JP6879070B2 - 積層型冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品を冷却するための積層型冷却装置に関する。

下記の特許文献１には、この種の積層型冷却装置の一例である冷却器が開示されている。この冷却器は、電気自動車、ハイブリッド自動車等の車両に搭載される電子部品、具体的には半導体装置（半導体モジュール）を冷却するためのものであり、冷媒が流れる冷媒通路を有する複数の冷却管が電子部品を挟む込むための所定間隔を隔てて互いに積層されている。また、この冷却器は、複数の冷却管の積層方向の両端面のうちの一方側の端面に、冷媒が流入する入口パイプと冷媒が流出する出口パイプの両方が設けられている。

特開２００６−９３２９３号公報

上記の冷却器の場合、入口パイプから流入した冷媒は、入口パイプ寄りに配置された冷却管ほど流れ易く、入口パイプから離れた冷却管ほど流れにくい。このため、複数の冷却管の間で冷媒流量にばらつきが生じる。このような冷媒流量のばらつきを解消するために冷媒の流入圧力を高めると、ポンプに負担がかかり、車両の燃費が悪化する。また、複数の冷却管の積層方向の両端面のうち、一方の端面に入口パイプを設け且つ他方の端面に出口パイプを設けることも考えられるが、この場合には、複数の冷却管の他方の端面側に出口パイプの配置スペースを確保することが難しい。

そこで、このような冷媒流量のばらつきに対応させて、冷媒流量が相対的に多い冷却管、即ち冷却性能の高い冷却管に対して発熱量の高い電子部品を配置し、冷媒流量が相対的に少ない冷却管、即ち冷却性能の低い冷却管に対して発熱量の低い電子部品を配置することが考えられる。しかしながら、このような配置を優先しようとすると、半導体装置自体の配置に影響が及ぶため設計の自由度が制限される。

また、各電子部品に内蔵される素子のチップサイズを冷却管の冷却性能に応じて変更することも考えられる。例えば、冷却性能の低い冷却管に対して配置される電子部品について素子のチップサイズを大型化することによって、この電子部品自体の発熱量を下げることができる。しかしながら、この場合は素子のチップサイズを大型化することに伴って半導体装置のコストが高くなる。

上述のように、複数の冷却管の間で冷媒流量にばらつきがある構造の冷却器を使用した場合には、半導体装置の配置やコストが影響を受け易いという問題が生じる。従って、このような問題を解消するためには、複数の冷却管の間での冷媒流量のばらつきを極力抑えることが好ましい。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、互いに積層された複数の冷却管の間での冷媒流量のばらつきを抑えることができる積層型冷却装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、
電子部品（１）を冷却するための積層型冷却装置（１０，１１０，２１０）であって、
上記電子部品を両面から挟み込む隙間（１３）を隔てて互いに積層され、いずれも冷媒が流れる冷媒流路（２０ａ）を有する複数の冷却管（２０）と、
冷媒が流入する入口パイプ（１１）に接続された流入ヘッダー部（３０）と、
冷媒が流出する出口パイプ（１２）に接続された流出ヘッダー部（５０）と、
上記流入ヘッダー部から上記複数の冷却管のそれぞれの上記冷媒流路を流れた冷媒を合流させて上記流出ヘッダー部へと流す少なくとも１つの中間ヘッダー部（４０）と、
を備える、積層型冷却装置（１０，１１０，２１０）、
にある。

上記の積層型冷却装置によれば、流入ヘッダー部と流出ヘッダー部との間に中間ヘッダー部を設けることによって、複数の冷却管のそれぞれの冷媒流路から流出ヘッダー部に冷媒が独立して流れるのを阻止できる。この場合、各冷却管の冷媒流路を流れた後の冷媒は、他の冷却管の冷媒流路を流れた後の冷媒と合流して中間ヘッダー部を流れるため、複数の冷却管における冷媒の流量分配の均一化が図られる。

以上のごとく、上記態様によれば、積層型冷却装置において互いに積層された複数の冷却管の間での冷媒流量のばらつきを抑えることができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１の積層型冷却装置の斜視図。 図１の積層型冷却装置の平面図。 図１中の複数の冷却管のうち入口パイプに最も近い冷却管の分解斜視図。 図３の冷却管を積層方向について入口パイプとは反対側から視た図。 図３中の中間プレートを積層方向について入口パイプ側から視た図。 図１中の複数の冷却管のうち中間に位置する冷却管の分解斜視図。 図６の冷却管を積層方向について入口パイプとは反対側から視た図。 図１中の複数の冷却管のうち入口パイプから最も離れた冷却管の分解斜視図。 図８中の中間プレートを積層方向について入口パイプ側から視た図。 実施形態１において積層型冷却装置の上段部分における冷媒の流れを示す断面図。 実施形態１において層型冷却装置の下段部分における冷媒の流れを示す断面図。 実施形態１において積層型冷却装置の全体の冷媒の流れを示す斜視図。 実施形態２の積層型冷却装置の斜視図。 実施形態２において中間プレートを積層方向について入口パイプ側から視た図。 実施形態２において積層型冷却装置の全体の冷媒の流れを示す斜視図。 実施形態３の積層型冷却装置の斜視図。 実施形態３において中間プレートを積層方向について入口パイプ側から視た図。 実施形態３において図１７とは別の中間プレートを積層方向について入口パイプ側から視た図。

以下、積層型冷却装置に係る実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

なお、本明細書の図面では、特に断わらない限り、積層型冷却装置を構成する複数の冷却管の積層方向を矢印Ｘで示し、冷却管の幅方向を矢印Ｙで示し、積層方向Ｘと幅方向Ｙのいずれにも直交する上下方向を矢印Ｚで示すものとする。

（実施形態１）
図１及び図２に示されるように、実施形態１の積層型冷却装置１０は、発熱部品である平板状の電子部品１をその両面から冷却するための冷却器である。積層型冷却装置１０に複数の電子部品１が一体的に組付けられた状態のモジュール品は、「半導体積層ユニット」とも称呼される。
以下の説明では、この積層型冷却装置１０を、便宜上、「冷却器１０」と記載する。

電子部品１は、ハイブリッド自動車に搭載される電子部品であり、直流電力を交流電力に変換するＩＧＢＴ等の半導体素子を内蔵する半導体モジュールとして構成されている。この電子部品１は、特に図示しないものの、パワー端子と、制御回路基板に電気的に接続される制御端子と、を備えている。

本実施形態では、電子部品１の数が１４である場合について例示している。このうち、２つの第１の電子部品１Ａは、昇圧コンバータとして使用される。３つの第２の電子部品１Ｂは、エンジン（図示省略）により駆動され且つエンジンの始動用モータとして動作するモータジェネレータのためのインバータとして使用される。６つの第３の電子部品１Ｃは、主駆動輪として前輪（図示省略）を駆動するモータジェネレータのためのインバータとして使用される。３つの第４の電子部品１Ｄは、従動輪として後輪（図示省略）を駆動するモータジェネレータのためのインバータとして使用される。
なお、これらの電子部品１の用途や数は、これに限定されるものではなく、必要に応じて適宜に変更可能である。

冷却器１０は、複数の冷却管２０と、流入ヘッダー部３０と、中間ヘッダー部４０と、流出ヘッダー部５０と、予備ヘッダー部６０と、を備えている。この冷却器１０は、アルミニウム等の熱伝導性に優れた材料からなるのが好ましい。

複数の冷却管２０は、電子部品１を両面から挟み込む隙間１３を隔てて互いに等間隔で積層されており、いずれも電子部品１との間で熱交換を行う冷媒が流れる冷媒流路２０ａを有する。この冷媒流路２０ａは、冷却管２０の幅方向Ｙを長手方向として延在している。

冷却管２０に流す冷媒として、例えば、水やアンモニア等の自然冷媒、エチレングリコール系の不凍液を混入した水、フロリナート（登録商標）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等を用いることができる。

冷却器１０を構成する冷却管２０の数は、冷却対象である電子部品１の数に応じて設定されるのが好ましい。本実施形態の場合、電子部品１の数が１４であり、冷却管２０の数が１５に設定されている。

流入ヘッダー部３０、中間ヘッダー部４０、流出ヘッダー部５０及び予備ヘッダー部６０はいずれも、積層方向Ｘを長手方向として延在している。これらヘッダー部が上下方向Ｚについての上下二段構造であり、いずれも上段に配置された流入ヘッダー部３０及び流出ヘッダー部５０が幅方向Ｙに並置され、いずれも下段に配置された中間ヘッダー部４０及び予備ヘッダー部６０が並置されている。

流入ヘッダー部３０と中間ヘッダー部４０は、上下方向Ｚについて互いに異なる位置に配置されている。具体的には、流入ヘッダー部３０が中間ヘッダー部４０よりも上方に配置されている。また、流出ヘッダー部５０と予備ヘッダー部６０は、上下方向Ｚについて互いに異なる位置に配置されている。具体的には、流出ヘッダー部５０が予備ヘッダー部６０よりも上方に配置されている。

流入ヘッダー部３０と予備ヘッダー部６０は上下方向Ｚに配置されており、特に流入ヘッダー部３０の下方に予備ヘッダー部６０が配置されている。また、流出ヘッダー部５０と中間ヘッダー部４０は上下方向Ｚに配置されており、特に流出ヘッダー部５０の下方に中間ヘッダー部４０が配置されている。

流入ヘッダー部３０は、流路３０ａを有し、冷媒が流入する入口パイプ１１に接続されている。流入ヘッダー部３０と入口パイプ１１との接続部３１は、複数の冷却管２０の積層方向Ｘの両端面２０ｂ，２０ｃのうちの一方の端面２０ｂに設けられている。

この流入ヘッダー部３０は、複数の冷却管２０のそれぞれの入口部分によって構成されている。このため、流入ヘッダー部３０の流路３０ａは、各冷却管２０の入口部分の流路を兼務している。従って、入口パイプ１１から接続部３１を通じて流入ヘッダー部３０に流入した冷媒は、この流入ヘッダー部３０の流路３０ａを第１方向Ｄ１に流れつつ、各冷却管２０の冷媒流路２０ａに流入し、この冷媒流路２０ａを第２方向Ｄ２に流れるようになっている。

なお、流入ヘッダー部３０は、各冷却管２０に冷媒を供給するためのものであり、この流入ヘッダー部３０を「供給ヘッダー部」ということもできる。

中間ヘッダー部４０は、流路４０ａを有し、流入ヘッダー部３０から複数の冷却管２０のそれぞれの冷媒流路２０ａを流れた冷媒を合流させて流出ヘッダー部５０へと流すためのヘッダー部として構成されている。

この中間ヘッダー部４０は、複数の冷却管２０のそれぞれの出口部分によって構成されている。このため、中間ヘッダー部４０の流路４０ａは、各冷却管２０の出口部分の流路を兼務している。また、この中間ヘッダー部４０は、流出ヘッダー部５０に連通している。従って、各冷却管２０の冷媒流路２０ａをその出口部分へと流れた冷媒は、中間ヘッダー部４０に流入してこの中間ヘッダー部４０の流路４０ａを第１方向Ｄ１と同方向に流れた後、１８０度反転して流れるようになっている。

流出ヘッダー部５０は、流路５０ａを有し、冷媒が流出する出口パイプ１２に接続されている。流出ヘッダー部５０と出口パイプ１２との接続部５１は、複数の冷却管２０の積層方向Ｘの両端面２０ｂ，２０ｃのうちの一方の端面２０ｂに設けられている。従って、流出ヘッダー部５０の流路５０ａを第３方向Ｄ３に流れた冷媒は、この流路５０ａから出口パイプ１２に向けて第３方向Ｄ３に流れるようになっている。

なお、流出ヘッダー部５０は、各冷却管２０から冷媒を排出するためのものであり、この流出ヘッダー部５０を「排出ヘッダー部」ということもできる。

予備ヘッダー部６０は、流路６０ａを有し、流入ヘッダー部３０、中間ヘッダー部４０及び流出ヘッダー部５０の少なくとも１つに代えて使用可能なヘッダー部として構成されている。即ち、この予備ヘッダー部６０を、流入ヘッダー部３０に代わる流入ヘッダー部として、或いは中間ヘッダー部４０に代わる中間ヘッダー部として、或いは流出ヘッダー部５０に代わる流出ヘッダー部としてそれぞれ使用できる。

例えば、予備ヘッダー部６０を流入ヘッダー部３０として使用する場合、この予備ヘッダー部６０は、複数の冷却管２０のそれぞれの入口部分によって構成される。

予備ヘッダー部６０を別のヘッダー部として使用する場合にのみこの予備ヘッダー部６０の流路６０ａに冷媒が流れる。一方で、別のヘッダー部として使用しない通常時には流路６０に冷媒は流れることがなく、この流路６０ａは単なる空間を形成する。

なお、必要に応じてこの予備ヘッダー部６０の数を２つ以上に増やすこともできる。

ここで、図３〜図９を参照しつつ、複数の冷却管２０を構成する冷却管２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの詳細な構造について説明する。

冷却管２０Ａは、複数の冷却管２０のうち入口パイプ１１及び出口パイプ１２に最も近い位置にある１つの冷却管である。冷却管２０Ｃは、複数の冷却管２０のうち入口パイプ１１及び出口パイプ１２から最も離れた位置にある１つの冷却管である。冷却管２０Ｂは、冷却管２０Ａと冷却管２０Ｃとの間の位置にある冷却管である。

図３に示されるように、冷却管２０Ａは、積層方向Ｘに互いに対向配置された第１プレート２１Ａ及び第２プレート２２Ａと、これら第１プレート２１Ａと第２プレート２２Ａとの間に設けられた中間プレート２３Ａと、を備えている。第１プレート２１Ａと第２プレート２２Ａは、ロウ付けなどの接合方法によって密閉され、その密閉空間２８に中間プレート２３Ａが配置されている。

第１プレート２１Ａは、２つの接続部３１，５１と、２つの閉鎖部４１，６１と、を備えている。接続部３１は、流入ヘッダー部３０の流路３０ａを構成している。接続部５１は、流出ヘッダー部５０の流路５０ａを構成している。閉鎖部４１は、中間ヘッダー部４０の流路４０ａの一端を閉鎖している。閉鎖部６１は、予備ヘッダー部６０の流路６０ａの一端を閉鎖している。

図３及び図４に示されるように、第２プレート２２Ａは、４つの突出管部３２，４２，５２，６２を備えている。突出管部３２は、流入ヘッダー部３０の流路３０ａを構成している。突出管部４２は、中間ヘッダー部４０の流路４０ａを構成している。突出管部５２は、流出ヘッダー部５０の流路５０ａを構成している。突出管部６２は、予備ヘッダー部６０の流路６０ａを構成している。

ここで、流路３０ａの面積をＳａとし、流路４０ａの面積をＳｂとし、流路５０ａの面積Ｓｃとしたとき、面積Ｓｃが面積Ｓａ以上であり、且つ面積Ｓｂが面積Ｓａと一致するように構成されるのが好ましい。本構成によれば、流出側の流路３０ａが絞られないため、冷媒の圧力損失の上昇を抑えるのに有効である。特に、これら３つの面積Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃを一致させることにより、冷媒を円滑に流すのに有効である。

また、予備ヘッダー部６０の流路６０ａの面積については、この面積を予備ヘッダー部６０に代えて使用するヘッダー部の流路の面積に一致させるのが好ましい。

図３及び図５に示されるように、中間プレート２３Ａは、平板部２４と、複数の冷却フィン２５と、２つの壁部２６，２７と、を備えている。

平板部２４は、積層方向Ｘ及び幅方向Ｙによって規定される平面上に延在するプレート部分である。密閉空間２８のうちこの平板部２４を挟んでその両側に形成される空間が、冷却管２０Ａの冷媒流路２０ａとなる。

複数の冷却フィン２５は、冷媒流路２０ａにおいて平板部２４の両面にそれぞれ立設しており、且つ流入ヘッダー部３０側から中間ヘッダー部４０側に向かう斜め方向である第２方向Ｄ２に直線的に延在している。冷却フィン２５は、冷媒流路２０ａを流れる冷媒との接触面積を増やすことによって電子部品１の冷却効率を高める機能を有する。

また、これら複数の冷却フィン２５は、冷媒を流入ヘッダー部３０側から中間ヘッダー部４０側へと第２方向Ｄにガイドする機能を有する。この機能によれば、複数の冷却管２０のそれぞれの冷媒流路２０ａにおいて冷媒が流入ヘッダー部３０側から中間ヘッダー部４０側へと斜め方向に流れる。

このため、各冷却管２０の冷媒流路２０ａの中央部に冷媒を通過させて、この冷媒の流れが上下方向Ｚに偏るのを防ぐことができる。また、電子部品１の冷却効率を高めるための冷却フィン２５を、斜め方向の冷媒の流れをガイドするのに利用することができるため、このガイドのために専用の部品を追加する必要がない。

なお、この冷却フィン２５を、電子部品１の熱を冷媒に放熱するための「放熱フィン」ということもできる。

第１壁部２６は、冷媒流路２０ａと流出ヘッダー部５０の流路５０ａとを互いに分離する機能を有する。同様に、第２壁部２７は、冷媒流路２０ａと予備ヘッダー部６０の流路６０ａとを互いに分離する機能を有する。

これらの機能によれば、流入ヘッダー部３０の流路３０ａを流れる冷媒は、冷却管２０Ａの冷媒流路２０ａを冷却フィン２５に沿って第２方向Ｄ２に流れた後に、中間ヘッダー部４０の流路へと流れる。即ち、冷却管２０Ａの冷媒流路２０ａを流れる冷媒は、流路５０ａ及び流路６０ａのそれぞれに直接的に流れることができないようになっている。

図６に示されるように、冷却管２０Ｂは、積層方向Ｘに互いに対向配置された第１プレート２１Ｂ及び第２プレート２２Ｂと、これら第１プレート２１Ｂと第２プレート２２Ｂとの間に設けられた中間プレート２３Ｂと、を備えている。第１プレート２１Ｂと第２プレート２２Ｂは、ロウ付けなどの接合方法によって密閉され、その密閉空間２８に中間プレート２３Ｂが配置されている。

第１プレート２１Ｂは、４つの突出管部３３，４３，５３，６３を備えている。突出管部３３は、流入ヘッダー部３０の流路３０ａを構成しており、且つ前記の突出管部３２よりも小径でありこの突出管部３２に接続可能に構成されている。

突出管部４３は、中間ヘッダー部４０の流路４０ａを構成しており、且つ前記の突出管部４２よりも小径でありこの突出管部４２に接続可能に構成されている。突出管部５３は、流出ヘッダー部５０の流路５０ａを構成しており、且つ前記の突出管部５２よりも小径でありこの突出管部５２に接続可能に構成されている。突出管部６３は、予備ヘッダー部６０の流路６０ａを構成しており、且つ前記の突出管部６２よりも小径でありこの突出管部６２に接続可能に構成されている。

中間プレート２３Ｂは、前記の中間プレート２３Ａと同様の構成を有し、前記の平板部２４と、前記の複数の冷却フィン２５と、前記の２つの壁部２６，２７と、を備えている。

図６及び図７に示されるように、第２プレート２２Ｂは、前記の第２プレート２２Ａと同様の構成を有し、前記の４つの突出管部３２，４２，５２，６２を備えている。

図８に示されるように、冷却管２０Ｃは、積層方向Ｘに互いに対向配置された第１プレート２１Ｃ及び第２プレート２２Ｃと、これら第１プレート２１Ｃと第２プレート２２Ｃとの間に設けられた中間プレート２３Ｃと、を備えている。第１プレート２１Ｃと第２プレート２２Ｃは、ロウ付けなどの接合方法によって密閉され、その密閉空間２８に中間プレート２３Ｃが配置されている。

第１プレート２１Ｃは、前記の第１プレート２１Ｂと同様の構成を有し、前記の４つの突出管部３３，４３，５３，６３を備えている。

第２プレート２２Ｃは、前記の第２プレート２２Ａ，２２Ｂとは異なり、突出管部や開口などを備えていない。

図８及び図９に示されるように、中間プレート２３Ｃは、前記の壁部２６を備えていない点についてのみ、前記の中間プレート２３Ａと相違している。この場合、冷却管２０Ｃの冷媒流路２０ａを流れる冷媒は、流路５０ａに直接的に流れることができる一方で、流路６０ａに直接的に流れることができないようになっている。

ここで、図１０〜図１２を参照しつつ、上記の冷却器１０の各ヘッダー部３０，４０，５０における冷媒の流れについて具体的に説明する。なお、図１２では、冷媒の流れを明確にするために、冷却管２０Ｂ，２０Ｃの第１プレート２１Ｂ，２１Ｃの図示を省略している。

図１０に示されるように、流入ヘッダー部３０は、冷却管２０Ａと、複数の冷却管２０Ｂと、冷却管２０Ｃのそれぞれの入口部分を形成する接続部３１、複数の突出管部３２，３３等によって構成されている。また、流出ヘッダー部５０は、冷却管２０Ａと、複数の冷却管２０Ｂと、冷却管２０Ｃのそれぞれを形成する接続部５１、複数の突出管部５２，５３等によって構成されている。

図１０及び図１２に示されるように、入口パイプ１１から供給された冷媒は、接続部３１を通じて上段に位置する流入ヘッダー部３０の流路３０ａに流入する。その後、冷媒はこの流路３０ａを第１方向Ｄ１に流れながら、各冷却管２０の冷媒流路２０ａを入口部分から出口部分へと第２方向Ｄ２に流れる。このとき、冷媒が冷却フィン２５に接触することによってこの冷却フィン２５を収容する冷却管２０に接触している電子部品１が冷却される。

冷却管２０Ａ，２０Ｂの場合、中間プレート２３Ａ，２３Ｂの壁部２６，２７によって流路５０ａ，６０ａへの直接的な冷媒の流れが阻止されているため、冷媒は冷媒流路２０ａから流路５０ａ，６０ａには流れずに、下段に位置する中間ヘッダー部４０の流路４０ａに流れる。一方で、冷却管２０Ｃの場合、中間プレート２３Ｃが壁部２６を備えていないため、冷媒は冷媒流路２０ａから流路４０ａ，流路５０ａへと直接的に流れる。

図１１に示されるように、中間ヘッダー部４０は、複数の冷却管２０Ｂと、冷却管２０Ｃのそれぞれの出口部分を形成する複数の突出管部４２，４３等によって構成されている。

図１１及び図１２に示されるように、この中間ヘッダー部４０の流路４０ａにおいて合流した冷媒は、この流路４０ａをＤ１に流れた後、冷却管２０Ｃの冷媒流路２０ａの出口部分で反転して、上段に位置する流出ヘッダー部５０の流路５０ａに流入し、この流路５０ａを第１方向Ｄ１と逆方向である第３方向Ｄ３に流れる。そして、この冷媒は、出口パイプ１２から第３方向Ｄ３に流出する。

次に、実施形態１の作用効果について説明する。

上述の実施形態１の冷却器１０によれば、流入ヘッダー部３０と流出ヘッダー部５０との間に中間ヘッダー部４０を設けることによって、複数の冷却管２０のそれぞれの冷媒流路２０ａから流出ヘッダー部５０に冷媒が独立して流れるのを阻止できる。この場合、各冷却管２０の冷媒流路２０ａを流れた後の冷媒は、他の冷却管２０の冷媒流路２０ａを流れた後の冷媒と合流して中間ヘッダー部４０を流れるため、複数の冷却管２０における冷媒の流量分配の均一化が図られる。
その結果、複数の冷却管２０の間での冷媒流量のばらつきを抑えることができる。

また、複数の冷却管２０の間での冷媒流量のばらつきを抑えることによって、各電子部品１に内蔵される素子のチップサイズを冷却管２０の冷却性能に応じて変更する必要がなく、チップサイズを小型化できる。これにより、半導体装置のコストを低く抑えることができる。

また、上述の実施形態１の冷却器１０によれば、流入ヘッダー部３０と入口パイプ１１との接続部３１と、流出ヘッダー部５０と出口パイプ１２との接続部５１がともに、複数の冷却管２０の一方の端面２０ｂに設けられている。このため、複数の冷却管２０の他方の端面２０ｃ側のスペースが入口パイプ１１や出口パイプ１２によって占有されることがなく、このスペースを有効利用できる。

また、上述の実施形態１の冷却器１０によれば、流入ヘッダー部３０、中間ヘッダー部４０及び流出ヘッダー部５０の少なくとも１つのヘッダー部に代えて予備ヘッダー部６０を使用することによって、例えば車両における冷却器１０のレイアウトに基づいて冷媒が流れるパターンを変更することができる。また、予備ヘッダー部６０に常時に冷媒を流す場合に比べて、冷媒の流量を増やすことができ、その分、冷却性能を向上させることができる。

また、上述の実施形態１の冷却器１０によれば、流出ヘッダー部５０を中間ヘッダー部４０の上方に配置した上下二段構造を採用することで、上下方向Ｚの空間をヘッダー部の配置に有効利用できる。

（実施形態２）
実施形態２の冷却器１１０は、中間ヘッダー部４０及び流出ヘッダー部５０のそれぞれの位置と、各冷却管２０の中間プレートの構成と、について、実施形態１の冷却器１０と相違している。
その他の構成は、実施形態１と同様である。

図１３に示されるように、この冷却器１１０は、流出ヘッダー部５０を中間ヘッダー部４０の下方に配置した上下二段構造を有する。また、この冷却器１１０では、流入ヘッダー部３０と中間ヘッダー部４０は、上下方向Ｚについて互いに同じ高さに配置されている。即ち、実施形態１の冷却器１０の接続部５１を流出ヘッダー部５０の位置から中間ヘッダー部４０の位置へと移動させて、出口パイプ１２の位置を変更している。これにより、中間ヘッダー部４０と流出ヘッダー部５０とが入れ替わっている。

この冷却器１１０では、冷却管２０Ａ，２０Ｂの中間プレート２３Ａ，２３Ｂに代えて、図１４に示される中間プレート１２３Ａが使用されている。一方で、冷却管２０Ｃにおいては、実施形態１にかかる中間プレート２３Ｃがそのまま使用されている。

中間プレート１２３Ａは、複数の冷却フィン２５が平板部２４の平面視で略Ｖ字形状になっている。このため、冷却管２０Ａ，２０Ｂの冷媒流路２０ａを流れる冷媒は、複数の冷却フィン２５によって略Ｙ字方向である第４方向Ｄ４にガイドされるようになっている。ここで、第４方向Ｄ４は、いずれも斜め方向であり且つ互いに交差する２つの方向を連続させた方向であるため、この第４方向Ｄ４も斜め方向の一つの形態と定義する。また、この中間プレート１２３Ａは、中間プレート２３Ａ，２３Ｂに対して、壁部２６の位置が平板部２４の上部から下部に変更されている。

ここで、図１５を参照しつつ、上記の冷却器１１０における冷媒の流れについて具体的に説明する。なお、図１５では、冷媒の流れを明確にするために、冷却管２０Ｂ，２０Ｃの第１プレート２１Ｂ，２１Ｃの図示を省略している。

冷却器１１０において、入口パイプ１１から供給された冷媒は、接続部３１を通じて上段に位置する流入ヘッダー部３０の流路３０ａに流入する。その後、冷媒はこの流路３０ａを第１方向Ｄ１に流れながら、各冷却管２０の冷媒流路２０ａを入口部分から出口部分へと第４方向Ｄ４に流れる。このとき、冷媒が冷却フィン２５に接触することによってこの冷却フィン２５を収容する冷却管２０に接触している電子部品１が冷却される。

冷却管２０Ａ，２０Ｂの場合、中間プレート２３Ａ，２３Ｂの壁部２６，２７によって流路５０ａ，６０ａへの直接的な冷媒の流れが阻止されているため、冷媒は冷媒流路２０ａから流路５０ａ，６０ａには流れずに、上段に位置する中間ヘッダー部４０の流路４０ａに流れる。一方で、冷却管２０Ｃの場合、中間プレート２３Ｃが壁部２６を備えていないため、冷媒は冷媒流路２０ａから流路４０ａ，流路５０ａへと直接的に流れる。

中間ヘッダー部４０の流路４０ａにおいて合流した冷媒は、この流路４０ａをＤ１に流れた後、冷却管２０Ｃの冷媒流路２０ａの出口部分で反転して、下段に位置する流出ヘッダー部５０の流路５０ａに流入し、この流路５０ａを第３方向Ｄ３に流れる。そして、この冷媒は、出口パイプ１２から第３方向Ｄ３に流出する。

上述の実施形態２の冷却器１１０によれば、出口パイプ１２の位置を変更して冷媒を流すパターンを実現できる。また、中間プレート１２３の平板部２４に複数の冷却フィン２５を略Ｖ字形状に配置することによって、各冷却管２０の冷媒流路２０ａの中央部に冷媒を通過させて、この冷媒の流れが上下方向Ｚに偏るのを防ぐことができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を奏する。

（実施形態３）
実施形態３の冷却器２１０は、流出ヘッダー部５０を中間ヘッダー部４０の下方に配置した上下二段構造を有し、且つ実施形態１の冷却器１０の予備ヘッダー部６０を流入ヘッダー部３０として利用した形態である。また、この冷却器２１０では、流入ヘッダー部３０と中間ヘッダー部４０は、上下方向Ｚについて互いに同じ高さに配置されている。このため、冷却器２１０は、流入ヘッダー部３０、中間ヘッダー部４０、流出ヘッダー部５０及び予備ヘッダー部６０のそれぞれの位置と、各冷却管２０の中間プレートの構成と、について、実施形態１の冷却器１０と相違している。
その他の構成は、実施形態１と同様である。

図１６に示されるように、この冷却器２１０では、上段に予備ヘッダー部６０が配置され、その下方である下段に流入ヘッダー部３０が配置されている。即ち、実施形態１の冷却器１０において、入口パイプ１１との接続のための接続部３１を流入ヘッダー部３０の位置から予備ヘッダー部６０の位置へと移動させて、入口パイプ１１の位置を変更している。これにより、流入ヘッダー部３０と予備ヘッダー部６０とが入れ替わっている。

また、この冷却器２１０では、上段に中間ヘッダー部４０が配置され、その下方である下段に流出ヘッダー部５０が配置されている。即ち、実施形態１の冷却器１０において、出口パイプ１２との接続のための接続部５１を流出ヘッダー部５０の位置から中間ヘッダー部４０の位置へと移動させて、出口パイプ１２の位置を変更している。これにより、中間ヘッダー部４０と流出ヘッダー部５０とが入れ替わっている。

この冷却器１１０では、冷却管２０Ａ，２０Ｂの中間プレート２３Ａ，２３Ｂに代えて、図１７に示される中間プレート２２３Ａが使用されている。この中間プレート２２３Ａは、中間プレート２３Ａ，２３Ｂを上下反転させた構造を有する。その他の構造は、中間プレート２３Ａ，２３Ｂと同様である。この中間プレート２２３Ａによれば、冷媒は複数の冷却フィン２５によって、中間プレート２３Ａ，２３Ｂとは異なる斜め方向である第５方向Ｄ５にガイドされる。

また、この冷却器１１０では、冷却管２０Ｃの中間プレート２３Ｃに代えて、図１８に示される中間プレート２２３Ｃが使用されている。この中間プレート２２３Ｃは、中間プレート２３Ｃを上下反転させた構造を有する。その他の構造は、中間プレート２３Ｃと同様である。この中間プレート２２３Ｃによれば、冷媒は複数の冷却フィン２５によって、中間プレート２３Ｃとは異なる斜め方向である第５方向Ｄ５にガイドされる。

上述の実施形態３の冷却器２１０によれば、入口パイプ１１及び出口パイプ１２のいずれの位置も変更して冷媒を流すパターン、特に予備ヘッダー部６０を流入ヘッダー部３０に代えて使用して冷媒を流すパターンを実現できる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を奏する。

本発明は、上記の典型的な実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記の実施形態を応用した次の各形態を実施することもできる。

上記の実施形態では、流入ヘッダー部３０と入口パイプ１１との接続部３１と、流出ヘッダー部５０と出口パイプ１２との接続部５１がともに、複数の冷却管２０の一方の端面２０ｂに位置する場合について例示したが、複数の冷却管２０の他方の端面２０ｃ側のスペースが制限されない場合には、このスペースに入口パイプ１１や出口パイプ１２を配置することもできる。

上記の実施形態では、３つのヘッダー部３０，４０，５０に加えて、通常時には冷媒の流れがない予備ヘッダー６０を設ける場合について例示したが、必要に応じてこの予備ヘッダー６０を省略することもできる。

予備ヘッダー６０を省略する場合には、流入ヘッダー部３０を上下方向Ｚについて中間ヘッダー部４０と流出ヘッダー部５０との間に配置するのが好ましい。これにより、各冷却管２０の冷媒流路２０ａにおいて冷媒を流入ヘッダー部３０側から中間ヘッダー部４０側へと斜め方向に流すことができ、冷媒流路２０ａの中央部に冷媒を通過させて、この冷媒の流れが上下方向Ｚに偏るのを防ぐことができる。

上記の実施形態では、各冷却管２０の冷媒流路２０ａにおいて冷媒が斜め方向Ｄ２，Ｄ４，Ｄ５に流れる場合について例示したが、例えば各冷却管２０の上下方向Ｚの寸法が比較的小さい場合には、冷媒流路２０ａにおいて冷媒が幅方向Ｙに流れるようにしてもよい。

上記の実施形態では、各冷却管２０の冷媒流路２０ａにおいて冷媒の流れをガイドするのに冷却フィン２５を利用する場合について例示したが、これに代えて、冷却フィン２５とは別に、冷媒の流れをガイドするための専用のガイド部材を設けることもできる。

１ 電子部品
１０，１１０，２１０ 積層型冷却装置（冷却器）
１１ 入口パイプ
１２ 出口パイプ
１３ 隙間
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ 冷却管
２０ａ 冷媒流路
２０ｂ 一方の端面
２５ 冷却フィン
３０ 流入ヘッダー部
３０ａ 流入ヘッダー部の流路
３１ 接続部
４０ 中間ヘッダー部
４０ａ 中間ヘッダー部の流路
５０ 流出ヘッダー部
５０ａ 流出ヘッダー部の流路
５１ 接続部
６０ 予備ヘッダー部
Ｄ２ 第２方向（斜め方向）
Ｄ４ 第４方向（斜め方向）
Ｄ５ 第５方向（斜め方向）
Ｓａ 流入ヘッダー部の流路の面積
Ｓｂ 中間ヘッダー部の流路の面積
Ｓｃ 流出ヘッダー部の流路の面積
Ｘ 積層方向
Ｙ 幅方向
Ｚ 上下方向

Claims (7)

1. 電子部品（１）を冷却するための積層型冷却装置（１０，１１０，２１０）であって、
   上記電子部品を両面から挟み込む隙間（１３）を隔てて互いに積層され、いずれも冷媒が流れる冷媒流路（２０ａ）を有する複数の冷却管（２０）と、
   冷媒が流入する入口パイプ（１１）に接続された流入ヘッダー部（３０）と、
   冷媒が流出する出口パイプ（１２）に接続された流出ヘッダー部（５０）と、
   上記流入ヘッダー部から上記複数の冷却管のそれぞれの上記冷媒流路を流れた冷媒を合流させて上記流出ヘッダー部へと流す少なくとも１つの中間ヘッダー部（４０）と、
   を備える、積層型冷却装置（１０，１１０，２１０）。
2. 上記流入ヘッダー部と上記入口パイプとの接続部（３１）と、上記流出ヘッダー部と上記出口パイプとの接続部（５１）がともに、上記複数の冷却管の積層方向（Ｘ）の両端面のうちの一方の端面（２０ｂ）に設けられている、請求項１に記載の積層型冷却装置。
3. 上記流入ヘッダー部、上記中間ヘッダー部及び上記流出ヘッダー部の少なくとも１つに代えて使用可能な１又は複数の予備ヘッダー部（６０）を備える、請求項１または２に記載の積層型冷却装置。
4. 上記流出ヘッダー部の流路（５０ａ）の面積（Ｓｃ）が上記流入ヘッダー部の流路（３０ａ）の面積（Ｓａ）以上であり、且つ上記中間ヘッダー部の流路（４０ａ）の面積（Ｓｂ）が上記流入ヘッダー部の流路（３０ａ）の面積（Ｓａ）と一致するように構成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の積層型冷却装置。
5. 上記流出ヘッダー部と上記中間ヘッダー部は、上記複数の冷却管の積層方向（Ｘ）と幅方向（Ｙ）のいずれにも直交する上下方向（Ｚ）に配置されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の積層型冷却装置。
6. 上記流入ヘッダー部と上記中間ヘッダー部は、上記上下方向について互いに異なる位置に配置されており、上記複数の冷却管のそれぞれの上記冷媒流路を冷媒が上記流入ヘッダー部側から上記中間ヘッダー部側へと斜め方向（Ｄ２，Ｄ４，Ｄ５）に流れるように構成されている、請求項５に記載の積層型冷却装置。
7. 上記複数の冷却管はいずれも、上記冷媒流路に冷却フィン（２５）を備え、上記冷却フィンが上記斜め方向の冷媒の流れをガイドするように構成されている、請求項６に記載の積層型冷却装置。

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