WO2014092057A1 - 冷却装置 - Google Patents

冷却装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2014092057A1
WO2014092057A1 PCT/JP2013/083004 JP2013083004W WO2014092057A1 WO 2014092057 A1 WO2014092057 A1 WO 2014092057A1 JP 2013083004 W JP2013083004 W JP 2013083004W WO 2014092057 A1 WO2014092057 A1 WO 2014092057A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat
receiving block
fin group
heat pipe
fin
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/083004
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
将和 伊勢村
剛 岡本
山田　裕
小西　和弘
将樹 佐野
Original Assignee
古河電気工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 古河電気工業株式会社 filed Critical 古河電気工業株式会社
Priority to CN201390000854.9U priority Critical patent/CN204963630U/zh
Priority to EP13863431.6A priority patent/EP2933593A4/en
Priority to BR112015012939A priority patent/BR112015012939A2/pt
Priority to JP2014514255A priority patent/JP5620032B1/ja
Publication of WO2014092057A1 publication Critical patent/WO2014092057A1/ja

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0275—Arrangements for coupling heat-pipes together or with other structures, e.g. with base blocks; Heat pipe cores
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/24—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F28F1/32—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means having portions engaging further tubular elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/022—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being wires or pins
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20009—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a gaseous coolant in electronic enclosures
    • H05K7/20136—Forced ventilation, e.g. by fans
    • H05K7/20154—Heat dissipaters coupled to components
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20936—Liquid coolant with phase change
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F2013/005—Thermal joints
    • F28F2013/006—Heat conductive materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2215/00—Fins
    • F28F2215/04—Assemblies of fins having different features, e.g. with different fin densities
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/04—Fastening; Joining by brazing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/12—Fastening; Joining by methods involving deformation of the elements
    • F28F2275/122—Fastening; Joining by methods involving deformation of the elements by crimping, caulking or clinching

Definitions

  • the present invention relates to a cooling device that cools a heat generating element, and more particularly, to a cooling device that cools an electrical component such as a power conversion device mounted on a moving body such as a railway vehicle, an aircraft, or a ship by air cooling.
  • a moving body such as a railway vehicle includes a power control device including a power device such as an IGBT and other electronic components in a power control housing in order to control a drive motor and the like. Since these electronic components generate heat due to heat loss, a cooling device is provided on the heating element so as to efficiently cool the attached electrical components using forced air cooling or wind generated by vehicle movement.
  • a power control device including a power device such as an IGBT and other electronic components in a power control housing in order to control a drive motor and the like. Since these electronic components generate heat due to heat loss, a cooling device is provided on the heating element so as to efficiently cool the attached electrical components using forced air cooling or wind generated by vehicle movement.
  • the cooling device 1 includes a heat receiving block 2 to which electronic parts H ⁇ b> 1 and H ⁇ b> 2 that are heating elements are attached, a heat pipe 3 to be soldered to the heat receiving block 2, and a group of radiating fins attached to the heat pipe 3. 4 is formed. More specifically, as shown in FIG. 12, for example, the bottom of the heat pipe 3 is soldered to the heat receiving block 2 for attaching the heat generating element having a long hole groove 21 for fixing the heat pipe 3 on one side as the heat receiving portion.
  • the heat-dissipating fin 4 having a circular burring is press-fitted into the soldered heat pipe 3 and is generally configured.
  • the fin pitch is changed between the windward side and the leeward side in order to improve the cooling efficiency of the entire cooling device without increasing the number of radiating fins and the amount of cooling air.
  • Patent Document 1 Various ideas have been made (see Patent Document 1).
  • a heat pipe 3 having a U-shape (or L-shape) in side view may be used for the purpose of improving the cooling effect.
  • the heat receiving block may be required to be thin for the purpose of reducing the weight of the cooling device. Then, as shown in FIG. 12, an R shape of a bent portion of the U-shaped or L-shaped heat pipe appears on the heat receiving block in the vicinity of the joining portion of the heat receiving block and the heat pipe.
  • radiating fins are provided with burring holes according to the positions where the heat pipes are provided, and the heat radiating fins and the heat pipes are pressure-bonded by press-fitting the heat pipes into the holes.
  • the bent portion of the U-shaped or L-shaped heat pipe appears on the heat receiving block, it is difficult to bring the bent portion of the heat pipe into close contact with the hole of the radiating fin.
  • region becomes the dead space D. This dead space D cannot be expected to contribute to heat dissipation because fins are not arranged. Further, since the wind blows out to the dead space D, the entire fin cannot receive the wind evenly, and there is a concern that the cooling capacity is lowered.
  • the present invention has been proposed in order to solve the above-described problems of the prior art.
  • the purpose of the present invention is to dispose heat radiation fins in the bent portion of the heat pipe in the vicinity of the heat receiving block, and the entire heat radiation fin. It is in providing the cooling device which improved the cooling capacity by receiving a wind equally.
  • a first invention includes a heat receiving block that is thermally connected to a heating element, and a heat pipe that is erected on the surface of the heat receiving block and receives heat from the heat receiving block and transports heat. And a plurality of fins provided on the heat pipe, and the heat pipe is formed in a straight line in a direction away from the bent heat-receiving block and the heat-receiving block from the bent portion.
  • the fin includes a first fin group installed on the linear part, and a second fin group installed on the bent part, and the second fin group includes:
  • Each fin has a hole having an area equal to or larger than the cross section of the bent portion, and is thermally connected to the heat receiving block by a connection member that fixes the second fin group to the heat receiving block.
  • the second fin installed in the bent portion of the U-shaped or L-shaped heat pipe has a hole having an area equal to or larger than the cross section of the bent portion, so that the heat dissipating fin is provided in the conventional structure.
  • a heat radiating fin can also be provided at the bent portion of the heat pipe where it is difficult to arrange the heat sink.
  • a heat conductive connecting member such as an aluminum pin or a copper pin
  • the fins can be arranged in the conventional dead space to improve the cooling capacity, and the air can be evenly received throughout the fin without being blown out at the bent portion. . Furthermore, since it is possible to dispose heat radiating fins in the former dead space, the number of heat radiating fins arranged opposite to the space of the cooling device is reduced. It is also possible to make it easier.
  • the second invention is characterized in that, in the first invention, some of the fins of the first fin group are thermally connected to the heat receiving block by the connecting member.
  • a part of the first fin group provided in the straight portion that forms the straight portion of the heat pipe is also thermally connected to the heat receiving block by the connecting member separately from the thermal connection to the heat pipe. Is done.
  • the heat of the heat receiving block is absorbed through the connection member separately from the heat pipe and is transported to the fins, thereby improving the heat dissipation.
  • the 1st fin group is thermally connected also with the heat pipe, it does not stop at the above-mentioned effect. That is, when the cooling device is used in a low temperature environment, the working fluid in the heat pipe may freeze.
  • connection member thermally connects the heat pipe and the second fin group between the outer periphery of the bent portion and the inner periphery of the hole. It is characterized by being inserted as follows.
  • These can be thermally connected by inserting a connecting member between the outer periphery of the two.
  • the fins can be arranged in the conventional dead space to improve the cooling capacity, and the air can be evenly received throughout the fin without being blown out at the bent portion. .
  • the cooling device is used in a low temperature environment, the heat from the connecting member is transferred to the heat pipe, so that the melting of the working fluid is promoted, and the heat dissipation efficiency is quickly increased when the cooling device is started in the low temperature environment. It becomes possible to raise.
  • the hole of the second fin group has an elliptical shape
  • the connection member has an outer periphery that is substantially the same size as the elliptical shape of the hole. It is an elliptical cylindrical body provided with an inner circumference that is substantially the same size as the outer circumference.
  • the second fin group is press-fitted into the elliptic cylindrical body, the second fin group is fixed on the outer peripheral surface of the elliptic cylindrical body, and the heat pipe is in close contact with the inner peripheral surface.
  • the second fin group and the heat pipe can be thermally connected.
  • the hole of the second fin group is subjected to burring, and the connection member, the heat pipe, and the second fin group are The thermal connection is wider than the thickness of the fin.
  • the heat pipe and the fin can be brought into contact with each other in a wide area even in the bent portion of the heat pipe, and the cooling capacity Can be improved.
  • a cooling device in which the heat radiation fins are arranged also in the bent portion of the heat pipe in the vicinity of the heat receiving block, and the entire heat radiation fin receives wind evenly, thereby improving the cooling capacity. Can be provided.
  • the cooling device 10 As shown in FIG. 1, the cooling device 10 according to the first embodiment of the present invention includes a heat receiving block 2 that is thermally connected to the electronic components H ⁇ b> 1 and H ⁇ b> 2 that constitute the heating element, and a surface of the heat receiving block 2.
  • a heat pipe 3 that is erected and receives heat from the heat receiving block 2 and transports heat, and a plurality of fins 4 provided on the heat pipe 3 are provided.
  • the heat receiving block 2 is connected to the electronic components H ⁇ b> 1 and H ⁇ b> 2 on one side of the rectangular shape (the bottom side in the figure), and a plurality of heat pipes 3 stand on the other side (the plane side in the figure). It is installed. More specifically, a plurality of long hole grooves 21 for fixing a plurality of heat pipes 3 are provided on the other surface side of the heat receiving block 2 so that the major axis direction is aligned with the wind direction indicated by an arrow in the figure. Yes.
  • the U-shaped bottom end side of the heat pipe 3 is buried in the long hole groove 21 and fixed by a method such as soldering or caulking.
  • the heat pipe 3 uses a U-shape.
  • two types of a long HP 31 and a short HP 32 are provided on the heat receiving block 2.
  • the heat pipe 3 is U-shaped, and is formed of a bent portion 33 provided in the vicinity of the heat receiving block 2 and a straight portion 34 formed linearly in a direction away from the heat receiving block from the bent portion 33.
  • the bending part 33 does not say the whole part which makes the U-shaped bending of the heat pipe 3, but as shown to Fig.2 (a), the heat pipe 3 attached to the heat receiving block 2 is shown. The part from the part which appears on the plane of the heat receiving block 2 to the straight part is indicated. Further, in this embodiment, only an example using a U-shaped heat pipe is shown, but in the present invention, any heat pipe having a straight portion and a bent portion such as an L-shaped heat pipe can be applied. It is.
  • the fin 4 is comprised from the 1st fin group 41 installed in the linear part 34 of the heat pipe 3, and the 2nd fin group 42 installed in the bending part 33, as shown in FIG.
  • the four fins on the heat receiving block 2 side are configured as the second fin group 42.
  • the second fin group 42 is not limited to four.
  • the first fin group 41 has the same configuration as that shown in FIG. 12 as the prior art, and a plurality of circular burrings B1 are provided on the surface of each fin, and the circular burring B1 to the heat pipe 3 are provided.
  • the straight portion 34 is press-fitted and fixed at a predetermined position.
  • the second fin group 42 is an elliptical escape hole having an area equivalent to the maximum area of the cross section of the bent portion 33 of the heat pipe 3 at a position corresponding to the heat pipe 3.
  • a plurality of B are provided on the surface.
  • the escape hole B only needs to be arranged so that the fins that pass through the bent portion 33 and form the second fin group 42 can be stacked, and in this case, the contact with the heat pipe 3 is not hindered, You may be in the state which is not contacting. That is, it does not matter whether there is thermal exchange by contact.
  • the first fin group 41 is omitted for convenience of explanation.
  • the second fin group 42 is provided with a burring B2 at a position corresponding to the pin 5 on the heat receiving block 2 of each fin in addition to the escape hole B described above.
  • the second fin group 42 is fixed to the heat receiving block 2 by press-fitting the pin 5 from the burring B2, and is thereby thermally connected to the heat receiving block 2 and the pin 5.
  • the pins 5 are arranged in accordance with the arrangement of the heat pipes 3. For example, in this embodiment, ten pins are arranged in a row in the wind direction direction, and seven rows are provided (see FIGS. 3 and 4). Moreover, it is preferable that the pin 5 is comprised with aluminum and copper with high heat conductivity.
  • the heat transport path of the cooling device 10 is transferred from the electronic components H1 and H2 serving as heat sources via the heat receiving block 2 to the first fin group 41 through heat transport from the heat receiving side of the heat pipe 3 to the heat radiating side.
  • Two routes are formed: a route to be heated, and a route to transfer heat from the electronic components H1 and H2 to the pin 5 through the heat receiving block 2 and transfer heat from the pin 5 to the second fin group 42.
  • the second fin group 42 for the bent portion 33, which is difficult to fix the heat dissipating fins due to the conventional structure and difficult to adhere to even if fixed.
  • the second fin group 42 is provided with a plurality of relief holes B on the surface having the same area as the maximum area of the cross section of the bent portion 33, and the heat radiation fin 4 is fixed and the heat receiving block 2 is thermally connected.
  • a simple connection is made by the pin 5 made of a thermally conductive connecting member such as aluminum or copper.
  • the heat of the heat receiving block 2 can be transmitted to the heat radiating fins 4 without using the heat pipes 3 by the pins 5.
  • the radiation fin 4 can be arrange
  • the entire fin 4 including the first fin group 41 can receive the wind evenly without blowing through this portion. become.
  • the cooling device 20 according to the second embodiment of the present invention is based on the configuration of the first embodiment, and the third fin formed in the straight portion of the heat pipe 3 as a part of the first fin group 41.
  • the point which provided the group 43 has the characteristic on a structure. Therefore, in the following, the configuration of the third fin group 43 and the configuration different from the first embodiment in relation to this configuration will be described, and description of the same configuration as the first embodiment will be omitted.
  • the fin 4 is configured by three fin groups, a first fin group 41, a second fin group 42, and a third fin group 43.
  • the third fin group 43 is located on the upper side of the second fin group 42 in the drawing, away from the heat receiving block 2, and between the first fin group 41.
  • the first fin group 41 and the second fin group 42 are the same as those in the first embodiment except that the number of the first fin groups 41 is different.
  • the third fin group 43 is formed of four fins as in the second fin group 42. Unlike the second fin group 42, the third fin group 43 is formed on the straight portion 34 (see FIG. 2A) of the heat pipe 3. Therefore, the third fin group 43 has a plurality of circular burrings B3 on the surface of each fin. Moreover, since the 3rd fin group 43 is press-fit in the pin 50 extended
  • the third fin group 43 is fixed in close contact with a predetermined position of the heat pipe 3 by press-fitting the straight portion 34 of the heat pipe 3 from the circular burring B3.
  • the third fin group 43 is positioned and fixed by press-fitting the pin 50 from the burring B4.
  • the third fin group 43 is thermally connected to both the heat receiving block 2 and the pin 50.
  • the pin 50 is configured to be extended by four fins 4 longer than the pin 5 in the first embodiment.
  • the heat transport path in the cooling device 20 of the present embodiment configured as described above is as follows.
  • the heat transport path of the cooling device 20 passes through the heat transport from the heat receiving side 2 of the heat pipe 3 to the heat radiating side through the heat receiving block 2 from the electronic components H1 and H2 serving as heat sources, and the first fin group 41 and the first fin
  • the heat is transferred from the electronic parts H1 and H2 to the pin 50 via the heat receiving block 2 and transferred from the pin 50 to the second fin group 42 and the third fin group 43. Two routes are formed.
  • the cooling device 20 having such a configuration has the following effects in addition to the effects of the cooling device 10 in the first embodiment. That is, the third fin group 43 provided in the straight portion 34 of the heat pipe 3 is also thermally connected to the heat receiving block 2 by the pin 50 of the connecting member, separately from the thermal connection to the heat pipe 3.
  • the heat of the heat receiving block 2 is absorbed through the pin 50 separately from the heat pipe 3 and transferred to the third fin group 43. Thereby, the heat dissipation can be improved.
  • the third fin group 43 is thermally connected to the heat pipe 3, the following significant effects can be obtained as well. That is, when the cooling device 20 is used in a low temperature environment (for example, a state of ⁇ 20 ° C., the same applies hereinafter), the working fluid in the heat pipe is frozen. In this case, generally, until the working fluid melts, the heat pipe functions only as a copper tube, and the heat dissipation efficiency is lower than the original function. In this regard, in the present embodiment, the heat from the above-described pin 50 is transmitted to the heat pipe 3, so that the melting of the frozen working fluid is promoted. As described above, according to the cooling device 20, it is possible to increase the heat dissipation efficiency at an early stage particularly when the cooling device is started in a low temperature environment.
  • the cooling device 30 uses the pins 5 to thermally connect and position the second fin group 42 and the heat receiving block 2 in the configuration of the first embodiment. This is performed by the elliptic cylinder member 6. As shown in FIG. 7, a fourth fin group 44 is used in place of the second fin group 42 in the first embodiment. Other configurations are the same as those in the first embodiment.
  • the fourth fin group 44 has a clearance hole B having an area equivalent to the maximum area of the cross section of the bent portion 33 of the heat pipe 3 at a position corresponding to the heat pipe 3. Multiple above.
  • the escape hole B is provided on the surface of each fin of the fourth fin group 44 by burring. As in the case of the first embodiment, the escape hole B only needs to be arranged by laminating the fins that pass through the bent portion 33 and form the second fin group 42.
  • the fourth fin group 44 is not provided with the burring B2 that is press-fitted into the pin 5 provided in the second fin group 42.
  • the elliptic cylindrical member 6 is a cylindrical body having an elliptical cross-sectional shape, and has an outer periphery slightly larger than the inner periphery of the escape hole B, and the inner periphery is formed to be equal to the outer periphery of the heat pipe 3.
  • the height of the elliptic cylinder member 6 is formed slightly higher than the height at which the fourth fin group 44 is laminated, and is formed to be equivalent to the height range of the bent portion 33 of the heat pipe 3.
  • the elliptic cylinder member 6 is preferably formed of a material having high thermal conductivity such as aluminum or copper, like the pin 5.
  • the cooling device 30 having such a configuration, first, in a state where the heat pipe 3 is positioned in the slot 21, the heat pipe 3 is passed through the hollow portion of the oval cylindrical member 6, as shown in the cross-sectional view of FIG. 9. Next, the heat pipe 3 is positioned so that the inner peripheral surface of the elliptic cylinder member 6 is in close contact with the outer periphery of the heat pipe 3. Next, the heat pipe 3 is fixed to the heat receiving block 2 by soldering or caulking, and the elliptic cylindrical member 6 is soldered to the heat receiving block 2. At this time, the hollow portion of the oval cylindrical member 6 may be left as it is, the upper surface and the lower surface may be sealed, and the hollow portion may be evacuated, or may be filled with solder or the like.
  • the elliptical cylindrical member 6 is a cylindrical body.
  • the bending in the heat pipe 3 is performed.
  • the shape is not limited as long as the member is inserted between the outer periphery of the portion 33 and the inner periphery of the escape hole B provided in the fourth fin group.
  • a relief hole provided in the fourth fin 44 is difficult even if it is a bent portion that is difficult to fix the heat radiation fin and is difficult to adhere even if fixed.
  • the fourth fin 44 can be arranged in a portion that has conventionally been a dead space to improve the cooling capacity, and the wind is not blown through the bent portion 33, and the entire fin receives wind evenly. Will be able to.
  • the heat of the heat receiving block 2 can also be transmitted to the heat pipe 3 through the elliptic cylinder member 6, the working fluid in the heat pipe 3 is frozen by using the cooling device 30 in a low temperature environment. Even so, the heat transfer from the heat receiving block 2 to the heat pipe 3 through the elliptic cylinder member 6 promotes the melting of the working fluid, and it is possible to increase the heat dissipation efficiency early when the cooling device is started in a low temperature environment. It becomes.
  • the cooling device 1 shown in FIG. 12 was used as a conventional example.
  • the cooling device 20 in the embodiment was compared with the cooling device 30 in the third embodiment shown in FIG.
  • the cooling device used for the analysis has a common configuration in which an aluminum block is used for the heat receiving block 2, the width in the wind direction is 430 mm, the width in the vertical direction perpendicular to the wind direction is 230 mm, and the thickness 22. It was 5 mm.
  • the heat pipes 3 as shown in FIGS. 2A and 2B, a total of 15 pipes having a diameter of 15.88 mm were used.
  • the heat pipes 3 are arranged in six rows in the wind direction indicated by an arrow in FIG. 2B, and the long HP 31 and the short HP 32 are appropriately combined.
  • the maximum height from the surface of the heat receiving block 2 in a side view as shown in FIG. 4 to the end of the long HP 31 of the heat pipe 3 was set to 205 mm.
  • the reason why the short HP 32 is provided is to cause the working fluid of the heat pipe 3 to melt at an early stage when starting at a low temperature in the cooling devices 20 and 30 of the second and third embodiments so as to function as a heat pipe. That is, the short HP32 has a smaller capacity than the long HP31, so that the working fluid dissolves faster.
  • the width in the wind direction is 400 mm, and the vertical direction is perpendicular to the wind direction.
  • the width was 200 mm, the thickness was 9.5 mm, and the fin arrangement interval was 6 mm.
  • the normal temperature environment here means a state of 20 ° C.
  • the rising temperature in H1 and H2 says the temperature after becoming a steady state from starting of a cooling device. For example, in this embodiment, after about 20 to 40 minutes have passed.
  • the rising temperature of H1 on the upstream side was 23.9 ° C.
  • the rising temperature of H2 on the downstream side was 23.2 ° C.
  • the rising temperature of H1 on the upstream side was 20.9 ° C.
  • the rising temperature of H2 on the downstream side was 21.7 ° C.
  • the rising temperature of H1 on the upstream side was 21.5 ° C.
  • the rising temperature of H2 on the downstream side was 22.5 ° C.
  • the rising temperature of H1 on the upstream side was 21.5 ° C.
  • the rising temperature of H2 on the downstream side was 22.5 ° C.
  • the cooling capacity is improved by 13% to 6% in the first embodiment and 10% to 3% in the second and third embodiments. I understand.
  • Cooling device Heat receiving block 21 Slotted hole 3 Heat pipe 31 Long length HP 32 Short HP 33 Bending portion 34 Linear portion 4 Fin 41 First fin group 42 Second fin group 43 Third fin group 44 Fourth fin group 5, 50 Pin 6 Elliptical cylindrical member B Hole B1, B2, B3, B4 Burling H1, H2 electronic components

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

　受熱ブロック近傍のヒートパイプの曲げ部にも放熱フィンが配置され、かつ、放熱フィン全体に均等に風を受けることで、冷却能力を向上させた冷却装置を提供する。　冷却装置１０は、発熱体を構成する電子部品Ｈ１，Ｈ２に熱的に接続される受熱ブロック２と、受熱ブロック２の表面に立設され、受熱ブロック２から受熱して熱輸送を行うヒートパイプ３と、ヒートパイプ３に設けられた複数のフィン４とを備える。フィン４は、ヒートパイプ３の直線部３４に設置される第１のフィン群４１と、曲げ部３３に設置される第２のフィン群４２と、から構成される。

Description

冷却装置
　本発明は、発熱素子を冷却する冷却装置に関し、特に、鉄道車両、航空機、船舶等の移動体に搭載された電力変換装置等の電気部品を、空冷で冷却する冷却装置に関する。
　鉄道車両などの移動体は、駆動用のモータ等の制御を行うために、電力制御筐体内にＩＧＢＴなどのパワーデバイスやその他の電子部品からなる電力制御装置を備えている。これらの電子部品は熱損失によって発熱するため、強制空冷や車両移動によって発生する風を利用して、取り付けられた電気部品を効率良く冷却するように発熱体に冷却装置が設けられている。
　従来の冷却装置の一例を図１２に示す。図１２において、冷却装置１は、発熱体である電子部品Ｈ１，Ｈ２が取り付けられた受熱ブロック２と、受熱ブロック２に半田付けされるヒートパイプ３と、ヒートパイプ３に取り付けられた放熱フィン群４により形成される。より具体的には、図１２に示すように、受熱部として片面にヒートパイプ３の固定用の長穴溝２１を有した発熱素子取り付け用の受熱ブロック２に、例えばヒートパイプ３の底部を半田付けし、この半田付けされたヒートパイプ３に対し円形バーリングを有した放熱フィン４を圧入加工して構成されるのが一般的である。
　このような従来の冷却装置では、放熱フィンの設置枚数や冷却風の風量を増やさずに、冷却装置全体での冷却効率を向上させるべく、例えば、風上側と風下側とでフィンピッチを変更するなど、種々の工夫が施されている（特許文献１参照）。また、図１２に示されるように、冷却効果の向上を狙ってヒートパイプ３に、側面視Ｕ字（又はＬ字）のものが用いられる場合がある。
特開２０１１－１８１８８２号公報
　ところで、従来の冷却装置では、冷却装置の軽量化などの目的で、受熱ブロックの薄型化が求められることがある。すると、図１２に示されるように、受熱ブロックとヒートパイプの接合部分付近において、受熱ブロック上にＵ字型やＬ字型のヒートパイプの曲げ部分のＲ形状が現れる。
　一般に、放熱フィンには、ヒートパイプの設けられた位置に合わせてバーリング穴が設けられており、ヒートパイプをこの穴に圧入することで、放熱フィンとヒートパイプとを圧着させている。しかし、Ｕ字型又はＬ字型ヒートパイプの曲げ部分が受熱ブロック上に表れた場合、ヒートパイプの曲げ部分を放熱フィンの穴に密着させることは困難である。そして、受熱ブロックに近いヒートパイプの曲げ部分に、フィンが配置されない場合には、その領域がデッドスペースＤとなる。このデッドスペースＤは、フィンが配置されないために放熱寄与が期待できない。さらに、デッドスペースＤへの風抜けが起こることで、フィン全体で均等に風を受けることができなくなり、冷却能力の低下が懸念される。
　本発明は、以上のような従来技術の課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、受熱ブロック近傍のヒートパイプの曲げ部にも放熱フィンが配置され、かつ、放熱フィン全体に均等に風を受けることで、冷却能力を向上させた冷却装置を提供することにある。
　上記目的を達成するために、第１の発明は、発熱体に熱的に接続される受熱ブロックと、前記受熱ブロックの表面に立設され、前記受熱ブロックから受熱して熱輸送を行うヒートパイプと、前記ヒートパイプに設けられた複数のフィンと、を備え、前記ヒートパイプは、受熱ブロックの近傍に設けられた曲げ部と、前記曲げ部から前記受熱ブロックと離れる方向に直線状に形成される直線部と、を備え、前記フィンは、前記直線部に設置される第１のフィン群と、前記曲げ部に設置される第２のフィン群と、を備え、前記第２のフィン群の各フィンは、前記曲げ部の断面と同等又はそれ以上の面積の穴を備え、前記第２のフィン群を前記受熱ブロックに固定する接続部材により前記受熱ブロックと熱的に接続したことを特徴とする。
　以上の態様では、Ｕ字やＬ字のヒートパイプの曲げ部に設置される第２のフィンが、曲げ部の断面と同等又はそれ以上の面積の穴を備えることで、従来構造上、放熱フィンを配置しにくいヒートパイプの曲げ部にも、放熱フィンを設けることができる。また、放熱フィンの固定と受熱ブロックとの熱的な接続を、例えばアルミピンや銅ピンなどの熱伝導性の接続部材により行うことで、受熱ブロックの熱を、当該接続部材を介して放熱フィンに伝えることができるようになる。これにより、従来デットスペースとなっていた部分にフィンを配置して冷却能力の向上を図ることができるとともに、曲げ部において風抜けせず、フィン全体に均等に風を受けることができるようになる。さらに、従来デットスペースとなっていた部分に放熱フィンを配置することが可能になるので、冷却装置の当該スペースと反対に配置していた放熱フィンの枚数を減らすなどして、冷却装置の低背化を図ることも可能になる。
　第２の発明は、第１の発明において、前記第１のフィン群の一部のフィンは、前記接続部材により前記受熱ブロックと熱的に接続したことを特徴とする。
　以上の態様では、ヒートパイプの直線部をなすストレート部分に設けられた第１のフィン群の一部も、ヒートパイプとの熱的な接続とは別に、接続部材により受熱ブロックと熱的に接続される。これにより、受熱ブロックの熱が、ヒートパイプとは別に接続部材を通して吸熱されフィンに熱輸送され、放熱性の向上を図ることができる。また、第１のフィン群は、ヒートパイプとも熱的に接続されているので、上述の効果に留まらない。すなわち、冷却装置が低温環境下で用いられた場合、ヒートパイプ内の作動液が凍結してしまうことがある。この場合、作動液が融解するまでは放熱効率が低いが、本態様では、上述の接続部材からの熱がヒートパイプに伝わることで、作動液の融解が促進される。これにより、低温環境下での冷却装置の起動時に早期に放熱効率を高めることが可能となる。
　第３の発明は、第１の発明において、前記接続部材は、前記曲げ部の外周と、前記穴の内周の間に、前記ヒートパイプと前記第２のフィン群とを熱的に接続するように間挿されたことを特徴とする。
　以上の態様では、従来構造上、放熱フィンを固定しにくく、固定しても密着困難であった曲げ部であっても、第２のフィン群の各フィンに設けた穴の内周とヒートパイプの外周との間に、接続部材を間挿させることで、これらを熱的に接続することが可能となる。これにより、従来デットスペースとなっていた部分にフィンを配置して冷却能力の向上を図ることができるとともに、曲げ部において風抜けせず、フィン全体に均等に風を受けることができるようになる。さらに、冷却装置が低温環境下で用いられた場合、接続部材からの熱がヒートパイプに伝わることで、作動液の融解が促進され、低温環境下での冷却装置の起動時に早期に放熱効率を高めることが可能となる。
　第４の発明は、第３の発明において、前記第２のフィン群の前記穴は、楕円形状であり、前記接続部材は、前記穴の楕円形状と略同大の外周を備え、前記ヒートパイプの外周と略同大の内周を備えた楕円筒状体であることを特徴とする。
　以上の態様では、楕円筒状体に、第２のフィン群を圧入し、当該楕円筒状体の外周面で第２のフィン群を固定し、内周面でヒートパイプと密着することにより、第２のフィン群とヒートパイプとを熱的に接続することができる。
　第５の発明は、第３又は第４の発明において、前記第２のフィン群の前記穴は、バーリング加工が施されており、前記接続部材及び前記ヒートパイプと、前記第２のフィン群は、前記フィンの厚みより広く熱的に接続されたことを特徴とする。
　以上の態様では、第２のフィン群に設けられた穴が、バーリング加工されていることより、ヒートパイプの曲げ部においても、ヒートパイプとフィンとを広い面積で接触させることができ、冷却能力の向上を図ることができる。
　以上のような本発明によれば、受熱ブロック近傍のヒートパイプの曲げ部にも放熱フィンが配置され、かつ、放熱フィン全体に均等に風を受けることで、冷却能力を向上させた冷却装置を提供することができる。
本発明の第１の実施形態に係る冷却装置の構成を示す全体斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る冷却装置の一部の構成を示す斜視図（ａ）及び平面図（ｂ）である。 本発明の第１の実施形態に係る冷却装置の一部の構成を示す拡大斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る冷却装置の構成を示す側面図である。 本発明の第２の実施形態に係る冷却装置の構成を示す全体斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る冷却装置の一部の構成を示す拡大斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る冷却装置の構成を示す全体斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る冷却装置の一部の構成を示す拡大斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る冷却装置の一部の構成を示す拡大断面図である。 本発明の実施形態に係る冷却装置の実施例の条件を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る冷却装置の実施例の結果を示す表である。 従来の冷却装置の構成を示す斜視図である。
　以下、本発明の実施形態について、図１～図１１を参照して説明する。
［１．第１の実施形態］
　本発明の第１の実施形態に係る冷却装置１０は、図１に示すように、発熱体を構成する電子部品Ｈ１，Ｈ２に熱的に接続される受熱ブロック２と、受熱ブロック２の表面に立設され、受熱ブロック２から受熱して熱輸送を行うヒートパイプ３と、ヒートパイプ３に設けられた複数のフィン４とを備える。
　受熱ブロック２は、図２に示すように、長方形状の一面側（図中底面側）において電子部品Ｈ１，Ｈ２に接続され、他面側（図中平面側）に複数のヒートパイプ３が立設されている。より具体的には、受熱ブロック２の他面側には、複数のヒートパイプ３の固定用の長穴溝２１が、図中矢印で示される風向き方向に長軸方向を合わせて複数設けられている。この長穴溝２１に、ヒートパイプ３のＵ字底端側を埋設し、半田付けやかしめなどの方法により固定している。
　ヒートパイプ３は、上述の通りＵ字型を用いており、本実施形態では、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、受熱ブロック２上に、長尺ＨＰ３１と短尺ＨＰ３２の２種類を配置している。ヒートパイプ３は、Ｕ字型であり、受熱ブロック２の近傍に設けられた曲げ部３３と、曲げ部３３から受熱ブロックと離れる方向に直線状に形成される直線部３４とから形成される。
　なお、本実施形態において曲げ部３３は、ヒートパイプ３のＵ字の曲げをなす部分全体をいうのではなく、図２（ａ）に示すように、受熱ブロック２に取り付けられたヒートパイプ３の受熱ブロック２の平面上に現れる部分から直線部に至るまでの部分を指す。また、本実施形態では、Ｕ字型ヒートパイプを用いた例のみを示しているが、本発明では、Ｌ字型ヒートパイプなど、直線部と曲げ部を有するヒートパイプであればいずれも適用可能である。
　フィン４は、図１に示すように、ヒートパイプ３の直線部３４に設置される第１のフィン群４１と、曲げ部３３に設置される第２のフィン群４２と、から構成される。本実施形態では、受熱ブロック２側の４枚のフィンを第２のフィン群４２として構成している。なお、第２のフィン群４２は、４枚に限るものではない。
　第１のフィン群４１は、従来技術として図１２に示したものと同様の構成を有するものであり、各々のフィンの面上に複数の円形バーリングＢ１を設け、円形バーリングＢ１からヒートパイプ３の直線部３４を圧入することで、所定位置に位置決め固定されている。
　第２のフィン群４２は、図３の拡大図に示すように、ヒートパイプ３に対応する位置に、ヒートパイプ３の曲げ部３３の断面の最大面積と同程度の面積の楕円形の逃げ穴Ｂを面上に複数有する。この逃げ穴Ｂは、曲げ部３３を通過して第２のフィン群４２を形成する各フィンが積層して配置できればよく、この場合、ヒートパイプ３とは接触していることを妨げず、また接触していない状態であっても構わない。すなわち、接触による熱的なやり取りの有無は問わない。なお、図３においては、説明の便宜上第１のフィン群４１は省略して表している。
　第２のフィン群４２は、上述した逃げ穴Ｂ以外に、各々のフィンの受熱ブロック２上のピン５に対応する位置に、バーリングＢ２が設けられている。このバーリングＢ２からピン５を圧入することで、第２のフィン群４２は、受熱ブロック２に固定され、これにより受熱ブロック２及びピン５と熱的に接続されている。ピン５は、ヒートパイプ３の配置に合わせて配置されており、例えば、本実施形態では、風向き方向一列に１０本配置し、これを７列設けている（図３及び図４参照）。また、ピン５は、熱伝導性の高いアルミや銅により構成されるのが好ましい。
　以上の構成からなる本実施形態の冷却装置１０によれば、熱輸送経路が、以下に示す２通りとなる。すなわち、冷却装置１０の熱輸送経路は、熱源となる電子部品Ｈ１，Ｈ２から受熱ブロック２を介してヒートパイプ３の受熱側から放熱側への熱輸送を経て、第１のフィン群４１へ伝熱されるルートと、電子部品Ｈ１，Ｈ２から受熱ブロック２を介してピン５に伝熱され、このピン５から第２のフィン群４２へ伝熱されるルートとの２つが形成される。
　このような冷却装置１０によれば、従来構造上、放熱フィンを固定しにくく、固定しても密着困難であった曲げ部３３に対して、第２のフィン群４２を設けることが可能となる。これは、第２のフィン群４２に、曲げ部３３の断面の最大面積と同程度の面積の逃げ穴Ｂを面上に複数設け、さらに、放熱フィン４の固定と受熱ブロック２との熱的な接続を、アルミや銅などの熱伝導性の接続部材からなるピン５により行っていることによる。
　このように、ピン５により、受熱ブロック２の熱を、ヒートパイプ３を介さなくても、放熱フィン４に伝えることができる。これにより、従来デットスペースとなっていた部分に放熱フィン４を配置して冷却能力の向上を図ることができる。さらに、曲げ部３３に第２のフィン群４２を配置することで、この部分において風抜けすることなく、第１のフィン群４１を含めて、フィン４全体に均等に風を受けることができるようになる。
［２．第２の実施形態］
　本発明の第２の実施形態に係る冷却装置２０は、第１の実施形態の構成を基本にしつつ、第１のフィン群４１の一部分としてヒートパイプ３の直線部に形成される第３のフィン群４３を設けた点に構成上の特徴を有する。そこで、以下では、第３のフィン群４３の構成と、この構成に関連して第１の実施形態と異なる構成について説明し、第１の実施形態と同様の構成についての説明は省略する。
　図５に示すように、冷却装置２０では、フィン４を、第１のフィン群４１、第２のフィン群４２、及び第３のフィン群４３の３つのフィン群により構成している。第３のフィン群４３は、図６の拡大図に示すように、第２のフィン群４２の図中上方側、受熱ブロック２から離れた側であって、第１のフィン群４１との間に設けられる。なお、第１のフィン群４１と第２のフィン群４２については、第１のフィン群４１の枚数が異なる以外の構成は第１の実施形態と同様である。
　第３のフィン群４３は、本実施形態においては第２のフィン群４２と同様、４枚のフィンにより形成される。第３のフィン群４３は、第２のフィン群４２と異なり、ヒートパイプ３の直線部３４（図２（ａ）参照）に形成される。そのため、第３のフィン群４３は、各々のフィンの面上に複数の円形バーリングＢ３を有する。また、第３のフィン群４３は、第２のフィン群４２と同様に、第１の実施形態の構成よりも延伸されたピン５０に圧入されるため、円形バーリングＢ３以外に、受熱ブロック２上のピン５０に対応する位置に、バーリングＢ４を有する。
　すなわち、第３のフィン群４３は、円形バーリングＢ３からヒートパイプ３の直線部３４を圧入することで、ヒートパイプ３の所定位置に密着して固定される。また、第３のフィン群４３は、ピン５０をバーリングＢ４から圧入することで位置決め固定される。これにより、第３のフィン群４３は、受熱ブロック２及びピン５０の双方に熱的に接続されることとなる。
　なお、本実施形態において、ピン５０は、上述の通り、第１の実施形態におけるピン５よりも、フィン４の４枚分の長さ延伸されて構成されている。
　以上の構成からなる本実施形態の冷却装置２０における熱輸送経路は、以下のとおりである。すなわち、冷却装置２０の熱輸送経路は、熱源となる電子部品Ｈ１，Ｈ２から受熱ブロック２を介してヒートパイプ３の受熱側から放熱側への熱輸送を経て、第１のフィン群４１及び第３のフィン群４３へ伝熱されるルートと、電子部品Ｈ１，Ｈ２から受熱ブロック２を介してピン５０に伝熱し、このピン５０から第２のフィン群４２及び第３のフィン群４３へ伝熱されるルートとの２つが形成される。
　このような構成の冷却装置２０は、第１の実施形態における冷却装置１０の効果に加えて、次のような効果を奏する。すなわち、ヒートパイプ３の直線部３４に設けられた第３のフィン群４３にも、ヒートパイプ３との熱的な接続とは別に、接続部材のピン５０により受熱ブロック２と熱的に接続される。
　これにより、受熱ブロック２の熱が、ヒートパイプ３とは別にピン５０を通して吸熱され第３のフィン群４３に伝熱される。これにより、放熱性の向上を図ることができる。
　また、第３のフィン群４３は、ヒートパイプ３に熱的に接続されているので、上述の効果に留まらず、以下のような顕著な効果も奏する。すなわち、冷却装置２０が低温環境下（例えば、－２０℃の状態をいう。以下に同じ。）で用いられた場合、ヒートパイプ内の作動液が凍結してしまう。この場合、一般的に作動液が融解するまでは、ヒートパイプは銅管として機能するのみで、本来的な機能に比べると放熱効率が低い。この点、本実施形態では、上述のピン５０からの熱がヒートパイプ３に伝わることで、凍結した作動液の融解が促進される。このように、冷却装置２０によれば、特に、低温環境下での冷却装置の起動時に早期に放熱効率を高めることが可能となる。
［３．第３の実施形態］
　本発明の第３の実施形態に係る冷却装置３０は、第１の実施形態の構成において、第２のフィン群４２と受熱ブロック２との熱的な接続及び位置決め固定をピン５によって行っていたものを、楕円筒部材６により行うようにしたものである。図７に示すように、第１の実施形態における第２のフィン群４２の代わりに、第４のフィン群４４を用いている。なお、その他の構成は、第１の実施形態と同様である。
　第４のフィン群４４は、図８の拡大図に示すように、ヒートパイプ３に対応する位置に、ヒートパイプ３の曲げ部３３の断面の最大面積と同程度の面積の逃げ穴Ｂを面上に複数有する。逃げ穴Ｂは、第４のフィン群４４の各々のフィンの面上にバーリング加工により設けられる。逃げ穴Ｂは、第１の実施形態の場合と同様、曲げ部３３を通過して第２のフィン群４２を形成する各フィンが積層して配置できればよい。なお、第４のフィン群４４には、第２のフィン群４２に設けられていたピン５に圧入されるバーリングＢ２は設けられていない。
　楕円筒部材６は、断面形状が楕円形の筒状体であり、上述の逃げ穴Ｂの内周よりも僅かに大きな外周を成し、その内周はヒートパイプ３の外周と同等に形成される。楕円筒部材６の高さは、第４のフィン群４４の積層される高さより僅かに高く形成され、ヒートパイプ３の曲げ部３３の高さの範囲と同等に形成されている。なお、楕円筒部材６は、ピン５と同様、アルミや銅などの熱伝導率の高い素材により形成するのが好ましい。
　このような構成の冷却装置３０では、まず、長穴溝２１にヒートパイプ３を位置決めした状態で、楕円筒部材６の中空部分にヒートパイプ３をくぐらせて、図９の断面図に示すように、ヒートパイプ３の外周に楕円筒部材６の内周面が密着するようにして位置決めする。次に、ヒートパイプ３を受熱ブロック２に半田付け又はかしめにより固定し、楕円筒部材６を受熱ブロック２に対して半田付けする。このとき、楕円筒部材６の中空部分は、そのまま中空としてもよく、上面と下面とを封鎖して中空部分を真空にしてもよく、さらには、半田等により埋めて構成してもよい。
　なお、上記実施形態では、第４のフィン群４４とヒートパイプ３との接続部材の一例として、楕円筒部材６として筒状体であることを示したが、本発明では、ヒートパイプ３における曲げ部３３の外周と、第４のフィン群に設けられた逃げ穴Ｂの内周の間に間挿される部材であれば、その形状は問わない。
　以上のような本実施形態の冷却装置３０では、従来構造上、放熱フィンを固定しにくく、固定しても密着困難であった曲げ部であっても、第４のフィン４４に設けた逃げ穴Ｂとヒートパイプ３との間に、接続部材として、逃げ穴Ｂの形状に対応した楕円筒部材６を間挿させることで、受熱ブロック２、ヒートパイプ３、楕円筒部材６及び第４のフィン４４を熱的に接続することが可能となる。
　これにより、従来デットスペースとなっていた部分に第４のフィン４４を配置して冷却能力の向上を図ることができるとともに、曲げ部３３において風抜けせず、フィン全体に均等に風を受けることができるようになる。
　さらに、受熱ブロック２の熱を、楕円筒部材６を介してヒートパイプ３へ伝えることもできるので、冷却装置３０が低温環境下で用いられることにより、ヒートパイプ３内の作動液が凍結した場合であっても、受熱ブロック２から楕円筒部材６を通してヒートパイプ３へ伝熱されることで作動液の融解が促進され、低温環境下での冷却装置の起動時に早期に放熱効率を高めることが可能となる。
　以上のような各実施形態に係る冷却装置１０，２０，３０における冷却効率について、従来の冷却装置１と比較して解析した結果を示す。従来例として用いたのは、前述のとおり図１２に示す冷却装置１であり、本発明の実施形態として、図１に示す第１の実施形態における冷却装置１０と、図５に示す第２の実施形態における冷却装置２０と、図７に示す第３の実施形態における冷却装置３０とを比較した。
　解析に用いた冷却装置には、共通的な構成として、受熱ブロック２には、アルミブロックを用い、風向き方向の幅は４３０ｍｍとし、風向きに垂直な縦方向の幅は２３０ｍｍとし、厚さ２２．５ｍｍとした。また、ヒートパイプ３としては、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、直径１５．８８ｍｍのものを全部で１５本用いた。ヒートパイプ３の配置は、図２（ｂ）に矢印で示す風向き方向に６列配置し、長尺ＨＰ３１と、短尺ＨＰ３２とを適宜組み合わせて配置している。また、図４に示すような側面視の受熱ブロック２の面からヒートパイプ３の長尺ＨＰ３１の端部までの最大高さは２０５ｍｍとした。なお、短尺ＨＰ３２を設けた理由は、第２及び第３の実施形態の冷却装置２０及び３０において、低温起動時に早期にヒートパイプ３の作動液を融解させ、ヒートパイプとして機能させるためである。すなわち、短尺ＨＰ３２のほうが、長尺ＨＰ３１に比べて容量が小さい分、作動液の溶解が早いことによる。
　フィン４としては、第１のフィン群４１、第２のフィン群４２及び第３のフィン群４３のいずれにおいても、銅フィンを用い、風向き方向の幅は４００ｍｍとし、風向きに垂直な縦方向の幅は２００ｍｍとし、厚さ９．５ｍｍとし、フィンの配置間隔は６ｍｍとした。
　以上のような冷却装置の構成において、解析条件として、図１０の平面図に示すように、受熱ブロック２に取り付けられる熱源として、Ｈ１とＨ２にそれぞれ１０００Ｗを入熱し、各冷却装置を風向方向の長さが２４３０ｍｍ、風向と垂直方向の幅が２３０ｍｍ、高さが２０５ｍｍの箱に投入し、図示しないブロアにより１０００ｍｍ離れた位置から、同図に矢印に示す風向き方向に４ｍ／ｓの風速で送風した。これを常温環境時におけるＨ１及びＨ２の上昇温度を測定した。以上のような解析結果を図１１に示す。
　なお、ここにいう常温環境下とは２０℃の状態をいう。また、Ｈ１及びＨ２における上昇温度は、冷却装置の起動から定常状態になった後の温度をいう。例えば、本実施例では、２０～４０分程度経過した後である。
　以上を前提として、図１１を参照して常温環境時の温度上昇について説明する。
　従来の冷却装置１においては、上流側のＨ１の上昇温度は２３．９℃で、下流側のＨ２の上昇温度は２３．２℃であった。
　第１の実施形態における冷却装置１０では、上流側のＨ１の上昇温度は２０．９℃で、下流側のＨ２の上昇温度は２１．７℃であった。
　第２の実施形態における冷却装置２０では、上流側のＨ１の上昇温度は２１．５℃で、下流側のＨ２の上昇温度は２２．５℃であった。
　第３の実施形態における冷却装置３０では、上流側のＨ１の上昇温度は２１．５℃で、下流側のＨ２の上昇温度は２２．５℃であった。
　この結果に示すとおり、従来技術に比較して、第１の実施形態で１３％～６％、第２及び第３の実施形態で１０％～３％の冷却能力の向上を達成していることがわかる。
１，１０，２０，３０　冷却装置
２　受熱ブロック
２１　長穴溝
３　ヒートパイプ
３１　長尺ＨＰ
３２　短尺ＨＰ
３３　曲げ部
３４　直線部
４　フィン
４１　第１のフィン群
４２　第２のフィン群
４３　第３のフィン群
４４　第４のフィン群
５，５０　ピン
６　楕円筒部材
Ｂ　穴
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４　バーリング
Ｈ１，Ｈ２　電子部品

Claims (5)

  1. 　発熱体に熱的に接続される受熱ブロックと、
    　前記受熱ブロックの表面に立設され、前記受熱ブロックから受熱して熱輸送を行うヒートパイプと、
    　前記ヒートパイプに設けられた複数のフィンと、を備え、
    　前記ヒートパイプは、受熱ブロックの近傍に設けられた曲げ部と、前記曲げ部から前記受熱ブロックと離れる方向に直線状に形成される直線部と、を備え、
    　前記フィンは、前記直線部に設置される第１のフィン群と、前記曲げ部に設置される第２のフィン群と、を備え、
    　前記第２のフィン群の各フィンは、前記曲げ部の断面と同等又はそれ以上の面積の穴を備え、前記第２のフィン群を前記受熱ブロックに固定する接続部材により前記受熱ブロックと熱的に接続したことを特徴とする冷却装置。
  2. 　前記第１のフィン群の一部のフィンは、前記接続部材により前記受熱ブロックと熱的に接続したことを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
  3. 　前記接続部材は、前記曲げ部の外周と、前記穴の内周の間に、前記ヒートパイプと前記第２のフィン群とを熱的に接続するように間挿されたことを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
  4. 　前記第２のフィン群の前記穴は、楕円形状であり、
    　前記接続部材は、前記穴の楕円形状と略同大の外周を備え、前記ヒートパイプの外周と略同大の内周を備えた楕円筒状体であることを特徴とする請求項３記載の冷却装置。
  5. 　前記第２のフィン群の前記穴は、バーリング加工が施されており、
    　前記第２のフィン群は、前記接続部材及び前記ヒートパイプと、前記フィンの厚みより広く熱的に接続されたことを特徴とする請求項３又は４記載の冷却装置。
PCT/JP2013/083004 2012-12-11 2013-12-09 冷却装置 WO2014092057A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201390000854.9U CN204963630U (zh) 2012-12-11 2013-12-09 冷却装置
EP13863431.6A EP2933593A4 (en) 2012-12-11 2013-12-09 COOLING DEVICE
BR112015012939A BR112015012939A2 (pt) 2012-12-11 2013-12-09 aparelho de refrigeração
JP2014514255A JP5620032B1 (ja) 2012-12-11 2013-12-09 冷却装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012270853 2012-12-11
JP2012-270853 2012-12-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014092057A1 true WO2014092057A1 (ja) 2014-06-19

Family

ID=50934345

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2013/083004 WO2014092057A1 (ja) 2012-12-11 2013-12-09 冷却装置

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP2933593A4 (ja)
JP (1) JP5620032B1 (ja)
CN (1) CN204963630U (ja)
BR (1) BR112015012939A2 (ja)
WO (1) WO2014092057A1 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016001966A1 (de) 2015-02-26 2016-09-01 Fanuc Corporation Luftgekühlte Laservorrichtung mit Kühlrippen aufweisendem Wärmeübertragungsbauteil
WO2016146490A1 (de) * 2015-03-18 2016-09-22 R. Stahl Schaltgeräte GmbH Kühlvorrichtung mit einer heatpipe und verfahren zur herstellung der kühlvorrichtung
CN106912180A (zh) * 2015-12-23 2017-06-30 建准电机工业股份有限公司 散热模组
WO2019229876A1 (ja) * 2018-05-30 2019-12-05 三菱電機株式会社 冷却装置

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107504846A (zh) * 2016-11-28 2017-12-22 华北理工大学 工程车辆用翼型热管式散热器结构

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004071635A (ja) * 2002-08-01 2004-03-04 Fujikura Ltd タワー型ヒートシンク
JP2006196786A (ja) * 2005-01-14 2006-07-27 Furukawa Electric Co Ltd:The ヒートパイプ付ヒートシンク
JP3146512U (ja) * 2008-09-08 2008-11-20 奇▲こう▼科技股▲ふん▼有限公司 構造を強化した放熱モジュールユニット
US20100270007A1 (en) * 2009-04-23 2010-10-28 Wen-Te Lin Heat sink
JP2011181882A (ja) 2010-02-08 2011-09-15 Furukawa Electric Co Ltd:The 複数のフィンピッチを有する冷却装置
JP2012138439A (ja) * 2010-12-27 2012-07-19 Hitachi Ltd 冷却装置およびそれを備えた電力変換装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3734895B2 (ja) * 1996-10-02 2006-01-11 古河電気工業株式会社 ヒートシンク
JPH11351769A (ja) * 1998-06-12 1999-12-24 Furukawa Electric Co Ltd:The ヒートシンク
US20060175045A1 (en) * 2004-03-19 2006-08-10 Yin-Hung Chen Heat dissipation device
DE102004042154B4 (de) * 2004-08-31 2011-01-05 Asia Vital Components Co., Ltd. Kühler
CN2763973Y (zh) * 2004-12-10 2006-03-08 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 散热器
US7509996B2 (en) * 2005-12-27 2009-03-31 Fu Zhun Precision Industry (Shen Zhen) Co., Ltd. Heat dissipation device
CN201518567U (zh) * 2009-08-26 2010-06-30 富准精密工业(深圳)有限公司 散热模组
CN102238847A (zh) * 2010-04-28 2011-11-09 富准精密工业(深圳)有限公司 散热装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004071635A (ja) * 2002-08-01 2004-03-04 Fujikura Ltd タワー型ヒートシンク
JP2006196786A (ja) * 2005-01-14 2006-07-27 Furukawa Electric Co Ltd:The ヒートパイプ付ヒートシンク
JP3146512U (ja) * 2008-09-08 2008-11-20 奇▲こう▼科技股▲ふん▼有限公司 構造を強化した放熱モジュールユニット
US20100270007A1 (en) * 2009-04-23 2010-10-28 Wen-Te Lin Heat sink
JP2011181882A (ja) 2010-02-08 2011-09-15 Furukawa Electric Co Ltd:The 複数のフィンピッチを有する冷却装置
JP2012138439A (ja) * 2010-12-27 2012-07-19 Hitachi Ltd 冷却装置およびそれを備えた電力変換装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2933593A4 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016001966A1 (de) 2015-02-26 2016-09-01 Fanuc Corporation Luftgekühlte Laservorrichtung mit Kühlrippen aufweisendem Wärmeübertragungsbauteil
US9871342B2 (en) 2015-02-26 2018-01-16 Fanuc Corporation Air-cooled laser device having heat-transfer member with heat radiating fins
DE102016001966B4 (de) 2015-02-26 2020-06-18 Fanuc Corporation Luftgekühlte Laservorrichtung mit Kühlrippen aufweisendem Wärmeübertragungsbauteil
WO2016146490A1 (de) * 2015-03-18 2016-09-22 R. Stahl Schaltgeräte GmbH Kühlvorrichtung mit einer heatpipe und verfahren zur herstellung der kühlvorrichtung
CN106912180A (zh) * 2015-12-23 2017-06-30 建准电机工业股份有限公司 散热模组
TWI626418B (zh) * 2015-12-23 2018-06-11 建準電機工業股份有限公司 散熱模組
WO2019229876A1 (ja) * 2018-05-30 2019-12-05 三菱電機株式会社 冷却装置
US20210215433A1 (en) * 2018-05-30 2021-07-15 Mitsubishi Electric Corporation Cooling device

Also Published As

Publication number Publication date
EP2933593A4 (en) 2016-11-02
BR112015012939A2 (pt) 2017-07-11
JP5620032B1 (ja) 2014-11-05
CN204963630U (zh) 2016-01-13
EP2933593A1 (en) 2015-10-21
JPWO2014092057A1 (ja) 2017-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5620032B1 (ja) 冷却装置
TWI525300B (zh) 功率模組用複合式散熱器組件
JP3936308B2 (ja) フィン一体型ヒートシンクおよびその製造方法
KR101409102B1 (ko) 냉각 장치 및 그것을 구비한 전력 변환 장치
JP5290355B2 (ja) ハイパワー放熱モジュール
US20080055855A1 (en) Heat sink for electronic components
JP5028822B2 (ja) パワーモジュールの冷却装置
US6862183B2 (en) Composite fins for heat sinks
CN105716046A (zh) 一种全方位对流的主动型散热器及应用该散热器的舞台灯
JP2011259536A (ja) 冷却装置，電力変換装置，鉄道車両
US20100206538A1 (en) Thermal module having enhanced heat-dissipating efficiency and heat dissipating system thereof
JP2016066639A (ja) 接続方法が異なる複数のフィンを備えたヒートシンク
KR100232810B1 (ko) 절첩식 권선 와이어 열전도 부재를 갖춘 흡열 구조물
WO2020152822A1 (ja) 冷却装置
JP5421951B2 (ja) 半導体装置
WO2020170428A1 (ja) 冷却装置および電力変換装置
US6636423B2 (en) Composite fins for heat sinks
TWI566670B (zh) 散熱裝置
JPH10270616A (ja) 電子部品の放熱装置
JP7199574B2 (ja) 冷却装置および電力変換装置
JP2018174184A (ja) 冷却装置及び冷却装置を備えた照明装置
JP2014031912A (ja) 放熱器
JP2017204503A (ja) 伝熱構造体、絶縁積層材、絶縁回路基板およびパワーモジュール用ベース
CN205579514U (zh) 一种全方位对流的主动型散热器及应用该散热器的舞台灯
JP2020188622A (ja) 電力変換装置

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201390000854.9

Country of ref document: CN

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2014514255

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13863431

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: 112015012939

Country of ref document: BR

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2013863431

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 112015012939

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20150603