CN110634815B - 冷却器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种冷却能力高且不易产生压力损失的冷却器。冷却器具有：框体，所述框体在内部具备供制冷剂流动的制冷剂空间；分隔壁，所述分隔壁将所述制冷剂空间分割成多个流路；及多个冷却片，多个所述冷却片配置在各流路内。所述分隔壁以各所述流路具有宽部和窄部的方式弯折。在各所述流路中，在制冷剂流动的方向上交替地配置有所述宽部和所述窄部。各所述宽部内的所述冷却片的数量比各所述窄部内的所述冷却片的数量多。

Description

冷却器

技术领域

本说明书中公开的技术涉及冷却器。

背景技术

专利文献1公开的冷却器具备扁平形状的框体，在框体的内部设置有供制冷剂流动的制冷剂空间。在制冷剂空间内配置有多个针状翅片。针状翅片分散地配置在制冷剂空间内。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2018-032744号公报

发明内容

发明要解决的问题

在具有制冷剂空间的冷却器中，通过向制冷剂高效地传递热，从而提高冷却能力。另外，在具有制冷剂空间的冷却器中，通过降低制冷剂流动时的压力损失，能够降低使制冷剂流动所需要的能量。在本说明书中提出一种冷却能力高且不易产生压力损失的冷却器。

用于解决问题的手段

本说明书公开的冷却器具有：框体，所述框体在内部具备供制冷剂流动的制冷剂空间；分隔壁，所述分隔壁将所述制冷剂空间分割成多个流路；及多个冷却片，多个所述冷却片配置在各流路内。所述分隔壁以各所述流路具有宽部和窄部的方式弯折。在各所述流路中，在制冷剂流动的方向上交替地配置有所述宽部和所述窄部。各所述宽部内的所述冷却片的数量比各所述窄部内的所述冷却片的数量多。

在该冷却器中，在各流路中，在制冷剂流动的方向上交替地配置有所述宽部和所述窄部。另外，各宽部内的冷却片的数量比各窄部内的冷却片的数量多。因此，在各宽部中，流路被冷却片分割成多个小流路。一般地，当制冷剂在特定的流路中流动时，由于摩擦，制冷剂在该流路的壁附近比在该流路的中心部流速慢。即，在制冷剂中形成边界层。当制冷剂在窄部内流动时也产生边界层。然而，在制冷剂从窄部流入宽部时，制冷剂被分割而流向宽部内的小流路，因此，在窄部内产生的边界层消除。另外，当制冷剂在宽部内的各小流路中流动期间，在各小流路内产生边界层。然而，由于在制冷剂从宽部流入窄部时，多个小流路内的制冷剂的流动合流，因此边界层消除。这样，在该冷却器中，制冷剂每流动规定的距离就能够消除边界层。因此，分隔壁、冷却片附近的制冷剂的流速比较快，冷却器的冷却能力提高。另外，由于各宽部内的冷却片的数量比各窄部内的冷却片的数量多，因此供制冷剂通过的区域的截面积(即，从流路的截面积减去冷却片的截面积而得到的面积)在宽部和窄部之间几乎不变。因此，在各流路中不易产生压力损失。这样，根据该冷却器，能够实现高冷却能力和低压力损失。

本说明书公开的其他冷却器具有：框体，所述框体在内部具备供制冷剂流动的制冷剂空间；及多个冷却片，多个所述冷却片配置在所述制冷剂空间内。所述制冷剂空间具有厚度方向、与所述厚度方向正交且制冷剂流动的流动方向、以及与所述厚度方向和所述流动方向正交的宽度方向。在沿着所述厚度方向观察所述制冷剂空间时，存在冷却片区和间隔区，在所述冷却片区集聚有多个所述冷却片，在所述间隔区不存在所述冷却片。在沿着所述厚度方向观察所述制冷剂空间时，沿着所述流动方向交替地配置有所述冷却片区和所述间隔区，并且沿着所述宽度方向交替地配置有所述冷却片区和所述间隔区。

在该冷却器中，在制冷剂从间隔区流入冷却片区时、以及制冷剂从冷却片区流入间隔区时，在制冷剂中产生的边界层消除。因此，冷却器的冷却能力提高。另外，由于沿着流动方向交替地配置有冷却片区和间隔区，并且沿着宽度方向交替地配置有冷却片区和间隔区，因此即使流动方向上的位置发生变化，供制冷剂通过的区域的截面积(即，从流路的截面积减去冷却片的截面积而得到的面积)也几乎不变。因此，在该冷却器中，不易产生压力损失。这样，根据该冷却器，能够实现高冷却能力和低压力损失。

附图说明

图1是电力转换模块10的立体图。

图2是冷却器12的立体图。

图3是图2的III-III线处的冷却器12的剖视图。

图4是表示沿着z方向观察时的制冷剂空间22内的构造的俯视图。

图5是变形例的冷却器的与图4对应的俯视图。

图6是实施例2的冷却器的与图4对应的俯视图。

具体实施方式

【实施例1】

图1所示的电力转换模块10具备将多个冷却器12和多个半导体模块14交替地层叠而成的构造。各半导体模块14具有扁平形状的主体部分14a。主体部分14a由树脂构成，并且内置有开关元件。多个端子14b从主体部分14a的侧面延伸。各端子14b与未图示的配线连接。由多个半导体模块14构成电力转换电路(例如，逆变器电路、DC-DC转换器电路等)。在一对冷却器12之间夹着一个半导体模块14。

如图2所示，各冷却器12具有扁平形状。如图3所示，各冷却器12具有框体20和设置在框体20内部的制冷剂空间22。如图2所示，在各冷却器12的长边方向的两端部设置有连接孔24a、24b。如图1所示，制冷剂供给管16与各冷却器12的连接孔24a连接，制冷剂排出管18与各冷却器12的连接孔24b连接。制冷剂供给管16和制冷剂排出管18与未图示的泵连接。当泵工作时，在图1中如箭头所示，制冷剂(在本实施例中为冷却水)从制冷剂供给管16通过各冷却器12内部的制冷剂空间22流向制冷剂排出管18。通过制冷剂在冷却器12中流动，由半导体模块14产生的热被制冷剂吸收，半导体模块14被冷却。另外，在以下的说明中，如图2、3所示，将冷却器12的厚度方向称为z方向，将冷却器12的长边方向(制冷剂流动的方向)称为y方向，将冷却器12的宽度方向(与y方向以及z方向正交的方向)称为x方向。

图4表示沿着z方向观察时的制冷剂空间22的内部构造。如图4所示，在制冷剂空间22内设置有分隔壁30和冷却片40。分隔壁30一边弯折一边在y方向上延伸。如图3所示，分隔壁30的z方向的两端部与框体20连接。因此，如图4所示，制冷剂空间22被分隔壁30分割成在y方向上延伸的多个流路32。由于分隔壁30弯折，所以在各流路32形成宽部34和窄部36。在各流路32中，宽部34和窄部36沿着y方向交替地配置。另外，在x方向上，在相邻的流路32之间，以使宽部34与窄部36相邻的方式配置。因此，宽部34和窄部36沿着x方向交替地配置。

如图4所示，冷却片40配置在宽部34内，而不配置在窄部36内。在各宽部34内配置有多个冷却片40。各冷却片40大致沿着y方向延伸。如图3所示，冷却片40的z方向的两端部与框体20连接。因此，宽部34被冷却片40在x方向上分割，形成多个小流路42。各小流路42大致沿着y方向延伸。冷却片40在宽部34内，越是流路32的宽度宽的位置，冷却片40配置得越多。

接着，对供制冷剂通过的区域的截面积(以下，称为实质流路截面积)进行说明。如上所述，由于在窄部36未配置冷却片40，因此制冷剂在整个窄部36流动。因此，窄部36的宽度W36(参照图4)与制冷剂空间22的z方向的厚度T(参照图3)之积为窄部36的实质流路截面积。另一方面，由于在宽部34配置有冷却片40，因此制冷剂在宽部34中避开冷却片40而流动。因此，在宽部34中，从宽部34的截面积减去各冷却片40的截面积而得到的面积为实质流路截面积。换言之，在宽部34中，各小流路42的截面积合起来的面积为实质流路截面积。例如，在图4的位置A，小流路A1、A2、A3、A4、A5、A6的宽度合起来的值与厚度T之积为实质流路截面积。由于在宽部34配置有冷却片40，而在窄部36未配置冷却片40，因此宽部34的实质流路截面积与窄部36的实质流路截面积之差不是很大。

接着，对各流路32内的制冷剂的流动进行说明。如上所述，当使泵工作时，在各流路32内，制冷剂从上游侧(制冷剂供给管16侧)流向下游侧(制冷剂排出管18侧)。制冷剂以交替地通过宽部34和窄部36的方式流动。当制冷剂在窄部36内流动时，制冷剂的流动在分隔壁30附近变慢，而在分隔壁30附近形成边界层。之后，当制冷剂从窄部36流向宽部34时，制冷剂的流动分支到各小流路42。这样，在制冷剂的流动分支时，在窄部36内形成的边界层被消除。当制冷剂在各小流路42内流动期间，制冷剂的流动在分隔壁30及冷却片40附近变慢，在该部分形成边界层。然后，在制冷剂从宽部34流向窄部36时，各小流路42内的制冷剂的流动合流成一个。这样，在制冷剂的流动合流时，在各小流路42内形成的边界层被消除。这样，在该冷却器12中，在制冷剂从窄部36流向宽部34时、以及在制冷剂从宽部34流向窄部36时，边界层被消除。因此，能够使制冷剂在分隔壁30和冷却片40附近以比较快的流速流动，从而能够高效地冷却半导体模块14。

另外，在该冷却器12中，如上所述，在宽部34配置有冷却片40，在窄部36未配置冷却片40，因此宽部34的实质流路截面积与窄部36的实质流路截面积之差不是很大。这样，由于流路32的实质流路截面积在宽部34和窄部36之间几乎不变，因此在流路32中产生的压力损失小。因此，能够使制冷剂在冷却器12中以低压流动，能够降低使制冷剂流动的泵的消耗电力。

另外，在该冷却器12中，由于通过使分隔壁30弯折而形成宽部34和窄部36，因此在分隔壁30不存在厚度较厚的部分，不存在由于分隔壁较厚而冷却效率降低的区域。因此，能够将框体20的表面的较宽的范围作为冷却面。

另外，在上述实施例1中，在窄部36未配置冷却片40，但也可以在窄部36设置比宽部34数量少的冷却片40。另外，在雷诺数小的情况下，由于不易产生边界层，因此能够减少设置于宽部34的冷却片40。例如，如图5所示，也可以在宽部34配置一个大型的冷却片40。

【实施例2】

接着，对实施例2的冷却器进行说明。实施例2的冷却器在制冷剂空间22的构造上与实施例1不同。如图6所示，在实施例2中，在制冷剂空间22内未设置分隔壁30。另外，在实施例2中，以在沿着z方向观察时存在冷却片区50和间隔区52的方式配置冷却片40，在所述冷却片区50高密度地存在多个冷却片40，在所述间隔区52不存在冷却片40。冷却片区50和间隔区52呈交错状配置。即，在y方向上交替地配置有冷却片区50和间隔区52。另外，在x方向上交替地配置有冷却片区50和间隔区52。在各冷却片区50中，冷却片40以随着从上游侧朝向下游侧而朝向冷却片区50的中心的方式延伸。

接着，对实施例2中的制冷剂的流动进行说明。在实施例2中，沿着y方向从上游侧流向下游侧的制冷剂交替地通过冷却片区50和间隔区52。在制冷剂从间隔区52流向冷却片区50时，制冷剂的流动向各小流路42分支。当制冷剂在各小流路42内流动期间，制冷剂的流动在冷却片40附近变慢，在该部分形成边界层。然后，在制冷剂从冷却片区50流向间隔区52时，各小流路42内的制冷剂的流动合流成一个。这样，在制冷剂的流动合流时，在各小流路42内形成的边界层被消除。这样，在该冷却器12中，在制冷剂从冷却片区50流向间隔区52时，边界层被消除。因此，能够使制冷剂在冷却片40附近以比较快的流速流动，从而能够高效地冷却半导体模块14。

另外，上述实施例1、2的冷却器与冲击喷流型的冷却器不同，而使制冷剂沿着冷却面流动。因此，整个流路32是冷却用流路且成为输送制冷剂的流路。因此，实施例1、2的冷却器与冲击喷流型的冷却器相比能够小型化。

另外，在实施例1和2中，也可以通过拓扑分析使冷却片40的配置在几何学上最佳化。

以上，对实施方式进行了详细说明，但这些仅为例示，并不限定权利要求保护范围。在权利要求保护范围所记载的技术中，包括对以上例示的具体例进行了各种变形、变更而得到的技术。本说明书或附图中说明的技术要素通过单独或各种组合而发挥技术实用性，并不限定于申请时权利要求所记载的组合。此外，本说明书或附图中例示的技术同时实现多个目的，实现其中一个目的本身就具有技术有用性。

Claims (2)

1.一种冷却器，其中，具有：

框体，所述框体在内部具备供制冷剂流动的制冷剂空间；

分隔壁，所述分隔壁将所述制冷剂空间分割成多个流路；及

多个冷却片，多个所述冷却片配置在各所述流路内，

所述分隔壁以各所述流路具有宽部和窄部的方式弯折，

在各所述流路中，在制冷剂流动的方向上交替地配置有所述宽部和所述窄部，

各所述宽部内的所述冷却片的数量比各所述窄部内的所述冷却片的数量多，

在各所述宽部内配置有多个所述冷却片，

多个所述冷却片在各所述宽部内，与所述流路的宽度窄的宽部的第二位置相比更多地配置于所述流路的宽度宽的宽部的第一位置，并且在所述第二位置配置有所述冷却片中的至少一个。

2.一种冷却器，其中，具有：

框体，所述框体在内部具备供制冷剂流动的制冷剂空间；及

多个冷却片，多个所述冷却片配置在所述制冷剂空间内，

所述制冷剂空间具有厚度方向、与所述厚度方向正交且制冷剂流动的流动方向、以及与所述厚度方向和所述流动方向正交的宽度方向，

在沿着所述厚度方向观察所述制冷剂空间时，存在冷却片区和间隔区，在所述冷却片区集聚有多个所述冷却片，在所述间隔区不存在所述冷却片，

在沿着所述厚度方向观察所述制冷剂空间时，沿着设为列的所述流动方向交替地配置有所述冷却片区和所述间隔区，并且沿着设为行的所述宽度方向交替地配置有所述冷却片区和所述间隔区，

所述行中的所述冷却片区的所述流动方向的下游端与紧挨着的下游的所述行中的所述冷却片区的所述流动方向的上游端接触，以使得所述冷却片区和所述间隔区呈交错状配置，

在各所述冷却片区中，所述冷却片以在所述冷却片区中至少一部分的所述冷却片与其他的所述冷却片不平行的方式配置，构成为使在所述冷却片之间的各流路中流动的所述制冷剂朝向所述冷却片区的中心流动。

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