(57)【要約】【課題】異物混入による目詰まりを防止し、冷却性能を維持することができる冷却装置を提供する。【解決手段】冷却装置１では、隣接するフィンユニット４，５同士の間における冷媒の流路間隔Ｂｗｄが、フィン１６の間隔Ｂｗ２以上となっている。これにより、冷媒に異物が混入した場合であっても、フィン１５，１６の間の流路を通過した異物は隣接するフィンユニット４，５同士の間を通過できるので、フィンユニット４，５同士の間において目詰まりが発生することを防止できる。さらに、目詰まりに起因する冷却効果の低下を防止でき、冷却性能を維持することができる。【選択図】図１
2011129823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔でフィンが複数形成されたフィンユニットを複数備え、前記フィンユニットが冷媒の流れ方向に配置されると共に、隣接する前記フィンユニットのフィン同士にオフセットが設けられた冷却装置であって、
隣接する前記フィンユニット同士の間における前記冷媒の流路間隔は、前記フィンの間隔以上であることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
隣接する前記フィンユニットのそれぞれは、前記フィンの間隔が異なることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】
前記流路間隔は、前記複数のフィンユニットにおける前記フィンの最小の間隔以上であることを特徴とする請求項２記載の冷却装置。
【請求項４】
前記複数のフィンユニットのそれぞれは、前記フィンの間隔が略同一であることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
【請求項５】
隣接する前記複数のフィンユニット間の間隔をδ、前記フィンの間隔をＢｗ、前記フィンの板厚をＢｆとした場合に、
【数１】
2011129823.tif 000005
の関係を満たすことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体等の冷却を行う冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷却装置として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載のプレートフィン熱交換器は、流体の流れ方向に分割して配置されるフィンの間に隙間を設けると共に、流体の流れ方向に隣接するフィンの間にオフセットを設けたオフセットフィンを備えている。これにより、フィン同士の隙間において発生する流体の流れの急縮小、急拡大を防止し、圧力損失の低減を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２２５０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の構成では、分割して配置されるフィンの間の間隔が小さい。そのため、冷媒中に例えば異物が混入した場合、隣接するフィン同士の隙間部分を異物が通過できず、目詰まりが発生するおそれがあった。これにより、冷却性能が低下するといった問題が生じ得る。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、異物混入による目詰まりを防止し、冷却性能を維持することができる冷却装置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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る冷却装置は、所定の間隔でフィンが複数形成されたフィンユニットを複数備え、フィンユニットが冷媒の流れ方向に配置されると共に、隣接するフィンユニットのフィン同士にオフセットが設けられた冷却装置であって、隣接するフィンユニット同士の間における冷媒の流路間隔は、フィンの間隔以上であることを特徴とする。
【０００７】
この冷却装置では、隣接するフィンユニット同士の間における冷媒の流路間隔が、フィンの間隔以上となっている。これにより、冷媒に異物が混入した場合であっても、フィンの間の流路を通過した異物は隣接するフィンユニット同士の間を通過できるので、フィンユニット同士の間において目詰まりが発生することを防止できる。さらに、目詰まりに起因する冷却効果の低下を防止でき、冷却性能を維持することができる。
【０００８】
また、隣接するフィンユニットのそれぞれは、フィンの間隔が異なることが好ましい。この場合には、フィンユニットを冷媒の流れ方向に配置することにより、隣接するフィンユニットのフィン同士を容易にフィンの配置方向にオフセットを設けることができる。
【０００９】
また、流路間隔は、複数のフィンユニットにおけるフィンの最小の間隔以上であることが好ましい。この場合には、フィンの間隔がフィンユニット毎に異なる場合であっても、フィンユニット間における異物の目詰まりを防止することができる。
【００１０】
なお、複数のフィンユニットのそれぞれは、フィンの間隔が略同一（等間隔）であってもよい。
【００１１】
また、隣接する複数のフィンユニット間の間隔をδ、フィンの間隔をＢｗ、フィンの板厚をＢｆとした場合に、
【数１】
2011129823.tif 000003
の関係を満たすことが好ましい。この場合には、フィンの間隔以上となる冷媒の流路間隔を確実に確保することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、異物混入による目詰まりを防止し、冷却性能を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係る冷却装置を示す斜視図である。
【図２】図１に示す冷却装置に設けられるフィンを示す斜視図である。
【図３】図２に示すフィンを送流方向から見た図である。
【図４】フィンユニット同士の間隔を説明する図である。
【図５】第２実施形態に係る冷却装置に設けられるフィンを示す斜視図である。
【図６】図５に示すフィンを送流方向から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１５】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る冷却装置を示す斜視図である。同図に示すように、冷却装置１は、複数の半導体素子で形成された半導体チップ等を含んで構成された半導体モジュール（図示しない）を冷却するための装置であり、半導体モジュールに密接して設けられている。半導体素子としては、例えば電気自動車又はハイブリッド自動車のインバータに用いられる電力変換用の半導体素子（ＩＧＢＴ）である。冷却装置１を形成するケース２には、冷媒を流入させる流入管（図示しない）が接続される流入部３が設けられており、流入部３から流入した冷媒は、ケース２内を所定の方向に流れる。この冷却装置１には、複数（ここでは８つ）のフィンユニット（ストレートフィン）４〜１１が設けられている。
【００１６】
フィンユニット４，６，８，１０は、いずれも同形状を成し、フィンユニット５，７，９，１１は、いずれも同形状を成している。そこで、フィンユニット４，５を例にして具体的に説明する。図２は、冷却装置に設けられたフィンユニットを示す斜視図であり、図３は、図２に示すフィンユニットを送流方向から見た図である。各図に示すフィンユニット４，５は、冷却装置１のケース２内において、冷媒の流れ方向（以下、送流方向）に並設されている。フィンユニット４，５のそれぞれは、例えば金属板材からなり、プレス加工等により波状形状に形成されている。
【００１７】
フィンユニット４には、複数のフィン１５が所定のピッチ（間隔）で平行に形成されている。具体的には、フィン１５のそれぞれは、板厚Ｂｆ１が例えば０．２ｍｍであり、間隔Ｂｗ１が例えば１ｍｍである。このような構成により、フィンユニット４には、フィン１５によってトンネル状の流路が形成されている。
【００１８】
フィンユニット５には、複数のフィン１６が所定のピッチで平行に形成されている。具体的には、フィン１６のそれぞれは、板厚Ｂｆ２が例えば０．２ｍｍであり、間隔Ｂｗ２が例えば１ｍｍである。つまり、フィンユニット５のフィン１６の間隔Ｂｗ２は、フィンユニット４のフィン１５の間隔Ｂｗ１よりも小さく形成されている。このような構成により、フィンユニット５には、フィン１６によってトンネル状の流路が形成されている。
【００１９】
また、フィンユニット４及びフィンユニット５は、長手方向（フィン１５，１６の配置方向）の寸法が同等となっている。そのため、上記構成により、フィンユニット５のフィン１６は、フィンユニット４のフィン１５よりも多く形成されている。
【００２０】
上記構成を有するフィンユニット４及びフィンユニット５は、フィン１５及びフィン１６が送流方向に沿うと共に、長手方向の端部が送流方向においてそれぞれ揃うようにケース２に配置されている。これにより、図４に示すように、フィンユニット４のフィン１５とフィンユニット５のフィン１６とは、ピッチの差によって、その一部が送流方向に直交する方向（フィン１５，１６の配置方向）において互いにずれて配置（オフセット配置）されている。図４に示す例では、フィンユニット４のフィン１５がフィンユニット５のフィン１６に対して間隔Ｂｗ１の１／２だけオフセットされている。
【００２１】
また、図２及び図４に示すように、フィンユニット４とフィンユニット５とは、送流方向において所定の間隔δを設けて配置されている。この間隔δは、隣接するフィンユニット４のフィン１５とフィンユニット５のフィン１６との間の距離（隙間）である。具体的には、間隔δは、以下の式（１）により設定されている。
【数２】
2011129823.tif 000004
【００２２】
上記式（１）において、Ｂｗは、フィンの間隔であり、本実施形態では、フィンユニット５のフィン１６の間隔Ｂｗ２である。すなわち、間隔δの設定には、冷却装置１に配置されるフィンユニット４〜１１において、フィンの間隔が最小のものが用いられる。また、Ｂｆは、フィンユニットの板厚であり、本実施形態では、フィンユニット４のフィン１５の板厚Ｂｆ１、又は、フィンユニット５のフィン１６の板厚Ｂｆ２である。このように間隔δを設定し、フィンユニット４とフィンユニット５とを送流方向に離間して配置することにより、図４に示すように、フィンユニット４とフィンユニット５との間には、冷媒の流路間隔Ｂｗｄが確保されている。具体的には、流路間隔Ｂｗｄは、フィン１５の端部とフィン１６の端部との間の距離である。この流路間隔Ｂｗｄは、間隔Ｂｗ２と同等（Ｂｗｄ＝Ｂｗ２）となっている。
【００２３】
また、フィンユニット６，８，１０は、フィンユニット４と同様の構成を有しており、フィンユニット７，９，１１は、フィンユニット５と同様の構成を有している。そして、フィンユニットフィンユニット６，８，１０とフィンユニット７，９，１１とは、それぞれ間隔δを設けて送流方向に配置されている。したがって、フィンユニット６〜１１のそれぞれの間には、流路間隔Ｂｗｄが確保されている。
【００２４】
以上説明したように、本実施形態に係る冷却装置１では、例えば隣接するフィンユニット４，５同士の間における冷媒の流路間隔Ｂｗｄが、フィン１６の間隔Ｂｗ２以上となっている。つまり、フィンユニット４，５の間には、フィン１５の間隔Ｂｗ２以上の冷媒の流路が確保されている。これにより、冷媒に異物が混入した場合であっても、フィン１５，１６の間の流路を通過した異物は隣接するフィンユニット４，５同士の間を通過できるので、フィンユニット４，５同士の間において目詰まりが発生することを防止できる。さらに、目詰まりに起因する冷却効果の低下を防止でき、冷却性能を維持することができる。
【００２５】
また、フィン１５とフィン１６とがオフセット配置、つまりフィン１５，１６が冷却装置の送流方向において直線的に並んでいないため、ユニットフィン４〜１１を通る冷媒に対して攪拌作用が生じる。これにより、フィン１５，１６と冷媒との間の熱伝達効率が向上するため、冷却性能の向上を図ることができる。
【００２６】
また、隣接するフィンユニット４，５同士の間に間隔δを設けることにより目詰まりを防止できるので、目詰まりを防止すべくフィンの間隔が広く構成された従来のフィンユニットに比べて、同じ寸法においてフィン１５，１６の枚数を多く確保することができる。その結果、冷却性能の向上を図ることができる。
【００２７】
また、フィンユニット４，６，８，１０のフィン１５の間隔Ｂｗ１と、フィンユニット５，７，９，１１のフィン１６の間隔Ｂｗ２とが異なっているため、フィン１５，１６が送流方向に沿うようにそれぞれを配置するだけで、フィン１５とフィン１６とに容易にオフセットを設けることができる。
【００２８】
［第２実施形態］
続いて、第２実施形態に係る冷却装置について説明する。図５は、第２実施形態に係る冷却装置に設けられたフィンを示す斜視図であり、図６は、図５を送流方向から見た図である。各図に示すように、第２実施形態に係る冷却装置１Ａは、フィンユニット４Ａ，５Ａの形状が第１実施形態と異なっており、他の部分は第１実施形態と共通している。
【００２９】
図５及び図６に示すように、フィンユニット４Ａ，５Ａのそれぞれは、同形状を有している。つまり、フィンユニット４Ａ，５Ａは、フィン１５Ａ，１６Ａの間隔Ｂｗ１が同等となっている。このフィンユニット４Ａ，５Ａは、例えば上記フィンユニット４と同様の構成を有している。このようなフィンユニット４Ａ，５Ａは、送流方向に隣接して配置されており、フィン１５Ａ，１６Ａとの間には、送流方向に直交する方向にオフセットが設けられている。具体的には、フィン１５Ａとフィン１６Ａとは、例えばフィン１５Ａの間隔Ｂｗ１の１／２だけずれている。
【００３０】
また、フィンユニット４Ａ，５Ａとは、送流方向において間隔δが設けられている。この間隔δは、第１実施形態と同様に、隣接するフィンユニット４Ａのフィン１５Ａとフィンユニット５Ａのフィン１６Ａとの間の距離である。間隔δは、上記式（１）によって設定されている。このように間隔δを設定し、フィンユニット４Ａとフィンユニット５Ａとを離間して配置することにより、フィンユニット４Ａとフィンユニット５Ａとの間には、冷媒の流路間隔Ｂｗｄが確保されている。この流路間隔Ｂｗｄは、間隔Ｂｗ１と同等（Ｂｗ＝Ｂｗ１）となっている。
【００３１】
以上説明したように、冷却装置１Ａにおいても、第１実施形態と同様に、例えば隣接するフィンユニット４Ａ，５Ａ同士の間における冷媒の流路間隔Ｂｗｄが、フィン１６Ａの間隔Ｂｗ１以上となっている。これにより、冷媒に異物が混入した場合であっても、フィン１５Ａ，１６Ａの間の流路を通過した異物は隣接するフィンユニット４Ａ，５Ａ同士の間を通過できるので、フィンユニット４Ａ，５Ａ同士の間において目詰まりが発生することを防止できる。さらに、目詰まりに起因する冷却効果の低下を防止でき、冷却性能を維持することができる。また、フィン１５Ａとフィン１６Ａとがオフセット配置、つまりフィン１５Ａ，１６Ａが冷却装置の送流方向において直線的に並んでいないため、ユニットフィン４Ａ、５Ａを通る冷媒に対して攪拌作用が生じる。これにより、フィン１５Ａ，１６Ａと冷媒との間の熱伝達効率が向上するため、冷却性能の向上を図ることができる。
【００３２】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、波状形状のフィンユニット４〜１１を例示したが、フィンユニット４〜１１は、金属板がそれぞれ平行に配置されたものであってもよい。
【００３３】
また、上記実施形態では、流路間隔Ｂｗｄをフィンユニット５のフィン１６の間隔Ｂｗ２と同等としたが、流路間隔Ｂｗｄは、間隔Ｂｗ２よりも大きくてもよい。
【００３４】
また、間隔δは、間隔Ｂｗ（Ｂｗ２）と略等間隔（δ≒Ｂｗ）であってもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１，１Ａ…冷却装置、４〜１１，４Ａ，５Ａ…フィンユニット、１５，１６、１５Ａ，１６Ａ…フィン、Ｂｆ…板圧、Ｂｗ（Ｂｗ１，Ｂｗ２）…フィンの間隔、Ｂｗｄ…流路間隔、δ…フィンユニットの間隔。
【図１】
2011129823.tif 000006
【図２】
2011129823.tif 000007
【図３】
2011129823.tif 000008
【図４】
2011129823.tif 000009
【図５】
2011129823.tif 000010
【図６】
2011129823.tif 000011