专利名称：液冷式冷却装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及适用于例如车辆等的半导体电力转换装置的、对半导体元件等的发热 体进行冷却的液冷式冷却装置。
背景技术：
以往，作为这种液冷式冷却装置，已知有如下液冷式冷却装置，其具备具有顶壁、 底壁和周壁并且形成有冷却液入口和冷却液出口的壳体，在壳体内的冷却液入口和冷却液 出口之间的位置设置有冷却液流路，其中，在壳体的顶壁和底壁中的外表面安装有发热体 的壁的面对冷却液流路的部分的内面，在冷却液流路的宽度方向上隔着间隔在设置有突出 到冷却液流路内并且向冷却液流路中的冷却液的流动方向延伸的多片散热片，各散热片的 由与散热片高度方向正交的水平面切断出的形状为波形，波峰部和波谷部交替形成，由连 接相邻的2个散热片中的一方的散热片的相邻的2个波谷部和位于两波谷部之间的波峰部 的2个倾斜部的朝向另一方的散热片侧的面和上述水平面形成的2条交线相交的点，位于 比由连接上述另一方的散热片的相邻的2个波峰部和位于两波峰部之间的波谷部的2个倾 斜部的朝向上述一方的散热片侧的面和上述水平面形成的2条交线相交的点更靠上述一 方的散热片侧(参照日本特开2007-201181号公报)。在上述公报记载的液冷式冷却装置中，通过将设置在冷却液流路的散热片设为波 形来增加散热片面积，由此提高冷却性能。然而，在上述公报记载的液冷式冷却装置中，如图10所示，由连接相邻的2片散热 片40A、40B中的左侧的散热片40A的相邻的2个波谷部42和位于两波谷部42之间的波峰 部41的2个倾斜部43的右侧面43a与上述水平面形成的2条交线相交的交点Pl位于沿 前后方向延伸的第1直线Ll上。另外，由连接右侧的散热片40B的相邻的2个波峰部41 和位于两波峰部41之间的波谷部42的2个倾斜部43的左侧面4 与上述水平面形成的 2条交线相交的交点P2位于沿前后方向延伸的第2直线L2上。而且，第1直线Ll隔着比 较大的间隔地位置比第2直线L2靠左侧，由此，左侧的散热片40A的上述点Pl位置比右侧 的散热片40B的上述点P2靠左侧，因此冷却液变得容易在相邻的2片散热片40A、40B之间 直线流动而难以沿散热片40A、40B流动。因此，不能有效地增大散热片40A、40B的有效作 用于导热的面积，在提高冷却性能的效果上有限。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种可提高冷却性能的液冷式冷却装置。本发明为了达成上述目的，包括以下方式。1) 一种液冷式冷却装置，其具备具有顶壁、底壁和周壁并且形成有冷却液入口和 冷却液出口的壳体，在壳体内的冷却液入口和冷却液出口之间的位置设置有冷却液流路， 其中，在壳体的顶壁和底壁中的外表面安装有发热体的壁的面对冷却液流路的部分的内表面，在冷却液流路的宽度方向隔着间隔地设置有突出到冷却液流路内并且向冷却液流 路中的冷却液的流动方向延伸的多片散热片，各散热片的由与散热片高度方向正交的水平 面切断出的形状为波形，波峰部和波谷部交替形成，使得冷却液在相邻的2片散热片之间 弯曲流动。2)根据上述1所述的液冷式冷却装置，其中，由第1直线连结由连接相邻的2个散 热片中的一方的散热片的相邻的2个波峰部和位于两波峰部之间的波谷部的2个倾斜部的 朝向另一方的散热片侧的面和上述水平面形成的2条交线相交的所有的点，由第2直线连 结由连接上述另一方的散热片的相邻的2个波谷部和位于两波谷部之间的波峰部的2个倾 斜部的朝向上述一方的散热片侧的面和上述水平面形成的2条交线相交的所有的点，上述 第1直线和上述第2直线一致(重叠)，或者上述第1直线位置比上述第2直线靠上述另一 方的散热片侧。3)根据上述2所述的液冷式冷却装置，其中，各散热片的波峰部和波谷部带圆角， 由上述2个倾斜部的朝向另一方的散热片侧的面和上述水平面形成的2条交线相交的点， 在上述水平面上，位于该2个倾斜部的朝向另一方的散热片侧的面的向另一方的散热片侧 的延伸部相交的部分。4)根据上述2所述的液冷式冷却装置，其中，各散热片的波峰部和波谷部形成为 平坦的，由上述2个倾斜部的朝向另一方的散热片侧的面和上述水平面形成的2条交线相 交的点，在上述水平面上，位于该2个倾斜部的朝向另一方的散热片侧的面的向另一方的 散热片侧的延伸部相交的部分。5)根据上述2所述的液冷式冷却装置，其中，由连接相邻的2片散热片中的一方的 散热片的相邻的2个波谷部和位于两波谷部之间的波峰部的2个倾斜部的朝向另一方的散 热片侧的面和上述水平面形成的2条交线所形成的角度和由连接另一方的散热片的相邻 的2个波峰部和位于两波峰部之间的波谷部的2个倾斜部的朝向上述一方的散热片侧的面 和上述水平面形成的2条交线所形成的角度分别为110 150度。6)根据上述2所述的液冷式冷却装置，其中，相邻的2片散热片之间的间隔为 0. 5mm以上。7)根据上述2所述的液冷式冷却装置，其中，由于相邻的2片散热片在上端部或下 端部通过连接部被连接成一体，并且连接部被设置成上下交替，从而由所有的散热片和连 接部构成散热片单元，散热片单元的上侧的连接部与壳体的顶壁接合，下侧的连接部与壳 体的底壁接合。根据上述1)的液冷式冷却装置，在壳体的顶壁和底壁中的外表面安装散热体的 壁的面对冷却液流路的部分的内表面，在冷却液流路的宽度方向隔着间隔地设置有突出到 冷却液流路内并且向冷却液流路中的冷却液的流动方向延伸的多片散热片，各散热片的由 与散热片高度方向正交的水平面切断出的形状为波形，波峰部和波谷部交替形成，使得冷 却液在相邻的2片散热片之间弯曲流动，因此，冷却液变得容易沿波形的散热片流动。因 此，可以有效地增大散热片的有效作用于导热的面积，提高冷却性能。根据上述2、 7)的液冷式冷却装置，由第1直线连结由连接相邻的2个散热片 中的一方的散热片的相邻的2个波峰部和位于两波峰部之间的波谷部的2个倾斜部的朝向 另一方的散热片侧的面和上述水平面形成的2条交线相交的所有的点，由第2直线连结由4连接上述另一方的散热片的相邻的2个波谷部和位于两波谷部之间的波峰部的2个倾斜部 的朝向上述一方的散热片侧的面和上述水平面形成的2条交线相交的所有的点，上述第1 直线和上述第2直线一致，或者上述第1直线位置比上述第2直线靠上述另一方的散热片 侧，因此，冷却液在相邻的2片散热片之间弯曲流动。因此，冷却液变得容易沿波形的散热 片流动，可以有效地增大散热片的有效作用于导热的面积，提高冷却性能。根据上述幻的液冷式冷却装置，可以有效地抑制冷却液在相邻的2片散热片之间 流动时的压力损失的增大，并且可以最大限度地提高冷却性能。根据上述6)的液冷式冷却装置，可以有效地防止由相邻的2片散热片之间的异物 所导致的堵塞。根据上述7)的液冷式冷却装置，可以在壳体内容易地设置散热片。
图1是表示本发明的液冷式冷却装置的立体图。
图2是图1的A-A线剖视图。图3是图2的B-B线剖视图。图4是表示图1的液冷式冷却装置的散热片单元的一部分的立体图。图5是图3的要部放大图。图6是表示由连接散热片的相邻的2个波谷部和位于两波谷部之间的波峰部的2 个倾斜部的朝向另一方的散热片侧的面和上述水平面形成的2条交线所形成的角度和由 连接另一方的散热片的相邻的2个波峰部和位于两波峰部之间的波谷部的2个倾斜部的朝 向上述一方的散热片侧的面和上述水平面形成的2条交线所形成的角度与冷却性能和压 力损失的关系的曲线图。图7是表示实施方式和比较产品的在冷却液流路中流动的冷却液的流速和热阻 的关系的曲线图。图8是表示散热片单元的变形例的相当于图5的图。图9是表示散热片单元的另一变形例的相当于图5的图。图10是表示以往的液冷式冷却装置的散热片的相当于图5的图。
具体实施例方式以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。另外，在所有附图中对同一部分 和同一物标注相同的附图标记，省略重复说明。在以下的说明中，设定图2的上下、左右为上下、左右，设定图3的下侧为前，上侧 为后。另外，在以下的说明中，“铝”这样的术语除了纯铝之外还包括铝合金。图1 图3表示本发明的液冷式冷却装置的整体构成，图4和图5表示其要部的 构成。另外，图1 图3表示在本发明的液冷式冷却装置上安装有包括半导体元件的发热 体的状态。在图1 图3中，液冷式冷却装置1具备包括顶壁3、底壁4和周壁5的壳体2，壳 体2的周壁5由沿前后方向延伸的垂直状的左侧壁6、沿前后方向延伸并且与左侧壁6相对向的垂直状的右侧壁7、沿左右方向延伸的垂直状的后侧壁8以及沿左右方向延伸的垂 直状的前侧壁9形成。在壳体2的周壁5的左侧壁6的前端部以向左方突出的方式形成有 冷却液入口 11，同样在右侧壁7的后端部以向右方突出的方式形成有冷却液出口 12。冷却 液入口 11向左方开口，冷却液出口 12向右方开口。壳体2由包括形成顶壁3和周壁5的 上半部的上侧周壁形成部5A的铝制上构成部件13和包括形成底壁4和周壁5的下半部的 下侧周壁形成部5B的铝制下构成部件14构成。在上构成部件13的上侧周壁形成部5A的 下端部和下构成部件14的下侧周壁形成部5B的上端部，分别一体形成有朝外的凸缘13a、 14a，两构成部件13、14的朝外的凸缘13a、1 彼此被钎焊。在壳体2内的左侧壁6和右侧壁7之间并且在冷却液入口 11和冷却液出口 12之 间的部分，设置有沿前后方向延伸并且使冷却液从前侧流动到后侧的冷却液流路15。在壳体2的顶壁3和底壁4中的外表面安装有发热体H的壁、在此为顶壁3的面 对冷却液流路15的内表面，在左右方向(冷却液流路15的宽度方向)上隔着间隔地设置 有向下方突出并且沿前后方向(冷却液流路15中的冷却液的流动方向)延伸的多片散热 片16。相邻的2片散热片16在上端部或下端部通过连接部17被连接成一体，并且上下交 替设置连接部17，由此，由所有的散热片和连接部17构成散热片单元18 (参照图4)，散热 片单元18的上侧的连接部17被钎焊在壳体2的顶壁3内表面，下侧的连接部17被钎焊在 壳体2的底壁4内表面。散热片单元18的各散热片16的由与散热片高度方向(上下方向)正交的水平面 F(参照图2)切断出的形状为波形，交替形成有向左方突出的波峰部19和向右方突出的波 谷部21。散热片单元18为铝制，通过挤压加工、弯曲加工、锻造等来制造。在此，在图5中，用16A表示散热片18的相邻的2片散热片中的左侧的散热片，用 16B表示右侧的散热片。如图5所示，由沿前后方向延伸的第1直线Ll连结，由连接相邻的 2片散热片16A、16B中的一方在此为左侧的散热片16A的相邻的2个波峰部19和位于两波 峰部19之间的波谷部21的2个倾斜部22的朝向另一方在此为右侧的散热片16B的右侧 面2 和上述水平面F形成的2条交线相交的点P1。另外，由沿前后方向延伸的第2直线 L2连结，由连接右侧的散热片16B的相邻的2个波谷部21和位于两波谷部21之间的波峰 部19的2个倾斜部22的朝向左侧的散热片16A的左侧面22b和上述水平面F形成的2条 交线相交的点P2。而且，第1直线Ll位置比第2直线L2靠右侧，由此，上述点Pl和上述点 P2，在上述水平面F上，位置比沿前后方向(冷却液的流动方向)延伸的1条直线更靠相邻 的相反的散热片16B、16A侧。因此，冷却液在冷却液流路15在相邻的2片散热片16之间 的流路部分弯曲流动。另外，第1直线Ll和第2直线也可一致。另外，由连接左侧的散热片16A的相邻的2个波谷部21和位于两波谷部21之间 的波峰部19的2个倾斜部22的右侧面2 和上述水平面F形成的2条交线所形成的角度 α、以及由连接右侧的散热片16Β的相邻的2个波峰部19和位于两波峰部19之间的波谷 部21的2个倾斜部22的左侧面22b和上述水平面F形成的2条交线所形成的角度β，优 选，分别为110 150度。若该角度α、β过小，则冷却液在相邻的2片散热片16之间流 动时的压力损失有可能过度增大，若该角度α、β过大，则有时冷却性能的提高效果不充 分。为了参考，在图6中示出了上述角度α、β与压力损失和冷却性能的关系。此外，优选，相邻的2片散热片16AU6B之间的间隔S为0. 5mm以上。若该间隔S过小，则有可能包含在冷却液中的异物会堵塞相邻的2片散热片16A、16B之间。另外，该间 隔S的上限为2mm左右。这是因为若该间隔S过大，则冷却性能有可能降低。将壳体2内的比冷却液流路15靠上游侧(前侧)的部分做成为与冷却液入口 11 相通的入口储液箱部23，并且将比冷却液流路15靠下游侧(后侧)的部分做成为与冷却液 出口 12相通的出口储液箱部M。壳体2整体的内部高度即入口储液箱部23、出口储液箱 部M和冷却液流路15的高度相等。另外，入口储液箱部23和出口储液箱部M的前后方 向的宽度在整个长度上相等。入口储液箱部23的与冷却液入口 11相通的左侧壁6侧的流 入端部23a的形状以及出口储液箱部M的与冷却液出口 12相通的右侧壁7侧的流出端部 Ma的形状为方形，入口储液箱部23的流入端部23a的宽度(前后方向的宽度)和出口储 液箱部M的流出端部Ma的宽度(前后方向的宽度)相等。包括半导体元件的发热体H通过板状绝缘部件1与壳体2的顶壁3外表面接合。在上述构成的液冷式冷却装置1中，从冷却液入口 11通过流入端部23a流入入口 储液箱部23内的冷却液，在冷却液流路15内的相邻的2片散热片16之间的流路部分1 分流，在各流路部分15a内向后方流动。在冷却液流路15的流路部分15a向后方流动的冷却液进入出口储液箱部M内， 并且在出口储液箱部M内向右方流动，通过出口储液箱部M的右侧壁7侧的流出端部2 从冷却液出口 12流出。而且，从发热体H发出的热量经由绝缘部件I、壳体2的顶壁3和散热片单元18的 各散热片16传递到在冷却液流路15的各流路部分15a内流动的冷却液，冷却了发热体H。为了参考，在图7中用实线表示上述实施方式的液冷式冷却装置1的在冷却液流 路15中流动的冷却液的流速和热阻的关系。另外，在图7中用虚线表示具备图10所示的 散热片的比较产品的在冷却液流路15中流动的冷却液的流速和热阻的关系。根据图7所 示的结果，可知上述实施方式的液冷式冷却装置1与日本特开2007-201181号公报记载的 液冷式冷却装置同样的构成的比较产品相比冷却性能提高。另外，图7所示的结果是根据下述结果得出的，所述结果为将来自发热体H的热 量负荷设为50 200W并且使由水形成的20 30°C的冷却液在冷却液流路流动，通过使流 速在5m/s以下发生各种变化来实行的计算机模拟计算的结果。图8和图9表示散热片单元的变形例。另外，在图8和图9中也用16A表示散热 片单元的相邻的2片散热片中的左侧的散热片，用16B表示右侧的散热片。在图8中所示的散热片单元30的情况下，各散热片16A、16B的由与散热片高度方 向(上下方向)正交的水平面F切断出的形状为波形，突出到左方的波峰部31和突出到右 方的波谷部32分别带圆角。因此，由连接左侧的散热片16A的相邻的2个波峰部31和位于两波峰部31之间 的波谷部32的2个倾斜部22的右侧面2 和上述水平面F形成的2条交线相交的点P1， 在上述水平面F上，位于该2个倾斜部22的右侧面22a的向右侧的延长部相交的部分。另 外，由连接右侧的散热片16B的相邻的2个波谷部32和位于两波谷部32之间的波峰部31 的2个倾斜部22的左侧面22b和上述水平面F形成的2条交线相交的点P2，在上述水平 面F上，位于该2个倾斜部22的左侧面22b的向左侧的延长部相交的部分。与图5所示的 散热片16A、16B的情况同样，分别由沿前后方向延伸的第1直线Ll和第2直线L2连结上7述2个点P1、P2。而且，第1直线Ll位置比第2直线L2靠右侧，由此，上述点Pl和上述点 P2，在上述水平面F上，位置比沿前后方向(冷却液的流动方向)延伸的1条直线更靠相邻 的相反的散热片16B、16A侧。另外，第1直线Ll和第2直线L2也可一致。在图9所示的散热片单元35的情况下，各散热片16A、16B的由与散热片高度方向 (上下方向)正交的水平面F切断出的形状为波形，突出到左方的波峰部36和突出到右方 的波谷部37分别形成为平坦状。因此，由连接左侧的散热片16A的相邻的2个波峰部36和位于两波峰部36之间 的波谷部37的2个倾斜部22的右侧面2 和上述水平面F形成的2条交线相交的点P1， 在上述水平面F上，位于该2个倾斜部22的右侧面22a的向右侧的延长部相交的部分。另 外，由连接右侧的散热片16B的相邻的2个波谷部37和位于两波谷部37之间的波峰部36 的2个倾斜部22的左侧面22b和上述水平面F形成的2条交线相交的点P2，在上述水平面 F上，位于该2个倾斜部22的左侧面22b的向左侧的延长部相交的部分。与图5所示的散 热片16A、16B的情况同样，分别由沿前后方向延伸的第1直线Ll和第2直线L2连结上述 2点PI、P2。而且，第1直线Ll位置比第2直线L2靠右侧，由此，上述点Pl和上述点P2， 在上述水平面F上，位置比沿前后方向(冷却液的流动方向)延伸的1条直线更靠相邻的 相反的散热片16B、16A侧。另外，第1直线Ll和第2直线L2也可一致。在图8和图9所示的散热片单元30、35中，与图5所示的散热片单元18同样，优 选，由连接左侧的散热片16A的相邻的2个波谷部21和位于两波谷部21之间的波峰部19 的2个倾斜部22的右侧面2 和上述水平面F形成的2条交线所形成的角度α以及由连 接右侧的散热片16Β的相邻的2个波峰部19和位于两波峰部19之间的波谷部21的2个 倾斜部22的左侧面22b和上述水平面F形成的2条交线所形成的角度β，分别为110 150度，优选，相邻的2片散热片16AU6B之间的间隔S为0. 5mm以上。在上述实施方式中，所有散热片16中的相邻的2片散热片16由连接部17连接， 但不限于此，也可将所有散热片16分别固定在壳体2的顶壁3和底壁4中的外表面安装有 发热体的壁的面对冷却液流路15的部分的内表面或者一体形成。另外，在上述实施方式中，在壳体2的周壁5的左侧壁6的一端部形成有冷却液入 口，同样，在右侧壁7的另一端部形成有冷却液出口，但不限于此，也可在左侧壁6和右侧壁 7中的任何一方的壁的一端部形成有冷却液入口，在其另一端部形成有冷却液出口。另外， 也可在壳体的顶壁或底壁隔着间隔地形成有冷却液入口和冷却液出口。
权利要求
1.一种液冷式冷却装置，其具备具有顶壁、底壁和周壁并且形成有冷却液入口和冷却 液出口的壳体，在壳体内的冷却液入口和冷却液出口之间的位置设置有冷却液流路，其中，在壳体的顶壁和底壁中的外表面安装有发热体的壁的面对冷却液流路的部分的内表 面，在冷却液流路的宽度方向隔着间隔地设置有突出到冷却液流路内并且向冷却液流路中 的冷却液的流动方向延伸的多片散热片，各散热片的由与散热片高度方向正交的水平面切 断出的形状为波形，波峰部和波谷部交替形成，使得冷却液在相邻的2片散热片之间弯曲 流动。
2.根据权利要求1所述的液冷式冷却装置，其中，由连接相邻的2个散热片中的一方的散热片的相邻的2个波峰部和位于两波峰部之间 的波谷部的2个倾斜部的朝向另一方的散热片侧的面和所述水平面形成的2条交线相交的 所有的点由第1直线连结，由连接所述另一方的散热片的相邻的2个波谷部和位于两波谷 部之间的波峰部的2个倾斜部的朝向所述一方的散热片侧的面和所述水平面形成的2条交 线相交的所有的点由第2直线连结，所述第1直线和所述第2直线一致，或者所述第1直线 位置比所述第2直线靠所述另一方的散热片侧。
3.根据权利要求2所述的液冷式冷却装置，其中，各散热片的波峰部和波谷部带圆角，由所述2个倾斜部的朝向另一方的散热片侧的面 和所述水平面形成的2条交线相交的点，在所述水平面上，位于该2个倾斜部的朝向另一方 的散热片侧的面的向另一方的散热片侧的延伸部相交的部分。
4.根据权利要求2所述的液冷式冷却装置，其中，各散热片的波峰部和波谷部形成为平坦状，由所述2个倾斜部的朝向另一方的散热片 侧的面和所述水平面形成的2条交线相交的点，在所述水平面上，位于该2个倾斜部的朝向 另一方的散热片侧的面的向另一方的散热片侧的延伸部相交的部分。
5.根据权利要求2所述的液冷式冷却装置，其中，由连接相邻的2片散热片中的一方的散热片的相邻的2个波谷部和位于两波谷部之 间的波峰部的2个倾斜部的朝向另一方的散热片侧的面和所述水平面形成的2条交线所形 成的角度、和由连接所述另一方的散热片的相邻的2个波峰部和位于两波峰部之间的波谷 部的2个倾斜部的朝向所述一方的散热片侧的面和所述水平面形成的2条交线所形成的角 度，分别为110 150度。
6.根据权利要求2所述的液冷式冷却装置，其中，相邻的2片散热片之间的间隔为0. 5mm以上。
7.根据权利要求2所述的液冷式冷却装置，其中，相邻的2片散热片在上端部或下端部通过连接部连接成一体，并且连接部上下交替地 设置，由此，由所有的散热片和连接部构成散热片单元，散热片单元的上侧的连接部与壳体 的顶壁接合，下侧的连接部与壳体的底壁接合。
全文摘要
本发明涉及一种液冷式冷却装置(1)，其具备设置有冷却液流路(15)的壳体(2)。在壳体(2)的安装有发热体(H)的顶壁(3)的面对冷却液流路(15)的部分的内部表面，隔着间隔地设置多片散热片(16A、16B)。各散热片(16A、16B)的由与散热片高度方向正交的水平面切断出的形状为波形。由连接左侧的散热片(16A)的相邻的2个波峰部(19)和位于两波峰部(19)之间的波谷部(21)的2个倾斜部(22)的右侧面(22a)和上述水平面形成的2条交线相交的点(P1)由第1直线(L1)连结，由连接右侧的散热片(16B)的相邻的2个波谷部(21)和位于两波谷部(21)之间的波峰部(19)的2个倾斜部(22)的左侧面(22b)和上述水平面形成的2条交线相交的点(P2)由第2直线(L2)连结。第1直线(L1)位置比第2直线(L2)靠右侧散热片侧(16B)侧。本发明的液冷式冷却装置(1)适用于例如车辆等的半导体电力转换装置，适合用于冷却半导体元件等的发热体。
文档编号H05K7/20GK102054808SQ20101052395
公开日2011年5月11日 申请日期2010年10月26日 优先权日2009年10月26日
发明者伊藤贤, 松岛诚二, 栗林泰造, 森昌吾 申请人:昭和电工株式会社, 株式会社丰田自动织机