JPS63228653A

JPS63228653A - 半導体冷却装置

Info

Publication number: JPS63228653A
Application number: JP6288487A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ito; 武志伊藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-03-17
Filing date: 1987-03-17
Publication date: 1988-09-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は配電盤、分電盤、制御盤等の所謂「盤」内に
装着される冷却ブロックに冷媒を循環させて半導体素子
を冷却するようにした半導体冷却装置に関する。

〔従来の技術〕

第５図および第６図は従来の半導体冷却装置を備えた盤
を示し、第５図は正面図、第６図は第５図の線Ｍ−Ｍに
沿った断面図である。

図において（１）は半導体素子（２）を装着しこの半導
体素子（２）を冷却する冷却ブロックであり、通常は冷
媒として水（一般に純水）が使用され、この冷却ブロッ
クは熱伝導率の良い金属、例えば銅からなる。（３）は
冷却ブロック（１）にネジ込まれたパイプであって通常
ホースニップルと呼ばれているもの、（４）はパイプ（
３）に接続されるホースであって、パイプ（３）とホー
ス（４）とによって冷媒を冷却ブロック（１）内の冷媒
循環通路（図示せず）に循環させる冷媒導管を構成して
いる。パイプ（３）はステンレスあるいは真鍮などの材
料を用いて加工形成されたものである。半導体素子（２
）としては、本例ではダイオード・モジュールを示す。

（５）は半導体素子（２）の第１の主電極、（６）は第
２の主電極である。第１の主電極（５）と第２の主電極
（６）には回路形成を容易に行なえるようにするために
、中央部にボルトを通すことができる穴を開けである。

（力はヒートシンクで、半導体素子（２）に通電中発生
する熱を外部に放熱させるための平板であり、通常ヒー
トシンク（７）には熱伝導率の良い銅を主体とする金属
が用いられている。（８）は半導体素子（２）を冷却ブ
ロック（１）に取り付けるためのボルト、（９）は冷却
ブロック（１）に取り付けられた半導体素子（２）を取
り付ける配電盤の壁（以下腟壁と称する）である。なお
この腟壁（９）には半導体素子（２）以外にも他の制御
回Ｍ（１０）等を同一平面に取り付は配置することが多
い。なお図では他の制御回路（１０）の詳細については
図示せず省略しである。（１１）は冷却ブロック（１）
を腟壁（９）に取り付けるための取付は脚、（１２）は
冷却ブロック（１）に取付は脚（１１）を固定するため
のボルト、（１３）は取付は脚（１１）を腟壁（９）に
取り付けるためのボルトである。なお第５図に矢印で示
した方向は冷媒の流れる方向である。

次に従来の半導体冷却装置の動作について説明する。半
導体素子（２）は通電することによって多量の熱を発生
する。そしてこのようにして発生した熱は放熱しない場
合、どんどん蓄積されて半導体素子（２）の電気的特性
を劣化させ、ついには半導体素子（２）を破壊するに呈
る。従って、半導体素子（２）が基本的に持っている、
熱に弱いという性質を補うために半導体素子（２）の内
部で発生した熱を外部に放熱する冷却技術がほとんどの
種類の半導体素子（２）の場合必要である。そして冷却
技術の良し悪しが半導体素子（２）の電気的特性に影響
をおよぼし、また半導体素子（２）の寿命にも大きく作
用する。半導体素子（２）を冷却する方法はいろいろあ
るが、ここでは水を流して冷却する水冷方法について述
べる。

半導体素子（２）の中でも極めて電流容量の大きい電力
用半導体素子は通電によって発生する熱も他の半導体素
子（２）に比べ極めて多い。第５図および第６図では電
力用半導体素子の一例としてダイオードモジュール製品
を実際に使用する場合の具体的構成を示している。半導
体素子（２）の通電中内部に発生した熱はヒートシンク
（７）を通じて冷却ブロック（１）に伝わり、この熱を
放熱させるために冷却ブロック（１）に矢印の方向にそ
って水を循環させる。パイプ（４）は盤内の他の冷却ブ
ロック（１）等の冷却すべき部分へ盤内で配管されてい
る。なお、本例では水を循環させるための機構（ポンプ
等）は図示省略している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の半導体冷却装置は以上のように構成され、ホース
（４）を盤内で配管しているためホース（４）を配管す
るための十分なスペースが必要であり、そのふんだけ盤
を大形化する必要があり、さらにホース（４）に結露し
た水滴が他の制御回路（１０）等に流れ落ちて、これら
を腐食させたり、あるいは短絡させたり、電気的特性を
劣化させることがあつ光。また水滴を通して漏電する危
険性も大きかった。

この発明は上記のような従来のものの問題点を解消する
ためになされたもので、ホース（４）を盤の外部で配管
するようにすることによって、盤を小形化することがで
きかつ盤内での冷媒導管への結露による水滴の発生がな
いあるいは従来のものより少ない半導体冷却装置を提供
することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る半導体冷却装置は、冷媒導管を腟壁を貫
通して外部に引出して配管するようにしたものである。

〔作用〕

この発明においては、冷媒導管を盤外部で配管するよう
にしたので、盤内で配管する必要がなくなり、盤内での
結露がなくなるかあるいは少なくとも従来のものより少
なくなる。

〔発明の実施例〕

次にこの発明の一実施例を第１図乃至第３図について説
明する。第１図は冷却ブロックの正面図、第２図は第１
図の線■−Ｈに沿った断面図、第３図は冷却ブロックと
パイプとを拡大して示す図であり、前記従来のものと同
一部分には同一符号を付してその説明は省略する。

（１４）は冷却ブロック（１）を貫通した穴をふさぐた
めに用いられる蓋であり、この蓋（１４）は冷却ブロッ
ク（１）と同じ材質である鋼で形成されている。（１５
）は蓋（１４）を冷却ブロック（１）に接着し、図中破
線で示した冷媒循環通路（１６）より水が外部に漏れる
のを防止するための溶接部である。溶接部（１５）は蓋
（１４）の外周に沿って形成されている。パイプ（３）
の先端部の（１７）はホース（４）がパイプ（３）より
すべって外れることを防止するための突起、（１８）は
パイプ（３）の腟壁（９）から突出した部分に形成され
たねじである。冷媒循環通路（１６）の出入口は冷却ブ
ロック（１）の腟壁（９）に対向した面に設けられてお
り、パイプ（３）はこの出入口からそのまま腟壁（９）
に対してほぼ垂直に延ばしてこの腟壁（９）を貫通させ
ている。（１９）はねじ（１８）と螺合され冷却ブロッ
ク（１）を腟壁（９１に固定するためのナツトである。

このように冷媒導管を冷却ブロック（１）から腟壁（９
）を貫通させて外部へ引き出し、ホース（４）を盤の外
部で配管することにより、従来の＝ａに比べ盤を小形化
することができ、また、ホース（４）に結露した水滴が
他の制御回路（１０）等に流れ落ちて不具合を生じさせ
ることがなくなる。

また図示の実施例のようにパイプ（３）を利用して冷却
ブロック（１）を腟壁（９）に取り付けることにより、
冷却ブロック（１）の取り付は作業が極めて容易になり
、また取付は脚（１１）が不要になるため部品点数を減
らすことができる。

なお、第１図に示した半導体冷却装置では、２個の半導
体素子（２）のそれぞれのヒートシンク（７）が冷却ブ
ロック（１）をはさんで対向するように冷却ブロック（
１）に取り付けである。このような構造にすれば全体に
冷却ブロック（１）の形状を小さくすることが可能であ
り、そのため熱の放熱効率も向上し、ひいては半導体素
子（２）のヒートシンク（７）と冷却ブロック（１）と
の間の熱抵抗を大幅に小さくすることができる。

上記実施例では冷却ブロック（１）に半導体素子（２）
のヒートシンク（７）との間の電気的絶縁をはかるため
の機構を有しておらず、主として第１の主電極（５）と
ヒートシンク（力の間および第２の主１１極（６）とヒ
ートシンク（７）との間で電気的絶縁を持たせた半導体
素子（２）の場合について示したが、第１の主電極（５
）とヒートシンク（７）の間および第２の主電極（６）
とヒートシンク（７）との間の絶縁耐力のない半導体素
子（２）の場合には第４図に（２０）で示した絶縁板を
半導体素子（２）と冷却ブロック（１）との間に介在さ
せて水路系と半導体素子（２）との電気的な分離を行な
ってもよい。

また冷却ブロック（１）に形成する冷媒循環通路（１６
）は冷却ブロック（１）の機械的強度を保証できる範囲
であれば複数個の貫通穴で形成してもよく、その場合よ
り一層の冷却効果が得られる。

なぷ上記実施例では半導体素子（２）としてダイオード
モジエール製品を示したが、他の半導体素子例えばサイ
リスタモジュール、トランジスタモジュール、中小電力
用のトライアック、サイリスタ、整流ダイオードその他
集積形大電力素子などにも適用可能であり、これらの半
導体素子の場合にも本発明による効果は同様に得られる
ものである。また、冷媒としては水以外の他の適当な冷
媒も使用しうる。更に冷媒循環通路（１６）の出入口は
第５図および第６図の従来のものと同様冷却ブロック（
１）の側面に設けても良く、その場合には冷媒導管は前
記出入口からできるだけ近いところで腟壁（９）を貫通
させて外部に引出すのが良い。更にまた、パイプ（３）
にねじ（１８）を設け、ナラ）（１９）によって冷却ブ
ロック（１）を腟壁（９）に直付けするのが部品点数、
作業性の点で好ましいが、従来と同様取付は脚（１１）
を用いて腟壁（９）Ｋ取り付けても良い。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、冷却ブロックに接続さ
れる冷媒導管を腟壁を貫通させて盤の外部で配管するよ
うにすることにより、盤を小形化することができ、かつ
盤内での冷媒導管への結露による水滴の発生がなくなり
または従来のものより少なくなり、かかる水滴による他
の制御回路等の電気的特性の劣化、水滴を通しての漏電
等が防止乃至減軽される効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による半導体冷却装置を備
えた盤の正面図、第２図は第１図の線■−■に沿った断
面図、第３図は第１図および第２図の冷却ブロックとパ
イプとを拡大して示す図、第４図はこの発明の他の実施
例の主要部を示す図、第５図は従来の半導体冷却装置の
正面図、第６図は第５図の線Ｍ−■に沿った断面図であ
る。図中（１）は冷却ブロック、（２）は半導体素子、（３
）はパイプ、（４）はホース、（９）は腟壁、（１６）
は冷媒循環通路、（１８）はねじ、（１９）はナツトで
ある。なお図中同一符号は同一、または相当部分を示す。代理人　弁理士　　大　　岩　　増　　雄第１図第３図第５凶　　　　　第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体素子を担持し、冷媒循環通路を有しかつ配
電盤等の盤内に装着される冷却ブロックおよび前記冷却
ブロックの前記冷媒循環通路に接続されるパイプと前記
パイプに接続されこのパイプを介して冷媒を前記冷媒循
環通路に循環させるためのホースとからなる冷媒導管を
有する半導体冷却装置において、前記冷媒導管を前記盤
の壁を貫通して外部に引出して配管するようにしたこと
を特徴とする半導体冷却装置。
（２）パイプを盤の壁を貫通して外部に引出し、パイプ
の前記壁から突出する部分にねじを設け、このねじにナ
ットを螺合させて冷却ブロックを前記壁に装着するよう
にしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半
導体冷却装置。
（３）冷却ブロックの盤壁に対向した面に冷媒循環通路
の出入口を設け、冷媒導管を前記出入口から前記盤壁に
ほぼ垂直に延ばしてこの盤壁を貫通させるようにしたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載
の半導体冷却装置。