JP5145996B2 - 冷却器及びこれを用いた電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品を冷却するための冷却器及びこれを用いた電力変換装置に関する。

従来より、インバータやＤＣ−ＤＣコンバータ等の電力変換装置として、半導体素子を内蔵する複数の半導体モジュールと、該半導体モジュールを両主面から冷却するための冷却器とを有する電力変換装置がある（特許文献１参照）。
上記冷却器は、複数の冷却管を積層してなり、隣り合う冷却管の間に半導体モジュールを密着配置させている。

特開２００５−３３２８６３号公報

しかしながら、隣り合う冷却管の間には、複数の半導体素子が並列配置されており、該複数の半導体素子は、冷却管における冷媒流通方向に並んで配置されている。そのため、冷却管の内部の冷媒流路を流れる冷却媒体は、上流側に配置された半導体素子と熱交換した後、下流側の半導体素子と熱交換することとなる。それ故、上流側の半導体素子との熱交換によって温度が上昇した冷却媒体によって、下流側の半導体素子を冷却することとなり、下流側の半導体素子の冷却効率が低くなるおそれがある。
すなわち、冷却管における上流側と下流側とにおける冷却媒体の温度に差が生じ、上流側の半導体素子と下流側の半導体素子との間で冷却効率のばらつきが生じるおそれがある。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、複数の電子部品の冷却効率のばらつきを低減した冷却器、及びこれを用いた電力変換装置を提供しようとするものである。

第１の発明は、電子部品を両面から挟持するように配置された複数の冷却管を有してなり、隣り合う一対の該冷却管の間に複数の上記電子部品を並列配置する冷却器であって、
上記冷却管は、冷却媒体を導入する冷媒入口と、上記冷却媒体を排出する冷媒出口とを有すると共に、上記冷媒入口から上記冷媒出口に向かって上記冷却媒体を流通させる冷媒流路を内部に有し、
上記冷媒流路は、上記冷却管の積層方向に、２枚の仕切壁によって、一対の外側冷媒流路と、該一対の外側冷媒流路の間に配される内側冷媒流路とに分割されており、
上記冷媒入口は上記内側冷媒流路に直接接続され、上記冷媒出口は一対の上記外側冷媒流路に直接接続されており、
上記仕切壁には、上記複数の電子部品に対向する開口部が、上記冷媒入口から上記冷媒出口に向かう冷媒流通方向及び上記積層方向に直交する流路幅方向の中央部に形成されており、
上記外側冷媒流路には、上記冷却管の内壁に接触したフィンを形成してあることを特徴とする冷却器にある（請求項１）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記冷却器においては、上記冷却管の上記冷媒流路が、上記内側冷媒流路と一対の上記外側冷媒流路とに分割されており、上記冷媒入口が上記内側冷媒流路に直接接続され、上記冷媒出口が一対の上記外側冷媒流路に直接接続されている。そして、上記仕切壁には上記開口部が形成されている。

これにより、冷媒入口から導入された冷却媒体は、内側冷媒流路を流れると共に、上記開口部から外側冷媒流路へ流れ、冷媒出口へ向かうこととなる。上記開口部は、複数の電子部品に対して対向しているため、開口部から外側冷媒流路へ流れる冷却媒体は、電子部品と冷却管との密着面付近に供給されることとなる。この冷却媒体は、内側冷媒流路を流れてきたものであるため、上流側において熱交換はしておらず、温度の低いものである。
それ故、下流側の電子部品に対しても、その冷却効率を向上させることができ、上流側と下流側とにおける電子部品の冷却効率のばらつきを低減することができる。

以上のごとく、上記第１の発明によれば、複数の電子部品の冷却効率のばらつきを低減した冷却器を提供することができる。
第２の発明は、電子部品を両面から挟持するように配置された複数の冷却管を有してなり、隣り合う一対の該冷却管の間に複数の上記電子部品を並列配置する冷却器であって、
上記冷却管は、冷却媒体を導入する冷媒入口と、上記冷却媒体を排出する冷媒出口とを有すると共に、上記冷媒入口から上記冷媒出口に向かって上記冷却媒体を流通させる冷媒流路を内部に有し、
上記冷媒流路は、上記冷却管の積層方向に、２枚の仕切壁によって、一対の外側冷媒流路と、該一対の外側冷媒流路の間に配される内側冷媒流路とに分割されており、
上記冷媒入口は上記内側冷媒流路に直接接続され、上記冷媒出口は一対の上記外側冷媒流路に直接接続されており、
上記仕切壁には、上記複数の電子部品に対向する開口部が、上記冷媒入口から上記冷媒出口に向かう冷媒流通方向及び上記積層方向に直交する流路幅方向の中央部に形成されており、
上記開口部の開口面積が異なる複数種類の上記冷却管を積層してなることを特徴とする冷却器にある（請求項２）。
第３の発明は、電子部品を両面から挟持するように配置された複数の冷却管を有してなり、隣り合う一対の該冷却管の間に複数の上記電子部品を並列配置する冷却器であって、
上記冷却管は、冷却媒体を導入する冷媒入口と、上記冷却媒体を排出する冷媒出口とを有すると共に、上記冷媒入口から上記冷媒出口に向かって上記冷却媒体を流通させる冷媒流路を内部に有し、
上記冷媒流路は、上記冷却管の積層方向に、２枚の仕切壁によって、一対の外側冷媒流路と、該一対の外側冷媒流路の間に配される内側冷媒流路とに分割されており、
上記冷媒入口は上記内側冷媒流路に直接接続され、上記冷媒出口は一対の上記外側冷媒流路に直接接続されており、
上記仕切壁には、上記複数の電子部品に対向する開口部が、上記冷媒入口から上記冷媒出口に向かう冷媒流通方向及び上記積層方向に直交する流路幅方向の中央部に形成されており、
上記複数の冷却管のうち少なくとも一つの冷却管は、上記２枚の仕切壁にそれぞれ形成した上記開口部の開口面積を互いに異ならせていることを特徴とする冷却器にある（請求項３）。

第４の発明は、半導体素子を内蔵した複数の半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却するための冷却器とを有する電力変換装置であって、
上記冷却器は、上記第１〜第３の何れかの発明に係る冷却器であって、上記電子部品は、上記半導体素子であることを特徴とする電力変換装置にある（請求項７）。
上記第４の発明によれば、複数の半導体素子の冷却効率のばらつきを低減した電力変換装置を提供することができる。

上記第１〜第３の発明において、上記冷却器は、たとえば、ＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ等の電力変換装置の冷却器として用いることができ、上記電子部品としては、上記電力変換装置の一部を構成する半導体素子とすることができる。ただし、上記冷却器の用途はこれに限らず、たとえばコンデンサ、リアクトル、その他、種々の電子部品を冷却するために用いることができる。

また、上記開口部は、上記冷媒流通方向に長い形状を有することが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記開口部を通過する冷却媒体の圧力損失を低減することができる。また、冷媒流通方向に沿って複数の電子部品が冷却管に密着配置されている場合に、これら複数の電子部品に対応する位置において、内側冷媒流路から外側冷媒流路へ冷却媒体を移動させることができる。そのため、複数の電子部品の冷却ばらつきを一層低減することができる。

また、第１の発明においては、上記外側冷媒流路には、上記冷却管の内壁に接触したフィンを形成してある。
これにより、冷却媒体と冷却管との伝熱面積を大きくして、冷却効率を向上させることができる。

また、上記フィンは、上記冷媒流通方向の下流側へ向かうほど、上記開口部から上記流路幅方向の外側へ向かうように傾斜していることが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記開口部から上記外側冷媒流路に移動した冷却媒体を、上記フィンに沿って、上記流路幅方向の外側へ向かって移動させることができる。これにより、電子部品との間で熱交換をして温度上昇した冷却媒体を、流路幅方向の外側へ移動させて、冷却媒体の温度ばらつきを低減することができる。また、上流側の電子部品との間で熱交換をして温度上昇した冷却媒体を、下流側の電子部品の中央部に対応しない位置に導いて、下流側の電子部品の冷却効率の低下を抑制することができる。

また、上記外側冷媒流路は、上記開口部の上記冷媒流通方向の下流側に、上記冷却媒体の流れを遮る遮蔽体を設けていることが好ましい（請求項６）。
この場合には、上記内側冷媒流路から上記開口部を通じて上記外側冷媒流路へ移動した冷却媒体が直接上記冷媒出口へ向かうことを抑制することにより、冷却媒体と電子部品との間の熱交換を促進し、電子部品の冷却効率を向上させることができる。

また、第２の発明においては、上記開口部の開口面積が異なる複数種類の上記冷却管を積層してなる。
これにより、密着配置する電子部品によって冷却効率を変化させることができる。すなわち、開口面積が大きい開口部を有する冷却管においては、冷却媒体の圧力損失が小さいため、冷却媒体の流量を大きくすることができる。一方、開口面積が小さい開口部を有する冷却管においては、冷却媒体の圧力損失が大きいため、冷却媒体の流量が少なくなる。そこで、たとえば、発熱量の大きい電子部品に密着配置する冷却管を、開口面積の大きい開口部を有するものとし、発熱量の小さい電子部品に密着配置する冷却管を、開口面積の小さい開口部を有するものとする。これにより、発熱量の小さい電子部品の冷却効率よりも、発熱量の大きい電子部品の冷却効率の方を大きくすることができる。その結果、全体として、温度ばらつきを低減することができる冷却器を提供することができる。

また、第３の発明においては、上記複数の冷却管のうち少なくとも一つの冷却管は、上記２枚の仕切壁にそれぞれ形成した上記開口部の開口面積を互いに異ならせている。
これにより、少なくとも一つの冷却管の両面において、冷却効率を変化させることができる。すなわち、一本の冷却管における冷却媒体の流れとして、開口面積の大きい開口部を通過する流れが、開口面積の小さい開口部を通過する流れよりも、圧力損失が小さく、流量が大きくなる。そのため、冷却管における、開口面積の大きい開口部に近い側の主面に密着配置した電子部品の冷却効率を比較的高くすることができる。
その結果、たとえば、互いに発熱量の異なる電子部品を上記冷却管の両面に配置したときに、それらの電子部品の間の温度ばらつきを低減することができる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかる冷却器及びこれを用いた電力変換装置につき、図１〜図６を用いて説明する。
本例の冷却器１は、図１、図２、図６に示すごとく、電子部品としての半導体モジュール２を両面から挟持するように配置された複数の冷却管３を有してなる。隣り合う一対の冷却管３の間には、複数の半導体モジュール２が並列配置されている。

図１に示すごとく、冷却管３は、冷却媒体を導入する冷媒入口３１と、冷却媒体を排出する冷媒出口３２とを有すると共に、冷媒入口３１から冷媒出口３２に向かって冷却媒体を流通させる冷媒流路３３を内部に有する。
冷媒流路３３は、冷却管３の積層方向Ｘに、２枚の仕切壁３４によって、一対の外側冷媒流路３３２と、該一対の外側冷媒流路３３２の間に配される内側冷媒流路３３１とに分割されている。

冷媒入口３１は内側冷媒流路３３１に直接接続され、冷媒出口３２は一対の外側冷媒流路３３２に直接接続されている。
図２、図３に示すごとく、仕切壁３４には、複数の半導体モジュール２に対向する開口部３５が、冷媒入口３１から冷媒出口３２に向かう冷媒流通方向Ｙ及び上記積層方向Ｘに直交する流路幅方向Ｚの中央部に形成されている。開口部３５は、冷媒流通方向Ｙに長い形状を有する。

図４、図５に示すごとく、外側冷媒流路３３２には、冷却管３の内壁に接触したフィン３６を複数本形成してある。各フィン３６は、冷媒流通方向Ｙの下流側へ向かうほど、開口部３５から流路幅方向Ｚの外側へ向かうように傾斜している。冷媒流通方向Ｙに対するフィン３６の傾斜角度は、たとえば３０〜６０°程度である。

フィン３６は、外側冷媒流路３３２において、冷媒流通方向Ｙに沿って複数並列配置されている。また、フィン３６は、流路幅方向Ｚの中心を通る冷媒流通方向Ｙの直線を対称軸として、線対称に形成されている。
また、図５に示すごとく、フィン３６は、アルミニウム等の金属板を矩形波状に屈曲成形すると共に、矩形波の頂部にあたる頂面部３６１を冷却管３の内壁面及び仕切壁３４に接触させている。

冷却器１は、図１、図６に示すごとく、互いの間に間隙を設けつつ積層した複数の冷却管３からなり、半導体素子を内蔵した半導体モジュール２を、隣り合う冷却管３の間に配置してなる。この複数の半導体モジュール２によって、電力変換装置１０を構成している。
図２に示すごとく、半導体モジュール２には、上記半導体素子として、スイッチング素子２１１と、該スイッチング素子２１１におけるコレクタ−エミッタ間に接続され、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオード２１２が内蔵されている。
スイッチング素子２１１としては、たとえば、ＩＧＢＴ素子を用いることができ、ダイオード２１２としては、たとえば、フライホイールダイオードを用いることができる。

また、図２に示すごとく、半導体モジュール２は、スイッチング素子２１１を制御する制御回路部（図示略）に接続される複数の制御端子２２と、制御される電力を入出させる２本の電極端子２３１、２３２とを、本体部２０の端面から突出して設けてなる。
一方の電極端子２３１は、電源部（図示略）に接続されると共に平滑コンデンサ（図示略）に接続される。他方の電極端子２３２は、バスバー（図示略）を介して回転電機（図示略）に接続される。

また、半導体モジュール２における本体部２０は、スイッチング素子２１１とダイオード２１２とを樹脂によってモールディングしてあり、その本体部２０の一つの端面から制御端子２２を突出させ、これと反対側の端面から電極端子２３１、２３２を突出させている。また、本体部２０の主面には、放熱板（図示略）が露出していてもよい。

冷却器１は、図６に示すごとく、隣り合う冷却管３同士を、冷媒入口３１および冷媒出口３２において、それぞれ連結管３０１によって連結してなる。そして、隣り合う冷却管３の間に、半導体モジュール２が挟持されており、半導体モジュール２の両主面を、冷却管３に密着させている。その手段としては、冷却管３と半導体モジュール２との間に接着剤を介在させて接着させてもよいし、積層方向にバネ等の外力を付与することにより押圧してもよい。
また、半導体モジュール２の本体部２０の主面に放熱板を露出させる場合には、本体部２０の主面と冷却管３との間に絶縁材を介在させる。

また、冷却管３は、アルミニウム又はその合金からなり、プレス成形された複数の金属板を組合わせることにより形成することができる。
また、積層方向Ｘの一端に配置される冷却管３には、複数の冷却管３の積層体の内部に冷却媒体を導入するための冷媒導入管３０２と、冷却媒体を排出する冷媒排出管３０３が設けられている。

これにより、冷媒導入管３０２から導入された冷却媒体は、適宜連結管３０１を通じて各冷却管３の冷媒流路３３に分配され、流通する。この間に、冷却媒体は、半導体モジュール２との間で熱交換を行う。そして、半導体モジュール２との熱交換によって温度上昇した後の冷却媒体は、適宜連結管３０１を通じて冷媒排出管３０３から排出される。

各冷却管３の冷媒流路３３に分配される冷却媒体Ｗは、図１に示すごとく、まず、冷媒入口３１から内側冷媒流路３３１に供給される。そして、冷却媒体Ｗは内側冷媒流路３３１を流れるが、この間においては、特に半導体モジュール２との間で熱交換を行うことがなく、温度上昇はほとんどない。

次いで、内側冷媒流路３３１を流れる冷却媒体Ｗは、順次、仕切壁３４に設けた開口部３５から外側冷媒流路３３２へ移動する。冷却媒体Ｗの移動は、冷媒流通方向Ｙに長い開口部３５の全体を通して行われる。すなわち、冷却媒体Ｗの一部は、開口部３５のうち冷媒入口３１に近い位置を通り、他の一部は、開口部３５のうち冷媒入口３１の中央付近を通り、更に他の一部は、開口部３５のうち冷媒出口３２に近い位置を通る。

開口部３５は、冷媒流路３３における流路幅方向Ｚの中央部に形成されているため、外側の冷媒流路３３２に移動した冷却媒体Ｗは、まず、冷却管３に接触配置された半導体モジュール２の中央部に対応する位置に供給される。すなわち、半導体モジュール２のうち、スイッチング素子２１１とダイオード２１２とが配置された部分であって、発熱量の大きい部分に対応する位置に、冷却媒体Ｗが供給される。これにより、半導体モジュール２と冷却媒体Ｗとの間で熱交換が行われ、半導体モジュール２を冷却する一方で、冷却媒体Ｗの温度が上昇する。なお、図４において、実線の矢印にて記載したＷ１は温度上昇する前の冷却媒体の流れを示し、破線の矢印にて記載したＷ２は温度上昇した後の冷却媒体の流れを示す。図３、図７、図１１、図１２においても同様である。

そして、図４に示すごとく、冷却媒体Ｗの一部は、フィン３６に沿って外側冷媒流路３３２における流路幅方向Ｚの両端部へ向かう。すなわち、温度上昇した冷却媒体Ｗ２の一部は、外側冷媒流路３３２における流路幅方向Ｚの両端部へ移動し、該両端部を通って冷媒出口３２へ向かう。そのため、上流側における半導体モジュール２と熱交換して温度上昇した冷却媒体Ｗ２の多くは、下流側における半導体モジュール２との間の熱交換に用いられず、新たに開口部３５を通って内側冷媒流路３３１から外側冷媒流路３３２へ移動した冷却媒体Ｗ１によって、下流側における半導体モジュール２が冷却される。

そして、熱交換によって温度上昇した冷却媒体Ｗ２は、冷媒出口３２から適宜連結管３０１を伝って冷媒排出管３０３へ達し、排出される。
このようにして、冷却器３に冷却媒体Ｗを巡らすことにより、半導体モジュール２との熱交換を行って、半導体モジュール２を冷却する。

上記冷却媒体Ｗとしては、たとえば、エチレングリコール系の不凍液が混入した水、水やアンモニア等の自然冷媒、フロリナート等のフッ化炭素系冷媒、ＨＣＦＣ１２３、ＨＦＣ１３４ａ等のフロン系冷媒、メタノール、アルコール等のアルコール系冷媒、アセトン等のケトン系冷媒などを用いることができる。また、空気などの気体系の冷却媒体を用いることもできる。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記冷却器１においては、図１に示すごとく、冷却管３の冷媒流路３３が、内側冷媒流路３３１と一対の外側冷媒流路３３２とに分割されており、冷媒入口３１が内側冷媒流路３３１に直接接続され、冷媒出口３２が一対の外側冷媒流路３３２に直接接続されている。そして、仕切壁３４には開口部３５が形成されている。

これにより、冷媒入口３１から導入された冷却媒体Ｗは、内側冷媒流路３３１を流れると共に、開口部３５から外側冷媒流路３３２へ流れ、冷媒出口３２へ向かうこととなる。図２に示すごとく、開口部３５は、複数の半導体モジュール２（電子部品）に対して対向しているため、開口部３５から外側冷媒流路３３２へ流れる冷却媒体Ｗは、半導体モジュール２と冷却管３との密着面付近に供給されることとなる。この冷却媒体Ｗは、内側冷媒流路３３１を流れてきたものであるため、上流側において熱交換はしておらず、温度の低いものである。
それ故、下流側の半導体モジュール２に対しても、その冷却効率を向上させることができ、上流側と下流側とにおける半導体モジュール２の冷却効率のばらつきを低減することができる。

また、開口部３５は、冷媒流通方向Ｙに長い形状を有するため、開口部３５を通過する冷却媒体Ｗの圧力損失を低減することができる。また、冷媒流通方向Ｙに沿って複数の半導体モジュール２が冷却管３に密着配置されている場合に、これら複数の半導体モジュール２に対応する位置において、内側冷媒流路３３１から外側冷媒流路３３２へ冷却媒体Ｗを移動させることができる。そのため、複数の半導体モジュール２の冷却ばらつきを一層低減することができる。

また、外側冷媒流路３３２にはフィン３６を形成してあるため、冷却媒体Ｗと冷却管３との伝熱面積を大きくして、冷却効率を向上させることができる。
また、フィン３６は、冷媒流通方向Ｙの下流側へ向かうほど、開口部３５から流路幅方向Ｚの外側へ向かうように傾斜している。そのため、開口部３５から外側冷媒流路３３２に移動した冷却媒体Ｗを、フィン３６に沿って、流路幅方向Ｚの外側へ向かって移動させることができる。これにより、半導体モジュール２との間で熱交換をして温度上昇した冷却媒体Ｗを、流路幅方向Ｚの外側へ移動させて、冷却媒体Ｗの温度ばらつきを低減することができる。また、上流側の半導体モジュール２との間で熱交換をして温度上昇した冷却媒体Ｗを、下流側の半導体モジュール２の中央部に対応しない位置に導いて、下流側の半導体モジュール２の冷却効率の低下を抑制することができる。

以上のごとく、本例によれば、複数の電子部品（半導体モジュール）の冷却効率のばらつきを低減した冷却器及びこれを用いた電力変換装置を提供することができる。

（実施例２）
本例は、図７、図８に示すごとく、外側冷媒流路３３２が、開口部３５の冷媒流通方向Ｙの下流側に、冷却媒体Ｗの流れを遮る遮蔽体３７を設けている例である。
遮蔽体３７は、図７に示すごとく、開口部３５の下流側の端縁と、フィン３６の下流側の端縁とに沿うように、正面視台形状に形成されており、図８に示すごとく、外側冷媒流路３３２における積層方向Ｘ全体にわたって形成されている。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、内側冷媒流路３３１から開口部３５を通じて外側冷媒流路３３２へ移動した冷却媒体が直接冷媒出口３２へ向かうことを抑制することにより、冷却媒体と半導体モジュール２との間の熱交換を促進し、半導体モジュール２の冷却効率を向上させることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、図９〜図１２に示すごとく、開口部３５の開口面積が異なる複数種類の冷却管３を積層してなる冷却器１及びこれを用いた電力変換装置１０の例である。
すなわち、互いに発熱量の異なる半導体モジュール２を複数個、冷却器１に配置する場合において、半導体モジュール２の発熱量に応じて、密着させる冷却管３における開口部３５の大きさを変化させている。

たとえば、図９、図１０に示すように、発熱量の大きい６個の半導体モジュール２Ｈと、発熱量の小さい１０個の半導体モジュール２Ｌとを、一つの冷却器１に積層配置した電力変換装置１０においては、半導体モジュール２の配置及び各冷却管３の構成を以下のようにすることができる。
すなわち、発熱量の大きい半導体モジュール２Ｈを、冷却器１における冷媒導入管３０２及び冷媒排出管３０３に近い４本の冷却管３（３Ｈ、３Ｍ）の間に積層配置する。また、発熱量の比較的小さい半導体モジュール２Ｌを、冷却器１における冷媒導入管３０２及び冷媒排出管３０３から遠い６本の冷却管３（３Ｍ、３Ｌ）の間に積層配置する。

発熱量の大きい半導体モジュール２に密着配置する冷却管３（３Ｈ、３Ｍ）は、図１１に示すごとく、開口面積の大きい開口部３５を有する。また、発熱量の小さい半導体モジュール２に密着配置する冷却管３（３Ｍ、３Ｌ）は、図３に示すごとく、開口面積の小さい開口部３５を有する。

そして、一方の面に発熱量の大きい半導体モジュール２Ｈを密着配置し、他方の面に発熱量の小さい半導体モジュール２Ｌを密着配置した冷却管３Ｍは、図１０に示すごとく、一方の仕切壁３４に設けた開口部３５の開口面積を大きくし、他方の仕切壁３４に設けた開口部３５の開口面積を小さくしている。つまり、冷却管３Ｍにおける一対の仕切壁３４のうち、半導体モジュール２Ｈに近い側の仕切壁３４に、開口面積の大きい開口部３５を設け、半導体モジュール２Ｌに近い側の仕切壁３４に、開口面積の小さい開口部３５を設けている。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、密着配置する半導体モジュール２によって冷却効率を変化させることができる。すなわち、開口面積が大きい開口部３５を有する冷却管３（３Ｈ）においては、冷却媒体の圧力損失が小さいため、冷却媒体の流量を大きくすることができる。一方、開口面積が小さい開口部３５を有する冷却管３（３Ｌ）においては、冷却媒体の圧力損失が大きいため、冷却媒体の流量が少なくなる。

そこで、上記のごとく、発熱量の大きい半導体モジュール２Ｈに密着配置する冷却管３（３Ｈ、３Ｍ）を、開口面積の大きい開口部３５を有するものとし、発熱量の小さい半導体モジュール２Ｌに密着配置する冷却管３（３Ｍ、３Ｌ）を、開口面積の小さい開口部３５を有するものとする。これにより、発熱量の小さい半導体モジュール２Ｌの冷却効率よりも、発熱量の大きい半導体モジュール２Ｈの冷却効率の方を大きくすることができる。その結果、全体として、温度ばらつきを低減することができる冷却器１を提供することができる。

また、冷却管３Ｍは、２枚の仕切壁３４にそれぞれ形成した開口部３５の開口面積を互いに異ならせているため、冷却管３Ｍの両面において、冷却効率を変化させることができる。すなわち、一本の冷却管３Ｍにおける冷却媒体の流れとして、開口面積の大きい開口部３５を通過する流れが、開口面積の小さい開口部３５を通過する流れよりも、圧力損失が小さく、流量が大きくなる。そのため、冷却管３Ｍにおける、開口面積の大きい開口部３５に近い側の主面に密着配置した半導体モジュール２Ｈの冷却効率を比較的高くすることができる。
その結果、冷却管３Ｍの両面に配置した、互いに発熱量の異なる半導体モジュール２Ｈ、２Ｌの間の温度ばらつきを低減することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例４）
本例は、図１３に示すごとく、一枚の仕切壁３４に、複数の開口部３５を設けた例である。
本例においては、仕切壁３４における流路幅方向Ｚの中央において、冷媒流通方向Ｙに２個、開口部３５を配列させている。そして、各開口部３５は、半導体モジュール２を冷却管３に密着配置した部分に対応する位置にそれぞれ設けてある。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、各半導体モジュール２の配設位置に、より対応する位置において、内側冷媒流路３３１から外側冷媒流路３３２へ冷却媒体を移動させることができるため、各半導体モジュール２の冷却効率を向上させることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

実施例１における、電力変換装置の一部の断面図であって、図２のＡ−Ａ線矢視断面相当図。 実施例１における、電力変換装置の一部の正面説明図。 図１のＢ−Ｂ線矢視断面図（内側冷媒流路の説明図）。 図１のＣ−Ｃ線矢視断面図（外側冷媒流路の説明図）。 実施例１における、開口部の下流端付近の冷却管の断面図であって、図２のＡ−Ａ線矢視断面相当図。 実施例１における、冷却器及び電力変換装置の平面説明図。 実施例２における、外側冷媒流路の説明図。 実施例２における、開口部の下流端付近の冷却管の断面図であって、図７のＥ−Ｅ線矢視断面相当図。 実施例３における、冷却器及び電力変換装置の平面説明図。 図９のＤ−Ｄ線矢視断面図。 実施例３における、内側冷媒流路（仕切壁）の説明図。 実施例３における、外側冷媒流路の説明図。 実施例４における、内側冷媒流路（仕切壁）の説明図。

符号の説明

１ 冷却器
１０ 電力変換装置
２ 半導体モジュール
３ 冷却管
３１ 冷媒入口
３２ 冷媒出口
３３ 冷媒流路
３３１ 内側冷媒流路
３３２ 外側冷媒流路
３４ 仕切壁
３５ 開口部
Ｘ 積層方向
Ｙ 冷媒流通方向
Ｚ 流路幅方向

Claims (7)

1. 電子部品を両面から挟持するように配置された複数の冷却管を有してなり、隣り合う一対の該冷却管の間に複数の上記電子部品を並列配置する冷却器であって、
   上記冷却管は、冷却媒体を導入する冷媒入口と、上記冷却媒体を排出する冷媒出口とを有すると共に、上記冷媒入口から上記冷媒出口に向かって上記冷却媒体を流通させる冷媒流路を内部に有し、
   上記冷媒流路は、上記冷却管の積層方向に、２枚の仕切壁によって、一対の外側冷媒流路と、該一対の外側冷媒流路の間に配される内側冷媒流路とに分割されており、
   上記冷媒入口は上記内側冷媒流路に直接接続され、上記冷媒出口は一対の上記外側冷媒流路に直接接続されており、
   上記仕切壁には、上記複数の電子部品に対向する開口部が、上記冷媒入口から上記冷媒出口に向かう冷媒流通方向及び上記積層方向に直交する流路幅方向の中央部に形成されており、
   上記外側冷媒流路には、上記冷却管の内壁に接触したフィンを形成してあることを特徴とする冷却器。
2. 電子部品を両面から挟持するように配置された複数の冷却管を有してなり、隣り合う一対の該冷却管の間に複数の上記電子部品を並列配置する冷却器であって、
   上記冷却管は、冷却媒体を導入する冷媒入口と、上記冷却媒体を排出する冷媒出口とを有すると共に、上記冷媒入口から上記冷媒出口に向かって上記冷却媒体を流通させる冷媒流路を内部に有し、
   上記冷媒流路は、上記冷却管の積層方向に、２枚の仕切壁によって、一対の外側冷媒流路と、該一対の外側冷媒流路の間に配される内側冷媒流路とに分割されており、
   上記冷媒入口は上記内側冷媒流路に直接接続され、上記冷媒出口は一対の上記外側冷媒流路に直接接続されており、
   上記仕切壁には、上記複数の電子部品に対向する開口部が、上記冷媒入口から上記冷媒出口に向かう冷媒流通方向及び上記積層方向に直交する流路幅方向の中央部に形成されており、
   上記開口部の開口面積が異なる複数種類の上記冷却管を積層してなることを特徴とする冷却器。
3. 電子部品を両面から挟持するように配置された複数の冷却管を有してなり、隣り合う一対の該冷却管の間に複数の上記電子部品を並列配置する冷却器であって、
   上記冷却管は、冷却媒体を導入する冷媒入口と、上記冷却媒体を排出する冷媒出口とを有すると共に、上記冷媒入口から上記冷媒出口に向かって上記冷却媒体を流通させる冷媒流路を内部に有し、
   上記冷媒流路は、上記冷却管の積層方向に、２枚の仕切壁によって、一対の外側冷媒流路と、該一対の外側冷媒流路の間に配される内側冷媒流路とに分割されており、
   上記冷媒入口は上記内側冷媒流路に直接接続され、上記冷媒出口は一対の上記外側冷媒流路に直接接続されており、
   上記仕切壁には、上記複数の電子部品に対向する開口部が、上記冷媒入口から上記冷媒出口に向かう冷媒流通方向及び上記積層方向に直交する流路幅方向の中央部に形成されており、
   上記複数の冷却管のうち少なくとも一つの冷却管は、上記２枚の仕切壁にそれぞれ形成した上記開口部の開口面積を互いに異ならせていることを特徴とする冷却器。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記開口部は、上記冷媒流通方向に長い形状を有することを特徴とする冷却器。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、上記フィンは、上記冷媒流通方向の下流側へ向かうほど、上記開口部から上記流路幅方向の外側へ向かうように傾斜していることを特徴とする冷却器。
6. 請求項１〜５のいずれか一項において、上記外側冷媒流路は、上記開口部の上記冷媒流通方向の下流側に、上記冷却媒体の流れを遮る遮蔽体を設けていることを特徴とする冷却器。
7. 半導体素子を内蔵した複数の半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却するための冷却器とを有する電力変換装置であって、
   上記冷却器は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の冷却器であって、上記電子部品は、上記半導体素子であることを特徴とする電力変換装置。

Images