專利名稱：散熱裝置以及冷卻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于進行熱交換的散熱裝置以及冷卻器。
背景技術(shù)：
加工用激光二極管、計算機的CPU (Central Processing Unit:中央處
理器)、以及變換器等的功率變換器等由于驅(qū)動而發(fā)熱。這種設(shè)備由于設(shè) 備本身產(chǎn)生的熱而會破損或性能變差?；蛘撸袝r會給配置在發(fā)熱體周圍 的部件帶來壞影響。為了進行散熱，通過冷卻器來冷卻這樣的發(fā)熱體。
冷卻器有的具備散熱裝置，該散熱裝置具有散熱片。由于在散熱裝置 上形成了散熱片，因此用于散熱的傳熱面積會擴大，能夠?qū)崿F(xiàn)熱交換效率 的上升。
日本專利文獻特開2001 - 352025號公報中公開了一種發(fā)熱體冷卻裝 置，在散熱裝置中配置發(fā)熱體，并且向由散熱裝置的散熱片和基部構(gòu)成的 通道組供應(yīng)冷卻水。在該發(fā)熱體冷卻裝置中，設(shè)置有向通道組供應(yīng)冷卻水 的流入口，在流入口和通道組的中間設(shè)置有流入側(cè)水室，并且，在通道組 的下游側(cè)設(shè)置有流出側(cè)水室。當將靠近流入口的通道的寬度設(shè)為Wb、將 遠離流入口的通道的寬度設(shè)為Wc、將中心的通道的寬度設(shè)為Wa時，設(shè) 定Wb > Wc > Wa的關(guān)系。根據(jù)該發(fā)熱體冷卻裝置，能夠均勻地冷卻發(fā)熱 體。
日本專利文獻特開平5 -206339號公報中公開了一種散熱器，在基部 的表面包括多個散熱片，散熱片以等間隔配設(shè)，并且配設(shè)了不同厚度的散 熱片，使得位于基部邊緣的散熱片的厚度最厚而位于基部中心的散熱片的 厚度最薄。根據(jù)該散熱器，在不大型化散熱器整體的尺寸的情況下，給散 熱器的各散熱片分配相等的速度，能夠最大限度地發(fā)揮出散熱片的冷卻效 果。日本專利文獻特開平9 - 23081號公報中公開了一種沸騰冷卻裝置。 所公開的沸騰冷卻裝置在冷卻槽的內(nèi)部設(shè)置有將冷卻槽內(nèi)部對應(yīng)于安裝在 表面上的IGBT (絕緣門極雙極性晶體管)組件劃分成三個制冷劑室的間 隔壁和在上下方向上分割各制冷劑室的沸騰區(qū)域的多個制冷劑流控制板。 制冷劑流控制板設(shè)置成在沸騰區(qū)域在上下方向上等間隔隔開并傾斜的狀 態(tài)。另外，被間隔壁劃分的各制冷劑室在各自沸騰區(qū)域的一個側(cè)方設(shè)置有 使沸騰蒸氣流出的流出通道，在另一個側(cè)方設(shè)置有使凝結(jié)液流入的流入通 道。根據(jù)該沸騰冷卻裝置，能夠防止制冷劑槽內(nèi)部的沸騰區(qū)域中的上部側(cè) 的散熱性能下降。
日本專利文獻特開2004 - 134742號公報中公開了一種電子設(shè)備的冷 卻裝置，液冷部與風冷部一體成形，對伴隨有局部性發(fā)熱的發(fā)熱部件，接 合有液冷部的吸熱面。在液冷部設(shè)置有使流通通道中的制冷劑循環(huán)的液冷 用泵。該電子設(shè)備的冷卻裝置在熱傳導效率和散熱性能上優(yōu)越。
日本專利文獻特開2005 - 116877號公報中公開了將散熱器的最大散 熱量設(shè)為IGBT的最大發(fā)熱量以下的冷卻系統(tǒng)。根據(jù)該冷卻系統(tǒng)，能夠小 型化用于對從IGBT等發(fā)熱體吸收的熱量進行散熱的散熱器。
例如，如上述的日本專利文獻特開2001 - 352025號公報中所公開的 那樣，有的冷卻器通過散熱片形成制冷劑的流路。在該冷卻器中，散熱片 彼此間的空間形成制冷劑的流路。在該冷卻器中，制冷劑沿散熱片的主表 面流動并進行熱交換。
在各制冷劑的流路中由于壓力損失，越靠近下游壓力越低。此時，由 于制造誤差等而在流路的結(jié)構(gòu)上會產(chǎn)生差異。有時各流路中的壓力損失的 大小不同，在各流路中流動的制冷劑的流量不同。結(jié)果，有時在冷卻器的 表面上難以進行均勻的冷卻。例如，在流量發(fā)生了過渡性的變動的情況 下，由于各流路中的壓力損失的變化的大小不同，因此難以實現(xiàn)在各流路 中流動的制冷劑的流量的均勻化。
另外，在散熱片的表面上會形成制冷劑的邊界層。由于邊界層越靠近 下游則越大(厚)，因此隨著靠近下游熱傳遞會變差并冷卻能力會變差。 因此，有時冷卻能力會在制冷劑的流路的上游側(cè)區(qū)域和下游側(cè)區(qū)域不相同。
在冷卻器為沸騰型冷卻器的情況下，隨著越發(fā)靠近流路的下游側(cè)，氣 相相對于液相的比例越大。存在熱傳遞隨著靠近流路的下游側(cè)變差并冷卻 能力變差的問題。特別是在朝向各流路的制冷劑流量上產(chǎn)生了差異的情況 下，存在在流量變少的流路的下游側(cè)區(qū)域由于極端地缺少液制冷劑而容易
發(fā)生后述的燒盡(burnout)的問題。
另外，在沸騰型冷卻器的情況下，隨著靠近流路的下游，從泡核沸騰
(nucleate boiling)向膜狀沸騰(film boiling)轉(zhuǎn)變，即存在容易引起燒盡 的問題。制冷劑的流路的截面面積越小，該傾向越容易發(fā)生。例如，在具 有微通道構(gòu)造的冷卻器中，由于流路的直徑小，因此有時流路會被蒸氣相 閉塞。如此，存在冷卻能力隨著靠近下游側(cè)而變差的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠進行均勻的冷卻的散熱裝置以及冷卻
器o
根據(jù)本發(fā)明的散熱裝置包括多個散熱片，所述散熱片形成為形成制冷 劑的流路的間隔壁，所述散熱片形成為使所述制冷劑沿表面流動，形成有 合流空間使被所述散熱片隔離的所述流路中的所述制冷劑合流，所述合流 空間形成在由所述散熱片形成的所述流路的途中。
在上述發(fā)明中，優(yōu)選地，在制冷劑的流路的方向上，在位于多個被冷 卻體的正下方的區(qū)域之間形成所述合流空間。
在上述發(fā)明中，優(yōu)選地，所述散熱片包括多個第一散熱片和多個第二
散熱片，所述散熱裝置包括第一散熱片組，被配置成多個所述第一散熱 片的主表面彼此相互平行；以及第二散熱片組，被配置成多個所述第二散 熱片的主表面彼此相互平行；所述第二散熱片組配置成所述第二散熱片的 主表面與所述第一散熱片的主表面大致平行，通過相互隔開配置所述第一 散熱片組和所述第二散熱片組來形成所述合流空間。
在上述發(fā)明中，優(yōu)選地，被冷卻體配置在分別形成有所述第一散熱片 組和所述第二散熱片組的區(qū)域的內(nèi)部，所述合流空間形成在所述第一散熱片組和所述第二散熱片組之間。
在上述發(fā)明中，優(yōu)選地，所述第二散熱片組形成為在與所述制冷劑的 流路垂直的方向上偏離所述第一散熱片組。
在上述發(fā)明中，優(yōu)選地，所述散熱片配置成主表面彼此相互平行，所 述散熱片包括開口部，所述合流空間由所述開口部形成。
在上述發(fā)明中，優(yōu)選地，所述開口部形成在多個被冷卻體彼此間的區(qū)域。
在上述發(fā)明中，優(yōu)選地，所述散熱片形成為具有微通道構(gòu)造。 在上述發(fā)明中，優(yōu)選地，散熱裝置適用于功率變換器的冷卻器。 根據(jù)本發(fā)明的冷卻器包括所述的散熱裝置；在內(nèi)部配置有所述散熱 片的殼體；以及用于供應(yīng)所述制冷劑的制冷劑供應(yīng)管；其中，在所述殼體 的內(nèi)部形成與所述制冷劑供應(yīng)管連通而用于向所述流路供應(yīng)所述制冷劑的 主水室部，在所述殼體的內(nèi)部形成與所述主水室部連通而用于向所述合流 空間供應(yīng)制冷劑的副水室部。
在上述發(fā)明中，優(yōu)選地，所述冷卻器形成為進行沸騰冷卻，所述制冷 劑供應(yīng)管與用于邊加壓邊供應(yīng)所述制冷劑的制冷劑供應(yīng)裝置連接。 根據(jù)本發(fā)明，提供能夠進行均勻的冷卻的散熱裝置以及冷卻器。 另外，也可以適宜地組合上述的構(gòu)成中的兩個以上的構(gòu)成。


圖1是第一實施方式中的冷卻器的簡要立體圖2是第一實施方式中的冷卻器的第一簡要截面圖3是第一實施方式中的冷卻器的第二簡要截面圖4是第一實施方式中的冷卻器的第三簡要截面圖5是第一實施方式中的冷卻器的第四簡要截面圖6是說明本發(fā)明中的散熱片的端部的制冷劑的狀態(tài)的放大簡要示意
圖7是說明本發(fā)明中的從散熱片的前側(cè)的端部靠近后側(cè)的區(qū)域中的熱 傳遞的圖表；
7圖8是第二實施方式中的冷卻器的第一簡要截面圖； 圖9是第二實施方式中的冷卻器的第二簡要截面圖； 圖IO是第三實施方式中的冷卻器的第一簡要截面圖； 圖ll是第三實施方式中的冷卻器的第二簡要截面圖； 圖12是第三實施方式中的冷卻器的第三簡要截面圖。
具體實施例方式
(第一實施方式)
參照圖1至圖7來說明根據(jù)本發(fā)明并第一實施方式中的散熱裝置以及 冷卻器。
本實施方式中的冷卻器是用于冷卻IGBT等發(fā)熱體的冷卻器。本實施 方式中的冷卻器包括散熱裝置。在本實施方式中，作為制冷劑，使用作為 液體的水。本實施方式中的冷卻器是所謂的強制冷卻型的冷卻器，其通過 制冷劑供應(yīng)裝置來進行制冷劑的供應(yīng)。
本實施方式中的被冷卻體是半導體元件21。本實施方式中的散熱裝置 包括板部件19。板部件19形成為平板狀。半導體元件21與板部件19的 表面接合。半導體元件21相互隔開間隔配置。在本實施方式中，九個半 導體元件21與板部件19接合。多個半導體元件21在縱向和橫向上排列配 置。
冷卻器包括殼體11。殼體11形成為大致長方體狀。在殼體11的內(nèi)部 配置有后述的散熱裝置的散熱片。本實施方式中的冷卻器包括制冷劑供應(yīng) 管12和制冷劑排出管13。制冷劑供應(yīng)管12和制冷劑排出管13配置成從 殼體11的一個面突出。制冷劑供應(yīng)管12與用作制冷劑供應(yīng)裝置的供應(yīng)泵 22連接。供應(yīng)泵22形成為對制冷劑進行加壓并將其供應(yīng)給冷卻器。
圖2是本實施方式中的冷卻器的第一簡要截面圖。圖2是沿圖1中的 II 一 II線截取并向箭頭方向觀察時的截面圖。
本實施方式中的散熱裝置包括多個散熱片組。散熱裝置包括第一散熱 片組1。第一散熱片組1包括多個第一散熱片la。第一散熱片la形成為平 板狀。多個第一散熱片la配置成主表面相互平行。由殼體ll和第一散熱片la之間的空間或者第一散熱片la彼此之間的空間形成制冷劑的流路。
本實施方式中的散熱裝置包括第二散熱片組2。第二散熱片組2包括 多個第二散熱片2a。本實施方式中的第二散熱片組2具有與第一散熱片組 1相同的構(gòu)成。第二散熱片2a具有與第一散熱片la相同的構(gòu)成。本實施 方式中的冷卻器包括第三散熱片組3。第三散熱片組3包括多個第三散熱 片3a。第三散熱片組3具有與第一散熱片組1相同的構(gòu)成。第三散熱片3a 具有與第一散熱片la相同的構(gòu)成。
本實施方式中的各散熱片組與板部件19的背表面接合。各散熱片組 配置成立起設(shè)置在板部件19的背側(cè)的主表面上。
本實施方式中的第一散熱片組1、第二散熱片組2、以及第三散熱片 組3配置成一直線狀。在本實施方式中，第一散熱片la、第二散熱片2a、 以及第三散熱片3a配置成一直線狀。第一散熱片la、第二散熱片2a、以 及第三散熱片3a從后述的供應(yīng)側(cè)主水室部31朝向后述的排出側(cè)主水室部 32配置成同一平面狀。
第一散熱片組1與第二散熱片組2隔開間隔配置。第二散熱片組2與 第三散熱片組3隔開間隔配置。在第一散熱片組1和第二散熱片組2的之 間形成有用于使在各流路中流動的制冷劑合流的合流空間36。另外，在第 二散熱片組2和第三散熱片組3的之間形成有合流空間37。本實施方式中 的合流空間36、 37沿制冷劑的流路以一定的間隔形成。合流空間36、 37 形成在從供應(yīng)側(cè)主水室部31朝向排出側(cè)主水室部32的流路的途中。合流 空間36、 37形成在由散熱片形成的制冷劑的流路的途中。
在本實施方式中，第一散熱片組1、第二散熱片組2、以及第三散熱 片組3分別排列有三個。在圖2中，在橫向上排列有第一散熱片組1、第 二散熱片組2、以及第三散熱片組3。在縱向上排列有各散熱片組。在本 實施方式中，沿制冷劑流動的流路配置有第一散熱片組1、第二散熱片組 2、以及第三散熱片組3。在本實施方式中形成有九個散熱片組。
參照圖1和圖2，各散熱片組被配置在與半導體元件21在冷卻器的表 面上的配置位置相對應(yīng)的區(qū)域。各散熱片組配置成包括板部件19的配置 有半導體元件21的區(qū)域在板部件19的背側(cè)的投影區(qū)域。在本實施方式中，當在平面上投影冷卻器1時，半導體元件21配置在形成有各散熱片 組的區(qū)域內(nèi)。
本實施方式中的冷卻器包括作為供應(yīng)側(cè)的主水室的供應(yīng)側(cè)主水室部
31。供應(yīng)側(cè)主水室部31與制冷劑供應(yīng)管12連通。供應(yīng)側(cè)主水室部31形成 為能夠蓄存制冷劑。供應(yīng)側(cè)主水室部31與由第一散熱片la和殼體11形成 的制冷劑的流路連通。
本實施方式中的冷卻器包括用于向各合流空間36、 37供應(yīng)制冷劑的 副水室部。本實施方式中的冷卻器通過配置在各散熱片組彼此間的隔離部 件14、 15來形成副水室部41 43。
在本實施方式中，在形成副水室部41 43的板狀的部件上形成用于 向合流空間36、 37供應(yīng)制冷劑的切除部分，由此構(gòu)成各隔離部件14、 15。
本實施方式中的冷卻器包括配置在第一散熱片組1彼此間的隔離部件 14。通過兩個隔離部件14之間的空間來形成副水室部41。兩個隔離部件 14相互隔開間隔配置。隔離部件14配置成主表面與第一散熱片la的主表 面大致平行。與配置在第一散熱片組1彼此間的隔離部件14相同，在第 二散熱片組2彼此間配置有兩個隔離部件14。通過兩個隔離部件14之間 的空間來形成副水室部42。
在第三散熱片組3彼此間配置有隔離部件15。隔離部件15形成為截 面形狀呈現(xiàn)"3"字形。通過隔離部件15的內(nèi)側(cè)的空間來形成副水室部 43。隔離部件15形成為使副水室部41 43的端部閉塞。
配置在第一散熱片組1彼此間的隔離部件14和配置在第二散熱片組2 彼此間的隔離部件14相互隔開配置。配置在第二散熱片組2彼此間的隔 離部件14和隔離部件15相互隔開配置。隔離部件14、 15配置成能夠向各 合流空間36、 37供應(yīng)制冷劑。
供應(yīng)側(cè)主水室部31與由隔離部件14彼此以及隔離部件15形成的副水 室部41 43連通。供應(yīng)側(cè)主水室部31形成為能夠向副水室部41 43供應(yīng) 從制冷劑供應(yīng)管12流入的制冷劑。
在本實施方式中，構(gòu)成副水室部41 43的隔離部件14、 15配置在配置有半導體元件21的區(qū)域彼此間。S卩，避開配置有半導體元件21的區(qū)域
而配置隔離部件14、 15。避開配置有半導體元件32的區(qū)域而配置副水室 部41 43。
冷卻器包括作為排出側(cè)的水室的排出側(cè)主水室部32。排出側(cè)主水室部 32與制冷劑排出管13連通。排出側(cè)主水室部32配置在配置有各散熱片的 區(qū)域的下游側(cè)。排出側(cè)主水室部32與由第三散熱片3a和殼體11形成的制 冷劑的流路連通。
圖3是本實施方式中的冷卻器的第二簡要截面圖。圖3是沿圖2中的 in — m線截取并向箭頭方向觀察時的截面圖。散熱裝置23包括第一散熱 片la、第二散熱片2a、以及第三散熱片3a。第一散熱片la、第二散熱片 2a、以及第三散熱片3a與板部件19接合并配置在殼體11的內(nèi)部。殼體 ll形成為截面形狀呈現(xiàn)"^"字形。板部件19與殼體11的端面接合。
在圖3中，在各半導體元件21的正下方配置有第一散熱片la、第二 散熱片2a、以及第三散熱片3a。第一散熱片la、第二散熱片2a、以及第 三散熱片3a配置成橫跨板部件19的背表面和殼體11的內(nèi)表面。本實施方 式中的第一散熱片la、第二散熱片2a、以及第三散熱片3a分別與殼體11 的內(nèi)表面接觸。
第一散熱片la和第二散熱片2a隔開配置，由此形成合流空間36。另 外，第二散熱片2a和第三散熱片3a隔開配置，由此形成合流空間37。在 截面形狀上，各散熱片的長度形成為比半導體元件21在對應(yīng)方向上的長 度長。
圖4是本實施方式中的冷卻器的第三簡要截面圖。圖4是沿圖2中的 IV — IV線截取并向箭頭方向觀察時的截面圖。
在本實施方式中，隔離部件14、 15與板部件19的背表面及殼體11的 內(nèi)表面接合。隔離部件14彼此相互隔開配置，由此在形成副水室部41 43的間隔部件上形成切除部分，副水室部41 43與合流空間36連通。另 外，隔離部件14和隔離部件15配置成相互隔開，由此在形成副水室部 41 43的隔離部件上形成切除部分，副水室部41 43與合流空間37連 通。
ii參照圖2，如箭頭71所示，制冷劑從制冷劑供應(yīng)管12供應(yīng)。如箭頭
73所示，制冷劑經(jīng)由供應(yīng)側(cè)主水室部31流入配置有第一散熱片組1的區(qū) 域。制冷劑流入殼體ll和第一散熱片la之間的空間、第一散熱片la彼此 間的空間、以及隔離部件14和第一散熱片la之間的空間。制冷劑沿各散 熱片la的主表面流動。在本實施方式中，制冷劑以直線狀流動。如此，在 本實施方式中，散熱片成為制冷劑的流路的間隔壁。
制冷劑從第一散熱片la吸收熱量。通過第一散熱片組1的冷卻，能夠 主要冷卻對應(yīng)于第一散熱片組1接合在板部件19的表面上的半導體元件 21。
通過了第一散熱片組1的制冷劑流入合流空間36。在合流空間36 中，通過了第一散熱片組1的各流路的制冷劑相互混合。
被蓄存在合流空間36內(nèi)的制冷劑流入第二散熱片組2。通過流經(jīng)第二 散熱片組2來冷卻各第二散熱片2a。通過第二散熱片組2的冷卻，能夠主 要冷卻對應(yīng)于第二散熱片組2接合在板部件19的表面上的半導體元件 21。
通過了第二散熱片組2的制冷劑流入合流空間37。在合流空間37 中，通過了第二散熱片組2的各流路的制冷劑相互混合。
被蓄存在合流空間37內(nèi)的制冷劑流入第三散熱片組3。通過流經(jīng)第三 散熱片組3來冷卻各第三散熱片3a。通過第三散熱片組3的冷卻，能夠主 要冷卻對應(yīng)于第三散熱片組3接合在板部件19的表面上的半導體元件 21。
如箭頭74所示，通過了第三散熱片組3的制冷劑到達排出側(cè)主水室 部32。如箭頭72所示，制冷劑從排出側(cè)主水室部32流經(jīng)制冷劑排出管 13排出到冷卻器的外部。
另一方面，如箭頭75所示，流入冷卻器的制冷劑的一部分流經(jīng)供應(yīng) 側(cè)主水室部31流入副水室部41 43。在本實施方式中，在副水室部41 43中不會進行顯著的熱交換。如箭頭76a所示，制冷劑通過了副水室部41 后一部分流入合流空間36。 S卩，從副水室部41 43向第一散熱片組1和 第二散熱片組2之間的空間注入實質(zhì)上還沒有進行熱交換的制冷劑。制冷劑從副水室部41流入副水室部42。通過了副水室部42的制冷劑 如箭頭76b所示那樣流入合流空間37。即，形成在第二散熱片組2和第三 散熱片組3之間的合流空間也被從副水室部41 43注入實際還沒有進行 熱交換的制冷劑。
由于閉塞了副水室部43的端部，因此能夠防止流經(jīng)副水室部41 43 的制冷劑直接流入排出側(cè)主水室部32。在本實施方式中，流入了副水室部 41的制冷劑全部流入合流空間36、 37。
本實施方式中的副水室部41 43形成為截面面積比被進行熱交換的 制冷劑的流路大。BP，形成為形成副水室部的間隔部件彼此的距離比各散 熱片組中的散熱片彼此的距離大。
圖5是本實施方式中的冷卻器的第四簡要截面圖。圖5是沿圖2中的 V — V線截取并向箭頭方向觀察時的截面圖。本實施方式中的各流路形成 為截面形狀呈現(xiàn)長方形。
參照圖2，在本實施方式的冷卻器中，從供應(yīng)側(cè)主水室部31流入到第 一散熱片組1的制冷劑隨著在流路中前進而溫度上升。而且，壓力會下 降。制冷劑在各流路中由于熱交換的狀況和流路結(jié)構(gòu)的差異而會在壓力損 失上產(chǎn)生差異。在合流空間36中，通過使通過了相互不同的流路的制冷 劑混合，能夠使壓力變成大致均等。即，通過在通過了第一散熱片組1后 流入合流空間36，能夠使流經(jīng)各第一散熱片la時的壓力損失的偏差得到 緩和。
流入第二散熱片組2的制冷劑由于從合流空間36流入，因此能夠以 大致均等的壓力向各流路供應(yīng)制冷劑。因此，能夠向形成有第二散熱片組 2的區(qū)域中的各流路大致均勻地供應(yīng)制冷劑。能夠使朝向各流路的流量分 配大致均勻。結(jié)果，能夠均勻地冷卻配置在冷卻器的表面上的被冷卻體。
另外，即使產(chǎn)生了來自制冷劑供應(yīng)裝置的流路中的過渡性壓力變動， 由于合流空間成為壓力的緩沖空間，因此能夠使制冷劑在各流路中的流量 保持恒定，從而能夠減輕過渡性變動的影響。
另外，通過了形成有第一散熱片組1的區(qū)域中的各流路的制冷劑中產(chǎn) 生有溫度差。然而，制冷劑在合流空間36互相混合，由此溫度變得均等。結(jié)果，能夠使流入第二散熱片組2的區(qū)域的制冷劑的溫度變得大致均 等，能夠大致均勻地冷卻形成有第二散熱片組2的區(qū)域。
在形成有第二散熱片組2的區(qū)域，雖然在各流路中會再次產(chǎn)生壓力損
失的差異和溫度差，但是通過使制冷劑到達合流空間37，能夠再次消除該 壓力損失的差異和溫度差。因此，能夠給第三散熱片組3分配均等的流 量，并且，能夠向第三散熱片組3供應(yīng)溫度大致相等的制冷劑。結(jié)果，能 夠大致均勻地冷卻形成有第三散熱片組3的區(qū)域。
圖6表示放大了各散熱片的簡要示意圖。在第一散熱片la和第二散熱 片2a之間形成有合流空間36。制冷劑沿排列有第一散熱片la和第二散熱 片2a的方向流動。制冷劑向箭頭73所示的方向朝第一散熱片la進入。
一旦制冷劑沿第一散熱片la的表面流動，則邊界層8會在第一散熱片 la的表面附近發(fā)展。越靠近下游，邊界層8變得越厚。結(jié)果，在散熱片的 表面上的熱傳遞下降。即，如果邊界層8變厚則熱阻變大，從第一散熱片 la向制冷劑的熱傳遞變差。
圖7表示表面上的熱傳遞率的圖表，該表面是順沿從各散熱片的前側(cè) 的端部流動的方向的表面。熱傳遞率在散熱片的前側(cè)的端部高。熱傳遞率 隨著靠近下游變小。
參照圖6，在本實施方式中，能夠通過合流空間36的部分來斷開成長 起來的邊界層8。結(jié)果，能夠抑制第二散熱片2a的熱傳遞率變差。在本實 施方式中，邊界層8被合流空間36斷開后，制冷劑沖撞到第二散熱片2a 的前側(cè)的端部。邊界層8沿第二散熱片2a的表面重新發(fā)展。
由于邊界層在第二散熱片2a的前側(cè)的端部較薄，因此能夠獲得較高的 熱傳遞(前緣效果)。制冷劑在形成有第二散熱片2a的區(qū)域流動，由此邊 界層8會產(chǎn)生并繼續(xù)發(fā)展。但是，能夠通過形成在第二散熱片組2和第三 散熱片組3之間的合流空間37再次斷開邊界層。之后，能夠在第三散熱 片組3的前側(cè)的端部再次獲得前緣效果。
如此，本實施方式中的冷卻器能夠在與合流空間鄰接的散熱片的端部 重復前緣效果，從而能夠達到較高的熱傳遞率。結(jié)果，能夠得到高冷卻性在本實施方式中，散熱裝置包括多個散熱片，并形成有使被散熱片隔 離開的流路中的制冷劑合流的合流空間。合流空間形成在由散熱片形成的 流路的途中。通過采用該構(gòu)成，能夠提供可均勻地進行冷卻并且冷卻性能 上升的散熱裝置。
另外，在本實施方式中包括具有多個第一散熱片的第一散熱片組和具
有多個第二散熱片的第二散熱片組。第二散熱片組配置成第二散熱片的主 表面與第一散熱片的主表面大致平行。通過相互隔開配置第一散熱片組和
第二散熱片組來形成合流空間。根據(jù)該構(gòu)成，能夠容易地形成合流空間。
第一散熱片組和第二散熱片組不限于該方式，第一散熱片組的第一散 熱片和第二散熱片組的第二散熱片沒有配置成直線狀也可以。例如，在與 制冷劑的流路垂直的方向上，形成為第二散熱片組偏離第一散熱片組也可 以。通過這樣，促進制冷劑流的混亂，能夠提高冷卻性能。
另外，在本實施方式中，第一散熱片組和第二散熱片組具有相同的構(gòu) 成，但是不限于該方式，第一散熱片組和第二散熱片組具有不相同的構(gòu)成 也可以。例如，第一散熱片組所具有的第一散熱片的數(shù)量和第二散熱片組 所具有的第二散熱片的數(shù)量不相同也可以。
參照圖2，本實施方式中的冷卻器包括用于向合流空間供應(yīng)制冷劑的
副水室部41 43。由于各副水室部41 43與供應(yīng)側(cè)主水室部31連通，因 此能夠向合流空間供應(yīng)實質(zhì)上沒有進行熱交換的制冷劑。能夠向合流空間 注入溫度低的制冷劑，在下游側(cè)也能夠抑制制冷劑的溫度上升。結(jié)果，在 制冷劑的流動方向上也能夠進行大致均勻的冷卻。
制冷劑的由壓力損失引起的壓力下降越靠近下游越變大。因此，在下 游側(cè)的合流空間，與副水室部的壓力差變大，能夠使制冷劑的供應(yīng)量變 多。在制冷劑的下游側(cè)，由于制冷劑的溫度上升，因此能夠從副水室部向 變成高溫的部分供應(yīng)更多的低溫的制冷劑，能夠有效地抑制制冷劑的溫度 上升。結(jié)果，能夠降低冷卻器的出口溫度，能夠進行富余大的設(shè)計。
作為副水室部的大小，優(yōu)選其大小為使得壓力下降至少比由散熱片構(gòu) 成的流路的壓力下降小。或者，優(yōu)選在副水室部所產(chǎn)生的壓力下降為實質(zhì) 上可以忽略不記的程度。在本實施方式的情況下，作為副水室部的大小，例如優(yōu)選在與制冷劑流動的方向垂直的截面上截面面積為由散熱片彼此間 的空間構(gòu)成的流路的大致5倍或大于5倍。
當本發(fā)明中的冷卻器為沸騰型的冷卻器時，能夠緩和制冷劑的不足。 另外，能夠有效地避免燒盡。
在沸騰型的冷卻器中，制冷劑在冷卻器的內(nèi)部沸騰而變成液相和氣相 的2相狀態(tài)。在以該狀態(tài)繼續(xù)冷卻的所謂的沸騰冷卻中，能夠通過伴隨相 變的潛熱進行的吸熱以及沸點上的溫度維持效果來實現(xiàn)均勻且高性能的冷 卻?？墒?，在與冷卻器連接的發(fā)熱體的發(fā)熱量大的情況下，在作為傳熱面 的散熱片的表面上，存在會產(chǎn)生從泡核沸騰向膜狀沸騰轉(zhuǎn)變的燒盡的問 題。 一旦產(chǎn)生燒盡，則散熱片的表面被蒸氣覆蓋，熱傳遞極度惡化。如 此，在沸騰冷卻中，在散熱片的表面上保持液態(tài)制冷劑受到重視。
在本發(fā)明中的冷卻器中，能夠在各流路中實現(xiàn)流量的均勻化，能夠抑 制在低流量的流路中由于制冷劑部分性地不足而引起的燒盡。另外，能夠 從副水室部經(jīng)由合流空間向各流路供應(yīng)制冷劑，能夠抑制由制冷劑的不足 所引起的燒盡的發(fā)生。
并且，由于如上述那樣制冷劑的溫度越靠近下游越上升，因此氣液2 相中的液相的比例減少。因此，在下游側(cè)容易產(chǎn)生燒盡。另一方面，由于 制冷劑的壓力越靠近下游越下降，因此能夠使來自副水室部的制冷劑的供 應(yīng)越靠近下游則越多，從而能夠有效地抑制燒盡。在沸騰冷卻的情況下， 如此，能夠向容易產(chǎn)生燒盡的部分補給很多低溫的制冷劑，能夠進行與沸 騰狀態(tài)相對應(yīng)的適當?shù)闹评鋭┕?yīng)。
本發(fā)明中的冷卻器能夠適用于具有流路截面面積小的微通道構(gòu)造的冷
卻器。在微通道構(gòu)造中，水力直徑D例如大于等于0.6mm并小于等于 3mm?；蛘?，在具有更小的流路的微通道構(gòu)造中，水力直徑D為小于等于 0.6mm。
水力直徑D用以下的公式來表示。 D = 4A/L (1) (這里，A表示流路截面面積，L為截面形狀中圓周長度(濕緣邊長 度或截面長)在微通道構(gòu)造中，由于微細化了各流路，因此能夠通過聚集流路來實 現(xiàn)傳熱面積的擴大?；蛘?，能夠使熱傳遞率變大。在具有微通道構(gòu)造的冷 卻器中，能夠?qū)崿F(xiàn)小型化、實現(xiàn)冷卻能力的上升?？墒牵谖⑼ǖ罉?gòu)造 中，由于流路小，因此流經(jīng)流路時的壓力損失大，存在難以向各流路均等 地分配制冷劑的問題。
在本發(fā)明中，在流路的途中形成合流空間，由此在具有微通道構(gòu)造的 冷卻器中也能夠向各流路均等地供應(yīng)制冷劑。
并且，在具有微通道構(gòu)造的沸騰型的冷卻器中，由于流路的截面面積 小，因此存在容易產(chǎn)生燒盡的問題。即，由于流路的截面面積小，因此流 路由于產(chǎn)生沸騰而容易被氣相閉塞，存在容易產(chǎn)生燒盡的問題?？墒牵?本發(fā)明中，由于從副水室部向形成在各散熱片彼此間的合流空間供應(yīng)低溫 的制冷劑，能夠有效地抑制燒盡。
本實施方式中的各散熱片形成為平板狀，但是不限于該方式，散熱片 形成為使制冷劑沿表面流動即可。另外，對各散熱片的高度沒有限制，本 發(fā)明可適用于具有任意高度的散熱片的散熱裝置。
在本實施方式中，在形成副水室部的板狀的部件上形成用于向合流空 間供應(yīng)制冷劑的切除部分，由此形成各隔離部件，但是不限于該方式，構(gòu) 成副水室部的部件形成為從副水室部向合流空間供應(yīng)制冷劑即可。例如， 在形成副水室部的部件上形成有用于向合流空間供應(yīng)制冷劑的開口部(孔 部)或高度差也可以。
在本實施方式中形成為使各流路的截面形狀呈現(xiàn)長方形，但是不限于 該方式，各流路的截面形狀可以采用圓形或梯形等任意的形狀。
另外，在本實施方式中，在殼體的一個面上形成有用于向冷卻器供應(yīng) 制冷劑的制冷劑供應(yīng)管和制冷劑排出管，但不是特別地限定于該方式，制 冷劑供應(yīng)管形成為能夠向各散熱片供應(yīng)制冷劑即可。另外，制冷劑排出管 形成為能夠排出通過了各散熱片的制冷劑即可。
另外，在本實施方式中，作為被冷卻體列舉半導體元件進行了說明， 但是不限于該方式，可適用于用于冷卻任意被冷卻體的散熱裝置和冷卻 器。例如，本發(fā)明可適用于用于冷卻計算機的CPU的冷卻器和變換器等功
17率變換器的冷卻器。
(第二實施方式)
參照圖8和圖9來說明根據(jù)本發(fā)明并第二實施方式中的散熱裝置以及 冷卻器。本實施方式中的冷卻器在各散熱片的結(jié)構(gòu)和構(gòu)成副水室部的隔離 壁的結(jié)構(gòu)上與第一實施方式不同。
圖8是本實施方式中的冷卻器的第一簡要截面圖。圖8是與第一實施 方式中的圖3的截面圖相對應(yīng)的簡要截面圖。本實施方式中的冷卻器包括 散熱裝置24。散熱裝置24包括多個散熱片7。
散熱片7形成為從供應(yīng)側(cè)主水室部31延伸至排出側(cè)主水室部32。散 熱片7配置在殼體11的內(nèi)部。以使主表面彼此間平行的方式配置有多個 散熱片7 (未圖示)。
散熱片7具有用于形成合流空間36的開口部51。散熱片7包括用于 形成合流空間37的開口部52。開口部51、 52形成在半導體元件21彼此 間的區(qū)域。開口部51的平面形狀呈四邊形。開口部52的平面形狀呈圓 形。
圖9是本實施方式中的冷卻器的第二簡要截面圖。圖9是與第一實施 方式中的圖4的截面圖相對應(yīng)的簡要截面圖。本實施方式中的冷卻器包括 隔離部件16。
隔離部件16的截面形狀呈"〕"字形。隔離部件16形成為從供應(yīng)側(cè) 主水室部31延伸至排出側(cè)主水室部32。
隔離部件16具有用于與合流空間36連通的開口部53。隔離部件16 具有用于與合流空間37連通的開口部54。開口部53、 54形成"〕"字形 中的相互面對并大致平行的面狀部分。開口部53的平面形狀呈四邊形。 開口部53形成在隔離部件16的寬度方向上的端部。開口部54的平面形狀 呈圓形。開口部54形成在隔離部件16的寬度方向上的大致中心部。
如此，在本實施方式的冷卻器中，在散熱片上形成有開口部。根據(jù)該 構(gòu)成也能夠得到與第一實施方式相同的作用和效果。另外，通過在用于構(gòu) 成副水室部的隔離部件上也形成開口部，能夠向合流空間供應(yīng)制冷劑。
本實施方式中的散熱片和形成在隔離部件上的開口部的平面形狀被形成為四邊形或圓形，但是不限于該方式，開口部的形狀可以采用任意的形 狀。
在本實施方式中，形成在散熱片上的開口部與形成在隔離部件上的開 口部形成為具有大致相同的形狀和大小，但是不限于該方式，形成在各部 件上的開口部具有相互不同的形狀和大小也可以。并且，如第一實施方式 所示，代替一部分開口部而形成有切除部分也可以。
關(guān)于其它的構(gòu)成、作用、以及效果，由于與第一實施方式相同，故在 此不重復其說明。
(第三實施方式)
參照圖10至圖12來說明根據(jù)本發(fā)明并第三實施方式中的散熱裝置以 及冷卻器。本實施方式中的冷卻器在副水室部的結(jié)構(gòu)上與第一實施方式不 同。
圖10是本實施方式中的冷卻器的第一簡要截面圖。本實施方式中的
冷卻器包括散熱裝置25。散熱裝置25包括板部件25。散熱裝置25包括 第一散熱片組4。第一散熱片組4包括多個第一散熱片la。多個第一散熱 片la配置成主表面彼此相互平行。
散熱裝置25包括第二散熱片組5。第二散熱片組5包括多個第二散熱 片2a。第二散熱片組5具有與第一散熱片組4相同的構(gòu)成。散熱裝置25 包括第三散熱片組6。第三散熱片組6包括多個第三散熱片3a。第三散熱 片組6具有與第一散熱片組4相同的構(gòu)成。
在第一散熱片組4和第二散熱片組5之間形成有合流空間36。在第二 散熱片組5和第三散熱片組6之間形成有合流空間37。本實施方式中的冷 卻器包括殼體18。第一散熱片組4、第二散熱片組5、以及第三散熱片組 6配置在殼體18的內(nèi)部。
圖11是本實施方式中的冷卻器的第二簡要截面圖。圖11是沿圖10中 的XI — XI線截取并向箭頭方向觀察時的截面圖。本實施方式中的殼體18 包括側(cè)壁18a。殼體18具有隔離壁18b。隔離壁18b形成為板狀。隔離壁 18b與側(cè)壁18a接合。本實施方式中的隔離壁18b形成為主表面與板部件 19的主表面大致平行。隔離壁18b分割殼體18的內(nèi)部的空間。在一個空間內(nèi)配置有具有第
一散熱片la的第一散熱片組4等散熱片組。另一個空間構(gòu)成副水室部 44。副水室部44由隔離壁18b與殼體18的外壁之間的空間形成。
隔離壁18b具有用于向各合流空間36、 37供應(yīng)制冷劑的開口部18c、 18d。開口部18c、 18d形成在配置有半導體元件21的區(qū)域彼此之間。
參照圖10，各開口部18c、 18d隔開間隔而形成。開口部18c的平面 形狀呈圓形。開口部18d的平面形狀呈長方形。
圖12是本實施方式中的冷卻器的第三簡要截面圖。圖12是沿圖10中 的Xn — XE線截取并向箭頭方向觀察時的截面圖。開口部18d相互隔開一定 的間隔而形成。另外，開口部18c也隔開一定的間隔而形成。
參照圖10，制冷劑如箭頭71所示那樣從制冷劑供應(yīng)管12向供應(yīng)側(cè)主 水室部31供應(yīng)。如箭頭77所示，制冷劑從供應(yīng)側(cè)主水室部31流入形成有 第一散熱片組4的區(qū)域。制冷劑流入第一散熱片組4后到達合流空間36。 制冷劑從合流空間36流入形成有第二散熱片組5的區(qū)域。通過了第二散 熱片組5的制冷劑到達合流空間37。制冷劑從合流空間37流入形成有第 三散熱片組6的區(qū)域。
如箭頭78所示，制冷劑從形成有第三散熱片組6的區(qū)域流入排出側(cè) 主水室部32。如箭頭72所示，制冷劑從排出側(cè)主水室部32流經(jīng)制冷劑排
出管13被排出。在各合流空間36、 37中，通過了各流路的制冷劑相互混 合。
參照圖11和圖12，如箭頭79所示，流入供應(yīng)側(cè)主水室部31的制冷 劑的一部分流入副水室部44。如箭頭80所示，流入副水室部44的制冷劑 流經(jīng)開口部18c而流入合流空間36。另外，流入副水室部44的制冷劑流 經(jīng)開口部18d而流入合流空間37。如此，針對各合流空間36、 37，能夠 從主水室部向合流空間供應(yīng)實質(zhì)上沒有進行熱交換的制冷劑。
在本實施方式中的冷卻器中，通過隔離壁18b來隔離了給散熱片的冷 卻直接地作出貢獻的流路和副水室部。在第一實施方式中，在各散熱片彼 此間形成有副水室部，但是本實施方式中的副水室部形成在與配置有散熱 片的空間隔離開的空間中。因此，不容易直接地受到半導體元件的熱影響，能夠?qū)母彼也抗?yīng)的制冷劑的溫度保持在更低溫。
例如，在半導體元件等發(fā)熱體的發(fā)熱量大并且在發(fā)熱體的正下方形成
副水室部的情況下，有時副水室部內(nèi)的制冷劑受到發(fā)熱體的影響。可是，
在本實施方式中，能夠利用隔離壁18b隔斷發(fā)熱體的熱量，能夠可靠地向
合流空間供應(yīng)低溫的制冷劑。
作為隔離壁，其材質(zhì)不受限定，但是優(yōu)選由絕熱材料形成。根據(jù)該構(gòu)
成，能夠更加有效地抑制副水室部中的制冷劑的溫度上升。
另外，在本實施方式中，由于副水室部的流路截面面積大，能夠使副
水室部中的壓力損失更小。結(jié)果，在下游側(cè)也能夠從副水室部向合流空間
供應(yīng)很多制冷劑。在本實施方式中，形成在隔離壁上的開口部的各平面形狀為圓形或四 邊形，但是不限于該方式，可以采用任意的形狀。例如，開口部也可以是 沿合流空間延伸的長孔。
關(guān)于其它的構(gòu)成、作用、以及效果，由于與第一和第二實施方式相 同，故在此不重復其說明。
在上述的各圖中，對相同或相當?shù)牟糠謽俗⒘讼嗤臉颂?。另外，?上述的說明中，上或下等的記載是相對地表示各部位的位置關(guān)系的并不表 示鉛垂方向上的絕對上下方向。
此次所公開的上述實施方式在所有的點上只是示例并不是限定性的。 不是由上述的說明而是由權(quán)利要求書表示并與權(quán)利要求相等的宗旨和范圍 內(nèi)的所有的變更均包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
本發(fā)明例如可適用于半導體元件的冷卻用的散熱裝置或冷卻器等，其 中半導體元件構(gòu)成控制混合動力車輛的驅(qū)動用旋轉(zhuǎn)電機的電氣設(shè)備 (PCU:功率控制單元)。
權(quán)利要求
1. 一種散熱裝置，包括多個散熱片(1a、2a、3a、7)，所述散熱片(1a、2a、3a、7)被形成為作為制冷劑的流路的間隔壁，所述散熱片(1a、2a、3a、7)被形成為使所述制冷劑沿該散熱片的表面流動，形成有合流空間(36、37)，使由所述散熱片(1a、2a、3a、7)隔離出的所述流路中的所述制冷劑合流，所述合流空間(36、37)形成在由所述散熱片(1a、2a、3a、7)形成的所述流路的途中。
2. 如權(quán)利要求1所述的散熱裝置，其中，在所述制冷劑的流路的方向上，在位于多個被冷卻體(21)的正下方 的區(qū)域之間形成所述合流空間(36、 37)。
3. 如權(quán)利要求1所述的散熱裝置，其中，所述散熱片(la、 2a、 3a)包括多個第一散熱片(la)和多個第二散 熱片(2a)，所述散熱裝置包括按照使多個所述第一散熱片(la)的主表面彼此相互平行的方式配置 而成的第一散熱片組(1、 4);以及按照使多個所述第二散熱片(2a)的主表面彼此相互平行的方式配置 而成的第二散熱片組(2、 5);所述第二散熱片組(2、 5)被配置成所述第二散熱片(2a)的主表面 與所述第一散熱片(la)的主表面大致平行，通過相互隔開配置所述第一散熱片組(1、 4)和所述第二散熱片組 (2、 5)來形成所述合流空間(36、 37)。
4. 如權(quán)利要求3所述的散熱裝置，其中，被冷卻體(21)被配置在分別形成有所述第一散熱片組(1、 4)和所 述第二散熱片組(2、 5)的區(qū)域的內(nèi)部，所述合流空間(36、 37)形成在所述第一散熱片組(1、 4)和所述第二散熱片組(2、 5)之間。
5. 如權(quán)利要求3所述的散熱裝置，其中，所述第二散熱片組(2、 5)形成為在與所述制冷劑的流路垂直的方向 上相對于所述第一散熱片組(1、 4)發(fā)生偏離。
6. 如權(quán)利要求1所述的散熱裝置，其中， 所述散熱片(7)被配置成主表面彼此相互大致平行， 所述散熱片(7)包括開口部(53、 54)， 所述合流空間(36、 37)由所述開口部(53、 54)形成。
7. 如權(quán)利要求6所述的散熱裝置，其中，所述開口部(53、 54)形成在多個被冷卻體(21)彼此間的區(qū)域中。
8. 如權(quán)利要求1所述的散熱裝置，其中，所述散熱片(la、 2a、 3a、 7)被形成為具有微通道構(gòu)造。
9. 如權(quán)利要求1所述的散熱裝置，其適用于功率變換器的冷卻器。
10. —種冷卻器，包括權(quán)利要求1所述的散熱裝置(19);在內(nèi)部 配置有所述散熱片(la、 2a、 3a、 7)的殼體(11、 18);以及用于供應(yīng)所 述制冷劑的制冷劑供應(yīng)管(12);其中，在所述殼體(11、 18)的內(nèi)部形成與所述制冷劑供應(yīng)管(12)連通而 用于向多個所述流路供應(yīng)所述制冷劑的主水室部(31)，在所述殼體(11、 18)的內(nèi)部形成與所述主水室部(31)連通而用于 向所述合流空間(36、 37)供應(yīng)制冷劑的副水室部(41 44)。
11. 如權(quán)利要求10所述的冷卻器，其中， 所述冷卻器形成為進行沸騰冷卻，所述制冷劑供應(yīng)管(12)與用于邊加壓邊供應(yīng)所述制冷劑的制冷劑供 應(yīng)裝置相連接。
全文摘要
散熱裝置包括多個散熱片(1a、2a、3a)。散熱片(1a、2a、3a)形成為形成制冷劑的流路的間隔壁。散熱片(1a、2a、3a)形成為使所述制冷劑沿表面流動。形成合流空間(36、37)使被散熱片(1a、2a、3a)隔離的所述流路中的所述制冷劑合流。合流空間(36、37)形成在由散熱片(1a、2a、3a)形成的所述流路的途中。
文檔編號H01L23/473GK101473432SQ200780022420
公開日2009年7月1日 申請日期2007年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月14日
發(fā)明者吉田忠史, 橫井豐, 長田裕司 申請人:豐田自動車株式會社