JP2008311282A - Heat pipe-type cooler - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば電力変換装置における平型半導体素子の冷却用に用いられるヒートパイプ式冷却器に関するものである。 The present invention relates to a heat pipe type cooler used for cooling a flat semiconductor element in a power conversion device, for example.
近年、電力変換装置では、電力用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技術課題となっている。 In recent years, an increase in heat generation loss has become a problem with power conversion devices as the capacity and speed of power semiconductor elements increase. For this reason, it is an important technical problem to improve the cooling efficiency of the cooler for power semiconductor elements and to avoid an increase in the size of the device in response to an increase in heat loss.
電力変換装置における電力用半導体素子としては、平型に構成されるダイオード、サイリスタ、GTO、IGBTなどが用いられ、その冷却器にはヒートパイプ式冷却器が用いられている。 As a power semiconductor element in the power converter, a flat diode, thyristor, GTO, IGBT, or the like is used, and a heat pipe cooler is used as the cooler.
ヒートパイプ式冷却器は、平型半導体素子が取り付けられる直方体状の受熱ブロックと、この受熱ブロックに取り付けられ、それぞれ受熱部および放熱部を有し、放熱部に複数枚の冷却フィンが取り付けられた複数本のヒートパイプとを備えている。 The heat pipe type cooler has a rectangular parallelepiped heat receiving block to which a flat semiconductor element is attached, and is attached to the heat receiving block, each having a heat receiving portion and a heat radiating portion, and a plurality of cooling fins are attached to the heat radiating portion. And a plurality of heat pipes.
ヒートパイプは、銅やアルミニウム等の熱伝導性の良い金属からなる円筒管の内部に純水等の冷媒を封入して構成されている(特許文献1,2参照)。
The heat pipe is configured by enclosing a coolant such as pure water in a cylindrical tube made of a metal having good thermal conductivity such as copper or aluminum (see
この種のヒートパイプ式冷却器においては、平型半導体素子の構造上、その両面を冷却する必要があることから、特許文献1の図9(a)に記載されているように、1個の平型半導体素子を2個のヒートパイプ式冷却器の受熱ブロックで挟むようにして使用する構成が一般的である。 In this type of heat pipe type cooler, because both sides of the flat semiconductor element need to be cooled, as shown in FIG. In general, a flat semiconductor element is used so as to be sandwiched between heat receiving blocks of two heat pipe type coolers.
また電力変換装置では、その回路構成から複数個の平型半導体素子が用いられるので、これら複数個の半導体素子を、特許文献1の図9(b)に記載されているように、複数個のヒートパイプ式冷却器の間に配設し、一括して積層したスタック構造として構成している。
しかしながら、上記のようなヒートパイプ式冷却器を用いた平型半導体素子の冷却構造では、ヒートパイプ式冷却器の受熱ブロックの両側に取り付けられる平型半導体素子の温度上昇に差が生じた場合、温度の低い側の平型半導体素子の冷却効率が低下する問題があった。 However, in the flat semiconductor element cooling structure using the heat pipe type cooler as described above, when there is a difference in temperature rise of the flat type semiconductor element mounted on both sides of the heat receiving block of the heat pipe type cooler, There has been a problem that the cooling efficiency of the flat semiconductor element on the lower temperature side is lowered.
本発明は、上述のような従来技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ヒートパイプ式冷却器の受熱ブロックの両側にそれぞれ取り付けられる平型半導体素子相互に温度差が生じる場合であっても、それぞれの平型半導体素子を効率よく冷却することのできるヒートパイプ式冷却器を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and the object of the present invention is to provide flat semiconductor elements mounted on both sides of a heat receiving block of a heat pipe type cooler. An object of the present invention is to provide a heat pipe type cooler capable of efficiently cooling each flat semiconductor element even when a temperature difference occurs.
上記目的を達成するために本発明によるヒートパイプ式冷却器は、対向する面に平型半導体素子を取り付ける第1および第2の素子取付面が設けられた直方体形状の受熱ブロックと、この受熱ブロックの対向する第1および第2の素子取付面の間に位置する面に取り付けられた複数本のヒートパイプと、これら複数本のヒートパイプの放熱部に設けられた複数枚の冷却フィンと、を備え、複数本のヒートパイプが、第1の素子取付面側に配設される第1のヒートパイプ列と、第2の素子取付面側に配設される第2のヒートパイプ列に分離して配設されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a heat pipe cooler according to the present invention includes a rectangular parallelepiped heat receiving block provided with first and second element mounting surfaces for mounting a flat semiconductor element on opposite surfaces, and the heat receiving block. A plurality of heat pipes mounted on a surface located between the first and second element mounting surfaces facing each other, and a plurality of cooling fins provided in a heat radiation portion of the plurality of heat pipes. The plurality of heat pipes are separated into a first heat pipe row disposed on the first element mounting surface side and a second heat pipe row disposed on the second element mounting surface side. It is characterized by being arranged.
本発明によれば、第1の素子取付面に取り付けられる平型半導体素子からの熱は、その近傍に位置する第1のヒートパイプ列のヒートパイプを介して冷却フィンから放熱され、第2の素子取付面に取り付けられる平型半導体素子からの熱は、その近傍に位置する第2のヒートパイプ列のヒートパイプを介して冷却フィンから放熱されることになり、第1および第2の素子取付面に温度差が生じても効率よく放熱することができる。 According to the present invention, the heat from the flat semiconductor element attached to the first element attachment surface is dissipated from the cooling fin via the heat pipe of the first heat pipe array located in the vicinity thereof, and the second The heat from the flat semiconductor element attached to the element attachment surface is dissipated from the cooling fin through the heat pipe of the second heat pipe array located in the vicinity thereof, so that the first and second element attachments are performed. Even if a temperature difference occurs on the surface, heat can be efficiently radiated.
以下、本発明によるヒートパイプ式冷却器の実施の形態について図面を参照して説明する。図1(a)ないし(d)は、本発明による第1の実施の形態に係るヒートパイプ式冷却器を示し、(a)は正面図、(b)は(a)の左側面図、(c)は(a)の右側面図、(d)は(a)の上面図である。図1(a)ないし(d)において、ヒートパイプ式冷却器1は、直方体形状の受熱ブロック2と、複数本のヒートパイプ3と、複数枚の冷却フィン4a,4bとを備えている。
Embodiments of a heat pipe type cooler according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIGS. 1A to 1D show a heat pipe type cooler according to a first embodiment of the present invention, where FIG. 1A is a front view, FIG. 1B is a left side view of FIG. c) is a right side view of (a), and (d) is a top view of (a). 1A to 1D, a
受熱ブロック2は、高い熱伝導性を有する金属で直方体形状に構成され、その対向する面に平型半導体素子を取り付ける第1および第2の素子取付面2a,2bが設けられている。複数本のヒートパイプ3は、それぞれ円筒管の内部に冷媒を封入して構成されており、受熱部および放熱部を有している。
The
これら複数本のヒートパイプ3は、受熱ブロック2の対向する第1および第2の素子取付面2a,2bの間に位置する面2cに、それぞれの受熱部が所定の間隔をおいて埋設されるように取り付けられており、また第1の素子取付面2a側に配設される第1のヒートパイプ列3aと、第2の素子取付面2b側に配設される第2のヒートパイプ列3bに分離して配設されている。
Each of the plurality of
第1のヒートパイプ列3aを構成する複数本(図示では3本)のヒートパイプ3の放熱部には、これらヒートパイプ3に共通に複数枚の冷却フィン4aがヒートパイプ3の軸方向に沿って所定の間隔をおいて設けられており、また第2のヒートパイプ列3bを構成する複数本(図示では3本)のヒートパイプ3の放熱部には、これらヒートパイプ3に共通に複数枚の冷却フィン4bがヒートパイプ3の軸方向に沿って所定の間隔をおいて設けられている。
A plurality of (three in the drawing)
各冷却フィン4a,4bは、第1および第2の素子取付面2a,2bの対向する方向に対して直交する方向に給排気が行われるように、両端部が傾斜するように折り曲げられている。
Each
これにより、第1の素子取付面2aに取り付けられる図示しない平型半導体素子からの熱は,その近傍に位置する第1のヒートパイプ列3aのヒートパイプ3を介して冷却フィン4aから放熱され、第2の素子取付面2bに取り付けられる図示しない平型半導体素子からの熱は、その近傍に位置する第2のヒートパイプ列3bのヒートパイプ3を介して冷却フィン4bから放熱されることになる。
Thereby, heat from a flat semiconductor element (not shown) attached to the first
また図示しないが、第2の素子取付面2bに取り付けられる平型半導体素子の反対側にさらにヒートパイプ式冷却器を配設するようにして複数個の半導体素子とヒートパイプ式冷却器を交互に積層するスタック構造とした場合においても、1個の平型半導体素子は、その両側の近傍に位置するヒートパイプ列によって確実に放熱されることになり、隣合う平型半導体素子との間で発熱に温度差が生じても、その影響を受けることなく効率的に冷却されることになる。
Although not shown, a plurality of semiconductor elements and heat pipe type coolers are alternately arranged so that a heat pipe type cooler is further arranged on the opposite side of the flat type semiconductor element attached to the second
図2(a)および(b)は、本発明による第2の実施の形態に係るヒートパイプ式冷却器を示し、(a)は正面図、(b)は(a)の右側面図である。本実施の形態が第1の実施の形態と異なる点は、第1および第2のヒートパイプ列3a,3bの冷却フィン14a,14bは、ヒートパイプ3の軸方向の取付位置を相対的に長さLだけずらして2列の冷却フィン14a,14bが千鳥状配置となるように構成されているところにある。長さLは、たとえば、冷却フィン14a,14bのピッチ(ヒートパイプ3の軸方向)の半分である。
2A and 2B show a heat pipe type cooler according to a second embodiment of the present invention, in which FIG. 2A is a front view and FIG. 2B is a right side view of FIG. . This embodiment is different from the first embodiment in that the
これにより、各ヒートパイプ列3a,3bは、互いの冷却フィン14a,14bにおける冷却風の流れが分離し、それぞれ円滑な流れが構成されることから、第1および第2の素子取付面2a,2bの放熱効率を向上させることができる。
Thereby, since each heat pipe row | line |
図3(a)および(b)は、本発明による第3の実施の形態に係るヒートパイプ式冷却器を示し、(a)は正面図、(b)は(a)の右側面図である。本実施の形態が第1の実施の形態と異なる点は、第1および第2のヒートパイプ列3a,3bの冷却フィン24a,24bが、それぞれ近傍に位置する素子取付面2a,2b側から吸気し、第1および第2のヒートパイプ列3a,3bの間から排気するように両端部を傾斜させて構成されているところにある。
3 (a) and 3 (b) show a heat pipe type cooler according to a third embodiment of the present invention, where (a) is a front view and (b) is a right side view of (a). . This embodiment is different from the first embodiment in that the cooling fins 24a and 24b of the first and second
各冷却フィン24a,24bは、第1および第2の素子取付面2a,2bの対向する方向と同じ方向であるが、ヒートパイプ式冷却器1の外側から内側にそれぞれ独立して給排気が行われる。
The
これにより、第1の素子取付面2aからの熱は,その近傍に位置する第1のヒートパイプ列3aの冷却フィン24aから放出され、第2の素子取付面2bからの熱は、その近傍に位置する第2のヒートパイプ列3bの冷却フィン24bから放出され、各ヒートパイプ列3a,3bの放熱系統が相互に干渉することなく独立して放熱を行うことから、第1および第2の素子取付面2a,2bの放熱効率を向上させることができる。
Thereby, the heat from the first
図4(a)および(b)は、本発明による第4の実施の形態に係るヒートパイプ式冷却器を示し、(a)は正面図、(b)は(a)の右側面図である。本実施の形態が第3の実施の形態と異なる点は、第1および第2のヒートパイプ列3a,3bの冷却フィン34a,34bが、それぞれ第1および第2のヒートパイプ列3a,3bの間から吸気し、近傍に位置する素子取付面2a,2b側から排気するように両端部を傾斜させて構成されているところにある。
4 (a) and 4 (b) show a heat pipe type cooler according to a fourth embodiment of the present invention, where (a) is a front view and (b) is a right side view of (a). . This embodiment differs from the third embodiment in that the cooling fins 34a and 34b of the first and second
本実施の形態においても、第3の実施の形態と同様に、第1の素子取付面2aからの熱は,第1のヒートパイプ列3aの冷却フィン34aから放出され、第2の素子取付面2bからの熱は、第2のヒートパイプ列3bの冷却フィン34bから放出されることになり、各ヒートパイプ列3a,3bの放熱系統が相互に干渉することなく独立して放熱を行うので、第1および第2の素子取付面2a,2bの放熱効率を向上させることができる。
Also in the present embodiment, similarly to the third embodiment, heat from the first
図5(a)ないし(c)は、本発明による第5の実施の形態に係るヒートパイプ式冷却器を示し、(a)は正面図、(b)は(a)の右側面図、(c)は(a)の上面図である。
本実施の形態が第1の実施の形態と異なる点は、第1および第2のヒートパイプ列3a,3bの冷却フィン44が、第1および第2のヒートパイプ列3a,3bの各ヒートパイプ3に共通に一体に取り付けられており、その第1および第2のヒートパイプ列3a,3bの間に位置する部分に通気口5が形成されているところにある。
FIGS. 5A to 5C show a heat pipe type cooler according to a fifth embodiment of the present invention, where FIG. 5A is a front view, FIG. 5B is a right side view of FIG. c) is a top view of (a).
The present embodiment is different from the first embodiment in that the cooling
これにより、冷却フィン4a,4bは、両端部の傾斜により流れる冷却風のみならず、通気口5を上昇する冷却風も取り込んで放熱することができ、しかも対峙する第1および第2のヒートパイプ列3a,3bの熱的な干渉も低減されることになるので、第1および第2の素子取付面2a,2bの放熱効率を向上させることができる。
As a result, the cooling
1:ヒートパイプ式冷却器
2:受熱ブロック
2a,2b:素子取付面
3:ヒートパイプ
3a,3b:ヒートパイプ列
4a,4b,14a,14b,24a,24b,34a,34b,44:冷却フィン
5:通気口
1: Heat pipe type cooler 2:
Claims (7)
この受熱ブロックの対向する第1および第2の素子取付面の間に位置する面に取り付けられた複数本のヒートパイプと、
これら複数本のヒートパイプの放熱部に設けられた複数枚の冷却フィンと、
を備え、前記複数本のヒートパイプが、前記第1の素子取付面側に配設される第1のヒートパイプ列と、前記第2の素子取付面側に配設される第2のヒートパイプ列に分離して配設されていることを特徴とするヒートパイプ式冷却器。 A rectangular parallelepiped heat receiving block provided with first and second element mounting surfaces for mounting a flat semiconductor element on opposite surfaces;
A plurality of heat pipes attached to a surface located between the first and second element mounting surfaces facing each other of the heat receiving block;
A plurality of cooling fins provided in the heat dissipating part of the plurality of heat pipes;
A plurality of heat pipes, a first heat pipe array disposed on the first element mounting surface side, and a second heat pipe disposed on the second element mounting surface side A heat pipe type cooler, wherein the cooler is arranged in rows.
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