(57)【要約】【課題】消費電力を抑えることができる電子部品冷却装置を提供する。【解決手段】電子部品冷却装置１は、電子部品Ｅの熱により冷媒液を気化させる蒸発器１０と、蒸発器１０で発生した冷媒蒸気を凝縮させて冷媒液に再生する凝縮器２０と、冷媒蒸気を蒸発器１０から凝縮器２０に流通させると共に冷媒液を凝縮器２０から蒸発器１０に流通させる循環流路３０と、冷媒液に流動力を作用させるポンプ４０と、冷媒蒸気の流体エネルギから動力を回収するファン５０と、ファン５０が回収した動力をポンプ４０に供給するシャフト部材６０と、を備える。【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蒸発器と、
前記蒸発器で発生した冷媒蒸気を凝縮させて前記冷媒液に再生する凝縮器と、
前記冷媒蒸気を前記蒸発器から前記凝縮器に流通させると共に前記冷媒液を前記凝縮器から前記蒸発器に流通させる循環流路と、
前記冷媒液に流動力を作用させる流動化手段と、
前記冷媒蒸気の流体エネルギから動力を回収する動力回収手段と、
前記動力回収手段が回収した動力を前記流動化手段に供給する動力伝達手段と、
を備えることを特徴とする電子部品冷却装置。
【請求項２】
前記流動化手段は、前記循環流路において前記冷媒液が流通する部位に設けられ、
前記動力回収手段は、前記循環流路において前記冷媒蒸気が流通する部位に設けられる
ことを特徴とする請求項１に記載の電子部品冷却装置。
【請求項３】
前記流動化手段の作動を補助する補助動力源をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品冷却装置。
【請求項４】
前記流動化手段はポンプであり、前記動力回収手段はファンであり、前記動力伝達手段は前記ポンプの駆動軸と前記ファンの回転軸とを連結する連結部材であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子部品冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車や電気自動車等の車両に搭載されるＰＣＵ（パワーコントロールユニット）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、電子部品の熱により冷媒液を気化させる蒸発器と、冷媒液を冷却する凝縮器と、冷媒液を循環させるポンプと、を備える冷却装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１７１９９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、ポンプを駆動するための電力を外部から常に供給する必要があり、冷却装置の消費電力が増える。ハイブリッド車や電気自動車等は、モータを動力源として走行するため、冷却装置の消費電力が増えると、走行用モータの電力を十分に確保することができず、車両の走行に影響を及ぼす可能性がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、消費電力を抑えることができる電子部品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、電子部品冷却装置に係る第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蒸発器と、前記蒸発器で発生した冷媒蒸気を凝縮させて前記冷媒液に再生する凝縮器と、前記冷媒蒸気を前記蒸発器から前記凝縮器に流通させると共に前記冷媒液を前記凝縮器から前記蒸発器に流通させる循環流路と、前記冷媒液に流動力を作用させる流動化手段と、前記冷媒蒸気の流体エネルギから動力を回収する動力回収手段と、前記動力回収手段が回収した動力を前記流動化手段に供給する動力伝達手段と、を備える、という手段を採用する。
【０００７】
また、本発明では、電子部品冷却装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記流動化手段は、前記循環流路において前記冷媒液が流通する部位に設けられ、前記動力回収手段は、前記循環流路において前記冷媒蒸気が流通する部位に設けられる、という手段を採用する。
【０００８】
また、本発明では、電子部品冷却装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記流動化手段の作動を補助する補助動力源をさらに備える、という手段を採用する。
【０００９】
また、本発明では、電子部品冷却装置に係る第４の解決手段として、上記第１〜第３のいずれか１つの解決手段において、前記流動化手段はポンプであり、前記動力回収手段はファンであり、前記動力伝達手段は前記ポンプの駆動軸と前記ファンの回転軸とを連結する連結部材である、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電子部品冷却装置の消費電力を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電子部品冷却装置の全体図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る電子部品冷却装置の全体図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１実施形態）
以下、図１を参照し、本発明の第１実施形態に係る電子部品冷却装置１（以下、単に冷却装置１とも称する）について説明する。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。
【００１３】
冷却装置１は、蒸発器１０と、凝縮器２０と、循環流路３０と、ポンプ（流動化手段）４０と、ファン（動力回収手段）５０と、シャフト部材（動力伝達手段）６０と、を備える。
蒸発器１０は、電子部品Ｅの熱により冷媒液を気化させる。凝縮器２０は、蒸発器１０で発生した冷媒蒸気を凝縮させて冷媒液に再生する。循環流路３０は、冷媒蒸気を蒸発器１０から凝縮器２０に流通させる第１流路３１と、冷媒液を凝縮器２０から蒸発器１０に流通させる第２流路３２とを有する。ポンプ４０は、冷媒液に流動力を作用させる。ファン５０は、冷媒蒸気の流体エネルギから動力を回収する。シャフト部材６０は、ファン５０が回収した動力をポンプ４０に供給する。
【００１４】
蒸発器１０は、略直方体形状のハウジング１１と、ハウジング１１の内部に設けられる表面積拡張部材１２とを有する。
ハウジング１１は、略直方体形状を有する。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。
ハウジング１１の上部には、第１流路３１の一端が接続される。ハウジング１１の下部には、第２流路３２の一端が接続される。
【００１５】
表面積拡張部材１２は、電子部品Ｅに対応して取付面１１ｂの背面１１ｃに設けられる。背面１１ｃは、底壁１１ａの内面である。表面積拡張部材１２は、背面１１ｃに接するよう設けられる。表面積拡張部材１２は、ハウジング１１に貯留される冷媒液に浸漬されている。表面積拡張部材１２は、例えば、多孔質体である。
【００１６】
凝縮器２０は、冷媒蒸気を冷却して凝縮（液化）させる。
凝縮器２０の上部には、第１流路３１の他端が接続される。凝縮器２０の下部には、第２流路３２の他端が接続される。
【００１７】
第１流路３１は、蒸発器１０の下流と凝縮器２０の上流とを接続する。
第２流路３２は、凝縮器２０の下流と蒸発器１０の上流とを接続する。
【００１８】
ポンプ４０は、第２流路３２の途中部位に設けられる。ポンプ４０は、凝縮器２０から排出された冷媒液を蒸発器１０へ向けて流動させる。
【００１９】
ファン５０は、第１流路３１の途中部位に設けられる。ファン５０は、第１流路３１を流れる冷媒蒸気の運動エネルギ（流体エネルギ）により回転する。すなわち、ファン５０は、冷媒蒸気の運動エネルギ（流体エネルギ）から動力を回収して、回転動力を発生させる。
【００２０】
シャフト部材６０はポンプ４０の駆動軸とファン５０の回転軸とを連結する。ファン５０の回転動力は、シャフト部材６０を介してポンプ４０の駆動軸に伝達され、ポンプ４０の駆動軸を回転させる。すなわち、ファン５０の回転動力によってポンプ４０が駆動される。
蒸発器１０において、電子部品Ｅと冷媒液との底壁１１ａを介した熱交換により冷媒蒸気が発生する。冷媒蒸気の発生により蒸発器１０の内圧が上昇するため、蒸発器１０の内圧と凝縮器２０の内圧との間に圧力差が発生する。この圧力差に依存する運動エネルギ（流体エネルギ）が冷媒蒸気に与えられる。したがって、冷媒蒸気の運動エネルギ（流体エネルギ）は十分大きくなるため、冷媒蒸気の運動エネルギ（流体エネルギ）により、ポンプ４０を駆動し得る十分な回転動力をファン５０に発生させることができる。
ファン５０の回転数とポンプ４０の回転数とを異ならせるために、シャフト部材６０が所定のギア比を有する連結器を有していてもよい。
【００２１】
次に、上記構成の冷却装置１の動作について説明する。
蒸発器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。ここで、表面積拡張部材１２は、背面１１ｃに接するよう設けられ、冷媒液に浸漬されている。したがって、表面積拡張部材１２により、冷媒液から底壁１１ａへの伝熱面積が増大するため、底壁１１ａと冷媒液との熱交換効率が向上する。この結果、電子部品Ｅの冷却が促進される。
【００２２】
蒸発器１０で発生した冷媒蒸気は、第１流路３１へ排出される。冷媒蒸気は、第１流路３１を介して凝縮器２０へ供給される。この際、第１流路３１を流れる冷媒蒸気の運動エネルギ（流体エネルギ）により、ファン５０が回転する。
冷媒蒸気は、凝縮器２０で冷却されることにより凝縮（液化）する。すなわち、冷媒蒸気は、凝縮器２０において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。
凝縮された冷媒液は、第２流路３２へ排出される。冷媒液は、第２流路３２を介して蒸発器１０へ戻され、ハウジング１１に貯留される。この際、ファン５０の回転動力によってポンプ４０が駆動され、ポンプ４０は冷媒液を凝縮器２０から蒸発器１０へ向けて流動させる。
【００２３】
以上説明したように、本実施形態では、ファン５０が冷媒蒸気の流体エネルギから回収した動力を、シャフト部材６０によりポンプ４０に供給し、ポンプ４０を駆動する。ポンプ４０を作動させるための電力を外部から供給することが不要となり、冷却装置１の消費電力を抑えることができる。
特に、電子部品Ｅがモータを動力源として走行する車両に搭載されるＰＣＵである場合、冷却装置１の消費電力を抑えることにより、走行用モータの電力を十分に確保することができる。この結果、冷却装置１による電子部品Ｅの冷却が、車両の走行に与える影響を低減することができる。
【００２４】
また、本実施形態によれば、ポンプ４０は、第２流路３２の途中部位に設けられ、ファン５０は、第１流路３１の途中部位に設けられる。したがって、ファン５０により、冷媒蒸気の流体エネルギから動力を効率的に回収することができる。
【００２５】
（第２実施形態）
次に、図２を参照し、本発明の第２実施形態に係る電子部品冷却装置１００（以下、単に冷却装置１００とも称する）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。
【００２６】
図２に示されるように、本実施形態における冷却装置１００は、ポンプ４０の作動を補助する補助モータ（補助動力源）７０をさらに備える。補助モータ７０は、補助モータ用シャフト部材８０を介してポンプ４０の駆動軸と連結される。また、シャフト部材８０には、ポンプ４０と補助モータ７０との連結状態を切り替えるクラッチ部材９０が設けられる。
【００２７】
例えば車両の始動直後では、電子部品Ｅの発熱が少なく、ハウジング１１に貯留される冷媒液が十分に沸騰していない（すなわち、蒸発器１０における冷媒蒸気の発生が十分ではない）。第１流路３１を流れる冷媒蒸気が少ないと、ファン５０の回転動力が低下するため、ファン５０によってポンプ４０を十分に駆動することが難しい。したがって、この場合、クラッチ部材９０をオン状態としてポンプ４０と補助モータ７０とを連結し、一時的に補助モータ７０によりポンプ４０を駆動させる。
【００２８】
電子部品の発熱量が増え、ハウジング１１に貯留される冷媒液が十分に沸騰している（すなわち、蒸発器１０における冷媒蒸気の発生が十分である）場合には、ファン５０の回転動力のみによりポンプ４０を駆動させることができる。したがって、クラッチ部材９０をオフ状態としてポンプ４０と補助モータ７０との連結を切り離す。
【００２９】
本実施形態では、蒸発器１０における冷媒蒸気の発生が十分ではない場合に、一時的に補助モータ７０によりポンプ４０の作動を補助することができる。したがって、冷却装置１の消費電力を抑えつつ、ポンプ４０を安定的に作動させることができる。
【００３０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３１】
例えば、上記実施形態においては、ファン５０が第１流路３１の途中部位に設けられる構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。ファン５０は、冷媒蒸気の運動エネルギ（流体エネルギ）から動力を回収できる位置に配置されればよく、例えば、蒸発器１０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…電子部品冷却装置、１０…蒸発器、２０…凝縮器、３０…循環流路、４０…ポンプ（流動化手段）、５０…ファン（動力回収手段）、６０…シャフト部材（動力伝達手段）、７０…補助モータ（補助動力源）、Ｅ…電子部品
【図１】
2019062136.tif 000003
【図２】
2019062136.tif 000004