CN206388696U - 液冷式冷却装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供在抑制冷却性能下降的基础上能够减少冷却液在冷却液流路中流动时的压力损失的液冷式冷却装置。液冷式冷却装置的壳体内的冷却液流路的散热器具有多个板状翅片(13)。各板状翅片(13)具有俯视时为波形、且具有恒定长度的波形部分，该波形部分由如下部件构成：波顶部(16)，其向左右的任一侧突出、且带有圆角；波底部(17)，其向左右的另一侧突出、且带有圆角；以及直线状倾斜部(18)，其将相邻的波顶部(16)和波底部(17)连结。当将板状翅片(13)的波顶部(16)以及波底部(17)的突出方向外侧的曲率半径设为R1、同样地将它们的突出方向内侧的曲率半径设为R2、将板状翅片(13)的波顶部(16)的壁厚设为T1、将波底部(17)的壁厚设为T2、将倾斜部(18)的壁厚设为T3时，满足R1>R2、T1<T3、T2<T3的关系。

Description

液冷式冷却装置

技术领域

本实用新型例如涉及对由半导体元件等电子部件构成的发热体进行冷却的液冷式冷却装置。

在本说明书以及权利要求书中，将图2中的左右称为左右，将图3中的上下称为上下。

背景技术

例如，作为对搭载于电动汽车、混合动力汽车、电车等的电力转换装置中使用的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，本申请人此前提出了专利文献1所记载的方案。

专利文献1所记载的液冷式冷却装置具备壳体，该壳体具有顶壁、底壁以及周壁，并且形成有冷却液入口以及冷却液出口，在壳体内设置有供从外部通过冷却液入口流入的冷却液朝向冷却液出口沿一个方向流动的冷却液流路，在壳体内的冷却液流路配置有散热器，该散热器使从在壳体的顶壁外表面以及底壁外表面中的至少任一方安装的发热体发出的热向在冷却液流路中流动的冷却液释放，散热器具有多个板状翅片，这些板状翅片以长度方向朝向冷却液流路中的冷却液的流动方向、且宽度方向朝向上下方向的状态隔开间隔地配置为并列状，各板状翅片具有俯视时为波形、且具有恒定长度的波形部分，该波形部分由如下部件构成：波顶部，其向左右的任一侧突出、且带有圆角；波底部，其向左右的另一侧突出、且带有圆角；以及直线状倾斜部，其将相邻的波顶部和波底部连结，冷却液在相邻的两个板状翅片之间蜿蜒流动，在由相邻的两个板状翅片构成的组中，由将两个板状翅片中的第1板状翅片的相邻的两个波顶部以及位于两个波顶部之间的波底部连结的两个倾斜部的朝向第2板状翅片侧的面、与从两个板状翅片的上下方向的中间部通过的水平面构成的两条交线相交的所有点由第1直线连结，并且，在该水平面上，位于第1板状翅片的两个倾斜部的朝向第2板状翅片侧的面向第2板状翅片侧的延长部相交的部分，由将所述第2板状翅片的相邻的两个波底部以及位于两个波底部之间的波顶部连结的两个倾斜部的朝向第1板状翅片侧的面与所述水平面构成的两条交线相交的所有点由第2直线连结，并且在该水平面上位于第2板状翅片的两个倾斜部的朝向第1板状翅片侧的面向第1板状翅片侧的延长部相交的部分。在专利文献1所记载的装置中，当将板状翅片的波顶部以及波底部的突出方向外侧的曲率半径设为R1、同样地将它们的突出方向内侧的曲率半径设为R2、将板状翅片的波顶部的壁厚设为T1、将波底部的壁厚设为T2、将倾斜部的壁厚设为T3时，R1＝2×T1，R1＝2×R2，T1＝T2＝T3。

但是，在专利文献1所记载的液冷式冷却装置中，在抑制冷却性能下降的基础上，减少冷却液在冷却液流路中流动时的压力损失的效果存在极限。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-165298号公报

实用新型内容

本实用新型的目的在于，解决上述问题，提供一种液冷式冷却装置，其在抑制冷却性能下降的基础上还能够减少冷却液在冷却液流路中流动时的压力损失。

本实用新型为了达成上述目的而包括以下方式。

1)一种液冷式冷却装置，具备壳体，该壳体具有顶壁、底壁以及周壁，并且形成有冷却液入口以及冷却液出口，在壳体内设置有供从外部通过冷却液入口流入的冷却液朝向冷却液出口沿一个方向流动的冷却液流路，在壳体内的冷却液流路配置有散热器，该散热器使从在壳体的顶壁外表面以及底壁外表面中的至少任一方安装的发热体发出的热向在冷却液流路中流动的冷却液释放，散热器具有多个板状翅片，这些板状翅片以长度方向朝向冷却液流路中的冷却液的流动方向、且宽度方向朝向上下方向的状态隔开间隔地配置为并列状，各板状翅片具有俯视时为波形、且具有恒定长度的波形部分，该波形部分由如下部件构成：波顶部，其向左右的任一侧突出、且带有圆角；波底部，其向左右的另一侧突出、且带有圆角；以及直线状倾斜部，其将相邻的波顶部和波底部连结，冷却液在相邻的两个板状翅片之间蜿蜒流动，其中，

当将板状翅片的波顶部以及波底部的突出方向外侧的曲率半径设为R1、同样地将它们的突出方向内侧的曲率半径设为R2、将板状翅片的波顶部的壁厚设为T1、将波底部的壁厚设为T2、将倾斜部的壁厚设为T3时，满足R1>R2、T1<T3、T2<T3的关系。

2)根据上述1)所记载的液冷式冷却装置，满足R2＝T3、2×R2<R1<6.5×R2的关系。

3)根据上述1)所记载的液冷式冷却装置，满足R2＝T3的关系。

4)根据上述1)所记载的液冷式冷却装置，在由相邻的两个板状翅片构成的组中，由将两个板状翅片中的第1板状翅片的相邻的两个波顶部以及位于两个波顶部之间的波底部连结的两个倾斜部的朝向第2板状翅片侧的面、与从两个板状翅片的上下方向的中间部通过的水平面构成的两条交线相交的所有点由第1直线连结，并且，在该水平面上位于第1板状翅片的两个倾斜部的朝向第2板状翅片侧的面向第2板状翅片侧的延长部相交的部分，由将所述第2板状翅片的相邻的两个波底部以及位于两个波底部之间的波顶部连结的两个倾斜部的朝向第1板状翅片侧的面与所述水平面构成的两条交线相交的所有点由第2直线连结，并且在该水平面上位于第2板状翅片的两个倾斜部的朝向第1板状翅片侧的面向第1板状翅片侧的延长部相交的部分。

实用新型的效果

根据上述1)～4)的液冷式冷却装置，当将板状翅片的波顶部以及波底部的突出方向外侧的曲率半径设为R1、同样地将它们的突出方向内侧的曲率半径设为R2、将板状翅片的波顶部的壁厚设为T1、将波底部的壁厚设为T2、将倾斜部的壁厚设为T3时，由于满足R1>R2的关系，因此，与专利文献1所记载的液冷式冷却装置相比，冷却液在散热器的相邻的板状翅片之间以直线状流动。因此，能够减少冷却液在冷却液流路中流动时的压力损失。而且，在R1>R2的情况下，若板状翅片的壁厚整体恒定，则与专利文献1所记载的液冷式冷却装置的板状翅片相比，导热面积降低，但由于满足T1<T3、T2<T3的关系，因此，能够抑制板状翅片的导热面积的减小。因此，与专利文献1所记载的液冷式冷却装置相比，能够抑制冷却性能下降。

根据上述2)的液冷式冷却装置，由于满足R2＝T3、2×R2<R1<6.5×R2的关系，因此，在将冷却性能的下降率抑制在5％以下的基础上，还能够减少冷却液在冷却液流路中流动时的压力损失。

根据上述3)的液冷式冷却装置，由于满足R2＝T3的关系，因此，能够有效地抑制板状翅片的导热面积的减小。

根据上述4)的液冷式冷却装置，冷却液容易沿波形的翅片流动，能够有效地增大对于翅片的导热有效地发挥作用的面积，从而能够提高冷却性能。

附图说明

图1是表示本实用新型的液冷式冷却装置的立体图。

图2是图1的A-A线剖视图。

图3是图2的B-B线剖视图。

图4是表示在图1的液冷式冷却装置中使用的散热器的一部分的放大立体图。

图5是放大示出图2的一部分的图。

图6是图5的主要部分放大图。

图7是表示图1的液冷式冷却装置的散热器的板状翅片的波顶部以及波底部的外侧面的曲率半径R1、与压力损失以及热阻之间的关系的曲线图。

具体实施方式

以下，参照附图对本实用新型的实施方式进行说明。

在本说明书中，除了纯铝以外，“铝”这一用语中还包括铝合金。

另外，在以下说明中，将冷却液在冷却液流路中的流动方向下游侧(图2中的上侧、图3中的右侧)称为前侧，将其相反侧称为后侧。

图1～图3表示本实用新型的液冷式冷却装置的整体结构，图4～图6表示其主要部分的结构。

在图1～图3中，液冷式冷却装置具备铝制壳体2，该壳体2具有顶壁2a、底壁2b以及周壁2c，在壳体2的周壁2c的左侧壁部分的后端部形成有向左侧开口的冷却液入口3，同样地在其右侧壁部分的前端部形成有向右侧开口的冷却液出口4。在壳体2内设置有：入口集液部5，其位于后端部，并且冷却液通过冷却液入口3而从外部流入至入口集液部5；出口集液部6，其位于前端部，并且冷却液通过冷却液出口4从出口集液部6向外部流出；以及冷却液流路7，其使得流入至入口集液部5的冷却液向出口集液部6流动。在壳体2内的冷却液流路7配置有铝制散热器10，该散热器10使得从安装于发热体安装部8的发热体H发出的热向在冷却液流路7中流动的冷却液释放，其中，发热体安装部8设置于壳体2的顶壁2a的外表面以及底壁2b的外表面中的任一方，在图示的例子中，设置于顶壁2a的外表面。

壳体2由如下部件构成：铝制上构成部件11，其形成周壁2c的上半部以及顶壁2a；以及铝制下构成部件12，其形成周壁2c的下半部以及底壁2b。在上构成部件11的形成周壁2c的部分的下端部、以及下构成部件12的形成周壁2c的部分的上端部，分别一体地形成有朝外凸缘11a、12a。上构成部件11以及下构成部件12使用至少在一个表面具有钎料层的铝钎焊片材(brazing sheet)，并形成为钎料层位于壳体2的内侧、以及各朝外凸缘11a、12a的朝向其它朝外凸缘11a、12a的表面，两个构成部件11、12的朝外凸缘11a、12a彼此经由钎料层而接合(钎焊)。

发热体H由IGBT等功率器件、IGBT与控制电路一体化并收纳于同一封装的IGBT模块、在IGBT模块中还一体化有保护电路并收纳于同一封装的智能功率模块等构成，该发热体H隔着绝缘部件I而安装于壳体2的顶壁2a的外表面的发热体安装部8。

如图2～图5所示，散热器10由如下部件构成：多个铝制板状翅片13，它们以长度方向朝向冷却液流路7中的冷却液的流动方向(前后方向)且宽度方向朝向上下方向的状态而在左右方向上隔开间隔地配置；以及前后的两个棒状连结部件14，它们沿与板状翅片13的长度方向交叉的方向(左右方向)延伸、且将所有板状翅片12连结而使它们实现了一体化。

所有板状翅片13都钎焊于壳体2的顶壁2a的内表面以及底壁2b的内表面中的至少设置有发热体安装部8的顶壁2a的内表面，此处，钎焊于顶壁2a以及底壁2b这二者的内表面。

前侧的连结部件14在形成于所有板状翅片13的上侧缘部的靠前端的部分的切缺15内以不从切缺15内突出的方式被压入，后侧的连结部件14在形成于所有板状翅片13的下侧缘部的靠后端的部分的切缺15内以不从切缺15内突出的方式被压入，由此通过连结部件14将所有板状翅片13连结而使它们实现一体化。

板状翅片13的两个切缺15之间的部分在俯视时为波形，该波形部分由如下部件构成：波顶部16，其向与冷却液流路7中的冷却液的流动方向(前后方向)正交的左右方向的任一侧(左方)突出、且带有圆角；波底部17，其向左右方向的另一侧(右方)突出、且带有圆角；以及直线状倾斜部18，其将相邻的波顶部16和波底部17连结。此外，在图5中，在由所有板状翅片13中的、在左右方向上相邻的两个板状翅片13构成的组中，由13A表示两个板状翅片13中的左侧的第1板状翅片，并由13B表示右侧的第2板状翅片。

如图5所示，在由左右方向上相邻的两个板状翅片13A、13B构成的组中，由将第1板状翅片13A的相邻的两个波顶部16以及位于两个波顶部16之间的波底部17连结起来的两个倾斜部18的朝向第2板状翅片13B侧的右侧面18a、与从板状翅片13A、13B的上下方向的中间部通过的水平面(与板状翅片13A、13B的高度方向正交的水平面)构成的两条交线相交的所有点P1，在所述水平面上位于该两个倾斜部18的右侧面18a向右侧的延长部相交的部分，这些点P1由第1直线L1连结。另外，由将第2板状翅片13B的相邻的两个波底部17以及位于两个波底部17之间的波顶部16连结起来的两个倾斜部18的朝向第1板状翅片13A侧的左侧面18b、与所述水平面构成的两条交线相交的所有点P2，在所述水平面上位于该两个倾斜部18的左侧面18b向左侧的延长部相交的部分，这些点P2由第2直线L2连结。而且，第1直线L1位于比第2直线L2靠第2板状翅片13B侧的位置。

如图6所示，当将板状翅片13的波顶部16以及波底部17的突出方向外侧面(在波顶部16中为左侧面，在波底部17中为右侧面)的曲率半径设为R1mm、同样将突出方向内侧面(在波顶部16中为右侧面，在波底部17中为左侧面)的曲率半径设为R2mm、将板状翅片13的波顶部16的壁厚设为T1mm、将波底部17的壁厚设为T2mm、且将倾斜部18的壁厚设为T3mm时，满足R1>R2、T1<T3、T2<T3的关系。此外，通常为T1＝T2。另外，优选满足R2＝T3、2×R2<R1<6.5×R2、R2＝T3的关系。

若R1>R2，则在散热器10的相邻的板状翅片13之间流动的冷却液的流动变得比较接近线性，其结果，能够减少冷却液在冷却液流路7中流动时的压力损失。而且，在R1>R2的情况下，若板状翅片13的壁厚整体恒定，则导热面积降低，但由于满足T1<T3、T2<T3的关系，因此，能够抑制板状翅片13的导热面积减小，从而能够抑制冷却性能下降。

上述关系是基于根据在如下条件下进行的计算机模拟计算的结果而获得的图7确定的：使一条边的长度为10mm的正方形状的、厚度为1mm～5mm的发热体在10W～100W下发热，使15度～18度的水以及乙二醇水溶液以0.1m/s～1m/s的流速在相邻的板状翅片13中流动，根据从发热体至板状翅片的温度差对热阻进行计算，进而通过冷却液入口3与冷却液出口4的压力差对压力损失进行计算。图7表示板状翅片13的波顶部16以及波底部17的突出方向内侧面的曲率半径R2与倾斜部18相等的情况下的、波顶部16以及波底部17的突出方向外侧面的曲率半径R1与压力损失以及热阻之间的关系。其中，压力损失以及热阻为100％的条件是R1＝2×R2的条件。

在上述结构的液冷式冷却装置中，从壳体2的外部通过冷却液入口3而流入至入口集液部5内的冷却液，在配置于冷却液流路7的散热器10的相邻的两个板状翅片13之间以蜿蜒状向前方流动而进入出口集液部6内，并从冷却液出口4通过而向壳体2的外部送出。从发热体H发出的热经由绝缘部件I、壳体2的顶壁2a以及散热器10的各板状翅片13而向在冷却液流路7中流动的冷却液释放，从而发热体H被冷却。

在上述实施方式中，板状翅片13的除了长度方向的两端部的规定长度以外的部分、即两个切缺15之间的部分在俯视观察时为波形，但并不限定于此，也可以遍及全长地在俯视观察时为波形。

另外，在上述实施方式中，散热器10的所有板状翅片13都被压入于切缺15内的连结部件14连结而实现了一体化，但并不限定于此。

工业实用性

本实用新型所涉及的液冷式冷却装置优选用于对搭载于电动汽车、混合动力汽车、电车等的电力转换装置中使用的IGBT等功率器件进行冷却。

Claims (4)

1.一种液冷式冷却装置，其具备壳体，该壳体具有顶壁、底壁以及周壁，并且形成有冷却液入口以及冷却液出口，在壳体内设置有供从外部通过冷却液入口流入的冷却液朝向冷却液出口沿一个方向流动的冷却液流路，在壳体内的冷却液流路中配置有散热器，该散热器使从在壳体的顶壁外表面以及底壁外表面中的至少任一方安装的发热体发出的热向在冷却液流路中流动的冷却液释放，散热器具有多个板状翅片，这些板状翅片以长度方向朝向冷却液流路中的冷却液的流动方向、且宽度方向朝向上下方向的状态隔开间隔地配置为并列状，各板状翅片具有俯视时为波形、且具有恒定长度的波形部分，该波形部分由如下部件构成：波顶部，其向左右的任一侧突出、且带有圆角；波底部，其向左右的另一侧突出、且带有圆角；以及直线状倾斜部，其将相邻的波顶部和波底部连结，冷却液在相邻的两个板状翅片之间蜿蜒流动，

所述液冷式冷却装置的特征在于，

当将板状翅片的波顶部以及波底部的突出方向外侧的曲率半径设为R1、同样地将它们的突出方向内侧的曲率半径设为R2、将板状翅片的波顶部的壁厚设为T1、将波底部的壁厚设为T2、将倾斜部的壁厚设为T3时，满足R1>R2、T1<T3、T2<T3的关系。

2.根据权利要求1所述的液冷式冷却装置，其特征在于，

满足R2＝T3、2×R2<R1<6.5×R2的关系。

3.根据权利要求1所述的液冷式冷却装置，其特征在于，

满足R2＝T3的关系。

4.根据权利要求1所述的液冷式冷却装置，其特征在于，

在由相邻的两个板状翅片构成的组中，由将两个板状翅片中的第1板状翅片的相邻的两个波顶部以及位于两个波顶部之间的波底部连结的两个倾斜部的朝向第2板状翅片侧的面、与从两个板状翅片的上下方向的中间部通过的水平面构成的两条交线相交的所有点由第1直线连结，并且，在该水平面上位于第1板状翅片的两个倾斜部的朝向第2板状翅片侧的面向第2板状翅片侧的延长部相交的部分，由将所述第2板状翅片的相邻的两个波底部以及位于两个波底部之间的波顶部连结的两个倾斜部的朝向第1板状翅片侧的面与所述水平面构成的两条交线相交的所有点由第2直线连结，并且在该水平面上位于第2板状翅片的两个倾斜部的朝向第1板状翅片侧的面向第1板状翅片侧的延长部相交的部分。