(57)【要約】【課題】複数の発熱体が上下方向に並べて配置されている沸騰冷却装置において、装置内に封入する冷媒量を増加させることなく、上方側に配置される発熱体に対する必要な冷却性能を確保する。【解決手段】冷媒槽３の内部に、上下方向に並べて配置された２つの発熱体２のうち下方側に配置された下方側発熱体の熱を受けて冷媒が沸騰することにより発生する気泡を、冷媒槽３の内壁面３ｂから剥離させる剥離手段５を設ける。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外壁面（３ａ）に発熱体（２）が取り付けられ、前記発熱体（２）の熱を受けて沸騰する冷媒を貯留する冷媒槽（３）と、
前記冷媒槽（３）で沸騰した冷媒蒸気が流れ込み、前記冷媒蒸気と外部流体との間で熱交換を行って前記冷媒蒸気を凝縮させる放熱コア部（４）とを備える沸騰冷却装置であって、
前記冷媒槽（３）の内部には、上下方向に並べて配置された２つの前記発熱体（２）のうち下方側に配置された下方側発熱体の熱を受けて前記冷媒が沸騰することにより発生する気泡を、前記冷媒槽（３）の内壁面（３ｂ）から剥離させる剥離手段（５）が設けられていることを特徴とする沸騰冷却装置。
【請求項２】
外壁面（３ａ）に発熱体（２）が取り付けられ、前記発熱体（２）の熱を受けて沸騰する冷媒を貯留する冷媒槽（３）と、
前記冷媒槽（３）で沸騰した冷媒蒸気が流れ込み、前記冷媒蒸気と外部流体との間で熱交換を行って前記冷媒蒸気を凝縮させる放熱コア部（４）とを備える沸騰冷却装置であって、
前記冷媒槽（３）内の下方側には、前記冷媒槽（３）内の容積を減少させる容積減少手段（６）が設けられていることを特徴とする沸騰冷却装置。
【請求項３】
前記冷媒槽（３）内の下方側には、前記冷媒槽（３）内の容積を減少させる容積減少手段（６）が設けられてい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４】
前記剥離手段（５）は、前記冷媒槽（３）の内壁面（３ｂ）のうち、前記２つの発熱体（２）のうち前記下方側発熱体より上方側に配置される上方側発熱体の配置部位に対応する部位と、前記下方側発熱体の配置部位に対応する部位との間に配置されていることを特徴とする請求項１または３に記載の沸騰冷却装置。
【請求項５】
前記容積減少手段（６）は、前記冷媒槽（３）の下端面の板厚を、前記内壁面（３ｂ）から離れるほど厚くすることにより構成されていることを特徴とする請求項２または３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、発熱体で発生する熱により冷媒を沸騰させて発熱体から吸熱する沸騰冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰冷却装置として、例えば特許文献１に開示されたものがある。この特許文献１の図４２に示された沸騰冷却装置は、側面に発熱体が取り付けられた冷媒槽と、この冷媒槽の上部に設けられた放熱部を備えている。また、冷媒槽は、アルミニウム製のブロック材を押し出し成形して形成されている。
【特許文献１】特許第３６０８２７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特許文献１に記載の沸騰冷却装置では、冷媒槽に複数の発熱体が上下方向に並べて配置されている。そして、下方側の発熱体（以下、下方側発熱体という）の熱により冷媒が沸騰すると、冷媒蒸気が気泡となり浮力によって上方側に移動し、冷媒槽の内壁面のうち上方側の発熱体（以下、上方側発熱体という）の配置部位に対応する部位の近傍にある液相冷媒を排除してしまう。このため、上方側の発熱体と液相冷媒との間で良好な熱伝達を行うことができず、上方側発熱体に対する冷却性能が低下するという問題がある。
【０００４】
これに対し、冷媒槽のうち、上方側発熱体の配置部位に対応する部位の厚み、すなわち上下方向と直交する方向の長さを増加させれば、上方側発熱体の配置部位に対応する部位近傍における液相冷媒量を確保することができるので、上方側発熱体に対する冷却性能の低下を抑制することができる。
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載の沸騰冷却装置では、冷媒槽が押し出し成形により形成されているため、冷媒槽における上方側発熱体の配置部位に対応する部位のみの厚みを増加させることはできない。すなわち、冷媒槽の上下方向全域において厚みを増加させる必要がある。したがって、沸騰冷却装置内に予め封入する冷媒量が増加することになるため、コストアップにつながる。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、複数の発熱体が上下方向に並べて配置されている沸騰冷却装置において、装置内に封入する冷媒量を増加させることなく、上方側に配置される発熱体に対する必要な冷却性能を確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、冷媒槽（３）の内部には、上下方向に並べて配置された２つの発熱体（２）のうち下方側に配置された下方側発熱体の熱を受けて冷媒が沸騰することにより発生する気泡を、冷媒槽（３）の内壁面（３ｂ）から剥離させる剥離手段（５）が設けられていることを特徴としている。
【０００８】
これによれば、下方側発熱体の熱を受けることにより発生した気泡は浮力により上方へ移動するが、剥離手段（５）により、冷媒槽（３）の内壁面（３ｂ）のうち上方側発熱体の配置部位に対応する部位近傍から気泡を離すことができる。このため、上方側発熱体の配置部位に対応する部位に液相冷媒が残存し、上方側発熱体と液相冷媒との間で良好な熱伝達を行うことができる。このとき、冷媒槽（３）の厚みを変更する必要がないので、沸騰冷却装置（１）内に封入する冷媒量を増加させることなく、上方側発熱体に対する必要な冷却性能を確保することが可能となる。
【０００９】
なお、本請求項における「上下方向」とは、発熱体（２）の熱を受けて冷媒が沸騰することにより発生する気泡が浮力によって移動する方向を意味している。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明では、冷媒槽（３）内の下方側には、冷媒槽（３）内の容積を減少させる容積減少手段（６）が設けられていることを特徴としている。
【００１１】
通常、沸騰冷却装置（１）は、冷媒槽（３）の上方側ほど冷却性能を確保することが困難となるため、冷媒槽（３）の上方側に配置される上方側発熱体に対する冷却性能が確保できるように設計されている。したがって、冷媒槽（３）の下方側においては冷媒量が過剰となっていた。
【００１２】
このため、冷媒槽（３）内の下方側に容積減少手段（６）を設けることで、冷媒槽（３）の下方側の冷媒量を減少させることができる。このとき、冷媒槽（３）の上方側の冷媒量を減少させることはないため、上方側発熱体と液相冷媒との間で良好な熱伝達を行うことができる。したがって、沸騰冷却装置（１）内に封入する冷媒量を増加させることなく、上方側発熱体に対する必要な冷却性能を確保することが可能となる。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、冷媒槽（３）内の下方側には、冷媒槽（３）内の容積を減少させる容積減少手段（６）が設けられていることを特徴としている。これによれば、沸騰冷却装置（１）内に封入する冷媒量を減少させることが可能となる。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明では、剥離手段（５）は、冷媒槽（３）の内壁面（３ｂ）のうち、２つの発熱体（２）のうち下方側発熱体より上方側に配置される上方側発熱体の配置部位に対応する部位と、下方側発熱体の配置部位に対応する部位との間に配置されていることを特徴としている。
【００１５】
これによれば、冷媒槽（３）の内壁面（３ｂ）のうち上方側発熱体の配置部位に対応する部位の全域にわたって気泡を離すことができるので、上方側発熱体と液相冷媒との間でより良好な熱伝達を行うことができる。したがって、上方側発熱体に対する必却性能を向上させることが可能となる。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明では、容積減少手段（６）は、冷媒槽（３）の下端面の板厚を、内壁面（３ｂ）から離れるほど厚くすることにより構成されていることを特徴としている。
【００１７】
これによれば、冷媒槽（３）の内壁面（３ｂ）のうち、下方側発熱体の配置部位に対応する部位近傍に十分な量の液相冷媒を存在させることができるので、下方側発熱体に対する冷却性能を向上させることが可能となる。
【００１８】
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ものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態について図１および図２に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る沸騰冷却装置１を示す斜視図である。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態の沸騰冷却装置１は、冷媒の沸騰と凝縮の繰り返しによって発熱体２を冷却するもので、内部に液相の冷媒を貯留する冷媒槽３と、この冷媒槽３の外壁面３ａに組み付けられる放熱コア部４とを備え、一体ろう付けにより製造される。発熱体２は、例えば電気自動車のインバータ回路を構成するＩＧＢＴモジュールであり、ボルト（図示せず）等により冷媒槽３の外壁面３ａに密着して固定される。
【００２１】
本実施形態では、冷媒槽３の２つの外壁面３ａに放熱コア部４が１つずつ配置されている。すなわち、本実施形態の沸騰冷却装置１は、２つの放熱コア部４を有している。そして、２つの外壁面３ａのそれぞれにおいて、放熱コア部４の下方側に６つの発熱体２が配置されている。
【００２２】
１つの外壁面３ａに配置される６つの発熱体２は、上下方向に２つずつ並べて配置されている。すなわち、外壁面３ａの下端部に２つの発熱体２が配置され、外壁面３ａの上端部、すなわち放熱コア部４の直ぐ下側に２つの発熱体２が配置され、外壁面３ａにおける上端部と下端部との間に２つの発熱体２が配置されている。以下、外壁面３ａの下端部に配置される２つの発熱体２を下段発熱体２１といい、外壁面３ａの上端部、すなわち放熱コア部４の直ぐ下側に配置される２つの発熱体２を上段発熱体２２といい、下段発熱体２１と上段発熱体２２との間に配置される２つの発熱体２を中段発熱体２３という。なお、２つの下段発熱体２１、２つの上段発熱体２２、および２つの中段発熱体２３は、それぞれ水平方向に並べて配置されている。
【００２３】
放熱コア部４は、冷媒槽３の外壁面３ａ上に略直立して組み付けられる複数本のチューブ４１と、各チューブ４１の外表面に接合される波状の放熱フィン４２とを有している。チューブ４１は、内部を冷媒が流通する冷媒通路を形成するものである。また、チューブ４１は、放熱フィン４２との接合面である両側面が、放熱コア部４に送風される冷却風の流れ方向に沿って配置されている。なお、冷却風が、本発明の外部流体に相当している。
【００２４】
ところで、本実施形態では、冷媒槽３内における冷媒蒸気の流れ方向（以下、蒸気流れ方向Ｘ１という）は、冷媒槽３の長手方向と一致している。また、チューブ４１、すなわち放熱コア部４への冷媒蒸気の流入方向（以下、蒸気流入方向Ｘ２という）は、冷媒槽３および放熱コア部４の配置方向と一致している。そして、蒸気流入方向Ｘ２は、蒸気流れ方向Ｘ１と直交している。なお、チューブ４１の積層方向（以下、チューブ積層方向Ｘ３という）は、蒸気流れ方向Ｘ１および蒸気流入方向Ｘ２に対してともに直交している。
【００２５】
そして、チューブ４１の下端部、すなわち放熱コア部４の下端部は、蒸気流れ方向Ｘ１に対して蒸気流入方向Ｘ２に予め定めた角度で傾斜している。このため、チューブ４１は断面台形状になっている。
【００２６】
また、放熱コア部４のチューブ積層方向Ｘ３における両端部には、チューブ積層方向Ｘ１における外側から放熱フィン４２を押さえる第１フィン押さえ板部４３がそれぞれ配設されている。また、放熱コア部４の蒸気流入方向Ｘ２における端部には、蒸気流入方向Ｘ２における外側から放熱フィン４２を押さえる第２フィン押さえ板部４４が配設されている。
【００２７】
図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図２に示すように、本実施形態の冷媒槽３は、複数のプレート３０が積層された状態で接合されて、液相の冷媒が貯留される空間が内部に形成された扁平箱状の容器となっている。
【００２８】
冷媒槽３の内部には、下段発熱体２１の熱を受けて冷媒が沸騰することにより発生する気泡を、冷媒槽３の内壁面３ｂから剥離させる剥離手段５が設けられている。剥離手段５は、冷媒槽３の内壁面３ｂのうち、下段発熱体２１の配置部位に対応する部位と中段発熱体２３の配置部位に対応する部位との間、および、中段発熱体２３の配置部位に対応する部位と上段発熱体２２の配置部位に対応する部位との間にそれぞれ配置されている。なお、下段発熱体２１が本発明の下方側発熱体に相当し、上段発熱体２２および中段発熱体２３が上方側発熱体に相当している。
【００２９】
なお、冷媒槽３の内壁面３ｂのうち、中段発熱体２３の配置部位に対応する部位と上段発熱体２２の配置部位に対応する部位に設けられた剥離手段５は、下段発熱体２１の熱を受けて冷媒が沸騰することにより発生する気泡のみではなく、中段発熱体２３の熱を受けて冷媒が沸騰することにより発生する気泡をも、冷媒槽３の内壁面３ｂから剥離させることができる。
【００３０】
本実施形態では、剥離手段５は、チューブ積層方向Ｘ３から見た断面が略Ｌ字形状に形成されている。より詳細には、剥離手段５は、冷媒槽３の内壁面３ｂから冷媒槽３の内方側に向かって蒸気流入方向Ｘ２と略平行に延びた後に屈曲して上方側に向かって蒸気流れ方向Ｘ１と略平行に延びている。
【００３１】
また、冷媒槽３の内部には、冷媒槽３内の容積を減少させる容積減少手段６が設けられている。容積減少手段６は、冷媒槽３の下端面から冷媒槽３の内方側に向かって突出するように形成されている。本実施形態では、容積減少手段６は、冷媒槽３の下端面の板厚を、内壁面３ｂから離れるほど、すなわち当該下端面の蒸気流入方向Ｘ２における中央部に向かうほど、段階的に厚くすることにより構成されている。
【００３２】
以上説明したように、冷媒槽３の内部に剥離手段５を設けることにより、下段発熱体２１の熱を受けることにより発生した気泡が浮力により上方へ移動した際に、剥離手段５により、冷媒槽３の内壁面３ｂのうち上段発熱体２２および中段発熱体２３の配置部位に対応する部位近傍から気泡を離すことができる。すなわち、剥離手段５により、下段発熱体２１の熱を受けることにより発生した気泡の成長と集合を阻害することができる。このため、上段発熱体２２および中段発熱体２３の配置部位に対応する部位に液相冷媒が残存することになるので、上段発熱体２と液相冷媒との間、および中段発熱体２３と液相冷媒との間でそれぞれ良好な熱伝達を行うことができる。このとき、冷媒槽３の厚み、すなわち蒸気流入方向Ｘ２の長さを変更する必要がないので、沸騰冷却装置１内に封入する冷媒量を増加させることなく、上段発熱体２２および中段発熱体２３に対する必要な冷却性能を確保することが可能となる。
【００３３】
ところで、通常、沸騰冷却装置１は、冷媒槽３の上方側ほど冷却性能を確保することが困難となるため、冷媒槽３の上方側に配置される上段発熱体２２に対する必要な冷却性能が確保できるように設計されている。したがって、冷媒槽３の下方側においては、冷媒量が過剰となっていた。
【００３４】
これに対し、本実施形態のように、冷媒槽３内の容積を減少させる容積減少手段６を冷媒槽３内の下方側に設けることで、冷媒槽３の下方側の冷媒量を減少させることができる。このとき、冷媒槽３の上方側の冷媒量を減少させることはないため、上段発熱体２２と液相冷媒との間では良好な熱伝達を行うことができる。したがって、沸騰冷却装置１内に封入する冷媒量を減少しつつ、上段発熱体２２に対する必要な冷却性能を確保することが可能となる。
【００３５】
また、剥離手段５を、冷媒槽３の内壁面３ｂのうち、下段発熱体２１の配置部位に対応する部位と中段発熱体２３の配置部位に対応する部位との間に配置することで、冷媒槽３の内壁面３ｂのうち中段発熱体２３の配置部位に対応する部位の全域にわたって気泡を離すことができる。このため、中段発熱体２３と液相冷媒との間でより良好な熱伝達を行うことができるので、中段発熱体２３に対する冷却性能を向上させることが可能となる。
【００３６】
同様に、剥離手段５を、冷媒槽３の内壁面３ｂのうち、中段発熱体２３の配置部位に対応する部位と上段発熱体２２の配置部位に対応する部位との間に配置することで、冷媒槽３の内壁面３ｂのうち上段発熱体２２の配置部位に対応する部位の全域にわたって気泡を離すことができる。このため、上段発熱体２２と液相冷媒との間でより良好な熱伝達を行うことができるので、上段発熱体２２に対する冷却性能を向上させることが可能となる。
【００３７】
また、容積減少手段６を、冷媒槽３の下端面の板厚を、内壁面３ｂから離れるほど厚くすることにより構成することで、冷媒槽３の内壁面３ｂのうち下段発熱体２１の配置部位に対応する部位近傍に十分な量の液相冷媒を存在させることができる。これにより、下段発熱体２１に対する冷却性能を向上させることが可能となる。  
【００３８】
また、チューブ４１の下端部、すなわち放熱コア部４の下端部を、蒸気流れ方向Ｘ１に対して蒸気流入方向Ｘ２に傾斜させることで、沸騰冷却装置１全体が重力方向に対して蒸気流入方向Ｘ２に傾斜した場合に、放熱コア部４内に凝縮した冷媒が滞留することを抑制し、放熱コア部４から冷媒槽３に冷媒を還流させることができる。このため、傾斜時においても放熱性能を確保することが可能となる。
【００３９】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、剥離手段５を、冷媒槽３の内壁面３ｂのうち、上下方向に並べて配置された２つの発熱体２のうち下方側に配置される下方側発熱体の配置部位に対応する部位と、下方側発熱体より上方側に配置される上方側発熱体の配置部位に対応する部位との間に配置した例について説明したが、剥離手段５の配置箇所はこれに限定されない。
【００４０】
例えば、剥離手段５を、冷媒槽３の内壁面３ｂのうち、下方側発熱体の配置部位に対応する部位内に配置してもよい。この場合、下方側発熱体のうち剥離手段５より下方側の部位の熱を受けて沸騰した冷媒の気泡を、冷媒槽３の内壁３ｂから剥離させることができるので、上方側発熱体に対する冷却性能を向上させることができる。
【００４１】
また、剥離手段５を、冷媒槽３の内壁面３ｂのうち、上方側発熱体の配置部位に対応する部位内に配置してもよい。この場合、下方側発熱体の熱を受けて沸騰した冷媒の気泡、および上方側発熱体のうち剥離手段５より下方側の部位の熱を受けて沸騰した冷媒の気泡を、冷媒槽３の内壁３ｂから剥離させることができる。このため、上方側発熱体のうち剥離手段５より上方側の部位に対する冷却性能を向上させることができる。
【００４２】
また、上記実施形態では、剥離手段５を、冷媒槽３の内壁面３ｂから冷媒槽３の内方側に向かって蒸気流入方向Ｘ２と略平行に延びた後に屈曲して上方側に向かって蒸気流れ方向Ｘ１と略平行に延びる断面略Ｌ字形状に形成した例について説明したが、剥離手段５の形状はこれに限定されない。例えば、剥離手段５を、冷媒槽３の内壁面３ｂから冷媒槽３の内方側かつ上方側に向かって延びるように形成してもよいし、内壁面３ｂの一部を冷媒槽３の内方側に向かって切り起こすことにより形成してもよい。
【００４３】
また、上記実施形態では、冷媒槽３に剥離手段５および容積減少手段６の両方を設けた例について説明したが、これに限らず、剥離手段５のみを設けてもよいし、容積減少手段６のみを設けてもよい。
【００４４】
また、上記実施形態では、容積減少手段６を、冷媒槽３の下端面の板厚を内壁面３ｂから離れるほど段階的に厚くすることにより構成したが、容積減少手段６の形状はこれに限定されない。例えば、容積減少手段６を、冷媒槽３の下端面の板厚を、内壁面３ｂから離れるほど連続的に厚くすることにより構成してもよいし、冷媒槽３の下端面を冷媒槽３の内方側に向けて凸となるようにドーム状に湾曲させることにより構成してもよい。
【００４５】
また、上記実施形態では、冷媒槽３の２つの外壁面３ａに放熱コア部４を１つずつ配置した例について説明したが、これに限らず、冷媒槽３の１つの外壁面３ａに放熱コア部４を１つ配置してもよい。
【００４６】
また、上記実施形態では、複数の発熱体２を、上下方向に３段に並べて配置した例について説明したが、これに限らず、上下方向に２段に並べて配置してもよいし、４段以上並べて配置してもよい。また、複数の発熱体２のうち少なくとも２つの発熱体２を上下方向に並べて配置すれば、残りの発熱体２を任意の箇所に配置してもよい。
【００４７】
また、上記実施形態では、チューブ４１の下端部を、蒸気流れ方向Ｘ１に対して蒸気流入方向Ｘ２に傾斜させた例について説明したが、これに限らず、蒸気流入方向Ｘ２と平行にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態に係る沸騰冷却装置１を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
２    発熱体
３    冷媒槽
３ａ  外壁面
３ｂ  内壁面
４    放熱コア部
５    剥離手段
６    容積減少手段
【図１】
2009250559.tif 000003
【図２】
2009250559.tif 000004