JP2012009532A - 積層型冷却器 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却媒体にエアが発生あるいは混入しても、電子部品の冷却効率の低下を防ぐことができる積層型冷却器を提供すること。
【解決手段】電子部品５を両面から冷却するための積層型冷却器１。冷媒流路２０を内部に設けてなると共に、互いに積層配置された複数の冷却管２と、隣り合う冷却管２同士を連結する連結部３と、前端冷却管２５に接続される冷媒導入管２２及び冷媒排出管２３とを備える。積層型冷却器１における積層方向の後端には、冷媒流路２０の中で最も高い位置に形成されるエア溜まり部４が設けてあり、エア溜まり部４に溜まったエア４０が、冷却管２における電子部品５と接触する冷却壁２４に接触しないよう構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車用インバータに用いられる半導体モジュール等の電子部品を両面から冷却するための積層型冷却器に関する。

例えば、従来より、自動車用インバータに用いられる半導体モジュール等の電子部品を両面から狭持するように、複数の冷却管を積層配置してなり、上記電子部品を両面から冷却する積層型冷却器が存在する。
これらの積層型冷却器には、図９に示すごとく、積層型冷却器９の冷却管９２に冷媒流路９２０が設けられ、該冷媒流路９２０内に冷却媒体９６を流通させることで、上記冷却管９２における電子部品９５と接触する冷却壁９２４を介し、上記電子部品９５を両面から冷却する（特許文献１参照）。

特開２００６−５０１４号公報

しかしながら、冷却媒体９６の沸騰等により、該冷却媒体９６にエア（気泡）９４０が発生あるいは混入したとき、このエア９４０が上記冷媒流路９２０内に残留することがある。
そして、上記冷却管９２のうち、上記電子部品９５と接触する冷却壁９２４に接触した状態で、上記エア９４０が留まると、その電子部品９５の冷却効率が低下するおそれがある。

特に、上記積層型冷却器９は、図１０に示すごとく、積層方向の後端側の後端冷却管９２６が最も高い位置に配するよう、傾斜した状態で設置されると、上記後端冷却管９２６にエア９４０が留まり、これに接触した電子部品９５が充分に冷却されなくなるおそれがある。
また、図９に示すごとく、上記後端冷却管９２６に流れる上記冷却媒体９６は、流速が低く、上記エア９４０が留まるとこれを冷却媒体９６によって押し出しにくい。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、冷却媒体にエアが発生あるいは混入しても、電子部品の冷却効率の低下を防ぐことができる積層型冷却器を提供しようとするものである。

本発明は、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、
冷却媒体を流通させる冷媒流路を内部に設けてなると共に、互いに積層配置された複数の冷却管と、
隣り合う該冷却管同士を、上記冷媒流路の両端部においてそれぞれ互いに連結する連結部と、
上記複数の冷却管のうち積層方向の前端に配置された前端冷却管に接続され、上記積層型冷却器に冷却媒体を導入する冷媒導入管、及び冷却媒体を排出する冷媒排出管とを備え、
上記積層型冷却器における上記積層方向の後端には、上記冷媒流路の中で最も高い位置に形成されるエア溜まり部が設けてあり、
該エア溜まり部に溜まったエアが、上記冷却管における上記電子部品と接触する冷却壁に接触しないよう構成されていることを特徴とする積層型冷却器にある（請求項１）。

本発明の積層型冷却器は、上記冷媒流路の中で最も高い位置に上記エア溜まり部を有する。それゆえ、上記冷却媒体に発生あるいは混入したエアを上記エア溜まり部に集めることができる。
そして、上記積層型冷却器は、上記エア溜まり部に溜まったエアが、上記冷却壁に接触しないよう構成されている。これによって、エアが上記電子部品と接触する冷却壁に接触することによる電子部品の冷却効率の低下を防ぐことができる。
このように、上記冷却媒体に発生あるいは混入したエアを上記冷媒流路内において、電子部品の冷却に影響を与えない位置に集めることができるため、上記積層型冷却器による電子部品の冷却効率の低下を防ぐことができる。

以上のごとく、本発明によれば、冷却媒体にエアが発生あるいは混入しても、電子部品の冷却効率の低下を防ぐことができる積層型冷却器を提供することができる。

実施例１における、積層型冷却器の平面図。 実施例１における、積層型冷却器の側面図。 実施例２における、積層型冷却器の平面図。 実施例２における、積層型冷却器の側面図。 実施例３における、積層型冷却器の平面図。 実施例３における、積層型冷却器の側面図。 実施例４における、積層型冷却器の平面図。 実施例４における、積層型冷却器の側面図。 背景技術における、積層型冷却器の平面図。 背景技術における、積層型冷却器の側面図。

本発明において、上記積層型冷却器は、例えば、自動車のエンジン等に使用される電子部品を両面から冷却するための積層型冷却器として用いることができる。
上記電子部品は、例えば、ＩＧＢＴ等の半導体素子とダイオードとを内蔵した半導体モジュールとすることができる。そして、該半導体モジュールは、例えば、自動車用インバータ、産業機器のモータ駆動インバータ等に用いられる。

上記冷却媒体としては、例えば、エチレングリコール系の不凍液が混入した水、水やアンモニア等の自然冷媒、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、上記積層型冷却器において、上記冷媒導入管及び上記冷媒排出管を配設した側を積層方向の前端側、その反対方向を積層方向の後端側として説明する。

また、上記複数の冷却管のうち上記積層方向の後端に配置された後端冷却管は、内部に設けた冷媒流路が上記エア溜まり部を構成していると共に、上記電子部品と接触していないことが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記電子部品と接触していない上記後端冷却管自体が、上記エア溜まり部となるため、上記エアが上記冷却管における上記電子部品と接触する冷却壁に接触することを確実に防ぎ、上記積層型冷却器の電子部品の冷却効率の低下を確実に防ぐことができる。

また、上記後端冷却管と、該後端冷却管に隣接配置された上記冷却管との間には、金属部材が挟持されており、該金属部材は、上記積層型冷却器を収容する金属ケースと接続されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記冷却管における冷媒流路内に流れる冷却媒体が、上記狭持される金属部材を両面から冷却し、該金属部材を介し、金属部材と接続される金属ケースを冷却することができる。したがって、上記金属ケースに接触する発熱部品をも効果的に冷却することができる。

また、上記後端冷却管と、該後端冷却管に隣接配置された上記冷却管とは、互いに密着していることが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記積層型冷却器の小型化を図ることができる。

また、上記複数の冷却管のうち上記積層方向の後端に配置された後端冷却管は、内部に設けた冷媒流路が、他の上記冷却管の内部に設けた冷媒流路よりも上記積層方向の幅が大きい幅広部分を少なくとも一部に有し、該幅広部分における上記冷却壁と反対側の部分によって上記エア溜まり部が構成されていてもよい（請求項５）。
この場合には、上記エア溜まり部の形成のために上記冷却管の積層段数を増やす必要がなく、材料コストの低減及び軽量化を図ることができる。

また、上記後端冷却管と、該後端冷却管に隣接配置された上記冷却管とを連結する一対の上記連結部のうち、少なくともいずれか一方は、他の上記連結部よりも冷却媒体の通水抵抗が高いことが好ましい（請求項６）。
この場合には、上記電子部品に接触しない上記後端冷却管における、冷却媒体の流量を少なくすることができる。その結果、上記電子部品に接触する他の冷却管における冷却媒体の流量を多くすることができ、全体として、上記電子部品の冷却効率を高めることができる。

（実施例１）
本発明における積層型冷却器１について、図１及び図２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、電子部品５を両面から冷却するためのものである。
また、同図に示すごとく、積層型冷却器１は、冷却媒体６を流通させる冷媒流路２０を内部に設けてなると共に、互いに積層配置された複数の冷却管２と、隣り合う冷却管２同士を、冷媒流路２０の両端部２１においてそれぞれ互いに連結する連結部３を有する。
さらに、同図に示すごとく、積層型冷却器１は、複数の冷却管２のうち積層方向の前端に配置された前端冷却管２５に接続され、積層型冷却器１に冷却媒体６を導入する冷媒導入管２２及び冷却媒体６を排出する冷媒排出管２３を備える。

また、図１及び図２に示すごとく、積層型冷却器１における積層方向の後端には、冷媒流路２０の中で最も高い位置に形成されるエア溜まり部４が設けてあり、エア溜まり部４に溜まったエア４０が、冷却管２における電子部品５と接触する冷却壁２４に接触しないよう構成されている。

また、図１及び図２に示すごとく、複数の冷却管２のうち積層方向の後端に配置された後端冷却管２６は、内部に設けた冷媒流路２０がエア溜まり部４を構成していると共に、電子部品５と接触していない。
さらに、図１及び図２に示すごとく、後端冷却管２６と、後端冷却管２６に隣接配置された冷却管２との間には、金属部材７が挟持されている。また、金属部材７は、積層型冷却器１を収容する金属ケース８と接続されている。

本例においては、上記電子部品５はインバータやコンバータ等の電力変換装置の一部を構成する半導体モジュールである。すなわち、電子部品５には、スイッチング素子が内蔵されており、電力変換装置の動作時においては、大きく発熱する。
この熱を冷却媒体６によって吸収して、電子部品５の温度上昇を抑制すべく、積層型冷却器１は、電子部品５の両面に冷却管２を接触配置している。

また、積層型冷却器１は複数の冷却管２を複数の電子部品５と交互に積層して配設されている。そして、後端冷却管２６も含めたすべての冷却管２は略同様の形状、構造を有している。それゆえ、本例においては、エア溜まり部４を設けるために、後端冷却管２６を追加する必要があるものの、後端冷却管２６は他の冷却管２と略同じ形状、構造のものであるため、特に大きな設計変更や、追加加工を要しない。

また、積層型冷却器１及び金属ケース８は、アルミニウム等の金属からなる。
金属ケース８内には、電子部品５（半導体モジュール）の他にも、電力変換装置の他の構成部品（例えばコンデンサ等）も収容されている。
また、図２に示すごとく、積層型冷却器１は、後端冷却管２６が最も高い位置に配されるように、積層方向が水平方向に対して傾斜した状態で用いられる。

ここで、積層型冷却器１は、金属ケース８と共に傾斜していてもよいし、金属ケース８に対して傾斜させた状態で収容し、金属ケース８を水平な状態で設置したとき、積層型冷却器１が傾斜した状態となるようにしてもよい。
いずれにしても、積層型冷却器１は後端冷却管２６（エア溜まり部４）が最も高い位置となるように傾斜した状態で、車両のエンジンルーム等に設置される。

次に、本例の作用効果について、説明する。
本例においては、積層型冷却器１は、冷媒流路２０の中で最も高い位置にエア溜まり部４を有する。それゆえ、冷却媒体６に発生あるいは混入したエア４０を、エア溜まり部４に集めることができる。
そして、積層型冷却器１は、エア溜まり部４に溜まったエア４０が、冷却壁２４に接触しないよう構成されている。これによって、エア４０が電子部品５と接触する冷却壁２４に接触することによる電子部品５の冷却効率の低下を防ぐことができる。
このように、冷却媒体６に発生あるいは混入したエア４０を冷媒流路２０内において、電子部品５の冷却に影響を与えない位置に集めることができるため、積層型冷却器１による電子部品５の冷却効率の低下を防ぐことができる（図１参照）。

また、後端冷却管２６の冷媒流路２０がエア溜まり部４を構成しており、後端冷却管２６は電子部品５と接触していない。すなわち、電子部品５と接触していない後端冷却管２６自体が、エア溜まり部４となるため、エア４０が冷却管２における電子部品５と接触する冷却壁２４に接触することを確実に防ぎ、積層型冷却器１の電子部品５の冷却効率の低下を確実に防ぐことができる（図１及び図２参照）。

また、後端冷却管２６と、後端冷却管２６に隣接配置された冷却管２との間には、金属部材７が挟持されており、金属部材７は、積層型冷却器１を収容する金属ケース８と接続されている。
これによって、冷却管２における冷媒流路２０内に流れる冷却媒体６が、狭持される金属部材７を両面から冷却し、金属部材７を介し、金属部材７と接続される金属ケース８を冷却することができる。したがって、金属ケース８に接触する上記電子部品５（半導体モジュール）以外の発熱部品（例えばコンデンサ等）をも効果的に冷却することができる（図１及び図２参照）。

以上のごとく、本例によれば、冷却媒体にエアが発生あるいは混入しても、電子部品の冷却効率の低下を防ぐことができる積層型冷却器を提供することができる。

（実施例２）
本例は、図３及び図４に示すごとく、後端冷却管２６と、後端冷却管２６に隣接配置された冷却管２とが、互いに密着して配設された積層型冷却器１の例である。
すなわち、後端冷却管２６とこれに隣接配置された冷却管２とは、互いの主面を重ね合わせるように、密接配置されている。そして、後端冷却管２６と冷却管２とは、これらの長手方向の両端部２１において、互いの冷媒流路２０同士を連通させている。その他は、実施例１と同様である。
本例の場合には、積層型冷却器１の積層方向寸法を小さくすることができ、積層型冷却器１の小型化を図ることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、図５及び図６に示すごとく、後端冷却管２６の内部に設けた冷媒流路２０が、他の冷却管２の内部に設けた冷媒流路２０よりも積層方向の幅が大きい幅広部分２７を一部に有し、幅広部分２７における冷却壁２４と反対側の部分によってエア溜まり部４を形成した例である。
幅広部分２７は後端冷却管２６における長手方向の両端部２１を除く部分において、積層方向の外方に向かって突き出している。その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、エア溜まり部４の形成のために冷却管２の積層段数を増やす必要がなく、材料コストの低減及び軽量化を図ることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
なお、上記幅広部分２７は、後端冷却管２６の全体にわたって、形成してもよい。すなわち、後端冷却管２６の幅を全体にわたって一定とすると共に、その幅を冷却管２よりも大きくしてもよい。

（実施例４）
本例は、図７および図８に示すごとく、後端冷却管２６と、後端冷却管２６に隣接配置された冷却管２とを連結する連結部３を、他の連結部３よりも冷却媒体６の通水抵抗が高くなるように構成した例である。

本例では、図７に示すごとく、後端冷却管２６へ冷却媒体６を導入する側の連結部３を、他の連結部３よりも冷却媒体６の通水抵抗が高くなるようしている。
そのための構造として、連結部３の内部断面積を、他の連結部３における内部断面積よりも狭く形成している。その他は、実施例１と同様である。

これによって、電子部品５に接触しない後端冷却管２６における、冷却媒体６の流量を少なくすることができる。その結果、電子部品５に接触する他の冷却管２における冷却媒体６の流量を多くすることができ、全体として、電子部品５の冷却効率を高めることができる（図７参照）。その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

なお、後端冷却管２６から冷却媒体６を排出する側の連結部３を、他の連結部３よりも冷却媒体６の通水抵抗が高くなるように形成してもよい。あるいは、後端冷却管２６と、後端冷却管２６に隣接配置された冷却管２とを連結する一対の連結部３の両方を他の連結部３よりも冷却媒体６の通水抵抗が高くなるように構成してもよい。これらの場合にも、上記の実施例４と同様の効果を得ることができる。

１ 積層型冷却器
２ 冷却管
２０ 冷媒流路
２１ 端部
２２ 冷媒導入管
２３ 冷媒排出管
２４ 冷却壁
２５ 前端冷却管
３ 連結部
４ エア溜まり部
４０ エア
５ 電子部品
６ 冷却媒体

Claims (6)

1. 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、
   冷却媒体を流通させる冷媒流路を内部に設けてなると共に、互いに積層配置された複数の冷却管と、
   隣り合う該冷却管同士を、上記冷媒流路の両端部においてそれぞれ互いに連結する連結部と、
   上記複数の冷却管のうち積層方向の前端に配置された前端冷却管に接続され、上記積層型冷却器に冷却媒体を導入する冷媒導入管、及び冷却媒体を排出する冷媒排出管とを備え、
   上記積層型冷却器における上記積層方向の後端には、上記冷媒流路の中で最も高い位置に形成されるエア溜まり部が設けてあり、
   該エア溜まり部に溜まったエアが、上記冷却管における上記電子部品と接触する冷却壁に接触しないよう構成されていることを特徴とする積層型冷却器。
2. 請求項１に記載の積層型冷却器において、上記複数の冷却管のうち上記積層方向の後端に配置された後端冷却管は、内部に設けた冷媒流路が上記エア溜まり部を構成していると共に、上記電子部品と接触していないことを特徴とする積層型冷却器。
3. 請求項２に記載の積層型冷却器において、上記後端冷却管と、該後端冷却管に隣接配置された上記冷却管との間には、金属部材が挟持されており、該金属部材は、上記積層型冷却器を収容する金属ケースと接続されていることを特徴とする積層型冷却器。
4. 請求項２に記載の積層型冷却器において、上記後端冷却管と、該後端冷却管に隣接配置された上記冷却管とは、互いに密着していることを特徴とする積層型冷却器。
5. 請求項１に記載の積層型冷却器において、上記複数の冷却管のうち上記積層方向の後端に配置された後端冷却管は、内部に設けた冷媒流路が、他の上記冷却管の内部に設けた冷媒流路よりも上記積層方向の幅が大きい幅広部分を少なくとも一部に有し、該幅広部分における上記冷却壁と反対側の部分によって上記エア溜まり部が構成されていることを特徴とする積層型冷却器。
6. 請求項２〜４のいずれか一項に記載の積層型冷却器において、上記後端冷却管と、該後端冷却管に隣接配置された上記冷却管とを連結する一対の上記連結部のうち、少なくともいずれか一方は、他の上記連結部よりも冷却媒体の通水抵抗が高いことを特徴とする積層型冷却器。

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