JPH10507593A - 電気モジュール用の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電気モジュール用の冷却装置。前記冷却装置（１）は、固定的に支持体（４）に結合可能であり、また、冷却媒体流の案内のための冷却チャネル（１ａ）を有し、少なくとも１つの電気的構成モジュール（３）との良好な熱伝導性結合のためのフラットな面（１ｂ）を有する、亦、取り付け手段が設けられており、該取付手段によっては、電気モジュール（３）が、取り外し可能に、冷却装置（１）のフラットな面（１ｂ）に圧着可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 電気モジュール用の冷却装置 本発明は、支持体上に取り付けられた電気モジュール用の冷却装置に関する。 益々能率的になっている電子的構成モジュールは、冷却技術に対して高い要求 をも課している。 当該構成は、ここで、最適の加熱のほかに、多くの他の要求も課せられる。当 該構成は、モジュール式でフレキシブルであるべきである、換言すれば、当初か ら設けられている構成モジュールとは別の構成モジュールも組み付け得るように すべきである。損失電力増大の際（該損失電力は、例えば、比較的に高い電力デ ータに基づき生じる）冷却ユニットは、コストを要する変更なしで新たな要求に 適合可能にすべきである。ここで、機械的手法の変化、変更（例えばケース寸法 、取付手法）も亦考慮されるべきである。 組み付け及び分解の際の取り扱い操作は、簡単にすべきである、例えば、修理 のための構成モジュールの交換の際簡単にすべきである。構成モジュールと冷却 系との間の電気的絶縁を、簡単な手段により可能にすべきである。 貫流する材料、物質の電気化学的的適合性についての問題点を回避しようとす るものである。 更に冷却系は、わずかなコストしか要しないようにするものである。 従来の液体冷却器は、実際上前述の諸要求を不十分にしか充足しない。通常行 われているのは、モジュール自体内への冷却チャネルの統合化である。このこと はコストを要し、構成モジュールの組み付け、分解ないし組み外しの際問題を提 起する。分解ないし組み外しの際は、冷却水の継手、連結部を切離さなければな らない。ここで、入念に留意すべきことは、冷却水が電圧を導く部分と接触しな いようにすることである。それにより、特別な安全手段を講じなければならず、 このことはコストと時間を要し、取り扱い操作を困難にする。給水ダクトないし 水供給部に対する迅速シャッタによっては、上記問題は、不十分にしか解決され ない。それというのは、そのような迅速シャッタは隙間容積（Ｃｌｅａｒａｎｃ ｅ ｖｏｌｕｍｅ）、封隙性、圧力損失、コストに関して著しい欠点を有するか らである。 ＤＥ−ＯＳ１４３９３０８から公知の冷却装置は、トランジスタが冷却体上に ねじ留めされ、該冷却体は、支持体上に組み付けられている。冷却体を通って、 空気の貫流する冷却チャネルが延びている。冷却体に対向すると、トランジスタ の側に、プリント配線板が設けられている。 ＤＥ３５３１７２９Ｃ２から公知の冷却装置では、 電子的構成素子がセラミック板上に組み付けられている。熱放出のため、セラミ ック板は、取付装着側と離隔したほうの側にピンを有し、該ピンを介して熱が、 そこの所を流れる周囲空気へ放出される。セラミック板は熱を良好に分散させる ので、種々のピン間での温度差は、わずかであり、空気中への熱放出は効率的で ある。 本発明の課題とするところは、構成モジュールの交換が簡単化され、且つ、構 成素子が著しく一様な温度レベルに保持されるように、冷却装置を構成すること である。 上記課題は、本発明によれば、請求項１の構成要件により解決される。本発明 の有利な構成は引用請求項に示されている。 次ぎに図１〜図８を用いて、本発明の実施例を説明する。 図１は矩形状管を有する冷却装置の構成を示す断面図である。 図２は同上平面図である。 図３は板付き冷却装置の構成図である。 図４は同上平面図である。 図５は変化する横断面を有する冷却装置の構成を示す断面図である。 図６は同上冷却装置の平面図である。 図７は２つの側から構成モジュールが組み付けられ ている。 図８は同上平面図である。 図１中では、参照番号４で支持体を示し、該支持体は、例えば、組込壁又は、 ケース壁面であり得る。上記支持体４上には、矩形状の管体の形の冷却チャネル １ａが取り付けられている。シート２を介しては、冷却チャネル１ａ上に、冷却 さるべき構成モジュール３が圧着される。このことはねじ継ぎ手５を介して行わ れ、該ねじ継ぎ手は、図１中では一点鎖線として、また、図２の平面図ではクロ スマークとして示す。 冷却さるべき構成モジュール３は、高い熱蓄積能力付きの１つのブロックの形 の基板３ａを有する。上記基板３ａには、冷却さるべき構成素子３ｃは、良好な 熱伝導性を以て結合している。上記基板３ａでは、構成素子３ｃから送出された 熱エネルギが迅速に吸収され、次いで、冷却装置１へ伝送される。このことは、 殊に、次のような場合有利である、即ち、構成素子３ｃ内にて十分迅速には放出 され得ない熱量が周期的に生じる場合有利である。上記熱量は、短期間で基板３ ａにより引き受けられ、そして、冷却媒体へ送出される。有利には板３ａは、十 分な厚さのアルミニウム板から成り、該アルミニウム板には構成素子３ｃが熱伝 導ペーストを用いてねじ留めされる。 基板３ａの良好な熱伝導性により構成素子３ｃ間の場合により存在する温度差 が補償される。このことは 、多くの適用例において、特別に重要である。それというのは、温度差は、構成 素子３ｃの電気的データに影響を及ぼすからである。 基板３ａは、それの後面にて、矩形管1a上にクランプされる。図示のねじ継ぎ 手５は、所定の回転モーメントで締め着けされる。上記矩形管は、粗い、表面ト レランス、例えばリップル、ないし、波状変動を補償するのに十分な柔軟性があ るように設計されている。細かい表面状態トレランス、例えば粗面状態の粗さの 補償のため図１及び図２に示すように、延性のある熱伝導性シート２が挿入され ている。上記シートは、例えば、亜鉛、鉛又はインジュームから成る。 矩形管１ａは、有利に、構成モジュール３におけるエネルギ密度に相応して取 り付けられる。矩形管１ａは、有利に熱放出構成素子３ｃの領域内に位置する。 高い熱負荷の場合、矩形管は、構成素子内で熱源の直ぐ下方に位置し、上記構成 素子は、例えば、ＩＧＢＴ−モジュール、トランジスタ又はダイオードであり得 る。一般的に云えば冷却チャネルの密度は、構成モジュール３の局所的に異なる 熱発生に依存して変化する。それにより、主熱流は、最も直接的な経路上で、冷 却媒体内に延びる。 冷却チャネル１ａは、次のように水が貫流せしめられる、即ち、構成モジュー ルに亘って可及的に均一な温度分布が生じるように貫通せしめられる。図２に示 すように、冷却媒体は、例えば、第１の冷却チャネル中に流入し、そして、その つど交替する方向を以て、第３、第２及び第４の冷却チャネルを介して再び導出 される。更に、第６のチャネルに対する冷却媒体供給部が設けられており、ここ で、冷却媒体は、第５チャネルを介して再び環流する。 それにより、交互に“フレッシュ”な冷却媒体及び既に加熱された冷却媒体を 以て各冷却チャネルが順次続き、その結果ブロック３ａにより与えられる温度補 償の考慮下で比較的一様な温度プロフィールの生じることが達成される。 図示の装置構成は、特にモジュール系に好適である。それにより、種々の構成 モジュールを、例えば、顧客の変化する要望のある場合、又はプロダクト交替の 場合問題なく使用し得る。構成モジュール３の組込及び組外しは困難なく可能で ある。 これまでは、冷却される電気的構成モジュールの組付、及び分解には常に問題 があった、それというのは、冷却水循環を中断しなければならなかったからであ る。但し、ここで提案されている解決手段では、冷却チャネル1aは、固定的に支 持体４に結合されており、そして、構成モジュール３の組み付け、組外しの際冷 却水循環全体に対しては、何等の操作も加えられず、その結果漏水は起こらない 。１つの構成モジュールに対する交換時間は、短くなる、それというのはただ、 ねじ継ぎ手をゆるめ、そして、再び所定の回転モーメントで再び締めればよいか らである。図示の冷却装置は次のような場合にも有利に適用し得る、即ち、電気 構成素子３ｃが高い動作電圧電位におかれる場合にも有利に適用し得る。絶縁の ため、例えば冷却チャネル１ａは、絶縁被覆を有するか、又は熱的に伝導性で、 電気的に絶縁性のシートは、ブロック３ａ冷却チャネル１ａとの間の空間中に挿 入され得る。 冷却装置の場合、入念に電気化学的条件に留意すべきである。不都合な材料ペ アリングの場合、流動及び腐食により欠点を生じ得る。本装置構成では、冷却チ ャネル１ａは、有利に銅ないし非鉄金属から作製される。他方では、一層良好な 取り扱い操作、例えば、わずかな重量のため、そして、経済性の理由から、基板 ３ａは、アルミニウム合金から作製されるべきでる。冷却装置（該冷却装置では 、個々の構成モジュールには直接水が貫流する）と異なって、ここで説明した別 個の装置構成では材料ペアリングをほぼ自由に選択することができる。 上記の冷却チャネルは、わずかなコストでも作製され得る。上記冷却装置は、 主要部分（冷却チャネル１ａ）において、半製品から成り、該半製品は、単にわ ずかな程度だけ切削加工されているのである。 図３及び図４中には、本発明の更なる実施例が示してある。ここでは、単に２ つの著しく幅広の冷却チャ ネル1aが設けられており、その結果−図４の平面図からも明らかなように−たん に２つの冷却媒体−インレット−及びアウトレットないし入、出口が設けられて いる。冷却チャネル中には、渦化素子１ｄが設けられており、該渦化素子によっ ては、冷却媒体と冷却チャネルとの間の一層良好な熱伝達が生ぜしめられる。 図５及び図６の実施例では隣接する電気的構成素子の種々異なる熱放出に相応 して、冷却チャネルの幅が変化し、それにより熱放出を必要性に適合させ得る。 図３〜図６の手段によっては、即ち流動−及び熱伝達特性の最適化の手段によ っては、最小の圧力損失のもとで最大の熱除去ないし熱放出が達成される。 図７及び図８の実施例では、冷却チャネル1aの両側に構成モジュール３が設け られており、その結果冷却装置を比較的多数の構成モジュールのために利用し得 る。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９６年７月３１日 【補正内容】 請求の範囲 ５．前記冷却チャネルは、相互に並行ないし並列に配置された冷却剤の貫流する 複数の方形管として構成されており、方形管の外面（１ｂ）は、少なくとも１つ の面上に、電気モジュール（３）との熱的接触に対する１つのフラットな面を形 成するものであることを特徴とする請求の範囲１から４までのうちいずれか１項 記載の装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．支持体（４）上に取り付けられた電気モジュール用の冷却装置において、前 記冷却装置（１）は、固定的に支持体（４）に結合可能であり、また、冷却媒体 流の案内のための冷却チャネル（１ａ）を有し、少なくとも１つの電気的構成モ ジュール（３）との良好な熱伝導性結合のためのフラットな面（１ｂ）を有し、 前記構成モジュール（３）は、良好な熱蓄積性及び熱伝導性の基板（３ａ）を有 し、上記基板上には、複数の熱放出性の構成素子（３ｃ）が、良好に熱伝導の行 われるように配置されており、亦、取り付け手段（７）が設けられており、該取 付手段によっては、電気モジュール（３）が、取り外し可能に、冷却装置（１） のフラットな面（１ｂ）に圧着可能であることを特徴とする電気モジュール用の 冷却装置。 ２． 冷却装置（１）の、熱伝導性結合のため設けられる面（１ｂ）が変形可能 であることを特徴とする請求の範囲１記載の装置。 ３．構成モジュール（３）の圧着は、良好に熱伝導性の、容易に変形可能なシー ト（２）を介して行われるように構成されていることを特徴とする請求の範囲１ 又は２記載の装置。 ４．構成モジュール（３）の圧着は、電気的に絶縁性 で、良好に熱伝導性のシート（２）を介して行われるように構成されていること を特徴とする請求の範囲１から３までのうちいずれか１項記載の装置。 ５．相互に並列に配置された冷却剤の貫流する複数の方形管の外面（１ｂ）は、 少なくとも１つの面上に、電気モジュール（３）との熱的接触に対する１つの平 坦な面を形成するものであることを特徴とする請求の範囲１から４までのうちい ずれか１項記載の装置。 ６．２つの板（１ｃ，１ｄ）間に相互に平行な壁が設けられており、該壁は、当 該板（１ｃ，１ｄ）間の空間を個々の冷却チャネルに細分化し、少なくとも１つ の板（１ｄ）が更に電気モジュール（３）との熱接触をするように構成されてい ることを特徴とする請求の範囲１から４までのうちいずれか１項記載の装置。 ７．各（側）面（１ｂ）は、電気的に絶縁被覆されていることを特徴とする請求 の範囲１から６までのうちいずれか１項記載の装置。 ８．冷却チャネル（１ａ）は、渦化部材（１ｅ）を有することを特徴とする請求 の範囲１から７までのうちいずれか１項記載の装。 ９．冷却チャネルの横断面が、局所的に異なる、構成モジュールの熱発生に依存 して変化するように構成されていることを特徴とする請求の範囲１から８ま でのうちいずれか１項記載の装置。 10．冷却チャネル（１ａ）の密度が、構成モジュール（３）の局部的に異なる熱 発生に依存して変化することを特徴とする請求の範囲１から９までのうちいずれ か１項記載の装置。 11．冷却流は、隣接する冷却チャネル（１ａ）にて逆方向に延びることを特徴と する請求の範囲１から１０までのうちいずれか１項記載の装置。 12．冷却装置（１）は冷却剤に対する複数の給電点を有し、該給電点は、次のよ うに分布されており、即ち、可及的に均一の温度分布が冷却装置（１）と介して 行われ得るように構成されていることを特徴とする請求の範囲１から１１までの うちいずれか１項記載の装置。