(57)【要約】  液冷式冷却装置１のケーシング２は、互いに対向する右側壁６および左側壁７を有する周壁５を備えている。右側壁６の一端部に冷却液入口11を形成し、左側壁７の他端部に冷却液出口12を形成する。ケーシング２内における両側壁6,7間でかつ冷却液入口11と冷却液出口12との間の位置に、冷却液が両側壁6,7の長さ方向に流れる複数の流路18からなる並列流路部分19を設ける。ケーシング２内の並列流路部分19よりも上流側の部分が入口ヘッダ部21であり、同じく下流側の部分が出口ヘッダ部22である。入口ヘッダ部21の流路断面積を、冷却液入口11側から左側壁７側に向かって小さくする。出口ヘッダ部22の形状を、入口ヘッダ部21の形状とは並列流路部分19の幅方向に非対称とする。この液冷式冷却装置１によれば、複数の流路18が並列状に形成された並列流路部分19の幅方向の流速分布を均一化しうる。
2009069578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する第１の側壁および第２の側壁を備えた周壁を有し、かつ第１の側壁の一端部に冷却液入口が形成されるとともに、第２の側壁の他端部に冷却液出口が形成されたケーシングを備えており、ケーシング内における第１および第２側壁間でかつ冷却液入口と冷却液出口との間の位置に、冷却液が第１および第２側壁の長さ方向に流れる複数の流路からなる並列流路部分が設けられ、ケーシング内における並列流路部分よりも上流側の部分が冷却液入口に通じる入口ヘッダ部となされるとともに、並列流路部分よりも下流側の部分が冷却液出口に通じる出口ヘッダ部となされている液冷式冷却装置であって、
入口ヘッダ部の流路断面積が、冷却液入口側から第２側壁側に向かって小さくなっており、出口ヘッダ部の形状が、入口ヘッダ部の形状とは並列流路部分の幅方向に非対称となっている液冷式冷却装置。
【請求項２】
出口ヘッダ部におけるケーシングの第１側壁側の一部分の流路断面積が、第２側壁側から第１側壁側に向かって小さくなっており、出口ヘッダ部の残りの部分の流路断面積が、全長にわたって等しくなっている請求項１記載の液冷式冷却装置。
【請求項３】
入口ヘッダ部、出口ヘッダ部および並列流路部分の高さが等しくなっている請求項２記載の液冷式冷却装置。
【請求項４】
ケーシングの周壁が、第１側壁および第２側壁の冷却液入口側端部どうしを連結する第３の側壁と、第１側壁および第２側壁の冷却液出口側端部どうしを連結する第４の側壁とを有し、第３側壁の内面が、第１側壁側から第２側壁側に向かって並列流路部分側に傾斜している請求項３記載の液冷式冷却装置。
【請求項５】
出口ヘッダ部におけるケーシングの第１側壁側の一部分において、ケーシングの第４側壁の内面が、第２側壁側から第１側壁側に向かって並列流路部分側に傾斜しており、出口ヘッダ部の残りの部分において、ケーシングの第４側壁の内面が第１側壁および第２側壁の内面と直角をなしている請求項４記載の液冷式冷却装置。
【請求項６】
入口ヘッダ部の流入端部の幅をａmm、出口ヘッダ部における第４側壁の内面が第１側壁および第２側壁の内面と直角をなしている部分の幅をａmm、並列流路部分の幅をｂmm、入口ヘッダ部、出口ヘッダ部および並列流路部分の高さを６mm以下とした場合、ａ／ｂ≦０．１５という関係を満たしている請求項４記載の液冷式冷却装置。
【請求項７】
出口ヘッダ部の流路断面積が、全長にわたって等しくなっている請求項１記載の液冷式冷却装置。
【請求項８】
入口ヘッダ部、出口ヘッダ部および並列流路部分の高さが等しくなっており、出口ヘッダ部の幅が全長にわたって等しくなっている請求項７記載の液冷式冷却装置。
【請求項９】
ケーシングの周壁が、第１側壁および第２側壁の冷却液入口側端部どうしを連結する第３の側壁と、第１側壁および第２側壁の冷却液出口側端部どうしを連結する第４の側壁とを有し、第３側壁の内面が、第１側壁側から第２側壁側に向かって並列流路部分側に傾斜している請求項８記載の液冷式冷却装置。
【請求項１０】
入口ヘッダ部の流入端部の幅をａmm、出口ヘッダ部の幅をａmm、並列流路部分の幅をｂmm、入口ヘッダ部、出口ヘッダ部および並列流路部分の高さを６mm以下とした場合、ａ／ｂ≦０．１５という関係を満たしている請求項７記載の液冷式冷却装置。
【請求項１１】
入口ヘッダ部の流入端部の高さをｈmm、入口ヘッダ部の流入端部の幅をａmmとし、並列流路部分の高さを、入口ヘッダ部の流入端部の高さと等しいｈmmとし、並列流路部分の幅をｂmmとした場合、ａ×ｈで表される入口ヘッダ部の流入端部の断面積Ａと、ｂ×ｈで表される並列流路部分の断面積ＢとはＡ／Ｂ≦０．１５という関係を満たしている請求項２または７記載の液冷式冷却装置。
【請求項１２】
底壁、底壁から垂直方向に延設される第１側壁、底壁から垂直方向に延設されるとともに、第１側壁と対向する第２側壁、底壁と対向するとともに第１側壁および第２側壁に連結される頂壁、底壁と頂壁とを連結するとともに一端が第２側壁の一端に連結される第３側壁、底壁と頂壁とを連結するとともに一端が第１側壁の一端に連結される第４側壁、第１側壁の他端と第３側壁の他端とを連結する冷却液入口、ならびに第２側壁の他端と第４側壁の他端とを連結する冷却液出口から構成され、かつ第３側壁の形状と第４側壁の形状とが異なっているケーシングと、
ケーシング内に設けられ、かつ冷却液が第１側壁および第２側壁の長さ方向に流れる複数の流路を有する並列流路部分とを備えている液冷式冷却装置。
【請求項１３】
第４側壁の第１側壁側の一部分は、第１側壁の一端と第２側壁の他端とを結ぶ最短の仮想線との距離が第１側壁から離れるにしたがって広がり、第４側壁の他の部分は、第１側壁の一端と第２側壁の他端とを結ぶ最短の仮想線と平行である請求項１２記載の液冷式冷却装置。
【請求項１４】
第３側壁は、第１側壁と他端と第２側壁の一端とを結ぶ最短の仮想線との距離が第２側壁から離れるにしたがって広がっている請求項１３記載の液冷式冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、たとえば車両などの半導体電力変換装置に適用され、半導体素子などの発熱体を冷却する液冷式冷却装置に関する。【０００２】
この明細書および特許請求の範囲において、「並列流路部分の幅」とは並列流路部分に設けられている流路の長さ方向と直交する方向の幅を意味し、「入口ヘッダ部の流入端部の幅」および「出口ヘッダ部の幅」とは並列流路部分に設けられている流路の長さ方向の幅を意味するものとする。
【背景技術】
【０００３】
従来、この種の液冷式冷却装置として、互いに対向する第１の側壁および第２の側壁を備えた周壁を有し、かつ第１の側壁の一端部に冷却液入口が形成されるとともに、第２の側壁の他端部に冷却液出口が形成されたケーシングを備えており、ケーシング内における第１および第２側壁間でかつ冷却液入口と冷却液出口との間の位置に、冷却液が第１および第２側壁の長さ方向に流れる複数の流路からなる並列流路部分が設けられ、ケーシング内における並列流路部分よりも上流側の部分が冷却液入口に通じる入口ヘッダ部となされるとともに、並列流路部分よりも下流側の部分が冷却液出口に通じる出口ヘッダ部となされ、入口ヘッダ部、出口ヘッダ部および並列流路部分の高さが等しくなっているとともに、入口ヘッダ部および出口ヘッダ部の断面形状が方形であり、入口ヘッダ部および出口ヘッダ部の幅がそれぞれ全長にわたって等しくなっている液冷式冷却装置が知られている。【０００４】
上述した構成の液冷式冷却装置の場合、並列流路部分の幅に対する入口ヘッダ部および出口ヘッダ部の幅の割合を十分に大きくした場合、並列流路部分の幅方向の流速分布が均一になり、十分な冷却性能が確保される。【０００５】
しかしながら、最近では、液冷式冷却装置の小型化が要求され、上述した構成の液冷式冷却装置において、並列流路部分の幅に対する入口ヘッダ部および出口ヘッダ部の幅の割合を十分に大きくことができなくなっている。その結果、並列流路部分の幅方向の流速分布が不均一になり、流速が低下した部分において冷却性能が低下するという問題がある。【０００６】
そこで、このような問題を解決した液冷式冷却装置として、互いに対向する第１の側壁および第２の側壁を備えた周壁を有し、かつ第１側壁の一端部に冷却液入口が形成されるとともに、第２の側壁の他端部に冷却液出口が形成されたケーシングを備えており、ケーシング内における第１および第２側壁間でかつ冷却液入口と冷却液出口との間の位置に、冷却液が第１および第２側壁の長さ方向に流れる複数の流路からなる並列流路部分が設けられ、ケーシング内における並列流路部分よりも上流側の部分が冷却液入口に通じる入口ヘッダ部となされるとともに、並列流路部分よりも下流側の部分が冷却液出口に通じる出口ヘッダ部となされ、入口ヘッダ部の流路断面積が、冷却液入口から第２側壁側に向かって小さくなっているとともに、出口ヘッダ部の流路断面積が、冷却液出口から第１側壁側に向かって小さくなっており、入口ヘッダ部と出口ヘッダ部との形状が並列流路部分の幅方向に対称となっているものが提案されている（特許文献１参照）。【０００７】
しかしながら、特許文献１記載の液冷式冷却装置においても、全流路の流速分布の均一化が十分ではなく、流速が低下した部分が発生してその部分での冷却性能の低下を阻止することはできない。しかも、流通抵抗が大きくなる可能性がある。
【特許文献１】特開２００６−２９５１７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明の目的は、上記問題を解決し、複数の流路が並列状に形成された並列流路部分の幅方向の流速分布を均一化しうる液冷式冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。【００１０】
1)互いに対向する第１の側壁および第２の側壁を備えた周壁を有し、かつ第１の側壁の一端部に冷却液入口が形成されるとともに、第２の側壁の他端部に冷却液出口が形成されたケーシングを備えており、ケーシング内における第１および第２側壁間でかつ冷却液入口と冷却液出口との間の位置に、冷却液が第１および第２側壁の長さ方向に流れる複数の流路からなる並列流路部分が設けられ、ケーシング内における並列流路部分よりも上流側の部分が冷却液入口に通じる入口ヘッダ部となされるとともに、並列流路部分よりも下流側の部分が冷却液出口に通じる出口ヘッダ部となされている液冷式冷却装置であって、
入口ヘッダ部の流路断面積が、冷却液入口側から第２側壁側に向かって小さくなっており、出口ヘッダ部の形状が、入口ヘッダ部の形状とは並列流路部分の幅方向に非対称となっている液冷式冷却装置。【００１１】
2)出口ヘッダ部におけるケーシングの第１側壁側の一部分の流路断面積が、第２側壁側から第１側壁側に向かって小さくなっており、出口ヘッダ部の残りの部分の流路断面積が、全長にわたって等しくなっている上記1)記載の液冷式冷却装置。【００１２】
3)入口ヘッダ部、出口ヘッダ部および並列流路部分の高さが等しくなっている上記2)記載の液冷式冷却装置。【００１３】
4)ケーシングの周壁が、第１側壁および第２側壁の冷却液入口側端部どうしを連結する第３の側壁と、第１側壁および第２側壁の冷却液出口側端部どうしを連結する第４の側壁とを有し、第３側壁の内面が、第１側壁側から第２側壁側に向かって並列流路部分側に傾斜している上記3)記載の液冷式冷却装置。【００１４】
5)出口ヘッダ部におけるケーシングの第１側壁側の一部分において、ケーシングの第４側壁の内面が、第２側壁側から第１側壁側に向かって並列流路部分側に傾斜しており、出口ヘッダ部の残りの部分において、ケーシングの第４側壁の内面が第１側壁および第２側壁の内面と直角をなしている上記4)記載の液冷式冷却装置。【００１５】
6)入口ヘッダ部の流入端部の幅をａmm、出口ヘッダ部における第４側壁の内面が第１側壁および第２側壁の内面と直角をなしている部分の幅をａmm、並列流路部分の幅をｂmm、入口ヘッダ部、出口ヘッダ部および並列流路部分の高さを６mm以下とした場合、ａ／ｂ≦０．１５という関係を満たしている上記4)記載の液冷式冷却装置。【００１６】
7)出口ヘッダ部の流路断面積が、全長にわたって等しくなっている上記1)記載の液冷式冷却装置。【００１７】
8)入口ヘッダ部、出口ヘッダ部および並列流路部分の高さが等しくなっており、出口ヘッダ部の幅が全長にわたって等しくなっている上記7)記載の液冷式冷却装置。【００１８】
9)ケーシングの周壁が、第１側壁および第２側壁の冷却液入口側端部どうしを連結する第３の側壁と、第１側壁および第２側壁の冷却液出口側端部どうしを連結する第４の側壁とを有し、第３側壁の内面が、第１側壁側から第２側壁側に向かって並列流路部分側に傾斜している上記8)記載の液冷式冷却装置。【００１９】
10)入口ヘッダ部の流入端部の幅をａmm、出口ヘッダ部の幅をａmm、並列流路部分の幅をｂmm、入口ヘッダ部、出口ヘッダ部および並列流路部分の高さを６mm以下とした場合、ａ／ｂ≦０．１５という関係を満たしている上記7)記載の液冷式冷却装置。【００２０】
11)入口ヘッダ部の流入端部の高さをｈmm、入口ヘッダ部の流入端部の幅をａmmとし、並列流路部分の高さを、入口ヘッダ部の流入端部の高さと等しいｈmmとし、並列流路部分の幅をｂmmとした場合、ａ×ｈで表される入口ヘッダ部の流入端部の断面積Ａと、ｂ×ｈで表される並列流路部分の断面積ＢとはＡ／Ｂ≦０．１５という関係を満たしている上記2)または7)記載の液冷式冷却装置。【００２１】
12)底壁、底壁から垂直方向に延設される第１側壁、底壁から垂直方向に延設されるとともに、第１側壁と対向する第２側壁、底壁と対向するとともに第１側壁および第２側壁に連結される頂壁、底壁と頂壁とを連結するとともに一端が第２側壁の一端に連結される第３側壁、底壁と頂壁とを連結するとともに一端が第１側壁の一端に連結される第４側壁、第１側壁の他端と第３側壁の他端とを連結する冷却液入口、ならびに第２側壁の他端と第４側壁の他端とを連結する冷却液出口から構成され、かつ第３側壁の形状と第４側壁の形状とが異なっているケーシングと、
ケーシング内に設けられ、かつ冷却液が第１側壁および第２側壁の長さ方向に流れる複数の流路を有する並列流路部分とを備えている液冷式冷却装置。【００２２】
13）第４側壁の第１側壁側の一部分は、第１側壁の一端と第２側壁の他端とを結ぶ最短の仮想線との距離が第１側壁から離れるにしたがって広がり、第４側壁の他の部分は、第１側壁の一端と第２側壁の他端とを結ぶ最短の仮想線と平行である上記12)記載の液冷式冷却装置。【００２３】
14)第３側壁は、第１側壁と他端と第２側壁の一端とを結ぶ最短の仮想線との距離が第２側壁から離れるにしたがって広がっている上記13)記載の液冷式冷却装置。
【発明の効果】
【００２４】
上記1)〜14)の液冷式冷却装置によれば、入口ヘッダ部の流路断面積が、冷却液入口側から第２側壁側に向かって小さくなっており、出口ヘッダ部の形状が、入口ヘッダ部の形状とは並列流路部分の幅方向に非対称となっているので、複数の流路が並列状に形成された並列流路部分の幅方向の流速分布を均一化することが可能になる。したがって、流速が低下することに起因する冷却性能が低下した部分の発生を防止することができる。しかも、流通抵抗の増加を防止することができる。【００２５】
上記5)の液冷式冷却装置によれば、出口ヘッダ部の第１側壁側端部での渦流の発生を防止することができるので、冷却液の並列流路部分への逆流を防止することができる。【００２６】
上記6)、10)および11)の液冷式冷却装置によれば、複数の流路が並列状に形成された並列流路部分の幅方向の流速分布を、一層効果的に均一化することが可能になる。したがって、流速が低下することに起因する冷却性能が低下した部分の発生を確実に防止することができる。しかも、流通抵抗の増加を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。【００２８】
以下の説明において、図２の上下、左右を上下、左右というものとし、図３および図７の下側を前、上側を後というものとする。【００２９】
また、以下の説明において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。【００３０】
実施形態１
この実施形態は図１〜図４に示すものである。【００３１】
図１〜図４はこの発明の実施形態１の液冷式冷却装置に、発熱体である半導体素子が取り付けられた状態を示す。【００３２】
図１〜図４において、液冷式冷却装置(1)は、頂壁(3)、底壁(4)および周壁(5)からなるケーシング(2)を備えており、ケーシング(2)の周壁(5)は、前後方向にのびる垂直状の右側壁(6)（第１側壁）、前後方向にのびるとともに右側壁(6)と対向する垂直状の左側壁(7)（第２側壁）、右側壁(6)および左側壁(7)の後端部どうしを連結する垂直状の後側壁(8)（第３側壁）、ならびに右側壁(6)および左側壁(7)の前端部どうしを連結する垂直状の前側壁(9)（第４側壁）よりなる。ケーシング(2)の周壁(5)における右側壁(6)の後端部に冷却液入口(11)が右方に突出するように形成され、左側壁(7)の前端部に冷却液出口(12)が左方に突出するように形成されている。冷却液入口(11)は右方に開口し、冷却液出口(12)は左方に開口している。つまり、冷却液入口(11)は、右側壁(6)の後端部（他端）と後側壁(8)の右側壁(6)側の端部（他端）とを連結し、冷却液出口(12)は、左側壁(7)の前端部（他端）と前側壁(9)の左側壁(7)側の端部（他端）とを連結する。ケーシング(2)は、頂壁(3)および周壁(5)の上半部を形成する上側周壁形成部(5A)からなるアルミニウム製上構成部材(13)と、底壁(4)および周壁(5)の下半部を形成する下側周壁形成部(5B)からなるアルミニウム製下構成部材(14)とよりなる。上構成部材(13)の上側周壁形成部(5A)の下端部、および下構成部材(14)の下側周壁形成部(5B)の上端部に、それぞれ外向きフランジ(15)(16)が一体に形成されており、両構成部材(13)(14)の外向きフランジ(15)(16)どうしがろう付されている。【００３３】
ケーシング(2)内における右側壁(6)と左側壁(7)との間でかつ冷却液入口(11)と冷却液出口(12)との間の部分に、波頂部(17a)、波底部(17b)および波頂部(17a)と波底部(17b)とを連結する垂直状連結部(17c)からなるアルミニウム製のコルゲートフィン(17)が配置されており、波頂部(17a)がケーシング(2)の頂壁(3)に、波底部(17b)がケーシング(2)の底壁(4)にそれぞれろう付されている。そして、コルゲートフィン(17)によって、前後方向にのびかつ冷却液が前後方向（右側壁(6)および左側壁(7)の長さ方向）に流れる複数の流路(18)が左右方向に並んで形成されており、これにより複数の流路からなる並列流路部分(19)が設けられている。【００３４】
ケーシング(2)内における並列流路部分(19)よりも上流側（後側）の部分が冷却液入口(11)に通じる入口ヘッダ部(21)となされるとともに、並列流路部分(19)よりも下流側（前側）の部分が冷却液出口(12)に通じる出口ヘッダ部(22)となされている。ケーシング(2)全体の内部高さ、すなわち入口ヘッダ部(21)、出口ヘッダ部(22)および並列流路部分(19)の高さは等しくなっている。ケーシング(2)の後側壁(8)の全体、すなわち後側壁(8)の内面は、右側壁(6)側から左側壁(7)側に向かって前側（並列流路部分(19)側）に滑らかに傾斜している。その結果、入口ヘッダ部(21)の流路断面積が、冷却液入口(11)側から左側壁(7)側に向かって小さくなっている。つまり、後側壁(8)は、右側壁(6)の後端部（他端）と左側壁(7)の後端部（一端）とを結ぶ最短の仮想線との距離が左側壁(7)から離れるにしたがって広がる。また、出口ヘッダ部(22)における右側壁(6)から２０％以下の長さ部分において、前側壁(9)の全体、すなわち前側壁(9)の内面は、左側壁(7)側から右側壁(6)側に向かって後側（並列流路部分(19)側）に傾斜しており、出口ヘッダ部(22)の残りの部分において、前側壁(9)の全体、すなわち前側壁(9)の内面は右側壁(6)および左側壁(7)の内面と直角をなしている。その結果、出口ヘッダ部(22)におけるケーシング(2)の右側壁(6)側の一部分、たとえば右側壁(6)側から２０％以下の長さ部分の流路断面積が、左側壁(7)側から右側壁(6)側に向かって小さくなっており、出口ヘッダ部(22)の残りの部分の流路断面積が、全長にわたって等しくなっている。つまり、前側壁(9)の一部分は、右側壁(6)の前端部（一端）と左側壁(7)の前端部（他端）とを結ぶ最短の仮想線との距離が右側壁(6)から離れるにしたがって広がるとともに前側壁(9)の他の部分は、右側壁(6)の前端部（一端）と左側壁(7)の前端部（他端）とを結ぶ最短の仮想線と平行になる。また、出口ヘッダ部(22)の形状は、入口ヘッダ部(21)とは左右方向（並列流路部分(19)の幅方向）に非対称となっている。つまり、後側壁(8)の形状と前側壁(9)の形状とは異なっている。【００３５】
図４に示すように、入口ヘッダ部(21)における冷却液入口(11)に通じる右側壁(6)側の流入端部(21a)の形状、ならびに出口ヘッダ部(22)における前側壁(9)の内面が右側壁(6)および左側壁(7)の内面と直角をなしている部分の断面形状は方形であり、入口ヘッダ部(21)の流入端部(21a)の幅（前後方向の幅）と、出口ヘッダ部(22)における前側壁(9)の内面が右側壁(6)および左側壁(7)の内面と直角をなしている部分の幅（前後方向の幅）とは等しくなっている。また、図２に示すように、並列流路部分(19)の断面形状は方形である。そして、入口ヘッダ部(21)の流入端部(21a)の幅をａmm、出口ヘッダ部(22)における前側壁(9)の内面が右側壁(6)および左側壁(7)の内面と直角をなしている部分の幅をａmm、並列流路部分(19)の幅（左右方向の幅）をｂmm、入口ヘッダ部(21)、出口ヘッダ部(22)および並列流路部分(19)の高さを６mm以下とした場合、ａ／ｂ≦０．１５という関係を満たしていることが好ましい。【００３６】
また、入口ヘッダ部(21)の流入端部(21a)の高さをｈmm、入口ヘッダ部(21)の流入端部(21a)の幅をａmmとし、並列流路部分(19)の高さをｈmmとし、並列流路部分(19)の幅をｂmmとした場合、ａ×ｈで表される入口ヘッダ部(21)の流入端部(21a)の断面積Ａと、ｂ×ｈで表される並列流路部分(19)の断面積ＢとはＡ／Ｂ≦０．１５という関係を満たしていることが好ましい。【００３７】
発熱体である半導体素子(P)は、板状絶縁部材(I)を介してケーシング(2)の頂壁(3)外面に接合されている。【００３８】
上記構成の液冷式冷却装置(1)において、冷却液入口(11)から流入端部(21a)を通って入口ヘッダ部(21)内に流入した冷却液は、並列流路部分(19)の全流路(18)に均一に分流し、全流路(18)内を前方に流れる。このとき、ケーシング(2)の後側壁(8)の全体、すなわち後側壁(8)の内面が、右側壁(6)側から左側壁(7)側に向かって前側に滑らかに傾斜し、その結果入口ヘッダ部(21)の流路断面積が、冷却液入口(11)側から左側壁(7)側に向かって小さくなっていることによって、並列流路部分(19)の全流路(18)での流速分布、すなわち並列流路部分(19)の幅方向の流速分布が均一化される。【００３９】
並列流路部分(19)の流路(18)内を前方に流れた冷却液は、出口ヘッダ部(22)内に入るとともに、出口ヘッダ部(22)内を左方に流れ、出口ヘッダ部(22)における左側壁(7)側の流出端部(22a)を通って冷却液出口(12)から流出する。また、出口ヘッダ部(22)における右側壁(6)から２０％以下の長さ部分において、前側壁(9)の全体、すなわち前側壁(9)の内面が、左側壁(7)側から右側壁(6)側に向かって後側に傾斜していることによって、出口ヘッダ部(22)の右端部での渦流の発生を防止することができるので、出口ヘッダ部(22)内に入った冷却液の並列流路部分(19)の流路(18)への逆流を防止することが可能になる。【００４０】
そして、半導体素子(P)から発せられる熱は、絶縁部材(I)、ケーシング(2)の頂壁(3)およびコルゲートフィン(17)を経て流路(18)内を流れる冷却液に伝わり、半導体素子(P)が冷却される。【００４１】
次に、実施形態１の液冷式冷却装置(1)を用いて行った実験例を、比較実験例とともに述べる。【００４２】
実験例１
実施形態１の液冷式冷却装置(1)と同様な構成を有しており、入口ヘッダ部(21)の流入端部(21a)、出口ヘッダ部(22)および並列流路部分(19)の高さを６mm、入口ヘッダ部(21)の流入端部(21a)の幅をａmm、出口ヘッダ部(22)における前側壁(9)の内面が右側壁(6)および左側壁(7)の内面と直角をなしている部分の幅をａmm、並列流路部分(19)の幅をｂmm、とした場合、ａ／ｂが０．１５以下の範囲で種々異なっている複数の液冷式冷却装置(1)を用意した。なお、各液冷式冷却装置(1)において、出口ヘッダ部(22)における右側壁(6)から２０％の長さ部分において、前側壁(9)の全体が、左側壁(7)側から右側壁(6)側に向かって後側に傾斜している。【００４３】
そして、各液冷式冷却装置(1)を使用し、毎分１０リットルの水を冷却液入口(11)から流入端部(21a)を通して入口ヘッダ部(21)内に流入させ、並列流路部分(19)の全流路(18)を流れる水の流速に基づいて、全流路(18)での平均流速、および各流路(18)を流れる水の流速の平均流速に対する流速比（流速／平均流速）を求め、その結果から前記ａ／ｂと、前記流速比が最大となった流路(18)における流速比（＝最大流速比）との関係を調べた。【００４４】
比較実験例１
入口ヘッダ部および出口ヘッダ部の前後方向の幅がそれぞれ全長にわたって等しくなっていることを除いては、実施形態１の液冷式冷却装置(1)と同様な構成を有しており、入口ヘッダ部、出口ヘッダ部および並列流路部分の高さを６mm、入口ヘッダ部の流入端部の幅（＝入口ヘッダ部の幅）および出口ヘッダ部の幅をａmm、並列流路部分の幅をｂmm、とした場合、ａ／ｂが種々異なっている複数の液冷式冷却装置を用意した。そして、各液冷式冷却装置を使用し、毎分１０リットルの水を冷却液入口から流入端部を通して入口ヘッダ部内に流入させ、並列流路部分の全流路を流れる水の流速に基づいて、全流路での平均流速、および各流路を流れる水の流速の平均流速に対する流速比（流速／平均流速）を求め、その結果から前記ａ／ｂと、前記流速比が最大となった流路における流速比（＝最大流速比）との関係を調べた。【００４５】
その結果を図５に示す。図５に示す結果から、実験例１で用いた実施形態１の液冷式冷却装置(1)においては、並列流路部分(19)の幅に対する入口ヘッダ部(21)の流入端部(21a)の前後方向の幅、および出口ヘッダ部(22)における前側壁(9)の内面が右側壁(6)および左側壁(7)の内面と直角をなしている部分の前後方向の幅の割合が小さく、前記ａ／ｂが０．１５以下の場合であっても、各流路(18)を流れる水の流速の平均流速からのばらつきが小さく、全流路(18)を流れる水の流速分布が均一になっていることが分かる。したがって、並列流路部分(19)の幅に対して、ケーシング(2)の前後方向の寸法を小さくすることが可能になり、液冷式冷却装置(1)の小型化を図ることができる。【００４６】
これに対して、比較実験例１で用いた入口ヘッダ部および出口ヘッダ部の幅がそれぞれ全長にわたって等しくなっている液冷式冷却装置の場合には、前記ａ／ｂが大きいと、各流路を流れる水の流速の平均流速からのばらつきは小さいが、前記ａ／ｂが０．１５以下になると、前記ばらつきが著しく大きくなった流路が存在することになり、全流路を流れる水の流速分布が不均一になっていることが分かる。したがって、並列流路部分の幅に対して、ケーシングの前後方向の寸法を小さくすることはできず、液冷式冷却装置が大型化する。【００４７】
実験例２
実施形態１の液冷式冷却装置(1)と同様な構成を有しており、入口ヘッダ部(21)、出口ヘッダ部(22)および並列流路部分(19)の高さを６mm、入口ヘッダ部(21)の流入端部(21a)の幅をａmm、出口ヘッダ部(22)における前側壁(9)の内面が右側壁(6)および左側壁(7)の内面と直角をなしている部分の幅をａmm、並列流路部分(19)の幅をｂmm、とした場合、ａ／ｂが０．０７である液冷式冷却装置(1)を用意した。なお、当該液冷式冷却装置(1)において、出口ヘッダ部(22)における右側壁(6)から２０％の長さ部分において、前側壁(9)の全体が、左側壁(7)側から右側壁(6)側に向かって後側に傾斜している。【００４８】
そして、当該液冷式冷却装置(1)を使用し、毎分１０リットルの水を冷却液入口(11)から流入端部(21a)を通して入口ヘッダ部(21)内に流入させ、並列流路部分(19)の全流路(18)を流れる水の流速に基づいて、全流路(18)での平均流速、および各流路(18)を流れる水の流速の平均流速に対する流速比（流速／平均流速）を求め、その結果から並列流路部分(19)の幅方向（左右方向）の位置と、各位置の流路(18)内を流れる水の流速の平均流速に対する流速比との関係を調べた。【００４９】
比較実験例２
入口ヘッダ部および出口ヘッダ部の前後方向の幅がそれぞれ全長にわたって等しくなっていることを除いては、実施形態１の液冷式冷却装置(1)と同様な構成を有しており、入口ヘッダ部、出口ヘッダ部および並列流路部分の高さが６mm、入口ヘッダ部の流入端部の幅（＝入口ヘッダ部の幅）および出口ヘッダ部の幅をａmm、並列流路部分の幅をｂmm、とした場合、ａ／ｂが０．０７である液冷式冷却装置を用意した。【００５０】
そして、当該液冷式冷却装置を使用し、毎分１０リットルの水を冷却液入口から入口ヘッダ部内に流入させ、並列流路部分の全流路を流れる水の流速に基づいて、全流路での平均流速、および各流路を流れる水の流速の平均流速に対する流速比（流速／平均流速）を求め、その結果から並列流路部分の幅方向（左右方向）の位置と、各位置の流路内を流れる水の流速の平均流速に対する流速比との関係を調べた。【００５１】
その結果を図６に示す。図６に示す結果から、実験例２で用いた実施形態１の液冷式冷却装置(1)においては、並列流路部分(19)の幅方向の全部分で流路(18)内を流れる水の流速の平均流速からのばらつきの度合が小さく、全流路(18)を流れる水の流速分布が均一になっていることが分かる。【００５２】
これに対して、比較実験例２で用いた入口ヘッダ部および出口ヘッダ部の幅がそれぞれ全長にわたって等しくなっている液冷式冷却装置の場合には、右側、すなわち冷却液入口側においては、流路内を流れる水の流速の平均流速からのばらつきの度合が小さくなっているものの、左側、すなわち冷却液出口側においては、流路内を流れる水の流速の平均流速からのばらつきの度合が著しく大きく、全流路を流れる水の流速分布が不均一になっていることが分かる。【００５３】
実施形態２
この実施形態は図７に示すものである。【００５４】
図７において、液冷式冷却装置(30)のケーシング(2)における前側壁(9)の全体、すなわち前側壁(9)の内面は、全長にわたって右側壁(6)および左側壁(7)の内面と直角をなしている。その結果、出口ヘッダ部(31)の流路断面積が全長にわたって等しくなるとともに、出口ヘッダ部(31)の前後方向の幅が全長にわたって等しくなっている。また、出口ヘッダ部(31)の形状は、入口ヘッダ部(21)とは左右方向（並列流路部分(19)の幅方向）に非対称となっている。【００５５】
その他の構成は実施形態１の液冷式冷却装置(1)と同一であり、同一物および同一部分には同一符号を付す。【００５６】
実施形態２の液冷式冷却装置(30)において、入口ヘッダ部(21)における冷却液入口(11)に通じる右側壁(6)側の流入端部(21a)の形状、ならびに出口ヘッダ部(31)の断面形状は方形であり、入口ヘッダ部(21)の流入端部(21a)の前後方向の幅と、出口ヘッダ部(31)の前後方向の幅とは等しくなっている。また、並列流路部分(19)の断面形状は方形である。そして、入口ヘッダ部(21)の流入端部(21a)の幅をａmm、出口ヘッダ部(31)の幅をａmm、並列流路部分(19)の左右方向の幅をｂmm、入口ヘッダ部(21)、出口ヘッダ部(31)および並列流路部分(19)の高さを６mm以下とした場合、ａ／ｂ≦０．１５という関係を満たしていることが好ましい。【００５７】
また、入口ヘッダ部(21)の流入端部(21a)の高さをｈmm、入口ヘッダ部(21)の流入端部(21a)の幅をａmmとし、並列流路部分(19)の高さをｈmmとし、並列流路部分(19)の幅をｂmmとした場合、ａ×ｈで表される入口ヘッダ部(21)の流入端部(21a)の断面積Ａと、ｂ×ｈで表される並列流路部分(19)の断面積ＢとはＡ／Ｂ≦０．１５という関係を満たしていることが好ましい。【００５８】
上記の２つの実施形態において、冷却液入口(11)は右方に開口し、冷却液出口(12)は左方に開口しているが、これに限定されるものではなく、たとえば上方に開口していてもよい。すなわち、冷却液入口(11)および冷却液出口(12)の突出端壁が閉鎖され、上壁に開口が形成されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
この発明の液冷式冷却装置は、たとえば車両などの半導体電力変換装置に適用され、半導体素子などの発熱体を冷却するのに好適に使用される。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】この発明の実施形態１の液冷式冷却装置を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図３のＣ−Ｃ線断面図である。
【図５】実験例１および比較実験例１の結果を示すグラフである。
【図６】実験例２および比較実験例２の結果を示すグラフである。
【図７】この発明の実施形態２の液冷式冷却装置を示す図３相当の図である。
【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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【国際調査報告】
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