本實用新型例如涉及對由半導(dǎo)體元件等電子部件構(gòu)成的發(fā)熱體進行冷卻的液冷式冷卻裝置。

在本說明書以及權(quán)利要求書中，將圖2中的左右稱為左右，將圖3中的上下稱為上下。

背景技術(shù)：

例如，作為對搭載于電動汽車、混合動力汽車、電車等的電力轉(zhuǎn)換裝置中使用的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絕緣柵雙極型晶體管)等功率器件(半導(dǎo)體元件)進行冷卻的液冷式冷卻裝置，本申請人此前提出了專利文獻1所記載的方案。

專利文獻1所記載的液冷式冷卻裝置具備殼體，該殼體具有頂壁、底壁以及周壁，并且形成有冷卻液入口以及冷卻液出口，在殼體內(nèi)設(shè)置有供從外部通過冷卻液入口流入的冷卻液朝向冷卻液出口沿一個方向流動的冷卻液流路，在殼體內(nèi)的冷卻液流路配置有散熱器，該散熱器使從在殼體的頂壁外表面以及底壁外表面中的至少任一方安裝的發(fā)熱體發(fā)出的熱向在冷卻液流路中流動的冷卻液釋放，散熱器具有多個板狀翅片，這些板狀翅片以長度方向朝向冷卻液流路中的冷卻液的流動方向、且寬度方向朝向上下方向的狀態(tài)隔開間隔地配置為并列狀，各板狀翅片具有俯視時為波形、且具有恒定長度的波形部分，該波形部分由如下部件構(gòu)成：波頂部，其向左右的任一側(cè)突出、且?guī)в袌A角；波底部，其向左右的另一側(cè)突出、且?guī)в袌A角；以及直線狀傾斜部，其將相鄰的波頂部和波底部連結(jié)，冷卻液在相鄰的兩個板狀翅片之間蜿蜒流動，在由相鄰的兩個板狀翅片構(gòu)成的組中，由將兩個板狀翅片中的第1板狀翅片的相鄰的兩個波頂部以及位于兩個波頂部之間的波底部連結(jié)的兩個傾斜部的朝向第2板狀翅片側(cè)的面、與從兩個板狀翅片的上下方向的中間部通過的水平面構(gòu)成的兩條交線相交的所有點由第1直線連結(jié)，并且，在該水平面上，位于第1板狀翅片的兩個傾斜部的朝向第2板狀翅片側(cè)的面向第2板狀翅片側(cè)的延長部相交的部分，由將所述第2板狀翅片的相鄰的兩個波底部以及位于兩個波底部之間的波頂部連結(jié)的兩個傾斜部的朝向第1板狀翅片側(cè)的面與所述水平面構(gòu)成的兩條交線相交的所有點由第2直線連結(jié)，并且在該水平面上位于第2板狀翅片的兩個傾斜部的朝向第1板狀翅片側(cè)的面向第1板狀翅片側(cè)的延長部相交的部分。在專利文獻1所記載的裝置中，當(dāng)將板狀翅片的波頂部以及波底部的突出方向外側(cè)的曲率半徑設(shè)為R1、同樣地將它們的突出方向內(nèi)側(cè)的曲率半徑設(shè)為R2、將板狀翅片的波頂部的壁厚設(shè)為T1、將波底部的壁厚設(shè)為T2、將傾斜部的壁厚設(shè)為T3時，R1＝2×T1，R1＝2×R2，T1＝T2＝T3。

但是，在專利文獻1所記載的液冷式冷卻裝置中，在抑制冷卻性能下降的基礎(chǔ)上，減少冷卻液在冷卻液流路中流動時的壓力損失的效果存在極限。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2013-165298號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于，解決上述問題，提供一種液冷式冷卻裝置，其在抑制冷卻性能下降的基礎(chǔ)上還能夠減少冷卻液在冷卻液流路中流動時的壓力損失。

本實用新型為了達(dá)成上述目的而包括以下方式。

1)一種液冷式冷卻裝置，具備殼體，該殼體具有頂壁、底壁以及周壁，并且形成有冷卻液入口以及冷卻液出口，在殼體內(nèi)設(shè)置有供從外部通過冷卻液入口流入的冷卻液朝向冷卻液出口沿一個方向流動的冷卻液流路，在殼體內(nèi)的冷卻液流路配置有散熱器，該散熱器使從在殼體的頂壁外表面以及底壁外表面中的至少任一方安裝的發(fā)熱體發(fā)出的熱向在冷卻液流路中流動的冷卻液釋放，散熱器具有多個板狀翅片，這些板狀翅片以長度方向朝向冷卻液流路中的冷卻液的流動方向、且寬度方向朝向上下方向的狀態(tài)隔開間隔地配置為并列狀，各板狀翅片具有俯視時為波形、且具有恒定長度的波形部分，該波形部分由如下部件構(gòu)成：波頂部，其向左右的任一側(cè)突出、且?guī)в袌A角；波底部，其向左右的另一側(cè)突出、且?guī)в袌A角；以及直線狀傾斜部，其將相鄰的波頂部和波底部連結(jié)，冷卻液在相鄰的兩個板狀翅片之間蜿蜒流動，其中，

當(dāng)將板狀翅片的波頂部以及波底部的突出方向外側(cè)的曲率半徑設(shè)為R1、同樣地將它們的突出方向內(nèi)側(cè)的曲率半徑設(shè)為R2、將板狀翅片的波頂部的壁厚設(shè)為T1、將波底部的壁厚設(shè)為T2、將傾斜部的壁厚設(shè)為T3時，滿足R1>R2、T1<T3、T2<T3的關(guān)系。

2)根據(jù)上述1)所記載的液冷式冷卻裝置，滿足R2＝T3、2×R2<R1<6.5×R2的關(guān)系。

3)根據(jù)上述1)所記載的液冷式冷卻裝置，滿足R2＝T3的關(guān)系。

4)根據(jù)上述1)所記載的液冷式冷卻裝置，在由相鄰的兩個板狀翅片構(gòu)成的組中，由將兩個板狀翅片中的第1板狀翅片的相鄰的兩個波頂部以及位于兩個波頂部之間的波底部連結(jié)的兩個傾斜部的朝向第2板狀翅片側(cè)的面、與從兩個板狀翅片的上下方向的中間部通過的水平面構(gòu)成的兩條交線相交的所有點由第1直線連結(jié)，并且，在該水平面上位于第1板狀翅片的兩個傾斜部的朝向第2板狀翅片側(cè)的面向第2板狀翅片側(cè)的延長部相交的部分，由將所述第2板狀翅片的相鄰的兩個波底部以及位于兩個波底部之間的波頂部連結(jié)的兩個傾斜部的朝向第1板狀翅片側(cè)的面與所述水平面構(gòu)成的兩條交線相交的所有點由第2直線連結(jié)，并且在該水平面上位于第2板狀翅片的兩個傾斜部的朝向第1板狀翅片側(cè)的面向第1板狀翅片側(cè)的延長部相交的部分。

實用新型的效果

根據(jù)上述1)～4)的液冷式冷卻裝置，當(dāng)將板狀翅片的波頂部以及波底部的突出方向外側(cè)的曲率半徑設(shè)為R1、同樣地將它們的突出方向內(nèi)側(cè)的曲率半徑設(shè)為R2、將板狀翅片的波頂部的壁厚設(shè)為T1、將波底部的壁厚設(shè)為T2、將傾斜部的壁厚設(shè)為T3時，由于滿足R1>R2的關(guān)系，因此，與專利文獻1所記載的液冷式冷卻裝置相比，冷卻液在散熱器的相鄰的板狀翅片之間以直線狀流動。因此，能夠減少冷卻液在冷卻液流路中流動時的壓力損失。而且，在R1>R2的情況下，若板狀翅片的壁厚整體恒定，則與專利文獻1所記載的液冷式冷卻裝置的板狀翅片相比，導(dǎo)熱面積降低，但由于滿足T1<T3、T2<T3的關(guān)系，因此，能夠抑制板狀翅片的導(dǎo)熱面積的減小。因此，與專利文獻1所記載的液冷式冷卻裝置相比，能夠抑制冷卻性能下降。

根據(jù)上述2)的液冷式冷卻裝置，由于滿足R2＝T3、2×R2<R1<6.5×R2的關(guān)系，因此，在將冷卻性能的下降率抑制在5％以下的基礎(chǔ)上，還能夠減少冷卻液在冷卻液流路中流動時的壓力損失。

根據(jù)上述3)的液冷式冷卻裝置，由于滿足R2＝T3的關(guān)系，因此，能夠有效地抑制板狀翅片的導(dǎo)熱面積的減小。

根據(jù)上述4)的液冷式冷卻裝置，冷卻液容易沿波形的翅片流動，能夠有效地增大對于翅片的導(dǎo)熱有效地發(fā)揮作用的面積，從而能夠提高冷卻性能。

附圖說明

圖1是表示本實用新型的液冷式冷卻裝置的立體圖。

圖2是圖1的A-A線剖視圖。

圖3是圖2的B-B線剖視圖。

圖4是表示在圖1的液冷式冷卻裝置中使用的散熱器的一部分的放大立體圖。

圖5是放大示出圖2的一部分的圖。

圖6是圖5的主要部分放大圖。

圖7是表示圖1的液冷式冷卻裝置的散熱器的板狀翅片的波頂部以及波底部的外側(cè)面的曲率半徑R1、與壓力損失以及熱阻之間的關(guān)系的曲線圖。

具體實施方式

以下，參照附圖對本實用新型的實施方式進行說明。

在本說明書中，除了純鋁以外，“鋁”這一用語中還包括鋁合金。

另外，在以下說明中，將冷卻液在冷卻液流路中的流動方向下游側(cè)(圖2中的上側(cè)、圖3中的右側(cè))稱為前側(cè)，將其相反側(cè)稱為后側(cè)。

圖1～圖3表示本實用新型的液冷式冷卻裝置的整體結(jié)構(gòu)，圖4～圖6表示其主要部分的結(jié)構(gòu)。

在圖1～圖3中，液冷式冷卻裝置具備鋁制殼體2，該殼體2具有頂壁2a、底壁2b以及周壁2c，在殼體2的周壁2c的左側(cè)壁部分的后端部形成有向左側(cè)開口的冷卻液入口3，同樣地在其右側(cè)壁部分的前端部形成有向右側(cè)開口的冷卻液出口4。在殼體2內(nèi)設(shè)置有：入口集液部5，其位于后端部，并且冷卻液通過冷卻液入口3而從外部流入至入口集液部5；出口集液部6，其位于前端部，并且冷卻液通過冷卻液出口4從出口集液部6向外部流出；以及冷卻液流路7，其使得流入至入口集液部5的冷卻液向出口集液部6流動。在殼體2內(nèi)的冷卻液流路7配置有鋁制散熱器10，該散熱器10使得從安裝于發(fā)熱體安裝部8的發(fā)熱體H發(fā)出的熱向在冷卻液流路7中流動的冷卻液釋放，其中，發(fā)熱體安裝部8設(shè)置于殼體2的頂壁2a的外表面以及底壁2b的外表面中的任一方，在圖示的例子中，設(shè)置于頂壁2a的外表面。

殼體2由如下部件構(gòu)成：鋁制上構(gòu)成部件11，其形成周壁2c的上半部以及頂壁2a；以及鋁制下構(gòu)成部件12，其形成周壁2c的下半部以及底壁2b。在上構(gòu)成部件11的形成周壁2c的部分的下端部、以及下構(gòu)成部件12的形成周壁2c的部分的上端部，分別一體地形成有朝外凸緣11a、12a。上構(gòu)成部件11以及下構(gòu)成部件12使用至少在一個表面具有釬料層的鋁釬焊片材(brazing sheet)，并形成為釬料層位于殼體2的內(nèi)側(cè)、以及各朝外凸緣11a、12a的朝向其它朝外凸緣11a、12a的表面，兩個構(gòu)成部件11、12的朝外凸緣11a、12a彼此經(jīng)由釬料層而接合(釬焊)。

發(fā)熱體H由IGBT等功率器件、IGBT與控制電路一體化并收納于同一封裝的IGBT模塊、在IGBT模塊中還一體化有保護電路并收納于同一封裝的智能功率模塊等構(gòu)成，該發(fā)熱體H隔著絕緣部件I而安裝于殼體2的頂壁2a的外表面的發(fā)熱體安裝部8。

如圖2～圖5所示，散熱器10由如下部件構(gòu)成：多個鋁制板狀翅片13，它們以長度方向朝向冷卻液流路7中的冷卻液的流動方向(前后方向)且寬度方向朝向上下方向的狀態(tài)而在左右方向上隔開間隔地配置；以及前后的兩個棒狀連結(jié)部件14，它們沿與板狀翅片13的長度方向交叉的方向(左右方向)延伸、且將所有板狀翅片12連結(jié)而使它們實現(xiàn)了一體化。

所有板狀翅片13都釬焊于殼體2的頂壁2a的內(nèi)表面以及底壁2b的內(nèi)表面中的至少設(shè)置有發(fā)熱體安裝部8的頂壁2a的內(nèi)表面，此處，釬焊于頂壁2a以及底壁2b這二者的內(nèi)表面。

前側(cè)的連結(jié)部件14在形成于所有板狀翅片13的上側(cè)緣部的靠前端的部分的切缺15內(nèi)以不從切缺15內(nèi)突出的方式被壓入，后側(cè)的連結(jié)部件14在形成于所有板狀翅片13的下側(cè)緣部的靠后端的部分的切缺15內(nèi)以不從切缺15內(nèi)突出的方式被壓入，由此通過連結(jié)部件14將所有板狀翅片13連結(jié)而使它們實現(xiàn)一體化。

板狀翅片13的兩個切缺15之間的部分在俯視時為波形，該波形部分由如下部件構(gòu)成：波頂部16，其向與冷卻液流路7中的冷卻液的流動方向(前后方向)正交的左右方向的任一側(cè)(左方)突出、且?guī)в袌A角；波底部17，其向左右方向的另一側(cè)(右方)突出、且?guī)в袌A角；以及直線狀傾斜部18，其將相鄰的波頂部16和波底部17連結(jié)。此外，在圖5中，在由所有板狀翅片13中的、在左右方向上相鄰的兩個板狀翅片13構(gòu)成的組中，由13A表示兩個板狀翅片13中的左側(cè)的第1板狀翅片，并由13B表示右側(cè)的第2板狀翅片。

如圖5所示，在由左右方向上相鄰的兩個板狀翅片13A、13B構(gòu)成的組中，由將第1板狀翅片13A的相鄰的兩個波頂部16以及位于兩個波頂部16之間的波底部17連結(jié)起來的兩個傾斜部18的朝向第2板狀翅片13B側(cè)的右側(cè)面18a、與從板狀翅片13A、13B的上下方向的中間部通過的水平面(與板狀翅片13A、13B的高度方向正交的水平面)構(gòu)成的兩條交線相交的所有點P1，在所述水平面上位于該兩個傾斜部18的右側(cè)面18a向右側(cè)的延長部相交的部分，這些點P1由第1直線L1連結(jié)。另外，由將第2板狀翅片13B的相鄰的兩個波底部17以及位于兩個波底部17之間的波頂部16連結(jié)起來的兩個傾斜部18的朝向第1板狀翅片13A側(cè)的左側(cè)面18b、與所述水平面構(gòu)成的兩條交線相交的所有點P2，在所述水平面上位于該兩個傾斜部18的左側(cè)面18b向左側(cè)的延長部相交的部分，這些點P2由第2直線L2連結(jié)。而且，第1直線L1位于比第2直線L2靠第2板狀翅片13B側(cè)的位置。

如圖6所示，當(dāng)將板狀翅片13的波頂部16以及波底部17的突出方向外側(cè)面(在波頂部16中為左側(cè)面，在波底部17中為右側(cè)面)的曲率半徑設(shè)為R1mm、同樣將突出方向內(nèi)側(cè)面(在波頂部16中為右側(cè)面，在波底部17中為左側(cè)面)的曲率半徑設(shè)為R2mm、將板狀翅片13的波頂部16的壁厚設(shè)為T1mm、將波底部17的壁厚設(shè)為T2mm、且將傾斜部18的壁厚設(shè)為T3mm時，滿足R1>R2、T1<T3、T2<T3的關(guān)系。此外，通常為T1＝T2。另外，優(yōu)選滿足R2＝T3、2×R2<R1<6.5×R2、R2＝T3的關(guān)系。

若R1>R2，則在散熱器10的相鄰的板狀翅片13之間流動的冷卻液的流動變得比較接近線性，其結(jié)果，能夠減少冷卻液在冷卻液流路7中流動時的壓力損失。而且，在R1>R2的情況下，若板狀翅片13的壁厚整體恒定，則導(dǎo)熱面積降低，但由于滿足T1<T3、T2<T3的關(guān)系，因此，能夠抑制板狀翅片13的導(dǎo)熱面積減小，從而能夠抑制冷卻性能下降。

上述關(guān)系是基于根據(jù)在如下條件下進行的計算機模擬計算的結(jié)果而獲得的圖7確定的：使一條邊的長度為10mm的正方形狀的、厚度為1mm～5mm的發(fā)熱體在10W～100W下發(fā)熱，使15度～18度的水以及乙二醇水溶液以0.1m/s～1m/s的流速在相鄰的板狀翅片13中流動，根據(jù)從發(fā)熱體至板狀翅片的溫度差對熱阻進行計算，進而通過冷卻液入口3與冷卻液出口4的壓力差對壓力損失進行計算。圖7表示板狀翅片13的波頂部16以及波底部17的突出方向內(nèi)側(cè)面的曲率半徑R2與傾斜部18相等的情況下的、波頂部16以及波底部17的突出方向外側(cè)面的曲率半徑R1與壓力損失以及熱阻之間的關(guān)系。其中，壓力損失以及熱阻為100％的條件是R1＝2×R2的條件。

在上述結(jié)構(gòu)的液冷式冷卻裝置中，從殼體2的外部通過冷卻液入口3而流入至入口集液部5內(nèi)的冷卻液，在配置于冷卻液流路7的散熱器10的相鄰的兩個板狀翅片13之間以蜿蜒狀向前方流動而進入出口集液部6內(nèi)，并從冷卻液出口4通過而向殼體2的外部送出。從發(fā)熱體H發(fā)出的熱經(jīng)由絕緣部件I、殼體2的頂壁2a以及散熱器10的各板狀翅片13而向在冷卻液流路7中流動的冷卻液釋放，從而發(fā)熱體H被冷卻。

在上述實施方式中，板狀翅片13的除了長度方向的兩端部的規(guī)定長度以外的部分、即兩個切缺15之間的部分在俯視觀察時為波形，但并不限定于此，也可以遍及全長地在俯視觀察時為波形。

另外，在上述實施方式中，散熱器10的所有板狀翅片13都被壓入于切缺15內(nèi)的連結(jié)部件14連結(jié)而實現(xiàn)了一體化，但并不限定于此。

工業(yè)實用性

本實用新型所涉及的液冷式冷卻裝置優(yōu)選用于對搭載于電動汽車、混合動力汽車、電車等的電力轉(zhuǎn)換裝置中使用的IGBT等功率器件進行冷卻。