(57)【要約】【課題】冷却性能を向上しうる液冷式冷却装置を提供する。【解決手段】液冷式冷却装置１は、頂壁2aおよび底壁2bを有しかつ内部に冷却液流路３が設けられたケーシング２と、ケーシング２内の冷却液流路３に配置され、かつケーシング２の頂壁2a外面および底壁2b外面のうちいずれか一方に設けられた発熱体取付部６に取り付けられる発熱体Ｐから発せられる熱を、冷却液流路３を流れる冷却液に放熱する放熱器７とを備えている。放熱器７は、長手方向を冷却液流路３における冷却液の流れ方向に向けるとともに幅方向を上下方向に向けた状態で板厚方向に間隔をおいて配置された複数の縦長方形状フィンプレート11を有している。放熱器７のフィンプレート11に、冷却液流路３を流れる冷却液を、ケーシング２の外面に発熱体取付部６が設けられている頂壁2a側に偏流させる冷却液ガイド部17を設ける。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
頂壁および底壁を有しかつ内部に冷却液流路が設けられたケーシングと、ケーシング内の冷却液流路に配置され、かつケーシングの頂壁外面および底壁外面のうちいずれか一方に設けられた発熱体取付部に取り付けられる発熱体から発せられる熱を、冷却液流路を流れる冷却液に放熱する放熱器とを備えており、放熱器が、長手方向を冷却液流路における冷却液の流れ方向に向けるとともに幅方向を上下方向に向けた状態で板厚方向に間隔をおいて配置された複数の縦長方形状フィンプレートを有している液冷式冷却装置において、
放熱器のフィンプレートに、冷却液流路を流れる冷却液を、ケーシングの頂壁および底壁のうち外面に発熱体取付部が設けられている側に偏流させる冷却液ガイド部が設けられている液冷式冷却装置。
【請求項２】
冷却液ガイド部が、フィンプレートの少なくとも片面にフィンプレートの長手方向に並んで設けられ、かつ冷却液の流れ方向下流側に向かってケーシングの頂壁および底壁のうち外面に発熱体取付部が設けられた側に傾斜した複数の凸部からなる請求項１記載の液冷式冷却装置。
【請求項３】
各凸部が、フィンプレートをＶ字状に曲げることにより形成されている請求項２記載の液冷式冷却装置。
【請求項４】
フィンプレートの両面に、冷却液ガイド部を構成する複数の凸部が設けられており、フィンプレートの片面の凸部と他面の凸部とがフィンプレートの長手方向に連続して並んでいる請求項２または３記載の液冷式冷却装置。
【請求項５】
フィンプレートを、幅方向と直交する水平面で切断した形状が、冷却液ガイド部が設けられている部分において波形となっており、波頂部および波底部が交互に形成されている請求項４記載の液冷式冷却装置。
【請求項６】
フィンプレートの両面に、冷却液ガイド部を構成する複数の凸部が設けられており、フィンプレートの片面の凸部と他面の凸部とがフィンプレートの長手方向に間隔をおいて並んでいる請求項２または３記載の液冷式冷却装置。
【請求項７】
放熱器が、フィンプレートの長手方向と交差する方向にのび、かつ全フィンプレートを連結一体化する２つの棒状連結部材を備えており、フィンプレートの幅方向両側縁部のうち一方の側縁部における冷却液流れ方向上流端寄りの部分に切り欠きが形成され、フィンプレートの幅方向両側縁部のうち他方の側縁部における冷却液流れ方向下流端寄りの部分に切り欠きが形成され、連結部材が、全フィンプレートの両側縁部の連結部材用切り欠き内に圧入されており、全フィンプレートが連結部材により連結一体化されている請求項１〜６のうちのいずれかに記載の液冷式冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、たとえば半導体素子などの電子部品からなる発熱体を冷却する液冷式冷却装置に関する。
【０００２】
この明細書および特許請求の範囲において、図２の上下を上下というもとのとする。
【背景技術】
【０００３】
たとえば、電気自動車、ハイブリッド自動車、電車などに搭載される電力変換装置に用いられるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのパワーデバイス（半導体素子）を冷却する液冷式冷却装置として、特許文献１記載のものが提案されている。
【０００４】
特許文献１記載の液冷式冷却装置は、頂壁、底壁および周壁を有するケーシングを備えており、ケーシング内に、冷却液が流れる冷却液流路と、冷却液流路よりも上流側に位置しかつ冷却液が流入する入口ヘッダ部と、冷却液流路よりも下流側に位置しかつ冷却液が流出する出口ヘッダ部とが設けられており、ケーシング内の冷却液流路に、ケーシングの頂壁外面および底壁外面のうち少なくともいずれか一方に取り付けられる発熱体から発せられる熱を、冷却液流路を流れる冷却液に放熱する放熱器が配置され、入口ヘッダ部および出口ヘッダ部が、冷却液流路における冷却液の流れ方向と直角をなす方向に長くなっており、入口ヘッダ部の長手方向の中央部に冷却液入口が設けられるとともに、出口ヘッダ部の長手方向の中央部でかつ両ヘッダ部の長手方向に関して冷却液入口と同一位置に冷却液出口が設けられ、放熱器が、互いに間隔をおいて並列状に配置されるとともに上下両側縁部がケーシングの頂壁および底壁にろう付された複数の縦長方形状フィンプレートからなり、端部のフィンプレートを除いたフィンプレートの両面には、複数の凸部が点在するように設けられ、隣り合うフィンプレートの凸部どうしが接触した状態でろう付されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の液冷式冷却装置においては、放熱器のフィンプレートは平板状であって、発熱体から発せられる熱がフィンプレートを介して効率よく冷却液流路を流れる冷却液に伝わらず、冷却性能を向上させる効果に限界がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−３７１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明の目的は、上記問題を解決し、冷却性能を向上しうる液冷式冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。
【０００９】
1)頂壁および底壁を有しかつ内部に冷却液流路が設けられたケーシングと、ケーシング内の冷却液流路に配置され、かつケーシングの頂壁外面および底壁外面のうちいずれか一方に設けられた発熱体取付部に取り付けられる発熱体から発せられる熱を、冷却液流路を流れる冷却液に放熱する放熱器とを備えており、放熱器が、長手方向を冷却液流路における冷却液の流れ方向に向けるとともに幅方向を上下方向に向けた状態で板厚方向に間隔をおいて配置された複数の縦長方形状フィンプレートを有している液冷式冷却装置において、
放熱器のフィンプレートに、冷却液流路を流れる冷却液を、ケーシングの頂壁および底壁のうち外面に発熱体取付部が設けられている側に偏流させる冷却液ガイド部が設けられている液冷式冷却装置。
【００１０】
2)冷却液ガイド部が、フィンプレートの少なくとも片面にフィンプレートの長手方向に並んで設けられ、かつ冷却液の流れ方向下流側に向かってケーシングの頂壁および底壁のうち外面に発熱体取付部が設けられた側に傾斜した複数の凸部からなる上記1)記載の液冷式冷却装置。
【００１１】
3)各凸部が、フィンプレートをＶ字状に曲げることにより形成されている上記2)記載の液冷式冷却装置。
【００１２】
4)フィンプレートの両面に、冷却液ガイド部を構成する複数の凸部が設けられており、フィンプレートの片面の凸部と他面の凸部とがフィンプレートの長手方向に連続して並んでいる上記2)または3)記載の液冷式冷却装置。
【００１３】
5)フィンプレートを、幅方向と直交する水平面で切断した形状が、冷却液ガイド部が設けられている部分において波形となっており、波頂部および波底部が交互に形成されている上記4)記載の液冷式冷却装置。
【００１４】
6)フィンプレートの両面に、冷却液ガイド部を構成する複数の凸部が設けられており、フィンプレートの片面の凸部と他面の凸部とがフィンプレートの長手方向に間隔をおいて並んでいる上記2)または3)記載の液冷式冷却装置。
【００１５】
7)放熱器が、フィンプレートの長手方向と交差する方向にのび、かつ全フィンプレートを連結一体化する２つの棒状連結部材を備えており、フィンプレートの幅方向両側縁部のうち一方の側縁部における冷却液流れ方向上流端寄りの部分に切り欠きが形成され、フィンプレートの幅方向両側縁部のうち他方の側縁部における冷却液流れ方向下流端寄りの部分に切り欠きが形成され、連結部材が、全フィンプレートの両側縁部の連結部材用切り欠き内に圧入されており、全フィンプレートが連結部材により連結一体化されている請求項１〜６のうちのいずれかに記載の液冷式冷却装置。
【発明の効果】
【００１６】
上記1)〜7)の液冷式冷却装置によれば、ケーシングの冷却液流路に配置された放熱器のフィンプレートに、冷却液流路を流れる冷却液を、ケーシングの頂壁および底壁のうち外面に発熱体取付部が設けられている側に偏流させる冷却液ガイド部が設けられているので、冷却液流路を流れる冷却液が、ケーシングの頂壁および底壁のうち外面に発熱体取付部が設けられている側に向かって流れていずれかの壁に衝突する。したがって、冷却液流路を流れる冷却液が攪拌されることになって、発熱体から発せられる熱がフィンプレートを介して効率よく冷却液流路を流れる冷却液に伝わり、冷却性能が向上する。
【００１７】
上記2)〜6)の液冷式冷却装置によれば、フィンプレートにおける伝熱に有効に働く面積が効果的に増大し、冷却性能を向上させることができる。
【００１８】
上記3)の液冷式冷却装置によれば、フィンプレートに、冷却液ガイド部となる凸部を比較的簡単に形成することができる。
【００１９】
上記4)および5)の液冷式冷却装置によれば、放熱器のフィンプレート間の隙間が一定となって流路に狭さく部が発生しないので、フィンプレート間で異物等により流路を塞ぐ問題がなくなる構造であり、冷却液の撹拌効果を向上させ冷却性能を向上させる構造である。
【００２０】
上記6)の液冷式冷却装置によれば、放熱器のフィンプレートに間隔をおいて凸部が形成されているので、流路の抵抗が少なくなり、上記5）の液冷式冷却装置の放熱器のフィンプレートの形状よりも流路抵抗を減少できる構造である。
【００２１】
上記7)の液冷式冷却装置によれば、全フィンプレートを強固に連結一体化することができるので、液冷式冷却装置を製造する際の全フィンプレートの取扱性が向上し、液冷式冷却装置の製造作業が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施形態１の液冷式冷却装置を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図１の液冷式冷却装置に用いられる放熱器を示す斜視図である。
【図５】この発明の実施形態２の液冷式冷却装置を示す図３相当の図である。
【図６】図５の液冷式冷却装置に用いられる放熱器を示す斜視図である。
【図７】この発明の実施形態３の液冷式冷却装置を示す図３相当の図である。
【図８】図７の液冷式冷却装置に用いられる放熱器を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２４】
全図面を通じて同一物および同一部分には同一符号を付す。
【００２５】
この明細書において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。
【００２６】
また、以下の説明において、図２および図３の左右を左右といい、図３の上側を前、これと反対側を後というものとする。
実施形態１
この実施形態は図１〜図４に示すものである。
【００２７】
図１〜図３は液冷式冷却装置を示し、図４は液冷式冷却装置に用いられる放熱器を示す。
【００２８】
図１〜図３において、液冷式冷却装置(1)は、頂壁(2a)、底壁(2b)および周壁(2c)を有するアルミニウム製ケーシング(2)を備えており、ケーシング(2)内に、冷却液がケーシング(2)の長手方向の片側（左側）から他側（右側）に流れる冷却液流路(3)と、冷却液流路(3)よりも上流側（左側）に位置しかつ冷却液が流入する入口ヘッダ部(4)と、冷却液流路(3)よりも下流側（右側）に位置しかつ冷却液が流出する出口ヘッダ部(5)とが設けられ、ケーシング(2)内の冷却液流路(3)に、ケーシング(2)の頂壁(2a)外面および底壁(2b)外面のうちのいずれか一方、図示の例では頂壁(2a)外面に設けられた発熱体取付部(6)に取り付けられた発熱体(P)から発せられる熱を、冷却液流路(3)を流れる冷却液に放熱するアルミニウム製放熱器(7)が配置されたものである。
【００２９】
詳細な図示は省略したが、ケーシング(2)は、頂壁(2a)および周壁(2c)を構成する下方に開口した箱状のアルミニウム製上構成部材を、底壁(2b)を構成する板状のアルミニウム製下構成部材上にろう付することにより形成されている。上構成部材および下構成部材は、少なくとも一面にろう材層を有するアルミニウムブレージングシートを使用して、ろう材層がケーシング(2)内側に位置するように形成されている。
【００３０】
ケーシング(2)内の入口ヘッダ部(4)および出口ヘッダ部(5)は、それぞれ冷却液流路(3)の幅方向（前後方向）にのびており、ケーシング(2)の周壁(2c)の左側部分における前後方向中央部に、入口ヘッダ部(4)に通じる冷却液入口(8)が設けられ、ケーシング(2)の周壁(2c)の右側部分における前後方向中央部に、出口ヘッダ部(5)に通じる冷却液出口(9)が設けられている。図示は省略したが、ケーシング(2)の冷却液入口(8)に、入口ヘッダ部(4)内に冷却液を送り込むアルミニウム製入口パイプが接続され、冷却液出口(9)に、出口ヘッダ部(5)内から冷却液を送り出すアルミニウム製出口パイプが接続されている。
【００３１】
発熱体(P)は、ＩＧＢＴなどのパワーデバイスや、ＩＧＢＴが制御回路と一体化されて同一パッケージに収納されたＩＧＢＴモジュールや、ＩＧＢＴモジュールにさらに保護回路が一体化されて同一パッケージに収納されたインテリジェントパワーモジュールなどからなり、絶縁部材(I)を介してケーシング(2)の頂壁(2a)外面の発熱体取付部(6)に取り付けられる。
【００３２】
図２〜図４に示すように、放熱器(7)は、長手方向を冷却液流路(3)における冷却液の流れ方向（左右方向）に向けるとともに幅方向を上下方向に向けた状態で、前後方向に間隔をおいて並列状に配置された複数のアルミニウム製縦長方形状フィンプレート(11)と、長手方向をフィンプレート(11)の長手方向と交差する方向（前後方向）に向けた状態で全フィンプレート(11)に跨るように配置され、かつ全フィンプレート(11)を連結一体化する２つの棒状連結部材(12)(13)とからなる。放熱器(7)の隣り合う２つのフィンプレート(11)間、および両端のフィンプレート(11)とケーシング(2)の周壁(2c)における前後両側部分との間に冷却液が流れる分割流路(14)が形成されている。
【００３３】
全フィンプレート(11)の上下両側縁部における長手方向両端寄りの部分に、それぞれ切り欠き(15)(16)が形成されており、フィンプレート(11)の一端寄りの部分に形成された上下の切り欠き(15)および(16)がフィンプレート(11)の長手方向の同一位置にあり、同じく他端寄りの部分に形成された上下の切り欠き(15)および(16)がフィンプレート(11)の長手方向の同一位置にある。
【００３４】
一方の連結部材(12)は、全フィンプレート(11)の上側縁部の左端寄りの部分に形成された切り欠き(15)内に、切り欠き(15)内から突出しないように圧入され、他方の連結部材(13)は、全フィンプレート(11)の下側縁部の右端寄りの部分に形成された切り欠き(16)内に、切り欠き(16)内から突出しないように圧入されており、これにより全フィンプレート(11)が連結部材(12)(13)によって連結一体化されている。すなわち、各連結部材(12)(13)は、互いに他方の連結部材(13)(12)が圧入されている切り欠き(16)(15)が形成されたフィンプレート(11)の側縁部とは反対側の側縁部に形成され、かつ他方の連結部材(13)(12)が圧入されている切り欠き(16)(15)とはフィンプレート(11)の長手方向にずれた位置にある切り欠き(15)(16)内に圧入されている。
【００３５】
フィンプレート(11)の両切り欠き(15)(16)間の部分に、冷却液流路(3)を流れる冷却液を、ケーシング(2)の頂壁(2a)および底壁(2b)のうち外面に発熱体取付部(6)が設けられている頂壁(2a)側に偏流させる冷却液ガイド部(17)が設けられている。冷却液ガイド部(17)は、フィンプレート(11)の片面側に当該面から突出するように設けられ、ここでは前面側に前方に突出するように設けられ、かつ冷却液の流れ方向下流側(右側)に向かって外面に発熱体取付部(6)が設けられた頂壁(2a)側に傾斜した複数の凸部(18)と、フィンプレート(11)の他面側に当該面から突出するように設けられ、ここでは後面側に後方に突出するように設けられ、かつ冷却液の流れ方向下流側(右側)に向かって外面に発熱体取付部(6)が設けられた頂壁(2a)側に傾斜した複数の凸部(19)とよりなる。フィンプレート(11)の両面の凸部(18)(19)は、フィンプレートをＶ字状に曲げることにより形成されている。すなわち、フィンプレート(11)の片面側の凸部(18)と他面側の凸部(19)とは、フィンプレート(11)を波形に曲げることにより形成されており、両凸部(18)(19)はフィンプレート(11)の長手方向に交互に連続して並んでいる。したがって、フィンプレート(11)の両切り欠き(15)(16)間の部分、すなわち冷却液ガイド部(17)が設けられている部分を、幅方向と直交する平面（水平面）で切断した形状は波形となっており、波頂部および波底部が交互に形成されている波形となり、波頂部および波底部が交互に形成され、冷却液が、隣り合う２つのフィンプレート(11)間を蛇行状に流れるようになされている。全フィンプレート(11)は、上側縁部がケーシング(2)の頂壁(2a)の内面にろう付され、下側縁部がケーシング(2)の底壁(2b)内面にろう付されている。
【００３６】
上記構成の液冷式冷却装置(1)において、入口パイプから冷却液入口(8)を通って入口ヘッダ部(4)内に流入した冷却液は、冷却液流路(3)に配置された放熱器(7)の隣り合う２つのフィンプレート(11)間の分割流路(14)に分流し、各分割流路(14)内を右方に流れる。冷却液流路(3)の分割流路(14)を右方に流れた冷却液は、出口ヘッダ部(5)内に入り、冷却液出口(5)を通って出口パイプに送り出される。発熱体(P)から発せられる熱は、絶縁部材(I)、ケーシング(2)の頂壁(2a)および放熱器(7)の各フィンプレート(11)を経て冷却液流路(3)の各分割流路(14)内を流れる冷却液に放熱され、発熱体(P)が冷却される。
【００３７】
ここで、各フィンプレート(11)の凸部(18)(19)からなる冷却液ガイド部(17)の働きによって、冷却液流路(3)を流れる冷却液が、ケーシング(2)の発熱体取付部(6)が設けられた頂壁(2a)側に向かって流れて頂壁(2a)に衝突する。したがって、冷却液流路(3)を流れる冷却液が攪拌されることになって、発熱体(P)から発せられる熱が、放熱器(7)のフィンプレート(11)を介して効率よく冷却液流路(3)を流れる冷却液に伝わり、冷却性能が向上する。
実施形態２
この実施形態は図５および図６に示すものである。
【００３８】
図５は液冷式冷却装置を示し、図６は放熱器を示す。
【００３９】
実施形態２の液冷式冷却装置(20)に用いられている放熱器(21)のフィンプレート(11)における両切り欠き(15)(16)間の部分に設けられ、かつ冷却液流路(3)を流れる冷却液を、ケーシング(2)の発熱体取付部(6)が設けられている頂壁(2a)側に偏流させる冷却液ガイド部(22)は、フィンプレート(11)の片面側に当該面から突出するように設けられ、ここでは前面側に前方に突出するように設けられ、かつ冷却液の流れ方向下流側(右側)に向かって外面に発熱体取付部(6)が設けられた頂壁(2a)側に傾斜した複数の凸部(23)と、フィンプレート(11)の他面側に当該面から突出するように設けられ、ここでは後面側に後方に突出するように設けられ、かつ冷却液の流れ方向下流側(右側)に向かって外面に発熱体取付部(6)が設けられた頂壁(2a)側に傾斜した複数の凸部(24)とよりなる。フィンプレート(11)の両面の凸部(23)(24)は、フィンプレートをＶ字状に曲げることにより形成されている。また、フィンプレート(11)の両凸部(23)(24)はフィンプレート(11)の長手方向に交互に間隔をおいて並んでおり、隣り合う両凸部(23)(24)間に平坦部(25)が存在している。
【００４０】
その他の構成は実施形態１の液冷式冷却装置(1)と同様である。
実施形態３
この実施形態は図７および図８に示すものである。
【００４１】
図７は液冷式冷却装置を示し、図８は放熱器を示す。
【００４２】
実施形態３の液冷式冷却装置(30)に用いられている放熱器(31)のフィンプレート(11)における両切り欠き(15)(16)間の部分に設けられ、かつ冷却液流路(3)を流れる冷却液を、ケーシング(2)の発熱体取付部(6)が設けられている頂壁(2a)側に偏流させる冷却液ガイド部(32)を構成する前面側の凸部(33)および後面側の凸部(33)におけるケーシング(2)の頂壁(2a)に対する傾斜角度は、実施形態１のフィンプレート(11)の両面の凸部(18)(19)におけるケーシング(2)の頂壁(2a)に対する傾斜角度よりも小さくなっている。また、フィンプレート(11)の両切り欠き(15)(16)間の部分を、幅方向と直交する平面（水平面）で切断した形状は波形となり、波頂部および波底部が交互に形成されているが、波の振幅は実施形態１の液冷式冷却装置(1)のフィンプレート(11)の波の振幅よりも大きくなっている。
【００４３】
その他の構成は実施形態１の液冷式冷却装置(1)と同様である。
【００４４】
実施形態２および３の液冷式冷却装置(20)(30)において、実施形態１の液冷式冷却装置(1)と同様に、各フィンプレート(11)の凸部(23)(24)(33)(34)からなる冷却液ガイド部(22)(32)の働きによって、冷却液流路(3)を流れる冷却液が、ケーシング(2)の発熱体取付部(6)が設けられた頂壁(2a)側に向かって流れて頂壁(2a)に衝突する。したがって、冷却液流路(3)を流れる冷却液が攪拌されることになって、発熱体(P)から発せられる熱が、放熱器(21)(31)のフィンプレート(11)を介して効率よく冷却液流路(3)を流れる冷却液に伝わり、冷却性能が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
この発明による液冷式冷却装置は、電気自動車、ハイブリッド自動車、電車などに搭載される電力変換装置に用いられるＩＧＢＴなどのパワーデバイスを冷却するのに好適に用いられる。
【符号の説明】
【００４６】
(1)(20)(30)：液冷式冷却装置
(2)：ケーシング
(2a)：頂壁
(2b)：底壁
(3)：冷却液流路
(6)：発熱体取付部
(7)(21)(31)：放熱器
(11)：フィンプレート
(12)(13)：連結部材
(15)(16)：切り欠き
(17)(22)(32)：冷却液ガイド部
(18)(19)(23)(24)(33)(34)：凸部
【図１】
2016004805.tif 000003
【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】
2016004805.tif 000009
【図８】
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