JP4986064B2

JP4986064B2 - 発熱体冷却装置

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Publication number: JP4986064B2
Application number: JP2008046406A
Authority: JP
Inventors: 崇文越田
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2008-02-27
Filing date: 2008-02-27
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2028-02-27
Also published as: JP2009206271A

Description

本発明は、半導体素子等の発熱体を冷却するための発熱体冷却装置に関する。

このような発熱体冷却装置は、例えば、直流−交流変換を行うインバータに用いられるスイッチング素子等のような発熱量の多い半導体素子を冷却するために用いられる。

インバータを構成するスイッチング素子等の半導体素子は、大きい電流が流れるため発熱しやすい。よって、インバータの信頼性を確保し寿命を長くするためには、半導体素子を所定の温度以下に保つ必要がある。このため、優れた冷却能力を有する冷却装置が必要である。

このような要求に対し、半導体素子を冷却するべく半導体素子と熱伝導可能に設けられた放熱面に沿って冷媒が流通する冷媒室を備えた冷却装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
かかる特許文献１に記載の冷却装置においては、冷媒室内に複数のフィンを並列配置して、それぞれ隣接するフィンどうしの間に冷媒が通流するフィン間通路を形成している。各フィン間通路の一端部は、当該フィンと略同じ高さを有する第１ヘッダーで連通してあり、各フィン間通路の他端部は、第１ヘッダーと同様の第２ヘッダーで連通してある。そして、第１ヘッダーに供給された冷媒が各フィン間通路に分配されて流通し、各フィン間通路から流出した冷媒が第２ヘッダーにて合流する。特許文献１に記載の冷却装置においては、このように構成することで、冷媒に放熱するための放熱面積を大きくして冷却能力を高めることを可能としている。

特開２００１−３５９８１号公報

ところで、半導体素子等の発熱体を冷却するための発熱体冷却装置においては、放熱面積を大きくすれば冷却能力を高めることができることは勿論であるが、より効率的に発熱体を冷却するためには、冷媒室内にできるだけ均一に冷媒を流通させることが好ましい。

この点、特許文献１に記載された冷却装置においては、第１ヘッダーから各フィン間通路に冷媒を分配する際に、例えば第１ヘッダーへの冷媒供給箇所に近接したフィン間通路に冷媒が多く流通し、一方、冷媒供給箇所から離間したフィン間通路にはあまり冷媒が流通しないなど、冷媒を各フィン間通路に均一に分配することができない状況が発生してしまう。このため、各フィン間通路を流通する冷媒の量にばらつきが生じ、冷媒室内を流通する冷媒が不均一となって、良好な冷却能力を発揮し得ない場合があるという問題があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、良好な冷却能力を発揮することが可能であり、かつ製造性が良く安価な発熱体冷却装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するための、本発明に係る発熱体冷却装置の特徴構成は、発熱体と熱伝導可能に設けられた冷却面に沿って冷媒が流通する冷媒室と、少なくとも一端部が開放された管状に形成され、その長手方向に沿って形成されたスリット状開口部を備えた管状部材と、前記管状部材の外形に合致する内面形状を有するとともに、前記冷媒室に連通された保持室を有する保持部と、を備え、前記管状部材は、前記保持部の前記保持室内に保持されているとともに、前記スリット状開口部が前記冷媒室に連通するように、前記冷媒室の少なくとも一端部に沿って配置され、前記保持部の一端側に設けられた開口部から前記保持室に前記管状部材が挿入されるとともに、当該開口部と前記管状部材との間が液密状態とされている点にある。

ここで、スリット状開口部は、管状部材の長手方向の略全体に亘る一本のスリットとして形成されていてもよいし、管状部材の長手方向に沿って配置された複数のスリットとして形成されていてもよい。

上記の特徴構成によれば、少なくとも一端部が開放された管状部材が冷媒室の一端部に沿って配置され、当該管状部材に形成されたスリット状開口部が冷媒室に連通しているため、冷媒を管状部材の一端部からスリット状開口部を介して冷媒室に流入させることができる。このとき、スリット状開口部は冷媒の流れを規制する絞り部として機能することになるため、管状部材の一端部から流入した冷媒は管状部材の中で略全体に均等に分配され、スリット状開口部の全領域から冷媒室へ向けて流出する。そして、スリット状開口部は冷媒室の一端部に沿って配置された管状部材の長手方向に沿って形成されているので、冷媒室の一端部に沿った方向の全領域について、略均一に冷媒を流入させることができる。よって、冷媒室内を流通する冷媒を略均一とすることができるため、良好な冷却能力を発揮する発熱体冷却装置を提供することができる。

ここで、上記したように、スリット状開口部は管状部材に形成される。よって、冷媒室を形成する部材に対して特別な加工等をすることなく絞り部として機能する部位を形成することができるので、製造コストを低く抑えることができる。また、冷媒室を形成する部材とは別部材となる管状部材にスリット状開口部を設けたので、管状部材を容積やスリット状開口部の大きさが異なるものに適宜変更するだけで、容易に冷媒の流通状態を調節することができる。以上より、良好な冷却能力を発揮することが可能であり、かつ製造性が良く安価な発熱体冷却装置を提供することができる。また、この構成によれば、管状部材が保持室の内面により保持されるので、製造時の管状部材の位置決めが容易であるとともに、管状部材が保持部により保持されて確実に固定されるので、冷媒室内での冷媒の流通を適切に維持することができる。さらに、この構成によれば、開口部と当該開口部から挿入される管状部材との間の隙間のみをシールすればよいので、シール面積を小さくすることができる。これにより、確実性を高くして信頼性の向上を図ることができるとともに、シールのためのコストを低く抑えることができる。

ここで、前記管状部材は、前記冷媒室の両端部に沿ってそれぞれ配置され、前記冷媒室の一端部に配置された前記管状部材の前記スリット状開口部が前記冷媒室への冷媒流入口となり、前記冷媒室の他端部に配置された前記管状部材の前記スリット状開口部が前記冷媒室からの冷媒流出口となっていると好適である。

この構成によれば、冷媒室の一端部に沿って配置された管状部材の一端部から、スリット状開口部を介して冷媒室に流入した冷媒は、更に、冷媒室の他端部に沿って配置された管状部材に形成されたスリット状開口部を介して冷媒室から流出する。このとき、冷媒室の他端部に沿って配置される管状部材に形成されたスリット状開口部は、上記と同様に冷媒の流れを規制する絞り部として機能することになるため、冷媒室から略均一に冷媒を流出させることができる。よって、冷媒室内を流通する冷媒をより均一とすることができるので、更に良好な冷却能力を発揮する発熱体冷却装置を提供することができる。

ここで、前記管状部材は鍔部を有し、当該鍔部が前記開口部の端面に当接した状態で固定されていると好適である。

この構成によれば、保持部の一端側に設けられた開口部から冷媒室に管状部材が挿入される構成をとった場合において、容易かつ確実に管状部材を固定することができる。

ここで、前記管状部材は円管状であると好適である。

この構成によれば、汎用されている丸型パイプを利用することができるので、製造コストを低く抑えることができる。また、管状部材と開口部との間をシールする場合には、Ｏリング等の汎用のシール部材を利用することができるので、この点からも製造コストを低く抑えることができる。更に、管状部材の外形に合致する内面形状の保持室を有する保持部を設ける場合には、当該保持室を丸穴加工により形成することができるので、製造コストを低く抑えることができる。

ここで、前記管状部材が、開放された一端部側で冷媒循環路を構成する部材に直接接続されていると好適である。

発熱体冷却装置に供給される冷媒の循環路を構成する場合、当該冷媒循環路を構成する流路と発熱体冷却装置との間には、これらを接続するための接続ポートが設けられる。この構成によれば、管状部材に当該接続ポートの機能を持たせることができる。よって、部品点数を低減することができ、製造コストを低く抑えることができる。

ここで、前記冷媒室に、前記管状部材の長手方向と略直交する方向の冷媒の流れを形成するフィンが設けられていると好適である。

この構成によれば、冷媒室内を流通する冷媒は、フィンに沿って管状部材の長手方向と直交する方向に流通するように規制される。よって、管状部材のスリット状開口部の全体から冷媒室へ略均一に流入した冷媒は一定方向の流れを形成するので、冷媒室内において冷媒の淀みが生じることを抑制することができる。その結果、冷媒室内を流通する冷媒をより一層均一とすることができる。また、当該フィンを冷却面に設けた場合には、放熱面積を大きくして冷却能力をより良好なものとすることができる。

ここで、前記冷却面が設けられる本体部と、前記冷却面に対向する対向面が設けられ、前記本体部に取り付けられるカバー部と、を備え、前記冷却面と前記対向面との間に前記冷媒室が形成されていると好適である。

この構成によれば、本体部とカバー部が取り付けられたときに、本体部に設けられる冷却面とカバー部に設けられる対向面との間に冷媒室が形成される。よって、本体部及びカバー部を別々に製造することができるので、それぞれの製造・加工等が容易となる。そして、これらを適切に組み付けることにより冷媒室を形成することができるので、結果として、発熱体冷却装置を簡易に製造することができる。

ここで、前記本体部における前記冷却面に、放熱フィンが一体的に形成されていると好適である。

この構成によれば、冷却面に放熱フィンが一体的に形成されているため、発熱体からの熱を放熱フィンに良好に伝達することができ、更に、冷却面の放熱面積を大きくすることができるので、冷却能力をより一層良好なものとすることができる。

本発明に係る発熱体冷却装置のもう一つの特徴構成は、発熱体と熱伝導可能に設けられた冷却面に沿って冷媒が流通する冷媒室と、少なくとも一端部が開放された中空管状に形成され、その長手方向に沿って配置された複数の穴状開口部を備えた管状部材と、前記管状部材の外形に合致する内面形状を有するとともに、前記冷媒室に連通された保持室を有する保持部と、を備え、前記管状部材は、前記保持部の前記保持室内に保持されているとともに、前記穴状開口部が前記冷媒室に連通するように、前記冷媒室の少なくとも一端部に沿って配置され、前記保持部の一端側に設けられた開口部から前記保持室に前記管状部材が挿入されるとともに、当該開口部と前記管状部材との間が液密状態とされている点にある。

この特徴構成によれば、少なくとも一端部が開放された管状部材が冷媒室の一端部に沿って配置され、当該管状部材に形成された穴状開口部が冷媒室に連通しているため、冷媒を管状部材の一端部から穴状開口部を介して冷媒室に流入させることができる。このとき、穴状開口部は冷媒の流れを規制する絞り部として機能することになるため、管状部材の一端部から流入した冷媒は管状部材の中で略全体に均等に分配され、穴状開口部の全領域から冷媒室へ向けて流出する。そして、穴状開口部は冷媒室の一端部に沿って配置された管状部材の長手方向に沿って複数配置されているので、冷媒室の一端部に沿った方向の全領域について、略均一に冷媒を流入させることができる。よって、冷媒室内を流通する冷媒を略均一とすることができるため、良好な冷却能力を発揮する発熱体冷却装置を提供することができる。

ここで、上記したように、穴状開口部は管状部材に形成される。よって、冷媒室を形成する部材に対して特別な加工等をすることなく絞り部として機能する部位を形成することができるので、製造コストを低く抑えることができる。また、冷媒室を形成する部材とは別部材となる管状部材に穴状開口部を設けたので、管状部材を容積や穴状開口部の数あるいは大きさが異なるものに適宜変更するだけで、容易に冷媒の流通状態を調節することができる。以上より、良好な冷却能力を発揮することが可能であり、かつ製造性が良く安価な発熱体冷却装置を提供することができる。また、この構成によれば、管状部材が保持室の内面により保持されるので、製造時の管状部材の位置決めが容易であるとともに、管状部材が保持部により保持されて確実に固定されるので、冷媒室内での冷媒の流通を適切に維持することができる。さらに、この構成によれば、開口部と当該開口部から挿入される管状部材との間の隙間のみをシールすればよいので、シール面積を小さくすることができる。これにより、確実性を高くして信頼性の向上を図ることができるとともに、シールのためのコストを低く抑えることができる。

以下に、本発明に係る発熱体冷却装置１の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態では、本発明に係る発熱体冷却装置１（以下、単に冷却装置１と略称する）を、インバータを構成するスイッチング素子を含むモジュールを冷却するための冷却装置１に適用する場合を例として説明する。ここで、上記インバータは、例えば、バッテリから供給される直流電源をスイッチング作用により交流電源（三相からなるものについては、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に変換して電動機の各コイルに供給するもので、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）やＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子や付随の回路素子と、それらを配した回路基板からなるスイッチング素子モジュール３を備える。当該スイッチング素子モジュール３には大電流が流れ、その際スイッチング素子モジュール３は発熱する。したがって、本実施形態においては、インバータが備えるスイッチング素子モジュール３が本発明における発熱体に相当する。

冷却装置１は、図１に示すように、流入側ポート５及び吐出側ポート６を介して冷媒循環路４に連結されている。冷媒循環路４は、圧送源としての冷媒ポンプ５２と、熱交換器５１と、それらをつなぐ流路５３、５４、５５とから構成されている。冷媒循環路４の起点としての冷媒ポンプ５２の吐出側流路５３は、冷却装置１の入口側の流入側ポート５に接続され、冷却装置１の出口側の流出側ポート６は、戻り流路５４を経て熱交換器５１の入口側に接続され、熱交換器５１の出口側が冷媒ポンプ５２の吸込側流路５５に接続されている。この冷媒循環路４において、冷媒は冷媒ポンプ５２から送り出された後、冷却装置１においてスイッチング素子モジュール３からの熱を吸収して発熱体を冷却する。吸熱して自らは高温となった冷媒は、戻り流路５４を経由して熱交換器５１に送り込まれて空気への放熱により冷却され、再度冷媒ポンプ５２に戻されて一巡のサイクルを形成する循環を繰り返すことになる。このようにして、冷却装置１は、インバータのスイッチング素子モジュール３が発生した熱を冷媒に対して放熱させて、当該発スイッチング素子モジュール３を熱的に保護している。

図１及び図３に示すように、冷却装置１は、本体部１０とカバー部２０と管状部材３０とを備える。本体部１０は、スイッチング素子モジュール３及びヒートシンク１１と一体的に形成されている。本実施形態においては、スイッチング素子モジュール３はヒートシンク１１に接するように固定されており、これらの間で熱伝導が可能となっている。ヒートシンク１１の、スイッチング素子モジュール３が固定された面の反対側の面には冷却面１２が設けられ、冷却装置１の内部において冷媒は、この冷却面１２に沿って流通する。スイッチング素子モジュール３は、ヒートシンク１１を介して、冷却面１２に沿って流通する冷媒との間で熱交換を行い冷却される。このような熱交換を行うため、ヒートシンク１１は、銅やアルミニウム等の高熱伝導性材料で構成されていると好適である。

カバー部２０は、銅やアルミニウム等の金属材料、ポリアミドやポリカーボネート等の樹脂材料等で構成され、本体部１０の、ヒートシンク１１の冷却面１２に対向するように取り付けられている。本実施形態においては、カバー部２０のうち本体部１０の冷却面１２に対向する面は、冷却面１２に対して一定の距離だけ離間して配置される対向面２２と、本体部１０の冷却面１２の外周の取付面１６に接して取り付けられる取付面２７とにより、全体として凹状に形成されている。このように、冷却面１２に対向する面が全体として凹状に形成されることにより、冷却装置１の内部において冷却面１２と対向面２２との間に冷媒室２が形成される。この冷媒室２の内部を、ヒートシンク１１を介してスイッチング素子モジュール３と熱伝導可能に設けられた冷却面１２に沿って冷媒が流通する。カバー部２０の取付面２７は、その外周部において本体部１０の取付面１６に当接して、ボルトにより締結固定される。なお、本体部１０の取付面１６とカバー部２０の取付面２７との間には、冷媒室２を外部に対して密閉するためのシール部材（図示はしていない）が適宜設けられている。

管状部材３０は、図５に示すように、少なくとも一端部に開放端３３を有する中空管状に形成される。本実施形態においては、両端が開放された円管状に形成されている。また、管状部材３０は、その長手方向に沿って形成されたスリット状開口部３１を備える。ここで、スリット状開口部３１は、図５（ａ）に示すように、管状部材３０の長手方向の略全体に亘る一本のスリットとして形成されているものに限られず、（ｂ）に示すように、管状部材３０の長手方向に沿って配置された複数のスリットとして形成されているものも含むものとする。なお、「長手方向に沿って配置」とは、複数のスリット状開口部３１が略直線状に配列していることを意味し、必ずしも一本の直線上に配置されている必要はない。

本実施形態においては、図２に示すように、冷媒室２は平面視で略矩形形状となっており、対向する二辺のうちの一方側を一端部Ｅ１、他方を他端部Ｅ２として、冷媒室２の両端部Ｅ１、Ｅ２に沿って二本の管状部材３０（３０ａ、３０ｂ）が互いに平行に配置されている。また、図３に示すように、管状部材３０（３０ａ、３０ｂ）は、スリット状開口部３１が冷媒室２に連通するように配置されている。また、図１及び図４に示すように、これらの管状部材３０ａ、３０ｂは、一方側の開放端３３ａで冷媒循環路を構成する吐出側流路５３及び戻り流路５４にそれぞれ直接接続されている。このような構成を備えた冷却装置１にあっては、当該開放端３３ａが吐出側流路５３に接続された管状部材３０ａには、冷媒ポンプ５２から送り出された冷媒が吐出側流路５３を介して開放端３３ａ側から流入する。これにより、当該管状部材３０ａは流入側ポート５としても機能することとなる。管状部材３０ａに流入した冷媒は、更に、スリット状開口部３１を介して冷媒室２に流入する。このように、吐出側流路５３に接続され、冷媒室２の一端部Ｅ１に配置された管状部材３０ａのスリット状開口部３１は、冷媒室２への冷媒流入口３７となっている。一方、戻り流路５４に接続され、冷媒室２の他端部Ｅ２に配置された管状部材３０ｂのスリット状開口部３１は、冷媒室２からの冷媒流出口３８となっている。スリット状開口部３１を介して冷媒室２から管状部材３０ｂへと流出した冷媒は、開放端３３ａ側から吐出される。つまり、開放端３３ａが戻り流路５４に接続された管状部材３０ｂは吐出側ポート６としても機能している。

このように、本実施形態に係る冷却装置１によれば、開放端３３ａを有する管状部材３０ａが冷媒室２の一端部Ｅ１に沿って配置され、当該管状部材３０ａに形成されたスリット状開口部３１が冷媒室２に連通しているため、冷媒を管状部材３０ａの一端部Ｅ１からスリット状開口部３１を介して冷媒室２に流入させることができる。このとき、スリット状開口部３１は冷媒の流れを規制する絞り部として機能する。すなわち、スリット状開口部３１は管状部材３０内の流通抵抗よりも大きな流通抵抗を有するので、管状部材３０ａの開放端３３から流入した冷媒は管状部材３０ａの中で略全体に均等に分配され、スリット状開口部３１の全領域から冷媒室２へ向けて流出する。そして、スリット状開口部３１は冷媒室２の一端部Ｅ１に沿って配置された管状部材３０ａの長手方向に沿って形成されているため、スリット状開口部３１の全領域から冷媒室２の一端部Ｅ１に沿った方向の全領域について、略均一に冷媒を流入させることができる。よって、冷媒室２内を流通する冷媒を略均一とすることができるので、良好な冷却能力を発揮する冷却装置１を提供することができる。

また、本実施形態においては、冷媒室２の一端部Ｅ１に沿って配置された管状部材３０ａの開放端３３から、スリット状開口部３１を介して冷媒室２に流入した冷媒は、更に、冷媒室２の他端部Ｅ２に沿って配置された管状部材３０ｂに形成されたスリット状開口部３１を介して冷媒室２から流出する。このとき、冷媒室２の他端部Ｅ２に沿って配置される管状部材３０ｂに形成されたスリット状開口部３１は、上記と同様に冷媒の流れを規制する絞り部として機能することになるため、冷媒室２から略均一に冷媒を流出させることができる。よって、冷媒室２内を一方端Ｅ１側から他方端Ｅ２側へと流通する冷媒を、管状部材３０に略平行な方向、すなわち、冷媒の流通方向に直交する方向に、より均一とすることができるので、更に良好な冷却能力を発揮する冷却装置１を提供することができる。

ここで、前述のとおり、スリット状開口部３１は管状部材３０に形成されている。よって、冷媒室２を形成する部材に対して特別な加工等をすることなく絞り部として機能する部位を形成することができるので、製造コストを低く抑えることができる。また、冷媒室２を形成する部材とは別部材となる管状部材３０にスリット状開口部３１を設けたので、管状部材３０を容積やスリット状開口部３１の大きさが異なるものに適宜変更するだけで、容易に冷媒の流通状態を調節することができる。以上より、良好な冷却能力を発揮することが可能であり、かつ製造性が良く安価な冷却装置１を提供することができる。

本実施形態においては、カバー部２０は、これと一体的に設けられる保持部２１を備えている。また、図１及び図３に示すように、冷媒室２の両端部Ｅ１、Ｅ２において、カバー部２０には冷却装置１の上方（カバー部２０における本体部１０の反対側）に隆起する隆起部２３が形成されている。保持部２１は、この隆起部２３内に形成されており、管状部材３０が適切に収納されるように、管状部材３０の外形に合致する内面形状の保持室２４を有している。本実施形態においては、管状部材３０は円管状に形成され、その外形が円柱状となっているので、保持室２４の内面形状もこれに対応した円柱形状を有する。保持室２４には、冷媒室２に連通する連通開口が設けられる。連通開口は、少なくともスリット状開口部３１の長手方向及び幅方向よりも幅広の開口部となっている。本例では、図３に示すように、冷却面１２に対して、管状部材３０の軸芯を通り冷却面１２に平行な平面よりも上方側の保持室２４の内面形状のみが円柱形状であり、下方側については、上方側の内面から連続する二つの面が管状部材３０の長手方向全域に亘って冷却面１２に対して略垂直に形成されている。

図４に示すように、保持部２１の一端側には開口部２５が設けられている。当該開口部２５は、保持室２４の長手方向に沿った方向における隆起部２３の一方側の側壁に、カバー部２０の側壁を貫通して外部へ開口するように設けられている。管状部材３０は、開放端３３ｂ側を挿入側端部として開口部２５から挿入されて保持部２１内に保持され、冷媒室２に配置される。このとき、管状部材３０のスリット状開口部３１は、確実に冷媒室１２に連通するべく、管状部材３０の軸芯を通り冷却面１２に平行な平面よりも下方側に位置するように保持される（図３を参照）。

また、本実施形態においては、保持部２１の開口部２５が設けられた側の反対側は、隆起部２３内に、冷媒室２側に開口するように設けられた凹部２６となっている。管状部材３０は、保持室２４内に保持されるとともに開口部２５及び凹部２６により支持されて、冷媒室２内に固定される。なお、管状部材３０の外面と凹部２６の内面との間は、冷媒の漏出を完全に防ぐ必要はなく、スリット状開口部３１が確実に絞り部として機能し得る程度の隙間で保持されていれば良い。

このように、本実施形態においては、隆起部２３に形成された保持室２４及び凹部２６を有する保持部２１に管状部材３０を保持して、管状部材３０を冷却面１２から離間して配置することにより、冷媒室２における冷却面１２の面積をできる限り大きく確保して、冷却装置１の冷却能力の更なる向上を図っている。また、保持部２１に保持されることで、管状部材３０が冷却装置１の冷媒室２の端部に確実に固定されるので、冷媒室２内での冷媒の流通を適切に維持することができる。

なお、本実施形態においては、管状部材３０として、汎用されている円管状の丸型パイプを利用しているので、冷却装置１を製造するにあたって、材料費を低く抑えることができ、その製造コストを低減することができる。また、管状部材３０の外形に合致するように保持室２４の内面形状も円柱状に形成されるので、例えば角柱状の内面形状を有する保持室２４を形成する場合等に比べて、加工が容易となる。

また、本実施形態においては、図４及び図５に示すように、管状部材３０は、その開放端３３ａ側の外周面に径方向外側へ突出する環状凸部３４を有する。開口部２５はその内面が段差を有して形成されており、当該段差を形成する壁面と環状凸部３４との間には、これらの間の隙間を密封するシール部材４１が設けられている。ここで、本実施形態においては、管状部材３０が円管状であるので、密封手段として汎用性の高いＯリングを採用している。このように、管状部材３０とカバー部２０に設けられた開口部２５との間をシール部材４１により液密状態とすることにより、当該隙間からの冷媒の漏れが防止され、冷却装置１としての信頼性の向上が図られている。更に、管状部材３０には、板状部材３６が蝋付等で固定されることにより鍔部３５が形成されている。板状部材３６にはボルト通し孔が設けられ、当該ボルト通し孔を挿通するボルトが、カバー部２０の隆起部２３の側壁に開口部２５に隣接して設けられたボルト穴に締結される。このようにして、鍔部３５が開口部２５の端面に当接した状態で固定され、管状部材３０が容易かつ確実に保持部２１に保持されている。

また、図２から図４に示すように、本実施形態においては、本体部１０のヒートシンク１１に設けられた冷却面１２には、更に放熱フィン１３が設けられている。放熱フィン１３は、ヒートシンク１１の冷却面１２を削り起こして一体的に形成され、冷却面１２からカバー部２０の対向面２２に向けて複数立設されて並列配置されている。このようにすれば、冷却面１２に放熱フィン１３が一体的に形成されているため、スイッチング素子モジュール３からの熱を放熱フィン１３に良好に伝達することができ、更に、冷却面１２の放熱面積を大きくすることができるので、冷却能力をより一層良好なものとすることができる。

本実施形態において、放熱フィン１３は、冷媒室２の内部において管状部材３０の長手方向と略直交する方向に設けられている。これにより、それぞれ隣接する放熱フィン１３どうしの間に形成されるフィン間通路１４の方向は、管状部材３０の長手方向と略直交する方向となる。よって、放熱フィン１３により、冷媒室１２に管状部材３０の長手方向と略直交する方向の冷媒の流れが形成される。これにより、管状部材３０のスリット状開口部３１の全体から冷媒室２へ略均一に流入した冷媒は、冷媒室２の一方端Ｅ１側から他方端Ｅ２側へ一定方向の流れを形成するので、冷媒室２内において冷媒の淀みが生じることを抑制することができる。その結果、冷媒室２内を流通する冷媒をより均一とすることができるので、一層良好な冷却能力を発揮する冷却装置１を提供することができる。

〔その他の実施形態〕
（１）上記の実施形態においては、カバー部２０に隆起部２３が形成され、管状部材３０が当該隆起部２３に収納されて冷却面１２から離間して配置されている例について説明した。しかし、管状部材３０がその長手方向に沿って形成されたスリット状開口部３１を備え、当該スリット状開口部３１が冷媒室１２に連通するように冷媒室１２の端部に沿って配置されているのであれば、例えば図６に示すように、そのような隆起部２３を設けずに冷媒室２を略直方体型の形状に形成し、管状部材３０を冷却面１２の直上に配置しても良い。このようにすれば、冷媒室２における冷却面１２の有効面積は多少小さくはなるが、カバー部２０の成形性を良好なものとすることができる。

（２）上記の実施形態においては、カバー部２０のうち、本体部１０の冷却面１２に対向する対向面２２を凹状に形成することにより、冷却室２を形成する例について説明した。しかし、例えば図７に示すように、本体部１０の冷却面１２を凹状に形成するとともに、カバー部２０の対向面２２を平板状に形成することにより、冷却室２を形成しても良い。

（３）上記の実施形態においては、カバー部２０に形成された隆起部２３内に、保持室２４を有する保持部２１が形成されている例について説明した。しかし、管状部材３０が冷媒室２の端部に沿って配置されるように保持できれば、本体部１０に保持室２４及び保持部２１が設けられていても良い。同様に、管状部材３０が冷媒室２の端部に沿って配置されるように保持できるのであれば保持室２４は必ずしも必要ではなく、例えば、凹部２６のみで保持部２１を構成してあっても良い。

（４）上記の実施形態においては、本体部１０のヒートシンク１１に設けられた冷却面１２に、冷媒室２の内部において管状部材３０の長手方向と直交する放熱フィン１３を立設する例について説明した。しかし、冷媒室１２に管状部材３０の長手方向と直交する方向の冷媒の流れを形成することが可能であれば、図８に示すように、カバー部２０の対向面２２にそのような冷媒の流れを形成するためのフィン１５を設けるようにしても良い。

（５）上記の実施形態においては、管状部材３０としてその両端が開放されたものを用い、その一方側の開放端３３ｂを開口部２５から挿入して、管状部材３０の外面と凹部２６の内面との間をスリット状開口部３１が絞り部として機能する程度の隙間で、保持部２１により保持する例について説明した。しかし、冷媒循環路４を構成する吐出側流路５３から冷媒の流入を可能とし、或いは、戻り流路５４への冷媒の流出を可能とするべく、少なくとも一端部に開放端３３ａを有していれば、当該開放端３３ａの他端側は封止されていても良い。

（６）上記の実施形態においては、管状部材３０に板状部材３６が固定されることにより鍔部３５が形成されている例について説明した。しかし、鍔部３５が管状部材３０に一体的に形成されていても良い。

（７）上記の実施形態においては、管状部材３０として、外形が円筒形状の丸形パイプ状のものを用いる例について説明した。しかし、その長手方向に沿って形成されたスリット状開口部３１を備え、当該スリット状開口部３１が冷媒室１２に連通するように冷媒室１２の端部に沿って配置されるものであれば、多角柱型の中空パイプ状のものを用いても良い。

（８）上記の実施形態においては、冷媒流入口３７を形成する管状部材３０ａと冷媒流出口３８を形成する管状部材３０ｂとが、それぞれのスリット状開口部３１が冷媒室２に連通するように冷媒室２の両端部Ｅ１、Ｅ２に沿ってそれぞれ配置されている例について説明した。しかし、少なくとも一端部Ｅ１に沿って配置された管状部材３０ａのスリット状開口部３１が絞り部として機能しつつ冷媒流入口３７となれば良く、他端部Ｅ２に沿って配置される管状部材３０ｂは必ずしも必要ではない。また、他端部Ｅ２に沿って配置された管状部材３０ｂのスリット状開口部３１が絞り部として機能しつつ冷媒流出口３８となっていれば、一端部Ｅ１に沿って配置される管状部材３０ａは必ずしも必要ではない。

（９）上記の実施形態においては、管状部材３０は、その長手方向に沿って形成されたスリット状開口部３１を備える例について説明した。しかし、冷却装置１において、管状部材３０の中空空間側から冷媒を冷媒室２に流入させ、或いは、冷媒室２から冷媒を管状部材３０の中空空間側に流出させる際に、冷媒に対して絞り部として機能することにより、管状部材３０の全領域から冷媒室２に向けて略均一に冷媒を流入させることができ、或いは、冷媒室２の全領域から管状部材３０に向けて略均一に冷媒を流出させることができるのであれば、図９に示すように、その長手方向に沿って配置された複数の穴状開口部３２を備える構成としても良い。なお、「長手方向に沿って配置」とは、複数の穴状開口部３２が略直線状に配列していることを意味し、必ずしも一本の直線上に配置されている必要はない。

（１０）上記の実施形態においては、本発明に係る冷却装置１を、インバータを構成するスイッチング素子を含むモジュールを冷却するための冷却装置に適用する場合を例として説明した。しかし、本発明に係る冷却装置１が適用される対象はこれに限定されず、半導体素子以外にも、その他の素子や回路部品等、冷却を必要とするあらゆる発熱体を冷却するための冷却装置に適用することができる。

本発明は、半導体素子等の発熱体を冷却するための発熱体冷却装置に好適に利用することができる。

発熱体冷却装置とこれを流通する冷媒の冷媒循環状態を示す図発熱体冷却装置の上面図図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面図図２におけるＩＶ−ＩＶ断面図本実施形態に係る管状部材の正面図別実施形態に係る発熱体冷却装置の断面図別実施形態に係る発熱体冷却装置の断面図別実施形態に係る発熱体冷却装置の断面図別実施形態に係る管状部材の正面図

符号の説明

１発熱体冷却装置
２冷媒室
４冷媒循環路
１０本体部
１２冷却面
１３放熱フィン
１５フィン
２０カバー部
２１保持部
２２対向面
２４保持室
２５開口部
３０管状部材
３１スリット状開口部
３２穴状開口部
３３開放端
３７冷媒流入口
３８冷媒流出口
４１シール部材

Claims

発熱体と熱伝導可能に設けられた冷却面に沿って冷媒が流通する冷媒室と、
少なくとも一端部が開放された管状に形成され、その長手方向に沿って形成されたスリット状開口部を備えた管状部材と、
前記管状部材の外形に合致する内面形状を有するとともに、前記冷媒室に連通された保持室を有する保持部と、を備え、
前記管状部材は、前記保持部の前記保持室内に保持されているとともに、前記スリット状開口部が前記冷媒室に連通するように、前記冷媒室の少なくとも一端部に沿って配置され、
前記保持部の一端側に設けられた開口部から前記保持室に前記管状部材が挿入されるとともに、当該開口部と前記管状部材との間が液密状態とされている発熱体冷却装置。
前記管状部材は、前記冷媒室の両端部に沿ってそれぞれ配置され、
前記冷媒室の一端部に配置された前記管状部材の前記スリット状開口部が前記冷媒室への冷媒流入口となり、前記冷媒室の他端部に配置された前記管状部材の前記スリット状開口部が前記冷媒室からの冷媒流出口となっている請求項１に記載の発熱体冷却装置。
前記管状部材は鍔部を有し、当該鍔部が前記開口部の端面に当接した状態で固定されている請求項１又は２に記載の発熱体冷却装置。
前記管状部材は円管状である請求項１から３のいずれか一項に記載の発熱体冷却装置。
前記管状部材が、開放された一端部側で冷媒循環路を構成する部材に直接接続されている請求項１から４のいずれか一項に記載の発熱体冷却装置。
前記冷媒室に、前記管状部材の長手方向と略直交する方向の冷媒の流れを形成するフィンが設けられている請求項１から５のいずれか一項に記載の発熱体冷却装置。
前記冷却面が設けられる本体部と、
前記冷却面に対向する対向面が設けられ、前記本体部に取り付けられるカバー部と、を備え、
前記冷却面と前記対向面との間に前記冷媒室が形成されている請求項１から６のいずれか一項に記載の発熱体冷却装置。
前記本体部における前記冷却面に、放熱フィンが一体的に形成されている請求項７に記載の発熱体冷却装置。
発熱体と熱伝導可能に設けられた冷却面に沿って冷媒が流通する冷媒室と、
少なくとも一端部が開放された中空管状に形成され、その長手方向に沿って配置された複数の穴状開口部を備えた管状部材と、
前記管状部材の外形に合致する内面形状を有するとともに、前記冷媒室に連通された保持室を有する保持部と、を備え、
前記管状部材は、前記保持部の前記保持室内に保持されているとともに、前記穴状開口部が前記冷媒室に連通するように、前記冷媒室の少なくとも一端部に沿って配置され、
前記保持部の一端側に設けられた開口部から前記保持室に前記管状部材が挿入されるとともに、当該開口部と前記管状部材との間が液密状態とされている発熱体冷却装置。