CN116895616A - 冷却装置 - Google Patents

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Abstract

一种冷却装置，具备散热部件和液冷套，其中，所述散热部件具有：板状的基座部，其在沿着制冷剂流动的方向的第一方向及与第一方向正交的第二方向上扩展，且在与第一方向和第二方向正交的第三方向上具有厚度；翅片，其从所述基座部向所述第三方向一侧突出；以及顶板部，其设置在所述翅片的第三方向一侧端部。所述液冷套具有：顶面，其在所述顶板部的第三方向一侧隔着与所述顶板部之间的第三方向的间隙而配置；以及顶面凹部，其从所述顶面向第三方向一侧凹陷，且在第一方向上排列配置有多个。

Description

冷却装置
技术领域
本发明涉及一种冷却装置。
背景技术
以往，在发热体的冷却中使用冷却装置。冷却装置具有散热部件和液冷套。散热部件具有基座部和多个翅片。多个翅片从基座部突出。由散热部件和液冷套形成流路。通过制冷剂在该流路中流动，发热体的热量向制冷剂移动(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2020-53623号公报
发明内容
如上所述，在由液冷套和散热部件形成流路的情况下，需要在翅片和液冷套之间设置一定的间隙(余隙)。若不设置该间隙，则有可能在将基座部安装于液冷套时翅片会变形，无法确保所希望的冷却性能。另外，由于在基座部上固定翅片时的位置偏差或翅片的组装公差，也存在翅片不能收纳在液冷套中的可能性。
因此，虽然预先在翅片和液冷套之间设置一定的间隙，但若制冷剂大量地流过该间隙，则制冷剂向翅片间的流入量会减少，产生对翅片进行液体冷却的能力降低的问题。
鉴于上述状况，本公开的目的在于提供一种冷却装置，该冷却装置在翅片与液冷套之间设有间隙的结构中，能够提高冷却性能。
本公开的示例性的冷却装置是具备散热部件和液冷套的冷却装置，所述散热部件具有：板状的基座部，其在沿着制冷剂流动的方向的第一方向及与第一方向正交的第二方向上扩展，且在与第一方向和第二方向正交的第三方向上具有厚度；翅片，其从所述基座部向所述第三方向一侧突出；以及顶板部，其设置在所述翅片的第三方向一侧端部。所述液冷套具有：顶面，其在所述顶板部的第三方向一侧隔着与所述顶板部之间的第三方向的间隙而配置；以及顶面凹部，其从所述顶面向第三方向一侧凹陷，且在第一方向上排列配置有多个。
根据本发明的示例性的冷却装置，在翅片与液冷套之间设有间隙的结构中，能够提高冷却性能。
附图说明
图1是根据本公开的示例性实施方式的冷却装置的分解立体图；
图2是根据本公开的示例性实施方式的冷却装置的侧面剖视图；
图3是散热部件的立体图。
图4是将图2所示的侧面剖面的结构局部放大的图。
图5是示出第一变形例的液冷套的结构的立体图。
图6是第二变形例的冷却装置的局部侧面剖视图。
图7是第三变形例的冷却装置的局部侧面剖视图。
图8是示出第四变形例的液冷套的结构的立体图。
图9是示出单扰流器的结构例的放大立体图。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的示例性实施方式进行说明。
另外，在附图中，将第一方向作为X方向，将X1作为第一方向一侧，将X2作为第一方向另一侧来示出。第一方向沿着制冷剂W流动的方向F，将下游侧示出为F1，将上游侧示出为F2。将与第一方向正交的第二方向作为Y方向，将Y1作为第二方向一侧，将Y2作为第二方向另一侧来示出。将与第一方向和第二方向正交的第三方向作为Z方向，将Z1作为第三方向一侧，将Z2作为第三方向另一侧来示出。另外，上述正交也包含从90度偏离一些的角度下的交叉。上述各方向不限定将冷却装置1组装于各种设备时的方向。
＜1.冷却装置的结构>
图1是根据本发明的示例性实施方式的冷却装置1的分解立体图。图2是冷却装置1的侧面剖视图。图2是从第二方向另一侧向第二方向一侧观察以与第二方向正交的切断面切断的状态的图。
冷却装置1具备散热部件2和液冷套3。散热部件2设置在液冷套3上。另外，在图2中，示出制冷剂W的流动。第一方向一侧是制冷剂W流动的方向的下游侧，第一方向另一侧是制冷剂W流动的方向的上游侧。冷却装置1是利用制冷剂W对多个发热体4A、4B、4C(以下称为4A等)进行冷却的装置。制冷剂W是水等液体。即，冷却装置1进行水冷等液冷。另外，发热体也可以是三个以外的多个，也可以是一个。
＜2.液冷套的结构>
液冷套3是在第一方向和第二方向上扩展且在第三方向上具有厚度的压铸品。液冷套3例如由铝等金属形成。液冷套3在内部具有用于使制冷剂W流动的流路。
具体而言，液冷套3具有制冷剂流路30、入口流路304和出口流路305。入口流路304配置在液冷套3的第一方向另一侧端部，是将沿第一方向延伸的直径不同的圆柱状的空间沿第一方向排列而构成的。
制冷剂流路30具有第一流路301、第二流路302和第三流路303。第一流路301在第二方向上具有宽度，向第一方向一侧且第三方向另一侧倾斜。第一流路301的第一方向另一侧端部与入口流路304的第一方向一侧端部连接。第二流路302在第二方向上具有宽度并且在第一方向上延伸。第二流路302的第一方向另一侧端部与第一流路301的第一方向一侧端部连接。第三流路303在第二方向上具有宽度，向第一方向一侧且第三方向一侧倾斜。第二流路302的第一方向一侧端部与第三流路303的第一方向另一侧端部连接。
出口流路305配置在液冷套3的第一方向一侧端部，是将沿第一方向延伸的直径不同的圆柱状的空间沿第一方向排列而构成的。第三流路303的第一方向一侧端部与出口流路305的第一方向另一侧端部连接。
由此，流入入口流路304的制冷剂W流入第一流路301并在第一流路301内向第一方向一侧且第三方向另一侧流动，流入第二流路302并在第二流路302内向第一方向一侧流动，流入第三流路303并在第三流路303内向第一方向一侧且第三方向一侧流动，流入出口流路305并向液冷套3的外部排出。
＜3.散热部件的结构>
图3是散热部件的立体图。如上所述，散热部件2能够设置在液冷套3上，具有翅片组20和基座部21。
基座部21是在第一方向和第二方向上扩展且在第三方向上具有厚度的板形状。基座部21由热传导性高的金属构成，例如由铜板构成。
翅片组20构成为将多个翅片22沿第二方向层叠而形成的所谓的堆叠翅片。翅片组20通过钎焊等固定在基座部21的第三方向一侧的面21A上。即，散热部件2具有翅片22沿第二方向排列而构成的翅片组20。
翅片22由沿第一方向延伸的一张金属板构成。翅片22例如由铜板构成。翅片22具有侧板部221、顶板部222和底板部223。侧板部221是在第一方向和第三方向上扩展且在第二方向上具有厚度的平板状。
顶板部222在侧板部221的第三方向一侧端部处向第二方向一侧(即第二方向)弯折。底板部223在侧板部221的第三方向另一侧端部处向第二方向一侧弯折。顶板部222和底板部223通过冲压加工形成。由此，能够容易地形成顶板部222。
这种结构的翅片22沿第二方向层叠而构成翅片组20。翅片组20中的底板部223固定在基座部21的第三方向一侧的面21A上。这样，散热部件2具有从基座部21向第三方向一侧突出的翅片22和设置在翅片22的第三方向一侧端部的顶板部222。
＜4.散热部件向液冷套的安装>
在液冷套3中，在第二流路302的第三方向一侧端形成有顶面31(参照图1)。顶面31是在第一方向和第二方向上扩展的平面。
在未将散热部件2安装于液冷套3的状态下，顶面31朝第三方向另一侧露出。通过将散热部件2中的基座部21的第三方向一侧的面21A固定于液冷套3的第三方向另一侧的面3A，散热部件2被安装于液冷套3。在安装了散热部件2的状态下，顶面31的第三方向另一侧被基座部21覆盖。由此，第二流路302被基座部21堵塞。在将散热部件2安装在液冷套3上的状态下，翅片组20收纳在第二流路302内部。
发热体4A等固定于基座部21的第三方向另一侧的面21B(参照图2)。另外，发热体4A等例如是半导体装置。该半导体装置例如是用于驱动车辆的车轮的牵引马达所具备的逆变器的功率晶体管。该功率晶体管例如是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极晶体管)。
从第一流路301向第二流路302流入的制冷剂W在形成于在第二方向上相邻的翅片22之间的流路20A(参照图3)中向第一方向一侧流动。流路20A沿着侧板部221在第一方向上延伸，配置在顶板部222与底板部223之间。从发热体4A等产生的热量经由基座部21及翅片22向在流路20A中流动的制冷剂W移动，从而发热体4A等被冷却。
＜5.顶面凹部的结构>
图4是将图2所示的侧面剖面的结构局部放大的图。如上所述，在将散热部件2安装在液冷套3上的状态下，翅片组20被收纳在第二流路302内部。此时，如图4所示，在翅片22的顶板部222与液冷套3的顶面31之间形成有第三方向的间隙(余隙)S。即，液冷套3具有顶面31，该顶面31隔着与顶板部222之间的第三方向的间隙S配置在顶板部222的第三方向一侧。
如图4所示，制冷剂W1在翅片22之间的流路20A中流动，并且制冷剂W2在间隙S中流动。若大量的制冷剂W2在这样的间隙S中流动，则制冷剂W1向翅片22间的流路20A的流入量减少，对翅片22进行液冷的能力降低。因此，在本实施方式中，在液冷套3设置顶面凹部32(也参照图1)。
顶面凹部32从顶面31向第三方向一侧凹陷而形成。顶面凹部32形成为沿第二方向延伸的长方体状，且在第一方向上排列配置有多个。即，液冷套3具有顶面凹部32，该顶面凹部32从顶面31向第三方向一侧凹陷，且在第一方向上排列配置有多个。
通过在液冷套3的顶面31设置顶面凹部32，由于顶面凹部32的角部C1，流过间隙S的制冷剂W2产生紊流。由此，间隙S的流路阻力增大。因此，在配置于顶板部222的第三方向另一侧的流路20A中流动的制冷剂W1的流量增加，能够提高冷却性能。另外，角部C1也可以是被倒角的角部。
另外，顶面凹部32形成为沿第二方向延伸的槽部。由此，在与制冷剂W2的流动正交的方向上产生紊流，能够使紊流在第二方向的整个区域扩展而提高冷却性能。
＜6.第一变形例>
图5是示出第一变形例的液冷套3的结构的立体图。在图5所示的液冷套3中，代替上述实施方式的顶面凹部32，设置顶面凹部33。
顶面凹部33是从顶面31向第三方向一侧凹陷的圆柱状的空间。另外，顶面凹部33也可以是半球状或圆锥状等的空间。
即，顶面凹部33在从第三方向观察时形成为圆形。通过顶面凹部33，能够得到在第二方向上搅拌制冷剂W的效果。由此，能够将在间隙S中的沿第三方向观察时不与发热体4A等重叠的流路中流动的低温的制冷剂W2、和在间隙S中的沿第三方向观察时与发热体4A等重叠的流路中流动的高温的制冷剂W2混合，从而进一步提高冷却性能。另外，通过对在间隙S中流动的制冷剂W2进行搅拌，能够增加第二方向的紊流因子，提高间隙S的流路阻力。
＜7.第二变形例>
图6是第二变形例的冷却装置1的局部侧面剖视图。图6示出上游侧的结构。
在图6所示的液冷套3中，代替上述实施方式的顶面凹部32，设置顶面凹部34。顶面凹部34与顶面凹部32同样地形成为沿第二方向延伸的槽部，但顶面凹部34的第三方向深度H比顶面凹部34的第一方向宽度L长。由此，能够在间隙S中进一步产生紊流，能够进一步提高间隙S的流路阻力。
＜8.第三变形例>
图7是第三变形例的冷却装置1的局部侧面剖视图。在图7所示的结构中，顶板部222具有沿第三方向贯通的狭缝224。多个狭缝224在第一方向上排列配置。
狭缝224具有顶板凹部224A和顶板凹部224B。顶板凹部224A从顶板部222的第三方向一侧的面向第三方向另一侧凹陷。顶板凹部224B从顶板部222的第三方向另一侧的面向第三方向一侧凹陷。顶板凹部224A和顶板凹部224B在第三方向上连结。狭缝224配置在与由顶面凹部32产生的紊流区域在第三方向上相对的位置。
即，设置有从顶板部222的第三方向一侧的面向第三方向另一侧凹陷且在第一方向上排列配置多个的顶板凹部224A。顶板凹部224A配置在与由顶面凹部32产生的紊流区域在第三方向上相对的位置。由此，能够在间隙S中进一步产生紊流，能够进一步提高间隙S的流路阻力。
＜9.第四变形例>
图8是示出第四变形例的液冷套3的结构的立体图。在图8所示的液冷套3中，在第二流路302的第二方向两端设有侧壁部35。在将散热部件2(参照图3)安装于图8所示的液冷套3的状态下，在翅片组20中设置于第二方向一侧端的侧板部221A(参照图3)与液冷套3的第二方向一侧的侧壁部35在第二方向上相对。另外，在翅片组20中设置于第二方向另一侧端的侧板部221B(参照图3)与液冷套3中的第二方向另一侧的侧壁部35在第二方向上相对。
如图8所示，在第二方向一侧的侧壁部35上设有向第二方向一侧凹陷的侧壁凹部36。在第二方向另一侧的侧壁部35上设有向第二方向另一侧凹陷的侧壁凹部36。侧壁凹部36在第一方向上排列配置有多个。
即，液冷套3具有：侧壁部35，其在第二方向上与配置在翅片组20的第二方向两端的侧板部221A、221B相对；以及侧壁凹部36，其在侧壁部35中在第二方向上凹陷，在第一方向上排列配置有多个。由此，由于侧壁凹部36的角部，在侧壁部35与侧板部221A、221B之间的间隙产生紊流，翅片组20的第二方向两外侧的流路阻力变大。因此，流入翅片组20的制冷剂W的流量增加，能够提高冷却性能。
＜10.扰流器>
如图2所示，在翅片22上设有扰流器5。在此，对扰流器5进行说明。
在图2所示的结构中，在上游侧的发热体4B的配置区域中，形成仅设有一个扰流器5的单扰流器，在下游侧的发热体4C的配置区域中，除了单扰流器以外，还形成有设有两个扰流器5的双扰流器。
图9是示出单扰流器的结构例的放大立体图。贯穿孔50沿第二方向贯通翅片22的侧板部221。通孔50是矩形的。贯穿孔50具有向第一方向一侧且第三方向一侧倾斜的一对相对的边50A、50B。边50A位于比边50B靠第一方向另一侧的位置。扰流器5通过在边50A处向第二方向一侧弯折而形成。贯穿孔50及扰流器5可以通过在侧板部221上加以切入并弯折而形成。
扰流器5具有与制冷剂W流动的方向即第一方向一侧相对的相对面5S。扰流器5具有通过相对面5S阻碍制冷剂W的流动的功能。在相对面5S附近容易产生制冷剂W的紊流，能够提高翅片22的冷却性能。另外，扰流器5向第一方向一侧且第三方向一侧倾斜。由此，能够通过扰流器5将制冷剂W向基座部21侧引导，能够提高冷却性能。
另外，在单扰流器中，除了图9所示的结构以外，还有在边50B侧设置扰流器5的结构。另外，在双扰流器中，在边50A、50B双方设置扰流器5。
如上所述，翅片22具有从侧板部221向第二方向突出的扰流器5。通过在扰流器5附近产生紊流，能够进一步提高冷却性能。
另外，如图2所示，在发热体4B的配置区域中，设置三个单扰流器，即设置三个扰流器5。在发热体4C的配置区域中，设置两个单扰流器、两个双扰流器，合计设置六个扰流器5。
即，扰流器5的个数越朝向第一方向一侧越多。由此，能够在制冷剂W的温度变高、更需要冷却性能的下游侧提高冷却性能。
＜11.其它>
以上，说明了本公开的实施方式。另外，本公开的范围不限定于上述实施方式。本公开可以在不脱离发明主旨的范围内对上述实施方式进行各种变更来实施。另外，在上述实施方式中说明的事项可以在不产生矛盾的范围内适当任意组合。
例如，翅片不限于堆叠翅片，例如也可以由从基座部向第三方向一侧呈柱状地突出的针状翅片构成。在这种情况下，只要将顶板部固定于针状翅片的第三方向一侧端部即可。
＜12.总结>
如上所述，本公开的一个方面的冷却装置是具备散热部件和液冷套的冷却装置，构成为如下结构：
所述散热部件具有：
板状的基座部，其在沿着制冷剂流动的方向的第一方向和与第一方向正交的第二方向上扩展，且在与第一方向和第二方向正交的第三方向上具有厚度；
从所述基座部向所述第三方向一侧突出的翅片；以及
顶板部，其设置在所述翅片的第三方向一侧端部；
所述液冷套具有：
在所述顶板部的第三方向一侧隔着与所述顶板部之间的第三方向的间隙而配置的顶面；以及
顶面凹部，其从所述顶面向第三方向一侧凹陷，且在第一方向上排列配置有多个(第一结构)。
另外，在上述第一结构中，也可以构成为，所述顶面凹部形成为沿第二方向延伸的槽部(第二结构)。
另外，在上述第一结构中，也可以构成为，所述顶面凹部在沿第三方向观察时形成为圆形(第三结构)。
另外，在上述第一至第三结构中的任一结构中，也可以构成为，所述顶面凹部的第三方向深度比所述顶面凹部的第一方向宽度长(第四结构)。
另外，在上述第一至第四结构中的任一结构中，也可以构成为，设有顶板凹部，该顶板凹部从所述顶板部的第三方向一侧的面向第三方向另一侧凹陷，且沿第一方向排列配置有多个，
所述顶板凹部配置在与由所述顶面凹部产生的紊流区域在第三方向上相对的位置(第五结构)。
另外，在上述第一至第五结构中的任一结构中，也可以构成为，所述翅片具有平板状的侧板部，所述侧板部在第一方向和第三方向上扩展且在第二方向上具有厚度，
所述顶板部在所述侧板部的第三方向一侧端部处向第二方向弯折(第六结构)。
另外，在上述第六结构中，也可以构成为，所述散热部件具有所述翅片沿第二方向排列而构成的翅片组，
所述液冷套具有：
侧壁部，该侧壁部在第二方向上与配置在所述翅片组的第二方向两端的所述侧板部相对；以及
侧壁凹部，其在所述侧壁部沿第二方向凹陷，并沿第一方向排列配置有多个(第七结构)。
工业上的可利用性
另外，在上述第六或第七结构中，也可以构成为，所述翅片具有从所述侧板部向第二方向突出的扰流器(第八结构)。
本公开能够利用于各种发热体的冷却。
符号说明
1冷却装置
2散热部件
3液冷套
4A、4B、4C发热体
5扰流器
5S相对面
20翅片组
20A流路
21基座部
22翅片
30制冷剂流路
31顶面
32顶面凹部
33顶面凹部
34顶面凹部
35侧壁部
36侧壁凹部
50贯穿孔
50A、50B边
221侧板部
221A、221B侧板部
222顶板部
223底板部
224狭缝
224A顶板凹部
224B顶板凹部
301第一流路
302第二流路
303第三流路
304入口流路
305出口流路
C1角部
S间隙
W制冷剂
W1制冷剂
W2制冷剂。

Claims (8)

1.一种冷却装置，具备散热部件和液冷套，其特征在于，
所述散热部件具有：
板状的基座部，所述基座部在沿着制冷剂流动的方向的第一方向及与第一方向正交的第二方向上扩展，且在与第一方向和第二方向正交的第三方向上具有厚度；
翅片，所述翅片从所述基座部向所述第三方向一侧突出；以及
顶板部，所述顶板部设置在所述翅片的第三方向一侧端部，
所述液冷套具有：
顶面，所述顶面在所述顶板部的第三方向一侧隔着与所述顶板部之间的第三方向的间隙而配置；以及
顶面凹部，所述顶面凹部从所述顶面向第三方向一侧凹陷，且在第一方向上排列配置有多个。
2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述顶面凹部形成为沿第二方向延伸的槽部。
3.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述顶面凹部在沿第三方向观察时形成为圆形。
4.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述顶面凹部的第三方向深度比所述顶面凹部的第一方向宽度长。
5.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，设置有顶板凹部，该顶板凹部从所述顶板部的第三方向一侧的面向第三方向另一侧凹陷，且在第一方向上排列配置有多个，
所述顶板凹部配置在与由所述顶面凹部产生的紊流区域在第三方向上相对的位置。
6.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述翅片具有平板状的侧板部，该侧板部在第一方向和第三方向上扩展且在第二方向上具有厚度，
所述顶板部在所述侧板部的第三方向一侧端部处向第二方向弯折。
7.根据权利要求6所述的冷却装置，其特征在于，所述散热部件具有所述翅片沿第二方向排列而构成的翅片组，
所述液冷套具有：
侧壁部，所述侧壁部在第二方向上与配置在所述翅片组的第二方向两端的所述侧板部相对；以及
侧壁凹部，所述侧壁凹部在所述侧壁部沿第二方向凹陷，并沿第一方向排列配置有多个。
8.根据权利要求6所述的冷却装置，其特征在于，所述翅片具有从所述侧板部向第二方向突出的扰流器。
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