JP4956787B2 - Cooling system - Google Patents
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Description
本発明は、半導体素子等の発熱体を冷却する冷却装置に関する。 The present invention relates to a cooling device for cooling a heating element such as a semiconductor element.
従来、半導体素子の高出力化、高温度化に対応するために、フィン型の冷却装置に代わり、発熱体を冷却する流路内にポーラス部材(多孔質体)を配置し、フィンと比べて冷却効率を向上させる冷却装置が知られている(特許文献1参照)。
しかしながら、上記冷却装置では、多孔質体の熱伝達率が高いために、各多孔質体の出入口間での冷媒の温度差が大きくなり、上記冷却装置の冷媒入口側に配置される多孔質体へ供給される冷媒の温度と、上記冷却装置の冷媒出口側に配置される多孔質体へ供給される冷媒の温度との差が大きくなるといった問題があった。 However, in the cooling device, since the heat transfer coefficient of the porous body is high, the temperature difference of the refrigerant between the entrances and exits of each porous body increases, and the porous body disposed on the coolant inlet side of the cooling device. There is a problem that the difference between the temperature of the refrigerant supplied to the refrigerant and the temperature of the refrigerant supplied to the porous body arranged on the refrigerant outlet side of the cooling device becomes large.
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、各高熱伝達率材へ供給される冷媒間の温度差を抑制できる冷却装置を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a problem, and it aims at providing the cooling device which can suppress the temperature difference between the refrigerant | coolants supplied to each high heat transfer coefficient material.
上記目的達成のため、本発明に係る冷却装置では、発熱体から発生する熱を冷媒に伝達する高熱伝達率材の直下に配置された仕切り板に形成された孔を介して、下部流路から高熱伝達率材に、冷媒が供給され、前記高熱伝達率材は、多孔質体であることを特徴としている。 For the purposes achieved, in the cooling device according to the present invention, through the heat generated from a heating element formed in the partition plate arranged directly under the high heat transfer rate material you transfer to the coolant hole, lower flow a high heat transfer coefficient material from the road, the coolant is supplied, the high heat transfer coefficient material is characterized porous der Rukoto.
本発明により、複数の高熱伝達率材の直下に配置された仕切り板に形成された孔を介して、下部流路から高熱伝達率材に、冷媒を供給しているので、各高熱伝達率材へ供給される冷媒間の温度差を抑制することができる。これから、各高熱伝達率材へ供給される冷媒の温度をより均一化できる。 According to the present invention, since the refrigerant is supplied from the lower flow path to the high heat transfer coefficient material through the holes formed in the partition plates arranged immediately below the plurality of high heat transfer coefficient materials, each high heat transfer coefficient material The temperature difference between the refrigerants supplied to can be suppressed. From this, the temperature of the refrigerant supplied to each high heat transfer coefficient material can be made more uniform.
以下に、本発明の第1乃至第6の実施形態に係る冷却装置について、図1乃至図7を参照して説明する。 Hereinafter, a cooling device according to first to sixth embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7.
(第1の実施形態)
まず、第1の実施形態に係る冷却装置について図1を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施形態に係る冷却装置の構造を示す図、図2は図1に示す冷却装置のAA断面図である。なお、図1では冷却板1、絶縁板2および半導体素子3を透視した状態を示している。図1および図2に示すように、第1の実施形態に係る冷却装置は、発熱体である半導体素子3から発生する熱を冷媒に伝達する複数の高熱伝達率材である6個の多孔質体5と、冷媒が流れる流路10を分割し、上部流路10bと下部流路10aに仕切る仕切り板6と、仕切り板6に形成された6個の孔7とを備えている。また、全多孔質体5は仕切り板6上に配置され、多孔質体5における仕切り板6と対向する端部は冷却板1と接合し、冷却板1上に6個の絶縁板2を介して、6個の半導体素子3が配置されている。また、各半導体素子3の直下に、各絶縁板2、各多孔質体5、各孔7が配置されている。また、流路10の一方には、下部流路10aに冷媒を流入するための冷媒入口8が形成され、流路10の他方には、上部流路10bから冷媒を流出させるための冷媒出口4が形成されている。ここで、冷却板1は主に銅やアルミニウム等の熱伝達率の高い金属からなり、冷却板1上に配置された絶縁板2はセラミック基板等からなる。また、半導体素子3はIGBTやダイオード等の大電流を流す素子である。一方、多孔質体5は図1に示したように、円柱状に形成されている。更に、多孔質体5には、冷媒が多孔質体5内を通過できるように、他の気孔と一部が接続される(オープンセル型の)球状の気孔が多数形成されている。また、孔7は多孔質体5よりも小さく形成されている。なお、6個の半導体素子3は全く同じ仕様である。同様に、6個の絶縁板2、6個の多孔質体5、6個の孔7は各々全く同じ仕様である。よって、6個の半導体素子3の大きさおよび発熱量の大きさは全く同じであり、6個の多孔質体5の気孔率(単位面積当たりの気孔数および気孔の直径)は全く同じである。
(First embodiment)
First, the cooling device according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing a structure of a cooling device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of the cooling device shown in FIG. 1 shows a state in which the
次に、第1の実施形態に係る冷却装置における冷媒経路について説明する。第1の実施形態では、冷媒として冷却水を用いている。冷媒は、冷媒入口8から流入した後、図1および図2中の矢印の向きに流れ、冷媒出口4から流出される。すなわち、冷却装置外部から供給された冷媒は、冷媒入口8から下部流路10aに流入し、仕切り板6の孔7を介して、下部流路10aから多孔質体5に下から上に垂直に供給される。多孔質体5に供給された冷媒は、多孔質体5における孔側端部から孔7と対向する端部に向けて、多孔質体5の気孔内を通過する。その際、冷媒は多孔質体5を冷却する。更に、気孔内を通過した冷媒は、多孔質体5における孔7と対向する端部で冷却板1に当たる。冷却板1における多孔質体5との接合面に当たった後、多孔質体5の内周部である中心部から外周部に向かって当該接合面に沿って押し流され、多孔質体5から上部流路10bに流入する。その際、冷媒は冷却板1を直接冷却する。その後、上部流路10bに流入した冷媒は、冷媒出口4方向に流れ、最終的に冷媒出口4から冷却装置外部に流出する。上記一連の冷媒経路により、絶縁板2、冷却板1および多孔質体5に伝達された半導体素子3で発生した熱は、冷媒入口8−下部流路10a−仕切り板6の孔7−多孔質体5の気孔−冷却板1と多孔質体5との接合面-上部流路10b−冷媒出口4を流れる冷媒に伝達される。結果として、半導体素子3が放熱、冷却される。
Next, the refrigerant path in the cooling device according to the first embodiment will be described. In the first embodiment, cooling water is used as the refrigerant. The refrigerant flows from the
以上より、第1の実施形態に係る冷却装置では、流路10を下部流路10aと上部流路10bに仕切る仕切り板6上に6個の多孔質体5が配置され、6個の孔7を介して、下部流路10aから6個の多孔質体5に下から上に垂直に同時に冷媒が供給されるので、各多孔質体5へ供給される冷媒間の温度差を抑制することができる。これから、各多孔質体5へ供給される冷媒の温度をより均一化できる。また、第1の実施形態に係る冷却装置では、上記のように、6個の半導体素子3の大きさおよび発熱量の大きさは全く同じであり、6個の多孔質体5の気孔率(単位面積当たりの気孔数および気孔の直径)は全く同じであることから、各多孔質体5へ供給される冷媒間の温度差を抑制することで、半導体素子3間の温度差を抑制できる。よって、半導体素子3間の電気的特性(オン抵抗やスイッチング損失等)の均一性を確保することができる。
As described above, in the cooling device according to the first embodiment, the six
また、第1の実施形態に係る冷却装置では、仕切り板6上に配置された6個の多孔質体5に下部流路10aから垂直に同時に冷媒が供給されるので、冷媒経路に対して、6個の多孔質体5を並列に配置できる。これから、従来の冷却装置、すなわち、冷媒経路に対して複数の多孔質体を直列に配置した冷却装置と比較して、冷媒入口8から冷媒出口4までの圧力損失を低減することができる。更に、第1の実施形態に係る冷却装置では、多孔質体5に供給された冷媒は、多孔質体5における孔7と対向する端部と接合する冷却板1に当たった後、多孔質体5の中心部から外周部に向かって、冷却板1における多孔質体5との接合面に沿って押し流されるので、半導体素子3全体を均一に冷却することができる。
In the cooling device according to the first embodiment, since the refrigerant is simultaneously supplied vertically from the
また、第1の実施形態に係る冷却装置では、冷媒入口8から仕切り板6の孔7までの圧力損失および上部流路10bから冷媒出口4までの圧力損失は、多孔質体5の圧力損失に対し無視できる程小さくなるため、各多孔質体5に、同じ流量および同じ流速の冷媒を供給することができる。更に、各多孔質体5から上部流路10bに流入した冷媒は、他の多孔質体5に影響する(供給される)ことなしに、冷媒出口4から流出できる。
In the cooling device according to the first embodiment, the pressure loss from the
また、第1の実施形態に係る冷却装置では、仕切り板6の孔7を多孔質体5よりも小さくしたため、冷媒入口8から下部流路10aに流入した冷媒と、上部流路10bから冷媒出口4に流出する冷媒が混ざることがなく、各多孔質体5に供給する冷媒を同一温度にできる。更に、冷媒を効率良く、冷却板1における多孔質体5との接合面に当てることができる。よって、冷却性能を向上することができる。
In the cooling device according to the first embodiment, since the
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態に係る冷却装置について、第1の実施形態に係る冷却装置と異なる点を中心に図3を参照して説明する。また、第2の実施形態に係る冷却装置について、第1の実施形態に係る冷却装置と同様の構造には同じ番号を付し、説明を省略する。図3は、本発明の第2の実施形態に係る冷却装置の多孔質体周辺部を示す断面図である。図3は、図2の多孔質体周辺部C相当の図を示している。第2の実施形態に係る冷却装置は、第1の実施形態と異なり、多孔質体5の代わりに、多孔質体11を用いている。そして、多孔質体11が多孔質体5と異なる点は、仕切り板側端部の面積よりも仕切り板6と対向する端部の面積が小さく形成されていることだけである。これにより、第1の実施形態と同様の効果を取得することができる。なお、孔7は多孔質体11よりも小さく形成されている。更に、多孔質体11を用いることで、多孔質体11の中心部の圧力損失に対し、多孔質体11の外周部の圧力損失が大きく設定されるため、冷媒を効率良く、冷却板1における多孔質体11との接合面に当てることができる。よって、冷却性能を向上することができる。
(Second Embodiment)
Next, the cooling device according to the second embodiment will be described with reference to FIG. 3 with a focus on differences from the cooling device according to the first embodiment. Moreover, about the cooling device which concerns on 2nd Embodiment, the same number is attached | subjected to the structure similar to the cooling device which concerns on 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the periphery of the porous body of the cooling device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 3 shows a view corresponding to the porous body peripheral portion C in FIG. Unlike the first embodiment, the cooling device according to the second embodiment uses a
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態に係る冷却装置について、第1の実施形態に係る冷却装置と異なる点を中心に図4を参照して説明する。また、第3の実施形態に係る冷却装置について、第1の実施形態に係る冷却装置と同様の構造には同じ番号を付し、説明を省略する。図4は、本発明の第3の実施形態に係る冷却装置の多孔質体周辺部を示す平面図である。図4は、図1の多孔質体周辺部B相当の図を示している。第3の実施形態に係る冷却装置は、第1の実施形態と異なり、多孔質体5の代わりに、多孔質体12を用いている。そして、多孔質体12が多孔質体5と異なる点は、上部流路10bの冷媒出口4と反対方向に部分的に突出した卵型の柱に形成されていることだけである。これにより、第1の実施形態と同様の効果を取得することができる。なお、孔7は多孔質体12よりも小さく形成されている。更に、多孔質体12を用いることで、多孔質体12の孔側端部から冷媒出口4側の上部流路10bまでの圧力損失に対し、多孔質体12の孔側端部から冷媒出口4の反対側の上部流路10bまでの圧力損失が大きく設定されるため、冷媒を効率良く冷媒出口4側に排出することができ、冷媒の流れをよりスムーズにできる。
(Third embodiment)
Next, a cooling device according to a third embodiment will be described with reference to FIG. 4 with a focus on differences from the cooling device according to the first embodiment. Moreover, about the cooling device which concerns on 3rd Embodiment, the same number is attached | subjected to the structure similar to the cooling device which concerns on 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted. FIG. 4 is a plan view showing the porous body peripheral portion of the cooling device according to the third embodiment of the present invention. FIG. 4 shows a view corresponding to the porous body peripheral portion B of FIG. Unlike the first embodiment, the cooling device according to the third embodiment uses a
(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態に係る冷却装置について、第1の実施形態に係る冷却装置と異なる点を中心に図5を参照して説明する。また、第4の実施形態に係る冷却装置について、第1の実施形態に係る冷却装置と同様の構造には同じ番号を付し、説明を省略する。図5は、本発明の第4の実施形態に係る冷却装置の構造を示す断面図である。図5は、図2相当の図である。
(Fourth embodiment)
Next, a cooling device according to a fourth embodiment will be described with reference to FIG. 5 with a focus on differences from the cooling device according to the first embodiment. Moreover, about the cooling device which concerns on 4th Embodiment, the same number is attached | subjected to the structure similar to the cooling device which concerns on 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted. FIG. 5 is a sectional view showing the structure of a cooling device according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 5 is a view corresponding to FIG.
第4の実施形態に係る冷却装置では、仕切り板6に形成された孔71と、孔71の直上に配置された多孔質体51と、多孔質体51の直上に冷却板1を介して配置された絶縁板21と、絶縁板21の直上に配置された半導体素子31と、仕切り板6に形成された孔72と、孔72の直上に配置された多孔質体52と、多孔質体52の直上に冷却板1を介して配置された絶縁板22と、絶縁板22の直上に配置された半導体素子32と、仕切り板6に形成された孔73と、孔73の直上に配置された多孔質体53と、多孔質体53の直上に冷却板1を介して配置された絶縁板23と、絶縁板23の直上に配置された半導体素子33とを備えている。ここで、半導体素子31乃至33は、半導体素子3と大きさおよび発熱量の大きさ以外全く同じである。更に、絶縁板21乃至23は絶縁板2と大きさ以外全く同じであり、多孔質体51乃至53は多孔質体5と大きさ以外全く同じであり、孔71乃至73は孔7と大きさ以外全く同じである。また、孔71は多孔質体51よりも小さく形成され、孔72は多孔質体52よりも小さく形成され、孔73は多孔質体53よりも小さく形成されている。また、第4の実施形態に係る冷却装置における冷媒経路は、第1の実施形態と同様である。これにより、第1の実施形態と同様の効果を取得することができる。
In the cooling device according to the fourth embodiment, the
更に、第4の実施形態に係る冷却装置では、半導体素子31乃至33の大きさが夫々異なっており、半導体素子33>半導体素子32>半導体素子31の関係となっている。半導体素子31乃至33に合わせて、絶縁板21乃至23の大きさ、多孔質体51乃至53の大きさおよび孔71乃至73の大きさも異なっている。そして、絶縁板23>絶縁板22>絶縁板21、多孔質体53>多孔質体52>多孔質体51、孔73>孔72>孔71の関係となっている。すなわち、第4の実施形態に係る冷却装置では、多孔質体51乃至53の大きさ、孔71乃至73の大きさを、半導体素子31乃至33の大きさに比例させている。これにより、半導体素子31乃至33の大きさが夫々異なっても、半導体素子31乃至33全体を均一に冷却することができる。
Furthermore, in the cooling device according to the fourth embodiment, the sizes of the
(第5の実施形態)
次に、第5の実施形態に係る冷却装置について、第1の実施形態に係る冷却装置と異なる点を中心に図6を参照して説明する。また、第5の実施形態に係る冷却装置について、第1の実施形態に係る冷却装置と同様の構造には同じ番号を付し、説明を省略する。図6は、本発明の第5の実施形態に係る冷却装置の構造を示す断面図である。図6は、図2相当の図である。
(Fifth embodiment)
Next, a cooling device according to a fifth embodiment will be described with reference to FIG. 6 with a focus on differences from the cooling device according to the first embodiment. Moreover, about the cooling device which concerns on 5th Embodiment, the same number is attached | subjected to the structure similar to the cooling device which concerns on 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of a cooling device according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 6 is a view corresponding to FIG.
第5の実施形態に係る冷却装置では、仕切り板6に形成された孔74と、孔74の直上に配置された多孔質体54と、多孔質体54の直上に冷却板1を介して配置された絶縁板24と、絶縁板24の直上に配置された半導体素子34と、仕切り板6に形成された孔75と、孔75の直上に配置された多孔質体55と、多孔質体55の直上に冷却板1を介して配置された絶縁板25と、絶縁板25の直上に配置された半導体素子35と、仕切り板6に形成された孔76と、孔76の直上に配置された多孔質体56と、多孔質体56の直上に冷却板1を介して配置された絶縁板26と、絶縁板26の直上に配置された半導体素子36とを備えている。ここで、半導体素子34乃至36は、半導体素子3と発熱量の大きさ以外全く同じである。更に、絶縁板24乃至26は絶縁板2と全く同じであり、多孔質体54乃至56は多孔質体5と大きさ以外全く同じであり、孔74乃至76は孔7と大きさ以外全く同じである。また、孔74は多孔質体54よりも小さく形成され、孔75は多孔質体55よりも小さく形成され、孔76は多孔質体56よりも小さく形成されている。また、第5の実施形態に係る冷却装置における冷媒経路は、第1の実施形態と同様である。これにより、第1の実施形態と同様の効果を取得することができる。
In the cooling device according to the fifth embodiment, the
更に、第5の実施形態に係る冷却装置では、半導体素子31乃至33の発熱量の大きさが夫々異なっており、半導体素子36>半導体素子35>半導体素子34の関係となっている。半導体素子34乃至36の発熱量の大きさに合わせて、多孔質体54乃至56の大きさおよび孔74乃至76の大きさも異なっている。そして、多孔質体56>多孔質体55>多孔質体54、孔76>孔75>孔74の関係となっている。すなわち、第5の実施形態に係る冷却装置では、多孔質体54乃至56の大きさ、孔74乃至76の大きさを、半導体素子34乃至36の発熱量の大きさに比例させている。これにより、半導体素子34乃至36の発熱量の大きさが夫々異なっても、半導体素子34乃至36の温度を均一にすることができる。よって、半導体素子34乃至36間の電気的特性(オン抵抗やスイッチング損失等)の均一性を確保することができる。
Furthermore, in the cooling device according to the fifth embodiment, the magnitudes of heat generation of the
(第6の実施形態)
次に、第6の実施形態に係る冷却装置について、第1の実施形態に係る冷却装置と異なる点を中心に図7を参照して説明する。また、第6の実施形態に係る冷却装置について、第1の実施形態に係る冷却装置と同様の構造には同じ番号を付し、説明を省略する。図7は、本発明の第6の実施形態に係る冷却装置の多孔質体周辺部を示す図である。図7(A)は図2の多孔質体周辺部C相当の図を示し、図7(B)は図1の多孔質体周辺部B相当の図を示している。第6の実施形態に係る冷却装置では、仕切り板6に形成された孔77および78と、孔77および78の直上に配置された楕円形の柱の多孔質体57と、多孔質体57の直上に冷却板1を介して配置された絶縁板27と、絶縁板27の直上に配置された半導体素子37および38とを備えている。これにより、半導体素子37の直下に孔77が配置され、半導体素子38の直下に孔78が配置される。
(Sixth embodiment)
Next, a cooling device according to a sixth embodiment will be described with reference to FIG. 7 with a focus on differences from the cooling device according to the first embodiment. Moreover, about the cooling device which concerns on 6th Embodiment, the same number is attached | subjected to the structure similar to the cooling device which concerns on 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted. FIG. 7 is a view showing a porous body peripheral portion of the cooling device according to the sixth embodiment of the present invention. 7A shows a view corresponding to the porous body peripheral portion C in FIG. 2, and FIG. 7B shows a view corresponding to the porous body peripheral portion B in FIG. In the cooling device according to the sixth embodiment, the
ここで、半導体素子37としてIGBTを、半導体素子38としてダイオードを各々想定している。更に、絶縁板27は絶縁板2と大きさ以外全く同じであり、多孔質体57は多孔質体5と形状および大きさ以外全く同じであり、孔77および78は孔7と大きさ以外全く同じである。また、孔77は多孔質体57よりも小さく形成され、孔78は多孔質体57よりも小さく形成されている。また、第6の実施形態に係る冷却装置における冷媒経路は、第1の実施形態と同様である。これにより、第1の実施形態と同様の効果を取得することができる。
Here, an IGBT is assumed as the
更に、第6の実施形態に係る冷却装置では、複数の発熱体である半導体素子37および38に対して、複数の多孔質体のうちの1個である多孔質体57が配置され、複数の多孔質体のうちの1個である多孔質体57に対して、複数の孔である孔77および78が配置されているので、IGBTである半導体素子37とダイオードである半導体素子38のペア性が強く、交互に発熱を生じる関係、すなわち、片方が発熱している時は他方は発熱しない関係にある場合には、多孔質体57における発熱していない半導体素子(例えば、半導体素子38)の直下の部分を通過した冷媒を、発熱している半導体素子(例えば、半導体素子37)の冷却に使用することができる。結果的に、半導体素子37および38の温度上昇を低く抑えることができる。
Furthermore, in the cooling device according to the sixth embodiment, a
なお、以上に述べた実施形態は、本発明の実施の一例であり、本発明の範囲はこれらに限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、他の様々な実施形態に適用可能である。例えば、第1乃至第6の実施形態に係る冷却装置では、冷却板1を主に銅やアルミニウムから形成しているが、特にこれに限定されるものでなく、熱伝達率の高い金属であれば、いずれの材料から形成しても良い。同様に、絶縁板2、21乃至27をセラミック基板から形成しているが、特にこれに限定されるものでなく、絶縁材料であれば、いずれの材料から形成しても良い。
The embodiment described above is an example of the implementation of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto, and other various embodiments are within the scope described in the claims. It is applicable to. For example, in the cooling devices according to the first to sixth embodiments, the
また、第1乃至第5の実施形態に係る冷却装置では、半導体素子3、31乃至36として、IGBTまたはダイオードを用いているが、特にこれに限定されるものでなく、他の発熱体でも適用可能である。同様に、第6の実施形態に係る冷却装置では、半導体素子37としてIGBTを、半導体素子38としてダイオードを用いているが、特にこれに限定されるものでなく、ペア性が強く、交互に発熱を生じる関係、すなわち、片方が発熱している時は他方は発熱しない関係にある発熱体であれば、他の発熱体でも適用可能である。
In the cooling devices according to the first to fifth embodiments, IGBTs or diodes are used as the
また、第1乃至第3の実施形態に係る冷却装置では、6個の絶縁板2、6個の半導体素子3、6個の多孔質体5、11および12、6個の孔7が配置されているが、特にこれに限定されるものでなく、複数であれば、何個でも良い。同様に、第4の実施形態に係る冷却装置では、半導体素子31乃至33、絶縁板21乃至23、多孔質体51乃至53および孔71乃至73を各々2組配置しているが、特にこれに限定されるものでなく、何組でも良い。同様に、第5の実施形態に係る冷却装置では、半導体素子34乃至36、絶縁板24乃至26、多孔質体54乃至56および孔74乃至76を各々2組配置しているが、特にこれに限定されるものでなく、何組でも良い。更に、第6の実施形態に係る冷却装置では、半導体素子37および38、絶縁板27、多孔質体57、孔77および78を各々6組配置しているが、特にこれに限定されるものでなく、何組でも良い。
In the cooling device according to the first to third embodiments, six insulating
また、第6の実施形態に係る冷却装置では、多孔質体57に対して2個の孔77および78を仕切り板6に形成しているが、特にこれに限定されるものでなく、1個の孔でも、同様の効果を取得できる。
Further, in the cooling device according to the sixth embodiment, the two
また、第1乃至第5の実施形態に係る冷却装置では、1個の半導体素子に対して、1個の多孔質体を配置しているが、特にこれに限定されるものでなく、1個の半導体素子に対して、複数の多孔質体を配置しても良い。 In the cooling devices according to the first to fifth embodiments, one porous body is arranged for one semiconductor element. However, the present invention is not particularly limited to this, and one piece is provided. A plurality of porous bodies may be arranged for the semiconductor element.
また、第2の実施形態に係る冷却装置では、円柱状の多孔質体5における仕切り板側端部の面積よりも仕切り板6と対向する端部の面積を小さく形成した立体である多孔質体11を用いているが、特にこれに限定されるものでなく、多角柱における仕切り板側端部の面積よりも仕切り板6と対向する端部の面積を小さく形成した立体からなる多孔質体を用いても良い。また、例えば、図8乃至図13に示す変形例でも良い。以下、図8乃至図13に示す変形例について説明する。図8乃至図13は、図2に示す冷却装置の多孔質体周辺部Cの変形例を示す断面図である。図8は、多孔質体5の中心を通る断面における孔側端部が凹形状に切り欠かれた立体である多孔質体13を用いた変形例である。図9は、多孔質体5の仕切り板側端部の側面に、壁91を配置した変形例である。なお、壁91の高さは均一である。図10は、多孔質体5の代わりに、単位面積当たりの気孔数が大きい大気孔数層14bを内周部である中心部に有し、単位面積当たりの気孔数が小さい小気孔数層14aを外周部に有する円柱状の多孔質体14を用いた変形例である。これにより、外周部より内周部の気孔率を高くしている。図11は、多孔質体5の代わりに、気孔の直径が大きい大気孔径層15bを内周部である中心部に有し、気孔の直径が小さい小気孔径層15aを外周部に有する円柱状の多孔質体15を用いた変形例である。これにより、外周部より内周部の気孔率を高くしている。図12は、気孔率の低い第1の層である単位面積当たりの気孔数が小さい小気孔数層16aと気孔率の高い第2の層である単位面積当たりの気孔数が大きい大気孔数層16bとを備え、中心を通る断面における仕切り板6側に凹形状の小気孔数層16aが配置され、小気孔数層16a方向に突出した凸形状に形成された大気孔数層16bが小気孔数層16aの直上に接合された円柱状の多孔質体16を、多孔質体5の代わりに用いた変形例である。図13は、気孔率の低い第1の層である気孔の直径が小さい小気孔径層17aと気孔率の高い第2の層である気孔の直径が大きい大気孔径層17bとを備え、中心を通る断面における仕切り板6側に凹形状の小気孔径層17aが配置され、小気孔径層17a方向に突出した凸形状に形成した大気孔径層17bが小気孔径層17aの直上に接合された円柱状の多孔質体17を、多孔質体5の代わりに用いた変形例である。上述した図8乃至図13の変形例でも、第2の実施形態と同様の効果を取得できる。
In the cooling device according to the second embodiment, the porous body is a solid body in which the area of the end facing the
また、第3の実施形態に係る冷却装置では、上部流路10bの冷媒出口4と反対方向に部分的に突出した卵型の柱である多孔質体12を用いているが、特にこれに限定されるものでなく、上部流路10bの冷媒出口4と反対方向に部分的に突出した凸形状を有していれば、他の形状の柱からなる多孔質体を用いても良い。更に、上部流路10bの冷媒出口4と反対方向に部分的に突出した凸形状を有していない場合、例えば、図14乃至図16に示す変形例の場合でも良い。以下、図14乃至図16に示す変形例について説明する。図14乃至図16は、図2に示す冷却装置の多孔質体周辺部Cの変形例を示す断面図である。図14は、多孔質体5の仕切り板側端部の側面に壁92を配置した変形例である。壁92の高さは、上部流路10bの冷媒出口4側よりも冷媒出口4の反対側が高くなっている。図15は、多孔質体5の代わりに、単位面積当たりの気孔数が大きい大気孔数層18bを上部流路10bの冷媒出口4側に有し、単位面積当たりの気孔数が小さい小気孔数層18aを冷媒出口4の反対側に有する円柱状の多孔質体18を用いた変形例である。これにより、上部流路10bの冷媒出口4の反対側よりも冷媒出口4側の気孔率を高くしている。図16は、多孔質体5の代わりに、気孔の直径が大きい大気孔径層19bを上部流路10bの冷媒出口4側に有し、気孔の直径が小さい小気孔径層19aを冷媒出口4の反対側に有する円柱状の多孔質体19を用いた変形例である。これにより、上部流路10bの冷媒出口4の反対側よりも冷媒出口4側の気孔の直径を大きくしている。上述した図14乃至図16の変形例でも、第3の実施形態と同様の効果を取得できる。
Further, in the cooling device according to the third embodiment, the
また、第1の実施形態に係る冷却装置および図9乃至図16に示した変形例の多孔質体5、14乃至19は円柱であるが、特にこれに限定されるものでなく、多角柱でも良い。更に、図8に示した変形例の多孔質体13は、多孔質体5の中心を通る断面における孔側端部が凹形状に切り欠かれた立体であるが、特にこれに限定されるものでなく、多角柱の中心を通る断面における孔側端部が凹形状に切り欠かれた立体としても良い。また、図8乃至図16に示した変形例に、上部流路10bの冷媒出口4と反対方向に部分的に突出した凸形状を有する形状または卵型状に多孔質体5、13乃至19を形成した多孔質体を用いることもできる。更に、図8乃至図16に示した変形例に、多孔質体5、13乃至19における仕切り板側端部の面積よりも仕切り板6と対向する端部の面積を小さく形成した立体である多孔質体を用いることもできる。更に、図9乃至図16に示した変形例に、多孔質体5、14乃至19の中心を通る断面における孔側端部が凹形状に切り欠かれた立体である多孔質体を用いることもできる。更に、図10乃至図13、図15および図16に示した変形例に、多孔質体14乃至19の仕切り板側端部の側面に配置された均一の高さの壁91を適用することもできる。更に、図10乃至図13、図15および図16に示した変形例に、多孔質体14乃至19の仕切り板側端部の側面に配置された、上部流路10bの冷媒出口4側よりも冷媒出口4の反対側が高い壁92を適用することもできる。
Further, the cooling device according to the first embodiment and the
また、第4および第5の実施形態に係る冷却装置では、円柱状の多孔質体51乃至56を用いているが、特にこれに限定されるものでなく、多角柱状の多孔質体を用いても良い。更に、第2の実施形態のように、仕切り板側端部の面積よりも仕切り板6と対向する端部の面積を小さく形成した立体からなる多孔質体を用いても良いし、第3の実施形態のように、上部流路10bの冷媒出口4と反対方向に部分的に突出した凸形状を有する形状の柱または卵型の柱からなる多孔質体を用いても良い。また、図8乃至図16に示した変形例を適用しても良いし、図8乃至図16に示した変形例の多孔質体を多角柱からなる多孔質体に置換した変形例を適用しても良い。更に、上部流路10bの冷媒出口4と反対方向に部分的に突出した凸形状を有する形状または卵型状に多孔質体5、13乃至19を形成した多孔質体を、図8乃至図16に示した変形例に用いた変形例を適用しても良いし、多孔質体5、13乃至19における仕切り板側端部の面積よりも仕切り板6と対向する端部の面積を小さく形成した立体である多孔質体を、図8乃至図16に示した変形例に用いた変形例を適用しても良い。更に、多孔質体5、14乃至19の中心を通る断面における孔側端部が凹形状に切り欠かれた立体である多孔質体を、図9乃至図16に示した変形例に用いた変形例を適用しても良い。更に、多孔質体14乃至19の仕切り板側端部の側面に配置された均一の高さの壁91を、図10乃至図13、図15および図16に示した変形例に配置した変形例を適用しても良い。更に、多孔質体14乃至19の仕切り板側端部の側面に配置された、上部流路10bの冷媒出口4側よりも冷媒出口4の反対側が高い壁92を、図10乃至図13、図15および図16に示した変形例に配置した変形例を適用しても良い。
Further, in the cooling devices according to the fourth and fifth embodiments, the columnar
また、第6の実施形態に係る冷却装置では、楕円形の柱状の多孔質体57を用いているが、特にこれに限定されるものでなく、円柱状または多角柱状の多孔質体を用いても良い。更に、第2の実施形態のように、仕切り板側端部の面積よりも仕切り板6と対向する端部の面積を小さく形成した立体からなる多孔質体を用いても良いし、第3の実施形態のように、上部流路10bの冷媒出口4と反対方向に部分的に突出した凸形状を有する形状の柱または卵型の柱からなる多孔質体を用いても良い。また、図8乃至図16に示した変形例を適用しても良いし、図8乃至図16に示した変形例の多孔質体を多角柱からなる多孔質体に置換した変形例を適用しても良い。更に、上部流路10bの冷媒出口4と反対方向に部分的に突出した凸形状を有する形状または卵型状に多孔質体5、13乃至19を形成した多孔質体を、図8乃至図16に示した変形例に用いた変形例を適用しても良いし、多孔質体5、13乃至19における仕切り板側端部の面積よりも仕切り板6と対向する端部の面積を小さく形成した立体である多孔質体を、図8乃至図16に示した変形例に用いた変形例を適用しても良い。更に、多孔質体5、14乃至19の中心を通る断面における孔側端部が凹形状に切り欠かれた立体である多孔質体を、図9乃至図16に示した変形例に用いた変形例を適用しても良い。更に、多孔質体14乃至19の仕切り板側端部の側面に配置された均一の高さの壁91を、図10乃至図13、図15および図16に示した変形例に配置した変形例を適用しても良い。更に、多孔質体14乃至19の仕切り板側端部の側面に配置された、上部流路10bの冷媒出口4側よりも冷媒出口4の反対側が高い壁92を、図10乃至図13、図15および図16に示した変形例に配置した変形例を適用しても良い。
Further, in the cooling device according to the sixth embodiment, the elliptical columnar
また、第1乃至第6の実施形態に係る冷却装置および図8乃至図16に示した変形例の多孔質体5、11乃至19、51乃至57には、他の気孔と一部が接続される(オープンセル型の)球状の気孔が多数形成されているが、特にこれに限定されるものでなく、冷媒が多孔質体5、11乃至19、51乃至57内を通過できれば、いずれの形状の気孔でも適用可能である。更に、第1乃至第6の実施形態に係る冷却装置および図8乃至図16に示した変形例では、多孔質体5、11乃至19、51乃至57の材料を説示していないが、熱伝達率が高い材料であれば、例えば、銅またはアルミニウム等の金属材料でも良い。
The cooling devices according to the first to sixth embodiments and the
また、第1乃至第6の実施形態に係る冷却装置では、冷媒として、冷却水を用いているが、特にこれに限定されるものでなく、他の流体を用いても良い。 In the cooling devices according to the first to sixth embodiments, cooling water is used as the coolant, but the invention is not particularly limited thereto, and other fluids may be used.
1 冷却板、2 絶縁板、3 半導体素子、4 冷媒出口、5 多孔質体、
6 仕切り板、7 孔、8 冷媒入口、
10 流路、10a 下部流路、10b 上部流路、
11、12、13、14、15、16、17、18、19 多孔質体、
14a、16a、18a 小気孔数層、14b、16b、18b 大気孔数層、
15a、17a、19a 小気孔径層、15b、17b、19b 大気孔径層、
21、22、23、24、25、26、27 絶縁板、
31、32、33、34、35、36、37、38 半導体素子、
51、52、53、54、55、56、57 多孔質体、
71、72、73、74、75、76、77、78 孔、91、92 壁、
B 多孔質体周辺部、C 多孔質体周辺部
1 cooling plate, 2 insulating plate, 3 semiconductor element, 4 refrigerant outlet, 5 porous body,
6 partition plate, 7 holes, 8 refrigerant inlet,
10 channel, 10a lower channel, 10b upper channel,
11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 porous body,
14a, 16a, 18a Small pore number layer, 14b, 16b, 18b Atmospheric pore number layer,
15a, 17a, 19a Small pore size layer, 15b, 17b, 19b Atmospheric pore size layer,
21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 insulation plate,
31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 semiconductor element,
51, 52, 53, 54, 55, 56, 57 porous body,
71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78 holes, 91, 92 walls,
B porous body peripheral part, C porous body peripheral part
Claims (20)
発熱体から発生する熱を前記冷媒に伝達するため、前記仕切り板上に配置された高熱伝達率材と、
前記仕切り板における前記各高熱伝達率材の直下の位置に形成された孔とを備え、
前記冷媒は、前記下部流路から前記高熱伝達率材に、前記孔を介して供給され、
前記高熱伝達率材は、多孔質体であることを特徴とする冷却装置。 A partition plate that divides the flow path through which the refrigerant flows and divides the flow path into an upper flow path and a lower flow path;
For transferring heat generated from the heating element to the refrigerant, and the high heat transfer coefficient material disposed on the partition plate,
A hole formed at a position directly below each high heat transfer coefficient material in the partition plate,
The refrigerant is supplied from the lower flow path to the high heat transfer coefficient material through the holes ,
The high heat transfer rate material, the cooling device comprising a porous body der Rukoto.
中心を通る断面における仕切り板側に凹形状の前記第1の層が配置され、
前記第1の層方向に突出した凸形状に形成された前記第2の層が、前記第1の層の直上に接合されたことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の冷却装置。 The high heat transfer coefficient material comprises a first layer having a low porosity and a second layer having a high porosity,
The concave first layer is arranged on the partition plate side in the cross section passing through the center,
The said 2nd layer formed in the convex shape protruded in the said 1st layer direction was joined just on the said 1st layer, The any one of Claim 1 thru | or 9 characterized by the above- mentioned. Cooling system.
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