JP2019079836A - Liquid-cooled cooler - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の流路を流れる冷媒との熱交換を行うことで電子部品を冷却することが可能な液冷式冷却装置に関する。 The present invention relates to a liquid cooling type cooling device capable of cooling an electronic component by performing heat exchange with a refrigerant flowing through a plurality of flow paths.
従来から、半導体等の熱を発する電子部品を冷却するための液冷式冷却装置が提案されており、この液冷式冷却装置は、例えば、特許文献1に開示されるように、断面波状に形成されたコルゲートフィンがケーシングの内部に設けられ、このケーシングの周壁において冷却液入口が右方に突出し、冷却液出口が左方に突出するように形成される。また、ケーシングの頂壁には、板状絶縁部材を介して発熱体である半導体素子が装着されている。 Conventionally, a liquid cooling type cooling device for cooling an electronic component such as a semiconductor has been proposed, and this liquid cooling type cooling device has a wave shape in cross section as disclosed in Patent Document 1, for example. The formed corrugated fins are provided inside the casing, and the cooling fluid inlet protrudes rightward on the circumferential wall of the casing, and the cooling fluid outlet protrudes leftward. Moreover, the semiconductor element which is a heat generating body is mounted on the top wall of the casing via a plate-like insulating member.
そして、冷却液入口からケーシングの内部へと供給された冷却液がコルゲートフィンの間を通過して冷却液出口へと流れる際、半導体素子から発せられた熱が、絶縁部材、ケーシング及びコルゲートフィンを経て冷却液へと伝わることで熱交換され前記半導体素子が冷却される。 Then, when the coolant supplied from the coolant inlet to the inside of the casing flows between the corrugated fins and flows to the coolant outlet, the heat generated from the semiconductor element causes the insulating member, the casing and the corrugated fins to By passing through to the coolant, heat is exchanged and the semiconductor element is cooled.
本発明は、前記の提案に関連してなされたものであり、簡素な構成でさらなる冷却効率の向上を図ることが可能な液冷式冷却装置を提供することを目的とする。 The present invention is made in connection with the above-mentioned proposal, and it aims at providing a liquid cooling type cooling device which can aim at improvement of the cooling efficiency further by simple composition.
前記の目的を達成するために、本発明は、冷媒の供給される供給口と冷媒の排出される排出口とを有したケーシングと、ケーシング内に収納されるフィンとを備え、ケーシングに設けられた発熱を伴う電子部品を冷媒との熱交換によって冷却する液冷式冷却装置において、
ケーシングは、少なくともフィンの上流側に設けられ、冷媒の流通方向を偏向させる偏向部を備え、
偏向部は、流通方向と直交する幅方向において、電子部品と重複することがない位置に配置されることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention comprises a casing having a supply port to which a refrigerant is supplied and a discharge port to which a refrigerant is discharged, and a fin housed in the casing, the casing comprising: In a liquid-cooling type cooling device that cools electronic components with excessive heat by heat exchange with a refrigerant,
The casing is provided at least on the upstream side of the fin and includes a deflection unit that deflects the flow direction of the refrigerant,
The deflection unit is characterized in that it is disposed at a position not overlapping the electronic component in the width direction orthogonal to the flow direction.
本発明によれば、液冷式冷却装置を構成するケーシングには、その内部に収納されるフィンの少なくとも上流側に冷媒の流通方向を偏向させる偏向部が設けられ、この偏向部が、冷媒の流通方向と直交する幅方向において、ケーシングに装着された電子部品と重複することがないように配置される。 According to the present invention, the casing constituting the liquid-cooling type cooling device is provided with a deflecting unit for deflecting the flow direction of the refrigerant at least upstream of the fins contained therein, and the deflecting unit is used to In the width direction orthogonal to the flow direction, the electronic component mounted on the casing is disposed so as not to overlap.
従って、供給口からケーシング内へと供給された冷媒が、偏向部によって幅方向へと流通方向が偏向されることで、偏向部と重複していない電子部品に臨む位置へと冷媒を導いてフィンに沿って流通させることが可能となる。その結果、ケーシングにおいて冷媒の流通方向を偏向させる偏向部を設けるという簡素な構成で、電子部品のさらなる冷却効率の向上を図ることができる。 Therefore, the refrigerant supplied from the supply port into the casing is deflected in the flow direction in the width direction by the deflector to lead the refrigerant to a position facing the electronic component not overlapping with the deflector and the fins are finned. It can be distributed along the As a result, the cooling efficiency of the electronic component can be further improved with a simple configuration in which a deflection unit that deflects the flow direction of the refrigerant is provided in the casing.
また、偏向部をフィンの下流側にも設け、フィンの上流側に配置される一方の偏向部と、フィンの下流側に配置される他方の偏向部とを、流通方向に沿って一直線状に配置するとよい。 Further, the deflecting unit is also provided on the downstream side of the fin, and one deflecting unit disposed on the upstream side of the fin and the other deflecting unit disposed on the downstream side of the fin are linearly aligned along the circulation direction. It is good to arrange.
さらに、偏向部を、ケーシングに対して立設させケーシングと一体的に形成したり、ケーシングの壁部を切り起こして形成するとよい。 Furthermore, the deflecting portion may be erected with respect to the casing and integrally formed with the casing, or may be formed by cutting and raising the wall portion of the casing.
さらにまた、偏向部を、フィンと略同等の高さで形成するとよい。 Furthermore, the deflection portion may be formed to have a height substantially equal to that of the fin.
本発明によれば、以下の効果が得られる。 According to the present invention, the following effects can be obtained.
すなわち、液冷式冷却装置を構成するケーシングにおいて、フィンの少なくとも上流側に冷媒の流通方向を偏向させる偏向部を設け、この偏向部を冷媒の流通方向と直交する幅方向において、ケーシングに装着された電子部品と重複することがない位置に配置することで、供給口から供給された冷媒が偏向部によって幅方向へと偏向され、偏向部と重複していない電子部品に臨む位置へと冷媒を好適に導いて下流側へと流通させることができる。その結果、ケーシングにおいて冷媒の流通方向を偏向させる偏向部を設けるという簡素な構成で、さらなる電子部品の冷却効率の向上を図ることができる。 That is, in the casing constituting the liquid cooling type cooling device, a deflector for deflecting the flow direction of the refrigerant is provided at least on the upstream side of the fin, and this deflector is attached to the casing in the width direction orthogonal to the flow direction of the refrigerant. By arranging the refrigerant at a position not overlapping with the above electronic components, the refrigerant supplied from the supply port is deflected in the width direction by the deflecting unit, and the refrigerant is moved to a position facing the electronic components not overlapping with the deflecting unit. It can be suitably led and circulated downstream. As a result, the cooling efficiency of the electronic component can be further improved with a simple configuration in which a deflection unit for deflecting the flow direction of the refrigerant is provided in the casing.
本発明に係る液冷式冷却装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図1において、参照符号10は、本発明の第1の実施の形態に係る液冷式冷却装置を示す。
A preferred embodiment of the liquid cooling type cooling device according to the present invention will be described in detail below with reference to the attached drawings. In FIG. 1,
この液冷式冷却装置10は、図1及び図2に示されるように、上下に分割自在な第1及び第2ケーシング(ケーシング)12、14と、前記第1及び第2ケーシング12、14の内部に収納されるフィン16とを含む。
As shown in FIGS. 1 and 2, the liquid-cooling
第1及び第2ケーシング12、14は、例えば、金属製の板材を成形することで略同一形状に形成され、この第1ケーシング12は、平坦状の頂壁部18と、該頂壁部18の外縁部に立設した第1側壁部20とからなり、前記頂壁部18の上面には冷却の必要とされる半導体等の電子部品Eが装着される。
The first and
この電子部品Eは、例えば、第1ケーシング12の幅方向(矢印B方向)に互いに離間するように2個、長手方向(矢印A1、A2方向)に沿ってそれぞれ6個ずつとなる合計12個装着される。換言すれば、第1ケーシング12の幅方向中央に対してそれぞれ幅方向外側(矢印B1方向)に離間するように2列になって長手方向に沿って配置される。なお、電子部品Eは、上述した数量に限定されるものではなく、必要に応じて適宜設定すればよい。
For example, a total of 12 electronic components E are provided so as to be separated from each other in the width direction (direction of arrow B) of the
第2ケーシング14は、図1〜図3に示されるように、平坦状の底壁部22と、該底壁部22の外縁部に立設した第2側壁部24とからなり、前記底壁部22は、第1ケーシング12の頂壁部18と略同一形状に形成されると共に、前記第2側壁部24の端部が第1ケーシング12における第1側壁部20の端部と当接した状態で、例えば、ろう付け等によって接続される。これにより、図1に示されるように、頂壁部18と底壁部22とが略平行となり、第1及び第2ケーシング12、14に囲まれた内部空間が冷媒の流通する流路26となる。
The
また、第2ケーシング14の長手方向(矢印A1、A2方向)に沿った底壁部22には、冷媒の供給される供給口28と、内部を流れた冷媒の排出される排出口30とがそれぞれ開口している。この供給口28は、第2ケーシング14の一端部側(矢印A1方向)において幅方向中央に形成され、排出口30は、第2ケーシング14の他端部側(矢印A2方向)において前記幅方向中央から第2側壁部24側へとオフセットした位置に形成される。
Further, the
すなわち、第2ケーシング14の長手方向において、供給口28と排出口30とが一直線状に配置されておらず、幅方向(矢印B方向)にオフセットしている。
That is, in the longitudinal direction of the
そして、供給口28及び排出口30には、それぞれ冷媒の供給・排出される配管32a、32b(図1参照)が底壁部22に対して略直交するようにそれぞれ接続され、第1及び第2ケーシング12、14において、冷媒が供給口28から排出口30へと長手方向(図1中、矢印A2方向)に沿って流れることとなる。
The
さらに、第2ケーシング14の底壁部22には、第1ケーシング12側に向かって立設し、幅方向(矢印B方向)に沿って延在した一組の第1及び第2ガイド壁(偏向部)34、36が設けられる。この第1及び第2ガイド壁34、36は、第2ケーシング14を成形する際に同時に形成され、底壁部22に対して略直立した断面略U字状に形成されると共に(図1参照)、フィン16の高さと略同等以下となるように形成される。すなわち、第1及び第2ガイド壁34、36は、第2ケーシング14と一体的、且つ、同一となる板厚で形成される。
Furthermore, on the
また、第1ガイド壁34は、供給口28側となる第2ケーシング14の上流側(矢印A1方向)に設けられ、第2ガイド壁36は、排出口30側となる第2ケーシング14の下流側(矢印A2方向)に設けられると共に、前記第2ケーシング14の幅方向中央にそれぞれ設けられる。すなわち、第2ケーシング14の長手方向(矢印A1、A2方向)において互いに一直線状となるように配置される。
The
さらに、第1ガイド壁34は、長手方向において前記供給口28より所定距離だけ離間した位置に配置され、第2ガイド壁36は、前記長手方向において排出口30から所定距離だけ離間した位置に配置される。
Furthermore, the
換言すれば、第1ガイド壁34が供給口28に臨むように配置され、第2ガイド壁36が排出口30に対して幅方向(矢印B方向)にオフセットして配置される。
In other words, the
フィン16は、例えば、アルミニウム材料等の薄板を成形することで断面波状に折曲され、第1及び第2ケーシング12、14の幅方向(矢印B方向)に沿って第1ケーシング12の頂壁部18と第2ケーシング14の底壁部22に対して交互に接するように配置されると共に、波状の断面形状で第1及び第2ケーシング12、14の長手方向(矢印A1、A2方向)に沿って延在するように形成されている。そして、冷媒は、第1及び第2ケーシング12、14において複数のフィン16に沿って流路26内を長手方向(矢印A2方向)へと流通する。
The
また、フィン16は、第1及び第2ケーシング12、14内において第1ガイド壁34と第2ガイド壁36との間となるように配置され、その上流側となる一端部が第1ガイド壁34に臨み、下流側となる他端部が第2ガイド壁36に臨むように設けられている。
In addition, the
さらに、第1及び第2ケーシング12、14の一端部において、フィン16の一端部との間に冷媒の供給される空間となる供給部38が形成され、第1及び第2ケーシング12、14の他端部においてフィン16の他端部との間に冷媒の排出される空間となる排出部40が形成される。
Furthermore, at one end of the first and
本発明の実施の形態に係る液冷式冷却装置10は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
The liquid-cooling
先ず、図示しない冷却液供給手段から配管32aを通じて冷媒が供給口28から供給部38へと供給され、この冷媒は、前記供給部38において第1ガイド壁34によって幅方向中央における下流側(矢印A2方向)への流通が阻止され、幅方向外側(矢印B1方向)となる第1及び第2側壁部20、24側へと幅方向(矢印B1方向)に沿って二股状に分流し、前記第1ガイド壁34の幅方向端部を越えた後に下流側(矢印A2方向)へと流通する。
First, a refrigerant is supplied from the
そして、分流された冷媒が、複数のフィン16に沿って流路26内を第1及び第2側壁部20、24に沿って下流側へと流れることで、この冷媒の流れに対峙するように頂壁部18に設置された電子部品Eとの間で熱交換がなされ、この電子部品Eが好適に冷却されると共に冷媒が加熱される。
Then, the divided refrigerant flows downstream along the first and second
具体的には、電子部品Eで発生した熱が、第1ケーシング12の頂壁部18からフィン16へと伝達され、このフィン16に沿って流れる冷媒と熱交換され、前記フィン16及び第1ケーシング12の頂壁部18を通じて電子部品Eへと伝達された冷熱によって冷却される。
Specifically, the heat generated by the electronic component E is transmitted from the
すなわち、第1ガイド壁34によって冷媒を電子部品Eの配置された第1ケーシング12の幅方向外側(矢印B1方向)へと導いて下流側へと流通させることで、前記冷媒によって前記電子部品Eが効率的に冷却される。
That is, the electronic component E is guided by the refrigerant by guiding the refrigerant to the width direction outer side (direction of arrow B1) of the
最後に、熱交換のなされた冷媒が、複数のフィン16に沿って下流側となる排出部40へと流れ、排出口30を通じて配管32bへと排出される。なお、冷媒は、第1及び第2ケーシング12、14の外部において再び冷却された後に、冷却液供給手段から供給口28へと供給される。
Finally, the refrigerant subjected to heat exchange flows along the plurality of
また、フィン16の下流側において幅方向中央に第2ガイド壁36を設けているため、前記フィン16に沿って流れる冷媒は、第1及び第2ガイド壁34、36の配置された幅方向中央近傍には流れにくく、第1及び第2側壁部20、24側となる幅方向外側(矢印B1方向)に沿って積極的に流れることになる。
Further, since the
以上のように、第1の実施の形態では、液冷式冷却装置10を構成する第1及び第2ケーシング12、14において、フィン16の上流側となる幅方向中央に第1ガイド壁34を設け、この第1ガイド壁34を冷媒の流通方向と略直交するように幅方向(矢印B方向)に延在させ、且つ、底壁部22から所定高さで設けることにより、幅方向中央に開口した供給口28から供給された冷媒を前記幅方向中央から幅方向外側(矢印B1方向)へと分流させ下流側へと流通させることができる。
As described above, in the first embodiment, in the first and
その結果、第1ケーシング12において幅方向外側(矢印B1方向)に複数の電子部品Eが装着された際、幅方向中央に第1ガイド壁34を設けるという簡素な構成で、この電子部品Eに対峙するように冷媒を偏向させ流通させることが可能となるため、前記電子部品Eの冷却効率をさらに向上させることができる。
As a result, when a plurality of electronic components E are mounted on the
換言すれば、電子部品Eの配置されていない第1ケーシング12の幅方向中央への冷媒の流通を抑制することで、この冷媒を効率的に利用して電子部品Eを好適に冷却可能となる。
In other words, by suppressing the flow of the refrigerant to the center in the width direction of the
また、第1及び第2ケーシング12、14において、フィン16の下流側となる幅方向中央に第2ガイド壁36を設け、第1ガイド壁34と同様に、冷媒の流通方向と略直交するように幅方向(矢印B方向)に延在させ、且つ、底壁部22に対して所定高さで設けることで、前記第1ガイド壁34のみを設けた場合と比較し、冷媒のフィン16における幅方向中央の流れをより抑制し、より一層効率的に冷媒を幅方向外側(矢印B1方向)へと流通させ電子部品Eを冷却することが可能となる。
Further, in the first and
さらに、第1及び第2ガイド壁34、36は、第2ケーシング14を板材から成形する際に底壁部22に対して同時に形成することで、製造工数が増加することがなく部品点数の増加が防止される。
Further, by forming the first and
さらにまた、第1及び第2ガイド壁34、36に対し、フィン16の一端部及び他端部を突き当てるように配置することで、液冷式冷却装置10を組み付ける際に、第2ケーシング14に対する前記フィン16の位置決めを容易に行うことができる。
Furthermore, when the liquid-cooling
次に、第2の実施の形態に係る液冷式冷却装置50を図4及び図5に示す。なお、上述した第1の実施の形態に係る液冷式冷却装置10と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。
Next, a liquid cooling
この第2の実施の形態に係る液冷式冷却装置50では、第2ケーシング52の底壁部54に対して第1及び第2ガイド壁(偏向部)56、58を切り起こして形成すると共に、前記底壁部54を覆うカバープレート60を備えている点で、第1の実施の形態に係る液冷式冷却装置10と相違している。
In the liquid-cooling
この液冷式冷却装置50は、図4及び図5に示されるように、上下に分割自在な第1及び第2ケーシング(ケーシング)12、52と、前記第2ケーシング52の一部を覆うカバープレート60と、前記第1及び第2ケーシング12、52の内部に収納されるフィン16とを含み、前記第2ケーシング52の底壁部54には、フィン16の一端部及び他端部に臨む位置にそれぞれ第1及び第2ガイド壁56、58が形成される。
As shown in FIGS. 4 and 5, the liquid cooling
この第1及び第2ガイド壁56、58は、例えば、第2ケーシング52における底壁部54の一部を切り欠き、該底壁部54に対して略直角とし、且つ、幅方向(矢印B方向)に沿って延在するように折曲させることで形成される。また、第1及び第2ガイド壁56、58を形成することで、底壁部54には、前記第1及び第2ガイド壁56、58と略同一面積となる断面長方形状の開口部62a、62bが開口する。
For example, the first and
この開口部62a、62bは、図4に示されるように、第2ケーシング52の底壁部54に対して下方からカバープレート60を覆うように装着することで覆われた状態となる。このカバープレート60は、例えば、第2ケーシング52に対してろう付けによって固定される。
The
なお、上述した第2ケーシング52では、第1ガイド壁56が底壁部54に対して開口部62aの上流側(矢印A1方向)に切り起こされ、第2ガイド壁58が前記底壁部54に対して開口部62bの下流側(矢印A2方向)に切り起こされる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、前記第1及び第2ガイド壁56、58が共に開口部62a、62bの上流側又は下流側にそれぞれ切り起こされていてもよいし、上記とは反対に、第1ガイド壁56が開口部62aに対して下流側(矢印A2方向)、第2ガイド壁58が開口部62bに対して上流側(矢印A1方向)となるように切り起こされてもよい。
In the
以上のように、第2の実施の形態では、液冷式冷却装置50を構成する第1及び第2ケーシング12、52において、フィン16の上流側となる幅方向中央に第1ガイド壁56を設け、この第1ガイド壁56を冷媒の流通方向と略直交するように幅方向(矢印B方向)に延在させ、且つ、所定高さで設けることにより、供給口28から供給された冷媒を前記幅方向中央から幅方向外側(矢印B1方向)へと分流させ下流側へと流通させることができる。
As described above, in the second embodiment, in the first and
その結果、第1ケーシング12において幅方向外側(矢印B1方向)に複数の電子部品Eが装着された場合に、第1ガイド壁56によってこの電子部品Eに対峙するように冷媒を偏向させ流通させることが可能となるため、前記電子部品Eの冷却効率をさらに向上させることができる。換言すれば、電子部品Eの配置されていない第1ケーシング12の幅方向中央における冷媒の流通を抑制することで、この冷媒を利用して電子部品Eを好適に冷却可能となる。
As a result, when a plurality of electronic components E are mounted on the
また、第1及び第2ガイド壁56、58を、第2ケーシング52における底壁部54の一部を切り起こして形成することで、液冷式冷却装置50の部品点数が増加してしまうことがない。
In addition, by forming the first and
さらに、上述した第1及び第2の実施の形態に係る液冷式冷却装置10、50では、第1及び第2ガイド壁34(56)、36(58)が幅方向中央に配置され、幅方向外側(矢印B1方向)に配置された二列の電子部品Eを分流させた冷媒によって冷却する構成について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、前記電子部品Eの配置に応じ、第1及び第2ケーシング12、14(52)の幅方向(矢印B方向)において該電子部品Eと重複することがないようにガイド壁を配置すればよい。これにより、供給口28及び排出口30の位置にかかわらず、冷媒を電子部品Eに臨む位置へと好適に偏向させ流通させることで効率的に冷却することが可能となる。
Furthermore, in the liquid-cooling
なお、本発明に係る液冷式冷却装置は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。 The liquid cooling type cooling device according to the present invention is not limited to the above embodiment, and it goes without saying that various configurations can be adopted without departing from the scope of the present invention.
10、50…液冷式冷却装置 12…第1ケーシング
14、52…第2ケーシング 16…フィン
18…頂壁部 22、54…底壁部
28…供給口 30…排出口
34、56…第1ガイド壁 36、58…第2ガイド壁
E…電子部品
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ケーシングは、少なくとも前記フィンの上流側に設けられ、前記冷媒の流通方向を偏向させる偏向部を備え、
前記偏向部は、前記流通方向と直交する幅方向において、前記電子部品と重複することがない位置に配置されることを特徴とする液冷式冷却装置。 A refrigerant provided with a casing having a supply port to which a refrigerant is supplied and an outlet from which the refrigerant is discharged, and a fin housed in the casing, the electronic component with heat generation provided in the casing being the refrigerant Liquid cooled cooling system, which is cooled by heat exchange of
The casing is provided at least on the upstream side of the fin, and includes a deflection unit that deflects the flow direction of the refrigerant.
The liquid-cooling type cooling device characterized in that the deflection unit is disposed at a position not overlapping the electronic component in a width direction orthogonal to the flow direction.
前記偏向部は前記フィンの下流側にも設けられ、前記フィンの上流側に配置される一方の偏向部と、前記フィンの下流側に配置される他方の偏向部とが、前記流通方向に沿って一直線状に配置されることを特徴とする液冷式冷却装置。 In the liquid cooling type cooling device according to claim 1,
The deflection portion is also provided on the downstream side of the fin, and one deflection portion disposed on the upstream side of the fin and the other deflection portion disposed on the downstream side of the fin are along the flow direction. Liquid-cooled cooling device characterized in that it is arranged in a straight line.
前記偏向部は、前記ケーシングに対して立設し、該ケーシングと一体的に形成されることを特徴とする液冷式冷却装置。 In the liquid cooling type cooling device according to claim 1 or 2,
The liquid-cooling type cooling device is characterized in that the deflection portion is erected with respect to the casing and integrally formed with the casing.
前記偏向部は、前記ケーシングに対して立設し、前記ケーシングの壁部を切り起こして形成されることを特徴とする液冷式冷却装置。 In the liquid cooling type cooling device according to claim 1 or 2,
The liquid-cooling type cooling device is characterized in that the deflecting portion is erected with respect to the casing, and is formed by cutting and raising a wall portion of the casing.
前記偏向部は、前記フィンと略同等の高さで形成されることを特徴とする液冷式冷却装置。 In the liquid cooling type cooling device according to any one of claims 1 to 4,
The liquid-cooling type cooling device according to claim 1, wherein the deflection portion is formed to have a height substantially equal to that of the fin.
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WO2020240777A1 (en) * | 2019-05-30 | 2020-12-03 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor device |
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2017
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