JP2005203732A

JP2005203732A - 冷却器

Info

Publication number: JP2005203732A
Application number: JP2004245140A
Authority: JP
Inventors: Motohiro Shirai; 基紘白井; Mitsuharu Inagaki; 充晴稲垣
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-12-18
Filing date: 2004-08-25
Publication date: 2005-07-28

Abstract

【課題】加工費低減が可能な冷却器を提供する。
【解決手段】隣接するチューブ１間に電子部品６が保持された冷却器において、チューブ１は、プレス成形にて所定形状に加工されたプレート１ａ、１ｂ１ａ、１ｂの縁部を接合して形成され、熱交換を促進するフィン５がチューブ１内に配置されている。チューブ１を押し出し加工で製造する場合に存在していた内壁をなくすことができるため、内壁の除去加工が不要になり、加工費を低減することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子部品を冷却する冷却器に関するもので、特にハイブリッド電気自動車用インバータの両面冷却型電子部品を冷却する冷却器として好適である。

従来、半導体モジュール（電子部品）を水冷式の冷却器に取り付けて冷却するものが知られている。また、両面冷却型半導体装置としては、特許文献１で提案されている。この特許文献１に示された装置は、冷却水の通路を有するチューブと両面冷却型半導体モジュールとを交互に積層し、これを挟圧部材でセットする構成となっている。隣接するチューブ同士は、隣接するチューブ間に配置されたベローズ（連結手段）で連結され、各チューブには、冷却水の通路とベローズの内部とを連通させる連通穴が形成されている。
特開２００２−２６２１５号公報

しかしながら、特許文献１の装置のように、チューブを押し出し加工で製造する場合、図１６に示すように、熱交換を促進するためおよび強度確保のためにチューブ１内には内壁１ｘが形成され、その内壁１ｘは押し出し方向全域に存在する。そして、チューブ１とベローズを接合する部位、すなわち連通穴１１形成部位においては、押し出し加工後にチューブ１の内壁１ｘの除去加工が必要であり、この加工費がコストアップにつながっている。さらに押出チューブ１においては、サイドキャップが必要であり、この点もコストアップになっている。

本発明は上記点に鑑みて、加工費低減が可能な冷却器を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、冷却流体が流れる流体通路（１０）が内部に形成されるとともに、流体通路（１０）内での冷却流体の流れ向き（Ｘ）に対して直交する方向に所定間隔を隔てて積層された複数のチューブ（１）と、隣接するチューブ（１）間に配置されて隣接するチューブ（１）同士を連結する連結手段（２）とを備え、チューブ（１）には、流体通路（１０）と連結手段（２）の内部とを連通させる連通穴（１１）が形成され、隣接するチューブ（１）間に電子部品（６）が保持される冷却器において、チューブ（１）は、プレス成形にて所定形状に加工されたプレート（１ａ、１ｂ、１ｃ）の縁部を接合して形成され、熱交換を促進するフィン（５）がチューブ（１）内に配置されていることを特徴とする。

これによると、チューブを押し出し加工で製造する場合に存在していた内壁をなくすことができるため、内壁の除去加工が不要になる。さらに、押出チューブで存在していたサイドキャップをなくしても、チューブの封止が可能となる。また、プレートの板厚を薄くすることができるため、連通穴の穴開け加工が容易になる。したがって、加工費を低減することができる。

さらに、チューブのみならずフィンもプレス成形で形成できるため、簡単な製造工程になり製造コストを低減することが出来る。

請求項２に記載の発明では、板ばねによって挟圧する場合に半導体モジュールにダメージ（回路破壊等）を与えることなくフィンが弾性変形もしくは座屈することができる。実験の結果、この場合のフィンの厚みは０．４ｍｍ以下であった。

請求項３に記載の発明では、フィン（５）はチューブ（１）に接合され、フィン（５）におけるチューブ（１）に接合される部位が円弧状であることを特徴とする。

これによると、フィンにおけるチューブに接合される部位が円弧状であることと、チューブおよびフィンを薄肉にできることとが相俟って、チューブ間に電子部品を保持したときにチューブが変形しやすく、したがって、チューブと電子部品との当たり面がなじみやすくなり、密着性が向上する。それにより、接触熱抵抗を低減することができる。

請求項４に記載の発明では、チューブ（１）の積層方向（Ｙ）に見たときに、フィン（５）は連通穴（１１）と重ならない位置に設置され、チューブ（１）の積層方向（Ｙ）に見たときに、電子部品（６）はフィン（５）の設置範囲内にあることを特徴とする。

これによると、チューブ内全域にフィンが存在する場合と比較し、余分な部分にフィンがないために、その分、圧力損失を低減することができる。

請求項５に記載の発明では、フィン（５）は１つのチューブ（１）内に複数個配置されるとともに、流体通路（１０）内での冷却流体の流れ向き（Ｘ）に沿ってすき間（δ）を設けて設置されていることを特徴とする。

これによると、フィンを１つのチューブ内に複数個配置しているため、電子部品の発熱量等に応じて、熱交換性能が異なるフィンを使い分けすることが出来る。

また、すき間を設けることで、その間で冷却流体の速度境界層がクリアにされ、冷却流体の温度境界層がなくなるため、すき間よりも下流側の電子部品を冷却する能力が向上する。因みに、請求項６に記載の発明のように、すき間（δ）は１ｍｍ以上が効果的である。

請求項７に記載の発明のように、連通穴（１１）をプレス成形にて形成することにより、加工費を低減することができる。

請求項８に記載の発明のように、チューブ（１）は、２枚のプレート（１ａ、１ｂ）を接合したものでもよい。また、請求項９に記載の発明のように、チューブ（１）は、１枚のプレート（１ｃ）を折り曲げて接合したものでもよい。

請求項１０に記載の発明では、連結手段（２）はベローズであることを特徴とする。これによると、ベローズの伸縮により、電子部品の厚みに応じて隣接するチューブ間の寸法を変化させることができる。

請求項１１に記載の発明では、フィン（５）は、流体通路（１０）を複数の細流路に分割する波板状のフィンであり、フィン（５）の高さ（ｈｆ）が、細流路におけるチューブ高さ方向中央部位置でのフィン流路幅（ｗｆ）よりも大きいことを特徴とする。

これによると、フィンの伝熱面積が大きくなり冷却性能が高くなる。因みに、請求項１２に記載の発明のように、フィン流路幅（ｗｆ）を１．２ｍｍ以下とするのが望ましく、また、請求項１３に記載の発明のように、フィン（５）の高さ（ｈｆ）を１〜１０ｍｍとするのが望ましい。

請求項１４に記載の発明では、フィン（５）の板厚（ｔｆ）が、プレート（１ａ、１ｂ、１ｃ）の板厚（ｔｐ）よりも小さいことを特徴とする。

これによると、電子部品を加圧して電子部品をプレート表面（チューブ表面）により密着するようにした時に、プレートよりもフィンが変形し易いため、電子部品とプレート表面がなじみやすくなり、接触熱抵抗が低減されて冷却効率が向上する。

因みに、請求項１５に記載の発明のように、フィン（５）の板厚（ｔｆ）を０．０３〜１．０ｍｍにするのが望ましく、また、請求項１６に記載の発明のように、プレート（１ａ、１ｂ、１ｃ）の板厚（ｔｐ）を０．１〜５．０ｍｍとするのが望ましい。

請求項１７に記載の発明では、チューブ（１）はプレート（１ａ、１ｂ、１ｃ）をろう付けして形成されるものであって、プレート（１ａ、１ｂ、１ｃ）はベア材であることを特徴とする。

これによると、プレートがベア材であるため、ろう付けによってプレート表面（チューブ表面）が粗くなることがない。したがって、電子部品とプレート間の接触熱抵抗が低減されて冷却効率が向上する。

請求項１８に記載の発明では、チューブ（１）はプレート（１ａ、１ｂ、１ｃ）をろう付けして形成されるものであって、プレート（１ａ、１ｂ、１ｃ）は芯材および犠牲陽極材を有するブレージングシートであり、チューブ（１）は、外側に芯材が位置することを特徴とする。

これによると、芯材よりも犠牲陽極材を優先的に腐食させ、プレートの芯材の腐食を防ぐことにより、チューブに孔が開くことを防ぐことができる。また、チューブは外側に芯材が位置するため、ろう付けによってプレート表面（チューブ表面）が粗くなることがなく、電子部品とプレート間の接触熱抵抗が低減されて冷却効率が向上する。

請求項１９に記載の発明では、チューブ（１）はプレート（１ａ、１ｂ、１ｃ）をろう付けして形成されるものであって、プレート（１ａ、１ｂ、１ｃ）は芯材およびろう材を有するブレージングシートであり、チューブ（１）は、外側に芯材が位置することを特徴とする。

これによると、プレートにろう材が配されているため、ペーストろう材を付ける等の組付工数を低減することができる。また、チューブは外側に芯材が位置するため、ろう付けによってプレート表面（チューブ表面）が粗くなることがなく、電子部品とプレート間の接触熱抵抗が低減されて冷却効率が向上する。

請求項２０に記載の発明では、チューブ（１）はプレート（１ａ、１ｂ、１ｃ）をろう付けして形成されるものであって、プレート（１ａ、１ｂ、１ｃ）は芯材とろう材との間に犠牲陽極材を配置したブレージングシートであり、チューブ（１）は、外側に芯材が位置することを特徴とする。

これによると、プレートにろう材が配されているため、ペーストろう材を付ける等の組付工数を低減することができる。また、芯材よりも犠牲陽極材を優先的に腐食させ、プレートの芯材の腐食を防ぐことにより、チューブに孔が開くことを防ぐことができる。さらに、チューブは外側に芯材が位置するため、ろう付けによってプレート表面（チューブ表面）が粗くなることがなく、電子部品とプレート間の接触熱抵抗が低減されて冷却効率が向上する。

請求項２１に記載の発明では、フィン（５）はプレート（１ａ、１ｂ、１ｃ）よりも電位的に卑となる材質であることを特徴とする。これによると、プレートよりもフィンの方が優先的に腐食するため、チューブに孔が開くことを防ぐことができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る冷却器について説明する。図１は第１実施形態に係る冷却器の正面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う要部の断面図、図３（ａ）は図１のチューブ単体の正面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の平面図、図４は図２のフィンの要部の拡大図である。

本発明の冷却器は、ハイブリッド電気自動車用インバータの両面冷却型半導体モジュールの冷却に用いることができる。

図１および図２に示すように、冷却器は、冷却流体が流れる流体通路１０が内部に形成されるとともに、流体通路１０内での冷却流体の流れ向きＸ（以下、流れ向きＸという）に対して直交する方向Ｙ（以下、積層方向Ｙという）に所定間隔を隔てて積層された多数のチューブ１と、隣接するチューブ１間に配置されて隣接するチューブ１同士を連結するベローズ２と、積層方向Ｙ端部に位置するチューブ１にろう付け接合されて、冷却流体が流入する入口パイプ３と、積層方向Ｙ端部に位置するチューブ１にろう付け接合されて、冷却流体が流出する出口パイプ４と、流体通路１０内に配置されて熱交換を促進するフィン５とを備えている。なお、ベローズ２は本発明の連結手段に相当する。また、冷却流体としては、本実施形態ではエチレングリコール系の不凍液が混入した水を用いている。

図２ないし図４に示すように、チューブ１は、アルミニウム製の薄板をプレス成形にて所定形状に加工した２枚のプレート１ａ、１ｂからなり、アルミニウム製の薄板をプレス成形にて波板状に加工したフィン５を２枚のプレート１ａ、１ｂ間に挟み込んだ状態で、２枚のプレート１ａ、１ｂの縁部をろう付け接合して形成されている。因みに、プレート１ａ、１ｂおよびフィン５は、孔食防止の観点から、内側が犠牲陽極材付きのブレージングシート材を使用するのが望ましい。接合部は、ペーストろう材等でろう付けする。フィンは両面にろう材がクラッドされたブレージングシート材を使用するのが望ましい。

チューブ１において、流体通路１０内での冷却流体の流れ方向の両端側で且つ積層方向Ｙの端面には、流体通路１０とベローズ２の内部とを連通させる円形の連通穴１１が形成されている。この連通穴１１は、ろう付け接合する前に、プレス成形にて形成されている。

ベローズ２は、蛇腹状の管であり、積層方向Ｙに容易に伸縮可能になっている。また、ベローズ２は、アルミニウムよりなり、隣接するチューブ１の各連通穴１１を囲うようにしてチューブ１にろう付け接合されている。

入口パイプ３および出口パイプ４は、アルミニウムよりなり、積層方向Ｙ端部に位置するチューブ１の連通穴１１に挿入されてチューブ１にろう付け接合されている。入口パイプ３および出口パイプ４は、冷却流体を循環させる図示しないポンプ、および冷却流体を冷却する図示しない熱交換器に接続されている。

フィン５は、チューブ１に部分的にろう付け接合されており、フィン５におけるチューブ１に接合される部位は円弧状に形成されている。また、フィン５は、積層方向Ｙに見たときに、連通穴１１と重ならない範囲に設置されている。そして、フィン５は、チューブ１内の流体通路１０を複数の細流路に分割している。

発熱体となる両面冷却型の半導体モジュール６は、ＩＧＢＴ素子とダイオードを内蔵したものであり、本発明の電子部品に相当する。図１に示すように、半導体モジュール６は、隣接するチューブ１間に配置され、チューブ１と半導体モジュール６は、直接または絶縁材（主にセラミック板）や熱伝導グリスを介して接触するようになっている。そして、図示しない板ばねによって、積層されたチューブ１を積層方向Ｙ両端から挟圧することにより、チューブ１間に半導体モジュール６が保持される。

上記構成において、入口パイプ３から流入した冷却流体は、ベローズ２内を通って各チューブ１の流体通路１０の一端側に流入し、流体通路１０内を流れ向きＸに沿って流れ、流体通路１０の他端側からベローズ２内を通って出口パイプ４に至る。そして、流体通路１０内を流れる冷却流体と半導体モジュール６との間で熱交換が行われ、半導体モジュール６が冷却される。

ここで、半導体モジュール６の保証温度以下とするために、プレート１ａ、１ｂ、フィン５の仕様を最適化し、チューブ１における半導体モジュール６が接触する部位の温度Ｔｗ（以下、チューブ表面温度という）が所定温度（本例では１１０℃）以下になるように設計している。

このプレート１ａ、１ｂ、フィン５の仕様検討結果について説明する。ここでは、フィン流路幅ｗｆ、フィン高さｈｆ、フィン板厚ｔｆ、およびプレート板厚ｔｐについて検討した。なお、フィン流路幅ｗｆは、細流路におけるフィン高さ方向中央部位置での、流れ向きＸおよび積層方向Ｙにともに直交する方向の寸法である。

まず、設計条件は、冷却器に流入する冷却流体の温度は６５℃、半導体モジュール６の発熱量は４００Ｗ／個、１つのチューブ１における冷却流体の流量は１Ｌ／ｍｉｎ一定とした。また、プレート幅ｗｐと半導体モジュール６の幅ｗｅの関係は、ｗｐ＞ｗｅとした。なお、プレート幅ｗｐは、チューブ１における半導体モジュール６と対向する平坦な面の、流れ向きＸおよび積層方向Ｙにともに直交する方向の寸法である。半導体モジュール６の幅ｗｅは、半導体モジュール６の、流れ向きＸおよび積層方向Ｙにともに直交する方向の寸法である。

図５に、フィン流路幅ｗｆを変えた時のチューブ表面温度Ｔｗを示す。ここでは、フィン高さｈｆは４．０ｍｍ、フィン板厚ｔｆは０．２ｍｍ、プレート板厚ｔｐは０．４ｍｍとした。

この結果から、フィン流路幅ｗｆを１．２ｍｍ以下にすることにより、チューブ表面温度Ｔｗを１１０℃以下にすることができる。そして、異物の目詰まりや冷却性能を考慮すると、フィン流路幅ｗｆは０．９ｍｍ程度が望ましい。

図６に、フィン高さｈｆを変えた時のチューブ表面温度Ｔｗを示す。ここでは、フィン流路幅ｗｆは０．９ｍｍ、フィン板厚ｔｆは０．２ｍｍ、プレート板厚ｔｐは０．４ｍｍとした。

この結果から、フィン高さｈｆを１〜１０ｍｍにすることにより、チューブ表面温度Ｔｗを１１０℃以下にすることができる。そして、冷却器における積層方向Ｙの寸法や冷却性能を考慮すると、フィン高さｈｆは４ｍｍ程度が望ましい。

図７に、フィン板厚ｔｆを変えた時のチューブ表面温度Ｔｗを示す。ここでは、フィン流路幅ｗｆは０．９ｍｍ、フィン高さｈｆは４．０ｍｍ、プレート板厚ｔｐは０．４ｍｍとした。

この結果から、フィン板厚ｔｆを１ｍｍ以下にすることにより、チューブ表面温度Ｔｗを１１０℃以下にすることができる。そして、冷却性能からは、フィン板厚ｔｆは０．２ｍｍが最も望ましい。なお、現状での板厚限界は約０．０３ｍｍである。

図８に、プレート板厚ｔｐを変えた時のチューブ表面温度Ｔｗを示す。ここでは、フィン流路幅ｗｆは０．９ｍｍ、フィン高さｈｆは４．０ｍｍ、フィン板厚ｔｆは０．２ｍｍとした。

この結果から、プレート板厚ｔｐを５ｍｍ以下にすることにより、チューブ表面温度Ｔｗを１１０℃以下にすることができる。そして、プレス加工時の成形性からはプレート板厚ｔｐは０．１ｍｍ以上が望ましく、半導体モジュール６とプレート１ａ、１ｂの表面（チューブ表面）とのなじみ易さ、および成形性を考慮すると、プレート板厚ｔｐは０．４ｍｍ程度が望ましい。

本実施形態では、プレス成形した２枚のプレート１ａ、１ｂの縁部を接合してチューブ１を形成しているため、チューブを押し出し加工で製造する場合に存在していた連結部の内壁をなくすことができ、内壁の除去加工が不要になる。また、プレート１ａ、１ｂの板厚を薄くすることができるため、連通穴１１の穴開け加工が容易になる。したがって、加工費を低減することができる。

さらに、チューブ１のみならずフィン５もプレス成形で形成できるため、簡単な製造工程になり製造コストを低減することが出来る。

また、フィン５におけるチューブ１に接合される部位が円弧状であることと、チューブ１およびフィン５を薄肉にできることとが相俟って、チューブ１間に半導体モジュール６を保持したときにチューブ１が変形しやすく、したがって、チューブ１と半導体モジュール６との当たり面がなじみやすくなり、密着性が向上する。それにより、接触熱抵抗を低減することができる。

また、プレート１ａ、１ｂの板厚を薄くすることができるため、その分、流体通路１０の流路断面積を拡大することができる。それにより、流路抵抗が減少し、冷却流体を循環させるポンプの動力を低減することができる。

また、チューブ１の積層方向Ｙに見たときに、フィン５は連通穴１１と重ならない範囲に設置されるため、チューブ１内全域にフィン５が存在する場合と比較し、余分な部分にフィン５がないために、その分、圧力損失を低減することができる。

また、ベローズ２は積層方向Ｙに容易に伸縮可能であるため、積層されたチューブ１を板ばねにて積層方向Ｙに挟圧する際、半導体モジュール６の厚みに応じて隣接するチューブ１間の寸法を容易に変化させることができる。

また、フィン高さｈｆをフィン流路幅ｗｆよりも大きくしているため、フィン５の伝熱面積が大きくなり冷却性能が高くなる。

また、フィン板厚ｔｆをプレート板厚ｔｐよりも小さくしているため、半導体モジュール６を加圧して半導体モジュール６をプレート１ａ、１ｂの表面（チューブ１の表面）により密着するようにした時に、プレート１ａ、１ｂよりもフィン５が変形し易いため、半導体モジュール６とプレート１ａ、１ｂの表面がなじみやすくなり、接触熱抵抗が低減されて冷却効率が向上する。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る冷却器について説明する。図９（ａ）は第２実施形態に係る冷却器の正面図、図９（ｂ）は図９（ａ）の平面図である。第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図９（ｂ）において、破線はフィン５の設置位置を示し、一点鎖線は半導体モジュール６の設置位置を示している。図９（ｂ）に示すように、１つのチューブ１内に２つのフィン５が配置され、２つのフィン５は、流体通路１０内での冷却流体の流れ向きＸに沿ってすき間δを設けて設置されている。また、チューブ１の積層方向Ｙに見たときに、半導体モジュール６はフィン５の設置範囲内に配置されている。

本実施形態では、１つのチューブ１内に２つのフィン５を配置しているため、半導体モジュール６の発熱量等に応じて、熱交換性能が異なるフィン５を使い分けすることが出来る。

また、冷却流体は、上流側の半導体モジュール６の発熱を受けて温度上昇するため、下流側の半導体モジュール６はその分温度上昇することになるが、下流側のフィン５を高性能なもの（例えばオフセットフィン）に変更することにより、下流側の半導体モジュール６の冷却性能を上げることができる。あるいは、上流側の半導体モジュール６が高発熱量である場合は、上流側に高性能なフィン５を配置することで、冷却性能を向上させることが可能である。

また、すき間δを設けることで、その間で冷却流体の速度境界層がクリアにされ、冷却流体の温度境界層がなくなるため、すき間δよりも下流側の半導体モジュール６を冷却する能力が向上する。因みに、すき間δは１ｍｍ以上が効果的である。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係る冷却器について説明する。図１０は第３実施形態に係る冷却器におけるチューブ単体の断面図である。なお、本実施形態は、チューブ１の構成が第１実施形態と異なり、その他の点は第１実施形態と同一である。

図１０に示すように、本実施形態のチューブ１は、薄板をプレス成形にて所定形状に加工した１枚のプレート１ｃを折り曲げ、その間にフィン５を挟み込んだ状態で、プレート１ｃの縁部をろう付け接合して形成されている。

本実施形態によると、第１実施形態のようにチューブ１を２枚のプレート１ａ、１ｂで形成する場合よりも、部品数削減、加工工程削減により、コストダウンを図ることができる。因みに、プレート１ｃは、孔食防止の観点から、内側が犠牲陽極材付き、接合するために外側がろう材付きのブレージングシート材を使用するのが望ましい。フィンは両面にろう材がクラッドされたブレージングシート材を使用するのが望ましい。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態に係る冷却器について説明する。図１１（ａ）は第４実施形態に係る冷却器におけるチューブ１の自由状態の断面図、図１１（ｂ）はフィン５が座屈した状態の断面図である。なお、本実施形態は、フィン５の構成が第１実施形態と異なり、その他の点は第１実施形態と同一である。

第１実施形態では、チューブ１に接合される部位が円弧状に形成された円弧状フィン５を用いたが、本実施形態では、図１１（ａ）に示すように、チューブ１に接合される部位がフラットに形成された矩形形状のフィン５を用いている。

そして、図示しない電子部品の両側を本実施形態のチューブ１で挟み込み、積層方向Ｙに応力をかける実験を行ったところ、電子部品にダメージ（回路破壊等）を与えずにフィン５が座屈したのは、フィン５の厚みが０．４ｍｍ以下の場合であった。

また、０．４ｍｍの厚みで同じピッチの矩形状フィン（本実施形態）と円弧状フィン（第１実施形態）とを比較したところ、円弧状フィンの方が低い応力でフィンが変形し、電子部品にかかる応力を緩和する形状として、より望ましいことが分かった。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態に係る冷却器について説明する。図１２（ａ）は第５実施形態に係る冷却器におけるチューブ単体の断面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＢ部の拡大断面図である。なお、本実施形態は、チューブ１およびフィン５の構成が第１実施形態と異なり、その他の点は第１実施形態と同一である。

本実施形態のプレート１ａ、１ｂはアルミニウム製のベア材からなり、フィン５はアルミニウム製の芯材５０の両面にろう材５１が被覆されたブレージングシートで、芯材５０にＺｎを添加したものである。プレート１ａ、１ｂとフィン５はフィン５のろう材５１で接合し、２枚のプレート１ａ、１ｂはペーストろう材や置きろう材等により接合する。因みに、ろう材５１の融点は、フィン５の芯材５０の融点およびプレート１ａ、１ｂの融点よりも低い。

本実施形態によると、プレート１ａ、１ｂがベア材であるため、ろう付けによってプレート１ａ、１ｂの表面（チューブ１の表面）が粗くなることがなく、半導体モジュール６とプレート１ａ、１ｂ間の接触熱抵抗が低減されて冷却効率が向上する。

また、フィン５の芯材５０にはＺｎを添加しているため、プレート１ａ、１ｂよりフィン５が電位的に卑となる。したがって、プレート１ａ、１ｂよりもフィン５の方が優先的に腐食し、チューブ１に孔が開くことを防ぐことができる。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態に係る冷却器について説明する。図１３（ａ）は第６実施形態に係る冷却器におけるチューブ単体の断面図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＣ部の拡大断面図である。なお、本実施形態は、チューブ１およびフィン５の構成が第１実施形態と異なり、その他の点は第１実施形態と同一である。

本実施形態のプレート１ａ、１ｂは、アルミニウム製の芯材１００の片面に犠牲陽極材１０１が被覆されたブレージングシートからなり、外側に芯材１００が位置し内側に犠牲陽極材１０１が位置するようにして接合されている。因みに、犠牲陽極材１０１は芯材１００よりも電位的に卑である。なお、フィン５は第５実施形態のフィン５と同一である。

本実施形態によると、フィン５が腐食しきってしまった後でも、プレート１ａ、１ｂは芯材１００よりも犠牲陽極材１０１が優先的に腐食するため、プレート１ａ、１ｂの芯材１００の腐食を防ぎ、チューブ１に孔が開くことを防ぐことができる。

また、プレート１ａ、１ｂは外側に芯材１００が位置するようにして接合されているため、ろう付けによってプレート１ａ、１ｂの表面（チューブ１の表面）が粗くなることがなく、半導体モジュール６とプレート１ａ、１ｂ間の接触熱抵抗が低減されて冷却効率が向上する。

（第７実施形態）
本発明の第７実施形態に係る冷却器について説明する。図１４（ａ）は第７実施形態に係る冷却器におけるチューブ単体の断面図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＤ部の拡大断面図である。なお、本実施形態は、チューブ１およびフィン５の構成が第１実施形態と異なり、その他の点は第１実施形態と同一である。

本実施形態のプレート１ａ、１ｂは、アルミニウム製の芯材１００の片面にろう材１０２が被覆されたブレージングシートからなり、外側に芯材１００が位置し内側にろう材１０２が位置するようにして接合されている。なお、フィン５は第５実施形態のフィン５と同一である。

本実施形態によると、プレート１ａ、１ｂにろう材１０２が被覆されているため、ペーストろう材を付ける等の組付工数を低減することができる。

（第８実施形態）
本発明の第８実施形態に係る冷却器について説明する。図１５（ａ）は第８実施形態に係る冷却器におけるチューブ単体の断面図、図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＥ部の拡大断面図である。なお、本実施形態は、チューブ１およびフィン５の構成が第１実施形態と異なり、その他の点は第１実施形態と同一である。

本実施形態のプレート１ａ、１ｂは、アルミニウム製の芯材１００とろう材１０２との間に犠牲陽極材１０１が配置されたブレージングシートからなり、外側に芯材１００が位置し内側にろう材１０２が位置するようにして接合されている。なお、フィン５は第５実施形態のフィン５と同一である。

また、フィン５が腐食しきってしまった後でも、プレート１ａ、１ｂは芯材１００よりも犠牲陽極材１０１が優先的に腐食するため、プレート１ａ、１ｂの芯材１００の腐食を防ぎ、チューブ１に孔が開くことを防ぐことができる。

（他の実施形態）
上記実施形態においては、チューブやフィンの材料にアルミニウムを用いたが、チューブやフィンの材料としては、銅などの金属材のほかに樹脂も使用可能であり、熱伝導率の高いものが望ましい。

上記各実施形態では、冷却流体としてエチレングリコール系の不凍液が混入した水を用いたが、冷却流体としては、水やアンモニア等の自然冷媒や、フロリナート等のフッ化炭素系冷媒、ＨＣＦＣ１２３、ＨＦＣ１３４ａ等のフロン系冷媒、メタノール、アルコール等のアルコール系冷媒、アセトン等のケトン系冷媒などを用いることができる。

また、上記実施形態においては、ハイブリッド電気自動車用インバータの両面冷却型半導体モジュールの冷却に本発明を適用したが、例えば産業機器のモータ駆動インバータや、ビル空調用のエアコンインバータなどの半導体モジュールの冷却に本発明を適用することもできる。

また、本発明の冷却器は、半導体モジュール６ではなく、パワートランジスタ、パワーＦＥＴ、ＩＧＢＴなどの電子部品を冷却することも可能である。

本発明の第１実施形態に係る冷却器の正面図である。図１のＡ−Ａ線に沿う要部の断面図である。（ａ）は図１のチューブ単体の正面図、（ｂ）は（ａ）の平面図である。図２のフィンの要部の拡大図である。フィン流路幅ｗｆとチューブ表面温度Ｔｗとの関係を示す図である。フィン高さｈｆとチューブ表面温度Ｔｗとの関係を示す図である。フィン板厚ｔｆとチューブ表面温度Ｔｗとの関係を示す図である。プレート１ａ、１ｂ板厚ｔｐとチューブ表面温度Ｔｗとの関係を示す図である。（ａ）は第２実施形態に係る冷却器の正面図、（ｂ）は（ａ）の平面図である。第３実施形態に係る冷却器におけるチューブ単体の断面図である。（ａ）は第４実施形態に係る冷却器におけるチューブ１の自由状態の断面図、（ｂ）はフィン５が座屈した状態の断面図である。（ａ）は第５実施形態に係る冷却器におけるチューブ単体の断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ部の拡大断面図である。（ａ）は第６実施形態に係る冷却器におけるチューブ単体の断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ部の拡大断面図である。（ａ）は第７実施形態に係る冷却器におけるチューブ単体の断面図、（ｂ）は（ａ）のＤ部の拡大断面図である。（ａ）は第８実施形態に係る冷却器におけるチューブ単体の断面図、（ｂ）は（ａ）のＥ部の拡大断面図である。従来の冷却器におけるチューブ単体の斜視図である。

符号の説明

１…チューブ、１ａ、１ｂ、１ｃ…プレート１ａ、１ｂ、２…ベローズ（連結手段）、５…フィン、６…半導体モジュール（電子部品）、１０…流体通路、１１…連通穴。

Claims

冷却流体が流れる流体通路（１０）が内部に形成されるとともに、前記流体通路（１０）内での冷却流体の流れ向き（Ｘ）に対して直交する方向に所定間隔を隔てて積層された複数のチューブ（１）と、
隣接する前記チューブ（１）間に配置されて隣接する前記チューブ（１）同士を連結する連結手段（２）とを備え、
前記チューブ（１）には、前記流体通路（１０）と前記連結手段（２）の内部とを連通させる連通穴（１１）が形成され、
隣接する前記チューブ（１）間に電子部品（６）が保持される冷却器において、
前記チューブ（１）は、プレス成形にて所定形状に加工されたプレート（１ａ、１ｂ、１ｃ）の縁部を接合して形成され、
熱交換を促進するフィン（５）が前記チューブ（１）内に配置されていることを特徴とする冷却器。
前記フィン（５）の板厚は０.４ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の冷却器。
前記フィン（５）は前記チューブ（１）に接合され、前記フィン（５）における前記チューブ（１）に接合される部位が円弧状であることを特徴とする請求項１に記載の冷却器。
前記チューブ（１）の積層方向（Ｙ）に見たときに、前記フィン（５）は前記連通穴（１１）と重ならない位置に設置され、
前記チューブ（１）の積層方向（Ｙ）に見たときに、前記電子部品（６）は前記フィン（５）の設置範囲内にあることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却器。
前記フィン（５）は１つの前記チューブ（１）内に複数個配置されるとともに、前記流体通路（１０）内での冷却流体の流れ向き（Ｘ）に沿ってすき間（δ）を設けて設置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷却器。
前記すき間（δ）が１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項４に記載の冷却器。
前記連通穴（１１）は、プレス成形にて形成されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の冷却器。
前記チューブ（１）は、２枚のプレート（１ａ、１ｂ）を接合したものであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の冷却器。
前記チューブ（１）は、１枚のプレート（１ｃ）を折り曲げて接合したものであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の冷却器。
前記連結手段（２）はベローズであることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の冷却器。
前記フィン（５）は、前記流体通路（１０）を複数の細流路に分割する波板状のフィンであり、
前記フィン（５）の高さ（ｈｆ）が、前記細流路におけるチューブ高さ方向中央部位置でのフィン流路幅（ｗｆ）よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の冷却器。
前記フィン流路幅（ｗｆ）が１．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１１に記載の冷却器。
前記フィン（５）の高さ（ｈｆ）が１〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項１１に記載の冷却器。
前記フィン（５）の板厚（ｔｆ）が、前記プレート（１ａ、１ｂ、１ｃ）の板厚（ｔｐ）よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の冷却器。
前記フィン（５）の板厚（ｔｆ）が０．０３〜１．０ｍｍであることを特徴とする請求項１４に記載の冷却器。
前記プレート（１ａ、１ｂ、１ｃ）の板厚（ｔｐ）が０．１〜５．０ｍｍであることを特徴とする請求項１４に記載の冷却器。
前記チューブ（１）は前記プレート（１ａ、１ｂ、１ｃ）をろう付けして形成されるものであって、
前記プレート（１ａ、１ｂ、１ｃ）はベア材であることを特徴とする請求項１に記載の冷却器。
前記チューブ（１）は前記プレート（１ａ、１ｂ、１ｃ）をろう付けして形成されるものであって、
前記プレート（１ａ、１ｂ、１ｃ）は芯材および犠牲陽極材を有するブレージングシートであり、
前記チューブ（１）は、外側に前記芯材が位置することを特徴とする請求項１に記載の冷却器。
前記チューブ（１）は前記プレート（１ａ、１ｂ、１ｃ）をろう付けして形成されるものであって、
前記プレート（１ａ、１ｂ、１ｃ）は芯材およびろう材を有するブレージングシートであり、
前記チューブ（１）は、外側に前記芯材が位置することを特徴とする請求項１に記載の冷却器。
前記チューブ（１）は前記プレート（１ａ、１ｂ、１ｃ）をろう付けして形成されるものであって、
前記プレート（１ａ、１ｂ、１ｃ）は芯材とろう材との間に犠牲陽極材を配置したブレージングシートであり、
前記チューブ（１）は、外側に前記芯材が位置することを特徴とする請求項１に記載の冷却器。
前記フィン（５）は前記プレート（１ａ、１ｂ、１ｃ）よりも電位的に卑となる材質であることを特徴とする請求項１に記載の冷却器。