複数のフィンピッチを有する冷却装置
【課題】放熱フィンの設置枚数や冷却風の風量を増やさずに、風下側の冷却能力が向上した冷却装置を提供することを目的とする。
【解決手段】発熱素子に熱的に接続された受熱ブロックと、前記受熱ブロックに熱的に接続されたフィンを複数有する放熱フィン群とを備え、前記受熱ブロックと平行な方向に冷却風の流れが設定された冷却装置であって、前記放熱フィン群が、前記冷却風の流れ方向に沿って複数縦列配置され、前記複数の放熱フィン群のうち、前記冷却風の風上側に配置された放熱フィン群のフィンピッチが、前記冷却風の風下側に配置された放熱フィン群のフィンピッチよりも大きいことを特徴とする冷却装置である。
【解決手段】発熱素子に熱的に接続された受熱ブロックと、前記受熱ブロックに熱的に接続されたフィンを複数有する放熱フィン群とを備え、前記受熱ブロックと平行な方向に冷却風の流れが設定された冷却装置であって、前記放熱フィン群が、前記冷却風の流れ方向に沿って複数縦列配置され、前記複数の放熱フィン群のうち、前記冷却風の風上側に配置された放熱フィン群のフィンピッチが、前記冷却風の風下側に配置された放熱フィン群のフィンピッチよりも大きいことを特徴とする冷却装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱素子を強制空冷で冷却する冷却装置に関し、より具体的には、鉄道車両、航空機、船舶等の移動体に搭載された電力変換装置等の電気部品を、強制空冷で冷却する冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷却装置として、図１４に示す筐体内の電気部品冷却装置（以下、従来例という）がある。この従来例は、平板状の受熱ブロック４２と、受熱ブロック４２の表面に複数立設された側面視Ｕ字形状のヒートパイプ４３と、ヒートパイプ４３へ受熱ブロック４２と平行な方向に取り付けられた複数のフィン４４ａを有する放熱フィン群４４とからなり、各フィン４４ａ間のフィンピッチが、いずれの部分も均一となるように形成されたものである（特許文献１）。
【０００３】
前記従来例の冷却装置４１では、フィン４４ａの寸法が冷却風の流れ方向に長い場合、フィン４４ａ間を流れる冷却風は、風下側へと進むにつれて流速が著しく低下してしまう。従って、従来例の冷却装置４１は、風下側と風上側とで冷却能力が大きく相違する。例えば、受熱ブロック４２に複数（図１４では、３個）の発熱素子４５０−１、４５０−２、４５０−３を熱的に接続し、冷却風を図１１の紙面の左から右の方向であって受熱ブロック４２表面に対して平行状に流した場合、最も風下側に配置された発熱素子４５０−３は、最も風上側に配置された発熱素子４５０−１と比較して、冷却されにくく温度の低下が抑えられてしまうという問題がある。
【０００４】
風下側の冷却能力を高めるためには、フィン４４ａの設置枚数を増加させたり、冷却風の風量を増やしたりする必要がある。しかし、フィン４４ａの枚数を増やすと冷却装置の寸法が大きくなり、重量も増してしまうという問題、さらには製造コストがかかってしまうという問題がある。また、冷却風の風量を増やすには、強力なファンを設ければよいが、このようなファンは大型なので設置場所の確保が難しく、さらにファンを駆動させるための消費電力も大きいという問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１１９７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記した従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、放熱フィンの設置枚数や冷却風の風量を増やさずに、風下側の冷却能力が向上した冷却装置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】
本発明の第１の態様は、発熱素子に熱的に接続された受熱ブロックと、前記受熱ブロックに熱的に接続されたフィンを複数有する放熱フィン群とを備え、前記受熱ブロックと平行な方向に冷却風の流れが設定された冷却装置であって、前記放熱フィン群が、前記冷却風の流れ方向に沿って複数縦列配置され、前記複数の放熱フィン群のうち、前記冷却風の風上側に配置された放熱フィン群のフィンピッチが、前記冷却風の風下側に配置された放熱フィン群のフィンピッチよりも大きいことを特徴とする冷却装置である。本発明の第２の態様は、発熱素子に熱的に接続された受熱ブロックと、前記受熱ブロックの表面に立設されたフィンを複数有する放熱フィン群とを備え、前記受熱ブロックと平行な方向に冷却風の流れが設定された冷却装置であって、前記放熱フィン群が、前記冷却風の流れ方向に沿って複数縦列配置され、前記複数の放熱フィン群のうち、前記冷却風の風上側に配置された放熱フィン群のフィンピッチが、前記冷却風の風下側に配置された放熱フィン群のフィンピッチよりも大きいことを特徴とする冷却装置である。
【０００８】
本発明の第３の態様は、発熱素子に熱的に接続された受熱ブロックと、前記受熱ブロックの表面に立設された複数のヒートパイプと、前記ヒートパイプへ前記受熱ブロックと平行な方向に取り付けられたフィンを複数有する放熱フィン群とを備え、前記受熱ブロックと平行な方向に冷却風の流れが設定された冷却装置であって、前記放熱フィン群が、前記冷却風の流れ方向に沿って複数縦列配置され、前記複数の放熱フィン群のうち、前記冷却風の風上側に配置された放熱フィン群のフィンピッチが、前記冷却風の風下側に配置された放熱フィン群のフィンピッチよりも大きいことを特徴とする冷却装置である。
【０００９】
上記した各態様では、複数の放熱フィン群が冷却風の流れ方向に対して平行またはほぼ平行に並べられ、さらに前記放熱フィン群を構成する各フィンの表面も冷却風の流れ方向に対して平行またはほぼ平行に取り付けられている。これにより、フィン間を冷却風が円滑に流れる構成となっている。同じ放熱フィン群を構成する各フィンのフィンピッチは同じまたはほぼ同じであるが、放熱フィン群ごとについてはフィンピッチが相違、つまり、放熱フィン群が異なれば隣接するフィン間のフィンピッチも異なる構成となっている。そして、冷却風の風上側に配置された放熱フィン群のフィンピッチは、冷却風の風下側に配置された放熱フィン群のフィンピッチよりも大きくなっている。
【００１０】
このように、風上側の放熱フィン群のフィンピッチを風下側の放熱フィン群のフィンピッチより大きくすることで、同一のファンを用いた場合には風上側放熱フィン群中を通り抜ける冷却風の風量及び風速の低下を防止でき、また冷却風の温度上昇も抑制できる。また、風上側での冷却風の温度上昇を抑えることができるので、より温度の低い冷却風を風下側放熱フィン群に供給できる。明細書中、「放熱フィン群」とは、各フィンを冷却風の流れ方向に対して垂直方向に複数並べたフィンの一群を意味する。
【００１１】
本発明の第４の態様は、前記風上側に配置された放熱フィン群のフィンピッチが、前記風下側に配置された放熱フィン群のフィンピッチの整数倍であることを特徴とする冷却装置である。隣接する放熱フィン群のフィンピッチを整数倍に設定することで、放熱フィン群間のフィンピッチの位相を揃えることが可能となり、放熱フィン群に沿って流れる冷却風のフィンによる圧力損失が抑えられる。
【００１２】
本発明の第５の態様は、前記風上側に配置された放熱フィン群のフィンの長さが、前記風下側に配置された放熱フィン群のフィンの長さよりも短いことを特徴とする冷却装置である。
【００１３】
本発明の第６の態様は、前記ヒートパイプが、側面視Ｕ字状またはＬ字状であることを特徴とする冷却装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の第１、第２、第３の態様によれば、風上側放熱フィン群による冷却風の圧力損失が抑えられて、風下側の放熱フィン群を通り抜ける冷却風の風量及び風速の低下を抑制できるので、風下側の冷却能力が向上し、風上側から風下側に至るまで冷却能力の均一化を図ることができる。このように、冷却能力の均一化を図ることができるので、フィンの長さが長い大型の冷却装置であっても風上側から風下側に至るまで確実に冷却能力を発揮できる。また、風上側放熱フィン群のフィン枚数が減ることで風上側における冷却風の温度上昇を抑えることができ、より温度の低い冷却風を風下側放熱フィン群に供給できる点からも、風下側の冷却能力を向上させることができる。風上側放熱フィン群はフィンピッチが大きい、すなわち、フィンの設置枚数を従来例より減らすことができるので、冷却装置の小型化、軽量化ができ、製造コストも低減できる。さらに、風下側の冷却能力向上のために、強力なファンを設置しなくてもよいので、設置場所を省スペース化でき、またファンを駆動させるための消費電力を低減させて環境負荷を抑えることができる。
【００１５】
本発明の第３の態様によれば、ヒートパイプを設けるので、上記各効果に加えて、風上側放熱フィン群から風下側放熱フィン群までを通じて冷却能力がさらに向上する。
【００１６】
本発明の第４の態様によれば、フィンによる冷却風の圧力損失を抑え、さらにそれぞれの放熱フィン群について、フィン間を流れる冷却風を均一化できるので、それぞれの放熱フィン群に冷却風を効率よく流すことができる。また、放熱フィン群に冷却風を効率よく流せるので、風下側放熱フィン群の冷却能力をより向上させることができ、車両の筐体内といった限られた空間でも確実に発熱素子を冷却できる。
【００１７】
本発明の第５の態様によれば、風上側放熱フィン群のフィンの長さが、風下側放熱フィン群のフィンの長さよりも短いので、冷却能力の高い風上側放熱フィン群を小型化、軽量化しつつ、風下側放熱フィン群の冷却能力を向上できる。また、風上側放熱フィン群及び風下側放熱フィン群のフィンの長さを適宜調整することで、冷却装置全体の冷却能力をより均一に近づけることができる。
【００１８】
本発明の第６の態様によれば、ヒートパイプの形状が側面視Ｕ字状またはＬ字状なので、フィンの取り付けが容易であり、またフィンの設置枚数及びフィンピッチを、冷却装置の運転条件に応じて適宜調節できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態例に係る冷却装置であって発熱素子を取り付けた状態の側面図である。
【図２】本発明の第１実施形態例に係る冷却装置の冷却風の流れを示す説明図である。
【図３】冷却装置の冷却風の流れを示す説明図である。
【図４】本発明の第１実施形態例に係る冷却装置の発熱素子上昇温度と従来例の冷却装置の発熱素子上昇温度との対比を示すグラフである。
【図５】放熱フィン群を２つ配置した場合の放熱フィン群間空隙の位置決め法を説明するグラフである。
【図６】本発明の第３実施形態例に係る冷却装置であって発熱素子を取り付けた状態の側面図である。
【図７】本発明の第２実施形態例に係る冷却装置であって発熱素子を取り付けた状態の側面図である。
【図８】（ａ）図は図７の第１放熱フィン群部についての断面の説明図、（ｂ）図は図７の第２放熱フィン群部についての断面の説明図、（ｃ）図は図７の第３放熱フィン群部についての断面の説明図である。
【図９】本発明の第３実施形態例に係る冷却装置の発熱素子上昇温度と従来例の冷却装置の発熱素子上昇温度との対比を示すグラフである。
【図１０】放熱フィン群を３つ配置した場合の放熱フィン群間空隙の位置決め法を説明するグラフである。
【図１１】（ａ）図は伝熱ブロックを用いた冷却装置であって発熱素子を取り付けた状態の正面図、（ｂ）図は伝熱ブロックを用いた冷却装置であって発熱素子を取り付けた状態の側面図である。
【図１２】（ａ）図は他の実施形態例に係るヒートパイプを用いた冷却装置であって発熱素子を取り付けた状態の正面図、（ｂ）図は他の実施形態例に係るヒートパイプを用いた冷却装置であって発熱素子を取り付けた状態の平面図である。
【図１３】本発明の他の実施形態例に係る冷却装置であって発熱素子を取り付けた状態の平面図である。
【図１４】従来例の冷却装置であって発熱素子を取り付けた状態の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明の第１実施形態例に係る冷却装置について図面を用いながら説明する。図１に示すように、本発明の第１実施形態例に係る冷却装置１は、ヒートパイプ式冷却装置であって、平板状の受熱ブロック２と、受熱ブロック２の表面に鉛直方向に取り付けられた複数の側面視Ｕ字状ヒートパイプ３と、ヒートパイプ３に取り付けられた第１放熱フィン群４及び第２放熱フィン群５とを備えている。第１放熱フィン群４は、複数枚（図１では１７枚）の第１フィン４ａからなり、この第１フィン４ａは矩形の薄板である。第２放熱フィン群５は、複数枚（図１では３３枚）の第２フィン５ａからなり、この第２フィン５ａは矩形の薄板である。
【００２１】
また、ヒートパイプ３が取り付けられていない側である受熱ブロック２裏面には、図１の左から右に、被冷却体である発熱素子５０−１、５０−２、５０−３が熱的に接続されている。
【００２２】
図１に示すように、第１放熱フィン群４は、１７枚の第１フィン４ａがそれぞれ受熱ブロック２表面に対して鉛直方向に等間隔に並べられ、さらに、いずれの第１フィン４ａも受熱ブロック２表面に対して平行となるように配置されている。従って、第１放熱フィン群４では、第１フィン４ａ間に、一定幅の１６個の空隙４ｂが受熱ブロック２表面に対して平行に伸びている。そして、第１放熱フィン群４中の空隙４ｂは、いずれも同一の幅となっている。
【００２３】
また、第２放熱フィン群５は、３３枚の第２フィン５ａがそれぞれ受熱ブロック２表面に対して鉛直方向に等間隔に並べられ、さらに、いずれの第２フィン５ａも受熱ブロック２表面に対して平行となるように配置されている。従って、第２放熱フィン群５では、第２フィン５ａ間に、空隙４ｂよりも狭い一定幅の３２個の空隙５ｂが受熱ブロック２表面に対して平行に伸びている。そして、第２放熱フィン群５中の空隙５ｂは、いずれも同一の幅となっている。
【００２４】
そして、受熱ブロック２に対して最も遠い位置に設けられた第１フィン４ａと受熱ブロック２に対して最も遠い位置に設けられた第２フィン５ａは、相互に同一平面上に配置されている。同様に、受熱ブロック２に対して最も近い位置に設けられた第１フィン４ａと受熱ブロック２に対して最も近い位置に設けられた第２フィン５ａは、相互に同一平面上に配置されている。第１放熱フィン群４の構成要素である各第１フィン４ａの形状・寸法は相互に同一であり、第１放熱フィン群４の側面部は、第１フィン４ａの縁部が揃った状態となっている。また、第２放熱フィン群５の構成要素である第２フィン５ａの形状・寸法は相互に同一であり、第２放熱フィン群５の側面部は、第２フィン５ａの縁部が揃った状態となっている。
【００２５】
第１実施形態例に係る冷却装置１では、冷却風が図１の左から右の方向に供給される。さらに、冷却風が、受熱ブロック２表面に対して平行または略平行に流れるように、すなわち、各第１フィン４ａ及び各第２フィン５ａの表面に対して平行または略平行に流れるように、冷却装置１は設置される。これにより、冷却風は、まず第１放熱フィン群４中を各第１フィン４ａに沿って通り抜け、第１放熱フィン群４中を通り抜けた冷却風は、次に、第２放熱フィン群５中に入り、第２放熱フィン群５中を各第２フィン５ａに沿って通り抜けるので、第１放熱フィン群４及び第２放熱フィン群５が冷却風の障壁となるのを防止できる。また、第１放熱フィン群４と第２放熱フィン群５との間には、放熱フィン群間空隙８が形成されている。この放熱フィン群間空隙８により、フィンは従来例のような一枚板のフィン４４ａではなく、第１フィン４ａと第２フィン５ａに分割された状態となって、第１放熱フィン群４と第２放熱フィン群５とが形成されている。
【００２６】
第１実施形態例に係る冷却装置１では、第１フィン４ａの寸法は、幅４８０ｍｍ、長さ３００ｍｍ、厚さ０．５ｍｍであり、第１フィン４ａの空隙４ｂは６．５ｍｍである。一方で、第２フィン５ａの幅は第１フィン４ａと同じ４８０ｍｍ、厚さも第１フィン４ａと同じ０．５ｍｍであるが、後述する理由から第２フィン５ａの長さは、第１フィン４ａよりも長い４９５ｍｍである。第２フィンの空隙５ｂは３ｍｍである。また、受熱ブロック２の寸法は、幅５００ｍｍ、長さ１０００ｍｍ、厚さ２５ｍｍであり、側面視Ｕ字状ヒートパイプ３の寸法は、パイプ径１５．８８ｍｍ、高さ２００ｍｍ、横幅１１５．８８ｍｍである。側面視Ｕ字状ヒートパイプ３のパイプの断面形状は円形である。放熱フィン群間空隙８の幅は、冷却能力に影響を生じさせない点から、できるだけ狭いものが好ましく、第１フィン４ａ端面と該第１フィン４ａ端面に対向する第２フィン５ａ端面とが当接してもよい。第１実施形態例に係る冷却装置１では、放熱フィン群間空隙８の幅は５ｍｍである。
【００２７】
上記第１フィン４ａ及び受熱ブロック２は、いずれも熱伝導性のよい金属材料の平板であり、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などで製造されている。ヒートパイプ３も、第１フィン４ａ及び受熱ブロック２と同様の金属材料で製造され、作動液には、コンテナ材料との適合性に合せた作動液が減圧状態で封入される。例えば、コンテナが銅である場合には、作動液は純水を用いている。
【００２８】
第１フィン４ａ及び第２フィン５ａの固定方法は特に限定されないが、冷却装置１では、第１フィン４ａ及び第２フィン５ａのそれぞれの所定位置に孔部（図示せず）が設けられており、この孔部にヒートパイプ３が嵌め差し込まれるように挿入されることで、第１フィン４ａ及び第２フィン５ａがヒートパイプ３を介して冷却装置１に固定されている。
【００２９】
次に、図２、図３を用いながら、第１実施形態例に係る冷却装置１について、第１フィン４ａと第２フィン５ａの配置関係を説明する。
【００３０】
第１フィン４ａと第２フィン５ａの配置関係は、第１フィン４ａ間の空隙４ｂが第２フィン５ａ間の空隙５ｂよりも大きい態様であれば、特に限定されない。前記態様であれば、第１放熱フィン群４による圧力損失を低減できるので第２放熱フィン群５を通り抜ける冷却風の風量及び風速の低下を抑えることができ、また、第１放熱フィン群４の第１フィン４ａの枚数を減らせることで第１放熱フィン群４を通り抜けた冷却風の温度上昇を抑制できるためである。
【００３１】
図２に示すように、第１実施形態例に係る冷却装置１では、第１放熱フィン群４と第２放熱フィン群５のフィンピッチが整数倍の関係（図２では、第１放熱フィン群４と第２放熱フィン群５のフィンピッチは２：１）に配置されている。さらに、第１放熱フィン群４と第２放熱フィン群５のフィンピッチの位相が揃っている。つまり、それぞれの第１フィン４ａの同一平面上には第２放熱フィン群５の第２フィン５ａが配置されており、さらに第１フィン４ａ間の空隙４ｂ幅の中間に相当する部位に、さらに１枚の第２フィン５ａが配置されている。このようなフィン配置とすることで、第２フィン５ａが、第１放熱フィン群４中を図面左から右に通り抜けた冷却風７の障壁となるのを防止し、冷却風７の風量及び風速が第２フィン５ａの圧力を受けて損失するのを抑えることができる。従って、第１放熱フィン群４中を通り抜けた冷却風７は、風下側に設けられた第２放熱フィン群５中に円滑に流れる構成となっている。
【００３２】
また、例えば、図３に示すように、第１放熱フィン群４と第２放熱フィン群５のフィンピッチを整数倍ではない関係（図３では第１放熱フィン群４と第２放熱フィン群５のフィンピッチは３：２）にしても、第２放熱フィン群５を抜ける冷却風７の風量及び風速の低下を抑えることができる。この態様は、第１放熱フィン群４と第２放熱フィン群５のフィンピッチの位相は揃っていない。つまり、第１フィン４ａの同一平面上に第２フィン５ａが配置されている構成と第１フィン４ａの同一平面上に第２フィン５ａが配置されていない構成が、交互に並んでいる。従って、図３のフィン配置の場合、第２放熱フィン群中に、冷却風７が円滑に流れる箇所と、第２フィンが障害となって冷却風７が流れにくい箇所とが生じる。
【００３３】
上記した第１フィン４ａと第２フィン５ａの配置関係のうち、第１放熱フィン群４中を通り抜けた冷却風７が第２フィン５ａによる圧力を受けて、第２放熱フィン群５中において風量及び風速が損失するのを防止する点で、第１放熱フィン群４と第２放熱フィン群５のフィンピッチが整数倍の関係でフィンピッチの位相が揃っている図２の配置が好ましい。
【００３４】
次に、図４を用いて、第１実施形態例に係る冷却装置１の受熱ブロック温度と従来例の冷却装置４１の受熱ブロック温度について説明する。なお、受熱ブロック温度は数値解析で求めたものである。数値解析に用いる第１実施形態例に係る冷却装置１の構成は、上記した構成と同じである。一方、従来例の冷却装置４１の構成は、フィン４４ａの長さは第１フィン４ａの長さと第２フィン５ａの長さと放熱フィン群間空隙８の幅を足したものとし、放熱フィン群４４のフィンピッチは第２放熱フィン群５のフィンピッチと同一とした以外は、数値解析に用いる冷却装置１と同じ構成である。各発熱素子５０−１、５０−２、５０−３、４５０−１、４５０−２、４５０−３からは均等に発熱して合計１１０００Ｗの熱量が受熱ブロック２、４２にそれぞれ入熱し、また、第１放熱フィン群４及び放熱フィン群４４の前面に当る冷却風はいずれも２０℃、風速５．８ｍ／ｓとした条件にて数値解析をおこなった。
【００３５】
図４に示すように、冷却装置１の受熱ブロック風上部の温度については従来例の冷却装置４１よりも若干上昇するものの、受熱ブロック中央部の温度は従来例と同等であり、受熱ブロック風下部の温度は従来例よりも低下している。このため、第１実施形態例の冷却装置１は、総重量を低減させつつ、風下側の冷却能力が向上して冷却能力の均一化を図ることができる。
【００３６】
次に、図５を用いて、第１実施形態例に係る冷却装置１の放熱フィン群間空隙８の位置決め法について説明する。なお、図５の線グラフは、従来例の冷却装置４１の放熱フィン群４４から適宜選択したフィン４４ａ表面の温度分布であり、図５中、「フィン先端」とは、冷却風の風上側に対向した側のフィンの端部を意味する。放熱フィン群間空隙８の位置、すなわち第１フィン４ａの長さと第２フィン５ａの長さの割合は、特に限定されず適宜選択できるが、風下側の冷却能力を向上させる点から、下記のように、フィン表面の温度分布に基づいて決定するのが好ましい。
【００３７】
図５に示すように、従来例である一枚板のフィン４４ａの表面温度は、冷却風の風上側から風下側へと移るにつれて上昇していく。そして、放熱フィン群間空隙８は、フィン４４ａ表面の最小温度と最大温度の中間の温度を示す位置に設ける。すなわち、フィン４４ａ表面の温度差ΔＴを等分に分割できる温度差ΔＴ／２の位置にてフィン４４ａが分割されて第１放熱フィン群４と第２放熱フィン群５が形成されるように、放熱フィン群間空隙８を位置づける。このように、中間温度を示す位置に放熱フィン群間空隙８を設けると、フィンの表面温度が近い領域ごとに２つの放熱フィン群を形成できる。従って、十分な冷却能力を有する第１放熱フィン群４のフィンピッチを放熱フィン群４４よりも大きくできることで、第２放熱フィン群５中を通り抜ける冷却風の風量及び風速の低下を抑えることができる。また、第１フィン４ａの枚数を減らせることで、第１放熱フィン群４における冷却風の温度上昇を低減でき、より温度の低い冷却風を第２放熱フィン群５に供給できる。さらに、第１フィン４ａの枚数を減らせるので、冷却装置１の重量を抑制できる。
【００３８】
また、図５の線グラフに示すように、フィン４４ａ表面の温度分布は風上側に近いほど急激に低下しており、温度分布とフィン先端からの距離との関係は直線状ではない。従って、フィン４４ａ表面の温度差ΔＴを等分に分割できる温度差ΔＴ／２の位置に放熱フィン群間空隙８を設けると、第２放熱フィン群５の第２フィン５ａの長さは、第１放熱フィン群４の第１フィン４ａの長さよりも長くなる。
【００３９】
次に、本発明の第３実施形態例に係る冷却装置について、図面を用いながら説明する。第１実施形態例の冷却装置１には２つの放熱フィン群が設けられていたが、これに代えて、図６に示すように、本発明の第３実施形態例に係る冷却装置２１は、３つの放熱フィン群が設けられている。第３実施形態例に係る冷却装置２１は、平板状の受熱ブロック２２と、受熱ブロック２２の表面に鉛直方向に取り付けられた側面視Ｕ字状のヒートパイプ２３と、ヒートパイプ２３に取り付けられた第１放熱フィン群２４、第２放熱フィン群２５及び第３放熱フィン群２６とを備えている。第１放熱フィン群２４は、複数枚（図６では９枚）の第１フィン２４ａからなる。第２放熱フィン群２５は、複数枚（図６では１７枚）の第２フィン２５ａからなる。第３放熱フィン群２６は、複数枚（図６では３３枚）の第３フィン２６ａからなる。すなわち、冷却装置２１の第２フィン２５ａの枚数は、冷却装置１の第１フィン４ａの枚数と同じであり、冷却装置２１の第３フィン２６ａの枚数は、冷却装置１の第２フィン５ａの枚数と同じである。第１フィン２４ａ、第２フィン２５ａ、第３フィン２６ａは、いずれも矩形の薄板である。そして、第１放熱フィン群２４と第２放熱フィン群２５の間に放熱フィン群間空隙２８−１が、第２放熱フィン群２５と第３放熱フィン群２６の間に放熱フィン群間空隙２８−２が形成されている。
【００４０】
また、ヒートパイプ２３が取り付けられていない側の受熱ブロック２２裏面に、被冷却体である発熱素子が、風上側から順に２５０−１、２５０−２、２５０−３と熱的に接続されている。
【００４１】
第１フィン２４ａ、第２フィン２５ａ及び第３フィン２６ａの配置関係は、第１フィン２４ａ間の空隙２４ｂが第２フィン２５ａ間の空隙２５ｂよりも大きく、第２フィン２５ａ間の空隙２５ｂが第３フィン２６ａ間の空隙２６ｂよりも大きい態様であれば特に限定されない。前記態様であれば、第１放熱フィン群２４による圧力損失を低減できるので第２放熱フィン群２５を通り抜ける冷却風の風量・風速の低下を抑えることができ、また第１フィン２４ａの枚数が減って第１放熱フィン群２４を通り抜けた冷却風の温度上昇を抑制できるとともに、さらに、第２放熱フィン群４による圧力損失を低減できるので第３放熱フィン群２６を通り抜ける冷却風の風量・風速の低下を抑えることができ、また第２フィン２５ａの枚数が減って第２放熱フィン群２５を通り抜けた冷却風の温度上昇を抑制できるためである。図６に示すように、第３実施形態例に係る冷却装置２１では、第１放熱フィン群２４と第２放熱フィン群２５のフィンピッチが整数倍の関係、かつ第２放熱フィン群２５と第３放熱フィン群２６のフィンピッチが整数倍の関係（図６では、第１放熱フィン群２４、第２放熱フィン群２５、第３放熱フィン群２６のフィンピッチは４：２：１）に配置されている。また、第１放熱フィン群２４、第２放熱フィン群２５及び第３放熱フィン群２６のフィンピッチの位相が揃っている。つまり、それぞれの第１フィン２４ａの同一平面上には第２放熱フィン群２５の第２フィン２５ａ及び第３放熱フィン２６群の第３フィン２６ａが配置され、さらに第１フィン２４ａ間の空隙２４ｂ幅を２等分する部位に第２フィン２５ａが、第１フィン２４ａ間の空隙２４ｂ幅を４等分する部位に第３フィン２６ａが配置されている。
【００４２】
このように、冷却装置１と同様のフィン配置とすることで、第２フィン２５ａ、第３フィン２６ａが、冷却風の流れの障壁となるのを防止し、冷却風の風量及び風速が第２フィン２５ａ、第３フィン２６ａの圧力を受けて損失するのを抑えることができる。従って、第１放熱フィン群２４中を通り抜けた冷却風が、第１放熱フィン群２４の風下側に配置された第２放熱フィン群２５中及び第２放熱フィン群２５の風下側に配置された第３放熱フィン群２６中に、円滑に流れて風下側の冷却能力がより向上する構成となっている。
【００４３】
次に、本発明の第２実施形態例に係る冷却装置について、図面を用いながら説明する。第１実施形態例の冷却装置１は、受熱ブロックに対し鉛直方向に立設されたヒートパイプへ受熱ブロックと平行状に取り付けられたフィンが、２つの放熱フィン群を形成していたが、これに代えて、図７、図８に示すように、本発明の第２実施形態例に係る冷却装置３１は、受熱ブロックに対して鉛直方向に立設された複数のフィンが、３つの放熱フィン群を形成しているヒートシンクである。第２実施形態例に係る冷却装置３１は、平板状の受熱ブロック３２と、受熱ブロック３２表面に取り付けられた第１放熱フィン群３４、第２放熱フィン群３５及び第３放熱フィン群３６とを備えている。
【００４４】
図８（ａ）に示すように、第１放熱フィン群３４は、複数枚（図８（ａ）では６枚）の第１フィン３４ａが平板状の底面部３４ｃに立設された構造となっている。いずれの第１フィン３４ａも底面部３４ｃに対して鉛直方向であって冷却風の流れ方向に対して第１フィン３４ａ表面が平行となるよう設けられ、そのフィンピッチは等間隔である。図８（ｂ）に示すように、第２放熱フィン群３５は、複数枚（図８（ｂ）では１１枚）の第２フィン３５ａが平板状の底面部３５ｃに立設された構造となっている。いずれの第２フィン３５ａも底面部３５ｃに対して鉛直方向であって冷却風の流れ方向に対して第２フィン３５ａ表面が平行となるように設けられ、そのフィンピッチは等間隔である。図８（ｃ）に示すように、第３放熱フィン群３６は、複数枚（図８（ｃ）では２１枚）の第３フィン３６ａが平板状の底面部３６ｃに立設された構造となっている。いずれの第３フィン３６ａも底面部３６ｃに対して鉛直方向であって冷却風の流れ方向に対して第３フィン３６ａ表面が平行となるように設けられ、そのフィンピッチは等間隔である。底面部３４ｃ、３５ｃ、３６ｃが受熱ブロック３２と熱的に接続されることで、第１放熱フィン群３４、第２放熱フィン群３５、第３放熱フィン群３６は受熱ブロック３２と熱的に接続される。
【００４５】
第２実施形態例に係る冷却装置３１では、フィンが設けられていない受熱ブロック３２裏面に、被冷却体である発熱素子が、冷却風の風上側から順に３５０−１、３５０−２、３５０−３と熱的に接続されている。
【００４６】
第１フィン３４ａ、第２フィン３５ａ及び第３フィン３６ａの配置関係は、第１フィン３４ａ間の空隙３４ｂが第２フィン３５ａ間の空隙３５ｂよりも大きく、第２フィン３５ａ間の空隙３５ｂが第３フィン３６ａ間の空隙３６ｂよりも大きい態様であれば特に限定されない。前記態様であれば、第２放熱フィン群３５及び第３放熱フィン群３６を通り抜ける冷却風の風量及び風速の低下を抑えることができ、また第１フィン３４ａ及び第２フィン３５ａの枚数が減って第１放熱フィン群３４及び第２放熱フィン群３５を通り抜けた冷却風の温度上昇を抑制できるためである。図８に示すように、第２実施形態例に係る冷却装置３１は、第３実施形態例の冷却装置２１と同様に、第１放熱フィン群３４と第２放熱フィン群３５のフィンピッチが整数倍の関係、かつ第２放熱フィン群３５と第３放熱フィン群３６のフィンピッチが整数倍の関係（図８では、第１放熱フィン群３４、第２放熱フィン群３５、第３放熱フィン群３６のフィンピッチは４：２：１）に配置されている。また、第１放熱フィン群３４、第２放熱フィン群３５及び第３放熱フィン群３６のフィンピッチの位相が揃っている。つまり、それぞれの第１フィン３４ａの同一平面上には第２放熱フィン群３５の第２フィン３５ａ及び第３放熱フィン３６群の第３フィン３６ａが配置され、さらに第１フィン３４ａ間の空隙３４ｂ幅を２等分する部位に第２フィン３５ａが、第１フィン３４ａ間の空隙３４ｂ幅を４等分する部位に第３フィン３６ａが配置されている。
【００４７】
このように、冷却装置２１と同様のフィン配置とすることで、第１放熱フィン群３４中を通り抜けた冷却風が、第１放熱フィン群３４の風下側に配置された第２放熱フィン群３５中及び第２放熱フィン群３５の風下側に配置された第３放熱フィン群３６中に、円滑に流れる構成となっている。
【００４８】
上記第２実施形態例に係る冷却装置３１は、冷却風の風量・風速の低下と冷却風の流れの乱れを防止するために、第１放熱フィン群３４と第２放熱フィン群３５とが接することで放熱フィン群境界部３８−１が形成され、第２放熱フィン群３５と第３放熱フィン群３６とが接することで放熱フィン群境界部３８−２が形成されている。放熱フィン群境界部３８−１、３８−２は、必要に応じて、第３実施形態例の冷却装置２１のように、適宜隣接する放熱フィン群を離して放熱フィン群間空隙としてもよい。
【００４９】
次に、図９を用いて、第３実施形態例に係る冷却装置２１の受熱ブロック温度と従来例の冷却装置４１の受熱ブロック温度について説明する。なお、受熱ブロック温度は、図４と同様の条件にて、数値解析で求めたものである。すなわち、数値解析に用いる第３実施形態例に係る冷却装置２１の構成は、上記した構成と同様である。従来例の冷却装置４１の構成は、フィン４４ａの長さは、第１フィン２４ａの長さ、第２フィン２５ａの長さ、第３フィン２６ａの長さ及び放熱フィン群間空隙２８−１、２８−２の幅をそれぞれ合算したものとし、放熱フィン群４４のフィンピッチは第３放熱フィン群２６と同一とした以外は、数値解析に用いる冷却装置２１と同じ構成とした。各発熱素子２５０−１、２５０−２、２５０−３、４５０−１、４５０−２、４５０−３からは均等に発熱して合計１１０００Ｗの熱量が受熱ブロック２２、４２にそれぞれ入熱し、また、第１放熱フィン群２４、放熱フィン群４４の前面に当る冷却風は２０℃、風速５．８ｍ／ｓとした条件にて数値解析をおこなった。なお、図９には、比較のため図４で示した冷却装置１のデータも併せて表示した。
【００５０】
図９に示すように、冷却装置２１の受熱ブロック風上部の温度については、従来例の冷却装置４１よりも上昇するものの、受熱ブロック中央部の温度は従来例とほぼ同等であり、受熱ブロック風下部の温度は従来例よりも低下している。また、第３実施形態例の冷却装置２１は、第１実施形態例の冷却装置１と比較して受熱ブロック風下部の温度がより低下している。このため、第３実施形態例の冷却装置２１は、相互にフィンピッチの相違する放熱フィン群を３つに増やすことで、冷却装置１よりも風下側の冷却能力が一層向上してより冷却能力の均一化を図ることができ、総重量もさらに低減させることができる。
【００５１】
次に、図１０を用いて、第３実施形態例に係る冷却装置２１の放熱フィン群間空隙２８−１、２８−２の位置決め法及び、第２実施形態例に係る冷却装置３１の放熱フィン群境界部３８−１、３８−２の位置決め法について説明する。なお、図１０の線グラフは、従来例の冷却装置４１の放熱フィン群４４から適宜選択したフィン４４ａ表面の温度分布であり、図１０中、「フィン先端」とは、冷却風の風上側に対向した側のフィンの端部を意味する。
【００５２】
放熱フィン群間空隙２８−１、２８−２の位置及び放熱フィン群境界部３８−１、３８−２の位置は、特に限定されず適宜選択できるが、風下側の冷却能力を向上させる点から、第１実施形態例の冷却装置１と同様に、フィン表面の温度分布に基づいて決定するのが好ましい。すなわち、従来例に係る一枚板のフィン４４ａ表面の温度差ΔＴを３等分に分割できる温度差ΔＴ／３の位置でフィン４４ａが分割されて第１放熱フィン群２４、３４、第２放熱フィン群２５、３５、第３放熱フィン群２６、３６が形成されるように、放熱フィン群間空隙２８−１、２８−２または放熱フィン群境界部３８−１、３８−２を位置づける。このように、温度差ΔＴ／３を示す位置に放熱フィン群間空隙２８−１、２８−２または放熱フィン群境界部３８−１、３８−２を設けると、フィンの表面温度が近い領域ごとに３つの放熱フィン群を形成できる。従って、十分な冷却能力を有する第１放熱フィン群２４、３４、第２放熱フィン群２５、３５のフィンピッチを放熱フィン群４４のフィンピッチよりも大きくでき、加えて第１放熱フィン群２４、３４のフィンピッチを冷却装置１の第１放熱フィン群４のフィンピッチよりも大きくできることで、第３放熱フィン群２６、３６中を通り抜ける冷却風の風量及び風速の低下をより一層抑えることができる。また、第１放熱フィン群２４、３４中を通り抜ける冷却風の風速が大きいので、第１放熱フィン群２４、３４における冷却風の温度上昇をより低減でき、冷却装置１よりも温度の低い冷却風を第２放熱フィン群２５、３５及び第３放熱フィン群２６、３６に供給できる。さらに、第１フィン２４ａ、３４ａの枚数を減らせるので冷却装置２１、３１の重量をさらに抑制できる。
【００５３】
このとき、第１実施形態例の冷却装置１と同様の理由から、フィン４４ａ表面の温度差ΔＴを３等分に分割できる温度差ΔＴ／３の位置に放熱フィン群間空隙２８−１、２８−２または放熱フィン群境界部３８−１、３８−２を設けると、第２放熱フィン群２５、３５の第２フィン２５ａ、３５ａの長さは、第１放熱フィン群２４、３４の第１フィン２４ａ、３４ａの長さよりも長くなり、第３放熱フィン群２６、３６の第３フィン２６ａ、３６ａの長さは、第２放熱フィン群２５、３５の第２フィン２５ａ、３５ａの長さよりも長くなる。
【００５４】
次に、本発明の冷却装置の使用方法を説明する。ここでは、本発明の上記実施形態例に係る冷却装置１、２１、３１が、移動体（例えば鉄道車両）に搭載した電気部品（例えば電力変換装置）を冷却する使用方法を例にとって説明する。鉄道車両の床下面には外部と遮断された電力制御用の筐体が固定され、筐体内には電力変換装置等、電力を制御するための各種電気部品が格納されている。これら電気部品は稼動時に発熱し、そのまま発熱を放置すると昇温して正常な作動ができなくなるばかりか、最悪の場合には素子が熱により破壊される可能性がある。そこで、これら電気部品を冷却する必要がある。
【００５５】
冷却装置１、２１、３１の受熱ブロック２、２２、３２裏面側に前記電気部品（以下、発熱素子という）を当接させて受熱ブロック２、２２、３２と熱的に接続する。発熱素子が格納された筐体内には、冷却装置１、２１、３１に冷却風を供給するためのファンが設置されている。フィンピッチの大きい第１放熱フィン群４、２４、３４を冷却風の風上側に向け、ファンからの冷却風が、第１放熱フィン群４、２４、３４中から、フィンピッチの小さい第２放熱フィン群５、２５、３５中へ、冷却装置２１、３１の場合、さらに最もフィンピッチの小さい第３放熱フィン群２６、３６中へと順次通り抜けるように冷却装置１、２１、３１を設置する。すなわち、ファンから送風された冷却風の流れ方向は、受熱ブロック２、２２、３２表面に対して平行状となっている。
【００５６】
冷却装置１、２１の場合、発熱素子から放出される熱は、まず、発熱素子と熱的に接続された受熱ブロック２、２２に広がっていき、受熱ブロック２、２２に広がった熱は、受熱ブロック２、２２に埋め込まれたヒートパイプ３、２３の底部、すなわち加熱部に伝達される。すると、ヒートパイプ３、２３の熱輸送系が作動し、加熱部に吸収された熱は、加熱部から延びているヒートパイプ３、２３の冷却部を介して、ファンから送風された冷却風の流れを受けている放熱フィン群へと伝達され、放熱フィン群から外部環境へと放出される。一方、ヒートパイプを備えていない冷却装置３１の場合、発熱素子から放出される熱は、発熱素子と熱的に接続された受熱ブロック３２に広がっていき、受熱ブロック３２に広がった熱は、ファンから送風された冷却風の流れを受けている放熱フィン群へと伝達され、放熱フィン群から外部環境へと放出される。
【００５７】
このように、放熱フィン群のフィンピッチは、冷却風の風上側から風下側へと順次小さくなっているので、風上側放熱フィン群中の通風量及び風速の低下を抑えることで風下側の冷却能力が向上する。このため、例えば鉄道車両の電力変換装置を冷却するために冷却装置を大きくしても、風上側から遠い発熱部も確実に冷却できる。なお、上記使用方法例では、冷却風はファンから供給されていたが、冷却装置１、２１、３１を筐体外に置く場合には、ファンを設置せずに走行風を冷却風に用いてもよい。
【００５８】
次に、本発明の冷却装置の製造方法例を説明する。第１実施形態例の冷却装置１及び第３実施形態例の冷却装置２１では、まず、受熱ブロック２、２２表面に、側面視Ｕ字状のヒートパイプ３、２３の底部を埋め込むことで受熱ブロック２、２２に複数のヒートパイプ３、２３を配置、固定する。フィン４ａ、５ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａには、ヒートパイプ３、２３のパイプの断面形状に対応した形状の孔部（図示せず）が、ヒートパイプ３、２３の配置に対応した位置に設けられているので、次に、受熱ブロック２、２２に固定されたヒートパイプ３、２３のうち風上側に位置する所定のヒートパイプ３、２３に、第１フィン４ａ、２４ａの孔部を嵌めて所定枚数の第１フィン４ａ、２４ａを備える第１放熱フィン群４、２４を作製する。そして、その風下側に位置する所定のヒートパイプ３、２３に、第２フィン５ａ、２５ａの孔部を嵌めて所定枚数の第２フィン５ａ、２５ａを備える第２放熱フィン群５、２５を作製する。冷却装置２１の場合には、さらに風下側に位置する所定のヒートパイプ２３に、第３フィン２６ａの孔部を嵌めて所定枚数の第３フィン２６ａを備える第３放熱フィン群２６を作製する。このように、受熱ブロック２、２２へ固定されたヒートパイプ３、２３にフィン４ａ、５ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａを取り付けることで本発明の冷却装置を製造する。
【００５９】
第２実施形態例の冷却装置３１は、図８（ａ）に示す第１放熱フィン群３４、同図（ｂ）に示す第２放熱フィン群３５及び同図（ｃ）に示す第３放熱フィン群３６を、金型を用いた押出成形にてそれぞれ作製する。そして、受熱ブロック３２表面に、冷却風の風上側から第１放熱フィン群３４、第２放熱フィン群３５、第３放熱フィン群３６の順に、各放熱フィン群を固定する。固定手段は慣用手段でよく、例えば、底面部３４ｃ、３５ｃ、３６ｃを受熱ブロック３２表面にビス留めする手段等がある。
【００６０】
次に、本発明のその他の実施態様例について説明する。上記各実施形態例では、放熱フィン群が２〜３つ設置されていたが、冷却条件等に応じて、４つ以上設置してもよい。上記各実施形態例では、放熱フィン群中のフィンは等間隔に配置されていたが、フィンの間隔に適宜変化を設けてもよい。風上側放熱フィン群のフィン間の空隙が風下側放熱フィン群のフィン間の空隙よりも広い態様であれば、フィンの間隔が等間隔でなくとも風下側の冷却能力を向上させる作用を奏する。上記各実施形態例では、側面視Ｕ字状のヒートパイプを用いたが、これに代えて、側面視Ｌ字状などを用いてもよい。
【００６１】
また、上記第１、第３実施形態例ではヒートパイプは受熱ブロック表面に対して鉛直方向に立設されていたが、これに代えて、ヒートパイプを受熱ブロック表面に対して適宜傾斜をつけて立設してもよい。例えば、特許文献１のように、受熱ブロックを垂直に設置する場合、ヒートパイプの冷却部が加熱部よりも高い位置となるように、受熱ブロック表面の鉛直方向に対して所定角度（例えば５〜１０°）の傾斜をつけてヒートパイプを設置してもよい。このように、ヒートパイプに所定の傾斜をつけることで、ヒートパイプの熱輸送量の低下を防止できる。
【００６２】
また、上記第１、第３実施形態例では、受熱ブロックにヒートパイプを立設したが、これに代えて、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、受熱ブロックに伝熱ブロックを立設した冷却装置１１としてもよい。すなわち、冷却装置１１では、受熱ブロック１２に、熱伝導性に優れた金属材料（例えば、アルミニウム）からなる柱状（例えば円柱状）の伝熱ブロック１３が、受熱ブロック１２表面に対して鉛直方向に複数立設されている。所定位置の伝熱ブロック１３に、第１フィン１４ａが、受熱ブロック１２表面に対して平行方向に複数取り付けられて第１放熱フィン群１４が形成される。また、所定位置の伝熱ブロック１３に、第２フィン１５ａが、受熱ブロック１２表面に対して平行方向に複数取り付けられて第２放熱フィン群１５が形成される。この態様では、発熱素子１５０−１、１５０−２、１５０−３から放出され受熱ブロック１２へ吸収された熱は、伝熱ブロック１３を介して第１フィン１４ａと第２フィン１５ａへ伝達され、第１フィン１４ａと第２フィン１５ａから外部環境へ放出される。このように、ヒートパイプに代えて熱伝導性に優れた柱状の金属材料を用いても冷却能力が向上する。
【００６３】
また、上記第１、第３実施形態例では、受熱ブロック表面に鉛直方向にヒートパイプを立設したが、これに代えて、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、受熱ブロック側面にヒートパイプを取り付けてもよい。すなわち、冷却装置１´では、受熱ブロック２´の側面に、該側面から外側へ延出した曲部と、該曲部から受熱ブロック２´の表面上側方向へ受熱ブロック２´表面に対し平行方向に延びた直線部とを有する正面視Ｊ字状のヒートパイプ３´が複数設けられている。所定位置のヒートパイプ３´に、第１フィン４ａ´が、受熱ブロック２´表面に対して鉛直方向に複数取り付けられて第１放熱フィン群４´が形成される。また、所定位置のヒートパイプ３´に、第２フィン５ａ´が、受熱ブロック２´表面に対して鉛直方向に複数取り付けられて第２放熱フィン群５´が形成される。この態様では、発熱素子５０´−１、５０´−２、５０´−３から放出され受熱ブロック２´へ吸収された熱は、ヒートパイプ３´を介して第１フィン４ａ´と第２フィン５ａ´へ伝達され、第１フィン４ａ´と第２フィン５ａ´から外部環境へ放出される。また、上記冷却装置１´では、図１２（ａ）に示すように、第１フィン４ａ´と第２フィン５ａ´は、いずれも受熱ブロック２´の表面に接触していない態様であるが、これに代えて、第１フィン４ａ´と第２フィン５ａ´の全てまたは一部が受熱ブロック２´の表面に接触した態様としてもよい。第１フィン４ａ´と第２フィン５ａ´を受熱ブロック２´の表面に接触させることにより、熱は、ヒートパイプ３´を介して第１フィン４ａ´と第２フィン５ａ´へ伝達されるのに加えて、受熱ブロック２´から直接第１フィン４ａ´と第２フィン５ａ´へ伝達される。
【００６４】
また、第２実施形態例では、各放熱フィン群は、複数枚のフィンを平板状の底面部に立設した構造であり、この底面部が受熱ブロックと直接接触していたが、これに代えて、図１３に示すように、フィンを受熱ブロック表面に直接立設させることでフィンと受熱ブロックを熱的に接続した冷却装置３１´としてもよい。すなわち、冷却装置３１´では、第１放熱フィン群３４´の第１フィン３４ａ´、第２放熱フィン群３５´の第２フィン３５ａ´は、受熱ブロック３２´表面に直接設けられている。第１フィン３４ａ´及び第２フィン３５ａ´の受熱ブロック３２´への固定方法は、特に限定されない。例えば、受熱ブロック３２´表面に第１フィン３４ａ´及び第２フィン３５ａ´嵌め込み用の溝を形成し、この溝に第１フィン３４ａ´及び第２フィン３５ａ´を嵌め込み、各フィン両側の受熱ブロック３２´表面を押圧治具で押圧し、かしめて固定する方法が挙げられる。この態様では、発熱素子３５０´−１、３５０´−２、３５０´−３から放出され受熱ブロック３２´へ吸収された熱は、受熱ブロック３２´と直接接触した第１フィン３４ａ´及び第２フィン３５ａ´へ伝達され、第１フィン３４ａ´と第２フィン３５ａ´から外部環境へ放出される。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
風上側放熱フィン群による冷却風の圧力損失が抑えられて風下側の冷却能力が向上することで、受熱ブロック全域について冷却能力の均一化を図ることができるので、大型の冷却装置、例えば、鉄道車両に搭載した電力変換装置等の発熱体を強制空冷で冷却する冷却装置などの分野で利用価値が高い。
【符号の説明】
【００６６】
１、１１、２１、３１ 冷却装置
１´、３１´ 冷却装置
２、１２、２２、３２ 受熱ブロック
２´、３２´ 受熱ブロック
３、２３ ヒートパイプ
３´ ヒートパイプ
４、１４、２４、３４ 第１放熱フィン群
４´、３４´ 第１放熱フィン群
４ａ、１４ａ、２４ａ、３４ａ 第１フィン
４ａ´、３４ａ´ 第１フィン
５、１５、２５、３５ 第２放熱フィン群
５´、３５´ 第２放熱フィン群
５ａ、２５ａ、３５ａ 第２フィン
５ａ´、３５ａ´ 第２フィン
２６、３６ 第３放熱フィン群
２６ａ、３６ａ 第３フィン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱素子を強制空冷で冷却する冷却装置に関し、より具体的には、鉄道車両、航空機、船舶等の移動体に搭載された電力変換装置等の電気部品を、強制空冷で冷却する冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷却装置として、図１４に示す筐体内の電気部品冷却装置（以下、従来例という）がある。この従来例は、平板状の受熱ブロック４２と、受熱ブロック４２の表面に複数立設された側面視Ｕ字形状のヒートパイプ４３と、ヒートパイプ４３へ受熱ブロック４２と平行な方向に取り付けられた複数のフィン４４ａを有する放熱フィン群４４とからなり、各フィン４４ａ間のフィンピッチが、いずれの部分も均一となるように形成されたものである（特許文献１）。
【０００３】
前記従来例の冷却装置４１では、フィン４４ａの寸法が冷却風の流れ方向に長い場合、フィン４４ａ間を流れる冷却風は、風下側へと進むにつれて流速が著しく低下してしまう。従って、従来例の冷却装置４１は、風下側と風上側とで冷却能力が大きく相違する。例えば、受熱ブロック４２に複数（図１４では、３個）の発熱素子４５０−１、４５０−２、４５０−３を熱的に接続し、冷却風を図１１の紙面の左から右の方向であって受熱ブロック４２表面に対して平行状に流した場合、最も風下側に配置された発熱素子４５０−３は、最も風上側に配置された発熱素子４５０−１と比較して、冷却されにくく温度の低下が抑えられてしまうという問題がある。
【０００４】
風下側の冷却能力を高めるためには、フィン４４ａの設置枚数を増加させたり、冷却風の風量を増やしたりする必要がある。しかし、フィン４４ａの枚数を増やすと冷却装置の寸法が大きくなり、重量も増してしまうという問題、さらには製造コストがかかってしまうという問題がある。また、冷却風の風量を増やすには、強力なファンを設ければよいが、このようなファンは大型なので設置場所の確保が難しく、さらにファンを駆動させるための消費電力も大きいという問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１１９７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記した従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、放熱フィンの設置枚数や冷却風の風量を増やさずに、風下側の冷却能力が向上した冷却装置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】
本発明の第１の態様は、発熱素子に熱的に接続された受熱ブロックと、前記受熱ブロックに熱的に接続されたフィンを複数有する放熱フィン群とを備え、前記受熱ブロックと平行な方向に冷却風の流れが設定された冷却装置であって、前記放熱フィン群が、前記冷却風の流れ方向に沿って複数縦列配置され、前記複数の放熱フィン群のうち、前記冷却風の風上側に配置された放熱フィン群のフィンピッチが、前記冷却風の風下側に配置された放熱フィン群のフィンピッチよりも大きいことを特徴とする冷却装置である。本発明の第２の態様は、発熱素子に熱的に接続された受熱ブロックと、前記受熱ブロックの表面に立設されたフィンを複数有する放熱フィン群とを備え、前記受熱ブロックと平行な方向に冷却風の流れが設定された冷却装置であって、前記放熱フィン群が、前記冷却風の流れ方向に沿って複数縦列配置され、前記複数の放熱フィン群のうち、前記冷却風の風上側に配置された放熱フィン群のフィンピッチが、前記冷却風の風下側に配置された放熱フィン群のフィンピッチよりも大きいことを特徴とする冷却装置である。
【０００８】
本発明の第３の態様は、発熱素子に熱的に接続された受熱ブロックと、前記受熱ブロックの表面に立設された複数のヒートパイプと、前記ヒートパイプへ前記受熱ブロックと平行な方向に取り付けられたフィンを複数有する放熱フィン群とを備え、前記受熱ブロックと平行な方向に冷却風の流れが設定された冷却装置であって、前記放熱フィン群が、前記冷却風の流れ方向に沿って複数縦列配置され、前記複数の放熱フィン群のうち、前記冷却風の風上側に配置された放熱フィン群のフィンピッチが、前記冷却風の風下側に配置された放熱フィン群のフィンピッチよりも大きいことを特徴とする冷却装置である。
【０００９】
上記した各態様では、複数の放熱フィン群が冷却風の流れ方向に対して平行またはほぼ平行に並べられ、さらに前記放熱フィン群を構成する各フィンの表面も冷却風の流れ方向に対して平行またはほぼ平行に取り付けられている。これにより、フィン間を冷却風が円滑に流れる構成となっている。同じ放熱フィン群を構成する各フィンのフィンピッチは同じまたはほぼ同じであるが、放熱フィン群ごとについてはフィンピッチが相違、つまり、放熱フィン群が異なれば隣接するフィン間のフィンピッチも異なる構成となっている。そして、冷却風の風上側に配置された放熱フィン群のフィンピッチは、冷却風の風下側に配置された放熱フィン群のフィンピッチよりも大きくなっている。
【００１０】
このように、風上側の放熱フィン群のフィンピッチを風下側の放熱フィン群のフィンピッチより大きくすることで、同一のファンを用いた場合には風上側放熱フィン群中を通り抜ける冷却風の風量及び風速の低下を防止でき、また冷却風の温度上昇も抑制できる。また、風上側での冷却風の温度上昇を抑えることができるので、より温度の低い冷却風を風下側放熱フィン群に供給できる。明細書中、「放熱フィン群」とは、各フィンを冷却風の流れ方向に対して垂直方向に複数並べたフィンの一群を意味する。
【００１１】
本発明の第４の態様は、前記風上側に配置された放熱フィン群のフィンピッチが、前記風下側に配置された放熱フィン群のフィンピッチの整数倍であることを特徴とする冷却装置である。隣接する放熱フィン群のフィンピッチを整数倍に設定することで、放熱フィン群間のフィンピッチの位相を揃えることが可能となり、放熱フィン群に沿って流れる冷却風のフィンによる圧力損失が抑えられる。
【００１２】
本発明の第５の態様は、前記風上側に配置された放熱フィン群のフィンの長さが、前記風下側に配置された放熱フィン群のフィンの長さよりも短いことを特徴とする冷却装置である。
【００１３】
本発明の第６の態様は、前記ヒートパイプが、側面視Ｕ字状またはＬ字状であることを特徴とする冷却装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の第１、第２、第３の態様によれば、風上側放熱フィン群による冷却風の圧力損失が抑えられて、風下側の放熱フィン群を通り抜ける冷却風の風量及び風速の低下を抑制できるので、風下側の冷却能力が向上し、風上側から風下側に至るまで冷却能力の均一化を図ることができる。このように、冷却能力の均一化を図ることができるので、フィンの長さが長い大型の冷却装置であっても風上側から風下側に至るまで確実に冷却能力を発揮できる。また、風上側放熱フィン群のフィン枚数が減ることで風上側における冷却風の温度上昇を抑えることができ、より温度の低い冷却風を風下側放熱フィン群に供給できる点からも、風下側の冷却能力を向上させることができる。風上側放熱フィン群はフィンピッチが大きい、すなわち、フィンの設置枚数を従来例より減らすことができるので、冷却装置の小型化、軽量化ができ、製造コストも低減できる。さらに、風下側の冷却能力向上のために、強力なファンを設置しなくてもよいので、設置場所を省スペース化でき、またファンを駆動させるための消費電力を低減させて環境負荷を抑えることができる。
【００１５】
本発明の第３の態様によれば、ヒートパイプを設けるので、上記各効果に加えて、風上側放熱フィン群から風下側放熱フィン群までを通じて冷却能力がさらに向上する。
【００１６】
本発明の第４の態様によれば、フィンによる冷却風の圧力損失を抑え、さらにそれぞれの放熱フィン群について、フィン間を流れる冷却風を均一化できるので、それぞれの放熱フィン群に冷却風を効率よく流すことができる。また、放熱フィン群に冷却風を効率よく流せるので、風下側放熱フィン群の冷却能力をより向上させることができ、車両の筐体内といった限られた空間でも確実に発熱素子を冷却できる。
【００１７】
本発明の第５の態様によれば、風上側放熱フィン群のフィンの長さが、風下側放熱フィン群のフィンの長さよりも短いので、冷却能力の高い風上側放熱フィン群を小型化、軽量化しつつ、風下側放熱フィン群の冷却能力を向上できる。また、風上側放熱フィン群及び風下側放熱フィン群のフィンの長さを適宜調整することで、冷却装置全体の冷却能力をより均一に近づけることができる。
【００１８】
本発明の第６の態様によれば、ヒートパイプの形状が側面視Ｕ字状またはＬ字状なので、フィンの取り付けが容易であり、またフィンの設置枚数及びフィンピッチを、冷却装置の運転条件に応じて適宜調節できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態例に係る冷却装置であって発熱素子を取り付けた状態の側面図である。
【図２】本発明の第１実施形態例に係る冷却装置の冷却風の流れを示す説明図である。
【図３】冷却装置の冷却風の流れを示す説明図である。
【図４】本発明の第１実施形態例に係る冷却装置の発熱素子上昇温度と従来例の冷却装置の発熱素子上昇温度との対比を示すグラフである。
【図５】放熱フィン群を２つ配置した場合の放熱フィン群間空隙の位置決め法を説明するグラフである。
【図６】本発明の第３実施形態例に係る冷却装置であって発熱素子を取り付けた状態の側面図である。
【図７】本発明の第２実施形態例に係る冷却装置であって発熱素子を取り付けた状態の側面図である。
【図８】（ａ）図は図７の第１放熱フィン群部についての断面の説明図、（ｂ）図は図７の第２放熱フィン群部についての断面の説明図、（ｃ）図は図７の第３放熱フィン群部についての断面の説明図である。
【図９】本発明の第３実施形態例に係る冷却装置の発熱素子上昇温度と従来例の冷却装置の発熱素子上昇温度との対比を示すグラフである。
【図１０】放熱フィン群を３つ配置した場合の放熱フィン群間空隙の位置決め法を説明するグラフである。
【図１１】（ａ）図は伝熱ブロックを用いた冷却装置であって発熱素子を取り付けた状態の正面図、（ｂ）図は伝熱ブロックを用いた冷却装置であって発熱素子を取り付けた状態の側面図である。
【図１２】（ａ）図は他の実施形態例に係るヒートパイプを用いた冷却装置であって発熱素子を取り付けた状態の正面図、（ｂ）図は他の実施形態例に係るヒートパイプを用いた冷却装置であって発熱素子を取り付けた状態の平面図である。
【図１３】本発明の他の実施形態例に係る冷却装置であって発熱素子を取り付けた状態の平面図である。
【図１４】従来例の冷却装置であって発熱素子を取り付けた状態の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明の第１実施形態例に係る冷却装置について図面を用いながら説明する。図１に示すように、本発明の第１実施形態例に係る冷却装置１は、ヒートパイプ式冷却装置であって、平板状の受熱ブロック２と、受熱ブロック２の表面に鉛直方向に取り付けられた複数の側面視Ｕ字状ヒートパイプ３と、ヒートパイプ３に取り付けられた第１放熱フィン群４及び第２放熱フィン群５とを備えている。第１放熱フィン群４は、複数枚（図１では１７枚）の第１フィン４ａからなり、この第１フィン４ａは矩形の薄板である。第２放熱フィン群５は、複数枚（図１では３３枚）の第２フィン５ａからなり、この第２フィン５ａは矩形の薄板である。
【００２１】
また、ヒートパイプ３が取り付けられていない側である受熱ブロック２裏面には、図１の左から右に、被冷却体である発熱素子５０−１、５０−２、５０−３が熱的に接続されている。
【００２２】
図１に示すように、第１放熱フィン群４は、１７枚の第１フィン４ａがそれぞれ受熱ブロック２表面に対して鉛直方向に等間隔に並べられ、さらに、いずれの第１フィン４ａも受熱ブロック２表面に対して平行となるように配置されている。従って、第１放熱フィン群４では、第１フィン４ａ間に、一定幅の１６個の空隙４ｂが受熱ブロック２表面に対して平行に伸びている。そして、第１放熱フィン群４中の空隙４ｂは、いずれも同一の幅となっている。
【００２３】
また、第２放熱フィン群５は、３３枚の第２フィン５ａがそれぞれ受熱ブロック２表面に対して鉛直方向に等間隔に並べられ、さらに、いずれの第２フィン５ａも受熱ブロック２表面に対して平行となるように配置されている。従って、第２放熱フィン群５では、第２フィン５ａ間に、空隙４ｂよりも狭い一定幅の３２個の空隙５ｂが受熱ブロック２表面に対して平行に伸びている。そして、第２放熱フィン群５中の空隙５ｂは、いずれも同一の幅となっている。
【００２４】
そして、受熱ブロック２に対して最も遠い位置に設けられた第１フィン４ａと受熱ブロック２に対して最も遠い位置に設けられた第２フィン５ａは、相互に同一平面上に配置されている。同様に、受熱ブロック２に対して最も近い位置に設けられた第１フィン４ａと受熱ブロック２に対して最も近い位置に設けられた第２フィン５ａは、相互に同一平面上に配置されている。第１放熱フィン群４の構成要素である各第１フィン４ａの形状・寸法は相互に同一であり、第１放熱フィン群４の側面部は、第１フィン４ａの縁部が揃った状態となっている。また、第２放熱フィン群５の構成要素である第２フィン５ａの形状・寸法は相互に同一であり、第２放熱フィン群５の側面部は、第２フィン５ａの縁部が揃った状態となっている。
【００２５】
第１実施形態例に係る冷却装置１では、冷却風が図１の左から右の方向に供給される。さらに、冷却風が、受熱ブロック２表面に対して平行または略平行に流れるように、すなわち、各第１フィン４ａ及び各第２フィン５ａの表面に対して平行または略平行に流れるように、冷却装置１は設置される。これにより、冷却風は、まず第１放熱フィン群４中を各第１フィン４ａに沿って通り抜け、第１放熱フィン群４中を通り抜けた冷却風は、次に、第２放熱フィン群５中に入り、第２放熱フィン群５中を各第２フィン５ａに沿って通り抜けるので、第１放熱フィン群４及び第２放熱フィン群５が冷却風の障壁となるのを防止できる。また、第１放熱フィン群４と第２放熱フィン群５との間には、放熱フィン群間空隙８が形成されている。この放熱フィン群間空隙８により、フィンは従来例のような一枚板のフィン４４ａではなく、第１フィン４ａと第２フィン５ａに分割された状態となって、第１放熱フィン群４と第２放熱フィン群５とが形成されている。
【００２６】
第１実施形態例に係る冷却装置１では、第１フィン４ａの寸法は、幅４８０ｍｍ、長さ３００ｍｍ、厚さ０．５ｍｍであり、第１フィン４ａの空隙４ｂは６．５ｍｍである。一方で、第２フィン５ａの幅は第１フィン４ａと同じ４８０ｍｍ、厚さも第１フィン４ａと同じ０．５ｍｍであるが、後述する理由から第２フィン５ａの長さは、第１フィン４ａよりも長い４９５ｍｍである。第２フィンの空隙５ｂは３ｍｍである。また、受熱ブロック２の寸法は、幅５００ｍｍ、長さ１０００ｍｍ、厚さ２５ｍｍであり、側面視Ｕ字状ヒートパイプ３の寸法は、パイプ径１５．８８ｍｍ、高さ２００ｍｍ、横幅１１５．８８ｍｍである。側面視Ｕ字状ヒートパイプ３のパイプの断面形状は円形である。放熱フィン群間空隙８の幅は、冷却能力に影響を生じさせない点から、できるだけ狭いものが好ましく、第１フィン４ａ端面と該第１フィン４ａ端面に対向する第２フィン５ａ端面とが当接してもよい。第１実施形態例に係る冷却装置１では、放熱フィン群間空隙８の幅は５ｍｍである。
【００２７】
上記第１フィン４ａ及び受熱ブロック２は、いずれも熱伝導性のよい金属材料の平板であり、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などで製造されている。ヒートパイプ３も、第１フィン４ａ及び受熱ブロック２と同様の金属材料で製造され、作動液には、コンテナ材料との適合性に合せた作動液が減圧状態で封入される。例えば、コンテナが銅である場合には、作動液は純水を用いている。
【００２８】
第１フィン４ａ及び第２フィン５ａの固定方法は特に限定されないが、冷却装置１では、第１フィン４ａ及び第２フィン５ａのそれぞれの所定位置に孔部（図示せず）が設けられており、この孔部にヒートパイプ３が嵌め差し込まれるように挿入されることで、第１フィン４ａ及び第２フィン５ａがヒートパイプ３を介して冷却装置１に固定されている。
【００２９】
次に、図２、図３を用いながら、第１実施形態例に係る冷却装置１について、第１フィン４ａと第２フィン５ａの配置関係を説明する。
【００３０】
第１フィン４ａと第２フィン５ａの配置関係は、第１フィン４ａ間の空隙４ｂが第２フィン５ａ間の空隙５ｂよりも大きい態様であれば、特に限定されない。前記態様であれば、第１放熱フィン群４による圧力損失を低減できるので第２放熱フィン群５を通り抜ける冷却風の風量及び風速の低下を抑えることができ、また、第１放熱フィン群４の第１フィン４ａの枚数を減らせることで第１放熱フィン群４を通り抜けた冷却風の温度上昇を抑制できるためである。
【００３１】
図２に示すように、第１実施形態例に係る冷却装置１では、第１放熱フィン群４と第２放熱フィン群５のフィンピッチが整数倍の関係（図２では、第１放熱フィン群４と第２放熱フィン群５のフィンピッチは２：１）に配置されている。さらに、第１放熱フィン群４と第２放熱フィン群５のフィンピッチの位相が揃っている。つまり、それぞれの第１フィン４ａの同一平面上には第２放熱フィン群５の第２フィン５ａが配置されており、さらに第１フィン４ａ間の空隙４ｂ幅の中間に相当する部位に、さらに１枚の第２フィン５ａが配置されている。このようなフィン配置とすることで、第２フィン５ａが、第１放熱フィン群４中を図面左から右に通り抜けた冷却風７の障壁となるのを防止し、冷却風７の風量及び風速が第２フィン５ａの圧力を受けて損失するのを抑えることができる。従って、第１放熱フィン群４中を通り抜けた冷却風７は、風下側に設けられた第２放熱フィン群５中に円滑に流れる構成となっている。
【００３２】
また、例えば、図３に示すように、第１放熱フィン群４と第２放熱フィン群５のフィンピッチを整数倍ではない関係（図３では第１放熱フィン群４と第２放熱フィン群５のフィンピッチは３：２）にしても、第２放熱フィン群５を抜ける冷却風７の風量及び風速の低下を抑えることができる。この態様は、第１放熱フィン群４と第２放熱フィン群５のフィンピッチの位相は揃っていない。つまり、第１フィン４ａの同一平面上に第２フィン５ａが配置されている構成と第１フィン４ａの同一平面上に第２フィン５ａが配置されていない構成が、交互に並んでいる。従って、図３のフィン配置の場合、第２放熱フィン群中に、冷却風７が円滑に流れる箇所と、第２フィンが障害となって冷却風７が流れにくい箇所とが生じる。
【００３３】
上記した第１フィン４ａと第２フィン５ａの配置関係のうち、第１放熱フィン群４中を通り抜けた冷却風７が第２フィン５ａによる圧力を受けて、第２放熱フィン群５中において風量及び風速が損失するのを防止する点で、第１放熱フィン群４と第２放熱フィン群５のフィンピッチが整数倍の関係でフィンピッチの位相が揃っている図２の配置が好ましい。
【００３４】
次に、図４を用いて、第１実施形態例に係る冷却装置１の受熱ブロック温度と従来例の冷却装置４１の受熱ブロック温度について説明する。なお、受熱ブロック温度は数値解析で求めたものである。数値解析に用いる第１実施形態例に係る冷却装置１の構成は、上記した構成と同じである。一方、従来例の冷却装置４１の構成は、フィン４４ａの長さは第１フィン４ａの長さと第２フィン５ａの長さと放熱フィン群間空隙８の幅を足したものとし、放熱フィン群４４のフィンピッチは第２放熱フィン群５のフィンピッチと同一とした以外は、数値解析に用いる冷却装置１と同じ構成である。各発熱素子５０−１、５０−２、５０−３、４５０−１、４５０−２、４５０−３からは均等に発熱して合計１１０００Ｗの熱量が受熱ブロック２、４２にそれぞれ入熱し、また、第１放熱フィン群４及び放熱フィン群４４の前面に当る冷却風はいずれも２０℃、風速５．８ｍ／ｓとした条件にて数値解析をおこなった。
【００３５】
図４に示すように、冷却装置１の受熱ブロック風上部の温度については従来例の冷却装置４１よりも若干上昇するものの、受熱ブロック中央部の温度は従来例と同等であり、受熱ブロック風下部の温度は従来例よりも低下している。このため、第１実施形態例の冷却装置１は、総重量を低減させつつ、風下側の冷却能力が向上して冷却能力の均一化を図ることができる。
【００３６】
次に、図５を用いて、第１実施形態例に係る冷却装置１の放熱フィン群間空隙８の位置決め法について説明する。なお、図５の線グラフは、従来例の冷却装置４１の放熱フィン群４４から適宜選択したフィン４４ａ表面の温度分布であり、図５中、「フィン先端」とは、冷却風の風上側に対向した側のフィンの端部を意味する。放熱フィン群間空隙８の位置、すなわち第１フィン４ａの長さと第２フィン５ａの長さの割合は、特に限定されず適宜選択できるが、風下側の冷却能力を向上させる点から、下記のように、フィン表面の温度分布に基づいて決定するのが好ましい。
【００３７】
図５に示すように、従来例である一枚板のフィン４４ａの表面温度は、冷却風の風上側から風下側へと移るにつれて上昇していく。そして、放熱フィン群間空隙８は、フィン４４ａ表面の最小温度と最大温度の中間の温度を示す位置に設ける。すなわち、フィン４４ａ表面の温度差ΔＴを等分に分割できる温度差ΔＴ／２の位置にてフィン４４ａが分割されて第１放熱フィン群４と第２放熱フィン群５が形成されるように、放熱フィン群間空隙８を位置づける。このように、中間温度を示す位置に放熱フィン群間空隙８を設けると、フィンの表面温度が近い領域ごとに２つの放熱フィン群を形成できる。従って、十分な冷却能力を有する第１放熱フィン群４のフィンピッチを放熱フィン群４４よりも大きくできることで、第２放熱フィン群５中を通り抜ける冷却風の風量及び風速の低下を抑えることができる。また、第１フィン４ａの枚数を減らせることで、第１放熱フィン群４における冷却風の温度上昇を低減でき、より温度の低い冷却風を第２放熱フィン群５に供給できる。さらに、第１フィン４ａの枚数を減らせるので、冷却装置１の重量を抑制できる。
【００３８】
また、図５の線グラフに示すように、フィン４４ａ表面の温度分布は風上側に近いほど急激に低下しており、温度分布とフィン先端からの距離との関係は直線状ではない。従って、フィン４４ａ表面の温度差ΔＴを等分に分割できる温度差ΔＴ／２の位置に放熱フィン群間空隙８を設けると、第２放熱フィン群５の第２フィン５ａの長さは、第１放熱フィン群４の第１フィン４ａの長さよりも長くなる。
【００３９】
次に、本発明の第３実施形態例に係る冷却装置について、図面を用いながら説明する。第１実施形態例の冷却装置１には２つの放熱フィン群が設けられていたが、これに代えて、図６に示すように、本発明の第３実施形態例に係る冷却装置２１は、３つの放熱フィン群が設けられている。第３実施形態例に係る冷却装置２１は、平板状の受熱ブロック２２と、受熱ブロック２２の表面に鉛直方向に取り付けられた側面視Ｕ字状のヒートパイプ２３と、ヒートパイプ２３に取り付けられた第１放熱フィン群２４、第２放熱フィン群２５及び第３放熱フィン群２６とを備えている。第１放熱フィン群２４は、複数枚（図６では９枚）の第１フィン２４ａからなる。第２放熱フィン群２５は、複数枚（図６では１７枚）の第２フィン２５ａからなる。第３放熱フィン群２６は、複数枚（図６では３３枚）の第３フィン２６ａからなる。すなわち、冷却装置２１の第２フィン２５ａの枚数は、冷却装置１の第１フィン４ａの枚数と同じであり、冷却装置２１の第３フィン２６ａの枚数は、冷却装置１の第２フィン５ａの枚数と同じである。第１フィン２４ａ、第２フィン２５ａ、第３フィン２６ａは、いずれも矩形の薄板である。そして、第１放熱フィン群２４と第２放熱フィン群２５の間に放熱フィン群間空隙２８−１が、第２放熱フィン群２５と第３放熱フィン群２６の間に放熱フィン群間空隙２８−２が形成されている。
【００４０】
また、ヒートパイプ２３が取り付けられていない側の受熱ブロック２２裏面に、被冷却体である発熱素子が、風上側から順に２５０−１、２５０−２、２５０−３と熱的に接続されている。
【００４１】
第１フィン２４ａ、第２フィン２５ａ及び第３フィン２６ａの配置関係は、第１フィン２４ａ間の空隙２４ｂが第２フィン２５ａ間の空隙２５ｂよりも大きく、第２フィン２５ａ間の空隙２５ｂが第３フィン２６ａ間の空隙２６ｂよりも大きい態様であれば特に限定されない。前記態様であれば、第１放熱フィン群２４による圧力損失を低減できるので第２放熱フィン群２５を通り抜ける冷却風の風量・風速の低下を抑えることができ、また第１フィン２４ａの枚数が減って第１放熱フィン群２４を通り抜けた冷却風の温度上昇を抑制できるとともに、さらに、第２放熱フィン群４による圧力損失を低減できるので第３放熱フィン群２６を通り抜ける冷却風の風量・風速の低下を抑えることができ、また第２フィン２５ａの枚数が減って第２放熱フィン群２５を通り抜けた冷却風の温度上昇を抑制できるためである。図６に示すように、第３実施形態例に係る冷却装置２１では、第１放熱フィン群２４と第２放熱フィン群２５のフィンピッチが整数倍の関係、かつ第２放熱フィン群２５と第３放熱フィン群２６のフィンピッチが整数倍の関係（図６では、第１放熱フィン群２４、第２放熱フィン群２５、第３放熱フィン群２６のフィンピッチは４：２：１）に配置されている。また、第１放熱フィン群２４、第２放熱フィン群２５及び第３放熱フィン群２６のフィンピッチの位相が揃っている。つまり、それぞれの第１フィン２４ａの同一平面上には第２放熱フィン群２５の第２フィン２５ａ及び第３放熱フィン２６群の第３フィン２６ａが配置され、さらに第１フィン２４ａ間の空隙２４ｂ幅を２等分する部位に第２フィン２５ａが、第１フィン２４ａ間の空隙２４ｂ幅を４等分する部位に第３フィン２６ａが配置されている。
【００４２】
このように、冷却装置１と同様のフィン配置とすることで、第２フィン２５ａ、第３フィン２６ａが、冷却風の流れの障壁となるのを防止し、冷却風の風量及び風速が第２フィン２５ａ、第３フィン２６ａの圧力を受けて損失するのを抑えることができる。従って、第１放熱フィン群２４中を通り抜けた冷却風が、第１放熱フィン群２４の風下側に配置された第２放熱フィン群２５中及び第２放熱フィン群２５の風下側に配置された第３放熱フィン群２６中に、円滑に流れて風下側の冷却能力がより向上する構成となっている。
【００４３】
次に、本発明の第２実施形態例に係る冷却装置について、図面を用いながら説明する。第１実施形態例の冷却装置１は、受熱ブロックに対し鉛直方向に立設されたヒートパイプへ受熱ブロックと平行状に取り付けられたフィンが、２つの放熱フィン群を形成していたが、これに代えて、図７、図８に示すように、本発明の第２実施形態例に係る冷却装置３１は、受熱ブロックに対して鉛直方向に立設された複数のフィンが、３つの放熱フィン群を形成しているヒートシンクである。第２実施形態例に係る冷却装置３１は、平板状の受熱ブロック３２と、受熱ブロック３２表面に取り付けられた第１放熱フィン群３４、第２放熱フィン群３５及び第３放熱フィン群３６とを備えている。
【００４４】
図８（ａ）に示すように、第１放熱フィン群３４は、複数枚（図８（ａ）では６枚）の第１フィン３４ａが平板状の底面部３４ｃに立設された構造となっている。いずれの第１フィン３４ａも底面部３４ｃに対して鉛直方向であって冷却風の流れ方向に対して第１フィン３４ａ表面が平行となるよう設けられ、そのフィンピッチは等間隔である。図８（ｂ）に示すように、第２放熱フィン群３５は、複数枚（図８（ｂ）では１１枚）の第２フィン３５ａが平板状の底面部３５ｃに立設された構造となっている。いずれの第２フィン３５ａも底面部３５ｃに対して鉛直方向であって冷却風の流れ方向に対して第２フィン３５ａ表面が平行となるように設けられ、そのフィンピッチは等間隔である。図８（ｃ）に示すように、第３放熱フィン群３６は、複数枚（図８（ｃ）では２１枚）の第３フィン３６ａが平板状の底面部３６ｃに立設された構造となっている。いずれの第３フィン３６ａも底面部３６ｃに対して鉛直方向であって冷却風の流れ方向に対して第３フィン３６ａ表面が平行となるように設けられ、そのフィンピッチは等間隔である。底面部３４ｃ、３５ｃ、３６ｃが受熱ブロック３２と熱的に接続されることで、第１放熱フィン群３４、第２放熱フィン群３５、第３放熱フィン群３６は受熱ブロック３２と熱的に接続される。
【００４５】
第２実施形態例に係る冷却装置３１では、フィンが設けられていない受熱ブロック３２裏面に、被冷却体である発熱素子が、冷却風の風上側から順に３５０−１、３５０−２、３５０−３と熱的に接続されている。
【００４６】
第１フィン３４ａ、第２フィン３５ａ及び第３フィン３６ａの配置関係は、第１フィン３４ａ間の空隙３４ｂが第２フィン３５ａ間の空隙３５ｂよりも大きく、第２フィン３５ａ間の空隙３５ｂが第３フィン３６ａ間の空隙３６ｂよりも大きい態様であれば特に限定されない。前記態様であれば、第２放熱フィン群３５及び第３放熱フィン群３６を通り抜ける冷却風の風量及び風速の低下を抑えることができ、また第１フィン３４ａ及び第２フィン３５ａの枚数が減って第１放熱フィン群３４及び第２放熱フィン群３５を通り抜けた冷却風の温度上昇を抑制できるためである。図８に示すように、第２実施形態例に係る冷却装置３１は、第３実施形態例の冷却装置２１と同様に、第１放熱フィン群３４と第２放熱フィン群３５のフィンピッチが整数倍の関係、かつ第２放熱フィン群３５と第３放熱フィン群３６のフィンピッチが整数倍の関係（図８では、第１放熱フィン群３４、第２放熱フィン群３５、第３放熱フィン群３６のフィンピッチは４：２：１）に配置されている。また、第１放熱フィン群３４、第２放熱フィン群３５及び第３放熱フィン群３６のフィンピッチの位相が揃っている。つまり、それぞれの第１フィン３４ａの同一平面上には第２放熱フィン群３５の第２フィン３５ａ及び第３放熱フィン３６群の第３フィン３６ａが配置され、さらに第１フィン３４ａ間の空隙３４ｂ幅を２等分する部位に第２フィン３５ａが、第１フィン３４ａ間の空隙３４ｂ幅を４等分する部位に第３フィン３６ａが配置されている。
【００４７】
このように、冷却装置２１と同様のフィン配置とすることで、第１放熱フィン群３４中を通り抜けた冷却風が、第１放熱フィン群３４の風下側に配置された第２放熱フィン群３５中及び第２放熱フィン群３５の風下側に配置された第３放熱フィン群３６中に、円滑に流れる構成となっている。
【００４８】
上記第２実施形態例に係る冷却装置３１は、冷却風の風量・風速の低下と冷却風の流れの乱れを防止するために、第１放熱フィン群３４と第２放熱フィン群３５とが接することで放熱フィン群境界部３８−１が形成され、第２放熱フィン群３５と第３放熱フィン群３６とが接することで放熱フィン群境界部３８−２が形成されている。放熱フィン群境界部３８−１、３８−２は、必要に応じて、第３実施形態例の冷却装置２１のように、適宜隣接する放熱フィン群を離して放熱フィン群間空隙としてもよい。
【００４９】
次に、図９を用いて、第３実施形態例に係る冷却装置２１の受熱ブロック温度と従来例の冷却装置４１の受熱ブロック温度について説明する。なお、受熱ブロック温度は、図４と同様の条件にて、数値解析で求めたものである。すなわち、数値解析に用いる第３実施形態例に係る冷却装置２１の構成は、上記した構成と同様である。従来例の冷却装置４１の構成は、フィン４４ａの長さは、第１フィン２４ａの長さ、第２フィン２５ａの長さ、第３フィン２６ａの長さ及び放熱フィン群間空隙２８−１、２８−２の幅をそれぞれ合算したものとし、放熱フィン群４４のフィンピッチは第３放熱フィン群２６と同一とした以外は、数値解析に用いる冷却装置２１と同じ構成とした。各発熱素子２５０−１、２５０−２、２５０−３、４５０−１、４５０−２、４５０−３からは均等に発熱して合計１１０００Ｗの熱量が受熱ブロック２２、４２にそれぞれ入熱し、また、第１放熱フィン群２４、放熱フィン群４４の前面に当る冷却風は２０℃、風速５．８ｍ／ｓとした条件にて数値解析をおこなった。なお、図９には、比較のため図４で示した冷却装置１のデータも併せて表示した。
【００５０】
図９に示すように、冷却装置２１の受熱ブロック風上部の温度については、従来例の冷却装置４１よりも上昇するものの、受熱ブロック中央部の温度は従来例とほぼ同等であり、受熱ブロック風下部の温度は従来例よりも低下している。また、第３実施形態例の冷却装置２１は、第１実施形態例の冷却装置１と比較して受熱ブロック風下部の温度がより低下している。このため、第３実施形態例の冷却装置２１は、相互にフィンピッチの相違する放熱フィン群を３つに増やすことで、冷却装置１よりも風下側の冷却能力が一層向上してより冷却能力の均一化を図ることができ、総重量もさらに低減させることができる。
【００５１】
次に、図１０を用いて、第３実施形態例に係る冷却装置２１の放熱フィン群間空隙２８−１、２８−２の位置決め法及び、第２実施形態例に係る冷却装置３１の放熱フィン群境界部３８−１、３８−２の位置決め法について説明する。なお、図１０の線グラフは、従来例の冷却装置４１の放熱フィン群４４から適宜選択したフィン４４ａ表面の温度分布であり、図１０中、「フィン先端」とは、冷却風の風上側に対向した側のフィンの端部を意味する。
【００５２】
放熱フィン群間空隙２８−１、２８−２の位置及び放熱フィン群境界部３８−１、３８−２の位置は、特に限定されず適宜選択できるが、風下側の冷却能力を向上させる点から、第１実施形態例の冷却装置１と同様に、フィン表面の温度分布に基づいて決定するのが好ましい。すなわち、従来例に係る一枚板のフィン４４ａ表面の温度差ΔＴを３等分に分割できる温度差ΔＴ／３の位置でフィン４４ａが分割されて第１放熱フィン群２４、３４、第２放熱フィン群２５、３５、第３放熱フィン群２６、３６が形成されるように、放熱フィン群間空隙２８−１、２８−２または放熱フィン群境界部３８−１、３８−２を位置づける。このように、温度差ΔＴ／３を示す位置に放熱フィン群間空隙２８−１、２８−２または放熱フィン群境界部３８−１、３８−２を設けると、フィンの表面温度が近い領域ごとに３つの放熱フィン群を形成できる。従って、十分な冷却能力を有する第１放熱フィン群２４、３４、第２放熱フィン群２５、３５のフィンピッチを放熱フィン群４４のフィンピッチよりも大きくでき、加えて第１放熱フィン群２４、３４のフィンピッチを冷却装置１の第１放熱フィン群４のフィンピッチよりも大きくできることで、第３放熱フィン群２６、３６中を通り抜ける冷却風の風量及び風速の低下をより一層抑えることができる。また、第１放熱フィン群２４、３４中を通り抜ける冷却風の風速が大きいので、第１放熱フィン群２４、３４における冷却風の温度上昇をより低減でき、冷却装置１よりも温度の低い冷却風を第２放熱フィン群２５、３５及び第３放熱フィン群２６、３６に供給できる。さらに、第１フィン２４ａ、３４ａの枚数を減らせるので冷却装置２１、３１の重量をさらに抑制できる。
【００５３】
このとき、第１実施形態例の冷却装置１と同様の理由から、フィン４４ａ表面の温度差ΔＴを３等分に分割できる温度差ΔＴ／３の位置に放熱フィン群間空隙２８−１、２８−２または放熱フィン群境界部３８−１、３８−２を設けると、第２放熱フィン群２５、３５の第２フィン２５ａ、３５ａの長さは、第１放熱フィン群２４、３４の第１フィン２４ａ、３４ａの長さよりも長くなり、第３放熱フィン群２６、３６の第３フィン２６ａ、３６ａの長さは、第２放熱フィン群２５、３５の第２フィン２５ａ、３５ａの長さよりも長くなる。
【００５４】
次に、本発明の冷却装置の使用方法を説明する。ここでは、本発明の上記実施形態例に係る冷却装置１、２１、３１が、移動体（例えば鉄道車両）に搭載した電気部品（例えば電力変換装置）を冷却する使用方法を例にとって説明する。鉄道車両の床下面には外部と遮断された電力制御用の筐体が固定され、筐体内には電力変換装置等、電力を制御するための各種電気部品が格納されている。これら電気部品は稼動時に発熱し、そのまま発熱を放置すると昇温して正常な作動ができなくなるばかりか、最悪の場合には素子が熱により破壊される可能性がある。そこで、これら電気部品を冷却する必要がある。
【００５５】
冷却装置１、２１、３１の受熱ブロック２、２２、３２裏面側に前記電気部品（以下、発熱素子という）を当接させて受熱ブロック２、２２、３２と熱的に接続する。発熱素子が格納された筐体内には、冷却装置１、２１、３１に冷却風を供給するためのファンが設置されている。フィンピッチの大きい第１放熱フィン群４、２４、３４を冷却風の風上側に向け、ファンからの冷却風が、第１放熱フィン群４、２４、３４中から、フィンピッチの小さい第２放熱フィン群５、２５、３５中へ、冷却装置２１、３１の場合、さらに最もフィンピッチの小さい第３放熱フィン群２６、３６中へと順次通り抜けるように冷却装置１、２１、３１を設置する。すなわち、ファンから送風された冷却風の流れ方向は、受熱ブロック２、２２、３２表面に対して平行状となっている。
【００５６】
冷却装置１、２１の場合、発熱素子から放出される熱は、まず、発熱素子と熱的に接続された受熱ブロック２、２２に広がっていき、受熱ブロック２、２２に広がった熱は、受熱ブロック２、２２に埋め込まれたヒートパイプ３、２３の底部、すなわち加熱部に伝達される。すると、ヒートパイプ３、２３の熱輸送系が作動し、加熱部に吸収された熱は、加熱部から延びているヒートパイプ３、２３の冷却部を介して、ファンから送風された冷却風の流れを受けている放熱フィン群へと伝達され、放熱フィン群から外部環境へと放出される。一方、ヒートパイプを備えていない冷却装置３１の場合、発熱素子から放出される熱は、発熱素子と熱的に接続された受熱ブロック３２に広がっていき、受熱ブロック３２に広がった熱は、ファンから送風された冷却風の流れを受けている放熱フィン群へと伝達され、放熱フィン群から外部環境へと放出される。
【００５７】
このように、放熱フィン群のフィンピッチは、冷却風の風上側から風下側へと順次小さくなっているので、風上側放熱フィン群中の通風量及び風速の低下を抑えることで風下側の冷却能力が向上する。このため、例えば鉄道車両の電力変換装置を冷却するために冷却装置を大きくしても、風上側から遠い発熱部も確実に冷却できる。なお、上記使用方法例では、冷却風はファンから供給されていたが、冷却装置１、２１、３１を筐体外に置く場合には、ファンを設置せずに走行風を冷却風に用いてもよい。
【００５８】
次に、本発明の冷却装置の製造方法例を説明する。第１実施形態例の冷却装置１及び第３実施形態例の冷却装置２１では、まず、受熱ブロック２、２２表面に、側面視Ｕ字状のヒートパイプ３、２３の底部を埋め込むことで受熱ブロック２、２２に複数のヒートパイプ３、２３を配置、固定する。フィン４ａ、５ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａには、ヒートパイプ３、２３のパイプの断面形状に対応した形状の孔部（図示せず）が、ヒートパイプ３、２３の配置に対応した位置に設けられているので、次に、受熱ブロック２、２２に固定されたヒートパイプ３、２３のうち風上側に位置する所定のヒートパイプ３、２３に、第１フィン４ａ、２４ａの孔部を嵌めて所定枚数の第１フィン４ａ、２４ａを備える第１放熱フィン群４、２４を作製する。そして、その風下側に位置する所定のヒートパイプ３、２３に、第２フィン５ａ、２５ａの孔部を嵌めて所定枚数の第２フィン５ａ、２５ａを備える第２放熱フィン群５、２５を作製する。冷却装置２１の場合には、さらに風下側に位置する所定のヒートパイプ２３に、第３フィン２６ａの孔部を嵌めて所定枚数の第３フィン２６ａを備える第３放熱フィン群２６を作製する。このように、受熱ブロック２、２２へ固定されたヒートパイプ３、２３にフィン４ａ、５ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａを取り付けることで本発明の冷却装置を製造する。
【００５９】
第２実施形態例の冷却装置３１は、図８（ａ）に示す第１放熱フィン群３４、同図（ｂ）に示す第２放熱フィン群３５及び同図（ｃ）に示す第３放熱フィン群３６を、金型を用いた押出成形にてそれぞれ作製する。そして、受熱ブロック３２表面に、冷却風の風上側から第１放熱フィン群３４、第２放熱フィン群３５、第３放熱フィン群３６の順に、各放熱フィン群を固定する。固定手段は慣用手段でよく、例えば、底面部３４ｃ、３５ｃ、３６ｃを受熱ブロック３２表面にビス留めする手段等がある。
【００６０】
次に、本発明のその他の実施態様例について説明する。上記各実施形態例では、放熱フィン群が２〜３つ設置されていたが、冷却条件等に応じて、４つ以上設置してもよい。上記各実施形態例では、放熱フィン群中のフィンは等間隔に配置されていたが、フィンの間隔に適宜変化を設けてもよい。風上側放熱フィン群のフィン間の空隙が風下側放熱フィン群のフィン間の空隙よりも広い態様であれば、フィンの間隔が等間隔でなくとも風下側の冷却能力を向上させる作用を奏する。上記各実施形態例では、側面視Ｕ字状のヒートパイプを用いたが、これに代えて、側面視Ｌ字状などを用いてもよい。
【００６１】
また、上記第１、第３実施形態例ではヒートパイプは受熱ブロック表面に対して鉛直方向に立設されていたが、これに代えて、ヒートパイプを受熱ブロック表面に対して適宜傾斜をつけて立設してもよい。例えば、特許文献１のように、受熱ブロックを垂直に設置する場合、ヒートパイプの冷却部が加熱部よりも高い位置となるように、受熱ブロック表面の鉛直方向に対して所定角度（例えば５〜１０°）の傾斜をつけてヒートパイプを設置してもよい。このように、ヒートパイプに所定の傾斜をつけることで、ヒートパイプの熱輸送量の低下を防止できる。
【００６２】
また、上記第１、第３実施形態例では、受熱ブロックにヒートパイプを立設したが、これに代えて、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、受熱ブロックに伝熱ブロックを立設した冷却装置１１としてもよい。すなわち、冷却装置１１では、受熱ブロック１２に、熱伝導性に優れた金属材料（例えば、アルミニウム）からなる柱状（例えば円柱状）の伝熱ブロック１３が、受熱ブロック１２表面に対して鉛直方向に複数立設されている。所定位置の伝熱ブロック１３に、第１フィン１４ａが、受熱ブロック１２表面に対して平行方向に複数取り付けられて第１放熱フィン群１４が形成される。また、所定位置の伝熱ブロック１３に、第２フィン１５ａが、受熱ブロック１２表面に対して平行方向に複数取り付けられて第２放熱フィン群１５が形成される。この態様では、発熱素子１５０−１、１５０−２、１５０−３から放出され受熱ブロック１２へ吸収された熱は、伝熱ブロック１３を介して第１フィン１４ａと第２フィン１５ａへ伝達され、第１フィン１４ａと第２フィン１５ａから外部環境へ放出される。このように、ヒートパイプに代えて熱伝導性に優れた柱状の金属材料を用いても冷却能力が向上する。
【００６３】
また、上記第１、第３実施形態例では、受熱ブロック表面に鉛直方向にヒートパイプを立設したが、これに代えて、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、受熱ブロック側面にヒートパイプを取り付けてもよい。すなわち、冷却装置１´では、受熱ブロック２´の側面に、該側面から外側へ延出した曲部と、該曲部から受熱ブロック２´の表面上側方向へ受熱ブロック２´表面に対し平行方向に延びた直線部とを有する正面視Ｊ字状のヒートパイプ３´が複数設けられている。所定位置のヒートパイプ３´に、第１フィン４ａ´が、受熱ブロック２´表面に対して鉛直方向に複数取り付けられて第１放熱フィン群４´が形成される。また、所定位置のヒートパイプ３´に、第２フィン５ａ´が、受熱ブロック２´表面に対して鉛直方向に複数取り付けられて第２放熱フィン群５´が形成される。この態様では、発熱素子５０´−１、５０´−２、５０´−３から放出され受熱ブロック２´へ吸収された熱は、ヒートパイプ３´を介して第１フィン４ａ´と第２フィン５ａ´へ伝達され、第１フィン４ａ´と第２フィン５ａ´から外部環境へ放出される。また、上記冷却装置１´では、図１２（ａ）に示すように、第１フィン４ａ´と第２フィン５ａ´は、いずれも受熱ブロック２´の表面に接触していない態様であるが、これに代えて、第１フィン４ａ´と第２フィン５ａ´の全てまたは一部が受熱ブロック２´の表面に接触した態様としてもよい。第１フィン４ａ´と第２フィン５ａ´を受熱ブロック２´の表面に接触させることにより、熱は、ヒートパイプ３´を介して第１フィン４ａ´と第２フィン５ａ´へ伝達されるのに加えて、受熱ブロック２´から直接第１フィン４ａ´と第２フィン５ａ´へ伝達される。
【００６４】
また、第２実施形態例では、各放熱フィン群は、複数枚のフィンを平板状の底面部に立設した構造であり、この底面部が受熱ブロックと直接接触していたが、これに代えて、図１３に示すように、フィンを受熱ブロック表面に直接立設させることでフィンと受熱ブロックを熱的に接続した冷却装置３１´としてもよい。すなわち、冷却装置３１´では、第１放熱フィン群３４´の第１フィン３４ａ´、第２放熱フィン群３５´の第２フィン３５ａ´は、受熱ブロック３２´表面に直接設けられている。第１フィン３４ａ´及び第２フィン３５ａ´の受熱ブロック３２´への固定方法は、特に限定されない。例えば、受熱ブロック３２´表面に第１フィン３４ａ´及び第２フィン３５ａ´嵌め込み用の溝を形成し、この溝に第１フィン３４ａ´及び第２フィン３５ａ´を嵌め込み、各フィン両側の受熱ブロック３２´表面を押圧治具で押圧し、かしめて固定する方法が挙げられる。この態様では、発熱素子３５０´−１、３５０´−２、３５０´−３から放出され受熱ブロック３２´へ吸収された熱は、受熱ブロック３２´と直接接触した第１フィン３４ａ´及び第２フィン３５ａ´へ伝達され、第１フィン３４ａ´と第２フィン３５ａ´から外部環境へ放出される。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
風上側放熱フィン群による冷却風の圧力損失が抑えられて風下側の冷却能力が向上することで、受熱ブロック全域について冷却能力の均一化を図ることができるので、大型の冷却装置、例えば、鉄道車両に搭載した電力変換装置等の発熱体を強制空冷で冷却する冷却装置などの分野で利用価値が高い。
【符号の説明】
【００６６】
１、１１、２１、３１ 冷却装置
１´、３１´ 冷却装置
２、１２、２２、３２ 受熱ブロック
２´、３２´ 受熱ブロック
３、２３ ヒートパイプ
３´ ヒートパイプ
４、１４、２４、３４ 第１放熱フィン群
４´、３４´ 第１放熱フィン群
４ａ、１４ａ、２４ａ、３４ａ 第１フィン
４ａ´、３４ａ´ 第１フィン
５、１５、２５、３５ 第２放熱フィン群
５´、３５´ 第２放熱フィン群
５ａ、２５ａ、３５ａ 第２フィン
５ａ´、３５ａ´ 第２フィン
２６、３６ 第３放熱フィン群
２６ａ、３６ａ 第３フィン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱素子に熱的に接続された受熱ブロックと、前記受熱ブロックに熱的に接続されたフィンを複数有する放熱フィン群とを備え、前記受熱ブロックと平行な方向に冷却風の流れが設定された冷却装置であって、
前記放熱フィン群が、前記冷却風の流れ方向に沿って複数縦列配置され、前記複数の放熱フィン群のうち、前記冷却風の風上側に配置された放熱フィン群のフィンピッチが、前記冷却風の風下側に配置された放熱フィン群のフィンピッチよりも大きいことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
発熱素子に熱的に接続された受熱ブロックと、前記受熱ブロックの表面に立設されたフィンを複数有する放熱フィン群とを備え、前記受熱ブロックと平行な方向に冷却風の流れが設定された冷却装置であって、
前記放熱フィン群が、前記冷却風の流れ方向に沿って複数縦列配置され、前記複数の放熱フィン群のうち、前記冷却風の風上側に配置された放熱フィン群のフィンピッチが、前記冷却風の風下側に配置された放熱フィン群のフィンピッチよりも大きいことを特徴とする冷却装置。
【請求項３】
発熱素子に熱的に接続された受熱ブロックと、前記受熱ブロックの表面に立設された複数のヒートパイプと、前記ヒートパイプへ取り付けられたフィンを複数有する放熱フィン群とを備え、前記受熱ブロックと平行な方向に冷却風の流れが設定された冷却装置であって、
前記放熱フィン群が、前記冷却風の流れ方向に沿って複数縦列配置され、前記複数の放熱フィン群のうち、前記冷却風の風上側に配置された放熱フィン群のフィンピッチが、前記冷却風の風下側に配置された放熱フィン群のフィンピッチよりも大きいことを特徴とする冷却装置。
【請求項４】
前記風上側に配置された放熱フィン群のフィンピッチが、前記風下側に配置された放熱フィン群のフィンピッチの整数倍であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記風上側に配置された放熱フィン群のフィンの長さが、前記風下側に配置された放熱フィン群のフィンの長さよりも短いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記ヒートパイプが、側面視Ｕ字状またはＬ字状であることを特徴とする請求項３に記載の冷却装置。
【請求項１】
発熱素子に熱的に接続された受熱ブロックと、前記受熱ブロックに熱的に接続されたフィンを複数有する放熱フィン群とを備え、前記受熱ブロックと平行な方向に冷却風の流れが設定された冷却装置であって、
前記放熱フィン群が、前記冷却風の流れ方向に沿って複数縦列配置され、前記複数の放熱フィン群のうち、前記冷却風の風上側に配置された放熱フィン群のフィンピッチが、前記冷却風の風下側に配置された放熱フィン群のフィンピッチよりも大きいことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
発熱素子に熱的に接続された受熱ブロックと、前記受熱ブロックの表面に立設されたフィンを複数有する放熱フィン群とを備え、前記受熱ブロックと平行な方向に冷却風の流れが設定された冷却装置であって、
前記放熱フィン群が、前記冷却風の流れ方向に沿って複数縦列配置され、前記複数の放熱フィン群のうち、前記冷却風の風上側に配置された放熱フィン群のフィンピッチが、前記冷却風の風下側に配置された放熱フィン群のフィンピッチよりも大きいことを特徴とする冷却装置。
【請求項３】
発熱素子に熱的に接続された受熱ブロックと、前記受熱ブロックの表面に立設された複数のヒートパイプと、前記ヒートパイプへ取り付けられたフィンを複数有する放熱フィン群とを備え、前記受熱ブロックと平行な方向に冷却風の流れが設定された冷却装置であって、
前記放熱フィン群が、前記冷却風の流れ方向に沿って複数縦列配置され、前記複数の放熱フィン群のうち、前記冷却風の風上側に配置された放熱フィン群のフィンピッチが、前記冷却風の風下側に配置された放熱フィン群のフィンピッチよりも大きいことを特徴とする冷却装置。
【請求項４】
前記風上側に配置された放熱フィン群のフィンピッチが、前記風下側に配置された放熱フィン群のフィンピッチの整数倍であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記風上側に配置された放熱フィン群のフィンの長さが、前記風下側に配置された放熱フィン群のフィンの長さよりも短いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記ヒートパイプが、側面視Ｕ字状またはＬ字状であることを特徴とする請求項３に記載の冷却装置。
【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】
【公開番号】特開２０１１−１８１８８２（Ｐ２０１１−１８１８８２Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１４３５７（Ｐ２０１０−１１４３５７）
【出願日】平成２２年５月１８日（２０１０．５．１８）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１８日（２０１０．５．１８）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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