(57)【要約】  自励振動ヒートパイプ冷却器における冷却性能として、ヒートパイプの長手方向の中心付近で最も良好で、端部に近づくにつれて悪化する傾向があることを解消するために、自励振動ヒートパイプ冷却器として、多穴扁平管を厚み方向に矩形波状に連通して波型形状に形成すると共に当該多穴扁平管は作動液が封入され密閉されることで受熱部と放熱部とが交互に配置される構造を有する自励振動ヒートパイプと、受熱部と接合する受熱部材と、受熱部と接合する受熱部材の接合面と反対側の面に配置される発熱体とを備え、受熱部の構成、放熱部の構成、受熱部材の構成および発熱体の構成の内少なくともいずれか一つを変更することで、受熱部を介して自励振動ヒートパイプに入力される熱量の分布が、多穴扁平管の長手方向の中心付近から当該多穴扁平管の端部にかけて小さくなる特性を有する。
2020158324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多穴扁平管を厚み方向に矩形波状に連通して波型形状に形成すると共に当該多穴扁平管は作動液が封入され密閉されることで受熱部と放熱部とが交互に配置される構造を有する自励振動ヒートパイプと、
前記受熱部に接合する受熱部材と、
前記受熱部と接合する前記受熱部材の接合面と反対側の面に配置される発熱体と
を備え、
前記受熱部の構成、前記放熱部の構成、前記受熱部材の構成および前記発熱体の構成の内少なくともいずれか一つを変更することで、前記受熱部を介して前記自励振動ヒートパイプに入力される熱量の分布が、前記多穴扁平管の長手方向の中心付近から当該多穴扁平管の端部にかけて小さくなる特性を有する
ことを特徴とする自励振動ヒートパイプ冷却器。
【請求項２】
請求項１に記載された自励振動ヒートパイプ冷却器において、
前記自励振動ヒートパイプの前記波型形状は、前記多穴扁平管を当該多穴扁平管の長手方向に前記矩形波状に複数回曲げることで形成される
ことを特徴とする自励振動ヒートパイプ冷却器。
【請求項３】
請求項１に記載された自励振動ヒートパイプ冷却器において、
前記自励振動ヒートパイプの前記波型形状は、前記多穴扁平管を複数本厚み方向に並列に設置し当該多穴扁平管の隣接する両端部それぞれを交互に前記矩形波状に連通することで形成される
ことを特徴とする自励振動ヒートパイプ冷却器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載された自励振動ヒートパイプ冷却器において、
前記多穴扁平管の端部に最も近い前記受熱部が、前記接合面に投影した前記発熱体の配置エリア外に配置される
ことを特徴とする自励振動ヒートパイプ冷却器。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載された自励振動ヒートパイプ冷却器において、
前記多穴扁平管の端部に最も近い前記受熱部に接合する前記受熱部材の厚みと当該最も近い前記受熱部以外の他の前記受熱部に接合する前記受熱部材の厚みが異なる
ことを特徴とする自励振動ヒートパイプ冷却器。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか１項に記載された自励振動ヒートパイプ冷却器において、
前記多穴扁平管の端部に最も近い前記受熱部に隣接する前記放熱部と当該放熱部に隣り合う前記放熱部との間に設置されたフィンを有する
ことを特徴とする自励振動ヒートパイプ冷却器。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれか１項に記載された自励振動ヒートパイプ冷却器において、
前記放熱部の全てにわたり、隣り合う前記放熱部の間に設置されたフィンを有し、
前記多穴扁平管の端部に最も近い前記受熱部に隣接する前記放熱部と当該放熱部に隣り合う前記放熱部との間に設置された前記フィンの枚数を多くする
ことを特徴とする自励振動ヒートパイプ冷却器。
【請求項８】
請求項１〜３のいずれか１項に記載された自励振動ヒートパイプ冷却器において、
前記多穴扁平管の端部に最も近い前記受熱部の前記接合面の前記長手方向の長さが、当該最も近い前記受熱部以外の他の前記受熱部の前記接合面の前記長手方向の長さより短い
ことを特徴とする自励振動ヒートパイプ冷却器。
【請求項９】
請求項１〜３のいずれか１項に記載された自励振動ヒートパイプ冷却器において、
前記発熱体の中で発熱量の小さい発熱体が、前記反対側の面に投影した前記多穴扁平管の端部に最も近い前記受熱部の配置エリア内または当該エリア付近に配置される
ことを特徴とする自励振動ヒートパイプ冷却器。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載された自励振動ヒートパイプ冷却器において、
前記受熱部材の長手方向に、複数の前記自励振動ヒートパイプが分割して配置される
ことを特徴とする自励振動ヒートパイプ冷却器。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載された自励振動ヒートパイプ冷却器を搭載し、自らが搭載する電力変換装置が備える半導体素子が前記発熱体であることを特徴とする電気鉄道車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自励振動ヒートパイプ冷却器に関し、特に、電気鉄道車両等が搭載する電力変換装置の冷却器として好適である。
【背景技術】
【０００２】
自励振動ヒートパイプは、ｍｍオーダーの一筆書き細径蛇行流路により構成され、表面張力により液柱と気柱とが交互に存在する状態で作動液が封入されている。複数の受熱部および放熱部を流路中に交互に設けると、受熱部における突沸による圧力上昇および放熱部における凝縮による圧力減少により、液柱と気柱とが自励的に振動し、熱の輸送を行う。
また、自励振動ヒートパイプは、従来のヒートパイプとは異なり、重力による還流を必要としないため、設置姿勢に自由度があり、従来のヒートパイプに比べて小型にできるといった利点を持つ。【０００３】
例えば、特許文献１には、複数のパワー半導体素子を受熱部材の一方側の面に配置し、受熱部材の他方側の反対面に自励振動ヒートパイプからなる放熱部を設置した構造を持つ自励振動ヒートパイプ冷却器が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−８８７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願に係る発明者は、自励振動ヒートパイプを、電気鉄道車両等が搭載する電力変換装置に用いられるパワー半導体素子向けの冷却器に適用することについて、鋭意検討した結果、次の知見を得るに至った。【０００６】
電気鉄道車両等が搭載する電力変換装置は、車両を駆動する電動機の制御用として車両の床下等に設置される。同様に、電力変換装置向けの冷却器も車両の床下に設置されるため、様々な環境下で冷却器として動作することが求められる。
自励振動ヒートパイプは、流路に接する高温部と低温部の数が多い程、重力依存性が小さくなる傾向がある。そのため、特許文献１に示されるように、一筆書き蛇行流路構造が一般的に採用されている。
一方で、飛来物による突発的な流路の破損などに対して高信頼性であることが重要視される。この場合には、自励振動ヒートパイプの構造として、流路同士に連通のない流路構造にすることも考えられる。【０００７】
自励振動ヒートパイプ冷却器は、製作性の良さから、例えば、密閉された多穴扁平管を波型に複数回曲げて、受熱部および放熱部を交互に往復するように成形し、受熱部には受熱部材を接合してその反対面には発熱体を配置した構造が考えられる。【０００８】
しかしながら、上記した構造の自励振動ヒートパイプ冷却器が一筆書き蛇行流路構造または連通のない流路構造を持つ場合には、自励振動ヒートパイプの受熱部における性能としては、ヒートパイプの長手方向の中心付近で最も良好で、端部に近づくにつれて悪化する傾向がある。このため、冷却器の端部で局所的な温度上昇が発生しやすくなり、冷却対象が精密機器の場合には故障の原因となる可能性がある。【０００９】
本発明の目的は、自励振動ヒートパイプ冷却器が密閉された多穴扁平管を波型に形成して構成される場合の冷却性能を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る自励振動ヒートパイプ冷却器は、多穴扁平管を厚み方向に矩形波状に連通して波型形状に形成すると共に当該多穴扁平管は作動液が封入され密閉されることで受熱部と放熱部とが交互に配置される構造を有する自励振動ヒートパイプと、受熱部と接合する受熱部材と、受熱部と接合する受熱部材の接合面と反対側の面に配置される発熱体とを備え、受熱部の構成、放熱部の構成、受熱部材の構成および発熱体の構成の内少なくともいずれか一つを変更することで、受熱部を介して自励振動ヒートパイプに入力される熱量の分布が、多穴扁平管の長手方向の中心付近から当該多穴扁平管の端部にかけて小さくなる特性を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、受熱部への入力熱量を多穴扁平管の長手方向中心付近から端部にかけて小さくして、扁平管長手方向の端部付近で性能が悪い受熱部への入力熱量を抑制し、その分を性能の良い中心付近の受熱部に請け負わせることにより、総発熱量は変えずに、局所的な温度上昇を抑制し、冷却器全体の性能が向上する。
上記した以外の課題、構成および効果については、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１に係る自励振動ヒートパイプ冷却器の断面形状からその構造を示す図である。
【図２】本発明の実施形態として採用する自励振動ヒートパイプ冷却器の流路構造の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態として採用する自励振動ヒートパイプ冷却器の流路構造の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態として採用する自励振動ヒートパイプ冷却器の断面構造を示す図である。
【図５】自励振動ヒートパイプ冷却器の各受熱部の熱抵抗分布および入力熱量分布の一例を示す図である。
【図６】本発明に係る自励振動ヒートパイプ冷却器を併設した電力変換装置が鉄道車両に搭載された場合の構造を示す図である。
【図７】本発明の実施例２に係る自励振動ヒートパイプ冷却器の断面形状からその構造を示す図である。
【図８】本発明の実施例３に係る自励振動ヒートパイプ冷却器の断面形状からその構造を示す図である。
【図９】本発明の実施例４に係る自励振動ヒートパイプ冷却器の断面形状からその構造を示す図である。
【図１０】本発明の実施例５に係る自励振動ヒートパイプ冷却器の断面形状からその構造を示す図である。
【図１１】本発明の実施例６に係る自励振動ヒートパイプ冷却器の断面形状からその構造を示す図である。
【図１２】発熱量の異なる発熱体の具体例として示す３レベルインバータの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態として、実施例１から実施例６について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の実施例１に係る自励振動ヒートパイプ冷却器の断面形状からその構造を示す図である。自励振動ヒートパイプ冷却器は、受熱部材１０と放熱部２０（波型自励振動ヒートパイプ１２および波型フィン１３）とを有する。【００１５】
以下、発熱体１１を含めて各構成要素について説明する。【００１６】
受熱部材１０は、例えば、アルミニウム合金、鉄、銅等の金属から成る。
受熱部材１０の上側には、複数のＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）または複数のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のパワー半導体素子を含む発熱体１１が、一つまたは複数設置されている。【００１７】
一つまたは複数の発熱体１１は、例えば、上述のパワー半導体素子から構成される電力変換装置であって、グリース等の部材（図示せず）を介してねじ等（図示せず）によって受熱部材１０の一面（図１では上面）に固定される。【００１８】
受熱部材１０における発熱体１１の設置面の反対側の面（図１では下面）には、放熱部２０が設けられる。【００１９】
放熱部２０は、例えば、波型自励振動ヒートパイプ１２およびアルミニウム合金等から成るフィン（例えば、波型フィン）１３により構成される。【００２０】
受熱部材１０、波型自励振動ヒートパイプ１２および波型フィン１３それぞれは、ロウ付け等によって固定される。【００２１】
図２および図３は、本発明の実施形態として採用する自励振動ヒートパイプの流路構造の一例を示す図である。また、図４は、図２または図３に示す自励振動ヒートパイプの断面構造として、例えば図２のＡ−Ａ断面を示す図である。
自励振動ヒートパイプ１２は、例えば、平行並列に整列し、各列で相互に連通のない複数の流路（図２）または蛇行流路（図３）により構成されている。隣り合う流路１の間には、仕切り部２が設けられている。流路径および仕切り部の幅（流路間ピッチ）は、それぞれｍｍオーダーであり、流路長は流路径に比べて十分に長い。
また、自励振動ヒートパイプ１２の厚み（図４）は、熱伝導性や加工容易性からｍｍオーダー程度に設定される。
更に、自励振動ヒートパイプを波型に形成するに当たっては、多穴扁平管に対して曲げ工程を用いることなく、同じ長さを持つストレート形状の多穴扁平管を複数本厚み方向に並列に設置することによって構成してもよい。すなわち、複数本厚み方向に並列に設置した多穴扁平管の両端部それぞれを、多穴扁平管側にスリットを備えた端部封止部材のような部材を使用して固定し、このスリットにより多穴扁平管の両端それぞれにおいて隣接する多穴扁平管の端部同士を交互に連通させることにより、作動液の移動を可能にする。このようにして、流路が矩形波状に形成される（多穴扁平管の長手方向に沿って交互に折り返して延在する）密閉流路を持つ自励振動ヒートパイプを形成することができる。【００２２】
図５は、上記した流路構造を持つ自励振動ヒートパイプ冷却器の受熱部温度および外気温度から算出した各受熱部の熱抵抗分布並びに各受熱部への入力熱量分布の一例を示す図である。
例えば、一筆書き蛇行流路構造または連通のない流路構造を持つ自励振動ヒートパイプ冷却器の各受熱部に同等の入力熱量を与えた場合、冷却性能は、ヒートパイプの長手方向中心付近で最もよく、端部に近づくにつれて悪化する傾向がある。
この原因としては、連通のない流路の場合、端部受熱部は作動液動作の自由度が他の受熱部に比べて少ない点、また、蛇行流路の場合、扁平管端部におけるターン部の流動抵抗が大きいため、作動液が動作しづらい点が考えられる。
このような場合に、冷却器端部付近の性能が悪い受熱部において、局所的な温度上昇が起こる可能性があり、発熱体が精密機器である場合には故障を招く可能性がある。
そこで、受熱部への入力熱量を、波型自励振動ヒートパイプの長手方向中心付近から端部にかけて小さくして、扁平管長手方向の端部付近の性能が悪い受熱部への入力熱量を抑制し、その分を性能が良好な中心付近の受熱部に請け負わせることにより、受熱部の温度を平均化できる。
これによって、総入力熱量を変えないまま、局所的な温度上昇を抑制し、冷却器全体の性能を向上できる。
ここで、入力熱量の分布はステップ状でもよい。【００２３】
図１に示す実施例１では、波型自励振動ヒートパイプ１２を、受熱部材１０の発熱体１１を配置した面の反対面に設置する際に、波型自励振動ヒートパイプの端部に最も近い受熱部３が、この反対面に投影した発熱体１１の配置エリア外に位置するように、ヒートパイプの長手方向に一つ配置している。ここで、この反対面に投影した発熱体１１の配置エリア外に配置する受熱部として、隣接する受熱部を含めてもよい。【００２４】
このように、受熱部材１０の発熱体１１を配置した面の反対面に投影した発熱体１１の配置エリア外に、波型自励振動ヒートパイプの端部に最も近い受熱部３を配置することで、波型自励振動ヒートパイプの端部付近の受熱部への入力熱量を小さくし、その分を波型自励振動ヒートパイプの中央部の受熱部へ請け負わせることができる。これにより、局所的な温度上昇を防ぐことができ、自励振動ヒートパイプ冷却器全体の性能が向上する。【００２５】
ここで、波型自励振動ヒートパイプ１２は、ヒートパイプの長手方向に分割して配置してもよい。ただし、受熱部材１０の中央付近にも波型自励振動ヒートパイプの端部が存在することになるため、この部分も受熱部材１０の発熱体１１を配置した面の反対面に投影した発熱体１１の配置エリア外に配置する必要がある。【００２６】
なお、ヒートパイプに封入する作動液としては、例えば、水、アルコール類、ブタン等の炭化水素類、ハイドロフルオロカーボン類、ハイドロフルオロエーテル類、ハイドロフルオロオレフィン類およびパーフルオロケトン類等が使われる。【００２７】
次に、実施例１における冷却器の動作態様について説明する。
発熱体１１が動作することによって生じる損失は、熱となる。発熱体１１から生じた熱は、受熱部材１０を経て波型自励振動ヒートパイプ１２に伝導する。
波型自励振動ヒートパイプ１２のうち、受熱部材１０と接触している複数箇所の受熱部で、作動液流路１に封入された作動液が突沸して圧力上昇を起こす。それにより、作動液が流路内で振動し、熱は波型自励振動ヒートパイプ１２の放熱部２０の先端へと伝導する。
さらに、放熱部２０に波型フィン１３が取り付けられている場合、自励振動ヒートパイプ１２から波型フィン１３に熱が伝導し、次いで、例えば、車両走行により生じる走行風１０１または１０２が波型フィン１３の間を通過することにより、波型フィン１３および自励振動ヒートパイプ１２の表面から空気へと放熱される。【００２８】
次に、本発明に係る自励振動ヒートパイプ冷却器を、鉄道車両などの輸送機器の電力変換装置に適用する場合の一例として、図６は、本発明に係る自励振動ヒートパイプ冷却器を併設した電力変換装置が鉄道車両に搭載された場合の構造を示す図である。【００２９】
本発明に係る自励振動ヒートパイプ冷却器を併設した電力変換装置は、鉄道車両（以下、車両と略する）２００の車体床下に吊り下げられた状態で固定される形態で設置される。ここで、電力変換装置は、発熱体１１（パワー半導体素子）および電気部品５０を収納したケース（筐体）を備え、車両２００を駆動する電動機（図示せず）に供給する電力の周波数を変えることにより、電動機の回転速度を制御する。【００３０】
以上のとおり、実施例１の構造により、自励振動ヒートパイプ冷却器における局所的な温度上昇を抑制することができ、冷却性能を向上させることができる。
【実施例２】
【００３１】
図７は、本発明の実施例２に係る自励振動ヒートパイプ冷却器の断面形状からその構造を示す図である。なお、実施例２以降の構造を示す各図面において、実施例１と同じ構成要素は同じ番号で表記し、その説明については省略する。【００３２】
実施例２は、波型自励振動ヒートパイプの端部に最も近い受熱部３と接する部分の受熱部材３０の厚みが、他の受熱部と接する受熱部材１０に比べて薄いことを特徴とする。一つまたは複数の発熱体１１は、厚みの薄い部分を除く受熱部材１０の自励振動ヒートパイプと接する反対面に配置される。【００３３】
受熱部材３０にあって波型自励振動ヒートパイプ１２の端部に最も近い受熱部３と接する部分の厚みが薄いため、他の受熱部と接する受熱部材１０から水平方向への熱広がりを抑制できる。これにより、波型自励振動ヒートパイプ１２の端部に最も近い受熱部３への入力熱量を小さくすることができる。
厚みを薄くする領域としては、波型自励振動ヒートパイプ１２の端部に最も近い受熱部３と隣接する受熱部および放熱部を含んでもよい。また、受熱部材１０の波型自励振動ヒートパイプ１２と接する側を切り欠き、受熱部材１０の発熱体１１を配置した面の反対面に投影した発熱体１１の配置エリア内に、波型自励振動ヒートパイプ１２の端部に最も近い受熱部３を配置してもよい。
また、受熱部材１０の水平方向に対して傾斜をつける形状で厚みを薄くしてもよい。
さらに、波型自励振動ヒートパイプ１２を受熱部材１０の長手方向に分割し、それぞれの波型自励振動ヒートパイプ１２の端部に最も近い受熱部３において、受熱部材１０の厚みを薄くしてもよい。【００３４】
以上のとおり、実施例２の構造により、発熱体１１と接する受熱部材１０から、波型自励振動ヒートパイプ１２の端部に最も近い受熱部３と接する受熱部材３０への水平方向の熱広がりを抑制する。これにより、波型自励振動ヒートパイプ１２の端部に最も近い受熱部３への入力熱量を小さくすることで、局所的な温度上昇を抑制することができ、冷却性能を向上させることができる。
【実施例３】
【００３５】
図８は、本発明の実施例３に係る自励振動ヒートパイプ冷却器の断面形状からその構造を示す図である。
実施例３は、波型自励振動ヒートパイプ１２の端部に最も近い受熱部３を含まない領域において受熱部材１０が切欠き部３０を有する構造としたことを特徴とする。一つまたは複数の発熱体１１は、自励振動ヒートパイプが接する受熱部材１０の面と反対の面に配置される。
発熱体１１と接する大部分において受熱部材１０の厚みが薄いため、受熱部材１０の水平方向への熱広がりを抑制できる。これにより、波型自励振動ヒートパイプ１２の端部に最も近い受熱部３への入力熱量を小さくすることができる。
また、受熱部材１０の発熱体１１を配置した面の反対面に投影した発熱体１１の配置エリア内に、波型自励振動ヒートパイプ１２の端部に最も近い受熱部３が存在する場合でも、波型自励振動ヒートパイプ１２の端部に最も近い受熱部３と接する部分の受熱部材３１の厚みが厚いため、水平方向への熱広がりを促進する。これにより、垂直方向への熱伝導を抑制し、波型自励振動ヒートパイプ１２の端部に最も近い受熱部３への入力熱量を小さくすることができる。【００３６】
切欠き部３０の大きさとしては、波型自励振動ヒートパイプ１２の端部に最も近い受熱部３への入力熱量を他の受熱部よりも小さくできるならば、自由に決めることができる。また、切欠き部３０に、波型自励振動ヒートパイプ１２の端部に最も近い受熱部３と隣接する受熱部および放熱部を含ませてもよい。
さらに、ロウ材などを流し込めるように受熱部材１０の縁を残して切り欠いてもよい。
また、波型自励振動ヒートパイプ１２を受熱部材１０の長手方向で分割し、それぞれの波型自励振動ヒートパイプ１２の端部に最も近い受熱部３以外の受熱部を含む領域において受熱部材１０を切り欠いてもよい。【００３７】
実施例３の構造により、発熱体１１と接する部分の受熱部材１０の水平方向への熱広がりを抑制して、波型自励振動ヒートパイプ１２の端部に最も近い受熱部３への入力熱量を小さくすることできる。これにより、局所的な温度上昇を抑制することができ、冷却性能を向上させることができる。
【実施例４】
【００３８】
図９は、本発明の実施例４に係る自励振動ヒートパイプ冷却器の断面形状からその構造を示す図である。
実施例４は、フィン構造に着目し、波型自励振動ヒートパイプ１２の端部に最も近い受熱部３に隣接する放熱部間のフィン枚数が他の放熱部に比べて多いことを特徴とする。一つまたは複数の発熱体１１は、自励振動ヒートパイプが接する受熱部材１０の面と反対の面に配置される。
波型自励振動ヒートパイプ１２の端部に最も近い受熱部３に隣接する放熱部付近にのみフィン１３を取り付ける構造であってもよい。
また、波型自励振動ヒートパイプ１２を受熱部材１０の長手方向に複数個配置し、それぞれの波型自励振動ヒートパイプ１２の端部に最も近い受熱部３に隣接する放熱部に対して、フィン１３の枚数を変更してもよい。
さらに、受熱部材１０の発熱体１１を配置した面の反対面に投影した発熱体１１の配置エリア内に波型自励振動ヒートパイプ１２の端部に最も近い受熱部３を配置してもよい。【００３９】
実施例４の構造により、波型自励振動ヒートパイプ１２の端部に近い受熱部３に隣接する放熱部における放熱面積を拡大し、放熱量を大きくすることできる。これにより、局所的な温度上昇を抑制することができ、冷却性能を向上させることができる。また、受熱部材１０の厚みに制約がある場合に、受熱部材１０の構造を保ったまま、局所的な温度上昇を抑制することができる。
【実施例５】
【００４０】
図１０は、本発明の実施例５に係る自励振動ヒートパイプ冷却器の断面形状からその構造を示す図である。
実施例５は、波型自励振動ヒートパイプ１２の端部に最も近い受熱部３の長さを他の受熱部よりも短くすることを特徴とする。波型自励振動ヒートパイプ１２の端部に最も近い受熱部３の長さが短いことにより、熱流束を小さくできる。
また、波型自励振動ヒートパイプ１２の中央部から端部にかけて、徐々に受熱部の長さを短くしてもよい。
さらに、波型自励振動ヒートパイプ１２を受熱部材１０の長手方向に複数個配置し、それぞれの波型自励振動ヒートパイプ１２の端部に最も近い受熱部３の長さを短くしてもよい。例えば、波型自励振動ヒートパイプ１２の端部に最も近い受熱部３の長さを他の受熱部の半分とすれば、２つの波型自励振動ヒートパイプ１２同士の接合部に、他の部分と同じサイズのフィン１３を挿入することができる、これにより、接合部用に別のフィン金型を用意する必要がなく、コストを削減できる。
また、受熱部材１０の発熱体１１を配置した面の反対面に投影した発熱体１１の配置エリア内に波型自励振動ヒートパイプ１２の端部に最も近い受熱部３を配置してもよい。【００４１】
実施例５の構造により、波型自励振動ヒートパイプ１２の端部に最も近い受熱部３への熱流束を小さくすることで、局所的な温度上昇を抑制することができ、冷却性能を向上させることができる。
また、受熱部材１０の厚みに制約がある場合に、受熱部材１０の構造を保ったまま、波型自励振動ヒートパイプ１２の端部に最も近い受熱部３の入力熱量を小さくできる。さらに、波型自励振動ヒートパイプ１２を複数個配置する際に、波型自励振動ヒートパイプ１２の端部に最も近い受熱部３の長さが短いため、スペースの節約にもつながる。
【実施例６】
【００４２】
図１１は、本発明の実施例６に係る自励振動ヒートパイプ冷却器の断面形状からその構造を示す図である。
実施例６は、複数の発熱量の異なる発熱体を冷却する場合に適用するものである。ここで、発熱量の異なる発熱体として、発熱量の大きい発熱体４１（Ｔ１〜Ｔ４）および発熱量の小さい発熱体４２（Ｄ１およびＤ２）は、自励振動ヒートパイプが接する受熱部材１０の面と反対の面に配置される。
実施例６は、波型自励振動ヒートパイプ１２の端部に最も近い受熱部３を、受熱部材１０の発熱体４１および４２を配置した面の反対面に投影した発熱量の小さな発熱体４２（Ｄ１およびＤ２）の配置エリア内またはその付近に配置することを特徴とする。
また、波型自励振動ヒートパイプ１２を受熱部材１０の長手方向に分割する場合は、その長手方向の分割点４０を上記した発熱量の小さな発熱体４２の配置エリア内に配置する。【００４３】
発熱量の異なる発熱体の具体例として、３レベルインバータの回路図を図１２に示す。３レベルインバータは、発熱量の大きな発熱体４１として、４個直列に配置したＩＧＢＴ（Ｔ１〜Ｔ４）と、発熱量の小さな発熱体４２として、２個直列に接続したクランプダイオード（Ｄ１およびＤ２）とを備える。
ここで、波型自励振動ヒートパイプ１２を受熱部材１０の長手方向に分割する場合、発熱量の小さなクランプダイオード４２（Ｄ１およびＤ２）を波型自励振動ヒートパイプ１２の長手方向分割点４０付近に配置し、この分割点４０と反対側の波型自励振動ヒートパイプ１２の端部に最も近い受熱部３を、受熱部材１０の発熱体４１および４２を配置した面の反対面に投影した発熱体４１および４２の配置エリア外に配置することで、両方の端部への入力熱量を小さくできる。
また、受熱部材１０の長手方向に一つの長い波型自励振動ヒートパイプ１２を用いる場合は、発熱量の小さなクランプダイオード４２（Ｄ１およびＤ２）を受熱部材１０の端部に配置し、受熱部材１０の発熱体４２を配置した面の反対面に投影した発熱体４２の配置エリア内に波型自励振動ヒートパイプ１２の端部に最も近い受熱部３を配置してもよい。【００４４】
実施例６の構成により、発熱量の異なる複数のパワー半導体素子を冷却する場合、波型自励振動ヒートパイプ１２の端部に対応する受熱部材１０のエリアにもパワー半導体素子４２を配置できるため、冷却性能を向上でき、受熱部材１０のスペースを節約できる。
【符号の説明】
【００４５】
１：作動液の流路、２：仕切り部、３：扁平管端部に最も近い受熱部、１０：受熱部材、１１：発熱体、１２：波型自励振動ヒートパイプ、１３：フィン（波型フィン）、２０：放熱部、３０：受熱部材の切欠き部、３１：流路端部の受熱部と接する部分の受熱部材、４０：長手方向分割点、４１：ＩＧＢＴ（Ｔ１〜Ｔ４）、４２：クランプダイオード（Ｄ１、Ｄ２）、５０：電気部品、５１：ケース（筐体）、１０１、１０２：風の方向、２００：鉄道車両
【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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【国際調査報告】
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