(57)【要約】【課題】発熱体の両面に伝熱面が形成されており、下向きの伝熱面が水平もしくは水平に近い状態として発熱体が設置された沸騰冷却装置の冷却性能を向上させる。【解決手段】発熱体３の一面とその反対側の他面に、それぞれ、発熱素子３１の熱を液相冷媒に伝える第１伝熱面３２ａと第２伝熱面３３ａを形成する。この発熱体３を沸騰部２の液相冷媒に浸漬するとともに、第１伝熱面３２ａが下側、第２伝熱面３３ａが上側を向いた状態で、第１伝熱面３２ａが水平方向に対して４５°以下の傾斜角度θをなすように配置する。沸騰部２に、第１伝熱面３２ａに対向する対向面２２を設け、第１伝熱面３２ａの一側端部３２ｂと対向面２２との対向距離Ｌ１を、第１伝熱面３２ａの他側端部３２ｃと対向面３３との対向距離Ｌ２よりも長くする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液相冷媒を収容するとともに、発熱体の熱を受けて液相冷媒が沸騰する沸騰部（２）と、
前記沸騰部の液相冷媒に浸漬される発熱体（３、３０１、３０２、３０３、３０４）とを備え、
前記発熱体は、発熱素子（３１）を内蔵するとともに、一面とその反対側の他面に、それぞれ、前記発熱素子の熱を液相冷媒に伝える第１伝熱面（３２ａ）と第２伝熱面（３２ｂ）が形成されており、
前記発熱体は、前記第１伝熱面が下側、前記第２伝熱面が上側を向いた状態で、前記第１伝熱面が水平方向に対して０°以上４５°以下の角度（θ、θ１、θ２）をなして配置されており、
前記沸騰部は、前記第１伝熱面に対向する対向面（２２）を備え、
前記対向面は、前記第１伝熱面の一側端部（３２ｂ）との対向距離（Ｌ１）が、前記第１伝熱面の一側端部とは反対側の他側端部（３２ｃ）との対向距離（Ｌ２）よりも長いことを特徴とする沸騰冷却装置。
【請求項２】
前記第１伝熱面と水平方向とがなす角度は、１０°以上であることを特徴とする請求項１に記載の沸騰冷却装置。
【請求項３】
前記沸騰部は、車両に搭載されるものであり、
前記発熱素子は、車両駆動用の電動機（ＭＧ１、ＭＧ２）に電気的に接続されるインバータを構成するパワー半導体素子であり、
前記発熱体（３、３０１、３０３）は、車両が水平面上に位置する状態において、前記第１伝熱面と水平方向との車両前方側になす角度を１０°以上として配置されていることを特徴とする請求項２に記載の沸騰冷却装置。
【請求項４】
前記沸騰部は、車両に搭載されるものであり、
前記発熱素子は、車両駆動および車両制動用の電動機（ＭＧ１、ＭＧ３）に電気的に接続されるインバータを構成するパワー半導体素子であり、
前記発熱体（３、３０２、３０４）は、車両が水平面上に位置する状態において、前記第１伝熱面と水平方向との車両後方側になす角度を１０°以上として配置されていることを特徴とする請求項２に記載の沸騰冷却装置。
【請求項５】
前記沸騰部は、車両に搭載されるものであり、
前記発熱体は、前記発熱素子としての第１発熱素子と第２発熱素子とをそれぞれ有する第１発熱体（３０１）と第２発熱体（３０２）とを備え、
前記第１、第２発熱素子は、車両駆動および車両制動用の同一の電動機に電気的に接続されるインバータを構成するパワー半導体素子であり、
前記第１発熱体は、車両が水平面上に位置する状態において、前記第１発熱体の前記第１伝熱面と水平方向との車両前方側になす角度（θ１）を１０°以上として配置され、
前記第２発熱体は、車両が水平面上に位置する状態において、前記第２発熱体の前記第１伝熱面と水平方向との車両後方側になす角度（θ２）を１０°以上として配置されていることを特徴とする請求項２に記載の沸騰冷却装置。
【請求項６】
前記沸騰部は、車両駆動および車両制動用の第１、第２電動機（ＭＧ２、ＭＧ３）を備える車両に搭載されるものであり、
前記第１電動機は、車両の上り坂走行時または加速時に車輪の駆動を行うとともに、前記第２電動機は、車両の下り坂走行時または減速時に車輪の制動を行うものであり、
前記発熱体は、前記発熱素子としての第１発熱素子と第２発熱素子とをそれぞれ有する第１発熱体（３０３）と第２発熱体（３０４）とを備え、
前記第１発熱素子は、前記第１電動機に電気的に接続される第１インバータを構成するパワー半導体素子であり、
前記第２発熱素子は、前記第２電動機に電気的に接続される第２インバータを構成するパワー半導体素子であり、
前記第１発熱体は、車両が水平面上に位置する状態において、前記第１発熱体の前記第１伝熱面と水平方向との車両前方側になす角度（θ１）を１０°以上として配置され、
前記第２発熱体は、車両が水平面上に位置する状態において、前記第２発熱体の前記第１伝熱面と水平方向との車両後方側になす角度（θ２）を１０°以上として配置されていることを特徴とする請求項２に記載の沸騰冷却装置。
【請求項７】
前記第１電動機は、車両の上り坂走行時または加速時に後輪の駆動を行うとともに、前記第２電動機は、車両の下り坂走行時または減速時に前輪の制動を行うものであることを特徴とする請求項６に記載の沸騰冷却装置。
【請求項８】
前記第１伝熱面と水平方向とがなす角度は、３０°以下であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の沸騰冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒の沸騰と凝縮による潜熱移動によって発熱体を冷却する沸騰冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このような沸騰冷却装置として、発熱体が搭載された基板を液相冷媒に浸漬し、基板の発熱体搭載面を鉛直方向に近い状態としたものが、特許文献１に開示されている。液相冷媒中の基板の発熱体搭載面を鉛直とした場合では、発熱体が気泡の膜に覆われて、発熱体と液相冷媒の接触が阻害され、冷却性能が低下してしまう。そこで、特許文献１の沸騰冷却装置では、基板の発熱体搭載面を鉛直方向に対して傾斜させることで、気泡が発熱体から離脱しやすいようにしている。
【０００３】
この沸騰冷却装置では、発熱体は基板に搭載されているため、発熱体の片面のみに発熱体の熱を液相冷媒に伝える伝熱面が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−２１６２５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、本発明者らは、液相冷媒を収容するとともに、発熱体の熱を受けて液相冷媒が沸騰する沸騰部と、沸騰部の液相冷媒に浸漬される扁平形状の発熱体とを備え、発熱体の両面に伝熱面が形成されており、伝熱面が水平もしくは水平に近い状態として、発熱体が設置された沸騰冷却装置を検討した。水平もしくは水平に近い状態とは、伝熱面が水平方向に対して０°以上４５°以下の傾斜角度を有する状態である。
【０００６】
これによれば、発熱体の両面に伝熱面を形成することで、発熱体の片面のみに伝熱面が形成されている場合と比較して、沸騰冷却装置の冷却性能を向上できる。
【０００７】
さらに、伝熱面を水平もしくはそれに近い状態として発熱体を設置することで、伝熱面を鉛直もしくはそれに近い状態として発熱体を設置する場合と比較して、沸騰部の高さを低減できる。これにより、高さ制限がある場所への沸騰冷却装置の設置が可能となる。また、沸騰部の底面積が同じであれば、沸騰部の高さが低い方が液相冷媒の必要量が少なく済むことから、液相冷媒の必要量を低減できる。
【０００８】
しかし、この場合、下向きの伝熱面は、上向きの伝熱面と比較して、沸騰により発生した気泡の排出性が悪い。このため、下向きの伝熱面への液相冷媒の供給が困難となり、伝熱面から液相冷媒に直に熱が伝わらず、沸騰熱伝達率が低下してしまう。この結果、発熱体の両面に伝熱面を設けても、期待するほどの高い冷却性能が得られない。
【０００９】
本発明は上記点に鑑みて、発熱体の両面に伝熱面が形成されており、下向きの伝熱面が水平もしくは水平に近い状態として発熱体が設置された沸騰冷却装置の冷却性能を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
液相冷媒を収容するとともに、発熱体の熱を受けて液相冷媒が沸騰する沸騰部（２）と、
沸騰部の液相冷媒に浸漬される発熱体（３、３０１、３０２、３０３、３０４）とを備え、
発熱体は、発熱素子（３１）を内蔵するとともに、一面とその反対側の他面に、それぞれ、発熱素子の熱を液相冷媒に伝える第１伝熱面（３２ａ）と第２伝熱面（３２ｂ）が形成されており、
発熱体は、第１伝熱面が下側、第２伝熱面が上側を向いた状態で、第１伝熱面が水平方向に対して０°以上４５°以下の角度（θ、θ１、θ２）をなして配置されており、
沸騰部は、第１伝熱面に対向する対向面（２２）を備え、
対向面は、第１伝熱面の一側端部（３２ｂ）との対向距離（Ｌ１）が、第１伝熱面の一側端部とは反対側の他側端部（３２ｃ）との対向距離（Ｌ２）よりも長いことを特徴としている。
【００１１】
本発明において、第１伝熱面が水平方向に対して傾斜している場合は、第１伝熱面の上側端部を一側端部とし、第１伝熱面の下側端部を他側端部とする。
【００１２】
第１伝熱面から熱を受けて液相冷媒が沸騰して気泡が発生したとき、発生した気泡は浮力によって移動しようとする。このとき、本発明では、第１伝熱面の一側端部と対向面との対向距離の方が、第１伝熱面の他側端部と対向面との対向距離よりも長いので、対向面と第１伝熱面の一側端部との間に気泡が移動する方が、対向面と第１伝熱面の他側端部との間に気泡が移動する場合よりも圧力損失が小さい。このため、対向面と第１伝熱面の一側端部との間から気泡が上方へ抜けていき、対向面と第１伝熱面の他側端部との間から液相冷媒が第１伝熱面に供給される。このように、本発明によれば、第１伝熱面と対向面との間に、第１伝熱面の他側端部から一側端部に向かう一方向の対流を生じさせることができるので、気泡の排出を促進でき、冷却性能を向上できる。
【００１３】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態における沸騰冷却装置の車両搭載状態を示す図である。
【図２】図１の沸騰冷却装置の断面図である。
【図３】第２実施形態における沸騰冷却装置の断面図である。
【図４】発熱体の傾斜角度と限界熱流束との関係を示す実験結果である。
【図５】図４の実験結果を得るための発熱体の設置状態を示す図である。
【図６】比較例１の沸騰冷却装置を搭載した車両が上り坂を等速で走行するときの発熱体の設置状態を示す図である。
【図７】第２実施形態の沸騰冷却装置を搭載した車両が上り坂を走行するときの発熱体の設置状態を示す図である。
【図８】第２実施形態の沸騰冷却装置を搭載した車両が加速したときの発熱体の設置状態を示す図である。
【図９】第３実施形態における沸騰冷却装置の断面図である。
【図１０】比較例２の沸騰冷却装置を搭載した車両が上り坂を等速で走行するときの発熱体の設置状態を示す図である。
【図１１】第３実施形態の沸騰冷却装置を搭載した車両が上り坂を走行するときの発熱体の設置状態を示す図である。
【図１２】第４実施形態における沸騰冷却装置の断面図である。
【図１３】第５実施形態における沸騰冷却装置の車両搭載状態を示す図である。
【図１４】第６実施形態における沸騰冷却装置の車両搭載状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。なお、図中の上下および前後を示す矢印は、車両の上下および前後方向を示している。
【００１６】
（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態の沸騰冷却装置１は、車両駆動力を出力するとともに、回生ブレーキによる発電を行う車両駆動および車両制動用の電動機（モータ・ジェネレータ）ＭＧ１を備える車両に搭載されるものである。このような車両としては、電気自動車、ハイブリッド車、燃料電池車等の自動車があげられる。電動機ＭＧ１の制動作動時では、通常、発生した電力を二次電池に充電するが、発生した電力を二次電池に充電しない場合もある。
【００１７】
図１は、水平面上に位置する車両に対して、沸騰部２の外側底面２１が水平な状態で、沸騰冷却装置１を搭載したときの様子を示している。図２に示すように、沸騰冷却装置１は、沸騰部２と、発熱体３と、凝縮部４とを備え、冷媒が重力や浮力によって沸騰部２と凝縮部４との間を循環する自然循環式のものである。
【００１８】
沸騰部２は、内部に液相冷媒を収容するとともに、発熱体３の熱を受けて液相冷媒が沸騰して気相冷媒となる部分である。沸騰部２は、金属製の容器で構成されている。冷媒としては、絶縁性であって、沸点が１００℃以下のフッ素系冷媒が用いられる。
【００１９】
発熱体３は、沸騰部２の液相冷媒に浸漬されている。発熱体３は、発熱素子３１を内蔵し、一面３ａとその反対側の他面３ｂに、それぞれ、発熱素子３１の熱を液相冷媒に伝える第１伝熱面３２ａと第２伝熱面３３ａが形成されている。
【００２０】
具体的には、発熱体３は、発熱素子３１と、発熱素子３１の両側に配置され、発熱素子３１と熱的に接続された第１、第２放熱板３２、３３と、第１、第２放熱板３２、３３の外面３２ａ、３３ａを露出した状態で、発熱素子３１および第１、第２放熱板３２、３３を封止する封止樹脂３４とを備えている。封止樹脂３４から露出した第１、第２放熱板３２、３３の外面３２ａ、３３ａが第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａである。第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａは平行である。
【００２１】
発熱素子３１は、ＩＧＢＴおよびＦＷＤ等の電力用半導体素子（パワー半導体素子）であり、電動機ＭＧ１に電気的に接続されるインバータを構成している。第１、第２放熱板３２、３３は、多孔質皮膜が形成された銅またはグラファイトにより構成されている。
【００２２】
そして、発熱体３は、一面３ａに形成された伝熱面３２ａを第１伝熱面３２ａとし、他面３ｂに形成された伝熱面３３ａを第２伝熱面３３ａとして、第１伝熱面３２ａが下側を向き、第２伝熱面３３ａが上側を向いた状態で、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａが水平となって配置されている。すなわち、発熱体３は、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａが水平方向に対して０°の角度をなして配置されている。
【００２３】
沸騰部２には、図示しない保持手段が設けられており、この保持手段によって発熱体３が保持されている。なお、沸騰部２の内部への発熱体３の固定方法については、任意の方法を選択することができる。
【００２４】
また、沸騰部２は、第１伝熱面３２ａに対向する対向面２２を備えている。この対向面２２は、沸騰部２の内側底面である。この対向面２２は、沸騰熱伝達率を高めるために、第１伝熱面３２ａに垂直な方向での第１伝熱面３２ａとの対向距離が所定範囲内とされている。これにより、第１伝熱面３２ａと対向面２２との間において、気泡と液相冷媒の乱れを発生させて、第１伝熱面３２ａから液相冷媒への伝熱を促進させることができる。ここで、対向距離が大きすぎると、気泡と液相冷媒の乱れを発生させることができず、第１伝熱面３２ａから液相冷媒への伝熱を促進させることができない。対向距離が小さすぎると、気泡が第１伝熱面３２ａと対向面２２の両方に接触した状態となって気泡が抜けにくくなり、第１伝熱面３２ａから液相冷媒への伝熱が阻害される。本発明者らの実験結果によると、対向距離は１ｍｍ以上、１２ｍｍ以下の範囲内であることが好ましく、３ｍｍ以上、６ｍｍ以下の範囲内であることがより好ましいことがわかっている。
【００２５】
そして、対向面２２は、第１伝熱面３２ａの一側端部３２ｂとの対向距離Ｌ１が、第１伝熱面３２ａの一側端部３２ｂとは反対側の他側端部３２ｃとの対向距離Ｌ２よりも長くなるように構成されている。
【００２６】
具体的には、対向面２２は、第１伝熱面３２ａに対向する領域の全部が平面であって、水平方向に対して平行でなく傾斜している。図２では、対向面２２の左側が右側よりも下方に位置するように、対向面２２は傾斜している。このため、対向面２２は、図２の右側から左側に進むにつれて、第１伝熱面３２ａとの対向距離が徐々に長くなっている。したがって、対向面２２は、第１伝熱面３２ａの図２の左側端部３２ｂとの対向距離Ｌ１が、第１伝熱面３２ａの図２の右側端部３２ｃとの対向距離Ｌ２よりも長くなっている。なお、第１伝熱面３２ａに対向する領域とは、対向面２２に対して第１伝熱面３２ａに垂直な方向で第１伝熱面３２ａを投影したときに、対向面２２のうち投影した第１伝熱面３２ａと重複する領域である。
【００２７】
凝縮部４は、沸騰部２で生じた気相冷媒を凝縮して液相冷媒とし、液相冷媒を沸騰部２に戻す部分である。凝縮部４は、気相冷媒を空気や冷却液等の熱交換媒体と熱交換させる熱交換器で構成されている。本実施形態では、凝縮部４は、沸騰部２を構成する容器に対して配管を介さずに一体化されている。なお、凝縮部４を沸騰部２と別体とし、凝縮部４と沸騰部２とを配管で連結しても良い。
【００２８】
次に、本実施形態の沸騰冷却装置１の作動について説明する。沸騰部２において、発熱体３の発熱素子３１が作動して発熱すると、発熱素子３１の熱が第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａから液相冷媒に伝達されることにより、液相冷媒が沸騰する。このとき、液相冷媒が沸騰することによる潜熱によって第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａが冷却され、発熱素子３１が冷却される。沸騰部２で生じた気相冷媒は、浮力によって凝縮部４に到達し、凝縮部４で冷却されて凝縮し液相冷媒となる。液相冷媒は、自重によって沸騰部２に戻る。このようにして、冷媒の沸騰と凝縮による潜熱移動によって発熱素子３１が冷却される。
【００２９】
本実施形態では、冷却性能の向上と沸騰部２の高さ低減という観点より、発熱体３の両面に第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａを設けるとともに、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａを水平として発熱体３を沸騰部２の液相冷媒中に配置する構成を採用している。
【００３０】
ここで、本実施形態と異なり、沸騰部２の内側底面が水平であると、下向きの第１伝熱面３２ａとそれに対向する沸騰部２の内側底面との対向距離が、第１伝熱面３２ａが対向する全領域で均一となる。この場合、第１伝熱面３２ａから熱を受けて液相冷媒が沸騰して気泡が発生しても、気泡の移動方向および液相冷媒の流入方向が一方向に定まっていないため、気泡が第１伝熱面３２ａから排出され難い。すなわち、第１伝熱面３２ａの近傍から気泡が抜けたところに液相冷媒が流入するが、気泡が種々の方向へ抜けようとすると、液相冷媒も種々の方向から流入しようとするため、気泡が排出され難い。
【００３１】
これに対して、本実施形態では、第１伝熱面３２ａの一側端部３２ｂと対向面２２との対向距離Ｌ１の方が、第１伝熱面３２ａの他側端部３２ｃと対向面３３との対向距離Ｌ２よりも長いので、対向面２２と第１伝熱面３２の一側に気泡が移動する方が、第１伝熱面３２の他側に気泡が移動するよりも圧力損失が小さい。このため、気泡は第１伝熱面３２ａの一側から上方へ抜けていき、第１伝熱面３２ａの他側から液相冷媒が第１伝熱面３２ａに供給される。このように、本実施形態によれば、第１伝熱面３２ａと対向面２２との間に、第１伝熱面３２ａの他側から一側に向かう一方向の対流を生じさせることができるので、気泡の排出を促進でき、冷却性能を向上できる。
【００３２】
（第２実施形態）
本実施形態の沸騰冷却装置１も、図１に示す状態で、車両に搭載されている。ただし、本実施形態では、図３に示すように、発熱体３は、第１伝熱面３２ａが車両前方側かつ下側を向き、第２伝熱面３３ａが車両後方側かつ上側を向いた状態で、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａが水平方向に対して０°超４５°以下の傾斜角度θをなして配置されている。すなわち、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａが水平方向に対して傾斜して配置されているとともに、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａの傾斜角度θの向きが車両前方側である。
【００３３】
第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａの傾斜角度θを４５°以下とするのは、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａを水平に近い状態とするためである。発熱体３の高さを半分以下にするという観点では、傾斜角度θを３０°以下とすることがより好ましい。
【００３４】
発熱体３は、発熱体３の最下端部と対向面２２との間は塞がれておらず、液相冷媒が通過可能な状態で、図示しない保持手段によって保持されている。このため、発熱体３の下方から回り込んで第１伝熱面に対して液相冷媒が供給可能となっている。
【００３５】
また、第１伝熱面３２ａの対向面２２は、水平方向に対して平行である。このため、対向面２２は、第１伝熱面３２ａの上側端部３２ｂとの対向距離Ｌ１が、第１伝熱面３２ａの下側端部３２ｃとの対向距離Ｌ２よりも長くなっている。なお、本実施形態では、第１伝熱面３２ａの上側端部３２ｂ、下側端部３２ｃが、本発明の第１伝熱面の一側端部、他側端部に相当する。
【００３６】
ここで、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａを水平方向に対して傾斜させる場合、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａと水平方向とがなす傾斜角度θは、図４に示す実験結果より、１０°以上であることが好ましい。図４に示す実験結果は、図５に示すように沸騰部２の内部に発熱体３を設置したときにおける第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａが水平な設置面２３に対してなす傾斜角度θと、限界熱流束との関係を示すものである。
【００３７】
この実験では、図５に示すように、沸騰部２の内側底面に設けた水平な設置面２３に、発熱体３を対向させた。また、設置面２３上に設けた保持部材２４によって発熱体３を保持した。保持部材２４は、図５の紙面垂直方向において部分的に存在しており、図５の右側から左側に向かって発熱体３の下方を液相冷媒が通過可能となっている。また、沸騰部２と凝縮部の内部に冷媒のみが存在するようにした。凝縮部では２０℃の冷却水を用いた。使用した冷媒は、住友スリーエム株式会社製のフロリナート（登録商標）である。使用した発熱体３は、印加電流を増減させると発熱量が増減する発熱素子を有するものでる。そして、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａの面積と発熱素子の発熱量とから熱流束を算出した。温度が急上昇したときの熱流束が限界熱流束である。
【００３８】
図４の縦軸の規格化した限界熱流束とは、傾斜角度θが９０°のときの限界熱流束を基準としたときの各傾斜角度における限界熱流束を比で表したものである。傾斜角度θが９０°のとき、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａの冷却性能が同等となるので、このときを基準とした。
【００３９】
図４に示すように、傾斜角度θが０°のとき、規格化した限界熱流束が１よりも低かったことから、冷却性能が低下していることがわかる。これに対して、傾斜角度θが１５°、３０°、６０°のとき、規格化した限界熱流束が１を超えていた。そして、図４に示す実測値を通る近似曲線より、規格化した限界熱流束が１以上となるのは、傾斜角度θが１０°以上であると推測される。したがって、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａの傾斜角度θは１０°以上の値であることが、高性能な沸騰冷却装置のために望ましいと言える。
【００４０】
本実施形態においても、第１伝熱面３２ａの一側端部３２ｂと対向面２２との対向距離Ｌ１の方が、第１伝熱面３２ａの他側端部３２ｃと対向面２２との対向距離Ｌ２よりも長いので、第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００４１】
さらに、本実施形態においては、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａの傾斜角度θを１０°以上とする場合、発熱体３は、車両が水平面上に位置する状態において、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａと水平方向との車両前方側になす角度を１０°以上として配置されていることが好ましい。すなわち、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａの傾斜角度θを１０°以上とするとともに、その傾斜角度θの向きを車両前方側とすることが好ましい。
【００４２】
車両の上り坂走行時や加速時では、電動機ＭＧ１が出力する走行駆動力が大きいため、電動機ＭＧ１に接続されるインバータの負荷が大きく、パワー半導体素子の必要冷却量が増大するが、これによれば、下記の通り、パワー半導体素子を十分に冷却できる。
【００４３】
ここで、本実施形態とは逆に、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａの傾斜角度θの向きが車両後方側の場合では、車両が上り坂を等速で走行するときに、上り坂の勾配によっては、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａの実質的な傾斜角度が１０°未満になってしまう。例えば、図６に示すように、発熱体３の第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａの傾斜角度θの向きを車両後方側とし、傾斜角度θを１０°とした場合、車両が勾配η＝１０°の上り坂に位置するときに、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａの実質的な傾斜角度が、θ−η＝０°になってしまう。このため、車両が上り坂を等速で走行するときでは、上述の通り、沸騰冷却装置１の冷却性能が低下してしまう。
【００４４】
これに対して、本実施形態では、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａの傾斜角度θの向きを車両前方側とするので、図７に示すように、車両が上り坂を等速で走行するとき、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａの実質的な傾斜角度はθ＋ηとなる。したがって、本実施形態によれば、車両が上り坂を等速で走行するときでも、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａの実質的な傾斜角度が１０°未満になることを避けられ、沸騰冷却装置１の冷却性能を高く維持することができる。
【００４５】
また、図８に示すように、車両の加速時の加速度によって液体冷媒の液面が角度η傾いたときの沸騰冷却装置１の状態は、重力方向に加速度が加わり、その反重力方向が気泡の上昇方向となるため、車両が勾配ηの上り坂を走行するときと同じ状態である。したがって、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａの傾斜角度の向きを車両前方側とすれば、車両の加速時でも、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａの実質的な傾斜角度が１０°未満になることを避けられる。
【００４６】
（第３実施形態）
図９に示すように、本実施形態は、第２実施形態に対して、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａの傾斜角度θの向きを車両後方側に変更したものである。その他の構成は、第２実施形態と同様である。
【００４７】
本実施形態においても、第１伝熱面３２ａの一側端部３２ｂと対向面２２との対向距離Ｌ１の方が、第１伝熱面３２ａの他側端部３２ｃと対向面２２との対向距離Ｌ２よりも長いので、第１実施形態と同様の効果を奏する。また、本実施形態においても、第２実施形態での説明の通り、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａと水平方向とがなす傾斜角度θは、１０°以上であることが好ましい。
【００４８】
そして、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａの傾斜角度θを１０°以上とする場合、発熱体３は、車両が水平面上に位置する状態において、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａと水平方向との車両後方側になす角度を１０°以上として配置されていることが好ましい。すなわち、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａの傾斜角度θを１０°以上とするとともに、その傾斜角度θの向きを車両後方側とすることが好ましい。
【００４９】
車両の下り坂走行時や減速時では、電動機ＭＧ１が回生ブレーキとして制動作動することによる電力の出力が大きいため、電動機ＭＧ１に接続されるインバータの負荷が大きく、パワー半導体素子の必要冷却量が増大するが、これによれば、下記の通り、パワー半導体素子を十分に冷却できる。
【００５０】
ここで、本実施形態とは逆に、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａの傾斜角度θの向きが車両前方側の場合では、車両が下り坂を等速で走行するときに、下り坂の勾配によっては、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａの実質的な傾斜角度が１０°未満になってしまう。例えば、図１０に示すように、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａの傾斜角度θの向きを車両前方側とし、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａの傾斜角度θを１０°とした場合、車両が勾配η＝１０°の下り坂に位置するときに、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａの実質的な傾斜角度が、θ−η＝０°になってしまう。このため、車両が下り坂を等速で走行するときでは、上述の通り、沸騰冷却装置１の冷却性能が低下してしまう。
【００５１】
これに対して、本実施形態では、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａの傾斜角度θの向きを車両後方側とするので、図１１に示すように、車両が下り坂を等速で走行するとき、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａの実質的な傾斜角度はθ＋ηとなる。したがって、本実施形態によれば、車両が下り坂を等速で走行するときでも、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａの実質的な傾斜角度が１０°未満になることを避けられ、沸騰冷却装置１の冷却性能を高く維持することができる。
【００５２】
また、図示しないが、車両の減速時の加速度によって液体冷媒の液面が角度η傾いたときの沸騰冷却装置１の状態は、重力方向に加速度が加わり、反重力方向が気泡の上昇方向となるため、車両が勾配ηの下り坂を走行するときと同じ状態である。したがって、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａの傾斜角度の向きを車両後方側とすれば、車両の減速時でも、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａの実質的な傾斜角度が１０°未満になることを避けられる。
【００５３】
（第４実施形態）
第２実施形態では、第１伝熱面３２ａに対向する対向面２２が水平方向に対して平行であったが、本実施形態では、図１２に示すように、対向面２２が水平方向に対して傾斜している。本実施形態においても、第１伝熱面３２ａが水平方向に対して４５°以下の傾斜角度θで傾斜するとともに、傾斜角度θの向きが車両前方側である。
【００５４】
そして、対向面２２は、第１伝熱面３２ａと同様に、第１伝熱面３２ａが水平方向に対して４５°以下の傾斜角度αで傾斜するとともに、傾斜角度αの向きが車両前方側である。ただし、対向面２２の傾斜角度αは、第１伝熱面３２ａの傾斜角度θよりも小さい。このため、対向面２２は、第１伝熱面３２ａの上側端部３２ｂとの対向距離Ｌ１が、第１伝熱面３２ａの下側端部３２ｃとの対向距離Ｌ２よりも長くなっている。したがって、本実施形態においても、第２実施形態と同様の効果を奏する。
【００５５】
さらに、本実施形態によれば、第２実施形態と比較して、対向面２２と第１伝熱面３２ａの上側端部３２ｂとの対向距離を短くでき、沸騰熱伝達率を高めることができる。なお、第３実施形態においても、本実施形態の適用が可能である。
【００５６】
（第５実施形態）
本実施形態は、沸騰冷却装置として２種類の沸騰冷却装置１０１、１０２を用いている。図１３に示すように、第１、第２沸騰冷却装置１０１、１０２は同一の車両に搭載される。この車両は、図示しないが、第１実施形態と同様に電動機ＭＧ１を備えている。
【００５７】
第１沸騰冷却装置１０１は、第２実施形態で説明した図３に示す構成のものである。第１沸騰冷却装置１０１が備える第１発熱体３０１、第１発熱体３０１に内蔵される第１発熱素子は、それぞれ、図３に示す発熱体３、発熱素子３１に対応する。
【００５８】
同様に、第２沸騰冷却装置１０２は、第３実施形態で説明した図９に示す構成のものである。第２沸騰冷却装置１０２が備える第２発熱体３０２、第２発熱体３０２に内蔵される第２発熱素子は、それぞれ、図９に示す発熱体３、発熱素子３１に対応する。
【００５９】
第１、第２発熱素子は、同一の電動機ＭＧ１に電気的に接続されるインバータを構成している。インバータは、第１、第２発熱素子を選択的に使用可能に構成されており、複数の第１発熱素子のみによって機能したり、複数の第２発熱素子のみによって機能したりすることが可能となっている。インバータは、第１、第２発熱素子の両方によって機能することも可能である。
【００６０】
そして、車両の上り坂走行時や加速時では、第１発熱素子のスイッチング作動によって、電動機ＭＧ１のインバータが機能し、車両の下り坂走行時や減速時では、第２発熱素子によって、電動機ＭＧ１のインバータが機能するようになっている。
【００６１】
本実施形態では、車両の上り坂走行時や加速時にスイッチング作動する第１発熱素子を内蔵する第１発熱体３０１が、第１発熱体３０１の第１伝熱面３２ａと水平方向との車両前方側になす傾斜角度θ１を１０°以上として配置されている。このため、第２実施形態での説明の通り、車両の上り坂走行時や加速時に、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａの実質的な傾斜角度が１０°未満になることを避けられ、第１沸騰冷却装置１０１の冷却性能を高く維持することができる。
【００６２】
さらに、本実施形態では、車両の下り坂走行時や減速時に高電流が流れる第２発熱素子を内蔵する第２発熱体３０２が、第２発熱体３０２の第１伝熱面３２ａと水平方向との車両後方側になす傾斜角度θ２を１０°以上として配置されている。このため、第３実施形態での説明の通り、車両の下り坂走行時や減速時に、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａの実質的な傾斜角度が１０°未満になることを避けられ、第２沸騰冷却装置１０２の冷却性能を高く維持することができる。
【００６３】
（第６実施形態）
本実施形態は、沸騰冷却装置として２種類の沸騰冷却装置１０３、１０４を用いている。図１４に示すように、第１、第２沸騰冷却装置１０３、１０４は同一の車両に搭載される。この車両は、第５実施形態と異なり、少なくとも２つの車両駆動および車両制動用の電動機ＭＧ２、ＭＧ３を備えている。
【００６４】
第１電動機ＭＧ２は、後輪の駆動および制動を行うことが可能である。第２電動機ＭＧ３は前輪の駆動および制動を行うことが可能である。第１、第２電動機ＭＧ２、ＭＧ３は、車軸を介して車輪を駆動および制動するモータである。なお、第１、第２電動機ＭＧ２、ＭＧ３は、直接、車輪を駆動および制動するインホイールモータであっても良い。
【００６５】
ところで、車両の上り坂走行時や加速時は、後輪に車重がかかる。このため、後輪を駆動することが効果的である。そこで、本実施形態の車両は、上り坂走行時または加速時に、第１電動機ＭＧ２が後輪の駆動を行うようになっている。このとき、第２電動機ＭＧ３は使用されない。
【００６６】
一方、車両の下り坂走行時や減速時は、前輪に車重がかかる。このため、前輪を制動することが効果的である。そこで、本実施形態の車両は、下り坂走行時または減速時に、第２電動機ＭＧ３が前輪を制動するようになっている。このとき、第１電動機は使用されない。
【００６７】
第１沸騰冷却装置１０３は、第２実施形態で説明した図３に示す構成のものである。第１沸騰冷却装置１０３が備える第１発熱体３０３、第１発熱体３０３に内蔵される第１発熱素子は、それぞれ、図３に示す発熱体３、発熱素子３１に対応する。第１発熱素子は、第１電動機ＭＧ２に電気的に接続される第１インバータを構成している。
【００６８】
本実施形態では、車両の上り坂走行時や加速時にスイッチング作動する第１発熱素子を内蔵する第１発熱体３０３が、第１発熱体３０３の第１伝熱面３２ａと水平方向との車両前方側になす傾斜角度θ１を１０°以上として配置されている。このため、本実施形態においても、車両の上り坂走行時や加速時に、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａの実質的な傾斜角度が１０°未満になることを避けられ、第１沸騰冷却装置１０３の冷却性能を高く維持することができる。
【００６９】
第２沸騰冷却装置１０４は、第３実施形態で説明した図９に示す構成のものである。第２沸騰冷却装置１０４が備える第２発熱体３０４、第２発熱体３０４に内蔵される第２発熱素子は、それぞれ、図９に示す発熱体３、発熱素子３１に対応する。第２発熱素子は、第２電動機ＭＧ３に電気的に接続される第２インバータを構成している。
【００７０】
本実施形態では、車両の下り坂走行時や減速時に高電流が流れる第２発熱素子を内蔵する第２発熱体３０４が、第２発熱体３０４の第１伝熱面３２ａと水平方向との車両後方側になす傾斜角度θ２を１０°以上として配置されている。このため、本実施形態においても、車両の下り坂走行時や減速時に、第１、第２伝熱面３２ａ、３３ａの実質的な傾斜角度が１０°未満になることを避けられ、第２沸騰冷却装置１０４の冷却性能を高く維持することができる。
【００７１】
（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、下記のように、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
【００７２】
（１）上記各実施形態では、対向面２２の第１伝熱面３２ａに対向する領域の全部が、平面形状であることにより、第１伝熱面３２ａとの対向距離が徐々に長くなっていたが、対向面２２の形状はこれに限られない。第１伝熱面３２ａの一側端部３２ｂとの対向距離Ｌ１が、第１伝熱面３２ａの一側端部３２ｂとは反対側の他側端部３２ｃとの対向距離Ｌ２よりも長くなっていれば、対向面２２の第１伝熱面３２ａに対向する領域の形状を他の形状としても良い。
【００７３】
例えば、対向面２２の形状として、対向面２２の第１伝熱面３２ａに対向する領域の一部分では、第１伝熱面３２ａとの対向距離が均一であり、他の部分では第１伝熱面３２ａとの対向距離が徐々に長くなる形状を採用しても良い。また、対向面２２の形状として、対向面２２が段差を有し、対向面２２の第１伝熱面３２ａに対向する領域のうち一側半分は、他側半分よりも第１伝熱面との対向距離が長い形状を採用しても良い。
【００７４】
（２）上記各実施形態では、第２伝熱面３３ａが第１伝熱面３２ａに平行であったが、平行でなくても良い。
【００７５】
（３）第５、第６実施形態では、沸騰冷却装置として２種類の沸騰冷却装置を用い、第１、第２発熱体をそれぞれ別々の沸騰部に配置したが、第１、第２発熱体を共通の沸騰部に配置しても良い。
【００７６】
（４）第６実施形態では、上り坂走行時または加速時に、第１電動機ＭＧ１が後輪の駆動を行っていたが、第１電動機ＭＧ１が前輪もしくは全ての車輪の駆動を行うようになっていても良い。同様に、第６実施形態では、下り坂走行時または減速時に、第２電動機ＭＧ２が前輪を制動するようになっていたが、第２電動機ＭＧ２が後輪もしくは全ての車輪を制動するようになっていても良い。
【００７７】
（５）上記各実施形態では、本発明の沸騰冷却装置を自動車に搭載される沸騰冷却装置に適用した例を説明したが、本発明の沸騰冷却装置を自動車以外の他の車両に搭載される沸騰冷却装置に適用することも可能である。また、本発明の沸騰冷却装置を車両以外の用途で使用される沸騰冷却装置に適用することも可能である。
【００７８】
（６）上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７９】
１      沸騰冷却装置
２      沸騰部
２２    対向面
３      発熱体
３１    発熱素子
３２ａ  第１伝熱面
３３ａ  第２伝熱面
【図１】
2014175460.tif 000003
【図２】
2014175460.tif 000004
【図３】
2014175460.tif 000005
【図４】
2014175460.tif 000006
【図５】
2014175460.tif 000007
【図６】
2014175460.tif 000008
【図７】
2014175460.tif 000009
【図８】
2014175460.tif 000010
【図９】
2014175460.tif 000011
【図１０】
2014175460.tif 000012
【図１１】
2014175460.tif 000013
【図１２】
2014175460.tif 000014
【図１３】
2014175460.tif 000015
【図１４】
2014175460.tif 000016