JP2010040870A - 電子部品冷却器 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品冷却器１において、部品点数を増やすことなく、かつ、製造を煩雑にすることなくチューブ２内の冷媒流路を上下方向に多段化して熱伝達量を高める。
【解決手段】チューブ２内の各冷媒流路に第１のフィン１１を配する。これにより、チューブ２内の冷媒流路をさらに上下方向に分割して冷媒流路の段数を増やすことができるとともに、左右区画壁２０によって各段の冷媒流路に伝熱面積を設定することができる。このため、部品点数を増やすことなく、チューブ２内の冷媒流路の段数を上下方向に１つ増やすことができるとともに、熱伝達量を高めることができる。また、第１のフィン１１は、押出し成形が可能であり、ローラやプレスにより成形される通常のコルゲートフィンと比べて成形も煩雑にならないので、製造を煩雑にすることなくチューブ２内の冷媒流路を上下方向に多段化して熱伝達量を高めることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品冷却器に関する。

従来から、インバータ等の電子部品を冷却するために、冷媒が流れる冷媒流路を内部に有するチューブと、電子部品とが上下方向に交互に積層された電子部品冷却器が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。この電子部品冷却器は、複数のチューブと、複数のチューブに冷媒を分配する上流側ヘッダと、複数のチューブに分配された冷媒を合流させる下流側ヘッダと、冷媒により冷却される複数の電子部品とを備え、電子部品は上下１組の２つのチューブにより挟持されている。

そして、上流側ヘッダから各々のチューブに分配された冷媒が各冷媒流路を同一方向に流れることで、電子部品が冷却される。また、チューブ内には、フィンが配されて電子部品から冷媒への熱伝達量が高められ、電子部品の冷却が促進されている。

ところで、この電子部品冷却器では、さらに伝熱面積を増やして熱伝達量を高めるために、チューブ内を中間プレート等により上下方向に分割して冷媒流路を上下２段化し、各段にフィンを配している。そして、さらに熱伝達量を高めるべく、チューブ内を上下方向にさらに多段化して各段にフィンを配する検討がなされている。

しかし、中間プレートを配することによる冷媒流路の多段化は、中間プレートの使用数増加とともにフィンの使用数も増加するため（具体的には１段増加すると、中間プレート、フィンともに使用数が１枚ずつ増加する）、部品点数が増加するとともに製造も煩雑になる。このため、別途の多段化手段が求められている。
特開２００６−２８７１０８号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、電子部品冷却器において、部品点数を増やすことなく、かつ、製造を煩雑にすることなくチューブ内の冷媒流路を上下方向に多段化して熱伝達量を高めることにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の電子部品冷却器は、冷媒が流れる冷媒流路を内部に有する複数のチューブと、複数のチューブに冷媒を分配するヘッダと、冷媒により冷却される複数の電子部品とを備え、チューブと電子部品とは上下方向に交互に積層され、電子部品は２つのチューブにより挟持されている。

また、チューブ内には、冷媒流路を冷媒の流れに沿って区画する第１のフィンが配されている。そして、第１のフィンは、冷媒流路を上下に区画する１つの上下区画壁と、上下区画壁に交差して、上下に区画された冷媒流路をさらに左右に区画する複数の左右区画壁とを有する。

これにより、チューブ内の１段の冷媒流路に１つの第１のフィンを配することで、１段の冷媒流路を上下方向に２分割することができるとともに、左右区画壁によって各段の冷媒流路に伝熱面積を設定することができる。このため、部品点数を増やすことなく、チューブ内の冷媒流路の段数を上下方向に１つ増やすことができるとともに、熱伝達量を高めることができる。この結果、中間プレート、フィンともに使用数を１枚ずつ増やす必要がある従来の多段化手段よりも、少ない部品増加数でチューブ内の冷媒流路の段数を増やすことができるとともに伝熱面積を増やすことができる。

また、第１のフィンは、押出し成形が可能であり、ローラやプレスにより成形される通常のコルゲートフィンと比べて成形も煩雑にならないので、製造を煩雑にすることなくチューブ内の冷媒流路を上下方向に多段化して熱伝達量を高めることができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の電子部品冷却器によれば、チューブの外周壁は、上側の外周壁をなす上側パーツと、下側の外周壁をなす下側パーツとにより構成され、上側パーツと下側パーツとにより形成される空間は、上側パーツと下側パーツとにより挟持される中間プレートによって上下に２分割されている。そして、第１のフィンは、中間プレートにより分割された空間に収容されている。
この手段は、第１のフィンを用いて、チューブ内の冷媒流路を上下方向に多段化して熱伝達量を高める一形態を示すものである。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の電子部品冷却器によれば、中間プレートにより分割された空間には、第２のフィンが配されている。そして、第２のフィンは、冷媒の流れ方向に垂直な断面が波形を呈する２つのコルゲート部と、２つのコルゲート部を左右に架橋する１つの平板部とを有し、第１のフィンは、平板部と中間プレートとにより上下に挟まれる空間に収容されている。
この手段は、第１のフィンを用いて、チューブ内の冷媒流路を上下方向に多段化して熱伝達量を高める一形態を示すものである。

〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の電子部品冷却器によれば、平板部は、チューブの外周壁および第１のフィンに当接している。そして、平板部の表面の内で、チューブの外周壁に当接する面部分および第１のフィンに当接する面部分には、ロウ材がクラッドされており、チューブの外周壁の内壁面には、犠牲材がクラッドされている。
これにより、冷媒が腐食性を有する場合でも、第１のフィンとチューブ外周壁との間の熱伝達の実効性を確保することができる。

例えば、電子部品冷却器が車両に搭載され、冷媒にＬＬＣが使用される場合、ＬＬＣが純正ではない可能性がある。このような場合、冷媒が腐食性を有する虞があるため、少なくともチューブ外周壁の内壁面（つまり、上側パーツおよび下側パーツの表面の内、内壁面をなす表面）には、犠牲材をクラッドして腐食による冷媒の外部漏れを防止する必要がある。

このため、チューブ外周壁の内壁面にはロウ材をクラッドすることができないので、フィンの表面にロウ材をクラッドしておき、フィンにクラッドされたロウ材によって、チューブ外周壁とフィンとを接合して熱伝達の実効性を確保する必要がある。しかし、第１のフィンは押出し成形により設けられるため、そもそも表面へのクラッドが不可能である。
そこで、第２のフィンの平板部と中間プレートとにより上下に挟まれる空間に第１のフィンを収容する。これにより、第１のフィンとチューブ外周壁との間に平板部が配される。

このため、少なくとも平板部の表面の内で、チューブ外周壁に当接する面部分および第１のフィンに当接する面部分にロウ材をクラッドしておき、チューブ外周壁と平板部との間、および第１のフィンと平板部との間をロウ付けすることで、外周壁と第２のフィンとの熱伝達の実効性、および第２のフィンと第１のフィンとの熱伝達の実効性を確保することができる。
この結果、冷媒が腐食性を有する場合でも、第１のフィンとチューブ外周壁との間の熱伝達の実効性を確保することができる。

〔請求項５の手段〕
請求項５に記載の電子部品冷却器によれば、電子部品は、発熱する発熱素子と、発熱素子の熱を受熱して分散する熱拡散板とを有し、第１のフィンは、発熱素子の直下または直上に配され、コルゲート部は、熱拡散板の直下または直上に配されている。
これにより、発熱素子の直下または直上は、熱拡散板の直下または直上よりも冷媒流路が多段化されて熱伝達量が高められている。このため、発熱素子の熱を効率的に冷媒へ伝達することができる。

最良の形態の電子部品冷却器は、冷媒が流れる冷媒流路を内部に有する複数のチューブと、複数のチューブに冷媒を分配するヘッダと、冷媒により冷却される複数の電子部品とを備え、チューブと電子部品とは上下方向に交互に積層され、電子部品は２つのチューブにより挟持されている。

また、チューブ内には、冷媒流路を冷媒の流れに沿って区画する第１のフィンが配されている。そして、第１のフィンは、冷媒流路を上下に区画する１つの上下区画壁と、上下区画壁に交差して、上下に区画された冷媒流路をさらに左右に区画する複数の左右区画壁とを有する。

また、チューブの外周壁は、上側の外周壁をなす上側パーツと、下側の外周壁をなす下側パーツとにより構成され、上側パーツと下側パーツとにより形成される空間は、上側パーツと下側パーツとにより挟持される中間プレートによって上下に２分割されている。そして、第１のフィンは、中間プレートにより分割された空間に収容されている。

また、中間プレートにより分割された空間には、第２のフィンが配されている。そして、第２のフィンは、冷媒の流れ方向に垂直な断面が波形を呈する２つのコルゲート部と、２つのコルゲート部を左右に架橋する１つの平板部とを有し、第１のフィンは、平板部と中間プレートとにより上下に挟まれる空間に収容されている。

また、平板部は、チューブの外周壁および第１のフィンに当接している。そして、平板部の表面の内で、チューブの外周壁に当接する面部分および第１のフィンに当接する面部分には、ロウ材がクラッドされており、チューブの外周壁の内壁面には、犠牲材がクラッドされている。
さらに、電子部品は、発熱する発熱素子と、発熱素子の熱を受熱して分散する熱拡散板とを有し、第１のフィンは、発熱素子の直下または直上に配され、コルゲート部は、熱拡散板の直下または直上に配されている。

〔実施例１の構成〕
実施例１の電子部品冷却器１の構成を、図１を用いて説明する。なお、説明の便宜のため、図１に示すように上下方向、左右方向および冷媒の流れ方向（図面上、単に「流れ方向」とのみ表示）を定義する。

電子部品冷却器１は、冷媒が流れる冷媒流路を内部に有する複数のチューブ２と、複数のチューブ２に冷媒を分配する上流側ヘッダ３と、複数のチューブ２に分配された冷媒を合流させる下流側ヘッダ４と、冷媒により冷却される複数の電子部品５とを備える。また、チューブ２と電子部品５とは上下方向に交互に積層され、電子部品５は２つのチューブ２により上下方向に挟持されている。そして、各々のチューブ２に分配された冷媒が各冷媒流路を同一方向に流れることで、電子部品５が冷却される。

チューブ２は、上下方向に垂直な扁平形状をなしており、上側の外周壁７をなす上側パーツ８と下側の外周壁７をなす下側パーツ９とが左右の両端で接合されて設けられている。また、上側、下側パーツ８、９は、平板状の中間プレート１０を左右の両端で挟持するように接合され、上側、下側パーツ８、９により形成される空間は、中間プレート１０により上下に２分割されている。つまり、チューブ２内の冷媒流路は、中間プレート１０により上下に分割されている。

そして、中間プレート１０により分割された各冷媒流路に、電子部品５から冷媒への熱伝達量を高めるフィン（第１のフィン１１および第２のフィン１２：詳細は後記する）が収容されて、中間プレート１０や上側パーツ８または下側パーツ９に接合されている。

上流側ヘッダ３は、上側、下側パーツ８、９の各々の上流端に設けられた突出部が上下方向に嵌合することで構成されている。すなわち、上側パーツ８の上流端には上方に筒状に突出する上側突出部１３が設けられ、下側パーツ９の上流端には下方に筒状に突出する下側突出部１４が設けられている。そして、電子部品５を上下に挟む上下一組のチューブ２において、上側のチューブ２の下側突出部１４および下側のチューブ２の上側突出部１３の一方を他方に嵌合させ、この嵌合構造を上下方向に繰返し形成することで上流側ヘッダ３が設けられている。
下流側ヘッダ４も、上流側ヘッダ３と同様にして設けられている。

電子部品５は、例えばＭＯＳＦＥＴにより構成されるインバータ回路のような発熱素子１６、および、発熱素子１６から受熱した熱を分散する金属製の熱拡散板１７等を、樹脂モールドにより一体化したものである。そして、電子部品５は、上下一組のチューブ２により挟持され、上下の２つのチューブ２を流れる冷媒により冷却される。

〔実施例１の特徴〕
実施例１の電子部品冷却器１の特徴を、図１および図２を用いて説明する。
電子部品冷却器１によれば、中間プレート１０により上下に２分割された冷媒流路に、第１のフィン１１、および第２のフィン１２が収容されている。

第１のフィン１１は、中間プレート１０により分割された冷媒流路をさらに上下に区画する１つの上下区画壁１９と、上下区画壁１９に交差して、上下区画壁１９により区画された冷媒流路をさらに左右に区画する複数の左右区画壁２０とを有する。すなわち、第１のフィン１１は、中間プレート１０により分割された冷媒流路を、冷媒の流れに沿ってさらに上下に区画するとともに左右に区画するものである。

第２のフィン１２は、冷媒の流れ方向に垂直な断面が波形を呈する２つのコルゲート部２２と、２つのコルゲート部２２を左右に架橋する１つの平板部２３とを有する。そして、第１のフィン１１は、平板部２３と中間プレート１０とにより上下に挟まれる空間に収容されている。

平板部２３の上下両面は、一方が外周壁７に当接し、他方が左右区画壁２０の上下方向の端部に当接している。また、平板部２３の上下両面にはロウ材がクラッドされており、このロウ材により、平板部２３と外周壁７とが接合されるとともに平板部２３と左右区画壁２０とが接合されている。

そして、平板部２３と外周壁７との接合、および平板部２３と左右区画壁２０との接合により、第１のフィン１１と第２のフィン１２との間の熱伝達の実効性、および第２のフィン１２と外周壁７との間の熱伝達の実効性が確保され、結果的に、第１のフィン１１と外周壁７との間の熱伝達の実効性が確保される。
また、外周壁７の内壁面には、犠牲材がクラッドされている。

そして、このような第１のフィン１１の第２のフィン１２への収容構造により、第１のフィン１１は、発熱素子１６の直下または直上に配され、コルゲート部２２は、熱拡散板１７の直下または直上に配される。

〔実施例１の効果〕
実施例１の電子部品冷却器１によれば、中間プレート１０により分割された冷媒流路に第１、第２のフィン１１、１２が収容されている。第１のフィン１１は、中間プレート１０により分割された冷媒流路をさらに上下に区画する１つの上下区画壁１９と、上下区画壁１９に交差して、上下区画壁１９により区画された冷媒流路をさらに左右に区画する複数の左右区画壁２０とを有する。

これにより、チューブ２内の１段の冷媒流路に１つの第１のフィン１１を追加配置することで、チューブ２内の１段の冷媒流路をさらに上下方向に２段の冷媒流路に分割することができるとともに、左右区画壁２０によって各段の冷媒流路に伝熱面積を設定することができる。

このため、部品点数を増やすことなく、チューブ２内の冷媒流路の上下方向の段数を１つ増やすことができるとともに、熱伝達量を高めることができる。この結果、中間プレート１０、フィンともに使用数を１枚ずつ増やす必要がある従来の多段化手段よりも、少ない部品増加数でチューブ２内の冷媒流路の段数を増やすことができるとともに伝熱面積を増やすことができる。

また、第１のフィン１１は、押出し成形が可能であり、ローラやプレスにより成形される通常のコルゲートフィンと比べて成形も煩雑にならないので、製造を煩雑にすることなくチューブ２内の冷媒流路を上下方向に多段化して熱伝達量を高めることができる。

また、第２のフィン１２は、冷媒の流れ方向に垂直な断面が波形を呈する２つのコルゲート部２２と、２つのコルゲート部２２を左右に架橋する１つの平板部２３とを有する。そして、第１のフィン１１は、平板部２３と中間プレート１０とにより上下に挟まれる空間に収容されている。また、平板部２３は、外周壁７および左右区画壁２０に当接するとともに、平板部２３の上下両面にクラッドされたロウ材により、外周壁７および左右区画壁２０と接合されている。さらに、外周壁７の内壁面には犠牲材がクラッドされている。

これにより、冷媒が腐食性を有する場合でも、第１のフィン１１と外周壁７との間の熱伝達の実効性を確保することができる。
例えば、電子部品冷却器１が車両に搭載され、冷媒にＬＬＣが使用される場合、ＬＬＣが純正ではない可能性がある。このような場合、冷媒が腐食性を有する虞があるため、少なくとも外周壁７の内壁面（つまり、上側、下側パーツ８、９の表面の内、内壁面をなす表面）には、犠牲材をクラッドして腐食による冷媒の外部漏れを防止する必要がある。

このため、外周壁７の内壁面には、ロウ材をクラッドすることができないので、フィン表面にロウ材をクラッドしておき、フィン表面にクラッドされたロウ材によって、外周壁７とフィンとを接合して熱伝達の実効性を確保する必要がある。しかし、第１のフィン１１は押出し成形により設けられるため、そもそも表面へのクラッドが不可能である。

そこで、中間プレート１０により分割された空間に第２のフィン１２を収容するとともに、第２のフィン１２の平板部２３と中間プレート１０とにより上下に挟まれる空間に第１のフィン１１を収容する。これにより、第１のフィン１１と外周壁７との間に平板部２３が配される。

このため、少なくとも平板部２３の上下両面にロウ材をクラッドしておき、外周壁７と平板部２３との間、および左右区画壁２０と平板部２３との間をロウ付けすることで、外周壁７と第２のフィン１２との熱伝達の実効性、および第２のフィン１２と第１のフィン１１との熱伝達の実効性を確保することができる。
この結果、冷媒が腐食性を有する場合でも、第１のフィン１１と外周壁７との間の熱伝達の実効性を確保することができる。

また、第１のフィン１１は、発熱素子１６の直下または直上に配され、コルゲート部２２は、熱拡散板１７の直下または直上に配されている。
これにより、発熱素子１６の直下または直上の冷媒流路は、熱拡散板１７の直下または直上の冷媒流路よりも多段化されて熱伝達量が高められている。このため、発熱素子１６の熱を効率的に冷媒へ伝達することができる。

〔実施例２〕
実施例２の電子部品冷却器１によれば、図３に示すように、中間プレート１０により２分割された冷媒流路に、第１のフィン１１のみが収容されている。
このような態様は、冷媒の品質が充分に管理されて冷媒が腐食性を有しないときに適用することができる。

すなわち、第２のフィン１２を介さずに、チューブ２の外周壁７と第１のフィン１１との熱伝達の実効性を確保するには、第１のフィン１１にロウ材をクラッドできない以上、外周壁７の内壁面にロウ材をクラッドし、このロウ材により外周壁７と第１のフィン１１とを接合する必要がある。このため、外周壁７の内壁面には犠牲材をクラッドすることができなくなるので、冷媒には腐食性を有さないものを用いる必要がある。

〔変形例〕
実施例１、２の電子部品冷却器１によれば、第１のフィン１１の左右区画壁２０のピッチは一定であったが、冷媒の流通抵抗制御や冷却部位制御等のために、左右区画壁２０のピッチを左右方向の位置ごとに可変してもよい。
また、第１のフィン１１の伝熱面積を増やすために、上下区画壁１９や左右区画壁２０の壁面に凹凸を設けてもよい。

また、実施例１、２の電子部品冷却器１によれば、チューブ２内は中間プレート１０により上下に分割され、分割された各冷媒流路に第１のフィン１１や第２のフィン１２が収容されていたが、中間プレート１０によりチューブ２内を分割せず単一の空間としておき、この単一の空間に第１のフィン１１や第２のフィン１２を収容してもよい。

（ａ）は電子部品冷却器を示す正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、（ｃ）は電子部品の構成図である（実施例１）。 （ａ）は、第１のフィンおよび第２のフィンの配置を示す正面図であり、（ｂ）は、第１のフィンの第２のフィンへの組み込みを示す正面図である（実施例１）。 冷媒流路に収容された第１のフィンの配置を示す断面図である（実施例２）。

符号の説明

１ 電子部品冷却器
２ チューブ
３ 上流側ヘッダ（ヘッダ）
５ 電子部品
７ 外周壁
８ 上側パーツ
９ 下側パーツ
１０ 中間プレート
１１ 第１のフィン
１２ 第２のフィン
１６ 発熱素子
１７ 熱拡散板
１９ 上下区画壁
２０ 左右区画壁
２２ コルゲート部
２３ 平板部

Claims (5)

1. 冷媒が流れる冷媒流路を内部に有する複数のチューブと、この複数のチューブに冷媒を分配するヘッダと、冷媒により冷却される複数の電子部品とを備え、
   前記チューブと前記電子部品とは上下方向に交互に積層され、前記電子部品は２つの前記チューブにより挟持されている電子部品冷却器において、
   前記チューブ内には、前記冷媒流路を冷媒の流れに沿って区画する第１のフィンが配され、
   この第１のフィンは、
   前記冷媒流路を上下に区画する１つの上下区画壁と、
   この上下区画壁に交差して、上下に区画された前記冷媒流路をさらに左右に区画する複数の左右区画壁とを有することを特徴とする電子部品冷却器。
2. 請求項１に記載の電子部品冷却器において、
   前記チューブの外周壁は、上側の前記外周壁をなす上側パーツと、下側の前記外周壁をなす下側パーツとにより構成され、
   前記上側パーツと前記下側パーツとにより形成される空間は、前記上側パーツと前記下側パーツとにより挟持される中間プレートによって上下に２分割され、
   前記第１のフィンは、前記中間プレートにより分割された空間に収容されていることを特徴とする電子部品冷却器。
3. 請求項２に記載の電子部品冷却器において、
   前記中間プレートにより分割された空間には、第２のフィンが配され、
   この第２のフィンは、冷媒の流れ方向に垂直な断面が波形を呈する２つのコルゲート部と、この２つのコルゲート部を左右に架橋する１つの平板部とを有し、
   前記第１のフィンは、前記平板部と前記中間プレートとにより上下に挟まれる空間に収容されていることを特徴とする電子部品冷却器。
4. 請求項３に記載の電子部品冷却器において、
   前記平板部は、前記チューブの外周壁および前記第１のフィンに当接し、
   前記平板部の表面の内で、前記チューブの外周壁に当接する面部分および前記第１のフィンに当接する面部分には、ロウ材がクラッドされており、
   前記チューブの外周壁の内壁面には、犠牲材がクラッドされていることを特徴とする電子部品冷却器。
5. 請求項３または請求項４に記載の電子部品冷却器において、
   前記電子部品は、発熱する発熱素子と、この発熱素子の熱を受熱して分散する熱拡散板とを有し、
   前記第１のフィンは、前記発熱素子の直下または直上に配され、前記コルゲート部は、前記熱拡散板の直下または直上に配されていることを特徴とする電子部品冷却器。

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