JP2021034556A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸発器を備える冷却装置において、蒸発器から液体冷媒が排出されることを防止すると共に、蒸発器の圧力変動による変形を抑止可能とする。【解決手段】電子部品Ｄから受熱して液体冷媒の一部を蒸気へ相変化させる蒸発器２と、蒸気を冷却して凝縮させることで液体冷媒へ相変化させる凝縮器と、液体冷媒を凝縮器から蒸発器２に圧送するポンプとを備える冷却装置であって、蒸発器２が、液体冷媒が内部空間に供給されると共に内部空間から蒸気を排出する排出口２ａ６を有するハウジング２ａと、ハウジング２ａの内部空間における蒸気の流れ方向にて排出口２ａ６の手前に立設された液滴侵入防止壁２ｄとを備え、液滴侵入防止壁２ｄが、ハウジング２ａの内壁面に当接されている。【選択図】図２

Description

本発明は、冷却装置に関するものである。

電気自動車やハイブリッド車には、大電流を扱うためのパワーモジュールが搭載されている。このようなパワーモジュールには、発熱量が大きな電子部品が多数設けられている。このため、発熱量の大きな電子部品を冷却するための冷却装置を設置する必要がある。例えば、特許文献１には、冷媒を蒸発させ、冷媒の潜熱によって電子部品を冷却する冷却装置が開示されている。

特開２０１５−２２０３６３号公報

特許文献１に開示された冷却装置は、内部空間にて冷媒が蒸発される蒸発器を備えており、蒸発器の外部に配置された電子部品を冷却している。ところが、蒸発器の内部で発生した蒸気には液体状の冷媒の液滴が含まれている。このような液体冷媒の液滴が蒸発することなく蒸発器の外部に排出されると、排出された液体冷媒の潜熱が電子部品の冷却に寄与しないこととなり、冷却装置の冷却効率を低下させることになる。また、蒸発器の内部圧力は、冷媒の蒸発状態によって変動する。このような圧力変動によって、蒸発器が変形を繰り返し、蒸発器の破損や電子部品の剥離等が発生する恐れがある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、蒸発器を備える冷却装置において、蒸発器から液体冷媒が排出されることを防止すると共に、蒸発器の圧力変動による変形を抑止可能とすることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。

第１の発明は、電子部品から受熱して液体冷媒の一部を蒸気へ相変化させる蒸発器と、上記蒸気を冷却して凝縮させることで上記液体冷媒へ相変化させる凝縮器と、上記液体冷媒を上記凝縮器から上記蒸発器に圧送するポンプとを備える冷却装置であって、上記蒸発器が、上記液体冷媒が内部空間に供給されると共に上記内部空間から上記蒸気を排出する排出部を有するハウジングと、上記ハウジングの内部空間における上記蒸気の流れ方向にて上記排出部の手前に立設された液滴侵入防止壁とを備え、上記液滴侵入防止壁が、上記ハウジングの内壁面に当接されているという構成を採用する。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記ハウジングの外壁面に上記電子部品が配置され、上記外壁面の法線方向から見て、上記液滴侵入防止壁が、上記ハウジングの上記電子部品が配置される領域と上記排出部との間に配置されているという構成を採用する。

第３の発明は、上記第２の発明において、上記電子部品が配置される領域に対応して上記ハウジングの上記内部空間に配置され、上記液体冷媒との接触面積を拡張する表面積拡張部材を備えるという構成を採用する。

本発明によれば、液滴侵入防止壁によって、蒸気に含まれて排出部に向かう液体冷媒の液滴が排出部に侵入することが防止されるため、液体冷媒の潜熱を電子部品の冷却に有効利用することができ、冷却効率を向上させることが可能となる。また、本発明によれば、液滴侵入防止壁がハウジングの内壁面に当接されている。このため、液滴侵入防止壁が支えることによって、ハウジングが変形することを抑止し、蒸発器の破損や電子部品の剥離等が発生することを防止することができる。

本発明の第１実施形態における冷却装置の概略構成を示す模式図である。 本発明の第１実施形態における冷却装置が備える蒸発器の概略構成図であり、（ａ）が背面側から見た縦断面図であり、（ｂ）が（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第２実施形態における冷却装置が備える蒸発器の背面側から見た概略構成を示す縦断面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る冷却装置の一実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本第１実施形態の冷却装置１の概略構成を示す模式図である。本実施形態の冷却装置１は、例えば電気自動車やハイブリッド車等に搭載され、パワーコントロールユニットに設けられた電子部品Ｄを冷却する。図１に示すように、本実施形態の冷却装置１は、蒸発器２と、凝縮器３と、循環配管４と、ポンプ５とを備えている。

蒸発器２は、電子部品Ｄから受熱して液体冷媒Ｘの一部を蒸気Ｙに相変化させるものである。なお、以下の説明においては、電子部品Ｄが配置される側を蒸発器２の正面側とする。図２は、本実施形態の冷却装置１が備える蒸発器２の概略構成図であり、（ａ）が背面側から見た縦断面図であり、（ｂ）が（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

図２に示すように、蒸発器２は、ハウジング２ａと、案内配管２ｂと、表面積拡張部材２ｃと、ガイド壁２ｄとを備えている。ハウジング２ａは、正面側から見た投影面積が、側面側から見た投影面積よりも広く設定された略直方体形状の容器である。なお、図１に示すように、本実施形態においては、正面側から見たハウジング２ａの後述する排出口２ａ６が上方を向くように蒸発器２が縦置きされている。ただし、蒸発器２は、正面側から見たハウジング２ａの排出口２ａ６が水平方向を向く横置き等の他の姿勢で配置することも可能である。

このような容器からなるハウジング２ａは、中空であり、内部空間が液体冷媒Ｘを蒸発させるための空間とされている。このハウジング２ａは、図２（ｂ）に示すように、正側と背面側とを結ぶ方向にて、一定の隙間を空けて対向配置された正面壁２ａ１と背面壁２ａ２とを備えている。また、ハウジング２ａは、図２（ａ）に示すように、幅方向に一定の隙間を空けて対向配置された一対の側壁２ａ３と、高さ方向に一定の隙間を空けて対向配置された上壁２ａ４と底壁２ａ５とを有している。

ハウジング２ａの上壁２ａ４の幅方向における中央部には、ハウジング２ａの内部空間からハウジング２ａの外部空間へ蒸気Ｙを排出するための排出口２ａ６（排出部）が設けられている。つまり、蒸発器２は、蒸気Ｙを外部に排出するための排出口２ａ６が上部に設けられている。また、ハウジング２ａの底壁２ａ５には、液体冷媒Ｘをハウジング２ａの内部空間に取り入れるための供給口２ａ７が設けられている。

なお、排出口２ａ６を設ける位置は上壁２ａ４に限られるものではなく、供給口２ａ７を設ける位置は底壁２ａ５に限られるものではない。例えば、排出口２ａ６を背面壁２ａ２の上部に設け、供給口２ａ７を背面壁２ａ２の下部に設けることも可能である。

また、本実施形態においては、正面壁２ａ１の外壁面が、電子部品Ｄの配置領域とされている。例えば、電子部品Ｄは、正面壁２ａ１の外壁面に当接された状態で配置され、自らが発生させた熱を蒸発器２に伝達することで冷却される。なお、図２に示すように、正面壁２ａ１の外壁面には、電子部品Ｄが複数配置されている。

案内配管２ｂは、供給口２ａ７と表面積拡張部材２ｃとを接続する配管であり、供給口２ａ７を介してハウジング２ａに供給された液体冷媒Ｘを表面積拡張部材２ｃまで案内する。表面積拡張部材２ｃは、ハウジング２ａの内部に配置されており、電子部品Ｄの配置領域に合わせて正面壁２ａ１の内壁面に当接して設けられている。つまり、本実施形態において表面積拡張部材２ｃは、正面壁２ａ１の外壁面に配置される電子部品Ｄと同数設けられている。

これらの表面積拡張部材２ｃは、内部に複数の流路が形成されたマイクロチャネルや、多孔質な焼結体によって形成されており、液体冷媒Ｘと蒸発器２との接触面積を拡大させるものである。つまり、表面積拡張部材２ｃの表面積は、表面積拡張部材２ｃが配置される正面壁２ａ１の表面積よりも大きい。このため、表面積拡張部材２ｃを設けることによって、正面壁２ａ１が直接的に液体冷媒Ｘと接触する場合と比較して、液体冷媒Ｘとの接触面積を拡大させ、電子部品Ｄの冷却効率を向上させることができる。

なお、案内配管２ｂ及び表面積拡張部材２ｃを設けない構成を採用することも可能である。また、案内配管２ｂ及び表面積拡張部材２ｃのうち案内配管２ｂを設けない構成を採用することも可能である。

液滴侵入防止壁２ｄは、ハウジング２ａの内部空間にて、排出口２ａ６の下方に配置されている。この液滴侵入防止壁２ｄは、排出口２ａ６と電子部品Ｄが配置される領域との間にて、水平方向に沿って延びるように形成された板状の壁部である。なお、本実施形態においては、蒸発器２のハウジング２ａの内部にて蒸気Ｙは、主として、下方から上方に向かって流れる。つまり、このようなハウジング２ａ内の蒸気Ｙの流れ方向（鉛直方向）にて、液滴侵入防止壁２ｄは、排出口２ａ６の手前に立設されている。

液滴侵入防止壁２ｄは、ハウジング２ａの背面壁２ａ２の内壁面から立設されており、背面壁２ａ２側の端面が背面壁２ａ２と一体化されている。また、液滴侵入防止壁２ｄの背面壁２ａ２から高さ寸法は、背面壁２ａ２の内壁面から正面壁２ａ１の内壁面までの距離に一致されている。このため、液滴侵入防止壁２ｄの正面壁２ａ１側の端面は、正面壁２ａ１の内壁面に対して当接されている。つまり、本実施形態において液滴侵入防止壁２ｄは、ハウジング２ａの内壁面に当接されている。

このような液滴侵入防止壁２ｄは、蒸気Ｙに含まれて排出口２ａ６に向かう液体冷媒Ｘの液滴が排出口２ａ６に侵入することを防止する。蒸気Ｙに含まれた液体冷媒Ｘの液滴は、液滴侵入防止壁２ｄと衝突することによって堰き止められる。本実施形態では、液滴侵入防止壁２ｄが排出口２ａ６の下方に配置されているため、液滴侵入防止壁２ｄで止められた液滴は、重力の作用によって落下することで、蒸発器２の下方に液体冷媒Ｘに戻される。

また、液滴侵入防止壁２ｄは、背面壁２ａ２の強度を向上させる補強リブとして機能すると共に、正面壁２ａ１を内部空間の内側から支持することによって正面壁２ａ１が内部空間に向けて凹むことを防止する。つまり、液滴侵入防止壁２ｄは、内部空間の内部の圧力変動によって、正面壁２ａ１及び背面壁２ａ２が変形することを防止する。

図１に戻り、凝縮器３は、循環配管４を介して蒸発器２と接続されており、蒸発器２から排出された蒸気Ｙを凝縮させることによって液体冷媒Ｘへ相変化させる。このような凝縮器３は、例えば外気との熱交換によって蒸気Ｙを冷却することで凝縮させる。循環配管４は、環状の流路配管であり、蒸発器２の排出口（ハウジング２ａの排出口２ａ６）と凝縮器３の供給口とを接続すると共に、凝縮器３の排出口と蒸発器２の供給口（ハウジング２ａの供給口２ａ７）とを接続している。ポンプ５は、凝縮器３の排出口と蒸発器２の供給口との間に配置されており、循環配管４を介して、液体冷媒Ｘを凝縮器３から蒸発器２に向けて圧送する。

このような構成の本実施形態の冷却装置１では、ポンプ５によって凝縮器３から蒸発器２に液体冷媒Ｘが供給されると、液体冷媒Ｘが電子部品Ｄの熱によって気化されて蒸気Ｙとなる。このような液体冷媒Ｘから蒸気Ｙへの相変化に伴う潜熱によって電子部品Ｄが冷却される。

蒸発器２で発生した蒸気Ｙは、ハウジング２ａの排出口２ａ６から蒸発器２の外部に排出され、循環配管４を介して凝縮器３に供給される。凝縮器３に供給された蒸気Ｙは、凝縮器３で凝縮されることで液体冷媒Ｘに相変化し、再びポンプ５によって蒸発器２に供給される。

以上のような本実施形態の冷却装置１は、電子部品Ｄから受熱して液体冷媒Ｘの一部を蒸気Ｙへ相変化させる蒸発器２と、蒸気Ｙを冷却して凝縮させることで液体冷媒Ｘへ相変化させる凝縮器３と、液体冷媒Ｘを凝縮器３から蒸発器２に圧送するポンプ５とを備えている。また、本実施形態の冷却装置１は、蒸発器２が、液体冷媒Ｘが内部空間に供給されると共に内部空間から蒸気Ｙを排出する排出口２ａ６を有するハウジング２ａと、ハウジング２ａの内部空間における蒸気Ｙの流れ方向にて排出口２ａ６の手前に立設された液滴侵入防止壁２ｄとを備え、液滴侵入防止壁２ｄが、ハウジング２ａの内壁面に当接されている。

本実施形態の冷却装置１によれば、液滴侵入防止壁２ｄによって、蒸気Ｙに含まれて排出口２ａ６に向かう液体冷媒Ｘの液滴が排出口２ａ６に侵入することが防止されるため、液体冷媒Ｘの潜熱を電子部品Ｄの冷却に有効利用することができ、冷却効率を向上させることが可能となる。また、本実施形態の冷却装置１によれば、液滴侵入防止壁２ｄがハウジング２ａの内壁面に当接されている。このため、液滴侵入防止壁２ｄが支えることによって、ハウジング２ａが変形することを抑止し、蒸発器の破損や電子部品の剥離等が発生することを防止することができる。よって、本実施形態の冷却装置１によれば、液体冷媒Ｘの有効利用により冷却効率が向上されると共に、蒸発器２の圧力変動による変形を抑止することが可能となる。

また、本実施形態の冷却装置１においては、ハウジング２ａの外壁面に電子部品Ｄが配置され、外壁面の法線方向から見て、液滴侵入防止壁２ｄは、ハウジング２ａの電子部品Ｄが配置される領域と排出口２ａ６との間に配置されている。つまり、本実施形態の冷却装置１においては、多くの蒸気Ｙが通過する領域であって排出口２ａ６に近接した領域にて蒸気Ｙから液体冷媒Ｘの液滴を除去することができる。したがって、本実施形態の冷却装置１によれば、少ない液滴侵入防止壁２ｄで効率的に液体冷媒Ｘが排出口２ａ６に侵入することを防止することが可能となる。

また、本実施形態の冷却装置１においては、電子部品Ｄが配置される領域に対応してハウジング２ａの内部空間に配置され、液体冷媒Ｘとの接触面積を拡張する表面積拡張部材２ｃを備えている。このため、電子部品Ｄと液体冷媒Ｘとの熱交換を促進し、電子部品Ｄの冷却効率を向上させることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図３を参照して説明する。なお、本実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図３は、本実施形態の冷却装置が備える蒸発器２を背面側から見た概略構成を示す縦断面図である。この図に示すように、本実施形態において蒸発器２は、ガイド壁２ｅを備えている。ガイド壁２ｅは、ハウジング２ａの内部で発生した蒸気Ｙを排出口２ａ６に向けて案内する板状の壁部である。本実施形態においては、ガイド壁２ｅは、排出口２ａ６を中心として放射状に複数配列されている。つまり、各々のガイド壁２ｅは、排出口２ａ６を中心とする放射状の仮想線に沿った直線状に延びた形状とされている。本実施形態においては、全てのガイド壁２ｅが、最も排出口２ａ６の近くに位置する電子部品Ｄの配置領域（電子部品Ｄが配置される領域）と排出口２ａ６との間に配置されている。

各々のガイド壁２ｅは、ハウジング２ａの背面壁２ａ２の内壁面から立設されており、背面壁２ａ２側の端面が背面壁２ａ２と一体化されている。また、各々のガイド壁２ｅの背面壁２ａ２から高さ寸法は、背面壁２ａ２の内壁面から正面壁２ａ１の内壁面までの距離に一致されている。このため、各々のガイド壁２ｅの正面壁２ａ１側の端面は、正面壁２ａ１の内壁面に対して当接されている。つまり、本実施形態においてガイド壁２ｅは、ハウジング２ａの内壁面に当接されている。

このようなガイド壁２ｅは、電子部品Ｄの熱によって液体冷媒Ｘが気化することで発生した蒸気Ｙを排出口２ａ６に向けて案内する。また、ガイド壁２ｅは、背面壁２ａ２の強度を向上させる補強リブとして機能すると共に、正面壁２ａ１を内部空間の内側から支持することによって正面壁２ａ１が内部空間に向けて凹むことを防止する。つまり、ガイド壁２ｅは、内部空間の内部の圧力変動によって、正面壁２ａ１及び背面壁２ａ２が変形することを防止する。

本実施形態の冷却装置によれば、ハウジング２ａの内部空間にて液体冷媒Ｘが蒸発することで発生した蒸気Ｙが、ガイド壁２ｅによって、ハウジング２ａの排出口２ａ６に向けて案内される。このため、蒸気Ｙが排出口２ａ６に向かって流れ、効率的に蒸気Ｙが排出口２ａ６からハウジング２ａの外部に排出される。したがって、ハウジング２ａの内部の蒸気Ｙを円滑に排出し、ハウジング２ａの内部に円滑に液体冷媒Ｘを供給することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記第１実施形態においては、液滴侵入防止壁２ｄを１つのみ備える構成を採用した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、液滴侵入防止壁２ｄを複数備える構成を採用することも可能である。

また、上記第２実施形態においては、ガイド壁２ｅを複数備える構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ガイド壁２ｅを１つのみ備える構成を採用することも可能である。

１……冷却装置、２……蒸発器、２ａ……ハウジング、２ａ１……正面壁、２ａ２……背面壁、２ａ３……側壁、２ａ４……上壁、２ａ５……底壁、２ａ６……排出口（排出部）、２ａ７……供給口、２ｂ……案内配管、２ｃ……表面積拡張部材、２ｄ……液滴侵入防止壁、２ｅ……ガイド壁、３……凝縮器、４……循環配管、５……ポンプ、Ｄ……電子部品、Ｘ……液体冷媒、Ｙ……蒸気

Claims (3)

1. 電子部品から受熱して液体冷媒の一部を蒸気へ相変化させる蒸発器と、
   前記蒸気を冷却して凝縮させることで前記液体冷媒へ相変化させる凝縮器と、
   前記液体冷媒を前記凝縮器から前記蒸発器に圧送するポンプと
   を備える冷却装置であって、
   前記蒸発器は、
   前記液体冷媒が内部空間に供給されると共に前記内部空間から前記蒸気を排出する排出部を有するハウジングと、
   前記ハウジングの内部空間における前記蒸気の流れ方向にて前記排出部の手前に立設された液滴侵入防止壁とを備え、
   前記液滴侵入防止壁は、前記ハウジングの内壁面に当接されている
   ことを特徴とする冷却装置。
2. 前記ハウジングの外壁面に前記電子部品が配置され、
   前記外壁面の法線方向から見て、前記液滴侵入防止壁は、前記ハウジングの前記電子部品が配置される領域と前記排出部との間に配置されている
   ことを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
3. 前記電子部品が配置される領域に対応して前記ハウジングの前記内部空間に配置され、前記液体冷媒との接触面積を拡張する表面積拡張部材を備えることを特徴とする請求項２記載の冷却装置。

Images