JP3348552B2 - 電子機器の冷却装置 - Google Patents

電子機器の冷却装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、パワーエレクトロニク
スの分野で使用するインバータ装置，スイッチング電源
装置などを対象とした電子機器の冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】頭記した電子機器の冷却方式として従来
より一般に採用されている方式は、大別して風冷方式，
および液冷方式に分けられる。ここで、風冷方式は空気
を冷却媒体として電子機器のパワーデバイスなどで発生
した熱を除去するものであり、通常はパワーデバイスを
フィン付きヒートシンクに搭載し、他の制御用プリント
回路板，送風ファンとともにケース内に組み込み、ファ
ン送風により外気をケース内に通風して発生熱を系外に
放熱するようにしている。
【０００３】図４はかかる風冷方式による従来の電子機
器の冷却装置を示すものであり、図において、１はパワ
ートランジスタなどのパワーデバイス、２はパワーデバ
イス１を搭載したフィン付きヒートシンク、３はヒート
シンク２に連結してその上方に配置した制御用のプリン
ト回路板、４はこれら各部品を組み込んだケース、５は
ケース４の空気取り入れ口側に設置した送風ファン、６
はエアフィルタである。かかる構成で、パワーデバイス
１の発生熱はヒートシンク２に伝熱し、ここで送風ファ
ン５を運転することにより、ケース４の周囲からエアフ
ィルタ６を通して取り込んだ外気が矢印のようにケース
内を通風した後に空気出口４ａを通じて排気され、この
送風，換気によりパワーデバイス１，プリント回路板の
実装部品などが強制通風冷却される。
【０００４】一方、液冷方式は風冷方式における送風フ
ァンの代わりに、パワーデバイスを搭載したヒートシン
クに冷媒液パイプなどを埋設し、外部から冷却水などの
冷媒液を通流して発生熱を除熱するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した従
来の風冷方式，液冷方式を単独採用した電子機器の冷却
装置では次記のような難点がある。 １）風冷方式では、電子機器の周囲の大気中から空気を
ケース内に取り込むために、塵埃，湿気，腐食性ガスな
どが混在している周囲雰囲気の条件下で使用する場合に
は塵埃，湿気による電子部品の劣化，腐食などの影響を
直接受けるおそれがある。そこで、通常は図４で示した
ようにケースの空気取り入れ口にエアフィルタを取付け
て空気の汚染物質を除去するようにしているが、フィル
タは経時的に機能が低下することから定期的にフィルタ
を交換するなどのメンテナンスが必要で、その保守管理
が厄介である。
【０００６】２）水冷方式は、風冷方式のようにケース
内に外気を取り込む必要がないことからケースとして周
囲雰囲気（外気）の影響を受けない密閉構造の閉鎖形ケ
ースの採用が可能である反面、閉鎖形ケース内の空気温
度と冷却水との間に大きな温度差があるとケース内に結
露が発生し、その露水が電子部品に付着して絶縁劣化を
来すおそれがある。また、水冷式ヒートシンクにパワー
デバイス（デバイスの金属ベース板をヒートシンクに伝
熱的に結合する）を搭載した水冷方式では、局部冷却の
ために基板，パッケージなどに熱的応力，変形が生じて
ひび割れなどが生じるおそれがあるほか、このままでは
パワーデバイス以外の制御用プリント回路板の実装部品
などを冷却することができない。
【０００７】本発明は上記の点にかんがみなされたもの
であり、その目的は前記課題を解決し、周囲雰囲気の影
響を受けない閉鎖形ケースを採用しつつ、ケース内に組
み込んだ主回路部品であるパワーデバイス，および制御
用のプリント回路板を効果的に冷却できるよう構成した
電子機器の冷却装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、閉鎖形ケース内に、パワーデバイ
スを搭載したフィン付きヒートシンクと、制御用のプリ
ント回路板と、前記ヒートシンクに埋没配管されて外部
から液体冷媒を通流する冷却パイプと、空気を循環送風
する送風ファンとを収容し、前記パワーデバイスの発生
熱を前記ヒートシンクへ伝熱した後に前記液体冷媒と熱
交換するとともに、前記ヒートシンクと熱交換した空気
を送風ファンにより前記閉鎖形ケース内に循環送風して
前記パワーデバイスのパッケージ周面および前記プリン
ト回路板の実装部品を風冷するものとする。
【０００９】また、前記構成は、次記のような具体的態
様で実施することができる。 １）前記ヒートシンクに結露した露水をケース外に排出
する手段として、前記全閉形ケース内の前記ヒートシン
クの下面側に露水受皿を設けるとともに、該露水受皿に
接続したドレンパイプを前記全閉形ケースを貫通して外
部に引出す。
【００１０】２）前記フィン付きヒートシンクの後端部
に、下面側のフィンを通過した冷却風を反転させてパワ
ーデバイスを搭載した前記ヒートシンクの上面側に導く
導風ガイドを設ける。 ３）前記導風ガイドに連ねて前記ヒートシンクの後部上
面側にフィンを設ける。
【００１１】
【作用】上記構成によれば、電子部品を閉鎖形ケース内
に収容したので、電子部品が周囲雰囲気の湿気，腐食性
ガスなどの影響を受けて劣化するおそれは全くない。し
かも、パワーデバイスの発生熱はフィン付きヒートシン
クに伝熱した後、該ヒートシンクに配管した液冷パイプ
を流れる液体冷媒により系外に除熱されるとともに、前
記ヒートシンクと熱交換した冷却空気がファンによりケ
ース内に循環通風し、パワーデバイスのパッケージ，お
よびプリント回路板の実装部品を強制風冷する。これに
より、電子機器全体が殆どメンテナンスフリーのままで
効果的に冷却される。
【００１２】また、ヒートシンクの表面に結露した露水
はフィンを伝わって露水受皿に滴下した後、ドレンパイ
プを通じてケース外に排水されるので、湿気による電子
部品の劣化が良好に防げる。これに加えて、フィン付き
ヒートシンクの後端部に下面側のフィンを通過した冷却
風を反転させてパワーデバイスを搭載したヒートシンク
の上面側に導く導風ガイドを設け、さらに該導風ガイド
に連ねてヒートシンクの後部上面側にもフィンを設ける
ことで、ケース内を循環通風する冷却空気流の風損を低
めて冷却空気流を円滑に送風できるとともに、該冷却空
気流とフィン付きヒートシンクとの間の熱交換効率がよ
り一層向上する。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、各実施例の図中で図４に対応する同一部材
には同じ符号が付してある。まず、図１は本発明の基本
的な実施例の構成図であり、パワーデバイス１，プリン
ト回路板３は、パワーデバイス１を搭載したフィン付き
ヒートシンク２，および送風ファン５とともに密閉構造
になる閉鎖形ケース７の中に収容されており、さらに前
記ヒートシンク２には外部より冷却水（液体冷媒）を流
す冷却パイプ８が埋設配管されている。なお、ヒートシ
ンク２のフィン２ａは平行フィンとしてファン５の送風
方向と合わせてある。
【００１４】かかる構成で、電子機器の実使用時にはフ
ァン５を運転するとともに、冷却パイプ８を通じてヒー
トシンク２に外部から冷却水を循環送水する。なお、図
示されてないが冷却パイプ８は外部の水冷却ユニットに
接続されている。これにより、パワーデバイス１の発生
熱はヒートシンク２へ伝熱した後、液体冷媒との熱交換
して除熱される。一方、ケース７の内部空間にはファン
５により矢印示すように冷却風が循環通風し、フィン付
きヒートシンク２との熱交換により低温になった空気流
でパワーデバイス１のパッケージ周面，およびプリント
回路板３の実装部品などを風冷する。これにより、パワ
ーデバイス１の除熱と、閉鎖形ケース７に組み込まれた
電子機器全体が効果的に冷却される。
【００１５】次に、図１の応用実施例を図２，図３に示
す。まず、図２の実施例においては、ヒートシンク２の
下面側に配列した平行フィン２ａの後部を下方に傾斜拡
大した上で、その下方に露水受皿９が追加装備されてお
り、かつ該受皿９に接続したドレンパイプ９ａがケース
壁を貫通して外部に引出してある。かかる構成により、
ケース内の循環空気流とヒートシンク２との温度差から
ヒートシンク２の表面に結露した露水はフィン２ａを伝
わって露水受皿９の中に滴下した後、ドレンパイプ９ａ
を通じて系外に排水される。これにより、ケース５内の
空気が除湿されるので、ケース内に収容した各種電子部
品が湿気，結露の影響で劣化するのを防ぐことができ
る。
【００１６】また、図３に示す実施例では、図２の実施
例で述べた露水受皿９に加えて、さらにフィン付きヒー
トシンク２の後端部に導風ガイド１０を組合わせるとと
もに、該導風ガイド１０に連ねてヒートシンク２の後部
上面側にも平行フィン２ｂが設けてある。ここで、導風
ガイド１０はヒートシンク２の上下面の間を連ねる円弧
状の通風路を画成した風胴であり、ヒートシンク２の下
面側フィン２ａを通過した冷却風の風向を反転させてヒ
ートシンク２の上面側へ導くような役目を果たす。ま
た、ヒートシンク２の後部上面側にもフィン２ｂを設け
ることにより、ケース内を循環通風する冷却風とヒート
シンク２との間の伝熱面積が増加して熱交換効率がより
一層向上する。また、冷却パイプ８はヒートシンク２へ
ジグザグに蛇行配管してあり、これにより液冷効果がよ
り一層高まる。
【００１７】
【発明の効果】以上述べたように本発明の構成によれ
ば、電子機器設置場所の大気が湿気，腐食性ガスを含ん
でいたりしている場合でも、周囲雰囲気の影響を受ける
ことなく、閉鎖形ケース内に収容したパワーデバイスを
含む各種電子部品を安全，かつ長期間メンテナンスフリ
ーのまま効果的に冷却することができる。
【００１８】また、液体冷媒が通流するヒートシンクと
ケース内の循環空気流との温度差からにヒートシンクの
表面に結露した露水をケース外に排出する手段として、
ヒートシンクの下面側にドレンパイプ付きの露水受皿を
設けたことにより、電子部品への結露の影響を排除する
ことかできる。さらに、フィン付きヒートシンクに導風
ガイドを組合わせた構成、および該導風ガイドに連ねて
ヒートシンクの後部上面側にもフィンを設けた構成を採
用することにより、ケース内を循環通風する冷却風の風
損の低減と併せて、ヒートシンクとの熱交換効率をより
一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による電子機器の冷却装置の構
成図
【図２】本発明の応用実施例を示す構成図
【図３】本発明の異なる応用実施例を示す構成図
【図４】従来における電子機器の冷却装置の構成図
【符号の説明】
１ パワーデバイス ２ フィン付きヒートシンク ２ａ，２ｂ フィン ３ プリント回路板 ５ 送風ファン ７ 閉鎖形ケース ８ 冷却パイプ ９ 露水受皿 ９ａ ドレンパイプ １０ 導風ガイド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−310889（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−290098（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−320399（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−117894（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−147395（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−83173（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−82045（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05K 7/20

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】閉鎖形ケース内に、パワーデバイスを搭載
    したフィン付きヒートシンクと、制御用のプリント回路
    板と、前記ヒートシンクに埋没配管されて外部から液体
    冷媒を通流する冷却パイプと、空気を循環送風する送風
    ファンとを収容し、前記パワーデバイスの発生熱を前記
    ヒートシンクへ伝熱した後に前記液体冷媒と熱交換する
    とともに、前記ヒートシンクと熱交換した空気を送風フ
    ァンにより前記閉鎖形ケース内に循環送風して前記パワ
    ーデバイスのパッケージ周面および前記プリント回路板
    の実装部品を風冷することを特徴とする電子機器の冷却
    装置。
  2. 【請求項２】請求項１記載の電子機器の冷却装置におい
    て、前記ヒートシンクに結露した露水をケース外に排出
    する手段として、前記全閉形ケース内の前記ヒートシン
    クの下面側に露水受皿を設けるとともに、該露水受皿に
    接続したドレンパイプを前記全閉形ケースを貫通して外
    部に引出したことを特徴とする電子機器の冷却装置。
  3. 【請求項３】請求項１または２記載の電子機器の冷却装
    置において、前記フィン付きヒートシンクの後端部に、
    下面側のフィンを通過した冷却風を反転させてパワーデ
    バイスを搭載した前記ヒートシンクの上面側に導く導風
    ガイドを設けたことを特徴とする電子機器の冷却装置。
  4. 【請求項４】請求項３記載の電子機器の冷却装置におい
    て、前記導風ガイドに連ねて前記ヒートシンクの後部上
    面側にフィンを設けたことを特徴とする電子機器の冷却
    装置。
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