JP2012099748A - Stacked cooler - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子部品を両面から冷却する積層型冷却器の構造の改良に関する。 The present invention relates to an improvement in the structure of a stacked cooler that cools electronic components from both sides.
従来から、冷媒が流れる冷媒流路を、発熱体である電子部品の両面にそれぞれ接触させて、この電子部品を冷却する積層型冷却器が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a multilayer cooler is known that cools an electronic component by bringing a refrigerant flow path through which the refrigerant flows into contact with both surfaces of the electronic component that is a heating element.
下記特許文献1には、電子部品を両面から冷却する積層型冷却器が記載されている。この積層型冷却器は、電子部品を両面から挟持する冷媒流路と、積層方向の一方側に延在し、各冷媒流路に冷媒を供給する供給ヘッダ部と、供給ヘッダ部と同じ方向に延在し、各冷媒流路から冷媒を排出する排出ヘッダ部とを有する。冷媒流路は、冷媒の圧力により、積層方向の厚みが大きくなるよう拡管変形するように構成されている。この構成により、電子部品と冷媒流路とが密着することができる。 Patent Document 1 below describes a stacked cooler that cools an electronic component from both sides. This stacked cooler includes a refrigerant flow path that sandwiches electronic components from both sides, a supply header section that extends to one side in the stacking direction, and supplies the refrigerant to each refrigerant flow path, in the same direction as the supply header section. And a discharge header portion that discharges the refrigerant from each refrigerant flow path. The refrigerant flow path is configured to be expanded and deformed so as to increase the thickness in the stacking direction due to the pressure of the refrigerant. With this configuration, the electronic component and the coolant channel can be in close contact with each other.
下記特許文献2には、複数のセルを積層して構成されるスタックと、スタックの積層方向両端にそれぞれ設けられるボルスタと、両ボルスタを貫通するように積層方向に延びるロッドと、ボルスタを拘束するためにロッドに嵌り合うナットとを有する燃料電池が記載されている。また、この燃料電池においては、ボルスタとナットとの間にばねが設けられ、このばねが、運転中におけるスタックの積層方向への厚さ変化を吸収する。 In Patent Document 2 below, a stack formed by stacking a plurality of cells, a bolster provided at each end of the stack in the stacking direction, a rod extending in the stacking direction so as to penetrate both bolsters, and the bolster are restrained. Therefore, a fuel cell is described having a nut that fits over the rod. In this fuel cell, a spring is provided between the bolster and the nut, and this spring absorbs a thickness change in the stacking direction of the stack during operation.
積層型冷却器においては、冷却性能を高めるため、一般的に、冷媒流路と電子部品を隙間なく密着させる必要がある。従来の積層型冷却器においては、積層方向の一方側の端部に位置する冷媒流路に弾性変形させたばねを押し当て、ばねの復元力により冷媒流路と電子部品を密着させていた。 In the stacked cooler, in order to improve the cooling performance, it is generally necessary to closely contact the refrigerant flow path and the electronic component without any gap. In a conventional stacked cooler, a spring elastically deformed is pressed against a refrigerant flow channel located at one end in the stacking direction, and the refrigerant flow channel and the electronic component are brought into close contact by the restoring force of the spring.
しかしながら、製造工程において、冷媒流路と電子部品とからなる積層体に対して所定の加圧をするために、ばねストロークを考慮しつつばねを圧縮させた状態でその積層体に組み付ける作業は困難であり、組み立てに手間がかかってしまうという問題がある。 However, in the manufacturing process, in order to apply a predetermined pressure to the laminated body composed of the refrigerant flow path and the electronic component, it is difficult to assemble the laminated body with the spring compressed in consideration of the spring stroke. However, there is a problem that it takes time to assemble.
また、上記特許文献1の積層型冷却器のように、ばねの代替材として、拡管変形する冷媒流路を採用することも考えられるが、冷媒の圧力により、冷媒流路と電子部品との間の目標圧を保持することは困難であるという問題がある。 In addition, it is conceivable to employ a refrigerant flow path that expands and deforms as an alternative material for the spring as in the stacked cooler of Patent Document 1 described above, but the refrigerant pressure causes a gap between the refrigerant flow path and the electronic component. There is a problem that it is difficult to maintain the target pressure.
また、上記特許文献2の積層型燃料電池のように、スタックを挟持するボルスタを貫通するロッドにナットを締め付けて、スタック間の目標圧を保持することが考えられるが、部品点数の増加で構造が複雑化するので、組み付け工数がかかってしまうという問題がある。 In addition, as in the stacked fuel cell of Patent Document 2 above, it is conceivable to hold a target pressure between the stacks by tightening a nut to a rod that passes through a bolster that sandwiches the stack. However, there is a problem that it takes time for assembly.
また、積層型冷却器が、例えば車両などの設置スペースが制限される装置に搭載される場合、その積層型冷却器の体格においては小型化が要求されており、積層型冷却器内部のスペースに余裕がなくなってしまうという問題がある。 In addition, when the stacked cooler is mounted on a device where the installation space is limited, such as a vehicle, the size of the stacked cooler is required to be reduced, and the space inside the stacked cooler is required. There is a problem that there is no room.
本発明の目的は、簡易な構造で、組み立ての手間を省くとともに省スペース化を図ることができる積層型冷却器を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a stacked cooler that has a simple structure, saves assembling, and can save space.
本発明は、電子部品を両面から挟持し、冷媒が流れる冷媒流路と、電子部品及び冷媒流路の積層方向の一方側に延在し、各冷媒流路に冷媒を供給する供給ヘッダ部と、供給ヘッダ部と同じ方向に延在し、各冷媒流路から冷媒を排出する排出ヘッダ部と、を有し、電子部品を両面から冷却する積層型冷却器において、供給及び排出ヘッダ部には、電子部品が冷媒流路から受ける圧力を保持する圧力保持構造が設けられることを特徴とする。 The present invention includes an electronic component sandwiched from both sides, a refrigerant flow path through which a refrigerant flows, a supply header portion that extends to one side in the stacking direction of the electronic component and the refrigerant flow path, and supplies the refrigerant to each refrigerant flow path. A stacked header that extends in the same direction as the supply header portion and discharges the refrigerant from each refrigerant flow path, and cools electronic components from both sides. A pressure holding structure for holding the pressure received by the electronic component from the refrigerant flow path is provided.
また、圧力保持構造は、供給及び排出ヘッダ部に、それぞれ形成される雄ねじ部と、各雄ねじ部にそれぞれ嵌り合うとともに、前記一方側の端部に位置する冷媒流路を電子部品の方向に向けて押圧するナットとを有することができる。 In addition, the pressure holding structure is fitted to the supply and discharge header portions respectively with the male screw portions and the male screw portions, and the refrigerant flow path located at the one end is directed toward the electronic component. And a pressing nut.
また、前記一方側の端部に位置する冷媒流路と前記ナットとの間には、弾性部材が設けられることが好適である。 Moreover, it is preferable that an elastic member is provided between the refrigerant flow channel located at the end portion on the one side and the nut.
また、供給及び排出ヘッダ部にそれぞれ接続され、積層方向における供給及び排出ヘッダ部の移動を規制するヘッダ移動規制部と、積層方向の他方側の端部に位置する冷媒流路に接続され、積層方向における、その冷媒流路の移動を規制する冷媒流路移動規制部とを有することができる。 Also, connected to the supply and discharge header portions, respectively, connected to a header movement restricting portion for restricting the movement of the supply and discharge header portions in the stacking direction, and to a refrigerant channel located at the other end in the stacking direction, and stacked A refrigerant flow path movement restricting portion for restricting movement of the refrigerant flow path in the direction.
また、この積層型冷却器はハウジングに収容され、ハウジングには、ヘッダ移動規制部と冷媒流路移動規制部がそれぞれ接続されることが好適である。 In addition, it is preferable that the stacked cooler is accommodated in a housing, and a header movement restricting portion and a refrigerant flow passage restricting portion are connected to the housing.
本発明の積層型冷却器によれば、簡易な構造で、組み立ての手間を省くとともに省スペース化を図ることができる。 According to the stacked type cooler of the present invention, it is possible to save the space while saving the labor of assembly with a simple structure.
以下、本発明に係る積層型冷却器の実施形態について、図を用いて説明する。一例として、自動車を駆動するモータに電力を供給するパワーモジュールを挙げ、これを冷却する積層型冷却器について説明する。なお、本発明は、上記パワーモジュールに限らず、発熱体である電子部品を冷却する積層型冷却器にも適用することができる。 Hereinafter, an embodiment of a stacked cooler according to the present invention will be described with reference to the drawings. As an example, a power module that supplies power to a motor that drives an automobile will be described, and a stacked cooler that cools the power module will be described. The present invention can be applied not only to the power module described above but also to a stacked cooler that cools an electronic component that is a heating element.
図1は、本実施形態に係る積層型冷却器の分解斜視図であり、図2は、図1のA−A線による積層型冷却器の断面図である。なお、図に示されるX軸は、後述する電子部品及び冷媒流路が積層する積層方向である。 FIG. 1 is an exploded perspective view of the stacked cooler according to the present embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the stacked cooler taken along line AA of FIG. Note that the X axis shown in the figure is a stacking direction in which electronic components and a refrigerant flow path, which will be described later, are stacked.
積層型冷却器10は、電子部品12を両面から挟持する冷媒流路14と、各冷媒流路14に冷媒を供給する供給ヘッダ部16と、各冷媒流路14から冷媒を排出する排出ヘッダ部18とを有する。本実施形態の冷媒は、LLC(Long Life Coolant)であるが、本発明はこの構成に限定されず、周知の冷媒を用いることができる。
The stacked
電子部品12は、スイッチングモジュールである。電子部品12は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)と電極とを含み、これらを絶縁性の樹脂でモールドして形成される。電子部品12は、積層方向に対して潰れた矩形板状である。本実施形態の自動車は、駆動用のモータを2個有し、各モータにそれぞれ対応するインバータを2個有する。1個のインバータは6個のスイッチングモジュールにより構成されるので、本実施形態の電子部品12は計12個となる。電子部品12は2個を1組にして積層方向に計6組配置される。なお、電子部品12の数は一例であって、本発明は電子部品12の数12個に限定されない。また、電子部品12の積層数も一例であって、本発明は電子部品12の積層数6組に限定されない。
The
冷媒流路14はアルミニウム製である。冷媒流路14は積層方向に対して潰れた角筒状である。冷媒流路14は、積層方向に計7個配置される。冷媒流路14の長手方向一端には、冷媒が流れ込む流入口20が形成され、他端には、冷媒が流れ出す流出口22が形成される。流入口20と流出口22とは、冷媒流路14内部において区画された空間により連通している。
The
供給ヘッダ部16はアルミニウム製である。供給ヘッダ部16は、供給ヘッダ本体部24と供給ヘッダ連通管26とを有する。供給ヘッダ連通管26は、短軸の円筒状である。供給ヘッダ連通管26は、積層方向において互いに隣接する冷媒流路14に接続される。具体的には、互いの冷媒流路14の流入口20をそれぞれ覆うように接続される。供給ヘッダ連通管26は、積層方向に直線上に並んで計6個配置される。
The
供給ヘッダ本体部24は、供給ヘッダ連通管26よりも長軸の円筒状である。供給ヘッダ本体部24は、供給ヘッダ連通管26と同じ直線上に、電子部品12と冷媒流路14からなる積層体より積層方向の一方側に延在するように設けられる。供給ヘッダ本体部24の一端は、積層方向の一方側の端部に位置する冷媒流路14に、これの流入口20を覆うように接続される。供給ヘッダ本体部24の他端は、放熱装置(図示せず)に接続される。また、供給ヘッダ本体部24は、積層型冷却器10を収容するハウジングに固定される。
The supply header
排出ヘッダ部18はアルミニウム製である。排出ヘッダ部18は、排出ヘッダ本体部28と排出ヘッダ連通管30とを有する。排出ヘッダ連通管30は、短軸の円筒状である。排出ヘッダ連通管30は、積層方向において互いに隣接する冷媒流路14に接続される。具体的には、互いの冷媒流路14の流出口22をそれぞれ覆うように接続される。排出ヘッダ連通管30は、積層方向に直線上に並んで計6個配置される。
The
排出ヘッダ本体部28は、排出ヘッダ連通管30よりも長軸の円筒状である。排出ヘッダ本体部28は、排出ヘッダ連通管30と同じ直線上に、電子部品12と冷媒流路14からなる積層体より積層方向の一方側に延在するように設けられる。排出ヘッダ本体部28の一端は、積層方向の一方側の端部に位置する冷媒流路14に、これの流出口22を覆うように接続される。排出ヘッダ本体部28の他端は、放熱装置(図示せず)に接続される。また、排出ヘッダ本体部28は、積層型冷却器10を収容するハウジングに固定される。
The discharge header
冷媒流路14と供給ヘッダ部16と排出ヘッダ部18とは、それらの各接合部がろう付け、またはかしめにより接合される。そして、積層方向において隣接する冷媒流路14の間に、電子部品12をそれぞれ配置し、これらからなる積層体を積層方向外側から所定圧力で挟みこむことにより、電子部品12が冷媒流路14により挟持される。具体的には、上記所定圧力の挟みこみにより、供給及び排出ヘッダ連通管26,30が積層方向に縮むように塑性変形し、隣接する冷媒流路14の距離が小さくなることで、電子部品12と冷媒流路14とが、積層方向に直交する接触面において密着することができる。
The
このように構成される積層型冷却器10における冷媒の流れについて、図2を用いて説明する。なお、パワーモジュールが動作中であり、電子部品12が発熱している場合について説明する。
The flow of the refrigerant in the stacked cooler 10 configured as described above will be described with reference to FIG. A case where the power module is in operation and the
図示しない放熱装置から供給ヘッダ本体部24に導入される冷媒は、直接または供給ヘッダ連通管26を介して、7個の冷媒流路14にそれぞれ供給される。電子部品12の熱は、冷媒流路14を流れる冷媒に伝達される。電子部品12の熱を受けて温度が上昇した冷媒は、冷媒流路14から、直接または排出ヘッダ連通管30を介して、排出ヘッダ本体部28に流れ込む。排出ヘッダ本体部28において合流した冷媒は、放熱装置へ供給され冷却される。そして、放熱装置において冷却された冷媒は、再び供給ヘッダ本体部24に導入される。
The refrigerant introduced into the supply header
本発明の積層型冷却器10は、積層方向の一方側に延在する供給及び排出ヘッダ部16,18には、電子部品12が冷媒流路14から受ける圧力を保持する圧力保持構造32が設けられる。この圧力保持構造32が従来技術で採用されるばねの代替材となる。この構成により、簡易な構造で、組み立ての手間を省くとともに、そのばねのスペースを省くことができ、結果として積層型冷却器10の体格の小型化が図れる。ここで、積層方向の一方側に延在する供給及び排出ヘッダ部16,18とは、電子部品12と冷媒流路14からなる積層体から積層方向の一方側に延在する部分のことであり、本実施形態においては、供給及び排出ヘッダ本体部24,28にそれぞれ相当する。
In the stacked cooler 10 of the present invention, the supply and
次に、圧力保持構造32の構成について説明する。圧力保持構造32は、供給及び排出ヘッダ本体部24,28に、それぞれ形成される雄ねじ部34と、各雄ねじ部34にそれぞれ嵌り合うナット36とを有する。雄ねじ部34は、図1に示されるように、供給及び排出ヘッダ本体部24,28の一端側における所定の区間に形成される。しかし、本発明はこの構成に限定されず、供給及び排出ヘッダ本体部24,28の全長において形成されてもよい。また、ナット36の内周面には、雄ねじ部34に螺合するめねじが形成される。
Next, the configuration of the
また、圧力保持構造32は、供給及び排出ヘッダ本体部24,28の各一端にそれぞれ接続する冷媒流路14とナット36との間に設けられる弾性部材38を有する。弾性部材38は、供給及び排出ヘッダ本体部24,28に対してスライド可能な環状であり、例えば樹脂製スペーサ、またはばねワッシャーである。
Further, the
電子部品12が冷媒流路14により挟持された積層型冷却器10において、供給及び排出ヘッダ本体部24,28の他端から、弾性部材38とナット36は順に挿入することができる。このとき、供給及び排出ヘッダ本体部24,28の他端には放熱装置が未接続であり、かつ供給及び排出ヘッダ本体部24,28がハウジングに固定されていない状態である。
In the stacked cooler 10 in which the
そして、ナット36を雄ねじ部34に対してねじ込むことにより、ナット36が、供給及び排出ヘッダ本体部24,28の各一端にそれぞれ接続する冷媒流路14を電子部品12の方向に向けて押圧することができる。電子部品12と冷媒流路14の間が目標圧になるように、ナット36のねじ込み量、または位置を予め設定することが好適である。
Then, by screwing the
また、冷媒流路14とナット36との間に設けられる弾性部材38により、パワーモジュールの動作中における電子部品12の積層方向への膨張を吸収することができる。
Further, the
また、積層型冷却器10がハウジングに収容されるとき、積層方向の他方側の端部に位置する冷媒流路14に対して、この冷媒流路14の積層方向における移動を規制する冷媒流路移動規制部(図示せず)を接続することが好適である。この冷媒流路移動規制部は、積層型冷却器10を支持するブラケット、または冷媒流路14により冷却可能な電子部品モジュール、例えば昇圧コンバータである。積層型冷却器10をハウジングに収容されるときには、供給及び排出ヘッダ本体部24,28もそれぞれハウジングに接続されるので、積層方向における供給及び排出ヘッダ供給及び排出ヘッダ本体部24,28の移動も規制される。
Further, when the laminated cooler 10 is accommodated in the housing, the refrigerant flow path that restricts the movement of the
このような構成により、電子部品12と冷媒流路14からなる積層体の積層方向における移動も規制され、圧力保持構造32により電子部品12と冷媒流路14の間の目標圧が保持される。よって、電子部品12と冷媒流路14は隙間なく密着することができるので冷却性能も維持することができる。
With such a configuration, the movement in the stacking direction of the laminate including the
本実施形態の積層型冷却器10によれば、圧力保持構造32が従来技術で採用されるばねの代替材となるので、組み立ての手間を省くことができる。そして、従来技術で採用されたばねのスペース(図2に示されるAの領域)が空くので、その空間を積層方向において小さくするようにハウジングの体格を構成することができる。さらに、その空いたスペースに、従来、積層型冷却器10の幅方向外側を通っていたワイヤーハーネスなどのケーブル類を通すことができるので、幅方向におけるハウジングの体格を小さくすることもできる。
According to the stacked cooler 10 of the present embodiment, the
本実施形態においては、冷媒流路14と供給ヘッダ部16と排出ヘッダ部18は、アルミニウム製である場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。熱伝導性に優れた材質であれば、例えば銅製であってもよい。
In the present embodiment, the
10 積層型冷却器、12 電子部品、14 冷媒流路、16 供給ヘッダ部、18 排出ヘッダ部、20 流入口、22 流出口、24 供給ヘッダ本体部、26 供給ヘッダ連通管、28 排出ヘッダ本体部、30 排出ヘッダ連通管、32 圧力保持構造、34 雄ねじ部、36 ナット、38 弾性部材。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
電子部品及び冷媒流路の積層方向の一方側に延在し、各冷媒流路に冷媒を供給する供給ヘッダ部と、
供給ヘッダ部と同じ方向に延在し、各冷媒流路から冷媒を排出する排出ヘッダ部と、
を有し、
電子部品を両面から冷却する積層型冷却器において、
供給及び排出ヘッダ部には、電子部品が冷媒流路から受ける圧力を保持する圧力保持構造が設けられる、
ことを特徴とする積層型冷却器。 A refrigerant flow path that sandwiches electronic components from both sides and through which refrigerant flows;
A supply header portion that extends to one side of the stacking direction of the electronic component and the refrigerant flow path and supplies the refrigerant to each refrigerant flow path;
A discharge header portion extending in the same direction as the supply header portion and discharging the refrigerant from each refrigerant flow path;
Have
In a stacked cooler that cools electronic components from both sides,
The supply and discharge header portion is provided with a pressure holding structure that holds the pressure that the electronic component receives from the refrigerant flow path.
A laminated cooler characterized by that.
圧力保持構造は、
供給及び排出ヘッダ部に、それぞれ形成される雄ねじ部と、
各雄ねじ部にそれぞれ嵌り合うとともに、前記一方側の端部に位置する冷媒流路を電子部品の方向に向けて押圧するナットと、
を有する、
ことを特徴とする積層型冷却器。 The stacked cooler according to claim 1, wherein
Pressure holding structure
Male screw portions formed respectively on the supply and discharge header portions;
A nut that fits to each male screw part and presses the coolant channel located at the end of the one side toward the electronic component,
Having
A laminated cooler characterized by that.
前記一方側の端部に位置する冷媒流路と前記ナットとの間には、弾性部材が設けられる、
ことを特徴とする積層型冷却器。 The stacked cooler according to claim 2, wherein
An elastic member is provided between the refrigerant channel located at the end on the one side and the nut.
A laminated cooler characterized by that.
供給及び排出ヘッダ部にそれぞれ接続され、積層方向における供給及び排出ヘッダ部の移動を規制するヘッダ移動規制部と、
積層方向の他方側の端部に位置する冷媒流路に接続され、積層方向における、その冷媒流路の移動を規制する冷媒流路移動規制部と、
を有することを特徴とする積層型冷却器。 In the stacked type cooler according to any one of claims 1 to 3,
A header movement restricting portion that is connected to the supply and discharge header portions respectively and restricts the movement of the supply and discharge header portions in the stacking direction;
A refrigerant channel movement restricting unit connected to the refrigerant channel located at the other end in the stacking direction and regulating movement of the refrigerant channel in the stacking direction;
A laminated cooler characterized by comprising:
この積層型冷却器はハウジングに収容され、
ハウジングには、ヘッダ移動規制部と冷媒流路移動規制部がそれぞれ接続される、
ことを特徴とする積層型冷却器。 The stacked cooler according to claim 4, wherein
This stacked cooler is housed in a housing,
A header movement restriction part and a refrigerant flow movement restriction part are connected to the housing,
A laminated cooler characterized by that.
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CN106068683A (en) * | 2014-03-20 | 2016-11-02 | 西门子公司 | There is the electric module of clamping device |
WO2017116128A1 (en) * | 2015-12-30 | 2017-07-06 | 한온시스템 주식회사 | Heat exchanger for cooling electrical device |
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2010
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20140107 |