(57)【要約】【課題】発熱体の冷却効率を向上させることの可能な冷却装置を提供する。【解決手段】冷却水の導入口と排出口が設けられた箱形状の密閉ケースと、前記密閉ケースの内壁面に、前記冷却水の流れ方向に対して長辺が平行となるように立設された板状の冷却フィンとを備えた水冷式の冷却装置において、前記冷却フィンは、前記冷却水の流れ方向に対して直交する方向に複数設けられており、前記密閉ケースの内壁面の内、前記冷却フィンが設けられた内壁面或いはこの内壁面に対向する内壁面において、隣り合う前記冷却フィンの間に一部或いは全部が含まれる柱状部品が立設されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却水の導入口と排出口が設けられた箱形状の密閉ケースと、前記密閉ケースの内壁面に、前記冷却水の流れ方向に対して長辺が平行となるように立設された板状の冷却フィンとを備えた水冷式の冷却装置において、
前記冷却フィンは、前記冷却水の流れ方向に対して直交する方向に複数設けられており、
前記密閉ケースの内壁面の内、前記冷却フィンが設けられた内壁面或いはこの内壁面に対向する内壁面において、隣り合う前記冷却フィンの間に一部或いは全部が含まれる柱状部品が立設されていることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記柱状部品は、前記冷却水の流れ方向に複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えばパワー半導体素子等の発熱体を冷却する冷却装置として、水冷式ヒートシンクがよく利用されている（下記特許文献１参照）。一般的に、この水冷式ヒートシンクは、冷却水の導入口と排出口が設けられた箱形状の密閉ケースと、その密閉ケースの内壁面に、冷却水の流れ方向に対して長辺が平行となるように立設された板状の冷却フィンとから構成される。
【０００３】
このような構成の水冷式ヒートシンクにおいて、密閉ケースの外壁面（冷却フィンが設けられた内壁面に対向する外壁面）に、発熱体を基板やサーマルコンパウンド等からなる中間熱伝層を介して配置した状態で、密閉ケース内に冷却水を流通させると、発熱体で発生した熱は、中間熱伝層→密閉ケース→冷却フィン→冷却水という経路で伝達して外部に放出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１５６７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記構成の水冷式ヒートシンクにおいて、冷却フィン近傍の冷却水の温度分布に着目すると、冷却フィンにごく近い領域（近接領域）の冷却水は比較的高温となるが、それより離れた領域（遠隔領域）の冷却水は低温状態を保っていると推測される。つまり、冷却フィンの近接領域を通過する冷却水だけが発熱体の冷却に寄与し、遠隔領域を通過する冷却水は発熱体の冷却に寄与していないと考えられる。
従って、従来では、水冷式ヒートシンク内（密閉ケース内）に導入される冷却水の大部分が発熱体の冷却に寄与しないまま、外部に排出されることになり、冷却水の冷却能力を効率良く活用することができなかった。
【０００６】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、発熱体の冷却効率を向上させることの可能な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】
上記目的を達成するために、本発明では、冷却装置に係る第１の解決手段として、冷却水の導入口と排出口が設けられた箱形状の密閉ケースと、前記密閉ケースの内壁面に、前記冷却水の流れ方向に対して長辺が平行となるように立設された板状の冷却フィンとを備えた水冷式の冷却装置において、前記冷却フィンは、前記冷却水の流れ方向に対して直交する方向に複数設けられており、前記密閉ケースの内壁面の内、前記冷却フィンが設けられた内壁面或いはこの内壁面に対向する内壁面において、隣り合う前記冷却フィンの間に一部或いは全部が含まれる柱状部品が立設されている、という手段を採用する。
【０００８】
また、本発明では、冷却装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記柱状部品は前記冷却水の流れ方向に複数設けられている、という手段を採用する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、冷却水が密閉ケース内を流通する際に、隣り合う冷却フィンの間を通過する低温の冷却水が柱状部品に衝突して柱状部品の周囲を迂回するように流れるので、低温の冷却水と冷却フィンの近接領域を通過する高温の冷却水とを強制的に混合させることができる。すなわち、従来では発熱体の冷却に寄与しないまま、密閉ケースの外部に排出されていた低温の冷却水を、本発明では発熱体の冷却に有効利用することができ、その結果、発熱体の冷却効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る水冷式ヒートシンク１の構成を示す図である。
【図２】水冷式ヒートシンク１の変形例を示す図である。
【図３】一般的な水冷式ヒートシンク１０の構成とその課題を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
最初に、本実施形態に係る冷却装置の理解を容易とするために、発熱体として例えばパワー半導体素子を冷却する冷却装置（水冷式ヒートシンク）の一般的な構成とその課題について図３を用いて説明する。
【００１２】
図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、一般的な水冷式ヒートシンク１０は、冷却水の導入口１１ａと排出口１１ｂが設けられた箱形状の密閉ケース１１と、その密閉ケース１１の内壁面１１ｃに、冷却水の流れ方向（図中のＸ軸方向）に対して長辺が平行となるように立設された板状の冷却フィン１２とから構成される。なお、冷却フィン１２は、冷却水の流れ方向に対して直交する方向（図中のＹ軸方向）に沿って、一定間隔で複数設けられている。
【００１３】
このような構成の水冷式ヒートシンク１０において、密閉ケース１１の外壁面１１ｄ（冷却フィン１２が設けられた内壁面１１ｃに対向する外壁面）には、例えば三つのパワー半導体素子２３を内包する半導体モジュール２０がサーマルコンパウンド３０を介して設置される。この半導体モジュール２０は、例えばハイブリッド車両に搭載されるインバータを構成するモジュール部品の一つであり、板状のベース部材２１と、その上面にＸ軸方向に沿って一定間隔で三つ設置された絶縁基板２２と、これら三つの絶縁基板２２の各々に実装されたパワー半導体素子２３とを備えている。
【００１４】
なお、この半導体モジュール２０において、絶縁基板２２及びパワー半導体素子２３は、ベース部材２１上に設置された樹脂ケース２４によって密閉状態で覆われていると共に、樹脂ケース２４の外部に露出して設けられた電極部材であるブスバー２５とアルミワイヤ２６を介して電気的に接続されている。
【００１５】
このように、水冷式ヒートシンク１０における密閉ケース１１の外壁面１１ｄに、パワー半導体素子２３を絶縁基板２２やベース部材２１、サーマルコンパウンド３０等からなる中間熱伝層を介して配置した状態で、密閉ケース１１内に冷却水を流通させると、パワー半導体素子２３で発生した熱は、中間熱伝層→密閉ケース１１→冷却フィン１２→冷却水という経路で伝達して外部に放出される。
【００１６】
上記構成の水冷式ヒートシンク１０において、冷却フィン１２近傍の冷却水の温度分布に着目すると、図３（ｃ）に示すように、冷却フィン１２の近接領域Ｗ１の冷却水は比較的高温となるが、それより離れた遠隔領域Ｗ２の冷却水は低温状態を保っていると推測される。つまり、冷却フィン１２の近接領域Ｗ１を通過する冷却水だけがパワー半導体素子２３の冷却に寄与し、遠隔領域Ｗ２を通過する冷却水はパワー半導体素子２３の冷却に寄与していないと考えられる。
【００１７】
従って、従来の一般的な構成の水冷式ヒートシンク１０では、密閉ケース１１内に導入される冷却水の大部分がパワー半導体素子２３の冷却に寄与しないまま、外部に排出されることになり、冷却水の冷却能力を効率良く活用することができなかった。なお、図３（ｂ）において、符号Ｆ１が付与された点線矢印は、冷却フィン１２の近接領域Ｗ１を通過する高温の冷却水の流れを示し、符号Ｆ２が付与された実線矢印は、冷却フィン１２の遠隔領域Ｗ２を通過する低温の冷却水の流れを示している。
【００１８】
本実施形態に係る冷却装置は、上記のような従来の水冷式ヒートシンク１０の課題を解決して、発熱体であるパワー半導体素子２３の冷却効率の向上を実現するものである。以下では、本実施形態に係る冷却装置について図面を参照しながら説明するが、説明の便宜上、図３に示す従来の水冷式ヒートシンク１０と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略するものとする。
【００１９】
図１は、本実施形態に係る冷却装置である水冷式ヒートシンク１の構成を示す図である。図１（ａ）は、水冷式ヒートシンク１をＹ軸方向から視た図であり、図１（ｂ）は、水冷式ヒートシンク１のＡ−Ａ断面図であり、図１（ｃ）は、水冷式ヒートシンク１のＢ−Ｂ断面図である。
【００２０】
この図１に示すように、本実施形態に係る水冷式ヒートシンク１では、密閉ケース１１の内壁面の内、冷却フィン１２が設けられた内壁面１１ｃに対向する内壁面１１ｅにおいて、隣り合う冷却フィン１２の間に一部（先端部分）が含まれる円柱部品（柱状部品）１３が複数立設されている。この円柱部品１３のＹ軸上の配置位置は、冷却フィン１２の遠隔領域Ｗ２を通過する低温の冷却水が円柱部品１３に衝突するように、隣り合う冷却フィン１２の中間位置とすることが望ましい。
【００２１】
また、この円柱部品１３は、Ｘ軸方向に沿って一定間隔で複数設けられている。なお、Ｘ軸上における円柱部品１３の配置位置について特に制約はないが、図１（ａ）に示すように、パワー半導体素子２３がＸ軸方向に沿って複数個設けられている場合、隣り合うパワー半導体素子２３の中間位置に配置することが望ましい。
【００２２】
このような構成の水冷式ヒートシンク１によれば、図１（ｃ）に示すように、冷却水が密閉ケース１１内を流通する際に、隣り合う冷却フィン１２の間を通過する低温の冷却水（符号Ｆ２参照）が円柱部品１３に衝突して円柱部品１３の周囲を迂回するように流れるので、低温の冷却水と冷却フィン１２の近接領域Ｗ１を通過する高温の冷却水（符号Ｆ１参照）とを強制的に混合させることができる。
【００２３】
すなわち、従来ではパワー半導体素子２３の冷却に寄与しないまま、密閉ケース１１の外部に排出されていた低温の冷却水を、本実施形態では冷却フィン１２の近接領域Ｗ１を通過する高温の冷却水のリフレッシュに使用することでパワー半導体素子２３の冷却に有効利用することができ、その結果、パワー半導体素子２３の冷却効率を向上させることが可能となる。
【００２４】
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、例えば以下のような変形例が挙げられる。
（１）上記実施形態では、密閉ケース１１の内壁面の内、冷却フィン１２が設けられた内壁面１１ｃに対向する内壁面１１ｅに円柱部品１３が立設されている場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、図２（ａ）に示すように、冷却フィン１２が設けられた内壁面１１ｃに円柱部品１４が立設されても良い。
【００２５】
ここで、図２（ａ）では、隣り合う冷却フィン１２の間に一部が含まれる円柱部品１４が、密閉ケース１１の内壁面１１ｃに立設されている場合を図示したが、図２（ｂ）に示すように、隣り合う冷却フィン１２の間に全部が含まれる円柱部品１５が、密閉ケース１１の内壁面１１ｃに立設されても良い。
【００２６】
（２）上記実施形態では、先端が開放された円柱部品１３を例示したが、図２（ｃ）に示すように、先端が向かい側の内壁面１１ｃに接触する長さに設定された円柱部品１６を、密閉ケース１１の内壁面１１ｅに設けても良い。これは、密閉ケース１１の内壁面１１ｃに立設された円柱部品１４、１５についても同様のことが言える。
【００２７】
（３）上記実施形態では、柱状部品として円柱部品１３を例示したが、本発明の柱状部品の形状はこれに限定されず、四角柱部品や三角柱部品等の多角柱部品を用いても良い。
【００２８】
（４）上記実施形態では、本発明に係る冷却装置として、ハイブリッド車両に使用されるパワー半導体素子２３を冷却する水冷式ヒートシンク１を例示したが、本発明に係る冷却装置は、パワー半導体素子２３に限らず、高温の熱を発生する発熱体を冷却水によって冷却するシステムに広く適用することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１、１０…水冷式ヒートシンク（冷却装置）、１１…密閉ケース、１２…冷却フィン、１３、１４、１５、１６…円柱部品（柱状部品）、２０…半導体モジュール、２１…ベース部材、２２…絶縁基板、２３…パワー半導体素子（発熱体）、２４…樹脂ケース、２５…ブスバー、２６…アルミワイヤ、３０…サーマルコンパウンド
【図１】
2013197177.tif 000003
【図２】
2013197177.tif 000004
【図３】
2013197177.tif 000005