JP2020161655A - Cooling system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷却システムに関するものである。 The present invention relates to a cooling system.
例えば、特許文献1には、複数の発熱体を冷却する潜熱利用型冷却装置が開示されている。この潜熱利用型冷却装置(冷却システム)においては、発熱体に接して配置される液体冷媒を蒸発させ、液体冷媒の潜熱により発熱体を冷却する。このような潜熱利用型冷却装置においては、蒸発室において蒸発して気体状態となった冷媒を凝縮室において再度液体状態とし、再び蒸発室へと循環させている。 For example, Patent Document 1 discloses a latent heat utilization type cooling device that cools a plurality of heating elements. In this latent heat utilization type cooling device (cooling system), the liquid refrigerant arranged in contact with the heating element is evaporated, and the heating element is cooled by the latent heat of the liquid refrigerant. In such a latent heat utilization type cooling device, the refrigerant evaporated in the evaporation chamber and turned into a gaseous state is put into a liquid state again in the condensation chamber and circulated to the evaporation chamber again.
上記の潜熱利用型冷却装置においては、冷媒の流れ方向に沿って発熱体が配置されている。このような配置とすると、冷媒の流れ方向の上流側に配置される発熱体と、下流側に配置される発熱体とでは、接触する冷媒の温度が異なることとなり、冷媒の沸騰するタイミングがそれぞれ異なり、冷却性能が安定しない。 In the above latent heat utilization type cooling device, heating elements are arranged along the flow direction of the refrigerant. With such an arrangement, the temperature of the refrigerant in contact differs between the heating element arranged on the upstream side in the flow direction of the refrigerant and the heating element arranged on the downstream side, and the timing at which the refrigerant boils is different. Unlike, the cooling performance is not stable.
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、冷却システムにおいて、冷却性能を安定させることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to stabilize the cooling performance in a cooling system.
上記目的を達成するために、本発明では、第1の手段として、冷却媒体の流路が内部に形成されると共に液体状態の冷却媒体を蒸発させることにより複数の高温の電子部品を冷却する蒸発器と、前記冷却媒体を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器から前記蒸発器へと前記冷却媒体を案内する第1流路と、前記蒸発器から前記凝縮器へと前記冷却媒体を案内する第2流路とを備え、前記蒸発器は、前記第1流路と接続されると共に低温の電子部品が外面に設けられる予熱室と、前記予熱室及び第2流路に接続され、高温の電子部品が外面に設けられると共に前記高温の電子部品のそれぞれに対応して複数設けられる蒸発室とが形成される、という構成を採用する。 In order to achieve the above object, in the present invention, as a first means, evaporation is performed to cool a plurality of high-temperature electronic components by forming a flow path of the cooling medium inside and evaporating the cooling medium in a liquid state. A device, a condenser for condensing the cooling medium, a first flow path for guiding the cooling medium from the condenser to the evaporator, and a first flow path for guiding the cooling medium from the evaporator to the condenser. The evaporator is provided with two flow paths, and the evaporator is connected to the first flow path and a preheating chamber in which a low-temperature electronic component is provided on an outer surface, and is connected to the preheating chamber and the second flow path to generate high-temperature electrons. A configuration is adopted in which the parts are provided on the outer surface and a plurality of evaporation chambers are provided corresponding to each of the high-temperature electronic parts.
第2の手段として、上記第1の手段において、前記蒸発器は、前記蒸発室に、流路面の表面積を拡張させる表面積拡張部材を備える、という構成を採用する。 As a second means, in the first means, the evaporator adopts a configuration in which the evaporation chamber is provided with a surface area expanding member for expanding the surface area of the flow path surface.
本発明によれば、各高温の電子部品に対応して蒸発室を設けており、さらに蒸発室の上流側に低温の電子部品が配置された予熱室が設けられている。これにより、冷却媒体は、予熱された状態で各高温の電子部品と個別に熱接触することとなる。したがって、冷却媒体が沸騰するタイミングのバラツキを抑制すると共に、早期に冷却媒体を沸騰させることができ、冷却性能を安定させることが可能である。 According to the present invention, an evaporation chamber is provided corresponding to each high-temperature electronic component, and a preheating chamber in which low-temperature electronic components are arranged is provided on the upstream side of the evaporation chamber. As a result, the cooling medium is in thermal contact with each high-temperature electronic component in a preheated state. Therefore, it is possible to suppress the variation in the timing at which the cooling medium boils, and to boil the cooling medium at an early stage, thereby stabilizing the cooling performance.
以下、図面を参照して、本発明に係る冷却システムの一実施形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment of the cooling system according to the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態に係る冷却システム1は、図1に示すように、蒸発器2と、凝縮器3と、ポンプ4と、蒸発器流入流路R1(第1流路)と、蒸発器排出流路R2(第2流路)と、戻り流路R3とを有している。
As shown in FIG. 1, the cooling system 1 according to the present embodiment includes an
蒸発器2は、図2に示すように、ケーシング2aと、流路部材2bと、マイクロチャネル2c(表面積拡張部材)とを有している。ケーシング2aは、熱伝導率の高い素材により形成された略直方体形状の中空部材である。ケーシング2aは、互いに対向する2つの伝熱面を有しており、一方の面にはパワー半導体チップ100(高温の電子部品)が複数設けられ、他方の面には他の電子部品200(低温の電子部品)が複数設けられる。なお、電子部品200は、パワー半導体チップ100よりも発熱温度が低い特性を有している。また、ケーシング2aには、蒸発器流入流路R1、蒸発器排出流路R2及び戻り流路R3が接続され、内部に冷却媒体が流入する。
As shown in FIG. 2, the
流路部材2bは、ケーシング2aの内部空間に設けられ、冷却媒体を一定の方向へと案内する仕切り部材である。この流路部材2bは、各パワー半導体チップ100及び各電子部品200の間を区切るように設けられている。ケーシング2aの内部には、流路部材2bにより、電子部品200が外面に設けられる予熱室R4と、パワー半導体チップ100が外面に設けられると共に各パワー半導体チップ100に対応した複数の蒸発室R5とが形成されている。予熱室R4は、蒸発器流入流路R1と接続されている。蒸発室R5は、予熱室R4及び蒸発器排出流路R2と接続されている。
The
マイクロチャネル2cは、内部に微細流路が形成された部材であり、ケーシング2aにおけるパワー半導体チップ100が設けられる面の内側に、パワー半導体チップ100と重なるようにして配置される。
The
図1に戻り、凝縮器3は、不図示の熱交換器と、内部流路とを有しており、蒸発器2において気体状態となった冷却媒体を冷却することにより凝縮させる。このような凝縮器3は、蒸発器流入流路R1及び蒸発器排出流路R2と接続されている。すなわち、蒸発器流入流路R1には、凝縮器3において液体状態とされた冷却媒体が流れ、蒸発器排出流路R2には蒸発器2において気体状態(または気液混合状態)とされた冷却媒体が流れる。なお、戻り流路R3は、蒸発器流入流路R1に下流端が接続されており、排出された冷却媒体を蒸発器2へと戻している。
Returning to FIG. 1, the condenser 3 has a heat exchanger (not shown) and an internal flow path, and condenses the cooling medium in a gaseous state in the
ポンプ4は、蒸発器流入流路R1上に設けられ、凝縮器3から蒸発器2へと液体状態の冷却媒体を圧送する。
The
このような冷却システム1においては、凝縮器3より供給される液体状態の冷却媒体が、ポンプ4により圧送されることにより、蒸発器流入流路R1を介して蒸発器2へと流入する。そして、液体状態の冷却媒体は、蒸発器2内部において、予熱室R4へと案内される。冷却媒体は、予熱室R4において電子部品200と熱交換される。これにより、冷却媒体の温度は、凝縮器3から排出された直後よりも上昇する。
In such a cooling system 1, the liquid cooling medium supplied from the condenser 3 is pumped by the
そして、冷却媒体は、予熱室R4から蒸発室R5へと案内される。冷却媒体は、蒸発室R5において、マイクロチャネル2c内を通過することによりパワー半導体チップ100と熱交換され、沸騰して蒸発する。このときの蒸発潜熱により、パワー半導体チップ100が冷却される。気体状態となった冷却媒体は、蒸発室R5から蒸発器排出流路R2へと排出され、再び凝縮器3へと流入する。また、一部の冷却媒体は、蒸発室R5から戻り流路R3へと排出され、蒸発器流入流路R1を介して再び蒸発器2へと流入する。すなわち、蒸発器流入流路R1と戻り流路R3とにより、冷却媒体の一部が凝縮器3を介さずに循環している。なお、蒸発器排出流路R2から遠い側に位置する蒸発室R5から排出される冷却媒体は、蒸発器排出流路R2から近い側に位置する蒸発室R5の外側を通り、蒸発器排出流路R2へと排出される。
Then, the cooling medium is guided from the preheating chamber R4 to the evaporation chamber R5. The cooling medium exchanges heat with the
このような本実施形態によれば、パワー半導体チップ100と冷却媒体との熱交換よりも上流において、電子部品200と冷却媒体との熱交換が行われる。これにより、冷却媒体が予熱された状態で蒸発室R5においてパワー半導体チップ100と熱交換される。これにより、冷却媒体がパワー半導体チップ100との熱交換時に蒸発しやすくなり、蒸発潜熱による冷却性能を安定させることが可能である。
According to this embodiment, heat exchange between the
また、本実施形態によれば、蒸発器2は、パワー半導体チップ100と対応する位置において、マイクロチャネル2cを有している。これにより、蒸発器2は、内側の表面積を増加させることができ、蒸発器2による冷却効率を向上させることが可能である。
Further, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、蒸発器2は、予熱室R4と蒸発室R5とに分割されており、蒸発器2に流入した冷却媒体を容易に案内することが可能である。したがって、蒸発器2内における冷却媒体の温度分布を容易に管理することができ、冷却性能を安定させることが可能である。
Further, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、蒸発器2は、蒸発室R5について、各パワー半導体チップ100に対応して複数設けられている。したがって、各蒸発室R5には概略等しい温度の冷却媒体が供給されることとなり、パワー半導体チップ100ごとに冷却効率が異なることがない。したがって、これによっても冷却性能を安定させることが可能である。
Further, according to the present embodiment, a plurality of
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described above with reference to the drawings, the present invention is not limited to the above embodiment. The various shapes and combinations of the constituent members shown in the above-described embodiment are examples, and can be variously changed based on design requirements and the like without departing from the spirit of the present invention.
上記実施形態においては、高温の電子部品としてパワー半導体チップ100を一例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。また、低温の電子部品200は、例えば、リアクトルや、発熱温度の低い半導体等とすることが可能である。
In the above embodiment, the
上記実施形態においては、表面積拡張部材として、マイクロチャネル2cを有するものとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、表面積拡張部材は、複数のフィンが立設された形状としてもよい。
In the above embodiment, the surface area expanding member is assumed to have the
1 冷却システム
2 蒸発器
2b 流路部材
2c マイクロチャネル
3 凝縮器
100 パワー半導体チップ
200 電子部品
R1 蒸発器流入流路
R2 蒸発器排出流路
R3 流路
R4 予熱室
R5 蒸発室
1
Claims (2)
前記冷却媒体を凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器から前記蒸発器へと前記冷却媒体を案内する第1流路と、
前記蒸発器から前記凝縮器へと前記冷却媒体を案内する第2流路と
を備え、
前記蒸発器は、
前記第1流路と接続されると共に低温の電子部品が外面に設けられる予熱室と、
前記予熱室及び第2流路に接続され、高温の電子部品が外面に設けられると共に前記高温の電子部品のそれぞれに対応して複数設けられる蒸発室と
が形成されることを特徴とする冷却システム。 An evaporator that cools a plurality of high-temperature electronic components by forming a flow path of the cooling medium inside and evaporating the cooling medium in a liquid state.
A condenser that condenses the cooling medium and
A first flow path that guides the cooling medium from the condenser to the evaporator,
A second flow path for guiding the cooling medium from the evaporator to the condenser is provided.
The evaporator is
A preheating chamber connected to the first flow path and provided with low-temperature electronic components on the outer surface,
A cooling system connected to the preheating chamber and the second flow path, in which high-temperature electronic components are provided on the outer surface and a plurality of evaporation chambers are provided corresponding to each of the high-temperature electronic components. ..
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