(57)【要約】      （修正有）【課題】簡易な構成で冷却性能を容易に可変できる沸騰冷却装置を提供する。【解決手段】底板１４の冷媒流路と冷却フィン１８との間にスリット板１６を配置する。冷媒流路から供給された冷媒はスリット板１６の開口を通過して冷却フィン１８に供給される。スリット板１６のスリットの幅あるいは開口面積を増減して調整することで、冷媒流路から冷却フィン１８に供給される冷媒流量を変化させ、冷却装置の部位毎に冷却性能を変化させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
沸騰冷却装置であって、
冷媒流路と、
前記冷媒流路から供給された冷媒により発熱体を冷却する冷却フィンと、
前記冷媒流路と前記冷却フィンとの間に配置され、前記冷却フィンに供給される前記冷媒の供給量を調整するスリット板と、
を有することを特徴とする沸騰冷却装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記スリット板は、部位により異なる開口面積を有することを特徴とする沸騰冷却装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、
前記スリット板は、装置の中央部において開口面積が相対的に大きく、装置の端部において開口面積が相対的に小さいことを特徴とする沸騰冷却装置。
【請求項４】
請求項２記載の装置において、
前記スリット板は、前記冷媒流路の上流側において開口面積が相対的に小さく、下流側において開口面積が相対的に大きいことを特徴とする沸騰冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は沸騰冷却装置に関し、特に沸騰・二相流（気液二相流）を用いた冷却装置における冷却性能の改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、強制対流下の沸騰・二相流を用いた冷却装置が開発されており、ハイブリッド車両のインバータ冷却システム等に適用されている。
【０００３】
特許文献１には、冷媒流路を有する冷却用基体とその上に実装される複数のパワー半導体とで構成され、パワー半導体素子の実装位置を最適に定めて冷媒の温度上昇を適切化し、冷却効率を高めたパワー半導体モジュールが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、沸騰冷却において、モジュールの上部（下流域）の放熱性能低下を防止する沸騰冷却装置が開示されており、パワー半導体からの授熱によりモジュールの下部（上流域）で発生した蒸気がモジュールの上部（下流域）へ進入することを隔壁等で防止することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１２７２２号公報
【特許文献２】特開平９−２３０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
沸騰・二相流を用いた冷却装置は、相変化による潜熱輸送を利用した高効率な熱伝達方式であり、蒸気圧曲線に沿って飽和温度が圧力に依存するので、液体温度制御が一定範囲で可能であり、冷却面温度との温度差を調整できるので負荷変動への追従性において利点をもつ等の効果があるが、装置の適用箇所を考慮して１つの装置内で冷却性能を意図的に異ならせる必要が生じる場合が少なくないが、その都度フィン形状やピッチを変更して対応するのではコスト増加を招く問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、簡易な構成で冷却性能を容易に可変にできる沸騰冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、沸騰冷却装置であって、冷媒流路と、前記冷媒流路から供給された冷媒により発熱体を冷却する冷却フィンと、前記冷媒流路と前記冷却フィンとの間に配置され、前記冷却フィンに供給される前記冷媒の供給量を調整するスリット板とを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明において、前記スリット板は、部位により異なる開口面積を有してもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、スリット板を介在させるだけで、簡易に冷媒の供給量を調整して冷却性能を変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態の斜視図である。
【図２】実施形態の分解斜視図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】スリット板の説明図である。
【図５】他の実施形態の斜視図である。
【図６】他の実施形態のスリット板の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
図１に、本実施形態における沸騰冷却装置１の外観斜視図を示す。沸騰・二相流を用いた冷却装置であり、冷媒が供給される冷媒入口１０、及び発生した蒸気と余剰凝縮液を排出する蒸気排出口１２を備える。本実施形態における沸騰冷却装置１は垂直置きあるいは水平置きのいずれでもよく、例えばハイブリッド車両のパワー素子ユニット（ＩＧＢＴモジュール）を冷却するシステムの構成要素として用いられる。冷媒入口１０は沸騰冷却装置１の底板（あるいは裏蓋）の一方の縁部の２カ所に所定間隔をおいて突出形成されており、蒸気排出口１２は底板の他方の縁部の１カ所に形成される。冷媒はポンプ等により冷媒入口１０から強制対流させる。冷媒は、２カ所の入口１０から冷媒流路を通過し、冷媒流路から冷却フィンに供給される。そして、冷媒はフィンの間を通過して発熱体を冷却し、蒸気となって蒸気排出口１２から排出される。冷却フィン１２は伝熱面積を増大させるものであり、フィン間を両側面と底面の三面加熱の狭あい流路として構成する。冷媒はフィン間流路を通過し、フィン間狭あい流路によって発生する気泡を扁平化させ、通過する扁平気泡による薄液膜蒸発を促進することにより高い熱伝達係数を得ることができる。また、直接冷却面に冷媒を供給することで、液体の枯渇によるバーンアウトを防ぎ、核沸騰の除熱限界となる限界熱流速を増大させることができる。
【００１４】
図２に、沸騰冷却装置１の分解斜視図を示す。沸騰冷却装置１は、底板１４、スリット板１６、冷却フィン１８、枠２０及び天板２２を有する。底板１４はプレスで一体成形され、上記のように冷媒入口１０及び蒸気排出口１２を備える。底板１４が発熱体であるパワー素子ユニット等に当接して冷却する。冷却フィン１８は複数（図の領域（図では２領域）に分割され、それぞれがチャネルを形成するマルチチャネルフィンである。冷却フィン１８は伝熱面積を増大させるものであり、フィン間を両側面と底面の三面加熱の狭あい流路として構成する。冷媒はフィン間流路を通過し、フィン間狭あい流路によって発生する気泡を扁平化させ、通過する扁平気泡による薄液膜蒸発を促進することにより高い熱伝達係数を得ることができる。また、直接冷却面に冷媒を供給することで、液体の枯渇によるバーンアウトを防ぎ、核沸騰の除熱限界となる限界熱流速を増大させることができる。底板１４と枠２０、天板２２は一体ロウ付けされる。
【００１５】
一方、底板１４の冷媒流路と冷却フィン１８との間に、スリット板１６が配置される。このスリット板１６は、底板１４の冷媒流路に沿い、左右の冷媒流路にそれぞれ対応して２個配置される。スリット板１６の長手方向に沿って略中央部分に開口（スリット）が形成され、冷媒流路に供給される冷媒はこの開口を通過して冷却フィン１８に供給される。
スリット板１６も底板１４の長さに準じてプレスで一体形成される。スリット板１６は底板１４と嵌合する凹凸部あるいは係合部を有していてもよい。スリット板１６の厚さは任意である。スリット板１６は、底板１４と冷却フィン１８との間に配置されるが、スリット板１６の開口（スリット）を介して冷媒である冷却液が冷却フィン１８に供給されるため、開口位置は正確に位置決めされる必要がある。このため、底板１４あるいは冷却フィン１８のいずれかに、位置決め用の係止部材を設けることが好適である。
【００１６】
図３に、図１のＡ−Ａ断面を示す。底板１４と枠２０と天板２２はロウ付けされ、底板１４にプレス等で一体成形された冷媒流路１７と冷却フィン１８との間にスリット板１６が配置される。スリット板１６の幅は冷却フィン１８の幅と略同一であり、開口（スリット）は冷却フィン１８の幅よりも小さく、かつ、冷媒流路１７の幅以下に設定される。開口はスリット板１６の略中央に形成され、スリット板１６を底板１６と冷却フィン１８との間に配置させたときに開口が冷媒流路の略中央に配置される。冷媒入口１０から供給され冷媒流路を流れる冷媒は、スリット板１６の開口から冷却フィン１８に供給される。したがって、スリット板１６の開口（スリット）の開口幅あるいはスリットの幅あるいは開口面積を増減調整することで、冷媒流路１７から冷却フィン１８に供給される冷媒流を調整することができる。
【００１７】
図３では底板１４の冷媒流路１７近傍８に、冷媒流路１７に沿って突起１４ａがプレス成形されているが、この突起１４ａは組み立て時に冷却フィン１８及びスリット板１６を正確に位置決めして組み付けるためである。すなわち、底板１４の突起１４ａに当接するように冷却フィン１８及びスリット板１６を位置決めすることで、冷却フィン１８及びスリット板１６が底板１４に対して正確に位置決めされ、これによりスリット１６の開口（スリット）を正確に位置決めでき、冷媒流路１７から冷却フィン１６に供給される冷媒量を調整することができる。底板１４ではなく、天板２２側に突起を設け、組み立て時の係止部材あるいは組み立て後のずれ防止部材として機能させてもよい。
【００１８】
また、図３ではスリット板１６を底板１６と冷却フィン１８との間に配置させたときにその開口が冷媒流路の略中央に配置されるように位置決めしているが、開口が冷却フィン１８の根本、つまり発熱体に接するフィン基部に近い部位に配置されるように位置決めしてもよい。温度の高い根本に冷媒を供給することで、冷却効率を上げることができる。
【００１９】
スリット板１６の利点は、簡易な構成で冷媒供給量を調整できることである。すなわち、スリット板１６の開口幅（スリット幅）を増大させると冷媒の供給量が増大して冷却性能が上がり、逆に開口幅（スリット幅）を縮小させると冷媒の供給が減少して冷却性能が低下する。複数の沸騰冷却装置１それぞれにおいて冷却性能を変える場合、所望の冷却性能に対応する複数のスリット板１６を予め用意しておき、必要な冷却性能に対応するスリット板１６を選択して底板１４と冷却フィン１８との間に配置するだけでよい。
【００２０】
また、１つの沸騰冷却装置１の中で、冷却性能を部位毎あるいはチャネル毎に変化させる場合、スリット板１６の冷却性能を変化させる部位における開口面積（スリット面積）を変化させればよい。例えば、図４に示すように、スリット板１６の長手方向に沿って開口幅（スリット幅）を狭→広→狭と変化させ、冷媒供給量をそれぞれ流量小→流量大→流量小と変化させてもよい。これにより、１つのチャネル内で部位に応じて冷却性能を変化させることができる。沸騰冷却装置１の両端において冷却性能を抑え、装置１の中央付近において冷却性能を高めることができる。
【００２１】
このように、本実施形態では、底板１４と冷却フィン１８との間、より特定的には冷媒流路１７と冷却フィン１８との間にスリット板１６を介在させ、スリット板１６の開口（スリット）面積を変化させることで簡易に冷媒供給量を変化させ、これにより簡易に冷却性能を変化させることができる。
【００２２】
スリット板１６の開口の形状は任意であり、矩形状、三角形状、多角形状、円状のいずれでもよい。また、開口は連続的に形成されている必要は必ずしもなく、離散的に形成されていてもよい。
【００２３】
本実施形態では、図１に示すように底板１４の一方の縁部の２カ所（隅部あるいは両サイド）に冷媒入口１０を設け、他方の縁に蒸気排出口１２を設けたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図５に示すように、底板１４の一方の縁の中央に冷媒入口１０を１カ所設け、他方の縁の２カ所（両サイド）に蒸気排出口１２を２カ所設けてもよい。
【００２４】
また、本実施形態の沸騰冷却装置１は、既述したように垂直置きあるいは水平置きのいずれでもよい。垂直置きの場合、冷媒入口１０が鉛直下方に設けられ、蒸気排出口１２が鉛直上方に設けられる。冷媒流路１７は鉛直方向に沿って延在し、冷媒は鉛直下方から鉛直上方に向けて供給される。垂直置きの場合の利点は、温度が高いフィン根本に冷媒である冷却液を供給し易い、フィン間狭あい流路を通過した後に合体した大きな気泡を浮力により容易に排出できる等である。
【００２５】
また、スリット板１６の開口（スリット）についても、図６に示すように、冷媒入口１０に近い冷媒流路１７の上流側において開口面積を小さく、冷媒流路１７の下流側において開口面積を大きくしてもよい。
【００２６】
また、スリット板１６の開口面積を固定ではなく可変とすることも可能であろう。開口面積を可変とする技術はカメラのアパーチャ等で公知である。開口部を覆うような平板状の可動蓋をスリット板１６に設け、可動蓋を移動させることで開口幅を増減調整してもよい。可動蓋をスリット板１６の長手方向に沿って複数、例えば３分割し、それぞれの可動蓋の移動量を独立に制御してもよい。発熱体の温度分布あるいは発熱体に当接する底板１４の温度分布を複数の温度センサで検出し、温度が高い部位の開口面積あるいは開口幅を増大させるように自動制御してもよい。
【符号の説明】
【００２７】
１  沸騰冷却装置、１０  冷媒入口、１２  蒸気排出口、１４  底板、１６  スリット板、１８  冷却フィン、２０  枠、２２  天板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2010212404.tif 000006
【図５】
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【図６】
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