JPH11504767A - パワー素子を冷却するための冷却体 - Google Patents
パワー素子を冷却するための冷却体Info
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- JPH11504767A JPH11504767A JP9529807A JP52980797A JPH11504767A JP H11504767 A JPH11504767 A JP H11504767A JP 9529807 A JP9529807 A JP 9529807A JP 52980797 A JP52980797 A JP 52980797A JP H11504767 A JPH11504767 A JP H11504767A
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、所定の速度で供給される冷却媒体を受容するための両側で開いた冷却通路(2)少なくとも1つを備える冷却体(1)に関し、しかも冷却通路が複数の流れ剥離中心(4,4′)を有する。
Description
【発明の詳細な説明】
パワー素子を冷却するための冷却体
本発明は、パワー素子(Leistungsbauelemente)を冷却するための冷却体に関
する。
パワー素子をいわゆる冷却レールの形状の冷却体で冷却することは公知である
。冷却媒体は縦方向に冷却通路を貫流し、冷却体の外面に取付けられたパワー素
子の損失熱を排出する。素子の期限は著しく温度依存性なので、冷却面上の縦方
向の温度勾配が最大5Kを越えないように努められる。
ドイツ国特許第3908996号明細書には内部に複数の冷却通路を備えたセ
ラミック冷却体が開示されており、冷却体内部の隣接した冷却通路は一部平行に
、一部反平行に貫流される。この装置の欠点は放熱が不十分であることである。
流れ方向に沿って大きな温度勾配が形成される。冷却される素子は同一の温度レ
ベル上にはない。
世界知的所有権機構公開第95/17765号明細書には、冷却管内に横断面
狭窄部が形成されるように冷却管が冷却体内へ押込まれた構成が開示されている
。この構成では流れ抵抗が著しく高められ、かつ流れが狭窄部で確実には剥離せ
ず、引続き層流で流れるのが欠点である。さらに冷却体から、押込まれた冷却管
への移行部が不都合な熱抵抗を示し、これは冷却を劣悪にする。
ドイツ国特許公開第4401607号明細書から両側で開いた冷却レールが公
知であり、この構成では規則的な間隔を置いて穿孔された隔壁が流れ方向に平行
に冷却通路の内部へ押入れられる。これにより冷却レールの内部は2つの冷却通
路へ分割される。さらに冷却媒体内に乱流を発生させて冷却を通路に沿って均質
にし、かつ改善するために、両冷却通路のそれぞれの中に渦流化体または流れ剥
離体(Stroemungsabrisskoerper)が導入される。しかしこの手段は冷却通路内
の流れ抵抗の決定的な上昇を与え、これはパワー素子のための冷却体における通
常の値の流れ速度では耐えることができない。さらに押入れられた隔壁および(
または)押入れられた渦流化体と冷却レールとの間の熱抵抗は無視し得ず、その
結果隔壁および挿入物自体は殆ど放熱に寄与しない。
パワー素子のための冷却体は、しばしば、この冷却体の流量と放熱に関して性
能の上限に位置する、冷却通路内の冷却媒体速度および圧力降下でもって運転さ
れる。
したがって本発明の課題は、装置の流れ抵抗が決定的に高められることなしに
冷却が改善される、冷却体を提供することである。
この課題は、請求項1の特徴によって解決される。
有利な構成が従属請求項と説明から得られる。
本発明は、所期の鋭いエッジを持つ流れ剥離中心を、流れが確実に剥離するよ
うに冷却体内部に冷却通路に沿って配置することから出発する。流れ剥離中心に
おいて流れ方向に対して垂直の方向に冷却通路の総面積が拡大されると有利であ
り、2次元で、特に冷却通路の幅と高さにおいて拡大されると特に有利である。
これによって装置の流れ抵抗が著しくは高めることはない。
特に優れた実施形においては流れ方向に対して横方向に冷却通路を一巡して拡
大部が構成され、こうして冷却通路内表面の拡大という利点を提供する。したが
って冷却体から冷却媒体内への熱の移動が改善される。
拡大部が個別の冷却通路の仕切り壁および(または)複数の冷却通路間の隔壁
内に配置されると有利である。これらの壁は有利には少なくとも片側で材料結合
によって(materialschluessig)冷却体と結合され、かつこうして冷却媒体内へ
のきわめて好都合な熱の移動が改善される。
有利な実施形においては主に冷却体は一部分から形成される。安価に、かつ簡
単に実施できるので、冷却体を特にアルミニウムまたはアルミニウム合金を用い
て押出し機によって製作すると有利である。
もう1つの有利な実施形では、冷却体は複数の、特
に2つの部分、特にカバーと底部から形成される。冷却通路と拡大部を第1の部
分に、特にフライス削りによって形成し、かつこの構成をカバーで密に閉鎖する
と特に有利である。
もう1つの優れた実施例では、拡大部の次元(Dimensionen)に対してほぼ垂
直に、別の特に鋭いエッジを持つ流れ剥離中心が冷却通路内に流れ方向に対して
横方向に配置される。この配置は、カバーと底部とを持った複数部分から成る冷
却体で特に有利であり、この冷却体では通路壁および拡大部および(または)拡
大部の領域内に配置される別の流れ剥離中心が内部に形成され、かつこれらがま
とまって冷却体を形成する。冷却体の冷却外面から冷却媒体内への熱貫流は冷却
通路の全長にわたって平均して高められる。本発明による装置によって、温度勾
配の形成は明らかに低減され、かつ装置の信頼性は高められる。
熱伝達係数α(これは流れが妨害されない場合流れ方向で減少する)は流れ剥
離中心の後方でその都度再び著しく上昇する。さらに冷却装置の温度レベルは全
体的に低下せしめられるのが有利である。
図面を基に本発明が詳説される。
図1は通路を拡張する流れ剥離中心を備えた冷却通路に沿った断面図、図2a
は本発明による冷却通路に沿った熱伝達係数の経過を示し、図2bは本発明によ
る冷却通路に沿った温度経過を示したグラフ、図3は
流れ剥離中心を備えた本発明による冷却通路の断面図、図4aは流れ剥離中心を
備えた冷却通路に沿った断面図、図4bは流れ剥離中心を備えた冷却通路に沿っ
た断面図、図5は本発明による、流れ剥離中心を備えた多部分から成る冷却通路
に沿った断面図である。
冷却媒体が冷却体の冷却通路内へ、特にピストン流(Kolbenstroemung)の速
度プロフィールを持って流入すると、貫流される通路の仕切り壁と通路に沿って
移動する冷却媒体との間に境界層が形成され、この境界層では冷却媒体の速度は
通路壁へ向って著しく減少する。この境界層は高い熱抵抗を伴う。
各境界層は、この境界層が通路中央で出合い、かつ管流(Rohrstroemung)が
形成されるまで流れ方向で全ての仕切り壁から増大する。しかし同時に熱伝達係
数αは境界層厚(境界層の厚さ)dの増大と共に1/dに比例して減少する。通
路仕切り壁から冷却媒体への放熱は管流の状態では明らかに劣悪になる。
図1は流れ剥離中心を持つ冷却通路の本発明の第1の実施例の縦断面図である
。図平面に垂直な方向が冷却通路の高さである。冷却通路の横断面は円形または
角形であってよい。以下の例では角形、特に方形の横断面が記載されるが、本発
明はこの横断面形に限定されない。
本発明による冷却体1では内部に少なくとも1つの冷却通路2が形成される。
流れ方向は図平面内にある
。冷却通路2は局所的な拡大部を有し、冷却通路2の横断面は所定の間隔を置い
て通路壁3,3′内の凹面状のへこみ4,4′によって流れ横断面に対して横方
向に拡大される。有利にはこれらの拡大部4,4′は鋭いエッジを持つように構
成される。流れは拡大部4,4′の鋭いエッジで確実に剥離し、その結果管流の
形成は阻止される。
流れの剥離により境界層は局所的に消え、かつ熱伝達係数αは流れ剥離中心を
成す拡大部4,4′の直後できわめて高い。境界層厚dは流れ方向で再び増大し
、その場合熱伝達係数αはその後の流路で再び境界層厚dの増大と共に低下する
。
拡大部4,4′は通路内壁3,3′内に流れ方向に対して横方向に配置され、
かつ冷却通路の総横断面を2次元で拡張する。これは、方形の横断面に関しては
、拡大部の領域内で冷却通路2の寸法の幅の増大並びに高さの増大が存在するこ
とを意味する。冷却通路2の幅の増大は拡大部の深さに相当し、冷却通路の高さ
の増大は拡大部の高さに相当する。他の横断面、特に円形横断面については拡大
部の寸法は同様に該当する。有利には拡大部は通路側で開く。
拡大部4,4′は互いに対向して位置した通路内壁3,3′に配置されるが、
1つの通路壁にのみ、または同時に3つのまたは4つ全ての内壁に配置してもよ
く、拡大部は有利に互いに対置する。拡大部が冷却通
路2を一巡して拡張すると特に有利である。1実施形では拡大部の領域内におけ
る冷却通路の総横断面の周縁の曲線が拡大部以外の冷却通路の横断面周縁の曲線
を包囲する。2つの周縁曲線は共通の中心を持っていてもよいし、2つの異なる
中心を有してもよい。
冷却レールは一体に、または多部分から、特に上半部と下半部とから形成され
ていてよい。第1の実施例では各半部にフライス削りによって少なくとも1つの
冷却通路が形成され、かつ流れ剥離中心が隔壁内に形成される。別の実施形では
、流れ剥離中心を備える少なくとも1つの冷却通路が一方の半部にのみ形成され
、この第1の半部が第2の半部で密に閉鎖される。
拡大部4,4′自体の冷却は局所的には通路2自体の冷却よりも若干余り良好
ではない。拡大部4,4′が対を成して、4つ全ての通路内壁に対向して位置す
る場合には、これらがそれぞれ冷却通路2の同一の長さ位置に存在すると有利で
ある。しかし拡大部4,4′は互い違いに冷却通路壁に個別におよび(または)
対を成して対向位置で冷却通路の長さ方向に沿って配置されてもよい。
冷却媒体として特に水が使用されると、境界層厚dの形成は、熱伝達係数αが
最少の境界層厚dにおける6000W/(m2K)をはるかに上回る値から例え
ばd≒100μmの領域内の1500W/(m2K)を下回る値まで落下するこ
とを導く。したがって流れ
剥離中心を、通路の仕切り壁3における流れの境界層厚dが十分に大きな熱伝達
係数αを保証するのに十分な小さな値にとどまるように、寸法と間隔に関して互
いに最適化すると有利である。
本発明によれば拡大部4,4′の相互間隔Lは少なくとも、熱伝達係数αが流
れ方向に沿って最大値(αに関するこの値は流れ剥離中心の端部の直後で達成可
能である)の有利には高くとも4分の1に落ちることができる程小さい値に選択
される。しかし有利には間隔Lは、流れ剥離中心4,4′自体内の劣悪な局所的
な放熱が冷却体の温度を著しく高めることがない程度に、有利には最大でも5K
高めることがない程度に十分に大きくなければならない。
拡大部4,4′の流れ方向の延びおよび(または)拡大部4,4′の通路壁内
の深さは、通常の流れ平均流量(水、オイルまたは類似のもので有利には約1m
/s、ガスで有利には5〜10m/s)での流れが確実に剥離するように配慮す
べきである。流れ方向の延びの寸法は大き過ぎてはならない、それというのも発
生する乱流によって流れ剥離中心において局所的に冷却が劣悪になるからであり
、また流れを確実に剥離させるためには小さ過ぎてもいけない。冷却媒体速度は
有利にはできる限り大きい、しかし冷却体を掻取って損傷する速度よりは小さい
。
有利には流れ方向に対して横方向の拡大部の深さは
邪魔されない流れでのこの箇所における境界層厚dの少なくとも2倍、特に少な
くとも5倍の厚さに等しい。境界層厚dは種々のパラメータ、特に通路の寸法、
流れ速度、場合による流れ剥離中心の間隔および冷却媒体に依存し、かつ例えば
シミュレーション演算によって決めることができる。
通路横断面例えば5×5mm2、冷却媒体として水、流れ速度約1m/s、お
よび流れ剥離中心相互間隔15cmで、拡大部の深さは有利に0.5〜1mmに
選択される。拡大部4,4′の高さは有利にはその場所の冷却通路高さと少なく
とも等しいか、またはこれよりも大きい。円形の通路横断面ではこの高さは有利
には冷却通路の直径の半分に少なくとも等しい。円形冷却通路の半径方向の一巡
する横断面拡張部が有利である。
図2には2つの流れ剥離中心L1とL2が配置された、長さ0,6mの冷却通
路のシミュレーション結果が示されている。図2aは冷却通路に沿った熱伝達係
数αの経過を略示する。値は各流れ剥離中心の後方で流れ剥離中心の前方でより
も明らかに高い。図2bは冷却通路に沿った温度経過を示す。流れ剥離中心の所
で温度は局所的に高められるが、流れ剥離中心以外の所では温度はほぼ一定にと
どまる。全体として通路に沿った温度の上昇は、点線の曲線によって示された流
れ剥離中心を備えない冷却通路と比べ僅かである。
冷却すべきパワー素子は有利にこのような温度プラトーが形成される、冷却体
の冷却面の領域内に取付けられる。
通路横断面拡大部の形状の流れ剥離中心は、冷却通路2に沿って付加的な圧力
損失が生じない、冷却媒体の渦流化がほぼ流れ抵抗中立的に行われるか、または
流れ抵抗を僅かに、特に最大20%、有利には10%以下で高めるにすぎないと
いう特別な利点を持つ。
一体冷却レール、特に押出し冷却レールの簡単でコスト上有利な製作形式は、
拡大部を冷却通路に垂直な孔によって形成することである。この結果、孔によっ
て、流れ方向に対して横方向に通路を一巡する、鋭いエッジを持つ衝突縁の形状
の鋭いエッジを持つ流れ剥離中心が全冷却通路壁において同時に形成される。こ
の冷却通路に沿った断面図は図1に示された像に相当し、側壁は図平面に平行で
ある。この場合には拡大部の深さは冷却通路の側壁の貫通孔の深さに、かつ拡大
部の高さは図1からの凹面状のへこみの高さに相当する。孔の直径がこの孔に対
して横方向の冷却通路寸法よりも小さいかまたはこれに等しい場合には、流れ剥
離中心は穿孔された2つの冷却通路壁にのみ設けられる。
しかし2つの構成は、拡大部がそれぞれ1つの通路仕切り壁内に配置され、し
たがって少なくとも片側で材料結合により冷却体と結合されるという、付加的な
利点によって優れる。冷却通路の内側の表面は拡大され、かつ冷却媒体内への熱
伝達は特に良好である。引続き孔は仕切り壁内で外側から適切な手段を用いて密
封閉鎖することができる。
複数のこのような冷却通路が互いに平行に1平面内配置されると特に有利であ
る。この平面に平行な、冷却体の上下の仕切り面が冷却面として使用することが
でき、この上に冷却すべきパワー素子が取付けられる。特に通路の隔壁を上記の
ようにして穿孔することができる。
ドイツ国特許第4401607号明細書の場合のような装置では2次元の冷却
通路拡大部を設けることはできないであろう。ここでは冷却通路拡大は幅の増大
として行うことができるが、拡大部の高さは基本的には通路の高さよりも小さい
。拡大部が通路と同じ寸法であれば、押入れられた隔壁はバラバラになろう。通
路横断面を流れ方向に対して横方向に一巡する冷却通路の拡大部はこの明細書に
示された装置では実現可能ではない。
冷却媒体が本発明による冷却体の内部を1方向でのみ流れる場合には、隔壁内
の孔が閉鎖されていない場合にも個々の平行な冷却通路2間では挙げるに足るほ
どの流れの交換は起らない、それというのも全ての通路2内でほぼ同一の流れ条
件が支配するからである。隣接の冷却通路が反平行にも貫流される場合には、個
々の冷却通路間の隔壁内の孔を栓で閉鎖すると有利であり、これにより流れ交換
は殆ど完全に阻止される。
隔壁内の孔を密封する簡単な手段は、少なくとも領域的に少なくとも部分通過
性(teildurchlaessig)であり、特に隔壁の高さ位置で中実に、しかし冷却通路
2の高さ位置で通過性に構成された棒を導入することである。棒は流れ方向に垂
直に延び、かつ拡大部の領域において流れを通路中央で付加的に渦流化するとい
う付加的な利点を伴う。
図3には本発明による冷却体9の流れ方向に対して横方向の断面図であり、こ
の冷却体では1平面内に平行に複数の冷却通路2が配置されている。流れ方向は
図平面に対してほぼ斜めである。冷却体には有利に金属、例えばアルミニウムが
使用される。1平面内に延びる、平行な冷却通路をアルミニウムの押出し加工に
より製作すると特に有利である。この装置の上下の冷却面10,10′は冷却通
路の平面に平行に延び、例えば4つのそれぞれ1kWの損失電力を持つ、普通の
IGBT−パワーモジュールを受容することができる。冷却通路2はそれぞれ長
さ約50cmであり、ほぼ5×7mm2の方形横断面を持つ。冷却媒体接続部お
よび場合による入口側および(または)出口側に配置される冷却媒体貯蔵器およ
び(または)場合による流入補助部材は書き入れられていない。
冷却体9は平行な通路2に垂直な、外側の第1の狭
幅側11で約15cmの間隔をおいて穿孔されており、しかも孔12の中心軸線
はそれぞれ通路中心軸線2′と交差し、かつ孔12は中間壁13′を貫通して案
内される。孔の直径は通路幅7mmよりもほぼ2mm大きく、そのために2つの
対向する通路壁の、冷却面10,10′の内面にそれぞれ最大深さ約1mmの円
弧状のへこみ12′が通路軸線2′に垂直に形成される。拡大部の領域内の冷却
通路の総横断面の周縁の曲線は拡大部以外の冷却通路の横断面の周縁曲線を対称
的に包囲する。拡大部の流れ方向の延びは冷却通路を仕切る壁内の孔の円弧の弦
に相当する。
第1の狭幅側11に対向する第2の外側の狭幅側11′は完全には穿孔されな
いかまたは適切な手段で閉鎖される。第1の狭幅側11の孔は同様に閉鎖される
。面8は孔12の側壁である。
冷却体が流れ速度約1m/sで水によって貫流されるときに、冷却体外表面に
おける流れ方向の温度経過には局所的に僅かに過ぎない変動が認められ、かつ全
長にわたって1Kに過ぎない温度勾配が生じることが測定により示された。さら
に貫流冷却媒体の冷却体9の出口における温度は流れ剥離中心を備えない構成の
場合よりも明らかに低い(図2のシミュレーションと一致)。流れ剥離中心を持
たない装置に沿った温度勾配は本発明による構成の場合の約5倍の高さである。
冷却通路間の中間壁は著しく放熱に寄与する、それと
いうのもこれらは上下の冷却体表面と材料結合によって結合されているからであ
る。
パワー素子用の冷却体は普通、その性能の上限に位置する条件下で使用される
ので、本発明による手段はこのような冷却体の運転時の信頼性を高める。
図4には流れ剥離中心の別の本発明による構成が示されており、この構成は、
妨害物を備えない冷却通路に比べて殆ど流れ抵抗中立的に作用する。流れ方向は
図平面内に位置する。この構成では物体13,14、特に円筒形または鋭いエッ
ジの境界を持つ物体が流路に対して横方向に冷却通路2内へ導入される。これら
の物体は通路中央(図4a、物体13)かまたは通路壁近傍(図4b、物体14
)に配置することができる。この装置は、物体13,14が拡大部の領域内に配
置され、かつ物体13,14の横断面が通路横断面の拡大部による面積増大より
も小さいかまたはこれにほぼ等しい場合には、上記の意味でほぼ流れ抵抗中立的
である。
簡単な構成は、棒状のこれらの物体を拡大部の孔内へ導入することである。こ
の場合には物体13,14は図3の実施例の上下の冷却面にほぼ平行に配置され
る。有利にはこの構成は特に図3の例からの穿孔された隔壁の閉鎖と結合するこ
とができる。
図5には流れ剥離中心を備える、本発明による多部分からなる冷却体の例が示
されている。冷却体は上半
部と下半部とから成る。両半部は冷却のために外側に素子を受容することができ
る。上半部15は単純なプレートとして構成される。下半部16は上半部15に
面した内面に平行な通路列が通り、通路は有利にはフライス削りされる。これら
の通路は冷却通路を形成する。流れ方向が矢印で示される。通路に対して横方向
に隔壁と通路から連続して材料が切り欠かれる;切欠と通路との間の衝突縁が冷
却通路内の流れ剥離中心を形成する。下半部16は上半部15で閉鎖される。し
たがってこの図では衝突縁は4つの可能な冷却通路壁の内の3つだけに形成され
ている。冷却通路内の状況を代表して冷却通路の1つで流れ剥離中心Sが際立つ
ように示されている。両半部をほぼ対称的に構成し、かつ適切に閉鎖することも
可能である。
上半部と下半部、特に1つの簡単な、構造化されていない半部15とを持つ実
施形は、簡単、かつ冷却にきわめて好都合な形式で、物体を付加的な流れ剥離中
心として1つ以上の冷却通路内へ組込むことを可能にする。物体は、これらがフ
ィンガのように上記の冷却通路内へ突出するように、半部15の冷却媒体に面す
る内面と結合される。フィンガは適切な形式で半部15と結合することができ、
有利にはフィンガは材料結合によってこの半部と結合される。フィンガは円形ま
たは鋭いエッジ形に構成することができる。有利にはフィンガは、上記の冷却通
路内の本発明による拡大部
が配置された箇所に配置される。しかし棒状の物体による付加的な流れ剥離中心
を流れ方向に対して横方向に、かつ切欠に平行に配置することも可能である。こ
れらは図3の実施例におけると同様に冷却通路の密封にも使用することができる
。
装置は比較的簡単な製作の点で有利である。もう1つの利点は、冷却体の内側
の表面が全体的に付加的に拡大され、かつ拡大部の領域において冷却が改善され
ることにある。
本発明による冷却体は、熱伝導の良好な材料から形成される。有利にアルミニ
ウムまたはアルミニウム合金が使用される。電気的な絶縁性に対する要求が比較
的高い場合には、セラミック材料、特に窒化アルミニウムが適する。このような
材料については多部分から成る冷却体の実施形が好適である、それというのもセ
ラミック処理およびセラミック加工がより簡単であるからである。
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フロントページの続き
(72)発明者 クラウス ベッカー
ドイツ連邦共和国 D−55411 ビンゲン
シュロスベルクシュトラーセ 28
(72)発明者 ヴォルフガング シュタイガー
ドイツ連邦共和国 D−70188 シュツッ
トガルト テックシュトラーセ 14
(72)発明者 マティアス ユング
ドイツ連邦共和国 D−14089 ベルリン
ザクロヴェルクキルヒヴェーク 111エ
ー
(72)発明者 ペーター ハイネマイヤー
ドイツ連邦共和国 D−14052 ベルリン
マーラトンアレー 10
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.冷却体であって、所定の速度で供給される冷却媒体を受容するための両側で 開いた冷却通路少なくとも1つと、冷却すべき物体を受容するための上方と下方 の外側の冷却面とを備え、しかも冷却通路が全長にわたってほぼ一定の横断面を 持つように構成されていて、少なくとも1つの流れ剥離中心を有し、流れ剥離中 心が流れ方向に対して横方向に冷却通路の横断面を部分的に拡大するようになっ た形式のものにおいて、拡大部(4,4′,12′)の領域内における総横断面 の周縁の曲線が、拡大部(4,4′,12′)外の冷却通路(2)の横断面の周 縁の曲線よりも流れ方向に対して横方向に2次元において大きな寸法を持つこと を特徴とする、冷却体。 2.高さと深さとを持つ冷却通路(2)の総横断面が、妨害物のない流れにおけ る局所的な流れの境界層厚の少なくとも2倍だけ流れ方向に対して横方向に拡大 せしめられる、請求項1記載の冷却体。 3.拡大部(4,4′,12′)と冷却通路(2)との間の移行部の衝突縁(S )が鋭いエッジに構成される、請求項1記載の冷却体。 4.拡大部(4,4′,12′)が通路横断面を一巡するように形成される、請 求項1から3までのいずれか1項記載の冷却体。 5.流れ方向に順次配置された複数の拡大部(4,4′,12′)が、熱伝達係 数αが先行の拡大部(4,4′,12′)の後方で最大でもその都度の出発値の 4分の1に降下するような相互間隔を有する、請求項1から4までのいずれか1 項記載の冷却体。 6.冷却通路(2)が流れ方向に対して横方向に補助孔(12)を備え、孔の流 れ方向に平行な横断面が、冷却通路の流れ方向に対して横方向の寸法よりも大き い、請求項1から5までのいずれか1項記載の冷却体。 7.冷却通路(2)の隔壁および(または)仕切り壁が少なくとも片側で材料結 合によって冷却体表面(10,10′)と結合される、請求項1から6までのい ずれか1項記載の冷却体。 8.冷却体(1,9)が一体に形成される、請求項1から7までのいずれか1項 記載の冷却体。 9.冷却体(1,9)が上下の部材(15,16)から少なくとも間接的に組立 てられる、請求項1から8までのいずれか1項記載の冷却体。 10.上下の部材(15,16)が流れ方向の切欠を有する、請求項9記載の冷却 体。 11.上方および(または)下方の部材(15,16)が流れ方向に対して横方向 の切欠を有する、請求項10記載の冷却体。 12.上方または下方の部材(15,16)が流れ方向 の切欠を有する、請求項9記載の冷却体。 13.流れ方向の切欠を持つ部材(15,16)が規則的な間隔で流れ方向に対し て横方向の切欠を有する、請求項12記載の冷却体。 14.冷却体(1,9)が、上下の冷却面に平行に配置された流れ剥離中心(13 ,14)を冷却通路(2)内に有する、請求項1から13までのいずれか1項記 載の冷却体。 15.冷却体(1,9)が、上下の冷却面に垂直に配置された流れ剥離中心(13 ,14)を冷却通路(2)内に有する、請求項14記載の冷却体。 16.流れ剥離中心(13,14)が冷却通路(2)の拡大部(4,4′,12′ )の領域内に配置される、請求項14または15記載の冷却体。 17.流れ剥離中心(13,14)の流れ方向に対して横方向の横断面が、拡大部 の領域における冷却通路横断面の増大面積よりも小さい、請求項16記載の冷却 体。 18.冷却体であって、所定の速度で供給される冷却媒体を受容するための両側で 開いた冷却通路少なくとも1つと、冷却すべき物体を受容するための第1と第2 の外側の冷却面とを備え、しかも冷却通路が全長にわたってほぼ一定の横断面を 持つように構成されていて、少なくとも1つの流れ剥離中心を有し、流れ剥離中 心が流れ方向に対して横方向に冷却通路 の横断面を部分的に拡大するようになった形式のものにおいて、ほぼ1平面内に 延びる、複数の、平行な、ほぼ同一寸法の冷却通路(2)が冷却面間に形成され 、しかも上記平面が冷却面(10,10′)に平行に配置され、かつ冷却通路( 2)が規則的な間隔で、流れ方向に対して横方向に、上記平面内に延びる補助孔 (12)によって穿孔されることを特徴とする、冷却体。 19.補助孔(12)の横断面が冷却通路横断面よりも大きい、請求項18記載の 冷却体。 20.冷却体(1,9)が一体に形成される、請求項18または19記載の冷却体 。 21.冷却体(1,9)が上下の部材(15,16)から少なくとも間接的に組立 てられる、請求項18または19項記載の冷却体。 22.上下の部材(15,16)が流れ方向の切欠を有する、請求項21記載の冷 却体。 23.上方および(または)下方の部材(15,16)が流れ方向に対して横方向 の切欠を有する、請求項22記載の冷却体。 24.上方または下方の部材(15,16)が流れ方向の切欠を有する、請求項2 1記載の冷却体。 25.流れ方向の切欠を持つ部材(15,16)が規則的な間隔で流れ方向に対し て横方向の切欠を有する、請求項24記載の冷却体。 26.冷却体(1,9)が、上下の冷却面(10,10′)に平行に配置された流 れ剥離中心(13,14)を冷却通路(2)内に有する、請求項18記載の冷却 体。 27.冷却体(1,9)が、上下の冷却面(10,10′)に垂直に配置された流 れ剥離中心(13,14)を冷却通路(2)内に有する、請求項18記載の冷却 体。 28.流れ剥離中心(13,14)が冷却通路(2)の拡大部(4,4′,12′ )の領域内に配置される、請求項26または27記載の冷却体。 29.流れ剥離中心(13,14)の流れ方向に対して横方向の横断面が、拡大部 の領域における冷却通路横断面の増大面積よりも小さい、請求項28記載の冷却 体。 30.冷却体(1,9)がセラミック材料から形成される、請求項1から29まで のいずれか1項記載の冷却体。 31.冷却体(1,9)が金属材料から形成される、請求項1から30までのいず れか1項記載の冷却体。 32.冷却体(1,9)がアルミニウムまたはアルミニウム合金から形成される、 請求項1から31までのいずれか1項記載の冷却体。
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003051631A (ja) * | 2001-08-06 | 2003-02-21 | Nidek Co Ltd | 熱交換器の製作方法及び該熱交換器を用いたレーザ装置 |
US8061412B2 (en) | 2005-03-18 | 2011-11-22 | Mitsubishi Electric Corporation | Cooling structure, heatsink and cooling method of heat generator |
JP2014197637A (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-16 | 日産自動車株式会社 | 冷却構造 |
JP2020004766A (ja) * | 2018-06-25 | 2020-01-09 | トヨタ自動車株式会社 | 冷却器 |
JP7333874B1 (ja) * | 2021-10-11 | 2023-08-25 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 電気機器 |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3473540B2 (ja) * | 2000-02-23 | 2003-12-08 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザの冷却装置 |
US6462949B1 (en) * | 2000-08-07 | 2002-10-08 | Thermotek, Inc. | Electronic enclosure cooling system |
DE102008045072A1 (de) * | 2008-08-29 | 2010-03-04 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Herstellen einer Kühlvorrichtung |
CN101714015B (zh) * | 2008-10-08 | 2012-01-18 | 英业达股份有限公司 | 可携式电子装置的外壳结构 |
US8869877B2 (en) * | 2010-10-11 | 2014-10-28 | Hamilton Sundstrand Space Systems International, Inc. | Monolithic cold plate configuration |
WO2018130798A1 (en) | 2017-01-12 | 2018-07-19 | Dyson Technology Limited | A hand held appliance |
GB2562276B (en) | 2017-05-10 | 2021-04-28 | Dyson Technology Ltd | A heater |
Family Cites Families (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1549464A (en) * | 1923-05-23 | 1925-08-11 | Southwark Foundry & Machine Co | Steam platen |
US1818387A (en) * | 1928-07-23 | 1931-08-11 | Southwark Foundry & Machine Co | Steam platen |
US1884612A (en) * | 1930-03-14 | 1932-10-25 | Southwark Foundry & Machine Co | Steam platen |
US1929824A (en) * | 1931-05-12 | 1933-10-10 | French Oil Mill Machinery | Press plate or the like and method of making the same |
US2151540A (en) * | 1935-06-19 | 1939-03-21 | Varga Alexander | Heat exchanger and method of making same |
US2060211A (en) * | 1935-08-23 | 1936-11-10 | Arthur R Hemphill | Heat exchanger or cooler |
JPS57174696A (en) * | 1981-04-20 | 1982-10-27 | Hitachi Ltd | Flat heat exchanger tube |
DE3739585C1 (en) * | 1987-11-23 | 1989-05-11 | Witzenmann Metallschlauchfab | Cold plate for dissipating heat losses from large-scale-integrated electronic chips |
DE8804742U1 (de) * | 1988-04-11 | 1988-06-09 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Kühlkörper mit eingesetztem Füllstück zur Kühlung eines elektrischen Bauelementes mit einem flüssigen Kühlmedium |
DE3908996C2 (de) * | 1989-03-18 | 1993-09-30 | Abb Patent Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitskühlkörpers |
KR950009356Y1 (ko) * | 1991-04-17 | 1995-10-25 | 삼성전자 주식회사 | 냉장고의 냉수 저장탱크 |
US5329994A (en) * | 1992-12-23 | 1994-07-19 | Sundstrand Corporation | Jet impingement heat exchanger |
DE4301865A1 (de) * | 1993-01-25 | 1994-07-28 | Abb Management Ag | Kühldose |
JP3364665B2 (ja) * | 1993-03-26 | 2003-01-08 | 昭和電工株式会社 | 熱交換器用冷媒流通管 |
US5323851A (en) * | 1993-04-21 | 1994-06-28 | Wynn's Climate Systems, Inc. | Parallel flow condenser with perforated webs |
WO1995017765A2 (en) * | 1993-12-15 | 1995-06-29 | Aavid Engineering, Inc. | Liquid cooled heat sink for cooling electronic components |
DE4401607C2 (de) * | 1994-01-20 | 1997-04-10 | Siemens Ag | Kühleinheit für Leistungshalbleiter |
DE4421025C2 (de) * | 1994-06-16 | 1999-09-09 | Abb Patent Gmbh | Kühlkörper mit mindestens einem Kühlkanal |
JPH08200977A (ja) * | 1995-01-27 | 1996-08-09 | Zexel Corp | 熱交換器用偏平チューブ及びその製造方法 |
-
1996
- 1996-02-24 DE DE19606972A patent/DE19606972A1/de not_active Withdrawn
-
1997
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- 1997-02-21 US US08/945,243 patent/US6089314A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003051631A (ja) * | 2001-08-06 | 2003-02-21 | Nidek Co Ltd | 熱交換器の製作方法及び該熱交換器を用いたレーザ装置 |
US8061412B2 (en) | 2005-03-18 | 2011-11-22 | Mitsubishi Electric Corporation | Cooling structure, heatsink and cooling method of heat generator |
JP2014197637A (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-16 | 日産自動車株式会社 | 冷却構造 |
JP2020004766A (ja) * | 2018-06-25 | 2020-01-09 | トヨタ自動車株式会社 | 冷却器 |
JP7333874B1 (ja) * | 2021-10-11 | 2023-08-25 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 電気機器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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