特許 6821803 電気キャビネット用冷却板アセンブリ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6821803

(24)【登録日】2021年1月8日

(45)【発行日】2021年1月27日

(54)【発明の名称】電気キャビネット用冷却板アセンブリ

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/473 20060101AFI20210114BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20210114BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/46 Z

   H05K7/20 N

【請求項の数】7

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2019-524133(P2019-524133)

(86)(22)【出願日】2017年7月20日

(65)【公表番号】特表2019-523568(P2019-523568A)

(43)【公表日】2019年8月22日

(86)【国際出願番号】US2017043156

(87)【国際公開番号】WO2018017881

(87)【国際公開日】20180125

【審査請求日】2019年3月15日

(31)【優先権主張番号】201620778766.7

(32)【優先日】2016年7月22日

(33)【優先権主張国】CN

(31)【優先権主張番号】15/654,457

(32)【優先日】2017年7月19日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】517273489

【氏名又は名称】ジョンソン コントロールズ テクノロジー カンパニー

(73)【特許権者】

【識別番号】518097707

【氏名又は名称】ジョンソン コントロールズ エアー・コンディショニング・アンド・リフリジェレーション （ウーシー） カンパニー，リミテッド

(73)【特許権者】

【識別番号】516389499

【氏名又は名称】ヨーク （ウーシー） エアー・コンディショニング・アンド・リフリジェレーション・カンパニー，リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100140109

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 新次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100120112

【弁理士】

【氏名又は名称】中西 基晴

(74)【代理人】

【識別番号】100101373

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 茂雄

(74)【代理人】

【識別番号】100188329

【弁理士】

【氏名又は名称】田村 義行

(72)【発明者】

【氏名】ウー，ジュオチイ

【審査官】 井上 弘亘

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０４４１１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０２９１６５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１３−５１３２４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２３／４７３

Ｈ０５Ｋ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気キャビネット用冷却板アセンブリであって、
チャネル及び収容溝を備えた本体部であって、前記チャネルは液体冷却媒体を循環させるように構成され、前記収容溝は前記本体部の第１の上面に配置され、前記本体部は、前記チャネルに流体的に連通する液体入口及び液体出口を備え、前記液体入口及び前記液体出口は、前記第１の上面に対して交差する、前記本体部の１つの側面に配置される、本体部と、
前記収容溝に配置される密封部と、
前記密封部の上方に配置される取付部であって、前記取付部の下面は前記本体部に面し、前記取付部の第２の上面は前記液体冷却媒体によって冷却されるべき電子機器の基板に結合するように、かつ前記基板を前記液体冷却媒体から流体的に隔離するように構成されている取付部と、を含む冷却板アセンブリ。

【請求項2】

前記本体部は少なくとも１つの板状構成要素を含む、請求項１に記載の冷却板アセンブリ。

【請求項3】

前記取付部は少なくとも１つの板状構成要素を含む、請求項１に記載の冷却板アセンブリ。

【請求項4】

前記密封部は少なくとも１つの密封環を含む、請求項１に記載の冷却板アセンブリ。

【請求項5】

前記本体部は、アルミニウム、又はプラスチック、又はその両方を含む材料から作製される、請求項１に記載の冷却板アセンブリ。

【請求項6】

前記本体部の前記第１の上面に流路が形成され、前記流路は、前記液体出口及び前記液体入口を介して前記チャネルと連通している、請求項１に記載の冷却板アセンブリ。

【請求項7】

前記取付部は銅でできている、請求項１に記載の冷却板アセンブリ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、「ＣＯＬＤ ＰＬＡＴＥ ＡＳＳＥＭＢＬＹ ＦＯＲ ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬ ＣＡＢＩＮＥＴ」と題された２０１６年７月２２日に出願された中国実用新案出願第２０１６２０７７８７６６．７号明細書の優先権及びその利益を主張するものであり、この実用新案出願は、あらゆる目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本開示は冷却機器の分野に関し、とりわけ電気キャビネット用の冷却板アセンブリに関する。

【背景技術】

【0003】

パワーエレクトロニクス技術の発展に伴い、電子機器の電力は益々高くなり、電子機器の体積は益々小さくなっている。電気キャビネット内のパワーエレクトロニクス機器を効率的に冷却するために、液体冷却媒体及び冷却板を利用した放熱モードを利用することが、より一般的になってきている。

【0004】

図１に示すように、既存のパワーエレクトロニクス機器は通常、銅でできている冷却板１３に取り付けられる。液体冷却モードでは、パワーエレクトロニクス機器によって発生した熱は、基板の底部から冷却板１３を経て、冷却板１３内のチャネルを通って流れる液体冷却媒体へと伝達される。液体冷却媒体は、冷却板１３の外部にある熱交換器等によって再度冷却される。あいにく、冷却板１３は銅でできているので、コストは相対的に高くつく。更に、既存のパワーエレクトロニクス機器の殆どにはサイズ要件があり、これにより冷却板１３のコストが増加することがある。例えば、パワーエレクトロニクス機器は、留め具１２によって冷却板１３に取り付けられたＩＧＢＴ１１（例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、及び留め具１５によって冷却板１３に取り付けられたシリコン制御整流素子１４を含むことがある。設置されるべきパワーエレクトロニクス機器の数が比較的に多い場合には、冷却板１３の取付面も比較的に大きくなり、その結果、電子機器の全体的な高さは比較的に小さくなる。冷却板１３は銅でできているので、電子機器の高さを縮小することは比較的に難しく、効率が低下した最終製品をもたらすことがある。

【0005】

図２に示すように、別の既存の冷却システムは、液体冷却媒体の流入、循環、及び流出用のチャネルを含む。例えば、パワーエレクトロニクス機器２４の基板が取り付けられている冷却板２１に、液体入口及び液体出口が配置される。冷却板２１とパワーエレクトロニクス機器２４との間に密封を形成するために密封環２２が使用される。液体冷却媒体は、冷却板２１のチャネル、液体出口、及び液体入口を通って、パワーエレクトロニクス機器２４の基板の底部の近辺を流れ、それによって基板の底部に直接的に接触してパワーエレクトロニクス機器２４によって発生した熱を取り去る。実施形態によっては、パワーエレクトロニクス機器２４は、ボルト２３を介して冷却板２１に取り付けられる。更に、液体冷却媒体は、冷却板２１の外部にある熱交換器等によって冷却されることがある。図２で示した実施形態は、図１の実施形態に比べると熱交換性能が向上していることを含んでおり、これは、冷却板２１を比較的に安価な材料で作製することができ、それによって冷却板２１のコストを削減することができるからである。しかしながら、図２の構造を有する冷却板２１は、基板の底部が密封構造にはなっていないパワーエレクトロニクス機器２４に対しては適していない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従って、上記の問題点を少なくとも部分的に解決するための、電気キャビネット用の冷却板アセンブリを提供することが望ましい。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の概要では、一連の単純化された概念を紹介する。これらについては、具体的な実施形態において更に詳細に説明する。本開示の概要は、特許請求される技術的解決策の特徴を限定することを意図してはおらず、また特許請求される技術的解決策の保護の範囲を決定することを意図してはいない。

【0008】

少なくとも部分的に上記の問題点を解決するために、本開示は電気キャビネット用の冷却板アセンブリに関し、この冷却板アセンブリは本体部、密封部、及び取付部を含み、本体部は液体冷却媒体を循環させるためのチャネルと本体部の上面上に配置された収容溝とを備えており、密封部は収容溝に収容され、取付部は密封部の上方に配置され、取付部の下面は本体部に面し、取付部の上面は冷却されるべき電子機器を取り付けるために使用される。

【0009】

本開示による電気キャビネット用の冷却板アセンブリは、本体部、密封部、及び取付部を備えており、本体部は液体冷却媒体の流入、循環、及び流出用のチャネル、ならびに密封部を配置するためのチャネルを備えている。パワーエレクトロニクス機器を取り付けるために取付部が使用され、その結果、本体部のコストを削減することができ、また冷却板アセンブリは、底部に密封構造を持たないパワーエレクトロニクス機器にも適用することができる。

【0010】

実施形態によっては、本体部は少なくとも１つの板状構成要素を含む。

【0011】

実施形態によっては、取付部は少なくとも１つの板状構成要素を含む。

【0012】

実施形態によっては、密封部は少なくとも１つの密封環を含む。

【0013】

実施形態によっては、本体部は、アルミニウム及び／又はプラスチックを含む材料でできている。

【0014】

実施形態によっては、本体部の上面に流路が形成され、この流路は、液体出口及び液体入口を介してチャネルと連通している。

【0015】

実施形態によっては、取付部は銅でできている。

【0016】

以下の図面は、本開示の実施形態を示しており、本開示を理解するために本明細書で使用される。図面では、本開示の実施形態及びその説明文は、本開示の原理を説明するために付与される。図面では、

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】従来技術での冷却板の分解図である。

【図2】従来技術での別の冷却板の分解図である。

【図3】本開示の一態様による、実用新案の第１の実施形態による電気キャビネット用の冷却板アセンブリの分解図である。

【図4】本開示の一態様による、実用新案の第２の実施形態による電気キャビネット用の冷却板アセンブリの分解図である。

【図5】本開示の一態様による、図３に示す冷却板アセンブリ及びパワーエレクトロニクス機器の分解図である。

【図6】本開示の一態様による、図４に示す冷却板アセンブリ及びパワーエレクトロニクス機器の分解図である。

【図7】本開示の一態様による、パワーエレクトロニクス機器が取り付けられた冷却板アセンブリの上面図である。

【図8】本開示の一態様による、パワーエレクトロニクス機器が取り付けられた冷却板アセンブリの斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下の考察では、本開示の更に徹底した理解をもたらすために詳細を付与する。しかしながら、本開示の実施形態は、これらの詳細のうちの１つ又は複数を用いることなく実施することができることを、当業者であれば理解するであろう。本開示の実施形態を不明瞭にすることのないように、特定の例では、当分野で既知の幾つかの技術的特徴については詳細には説明していない。なお、本明細書で使用する「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」という用語及び類似の表現は、限定するのではなく、説明目的のためのみのものである。

【0019】

本開示で引用される「第１」及び「第２」などの単語は、識別子に過ぎず、特定の順序などの何らかの他の意味は持たない。更に、例えば、「第１の構成要素」という用語自体は、「第２の構成要素」の存在を示唆するものではなく、また、「第２の構成要素」という用語自体は、「第１の構成要素」の存在を示唆するものではない。

【0020】

本開示は、電気キャビネット用の冷却板アセンブリに関し、冷却板アセンブリは本体部１００、密封部、及び取付部３００を含む。具体的には、本体部１００は、液体冷却媒体を循環させるためのチャネル（図示せず）と、本体部１００の上面上に配置された収容溝（図示せず）とを備えている。密封部は、収容溝に収容される。取付部３００は、密封部の上方に配置され、取付部３００の下面は本体部１００に面し、取付部３００の上面は冷却されるべき電子機器（例えば、パワーエレクトロニクス機器５００）を取り付けるために使用される。

【0021】

本開示による電気キャビネット用の冷却板アセンブリは、本体部１００、密封部、及び取付部３００を備えている。本体部１００は、液体冷却媒体の流入、循環、及び流出用のチャネルと、密封部を配置するためのチャネルとを備えている。取付部３００は、パワーエレクトロニクス機器５００を取り付けるために使用される。本体部１００は、既存の冷却板と比べて本体部１００のコストが削減されるように、アルミニウム、プラスチック、及び他の適切な材料を含む、１つ又は複数の比較的に安価な材料で作製することができる。

【0022】

更に、液体冷却媒体の循環用のチャネルが本体部１００に設けられることがあり、当業者であれば、液体冷却媒体としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、脱イオン水、アルコール型冷却剤、保冷剤、油、他の適切な液体、又はそれらの任意の組み合わせが含まれることがあるがこれらに限定はされないことを、理解するはずである。更に、本体部１００の表面には流路（図示せず）が形成されることがあり、この流路は液体出口及び液体入口を介してチャネルと連通することができる。

【0023】

図３及び図４に図示した実施形態に示すように、本体部１００は、例えば板状部材などの単一の材料片から形成されることがある。他の実施形態では、本体部１００は、１つ又は複数の材料片によって形成され密封されることもある。

【0024】

更に、液体出口、流路、液体入口、及び密封環２００を配置するためのチャネルは、パワーエレクトロニクス機器５００及び／又は他の要因（例えば、冷却液の種類、等）に応じて異なるサイズで形成されることがある。

【0025】

一実施形態では、密封部は少なくとも１つの密封環２００を含み、密封環の数及びサイズは、パワーエレクトロニクス機器５００及び／又は他の要因（例えば、冷却液の種類、等）に従って決定することができる。例えば、パワーエレクトロニクス機器５００に応じて、１つの密封環２００又は３つの密封環２００が設けられることがある。

【0026】

取付部３００は、銅又は他の材料から形成され、比較的に高い熱伝導性を有することがある。更に、取付部３００は、パワーエレクトロニクス機器５００の底部基板のサイズに応じて少なくとも１つの板状部材として設けられることがある。例えば、図５に図示する実施形態で示すように、取付部３００は３つの板状部材を含み、一方他の実施形態では（例えば図４及び図６を参照）、取付部３００’は１つの板状部材を含む。

【0027】

パワーエレクトロニクス機器５００が非密封構造の底部基板を含む実施形態では、取付部３００は、パワーエレクトロニクス機器５００の底部基板を液体冷却媒体から隔離することがあり、その結果、本開示の冷却板アセンブリの実施形態は、非密封構造の底部基板を有するパワーエレクトロニクス機器５００に適することができる。

【0028】

図７及び図８に示すように、取付部３００は、密封環２００と連携して、ボルト４００又は他の締結手段などの留め具を使用して本体部１００に取り付けられることがある。これに加えて又はこの代わりに、パワーエレクトロニクス機器５００及び密封環２００は、１つの共通の留め具を介して本体部１００に取り付けられることもある。

【0029】

使用時には、液体冷却媒体は本体部１００に流入し、チャネルを通って流れ、本体部１００の表面にある液体出口から流出し、流路を介して取付部３００の下面に接触し、液体入口から本体部１００のチャネルに戻り、チャネルに沿って本体部１００から流出して外部で（例えば、熱交換器によって）冷却される。従って、液体冷却媒体が取付部３００の下面に接触すると、液体冷却媒体は、パワーエレクトロニクス機器５００を冷却するように、取付部３００に取り付けられたパワーエレクトロニクス機器５００によって発生した熱を取り除くことができる。

【0030】

特に断りのない限り、本明細書で使用する技術的用語及び科学的用語は、本開示の分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書で使用する用語は、具体的な実施態様を説明する目的のためのものであり、本開示の実施形態を限定することを意図してはいない。「配置」などの用語は、ある構成要素が別の構成要素に直接的に取り付けられていること、又は、ある構成要素がミドルウェアを介して別の構成要素に取り付けられていることを表すことがある。１つの実施形態において本明細書に記載する特徴は、その特徴が適用可能ではないか又は他の実施形態中でそうではないと説明されていない限り、別々に又は他の特徴と組み合わせて別の実施形態に適用することができる。

【0031】

上記の実施形態を介して本開示について説明したが、上述の実施形態は具体例であり例示目的のためのみのものであり、本開示を、説明した実施形態の範囲に限定することを意図してはいないことは言うまでもない。当業者であれば、本開示の教示に従って様々な変更及び修正を加えることができること、またこれらの変更及び修正は全て本開示の保護範囲内に含まれることを理解するであろう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】