JP2001267773A - Cooling device for electronic part - Google Patents
Cooling device for electronic partInfo
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- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/0275—Arrangements for coupling heat-pipes together or with other structures, e.g. with base blocks; Heat pipe cores
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、インバータやダイ
オードなどのように発熱する電子部品を冷却するための
電子部品冷却装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electronic component cooling device for cooling electronic components that generate heat, such as inverters and diodes.
【０００２】[0002]
【従来の技術】鉄道用車両などでは、車輪を駆動するた
めのモータをインバータで制御している。インバータは
一般に床下に配置され、主回路素子やダイオードで成り
立っており、作動するとこれらが発熱する。許容温度
は、各部品によって異なるが、おおよそ１００〜１５０
℃前後である。その値を超えてしまうとこれら電子部品
の破損を招く。そこで冷却しているわけであるが、冷却
装置の構造を図３に示す。冷却ブロックの一面に電子部
品を取り付ける。冷却ブロックにヒートパイプの一端が
挿入されている。一方、ヒートパイプの他の一端側には
冷却フィンが多数取り付けられている。電子部品が発熱
すると、熱は冷却ブロックよりヒートパイプへ伝わり、
ヒートパイプ内部の作動液が沸騰・蒸発し、作動液の蒸
気が冷却フィン側で冷却され、凝縮・液化して、また電
子部品取り付け側に戻る。このようにして電子部品は冷
却される。2. Description of the Related Art In a railway vehicle, a motor for driving wheels is controlled by an inverter. Inverters are generally placed under the floor and consist of main circuit elements and diodes, which generate heat when activated. The allowable temperature varies depending on each part, but is approximately 100 to 150.
It is around ° C. Exceeding that value will cause damage to these electronic components. Therefore, cooling is performed. The structure of the cooling device is shown in FIG. Attach electronic components to one side of the cooling block. One end of the heat pipe is inserted into the cooling block. On the other hand, a number of cooling fins are attached to the other end of the heat pipe. When the electronic components generate heat, the heat is transmitted from the cooling block to the heat pipe,
The working fluid inside the heat pipe boils and evaporates, and the steam of the working fluid is cooled on the cooling fin side, condensed and liquefied, and returns to the electronic component mounting side. Thus, the electronic component is cooled.
【０００３】特開平6−21289号公報は、このような冷却
ユニットが、多段にスペース効率良いように多くのヒー
トパイプが曲げて設置されている。[0003] Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-21289 discloses that such a cooling unit is provided with a large number of bent heat pipes so as to be space-efficient in multiple stages.
【０００４】特開平7−190655 号公報は、作動液が水で
ある場合、複数のヒートパイプを長短２種類で構成し、
短いほうのヒートパイプの冷却性能を下げることによ
り、大気が氷点下になって作動液が凍結した場合でも、
良好に作動開始する工夫がなされている。[0004] Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-190655 discloses that when the working fluid is water, a plurality of heat pipes are constituted by two types, long and short,
By lowering the cooling performance of the shorter heat pipe, even if the hydraulic fluid freezes due to the freezing
The device has been devised to start operation well.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上流側
の電子部品からの放熱の影響により下流側冷却フィンで
は風温上昇を招き、下流側の電子部品の温度が上昇し、
ひいては許容温度をこえてしまう。この為、この分を含
んだ大容量の送風機が取り付けられていた。However, due to the effect of heat radiation from the electronic components on the upstream side, the temperature of the downstream cooling fins rises, and the temperature of the electronic components on the downstream side rises.
As a result, the temperature exceeds the allowable temperature. For this reason, a large-capacity blower containing this amount was installed.
【０００６】ところが、電子部品は年々大容量になって
きており、更に高発熱化するようになり送風機の大容量
化によって前記課題を解決するのが一層難しくなって来
ている。[0006] However, electronic components have been increasing in capacity year by year, and the heat generation has been further increased, and it has become more difficult to solve the above-mentioned problems by increasing the capacity of the blower.
【０００７】そこで、ヒートパイプを複数の流路に分
け、各流路のフィンに新気流が当たるようにしているわ
けであるが、各流路の冷却風の配分が均一にするような
工夫がなされていない。In view of this, the heat pipe is divided into a plurality of flow passages so that a fresh air stream hits the fins of each flow passage. Not done.
【０００８】また、作動液が水の場合、長短複数のヒー
トパイプを組み合わせて大気が氷点下でもうまく作動開
始するしくみになっているものがあるが、冷却風の流れ
方向に配分の均一化について工夫がなされていない、そ
のため電子部品の温度が均一にできない課題があった。In the case where the working fluid is water, there is a structure in which a plurality of long and short heat pipes are combined to start the operation well even when the atmosphere is below the freezing point. However, there has been a problem that the temperature of the electronic component cannot be made uniform.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記課題は、以下の手段
を講ずることによって解決できる。複数段に組み合わせ
たヒートパイプの場合は、各流路の冷却風の流量が一様
になり、均一に配分されるように、実質的にパイプ長さ
及び、フィン枚数を同じにして各流路の圧損を一様にし
た。The above objects can be attained by taking the following means. In the case of a heat pipe combined in a plurality of stages, the pipe length and the number of fins are made substantially the same so that the flow rate of the cooling air in each flow path becomes uniform and evenly distributed. Was made uniform.
【００１０】低温でも作動する複数のヒートパイプを組
み合わせる場合は、各流路に於いて、取り付けるフィン
枚数を高温作動用ヒートパイプ（０℃以上で作動）では
密に、低温作動用ヒートパイプ（０℃以下でも作動）で
は粗にして組み合わせ、各流路の圧損を一様にした。When a plurality of heat pipes operating at a low temperature are combined, the number of fins to be attached in each flow path is set to a high value for the high-temperature operation heat pipe (operated at 0 ° C. or more), and the low-temperature operation heat pipe (0 (Operating even when the temperature is lower than ℃), the pressure loss of each flow path was made uniform by coarsely combining them.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】図１，図２は、本発明の一実施例
を示す縦断面図、及び横断面図である。図１，図２は、
鉄道車両の車輪を駆動する車輪駆動用モーターを制御す
るインバーター装置１である。一般に車両の床下に据え
付けられている。図１は上部に送風機２が取り付けられ
た配置を示している。ＩＧＢＴモジュール３が冷却ブロ
ック４に熱伝導グリースなどを介して取り付けられてい
る。冷却ブロック４にはヒートパイプ５が装着されてい
る。ヒートパイプ５は銅などに代表される良熱伝導性材
で製作されたヒートパイプ熱輸送管６と、同じく良熱伝
導性材で製作されたフィン７で成り立っており、ヒート
パイプ熱輸送管６の一端が冷却ブロック４内に挿入さ
れ、他の一端側には冷却フィン７が取り付けられてい
る。1 and 2 are a longitudinal sectional view and a transverse sectional view showing an embodiment of the present invention. FIG. 1 and FIG.
An inverter device 1 that controls a wheel driving motor that drives wheels of a railway vehicle. Generally, it is installed under the floor of the vehicle. FIG. 1 shows an arrangement in which a blower 2 is attached to the upper part. The IGBT module 3 is attached to the cooling block 4 via thermal grease or the like. A heat pipe 5 is mounted on the cooling block 4. The heat pipe 5 is composed of a heat pipe heat transport pipe 6 made of a good heat conductive material represented by copper and the like, and a fin 7 also made of a good heat conductive material. Is inserted into the cooling block 4 and a cooling fin 7 is attached to the other end.
【００１２】車両が走行を始めて、ＩＧＢＴモジュール
３が発熱すると、熱は熱伝導グリースを介して冷却ブロ
ック４に伝わり、ヒートパイプ熱輸送管６を加熱する。
加熱されると、ヒートパイプ熱輸送管６の下側に存在し
ていた作動液が沸騰・蒸発し蒸気になって上方へ運ばれ
る。上方では冷却フィン７が送風機２により送られた冷
却風８に接しているため、冷却され、作動液の蒸気が凝
縮・液化し、再びヒートパイプ熱輸送管６内を冷却ブロ
ック４側へ戻る。ヒートパイプ熱輸送管６には、フィン
７が密に取り付けられたものと、フィン７が粗に取り付
けられたもの２種類が設けられている。When the vehicle starts running and the IGBT module 3 generates heat, the heat is transmitted to the cooling block 4 via the heat conductive grease and heats the heat pipe heat transport pipe 6.
When heated, the working fluid existing below the heat pipe heat transport pipe 6 boils and evaporates and is vaporized and carried upward. Since the cooling fins 7 are in contact with the cooling air 8 sent by the blower 2 above, the cooling fins 7 are cooled, the vapor of the working fluid is condensed and liquefied, and returns inside the heat pipe heat transport pipe 6 to the cooling block 4 again. The heat pipe heat transport pipe 6 is provided with two types in which the fins 7 are densely mounted and in which the fins 7 are roughly mounted.
【００１３】図１，図２の実施例では、フィン７が密に
取り付けられた管９と、フィン７が粗に取り付けられた
管１０を交互に構成したヒートパイプ群１１，１２，１
３を備えている。外気の温度が氷点下以上の場合には、
フィン７が密に取り付けられた管９と、フィン７が粗に
取り付けられた管１０の両方とも作動するが、氷点下以
下になると、フィン７が蜜に取り付けられた管９の場
合、凝縮能力が大きいため、作動液が水の場合、蒸気が
冷却フィン側のヒートパイプ熱輸送管６内で凍結してし
まい、ＩＧＢＴモジュール側に作動液が戻らず液枯れ状
態となり、IGBTモジュールの温度が許容値を超えてしま
うことがある。そこで、凝縮能力が小さいフィン７が粗
に取り付けられた管１０を取り付けて、蒸気の凍結を防
いでいるわけである。In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the heat pipe groups 11, 12, 1 each having a tube 9 on which fins 7 are densely mounted and a tube 10 on which the fins 7 are coarsely mounted are alternately formed.
3 is provided. If the outside air temperature is below freezing,
Both the tube 9 with the fins 7 mounted tightly and the tube 10 with the fins 7 mounted coarsely operate, but below the freezing point, in the case of the tube 9 with the fins 7 mounted on honey, the condensation capacity is reduced. If the working fluid is water, the steam will freeze in the heat pipe heat transport pipe 6 on the cooling fin side, and the working fluid will not return to the IGBT module side, and will be withered, and the temperature of the IGBT module will be an allowable value. May be exceeded. Therefore, the tube 10 on which the fins 7 having a small condensing capacity are coarsely attached is attached to prevent freezing of steam.
【００１４】図１，図２の実施例では、一例として空気
の流れ方向にＩＧＢＴモジュール３が３段に並べられた
場合を表しており、それぞれにヒートパイプ群１１，１
２，１３が取り付けられている。ヒートパイプ群１１は
熱輸送管６の冷却ブロック４側にフィン７が取り付けら
れている、ヒートパイプ群１３は、それとは逆の側にフ
ィン７が取り付けられている。ヒートパイプ群１２は１
１，１３両者の中央にフィン７が取り付けられている。
フィン取り付け位置を冷却風８の上流側，下流側に分け
て配置させた。また、ヒートパイプ群１１，１２，１３
においてフィン７が蜜に取り付けられた管９と、フィン
７が粗に取り付けられた管１０に取り付けるフィンの、
粗密の状態を全く同じにすることによりヒートパイプ群
１１，１２，１３に流れる冷却風流量を同じになるよう
にした。このようにして、各段の冷却ブロック４を均一
で一様に冷却出来る。In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, as an example, a case where the IGBT modules 3 are arranged in three stages in the direction of air flow is shown.
2, 13 are attached. The heat pipe group 11 has the fins 7 attached to the heat transport pipe 6 on the cooling block 4 side, and the heat pipe group 13 has the fins 7 attached to the opposite side. Heat pipe group 12 is 1
The fin 7 is attached to the center of both of the fins 1 and 13.
The fin attachment positions were separately arranged on the upstream side and the downstream side of the cooling air 8. Also, the heat pipe groups 11, 12, 13
Of the fins 7 attached to the honey and the fins 7 attached to the tube 10 to which the fins 7 are roughly attached,
The cooling air flows through the heat pipe groups 11, 12, and 13 are made equal by making the density of the cooling pipes exactly the same. In this way, the cooling blocks 4 in each stage can be uniformly and uniformly cooled.
【００１５】図４は、本発明の他の実施例を示す縦断面
図である。フィン７が粗に取り付けられた管１０の長さ
を冷却風流路に合わせ短くして構成したことにより、実
施例より圧損を下げることができ、冷却効率が高くな
る。FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the present invention. Since the length of the tube 10 to which the fins 7 are roughly attached is shortened in accordance with the cooling air flow path, the pressure loss can be reduced as compared with the embodiment, and the cooling efficiency is increased.
【００１６】図５は、本発明の他の実施例を示す縦断面
図である。フィン７が密に取り付けられた管９と、フィ
ン７が粗に取り付けられた管１０を各冷却風流路に合わ
せて短くして構成したことにより、図４の実施例より圧
損を下げることができ、冷却効率が高くなる。FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the present invention. Since the tube 9 with the fins 7 attached densely and the tube 10 with the fins 7 attached roughly are shortened in accordance with each cooling air flow path, the pressure loss can be reduced as compared with the embodiment of FIG. , Cooling efficiency is increased.
【００１７】図６は、本発明の他の実施例を示す縦断面
図である。図６においてヒートパイプ群１１の右端側の
フィン１１１をヒートパイプ群１３側へ延長する。ヒー
トパイプ群１１の左端側のフィン１１２と、ヒートパイ
プ群１２の右端側のフィン１２１をつなぎヒートパイプ
群１３側へ延長する。ヒートパイプ群１２の左端側のフ
ィン１２２と、ヒートパイプ群１３の右端側のフィン１
３１をつなぎヒートパイプ群１１へ延長する。このよう
にして、実質的に冷却風流路が構成でき、各段の冷却風
流量を均一にでき冷却効率が高くなる。この実施例で
は、下段に短い管を使用した例を表わしているが、長い
管を使用しても同じにできる。FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the present invention. In FIG. 6, the fin 111 on the right end side of the heat pipe group 11 is extended to the heat pipe group 13 side. The fin 112 on the left end side of the heat pipe group 11 and the fin 121 on the right end side of the heat pipe group 12 are connected to extend to the heat pipe group 13 side. Fin 122 at the left end of heat pipe group 12 and fin 1 at the right end of heat pipe group 13
31 are connected and extended to the heat pipe group 11. In this manner, the cooling air flow path can be substantially formed, and the cooling air flow rate in each stage can be made uniform, thereby increasing the cooling efficiency. In this embodiment, an example is shown in which a short tube is used in the lower stage, but the same can be achieved by using a long tube.
【００１８】図７は、本発明の他の実施例を示す縦断面
図である。ヒートパイプ群１１とヒートパイプ群１２の
フィンの間に、仕切り板１５１を取り付ける。ヒートパ
イプ群１２とヒートパイプ群１３のフィンの間に、仕切
り板１５２取り付ける。このことにより、冷却風流路が
でき、各流路の圧損が一様になり、流量が均一にするこ
とができる。よって冷却効率が高められる。本実施例で
は、長い管を使用した場合を表わしているが、図６の実
施例のように短い管を使用しても、同じような結果が得
られる。FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the present invention. A partition plate 151 is attached between the fins of the heat pipe group 11 and the heat pipe group 12. A partition plate 152 is attached between the fins of the heat pipe group 12 and the heat pipe group 13. As a result, a cooling air flow path is formed, the pressure loss in each flow path becomes uniform, and the flow rate can be made uniform. Therefore, the cooling efficiency is improved. In this embodiment, a case where a long tube is used is shown. However, similar results can be obtained by using a short tube as in the embodiment of FIG.
【００１９】また、上述の実施例では、送風機を上部に
置いたものについて説明したが、送風機を横に取り付け
た場合でも、フィン取り付け構成を横にすれば同じ結果
が得られる。Further, in the above-described embodiment, the case where the blower is placed on the upper portion has been described. However, even when the blower is mounted sideways, the same result can be obtained if the fin mounting structure is set horizontally.
【００２０】[0020]
【発明の効果】本発明の電子部品の冷却装置によれば、
複数段（列）に組み合わせたヒートパイプの場合に、実
質的にパイプ長さ及び、フィン枚数を同じにして各流路
の圧損を一様にすることにより、各段の流路において冷
却風の流量が一様になり、各段のＩＧＢＴモジュール温
度を均一にできる。According to the cooling device for electronic parts of the present invention,
In the case of a heat pipe combined in a plurality of stages (rows), by making the pipe length and the number of fins substantially the same and making the pressure loss in each flow passage uniform, the flow of cooling air in the flow passage in each stage is reduced. The flow rate becomes uniform, and the temperature of the IGBT module in each stage can be made uniform.
【００２１】低温でも作動する複数のヒートパイプを組
み合わせる場合は、各流路に於いて、取り付けるフィン
枚数を高温作動用ヒートパイプ（０℃以上で作動）では
密に、低温作動用ヒートパイプ（０℃以下でも作動）で
は粗にして組み合わせ、各流路の圧損を一様にできる。When a plurality of heat pipes operating at a low temperature are combined, the number of fins to be installed in each flow path is set to a high value for a high-temperature operation heat pipe (operated at 0 ° C. or more) and a low-temperature operation heat pipe (0 ° C.). (Operating even when the temperature is lower than ℃), the pressure loss of each flow path can be made uniform by coarsely combining them.
【００２２】これにより、冷却ブロックを均一で一様に
冷却出来るようになり電子部品の許容温度以上に上げる
ことなく、外気温が氷点下以下の場合でも、車両の運行
ができ、信頼性の向上がはかれる。Thus, the cooling block can be cooled uniformly and uniformly, and the vehicle can be operated even when the outside air temperature is below freezing, without raising the temperature above the allowable temperature of the electronic components, and the reliability is improved. To be peeled off.
【図１】本発明の電子部品冷却装置の実施例を示す縦断
面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of an electronic component cooling device of the present invention.
【図２】本発明の電子部品冷却装置の実施例を示す横断
面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment of the electronic component cooling device of the present invention.
【図３】従来の電子部品冷却装置の縦断面図である。FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a conventional electronic component cooling device.
【図４】本発明の電子部品冷却装置の実施例を示す縦断
面図である。FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of the electronic component cooling device of the present invention.
【図５】本発明の電子部品冷却装置の実施例を示す縦断
面図である。FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of the electronic component cooling device of the present invention.
【図６】本発明の電子部品冷却装置の実施例を示す縦断
面図である。FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of the electronic component cooling device of the present invention.
【図７】本発明の電子部品冷却装置の実施例を示す縦断
面図である。FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of the electronic component cooling device of the present invention.
１…インバータ装置、２…送風機、３…電子部品、４…
冷却ブロック、５…ヒートパイプ、６…熱輸送管、７…
フィン、８…冷却風、９…フィンが密に取り付けられた
管、１０…フィンが粗に取り付けられた管、１１，１
２，１３…ヒートパイプ群、１１１，１１２，１２１，
１２２，１３１…冷却フィン、１５１，１５２…仕切り
板。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Inverter apparatus, 2 ... Blower, 3 ... Electronic parts, 4 ...
Cooling block, 5 ... heat pipe, 6 ... heat transport pipe, 7 ...
Fins, 8: cooling air, 9: tubes with densely mounted fins, 10: tubes with coarsely mounted fins, 11, 1
2, 13 ... heat pipe group, 111, 112, 121,
122, 131: cooling fins, 151, 152: partition plates.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西原 淳夫 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 鈴木 敦 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Ｆターム(参考） 5E322 AA01 BA03 BB10 DB10 EA10 FA01 FA04 5F036 AA01 BA06 BA25 BB60 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Atsushi Nishihara 502 Kandachi-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Pref. Machinery Research Laboratories, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Atsushi Suzuki 502-Kartate-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Pref. F term in the mechanical laboratory (reference) 5E322 AA01 BA03 BB10 DB10 EA10 FA01 FA04 5F036 AA01 BA06 BA25 BB60
Claims (1)
り、車両駆動用モーターを制御するインバーター等の電
子部品を冷却する冷却装置において、冷却空気の流れる
方向に複数のヒートパイプ群を設け、各ヒートパイプ群
には凝縮能力の異なるヒートパイプを配置し、前記複数
のヒートパイプ群冷却フィンの冷却風流路を分割したこ
とを特徴とする電子部品の冷却装置。1. A cooling device for cooling electronic components such as an inverter for controlling a motor for driving a vehicle by means of a heat pipe provided with cooling fins, wherein a plurality of heat pipe groups are provided in a direction in which cooling air flows. A cooling device for electronic parts, wherein heat pipes having different condensation capacities are arranged in a group, and cooling air flow paths of the plurality of heat pipe group cooling fins are divided.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000079271A JP2001267773A (en) | 2000-03-16 | 2000-03-16 | Cooling device for electronic part |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000079271A JP2001267773A (en) | 2000-03-16 | 2000-03-16 | Cooling device for electronic part |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001267773A true JP2001267773A (en) | 2001-09-28 |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP2001267773A (en) |
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