(57)【要約】      （修正有）【課題】簡便な構造で効率的に電子部品の冷却を行う冷却管を提供する。【解決手段】内部に冷媒が流通する冷却管２０であって、芯材３１と、芯材の一方の面に配置された犠牲陽極材３３と、芯材の他方の面に配置されたロウ材３２とを含み、一方の面が内面２１ａ，２２ａとなり、周縁２１ｂ，２２ｂが内面２１ａ，２２ａから立ち上がるように成形された一対の外殻プレート２１，２２によって構成され、各外殻プレート２１，２２は各内面２１ａ，２２ａが対向するように周縁２１ｂ，２２ｂが互いに嵌め合わされ、ロウ付けによって接続されている。冷却管２０は山と谷とが冷媒の流れ方向に配置された折板２６を積層したインナフィン２５を内蔵しており、折板２６の山或いは谷と隣接する他の折板２６の谷或いは山とは連通して冷媒流路２７を構成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に冷媒が流通する冷却管であって、
芯材と、前記芯材の一方の面に配置された犠牲陽極材と、前記芯材の他方の面に配置されたロウ材とを含み、前記一方の面が凹面となり、周縁が前記一方の面から立ち上がるように成形された一対の外殻プレートによって構成され、
前記各外殻プレートは各前記一方の面が対向するように前記周縁が互いに嵌め合わされ、ロウ付けによって接続されていること、
を特徴とする冷却管。
【請求項２】
請求項１に記載の冷却管であって、
その山と谷とが冷媒の流れ方向に配置された折板を一層又は複数層積層したインナフィンを内蔵していること、
を特徴とする冷却管。
【請求項３】
請求項２に記載の冷却管であって、
前記インナフィンは、
各前記折板が各前記折板の山と谷とを冷媒の流れと直交する前記一方の面に沿った方向にずらして積層され、一の前記折板の山或いは谷と隣接する他の前記折板の谷或いは山とが連通していること、
を特徴とする冷却管。
【請求項４】
内部に冷媒が流通する冷却管の製造方法であって、
芯材と、前記芯材の一方の面に配置された犠牲陽極材と、前記芯材の他方の面に配置されたロウ材とを含む板材を準備する工程と、
前記一方の面が凹面となり、周縁が前記一方の面から立ち上がるように前記板材を外殻プレートに成形する成形工程と、
２つの前記外殻プレートを各前記一方の面が対向するように前記周縁を互いに嵌め合わせる嵌合工程と、
前記各外殻プレートをロウ付けするロウ付け工程と、
を有することを特徴とする冷却管の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の冷却管の製造方法であって、
前記嵌合工程の前に、
いずれか一方または両方の前記外殻プレートの前記一方の面の上にその山と谷とが冷媒の流れ方向に配置された折板を一層又は複数層積層してインナフィンとするインナフィン組み付け工程を含むこと、
を特徴とする冷却管の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の冷却管の製造方法であって、
前記インナフィン組み付け工程は、各前記折板の山と谷とを冷媒の流れと直交する前記一方の面に沿った方向にずらし、一の前記折板の山或いは谷と隣接する他の前記折板の谷或いは山とが連通するように各前記折板を積層すること、
を特徴とする冷却管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品を冷却する冷却管の構造とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド車両に搭載されているインバータ装置や昇圧コンバータ装置では、電力のスイッチングを行う半導体素子が多く用いられている。このような半導体素子は、その温度が上昇するとスイッチング特性が悪くなったり、素子の耐熱温度を越えて素子が損傷してしまったりする場合があることから、冷却装置によって冷却されている。当初は、半導体素子を流れる電流がさほど大きくなかったことから、空冷式の冷却装置が用いられていたが、半導体素子が大電力をスイッチングするようになるとその発熱量が大きくなり、水冷式の冷却装置が必要となってきた。
【０００３】
多くの半導体素子を同時に効率的に冷却する冷却装置として、例えば、特許文献１の図１や、特許文献２の図１や、特許文献３の図１に記載されているような積層型の冷却装置が用いられている。この冷却器は、扁平形状の冷却管の間に半導体素子を挟みこんで複数段に積層し、各半導体素子を両側から冷却することができるように構成したものである。冷媒は、各冷却管の両端に連通するよう形成された冷媒入口ヘッダから供給され、各冷却管に流れて各半導体素子を冷却した後、冷媒出口ヘッダに集まり、外部のラジェータ等の冷却器で冷却され、再び冷媒入口ヘッダに循環する。また、冷却管の内部には冷却管の外面に接している半導体素子の熱を冷媒に伝達するとともに、冷却管内の冷媒の流れを乱して熱伝達を促進するインナフィンが設けられている。
【０００４】
半導体素子の大きさは小さいので、特許文献１から３に記載された積層型の冷却器も小さなものであるが、半導体素子の数だけの冷却管を積層して組み立てる必要がある。冷却器は冷媒が漏れ出さないように、その接合はロウ付けが多く用いられているが、特許文献１から３に記載された積層型の冷却器のように多くの冷却器をロウ付けで組み立てる場合には、組み立てに手間がかかってしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、特許文献１の図１１に記載されているように、冷却器を構成する外殻プレートの内面にロウを配置しておくと共に、外殻プレートを重ね合わせて加熱することによって簡単にロウ付け組み立てを行う方法が用いられている。しかし、冷媒が流れる外殻プレートの内面は冷媒によって腐食する場合があることから、外殻プレートの内面には犠牲陽極材を配置し、外殻プレートに孔食が発生することを防止することが好ましい。ところが、外殻プレートの内面にロウ材を配置してしまうと、その上に犠牲陽極材を配置することが難しく、冷却管の内面の腐食を十分に抑制することができなくなってしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−５０１４号公報
【特許文献２】特開２００５−２０３７３２号公報
【特許文献３】特開２００８−１６６４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このため、図６に示すように、外殻プレート９１，９２の内面に犠牲陽極材を配置し、外殻プレート９１，９２の間に両面にロウを配置した仕切り板である中間プレート９３を挟みこんで加熱することによって外殻プレート９１，９２のロウ付けを行う方法が用いられている。しかし、このように外殻プレート９１，９２に間に中間プレート９３を挟みこんで組み立てる場合には、部品点数が増加してしまうという問題があった。また、冷却管の内部に中間プレート９３が配置されることから、冷媒流路が中間プレート９３の上下に仕切られることにより、冷却管中に配置するインナフィンの構造が制約され、半導体素子を効率的に冷却することができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、簡便な構造で効率的に電子部品の冷却を行う冷却管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の冷却管は、内部に冷媒が流通する冷却管であって、芯材と、前記芯材の一方の面に配置された犠牲陽極材と、前記芯材の他方の面に配置されたロウ材とを含み、前記一方の面が凹面となり、周縁が前記一方の面から立ち上がるように成形された一対の外殻プレートによって構成され、前記各外殻プレートは各前記一方の面が対向するように前記周縁が互いに嵌め合わされ、ロウ付けによって接続されていること、を特徴とする。
【００１０】
本発明の冷却管において、その山と谷とが冷媒の流れ方向に配置された折板を一層又は複数層積層したインナフィンを内蔵していること、としても好適であるし、前記インナフィンは、各前記折板が各前記折板の山と谷とを冷媒の流れと直交する前記一方の面に沿った方向にずらして積層され、一の前記折板の山或いは谷と隣接する他の前記折板の谷或いは山とが連通していること、としても好適である。
【００１１】
本発明の内部に冷媒が流通する冷却管の製造方法は、芯材と、前記芯材の一方の面に配置された犠牲陽極材と、前記芯材の他方の面に配置されたロウ材とを含む板材を準備する工程と、前記一方の面が凹面となり、周縁が前記一方の面から立ち上がるように前記板材を外殻プレートに成形する成形工程と、２つの前記外殻プレートを各前記一方の面が対向するように前記周縁を互いに嵌め合わせる嵌合工程と、前記各外殻プレートをロウ付けするロウ付け工程と、を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の内部に冷媒が流通する冷却管の製造方法において、前記嵌合工程の前に、いずれか一方または両方の前記外殻プレートの前記一方の面の上にその山と谷とが冷媒の流れ方向に配置された折板を一層又は複数層積層してインナフィンとするインナフィン組み付け工程を含むこと、としても好適であるし、前記インナフィン組み付け工程は、各前記折板の山と谷とを冷媒の流れと直交する前記一方の面に沿った方向にずらし、一の前記折板の山或いは谷と隣接する他の前記折板の谷或いは山とが連通するように各前記折板を積層すること、としても好適である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、簡便な構造で効率的に電子部品の冷却を行う冷却管を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態の冷却管が組み込まれる積層型冷却器の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の実施形態における冷却管の構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態における冷却管の中央部分の断面図である。
【図４】本発明の実施形態における冷却管のヘッダ部分の断面を示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態における冷却管内の冷媒の流れを示す説明図である。
【図６】従来技術による冷却管の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１を参照して、本実施形態の冷却管が組み合わされる積層型冷却器について説明する。図１に示すように、半導体素子５０を冷却するための積層型冷却器１００は、冷媒が流通される扁平形状の冷却管２０と、冷却管２０に冷媒を供給する冷媒入口ヘッダ１１と、冷却管２０から冷媒が排出される冷媒出口ヘッダ１３とを有している。扁平型の冷却管２０は、その間に半導体素子５０を挟み込むように積層して構成され、半導体素子５０の両面が冷却管２０の表面に接し、半導体素子５０は両面から冷却されるように構成されている。また、冷媒入口ヘッダ１１には冷媒入口管１２が接続され、冷媒出口ヘッダ１３には冷媒出口管１４が接続されている。図１の矢印に示すように、冷媒入口管１２から冷媒入口ヘッダ１１に流入した冷媒は、各冷却管２０の中を流れて半導体素子５０の熱を吸収して半導体素子５０を冷却した後、冷媒出口ヘッダ１３に流出し、他の冷却管２０から流出した冷媒と合流して冷媒出口管１４から流出する。
【００１６】
図２に示すように、冷却管２０は、金属製の平板をプレス加工して、周縁２１ｂが平面部分から立ち上がりその断面がＵ字型となるように成形され、長手方向の両端側にそれぞれ円筒形の立ち上がり部分２３を含む上側外殻プレート２１と、同様の形状で、その周縁２２ｂの大きさが上側外殻プレート２１よりも少し小さく、先端がテーパ状に開き、その外径が上側外殻プレート２１の円筒形の立ち上がり部分２３よりも少し大きい円筒形の立ち上がり部分２４とを含む下側外殻プレート２２とを各内面２１ａ，２２ａが対向するように組み合わせ、下側外殻プレート２２の周縁２２ｂをその外形が下側外殻プレート２２よりも少し大きい上側外殻プレート２１の周縁２１ｂの内側にはめ込んだ後、各外殻プレート２１，２２をロウ付けで固定して組み立てられている。また、上側外殻プレート２１と下側外殻プレート２２との間には、複数段に折板２６が積層されたインナフィン２５が取り付けられている。
【００１７】
図３（ａ）に示すように、上側外殻プレート２１と下側外殻プレート２２とは、アルミニウムなどの金属板で構成される芯材３１と、芯材３１の一方の面に配置された銀ロウなどのロウ材３２と、芯材の他方の面に配置された犠牲陽極材３３とを含む板材を犠牲陽極材３３が配置された面が凹面である内面２１ａとなり、ロウ材３２が配置されている面が凸面の外面となるようにプレス加工されたもので、各外殻プレート２１，２２の周縁２１ｂ，２２ｂは内面２１ａから立ち上がるように成形されている。そして、図３（ｂ）に示すように、上側外殻プレート２１の周縁２１ｂの大きさは、下側外殻プレート２２の周縁２２ｂよりも少し大きく成形され、各周縁２１ｂ，２２ｂは互いに嵌めあいとなるように構成されている。図３（ｂ）に示すように、上側外殻プレート２１の周縁２１ｂに下側外殻プレート２２の周縁２２ｂをはめ込むと、下側外殻プレート２２の周縁２２ｂのロウ材３２が配置されている外面が上側外殻プレート２１の周縁２１ｂの内側に嵌まり込む。そして、この状態で各外殻プレート２１，２２を加熱すると、下側外殻プレート２２の周縁２２ｂのロウ材３２が溶融して各周縁２１ｂ，２２ｂの間に広がり、冷却するとロウ材３２が固まることによって上側外殻プレート２１と下側外殻プレート２２の各周縁２１ｂ，２２ｂが接続されることとなる。そして、各外殻プレート２１，２２の各内面２１ａ，２２ａには犠牲陽極材３３がそれぞれ均一に広がり、防食性のよい冷却管２０が形成される。
【００１８】
上側外殻プレート２１と下側外殻プレート２２との間には、折板２６を複数段積層したインナフィン２５が配置されている。インナフィン２５は折板の山と谷とが流れ方向になるように配置されており、本実施形態では４層積層されている。そして、インナフィン２５の各折板２６は各折板２６の山と谷との位置を互いにずらして積層され、一つの折板２６の山或いは谷と隣接する他の折板２６の谷或いは山とが連通する冷媒流路２７を構成している。本実施形態ではインナフィン２５は折板２６を４層に積層して構成したものとして説明したが、折板２６の積層数は４層に限らず、３層でも５層でもよい。
【００１９】
図４に示すように、円筒形の立ち上がり部分２３，２４のある部分でも上記と同様に、芯材３１と、芯材３１の一方に配置されたロウ材３２と、芯材の他方の面に配置された犠牲陽極材３３とを含む板材をプレス加工した各外殻プレート２１，２２の各周縁２１ｂ，２２ｂを互いに嵌めあわせた後、加熱してロウ材３２を溶融させ、そのロウ材３２で各外殻プレート２１，２２を接続する。また、上側外殻プレート２１の円筒形の立ち上がり部分２３の外面にもロウ材３２が配置されおり、上側外殻プレート２１の円筒形立ち上がり部分２３を下側外殻プレート２２の円筒形立ち上がり部分２４の中に嵌めこむと、冷却管２０を接続して図１に示すような積層型冷却器１００を構成することができる。この場合、各外殻プレート２１，２２の各周縁２１ｂ，２２ｂを嵌め込んで各冷却管２０を構成した後、各冷却管の立ち上がり部分２３を立ち上がり部分２４に嵌めこむと積層型冷却器１００が組み立てられる。この後、組み立てられた積層型冷却器１００を加熱すると、各嵌め合わせ部分の間のロウ材３２が溶け、その後、冷却すると、各外殻プレート２１，２２の間及び各立ち上がり部分２３，２４との間をロウ材３２で固定することができ、容易に積層型冷却器１００を組み立てることができる。
【００２０】
このように、本実施形態は、従来技術のように各外殻プレート２１，２２を接続するために中間プレートを組み合わせる必要が無いことから、簡便な構造で容易に組み立てることができる。また、各外殻プレート２１，２２及び各立ち上がり部分２３，２４の内面には犠牲陽極材３３が配置されていることから、積層型冷却器１００は簡単に組み立てられると共に、内面に均一な犠牲陽極材３３の層が構成され、腐食に強いものとすることができる。
【００２１】
図５（ａ）に示すように、本実施形態の冷却管２０の内部には４層に積層されたインナフィン２５が配置されている。このインナフィン２５は折板２６の各山と谷との位置をずらして積層したものであり、上側の折板２６の山の一部と下側に隣接する折板２６の谷の一部とが連通するよう構成されている。このため、冷媒流路２７を流れる冷媒は、図５（ｂ）に示すように、冷媒流路２７の厚み方向にうねるように流れることができ、流れを乱すことができる。図１に示すような積層型冷却器１００では、多くの冷却管２０が各冷媒入口ヘッダ１１と冷媒出口ヘッダ１３との間に設けられていることから、各冷却管２０を流れる冷媒の流量は少なく、その流れは層流域となっているので、本実施形態のように冷媒流路２７の高さを高くして、その流れが乱れるようにすることによって冷却管２０の熱交換を促進することができる。更に、中間プレートを設置しないことにより、冷却管２０の内部に設置することができるインナフィン２５の折板２６の積層数を多くすることができ、これによって、冷却管２０の内部における放熱面積の拡大を図ることができ、先に説明した流れの乱れとあいまってより効率的に半導体素子５０の冷却を行うことができるという効果を奏する。
【符号の説明】
【００２２】
１１  冷媒入口ヘッダ、１２  冷媒入口管、１３  冷媒出口ヘッダ、１４  冷媒出口管、２０  冷却管、２１  上側外殻プレート、２１ｂ，２２ｂ  周縁、２１ａ，２２ａ  内面、２２  下側外殻プレート、２３，２４  立ち上がり部分、２５  インナフィン、２６  折板、２７  冷媒流路、３１  芯材、３２  ロウ材、３３  犠牲陽極材、５０  半導体素子、９１，９２  外殻プレート、９３  中間プレート、１００  積層型冷却器。
【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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