CN102934222B - 冷却器 - Google Patents
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Abstract
冷却器(4)包括：顶板(10)；冷却壳体(20)，冷媒(40)在冷却壳体(20)的内部流动；以及多个蜿蜒翼片(30)，所述蜿蜒翼片沿冷媒(40)流动的流动方向在蜿蜒翼片(30)的侧面交替地具有凸状曲面部(31)和凹状曲面部(32)。在该冷却器(4)中，冷媒(40)经过相对的凸状曲面部(31)与凹状曲面部(32)之间蜿蜒地流动。并且，在凸状曲面部(31)上设置有倾斜体(31x)，所述倾斜体使冷媒(40)产生从该凸状曲面部(31)朝向相对的凹状曲面部(32)的流动。通过该倾斜体(31x)，能够使冷媒(40)的主流(MS)的一部分(MS1)与在凹状曲面部(32)的附近沉积的冷媒(40)混合，能够提高蜿蜒翼片(30)的导热率。这样一来，能够防止在凹状曲面部(32)的附近产生冷媒(40)的沉积，能够提高冷却器(4)的冷却性能。
Description
技术领域
本发明涉及冷媒在配置于顶板与冷却壳体之间的蜿蜒翼片中流动的冷却器，尤其是涉及提高了冷却性能的冷却器。
背景技术
在混合动力汽车等中，通过逆变器装置(电力变换装置)进行电力变换，在搭载半导体元件的逆变器装置中搭载有冷却通过半导体元件的开关产生的热的冷却器。在这样的逆变器装置中，近年来，要求小型化及轻量化，并且要求高输出化，因此半导体元件的发热量增加。因此，为了保持逆变器装置的动作的稳定，要求提高了冷却性能(导热率)的冷却器。
因此，作为提高冷却性能的冷却器，例如有下述专利文献1所记载的冷却器。下述专利文献1所记载的冷却器包括：顶板，所述顶板与半导体元件连接；以及冷却壳体，所述冷却壳体被覆盖在顶板上，并且冷媒在冷却壳体的内部流动。另外，如图19所示，在顶板中连接有沿冷媒140流动的流动方向(图19的箭头所示的方向)延伸的多个蜿蜒翼片130，在各蜿蜒翼片130的两侧面中沿流动方向交替地形成有凸状曲面部131和凹状曲面部132。由此，冷媒140经过相对的凸状曲面部131与凹状曲面部132之间蜿蜒地流动。其结果是，容易产生紊流，提高了冷却性能。
在先技术文献
专利文献1：日本专利文献特开2008-186820号公报。
发明内容
发明所要解决的问题
然而，在上述的冷却器中存在以下的问题。即，冷媒140的流动通常具有直线前进性，因此如图19所示，当冷媒140经过相对的凸状曲面部 131与凹状曲面部132之间时，冷媒140难以在凹状曲面部132的附近(图19的假想线所示的Q部分)流动。换言之，冷媒140难以沿凹状曲面部132弯曲。因此，存在以下的问题：在凹状曲面部132的附近会产生冷媒140的沉积(滞留)，从而无法充分发挥冷媒140的冷却功能。
本发明是为了解决上述的问题而完成的，其目的在于提供一种防止在凹状曲面部的附近产生冷媒的沉积、提高了冷却性能的冷却器。
用于解决问题的手段
(1)本发明的一个方式提供一种冷却器，包括：顶板，所述顶板与半导体元件连接；冷却壳体，所述冷却壳体被所述顶板覆盖，冷媒在所述冷却壳体的内部流动；多个蜿蜒翼片，所述蜿蜒翼片与所述顶板连接，并且沿冷媒流动的流动方向在所述蜿蜒翼片的侧面交替地具有凸状曲面部和凹状曲面部，冷媒经过相对的所述凸状曲面部与所述凹状曲面部之间蜿蜒地流动，所述冷却器的特征在于，在所述凸状曲面部上设置有沉积防止单元，所述沉积防止单元使冷媒产生从该凸状曲面部朝向相对的凹状曲面部的流动。
(2)另外，在本发明的上述方式的冷却器中，优选的是：所述沉积防止单元设置在所述凸状曲面部的、所述蜿蜒翼片的厚度方向上处于半导体元件侧的根基部分上。
(3)另外，在本发明的上述方式的冷却器中，优选的是：所述沉积防止单元是随着朝向所述冷却壳体的底壁而变细的锥形形状的倾斜体。
(4)另外，在本发明的上述方式的冷却器中，也可以是：所述沉积防止单元是从所述凸状曲面部朝向相对的凹状曲面部而突出的突起。
(5)另外，在本发明的上述方式的冷却器中，也可以是：所述冷却器中设置有第二沉积防止单元，所述第二沉积防止单元位于所述凸状曲面部中的所述蜿蜒翼片的厚度方向上所述冷却壳体的底壁侧的顶端部分，并且所述第二沉积防止单元使冷媒产生从所述凸状曲面部朝向相对的凹状曲面部的流动。
发明效果
对上述的冷却器的作用效果进行说明。
在上述构成(1)中，沉积防止单元使冷媒产生从凸状曲面部朝向相对的凹状曲面部的流动。由此，能够使容易呈直线状地流动的冷媒的主流与在凹状曲面部的附近沉积的冷媒混合，能够提高蜿蜒翼片的导热率。因此，能够防止在凹状曲面部的附近产生冷媒的沉积，能够提高冷却器的冷却性能。
在上述构成(2)中，可产生冷媒从凸状曲面部的处于半导体元件侧的根基部分朝向相对的凹状曲面部的流动。由此，冷媒在蜿蜒翼片中的温度较高的根基部分的附近被搅乱。因此，能够有效地提高蜿蜒翼片的导热率。另外，通过仅在根基部分设置沉积防止单元，能够减小由于沉积防止单元产生的冷媒的压力变动，能够减小冷却器的压力损失的增加。
在上述构成(3)中，通过锥形形状的倾斜体，除了产生冷媒从倾斜体朝向凹状曲面部的流动以外，也可产生冷媒从倾斜体朝向冷却壳体的底壁的流动。因此，能够在倾斜体的附近大大地搅乱冷媒，能够有效地提高蜿蜒翼片的热交换率。
在上述构成(4)中，由于沉积防止单元是突起，因此能够以非常简单的构成设置沉积防止单元。另外，通过将突起构成得很小，能够减小由于突起产生的冷媒的压力变动，能够几乎不会产生冷却器的压力损失的增加。
在上述构成(5)中，通过沉积防止单元和第二沉积防止单元，可产生冷媒从凸状曲面部朝向相对的凹状曲面部的流动。因此，容易呈直线状地流动的冷媒的主流与在凹状曲面部的附近沉积的冷媒被大大地混合，能够大幅度地提高蜿蜒翼片的导热率。
附图说明
图1是简要示出逆变器装置的整体构成图；
图2是图1所示的冷却器的纵截面端面图；
图3是图2所示的蜿蜒翼片的立体图；
图4是图3所示的蜿蜒翼片的平面图；
图5是沿图4所示的V-V线切断冷却器时的端面图；
图6是沿图4所示的W-W线切断冷却器时的端面图；
图7是图5所示的X部分的放大图；
图8是用于简要说明当凸状曲面部上未设置倾斜体时冷媒的流动的图；
图9是用于简要说明当凸状曲面部上设置有倾斜体时冷媒的流动的图；
图10是简要示出当根基部分上未设置倾斜体时距根基部分的距离与蜿蜒翼片及冷媒的温度的关系的曲线图；
图11是简要示出当根基部分上设置有倾斜体时距根基部分的距离与蜿蜒翼片及冷媒的温度的关系的曲线图；
图12是示出当使冷媒在冷却器内流动时蜿蜒翼片的导热率及冷却器的压力损失的实测值的图；
图13是示出在蜿蜒翼片的端部与冷却壳体的底壁之间安装有片部件时的冷却器的与图2相当的端面图；
图14是用于简要说明第二实施方式中当凸状曲面部上设置有突起时冷媒的流动的图；
图15是图14所示的Y部分的放大图；
图16是示出第3实施方式中在冷却壳体的底壁上设置有第二倾斜体的状态的与图5相当的端面图；
图17是图16所示的Z部分的放大图。
图18是示出第4实施方式中在片部件上设置有第二倾斜体的状态的与图5相当的端面图；
图19是用于说明以往在蜿蜒翼片的凹状曲面部的附近产生冷媒的沉积的图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明涉及的冷却器。图1是简要示出应用了冷却器4的逆变器装置1的整体构成图。该逆变器装置1例如被搭载在混合动力汽车或电动汽车上，如图1所示，包括半导体元件2、绝缘基板3 以及冷却器4。
半导体元件2是构成逆变器电路的电子部件。该半导体元件2例如是IGBT或二极管等，并且是通过开关而发热的发热体。半导体元件2通过焊锡而被接合在绝缘基板3上。
绝缘基板3是将半导体元件2和冷却器4设为电绝缘状态的基板。该绝缘基板3例如是DBA基板。绝缘基板3通过钎焊而接合在冷却器4上。这里，半导体元件2及绝缘基板3在冷却器4上被搭载一个，但是也可以搭载多个。
冷却器4是通过使冷媒40在冷却器4的内部流动来冷却通过半导体元件2的开关而产生的热的部件。这里，图2是图1所示的冷却器4的纵截面端面图，是在冷媒流动的方向上观察时的图。冷却器4如图2所示包括顶板10、冷却壳体20以及多个蜿蜒翼片30。
顶板10是对于冷却壳体20作为盖部件而发挥功能的部件。顶板10例如由导热率好的铝构成。该顶板10是平板状，各蜿蜒翼片30与该顶板10的下表面一体地连接。并且，顶板10经由绝缘基板3与半导体元件2连接。
冷却壳体20是用于冷媒40流动的壳体。冷却壳体20例如由导热率好的铝构成。该冷却壳体20如图2所示是上部开口的箱、并具有矩形状的底壁21以及从该底壁21的周缘部分向图2的上方延伸的侧壁22。
在侧壁22上如图2所示形成有用于组装O形环50的凹部22a以及用于螺合安装螺栓51的插穿孔22b。因此，在O形环50被组装到侧壁22的凹部22a的状态下，顶板10经由螺栓51被组装到冷却壳体20的侧壁22。另外，顶板10和冷却壳体20也可以通过焊接来组装。
另外，在图1的跟前侧的侧壁22上连接有流入管道61，在图1的里侧的侧壁22上连接有流出管道62。流入管道61经由排出流路71与排出泵63连接。流出管道62经由返回流路72与热交换器64连接。排出泵63和热交换器64经由吸入流路73连接。
这样一来，冷媒40在被从排出泵63排出之后经过流入管道61流入冷却器4内。然后，冷媒40在冷却壳体20内与各蜿蜒翼片30接触的情况下 流动。此时，各蜿蜒翼片30的热被冷媒40吸收，冷媒40被加热。之后，冷媒40经过流出管道62被送入热交换器64。由此，热交换器64通过向空气的散热来冷却冷媒40，被冷却了的冷媒40返回到排出泵63。
这样一来，冷媒40经过冷却器4而循环，冷却从半导体元件275传给蜿蜒翼片30的热。另外，本实施方式的冷媒40是LLC等的液体，但是不限于液体，也可以是空气等气体。这里，图3是图2所示的蜿蜒翼片30的立体图。另外，图4是图3所示的蜿蜒翼片30的平面图。
如图3及图4所示，蜿蜒翼片30沿冷媒40流动的流动方向(图3及图4的箭头所示的方向)延伸，在顶板10的下表面形成五个。另外，蜿蜒翼片30的数目不限于五个，可以酌情改变。这些蜿蜒翼片30通过鋳造而一体成型在顶板10上。各蜿蜒翼片30为了增加与冷媒40的接触面积而如蛇那样曲曲折折，并相对于相邻的蜿蜒翼片30在与流动方向正交的方向上离开约1mm。并且，各蜿蜒翼片30的厚度方向的尺寸h(参照图7)比侧壁22的高度方向的尺寸稍小，大约为3mm。这样一来，在冷却壳体20中形成有冷媒40的流路，冷媒40经过相邻的蜿蜒翼片30之间蜿蜒地在流动方向流动。
在本实施方式中，相邻的蜿蜒翼片30的距离(流路宽度)d如图4所示无论在流动方向的哪个位置均恒定(约1mm)。这是由于：通过减小蜿蜒翼片30的入口侧(图4的左侧)的冷媒40的压力与蜿蜒翼片30的出口侧(图4的右侧)的冷媒40的压力的压力差来减小冷却器4的压力损失。即，如果相邻的蜿蜒翼片30的距离d根据流动方向的位置而变化，则冷媒40的压力变动在蜿蜒翼片30的入口侧和出口侧变大，冷却器40的压力损失变大。并且这是因为，如果冷却器4的压力损失大，则需要增大排出泵63的驱动力，驱动能量被浪费。
这里，在图3及图4中，五个蜿蜒翼片30在与流动方向正交的方向上依次以蜿蜒翼片30A、30B、30C、30D、30E示出。在两端的蜿蜒翼片30A、30E中，一个侧面被形成为平面状。这是由于，蜿蜒翼片30A、30E的一个侧面与冷却壳体20的侧壁22相对。另一方面，在蜿蜒翼片30A、30E的另一个侧面沿流动方向交替地形成有凸状曲面部31和凹状曲面部 32。另外，在蜿蜒翼片30B、30C、30D的两个侧面也沿流动方向交替地形成有凸状曲面部31和凹状曲面部32。这样一来，在相邻的蜿蜒翼片30中，凸状曲面部31和凹状曲面部32相对，约离开1mm。
然而，在本实施方式中，如图3及图4所示，在各蜿蜒翼片30的凸状曲面部31上分别形成有倾斜体31x。各倾斜体31x防止各凹状曲面部32的附近产生的冷媒40的沉积(滞留)。这些倾斜体31x通过鋳造而一体地设置在各凸状曲面部31上。该倾斜体31x是本发明的沉积防止单元。以下，对倾斜体31x详细地进行说明。这里，图5是沿图4所示的V-V线切断冷却器4时的端面图。另外，图6是沿图4所示的W-W线切断冷却器4时的端面图。
倾斜体31x如图5及图6所示具有近似一半的锥形形状，随着朝向冷却壳体20的底壁21而变细。该倾斜体31x的顶端部分不尖锐，而具有与底壁21平行的平面状。另外，倾斜体31的顶端部分的形状不限于平面状，可以酌情改变，也可以尖锐。
这里，图7是图5所示的X部分的放大图。如图7所示，倾斜体31x的宽度方向(图7的上下方向)的尺寸s约为0.7mm，倾斜体31x的高度方向(图7的左右方向)的尺寸t约为0.5mm。这样一来，通过该倾斜体31x来产生以图7的箭头所示的冷媒40的流动。即，产生冷媒40从凸状曲面部31朝向相对的凹状曲面部32的流动。
接着，使用图8及图9来说明倾斜体31x的作用效果。图8是用于简要说明当凸状曲面部31上未设置倾斜体31x时冷媒40的流动的图。另一方面，图9是用于简要说明当凸状曲面部31上设置有倾斜体31x时冷媒40的流动的图。另外，图9是图4所示的R部分的放大图。
如图8所示，如果未设置倾斜体31x，则在冷媒40经过相对的凸状曲面部31与凹状曲面部32之间时冷媒40难以在凹状曲面部32的附近(图8的假想线所示的Q部分)流动。换言之，冷媒40的流动通常具有直线前进性，因此容易呈直线状地前进的主流MS难以沿凹状曲面部32弯曲。因此，在凹状曲面部32的附近产生冷媒40的沉积(滞留)，无法充分发挥冷媒40的冷却功能。
与此相对，如图9所示，在设置有倾斜体31x的情况下，当冷媒40经过相对的凸状曲面部31与凹状曲面部32之间时，主流MS的一部分MS1朝向凹状曲面部32流动。由此，主流MS的一部分MS1与位于凹状曲面部32的附近的冷媒40混合。其结果是，不会在凹状曲面部32的附近产生冷媒40的沉积，能够充分地发挥冷媒40的冷却功能。
然而，本实施方式的倾斜体31x如图5～图7所示设置在蜿蜒翼片30的厚度方向(图5～图7的左右方向)上的、凸状曲面部31的半导体元件2侧(图5～图7的左侧)的根基部分31a上。对倾斜体31x如上地设置在根基部分31a上的理由，使用图10及图11进行说明。
图10是简要示出当根基部分31a上未设置倾斜体31x时距根基部分31a的距离与蜿蜒翼片30及冷媒40的温度的关系的曲线图。另一方面，图11是简要示出当根基部分31a上设置有倾斜体31x时距根基部分31a的距离与蜿蜒翼片30及冷媒40的温度的关系的曲线图。这里，在图10及图11中，实线表示蜿蜒翼片30的温度，虚线表示冷媒40的温度。另外，假定将凸状曲面部31中的在蜿蜒翼片30的厚度方向位于冷却壳体20的底壁21侧(图10及图11的右侧)的部分称为顶端部分31b。
如图10所示，当根基部分31a上未设置倾斜体31x时，相对于根基部分31a与冷媒40的温度差ΔT1大，顶端部分31b与冷媒40的温度差ΔT2小。这是因为，根基部分31a比顶端部分31b更靠近作为发热体的半导体元件2，因此温度高，位于根基部分31a的附近的冷媒40不能充分地吸收处于高温的根基部分31a的热。这样一来，温度差ΔT1大，蜿蜒翼片30的导热率小。
与此相对，如图11所示，当根基部分31a上设置有倾斜体31x时，温度差ΔT1变小。这是因为，位于根基部分31a的附近的冷媒40被倾斜体31x搅乱，因此可以充分地吸收处于高温的根基部分31a的热。这样一来，通过在根基部分31a上设置倾斜体31x，从而温度差ΔT1变小，蜿蜒翼片30的导热率变大。即，当根基部分31a上设置倾斜体31x时，与根基部分31a以外的部分上设置倾斜体31x相比，能够减小蜿蜒翼片30与冷媒40的温度差，能够有效地提高蜿蜒翼片30的导热率。
另外，在本实施方式中，如图5、图7所示，倾斜体31x仅设置在根基部分31a上，未设置在根基部分31a以外的部分上。这是基于以下的理由。如果倾斜体31x也设置在根基部分31a以外的部分时，冷媒40的主流MS(参照图9)会受到很大的阻碍。其结果是，在蜿蜒翼片30的入口侧和出口侧，冷媒40的压力变动变大，冷却器4的压力损失变大。因此，通过将倾斜体31x仅设置在根基部分31a上，能够提高蜿蜒翼片30的导热率，并且能够减小冷却器4的压力损失的增加。
接下来，使用图12来说明蜿蜒翼片的导热率及冷却器的压力损失的实验结果。图12是示出当使冷媒在冷却器内流动时蜿蜒翼片的导热率及冷却器的压力损失的实测值的图。另外，该实验的实测值是在以下的条件下被测定的：从排出泵63排出的冷媒40的流量〔L/min)保持为预定值，在蜿蜒翼片30的端部30a(参照图2)与冷却壳体20的底壁21之间形成有微小的间隙SM。
在图12中，如本实施方式那样设置有倾斜体31x时(参照图9)的测定值用圆示出。另一方面，未设置有倾斜体31x时(参照图8)的测定值用四方形示出。在图12所示的圆中，导热率为U1，压力损失为ΔP1。另一方面，在图12所示的四方形中，导热率为U2，压力损失为ΔP2。并且可知，U1比U2大了近似9％，由于设置倾斜体31x，导热率变大。另外，可知ΔP1大于ΔP2，由于设置倾斜体31x，压力损失变大。
这里，导热率及压力损失与冷媒40的流量、速度存在比例关系。即，存在冷媒40的流量、速度越大，导热率、压力损失越大的关系。因此，在设置有倾斜体31x的情况下和未设置倾斜体31x的情况下，为了比较导热率的大小，需要在压力损失相同的条件下进行判断。基于该考虑，在未设置倾斜体31x的情况下，将通过增大冷媒40的流量、速度而压力损失变为ΔP1时的测定值用双层的四方形表示在图12中。另外，图12所示的实线示出在未设置倾斜体31x的情况下改变冷媒40的流量、速度时的导热率及压力损失的推移。
由图12所示的圆与双层的四方形的比较可知，当压力损失为ΔP1时，设置有倾斜体31x的情况下的导热率大于未设置倾斜体31x的情况下 的导热率。因此，可以说通过设置倾斜体31x，压力损失变大，但是能够大大提高导热率。具体地确认了：由于设置倾斜体31x，蜿蜒翼片30的根基部分31a的温度变低约5度。
另外，在该实施方式中，如图2所示，在蜿蜒翼片30的端部30a与冷却壳体20的底壁21之间形成有微小的间隙SM。该间隙SM例如大约为0.3mm，在图2中夸张地示出。当冷媒40流入该间隙SM时，冷媒40的主流MS的流速下降，蜿蜒翼片30的导热率变小。但是，根据本实施方式的冷却器4，如上所述，通过根基部分31a上设置倾斜体31x，蜿蜒翼片30的导热率有效地得到提高，因此通过形成间隙SM而蜿蜒翼片30的导热率变小不会成为问题。
这里，为了防止冷媒40流入间隙SM，可以考虑如图13所示暂且在蜿蜒翼片30的端部30a与冷却壳体20的底壁21之间安装由弹性部件(橡胶，树脂等)构成的片部件80。但是，在图13所示的冷却器4A中，与本实施方式的冷却器4相比，将片部件80作为新的构成部件而增加，因此成本上升。
另外，在图13所示的冷却器4A中，当将顶板10及蜿蜒翼片30组装到冷却壳体20时，蜿蜒翼片30的端部30a被按压在片部件80上，片部件80有可能如图13的假想线KS所示的那样进入相邻的蜿蜒翼片30之间。在此情况下，与本实施方式的冷却器4相比，冷媒40流动的空间减少，压力损失变大。
以上，归纳起来，根据本实施方式的冷却器4，即使间隙SM中未安装片部件80，由于根基部分31a上设置倾斜体31x，也能够有效地提高蜿蜒翼片30的导热率。另外，由于未安装片部件80，也能够廉价地构成冷却器4，并且能够抑制冷却器4的压力损失的增加。
对第1实施方式的冷却器4的作用效果进行说明。根据该冷却器4，如图9所示，倾斜体31x使冷媒40产生从凸状曲面部31朝向相对的凹状曲面部32的流动。由此，能够使冷媒40的主流MS的一部分MS1与在凹状曲面部32的附近沉积的冷媒40混合，能够提高蜿蜒翼片30的导热率。因此，能够防止在凹状曲面部32的附近产生冷媒40的沉积，能够提高冷 却器4的冷却性能。
另外，根据第1实施方式的冷却器4，如图7所示，通过设置于根基部分31a的倾斜体31x，可产生冷媒从凸状曲面部31的根基部分31a朝向相对的凹状曲面部32的流动。由此，冷媒40在蜿蜒翼片30中温度较高的根基部分31a的附近被搅乱。因此，能够有效地提高蜿蜒翼片30的导热率。另外，由于倾斜体31x仅设置在根基部分31a上，因此能够减小通过倾斜体31x产生的冷媒40的压力变动，能够减小冷却器4的压力损失的增加。
另外，根据第1实施方式的冷却器4，如图7所示，通过锥形形状的倾斜体31x，除了产生冷媒40从倾斜体31x朝向凹状曲面部32的流动以外，也可产生冷媒40从倾斜体31x朝向冷却壳体20的底壁21的流动。因此，能够在倾斜体31x的附近大大地搅乱冷媒40，能够有效地提高蜿蜒翼片30的热交换率。
接下来，使用图14及图15来说明第二实施方式。在第二实施方式中，在凸状曲面部31上代替第1实施方式的倾斜体31x而设置突起31y。图14是用于简要说明当凸状曲面部31上设置有突起31y时冷媒40的流动的图。
突起31y防止在凹状曲面部32的附近产生的冷媒40的沉积(滞留)。该突起31y如图14所示为三棱柱形状，从凸状曲面部31朝向相对的凹状曲面部32突出。另外，该突起31y被设置在凸状曲面部31的根基部分31a上，通过铸造一体地设置在凸状曲面部31上。另外，也可以是：突起31y为与蜿蜒翼片30分开的部件，通过焊接或粘接与凸状曲面部31接合。
这样一来，如图14所示，当冷媒40经过相对的凸状曲面部31与凹状曲面部32之间时，突起31y改变主流MS的一部分MS1的朝向，主流MS的一部分MS1朝向凹状曲面部32流动。由此，主流MS的一部分MS1与位于凹状曲面部32的附近(Q部分)的冷媒40混合。其结果是，不会在凹状曲面部32的附近产生冷媒40的沉积，能够充分地发挥冷媒40的冷却功能。
这里，图15是图14所示的y部分的放大图。如图15所示，突起31y的宽度方向(图15的左右方向)的尺寸e大约为0.1mm，突起31y从凸状曲面部31的表面突出的尺寸f大约为0.1mm。并且，突起31y的高度方向(与图15的纸面正交的方向)的尺寸大约为0.1mm。这样，突起31y与第1实施方式的倾斜体31相比足够小。第二实施方式的其他的构成与第1实施方式的构成相同，因此省略其说明。
由于突起31y如上所述非常小，因此冷媒40的主流MS不会被突起31y大大地阻碍。因此，与第1实施方式相比，冷媒40的压力变动变小，能够减小冷却器的压力损失。但是，通过突起31y朝向凹状曲面部32的冷媒40与通过第1实施方式的倾斜体31x朝向凹状曲面部32的冷媒40相比少。因此，与第1实施方式相比，冷媒40在凹状曲面部32的附近被混合的量变少，蜿蜒翼片30的导热率的上升程度变小。
这里，在图12中，设置有突起31y时的实验的测定值以三角示出。以三角示出的测定值是在与设置有第1实施方式的倾斜体31x时的测定值(图12所示的圆)、未设置倾斜体31x时的测定值(图12所示的四方形)相同的条件的实验下被测定的。
在图12所示的三角中，导热率为U3，U3比U2大近似5％。因此可知，由于设置突起31y，导热率得以提高。但是可知，当设置突起31y时，与设置倾斜体31x时相比，导热率的上升程度小。
另外，在图12所示的三角中，压力损失为ΔP3，ΔP3比ΔP2稍大。因此可知，由于突起31y产生的压力损失的增加很小。并且可知，当设置突起31y时，与设置倾斜体31x时相比，压力损失的增加足够小。
对第二实施方式的作用效果进行说明。在第二实施方式中，沉积防止单元是突起31y，因此能够以极简单的构成设置沉积防止单元。另外，突起31y如图15所示构成为非常小，因此能够减小由于突起31y产生的冷媒40的压力变动，能够几乎不会产生冷却器的压力损失的增加。第二实施方式的其他的作用效果与第1实施方式的作用效果相同，因此省略其说明。
接着，使用图16及图17来说明第3实施方式。在第3实施方式中，在冷却壳体20的底壁21上设置有第二倾斜体21x。图16是示出在冷却壳 体20的底壁21上设置有第二倾斜体21x的状态的与图5相当的端面图。
如图16所示，与第1实施方式相同，各倾斜体31x分别被形成在各凸状曲面部31的根基部分31a上。并且，在该第3实施方式中，各第二倾斜体21x位于各凸状曲面部31中蜿蜒翼片30的厚度方向上的、冷却壳体20的底壁21侧(图16的右侧)的顶端部分31b上，并且与冷却壳体20的底壁21一体地形成。第二倾斜体21x防止在凹状曲面部32的附近产生的冷媒40的沉积(滞留)，相当于本发明的第二沉积防止单元。这里，图17是图16所示的Z部分的放大图。
如图17所示，第二倾斜体21x具有近似一半的锥形形状，并且随着朝向顶板10(图17的左侧)而变细。该第二倾斜体21x的顶端部分不尖锐，成为与底壁21平行的平面状。另外，第二倾斜体21x的顶端部分的形状不限于平面状，可以适当地改变，也可以是尖锐的。
第二倾斜体21x的宽度方向(图17的上下方向)的尺寸j大约为0.7mm，第二倾斜体21x的高度方向(图17的左右方向)的尺寸g大约为0.5mm。这样一来，通过该第二倾斜体21x，可产生如图17的箭头所示那样的冷媒40的流动。即，产生冷媒从凸状曲面部31的顶端部分31b朝向相对的凹状曲面部32的流动。第3实施方式的其他的构成与第1实施方式的构成相同，因此省略其说明。
对第3实施方式的作用效果进行说明。在第3实施方式中，如图17所示，通过倾斜体31x和第二倾斜体21x，可产生冷媒40从凸状曲面部31朝向相对的凹状曲面部32的流动。因此，容易呈直线状地流动的冷媒40的主流MS与在凹状曲面部32的附近沉积的冷媒40被大大地混合，能够大幅度地提高蜿蜒翼片30的导热率。即，能够比第1实施方式增大蜿蜒翼片30的导热率。
但是，在第3实施方式中，由于第二倾斜体21x而冷媒40流动的空间变小，冷媒40的压力变动变大。由此，第3实施方式的冷却器4B的压力损失大于第1实施方式的冷却器4的压力损失。第3实施方式的其他的作用效果与第1实施方式的作用效果相同，因此省略其说明。
接下来，使用图18来说明第4实施方式。在第4实施方式中，在蜿蜒翼片30的端部30a与冷却壳体20的底壁21之间的间隙SM中安装有片部件90，在该片部件90上设置有第二倾斜体90x。图18是示出在片部件90上设置有第二倾斜体90x的状态的与图5相当的端面图。
如图18所示，平板状的片部件90填埋间隙SM。该片部件90用于防止冷媒40流入间隙SM。片部件90由弹性部件(橡胶、树脂等)构成，在顶板10及蜿蜒翼片30被组装到冷却壳体20之前与冷却壳体20的底壁21粘接。间隙SM例如大约为0.3mm，片部件90的厚度也例如大约为0.3mm。
并且，在该第4实施方式中，各第二倾斜体90x位于各凸状曲面部31的顶端部分31b，并与片部件90一体地形成。该第二倾斜体90x防止在各凹状曲面部32的附近产生的冷媒40的沉积(滞留)，相当于本发明的第二沉积防止单元。第二倾斜体90x具有近似一半的锥形形状，并且随着朝向顶板10(图18的左侧)而变细。第4实施方式的其他的构成与第1实施方式的构成相同，因此省略其说明。
对第4实施方式的作用效果进行说明。在第4实施方式中，如图18所示，片部件90填埋间隙SM，因此能够防止冷媒40流入间隙SM。由此，能够防止冷媒40的主流MS的流速下降，能够提高蜿蜒翼片30的传热。另外，通过倾斜体31x和第二倾斜体90x，可产生冷媒40从凸状曲面部31朝向相对的凹状曲面部32的流动。因此，容易呈直线状地流动的冷媒40的主流MS与在凹状曲面部32的附近沉积的冷媒40被大大地混合，能够大幅度地提高蜿蜒翼片30的导热率。
但是，在第4实施方式的冷却器4C中，将片部件90作为新的构成部件而增加，因此成本比第1实施方式的冷却器4上升。另外，由于第二倾斜体90x而冷媒40流动的空间变小，冷媒40的压力变动变大。由此，第4实施方式的冷却器4C的压力损失大于第1实施方式的冷却器4的压力损失。第4实施方式的其他的作用效果与第1实施方式的作用效果相同，因此省略其说明。
以上，在本发明涉及的冷却器中进行了说明，但是本发明不限于此，能够在不脱离其主旨的范围内进行各种改变。例如，在第1实施方式中， 倾斜体31x通过鋳造而一体地设置在凸状曲面部31上。但是，也可以是：倾斜体31x为与顶板10分开的部件，通过焊接或粘接接合在凸状曲面部31上。另外，在第1实施方式中，倾斜体31x被设置在凸状曲面部31的根基部分31a上。但是，倾斜体31x也可以设置在凸状曲面部31的根基部分31a以外、例如凸状曲面部31的顶端部分31b上。另外，倾斜体31x的形状及大小可以酌情改变。
另外，在第1实施方式中，对于一个凸状曲面部31设置一个突起31y。但是，也可以对于一个凸状曲面部31设置多个突起31y。例如，也可以在凸状曲面部31的根基部分31a上设置两个突起31y。或者，在凸状曲面部31的根基部分31a设置一个突起31y，在凸状曲面部31的顶端部分31b设置一个突起31y。另外，突起31y的形状及大小可以酌情改变。
另外，在第3实施方式中，倾斜体31x设置在凸状曲面部31的根基部分31a上，第二倾斜体21x设置在凸状曲面部31的顶端部分31b的位置。但是，也可以在凸状曲面部31的根基部分31a上设置突起而代替倾斜体31x。或者，也可以在凸状曲面部31的顶端部分31b的位置设置突起而代替第二倾斜体21x。
另外，在第4实施方式中，在片部件90上设置有第二倾斜体90x。但是，也可以在片部件90上设置突起。
另外，在各实施方式中，相邻的翼片30的距离(流路宽度)无论在流动方向的哪个位置都是恒定的，但是也可以根据流动方向的位置而变化。
符号说明
1 逆变器装置
2 半导体元件
3 绝缘基板
4，4A，4B，4C 冷却器
10 顶板
20 冷却壳体
21 底壁
21x 第二倾斜体
30 蜿蜒翼片
31 凸状曲面部
31a 根基部分
31b 顶端部分
31x 倾斜体
31y 突起
32 凹状曲面部
40 冷媒
90 片部件
90x 第二倾斜体
Claims (4)
1.一种冷却器(4)，包括：顶板(10)，所述顶板(10)与半导体元件(2)连接；冷却壳体(20)，所述冷却壳体(20)被所述顶板(10)覆盖，冷媒(40)在所述冷却壳体(20)的内部流动；以及多个蜿蜒翼片(30)，所述蜿蜒翼片(30)与所述顶板(10)连接，并且沿冷媒(40)流动的流动方向在所述蜿蜒翼片(30)的侧面交替地具有凸状曲面部(31)和凹状曲面部(32)，
冷媒(40)经过相邻的翼片(30)之间的、相对的所述凸状曲面部(31)与所述凹状曲面部(32)之间蜿蜒地行进，
所述冷却器(4)的特征在于，
在所述凸状曲面部(31)上设置有沉积防止单元(31x、31y)，所述沉积防止单元(31x、31y)使冷媒产生从该凸状曲面部(31)朝向相对的凹状曲面部(32)的流动，所述沉积防止单元(31x、31y)仅设置在所述凸状曲面部(31)的、在所述蜿蜒翼片(30)的厚度方向上处于半导体元件(2)侧的根基部分(31a)上。
2.如权利要求1所述的冷却器(4)，其特征在于，
所述沉积防止单元(31x)是随着朝向所述冷却壳体(20)的底壁(21)而变细的锥形形状的倾斜体(31x)。
3.如权利要求1所述的冷却器(4)，其特征在于，
所述沉积防止单元(31y)是从所述凸状曲面部(31)朝向相对的凹状曲面部(32)而突出的突起(31y)。
4.如权利要求1至3中任一项所述的冷却器(4)，其特征在于，
所述冷却器(4)中设置有第二沉积防止单元(21x、90x)，所述第二沉积防止单元(21x、90x)位于所述凸状曲面部(31)中的在所述蜿蜒翼片(30)的厚度方向上所述冷却壳体(20)的底壁(21)侧的顶端部分(31b)，并且所述第二沉积防止单元(21x、90x)使冷媒(40)产生从所述凸状曲面部(31)朝向相对的凹状曲面部(32)的流动。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150722 |