(57)【要約】  冷却装置（１）は、発熱体（３１）が取り付けられる板状部材である受熱ブロック（１１）、および受熱ブロック（１１）を介して発熱体（３１）から伝達された熱を、周囲の冷却風に放熱する冷却部材（１２）を備える。冷却装置（１）は、冷却風が流れる方向であるＹ軸方向に延び、第２主面（１１ｂ）に取り付けられる少なくとも１つの母管（１３）、および、少なくとも１つの母管（１３）のそれぞれに取り付けられ、第２主面（１１ｂ）から離れる方向に延びる複数の支管（１４）を有する。複数の支管（１４）は、母管（１３）に連通する。ＹＺ平面における支管（１４）の形状は扁平形状であり、扁平形状の長手方向は、Ｙ軸方向に平行である。
2019229876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体が第１主面に取り付けられる板状部材である受熱ブロックと、
前記第１主面の反対側に位置する前記受熱ブロックの第２主面に取り付けられ、前記受熱ブロックを介して前記発熱体から伝達された熱を、周囲の冷却風に放熱する冷却部材と、
を備え、
前記冷却部材は、
前記第２主面に取り付けられる支持部と、
前記支持部に取り付けられ、前記第２主面から離れる方向に延び、前記冷却風の流れる方向に間隔を空けて設けられる複数の突起と、を有し、
前記第２主面に平行な断面における前記複数の突起の形状は扁平形状であり、
前記扁平形状の長手方向は、前記冷却風の流れる方向に平行である、
冷却装置。
【請求項２】
前記冷却部材は、
前記第２主面に平行に延びる少なくとも１つの母管を前記支持部として有し、
前記冷却風の流れる方向に間隔を空けて前記少なくとも１つの母管のそれぞれに取り付けられ、前記第２主面から離れる方向に延び、前記母管と連通する複数の支管を前記複数の突起として有し、
前記少なくとも１つの母管および前記複数の支管の内部に封入される、気液二相の状態の冷媒をさらに備え、
前記第２主面に平行な断面における前記複数の支管の形状は扁平形状であり、
前記扁平形状の長手方向は、前記冷却風の流れる方向に平行である、
請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記第２主面に、前記冷却風の流れる方向と直交する方向に間隔を空けて複数の前記母管が取り付けられ、
前記複数の母管のそれぞれに前記複数の支管が取り付けられる、
請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記第２主面に平行な断面における前記支管の形状は、同一の直径の円の外縁を直線で繋いだ形状であり、
前記同一の直径の円の外縁を直線で繋いだ形状の長軸は、前記冷却風の流れる方向に平行である、
請求項２または３に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記第２主面に平行な断面における前記支管の形状は楕円であり、
前記楕円の長軸は、前記冷却風の流れる方向に平行である、
請求項２または３に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記第２主面に平行な断面における前記支管の形状は流線形であり、
前記流線形の長手方向は、前記冷却風の流れる方向に平行である、
請求項２または３に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記冷却風は、一方向に流れ、
前記流線形の前縁は、前記冷却風の流れる方向において、前記流線形の後縁より上流側に位置する、
請求項６に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記母管の延びる方向と直交する断面における前記母管の形状は円である、
請求項２から７のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項９】
前記母管の延びる方向と直交する断面における前記母管の形状は楕円であり、
該楕円の長軸は、前記第１主面から前記第２主面に向かう方向に直交する、
請求項２から７のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項１０】
同じ前記母管に連通する２つの前記支管として第１支管および第２支管を備え、
前記第１支管は、前記母管の一端に連通し、
前記第２支管は、前記母管の他端に連通し、
前記母管、前記第１支管、および、前記第２支管は、一体に成形された形状を有する、
請求項２から９のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの母管は、前記冷却風の流れる方向に延びる、
請求項２から１０のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項１２】
前記冷却風の流れる方向は、水平方向である、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項１３】
前記冷却風の流れる方向は、鉛直方向である、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の通電時の発熱による損傷を防ぐため、冷却部材が半導体素子に熱的に接続される。冷却部材は、半導体素子から伝達された熱を、冷却部材の周囲を流れる空気に放熱する。その結果、半導体素子の発熱が抑制される。冷却部材の一例として、ヒートパイプを有するヒートシンクがある。特許文献１に開示されるヒートパイプ式ヒートシンクは、半導体素子から熱が伝達される受熱ブロック、および、受熱ブロックに固定されるヒートパイプを備える。受熱ブロックの水平方向の厚みを薄くするため、ヒートパイプの断面は、長軸が鉛直方向に延びる楕円の形状を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３０６８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
冷却部材の一例であるヒートパイプは、ヒートパイプの周囲を流れる空気に熱を伝達する。換言すれば、ヒートパイプは、空気の流れの中に位置する。そのため、ヒートパイプより下流側には、剥離渦が生じる。特許文献１に開示されるヒートパイプ式ヒートシンクにおいて、ヒートパイプの断面の短軸に沿って空気が流れる場合の剥離渦は、ヒートパイプの断面の長軸に沿って空気が流れる場合の剥離渦より大きい。剥離渦が大きくなると、通風抵抗が大きくなり、空気の流量が減る。その結果、冷却効率が低下する。換言すれば、ヒートパイプの断面の短軸に沿って空気が流れると、ヒートパイプの冷却効率が低下する。【０００５】
また特許文献１に開示されるヒートパイプ式ヒートシンクは、ヒートパイプが互いに独立して受熱ブロックに取り付けられている。そのため、ヒートパイプ間で熱が伝達されにくく、上流側のヒートパイプと下流側のヒートパイプとで温度差が生じてしまう。換言すれば、受熱ブロックに取り付けられる位置によって、半導体素子に温度差が生じてしまう。【０００６】
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、冷却装置の冷却効率を向上させ、冷却装置によって冷却される発熱体における温度差を低減することが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の冷却装置は、受熱ブロックおよび冷却部材を備える。受熱部材は板状部材であって、第１主面に発熱体が取り付けられる。冷却部材は、第１主面の反対側に位置する受熱ブロックの第２主面に取り付けられる。冷却部材は、受熱ブロックを介して発熱体から伝達された熱を、周囲の冷却風に放熱する。冷却部材は、支持部および複数の突起を有する。支持部は、第２主面に取り付けられる。複数の突起は、支持部に取り付けられ、第２主面から離れる方向に延び、冷却風の流れる方向に間隔を空けて設けられる。第２主面に平行な断面における複数の突起の形状は扁平形状である。扁平形状の長手方向は、冷却風の流れる方向に平行である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、冷却部材が支持部および複数の突起を有し、突起の断面形状は扁平形状であって、扁平形状の長手方向は、冷却風の流れる方向に平行であることで、冷却装置の冷却効率を向上させ、冷却装置によって冷却される発熱体における温度差を低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る冷却装置の斜視図
【図２】実施の形態１に係る冷却装置の側面図
【図３】実施の形態１に係る冷却装置の上面図
【図４】実施の形態１に係る冷却装置の正面図
【図５】実施の形態１に係る冷却装置の背面図
【図６】実施の形態１に係る冷却装置の断面図
【図７】実施の形態１に係る電力変換装置の断面図
【図８】実施の形態１に係る電力変換装置の断面図
【図９】実施の形態１に係る電力変換装置の鉄道車両への搭載例を示す図
【図１０】断面形状が円の支管の周囲における空気の流れを示す図
【図１１】断面形状が楕円の支管の周囲における空気の流れを示す図
【図１２】実施の形態１に係る支管の周囲における空気の流れを示す図
【図１３】本発明の実施の形態２に係る冷却装置の正面図
【図１４】実施の形態２に係る冷却装置の第１の変形例の正面図
【図１５】実施の形態２に係る冷却装置の第２の変形例の正面図
【図１６】本発明の実施の形態３に係る冷却装置の側面図
【図１７】本発明の実施の形態４に係る冷却装置の側面図
【図１８】実施の形態４に係る冷却装置の上面図
【図１９】実施の形態４に係る冷却装置の正面図
【図２０】本発明の実施の形態５に係る冷却装置の側面図
【図２１】実施の形態５に係る冷却装置の上面図
【図２２】本発明の実施の形態６に係る冷却装置の側面図
【図２３】実施の形態６に係る冷却装置の正面図
【図２４】本発明の実施の形態７に係る冷却装置の斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態に係る冷却装置について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。
【００１１】
（実施の形態１）
図１に示すように、冷却装置１は、後述する発熱体が取り付けられる板状部材である受熱ブロック１１、および受熱ブロック１１を介して発熱体から伝達された熱を、周囲の冷却風に放熱する冷却部材１２を備える。図１において、Ｚ軸を鉛直方向とする。またＸ軸は、受熱ブロック１１の第１主面１１ａおよび第２主面１１ｂと直交する方向であり、Ｙ軸は、Ｘ軸およびＺ軸に直交する方向である。冷却装置１は、冷却風の流れる方向が一定である環境で用いられる。図１の例では、冷却風は、Ｙ軸正方向またはＹ軸負方向に流れる。
【００１２】
発熱体として、半導体素子が、受熱ブロック１１の第１主面１１ａに取り付けられる。冷却部材１２は、受熱ブロック１１の第２主面１１ｂに取り付けられる。冷却部材１２は、第２主面１１ｂに取り付けられる支持部、および、支持部に取り付けられ、第２主面１１ｂから離れる方向に延び、冷却風の流れる方向に間隔を空けて設けられる複数の突起を有する。冷却装置１は、Ｙ軸方向に延び、第２主面１１ｂに取り付けられる少なくとも１つの母管１３を支持部として有する。図１の例では、複数の母管１３がＺ軸方向に間隔を空けて、第２主面１１ｂに取り付けられる。詳細には、複数の母管１３はそれぞれ、第２主面１１ｂに形成された溝に取り付けられる。
【００１３】
また冷却装置１は、少なくとも１つの母管１３のそれぞれに取り付けられ、第２主面１１ｂから離れる方向に延びる複数の支管１４を複数の突起として有する。母管１３のそれぞれに対し、複数の支管１４は、Ｙ軸方向に間隔を空けて設けられる。Ｙ軸方向に間隔を空けて設けられた複数の支管１４は、母管１３に連通する。図１の例では、４つの母管１３が受熱ブロック１１の第２主面１１ｂに取り付けられる。またＹ軸方向に間隔を空けて設けられた４つの支管１４が１つの母管１３に取り付けられ、母管１３に連通する。母管１３は、冷却部材１２の支持部である。支管１４は、冷却部材１２の突起である。母管１３および支管１４は、気液二相の冷媒が封入されたヒートパイプである。
【００１４】
図２および図３に示すように、冷却装置１はさらに、複数の支管１４に取り付けられるフィン１５を備える。なお図１においては、図をわかりやすくするために、フィン１５の記載を省略した。フィン１５を設けることで、冷却装置１の冷却効率を高めることが可能である。
【００１５】
ＹＺ平面における支管１４の形状は扁平形状であり、扁平形状の長手方向は、Ｙ軸方向に平行である。扁平形状とは、円の一部の幅を元の円より狭く変形することで得られる形状であり、楕円、流線形、長円等を含む。なお長円は、同一の直径の円の外縁を直線で繋いだ形状を意味する。図４に示すように、ＹＺ平面における支管１４の形状は楕円である。該楕円の長軸は、Ｙ軸に平行である。ＹＺ平面における支管１４の断面の長軸を、冷却風が流れる方向であるＹ軸に平行に配置することで、後述するように、冷却風の支管１４に対して下流側に発生する剥離渦を小さくし、冷却効率を向上させることが可能である。
【００１６】
図２および図５に示すように、受熱ブロック１１の母管１３の反対側である第１主面１１ａに、発熱体３１が取り付けられる。図６は、図２におけるＡ−Ａ線での断面図である。図６に示すように、母管１３の内部に、気液二相の状態で冷媒１６が充填される。発熱体３１の温度が上昇すると、発熱体３１から受熱ブロック１１および母管１３を介して、冷媒１６に熱が伝達される。その結果、液体の状態であった冷媒１６が気体に変化する。気体に変化した冷媒１６は、母管１３から支管１４に向かい、さらに支管１４の内部を支管１４の先端に向かって移動する。支管１４の内部を支管１４の先端に向かって移動する間に、冷媒１６は、支管１４に熱を伝達する。そして、支管１４は、フィン１５を介して、周囲の冷却風に放熱する。冷媒１６は、支管１４に熱を伝達することで、温度が下がり、液体に変化する。液体に変化した冷媒１６は、支管１４の内壁をつたって母管１３に戻る。
【００１７】
母管１３の内部で冷媒１６の一部の温度が上昇すると、母管１３において冷媒１６の対流が生じる。冷媒１６の対流が生じることで、気体に変化した冷媒１６が一部の支管１４のみに向かうことが抑制され、冷却風の上流側の支管１４と冷却風の下流側の支管１４との間での温度差を低減することが可能である。換言すれば、母管１３に複数の支管１４が取り付けられているため、発熱体３１における温度差を低減することが可能である。
【００１８】
図７および図８に示すように、冷却装置１は、電力変換装置３０に搭載される。なお図８は、図７におけるＢ−Ｂ線での断面図である。電力変換装置３０は、筐体３２、筐体３２の内部に格納される発熱体３１、および、発熱体３１を冷却する冷却装置１を備える。筐体３２は、筐体３２の内部を密閉部３２ａおよび開放部３２ｂに分ける仕切り３３を有する。密閉部３２ａには、発熱体３１が格納される。開放部３２ｂには、冷却装置１が格納される。仕切り３３は、開口部３３ａを有する。開口部３３ａは、冷却装置１が有する受熱ブロック１１の第１主面１１ａによって塞がれる。発熱体３１は、開口部３３ａを塞ぐ第１主面１１ａに取り付けられる。開口部３３ａが第１主面１１ａによって塞がれることで、密閉部３２ａに外部の空気、水分、塵埃等が流入することが抑制される。
【００１９】
また開放部３２ｂを囲む筐体３２において、Ｙ軸方向と直交する二面に、吸排気口３４が設けられる。一方の吸排気口３４から流入した冷却風は、フィン１５に沿って、支管１４の間を通り、他方の吸排気口３４から排出される。冷却風が支管１４の間をＹ軸方向に流れることで、発熱体３１が冷却される。
【００２０】
図９に示すように、冷却装置１を備える電力変換装置３０は、鉄道車両４０の床下に取り付けられる。図９において、Ｙ軸方向が鉄道車両の進行方向である。進行方向に沿って流れる走行風が電力変換装置３０の開放部３２ｂに取り入れられることで、発熱体３１が冷却される。
【００２１】
冷却風の支管１４に対して下流側に発生する剥離渦について図１０から図１２を用いて説明する。上述したように、Ｙ軸方向は鉄道車両の進行方向である。したがって、冷却風はＹ軸方向に平行に流れる。冷却風がＹ軸正方向に流れる場合と、冷却風がＹ軸負方向に流れる場合とで、剥離渦の発生の仕方に違いはないので、冷却風がＹ軸正方向に流れる場合を例にして説明する。図１０は、断面形状が円形の支管の周囲における空気の流れを示す図である。図１１は、断面形状が、長軸が鉛直方向に延びる楕円の支管の周囲における空気の流れを示す図である。図１１の例では、支管の断面の長軸は、冷却風が流れる方向に直交する。図１２は、実施の形態１に係る支管１４の周囲における空気の流れを示す図である。図１０から図１２において、矢印で示すように、Ｙ軸正方向に冷却風が流れる。ＹＺ平面における支管４１，４３，１４の断面積は同じものとする。冷却風の支管４１のそれぞれに対して下流側には、剥離渦４２が生じる。また冷却風の支管４３に対して下流側には、剥離渦４４が生じる。また冷却風の支管１４のそれぞれに対して下流側には、剥離渦４５が生じる。ＹＺ平面における支管１４の形状は楕円であり、長軸はＹ軸方向に平行である。そのため、断面の形状が円である支管４１と比べて、Ｚ軸方向の幅が小さいため、剥離渦４５の大きさは、剥離渦４２よりも小さい。長軸がＺ軸方向に平行な断面形状の支管４３と比べて、支管１４のＺ軸方向の幅は小さいため、剥離渦４５の大きさは、剥離渦４４よりも小さい。なお剥離渦４５を十分に小さくするためには、ＹＺ平面における支管１４の長径は、短径の４倍以上であることが好ましい。剥離渦４５が剥離渦４２，４４と比べて小さいため、通風抵抗が小さくなり、空気の流量が増大する。その結果、冷却装置１の冷却効率は、向上する。
【００２２】
以上説明したとおり、本実施の形態１に係る冷却装置１によれば、支管１４のＹＺ平面における断面形状は扁平形状であって、扁平形状の長手方向は、冷却風の流れる方向に平行であることで、冷却装置１の冷却効率を向上させ、発熱体３１における温度差を低減することが可能である。
【００２３】
（実施の形態２）
支管の断面形状は楕円に限られない。図１３に示すように、実施の形態２に係る冷却装置２は、支管１４に代えて、支管１７を有する。冷却装置２の構造は、支管１７を除いて、冷却装置１の構造と同じである。また支管１７の配置位置は、実施の形態１における支管１４の配置と同様である。ＹＺ平面における支管１７の形状は、流線形である。流線形の一方の端部は、他方の端部より丸みを帯びている。丸みを帯びている端部を前縁とよび、前縁より尖っている他方の端部を後縁とよぶ。冷却装置２においては、冷却風はＹ軸正方向に流れる。支管１７は、前縁が冷却風の流れる方向において、後縁より上流側に位置する向きで母管１３に取り付けられる。換言すれば、前縁は、後縁よりもＹ軸負方向側に位置する。ＹＺ平面における支管１７の断面を流線形とすることで、実施の形態１と同様に、剥離渦を小さくすることが可能である。
【００２４】
支管１７の断面形状は、楕円および流線形に限られず、図１４に示すように、長円でもよい。なお長円の長手方向がＹ軸に平行になる向きに、支管１７は配置される。また、支管１７の断面形状は、図１５に示すように、角が丸みを帯びた長方形でもよい。なお該長方形の長手方向がＹ軸に平行になる向きに、支管１７は配置される。いずれの形状でも、実施の形態１と同様に、剥離渦を小さくすることが可能である。
【００２５】
以上説明したとおり、本実施の形態２に係る冷却装置２によれば、支管１７のＹＺ平面における断面形状が流線形であって、流線形の長手方向は、冷却風の流れる方向に平行であることで、冷却装置２の冷却効率を向上させることが可能である。また、支管１７のＹＺ平面における断面形状を長円または角が丸みを帯びた長方形とし、長円および該長方形の長手方向が冷却風の流れる方向に平行であることで、冷却装置２の冷却効率を向上させることが可能である。
【００２６】
（実施の形態３）
実施の形態１，２において、ＸＺ平面における母管１３の断面は円である。しかしながら、母管の断面形状は円に限られず、楕円、流線形、長円等でもよい。図１６に示すように、実施の形態３に係る冷却装置３は、母管１３に代えて、母管１８を有する。冷却装置３の構造は、母管１８を除いて、冷却装置１の構造と同じである。また母管１８は、実施の形態１と同様に、Ｙ軸方向に延びる。また母管１８は、Ｚ軸方向に間隔を空けて、第２主面１１ｂに取り付けられる。ＸＺ平面における母管１８の断面は、楕円である。楕円の長軸は、第１主面１１ａから第２主面１１ｂに向かう方向、すなわち、Ｘ軸方向に直交する。換言すれば、楕円の長軸は、Ｚ軸方向に平行である。
【００２７】
ＸＺ平面における母管１８の断面積は、ＸＺ平面における母管１３の断面積と同じとする。母管１８の表面積は、母管１３の表面積より大きいため、受熱ブロック１１から冷媒１６への熱の伝達効率が向上する。その結果、冷却装置１の冷却効率が向上する。
【００２８】
以上説明したとおり、本実施の形態３に係る冷却装置３によれば、母管１８のＸＺ平面における断面形状が楕円であって、楕円の長軸は、Ｚ軸方向に平行であることで、冷却装置１の冷却効率を向上させることが可能である。
【００２９】
（実施の形態４）
実施の形態１では、母管１３と支管１４は個別に形成され、母管１３に支管１４が取り付けられている。しかしながら、母管１３と支管１４は一体に成形されてもよい。図１７に示すように、実施の形態４に係る冷却装置４が有する冷却部材１２は、母管１３、支管１４、および、母管１３と支管１４を連結する連結管１９を有する。断面が円形の一本の管を加工することで、母管１３、支管１４、および、連結管１９を形成することができる。
【００３０】
図１８および図１９に示すように、冷却装置４は、同じ母管１３に連通する支管１４ａ（第１支管）および支管１４ｂ（第２支管）を備える。支管１４ａは、母管１３の一端に連結管１９を介して連通し、支管１４ｂは、母管１３の他端に連結管１９を介して連通する。
【００３１】
ＸＺ平面における母管１３の断面形状は、円である。またＹＺ平面における支管１４ａ，１４ｂの断面形状は、楕円である。そのため、連結管１９の断面形状は、楕円から円に連続的に変化する。一本の管の鉛直方向の幅を、端部に向かうにつれて狭くする加工を行うことで、母管１３、支管１４、および、連結管１９を形成することができる。
【００３２】
以上説明したとおり、実施の形態４に係る冷却装置４によれば、母管１３、支管１４、および、連結管１９を一体に成形することで、製造工程を簡易化することが可能である。
【００３３】
（実施の形態５）
実施の形態３では、母管１８と支管１４は個別に形成され、母管１８に支管１４が取り付けられている。しかしながら、母管１８と支管１４は一体に成形されてもよい。図２０に示すように、実施の形態５に係る冷却装置５が有する冷却部材１２は、母管１８、支管１４、および、母管１８と支管１４を連結する連結管２０を有する。断面が円形の一本の管を加工することで、母管１８、支管１４、および、連結管２０を形成することができる。
【００３４】
図２１に示すように、冷却装置５は、同じ母管１８に連通する支管１４ａ（第１支管）および支管１４ｂ（第２支管）を備える。支管１４ａは、母管１８の一端に連結管２０を介して連通し、支管１４ｂは、母管１８の他端に連結管２０を介して連通する。
【００３５】
ＸＺ平面における母管１８の断面形状は、長軸がＺ軸に平行な楕円である。またＹＺ平面における支管１４ａ，１４ｂの断面形状は、長軸がＹ軸に平行な楕円である。そのため、連結管１９の断面形状は、長軸がＹ軸に平行な楕円から長軸がＺ軸に平行な楕円に連続的に変化する。一本の管の鉛直方向の幅を端部に向かうにつれて狭くする加工を行い、かつ、一本の管の水平方向の幅を中央部に向かうにつれて狭くする加工を行うことで、母管１８、支管１４、および、連結管２０を形成することができる。
【００３６】
以上説明したとおり、実施の形態５に係る冷却装置５によれば、母管１８、支管１４、および、連結管２０を一体に成形することで、製造工程を簡易化することが可能である。
【００３７】
（実施の形態６）
上述の実施の形態では、冷却風は、Ｙ軸方向、すなわち水平方向に流れる。しかしながら、冷却風は、Ｚ軸方向、すなわち鉛直方向に流れてもよい。自然空冷によって発熱体３１を冷却する場合、冷却風はＺ軸方向に流れる。図２２および図２３に示すように、実施の形態６に係る冷却装置６は、支管１４に代えて、支管２１を有する。冷却装置６の構造は、支管２１を除いて、冷却装置１の構造と同じである。また支管２１の配置位置は、実施の形態１における支管１４の配置と同様である。ＹＺ平面における支管２１の形状は、長軸がＺ軸方向に平行な楕円である。冷却装置６においては、冷却風はＺ軸正方向に流れる。ＹＺ平面における支管２１の長軸が冷却風の流れる方向に平行であることで、冷却装置１の冷却効率を向上させることが可能である。また実施の形態１と同様に、母管１３に複数の支管２１が取り付けられているため、発熱体３１における温度差を低減することが可能である。
【００３８】
以上説明したとおり、本実施の形態６に係る冷却装置６によれば、支管２１のＹＺ平面における断面形状は扁平形状であって、扁平形状の長手方向は、冷却風の流れる方向に平行であることで、冷却装置１の冷却効率を向上させ、発熱体３１における温度差を低減することが可能である。
【００３９】
（実施の形態７）
上述の実施の形態では、冷却部材１２はヒートパイプを有するが、冷却部材１２は金属部材を有してもよい。図２４に示すように、冷却部材１２は、受熱ブロック１１に取り付けられた金属板４６、および、金属板４６に取り付けられた複数の棒状の金属棒４７を有する。金属棒４７は、冷却風の流れる方向に間隔を空けて金属板４６に取り付けられる。さらに複数の金属棒４７は、Ｚ軸方向に間隔を空けて金属板４６に取り付けられる。上述の金属板４６および金属棒４７を有することで、冷却部材１２は剣山の形状を有する。ＹＺ平面における金属棒４７の形状は楕円であり、楕円の長軸は、Ｙ軸方向に平行である。断面形状が、冷却風の流れる方向に、長軸が平行な楕円である金属棒４７を有することで、冷却装置１の冷却効率が向上する。また複数の金属棒４７が金属板４６に取り付けられることで、冷却風の上流側の金属棒４７と下流側の金属棒４７との温度差が生じない。
【００４０】
以上説明したとおり、本実施の形態７に係る冷却装置７によれば、金属棒４７のＹＺ平面における断面形状は扁平形状であって、扁平形状の長手方向は、冷却風の流れる方向に平行であることで、冷却装置７の冷却効率を向上させ、発熱体３１における温度差を低減することが可能である。
【００４１】
なお上述の実施の形態の内、複数の実施の形態を任意に組み合わせてもよい。例えば、母管１３および支管１７を一体に成形してもよいし、母管１３および支管２１を一体に成形してもよい。また母管１８に支管１７を取り付けてもよい。
【００４２】
本願発明の実施の形態は、上述の例に限られない。支管１４，１７，２１，４１，４３は、長手方向と短手方向が存在する任意の形状を有し、長手方向が冷却風の流れる方向に沿うように配置される。上述の実施の形態において、長手方向の線に関して対称な流線形について説明したが、長手方向の線に関して非対称な流線形である翼形の支管を設けてもよい。また母管１３，１８の数、および、支管１４，１７，２１の数は任意である。また冷却部材１２は、ヒートパイプに限られず、剣山の形状を有する金属部材でもよい。
【００４３】
発熱体３１として、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されるスイッチング素子を受熱ブロック１１に取り付けてもよい。ワイドギャップ半導体は、例えば、炭化ケイ素、窒化ガリウム系材料、またはダイヤモンドを含む。ワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子は、ケイ素を用いたスイッチング素子に比べて、小型化されているため、単位面積当たりの発熱量が大きい。上述したように、本実施の形態に係る冷却装置１−６においては、冷却効率を向上させることが可能であるため、発熱量が大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子を冷却することが可能である。
【００４４】
本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。
【符号の説明】
【００４５】
１，２，３，４，５，６，７  冷却装置、１１  受熱ブロック、１１ａ  第１主面、１１ｂ  第２主面、１２  冷却部材、１３，１８  母管、１４，１４ａ，１４ｂ，１７，２１，４１，４３  支管、１５  フィン、１６  冷媒、１９，２０  連結管、３０  電力変換装置、３１  発熱体、３２  筐体、３２ａ  密閉部、３２ｂ  開放部、３３  仕切り、３３ａ  開口部、３４  吸排気口、４０  鉄道車両、４２，４４，４５  剥離渦、４６  金属板、４７  金属棒。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年8月27日(2020.8.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の冷却装置は、受熱ブロックおよび冷却部材を備える。受熱部材は板状部材であって、第１主面に発熱体が取り付けられる。冷却部材は、第１主面の反対側に位置する受熱ブロックの第２主面に取り付けられる。冷却部材は、受熱ブロックを介して発熱体から伝達された熱を、周囲の冷却風に放熱する。冷却部材は、支持部および複数の突起を有する。支持部は、第２主面に取り付けられる。複数の突起は、支持部に取り付けられ、第２主面から離れる方向に延び、冷却風の流れる方向に間隔を空けて設けられる。第２主面に平行な断面における複数の突起の形状は扁平形状である。扁平形状の長手方向は、冷却風の流れる方向に平行である。支持部は、第２主面に平行に延びる少なくとも１つの母管である。複数の突起は、冷却風の流れる方向に間隔を空けて少なくとも１つの母管のそれぞれに取り付けられ、第２主面から離れる方向に延び、母管と連通する複数の支管である。また冷却装置は、少なくとも１つの母管および複数の支管の内部に封入される、気液二相の状態の冷媒をさらに備える。第２主面に平行な断面における複数の支管の形状は扁平形状である。複数の支管の扁平形状の長手方向は、冷却風の流れる方向に平行である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体が第１主面に取り付けられる板状部材である受熱ブロックと、
前記第１主面の反対側に位置する前記受熱ブロックの第２主面に取り付けられ、前記受熱ブロックを介して前記発熱体から伝達された熱を、周囲の冷却風に放熱する冷却部材と、
を備え、
前記冷却部材は、
前記第２主面に取り付けられる支持部と、
前記支持部に取り付けられ、前記第２主面から離れる方向に延び、前記冷却風の流れる方向に間隔を空けて設けられる複数の突起と、を有し、
前記第２主面に平行な断面における前記複数の突起の形状は扁平形状であり、
前記扁平形状の長手方向は、前記冷却風の流れる方向に平行であり、
前記支持部は、前記第２主面に平行に延びる少なくとも１つの母管であり、
前記複数の突起は、前記冷却風の流れる方向に間隔を空けて前記少なくとも１つの母管のそれぞれに取り付けられ、前記第２主面から離れる方向に延び、前記母管と連通する複数の支管であり、
前記少なくとも１つの母管および前記複数の支管の内部に封入される、気液二相の状態の冷媒をさらに備え、
前記第２主面に平行な断面における前記複数の支管の形状は扁平形状であり、
前記複数の支管の前記扁平形状の長手方向は、前記冷却風の流れる方向に平行である、
冷却装置。
【請求項２】
前記複数の支管に取り付けられるフィンをさらに備える、
請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記第２主面に、前記冷却風の流れる方向と直交する方向に間隔を空けて複数の前記母管が取り付けられ、
前記複数の母管のそれぞれに前記複数の支管が取り付けられる、
請求項１または２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記第２主面に平行な断面における前記支管の形状は、同一の直径の円の外縁を直線で繋いだ形状であり、
前記同一の直径の円の外縁を直線で繋いだ形状の長軸は、前記冷却風の流れる方向に平行である、
請求項１から３のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記第２主面に平行な断面における前記支管の形状は楕円であり、
前記楕円の長軸は、前記冷却風の流れる方向に平行である、
請求項１から３のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記第２主面に平行な断面における前記支管の形状は流線形であり、
前記流線形の長手方向は、前記冷却風の流れる方向に平行である、
請求項１から３のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記冷却風は、一方向に流れ、
前記流線形の前縁は、前記冷却風の流れる方向において、前記流線形の後縁より上流側に位置する、
請求項６に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記母管の延びる方向と直交する断面における前記母管の形状は円である、
請求項１から７のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項９】
前記母管の延びる方向と直交する断面における前記母管の形状は楕円であり、
該楕円の長軸は、前記第１主面から前記第２主面に向かう方向に直交する、
請求項１から７のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項１０】
同じ前記母管に連通する２つの前記支管として第１支管および第２支管を備え、
前記第１支管は、前記母管の一端に連通し、
前記第２支管は、前記母管の他端に連通し、
前記母管、前記第１支管、および、前記第２支管は、一体に成形された形状を有する、
請求項１から９のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの母管は、前記冷却風の流れる方向に延びる、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項１２】
前記冷却風の流れる方向は、水平方向である、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項１３】
前記冷却風の流れる方向は、鉛直方向である、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の冷却装置。
【国際調査報告】
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2019229876.tif 000028
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