CN102884877A - 具有多个翅片间距的冷却装置 - Google Patents

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Abstract

以提供在不增加散热翅片的设置个数或冷却风的风量的情况下提高下风侧冷却能力的冷却装置为目的。一种冷却装置，其特征在于，包含热连接于发热元件的受热块、和具有多个热连接于所述受热块的翅片的散热翅片群，设定冷却风的流动为与所述受热块平行的方向，沿着所述冷却风的流向纵列配置有多个所述散热翅片群，所述多个散热翅片群中，配置于所述冷却风上风侧的散热翅片群的翅片间距比配置于所述冷却风下风侧的散热翅片群的翅片间距大。

Description

具有多个翅片间距的冷却装置
技术领域
本发明涉及通过强制空冷冷却发热元件的冷却装置，更具体的，涉及通过强制空冷冷却在铁道车辆、航空器、船舶等移动工具搭载的功率转换装置等的电器零件的冷却装置。
背景技术
作为现有的冷却装置，有如图14所示的框体内的电器零件冷却装置（以下，称为现有例）。该现有例包含：平板状的受热块42、在受热块42的表面多个竖立设置的侧视图为U字形状的热管43、和具有在与受热块42平行的方向被安装到热管43的多个翅片44a的散热翅片群44，形成为使得各翅片44a之间的间距在任一部分都相等（专利文献1）。
在所述现有例的冷却装置41中，翅片44a的尺寸在冷却风的流动方向长的情况下，在翅片44a间流动的冷却风随着向下风侧前进，流速显著降低。因此，现有例的冷却装置41在下风侧和上风侧冷却能力大不相同。例如，在受热块42热连接多个（在图14中，3个）发热元件450-1、450-2、450-3，在图11的纸面的从左到右的方向且对于受热块42表面为平行状地使冷却风流动的情况下，与配置于最上风侧的发热元件450-1比较，配置于最下风侧的发热元件450-3存在难以被冷却、温度下降被抑制的问题。
为了提高下风侧的冷却能力，必须增加翅片44a的设置个数或增加冷却风的风量。但是，一旦增加翅片44a的个数，就存在冷却装置的尺寸变大，重量也增加的问题，进而存在制造成本增加的问题。并且，对于增加冷却风的风量，虽然只要设置强力风扇就可以，但是因为这样的风扇是大型的，所以存在难以确保设置空间、进而用于驱动风扇的耗电也大的问题。现有技术文献
专利文献
[专利文献1]特开平9-119785号公报
发明内容
发明解决的问题
本发明是鉴于所述现有技术的问题形成的发明，以提供在不增加散热翅片的设置个数或冷却风的风量的情况下提高下风侧冷却能力的冷却装置为目的。
用于解决问题的技术方案
本发明的第一方式是一种冷却装置，其特征在于，包含热连接于发热元件的受热块、和具有多个热连接于所述受热块的翅片的散热翅片群，设定冷却风的流动为与所述受热块平行的方向，沿着所述冷却风的流向纵列配置有多个所述散热翅片群，所述多个散热翅片群中，配置于所述冷却风上风侧的散热翅片群的翅片间距比配置于所述冷却风下风侧的散热翅片群的翅片间距大。本发明的第二方式是一种冷却装置，其特征在于，包含热连接于发热元件的受热块、和具有多个竖立设置于所述受热块表面的翅片的散热翅片群，设定冷却风的流动为与所述受热块平行的方向，沿着所述冷却风的流向纵列配置有多个所述散热翅片群，所述多个散热翅片群中，配置于所述冷却风上风侧的散热翅片群的翅片间距比配置于所述冷却风下风侧的散热翅片群的翅片间距大。
本发明的第三方式是一种冷却装置，其特征在于，包含热连接于发热元件的受热块、竖立设置于所述受热块表面的多个热管、和具有多个在与所述受热块平行的方向安装于所述热管的翅片的散热翅片群，设定冷却风的流动为与所述受热块平行的方向，沿着所述冷却风的流向纵列配置有多个所述散热翅片群，所述多个散热翅片群中，配置于所述冷却风上风侧的散热翅片群的翅片间距比配置于所述冷却风下风侧的散热翅片群的翅片间距大。
在所述各个方式中，对于冷却风流向平行或者大致平行地排列多个散热翅片群，且对于冷却风流向平行或者大致平行地安装构成所述散热翅片群的各翅片的表面。如此，成为冷却风在翅片间顺畅地流动的结构。成为如下结构：虽然构成同一散热翅片群的各翅片的翅片间距相同或者大致相同，但是，针对每个散热翅片群，翅片间距不同，也就是说，散热翅片群不同的话，邻接翅片间的翅片间距也不同。并且，配置于冷却风上风侧的散热翅片群的翅片间距比配置于冷却风下风侧的散热翅片群的翅片间距大。
如此，通过使上风侧的散热翅片群的翅片间距比下风侧的散热翅片群的翅片间距大，在使用同一风扇的情况下，能够防止通过上风侧散热翅片群中的冷却风的风量以及风速降低，并且还能够抑制冷却风温度上升。并且，因为能够抑制在上风侧的冷却风温度上升，所以能够向下风侧散热翅片群供给温度更低的冷却风。说明书中，“散热翅片群”是指相对于冷却风流向在垂直方向上排列多个翅片而得到的一群翅片。
本发明的第四方式是一种冷却装置，其特征在于，配置于所述上风侧的散热翅片群的翅片间距是配置于所述下风侧的散热翅片群的翅片间距的整数倍。通过将邻接的散热翅片群的翅片间距设定为整数倍，能够使散热翅片群间的翅片间距的相位一致，从而抑制翅片所引起的沿着散热翅片群流动的冷却风的压力损耗。
本发明的第五方式是一种冷却装置，其特征在于，配置于所述上风侧的散热翅片群的翅片长度比配置于所述下风侧的散热翅片群的翅片长度短。
本发明的第六方式是一种冷却装置，其特征在于，所述热管侧视图是U字形状或者L字形状。
根据本发明的第一、第二、第三方式，因为能够抑制上风侧散热翅片群所引起的冷却风的压力损耗，从而能够抑制通过下风侧散热翅片群的冷却风的风量以及风速的降低，所以能够提高下风侧的冷却能力，且从上风侧直到下风侧实现冷却能力的均匀化。如此，因为能够实现冷却能力的均匀化，所以即使是翅片长度长的大型冷却装置，也能够从上风侧直到下风侧确实地发挥冷却能力。并且，通过减少上风侧散热翅片群的翅片个数，能够抑制上风侧的冷却风的温度上升，从能够向下风侧散热翅片群供给温度更低的冷却风的观点来看，也能够提高下风侧的冷却能力。因为上风侧散热翅片群翅片间距大，也就是说，可以比现有例减少翅片的设置个数，所以能够进行冷却装置的小型化、轻量化，能够降低制造成本。进而，因为可以不用为了提高下风侧冷却能力而设置强力风扇，所以，能够使设置空间省空间化，并且，能够降低用于驱动风扇的消电而抑制环境负载。
根据本发明的第三方式，因为设置热管，所以除了所述各个效果之外，其经过从上风侧散热翅片群直到下风侧散热翅片群而进一步地提高冷却能力。
根据本发明的第四方式，因为能够抑制翅片所引起的冷却风的压力损耗，而且对于每个散热翅片群，还能使在翅片间流动的冷却风均匀化，所以能够使冷却风在每个散热翅片群高效流动。并且，因为使冷却风在散热翅片群高效流动，所以能够进一步提高下风侧散热翅片群的冷却能力，即使是在车辆框体内的有限空间中，也能够确实地冷却发热元件。
根据本发明的第五方式，因为上风侧散热翅片群的翅片长度比下风侧散热翅片群的翅片长度短，所以能够将冷却能力高的上风侧散热翅片群小型化、轻量化，同时能够提高下风侧散热翅片群的冷却能力。并且，通过适当调整上风侧散热翅片群以及下风侧散热翅片群的翅片长度，能够使冷却装置全体的冷却能力更接近均匀。
根据本发明的第六方式，因为热管的形状是侧视图为U字形状或者L字形状，所以翅片的安装容易，并且，能够根据冷却装置的运行条件适当调节翅片的设置个数以及翅片间距。
附图说明
图1是本发明的第一实施例的冷却装置安装了发热元件的状态的侧视图。
图2是表示本发明第一实施例的冷却装置的冷却风的流动的说明图。
图3是表示冷却装置的冷却风的流动的说明图。
图4是表示本发明第一实施例的冷却装置的发热元件上升温度与现有例的冷却装置的发热元件上升温度的对比的图。
图5是说明配置了2个散热翅片群时的散热翅片群间空隙的定位方法的图。
图6是本发明的第三实施例的冷却装置安装了发热元件的状态的侧视图。
图7是本发明的第二实施例的冷却装置安装了发热元件的状态的侧视图。
图8（a）图是图7的第一散热翅片群部的剖面的说明图，（b）图是图7的第二散热翅片群部的剖面的说明图，（c）图是图7的第三散热翅片群部的剖面的说明图。
图9是表示本发明的第三实施例的冷却装置的发热元件上升温度与现有例的冷却装置的发热元件上升温度的对比的图。
图10是说明配置了3个散热翅片群时的散热翅片群间空隙的定位方法的图。
图11（a）图是使用了传热块的冷却装置安装了发热元件的状态的正视图，（b）图是使用了传热块的冷却装置安装了发热元件的状态的侧视图。
图12（a）图是其它实施例的使用了热管的冷却装置安装了发热元件的状态的正视图，（b）图是其它实施例的使用了热管的冷却装置安装了发热元件的状态的俯视图。
图13是本发明的其它实施例的冷却装置安装了发热元件的状态的俯视图。
图14是现有例的冷却装置安装了发热元件的状态的侧视图。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的第一实施例的冷却装置进行说明。如图1所示，本发明的第一实施例的冷却装置1是热管式冷却装置，包含平板状的受热块2、在受热块2的表面在铅垂方向安装的多个侧视图为U字形状的热管3、安装于热管3的第一散热翅片群4以及第二散热翅片群5。第一散热翅片群4包含多个（图1中17个）第一翅片4a，该第一翅片4a是矩形的薄板。第二散热翅片群5包含多个（图1中33个）第二翅片5a，该第二翅片5a是矩形的薄板。
并且，在没有安装热管3的一侧即受热块2背面，在图1的从左到右，热连接被冷却体即发热元件50-1、50-2、50-3。
如图1所示，第一散热翅片群4按照下述方式配置，即，对于受热块2表面在铅垂方向等间隔地分别排列17个第一翅片4a，并使任一个第一翅片4a都对于受热块2表面平行。如此，在第一散热翅片群4中，在第一翅片4a间，16个一定宽度的空隙4b对于受热块2表面平行地延伸。并且，使第一散热翅片群4中的空隙4b均为相同的宽度。
并且，第二散热翅片群5按照下述方式配置，即，对于受热块2表面，在铅垂方向等间隔地分别排列33个第二翅片5a，并使任一个第二翅片5a都对于受热块2表面平行。如此，在第二散热翅片群5中，在第二翅片5a间，32个比空隙4b窄的一定宽度的空隙5b对于受热块2表面平行地延伸。并且，使第二散热翅片群5中的空隙5b均为相同的宽度。
并且，将对于受热块2在最远位置设置的第一翅片4a和对于受热块2在最远位置设置的第二翅片5a配置成相互在同一平面上。同样地，将对于受热块2在最近位置设置的第一翅片4a和对于受热块2在最近位置设置的第二翅片5a配置成相互在同一平面上。第一散热翅片群4的构成要素即各第一翅片4a的形状尺寸相互相同，使第一散热翅片群4的侧面部成为第一翅片4a的边缘部对齐的状态。第二散热翅片群5的构成要素即各第二翅片5a的形状尺寸相互相同，使第二散热翅片群5的侧面部成为第二翅片5a的边缘部对齐的状态。
在第一实施例的冷却装置1中，在图1的从左到右方向供给冷却风。进而，设置冷却装置1，使得冷却风对于受热块2表面平行或者大致平行地流动，也就是说，对于各个第一翅片4a以及各个第二翅片5a的表面平行或者大致平行地流动。如此，因为冷却风首先沿着各个第一翅片4a在第一散热翅片群4中通过，然后，通过了第一翅片散热片4的冷却风进入第二散热翅片群5中，沿着各个第二翅片5a在第二散热翅片群5中通过，所以能够防止第一散热翅片群4以及第二散热翅片群5成为冷却风的障碍。并且，在第一散热翅片群4与第二散热翅片群5之间形成散热翅片群间空隙8。由于该散热翅片群间空隙8，翅片不是现有例那样一块板的翅片44a，而是成为被分割为第一翅片4a与第二翅片5a的状态，形成第一散热翅片群4与第二散热翅片群5。
在第一实施例的冷却装置1中，第一翅片4a的尺寸是，宽度480mm、长度300mm、厚度0.5mm，第一翅片4a的空隙4b是6.5mm。另一方面，第二翅片5a的宽度与第一翅片4a相同是480mm、厚度也与第一翅片4a相同是0.5mm，但是因为后述的理由，第二翅片5a的长度是比第一翅片4a长的495mm。第二翅片的空隙5b是3mm。并且，受热块2的尺寸是，宽度500mm、长度1000mm、厚度25mm，侧视图为U字形状的热管3的尺寸是，管径15.88mm、高度200mm、宽度115.88mm。侧视图为U字形状的热管3的管的剖面形状是圆形。从不对冷却能力产生影响的观点来看，散热翅群间空隙8的宽度优选尽可能窄，也可以使第一翅片4a端面与对着该第一翅片4a的第二翅片5a端面紧靠。在第一实施例的冷却装置1中，散热翅片群间空隙8的宽度是5mm。
所述第一翅片4a以及受热块2均是热传导性好的金属材料平板，由铝、铝合金、铜、铜合金等制造。热管3也是由与第一翅片4a以及受热块2同样的金属材料制造，对于工作液，以减压状态封入符合容器材料适应性的工作液。例如，在容器为铜的情况下，工作液使用纯水。
第一翅片4a以及第二翅片5a的固定方法没有特别限定，在冷却装置1中，在第一翅片4a以及第二翅片5a各自的预定位置设置孔部（未图示），通过在该孔部***热管3使其镶嵌***，介由热管3在冷却装置1固定第一翅片4a以及第二翅片5a。
然后，使用图2、图3，对于第一实施例的冷却装置1，说明第一翅片4a与第二翅片5a的配置关系。
对于第一翅片4a与第二翅片5a的配置关系，只要是第一翅片4a间的空隙4b大于第二翅片5a间的空隙5b的方案即可，没有特别限定。原因在于，如果是所述方案的话，因为能够降低第一散热翅片群4引起的压力损耗，所以能够抑制通过第二散热翅片群5的冷却风的风量以及风速的降低，并且，通过减少第一散热翅片群4的第一翅片4a个数，能够抑制通过了第一散热翅片群4的冷却风的温度上升。
如图2所示，在第一实施例的冷却装置1中，配置为第一散热翅片群4与第二散热翅片群5的翅片间距为整数倍的关系（图2中，第一散热翅片群4与第二散热翅片群5的翅片间距是2：1）。进而，使第一散热翅片群4与第二散热翅片群5的翅片间距相位一致。也就是说，在每个第一翅片4a的同一平面上配置第二散热翅片群5的第二翅片5a，进而还在相当于第一翅片4a间空隙4b宽度中间的部位再配置1个第二翅片5a。通过成为如此的翅片配置，能够防止第二翅片5a成为在附图从左到右通过了第一散热翅片群4中的冷却风7的障碍，能够抑制冷却风7的风量以及风速受到第二翅片5a的压力而损耗。如此，成为如下结构：通过了第一散热翅片群4中的冷却风7在设置于下风侧的第二散热翅片群5中顺畅地流动。
并且，例如，如图3所示，即使使第一散热翅片群4与第二散热翅片群5的翅片间距成为不是整数倍的关系（图3中，第一散热翅片群4与第二散热翅片群5的翅片间距是3：2），也能够抑制通过第二散热翅片群5的冷却风7的风量以及风速的降低。该方案中，第一散热翅片群4与第二散热翅片群5的翅片间距相位不一致。也就是说，在第一翅片4a的同一平面上配置第二翅片5a的结构与不在第一翅片4a的同一平面上配置第二翅片5a的结构交替排列。如此，在图3的翅片配置的情况下，在第二散热翅片群中产生下述部位：冷却风7顺畅地流动的部位和第二翅片成为障碍而冷却风7难以流动的部位。
所述的第一翅片4a与第二翅片5a的配置关系中，从防止通过了第一散热翅片群4中的冷却风7受到第二翅片5a所引起的压力从而风量以及风速在第二散热翅片群5中损耗的观点来看，优选的是图2的配置，即第一散热翅片群4与第二散热翅片群5的翅片间距为整数倍的关系，且翅片间距的相位一致。
然后，使用图4对第一实施例的冷却装置1的受热块温度与现有例的冷却装置41的受热块温度进行说明。应予说明，受热块温度是通过数值解析求得的。在数值解析中使用的第一实施例的冷却装置1的结构与所述结构相同。另一方面，现有例的冷却装置41的结构中，翅片44a的长度是第一翅片4a的长度、第二翅片5a的长度与散热翅片群间空隙8的宽度之和，散热翅片群44的翅片间距与第二散热翅片群5的翅片间距相同，除此以外，与在数值解析中使用的冷却装置1结构相同。以如下条件进行数值解析，将来自各发热元件50-1、50-2、50-3、450-1、450-2、450-3均等发热的合计11000W的热量分别热输入到受热块2、42，并且，吹到第一散热翅片群4以及散热翅片群44的前面的冷却风均为20℃、风速5.8m/s。
如图4所示，虽然冷却装置1的受热块上风部的温度比现有例的冷却装置41稍有上升，但受热块中央部的温度与现有例是同等程度，受热块下风部的温度比现有例低。因此，第一实施例的冷却装置1能够降低总重量、并且能够提高下风侧的冷却能力而实现冷却能力均匀化。
然后，使用图5对第一实施例的冷却装置1的散热翅片群间空隙8的定位方法进行说明。应予说明，图5的线图是从现有例的冷却装置41的散热翅片群44适当选择的翅片44a表面的温度分布，图5中，“翅片前端”是指对着冷却风上风侧的一侧的翅片端部。散热翅片群间空隙8的位置，也就是说第一翅片4a的长度与第二翅片5a的长度的比例没有特别限定，能够适当选择，但是，从提高下风侧的冷却能力的观点来看，优选的是，如下所述，基于翅片表面温度分布确定。
如图5所示，作为现有例的一块板的翅片44a的表面温度随着冷却风从上风侧向下风侧移动而持续上升。并且，散热翅片群间空隙8设置于表示翅片44a表面最小温度与最大温度的中间温度的位置。也就是说，定位散热翅片群间空隙8，使得在可以将翅片44a表面的温度差ΔＴ等分分割的温度差ΔＴ/2的位置处分割翅片44a，形成第一散热翅片群4与第二散热翅片群5。如此，在表示中间温度的位置设置散热翅片群间空隙8时，能够在每个翅片表面温度接近的区域形成2个散热翅片群。如此，通过使得具有充分冷却能力的第一散热翅片群4的翅片间距大于散热翅片群44，能够抑制通过第二散热翅片群5中的冷却风的风量以及风速的降低。并且，通过减少第一翅片4a的个数，能够降低第一散热翅片群4的冷却风的温度上升，从而能够向第二散热翅片群5供给温度更低的冷却风。进而，因为减少第一翅片4a的个数，所以能够抑制冷却装置1的重量。
并且，如图5的线图所示，翅片44a表面的温度分布是越接近上风侧越急剧降低，温度分布与离翅片前端的距离的关系不是直线形状。如此，在可以将翅片44a表面的温度差ΔＴ等分分割的温度差ΔＴ/2位置处设置散热翅片群间空隙8时，第二散热翅片群5的第二翅片5a的长度比第一散热翅片群4的第一翅片4a的长度长。
然后，对本发明第三实施例的冷却装置，使用附图进行说明。在第一实施例的冷却装置1设置了2个散热翅片群，如图6所示，本发明的第三实施例的冷却装置21设置3个散热翅片群来代替。第三实施例的冷却装置21包含平板状的受热块22、在受热块22的表面在铅垂方向安装的多个侧视图为U字形状的热管23、安装于热管23的第一散热翅片群24、第二散热翅片群25以及第三散热翅片群26。第一散热翅片群24包含多个（图6中9个）第一翅片24a。第二散热翅片群25包含多个（图6中17个）第二翅片25a。第三散热翅片群26包含多个（图6中33个）第三翅片26a。也就是说，冷却装置21的第二翅片25a的个数与冷却装置1的第一翅片4a的个数相同，冷却装置21的第三翅片26a的个数与冷却装置1的第二翅片5a的个数相同。第一翅片24a、第二翅片25a、第三翅片26a均是矩形薄板。并且，在第一散热翅片群24与第二散热翅片群25之间形成散热翅片群间空隙28-1，在第二散热翅片群25与第三散热翅片群26之间形成散热翅片群间空隙28-2。
并且，被冷却体即发热元件从上风侧开始依次以250-1、250-2、250-3的顺序热连接到没有设置热管23的一侧的受热块22背面。
对于第一翅片24a、第二翅片25a以及第三翅片26a的配置关系，只要是第一翅片24a间的空隙24b大于第二翅片25a间的空隙25b，第二翅片25a间的空隙25b大于第三翅片26a间的空隙26b的方案即可，没有特别限定。原因在于，如果是上述方案的话，因为能够降低第一散热翅片群24引起的压力损耗，所以能够抑制通过第二散热翅片群25的冷却风的风量、风速的降低，并且第一翅片24a的个数减少而能够抑制通过了第一散热翅片群24的冷却风的温度上升，并且，进而因为能够降低第二散热翅片群4所引起的压力损耗，所以能够抑制通过第三散热翅片群26的冷却风的风量、风速的降低，并且第二翅片25a的个数减少而能够抑制通过了第二散热翅片群25的冷却风的温度上升。如图6所示，在第三实施例的冷却装置21中，配置为第一散热翅片群24与第二散热翅片群25的翅片间距是整数倍的关系，并且，第二散热翅片群25与第三散热翅片群26的翅片间距是整数倍的关系（图6中，第一散热翅片群24、第二散热翅片群25、第三散热翅片群26的翅片间距是4：2：1）。并且，使第一散热翅片群24、第二散热翅片群25以及第三散热翅片群26的翅片间距的相位一致。也就是说，在每个第一翅片24a的同一平面上配置第二散热翅片群25的第二翅片25a以及第三散热翅片群26的第三翅片26a，进而，在将第一翅片24a间的空隙24b的宽度二等分的部位配置第二翅片25a，在将第一翅片24a间的空隙24b的宽度四等分的部位配置第三翅片26a。
如此，通过成为与冷却装置1同样的翅片配置，能够防止第二翅片25a、第三翅片26a成为冷却风流动的障碍，抑制冷却风的风量以及风速受到第二翅片25a、第三翅片26a的压力而损耗。如此，成为如下结构，通过了第一散热翅片群24中的冷却风在配置于第一散热翅片群24下风侧的第二散热翅片群25中以及配置于第二散热翅片群25下风侧的第三散热翅片群26中顺畅地流动而进一步提高下风侧的冷却能力。
然后，对本发明的第二实施例的冷却装置，使用附图进行说明。第一实施例的冷却装置1是由翅片形成2个散热翅片群，所述翅片与受热块成平行状地安装到对于受热块在铅垂方向竖立设置的热管，替代之，如图7、图8所示，本发明的第二实施例的冷却装置31是由多个翅片形成3个散热翅片群的散热器，所述翅片对于受热块在铅垂方向竖立设置。第二实施例的冷却装置31包含平板状的受热块32、在受热块32表面安装的第一散热翅片群34、第二散热翅片群35以及第三散热翅片群36。
如图8（a）所示，第一散热翅片群34成为在平板状的底面部34c竖立设置多个（图8（a）中6个）第一翅片34a的结构。设置使得任一个第一翅片34a对于底面部34c都是铅垂方向，且第一翅片34a表面对于冷却风的流动方向为平行，其翅片间距为等间隔。如图8（b）所示，第二散热翅片群35成为在平板状的底面部35c竖立设置多个（图8（b）中11个）第二翅片35a的结构。设置使得任一个第二翅片35a对于底面部35c都是铅垂方向，且第二翅片35a表面对于冷却风的流动方向为平行，其翅片间距为等间隔。如图8（c）所示，第三散热翅片群36成为在平板状的底面部36c竖立设置多个（图8（c）中21个）第三翅片36a的结构。设置使得任一个第三翅片36a对于底面部36c都是铅垂方向，且第三翅片36a表面对于冷却风的流动方向为平行，其翅片间距为等间隔。通过将底面部34c、35c、36c与受热块32热连接，使第一散热翅片群34、第二散热翅片群35、第三散热翅片群36与受热块32热连接。
在第二实施例的冷却装置31中，被冷却体即发热元件从冷却风上风侧开始依次以350-1、350-2、350-3的顺序热连接到没有设置翅片的受热块32背面。
第一翅片34a、第二翅片35a以及第三翅片36a的配置关系只要是第一翅片34a间的空隙34b大于第二翅片35a间的空隙35b，第二翅片35a间的空隙35b大于第三翅片36a间的空隙36b的方案即可，没有特别限定。原因在于，如果是所述方案的话，能够抑制通过第二散热翅片群35以及第三散热翅片群36的冷却风的风量以及风速的降低，并且第一翅片34a以及第二翅片35a的个数减少从而能够抑制通过了第一散热翅片群34以及第二散热翅片群35的冷却风的温度上升。如图8所示，第二实施例的冷却装置31与第三实施例的冷却装置21同样，配置为第一散热翅片群34与第二散热翅片群35的翅片间距是整数倍的关系，且第二散热翅片群35与第三散热翅片群36的翅片间距是整数倍的关系（图8中，第一散热翅片群34、第二散热翅片群35、第三散热翅片群36的翅片间距是4：2：1）。并且，使第一散热翅片群34、第二散热翅片群35以及第三散热翅片群36的翅片间距的相位一致。也就是说，在每个第一翅片34a的同一平面上配置第二散热翅片群35的第二翅片35a以及第三散热翅片群36的第三翅片36a，进而，在将第一翅片34a间空隙34b的宽度二等分的部位配置第二翅片35a，在将第一翅片34a间空隙34b的宽度四等分的部位配置第三翅片36a。
如此，通过与冷却装置21同样的翅片配置，成为如下结构，即，通过了第一散热翅片群34中的冷却风在配置于第一散热翅片群34下风侧的第二散热翅片群35中以及配置于第二散热翅片群35下风侧的第三散热翅片群36中顺畅地流动。
在所述第二实施例的冷却装置31中，为了防止冷却风的风量、风速的降低和冷却风的流动的混乱，通过第一散热翅片群34和第二散热翅片群35接触来形成散热翅片群边界部38-1，通过第二散热翅片群35和第三散热翅片群36接触来形成散热翅片群边界部38-2。散热翅片群边界部38-1、38-2根据需要可以如第三实施例的冷却装置21那样使适当邻接的散热翅片群分开而形成散热翅片群间空隙。
然后，使用图9，对第三实施例的冷却装置21的受热块温度和现有例的冷却装置41的受热块温度进行说明。应予说明，受热块温度是在与图4同样的条件下由数值解析求得的。也就是说，在数值解析中使用的第三实施例的冷却装置21的结构与上述结构相同。现有例的冷却装置41的结构是，翅片44a的长度是第一翅片24a的长度、第二翅片25a的长度、第三翅片26a的长度以及散热翅片群间空隙28-1、28-2的宽度之和，散热翅片群44的翅片间距与第三散热翅片群26相同，除此以外，与在数值解析中使用的冷却装置21结构相同。以如下条件进行数值解析，将来自各发热元件250-1、250-2、250-3、450-1、450-2、450-3均等发热的合计11000W的热量分别热输入到受热块22、42，并且，吹到第一散热翅片群24、散热翅片群44的前面的冷却风都是20℃、风速5.8m/s。应予说明，在图9中，为了比较而一并给出在图4中所示的冷却装置1的数据。
如图9所示，关于冷却装置21的受热块上风部温度，虽然比现有例的冷却装置41还要上升，但受热块中央部的温度与现有例大致是同等程度，受热块下风部的温度比现有例低。并且，第三实施例的冷却装置21与第一实施例的冷却装置1相比较，受热块下风部的温度更低。因此，第三实施例的冷却装置21通过将翅片间距相互不同的散热翅片群增加到3个，相比冷却装置1进一步提高下风侧的冷却能力，能够进一步实现冷却能力的均匀化，并能够进一步使总重量降低。
然后，使用图10对第三实施例的冷却装置21的散热翅片群间空隙28-1、28-2的定位方法以及第二实施例的冷却装置31的散热翅片群边界部38-1、38-2的定位方法进行说明。应予说明，图10的线图是从现有例的冷却装置41的散热翅片群44适当选择的翅片44a表面的温度分布，图10中，“翅片前端”是指对着冷却风上风侧的一侧的翅片端部。
散热翅片群间空隙28-1、28-2的位置以及散热翅片群边界部38-1、38-2的位置没有特别限定，能够适当选择，但是，从提高下风侧的冷却能力的观点来看，优选的是，与第一实施例的冷却装置1同样地基于翅片表面温度分布确定。也就是说，将散热翅片群间空隙28-1、28-2或者散热翅片群边界部38-1、38-2进行定位，使得在可以将现有例的一块板的翅片44a表面的温度差ΔＴ三等分分割的温度差ΔＴ/3的位置处分割翅片44a，形成第一散热翅片群24、34，第二散热翅片群25、35，第三散热翅片群26、36。如此，在表示温度差ΔＴ/3的位置设置散热翅片群间空隙28-1、28-2或者散热翅片群边界部38-1、38-2时，能够在每个翅片表面温度接近的区域形成3个散热翅片群。如此，通过使得具有充分冷却能力的第一散热翅片群24、34，第二散热翅片群25、35的翅片间距大于散热翅片群44的翅片间距，此外，还使第一散热翅片群24、34的翅片间距大于冷却装置1的第一散热翅片群4的翅片间距，能够进一步抑制通过第三散热翅片群26、36中的冷却风的风量以及风速的降低。并且，因为通过第一散热翅片群24、34中的冷却风的风速大，所以能够进一步降低第一散热翅片群24、34的冷却风的温度上升，能够向第二散热翅片群25、35以及第三散热翅片群26、36供给相比冷却装置1温度更低的冷却风。进而，因为减少第一翅片24a、34a的个数，所以能够进一步抑制冷却装置21、31的重量。
此时，基于与第一实施例的冷却装置1同样的理由，在可以将翅片44a表面的温度差ΔＴ三等分分割的温度差ΔＴ/3的位置处设置散热翅片群间空隙28-1、28-2或者散热翅片群边界部38-1、38-2时，第二散热翅片群25、35的第二翅片25a、35a的长度比第一散热翅片群24、34的第一翅片24a、34a的长度长，第三散热翅片群26、36的第三翅片26a、36a的长度比第二散热翅片群25、35的第二翅片25a、35a的长度长。
然后，说明本发明的冷却装置的使用方法。此处，以如下使用方法为例进行说明，由本发明所述实施例的冷却装置1、21、31冷却在移动工具（例如铁道车辆）搭载的电器零件（例如功率转换装置）。在铁道车辆的地板下面固定与外部隔离的用于控制功率的框体，在框体内容纳功率转换装置等用于控制功率的各种电器零件。这些电器零件在工作时发热，如果对发热置之不顾，则不仅会升温而不能进行正常工作，在最坏情况下存在元件被热破坏的可能性。因此，必须冷却这些电器零件。
使所述电器零件（以下，称为发热元件）紧靠在冷却装置1、21、31的受热块2、22、32背面侧而与受热块2、22、32热连接。在容纳发热元件的框体内设置用于向冷却装置1、21、31供给冷却风的风扇。设置冷却装置1、21、31，使得翅片间距大的第一散热翅片群4、24、34向着冷却风上风侧，来自风扇的冷却风从第一散热翅片群4、24、34中通过翅片间距小的第二散热翅片群5、25、35，在冷却装置21、31的情况下进一步通过翅片间距最小的第三散热翅片群26、36。也就是说，从风扇输送的冷却风的流动方向对于受热块2、22、32的表面成为平行状。
在冷却装置1、21的情况下，从发热元件放出的热首先扩散到与发热元件热连接的受热块2、22，扩散到了受热块2、22的热被传递到在受热块2、22嵌入的热管3、23的底部，也就是加热部。如此，热管3、23的热传输***工作，将在加热部所吸收的热介由从加热部延伸的热管3、23的冷却部，传递到接受来自风扇输送的冷却风的流动的散热翅片群，从散热翅片群释放到外部环境。另一方面，在不包含热管的冷却装置31的情况下，从发热元件放出的热扩散到与发热元件热连接的受热块32，扩散到了受热块32的热被传递到接受来自风扇输送的冷却风的流动的散热翅片群，从散热翅片群被释放到外部环境。
如此，因为散热翅片群的翅片间距从冷却风上风侧到下风侧依次变小，所以通过抑制上风侧散热翅片群中的通风量以及风速的降低，能够提高下风侧的冷却能力。因此，例如即使是为了冷却铁道车辆的功率转换装置而增大冷却装置，也能够确实地冷却远离上风侧的发热部。应予说明，在所述使用方法例中，虽然冷却风由风扇供给，但是，在框体外设置冷却装置1、21、31的情况下，也可以不设置风扇，使用行驶风作为冷却风。
然后，说明本发明的冷却装置的制造方法例。在第一实施例的冷却装置1以及第三实施例的冷却装置21中，首先，通过将侧视图为U字形状的热管3、23的底部嵌入在受热块2、22表面，在受热块2、22配置、固定多个热管3、23。在翅片4a、5a、24a、25a、26a，在对应于热管3、23的配置的位置设置对应于热管3、23的管的剖面形状的孔部（未图示），然后，在固定于受热块2、22的热管3、23中，使位于上风侧的预定的热管3、23嵌入第一翅片4a、24a的孔部，制作包含预定个数第一翅片4a、24a的第一散热翅片群4、24。并且，使位于其下风侧的预定的热管3、23，嵌入第二翅片5a、25a的孔部，制作包含预定个数的第二翅片5a、25a的第二散热翅片群5、25。在冷却装置21的情况下，使位于更下风侧的预定的热管23，嵌入第三翅片26a的孔部，制作包含预定个数的第三翅片26a的第三散热翅片群26。如此，通过在固定到受热块2、22的热管3、23安装翅片4a、5a、24a、25a、26a，制造本发明的冷却装置。
第二实施例的冷却装置31中，通过使用模具的挤压成型分别制作如图8（a）所示的第一散热翅片群34、同图（b）所示的第二散热翅片群35、同图（c）所示的第三散热翅片群36。然后，从冷却风上风侧开始，以第一散热翅片群34、第二散热翅片群35、第三散热翅片群36的顺序在受热块32表面固定各散热翅片群。固定方法是常规方法即可，例如，有在受热块32表面螺纹固定底面部34c、35c、36c的方法等。
然后，对本发明的其它实施例进行说明。虽然在所述各实施例中设置2~3个散热翅片群，但是根据冷却条件等，也可以设置4个以上。虽然在所述实施例中等间隔配置散热翅片群中的翅片，但是也可以在翅片间隔设置适当变化。如果是上风侧散热翅片群的翅片间的空隙宽于下风侧散热翅片群的翅片间的空隙的方式的话，即使翅片间隔不是等间隔，也能起到提高下风侧冷却能力的作用。虽然在所述各实施例中使用了侧视图为U字形状的热管，但是，也可以使用侧视图L字形状等来代替。
并且，虽然在所述第一、第三实施例中对于受热管表面在铅垂方向设置热管，但是，也可以对于受热管表面带有适当倾斜竖立设置热管来代替。例如，如专利文献1那样，在垂直设置受热块的情况下，可以对于受热块表面的铅垂方向带有预定角度（例如5~10°）的倾斜设置热管，使得热管冷却部成为比加热部高的位置。如此，通过在热管带有预定倾斜，能够防止热管的热传输量的降低。
并且，虽然在所述第一、第三实施例中在受热块竖立设置热管，但是，如图11（a）、（b）所示，也可以由在受热块竖立设置传热块的冷却装置11来代替。也就是说，在冷却装置11中，在受热块12，在对于受热块12表面在铅垂方向竖立设置多个由热传导性优良的金属材料（例如，铝）制成的柱状（例如圆柱状）的传热块13。在预定位置的传热块13，在对于受热块12表面在平行方向安装多个第一翅片14a，形成第一散热翅片群14。并且，在预定位置的传热块13，在对于受热块12表面在平行方向安装多个第二翅片15a，形成第二散热翅片群15。在此方案下，从发热元件150-1、150-2、150-3释放、由受热块12吸收的热介由传热块13传递到第一翅片14a与第二翅片15a，从第一翅片14a与第二翅片15a释放到外部环境。如此，代替热管，使用热传导性优良的柱状金属材料也能提高冷却能力。
并且，虽然在所述第一、第三实施例中，在受热块表面铅垂方向竖立设置热管，但是，如图12（a）、（b）所示，也可以在受热块侧面安装热管来代替。也就是说，在冷却装置1'中，在受热块2'的侧面设置多个正视图为J字形状的热管3'，其具有从该侧面向外侧延伸出来的弯曲部，与从该弯曲部开始向受热块2'的表面上侧方向、对于受热块2'表面在平行方向延伸的直线部。在预定位置的热管3'，对于受热块2'表面在铅垂方向安装多个第一翅片4a'，形成第一散热翅片群4'。并且，在预定位置的热管3'，对于受热块2'表面在铅垂方向安装多个第二翅片5a'，形成第二散热翅片群5'。在此方式中，从发热元件50'-1、50'-2、50'-3释放、由受热块2'吸收的热介由热管3'传递到第一翅片4a'与第二翅片5a'，从第一翅片4a'与第二翅片5a'释放到外部环境。并且，虽然在所述冷却装置1'中，如图12（a）所示，第一翅片4a'与第二翅片5a'都是不与受热块2'的表面接触的方案，但是，也可以由第一翅片4a'与第二翅片5a'的全部或者一部分与受热块2'的表面接触的方案来代替。通过使第一翅片4a'和第二翅片5a'与受热块2'的表面接触，除了介由热管3'将热传递到第一翅片4a'和第二翅片5a'之外，还将热直接从受热块2'传递到第一翅片4a'和第二翅片5a'。
并且，在第二实施例中，各散热翅片群是在平板状的底面部竖立设置多个翅片而得到的结构，虽然此底面部与受热块直接接触，但是，也可以由如图13所示的冷却装置31'来代替，即，通过在受热块表面直接竖立设置翅片来热连接翅片和受热块。也就是说，在冷却装置31'中，第一散热翅片群34'的第一翅片34a'、第二散热翅片群35'的第二翅片35a'直接设置于受热块32'表面。第一翅片34a'以及第二翅片35a'固定到受热块32'的方法，没有特别限定。例如，能够列举如下方法，在受热块32'的表面形成用于嵌入第一翅片34a'以及第二翅片35a'的槽，在该槽嵌入第一翅片34a'以及第二翅片35a'，由按压夹具按压各个翅片两侧的受热块32'的表面，进行敛缝而固定。在此方式下，从发热元件350'-1、350'-2、350'-3释放、由受热块32'吸收的热传递到与受热块32'直接接触的第一翅片34a'与第二翅片35a'，从第一翅片34a'与第二翅片35a'释放到外部环境。
工业上的利用可能性
因为通过抑制上风侧散热翅片群所引起的冷却风的压力损耗而提高下风侧的冷却能力，对受热块全部区域能够实现冷却能力均匀化，所以在大型的冷却装置，例如，通过强制空冷冷却在铁道车辆搭载的功率转换装置等的领域利用价值高。符号说明
1、11、21、31        冷却装置
1'、31'              冷却装置
2、12、22、32        受热块
2'、32'              受热块
3、23                热管
3'                   热管
4、14、24、34        第一散热翅片群
4'、34'              第一散热翅片群
4a、14a、24a、34a    第一翅片
4a'、34a'            第一翅片
5、15、25、35        第二散热翅片群
5'、35'              第二散热翅片群
5a、25a、35a         第二翅片
5a'、35a'            第二翅片
26、36               第三散热翅片群
26a、36a             第三翅片

Claims (7)

1.一种冷却装置，其特征在于，包含热连接于发热元件的受热块、和具有多个热连接于所述受热块的翅片的散热翅片群，设定冷却风的流动为与所述受热块平行的方向，
沿着所述冷却风的流向纵列配置有多个所述散热翅片群，所述多个散热翅片群中，配置于所述冷却风上风侧的散热翅片群的翅片间距比配置于所述冷却风下风侧的散热翅片群的翅片间距大。
2.一种冷却装置，其特征在于，包含热连接于发热元件的受热块、和具有多个竖立设置于所述受热块表面的翅片的散热翅片群，设定冷却风的流动为与所述受热块平行的方向，
沿着所述冷却风的流向纵列配置有多个所述散热翅片群，所述多个散热翅片群中，配置于所述冷却风上风侧的散热翅片群的翅片间距比配置于所述冷却风下风侧的散热翅片群的翅片间距大。
3.一种冷却装置，其特征在于，包含热连接于发热元件的受热块、竖立设置于所述受热块表面的多个热管、和具有多个安装于所述热管的翅片的散热翅片群，设定冷却风的流动为与所述受热块平行的方向，
沿着所述冷却风的流向纵列配置有多个所述散热翅片群，所述多个散热翅片群中，配置于所述冷却风上风侧的散热翅片群的翅片间距比配置于所述冷却风下风侧的散热翅片群的翅片间距大。
4.如权利要求1至3中任一项所述的冷却装置，其特征在于，配置于所述上风侧的散热翅片群的翅片间距是配置于所述下风侧的散热翅片群的翅片间距的整数倍。
5.如权利要求1至3中任一项所述的冷却装置，其特征在于，配置于所述上风侧的散热翅片群的翅片长度比配置于所述下风侧的散热翅片群的翅片长度短。
6.如权利要求3所述的冷却装置，其特征在于，所述热管侧视图是U字形状或者L字形状。
7.如权利要求1至3中任一项所述的冷却装置，其特征在于，所述散热翅片群的上风侧和下风侧的翅片表面温度差在每个散热翅片群中相同。
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