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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024128380
(43)【公開日】2024-09-24
(54)【発明の名称】冷却器
(51)【国際特許分類】
H01L 23/36 20060101AFI20240913BHJP
【ＦＩ】
H01L23/36 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023037324
(22)【出願日】2023-03-10
(71)【出願人】
【識別番号】000005234
【氏名又は名称】富士電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003177
【氏名又は名称】弁理士法人旺知国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】讃岐 育孝
(72)【発明者】
【氏名】中村 淳
(72)【発明者】
【氏名】内部 銀二
(72)【発明者】
【氏名】藤本 裕地
【テーマコード（参考）】
5F136
【Ｆターム（参考）】
5F136BA02
5F136CB07
5F136CB08
5F136DA27
5F136FA02
5F136FA03
5F136GA12
(57)【要約】
【課題】従来の冷却器に比較して高い放熱性能を有しながら、簡便に製造できる冷却器を提供する。
【解決手段】冷却器１は、発熱体に接触する第１面ＦＳと第１面ＦＳとは反対側の第２面ＳＳとを含む冷却板１０と、冷媒ＦＬが流通する流路部２４とを具備し、流路部２４は、第２面ＳＳに外壁面が対向した状態で当該第２面ＳＳに沿って積層された複数の流路板２２とを備え、複数の流路板２２の各々には、開口部２２１が形成され、複数の流路板２２にわたり開口部２２１が連通することで冷媒ＦＬの流路Ｐが形成され、複数の流路板２２のうち第１流路板における開口部２２１の内周面２２２と、複数の流路板２２のうち第１流路板に隣接する第２流路板における開口部２２１の内周面２２２との間には、段差２２３が形成される。
【選択図】図２
【解決手段】冷却器１は、発熱体に接触する第１面ＦＳと第１面ＦＳとは反対側の第２面ＳＳとを含む冷却板１０と、冷媒ＦＬが流通する流路部２４とを具備し、流路部２４は、第２面ＳＳに外壁面が対向した状態で当該第２面ＳＳに沿って積層された複数の流路板２２とを備え、複数の流路板２２の各々には、開口部２２１が形成され、複数の流路板２２にわたり開口部２２１が連通することで冷媒ＦＬの流路Ｐが形成され、複数の流路板２２のうち第１流路板における開口部２２１の内周面２２２と、複数の流路板２２のうち第１流路板に隣接する第２流路板における開口部２２１の内周面２２２との間には、段差２２３が形成される。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
発熱体に接触する第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを含む冷却板と、
冷媒が流通する流路部とを具備し、
前記流路部は、
前記第２面に外壁面が対向した状態で当該第２面に沿って積層された複数の流路板を備え、
前記複数の流路板の各々には、開口部が形成され、
前記複数の流路板にわたり前記開口部が連通することで冷媒の流路が形成され、
前記複数の流路板のうち第１流路板における前記開口部の内周面と、前記複数の流路板のうち前記第１流路板に隣接する第２流路板における前記開口部の内周面との間には、段差が形成される
冷却器。
冷媒が流通する流路部とを具備し、
前記流路部は、
前記第２面に外壁面が対向した状態で当該第２面に沿って積層された複数の流路板を備え、
前記複数の流路板の各々には、開口部が形成され、
前記複数の流路板にわたり前記開口部が連通することで冷媒の流路が形成され、
前記複数の流路板のうち第１流路板における前記開口部の内周面と、前記複数の流路板のうち前記第１流路板に隣接する第２流路板における前記開口部の内周面との間には、段差が形成される
冷却器。
【請求項2】
前記第１流路板の前記開口部の形状と、前記第２流路板の前記開口部の形状とは、互いに異なる、請求項１に記載の冷却器。
【請求項3】
前記開口部の内周面は、当該開口部の中心軸に対して傾斜する傾斜面である、請求項１に記載の冷却器。
【請求項4】
前記開口部内において、前記冷媒の下流側の開口は、前記冷媒の上流側の開口よりも大きい、請求項３に記載の冷却器。
【請求項5】
前記開口部内において、前記冷媒の上流側の開口は、前記冷媒の下流側の開口よりも大きい、請求項３に記載の冷却器。
【請求項6】
前記複数の流路板の各々には、前記開口部を含む複数の開口部が形成され、
前記複数の開口部の各々が前記複数の流路板にわたり連通することで、互いに並行する複数の流路が形成される
請求項１の冷却器。
前記複数の開口部の各々が前記複数の流路板にわたり連通することで、互いに並行する複数の流路が形成される
請求項１の冷却器。
【請求項7】
前記複数の流路板の各々には、当該流路板の表面に平行な第１方向及び第２方向にわたり前記複数の開口部が形成される
請求項６の冷却器。
請求項６の冷却器。
【請求項8】
前記複数の流路板の各々は、長尺状の板状部材であり、
前記複数の流路板の各々において長辺に対応する前記外壁面が前記第２面に対向し、
前記複数の流路板の積層の厚さは、前記各流路板の長辺の長さを下回る
請求項１の冷却器。
前記複数の流路板の各々において長辺に対応する前記外壁面が前記第２面に対向し、
前記複数の流路板の積層の厚さは、前記各流路板の長辺の長さを下回る
請求項１の冷却器。
【請求項9】
前記流路部を収容する収容空間と、前記収容空間に冷媒を供給するための供給管と、前記収容空間から冷媒を排出するための排出管とを含む筐体を具備し、
前記冷却板は、前記筐体に固定されることで前記収容空間を閉塞する
請求項１の冷却器。
前記冷却板は、前記筐体に固定されることで前記収容空間を閉塞する
請求項１の冷却器。
【請求項10】
前記複数の流路板は、
前記第１流路板を含む複数の第１流路板と、
前記第２流路板を含む複数の第２流路板と、を含み、
前記複数の第１流路板の各々と前記複数の第２流路板の各々とは、前記第２面に沿って交互に積層される
請求項１の冷却器。
前記第１流路板を含む複数の第１流路板と、
前記第２流路板を含む複数の第２流路板と、を含み、
前記複数の第１流路板の各々と前記複数の第２流路板の各々とは、前記第２面に沿って交互に積層される
請求項１の冷却器。
【請求項11】
前記複数の流路板の厚さが、互いに一致する、請求項１に記載の冷却器。
【請求項12】
前記複数の流路板は、互いに厚さが異なる少なくとも２枚の流路板を含む、請求項１に記載の冷却器。
【請求項13】
前記第１流路板の開口部の寸法と、前記第２流路板の開口部の寸法とは、互いに異なり、互いに同心である、請求項２に記載の冷却器。
【請求項14】
前記第１流路板の開口部の寸法と、前記第２流路板の開口部の寸法とは、互いに異なり、前記第１流路板の開口部の中心軸と、前記第２流路板の開口部の中心軸とは、互いに一致しない、請求項２に記載の冷却器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、冷却器に関する。
【背景技術】
【0002】
例えばパワー半導体モジュール等の発熱体を冷却するために、冷媒を用いた冷却器が用いられる。発熱体をより効率的に冷却するため、冷却器は、多穴管を備えることがある。しかし、多穴管を備える冷却器は、冷媒の流路が多数に分流されるため、冷媒の流速が低くなり、放熱性能が低くなる。
【0003】
例えば、特許文献１は、放熱性能を高めるため、多穴管を、冷媒の流れ方向に蛇行させる構成を有する冷却器を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許５４２３６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１で開示される冷却器は、多穴管が一体となって形成されているため、加工が困難であった。
【0006】
そこで、本発明は、従来の冷却器に比較して高い放熱性能を有しながら、簡便に製造できる冷却器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一態様に係る冷却器は、発熱体に接触する第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを含む冷却板と、冷媒が流通する流路部とを具備し、前記流路部は、前記第２面に外壁面が接触 対向した状態で当該第２面に沿って積層された複数の流路板とを備え、前記複数の流路板の各々には、開口部が形成され、前記複数の流路板にわたり前記開口部が連通することで冷媒の流路が形成され、前記複数の流路板のうち第１流路板における前記開口部の内周面と、前記複数の流路板のうち前記第１流路板に隣接する第２流路板における前記開口部の内周面との間には、段差が形成される。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】冷却器１、及び冷却器１を含む半導体装置５の斜視図。
【図2】ウォータージャケット２０の構成を示す図。
【図3】ウォータージャケット２０の構成を示す図。
【図4】流路部２４の一部の断面図。
【図5】領域Ｒ１の拡大図。
【図6】冷却器１の断面図。
【図7】領域Ｒ２の拡大図。
【図8】流路部２４Ａの一部の断面図。
【図9】領域Ｒ３の拡大図。
【図10】冷却器１Ａの断面図。
【図11】領域Ｒ４の拡大図。
【図12】流路部２４Ｂの一部の断面図。
【図13】冷却器１Ｃの断面図。
【図14】流路部２４Ｄの一部の断面図。
【図15】流路部２４Ｄの一部の断面図。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、実施形態に係る冷却装置について図面を参照して説明する。なお、各図において、各部の寸法及び縮尺は、実際のものと適宜に異ならせてある。また、以下に述べる実施形態は、好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本開示の範囲は、以下の説明において特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【0010】
【0011】
１－１：第１実施形態の構成
図１は、第１実施形態に係る冷却器１、及び冷却器１を含む半導体装置５の斜視図である。冷却器１は、冷却板１０と、ウォータージャケット２０とを備える。冷却板１０は、ウォータージャケット２０に載置される。冷却板１０は、金属、とりわけ銅やアルミニウムなどの熱伝導率の比較的高い金属により構成されることが好適である。あるいは、冷却板１０は、クラッド材により構成されてもよい。載置の方法は、例えば、ＴＩＭ（Therfmal Interface Material）を介した接合が望ましい。あるいは、載置の方法は、例えば溶接によるものでもよい。
図１は、第１実施形態に係る冷却器１、及び冷却器１を含む半導体装置５の斜視図である。冷却器１は、冷却板１０と、ウォータージャケット２０とを備える。冷却板１０は、ウォータージャケット２０に載置される。冷却板１０は、金属、とりわけ銅やアルミニウムなどの熱伝導率の比較的高い金属により構成されることが好適である。あるいは、冷却板１０は、クラッド材により構成されてもよい。載置の方法は、例えば、ＴＩＭ（Therfmal Interface Material）を介した接合が望ましい。あるいは、載置の方法は、例えば溶接によるものでもよい。
【0012】
冷却器１の内部には、冷却板１０に接する発熱体を冷却することを目的に、粘性を有する液体の冷媒が流通する。冷媒を冷却器１に供給するための供給管７１がウォータージャケット２０に接続される。また、発熱体を冷却した後の冷媒を冷却器１から排出するための排出管７２が、ウォータージャケット２０に接続される。冷媒は図示しないポンプにより、冷却器１に供給される。
【0013】
なお、以降の説明では、相互に直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を想定する。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、以降の説明で例示される全図において共通である。図１に例示される通り、任意の地点からみてＸ軸に沿う一方向をＸ１方向と表記し、Ｘ１方向と反対の方向をＸ２方向と表記する。Ｘ軸方向は、Ｘ１方向及びＸ２方向の両方向を含む方向である。同様に、任意の地点からＹ軸に沿って相互に反対の方向をＹ１方向及びＹ２方向と表記する。Ｙ軸方向は、Ｙ１方向及びＹ２方向の両方向を含む方向である。また、任意の地点からＺ軸に沿って相互に反対の方向をＺ１方向及びＺ２方向と表記する。Ｚ軸方向は、Ｚ１方向及びＺ２方向の両方向を含む方向である。
【0014】
図１において、冷却器１に冷媒ＦＬが供給され、冷却器１から冷媒ＦＬが排出される方向をＹ軸方向とする。また、冷却器１のウォータージャケット２０の底面を水平面に設置することを仮定した場合に、当該水平面においてＹ軸に直交する方向をＸ軸方向とする。更に、Ｘ軸、及びＹ軸に直交する方向であって、冷却板１０とウォータージャケット２０との載置方向をＺ軸方向とする。
【0015】
冷却器１においては、発熱体が冷却される。発熱体は、冷却器１による冷却の対象となる物体である。第１実施形態の発熱体は、複数の半導体モジュール５０Ａ～５０Ｃである。ここで「半導体モジュール」とは、半導体素子（例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）又はＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等のスイッチング素子を含む半導体チップ）を樹脂ケースに収容した半導体モジュールである。半導体装置５は、冷却器１と半導体モジュール５０Ａ～５０Ｃとを備える。３個の半導体モジュール５０Ａ～５０Ｃが、それぞれ３個の領域４０Ａ～４０Ｃにおいて、冷却板１０に接する。３個の領域４０Ａ～４０Ｃは、冷却板１０のＺ１方向に位置する表面である第１面ＦＳに含まれる。
【0016】
冷媒ＦＬは、Ｙ２方向から、供給管７１を経由して、ウォータージャケット２０に供給される。供給された冷媒ＦＬは、冷却板１０の領域４０Ａ～４０Ｃに接する半導体モジュール５０Ａ～５０Ｃを冷却する。半導体モジュール５０Ａ～５０Ｃを冷却した後の冷媒ＦＬは、ウォータージャケット２０から、排出管７２を経由してＹ１方向へと排出される。
【0017】
図２及び図３は、ウォータージャケット２０の構成を示す図である。図２に示されるように、ウォータージャケット２０は、筐体２１を備える。筐体２１には、収容空間２３が設けられる。図２に示される例において、収容空間２３は、直方体の形状を有する。また、ウォータージャケット２０は、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈからなる流路部２４を備える。複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの各々は、Ｘ軸方向を長手方向とする長尺の板状部材であることが好適である。また、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの各々は、プレス加工等により製造されることが好適である。複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの長辺に対応し、Ｚ１方向に位置する外壁面は、冷却板１０のＺ２方向に位置する表面である第２面ＳＳに対向する。また、図３に示されるように、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈは、Ｙ軸方向に積層する。複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの各々に備わるＸＺ平面に平行な表面が、互いに隙間なく接する状態で、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの各々のＺ１方向に位置する外壁面が、冷却板１０に接合する。複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの各々と冷却板１０との接合方法は、ろう付けであることが好適である。
【0018】
また、冷却板１０が筐体２１に固定されることで、収容空間２３は閉塞される。複数の流路板２２Ａ～２２Ｈが一体となった流路部２４は、収容空間２３内に設置される。流路部２４のＹ軸方向の厚さは、各流路板２２Ａ～２２ＨのＸ軸方向の長辺の長さを下回ることが好適である。
【0019】
複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの各々は金属製であることが好適である。しかし、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの各々は金属製でなくてもよい。また、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの板厚は互いに等しいことが好適である。しかし、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの板厚は、互いに等しくなくてもよい。複数の流路板２２Ａ～２２ＨのＹ軸方向の厚さは、１ｍｍ～２ｍｍ程度であることが好適である。しかし、当該厚さは、１ｍｍ～２ｍｍ程度に限定されない。また、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの各々は、単一の部材によって構成されてもよく、複数の部材から構成されてもよい。例えば、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの各々は、複数の１ｍｍ～２ｍｍよりも薄い金属板を張り合わせることにより製造されてもよい。
【0020】
図３に示されるように、流路板２２Ａには、複数の開口部２２１Ａが形成されることが好適である。例えば図３に示されるように、流路板２２Ａには、当該流路板２２ＡのＸＺ平面に平行な表面において、Ｘ軸方向及びＺ軸方向にわたり複数の開口部２２１Ａが形成される。なお、Ｘ軸方向は「第１方向」の一例である。また、Ｚ軸方向は「第２方向」の一例である。また、この場合、流路板２２Ａに形成される複数の開口部２２１Ａは、格子状に整列することが好適である。しかし、複数の開口部２２１Ａは、格子状に整列していなくてもよい。また、図３に示される例において、複数の開口部２２１Ａは、Ｘ軸方向に１７列、Ｚ軸方向に４列並んでいる。しかし、流路板２２Ａに複数の開口部２２１Ａが格子状に整列する場合、Ｘ軸方向の列数、及びＺ軸方向の列数は、任意の列数としてよい。複数の開口部２２１Ａの各々は円形である。流路板２２Ｂ～２２Ｈの各々についても、流路板２２Ａと同様に、複数の開口部２２１Ｂ～２２１Ｈが形成される。複数の流路板２２Ｂ～２２Ｈと、複数の開口部２２１Ｂ～２２１Ｈとは、互いに一対一に対応する。複数の開口部２２１Ｂ～２２１Ｈの各々も、複数の開口部２２１Ａと同様に円形である。
【0021】
図４は、図２に示されるＡ－Ａ線を通り、ＸＹ平面に平行な平面で切断した流路部２４の一部の断面図である。図４に示されるように、開口部２２１Ａ～２２１ＨがＹ軸方向に連通することにより、冷媒の流路Ｐ１１～Ｐ１８が形成される。具体的には、流路板２２Ａには、複数の開口部２２１Ａが形成される。同様に、流路板２２Ｂ～２２Ｈの各々には、複数の開口部２２１Ｂ～２２１Ｈが形成される。複数の開口部２２１Ａ～２２１Ｈの各々が、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈにわたり連通することで、互いに並行する複数の流路Ｐ１１～Ｐ１８が形成される。
【0022】
開口部２２１Ａ～開口部２２１Ｈは、形状が互いに異なる開口部を含む。図４に示される例においては、開口部２２１Ａ，２２１Ｃ，２２１Ｅ，及び２２１ＧのＸ軸方向の幅と、開口部２２１Ｂ，２２１Ｄ，２２１Ｆ，及び２２１ＨのＸ軸方向の幅とは互いに異なる。一例として、開口部２２１Ａ，２２１Ｃ，２２１Ｅ，及び２２１ＧのＸ軸方向の幅は、１．０ｍｍ～１．８ｍｍであることが好適である。一方、開口部２２１Ｂ，２２１Ｄ，２２１Ｆ，及び２２１ＨのＸ軸方向の幅は、１．１ｍｍ～２．０ｍｍであることが好適である。開口部２２１Ａ，２２１Ｃ，２２１Ｅ，及び２２１ＧのＸ軸方向の幅は、開口部２２１Ｂ，２２１Ｄ，２２１Ｆ，及び２２１ＨのＸ軸方向の幅に比較して、７０％～９０％であることが好適である。また、開口部２２１Ａ，２２１Ｃ，２２１Ｅ，及び２２１ＧのＸＺ平面に平行な断面の断面積は、０．７ｍｍ２～１．８ｍｍ２であることが好適である。開口部２２１Ｂ，２２１Ｄ，２２１Ｆ，及び２２１ＨのＸＺ平面に平行な断面の断面積は、１．１ｍｍ２～３．１ｍｍ２であることが好適である。開口部２２１Ａ，２２１Ｃ，２２１Ｅ，及び２２１ＧのＸＺ平面に平行な断面の断面積は、開口部２２１Ｂ，２２１Ｄ，２２１Ｆ，及び２２１ＨのＸＺ平面に平行な断面の断面積に比較して、４９％～８１％であることが好適である。
【0023】
また、流路Ｐ１１において、開口部２２１Ａ～２２１Ｈの各々の中心軸は、流路Ｐ１１自体の中心軸ＣＴ１１と一致する。流路Ｐ１２～Ｐ１８においても同様である。すなわち、開口部２２１Ａ～２２１Ｈは互いに同心である。
【0024】
図４において、Ｙ１方向からＹ２方向に向かって奇数番目の流路板である流路板２２Ａ，２２Ｃ，２２Ｅ，及び２２Ｇは、「第１流路板」の一例である。具体的には、図４において、Ｘ軸方向の幅が相対的に小さな開口部２２１Ａ，２２１Ｃ，２２１Ｅ，及び２２１Ｇが備わる流路板２２Ａ，２２Ｃ，２２Ｅ，及び２２Ｇは、「第１流路板」の一例である。一方、Ｙ１方向からＹ２方向に向かって偶数番目の流路板である流路板２２Ｂ，２２Ｄ，２２Ｆ，及び２２Ｈは、「第２流路板」の一例である。具体的には、Ｘ軸方向の幅が相対的に大きな開口部２２１Ｂ，２２１Ｄ，２２１Ｆ，及び２２１Ｈが備わる流路板２２Ｂ，２２Ｄ，２２Ｆ，及び２２Ｈは、「第２流路板」の一例である。複数の第１流路板の各々と、複数の第２流路板の各々とは交互に積層される。
【0025】
図５は、図４に示される領域Ｒ１の拡大図である。図５に示されるように、互いに隣接する開口部２２１Ｇの内径と、開口部２２１Ｈの内径とが互いに異なるため、開口部２２１Ｇの内周面２２２Ｇと、開口部２２１Ｈの内周面２２２Ｈとの間には、段差２２３が形成されている。開口部２２１Ｈにおいて、流路Ｐ１１の中心軸ＣＴ１１の近傍を通過する冷媒ＦＬ１は、開口部２２１Ｈから開口部２２１Ｇに直線的に移動する。一方、開口部２２１Ｈにおいて、中心軸ＣＴ１１から離れた位置を通過する冷媒ＦＬ２及びＦＬ３は、開口部２２１Ｈ内を内において、段差２２３に衝突する。この結果、段差２２３の近傍に乱流が発生する。
【0026】
図６は、図１の断面Ｃにおける冷却器１の断面図である。図６に示されるように、複数の開口部２２１Ａ～２２１Ｈの各々はＹ軸方向に延在する。また、複数の開口部２２１Ａ～２２１ＨがＹ軸方向に連通することにより、冷媒の流路Ｐ１１～Ｐ４１が形成される。より具体的には、複数の開口部２２１Ａ～２２１Ｈの各々が、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈにわたり連通することで、互いに並行する複数の流路Ｐ１１～Ｐ４１が形成される。
【0027】
図６に示される例においては、開口部２２１Ａ，２２１Ｃ，２２１Ｅ，及び２２１ＧのＺ軸方向の幅と、開口部２２１Ｂ，２２１Ｄ，２２１Ｆ，及び２２１ＨのＺ軸方向の幅とは互いに異なる。また、流路Ｐ１１において、開口部２２１Ａ～２２１Ｈの各々の中心軸は、流路Ｐ１１自体の中心軸ＣＴ１１と一致する。流路Ｐ２１～Ｐ４１においても同様である。
【0028】
図７は、図４に示される領域Ｒ２の拡大図である。図７に示されるように、互いに隣接する開口部２２１Ｇの内径と、開口部２２１Ｇの内径とが、互いに異なるため、開口部２２１Ｇの内周面２２２Ｇと、開口部２２１Ｈの内周面２２２Ｈとの間には、段差２２３が形成されている。開口部２２１Ｈにおいて、流路Ｐ１１の中心軸ＣＴ１１の近傍を通過する冷媒ＦＬ４は、開口部２２１Ｈから開口部２２１Ｇに直線的に移動する。一方、開口部２２１Ｈにおいて、中心軸ＣＴ１１から離れた位置を通過する冷媒ＦＬ５及びＦＬ６は、開口部２２１Ｈ内において、段差２２３に衝突する。この結果、段差２２３の近傍に乱流が発生する。
【0029】
乱流の発生によって、冷媒ＦＬ２、ＦＬ３、ＦＬ５及びＦＬ６が段差２２３の近傍に流れ込み、単位量の冷媒ＦＬ２、ＦＬ３、ＦＬ５及びＦＬ６が、段差２２３及び開口部２２１Ｈの内周面２２２Ｈに接触する面積が増加する。また、流体の温度層である温度境界層が、段差がないときに発生する厚い温度境界層と比べ、段差により流体が乱されることで、流路板２２Ｈと冷媒ＦＬ２、ＦＬ３、ＦＬ５及びＦＬ６との間に発生する温度境界層が薄くなる。この結果、流路板２２Ｇ及び２２Ｈにおける放熱性能が高まる。延いては、冷却器１全体での放熱性能が高まる。
【0030】
１－２：第１実施形態が奏する効果
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【0031】
本実施形態に係る冷却器１は、発熱体に接触する第１面ＦＳと第１面ＦＳとは反対側の第２面ＳＳとを含む冷却板１０と、冷媒ＦＬが流通する流路部２４とを具備する。流路部２４は、第２面ＳＳに外壁面が対向した状態で当該第２面ＳＳに沿って積層された複数の流路板２２Ａ～２２Ｈを備える。複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの各々には、開口部２２１Ａ～２２１Ｈが形成される。複数の流路板２２Ａ～２２Ｈにわたり開口部２２１Ａ～２２１Ｈが連通することで冷媒ＦＬの流路Ｐが形成される。複数の流路板２２Ａ～２２Ｈのうち流路板２２Ｇにおける開口部２２１Ｇの内周面２２２Ｇと、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈのうち流路板２２Ｇに隣接する流路板２２Ｈにおける開口部２２１Ｈの内周面２２２Ｈとの間には、段差２２３が形成される。
【0032】
この構成によれば、従来の冷却器に比較して高い放熱性能を有しながら、簡便に製造できる冷却器１を提供できる。とりわけ、開口部２２１どうしが隣接する箇所に段差２２３を設けることにより、冷媒ＦＬの乱流が発生することで放熱性能が高まる。また、複数の流路板２２を積層することにより、当該冷却器１を簡便に製造できる。
【0033】
また、本実施形態に係る冷却器１において、第１流路板としての流路板２２Ｇの開口部２２１Ｇの形状と、第２流路板としての流路板２２Ｈの開口部２２１Ｈの形状とは、互いに異なる。
【0034】
この構成によれば、開口部２２１Ｇの形状と、開口部２２１Ｈとの形状を互いに異ならせることにより、流路板２２Ｇにおける開口部２２１Ｇの内周面２２２Ｇと、流路板２２Ｇに隣接する流路板２２Ｈにおける開口部２２１Ｈの内周面２２２Ｈとの間に簡便に段差２２３を設けることができる。
【0035】
また、本実施形態に係る冷却器１において、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの各々には、複数の開口部２２１Ａ～２２１Ｈが形成される。複数の開口部２２１Ａ～２２１Ｈの各々が複数の流路板２２Ａ～２２Ｈにわたり連通することで、互いに並行する複数の流路Ｐが形成される。
【0036】
この構成によれば、各流路板２２Ａ～２２Ｈにおける複数の開口部２２１Ａ～２２１Ｈの各々が複数の流路板２２Ａ～２２Ｈにわたり連通することで複数の流路Ｐが形成される。したがって、冷却板１０の広範囲にわたり発熱体を冷却することが可能となる。
【0037】
また、本実施形態に係る冷却器１において、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの各々には、当該流路板２２Ａ～２２Ｈの表面に平行なＸ軸方向及びＺ軸方向にわたり複数の開口部２２１Ａ～２２１Ｈが形成される。
【0038】
この構成によれば、冷却板１０の広範囲にわたり発熱体を冷却することが可能である。
【0039】
また、本実施形態に係る冷却器１において、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの各々は、長尺状の板状部材である。複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの各々において長辺に対応する外壁面が、冷却板１０の第２面ＳＳに対向する。複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの積層の厚さは、各流路板２２Ａ～２２Ｈの長辺の長さを下回る。
【0040】
この構成によれば、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの積層の厚さが各流路板２２Ａ～２２Ｈの長辺の長さを上回る構成と比較して、必要な流路板２２Ａ～２２Ｈの枚数が削減される。したがって、冷却器１の製造が簡素化される。
【0041】
また、本実施形態に係る冷却器１は、流路部２４を収容する収容空間２３と、収容空間２３に冷媒ＦＬを供給するための供給管７１と、収容空間２３から冷媒ＦＬを排出するための排出管７２とを含む筐体２１を具備する。冷却板１０は、筐体２１に固定されることで収容空間２３を閉塞する。
【0042】
この構成によれば、冷却板１０が、収容空間２３を閉塞するための蓋部として利用される。流路部２４が収容空間２３に収容された状態で冷却板１０を筐体２１に固定する簡便な工程により、収容空間２３を密閉できる。
【0043】
また、本実施形態に係る冷却器１は、流路板２２Ｇを含む複数の第１流路板としての流路板２２Ａ，２２Ｃ，２２Ｅ，及び２２Ｇと、流路板２２Ｈを含む複数の第２流路板としての流路板２２Ｂ，２２Ｄ，２２Ｆ，及び２２Ｈと、を含む。複数の第１流路板としての流路板２２Ａ，２２Ｃ，２２Ｅ，及び２２Ｇの各々と、複数の第２流路板としての流路板２２Ｂ，２２Ｄ，２２Ｆ，及び２２Ｈの各々とは、冷却板１０の第２面ＳＳに沿って交互に積層される。
【0044】
この構成によれば、第１流路板としての流路板２２Ａ，２２Ｃ，２２Ｅ，及び２２Ｇと、第２流路板としての流路板２２Ｂ，２２Ｄ，２２Ｆ，及び２２Ｈとを交互に積層することにより、簡便に冷却器１を製造できる。
【0045】
また、本実施形態に係る冷却器１において、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの厚さが、互いに一致する。
【0046】
この構成によれば、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの厚さを等しくすることにより、冷却器１を簡便に製造できる。
【0047】
また、本実施形態に係る冷却器１において、第１流路板としての流路板２２Ｇの開口部２２１Ｇの寸法と、第２流路板としての流路板２２Ｈの開口部２２１Ｈの寸法とは、互いに異なり、互いに同心である。
【0048】
この構成によれば、流路板２２Ｇの開口部２２１Ｇと流路板２２Ｈの開口部２２１Ｈとを同心とすることにより、冷却器１を簡便に製造できる。
【0049】
２：第２実施形態
以下、図８～図１１を参照することにより、第２実施形態に係る冷却器について説明する。なお、以下では説明の簡略化のため、第２実施形態に係る冷却器が備える構成要素のうち、第１実施形態に係る冷却器１と同一の構成要素については、同一の符号を用いると共に、その機能の説明を省略することがある。
以下、図８～図１１を参照することにより、第２実施形態に係る冷却器について説明する。なお、以下では説明の簡略化のため、第２実施形態に係る冷却器が備える構成要素のうち、第１実施形態に係る冷却器１と同一の構成要素については、同一の符号を用いると共に、その機能の説明を省略することがある。
【0050】
第２実施形態に係る冷却器１Ａ、及び冷却器１Ａを含む半導体装置５Ａの斜視図は、図１に示される第１実施形態に係る冷却器１、及び冷却器１を含む半導体装置５の斜視図と同一である。また、第２実施形態に係るウォータージャケット２０Ａの構成を示す図は、図２及び図３に示される第１実施形態に係るウォータージャケット２０の構成を示す図と同一である。第２実施形態に係るウォータージャケット２０Ａは、第１実施形態に係るウォータージャケット２０が備える流路部２４の代わりに、流路部２４Ａを備える。
【0051】
【0052】
開口部２２１Ａ～２２１Ｈは、形状が互いに同一である。また、開口部２２１Ａ～２２１Ｈの内周面はテーパー状である。具体的には当該内周面は、開口部２２１Ａ～２２１Ｈの中心軸ＣＴ１１～ＣＴ１８に対して傾斜する傾斜面となっている。開口部２２１Ａ～２２１Ｈ内において、冷媒ＦＬの下流側の開口は、冷媒ＦＬの上流側の開口よりも断面積が大きい。
【0053】
図９は、図８に示される領域Ｒ３の拡大図である。図９に示されるように、互いに隣接する開口部２２１Ｇの内周面２２２Ｇと、開口部２２１Ｈの内周面２２２Ｈとの各々は、中心軸ＣＴ１１に対して同様に傾斜するテーパー状である。この結果、開口部２２１Ｇの内周面２２２Ｇと、開口部２２１Ｈの内周面２２２Ｈとの間には、段差２２３が形成されている。開口部２２１Ｈにおいて、流路Ｐ１１の中心軸ＣＴ１１の近傍を通過する冷媒ＦＬ７は、開口部２２１Ｈから開口部２２１Ｇに直線的に移動する。一方、開口部２２１Ｈにおいて、中心軸ＣＴ１１から離れた位置を通過するＦＬ８及びＦＬ９は、開口部２２１Ｈ内において、段差２２３に衝突する。この結果、段差２２３の近傍に乱流が発生する。
【0054】
図１０は、図１の断面Ｃにおける冷却器１Ａの断面図である。図１０に示されるように、複数の開口部２２１Ａ～２２１Ｈの各々はＹ軸方向に延在する。また、複数の開口部２２１Ａ～２２１ＨがＹ軸方向に連通することにより、冷媒の流路Ｐ１１～Ｐ４１が形成される。より具体的には、複数の開口部２２１Ａ～２２１Ｈの各々が、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈにわたり連通することで、互いに並行する複数の流路Ｐ１１～Ｐ４１が形成される。
【0055】
図１１は、図１０に示される領域Ｒ４の拡大図である。図１１に示されるように、互いに隣接する開口部２２１Ｇの内周面２２２Ｇと、開口部２２１Ｈの内周面２２２Ｈとの各々は、中心軸ＣＴ１１に対して同様に傾斜するテーパー状である。この結果、開口部２２１Ｇの内周面２２２Ｇと、開口部２２１Ｈの内周面２２２Ｈとの間には、段差２２３が形成されている。開口部２２１Ｈにおいて、流路Ｐ１１の中心軸ＣＴ１１の近傍を通過する冷媒ＦＬ１０は、開口部２２１Ｈから開口部２２１Ｇに直線的に移動する。一方、開口部２２１Ｈにおいて、中心軸ＣＴ１１から離れた位置を通過するＦＬ１１及びＦＬ１２は、開口部２２１Ｈ内において、段差２２３に衝突する。この結果、段差２２３の近傍に乱流が発生する。
【0056】
乱流の発生によって、冷媒ＦＬ１１及び冷媒ＦＬ１２が、段差２２３の近傍に流れ込み、単位量の冷媒ＦＬ８及び冷媒ＦＬ９が、段差２２３及び開口部２２１Ｈの内周面に接触する面積が増加する。また、流体の温度層である温度境界層が、段差がないときに発生する厚い温度境界層と比べ、段差により流体が乱されることで、流路板２２Ｈと冷媒ＦＬ１１及び冷媒ＦＬ１２との間に発生する温度境界層が薄くなる。この結果、流路板２２Ｇ及び２２Ｈにおける放熱性能が高まる。延いては、冷却器１Ａ全体での放熱性能が高まる。
【0057】
２－２：第２実施形態が奏する効果
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【0058】
本実施形態に係る冷却器１Ａにおいて、開口部２２１Ａ～２２１Ｈの内周面２２２Ａ～２２２Ｈは、当該開口部２２１Ａ～２２１Ｈの中心軸ＣＴに対して傾斜する傾斜面である。
【0059】
この構成によれば、開口部２２１Ａ～２２１Ｈの内周面２２２Ａ～２２２Ｈを傾斜面とすることにより、第１流路板としての流路板２２Ｇにおける開口部２２１Ｇの内周面２２２Ｇと、流路板２２Ｇに隣接する第２流路板としての流路板２２Ｈにおける開口部２２１Ｈの内周面２２２Ｈとの間に簡便に段差を設けることができる。延いては、従来の冷却器に比較して高い放熱性能を有しながら、簡便に製造できる冷却器１Ａを提供できる。
【0060】
また、本実施形態に係る冷却器１Ａの開口部２２１Ａ～２２１Ｈ内において、冷媒ＦＬの下流側の開口は、冷媒ＦＬの上流側の開口よりも大きい。
【0061】
この構成によれば、開口部２２１Ａ～２２１Ｈ内で、冷媒ＦＬの下流側の開口を、冷媒ＦＬの上流側の開口よりも大きくすることにより、当該開口部２２１Ａ～２２１Ｈ内の下流側に、冷媒ＦＬの乱流を発生させることができる。
【0062】
３：変形例
本開示は、以上に例示した実施形態に限定されない。具体的な変形の態様を以下に例示する。
本開示は、以上に例示した実施形態に限定されない。具体的な変形の態様を以下に例示する。
【0063】
３－１：変形例１
第１実施形態に係る冷却器１において、Ｘ軸方向の幅が相対的に小さな開口部２２１Ａ，２２１Ｃ，２２１Ｅ，及び２２１Ｇを備える第１流路板と、Ｘ軸方向の幅が相対的に大きな開口部２２１Ｂ，２２１Ｄ，２２１Ｆ，及び２２１Ｈを備える第２流路板とは、交互に積層される。しかし、第１流路板と第２流路板とは交互に積層されなくてもよい。
第１実施形態に係る冷却器１において、Ｘ軸方向の幅が相対的に小さな開口部２２１Ａ，２２１Ｃ，２２１Ｅ，及び２２１Ｇを備える第１流路板と、Ｘ軸方向の幅が相対的に大きな開口部２２１Ｂ，２２１Ｄ，２２１Ｆ，及び２２１Ｈを備える第２流路板とは、交互に積層される。しかし、第１流路板と第２流路板とは交互に積層されなくてもよい。
【0064】
図１２は、変形例１に係る冷却器１Ｂに備わる流路部２４Ｂの一部の断面図の例である。図１２に示されるように、第１流路板である流路板２２Ａと２２Ｃの組、及び流路板２２Ｅと２２Ｇの組の各々が、互いに隣接する。また、第２流路板である流路板２２Ｂ及び２２Ｄの組、及び流路板２２Ｆ及び２２Ｈの組の各々が、互いに隣接する。更に、流路板２２Ａと２２Ｃの組、流路板２２Ｂ及び２２Ｄの組、流路板２２Ｅと２２Ｇの組、及び流路板２２Ｆ及び２２Ｈの組が積層される。この結果、第１実施形態に係る流路部２４Ｂに比較して、段差２２３の数が減少する。延いては、冷却器１Ｂのユーザは、必要とされる放熱性能に応じて、段差の数を調整できる。
【0065】
３－２：変形例２
第１実施形態に係る冷却器１に備わる流路Ｐ１１において、開口部２２１Ａ～２２１Ｈの各々の中心軸は、流路Ｐ１１自体の中心軸ＣＴ１１と一致する。流路Ｐ１２～Ｐ１８においても同様である。すなわち、冷却器１において、開口部２２１Ａ～２２１Ｈは互いに同心である。しかし、開口部２２１Ａ～２２１Ｈは互いに同心でなくてもよい。
第１実施形態に係る冷却器１に備わる流路Ｐ１１において、開口部２２１Ａ～２２１Ｈの各々の中心軸は、流路Ｐ１１自体の中心軸ＣＴ１１と一致する。流路Ｐ１２～Ｐ１８においても同様である。すなわち、冷却器１において、開口部２２１Ａ～２２１Ｈは互いに同心である。しかし、開口部２２１Ａ～２２１Ｈは互いに同心でなくてもよい。
【0066】
図１３は、図１の断面Ｃにおける、変形例２に係る冷却器１Ｃの断面図である。冷却器１Ｃにおいて、複数の開口部２２１Ａ～２２１Ｈは互いに同心ではない。図１３に示される例において、複数の開口部２２１Ａ～２２１Ｈは、各々の中心軸ではなく、各々の内周面２２２Ａ～２２２ＨのＺ１方向又はＺ２方向に位置する端部が互いに一致する。複数の開口部２２１Ａ～２２１Ｈの中心の位置をずらすことにより、流路Ｐ１１～Ｐ４１の発熱体側、又は流路Ｐ１１～Ｐ４１の発熱体と反対側をより肉厚とすることで、より放熱性能を高めることができる。また、図１３に示される例においては、最もＺ１方向に位置する開口部２２１Ａ～２２１ＨのＺ１方向及びＺ２方向の端部の双方が互いに一致する。この結果、冷却板１０に載置される放熱体が均一に冷却される。
【0067】
３－３：変形例３
第２実施形態に係る冷却器１Ａに備わる開口部２２１Ａ～２２１Ｈ内において、冷媒ＦＬの下流側の開口は、冷媒ＦＬの上流側の開口よりも大きい。しかし、開口部２２１Ａ～２２１Ｈ内において、冷媒ＦＬの下流側の開口と、冷媒ＦＬの上流側の開口のうちいずれが大きくてもよい。
第２実施形態に係る冷却器１Ａに備わる開口部２２１Ａ～２２１Ｈ内において、冷媒ＦＬの下流側の開口は、冷媒ＦＬの上流側の開口よりも大きい。しかし、開口部２２１Ａ～２２１Ｈ内において、冷媒ＦＬの下流側の開口と、冷媒ＦＬの上流側の開口のうちいずれが大きくてもよい。
【0068】
図１４は、変形例３に係る冷却器１Ｄに備わる流路部２４Ｄの一部の断面図の例である。図１４に示されるように、開口部２２１Ａ～２２１Ｈ内において、冷媒ＦＬの上流側の開口は、冷媒ＦＬの下流側の開口よりも大きくてもよい。開口部２２１Ａ～２２１Ｈ内で、冷媒ＦＬの上流側の開口を、冷媒ＦＬの下流側の開口よりも大きくすることにより、当該開口部２２１Ａ～２２１Ｈ内の上流側に、冷媒ＦＬの乱流を発生させることができる。
【0069】
図１５は、変形例３に係る冷却器１Ｄに備わる流路部２４Ｄの一部の断面図の更なる例である。図１５に示されるように、流路板２２Ａ～２２Ｈの各々において、開口部２２１Ａ～２２１Ｈ内の、冷媒ＦＬの上流側の開口を、冷媒ＦＬの下流側の開口よりも大きくするか、冷媒ＦＬの下流側の開口を、冷媒ＦＬの上流側の開口よりも大きくするかを、流路板２２Ａ～２２Ｈ毎に変化させてもよい。また、各々の流路板２２Ａ～２２Ｈの中で、開口部２２１Ａ～２２１Ｈ内の、冷媒ＦＬの下流側の開口を、冷媒ＦＬの上流側の開口よりも大きくするかを、開口部２２１Ａ～２２１Ｈ毎に変化させてもよい。
【0070】
３－４：変形例４
第１実施形態に係る冷却器１、及び第２実施形態に係る冷却器１Ａにおいて、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈは、互いに一致する。しかし、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈは、互いに厚さが異なる少なくとも２枚の流路板２２を含んでもよい。
第１実施形態に係る冷却器１、及び第２実施形態に係る冷却器１Ａにおいて、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈは、互いに一致する。しかし、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈは、互いに厚さが異なる少なくとも２枚の流路板２２を含んでもよい。
【0071】
複数の流路板２２の板厚を異ならせることにより、冷媒ＦＬの流速と、冷媒ＦＬの乱流の発生の度合いとの兼ね合いから、冷却器１及び冷却器１Ａのユーザは、複数の流路板２２の板厚を最適な比率に設定できる。
【符号の説明】
【0072】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…冷却器、５，５Ａ…半導体装置、１０…冷却板、２０，２０Ａ…係るウォータージャケット、２１…筐体、２２，２２Ａ～２２Ｈ…流路板、２３…収容空間、２４，２４Ａ～２４Ｄ…流路部、４０Ａ～４０Ｃ…領域、５０Ａ～５０Ｃ…半導体モジュール、７１…供給管、７２…排出管、２２１，２２１Ａ～２２１Ｈ…開口部、２２２Ａ～２２２Ｈ…内周面、２２３…段差、ＣＴ１１～ＣＴ４１…中心軸、ＦＬ１～ＦＬ１２…冷媒、Ｐ１１～Ｐ４１…流路、Ｒ１～Ｒ４…領域
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】