JP2006005014A - 積層型冷却器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電子部品4を両面から冷却するための積層型冷却器1。積層型冷却器1は、冷却媒体5を流通させる冷媒流路を設けた扁平形状の複数の冷却管2を、電子部品4を両面から挟持できるように積層配置してなると共に、各冷媒流路21に冷却媒体5を供給する供給ヘッダ部11と、各冷媒流路から冷却媒体5を排出する排出ヘッダ部12とを有する。冷却管2は、積層方向に開口すると共に突出した突出管部22を設けてなる。隣合う冷却管2は、突出管部22同士を嵌合させると共に突出管部22の側壁同士を接合することにより、互いの冷媒流路を連通させて、供給ヘッダ部11及び排出ヘッダ部12を形成している。
【選択図】図1
Description
該積層型冷却器9は、上記冷却管92に冷却媒体を供給する供給ヘッダ94と、上記冷却管92から冷却媒体を排出する排出ヘッダ95とを有する。積層配置された上記複数の冷却管92は、その一端において上記供給ヘッダ94に接続され、他端において上記排出ヘッダ95に接続されている。
また、上記積層型冷却器9においては、複数の冷却管92が供給ヘッダ94及び排出ヘッダ95に固定されているため、上記複数の冷却管92の間の間隔を変更することが困難である。それ故、電子部品4を冷却管92の間に挿入して、該冷却管92を上記電子部品4の両主面に確実に密着させることが困難となる。
しかしながら、この積層型冷却器90においても、冷却管92とは別部材である連通部材93を冷却管92に接合して、積層型冷却器90を組み立てる必要がある。そのため、製造コストが高くなると共に生産性の向上が困難となるという問題がある。
該積層型冷却器は、冷却媒体を流通させる冷媒流路を設けた扁平形状の複数の冷却管を、上記電子部品を両面から挟持できるように積層配置してなると共に、上記各冷媒流路に上記冷却媒体を供給する供給ヘッダ部と、上記各冷媒流路から上記冷却媒体を排出する排出ヘッダ部とを有し、
上記冷却管は、積層方向に開口すると共に突出した突出管部を設けてなり、
隣合う上記冷却管は、上記突出管部同士を嵌合させると共に該突出管部の側壁同士を接合することにより、互いの上記冷媒流路を連通させて、上記供給ヘッダ部及び上記排出ヘッダ部を形成していることを特徴とする積層型冷却器にある(請求項1)。
上記積層型冷却器においては、冷却管に形成された上記突出管部同士を嵌合させることにより、隣合う冷却管における互いの冷媒流路を連通させている。そのため、複数の冷却管は、特に別部材を介して接続する必要がなく、部品点数を少なくすることができると共に、製造が容易である。
また、上記電子部品として、上記半導体モジュール以外にも、例えば、パワートランジスタ、パワーFET、IGBT等を用いることもできる。
この場合には、隣合う冷却管の間の間隔を容易に調整することができ、上記電子部品を隣合う上記冷却管の間に容易かつ確実に配設することができる。そして、上記電子部品を上記冷却管に確実に密着させ、或いは両者の間に介在させる伝熱部材等に、電子部品及び冷却管を確実に密着させることができる。
この場合には、電子部品を挟持させた状態において一定の形状となるように積層型冷却器を製造することが容易となる。
そこで、上記のごとくダイヤフラム部を一方にのみ設けることにより、冷却管によって電子部品を挟持させる際の変形を、略設計どおりに行うことが容易となる。
この場合には、供給ヘッダ部から冷却管への冷却媒体の円滑な供給が上記ダイヤフラム部によって妨げられることを防ぐことができる。
この場合には、上記複数の冷媒流路における最小流路断面積の均一化が容易となり、各冷媒流路への冷却媒体の流量を均一化することができる。
この場合には、上記外殻プレートと中間プレートとインナフィンとをそれぞれ別個にプレス成形等した後、これらを接合することにより、いわゆるドロンカップ構造の冷却管を得ることができる。それ故、上記冷却管を容易に製造することができる。
また、この場合には、上記冷媒流路が、冷却管の積層方向に2段形成されることとなる。そのため、冷却管の両側に配設される電子部品の間における熱の移動を抑制することができる。これにより、例えば、一方の電子部品の急激な温度上昇による他方の電子部品への影響を抑制することができる。
この場合には、上記インナフィン及び上記中間プレートを、上記外殻プレートに対して優先的に腐食させ、外殻プレートの腐食を防ぐことができる。これにより、冷却管からの冷却媒体の漏れを防止することができる。
なお、「芯材よりも卑な金属」とは、芯材とする金属よりも腐食電位が低い金属をいう。例えば、上記芯材及びろう材としてアルミニウム(Al)を用いた場合、上記中間プレート及びインナフィンに用いる金属板として、アルミニウムに亜鉛(Zn)を添加した金属材料を用いることができる。
この場合には、上記外殻プレート内においても芯材に対して犠牲陽極材を優先的に腐食させ、芯材の腐食を防ぐことができる。これにより、該外殻プレートの厚み方向に腐食が進むことがなく、上記冷却管に孔が開くことを防ぐことができる。
例えば、上記芯材としてアルミニウム(Al)を用いた場合、上記犠牲陽極材としてアルミニウムに亜鉛(Zn)を添加した金属材料を用いることができる。
この場合には、上記冷却管の内面を全て犠牲陽極材により覆うことが可能となり、外殻プレートの芯材の腐食を防いで、冷却管に孔が開くことを防ぐことができる。
また、両面にろう材を配した中間プレートの両面の端部に、上記一対の外殻プレートを接合している。そのため、一対の外殻プレートを中間プレートに容易にろう付け接合することができ、冷却管の作製を容易に行うことができる。
上記突出開口部は、例えば、バーリング加工により、冷却管の主面から略垂直に立ち上げて形成することができる。また、上記突出開口部は、例えば2mm突出させることができる。
本発明の実施例にかかる積層型冷却器につき、図1〜図5を用いて説明する。
本例の積層型冷却器1は、図1に示すごとく、大電力を制御するパワー素子などを収容し板状に形成された電子部品4をその両面から冷却する。電子部品4は扁平な直方体形状に形成され、その一方の長辺側外周面から電力用電極が延び出し、その他方の長辺側外周面から制御用電極が延びだしている。
また、突出管部22は、インロー接続される。即ち、突出管部22としては、外側に配置される段付き大径突出管部223と、大径突出管部223の内側に挿入配置される小径突出管部222とがある。このため、積層型冷却器1は、少なくとも2種類の外殻プレート27を備える。ひとつの外殻プレート27は、大径突出管部223を有し、残るひとつの外殻プレート27は、小径突出管部222を有する。これら2種類の外殻プレート27は、交互に、かつ表裏に、積層される。
外殻プレート27の外側縁部には、図2、図3に示すごとく、積層方向に立ち上がる外周壁面274と、外周壁面から外側へ広がる細い幅のフランジ部275と、フランジ部275の先端から更に斜めに伸び出す縁部276とが形成されている。フランジ部275は、積層方向と垂直な方向に広がる平面を提供している。
また、図2に示すごとく、上記冷却管2は、積層方向に変形するダイヤフラム部23を、上記突出管部22の周囲に形成してなる。上記ダイヤフラム部23は、積層型冷却器1に電子部品4を配設するに当って、隣合う冷却管2の間の間隔を狭める際に、冷却管2の内側に向かって変形する。
そして、中間プレート28と外殻プレート27との間に、冷媒流路21が形成されている。
また、上記外殻プレート27、中間プレート28、及びインナーフィン29は、互いにろう付け接合されることにより、冷却管2を構成している。
中間プレート28は、長方形の板状である。中間プレート28は、その両端部に供給ヘッダ部11及び排出ヘッダ部12に対応して円形の開口部284を有する。また、中間プレート28の外側縁部は、外殻プレート27の間に挟持されていてもよい。
また、上記冷媒導入パイプ31及び冷媒排出パイプ32は、それぞれの開口先端部33の端面から約2mm後退した部分にツバ部34を設けてなる。
また、上記冷却媒体5としてはエチレングリコール系の不凍液が混入した水を用いる。
また、上記電子部品4は、冷却管2に直接接触させた状態で配設することができる。ただし、場合によっては、電子部品4と冷却管2との間に、セラミック等の絶縁板や、熱伝導性グリス等を介在させることもできる。
上記積層型冷却器1においては、図1、図2に示すごとく、冷却管2に形成された上記突出管部22同士を嵌合させることにより、隣合う冷却管における互いの冷媒流路21を連通させている。そのため、複数の冷却管2は、特に別部材を介して接続する必要がなく、部品点数を少なくすることができると共に、製造が容易である。
また、この場合には、図4に示すごとく、上記冷媒流路21が、冷却管2の積層方向に2段形成されることとなる。そのため、冷却管2の両側に配設される電子部品4の間における熱の移動を抑制することができる。これにより、例えば、一方の電子部品4の急激な温度上昇による他方の電子部品4への影響を抑制することができる。
本例は、図6〜図8に示すごとく、冷却管2が、対向配置された一対の突出管部22のうちの一方の周囲にダイヤフラム部23を形成してなり、他方の周囲には形成していない例である。
上記冷却管2は、上記一対の突出管部22のうち、供給ヘッダ部11における下流側に形成された突出管部22の周囲に、ダイヤフラム部23を形成してなる。
また、上記冷却管2の入口部には、中間プレート28の一部を供給ヘッダ部11の上流側に変形させた整流部25が設けてある。該整流部25は、中間プレート28を挟んだ2段の冷媒流路21の入口部における流路断面積が均等になるようにしている。
その他は、実施例1と同様である。
即ち、実施例1の場合(図2参照)のように、双方の突出管部22の周囲にダイヤフラム部23を設けて変形させると、それぞれの変形量にばらつきが生ずるおそれがある。そして、この場合に、ダイヤフラム部23の変形量を調整しようとすると、冷却管2のプレス成形の絞り率や板厚など、種々の条件を正確に管理する必要が生ずる。
そこで、上記のごとく、ダイヤフラム部23を一方にのみ設けることにより、冷却管2によって電子部品4を挟持させる際の変形を、略設計どおりに行うことが容易となる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図10に示すごとく、冷却管2が、冷媒流路21の入口部において、冷媒流路21の幅を狭める絞り部26を設けてなる例である。
上記冷却管2においては、実施例2と同様にダイヤフラム部23及び整流部25が設けてある。
絞り部26は、外殻プレート27のうち、冷却管2の扁平部分を構成する部分の幅方向に渡って連続して延びる。絞り部26は、外殻プレート27に、外側から見て溝状に形成されている。絞り部26は、冷媒流路21の積層方向に関する高さを絞る。絞り部26は、断続的に配置された凹部として形成することができる。
絞り部26は、冷却管2のうち電子部品4と接触する部位より下流側に配置することもでき、冷却管2のうち電子部品4と接触する部位の上流側と、下流側との両側に配置されることができる。
また、絞り部26において、冷媒流路21の流路断面積が最小となるように絞り部26の形状を設定する。そして、この最小流路断面積が、全ての冷却管2において均等となるようにしている。
その他は、実施例1と同様である。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図11、図12に示すごとく、冷却管2を構成する外殻プレート27、中間プレート28、及びインナーフィン29として、以下のような金属板を用いた例である。
即ち、外殻プレート27は、芯材271と、該芯材271の内側面に配したろう材272とを有するブレージングシートからなる。
中間プレート28及びインナフィン29は、外殻プレート27の芯材271よりも卑な金属(腐食電位が低い金属)を含む金属板からなる。
また、本例の場合、図12に示すごとく、突出管部22は、内側面にろう材272が配された状態となる。そして、隣合う冷却管2の突出管部22同士が嵌合したとき、一方の突出管部22の内側面に配されたろう材272が、他方の突出管部22の芯材271の外側面に接触する状態となる。それ故、この状態において接触部を加熱することにより、上記ろう材272によって突出管部22同士が接合される。
その他は、実施例1と同様である。
なお、図12は、ダイヤフラム部23の変形前の状態を示している。後述する図14、図16についても同様である。
また、一対の外殻プレート27の接合面にろう材272が配されることとなるため、一対の外殻プレート27を容易にろう付け接合することができ、冷却管2の作製を容易に行うことができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図13、図14に示すごとく、外殻プレート27として、芯材271と、該芯材271の内側面に配した犠牲陽極材273と、該犠牲陽極材273の内側面に配したろう材272とを有するブレージングシートを用いた例である。
上記犠牲陽極材273としては、アルミニウム(Al)に亜鉛(Zn)を添加した金属材料を用いることができる。
その他は、実施例4と同様である。
その他、実施例4と同様の作用効果を有する。
本例は、図15、図16に示すごとく、外殻プレート27として、芯材271と、該芯材271の内側面に配した犠牲陽極材273とを有するブレージングシートを用いた例である。
また、中間プレート28は、芯材281と、該芯材281の両面に配したろう材282とを有するブレージングシートからなる。インナフィン29は、外殻プレート27の芯材271よりも卑な金属(腐食電位が低い金属)を含む金属板からなる。
上記インナフィン29を構成する金属板及び上記犠牲陽極材273としては、アルミニウム(Al)に亜鉛(Zn)を添加した金属材料を用いることができる。
また、図16に示すごとく、突出管部22は、ろう材が配されていない外殻プレート27によって構成される。そのため、隣合う冷却管2の突出管部22における接合は、新たにペーストろう材やリングろう材等を配置することにより行う(図示略)。
その他は、実施例1と同様である。
また、両面にろう材282を配した中間プレート28の両面の端部に、上記一対の外殻プレート27を接合している。そのため、一対の外殻プレート27を中間プレート28に容易にろう付け接合することができ、冷却管2の作製を容易に行うことができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
11 供給ヘッダ部
12 排出ヘッダ部
2 冷却管
21 冷媒流路
22 突出管部
23 ダイヤフラム部
27 外殻プレート
28 中間プレート
29 インナーフィン
4 電子部品
5 冷却媒体
Claims (10)
- 電子部品を両面から冷却するための積層型冷却器であって、
該積層型冷却器は、冷却媒体を流通させる冷媒流路を設けた扁平形状の複数の冷却管を、上記電子部品を両面から挟持できるように積層配置してなると共に、上記各冷媒流路に上記冷却媒体を供給する供給ヘッダ部と、上記各冷媒流路から上記冷却媒体を排出する排出ヘッダ部とを有し、
上記冷却管は、積層方向に開口すると共に突出した突出管部を設けてなり、
隣合う上記冷却管は、上記突出管部同士を嵌合させると共に該突出管部の側壁同士を接合することにより、互いの上記冷媒流路を連通させて、上記供給ヘッダ部及び上記排出ヘッダ部を形成していることを特徴とする積層型冷却器。 - 請求項1において、上記冷却管は、積層方向に変形するダイヤフラム部を、上記突出管部の周囲に形成してなることを特徴とする積層型冷却器。
- 請求項2において、上記冷却管は、対向配置された一対の上記突出管部のうちの一方の周囲に上記ダイヤフラム部を形成してなり、他方の周囲には形成していないことを特徴とする積層型冷却器。
- 請求項3において、上記冷却管は、上記一対の突出管部のうち、上記供給ヘッダ部における下流側に形成された突出管部の周囲に、上記ダイヤフラム部を形成してなることを特徴とする積層型冷却器。
- 請求項1〜4のいずれか一項において、上記冷却管は、上記冷媒流路の入口部において、上記冷媒流路の幅を狭める絞り部を設けてなることを特徴とする積層型冷却器。
- 請求項1〜5のいずれか一項において、上記冷却管は、一対の外殻プレートと、該一対の外殻プレートの間に配された中間プレートと、該中間プレートと上記外殻プレートとの間に配された波形状のインナフィンとを有することを特徴とする積層型冷却器。
- 請求項6において、上記外殻プレートは、芯材と、該芯材の内側面に配したろう材とを有するブレージングシートからなり、上記中間プレート及び上記インナフィンは、上記外殻プレートの上記芯材よりも卑な金属を含む金属板からなり、かつ、上記一対の外殻プレートは、端部における内側面を互いに接合してなることを特徴とする積層型冷却器。
- 請求項7において、上記外殻プレートは、芯材と、該芯材の内側面に配した犠牲陽極材と、該犠牲陽極材の内側面に配した上記ろう材とを有するブレージングシートからなることを特徴とする積層型冷却器。
- 請求項6において、上記外殻プレートは、芯材と、該芯材の内側面に配した犠牲陽極材とを有するブレージングシートからなり、上記中間プレートは、芯材と、該芯材の両面に配したろう材とを有するブレージングシートからなり、上記インナフィンは、上記外殻プレートの上記芯材よりも卑な金属を含む金属板からなり、かつ、上記一対の外殻プレートは、端部における内側面を、上記中間プレートの端部における両面に接合してなることを特徴とする積層型冷却器。
- 請求項1〜9のいずれか一項において、上記複数の冷却管のうち積層方向の一端に配された第1冷却管は、上記冷却媒体を上記供給ヘッダ部に導入するための冷媒導入口と、上記冷却媒体を上記排出ヘッダ部から排出するための冷媒排出口とを有すると共に、上記冷媒導入口及び上記冷媒排出口は、上記第1冷却管の外側に突出した突出開口部を設けてなり、上記冷媒導入口及び上記冷媒排出口における上記突出開口部に、それぞれ冷媒導入パイプ及び冷媒排出パイプを嵌合していることを特徴とする積層型冷却器。
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