JP5742746B2

JP5742746B2 - 冷却器

Info

Publication number: JP5742746B2
Application number: JP2012033612A
Authority: JP
Inventors: 久保　渉; 渉久保
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-02-20
Filing date: 2012-02-20
Publication date: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2032-02-20
Also published as: JP2013171896A

Description

本発明は、内部に冷却液が流れる流路が形成されたケースを有し、ケース周囲の冷却を行う冷却器に関する。

内部に冷却液が流れる流路が形成されたケースを有し、このケース周囲、特にケースに接触する部材を冷却する冷却器が知られている。また、ケース内の空間に隔壁を設けることにより流路を屈曲または蛇行させ、十分に熱交換されるようにする技術が知られている。

ケースを、閉じ合わせられる二つの部材で構成する場合、流路を屈曲等させるための隔壁は、一方または両方の部材に、相手側の部材に向けて立設される。隔壁の先端と相手側の部材との間には、製作精度を考慮して若干の隙間が設けられている。この隙間を、隔壁を横切るように流れる冷却液は、形成された屈曲する流路を流れず、早期にケースから排出されてしまう。このため、冷却性能が低下する場合がある。

下記特許文献１には、一方の部材から延びるフィンと、フィンの先端を挟む位置に他方の部材に設けられた突起（歯）が示されている。フィン先端と突起の間の隙間はラビリンス構造となり、フィン先端を横切る方向に流れる冷却液の量を抑えることができる。

特開２００７−１６５４８１号公報

特許文献１に開示された構造を冷却器の隔壁に採用する、つまり隔壁の両側に隔壁に沿って延びる突条を設けると、突条と隔壁の間隙部分は冷却液の流速が遅くなり、冷却性能に寄与する割合が低くなる。すなわち、突条を設けた分だけ、ケースと冷却液の有効な接触面積が小さくなり、冷却性能が低下する場合がある。

本発明は、流路を流れる冷却液とケースの有効な接触面積を確保しつつ、隔壁周囲の隙間を隔壁を横切る方向に通過する冷却液を少なくすることを目的とする。

本発明に係る冷却器は、第１ケース部材と第２ケース部材を閉じ合わせて冷却液が流れる内部空間が形成され、ケース周囲あるいはケースに接触する部品を冷却する冷却器である。内部空間には隔壁が設けられており、内部空間内に、この隔壁を迂回するＵ字形の流路が形成される。隔壁は、第１ケース部材から第２ケース部材に向けて延びる第１部分と、第２ケース部材から第１ケース部材に向けて延びる第２部分とを有する。隔壁の第１部分と第２部分の先端面は隙間をもって対向する。これらの先端面は、隔壁を横切る方向に対して傾斜する部分を有する。

先端面が傾斜しているために、隔壁に形成された隙間が、隔壁を横切る方向に対して傾斜して、その長さが長くなる。よって、隙間を通過する冷却液の抵抗が増し、流量が抑えられる。隔壁を挟むように位置する突条を設ける必要がなく、流路を流れる冷却液とケースの接触面積が維持される。

本発明の実施形態の冷却器を備えた電力制御装置の外観図である。図３に示すＡ−Ａ線による冷却器の断面図である。図２に示すＢ−Ｂ線による冷却器の断面図である。比較例を示す図である。本発明の他の実施形態の冷却器の断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１は、本実施形態の冷却器１０を備えた電力制御装置１２の外観を示す図である。電力制御装置１２は、パワートランジスタ等の半導体デバイスを複数備え、所定の電力の供給を行う装置であり、例えば、直流電力から交流電力に、またその逆に変換を行うインバータ、直流電力の電圧を変換するＤＣ−ＤＣコンバータ等を備える。インバータやＤＣ−ＤＣコンバータの電力変換装置を高い密度で配置すると、空冷では半導体デバイスの冷却を十分に行えない場合がある。このため、液冷式の冷却器１０を備える電力制御装置１２が実用に供されている。

冷却器１０は、流入口１４、流出口１６と流路１８を備え、流入口１４から流入した冷却液が流路１８を通って流出口１６から流出する。冷却液は、水または水に凍結防止剤、防錆剤等の添加剤を加えた液体とすることができる。流入口１４と流出口１６は、この例では、略直方体の外形を有する電力制御装置１２の一側面に設けられている。流路１８は、屈曲して、特にＵ字形に形成されており、この流路に沿って流れる冷却液が冷却器１０内に長く留まるように、またより広い範囲を冷却できるようにされている。流路１８の形状は、Ｕ字形、つまり一回屈曲した流路形状だけでなく、複数回屈曲した形状、例えば蛇行形状とすることもできる。また、流入口１４と流出口１６は、電力制御装置１２の二つの側面に各々設けられるようにしてもよい。

図２および図３は、冷却器１０の断面図である。図２は、図３に示されたＡ−Ａ線による断面図、図３は図２に示されたＢ−Ｂ線による断面図である。冷却器１０は、一方が開放したケース本体２０と、ケース本体２０の開放部分を覆うように配置されプレート２２を有する。ケース本体２０をプレート２２を閉じ合わせることにより、内部に閉じた空間を有するケース２４が形成される。この空間を内部空間２６と記す。この内部空間２６には、流入口１４と流出口１６が接続され、冷却液は、流入口１４から内部空間２６に送られ、流出口１６から排出される。ケース本体２０およびプレート２２は、電力制御装置１２の部品（例えばケース）の一部として構成されてもよい。

図２に示されるように、ケース２４は、一方（図２において下方）が開放した方形断面の箱形状を有するケース本体２０と、ケース本体２０の開放した面を覆う概略板形状のプレート２２から形成される。ケース２４の構成は、上記に替えて、例えば一方が開放した方形断面の箱形状の２つの部材を、互いの開放面同士を対向させて閉じ合わせたものとしてもよい。

ケース２４の内部空間２６内には、隔壁２８が設けられている。隔壁２８は、ケース２４の一つの側面から内側に向けて延びて設けられている。例えば、図３では、隔壁２８はケース２４の左側面の、特に流入口１４と流出口１６の間の位置から、右に向けて延びている。この隔壁２８は、内部空間２６を部分的に仕切り、内部空間２６内に隔壁２８を迂回するように流入口１４から流出口１６に至るＵ字形の流路１８を形成している。流路１８内には、冷却液が流路のＵ字形に沿って流れるように誘導するフィン３０が流路に沿って延びている。蛇行するように流路を形成する場合には、ケース２４の左側面から延びる隔壁と、右側面から延びる隔壁とを交互に配置する。この場合であっても、個々の隔壁についてみれば、隔壁によって、当該隔壁を迂回するＵ字形の流路が形成されている。

隔壁２８は、二つの部分３２，３４から構成される。第１部分３２は、ケース本体２０の内部空間２６側の面からプレート２２に向けて突出している。第１部分３２は、ケース本体２０と一体に形成されてもよく、また別個に形成された後、結合されてもよい。第２部分３４は、プレート２２の内部空間２６側の面からケース本体２０に向けて突出している。第２部分３４も、プレート２２と一体に形成されてもよく、また別個に形成された後、結合されてもよい。隔壁２８の第１部分３２と第２部分３４は、互いに対向するように配置され、ケース本体２０とプレート２２が閉じ合わされたとき、各々の部分の側面が面一となって一つの壁のようになる。第１部分３２はケース本体２０から垂直に突出するようにできる。また、第２部分３４はプレート２２から垂直に突出するようにできる。

隔壁の第１部分３２と第２部分３４の先端同士の間には、隙間が形成されている。このようにするのは、ケース本体２０とプレート２２を閉じ合わせたときに、これらを確実に密着させるためである。つまり、ケース本体２０とプレート２２を閉じ合わせたとき、これらが接触する前に第１部分３２と第２部分３４が当接すると、ケース本体２０とプレート２２の間に隙間ができるか、または接合面に十分な面圧を発生させることができなくなる場合がある。これを防止するため、製作精度を考慮して、第１部分３２と第２部分３４の間には所定の隙間が形成されるよう設計されている。一方で、この隙間は、隔壁２８で仕切られた両側の流路１８を繋ぐものであり、この隙間を通って流れる冷却液は流路のＵ形状に沿って流れていない。この流路に沿わずに流れる冷却液が多くなると、想定している冷却性能を発揮できなくなる場合がある。

隔壁の第１部分３２の先端面３２ａと第２部分３４の先端面３４ａは、隙間をもって対向し、かつ隔壁を横切る方向（図２中左右方向）に対して傾斜している。また、先端面３２ａ，３４ａは、互いに平行に配置することができる。隔壁の第１部分３２と第２部分３４の間に形成された隙間は、隔壁２８を横切る方向に対して傾斜したものとなる。また、隙間は、隔壁２８の壁面の鉛直方向に対して傾斜したものとなる。したがって、隔壁２８を横切るように、図２の右側の流路から、左側の流路に隙間を通って流れようとする冷却液の流路の長さが、傾斜していない流路に比べて長くなる。これにより、この隙間を通過する冷却液に関して流路抵抗が大きくなり、ここを流れる冷却液の流量を抑えることができる。また、図４のように、隔壁３６の両側に位置し、隔壁に沿って延びる２本の突条３８を設け、隔壁３６と突条３８の間にラビリンスを構成した場合に比べ、突条３８を設けないため、流路１８を流れる冷却液とプレート２２の接触面積が減少せずに、冷却性能が維持される。

図５は、隔壁の他の態様を示す図である。冷却器４０は、隔壁の態様を除いて前述の冷却器１０と同様の構成を有するものであり、その説明は省略する。冷却器４０は、内部空間内に隔壁４２を有する。この隔壁４２は、前述の隔壁２８と同様の機能を有する。つまり、隔壁４２は、内部空間２６を部分的に仕切り、内部空間２６内に流入口１４から流出口１６に至るＵ字形の流路１８を形成している。隔壁４２は、二つの部分４４，４６から構成される。第１部分４４は、ケース本体２０の内部空間２６側の面からプレート２２に向けて突出している。第１部分４４は、ケース本体２０と一体に形成されてもよく、また別個に形成された後、結合されてもよい。第２部分４６は、プレート２２の内部空間２６側の面からケース本体２０に向けて突出している。第２部分４６も、プレート２２と一体に形成されてもよく、また別個に形成された後、結合されてもよい。隔壁４２の第１部分４４と第２部分４６は、互いに対向するように配置され、ケース本体２０とプレート２２が閉じ合わされたとき、各々の部分の側面が面一となって一つの壁のようになる。

隔壁の第１部分４４と第２部分４６の先端同士の間には、隙間が形成されている。このようにするのは、前述の冷却器１０と同様、ケース本体２０とプレート２２を閉じ合わせたときに、これらを確実に密着させるためである。隔壁の第１部分４４の先端面４４ａと第２部分４６の先端面４６ａは、隙間をもって対向し、かつ隔壁を横切る方向において傾斜する二つの面を有している。先端面４４ａは、異なる傾斜方向を有する二つの面を山形に組み合わせて形成され、先端面４６ａは、異なる傾斜を有する二つの面を谷形に組み合わせて形成されている。先端面４４ａの山形と、先端面４６ａの谷形とが嵌り合うようになって、これらの先端面４４ａ，４６ａの間に、Ｖ字形の隙間が形成される。これらの先端面４４ａ，４６ａの互いに対向する部分は、平行に配置することができる。

隔壁４２の場合にも、隔壁４２を横切るように、隙間を通って流れようとする冷却液の流路の長さが、傾斜していない流路に比べて長くなる。これにより、この隙間を通過する冷却液に関して流路抵抗が大きくなり、ここを流れる冷却液の流量を抑えることができる。

１０，４０冷却器、１８流路、２０ケース本体（第１ケース部材）、２２プレート（第２ケース部材）、２４ケース、２６内部空間、２８，４２隔壁、３２，４４隔壁の第１部分、３４，４６隔壁の第２部分、３２ａ，４４ａ第１部分の先端面、３４ａ，４６ａ第２部分の先端面。

Claims

第１ケース部材と第２ケース部材を閉じ合わせて冷却液が流れる内部空間が形成された冷却器であって、
前記内部空間内に設けられた隔壁であって、当該隔壁を迂回するＵ字形の流路を形成する隔壁を有し、
隔壁は、第１ケース部材から第２ケース部材に向けて延びる第１部分と、第２ケースから第１ケース部材に向けて延び、先端面が第１部分の先端面と隙間をもって対向する第２部分とを有し、
隔壁の第１部分と第２部分のそれぞれの先端面は、当該隔壁を横切る方向に対して傾斜している部分を有する、
冷却器。