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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Technisches Gebiet der Erfindung
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Die gegenwärtige Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterkühlstruktur mit Halbleitermodulen, welche jeweils Halbleiterelemente umfassen, und eine Kühlleitung die in engem Kontakt zu den Halbleitermodulen angeordnet ist.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Im Allgemein besteht eine Wechselrichtereinheit wie beispielsweise ein Wechselrichter aus einer Mehrzahl von Halbleitermodulen, von denen jedes Halbleiterelemente enthält und konfiguriert wird, um einen großen Strom zu jedem der Halbleitermodule zu leiten. Um zu vermeiden dass die Temperatur der Halbleiterelemente übermäßig zunimmt, ist es bekannt Kühlleitungen anzubringen, durch die Kühlmittel in engem Kontakt zu den Halbleitermodulen fließt. Siehe z.B. die
JP 2006 -
60 114 A . In der dort offenbarten Halbleiterkühlstruktur sind Rippen in einem Kühlkanal innerhalb der Kühlleitung angebracht. Diese Rippen werden derart angeordnet, dass die in Breitenrichtung der Kühlleitung nicht gleichmäßige Verteilung der Kühleffizienz, abhängig von einer Oberflächentemperaturverteilung der Halbleiter-Elemente an einer Kühloberfläche der Kühlleitung ausgebildet wird.
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Hierbei ist die Breitenrichtung sowohl senkrecht zur Fließrichtung des Kühlmittels als auch senkrecht zur Kühloberfläche.
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Jedoch weist die obengenannte herkömmliche Halbleiterkühlstruktur das Problem auf , dass in dem Kühlmittelkanal in Richtung senkrecht zur Kühloberfläche ein Temperaturgradient auftritt. Dieser tritt deshalb auf, weil sich die Temperatur des Kühlmittels, das nah an der Kühloberfläche fließt, welche in engem Kontakt mit den Halbleiter-Modulen steht, sich sehr wahrscheinlich stark erhöht im Vergleich zu dem Kühlmittel das weit entfernt von der Kühloberfläche fließt. Dadurch wird die Effizienz des Wärmeaustausches zwischen dem Kühlmittel und den Halbleiter-Modulen beeinträchtigt.
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Die Halbleiter-Module können auch auf beiden Oberflächen der Kühlleitungen angeordnet werden. Jedoch, auch in diesem Fall, tritt ein Temperaturgradient in Richtung senkrecht zur Kühloberfläche auf wenn es einen Unterschied in der Wärmeabgabe zwischen den Halbleiter-Elementen gibt, die auf der Seite der einen Oberfläche Kühlleitung und denen auf der Seite der anderen Oberfläche angeordnet sind.
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Entsprechend ist es schwierig, die Kühleffizienz für die Halbleiter-Elemente zu vergrößern, selbst wenn die Halbleiter-Module auf beiden Oberflächen der Kühlleitung angeordnet werden.
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Die JP 2007- 5 673 A offenbart einen Kühlköper für ein Leistungsmodul, welcher eine Kühlpassage für ein Kühlmedium aufweist. In der Kühlpassage sind korrigierte Rippen mit Erhebungen und Vertiefungen und benachbarten Seitenwänden angeordnet, wobei sich die Erhebungen und Vertiefungen in der Flußrichtung des Kühlmediums erstrecken.
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Die
DE 10 2004 057 526 A1 offenbart einen Stapelkühler zum Kühlen mehrerer elektronischer Komponenten von zwei Seiten jeder Komponente enthält mehrere Kühlrohre mit einer flachen Form und einem Kühlmittelströmungskanal zum Strömen eines Kühlmittels und ein Verbindungsrohr zum Verbinden dieser Kühlrohre. Die mehreren Kühlrohre sind in einer solchen Weise angeordnet und gestapelt, dass die elektronischen Komponenten zwischen die Kühlrohre gesetzt sind. Die mehreren Kühlrohre enthalten ein äußeres Kühlrohr und ein inneres Kühlrohr. Das innere Kühlrohr enthält wenigstens einen ersten Kühlmittelströmungskanal, der einer ersten Rohrwand zugewandt ist, die eine erste Hauptfläche des inneren Kühlrohrs bildet, und einen zweiten Kühlmittelströmungskanal, der einer zweiten Rohrwand zugewandt ist, die eine zweite Hauptfläche auf der der ersten Hauptfläche abgewandten Seite bildet. Der Kühlmittelströmungskanal ist in einer Dickenrichtung des inneren Kühlrohrs in zwei oder mehr Stufen ausgebildet.
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Die
DE 10 2004 045 923 A1 offenbart eine Vorrichtung, die einen Strömungskanal eines Wärmeübertragers mit zwei parallel und im Abstand einer Kanalhöhe angeordneten Wärmeübertragerflächen betrifft, welche jeweils eine aus einer Vielzahl von nebeneinander in Reihen quer zur Strömungsrichtung angeordneten, in den Strömungskanal hineinragenden Strukturelementen gebildete Struktur aufweisen, wobei die Strukturelemente jeweils eine Breite, eine Länge, eine Höhe, einen Abströmwinkel sowie eine Überlappung und eine Längsachse aufweisen.
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Weiterer Stand der Technik ist in der
US 2 017 201 A , der
JP 2007 -
250 753 A ,
US 2005/0 195 574 A1 und der
JP 2002 -
141 164 A offenbart.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehenden Probleme zu lösen.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Ansprüche 1 und 2 gelöst.
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Die vorliegende Erfindung umfasst gemäß einem Beispiel zur Erläuterung eines Teilaspekts eine Halbleiterkühlstruktur mit:
- einem Halbleitermodul mit wenigstens zwei Halbleiterelementen;
- einer Kühlleitung mit einer Kühloberfläche in engem Kontakt mit dem Halbleitermodul, wobei die Kühlleitung ein Kühlmitteleinlassloch, ein Kühlmittelauslassloch und einen Kühlmittelkanal enthält, durch den ein Kühlmittel von dem Kühlmitteleinlassloch zu dem Kühlmittelauslassloch in einer ersten Richtung fließt; und
- einer Kühlmittelbewegungsstruktur in der Kühlleitung, um das Kühlmittel durch den Kühlmittelkanal zu treiben, so dass das Kühlmittel eine Geschwindigkeit in einer zweiten Richtung senkrecht zur Kühloberfläche aufweist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird daher eine Halbleiterkühlstruktur mit hervorragender Kühleffizienz bereitgestellt.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mit den Zeichnungen und Patentansprüchen.
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Figurenliste
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In den beiliegenden Zeichnungen zeigt:
- 1 eine Abbildung einer Halbleiterkühlstruktur gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 2 einen Querschnitt einer Kühlleitung in Richtung senkrecht zur Kühlmittelfließrichtung, angeordnet in der Halbleiterkühlstruktur der ersten Ausführungsform;
- 3A einen Querschnitt von 1 entlang der Linie A-A;
- 3B einen Querschnitt von 1 entlang einer Linie B-B;
- 3C einen Querschnitt von 1 entlang einer Linie C-C;
- 4 eine Ansicht zur Erklärung eines Wechselrichters mit der Halbleiterkühlstruktur gemäß der ersten Ausführungsform;
- 5 eine Ansicht zur Erklärung des Kühlmittelflusses in der Kühlleitung der Halbleiterkühlstruktur gemäß der ersten Ausführungsform, bei der Halbleitermodule nur auf einer Kühloberfläche der Kühlleitung in engem Kontakt angeordnet sind;
- 6 eine Abbildung zur Erklärung des Kühlmittelflusses in der Kühlleitung der Halbleiterkühlstruktur gemäß der ersten Ausführungsform, wenn Halbleitermodule mit unterschiedlichen Wärmeabgabewerten an beiden Kühloberflächen der Kühlleitung in engem Kontakt angebracht sind;
- 7A eine Abbildung gemäß Fig. 3A, wobei eine zweite Ausführungsform der Erfindung gezeigt ist;
- 7B eine Abbildung wie Fig. 3B, die jedoch eine zweite Ausführungsform der Erfindung zeigt;
- 7C eine Abbildung wie Fig. 3C, die jedoch eine zweite Ausführungsform der Erfindung zeigt;
- 8 eine Abbildung zur Erklärung einer Halbleiterkühlstruktur gemäß einem Beispiel zur Erläuterung eines Teilaspekts der Erfindung;
- 9 einen Querschnitt einer Kühlleitung entlang einer Richtung senkrecht zur Kühlmittelfließrichtung, wie sie in einer Halbleiterkühlstruktur gemäß dem Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts der Erfindung enthalten ist;
- 10 einen Teil des Querschnitts von 8 entlang der Linie D-D;
- 11 eine perspektivische Ansicht gerader Rippen mit schräger Verrippung, wie sie in einer Kühlleitung einer Halbleiterkühlstruktur gemäß dem Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts der Erfindung bereitgestellt ist;
- 12 einen Teil eines Querschnitts von 11 entlang der Linie E-E;
- 13A einen Querschnitt von 12 entlang einer Linie F-F;
- 13B einen Querschnitt von 12 entlang einer Linie G-G;
- 14 eine Ansicht zur Erklärung der schrägen Verrippung gemäß dem vorstehenden Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts der Erfindung;
- 15 einen Querschnitt von 14 entlang der Linie H-H;
- 16 eine Darstellung einer Halbleiterkühlstruktur gemäß einem Beispiel zur Erläuterung eines Teilaspekts der Erfindung;
- 17 eine Ansicht zur Erklärung der keilförmigen Verrippungen in der Kühlleitung der Halbleiterkühlstruktur gemäß dem vorstehenden Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts der Erfindung;
- 18A einen Querschnitt von 17 entlang der Linie I-I;
- 18B einen Querschnitt von 17 entlang der Linie J-J;
- 19 eine Skizze einer Halbleiterkühlstruktur gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
- 20 einen Querschnitt einer Kühlleitung in Richtung senkrecht zur Kühlmittelfließrichtung, wie sie in einer Halbleiterkühlstruktur der dritten Ausführungsform enthalten ist;
- 21 einen Querschnitt von 19 entlang der Linie K-K;
- 22 eine Skizze einer Modifikation der Halbleiterkühlstruktur gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung;
- 23 ein Querschnitt einer Kühlleitung in Richtung senkrecht zur Kühlmittelfließrichtung, wie sie in der Modifikation der Halbleiterkühlstruktur gemäß der dritten Ausführungsform enthalten ist;
- 24 einen Teil des Querschnitts von 22 entlang der Linie L-L;
- 25A und 25B Darstellungen zur Erklärung der Anordnung der schrägen Verrippung in den geraden Rippen in einer Kühlleitung einer Halbleiterkühlstruktur gemäß einem Beispiel zur Erläuterung eines Teilaspekts der Erfindung;
- 26A bis 34B Abbildungen, die alle die Anordnung der schrägen Verrippung in den geraden Rippen in einer Kühlleitung in verschiedenen Varianten der Halbleiterkühlstruktur gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung zeigen;
- 35 eine Abbildung, um den vorteilhaften Effekt der schrägen Verrippung der vorangegangenen Ausführungsformen und Beispiele zur Erläuterung eines Teilaspekts der Erfindung zu erläutern; und
- 36 eine Abbildung zur Erklärung des vorteilhaften Effektes der Vorsprünge in der Außenwand der Kühlleitung, die zum Kühlmittelkanal in der Kühlleitung der vorangegangenen Ausführungsformen und Beispiele zur Erläuterung eines Teilaspekts der Erfindung hin gerichtet sind.
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VORTEILHAFTE AUSFÜHRUNGSFORMEN UND BEISPIELE ZUR ERLÄUTERUNG VON TEILASPEKTEN DER ERFINDUNG
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Erste Ausführungsform
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1 zeigt eine Halbleiterkühlstruktur 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Wie in 1 gezeigt, umfasst die Halbleiterkühlstruktur 1 Halbleitermodule 2, die Halbleiterelemente 21 aufweisen, und eine Kühlleitung 3, die in engem Kontakt mit den Halbleitermodulen 2 steht. Die Kühlleitung 3 enthält ein Kühlmitteleinlassloch 311, ein Kühlmittelauslassloch 312, und einen Kühlmittelkanal 32 (siehe 3A), der sich zwischen dem Kühlmitteleinlassloch 311 und dem Kühlmittelauslassloch 312 erstreckt. Wie in 3A gezeigt, umfasst die Kühlleitung 3 Kühlmittelbewegungsmittel, um das Kühlmittel in eine erste Richtung senkrecht zu den Kühloberflächen 33, die in engem Kontakt mit den Halbleitermodulen 2 stehen, zu treiben. Im Weiteren wird die erste Richtung als „senkrecht zur Kühloberflächenrichtung“ oder „X-Richtung“ genannt.
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Wie in 2 und 3A bis 3C gezeigt, umfasst die Kühlleitung 3 eine Mittelplatte 34, die den Kühlkanal 32 in X-Richtung teilt und dabei einen ersten Kanal 321 und einen zweiten Kanal 322 bildet. Das Kühlmittel fließt wechselweise durch den ersten Kanal 321 und den zweiten Kanal 322. Rippen 4 sind in 4 nicht gezeigt.
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Wie in 3B gezeigt, weist die Mittelplatte 34 an beiden Endabschnitten Verbindungsabschnitte 341 auf, die sich in einer zweiten Richtung senkrecht zu einer dritten Richtung, in welcher das Kühlmittel von dem Kühlmitteleinlassloch 311 zu dem Kühlmittelauslassloch 312 fließt, befinden. Die dritte Richtung wird im Weiteren als „Kühlmittelfließrichtung“ oder „Y-Richtung“ genannt. Und die zweite Richtung wird im Weiteren als „Kühloberflächenbreitenrichtung“ oder „Z-Richtung“ genannt. Wie in 3A und 3C gezeigt, weist jeder der ersten und zweiten Kanäle 321 und 322 schräge Rippen 4 auf, die schräg zur Kühlmittelfließrichtung Y angeordnet sind. Die Neigung der schrägen Finnen 4 im ersten Kanal 321 ist entgegengesetzt zu der Neigung der schrägen Finnen 4 im zweiten Kanal 322. Der Neigungswinkel α der schrägen Rippen 4 in Bezug auf die Y-Richtung beträgt etwa 45 Grad.
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Die Kühlleitung 3 wird durch ein Paar von Außenwandplatten 35 gebildet, die einen Außenwandbereich der Kühlleitung 3 bilden, und einer Mittelplatte 34, die zwischen den Außenwandplatten 35 angeordnet ist und mit den Außenwandplatten 35 an deren Rändern beispielsweise durch Löten verbunden ist. Die Außenwandplatten 35 sind so geformt, dass sie innerhalb ihrer Ränder einen Innenraum bilden. Dieser Raum ist zweigeteilt, einer davon bildet den ersten Kanal 321 und der andere den Kanal 322.
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Wie in 3A bis 3C gezeigt, weisen die Außenwandplatten 35 und die Mittelplatte 34 eine in Y-Richtung längliche Form auf. Die Außenwandplatten 35 weisen daher an ihren Enden das Kühlmitteleinlassloch 311 und das Kühlmittelauslassloch 312 auf. Die Mittelplatte 34 hat eine Öffnung 342 an einer Stelle, die dem Kühlmitteleinlass 311 gegenüberliegt und an einer Stelle, die dem Kühlmittelauslass 312 gegenüberliegt. Wie oben erklärt, weist die Mittelplatte 34 ein Paar Verbindungsabschnitte 341 auf, die sich entlang der Y-Richtung an beiden Endabschnitten davon in Z-Richtung erstrecken. Die schrägen Rippen 4 sind parallel zueinander und zwischen jeder der Außenwandplatten 35 und der Mittelplatte 34 angeordnet. Diese schrägen Rippen 4 können an die Mittelplatte 34 und/oder die Außenwandplatte 35 angelötet werden. Wie in 3a gezeigt, haben die im ersten Kanal 321 angeordneten schrägen Rippen eine Form, die sich von dem Kühlmitteleinlassloch 311 zu dem Verbindungsabschnitt 341 auf der oberen Seite (im Weiteren als „oberseitiger Verbindungsabschnitt 341u“ bezeichnet) erstreckt, oder die sich von dem Verbindungsabschnitt 341 auf der Unterseite (im Weiteren als „Unterseitenverbindungsabschnitt 341d“ bezeichnet) zu dem Oberseitenverbindungsabschnitt 341u oder dem Kühlmittelauslassloch 312 erstreckt. Andererseits, wie in 3C gezeigt, haben die schrägen Rippen 4 in dem zweiten Kanal 322 eine Form, die sich von dem Kühlmitteleinlassloch 311 zu dem Unterseitenverbindungsabschnitt 341d oder von dem Oberseitenverbindungsabschnitt 341u zu dem Unterseitenverbindungsabschnitt 341d oder dem Kühlmittelauslassloch 312 erstreckt. Im Weiteren werden die Ausdrücke „Oberseite“ und „Unterseite“ benutzt, um die Positionen auf den Verbindungsabschnitten in 3 zu bezeichnen und sollen aber diese Ausführungsform der Erfindung in ihrer Struktur nicht einschränken.
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Wie in 1 gezeigt, sind die Halbleitermodule 2 in engem Kontakt mit der Hauptoberfläche (Kühloberfläche 33) der Kühlleitung 3 mit der oben beschriebenen Struktur angeordnet. Jedes Halbleitermodul 2 weist zwei Halbleiterelemente 21 auf. Jedes Halbleitermodul 2 umfasst auch ein Paar von Wärmesenken 22 auf, um die zwei Halbleiterelemente 21 dazwischen zu befestigen. Die Halbleiterelemente 21 stehen in direktem Kontakt mit einer der Wärmesenken 22 und in thermischem Kontakt mit der anderen der Wärmesenken 22 über einen Abstandshalter 23, der eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist.
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Das Halbleiterelement 21 kann ein MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), oder ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) oder eine Diode sein. In dieser Ausführungsform ist eines der beiden Halbleiterbauelemente in jedem der Halbleitermodule 2 ein IGBT und das andere Halbleiterelement ist eine Freilaufdiode.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist die Anzahl der Halbleitermodule 2 vier, zwei davon sind in Y-Richtung an einer der Kühloberflächen 33 angeordnet, die anderen zwei sind in Y-Richtung an der anderen Kühloberfläche 33 angeordnet. Zwischen den Wärmesenken 22 und der Kühlleitung 3 in jedem der Halbleitermodule 2 kann auch eine Isolierung mit hoher Wärmeleitfähigkeit dazwischen angeordnet werden. Die Halbleiterkühlstruktur 1 dieser Ausführungsform kann auch als gestapelte Struktur gemäß 4 gebildet werden, so dass sie Teil einer Wechselrichtereinheit, wie beispielsweise einem Wechselrichter, sein kann. In diesem Fall sind jeweils zwei der Kühlleitungen 3, die in Stapelrichtung benachbart zueinander angeordnet sind, über ihre Kühlmitteleinlasslöcher 311 und ihre Kühlmittelauslasslöcher 312 durch Verbindungsleitungen 36 miteinander verbunden. Die äußerste Kühlleitung 3 ist mit einer Kühlmitteleinlassleitung 371 zum Einlassen des Kühlmittels in den Stapel von Kühlleitungen 3 und einer Kühlmittelauslassleitung 372 zum Ablassen des Kühlmittels aus dem Stapel der Kühlmittelleitungen 3 versehen.
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Die Verbindungsleitung 36 kann beispielsweise Teil der der Außenwandplatte 35 der Kühlleitung 3 sein, oder kann beispielsweise ein separates Leitungselement der Kühlleitung 3 sein, was gesichert an dem Kühlmitteleinlassloch 311 oder dem Kühlmittelauslassloch 312 angeordnet ist. Jede der äußeren beiden Kühlleitungen 3 ist nur mit einer Kühloberfläche 33 in engem Kontakt mit dem Halbleitermodul 2. Jede der anderen Kühlleitungen 3 weist an beiden Seiten Kühloberflächen 33 gemäß 1 auf.
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In der in 4 abgebildeten Struktur wird das durch die Kühlmitteleinlassleitung 371 eingebrachte Kühlmittel W durch die Verbindungsleitungen 36 an die Kühlleitungen 3 verteilt. Daher wird das Kühlmittel W in alle Kühlmitteleinlasslöcher 311 der Kühlleitungen 3 eingebracht und fließt durch alle Kühlmittelkanäle 32 der Kühlleitungen 3. Das Kühlmittel W tauscht Wärme aus mit den Halbleitermodulen 2, die in engem Kontakt mit jedem der Kühlleitungen 3 stehen. Danach fließt das Kühlmittel W durch die Kühlmittelauslasslöcher 312 der Kühlleitungen 3, erreicht die Kühlmittelablassleitung 372 durch die Verbindungsleitungen 36 und wird abgelassen.
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Als Kühlmittel W kann beispielsweise ein natürliches Kühlmittel wie Wasser oder Ammoniak, Wasser gemischt mit einem Frostschutzmittel der Ethylenglykolgruppe, einem Kühlmittel aus der Gruppe der Freone wie beispielsweise HCFC123 ® und HFC134a ®, ein Kühlmittel aus der Gruppe der Alkohole wie beispielsweise Methanol und Alkohol, oder ein Kühlmittel aus der Gruppe der Ketone wie beispielsweise Aceton gewählt werden.
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Im Folgenden wird die Funktion und die Vorteile der oben beschriebenen ersten Ausführungsform erklärt. Die Halbleiterkühlstruktur 1 enthält in dem Kühlmittelkanal 32 der Kühlleitung 3 Mittel, um das Kühlmittel entlang der X-Richtung zu bewegen. Hierdurch kann ein Temperaturgradient des Kühlmittels in dem Kühlkanal 32 in X-Richtung vermieden werden. Das wird erreicht, wenn die Halbleitermodule 2 mit nur einer der Kühloberflächen der Kühlleitungen 3 wie in 5 gezeigt in engem Kontakt stehen, aber auch, falls die Halbleitermodule 2 mit verschiedenen Wärmeabgabewerten in engem Kontakt mit beiden Kühloberflächen der Kühlleitungen 3 stehen, wie es in 6 gezeigt ist.
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Dementsprechend kann die gesamte Menge an Kühlmittel, die in den Kühlkanal 32 eingebracht wird, gemäß dieser Ausführungsform für einen Wärmeaustausch mit den Halbleiterelementen 21 effizient genutzt werden. Gemäß dieser Ausführungsform kann daher die Kühleffizienz für die Halbleiterelemente 21 verbessert werden. Die Kühlleitung 3 enthält eine Mittelplatte 34 und das Kühlmittel fließt wechselweise durch den ersten Kanal 321 und den zweiten Kanal 322, welche durch die Mittelplatte 34 voneinander getrennt sind. Die Mittelplatte 34 hat den Verbindungsabschnitt 341 an jedem der Endabschnitte in Z-Richtung, und jeder der ersten Kanäle 321 und der zweiten Kanäle 322 enthält schräge Rippen 4. Die Neigungsrichtung der schrägen Rippen 4 in dem ersten Kanal 321 ist gegensätzlich zu der Neigungsrichtung der schrägen Rippen 4 und dem zweiten Kanal 322.
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Das Kühlmittel, das durch das Kühlmitteleinlassloch 311 in den Kühlkanal 32 eingebracht wurde, fließt daher entlang der schrägen Rippen 4 schräg zur Y-Richtung und erreicht den Verbindungsabschnitt 341u. Danach bewegt sich das Kühlmittel von dem ersten Kanal 321 zu dem zweiten Kanal 322 durch den Verbindungsabschnitt 341u, fließt entlang der schrägen Rippen 4 in dem zweiten Kanal 322 und erreicht den Verbindungsabschnitt 341b. Danach bewegt sich das Kühlmittel wieder zu dem ersten Kanal 321. Auf diese Art und Weise bewegt sich das Kühlmittel von dem ersten Kanal 321 zu dem zweiten Kanal 322 und umgekehrt abwechselnd mit Hilfe der zwei Verbindungsabschnitte 341u und 341d, wobei es spiralförmig durch den Kühlkanal 32 fließt. Hierdurch kann das Kühlmittel effektiv in X-Richtung getrieben werden und gleichzeitig die Bildung eines Temperaturgradienten verhindert werden.
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In dem Fall, in dem zwei Halbleitermodule 2 entlang der Y-Richtung in engem Kontakt mit nur einer der Kühloberflächen 33 der Kühlleitung 3 stehen (nur die Kühloberfläche 33 der Seite des ersten Kanals 321) gemäß 5, tauscht das Kühlmittel mit den Halbleitermodulen 2 Wärme aus wie oben beschrieben. Das Kühlmittel W, das durch das Kühlmitteleinlassloch 311 in dem ersten Kanal 321 eingebracht wurde, tauscht mit dem stromaufwärts liegenden Halbleitermodul 2 Wärme aus. Das Kühlmittel W, dessen Temperatur durch den Wärmeaustausch erhöht wurde, fließt spiralförmig durch den Kühlmittelkanal 32, bewegt sich zu dem zweiten Kanal 322 stromabwärts, und erreicht das Kühlmittelauslassloch 312.
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Andererseits ist ein Wärmeaustausch des Kühlmittels W, das durch das Kühlmitteleinlassloch 311 in den zweiten Kanal 322 eingelassen wurde, mit der Seite des Halbleitermoduls 2, die stromaufwärts liegt, schwer möglich und das Kühlmittel W bewegt sich zu dem ersten Kanal 321 der stromabwärts angeordnet ist, wobei es spiralförmig durch den Kühlmittelkanal 32 fließt und seine niedrige Temperatur behält. Dieses Kühlmittel W mit niedriger Temperatur, das durch den ersten Kanal 321 geflossen ist, tauscht Wärme aus mit dem Halbleitermodul 2, das stromabwärts angeordnet ist. Daher kann auch in dem Fall, in dem die Halbleitermodule 2 nur auf einer Seite der Kühloberflächen 33 der Kühlleitung 3 angeordnet sind, die gesamte Menge des Kühlmittels, das in dem Kühlkanal 32 eingelassen wurde, für einen Wärmeaustausch mit den Halbleitermodulen 2 effizient genutzt werden.
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Im Weiteren wird für den anderen Fall eine Erklärung gegeben, in dem die Halbleitermodule 2 mit unterschiedlichem Wärmeabgabewert in engem Kontakt mit beiden Kühloberflächen der Kühlleitung 3 stehen, wie es in 6 gezeigt ist. Hier wird angenommen, dass zwei Halbleitermodule 2H mit jeweils Halbleiterelementen 21 mit einer hohen Wärmeabgabefähigkeit in Y-Richtung in engem Kontakt mit der Kühloberfläche 33 auf der Seite des ersten Kanals 321 angeordnet sind und zwei Halbleitermodule 2L mit jeweils Halbleiterelementen 21 mit einer niedrigen Wärmeabgabefähigkeit in Y-Richtung in engem Kontakt mit der Kühloberfläche 33 auf der Seite des zweiten Kanals 322 angeordnet sind.
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Das Kühlmittel W, das durch das Kühlmitteleinlassloch 311 in den ersten Kanal 321 eingebracht wurde, tauscht Wärme mit den Halbleitermodulen 2H aus, die mehr Wärme erzeugen und fließt zu dem zweiten Kanal 322 auf die Seite, die stromabwärts liegt, während es spiralförmig durch den Kühlmittelkanal 32 fließt. Danach tauscht das Kühlmittel W mit den stromabwärts liegenden Halbleitermodulen 2L, die weniger Wärme erzeugen, in dem zweiten Kanal 322 Wärme aus und erreicht das Kühlmittelauslassloch 312. Andererseits tauscht das Kühlmittel W, das in den zweiten Kanal 322 durch das Kühlmitteleinlassloch 311 eingelassen wurde, Wärme mit den Halbleitermodulen 2L, die weniger Wärme erzeugen, aus, und fließt zu dem ersten Kanal 321 auf die stromabwärts liegende Seite, während es sich spiralförmig durch den Kühlmittelkanal 32 bewegt. Danach tauscht das Kühlmittel W Wärme mit den Halbleitermodulen 2H, welche mehr Wärme erzeugen, in dem ersten Kanal 321 auf der stromabwärts liegenden Seite aus, und erreicht den Kühlmittelauslass 312.
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Wie oben erklärt, ist es also auch möglich, in dem Fall, wenn die Halbleitermodule 2 verschiedene Wärmeabgabewerte aufweisen und in engem Kontakt mit beiden Kühloberflächen der Kühlleitung stehen, einen Temperaturgradienten in dem Kühlmittelkanal 32 in X-Richtung zu vermeiden, da das Kühlmittel mit den Halbleitermodulen 2 während seiner Bewegung in X-Richtung Wärme austauscht. Dadurch kann erreicht werden, dass eine unterschiedliche Kühleffizienz zwischen den Kühloberflächen 33 der Kühlleitung 3 verhindert wird, und die Halbleitermodule 2 können effizient gekühlt werden, da die gesamte Kühlmittelmenge, die durch den Kühlmittelkanal 32 fließt, genutzt wird,
Da das Kühlmittel geneigt entlang der Finnen fließt und sich daher leicht entlang der Z-Richtung in dem ersten Kanal 321 und dem zweiten Kanal 322 bewegt, ist es außerdem möglich, einen Temperaturgradienten in Z-Richtung zu vermeiden. Die Kühleffizienz für die Halbleiterelemente 21 kann daher zufriedenstellend verbessert werden.
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Zweite Ausführungsform
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Die zweite Ausführungsform gemäß der 7A bis 7C ist dadurch gekennzeichnet, dass die schrägen Rippen 4 kürzer ausgebildet sind, und jede der benachbart zueinander angeordneten schrägen Finnen 4 versetzt zueinander angeordnet sind. Gemäß der vorhergehenden ersten Ausführungsform wie sie in 3 gezeigt ist, erstrecken sich die schrägen Rippen 4 kontinuierlich aus der Nähe des Kühlmitteleinlassloches 311 zu entweder den Verbindungsabschnitten 341 der Mittelplatte 34, oder von einem der Verbindungsabschnitte 341 zu dem anderen Verbindungsabschnitt 341, oder von entweder dem Verbindungsabschnitt 341 bis in die Nähe des Kühlmittelauslassloches 312.
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Obwohl die schrägen Rippen 4 gemäß der Ausführungsform, wie sie in 7A und 7C gezeigt ist, sich in die gleiche Richtung erstrecken wie im ersten Ausführungsbeispiel, weisen die schrägen Rippen 4 eine geringere Länge auf und sind unterbrochen ausgebildet, und immer zwei benachbarte schräge Rippen 4 weisen einen Versatz zueinander auf. Im Übrigen entspricht die zweite Ausführungsform der ersten Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform weist die gleichen Vorteile wie die erste Ausführungsform auf.
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Weiteres Beispiel zur Erläuterung eines Teilaspekts der Erfindung
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Ein weiteres Beispiel zur Erläuterung eines Teilaspekts der Erfindung ist in den 8 bis 10 gezeigt und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlleitung 3 anstelle der schrägen Rippen 4 gerade Rippen 5 aufweist, die sich parallel zueinander entlang der Y-Richtung erstrecken, um den Kühlmittelkanal 32 in Z-Richtung zu teilen, um eine Mehrzahl von geteilten Kühlmittelkanälen 323 zu bilden, und im weiteren dadurch gekennzeichnet, dass jede Außenwandplatte 35 Vorsprünge 6 aufweist, die in den Kühlmittelkanal 32 hinein ragen.
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Wie in 9 gezeigt, werden die geraden Rippen 5 durch das Verformen einer Aluminiumplatte oder etwas ähnlichem in eine rechtwinklige Wellenform gebildet. Die geraden Rippen 5 werden mit ihren oberen Abschnitten 51 (Berg- und Talabschnitt der rechtwinkligen Welle) an den Außenwandplatten 35 der Kühlleitung 3 angelötet.
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Jede der geteilten Kühlmittelkanäle 323 enthält die Vorsprünge 6 an drei Positionen entlang der Y-Richtung. Das bedeutet wie in 8 gezeigt, dass jeder Vorsprung 6 zwischen zwei der in Y-Richtung benachbarten Halbleiterelemente 21 angeordnet ist. Entsprechend sind die Vorsprünge 6 bis auf die obersten auf der stromaufwärts gerichteten Seite der Halbleiterelemente 21 angeordnet.
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Wie in 10 gezeigt, sind die Vorsprünge 6 durch Pressverformen der Außenwandplatten 35 der Kühlleitungen 3 derart geformt, dass sie an Positionen angeordnet sind, an denen die äußersten Flächen 51 der geraden Rippen 5 nicht an den Außenwandflächen 35 anliegen. Demgemäß sind die Vorsprünge 6 zweier benachbarter geteilter Kühlmittelkanäle 323 auf entgegengesetzten Außenwandplatten 35 ausgebildet. Der Vorsprung 6 hat eine nahezu halbrunde Form und sein Durchmesser in Draufsicht (in Richtung des Vorsprungs gesehen) ist nahezu gleich dem Abstand der seitlichen Abschnitte 52 der geraden Rippen 5. Die Höhe t1 der Vorsprünge 6 kann beispielsweise 1/5 der Höhe des Kühlmittelkanals 32 in X-Richtung betragen. Im Weiteren entspricht auch dieses Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts der ersten Ausführungsform. Durch die Vorsprünge 6 entsteht bei diesem Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts eine Druckdifferenz in dem Kühlmittel in X-Richtung, und daher entsteht eine Fließgeschwindigkeit in X-Richtung. Hierdurch kann ein Temperaturgradient in dem Kühlmittelkanal 32 verhindert werden. Da jeder Vorsprung 6 an der stromaufwärts gerichteten Seite eines entsprechenden Halbleiterelements 21 angeordnet ist, fließt das Kühlmittel kurz über das Halbleiterelement 21 in X-Richtung. Da es daher möglich ist, das Kühlmittel mit geringer Temperatur an die Halbleiterelemente 21 zu leiten, können diese effizient gekühlt werden.
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Bei diesem Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts sind die Vorsprünge 6 an den stromaufwärts gerichteten Seiten der Halbleiterelemente 21 angeordnet bis auf die am weitesten stromaufwärts angeordneten Vorsprünge. Das kommt daher, da die Vorsprünge 6 teilweise auch dazu dienen, das Kühlmittel in X-Richtung zu bewegen, wobei das Kühlmittel mit dem Halbleiterelement 21 auf der stromaufwärts gerichteten Seite Wärme austauscht und dadurch ein Temperaturgradient in X-Richtung entsteht, und dadurch dieser Temperaturgradient reduziert werden kann. Die Vorsprünge 6 können leicht angebracht werden, da sie in jeder der Außenwandflächen 35 ausgebildet werden. Die Vorsprünge 6 können als Mittel zur Positionierung der geraden Rippen 5 in Bezug auf die Außenwandflächen 35 beim Montieren der Kühlleitung 3 benutzt werden. Neben dem oben beschriebenen, weist dieses Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts der Erfindung die gleichen Vorteile wie die erste Ausführungsform auf.
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Weiteres Beispiel zur Erläuterung eines Teilaspekts der Erfindung
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Das Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts gemäß den 11 bis 15 ist dadurch gekennzeichnet, dass die geraden Rippen 5 mit einer schrägen Verrippung 53 versehen sind, welche zu den geteilten Kühlmittelkanälen 323 zeigen. Wie in 23 gezeigt, ist die Verrippung 53 gegenüber der Y-Richtung und der Kühloberfläche 33 geneigt.
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Die geneigte Verrippung 53 ist pressgeformt in den Seitenabschnitten 52 der geraden Rippen 5.
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Genauer gesagt, wie in 12 gezeigt, zeigt jeder der Seitenabschnitte 52 der geraden Finnen 5 die geneigte Verrippung 53 an beiden Oberflächen. Da die geneigte Verrippung 53 auf einer der Oberflächen der Seitenabschnitte 52 und die geneigte Verrippung 53 auf der anderen Oberfläche sich nicht gegenseitig überlappen können, werden sie versetzt zueinander ausgebildet, wie es in 14 und 15 gezeigt ist. Da die geneigte Verrippung 53 pressgeformt ist, werden Muldenabschnitte 531 auf der Rückseite der Oberfläche ausgebildet, an deren Vorderseite die geneigte Verrippung 53 gebildet wurde.
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Die Neigung β der geneigten Verrippung 53 gegenüber der Y-Richtung kann beispielsweise 45 Grad betragen. Die Höhe t2 der geneigten Verrippung 53 kann beispielsweise 1/10 des Rippenabstandes t3 zwischen zwei benachbarten geraden Rippen 5 (siehe 12) betragen. Wie in 11 und 13 gezeigt, sind die geneigten Rippen 53 derart ausgebildet, dass immer zwei in Y-Richtung benachbarte eine gegensätzliche Neigung aufweisen. Die anderen Merkmale entsprechen den Merkmalen der ersten Ausführungsform.
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Wegen der Vorsprünge der geneigten Rippen 53 in diesem Ausführungsbeispiel entsteht eine Druckdifferenz in dem Kühlmittel in X-Richtung, und daher entsteht eine Fließgeschwindigkeit in X-Richtung. Hierdurch kann die Bildung eines Temperaturgradienten in dem Kühlmittelkanal 32 verhindert werden.
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Da außerdem jeweils zwei der benachbarten geneigten Verrippungen 53 in Y-Richtung gegensätzliche Neigung aufweisen, fließt das Kühlmittel in jeder der geteilten Kanäle 23 in Y-Richtung, während es sich in X-Richtung durch die geneigte Verrippung 53 mäanderformig bewegt. Gemäß diesem Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts kann das Kühlmittel daher sanft in X-Richtung fließen. Neben dem oben genannten, weist dieses Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts die gleichen Vorteile wie die erste Ausführungsform auf.
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Weiteres Beispiel zur Erläuterung eines Teilaspekts der Erfindung
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Das Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts, das in 16, 17, 18A und 18B gezeigt ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die geraden Rippen 5 keilförmige Rippen 54 aufweisen, welche in die geteilten Kühlmittelkanäle 23 hinein ragen. Die keilförmige Rippe 54 hat eine derart keilförmige Form, dass sich ihre Längsrichtung wie in 17 gezeigt, in X-Richtung erstreckt und sich ihre Breite in Z-Richtung entlang der Längsrichtung langsam vergrößert, wie es in 18A und 18B gezeigt ist.
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Wie in 16 und 17 gezeigt, ist jede keilförmige Rippe 54 nahe einer Position zwischen zwei in Y-Richtung benachbarten Halbleiterelementen 21 angeordnet. Demnach sind in jeder der geteilten Kühlmittelkanäle 323 immer zwei der keilförmigen Rippen 54 in Y-Richtung auf der stromaufwärts gerichteten Seite jedes der Halbleiterelemente 21 in Reihe angeordnet, außer den am weitesten stromaufwärts angeordneten Rippen. Die zwei in Reihe angeordneten Rippen 54 weisen unterschiedliche Richtungen der Keilform auf, wie es den 18A und 18B zu entnehmen ist. Wie die schräge Verrippung 53 gemäß dem vorausgegangenen Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts der 11 bis 15, können die keilförmigen Rippen 54 dieser Ausführungsform durch Pressverformen der Seitenabschnitte 52 der geraden Rippen 5 gebildet werden. Andere Merkmale sind mit denen der ersten Ausführungsform identisch.
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Gemäß diesem Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts ist es möglich, die Querschnittsfläche der geteilten Kühlmittelkanäle 323 entlang der X-Richtung an Positionen, an denen die keilförmigen Rippen 54 vorgesehen sind, zu variieren. Das erzeugt ein Fließen des Kühlmittels in X-Richtung, wenn das Kühlmittel an den Stellen, an denen keilförmige Rippen 54 ausgebildet sind, entlang fließt. Entsprechend diesem Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts ist es daher möglich, das Ausbilden eines Temperaturgradienten in X-Richtung zu verhindern. Neben dem oben genannten Vorteil, weist dieses Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts die gleichen Vorteile wie die erste Ausführungsform auf.
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Dritte Ausführungsform
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Die dritte Ausführungsform ist in 19 bis 21 gezeigt und dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlleitung 3 eine Mittelplatte 34 zum Teilen des Kühlkanals 32 in X-Richtung aufweist, um einen ersten Kanal 321 und einen zweiten Kanal 322 zu bilden, wobei diese ersten und zweiten Kanäle mit geraden Rippen 5 versehen sind, die sich entlang der Y-Richtung erstrecken, um den Kühlmittelkanal 32 in Z-Richtung zu teilen, um dadurch eine Vielzahl von geteilten Kühlmittelkanälen 323 zu bilden, und dass diese geteilten Kühlmittelkanäle 323 mit Vorsprüngen 6 versehen sind, die in den Kühlmittelkanal 32 ragen.
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Wie in 20 gezeigt, umfasst die Kühlleitung 3 eine Mittelplatte 34, die den Kühlmittelkanal 32 in X-Richtung teilt, um einen ersten Kanal 321 und einen zweiten Kanal 322 zu bilden, durch welche das Kühlmittel fließt. Anders als im ersten Ausführungsbeispiel weist die Mittelplatte 34 keine Verbindungsabschnitte 332 (siehe 1 und 2) auf, wodurch auch der erste Kanal 321 und der zweite Kanal 322 nicht miteinander verbunden sind.
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Wie in 20 gezeigt, sind die geraden Rippen 5 in dem ersten Kanal 321 und im zweiten Kanal 322 angeordnet, so dass sie sich durch die Mittelplatte 34 getrennt gegenüberstehen. Die geraden Rippen 5 sind mit ihren oberen Abschnitten 51 (Berg- und Talabschnitte der rechtwinkligen Welle) an die Außenwandplatten 35 der Kühlleitung 3 gelötet. Die geraden Rippen 5 teilen jede der ersten Kanäle 321 und der zweiten Kanäle 322 in Z-Richtung, und bilden dadurch eine Vielzahl geteilter Kanäle 323. Wie in 19 gezeigt, weist jeder zweite der geteilten Kühlmittelkanäle 323 Vorsprünge 6 auf. Jeder Vorsprung 6 ist an einer Position zwischen jeweils zwei der in Y-Richtung benachbarten Halbleiterelemente 21 angeordnet. Dementsprechend sind die Vorsprünge 6 bis auf den äußersten stromaufwärts angeordneten Vorsprung auf der stromaufwärts gerichteten Seite der Halbleiterelemente 21 angeordnet.
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Wie in 21 gezeigt, sind die Vorsprünge 6 durch Pressen der Mittelplatte 34 gebildet. Die Vorsprünge 6 sind an Positionen angeordnet, an denen die oberen Bereiche 51 der geraden Rippen 5 die Mittelplatte 34 nicht berühren. Die Vorsprünge 6 sind so ausgebildet, dass sie sich abwechselnd in Richtung des ersten Kanals 321 und des zweiten Kanals 322 erstrecken. Die weiteren Merkmale entsprechen den Merkmalen des ersten Ausführungsbeispiels.
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Da der erste und zweite Kanal 321 und 322 in diesem Ausführungsbeispiel mit Vorsprüngen 6 versehen ist, entsteht eine Druckdifferenz in dem Kühlmittel in X-Richtung, und daher entsteht eine Fließgeschwindigkeit in X-Richtung. Jedoch kann das Ausbilden eines Temperaturgradienten in dem Kühlmittelkanal 32 verhindert werden. Da die Vorsprünge 6 außerdem an den stromaufwärts gerichteten Seiten des Halbleiterelements 21 angeordnet sind, fließt das Kühlmittel kurz über jedes der Halbleiterelemente 21 in X-Richtung. Da das Kühlmittel mit niedriger Temperatur die Halbleiterelemente 21 erreicht, können diese effizient gekühlt werden.
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Da die Vorsprünge 6 in der Mittelplatte 34 ausgebildet werden, ist es einfach, die Vorsprünge 6 zur Verfügung zu stellen. Die Vorsprünge 6 können als Positionierungsmittel für die Positionierung der geraden Rippen 5 in Bezug auf die Mittelplatte 34 während des Montierens der Kühlleitung 3 benutzt werden. Außerdem weist die dritte Ausführungsform die gleichen Vorteile wie die erste Ausführungsform auf. Die oben beschriebene dritte Ausführungsform kann gemäß 22 bis 24 verändert werden. Wie in 23 gezeigt, sind gemäß dieser geänderten Ausführung die geraden Rippen 5 in dem ersten Kanal 321 und im zweiten Kanal 322 so angeordnet, dass sie mit der Mittelplatte 34 dazwischen in Phase ausgerichtet sind. Wie in 22 gezeigt, sind die Vorsprünge 6 in allen geteilten Kühlmittelkanälen 323 ausgebildet. Wie in 24 gezeigt, weisen die Vorsprünge 6 eine rechtwinklige Wellenform auf, ähnlich der der geraden Rippen 5 und sind so ausgebildet, dass sie abwechselnd in den ersten Kanal 321 und den zweiten Kanal 322 ragen. Neben dem oben genannten, weist die dritte Ausführungsform die gleichen Vorteile wie die erste Ausführungsform auf.
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Weiteres Beispiel zur Erläuterung eines Teilaspekts der Erfindung
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Das Beispiel zur Erläuterung eines Teilaspekts, das in den 25A und 25B gezeigt ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die geraden Rippen 5 mit schrägen Verrippungen 53 versehen sind, die sich zu den geteilten Kühlmittelkanälen 323 hin erstrecken, wobei dieses Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts in Bezug auf die lokale Anordnung und die Anzahl der schrägen Verrippungen 53 mehrere Varianten aufweist. Grundsätzlich ist die Struktur dieses Beispiels zur Erläuterung des Teilaspekts gleich mit dem Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts, das in Bezug auf die 11 bis 15 erläutert ist.
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Bei diesem Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts, das in den 25A und 25B gezeigt ist, sind die schrägen Verrippungen 53 entlang der Y-Richtung an sechs Positionen angeordnet. Jede der schrägen Verrippungen 53, angeordnet entlang der Y-Richtung, gehört zu einer von drei Gruppen schräger Verrippungen 53Y, wobei jede Gruppe schräge Verrippungen 53 mit der gleichen Neigungsrichtung umfasst. Die Neigungsrichtungen der schrägen Verrippungen 53 von zwei benachbarten Gruppen schräger Verrippungen 53Y, sind zueinander entgegengesetzt.
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In den Varianten dieses Beispiels zur Erläuterung des Teilaspekts, gezeigt in Figuren 26A und 26B und Figuren 27A und 27B, sind die schrägen Verrippungen 53 an acht Positionen entlang der Y-Richtung angeordnet, und bei zwei der drei Positionen entlang der X-Richtung. Jeweils zwei der schrägen Verrippungen 53, die in Y-Richtung benachbart angeordnet sind, sind entgegengesetzt zueinander geneigt. Jeweils zwei der schrägen Verrippungen 53, die in X-Richtung benachbart zueinander angeordnet sind, sind auch entgegengesetzt zueinander geneigt.
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In den Varianten dieses Beispiels zur Erläuterung des Teilaspekts, gezeigt in Figuren 28A und 28B und Figuren 29A und 29B, sind die schrägen Verrippungen 53 entlang der Y-Richtung an acht Positionen angeordnet, und an zwei oder drei Positionen entlang der X-Richtung. Jede der schrägen Verrippungen 53, angeordnet entlang der Y-Richtung, gehört zu einer von vier Gruppen schräger Verrippungen 53Y, wobei jede Gruppe schräge Verrippungen 53 mit der gleichen Neigungsrichtung enthält. Die Neigungsrichtung der schrägen Verrippungen 53 von zwei der Gruppen schräger Verrippungen 53Y, welche in Y-Richtung benachbart zueinander angeordnet sind, sind entgegengesetzt zueinander geneigt. Immer zwei der schrägen Verrippungen 53, die in X-Richtung benachbart zueinander angeordnet sind, haben eine entgegengesetzte Neigung zueinander.
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In der Variante gemäß 30 sind die schrägen Verrippungen 53 entlang der Y-Richtung an acht Positionen angeordnet, und an vier Positionen entlang der X-Richtung. Jede der schrägen Verrippungen 53 entlang der X-Richtung gehört zu einer von zwei Gruppen schräger Verrippungen 53X, wobei jede Gruppe schräge Verrippungen 53 mit der gleichen Neigungsrichtung enthält. Immer zwei der schrägen Verrippungen 53, die in Y-Richtung benachbart zueinander angeordnet sind, weisen eine entgegengesetzte Neigung auf. Die Neigungsrichtung der schrägen Verrippungen 53 von zwei der Gruppen schräger Verrippungen 53X, welche in X-Richtung benachbart zueinander angeordnet sind, sind entgegengesetzt zueinander geneigt.
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In der Variante gemäß 31 sind die schrägen Verrippungen 53 entlang der Y-Richtung an acht Positionen angeordnet und an vier Positionen entlang der X-Richtung. Jede der schrägen Verrippungen 53 entlang der Y-Richtung gehören zu einer von vier Gruppen schräger Verrippungen 53Y, wobei jede Gruppe schräge Verrippungen 53 enthält, die eine gleiche Neigungsrichtung aufweisen. Jede der schrägen Verrippungen 53 entlang der X-Richtung gehört zu einer von zwei Gruppen schräger Verrippungen 53X, wobei jede Gruppe schräge Verrippungen 53 mit der gleichen Neigungsrichtung enthält. Die Neigungsrichtung der schrägen Verrippungen 53 von zwei der Gruppen schräger Verrippungen 53Y, die in Y-Richtungen benachbart zueinander angeordnet sind, weisen eine entgegengesetzte Neigungsrichtung auf. Die Neigungsrichtung der schrägen Verrippungen 53 von zwei der Gruppen schräger Verrippungen 53X, welche in X-Richtung benachbart zueinander angeordnet sind, sind entgegengesetzt zueinander geneigt.
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Bei diesem Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts und in jeder Variante dessen, entsteht wegen der Anordnung der schrägen Rippen 53 eine Druckdifferenz in dem Kühlmittel in X-Richtung, und daher entsteht eine Fließgeschwindigkeit in X-Richtung. Dadurch kann ein Temperaturgradient in dem Kühlkanal 32 verhindert werden. Das Kühlmittel in jeder der geteilten Kühlmittelkanäle 323 fließt in Y-Richtung während es sich durch die schrägen Verrippungen 53 in X-Richtung mäanderförmig bewegt.
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Gemäß diesem Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts kann das Kühlmittel in X-Richtung sanft fließen. Neben dem oben genannten Vorteil weist die siebte Ausführungsform die gleichen Vorteile wie die erste Ausführungsform auf.
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Weiteres Beispiel zur Erläuterung eines Teilaspekts der Erfindung
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Das Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts, das in den 32A und 32B gezeigt ist und Varianten davon, die in den 33A und 33B gezeigt sind, sind dadurch gekennzeichnet, dass die geraden Rippen 5 mit schrägen Verrippungen 53 und quer verlaufenden Verrippungen 55 versehen sind, die in den geteilten Kühlmittelkanal 323 hinein ragen. Die quer verlaufenden Verrippungen 55 sind senkrecht zur Y-Richtung und zur Kühloberfläche 33 ausgebildet. Dieses Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts und dessen Varianten sind in ihrer grundsätzlichen Struktur identisch zu dem Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts der 11 bis 15.
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Wie in 32A und 32B gezeigt, sind die schrägen Verrippungen 53 gemäß diesem Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts entlang der Y-Richtung an vier Positionen ausgebildet. Jeweils zwei der schrägen Verrippungen 53, die in Y-Richtung benachbart zueinander angeordnet sind, haben entgegengesetzte Neigungsrichtungen. Die quer verlaufenden Verrippungen 55 sind in Y-Richtung abwechselnd mit den schrägen Verrippungen 53 an drei Positionen angeordnet.
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In der Variante, wie sie in 33A und 33B gezeigt ist, sind die schrägen Verrippungen 53 entlang der Y-Richtung in vier Positionen angeordnet, und in X-Richtung an zwei Positionen. Immer zwei der schrägen Verrippungen 53, die in Y-Richtung benachbart zueinander angeordnet sind, haben eine entgegengesetzte Neigungsrichtung. Immer zwei der schrägen Verrippungen 53, die in X-Richtung benachbart zueinander angeordnet sind, haben ebenfalls eine entgegengesetzte Neigungsrichtung. Die quer verlaufenden Verrippungen 55 sind entlang der Y-Richtung an fünf Positionen abwechselnd mit den schrägen Verrippungen 53 angeordnet. Die quer verlaufenden Verrippungen 55 sind nur in der Mitte der drei Positionen entlang der Y-Richtung an zwei Positionen in X-Richtung angeordnet.
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Bei diesem Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts und dessen Varianten fließt das Kühlmittel, das durch jede der geteilten Kühlmittelkanäle 323 fließt, durch die schrägen Verrippungen 53 und die quer verlaufenden Verrippungen 55 auch in X-Richtung. Daher ist es gemäß diesem Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts und seiner Varianten möglich, einen Temperaturgradienten in X-Richtung effektiv zu vermeiden. Das Kühlmittel fließt in jedem der geteilten Kühlmittelkanäle 323 in Y-Richtung, während es durch die schrägen Verrippungen 53 und die quer verlaufenden Verrippungen 55 in X-Richtungen mäanderförmig fließt. Daher kann gemäß diesem Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts und dessen Varianten das Kühlmittel in X-Richtung sanft fließen. Neben dem oben genannten Vorteil weist dieses Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts die gleichen Vorteile wie die erste Ausführungsform auf.
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Weiteres Beispiel zur Erläuterung eines Teilaspekts der Erfindung
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Das Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts, das in 34 gezeigt ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die geraden Rippen 5 nur mit quer verlaufenden Rippen 55 versehen sind, die in den geteilten Kühlmittelkanal 23 hinein ragen. Die quer verlaufenden Rippen 55 sind senkrecht zur Y-Richtung und zur Kühloberfläche 33 ausgebildet. Neben dem oben gesagten weist dieses Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts die gleichen Vorteile wie die erste Ausführungsform auf. Grundsätzlich ist die Struktur dieses Beispiels zur Erläuterung des Teilaspekts die gleiche wie die des Beispiels zur Erläuterung des Teilaspekts der 11 bis 15.
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Wie in 34 gezeigt, sind gemäß diesem Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts die quer verlaufenden Verrippungen 55 in Y-Richtung an acht Positionen angeordnet. Die quer verlaufenden Verrippungen 55, welche in einer der Außenwandplatten 35 ausgebildet sind, sind abwechselnd mit den quer verlaufenden Verrippungen 55 angeordnet, die in der anderen Außenwandplatte 55 ausgebildet sind.
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Durch das Bereitstellen der quer verlaufenden Verrippungen 55 entsteht bei diesem Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts eine Druckdifferenz in dem Kühlmittel in X-Richtung und daher entsteht eine Fließgeschwindigkeit in X-Richtung. Gemäß diesem Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts ist es möglich, die Ausbildung eines Temperaturgradienten in X-Richtung effektiv zu verhindern. Das Kühlmittel fließt in jedem der geteilten Kühlmittelkanäle 323 in Y-Richtung, wobei es durch die quer verlaufenden Verrippungen 55 in X-Richtung mäanderförmig fließt. Gemäß diesem Beispiel zur Erläuterung des Teilaspekts kann das Kühlmittel in X-Richtung sanft fließen.
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Im Weiteren werden die vorteilhaften Effekte der Vorsprünge, der schrägen Verrippungen und der quer verlaufenden Verrippungen, wie sie gemäß der oben beschriebenen Ausführungsformen und der Beispiele zur Erläuterung von Teilaspekten der Erfindung bereitgestellt werden, mit Bezug auf 35 und 36 detailliert erklärt. Wie in 35 gezeigt, entsteht beim Vorhandensein der Vorsprünge 6 ein Fluss mit Geschwindigkeitsvektoren W1, W2 und W3 in einer Richtung senkrecht zur Y-Richtung (in X-Richtung), aufgrund der Druckdifferenz im Kühlmittel W, welche durch die Vorsprünge 6 verursacht wird. Wenn das Kühlmittel W auf den Vorsprung 6 trifft, fließt das Kühlmittel W entlang des Vorsprungs 6 (W1) oder aber umgeht den Vorsprung 6, um zu einer Seite mit niedrigerem Druck (W2) zu fließen. Selbst wenn das Kühlmittel W nicht auf den Vorsprung 6 trifft, fließt es zur Seite mit dem niedrigeren Druck (W3). Wie in 36 gezeigt, entsteht wegen der durch die schrägen Verrippungen 53 verursachten Druckdifferenz in dem Kühlmittel W ein Fließen mit Geschwindigkeitsvektoren W4 und W5 in eine Richtung senkrecht zur Y-Richtung (in X-Richtung), wenn schräge Verrippungen 53 ausgebildet sind. Fließt das Kühlmittel W nicht über die schräge Verrippung 53, dann fließt es entlang der schrägen Verrippung 53 (W4), und wenn das Kühlmittel W über die schräge Verrippung 53 fließt, fließt es zur Seite mit dem niedrigeren Druck (W5). Die quer verlaufenden Verrippungen 55 bewirken denselben vorteilhaften Effekt wie die schrägen Verrippungen 53.
