JP2008271770A - 冷却器及びこれを備えた電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】熱干渉を防ぐと共に電子部品の冷却効率を容易に調整することができる冷却器、及びこれを備えた電力変換装置を提供すること。
【解決手段】電子部品（半導体モジュール２）を冷却するための冷却器１。電子部品に密着して配されると共に内部に冷却媒体を流通させる冷媒流路３１を有する冷却チューブ３と、冷却チューブ３における電子部品とは反対側の面に隣接して配されると共に内部に高圧流体を充填することができる高圧チューブ５とを有する冷却器１。この冷却器１を、半導体モジュール２の冷却手段として備えた電力変換装置４。
【選択図】図１
【解決手段】電子部品（半導体モジュール２）を冷却するための冷却器１。電子部品に密着して配されると共に内部に冷却媒体を流通させる冷媒流路３１を有する冷却チューブ３と、冷却チューブ３における電子部品とは反対側の面に隣接して配されると共に内部に高圧流体を充填することができる高圧チューブ５とを有する冷却器１。この冷却器１を、半導体モジュール２の冷却手段として備えた電力変換装置４。
【選択図】図１
Description
本発明は、半導体モジュール等の電子部品を冷却するための冷却器、及びこれを備えた電力変換装置に関する。
従来より、インバータやコンバータ等の電力変換装置において、半導体素子を内蔵する複数の半導体モジュールと該半導体モジュールを冷却するための冷却器を備えた電力変換装置がある。
例えば、特許文献１に記載の電力変換装置においては、半導体モジュールの両面に一対の冷却チューブを配置している。そして、該一対の冷却チューブをその外側から押え板と板ばね部材とによって挟み込むことで、冷却チューブを半導体モジュールに密着させている。
しかしながら、押え板と板ばね部材とを用いることにより、積層される半導体モジュールの間隔が大きくなってしまい、電力変換装置の小型化が困難となるという問題がある。
例えば、特許文献１に記載の電力変換装置においては、半導体モジュールの両面に一対の冷却チューブを配置している。そして、該一対の冷却チューブをその外側から押え板と板ばね部材とによって挟み込むことで、冷却チューブを半導体モジュールに密着させている。
しかしながら、押え板と板ばね部材とを用いることにより、積層される半導体モジュールの間隔が大きくなってしまい、電力変換装置の小型化が困難となるという問題がある。
そこで、特許文献２に記載の電力変換装置は、半導体モジュールと冷却チューブとを交互に配置することにより、積層される半導体モジュールの間隔を小さくしている。そして、これらの積層体の全体を積層方向に押圧することにより、半導体モジュールと冷却チューブとの密着を図っている。
しかしながら、この場合、一つの押圧手段によって複数の半導体モジュールと複数の冷却チューブとによる積層体を押圧するため、全ての半導体モジュールと冷却チューブとの間の押圧力は均等になる。ところが、複数の半導体モジュールは、発熱量が均等ではなく、各半導体モジュール毎に冷却効率を変更させることが必要となる場合がある。かかる場合に、全ての半導体モジュールと冷却チューブとの間の押圧力が均等になるような構成では不都合である。例えば、最も発熱量の大きい半導体モジュールに合わせて押圧力を設定しようとすると、全体として極めて大きな押圧力を付与しなければならなくなるという問題がある。
また、特許文献２の電力変換装置は、複数の半導体モジュールの発熱量に応じて、各冷却チューブにおける冷却媒体の流量等に差をつけているが、隣接する半導体モジュールの発熱による熱干渉や、冷却媒体の流れの分配差を考慮して、複数の回路制御パターンに対応して熱バランスを図った設計を行う必要が生じ、汎用性に欠けるという問題がある。
また、特許文献３には、冷却チューブに高圧の冷却媒体を供給することにより、冷却チューブを膨らませて電子部品に冷却チューブを密着させる構成が開示されている。しかしながら、この構成を実現するためには、冷却媒体を循環させる循環経路の全体を高耐圧設計する必要があり、現実的に困難である。また、この構成では、全ての電子部品に対する冷却チューブの押圧力が均等となってしまい、上記と同様の問題が生じる。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、熱干渉を防ぐと共に電子部品の冷却効率を容易に調整することができる冷却器、及びこれを備えた電力変換装置を提供しようとするものである。
第１の発明は、電子部品を冷却するための冷却器であって、
上記電子部品に密着して配されると共に内部に冷却媒体を流通させる冷媒流路を有する冷却チューブと、
該冷却チューブにおける上記電子部品とは反対側の面に隣接して配されると共に内部に上記冷却媒体よりも圧力が高い高圧流体を充填することができる高圧チューブとを有することを特徴とする冷却器にある（請求項１）。
上記電子部品に密着して配されると共に内部に冷却媒体を流通させる冷媒流路を有する冷却チューブと、
該冷却チューブにおける上記電子部品とは反対側の面に隣接して配されると共に内部に上記冷却媒体よりも圧力が高い高圧流体を充填することができる高圧チューブとを有することを特徴とする冷却器にある（請求項１）。
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記冷却器においては、高圧チューブに供給する高圧流体の圧力によって、冷却チューブを電子部品に押圧することができる。即ち、高圧流体を供給した高圧チューブが膨張することにより、高圧チューブから冷却チューブに対して、半導体モジュール側へ向かう押圧力が働く。これにより、電子部品の放熱面に冷却チューブが充分に追従することとなり、冷却チューブと電子部品との間の熱抵抗を小さくして、冷却効率を向上させることができる。
上記冷却器においては、高圧チューブに供給する高圧流体の圧力によって、冷却チューブを電子部品に押圧することができる。即ち、高圧流体を供給した高圧チューブが膨張することにより、高圧チューブから冷却チューブに対して、半導体モジュール側へ向かう押圧力が働く。これにより、電子部品の放熱面に冷却チューブが充分に追従することとなり、冷却チューブと電子部品との間の熱抵抗を小さくして、冷却効率を向上させることができる。
また、電子部品の一対の放熱面の平行度が低かったり、放熱面に反りが生じていたりする場合にも、冷却チューブがこれに追従することにより、電子部品と冷却チューブとの間に生じる隙間を小さくすることができる。それ故、両者間の熱抵抗を小さくできると共に、両者間に伝熱グリース等を介在させるにあたっても、その量を少なくすることができる。
また、上記高圧チューブに供給する高圧流体の圧力を調整することにより、冷却チューブの押圧力を調整し、高い冷却効率を確保することができる。
また、上記高圧チューブに供給する高圧流体の圧力を調整することにより、冷却チューブの押圧力を調整し、高い冷却効率を確保することができる。
また、上記冷却チューブには上記高圧チューブが密着して配されるため、その内部を流れる高圧流体が熱抵抗となり、当該冷却チューブに密着する電子部品とは別の発熱体（例えば他の電子部品）によってその冷却チューブを流れる冷却媒体の温度上昇が生じたりすることを抑制することができる。これにより、当該電子部品に対する他の電子部品等の発熱体による熱干渉を抑制することができる。
以上のごとく、本発明によれば、熱干渉を防ぐと共に電子部品の冷却効率を容易に調整することができる冷却器を提供することができる。
第２の発明は、電子部品を冷却するための冷却器であって、
上記電子部品に密着して配されると共に内部に冷却媒体を流通させる冷媒流路を有する冷却チューブと、
該冷却チューブにおける上記電子部品とは反対側の面に隣接して配されると共に、温度に応じて膨張、収縮するサーモワックスを内部に封入してなり、積層方向に拡幅、縮幅することができる加圧チューブとを有することを特徴とする冷却器にある（請求項１２）。
上記電子部品に密着して配されると共に内部に冷却媒体を流通させる冷媒流路を有する冷却チューブと、
該冷却チューブにおける上記電子部品とは反対側の面に隣接して配されると共に、温度に応じて膨張、収縮するサーモワックスを内部に封入してなり、積層方向に拡幅、縮幅することができる加圧チューブとを有することを特徴とする冷却器にある（請求項１２）。
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記冷却器においては、加圧チューブ内のサーモワックスの膨張によって、冷却チューブを電子部品に押圧することができる。即ち、電子部品の温度が上昇して、冷却チューブ内の冷却媒体の温度が高くなると、冷却チューブに隣接配置された加圧チューブ内のサーモワックスが温度上昇して膨張する。これにより加圧チューブから冷却チューブに対して、電子部品側へ向かう押圧力が働く。これにより、電子部品の放熱面に冷却チューブが充分に追従することとなり、冷却チューブと電子部品との間の熱抵抗を小さくして、冷却効率を向上させることができる。このように、電子部品の温度が上昇して、その冷却を行う必要性が特に高まったときに、冷却効率を向上させることができる。
上記冷却器においては、加圧チューブ内のサーモワックスの膨張によって、冷却チューブを電子部品に押圧することができる。即ち、電子部品の温度が上昇して、冷却チューブ内の冷却媒体の温度が高くなると、冷却チューブに隣接配置された加圧チューブ内のサーモワックスが温度上昇して膨張する。これにより加圧チューブから冷却チューブに対して、電子部品側へ向かう押圧力が働く。これにより、電子部品の放熱面に冷却チューブが充分に追従することとなり、冷却チューブと電子部品との間の熱抵抗を小さくして、冷却効率を向上させることができる。このように、電子部品の温度が上昇して、その冷却を行う必要性が特に高まったときに、冷却効率を向上させることができる。
また、電子部品の一対の放熱面の平行度が低かったり、放熱面に反りが生じていたりする場合にも、冷却チューブがこれに追従することにより、電子部品と冷却チューブとの間における隙間の発生を抑制することができる。
また、上記冷却チューブには上記加圧チューブが密着して配されるため、その内部に充填されたサーモワックスが熱抵抗となり、当該冷却チューブに密着する電子部品とは別の発熱体（例えば他の電子部品）によってその冷却チューブを流れる冷却媒体の温度上昇が生じたりすることを抑制することができる。これにより、当該電子部品に対する他の電子部品等の発熱体による熱干渉を抑制することができる。
また、上記冷却チューブには上記加圧チューブが密着して配されるため、その内部に充填されたサーモワックスが熱抵抗となり、当該冷却チューブに密着する電子部品とは別の発熱体（例えば他の電子部品）によってその冷却チューブを流れる冷却媒体の温度上昇が生じたりすることを抑制することができる。これにより、当該電子部品に対する他の電子部品等の発熱体による熱干渉を抑制することができる。
以上のごとく、本発明によれば、熱干渉を防ぐと共に電子部品の冷却効率を容易に調整することができる冷却器を提供することができる。
第３の発明は、電子部品を冷却するための冷却器であって、
上記電子部品に密着して配されると共に内部に冷却媒体を流通させる冷媒流路を有する冷却チューブと、
該冷却チューブにおける上記電子部品とは反対側の面に隣接して配されると共に、温度に応じて膨張、収縮するバネ性を有する形状記憶合金からなる加圧部材とを有することを特徴とする冷却器にある（請求項１５）。
上記電子部品に密着して配されると共に内部に冷却媒体を流通させる冷媒流路を有する冷却チューブと、
該冷却チューブにおける上記電子部品とは反対側の面に隣接して配されると共に、温度に応じて膨張、収縮するバネ性を有する形状記憶合金からなる加圧部材とを有することを特徴とする冷却器にある（請求項１５）。
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記冷却器は、冷却チューブにおける上記電子部品とは反対側の面に、上記形状記憶合金からなる加圧部材を密着配置してなる。そのため、加圧部材の膨張によって、冷却チューブを電子部品に押圧することができる。即ち、電子部品の温度が上昇して、冷却チューブ内の冷却媒体の温度が高くなると、冷却チューブに隣接配置された形状記憶合金である加圧部材が温度上昇して、積層方向に膨張するようにすることができる。これにより加圧部材から冷却チューブに対して、電子部品側へ向かう押圧力が働く。これにより、電子部品の放熱面に冷却チューブが充分に追従することとなり、冷却チューブと電子部品との間の熱抵抗を小さくして、冷却効率を向上させることができる。このように、電子部品の温度が上昇して、その冷却を行う必要性が特に高まったときに、冷却効率を向上させることができる。
上記冷却器は、冷却チューブにおける上記電子部品とは反対側の面に、上記形状記憶合金からなる加圧部材を密着配置してなる。そのため、加圧部材の膨張によって、冷却チューブを電子部品に押圧することができる。即ち、電子部品の温度が上昇して、冷却チューブ内の冷却媒体の温度が高くなると、冷却チューブに隣接配置された形状記憶合金である加圧部材が温度上昇して、積層方向に膨張するようにすることができる。これにより加圧部材から冷却チューブに対して、電子部品側へ向かう押圧力が働く。これにより、電子部品の放熱面に冷却チューブが充分に追従することとなり、冷却チューブと電子部品との間の熱抵抗を小さくして、冷却効率を向上させることができる。このように、電子部品の温度が上昇して、その冷却を行う必要性が特に高まったときに、冷却効率を向上させることができる。
また、電子部品の一対の放熱面の平行度が低かったり、放熱面に反りが生じていたりする場合にも、冷却チューブがこれに追従することにより、電子部品と冷却チューブとの間における隙間の発生を抑制することができる。
また、上記冷却チューブには上記加圧部材が密着して配されるため、加圧部材の内部に空間を設けたりすることにより、この空間が熱抵抗となり、当該冷却チューブに密着する電子部品とは別の発熱体（例えば他の電子部品）によってその冷却チューブを流れる冷却媒体の温度上昇が生じたりすることを抑制することができる。これにより、当該電子部品に対する他の電子部品等の発熱体による熱干渉を抑制することができる。
また、上記冷却チューブには上記加圧部材が密着して配されるため、加圧部材の内部に空間を設けたりすることにより、この空間が熱抵抗となり、当該冷却チューブに密着する電子部品とは別の発熱体（例えば他の電子部品）によってその冷却チューブを流れる冷却媒体の温度上昇が生じたりすることを抑制することができる。これにより、当該電子部品に対する他の電子部品等の発熱体による熱干渉を抑制することができる。
以上のごとく、本発明によれば、熱干渉を防ぐと共に電子部品の冷却効率を容易に調整することができる冷却器を提供することができる。
第４の発明は、半導体素子を内蔵する複数の半導体モジュールを有する電力変換装置において、
上記半導体モジュールを冷却する手段として、上記第１〜第３の発明にかかる冷却器を備えてなることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１６）。
本発明によれば、熱干渉を防ぐと共に半導体モジュールの冷却効率を容易に調整することができる電力変換装置を提供することができる。
上記半導体モジュールを冷却する手段として、上記第１〜第３の発明にかかる冷却器を備えてなることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１６）。
本発明によれば、熱干渉を防ぐと共に半導体モジュールの冷却効率を容易に調整することができる電力変換装置を提供することができる。
上記第１の発明（請求項１）又は第２の発明（請求項１２）において、上記高圧チューブ又は上記加圧チューブは、例えば、アルミニウム等の金属板によって構成され、ろう付け等によって内部空間を密封することができるよう構成したものとすることができる。そして、高圧チューブ又は加圧チューブは、冷却チューブとの接触面において高圧流体の圧力によって膨張変形できるよう構成されている。
また、上記電子部品としては、例えば、電力変換装置の構成部品である半導体素子を内蔵した半導体モジュールが挙げられるが、本発明の冷却器は、これに限らず、例えばリアクトル等、種々の電子部品に対応することができる。
また、上記電子部品としては、例えば、電力変換装置の構成部品である半導体素子を内蔵した半導体モジュールが挙げられるが、本発明の冷却器は、これに限らず、例えばリアクトル等、種々の電子部品に対応することができる。
また、上記電子部品の両面に上記冷却チューブを密着配置することができるよう構成されていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記電子部品を両面から冷却することができ、冷却効率に優れた冷却器を得ることができる。
この場合には、上記電子部品を両面から冷却することができ、冷却効率に優れた冷却器を得ることができる。
また、上記電子部品の両面に密着配置する一対の上記冷却チューブは、折返し部を介して連続的に形成されたＵ字状チューブの一部によってそれぞれ構成されていてもよい（請求項３）。
この場合には、上記一対の冷却チューブを一体部品によって構成することとなるため、組付け作業性に優れた冷却器を得ることができる。
この場合には、上記一対の冷却チューブを一体部品によって構成することとなるため、組付け作業性に優れた冷却器を得ることができる。
また、上記電子部品の両面に密着配置する一対の上記冷却チューブは、環状に形成された環状チューブの一部によってそれぞれ構成されていてもよい（請求項４）。
この場合にも、上記一対の冷却チューブを一体部品によって構成することとなるため、組付け作業性に優れた冷却器を得ることができる。また、上記一対の冷却チューブの構造的強度を向上させることができる。
この場合にも、上記一対の冷却チューブを一体部品によって構成することとなるため、組付け作業性に優れた冷却器を得ることができる。また、上記一対の冷却チューブの構造的強度を向上させることができる。
また、上記一対の冷却チューブに密着配置された一対の上記高圧チューブは、折返し部を介して連続的に形成されたＵ字状チューブの一部によってそれぞれ構成されていることが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記一対の高圧チューブを一体部品によって構成することとなるため、組付け作業性に優れた冷却器を得ることができる。
この場合には、上記一対の高圧チューブを一体部品によって構成することとなるため、組付け作業性に優れた冷却器を得ることができる。
また、上記一対の冷却チューブに密着配置された一対の上記高圧チューブは、環状に形成された環状チューブの一部によってそれぞれ構成されていてもよい（請求項６）。
この場合にも、上記一対の高圧チューブを一体部品によって構成することとなるため、組付け作業性に優れた冷却器を得ることができる。また、上記一対の高圧チューブの構造的強度を向上させることができる。
この場合にも、上記一対の高圧チューブを一体部品によって構成することとなるため、組付け作業性に優れた冷却器を得ることができる。また、上記一対の高圧チューブの構造的強度を向上させることができる。
また、上記冷却器は、複数の上記電子部品に密着する複数の上記冷却チューブを有しており、上記複数の電子部品のそれぞれに密着する上記冷却チューブに対して密着する上記高圧チューブは、互いに異なる圧力の高圧流体を導入することができるよう構成されていることが好ましい（請求項７）。
この場合には、上記複数の電子部品の間で放熱面の平行度や反り量などにバラツキがあっても、個別に電子部品に対する冷却チューブの押圧力を調整できるため、各電子部品における放熱面の平行度や反り量に応じて上記押圧力を設定することができる。これにより、上記複数の電子部品の冷却効率を効果的に向上させることができる。
この場合には、上記複数の電子部品の間で放熱面の平行度や反り量などにバラツキがあっても、個別に電子部品に対する冷却チューブの押圧力を調整できるため、各電子部品における放熱面の平行度や反り量に応じて上記押圧力を設定することができる。これにより、上記複数の電子部品の冷却効率を効果的に向上させることができる。
また、上記複数の電子部品の間に発熱量の差がある場合や隣接する電子部品の間に大きな温度差がある場合などにも、適宜、各高圧チューブの高圧流体の圧力を個別に設定して、電子部品と冷却チューブとの間の加圧力を個別に設定することができる。その結果、各電子部品の熱膨張によって生じる応力を、適切に緩和することができる。
また、上記冷却器は、複数の上記電子部品に密着する複数の上記冷却チューブを有しており、上記高圧チューブは、隣合う上記電子部品に密着する上記冷却チューブの間に挿入配置されていてもよい（請求項８）。
この場合にも、熱干渉を防ぐと共に電子部品の冷却効率を容易に調整することができる電力変換装置を提供することができる。
この場合にも、熱干渉を防ぐと共に電子部品の冷却効率を容易に調整することができる電力変換装置を提供することができる。
また、上記冷却器は、複数の上記電子部品に密着する複数の上記冷却チューブに対して接触するように蛇行して配置された一連の上記高圧チューブを有していてもよい（請求項９）。
この場合にも、熱干渉を防ぐと共に電子部品の冷却効率を容易に調整することができる電力変換装置を提供することができる。
この場合にも、熱干渉を防ぐと共に電子部品の冷却効率を容易に調整することができる電力変換装置を提供することができる。
また、上記冷却器は、上記高圧チューブに対して高圧流体の供給圧力を調整する圧力調整手段を有することが好ましい（請求項１０）。
この場合には、例えば上記冷却器を電力変換装置等に組付けた後においても、適宜高圧流体の供給圧力を調整して、各電子部品の冷却効率を調整することができる。
例えば、電力変換装置の組付け時において、放熱面の平行度が低い半導体モジュール（電子部品）や、反り量が大きい半導体モジュール（電子部品）を積層する場合においても、これらの放熱面に冷却チューブが追従するように上記高耐圧チューブが冷却チューブを押圧することにより、半導体モジュール（電子部品）と冷却チューブとの間に塗布する伝熱グリースの量などを抑制することができる。さらには半導体モジュール（電子部品）の機械加工精度の緩和が可能になる。
このように、放熱設計における種々の条件の管理を緩和することができる。
更には、例えば電力変換装置の稼動時において、半導体モジュール（電子部品）の熱膨張が生じたとき、これに対応して、半導体モジュールと冷却チューブとの間の圧力を調整することが可能となる。
この場合には、例えば上記冷却器を電力変換装置等に組付けた後においても、適宜高圧流体の供給圧力を調整して、各電子部品の冷却効率を調整することができる。
例えば、電力変換装置の組付け時において、放熱面の平行度が低い半導体モジュール（電子部品）や、反り量が大きい半導体モジュール（電子部品）を積層する場合においても、これらの放熱面に冷却チューブが追従するように上記高耐圧チューブが冷却チューブを押圧することにより、半導体モジュール（電子部品）と冷却チューブとの間に塗布する伝熱グリースの量などを抑制することができる。さらには半導体モジュール（電子部品）の機械加工精度の緩和が可能になる。
このように、放熱設計における種々の条件の管理を緩和することができる。
更には、例えば電力変換装置の稼動時において、半導体モジュール（電子部品）の熱膨張が生じたとき、これに対応して、半導体モジュールと冷却チューブとの間の圧力を調整することが可能となる。
また、上記高圧流体は空気であることが好ましい（請求項１１）。
この場合には、上記高圧チューブにおける熱抵抗が大きくなり、電子部品の熱干渉をより効果的に防ぐことができる。
なお、上記高圧流体は、空気以外にも、例えば、他の気体、或いはオイルや水などの液体とすることもできる。
この場合には、上記高圧チューブにおける熱抵抗が大きくなり、電子部品の熱干渉をより効果的に防ぐことができる。
なお、上記高圧流体は、空気以外にも、例えば、他の気体、或いはオイルや水などの液体とすることもできる。
次に、上記第２の発明（請求項１２）において、上記加圧チューブは、必要以上に膨張した上記サーモワックスを逃すためのバッファ部を設けてなり、該バッファ部は、上記加圧チューブ内の上記サーモワックスが収縮したときに上記バッファ部内の上記サーモワックスを上記加圧チューブ内に戻すための戻し機構を有することが好ましい（請求項１３）。
この場合には、異常加熱等によりサーモワックスが必要以上に膨張したときに、加圧チューブが破裂するなどの不具合を防ぐことができる。また、上記バッファ部は上記戻し機構を有するため、加圧チューブ内におけるサーモワックスが収縮したときに、バッファ部におけるサーモワックスを加圧チューブ内に再度、円滑に戻すことができる。すなわち、バッファ部において冷却されて流動性が低下したサーモワックスを円滑に加圧チューブ内へ戻すことができる。
この場合には、異常加熱等によりサーモワックスが必要以上に膨張したときに、加圧チューブが破裂するなどの不具合を防ぐことができる。また、上記バッファ部は上記戻し機構を有するため、加圧チューブ内におけるサーモワックスが収縮したときに、バッファ部におけるサーモワックスを加圧チューブ内に再度、円滑に戻すことができる。すなわち、バッファ部において冷却されて流動性が低下したサーモワックスを円滑に加圧チューブ内へ戻すことができる。
また、上記加圧チューブは、該加圧チューブの拡幅、縮幅を容易にするためのダイヤフラム部を設けてなることが好ましい（請求項１４）。
この場合には、上記サーモワックスの膨張、収縮によって、上記加圧チューブを容易かつ確実に拡幅、縮幅させることができる。
この場合には、上記サーモワックスの膨張、収縮によって、上記加圧チューブを容易かつ確実に拡幅、縮幅させることができる。
（実施例１）
本発明の実施例にかかる冷却器及びこれを備えた電力変換装置につき、図１を用いて説明する。
本例の冷却器１は、電子部品としての半導体モジュール２を冷却するための冷却器である。
冷却器１は、半導体モジュール２に密着して配されると共に内部に冷却媒体を流通させる冷媒流路を有する冷却チューブ３と、冷却チューブ３における半導体モジュール２とは反対側の面に隣接して配されると共に内部に高圧流体を充填することができる高圧チューブ５とを有する。
本発明の実施例にかかる冷却器及びこれを備えた電力変換装置につき、図１を用いて説明する。
本例の冷却器１は、電子部品としての半導体モジュール２を冷却するための冷却器である。
冷却器１は、半導体モジュール２に密着して配されると共に内部に冷却媒体を流通させる冷媒流路を有する冷却チューブ３と、冷却チューブ３における半導体モジュール２とは反対側の面に隣接して配されると共に内部に高圧流体を充填することができる高圧チューブ５とを有する。
半導体モジュール２の両面に冷却チューブ３を密着配置することができるよう構成されている。
また、冷却器１は、複数の半導体モジュール２に密着する複数の冷却チューブ３を有している。そして、複数の半導体モジュール２のそれぞれに密着する冷却チューブ３に対して密着する高圧チューブ５は、互いに異なる圧力の高圧流体を導入することができるよう構成されている。
また、冷却器１は、複数の半導体モジュール２に密着する複数の冷却チューブ３を有している。そして、複数の半導体モジュール２のそれぞれに密着する冷却チューブ３に対して密着する高圧チューブ５は、互いに異なる圧力の高圧流体を導入することができるよう構成されている。
電力変換装置４は、ＩＧＢＴ等の半導体素子を内蔵する複数の半導体モジュール２を有し、該半導体モジュール２を冷却する手段として上記冷却器１を備えている。
電力変換装置４においては、半導体モジュール２の両面に冷却チューブ３が密着配置されていると共に、各冷却チューブ３における半導体モジュール２とは反対側の面に高圧チューブ５が密着配置されている。このように配された半導体モジュール２と一対の冷却チューブ３と一対の高圧チューブ５とによって構成される半導体冷却ユニット１５が複数組、高圧チューブ５同士が面接触する状態で積層されている。
電力変換装置４においては、半導体モジュール２の両面に冷却チューブ３が密着配置されていると共に、各冷却チューブ３における半導体モジュール２とは反対側の面に高圧チューブ５が密着配置されている。このように配された半導体モジュール２と一対の冷却チューブ３と一対の高圧チューブ５とによって構成される半導体冷却ユニット１５が複数組、高圧チューブ５同士が面接触する状態で積層されている。
そして、複数の冷却チューブ３は、その一端において隣合う冷却チューブ３と冷媒流路３１を連結する連結部１４を有する。また、積層方向の一端に配された冷却チューブ３には、冷却器１に冷却媒体を導入する冷媒導入管１３１及び冷却器１から冷却媒体を排出する冷媒排出管１３２が配設されている。
また、各冷却チューブ３の冷媒流路３１には、波型に形成されたフィン３２が設けてある。
また、冷却チューブ３及び高圧チューブ５は、プレス成形されたアルミニウム板をろう付け等によって接合することにより構成されている。
また、各冷却チューブ３の冷媒流路３１には、波型に形成されたフィン３２が設けてある。
また、冷却チューブ３及び高圧チューブ５は、プレス成形されたアルミニウム板をろう付け等によって接合することにより構成されている。
冷媒流路３１に流通させる冷却媒体としては、例えば、水やアンモニア等の自然冷媒、エチレングリコール系の不凍液を混入した水、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等を用いることができる。
また、高圧流体としては、空気（圧縮空気）を用いる。
また、高圧流体としては、空気（圧縮空気）を用いる。
そして、上記冷却媒体が冷却チューブ３の冷媒流路３１を流れる際に、冷却チューブ３に密着した半導体モジュール２と熱交換して、半導体モジュール２を冷却する。また、上記高圧流体が高圧チューブ５内に導入されることにより、高圧チューブ５が膨張し、これに隣接配置された冷却チューブ３を押圧し、半導体モジュール２に対する密着度を高める。これにより、半導体モジュール２と冷却チューブ３との間の熱抵抗を低減して、熱交換効率を高めることができるよう構成されている。
また、半導体モジュール２は、被制御電流が入出する電極端子（図示略）と、半導体素子を制御する制御回路基板４２に接続される制御端子２１とを有する。
また、電力変換装置４の構成部品は、筐体４１の内部に収容されている。そして、積層方向の両端に配された高圧チューブ５は、筐体４１の内壁面４１１に密着している。また、冷媒導入口１３１及び冷媒排出口１３２は、筐体４１から突出している。
また、電力変換装置４の構成部品は、筐体４１の内部に収容されている。そして、積層方向の両端に配された高圧チューブ５は、筐体４１の内壁面４１１に密着している。また、冷媒導入口１３１及び冷媒排出口１３２は、筐体４１から突出している。
また、高圧チューブ５には、電力変換装置４の製造過程において、高圧流体を所定の圧力となるように供給する。そして、高圧流体を充填した状態で、高圧チューブ５の出入口を密封する。
次に、本例の作用効果につき説明する。
上記冷却器１においては、高圧チューブ５に供給する高圧流体の圧力によって、冷却チューブ３を半導体モジュール２に押圧することができる。即ち、高圧流体を供給した高圧チューブ５が膨張することにより、高圧チューブ５から冷却チューブ３に対して、半導体モジュール２側へ向かう押圧力が働く。これにより、半導体モジュール２の放熱面２４に冷却チューブ３が充分に追従することとなり、冷却チューブ３と半導体モジュール２との間の熱抵抗を小さくして、冷却効率を向上させることができる。
上記冷却器１においては、高圧チューブ５に供給する高圧流体の圧力によって、冷却チューブ３を半導体モジュール２に押圧することができる。即ち、高圧流体を供給した高圧チューブ５が膨張することにより、高圧チューブ５から冷却チューブ３に対して、半導体モジュール２側へ向かう押圧力が働く。これにより、半導体モジュール２の放熱面２４に冷却チューブ３が充分に追従することとなり、冷却チューブ３と半導体モジュール２との間の熱抵抗を小さくして、冷却効率を向上させることができる。
また、半導体モジュール２の一対の放熱面２４の平行度が低かったり、放熱面２４に反りが生じていたりする場合にも、冷却チューブ３がこれに追従することにより、半導体モジュール２と冷却チューブ３との間に生じる隙間を小さくすることができる。それ故、両者間の熱抵抗を小さくできると共に、両者間に伝熱グリース等を介在させるにあたっても、その量を少なくすることができる。
また、高圧チューブ５に供給する高圧流体の圧力を調整することにより、半導体モジュール２の放熱面２４の平行度や反り量等の個体差に応じて、冷却チューブ３の押圧力を調整し、高い冷却効率を確保することができる。
また、高圧チューブ５に供給する高圧流体の圧力を調整することにより、半導体モジュール２の放熱面２４の平行度や反り量等の個体差に応じて、冷却チューブ３の押圧力を調整し、高い冷却効率を確保することができる。
また、冷却チューブ３には高圧チューブ５が密着して配されるため、その内部を流れる高圧流体が熱抵抗となり、当該冷却チューブ３に密着する半導体モジュール２とは別の半導体モジュール２によってその冷却チューブ３を流れる冷却媒体の温度上昇が生じたりすることを抑制することができる。これにより、当該半導体モジュール２に対する他の半導体モジュール２等の発熱体による熱干渉を抑制することができる。即ち、互いに隣合う半導体モジュール２同士の間で、熱干渉を招くことを抑制することができる。
また、各高圧チューブ５は、互いに異なる圧力の高圧流体を導入することができるよう構成されている。そのため、上記複数の半導体モジュール２の間で放熱面２４の平行度や反り量などにバラツキがあっても、個別に半導体モジュール２に対する冷却チューブ３の押圧力を調整できるため、各半導体モジュール２における放熱面２４の平行度や反り量に応じて上記押圧力を設定することができる。これにより、上記複数の半導体モジュール２の冷却効率を効果的に向上させることができる。
また、上記複数の半導体モジュール２の間に発熱量の差がある場合や隣接する半導体モジュール２の間に大きな温度差がある場合などにも、適宜、各高圧チューブ５の高圧流体の圧力を個別に設定して、半導体モジュール２と冷却チューブ３との間の加圧力を個別に設定することができる。その結果、各半導体モジュール２の熱膨張によって生じる応力を、適切に緩和することができる。
また、複数の半導体モジュール２と複数の冷却チューブ３とを積層方向に一括して押圧する場合とは異なり、冷却チューブ３を半導体モジュール２に押圧したときの半導体モジュール２の位置変化が小さい。そのため、半導体モジュール２の制御端子２１の位置ずれが小さく、制御回路基板４２との接続性に影響を与え難いという利点もある。
また、高圧チューブ５に導入する高圧流体として空気を用いることにより、高圧チューブ５における熱抵抗が大きくなり、半導体モジュール２の熱干渉をより効果的に防ぐことができる。
以上のごとく、本例によれば、熱干渉を防ぐと共に半導体モジュールの冷却効率を容易に調整することができる冷却器及び電力変換装置を提供することができる。
（実施例２）
本例は、図２〜図５に示すごとく、半導体モジュール２の両面に密着配置する一対の冷却チューブ３が、折返し部３３を介して連続的に形成されたＵ字状チューブ３０の一部によってそれぞれ構成された例である。
また、上記一対の冷却チューブ３に密着配置された一対の高圧チューブ５は、折返し部５３を介して連続的に形成されたＵ字状チューブ５０の一部によってそれぞれ構成されている。
本例は、図２〜図５に示すごとく、半導体モジュール２の両面に密着配置する一対の冷却チューブ３が、折返し部３３を介して連続的に形成されたＵ字状チューブ３０の一部によってそれぞれ構成された例である。
また、上記一対の冷却チューブ３に密着配置された一対の高圧チューブ５は、折返し部５３を介して連続的に形成されたＵ字状チューブ５０の一部によってそれぞれ構成されている。
図２、図３に示すごとく、上記冷却チューブ３を構成するＵ字状チューブ３０は、上記折返し部３３において、冷媒入口３３１と冷媒出口３３２とを設けている。これにより、冷媒入口３３１から導入された冷却媒体ｗは、２つの冷却チューブ３の冷媒流路３１に分岐して循環した後、冷媒出口３３２において合流して排出される。
また、図２、図４に示すごとく、上記高圧チューブ５を構成するＵ字状チューブ５０は、上記折返し部５３において、高圧流体出入口５３１を設けている。これにより、２つの高圧チューブ５に共通の高圧流体出入口５３１から高圧流体を導入することができる。また、高圧流体が高圧チューブ５から抜けないように封止する方法として、例えば、高圧流体出入口５３１に逆止弁を設けたり、高圧流体を導入した後に高圧流体出入口５３１をかしめたりする方法がある。
また、図２に示すごとく、冷却チューブ３のＵ字状チューブ３０は、高圧チューブ５のＵ字状チューブ５０の内側に、互いの折返し部３３、５３が重なるように、接触配置されている。このとき、冷却チューブ３のＵ字状チューブ３０に設けた冷媒入口３３１と冷媒出口３３２とが、高圧チューブ５のＵ字状チューブ５０の折返し部５３に干渉しないように、Ｕ字状チューブ５０の折返し部５３の幅が、他の部分よりも小さくなっている。
図２に示す、半導体モジュール２と冷却チューブ３のＵ字状チューブ３０と耐高圧チューブ５のＵ字状チューブ５０とによって構成される半導体冷却ユニット１５は、図５に示すごとく、筐体４１の内側において積層配置される。これにより、高圧チューブ５へ高圧流体ａを導入したとき、高圧チューブ５が冷却チューブ３側へ膨張し、冷却チューブ３が半導体モジュール２に押圧される。なお、図５において破線にて示した輪郭は、高圧チューブ５が膨張したときの状態を表す。
また、各冷却チューブ３のＵ字状チューブ３０にそれぞれ設けた冷媒入口３３１及び冷媒出口３３２とは、それぞれ冷媒供給用ヘッダ及び冷媒排出用ヘッダ（図示略）に接続されている。冷媒供給用ヘッダ及び冷媒排出用ヘッダは、それぞれ冷却器１の冷媒導入管１３１及び冷媒排出管１３２（図１参照）に接続されている。
その他は、実施例１と同様である。
その他は、実施例１と同様である。
本例の場合には、上記一対の冷却チューブ３及び上記一対の高圧チューブ５を、それぞれ一体部品（Ｕ字状チューブ３０、５０）によって構成することとなるため、組付け作業性に優れた冷却器１を得ることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
（実施例３）
本例は、図６に示すごとく、互いの折返し部３３、５３が反対側に配置されるように、冷却チューブ３のＵ字状チューブ３０と高圧チューブ５のＵ字状チューブ５０とを重ね合わせた例である。
この場合、高圧チューブ５のＵ字状チューブ５０における折返し部５３の幅は、特に小さくする必要はなく、他の部分と同等の幅を有する。
その他は、実施例２と同様の構成を有し、同様の作用効果を得ることができる。
本例は、図６に示すごとく、互いの折返し部３３、５３が反対側に配置されるように、冷却チューブ３のＵ字状チューブ３０と高圧チューブ５のＵ字状チューブ５０とを重ね合わせた例である。
この場合、高圧チューブ５のＵ字状チューブ５０における折返し部５３の幅は、特に小さくする必要はなく、他の部分と同等の幅を有する。
その他は、実施例２と同様の構成を有し、同様の作用効果を得ることができる。
（実施例４）
本例は、図７〜図９に示すごとく、冷却チューブ３の冷媒流路３１にフィン３２を設けると共に、高圧チューブ５における冷却チューブ３側の面に突起面５４を設けた例である。
また、冷却チューブ３のＵ字状チューブ３０における折返し部３３には、冷媒入口３３１と冷媒出口３３２との間の冷媒流路３１を分断する遮蔽部３３３を設けている。
本例は、図７〜図９に示すごとく、冷却チューブ３の冷媒流路３１にフィン３２を設けると共に、高圧チューブ５における冷却チューブ３側の面に突起面５４を設けた例である。
また、冷却チューブ３のＵ字状チューブ３０における折返し部３３には、冷媒入口３３１と冷媒出口３３２との間の冷媒流路３１を分断する遮蔽部３３３を設けている。
これにより、冷媒入口３３１から導入された冷却媒体ｗが一対の冷却チューブ３に分岐して流れ、フィン３２に沿って各冷却チューブ３の冷媒流路３１の全体に略均等に循環する。そして、冷却媒体ｗは、冷媒出口３３２から排出される。
ここで、フィン３２は、半導体モジュール２に内蔵された半導体素子２３に略対応する位置に形成されており、この部分において冷却媒体ｗがフィン３２を介して発熱源である半導体素子２３と充分に熱交換することができるよう構成されている。
ここで、フィン３２は、半導体モジュール２に内蔵された半導体素子２３に略対応する位置に形成されており、この部分において冷却媒体ｗがフィン３２を介して発熱源である半導体素子２３と充分に熱交換することができるよう構成されている。
また、高圧チューブ５に設けられた突起面５４は、半導体モジュール２に内蔵された半導体素子２３に略対応する位置に形成されている。これにより、特に半導体素子２３の配設位置において、高圧チューブ５の押圧力が冷却チューブ３に大きく働き、半導体モジュール２と冷却チューブ３との密着度が向上し、この部分において特に冷却効率を向上させることができる。
その他は、実施例２と同様の構成を有し、同様の作用効果を得ることができる。
なお、上記突起面５４に代えて、この部分を特に変形しやすい構造としたり、或いは、この部分に対応する半導体モジュールの面に突出面を設けたり、反りを設けたりすることにより、上記と同様の作用効果を得ることができる。
その他は、実施例２と同様の構成を有し、同様の作用効果を得ることができる。
なお、上記突起面５４に代えて、この部分を特に変形しやすい構造としたり、或いは、この部分に対応する半導体モジュールの面に突出面を設けたり、反りを設けたりすることにより、上記と同様の作用効果を得ることができる。
（実施例５）
本例は、図１０に示すごとく、半導体モジュール２の両面に密着配置する一対の冷却チューブ３が、環状に形成された環状チューブ３００の一部によってそれぞれ構成された例である。
即ち、一対の冷却チューブ３が、その両端部において折返し部３３によって連結された状態となっている。
その他は、実施例２と同様である。
本例は、図１０に示すごとく、半導体モジュール２の両面に密着配置する一対の冷却チューブ３が、環状に形成された環状チューブ３００の一部によってそれぞれ構成された例である。
即ち、一対の冷却チューブ３が、その両端部において折返し部３３によって連結された状態となっている。
その他は、実施例２と同様である。
本例の場合にも、上記一対の冷却チューブ３を一体部品（環状チューブ３００）によって構成することとなるため、組付け作業性に優れた冷却器を得ることができる。また、上記一対の冷却チューブ３の構造的強度を向上させることができる。
その他、実施例２と同様の作用効果を有する。
その他、実施例２と同様の作用効果を有する。
（実施例６）
本例は、図１１に示すごとく、環状チューブ３００の一方の折返し部３３に冷媒入口３３１を設け、他方の折返し部３３に冷媒出口３３２を設けた例である。
また、冷媒入口３３１と冷媒出口３３２とは、環状チューブ３００の略対角位置に配されている。
その他は、実施例５と同様の構成を有し、同様の作用効果を得ることができる。
本例は、図１１に示すごとく、環状チューブ３００の一方の折返し部３３に冷媒入口３３１を設け、他方の折返し部３３に冷媒出口３３２を設けた例である。
また、冷媒入口３３１と冷媒出口３３２とは、環状チューブ３００の略対角位置に配されている。
その他は、実施例５と同様の構成を有し、同様の作用効果を得ることができる。
なお、上記実施例５、６の構成において、一対の冷却チューブ３に密着配置された一対の高圧チューブ５を、環状に形成された環状チューブの一部によってそれぞれ構成することもできる。
（実施例７）
本例は、図１２〜図１４に示すごとく、高圧チューブ５に対して高圧流体の供給圧力を調整する圧力調整手段６１を有する冷却器１及びこれを備えた電力変換装置４の例である。
本例の電力変換装置４は、上記実施例３において示した半導体モジュール２と一対の冷却チューブ３と一対の高圧チューブ５とによって構成される半導体冷却ユニット１５を、複数積層配置した状態で、筐体４１内に収容している。
本例は、図１２〜図１４に示すごとく、高圧チューブ５に対して高圧流体の供給圧力を調整する圧力調整手段６１を有する冷却器１及びこれを備えた電力変換装置４の例である。
本例の電力変換装置４は、上記実施例３において示した半導体モジュール２と一対の冷却チューブ３と一対の高圧チューブ５とによって構成される半導体冷却ユニット１５を、複数積層配置した状態で、筐体４１内に収容している。
そして、各半導体冷却ユニット１５における高圧チューブ５に対して、高圧流体の供給圧力を調整する圧力調整手段６１をそれぞれ設けている。
即ち、各半導体冷却ユニット１５における高圧チューブ５は、互いに異なる圧力（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７）の高圧流体を導入することができるよう構成されている。また、これらの圧力は、例えば、図１２に示すごとく、各半導体モジュール２の温度をモニタしながら、これらの温度（Ｔ１、Ｔ２、・・、Ｔｎ）が所定の温度範囲になるように設定する。即ち、モニタされた温度情報を基に、制御部４２０において、各半導体モジュール２に密着する冷却チューブ３を押圧する高圧チューブ５に供給する圧力を制御する。また、この圧力自体もモニタしながら、所定の圧力が加わるように制御している。
なお、半導体モジュール２の温度検出は、例えば、半導体モジュール２に内蔵したサーミスタ等の温度検出器によって行うことができる。
即ち、各半導体冷却ユニット１５における高圧チューブ５は、互いに異なる圧力（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７）の高圧流体を導入することができるよう構成されている。また、これらの圧力は、例えば、図１２に示すごとく、各半導体モジュール２の温度をモニタしながら、これらの温度（Ｔ１、Ｔ２、・・、Ｔｎ）が所定の温度範囲になるように設定する。即ち、モニタされた温度情報を基に、制御部４２０において、各半導体モジュール２に密着する冷却チューブ３を押圧する高圧チューブ５に供給する圧力を制御する。また、この圧力自体もモニタしながら、所定の圧力が加わるように制御している。
なお、半導体モジュール２の温度検出は、例えば、半導体モジュール２に内蔵したサーミスタ等の温度検出器によって行うことができる。
また、図１３、図１４に示すごとく、半導体モジュール２は、ＩＧＢＴ等の半導体素子２０１とダイオード２０２とを、それぞれ２個ずつ内蔵した、いわゆる２ｉｎ１型の半導体モジュールである。半導体モジュール２は、制御端子２１及び電極端子２２とを有する。冷却チューブ３は、半導体モジュール２の本体部２０を覆うように、半導体モジュール２の両面に密着している。また、冷却チューブ３に設けた冷媒入口３３１と冷媒出口３３２とは、それぞれ、冷媒供給用ヘッダ１４１と冷媒排出用ヘッダ１４２とに接続されている。
その他は、実施例１と同様である。
その他は、実施例１と同様である。
本例においては、冷却器１が圧力調整手段６１を有するため、例えば冷却器１を電力変換装置４に組付けた後においても、適宜高圧流体の供給圧力を調整して、各半導体モジュール２の放熱面２４の平行度や反り量等の個体差に起因する冷却効率のバラツキを抑制することができる。
そして、これにより、電力変換装置４の組付け時において、半導体モジュール２と冷却チューブ３との間に塗布する伝熱グリースの量を少なくできたり、半導体モジュール２の放熱面２４の平行度、反り量などの機械加工精度の緩和が可能になるなど、放熱設計における種々の条件の管理を緩和することができる。
そして、これにより、電力変換装置４の組付け時において、半導体モジュール２と冷却チューブ３との間に塗布する伝熱グリースの量を少なくできたり、半導体モジュール２の放熱面２４の平行度、反り量などの機械加工精度の緩和が可能になるなど、放熱設計における種々の条件の管理を緩和することができる。
更には、電力変換装置４の稼動時において、半導体モジュール２の熱膨張が生じたとき、これに対応して、半導体モジュール２と冷却チューブ３との間の圧力を調整することが可能となる。即ち、半導体モジュール２が膨張したときには高圧流体の供給圧力を下げ、また、半導体モジュール２が収縮したときには高圧流体の供給圧力を上げ、これにより、半導体モジュール２と冷却チューブ３との間の圧力を所定の範囲に保つこともできる。
また、上記複数の半導体モジュール２の間に発熱量の差がある場合や隣接する半導体モジュール２の間に大きな温度差がある場合など、適宜、各高圧チューブ５の高圧流体の圧力を個別に設定して、半導体モジュール２と冷却チューブ３との間の加圧力を個別に設定することができる。その結果、各半導体モジュール２の熱膨張によって生じる応力を、適切に緩和することができる。
また、各高圧チューブ５は、互いに異なる圧力の高圧流体を導入することができるよう構成されている。そのため、上記複数の半導体モジュール２の間で放熱面２４の平行度や反り量などにバラツキがあっても、個別に半導体モジュール２に対する冷却チューブ３の押圧力を調整できるため、各半導体モジュール２における放熱面２４の平行度や反り量に応じて上記押圧力を設定することができる。これにより、上記複数の半導体モジュール２の冷却効率を効果的に向上させることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
（実施例８）
本例は、図１５に示すごとく、複数の半導体モジュール２に密着する複数の冷却チューブ３に対して接触するように蛇行して配置された一連の高圧チューブ５を有する冷却器１、及びこれを備えた電力変換装置４の例である。
本例の冷却器１においては、高圧チューブ５が一連に形成されているため、圧力調整手段６１は１個であり、全ての冷却チューブ３に対して、同じ圧力の押圧力を付与することとなる。
本例は、図１５に示すごとく、複数の半導体モジュール２に密着する複数の冷却チューブ３に対して接触するように蛇行して配置された一連の高圧チューブ５を有する冷却器１、及びこれを備えた電力変換装置４の例である。
本例の冷却器１においては、高圧チューブ５が一連に形成されているため、圧力調整手段６１は１個であり、全ての冷却チューブ３に対して、同じ圧力の押圧力を付与することとなる。
それ故、全ての半導体モジュール２の温度をモニタして、これらの温度が上昇しすぎないように、制御部４２０において総合的に判断しながら、高圧チューブ５に供給する高圧流体の圧力Ｐを調整する。
その他は、実施例７と同様である。
その他は、実施例７と同様である。
本例の場合にも、熱干渉を防ぐと共に半導体モジュールの冷却効率を容易に調整することができる電力変換装置を提供することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
（実施例９）
本例は、図１６に示すごとく、隣合う半導体モジュール２に密着する冷却チューブ３の間に、高圧チューブ５が一層挿入配置された電力変換装置４の例である。
即ち、実施例１（図１）に示す電力変換装置４は冷却チューブ３の間に二層の高圧チューブ５が配されているが、この二層分の高圧チューブ５を一層の高圧チューブ５に置き換えた状態としたのが、本例の電力変換装置４である。
本例は、図１６に示すごとく、隣合う半導体モジュール２に密着する冷却チューブ３の間に、高圧チューブ５が一層挿入配置された電力変換装置４の例である。
即ち、実施例１（図１）に示す電力変換装置４は冷却チューブ３の間に二層の高圧チューブ５が配されているが、この二層分の高圧チューブ５を一層の高圧チューブ５に置き換えた状態としたのが、本例の電力変換装置４である。
そして、本例の電力変換装置４は、「半導体モジュール２とこれを挟持する一対の冷却チューブ３と更にこれを挟持する一対の高圧チューブ５とによって構成される半導体冷却ユニット１５」と、「半導体モジュール２とこれを挟持する一対の冷却チューブ３とによって構成される半導体冷却ユニット１５０」とを交互に積層することによって得ることができる。
その他は、実施例１と同様である。
その他は、実施例１と同様である。
本例の場合には、より小型の冷却器１及びこれを備えた電力変換装置４を得ることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
（実施例１０）
本例は、図１７〜図２２に示すごとく、温度に応じて膨張、収縮するサーモワックス６１を封入した加圧チューブ６によって冷却チューブ３を半導体モジュール２に押圧することができるよう構成した冷却器１の例である。
すなわち、本例の冷却器１は、半導体モジュール２に密着して配される冷却チューブ３と、該冷却チューブ３における半導体モジュール２とは反対側の面に隣接して配された加圧チューブ６とを有する。加圧チューブ６は、サーモワックス６１を内部に封入してなり、積層方向に拡幅、縮幅することができるよう構成されている。
本例は、図１７〜図２２に示すごとく、温度に応じて膨張、収縮するサーモワックス６１を封入した加圧チューブ６によって冷却チューブ３を半導体モジュール２に押圧することができるよう構成した冷却器１の例である。
すなわち、本例の冷却器１は、半導体モジュール２に密着して配される冷却チューブ３と、該冷却チューブ３における半導体モジュール２とは反対側の面に隣接して配された加圧チューブ６とを有する。加圧チューブ６は、サーモワックス６１を内部に封入してなり、積層方向に拡幅、縮幅することができるよう構成されている。
図１７〜図１９に示すごとく、加圧チューブ６は、冷却チューブ３と一体化されており、加圧チューブ６における積層方向の両面に一対の冷却チューブ３が形成されている。
加圧チューブ６は、その拡幅、縮幅を容易にするためのダイヤフラム部６２を設けてなる。ダイヤフラム部６２は、加圧チューブ６の厚み方向に直交する方向の端部に、設けられ、図２２に示すごとく、その変形によって、加圧チューブ６の厚み方向の幅を拡張させたり、縮小させたりすることができる。
加圧チューブ６は、その拡幅、縮幅を容易にするためのダイヤフラム部６２を設けてなる。ダイヤフラム部６２は、加圧チューブ６の厚み方向に直交する方向の端部に、設けられ、図２２に示すごとく、その変形によって、加圧チューブ６の厚み方向の幅を拡張させたり、縮小させたりすることができる。
また、加圧チューブ６は、必要以上に膨張したサーモワックス６１を逃すためのバッファ部６３を設けてなる。また、バッファ部６３は、加圧チューブ６内のサーモワックス６１が収縮したときにバッファ部６３内のサーモワックス６１を加圧チューブ６内に戻すための戻し機構６４を有する。該戻し機構６４は、バッファ部６３内において摺動可能なピストン６４１と該ピストン６４１を押圧するコイルバネ６４２とからなる。
なお、サーモワックス６１は、例えば、所定の温度（例えば６０〜６５℃）を境にして急激に流動性が変化し、体積が変化するように調整した脂肪酸などを原料としたロウ状の固体または半固体樹脂からなるものによって構成することができる。
その他は、実施例１と同様である。
なお、サーモワックス６１は、例えば、所定の温度（例えば６０〜６５℃）を境にして急激に流動性が変化し、体積が変化するように調整した脂肪酸などを原料としたロウ状の固体または半固体樹脂からなるものによって構成することができる。
その他は、実施例１と同様である。
次に、本例の作用効果につき説明する。
上記冷却器１においては、加圧チューブ６内のサーモワックス６１の膨張によって、冷却チューブ３を半導体モジュール２に押圧することができる。即ち、半導体モジュール２の温度が上昇して、冷却チューブ３内の冷却媒体の温度が高くなると、冷却チューブ３に隣接配置された加圧チューブ６内のサーモワックス６１が温度上昇して膨張する。これにより、図２２（B）に示すごとく、加圧チューブ６が厚み方向に拡幅する。このとき、加圧チューブ６に設けられたダイヤフラム部６２が変形することにより、加圧チューブ６が容易に拡幅する。
上記冷却器１においては、加圧チューブ６内のサーモワックス６１の膨張によって、冷却チューブ３を半導体モジュール２に押圧することができる。即ち、半導体モジュール２の温度が上昇して、冷却チューブ３内の冷却媒体の温度が高くなると、冷却チューブ３に隣接配置された加圧チューブ６内のサーモワックス６１が温度上昇して膨張する。これにより、図２２（B）に示すごとく、加圧チューブ６が厚み方向に拡幅する。このとき、加圧チューブ６に設けられたダイヤフラム部６２が変形することにより、加圧チューブ６が容易に拡幅する。
そのため、加圧チューブ６から冷却チューブ３に対して、半導体モジュール２側へ向かう押圧力が働く。これにより、半導体モジュール２の放熱面に冷却チューブ３が充分に追従することとなり、冷却チューブ３と半導体モジュール２との間の熱抵抗を小さくして、冷却効率を向上させることができる。
このように、半導体モジュール２の温度が上昇して、その冷却を行う必要性が特に高まったときに、冷却効率を向上させることができる。
なお、半導体モジュール２の温度が低くなった場合には、サーモワックス６１の温度が低下するために、サーモワックス６１は収縮して、図２２（Ａ）に示すごとく、加圧チューブ６は厚み方向に縮幅する。
なお、半導体モジュール２の温度が低くなった場合には、サーモワックス６１の温度が低下するために、サーモワックス６１は収縮して、図２２（Ａ）に示すごとく、加圧チューブ６は厚み方向に縮幅する。
また、半導体モジュール２の一対の放熱面の平行度が低かったり、放熱面に反りが生じていたりする場合にも、冷却チューブ３がこれに追従することにより、半導体モジュール２と冷却チューブ３との間における隙間の発生を抑制することができる。
また、冷却チューブ３には加圧チューブ６が密着して配されるため、その内部に充填されたサーモワックス６１が熱抵抗となり、当該冷却チューブ３に密着する半導体モジュール２とは別の発熱体（当該冷却チューブ３における反対側面に配された半導体モジュール２）によってその冷却チューブ３を流れる冷却媒体の温度上昇が生じたりすることを抑制することができる。これにより、当該半導体モジュール２に対する他の半導体モジュール２による熱干渉を抑制することができる。
また、冷却チューブ３には加圧チューブ６が密着して配されるため、その内部に充填されたサーモワックス６１が熱抵抗となり、当該冷却チューブ３に密着する半導体モジュール２とは別の発熱体（当該冷却チューブ３における反対側面に配された半導体モジュール２）によってその冷却チューブ３を流れる冷却媒体の温度上昇が生じたりすることを抑制することができる。これにより、当該半導体モジュール２に対する他の半導体モジュール２による熱干渉を抑制することができる。
また、加圧チューブ６はバッファ部６３を設けてなるため、異常加熱等によりサーモワックス６１が必要以上に膨張したときに、加圧チューブ６が破裂するなどの不具合を防ぐことができる。また、図２１に示すごとく、バッファ部６３は戻し機構６４を有するため、加圧チューブ６内におけるサーモワックス６１が収縮したときに、バッファ部６３におけるサーモワックス６１を加圧チューブ６内に再度、円滑に戻すことができる。すなわち、バッファ部６１において冷却されて流動性が低下したサーモワックス６１を円滑に加圧チューブ６内へ戻すことができる。
以上のごとく、本例によれば、熱干渉を防ぐと共に半導体モジュール２の冷却効率を容易に調整することができる冷却器を提供することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
（実施例１１）
本例は、図２３に示すごとく、上記実施例１０に示したサーモワックス６１を封入した加圧チューブ６１の代わりに、温度に応じて膨張、収縮するバネ性を有する形状記憶合金からなる加圧部材７を用いた冷却器１の例である。なお、図２３においては、加圧部材７の両面に配設した冷却チューブ３の記載は省略してある。
上記加圧部材７は、実施例１０と同様に、一対の冷却チューブ３の間に配された管状のチューブであり、加圧部材７の厚み方向に直交する方向の端部に、ダイヤフラム部７２を設けてなる。該ダイヤフラム部７２は、低温時においては、図２３（Ａ）に示すごとく、波型上に形成され、高温時においては、図２３（Ｂ）に示すごとく、略直線状に伸びる。
本例は、図２３に示すごとく、上記実施例１０に示したサーモワックス６１を封入した加圧チューブ６１の代わりに、温度に応じて膨張、収縮するバネ性を有する形状記憶合金からなる加圧部材７を用いた冷却器１の例である。なお、図２３においては、加圧部材７の両面に配設した冷却チューブ３の記載は省略してある。
上記加圧部材７は、実施例１０と同様に、一対の冷却チューブ３の間に配された管状のチューブであり、加圧部材７の厚み方向に直交する方向の端部に、ダイヤフラム部７２を設けてなる。該ダイヤフラム部７２は、低温時においては、図２３（Ａ）に示すごとく、波型上に形成され、高温時においては、図２３（Ｂ）に示すごとく、略直線状に伸びる。
これにより、加圧部材７は、低温時には縮幅し、高温時には拡幅することにより、温度に応じて、冷却チューブ３の半導体モジュール２への押圧力を変化させることができるよう構成されている。
その他は、実施例１０と同様である。
その他は、実施例１０と同様である。
本例の冷却器１は、冷却チューブ３における上記半導体モジュール２とは反対側の面に、形状記憶合金からなる加圧部材７を密着配置してなる。そのため、加圧部材７の膨張によって、冷却チューブ３を半導体モジュール２に押圧することができる。即ち、半導体モジュール２の温度が上昇して、冷却チューブ３内の冷却媒体の温度が高くなると、冷却チューブ３に隣接配置された形状記憶合金である加圧部材７が温度上昇して、積層方向に膨張するようにすることができる。これにより加圧部材７から冷却チューブ３に対して、半導体モジュール２側へ向かう押圧力が働く。これにより、半導体モジュール２の放熱面に冷却チューブ３が充分に追従することとなり、冷却チューブ３と半導体モジュール２との間の熱抵抗を小さくして、冷却効率を向上させることができる。このように、半導体モジュール２の温度が上昇して、その冷却を行う必要性が特に高まったときに、冷却効率を向上させることができる。
また、半導体モジュール２の一対の放熱面の平行度が低かったり、放熱面に反りが生じていたりする場合にも、冷却チューブ３がこれに追従することにより、半導体モジュール２と冷却チューブとの間における隙間の発生を抑制することができる。
また、冷却チューブ３には加圧部材７が密着して配されるため、加圧部材７の内部に空間７０を設けることにより、この空間が熱抵抗となり、当該冷却チューブ３に密着する半導体モジュール２とは別の発熱体（当該冷却チューブ３における反対側面に配された半導体モジュール２）によってその冷却チューブ３を流れる冷却媒体の温度上昇が生じたりすることを抑制することができる。これにより、当該半導体モジュール２に対する他の半導体モジュール２による熱干渉を抑制することができる。
その他、実施例１０と同様の作用効果を得ることができる。
また、冷却チューブ３には加圧部材７が密着して配されるため、加圧部材７の内部に空間７０を設けることにより、この空間が熱抵抗となり、当該冷却チューブ３に密着する半導体モジュール２とは別の発熱体（当該冷却チューブ３における反対側面に配された半導体モジュール２）によってその冷却チューブ３を流れる冷却媒体の温度上昇が生じたりすることを抑制することができる。これにより、当該半導体モジュール２に対する他の半導体モジュール２による熱干渉を抑制することができる。
その他、実施例１０と同様の作用効果を得ることができる。
１ 冷却器
２ 半導体モジュール
３ 冷却チューブ
３１ 冷媒流路
４ 電力変換装置
５ 高圧チューブ
６ 加圧チューブ
６１ サーモワックス
７ 加圧部材
２ 半導体モジュール
３ 冷却チューブ
３１ 冷媒流路
４ 電力変換装置
５ 高圧チューブ
６ 加圧チューブ
６１ サーモワックス
７ 加圧部材
Claims (16)
- 電子部品を冷却するための冷却器であって、
上記電子部品に密着して配されると共に内部に冷却媒体を流通させる冷媒流路を有する冷却チューブと、
該冷却チューブにおける上記電子部品とは反対側の面に隣接して配されると共に内部に上記冷却媒体よりも圧力が高い高圧流体を充填することができる高圧チューブとを有することを特徴とする冷却器。 - 請求項１において、上記電子部品の両面に上記冷却チューブを密着配置することができるよう構成されていることを特徴とする冷却器。
- 請求項２において、上記電子部品の両面に密着配置する一対の上記冷却チューブは、折返し部を介して連続的に形成されたＵ字状チューブの一部によってそれぞれ構成されていることを特徴とする冷却器。
- 請求項２において、上記電子部品の両面に密着配置する一対の上記冷却チューブは、環状に形成された環状チューブの一部によってそれぞれ構成されていることを特徴とする冷却器。
- 請求項２〜４のいずれか一項において、上記一対の冷却チューブに密着配置された一対の上記高圧チューブは、折返し部を介して連続的に形成されたＵ字状チューブの一部によってそれぞれ構成されていることを特徴とする冷却器。
- 請求項２〜４のいずれか一項において、上記一対の冷却チューブに密着配置された一対の上記高圧チューブは、環状に形成された環状チューブの一部によってそれぞれ構成されていることを特徴とする冷却器。
- 請求項１〜６のいずれか一項において、上記冷却器は、複数の上記電子部品に密着する複数の上記冷却チューブを有しており、上記複数の電子部品のそれぞれに密着する上記冷却チューブに対して密着する上記高圧チューブは、互いに異なる圧力の高圧流体を導入することができるよう構成されていることを特徴とする冷却器。
- 請求項１〜７のいずれか一項において、上記冷却器は、複数の上記電子部品に密着する複数の上記冷却チューブを有しており、上記高圧チューブは、隣合う上記電子部品に密着する上記冷却チューブの間に挿入配置されていることを特徴とする冷却器。
- 請求項１〜４、７及び８において、上記冷却器は、複数の上記電子部品に密着する複数の上記冷却チューブに対して接触するように蛇行して配置された一連の上記高圧チューブを有することを特徴とする冷却器。
- 請求項１〜９のいずれか一項において、上記冷却器は、上記高圧チューブに対して高圧流体の供給圧力を調整する圧力調整手段を有することを特徴とする冷却器。
- 請求項１〜１０のいずれか一項において、上記高圧流体は空気であることを特徴とする冷却器。
- 電子部品を冷却するための冷却器であって、
上記電子部品に密着して配されると共に内部に冷却媒体を流通させる冷媒流路を有する冷却チューブと、
該冷却チューブにおける上記電子部品とは反対側の面に隣接して配されると共に、温度に応じて膨張、収縮するサーモワックスを内部に封入してなり、積層方向に拡幅、縮幅することができる加圧チューブとを有することを特徴とする冷却器。 - 請求項１２において、上記加圧チューブは、必要以上に膨張した上記サーモワックスを逃すためのバッファ部を設けてなり、該バッファ部は、上記加圧チューブ内の上記サーモワックスが収縮したときに上記バッファ部内の上記サーモワックスを上記加圧チューブ内に戻すための戻し機構を有することを特徴とする冷却器。
- 請求項１２又は１３において、上記加圧チューブは、該加圧チューブの拡幅、縮幅を容易にするためのダイヤフラム部を設けてなることを特徴とする冷却器。
- 電子部品を冷却するための冷却器であって、
上記電子部品に密着して配されると共に内部に冷却媒体を流通させる冷媒流路を有する冷却チューブと、
該冷却チューブにおける上記電子部品とは反対側の面に隣接して配されると共に、温度に応じて膨張、収縮するバネ性を有する形状記憶合金からなる加圧部材とを有することを特徴とする冷却器。 - 半導体素子を内蔵する複数の半導体モジュールを有する電力変換装置において、
上記半導体モジュールを冷却する手段として、請求項１〜１５に記載の冷却器を備えてなることを特徴とする電力変換装置。
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