冷却ユニット及びこれを取り付けた電装品
【課題】冷却装置の組立工程において、ろう付を行う際の熱による発熱素子の破壊を防ぐとともに、冷却装置の組立工程の作業効率を向上させることが可能な冷却ユニット及びこれを取り付けた電装品を提供することにある。
【解決手段】圧縮機５２と、凝縮器５４と、膨張弁５６と、蒸発器５８と、から成る冷凍サイクルを冷媒が流れる配管５１で接続した冷媒回路４３を備え、基板２００に実装された発熱素子２０１を冷却する冷却装置４に用いられる冷却ユニット１０であって、冷媒が循環する流路１０７を有し、発熱素子２０１と熱接触される冷却ジャケット１０１と、冷却ジャケット１０１と熱接触する蓄熱部材１０３と、一端が冷却ジャケット１０１の流路１０７に接続され、他端が冷媒回路４３の配管５１に接続される開口端を有する接続管１０５と、から成ることを特徴とする。
【解決手段】圧縮機５２と、凝縮器５４と、膨張弁５６と、蒸発器５８と、から成る冷凍サイクルを冷媒が流れる配管５１で接続した冷媒回路４３を備え、基板２００に実装された発熱素子２０１を冷却する冷却装置４に用いられる冷却ユニット１０であって、冷媒が循環する流路１０７を有し、発熱素子２０１と熱接触される冷却ジャケット１０１と、冷却ジャケット１０１と熱接触する蓄熱部材１０３と、一端が冷却ジャケット１０１の流路１０７に接続され、他端が冷媒回路４３の配管５１に接続される開口端を有する接続管１０５と、から成ることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に実装された発熱素子を冷却するための冷却装置に用いられる冷却ユニット及びこれを取り付けた電装品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機などの電力機器において、電力の変換、制御を行うために多種の電子部品が用いられる。例えば、整流ダイオード、パワートランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT）などの電力用半導体素子（パワーデバイスともいう）や、これら複数の電力用半導体素子をパッケージ化したパワーモジュール、さらに、制御回路、駆動回路、保護回路などを含んだインテリジェンスパワーモジュールなどが挙げられる。
【０００３】
上記のような電子部品は入出力端子を備える。これらの電子部品は入出力端子と電気回路側の接続端子とを電気的に接続することにより基板に実装される。基板に実装された電子部品は電力機器が動作することにより発熱するため発熱素子と呼ばれている。特に、パワーモジュールやインテリジェンスパワーモジュールは単体の電力用半導体素子に比べて電力消費量が大きいため発熱量も大きい。このような発熱素子を実装した基板は電装品箱に収容して電力機器に取り付けられるのが一般的である。
【０００４】
下記特許文献１に基板などの電装品を収容した電装品箱を冷却するための冷却装置が開示されている。図５に示すように、冷却装置５は、圧縮機５２と、凝縮器５４と、膨張弁５６と、蒸発器５８とから成る冷凍サイクルを冷媒が流れる配管５１で接続した冷媒回路５３において、冷媒回路５３の配管５１と熱接触するヒートシンク５０を冷却手段として設けたものである。ヒートシンク５０は不図示の電装品箱に熱接触して取り付けられている。冷却装置５によれば、上記の冷媒回路５３を流れる冷媒により冷却されたヒートシンク５０によって電装品箱が冷却される。電装品箱が冷却されることで、電装品箱に収容された電装品の冷却を行うことができる。
【０００５】
このような冷凍サイクルを利用した冷却装置においては、上記のヒートシンク５０に替えて冷媒回路５３の配管５１に接続された冷却ジャケット１０１（図１参照）を冷却手段として用いてもよい。冷却ジャケット１０１は冷媒が循環する流路１０７と連結する接続管１０５を備える。この接続管１０５と冷媒回路５３の配管５１とをろう付することにより、冷却ジャケット１０１が冷媒回路５３の配管５１に接続される。この冷却ジャケット１０１を発熱素子２０１（図２参照）と熱接触させることにより、発熱素子２０１の冷却を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１８７７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ろう付に用いられる硬ろう（例えば、銀ろう、銅ろう等）は、ろう付を行う際に７００℃近くまで温度が上昇する。温度上昇した硬ろうの熱が接続管１０５及び冷却ジャケット１０１を通じて発熱素子２０１に伝達された場合、発熱素子２０１を破壊してしまうおそれがある。
【０００８】
これを回避するために、従来は、冷却ジャケット１０１の接続管１０５を冷媒回路５３の配管５１に接続し、その後、冷却ジャケット１０１を発熱素子２０１に熱接触させる手順で冷却装置の組立てが行われていた。冷却装置の組立工程において、発熱素子２０１と冷却ジャケット１０１とを熱接触させる際には、熱伝達を良好にするために熱伝導グリスの塗布や熱伝導シートの貼付けを行う必要がある。
【０００９】
しかしながら、従来の手順による冷却装置の組立て方法では、発熱素子２０１と冷却ジャケット１０１とを熱接触させる作業を行う際、冷却ジャケット１０１の接続管１０５が冷媒回路５３の配管５１に既に接続されている。このため、冷却ジャケット１０１の自由度が低い状態で発熱素子２０１と冷却ジャケット１０１とを熱接触させる作業を行わなければならず、作業効率がよくなかった。予め、熱伝導グリスの塗布や熱伝導シートの貼付けを行っておく方法も考えられるが、次工程への搬送途中に埃などが付着し汚れてしまうおそれがある。
【００１０】
また、冷却装置の組立工程において、基板２００（図２参照）に実装された発熱素子２０１が露出した状態で次工程への搬送や組立ての作業を行うと、発熱素子２０１の変形や破損を招くおそれがある。これを回避するために、発熱素子２０１を伝熱板などに取り付けて露出を防ぐことも可能だが、部品数や組立てに要する工数が増加してしまうためコスト上好ましくない。
【００１１】
本発明は、かかる事情に鑑みて為されたものであり、本発明の目的は、冷却装置の組立工程において、ろう付を行う際の熱による発熱素子の破壊を防ぐとともに、冷却装置の組立工程の作業効率を向上させることが可能な冷却ユニット及びこれを取り付けた電装品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の冷却ユニットは、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、から成る冷凍サイクルを冷媒が流れる配管で接続した冷媒回路を備え、基板に実装された発熱素子を冷却する冷却装置に用いられる冷却ユニットであって、冷媒が循環する流路を有し、発熱素子と熱接触される冷却ジャケットと、冷却ジャケットと熱接触する蓄熱部材と、一端が冷却ジャケットの流路に接続され、他端が冷媒回路の配管に接続される開口端を有する接続管と、から成ることを特徴とする。
【００１３】
本発明の冷却ユニットは、蓄熱部材が、液相と固相との間を可逆的に相転移する蓄熱材を容体に収容して成る。
【００１４】
本発明の冷却ユニットは、蓄熱材の融点が発熱素子の耐熱温度以下である。
【００１５】
本発明の冷却ユニットは、蓄熱材の凝固点が冷媒の温度以上である。
【００１６】
本発明の電装品は、基板に実装された発熱素子を備えた電装品であって、上記に記載するいずれか一つの冷却ユニットが、冷却ジャケットと発熱素子とを熱接触させて取り付けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る冷却ユニットによれば、ろう付を行う際の熱が冷却ジャケットと熱接触する蓄熱部材に蓄熱されるため、ろう付を行う際に発熱素子に伝達される熱が低減される。このため、冷却装置の組立工程において、ろう付を行う際の熱による発熱素子の破壊を防ぐことができる。また、基板に実装された発熱素子と冷却ジャケットとを予め熱接触させ、その後冷却ジャケットを冷媒回路の配管に接続する手順で冷却装置の組立てを行うことができるため、冷却装置の組立工程の作業効率が向上する。
【００１８】
蓄熱部材を、液相と固相との間を可逆的に相転移する蓄熱材を容体に収容して形成すれば、蓄熱材が接続管を通じて冷却ジャケットから熱を吸収して相転移する間、蓄熱部材の温度を所定の温度に一定に保った状態で冷却ジャケットの熱を蓄熱材に蓄熱させることができる。これにより、上記と同様の効果を得ることができる。また、蓄熱材は相転移が可逆的であるため、蓄熱効果が経時的に減少することがない。これにより、メンテナンス等により再び冷却装置の組立てが必要になった場合も再利用が可能である。
【００１９】
蓄熱材の融点を発熱素子の耐熱温度以下にすれば、蓄熱材が相転移する間の蓄熱部材の温度を発熱素子の耐熱温度以下に保った状態で、冷却ジャケットの熱を蓄熱材に蓄熱させることができる。これにより、ろう付を行う際に発熱素子に伝達される熱を効果的に低減し、ろう付を行う際の熱による発熱素子の破壊を防ぐことができる。
【００２０】
蓄熱材の凝固点を冷媒の温度以上にすれば、冷却装置を動作させることにより蓄熱材を常に固相状態に相転移させることができる。これにより、過渡的に冷媒が流れていない状態（例えば、空気調和機における圧縮機停止後のファン残留運転時など）における発熱素子の温度上昇を防ぐことができる。
【００２１】
本発明に係る電装品によれば、冷却ジャケットの自由度が高い状態で発熱素子と冷却ジャケットとを熱接触させる作業を行うことができるため、熱伝導グリスの塗布や熱伝導シートの貼付けを容易に行うことが可能であり、作業効率が非常によい。次工程への搬送途中に埃などが付着し汚れてしまうおそれもない。また、発熱素子と冷却ジャケットが既に熱接触した状態（発熱素子が露出していない状態）で次工程へ搬送することができるため、発熱素子の変形や破壊を防ぐための伝熱板を用いる必要がない。このため、電装品の部品数や組立てに要する工数等を低減することができる。これにより、冷却装置の組立工程における作業効率が向上し、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る冷却ユニット示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電装品を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る冷却ユニットを用いた冷却装置の組立工程の手順を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に係る冷却ユニットを用いた冷却装置を示す模式図である。
【図５】従来の冷却装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の冷却ユニットは、基板に実装された発熱素子を冷却するための冷却装置に用いられるものである。図４に示すように、冷却装置４は、圧縮機５２と、凝縮器５４と、膨張弁５６と、蒸発器５８とから成る冷凍サイクルを冷媒が流れる配管５１で接続した周知の冷媒回路４３を備え、この冷媒回路４３に後述する冷却ユニット１０（図１参照）が接続される。また、冷却ユニット１０は、基板２００に実装された発熱素子２０１に熱接触して取り付けられ、電装品２０を構成する（図２参照）。配管５１は銅管などの金属管である。冷却装置４は、冷媒回路４３において上記冷凍サイクルによって冷却された冷媒を循環させ、冷却ユニット１０と熱接触された発熱素子２０１を冷却する。
【００２４】
以下、本発明に係る冷却ユニット及びこれを取り付けた電装品の実施形態について図面を用いて説明する。本明細書において、同一の符号で示されている場合は、同一の構成を示すものとする。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態の冷却ユニット１０は、冷却ジャケット１０１と、蓄熱部材１０３と、接続管１０５とを備える。冷却ジャケット１０１と蓄熱部材１０３とは熱接触している。接続管１０５の一端１０５ａは冷却ジャケット１０１の流路１０７に接続されており、他端１０５ｂは開口端である。冷却ジャケット１０１は後述する発熱素子２０１（図２参照）と熱接触され、接続管１０５の他端１０５ｂ（開口端）は冷媒回路の配管５１に接続される。冷却ユニット１０は、冷却装置４（図４参照）において、発熱素子２０１を冷却するための冷却手段として設けられる。
【００２６】
冷却ジャケット１０１は、発熱素子２０１を冷却するためのものである。本実施形態の冷却ジャケット１０１の形状は直方体状である。冷却ジャケット１０１の発熱素子２０１との接触面１０１ａには発熱素子２０１を熱接触させて取り付けるための取付け部１０２が形成されている。取付け部１０２は、例えば、タップ加工されたねじ穴である。一方、接触面１０１ａと対向する側の面は、蓄熱部材１０３と熱接触している。冷却ジャケット１０１の形状は特に限定されない。例えば、熱接触させる発熱素子２０１の形状、冷却装置４の冷媒回路の配置、電装品箱の形状などにより適宜設計される。
【００２７】
冷却ジャケット１０１の大きさについては、発熱素子２０１を冷却するために必要な接触面積を十分に確保できる大きさであればよい。したがって、冷却ジャケット１０１の大きさは、熱接触させる発熱素子２０１の大きさや数などに応じて適宜設計される。
【００２８】
冷却ジャケット１０１の材質としては、熱伝導率が高い金属を用いるのが好ましい。熱伝導率が高い金属の例としては、アルミニウム、銅などが挙げられる。
【００２９】
冷却ジャケット１０１の内部には、冷媒が循環する流路１０７が形成されている。流路１０７は接続管１０５の一端１０５ａと接続されている。本実施形態では、複数の接続管１０５を備えており、一方の接続管１０５から冷却ジャケット１０１の内部に流入した冷媒は、流路１０７を通過して冷却ジャケット１０１の内部を循環し、他方の接続管１０５から冷却ジャケット１０１の外部へ流出する。冷媒が冷却ジャケット１０１の内部を循環することで冷却ジャケット１０１が冷却される。
【００３０】
蓄熱部材１０３は、冷却ジャケット１０１の温度が所定の温度を超えないようにするためのものである。蓄熱部材１０３は、容体１０３ａの内部に蓄熱材１０３ｂを収容して形成されている（図２参照）。蓄熱部材１０３は、容体１０３ａの一の面が冷却ジャケット１０１と熱接触している。
【００３１】
容体１０３ａは、内部に蓄熱材１０３ｂを収容するための空間を有する直方体状に形成されている。容体１０３ａの形状や大きさについては、冷却ジャケット１０１の形状や大きさによって適宜設計されるため、特に限定されない。容体１０３ａの材質としては、ポリエチレンやポリプロピレンなどの樹脂が挙げられる。フェノール樹脂やエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂で表面加工すれば、ろう付を行う際に発生する熱による容体１０３ａの変形を防止できる点でさらに好ましい。
【００３２】
蓄熱材１０３ｂには液相と固相との間を可逆的に相転移する材料が用いられる。蓄熱材１０３ｂの融点は発熱素子２０１の耐熱温度以下である。また、蓄熱材１０３ｂの凝固点は冷却ジャケット１０１の内部を循環する冷媒の温度以上である。蓄熱材１０３ｂの具体的な材料としては、パラフィンや酢酸ナトリウム水和物などの有機化合物や、硫酸ナトリウム水和物などの無機水和塩などが挙げられる。蓄熱材１０３ｂの材料は、発熱素子２０１の耐熱温度や冷媒の種類などに応じて適宜選択される。
【００３３】
蓄熱部材１０３の形状や大きさについては冷却ジャケット１０１の形状や大きさに応じて適宜設計すればよいため特に限定はない。蓄熱部材１０３は、冷却ジャケット１０１の熱を蓄熱することができるだけの接触面積を確保できればよく、冷却ジャケット１０１との接触面積が大きいほど好ましい。
【００３４】
蓄熱部材１０３の冷却ジャケット１０１に対する取り付け位置については、上述のように、互いの形状や大きさ、冷却装置４の冷媒回路の配置などを考慮して最適な位置を適宜決定すればよい。本実施形態では、冷却ジャケット１０１及び蓄熱部材１０３がそれぞれ直方体状であるため、図１に示すように、冷却ジャケット１０１の発熱素子２０１との接触面１０１ａと対向する側の面と、蓄熱部材１０３の最大面積を有する一の面とを熱接触させるのが好ましい。
【００３５】
蓄熱部材１０３は冷却ジャケット１０１の熱を以下のようにして蓄熱することができる。容体１０３ａの一の面と熱接触している冷却ジャケット１０１の熱は蓄熱材１０３ｂに伝達される。この熱により蓄熱材１０３ｂの温度が上昇する。蓄熱材１０３ｂの温度が融点に達すると、固相から液相への相転移が始まる。蓄熱材１０３ｂの温度は、相転移する間、即ち、固相のみの状態から液相のみの状態に転移する間は融点付近の温度に一定に保たれる。融点付近とは、融点から−３℃〜＋３℃の範囲をいう。
【００３６】
本実施形態の蓄熱部材１０３は、蓄熱材１０３ｂの融点が発熱素子２０１の耐熱温度以下であるため、蓄熱材１０３ｂが相転移する間の蓄熱部材１０３の温度を発熱素子２０１の耐熱温度以下に保った状態で冷却ジャケット１０１の熱を蓄熱材１０３ｂに蓄熱することができる。冷却ジャケット１０１の熱が蓄熱材１０３ｂに蓄熱されるため、冷却ジャケット１０１から発熱素子２０１に伝達される熱は大幅に低減される。
【００３７】
一方で、本実施形態の蓄熱部材１０３は、蓄熱材１０３ｂの凝固点が冷却ジャケット１０１の内部を循環する冷媒の温度以上であるため、冷却装置４が駆動することによって液相から固相への相転移が行われ、固相のみの状態に転移する。
【００３８】
また、蓄熱材１０３ｂは上述のような相転移が可逆的であるため、冷却ジャケット１０１の熱を蓄熱する効果が経時的に減少することがない。
【００３９】
接続管１０５は、冷媒を冷却ジャケット１０１の内部または外部に導くための中空管である。本実施形態の接続管１０５の形状は直線状であるが、これに限定されない。例えば、任意の位置に一又は複数の湾曲部を有する形状であってもよい。接続管１０５の径の大きさは冷却ジャケットの大きさに応じて適宜設計される。接続管１０５の一端１０５ａから他端１０５ｂまでの長さは任意である。接続管１０５の材質としては、銅などの金属を用いるのが好ましい。
【００４０】
接続管１０５の冷却ジャケット１０１に対する取り付け位置については特に限定されない。冷却ジャケット１０１の内部に形成された流路１０７に接続され、冷媒を冷却ジャケット１０１の内部または外部に導くことができればよい。接続管１０５の冷却ジャケット１０１に対する取り付け位置は、例えば、冷却装置４の配管５１の配置や、冷却装置４が組み込まれる電力機器の形状などにより適宜設計される。
【００４１】
次に、本発明の実施形態に係る電装品について説明する。図２に示すように、本実施形態の電装品２０は、基板２００に実装された発熱素子２０１を備える。電装品２０は、冷却ユニット１０の冷却ジャケット１０１を発熱素子２０１に熱接触して取り付けたものである。具体的には、発熱素子２０１が取付け部材２０４（例えば、ねじ等）によって冷却ジャケット１０１の取付け部１０２が形成された所定位置に接触固定されている。発熱素子２０１と冷却ジャケット１０１との間には不図示の熱伝導グリスが塗布されている。電装品２０は、不図示の電装品箱に収容される。
【００４２】
基板２００は、柔軟性を有さない絶縁性基材から成る板状部材である。基板２００には、集積回路２０３、抵抗器２０５、コンデンサ２０７などの多種の電子部品が固定されており、これらを配線で接続することで電子回路が形成されている。基板２００は、発熱素子２０１を実装するため、耐熱性に優れた基材を用いたリジッド基板が好ましい。リジッド基板の種類としては、例えば、紙フェノール基板や紙エポキシ基板が挙げられるが、コンポジット基板やガラスエポキシ基板などを用いてもよい。また、基板２００は、片面のみに配線パターンが形成された一層基板、両面に配線パターンが形成された二層基板、あるいは、さらに多層の配線パターン層を形成した多層基板であってもよい。
【００４３】
発熱素子２０１は、電力機器において、電力の変換、制御を行うための電子部品である。発熱素子２０１は入出力端子２０２を備える。発熱素子２０１は、入出力端子２０２を基板２００の配線パターンに設けられた不図示の接続端子に半田などで電気的に接続される。発熱素子２０１の具体例としては、パワーモジュールやインテリジェンスパワーモジュールなどの発熱量が大きい電子部品が挙げられる。
【００４４】
次に、図３を用いて本実施形態の冷却ユニット１０及び電装品２０を用いた冷却装置４の組立工程の手順を説明する。なお、図３に示す冷却装置４の組立工程の手順は、本実施形態の冷却ユニット１０及び電装品２０に関連する主な手順を示すものであり、全組立工程の全手順を示すものではない。例えば、搬送工程や検査工程などその他の組立工程を含んでいてもよいが、その表示は省略している。
【００４５】
図３に示すように、第一の手順Ｓ１において、冷媒回路４３の組立てが行われる。冷凍サイクルを構成する圧縮機５２、凝縮器５４、膨張弁５６、及び蒸発器５８をこの順に配管５１で接続することにより冷媒回路４３が形成される。第一の手順Ｓ１が完了した時点で、圧縮機５２と接続された一方の配管５１の一端、及び蒸発器５８と接続された一方の配管５１の一端はそれぞれ開口端となっている。
【００４６】
第二の手順Ｓ２において、本実施形態の電装品２０の組立てが行われる。電装品２０は、手順Ｓ２１において発熱素子２０１が基板２００に実装され、手順Ｓ２２において熱伝導グリスの塗布または熱伝導シートの貼付けが行われ、手順Ｓ２３において発熱素子２０１と冷却ユニット１０とを熱接触させることにより形成される。第二の手順Ｓ２は、前記手順Ｓ２１〜手順Ｓ２３を含んでいればよいため手順Ｓ２１〜手順Ｓ２３の順序は不問である。第二の手順Ｓ２が完了した時点で、発熱素子２０１は、ねじ等の取付け部材２０４によって冷却ジャケット１０１の取付け部１０２が形成された所定位置に接触固定されている（図２参照）。
【００４７】
第三の手順Ｓ３において、電装品２０が配管５１に接続される。電装品２０は冷却ユニット１０を備える。冷却ユニット１０の接続管１０５の他端１０５ｂ（開口端）と配管５１の開口端とを接続部４５においてろう付を行うことにより、電装品２０が配管５１に接続される。第三の手順が完了した時点で、冷媒回路４３が完成する。
【００４８】
上記第一の手順Ｓ１〜第三の手順Ｓ３を経て冷却装置４の組立てが完成する（第四の手順Ｓ４）。なお、図３において、第一の手順Ｓ１と第二の手順Ｓ２の順序を入れ替えて冷却装置４の組立てを行ってもよい。本実施形態の冷却ユニット１０及び電装品２０を用いた冷却装置４の組立工程において重要なことは、これらの手順が完了した後に第三の手順Ｓ３を行うという点にある。完成した冷却装置４は、例えば、空気調和機などの電力機器に組み込まれる。あるいは、電力機器に組み込まれた状態で冷却装置４が完成する。
【００４９】
上記第三の手順Ｓ３において行われる「ろう付」は、冷却ジャケット１０１の接続管１０５および冷媒回路４３の配管５１それぞれの材料よりも融点が低い合金を溶かして互いを溶接する部材の接合方法の一種である。この合金は硬ろうとよばれ、例えば、銀ろうや銅ろうなどが用いられる。この硬ろうを溶かすためには、７００℃近くまで温度を上昇させなければならない。
【００５０】
７００℃近くまで温度が上昇した硬ろうの熱は、接続管１０５及び冷却ジャケット１０１を通じて発熱素子２０１に伝達される。発熱素子２０１に到達するまでに接続管１０５および冷却ジャケット１０１からある程度の熱は自然放熱される。しかしながら、このような自然放熱では、発熱素子２０１の耐熱温度を超えない温度に達するまでの放熱としては不十分であり、発熱素子２０１がろう付の作業中に熱により破壊されてしまうおそれがある。補助放熱の手段として、例えば、接続管１０５を長くする、冷水につける、などの方法も考えられるが、作業性の低下や組立工数の増加など好ましくない要因も存在する。
【００５１】
このような理由から、従来は、基板２００に実装された発熱素子２０１と冷却ジャケット１０１とを予め熱接触させ（上記手順Ｓ２３）、その後冷却ジャケット１０１の接続管１０５を冷媒回路５３の配管５１に接続する（上記第三の手順Ｓ３）という手順で冷却装置４の組立てを行うことが困難であった。
【００５２】
本実施形態に係る冷却ユニット１０によれば、ろう付を行う際の熱が冷却ジャケット１０１と熱接触する蓄熱部材１０３に蓄熱される。上述のとおり、蓄熱部材１０３の温度は、冷却ジャケット１０１から伝達された熱により蓄熱材１０３ｂが固相から液相へ相転移する間は融点付近の温度に一定に保たれる。本実施形態では、蓄熱材１０３ｂの融点は発熱素子２０１の耐熱温度以下であるため、蓄熱部材１０３の温度を発熱素子２０１の耐熱温度以下の温度に保った状態で冷却ジャケット１０１の熱を蓄熱材１０３ｂに蓄熱することができる。これにより、冷却ジャケット１０１から発熱素子２０１に伝達される熱を大幅に低減し、冷却装置４の組立工程において、ろう付を行う際の熱による発熱素子２０１の破壊を防ぐことができる。このように、本実施形態に係る冷却ユニット１０によれば、従来では行うことが困難であった図３に示す手順による冷却装置４の組立てを行うことができるため、冷却装置４の組立工程の作業効率が向上する。
【００５３】
また、本実施形態に係る冷却ユニット１０によれば、蓄熱材１０３ｂの相転移が可逆的であるため、蓄熱効果が経時的に減少することがない。したがって、メンテナンス等により再び冷却装置の組立てが必要になった場合も再利用が可能である。即ち、再度、冷却装置４の組立てを行う際においても図３に示す手順で作業を行えばよいので、メンテナンス作業等が容易である。
【００５４】
さらに、本実施形態に係る冷却ユニット１０によれば、蓄熱材１０３ｂの凝固点が冷却ジャケット１０１の内部を循環する冷媒の温度以上であるため、冷却装置４を動作させることで蓄熱材１０３ｂを常に固相状態に相転移させることができる。例えば、空気調和機において、暖房運転の停止後にヒータの温度を下げるために冷却用ファンを残留運転させることがある。残留運転中に発熱素子２０１の温度が上昇するが、冷却装置４の圧縮機５２は停止しており冷媒回路４３（冷却ジャケット１０１）には冷媒が循環しないため、発熱素子２０１を冷却することができない。つまり過渡的に冷媒が流れない状態にある。このような場合であっても、蓄熱部材１０３ｂが発熱素子２０１の熱を吸収して蓄熱することができるため、発熱素子２０１の温度上昇を防ぐことができる。
【００５５】
これに加えて、図３に示す手順による冷却装置４の組立てが可能であれば、本実施形態に係る電装品２０を用いることができる。即ち、基板２００に実装された発熱素子２０１と本実施形態に係る冷却ユニット１０の冷却ジャケット１０１とを予め熱接触させることができる（上記手順Ｓ２３）。これにより、以下の効果を得ることができる。
【００５６】
本実施形態に係る電装品２０によれば、冷却ジャケット１０１の自由度が高い状態で発熱素子２０１と冷却ジャケット１０１とを熱接触させる作業を行うことができるため、熱伝導グリスの塗布や熱伝導シートの貼付けを容易に行うことが可能であり、作業効率が非常によい。次工程への搬送途中に埃などが付着し汚れてしまうおそれもない。また、発熱素子２０１と冷却ジャケット１０１が既に熱接触した状態（発熱素子２０１が露出していない状態）で次工程へ搬送することができるため、発熱素子２０１の変形や破壊を防ぐための伝熱板を用いる必要がない。このため、電装品２０の部品数や組立てに要する工数等を低減することができる。電装品２０を用いることにより、冷却装置４の組立工程における作業効率が向上し、製造コストを低減することができる。
【００５７】
上述のとおり、本実施形態に係る冷却ユニット１０及びこれを取り付けた電装品２０によれば、従来の組立工程における課題を解決することができると共に、上記のような効果を得ることができる。
【００５８】
尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々なる改良、修正、又は変形を加えた態様でも実施できる。また、同一の作用又は効果が生じる範囲内で、何れかの発明特定事項を他の技術に置換した形態で実施しても良い。
【符号の説明】
【００５９】
４：冷却装置
１０：冷却ユニット
２０：電装品
４３：冷媒回路
５１：配管
５２：圧縮機
５４：凝縮器
５６：膨張弁
５８：蒸発器
１０１：冷却ジャケット
１０３：蓄熱部材
１０３ａ：容体
１０３ｂ：蓄熱材
１０５：接続管
１０７：流路
２００：基板
２０１：発熱素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に実装された発熱素子を冷却するための冷却装置に用いられる冷却ユニット及びこれを取り付けた電装品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機などの電力機器において、電力の変換、制御を行うために多種の電子部品が用いられる。例えば、整流ダイオード、パワートランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT）などの電力用半導体素子（パワーデバイスともいう）や、これら複数の電力用半導体素子をパッケージ化したパワーモジュール、さらに、制御回路、駆動回路、保護回路などを含んだインテリジェンスパワーモジュールなどが挙げられる。
【０００３】
上記のような電子部品は入出力端子を備える。これらの電子部品は入出力端子と電気回路側の接続端子とを電気的に接続することにより基板に実装される。基板に実装された電子部品は電力機器が動作することにより発熱するため発熱素子と呼ばれている。特に、パワーモジュールやインテリジェンスパワーモジュールは単体の電力用半導体素子に比べて電力消費量が大きいため発熱量も大きい。このような発熱素子を実装した基板は電装品箱に収容して電力機器に取り付けられるのが一般的である。
【０００４】
下記特許文献１に基板などの電装品を収容した電装品箱を冷却するための冷却装置が開示されている。図５に示すように、冷却装置５は、圧縮機５２と、凝縮器５４と、膨張弁５６と、蒸発器５８とから成る冷凍サイクルを冷媒が流れる配管５１で接続した冷媒回路５３において、冷媒回路５３の配管５１と熱接触するヒートシンク５０を冷却手段として設けたものである。ヒートシンク５０は不図示の電装品箱に熱接触して取り付けられている。冷却装置５によれば、上記の冷媒回路５３を流れる冷媒により冷却されたヒートシンク５０によって電装品箱が冷却される。電装品箱が冷却されることで、電装品箱に収容された電装品の冷却を行うことができる。
【０００５】
このような冷凍サイクルを利用した冷却装置においては、上記のヒートシンク５０に替えて冷媒回路５３の配管５１に接続された冷却ジャケット１０１（図１参照）を冷却手段として用いてもよい。冷却ジャケット１０１は冷媒が循環する流路１０７と連結する接続管１０５を備える。この接続管１０５と冷媒回路５３の配管５１とをろう付することにより、冷却ジャケット１０１が冷媒回路５３の配管５１に接続される。この冷却ジャケット１０１を発熱素子２０１（図２参照）と熱接触させることにより、発熱素子２０１の冷却を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１８７７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ろう付に用いられる硬ろう（例えば、銀ろう、銅ろう等）は、ろう付を行う際に７００℃近くまで温度が上昇する。温度上昇した硬ろうの熱が接続管１０５及び冷却ジャケット１０１を通じて発熱素子２０１に伝達された場合、発熱素子２０１を破壊してしまうおそれがある。
【０００８】
これを回避するために、従来は、冷却ジャケット１０１の接続管１０５を冷媒回路５３の配管５１に接続し、その後、冷却ジャケット１０１を発熱素子２０１に熱接触させる手順で冷却装置の組立てが行われていた。冷却装置の組立工程において、発熱素子２０１と冷却ジャケット１０１とを熱接触させる際には、熱伝達を良好にするために熱伝導グリスの塗布や熱伝導シートの貼付けを行う必要がある。
【０００９】
しかしながら、従来の手順による冷却装置の組立て方法では、発熱素子２０１と冷却ジャケット１０１とを熱接触させる作業を行う際、冷却ジャケット１０１の接続管１０５が冷媒回路５３の配管５１に既に接続されている。このため、冷却ジャケット１０１の自由度が低い状態で発熱素子２０１と冷却ジャケット１０１とを熱接触させる作業を行わなければならず、作業効率がよくなかった。予め、熱伝導グリスの塗布や熱伝導シートの貼付けを行っておく方法も考えられるが、次工程への搬送途中に埃などが付着し汚れてしまうおそれがある。
【００１０】
また、冷却装置の組立工程において、基板２００（図２参照）に実装された発熱素子２０１が露出した状態で次工程への搬送や組立ての作業を行うと、発熱素子２０１の変形や破損を招くおそれがある。これを回避するために、発熱素子２０１を伝熱板などに取り付けて露出を防ぐことも可能だが、部品数や組立てに要する工数が増加してしまうためコスト上好ましくない。
【００１１】
本発明は、かかる事情に鑑みて為されたものであり、本発明の目的は、冷却装置の組立工程において、ろう付を行う際の熱による発熱素子の破壊を防ぐとともに、冷却装置の組立工程の作業効率を向上させることが可能な冷却ユニット及びこれを取り付けた電装品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の冷却ユニットは、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、から成る冷凍サイクルを冷媒が流れる配管で接続した冷媒回路を備え、基板に実装された発熱素子を冷却する冷却装置に用いられる冷却ユニットであって、冷媒が循環する流路を有し、発熱素子と熱接触される冷却ジャケットと、冷却ジャケットと熱接触する蓄熱部材と、一端が冷却ジャケットの流路に接続され、他端が冷媒回路の配管に接続される開口端を有する接続管と、から成ることを特徴とする。
【００１３】
本発明の冷却ユニットは、蓄熱部材が、液相と固相との間を可逆的に相転移する蓄熱材を容体に収容して成る。
【００１４】
本発明の冷却ユニットは、蓄熱材の融点が発熱素子の耐熱温度以下である。
【００１５】
本発明の冷却ユニットは、蓄熱材の凝固点が冷媒の温度以上である。
【００１６】
本発明の電装品は、基板に実装された発熱素子を備えた電装品であって、上記に記載するいずれか一つの冷却ユニットが、冷却ジャケットと発熱素子とを熱接触させて取り付けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る冷却ユニットによれば、ろう付を行う際の熱が冷却ジャケットと熱接触する蓄熱部材に蓄熱されるため、ろう付を行う際に発熱素子に伝達される熱が低減される。このため、冷却装置の組立工程において、ろう付を行う際の熱による発熱素子の破壊を防ぐことができる。また、基板に実装された発熱素子と冷却ジャケットとを予め熱接触させ、その後冷却ジャケットを冷媒回路の配管に接続する手順で冷却装置の組立てを行うことができるため、冷却装置の組立工程の作業効率が向上する。
【００１８】
蓄熱部材を、液相と固相との間を可逆的に相転移する蓄熱材を容体に収容して形成すれば、蓄熱材が接続管を通じて冷却ジャケットから熱を吸収して相転移する間、蓄熱部材の温度を所定の温度に一定に保った状態で冷却ジャケットの熱を蓄熱材に蓄熱させることができる。これにより、上記と同様の効果を得ることができる。また、蓄熱材は相転移が可逆的であるため、蓄熱効果が経時的に減少することがない。これにより、メンテナンス等により再び冷却装置の組立てが必要になった場合も再利用が可能である。
【００１９】
蓄熱材の融点を発熱素子の耐熱温度以下にすれば、蓄熱材が相転移する間の蓄熱部材の温度を発熱素子の耐熱温度以下に保った状態で、冷却ジャケットの熱を蓄熱材に蓄熱させることができる。これにより、ろう付を行う際に発熱素子に伝達される熱を効果的に低減し、ろう付を行う際の熱による発熱素子の破壊を防ぐことができる。
【００２０】
蓄熱材の凝固点を冷媒の温度以上にすれば、冷却装置を動作させることにより蓄熱材を常に固相状態に相転移させることができる。これにより、過渡的に冷媒が流れていない状態（例えば、空気調和機における圧縮機停止後のファン残留運転時など）における発熱素子の温度上昇を防ぐことができる。
【００２１】
本発明に係る電装品によれば、冷却ジャケットの自由度が高い状態で発熱素子と冷却ジャケットとを熱接触させる作業を行うことができるため、熱伝導グリスの塗布や熱伝導シートの貼付けを容易に行うことが可能であり、作業効率が非常によい。次工程への搬送途中に埃などが付着し汚れてしまうおそれもない。また、発熱素子と冷却ジャケットが既に熱接触した状態（発熱素子が露出していない状態）で次工程へ搬送することができるため、発熱素子の変形や破壊を防ぐための伝熱板を用いる必要がない。このため、電装品の部品数や組立てに要する工数等を低減することができる。これにより、冷却装置の組立工程における作業効率が向上し、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る冷却ユニット示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電装品を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る冷却ユニットを用いた冷却装置の組立工程の手順を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に係る冷却ユニットを用いた冷却装置を示す模式図である。
【図５】従来の冷却装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の冷却ユニットは、基板に実装された発熱素子を冷却するための冷却装置に用いられるものである。図４に示すように、冷却装置４は、圧縮機５２と、凝縮器５４と、膨張弁５６と、蒸発器５８とから成る冷凍サイクルを冷媒が流れる配管５１で接続した周知の冷媒回路４３を備え、この冷媒回路４３に後述する冷却ユニット１０（図１参照）が接続される。また、冷却ユニット１０は、基板２００に実装された発熱素子２０１に熱接触して取り付けられ、電装品２０を構成する（図２参照）。配管５１は銅管などの金属管である。冷却装置４は、冷媒回路４３において上記冷凍サイクルによって冷却された冷媒を循環させ、冷却ユニット１０と熱接触された発熱素子２０１を冷却する。
【００２４】
以下、本発明に係る冷却ユニット及びこれを取り付けた電装品の実施形態について図面を用いて説明する。本明細書において、同一の符号で示されている場合は、同一の構成を示すものとする。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態の冷却ユニット１０は、冷却ジャケット１０１と、蓄熱部材１０３と、接続管１０５とを備える。冷却ジャケット１０１と蓄熱部材１０３とは熱接触している。接続管１０５の一端１０５ａは冷却ジャケット１０１の流路１０７に接続されており、他端１０５ｂは開口端である。冷却ジャケット１０１は後述する発熱素子２０１（図２参照）と熱接触され、接続管１０５の他端１０５ｂ（開口端）は冷媒回路の配管５１に接続される。冷却ユニット１０は、冷却装置４（図４参照）において、発熱素子２０１を冷却するための冷却手段として設けられる。
【００２６】
冷却ジャケット１０１は、発熱素子２０１を冷却するためのものである。本実施形態の冷却ジャケット１０１の形状は直方体状である。冷却ジャケット１０１の発熱素子２０１との接触面１０１ａには発熱素子２０１を熱接触させて取り付けるための取付け部１０２が形成されている。取付け部１０２は、例えば、タップ加工されたねじ穴である。一方、接触面１０１ａと対向する側の面は、蓄熱部材１０３と熱接触している。冷却ジャケット１０１の形状は特に限定されない。例えば、熱接触させる発熱素子２０１の形状、冷却装置４の冷媒回路の配置、電装品箱の形状などにより適宜設計される。
【００２７】
冷却ジャケット１０１の大きさについては、発熱素子２０１を冷却するために必要な接触面積を十分に確保できる大きさであればよい。したがって、冷却ジャケット１０１の大きさは、熱接触させる発熱素子２０１の大きさや数などに応じて適宜設計される。
【００２８】
冷却ジャケット１０１の材質としては、熱伝導率が高い金属を用いるのが好ましい。熱伝導率が高い金属の例としては、アルミニウム、銅などが挙げられる。
【００２９】
冷却ジャケット１０１の内部には、冷媒が循環する流路１０７が形成されている。流路１０７は接続管１０５の一端１０５ａと接続されている。本実施形態では、複数の接続管１０５を備えており、一方の接続管１０５から冷却ジャケット１０１の内部に流入した冷媒は、流路１０７を通過して冷却ジャケット１０１の内部を循環し、他方の接続管１０５から冷却ジャケット１０１の外部へ流出する。冷媒が冷却ジャケット１０１の内部を循環することで冷却ジャケット１０１が冷却される。
【００３０】
蓄熱部材１０３は、冷却ジャケット１０１の温度が所定の温度を超えないようにするためのものである。蓄熱部材１０３は、容体１０３ａの内部に蓄熱材１０３ｂを収容して形成されている（図２参照）。蓄熱部材１０３は、容体１０３ａの一の面が冷却ジャケット１０１と熱接触している。
【００３１】
容体１０３ａは、内部に蓄熱材１０３ｂを収容するための空間を有する直方体状に形成されている。容体１０３ａの形状や大きさについては、冷却ジャケット１０１の形状や大きさによって適宜設計されるため、特に限定されない。容体１０３ａの材質としては、ポリエチレンやポリプロピレンなどの樹脂が挙げられる。フェノール樹脂やエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂で表面加工すれば、ろう付を行う際に発生する熱による容体１０３ａの変形を防止できる点でさらに好ましい。
【００３２】
蓄熱材１０３ｂには液相と固相との間を可逆的に相転移する材料が用いられる。蓄熱材１０３ｂの融点は発熱素子２０１の耐熱温度以下である。また、蓄熱材１０３ｂの凝固点は冷却ジャケット１０１の内部を循環する冷媒の温度以上である。蓄熱材１０３ｂの具体的な材料としては、パラフィンや酢酸ナトリウム水和物などの有機化合物や、硫酸ナトリウム水和物などの無機水和塩などが挙げられる。蓄熱材１０３ｂの材料は、発熱素子２０１の耐熱温度や冷媒の種類などに応じて適宜選択される。
【００３３】
蓄熱部材１０３の形状や大きさについては冷却ジャケット１０１の形状や大きさに応じて適宜設計すればよいため特に限定はない。蓄熱部材１０３は、冷却ジャケット１０１の熱を蓄熱することができるだけの接触面積を確保できればよく、冷却ジャケット１０１との接触面積が大きいほど好ましい。
【００３４】
蓄熱部材１０３の冷却ジャケット１０１に対する取り付け位置については、上述のように、互いの形状や大きさ、冷却装置４の冷媒回路の配置などを考慮して最適な位置を適宜決定すればよい。本実施形態では、冷却ジャケット１０１及び蓄熱部材１０３がそれぞれ直方体状であるため、図１に示すように、冷却ジャケット１０１の発熱素子２０１との接触面１０１ａと対向する側の面と、蓄熱部材１０３の最大面積を有する一の面とを熱接触させるのが好ましい。
【００３５】
蓄熱部材１０３は冷却ジャケット１０１の熱を以下のようにして蓄熱することができる。容体１０３ａの一の面と熱接触している冷却ジャケット１０１の熱は蓄熱材１０３ｂに伝達される。この熱により蓄熱材１０３ｂの温度が上昇する。蓄熱材１０３ｂの温度が融点に達すると、固相から液相への相転移が始まる。蓄熱材１０３ｂの温度は、相転移する間、即ち、固相のみの状態から液相のみの状態に転移する間は融点付近の温度に一定に保たれる。融点付近とは、融点から−３℃〜＋３℃の範囲をいう。
【００３６】
本実施形態の蓄熱部材１０３は、蓄熱材１０３ｂの融点が発熱素子２０１の耐熱温度以下であるため、蓄熱材１０３ｂが相転移する間の蓄熱部材１０３の温度を発熱素子２０１の耐熱温度以下に保った状態で冷却ジャケット１０１の熱を蓄熱材１０３ｂに蓄熱することができる。冷却ジャケット１０１の熱が蓄熱材１０３ｂに蓄熱されるため、冷却ジャケット１０１から発熱素子２０１に伝達される熱は大幅に低減される。
【００３７】
一方で、本実施形態の蓄熱部材１０３は、蓄熱材１０３ｂの凝固点が冷却ジャケット１０１の内部を循環する冷媒の温度以上であるため、冷却装置４が駆動することによって液相から固相への相転移が行われ、固相のみの状態に転移する。
【００３８】
また、蓄熱材１０３ｂは上述のような相転移が可逆的であるため、冷却ジャケット１０１の熱を蓄熱する効果が経時的に減少することがない。
【００３９】
接続管１０５は、冷媒を冷却ジャケット１０１の内部または外部に導くための中空管である。本実施形態の接続管１０５の形状は直線状であるが、これに限定されない。例えば、任意の位置に一又は複数の湾曲部を有する形状であってもよい。接続管１０５の径の大きさは冷却ジャケットの大きさに応じて適宜設計される。接続管１０５の一端１０５ａから他端１０５ｂまでの長さは任意である。接続管１０５の材質としては、銅などの金属を用いるのが好ましい。
【００４０】
接続管１０５の冷却ジャケット１０１に対する取り付け位置については特に限定されない。冷却ジャケット１０１の内部に形成された流路１０７に接続され、冷媒を冷却ジャケット１０１の内部または外部に導くことができればよい。接続管１０５の冷却ジャケット１０１に対する取り付け位置は、例えば、冷却装置４の配管５１の配置や、冷却装置４が組み込まれる電力機器の形状などにより適宜設計される。
【００４１】
次に、本発明の実施形態に係る電装品について説明する。図２に示すように、本実施形態の電装品２０は、基板２００に実装された発熱素子２０１を備える。電装品２０は、冷却ユニット１０の冷却ジャケット１０１を発熱素子２０１に熱接触して取り付けたものである。具体的には、発熱素子２０１が取付け部材２０４（例えば、ねじ等）によって冷却ジャケット１０１の取付け部１０２が形成された所定位置に接触固定されている。発熱素子２０１と冷却ジャケット１０１との間には不図示の熱伝導グリスが塗布されている。電装品２０は、不図示の電装品箱に収容される。
【００４２】
基板２００は、柔軟性を有さない絶縁性基材から成る板状部材である。基板２００には、集積回路２０３、抵抗器２０５、コンデンサ２０７などの多種の電子部品が固定されており、これらを配線で接続することで電子回路が形成されている。基板２００は、発熱素子２０１を実装するため、耐熱性に優れた基材を用いたリジッド基板が好ましい。リジッド基板の種類としては、例えば、紙フェノール基板や紙エポキシ基板が挙げられるが、コンポジット基板やガラスエポキシ基板などを用いてもよい。また、基板２００は、片面のみに配線パターンが形成された一層基板、両面に配線パターンが形成された二層基板、あるいは、さらに多層の配線パターン層を形成した多層基板であってもよい。
【００４３】
発熱素子２０１は、電力機器において、電力の変換、制御を行うための電子部品である。発熱素子２０１は入出力端子２０２を備える。発熱素子２０１は、入出力端子２０２を基板２００の配線パターンに設けられた不図示の接続端子に半田などで電気的に接続される。発熱素子２０１の具体例としては、パワーモジュールやインテリジェンスパワーモジュールなどの発熱量が大きい電子部品が挙げられる。
【００４４】
次に、図３を用いて本実施形態の冷却ユニット１０及び電装品２０を用いた冷却装置４の組立工程の手順を説明する。なお、図３に示す冷却装置４の組立工程の手順は、本実施形態の冷却ユニット１０及び電装品２０に関連する主な手順を示すものであり、全組立工程の全手順を示すものではない。例えば、搬送工程や検査工程などその他の組立工程を含んでいてもよいが、その表示は省略している。
【００４５】
図３に示すように、第一の手順Ｓ１において、冷媒回路４３の組立てが行われる。冷凍サイクルを構成する圧縮機５２、凝縮器５４、膨張弁５６、及び蒸発器５８をこの順に配管５１で接続することにより冷媒回路４３が形成される。第一の手順Ｓ１が完了した時点で、圧縮機５２と接続された一方の配管５１の一端、及び蒸発器５８と接続された一方の配管５１の一端はそれぞれ開口端となっている。
【００４６】
第二の手順Ｓ２において、本実施形態の電装品２０の組立てが行われる。電装品２０は、手順Ｓ２１において発熱素子２０１が基板２００に実装され、手順Ｓ２２において熱伝導グリスの塗布または熱伝導シートの貼付けが行われ、手順Ｓ２３において発熱素子２０１と冷却ユニット１０とを熱接触させることにより形成される。第二の手順Ｓ２は、前記手順Ｓ２１〜手順Ｓ２３を含んでいればよいため手順Ｓ２１〜手順Ｓ２３の順序は不問である。第二の手順Ｓ２が完了した時点で、発熱素子２０１は、ねじ等の取付け部材２０４によって冷却ジャケット１０１の取付け部１０２が形成された所定位置に接触固定されている（図２参照）。
【００４７】
第三の手順Ｓ３において、電装品２０が配管５１に接続される。電装品２０は冷却ユニット１０を備える。冷却ユニット１０の接続管１０５の他端１０５ｂ（開口端）と配管５１の開口端とを接続部４５においてろう付を行うことにより、電装品２０が配管５１に接続される。第三の手順が完了した時点で、冷媒回路４３が完成する。
【００４８】
上記第一の手順Ｓ１〜第三の手順Ｓ３を経て冷却装置４の組立てが完成する（第四の手順Ｓ４）。なお、図３において、第一の手順Ｓ１と第二の手順Ｓ２の順序を入れ替えて冷却装置４の組立てを行ってもよい。本実施形態の冷却ユニット１０及び電装品２０を用いた冷却装置４の組立工程において重要なことは、これらの手順が完了した後に第三の手順Ｓ３を行うという点にある。完成した冷却装置４は、例えば、空気調和機などの電力機器に組み込まれる。あるいは、電力機器に組み込まれた状態で冷却装置４が完成する。
【００４９】
上記第三の手順Ｓ３において行われる「ろう付」は、冷却ジャケット１０１の接続管１０５および冷媒回路４３の配管５１それぞれの材料よりも融点が低い合金を溶かして互いを溶接する部材の接合方法の一種である。この合金は硬ろうとよばれ、例えば、銀ろうや銅ろうなどが用いられる。この硬ろうを溶かすためには、７００℃近くまで温度を上昇させなければならない。
【００５０】
７００℃近くまで温度が上昇した硬ろうの熱は、接続管１０５及び冷却ジャケット１０１を通じて発熱素子２０１に伝達される。発熱素子２０１に到達するまでに接続管１０５および冷却ジャケット１０１からある程度の熱は自然放熱される。しかしながら、このような自然放熱では、発熱素子２０１の耐熱温度を超えない温度に達するまでの放熱としては不十分であり、発熱素子２０１がろう付の作業中に熱により破壊されてしまうおそれがある。補助放熱の手段として、例えば、接続管１０５を長くする、冷水につける、などの方法も考えられるが、作業性の低下や組立工数の増加など好ましくない要因も存在する。
【００５１】
このような理由から、従来は、基板２００に実装された発熱素子２０１と冷却ジャケット１０１とを予め熱接触させ（上記手順Ｓ２３）、その後冷却ジャケット１０１の接続管１０５を冷媒回路５３の配管５１に接続する（上記第三の手順Ｓ３）という手順で冷却装置４の組立てを行うことが困難であった。
【００５２】
本実施形態に係る冷却ユニット１０によれば、ろう付を行う際の熱が冷却ジャケット１０１と熱接触する蓄熱部材１０３に蓄熱される。上述のとおり、蓄熱部材１０３の温度は、冷却ジャケット１０１から伝達された熱により蓄熱材１０３ｂが固相から液相へ相転移する間は融点付近の温度に一定に保たれる。本実施形態では、蓄熱材１０３ｂの融点は発熱素子２０１の耐熱温度以下であるため、蓄熱部材１０３の温度を発熱素子２０１の耐熱温度以下の温度に保った状態で冷却ジャケット１０１の熱を蓄熱材１０３ｂに蓄熱することができる。これにより、冷却ジャケット１０１から発熱素子２０１に伝達される熱を大幅に低減し、冷却装置４の組立工程において、ろう付を行う際の熱による発熱素子２０１の破壊を防ぐことができる。このように、本実施形態に係る冷却ユニット１０によれば、従来では行うことが困難であった図３に示す手順による冷却装置４の組立てを行うことができるため、冷却装置４の組立工程の作業効率が向上する。
【００５３】
また、本実施形態に係る冷却ユニット１０によれば、蓄熱材１０３ｂの相転移が可逆的であるため、蓄熱効果が経時的に減少することがない。したがって、メンテナンス等により再び冷却装置の組立てが必要になった場合も再利用が可能である。即ち、再度、冷却装置４の組立てを行う際においても図３に示す手順で作業を行えばよいので、メンテナンス作業等が容易である。
【００５４】
さらに、本実施形態に係る冷却ユニット１０によれば、蓄熱材１０３ｂの凝固点が冷却ジャケット１０１の内部を循環する冷媒の温度以上であるため、冷却装置４を動作させることで蓄熱材１０３ｂを常に固相状態に相転移させることができる。例えば、空気調和機において、暖房運転の停止後にヒータの温度を下げるために冷却用ファンを残留運転させることがある。残留運転中に発熱素子２０１の温度が上昇するが、冷却装置４の圧縮機５２は停止しており冷媒回路４３（冷却ジャケット１０１）には冷媒が循環しないため、発熱素子２０１を冷却することができない。つまり過渡的に冷媒が流れない状態にある。このような場合であっても、蓄熱部材１０３ｂが発熱素子２０１の熱を吸収して蓄熱することができるため、発熱素子２０１の温度上昇を防ぐことができる。
【００５５】
これに加えて、図３に示す手順による冷却装置４の組立てが可能であれば、本実施形態に係る電装品２０を用いることができる。即ち、基板２００に実装された発熱素子２０１と本実施形態に係る冷却ユニット１０の冷却ジャケット１０１とを予め熱接触させることができる（上記手順Ｓ２３）。これにより、以下の効果を得ることができる。
【００５６】
本実施形態に係る電装品２０によれば、冷却ジャケット１０１の自由度が高い状態で発熱素子２０１と冷却ジャケット１０１とを熱接触させる作業を行うことができるため、熱伝導グリスの塗布や熱伝導シートの貼付けを容易に行うことが可能であり、作業効率が非常によい。次工程への搬送途中に埃などが付着し汚れてしまうおそれもない。また、発熱素子２０１と冷却ジャケット１０１が既に熱接触した状態（発熱素子２０１が露出していない状態）で次工程へ搬送することができるため、発熱素子２０１の変形や破壊を防ぐための伝熱板を用いる必要がない。このため、電装品２０の部品数や組立てに要する工数等を低減することができる。電装品２０を用いることにより、冷却装置４の組立工程における作業効率が向上し、製造コストを低減することができる。
【００５７】
上述のとおり、本実施形態に係る冷却ユニット１０及びこれを取り付けた電装品２０によれば、従来の組立工程における課題を解決することができると共に、上記のような効果を得ることができる。
【００５８】
尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々なる改良、修正、又は変形を加えた態様でも実施できる。また、同一の作用又は効果が生じる範囲内で、何れかの発明特定事項を他の技術に置換した形態で実施しても良い。
【符号の説明】
【００５９】
４：冷却装置
１０：冷却ユニット
２０：電装品
４３：冷媒回路
５１：配管
５２：圧縮機
５４：凝縮器
５６：膨張弁
５８：蒸発器
１０１：冷却ジャケット
１０３：蓄熱部材
１０３ａ：容体
１０３ｂ：蓄熱材
１０５：接続管
１０７：流路
２００：基板
２０１：発熱素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、から成る冷凍サイクルを冷媒が流れる配管で接続した冷媒回路を備え、基板に実装された発熱素子を冷却する冷却装置に用いられる冷却ユニットであって、
前記冷媒が循環する流路を有し、前記発熱素子と熱接触される冷却ジャケットと、
前記冷却ジャケットと熱接触する蓄熱部材と、
一端が前記冷却ジャケットの流路に接続され、他端が前記冷媒回路の配管に接続される開口端を有する接続管と、
から成ることを特徴とする冷却ユニット。
【請求項２】
前記蓄熱部材は、液相と固相との間を可逆的に相転移する蓄熱材を容体に収容して成る、請求項１に記載の冷却ユニット。
【請求項３】
前記蓄熱材は、融点が前記発熱素子の耐熱温度以下である、請求項２に記載の冷却ユニット。
【請求項４】
前記蓄熱材は、凝固点が前記冷媒の温度以上である、請求項２又は請求項３に記載の冷却ユニット。
【請求項５】
前記基板に実装された前記発熱素子を備えた電装品であって、
請求項１〜請求項４のいずれか一つに記載の冷却ユニットが、前記冷却ジャケットと前記発熱素子とを熱接触させて取り付けられていることを特徴とする電装品。
【請求項１】
圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、から成る冷凍サイクルを冷媒が流れる配管で接続した冷媒回路を備え、基板に実装された発熱素子を冷却する冷却装置に用いられる冷却ユニットであって、
前記冷媒が循環する流路を有し、前記発熱素子と熱接触される冷却ジャケットと、
前記冷却ジャケットと熱接触する蓄熱部材と、
一端が前記冷却ジャケットの流路に接続され、他端が前記冷媒回路の配管に接続される開口端を有する接続管と、
から成ることを特徴とする冷却ユニット。
【請求項２】
前記蓄熱部材は、液相と固相との間を可逆的に相転移する蓄熱材を容体に収容して成る、請求項１に記載の冷却ユニット。
【請求項３】
前記蓄熱材は、融点が前記発熱素子の耐熱温度以下である、請求項２に記載の冷却ユニット。
【請求項４】
前記蓄熱材は、凝固点が前記冷媒の温度以上である、請求項２又は請求項３に記載の冷却ユニット。
【請求項５】
前記基板に実装された前記発熱素子を備えた電装品であって、
請求項１〜請求項４のいずれか一つに記載の冷却ユニットが、前記冷却ジャケットと前記発熱素子とを熱接触させて取り付けられていることを特徴とする電装品。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１４２１１６（Ｐ２０１１−１４２１１６Ａ）
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３７３（Ｐ２０１０−３７３）
【出願日】平成２２年１月５日（２０１０．１．５）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月５日（２０１０．１．５）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
【Ｆターム（参考）】
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