(57)【要約】【課題】本発明は、冷却装置およびこれを搭載した電気自動車および電子機器に関するもので、高い熱交換効率を維持した上で、構成の簡素化を図ることを目的とする。【解決手段】受熱器７は、その裏面側に、半導体スイッチング素子５（発熱体の一例）に接触させて熱を吸収する吸熱部（半導体スイッチング素子５領域部分）を有する受熱板１４と、この受熱板１４の表面側を、空間を介して覆った受熱板カバー１５とを有し、前記受熱板カバー１５の排出口８と流入口１１との間部分には、受熱板１４側に接近する狭開口形成部１６を設けた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受熱器と、この受熱器の排出口に放熱経路を介して接続した放熱器と、この放熱器と前記受熱器の流入口を接続した帰還経路と、この帰還経路に介在させた逆止弁を備え、前記受熱器は、その裏面側に、発熱体に接触させて熱を吸収する吸熱部を有する受熱板と、この受熱板の表面側を、空間を介して覆った受熱板カバーとを有し、前記受熱板カバーの前記排出口と前記流入口との間部分には、前記受熱板側に接近する狭開口形成部を設け、前記受熱板の吸熱部は、前記狭開口形成部の前記排出口側と、流入口側に配置した冷却装置。
【請求項２】
狭開口形成部の流入口側の空間は、前記狭開口形成部の排出口側の空間より小さい請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
受熱器の排出口と流入口との少なくとも一方は、この受熱器の側方に配置した請求項１または２に記載の冷却装置。
【請求項４】
受熱板の表面には、前記狭開口形成部の前記流入口側から排出口側に向けて溝を形成した請求項１から３のいずれか一つに記載の冷却装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一つに記載の冷却装置を搭載し、車軸を駆動する電動機を駆動する電力変化装置の冷却を行なう電気自動車。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか一つに記載の冷却装置を搭載し、発熱体の冷却を行なう電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電力半導体を搭載した電気自動車や電子機器の冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来この種の冷却装置は、電気自動車の電力変換回路に搭載されたものが知られている。
【０００３】
電気自動車では、駆動動力源となる電動機を電力変換回路であるインバータ回路でスイッチング駆動していた。
【０００４】
インバータ回路には、パワートランジスタを代表とする電力半導体が複数個使われており、それぞれの電力半導体に数十アンペアの大電流が流れていた。
【０００５】
そのため電力半導体は大きく発熱し、冷却することが必要であった。
【０００６】
そこで、例えば特許文献１に示す冷却装置では、下部の受熱器において、冷媒で電力半導体の熱を奪わせて気化させ、上部に配置した放熱器で冷やして液化させ、再び下部に滴下させるサイクルを繰り返させることで、インバータ回路を冷却するようにしている。
【０００７】
しかしながら、このような冷却装置は、受熱器において冷媒を沸騰することにより気化させる沸騰型冷却タイプといわれるものであり、このタイプのものは、受熱器において冷媒が滞留した状態で受熱するので、冷媒への熱移動効率が悪く、結論として、冷却性能が低いことが知られている。
【０００８】
これに対して、特許文献２に示す冷媒循環型冷却タイプは、受熱器において冷媒を対流させた状態で受熱させるので、冷媒への熱移動効率が高く、結論として、冷却性能が飛躍的に高くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−１２６１２５号公報
【特許文献２】特開２００９−８８１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のごとく、冷媒循環型冷却タイプでは冷却性能が飛躍的に高くなるが、そのために特許文献２に示す冷却装置では、受熱器と、この受熱器の排出口に放熱経路を介して接続した放熱器と、この放熱器と前記受熱器の流入口を接続した帰還経路と、この帰還経路に介在させた逆止弁を備えた構成としている。
【００１１】
また、帰還経路の先端は、放熱器内に突入させ、この突入部で冷媒を受熱器内に薄い膜状態で急速に広げる構成としている。
【００１２】
具体的には、帰還経路から戻った冷媒が、逆止弁の開放とともに受熱器内に流入すると、帰還経路の先端（突入部）内で一部の冷媒が急速に蒸発し、その圧力で帰還経路先端内に残存する冷媒が、受熱器内へと薄い膜状態で急速に広がることとなる。
【００１３】
その結果、受熱器内壁面（受熱板表面）においては、極めて効果的な受熱が行われることとなり、これによって冷却性能が飛躍的に高くなるのである。
【００１４】
しかしながら、このように冷却性能が飛躍的に高くなるものでも、各種機器への搭載に対しては、更なる改善が必要となる。
【００１５】
その一つとしては、帰還経路の先端を放熱器内に突入させる場合、放熱器内における帰還経路の先端位置を目視することが出来ないので、この位置関係を調整するのに手間がかかり、構成の簡素化が求められている。
【００１６】
そこで、本発明は、構成の簡素化を図ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
そして、この目的を達成するために、本発明は、受熱器と、この受熱器の排出口に放熱経路を介して接続した放熱器と、この放熱器と前記受熱器の流入口を接続した帰還経路と、この帰還経路に介在させた逆止弁を備え、前記受熱器は、その裏面側に、発熱体に接触させて熱を吸収する吸熱部を有する受熱板と、この受熱板の表面側を、空間を介して覆った受熱板カバーとを有し、前記受熱板カバーの前記排出口と前記流入口との間部分には、前記受熱板側に接近する狭開口形成部を設け、前記受熱板の吸熱部は、前記狭開口形成部の前記排出口側と、流入口側に配置し、これにより初期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように本発明は、受熱器と、この受熱器の排出口に放熱経路を介して接続した放熱器と、この放熱器と前記受熱器の流入口を接続した帰還経路と、この帰還経路に介在させた逆止弁を備え、前記受熱器は、その裏面側に、発熱体に接触させて熱を吸収する吸熱部を有する受熱板と、この受熱板の表面側を、空間を介して覆った受熱板カバーとを有し、前記受熱板カバーの前記排出口と前記流入口との間部分には、前記受熱板側に接近する狭開口形成部を設け、前記受熱板の吸熱部は、前記狭開口形成部の前記排出口側と、流入口側に配置したので、構成の簡素化が図れ、生産性の高いものとなる。
【００１９】
すなわち、本発明の受熱器は、その裏面側に、発熱体に接触させて熱を吸収する吸熱部を有する受熱板と、この受熱板の表面側を、空間を介して覆った受熱板カバーとを有し、前記受熱板カバーの前記排出口と前記流入口との間部分には、前記受熱板側に接近する狭開口形成部を設け、前記受熱板の吸熱部は、前記狭開口形成部の前記排出口側と、流入口側に配置した構成としている。
【００２０】
このため、帰還経路から逆止弁を介して受熱器内に流入した冷媒は、受熱板の狭開口形成部よりも流入口側にてその一部が気化し、そのときの圧力上昇で、この受熱板の狭開口形成部よりも流入口側に残存する冷媒は、狭開口形成部を通過することにより流速が増大し、受熱板の流出口側へと薄い膜状となって、急速に広がることとなる。
【００２１】
つまり、本発明の構成とすれば、帰還経路の先端を、受熱器内に突入させること無く、受熱器内において冷媒を受熱板表面に薄い膜状態で急速に広げることができ、その分、構成が簡素化され、生産性の高いものとなるのである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１の電気自動車の概略図
【図２】同冷却装置の受熱器を示す正面図
【図３】同受熱器を示す平面図
【図４】同受熱器を示す側面図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１に示すように、電気自動車１の車軸２を駆動する電動機３は、電気自動車１の車内４に配置した電力変換装置であるインバータ回路（図示せず）に接続されている。
【００２５】
インバータ回路には、電力半導体の一例として、電動機３に電力を供給する複数の半導体スイッチング素子５を備えている。
【００２６】
また、インバータ回路（図示せず）、特に、その半導体スイッチング素子５を冷却する冷却装置６が設けられている。
【００２７】
前記冷却装置６は、半導体スイッチング素子５の上面に熱移動可能状態で接続された受熱器７と、この受熱器７の排出口８に放熱経路９を介して接続した放熱器１０と、この放熱器１０と前記受熱器７の流入口１１を接続した帰還経路１２と、この帰還経路１２に介在させた逆止弁（図２〜図４の１３）とを、備えた構成となっている。
【００２８】
また、受熱器７、放熱経路９、放熱器１０、帰還経路１２で形成する循環経路は密閉状態となっており、しかもその内部雰囲気は大気圧より負圧状態としている。
【００２９】
そして、この負圧経路内には、例えば数百ｃｃ程度（循環経路の容積よりも十分に少ない量）の水（冷媒の一例）が注入されている。
【００３０】
つまり、本実施形態の冷却装置６は、上記特許文献２で示されたものと同じように、先ず、受熱器７内の水が、半導体スイッチング素子５の熱で沸騰すると、その時の圧力上昇で、気液混合状態ではあるが放熱経路９を介して放熱器１０に到達し、次に、放熱器１０の外表面にファン（図示せず）で送風することで冷却すると、再び液相状態となり、その後、帰還経路１２の逆止弁１３上流側へと戻る。
【００３１】
この状態となると、受熱器７内の圧力は徐々に低下しており、次の瞬間に、この受熱器７内の圧力よりも、この逆止弁１３上流側の水の量により主に決まる圧力の方が高くなると、逆止弁１３を開放させることになる。
【００３２】
その結果、逆止弁１３上流側の水が受熱器７内へと流入し、次の瞬間、受熱器７内では水の爆発的な気化が行われ、この気化熱により上記半導体スイッチング素子５は効果的に冷却されることになる。
【００３３】
本実施形態の特徴は、受熱器７を図２〜図４に示す構成としたものである。
【００３４】
つまり、受熱器７を図２〜図４に示すように、その裏面側に、半導体スイッチング素子５（発熱体の一例）に接触させて熱を吸収する吸熱部（半導体スイッチング素子５領域部分）を有する受熱板１４と、この受熱板１４の表面側を、空間を介して覆った受熱板カバー１５とを有し、受熱板カバー１５の排出口８と流入口１１との間部分には、受熱板１４側に接近する狭開口形成部１６を設けている。
【００３５】
また、排出口８と流入口１１は、受熱器７の側方壁面に設けている。
【００３６】
そして、受熱板カバー１５に狭開口形成部１６を設けることにより、受熱器７内に流入口１１側の空間１７と、排出口８側の空間１８を設け、この両空間１７、１８を、狭開口形成部１６を介して連結した状態としている。
【００３７】
なお、流入口１１側の空間１７は、排出口８側の空間１８よりも小さくしている。
【００３８】
また、受熱板１４の吸熱部（半導体スイッチング素子５領域部分）は、狭開口形成部１６の排出口８側と、流入口１１側につながった状態で配置しているが、この吸熱部（半導体スイッチング素子５領域部分）も、狭開口形成部１６の排出口８側の方が、流入口１１側よりも、その面積を大きくしている。
【００３９】
以上の構成において、本実施形態では、図２〜図４に示すように、逆止弁１３は受熱器７外に設けられ、この受熱器７内の流入口１１には、帰還経路１２を受熱器７内に突出させず単に接続しただけの状態としている。
【００４０】
また、帰還経路１２が接続された受熱器７内の流入口１１側の空間１７は、排出口８側の空間１８よりも小さな状態としている。
【００４１】
したがって、上述のごとく、受熱器７内の圧力が徐々に低下し、次の瞬間に、この受熱器７内の圧力よりも、この逆止弁１３上流側の水の量により主に決まる圧力の方が高くなることで、逆止弁１３が開放され、逆止弁１３上流側の水が、空間１７内に流入すると、この空間１７で水の一部が沸騰し、その結果として、空間１７内の圧力を急上昇させる。
【００４２】
このとき、空間１７は空間１８より小さくしているので、同等の大きさとした場合に比べ、空間１７内の圧力の増加はより大きくなり、この空間１７の残存する水は、狭開口形成部１６を介して、薄い膜状態で、勢い良く空間１８に進入する。
【００４３】
さらに、空間１８は空間１７よりも大きなもので、しかも大きな吸熱部分（半導体スイッチング素子５領域部分）となっているので、この空間１８に進入した薄い膜状の水は急激に気化し、その結果として、上述したごとく、その時の圧力上昇で、気液混合状態ではあるが放熱経路９を介して放熱器１０に到達し、次に、放熱器１０の外表面にファン（図示せず）で送風することで冷却すると、再び液相状態となり、その後、帰還経路１２の逆止弁１３上流側へと戻る。
【００４４】
なお、受熱板１４の表面で、空間１７、狭開口形成部１６、空間１８にわたって、複数の溝１９を設ければ、空間１７から、空間１８へと薄い膜状の水を、空間１８部分の受熱板１４の表面に広げやすく、その点でも熱交換効率を高めることが出来る。
【００４５】
そして、このような循環が繰り返されることで、半導体スイッチング素子５は十分に冷却され、所期の特性を維持できるものとなる。
【００４６】
また、本実施形態では、受熱器７を、図２〜図４に示すように、その裏面側に、半導体スイッチング素子５（発熱体の一例）に接触させて熱を吸収する吸熱部（半導体スイッチング素子５領域部分）を有する受熱板１４と、この受熱板１４の表面側を、空間を介して覆った受熱板カバー１５とを有し、前記受熱板カバー１５の前記排出口８と前記流入口１１との間部分には、前記受熱板１４側に接近する狭開口形成部１６を設けたものとしている。
【００４７】
そして、受熱板カバー１５に狭開口形成部１６を設けることにより、受熱器７内に流入口１１側の空間１７と、排出口８側の空間１８を設け、この両空間１７、１８を、狭開口形成部１６を介して連結した状態としている。
【００４８】
また、前記受熱板１４の吸熱部（半導体スイッチング素子５領域部分）は、前記狭開口形成部１６の前記排出口８側と、流入口１１側につながった状態で配置している。
【００４９】
このため、本実施形態では、図２〜図４に示すように、逆止弁１３は受熱器７外に設けられ、この受熱器７の流入口１１に、帰還経路１２を単に接続しただけの状態とできるので、受熱器７の生産時に、帰還経路１２の先端をどの部分まで挿入するかと言う作業は必要なく、つまり、構成の簡素化が図れ、生産性の高いものとなる。
【００５０】
また、このような構成においても、受熱板カバー１５に狭開口形成部１６を設けることにより、空間１７から空間１８に薄い膜状の水を急激に広げることが出来るので、空間１８部分における受熱板１４の吸熱部（半導体スイッチング素子５領域部分）では、極めて高い熱伝達効率が得られ、その結果として冷却効率も高いものとなるのである。
【００５１】
さらに、排出口８と流入口１１は、受熱器７の側方壁面に設けているので、受熱器７の低背化が図られ、設置高さに制限がある場合に有効となる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上のように本発明の受熱器は、その裏面側に、発熱体に接触させて熱を吸収する吸熱部を有する受熱板と、この受熱板の表面側を、空間を介して覆った受熱板カバーとを有し、前記受熱板カバーの前記排出口と前記流入口との間部分には、前記受熱板側に接近する狭開口形成部を設け、前記受熱板の吸熱部は、前記狭開口形成部の前記排出口側と、流入口側に配置した構成としている。
【００５３】
このため、帰還経路から逆止弁を介して受熱器内に流入した冷媒は、受熱板の狭開口形成部よりも流入口側にてその一部が気化し、そのときの圧力上昇で、この受熱板の狭開口形成部よりも流入口側に残存する冷媒は、狭開口形成部を介して、受熱板の流出口側へと薄い膜状となって、急速に広がることとなる。
【００５４】
つまり、本発明の構成とすれば、帰還経路の先端を、受熱器内に突入させること無く、受熱器内において冷媒を受熱板表面に薄い膜状態で急速に広げることができ、その分、構成が簡素化され、生産性の高いものとなるのである。
【００５５】
したがって、電気自動車の駆動装置としての電力変換装置の冷却装置や、電子機器の高速演算処理装置部分などの冷却装置として有用なものとなる。
【符号の説明】
【００５６】
１  電気自動車
２  車軸
３  電動機
４  車内
５  半導体スイッチング素子
６  冷却装置
７  受熱器
８  排出口
９  放熱経路
１０  放熱器
１１  流入口
１２  帰還経路
１３  逆止弁
１４  受熱板
１５  受熱板カバー
１６  狭開口形成部
１７  空間
１８  空間
１９  溝
【図１】
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【図２】
2014053338.tif 000004
【図３】
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【図４】
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