(57)【要約】      （修正有）【課題】ステータを効率的冷却すると共に、ステータ表面に結露を発生させることのない発熱体冷却方法を提供する。【解決手段】ステータＭを密閉室１１内に収納し、真空ポンプ１２により、目標冷却温度（５０℃）より所定温度低い第１温度（３０℃）における水の飽和蒸気圧に密閉室１１内を調整する第１工程と、ステータＭの表面温度をモニタしながら、ステータＭに噴霧ノズル１５によりミストを噴霧する第２工程と、ステータＭの表面温度が目標冷却温度（５０℃）に到達したときに、噴霧ノズル１５によるミストの噴霧を停止する第３工程と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体を密閉空間に収納し、調圧ポンプにより、目標冷却温度より所定温度低い第１温度における水の飽和蒸気圧に前記密閉空間を調整する第１工程と、
前記発熱体の表面温度をモニタしながら、前記発熱体に噴霧ノズルによりミストを噴霧する第２工程と、
前記発熱体の表面温度が前記目標冷却温度に到達したときに、前記噴霧ノズルによるミストの噴霧を停止する第３工程と、
を有することを特徴とする発熱体冷却方法。
【請求項２】
請求項１に記載する発熱体冷却方法において、
前記目標冷却温度と前記第１温度との中間にある第２温度に到達したときに、前記噴霧ノズルによるミストの噴霧を停止することを特徴とする発熱体冷却方法。
【請求項３】
発熱体を収納する密閉空間と、
目的冷却温度より所定温度低い第１温度における水の飽和蒸気圧に前記密閉空間を調整する調圧ポンプと、
発熱体の表面温度を検出する温度計と、
発熱体にミストを噴霧する噴霧ノズルと、
前記温度計が検出した温度が、前記目標冷却温度に到達したときに、前記噴霧ノズルによるミストの噴霧を停止する制御手段と、
を有することを特徴とする発熱体冷却装置。
【請求項４】
請求項３に記載する発熱体冷却装置において、
前記制御装置が、前記目標冷却温度と前記第１温度との中間にある第２温度に到達したときに、前記噴霧ノズルによるミストの噴霧を停止することを特徴とする発熱体冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、加熱状態にある発熱体を冷却する発熱体冷却方法、及び発熱体冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車用モータのステータの製造工程において、ステータコアに導線を巻回した後、樹脂により全体をモールドすることにより、ステータを製造することが行われている。その場合に、モールド直後では、ステータの温度は、１５０℃程度である。これを５０℃以下に冷却する必要がある。次工程にステータを移動するときに、作業者等の安全を考慮しているためである。
従来、送風冷却を行っていたが、その方法では、ステータが５０℃以下となるのに、２０分以上の時間がかかり問題であった。
一方、冷却効率を上げる方法として、微細な水滴であるミストを発熱体に噴霧して、その気化熱を利用する方法が知られている。
例えば、特許文献１には、吸込みファン等の気流によりミストを駆動形部品に付着させ、気化熱を奪うことにより、効率的に冷却を行う方法が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開2004-264103号公報
【特許文献２】特開平07-243742号公報
【特許文献３】特開2006-046974号公報
【特許文献４】特開2008-004310号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された発明では、次のような問題があった。
すなわち、余分なミストを与えた場合に、発熱体であるステータの表面（外部金属端子等）に結露や濡れが残り、それにより錆が発生する恐れがあった。
【０００５】
この発明は上記問題点を解決するためのものであって、発熱体を効率的冷却すると共に、発熱体表面に結露を発生させることのない発熱体冷却方法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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の発熱体冷却方法、及び発熱体冷却装置は、次のような構成を有している。
（１）発熱体を密閉空間に収納し、調圧ポンプにより、目標冷却温度より所定温度低い第１温度における水の飽和蒸気圧に密閉空間を調整する第１工程と、発熱体の表面温度をモニタしながら、発熱体に噴霧ノズルによりミストを噴霧する第２工程と、発熱体の表面温度が目標冷却温度に到達したときに、噴霧ノズルによるミストの噴霧を停止する第３工程と、を有する。
（２）（１）に記載する発熱体冷却方法において、前記目標冷却温度と前記第１温度との中間にある第２温度に到達したときに、前記噴霧ノズルによるミストの噴霧を停止することを特徴とする。
【０００７】
（３）発熱体を収納する密閉空間と、目的冷却温度より所定温度低い第１温度における水の飽和蒸気圧に密閉空間を調整する調圧ポンプと、発熱体の表面温度を検出する温度計と、発熱体にミストを噴霧する噴霧ノズルと、温度計が検出した温度が、目標冷却温度に到達したときに、噴霧ノズルによるミストの噴霧を停止する制御手段と、を有する。
（４）（３）に記載する発熱体冷却装置において、前記制御装置が、前記目標冷却温度と前記第１温度との中間にある第２温度に到達したときに、前記噴霧ノズルによるミストの噴霧を停止することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
次に、上記構成を有する本発明の発熱体冷却方法、及び発熱体冷却装置の作用・効果について説明する。
（１）発熱体であるステータを密閉空間に収納する。ステータは、モールド成形された直後であり、約１５０℃である。第１工程においては、調圧ポンプ（真空ポンプ、エジェクタ等）により、目標冷却温度（例えば、５０℃）より所定温度低い第１温度（例えば、２０度低い３０℃）における水の飽和蒸気圧に密閉空間を調整する。
次に、第２工程においては、熱電対、サーモメータ等の温度計によりステータの表面温度をモニタしながら、ステータ表面に噴霧ノズルからミストを噴霧する。ステータの表面に接触したミストは、密閉空間が３０℃における水の飽和蒸気圧に調整されているため、瞬間的に加熱され蒸発する。ミストが蒸発するときに、ステータから気化熱を奪うため、ステータが冷却される。
次に、第３工程においては、ステータの表面温度が目標冷却温度に到達したときに、噴霧ノズルによるミストの噴霧を停止する。
以上の方法によれば、密閉空間内は、常に３０℃における水の飽和蒸気圧に調整されているので、ステータの表面温度が５０℃近くまで冷却された状態になっても、ミストは、加熱されることにより、気化して水蒸気となるため、ステータの表面に結露や濡れが発生することがない。
【０００９】
（２）（１）に記載する発熱体冷却方法において、目標冷却温度（例えば、５０℃）と第１温度（例えば、２０度低い３０℃）との中間にある第２温度（例えば、４０℃）に到達したときに、噴霧ノズルによるミストの噴霧を停止している。（１）の方法では、ステータの表面温度は５０℃になっているが、内部の温度は未だ、５０℃より高い温度である。その状態でミストの噴霧を停止すると、停止した後内部の熱が表面に伝熱されることにより、表面温度が高くなるため、ステータの表面温度が目標温度である５０℃よりも上昇する恐れがある。
そこで、ステータの表面温度が第２温度である４０℃になるまで、ミストを噴霧することにより、ミストの噴霧を停止した後、内部の熱が表面に伝熱されても、ステータの表面温度を５０℃以下とすることができる。
この場合においても、密閉空間内は、常に３０℃における水の飽和蒸気圧に調整されているので、ステータの表面温度が４０℃近くまで冷却された状態になっても、ミストは、加熱されることにより、気化して水蒸気となるため、ステータの表面に結露や濡れが発生することがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明における発熱体冷却方法、及び発熱体冷却装置を具体化した一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１に、発熱体冷却装置の全体構成を示す。密閉空間を形成する密閉室１１内に、発熱体であるステータＭを搬入して置く。発熱体Ｍの表面には、表面温度を測定するための熱電対１４が取り付けられている。密閉室１１の上部には、複数（本実施例では、７本）の噴霧ノズル１５が付設されている。噴霧ノズル１５の裏側には、ファン１７が付設されている。ファン１７は、噴霧ノズル１５で発生したミストをステータＭに送風する役割を果たしている。
複数の噴霧ノズル１５は、ステータＭの表面に万遍なくミストを噴霧できる方向ように配置されている。噴霧ノズル１５及びファン１７は、ミストを発生させるミスト制御装置１３に接続している。ファン１７は、噴霧ノズル１５と連動して動くようにしている。密閉室１１は、調圧ポンプである真空ポンプ１２に接続している。真空ポンプ１２により、密閉室１１内の気圧が制御される。
熱電対１４、ミスト制御装置１３、及び真空ポンプ１２は、制御装置１６に電気的に接続している。
【００１１】
図２に、発熱体冷却方法の第１工程を示す。ステータは、約１５０℃の表面温度を有する状態でロボットにより、密閉室１１内に置かれる。密閉室１１を密閉した後、制御装置１６は、真空ポンプ１２により、密閉空間から空気を吸引する。
図８に水の飽和蒸気圧のデータを示す。横軸が温度（℃）であり、縦軸が飽和蒸気圧（ｋＰａ）である。大気圧（１０１ｋＰａ）では、水沸点は、１００℃であるが、真空（５ｋＰａ）では、約３２℃である。
第１工程においては、図４に示すように、真空ポンプ１２により、目標冷却温度である５０℃より所定温度、本実施例では２０度、低い第１温度（本実施例では、３０℃）における水の飽和蒸気圧（約４ｋＰａ）に密閉室１１内を調整する。
４、５ｋＰａ程度の真空は大気圧に近い低真空なので、真空ポンプ１２により、速やかに実現できる。
【００１２】
次に、発熱体冷却方法の第２工程を図３に示す。第２工程においては、熱電対１４によりステータＭの表面温度をモニタしながら、ステータの表面に噴霧ノズル１５からミストを噴霧する。ミストの水粒子径は、本実施例では、１０〜３０μｍとしている。水量は、３５リットル／時間としている。また、噴霧のタイミングは、連続噴霧としている。本実施例では、ステータＭの表面にミストを連続的に噴霧しているが、冷却条件によっては、ミストを間欠的に噴霧しても良い。
ステータＭの表面に接触したミストは、密閉空間が３０℃における飽和蒸気圧（約４ｋＰａ）に調整されているため、瞬間的に加熱され蒸発する。すなわち、密閉室１１内は、約４ｋＰａの気圧に維持されているので、乾燥状態にあるため、加熱されると瞬間的に蒸発するのである。
そして、ミストが蒸発するときに、ステータから気化熱を奪うため、ステータが冷却される。図５に、ステータＭの温度変化を矢印で示している。
【００１３】
次に、第３工程においては、図５に示すように、ステータＭの表面温度が目標冷却温度５０℃より１０度低い４０℃に到達したときに、制御装置１６は、噴霧ノズル１５によるミストの噴霧を停止する。
目標温度である５０℃より、１０度低い温度までステータＭの表面を冷却しているのは、ミストの噴霧を停止した後も、ステータＭの内部に残留している熱がステータＭの表面まで伝熱されるため、ステータＭの表面温度が上昇するが、ミストを停止していると、冷却がほとんどできないため、ステータＭの表面温度が５０℃を超えてしまう。４０℃まで冷却した後で、ミストを停止した場合には、ステータＭ内部の熱が伝熱されても、ステータＭの表面温度が５０℃を超えることがない。また、図６に示すように、ミストの噴霧を停止する４０℃と、密閉室１１内の気圧を３０℃の飽和蒸気圧に維持することより、３０℃と４０℃の間が、結露防止のための結露防止安全域を構成している。また、４０℃と５０℃の間が、潜熱での再上昇を含めた目標冷却温度域を構成している。
【００１４】
本実施例による実験の結果を図７に示す。横軸が時間（単位秒）経過を示し、縦軸がステータＭの表面温度を示す。ステータＭの表面の複数個所で温度変化を測定した実験結果を示す。最も高い温度の箇所においても、３００秒で、４０℃以下まで温度が低下している。
実験の結果によれば、１５０℃のステータＭを、５０℃まで冷却するのに、従来約２０分かかっていたのが、本実施例によれば、約５分（３００秒）に短縮することができた。
【００１５】
以上詳細に説明したように、本実施例の発熱体冷却方法、及び発熱体冷却装置によれば、ステータＭを密閉室１１に収納し、真空ポンプ１２により、目標冷却温度である５０℃より所定温度である２０度低い第１温度である３０℃における水の飽和蒸気圧に密閉室１１を調整する第１工程と、ステータＭの表面温度をモニタしながら、ステータＭに噴霧ノズル１５によりミストを噴霧する第２工程と、ステータＭの表面温度が目標冷却温度５０℃に到達したときに、噴霧ノズル１５によるミストの噴霧を停止する第３工程と、を有するので、密閉室１１内は、常に３０℃における水の飽和蒸気圧（約４ｋＰａ）に調整されているので、ステータの表面温度が５０℃近くまで冷却された状態になっても、ミストは、加熱されることにより、気化して水蒸気となるため、ステータの表面に結露や濡れが発生することがない。
【００１６】
また、目標冷却温度である５０℃と、第１温度である３０℃との中間にある第２温度である４０℃に到達したときに、噴霧ノズル１５によるミストの噴霧を停止しているので、ミストの噴霧を停止した後、ステータＭの内部の熱が表面に伝熱されても、ステータＭの表面温度を５０℃以下とすることができる。
この場合においても、密閉室１１内は、常に３０℃における水の飽和蒸気圧（約４ｋＰａ）に調整されているので、ステータの表面温度が４０℃近くまで冷却された状態になっても、ミストは、加熱されることにより、気化して水蒸気となるため、ステータの表面に結露や濡れが発生することがない。
【００１７】
なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。
例えば、本実施例では、温度計として熱電対１４を使用しているが、ステータＭから放射される熱をサーモメータにより測定しても良い。
また、本実施例では、ミストを連続的に噴霧しているが、ミストを間欠的に噴霧しても良い。それにより、ステータＭの表面温度に、結露が発生しないことを確認しながら、ステータＭを冷却することができる。すなわち、ステータＭの表面の冷却が急激すぎて、ステータＭの内部の熱が表面に伝熱されるのが遅い場合にも対応可能である。ただし、本実施例の場合には、間欠制御は不要であった。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例である発熱体冷却装置の構成を示す図である。
【図２】発熱体冷却方法の第１工程を示す図である。
【図３】発熱体冷却方法の第２工程を示す図である。
【図４】ステータＭの目標冷却温度と水の飽和蒸気圧との関係を示す図である。
【図５】ステータＭの温度変化を示す図である。
【図６】ステータＭの結露防止安全域を示す図である。
【図７】実験結果を示す図である。
【図８】水の飽和蒸気圧を示す図である。
【符号の説明】
【００１９】
１１  密閉室
１２  真空ポンプ
１３  ミスト制御装置
１４  熱電対
１５  噴霧ノズル
１６  制御装置
１７  ファン
Ｍ    ステータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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