KR20090078748A - 액냉식 냉각 장치 - Google Patents

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가부시키가이샤 도요다 지도숏키
쇼와 덴코 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 액냉식 냉각 장치는, 냉각액 입구 및 냉각액 출구(27)를 갖는 케이싱(2)과, 냉각액 출구(27)에 접속된 유출 파이프(7)를 구비하고 있다. 케이싱(2)에 냉각액 유출부(14)를 설치하고, 냉각액 유출부(14)의 정상벽(21)에 냉각액 출구(27)를 형성한다. 유출 파이프(7)는, 냉각액 유출부(14)의 정상벽(21)의 냉각액 출구(27)가 형성된 부분과 평행한 하측 벽(7a)을 갖는다. 유출 파이프(7)의 하측 벽(7a)에 냉각액 출구(27)로 통하는 관통 구멍(47)을 형성한다. 냉각액 유출부(14)의 바닥벽(22) 상면에 있어서의 냉각액 출구(27)와 대응하는 부분에, 냉각액 유출부(14) 내에 유입된 냉각액의 흐름의 방향을 상향으로 바꾸는 가이드부(40)를 설치한다. 이 액냉식 냉각 장치에 따르면, 냉각액이 케이싱으로부터 유출할 때의 유통 저항을 저감할 수 있다.
Figure P1020090002815
유출 파이프, 냉각액 유출부, 냉각액 출구, 관통 구멍, 가이드부

Description

액냉식 냉각 장치 {LIQUID-COOLED-TYPE COOLING DEVICE}
본 발명은, 예를 들어 차량 등의 반도체 전력 변환 장치에 적용되어, 반도체 소자 등의 발열체를 냉각하는 액냉식 냉각 장치에 관한 것이다.
종래, 전자 부품의 액냉식 냉각 장치로서, 상하 양 커버판, 및 양 커버판 사이에 개재되고 또한 사행 형상의 냉각액 통로를 형성하는 개구를 갖는 통로 형성판으로 이루어지는 케이싱과, 케이싱의 상하 양 커버판 사이에 있어서 통로 형성판의 사행 형상 냉각액 통로의 직선부 내에 배치된 편평관을 구비하고 있고, 상측 커버판에 있어서의 냉각액 통로의 양단부와 대응하는 부분에 냉각액 입구 및 냉각액 출구가 형성되고, 상측 커버판의 상면에, 냉각액 입구로 통하는 냉각액 유입로를 갖는 입구 부재 및 냉각액 출구로 통하는 냉각액 유출로를 갖는 출구 부재가 접합된 것이 알려져 있다(미국특허출원공개 제2005/0145379호 명세서 참조).
그런데, 상기 문헌에 기재된 액냉식 냉각 장치에 있어서는, 냉각액은, 도6에 도시한 바와 같이, 케이싱(50)의 유로(51)의 폐쇄 단부면(52)에 닿은 후에 상방으로 흐르고, 냉각액 출구(55)를 통해 출구 부재(53)의 냉각액 유출로(54) 내에 유입되게 된다. 따라서, 유로(51)의 높이가 높아진 경우, 유로(51)의 하면과 폐쇄 단 부면(52) 사이의 구석부에 비교적 큰 와류(W)가 발생하여, 유통 저항이 높아져 압력 손실이 커진다.
또한, 상기 문헌에 기재된 액냉식 냉각 장치에 있어서는, 냉각액은, 도7에 도시한 바와 같이, 입구 부재(60)의 냉각액 유입로(61)의 폐쇄 단부면(62)에 닿은 후에 급격하게 흐름 방향을 하향으로 바꾸어 하방으로 흐르고, 냉각액 입구(63)를 통해 케이싱(64) 내에 유입되게 된다. 따라서, 케이싱(64) 내에 유입될 때에, 케이싱(64)의 바닥벽(65) 상면에 상방으로부터 충돌하게 되어, 케이싱(64)의 측벽(66)과 바닥벽(65) 사이의 구석부에 비교적 큰 와류(W1)가 발생하여, 유통 저항이 높아져 압력 손실이 커진다.
본 발명의 목적은 상기 문제를 해결하여, 냉각액이 케이싱으로부터 유출할 때의 유통 저항을 저감할 수 있는 액냉식 냉각 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 문제를 해결하여, 냉각액이 케이싱 내에 유입될 때의 유통 저항을 저감할 수 있는 액냉식 냉각 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 이하가 형태로 이루어진다.
1) 냉각액 입구 및 냉각액 출구를 갖는 케이싱과, 케이싱의 냉각액 출구에 접속된 유출 파이프를 구비하고 있고, 케이싱이, 선단부가 폐쇄된 냉각액 유출부를 갖는 동시에, 냉각액 유출부의 정상벽에 냉각액 출구가 형성되고, 유출 파이프가, 냉각액 유출부의 정상벽에 있어서의 냉각액 출구가 형성된 부분과 평행한 하측 벽을 갖는 동시에, 유출 파이프의 하측 벽에 냉각액 출구로 통하는 관통 구멍이 형성되고, 냉각액 유출부의 바닥벽 상면에 있어서의 냉각액 출구와 대응하는 부분에, 냉각액 유출부 내에 유입된 냉각액의 흐름의 방향을 상향으로 바꾸는 가이드부가 설치되어 있는 액냉식 냉각 장치.
2) 냉각액 유출부의 바닥벽 상면에 있어서의 냉각액 출구와 대응하는 부분에, 단차부를 통해 바닥벽 상면과 평행한 고위부가 설치되어 있고, 단차부 및 고위부에 의해 가이드부가 형성되어 있는 상기 1)에 기재된 액냉식 냉각 장치.
3) 가이드부가, 냉각액 유출부의 바닥벽을 변형시킴으로써 형성되어 있는 상기 2)에 기재된 액냉식 냉각 장치.
4) 케이싱의 냉각액 유출부의 정상벽 하면에 있어서의 냉각액 출구보다도 기단부측의 부분에, 하방으로 치우친 하방 편위부가 설치되어 있는 상기 1)에 기재된 액냉식 냉각 장치.
5) 하방 편위부가, 냉각액 출구를 향해 하방으로 경사진 경사부로 이루어지는 상기 4)에 기재된 액냉식 냉각 장치.
6) 하방 편위부가, 냉각액 유출부의 정상벽을 변형시킴으로써 형성되어 있는 상기 5)에 기재된 액냉식 냉각 장치.
7) 냉각액 입구 및 냉각액 출구를 갖는 케이싱과, 케이싱의 냉각액 입구에 접속된 유입 파이프를 구비하고 있고, 케이싱의 정상벽의 단부에 냉각액 입구가 형성되고, 유입 파이프가 케이싱의 정상벽에 있어서의 냉각액 입구가 형성된 부분 위 에 적재하는 하측 벽을 갖고, 유입 파이프의 하측 벽에 냉각액 입구로 통하는 관통 구멍이 형성되고, 케이싱의 바닥벽 상면에 있어서의 냉각액 입구와 대응하는 부분에, 케이싱 내에 유입되는 냉각액을 경사 하향으로 흘리는 가이드부가 설치되어 있는 액냉식 냉각 장치.
8) 가이드부가, 냉각액의 흐름 방향 상류측으로부터 냉각액의 흐름 방향 하류측을 향해 하방으로 경사져 있는 상기 7)에 기재된 액냉식 냉각 장치.
9) 가이드부가, 케이싱의 바닥벽을 변형시킴으로써 형성되어 있는 상기 8)에 기재된 액냉식 냉각 장치.
10) 케이싱의 정상벽 하면에 있어서의 냉각액 입구보다도 냉각액의 흐름 방향 하류측의 부분에, 하방으로 치우친 하방 편위부가 설치되어 하는 상기 7)에 기재된 액냉식 냉각 장치.
11) 하방 편위부가, 냉각액 입구를 향해 하방으로 경사진 경사부로 이루어지는 상기 10)에 기재된 액냉식 냉각 장치.
12) 하방 편위부가, 케이싱의 정상벽을 변형시킴으로써 형성되어 있는 상기 11)에 기재된 액냉식 냉각 장치.
13) 케이싱의 1개의 측벽에, 당해 측벽으로부터 외측으로 돌출되는 동시에 선단부가 폐쇄된 대략 각통 형상의 냉각액 유입부가 설치되어 있고, 냉각액 유입부의 정상벽의 선단부에 냉각액 입구가 형성되어 있는 상기 7)에 기재된 액냉식 냉각 장치.
14) 케이싱의 둘레벽이, 서로 대향하는 제1 측벽 및 제2 측벽을 구비하고 있 고, 케이싱에 있어서의 제1 측벽의 일단부측의 부분에, 제1 측벽으로부터 외측으로 돌출되는 동시에 선단부가 폐쇄된 냉각액 유입부가 설치되고, 냉각액 유입부의 정상벽의 선단부에 냉각액 입구가 형성되고, 마찬가지로 제2 측벽의 타단부측의 부분에, 제2 측벽으로부터 외측으로 돌출되는 동시에 선단부가 폐쇄된 냉각액 유출부가 설치되고, 냉각액 유출부의 정상벽의 선단부에 냉각액 출구가 형성되고, 케이싱 내에 있어서의 제1 및 제2 측벽 사이이고 또한 냉각액 유입부와 냉각액 유출부 사이의 위치에, 냉각액이 제1 및 제2 측벽의 길이 방향으로 흐르는 복수의 유로로 이루어지는 병렬 유로 부분이 설치되고, 케이싱 내에 있어서의 병렬 유로 부분보다도 상류측의 부분이 냉각액 유입부로 통하는 입구 헤더부로 이루어지는 동시에, 병렬 유로 부분보다도 하류측의 부분이 냉각 유출부로 통하는 출구 헤더부로 이루어져 있는 상기 1) 또는 7)에 기재된 액냉식 냉각 장치.
상기 1) 내지 6)의 액냉식 냉각 장치에 따르면, 케이싱의 냉각액 유출부의 바닥벽 상면에 있어서의 냉각액 출구와 대응하는 부분에, 냉각액 유출부 내에 유입된 냉각액의 흐름의 방향을 상향으로 바꾸는 가이드부가 설치되어 있기 때문에, 냉각액이 케이싱의 냉각액 유출부 내로부터 냉각액 출구를 통해 유출 파이프에 유출할 때에, 가이드부의 작용에 의해 냉각액의 흐름 방향이 상향으로 바뀐다. 따라서, 케이싱의 냉각액 유출부의 내부 높이를, 상기 문헌에 기재된 액냉식 냉각 장치의 유로의 높이와 동일하게 한 경우, 냉각액 유출부 내의 냉각액 출구의 근방에 발생하는 와류의 크기가 상기 문헌에 기재된 액냉식 냉각 장치의 경우보다도 작아져, 냉각액이 냉각액 유출부 내로부터 냉각액 출구를 통해 유출 파이프에 유출할 때의 유통 저항이 저감되어 압력 손실이 작아진다.
상기 4)의 액냉식 냉각 장치에 따르면, 케이싱의 냉각액 유출부 내의 상하 방향의 중심선과, 유출 파이프의 상하 방향의 중심선과의 거리를 짧게 할 수 있으므로, 냉각액이, 냉각액 유출부 내로부터 냉각액 출구를 통해 유출 파이프에 유출할 때의 흐름의 각도를 작게 하는 것이 가능하게 되고, 그 결과 냉각액이 케이싱 내로부터 냉각액 출구를 통해 유출 파이프에 유출할 때의 유통 저항의 저감 효과가 향상된다.
상기 5)의 액냉식 냉각 장치에 따르면, 냉각액이 케이싱의 냉각액 유출부 내로부터 냉각액 출구를 통해 유출 파이프에 유출할 때의 유통 저항의 저감 효과가 확실하게 향상된다.
상기 7) 내지 13)의 액냉식 냉각 장치에 따르면, 케이싱의 바닥벽 상면에 있어서의 냉각액 입구와 대응하는 부분에, 케이싱 내에 유입되는 냉각액을 경사 하향으로 흘리는 가이드부가 설치되어 있으므로, 냉각액이 냉각액 입구를 통해 케이싱 내에 유입될 때에, 가이드부의 작용에 의해 냉각액이 경사 하향으로 흐른다. 따라서, 케이싱의 내부 높이를, 상기 문헌에 기재된 액냉식 냉각 장치의 유로의 높이와 동일하게 한 경우, 냉각액 입구의 근방에 발생하는 와류의 크기가 상기 문헌에 기재된 액냉식 냉각 장치의 경우보다도 작아져, 냉각액이 냉각액 입구를 통해 케이싱 내에 유입될 때의 유통 저항이 저감되어 압력 손실이 작아진다.
상기 10) 내지 12)의 액냉식 냉각 장치에 따르면, 케이싱의 상하 방향의 중심선과, 유입 파이프의 상하 방향의 중심선과의 거리를 짧게 할 수 있으므로, 냉각 액이, 유입 파이프로부터 냉각액 입구를 통해 케이싱에 유입될 때의 흐름의 굽힘 각도를 작게 하는 것이 가능하게 되고, 그 결과 냉각액이 냉각액 입구를 통해 케이싱 내에 유입시의 유통 저항의 저감 효과가 향상된다.
본 발명에 따르면, 냉각액이 케이싱으로부터 유출할 때의 유통 저항을 저감할 수 있고, 또한 냉각액이 케이싱 내에 유입될 때의 유통 저항을 저감할 수 있는 액냉식 냉각 장치를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 형태를, 도면을 참조하여 설명한다.
이하의 설명에 있어서, 도2의 하측을 전방, 상측을 후방으로 하고, 도3의 상하, 좌우를 상하, 좌우로 한다.
또한, 이하의 설명에 있어서,「알루미늄」이라는 용어에는, 순 알루미늄 외에 알루미늄 합금을 포함하는 것으로 한다.
도1 내지 도3은 본 발명에 의한 액냉식 냉각 장치의 전체 구성을 도시하고, 도4 및 도5는 그 주요부의 구성을 도시한다. 또한, 도1은 액냉식 냉각 장치에 발열체인 반도체 소자가 장착된 상태를 도시한다.
도1 내지 도3에 있어서, 액냉식 냉각 장치(1)는 정상벽(3), 바닥벽(4) 및 둘레벽(5)으로 이루어지는 케이싱(2)과, 정상벽(3)에 납땜되어 케이싱(2) 내에 냉각액을 유입시키는 유입 파이프(6)와, 정상벽(3)에 납땜되어 케이싱(2) 내로부터 냉각액을 유출시키는 유출 파이프(7)를 구비하고 있다.
도2 내지 도5에 도시한 바와 같이, 케이싱(2)의 둘레벽(5)은, 전후 방향으로 연장하는 수직 형상의 우측벽(8)(제1 측벽), 전후 방향으로 연장하는 동시에 우측벽(8)과 대향하는 수직 형상의 좌측벽(9)(제2 측벽), 좌측벽(9)의 후단부로 이어져 우측 방향으로 연장하는 수직 형상의 후방측벽(11), 및 우측벽(8)의 전단부로 이어져 좌측으로 연장하는 수직 형상의 전방측벽(12)으로 이루어진다. 케이싱(2)의 후단부에 우측으로 돌출한 냉각액 유입부(13)가 일체로 형성되고, 마찬가지로 전단부에 좌측으로 돌출한 냉각액 유출부(14)가 일체로 형성되어 있다. 냉각액 유입부(13) 및 냉각액 유출부(14)의 전후 방향의 폭은 전체 길이에 걸쳐 동등하게 되어 있다. 냉각액 유입부(13)는, 케이싱(2)의 정상벽(3)으로 이어진 정상벽(15)과, 케이싱(2)의 바닥벽(4)으로 이어진 바닥벽(16)과, 케이싱(2)의 후방측벽(11)으로 이어진 후방측벽(17)과, 케이싱(2)의 우측벽(8)으로 이어진 동시에 우측벽(8)과 직각을 이루는 전방측벽(18)과, 정상벽(15), 바닥벽(16), 후방측벽(17) 및 전방측벽(18)의 우측 단부에 일체로 형성된 우측 단부벽(19)으로 이루어지고, 우측 단부벽(19)에 의해 냉각액 유입부(13)의 선단부가 폐쇄되어 있다. 냉각액 유출부(14)는, 케이싱(2)의 정상벽(3)으로 이어진 정상벽(21)과, 케이싱(2)의 바닥벽(4)으로 이어진 바닥벽(22)과, 케이싱(2)의 좌측벽(9)으로 이어진 동시에 좌측벽(9)과 직각을 이루는 후방측벽(23)과, 케이싱(2)의 전방측벽(12)으로 이어진 전방측벽(24)과, 정상벽(21), 바닥벽(22), 후방측벽(23) 및 전방측벽(24)의 좌측 단부에 일체로 형성된 좌측 단부벽(25)으로 이루어지고, 좌측 단부벽(25)에 의해 냉각액 유출부(14)의 선단부가 폐쇄되어 있다. 그리고, 냉각액 유입부(13)의 정상벽(15)의 우측 단 부에 사각형의 냉각액 입구(26)가 형성되고, 냉각액 유출부(14)의 정상벽(21)의 좌측 단부에 사각형의 냉각액 출구(27)가 형성되어 있다.
냉각액 유입부(13) 및 냉각액 유출부(14)가 일체로 형성된 케이싱(2)은, 정상벽(3), 둘레벽(5)의 상측 절반부를 형성하는 부분, 정상벽(15), 후방측벽(17)의 상측 절반부를 형성하는 부분, 전방측벽(18)의 상측 절반부를 형성하는 부분, 우측 단부벽(19)의 상측 절반부를 형성하는 부분, 정상벽(21), 후방측벽(23)의 상측 절반부를 형성하는 부분, 전방측벽(24)의 상측 절반부를 형성하는 부분, 및 좌측 단부벽(25)의 상측 절반부를 형성하는 부분으로 이루어지는 알루미늄제 상측 구성 부재(28)와, 바닥벽(4), 둘레벽(5)의 하측 절반부를 형성하는 부분, 바닥벽(16), 후방측벽(17)의 하측 절반부를 형성하는 부분, 전방측벽(18)의 하측 절반부를 형성하는 부분, 우측 단부벽(19) 하측 절반부를 형성하는 부분, 바닥벽(22), 후방측벽(23)의 하측 절반부를 형성하는 부분, 전방측벽(24)의 하측 절반부를 형성하는 부분 및 좌측 단부벽(25)의 하측 절반부를 형성하는 부분으로 이루어지는 알루미늄제 하측 구성 부재(29)로 이루어진다. 상측 구성 부재(28)의 하단부 및 하측 구성 부재(29)의 상단부에, 각각 외향 플랜지(31, 32)가 일체로 형성되어 있고, 양 구성 부재(28, 29)의 외향 플랜지(31, 32)끼리 납땜되어 있다. 상하 양 구성 부재(28, 29)는, 각각 알루미늄판에 프레스 가공을 실시함으로써 형성되어 있다.
케이싱(2) 내에 있어서의 우측벽(8)과 좌측벽(9) 사이이고 또한 냉각액 유입부(13)와 냉각액 유출부(14) 사이의 부분에, 파형 정상부(33a), 파형 바닥부(33b) 및 파형 정상부(33a)와 파형 바닥부(33b)를 연결하는 수직 형상 연결부(33c)로 이 루어지는 알루미늄제의 코러게이트 핀(33)이 배치되어 있고, 파형 정상부(33a)가 케이싱(2)의 정상벽(3)에, 파형 바닥부(33b)가 케이싱(2)의 바닥벽(4)에 각각 납땜되어 있다. 그리고, 코러게이트 핀(33)에 의해, 전후 방향으로 연장하고 또한 냉각액이 전후 방향[우측벽(8) 및 좌측벽(9)의 길이 방향]으로 흐르는 복수의 유로(34)가 좌우 방향으로 나열하여 형성되어 있고, 이에 의해 복수의 유로로 이루어지는 병렬 유로 부분(35)이 설치되어 있다. 케이싱(2) 내에 있어서의 병렬 유로 부분(35)보다도 상류측(후방측)의 부분이 냉각액 유입부(13)의 냉각액 입구(26)로 통하는 입구 헤더부(36)로 이루어지는 동시에, 병렬 유로 부분(35)보다도 하류측(전방측)의 부분이 냉각액 유출부(14)의 냉각액 출구(27)로 통하는 출구 헤더부(37)로 이루어져 있다. 케이싱(2)의 입구 헤더부(36), 출구 헤더부(37) 및 병렬 유로 부분(35)의 높이는 동등하게 되어 있다. 또한, 입구 헤더부(36)의 우측 단부의 전후 방향의 폭은, 냉각액 유입부(13)의 전후 방향의 폭과 동등하고, 출구 헤더부(37)의 좌측 단부의 전후 방향의 폭은, 냉각액 유출부(14)의 전후 방향의 폭과 동등하게 되어 있다.
케이싱(2)의 후방측벽(11)의 전체, 즉 후방측벽(11)의 내면은, 우측벽(8)측으로부터 좌측벽(9)측을 향해 전방측으로 매끄럽게 경사져 있고, 입구 헤더부(36)의 유로 단면적이, 냉각액 입구(26)측으로부터 좌측벽(9)측을 향해 작게 되어 있다. 또한, 출구 헤더부(37)에 있어서의 우측벽(8)으로부터 20 ％ 이하의 길이 부분에 있어서, 전방측벽(12)의 전체, 즉 전방측벽(12)의 내면은, 좌측벽(9)측으로부터 우측벽(8)측을 향해 후방측으로 경사져 있고, 출구 헤더부(37)의 나머지 부분에 있어서, 전방측벽(12)의 전체, 즉 전방측벽(12)의 내면은 우측벽(8) 및 좌측벽(9)의 내면과 직각을 이루고 있다. 그 결과, 출구 헤더부(37)에 있어서의 케이싱(2)의 우측벽(8)측으로부터 20 ％ 이하의 길이 부분의 유로 단면적이, 좌측벽(9)측으로부터 우측벽(8)측을 향해 작게 되어 있어, 출구 헤더부(37)의 나머지 부분의 유로 단면적이, 전체 길이에 걸쳐 동등하게 되어 있다.
도4에 도시한 바와 같이, 냉각액 유입부(13)의 바닥벽(16)에 있어서의 냉각액 입구(26)와 대응하는 부분에, 좌측(흐름 방향 하류측)을 향해 하방으로 경사진 경사부로 이루어지고, 또한 케이싱(2)의 냉각액 유입부(13) 내에 유입되는 냉각액을 경사 하향으로 흘리는 가이드부(40)가 설치되어 있다. 가이드부(40)의 경사 상단부는, 수평한 띠판 형상의 연접부(38)를 통해 우측 단부벽(19)으로 이어져 있다. 가이드부(40)는, 냉각액 입구(26)의 좌측 단부보다도 좌측의 부분으로부터 냉각액 입구(26)의 우측 단부보다도 좌측의 부분에 걸쳐, 바닥벽(16)을 변형시킴으로써 형성되어 있다. 또한, 냉각액 유입부(13)의 정상벽(15)에 있어서의 냉각액 입구(26)보다도 기단부측(좌측)의 부분에, 우측 방향을 향해 하방으로 경사진 경사부로 이루어지는 하방으로 치우친 하방 편위부(39)가 설치되어 있다. 하방 편위부(39)는 정상벽(15)을 부분적으로 변형시킴으로써 형성되어 있다.
도5에 도시한 바와 같이, 냉각액 유출부(14)의 바닥벽(22)에 있어서의 냉각액 출구(27)와 대응하는 부분에, 단차부(41)를 통해 바닥벽(22) 상면과 평행한 고위부(42)가 설치되어 있고, 단차부(41)와 고위부(42)에 의해, 냉각액 유출부(14) 내에 유입된 냉각액의 흐름의 방향을 상향으로 바꾸는 가이드부(48)가 형성되어 있 다. 가이드부(48)는, 냉각액 출구(27)의 우측 단부보다도 좌측의 부분으로부터 냉각액 출구(27)의 좌측 단부에 걸쳐, 바닥벽(22)을 변형시킴으로써 형성되어 있다. 또한, 냉각액 유출부(14)의 정상벽(21)에 있어서의 냉각액 출구(27)보다도 기단부측(우측)의 부분에, 좌측을 향해 하방으로 경사진 경사부로 이루어지는 하방으로 치우친 하방 편위부(43)가 설치되어 있다. 하방 편위부(43)는 정상벽(21)을 부분적으로 변형시킴으로써 형성되어 있다.
유입 파이프(6)는, 일단부가 개방되는 동시에 타단부가 폐쇄된 횡단면 사각형의 각통 형상이며, 하측 벽(6a)의 폐쇄 단부(좌측 단부)에 냉각액 유입부(13)의 냉각액 입구(26)와 합치하는 사각형의 관통 구멍(44)이 형성되어 있다. 유입 파이프(6)는, 하측 벽(6a)이 냉각액 유입부(13)의 정상벽(15)에 있어서의 냉각액 입구(26)가 형성된 부분, 즉 경사부(39)보다도 우측의 부분과 평행하게 되도록, 하측 벽(6a) 하면에 있어서의 관통 구멍(44)의 주위의 부분이, 프레임 형상의 스페이서(45)를 통해 냉각액 유입부(13)의 정상벽(15) 상면에 있어서의 냉각액 입구(26)의 주위의 부분에 납땜되어 있다. 또한, 도시는 생략했으나, 유입 파이프(6)의 개방 단부에, 냉각액 공급용 배관이 접속된다.
유출 파이프(7)는, 일단부가 개방되는 동시에 타단부가 폐쇄된 횡단면 사각형의 각통 형상이며, 하측 벽(7a)의 폐쇄 단부(우측 단부)에 냉각액 유출부(14)의 냉각액 출구(27)와 합치하는 사각형의 관통 구멍(46)이 형성되어 있다. 유출 파이프(7)는, 하측 벽(7a)이 냉각액 유출부(14)의 정상벽(21)에 있어서의 냉각액 출구(27)가 형성된 부분, 즉 경사부(43)보다도 좌측의 부분과 평행하게 되도록, 하측 벽(7a) 하면에 있어서의 관통 구멍(46)의 주위의 부분이, 프레임 형상의 스페이서(47)를 통해 냉각액 유출부(14)의 정상벽(21) 상면에 있어서의 냉각액 출구(27)의 주위의 부분에 납땜되어 있다. 또한, 도시는 생략했으나, 유출 파이프(7)의 개구 단부에, 냉각액 배출용 배관이 접속된다.
발열체인 반도체 소자(P)는, 판 형상 절연 부재(I)를 통해 케이싱(2)의 정상벽(3) 외면에 접합되어 있다.
상기 구성의 액냉식 냉각 장치(1)에 있어서, 냉각액 공급용 배관으로부터 유입 파이프(6) 내에 송입된 냉각액은, 관통 구멍(44) 및 냉각액 입구(26)를 통해 케이싱(2)의 냉각액 유입부(13) 내에 유입된다. 이때, 냉각액 유입부(13)의 바닥벽(16)의 가이드부(40)와, 상기 정상벽(15)의 하방 편위부(39)와의 작용에 의해, 유통 저항이 저감되어, 압력 손실의 증대가 방지된다. 냉각액 유입부(13) 내에 유입된 냉각액은 입구 헤더부(36) 내에 유입되고, 입구 헤더부(36)에 있어서 병렬 유로 부분(35)의 전체 유로(34)에 균일하게 분류되고, 전체 유로(34) 내를 전방으로 흐른다. 이때, 케이싱(2)의 후방측벽(11)의 전체, 즉 후방측벽(11)의 내면이, 우측벽(8)측으로부터 좌측벽(9)측을 향해 전방측으로 매끄럽게 경사지고, 그 결과 입구 헤더부(36)의 유로 단면적이, 냉각액 입구(26)측으로부터 좌측벽(9)측을 향해 작게 되어 있음으로써, 병렬 유로 부분(35)의 전체 유로(34)에서의 유속 분포, 즉 병렬 유로 부분(35)의 폭 방향의 유속 분포가 균일화된다.
병렬 유로 부분(35)의 유로(34) 내를 전방으로 흐른 냉각액은, 출구 헤더부(37) 내로 들어가는 동시에, 출구 헤더부(37) 내를 좌측으로 흘러 냉각액 유출 부(14) 내로 들어간다. 냉각액 유출부(14) 내로 들어간 냉각액은, 냉각액 출구(27) 및 관통 구멍(46)을 통해 유출 파이프(7) 내에 유입된다. 이때, 냉각액 유출부(14)의 바닥벽(22)에 형성된 가이드부(48)의 작용에 의해, 냉각액의 흐름 방향이 상향으로 바뀌게 되어, 냉각액 유출부(14)의 냉각액 출구(27)의 근방에 발생하는 와류의 크기가 비교적 작아진다. 따라서, 냉각액이 케이싱(2) 내로부터 냉각액 출구(27)를 통해 유출 파이프(7)에 유출할 때의 유통 저항이 저감되어 압력 손실의 증대가 방지된다. 또한, 냉각액 유출부(14)의 정상벽(21)의 하방 편위부(43)의 작용에 의해, 케이싱(2) 내부의 상하 방향의 중심선과, 유출 파이프(7)의 상하 방향의 중심선과의 거리가 짧아지므로, 냉각액 유출부(14) 내로부터 냉각액 출구(27)를 통해 유출 파이프(7)에 유출할 때의 흐름의 각도를 작게 하는 것이 가능해진다. 따라서, 냉각액이 냉각액 유출부(14) 내로부터 냉각액 출구(27)를 통해 유출 파이프(7)에 유출할 때의 유통 저항의 저감 효과가 향상된다. 유출 파이프(7) 내에 유입된 냉각액은, 냉각액 배출용 배관 내에 송입된다.
그리고, 반도체 소자(P)로부터 발생하는 열은, 절연 부재(I), 케이싱(2)의 정상벽(3) 및 코러게이트 핀(33)을 거쳐 유로(34) 내를 흐르는 냉각액에 전달되어, 반도체 소자(P)가 냉각된다.
도1은 본 발명의 액냉식 냉각 장치의 전체 구성을 도시하는 사시도.
도2는 도1의 액냉식 냉각 장치의 수평 단면도.
도3은 도1의 A-A선 단면도.
도4는 도2의 B-B선 확대 단면도.
도5는 도2의 C-C선 확대 단면도.
도6은 종래 액냉식 냉각 장치의 문제점을 도시하는 도5 상당의 단면도.
도7은 종래 액냉식 냉각 장치의 다른 문제점을 도시하는 도4 상당의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 액냉식 냉각 장치
2 : 케이싱
3, 15, 21 : 정상벽
4, 16, 22 : 바닥벽
11, 17, 23 : 후방측벽
12, 18, 24 : 전방측벽
13 : 냉각액 유입부
14 : 냉각액 유출부
33 : 코러게이트 핀
36 : 입구 헤더부
37 : 출구 헤더부

Claims (14)

  1. 냉각액 입구 및 냉각액 출구를 갖는 케이싱과, 케이싱의 냉각액 출구에 접속된 유출 파이프를 구비하고 있고, 케이싱이, 선단부가 폐쇄된 냉각액 유출부를 갖는 동시에, 냉각액 유출부의 정상벽에 냉각액 출구가 형성되고, 유출 파이프가, 냉각액 유출부의 정상벽에 있어서의 냉각액 출구가 형성된 부분과 평행한 하측 벽을 갖는 동시에, 유출 파이프의 하측 벽에 냉각액 출구로 통하는 관통 구멍이 형성되고, 냉각액 유출부의 바닥벽 상면에 있어서의 냉각액 출구와 대응하는 부분에, 냉각액 유출부 내에 유입된 냉각액의 흐름의 방향을 상향으로 바꾸는 가이드부가 설치되어 있는 액냉식 냉각 장치.
  2. 제1항에 있어서, 냉각액 유출부의 바닥벽 상면에 있어서의 냉각액 출구와 대응하는 부분에, 단차부를 통해 바닥벽 상면과 평행한 고위부가 설치되어 있고, 단차부 및 고위부에 의해 가이드부가 형성되어 있는 액냉식 냉각 장치.
  3. 제2항에 있어서, 가이드부가, 냉각액 유출부의 바닥벽을 변형시킴으로써 형성되어 있는 액냉식 냉각 장치.
  4. 제1항에 있어서, 케이싱의 냉각액 유출부의 정상벽 하면에 있어서의 냉각액 출구보다도 기단부측의 부분에, 하방으로 치우친 하방 편위부가 설치되어 있는 액 냉식 냉각 장치.
  5. 제4항에 있어서, 하방 편위부가, 냉각액 출구를 향해 하방으로 경사진 경사부로 이루어지는 액냉식 냉각 장치.
  6. 제5항에 있어서, 하방 편위부가, 냉각액 유출부의 정상벽을 변형시킴으로써 형성되어 있는 액냉식 냉각 장치.
  7. 냉각액 입구 및 냉각액 출구를 갖는 케이싱과, 케이싱의 냉각액 입구에 접속된 유입 파이프를 구비하고 있고, 케이싱의 정상벽의 단부에 냉각액 입구가 형성되고, 유입 파이프가 케이싱의 정상벽에 있어서의 냉각액 입구가 형성된 부분 위에 적재하는 하측 벽을 갖고, 유입 파이프의 하측 벽에 냉각액 입구로 통하는 관통 구멍이 형성되고, 케이싱의 바닥벽 상면에 있어서의 냉각액 입구와 대응하는 부분에, 케이싱 내에 유입되는 냉각액을 경사 하향으로 흘리는 가이드부가 설치되어 있는 액냉식 냉각 장치.
  8. 제7항에 있어서, 가이드부가, 냉각액의 흐름 방향 상류측으로부터 냉각액의 흐름 방향 하류측을 향해 하방으로 경사져 있는 액냉식 냉각 장치.
  9. 제8항에 있어서, 가이드부가, 케이싱의 바닥벽을 변형시킴으로써 형성되어 있는 액냉식 냉각 장치.
  10. 제7항에 있어서, 케이싱의 정상벽 하면에 있어서의 냉각액 입구보다도 냉각액의 흐름 방향 하류측의 부분에, 하방으로 치우친 하방 편위부가 설치되어 있는 액냉식 냉각 장치.
  11. 제10항에 있어서, 하방 편위부가, 냉각액 입구를 향해 하방으로 경사진 경사부로 이루어지는 액냉식 냉각 장치.
  12. 제11항에 있어서, 하방 편위부가, 케이싱의 정상벽을 변형시킴으로써 형성되어 있는 액냉식 냉각 장치.
  13. 제7항에 있어서, 케이싱의 1개의 측벽에, 당해 측벽으로부터 외측으로 돌출되는 동시에 선단부가 폐쇄된 대략 각통 형상의 냉각액 유입부가 설치되어 있고, 냉각액 유입부의 정상벽의 선단부에 냉각액 입구가 형성되어 있는 액냉식 냉각 장치.
  14. 제1항 또는 제7항에 있어서, 케이싱의 둘레벽이, 서로 대향하는 제1 측벽 및 제2 측벽을 구비하고 있고, 케이싱에 있어서의 제1 측벽의 일단부측의 부분에, 제1 측벽으로부터 외측으로 돌출되는 동시에 선단부가 폐쇄된 냉각액 유입부가 설치되 고, 냉각액 유입부의 정상벽의 선단부에 냉각액 입구가 형성되고, 마찬가지로 제2 측벽의 타단부측의 부분에, 제2 측벽으로부터 외측으로 돌출되는 동시에 선단부가 폐쇄된 냉각액 유출부가 설치되고, 냉각액 유출부의 정상벽의 선단부에 냉각액 출구가 형성되고, 케이싱 내에 있어서의 제1 및 제2 측벽 사이이고 또한 냉각액 유입부와 냉각액 유출부 사이의 위치에, 냉각액이 제1 및 제2 측벽의 길이 방향으로 흐르는 복수의 유로로 이루어지는 병렬 유로 부분이 설치되고, 케이싱 내에 있어서의 병렬 유로 부분보다도 상류측의 부분이 냉각액 유입부로 통하는 입구 헤더부로 이루어지는 동시에, 병렬 유로 부분보다도 하류측의 부분이 냉각 유출부로 통하는 출구 헤더부로 이루어져 있는 액냉식 냉각 장치.
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