JP2017079305A - Radiator - Google Patents
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Description
本発明は、冷却器に関する。 The present invention relates to a cooler.
複数の扁平な冷却器と複数の扁平な電子部品を一つずつ交互に積層している積層冷却ユニットが知られている(例えば特許文献1)。特許文献1に開示されている積層ユニットの一つひとつの冷却器は、内部に液体冷媒を流通させる流路を備えた扁平形状の冷却器ケースと、流路に配置されている波板フィンとを備える。波板フィンは、波板の稜線が液体冷媒の流れ方向に沿って延びるように流路に配置されている。 A stacked cooling unit is known in which a plurality of flat coolers and a plurality of flat electronic components are alternately stacked one by one (for example, Patent Document 1). Each cooler of the laminated unit disclosed in Patent Document 1 includes a flat cooler case having a flow path through which a liquid refrigerant flows, and corrugated fins disposed in the flow path. . The corrugated fin is disposed in the flow path such that the ridge line of the corrugated plate extends along the flow direction of the liquid refrigerant.
上記の冷却器では、波板フィンが冷却器ケースの両端に干渉しないように、波板フィンの幅は、冷却器ケースの長手方向の内幅よりも短く設計される。ここで、冷却器ケースの両端とは、冷媒の流れ方向と直交する横断面でみたときの長手方向(断面長手方向)の両端を意味する。また、波板フィンの幅とは、横断面でみたときの断面長手方向に沿った波板フィンの長さを意味する。また、冷却器ケースの内幅とは、横断面でみたときの断面長手方向の流路幅を意味する。 In the above-described cooler, the width of the corrugated fin is designed to be shorter than the inner width in the longitudinal direction of the cooler case so that the corrugated fin does not interfere with both ends of the cooler case. Here, both ends of the cooler case mean both ends in the longitudinal direction (cross-sectional longitudinal direction) when viewed in a cross section orthogonal to the flow direction of the refrigerant. Moreover, the width | variety of a corrugated sheet fin means the length of the corrugated sheet fin along the cross-sectional longitudinal direction when it sees in a cross section. In addition, the inner width of the cooler case means the flow path width in the longitudinal direction of the cross section when viewed in the cross section.
上記の構造を有した冷却器では、波板フィンの断面長手方向の位置ずれが起こったとき、冷却器ケースの端部に断面積の大きい流路が形成される。それゆえ、冷媒は、断面積の大きい端部に優先的に流れる。一般に、扁平な冷却器においては、冷却器ケースの端部よりも中央部の冷却性能が高いことが望まれるところ、上記波板フィンの位置ずれにより、望ましい冷却性能が得られない可能性がある。 In the cooler having the above structure, when the corrugated fins are displaced in the longitudinal direction of the cross section, a flow path having a large cross sectional area is formed at the end of the cooler case. Therefore, the refrigerant flows preferentially to the end portion having a large cross-sectional area. In general, in a flat cooler, it is desired that the cooling performance of the central portion is higher than the end portion of the cooler case. However, the desired cooling performance may not be obtained due to the positional deviation of the corrugated fins. .
本明細書では、内部の流路に波板フィンを有する扁平な冷却器において、冷媒の流れ方向からみたときのケース中央部の冷却性能を低下させない技術を提供する。 The present specification provides a technology that does not deteriorate the cooling performance of the central portion of the case when viewed from the flow direction of the refrigerant in a flat cooler having corrugated fins in the internal flow path.
本明細書が開示する冷却器は、内部に液体冷媒が流れる流路を備えた扁平な冷却器ケースと、流路に配置されている波板フィンと、を備える。波板フィンは、波板の稜線が液体冷媒の流れ方向に沿って延びるように流路に配置されている。冷却器ケースは、流れ方向と直交する横断面でみたときに、断面長手方向の両端における断面短手方向の流路幅がステップ状に狭まっている。ステップ状に狭まっている流路空間内に波板フィンの端が達している。 The cooler disclosed in the present specification includes a flat cooler case having a flow path through which a liquid refrigerant flows, and corrugated plate fins disposed in the flow path. The corrugated fin is disposed in the flow path such that the ridge line of the corrugated plate extends along the flow direction of the liquid refrigerant. When the cooler case is viewed in a cross section perpendicular to the flow direction, the flow path width in the cross-sectional short direction at both ends in the cross-sectional longitudinal direction is narrowed in a step shape. The end of the corrugated fin reaches the channel space narrowed in a step shape.
上記の冷却器では、ステップ状に狭まっている流路空間内に波板フィンの端が達することで、冷却器ケースの端部と波板フィンとの間の流路断面積を、波板フィンと波板フィンとの間の流路断面積よりも小さくすることができる。さらに、冷却器ケースの両端の幅狭空間に波板フィンの端が達していることで、波板フィンの断面長手方向の位置ずれが生じ難くなる。これらの作用により、冷媒が冷却器ケースの端部に優先的に流れることを防止することができ、冷却器ケースの中央部の冷却性能が低下しない。 In the above cooler, when the end of the corrugated fin reaches the flow path space narrowed in a step shape, the cross-sectional area of the flow path between the end of the cooler case and the corrugated fin is expressed as the corrugated fin. It can be made smaller than the cross-sectional area of the flow path between the plate and the corrugated fin. Further, since the ends of the corrugated fins reach the narrow spaces at both ends of the cooler case, it is difficult for the corrugated fins to be displaced in the longitudinal direction of the cross section. By these actions, it is possible to prevent the refrigerant from preferentially flowing to the end of the cooler case, and the cooling performance of the central portion of the cooler case does not deteriorate.
図面を参照して実施例の冷却器を説明する。図1は、実施例の冷却器20を含む積層ユニット2の斜視図である。積層ユニット2は、複数の冷却器20が積層されているとともに、隣接する冷却器20の間に半導体モジュール10が挟み込まれたユニットである。なお、図1では、理解を助けるために、1つの半導体モジュール10とその両側の絶縁板6を、積層ユニット2から抜き出して描いてある。半導体モジュール10は、パワートランジスタと呼ばれる半導体チップ11a、11bを収容している。半導体モジュール10の両面には半導体チップ11a、11bと導通している放熱板7が露出している。冷却器20の外板はアルミニウムで作られている。放熱板7と冷却器20を絶縁するため、冷却器20と半導体モジュール10の間には絶縁板6が挟まれる。積層ユニット2は、多数のパワートランジスタを用いるデバイス、例えばインバータに用いられる。
The cooler according to the embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of the laminated unit 2 including the cooler 20 of the embodiment. The stacked unit 2 is a unit in which a plurality of
積層ユニット2は、仮想線で描かれたハウジング9に収容される。積層ユニット2の積層方向の一端とハウジング9の内壁の間には板バネ8が挟まれる。積層ユニット2は、板バネ8によって積層方向に加圧される。積層方向の加圧によって、冷却器20と半導体モジュール10が密着し、半導体モジュール10から冷却器20への伝熱効率が高められる。なお、図中の座標系のZ方向が複数の冷却器20の積層方向に相当する。
The stacked unit 2 is accommodated in a
隣接する冷却器20は接続管5a、5bで接続されている。積層ユニット2の積層方向の一端の冷却器20に供給管4aと排出管4bが接続されている。供給管4aは、積層方向からみたときに接続管5aと重なるように設けられている。排出管4bは、積層方向からみたときに接続管5bと重なるように設けられている。各冷却器20の内部には、図中のX方向に延びる流路が設けられており、その流路は、接続管5a、5bと連通している。供給管4aから供給された冷媒は、接続管5aを通じて各冷却器20へ分配される。冷媒は、各冷却器20の流路を通過する間に隣接する半導体モジュール10から熱を吸収する。熱を吸収した冷媒は接続管5bと排出管4bを通じて積層ユニット2から排出される。供給管4aと排出管4bには不図示の冷媒循環路とラジエータとポンプが接続されており、排出された冷媒はラジエータで冷却されて再び積層ユニット2へ供給される。冷媒は液体であり、典型的には水、あるいは、LLC(Long Life Coolant)である。
図2に冷却器20の分解図を示す。冷却器20は、外板21、22、中板24、2枚の波板23で構成される。2枚の波板23と中板24を挟んで外板21、22を張り合わせると冷却器20が完成する。2枚の波板のいずれか一方を区別なく示す場合には符号23を用い、2枚の波板を区別する場合には、符号23aと23bを用いることにする。外板21、22の夫々には、先に述べた接続管5a、5bが設けられている。また、外板21、22の夫々には、詳しくは後述するが、流れ方向(図中のX方向)と直交する横断面でみたときに、断面長手方向(Y方向)の両端における断面短手方向(Z方向)の流路幅をステップ状に狭めるために、ステップ25が設けられている。図2においては、外板22に設けられたステップ25cと25dが図示されている。外板21に設けられたステップ25aと25bは、図2では見えていない。
FIG. 2 shows an exploded view of the cooler 20. The
中板24は、外板21、22で囲まれる空間を2つの流路に区分するために備えられている。中板24には、接続管5a、5bに対応する位置に孔が設けられている。
The
矢印26aが冷媒の供給方向を示しており、矢印26bは冷媒の排出方向を示している。接続管5aから供給された冷媒は、外板21と中板24で囲まれた流路、及び、外板22と中板24で囲まれた流路を通り、接続管5bを通じて排出される。図中のX軸の正方向が、冷却器20の内部における冷媒の流れ方向を示している。
An
波板23には、波板フィン群32が形成されている。各波板フィンは、冷媒の流れ方向に沿って延びている。別言すれば、各波板フィンは、波板の稜線が液体冷媒の流れ方向に沿って延びるように流路27(後述)に配置されている。波板フィン群32は、プレス加工により一枚の金属平板から作られる。別言すれば、波板フィン群32は、一枚の板(一枚の金属板)で形成されている。
On the
図3〜5を参照して、冷却器20の内部構造を説明する。図3は、組付け前の冷却器20の波板フィン群32を横断する断面図である。図4は、組付け途中の冷却器20の波板フィン群32を横断する断面図である。図5は、組付け後の冷却器20の波板フィン群32を横断する断面図である。
The internal structure of the cooler 20 will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a cross-sectional view across the corrugated
図3は、冷却器20の組付け前の状態を図示しており、ステップ25a〜25dは、波板フィン群32と接触していない。ここから、さらに外板21、22が夫々中板24の方向に向かって圧縮される。その途中の段階が図4に図示されている。図4では、外板21、22が夫々中板24の方向に向かって圧縮されることにより、ステップ25a〜25dが、波板フィンの一端35a〜35dと接触する。そして、波板フィンの一端35a〜35dと接触しているステップ25a〜25dはさらに中板24の方向に向かって圧縮される。これにより、波板フィンの端が押し潰され、波板フィンの一端35a〜35dのステップ25a〜25dと接触している部分が、ステップ25a〜25dの形状に沿うように変形していく。なお、図4に図示される破線は、波板フィンのステップ25a〜25dに押し潰される前の状態を示している。そして、ステップ25a〜25dはさらに中板24の方向に向かって圧縮され、冷却器20の組付けが終わる。組付け後の冷却器20の波板フィン群32を横断する断面が図5に図示されている。
FIG. 3 illustrates a state before the cooler 20 is assembled.
図5は、冷媒の流れ方向(図中のX方向)を横断する断面(横断面)を示している。図5によく示されているように、外板21と22で囲まれた流路27は、内部に液体冷媒が流れ、横断面が扁平である。なお、本実施例では、外板21と22で囲まれた空間は、中板24によって2つの流路27に区画されている。ここで、流路内面とは、流路を構成する板(壁)の面を意味する。従って、中板24の両面24a、24bも流路内面である。
FIG. 5 shows a cross section (transverse section) that crosses the refrigerant flow direction (X direction in the figure). As well shown in FIG. 5, the liquid refrigerant flows through the
一方の波板23aは、外板21の内面21aと中板24の一方の面24aとに接している。他方の波板23bは、外板22の内面22aと中板24の他方の面24bとに接している。外板21の内面21aと外板22の22aは、流路27の内面(流路内面)に相当する。また、上述したように、中板24の両面24a、24bも流路内面に相当する。波板23において、一方の流路内面から他方の流路内面までの間を一つのフィン(波板フィン)とみなす。波板フィン群32は、横断面が扁平な流路27の長手方向(図中のY方向)に並んでいることになる。また、波板フィン群32は、冷媒の流れ方向(図中のX方向)に延びている。波板フィン群32は、流路の横断面においてその短手方向で対向する流路内面の夫々に接している。なお、横断面の短手方向(図中のZ方向)を仮に上下方向と呼ぶことにすると、波板フィン群32は、その上端と下端が夫々、短手方向で対向する流路内面に接している、と表現することができる。
One
図1に示したように、冷却器20の扁平面の両側に半導体モジュール10が取り付けられる。半導体モジュール10の熱は、外板21、22に伝わる。波板フィン群32が流路内面に接していることで、半導体モジュール10の熱は、外板21、22、中板24、及び、波板フィン群32を介して冷媒によく伝達される。なお、波板フィン群32は、横断面において流路27の全体にほぼ一様に分布している。そのため、流路内を流れる冷媒に均等に熱が伝わる。このことは、冷却器20の冷却効率に貢献する。
As shown in FIG. 1, the
以下、冷却器20において、ステップ25a〜25dを設けたことによる効果について説明する。一般に、冷却器の冷却性能を向上させるために、冷却器内部にフィンを設ける。そして、波板フィンが外板21、22の横断面の長手方向の両端(図中のY方向)に干渉しないように、波板フィンの幅は、外板21、22の長手方向の内幅よりも短く設計される。そのため、外板21、22に波板フィンを組み付ける際に、波板フィンの位置ずれを起こす虞がある。波板フィンの位置ずれが起きた場合、波板フィンは、外板21、22の横断面の長手方向のどちらか一方の端に片寄る。そうすると、波板フィンが片寄っていないもう一方の端には、断面積の大きい流路が形成されることになる。冷媒は、断面積の大きい端部に優先的に流れる。一般に、扁平な冷却器においては、冷却器ケースの端部よりも中央部の冷却性能が高いことが望まれるところ、上記波板フィンの位置ずれにより、望ましい冷却性能が得られない可能性がある。
Hereinafter, effects of providing
冷却器20では、上述したように、ステップ25a〜25dが設けられている。ステップ25a〜25dが設けられていることにより、外板21、22に波板フィンを組み付ける際に、波板フィンが外板21、22の横断面の長手方向のどちらか一方の端に片寄ることを防止することができる。すなわち、冷却器20では、波板フィン群32の両端の各波板フィンが、組付けの際にステップ25a〜25dに接触するように設計することで、図5に示すように、波板フィンの位置ずれによる断面積の大きい流路が形成されることを防止することができる。別言すれば、実施例の冷却器20では、外板21、22と波板23a、23bの端を意図的に干渉させる。これにより、冷媒が外板21、22の端部に優先的に流れることを防止することができ、外板21、22の中央部の冷却性能が低下しない。
In the cooler 20, steps 25a to 25d are provided as described above. Since the
図6を参照して波板がずれたときの冷却器120を説明する。図6は、図5に対応する図であり、組付け後の冷却器120の波板フィンを横断する断面図である。冷却器120において、冷却器20と共通する部分については適宜説明を省略する。冷却器120では、冷却器20と異なり、波板フィン群132の一端(図6では右側)の波板フィンが、ステップ125(図6では、ステップ125b、125d)により押し潰されていない。すなわち、ステップ125(図6では、ステップ125b、125d)により狭まった流路127の空間137b内に波板フィン群132の一端(図6では右側)が達していない。また、波板フィン群132の他端(図6では左側)の波板フィンは、ステップ125(図6では、ステップ125a、125c)により押し潰されている。この場合、波板フィン群132の他端(図6では左側)の波板フィンと、外板121、122で囲まれた流路127の空間137aと比較して空間137bは大きい。すなわち、空間137bには、空間137aよりも断面積の大きい流路が形成されることになる。
The cooler 120 when the corrugated plate is displaced will be described with reference to FIG. FIG. 6 corresponds to FIG. 5 and is a cross-sectional view across the corrugated fins of the cooler 120 after assembly. In the cooler 120, a description of portions common to the cooler 20 will be omitted as appropriate. In the cooler 120, unlike the cooler 20, the corrugated fin at one end (right side in FIG. 6) of the
しかし、空間137bは、ステップ125b、125dを設けたことにより、ステップ125がない場合と比較して断面積が小さくなる。そのため、冷却器120のように、ステップ125により狭まった流路127の空間137b内に波板フィン群132の一端が達していない場合であっても、空間137b自体が比較的小さい断面積を有するにとどまるので、空間137bに冷媒が優先的に流れることを防止することができる。すなわち、冷却器120においても、冷却器20と同様の効果を得ることができる。
However, the
なお、本実施例の外板21、22は、特許請求の範囲の「冷却器ケース」に対応している。本実施例の波板フィンは、特許請求の範囲の「波板フィン」に対応している。また、特許請求の範囲の「ステップ状に狭まっている流路空間内に前記波板フィンの端が達している」とは、ステップ状に狭まっている流路空間内に少なくとも一つの波板フィンの端が達していればよいことを意味することに注意されたい。
The
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
2 :積層ユニット
4a:供給管
4b:排出管
5a、5b:接続管
6 :絶縁板
7 :放熱板
8 :板バネ
9 :ハウジング
10:半導体モジュール
11a、11b:半導体チップ
20、120:冷却器
21、22、121、122:外板
23:波板
24:中板
25、125:ステップ
27、127:流路
32、132:波板フィン群
137:空間
2:
Claims (1)
前記流路に配置されている波板フィンと、
を備えており、
前記波板フィンは、波板の稜線が前記液体冷媒の流れ方向に沿って延びるように前記流路に配置されており、
前記冷却器ケースは、前記流れ方向と直交する横断面でみたときに、断面長手方向の両端における断面短手方向の流路幅がステップ状に狭まっており、
ステップ状に狭まっている流路空間内に前記波板フィンの端が達している、冷却器。
A flat cooler case with a flow path through which liquid refrigerant flows;
Corrugated fins disposed in the flow path;
With
The corrugated fin is disposed in the flow path such that a ridge line of the corrugated plate extends along a flow direction of the liquid refrigerant,
When the cooler case is viewed in a cross section orthogonal to the flow direction, the flow path width in the cross-sectional short direction at both ends of the cross-sectional longitudinal direction is narrowed in a step shape,
The cooler in which the end of the corrugated plate fin reaches the flow path space narrowed in a step shape.
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JP2020035830A (en) * | 2018-08-28 | 2020-03-05 | 株式会社デンソー | Wave fin and heat exchanger |
KR20220112456A (en) * | 2021-02-04 | 2022-08-11 | 제엠제코(주) | System for cooling semiconductor component, method for manufacturing the same, and semiconductor package having the same |
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