(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品と、該電子部品を冷却するための冷却媒体を内部に流通させる冷却管とを密着配置してなる部品冷却構造において、
上記冷却管は、上記冷却媒体の流通方向及び上記電子部品との積層方向に直交する流路幅方向に、上記冷媒流路の流路幅を絞った絞り部を部分的に設けており、
該絞り部は、上記冷却管における上記電子部品を密着させた部分の中央部であって、上記冷媒流路の上記流路幅方向の中央部に形成されており、
上記冷媒流路は、上記絞り部の上流側に、上記絞り部へ向かって、上記流通方向及び上記流路幅方向に対して傾斜した傾斜フィンを設けていることを特徴とする部品冷却構造。
【請求項２】
請求項１において、上記傾斜フィンは、３本以上形成されており、上記電子部品の中央部を上記冷却管に密着させた部分に近付くほど上記傾斜フィンの配設密度が高いことを特徴とする部品冷却構造。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記電子部品は、半導体素子を内蔵した半導体モジュールであることを特徴とする部品冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品と、該電子部品を冷却するための冷却媒体を内部に流通させる冷却管とを密着配置してなる部品冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷却媒体を内部に流通させる冷却管を電子部品に密着配置して、電子部品を冷却する部品冷却構造がある（特許文献１）。
かかる部品冷却構造においては、発熱する電子部品と、これに密着配置した冷却管との間で熱交換を行うことで、電子部品の冷却を行っている。
【０００３】
電子部品の発熱量は、通常その中央部が最も大きくなるため、電子部品の中央部に対応する冷却管の部分において、最も冷却効率を向上させることが好ましい。そのためには、冷却管の中央部付近における冷却媒体の流通速度を向上させることが考えられる。かかる観点から、特許文献１に記載の発明においては、冷却管の内部に設けた複数のインナーフィンのうち、流路幅方向の中央付近のインナーフィンを短くして、中央付近の圧力損失を小さくし、冷却媒体の流通速度を向上させている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−６０１１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、インナーフィンは、冷却媒体との伝熱面積を大きくして冷却効果を向上させるという役割を考えると、インナーフィンを短くすることは、伝熱面積を小さくし、冷却効率を却って低下させてしまうことにつながることが考えられる。
一方、特許文献１においては、流路幅方向の中央部におけるインナーフィンの間隔を狭くして伝熱面積を向上させる旨も記載されているが、この場合には、逆に中央部の圧力損失が大きくなり、冷却媒体の流速が低下してしまう。
【０００６】
また、上記のごとく電子部品の中央部の発熱量が大きいと、冷媒流路の流路幅方向の中央付近を流れる冷却媒体の温度が特に高くなり、流路幅方向に温度分布が生じるおそれがある。その結果、冷媒流路を流れる冷却媒体の全体を有効に利用できず、冷却効率の向上が困難となる。
【０００７】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、冷媒流路を流れる冷却媒体の圧力損失を低減しつつ、冷却媒体の全体を効率的に利用して電子部品を冷却することができる部品冷却構造を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、電子部品と、該電子部品を冷却するための冷却媒体を内部に流通させる冷却管とを密着配置してなる部品冷却構造において、
上記冷却管は、上記冷却媒体の流通方向及び上記電子部品との積層方向に直交する流路幅方向に、上記冷媒流路の流路幅を絞った絞り部を部分的に設けており、
該絞り部は、上記冷却管における上記電子部品を密着させた部分の中央部であって、上記冷媒流路の上記流路幅方向の中央部に形成されており、
上記冷媒流路は、上記絞り部の上流側に、上記絞り部へ向かって、上記流通方向及び上記流路幅方向に対して傾斜した傾斜フィンを設けていることを特徴とする部品冷却構造にある（請求項１）。
【０００９】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記部品冷却構造においては、上記冷却管が、冷媒流路の流路幅を絞った上記絞り部を部分的に設けてなる。そのため、冷媒流路をその流路幅全体にわたって広がって流れる冷却媒体は、冷媒流路の途中において上記絞り部に集合する。そして、この絞り部およびその周囲においては冷却媒体の流れが速くなる。それゆえ、たとえば、冷却管における絞り部の形成位置に電子部品を密着配置させることにより、電子部品の冷却効率を向上させることができる。
【００１０】
また、流路幅全体にわたって広がって流れる冷却媒体が、上記絞り部に集合することによって、冷却媒体が流路幅方向に混合される。そのため、冷却媒体の温度分布が流路幅方向に形成されることを防ぐことができ、冷却媒体全体を効果的に電子部品の冷却に利用することができる。
【００１１】
また、絞り部は冷媒流路において部分的に形成されるものであり、それ以外の部分においては充分に流路幅を大きくすることができる。その結果、冷却媒体の流れの圧力損失を低減することができる。
【００１２】
以上のごとく、本発明によれば、冷媒流路を流れる冷却媒体の圧力損失を低減しつつ、冷却媒体の全体を効率的に利用して電子部品を冷却することができる部品冷却構造を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明（請求項１）において、上記冷却管は、例えば、上記電子部品の一方の面に密着配置されていてもよいし、上記電子部品を両面から挟持するように密着配置されていてもよい。
また、上記電子部品は、例えば、上記冷却管の一方の面に密着配置されていてもよいし、上記冷却管を両面から挟持するように密着配置されていてもよい。
【００１４】
また、上記絞り部は、上記冷却管における上記電子部品を密着させた部分に形成してある。
これにより、冷却管における上記電子部品を密着させた部分の冷却媒体の流速を大きくすることができるため、電子部品の冷却効率を向上させることができる。
【００１５】
また、上記絞り部は、上記冷却管における上記電子部品を密着させた部分の中央部に形成してある。
これにより、上記電子部品の冷却効率を一層向上させることができる。すなわち、通常は、電子部品の中央部が最も発熱量が大きくなりやすいため、この発熱量が最大となりやすい電子部品の中央部に対応する位置に上記絞り部を設けることにより、電子部品の冷却を効率的に行うことができる。
【００１７】
また、上記絞り部は、上記冷媒流路の上記流路幅方向の中央部に形成されている。
これにより、上記電子部品の中央部を効果的に冷却しやすくなる。すなわち、通常は、冷却管の流路幅方向の中央部に電子部品の中央部が配置されるように、電子部品を冷却管に密着させる。そのため、このような通常の電子部品の配置に対して、上記絞り部を流路幅方向の中央部に配置することにより、電子部品の冷却効率を向上させることができる。
【００１８】
また、上記冷媒流路は、上記絞り部の上流側に、上記絞り部へ向かって、上記流通方向及び上記流路幅方向に対して傾斜した傾斜フィンを設けている。
これにより、冷媒流路の流路幅全体にわたって流れる冷却媒体を、上記傾斜フィンによって絞り部へ集めやすくなる。その結果、冷却媒体の流れを円滑化して、圧力損失を低減することができる。また、上記傾斜フィンを設けることにより、冷却管と冷却媒体との接触面積を大きくして、電子部品の冷却効率を向上させることができる。
【００１９】
また、上記傾斜フィンは、３本以上形成されており、上記電子部品の中央部を上記冷却管に密着させた部分に近付くほど上記傾斜フィンの配設密度が高いことが好ましい（請求項２）。
この場合には、冷却媒体の圧力損失を抑制しつつ、電子部品の冷却効率を向上させることができる。すなわち、電子部品の中央部を冷却管に密着させた部分に近い位置に傾斜フィンの配設密度を高くすることにより、電子部品と冷却媒体との熱交換効率を向上させ、電子部品から離れた位置の傾斜フィンの配設密度を低くすることにより、冷却媒体の圧力損失を低減することができる。
【００２０】
また、上記電子部品は、半導体素子を内蔵した半導体モジュールとすることができる（請求項３）。
この場合には、上記半導体モジュールを効率的に冷却することができる。
なお、上記電子部品としては、上記半導体モジュール以外にも、例えば、抵抗、コンデンサ等がある。
【実施例】
【００２１】
（参考例１）
本発明の参考例に係る部品冷却構造につき、図１〜図３を用いて説明する。
部品冷却構造１は、電子部品２と、該電子部品２を冷却するための冷却媒体５を内部に流通させる冷却管３とを密着配置してなる。
冷却管３は、冷却媒体５の流通方向Ｘ及び電子部品２との積層方向Ｙに直交する流路幅方向Ｚに、冷媒流路３１の流路幅を絞った絞り部４を部分的に設けている。
【００２２】
絞り部４は、冷却管３における電子部品２を密着させた部分であり特にその中央部に形成してある。
また、絞り部４は、冷媒流路３１の流路幅方向Ｚの中央部に形成されている。本例においては、冷却管３における流路幅方向Ｚの両端の管壁３２から、冷媒流路３１の流路幅方向Ｚの中央部へ向かって、二対の三角形状の突出部３３を互いに向き合うように形成してある。この互いに向き合う二対の突出部３３の間に、それぞれ絞り部４が形成されている。
なお、絞り部４の幅をａ、冷媒流路３１における一般部の流路幅をｂとしたとき、例えば、ａ／ｂは１／２程度である。
【００２３】
本例においては、電子部品２は、半導体素子２１を内蔵した半導体モジュールである。半導体素子２１は、電子部品２の中央部に内蔵されている。
冷却管３には、冷却媒体５の流通方向Ｘに、二個の電子部品２を並べて密着配置している。ただし、両者の間には、熱伝導性を有する絶縁板等を介在させてもよい。
【００２４】
冷却管３は、アルミニウム等の熱伝導性に優れた金属からなり、その長手方向の両端に、冷却媒体５を導入する冷媒入口３４１と、冷却媒体５を排出する冷媒出口３４２とが形成されている。なお、冷媒入口３４１の中心と冷媒出口３４２の中心とを結ぶ直線の方向が、流通方向Ｘとなる。
【００２５】
冷却管３は、図３に示すごとく、複数本、互いの間に間隔を設けながら積層配置されており、隣り合う冷却管３同士は、冷媒入口３４１および冷媒出口３４２において、それぞれ連結管３０１によって連結されている。そして、隣り合う冷却管３の間に、電子部品２が挟持されており、電子部品２の両主面を、冷却管３に密着させている。
また、積層方向Ｙの一端に配置される冷却管３には、複数の冷却管３の積層体の内部に冷却媒体５を導入するための冷媒導入管３０２と、冷却媒体５を排出する冷媒排出管３０３が設けられている。
【００２６】
これにより、冷媒導入管３０２から導入された冷却媒体５は、適宜連結管３０１を通じて各冷却管３の冷媒流路３１に分配され、流通する。この間に、冷却媒体５は、電子部品２との間で熱交換を行う。そして、電子部品２との熱交換によって温度上昇した後の冷却媒体５は、適宜連結管３０１を通じて冷媒排出管３０３から排出される。
【００２７】
本例における電子部品２は、上記のごとく半導体素子２１を内蔵した半導体モジュールであり、図示は省略するが、その両主面には放熱板が露出しており、これに半導体素子２１が熱的に接続されている。そして、電子部品２は、両主面に露出した放熱板において直接或いは絶縁材を介して冷却管３と密着している。
【００２８】
次に、本例の作用効果につき説明する。
上記部品冷却構造１においては、冷却管３が、冷媒流路３１の流路幅を絞った絞り部４を部分的に設けてなる。そのため、図１に示すごとく、冷媒流路３２をその流路幅全体にわたって広がって流れる冷却媒体５は、冷媒流路３１の途中において絞り部４に集合する。そして、この絞り部４およびその周囲においては冷却媒体５の流れが速くなる。それゆえ、たとえば、冷却管３における絞り部４の形成位置に電子部品２を密着配置させることにより、電子部品２の冷却効率を向上させることができる。
【００２９】
また、流路幅全体にわたって広がって流れる冷却媒体５が、上記絞り部４に集合することによって、冷却媒体５が流路幅方向Ｚに混合される。そのため、冷却媒体５の温度分布が流路幅方向Ｚに形成されることを防ぐことができ、冷却媒体５全体を効果的に電子部品２の冷却に利用することができる。
【００３０】
また、絞り部４は冷媒流路３１において部分的に形成されるものであり、それ以外の部分においては充分に流路幅を大きくすることができる。その結果、冷却媒体５の流れの圧力損失を低減することができる。
【００３１】
また、絞り部４は、冷却管３における電子部品２を密着させた部分に形成してあるため、当該部分における冷却媒体５の流速を大きくすることができ、電子部品２の冷却効率を向上させることができる。特に、絞り部４は、冷却管３における電子部品２を密着させた部分の中央部に形成してあるため、電子部品２の冷却効率を一層向上させることができる。すなわち、発熱量が最大となりやすい電子部品２の中央部に対応する位置に絞り部４を設けることにより、電子部品２の冷却を効率的に行うことができる。
【００３２】
以上のごとく、本例によれば、冷媒流路を流れる冷却媒体の圧力損失を低減しつつ、冷却媒体の全体を効率的に利用して電子部品を冷却することができる部品冷却構造を提供することができる。
【００３３】
（参考例２）
本例は、図４に示すごとく、絞り部４の上流側及び下流側における冷媒流路３１に、冷却媒体５の流通方向Ｘに沿ったストレートフィン３５を設けた例である。
ストレートフィン３５は、例えばアルミニウム板等の金属板を波型に成形したものを、冷却管３における一対の内壁面に接合した状態で配設されている。
その他は、参考例１と同様である。
【００３４】
本例の場合には、ストレートフィン３５を設けることにより、冷却管３と冷却媒体５との間の接触面積を向上させ、電子部品２と冷却媒体５との間の熱交換効率を向上させることができる。
その他、参考例１と同様の作用効果を有する。
【００３５】
（実施例１）
本例は、図５に示すごとく、冷媒流路３１における絞り部４の上流側に、絞り部４へ向かって、流通方向Ｘ及び流路幅方向Ｚに対して傾斜した傾斜フィン３６を設けた例である。傾斜フィン３６は、例えばアルミニウム板等の金属板を波型に成形したものを、冷却管３における一対の内壁面に接合した状態で配設されている。
また、絞り部４の下流側には、絞り部４から冷媒流路３１の流路幅方向Ｚの両端へ向かって、流通方向Ｘ及び流路幅方向Ｚに対して傾斜した逆傾斜フィン３７が配設されている。
流通方向Ｘに対する傾斜フィン３６及び逆傾斜フィン３７の傾斜角度は、例えば３０°程度とする。
その他は、参考例１と同様である。
【００３６】
本例の場合には、冷媒流路３１の流路幅全体にわたって流れる冷却媒体５を、傾斜フィン３６によって絞り部４へ集めやすくなる。その結果、冷却媒体５の流れを円滑化して、圧力損失を低減することができる。すなわち、冷媒入口３４１から冷媒流路３１に導入された冷却媒体５のうち、流路幅方向Ｚの両端部付近を流れる冷却媒体５は、傾斜フィン３６に沿って、流路幅方向Ｚの中央部付近に向かうように流れを変える。これにより、冷却媒体５は円滑に絞り部４へ集まる。
【００３７】
また、絞り部４を通過した冷却媒体５の一部は、絞り部４の下流側に配された逆傾斜フィン３７に沿って流路幅方向Ｚの両端部付近に向かうように流れを変える。これにより、冷却媒体５は、冷媒流路３１の全体に円滑に広がる。
このようにして、傾斜フィン３６と逆傾斜フィン３７とを設けることにより、冷却媒体５の流れを円滑化することができる。
【００３８】
また、傾斜フィン３６及び逆傾斜フィン３７を設けることにより、冷却管３と冷却媒体５との接触面積を大きくして、電子部品２の冷却効率を向上させることができる。
その他、参考例１と同様の作用効果を有する。
【００３９】
（実施例２）
本例は、図６に示すごとく、電子部品２の中央部を冷却管３に密着させた部分に近付くほど傾斜フィン３６及び逆傾斜フィン３７の配設密度を高くした例である。
また、本例においては、参考例１（図１〜図３参照）において示した突出部３３は形成されていない。すなわち、本例においては、傾斜フィン３６及び逆傾斜フィン３７によって、絞り部４を形成している。
【００４０】
傾斜フィン３６は、絞り部４の上流側において、流路幅方向Ｚの両側にそれぞれ複数本並列配置されている。並列配置された傾斜フィン３６は、それぞれ、絞り部４に近付くほど、すなわち電子部品２の中央部を冷却管３に密着させた部分に近付くほど、配設ピッチが小さくなり、また傾斜フィン３６の長さが長くなる。
【００４１】
また、逆傾斜フィン３７は、絞り部４の下流側において、流路幅方向Ｚの両側にそれぞれ複数本並列配置されている。並列配置された逆傾斜フィン３７も、それぞれ、絞り部４に近付くほど、すなわち電子部品２の中央部を冷却管３に密着させた部分に近付くほど、配設ピッチが小さくなり、また逆傾斜フィン３７の長さが長くなる。
その他は、参考例１と同様である。
【００４２】
本例の場合には、冷却媒体５の圧力損失を抑制しつつ、電子部品２の冷却効率を向上させることができる。すなわち、電子部品２の中央部を冷却管３に密着させた部分に近い位置に傾斜フィン３６及び逆傾斜フィン３７の配設密度を高くすることにより、電子部品２と冷却媒体５との熱交換効率を向上させ、電子部品２から離れた位置の傾斜フィン３６及び逆傾斜フィン３７の配設密度を低くすることにより、冷却媒体５の圧力損失を低減することができる。
その他、参考例１と同様の作用効果を有する。
【００４４】
（参考例３）
本例は、図７、図８に示すごとく、絞り部４を、冷却管３における互いに隣り合う電子部品２の間の部分に対応する部分に形成した例である。
図７に示す冷却管３は、冷媒流路３１にフィンを設けておらず、図８に示す冷却管３は、冷媒流路３１に参考例２と同様のストレートフィン３５を、絞り部４の上流側及び下流側にそれぞれ設けている。
その他は、参考例１と同様である。
【００４５】
本例の場合には、絞り部４よりも上流側において冷却管３に密着配置された電子部品２との熱交換によって温度分布が流路幅方向Ｚに形成された冷却媒体５が、絞り部４に集まることにより混合され、温度分布が低減される。そして、この温度分布の小さい冷却媒体５によって、絞り部４の下流側において冷却管３に密着配置された電子部品２を冷却することができる。その結果、絞り部４の下流側における電子部品２の冷却効率を、上流側の電子部品２の冷却効率に近付けて、複数の電子部品２を充分に冷却することができる。
その他、参考例１と同様の作用効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】参考例１における、部品冷却構造の説明図。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面図。
【図３】参考例１における、電子部品と冷却管とを交互に積層した状態を示す説明図。
【図４】参考例２における、部品冷却構造の説明図。
【図５】実施例１における、部品冷却構造の説明図。
【図６】実施例２における、部品冷却構造の説明図。
【図７】参考例３における、部品冷却構造の説明図。
【図８】参考例３における、部品冷却構造の説明図。
【符号の説明】
【００４７】
１  部品冷却構造
２  電子部品
３  冷却管
３１  冷媒流路
４  絞り部
５  冷却媒体
Ｘ  流通方向
Ｙ  積層方向
Ｚ  流路幅方向
【図１】
0005145981.tif 000002
【図２】
0005145981.tif 000003
【図３】
0005145981.tif 000004
【図４】
0005145981.tif 000005
【図５】
0005145981.tif 000006
【図６】
0005145981.tif 000007
【図７】
0005145981.tif 000008
【図８】
0005145981.tif 000009