CN112992814A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冷却装置。提供能够通过减小翅片间的距离而增多翅片的片数从而提高冷却性能的冷却装置。冷却装置具备多个翅片(11)，多个翅片(11)为板状且在与板面正交的方向上排列，在翅片(11)中的端部形成有在短边方向上排列的多个凹部(111)，该端部是与板面平行的长边方向的端部且是冷却液的入口侧的端部。

Description

冷却装置

技术领域

本发明涉及冷却装置。

背景技术

近年来，作为对在搭载于电动汽车、混合动力汽车、电车等的电力控制装置中使用的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)等功率器件(半导体元件)进行冷却的液冷式冷却装置，提出了具有多个翅片的冷却装置。并且，在这种冷却装置中，若异物堵塞于翅片，则制冷剂的流量变少而冷却效率下降，因此提出了抑制冷却效率下降的技术。

例如，专利文献1所记载的冷却器如以下这样构成。具备第1翅片群和第2翅片群，第1翅片群配置于流路的上游侧，在流路的横截面的长边方向上排列并且在制冷剂的流动方向上延伸。第2翅片群配置于第1翅片群的下游侧，在长边方向上排列并且在制冷剂的流动方向上延伸，各翅片与在流路截面的短边方向上相对向的流路内表面分别相接。第2翅片群的间距比第1翅片群的间距大。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-45857号公报

发明内容

发明要解决的课题

为了提高冷却性能，可考虑减小相邻的翅片间的距离，增多翅片的片数。在减小翅片间的距离的情况下，异物会容易堵塞，制冷剂容易变得难以流动。若制冷剂变得难以流动，则即便增多了翅片的片数，冷却性能反而可能会恶化。

本发明的目的在于，提供能够通过减小翅片间的距离来增多翅片的片数，提高冷却性能的冷却装置。

用于解决课题的技术方案

基于上述目的完成的本发明是一种冷却装置，具有多个翅片，该多个翅片为板状且在与板面正交的方向上排列，在所述翅片中的端部形成有在短边方向上排列的多个凹部，该端部是与板面平行的长边方向的端部且是冷却液的入口侧的端部。

在此，可以是，所述凹部的所述短边方向的大小比所述多个翅片的翅片间的距离大。

另外，可以是，在将所述多个凹部的合计面积设为S，将所述多个翅片的翅片间的距离设为w，将所述翅片的短边方向的大小设为h的情况下，S/2>w×h。

另外，可以是，所述多个凹部的所述长边方向的大小随着远离配置于所述短边方向的一个端部侧的发热体而变大。

另外，可以是，由所述多个凹部中的相邻的凹部形成的所述翅片的前端部相对于所述板面弯折。

另外，可以是，所述翅片的多个前端部中的一个前端部的弯折方向和与该一个前端部不同的其它的前端部的弯折方向相对于板面相反。

发明效果

根据本发明，能够提供能够减小翅片间的距离而提高冷却性能的冷却装置。

附图说明

图1是第1实施方式的液冷式冷却装置的立体图。

图2是图1的II-II部的剖视图。

图3是图2的III-III部的剖视图。

图4的(a)是示出散热器中的入口接头侧的端部的一例的立体图。(b)是在(a)的IVb方向上观察散热器时的图。

图5是示出在散热器中的入口接头侧的端部堵塞有异物的状态的一例的立体图。

图6的(a)是示出第2实施方式的散热器中的入口接头侧的端部的一例的立体图。(b)是在(a)的VIb方向上观察散热器时的图。

图7的(a)是示出第3实施方式的散热器中的入口接头侧的端部的一例的立体图。(b)是在(a)的VIIb方向上观察散热器时的图。

图8的(a)及(b)是示出第3实施方式的散热器中的入口接头侧的端部的变形例的一例的立体图。

图9的(a)、(b)及(c)是示出散热器中的入口接头侧的端部的变形例的一例的立体图。

标号说明

1…液冷式冷却装置，10、50、70…散热器，11、60、71…翅片，20…壳体，30…入口接头，40…出口接头，111、61、62、63、64、65、66、711…凹部，112、712…前端部，P…发热体，I…绝缘构件。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式进行详细说明。

<第1实施方式>

图1是第1实施方式的液冷式冷却装置1的立体图。

图2是图1的II-II部的剖视图。

图3是图2的III-III部的剖视图。

实施方式的液冷式冷却装置1具备：具有矩形形状的多个翅片11的散热器10和收纳散热器10的壳体20。另外，液冷式冷却装置1具备：使冷却液从壳体20的外部向内部流入的入口接头30和使冷却液从壳体20的内部向外部流出的出口接头40。以下，有时将矩形形状的翅片11的长边方向称作左右方向，将翅片11的短边方向称作上下方向，将多个翅片11的排列方向称作前后方向。

液冷式冷却装置1是使用在壳体20的内部流通的冷却液及散热器10对经由平板状的绝缘构件I而装配于壳体20的外表面(在本实施方式中是上表面)的发热体P进行冷却的装置。发热体P能够例示绝缘栅双极型晶体管(IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor))等功率半导体器件。另外，发热体P能够例示IGBT和控制该IGBT的控制电路被封装化而得到的IGBT模块、该IGBT模块和自我保护功能被封装化而得到的智能功率模块。

(壳体20)

壳体20具备：经由绝缘构件I而供发热体P装配的壳体主体21和覆盖壳体主体21的开口部的罩22。

壳体主体21具有平板状的顶部21a、从顶部21a中的各端部在与顶部21a正交的方向上向下方突出的侧部21b及从侧部21b中的各端部在与侧部21b正交的方向上向外侧突出的凸缘部21c。在顶部21a中的与设置有侧部21b的一侧相反一侧的面(上表面)的中央部经由绝缘构件I而装配发热体P。并且，在顶部21a中的比配置绝缘构件I及发热体P的部位靠左右方向的各外侧处形成有以将壳体20的内部与外部连通的方式贯通的入口用贯通孔21d和出口用贯通孔21e。

罩22是平板状且是矩形形状，比壳体主体21的凸缘部21c大。在罩22中的4个角部形成有供用于将液冷式冷却装置1向其它构件安装的螺栓等插通的贯通孔221。

壳体20通过壳体主体21的凸缘部21c和罩22被硬钎焊而以能够在内部收纳散热器10的方式构成为箱状。壳体主体21及罩22能够例示使用铝钎焊片材而成形。此时，硬钎焊材料层至少位于彼此相对向的一面。

并且，通过壳体主体21和罩22被硬钎焊，在壳体20内的比入口用贯通孔21d靠下方处形成流入侧空间23，在壳体20内的比出口用贯通孔21e靠下方处形成流出侧空间24。

(入口接头30)

入口接头30具有圆筒状的圆筒状部31和长方体状的长方体状部32，以能够使冷却液流通的方式在内部形成有空洞。圆筒状部31的一方的端部(右端部)开口，另一方的端部与长方体状部32连接。在长方体状部32中的一面(下表面)形成有将入口接头30的内部与外部连通的贯通孔33。入口接头30以形成有贯通孔33的面载置于壳体主体21的顶部21a中的装配有发热体P的面(上表面)上的状态被硬钎焊于壳体主体21。此时，入口接头30的内部和壳体主体21的内部经由入口接头30的贯通孔33和壳体主体21的入口用贯通孔21d而连通。

(出口接头40)

出口接头40具有圆筒状的圆筒状部41和长方体状的长方体状部42，以能够使冷却液流通的方式在内部形成有空洞。圆筒状部41的一方的端部(左端部)开口，另一方的端部与长方体状部42连接。在长方体状部42中的一面(下表面)形成有将出口接头40的内部与外部连通的贯通孔43。出口接头40以形成有贯通孔43的面载置于壳体主体21的顶部21a中的装配有发热体P的面(上表面)上的状态被硬钎焊于壳体主体21。此时，出口接头40的内部和壳体主体21的内部经由出口接头40的贯通孔43和壳体主体21的出口用贯通孔21e而连通。

(散热器10)

散热器10具有多个翅片11，该多个翅片11为板状且在与板面正交的方向上排列。在上下方向上观察的情况下，配置有多个翅片11的区域比绝缘构件I大。

翅片11为矩形形状，以翅片11的短边方向成为图1所示的上下方向且翅片11的长边方向成为图1所示的左右方向的方式配置。另外，多个翅片11在与翅片11的表面正交的方向上以相邻的翅片间的距离(换言之，翅片11与翅片11之间的间隙)是预先确定的间隔w(以下，有时称作“预定间隔w”)的状态排列。多个翅片11以使排列方向成为图1所示的前后方向的方式配置。

散热器10通过多个翅片11的上端部被硬钎焊于壳体主体21的顶部21a中的与装配发热体P的面相反一侧的面(下表面)且多个翅片11的下端部被硬钎焊于罩22的上表面而被固定于壳体20内。在硬钎焊时，能够例示：将多个翅片11的下端部与罩22接合后，将壳体主体21与罩22硬钎焊，与此同时，进行多个翅片11的上端部与壳体主体21的硬钎焊。此外，多个翅片11的下端部与罩22的接合能够例示压接、粘接、硬钎焊等熔接。另外，也可以将多个翅片11的下端部与罩22的硬钎焊、多个翅片11的上端部与壳体主体21的硬钎焊、壳体主体21与罩22的硬钎焊全部同时进行。

图4的(a)是示出散热器10中的入口接头30侧的端部的一例的立体图。

图4的(b)是在图4的(a)的IVb方向上观察散热器10时的图。换言之，图4的(b)是在前后方向上观察翅片11中的入口接头30侧的端部的一例时的图。

如图4的(a)及图4的(b)所示，在翅片11中的端部，多个凹部111在短边方向上以等间隔形成，该端部是长边方向的端部且是入口接头30侧的端部。各凹部111能够例示呈长方体状。也就是说，在前后方向上观察各凹部111时的形状是长方形。并且，凹部111的短边方向的大小即宽度a比相邻的翅片11间的距离即预定间隔w大。也就是说，宽度a>预定间隔w。

另外，以使经由形成于相邻的翅片11的凹部111而向形成于该相邻的翅片11间的流路流动的旁通路的流路面积的(1/2)比形成于相邻的翅片11间的后述的翅片间流路14的流路面积大的方式设定了各部位的大小。也就是说，若将形成于各翅片11的凹部111的数量设为N，将凹部111的长边方向的大小设为深度b，则各翅片11中的多个凹部111的合计面积S成为“合计面积S＝宽度a×深度b×N个”。并且，在将翅片11的短边方向的大小设为高度h的情况下，以成为“合计面积S/2>预定间隔w×高度h”的方式设定了各部位的大小。以旁通路的流路面积的(1/2)为基准是因为，冷却液能够经由凹部111而向在形成有该凹部111的翅片11的两侧形成的翅片间流路14流入。

此外，翅片11的材质能够例示铝或铝合金等铝材。另外，翅片11的材质也可以是铜、铝或铝合金与碳的复合材料。

另外，翅片11能够例示通过对例如由铝材构成的板材实施冲压加工而成形。翅片11的厚度(板材的板厚)能够例示0.3～1.2mm。翅片11的厚度根据液冷式冷却装置1整体的大小、在壳体20中流通的冷却液的种类或翅片11的热传导率而适当变更。

在如以上这样构成的液冷式冷却装置1中，冷却液通过入口接头30的内部及入口用贯通孔21d而向壳体20内的流入侧空间23流入。然后，在散热器10中的由多个翅片11中的彼此相邻的翅片11间的间隙形成的翅片间流路14(参照图3)内向左方向流动，到达流出侧空间24。另外，通过在散热器10中的最前侧的翅片11与壳体主体21的侧部21b之间形成的前侧流路15(参照图3)及由散热器10中的最后侧的翅片11与壳体主体21的侧部21b之间的间隙形成的后侧流路16(参照图3)而向左方向流动，到达流出侧空间24。到达了流出侧空间24的冷却液通过出口用贯通孔21e及出口接头40的内部而向壳体20外流出。

并且，从发热体P发出的热经由绝缘构件I、壳体主体21的顶部21a及散热器10的翅片11而向在翅片间流路14、前侧流路15及后侧流路16中流动的冷却液散热。由此，发热体P被冷却。

图5是示出在散热器10中的入口接头30侧的端部堵塞有异物的状态的一例的立体图。

另外，在本实施方式的液冷式冷却装置1中，由于在散热器10的翅片11的入口接头30侧的端部形成有多个凹部111，所以容易捕捉混入到冷却液的异物。也就是说，在相邻的凹部111间设置有凸状的前端部112，容易相对于异物以点而非线的方式接触，因此例如丝状的异物也容易向凸状的前端部112的最前端钩挂。因而，能够抑制异物在翅片间流路14等冷却液的流路中的下游侧的部位处堵塞。此外，“异物”能够例示混入到冷却液的垃圾或从马达壳体、散热器、水泵等同一系统的冷却流路中的比液冷式冷却装置1靠上游处流通冷却液的流路的内壁剥离下来的物体。

并且，在散热器10的翅片11中，由于凹部111的宽度a比相邻的翅片11间的距离即预定间隔w大，所以即使在散热器10中的入口接头30侧的端部堵塞有异物，与宽度a≤预定间隔w的情况相比，冷却液也容易通过凹部111。因而，在堵塞有异物的部位处也能够抑制冷却液的流路的阻塞。另外，以成为“合计面积S/2>预定间隔w×高度h”的方式设定了各部位的大小。由此，能够使冷却液通过凹部111时的阻力比通过翅片11间的阻力小。这样，在本实施方式的散热器10中，能够在捕捉异物的同时，使冷却液流如图5所示的箭头那样旁通，使得冷却液的流路难以阻塞。

通过以上，根据具有散热器10的液冷式冷却装置1，即使减小翅片11间的距离(预定间隔w)，也能够抑制异物在冷却液的流路中的下游侧的部位处堵塞，并且能够抑制冷却液流动时的阻力，因此能够增加翅片11的片数，能够提高冷却性能。

另外，散热器10的翅片11通过对例如由铝材构成的板材实施冲压加工而成形，但凹部111也能够在成形翅片11的外形的同时进行加工。因而，翅片11的制造成本不易因在翅片11形成凹部111而变高。

此外，在上述的实施方式中，例示了散热器10的翅片11的凹部111的形状是“宽度a>预定间隔w”且“合计面积S/2>预定间隔w×高度h”，但并不特别限定于该形态。也可以是满足“宽度a>预定间隔w”和“合计面积S/2>预定间隔w×高度h”中的某一方的形状。

<第2实施方式>

图6的(a)是示出第2实施方式的散热器50中的入口接头30侧的端部的一例的立体图。

图6的(b)是在图6的(a)的VIb方向上观察散热器50时的图。

第2实施方式的散热器50相对于第1实施方式的散热器10，与翅片11相当的翅片60不同。以下，对与散热器10的不同点进行说明。关于在第2实施方式和第1实施方式中具有相同功能的要素，标注相同标号，省略其详细的说明。

翅片60从经由绝缘构件I而装配有发热体P的壳体主体21侧到罩22依次形成有长边方向的大小即深度不同的凹部61、凹部62、凹部63、凹部64、凹部65、凹部66。并且，若将凹部61、凹部62、凹部63、凹部64、凹部65、凹部66的深度分别设为b1、b2、b3、b4、b5、b6，则如图6所示，如b1<b2<b3<b4<b5<b6这样形成为随着远离壳体主体21而变深。换言之，如图6的双点划线所示，在上方不存在绝缘构件I的区域中，从发热体P发出的热从绝缘构件I的端部呈放射状地向翅片60传递，因此，与壳体主体21的顶部21a越近，则为了增大与冷却液的接触面积而形成为深度越小。

根据第2实施方式的翅片60，例如与深度固定为b1的情况相比，能够减小冷却液在旁通路中流动时的阻力。这样，根据翅片60，能够在捕捉异物的同时使得冷却液的流路不易阻塞。

其结果，根据第2实施方式的散热器50，能够通过减小翅片60间的距离而增多翅片60的片数从而提高冷却性能。

<第3实施方式>

图7的(a)是示出第3实施方式的散热器70中的入口接头30侧的端部的一例的立体图。

图7的(b)是在图7的(a)的VIIb方向上观察散热器70时的图。换言之，图7的(b)是从入口接头30侧向出口接头40侧观察翅片71中的入口接头30侧的端部的一例时的图。

第3实施方式的散热器70相对于第1实施方式的散热器10，与翅片11相当的翅片71的形状不同。以下，对与散热器10的不同点进行说明。关于在第3实施方式和第1实施方式中具有相同功能的要素，标注相同标号，省略其详细的说明。

在第3实施方式的翅片71的端部，多个凹部711在短边方向上以等间隔形成，并且，由多个凹部711中的相邻的凹部711形成的翅片71的前端部712相对于板面弯折，上述端部是翅片71的长边方向的端部且是入口接头30侧的端部。并且，前端部712形成为，如图7的(b)所示，在翅片71的长边方向上观察的情况下，翅片71的前端部712中的最前端成为与形成于相邻的翅片71间的翅片间流路14重叠的位置。另外，多个前端部712中的一个前端部713的弯折方向和与一个前端部713相邻的其它的前端部714的弯折方向相对于翅片71的板面相反。而且，在图7的(a)及图7的(b)所示的例子中，一个前端部713和其它的前端部714以在短边方向上交替的方式成形。

在第3实施方式的散热器70中，在翅片71的长边方向上观察的情况下，翅片71的前端部712位于与翅片间流路14重叠的位置。换言之，前端部712以将从入口接头30向出口接头40流动的冷却液的流路的一部分即翅片间流路14的入口的一部分堵住的方式存在。因而，根据散热器70，容易将比预定间隔w稍小的异物也在前端部712处捕捉，因此能够抑制异物在翅片间流路14等冷却液的流路中的下游侧的部位处堵塞。

而且，在第3实施方式的散热器70中，一个前端部713和其它的前端部714以在短边方向上交替的方式成形。因而，如图7的(b)所示，通过多个翅片71中的一个翅片71a的一个前端部713和与该一个翅片71a相邻的其它的翅片71b的其它的前端部714，由一个翅片71a和其它的翅片71b形成的翅片间流路14的入口的开口面积缩窄。因而，根据散热器70，容易捕捉混入到冷却液的异物，因此能够抑制异物在翅片间流路14等冷却液的流路中的下游侧的部位处堵塞。

另外，在第3实施方式的散热器70中，也与散热器10同样，翅片71的凹部711的短边方向的大小即宽度a比相邻的翅片71间的大小即预定间隔w大。另外，以成为“合计面积S/2>预定间隔w×高度h”的方式设定了各部位的大小。因而，即使在散热器70中的入口接头30侧的端部堵塞有异物，与宽度a≤预定间隔w的情况相比，冷却液也容易通过凹部711。因而，在堵塞有异物的部位处也能够抑制流路的阻塞。另外，由于“合计面积S/2>预定间隔w×高度h”，所以能够使冷却液通过凹部111时的阻力比通过翅片71间的阻力小。这样，在第3实施方式的散热器70中，能够在捕捉异物的同时使冷却液流旁通，使得流路不易阻塞。

其结果，根据第3实施方式的散热器70，能够通过减小翅片60间的距离而增多翅片60的片数从而提高冷却性能。

另外，翅片71在通过对例如由铝材构成的板材实施冲压加工而成形时，凹部711、前端部712也能够在成形翅片71的外形的同时进行加工。因而，翅片71的制造成本不易因在翅片71形成凹部711、前端部712而变高。

(变形例)

图8的(a)及图8的(b)是示出第3实施方式的散热器70中的入口接头30侧的端部的变形例的一例的立体图。

在使用图7的(a)及图7的(b)例示的翅片71中，弯折方向不同的一个前端部713和其它的前端部714以在短边方向上交替的方式成形，但不特别限定于该形态。前端部712的弯折方向也可以是图8的(a)及图8的(b)所示的方向。

例如，如图8的(a)所例示那样，也可以是，前端部712相对于翅片71的板面全部向相同方向弯折，在翅片71的长边方向上观察的情况下，全部前端部712位于与翅片间流路14重叠的位置。即使前端部712是该形状，也容易将比预定间隔w稍小的异物也在前端部712处捕捉，因此能够抑制异物在翅片间流路14等冷却液的流路中的下游侧的部位处堵塞。

另外，如图8的(b)所例示那样，也可以是，前端部712具有相对于翅片71的板面向不同的方向弯折的一个前端部715及其它的前端部716和相对于翅片71的板面没有弯折的平行的前端部717，并且一个前端部715和其它的前端部716隔着平行的前端部717交替地设置。并且，通过在翅片71的长边方向上观察的情况下，一个前端部715和其它的前端部716位于与翅片间流路14重叠的位置，容易将比预定间隔w稍小的异物也在前端部712处捕捉，因此能够抑制异物在翅片间流路14等冷却液的流路中的下游侧的部位处堵塞。

图9的(a)、图9的(b)及图9的(c)是示出散热器70中的入口接头30侧的端部的变形例的一例的立体图。

如图9的(a)、图9的(b)及图9的(c)所示，在图7的(a)及图7的(b)所例示的第3实施方式的散热器70、图8的(a)及图8的(b)所例示的变形例的散热器70中，也可以与第2实施方式的散热器50同样地将凹部711的深度形成为随着远离壳体主体21的顶部21a而变深。由此，与深度固定的情况相比，能够减小冷却液在旁通路中流动时的阻力，能够在捕捉异物的同时使得冷却液的流路不易阻塞。其结果，根据第2实施方式的散热器50，能够通过减小翅片60间的距离而增多翅片60的片数从而提高冷却性能。

Claims (9)

1.一种冷却装置，具有多个翅片，该多个翅片为板状且在与板面正交的方向上排列，

在所述翅片中的端部形成有在短边方向上排列的多个凹部，该端部是与板面平行的长边方向的端部且是冷却液的入口侧的端部。

2.根据权利要求1所述的冷却装置，

所述凹部的所述短边方向的大小比所述多个翅片的翅片间的距离大。

3.根据权利要求1或2所述的冷却装置，

在将所述多个凹部的合计面积设为S，将所述多个翅片的翅片间的距离设为w，将所述翅片的短边方向的大小设为h的情况下，

S/2>w×h。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的冷却装置，

所述多个凹部的所述长边方向的大小随着远离配置于所述短边方向的一个端部侧的发热体而变大。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的冷却装置，

由所述多个凹部中的相邻的凹部形成的所述翅片的前端部相对于所述板面弯折。

6.根据权利要求5所述的冷却装置，

所述翅片的多个前端部中的一个前端部的弯折方向和与该一个前端部不同的其它的前端部的弯折方向相对于板面相反。

7.根据权利要求5所述的冷却装置，

所述翅片的多个前端部相对于所述板面全部向相同方向弯折。

8.根据权利要求6所述的冷却装置，

所述一个前端部和所述其它的前端部在所述短边方向上交替设置。

9.根据权利要求6所述的冷却装置，

所述一个前端部和所述其它的前端部隔着没有相对于所述板面弯折的前端部在所述短边方向上交替设置。

Images