(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行な一対の冷却用平坦表面をもつ金属押し出し成形品又は金属引き抜き成形品からなる冷却流体貫流チューブ、及び、前記冷却流体貫流チューブの前記冷却用平坦表面に直接又は伝熱部材を通じて密着配置される大発熱回路部品及び小発熱回路部品を備える冷却流体冷却型回路装置において、
前記冷却流体貫流チューブは、前記大発熱回路部品に密着する第１管部と、前記第１管部と直列に接続されて前記小発熱回路部品に密着する第２管部と、前記第１管部の端部と前記第２管部の端部とを連結する第３管部とを有し、
前記第１管部は、前記第２管部よりも大きい部材断面積及び冷却流体接触表面積と前記第２管部よりも小さい冷却流体流路断面積を有し、
前記第３管部は、単一の流路を有しかつＵ字状に湾曲されて前記第１管部及び第２管部にそれぞれ嵌着されて接合され、
前記第１、第２管部は第３の回路部品又は前記第１の回路部品の両面に直接又は、伝熱部材を通じて密着配置されていることを特徴とする冷却流体冷却型回路装置。
【請求項２】
請求項１記載の冷却流体冷却型回路装置において、
前記第１管部は前記第２管部よりも上流側に配置されることを特徴とする冷却流体冷却型回路装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却流体冷却型回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気自動車において走行モータ駆動用インバータ装置などに用いられる半導体モジュールは大電力スイッチングを必要とするために発熱が大きく、特に発進や急加速時などにおいて発熱が過渡的に大きくなる特性を有する。この半導体モジュールの冷却には、電気自動車がもつエンジン冷却用のラジエータシステムや車室空調装置を共用すればよいために装置増設負担が軽くかつ空冷に対して格段に冷却効果が大きい液冷方式が従来より採用されており、空調冷媒を用いる方式も考慮されている。以下、この種の冷却方式を採用する回路装置を冷却流体冷却型回路装置と呼ぶものとする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この冷却流体冷却型回路装置では、発熱する回路部品に冷却流体貫流チューブを直接又は良熱伝導部材を介して密着させる構造を採用することが考えられる。この場合、互いに密着する冷却流体貫流チューブ及び回路部品の接触伝熱面は平坦に形成されるのが好適であるが、平坦な接触伝熱面（冷却用平坦表面）をもつ冷却流体貫流チューブとして、金属押し出し成形品又は金属引き抜き成形品からなる扁平成形チューブを用いることが考えられる。この種の扁平成形チューブは空調装置の間接熱交換器（コンデンサやエバポレータ）用に大量生産されており、極めて安価であるためである。
【０００４】
次に、この扁平成形チューブを回路装置を構成する各回路部品に密着させる場合を考える。扁平成形チューブは各回路部品を順番に巡るように配置するのが、構造上、最も簡単となる。しかし、この場合、、各回路部品の発熱量及び大きさはそれぞれ異なるため、小型で接触伝熱面が小さく発熱が大きい回路部品の冷却に合わせて扁平成形チューブの冷却能力を設計すると、大型で接触伝熱面が広い回路部品や発熱が小さい回路部品ではその接触伝熱面の単位面積当たりの発熱量（すなわち発熱密度）が小さいために、冷却能力が過剰となる。扁平成形チューブは圧損をもつため、その引き回し長さに比例してポンプの大型化及びポンプ動力の増加を必要とする。
【０００５】
結局、扁平成形チューブを複数の回路部品を順次巡るように引き回す冷却流体冷却型回路装置では、回路部品数の増大に応じて冷却流体の駆動動力が増大し、冷却流体駆動装置の大型化及び消費エネルギーの増大が問題となっていた。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、扁平成形チューブを用いる冷却流体冷却型回路装置において、冷却流体駆動動力を低減することをその目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の冷却流体冷却型回路装置は、互いに平行な一対の冷却用平坦表面をもつ金属押し出し成形品又は金属引き抜き成形品からなる冷却流体貫流チューブ、及び、前記冷却流体貫流チューブの前記冷却用平坦表面に直接又は伝熱部材を通じて密着配置される大発熱回路部品及び小発熱回路部品を備える冷却流体冷却型回路装置において、前記冷却流体貫流チューブは、前記大発熱回路部品に密着する第１管部と、前記第１管部と直列に接続されて前記小発熱回路部品に密着する第２管部とを有し、前記第１管部は、前記第２管部よりも大きい部材断面積及び冷却流体接触表面積と前記第２管部よりも小さい冷却流体流路断面積を有する。
【０００８】
すなわち、本発明は、互いに平行な一対の冷却用平坦表面をもつ金属押し出し成形品又は金属引き抜き成形品からなる冷却流体貫流チューブ、すなわち扁平成形チューブを複数の回路部品を巡って引き回すに際して、大発熱回路部品に接する扁平成形チューブの部位と、小発熱回路部品に接する扁平成形チューブの部位とで扁平成形チューブの断面形状を変更することにより、回路部品の冷却性を確保しつつその総合圧損を低減したものである。
【０００９】
更に説明すれば、扁平成形チューブは、大発熱回路部品に接して大きい部材断面積及び冷却流体接触表面積をもつので、小さい伝熱抵抗と大きなヒートシンク性能をもつことができる。これは、この種の冷却流体間接冷却型伝熱系では、扁平成形チューブと冷却流体との境界部（境界層とも呼ばれる）の伝熱抵抗が支配的となるためであり、これは、流動する冷却流体の境界層では実質的な移動速度が小さく、かつ、流れの乱れも小さいことに起因している。これに対応するために大発熱回路部品に接する第１管部では、扁平成形チューブの部材断面積を大きくしてそのヒートシンクマス性能を向上し、更に冷却流体接触表面積を大きくして放熱能力を向上している。ただし、扁平成形チューブにおける上記部材断面積及び冷却流体接触表面積の増大は冷却流体の圧損増大を招く。
【００１０】
これに対し、扁平成形チューブは、小発熱回路部品に接して小さい部材断面積及び冷却流体接触表面積をもつので、大きな伝熱抵抗と小さいヒートシンク性能をもつ。しかし、小発熱回路部品の発熱は小さいので小発熱回路部品の温度上昇をその許容温度範囲に十分維持することができる。更に、扁平成形チューブは、小発熱回路部品に接して大きな冷却流体流路断面積をもつので、この部位における圧損を低減することができる。結局、本構成によれば、両発熱部品の良好な冷却を確保しつつ、全体圧損を低減して冷却流体駆動装置の小型化及び駆動エネルギーの低減を図ることができる。
【００１１】
更に、冷却流体貫流チューブすなわち冷却系は合計１回路の冷却流体経路で構成できるので、接続などを簡素化することができる。
【００１２】
好適には、第１管部が第２管部よりも上流側に配置されることを特徴としている。本発明によれば、大発熱回路部品をより冷たい冷却流体で冷却することができるので、冷却装置構成を複雑かすることなく大発熱回路部品の冷却性を向上できる。
【００１３】
本発明では更に、前記第１管部の端部と前記第２管部の端部とを連結する第３管部を有し、前記第３管部は単一の流路を有して前記第１管部及び第２管部にそれぞれ嵌着されて接合されている。本構成によれば、単管（単一の流路を有する管）であり、第１管部及び第２管部の端部に嵌着されて接合されるので、その圧損は最も小さくすることができ、また引き回しのために変形することが容易であり、複雑な形状の配管構造を簡単に製造することができる。
【００１４】
本発明では更に、前記第３管部はＵ字状に湾曲されており、前記第１、第２管部は第３の回路部品の両面に密着していることを特徴としている。本構成によれば、変形容易で圧損が小さい第３管部をＵ字状に湾曲させることにより第１管部及び第２管部を第３の回路部品又は前記第１の回路部品の両面に密着させるので、簡素でコンパクトな冷却配管構造で３つ又はそれ以上の回路部品を冷却することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の冷却流体冷却型回路装置の好適な実施態様を図面を参照して以下説明する。
【００１６】
【実施例１】
この冷却流体冷却型回路装置の側面図を図１に、そのＢ−Ｂ線矢視断面図を図２に示す。
【００１７】
１は最も発熱が大きい第１の発熱体であり、電気自動車の走行モータ駆動制御用の三相インバータ回路をなす半導体モジュールにより構成されている。２ａ、２ｂは第２の発熱体であり、上記三相インバータ回路の一対の直流入力端間に接続される平滑コンデンサにより構成されている。３は第３の発熱体であり、２００Ｖ以上の主電池と１２Ｖの補機電池との間に介設されて補機電池を充電するための降圧型ＤＣーＤＣコンバータにより構成されている。
【００１８】
４はアルミ材の押し出しまたは引き抜きで製造された扁平成形チューブ（第１管部）であり、その内部には隔壁部により区画されて冷却流体が平行に流れるスリット状の通流部（流路）４ａが多数並列に形成されている。
【００１９】
５はアルミ材の押し出しまたは引き抜きで製造された扁平成形チューブ（第２管部）であり、その内部には隔壁部により区画されて冷却流体が平行に流れるスリット状の通流部（流路）５ａが多数並列に形成されている。図２に示すように、扁平成形チューブ４、５内の各隔壁の形状は同一であるが、扁平成形チューブ４には扁平成形チューブ５の２倍の数の隔壁が形成されており、その分だけ、扁平成形チューブ４の流路４ａの合計断面積は扁平成形チューブ５のそれより減少している。
【００２０】
６は、アルミ材の押し出しまたは引き抜きで製造された扁平成形チューブ（第３管部）であるが、内部に隔壁をもたず単一の流路を有している。扁平成形チューブ６は、Ｕ字状に湾曲成形されており、互いに平行配置された冷却流体貫流チューブ４，６の同一側の端部に圧着され、ろう付けにて接合されている。
【００２１】
７、８は、冷却流体貫流チューブ４，５の他端部に接合されたヘッダであり、ろう付けにより接合されている。ヘッダ７，８の一端には配管接続用の雄ねじ管部が設けられている。半導体モジュール１、平滑コンデンサ２ａ、２ｂ、ＤＣーＤＣコンバータ３は、図示のようにそれぞれの平坦な放熱面が扁平成形チューブ４〜６の平坦な伝熱面に取り付けられている。平滑コンデンサは２個で無く、一体の１個で構成しても３個で構成しても構わない。半導体モジュール１も、３相インバータの６アームを１個のモジュールとした６ｉｎ１タイプでも、１相２アームを１個のモジュールとした２ｉｎ１タイプ３個でも、１アームを１個のモジュールとした１ｉｎ１タイプ６個でもよい。平滑コンデンサ２ａ、２ｂは長円形型のコンデンサであり、両側面は平面なため、容易に両面から冷却することができる。
【００２２】
半導体モジュール１の発熱量はＤＣーＤＣコンバータ３のそれに比べて数倍から数１０倍大きい。平滑コンデンサ２ａ、２ｂの発熱量はＤＣ／ＤＣコンバータ３のそれより更に小さい。
【００２３】
本構成によれば、大発熱回路部品である半導体モジュール１を冷却する扁平成形チューブ１は小さい伝熱抵抗と大きなヒートシンクマス特性をもつことができ、小発熱回路部品であるＤＣ／ＤＣコンバータ３は、流路断面積が大きく低圧損（流体抵抗小）となるため、全体として必要な冷却性能を確保しつつ圧損を低減することができ、ポンプの小型化とポンプ駆動電力の低減を実現することができる。
【００２４】
また、この実施例では、内部に隔壁をもたず変形容易な扁平成形チューブ６を扁平成形チューブ４，５の連結のために用いるので、この回路部品冷却に関与しない第３管部の圧損を更に低減するとともにこの第３管部をＵ字状に湾曲させて、各回路部品１〜３と扁平成形チューブ４，５を積層配置することができ、冷却配管の引き回しを複雑化することなく装置をコンパクトに構成することができる。
【００２５】
更に、Ｕ字状に湾曲された第３管部の両端部間の幅を上記積層アセンブリの積層厚さよりわずかに小さくすれば、第３管部が上記積層アセンブリを挟圧するので、熱的結合が良好となり、効率良く冷却することができる。更に、平滑コンデンサ２ａ、２ｂは半導体モジュール１のヒートシンクマスとしても機能することができる。
【００２６】
更に、この実施例では、冷却流体は第１管部４から第３管部６を経由して第２管部５に流れ、大発熱回路部品である半導体モジュールは上流側でまだ加熱されていない冷却流体により冷却されるので、強力冷却が必要な半導体モジュール１の冷却性を向上することができる。
【００２７】
【実施例２】
本発明の装置の他の実施態様を図３を参照して説明する。
【００２８】
図３に示す装置は、図１に示す装置において、半導体モジュール１と平滑コンデンサ２ａ、２ｂとの配置位置を逆としたものである。ただし、半導体モジュール１としては両面冷却型の半導体モジュールが採用される。
【００２９】
このようにすれば、半導体モジュール１は両側から冷却されることができるので、一層冷却性を向上することができる。更に、半導体モジュール１は多くの隔壁を内蔵して伝熱抵抗が小さい扁平成形チューブ（第１管部）４を通じて平滑コンデンサ２ａ、２ｂに過渡的に放熱することができるので、平滑コンデンサ２ａ、２ｂが半導体モジュール１のヒートシンクマス機能を発揮することができる。
【００３０】
（変形態様）
上記実施例では、扁平成形チューブである第３管部６はアルミ押し出し成形品又はアルミ引き抜き成形品としたが、湾曲して両扁平成形チューブ４，５を連結するものであれば、他の構造、形状、材料を用いて作製してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の冷却流体冷却型回路装置の側面図である。
【図２】図１に示す冷却流体冷却型回路装置の断面図である。
【図３】実施例２の冷却流体冷却型回路装置の側面図である。
【符号の説明】
１：半導体モジュール（大発熱回路部品）
３：ＤＣ−ＤＣコンバータ（小発熱回路部品）
４：扁平成形チューブ（第１管部）
５：扁平成形チューブ（第２管部）
６：扁平成形チューブ（第３管部）
【図１】
0004085559.tif 000002
【図２】
0004085559.tif 000003
【図３】
0004085559.tif 000004