(57)【要約】【課題】半導体冷却装置において、簡素な構成で冷媒の圧力損失を低減しつつ複数の半導体部材を確実に冷却する。【解決手段】半導体冷却装置１０を構成するケーシング１６には、冷却液の供給される供給口１２と該冷却液の排出される排出口１４とが同一の通路断面積で同一方向に開口すると共に、供給通路１８と排出通路２０とを接続する複数の冷却流路２２に臨むように複数の第１〜第３半導体部材Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が配置される。また、供給通路１８の長手方向において、最も発熱量の大きな第１半導体部材Ｐ１を、供給口１２及び排出口１４側となる手前側に配置し、該第１半導体部材Ｐ１より発熱量の小さな第２半導体部材Ｐ２、第３半導体部材Ｐ３を、順番に前記手前側と反対側となる奥側に向けて順番に配置する。【選択図】図２
2019029539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒の供給される供給通路と該冷媒の排出される排出通路とを有したケーシングを備え、前記冷媒との熱交換によって複数の半導体部材を冷却する半導体冷却装置において、
前記ケーシングは、前記供給通路と前記排出通路とが同一方向に開口し、且つ、同一の通路断面積で形成されると共に、前記供給通路と前記排出通路とを接続する複数の冷却流路を有し、複数の半導体部材は、前記供給通路に沿って流れる前記冷媒の流通方向上流側に発熱量の大きな半導体部材が配置され、流通方向下流側に前記発熱量の小さな半導体部材が配置されることを特徴とする半導体冷却装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体冷却装置において、
前記半導体部材が、複数の冷却流路に跨るように配置されることを特徴とする半導体冷却装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の半導体冷却装置において、
前記半導体部材が、前記冷却流路の流れ方向に沿って複数配置されることを特徴とする半導体冷却装置。
【請求項４】
請求項３記載の半導体冷却装置において、
前記冷却流路の流れ方向に沿った上流側に発熱量の大きな半導体部材が配置されることを特徴とする半導体冷却装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体冷却装置において、
前記複数の冷却流路は、それぞれ同一の流路断面積で形成されることを特徴とする半導体冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の流路を流れる冷媒との熱交換を行うことで半導体部材を冷却することが可能な半導体冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、インバータ回路等を構成する半導体部材を冷却するための半導体冷却装置が知られており、このような半導体冷却装置は、例えば、特許文献１に開示されるように、複数の冷媒チューブが並列に設けられ、その一端部が入口ヘッダに接続され他端部が出口ヘッダと接続されている。入口ヘッダ及び出口ヘッダは、それぞれ長手方向に沿った管状に形成され同一方向に開口すると共に、内部に冷媒流路が形成される。また、出口ヘッダにおける冷媒流路の断面積が、入口ヘッダにおける冷媒流路の断面積の１．５倍となるように大きく形成されている。
【０００３】
そして、入口ヘッダに供給された冷媒は、冷媒流路に沿って流れることで複数の冷媒チューブに分配され、この冷媒チューブの間に配置された半導体部材との間で熱交換がなされて該半導体部材が冷却された後、出口ヘッダの冷媒流路へと流れる。また、出口ヘッダの断面積に対して入口ヘッダの通路断面積を小さくすることで冷媒の流速を高め、複数の冷媒チューブを流れる冷媒の流通量のばらつきを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２１０８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１の半導体冷却装置では、出口ヘッダの通路断面積と比較し入口ヘッダの通路断面積が小さいため、内部の圧力損失が大きくなり、それに伴って、冷媒の流通抵抗が増加すると共に、該冷媒を供給するためのポンプの負荷が増加してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、簡素な構成で冷媒の圧力損失を低減しつつ複数の半導体部材を確実に冷却することが可能な半導体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】
【０００７】
前記の目的を達成するために、本発明は、冷媒の供給される供給通路と冷媒の排出される排出通路とを有したケーシングを備え、冷媒との熱交換によって複数の半導体部材を冷却する半導体冷却装置において、
ケーシングは、供給通路と排出通路とが同一方向に開口し、且つ、同一の通路断面積で形成されると共に、供給通路と排出通路とを接続する複数の冷却流路を有し、複数の半導体部材は、供給通路に沿って流れる冷媒の流通方向上流側に発熱量の大きな半導体部材が配置され、流通方向下流側に発熱量の小さな半導体部材が配置されることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、半導体冷却装置を構成するケーシングには、同一の通路断面積で形成される供給通路及び排出通路が同一方向に開口すると共に、供給通路と排出通路とが複数の冷却流路で接続されている。そして、複数の半導体部材は、供給通路に沿って流れる冷媒の流通方向上流側に発熱量の大きな半導体部材が配置され、流通方向下流側に発熱量の小さな半導体部材が配置される。
【０００９】
従って、複数の半導体部材のうち、発熱量の大きな半導体部材を冷媒の最も流れやすい供給通路に沿った流通方向上流側へ配置し、発熱量が小さくなるにつれ流通方向下流側へと配置し、且つ、供給通路と排出通路との通路断面積を同一とすることで、簡素な構成で冷媒の圧力損失を低減しつつ、発熱量の異なる複数の半導体部材をそれぞれ確実に冷却することができる。
【００１０】
また、半導体部材を、複数の冷却流路に跨るように配置するとよい。
【００１１】
さらに、半導体部材を、冷却流路の流れ方向に沿って複数配置するとよい。
【００１２】
さらにまた、冷却流路の流れ方向に沿った上流側に発熱量の大きな半導体部材を配置するとよい。
【００１３】
またさらに、複数の冷却流路をそれぞれ同一の流路断面積で形成するとよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００１５】
すなわち、半導体冷却装置を構成するケーシングは、同一の通路断面積で形成された供給通路及び排出通路を同一方向に開口させると共に、複数の半導体部材のうち、発熱量の大きな半導体部材を供給通路に沿って流れる冷媒の流通方向上流側に配置し、発熱量の小さな半導体部材を流通方向下流側に配置するという簡素な構成で、冷媒の圧力損失を低減しつつ発熱量の異なる複数の半導体部材を確実に冷却することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体冷却装置の外観斜視図である。
【図２】図１に示す半導体冷却装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係る半導体冷却装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係る半導体冷却装置を示す。
【００１８】
この半導体冷却装置１０は、図１及び図２に示されるように、冷却水等の冷却液（冷媒）の供給される供給口（開口部）１２と前記冷却液の排出される排出口（開口部）１４とを有した箱状のケーシング１６を備える。
【００１９】
このケーシング１６は、その一側部に供給口１２及び排出口１４が同一方向となるように開口し、前記供給口１２と前記排出口１４とが幅方向（矢印Ａ方向）に沿って所定間隔離間して略水平となるように配置される。供給口１２は、例えば、図示しないポンプから冷却液の供給される供給配管（図示せず）と接続されると共に、長手方向（矢印Ｂ１、Ｂ２方向）に沿って延在した供給通路１８と連通している。
【００２０】
排出口１４は、例えば、冷却液が排出される排出配管（図示せず）に接続されると共に、長手方向（矢印Ｂ１、Ｂ２方向）に沿って延在した排出通路２０と連通している。なお、排出通路２０は、供給通路１８と平行に設けられる。
【００２１】
また、供給口１２を含む供給通路１８と排出口１４を含む排出通路２０とは同一の通路断面積で形成される。
【００２２】
この供給通路１８と排出通路２０との間には、ケーシング１６の幅方向（矢印Ａ方向）に沿って略水平に延在する複数の冷却流路２２が設けられる。この冷却流路２２は、例えば、断面波状に折曲されたフィンから形成され、その頂部がそれぞれケーシング１６の上面及び下面に当接すると共に、前記供給通路１８及び前記排出通路２０の長手方向（矢印Ｂ１、Ｂ２方向）に沿って互いに等間隔離間するように設けられる。
【００２３】
そして、冷却流路２２は幅方向（矢印Ａ方向）に沿って延在し、その一端部が供給通路１８と連通すると共に、他端部が排出通路２０と連通している。
【００２４】
一方、ケーシング１６の上面には、冷却の必要とされる複数の第１〜第３半導体部材Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が冷却流路２２に臨むように設けられる。なお、ここでは、それぞれ一組ずつとなる合計６個の半導体部材がケーシング１６に設置される場合について説明する。
【００２５】
この第１〜第３半導体部材Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、例えば、ケーシング１６の供給通路１８及び排出通路２０の長手方向（矢印Ｂ１、Ｂ２方向）に沿って互いに所定間隔離間するように配置され、作動時において最も発熱量の大きい第１半導体部材Ｐ１が供給通路１８の上流側（手前側、矢印Ｂ１方向）、最も発熱量の小さい第３半導体部材Ｐ３が前記供給通路１８の下流側（奥側、矢印Ｂ２方向）に配置されると共に、第１半導体部材Ｐ１と第３半導体部材Ｐ３との中間の発熱量となる第２半導体部材Ｐ２が、前記第１半導体部材Ｐ１と前記第３半導体部材Ｐ３との間となる前記供給通路１８の中間位置近傍に臨むように配置される。
【００２６】
すなわち、発熱量の最も大きな半導体部材が供給口１２及び排出口１４側（矢印Ｂ１方向）に配置され、この発熱量が小さくなるにつれて前記供給口１２及び排出口１４から離間するように奥側（矢印Ｂ２方向）に向かって順番に配置される。
【００２７】
また、一組の第１〜第３半導体部材Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、それぞれケーシング１６の幅方向（矢印Ａ方向）において互いに離間するように冷却流路２２に沿って供給通路１８側（矢印Ａ２方向）及び排出通路２０側（矢印Ａ１方向）となるように並列に配置される。
【００２８】
さらに、第１〜第３半導体部材Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、図２に示されるように、それぞれ複数の冷却流路２２に跨るように配置されている。
【００２９】
本発明の実施の形態に係る半導体冷却装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
【００３０】
図示しないポンプ等の冷却液供給手段から供給配管を通じて供給口１２へと冷却液が供給され、供給通路１８を通じてケーシング１６の奥側（矢印Ｂ２方向）へと流れる。
【００３１】
この場合、供給通路１８から複数の冷却流路２２へとそれぞれ冷却液が流れるが、供給口１２から奥側へと供給通路１８が長くなるにつれて冷却液が流れにくくなるため、この冷却液は、供給通路１８において手前側（矢印Ｂ１方向）となる冷却流路２２へと流れやすく、奥側（矢印Ｂ２方向）に向かって徐々に冷却流路２２へと流れる冷却液が減少していく。
【００３２】
換言すれば、図２に示されるように、複数の冷却流路２２において、供給口１２側に流れる冷却液の流量Ｃ１が最大となり、奥側に向かって徐々に流量Ｃ２へと減少していき、最も前記奥側（矢印Ｂ２方向）となる冷却流路２２の流量Ｃ３が最小となる。
【００３３】
そして、複数の冷却流路２２に流入した冷却液は排出通路２０側（矢印Ａ１方向）へとそれぞれ流れると同時に、該冷却流路２２に跨るように配置された第１〜第３半導体部材Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３で発生した熱とケーシング１６を介して冷却液との間で熱交換がなされる。これにより、第１〜第３半導体部材Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が冷却されると共に冷却液が加熱される。
【００３４】
この際、冷却液の流量が最大となる手前側の冷却流路２２に臨むように発熱量の大きな第１半導体部材Ｐ１が設けられているため、流量Ｃ１の冷却液によって効率的に冷却することが可能となり、発熱量が最も小さな第３半導体部材Ｐ３が、奥側で少なめの流量Ｃ３の冷却液によって冷却される。また、第２半導体部材Ｐ２は、流量Ｃ１と流量Ｃ３との中間程度となる流量Ｃ２の冷却液によって冷却される。
【００３５】
最後に、熱交換のなされた冷却液が各冷却流路２２から排出通路２０へとそれぞれ流通し、合流した後に排出口１４から図示しない排出配管へと排出される。なお、この冷却液は、半導体冷却装置１０の外部において、再び冷却された後に冷却液供給手段から供給通路１８へと供給され循環する。
【００３６】
以上のように、本実施の形態では、複数の第１〜第３半導体部材Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を冷却する半導体冷却装置１０において、冷却液の供給される供給口１２と、該冷却液の排出される排出口１４とを同一の通路断面積で、且つ、ケーシング１６における同一方向（矢印Ｂ１方向）に開口させ、作動時における発熱量が最も大きな第１半導体部材Ｐ１を最も供給口１２に近い手前側（矢印Ｂ１方向）に配置し、該第１半導体部材Ｐ１よりも発熱量の小さい順に第２半導体部材Ｐ２、第３半導体部材Ｐ３を奥側（矢印Ｂ２方向）へと配置する。
【００３７】
換言すれば、供給通路１８を流れる冷媒の流通方向において、その上流側（矢印Ｂ１方向）に発熱量の大きな第１半導体部材Ｐ１を配置し、下流側には、前記第１半導体部材Ｐ１よりも発熱量の小さい第２半導体部材Ｐ２、第３半導体部材Ｐ３を前記下流側に向かって順番に配置する。
【００３８】
これにより、供給通路１８と排出通路２０とを繋ぐ複数の冷却流路２２において、最も供給口１２に近く冷却液の流れやすい手前側の冷却流路２２に臨むように発熱量の大きな第１半導体部材Ｐ１を設け、冷却液の流量が減少していく奥側に向かって発熱量の小さな第２半導体部材Ｐ２、第３半導体部材Ｐ３を順番に配置するという簡素な構成で、それぞれ発熱量に応じた流量の冷却液で第１〜第３半導体部材Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の熱を確実且つ効率的に冷却することができる。
【００３９】
すなわち、ケーシング１６の長手方向（矢印Ｂ１、Ｂ２方向）に沿って異なる冷却流路２２への冷却液の流量に応じて、発熱量の異なる第１〜第３半導体部材Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を配置することで効率的に冷却可能である。
【００４０】
また、ケーシング１６において、冷却液の供給される供給通路１８と該冷却液の排出される排出通路２０とを同一の通路断面積で形成しているため、入口ヘッダの通路断面積に対して出口ヘッダの通路断面積を大きく設定している従来技術に係る半導体冷却装置と比較し、冷却液の圧力損失を低減することが可能となり、例えば、冷却液を供給するためのポンプ等の冷却液供給手段への負荷が軽減される。
【００４１】
さらに、第１〜第３半導体部材Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を、それぞれ複数の冷却流路２２に跨るように配置することで、複数の冷却流路２２を流れる冷却液によって効率的に前記第１〜第３半導体部材Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を冷却することが可能となる。
【００４２】
さらにまた、第１〜第３半導体部材Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３をケーシング１６の幅方向（矢印Ａ方向）に沿って一組ずつ配置する際、例えば、一組の第１〜第３半導体部材Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３において発熱量がそれぞれ異なる場合には、より発熱量の大きな一方の半導体部材Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３をそれぞれ供給通路１８側（矢印Ａ２方向）となる上流側に配置するとよい。これにより、供給通路１８から供給された直後のより冷却された冷却液によって、発熱量の大きな一方の半導体部材Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３をより一層効率的に冷却することが可能となる。
【００４３】
また、上述した半導体冷却装置１０では、供給通路１８及び排出通路２０の長手方向（矢印Ｂ１、Ｂ２方向）に沿って発熱量の異なる３種類の第１〜第３半導体部材Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を設ける場合について説明したが、これに限定されるものではなく、発熱量の異なる少なくとも２種類の半導体部材が長手方向に沿って配置される構成であればよい。
【００４４】
さらに、第１〜第３半導体部材Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を幅方向（矢印Ａ方向）となる冷却流路２２に沿って一組ずつ配置する場合に限定されるものではなく、それぞれ単一の半導体部材を設けるようにしてもよいし、２つ以上の半導体部材を幅方向に沿って設けるようにしてもよい。
【００４５】
さらにまた、同一の発熱量となる複数の半導体部材をまとめて１つの群とした場合には、例えば、発熱量の大きな半導体部材の群を供給通路１８に沿った上流側（矢印Ｂ１方向）に配置し、該発熱量の小さな半導体部材の群を前記供給通路１８に沿った下流側（矢印Ｂ２方向）となるように配置するとよい。
【００４６】
なお、本発明に係る半導体冷却装置は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【符号の説明】
【００４７】
１０…半導体冷却装置                １２…供給口
１４…排出口                        １６…ケーシング
１８…供給通路                      ２０…排出通路
２２…冷却流路                      Ｐ１…第１半導体部材
Ｐ２…第２半導体部材                Ｐ３…第３半導体部材
【図１】
2019029539.tif 000003
【図２】
2019029539.tif 000004