(57)【要約】  冷却器内で沸騰により発生した気泡が冷却器外に流出することを抑制し、振動、騒音、および配管類の破損を防ぐことができる冷却器、電力変換装置、または冷却システムを提供する。本発明に係る冷却器２０は、冷媒が流入する冷媒入口部２３および冷媒が流出する冷媒出口部２４を有する内部が中空の角柱であって、冷媒が流れる冷媒流路を内部に有する筐体２１と、筐体２１内に設けられ、筐体２１の底面および側面の少なくとも一方であって冷媒を加熱する加熱面を含む第一領域２５と、冷媒出口部を含む第二領域２６とに冷媒流路を分割する、複数の開口を有する開口体２２と、を備えるものである。
2016151805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が流入する冷媒入口部および前記冷媒が流出する冷媒出口部を有する内部が中空の角柱であって、前記冷媒が流れる冷媒流路を前記内部に有する筐体と、
前記筐体内に設けられ、前記筐体の底面および側面の少なくとも一方であって前記冷媒を加熱する加熱面を含む第一領域と、前記冷媒入口部および前記冷媒出口部を含む第二領域とに前記冷媒流路を分割し、前記第一領域で発生した気泡が前記第二領域へ移動するのを抑制する複数の開口を有する開口体と
を備える冷却器。
【請求項２】
前記開口体は、前記開口の開口直径が０．１〜３．０ｍｍである
請求項１に記載の冷却器。
【請求項３】
気泡が前記底面または前記側面から離脱するときの接触角をΦ［度］、冷媒の表面張力をσ［Ｎ／ｍ］、重力加速度をｇ［ｍ２／ｓ］、液冷媒の密度をρｌ［ｋｇ／ｍ３］、および冷媒の飽和蒸気の密度をρｖ［ｋｇ／ｍ３］とし、前記開口体は、前記開口の開口直径が下式により算出される気泡の直径ｄ［ｍ］より小さい
ｄ＝０．０２０９Φ√（σ／（ｇ（ρｌ−ρｖ）））
請求項１に記載の冷却器。
【請求項４】
前記開口体は、２枚以上の開口部材が積層された
請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷却器。
【請求項５】
前記開口体は、鉛直方向の断面がＶ字形またはＷ字形である
請求項１〜４のいずれか一項に記載の冷却器。
【請求項６】
前記筐体は、前記筐体内側の前記加熱面にフィンを有する
請求項１〜５のいずれか一項に記載の冷却器。
【請求項７】
前記フィンは、キャビティを有する
請求項６に記載の冷却器。
【請求項８】
前記筐体は、前記筐体内側の前記加熱面にキャビティを有する
請求項１〜７のいずれか一項に記載の冷却器。
【請求項９】
前記冷媒流路は、前記冷媒入口部の鉛直方向の流入断面よりも、前記冷媒流路の鉛直方向の断面が大きい
請求項１〜８のいずれか一項に記載の冷却器。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の冷却器と、
前記冷却器の前記筐体外側の底面および側面の少なくとも一方に設けられ、前記筐体内の前記冷媒を加熱する電子機器と
を備えた電力変換装置。
【請求項１１】
冷媒を循環させることで冷却する冷却システムであって、
内部に冷媒が流れる冷媒配管と、
前記冷媒配管と接続し、前記冷媒配管内の前記冷媒を循環させるポンプと、
前記冷媒配管と接続し、前記ポンプで循環する前記冷媒の熱を外部に放熱するラジエータと、
前記冷媒配管と接続し、前記ポンプで循環する前記冷媒により冷却される請求項１０に記載の電力変換装置と
を備えた冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換を行う電子機器などの発熱体を冷却器に備えた電力変換装置、および電力変換装置を用いた冷却システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空気または液冷媒を循環させる冷却システムが一般的に知られている。例えば、液冷媒を使用した冷却システムは、ポンプで液冷媒を循環させ、発熱体を冷却器で冷却し、ラジエータで放熱している。また、冷却器で液冷媒を沸騰させ、冷却能力を向上させたものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−４４４９６号公報（段落００２６、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような冷却システムにあっては、冷却器内で沸騰により発生した気泡がポンプに流入する可能性があった。気泡がポンプ内で凝縮するとキャビテーションが生じるため、振動、騒音、および配管類の破損を招くという問題点があった。【０００５】
本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、冷却器内で沸騰により発生した気泡が冷却器外に流出することを抑制し、振動、騒音、および配管類の破損を防ぐことができる冷却器、電力変換装置、または冷却システム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】
本発明に係る冷却器は、冷媒が流入する冷媒入口部および冷媒が流出する冷媒出口部を有する内部が中空の角柱であって、冷媒が流れる冷媒流路を内部に有する筐体と、筐体内に設けられ、筐体の底面および側面の少なくとも一方であって冷媒を加熱する加熱面を含む第一領域と、冷媒入口部および冷媒出口部を含む第二領域とに冷媒流路を分割し、第一領域で発生した気泡が第二領域へ移動するのを抑制する複数の開口を有する開口体と、を備えたものである。【０００７】
さらに、本発明に係る電力変換装置は、冷媒が流入する冷媒入口部および冷媒が流出する冷媒出口部を有する内部が中空の角柱であって、冷媒が流れる冷媒流路を内部に有する筐体と、筐体外側の底面および側面の少なくとも一方に設けられ、筐体内の冷媒を加熱する電子機器と、筐体内に設けられ、電子機器が設けられた筐体の加熱面を含む第一領域と、冷媒入口部および冷媒出口部を含む第二領域とに冷媒流路を分割し、第一領域で発生した気泡が第二領域へ移動するのを抑制する複数の開口を有する開口体と、を備えたものである。【０００８】
さらに、本発明に係る冷却システムは、冷媒を循環させることで冷却する冷却システムであって、内部に冷媒が流れる冷媒配管と、冷媒配管と接続し、冷媒配管内の冷媒を循環させるポンプと、冷媒配管と接続し、ポンプで循環する冷媒の熱を外部に放熱するラジエータと、冷媒配管と接続し、ポンプで循環する冷媒により冷却される電力変換装置と、を備え、電力変換装置は、冷媒が流入する冷媒入口部および冷媒が流出する冷媒出口部を有する内部が中空の角柱であって、冷媒が流れる冷媒流路を内部に有する筐体と、筐体外側の底面および側面の少なくとも一方に設けられ、筐体内の冷媒を加熱する電子機器と、筐体内に設けられ、電子機器が設けられた筐体の加熱面を含む第一領域と、冷媒入口部および冷媒出口部を含む第二領域とに冷媒流路を分割し、第一領域で発生した気泡が第二領域へ移動するのを抑制する複数の開口を有する開口体と、を有するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る冷却器、電力変換装置、冷却システムによれば、冷却器内で沸騰により発生した気泡が冷却器外に流出することを抑制し、振動、騒音、および配管類の破損を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る冷却システムの概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の外観斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の側面図とＡ−Ａ位置の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の上面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る電力変換装置のＢ−Ｂ位置の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係るパンチングメタルの上面図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る電力変換装置の側面図とＣ−Ｃ位置の断面図および拡大図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る電力変換装置の側面図とＤ−Ｄ位置の断面図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係る電力変換装置の側面図とＥ−Ｅ位置の断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態５に係る電力変換装置の側面図とＦ−Ｆ位置の断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態６に係る電力変換装置の側面図とＧ−Ｇ位置の断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態７に係る電力変換装置の側面図とＨ−Ｈ位置の断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態８に係る電力変換装置の側面図とＩ−Ｉ位置の断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態９に係る電力変換装置の外観斜視図である。
【図１５】本発明の実施の形態９に係る電力変換装置の側面図とＪ−Ｊ位置の断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態１０に係る電力変換装置の側面図とＫ−Ｋ位置の断面図および拡大図である。
【図１７】本発明の実施の形態１１に係る電力変換装置の側面図とＬ−Ｌ位置の断面図および拡大図である。
【図１８】本発明の実施の形態１２に係る電力変換装置の側面図とＭ−Ｍ位置の断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態１２に係る電力変換装置の側面図とＮ−Ｎ位置の断面図である。
【図２０】本発明の実施の形態１３に係る電力変換装置の側面図とＯ−Ｏ位置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る冷却システム１、電力変換装置１０、および冷却器２０を図１〜図６により説明する。なお、図において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに対応するものであり、このことは、明細書の全文において共通することである。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態１に係る冷却システム１の概略図である。図１に示すように、本発明の実施の形態１に係る冷却システム１は、電力変換装置１０、ポンプ３、エンジン６、およびラジエータ４を備える。本発明の実施の形態１に係る冷却システム１は、冷媒として液冷媒を循環させることで冷却する冷却システム１であって、車または電車等の車両に搭載される。冷却システム１において、ポンプ３は電力変換装置１０とエンジン６、およびラジエータ４はエンジン６と電力変換装置１０に、それぞれ内部に冷媒が流れる冷媒配管２で接続され、循環流路を構成している。図１に示すように、本発明の実施の形態１では、時計回りにポンプ３、エンジン６、ラジエータ４、および電力変換装置１０が配置されている。
【００１３】
ポンプ３は、冷媒配管２内の液体の冷媒を循環させる駆動源である。ポンプ３により循環する冷媒は、電力変換装置１０で受熱し、ラジエータ４で外部に放熱する。なお、冷却システム１は、冷媒の余剰液を蓄えるリザーバタンクを備えてもよい。また、リザーバタンクを大気圧解放し、空気などの冷媒中に溶けた気体を除去することもできる。リザーバタンクは例えばラジエータ４と電力変換装置１０の間に設けてもよい。
【００１４】
図２は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置１０の外観斜視図である。本発明の実施の形態１に係る電力変換装置１０は、電子機器１１と冷却器２０とを備える。冷却器２０の筐体２１の外側に発熱する電子機器１１が設けられ、電子機器１１の熱を除熱している。電子機器１１は、筐体２１外側の底面および側面の少なくとも一方に設けられ、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置１０では底面に設けられている。なお、筐体２１を含む電力変換装置１０を車両等に設置する場合において、筐体２１のうち鉛直方向の上部の面を上面、下部の面を底面、水平方向の面を側面とする。
【００１５】
また、冷却器２０の筐体２１内には冷媒流路があり、冷媒入口部２３から冷媒流路に冷媒が流入し、冷媒出口部２４から冷媒が流出する。電子機器１１が筐体２１内の冷媒を加熱することで、電子機器１１の熱が除熱される。なお、発熱する電子機器１１としては、制御回路、駆動回路、コンデンサ、ＳｉＣ等のパワーモジュール、またはステップダウンコンバータ等があるが、これに限られるものではない。また、電子機器１１はハーネス等により相互に接続されている。
【００１６】
次に冷却器２０の構造について説明する。図３は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置１０の側面図とＡ−Ａ位置の断面図である。図３（ａ）に電力変換装置１０の側面図におけるＡ−Ａ位置を示す。図３（ｂ）は電力変換装置１０のＡ−Ａ位置の断面図である。また、図４は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置１０の上面図である。図４に電力変換装置１０の上面図におけるＢ−Ｂ位置を示している。図５は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置１０のＢ−Ｂ位置の断面図である。
【００１７】
冷却器２０は、筐体２１と開口体２２を備えている。筐体２１は、冷媒が流入する冷媒入口部２３および冷媒が流出する冷媒出口部２４を有する内部が中空の角柱であり、冷媒が流れる冷媒流路を内部に有する。本発明の実施の形態１に係る筐体２１は、四角柱で構成されている。開口体２２は、電子機器１１が設けられた筐体２１の加熱面を含む第一領域２５と、冷媒入口部２３および冷媒出口部２４を含む第二領域２６とに冷媒流路を分割する。冷媒入口部２３と冷媒出口部２４を結ぶ直線を軸方向と定義すると、開口体２２は軸方向に延びて冷媒流路内に設けられ、冷媒流路を分割し、第一領域で加熱面付近から発生した気泡が第二領域へ移動するのを抑制する。本発明の実施の形態１において、第二領域２６は冷媒入口部２３および冷媒出口部２４を含む。また、加熱面は、電子機器１１が設けられた箇所に相当する冷却器２０の筐体２１壁面である。第一領域２５内では、発熱する電子機器１１により筐体２１内の冷媒が加熱され、主に電子機器１１が設けられた加熱面から冷媒が沸騰することで気泡３０が生じている。ただし、電子機器１１の熱は、筐体２１内を熱伝導で広がるため、必ずしも加熱面からのみ沸騰が生じるわけではない。
【００１８】
なお、本発明の実施の形態１では、冷媒入口部２３が第二領域２６に含まれるため、冷媒入口部２３から流入するラジエータ４で放熱された飽和温度より低い低温の冷媒が、冷却器２０の筐体２１底部に流れることを抑制できる。よって、低温の冷媒により筐体２１底部が冷却されることを抑制できるため、冷却器２０の筐体２１底部から、沸騰による気泡３０の発生を促進できる。
【００１９】
本発明の実施の形態１では、冷媒入口部２３および冷媒入口部２３が筐体２１の側面に設けられているが、筐体２１の側面に限られるものではない。さらに、冷却器２０は金属の薄板であって、アルミニウム、アルミニウム合金、またはステンレス等の金属が用いられる。
【００２０】
冷却器２０の断面形状は、必ずしも図３（ｂ）に示すような四角形である必要はなく、断面形状が円形、三角形、および多角形等であってもよい。図３（ｂ）に示すように、断面形状のアスペクト比が１または略１に近い四角形とすると、車両などに配設する場合に設置し易い。アスペクト比は０．９〜１．１が好ましく、さらに好ましくは１がよい。特にエンジンルームなど小さなスペースへの搭載が容易となる効果が得られる。
【００２１】
また、冷媒として、水、車両用のＬＬＣ（Ｌｏｎｇ  Ｌｉｆｅ  Ｃｏｏｌａｎｔ）、またはフロリナート等の冷媒を用いてもよい。
【００２２】
図６は、本発明の実施の形態１に係るパンチングメタル２２ａの上面図である。本発明の実施の形態１では、開口体２２としてパンチングメタル２２ａを用いた。開口体２２は、パンチングメタル２２ａまたは金網等が主に用いられる。開口体２２として例示したパンチングメタル２２ａは、平板部２２ｃに複数の開口２２ｂを有している。それゆえ、冷媒は開口２２ｂを通ることにより、第一領域２５と第二領域２６を相互に行き来できる。一方で、冷媒が沸騰することにより生じる気泡３０は、開口体２２を設けることで、第一領域２５から第二領域２６へ移動することを抑制できる。これは、開口体２２の開口２２ｂで生じる毛細管現象により、気泡３０が第一領域２５から第二領域２６へ移動することを抑制できるためである。また、開口体２２は複数枚を用いても良い。
【００２３】
開口２２ｂの開口直径は、筐体２１の壁面から離脱する際の沸騰により生じる気泡３０の直径より小さくしてもよい。筐体２１の壁面から離脱する際の沸騰により生じる気泡３０の直径を推定するために、以下の式（１）に示すＦｒｉｔｚの式を用いることができる。つまり、開口体２２は、開口２２ｂの開口直径が以下の式（１）により算出される気泡３０の直径より小さいとすることができる。ここで、ｄは気泡３０の直径［ｍ］、Φは気泡３０が壁面から離脱するときの接触角［度］、σは冷媒の表面張力［Ｎ／ｍ］、ｇは重力加速度［ｍ２／ｓ］、ρｌは液冷媒の密度［ｋｇ／ｍ３］、およびρｖは冷媒の飽和蒸気の密度［ｋｇ／ｍ３］である。参考までにＦｒｉｔｚの式を用いて気泡３０の直径を推定すると、冷媒が水の場合において、筐体２１の壁面から離脱する際の沸騰により生じる気泡３０の直径は約２〜３ｍｍ、冷媒がＬＬＣの場合において、筐体２１の壁面から離脱する際の沸騰により生じる気泡３０の直径は約１ｍｍとなる。
Ｆｒｉｔｚの式：  ｄ＝０．０２０９Φ√（σ／（ｇ（ρｌ−ρｖ）））
【００２４】
開口２２ｂが円形の場合、開口２２ｂの開口直径が０．１〜３．０ｍｍであることが好ましく、さらに好ましくは開口２２ｂの開口直径が０．５〜２．５ｍｍであることが好ましい。開口直径が３．０ｍｍを超える場合、気泡３０が開口２２ｂを通過し易くなる場合がある。また、開口直径が０．１ｍｍ未満の場合、液冷媒が第一領域２５と第二領域２６を相互に行き来しにくくなるため、冷却効率が低下する場合がある。ただし、開口２２ｂの開口直径は０．１〜３．０ｍｍに限られるものではない。開口体２２において、開口２２ｂの開口直径の大きさ、または開口率は任意に調整可能である。ここで、開口２２ｂの形状は円形だけでなく、楕円形、正方形、三角形、または矩形等の様々な形状であってもよい。開口２２ｂが円形以外の場合は、相当直径を開口直径としてもよい。さらに、開口体２２に多孔質体を用いてもよい。多孔質体を用いた場合、多孔質体の気孔直径の平均値を開口直径としてもよい。加えて、開口２２ｂは気泡３０の直径より小さい開口幅を備えていればよく、例えば、一方の開口２２ｂが気泡３０の直径より小さい開口幅であり、他方の開口幅は長い、スリットのようなものでもよい。
【００２５】
開口体２２を筐体２１に取り付け易いように、開口体２２を取り付けるフレームを筐体２１に設けても良い。これにより、冷媒を変更した場合、または電子機器１１を変更して電子機器１１の発熱量が変わった場合、外気温が変化した場合等の仕様変更に応じて、容易に開口体２２の取り換えができ、開口２２ｂの開口直径を変更できる。開口体２２の固定方法としては、筐体２１壁面へのネジによる固定、または溶接等をして固定する。本発明の実施の形態１では、パンチングメタル２２ａを筐体２１壁面に溶接により固定している。開口体２２の素材は、冷却器２０の筐体２１の素材と同一素材を用いるのが好ましい。これにより、腐食防止を防止することができる。
【００２６】
次に、本発明の実施の形態１に係る冷却システム１、電力変換装置１０、および冷却器２０の動作を説明する。図１の矢印で示すように、ポンプ３で冷媒をエンジン６の方向に送り出す。冷媒は、エンジン６、ラジエータ４、電力変換装置１０、およびポンプ３へと順に流れ、冷却システム１内を循環する。ここで、電力変換装置１０で冷媒が受熱し、ラジエータ４で放熱される。
【００２７】
図２に示す冷媒入口部２３はラジエータ４側に、および冷媒出口部２４側はポンプ３側に接続され、冷媒入口部２３から冷媒出口部２４側へ冷媒が流れる。発熱する電子機器１１が冷却器２０の底面に設けられた電力変換装置１０では、図３（ｂ）に示すように冷却器２０底面の加熱面から電子機器１１の熱で冷却器２０内の冷媒が加熱され、沸騰し気泡３０が発生する。
【００２８】
ここで沸騰は、筐体２１内の壁面温度が冷媒の飽和温度以上となったときに生じる。気泡３０が筐体２１内の壁面から離脱するときに、周囲の冷媒が気泡３０の離脱する箇所へ流れ込むことで、冷媒の対流による熱伝達率が向上する。加えて、沸騰により生じる気泡は、冷媒の相変化に必要な潜熱分の熱量を周囲の冷媒から奪うため、周囲の冷媒を冷却する。これにより、筐体２１壁面から冷媒へ伝わる熱量が増加し、電子機器は冷却される。
【００２９】
発生した気泡３０は浮力により冷却器２０内を上昇する。気泡３０は冷却器２０内を上昇するが、本実施の形態１では開口体２２としてパンチングメタル２２ａを備えており、気泡３０の主な発生面である加熱面を含む第一領域２５と、冷媒入口部２３および冷媒出口部２４を含む第二領域２６とに冷媒流路を分割している。よって、開口体２２であるパンチングメタル２２ａの開口２２ｂで毛細管現象が生じることにより、気泡３０が開口２２ｂを通り抜け冷媒出口部２４を通ってポンプ３へ到達することを抑制できる。また、例えパンチングメタル２２ａの開口２２ｂを僅かな気泡３０が通過したとしても、冷媒入口部２３から流入するラジエータ４で放熱された飽和温度より低い低温の冷媒と熱交換し、大部分は瞬時に凝縮され液冷媒に戻る。それゆえ、気泡３０のポンプ３への流入を抑制できる。
【００３０】
なお、冷媒はポンプ３で昇圧されエンジン６、ラジエータ４、および電力変換装置１０へと順々に流れていくにつれて、圧力損失により冷媒の圧力が小さくなっていく。電子機器１１の熱で冷却器２０内の冷媒が加熱され、冷却器２０底面の加熱面から沸騰し気泡３０を発生させるためには、冷媒の圧力が小さい方が容易に沸騰を発生させることができる。それゆえ、電力変換装置１０をポンプ３の近くに配置し、電力変換装置１０からポンプ３へ冷媒が流れるように冷媒出口部２４をポンプ３と接続する。これにより、電力変換装置１０内を流れる冷媒の圧力を冷却システム１の中で特に小さくすることができ、冷却器２０の底面から沸騰し気泡３０を発生させ易くすることができる。ただし、電力変換装置１０は、可能な限りポンプ３の近くに配置されている方が好ましいが、これに限られるものではなく、ポンプ３と電力変換装置１０との間に何かしらの機器が設けられていてもよい。
【００３１】
以上のとおり、本発明の実施の形態１における冷却システム１は、冷媒を循環させることで冷却する冷却システム１であって、内部に冷媒が流れる冷媒配管２と、冷媒配管２と接続し、冷媒配管２内の冷媒を循環させるポンプ３と、冷媒配管２と接続し、ポンプで循環する冷媒の熱を外部に放熱するラジエータ４と、冷媒配管２と接続し、ポンプで循環する冷媒により冷却される電力変換装置１０と、を備え、電力変換装置１０は、冷媒が流入する冷媒入口部２３および冷媒が流出する冷媒出口部２４を有する内部が中空の角柱であって、冷媒が流れる冷媒流路を内部に有する筐体２１と、筐体２１外側の底面および側面の少なくとも一方に設けられ、筐体２１内の冷媒を加熱する電子機器１１と、筐体２１内に設けられ、電子機器１１が設けられた筐体２１の加熱面を含む第一領域２５と、冷媒入口部２３および冷媒出口部２４を含む第二領域２６とに冷媒流路を分割し、第一領域２５で発生した気泡３０が第二領域２６へ移動するのを抑制する複数の開口２２ｂを有する開口体２２とを有するものである。
【００３２】
また、本発明の実施の形態１における電力変換装置１０は、冷媒が流入する冷媒入口部２３および冷媒が流出する冷媒出口部２４を有する内部が中空の角柱であって、冷媒が流れる冷媒流路を内部に有する筐体２１と、筐体２１外側の底面および側面の少なくとも一方に設けられ、筐体２１内の冷媒を加熱する電子機器１１と、筐体２１内に設けられ、電子機器１１が設けられた筐体２１の加熱面を含む第一領域２５と、冷媒入口部２３および冷媒出口部２４を含む第二領域２６とに冷媒流路を分割し、第一領域２５で発生した気泡３０が第二領域２６へ移動するのを抑制する複数の開口を有する開口体２２とを備えたものである。
【００３３】
さらに、本発明の実施の形態１における冷却器２０は、冷媒が流入する冷媒入口部２３および冷媒が流出する冷媒出口部２４を有する内部が中空の角柱であって、冷媒が流れる冷媒流路を内部に有する筐体２１と、筐体２１内に設けられ、筐体２１の底面および側面の少なくとも一方であって冷媒を加熱する加熱面を含む第一領域２５と、冷媒入口部２３および冷媒出口部２４を含む第二領域２６とに冷媒流路を分割し、第一領域２５で発生した気泡３０が第二領域２６へ移動するのを抑制する複数の開口を有する開口体２２と、を備えたものである。
【００３４】
このような構成によれば、冷却器２０内の冷媒流路を開口体２２によって、加熱面を含む第一領域２５と冷媒入口部２３および冷媒出口部２４を含む第二領域２６とに分割するので、第一領域２５で沸騰により発生した気泡３０が第二領域２６に流入することを防ぎ、気泡３０が冷却器２０外に流出することを防ぐことができる。そのため、冷却器２０内で沸騰により発生した気泡３０をポンプ３に流入することを抑制し、気泡３０がポンプ３内で凝縮することで発生するキャビテーションを防ぐことができる。また、冷却器２０内で沸騰により発生した気泡３０が冷却器２０外に流出することを抑制し、振動、騒音、および配管類の破損を防ぐことができる冷却器２０、電力変換装置１０、または冷却システム１を得ることができる。
【００３５】
また、開口体２２を取り付けるフレームを筐体２１に設けることで、開口体２２の取り換え、または複数枚を積層させて取り付けること等が容易になる。そのため、冷媒を変更した場合、または電子機器１１を変更して電子機器１１の発熱量が変わった場合等の仕様変更に応じて、開口体２２の開口直径および開口率等を容易に調整できる。これにより、冷媒の第一領域２５と第二領域２６の行き来する量等を適宜調整でき、発熱する電子機器１１の冷却効率を向上させることができる。
【００３６】
本発明の実施の形態１において、発熱する電子機器１１は沸騰現象を利用して冷却されている。通常、電子機器１１の冷却は、冷媒入口部２３から流入する冷媒の流速が大きいほど熱伝達率が大きくなるため、電子機器１１の冷却効率が上がる。一方、本発明の実施の形態１において、沸騰現象を利用して電子機器１１が冷却されているため、冷媒入口部２３から流入する冷媒の流速は、電子機器１１の冷却効率にほとんど影響しない。よって、冷媒の流入流量を変えずに、冷媒入口部２３の開口径を大きくし流入する冷媒の流速を小さくしたとしても、電子機器１１の冷却効率には影響しない。そこで、冷媒入口部２３の鉛直方向の流入断面よりも、冷媒流路の鉛直方向の断面を大きくしても、冷却効率には影響せず、冷却器２０内での圧力損失を低減することができ、ポンプ３での高い昇圧能力も不要になるため、ポンプ３の出力も小さくすることができる。よって、ポンプ３の小型化もでき、冷却システム１の軽量化、小型化、低コスト化が図れる。
【００３７】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る冷却システム１、電力変換装置１０、および冷却器２０を図７により説明する。なお、実施の形態１に係る冷却システム１、電力変換装置１０、および冷却器２０においては、１枚の開口体２２が取り付けられているものを説明した。本発明の実施の形態２では、複数枚の開口体２２が取り付けられているものを説明する。以下に実施の形態１と異なる点を中心に説明し、同一または対応する部分についての説明は省略する。
【００３８】
図７は、本発明の実施の形態２に係る電力変換装置１０の側面図とＣ−Ｃ位置の断面図および拡大図である。図７（ａ）は電力変換装置１０の側面図であってＣ−Ｃ位置を示し、図７（ｂ）は、Ｃ−Ｃ位置の断面図である。なお、図７に示す開口体２２形状の変形例は、実施の形態１に示す開口体２２と同様に、開口体２２は軸方向に延びて冷媒流路内に設けられ冷媒流路を分割している。図７（ｂ）に示すように、開口体２２を２枚積層してもよい。このように、開口体２２は、１枚の開口部材２２ｄだけを取り付けるのではなく、２枚、３枚と枚数を増やして２枚以上の開口部材２２ｄを積層して形成されていてもよい。２枚以上の開口部材２２ｄを積層して開口体２２を構成した場合、開口部材２２ｄを積層して構成した開口体２２の開口直径は、１枚の開口部材２２ｄで構成した開口体２２の開口直径より小さくなる。図７（ｃ）は、図７（ｂ）の拡大箇所１００の拡大図である。図７（ｃ）に示すように、開口体２２の開口直径は、開口部材２２ｄが積層されることで開口２２ｂが塞がり、実質的な穴の直径である実質開口径３１を開口直径とすることができる。なお開口部材２２ｄの積層状態により実質開口径３１は、場所によって大きさが異なる場合があるため、実質開口径３１の平均値を開口直径としてもよい。
【００３９】
このような構成によれば、２枚以上の開口部材２２ｄを積層して開口体２２を構成しているため、１枚の開口部材２２ｄで構成された開口体２２に比べ強度が向上する。また、２枚以上の開口部材２２ｄを積層することで、開口体２２の開口直径または開口率を容易に調整できる。
【００４０】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る冷却システム１、電力変換装置１０、および冷却器２０を図８により説明する。なお、実施の形態１に係る冷却システム１、電力変換装置１０、および冷却器２０においては、開口体２２として、断面形状が矩形のものを説明した。本発明の実施の形態３では、開口体２２の形状の変形例について説明する。以下に実施の形態１と異なる点を中心に説明し、同一または対応する部分についての説明は省略する。
【００４１】
図８は、本発明の実施の形態３に係る電力変換装置１０の側面図とＤ−Ｄ位置の断面図である。図８（ａ）は電力変換装置１０の側面図であってＤ−Ｄ位置を示し、図８（ｂ）は、Ｄ−Ｄ位置の断面図である。なお、図８に示す開口体２２の形状の変形例は、実施の形態１に示す開口体２２と同様に、開口体２２は軸方向に延びて冷媒流路内に設けられ、冷媒流路を分割している。図８に示すように、開口体２２の断面は水平方向に延びた直線状であって、開口体２２の端部は、両端がそれぞれ冷却器２０の筐体２１側面で固定されている。
【００４２】
このような構成によれば、冷媒が筐体２１の下部に設けられた発熱する電子機器１１から受熱し、沸騰することで発生する気泡３０が、開口体２２により第一領域２５から第二領域２６へ流れることを抑制できる。また、断面が矩形の開口体２２に比べ、開口体２２を軽量化でき、電力変換装置１０の軽量化、低コスト化を図れる。
【００４３】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係る冷却システム１、電力変換装置１０、および冷却器２０を図９により説明する。なお、実施の形態１に係る冷却システム１、電力変換装置１０、および冷却器２０においては、開口体２２として、断面形状が矩形のものを説明した。本発明の実施の形態４では、開口体２２の形状の変形例について説明する。以下に実施の形態１と異なる点を中心に説明し、同一または対応する部分についての説明は省略する。
【００４４】
図９は、本発明の実施の形態４に係る電力変換装置１０の側面図とＥ−Ｅ位置の断面図である。図９（ａ）は電力変換装置１０の側面図であってＥ−Ｅ位置を示し、図９（ｂ）は、Ｅ−Ｅ位置の断面図である。なお、図９に示す開口体２２形状の変形例は、実施の形態１に示す開口体２２と同様に、開口体２２は軸方向に延びて冷媒流路内に設けられ、冷媒流路を分割している。図９に示すように、開口体２２の断面は下方に凸状の弧を描いている。開口体２２は冷却器２０の筐体２１側面でそれぞれの端部が固定されており、冷却器２０の筐体２１底面とは接触していない。
【００４５】
このような構成によれば、冷媒が筐体２１の下部に設けられた発熱する電子機器１１から受熱し、沸騰することで発生する気泡３０が、開口体２２により第一領域２５から第二領域２６へ流れることを抑制できる。また、断面が矩形の開口体２２に比べ、開口体２２を軽量化でき、電力変換装置１０の軽量化、低コスト化を図れる。
【００４６】
実施の形態５．
本発明の実施の形態５に係る冷却システム１、電力変換装置１０、および冷却器２０を図１０により説明する。なお、実施の形態１に係る冷却システム１、電力変換装置１０、および冷却器２０においては、開口体２２として、断面形状が矩形のものを説明した。本発明の実施の形態５では、開口体２２形状の変形例について説明する。以下に実施の形態１と異なる点を中心に説明し、同一または対応する部分についての説明は省略する。
【００４７】
図１０は、本発明の実施の形態５に係る電力変換装置１０の側面図とＦ−Ｆ位置の断面図である。図１０（ａ）は電力変換装置１０の側面図であってＦ−Ｆ位置を示し、図１０（ｂ）は、Ｆ−Ｆ位置の断面図である。なお、図１０に示す開口体２２形状の変形例は、実施の形態１に示す開口体２２と同様に、開口体２２は軸方向に延びて冷媒流路内に設けられ、冷媒流路を分割している。図１０（ｂ）に示すように、開口体２２の断面は上方に凸の三角形状である。開口体２２の端部は、冷却器２０の筐体２１の四隅のうち下部の二隅でそれぞれ固定されている。
【００４８】
このような構成によれば、冷媒が筐体２１の下部に設けられた発熱する電子機器１１から受熱し、沸騰することで発生する気泡３０は、開口体２２で第一領域２５から第二領域２６へ流れることが抑制される。また、断面が矩形の開口体２２に比べ、開口体２２を軽量化でき、電力変換装置１０の軽量化、低コスト化を図れる。
【００４９】
実施の形態６．
本発明の実施の形態２に係る冷却システム１、電力変換装置１０、および冷却器２０を図１１により説明する。なお、実施の形態１に係る冷却システム１、電力変換装置１０、および冷却器２０においては、開口体２２として、断面形状が矩形のものを説明した。本発明の実施の形態６では、開口体２２形状の変形例について説明する。以下に実施の形態１と異なる点を中心に説明し、同一または対応する部分についての説明は省略する。
【００５０】
図１１は、本発明の実施の形態６に係る電力変換装置１０の側面図とＧ−Ｇ位置の断面図である。図１１（ａ）は電力変換装置１０の側面図であってＧ−Ｇ位置を示し、図１１（ｂ）は、Ｇ−Ｇ位置の断面図である。なお、図１１に示す開口体２２形状の変形例は、実施の形態１に示す開口体２２と同様に、開口体２２は軸方向に延びて冷媒流路内に設けられ、冷媒流路を分割している。図１１（ｂ）に示すように、開口体２２の断面はコの字形であり、加熱面を覆うように取り付けられている。開口体２２の端部は、冷却器２０の筐体２１の底面でそれぞれ固定されている。
【００５１】
このような構成によれば、冷媒が筐体２１の下部に設けられた発熱する電子機器１１から受熱し、沸騰することで発生する気泡３０が、開口体２２で第一領域２５から第二領域２６へ流れることを抑制できる。また、断面が矩形の開口体２２に比べ、開口体２２を軽量化でき、電力変換装置１０の軽量化、低コスト化を図れる。
【００５２】
実施の形態７．
本発明の実施の形態７に係る冷却システム１、電力変換装置１０、および冷却器２０を図１２により説明する。なお、実施の形態１に係る冷却システム１、電力変換装置１０、および冷却器２０においては、開口体２２として、断面形状が矩形のものを説明した。本発明の実施の形態７では、開口体２２の形状の変形例について説明する。以下に実施の形態１と異なる点を中心に説明し、同一または対応する部分についての説明は省略する。
【００５３】
図１２は、本発明の実施の形態７に係る電力変換装置１０の側面図とＨ−Ｈ位置の断面図である。図１２（ａ）は電力変換装置１０の側面図であってＨ−Ｈ位置を示し、図１２（ｂ）は、Ｈ−Ｈ位置の断面図である。なお、図１２に示す開口体２２の形状の変形例は、実施の形態１に示す開口体２２と同様に、開口体２２は軸方向に延びて冷媒流路内に設けられ、冷媒流路を分割している。図１２（ｂ）に示すように、Ｇ−Ｇ断面は鉛直方向の断面であり、開口体２２の断面はＶ字形である。開口体２２の端部は、冷却器２０の筐体２１の四隅のうちの上部二隅と、筐体２１の底部中央でそれぞれ固定されている。本発明の実施の形態７において、第一領域２５は開口体２２により２つの領域に分割されている。
【００５４】
このような構成によれば、冷媒が筐体２１の下部に設けられた発熱する電子機器１１から受熱し、沸騰することで発生する気泡３０が、開口体２２で第一領域２５から第二領域２６へ流れることを抑制できる。また、断面が矩形の開口体２２に比べ、開口体２２を軽量化でき、電力変換装置１０の軽量化、低コスト化を図れる。
【００５５】
実施の形態８．
本発明の実施の形態８に係る冷却システム１、電力変換装置１０、および冷却器２０を図１３により説明する。なお、実施の形態１に係る冷却システム１、電力変換装置１０、および冷却器２０においては、開口体２２として、断面形状が矩形のものを説明した。本発明の実施の形態８では、開口体２２の形状の変形例について説明する。以下に実施の形態８と異なる点を中心に説明し、同一または対応する部分についての説明は省略する。
【００５６】
図１３は、本発明の実施の形態８に係る電力変換装置１０の側面図とＩ−Ｉ位置の断面図である。図１３（ａ）は電力変換装置１０の側面図であってＩ−Ｉ位置を示し、図１３（ｂ）は、Ｉ−Ｉ位置の断面図である。なお、図１３に示す開口体２２の形状の変形例は、実施の形態１に示す開口体２２と同様に、開口体２２は軸方向に延びて冷媒流路内に設けられ、冷媒流路を分割している。図１３（ｂ）に示すように、Ｈ−Ｈ断面は鉛直方向の断面であり、開口体２２の断面はＷ字形である。開口体２２の端部は、冷却器２０の筐体２１の四隅のうちの上部二隅と、筐体２１の底部の２箇所でそれぞれ固定されている。本発明の実施の形態８において、第一領域２５は開口体２２により３つの領域に分割されている。
【００５７】
このような構成によれば、冷媒が筐体２１の下部に設けられた発熱する電子機器１１から受熱し、沸騰することで発生する気泡３０が、開口体２２で第一領域２５から第二領域２６へ流れることを抑制できる。また、断面が矩形の開口体２２に比べ、開口体２２を軽量化でき、電力変換装置１０の軽量化、低コスト化を図れる。
【００５８】
実施の形態９．
本発明の実施の形態９に係る冷却システム１、電力変換装置１０、および冷却器２０を図１４、図１５により説明する。なお、実施の形態１に係る冷却システム１、電力変換装置１０、および冷却器２０においては、発熱する電子機器１１が冷却器２０底面の筐体２１外側に設けられているものを説明した。本発明の実施の形態９では、発熱する電子機器１１が冷却器２０底面の筐体２１外側だけでなく、冷却器２０側面の筐体２１外側にも設けられているものについて説明する。以下に実施の形態１と異なる点を中心に説明し、同一または対応する部分についての説明は省略する。
【００５９】
図１４は、本発明の実施の形態９に係る電力変換装置１０の外観斜視図である。図１４に示すように、本発明の実施の形態９に係る電力変換装置１０は、電子機器１１と冷却器２０とを備えるが、電子機器１１は冷却器２０底面の筐体２１外側だけでなく、冷却器２０側面の筐体２１外側にも設けられている。そのため、本発明の実施の形態９に係る電力変換装置１０においては、冷却器２０の筐体２１の底面だけでなく、冷却器２０の筐体２１の側面にも加熱面がある。図１５は、本発明の実施の形態９に係る電力変換装置１０の側面図とＪ−Ｊ位置の断面図である。図１５（ａ）に電力変換装置１０の側面図におけるＪ−Ｊ位置を示す。図１５（ｂ）に電力変換装置１０のＪ−Ｊ位置の断面図を示す。
【００６０】
図１５（ｂ）に示す開口体２２の断面はＶ字形であり、冷却器２０の筐体２１四隅のうち上部二隅にそれぞれ開口体２２の端部が固定されており、さらに冷却器２０の筐体２１底面の中央付近で開口体２２の端部が固定されている。本発明の実施の形態９では、開口体２２により３つの領域に冷媒流路が分割されており、それぞれの領域の断面形状は三角形状である。本発明の実施の形態９に係る電力変換装置１０において、冷却器２０の筐体２１底面だけでなく冷却器２０の筐体２１側面にも加熱面があり、３つの領域に分割された冷媒流路のうち２つの領域が、冷媒を加熱する加熱面を含む第一領域２５である。残る１つの領域は冷媒入口部２３および冷媒出口部２４を含む第二領域２６である。つまり、開口体２２により第一領域２５は、複数の領域に分割されている。
【００６１】
冷却器２０底面の筐体２１外側、および冷却器２０側面の筐体２１外側に設けられた電子機器１１により、冷却器２０内部の冷媒は加熱され、沸騰し気泡３０が発生する。すると、第一領域２５では、主に冷媒を加熱する加熱面から気泡３０が発生し離脱する。離脱した気泡３０は浮力により上昇するが、開口体２２により、気泡３０が開口２２ｂを通り抜け、冷媒出口を通ってポンプ３へ到達することを抑制できる。なお、沸騰により発生する気泡３０が浮力により上昇するため、電子機器１１は冷却器２０の筐体２１外側の側面であって、可能な限り下方に設けられることが好ましい。
【００６２】
このような構成によれば、冷媒が筐体２１の下部に設けられた発熱する電子機器１１から受熱し、沸騰することで発生する気泡３０は、開口体２２で第一領域２５から第二領域２６へ流れることを抑制できる。また、断面が矩形の開口体２２に比べ、開口体２２を軽量化でき、電力変換装置１０の軽量化、低コスト化を図れる。
【００６３】
実施の形態１０．
本発明の実施の形態１０に係る冷却システム１、電力変換装置１０、および冷却器２０を図１６により説明する。なお、本発明の実施の形態１０では、実施の形態１に係る冷却システム１、電力変換装置１０、および冷却器２０において、冷却器２０の加熱面にキャビティ３２を設けた変形例について説明する。以下に実施の形態１と異なる点を中心に説明し、同一または対応する部分についての説明は省略する。
【００６４】
図１６は本発明の実施の形態１０に係る電力変換装置１０の側面図とＫ−Ｋ位置の断面図および拡大図である。図１６（ａ）に電力変換装置１０の側面図におけるＫ−Ｋ位置を示す。図１６（ｂ）は電力変換装置１０のＫ−Ｋ位置の断面図である。また、図１６（ｃ）は電力変換装置１０の拡大箇所１０１の拡大図である。図１６（ｂ）に示すように、Ｋ−Ｋ位置の断面は鉛直方向の断面であり、電子機器１１が設けられた筐体２１内側の加熱面にキャビティ３２が設けられている。キャビティ３２とは、伝熱面上にある微少な傷やくぼみであって、酸化処理、金属焼成、溶射、サンドブラスト処理、切削工具による溝、または切り起こし等で作られる。図１６（ｃ）にキャビティの拡大図を示す。筐体２１内側の加熱面のキャビティ３２は、１０〜１０００μｍの幅３２ａであることが好ましい。なお、キャビティ３２は、図１６（ｃ）に示される三角形状に限られず、気泡を保持できる形状であればよい。
【００６５】
このような構成によれば、キャビティ３２にとらわれている気泡３０が核となり、沸騰による気泡３０を生じ易くすることができる。これにより、気泡３０が生成される頻度を多くし、冷却器２０の冷却性能を向上させることができる。
【００６６】
実施の形態１１．
本発明の実施の形態１１に係る冷却システム１、電力変換装置１０、および冷却器２０を図１７により説明する。なお、本発明の実施の形態１１では、実施の形態１に係る冷却システム１、電力変換装置１０、および冷却器２０において、冷却器２０の加熱面にフィン３３を設けた変形例について説明する。以下に実施の形態１と異なる点を中心に説明し、同一または対応する部分についての説明は省略する。
【００６７】
図１７は、本発明の実施の形態１１に係る電力変換装置１０の側面図とＬ−Ｌ位置の断面図および拡大図である。図１７（ａ）に電力変換装置１０の側面図におけるＬ−Ｌ位置を示す。図１７（ｂ）は電力変換装置１０のＬ−Ｌ位置の断面図である。また、図１７（ｃ）は電力変換装置１０の拡大箇所１０２の拡大図である。図１７（ｂ）に示すように、Ｋ−Ｋ断面は鉛直方向の断面であり、電子機器１１が設けられた筐体２１の加熱面にフィン３３が設けられている。フィン３３は冷却器２０内側に向かって延びている。また、フィン３３の表面にはキャビティ３４が設けられている。キャビティ３４とは、伝熱面上にある微少な傷やくぼみであって、酸化処理、金属焼成、溶射、サンドブラスト処理、切削工具による溝、または切り起こし等で作られる。図１７（ｃ）にキャビティの拡大図を示す。フィン３３の表面のキャビティ３４は１０〜１０００μｍの幅３４ａであることが好ましい。さらに、筐体２１内側の加熱面にキャビティ３４を設けてもよい。
【００６８】
フィン３３は冷却器２０内側に向かって突状に延びているため、冷媒と接する面積がフィン３３により増え、熱交換能力が向上する。フィン３３形状としては、三角フィン、ピンフィン等でもよい。別パーツのフィン３３を加熱面に溶着してもよく、または加熱面に溝加工を施すことでフィン３３を形成してもよい。また、フィン３３の配列、フィン３３の高さ、フィン３３の枚数等は、仕様により適宜変更が可能である。なお、キャビティ３２は、図１７（ｃ）に示される三角形状に限られず、気泡を保持できる形状であればよい。
【００６９】
このような構成によれば、キャビティ３４にとらわれている気泡３０が核となり、沸騰による気泡３０を生じ易くすることができる。これにより、気泡３０が生成される頻度を多くし、冷却器２０の冷却性能を向上させることができる。また、フィン３３を設けることで、伝熱面積が増えるため冷媒との熱交換量が上昇し、冷却器２０の冷却性能をさらに向上させることができる。
【００７０】
実施の形態１２．
本発明の実施の形態１２に係る冷却システム１、電力変換装置１０、および冷却器２０を図１８および図１９により説明する。なお、本発明の実施の形態１２では、実施の形態１に係る冷却システム１、電力変換装置１０、および冷却器２０において、電力変換装置１０の筐体２１の断面形状を多角形に変更した変更例について説明する。以下に実施の形態１と異なる点を中心に説明し、同一または対応する部分についての説明は省略する。
【００７１】
図１８は、本発明の実施の形態１２に係る電力変換装置１０の側面図とＭ−Ｍ位置の断面図、および図１９は、本発明の実施の形態１２に係る電力変換装置１０の側面図とＮ−Ｎ位置の断面図である。図１８および図１９では、筐体２１の断面が多角形である場合、つまり筐体２１は、断面が三角形以上である角柱の例を示している。
【００７２】
図１８より、図１８（ａ）に電力変換装置１０の側面図におけるＭ−Ｍ位置を示す。図１８（ｂ）は電力変換装置１０のＭ−Ｍ位置の断面図である。図１８より、Ｍ−Ｍ位置の筐体２１の断面は三角形であり、筐体２１は三角柱で構成されている。筐体２１外側の底面には、発熱する電子機器１１が設けられている。
【００７３】
図１９より、図１９（ａ）に電力変換装置１０の側面図におけるＮ−Ｎ位置を示す。図１９（ｂ）は電力変換装置１０のＮ−Ｎ位置の断面図である。図１９より、Ｎ−Ｎ位置の筐体２１の断面は六角形であり、筐体２１は六角柱で構成されている。筐体２１外側の底面には、発熱する電子機器１１が設けられている。
【００７４】
本発明の実施の形態１２における冷却器２０では、筐体２１は、鉛直方向の断面が多角形であることを特徴としている。このような構成によれば、電子機器１１を筐体２１に設ける場合に電子機器１１のレイアウトの自由度が向上する。
【００７５】
実施の形態１３．
本発明の実施の形態１３に係る冷却システム１、電力変換装置１０、および冷却器２０を図２０により説明する。なお、本発明の実施の形態１３では、実施の形態１に係る冷却システム１、電力変換装置１０、および冷却器２０において、電力変換装置１０の筐体２１の断面形状を円形に変更した変更例について説明する。以下に実施の形態１と異なる点を中心に説明し、同一または対応する部分についての説明は適宜省略する。
【００７６】
図２０は、本発明の実施の形態１３に係る電力変換装置１０の側面図とＯ−Ｏ位置の断面図である。図２０では、筐体２１の断面が円形である場合、つまり筐体２１が円柱である例を示している。図２０（ａ）に電力変換装置１０の側面図におけるＯ−Ｏ位置を示す。図２０（ｂ）は電力変換装置１０のＯ−Ｏ位置の断面図であり、図２０（ｃ）は図２０（ｂ）の筐体２１を便宜上区分するために補助軸５０、５１および補助線５５、５６、５７、５８を設けた図である。
【００７７】
図２０（ｂ）より、Ｏ−Ｏ位置の筐体２１の断面は円形であり、筐体２１は円柱で構成されている。また、図２０（ｃ）の補助軸５０と補助軸５１は、図２０（ｂ）に示した筐体２１の円形断面を４等分している。補助軸５０は鉛直方向から４５度時計回りに回転させた軸であり、補助軸５１は鉛直方向から４５度反時計回りに回転させた軸である。また、補助軸５０、５１により４等分された筐体２１の円形断面は、時計回りに上から補助線５５、補助線５６、補助線５７、および補助線５８により示された範囲に、それぞれ区分されている。
【００７８】
本発明の実施の形態１３においては、円柱で構成されている筐体２１を含む電力変換装置１０を車両等に設置する場合において、補助線５５で示した鉛直方向の上部の面を上面、補助線５７で示した下部の面を底面、および補助線５６と補助線５８で示した面を側面とする。
【００７９】
具体的に述べると、円柱で構成されている筐体２１の底面は、筐体２１のうち円形断面の最上部を基準位置とした場合に、基準位置から時計回りに１３５度の円形断面の位置を始点とし、２２５度の位置を終点とする範囲にある面である。同様に、円柱で構成されている筐体２１の上面は、基準位置から反時計回りに４５度の円形断面の位置を始点とし、基準位置から時計回りに４５度の位置を終点とする範囲にある面である。また、円柱で構成されている筐体２１の側面は、基準位置から時計回りに４５度の円形断面の位置を始点とし、基準位置から時計回りに１３５度の位置を終点とする範囲にある面、および基準位置から時計回りに２２５度の円形断面の位置を始点とし、基準位置から時計回りに３１５度の位置を終点とする範囲にある面である。
【００８０】
また、筐体２１外側の底面には、発熱する電子機器１１が熱伝導シート４０を介して設けられている。熱伝導シート４０は、発熱する電子機器１１と筐体２１との接触を向上させるものであり、柔軟性がある例えばシリコンなどの素材からできている。これにより、筐体２１断面が円形であっても、適切に電子機器１１と接触させることができる。なお、熱伝導シート４０の使用は、図２０の例に限られず、電子機器１１と筐体２１との接触を向上させたい場合にも用いることができる。
【００８１】
以上のとおり、本発明の実施の形態１３における冷却システム１は、冷媒を循環させることで冷却する冷却システム１であって、内部に冷媒が流れる冷媒配管２と、冷媒配管２と接続し、冷媒配管２内の冷媒を循環させるポンプ３と、冷媒配管２と接続し、ポンプで循環する冷媒の熱を外部に放熱するラジエータ４と、冷媒配管２と接続し、ポンプで循環する冷媒により冷却される電力変換装置１０と、を備え、電力変換装置１０は、冷媒が流入する冷媒入口部２３および冷媒が流出する冷媒出口部２４を有する内部が中空の円柱であって、冷媒が流れる冷媒流路を内部に有する筐体２１と、筐体２１外側の底面および側面の少なくとも一方に設けられ、筐体２１内の冷媒を加熱する電子機器１１と、筐体２１内に設けられ、電子機器１１が設けられた筐体２１の加熱面を含む第一領域２５と、冷媒入口部２３および冷媒出口部２４を含む第二領域２６とに冷媒流路を分割し、第一領域２５で発生した気泡３０が第二領域２６へ移動するのを抑制する複数の開口２２ｂを有する開口体２２とを有するものである。
【００８２】
また、本発明の実施の形態１３における電力変換装置１０は、冷媒が流入する冷媒入口部２３および冷媒が流出する冷媒出口部２４を有する内部が中空の円柱であって、冷媒が流れる冷媒流路を内部に有する筐体２１と、筐体２１外側の底面および側面の少なくとも一方に設けられ、筐体２１内の冷媒を加熱する電子機器１１と、筐体２１内に設けられ、電子機器１１が設けられた筐体２１の加熱面を含む第一領域２５と、冷媒入口部２３および冷媒出口部２４を含む第二領域２６とに冷媒流路を分割し、第一領域２５で発生した気泡３０が第二領域２６へ移動するのを抑制する複数の開口を有する開口体２２とを備えたものである。
【００８３】
さらに、本発明の実施の形態１３における冷却器２０は、冷媒が流入する冷媒入口部２３および冷媒が流出する冷媒出口部２４を有する内部が中空の円柱であって、冷媒が流れる冷媒流路を内部に有する筐体２１と、筐体２１内に設けられ、筐体２１の底面および側面の少なくとも一方であって冷媒を加熱する加熱面を含む第一領域２５と、冷媒入口部２３および冷媒出口部２４を含む第二領域２６とに冷媒流路を分割し、第一領域２５で発生した気泡３０が第二領域２６へ移動するのを抑制する複数の開口を有する開口体２２と、を備えたものである。
【００８４】
本発明の実施の形態１３における冷却器２０において、筐体２１は、鉛直方向の断面が円形であることを特徴としている。このような構成によれば、電子機器１１を筐体２１に設ける場合に電子機器１１のレイアウトの自由度が向上する。
【００８５】
また、冷却器２０内の冷媒流路を開口体２２によって、加熱面を含む第一領域２５と冷媒入口部２３および冷媒出口部２４を含む第二領域２６とに分割するので、第一領域２５で沸騰により発生した気泡３０が第二領域２６に流入することを防ぎ、気泡３０が冷却器２０外に流出することを防ぐことができる。そのため、冷却器２０内で沸騰により発生した気泡３０をポンプ３に流入することを抑制し、気泡３０がポンプ３内で凝縮することで発生するキャビテーションを防ぐことができる。また、冷却器２０内で沸騰により発生した気泡３０が冷却器２０外に流出することを抑制し、振動、騒音、および配管類の破損を防ぐことができる冷却器２０、電力変換装置１０、または冷却システム１を得ることができる。
【００８６】
また、開口体２２を取り付けるフレームを筐体２１に設けることで、開口体２２の取り換え、または複数枚を積層させて取り付けること等が容易になる。そのため、冷媒を変更した場合、または電子機器１１を変更して電子機器１１の発熱量が変わった場合等の仕様変更に応じて、開口体２２の開口直径および開口率等を容易に調整できる。これにより、冷媒の第一領域２５と第二領域２６の行き来する量等を適宜調整でき、発熱する電子機器１１の冷却効率を向上させることができる。
【００８７】
発熱する電子機器１１は沸騰現象を利用して冷却されている。通常、電子機器１１の冷却は、冷媒入口部２３から流入する冷媒の流速が大きいほど熱伝達率が大きくなるため、電子機器１１の冷却効率が上がる。一方、沸騰現象を利用して電子機器１１が冷却されているため、冷媒入口部２３から流入する冷媒の流速は、電子機器１１の冷却効率にほとんど影響しない。よって、冷媒の流入流量を変えずに、冷媒入口部２３の開口径を大きくし流入する冷媒の流速を小さくしたとしても、電子機器１１の冷却効率には影響しない。そこで、冷媒入口部２３の鉛直方向の流入断面よりも、冷媒流路の鉛直方向の断面を大きくしても、冷却効率には影響せず、冷却器２０内での圧力損失を低減することができ、ポンプ３での高い昇圧能力も不要になるため、ポンプ３の出力も小さくすることができる。よって、ポンプ３の小型化もでき、冷却システム１の軽量化、小型化、低コスト化が図れる。
【００８８】
なお、本発明は、発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせることや、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１  冷却システム、２  冷媒配管、３  ポンプ、４  ラジエータ、１０  電力変換装置
１１  電子機器、２１  筐体、２２  開口体、２３  冷媒入口部、２４  冷媒出口部、２５  第一領域、２６  第二領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年6月30日(2017.6.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明に係る冷却器は、冷媒が流入する冷媒入口部および冷媒が流出する冷媒出口部を有する中空の部材であって、冷媒が流れる冷媒流路を内部に有する筐体と、筐体内に設けられ、筐体の底面および側面の少なくとも一方であって冷媒を加熱する加熱面を含む第一領域と、冷媒入口部および冷媒出口部を含む第二領域とに冷媒流路を分割し、第一領域で発生した気泡が第二領域へ移動するのを抑制する複数の開口を有する開口体と、を備えたものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
さらに、本発明に係る電力変換装置は、冷媒が流入する冷媒入口部および冷媒が流出する冷媒出口部を有する中空の部材であって、冷媒が流れる冷媒流路を内部に有する筐体と、筐体外側の底面および側面の少なくとも一方に設けられ、筐体内の冷媒を加熱する電子機器と、筐体内に設けられ、電子機器が設けられた筐体の加熱面を含む第一領域と、冷媒入口部および冷媒出口部を含む第二領域とに冷媒流路を分割し、第一領域で発生した気泡が第二領域へ移動するのを抑制する複数の開口を有する開口体と、を備えたものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
さらに、本発明に係る冷却システムは、冷媒を循環させることで冷却する冷却システムであって、内部に冷媒が流れる冷媒配管と、冷媒配管と接続し、冷媒配管内の冷媒を循環させるポンプと、冷媒配管と接続し、ポンプで循環する冷媒の熱を外部に放熱するラジエータと、冷媒配管と接続し、ポンプで循環する冷媒により冷却される電力変換装置と、を備え、電力変換装置は、冷媒が流入する冷媒入口部および冷媒が流出する冷媒出口部を有する中空の部材であって、冷媒が流れる冷媒流路を内部に有する筐体と、筐体外側の底面および側面の少なくとも一方に設けられ、筐体内の冷媒を加熱する電子機器と、筐体内に設けられ、電子機器が設けられた筐体の加熱面を含む第一領域と、冷媒入口部および冷媒出口部を含む第二領域とに冷媒流路を分割し、第一領域で発生した気泡が第二領域へ移動するのを抑制する複数の開口を有する開口体と、を有するものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が流入する冷媒入口部および前記冷媒が流出する冷媒出口部を有する中空の部材であって、前記冷媒が流れる冷媒流路を前記内部に有する筐体と、
前記筐体内に設けられ、前記筐体の底面および側面の少なくとも一方であって前記冷媒を加熱する加熱面を含む第一領域と、前記冷媒入口部および前記冷媒出口部を含む第二領域とに前記冷媒流路を分割し、前記第一領域で発生した気泡が前記第二領域へ移動するのを抑制する複数の開口を有する開口体と
を備える冷却器。
【請求項２】
前記開口体は、前記開口の開口直径が０．１〜３．０ｍｍである
請求項１に記載の冷却器。
【請求項３】
気泡が前記底面または前記側面から離脱するときの接触角をΦ［度］、冷媒の表面張力をσ［Ｎ／ｍ］、重力加速度をｇ［ｍ２／ｓ］、液冷媒の密度をρｌ［ｋｇ／ｍ３］、および冷媒の飽和蒸気の密度をρｖ［ｋｇ／ｍ３］とし、前記開口体は、前記開口の開口直径が下式により算出される気泡の直径ｄ［ｍ］より小さい
ｄ＝０．０２０９Φ√（σ／（ｇ（ρｌ−ρｖ）））
請求項１に記載の冷却器。
【請求項４】
前記開口体は、２枚以上の開口部材が積層された
請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷却器。
【請求項５】
前記開口体は、鉛直方向の断面がＶ字形またはＷ字形である
請求項１〜４のいずれか一項に記載の冷却器。
【請求項６】
前記筐体は、前記筐体内側の前記加熱面にフィンを有する
請求項１〜５のいずれか一項に記載の冷却器。
【請求項７】
前記フィンは、キャビティを有する
請求項６に記載の冷却器。
【請求項８】
前記筐体は、前記筐体内側の前記加熱面にキャビティを有する
請求項１〜７のいずれか一項に記載の冷却器。
【請求項９】
前記冷媒流路は、前記冷媒入口部の鉛直方向の流入断面よりも、前記冷媒流路の鉛直方向の断面が大きい
請求項１〜８のいずれか一項に記載の冷却器。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の冷却器と、
前記冷却器の前記筐体外側の底面および側面の少なくとも一方に設けられ、前記筐体内の前記冷媒を加熱する電子機器と
を備えた電力変換装置。
【請求項１１】
冷媒を循環させることで冷却する冷却システムであって、
内部に冷媒が流れる冷媒配管と、
前記冷媒配管と接続し、前記冷媒配管内の前記冷媒を循環させるポンプと、
前記冷媒配管と接続し、前記ポンプで循環する前記冷媒の熱を外部に放熱するラジエータと、
前記冷媒配管と接続し、前記ポンプで循環する前記冷媒により冷却される請求項１０に記載の電力変換装置と
を備えた冷却システム。
【国際調査報告】
2016151805.tif 000023
2016151805.tif 000024