CN204632747U - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

提供一种可以防止设置空间、电力消耗的增大，增大下游的冷却能力的冷却装置。本实用新型的冷却装置(1)包括：与发热元件(10-1～10-8)热连接的受热体(11)，与该受热体热连接的热导管组(12)，和与多个热导管热连接的散热片组(13)。热导管组(12)具有：配置于冷却风的上游、由大致垂直于冷却风的流动方向(F)配置的多个热导管(12A)构成的热导管单元(12-1)，配置于冷却风(F)的下游、由大致平行于冷却风的流动方向(F)配置的多个热导管(12B)构成的热导管单元(12-2)。

Description

冷却装置

技术领域

本实用新型涉及通过强制风冷对发热元件进行冷却的冷却装置，特别涉及对搭载于铁路车辆等输送体的功率转换装置等电气元件进行冷却的强制风冷型冷却装置。

背景技术

以往，作为用于对多个电气元件进行冷却的强制风冷型冷却装置，存在具有受热体、固定于该受热体的多个U字型(或者L字型)的热导管、以及安装于热导管的散热片组的冷却装置(参考专利文献1)。在这样的冷却装置中，通常全部U字型(L字型)热导管都平行于冷却风的流动方向排列，或者垂直于冷却风的流动方向排列。

现有技术文献 

专利文献

专利文献1：特开2011-181882公报

实用新型内容

实用新型所要解决的课题

但是，在上述现有的冷却装置中，在热导管平行配置的情况下，存在因由配置于冷却风上游的热导管、散热片等产生的压力损失，而导致下游侧的冷却能力下降的倾向。另外，在垂直配置的情况下，由于翅片效率下降，而存在不仅下游侧，连上游的冷却能力也下降的倾向。因此，为了进一步提高冷却能力，可以考虑增加冷却用翅片的数量、增加冷却风的风量等措施，但这样会产生工时增加的问题，并且产生冷却装置的设置空间增大、电力消耗增大的问题。

本实用新型的目的在于提供可以防止设置空间、电力消耗增大等问题，而且能够增大下游侧的冷却能力的冷却装置

用于解决课题的方案

为了实现上述目的，本实用新型的冷却装置的特征在于，包括：与发热元 件热连接的受热体，与所述受热体热连接的热导管组，和与所述多个热导管热连接的散热片组，所述热导管组具有：配置于冷却风的上游、由大致垂直于所述冷却风的流动方向配置的多个热导管构成的第1热导管单元，配置于所述冷却风的下游、由大致平行于所述冷却风的流动方向配置的多个热导管构成的第2热导管单元。

优选地，所述第1热导管单元由U字型或L字型的多个热导管构成，所述热导管具有：固定于所述受热体的第1固定部，和从所述第1固定部的至少一端延伸出的第1伸出部，并且如下配置：由所述第1固定部和所述第1伸出部所确定的面大致垂直于所述冷却风的流动方向。

另外，优选地，所述第2热导管单元由U字型或L字型的多个热导管构成，所述热导管具有：固定于所述受热体的第2固定部，和从所述第2固定部的至少一端延伸出的第2伸出部，由所述第2固定部和所述第2伸出部所确定的面大致平行于所述冷却风的流动方向。

而且，所述第1热导管单元由所述多个热导管并列设置而成，具有：以预定间距排列所述热导管而成的一个热导管列，和以不同于所述预定间距的间距排列所述热导管而成的另一热导管列。

进而，优选地，所述一个热导管列中的排列间距是所述散热片的宽度尺寸的1/α，其中，α为2以上的整数，所述另一热导管列中的排列间距是所述散热片的宽度尺寸的1/β，其中，β≠α，β为2以上的整数。

进而，优选地，所述一个热导管列和所述另一个热导管列在所述冷却风的流动方向上交替地配置。

进而，优选地，所述第2热导管单元由以预定间距排列的多个热导管并列设置而成。

实用新型的效果

根据本实用新型，第1热导管单元配置于冷却风的上游，并且由大致垂直于该冷却风的流动方向配置的多个热导管构成。而且，第2热导管单元配置于所述冷却风的下游，并且由大致平行于该冷却风的流动方向配置的多个热导管构成。根据本结构，使新来的冷却风通过上述配置的第1热导管单元，可以在维持冷却能力的同时，减小压力损失。而且，使充足风量的冷却风通过上述配置的第2热导管单元，可以在抑制第2热导管单元中的风量降低的同时，利用翅片的高效率来提高冷却能力。其结果，可以实现沿冷却风的流动方向配置的 发热元件温度的均匀化。而且，由于不需要翅片片数、热导管根数等的增加，或因风量增大而要求风扇大型化，可以防止冷却装置的设置空间的增大、电力消耗的增大。

附图说明

图1是示意性示出根据本实用新型第1实施方式的冷却装置的结构的立体图。

图2是图1的冷却装置的侧视图。

图3中(a)是沿图1的线A-A的截面图，(b)是沿图1的线B-B的截面图。

图4是图1的冷却装置的俯视图。

图5中(a)是示出图1的冷却装置中的冷却风的流动方向的俯视图，(b)是示出热导管12A的配置和流动方向的关系的放大图，(c)是示出热导管12B的配置和流动方向的关系的放大图。

图6是示意性示出根据本实用新型第2实施方式的冷却装置的结构的立体图。

图7是图6的冷却装置的俯视图。

图8是示出通过数值分析求取受热体温度时的发热元件的配置的图。

图9是示出由数值分析求得的实施例、现有例的受热体温度的曲线图。

图10是示出图1的第1热导管单元的变形例的图。

图11是示出图6的第1热导管单元的变形例的图。

图12是示出图1的散热片组的变形例的图。

具体实施方式

下面参照附图对本实用新型的实施方式进行详细的说明。

图1是示意性示出根据本实用新型第1实施方式的冷却装置的结构的立体图。图2是图1的冷却装置的侧视图。另外，图1中的热导管数目和翅片数目是为了示出其一个例子，根据本实用新型的冷却装置的热导管数目和翅片数目并不限于图1所示。

如图1所示，本实用新型的冷却装置1包括：与发热元件10-1～10-8热连接的受热体11、与该受热体热连接的热导管组12、与多个热导管热连接的散热片组13。

受热体11是具有预定厚度的平板状构件，在受热体11的一面11a安装有发热元件10-1～10-8，在另一面11b安装有热导管组12。而且，在将与冷却风的流动方向F大致平行的方向设为受热体11的长度，将与流动方向F大致垂直的方向设为受热体11的宽度时，受热体11的宽度和长度可以根据发热元件10-1～10-8的尺寸和发热量选择各种尺寸。

热导管组12例如由侧面视图呈大致U字型的多个热导管构成，各热导管大致垂直于受热体11地配置。

在本实施方式中，热导管组12具有：配置于冷却风的上游、由大致垂直于冷却风的流动方向F地配置的多个热导管12A构成的热导管单元12-1(第1热导管单元)，和配置于冷却风F的下游、由大致平行于冷却风的流动方向F地配置的多个热导管12B构成的热导管单元12-2(第2热导管单元)。

即，热导管单元12-1的热导管12A与流动方向F大致垂直地配置，热导管单元12-2的热导管12B与流动方向大致平行地配置。换而言之，热导管单元12-1的各热导管配置成与热导管单元12-2的任一热导管大致垂直。

另外，热导管单元12-1的多个热导管12A沿冷却风的流动方向F等间隔地排列配置。热导管单元12-2的多个热导管12B与冷却风的流动方向F大致平行地等间隔配置。

如图3(a)所示，热导管12A具有：固定于受热体11的固定部121(第1固定部)，从该固定部的两端大致垂直地延伸出的伸出部122、123(第1伸出部)。固定部121埋设固定于受热体11的面11b侧，伸出部122、123大致垂直于受热体11的面11b地延伸。

在该热导管12A中，固定部121起热量输入部(蒸发部)的作用，而伸出部122、123起散热部(冷凝部)的作用。具体地，当从发热元件10-1～10-8发出的热量传递到固定部121时，在固定部121中工作液蒸发，所蒸发的蒸气到达伸出部122、123。到达了伸出部122、123的蒸气在该伸出部的内壁冷凝、液化，放出潜热。所放出的潜热传递到热导管和翅片，而放出到外部大气。另外，液化了的工作液利用配置于热导管内的管芯(未示出)等的毛细管现象，回流至固定部121。工作液返回固定部121，通过反复进行上述循环，连续地进行热传递。

和热导管12A同样地，热导管12B具有：固定于受热体11的固定部121’(第2固定部)，从该固定部的两端大致垂直地延伸出的伸出部122’、123’(第 2伸出部)(图3(b))。热导管12B的结构与热导管12A基本相同，所以省略其说明。

另外，如图4所示，热导管组12具有：跨过从上游侧到下游侧的整体地形成的、由大致平行于冷却风的流动方向F配置的多个热导管12C所构成的热导管单元12-3。该热导管单元12-3配置于热导管单元12-1的大致中央部，并且配置于热导管单元12-2的大致中央部。热导管单元12-3的各热导管12C大致垂直于热导管单元12-1的任一热导管地配置，并且，大致平行于热导管单元12-2的任一热导管地配置。热导管12C的结构与热导管12A、12B基本相同，所以省略其说明。

散热片组13具有：由安装于热导管单元12-1的多片翅片13A构成的翅片单元13-1，和由安装于热导管单元12-2的多片翅片13B构成的翅片单元13-2(图2)。

多片翅片13A大致平行于受热体11的面11b地配置，并且等间隔地并列设置。翅片13A例如由矩形的薄板构件构成，在俯视图中以多片翅片13A的缘部对齐的状态配置。多片翅片13B也同样地大致平行于受热体11的面11b地配置，并且等间隔地并列设置。翅片13B例如由矩形的薄板构件构成，在俯视图中以多片翅片13B的缘部对齐的状态配置。在本实施方式中，安装于热导管单元12-1的翅片13A的片数与安装于热导管单元12-2的翅片13B的片数相同。

在翅片13A上，在预定位置形成有多个孔，通过使对应的热导管12A的各伸出部嵌入各个孔中，使得翅片13A经由热导管12A固定于受热体11。在翅片13B上，在预定位置也形成有多个孔，通过使对应的热导管12B的各伸出部嵌入各个孔中，使得翅片13B经由热导管12B固定于受热体11。

上述受热体11和散热片组13的各翅片均由导热性材料形成，例如由铝、铝合金、铜、铜合金等形成。热导管组12的各热导管的壳体也同样地由铝、铝合金、铜、铜合金等形成。另外，各热导管的工作液例如使用纯水，以减压状态封入壳体内。

下面，使用图5(a)～(c)，说明冷却装置1的冷却风的流动。

在本实用新型的冷却装置1中，从图1的左侧强制地供给冷却风，该冷却风通过冷却散热片组13的冷却翅片之间而向右侧排出。如图5(a)所示，该冷却风穿过热导管单元12-1和热导管单元12-3，进而穿过热导管单元12-2。此时，通过热导管单元12-1的冷却风的流动方向F1大致垂直于由固定部121和伸出部 122、123所确定的面51(图5(b))。即，在本实施方式中，上述流动方向F1大致垂直于热导管12A的固定部121，并且大致垂直于伸出部122、123。

如此，在热导管单元12-1中，新来的冷却风通过沿冷却风的流动方向F1排列配置的多个热导管12A，多个热导管12A配置成不妨碍冷却风的流动。由此，虽然翅片效率有所降低，但冷却能力没有大幅降低，而且，由于压力损失小，所以将对下游的热导管单元12-2供给充足风量的冷却风。

而且，在热导管单元12-3中，冷却风通过以大致平行于流动方向F3的方向等间隔地密集地配置的多个热导管12C之间。热导管单元12-3主要起到使通过热导管单元12-1的冷却风的风量均匀的作用。

而且，通过热导管单元12-2的冷却风的流动方向F2大致平行于由固定部121’和伸出部122’、123’所确定的面52(图5(c))。即，在本实施方式中，上述流动方向F2大致平行于热导管12B的固定部121’，并且大致垂直于伸出部122’、123’。

在热导管单元12-2中，冷却风通过以大致平行于流动方向F2的方向等间隔地密集配置的多个热导管12B之间。如上述，由热导管单元12-1造成的压力损失降低，所以在热导管单元12-2的风量降低受到抑制，而且，通过将多个热导管12B如上述配置，可以提高翅片效率，发挥充分的冷却能力。

根据本实施方式，使新来的冷却风通过上述配置的热导管单元12-1，可以在维持冷却能力的同时，减小压力损失。而且，使充足风量的冷却风通过上述配置的热导管单元12-2，可以在抑制热导管单元12-2处的风量降低的同时，利用翅片的高效率来提高冷却能力。其结果，可以实现沿冷却风的流动方向F配置的发热元件10-1～10-8的温度均匀化。而且，由于不需要翅片片数、热导管根数等的增加，或因风量增大而要求风扇大型化，可以防止模具费用、制造成本升高，进而可以防止冷却装置的设置空间的增大、电力消耗的增大。

图6是示意性示出根据本实用新型第2实施方式的冷却装置的结构的立体图。图7是图6的冷却装置的俯视图。另外，根据第2实施方式的冷却装置的结构与上述第1实施方式的冷却装置基本相同，所以下面对不同部分进行说明。

如图6所示，冷却装置20包括与受热体11热连接的热导管组12。热导管组12具有：配置于冷却风的上游、由大致垂直于冷却风的流动方向F配置的多个热导管12A所构成的热导管单元12-1’。

在热导管单元12-1’中，多个热导管12A’、12A”成列设置。在该热导管单元 12-1’中，使用固定部的长度不同的2种热导管。在图7的例子中，U字型热导管12A’的固定部长度，即宽度尺寸D1为翅片13A的宽度尺寸的大约1/4，热导管12A”的宽度尺寸D2为翅片13A的宽度尺寸的大约1/2。

而且，在热导管单元12-1’中具有：按顺序并列设置热导管12A’、12A”、12A’这样3个热导管而形成的热导管列21，和并列设置热导管12A”、12A”这样2个热导管而形成的热导管列22。而且，热导管列21、22在流动方向上等间隔且交替地配置。

根据这样的结构，与上述第1实施方式相比较，在热导管单元12-1’的俯视图中，在垂直于流动方向F的方向上，热导管的伸出部的排列间距外观上大约为1/2，可更进一步提高在热导管单元12-1’处的冷却能力。

下面使用图8和图9，说明适用本实用新型的冷却装置时的受热体温度和适用现有的冷却装置时的受热体温度的区别。图9和下述表1所示的受热体温度是利用数值分析(模拟)求得的。数值分析中的实施例1的冷却装置的结构设为：长度600mm、宽度800mm、厚度23mm的铝制受热体，72个Φ12.7的大致U字型热导管，70片间距为3.0mm的450mm×600mm×0.5mm的冷却翅片。另外，该72个热导管与图1所示的冷却装置同样地配置。

而且，实施例2的冷却装置的结构除了将72个热导管和图6所示的冷却装置同样地配置以外，和实施例1相同。

另一方面，现有例1的冷却装置的结构除了取代实施例1的上游的热导管单元而配置了和下游的热导管单元相同的热导管单元以外，和实施例1相同。即，在现有例1中，所有的热导管大致平行于冷却风的流动方向地配置。而且，现有例2的冷却装置的结构除了替代实施例1的下游的热导管单元而配置了和上游的热导管单元相同的热导管单元以外，和实施例1相同。即，在现有例2中，所有的热导管大致垂直于冷却风的流动方向地配置。

在上述实施例1～2和现有例1～2的冷却装置中，如图8所示，将8个发热量1750W的发热元件以2行×4列的方式配置于受热体，上游侧发热元件设为No.1～No.4，下游侧发热元件设为No.5～No.8。此时，在上游侧发热元件No.1～No.4的正上方配置上游侧热导管单元，在下游侧发热元件No.5～No.8的正上方配置下游侧热导管单元。而且，假定将预定风量的冷却风导入冷却装置一定时间。分析与发热元件No.1～No.8对应的受热体的温度，结果如表1所示。而且，将利用数值分析获得的受热体温度按实施例、现有例以曲线示出于图9中。

[表1]

      

如表1所示，实施例1的上游侧热导管单元处的受热体温度(与发热元件No.1～No.4对应的受热体温度)和现有例1～2相同或稍微高一些，但下游侧热导管单元处的受热体温度(与发热元件No.5～No.8对应的受热体温度)相比现有例1～2则充分地降低，即下游侧热导管单元的冷却能力得到了提高。而且，实施例1中受热体温度的最大值为37.0℃，受热体温度的最大值和最小值的差为2.6℃，和现有例1～2相比较，最大值、以及最大值和最小值之差都变小，表明遍及受热体整体大致实现了均热。

而且，实施例2中，上游侧热导管单元处的受热体温度也和现有例1～2处于相同程度，而下游侧热导管单元处的受热体温度相比现有例1～2则充分地降低，下游侧热导管单元的冷却能力得到了提高。而且，实施例2中的受热体温度的最大值为36.3℃，受热体温度的最大值和最小值之差为2.2℃，和现有例1～2相比较，最大值、以及最大值和最小值之差都变小，遍及受热体整体大致实现了均热。

另一方面，在现有例1中，下游侧的发热元件No.5～No.8的温度变高，受热体温度的最大值和最小值之差为较大的8.3℃。这是因为：在现有例1中，由于多个热导管沿冷却风的流动方向大致平行地配置，并且以较小的间距均等地设置，所以，虽然向翅片的传热效率高，但因为热导管形成对冷却风的阻力而使得压力损失变大，而使下游侧热导管单元的冷却能力降低了。

而且，在现有例2中，下游侧的发热元件No.5～No.8的温度也是变高，受热体温度的最大值和最小值之差为较大的值7.6℃。这是因为：多个热导管大致垂直于冷却风的流动方向地排列配置，热导管不易形成冷却风的阻力，热导管 单元整体的压力损失变小，但是由于热导管的伸出部间距变大，翅片效率降低，下游侧热导管单元的冷却能力降低了。

基于上述分析结果可知，根据实施例1～2的冷却装置的结构和配置，与现有例1～2相比较，可以提高热导管单元的冷却能力，特别是下游侧热导管单元的冷却能力。而且，在冷却风的流动方向上冷却能力不会产生不均匀，受热体整体大致均热化，所以即使是沿流动方向配置多个发热元件的场合下，也可以实现这些发热元件的均热化。

而且，在上述实施例1～2的冷却装置中，虽然8个发热元件具有相同的发热量，但是在各发热量不同的场合下，与现有例相比较也能获得均热化的效果。而且，虽然上游侧热导管单元的冷却翅片间距与下游侧热导管单元的冷却翅片间距相同，但是通过使这些冷却翅片间距不相同，可以实现进一步的均热化。

而且，在上述实施方式中，使用了侧面视图呈大致U字型的热导管，但并不限于此，也可以使用侧面视图呈大致L字型的热导管30。此时，如图10所示，大致L字型的热导管30相向配置，或者也可以朝向同一方向地配置。由此，可以扩大排列间距的选择的宽度范围，并可以通过使用同一的热导管来抑制制造成本的增大。

另外，上述实施方式的热导管列21使三个热导管12A’、12A”、12A’按该顺序并列设置，但并不限于此，也可如图11所示，并列设置3根热导管40。在该场合下，U字型热导管40的固定部长度，即宽度尺寸D3是翅片13A的宽度尺寸的1/3。采用本结构，也可以提高热导管单元12-1’处的冷却能力。

而且，也可以将一个热导管列中的排列间距配置成与该一个热导管列相邻的热导管列中的排列间距不同。具体地，一个热导管列中的排列间距优选为翅片13A的宽度尺寸的1/α(α为2以上的整数)，相邻的热导管列中的排列间距为翅片13A的宽度尺寸的1/β(β≠α，β为2以上的整数)。例如，在α＝3、β＝2的场合下，成为和图11所示的热导管单元相同的排列。采用本结构，也可以提高上游侧热导管单元处的冷却能力。

而且，在上述实施方式的散热片组13中，翅片单元13-1的翅片片数和翅片单元13-2的翅片片数相同，但并不限于此，也可如图12所示，使翅片单元13-1的翅片片数比翅片单元13-2的翅片片数少。如此，可以进一步降低翅片单元13-1处的压力损失，同时可以进一步提高翅片单元13-1处的翅片效率。

以上，对根据本实施方式的冷却装置进行了说明，本实用新型并不限定于 所述的实施方式，也可以基于本实用新型的技术思想进行各种的变形和变更。

附图标记的说明

1 冷却装置

10-1，10-2，10-3，10-4 发热元件

10-4，10-5，10-6，10-8 发热元件

11 受热体

11a，11b 面

12 热导管组

12-1，12-2，12-3 热导管单元

12-1’ 热导管单元

12A，12B，12C 热导管

12A’，12A” 热导管

13 散热片组

13-1，13-2 翅片单元

13A，13B 翅片

20 冷却装置

21 热导管列

22 热导管列

30 热导管

40 热导管

121 固定部

121’ 固定部

122、123 伸出部

122’，123’ 伸出部

Claims (7)

1.一种冷却装置，其特征在于，包括：

与发热元件热连接的受热体，

与所述受热体热连接的热导管组，和

与所述热导管组热连接的散热片组，

所述热导管组具有：

配置于冷却风的上游、由垂直于所述冷却风的流动方向配置的多个热导管构成的第1热导管单元，和

配置于所述冷却风的下游、由平行于所述冷却风的流动方向配置的多个热导管构成的第2热导管单元。

2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，

所述第1热导管单元由U字型或L字型的多个热导管构成，

所述热导管具有：固定于所述受热体的第1固定部，和从所述第1固定部的至少一端延伸出的第1伸出部，

并且如下配置：由所述第1固定部和所述第1伸出部所确定的面垂直于所述冷却风的流动方向。

3.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，

所述第2热导管单元由U字型或L字型的多个热导管构成，

所述热导管具有：固定于所述受热体的第2固定部，和从所述第2固定部的至少一端延伸出的第2伸出部，

由所述第2固定部和所述第2伸出部所确定的面平行于所述冷却风的流动方向。

4.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，

所述第1热导管单元由所述多个热导管并列设置而成，

具有：以预定间距排列所述热导管而成的一个热导管列，和以不同于所述预定间距的间距排列所述热导管而成的另一热导管列。

5.根据权利要求4所述的冷却装置，其特征在于，

所述一个热导管列中的排列间距是所述散热片的宽度尺寸的1/α，其中，α为2以上的整数，

所述另一热导管列中的排列间距是所述散热片的宽度尺寸的1/β，其中，β≠α，β为2以上的整数。

6.根据权利要求4所述的冷却装置，其特征在于，

所述一个热导管列和所述另一热导管列在所述冷却风的流动方向上交替地配置。

7.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，

所述第2热导管单元由以预定间距排列的多个热导管并列设置而成。