JP2008198751A - 冷却器及びこれを用いた電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却効率に優れ、かつ小型化が容易な冷却器、及びこれを用いた電力変換装置を提供すること。
【解決手段】電子部品（半導体モジュール２）を両面から挟持するように配置された複数の冷却管３１を有する冷却器３、及びこの冷却器３を用いた電力変換装置１。冷却管３１は、半導体モジュール２との積層方向に仕切壁３４によって３層以上に分割された冷媒流路３３を有している。冷媒流路３３のうち最も外側の冷媒流路３３２とその内側の冷媒流路３３１との間の仕切壁３４には、内側の冷媒流路３３１から外側の冷媒流路３３２へ冷却媒体を噴出する噴出孔３５を設けてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品を冷却するための冷却器及びこれを用いた電力変換装置に関する。

従来より、インバータやＤＣ−ＤＣコンバータ等の電力変換装置として、半導体素子を内蔵する複数の半導体モジュールと、該半導体モジュールを両主面から冷却するための冷却器とを有する電力変換装置がある。
かかる電力変換装置において、近年、被制御電力の大電力化等に伴い、半導体モジュールの発熱量、熱流束が増大している。これにより、半導体モジュールの温度が上昇しすぎて、動作不良を招くおそれがある。

そこで、半導体モジュールを冷却するための上記冷却器の冷却効率を向上する必要性がある。
冷却器の冷却効率を向上させるための手段として、衝突噴流を利用することが考えられる。衝突噴流とは、伝熱面に対し概ね垂直方向から噴流状に衝突する冷却媒体の噴流である。この衝突噴流によると、伝熱面の温度境界層を薄くすることができるため、高い冷却性能を実現することができる。

衝突噴流を用いた冷却器として、特許文献１、２に示すものがある。これらの冷却器においては、半導体素子の伝熱面に対して垂直方向に管状のノズルを設けて、該ノズルから冷却媒体の噴流を半導体の伝熱面に衝突させる構成を採っている。
しかしながら、上記従来の冷却器においては、半導体素子に対して垂直方向に管状のノズルを設ける必要があるため、構造的に複雑となり、製造コストが高くなるという問題がある。また、上記の構成の場合、冷却器の厚みが大きくなり、小型の電力変換装置を得ることが困難となる。
更に、半導体モジュールを両主面から冷却する構成の冷却器に、上記従来の冷却器を適用すると、電力変換装置の体格が極めて大きくなってしまうという問題がある。

特開平５−３２７４号公報 特開平７−３２１２６７号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、冷却効率に優れ、かつ小型化が容易な冷却器、及びこれを用いた電力変換装置を提供しようとするものである。

第１の発明は、電子部品を両面から挟持するように配置された複数の冷却管を有する冷却器であって、
上記冷却管は、上記電子部品との積層方向に仕切壁によって３層以上に分割された冷媒流路を有しており、
該冷媒流路のうち最も外側の冷媒流路とその内側の冷媒流路との間の上記仕切壁には、上記内側の冷媒流路から上記外側の冷媒流路へ冷却媒体を噴出する噴出孔を設けてなることを特徴とする冷却器にある（請求項１）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記冷却器においては、上記冷却管の仕切壁に上記噴出孔を設けてある。これにより、冷却管における内側の冷媒流路を流通する冷却媒体が、上記噴出孔から外側の冷媒流路に噴出され、冷却管の内壁面に衝突する。この冷却媒体の衝突噴流によって、冷却管の外表面に密着配置された電子部品が、効率よく冷却される。
即ち、上記衝突噴流によって、冷却管の内壁面の内側に形成される温度境界層を薄くすることができるため、冷却管を通じた冷却媒体と半導体モジュールとの熱交換効率を向上させ、電子部品の高い冷却効率を実現することができる。

また、上記衝突噴流は、上記仕切壁に上記噴出孔を穿設することによって形成することができるため、冷却管の厚みを特に大きくする必要がない。そのため、冷却器の小型化を妨げることなく、冷却効率を向上させることができる。

以上のごとく、本発明によれば、冷却効率に優れ、かつ小型化が容易な冷却器を提供することができる。

第２の発明は、半導体素子を内蔵する複数の半導体モジュールと、該半導体モジュールを両主面から冷却するための冷却器とを有する電力変換装置であって、
上記冷却器は、上記半導体モジュールの両主面に配され、該半導体モジュールと共に積層配置される複数の冷却管と、該複数の冷却管の冷媒入口同士及び冷媒出口同士を連結し或いは上記冷媒入口と上記冷媒出口とを連結する連結部とを有し、
上記冷却管は、上記半導体モジュールとの積層方向に仕切壁によって３層以上に分割された冷媒流路を有しており、
該冷媒流路のうち最も外側の冷媒流路とその内側の冷媒流路との間の上記仕切壁には、上記内側の冷媒流路から上記外側の冷媒流路へ冷却媒体を噴出する噴出孔を設けてなることを特徴とする電力変換装置にある（請求項７）。

本発明の電力変換装置においては、衝突噴流によって、冷却管を通じた冷却媒体と半導体モジュールとの熱交換効率を向上させ、半導体モジュールの高い冷却効率を実現することができる。
また、上記衝突噴流は、上記仕切壁に上記噴出孔を穿設することによって形成することができるため、冷却管の厚みを特に大きくする必要がない。そのため、冷却器の小型化を妨げることなく、冷却効率を向上させることができる。これにより、電力変換装置の小型化を図ることができる。

以上のごとく、本発明によれば、半導体モジュールの冷却効率に優れ、かつ小型化が容易な電力変換装置を提供することができる。

上記第１の発明（請求項１）において、上記冷却器は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ等の電力変換装置の冷却器として用いることができ、上記電子部品としては、上記電力変換装置の一部を構成する半導体モジュールとすることができる。ただし、上記冷却器の用途はこれに限らず、種々の電子部品を冷却するために用いることができる。

また、上記仕切壁は、上記冷媒流路の上流側から下流側に向かって複数の上記噴出孔を形成してなり、該複数の噴出孔には、少なくとも互いに開口面積の異なる大噴出孔と小噴出孔とがあることが好ましい（請求項２）。
この場合には、冷媒流路における位置によって衝突噴流の圧力を変えることができる。これにより、冷却管の位置による冷却効率のバラツキを抑制することが可能となる。例えば、比較的低温の冷却媒体が流れている上流部分と、比較的温度の高い冷却媒体が流れている下流部分とにおいて、噴出孔の開口面積を変えることにより、冷却効率を均一化することができる。
また、発熱量の異なる電子部品を、冷却管における上流側と下流側に配置した場合にも、大噴出孔と小噴出孔との配置を調整することにより、電子部品の効率的な冷却が可能となる。

また、上記大噴出孔は、上記小噴出孔よりも下流側にあることが好ましい（請求項３）。
この場合には、上流側と下流側とに配置した複数の電子部品を略均等に冷却することができる。即ち、複数の電子部品を冷媒流路の上流側から下流側に沿って配置したとき、冷却媒体は、上流側の電子部品から受熱して高温となって、下流へ流れる。それ故、下流側の電子部品は、上流側の電子部品に比べて冷却効率が低下しやすい。そこで、下流側の噴出孔を大噴出孔とすることにより、下流側の衝突噴流を上流側の衝突噴流よりも大きくして、下流側の電子部品の冷却効率を向上させることができる。これにより、上流側と下流側とに配置した複数の電子部品を略均等に冷却することが可能となる。

また、上記冷却管は、上記冷媒流路を３層有しており、内側の冷媒流路は下流側に向かうほど幅広となり、外側の冷媒流路は下流側に向かうほど幅狭となるものとすることもできる（請求項４）。
この場合には、上流側よりも下流側の方が、噴出孔が冷却管の内壁面に近くなるため、下流側における電子部品の冷却効率を向上させることができる。その結果、上流側から下流側にかけて、略均一な冷却を行うことが可能となる。

また、上記冷却管は、上記冷媒流路を３層有しており、内側の冷媒流路は下流側に向かうほど幅狭となり、外側の冷媒流路は下流側に向かうほど幅広となるものとすることもできる（請求項５）。
この場合には、流量の多い内側の冷媒流路の上流側の部分の幅を広くすることができるため、冷媒流路の全体にわたって、圧力損失を小さくすることができる。

また、上記冷却管は、上記冷媒流路を３層有しており、内側の冷媒流路は、外側の冷媒流路よりも幅広であるものとすることもできる（請求項６）。
この場合には、一つの内側の冷媒流路の流路断面積と二つの外側の冷媒流路の合計の流路断面積とを近付けることができるため、冷媒流路を流れる冷却媒体の圧力損失を低減することができる。これにより、電子部品の冷却効率を向上させることができる。

上記第２の発明（請求項７）において、上記電力変換装置としては、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ等がある。また、上記電力変換装置は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である交流モータに通電する駆動電流の生成に用いることができる。

また、上記半導体素子としては、例えば上記スイッチング素子の他に、該スイッチング素子におけるコレクタ−エミッタ間に接続され、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオード等がある。
また、上記スイッチング素子としては、例えば、ＩＧＢＴ素子を用いることができる。また、上記ダイオードとしては、例えば、フライホイールダイオードを用いることができる。

また、上記仕切壁は、上記冷媒流路の上流側から下流側に向かって複数の上記噴出孔を形成してなり、該複数の噴出孔には、少なくとも互いに開口面積の異なる大噴出孔と小噴出孔とがあることが好ましい（請求項８）。
この場合には、冷却管の位置による冷却効率のバラツキを抑制することが可能となる。

また、上記大噴出孔は、上記小噴出孔よりも下流側にあることが好ましい（請求項９）。
この場合には、上流側と下流側とに配置した複数の半導体素子を略均等に冷却することができる。

また、上記冷却管は、上記冷媒流路を３層有しており、内側の冷媒流路は下流側に向かうほど幅広となり、外側の冷媒流路は下流側に向かうほど幅狭となるものとすることもできる（請求項１０）。
この場合には、上流側から下流側にかけて、略均一な冷却を行うことが可能となる。

また、上記冷却管は、上記冷媒流路を３層有しており、内側の冷媒流路は下流側に向かうほど幅狭となり、外側の冷媒流路は下流側に向かうほど幅広となるものとすることもできる（請求項１１）。
この場合には、流量の多い内側の冷媒流路の上流側の部分の幅を広くすることができるため、冷媒流路の全体にわたって、圧力損失を小さくすることができる。

また、上記冷却管は、上記冷媒流路を３層有しており、内側の冷媒流路は、外側の冷媒流路よりも幅広であるものとすることもできる（請求項１２）。
この場合には、冷媒流路を流れる冷却媒体の圧力損失を低減して、半導体モジュールの冷却効率を向上させることができる。

また、上記半導体モジュールと上記冷却管との積層方向から見たとき、上記半導体モジュールに内蔵された上記半導体素子には、上記噴出孔が重なるよう配置されていることが好ましい（請求項１３）。
この場合には、上記噴出孔から噴出される衝突噴流を、上記半導体素子が配されている位置の冷却管の内壁面に衝突させることができる。これにより、半導体素子をより効率的に冷却することができる。

また、上記冷媒入口と上記冷媒出口との双方は、これらが形成された上記冷却管の表面に接触する上記半導体モジュールの本体部の幾何学的重心を通過する中央直線によって区切られる２つの領域のうちの一方の領域に集中して存在していることが好ましい（請求項１４）。
この場合には、上記２つの領域のうちの他方の領域には、上記冷媒入口及び上記冷媒出口の何れも存在していないため、この領域には、半導体モジュールの電極端子や制御端子を延ばすことのできる空間が存在する。何故ならば、冷媒入口及び冷媒出口の何れもが存在しない領域に、上記連結部が存在することもないからである。
そのため、上記半導体モジュールの電極端子や制御端子を冷却器の外形の外側まで延ばすに当って、方向の自由度を高くすることができる。

即ち、例えば、半導体モジュールの電極端子及び制御端子を異なる三方向に延ばすことも可能となる。これにより、半導体モジュールの電極端子や制御端子を接続する電力変換装置における他の構成部品の配置の自由度を高くすることができる。その結果、電力変換装置の小型化を容易にすることができる。

また、上記半導体モジュールは、上記半導体素子を制御する制御回路部に接続される複数の制御端子と、制御される電力を入出させる複数の電極端子とを、上記本体部の端面から突出して設けてなり、上記複数の制御端子と上記複数の電極端子とは、互いに異なる三方向以上に延びていることが好ましい（請求項１５）。
この場合には、上記複数の制御端子と上記複数の電極端子とを、互いに異なる三方向以上に分散して延ばすことができる。これにより、各端子に接続する他の構成部品の配置を異なる三方向以上に分散して配置することができる。その結果、構成部品の配置の自由度を高くすることができる。

例えば、一つの電極端子と他の電極端子とを異なる方向に延ばすことができる。これにより、一つの電極端子に接続する構成部品を他の電極端子に接続する構成部品に影響されることなく、半導体モジュールに近接する位置に配置することも可能となる。そのため、電力変換装置の小型化を容易にすることができる。また、配線を単純化し、短くすることが可能となるため、インダクタンスの低減、電力損失の低減を図ることもできる。

また、上記複数の電極端子を半導体モジュールの本体部における異なる端面に設けることも可能となるため、複数の電極端子の間の沿面距離を充分にとりやすくなり、半導体モジュールを大型化する必要もなくなる。その結果、電力変換装置の小型化が容易となる。

また、上記半導体モジュールの本体部は長方形状を有し、上記冷媒入口と上記冷媒出口との双方は、これらが形成された上記冷却管の表面に接触する上記半導体モジュールの上記本体部の一つの辺を含む直線よりも外側の領域に集中して存在していることが好ましい（請求項１６）。
この場合には、上記半導体モジュールの本体部における少なくとも３つの辺の外側が全て開放されることとなるため、制御端子や電極端子の配設自由度が一層高くなる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかる電力変換装置及びこれに用いる冷却器につき、図１〜図３を用いて説明する。
本例の電力変換装置１は、半導体素子を内蔵する複数の半導体モジュール２と、該半導体モジュール２を両主面から冷却するための冷却器３とを有する。

冷却器３は、図１、図３に示すごとく、半導体モジュール２の両主面に配され、該半導体モジュール２と共に積層配置される複数の冷却管３１と、該複数の冷却管３１の冷媒入口３１１同士及び冷媒出口３１２同士を連結する連結部３２とを有する。
図１に示すごとく、上記冷却管３１は、半導体モジュール２との積層方向に仕切壁３４によって３層に分割された冷媒流路３３を有している。
該冷媒流路３３のうち最も外側の冷媒流路３３２とその内側の冷媒流路３３１との間の仕切壁３４には、内側の冷媒流路３３１から外側の冷媒流路３３２へ冷却媒体Ｗを噴出する噴出孔３５を設けてある。

各冷却管３１における内側（中央）の冷媒流路３３１は冷媒入口３１１に接続され、外側の冷媒流路３３２は冷媒出口３１２に接続されている。
冷媒入口３１１と冷媒出口３１２とは、それぞれ冷却管３１の両端部付近に形成されている。

隣合う冷却管３１の間には、それぞれ２個の半導体モジュール２が挟持されている。そして、２個の半導体モジュール２は、冷媒入口３１１における連結管３２と冷媒出口３１２における連結管３２との間に配置されている。
また、図２に示すごとく、冷却管３１における噴出孔３５は、積層方向から見たとき、半導体モジュール２の本体部２０と重なる位置に複数形成されている。

また、積層方向から見たとき、半導体モジュール２に内蔵された半導体素子（後述するスイッチング素子２３１、ダイオード２３２）に噴出孔３５が重なるように配置されていることが好ましい。これにより、噴出孔３５から噴出される衝突噴流Ｗ１を、半導体素子が配されている位置の冷却管３１の内壁面３１４に衝突させることができ、半導体素子をより効率的に冷却することができる。

図２に示すごとく、半導体モジュール２には、上記半導体素子として、スイッチング素子２１１と、該スイッチング素子２１１におけるコレクタ−エミッタ間に接続され、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオード２１２が内蔵されている。
スイッチング素子２１１としては、例えば、ＩＧＢＴ素子を用いることができ、ダイオード２１２としては、例えば、フライホイールダイオードを用いることができる。

また、図２に示すごとく、半導体モジュール２は、スイッチング素子２１１を制御する制御回路部（図示略）に接続される複数の制御端子２２と、制御される電力を入出させる２本の電極端子２３１、２３２とを、本体部２０の端面から突出して設けてなる。
一方の電極端子２３１は、電源部（図示略）に接続されると共に平滑コンデンサ（図示略）に接続される。他方の電極端子２３２は、バスバー（図示略）を介して回転電機（図示略）に接続される。

電源部の直流電力を電力変換装置１において交流電力に変換して回転電機を駆動する場合には、電極端子２３１が入力側となり、電極端子２３２が出力側となるが、回転電機において発電した交流電力を電力変換装置１において直流電力に変換して、電源部に充電する場合には、電極端子２３１が出力側となり、電極端子２３２が入力側となる。

また、半導体モジュール２における本体部２０は、スイッチング素子２１１とダイオード２１２とを樹脂によってモールディングしてあり、その本体部２０の端面から、制御端子２２、電極端子２３１、２３２を突出させている。また、本体部２０の主面には、放熱板（図示略）が露出していてもよい。

また、冷却管３１は、アルミニウム又はその合金からなる。また、冷却管３１は、プレス成形された複数の金属板を組合わせることにより形成することができる。
そして、冷却管３１は、半導体モジュール２の本体部２０の主面に密着している。その手段としては、冷却管３１と半導体モジュール２との間に接着剤を介在させて接着させてもよいし、積層方向にバネ等の外力を付与することにより押圧してもよい。
また、半導体モジュール２の本体部２０の主面に放熱板を露出させる場合には、本体部２０の主面と冷却管３１との間に絶縁材を介在させる。

また、上記冷却媒体Ｗとしては、例えば、エチレングリコール系の不凍液が混入した水、水やアンモニア等の自然冷媒、フロリナート等のフッ化炭素系冷媒、ＨＣＦＣ１２３、ＨＦＣ１３４ａ等のフロン系冷媒、メタノール、アルコール等のアルコール系冷媒、アセトン等のケトン系冷媒などを用いることができる。また、空気などの気体系の冷却媒体を用いることもできる。

図３に示すごとく、冷却器３における積層方向の一端に配された冷却管３１には、半導体モジュール２とは反対側の面に冷媒導入部３２３と冷媒排出部３２４とを設けてある。そして、冷却媒体Ｗは、図１、図３に示すごとく、冷媒導入部３２３から導入されると共に連結部３２を伝って、各冷却管３１の冷媒入口３１１から各冷却管３１の内側の冷媒流路３３１に分配される。内側の冷媒流路３３１に供給された冷却媒体Ｗは、噴出孔３５から外側の冷媒流路３３２へ噴出され、冷却管３１の内壁面に衝突する衝突噴流Ｗ１となる。

外側の冷媒流路３３２に噴出された冷却媒体Ｗは、冷却管３１の内壁面３１４に衝突した後、冷媒出口３１２に向かって流れ、冷媒出口３１２から連結部３２を伝って冷媒排出部３２４へ達し、排出される。
このようにして、冷却器３に冷却媒体Ｗを巡らすことにより、半導体モジュール２との熱交換を行って、半導体モジュール２を冷却する。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記冷却器３においては、冷却管３１の仕切壁３４に噴出孔３５を設けてある。これにより、冷却管３１における内側の冷媒流路３３１を流通する冷却媒体Ｗが、噴出孔３５から外側の冷媒流路３３２に噴出され、冷却管３１の内壁面３１４に衝突する。この冷却媒体の衝突噴流Ｗ１によって、冷却管３１の外表面に密着配置された半導体モジュール２が、効率よく冷却される。
即ち、上記衝突噴流Ｗ１によって、冷却管３１の内壁面３１４の内側に形成される温度境界層を薄くすることができるため、冷却管３１を通じた冷却媒体Ｗと半導体モジュール２との熱交換効率を向上させ、半導体モジュール２の高い冷却効率を実現することができる。

また、上記衝突噴流Ｗ１は、仕切壁３４に噴出孔３５を穿設することによって形成することができるため、冷却管３１の厚みを特に大きくする必要がない。そのため、冷却器３の小型化を妨げることなく、冷却効率を向上させることができる。
そして、これにより、電力変換装置１の小型化を図ることができると共に、半導体モジュール２の冷却効率を向上させることができる。

なお，冷却管３１を形成するに当っては、例えば、クラッド材をプレス加工して作製した噴出孔３５を有する２枚の仕切壁３４と、アルミ板等をプレス加工して作製した２枚の外殻部材とを、ロウ付けすることにより一体形成することができる。これにより、冷却器３の生産性を向上させることができる。

以上のごとく、本例によれば、冷却効率に優れ、かつ小型化が容易な冷却器及び電力変換装置を提供することができる。

（実施例２）
本例は、図４、図５に示すごとく、隣合う冷却管３１の間に１個の半導体モジュール２を配設した電力変換装置１の例である。
その他は、実施例１と同様である。
本例の場合には、半導体モジュール２ごとの冷却バラツキを低減することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、図６、図７に示すごとく、冷却管３１の仕切壁３４に、互いに開口面積の異なる大噴出孔３５１と小噴出孔３５２とを設けた例である。
そして、開口面積が大きい大噴出孔３５１は、開口面積の小さい小噴出孔３５２よりも下流側に配設してある。

また、隣合う冷却管３１の間には２個の半導体モジュール２が冷媒流路３３の上流側となる位置と下流側となる位置とに配設されている。そして、図７に示すごとく、積層方向から見たとき、上流側に配置された半導体モジュール２に重なる位置に小開口部３５２を設け、下流側に配置された半導体モジュール２に重なる位置に大開口部３５１を設けてある。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、上流側と下流側とに配置した２個の半導体モジュール２を略均等に冷却することができる。即ち、２個の半導体モジュール２を冷媒流路３３の上流側から下流側に沿って配置したとき、冷却媒体Ｗは、上流側の半導体モジュール２から受熱して高温となって、下流へ流れる。それ故、下流側の半導体モジュール２は、上流側の半導体モジュール２に比べて冷却効率が低下しやすい。そこで、下流側の噴出孔を大噴出孔３５１とすることにより、下流側の衝突噴流Ｗ１を上流側の衝突噴流Ｗ１よりも大きくして、下流側の半導体モジュール２の冷却効率を向上させることができる。これにより、上流側と下流側とに配置した２個の半導体モジュール２を略均等に冷却することが可能となる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例４）
本例は、図８に示すごとく、冷却管３１における内側の冷媒流路３３１は下流側に向かうほど幅広となり、外側の冷媒流路３３２は下流側に向かうほど幅狭となるようにした冷却器３を有する電力変換装置１の例である。
即ち、冷却管３１における仕切壁３４を、冷却管３１の内壁面３１４に対して傾斜させている。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、上流側よりも下流側の方が、噴出孔３５が冷却管３１の内壁面３１４に近くなるため、下流側における半導体モジュール２の冷却効率を向上させることができる。その結果、上流側から下流側にかけて、略均一な冷却を行うことが可能となる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例５）
本例は、図９に示すごとく、冷却管３１における内側の冷媒流路３３１は下流側に向かうほど幅狭となり、外側の冷媒流路３３２は下流側に向かうほど幅広となるようにした冷却器３を有する電力変換装置１の例である。
即ち、冷却管３１における仕切壁３４を、冷却管３１の内壁面３１４に対して傾斜させており、その傾斜方向が上記実施例４（図８）とは逆にしている。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、流量の多い内側の冷媒流路３３１の上流側の部分の幅を広くすることができるため、冷媒流路３３の全体にわたって、圧力損失を小さくすることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例６）
また、図１０に示すごとく、冷却管３１における内側の冷媒流路３３１は、外側の冷媒流路３３２よりも幅広である冷却器３を有する電力変換装置１の例である。
例えば、内側の冷媒流路３３１の幅Ｖ１を外側の冷媒流路３３２の幅Ｖ２の２倍とする。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、一つの内側の冷媒流路３３１の流路断面積と二つの外側の冷媒流路３３２の合計の流路断面積とを近付けることができるため、冷媒流路３３を流れる冷却媒体Ｗの圧力損失を低減することができる。これにより、半導体モジュール２の冷却効率を向上させることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例７）
本例は、図１１に示すごとく、各冷却管３１の冷媒流路３３を４層とし、２つの内側の冷媒流路３３１から、２つの外側の冷媒流路３３２へ衝突噴流Ｗ１を噴出するようにした冷却器３を有する電力変換装置１の例である。
本例の電力変換装置１における冷却管３１は、上記実施例６における内側の冷媒流路３３１の中央に、噴出孔のない仕切壁３４０を他の仕切壁３４と平行に設けた構成となっている。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、例えば、２層構造の冷却管３１を２枚貼り合せるようにして１つの４層の冷却管３１を作製することができる。それ故、製造容易な冷却器３を得ることができ、ひいては、電力変換装置１の生産性を向上させることができる。
その他、実施例６と同様の作用効果を有する。

（実施例８）
本例は、図１２に示すごとく、冷媒入口３１１と冷媒出口３１２との双方を、これらが形成された冷却管３１の表面に接触する半導体モジュール２の本体部２０の幾何学的重心を通過する中央直線Ｍによって区切られる２つの領域のうちの一方の領域に集中して存在させた例である。

半導体モジュール２は、複数の制御端子２２と複数の電極端子２３１、２３２とを、互いに異なる三方向に延ばしている。即ち、２本の電極端子２３１、２３２を、半導体モジュール２の本体部２０における互いに反対側の端面から突出させている。そして、これらの端面に直交する端面であって、冷媒入口３１１および冷媒出口３１２が存在する側とは反対側における半導体モジュール２の本体部２０の端面から制御端子２２を突出させている。

また、冷媒入口３１１と冷媒出口３１２との双方は、半導体モジュール２の本体部２０の制御電極２２側とは反対側の辺（下辺２０１）を含む直線よりも外側の領域に集中して存在している。
更には、冷媒入口３１１と冷媒出口３１２との双方は、本体部２０の２つの側辺２０２、２０３をそれぞれ含む２つの直線の間の領域に配されている。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、上記中央直線Ｍによって区切られた２つの領域のうちの他方の領域には、冷媒入口３１１及び冷媒出口３１２の何れも存在していないため、この領域には、半導体モジュール２の電極端子２３１、２３２や制御端子２２を延ばすことのできる空間が存在する。何故ならば、冷媒入口３１１及び冷媒出口３１２の何れもが存在しない領域に、連結部（図１の符号３２参照）が存在することもないからである。
そのため、半導体モジュール２の電極端子２３１、２３２や制御端子２２を冷却器３の外形の外側まで延ばすに当って、方向の自由度を高くすることができる。

即ち、半導体モジュール２の電極端子２３１、２３２及び制御端子２２を異なる三方向に延ばすことが可能となる。これにより、一つの電極端子２３１に接続する構成部品を他の電極端子２３２に接続する構成部品に影響されることなく、半導体モジュール２に近接する位置に配置することも可能となる。そのため、電力変換装置１の小型化を容易にすることができる。また、配線を単純化し、短くすることが可能となるため、インダクタンスの低減、電力損失の低減を図ることもできる。

また、２本の電極端子２３１、２３２を半導体モジュール２の本体部２０における異なる端面に設けることにより、２本の電極端子２３１、２３２の間の沿面距離を充分にとりやすくなり、半導体モジュール２を大型化する必要もなくなる。その結果、電力変換装置１の小型化が容易となる。

また、冷媒入口３１１と冷媒出口３１２との双方は、半導体モジュール２の本体部２０の一つの辺（下辺２０１）を含む直線よりも外側の領域に集中して存在している。そのため、半導体モジュール２の本体部２０における少なくとも３つの辺（下辺２０１及び側辺２０２、２０３）の外側が全て開放されることとなるため、制御端子２２や電極端子２３１、２３２の配設自由度が一層高くなる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例９）
本例は、図１５に示すごとく、半導体モジュール２が、２個のスイッチング素子２１１を内蔵し、３本の電極端子２３１、２３２、２３３を突出形成してなり、冷却管３１が上記実施例８と同様の構成を有する例である。
また、ダイオード２１２も２個、半導体モジュール２の本体部２０に埋設されている。
上記半導体モジュール２は、実施例１において開示した半導体モジュールを２個組合わせて一体化したものと機能上等価なものである。

また、３本の電極端子のうちの２本の電極端子２３１、２３２を、半導体モジュール２の本体部２０の共通の辺から突出させ、他の電極端子２３３は、本体部２０における反対側の辺から突出させている。
その他は、実施例８と同様である。

本例の場合には、半導体モジュール２の数を少なくすることができ、電力変換装置１の小型化を図ることができる。
その他、実施例８と同様の作用効果を有する。

（実施例１０）
本例は、図１６〜図１８に示すごとく、上記実施例９に示した構成に対して、冷却管３１における複数の噴出孔３５の開口面積を互いに異ならせた例である。
即ち、冷媒入口３１１に近い上流側の噴出孔３５を、小開口部３５２とし、冷媒出口３１２に近い下流側の噴出孔３５を、大開口部３５１としている。
その他は、実施例９と同様である。
本例の場合には、上述した、実施例９の作用効果と実施例３の作用効果とを組合わせた作用効果を得ることができる。

実施例１における、電力変換装置の一部の断面図であって、図２のＡ−Ａ線矢視断面相当図。 実施例１における、電力変換装置の一部の正面説明図。 実施例１における、電力変換装置の平面説明図。 実施例２における、電力変換装置の一部の断面図であって、図５のＢ−Ｂ線矢視断面相当図。 実施例２における、電力変換装置の一部の正面説明図。 実施例３における、電力変換装置の一部の断面図であって、図７のＣ−Ｃ線矢視断面相当図。 実施例３における、電力変換装置の一部の正面説明図。 実施例４における、電力変換装置の一部の断面図。 実施例５における、電力変換装置の一部の断面図。 実施例６における、電力変換装置の一部の断面図。 実施例７における、電力変換装置の一部の断面図。 実施例８における、電力変換装置の一部の正面説明図。 実施例８における、電力変換装置の一部の断面図であって、図１２のＤ−Ｄ線矢視断面相当図。 実施例８における、電力変換装置の一部の断面図であって、図１２のＥ−Ｅ線矢視断面相当図。 実施例９における、電力変換装置の一部の正面説明図。 実施例１０における、電力変換装置の一部の正面説明図。 実施例１０における、電力変換装置の一部の断面図であって、図１６のＦ−Ｆ線矢視断面相当図。 実施例１０における、電力変換装置の一部の断面図であって、図１６のＧ−Ｇ線矢視断面相当図。

符号の説明

１ 電力変換装置
２ 半導体モジュール
３ 冷却器
３１ 冷却管
３１１ 冷媒入口
３１２ 冷媒出口
３３、３３１、３３２ 冷媒流路
３４ 仕切壁
３５ 噴出孔

Claims (16)

1. 電子部品を両面から挟持するように配置された複数の冷却管を有する冷却器であって、
   上記冷却管は、上記電子部品との積層方向に仕切壁によって３層以上に分割された冷媒流路を有しており、
   該冷媒流路のうち最も外側の冷媒流路とその内側の冷媒流路との間の上記仕切壁には、上記内側の冷媒流路から上記外側の冷媒流路へ冷却媒体を噴出する噴出孔を設けてなることを特徴とする冷却器。
2. 請求項１において、上記仕切壁は、上記冷媒流路の上流側から下流側に向かって複数の上記噴出孔を形成してなり、該複数の噴出孔には、少なくとも互いに開口面積の異なる大噴出孔と小噴出孔とがあることを特徴とする冷却器。
3. 請求項２において、上記大噴出孔は、上記小噴出孔よりも下流側にあることを特徴とする冷却器。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記冷却管は、上記冷媒流路を３層有しており、内側の冷媒流路は下流側に向かうほど幅広となり、外側の冷媒流路は下流側に向かうほど幅狭となることを特徴とする冷却器。
5. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記冷却管は、上記冷媒流路を３層有しており、内側の冷媒流路は下流側に向かうほど幅狭となり、外側の冷媒流路は下流側に向かうほど幅広となることを特徴とする冷却器。
6. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記冷却管は、上記冷媒流路を３層有しており、内側の冷媒流路は、外側の冷媒流路よりも幅広であることを特徴とする冷却器。
7. 半導体素子を内蔵する複数の半導体モジュールと、該半導体モジュールを両主面から冷却するための冷却器とを有する電力変換装置であって、
   上記冷却器は、上記半導体モジュールの両主面に配され、該半導体モジュールと共に積層配置される複数の冷却管と、該複数の冷却管の冷媒入口同士及び冷媒出口同士を連結し或いは上記冷媒入口と上記冷媒出口とを連結する連結部とを有し、
   上記冷却管は、上記半導体モジュールとの積層方向に仕切壁によって３層以上に分割された冷媒流路を有しており、
   該冷媒流路のうち最も外側の冷媒流路とその内側の冷媒流路との間の上記仕切壁には、上記内側の冷媒流路から上記外側の冷媒流路へ冷却媒体を噴出する噴出孔を設けてなることを特徴とする電力変換装置。
8. 請求項７において、上記仕切壁は、上記冷媒流路の上流側から下流側に向かって複数の上記噴出孔を形成してなり、該複数の噴出孔には、少なくとも互いに開口面積の異なる大噴出孔と小噴出孔とがあることを特徴とする電力変換装置。
9. 請求項８において、上記大噴出孔は、上記小噴出孔よりも下流側にあることを特徴とする電力変換装置。
10. 請求項７〜９のいずれか一項において、上記冷却管は、上記冷媒流路を３層有しており、内側の冷媒流路は下流側に向かうほど幅広となり、外側の冷媒流路は下流側に向かうほど幅狭となることを特徴とする電力変換装置。
11. 請求項７〜９のいずれか一項において、上記冷却管は、上記冷媒流路を３層有しており、内側の冷媒流路は下流側に向かうほど幅狭となり、外側の冷媒流路は下流側に向かうほど幅広となることを特徴とする電力変換装置。
12. 請求項７〜９のいずれか一項において、上記冷却管は、上記冷媒流路を３層有しており、内側の冷媒流路は、外側の冷媒流路よりも幅広であることを特徴とする電力変換装置。
13. 請求項７〜１２のいずれか一項において、上記半導体モジュールと上記冷却管との積層方向から見たとき、上記半導体モジュールに内蔵された上記半導体素子には、上記噴出孔が重なるよう配置されていることを特徴とする電力変換装置。
14. 請求項７〜１３のいずれか一項において、上記冷媒入口と上記冷媒出口との双方は、これらが形成された上記冷却管の表面に接触する上記半導体モジュールの本体部の幾何学的重心を通過する中央直線によって区切られる２つの領域のうちの一方の領域に集中して存在していることを特徴とする電力変換装置。
15. 請求項７〜１４のいずれか一項において、上記半導体モジュールは、上記半導体素子を制御する制御回路部に接続される複数の制御端子と、制御される電力を入出させる複数の電極端子とを、上記本体部の端面から突出して設けてなり、上記複数の制御端子と上記複数の電極端子とは、互いに異なる三方向以上に延びていることを特徴とする電力変換装置。
16. 請求項１４又は１５において、上記半導体モジュールの本体部は長方形状を有し、上記冷媒入口と上記冷媒出口との双方は、これらが形成された上記冷却管の表面に接触する上記半導体モジュールの上記本体部の一つの辺を含む直線よりも外側の領域に集中して存在していることを特徴とする電力変換装置。

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