JP2005337649A - ヒートパイプ冷却器およびこのヒートパイプ冷却器を使用した電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 受熱ブロックの被冷却物取付面を有効に拡大して部品点数を少なくし、また機器の大型化を招かないようにしたヒートパイプ冷却器およびこのヒートパイプ冷却器を使用した電力変換装置を提供する。
【解決手段】 ヒートパイプ冷却器１１は、被冷却物取付面１２ａ，１２ｃを有する受熱ブロック１２と、この受熱ブロック１２の被冷却物取付面１２ａ，１２ｃと異なる面１２ｂに配設された複数本のヒートパイプ１３を備えている。受熱ブロック１２の被冷却物取付面１２ａ，１２ｃは、第１の被冷却物取付面１２ａと、この第１の被冷却物取付面１２ａに隣合う面に設けられた第２の被冷却物取付面１２ｃにより構成されている。複数本のヒートパイプは、それぞれ第１および第２の被冷却物取付面１２ａ，１２ｃに沿って並べて配設された第１および第２の複数本のヒートパイプ１３で構成されており、各被冷却物取付面１２ａ，１２ｃに半導体素子４が実装できるようになっている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ヒートパイプ冷却器およびこのヒートパイプ冷却器を使用した電力変換装置に関するものである。

近年、電力変換装置では、半導体素子の大容量化、高速化に伴い発熱損失の増大が問題となっている。このため電力用半導体素子用冷却器の冷却効率の向上を図り、発熱損失の増大に対応して装置の大型化を避けることが重要な課題となっている。電力変換装置における電力用半導体素子としては、ダイオード、サイリスタ、ＧＴＯ、ＩＧＢＴ等が用いられ、その冷却器としてはヒートパイプ冷却器が使用されている。

図４（ａ）および（ｂ）は従来のヒートパイプ冷却器を示す下面図および側面図である。図４において、ヒートパイプ冷却器１は、矩形状の受熱ブロック２と、受熱部および放熱部を有する複数本のヒートパイプ３を備えている。受熱ブロック２は、被冷却物である半導体素子４が実装される被冷却物取付面２ａを片側の面、または両側の面に有し、この被冷却物取付面２ａと異なる面２ｂに、被冷却物取付面２ａに沿って複数本のヒートパイプ３を一列に並べて配設している。
特開昭６０−５７９５６号公報 特開２００１−１０８３８３公報

ところで、このような構成のヒートパイプ冷却器１においては、受熱ブロック２の片側の面２ａ、または両側の面で冷却される被冷却物以外に、別途被冷却物を実装する必要が生じた場合には、新たにヒートパイプ冷却器を設けて被冷却物を実装する構成としている。しかしながら、この場合には、ヒートパイプ冷却器の部品点数が増加し、その取扱いが煩雑になるほか、ヒートパイプ冷却器全体が大型化する場合があり、ひいてはこのヒートパイプ冷却器を使用した電力変換装置の外形寸法が大きくなったり、価格が高くなったりするなどの問題があった。

そこでこの発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、受熱ブロックの被冷却物取付面を有効に拡大して部品点数を少なくし、また機器の大型化を招かないようにしたヒートパイプ冷却器およびこのヒートパイプ冷却器を使用した電力変換装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明によるヒートパイプ冷却器は、被冷却物取付面を有する受熱ブロックと、この受熱ブロックの被冷却物取付面と異なる面に配設された複数本のヒートパイプとを備え、そのうち受熱ブロックは、第１の被冷却物取付面およびこの第１の被冷却物取付面に隣合う面に第２の被冷却物取付面を有し、複数本のヒートパイプは、第１の被冷却物取付面に沿って並べて配設された第１の複数本のヒートパイプと、第２の被冷却物取付面に沿って並べて配設された第２の複数本のヒートパイプとを有するように構成したことを特徴とする。

また本発明による電力変換装置は、被冷却物取付面を有する受熱ブロックと、この受熱ブロックの被冷却物取付面と異なる面に配設された複数本のヒートパイプとを備え、そのうち受熱ブロックは、少なくとも第１の被冷却物取付面およびこの第１の冷却物取付面に隣合う面に第２の被冷却物取付面を有し、複数本のヒートパイプは、第１の被冷却物取付面に沿って並べて配設された第１の複数本のヒートパイプと、第２の被冷却物取付面に沿って並べて配設された第２の複数本のヒートパイプとを有するように構成したヒートパイプ冷却器を使用し、このヒートパイプ冷却器の各被冷却物取付面に半導体素子を実装して構成したことを特徴とする。

本発明のヒートパイプ冷却器によれば、受熱ブロックの片側の面、または両側の面以外に被冷却物取付面を構成することができるので、新たにヒートパイプ式冷却器を設ける場合に比べて部品点数を少なくすることができ、また全体の大型化を招くことなく被冷却物取付面を有効に拡大することができる。

また本発明の電力変換装置によれば、被冷却物取付面を有効に拡大することのできるヒートパイプ冷却器を使用するので、装置の外形寸法が大きくなったり、価格が高くなったりする問題を解決することができる。

図１（ａ）および（ｂ）は本発明のヒートパイプ冷却器における第１の実施の形態を示す下面図および側面図である。図１において、ヒートパイプ冷却器１１は、矩形状の受熱ブロック１２と、受熱部および放熱部を有する複数本のヒートパイプ１３を備えている。ヒートパイプ１３は、周知のようにアルミニウムや銅等の金属管の内部に純水等の冷媒を充填して構成したもので、半導体素子が発生した熱を、受熱ブロック１２を介して受熱部で吸収し、内部の冷媒を蒸発させて放熱部に移送し、放熱部を介して外部に放出するものである。またヒートパイプ１３の放熱部には、それぞれヒートパイプ１３と直交する多数の放熱フィン１５を取り付けている。

受熱ブロック１２は、矩形状をなし、被冷却物である半導体素子４が実装される第１の被冷却物取付面１２ａを片側の面に有している。複数本のヒートパイプ１３は、この第１の被冷却物取付面１２ａと異なる面１２ｂに、第１の被冷却物取付面１２ａに沿って一列に並べて配設されている。

ここで、本実施の形態においては、受熱ブロック１２には、複数本のヒートパイプ１３を配設した第１の被冷却物取付面１２ａと隣合い、交差する方向に延びる面に沿ってさらに複数本のヒートパイプ１３を配設し、この第１の被冷却物取付面１２ａに隣合う面を第２の被冷却物取付面１２ｃとして構成したところに特徴を有する。

すなわち複数本のヒートパイプ１３は、第１の被冷却物取付面１２ａに沿って並べて配設された第１の複数本のヒートパープ１３と、第２の被冷却物取付面１２ｃに沿って並べて配設された第２の複数本のヒートパイプ１３を有し、受熱ブロック１２の片側の面である第１の被冷却物取付面１２ａ以外に、今まで利用されていなかった面を第２の被冷却物取付面１２ｃとして利用することにより、１個の受熱ブロック１２における被冷却物取付面を有効に拡大するようにしたものである。

これにより半導体素子４の実装を拡大する際に、新たにヒートパイプ式冷却器を設ける場合に比べて部品点数を少なくすることができ、その取扱いが容易になるほか、ヒートパイプ冷却器全体の大型化を招くことが少なくなるので、半導体素子４を実装して電力変換装置を構成した場合に、装置の外形寸法が大きくなったり、価格が高くなったりする問題を解決することができる。

図２（ａ）および（ｂ）は、本発明のヒートパイプ冷却器における第２の実施の形態を示す下面図および側面図である。図２において、本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、受熱ブロック１２における第１の被冷却物取付面１２ａの反対側に第３の被冷却物取付面１２ｄを設け、この第３の被冷却物取付面１２ｄに沿って第３の複数本のヒートパイプ１３を並べて配設することにより、この第３の被冷却物取付面１２ｄにも半導体素子４を実装できるように構成したところにある。

このように構成すれば、１個の受熱ブロック１２に三個所の被冷却物取付面１２ａ，１２ｃ，１２ｄを構成することができ、少ない部品点数でヒートパイプ冷却器全体の大型化を招くことなく半導体素子４の実装を拡大することができる。

図３（ａ）および（ｂ）は、本発明のヒートパイプ冷却器における第３の実施の形態を示す下面図および側面図である。図３において、本実施の形態が第２の実施の形態と異なる点は、受熱ブロック１２における第２の被冷却物取付面１２ｃの反対側に第４の被冷却物取付面１３ｅを設け、この第３の被冷却物取付面１２ｅに沿って第４の複数本のヒートパイプ１３を並べて配設することにより、この第４の被冷却物取付面１２ｅにも半導体素子４を実装できるように構成したところにある。

これにより受熱ブロック１２は、全周囲の四個所に被冷却物取付面１２ａ，１２ｃ，１２ｄおよび１２ｅを構成することができるので、少ない部品点数でヒートパイプ冷却器全体の大型化を招くことなく半導体素子４の実装をより一層拡大することができる。

（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、本発明のヒートパイプ冷却器における第１の実施の形態を示す下面図および側面図である。 （ａ）および（ｂ）はそれぞれ、本発明のヒートパイプ冷却器における第２の実施の形態を示す下面図および側面図である。 （ａ）および（ｂ）はそれぞれ、本発明のヒートパイプ冷却器における第３の実施の形態を示す下面図および側面図である。 （ａ）および（ｂ）はそれぞれ、従来のヒートパイプ冷却器を示す下面図および側面図である。

符号の説明

１，１１…ヒートパイプ冷却器
２，１２…受熱ブロック
２ａ，１２ａ，１２ｃないし１２ｅ…被冷却物取付面
２ｂ，１２ｂ…ヒートパイプを配設する面
３，１３…ヒートパイプ
４…半導体素子
１５…放熱フィン

Claims (4)

1. 被冷却物取付面を有する受熱ブロックと、この受熱ブロックの前記被冷却物取付面と異なる面に配設された複数本のヒートパイプとを備えたヒートパイプ冷却器において、前記受熱ブロックは、第１の被冷却物取付面およびこの第１の被冷却物取付面に隣合う面に第２の被冷却物取付面を有し、前記複数本のヒートパイプは、前記第１の被冷却物取付面に沿って並べて配設された第１の複数本のヒートパイプと、前記第２の被冷却物取付面に沿って並べて配設された第２の複数本のヒートパイプとを有することを特徴とするヒートパイプ冷却器。
2. 前記受熱ブロックは、前記第１の被冷却物取付面の反対側に第３の被冷却物取付面を有し、前記複数本のヒートパイプは、前記第３の被冷却物取付面に沿って並べて配設された第３の複数本のヒートパイプを有することを特徴とする請求項１に記載のヒートパイプ冷却器。
3. 前記受熱ブロックは、前記第２の被冷却物取付面の反対側に第４の被冷却物取付面を有し、前記複数本のヒートパイプは、前記第４の被冷却物取付面に沿って並べて配設された第４の複数本のヒートパイプを有することを特徴とする請求項２に記載のヒートパイプ冷却器。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のヒートパイプ冷却器を使用し、このヒートパイプ冷却器の各被冷却物取付面に半導体素子を実装したことを特徴とする電力変換装置。

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