JP2013228158A - Cooling device and electric vehicle including the same - Google Patents
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Abstract
【課題】受熱板の上側の冷却性能を充分に得ることにより、冷却装置の冷却効率を上げる。
【解決手段】受熱部8は、発熱体である半導体スイッチング素子6に接触させて熱を吸収する受熱板12と、この受熱板12の表面を覆い、流れ込んだ冷媒10を蒸発させる受熱空間13を形成する受熱カバー14と、受熱空間13に凝縮した冷媒10を流し込む流入口15と、受熱空間13から冷媒10を排出する排出口16を備え、循環経路11は放熱経路11aと帰還経路11bとからなり、放熱経路11aは排出口16と放熱部9の放熱体17とを接続し、帰還経路11bは放熱部9の放熱体17と流入口15を接続し、流入口15の受熱空間13側に設けた導入管23の先端の内径は、流入口15の放熱経路11a側に設けた流入管24の内径より大きい。
【選択図】図4The cooling efficiency of a cooling device is increased by obtaining sufficient cooling performance on the upper side of a heat receiving plate.
A heat receiving unit 8 includes a heat receiving plate 12 that contacts a semiconductor switching element 6 that is a heating element and absorbs heat, and a heat receiving space 13 that covers the surface of the heat receiving plate 12 and evaporates the refrigerant 10 that has flowed in. A heat receiving cover 14 to be formed, an inlet 15 through which the refrigerant 10 condensed in the heat receiving space 13 flows, and an outlet 16 through which the refrigerant 10 is discharged from the heat receiving space 13 are provided. The circulation path 11 includes a heat dissipation path 11a and a return path 11b. The heat dissipation path 11a connects the discharge port 16 and the heat dissipating body 17 of the heat dissipating part 9, and the return path 11b connects the heat dissipating body 17 of the heat dissipating part 9 and the inflow port 15 to the heat receiving space 13 side of the inflow port 15. The inner diameter of the leading end of the provided introduction pipe 23 is larger than the inner diameter of the inflow pipe 24 provided on the side of the heat radiation path 11 a of the inflow port 15.
[Selection] Figure 4
Description
本発明は、電力半導体を搭載した電子機器の冷却装置およびこれを搭載した電気自動車に関するものである。 The present invention relates to a cooling device for an electronic device equipped with a power semiconductor and an electric vehicle equipped with the same.
従来、この種の冷却装置は、以下のような構成となっていた。 Conventionally, this type of cooling device has the following configuration.
すなわち、受熱部と、この受熱部と放熱経路を介して接続した放熱部と、この放熱部と前記受熱部とを接続する帰還経路とを備え、前記受熱部は、発熱体に接触させて熱を吸収する受熱板と、この受熱板の表面を覆うとともに表面に流れ込んだ冷媒を蒸発させる受熱空間を形成する受熱カバーとを備え、前記帰還経路と前記受熱部を流入管で接続するとともに、この流入管には逆止弁を介在させ、前記受熱空間において、前記受熱板は、中心に冷媒流入部と、この冷媒流入部の外周に向けて放射状の溝を設けた拡散部を備え、前記流入管から前記冷媒流入部に向けて延設し、凝縮した冷媒を流入させる導入管を備える構成となっていた(例えば、特許文献1参照)。 That is, a heat receiving part, a heat radiating part connected to the heat receiving part via a heat radiating path, and a return path connecting the heat radiating part and the heat receiving part, the heat receiving part being in contact with the heating element to heat And a heat receiving cover that covers the surface of the heat receiving plate and forms a heat receiving space that evaporates the refrigerant that has flowed into the surface, and connects the return path and the heat receiving portion with an inflow pipe. A check valve is interposed in the inflow pipe, and in the heat receiving space, the heat receiving plate includes a refrigerant inflow portion at the center and a diffusion portion provided with a radial groove toward the outer periphery of the refrigerant inflow portion. It was the structure provided with the introduction pipe which extended toward the said refrigerant | coolant inflow part from the pipe | tube, and flows in the condensed refrigerant | coolant (for example, refer patent document 1).
上記従来例における課題は、発熱体の面積が大きくなった場合、冷却装置の冷却効率が低下することであった。 The problem in the above conventional example is that the cooling efficiency of the cooling device decreases when the area of the heating element increases.
すなわち、上記従来例の冷却装置において、導入管から冷媒流入部に流れ込んだ冷媒は、一部が冷媒流入部に接触して受熱板より熱を受けて沸騰気化し、この際の急激な体積膨張によって、未沸騰の液相の冷媒とともに、拡散部上に高速な混相流(気相と液相)として拡散する。初期沸騰の後、未沸騰の液相の冷媒は、この拡散部の表面に薄い膜状で広がることになる。そして、発熱体からの継続的な加熱により、一瞬にして加熱され気化することによって、受熱板から継続的に気化熱を奪い冷却する。 That is, in the cooling device of the conventional example, a part of the refrigerant flowing into the refrigerant inflow part from the introduction pipe is brought into contact with the refrigerant inflow part and receives heat from the heat receiving plate to be boiled and vaporized. Therefore, it diffuses together with the non-boiling liquid phase refrigerant as a high-speed mixed phase flow (gas phase and liquid phase) on the diffusion part. After the initial boiling, the non-boiling liquid phase refrigerant spreads in the form of a thin film on the surface of the diffusion part. Then, by heating and vaporizing instantaneously by continuous heating from the heating element, the heat receiving plate is continuously deprived of vaporization heat and cooled.
しかし、発熱体が大面積の場合、発熱体の大きさに合わせて受熱板を大きくしただけでは、拡散部の外周まで冷媒の混相流が広がらず、冷却装置の冷却効率が低下するという課題があった。 However, if the heating element has a large area, simply increasing the size of the heat receiving plate according to the size of the heating element does not spread the multiphase flow of the refrigerant to the outer periphery of the diffusion section, and the cooling efficiency of the cooling device decreases. there were.
そこで本発明は、発熱体が大面積の場合でも、拡散部の外周まで冷媒の混相流が広がり、冷却装置の冷却効率を上げることを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to increase the cooling efficiency of the cooling device by spreading the multiphase flow of the refrigerant to the outer periphery of the diffusion portion even when the heating element has a large area.
そして、この目的を達成するために、本発明は、冷媒の流入口と排出口を備え発熱体からの熱を受ける受熱部と、前記冷媒の熱を放出する放熱部と、前記受熱部と前記放熱部とを接続する放熱経路と帰還経路とで構成し、前記冷媒を、前記受熱部、前記放熱経路、前記放熱部、前記帰還経路、前記受熱部へと循環させて熱の移動を行う冷却装置であって、前記受熱部は、発熱体に接触させて熱を吸収する受熱板と、この受熱板の表面を覆うとともに表面に流れ込んだ冷媒を蒸発させる受熱空間を形成する受熱カバーとを備え、前記帰還経路と前記受熱部を流入管で接続するとともに、この流入管には逆止弁を介在させ、
前記受熱空間において、前記受熱板は、中心に冷媒流入部と、この冷媒流入部の外周に向けて放射状の溝を設けた拡散部を有し、前記流入管または前記受熱カバーから前記受熱板に向けて延設し、凝縮した冷媒を前記受熱空間内に流入させる導入管を備え、前記導入管の前記受熱板側先端の内径は前記流入管の内径より大きいことを特徴とする。これにより所期の目的を達成するものである。
In order to achieve this object, the present invention includes a heat receiving portion that includes a refrigerant inlet and outlet and receives heat from a heating element, a heat radiating portion that releases heat of the refrigerant, the heat receiving portion, and the heat receiving portion. Cooling that includes a heat dissipation path and a return path that connect the heat dissipation section, and circulates the refrigerant to the heat receiving section, the heat dissipation path, the heat dissipation section, the return path, and the heat receiving section to transfer heat. The heat receiving portion includes a heat receiving plate that contacts the heat generating element to absorb heat, and a heat receiving cover that covers the surface of the heat receiving plate and forms a heat receiving space for evaporating the refrigerant flowing into the surface. The return path and the heat receiving part are connected by an inflow pipe, and a check valve is interposed in the inflow pipe,
In the heat receiving space, the heat receiving plate has a refrigerant inflow portion at the center and a diffusion portion provided with a radial groove toward the outer periphery of the refrigerant inflow portion, and is provided from the inflow pipe or the heat receiving cover to the heat receiving plate. An introduction pipe that extends toward and into which the condensed refrigerant flows into the heat receiving space, and has an inner diameter at the heat receiving plate side tip of the introduction pipe that is larger than an inner diameter of the inflow pipe. This achieves the intended purpose.
以上のように本発明は、冷媒の流入口と排出口を備え発熱体からの熱を受ける受熱部と、前記冷媒の熱を放出する放熱部と、前記受熱部と前記放熱部とを接続する放熱経路と帰還経路とで構成し、前記冷媒を、前記受熱部、前記放熱経路、前記放熱部、前記帰還経路、前記受熱部へと循環させて熱の移動を行う冷却装置であって、前記受熱部は、発熱体に接触させて熱を吸収する受熱板と、この受熱板の表面を覆うとともに表面に流れ込んだ冷媒を蒸発させる受熱空間を形成する受熱カバーとを備え、前記帰還経路と前記受熱部を流入管で接続するとともに、この流入管には逆止弁を介在させ、前記受熱空間において、前記受熱板は、中心に冷媒流入部と、この冷媒流入部の外周に向けて放射状の溝を設けた拡散部を有し、前記流入管または前記受熱カバーから前記受熱板に向けて延設し、凝縮した冷媒を前記受熱空間内に流入させる導入管を備え、前記導入管の前記受熱板側先端の内径は前記流入管の内径より大きいことを特徴とするものであり、冷却装置の冷却効率を上げることができるものである。 As described above, the present invention connects the heat receiving portion that has the refrigerant inlet and outlet and receives heat from the heating element, the heat radiating portion that releases the heat of the refrigerant, and the heat receiving portion and the heat radiating portion. A cooling device comprising a heat dissipation path and a return path, wherein the refrigerant is circulated to the heat receiving section, the heat dissipation path, the heat dissipation section, the return path, and the heat receiving section to transfer heat, The heat receiving section includes a heat receiving plate that contacts the heat generating element to absorb heat, and a heat receiving cover that covers the surface of the heat receiving plate and forms a heat receiving space that evaporates the refrigerant that has flowed into the surface, and the return path and the The heat receiving part is connected by an inflow pipe, and a check valve is interposed in the inflow pipe, and in the heat receiving space, the heat receiving plate is radially directed toward the refrigerant inflow part and the outer periphery of the refrigerant inflow part. A diffusion part provided with a groove, the inflow pipe or An introduction pipe extending from the heat-receiving cover toward the heat-receiving plate and allowing condensed refrigerant to flow into the heat-receiving space, and an inner diameter of the introduction pipe-side tip of the introduction pipe being larger than an inner diameter of the inflow pipe The cooling efficiency of the cooling device can be increased.
すなわち、本発明によれば、逆止弁が開き受熱空間内に供給された冷媒は、発熱体により暖められた受熱板と接触することで一部が沸騰気化し、この際の急激な体積膨張によって、未沸騰の液相の冷媒とともに、拡散部上に高速な混相流(気相と液相)として拡散する。 That is, according to the present invention, the check valve is opened and the refrigerant supplied into the heat receiving space is partially boiled by contact with the heat receiving plate warmed by the heating element, and the rapid volume expansion at this time Therefore, it diffuses together with the non-boiling liquid phase refrigerant as a high-speed mixed phase flow (gas phase and liquid phase) on the diffusion part.
このとき、受熱空間内に供給された冷媒は、導入管の受熱板側先端の内径が流入管の内径より大きいため、上記の混相流として受熱板側だけではなく、水平方向にも放射状に広がろうとし、導入管の内壁まで広がった後、拡散部上を高速に拡散し、拡散部全体に冷媒の混相流が供給され、拡散部全体から気化熱を奪い、発熱体を冷却することができる。結果として、冷却装置の冷却効率を上げることができるのである。 At this time, the refrigerant supplied into the heat receiving space has a radially larger not only in the heat receiving plate side but also in the horizontal direction as the mixed phase flow because the inner diameter of the leading end of the introduction pipe on the heat receiving plate side is larger than the inner diameter of the inflow pipe. After spreading to the inner wall of the introduction pipe, it diffuses at high speed on the diffusion section, and a multiphase flow of refrigerant is supplied to the entire diffusion section, taking heat of vaporization from the entire diffusion section and cooling the heating element. it can. As a result, the cooling efficiency of the cooling device can be increased.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、電気自動車1に本発明の冷却装置を装着した場合の略図であり、図2と図3は、それぞれ本発明の冷却装置とその放熱部の構成図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic view when the cooling device of the present invention is mounted on an
図1に示す様に、電気自動車1の車軸2を駆動する電動機3に電力を供給するインバータ回路5は、電気自動車1の車室前方4内に配置し接続されている。インバータ回路5は、電動機3に電力を供給する複数の半導体スイッチング素子6を備えており、この半導体スイッチング素子6を冷却する冷却装置7を併設している。
As shown in FIG. 1, an
同図に示す冷却装置7は、受熱部8とこの受熱部8で吸収した熱を放熱する放熱部9を備え、受熱部8と放熱部9の間で熱媒体となる冷媒(図2の10)を循環させる循環経路11を備えており、放熱部9には、外気に熱を放出する放熱体17を備えている。また、車室前方4内の運転席側に近づけた中程にインバータ回路5を配置し、循環経路11を延設して、放熱体17は外気を通過させやすいフロントグリル4a側に取り付けた構成となっている。
The
また、図2は、本発明による実施の形態1の冷却装置7についての説明図である。同図より、受熱部8は、発熱体である半導体スイッチング素子6に接触させて熱を吸収する受熱板12と、この受熱板12の表面を覆い、流れ込んだ冷媒10を蒸発させる受熱空間13を形成する受熱カバー14と、受熱空間13に凝縮した冷媒10を流し込む流入口15と、この流入口15に導入管23および流入管24、受熱空間13から冷媒10を排出する排出口16を備えたものである。
Moreover, FIG. 2 is explanatory drawing about the
また、受熱板12は、後述の図4でも説明するが中央に冷媒流入部21と、その周囲に放射状の溝22aを設けた拡散部22で構成されている。
The
また、循環経路11は放熱経路11aと帰還経路11bとからなり、放熱経路11aは排出口16と放熱部9の放熱体17とを接続し、帰還経路11bは放熱部9の放熱体17と受熱部8を接続した構成となっている。
The
そして、この放熱体17の界面に送風装置17aから外気を送風することで、放熱をさせている。なお、この放熱体17の界面からの放熱は、電気自動車1車内の暖房に活用することも出来る。
And heat is radiated by blowing outside air from the
さらに、図3に示すように、放熱体17は、アルミニウム板を短冊状に薄く形成した複数のフィン19を所定の間隔をあけて積層したブロック体であって、放熱体17の入口と出口を接続する複数の管路18がフィン19を貫通したものとなっている。ここで、放熱体17の入り口において、放熱経路11aに接続した複数の管路18が、流路を複数に分流するとともに放熱体17の出口で複数の管路18に帰還経路11bが接続し、複数の流路を合流させる構成となっている。これにより複数の管路18が放熱経路11aと帰還経路11bを接続し、冷媒10の熱をフィン19の全体に伝えることで、放熱部9の放熱効率を高める構成となっている。
Further, as shown in FIG. 3, the
以上が本発明の主要構成の説明である。 The above is the description of the main configuration of the present invention.
ここで、図2を用いて、冷却装置の基本動作と逆止弁動作条件について説明する。 Here, the basic operation of the cooling device and the check valve operation condition will be described with reference to FIG.
まず、冷却装置7の基本動作について説明する。半導体スイッチング素子6が発する熱は、受熱板12から受熱空間13内の液化した冷媒10へ伝わり、即座に沸騰気化することになる。
First, the basic operation of the
次に、沸騰後の冷媒10(気相と一部の未沸騰冷媒)は、受熱空間13と冷えた放熱体17との内部圧力差により冷媒駆動力が発生し、排出口16から放熱経路11aを経て放熱体17へ流入する。この時、冷媒の循環方向は、逆止弁20によって放熱経路11a方向へ固定される。
Next, the
すなわち、冷媒10が沸騰するときに受熱空間13内の圧力は増加するが、逆止弁20の作用により冷媒10が逆流して流入管24側へ戻ることを防ぎ、かつ沸騰による体積膨張した冷媒10による受熱空間13内と冷やされた放熱体17内の圧力差により、外部動力を使用することなく、冷媒10を気相(蒸気)分と未沸騰の液相分の両方を混相流として排出口16から放熱経路11aを経て、確実に放熱体17へ輸送することができるのである。
That is, the pressure in the
そして、冷媒10の気相分が、外気により冷却された放熱体17の内壁面に接触し凝縮することで凝縮熱を放熱体17へ伝え、さらに、放熱体17の内壁面からフィン19の外壁表面へと伝わり、最終的には外気と熱交換することで放熱されることになる。
The vapor phase component of the refrigerant 10 contacts the inner wall surface of the
さらに、凝縮により液化した冷媒10は、帰還経路11bを流れて流入管24内で流入口15の逆止弁20上に停留し、所定の逆止弁20の動作条件下で弁が開動した瞬間に、冷媒10は再び受熱空間13内へと流入する。通常この一連のサイクルを繰り返すことにより安定的な冷却が可能となる。
Further, the refrigerant 10 liquefied by the condensation flows through the
続いて所定の逆止弁20の動作条件について説明する。通常加熱での沸騰動作が継続している場合の逆止弁20は、逆止弁20の上流側圧力Pu(帰還経路11b内圧力+流入管24内の停留冷媒水頭圧)と受熱空間13によって与えられる逆止弁20の下流側圧力Pbがほぼバランスしており閉鎖状態となる。
Next, the operating conditions of the
通常、このまま加熱が継続され受熱空間13内での冷媒の気化がさらに進むと、温度と飽和蒸気圧が一定であっても、逆止弁20の上流側への冷媒供給は継続されるため停留冷媒の水頭圧は、除々に増加して行くことになる。そのため、ある瞬間に逆止弁20の上流側圧力Pu>逆止弁20の下流側圧力Pbとなる状態が発生し、逆止弁20が開動する。
Normally, when heating is continued as it is and vaporization of the refrigerant further proceeds in the
そして、圧力差の増加水頭圧分だけの冷媒量が導入管23を通って受熱空間13へ流入し、逆止弁20の両側の圧力がバランスする状態になったタイミングで、再度閉鎖することになる。この一連の逆止弁20の動作により冷媒の供給サイクルを実現している。実際の逆止弁20の開閉のタイミングは、ある程度の時間間隔で発生するが、装置の仕様(発熱量や装置内冷媒封入量、さらに弁の剛性)などでも変化するため、必ずしも同一とはならない。
Then, the refrigerant amount corresponding to the increased head pressure of the pressure difference flows into the
次に、図4を用いて受熱空間13内での受熱の基本的なメカニズムと所定の逆止弁20の動作について追加説明を行う。
Next, with reference to FIG. 4, the basic mechanism of heat reception in the
まず、受熱空間13内での受熱メカニズムとしては、以下の沸騰現象が発生している。図4に示すように、逆止弁20が開いて受熱空間13内へ流入した冷媒は、導入管23によって受熱板12の冷媒流入部21に導かれ、一部が受熱板12より熱を受けて沸騰気化し、この際の急激な体積膨張によって導入管23の開口と拡散部22の隙間から外周部へ高速な混相流(気相と液相)として拡散部22上を放射状に拡散する。図4(b)のハッチングで示す領域は、図4(a)の矢印で示す混相流の拡散域を表している。
First, as a heat receiving mechanism in the
この拡散部22は、放射状の流路である溝22aが中心部から外周部へ拡大する構造をしており広い沸騰表面積を有している。初期沸騰の後、未沸騰の液相の冷媒10は、この拡散部22の表面に薄い膜状で広がることになる。そして、半導体スイッチング素子6からの継続的な加熱により、この放射状の流路において一瞬にして加熱され気化するため、極めて高い伝達係数を維持した高効率な受熱性能を達成することが可能である。
The
本実施の形態では、例えば、冷媒10に水を使用した場合などでは、受熱空間13内の圧力を大気圧よりも低く設定すること(外気温20℃の場合、水の飽和蒸気圧は−97KPa程度)で、大気圧中の水の沸騰に比べて低い温度で沸騰させることができるため、高い冷却性能を可能としている。
In the present embodiment, for example, when water is used as the refrigerant 10, the pressure in the
これにより、半導体スイッチング素子6の熱を効率的に奪い、冷却することができる。つまり、水の蒸発潜熱によって、半導体スイッチング素子6の熱を奪うものであって、かつ前記したように受熱板12上で薄い膜状に広がった冷媒10を一瞬にして加熱し気化させることで、単に溜め込んだ水を加温し沸騰させるものに比べて、非常に高い熱伝達係数が得られ、奪う熱量も極めて大きくすることが可能である。
Thereby, the heat of the
以上の様な受熱空間13内での連続的な沸騰を可能とすることで、規則的な受放熱のサイクルが、維持でき、高性能な冷却装置を実現することができることになる。
By enabling continuous boiling in the
このように半導体スイッチング素子6の冷却を安定して行なうことができるので、特に気相と液相の冷媒循環方向に関しては、逆止弁によって一方向に固定可能であるためフラッティング現象(冷媒が逆流することで熱輸送方向が定まらず冷却効率が著しく低下する状態)のような課題も防止でき、冷却装置の動作安定性を向上させることができる。
Since the
また、本発明による冷却装置での冷媒駆動力は、前記した通り、沸騰による受熱空間13の圧力と外気により低温低圧状態である放熱体17との間の圧力差によって発生するものであり、他の特別な冷媒駆動装置を全く必要としない構成となっている点は、省エネルギーの観点からも極めて有効な冷却装置を実現することを可能とするものである。
In addition, as described above, the refrigerant driving force in the cooling device according to the present invention is generated by the pressure difference between the pressure in the
また、このように冷媒10は、前記した通り冷却装置7内の圧力バランスにより駆動されるため、受熱部8と放熱部9とを離して配置することも可能である。
Since the refrigerant 10 is driven by the pressure balance in the
言い換えれば塵埃や水滴に弱いインバータ回路5と外気を当てて効率よく冷却を行ないたい放熱部9とを電気自動車1のフロントグリル4aと車室前方4といったように離して設置することも可能となるため信頼性の面でも有利であり、電気自動車1のより安定した走行性能を確保することに大きく貢献できることになる。
In other words, the
さて、以上のように本発明の基本部分について説明をしたが、以下に本実施の形態において最も重要な特徴である、発熱体の面積が大きくなった場合の、導入管23について、図5〜図7を用いて説明を加える。各図(b)のハッチングで示す領域は、各図(a)で示す矢印の混相流の拡散域を表している。
Now, the basic portion of the present invention has been described as above, but the
図7(a)は、課題で説明した、図4の発熱体の面積が大きくなり、発熱体の大きさに合わせて受熱板を大きくしただけの従来の場合で、図7(b)は混相流の拡散域が拡散部22全体まで広がらない状態を示している。
FIG. 7A shows a conventional case where the area of the heating element shown in FIG. 4 is increased, and the heat receiving plate is enlarged according to the size of the heating element, and FIG. The flow diffusion region does not extend to the
これに対し、本実施形態の図5(a)は、導入管23aの内径を流入管24の内径の約3倍とした構成となっている。この導入管23aにより、逆止弁20から受熱空間13内へ供給された冷媒は、図7(a)に示す導入管23aの内径と流入管24の内径が同じ場合に比べ、図5(b)、図7(b)に示すように、図5の方が拡散域が広範囲となり、拡散部22全面に冷媒の混相流が供給され、拡散部22全体での沸騰気化により冷却効率を高めることが可能となる。
On the other hand, FIG. 5A of the present embodiment has a configuration in which the inner diameter of the
すなわち、導入管23aの内径を流入管24の内径より大きくした構成により、冷媒の拡散速度が最高になる位置X(=開口面積が最小になる位置)が、冷媒流入部21からより遠くなり、拡散部22全面に冷媒の混相流が供給される。
That is, with the configuration in which the inner diameter of the
また、逆止弁20の流入管24内の位置は、受熱部8側先端に近い方がよい。図5(a)に示すように、受熱部8側先端に逆止弁20を設けた場合、逆止弁20から受熱空間13内へ供給され気化した冷媒は、受熱板12に沿って水平方向に広がりやすく、拡散速度ベクトルはほとんどが水平成分となり、導入管23aから拡散部22の溝22a内への移動後も拡散速度ベクトルの水平成分が残っており、水平方向に広がりやすい。
Further, the position of the
また、導入管23aの長さは、導入管23a下端面と受熱板12上面との距離から決められ、図5(a)に示すように、1mm程度の隙間となる長さが好ましい。隙間を開けることにより、拡散部22の溝22aだけでなく、拡散部22全体に冷媒の混相流が広がり、拡散部22全体を伝熱面とできる。ただし、隙間が大きくなると、この隙間を含めた開口を通過する混相流の冷媒の拡散速度が遅くなり、図5(b)のハッチングで示した拡散域全体に冷媒が広がらない恐れがあり、隙間の大きさは、この開口部の拡散速度が拡散域全体に冷媒が広がる速度となるように決められる。
Further, the length of the
また、導入管23aの径は、溝22aの長さの約1/2としたが、冷媒10の拡散速度に大きく影響するため、発熱体の面積に応じて決定される必要があり、拡散部22上へ均一に冷媒10を広げることが可能な拡散速度が得られる導入管23aの径を選択することが望ましい。
Further, although the diameter of the
また、導入管23aは受熱カバー14と一体で形成することにより、製造も容易になり、前述した隙間の精度も向上できる。
Further, by forming the
このように、図5の構成によって、発熱体の面積が大きくなっても、発熱体の面積が標準の場合とほとんど変わらない、極めて高い伝達係数を維持した高効率な受熱性能を達成することが可能となる。 Thus, the configuration of FIG. 5 can achieve highly efficient heat receiving performance with an extremely high transfer coefficient that is almost the same as the standard case even when the area of the heating element is increased. It becomes possible.
(実施の形態2)
図5と同じ構成は同一番号を付し、詳細な説明は省略する。
(Embodiment 2)
The same components as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図6の導入管23bは、図5の導入管23aとは形状が異なり、その内径が受熱カバー14側から受熱板12側へ漸次拡大している。
The
この構成により、逆止弁20から受熱空間13内へ供給され一部気化した冷媒は、導入管23bの内壁の緩やかな傾斜に沿ってほぼ斜め下方向に広がりやすく、拡散速度ベクトルも垂直成分より水平成分の方が大きいため、図5と同様、導入管23bの最下面から拡散部22の溝22a内への移動後も拡散速度ベクトルの水平成分が残っており、水平方向に広がりやすい。
With this configuration, the refrigerant that is supplied from the
導入管23bの径と長さ、および受熱カバー14との一体形成についても、図5と同様で、図5と比べたメリットは、混相流の導入管23bとの衝突が緩和、すなわち図5のような直交的な衝突がなく、圧損が少ない状態で、導入管23b最下面の最小開口部を通過するため、図5に比べ開口部を通過する拡散速度が速くなる点であり、より確実に冷媒を拡散域全体に広げることができる。
The diameter and length of the
以上のように、導入管23a、23bの受熱板12側先端の内径を流入管24の内径より大きくしたことにより、受熱空間内に供給された冷媒10は、受熱板12側だけではなく、水平方向にも放射状に広がろうとし、導入管の内壁まで広がった後、拡散部22上を高速に拡散する。
As described above, since the inner diameters of the leading ends of the
従って、拡散部22全体に冷媒10の混相流が供給され、拡散部22全体から気化熱を奪い、冷却することができる。すなわち、冷媒の拡散速度が最高になる位置X(=開口面積が最小になる位置)を冷媒流入部からより遠い位置とすることにより、拡散部22全体に十分な冷媒10の混相流を供給できるようになり、面積が大きな発熱体に対しても冷却効率を向上させることが可能な冷却装置を提供することができるのである。
Therefore, the mixed phase flow of the refrigerant 10 is supplied to the
本発明によれば、発熱体の大きさに因らず、規則的な受熱と放熱のサイクルを維持し、冷却性能の安定した冷却装置が得られるので、電気自動車の駆動装置としての電力変換装置や高速演算処理装置等の冷却に有用である。 According to the present invention, it is possible to obtain a cooling device that maintains a regular heat receiving and radiating cycle regardless of the size of the heating element and has a stable cooling performance. And is useful for cooling high-speed arithmetic processing devices.
1 電気自動車
2 車軸
3 電動機
4 車室前方
4a フロントグリル
5 インバータ回路
6 半導体スイッチング素子
7 冷却装置
8 受熱部
9 放熱部
10 冷媒
11 循環経路
11a 放熱経路
11b 帰還経路
12 受熱板
13 受熱空間
15 流入口
16 排出口
17 放熱体
17a 送風装置
18 管路
19 フィン
20 逆止弁
21 冷媒流入部
22 拡散部
22a 溝
23、23a、23b 導入管
24 流入管
DESCRIPTION OF
Claims (4)
冷媒の熱を放出する放熱部と、
前記受熱部と前記放熱部とを接続する放熱経路と帰還経路とで構成し、
前記冷媒を、前記受熱部、前記放熱経路、前記放熱部、前記帰還経路、前記受熱部へと循環させて熱の移動を行う冷却装置であって、
前記受熱部は、発熱体に接触させて熱を吸収する受熱板と、
この受熱板の表面を覆うとともに表面に流れ込んだ冷媒を蒸発させる受熱空間を形成する受熱カバーとを備え、
前記帰還経路と前記受熱部を流入管で接続するとともに、この流入管には逆止弁を介在させ、
前記受熱空間において、前記受熱板は、中心に冷媒流入部と、この冷媒流入部の外周に向けて放射状の溝を設けた拡散部を有し、
前記流入管または前記受熱カバーから前記受熱板に向けて延設し、凝縮した冷媒を前記受熱空間内に流入させる導入管を備え、
前記導入管の前記受熱板側先端の内径は前記流入管の内径より大きいことを特徴とする冷却装置。 A heat receiving portion that receives heat from the heating element;
A heat dissipating part that releases the heat of the refrigerant;
Consists of a heat dissipation path and a return path connecting the heat receiving section and the heat dissipation section,
A cooling device that circulates the refrigerant to the heat receiving unit, the heat dissipation path, the heat dissipation unit, the return path, and the heat receiving unit to transfer heat,
The heat receiving part is in contact with a heating element and absorbs heat; and
A heat receiving cover that covers the surface of the heat receiving plate and forms a heat receiving space for evaporating the refrigerant flowing into the surface;
The return path and the heat receiving part are connected by an inflow pipe, and a check valve is interposed in the inflow pipe,
In the heat receiving space, the heat receiving plate has a refrigerant inflow portion in the center and a diffusion portion provided with a radial groove toward the outer periphery of the refrigerant inflow portion,
An introduction pipe extending from the inflow pipe or the heat receiving cover toward the heat receiving plate and allowing the condensed refrigerant to flow into the heat receiving space;
The cooling device according to claim 1, wherein an inner diameter of a tip of the introduction pipe on the heat receiving plate side is larger than an inner diameter of the inflow pipe.
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-
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