(57)【要約】【課題】冷媒液の逆流を防止できる沸騰冷却装置を提供する。【解決手段】沸騰冷却装置１は、電子部品Ｅの熱により冷媒液を気化させる受熱部１０と、受熱部１０で発生した冷媒蒸気を搬送する蒸気管２０と、蒸気管２０から搬送された冷媒蒸気を凝縮させて冷媒液に再生し、凝縮された冷媒液を受熱部に戻す凝縮管３０と、を備え、蒸気管２０と凝縮管３０との接続箇所において、蒸気管２０は凝縮管３０よりも上側に配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品の熱により冷媒液を気化させる受熱部と、
前記受熱部で発生した冷媒蒸気を搬送する蒸気管と、
前記蒸気管から搬送された前記冷媒蒸気を凝縮させて前記冷媒液に再生し、凝縮された前記冷媒液を前記受熱部に戻す凝縮管と、
を備え、
前記蒸気管と前記凝縮管との接続箇所において、前記蒸気管は前記凝縮管よりも上側に配置されることを特徴とする沸騰冷却装置。
【請求項２】
前記蒸気管は、
前記受熱部の異なる位置に連通し、前記冷媒蒸気を上方へ搬送する一対の第１管と、
一端が一方の前記第１管に連通されると共に他端が他方の前記第１管に連通する第２管と、
を備え、
前記凝縮管は、
前記受熱部の異なる位置に連通し、凝縮された前記冷媒液を下方へ搬送する一対の第３管と、
一端が一方の前記第３管に連通されると共に他端が他方の前記第３管に連通する第４管と、
を備え、
前記接続箇所において、前記第２管の途中部位と、前記第４管の途中部位とが互いに連通され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】
前記第２管は、前記第４管と交差するように設けら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】
前記第４管は、前記第２管と交差する部位を頂部として屈曲あるいは湾曲する形状であることを特徴とする請求項３に記載の沸騰冷却装置。
【請求項５】
前記蒸気管は前記受熱部の上部と連通し、前記凝縮管は前記受熱部の下部と連通することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の沸騰冷却装置。
【請求項６】
前記凝縮管は、複数の放熱フィンを備えることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項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、電子部品の沸騰冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等に搭載されるパワーモジュールには、発熱量の多い電子部品が複数用いられるため、これらの電子部品を冷却する冷却装置が設けられている。例えば、特許文献１には、冷媒液が貯留される冷媒容器と、冷媒蒸気が流通する蒸気用チューブと、冷媒液が流通する凝縮液用チューブと、蒸気用チューブ及び凝縮液用チューブと連結されるヘッダと、を備える沸騰冷却装置が開示されている。冷媒容器に貯留されている冷媒液は、電子部品の熱により気化する。冷媒蒸気は、蒸気用チューブを通ってヘッダへ流入し、ヘッダにおいて冷却されて凝縮する。凝縮された冷媒液は、凝縮液用チューブを通って冷媒容器へ戻される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０２８５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の冷却装置においては、ヘッダにおいて凝縮された冷媒液が蒸気用チューブへ逆流することを防止するために、蒸気用チューブの上端部がヘッダの底面から突き出ている。しかしながら、凝縮された冷媒液の量が増加すると、冷媒液が蒸気用チューブへ逆流してしまう可能性がある。また、冷却装置が車両に搭載される場合、車両が傾斜したり加速したりする際に、冷却装置が傾き、冷媒液が蒸気用チューブへ逆流してしまう可能性がある。
【０００５】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、冷媒液の逆流を防止できる沸騰冷却装置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、本発明では、沸騰冷却装置に係る第１の解決手段として、電子部品の熱により冷媒液を気化させる受熱部と、前記受熱部で発生した冷媒蒸気を搬送する蒸気管と、前記蒸気管から搬送された前記冷媒蒸気を凝縮させて前記冷媒液に再生し、凝縮された前記冷媒液を前記受熱部に戻す凝縮管と、を備え、前記蒸気管と前記凝縮管との接続箇所において、前記蒸気管は前記凝縮管よりも上側に配置される、という手段を採用する。
【０００７】
また、本発明では、沸騰冷却装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記蒸気管は、前記受熱部の異なる位置に連通し、前記冷媒蒸気を上方へ搬送する一対の第１管と、一端が一方の前記第１管に連通されると共に他端が他方の前記第１管に連通する第２管と、を備え、前記凝縮管は、前記受熱部の異なる位置に連通し、凝縮された前記冷媒液を下方へ搬送する一対の第３管と、一端が一方の前記第３管に連通されると共に他端が他方の前記第３管に連通する第４管と、を備え、前記接続箇所において、前記第２管の途中部位と、前記第４管の途中部位とが互いに連通される、という手段を採用する。
【０００８】
また、本発明では、沸騰冷却装置に係る第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、前記第２管は、前記第４管と交差するように設けられている、という手段を採用する。
【０００９】
また、本発明では、沸騰冷却装置に係る第４の解決手段として、上記第３の解決手段において、前記第４管は、前記第２管と交差する部位を頂部として屈曲あるいは湾曲する形状である、という手段を採用する。
【００１０】
また、本発明では、沸騰冷却装置に係る第５の解決手段として、上記第１〜第４のいずれか１つの解決手段において、前記蒸気管は前記受熱部の上部と連通し、前記凝縮管は前記受熱部の下部と連通する、という手段を採用する。
【００１１】
また、本発明では、沸騰冷却装置に係る第６の解決手段として、上記第１〜第５のいずれか１つの解決手段において、前記凝縮管は、複数の放熱フィンを備える、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、冷媒液の逆流を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る沸騰冷却装置の（ａ）上面図、（ｂ）図１（ａ）に示すＢ−Ｂ矢視断面図、及び図１（ａ）に示すＣ−Ｃ矢視断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る沸騰冷却装置の斜視図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る沸騰冷却装置の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１実施形態）
以下、図１及び図２を参照し、本発明の第１実施形態に係る沸騰冷却装置１について説明する。沸騰冷却装置１は、電子部品Ｅの冷却に用いられる。電子部品Ｅは、例えば、ハイブリッド車や電気自動車等、モータ（電動機）を動力源として走行する車両に搭載されるＰＣＵ（パワーコントロールユニット）のパワー半導体モジュールである。
なお、本実施形態では、図１（ａ）を基準にして沸騰冷却装置１の前後左右を定義する。図１（ａ）におけるｘ軸方向を前後方向、ｙ軸方向を左右方向と規定する。沸騰冷却装置１は、ｘ軸方向が車両の前後方向となるように、車両に搭載される。
【００１５】
沸騰冷却装置１は、受熱部１０と、蒸気管２０と、複数の凝縮管３０と、を備える。受熱部１０は、電子部品Ｅの熱により冷媒液を気化させる。蒸気管２０は、受熱部１０で発生した冷媒蒸気を搬送する。凝縮管３０は、蒸気管２０から搬送された冷媒蒸気を凝縮させて冷媒液に再生し、凝縮された冷媒液を受熱部１０に戻す。
【００１６】
図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示されるように、受熱部１０は、略直方体形状のハウジング１１を有する。
ハウジング１１の内部には、冷媒液が貯留される。ハウジング１１の底壁１１ａは、電子部品Ｅが取り付けられる取付面１１ｂを有する。取付面１１ｂは、底壁１１ａの外面である。
【００１７】
ハウジング１１の上部には、一対の排出口１２が設けられる。一対の排出口１２は、ハウジング１１のｙ軸方向における側壁１１ｃ、１１ｄにそれぞれ形成される。一対の排出口１２は、蒸気管２０と連通する。
【００１８】
ハウジング１１の下部には、複数（本実施形態では８つ）の供給口１３が設けられる。図２に示されるように、複数の供給口１３は、ハウジング１１のｘ軸方向における側壁１１ｅ、１１ｆに４つずつ形成される。複数の供給口１３は、複数の凝縮管３０とそれぞれ連通する。
【００１９】
図１（ｂ）に示されるように、蒸気管２０は環状に形成されている。蒸気管２０は、一対の第１管２１と、第２管２２と、を有する。
第１管２１は上下方向に延びる。一対の第１管２１の下端は、受熱部１０の一対の排出口１２にそれぞれ接続される。一対の第１管２１は、冷媒蒸気を上方へ搬送する。
第２管２２はｙ軸方向に延びる。第２管２２の一端は、一方の第１管２１の上端に接続され、第２管２２の他端は、他方の第１管２１の上端に接続される。
【００２０】
図１（ｃ）及び図２に示されるように、凝縮管３０は環状に形成されている。複数の凝縮管３０のそれぞれは、一対の第３管３１と、第４管３２と、を有する。
第３管３１は上下方向に延びる。第３管３１の下端は、受熱部１０の供給口１３にそれぞれ接続される。第３管３１は、凝縮された冷媒液を下方へ搬送する。
第４管３２はｘ軸方向に延びる。図１（ａ）に示されるように、複数の第４管３２は、互いに平行に配置される。複数の凝縮管３０のそれぞれについて、第４管３２の一端は、一方の第３管３１の上端に接続され、第４管３２の他端は、他方の第３管３１の上端に接続される。
【００２１】
図１（ａ）に示されるように、第２管２２と複数の第４管３２とは、互いに直交（交差）するように設けられている。第２管２２の途中部位は、複数の第４管３２の途中部位と連通する。図１（ｂ）に示されるように、第２管２２と第４管３２との接続箇所において、第２管２２は第４管３２よりも上側に配置される。
具体的には、第２管２２と第４管３２との接続箇所において、第２管２２の下面部には、複数（本実施形態では４つ）の開口２３が設けられる。第２管２２と第４管３２との接続箇所において、第４管３２の上面部には、開口２３と連通する開口３３が設けられる。第２管２２と第４管３２とは、開口２３及び開口３３を介して互いに接続される。
【００２２】
第４管３２は、蒸気管２０から搬送された冷媒蒸気を凝縮させて冷媒液に再生する放熱部として機能する。
第４管３２には、複数の放熱フィン３４が設けられる。放熱フィン３４は、板状であり、第４管３２（すなわち、ｘ軸方向）と直交する方向に延びる。第４管３２は、放熱フィン３４を貫通する。放熱フィン３４は、外気との接触面積を増大させ、放熱性を高める。
【００２３】
次に、沸騰冷却装置１の動作について詳しく説明する。
受熱部１０において、ハウジング１１に貯留される冷媒液により、電子部品Ｅが冷却される。具体的には、電子部品Ｅの熱は、底壁１１ａへ伝達される。冷媒液は、底壁１１ａの熱を回収して、冷媒蒸気を生成する。すなわち、冷媒液は、液体の状態から気体の状態に変化する時に、底壁１１ａ（電子部品Ｅ）の熱を吸収して、底壁１１ａ（電子部品Ｅ）を冷却する。このように、電子部品Ｅは、底壁１１ａを介して冷媒液と間接的に熱交換を行うことにより、冷却される。冷媒蒸気は、ハウジング１１内を上昇し、排出口１２から排出される。
【００２４】
受熱部１０で発生した冷媒蒸気は、排出口１２から蒸気管２０へ供給される。蒸気管２０において、冷媒蒸気は、第２管２２の両端から流入して第２管２２内を中央へ向かって流れる。冷媒蒸気は、第２管２２の途中部位において、開口２３及び開口３３を介して第４管３２へ排出される。
冷媒蒸気は、第４管３２を流通する際に、冷却されて凝縮（液化）する。すなわち、冷媒蒸気は、第４管３２を流通する際に放熱することにより、気体の状態から液体の状態に戻される。冷媒蒸気の熱は、第４管３２から放熱フィン３４に伝わり、放熱フィン３４から放熱される。凝縮された冷媒液は、第３管３１へ排出される。冷媒液は、第３管３１から供給口１３を介して受熱部１０へ戻され、ハウジング１１へ貯留される。
【００２５】
以上説明したように、本実施形態によれば、蒸気管２０と凝縮管３０との接続箇所において、蒸気管２０は凝縮管３０よりも上側に配置される。したがって、凝縮管３０で凝縮された冷媒液が蒸気管２０へ逆流することを防止できる。
【００２６】
また、本実施形態によれば、蒸気管２０は、受熱部１０の異なる位置に連通し、冷媒蒸気を上方へ搬送する一対の第１管２１と、一端が一方の第１管２１に連通されると共に他端が他方の第１管２１に連通する第２管２２と、を備える。凝縮管３０は、受熱部１０の異なる位置に連通し、凝縮された冷媒液を下方へ搬送する一対の第３管３１と、一端が一方の第３管３１に連通されると共に他端が他方の第３管３１に連通する第４管３２と、を備える。また、蒸気管２０と凝縮管３０との接続箇所において、第２管２２の途中部位と、第４管３２の途中部位とが互いに連通される。
冷媒蒸気は、一対の第１管２１から第２管２２の両端へそれぞれ流入し、第２管２２内を中央へ向かって流れて、第２管２２の途中部位において第４管３２へ排出される。このように蒸気管２０が環状に形成されているため、冷媒蒸気が第２管２２の端から受熱部１０へ逆流することを防止できる。
また、第４管３２において凝縮された冷媒液は、第４管３２の両端から一対の第３管３１へ流入し、一対の第３管３１内を下降して受熱部１０へ供給される。このように凝縮管３０が環状に形成されているため、例えば冷却装置１が搭載される車両が傾斜したとしても、冷媒液を受熱部１０までスムーズに流すことができる。
【００２７】
また、本実施形態によれば、第２管２２は、第４管３２と交差するように設けられている。
第２管２２と第４管３２との交差部位において蒸気管２０と凝縮管３０とが接続しているので、凝縮管３０で凝縮された冷媒液が蒸気管２０へ逆流することをより効果的に防止できる。
【００２８】
また、本実施形態によれば、蒸気管２０は、受熱部１０の上部と連通し、凝縮管３０は、受熱部１０の下部と連通する。
受熱部１０で発生した冷媒蒸気は受熱部１０内を上方へ流れるため、受熱部１０の上部において蒸気管２０と受熱部１０とが連通することにより、冷媒蒸気の流れがスムーズになる。また、凝縮管３０で凝縮された冷媒液は下方へ流れ落ちるため、受熱部１０の下部において凝縮管３０と受熱部１０とが連通することにより、冷媒蒸気の流れを阻害することなく、電子部品Ｅの近傍へ冷媒液を送ることができる。したがって、効率がよい冷却機能を維持することができる。
【００２９】
（第２実施形態）
次に、図３を参照し、本発明の第２実施形態に係る沸騰冷却装置１００について説明する。なお、本実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
【００３０】
図３に示されるように、本実施形態では、凝縮管１３０の第４管１３２は、第２管２２と交差する部位を頂部１３２ａとして屈曲あるいは湾曲する形状となっている。すなわち、第４管１３２は、頂部１３２ａから端部１３２ｂ、１３２ｃに向かってそれぞれ下方へ傾斜するように形成される。頂部１３２ａの上面部に、第２管２２の開口２３と連通する開口１３３が設けられる。
本実施形態によれば、第４管１３２で凝縮された冷媒液が、第４管１３２の傾斜に沿って下方へ滑り落ち、第３管３１へ排出される。したがって、冷媒液が蒸気管２０へ逆流することをより効果的に防止できる。
【００３１】
なお、本発明は、図面を参照して説明した上記実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上述の実施形態において、凝縮管３０は複数設けられているが、本発明はこれに限られない。凝縮管３０が１つのみ設けられていてもよい。
また、上述の実施形態において、蒸気管２０の第２管２２と凝縮管３０の第４管３２とは、互いに交差するように設けられているが、本発明はこれに限られない。第２管２２と第４管３２とは、互いに平行に設けられていてもよい。
【００３２】
その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１、１００…沸騰冷却装置、１０…受熱部、２０…蒸気管、２１…第１管、２２…第２管、３０、１３０…凝縮管、３１…第３管、３２、１３２…第４管、３４…放熱フィン、Ｅ…電子部品
【図１】
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【図２】
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【図３】
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