散热装置以及冷却器的制作方法

专利名称：散热装置以及冷却器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于进行热交换的散热装置以及冷却器。
背景技术：
加工用激光二极管、计算机的CPU (Central Processing Unit:中央处
理器)、以及变换器等的功率变换器等由于驱动而发热。这种设备由于设 备本身产生的热而会破损或性能变差。或者，有时会给配置在发热体周围 的部件带来坏影响。为了进行散热，通过冷却器来冷却这样的发热体。
冷却器有的具备散热装置，该散热装置具有散热片。由于在散热装置 上形成了散热片，因此用于散热的传热面积会扩大，能够实现热交换效率 的上升。
日本专利文献特开2001 - 352025号公报中公开了一种发热体冷却装 置，在散热装置中配置发热体，并且向由散热装置的散热片和基部构成的 通道组供应冷却水。在该发热体冷却装置中，设置有向通道组供应冷却水 的流入口，在流入口和通道组的中间设置有流入侧水室，并且，在通道组 的下游侧设置有流出侧水室。当将靠近流入口的通道的宽度设为Wb、将 远离流入口的通道的宽度设为Wc、将中心的通道的宽度设为Wa时，设 定Wb > Wc > Wa的关系。根据该发热体冷却装置，能够均匀地冷却发热 体。
日本专利文献特开平5 -206339号公报中公开了一种散热器，在基部 的表面包括多个散热片，散热片以等间隔配设，并且配设了不同厚度的散 热片，使得位于基部边缘的散热片的厚度最厚而位于基部中心的散热片的 厚度最薄。根据该散热器，在不大型化散热器整体的尺寸的情况下，给散 热器的各散热片分配相等的速度，能够最大限度地发挥出散热片的冷却效 果。日本专利文献特开平9 - 23081号公报中公开了一种沸腾冷却装置。 所公开的沸腾冷却装置在冷却槽的内部设置有将冷却槽内部对应于安装在 表面上的IGBT (绝缘门极双极性晶体管)组件划分成三个制冷剂室的间 隔壁和在上下方向上分割各制冷剂室的沸腾区域的多个制冷剂流控制板。 制冷剂流控制板设置成在沸腾区域在上下方向上等间隔隔开并倾斜的状 态。另外，被间隔壁划分的各制冷剂室在各自沸腾区域的一个侧方设置有 使沸腾蒸气流出的流出通道，在另一个侧方设置有使凝结液流入的流入通 道。根据该沸腾冷却装置，能够防止制冷剂槽内部的沸腾区域中的上部侧 的散热性能下降。
日本专利文献特开2004 - 134742号公报中公开了一种电子设备的冷 却装置，液冷部与风冷部一体成形，对伴随有局部性发热的发热部件，接 合有液冷部的吸热面。在液冷部设置有使流通通道中的制冷剂循环的液冷 用泵。该电子设备的冷却装置在热传导效率和散热性能上优越。
日本专利文献特开2005 - 116877号公报中公开了将散热器的最大散 热量设为IGBT的最大发热量以下的冷却系统。根据该冷却系统，能够小 型化用于对从IGBT等发热体吸收的热量进行散热的散热器。
例如，如上述的日本专利文献特开2001 - 352025号公报中所公开的 那样，有的冷却器通过散热片形成制冷剂的流路。在该冷却器中，散热片 彼此间的空间形成制冷剂的流路。在该冷却器中，制冷剂沿散热片的主表 面流动并进行热交换。
在各制冷剂的流路中由于压力损失，越靠近下游压力越低。此时，由 于制造误差等而在流路的结构上会产生差异。有时各流路中的压力损失的 大小不同，在各流路中流动的制冷剂的流量不同。结果，有时在冷却器的 表面上难以进行均匀的冷却。例如，在流量发生了过渡性的变动的情况 下，由于各流路中的压力损失的变化的大小不同，因此难以实现在各流路 中流动的制冷剂的流量的均匀化。
另外，在散热片的表面上会形成制冷剂的边界层。由于边界层越靠近 下游则越大(厚)，因此随着靠近下游热传递会变差并冷却能力会变差。 因此，有时冷却能力会在制冷剂的流路的上游侧区域和下游侧区域不相同。
在冷却器为沸腾型冷却器的情况下，随着越发靠近流路的下游侧，气 相相对于液相的比例越大。存在热传递随着靠近流路的下游侧变差并冷却 能力变差的问题。特别是在朝向各流路的制冷剂流量上产生了差异的情况 下，存在在流量变少的流路的下游侧区域由于极端地缺少液制冷剂而容易
发生后述的烧尽(burnout)的问题。
另外，在沸腾型冷却器的情况下，随着靠近流路的下游，从泡核沸腾
(nucleate boiling)向膜状沸腾(film boiling)转变，即存在容易引起烧尽 的问题。制冷剂的流路的截面面积越小，该倾向越容易发生。例如，在具 有微通道构造的冷却器中，由于流路的直径小，因此有时流路会被蒸气相 闭塞。如此，存在冷却能力随着靠近下游侧而变差的问题。

发明内容
本发明的目的在于提供一种能够进行均匀的冷却的散热装置以及冷却
器o
根据本发明的散热装置包括多个散热片，所述散热片形成为形成制冷 剂的流路的间隔壁，所述散热片形成为使所述制冷剂沿表面流动，形成有 合流空间使被所述散热片隔离的所述流路中的所述制冷剂合流，所述合流 空间形成在由所述散热片形成的所述流路的途中。
在上述发明中，优选地，在制冷剂的流路的方向上，在位于多个被冷 却体的正下方的区域之间形成所述合流空间。
在上述发明中，优选地，所述散热片包括多个第一散热片和多个第二
散热片，所述散热装置包括第一散热片组，被配置成多个所述第一散热 片的主表面彼此相互平行；以及第二散热片组，被配置成多个所述第二散 热片的主表面彼此相互平行；所述第二散热片组配置成所述第二散热片的 主表面与所述第一散热片的主表面大致平行，通过相互隔开配置所述第一 散热片组和所述第二散热片组来形成所述合流空间。
在上述发明中，优选地，被冷却体配置在分别形成有所述第一散热片 组和所述第二散热片组的区域的内部，所述合流空间形成在所述第一散热片组和所述第二散热片组之间。
在上述发明中，优选地，所述第二散热片组形成为在与所述制冷剂的 流路垂直的方向上偏离所述第一散热片组。
在上述发明中，优选地，所述散热片配置成主表面彼此相互平行，所 述散热片包括开口部，所述合流空间由所述开口部形成。
在上述发明中，优选地，所述开口部形成在多个被冷却体彼此间的区域。
在上述发明中，优选地，所述散热片形成为具有微通道构造。 在上述发明中，优选地，散热装置适用于功率变换器的冷却器。 根据本发明的冷却器包括所述的散热装置；在内部配置有所述散热 片的壳体；以及用于供应所述制冷剂的制冷剂供应管；其中，在所述壳体 的内部形成与所述制冷剂供应管连通而用于向所述流路供应所述制冷剂的 主水室部，在所述壳体的内部形成与所述主水室部连通而用于向所述合流 空间供应制冷剂的副水室部。
在上述发明中，优选地，所述冷却器形成为进行沸腾冷却，所述制冷 剂供应管与用于边加压边供应所述制冷剂的制冷剂供应装置连接。 根据本发明，提供能够进行均匀的冷却的散热装置以及冷却器。 另外，也可以适宜地组合上述的构成中的两个以上的构成。


图1是第一实施方式中的冷却器的简要立体图2是第一实施方式中的冷却器的第一简要截面图3是第一实施方式中的冷却器的第二简要截面图4是第一实施方式中的冷却器的第三简要截面图5是第一实施方式中的冷却器的第四简要截面图6是说明本发明中的散热片的端部的制冷剂的状态的放大简要示意
图7是说明本发明中的从散热片的前侧的端部靠近后侧的区域中的热 传递的图表；
7图8是第二实施方式中的冷却器的第一简要截面图； 图9是第二实施方式中的冷却器的第二简要截面图； 图IO是第三实施方式中的冷却器的第一简要截面图； 图ll是第三实施方式中的冷却器的第二简要截面图； 图12是第三实施方式中的冷却器的第三简要截面图。
具体实施例方式
(第一实施方式)
参照图1至图7来说明根据本发明并第一实施方式中的散热装置以及 冷却器。
本实施方式中的冷却器是用于冷却IGBT等发热体的冷却器。本实施 方式中的冷却器包括散热装置。在本实施方式中，作为制冷剂，使用作为 液体的水。本实施方式中的冷却器是所谓的强制冷却型的冷却器，其通过 制冷剂供应装置来进行制冷剂的供应。
本实施方式中的被冷却体是半导体元件21。本实施方式中的散热装置 包括板部件19。板部件19形成为平板状。半导体元件21与板部件19的 表面接合。半导体元件21相互隔开间隔配置。在本实施方式中，九个半 导体元件21与板部件19接合。多个半导体元件21在纵向和横向上排列配 置。
冷却器包括壳体11。壳体11形成为大致长方体状。在壳体11的内部 配置有后述的散热装置的散热片。本实施方式中的冷却器包括制冷剂供应 管12和制冷剂排出管13。制冷剂供应管12和制冷剂排出管13配置成从 壳体11的一个面突出。制冷剂供应管12与用作制冷剂供应装置的供应泵 22连接。供应泵22形成为对制冷剂进行加压并将其供应给冷却器。
图2是本实施方式中的冷却器的第一简要截面图。图2是沿图1中的 II 一 II线截取并向箭头方向观察时的截面图。
本实施方式中的散热装置包括多个散热片组。散热装置包括第一散热 片组1。第一散热片组1包括多个第一散热片la。第一散热片la形成为平 板状。多个第一散热片la配置成主表面相互平行。由壳体ll和第一散热片la之间的空间或者第一散热片la彼此之间的空间形成制冷剂的流路。
本实施方式中的散热装置包括第二散热片组2。第二散热片组2包括 多个第二散热片2a。本实施方式中的第二散热片组2具有与第一散热片组 1相同的构成。第二散热片2a具有与第一散热片la相同的构成。本实施 方式中的冷却器包括第三散热片组3。第三散热片组3包括多个第三散热 片3a。第三散热片组3具有与第一散热片组1相同的构成。第三散热片3a 具有与第一散热片la相同的构成。
本实施方式中的各散热片组与板部件19的背表面接合。各散热片组 配置成立起设置在板部件19的背侧的主表面上。
本实施方式中的第一散热片组1、第二散热片组2、以及第三散热片 组3配置成一直线状。在本实施方式中，第一散热片la、第二散热片2a、 以及第三散热片3a配置成一直线状。第一散热片la、第二散热片2a、以 及第三散热片3a从后述的供应侧主水室部31朝向后述的排出侧主水室部 32配置成同一平面状。
第一散热片组1与第二散热片组2隔开间隔配置。第二散热片组2与 第三散热片组3隔开间隔配置。在第一散热片组1和第二散热片组2的之 间形成有用于使在各流路中流动的制冷剂合流的合流空间36。另外，在第 二散热片组2和第三散热片组3的之间形成有合流空间37。本实施方式中 的合流空间36、 37沿制冷剂的流路以一定的间隔形成。合流空间36、 37 形成在从供应侧主水室部31朝向排出侧主水室部32的流路的途中。合流 空间36、 37形成在由散热片形成的制冷剂的流路的途中。
在本实施方式中，第一散热片组1、第二散热片组2、以及第三散热 片组3分别排列有三个。在图2中，在横向上排列有第一散热片组1、第 二散热片组2、以及第三散热片组3。在纵向上排列有各散热片组。在本 实施方式中，沿制冷剂流动的流路配置有第一散热片组1、第二散热片组 2、以及第三散热片组3。在本实施方式中形成有九个散热片组。
参照图1和图2，各散热片组被配置在与半导体元件21在冷却器的表 面上的配置位置相对应的区域。各散热片组配置成包括板部件19的配置 有半导体元件21的区域在板部件19的背侧的投影区域。在本实施方式中，当在平面上投影冷却器1时，半导体元件21配置在形成有各散热片 组的区域内。
本实施方式中的冷却器包括作为供应侧的主水室的供应侧主水室部
31。供应侧主水室部31与制冷剂供应管12连通。供应侧主水室部31形成 为能够蓄存制冷剂。供应侧主水室部31与由第一散热片la和壳体11形成 的制冷剂的流路连通。
本实施方式中的冷却器包括用于向各合流空间36、 37供应制冷剂的 副水室部。本实施方式中的冷却器通过配置在各散热片组彼此间的隔离部 件14、 15来形成副水室部41 43。
在本实施方式中，在形成副水室部41 43的板状的部件上形成用于 向合流空间36、 37供应制冷剂的切除部分，由此构成各隔离部件14、 15。
本实施方式中的冷却器包括配置在第一散热片组1彼此间的隔离部件 14。通过两个隔离部件14之间的空间来形成副水室部41。两个隔离部件 14相互隔开间隔配置。隔离部件14配置成主表面与第一散热片la的主表 面大致平行。与配置在第一散热片组1彼此间的隔离部件14相同，在第 二散热片组2彼此间配置有两个隔离部件14。通过两个隔离部件14之间 的空间来形成副水室部42。
在第三散热片组3彼此间配置有隔离部件15。隔离部件15形成为截 面形状呈现"3"字形。通过隔离部件15的内侧的空间来形成副水室部 43。隔离部件15形成为使副水室部41 43的端部闭塞。
配置在第一散热片组1彼此间的隔离部件14和配置在第二散热片组2 彼此间的隔离部件14相互隔开配置。配置在第二散热片组2彼此间的隔 离部件14和隔离部件15相互隔开配置。隔离部件14、 15配置成能够向各 合流空间36、 37供应制冷剂。
供应侧主水室部31与由隔离部件14彼此以及隔离部件15形成的副水 室部41 43连通。供应侧主水室部31形成为能够向副水室部41 43供应 从制冷剂供应管12流入的制冷剂。
在本实施方式中，构成副水室部41 43的隔离部件14、 15配置在配置有半导体元件21的区域彼此间。S卩，避开配置有半导体元件21的区域
而配置隔离部件14、 15。避开配置有半导体元件32的区域而配置副水室 部41 43。
冷却器包括作为排出侧的水室的排出侧主水室部32。排出侧主水室部 32与制冷剂排出管13连通。排出侧主水室部32配置在配置有各散热片的 区域的下游侧。排出侧主水室部32与由第三散热片3a和壳体11形成的制 冷剂的流路连通。
图3是本实施方式中的冷却器的第二简要截面图。图3是沿图2中的 in — m线截取并向箭头方向观察时的截面图。散热装置23包括第一散热 片la、第二散热片2a、以及第三散热片3a。第一散热片la、第二散热片 2a、以及第三散热片3a与板部件19接合并配置在壳体11的内部。壳体 ll形成为截面形状呈现"^"字形。板部件19与壳体11的端面接合。
在图3中，在各半导体元件21的正下方配置有第一散热片la、第二 散热片2a、以及第三散热片3a。第一散热片la、第二散热片2a、以及第 三散热片3a配置成横跨板部件19的背表面和壳体11的内表面。本实施方 式中的第一散热片la、第二散热片2a、以及第三散热片3a分别与壳体11 的内表面接触。
第一散热片la和第二散热片2a隔开配置，由此形成合流空间36。另 外，第二散热片2a和第三散热片3a隔开配置，由此形成合流空间37。在 截面形状上，各散热片的长度形成为比半导体元件21在对应方向上的长 度长。
图4是本实施方式中的冷却器的第三简要截面图。图4是沿图2中的 IV — IV线截取并向箭头方向观察时的截面图。
在本实施方式中，隔离部件14、 15与板部件19的背表面及壳体11的 内表面接合。隔离部件14彼此相互隔开配置，由此在形成副水室部41 43的间隔部件上形成切除部分，副水室部41 43与合流空间36连通。另 外，隔离部件14和隔离部件15配置成相互隔开，由此在形成副水室部 41 43的隔离部件上形成切除部分，副水室部41 43与合流空间37连 通。
ii参照图2，如箭头71所示，制冷剂从制冷剂供应管12供应。如箭头
73所示，制冷剂经由供应侧主水室部31流入配置有第一散热片组1的区 域。制冷剂流入壳体ll和第一散热片la之间的空间、第一散热片la彼此 间的空间、以及隔离部件14和第一散热片la之间的空间。制冷剂沿各散 热片la的主表面流动。在本实施方式中，制冷剂以直线状流动。如此，在 本实施方式中，散热片成为制冷剂的流路的间隔壁。
制冷剂从第一散热片la吸收热量。通过第一散热片组1的冷却，能够 主要冷却对应于第一散热片组1接合在板部件19的表面上的半导体元件 21。
通过了第一散热片组1的制冷剂流入合流空间36。在合流空间36 中，通过了第一散热片组1的各流路的制冷剂相互混合。
被蓄存在合流空间36内的制冷剂流入第二散热片组2。通过流经第二 散热片组2来冷却各第二散热片2a。通过第二散热片组2的冷却，能够主 要冷却对应于第二散热片组2接合在板部件19的表面上的半导体元件 21。
通过了第二散热片组2的制冷剂流入合流空间37。在合流空间37 中，通过了第二散热片组2的各流路的制冷剂相互混合。
被蓄存在合流空间37内的制冷剂流入第三散热片组3。通过流经第三 散热片组3来冷却各第三散热片3a。通过第三散热片组3的冷却，能够主 要冷却对应于第三散热片组3接合在板部件19的表面上的半导体元件 21。
如箭头74所示，通过了第三散热片组3的制冷剂到达排出侧主水室 部32。如箭头72所示，制冷剂从排出侧主水室部32流经制冷剂排出管 13排出到冷却器的外部。
另一方面，如箭头75所示，流入冷却器的制冷剂的一部分流经供应 侧主水室部31流入副水室部41 43。在本实施方式中，在副水室部41 43中不会进行显著的热交换。如箭头76a所示，制冷剂通过了副水室部41 后一部分流入合流空间36。 S卩，从副水室部41 43向第一散热片组1和 第二散热片组2之间的空间注入实质上还没有进行热交换的制冷剂。制冷剂从副水室部41流入副水室部42。通过了副水室部42的制冷剂 如箭头76b所示那样流入合流空间37。即，形成在第二散热片组2和第三 散热片组3之间的合流空间也被从副水室部41 43注入实际还没有进行 热交换的制冷剂。
由于闭塞了副水室部43的端部，因此能够防止流经副水室部41 43 的制冷剂直接流入排出侧主水室部32。在本实施方式中，流入了副水室部 41的制冷剂全部流入合流空间36、 37。
本实施方式中的副水室部41 43形成为截面面积比被进行热交换的 制冷剂的流路大。BP，形成为形成副水室部的间隔部件彼此的距离比各散 热片组中的散热片彼此的距离大。
图5是本实施方式中的冷却器的第四简要截面图。图5是沿图2中的 V — V线截取并向箭头方向观察时的截面图。本实施方式中的各流路形成 为截面形状呈现长方形。
参照图2，在本实施方式的冷却器中，从供应侧主水室部31流入到第 一散热片组1的制冷剂随着在流路中前进而温度上升。而且，压力会下 降。制冷剂在各流路中由于热交换的状况和流路结构的差异而会在压力损 失上产生差异。在合流空间36中，通过使通过了相互不同的流路的制冷 剂混合，能够使压力变成大致均等。即，通过在通过了第一散热片组1后 流入合流空间36，能够使流经各第一散热片la时的压力损失的偏差得到 缓和。
流入第二散热片组2的制冷剂由于从合流空间36流入，因此能够以 大致均等的压力向各流路供应制冷剂。因此，能够向形成有第二散热片组 2的区域中的各流路大致均匀地供应制冷剂。能够使朝向各流路的流量分 配大致均匀。结果，能够均匀地冷却配置在冷却器的表面上的被冷却体。
另外，即使产生了来自制冷剂供应装置的流路中的过渡性压力变动， 由于合流空间成为压力的缓冲空间，因此能够使制冷剂在各流路中的流量 保持恒定，从而能够减轻过渡性变动的影响。
另外，通过了形成有第一散热片组1的区域中的各流路的制冷剂中产 生有温度差。然而，制冷剂在合流空间36互相混合，由此温度变得均等。结果，能够使流入第二散热片组2的区域的制冷剂的温度变得大致均 等，能够大致均匀地冷却形成有第二散热片组2的区域。
在形成有第二散热片组2的区域，虽然在各流路中会再次产生压力损
失的差异和温度差，但是通过使制冷剂到达合流空间37，能够再次消除该 压力损失的差异和温度差。因此，能够给第三散热片组3分配均等的流 量，并且，能够向第三散热片组3供应温度大致相等的制冷剂。结果，能 够大致均匀地冷却形成有第三散热片组3的区域。
图6表示放大了各散热片的简要示意图。在第一散热片la和第二散热 片2a之间形成有合流空间36。制冷剂沿排列有第一散热片la和第二散热 片2a的方向流动。制冷剂向箭头73所示的方向朝第一散热片la进入。
一旦制冷剂沿第一散热片la的表面流动，则边界层8会在第一散热片 la的表面附近发展。越靠近下游，边界层8变得越厚。结果，在散热片的 表面上的热传递下降。即，如果边界层8变厚则热阻变大，从第一散热片 la向制冷剂的热传递变差。
图7表示表面上的热传递率的图表，该表面是顺沿从各散热片的前侧 的端部流动的方向的表面。热传递率在散热片的前侧的端部高。热传递率 随着靠近下游变小。
参照图6，在本实施方式中，能够通过合流空间36的部分来断开成长 起来的边界层8。结果，能够抑制第二散热片2a的热传递率变差。在本实 施方式中，边界层8被合流空间36断开后，制冷剂冲撞到第二散热片2a 的前侧的端部。边界层8沿第二散热片2a的表面重新发展。
由于边界层在第二散热片2a的前侧的端部较薄，因此能够获得较高的 热传递(前缘效果)。制冷剂在形成有第二散热片2a的区域流动，由此边 界层8会产生并继续发展。但是，能够通过形成在第二散热片组2和第三 散热片组3之间的合流空间37再次断开边界层。之后，能够在第三散热 片组3的前侧的端部再次获得前缘效果。
如此，本实施方式中的冷却器能够在与合流空间邻接的散热片的端部 重复前缘效果，从而能够达到较高的热传递率。结果，能够得到高冷却性在本实施方式中，散热装置包括多个散热片，并形成有使被散热片隔 离开的流路中的制冷剂合流的合流空间。合流空间形成在由散热片形成的 流路的途中。通过采用该构成，能够提供可均匀地进行冷却并且冷却性能 上升的散热装置。
另外，在本实施方式中包括具有多个第一散热片的第一散热片组和具
有多个第二散热片的第二散热片组。第二散热片组配置成第二散热片的主 表面与第一散热片的主表面大致平行。通过相互隔开配置第一散热片组和
第二散热片组来形成合流空间。根据该构成，能够容易地形成合流空间。
第一散热片组和第二散热片组不限于该方式，第一散热片组的第一散 热片和第二散热片组的第二散热片没有配置成直线状也可以。例如，在与 制冷剂的流路垂直的方向上，形成为第二散热片组偏离第一散热片组也可 以。通过这样，促进制冷剂流的混乱，能够提高冷却性能。
另外，在本实施方式中，第一散热片组和第二散热片组具有相同的构 成，但是不限于该方式，第一散热片组和第二散热片组具有不相同的构成 也可以。例如，第一散热片组所具有的第一散热片的数量和第二散热片组 所具有的第二散热片的数量不相同也可以。
参照图2，本实施方式中的冷却器包括用于向合流空间供应制冷剂的
副水室部41 43。由于各副水室部41 43与供应侧主水室部31连通，因 此能够向合流空间供应实质上没有进行热交换的制冷剂。能够向合流空间 注入温度低的制冷剂，在下游侧也能够抑制制冷剂的温度上升。结果，在 制冷剂的流动方向上也能够进行大致均匀的冷却。
制冷剂的由压力损失引起的压力下降越靠近下游越变大。因此，在下 游侧的合流空间，与副水室部的压力差变大，能够使制冷剂的供应量变 多。在制冷剂的下游侧，由于制冷剂的温度上升，因此能够从副水室部向 变成高温的部分供应更多的低温的制冷剂，能够有效地抑制制冷剂的温度 上升。结果，能够降低冷却器的出口温度，能够进行富余大的设计。
作为副水室部的大小，优选其大小为使得压力下降至少比由散热片构 成的流路的压力下降小。或者，优选在副水室部所产生的压力下降为实质 上可以忽略不记的程度。在本实施方式的情况下，作为副水室部的大小，例如优选在与制冷剂流动的方向垂直的截面上截面面积为由散热片彼此间 的空间构成的流路的大致5倍或大于5倍。
当本发明中的冷却器为沸腾型的冷却器时，能够缓和制冷剂的不足。 另外，能够有效地避免烧尽。
在沸腾型的冷却器中，制冷剂在冷却器的内部沸腾而变成液相和气相 的2相状态。在以该状态继续冷却的所谓的沸腾冷却中，能够通过伴随相 变的潜热进行的吸热以及沸点上的温度维持效果来实现均匀且高性能的冷 却。可是，在与冷却器连接的发热体的发热量大的情况下，在作为传热面 的散热片的表面上，存在会产生从泡核沸腾向膜状沸腾转变的烧尽的问 题。 一旦产生烧尽，则散热片的表面被蒸气覆盖，热传递极度恶化。如 此，在沸腾冷却中，在散热片的表面上保持液态制冷剂受到重视。
在本发明中的冷却器中，能够在各流路中实现流量的均匀化，能够抑 制在低流量的流路中由于制冷剂部分性地不足而引起的烧尽。另外，能够 从副水室部经由合流空间向各流路供应制冷剂，能够抑制由制冷剂的不足 所引起的烧尽的发生。
并且，由于如上述那样制冷剂的温度越靠近下游越上升，因此气液2 相中的液相的比例减少。因此，在下游侧容易产生烧尽。另一方面，由于 制冷剂的压力越靠近下游越下降，因此能够使来自副水室部的制冷剂的供 应越靠近下游则越多，从而能够有效地抑制烧尽。在沸腾冷却的情况下， 如此，能够向容易产生烧尽的部分补给很多低温的制冷剂，能够进行与沸 腾状态相对应的适当的制冷剂供应。
本发明中的冷却器能够适用于具有流路截面面积小的微通道构造的冷
却器。在微通道构造中，水力直径D例如大于等于0.6mm并小于等于 3mm。或者，在具有更小的流路的微通道构造中，水力直径D为小于等于 0.6mm。
水力直径D用以下的公式来表示。 D = 4A/L (1) (这里，A表示流路截面面积，L为截面形状中圆周长度(湿缘边长 度或截面长)在微通道构造中，由于微细化了各流路，因此能够通过聚集流路来实 现传热面积的扩大。或者，能够使热传递率变大。在具有微通道构造的冷 却器中，能够实现小型化、实现冷却能力的上升。可是，在微通道构造 中，由于流路小，因此流经流路时的压力损失大，存在难以向各流路均等 地分配制冷剂的问题。
在本发明中，在流路的途中形成合流空间，由此在具有微通道构造的 冷却器中也能够向各流路均等地供应制冷剂。
并且，在具有微通道构造的沸腾型的冷却器中，由于流路的截面面积 小，因此存在容易产生烧尽的问题。即，由于流路的截面面积小，因此流 路由于产生沸腾而容易被气相闭塞，存在容易产生烧尽的问题。可是，在 本发明中，由于从副水室部向形成在各散热片彼此间的合流空间供应低温 的制冷剂，能够有效地抑制烧尽。
本实施方式中的各散热片形成为平板状，但是不限于该方式，散热片 形成为使制冷剂沿表面流动即可。另外，对各散热片的高度没有限制，本 发明可适用于具有任意高度的散热片的散热装置。
在本实施方式中，在形成副水室部的板状的部件上形成用于向合流空 间供应制冷剂的切除部分，由此形成各隔离部件，但是不限于该方式，构 成副水室部的部件形成为从副水室部向合流空间供应制冷剂即可。例如， 在形成副水室部的部件上形成有用于向合流空间供应制冷剂的开口部(孔 部)或高度差也可以。
在本实施方式中形成为使各流路的截面形状呈现长方形，但是不限于 该方式，各流路的截面形状可以采用圆形或梯形等任意的形状。
另外，在本实施方式中，在壳体的一个面上形成有用于向冷却器供应 制冷剂的制冷剂供应管和制冷剂排出管，但不是特别地限定于该方式，制 冷剂供应管形成为能够向各散热片供应制冷剂即可。另外，制冷剂排出管 形成为能够排出通过了各散热片的制冷剂即可。
另外，在本实施方式中，作为被冷却体列举半导体元件进行了说明， 但是不限于该方式，可适用于用于冷却任意被冷却体的散热装置和冷却 器。例如，本发明可适用于用于冷却计算机的CPU的冷却器和变换器等功
17率变换器的冷却器。
(第二实施方式)
参照图8和图9来说明根据本发明并第二实施方式中的散热装置以及 冷却器。本实施方式中的冷却器在各散热片的结构和构成副水室部的隔离 壁的结构上与第一实施方式不同。
图8是本实施方式中的冷却器的第一简要截面图。图8是与第一实施 方式中的图3的截面图相对应的简要截面图。本实施方式中的冷却器包括 散热装置24。散热装置24包括多个散热片7。
散热片7形成为从供应侧主水室部31延伸至排出侧主水室部32。散 热片7配置在壳体11的内部。以使主表面彼此间平行的方式配置有多个 散热片7 (未图示)。
散热片7具有用于形成合流空间36的开口部51。散热片7包括用于 形成合流空间37的开口部52。开口部51、 52形成在半导体元件21彼此 间的区域。开口部51的平面形状呈四边形。开口部52的平面形状呈圆 形。
图9是本实施方式中的冷却器的第二简要截面图。图9是与第一实施 方式中的图4的截面图相对应的简要截面图。本实施方式中的冷却器包括 隔离部件16。
隔离部件16的截面形状呈"〕"字形。隔离部件16形成为从供应侧 主水室部31延伸至排出侧主水室部32。
隔离部件16具有用于与合流空间36连通的开口部53。隔离部件16 具有用于与合流空间37连通的开口部54。开口部53、 54形成"〕"字形 中的相互面对并大致平行的面状部分。开口部53的平面形状呈四边形。 开口部53形成在隔离部件16的宽度方向上的端部。开口部54的平面形状 呈圆形。开口部54形成在隔离部件16的宽度方向上的大致中心部。
如此，在本实施方式的冷却器中，在散热片上形成有开口部。根据该 构成也能够得到与第一实施方式相同的作用和效果。另外，通过在用于构 成副水室部的隔离部件上也形成开口部，能够向合流空间供应制冷剂。
本实施方式中的散热片和形成在隔离部件上的开口部的平面形状被形成为四边形或圆形，但是不限于该方式，开口部的形状可以采用任意的形 状。
在本实施方式中，形成在散热片上的开口部与形成在隔离部件上的开 口部形成为具有大致相同的形状和大小，但是不限于该方式，形成在各部 件上的开口部具有相互不同的形状和大小也可以。并且，如第一实施方式 所示，代替一部分开口部而形成有切除部分也可以。
关于其它的构成、作用、以及效果，由于与第一实施方式相同，故在 此不重复其说明。
(第三实施方式)
参照图10至图12来说明根据本发明并第三实施方式中的散热装置以 及冷却器。本实施方式中的冷却器在副水室部的结构上与第一实施方式不 同。
图10是本实施方式中的冷却器的第一简要截面图。本实施方式中的
冷却器包括散热装置25。散热装置25包括板部件25。散热装置25包括 第一散热片组4。第一散热片组4包括多个第一散热片la。多个第一散热 片la配置成主表面彼此相互平行。
散热装置25包括第二散热片组5。第二散热片组5包括多个第二散热 片2a。第二散热片组5具有与第一散热片组4相同的构成。散热装置25 包括第三散热片组6。第三散热片组6包括多个第三散热片3a。第三散热 片组6具有与第一散热片组4相同的构成。
在第一散热片组4和第二散热片组5之间形成有合流空间36。在第二 散热片组5和第三散热片组6之间形成有合流空间37。本实施方式中的冷 却器包括壳体18。第一散热片组4、第二散热片组5、以及第三散热片组 6配置在壳体18的内部。
图11是本实施方式中的冷却器的第二简要截面图。图11是沿图10中 的XI — XI线截取并向箭头方向观察时的截面图。本实施方式中的壳体18 包括侧壁18a。壳体18具有隔离壁18b。隔离壁18b形成为板状。隔离壁 18b与侧壁18a接合。本实施方式中的隔离壁18b形成为主表面与板部件 19的主表面大致平行。隔离壁18b分割壳体18的内部的空间。在一个空间内配置有具有第
一散热片la的第一散热片组4等散热片组。另一个空间构成副水室部 44。副水室部44由隔离壁18b与壳体18的外壁之间的空间形成。
隔离壁18b具有用于向各合流空间36、 37供应制冷剂的开口部18c、 18d。开口部18c、 18d形成在配置有半导体元件21的区域彼此之间。
参照图10，各开口部18c、 18d隔开间隔而形成。开口部18c的平面 形状呈圆形。开口部18d的平面形状呈长方形。
图12是本实施方式中的冷却器的第三简要截面图。图12是沿图10中 的Xn — XE线截取并向箭头方向观察时的截面图。开口部18d相互隔开一定 的间隔而形成。另外，开口部18c也隔开一定的间隔而形成。
参照图10，制冷剂如箭头71所示那样从制冷剂供应管12向供应侧主 水室部31供应。如箭头77所示，制冷剂从供应侧主水室部31流入形成有 第一散热片组4的区域。制冷剂流入第一散热片组4后到达合流空间36。 制冷剂从合流空间36流入形成有第二散热片组5的区域。通过了第二散 热片组5的制冷剂到达合流空间37。制冷剂从合流空间37流入形成有第 三散热片组6的区域。
如箭头78所示，制冷剂从形成有第三散热片组6的区域流入排出侧 主水室部32。如箭头72所示，制冷剂从排出侧主水室部32流经制冷剂排
出管13被排出。在各合流空间36、 37中，通过了各流路的制冷剂相互混 合。
参照图11和图12，如箭头79所示，流入供应侧主水室部31的制冷 剂的一部分流入副水室部44。如箭头80所示，流入副水室部44的制冷剂 流经开口部18c而流入合流空间36。另外，流入副水室部44的制冷剂流 经开口部18d而流入合流空间37。如此，针对各合流空间36、 37，能够 从主水室部向合流空间供应实质上没有进行热交换的制冷剂。
在本实施方式中的冷却器中，通过隔离壁18b来隔离了给散热片的冷 却直接地作出贡献的流路和副水室部。在第一实施方式中，在各散热片彼 此间形成有副水室部，但是本实施方式中的副水室部形成在与配置有散热 片的空间隔离开的空间中。因此，不容易直接地受到半导体元件的热影响，能够将从副水室部供应的制冷剂的温度保持在更低温。
例如，在半导体元件等发热体的发热量大并且在发热体的正下方形成
副水室部的情况下，有时副水室部内的制冷剂受到发热体的影响。可是，
在本实施方式中，能够利用隔离壁18b隔断发热体的热量，能够可靠地向
合流空间供应低温的制冷剂。
作为隔离壁，其材质不受限定，但是优选由绝热材料形成。根据该构
成，能够更加有效地抑制副水室部中的制冷剂的温度上升。
另外，在本实施方式中，由于副水室部的流路截面面积大，能够使副
水室部中的压力损失更小。结果，在下游侧也能够从副水室部向合流空间
供应很多制冷剂。在本实施方式中，形成在隔离壁上的开口部的各平面形状为圆形或四 边形，但是不限于该方式，可以采用任意的形状。例如，开口部也可以是 沿合流空间延伸的长孔。
关于其它的构成、作用、以及效果，由于与第一和第二实施方式相 同，故在此不重复其说明。
在上述的各图中，对相同或相当的部分标注了相同的标号。另外，在 上述的说明中，上或下等的记载是相对地表示各部位的位置关系的并不表 示铅垂方向上的绝对上下方向。
此次所公开的上述实施方式在所有的点上只是示例并不是限定性的。 不是由上述的说明而是由权利要求书表示并与权利要求相等的宗旨和范围 内的所有的变更均包括在本发明的范围内。
产业上的可利用性
本发明例如可适用于半导体元件的冷却用的散热装置或冷却器等，其 中半导体元件构成控制混合动力车辆的驱动用旋转电机的电气设备 (PCU:功率控制单元)。
权利要求
1. 一种散热装置，包括多个散热片(1a、2a、3a、7)，所述散热片(1a、2a、3a、7)被形成为作为制冷剂的流路的间隔壁，所述散热片(1a、2a、3a、7)被形成为使所述制冷剂沿该散热片的表面流动，形成有合流空间(36、37)，使由所述散热片(1a、2a、3a、7)隔离出的所述流路中的所述制冷剂合流，所述合流空间(36、37)形成在由所述散热片(1a、2a、3a、7)形成的所述流路的途中。
2. 如权利要求1所述的散热装置，其中，在所述制冷剂的流路的方向上，在位于多个被冷却体(21)的正下方 的区域之间形成所述合流空间(36、 37)。
3. 如权利要求1所述的散热装置，其中，所述散热片(la、 2a、 3a)包括多个第一散热片(la)和多个第二散 热片(2a)，所述散热装置包括按照使多个所述第一散热片(la)的主表面彼此相互平行的方式配置 而成的第一散热片组(1、 4);以及按照使多个所述第二散热片(2a)的主表面彼此相互平行的方式配置 而成的第二散热片组(2、 5);所述第二散热片组(2、 5)被配置成所述第二散热片(2a)的主表面 与所述第一散热片(la)的主表面大致平行，通过相互隔开配置所述第一散热片组(1、 4)和所述第二散热片组 (2、 5)来形成所述合流空间(36、 37)。
4. 如权利要求3所述的散热装置，其中，被冷却体(21)被配置在分别形成有所述第一散热片组(1、 4)和所 述第二散热片组(2、 5)的区域的内部，所述合流空间(36、 37)形成在所述第一散热片组(1、 4)和所述第二散热片组(2、 5)之间。
5. 如权利要求3所述的散热装置，其中，所述第二散热片组(2、 5)形成为在与所述制冷剂的流路垂直的方向 上相对于所述第一散热片组(1、 4)发生偏离。
6. 如权利要求1所述的散热装置，其中， 所述散热片(7)被配置成主表面彼此相互大致平行， 所述散热片(7)包括开口部(53、 54)， 所述合流空间(36、 37)由所述开口部(53、 54)形成。
7. 如权利要求6所述的散热装置，其中，所述开口部(53、 54)形成在多个被冷却体(21)彼此间的区域中。
8. 如权利要求1所述的散热装置，其中，所述散热片(la、 2a、 3a、 7)被形成为具有微通道构造。
9. 如权利要求1所述的散热装置，其适用于功率变换器的冷却器。
10. —种冷却器，包括权利要求1所述的散热装置(19);在内部 配置有所述散热片(la、 2a、 3a、 7)的壳体(11、 18);以及用于供应所 述制冷剂的制冷剂供应管(12);其中，在所述壳体(11、 18)的内部形成与所述制冷剂供应管(12)连通而 用于向多个所述流路供应所述制冷剂的主水室部(31)，在所述壳体(11、 18)的内部形成与所述主水室部(31)连通而用于 向所述合流空间(36、 37)供应制冷剂的副水室部(41 44)。
11. 如权利要求10所述的冷却器，其中， 所述冷却器形成为进行沸腾冷却，所述制冷剂供应管(12)与用于边加压边供应所述制冷剂的制冷剂供 应装置相连接。
全文摘要
散热装置包括多个散热片(1a、2a、3a)。散热片(1a、2a、3a)形成为形成制冷剂的流路的间隔壁。散热片(1a、2a、3a)形成为使所述制冷剂沿表面流动。形成合流空间(36、37)使被散热片(1a、2a、3a)隔离的所述流路中的所述制冷剂合流。合流空间(36、37)形成在由散热片(1a、2a、3a)形成的所述流路的途中。
文档编号H01L23/473GK101473432SQ200780022420
公开日2009年7月1日 申请日期2007年6月12日 优先权日2006年6月14日
发明者吉田忠史, 横井丰, 长田裕司 申请人:丰田自动车株式会社