(57)【要約】【課題】内部に冷却液を貫流させる形式の冷却体において、冷却液の流量を増加させることなく冷却能力を高めることのできる冷却体を提供することを目的とする。【解決手段】発熱体に接触され、内部に冷却液の貫流する貫流路を設けた冷却体において、この冷却体の発熱体との接触面となる対向する両面の間に、冷却液がその一方端からこの両面の各面に交互に接触するように流れの方向を接触面に垂直な方向と平行な方向に変更しながら他方端へ貫流するジグザグ状の貫流路を設ける。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体と接触し、内部に冷却液の貫流する貫流路を備えた冷却体において、前記貫流路の対向する１対の面間に、冷却液がその一方端からこの１対の面の各面に交互に接触するように流れの方向をこの面に垂直な方向と平行な方向に変更しながら他方端へ貫流するジグザグ状の貫流路を設けたことを特徴とする冷却体。
【請求項２】
請求項１記載の冷却体において、上下両面が開口された箱状の容器の内室をこの上下開口面に対して垂直な複数の仕切板により仕切って複数の小室を形成した本体と、この本体の上下開口面に被せられ、その内面に前記仕切板の幅と等しい長さの棒状片からなる突起と、間隔をおいて直線的に配置された複数の小片からなる突起とが交互に前記仕切板と同一の間隔で配設され、外面を発熱体との接触面とした上・下接触板とを一体的に接合して本体内部にジグザグ状の冷却液の貫流路を形成したことを特徴とする冷却体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内部に冷却液が貫流する貫流路を設けた、例えば電力用の半導体素子等の発熱体の冷却に使用する冷却体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の冷却体として従来から特許文献１に記載されるような冷却体が知られている。図５ないし図７にこの従来の冷却体を示す。
【０００３】
図５において、１は冷却体であり、電力用半導体素子７と交互に積層してスタック２７を構成する。このスタック２７は、両端から数トンの力で押圧することにより、冷却体１と半導体素子７とを加圧接触させている。また、冷却体１は、冷却液を通流させるための絶縁パイプ２８を介して相互に接続されている。
【０００４】
このように構成されたなスタック２７においては、水等の冷却液を、循環ポンプ３１により、絶縁主パイプ２９、冷却体１、絶縁パイプ２８、熱交換器３０により形成された循環路に循環させ、冷却体１を貫流される冷却液により半導体素子７の冷却を行う。
【０００５】
冷却体１は、図６および図７に示すように構成されている。図６は冷却体１の外観を示す斜視図、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、冷却体１の内部構造を示す各部の断面図である。これらの図に示すように、冷却体１は、熱伝導性および導電性の優れた、例えば銅又はアルミニウム等の金属により平板状の本体１１が形成され、その対向する両主面１２、１３を半導体素子等の発熱体との接触面とする。本体１１の内部に冷却液の貫流する連続した貫流路１４が設けられ、その両端部に絶縁パイプ２８または絶縁主パイプ２９を接続するための口出し部１５、１６が設けられている。
【０００６】
本体１１の内部の貫流路１４は、図７（ａ）に示すように、本体１の接触面１２、１３と平行な面内で２重の渦巻状に形成され、その両端が口出し部１５、１６に接続される。冷却液は一方の口出し部１５から流入し、内部の貫流路１４を矢印で示すように流れ、他方の口出し部１６から流出する。冷却体１の接触面１２、１３に接触された半導体素子等の発熱体の熱は、冷却体１の接触面１２、１３から本体１１を通り、貫流路１４を貫流する冷却液に伝えられ、冷却液により外部へ運び出されることにより発熱体の冷却が行なわれる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−２４３８８６号公報（第２〜３頁、図１５〜１７）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
電力変換装置の容量が増大するのに伴って、そこに使用される電力用半導体素子の発生損失が増加するので半導体素子を冷却する冷却体も冷却能力を高める必要がある。しかしながら、前記した従来の冷却体の場合、冷却能力を向上させるには、冷却液の貫流路を拡大して冷却体本体と冷却液との接触面積を増加させたり、冷却液の流速を上げたりする必要があるが、どちらの場合も冷却液の流量を増加させてしまう。冷却液の流量を増加させると、装置全体の冷却液総量が増大するため、冷却液配管の口径を拡大したり、冷却液を循環させるポンプを大形にすることが必要になり、冷却装置全体が大形化するという問題が生じる。
【０００９】
この発明は、上記の問題を解決するため、内部に冷却液を貫流させる形式の冷却体において、冷却液の流量を増加させることなく冷却能力を高めることのできる冷却体を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の目的を達成するために、発熱体と接触し、内部に冷却液の貫流する貫流路を備えた冷却体において、前記貫流路の対向する１対の面間に、冷却液がその一方端からこの１対の面の各面に交互に接触するように流れの方向をこの面に垂直な方向と平行な方向に変更しながら他方端へ貫流するジグザグ状の貫流路を設けたことを特徴としている。
【００１１】
また、この冷却体において、上下両面が開口された箱状の容器の内室をこの上下開口面に対して垂直な複数の仕切板により仕切って複数の小室を形成した本体と、この本体の上下開口面に被せられ、その内面に前記仕切板の幅と等しい長さの棒状片からなる突起と、間隔をおいて直線的に配置された複数の小片からなる突起とが交互に前記仕切板と同一の間隔で配設され、外面を発熱体との接触面とした上・下接触板とを一体的に接合して本体内部にジグザグ状の冷却液の貫流路を形成するようにするのが良い。
【００１２】
このようにジグザグ状に冷却液の貫流路を形成すると、冷却体の発熱体の接触される面に冷却液が接触する際に直角に流れの方向を変えるため、ここで冷却液の流れの中に渦が発生し、冷却液の全体が撹拌混合されることにより冷却液の冷却体の接触面に直接接触する部分の温度が低下し、冷却体の冷却能力を高めることができるようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図に示す実施例について説明する。
【００１４】
図１は、この発明の実施例による冷却体の外観を示す分解斜視図、図２は、外観を示す斜視図、そして図３は、内部の構成を示す縦断面図である。
【００１５】
図１において、５は、本体５２と上下の接触板５３および５４とで構成された冷却体である。本体５２は、間隔をおいて平行に配置された１対の垂直な枠板５２１および５２２とこの枠板５２１と５２２の間にこれらと直角に等間隔に配設された複数の仕切板５２３とを備え、枠板５２１、５２２の両端部に端板５２４および５２５が結合される。端板５２４、５２５には、それぞれを貫通して冷却液を通流する配管を接続するための口出し部５２６、５２７が設けられている。仕切板５２３の高さは枠板５２１、５２２の高さより僅かに低くなっている。
【００１６】
上部接触板５３の枠板に対向する側の面内（内面）に仕切板５２３の上端面に当接させるための２種類の突起５３１と５３２が複数設けられている。これらの突起５３１、５３２は、仕切板５２３と同じ間隔で交互に並べられており、一方の突起５３１は、接触板５３の幅と等しい長さの棒状片からなり、他方の突起５３２は、間隔をおいて直線状に配設された複数の長さの短い小片からなる。
【００１７】
下部接触板５４にも上部接触板５３に設けられた突起と同じ２種類の突起５４１と５４２が設けられているが、その配置が上部接触板とは互い違いとなっている。すなわち、下部接触板５４の上部接触板５３の小片の突起５３２に対応する位置には棒状突起５４１が、そして棒状突起５３１に対応する位置には小片突起５４２が設けられる。
【００１８】
本体５２の上下開口面にそれぞれ上下の接触板５３および５４を被せ、相互に液密的に接合して図２に示すように箱体状に組み立てることにより冷却体５が完成する。このように組み立てられた冷却体５の内部において、図３に示すように、上下の接触板５３および５４の突起５３１、５３２および５４１、５４２と本体５２の仕切板５２３とが互いに当接される。棒状突起５３１および５４１と仕切板５３２によって本体５２の内室が複数の小室に仕切られるが、小片突起５３２および５４２の間隔の空いた部分で各小室が相互に連通される。これにより、本体５２の内部には、一方の口出し部５２６から他方の口出し部５２７に連通した矢印で示すようなジグザグ状の１本の冷却液の貫流路５５が形成される。
【００１９】
このように構成された冷却体５の上下の接触板５３、５４の外面に半導体素子等の冷却を必要とする発熱体６、６を所定の圧力で加圧接触させ、一方の口出し部５２６から冷却液５１を供給すると、冷却液５１は冷却体５の内部に形成されたジグザグ状の貫流路５５を矢印で示すように貫流し、他方の口出し部５２７から流出し、冷却液５１が冷却体５２内を貫流する過程で、発熱体６、６の発生熱を吸収しこれを冷却する。
【００２０】
冷却体５の内部の貫流路５５は、図４に拡大して示すように、仕切り板５２３と突起５３１、５４１によって形成された小室部５５１ａないし５５１ｃが交互に設けられた上下の小片突起５３２と５４２の部分に形成された連通路５５２ａないし５５２ｄによって連通されジグザグ状の流路となる。冷却液５１は、貫流路５５の各小室部では接触板５３、５４に対して垂直な方向に流れ、各連通路部ではこれらと平行な方向に流れる。連通路部分５５２ａから小室部分５５１ａに接触板５４と平行に流入した冷却液５１は、その前方の棒状突起５４１および仕切板５２３に衝突して流れの方向を直角に変え、小室部分５５１ａ内を垂直に上部接触板５３に向かって上向に流れる。この小室部分５５１ａ内を上向に流れる冷却液５１は上部接触板５３の内面に衝突したところで、再び直角に流れ方向を変え、接触板５３と平行な流れとなって、連通路部分５５２ｂを通って後段の小室部分５５１ｂへ流入する。この小室部分５５１ｂでも冷却液５１は棒状突起５３１および仕切板５２３に衝突して直角に流れを変え、この小室内を垂直に下部接触板５４へ向かって下向きに流れる。冷却液５１は、以後同様にしてジグザグの貫流路５５に沿って、交互に接触板５３、５４に接触しながら垂直な方向と、平行な方向に流れの方向を変えて流れる。
【００２１】
冷却液５１は、貫流路５５内において、冷却液５１が直角に流れ方向を変更する図４のＴ部において流れが乱されるためこの部分に渦が発生される。この渦によって冷却液５１の流れが撹拌されて全体が混合されるため、冷却液５１の流れの内外部分の温度が均一化され、冷却液の接触板と直接接触する部分の温度が低下し、接触板に対する冷却効果を高めることができる。また、貫流路５５を冷却液５１がジグザグに方向を変えながら流れることにより、冷却液５１は、常に冷却液の流れの流速の速い外周部が接触板５３、５４と接触するようになるため、これによっても冷却液による接触板に対する冷却効果を増大することができる。
【００２２】
また、接触板５３、５４は突起を介して本体５２の仕切板と接触するため、発熱体６からの熱は仕切板にも伝導され、この仕切板からもこれに接触する冷却液に伝導され、仕切板が冷却体における冷却液との接触面積の拡大を助けることになる。このため、仕切板も冷却効果を高める働きをする。
【００２３】
さらに、この実施例によれば、冷却体５の両面の接触板５３、５４に発熱体となる半導体素子を大きな圧力でかつ接触させて使用しても、接触板５３、５４は、突起を介して複数の仕切板５２３により支持されるので変形することなく良好に半導体素子を支持することができるので、冷却効果が長期間安定に維持される。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、発熱体に接触され、内部に冷却液の貫流する貫流路を設けた冷却体において、この冷却体の発熱体との接触面となる対向する両面の間に、冷却液がその一方端からこの両面の各面に交互に接触するように流れの方向を接触面に垂直な方向と平行な方向に変更しながら他方端へ貫流するジグザグ状の貫流路を設けているので、冷却液の流れが方向を変換するところで渦を発生し、冷却液の流れ全体が撹拌混合されて接触面付近の冷却液の温度が低下されるため、そして冷却液の流れの流速の速い外周部分が常に接触板の内面に接触するため、冷却液の接触板に対する冷却効果が高まる。このため、この発明によれば、冷却液貫流形冷却体の冷却液流量を増やすことなく冷却能力を増大させることができるので、冷却液循環用ポンプ、熱交換器等を含めた冷却装置全体を小形にできる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例による冷却体の分解斜視図。
【図２】この発明の実施例の冷却体の外観を示す斜視図。
【図３】この発明の実施例による冷却体の内部構造を示す縦断面図。
【図４】この発明の動作説明に用いる冷却体の部分断面図。
【図５】従来の冷却体装置を示す概略構成図。
【図６】従来の冷却体の外観を示す斜視図。
【図７】従来の冷却体の内部構造を示すもので、（ａ）は平面断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線の断面図、（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ線の断面図。
【符号の説明】
５        冷却体
５１      冷却液
５２      冷却体の本体
５２３    仕切板
５３      上部接触板
５３１    棒状突起
５３２    小片突起
５４      下部接触板
５４１    棒状突起
５４２    小片突起
５５      冷却液貫流路
６        発熱体
【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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