JP4978448B2 - 積層型冷却器 - Google Patents

Description

本発明は、複数の発熱体を両面から冷却するための積層型冷却器に関する。

従来、半導体素子を内蔵した半導体モジュール（発熱体）の放熱を行うために、半導体モジュールを両面から挟持するように冷却管を配設して構成される積層型冷却器が知られている。このような積層型冷却器では、半導体モジュールと冷却管とが交互に積層された構成となっており、積層された複数の冷却管は、連通部材によって連通され、冷却媒体が各冷却管に流通するよう構成されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１９１５２７号公報

ところで、上記従来の積層型冷却器において、小型化やコスト削減のために、半導体モジュールへの半導体素子の集積化を図ると、半導体モジュール全体の発熱量が増大する。したがって、半導体素子の許容温度を超えないようにするためには、積層型冷却器の冷却性能を向上させることにより対応する必要がある。

これに対し、インナーフィンの形状を変更する等、冷却管内側の形状を変更することで、熱伝達率を向上させ、これにより冷却性能を向上させる方法が考えられる。しかしながら、積層型冷却器における冷却媒体の流量は固定で少ないため、搭載性等の理由により、複数の冷却管の全てを冷却媒体が一方向に流れるいわゆる全パス構造が採用されている従来の積層型冷却器においては、冷却管内側形状を改善しても、冷却性能を十分に向上させることができない。

本発明は、上記点に鑑み、最大発熱量が異なる複数種の発熱体を冷却する積層型冷却器において、冷却性能を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１、２に記載の発明では、発熱体（２）と当接する主面（３１１ａ、３１１ｂ）と、冷却媒体が流通する冷媒通路（３０）とを有する扁平状に形成された複数の冷却管（３）と、冷却管（３）の長手方向両端部に配置され、複数の冷却管（３）を連通する第１、第２連通部材（４ａ、４ｂ）と、第１、第２連通部材（４ａ、４ｂ）のうち少なくとも一方の連通部材（４ａ）の内部を上流側と下流側とに仕切る仕切手段（４３）とを備え、複数の発熱体（２）は、最大発熱量の異なる複数種の発熱体（２１、２２）からなり、複数の冷却管（３）は、冷却管（３）と交互に配置される発熱体（２）を両面から挟持できるように積層配置されているとともに、積層方向の両端に配置された２つの外側冷却管（３１ａ、３２ａ）と、２つの外側冷却管（３１ａ、３２ａ）の間に配置された複数の内側冷却管（３ｂ）とからなり、複数種の発熱体（２）のうち最大発熱量が他の発熱体（２１）よりも相対的に大きい発熱体（２２）が、２つの外側冷却管（３１ａ、３２ａ）のうち仕切手段（４３）より冷却媒体流れ上流側に配置された外側冷却管（３１ａ）に当接するように優先的に配置されていることを特徴としている。

第１、第２連通部材（４ａ、４ｂ）のうち少なくとも一方の連通部材（４ａ）の内部を上流側と下流側とに仕切る仕切手段（４３）を設けることで、冷却媒体を積層型冷却器内部でターンするように流すことができる。これにより、積層型冷却器に流入する冷却媒体の流量が固定であったとしも、冷却管（３）１つ当たりの冷却媒体の流量を増加させることができる。

しかしながら、冷却媒体が積層型冷却器の内部でターンするように構成しただけでは、ターン後、すなわち仕切手段（４３）より冷却媒体流れ下流側に配置された冷却管（３）の入口部における冷却媒体温度が極端に上昇してしまう。このため、仕切手段（４３）より冷却媒体流れ下流側に配置された冷却管（３）においては、発熱体（２）を十分に冷却することができない。

ところで、積層型冷却器に搭載される複数の発熱体（２）の最大発熱量が、全ての発熱体（２）において一律でない場合がある。また、積層型冷却器において、積層方向の両端に配置された２つの外側冷却管（３１ａ、３２ａ）では、片面のみが発熱体（２）と当接しているため、内側冷却管（３ｂ）と比較して冷却性能が高くなる。さらに、２つの外側冷却管（３１ａ、３２ａ）のうち仕切手段（４３）より冷却媒体流れ上流側に配置された外側冷却管（３１ａ）は、仕切手段（４３）より冷却媒体流れ下流側に配置された外側冷却管（３２ａ）と比較して冷却性能が高くなる。すなわち、２つの外側冷却管（３１ａ、３２ａ）のうち仕切手段（４３）より冷却媒体流れ上流側に配置された外側冷却管（３１ａ）は、複数の冷却管（３）のうち最も冷却性能が高くなっている。

したがって、複数種の発熱体（２）のうち最大発熱量が他の発熱体（２１）よりも相対的に大きい発熱体（２２）を、２つの外側冷却管（３１ａ、３２ａ）のうち仕切手段（４３）より冷却媒体流れ上流側に配置された外側冷却管（３１ａ）に当接するように優先的に配置することで、複数種の発熱体（２）のうち最大発熱量が最大となる発熱体（２２）を、複数の冷却管（３）のうち最も冷却性能が高い冷却管（３１ａ）に当接するように配置することができる。このため、積層型冷却器全体としての冷却性能を向上させることが可能となる。

また、請求項４に記載の発明では、複数種の発熱体（２）のうち最大発熱量が他の発熱体（２１）よりも相対的に大きい発熱体（２２）が、複数の冷却管（３）のうち、仕切手段（４３）より冷却媒体流れ上流側に配置され、かつ、内部を流れる冷却媒体の流速が他の冷却管（３）よりも相対的に大きくなる冷却管（３）に当接するように優先的に配置されていることを特徴としている。

これによれば、最大発熱量が他の発熱体（２１）より大きい発熱体（２２）を、内部を流れる冷却媒体の流速が大きい、すなわち熱伝達率の高い冷却管（３）に当接させることができるため、積層型冷却器全体としての冷却性能を向上させることが可能となる。

また、請求項１、３に記載の発明では、複数の内側冷却管（３ｂ）のうち、仕切手段（４３）に隣接する２つの仕切側冷却管（３ｃ）の間は、発熱体（２）が配置されない発熱体非配置領域（５）になっており、複数種の発熱体（２）のうち最大発熱量が他の発熱体（２１）よりも相対的に大きい発熱体（２２）が、仕切側冷却管（３ｃ）における発熱体非配置領域（５）に対向する側と反対側の主面（３１１ａ、３１１ｂ）に当接するように優先的に配置されていることを特徴としている。

仕切側冷却管（３ｃ）は、片面のみが発熱体（２）と当接しているので、他の内側冷却管（３ｂ）と比較して冷却性能が高くなる。このため、最大発熱量が他の発熱体（２１）より大きい発熱体（２２）を、仕切側冷却管（３ｃ）における発熱体非配置領域（５）に対向する側と反対側の主面（３１１ａ、３１１ｂ）に当接するように配置することで、積層型冷却器全体としての冷却性能を向上させることが可能となる。

また、請求項５に記載の発明では、複数種の発熱体（２）のうち最大発熱量が他の発熱体（２１）よりも相対的に大きい発熱体（２２）が、２つの外側冷却管（３１ａ、３２ａ）のうち仕切手段（４３）より冷却媒体流れ下流側に配置された外側冷却管（３２ａ）に当接するように優先的に配置されていることを特徴としている。

外側冷却管（３２ｂ）は、片面のみが発熱体（２）と当接しているので、内側冷却管（３ｂ）と比較して冷却性能が高くなる。このため、最大発熱量が他の発熱体（２１）より大きい発熱体（２２）を、外側冷却管（３２ａ）に当接するように優先的に配置することで、積層型冷却器全体としての冷却性能を向上させることが可能となる。

また、請求項６に記載の発明では、複数種の発熱体（２）のうち他の発熱体（２１）よりも最大発熱量が相対的に大きい発熱体（２２）が、仕切手段（４３）より冷却媒体流れ上流側に配置された冷却管（３）に当接するように優先的に配置されていることを特徴としている。

複数の冷却管（３）のうち仕切手段（４３）より冷却媒体流れ上流側に配置された冷却管（３）は、仕切手段（４３）より冷却媒体流れ下流側に配置された冷却管（３）と比較して冷却性能が高くなる。このため、最大発熱量が他の発熱体（２１）より大きい発熱体（２２）を、仕切手段（４３）より冷却媒体流れ上流側に配置された冷却管（３）に当接するように配置することで、積層型冷却器全体としての冷却性能を向上させることが可能となる。

また、請求項２の記載の発明では、冷却管（３）の長手方向両端部には、冷却管（３）の積層方向に張り出す張出部（３４）が形成されており、隣接する冷却管（３）の張出部（３４）が、互いに冷却管（３）の積層方向に接合されるとともに、張出部（３４）の接合部に形成された貫通孔（３４１ｂ）によって連通することにより、連通部材（４）が構成されており、仕切手段（３４）は、一部の張出部（３４）の接合部を貫通孔（３４１ｂ）が形成されない貫通孔非形成部（３４１ｃ）とし、隣接する張出部（３４）同士を非連通状態にすることにより構成されていることを特徴としている。これによれば、連通部材（４）および仕切手段（４３）を容易に製造することが可能となる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１〜図９に基づいて説明する。図１は、本第１実施形態に係る積層型冷却器１を示す平面図である。

図１に示すように、本実施形態の積層型冷却器１は、複数の電子部品２を両面から冷却するもので、冷却媒体を流通させる冷媒通路３０（図２参照）を有する扁平形状の複数の冷却管３と、複数の冷却管３を連通する連通部材４とを備えている。複数の冷却管３は、電子部品２を両面から挟持できるように複数個積層配置されている。また、連通部材４は、紙面左側に配置された第１連通部材４ａと、紙面右側に配置された第２連通部材４ｂとからなり、第１、第２連通部材４ａ、４ｂは、鉛直方向に延びた形状である。

図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図２に示すように、冷却管３には、電子部品２と当接する第１主面３１１ａを有する第１管壁３１１ｂに面した第１冷媒通路３０１と、第１主面３１１ａの反対側において電子部品２と当接する第２主面３１２ａを有する第２管壁３１２ｂに面した第２冷媒通路３０２とが設けられている。

具体的には、本実施形態の冷却管３は、いわゆるドロンカップ構造となっている。すなわち、冷却管３は、一対の外殻プレート３１と、一対の外殻プレート３１の間に配置される中間プレート３２とを有している。これにより、外殻プレート３１と中間プレート３２との間には、第１冷媒通路３０１および第２冷媒通路３０２がそれぞれ形成されている。したがって、冷却管３には、冷媒通路３０が冷却管３の厚み方向、すなわち冷却管３の積層方向に二段形成されている。

以下、一対の外殻プレート３１のうち、中間プレート３２とともに第１冷媒通路３０１を形成するものを第１外殻プレート３１１といい、中間プレート３２とともに第２冷媒通路３０２を形成するものを第２外殻プレート３１２ともいう。したがって、第１外殻プレート３１１は第１管壁３１１ｂを構成しており、第２外殻プレート３１２は第２管壁３１２ｂを構成している。

外殻プレート３１と中間プレート３２との間、すなわち第１冷媒通路３０１内および第２冷媒通路３０２内には、冷却媒体と冷却管３との伝熱面積を増加させるインナーフィン３３が配設されている。インナーフィン３３は波状に形成されており、これにより各冷媒通路３０１、３０２は、冷却管３の長手方向および厚み方向にともに直交する方向（以下、冷却管３の幅方向という）に複数に区画されている。なお、本実施形態では、冷却管３の幅方向は冷却風の流通方向と一致している。

図３は、図１のＢ−Ｂ断面図である。図３に示すように、インナーフィン３３は、冷却媒体の流れ方向に直列に２つ配設されており、各インナーフィン３３の間には、所定の隙間３２０が形成されている。

図１に戻り、複数の冷却管３は、積層方向最外側に配置される２つの外側冷却管３ａと、２つの外側冷却管３ａの間に配置された複数の内側冷却管３ｂとからなっている。以下、２つの外側冷却管３ａのうち、冷却媒体流れ上流側に配置されるものを第１外側冷却管３１ａといい、冷却媒体流れ下流側に配置されるものを第２外側冷却管３２ａともいう。

そして、第１外側冷却管３１ａの長手方向における第１連通部材４ａに接続される側の端部には、冷却媒体を積層型冷却器１に導入するための冷媒導入口４１が接続されている。また、第２外側冷却管３２ａの長手方向における第１連通部材４ａに接続される側の端部には、冷却媒体を積層型冷却器１から排出するための冷媒排出口４２が接続されている。冷媒導入口４１および冷媒排出口４２は、ろう付けにより第１、第２外側冷却管３１ａ、３２ａにそれぞれ接合されている。

なお、本実施形態の冷却管３、連通部材４、冷媒導入口４１および冷媒排出口４２は、アルミニウム製である。また、冷却媒体としては、本実施形態ではエチレングリコール系の不凍液が混入した水を用いている。

図４は図１のＣ−Ｃ断面図で、図５は図１のＤ−Ｄ断面図である。図４および図５に示すように、本実施形態の電子部品２は、ＩＧＢＴ等の半導体素子（発熱素子）２０とダイオード（図示せず）とを内蔵した半導体モジュールである。そして、半導体モジュールは、自動車用インバータの一部を構成している。

本実施形態では、図４に示すように、１つの半導体モジュール（電子部品２）内に１つの半導体素子２０が配置されているもの（以下、第１電子部品２１という）と、図５に示すように、１つの半導体モジュール（電子部品２）内に２つの半導体素子２０が配置されているもの（以下、第２電子部品２２という）との２種類の電子部品２を備えている。そして、第２電子部品２２の最大発熱量は、第１電子部品２１の最大発熱量の約２倍になっている。また、第２電子部品２２内において、２つの半導体素子２０は、図５に示すように、冷却管３内の冷却媒体流れ方向に対して直列に配置されているとともに、冷却管３の幅方向における略中央部に配置されている。

図６は、本第１実施形態に係る積層型冷却器１を模式的に示す断面図である。図６に示すように、第１連通部材４ａは、第１連通部材４ａの内部を上流側と下流側とに仕切る仕切部４３を備えている。そして、仕切部４３により、第１連通部材４ａの内部空間が、複数の冷却管３のうち上流側（紙面上側）に配置される上流側冷却管群３０Ａの一端および冷媒導入口４１と連通する上流側空間４Ａと、複数の冷却管３のうち下流側（紙面下側）に配置される下流側冷却管群３０Ｂの一端および冷媒排出口４２と連通する下流側空間４Ｂとに仕切られている。なお、仕切部４３が、本発明の仕切手段に相当している。

これにより、冷却媒体は、冷媒導入口４１から第１連通部材４ａの上流側空間４Ａに流入し、上流側冷却管群３０Ａを通じて第２連通部材４ｂの内部空間に流れる。続いて、下流側冷却管群３０Ｂを経て第１連通部材４ａの下流側空間４Ｂに流入し、冷媒排出口４２から流出するというＵターン状に流れる。このように、冷却媒体が冷却管３内の冷媒通路３０を流通する間に、電子部品２との間で熱交換を行って、電子部品２を冷却するようになっている。

図７は図１のＥ−Ｅ断面図で、図８は図１のＦ−Ｆ断面図である。図１、図７および図８に示すように、冷却管３の外殻プレート３１における長手方向両端部には、冷却管３の積層方向に張り出す張出部３４が形成されている。そして、隣接する冷却管３の張出部３４が、互いに冷却管３の積層方向に接合されるとともに、張出部３４の接合部に形成された後述する貫通孔３４１ｂによって連通することにより、連通部材４が構成されている。

より詳細には、図１の紙面下側に配置される第２外殻プレート３１２の張出部（以下、第２張出部３４２という）は、両端部が開口した略円筒状に形成されている。一方、一対の外殻プレート３のうち図１の紙面上側に配置される第１外殻プレート３１１の張出部（以下、第１張出部３４１という）は、冷却管３の積層方向における第１外殻プレート３１１に対向する側の端部が閉塞された円筒状（コップ状）に形成されている。以下、第１張出部３４１の、冷却管３の積層方向における第１外殻プレート３１１に対向する側にある閉塞された端部を、閉塞端部３４１ａという。この閉塞端部３４１ａには、図７に示すように、貫通孔３４１ｂが形成されている。

そして、隣接する冷却管３の張出部３４同士を、第１張出部３４１の外壁面と第２張出部３４２の内壁面とが接触した状態でろう付けにより接合することで、連通部材４が形成される。このとき、第１張出部３４１の閉塞端部３４１ａには貫通孔３４１ｂが形成されているため、複数の冷却管３を連通させることができる。

また、図８に示すように、第１連通部材４ａを構成する、すなわち図１中左側に配置される複数の第２張出部３４２のうち、１つの第２膨出部３４２の閉塞端部３４１ａは、貫通孔が設けられていない貫通孔非形成部３４１ｃとなっている。このため、貫通孔非形成部３４１ｃにおいて、隣接する第１、第２膨出部３４１、３４２同士は非連通状態となっている。したがって、第１連通部材４ａ内の空間は、貫通孔非形成部３４１ｃにより上流側と下流側とに仕切られている。すなわち、貫通孔非形成部３４１ｃにより、本実施形態の仕切部４３（図６参照）が構成されている。以上により、連通部材４および仕切部４３を容易に製造することができる。

図６に戻り、本実施形態では、電子部品２は、冷却管３の第１、第２外殻プレート３１１、３１２のそれぞれに対して２個ずつ設けられている。換言すると、１枚の第１外殻プレート３１１に対して２個の電子部品２が設けられるとともに、１枚の第２外殻プレート３１２に対して２個の電子部品２が設けられている。各外殻プレート３１１、３１２に設けられた２つの電子部品２は、それぞれ冷却媒体の流れ方向に直列に配置されている。

なお、積層型冷却器１においては、電子部品２を両面から冷却する必要がある。このため、外側冷却管３ｂにおいては、第１、第２外殻プレート３１１、３１２のうち、冷却管３の積層方向内側に配置される外殻プレートにのみ、電子部品２が当接するようになっている。すなわち、外側冷却管３ｂの第１、第２外殻プレート３１１、３１２のうち、冷却管３の積層方向外側に配置される外殻プレートには、電子部品２が配設されていない。

また、本実施形態では、第１連通部材４ａの仕切部４３に隣接する２つの冷却管（以下、仕切部側冷却管３ｃという）の間は、電子部品２が配置されない電子部品非配置領域５となっている。したがって、仕切部側冷却管３ｃの第１、第２外殻プレート３１１、３１２のうち、電子部品非配置領域５に対向する外殻プレートには、電子部品２が配設されていない。

続いて、上記構成の積層型冷却器１における複数の電子部品２の配置方法について説明する。積層型冷却器１には複数の電子部品２が配置されるが、第１電子部品２１より最大発熱量が大きい第２電子部品２２の配置位置を優先的に決定した後に、第１電子部品２１を配置するようにしている。

まず、第２電子部品２２を、第１外側冷却管３１ａに当接するように配置する。より詳細には、第２電子部品２２を、第１外側冷却管３１ａの第２外殻プレート３１２（すなわち、一対の外殻プレート３１１、３１２のうち隣接する内側冷却管３ｂに対向する側の外殻プレート３１２）に当接するように配置する。

次に、配置位置が決定されていない第２電子部品２２を、複数の冷却管３のうち、冷却管３内の冷却媒体の流速が最も大きくなる冷却管３に当接するように配置する。

図９は、冷却管３の段数と冷却媒体の流量割合との関係を示す特性図である。図９に示すように、積層型冷却器１を構成する複数の冷却管３のうち、２段目の冷却管、すなわち冷媒導入口４１が接続されている外側冷却管３ａに隣接する内側冷却管３ｂは、冷却管内部における冷却媒体の流速が他の冷却管３に比べて大きくなっている。

したがって、本実施形態では、第２電子部品２２を、第１外側冷却管３１ａに隣接する内側冷却管３ｂに当接するように配置する。より詳細には、第２電子部品２２を、第１外側冷却管３１ａと、第１外側冷却管３１ａに隣接する内側冷却管３ｂとの間に配置する。

次に、配置位置が決定されていない第２電子部品２２を、電子部品非配置領域５に隣接する仕切部側冷却管３ｃに当接するように配置する。より詳細には、第２電子部品２２を、仕切部側冷却管３ｃの一対の外殻プレート３１１、３１２のうち、電子部品非配置領域５に対向していない外殻プレートに当接するように配置する。

次に、配置位置が決定されていない第２電子部品２２を、第２外側冷却管３２ａに当接するように配置する。より詳細には、第２電子部品２２を、第２外側冷却管３２ａの第１外殻プレート３１１（すなわち、一対の外殻プレート３１１、３１２のうち隣接する内側冷却管３ｂに対向する側の外殻プレート３１１）に当接するように配置する。

以上で複数の第２電子部品２２の配置位置が全て決定されたので、第１電子部品２１を、第２電子部品２２が配置されていない箇所に配置する。これにより、複数の電子部品２の全てが積層型冷却器１に搭載される。

なお、本実施形態では、上流側冷却管群３０Ａと電子部品２とを交互に積層した上流側積層構造体と、下流側冷却官群３０Ｂと電子部品２とを交互に積層した下流側積層構造体とを別々に製造し、その後、２つの積層構造体を接合することにより積層型冷却器１を製造している。

本実施形態のように、第１連通部材４ａの内部を上流側と下流側とに仕切る仕切部４３を設けることで、冷却媒体を積層型冷却器１の内部でＵターンするように流すことができる。これにより、積層型冷却器１に流入する冷却媒体の流量が固定であったとしも、冷却管３一つ当たりの冷却媒体の流量を増加させることができる。

しかしながら、冷却媒体が積層型冷却器１の内部でＵターンするように構成しただけでは、ターン後、すなわち仕切部４３より冷却媒体流れ下流側に配置された冷却管３の入口部における冷却媒体温度が極端に上昇してしまう。このため、仕切部４３より冷却媒体流れ下流側に配置された冷却管３、すなわち下流側冷却管群３０Ｂに属する冷却管３においては、電子部品２を十分に冷却することができない。

ところで、電子部品２の最大発熱量が、全ての電子部品２において一律でない場合がある。例えば、本実施形態のように、複数の電子部品２の一部において半導体素子２０の集積化を図っている場合、半導体素子２０が集積化された第２電子部品２２と、半導体素子２０が集積化されていない第１電子部品２１では、最大発熱量が異なっている。

また、積層型冷却器１において、２つの外側冷却管３１ａ、３１ｂでは、片面のみが電子部品２と当接しているので、内側冷却管３ｂと比較して冷却性能が高くなる。さらに、仕切部４３より冷却媒体流れ上流側に配置された第１外側冷却管３１ａは、仕切部４３より冷却媒体流れ下流側に配置された第２外側冷却管３２ａと比較して冷却性能が高くなる。すなわち、仕切部４３より冷却媒体流れ上流側に配置された第１外側冷却管３１ａは、複数の冷却管３のうち最も冷却性能が高くなっている。

したがって、本実施形態のように、複数種の電子部品２のうち最大発熱量が第１電子部品２１より大きい第２電子部品２２を、第１外側冷却管３１ａに当接するように優先的に配置することで、複数種の電子部品２のうち最大発熱量が最も大きくなる電子部品２２を、複数の冷却管３のうち最も冷却性能が高い冷却管３１ａに当接させることができる。このため、積層型冷却器１の基本構造を変更することなく、積層型冷却器１全体としての冷却性能を向上させることが可能となる。

また、複数種の電子部品２のうち最大発熱量が第１電子部品２１より大きい第２電子部品２２を、複数の冷却管３のうち、仕切部４３より冷却媒体流れ上流側に配置され、かつ、内部を流れる冷却媒体の流速が他の冷却管３より大きくなる、すなわち熱伝達率が他の冷却管３より高くなる冷却管３に当接するように配置することで、積層型冷却器１全体としての冷却性能をより向上させることが可能となる。

ところで、仕切部４３に隣接する仕切側冷却管３ｃは、片面のみが電子部品２と当接するように構成されているので、他の内側冷却管３ｂと比較して冷却性能が高くなる。このため、複数種の電子部品２のうち最大発熱量が第１電子部品２１より大きい第２電子部品２２を、仕切側冷却管３ｃにおける電子部品非配置領域５に対向する側と反対側の主面３１１ａ、３１１ｂに当接するように優先的に配置することで、積層型冷却器１全体としての冷却性能をより向上させることが可能となる。

ところで、上述したように、外側冷却管３２ｂは、片面のみが電子部品２と当接するように構成されているので、内側冷却管３ｂと比較して冷却性能が高くなる。このため、複数種の電子部品２のうち最大発熱量が第１電子部品２１より大きい第２電子部品２２を、第２外側冷却管３２ａに当接するように優先的に配置することで、積層型冷却器１全体としての冷却性能をより向上させることが可能となる。

ところで、積層型冷却器１は、冷却管３と電子部品２とを交互に積層した積層構造体を、冷却管３の積層方向外側から押圧しながらろう付けを行うことにより製造される。しかしながら、本実施形態のように、積層型冷却器１内に電子部品非配置領域５が設けられている場合、積層構造体を冷却管３の積層方向外側から押圧することが難しい。

これに対し、本実施形態のように、上流側冷却管群３０Ａと電子部品２とを交互に積層した上流側積層構造体と、下流側冷却官群３０Ｂと電子部品２とを交互に積層した下流側積層構造体とを別々に製造した後、２つの積層構造体を接合することにより積層型冷却器１を製造することで、ろう付け時に冷却管３の積層方向外側から押圧することが可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図１０に基づいて説明する。上記第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図１０は、本第２実施形態に係る積層型冷却器１を模式的に示す断面図である。

図１０に示すように、本実施形態では、第２電子部品２２が、上流側冷却管群３０Ａに属する複数の冷却管３に当接するように配置されており、第１電子部品２１が、下流側冷却管群３０Ｂに属する複数の冷却管３に当接するように配置されている。

複数の冷却管３のうち仕切部４３より冷却媒体流れ上流側に配置された冷却管３（すなわち、上流側冷却管群３０Ａに属する複数の冷却管３）は、仕切部４３より冷却媒体流れ下流側に配置された冷却管３（すなわち、下流側冷却管群３０Ｂに属する複数の冷却管３）と比較して冷却性能が高くなる。このため、複数種の電子部品２のうち最大発熱量が第１電子部品２１より大きい第２電子部品２２を、仕切部４３より冷却媒体流れ上流側に配置された冷却管３に当接するように配置することで、積層型冷却器１全体としての冷却性能を向上させることが可能となる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図１１に基づいて説明する。上記第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図１１は、本第３実施形態に係る積層型冷却器１を模式的に示す断面図である。

図１１に示すように、本実施形態の冷媒排出口４２は、第２外側冷却管３２ａの長手方向における第２連通部材４ｂに接続される側の端部に設けられている。また、第２連通部材４ｂは、第２連通部材４ｂの内部を上流側と下流側とに仕切る仕切部４３を備えている。この仕切部４３は、第１連通部材４ａ内に設けられている仕切部４３よりも冷却媒体流れ下流側（紙面下側）に配置されている。したがって、本実施形態の積層型冷却器１は、電子部品非配置領域５を２つ備えている。

以下、第１連通部材４ａ内に設けられている仕切部４３を第１仕切部４３ａといい、第２連通部材４ａ内に設けられている仕切部４３を第２仕切部４３ｂという。また、複数の冷却管３のうち、第１仕切部４３ａより上流側（紙面上側）に配置されるものを上流側冷却管群３０Ａといい、第２仕切部４３ｂより下流側（紙面下側）に配置されるものを下流側冷却管群３０Ｂといい、第１仕切部４３ａより下流側（紙面下側）かつ第２仕切部４３ｂより上流側（紙面上側）に配置されるものを中間冷却管群３０Ｃという。

第２仕切部４３ｂにより、第２連通部材４ｂの内部空間が、上流側冷却管群３０Ａの一端および中間冷却管群３０Ｃの一端と連通する上流側空間４Ｃと、下流側冷却管群３０Ｂの一端および冷媒排出口４２と連通する下流側空間４Ｄとに仕切られている。これにより、冷却媒体は、冷媒導入口４１から第１連通部材４ａの上流側空間４Ａに流入し、上流側冷却管群３０Ａを通じて第２連通部材４ｂの上流側空間４Ｃに流れる。続いて、中間冷却管群３０Ｃを経て第１連通部材４ａの下流側空間４Ｂに流入し、さらに下流側冷却管群３０Ｂを通じて第２連通部材４ｂの下流側空間４Ｄに流入し、冷媒排出口４２から流出するというＳターン状に流れる。

続いて、本実施形態の積層型冷却器１における複数の電子部品２の配置方法について説明する。

まず、第２電子部品２２を、第１外側冷却管３１ａに当接するように配置する。より詳細には、第２電子部品２２を、第１外側冷却管３１ａの第２外殻プレート３１２（すなわち、一対の外殻プレート３１１、３１２のうち隣接する内側冷却管３ｂに対向する側の外殻プレート）に当接するように配置する。

次に、配置位置が決定されていない第２電子部品２２を、電子部品非配置領域５に隣接する仕切部側冷却管３ｃに当接するように配置する。より詳細には、第２電子部品２２を、仕切部側冷却管３ｃの一対の外殻プレート３１１、３１２のうち、電子部品非配置領域５に対向していない外殻プレートに当接するように配置する。

このように構成された積層型冷却器１においても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図１２に基づいて説明する。上記第３実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図１２は、本第４実施形態に係る積層型冷却器１を模式的に示す断面図である。

図１２に示すように、本実施形態では、第２電子部品２２が、上流側冷却管群３０Ａに属する複数の冷却管３に当接するように配置されており、第１電子部品２１が、下流側冷却管群３０Ｂに属する複数の冷却管３に当接するように配置されている。さらに、第２電子部品３３が、中間冷却管群３０Ｃに属する複数の冷却管３のうち最上流側に配置されている冷却管３に当接するように配置されており、第１電子部品２１が、中間冷却管群３０Ｃに属する複数の冷却管３のうち最上流側以外に配置されている冷却管３に当接するように配置されている。

複数の冷却管３のうち、上流側冷却管群３０Ａに属する複数の冷却管３は、下流側冷却管群３０Ｂに属する複数の冷却管３と比較して冷却性能が高くなる。また、中間冷却管群３０Ｃに属する複数の冷却管３のうち最上流側に配置されている冷却管３は、片面のみが電子部品２と当接するように構成されているので、中間冷却管群３０Ｃに属する他の内側冷却管３ｂと比較して冷却性能が高くなる。

このため、複数種の電子部品２のうち最大発熱量が第１電子部品２１より大きい第２電子部品２２を、仕切部４３より冷却媒体流れ上流側に配置された冷却管３、および中間冷却管群３０Ｃに属する複数の冷却管３のうち最上流側に配置されている冷却管３に当接するように配置することで、積層型冷却器１全体としての冷却性能を向上させることが可能となる。

（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、電子部品２の最大発熱量が全ての電子部品２において一律でない場合として、半導体素子２０が集積化された第２電子部品２２と、半導体素子２０が集積化されていない第１電子部品２１とを用いた例について説明したが、これに限らず、電子部品２を、昇圧コンバータと複数のモータジェネレータとを備える自動車用インバータの一部を構成する半導体モジュールとしてもよい。この場合も、昇圧用コンバータや複数のモータジェネレータに搭載される半導体モジュールの最大発熱量がそれぞれ異なっているため、最大発熱量が全ての電子部品２において一律でなくなる。

また、上記各実施形態では、電子部品２を、冷却管３の第１、第２外殻プレート３１１、３１２のそれぞれに対して２個ずつ設けた例について説明したが、これに限らず、電子部品２を、冷却管３の第１、第２外殻プレート３１１、３１２のそれぞれに対して３個以上ずつ設けてもよい。

第１実施形態に係る積層型冷却器１を示す正面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 図１のＣ−Ｃ断面図である。 図１のＤ−Ｄ断面図である。 第１実施形態に係る積層型冷却器１を模式的に示す断面図である。 図１のＥ−Ｅ断面図である。 図１のＦ−Ｆ断面図である。 冷却管３の段数と冷却媒体の流量割合との関係を示す特性図である。 第２実施形態に係る積層型冷却器１を模式的に示す断面図である。 第３実施形態に係る積層型冷却器１を模式的に示す断面図である。 第４実施形態に係る積層型冷却器１を模式的に示す断面図である。

符号の説明

２、２１、２２…電子部品（発熱体）、３…冷却管、３ｂ…内側冷却管、３ｃ…仕切側冷却管、４ａ、４ｂ…連通部材、５…電子部品非配置領域（発熱体非配置領域）、３０…冷媒通路、３１ａ、３２ａ…外側冷却管、３４…張出部、４３…仕切部（仕切手段）、３１１ａ、３１１ｂ…主面、３４１ｂ…貫通孔、３４１ｃ…貫通孔非形成部。

Claims (6)

1. 複数の発熱体（２）を両面から冷却する積層型冷却器であって、
   前記発熱体（２）と当接する主面（３１１ａ、３１１ｂ）と、冷却媒体が流通する冷媒通路（３０）とを有する扁平状に形成された複数の冷却管（３）と、
   前記冷却管（３）の長手方向両端部に配置され、前記複数の冷却管（３）を連通する第１、第２連通部材（４ａ、４ｂ）と、
   前記第１、第２連通部材（４ａ、４ｂ）のうち少なくとも一方の連通部材（４ａ）の内部を上流側と下流側とに仕切る仕切手段（４３）とを備え、
   前記複数の発熱体（２）は、最大発熱量の異なる複数種の発熱体（２１、２２）からなり、
   前記複数の冷却管（３）は、前記冷却管（３）と交互に配置される前記発熱体（２）を両面から挟持できるように積層配置されているとともに、積層方向の両端に配置された２つの外側冷却管（３１ａ、３２ａ）と、前記２つの外側冷却管（３１ａ、３２ａ）の間に配置された複数の内側冷却管（３ｂ）とからなり、
   前記複数種の発熱体（２）のうち最大発熱量が他の前記発熱体（２１）よりも相対的に大きい発熱体（２２）が、前記２つの外側冷却管（３１ａ、３２ａ）のうち前記仕切手段（４３）より前記冷却媒体流れ上流側に配置された外側冷却管（３１ａ）に当接するように優先的に配置されている積層型冷却器であり、
   前記複数の内側冷却管（３ｂ）のうち、前記仕切手段（４３）に隣接する２つの仕切側冷却管（３ｃ）の間は、前記発熱体（２）が配置されない発熱体非配置領域（５）になっており、
   前記複数種の発熱体（２）のうち最大発熱量が他の前記発熱体（２１）よりも相対的に大きい発熱体（２２）が、前記仕切側冷却管（３ｃ）における前記発熱体非配置領域（５）に対向する側と反対側の前記主面（３１１ａ、３１１ｂ）に当接するように優先的に配置されていることを特徴とする積層型冷却器。
2. 複数の発熱体（２）を両面から冷却する積層型冷却器であって、
   前記発熱体（２）と当接する主面（３１１ａ、３１１ｂ）と、冷却媒体が流通する冷媒通路（３０）とを有する扁平状に形成された複数の冷却管（３）と、
   前記冷却管（３）の長手方向両端部に配置され、前記複数の冷却管（３）を連通する第１、第２連通部材（４ａ、４ｂ）と、
   前記第１、第２連通部材（４ａ、４ｂ）のうち少なくとも一方の連通部材（４ａ）の内部を上流側と下流側とに仕切る仕切手段（４３）とを備え、
   前記複数の発熱体（２）は、最大発熱量の異なる複数種の発熱体（２１、２２）からなり、
   前記複数の冷却管（３）は、前記冷却管（３）と交互に配置される前記発熱体（２）を両面から挟持できるように積層配置されているとともに、積層方向の両端に配置された２つの外側冷却管（３１ａ、３２ａ）と、前記２つの外側冷却管（３１ａ、３２ａ）の間に配置された複数の内側冷却管（３ｂ）とからなり、
   前記複数種の発熱体（２）のうち最大発熱量が他の前記発熱体（２１）よりも相対的に大きい発熱体（２２）が、前記２つの外側冷却管（３１ａ、３２ａ）のうち前記仕切手段（４３）より前記冷却媒体流れ上流側に配置された外側冷却管（３１ａ）に当接するように優先的に配置されている積層型冷却器であり、
   前記冷却管（３）の長手方向両端部には、前記冷却管（３）の積層方向に張り出す張出部（３４）が形成されており、
   隣接する前記冷却管（３）の前記張出部（３４）が、互いに前記冷却管（３）の積層方向に接合されるとともに、前記張出部（３４）の接合部に形成された貫通孔（３４１ｂ）によって連通することにより、前記連通部材（４）が構成されており、
   前記仕切手段（４３）は、一部の前記張出部（３４）の接合部を前記貫通孔（３４１ｂ）が形成されない貫通孔非形成部（３４１ｃ）とし、隣接する前記張出部（３４）同士を非連通状態にすることにより構成されていることを特徴とする積層型冷却器。
3. 前記複数の内側冷却管（３ｂ）のうち、前記仕切手段（４３）に隣接する２つの仕切側冷却管（３ｃ）の間は、前記発熱体（２）が配置されない発熱体非配置領域（５）になっており、
   前記複数種の発熱体（２）のうち最大発熱量が他の前記発熱体（２１）よりも相対的に大きい発熱体（２２）が、前記仕切側冷却管（３ｃ）における前記発熱体非配置領域（５）に対向する側と反対側の前記主面（３１１ａ、３１１ｂ）に当接するように優先的に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の積層型冷却器。
4. 前記複数種の発熱体（２）のうち最大発熱量が他の前記発熱体（２１）よりも相対的に大きい発熱体（２２）が、前記複数の冷却管（３）のうち、前記仕切手段（４３）より前記冷却媒体流れ上流側に配置され、かつ、内部を流れる前記冷却媒体の流速が他の前記冷却管（３）よりも相対的に大きくなる冷却管（３）に当接するように優先的に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の積層型冷却器。
5. 前記複数種の発熱体（２）のうち最大発熱量が他の前記発熱体（２１）よりも相対的に大きい発熱体（２２）が、前記２つの外側冷却管（３１ａ、３２ａ）のうち前記仕切手段（４３）より前記冷却媒体流れ下流側に配置された外側冷却管（３２ａ）に当接するように優先的に配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の積層型冷却器。
6. 前記複数種の発熱体（２）のうち他の前記発熱体（２１）よりも最大発熱量が相対的に大きい発熱体（２２）が、前記仕切手段（４３）より前記冷却媒体流れ上流側に配置された前記冷却管（３）に当接するように優先的に配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の積層型冷却器。

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