JP4479568B2 - 積層型冷却器 - Google Patents
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Description
この積層型冷却器9は、各冷却管92に冷媒5を供給する供給側冷媒ヘッダ93Aと、各冷却管92から冷媒5を排出する排出側冷媒ヘッダ93Bとを有している。また、積層配置された複数の冷却管92における冷媒流路921は、その一端において供給側冷媒ヘッダ93Aにおけるヘッダ流路931に連通され、その他端において排出側冷媒ヘッダ93Bにおけるヘッダ流路931に連通されている。
該複数の冷却管の両端部にそれぞれ係合し、該複数の冷却管を積層固定する一対の冷媒ヘッダとを有し、
上記各冷却管内に形成した冷媒流路は、その両端部が上記各冷媒ヘッダ内に形成したヘッダ流路にそれぞれ連通してあり、
上記冷却管は、該冷却管の積層方向及び上記冷媒流路の流路形成方向に直交する直交方向に向けて、上記電子部品を1列に並ぶ状態で複数個挟持するよう構成してあり、
上記冷媒流路は、上記電子部品の配列数と同じ数に上記直交する方向に分割形成した複数の分割冷媒流路部からなり、
上記一対の冷媒ヘッダのうち上記冷却管に冷媒を供給する供給側冷媒ヘッダは、上記分割冷媒流路部毎に配設してあることを特徴とする積層型冷却器にある(請求項1)。
また、もう一つの本発明は、電子部品を挟持して冷却する複数の冷却管と、
該複数の冷却管の両端部にそれぞれ係合し、該複数の冷却管を積層固定する一対の冷媒ヘッダとを有し、
上記各冷却管内に形成した冷媒流路は、その両端部が上記各冷媒ヘッダ内に形成したヘッダ流路にそれぞれ連通してあり、
上記冷却管は、該冷却管の積層方向及び上記冷媒流路の流路形成方向に直交する方向に、上記電子部品を1列に並ぶ状態で複数個挟持するよう構成してあり、
上記冷却管の内部には、上記流路形成方向に直交する断面が波型形状を有するインナフィンが配設してあり、
該インナフィンは、発熱量が異なる上記複数の電子部品のうち発熱量が他よりも大きくなるものに対向させる部分の上記波型形状のピッチを小さくして、当該部分の伝熱面積を大きくしたことを特徴とする積層型冷却器にある(請求項5)。
そして、冷却管は、上記流路形成方向においては、電子部品1個分の配置スペースを有していればよく、冷却管及び積層型冷却器の流路形成方向における寸法を小さく維持することができる。また、冷却管は、上記直交方向において、電子部品を複数個配置することができる。そのため、積層型冷却器において、電子部品を多く保持するために、冷却管の積層個数を増大させる必要がなく、積層型冷却器の積層方向における寸法を小さく維持することができる。
それ故、本発明の積層型冷却器によれば、流路形成方向及び積層方向の寸法を小さく維持すると共に冷却性能を維持したまま、多くの電子部品を保持することができる。
すなわち、積層型冷却器を使用する際には、一方の冷媒ヘッダのヘッダ流路から各冷却管の冷媒流路内に冷媒を供給する。そして、この冷媒が各冷媒流路内を流れる際に、各電子部品との熱交換を行い、各電子部品を冷却する。その後、熱交換により温度が上昇した冷媒は、各冷媒流路から他方の冷媒ヘッダのヘッダ流路内に排出する。
本発明において、上記電子部品は、例えば、インバータ素子を内蔵したものとすることができる。特に、電子部品は、IGBT(電力スイッチング素子)とFWD(ダイオード素子)とを内蔵したインバータ用半導体モジュールとすることができる。
また、インバータ用半導体モジュールは、自動車用インバータ、産業機器のモータ駆動インバータ、ビル空調用のエアコンインバータ等に用いるものとすることができる。
また、電子部品は、ハイブリッド電気自動車(HEV)又は電気自動車(EV)等におけるバッテリ(電池)とすることもできる。また、電子部品は、モジュール化していない半導体とすることもでき、例えば、サイリスタ、パワートランジスタ、パワーFET、IGBT等とすることもできる。
この場合には、冷媒ヘッダを、冷却管とは別の部材によって形成する必要がない。そのため、積層型冷却器の部品点数を少なくすることができると共に、その製造を容易にすることができる。
この場合には、冷却管の流路形成方向において、電子部品1個分の配置スペースを適切に確保することができ、冷却管及び積層型冷却器の流路形成方向における寸法を適切に小さくすることができる。
なお、電子部品1個分の大きさを考慮すると、冷却管の流路形成方向における全長は50mm以上とすることができる。
これにより、インナフィンにより、冷却管における冷却効率を向上させることができる。
この場合には、冷却管における伝熱性能を、上記直交する方向における各部位で異ならせることができる。すなわち、冷却管において、伝熱性能を向上させたい上記直交する方向における部分は、インナフィンの波型形状のピッチを小さくすることができる。
そのため、例えば、各電子部品において発熱量が最も大きい部位に対向するインナフィンの部分における波型形状のピッチを最も小さくすることにより、各電子部品を効果的に冷却することができる。
これにより、発熱量が大きい電子部品を、インナフィンにおける伝熱性能が大きな部分によって効果的に冷却することができる。
これにより、冷却管において、電子部品には冷媒を通過させる分割冷媒流路部を対向させ、電子部品同士の間のスペースには分割冷媒流路部同士を分割する分割部を対向させることができる。これにより、冷却管においては、各電子部品と対向する部分にのみ冷媒を通過させることができ、各電子部品を効果的に冷却することができる。
これにより、各分割冷媒流路部に各供給側冷媒ヘッダのヘッダ流路を連通させることができ、各供給側冷媒ヘッダを介して各分割冷媒流路部に別々に冷媒を供給することができる。これにより、例えば、各供給側冷媒ヘッダにおける冷媒の流速を互いに異ならせ、各分割冷媒流路部における冷却性能を異ならせることができる。
なお、上記供給側冷媒ヘッダは、上記分割冷媒流路部の分割数に対応して、複数の上記ヘッダ流路を分割形成することにより、積層型冷却器において複数配設することもできる。この場合にも、同様の作用効果を得ることができる。
この場合には、各供給側冷媒ヘッダのヘッダ流路を通過する冷媒の流量を互いに異ならせることができる。そのため、各分割冷媒流路部に連通された各供給側冷媒ヘッダのヘッダ流路における冷媒の流量を互いに異ならせることができ、各分割冷媒流路部における冷却性能を簡単に異ならせることができる。
この場合には、発熱量が最も大きい電子部品を、流路断面積が最も大きく冷媒の流量が最も大きい供給側冷媒ヘッダによって効果的に冷却することができる。
この場合には、1つの冷媒導入管から複数の供給側冷媒ヘッダに分岐させて冷媒を通過させることができる。そして、1つの冷媒導入管を積層型冷却器の外部に配設した冷媒供給源に接続することにより、各供給側冷媒ヘッダへ冷媒を供給することができる。そのため、冷媒供給源への接続性(積層型冷却器の搭載性)を悪化させることなく、複数の供給側冷媒ヘッダを積層型冷却器に配設することができる。
この場合には、各冷却管において、冷媒を重力方向(鉛直方向)に向けて通過させることができる。そのため、各冷却管内に冷媒以外の空気が溜まってしまうことを効果的に防止することができる。
(実施例1)
本例の積層型冷却器1は、図1〜図5に示すごとく、電子部品4を挟持して冷却する複数の冷却管2と、この複数の冷却管2の両端部にそれぞれ係合し複数の冷却管2を積層固定する一対の冷媒ヘッダ3とを有している。また、各冷却管2内に形成した冷媒流路21は、その両端部が各冷媒ヘッダ3内に形成したヘッダ流路31にそれぞれ連通してある。
そして、冷却管2は、この冷却管2の積層方向D及び冷媒流路21の流路形成方向Lに直交する直交方向Wに向けて、電子部品4を1列に並ぶ状態で複数個挟持するよう構成してある。
ここで、図2は、積層型冷却器1の冷却管2における電子部品4の配置状態を示す平面説明図である。また、図3、図4は、積層型冷却器1における流路形成方向Lに直交する断面を、一部の冷却管2及び電子部品4について示す断面説明図である。また、図5は、積層型冷却器1における流路形成方向Lに平行な断面を、一部の冷却管2及び電子部品4について示す断面説明図である。
また、各電子部品4は、各冷却管2の配置スペース20において、流路形成方向Lにおける冷媒5の流れの上流側にIGBT41の配置部分を位置させ、下流側にFWD42の配置部分を位置させて配置される。
また、本例の電子部品4は、直接冷却管2に接触させる。これ以外にも、電子部品4は、絶縁材(セラミックス板等)又は熱伝導グリス等を介して冷却管2に接触させることができる。
そして、冷却管2における冷媒流路21は、外側プレート24と中間プレート25との間において、インナフィン26における各波型部分によって複数に仕切られた状態で形成されている。
また、本例の積層型冷却器1は、多数の冷却管2を積層固定してなり、各冷却管2の内側突出管部23Aをこれに隣接する冷却管2の外側突出管部23Bに嵌合させて、冷媒ヘッダ3を形成している。
そして、積層型冷却器1を自動車に配設したときには、供給側冷媒ヘッダ3Aは、冷媒供給源の供給側配管に接続され、排出側冷媒ヘッダ3Bは、冷媒供給源のリターン側配管に接続される。
すなわち、この冷却の際には、冷媒供給源の供給側配管から供給側冷媒ヘッダ3Aに冷媒5を供給する。そして、供給側冷媒ヘッダ3Aのヘッダ流路31から各冷却管2の冷媒流路21内に冷媒5が流れ、この冷媒5が各冷媒流路21内を流れる際に、各電子部品4との熱交換を行い、各電子部品4を冷却する。その後、熱交換により温度が上昇した冷媒5は、各冷媒流路21から排出側冷媒ヘッダ3Bのヘッダ流路31内に流れ、この排出側冷媒ヘッダ3Bから冷媒供給源のリターン側配管へ戻される。
それ故、本例の積層型冷却器1によれば、流路形成方向L及び積層方向Dの寸法を小さく維持すると共に冷却性能を維持したまま、多くの電子部品4を保持することができる。
また、各冷却管2の流路形成方向Lにおける寸法が小さいことにより、一対の冷媒ヘッダ3同士の間の距離を小さくすることができる。そのため、積層型冷却器1の強度を向上させることができる。
本例は、図6に示すごとく、上記冷却管2のインナフィン26における波型形状のピッチPを、各部位において異ならせた例である。
本例においては、図7に示すごとく、各冷却管2の間に挟持した2個の電子部品4は、一方がIGBT41を2つ内蔵してなり、他方がFWD42を2つ内蔵してなる。そして、IGBT41を内蔵した第1電子部品4Aの方が、FWD42を内蔵した第2電子部品4Bよりも発熱量が大きくなっている。
そして、インナフィン26においては、直交方向Wに向けて、IGBT41を内蔵した第1電子部品4Aを配置する配置スペース20側の端部から順に、波型形状のピッチPが最も小さい小ピッチ波部261、中ピッチ波部262、及び波型形状のピッチPが最も大きい大ピッチ波部263が形成されている。そして、インナフィン26においては、小ピッチ波部261の伝熱面積が最も大きいと共に、大ピッチ波部263の伝熱面積が最も小さく、中ピッチ波部262の伝熱面積が両者の中間になっている。
そして、発熱量が大きい方の第1電子部品4Aに対して、小ピッチ波部261及び中ピッチ波部262を対向させることにより、第1電子部品4Aを効果的に冷却することができ、電子部品4全体における冷却効率を向上させることができる。
本例においても、その他は上記実施例1と同様であり、上記実施例1と同様の作用効果を得ることができる。
本例は、図8に示すごとく、上記冷却管2における冷媒流路21を、上記電子部品4の配列数に対応して上記直交方向Wに分割形成した複数の分割冷媒流路部22から構成した例である。
本例においても、各冷却管2の間には、2個の電子部品4が挟持されている。この2個の電子部品4は、それぞれIGBT41とFWD42とを内蔵するものである。
そして、本例の冷媒流路21は、2つに分割形成されており、2つの分割冷媒流路部22同士の間には、これらを分割する分割部221が形成されている。
本例においても、その他は上記実施例1と同様であり、上記実施例1と同様の作用効果を得ることができる。
本例は、図9に示すごとく、上記実施例3に示した2つの分割冷媒流路部22において、一方の第1分割冷媒流路部22Aにおけるインナフィン26の波型形状のピッチPに対して、他方の第2分割冷媒流路部22Bにおけるインナフィン26の波型形状のピッチPを大きくした例である。
すなわち、一方の第1分割冷媒流路部22Aにおいては、小ピッチ波部261を有する第1インナフィン26Aが配設されており、他方の第2分割冷媒流路部22Bにおいては、大ピッチ波部263を有する第2インナフィン26Bが配設されている。そして、第1分割冷媒流路部22Aにおける伝熱面積が、第2分割冷媒流路部22Bにおける伝熱面積よりも大きくなっている。
本例においては、発熱量が大きい方の第1電子部品4Aに対して第1分割冷媒流路部22Aを対面させ、第2電子部品4Bに対して第2分割冷媒流路部22Bを対面させることにより、第1電子部品4Aを効果的に冷却することができ、電子部品4全体における冷却効率を向上させることができる。
本例においても、その他は上記実施例3と同様であり、上記実施例3と同様の作用効果を得ることができる。
本例は、図10に示すごとく、上記一対の冷媒ヘッダ3のうちの供給側冷媒ヘッダ3Aを、上記実施例3に示した2つの分割冷媒流路部22に対応して、積層型冷却器1において2つ配設した例である。
また、本例においては、排出側冷媒ヘッダ3Bも、2つの分割冷媒流路部22に対応して、積層型冷却器1において2つ配設されている。
本例においても、その他は上記実施例3と同様であり、上記実施例3と同様の作用効果を得ることができる。
本例は、図11に示すごとく、上記実施例4に示した2つの分割冷媒流路部22(インナフィン26における波型形状のピッチPが互いに異なる2つの分割冷媒流路部22)に対して、それぞれ別々に供給側冷媒ヘッダ3A及び排出側冷媒ヘッダ3Bを連通させた例である。
また、本例における2個の電子部品4は、第1電子部品4AがIGBT41を2つ内蔵してなり、第2電子部品4BがFWD42を2つ内蔵してなり、発熱量が大きい方の第1電子部品4Aに対して、小ピッチ波部261を有する第1インナフィン26Aを配設してなる第1分割冷媒流路部22Aを対面させ、発熱量が小さい方の第2電子部品4Bに対して、大ピッチ波部263を有する第2インナフィン26Bを配設してなる第2分割冷媒流路部22Bを対面させている。
本例においても、その他は上記実施例4と同様であり、上記実施例4と同様の作用効果を得ることができる。
本例は、図12に示すごとく、上記実施例5に示した2つの供給側冷媒ヘッダ3Aの流路断面積を、互いに異ならせた例である。
また、本例においては、2つの排出側冷媒ヘッダ3Bの流路断面積も、互いに異ならせている。また、本例の2つの分割冷媒流路部22は、波型形状のピッチPが同じであるインナフィン26をそれぞれ配設してなる。
そして、発熱量が大きい方の第1電子部品4Aに対面する一方の分割冷媒流路部22に対して、流路断面積が大きい方の第1供給側冷媒ヘッダ3Aaのヘッダ流路31及び第1排出側冷媒ヘッダ3Baのヘッダ流路31を連通させ、発熱量が小さい方の第2電子部品4Bに対面する他方の分割冷媒流路部22に対して、流路断面積が小さい方の第2供給側冷媒ヘッダ3Abのヘッダ流路31及び第2排出側冷媒ヘッダ3Bbのヘッダ流路31を連通させている。
本例においても、その他は上記実施例5と同様であり、上記実施例5と同様の作用効果を得ることができる。
本例は、図13に示すごとく、上記実施例4に示した第1分割冷媒流路部22A及び第2分割冷媒流路部22B(インナフィン26における波型形状のピッチPが互いに異なる2つの分割冷媒流路部22)に対して、それぞれ上記実施例7に示した第1供給側冷媒ヘッダ3Aa及び第2供給側冷媒ヘッダ3Ab(流路断面積が互いに異なる2つの供給側冷媒ヘッダ3Aa、3Ab)のヘッダ流路31を連通させた例である。
本例においても、その他は上記実施例4、7と同様であり、上記実施例4、7と同様の作用効果を得ることができる。
本例は、図14に示すごとく、2つの供給側冷媒ヘッダ3Aを、1つの冷媒導入管34から分岐させた例である。
また、本例においては、2つの排出側冷媒ヘッダ3Bは、1つの冷媒排出管35から分岐されている。また、本例の冷却管2は、2つの分割冷媒流路部22を有しており、各分割冷媒流路部22には、供給側冷媒ヘッダ3A及び排出側冷媒ヘッダ3Bがそれぞれ連通されている。
また、本例の冷媒導入管34及び冷媒排出管35は、複数の冷却管2のうち一方側の最も端に積層された一方側端部冷却管2から突出形成した上記突出管部23によって形成されている。
そして、複数の冷却管2における各分割冷媒流路部22に供給する冷媒5は、1つの冷媒導入管34から2つの供給側冷媒ヘッダ3Aに分岐して流れることができる。また、複数の冷却管2における各分割冷媒流路部22を流れた冷媒5は、2つの排出側冷媒ヘッダ3Bから1つの冷媒排出管35に合流して流れることができる。
そのため、冷媒供給源への接続性(積層型冷却器1の搭載性)を悪化させることなく、複数の供給側冷媒ヘッダ3A及び排出側冷媒ヘッダ3Bを積層型冷却器1に配設することができる。
本例においても、その他は上記実施例1と同様であり、上記実施例1と同様の作用効果を得ることができる。
本例は、図15に示すごとく、上記積層型冷却器1を自動車に配設する際の向きに工夫を行った例である。
本例の積層型冷却器1は、上記流路形成方向Lを重力方向(鉛直方向)に向けると共に、一対の冷媒ヘッダ3のうち供給側冷媒ヘッダ3Aを鉛直方向上方に向けて自動車に配設してある。
本例においては、各冷却管2において、冷媒5を重力方向に向けて通過させることができる。そのため、各冷却管2内に冷媒5以外の空気が溜まってしまうことを効果的に防止することができる。
本例においても、その他は上記実施例1と同様であり、上記実施例1と同様の作用効果を得ることができる。
本例は、参考までに、図16、図17に示すごとく、冷却管2Zの流路形成方向Lに向けて複数個(本例では2個)並ぶ状態で電子部品4を挟持してなる積層型冷却器1Zを示す例である。
本例においては、冷却管2Z同士の間に挟持された2個の電子部品4の供給側冷媒ヘッダ3Aからの配置距離が異なっている。これにより、供給側冷媒ヘッダ3Aから各冷却管2Zに冷媒5が供給されたときには、冷却管2Zの流路形成方向Lにおける上流側に位置する第1電子部品4Aは、温度が低い冷媒5によって効果的に冷却することができる一方、下流側に位置する第2電子部品4Bは、温度が上昇した冷媒5によって冷却することになり、十分に冷却することが困難となるおそれがある。そのため、本例においては、供給側冷媒ヘッダ93Aから各冷却管2に供給された冷媒5は、冷却管2同士の間に挟持された各電子部品4を均一に冷却することが困難となるおそれがある。
それ故、上述した実施例1〜10に示したように、積層型冷却器1において、冷却管2が上記直交方向Wに向けて電子部品4を1列に並ぶ状態で複数個挟持することにより、冷却性能を維持したまま、多くの電子部品4を保持できることがわかる。
2 冷却管
21 冷媒流路
22 分割冷媒流路部
23 突出管部
24 外側プレート
25 中間プレート
26 インナフィン
3 冷媒ヘッダ
31 ヘッダ流路
34 冷媒導入管
35 冷媒排出管
4 電子部品
5 冷媒
D 積層方向
L 流路形成方向
W 直交方向
P ピッチ
Claims (6)
- 電子部品を挟持して冷却する複数の冷却管と、
該複数の冷却管の両端部にそれぞれ係合し、該複数の冷却管を積層固定する一対の冷媒ヘッダとを有し、
上記各冷却管内に形成した冷媒流路は、その両端部が上記各冷媒ヘッダ内に形成したヘッダ流路にそれぞれ連通してあり、
上記冷却管は、該冷却管の積層方向及び上記冷媒流路の流路形成方向に直交する方向に、上記電子部品を1列に並ぶ状態で複数個挟持するよう構成してあり、
上記冷媒流路は、上記電子部品の配列数と同じ数に上記直交する方向に分割形成した複数の分割冷媒流路部からなり、
上記一対の冷媒ヘッダのうち上記冷却管に冷媒を供給する供給側冷媒ヘッダは、上記分割冷媒流路部毎に配設してあることを特徴とする積層型冷却器。 - 請求項1において、上記複数の供給側冷媒ヘッダの流路断面積は互いに異なっていることを特徴とする積層型冷却器。
- 請求項2において、上記複数の供給側冷媒ヘッダのうち上記流路断面積が最も大きいもの上記ヘッダ流路を、上記複数の電子部品のうち発熱量が最も大きいものに対向する上記分割冷媒流路部に連通させたことを特徴とする積層型冷却器。
- 請求項1〜3のいずれか一項において、上記複数の供給側冷媒ヘッダは、1つの冷媒導入管から分岐していることを特徴とする積層型冷却器。
- 電子部品を挟持して冷却する複数の冷却管と、
該複数の冷却管の両端部にそれぞれ係合し、該複数の冷却管を積層固定する一対の冷媒ヘッダとを有し、
上記各冷却管内に形成した冷媒流路は、その両端部が上記各冷媒ヘッダ内に形成したヘッダ流路にそれぞれ連通してあり、
上記冷却管は、該冷却管の積層方向及び上記冷媒流路の流路形成方向に直交する方向に、上記電子部品を1列に並ぶ状態で複数個挟持するよう構成してあり、
上記冷却管の内部には、上記流路形成方向に直交する断面が波型形状を有するインナフィンが配設してあり、
該インナフィンは、発熱量が異なる上記複数の電子部品のうち発熱量が他よりも大きくなるものに対向させる部分の上記波型形状のピッチを小さくして、当該部分の伝熱面積を大きくしたことを特徴とする積層型冷却器。 - 請求項1〜5のいずれか一項において、上記積層型冷却器は、上記流路形成方向を鉛直方向に向けると共に、上記一対の冷媒ヘッダのうち上記冷却管に冷媒を供給する供給側冷媒ヘッダを、鉛直方向上方に向けて配設するよう構成してあることを特徴とする積層型冷却器。
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