功率半导体元件等发热元件的发热密度增大而变成高温，因此，有时会使用冷却性能比现有的空冷冷却器高的液冷冷却器。在设置冷却用的翅片的翅片区域沿冷却液的流通方向形成得较长的液冷式冷却装置中，在冷却液的下游区域处，因从配置于上游区域的发热元件接受到的热，而使冷却液的温度变得比上游区域处的冷却液的温度高。
因而，与下游区域的冷却液热连接的发热元件的温度比与上游区域的冷却液热连接的发热元件的温度高，从而在发热元件间出现温度差。一旦在发热元件间产生温度差，则存在出现发热元件的寿命不均、发热元件的特性不均这样的技术问题，因此，期望作出如下改进：即使在上游区域的冷却液与下游区域的冷却液出现温度差，上游区域的发热元件与下游区域的发热元件也不会出现温度差。
一直以来，提出一种如下技术，即通过将发热元件在冷却液的流通方向上并排配置，从而消除发热元件间的温度差(例如，参照专利文献1)。此外，在翅片区域沿冷却液的流通方向较长的液冷式冷却装置中，在与冷却液的流通方向垂直的截面中，越靠近发热面的区域则温度上升越大，越远离发热面的区域则温度上升越小。由于散热量和发热元件与冷却液的温度差成比例，因此若在冷却液中产生不均匀的温度分布，靠近发热面的区域的冷却液变成高温，则冷却能力降低。
为了抑制冷却性能的降低，需要使在与冷却液的流通方向垂直的截面上的冷却液的温度分布相同，而为了使在与冷却液的流通方向垂直的截面上的冷却液的温度分布相同，充分地搅拌冷却液的方法较为有效。因而，以往，提出如下两种液冷冷却器，其中，一种是通过将翅片配置于冷却液通路内相对的两个表面从而对冷却液进行搅拌的液冷冷却器(例如，参照专利文献2)，另一种是通过将对冷却液进行引导的凹凸设于锯齿状的散热翅片的表面从而对冷却液进行搅拌的液冷冷却器(例如，参照专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特许第4699820号公报
专利文献2：日本专利特开2002－141164号公报
专利文献3：日本专利特开2012－033966号公报
发明内容
发明所解决的技术问题
在上述专利文献2所公开的水冷式冷却器中，因从上游区域的发热元件接受到的热，而使得冷却液的下游区域处的冷却液的温度比上游区域处的冷却液的温度高。因而，与下游区域处的冷却液热连接的发热元件的温度比与上游区域处的冷却液热连接的发热元件的温度高，因此，在发热元件间会出现温度差。一旦在发热元件间出现温度差，则存在出现发热元件的寿命不均、发热元件的特性不均这样的技术问题。
此外是将翅片配置于冷却器的相对的两个表面的结构，有助于散热的翅片仅是配置于与发热元件热连接的表面的翅片。配置于另一个表面的翅片发挥了对冷却液进行搅拌的作用，但并不有助于散热。这样，专利文献2所公开的现有的液冷冷却器需要将并不助于散热的翅片设于冷却器内，因此，存在冷却器大型化的技术问题。
此外，在上述专利文献1所公开的现有的水冷式冷却器中，虽然消除了发热元件间的温度差，但流路排列成六排，在各发热元件中流动的冷却液流量与串联流路的情况相比为1/6。因而，发热元件的上游侧与下游侧间的温度差与串联流路的情况相比为6倍，因发热元件内的温度差，而存在发热元件内部的电流分布变差、由电流集中导致的发热元件的局部过热所引起的破坏、短路耐性降低等新的技术问题。此外，为了将均匀流量的冷却液送至相对于冷却液的流通并排配置的各发热元件，需要设置流路集合部(集管)，因而存在小型化较为困难的技术问题。
在上述专利文献3所公开的现有的液冷冷却器中，采用在锯齿状的散热翅片的表面设置对冷却液进行引导的凹凸从而对冷却液进行搅拌的结构，但由于是散热翅片仅配置于与发热元件热连接的表面的结构，因此，虽然能实现某种程度上的小型化，但流入远离散热翅片表面的凹凸的区域、即散热翅片与散热翅片中间附近的冷却液无法受到凹凸的影响，从而存在无法获得充分的搅拌效果的技术问题。
如上所述，在现有的关于冷却器的技术中，技术问题是实现能抑制配置于冷却液的上游区域与下游区域的发热元件间的温度差的、能抑制各发热元件的上游端侧与下游端侧的温度差的、为使在与冷却液的流通方向垂直的截面上的冷却液的温度分布相同而对冷却液进行搅拌的效果充分的、小型的散热翅片。
本发明为解决现有技术中的上述这样的技术问题而作，其目的在于提供一种能抑制从各发热元件的上游端至下游端的温度差的液冷冷却器。
此外，本发明的目的在于提供一种包括能有效地对冷却液进行搅拌的散热翅片的液冷冷却器。
此外，本发明的目的在于提供一种能容易地制造出液冷冷却器中的散热翅片的散热翅片的制造方法。
解决技术问题所采用的技术手段
本发明的液冷冷却器包括：套管，该套管具有使冷却液在内部流通的冷却液通路；以及散热器，该散热器与至少一个发热元件直接或间接接触，并且与在上述套管的内部流通的上述冷却液接触，上述液冷冷却器经由上述散热器将上述发热体产生的热传递至上述冷却液而进行散热，其特征是，上述散热器设定成使从与上述发热元件直接或间接接触的部位至与上述冷却液接触的部位间的热阻在上述冷却液的流通方向的不同位置之间为不同的值。
此外，本发明的液冷冷却器包括：套管，该套管使冷却液在内部流通；以及散热器，该散热器与在上述套管的内部流通的上述冷却液接触，上述液冷冷却器经由上述散热器将发热体产生的热传递至上述冷却液而进行散热，其特征是，上述散热器包括：散热器底座构件，该散热器底座构件具有面向上述套管的内部的第一面部；以及多个散热翅片，多个上述散热翅片设于上述散热器底座构件的上述第一面部，并与在上述套管的内部流通的上述冷却液接触，多个上述散热翅片向在上述套管的内部流通的上述冷却液的下游侧倾斜。
此外，本发明的液冷冷却器的散热翅片的制造方法的特征是，在上述散热器底座构件的上述第一面部形成板状的散热翅片区域，该散热翅片区域从上述第一面部突出规定的尺寸，使以规定间隔配置的不同直径的多个圆形刀旋转，并通过多个上述圆形刀以相对于上述第一面部倾斜的角度同时对上述散热翅片区域进行切削，以形成多个上述散热翅片。
此外，本发明的液冷冷却器的散热翅片的制造方法的特征是，在上述散热器底座构件的上述第一面部形成多个突条体，多个上述突条体从上述第一面部突出规定的尺寸并相互平行配置，多个上述突条体由倾斜突条部和直立突条部形成，其中，上述倾斜突条部以与上述第一面部接触的方式设置，并相对于上述第一面部朝规定方向倾斜，上述直立突条部以与上述倾斜突条部接触的方式设置，并相对于上述第一面部直立，通过对多个上述突条体进行切削加工，从而形成多个上述散热翅片。
发明效果
根据本发明的液冷冷却器，由于上述散热器将从与上述发热元件直接或间接接触的部位至与上述冷却液接触的部位之间的热阻设定成在上述冷却液的流通方向的不同位置之间为不同的值，因此，能抑制从各发热元件的上游端至下游端的温度差。
此外，根据本发明的液冷冷却器，多个散热翅片构成为向在套管的内部流通的冷却液的下游侧倾斜，因此，冷却液沿散热翅片的侧面在与散热器底座构件的第一面部平行的方向及与散热器底座构件的第一面部垂直的方向这两个方向上得到搅拌，能使与冷却液的流通方向垂直的截面上的冷却液的温度分布相同，从而能抑制冷却性能的降低。因而，只要将散热翅片仅配置于配置有发热元件的表面即可，因此，具有能使液冷冷却器小型化的效果。此外，无需设置冷却液的流路集合部分、即集管，具有能使液冷冷却器小型化的效果。
此外，根据本发明液冷冷却器中的散热翅片的制造方法，在上述散热器底座构件的第一面部形成板状的散热翅片区域，该散热翅片区域从上述第一面部突出规定的尺寸，使以规定间隔配置的不同直径的多个圆形刀旋转，并通过多个上述圆形刀以相对于上述第一面部倾斜的角度同时对上述散热翅片区域进行切削，以形成多个上述散热翅片，因此，能极容易地形成倾斜的散热翅片。
此外，根据本发明的液冷冷却器的散热翅片的制造方法，在上述散热器底座构件的上述第一面部形成多个突条体，多个该突条体从上述第一面部突出规定的尺寸并相互平行配置，多个上述突条体由倾斜突条部和直立突条部形成，其中，上述倾斜突条部以与上述第一面部接触的方式设置，并相对于上述第一面部朝规定方向倾斜，上述直立突条部以与上述倾斜突条部接触的方式设置，并相对于上述第一面部直立，通过对多个上述突条体进行切削加工，从而形成多个上述散热翅片，因此，能极容易地形成具有倾斜部和与该倾斜部接触的直立部的散热翅片。
附图说明
图1是本发明实施方式1的液冷冷却器的分解立体图。
图2是本发明实施方式1的液冷冷却器的俯视图。
图3是示意性地表示沿图2的WW线的向视截面的说明图。
图4是本发明实施方式2的液冷冷却器的分解立体图。
图5是本发明实施方式2的液冷冷却器的变形例的分解立体图。
图6是本发明实施方式3的液冷冷却器的冷却液流通方向的剖视图。
图7是表示本发明实施方式4的液冷冷却器中的散热器的立体图。
图8是表示本发明实施方式5的液冷冷却器中的散热器的立体图。
图9是表示本发明实施方式6的液冷冷却器中的散热器的立体图。
图10是本发明实施方式6的液冷冷却器中的散热器的说明图。
图11是本发明实施方式6的液冷冷却器中的散热器的说明图。
图12A是对液冷冷却器的散热性能进行说明的图表。
图12B是对本发明实施方式6的液冷冷却器中的散热翅片进行说明的示意图。
图12C是对与本发明进行比较的比较例的液冷冷却器中的散热翅片进行说明的示意图。
图13是表示本发明实施方式7的液冷冷却器中的散热翅片的说明图。
图14是表示本发明实施方式7的液冷冷却器中的散热翅片的变形例的说明图。
图15是表示本发明实施方式7的液冷冷却器中的散热翅片的另一变形例的说明图。
图16是表示本发明实施方式8的液冷冷却器的散热翅片的制造方法的说明图。
图17是表示本发明实施方式8的液冷冷却器的散热翅片的制造方法的说明图。
图18是表示本发明实施方式9的液冷冷却器的散热器的立体图。
图19是表示本发明实施方式9的液冷冷却器的散热器的侧视图。
图20是用于对本发明实施方式9的液冷冷却器的散热翅片的制造方法进行说明的立体图。
具体实施方式
实施方式1.
以下，参照附图，对本发明实施方式1的液冷冷却器进行详细说明。图1是本发明实施方式1的液冷冷却器的分解立体图，图2是本发明实施方式1的液冷冷却器的俯视图，图3是示意性地表示沿图2的W-W线的向视截面的说明图。图1和图3所示的箭头标记A表示水等冷却液的流通方向。在图1和图2中，液冷冷却器100包括：水套管7，该水套管7作为使冷却液在内部流通的套管；散热器40；冷却液入口管8；以及冷却液出口管9。
水套管7包括：底部71；周壁部72，该周壁部72与上述底部71一体形成；以及冷却液通路6，该冷却液通路6由底部71和周壁部72围成。冷却液通路6的与底部71相反的一侧开放。周壁部72包括彼此面对的一对短边部721、722和彼此面对的一对长边部723、724。固定于周壁部72的冷却液入口管8贯穿周壁部72的一个短边部721而朝冷却液通路6内开口。固定于周壁部72的冷却液出口管9贯穿周壁部72的另一个短边部722而朝冷却液通路6内开口。
散热器40包括散热器底座构件4和后述的许多散热翅片5，该散热翅片5形成于散热器底座构件4的第一面部41。散热器40以使第一面部41与冷却液通路6相对的方式液密地固定于水套管7的周壁部72，以封堵冷却液通路6。即，冷却液通路6通过由水套管7的底部71、周壁部72和散热器底座构件4形成的空间而形成。形成于散热器40的第一面部41的散热翅片5被插入到水套管7的冷却液通路6内。在散热器40的第二面部42分别固接有功率半导体元件等第一发热元件1、第二发热元件2和第三发热元件3。
由水等液体形成的冷却液从冷却液入口管8流入水套管7的冷却液通路6内，并从冷却液出口管9向冷却液通路6外排出。流入到冷却液通路6内的冷却液经由散热翅片5和散热器底座构件4对第一发热元件1、第二发热元件2和第三发热元件3进行冷却。在此，第一发热元件1相对于其它发热元件配置于冷却液通路6中的冷却液的流通方向A的最上游侧，第三发热元件3相对于其它发热元件配置于冷却液通路6中的冷却液的流通方向A的最下游侧，第二发热元件2配置于第一发热元件1与第三发热元件3之间。
接着，在图3中，R1U表示发热元件1的上游侧部位与冷却液间的热阻，R1D表示发热元件1的下游侧部位与冷却液间的热阻，R2U表示发热元件2的上游侧部位与冷却液间的热阻，R2D表示发热元件2的下游侧部位与冷却液间的热阻，R3U表示发热元件3的上游侧部位与冷却液间的热阻，R3D表示发热元件3的下游侧部位与冷却液间的热阻。在此，各个热阻的值的相对关系如下所述设定成鉴于冷却液的温度上升而沿冷却液的流通方向连续地减小。
R1U＞R1D＞R2U＞R2D＞R3U＞R3D
此外，Tw1U表示发热元件1的上游侧部位正下方的冷却液温度，Tw1D表示发热元件1的下游侧部位正下方的冷却液温度，Tw2U表示发热元件2的上游侧部位正下方的冷却液温度，Tw2D表示发热元件2的下游侧部位正下方的冷却液温度，Tw3U表示发热元件3的上游侧部位正下方的冷却液温度，Tw3D表示发热元件3的下游侧部位正下方的冷却液温度。冷却液在其下游区域处因从配置于上游区域处的发热元件接受的热而变得比上游区域处的温度高。因而，冷却液的上述温度的相对关系如下所述。
Tw1U＜Tw1D＜Tw2U＜Tw2D＜Tw3U＜Tw3D
此外，Tc1U表示发热元件1的上游侧部位的温度，Tc1D表示发热元件1的下游侧部位的温度，Tc2U表示发热元件2的上游侧部位的温度，Tc2D表示发热元件2的下游侧部位的温度，Tc3U表示发热元件3的上游侧部位的温度，Tc3D表示发热元件3的下游侧部位的温度。
在此，若假定发热元件1、2、3的发热量全部相同，则发热元件1、2、3会受到冷却液的温度差的影响，本来为
Tc1U＜Tc1D＜Tc2U＜Tc2D＜Tc3U＜Tc3D
因而，应该会在发热元件间出现温度差。
然而，在本发明实施方式1的液冷中，如上所述设定为使热阻随着冷却液的温度上升而沿冷却液的流通方向连续地减小，因此，发热元件1、2、3间的温度差得到抑制。此外，通过对热阻进行适当地调节，从而能将所有发热元件的温度设为相等的温度。即，能够实现
Tc1U＝Tc2U＝Tc3U
Tc1D＝Tc2D＝Tc3D。
其结果是，使得由发热元件间的温度的偏差引起的发热元件间的寿命的偏差及发热元件的特性的偏差得到抑制。
此外，能将各个发热元件内的温度设为相等的温度。即，能实现
Tc1U＝Tc1D、Tc2U＝Tc2D、Tc3U＝Tc3D。
其结果是，能抑制由发热元件内的温度差引起的：发热元件内部的电流分布的恶化、因电流集中导致的发热元件的局部过热所产生的破坏、短路耐性的降低。
如上所述，热阻设定为沿冷却液的流通方向连续地减小，但具体来说能通过例如下述方法中的任一个、或将这些方法组合来进行上述热阻的设定。
(1)使散热翅片的散热能力朝向冷却液的流通方向的下游侧依次增大。
(2)使散热器底座构件4的壁厚朝向冷却液的流通方向的下游侧逐渐变薄。
(3)通过将不同种类材料接合以形成散热器底座构件4，从而使散热器底座构件4的导热率朝向冷却液的流通方向的下游侧逐渐增大。
(4)将导热填料混合于散热器底座构件4的材料中，以使散热器底座构件4的导热率朝向冷却液的流通方向的下游侧逐渐增大。
另外，在以上的说明中，为了简便，以发热元件为3个的情况为例进行了说明，当然，发热元件也可以为任意个。此外，在上述的说明中，假定了发热元件的发热量全部相等，当然，既可以使每个发热元件的发热量不同，也可以根据各发热元件的发热量而使热阻增减。
散热翅片5的形状既可以是将多个具有规定厚度的板并排而成的形状，也可以是将多个圆柱、椭圆柱、圆锥、椭圆锥、多棱柱、多棱锥等柱并排而成的形状。此外，热阻并不一定必须朝向冷却液的流通方向的下游侧而逐渐减小，也可以根据发热元件的冷却优先顺序而在冷却液通路6的内部适当地增减。
实施方式2
接着，对本发明实施方式2的液冷冷却器进行说明。本发明实施方式2的液冷冷却器的特征是，在从配置于冷却液的流通方向的最上游侧的发热元件至配置于最下游侧的发热元件之间，根据冷却液的温度上升而使冷却液通路的截面积变化。
图4是本发明实施方式2的液冷冷却器的分解立体图，图5是本发明实施方式2的液冷冷却器的变形例的分解立体图。图4和图5所示的箭头标记A表示冷却液的流通方向。在图4和图5中，V1表示冷却液通路6的截面积较大的区域中的冷却液的流速，V2表示冷却液通路6的截面积较小的区域中的冷却液的流速。
本发明实施方式2的液冷冷却器构成为与冷却液通路6中的从冷却液的最上游侧至最下游侧的冷却液温度的连续上升对应地使冷却液通路6的截面积减小。因而，冷却液的流速随着冷却液通路6的截面积的减小而增加(V-1＜V2)。当冷却液的流速增加时，由于散热翅片5的散热能力增加，因此，热阻减小。
在图4所示的本发明实施方式2的液冷冷却器中，使冷却液通路6的截面积在水套管7的宽度方向上，朝向冷却液的流通方向的下游侧逐渐减小。在这种情况下，散热翅片5的根数根据冷却液通路6的截面积而调整。即，散热翅片5的根数朝向冷却液的流通方向A的下游侧而逐渐变少。
在图5所示的本发明实施方式2的液冷冷却器的变形例中，使冷却液通路6的截面积在水套管7的厚度方向、即与冷却液的流通方向正交的方向(高度方向)上，朝向冷却液的流通方向的下游侧逐渐减小。在这种情况下，散热翅片5的高度根据冷却液通路6的截面积而调节。即，散热翅片5的高度朝向冷却液的流通方向A的下游侧而逐渐变小。
另外，冷却液通路6的截面积并不一定必须朝向冷却液的流通方向的下游侧而逐渐减小，也可以根据发热元件的冷却优先顺序而适当地增减。
实施方式3
接着，对本发明实施方式3的液冷冷却器进行说明。本发明实施方式3的液冷冷却器的特征是，在从配置于冷却液的流通方向的最上游侧的发热元件至配置于最下游侧的发热元件之间，根据冷却液的温度上升而使散热翅片的高度变化。
图6是本发明实施方式3的液冷冷却器的冷却液流通方向的剖视图。图6所示的箭头标记A表示冷却液的流通方向。如图6所示，构成为在从配置于冷却液的流通方向的最上游侧的发热元件1至配置于最下游侧的发热元件3之间，散热翅片5的高度朝向冷却液的流通方向A的下游侧而逐渐变大。其结果是，散热翅片的表面积随着散热翅片5的高度的增加而增加。若散热翅片5的表面积增加，则散热翅片5的散热能力增加，因此，热阻减小。
另外，散热翅片5的高度并不一定必须朝向冷却液的流通方向的下游侧而逐渐变大，也可以根据发热元件的冷却优先顺序而适当地增减。
实施方式4
接着，对本发明实施方式4的液冷冷却器进行说明。本发明实施方式4的液冷冷却器的特征是，在从配置于冷却液的流通方向的最上游侧的发热元件至配置于最下游侧的发热元件之间，根据冷却液的温度上升，而使供散热翅片配置的区域的单位面积的散热翅片的个数变化。
图7是表示本发明实施方式4的液冷冷却器中的散热器的立体图，其示出了散热翅片位于图的上方。图7的箭头标记A表示冷却液的流通方向。如图7所示，在从配置于冷却液的流通方向的最上游侧的发热元件至配置于最下游侧的发热元件之间，供散热翅片配置的区域的单位面积的散热翅片5的个数根据冷却液的温度上升、即朝向冷却液的流通方向的下游侧而逐渐增加。
若散热翅片5的个数增加，则散热翅片5的表面积整体上会增加，并且冷却液通路6的截面积也会减小，因此，冷却液的流速增加。因使散热翅片5的表面积增加，冷却液的流速增加，而使得散热翅片5的散热能力增加，因此，热阻减小。
另外，供散热翅片5配置的区域的单位面积的散热翅片5的个数并不一定必须沿冷却液的流通方向朝向下游侧增加，也可以根据发热元件的冷却优先顺序而适当地增减。
实施方式5
接着，对本发明实施方式5的液冷冷却器进行说明。本发明实施方式5的液冷冷却器的特征是，在从配置于冷却液的流通方向的最上游侧的发热元件至配置于最下游侧的发热元件之间，根据冷却液的温度上升而使每个散热翅片的体积变化。
图8是表示本发明实施方式5的液冷冷却器中的散热器的立体图，其示出了散热翅片位于图的上方。图8的箭头标记A表示冷却液的流通方向。如图8所示，在从配置于冷却液的流通方向的最上游侧的发热元件至配置于最下游侧的发热元件之间，根据冷却液的温度上升而使散热翅片5的粗细逐渐变大，以使散热翅片5的单个体积增加。
若散热翅片5的体积增加，则散热翅片5的表面积会增加，并且冷却液通路6的截面积也会减小，因此，冷却液的流速增加。因使散热翅片5的表面积增加，并使冷却液的流速增加，而使得散热翅片5的散热能力增加，因此，热阻减小。
另外，每个散热翅片5的体积并不一定必须沿冷却液的流通方向朝向下游侧增加，也可以根据发热元件的冷却优先顺序而适当地增减。
实施方式6
接着，对本发明实施方式6的液冷冷却器进行说明。本发明实施方式6的液冷冷却器的特征是，使散热翅片朝向冷却液的流通方向的下游侧倾斜。
图9是表示本发明实施方式6的液冷冷却器中的散热器的立体图，其将图1所示的散热器40上下翻转以使散热器底座构件4的第一面部41位于图的上方来进行表示。如图9所示，在散热器底座构件4的第一面部41设有纵横排列的许多散热翅片5。这些散热翅片5的长度方向相对于与散热器底座构件4的第一面部41正交的方向V以规定的角度θ向冷却液的流通方向A的下游侧倾斜。在此，将角度θ称作倾斜角度。
图10和图11是本发明实施方式6的液冷冷却器中的散热器的说明图。如图10和图11所示，各个散热翅片5的与其长度方向正交的方向的截面呈四边形。在此，四边形包括正方形、长方形或菱形。散热翅片5的第一棱线51与上述散热翅片5的其它部位相比，位于冷却液的流通方向A的最上游侧，与第一棱线51相对的第二棱线52与上述散热翅片5的其它部位相比，位于冷却液的流通方向A的最下游侧。
在此，将在与冷却液的流通方向A正交的方向上排列的多个散热翅片组称作“散热翅片行组”，将在冷却液的流通方向A上排列的多个散热翅片组称作“散热翅片列组”。在散热翅片行组中，在相邻的散热翅片5彼此之间设有第一间隙50a。此外，在散热翅片列组中，在相邻的散热翅片5彼此之间设有第二间隙50b。第一间隙50a的大小与第二间隙50b的大小则无所谓是否相同。
一个散热翅片行组的各个散热翅片5配置于与相邻的散热翅片行组的上述的第一间隙50a对应的位置处。同样，一个散热翅片列组的各个散热翅片5配置于与相邻的散热翅片列组的上述的第二间隙50b对应的位置处(参照图1)。
另外，如上所述，散热翅片5是相对于与散热器底座构件4的第一面部41正交的方向V以规定的角度θ朝向冷却液的流通方向A的下游侧倾斜的柱状体，在图9、图10和图11中，采用截面形状是四边形的四棱柱，但散热翅片5的形状也可以是圆柱、椭圆柱、圆锥、椭圆锥、四棱柱之外的多棱柱、多棱锥等。
如上所述，由于散热翅片5相对于与散热器底座构件4的第一面部41正交的方向V以规定的倾斜角度θ朝向冷却液的流通方向A的下游侧倾斜，因此，如图10和图11所示，与位于冷却液的流通方向A的上游侧的第一棱线51相切的第一翅片表面53和第二翅片表面54与散热器底座构件4的第一面部41成钝角而延伸。另一方面，与位于冷却液的流通方向A的下游侧的第二棱线52相切的第三翅片表面55和第四翅片表面56与散热器底座构件4的第一面部41成锐角而延伸。
接着，对散热翅片5的周边的冷却液的流动进行说明。如图10所示，当冷却液与第一翅片表面53和第二翅片表面54接触时，不仅在与散热器底座构件4的第一面部41平行的方向上改变流动的方向(参照用细实线表示的箭头标记)，还以远离散热器底座构件4的第一面部41的方式，在与散热器底座构件4的第一面部41垂直的方向上也改变流动的方向(参照用细虚线表示的箭头标记)，其中，第一翅片表面53和第二翅片表面54形成散热翅片5的侧面，其中，上述散热翅片5与散热器底座构件4的第一面部41所成的角度为钝角。
此外，如图11所示，当冷却液与第三翅片表面55和第四翅片表面56接触时，不仅在与散热器底座构件4的第一面部41平行的方向上改变流动的方向(参照图4的用细实线表示的箭头标记)，还以接近散热器底座构件4的第一面部41的方式，在与散热器底座构件4的第一面部41垂直的方向上也改变流动的方向(参照图4的用细虚线表示的箭头标记)，其中，第三翅片表面55和第四翅片表面56形成散热翅片5的侧面，该散热翅片5与散热器底座构件4的第一面部41所成的角度为锐角。
如上所述，根据本发明实施方式6的液冷冷却器，冷却液通过散热翅片5而在与散热器底座构件4的第一面部41平行的方向和与散热器底座构件4的第一面部41垂直的方向这两个方向上得到搅拌。散热翅片5如上所述以排列为散热翅片行组和散热翅片列组的方式配置，散热翅片行组的各个散热翅片5配置于与相邻的散热翅片行组的各个散热翅片5间的第一规定间隙50对应的位置处。
因而，由于冷却液必定会与作为散热翅片5的侧面的第一翅片表面53和第二翅片表面54碰撞，因此，无法直线进入冷却液通路6的内部，从而在与散热器底座构件4的第一面部41平行的方向和与散热器底座构件4的第一面部41垂直的方向这两个方向上得到充分地搅拌。因而，散热翅片5只要设于对发热元件进行固定的散热器底座构件4即可，无需设于水套管7的底部71。因而，能实现液冷冷却器的小型化。
图12A是对液冷冷却器的散热性能进行说明的图表，其是通过数值仿真对散热翅片的导热率进行计算，并对不同的倾斜方向下的散热性能进行比较的图表。在图12A中，纵轴是“导热率”(a.u)(arbitrary unit：任意单位)，横轴是“距散热翅片上游的距离”(a.u)。在此，“距散热翅片上游的距离”是指，从一个散热翅片5的冷却液的流通方向A的最上游侧的部位至该散热翅片的长度方向的各部位的距离。
也就是说，在上述实施方式6的情况以及如图12B所示在散热翅片5以上述的倾斜角θ向冷却液的流通方向A的下游侧倾斜的情况下，由于散热翅片5的冷却液的流通方向A的最上游侧的部位是与散热器底座构件4的第一面部41接触的散热翅片5的根部，因此，“距散热翅片上游的距离”是指，从散热翅片5的根部至向冷却液的流通方向A的下游侧倾斜而延伸的散热翅片5的长度方向的各部位的距离。另一方面，如图12C所示，在散热翅片5以上述的倾斜角θ向冷却液的流通方向A的上游侧倾斜的情况下，由于散热翅片5的冷却液的流通方向A的最上游侧的部位是与散热翅片5的根部相反的前端部分，因此，“距散热翅片上游的距离”是指，从散热翅片5的与根部相反的前端部分至散热翅片5的长度方向的各部位的距离。
在图12A中，实线X表示本发明实施方式6和如图12B所示散热翅片5以倾斜角θ向冷却液的流通方向A的下游侧倾斜时的散热翅片的散热特性。虚线Y表示如图12C所示散热翅片5以倾斜角θ向冷却液的流通方向A的上游侧倾斜时的散热翅片的散热特性。从图12C所示的散热特性X与散热特性Y的比较可知，无论距冷却液的流通方向A的上游的距离如何，散热翅片的各部位的导热率为，向冷却液的流通方向A的下游侧倾斜的实施方式1和图12B所示的散热翅片的导热率比向冷却液的流通方向A的上游侧倾斜的散热翅片的导热率高，散热性能更好。
如上所述的本发明实施方式6的液冷冷却器的散热翅片5能使用铝、铜、陶瓷等导热性优异的材料，并通过切削、锻造、模铸、3D打印等加工制作出。
此外，在散热翅片的制作的初始阶段，也可以通过将散热翅片垂直形成于散热器底座构件的第一面部，然后，对该垂直形成的散热翅片施加外力以使其向冷却液的流通方向的下游侧倾斜，从而制作出散热翅片5。
另外，也可以在散热器底座构件4的第一面部41的不存在散热翅片5的区域设置凹凸，以搅乱冷却液的流动，提高散热能力，还可以根据散热器底座构件4的第一面部41上的散热翅片5的存在位置，改变散热翅片5的倾斜角θ。
实施方式7
接着，对本发明实施方式7的液冷冷却器进行说明。本发明实施方式7的液冷冷却器的特征是，将散热翅片的形状设为三棱柱、四棱柱或六棱柱，各个散热翅片的侧面与相邻的其它散热翅片的侧面平行配置。其它结构与上述实施方式1的情况相同。
图13是表示本发明实施方式7的液冷冷却器中的散热翅片的说明图。在图13中，设于散热器底座构件4的第一面部41(参照图1至图4)的各个散热翅片501由与其长度方向正交的横截面呈三角形的三棱柱构成，并配置为相邻的散热翅片501的相互面对的翅片表面501a彼此平行。冷却液朝箭头标记A的方向流通。各散热翅片501各自以倾斜角θ向冷却液的流通方向A倾斜。其它结构与上述实施方式6的情况相同。
图14是表示本发明实施方式7的液冷冷却器中的散热翅片的变形例的说明图。在图14中，设于散热器底座构件4的第一面部41(参照图1、图9至图11)的散热翅片502由与其长度方向正交的横截面呈四边形的四棱柱构成，并配置为相邻的散热翅片502的相互面对的翅片表面502a彼此平行。冷却液朝箭头标记A的方向流通。各散热翅片502各自以倾斜角θ向冷却液的流通方向A倾斜。其它结构与上述实施方式6的情况相同。
图15是表示本发明实施方式7的液冷冷却器的散热翅片的另一变形例的说明图。在图15中，设于散热器底座构件4的第一面部41(参照图1、图9至图11)的散热翅片503由与其长度方向正交的横截面呈六边形的六棱柱构成，并配置为相邻的散热翅片503的相互面对的翅片表面503a彼此平行。冷却液朝箭头标记A的方向流通。各散热翅片503各自以倾斜角θ向冷却液的流通方向A倾斜。其它结构与上述实施方式6的情况相同。
根据图13、图14和图15所示的实施方式7的液冷冷却器，与实施方式6的情况同样地，散热翅片501、502、503中的、与散热器底座构件4的第一面部41所成的角度为钝角的翅片表面相接触的冷却液，不仅在与散热器底座构件4的第一面部41平行的方向上改变流动的方向，还以远离散热器底座构件4的第一面部41的方式，在与散热器底座构件4的第一面部41垂直的方向上改变流动的方向。此外，散热翅片501、502、503中的、与散热器底座构件4的第一面部41所成的角度为锐角的翅片表面相接触的冷却液，不仅在与散热器底座构件4的第一面部41平行的方向上改变流动的方向，还以靠近散热器底座构件4的第一面部41的方式，在与散热器底座构件4的第一面部41垂直的方向上改变流动的方向。
因而，冷却液在与散热器底座构件4的第一面部41平行的方向和与散热器底座构件4的第一面部41垂直的方向这两个方向上得到充分地搅拌。因而，散热翅片501、502和503只要设于对发热元件进行固定的仅散热器底座构件4即可，无需设于水套管7的底部71。因而，能实现液冷冷却器的小型化。
如上所述，若将散热翅片形状设为三棱柱、四棱柱或六棱柱，则能通过尺寸的调节来将所有的相邻的散热翅片的侧面与侧面平行配置。相邻的散热翅片的侧面并排是指，相邻的散热翅片与散热翅片的间隙保持固定，在相邻的散热翅片与散热翅片间流动的冷却液的流速保持恒定。例如，在相邻的散热翅片与散热翅片的最小间隙尺寸确定的情况下，通过将所有的相邻的散热翅片与散热翅片的间隙的尺寸设为最小间隙尺寸，从而能将在相邻的散热翅片与散热翅片间流动的冷却液的流速设为在尺寸限制范围内最大的流速。由于冷却液的流速越大，散热翅片的散热能力越大，因此，本发明实施方式2的液冷冷却器的冷却性能变高。
实施方式8
接着，对本发明实施方式8的液冷冷却器的散热翅片的制造方法进行说明。实施方式8的液冷冷却器的散热翅片的制造方法的特征是，使用具有不同直径的多个圆形刀的切削工具来制造出散热翅片，其是如上述的实施方式1和实施方式2的液冷冷却器中的散热翅片那样，散热翅片从散热器底座构件的第一面部向冷却液的流通方向的下游侧整体倾斜时的、液冷冷却器中的散热翅片的制造方法。
图16和图17是表示本发明实施方式3的液冷冷却器的散热翅片的制造方法的说明图。首先，如图16所示，通过挤压加工等在由铝、铜、陶瓷等良导热性材料形成的散热器底座构件4上形成规定的厚度尺寸和规定的纵宽尺寸、规定的横宽尺寸的板状的散热翅片区域510。另外，也可以将散热器底座构件4预先设为包含散热翅片区域510在内的板厚，并通过切削等方式，形成规定的厚度尺寸和规定的纵宽尺寸、规定的横宽尺寸的板状的散热翅片区域510。
接着，使用图17所示的、以规定的间隔等间隔地将不同直径的多个圆形刀141、142、143配置于轴15的切削工具200，以规定的倾斜角度朝图16所示的箭头标记D、E中的任一方向对散热翅片区域510进行切削，以形成规定间隔的倾斜的槽。接着，使用上述切削工具200以规定的倾斜角度朝箭头标记D、E中的另一方向对散热翅片区域510进行切削，以形成规定间隔的倾斜的槽。通过以该方式朝箭头标记D、E这两个方向在散热翅片区域510形成倾斜的槽，从而形成图17所示的散热翅片505。
如图17所示，切削工具200是以规定的间隔将不同直径的多个圆形刀141、142、143等间隔地固定于轴15而成的构件，通过使轴15相对于散热翅片区域510的平面以倾斜角度θ倾斜并旋转，在散热翅片区域510同时形成多个倾斜的槽，藉此，能容易地制造出以倾斜角度θ倾斜的许多散热翅片505。
实施方式9
上述实施方式8的液冷冷却器中的散热翅片的制造方法涉及散热翅片从散热器翅片底座构件的第一面部向冷却液的流通方向的下游侧整体倾斜时的、液冷冷却器的散热翅片的制造方法，其特征是，使用具有不同直径的多个圆形刀的切削工具来制造出散热翅片。然而，若增加圆形刀的片数，则需要直径极大的圆形刀和直径极小的圆形刀。若考虑到操作性，则无法使用直径过大的圆形刀及直径过小的圆形刀，因此，不同直径的圆形刀的片数在实际使用上存在极限，因而，一次可加工的槽的数目受到限制。
本发明实施方式9的液冷冷却器及该液冷冷却器中的散热翅片的制造方法是为解决实施方式8的散热翅片的制造方法的上述技术问题而作，其提供一种包括散热翅片的液冷冷却器及该液冷冷却器中的散热翅片的制造方法，其中，上述散热翅片能使用包括具有相同直径的多个圆形刀的切削工具来高效地制造出。
首先，对本发明实施方式9的液冷冷却器进行说明。本发明实施方式9的液冷冷却器的特征是，由倾斜部和直立部构成散热翅片，其中，上述倾斜部与散热器底座构件的第一面部接触，上述直立部相对于散热器底座构件的第一面部垂直地从上述倾斜部延伸。其它结构与上述的实施方式1或实施方式2相同。
图18是表示本发明实施方式9的液冷冷却器的散热器的立体图，图19是表示本发明实施方式9的液冷冷却器的散热器的侧视图。在图18和图19中，设于散热器底座构件4的第一面部41的各个散热翅片504与实施方式1的情况同样地排列为散热翅片行组，并且排列为散热翅片列组。散热翅片504由上述实施方式2中的图6所示的三棱柱构成。另外，也可以是三棱柱之外的形状，这点是自不待言的。
如图19所示那样，各个散热翅片504由倾斜部504a和直立部504b构成，其中，上述倾斜部504a形成于与散热器底座构件4的第一面部41接触的部位、即散热翅片504的根部，上述直立部504b与散热器底座构件4的第一面部41垂直从上述倾斜部504a延伸。散热翅片504的倾斜部504a以倾斜角θ向冷却液的通流方向A的下游侧倾斜。散热翅片的直立部504b由倾斜部504a之外的部位构成。
冷却液的温度分布为在靠近散热器底座构件4的部分尤其容易变成高温，因此，通过将倾斜部504a设于散热翅片504的根部，能主低地对在散热器底座构件4的第一面部41的附近流通的冷却液进行搅拌，从而提高液冷冷却器的冷却性能。
接着，对本发明实施方式9的液冷冷却器的散热翅片的制造方法进行说明。本发明实施方式9的散热翅片的制造方法是对上述图18和图19所示的液冷冷却器的散热翅片进行制造的方法，通过挤压加工等方式形成包含倾斜部在内的锯齿状的多个突条体，然后，通过具有相同直径的多个圆形刀沿与散热器底座构件的面部垂直的方向对上述突条体进行切削加工，从而制造出散热翅片。
在通过挤压加工等方式形成的锯齿状的突条体仅包括倾斜部的情况下，在通过圆形刀沿与散热器底座构件的面部垂直的方向进行切削加工的情况下，突条体的大部分部位被切除，仅剩余根部，但根据本发明实施方式4，由倾斜突条部和直立突条部构成突条体，其中，上述倾斜突条部形成于与散热器底座构件的面部连接的根部，上述直立突条部沿与散热器底座构件的面部垂直的方向从上述倾斜突条部延伸，因此，即使通过圆形刀沿与散热器底座构件的面部垂直的方向进行切削加工，也能形成包括根部的倾斜突条部和直立突条部的散热翅片。
图20是用于对本发明实施方式4的液冷冷却器的散热翅片的制造方法进行说明的立体图。首先，如图20所示，在由铝、铜、陶瓷等导热性优异材料形成的散热器底座构件4上，通过挤压加工等方式在散热器底座构件4的第一面部41上，将沿行方向连续延伸的突条体500以隔开规定的间隔的方式在列方向上排列形成。沿行方向连续的突条体500也如图19所示由倾斜突条部500a和直立突条部500b构成，其中，上述倾斜突条部500a以倾斜角θ在与散热器底座构件4的第一面部41接触的部位倾斜，上述直立突条部500b与散热器底座构件4的第一面部41垂直地从上述倾斜突条部500a延伸。
接着，如图20所示，通过沿轴向等间隔地配置有具有相同直径的多个圆形刀而成的切削工具，沿箭头标记B方向和箭头标记C方向中的任一方向，等间隔地对形成为锯齿状的突条体500进行切削，以形成规定宽度的多个槽。接着，沿箭头标记B方向和箭头标记C方向中的另一方向，等间隔地切削以形成规定宽度的槽。在此，具有相同直径的多个圆形刀与散热器底座构件4的第一面部41垂直地对突条体500的直立突条部500b进行切削。通过上述切削加工，能制造出图18所示的形成有各个散热翅片504的散热器40。
根据本发明实施方式9的液冷冷却器的散热翅片的制造方法，不会如实施方式8的情况那样受到圆形刀的片数的限制，因此，能通过增加圆形刀的片数，极高效且容易地制造出散热翅片。
另外，本发明能在本发明的范围内对实施方式进行适当变形、省略。
(工业上的可利用性)
本发明能在对半导体元件等发热元件进行冷却的液冷冷却器的领域乃至使用该液冷冷却器的例如汽车产业的领域中利用。
(符号说明)
100液冷冷却器；1第一发热元件；2第二发热元件；3第三发热元件；40散热器；4散热器底座构件；41第一面部；42第二面部；500突条体；500a倾斜突条部；500b直立突条部；5、501、502、503、504、505散热翅片；501a、502a、503a翅片表面；504a倾斜部；504b直立部；50a第一间隙；50b第二间隙；51第一棱线；52第二棱线；53第一翅片表面；54第二翅片表面；55第三翅片表面；56第四翅片表面；6冷却液通路；7水套管；71底部；72周壁部；721、722短边部；723、724长边部；8冷却液入口管；9冷却液出口管；510散热翅片区域；200切削工具；141、142、143圆形刀。

Claims (12)

1.一种液冷冷却器，其特征在于，包括：
套管，所述套管具有使冷却液在内部流通的冷却液通路；以及
散热器，所述散热器与至少一个发热元件直接或间接接触，并且与在所述套管的内部流通的所述冷却液接触，
所述液冷冷却器经由所述散热器将所述发热体产生的热传递至所述冷却液而进行散热，
其特征在于，
所述散热器设定成使从与所述发热元件直接或间接接触的部位至与所述冷却液接触的部位间的热阻在所述冷却液的流通方向的不同位置之间为不同的值。
2.如权利要求1所述的液冷冷却器，其特征在于，
所述散热器的所述热阻的值设定为朝向在所述套管的内部流通的所述冷却液的下游侧减小。
3.如权利要求2所述的液冷冷却器，其特征在于，
所述散热器的所述热阻的值的减小是通过使与所述冷却液的流通方向正交的方向上的所述冷却液通路的截面积减少来进行的。
4.如权利要求3所述的液冷冷却器，其特征在于，
所述散热器包括多个散热翅片，多个所述散热翅片与所述冷却液接触，
所述冷却液通路的所述截面积的减少是通过使多个所述散热翅片的长度沿与所述冷却液的流通方向正交的方向增大来进行的。
5.如权利要求3所述的液冷冷却器，其特征在于，
所述散热器包括多个散热翅片，多个所述散热翅片与所述冷却液接触，
所述冷却液通路的截面积的减小是通过增加所述冷却液通路的单位面积上配置的所述散热翅片的个数而进行的。
6.如权利要求3所述的液冷冷却器，其特征在于，
所述散热器包括多个散热翅片，多个所述散热翅片与所述冷却液接触，
所述冷却液通路的截面积的减小是通过增大所述散热翅片的单个体积来进行的。
7.如权利要求1所述的液冷冷却器，其特征在于，
所述发热体设有多个，
所述散热器在所述冷却液的流通方向的不同位置处与各个所述发热元件直接或间接接触，
所述散热器的所述不同位置处的所述热阻根据多个所述发热元件的冷却优先顺序设定为不同的值。
8.一种液冷冷却器，其特征在于，包括：
套管，所述套管使冷却液在内部流通；以及
散热器，所述散热器与在所述套管的内部流通的所述冷却液接触，
所述液冷冷却器经由所述散热器将发热体产生的热传递至所述冷却液而进行散热，
所述散热器包括：
散热器底座构件，所述散热器底座构件具有面向所述套管的内部的第一面部；以及
多个散热翅片，多个所述散热翅片设于所述散热器底座构件的所述第一面部，并与在所述套管的内部流通的所述冷却液接触，
多个所述散热翅片向在所述套管的内部流通的所述冷却液的下游侧倾斜。
9.如权利要求8所述的液冷冷却器，其特征在于，
所述散热翅片由三棱柱、四棱柱或六棱柱构成，
所述散热翅片的侧面与相邻的其它散热翅片的侧面平行。
10.如权利要求8或9所述的液冷冷却器，其特征在于，
所述散热翅片包括：
倾斜部，所述倾斜部与所述散热器底座构件的所述第一面部接触，并向在所述套管的内部流通的所述冷却液的下游侧倾斜；以及
直立部，所述直立部从所述倾斜部相对于所述第一面部直立。
11.一种液冷冷却器中的散热翅片的制造方法，其是权利要求8或9所述的液冷冷却器中的散热翅片的制造方法，其特征在于，
在所述散热器底座构件的所述第一面部形成板状的散热翅片区域，所述散热翅片区域从所述第一面部突出规定的尺寸，
使以规定间隔配置的不同直径的多个圆形刀旋转，并通过多个所述圆形刀以相对于所述第一面部倾斜的角度同时对所述散热翅片区域进行切削，以形成多个所述散热翅片。
12.一种液冷冷却器的散热翅片的制造方法，其是权利要求10所述的液冷冷却器的散热翅片的制造方法，其特征在于，
在所述散热器底座构件的所述第一面部形成多个突条体，多个所述突条体从所述第一面部突出规定的尺寸并相互平行配置，
多个所述突条体由倾斜突条部和直立突条部形成，其中，所述倾斜突条部以与所述第一面部接触的方式设置，并相对于所述第一面部朝规定方向倾斜，所述直立突条部以与所述倾斜突条部接触的方式设置，并相对于所述第一面部直立，
通过对多个所述突条体进行切削加工，从而形成多个所述散热翅片。
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