(57)【要約】【課題】複数の素子を有する電子回路の冷却装置において、素子の冷却効率を向上させて、一つの素子あたり電流量を増大させて、素子数を減少させて、冷却装置をコンパクトに構成することを課題とする。【解決手段】冷却装置の構成単位である冷却ユニット１を、冷却部５および接続部４により構成し、冷却部５に冷媒注入用穴３を形成し、前記冷媒注入穴３に冷媒を注入し、冷却部５の表面に凸部となる接続部４を構成し、素子２を実装し、該冷却ユニット１を重ねて収納するハウジング１１により被装し、冷却部５の上部を冷却液により冷却する。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却部および接続部よりなる冷却ユニットにより構成される電子回路の冷却装置であって、
冷却ユニットの冷却部内に冷媒が封入される冷媒貯蔵空間を上下方向に設け、冷却部の下部に電子回路の素子を配設し、冷却部の上部を冷却液により冷却することを特徴とする電子回路の冷却装置。
【請求項２】
冷媒注入用穴を形成し、前記冷媒注入穴に冷媒を注入し、表面に凸部を構成し、素子を実装した冷却ユニットと該冷却ユニットを重ねて収納するハウジングケースとにより構成される電子回路の冷却装置であって、
前記冷却ユニットの凸部で区切られた領域を冷却液通路とするモジュール構造の冷却ユニットにより構成された電子回路の冷却装置。
【請求項３】
冷却部および接続部よりなる冷却ユニットにより構成される電子回路の冷却装置であって、
冷却部内部の上部から下部にわたって冷媒を還流する空間を設け、冷却部の下部側面に電子回路の素子を配設し、冷却部側面に直交する方向に接続部を突設した冷却ユニットを、複数個環状に接続することを特徴とする電子回路の冷却装置。
【請求項４】
冷却部および接続部よりなるＬ字状の冷却ユニットにより構成される電子回路の冷却装置であって、
冷却部の側面に接続部を設けた冷却ユニットの冷却部と接続部とを互いに当接接続することにより、複数個の冷却ユニットを接続し、冷却部の側面と接続部上面により冷却水経路を構成することを特徴とする電子回路の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子回路の冷却装置に関する。より詳しくは、冷媒および冷却水により素子を冷却するための電子回路の冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，半導体回路において、インバータなど大電流を制御する高出力のものでは、素子などでの熱損失が大きく、作動中に発熱する。電流量の増大に伴い発熱量が増大するため、素子への通電可能な電流量に制限がある。このため、複数の素子を並列にして使用する必要がある。
従来の素子の冷却構造としては、素子をはんだ付けにより絶縁基板上に配設し、この絶縁基板と放熱板とをはんだにより接続する。そして放熱板にシリコングリスを塗布して冷媒を保持する冷却ケースに取付けるものである。
この他にも、金属導体基板の表面に素子を配設し、この金属導体基板内に孔を設け、冷媒を流通させて、素子の冷却を行う構成も知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−８４４８３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，従来の冷却構成においても、素子の冷却能力が小さいため、素子温度の上昇が大きく、素子への通電可能な電流量に制限があり、複数の素子を並列にして使用する必要がある。さらに、特許文献１に示される技術においても、冷媒の供給量を十分に大きくする必要があり、装置が大掛かりになるとともに、一つの素子に流通する電流量を増やす場合には、電子回路の冷却機構が大きくなり、電子回路を含む装置をコンパクトに構成することが困難になる。このため、半導体回路の冷却装置について，冷却性能を良くするとともに，コンパクト化が容易な冷却装置が望まれている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決すべく、本発明は次のような手段を用いる。
請求項１に記載のごとく、冷却部および接続部よりなる冷却ユニットにより構成される電子回路の冷却装置であって、冷却ユニットの冷却部内に冷媒が封入される冷媒貯蔵空間を上下方向に設け、冷却部の下部に電子回路の素子を配設し、冷却部の上部を冷却液により冷却する。
【０００６】
請求項２に記載のごとく、冷媒注入用穴を形成し、前記冷媒注入穴に冷媒を注入し、表面に凸部を構成し、素子を実装した冷却ユニットと該冷却ユニットを重ねて収納するハウジングケースとにより構成される電子回路の冷却装置であって、前記冷却ユニットの凸部で区切られた領域を冷却液通路とするモジュール構造の冷却ユニットにより構成する。
【０００７】
請求項３に記載のごとく、冷却部および接続部よりなる冷却ユニットにより構成される電子回路の冷却装置であって、冷却部内部の上部から下部にわたって冷媒を還流する空間を設け、冷却部の下部側面に電子回路の素子を配設し、冷却部側面に直交する方向に接続部を突設した冷却ユニットを、複数個環状に接続する。
【０００８】
請求項４に記載のごとく、冷却部および接続部よりなるＬ字状の冷却ユニットにより構成される電子回路の冷却装置であって、冷却部の側面に接続部を設けた冷却ユニットの冷却部と接続部とを互いに当接接続することにより、複数個の冷却ユニットを接続し、冷却部の側面と接続部上面により冷却水経路を構成する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
図１はヒートパイプユニットの斜視図、図２は同じく平面図、図３は同じく側面図、図４はヒートパイプユニットの斜視一部断面図、図５は素子の冷却構成を示す模式図である。
電子回路の冷却装置は冷却ユニットであるヒートパイプユニット１を複数個組み合わせることにより構成されるものであり、ヒートパイプユニット１は、冷却部５および接続部４とにより構成される。ヒートパイプユニット１は側面視で時計回りに９０度回転したＴ字状、もしくはＩ字状部材の上端部にＬ字状部材を接続した形状に構成されている。ヒートパイプユニット１において、上下方向に延出された部分が冷却部５であり、冷却部５より水平方向に突出した部分が接続部４である。
【００１０】
冷却部５は底面が長方形の柱状体により構成されており、冷却部５内部には冷媒注入穴３が設けられており、冷媒注入穴３は内部に冷媒を注入した後に閉じられ、冷媒が冷媒注入穴３内に封入される。冷却部５下部の一側面には素子２が配設されており、冷却部５内部の冷媒注入穴３を介して反対側にも素子２が配設されている。冷却部５は熱伝導性の高い物質により構成されており、素子２よりの熱を迅速に吸収可能に構成されている。冷却部５に用いる物質としてはアルミニュームや銅などを用いることが出来る。また、冷媒としてはフロンや水など素子の使用温度域において素子を冷却可能なものを用いることができるものである。
冷却部５には長手方向（上下方向）に沿って冷媒注入穴３が構成されており、素子２の配置位置の高さ付近まで冷媒により満たされる。冷媒注入穴３は冷却部５の長手に沿って並行に複数個配設されており、冷却部５は長手方向を上下方向に配設するものである。
素子２は絶縁基板上にはんだ付けされており、この絶縁基板が冷却部５にはんだ付けされている。これにより、素子２よりの熱を効率的に冷却部５に伝えることが出来る。
【００１１】
接続部４は冷却部５より突出した凸部により構成されており、接続部４と冷却部５の側面とは直交した構成となっている。そして、ヒートパイプユニット１を複数個重ね合わせた際には、接続部４が冷却部５に当接する構成となっている。接続部４は隣接したヒートパイプユニット１の冷却部５に隙間無く接続する構成となっており、冷却部５および接続部４により冷却液回路が構成される構成となっている。接続部４も冷却部５と同様に、熱伝導性の高い物質により構成されており、冷却部５よりの熱を迅速に吸収して放熱可能に構成されている。
【００１２】
図５に示すごとく、ヒートパイプユニット１において、冷媒注入穴３を上下方向に配設し、冷媒注入穴３内に冷媒を封入し、冷却部５の下部に素子２を配設するので、素子２の熱を冷却部５と冷媒注入穴３により吸収して冷却水に熱を効率的に伝達できるものである。ここにおいて、冷媒注入穴３はヒートパイプとして作用するものである。
素子２が発熱すると、熱が冷却部５および冷媒注入穴３内の冷媒に伝達される。そして、冷媒の潜熱により冷却部５の下部が冷却され、蒸発した冷媒はヒートパイプユニット１の上部において凝縮して液体となり、下部に戻る。ヒートパイプユニット１の上部には冷却水が接触しており、冷却部５の冷却を行う。このため、冷媒注入穴３内の冷媒が冷却液化される。これにより、素子２の発熱を効率的に吸収し、ヒートユニット１の外面に接触する冷却水に熱を放出することができる。
また、冷媒注入穴３を上下方向に配設するので、蒸発した冷媒の上部への導入および液化した冷媒の下部への戻しに重力を利用でき、ヒートパイプユニット１を簡便な構成とすることができる。
【００１３】
図６はヒートパイプユニットとハウジングケースを示す斜視図、図７は収納状態のヒートパイプユニットとハウジングケースを示す斜視図、図８は冷却水経路の構成を示す断面図である。
電子回路の冷却装置は、複数個のヒートパイプユニット１・１・・と、ヒートパイプユニット１・１・・を収納するハウジングケースとにより構成されている。
ヒートパイプユニット１は接続部４を同一方向に向けて配設され、接続部４の先端を冷却部５に当接させるものである。ヒートパイプユニット１・１・・は各ヒートパイプユニット１の冷却部５が平行に維持された状態で、ハウジングケース内に収納される。
【００１４】
ハウジングケースは側部蓋体１１・１１、前部蓋体１２、蓋体１３・１３、そしてヒートパイプユニット１の外形と同一形状の後部蓋体１７により構成されている。前後方向に束ねられたヒートパイプユニット１・１・・の側部は側部蓋体１１・１１により覆われており、側部蓋体１１にはヒートパイプユニット１の側面形状に沿った突出部１１ｂが構成されている。接続部４より上に位置する突出部１１ｂは、１つおきに、欠けた構成となっている。そして、突出部１１ｂにおいて欠けた部分は左右の側部蓋体１１・１１において互い違いに構成されている。突出部１１ｂの欠けた部分は、冷却水の経路となるものである。なお、側部蓋体１１の端部においては、突起部は前部蓋体１２と後部蓋体１７の側面形状に沿った構成となっている。そして、前部を前部蓋１２により、後部を後部蓋体１７により、上部および下部を蓋体１３・１３により覆うものである。
【００１５】
これにより、ヒートパイプユニット１の上部を通る冷却経路を容易に構成するとともに、一つの冷却経路によりハウジングケース内の全てのヒートパイプユニット１・１・・を冷却可能にする。なお、ヒートパイプユニット１の下部において、全てのヒートパイプユニット１・１・・を通る冷却風経路を構成することも可能である。
冷却水経路１５は、図８に示すごとく、冷却部５の上部および接続部４の上面により構成され、上面を蓋体１３により覆われるものである。ヒートパイプとなる冷媒注入穴３は素子２の配設位置の下から接続部４の上方まで設けられており、上開口部を封止体１４により閉じられている。このため、冷媒注入穴３内に封入された冷媒の蒸気を、冷却水経路１５をとおる冷却水により効率的に冷却できるものである。
このように、簡便な形状のヒートパイプユニット１により、冷却効率の高い電子回路の冷却装置を構成できるものである。
【００１６】
図９は第二実施例におけるヒートパイプユニットを示す斜視図、図１０は同じく平面図、図１１は同じく側面図、図１２はヒートパイプユニットを組んだ状態を示す斜視図である。
第二実施例において、ヒートパイプユニット２１は底面を二等辺台形形状とする柱状体により構成されている。ヒートパイプユニット２１の下部外側面には素子２が配設されており、内部には上下方向に冷媒注入穴３が１つ又は複数個設けられるものである。冷媒注入穴３は素子２の配置位置より下方から上方に向け設けられヒートパイプユニット２１の上面において開口している。冷媒注入穴３は開口部を閉じて、内部に冷媒を封入する構成となっている。
【００１７】
ヒートパイプユニット２１は６つを組み合わせることにより、図１２に示すごとく、１つの電子回路冷却装置を構成するものである。ヒートパイプユニット２１の側面は前後面に対して６０度の角度をなしており、６つのヒートパイプユニット２１を組み合わせ、中空六角柱形状の冷却装置が構成されるものである。本実施例においては、素子２がヒートパイプユニット２１の外側に配設されており、六角柱の外側に位置する。そして、中空六角柱の内側に冷却水を導入することができるものである。素子２はヒートパイプユニット２１により冷却水から隔離され、冷却効率が高くコンパクトな冷却装置を構成することができる。また、素子２を外側に配設することにより、素子を含む電子回路のメンテナンス性を向上できる。このほかに、素子２を六角柱の内側に配置し、素子２をヒートパイプユニット２１により物理的に保護するとともに、冷却水の接触面積を大きくとることも可能である。
【００１８】
次に、第三実施例について説明する。
図１３は第三実施例のヒートパイプユニットの平面図、図１４は同じく斜視図、図１５において第三実施例の冷却装置における冷却水経路の構成の平面図を示す。
第３実施例において、ヒートパイプユニット３１は冷却部３２および隔壁３４により構成されている。冷却部３２は底面を二等辺台形形状とする柱状体により構成されており、隔壁３４は底面を二等辺台形形状とする板状体により構成されている。隔壁３４は冷却部３２の上下方向中央部もしくは上部において一側面より突出した状態で配設されている。隔壁３４の斜めに構成された側面（図１３中の上に向いた面と下に向いた面）は冷却部３２の斜め側面に沿った形状となっている。これにより、２つのヒートパイプユニット３１を隣接させた場合に、冷却部３２および隔壁３４の側面が互いに一致する構成となっている。
【００１９】
冷却部３２の下部には素子２・２が配設されており、内部には上下方向に冷媒注入穴３が１つ又は複数個設けられるものである。冷媒注入穴３は素子２の配置位置より下方から上方に向け設けられヒートパイプユニット３１の上面において開口している。冷媒注入穴３は開口部を閉じて、内部に冷媒を封入する構成となっている。
【００２０】
ヒートパイプユニット３１は６つを組み合わせることにより、図１５に示すごとく、１つの電子回路冷却装置を構成するものである。隔壁３４を内側にして円周上に配設することにより、６つのヒートパイプユニット３１を１つの電子回路冷却装置とすることが可能である。ヒートパイプユニット３１の側面は前後面に対して６０度の角度をなしており、６つのヒートパイプユニット３１を組み合わせ、中空の六角柱が構成される。隔壁３４により中央部に六角形状の開口部が構成される。この開口部に冷却水配管おおよび冷却水経路の内側隔壁を構成することにより、冷却水を６つのヒートパイプユニット３１の内側側面に沿って流すことができるものである。すなわち、隔壁３４の先端部に垂直方向の隔壁を配設することにより、組み合わせられたヒートパイプユニット３１・３１・・において容易に冷却水経路を構成し、ヒートパイプユニット３１の冷却を円滑に行うことが出来るものである。
図１５において、冷却水の流れの一例を矢印により示した。中央の開口部に沿って配設された冷却水の隔壁と冷却部３２との間に冷却水が流され、冷却水がヒートパイプユニット３１の上部に沿って流れ、ヒートパイプユニットを効率的に冷却することができるものである。ヒートパイプユニット３１を円状に配設するので、円滑な冷却水経路を構成できる。
なお、冷却水の供給方法はヒートパイプユニット３１を冷却可能であればよく、特に限定されるものではない。
【００２１】
次に、第四実施例について説明する。
図１６は第四実施例のヒートパイプユニットの斜視図、図１７は同じく平面図を示す。
第四実施例において、ヒートパイプユニット４１は、Ｌ字状とされ、冷却部４２と接続部４４が一体化されている。ヒートパイプユニット４１は、平面視Ｌ字状に構成された部材を上下方向に延出した部分と、該部分の上下中途位置において一体的に設けた接続部４４とにより構成されている。接続部４４は、平面視２辺に囲まれた部位に設けられている。
ヒートパイプユニット４１の上部は、冷却部４２となっており、冷却部４２には冷媒注入穴３が形成され、外側面には素子２が配設されている。
冷却部４２の内側面には接続部４４が一体的に配設され、ヒートパイプユニット４１・４１を図１７に示すごとく、対向させてヒートパイプユニット４１・４１により囲まれた接続部４４上に冷却水経路１５が構成される。
このため、図１７に示すように、前記ヒートパイプユニット４１の冷媒注入穴３に封入された冷媒蒸気を冷却水経路１５内の冷却水により効果的に冷却することができる。
ヒートパイプユニット４１をＬ字状のシンプルな構成とし、これを互いに対向させて接続部４４を当接接合することで冷却装置を構成できる。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１に記載のごとく、冷却部および接続部よりなる冷却ユニットにより構成される電子回路の冷却装置であって、冷却ユニットの冷却部内に冷媒が封入される冷媒貯蔵空間を上下方向に設け、冷却部の下部に電子回路の素子を配設し、冷却部の上部を冷却液により冷却するので、冷却効率の高い冷却ユニットを簡便に構成でき、冷却装置の整備性および耐久性を向上できる。そして、複数の素子を用いる電子回路をコンパクトに構成できる。
【００２３】
請求項２に記載のごとく、冷媒注入用穴を形成し、前記冷媒注入穴に冷媒を注入し、表面に凸部を構成し、素子を実装した冷却ユニットと該冷却ユニットを重ねて収納するハウジングケースとにより構成される電子回路の冷却装置であって、前記冷却ユニットの凸部で区切られた領域を冷却液通路とするモジュール構造の冷却ユニットにより電子回路の冷却装置を構成するので、高い冷却効率を有する電子回路の冷却装置を構成するユニットを簡便に構成可能であり、電子回路および冷却装置の整備および補修を容易に行うことができる。
さらに、冷却装置の冷却効率を向上できるので、素子への通電可能な電流量を増大可能となり、素子数を減少させ、省スペースおよび低コスト化を図れる。
【００２４】
請求項３に記載のごとく、冷却部および接続部よりなる冷却ユニットにより構成される電子回路の冷却装置であって、冷却部内部の上部から下部にわたって冷媒を還流する空間を設け、冷却部の下部側面に電子回路の素子を配設し、冷却部側面に直交する方向に接続部を突設した冷却ユニットを、複数個環状に接続するので、電子回路および冷却装置のバリエーションを多彩にすることが可能である。そして、複数の素子を用いる電子回路および冷却装置をコンパクトに構成できる。
【００２５】
請求項４に記載のごとく、冷却部および接続部よりなるＬ字状の冷却ユニットにより構成される電子回路の冷却装置であって、冷却部の側面に接続部を設けた冷却ユニットの冷却部と接続部とを互いに当接接続することにより、複数個の冷却ユニットを接続し、冷却部の側面と接続部上面により冷却水経路を構成するので、冷却装置を簡便に構成するとともに、冷却効率を向上できる。さらに、複数の素子を用いる電子回路をコンパクトに構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ヒートパイプユニットの斜視図。
【図２】同じく平面図。
【図３】同じく側面図。
【図４】ヒートパイプユニットの斜視一部断面図。
【図５】素子の冷却構成を示す模式図。
【図６】ヒートパイプユニットとハウジングケースを示す斜視図。
【図７】収納状態のヒートパイプユニットとハウジングケースを示す斜視図。
【図８】冷却水経路の構成を示す断面図。
【図９】第二実施例におけるヒートパイプユニットを示す斜視図。
【図１０】同じく平面図。
【図１１】同じく側面図。
【図１２】ヒートパイプユニットを組んだ状態を示す斜視図。
【図１３】第三実施例のヒートパイプユニットの平面図。
【図１４】同じく斜視図。
【図１５】第三実施例の冷却装置における冷却水経路の構成を示す平面図。
【図１６】第四実施例のヒートパイプユニットの斜視図。
【図１７】同じく平面図。
【符号の説明】
１    ヒートパイプユニット
２    素子
３    冷媒注入穴
４    接続部
５    冷却部
１１    側部蓋体
１２    前部蓋体
１３    蓋体
１４    封止体
１５    冷却水経路
１７    後部蓋体
【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】
2004349307.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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