JP6505130B2 - Cooler - Google Patents

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Description

本発明は、建設機械(ハイブリッド)、風力・太陽光発電の電力変換装置、電源装置・無停電電源装置等の電力変換装置、エレベータ・圧延機・工作機械などのモータ制御などのいわゆるインバータ、鉄道車両・電気車両等のパワートランジスタやサイリスタ等の半導体素子を利用した制御機器等の冷却に用いる冷却器に関する。
本願は、2014年12月25日に出願された特願2014−262358号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
The present invention relates to construction machines (hybrids), power converters for wind and solar power generation, power converters for power supplies and uninterruptible power supplies, so-called inverters for motor control for elevators, rolling machines, machine tools, etc., railways The present invention relates to a cooler used for cooling a control device or the like using a semiconductor device such as a power transistor or a thyristor of a vehicle or an electric vehicle.
Priority is claimed on Japanese Patent Application No. 2014-262358, filed Dec. 25, 2014, the content of which is incorporated herein by reference.

パワートランジスタやサイリスタ等の半導体素子を利用した制御機器等の冷却に使用する冷却器として、冷媒が沸騰する際の潜熱を利用して発熱体を冷却する冷却器(沸騰冷却器)が知られている。   A cooler (boiling cooler) for cooling a heat generating body by using latent heat when a refrigerant boils is known as a cooler used for cooling control devices using semiconductor elements such as power transistors and thyristors. There is.

例えば、特許文献1に記載の冷却器(ヒートパイプ冷却器)は、半導体素子等の発熱体の熱を受けるベースブロックに、断面積の大きな複数本の円管状のタンクを埋設するとともに、タンクの露出部分の側面に複数の細いパイプを立設させ、そのパイプに複数のフィンを取り付けた構成とされ、発熱体の熱を外気によって冷却することができるようになっている。   For example, the cooler (heat pipe cooler) described in Patent Document 1 embeds a plurality of circular tubular tanks having a large cross-sectional area in a base block that receives the heat of a heating element such as a semiconductor element. A plurality of thin pipes are erected on the side surface of the exposed portion, and a plurality of fins are attached to the pipes, so that the heat of the heating element can be cooled by the outside air.

特開2004‐125381号公報JP 2004-125381 A

沸騰冷却性能を発揮するためには、冷媒の入ったタンクに適正な空間が確保され、この空間部分にパイプが接続されていることが必要とされる。この空間は、通常、タンクの体積の1/3以上あることが理想である。一方、タンクの管底面に液状の冷媒が接触していないと、沸騰冷却性能を発揮することができない。   In order to exhibit boiling cooling performance, it is necessary that a proper space be secured in the tank containing the refrigerant, and that a pipe be connected to this space portion. Ideally, this space is usually 1/3 or more of the tank volume. On the other hand, when the liquid refrigerant is not in contact with the bottom surface of the tank tube, the boiling cooling performance can not be exhibited.

特許文献1に記載される冷却器においては、ベースブロックの側面に対して複数のパイプが直立して設置されている。この冷却器が取り付けられた車両が勾配のある場所を走行すると、タンクの円管軸方向において、部分的にタンクの空間が液状の冷媒で埋まって液状のまま冷媒がパイプに到達したりタンクの底部に液状の冷媒がない状況ができたりすることが問題であった。   In the cooler described in Patent Document 1, a plurality of pipes are installed upright with respect to the side surface of the base block. When a vehicle equipped with this cooler travels in a sloped area, the tank space is partially filled with the liquid refrigerant in the axial direction of the tank, and the refrigerant reaches the pipe while it is in the liquid state. It was a problem that there was no liquid refrigerant at the bottom.

また、タンクの円管軸の傾きとは別に、タンクに直立して設置されたパイプの円管軸の傾きが生じることがある。この場合には、パイプ内に冷媒が液状のまま進入して凝縮面積が減少することで冷却性能が低下するおそれがあるだけでなく、沸騰気泡がパイプ先端に激しく衝突して沸騰音(衝突音)を生じるおそれもある。   In addition to the inclination of the circular pipe axis of the tank, the inclination of the circular pipe axis of a pipe installed upright in the tank may occur. In this case, the refrigerant may enter the pipe in a liquid state and the condensation area may be reduced, so that the cooling performance may be reduced. ) May occur.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、冷却性能の向上を図ることができ、使用時の姿勢が変化した場合においても、冷却性能を良好に維持できる冷却器を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to improve the cooling performance, and to provide a cooler capable of maintaining the cooling performance favorably even when the posture at the time of use changes. With the goal.

本発明の冷却器は、上下方向に沿い発熱体が装着される装着面を有するベースブロックと:該ベースブロックの前記装着面とは反対面に埋設され、冷媒が収容された円管状のタンク;及び該タンクの側面に立設状態で接続された、相互に平行な複数の円管状のパイプ;からなるパイプユニットと:複数の前記パイプを貫通させた状態でこれらパイプに取り付けられた複数の放熱フィンと:を備え、前記タンクは、水平方向に沿って延在し、前記パイプは、前記タンクの内径よりも径の小さい内径に形成され、前記タンクに接続される接続端を有する基端部と;この基端部から屈曲して先端側に閉塞端を有する放熱部と;を有し、前記基端部は、水平方向に対する所定の第1傾斜角度で、前記接続端から上方に傾斜しており、前記放熱部は、水平方向に対して0°以上かつ前記基端部の前記第1傾斜角度未満の第2傾斜角度で設けられ、前記放熱部の中心線が前記タンクの中心線よりも上側に偏芯して配置され、前記タンクには、前記冷媒の設定液面が前記放熱部よりも低い位置に設定されており、 前記タンクに収容された前記冷媒の前記設定液面は、前記タンクの延在方向を水平方向に沿って静置した状態において、前記パイプの前記接続端における前記設定液面から露出した最大開口高さm2と前記タンクの内径d1との比率(m2/d1)が0.27以上となるように設定されている。 The cooler according to the present invention comprises a base block having a mounting surface in the vertical direction on which a heating element is mounted; and a circular tubular tank embedded on the opposite side of the mounting surface of the base block and containing a refrigerant; And a pipe unit comprising a plurality of mutually parallel circular tubular pipes standingly connected to the side surface of the tank; and a plurality of heat radiations attached to the plurality of pipes while penetrating the plurality of pipes The tank includes a fin, the tank extends in the horizontal direction, and the pipe is formed at an inner diameter smaller than the inner diameter of the tank and has a proximal end having a connection end connected to the tank And a heat radiating portion bent from the proximal end and having a closed end on the distal end side, wherein the proximal end is inclined upward from the connection end at a predetermined first inclination angle with respect to the horizontal direction The heat dissipating unit is water Provided at a second inclination angle of 0 ° or more with respect to the direction and less than the first inclination angle of the base end, and the center line of the heat dissipation part is disposed eccentrically above the center line of the tank The set liquid level of the refrigerant is set at a position lower than the heat radiating portion in the tank, and the set liquid level of the refrigerant stored in the tank is a horizontal direction in the extension direction of the tank The ratio (m2 / d1) of the maximum opening height m2 exposed from the set liquid surface at the connection end of the pipe to the inner diameter d1 of the tank is 0.27 or more, It is set to .

通常、1つのタンクに複数のパイプを接続したサーモサイフォン型ヒートパイプ(パイプユニット)においては、単管式ヒートパイプと比較して、複数のパイプによる凝縮面積が大きいので、パイプユニットに収容される冷媒の液量が多い。また、車両の登降走行に伴う勾配時の沸騰冷却性能を発揮するには、パイプユニット内の冷媒が片側(低い方)に偏ることでその反対側(高い方)のタンクの底部から冷媒がなくならないように(干上がらないように)するため、パイプユニットにおいて収容する冷媒の液量を多くしておく必要がある。ところが、その一方で、沸騰冷却性能を発揮するためには、パイプユニットの内部に収容された冷媒(冷媒の液面)とタンクに取り付けられたパイプとの間に適正な空間を確保することも必要とされるので、冷媒の液量が多いことが不利になるおそれがある。   Usually, in a thermosyphon type heat pipe (pipe unit) in which a plurality of pipes are connected to one tank, the condensation area by a plurality of pipes is larger than that of a single-pipe heat pipe, so it is accommodated in the pipe unit The liquid volume of the refrigerant is large. Moreover, in order to exhibit the boiling cooling performance at the time of the slope accompanying the up-and-down driving of the vehicle, the refrigerant in the pipe unit is biased to one side (lower side) and the refrigerant is not from the bottom of the tank on the opposite side (high side) It is necessary to increase the liquid volume of the refrigerant stored in the pipe unit in order to prevent it from being pulled up. However, on the other hand, in order to exhibit boiling cooling performance, it is also possible to secure an appropriate space between the refrigerant (liquid level of the refrigerant) contained inside the pipe unit and the pipe attached to the tank. As it is required, a large amount of refrigerant may be disadvantageous.

この点、本発明の冷却器においては、各パイプをタンクから上方に向かうように傾斜させてタンクに接続しているとともに途中で屈曲させていることにより、パイプの放熱部がタンクに対して上側に偏芯させた位置に配置されるので、タンク内の冷媒の貯留領域を増加させることができる。このため、冷却器が傾いて姿勢が変化した際にも、タンクとパイプの放熱部との間に空間を確保してタンクからパイプの放熱部に液状のまま冷媒が流れ込むことを防止できる。また、このような構成により、タンク内に十分な液量の冷媒を保持することができるので、タンクの底部が乾くことがない。また、パイプが基端部と放熱部との間で屈曲しているので、液状の冷媒がもし基端部に入り込んでも、屈曲部が抵抗となって放熱部までは流れ込みにくい。したがって、タンクからパイプの放熱部への液状の冷媒の流れ込みを抑制しながら、タンクに収容する冷媒の液量を増加することが可能となり、常時、沸騰冷却性能を円滑に発揮させ良好に維持することができる。   In this respect, in the cooler according to the present invention, each pipe is inclined upward from the tank and connected to the tank and bent in the middle, so that the heat radiating portion of the pipe is above the tank Since it arrange | positions in the position which carried out eccentricity, the storage area of the refrigerant | coolant in a tank can be made to increase. For this reason, even when the cooler is inclined and the posture is changed, it is possible to secure a space between the tank and the heat radiating portion of the pipe and prevent the refrigerant from flowing from the tank into the heat radiating portion of the pipe. In addition, with such a configuration, a sufficient amount of refrigerant can be held in the tank, so the bottom of the tank does not dry. Further, since the pipe is bent between the base end and the heat radiating portion, even if the liquid refrigerant enters the base end, the bent portion becomes a resistance and it is difficult for the heat radiating portion to flow. Therefore, it becomes possible to increase the liquid quantity of the refrigerant stored in the tank while suppressing the flow of the liquid refrigerant from the tank to the heat radiating portion of the pipe, and the boil cooling performance is always exhibited smoothly and maintained satisfactorily. be able to.

本発明の冷却器において、前記パイプの前記放熱部は前記第2傾斜角度が0°であり、前記放熱フィンは、その平面方向が前記上下方向に沿うように前記パイプの前記放熱部に取り付けられている。   In the cooler according to the present invention, the heat radiating portion of the pipe has the second inclination angle of 0 °, and the heat radiating fin is attached to the heat radiating portion of the pipe so that the planar direction thereof is along the vertical direction. ing.

放熱フィンを平面方向が上下方向に沿うように、すなわち、ベースブロックと平行に配置されているので、自然空冷での使用時において、空気の自然対流方向(上下方向)に対して放熱フィンが平行になる。このため、自然対流に対する抵抗を小さくすることができ、冷却性能を向上させることができる。   Since the heat dissipating fins are arranged so that the plane direction is along the vertical direction, ie, parallel to the base block, the heat dissipating fins are parallel to the natural convection direction (vertical direction) of air when used in natural air cooling become. Therefore, the resistance to natural convection can be reduced, and the cooling performance can be improved.

本発明の冷却器において、前記タンクに収容される前記冷媒の前記設定液面は、前記タンクの延在方向を水平方向に沿って静置した状態において、前記パイプの前記接続端における前記設定液面から露出した最大開口高さm2と前記タンクの内径d1との比率(m2/d1)が0.27以上となるように設定される。   In the cooler of the present invention, the set liquid level of the refrigerant stored in the tank is the set liquid at the connection end of the pipe in a state where the extending direction of the tank is left along the horizontal direction. The ratio (m2 / d1) of the maximum opening height m2 exposed from the surface to the inner diameter d1 of the tank is set to be 0.27 or more.

タンクに対してパイプの放熱部を上側に偏芯させることで、パイプユニットの内部に収容する冷媒の液量を増加させることが可能となり、冷却性能の向上を図ることができる。しかし、パイプユニットの内部に収容する冷媒をあまり多くすると、タンク内の沸騰気泡がパイプに向かって冷媒を押し上げることで、パイプ先端に沸騰気泡が激しく衝突し、沸騰音(衝突音)が生じることがある。   By offsetting the heat radiating portion of the pipe to the upper side with respect to the tank, it is possible to increase the liquid amount of the refrigerant stored inside the pipe unit, and the cooling performance can be improved. However, if the refrigerant contained in the pipe unit is too much, the boiling air bubbles in the tank push up the refrigerant toward the pipe so that the boiling air bubbles collide violently at the end of the pipe and the boiling noise (collision noise) occurs. There is.

この点、本発明者は、パイプユニットに収容される冷媒の液面を、タンクの延在方向を水平方向に沿って静置した状態において、パイプの接続端の最大開口高さm2とタンクの内径d1との比率(m2/d1)が0.27以上となるように設定することにより、沸騰音の発生を回避できることを突き止めた。このように、比率(m2/d1)を0.27以上に設定した場合においては、タンクとパイプとの間で蒸気の通路が確保されることから、沸騰気泡が冷媒を押し上げることを防止できる。したがって、パイプユニットの内部に収容する冷媒の液量を増量した場合であっても、沸騰音の発生を回避することができる。   In this respect, in the state where the liquid surface of the refrigerant contained in the pipe unit is settled along the horizontal direction of the extension direction of the tank, the inventor of the present invention determined the maximum opening height m2 of the connection end of the pipe and the tank It was found that generation of boiling noise can be avoided by setting the ratio (m2 / d1) to the inner diameter d1 to be 0.27 or more. As described above, when the ratio (m2 / d1) is set to 0.27 or more, the passage of the vapor is secured between the tank and the pipe, so that the boiling air bubbles can be prevented from pushing up the refrigerant. Therefore, even when the liquid amount of the refrigerant contained in the pipe unit is increased, the generation of boiling noise can be avoided.

本発明によれば、冷却性能の向上を図ることができ、使用時おける姿勢が変化した場合においても、冷却性能を良好に維持することができる。   According to the present invention, the cooling performance can be improved, and the cooling performance can be favorably maintained even when the posture in use changes.

本発明の第1実施形態である冷却器を示す側面図である。It is a side view showing a cooler which is a 1st embodiment of the present invention. 図1に示す冷却器の図3BのII−II線に沿う部分断面矢視図である。It is the fragmentary sectional view which follows the II-II line of FIG. 3B of the cooler shown in FIG. 図1に示す冷却器の正面図である。It is a front view of the cooler shown in FIG. 図1に示す冷却器の背面図である。It is a rear view of the cooler shown in FIG. パイプユニットのタンクとパイプとの接続部分における要部断面図である。It is principal part sectional drawing in the connection part of the tank and pipe of a pipe unit. 本発明の第2実施形態である冷却器を示す部分断面矢視図である。It is a partial section arrow line view showing a cooler which is a 2nd embodiment of the present invention.

以下、本発明の冷却器の各実施形態について、図面を参照して説明する。
図1から図3A,3Bは、本発明の第1実施形態の冷却器100を示している。この冷却器100は、発熱体10が装着される装着面21aが上下方向に沿って形成されたベースブロック20と、このベースブロック20の装着面21aとは反対側の反対面21bに埋設された複数のタンク31及び各タンク31の側面に立設した状態で接続された複数のパイプ32からなるパイプユニット30と、複数のパイプ32を貫通させた状態でこれらパイプ32に取り付けられた複数の放熱フィン40とを備え、車両に用いられる。
Hereinafter, each embodiment of the cooler of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIGS. 1 to 3A, 3B show a cooler 100 according to a first embodiment of the present invention. In this cooler 100, a mounting surface 21a to which the heat generating body 10 is mounted is embedded in a base block 20 formed along the vertical direction and an opposite surface 21b opposite to the mounting surface 21a of the base block 20. A plurality of tanks 31 and a pipe unit 30 consisting of a plurality of pipes 32 connected in a state of being erected on the side surface of each tank 31, and a plurality of heat radiation attached to the pipes 32 in a state of penetrating the plurality of pipes 32 A fin 40 is provided and used for a vehicle.

この冷却器100は、図示は省略するが、車両の側面の下部において、ベースブロック20の装着面21aが上下方向に沿うようにして設置される。   Although not shown, the cooler 100 is installed so that the mounting surface 21 a of the base block 20 extends vertically in the lower part of the side surface of the vehicle.

ベースブロック20は、熱伝導性に優れる熱容量の大きなアルミニウムや銅等の金属により形成されている。そして、ベースブロック20の片側(図1では左側)の装着面21aに、半導体素子等の発熱体10が装着され、その発熱体10が装着された装着面21aとは反対側(図1では右側)の反対面21bに、タンク31が埋設されている。   The base block 20 is formed of a metal such as aluminum or copper having a large heat capacity, which is excellent in thermal conductivity. The heating element 10 such as a semiconductor element is mounted on the mounting surface 21a on one side (left side in FIG. 1) of the base block 20, and the other side (right side in FIG. 1) to the mounting surface 21a to which the heating element 10 is mounted. The tank 31 is embedded in the opposite surface 21b of.

パイプユニット30は、円管状のタンク31の側面に、このタンク31の内径d1よりも径の小さい内径d2の円管状の細いパイプ32を複数接続することにより構成されている。例えば、内径d1を27.6mmとするタンク31と、内径d2を13.88mmとするパイプ32とを、好適に用いることができる。   The pipe unit 30 is configured by connecting a plurality of circular thin pipes 32 having an inner diameter d2 smaller than the inner diameter d1 of the tank 31 to the side surface of the circular tank 31. For example, a tank 31 having an inner diameter d1 of 27.6 mm and a pipe 32 having an inner diameter d2 of 13.88 mm can be suitably used.

これらタンク31及びパイプ32は、アルミニウム又は銅により形成され、内部空間を一体としてろう付けにより接合されている。タンク31および各パイプ32を接合してなるパイプユニット30の内部には、純水やパーフルオロカーボン等の冷媒60が収容されている。   The tank 31 and the pipe 32 are formed of aluminum or copper, and are joined by brazing with the internal space integrated. Inside the pipe unit 30 formed by joining the tank 31 and the pipes 32, a refrigerant 60 such as pure water or perfluorocarbon is accommodated.

タンク31は、図2に示すように、円管状のパイプにより形成され、その延在方向が水平方向に沿って配置され、ベースブロック20の反対面21bに取り付けられている。なお、図2はベースブロック20およびタンク31とパイプ32の基端部33との接合部分近傍のみ断面で示し、パイプ32の放熱部34および放熱フィン40については側面を示している。   As shown in FIG. 2, the tank 31 is formed of a tubular pipe, the extending direction of which is disposed along the horizontal direction, and is attached to the opposite surface 21 b of the base block 20. Note that FIG. 2 shows the cross section only in the vicinity of the joint portion between the base block 20 and the tank 31 and the base end 33 of the pipe 32, and the heat dissipating part 34 and the heat dissipating fin 40 of the pipe 32 show side faces.

パイプ32は、上述したように、内径d2がタンク31の内径d1よりも小さく設定され、図2に示すように各タンク31の側面に接続されている。また、パイプ32は、図3Bに示すように、タンク31の延伸方向に一定間隔をおいて相互に平行(一列)に立設した状態に並べられている。各パイプ32は、図2及び図4に示すように、タンク31に接続された基端部33と、その基端部33よりも先端側の放熱部34とが曲げ加工により屈曲形成されている。基端部33は、そのタンク31との接続端32jから、水平方向に対して上方に所定の第1傾斜角度α(>0°)で傾斜している。この基端部33に連続して設けられた放熱部34が、水平方向に対して0°以上かつ第1傾斜角度α未満の第2傾斜角度で傾斜しているとともに、タンク31に収容された冷媒60の設定液面よりも高い位置に配置されている。本実施形態の冷却器100においては、図2及び図4に示すように、パイプ32の放熱部34は、閉塞端32bにかけて水平方向に沿って、すなわち第2傾斜角度0°で配置され、その中心線がタンク31の中心線よりも上側に偏芯している。   As described above, the pipe 32 is set such that the inner diameter d2 is smaller than the inner diameter d1 of the tank 31, and is connected to the side surface of each tank 31 as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 3B, the pipes 32 are arranged in parallel with each other (in a single row) at regular intervals in the extension direction of the tank 31. As shown in FIGS. 2 and 4, each pipe 32 is formed by bending a proximal end 33 connected to the tank 31 and a heat radiating portion 34 on the distal end side of the proximal end 33. . The base end portion 33 is inclined upward at a predetermined first inclination angle α (> 0 °) with respect to the horizontal direction from the connection end 32 j with the tank 31. The heat radiating portion 34 provided continuously to the base end portion 33 is inclined at a second inclination angle of 0 ° or more and less than the first inclination angle α with respect to the horizontal direction, and is accommodated in the tank 31 It is disposed at a position higher than the set liquid surface of the refrigerant 60. In the cooler 100 of the present embodiment, as shown in FIGS. 2 and 4, the heat radiating portion 34 of the pipe 32 is disposed horizontally along the closed end 32b, that is, at a second inclination angle of 0.degree. The center line is eccentric above the center line of the tank 31.

第1傾斜角度αは、車両が勾配のある場所を走行して冷却器100が傾いた場合に可能性のある角度を基準(例えば7°)に設定されている。図1〜図4に示す本実施形態の冷却器100においては、第1傾斜角度αを30°に設定しており、パイプ32の放熱部34が距離Sだけ冷媒60の設定液面よりも高い位置に配置されている。   The first inclination angle α is set based on (for example, 7 °) a potential angle when the vehicle travels in a slope and the cooler 100 is inclined. In the cooler 100 of the present embodiment shown in FIGS. 1 to 4, the first inclination angle α is set to 30 °, and the heat radiating portion 34 of the pipe 32 is higher than the set liquid surface of the refrigerant 60 by the distance S. It is placed in position.

パイプユニット30に収容された冷媒60の設定液面は、図2及び図4に示すように、タンク31の延在方向を水平方向に沿って静置した状態において、パイプ32の接続端32jにおける設定液面から露出した最大開口高さm2とタンク31の内径d1との比率(m2/d1)が0.27以上となるように設定されている。   The set liquid surface of the refrigerant 60 stored in the pipe unit 30 is, as shown in FIGS. 2 and 4, in the state where the extending direction of the tank 31 is left along the horizontal direction, the connection end 32 j of the pipe 32 The ratio (m2 / d1) of the maximum opening height m2 exposed from the set liquid surface to the inner diameter d1 of the tank 31 is set to 0.27 or more.

冷却器100では、このように複数のパイプ32が取り付けられたタンク31(パイプユニット30)を、図1から図3A,3Bに示すように、ベースブロック20の反対面21bに複数個を上下方向に並列に配置することにより、パイプ32をマトリクス状に配置している。なお、本実施例では、図3Bに示すように、パイプ32を上面視で格子状に配置しているが、ジグザグに配列する構成としたり、他の配列とすることも可能である。   In the cooler 100, as shown in FIGS. 1 to 3A and 3B, the tank 31 (the pipe unit 30) to which the plurality of pipes 32 are attached is vertically moved in a plurality on the opposite surface 21b of the base block 20. The pipes 32 are arranged in a matrix by arranging them in parallel. In the present embodiment, as shown in FIG. 3B, the pipes 32 are arranged in a grid in top view, but may be arranged in a zigzag or other arrangement.

ベースブロック20と各タンク31とは、はんだ付け等により、一体に接合されている。これにより、ベースブロック32とタンク31との間の熱移動が円滑に行われるようになっている。   The base block 20 and each tank 31 are integrally joined by soldering or the like. Thereby, the heat transfer between the base block 32 and the tank 31 is smoothly performed.

パイプ32の放熱部34には、熱伝導率に優れたアルミニウムや銅からなる薄い板状の放熱フィン40が、パイプ32を貫通させた状態で、串刺しにされたように複数枚重ねて取り付けられている。放熱フィン40は、その平面方向が上下方向に沿って配置されている。これらの放熱フィン40には、薄板の所定位置に、例えばバーリング加工等により形成された複数の貫通孔(図示略)が設けられている。これらの貫通孔にパイプ32の放熱部34を圧入することにより、各パイプ32に放熱フィン40が跨って取り付けられ、放熱フィン40と各パイプ32とが一体に設けられる。なお、放熱フィン40の貫通孔に挿入したパイプ32を拡管することにより、放熱フィン40を取り付けることもできる。   A plurality of thin plate-like radiation fins 40 made of aluminum or copper excellent in thermal conductivity are attached to the heat radiation portion 34 of the pipe 32 in a state in which the pipe 32 penetrates, as if being pierced. ing. The radiation fin 40 is disposed such that the planar direction thereof is in the vertical direction. In these heat radiation fins 40, a plurality of through holes (not shown) formed by, for example, burring or the like are provided at predetermined positions of the thin plate. By press-fitting the heat dissipating part 34 of the pipe 32 into these through holes, the heat dissipating fins 40 are attached across the pipes 32 so that the heat dissipating fins 40 and the pipes 32 are integrally provided. The heat dissipating fins 40 can also be attached by expanding the pipe 32 inserted into the through hole of the heat dissipating fins 40.

このように構成された車両用冷却器100においては、発熱体10から発生した熱が、ベースブロック20に伝わり、さらにベースブロック20からパイプユニット30のタンク31に伝わって、タンク31内の冷媒60を沸騰させて蒸発させる。そして、蒸発した冷媒60の蒸気は、タンク31内を上昇してパイプ32内に移動し、パイプ32を介して放熱フィン40に熱が伝わることにより冷却される。   In the thus configured vehicle cooler 100, the heat generated from the heating element 10 is transmitted to the base block 20, and further transmitted from the base block 20 to the tank 31 of the pipe unit 30, and the refrigerant 60 in the tank 31 is Boil and evaporate. Then, the evaporated vapor of the refrigerant 60 rises in the tank 31 and moves into the pipe 32, and the heat is transferred to the radiation fin 40 through the pipe 32 to be cooled.

この冷却器100においては、各パイプ32の基端部33を上方に傾斜させてタンク31に接続することにより、パイプ32の放熱部34をタンク31の上側に偏芯させているので、タンク31内の冷媒60の貯留領域を増加させることができる。また、このように第1傾斜角度αで傾斜させたパイプ32の基端部33は、車両が勾配のある場所を走行して冷却器100が傾いた際にも、水平以上の角度の姿勢を保つことができる。これにより、冷却器100が傾いて姿勢が変化した際にも、タンク31とパイプ32との間に空間を確保し、タンク31からパイプ32に液状のまま冷媒60が流れ込むことを防止できる。このため、冷却器100においては、タンク31からパイプ32への液状の冷媒60の流れ込みを抑制しながら、タンク31に収容する冷媒60の液量を増加させてタンク31内に冷媒60を保持することができるので、タンク31の底部が乾くことがない。したがって、常時、冷却性能を円滑に発揮させることができ、冷却性能を良好に維持することができる。   In the cooler 100, the heat release portion 34 of the pipe 32 is eccentrically located above the tank 31 by tilting the base end portion 33 of each pipe 32 upward and connecting it to the tank 31. The storage area of the refrigerant 60 can be increased. In addition, the base end 33 of the pipe 32 inclined at the first inclination angle α in this manner has an attitude that is more than horizontal even when the cooler 100 is inclined when the vehicle travels in a sloped area. You can keep it. Thus, even when the cooler 100 is inclined and the posture is changed, a space can be secured between the tank 31 and the pipe 32, and the refrigerant 60 can be prevented from flowing from the tank 31 into the pipe 32 as it is. Therefore, in the cooler 100, while suppressing the flow of the liquid refrigerant 60 from the tank 31 into the pipe 32, the liquid amount of the refrigerant 60 stored in the tank 31 is increased to hold the refrigerant 60 in the tank 31. The bottom of the tank 31 does not dry because it can. Therefore, the cooling performance can always be exhibited smoothly, and the cooling performance can be maintained favorably.

また、冷却器100においては、パイプ32の放熱部34が水平方向に沿って延在し、放熱フィン40の平面方向を上下方向に沿って、すなわち、ベースブロック20と平行に配置している。これにより、車両走行による空気の流通方向(すなわちタンク31の延在方向)に対して平行に、かつ自然空冷での使用時における空気の自然対流方向(矢印Cの方向)に対して放熱フィン40を平行に配置することができる。このため、車両の停止時であっても、自然対流に対する抵抗を小さくすることができ、冷却性能を向上させることができる。   Further, in the cooler 100, the heat radiating portion 34 of the pipe 32 extends along the horizontal direction, and the plane direction of the heat radiation fin 40 is disposed along the vertical direction, that is, parallel to the base block 20. Thus, the heat dissipating fins 40 are parallel to the flow direction of the air (ie, the extending direction of the tank 31) by the traveling of the vehicle and to the natural convection direction (the direction of the arrow C) of the air when used in natural air cooling. Can be arranged in parallel. Therefore, even when the vehicle is stopped, the resistance to natural convection can be reduced, and the cooling performance can be improved.

また、冷却器100においては、冷媒60の設定液面を、タンク31の延在方向を水平方向に沿って静置した状態において、パイプ32の接続端32jの最大開口高さm2とタンク31の内径d1との比率(m2/d1)が0.27以上となるように設定し、蒸気の通路を確保しているので、沸騰気泡が液状の冷媒60を押し上げることを防止できる。したがって、パイプユニット30の内部に収容する冷媒60の液量を増量した場合であっても、沸騰音の発生を回避することができる。   Further, in the cooler 100, the maximum opening height m2 of the connection end 32j of the pipe 32 and the tank 31 in the state where the set liquid surface of the refrigerant 60 is settled along the horizontal direction in the extension direction of the tank 31. The ratio (m2 / d1) to the inner diameter d1 is set to 0.27 or more, and the steam passage is secured, so that boiling bubbles can be prevented from pushing up the liquid refrigerant 60. Therefore, even when the liquid amount of the refrigerant 60 stored inside the pipe unit 30 is increased, the generation of boiling noise can be avoided.

本発明の第2実施形態に係る冷却器110を図5に示す。この冷却器110のパイプユニット130を構成する各パイプ132は、タンク31に接続された基端部133と、この基端部133よりも先端側の放熱部134とが、曲げ加工により屈曲形成されている。基端部133は、第1実施形態と同様に、水平方向に対して上方に所定の第1傾斜角度αで傾斜してタンク31に接続されている。放熱部134は、水平方向に対して0°よりも大きく第1傾斜角度αよりも小さい第2傾斜角度で、上方に傾斜して設けられている。また、放熱フィン140は、鉛直方向からやや傾斜して放熱部134に固定されている。なお、図5はベースブロック20およびタンク31とパイプ132の基端部133との接合部分近傍のみ断面で示し、パイプ132の放熱部134および放熱フィン140については側面を示している。   A cooler 110 according to a second embodiment of the present invention is shown in FIG. In each pipe 132 constituting the pipe unit 130 of the cooler 110, a proximal end portion 133 connected to the tank 31 and a heat radiating portion 134 on the distal end side of the proximal end portion 133 are bent by bending. ing. The base end portion 133 is connected to the tank 31 by being inclined upward at a predetermined first inclination angle α with respect to the horizontal direction, as in the first embodiment. The heat radiating portion 134 is inclined upward at a second inclination angle which is larger than 0 ° and smaller than the first inclination angle α with respect to the horizontal direction. Further, the heat dissipating fins 140 are fixed to the heat dissipating portion 134 at a slight inclination from the vertical direction. FIG. 5 is a sectional view showing only the base block 20 and the vicinity of the joint portion between the tank 31 and the base end portion 133 of the pipe 132, and the heat radiating portion 134 of the pipe 132 and the heat radiating fin 140 show side surfaces.

この場合、放熱部134が傾斜しているので、配置スペースに対する十分な冷却効率を得るには、大きさの異なる2種類の放熱フィン140(401,402)、長さの異なる放熱部134を有する3種類のパイプ132(301,302,303)が必要となる。また、空気の自然対流方向Cに対して放熱フィン140が平行でないので、第1実施形態に比較すると抵抗が大きい。しかしながら、放熱部134が傾斜していることにより、冷媒が液状のまま放熱部134に流れ込みにくく、凝縮面積の減少による冷却性能の低下や沸騰気泡による騒音の発生をより効果的に防止できる。   In this case, since the heat radiating portion 134 is inclined, two types of heat radiating fins 140 (401, 402) having different sizes and a heat radiating portion 134 having different lengths are provided in order to obtain sufficient cooling efficiency for the arrangement space. Three types of pipes 132 (301, 302, 303) are required. Moreover, since the radiation fin 140 is not parallel with respect to the natural convection direction C of air, resistance is large compared with 1st Embodiment. However, since the heat dissipating portion 134 is inclined, the refrigerant does not easily flow into the heat dissipating portion 134 as it is in liquid form, and the reduction of the cooling performance due to the reduction of the condensation area and the generation of noise due to boiling bubbles can be more effectively prevented.

なお、本発明は上記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。   The present invention is not limited to the configuration of the above embodiment, and various modifications can be made in the detailed configuration without departing from the spirit of the present invention.

例えば、放熱フィン40は、上記実施形態のように、全部のパイプ32を貫通させた状態で取り付ける構成とする他、これら複数のパイプ32をいくつかのブロックに分けて、複数個のパイプ32毎に分けた小型の放熱フィンを取り付ける構成とすることもできる。   For example, as in the above-described embodiment, the radiation fins 40 are attached in a state in which all the pipes 32 are penetrated, and the plurality of pipes 32 are divided into several blocks. It is also possible to attach a small heat dissipating fin divided into two.

また、上記第1実施形態では、パイプ32の放熱部34の延在方向を、水平方向に沿って配置していたが、放熱部の延在方向は、水平方向(角度0°)以外にも、例えば第2実施形態のように水平方向に対して基端部33の第1傾斜角度α未満の角度で傾斜してもよい。   Moreover, in the said 1st Embodiment, although the extension direction of the thermal radiation part 34 of the pipe 32 was arrange | positioned along the horizontal direction, the extension direction of the thermal radiation part is also horizontal directions (angle 0 degree) besides For example, it may be inclined at an angle smaller than the first inclination angle α of the proximal end 33 with respect to the horizontal direction as in the second embodiment.

冷却器において、冷却性能の向上を図ることができ、使用時おける姿勢が変化した場合においても、冷却性能を良好に維持することができる。   In the cooler, the cooling performance can be improved, and the cooling performance can be favorably maintained even when the posture in use changes.

10 発熱体
20 ベースブロック
21a 装着面
21b 反対面
30,130 パイプユニット
31 タンク
32,132(301〜303) パイプ
32b 閉塞端
32j 接続端
33,133 基端部
34,134 放熱部
40,140(401,402) 放熱フィン
60 冷媒
100,110 冷却器

DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS 10 heating element 20 base block 21a mounting surface 21b opposite surface 30, 130 pipe unit 31 tank 32, 132 (301 to 303) pipe 32b closed end 32j connection end 33, 133 base end 34, 134 heat radiating portion 40, 140 (401 , 402) Heat radiation fin 60 Refrigerant 100, 110 Cooler

Claims (2)

上下方向に沿い発熱体が装着される装着面を有するベースブロックと、
該ベースブロックの前記装着面とは反対面に埋設され、冷媒が収容された円管状のタンク;及び該タンクの側面に立設状態で接続された、相互に平行な複数の円管状のパイプ;からなるパイプユニットと、
複数の前記パイプを貫通させた状態でこれらパイプに取り付けられた複数の放熱フィンとを備え、
前記タンクは、水平方向に沿って延在し、
前記パイプは、前記タンクの内径よりも径の小さい内径に形成され、前記タンクに接続される接続端を有する基端部と;この基端部から屈曲して先端側に閉塞端を有する放熱部とを有し、
前記基端部は、水平方向に対する所定の第1傾斜角度で、前記接続端から上方に傾斜しており、
前記放熱部は、水平方向に対して0°以上かつ前記基端部の前記第1傾斜角度未満の第2傾斜角度で設けられ、
前記放熱部の中心線が前記タンクの中心線よりも上側に偏芯して配置され、
前記タンクには、前記冷媒の設定液面が前記放熱部よりも低い位置に設定されており、 前記タンクに収容された前記冷媒の前記設定液面は、
前記タンクの延在方向を水平方向に沿って静置した状態において、
前記パイプの前記接続端における前記設定液面から露出した最大開口高さm2と前記タンクの内径d1との比率(m2/d1)が0.27以上となるように設定されている
ことを特徴とする冷却器。
A base block having a mounting surface along which the heating element is mounted along the vertical direction;
A circular tubular tank embedded on the opposite side of the mounting surface of the base block and containing a refrigerant; and a plurality of mutually parallel circular tubular pipes connected in an erected state to the side of the tank; A pipe unit consisting of
And a plurality of heat dissipating fins attached to the plurality of pipes in a state of being penetrated through the plurality of pipes;
The tank extends along the horizontal direction,
The pipe is formed in an inner diameter smaller than the inner diameter of the tank, and a proximal end having a connection end connected to the tank; a heat radiating portion bent from the proximal end and having a closed end on the distal end side Have and
The proximal end is inclined upward from the connection end at a predetermined first inclination angle with respect to the horizontal direction,
The heat radiating portion is provided at a second inclination angle of 0 ° or more with respect to the horizontal direction and less than the first inclination angle of the base end portion.
The center line of the heat dissipation part is disposed eccentrically above the center line of the tank,
In the tank, the set liquid level of the refrigerant is set to a position lower than the heat radiating portion, and the set liquid level of the refrigerant stored in the tank is
In the state where the extension direction of the tank is left along the horizontal direction,
The ratio (m2 / d1) of the maximum opening height m2 exposed from the set liquid surface at the connection end of the pipe to the inner diameter d1 of the tank is set to 0.27 or more. Cooler.
前記パイプの前記放熱部は、前記第2傾斜角度が0°であり、
前記放熱フィンは、その平面方向が前記上下方向に沿うように、前記パイプの前記放熱部に取り付けられている
ことを特徴とする請求項1記載の冷却器。
The heat sink of the pipe has a second inclination angle of 0 °,
2. The cooler according to claim 1, wherein the heat dissipating fin is attached to the heat dissipating portion of the pipe such that a planar direction thereof is along the vertical direction.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016104727A1 (en) * 2014-12-25 2016-06-30 三菱アルミニウム株式会社 Cooling device
US10349561B2 (en) * 2016-04-15 2019-07-09 Google Llc Cooling electronic devices in a data center
WO2019131834A1 (en) 2017-12-28 2019-07-04 古河電気工業株式会社 Cooling device
WO2020152822A1 (en) * 2019-01-24 2020-07-30 三菱電機株式会社 Cooling device
WO2021152668A1 (en) * 2020-01-27 2021-08-05 三菱電機株式会社 Heat-pipe-type cooler, and method for manufacturing heat-pipe-type cooler

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51140249U (en) * 1975-05-06 1976-11-11
JPS60233204A (en) * 1984-05-07 1985-11-19 昭和アルミニウム株式会社 Concrete panel for melting snow
JPH06120382A (en) * 1992-10-05 1994-04-28 Toshiba Corp Semiconductor cooling equipment
JPH08148870A (en) * 1994-11-16 1996-06-07 Hitachi Ltd Hat radiation structure of electronic equipment
JP3287266B2 (en) * 1997-05-15 2002-06-04 日立電線株式会社 Heat pipe type heat sink
JP3785382B2 (en) * 2002-07-12 2006-06-14 三菱電機株式会社 Cooling device for mobile antenna
JP2004125381A (en) * 2002-08-02 2004-04-22 Mitsubishi Alum Co Ltd Heat pipe unit and heat pipe cooler
JP2010060164A (en) * 2008-09-01 2010-03-18 Sumitomo Light Metal Ind Ltd Heat pipe type heat sink
US20110199771A1 (en) * 2009-09-22 2011-08-18 Lu Vinh Luu Thermal management kit for high power solid state light emitting diodes
JP2014159915A (en) * 2013-02-20 2014-09-04 Uacj Copper Tube Corp Natural air cooling heat pipe type heat sink
US20160102920A1 (en) * 2014-10-08 2016-04-14 Mersen Canada Toronto Inc. Heat pipe assembly with bonded fins on the baseplate hybrid
WO2016104727A1 (en) * 2014-12-25 2016-06-30 三菱アルミニウム株式会社 Cooling device
JP6448666B2 (en) * 2014-12-25 2019-01-09 三菱アルミニウム株式会社 Cooler

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