(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却流体取入口と、
冷却流体吐出口と取入チャネルとを備える取入マニフォルド層であって、前記取入チャネルは複数の衝当噴流ノズルに対して流体結合された複数の流体取入孔を備え、前記複数の流体取入孔の内の少なくとも２つの流体取入孔は前記冷却流体取入口から不等距離だけ離間され、各流体取入孔における冷却流体の取入冷却流体流量は実質的に均一であるという取入マニフォルド層と、
複数の目標熱伝達区画を備える目標熱伝達層であって、各目標熱伝達区画は、中央衝当領域から径方向に延在する複数の目標熱伝達層マイクロチャネルを画成する複数の目標熱伝達層フィンを備えるという目標熱伝達層と、
複数の第2パス熱伝達区画を備える第2パス熱伝達層であって、各第2パス熱伝達区画は、中央流体吐出領域に向けて径方向に延在する複数の第2パス熱伝達層マイクロチャネルを画成する複数の第2パス熱伝達層フィンと、各第2パス熱伝達区画の周縁部に位置決めされた１つ以上の遷移チャネルとを備え、
前記第2パス熱伝達層は前記目標熱伝達層に対して熱的に結合され、
前記各遷移チャネルは、前記第2パス熱伝達層を前記目標熱伝達層に対して流体結合し、
前記複数の衝当噴流ノズルは、前記第2パス熱伝達区画の前記中央流体吐出領域を通して流体を導向すべく位置決めされるという第2パス熱伝達層と、
吐出チャネルを備える吐出マニフォルド層であって、前記吐出チャネルは複数の流体吐出孔を備え、
前記吐出マニフォルド層は、前記第2パス熱伝達層および前記取入マニフォルド層に対して熱的に結合され、
前記吐出チャネルは前記冷却流体吐出口に対して流体結合され、
前記複数の衝当噴流ノズルは前記複数の流体吐出孔を貫通通過する、
という吐出マニフォルド層とを備える、冷却板アセンブリ。
【請求項２】
前記取入マニフォルド層は、前記取入チャネルの周縁部に沿う複数の誘引取入チャネル壁部を更に備え、各誘引取入チャネル壁部は、個々の流体取入孔の近傍に配置された取入用スプライン状特定構造を備え、
前記吐出マニフォルド層は、前記吐出チャネルの周縁部に沿う複数の誘引吐出チャネル壁部を更に備え、各誘引吐出チャネル壁部は、個々の流体吐出孔の近傍に配置された吐出用スプライン状特定構造を備える、請求項１に記載の冷却板アセンブリ。
【請求項３】
前記目標熱伝達層フィンおよび前記第2パス熱伝達層フィンは湾曲壁部を備え、
前記目標熱伝達層フィンおよび前記第2パス熱伝達層フィンの前記湾曲壁部は、冷却流体および前記目標熱伝達層フィンおよび前記第2パス熱伝達層フィンの間の対流的な熱伝達を最適化すべく形状化される、請求項１に記載の冷却板アセンブリ。
【請求項４】
前記複数の目標熱伝達表面層マイクロチャネルにより画成される目標熱伝達層マイクロチャネル・パターンは、前記複数の第2パス熱伝達層マイクロチャネルにより画成される第2パス熱伝達層マイクロチャネル・パターンとは異なる、請求項１に記載の冷却板アセンブリ。
【請求項５】
冷却流体吐出口と取入チャネルとを備える取入マニフォルド層であって、前記取入チャネルは、複数の衝当噴流ノズルに対して流体結合された複数の流体取入孔と、該取入チャネルの周縁部に沿う複数の誘引取入チャネル壁部とを備え、各誘引取入チャネル壁部は、個々の流体取入孔の近傍に配置された取入用スプライン状特定構造を備えるという取入マニフォルド層と、
複数の目標熱伝達区画を備える目標熱伝達層であって、各目標熱伝達区画は、中央衝当領域から径方向に外方に延在する複数の目標熱伝達層マイクロチャネルを画成する湾曲壁部を有する複数の目標熱伝達層フィンを備えるという目標熱伝達層と、
複数の第2パス熱伝達区画を備える第2パス熱伝達層であって、各第2パス熱伝達区画は、中央流体吐出領域に向けて径方向に内方に延在する複数の第2パス熱伝達層マイクロチャネルを画成する湾曲壁部を有する複数の第2パス熱伝達層フィンと、各第2パス熱伝達区画間に位置決めされた１つ以上の遷移チャネルとを備え、
前記第2パス熱伝達層は、前記目標熱伝達層に対して熱的に結合され、
前記遷移チャネルは、前記第2パス熱伝達層を前記目標熱伝達層に対して流体結合し、
前記複数の衝当噴流ノズルは、前記各第2パス熱伝達区画の前記中央流体吐出領域を貫通して位置決めされるという第2パス熱伝達層と、
吐出チャネルを備える吐出マニフォルド層であって、前記吐出チャネルは、複数の流体吐出孔と、該吐出チャネルの周縁部に沿う複数の誘引吐出チャネル壁部とを備え、各誘引吐出チャネル壁部は、個々の流体吐出孔の近傍に配置された吐出用スプライン状特定構造を備え、
前記吐出マニフォルド層は、前記第2パス熱伝達層および前記取入マニフォルド層に対して熱的に結合され、
前記吐出チャネルは、前記冷却流体吐出口に対して流体結合され、
前記複数の衝当噴流ノズルは前記複数の流体吐出孔を貫通通過し、
前記複数の目標熱伝達層マイクロチャネルにより画成される目標熱伝達層マイクロチャネル・パターンは、前記複数の第2パス熱伝達層マイクロチャネルにより画成される第2パス熱伝達層マイクロチャネル・パターンとは異なるという吐出マニフォルド層とを備える、冷却板アセンブリ。
【請求項６】
冷却流体は、前記複数の衝当噴流ノズルから流れ、各目標熱伝達区画の前記中央衝当領域において前記目標熱伝達層に衝当し、前記複数の目標熱伝達層マイクロチャネルを通り各目標熱伝達区画の周縁部に向けて外方に流れる、請求項１または請求項５に記載の冷却板アセンブリ。
【請求項７】
冷却流体は、前記目標熱伝達層から前記１つ以上の遷移チャネルを通り前記第2パス熱伝達層まで流れ、前記第2パス熱伝達層マイクロチャネルを通り前記各第2パス熱伝達区画の前記中央流体吐出領域に向けて流れる、請求項１または請求項５に記載の冷却板アセンブリ。
【請求項８】
冷却流体は、前記熱伝達層から前記複数の流体吐出孔を通り前記吐出マニフォルド層へと、各流体吐出孔において実質的に均一である吐出冷却流体流量にて流れる、請求項１または請求項５に記載の冷却板アセンブリ。
【請求項９】
前記複数の流体取入孔および前記複数の流体吐出孔は、該複数の流体取入孔が該複数の流体吐出孔と同心的に整列される如く、少なくとも２本の列状に、前記取入チャネルおよび前記吐出チャネル内に夫々配置される、請求項１または請求項５に記載の冷却板アセンブリ。
【請求項１０】
前記取入マニフォルド層に対して熱的に結合されたシール層を更に備える、請求項１または請求項５に記載の冷却板アセンブリ。
【請求項１１】
前記複数の衝当噴流ノズルは、前記取入マニフォルド層と一体的であり、前記複数の流体取入孔に対して流体結合される、請求項１または請求項５に記載の冷却板アセンブリ。
【請求項１２】
前記１つ以上の遷移チャネルは、前記複数の目標熱伝達層マイクロチャネルおよび前記複数の第2パス熱伝達層マイクロチャネルに対して直交する、請求項１または請求項５に記載の冷却板アセンブリ。
【請求項１３】
前記取入マニフォルド層は、付加的な流体取入口を備える付加的な取入チャネルを更に備え、
前記目標熱伝達層は、複数の付加的な目標熱伝達区画を備え、
前記第2パス熱伝達層は、複数の付加的な第2パス熱伝達区画を備え、
前記吐出マニフォルド層は、付加的な吐出チャネルを更に備え、
前記吐出チャネルは、前記付加的な流体取入口に対して流体結合された結合チャネルを更に備え、
前記付加的な吐出チャネルは前記冷却流体吐出口に対して流体結合される、請求項１または請求項５に記載の冷却板アセンブリ。
【請求項１４】
冷却板アセンブリであって、
冷却流体取入口と、
冷却流体吐出口と取入チャネルとを備える取入マニフォルド層であって、前記取入チャネルは複数の衝当噴流ノズルに対して流体結合された複数の流体取入孔を備え、前記複数の流体取入孔の内の少なくとも２つの流体取入孔は前記冷却流体取入口から不等距離だけ離間され、且つ、各流体取入孔における冷却流体の取入冷却流体流量は実質的に均一であるという取入マニフォルド層と、
複数の目標熱伝達区画を備える目標熱伝達層であって、各目標熱伝達区画は、中央衝当領域から径方向に延在する複数の目標熱伝達層マイクロチャネルを画成する複数の目標熱伝達層フィンを備えるという目標熱伝達層と、
複数の第2パス熱伝達区画を備える第2パス熱伝達層であって、各第2パス熱伝達区画は、中央流体吐出領域に向けて径方向に延在する複数の第2パス熱伝達層マイクロチャネルを画成する複数の第2パス熱伝達層フィンと、各第2パス熱伝達区画間に位置決めされた１つ以上の遷移チャネルとを備え、
前記第2パス熱伝達層は前記目標熱伝達層に対して熱的に結合され、
前記各遷移チャネルは、前記第2パス熱伝達層を前記目標熱伝達層に対して流体結合し、
前記複数の衝当噴流ノズルは、前記第2パス熱伝達区画の前記中央流体吐出領域を通して流体を導向すべく位置決めされるという第2パス熱伝達層と、
吐出チャネルを備える吐出マニフォルド層であって、前記吐出チャネルは複数の流体吐出孔を備え、
前記吐出マニフォルド層は、前記第2パス熱伝達層および前記取入マニフォルド層に対して熱的に結合され、
前記吐出チャネルは前記冷却流体吐出口に対して流体結合され、且つ、
前記複数の衝当噴流ノズルは前記複数の流体吐出孔を貫通通過する、
という吐出マニフォルド層とを備えるという冷却板アセンブリと、
前記目標熱伝達層の背面に対して結合された基材層と、
前記基材層に対して結合されたパワーエレクトロニクス・デバイスであって、該パワーエレクトロニクス・デバイスにより生成された熱は、少なくとも前記基材層と前記目標熱伝達層とを通して前記冷却板アセンブリ内の前記冷却流体に対して伝達されるというパワーエレクトロニクス・デバイスとを備える、パワーエレクトロニクス・モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、2010年7月19日に出願されて“熱交換器用流体分配マニフォルドおよびそれを取入れたパワーエレクトロニクス・モジュール”と称された米国特許出願第12/839,039号に関連するものであり、該米国特許出願は言及したことにより全体的に本明細書中に援用されるが、それに対する優先権は主張されない。本出願はまた、2010年9月13日に出願されて“噴流衝当式の熱交換器装置およびパワーエレクトロニクス・モジュール”と称された米国特許出願第12/880,386号に関連するものであり、該米国特許出願は言及したことにより全体的に本明細書中に援用されるが、それに対する優先権は主張されない。
本明細書は、概略的には冷却板アセンブリに関し、より詳細には、多層式の冷却板アセンブリ、および、それを取入れたパワーエレクトロニクス・モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーエレクトロニクス・デバイスの如き発熱デバイスに対しては吸熱デバイスが結合されることで、熱が除去されると共に、上記発熱デバイスの最高動作温度が低下され得る。上記発熱デバイスにより発生された熱を、対流的な熱伝達により受容し、該発熱デバイスから斯かる熱を除去するために、冷却流体が使用され得る。たとえば、発熱デバイスの表面に冷却流体の噴流が衝当する如く、該噴流は導向され得る。発熱デバイスから熱を除去する別の手法は、該デバイスを、アルミニウムの如き熱伝導材料で作成されたフィン付き熱シンクに対して結合することである。
【０００３】
しかし、パワーエレクトロニクス機器は、新たに開発された電気システムの要求に依り、大きなパワーレベルにて動作すべく且つ対応する大きな熱流束を生成すべく設計されるので、習用の熱シンクは、上記熱流束を適切に除去することでパワーエレクトロニクス機器の動作温度を容認可能な温度レベルまで効果的に低下させる、ということができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
故に、発熱デバイスから熱流束を除去する代替的な冷却板アセンブリおよびパワーエレクトロニクス・モジュールに対する要求が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態において、冷却板アセンブリは、冷却流体取入口と、取入マニフォルド層と、目標熱伝達層と、第2パス熱伝達層と、吐出マニフォルド層とを含む。上記取入マニフォルド層は、冷却流体吐出口と取入チャネルとを含む。上記取入チャネルは、複数の衝当噴流ノズルに対して流体結合された複数の流体取入孔を含む。上記複数の流体取入孔の内の少なくとも２つの流体取入孔は上記冷却流体取入口から不等距離だけ離間され、且つ、各流体取入孔における冷却流体の取入冷却流体流量は実質的に均一である。上記目標熱伝達層は複数の目標熱伝達区画を含み、各目標熱伝達区画は、中央衝当領域から径方向に延在する複数の目標熱伝達層マイクロチャネルを画成する複数の目標熱伝達層フィンを有する。上記第2パス熱伝達層は複数の第2パス熱伝達区画を含み、各第2パス熱伝達区画は、中央流体吐出領域に向けて径方向に延在する複数の第2パス熱伝達層マイクロチャネルを画成する複数の第2パス熱伝達層フィンと、各第2パス熱伝達区画間に位置決めされた１つ以上の遷移チャネルとを有する。上記第2パス熱伝達層は上記目標熱伝達層に対して熱的に結合され、且つ、上記各遷移チャネルは、上記第2パス熱伝達層を上記目標熱伝達層に対して流体結合する。上記複数の衝当噴流ノズルは、上記第2パス熱伝達区画の上記中央流体吐出領域を貫通して位置決めされる。上記吐出マニフォルド層は、複数の流体吐出孔を有する吐出チャネルを含む。上記吐出マニフォルド層は上記第2パス熱伝達層および上記取入マニフォルド層に対して熱的に結合され、且つ、上記吐出チャネルは上記冷却流体吐出口に対して流体結合される。上記複数の衝当噴流ノズルは、上記複数の流体吐出口を貫通通過する。
【０００６】
別実施形態において、パワーエレクトロニクス・モジュールは、基材層によりパワーエレクトロニクス・デバイスに対して熱的に結合された冷却板アセンブリを含んでいる。上記冷却板アセンブリは、冷却流体取入口と、取入マニフォルド層と、目標熱伝達層と、第2パス熱伝達層と、吐出マニフォルド層とを含む。上記取入マニフォルド層は、冷却流体吐出口と取入チャネルとを含む。上記取入チャネルは、複数の衝当噴流ノズルに対して流体結合された複数の流体取入孔を含む。上記複数の流体取入孔の内の少なくとも２つの流体取入孔は上記冷却流体取入口から不等距離だけ離間され、且つ、各流体取入孔における冷却流体の取入冷却流体流量は実質的に均一である。上記目標熱伝達層は複数の目標熱伝達区画を含み、各目標熱伝達区画は、中央衝当領域から径方向に延在する複数の目標熱伝達層マイクロチャネルを画成する複数の目標熱伝達層フィンを有する。上記第2パス熱伝達層は複数の第2パス熱伝達区画を含み、各第2パス熱伝達区画は、中央流体吐出領域に向けて径方向に延在する複数の第2パス熱伝達層マイクロチャネルを画成する複数の第2パス熱伝達層フィンと、各第2パス熱伝達区画間に位置決めされた１つ以上の遷移チャネルとを有する。上記第2パス熱伝達層は上記目標熱伝達層に対して熱的に結合され、且つ、上記各遷移チャネルは、上記第2パス熱伝達層を上記目標熱伝達層に対して流体結合する。上記複数の衝当噴流ノズルは、上記第2パス熱伝達区画の上記中央流体吐出領域を貫通して位置決めされる。上記吐出マニフォルド層は、複数の流体吐出孔を有する吐出チャネルを含む。上記吐出マニフォルド層は上記第2パス熱伝達層および上記取入マニフォルド層に対して熱的に結合され、且つ、上記吐出チャネルは上記冷却流体吐出口に対して流体結合される。上記複数の衝当噴流ノズルは、上記複数の流体吐出口を貫通通過する。上記基材層は、上記目標熱伝達層の背面に対して結合される。上記パワーエレクトロニクス・デバイスにより生成された熱は、少なくとも上記基材層と上記目標熱伝達層とを通して上記冷却板アセンブリ内の上記冷却流体に対して伝達される。
【０００７】
更に別の実施形態において、冷却板アセンブリは、取入マニフォルド層と、目標熱伝達層と、第2パス熱伝達層と、吐出マニフォルド層とを含む。上記取入マニフォルド層は、冷却流体吐出口と、取入チャネルとを含み、該取入チャネルは、複数の衝当噴流ノズルに対して流体結合された複数の流体取入孔と、複数の誘引取入チャネル壁部とを有する。上記目標熱伝達層は複数の目標熱伝達区画を含み、各目標熱伝達区画は、中央衝当領域から径方向に外方に延在する複数の目標熱伝達層マイクロチャネルを画成する湾曲壁部を有する複数の目標熱伝達層フィンを有する。上記第2パス熱伝達層は複数の第2パス熱伝達区画を有し、各第2パス熱伝達区画は、中央流体吐出領域に向けて径方向に内方に延在する複数の第2パス熱伝達層マイクロチャネルを画成する湾曲壁部を有する複数の第2パス熱伝達層フィンと、各第2パス熱伝達区画間に位置決めされた１つ以上の遷移チャネルとを有する。上記第2パス熱伝達層は、上記目標熱伝達層に対して熱的に結合され、且つ、上記遷移チャネルは、上記第2パス熱伝達層を上記目標熱伝達層に対して流体結合する。上記複数の衝当噴流ノズルは、上記各第2パス熱伝達区画の上記中央流体吐出領域を貫通して位置決めされる。上記吐出マニフォルド層は、複数の流体吐出孔と、複数の誘引吐出チャネル壁部とを有する吐出チャネルを含む。上記吐出マニフォルド層は、上記第2パス熱伝達層および上記取入マニフォルド層に対して熱的に結合され、上記吐出チャネルは、上記冷却流体吐出口に対して流体結合され、且つ、上記複数の衝当噴流ノズルは上記複数の流体吐出孔を貫通通過する。上記複数の目標熱伝達層マイクロチャネルにより画成される目標熱伝達層マイクロチャネル・パターンは、上記複数の第2パス熱伝達層マイクロチャネルにより画成される熱伝達層マイクロチャネル・パターンとは異なる。
【０００８】
本明細書中に記述される実施形態により提供されるこれらのおよび付加的な特徴は、図面と併せて以下の詳細な説明を考慮すれば更に十分に理解されよう。
【０００９】
図面中に示された実施形態は本質的に例証的かつ例示的であり、各請求項により定義された主題を制限することを意図していない。以下における図示実施形態の詳細な説明は、同様の構造が同様の参照番号で表されるという以下の各図と併せて読破されたときに理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本明細書中に示され且つ記述されたひとつ以上の実施形態に係る冷却板アセンブリの概略的な分解斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示された冷却板アセンブリの概略的な側面図である。
【図２】本明細書中に示され且つ記述されたひとつ以上の実施形態に係るシール層の概略的な上部斜視図である。
【図３Ａ】本明細書中に示され且つ記述されたひとつ以上の実施形態に係る取入マニフォルド層の概略的な上部斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示された取入マニフォルド層の概略的な断面図である。
【図３Ｃ】図３Ａおよび図３Ｂに示された取入マニフォルド層の冷却流体流パターンの概略図である。
【図４Ａ】本明細書中に示され且つ記述されたひとつ以上の実施形態に係る吐出マニフォルド層の概略的な上部斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示された吐出マニフォルド層の概略的な断面図である。
【図４Ｃ】図４Ａおよび図４Ｂに示された吐出マニフォルド層の冷却流体流パターンの概略図である。
【図５Ａ】本明細書中に示され且つ記述されたひとつ以上の実施形態に係る第2パス熱伝達層の概略的な上部斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示された第2パス熱伝達層の第2パス熱伝達区画の冷却流体流パターンの概略図である。
【図６Ａ】本明細書中に示され且つ記述されたひとつ以上の実施形態に係る目標熱伝達層の概略的な上部斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示された目標熱伝達層の目標熱伝達区画の冷却流体流パターンの概略図である。
【図７】本明細書中に示され且つ記述されたひとつ以上の実施形態に係る第2パス熱伝達層および目標熱伝達層の概略的な部分的分解斜視図である。
【図８】本明細書中に示され且つ記述されたひとつ以上の実施形態に係る冷却板アセンブリの概略的な分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１Ａは概略的に、パワー半導体デバイスの如き発熱デバイスにより生成された熱流束を除去する冷却板アセンブリの一実施形態を概略的に示している。該冷却板アセンブリは、熱交換のための複数の層を提供する一方、該アセンブリ内における低い圧損のために流体流を最適化する。上記冷却板アセンブリは概略的に、冷却流体取入口と冷却流体吐出口とを有するシール層と、取入マニフォルド層と、目標熱伝達層と、第2パス熱伝達層（second-pass heat transfer layer）と、吐出マニフォルド層とを備える。冷却流体は、上記冷却流体取入口から上記冷却板アセンブリに進入すると共に、該冷却流体は、上記目標熱伝達層上の熱伝達区画に衝当する冷却流体の噴流を生成する複数の衝当噴流ノズルに進入する。上記冷却流体は、径方向において外方に流れると共に、１つ以上の遷移チャネルを介し、上記第2パス熱伝達層の第2パス熱伝達区画に流入する。上記第2パス熱伝達層において、上記冷却流体は径方向において内方に流れてから上記吐出マニフォルド層に流入し、其処でその流体は上記冷却流体吐出口を通り上記冷却板アセンブリを退出する。上記多数回通過の特徴は増進された冷却を提供する、と言うのも、上記冷却流体は、上記遷移チャネルにおいて更に大きな表面積に接触し且つ流体混合に遭遇するからである。複数の実施形態は、衝当噴流構造およびチャネル式構造の特徴を組み合わせることで、片面もしくは両面冷却のための多層式の熱交換器構造を生成する。更に、上記取入マニフォルド層および吐出マニフォルド層の最適化された誘引壁部（serpentine wall）は、上記冷却板アセンブリおよびパワーエレクトロニクス・モジュール内における低い圧損を提供する。本明細書においては、冷却板アセンブリ、パワーエレクトロニクス・モジュール、および、その作用の種々の実施形態が記述される。
【００１２】
次に図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、代表的な冷却板アセンブリ100が示される。図１Ａは冷却板アセンブリ100の実施形態の分解図であり、且つ、図１Ｂは図１Ａに示された冷却板アセンブリの側面図である。概略的に、冷却板アセンブリ100は、取入マニフォルド層160に対して熱的に結合されたシール層102を備える。熱的に結合されるという語句は、発熱デバイスにより生成された熱流束がひとつの層と次の層との間で伝わり得ることを意味している。本明細書中に記述される種々の層は、種々の方法により、相互に対して熱的に結合されて流体的にシールされ得ることを銘記されたい。たとえば、シール層102は、２つの構造間のろう付け部を形成すべく薄寸の金属合金が使用されるという、ろう付け処理により取入マニフォルド層160に対して熱的に結合され得る。種々の層同士を熱的に結合するためには、半田付け接合、拡散接合、または、超音波接合も利用され得る。図１Ａおよび図１Ｂに示された如く、種々の層を、熱的に結合されて流体的にシールされた関係に維持すべく、（不図示の）O-リングまたはガスケットと共に、ボルト107およびナット108の如き締結具も利用され得る。
【００１３】
冷却板アセンブリ100は更に、取入マニフォルド層160に対して熱的に結合された吐出マニフォルド層170と、該吐出マニフォルド層170に対して熱的に結合された第2パス熱伝達層114と、該第2パス熱伝達層114に対して熱的に結合された目標熱伝達層112とを備える。図１Ｂに示された如く、上記層の全ては一体的に積層されて、目標熱伝達層112にてパワーエレクトロニクス・デバイスに対して結合され得る冷却板アセンブリ100を形成し得る。
【００１４】
次に図１Ａおよび図２を参照すると、シール層102は、該シール層102を完全に貫通して延在する孔として夫々構成された流体取入口105およびシール層流体吐出口106を備える。冷却流体取入口105およびシール層流体吐出口106は、冷却流体が冷却板アセンブリ100に対して進入かつ退出することを可能とする種々の構成を有し得る。たとえば、冷却流体取入口105およびシール層流体吐出口106は更に、該冷却流体取入口105およびシール層流体吐出口106を（不図示の）流体入力ラインおよび（不図示の）冷却流体出力ラインに対して夫々結合する結合器具を備え得る。上記冷却流体の入力および出力ラインは、車両のラジエータ、または、他の同様の冷却流体リザーバの如き（不図示の）冷却流体源に対して接続され得る。上記冷却流体は、エチレングリコール混合物、水などの如き熱交換用途に使用される任意の種類の流体とされ得る。図１Ａに示された如く、シール層102は、ボルト107を受容して冷却板アセンブリ100の種々の層を維持し得る取付け孔103aを備え得る。シール層102の各取付け孔103aは、各ボルト107のヘッドが位置決めされ得る座刳り孔とされ得る。代替実施形態において、シール層102は取付け孔を有さなくても良く、且つ、半田付け、ろう付け、拡散接合、または、超音波接合により取入マニフォルド層160に対して熱的に結合され得る。
【００１５】
シール層102は、限定的なものとしてで無く、銅、アルミニウム、熱的に増進された複合材料、および、ポリマ複合材料などの、熱伝導材料で作成され得る。またシール層102は、限定的なものとしてで無く、型成形プロセス、機械加工プロセス、スタンプ成形プロセス、または、所望の形状および構成を達成する類似のプロセスなどの種々の製造プロセスにより形成され得る。
【００１６】
図１Ａ、図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、取入マニフォルド層160は概略的に、取入チャネル162および冷却流体吐出口166を備える。図示された取入マニフォルド層160は、各ボルト107を夫々受容すべく作用可能な取付け孔103bを更に備える。冷却流体吐出口166は、取入マニフォルド層160を完全に貫通延在する孔であって、冷却板アセンブリ100が組立て状態に在るときにシール層流体吐出口106と流体連通すべく位置決めされるという孔として構成される。
【００１７】
取入チャネル162は、取入マニフォルド層160内の凹所であって、冷却流体取入口105から冷却流体を受容するという凹所として構成される。図１Ａおよび図３Ａに示された如く、冷却流体取入口105は、取入チャネル162の第1端部163と流体連通する。図示された取入チャネル162は、該取入チャネル162に沿い配置された複数の流体取入孔164を備える。各流体取入孔164は、取入マニフォルド層160を完全に貫通して延在する。図３Ｂに示された如き一実施形態において、取入マニフォルド層160は、各流体取入孔164と流体連通する衝当噴流ノズル161であって、該取入マニフォルド層160の本体169から延在するという複数の衝当噴流ノズル161を備える。各流体取入孔164は、円筒状の衝当噴流ノズル161を貫通延在すると共に、該ノズルを介して冷却流体を通過させるべく作用可能である。別実施形態において各衝当噴流ノズル161は、図８の実施形態において示された如く、第2パス熱伝達層114の円筒状の特定構造として取入れられる。
【００１８】
取入マニフォルド層160は、シール層102に関して上述された如く、熱伝導材料で作成され得ると共に種々の製造プロセスを用いて製造され得る。以下に更に詳細に記述される様に、各衝当噴流ノズル161が吐出マニフォルド層170の夫々の流体吐出孔174を貫通通過すると共に、該衝当噴流ノズル161が、組重ね配置構成とされた第2パス熱伝達層114の各中央流体吐出領域117を貫通通過するか、または、各中央流体吐出領域117において熱伝達層114の表面上に着座する如く、取入マニフォルド層160は吐出マニフォルド層170に対して熱的に結合される。
【００１９】
各流体取入孔164は、第1端部163から、該第1端部163とは逆側の第2端部165に向けて延在する２本の列状に配置される。別実施形態においては、上記複数の流体取入孔は、単一の列状、または、２本以上の列状に配置され得る。更に、図１Ａ、図３Ａおよび図３Ｃに示された実施形態は６個の流体取入孔164を有するが、更に多いもしくは少ない流体取入孔164が利用され得る。
【００２０】
冷却流体が取入チャネル162に進入する第1端部163と、各流体取入孔164との間の距離は、流体取入孔毎に変化する。たとえば、第1端部163と各流体取入孔164との間の距離は、第2端部165に向かう複数の流体取入口の列に沿い増大する。第1端部163と種々の流体取入孔との間の距離は等しくないことから、直線状の壁部を有する冷却流体チャンバは、各流体取入孔164における不均一な冷却流体流量、ならびに、相対的に大きな圧損合計を引き起こす。
【００２１】
取入チャネル162は更に、複数の誘引取入チャネル壁部167を備える。誘引取入チャネル壁部167は、各流体取入孔164の近傍に配置された個別的な複数の取入用スプライン状特定構造168により画成される。ひとつのスプライン状特定構造（spline feature）とは、ひとつの鋭角点もしくは遷移点から、別の鋭角点もしくは遷移点まで延在する湾曲壁部分により画成される。各誘引取入チャネル壁部167および対応する取入用スプライン状特定構造168の形状およびサイズは最適化されることで、取入チャネル162内における圧損合計が減少されると共に、各流体取入孔164における均一な冷却流体流量が提供される。本明細書中で用いられる如く、最適化されるという語句は、各流体取入孔において実質的に均一な冷却流体流量を提供すべく各誘引壁部が幾何学的に設計されることを意味する。各誘引取入チャネル壁部167は、取入チャネル162の全体にわたり冷却流体を均一に案内すべく構成される。
【００２２】
取入用スプライン状特定構造168の形状は、取入チャネル162内において予想される流速場により左右される。図３Ｃは、取入チャネル162内において予想される冷却流体流を示している。各矢印は、冷却流体の流れ方向を表している。冷却流体は、第1端部163にて取入チャネル162に進入してから、第2端部165に向かい乍ら各流体取入孔164に向けて経路設定される。図１および図３Ａから図３Ｃに示された実施形態は、各誘引取入チャネル壁部167を利用して取入チャネル162の面積ならびに各壁部を最適化することで、均一な冷却流体流分配を実現すると共に、圧力損失を最小限としている。
【００２３】
各誘引取入チャネル壁部167の幾何学形状は、各流体取入孔と、冷却流体が取入チャネル162に進入する上記第1端部との間における不等距離に関わらず、各流体取入口における実質的に等しい冷却流体速度および圧力を維持すべく設計される。斯かる様式にて、冷却流体は取入チャネル162の全体にわたり均一に且つ効率的に分配され得る。
【００２４】
代替実施形態においては、取入チャネル162の大部分が吐出マニフォルド層170の本体169により完全に囲繞されると共に、上記シール層は利用されない。この実施形態において、冷却流体取入口105は、吐出マニフォルド層170のひとつの構成要素である。冷却流体は、吐出マニフォルド層170における冷却流体取入口を介して取入チャネル162に進入し得る。この実施形態は、たとえば、型成形プロセスを使用して作製され得る。
【００２５】
次に図１Ａおよび図４Ａから図４Ｃを参照すると、吐出マニフォルド層170は概略的に、吐出チャネル172と、各ボルト107を受容すべく作用可能な取付け孔103cとを備える。上述の取入チャネル162と同様に、吐出チャネル172は、吐出マニフォルド層170内の凹所として構成される。各流体吐出孔174の位置は、組立て状態において２群の孔が相互に整列される如く、各取入孔164の位置に対応する。図示された吐出チャネル172は、該吐出チャネル172に沿い配置された複数の流体吐出孔174を備える。各流体吐出孔174は、吐出マニフォルド層170を完全に貫通して延在する。各流体吐出孔174は流体取入孔164よりも大径であり、以下に更に詳細に記述される如く、流体が第2パス熱伝達層114から各流体吐出孔174を通り且つ各衝当噴流ノズル161の回りを流れる如く、各衝当噴流ノズルを受容する。吐出マニフォルド層170は、熱伝導材料で作成され得ると共に、種々の製造プロセスを用いて製造され得る。
【００２６】
各流体吐出孔174は、第2端部175から、該第2端部175とは逆側となる第1端部173に向けて、２列状に配置される。別実施形態において、上記複数の流体取入孔は、単一の列状、または、２本より多い列状に配置され得る。更に、図１Ａおよび図４Ａおよび図４Ｃに示された実施形態は６個の流体吐出孔174を有するが、更に多いまたは更に少ない個数の流体吐出孔174が利用され得る。
【００２７】
取入チャネル162に関して上述された如く、冷却流体が吐出チャネル172を退出する第1端部173と、各流体吐出孔174との間の距離は、流体吐出孔毎に変化する。第1端部173と種々の流体吐出孔との間の距離は等しくないことから、直線状の壁部を有する冷却流体チャンバは、各流体吐出孔174における不均一な冷却流体流量、ならびに、相対的に大きな圧損合計を引き起こす。
【００２８】
吐出チャネル172は更に、各流体吐出孔174の近傍に配置された個別的な複数の吐出用スプライン状特定構造178により画成される複数の誘引吐出チャネル壁部177も備える。各誘引吐出チャネル壁部177および対応する吐出用スプライン状特定構造178の形状およびサイズは最適化されることで、吐出チャネル172内における圧損合計が減少されると共に、各流体吐出孔174から流れる冷却流体の均一な冷却流体流量が提供される。
【００２９】
吐出用スプライン状特定構造178の形状は、吐出チャネル172内において予想される流速場により左右される。図４Ｃは、吐出チャネル172内において予想される冷却流体流を示している。各矢印は、冷却流体の流れ方向を表している。冷却流体は、各流体吐出孔174により且つ衝当噴流ノズル161の回りにおいて画成されるリング状の開口を通り吐出チャネル172に進入する（図７および図８を参照）。冷却流体は次に第1端部173に向けて経路選定され、其処で冷却流体は、両方ともに吐出チャネル172と流体連通する取入マニフォルド層160の冷却流体吐出口166とシール層102のシール層流体吐出口106とを通り、上方に付勢される。
【００３０】
各誘引吐出チャネル壁部177の幾何学形状は、各流体吐出孔174と、冷却流体が吐出チャネル172を退出する第1端部173との間における不等距離に関わらず、各流体吐出孔における実質的に等しい冷却流体速度および圧力を維持すべく設計される。斯かる様式にて、冷却流体は吐出チャネル172の全体にわたり均一に且つ効率的に分配され得る。
【００３１】
次に図１Ａおよび図５Ａを参照すると、第2パス熱伝達層114は概略的に、複数の第2パス熱伝達区画115a〜115fと、複数の取付け孔103dと、各第2パス熱伝達区画115a〜115fの周縁部の回りに配置された複数の遷移チャネル127とを備える。第2パス熱伝達区画115a〜115fの個数は、流体取入孔164および流体吐出孔174の個数に依存し得ると共に、図１Ａおよび図５Ａに描かれた６個に限定されるものでない。
【００３２】
上記第2パス熱伝達区画の各々は、複数の第2パス熱伝達層フィン132により画成された径方向に延在する複数の第2パス熱伝達層マイクロチャネル124を備える。各第2パス熱伝達区画は更に、衝当噴流ノズルが当該孔と整列されもしくは該ノズルが当該孔内に位置決めされるという孔を備える中央流体吐出領域117a〜117fを備える。中央流体吐出領域117a〜117fの上記孔は、各衝当噴流ノズルの内径と厳密に合致する直径を有し得る。図８に示された如く、代替実施形態において各衝当噴流ノズルは、取入マニフォルド層160内に一体的に形成されるのではなく、第2パス熱伝達区画115a〜115fの中央流体吐出領域117a〜117f内の中空円筒体として一体的に形成され得る。
【００３３】
径方向に延在する複数の第2パス熱伝達層マイクロチャネル124は、異なる形状およびサイズの複数の第2パス熱伝達層フィン132により画成される。第2パス熱伝達層フィン132は湾曲壁部を有すると共に、該フィンは、幾何学的に最適化されることで、圧損を低減し、熱伝達を増進し、且つ、冷却流体を中央流体吐出領域117a〜117fに向けて導向する。第2パス熱伝達層マイクロチャネル124を画成する第2パス熱伝達層フィン132は、湾曲壁部を有すると共に、サイズおよび形状が変化する。第2パス熱伝達層フィン132の幾何学的構成を選択することにより、冷却流体は第2パス熱伝達層マイクロチャネル124内を更に効率的に流れ得る。湾曲壁部はまた、第2パス熱伝達区画115a〜115fに冷却流体が接触する表面積を増大することにより、第2パス熱伝達層114から冷却流体に対する熱伝達量を増大するものでもある。各第2パス熱伝達層フィン132、および、それらの間に位置された結果的な第2パス熱伝達層マイクロチャネル124の幾何学的構成は、たとえばコンピュータ・シミュレーションにより決定され得る。第2パス熱伝達層マイクロチャネル124に対して利用される上記幾何学的構成は、たとえば、流動抵抗、冷却流体の種類、および、パワーエレクトロニクス・デバイスの所望の最高動作温度の如きパラメータに依存し得る。
【００３４】
各遷移チャネル127は、第2パス熱伝達層114を完全に貫通して延在する。一実施形態において第2パス熱伝達区画115a〜115fは、該第2パス熱伝達区画115a〜115fを第2パス熱伝達層114の本体に対して保持するウェブ形成特定構造129により維持され得る。遷移チャネル127は、各ウェブ形成特定構造129間の間隙として構成され得る。以下に更に詳細に記述される如く、各遷移チャネル127は、第2パス熱伝達層114を目標熱伝達層112に対して流体結合する。
【００３５】
図５Ｂは、単一の第2パス熱伝達区画115の冷却流体流パターンを示している。冷却流体は、周縁部から中央流体吐出領域117へと流れる。第2パス熱伝達層114内の流体流は、以下において更に詳細に記述される。
【００３６】
第2パス熱伝達層114もまた、該第2パス熱伝達層114から冷却流体への熱的エネルギの伝達を許容する熱伝導材料で作成され得る。各層は異なる熱伝導材料で作成され得ることを銘記されたい。シール層102に関して上述された如く、代表的な材料としては、限定的なものとしてで無く、銅、アルミニウム、熱的に増進された複合材料、および、ポリマ複合材料が挙げられる。第2パス熱伝達層114および対応構成要素もまた、型成形プロセス、機械加工プロセス、スタンプ成形プロセス、または、所望の形状および構成を達成する類似のプロセスにより形成され得る。一例として且つ限定的なものとしてで無く、各第2パス熱伝達層マイクロチャネル124は、機械加工プロセスにより形成され得る。
【００３７】
次に図１Ａおよび図６Ａを参照すると、目標熱伝達層112は概略的に複数の取付け孔103eと、複数の目標熱伝達区画113a〜113fとを備える。各目標熱伝達区画113a〜113fは、衝当領域134a〜134fと、目標熱伝達区画壁部118と、複数の径方向に延在する目標熱伝達層マイクロチャネル120とを備える。径方向に延在する複数の目標熱伝達層マイクロチャネル120は、異なる形状およびサイズの複数の目標熱伝達層フィン130により画成される。第2パス熱伝達層フィン132と同様に、目標熱伝達層フィン130は湾曲壁部を有すると共に、該フィンは、幾何学的に最適化されることで、圧損を低減し、熱伝達を増進し、且つ、冷却流体を目標熱伝達層112の周縁部に向けて導向する。目標熱伝達層フィン130の幾何学的構成を選択することにより、冷却流体は目標熱伝達層マイクロチャネル120内を更に効率的に流れ得る。湾曲壁部はまた、目標熱伝達層112に冷却流体が接触する表面積を増大することにより、目標熱伝達層112から冷却流体に対する熱伝達量を増大するものでもある。各目標熱伝達層フィン130、および、それらの間に位置された結果的な目標熱伝達層マイクロチャネル120の幾何学的構成もまた、コンピュータ・シミュレーションにより決定され得る。目標熱伝達層マイクロチャネル120に対して利用される上記幾何学的構成は、たとえば、流動抵抗、冷却流体の種類、および、パワーエレクトロニクス・デバイスの所望の最高動作温度の如きパラメータに依存し得る。
【００３８】
衝当領域134a〜134fは、冷却流体の噴流が衝突する目標熱伝達区画113a〜113fの中央部分である。衝当領域134に衝突した後、冷却流体は、各目標熱伝達層マイクロチャネル120を通り目標熱伝達区画壁部118に向けて外方に流れる。目標熱伝達区画壁部118は、冷却流体を上記目標層区画内に維持する。図６Ｂを参照すると、目標熱伝達区画の冷却流体流パターンが示される。冷却流体は、衝当領域134から、目標熱伝達区画113の周縁部へと流れる。
【００３９】
目標熱伝達層112もまた、該目標熱伝達層112から冷却流体への熱的エネルギの伝達を許容する熱伝導材料で作成され得る。上記熱伝導材料は、上述の材料とされ得る。目標熱伝達層112および対応構成要素もまた、型成形プロセス、機械加工プロセス、スタンプ成形プロセス、または、所望の形状および構成を達成する類似のプロセスにより形成され得る。
【００４０】
目標熱伝達層マイクロチャネル120により画成されるパターンは、第2パス熱伝達層マイクロチャネル124により画成されるパターンとは異なることを銘記されたい。これらの異なるパターンは、上記の２つの層内における流体流の方向の違いから帰着する。第2パス熱伝達層フィン132は、サイズおよび幾何学的構成が目標熱伝達層フィン130と異なることも銘記されたい。図１に例示された以外の目標層マイクロチャネル・パターンおよび熱伝達層マイクロチャネル・パターンが利用され得ることを理解すべきである。
【００４１】
次に、図１Ａ、図７および図８を概略的に参照して冷却板アセンブリ100の作用が記述される。一実施形態において、（たとえば図８に示されたパワーエレクトロニクス・デバイス290などの）ひとつ以上のパワーエレクトロニクス・デバイスが、（たとえば図８に示された基材層280を介して）目標熱伝達層112の表面に対して熱的に結合され得る。パワーエレクトロニクス・デバイス290は、限定的なものとしてで無く、IGBT、RC-IGBT、MOSFET、パワーMOSFET、ダイオード、トランジスタ、および／または、それらの組み合わせ（たとえばパワーカード）などのひとつ以上の半導体デバイスとされ得る。一例として、上記単一もしくは複数のパワーエレクトロニクス・デバイスは、（たとえば、インバータ・システムにおけるなど）ハイブリッド電気自動車もしくは電気自動車における如き自動車用電気システムにおいて使用され得る。斯かるパワーエレクトロニクス・デバイスは、自動車を推進するときに相当の熱流束を生成し得る。本明細書中に記述される上記冷却板アセンブリは、他の用途においても利用され得ると共に、自動車用途に限定されないことを理解すべきである。
【００４２】
目標熱伝達層112の表面に結合されたパワーエレクトロニクス・デバイスにより生成された熱流束は、該目標熱伝達層112、および、第2パス熱伝達層114、ならびに、取入マニフォルド層160および吐出マニフォルド層170を介して、冷却板アセンブリ100へと伝達される。冷却流体は、（不図示の）冷却流体ラインと、シール層102における冷却流体取入口105とを通り、冷却板アセンブリ100内に導入され得る。次に冷却流体は、冷却流体取入口105を介して取入チャネル162に進入し、且つ、実質的に均一な流量にて流体取入孔164の各々に向けて最適に流れる。冷却流体は、（たとえば、図３Ｂに示された衝当噴流ノズル161、または、図８に示された衝当噴流ノズル261などの）衝当噴流ノズル161を通り流れ、其処でそれは吐出マニフォルド層170の流体吐出孔174および第2パス熱伝達層114の中央流体吐出領域117を貫通通過し、且つ、目標熱伝達層112内の目標熱伝達区画113a〜113fの衝当領域134a〜134fに衝当する。特に図７を参照すると、（矢印150により示される）冷却流体の噴流は、衝当領域134において目標熱伝達区画113に衝当する。衝当領域134において、熱流束は、パワーエレクトロニクス・デバイスから冷却流体へと伝達される。好適には、パワーエレクトロニクス・デバイスのこの領域が冷却流体の衝当を受ける如く、衝当領域134はパワーエレクトロニクス・デバイスの局所的な高温点上に中心合わせされる。
【００４３】
冷却流体は次に、冷却流体150の噴流に対して直交する流れ方向へと方向を変える。冷却流体は、矢印151により表された如く、径方向に延在する目標熱伝達層マイクロチャネル120を通り、目標熱伝達区画113の周縁部に向けて径方向に流れる。故に、冷却流体は、目標熱伝達層112の表面の全体にわたり流れると共に、各目標熱伝達区画の種々の目標熱伝達層フィン130に接触することで、目標熱伝達層112からの熱流束を冷却流体に対して対流的に且つ伝導的に伝達する。冷却流体は目標熱伝達層マイクロチャネル120（および第2パス熱伝達層マイクロチャネル124）の全てを通過して流れ得ること、および、図７において提供された各矢印は例示目的にすぎないことを理解すべきである。
【００４４】
冷却流体は次に、各目標熱伝達区画113の壁部118に到達し、其処でそれは、第2パス熱伝達区画115の遷移チャネル127内へと付勢される。冷却流体は方向を変えると共に、該流体は、目標熱伝達区画113内の冷却流体の方向に直交する方向に該流体が進行する如く、遷移チャネル127内を流れる。上記遷移チャネル内では大きな熱的混合が行われ、対流による熱伝達が更に増大される。
【００４５】
各遷移チャネル127に対する流入および流出の後、冷却流体は次に、第2パス熱伝達区画115a〜115f内へと付勢され、其処でそれは、各目標熱伝達区画における流れ方向から180°である方向に流れる。矢印153により表された如く、冷却流体は、周縁部から、各第2パス熱伝達区画115a〜115fの中央流体吐出領域117a〜117fに向けて流れる。故に冷却流体は、第2パス熱伝達層マイクロチャネル124を通して第2パス熱伝達層114の全体にわたり第2回目の通過（second pass）を行い、且つ、パワーエレクトロニクス・デバイスから熱流束を受け続ける。第2パス熱伝達層マイクロチャネル124を通過して流れた後、冷却流体は、矢印154により表された如く、上記第2パス熱伝達区画を退出する。冷却流体は、各流体吐出孔174内に位置決めされた衝当噴流ノズル161に関し、流体吐出孔174を通り同心的に流れる。冷却流体は次に各流体吐出孔174から吐出チャネル172の第1端部173に向けて流れ、其処でそれは、冷却流体吐出口166およびシール層流体吐出口106内へと付勢される。加温された冷却流体は、冷却板アセンブリ100を退出し、且つ、たとえば自動車のラジエータの如き二次的な再循環ループにおいて冷却され得る。
【００４６】
次に図８を参照すると、冷却板アセンブリの代替実施形態200が示される。図８に示された如く、冷却板アセンブリ200は、シール層202と、取入マニフォルド層260と、吐出マニフォルド層270と、第2パス熱伝達層214と、目標熱伝達層212とを備える。目標熱伝達層212に対しては、一枚以上の熱伝導基材層280により複数のパワーエレクトロニクス・デバイス290が熱的に結合され得る。各パワーエレクトロニクス・デバイス290、冷却板アセンブリ200、および、各熱伝導基材層280は、半田付け、ろう付け、または、他の熱的結合方法により相互に結合され得る。冷却板アセンブリに対して結合された複数のパワーエレクトロニクス・デバイスは、パワーエレクトロニクス・モジュールと称され得る。
【００４７】
シール層202が冷却流体取入口およびシール層冷却流体吐出口を備え得るか、または、図８に夫々描かれた如く、冷却流体取入口および冷却流体吐出口は取入マニフォルド層260および吐出マニフォルド層270に配備されても良い。図８に示された取入マニフォルド層260は、第1取入チャネル262aおよび第2取入チャネル262bを備え、各取入チャネルは上述された如く複数の流体取入孔を有している。故に、図８の実施形態の取入マニフォルド層260は図１Ａ、図３Ａ〜図３Ｃに描かれた取入マニフォルド層160と比較して付加的な流体取入孔を備えた付加的取入チャネル262bを含んでいる。図８に示された第1取入チャネル262aは、それを通して冷却流体を受容する側部冷却流体取入スロット268を更に備える。図１Ａに示された冷却流体取入口の構成、ならびに、他の冷却流体取入口の構成が利用され得ることを理解すべきである。第2取入チャネル262bは、該第2取入チャネル262bを吐出マニフォルド層270の第1吐出チャネル272aに対して流体結合すべく使用される結合スロット267を更に備える。
【００４８】
吐出マニフォルド層270は第1吐出チャネル272aおよび第2吐出チャネル272bを備え、各吐出チャネルは、図８に描かれた吐出マニフォルド層270が、図１Ａおよび図４Ａから図４Ｃに描かれた吐出マニフォルド層170と比較して付加的な吐出チャネル272bおよび付加的な流体吐出孔を有する如く、複数の流体吐出孔を有している。第1吐出チャネル272aは、結合スロット267を介して第2取入チャネル262bに対して流体結合された結合チャネル277を更に備える。第2吐出チャネル272bは、加温された冷却流体がそれを通して冷却板アセンブリ200を退出し得るという側部冷却流体吐出スロット278を更に備える。図１Ａに示された冷却流体吐出口の構成、ならびに、他の冷却流体吐出口の構成が利用され得ることを理解すべきである。
【００４９】
第2パス熱伝達層214は、第1の第2パス熱伝達区画215a〜215f、および、付加的な第2パス熱伝達区画215g〜215lを備える。更に、図示実施形態において、付加的な各第2パス熱伝達区画は、該付加的な各第2パス熱伝達区画内に中央的に配置された衝当噴流ノズル261を備える。故に、各衝当噴流ノズル261は、図３Ｂに描かれた如く取入マニフォルド層ではなく、第2パス熱伝達層214上に配置される。完全に組立てられたとき、各衝当噴流ノズル261は、吐出マニフォルド層270および取入マニフォルド層260の夫々の流体吐出孔および流体取入口内に位置決めされる。
【００５０】
目標熱伝達層212は、第1の目標熱伝達区画213a〜213f、および、第2の付加的な目標熱伝達区画213g〜213lを備える。図示された層の各々は、相互に熱的に結合されることで、冷却板アセンブリ200を画成する積層体を形成する。上記各層は同一の熱伝導材料で作成される必要はないことを銘記されたい。冷却流体は（たとえば、側部冷却流体取入スロット268を介して）第1取入チャネル262a内に導入され、其処でそれは、該第1取入チャネル262aに組み合わされた取入孔の各々、および、第1の第2パス熱伝達区画215a〜215fに組み合わされた各衝当噴流ノズル261を通過して流れる。冷却流体は、第1の目標熱伝達区画213a〜213fに衝突すると共に、上述された如く、第1の第2パス熱伝達区画215a〜215f内へと方向変換される。冷却流体は、各第1の第2パス熱伝達区画215a〜215fの中央流体吐出領域に向けて流れ、第1吐出チャネル272aの流体吐出孔を通り且つ衝当噴流ノズル261の回りを流れる。冷却流体は次に、第1吐出チャネル272aの結合チャネルを通り、且つ、結合スロット267を通り第2取入チャネル262b内へと流れる。
【００５１】
第2取入チャネル262bに進入した後、冷却流体は、第1取入チャネル262a、第1の目標熱伝達区画213a〜213f、第1の第2パス熱伝達区画215a〜215f、および、第1吐出チャネル272aに関して記述されたのと同様の経路を辿る。冷却流体は、第2取入チャネル262bに組み合わされた取入孔の各々、および、付加的な第2パス熱伝達区画215g〜215lに組み合わされた各衝当噴流ノズル261を通過して流れる。冷却流体は第2の付加的な目標熱伝達区画213g〜213lに衝突すると共に、上述された如く付加的な第2パス熱伝達区画215g〜215l内へと方向変換される。冷却流体は、各付加的な第2パス熱伝達区画215g〜215lの中央流体吐出領域に向けて流れ、第2吐出チャネル272bの流体吐出孔を通り且つ衝当噴流ノズル261の回りを流れる。冷却流体は次に、側部冷却流体吐出スロット278を通り、冷却板アセンブリ200から流出する。所望に応じ、付加的な冷却板アセンブリの複数の積層体が更に直列に相互に結合されることで、指定された圧送動力の限界値内において熱伝達量を増大しても良い。
【００５２】
次に、本明細書中に記述された冷却板アセンブリおよびパワーエレクトロニクス・モジュールの実施形態は、発熱デバイスにより生成された熱を、最適化された流体取入口および吐出マニフォルド層および多数回通過構造を用いて少ない圧損を以て、伝導的および対流的な熱伝達により効率的に除去し得ることを理解すべきである。発熱デバイスにより生成された熱は、上記目標層に対する直交的な噴流の衝当、幾何学的に最適化されたフィン、遷移チャネルにおける増進された流体の混合、および、更に大きな表面積および拡大された熱伝達経路のために最適化された各マイクロチャネルにより、伝導的および対流的に除去され得る。最適化された取入チャネルおよび吐出チャネルの各壁部は、低い圧損を以て均一な流量を提供する。
【００５３】
本明細書において“実質的に”という語句は、任意の量的な比較、値、測定値、または、他の表現に帰属し得る本来的な不確実性の程度を表すべく使用され得ることを銘記されたい。本明細書においてこの語句はまた、問題となる主題の基本機能の変化に帰着することなく、量的表現が所定基準から変動し得る程度を表すためにも使用される。
【００５４】
本明細書においては特定の実施形態が図示かつ記述されたが、権利請求された主題の精神および有効範囲から逸脱せずに他の種々の変更および改変が為され得ることを理解すべきである。更に、本明細書においては権利請求された主題の種々の見地が記述されたが、斯かる見地は組み合わせて利用される必要はない。故に、添付の各請求項は、権利請求された主題の有効範囲内である全ての斯かる変更および改変を包含することが意図される。
【符号の説明】
【００５５】
100    冷却板アセンブリ
105    冷却流体取入口
112    目標熱伝達層
113、113a〜113f    目標熱伝達区画
114    第2パス熱伝達層
115、115a〜115f    第2パス熱伝達区画
117、117a〜117f    中央流体吐出領域
120    目標熱伝達層マイクロチャネル
124    第2パス熱伝達層マイクロチャネル
127    遷移チャネル
130    目標熱伝達層フィン
132    第2パス熱伝達層フィン
160    取入マニフォルド層
161    衝当噴流ノズル
162    取入チャネル
164    流体取入孔
166    冷却流体吐出口
170    吐出マニフォルド層
172    吐出チャネル
174    流体吐出孔
【図１Ａ】
0005600097.tif 000002
【図１Ｂ】
0005600097.tif 000003
【図２】
0005600097.tif 000004
【図３Ａ】
0005600097.tif 000005
【図３Ｂ】
0005600097.tif 000006
【図３Ｃ】
0005600097.tif 000007
【図４Ａ】
0005600097.tif 000008
【図４Ｂ】
0005600097.tif 000009
【図４Ｃ】
0005600097.tif 000010
【図５Ａ】
0005600097.tif 000011
【図５Ｂ】
0005600097.tif 000012
【図６Ａ】
0005600097.tif 000013
【図６Ｂ】
0005600097.tif 000014
【図７】
0005600097.tif 000015
【図８】
0005600097.tif 000016