CN101019230B - 散热管式散热器 - Google Patents

Abstract

一种散热器(1)，其相对于设有发热性元件(4)的底板(2)的一个高温部(A)，从高温部向不同方向的低温部(B)配设散热管(3)。

Description

散热管式散热器 

技术领域

本发明涉及为冷却电子部件或光部件等的发热性元件所使用的散热器，更详细地说涉及设置于铁路车辆或机动车等中并且不仅以水平状态而且倾斜地使用的散热器。 

背景技术

以往，作为功率电子学所使用的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)等发热性元件，大多是使用在一个面上保持发热体的底板，在该底板的另一个面上将多个散热片配置成梳形或格子形而构成的较廉价的散热器。但是，由于在该结构的散热器中，其散热性能未必足够，因此，特别是在有效地冷却高发热密度的半导体元件的情况下等，为了提高其冷却性能，通常使用由热传导性好的铜制散热管制成的散热器，或者使用作为散热管工作液采用了氟类化合物的沸腾冷却式的散热器。 

此外，例如在特开2002-262583号公报中提出了在所述底板上设置散热管而谋求散热性能提高的散热器(1)。如图6(a)和图6(b)所示，将散热管3埋设于底板2中，能够使发热体(4)产生的热在底板整体上均匀化，由此，使散热器5的散热作用在大的范围内有效地起作用，从而谋求冷却性能的提高。 

然而，新干线等的铁路车辆或机动车等在上坡时或转弯时等，散热器向哪边倾斜的情况下，散热器都需要维持其冷却性能。如特开2002-262583号公报那样，在将散热管共同地埋入多个发热体的情况下存在如下问题，在向某一方向倾斜时可以得到规定的冷却性能，而在向其他方向倾斜的情况下，冷却性能会降低。尤其是受到形状及重量的限制而无法倾斜地设置散热管，在接近水平状态下使用的散热器的情况下，这是特别致命的问题。此外，在底板内高温部位于中央附近的情况下，存在散热管不能有效地发 挥作用的问题。 

另一方面，在进行所述高发热密度的元件的冷却的情况下使用氟类化合物(例如，“フロリナ一トFX-3250”(商品名)，住友スリ一エム(株)製)的工作液的沸腾冷却式散热器中，其整体结构复杂且昂贵。环境负担小的制冷剂已被开发出来，但作为制冷剂使用地球温暖化系数大的某种氟化合物的情况较多，虽然可以得到较好的冷却性能，但从防止环境恶化的观点出发，其使用在逐年被回避。 

此外，在使用散热管的散热器中，将产生的热从底板向配置于散热管上的散热片传递从而实现散热，但在新干线等车辆或机动车用等的该散热器本身的高度较低的情况下，即，在配置了散热片的散热管上的散热部的长度尺寸较短的结构中，在从该散热管向散热片的有效的热传导性方面欠缺，因此，存在散热不充分的缺点。 

并且，在该结构的散热器中，在作为冷却流体使用冷却水的情况下，当使用场所的大气温度达到冰点以下时，由于有可能使该散热管内的冷却水在散热部侧冻结而不回流到受热部侧，因此存在无法发挥作为散热管的本来的功能的缺点。此外，还有散热管本身从底板面的外部突出的情况，存在因使用过程中或输送过程中等的内部冷却水的冻结而破坏该突出部分的问题。 

发明内容

本发明提供如下的装置： 

(1)一种散热器，其特征在于，相对于设有发热性元件的底板的一个高温部，从高温部向不同方向的低温部配设散热管； 

(2)如(1)所述的散热器，其特征在于，所述散热管在高温部内靠近且并列和/或重叠地配设； 

(3)如(1)或(2)所述的散热器，其特征在于，所述散热管从高温部向低温部呈放射状地配设； 

(4)如(1)～(3)中的任一项所述的散热器，其特征在于，所述散热管的数量是，从高温部向风下游的低温部配设的数量超过从高温部向风上游的低温部配设的数量；

(5)如(1)～(4)中的任一项所述的散热器，其特征在于，所述底板包括开有多个孔的挤压材料，根据每个所述孔改变散热管的长度和位置来配设散热管； 

(6)如(1)～(5)中的任一项所述的散热器，其特征在于，其用于铁路车辆和机动车。 

根据本发明，可以提供一种散热器，其通过散热管从发热体向底板的大范围散热以谋求该底板的均热化，由此，散热器无论向哪个方向倾斜，都能维持高的冷却性能，而能够防止发热性元件变得高温。 

本发明的上述及其他特征和优点，可以参照附图并通过下述的记载变得进行了解。 

附图说明

图1(a)和图1(b)是表示本发明的一实施方式的梳形散热器的概要结构的图，图1(a)是从其散热片的相反侧看的正视图，图1(b)是其侧视图； 

图2是表示本发明的散热器的散热管的配设的一例的剖面图； 

图3是表示本发明的散热器的散热管的配设的另一例的剖面图，是仅表示底板部分的图； 

图4是表示本发明的另一实施方式的梳形散热器的概要结构的平面图； 

图5是表示本发明的另一实施方式的梳形散热器的概要结构的平面图； 

图6(a)和图6(b)是表示现有例的具有散热管的梳形散热器的概要结构的图，图6(a)是其平面图，图6(b)是C-C向剖面图。 

具体实施方式

下面参照图1(a)～图5详细说明本发明的散热器的优选的具体实施方式，但本发明不限于图示的实施方式。在各图中对于相同要素附加相同符号以省略重复的说明。 

图1(a)和图1(b)是表示本发明的散热器的第一实施方式，其是梳形散热器的基本的概要结构，图1(a)是从其散热片的相反侧看的正视图，图1(b)是其侧视图。 

图1(a)和图1(b)是底板2铅直地设置的情况的例示，但底板2也可以是水平的。上述底板2和各散热片5可以通过铝挤压成形而一体成形，或者也可以将各散热片5相对于底板2钎焊或焊料焊接、或通过焊接、铆接等而制造得到。 

散热片5的形式怎样都可，图中表示梳状的例子，但格子状也可以。 

梳形散热器1使用将作为发热体的IGBT等发热性元件4固定保持在一个面上的底板2，在该底板2的另一个面上并排设有多个散热片5。在底板2上配设并固定有散热管3。 

散热管3相对于底板2的一个高温部A至少配设两根，分别从该高温部A朝向相反例的不同方向的低温部B配设。 

高温部是指在底板面上附设有发热性元件4的部位，低温部是指没有附设发热性元件4的部位或附设有发热性比其低的低发热性元件4a的部位。 

高温部A为多个(发热性元件附设有多个)的情况下同样，分别相对于各个高温部从各自向相反侧的不同方向(相反方向)的低温部配设各个散热管。在图1(a)中表示了从元件正下的高温部A向右方向的低温部B和左方向的低温部B这两个方向并列配设散热管的例子，也可以从该中央的高温部A分别向一个方向配设多个散热管。这里所示的是作为倾斜用极其有效的配置。 

当散热器1如图1(a)和图1(b)所示铅直地设置时，在图1(a)中向箭头Ar所示的左右方向倾斜的情况下，优选的是散热管3配设在水平方向上。进而，如果按照使散热部位于受热部上方的方式使散热管的角度比水平稍稍倾斜1°以上到15°左右地进行配设，则利用基于作用液的温度的比重差或气化更容易得到热移动的效果。在图1(a)中表示了散热管3被配设在水平方向上，但散热管3也可以配设在从水平到铅直之间。 

优选的是，散热器1的底板2被水平设置时，底板2倾斜，相对于倾斜 轴在垂直方向上大致平行地配设散热管3。例如，若底板2向左右方向倾斜，则由于倾斜轴在前后方向上，因此，散热管3从高温部分别向左方向和右方向平行地配设，若底板2在前后方向上倾斜，则散热管3从高温部分别向前方和后方平行地配设。 

在该散热器中，通过从高温部向相反侧的不同方向的低温部配设散热管，不仅是特定的倾斜，对于多个规定的倾斜，倾斜越大越能使散热管有效地发挥作用，进而由于该散热管通过倾斜而倾斜角变大，因而散热管的热移动量增大，将元件的热扩散到底板的大的范围，从而能够有效地防止元件变成高温。 

此外，在将散热管全长地埋在底板内的情况下，当高温部位于其中途时(图6(a)和图6(b)所示的例子)，多数情况下散热管内的制冷剂会在中途干枯而不能有效地使热贯穿全长进行传递。与此相对，在本发明中，由于各散热管从一个高温部向规定的低温部配设，由此将在高温部受热的热在低温部散出，因此可有效地使散热管工作。 

优选的是散热管由铜、铝、黄铜等热传导性好的金属制成，其剖面形状可以是圆形、椭圆形、或四边形等，无论是什么形状都可以，但从热移动量的观点出发，优选的是圆形。 

散热管向底板的固定，优选的是使用接触热电阻较小的钎焊或焊料焊接进行，但使用铆接或传热性的油脂(グリス)、粘接剂等都可以。 

其中，有关散热管的配设，除了倾斜的方向之外，可以通过考虑上述底板2或高温的元件4的位置、元件或管的固定用螺栓的位置的限制等，来设定散热管3的长度或位置、级数或列数等。 

图2、图3用剖面来表示本发明的散热器1的散热管的配设的一例。另外，图2表示散热器5与图1(a)和图1(b)不同，相对于散热管3排列在垂直方向上的方式。图3仅以底板部分表示散热管的配设。如图2所示，散热管3不仅配设在与附设了发热性元件4的部位正下的底板2的高温部A同一面上，如图3所示，也可以并列且多级重叠地配设。底板2由铝、铝合金、铜、铜合金的板等制成，但如果由铝挤压材料制作，则能够比较廉价地制造。通过制作单位底板，使其改变角度而层叠多片并接合，也可以容易地制造具有更适形状的结构的底板2。

在该梳形散热器1的结构中，由于将散热管3埋设配置于上述底板2中，因此即使在起动时该散热管3内的冷却水冻结，由于伴随该起动的底板2本身的温度上升而使该冻结状态的水容易且迅速地融化，因此完全不会失去作为散热管3的功能。而且，由于散热管3被埋入底板2内，其全长不会突出在外部，因此即使在使用过程中或输送过程中等内部的冷却水冻结，也能够可靠地避免管本身有破坏的可能。 

此外，如图2、图3所示，通过在高温部内将散热管3并列和/或重叠地靠近配设，能够增大热移动量，即使倾斜也能够使任意一个散热管发挥作用，从而能够防止元件局部变得高温。 

进而，通过使用开有多个孔的挤压材料作为底板2，可在底板上廉价地制造多个孔，能够根据每个孔以规定的方向(孔的前后方向)的倾斜配设散热管而使其发挥作用。 

图4是表示本发明的另一实施方式的梳形散热器1的基本的概要结构的平面图。这里是底板2被设置成水平状态的情况，但底板2也可以设置成任何角度。 

从作为附设有发热性元件4的部位的高温部A向低温部B呈放射状地配设多个散热管3。若这样配设散热管3，则无论散热器1被置于哪个角度向哪个方向倾斜，从中央的元件发出的热都会通过任意一个散热管的作用而向低温部传递，从而防止高温化。这样，通过放射状地配设多个散热管，能够应对各种各样方向的倾斜。 

在图4中，表示散热管3被配设在同一面上，但如图3所示，将散热管的配设采用层叠结构，尽量使散热管多的部分位于高温部地进行配设，能够有效地发挥散热管的功能。 

图5是表示本发明的另一实施方式的梳形散热器1的概要结构的平面图，是利用送风而促进冷却的情况。这里是底板2被设置成水平状态的情况，但底板2可以设置成任何角度。 

使从作为发热性元件4的附设部位的高温部A向风下游的低温部B的散热管的配设数量比从高温部A向风上游的低温部B的散热管的配设数量多(不包含本数)。 

如果向风上游、风下游的散热管数量相同，则在风下游温度易于上升，基板温度上升而与散热管的受热部的温度差变小，使向风下游的热移动量降低。而使向风下游侧的散热管数量增多，能够利用风下游侧使更多的热移动，即使在风下游侧向上倾斜的情况下，也能够抑制元件的高温化。 

因此，是用于象新干线车辆等那样从一个方向以风扇进行强制空冷的散热器的情况时优选的。 

此外，本发明的散热器，由于散热管被埋入底板中，因而例如即使起动时该散热管内的冷却水冻结，通过伴随该起动的底板本身的温度上升也容易融化，因此不会失去作为散热管的功能。并且，由于散热管这样地被埋入底板内，其全长不会突出到外部，因此即使使用过程中或输送过程中等内部的冷却水冻结，也能够避免管本身破坏的可能。 

另外，本发明作为制冷剂不仅可以使用水，也可以使用散热器所利用的各种制冷剂。 

如已经叙述的那样，由于本发明的散热器即使在倾斜设置或使用时倾斜的情况下，也具有优良的散热效果，因此，特别适于在使用时向所有的方向倾斜的情况较多的铁路车辆或机动车中使用。 

根据本发明的散热器，通过从高温部向不同方向的低温部配设散热管，即使在以往无法解决的产生各种倾斜的情况下，能够使任意一个散热管起作用，从而能够发挥优良的冷却性能。并且，通过在高温部内散热管靠近及并列地、和/或重叠地配设散热管，不会使元件局部地变成高温。 

此外，通过从高温部向低温部呈放射状地配设散热管，能够相对于各种各样方向的倾斜，使任意一个散热管起作用，可发挥优良的冷却性能。 

进而，通过使从高温部向风下游的低温部配设的散热管数量比从高温部向风上游的低温部配设的散热管数量多，能够由散热管使热更多地向风下游侧传递，从而能够防止元件的高温化。 

此外，通过在底板的开有多个孔的挤压材料上以每个孔的方式改变散热管的长度和位置进行配设，能够廉价地进行制造。 

产业上的可利用性 

本发明由于能够得到以上的优良的散热效果，因此适于铁路车辆或机动车用等的倾斜地设置散热器或使用时倾斜的情况。 

虽然根据其实施方式说明了本发明，但只要不是特别指定，并不对说明本发明的某个具体部分进行限定，在不违背添附的技术方案所示的发明的精神和范围的情况下，可范围广地进行解释。 

Claims (5)

1.一种散热器，其特征在于，相对于设有发热性元件的底板的一个高温部，从高温部向不同方向的低温部配设俯视的情况下彼此平行的多个散热管。

2.如权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述散热管在高温部内靠近且并列和/或重叠地配设。

3.如权利要求1或2所述的散热器，其特征在于，所述散热管的数量是，从高温部向风下游的低温部配设的数量超过从高温部向风上游的低温部配设的数量。

4.如权利要求1或2所述的散热器，其特征在于，所述底板包括开有多个孔的挤压材料，根据每个所述孔改变散热管的长度和位置来配设散热管。

5.如权利要求1或2所述的散热器，其特征在于，其用于铁路车辆和机动车。

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