JP2014052115A - Cooling device and electric vehicle with the same - Google Patents
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Abstract
【課題】受熱性能を向上させ、受熱部を小型化できる冷却装置を提供することを目的とする。
【解決手段】受熱部3と、この受熱部3の排出口7と放熱経路9を介して接続した気液放熱部5と、この気液放熱部5と受熱部3の流入口6とを接続する帰還経路10とを備え、受熱部3は、発熱体に接触させて熱を吸収する受熱板12と、この受熱板12の表面を覆うとともに表面に流れ込んだ作動流体11を蒸発させる受熱空間13を形成する受熱カバーとを備え、帰還経路10には、流入口6に凝縮して停留した作動流体11の水頭圧と帰還経路10内と受熱空間13内との圧力バランスによって開動する逆止弁15とを備え、気液放熱部5は、作動流体11を流通させる伝熱管23と、ポンプ107により循環される冷却水108によって冷却する水冷式冷却システム20の冷却水108を流通させる冷却水路24とを備える構成とした。
【選択図】図2An object of the present invention is to provide a cooling device capable of improving heat receiving performance and miniaturizing a heat receiving portion.
A heat receiving part, a gas-liquid heat dissipating part connected to a discharge port of the heat receiving part through a heat radiation path, and the gas liquid heat dissipating part and an inlet of the heat receiving part are connected. The heat receiving section 3 includes a heat receiving plate 12 that contacts the heat generating body and absorbs heat, and a heat receiving space 13 that covers the surface of the heat receiving plate 12 and evaporates the working fluid 11 that has flowed into the surface. The return path 10 has a check valve that opens due to the hydraulic head pressure of the working fluid 11 condensed and retained at the inlet 6 and the pressure balance between the return path 10 and the heat receiving space 13. The gas-liquid heat radiating unit 5 includes a heat transfer pipe 23 through which the working fluid 11 is circulated, and a cooling water passage 24 through which the cooling water 108 of the water-cooled cooling system 20 cooled by the cooling water 108 circulated by the pump 107 is circulated. And a configuration comprising It was.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、電力半導体を搭載した電気自動車の冷却装置に関するものである。 The present invention relates to a cooling device for an electric vehicle equipped with a power semiconductor.
従来この種の冷却装置は、電気自動車の電力変換回路に搭載されたものが知られている。電気自動車では、駆動動力源となる電動モータを電力変換回路であるインバータ回路でスイッチング駆動していた。インバータ回路には、パワートランジスタを代表とする半導体スイッチング素子が複数個使われていて、それぞれの素子に数十アンペア以上の大電流が流れていた。そのため半導体スイッチング素子は大きく発熱し、冷却することが必要であった。 Conventionally, this type of cooling device is known to be mounted on a power conversion circuit of an electric vehicle. In an electric vehicle, an electric motor serving as a driving power source is switched by an inverter circuit that is a power conversion circuit. In the inverter circuit, a plurality of semiconductor switching elements represented by power transistors are used, and a large current of several tens of amperes or more flows through each element. Therefore, the semiconductor switching element generates a large amount of heat and needs to be cooled.
例えば特許文献1のように、上下に冷媒放熱器と冷媒タンクを備えた沸騰冷却装置にて下部に配したインバータ回路の冷却を行っていた。
For example, as in
このような従来の冷却装置においては、受熱部で半導体スイッチング素子の熱を奪って気化した冷媒が上部に配置した冷媒放熱器で冷やされ液化して再び下部に滴下されるサイクルを繰り返している。 In such a conventional cooling device, a cycle is repeated in which the refrigerant vaporized by taking the heat of the semiconductor switching element in the heat receiving part is cooled by the refrigerant radiator arranged in the upper part, liquefied and dropped again in the lower part.
また、従来一般的な水冷式の冷却装置は、図4に示すように、半導体スイッチング素子101が素子基板102を介して受熱部103に接している。受熱部103と放熱体105を循環接続している循環経路104の途中に冷媒として冷却水108を循環させるポンプ107が設けられ、放熱体105近傍には送風機106を設け、その送風で放熱を促進させている。冷却水108は、不凍液である水とエチレングリコールの混合液が用いられる。
Further, in the conventional general water cooling type cooling device, as shown in FIG. 4, the
このような従来の冷却装置においては、受熱部103の熱伝達率が低いため受熱性能が悪く、半導体スイッチング素子101の高密度化に対応できず、複数の半導体スイッチング素子101を図4に示すように分散配置する必要が生じ、結果として受熱部103が大きくなり、非常に重い冷却装置を採用しなければならいないという課題があった。
In such a conventional cooling device, since the heat transfer coefficient of the
そこで本発明は、上記の従来の課題を解決するものであり、受熱部の受熱性能を向上させ、受熱部を小型化できる冷却装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention solves the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a cooling device that can improve the heat receiving performance of the heat receiving unit and reduce the size of the heat receiving unit.
そして、この目的を達成するために、本発明は、受熱部と、この受熱部の排出口と放熱経路を介して接続した気液放熱部と、この気液放熱部と前記受熱部の流入口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作動流体を蒸発させる受熱空間を形成する受熱カバーとを備え、前記帰還経路には、前記流入口に凝縮して停留した前記作動流体の水頭圧と前記帰還経路内と前記受熱空間内との圧力バランスによって開動する逆止弁とを備え、前記気液放熱部は、前記作動流体を流通させる伝熱管と、ポンプにより循環される冷却水によって冷却する水冷式冷却システムの冷却水を流通させる冷却水路とを備えたことを特徴とする冷却装置としたものであり、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 provides a heat receiving part, a gas-liquid heat radiating part connected to the outlet of the heat receiving part via a heat radiation path, an inlet of the gas-liquid heat radiating part and the heat receiving part. The heat receiving part forms a heat receiving space that contacts the heating element and absorbs heat and covers the surface of the heat receiving plate and evaporates the working fluid that has flowed into the surface. And a check valve that opens due to a balance between the hydraulic head pressure of the working fluid condensed and retained at the inlet and the pressure balance between the return path and the heat receiving space. The gas-liquid heat radiating section includes a heat transfer pipe that circulates the working fluid, and a cooling water passage that circulates cooling water of a water-cooled cooling system that is cooled by cooling water circulated by a pump. Cooling device There, thereby it is to achieve the intended purpose.
本発明によれば、受熱部と、この受熱部の排出口と放熱経路を介して接続した気液放熱部と、この気液放熱部と前記受熱部の流入口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作動流体を蒸発させる受熱空間を形成する受熱カバーとを備え、前記帰還経路には、前記流入口に凝縮して停留した前記作動流体の水頭圧と前記帰還経路内と前記受熱空間内との圧力バランスによって開動する逆止弁とを備え、前記気液放熱部は、前記作動流体を流通させる伝熱管と、ポンプにより循環される冷却水によって冷却する水冷式冷却システムの冷却水を流通させる冷却水路とを備えたことにより、受熱空間の液化した作動流体は半導体スイッチング素子から気化熱を奪い気化して、放熱経路を流れ気液放熱部で液化して、帰還経路を流れて液体の水頭による圧力で逆止弁を開いて、流入口から再び受熱空間へ流入することとなる。 According to the present invention, the heat receiving portion, the gas-liquid heat radiating portion connected to the discharge port of the heat receiving portion via the heat radiating path, and the return path connecting the gas-liquid heat radiating portion and the inlet of the heat receiving portion are provided. The heat receiving portion includes a heat receiving plate that contacts the heating 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 working fluid that has flowed into the surface. The return path includes a hydraulic head pressure of the working fluid condensed and retained at the inlet, and a check valve that opens due to a pressure balance between the inside of the return path and the heat receiving space, And the heat transfer pipe for circulating the working fluid and the cooling water passage for circulating the cooling water of the water-cooled cooling system cooled by the cooling water circulated by the pump. element The vaporization heat is taken away, vaporizes, flows through the heat dissipation path, liquefies at the gas-liquid heat dissipation part, flows through the return path, opens the check valve with the pressure of the liquid head, and flows into the heat receiving space again from the inlet. It becomes.
このとき逆止弁の作用により、作動流体の流れが一方向に規制され、液化した作動流体の水頭圧により、規則的な受熱と放熱のサイクルができ、受熱性能を向上させた冷却装置を提供できるという効果を奏する。 At this time, the flow of the working fluid is regulated in one direction by the action of the check valve, and the cooling head with improved heat receiving performance can be obtained by the regular heat receiving and releasing cycle by the water head pressure of the liquefied working fluid. There is an effect that can be done.
さらに、高い受熱性能を有することにより、高密度の半導体スイッチング素子の冷却が可能となり、分散配置されていた複数の半導体スイッチング素子をより小さい面積に集約することができるため、結果として受熱部の小型化が実現できる。 Furthermore, by having high heat receiving performance, it becomes possible to cool high-density semiconductor switching elements, and a plurality of semiconductor switching elements that have been distributed and distributed can be concentrated in a smaller area. Can be realized.
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)
本実施形態では、背景技術で説明した、従来の一般的な水冷式の冷却装置の受熱部103以外の構成を水冷式冷却システム20として流用し、この水冷式冷却システム20の受熱部の受熱性能を向上するために、別の作動流体系統を有する受熱性能の高い冷却装置4を受熱部として追加している。この点が、本発明の最も特徴的な構成であるが、この点については、後述する。
(Embodiment 1)
In the present embodiment, the configuration other than the
図1に示すように、電気自動車1の車軸(図示せず)を駆動する電動機(図示せず)は、電気自動車1の内に配置した電力変換装置であるインバータ回路2に接続されている。
As shown in FIG. 1, an electric motor (not shown) that drives an axle (not shown) of an
インバータ回路2は、電動機に電力を供給するもので、複数の半導体スイッチング素子8(図2)を備えおり、この半導体スイッチング素子8(図2)が動作中に発熱する。
The
このため、この半導体スイッチング素子8(図2)を冷却するために、冷却機構を備えている。 For this reason, in order to cool this semiconductor switching element 8 (FIG. 2), a cooling mechanism is provided.
この冷却機構は、背景技術で説明した従来の水冷式の冷却装置の受熱部103以外の構成を有する水冷式冷却システム20と、この水冷式冷却システム20の受熱部として別の作動流体系統を有する受熱性能の高い冷却装置4と、水冷式冷却システム20と冷却装置4とを接続する気液放熱部5で構成されている。
This cooling mechanism has a water cooling
水冷式冷却システム20は、背景技術で説明した従来の水冷式の冷却装置の受熱部103以外の構成、すなわち、車両前面に配置された放熱体105と送風機106からなる放熱部109、循環経路104とその途中に設けられたポンプ107で構成されている。
The water-cooled
水冷式冷却システム20の受熱部としての冷却装置4について説明する。
The cooling device 4 as a heat receiving part of the water cooling
以下では、冷却装置4は、気液放熱部5を含んだ構成として説明する。
Below, the cooling device 4 is demonstrated as a structure containing the gas-liquid
図2に示すように、水冷式冷却システム20の受熱部としての冷却装置4は、発熱体である半導体スイッチング素子8から熱を吸収する受熱部3とこの受熱部3で吸収した熱を放熱する気液放熱部5を備え、受熱部3と気液放熱部5の間で熱媒体となる作動流体11を循環させる放熱経路9と帰還経路10を備えている。
As shown in FIG. 2, the cooling device 4 as a heat receiving unit of the water-cooled
また、受熱部3は、発熱体である半導体スイッチング素子8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、流れ込んだ作動流体11の蒸発をさせる受熱空間13を形成する受熱カバー14と、受熱空間13に液化した作動流体11を流し込む流入口6と、受熱空間13から作動流体11を気体にして排出する排出口7を備えている。
Further, the
また、受熱空間13の流入口6には、作動流体11の水頭による圧力によって開動させる逆止弁15を備えている。
Further, the
放熱経路9は、排出口7と気液放熱部5、帰還経路10は、流入口6と気液放熱部5に、それぞれ接続されている。
The
水冷式冷却システム20は、冷却装置4から放熱された熱を気液放熱部5内で、水冷式冷却システム20の循環経路104を循環する冷却水108で受熱し、この受熱した熱は車両前面に配置された放熱体105から送風機106で発生させた風により放熱される。
The water-cooled
また、冷却装置4の受熱空間13と放熱経路9および帰還経路10は密閉にして構成し、内部の圧力を大気圧より低くして、内部を飽和状態にしている。例えば、作動流体11にエタノールを用いた場合では、内部の初期の圧力は、常温で−92KPa程度となる。
In addition, the
上記構成において、インバータ回路2の半導体スイッチング素子8が動作を開始すると電動機(図示せず)に電力が供給されて、電気自動車1は、動きだすこととなる。
In the above configuration, when the semiconductor switching
このとき、半導体スイッチング素子8には大電流が流れることにより、少なくとも全電力の数%が損失となって大きな発熱をする。
At this time, a large current flows through the
このとき、冷却装置4において、液化した作動流体11が、逆止弁15の上流側に溜まり、液化した作動流体11の水頭圧により、逆止弁15が開き、作動流体11が、受熱空間13に供給される。
At this time, in the cooling device 4, the liquefied working
受熱空間13の底面の受熱板12は、発熱体である半導体スイッチング素子8から発する熱により、熱せられているので、受熱板12上に滴下した作動流体11の一部が沸騰し、気化による急激な体積膨張によって、高速気流となり、受熱板12に拡散する。この作動流体11の高速気流が、まだ沸騰していない残りの作動流体11を巻き込み、受熱板12全体に作動流体11の薄膜層を形成し、受熱板12上に広がった作動流体11の薄膜層が、半導体スイッチング素子8から発する熱を受けて瞬時に気化する。このプロセスを繰り返すことにより、効率よく作動流体11を気化させて、発熱体である半導体スイッチング素子8から発する熱を奪うことができる。その結果として、冷却性能を向上させることができる。
Since the
気化した作動流体11は、受熱部3の排出口7から放熱経路9を流れて気液放熱部5内で水冷式冷却システム20を循環する冷却水108に熱を放出する。冷却水108に熱を放出した作動流体11は、液化して帰還経路10を流れて受熱部3の流入口6の逆止弁15の上流側に溜まることとなる。そして、液化した作動流体11は、徐々に帰還経路10内で増加して、その作動流体11の水頭による圧力によって逆止弁15を開かせて、再び受熱空間13内へと供給される。
The vaporized working
このようにして作動流体11が繰り返し冷却装置4内を循環して発熱体である半導体スイッチング素子8の冷却を行なうことになる。
In this way, the working
ここで、受熱空間13内の冷却のメカニズムについて説明を加える。
Here, the cooling mechanism in the
逆止弁15は、帰還経路10内の逆止弁15上流に凝縮して停留した作動流体11の水頭圧と、受熱空間13内との圧力バランスによって開動するので、開いている時間は短く、受熱空間13内へは、少量の作動流体11しか供給されない。
Since the
そのため、受熱空間13内へ供給された作動流体11は、薄い膜として受熱板12上に広がり、受熱板12は半導体スイッチング素子8に接触しているので、薄い膜となった作動流体11は、一瞬にして加熱され気化することとなる。
Therefore, the working
受熱空間13の気圧は、大気圧よりも低く設定しているので、作動流体11は、水を使用しても大気圧中の水の沸騰に比べて低い温度で気化させることができる。
Since the air pressure in the
本実施の形態では、気圧を−92KPaにして、循環経路内を飽和蒸気圧状態にしておくことで、外部からの加熱による昇温により容易に作動流体11を気化させることができ、このときに半導体スイッチング素子8の熱を奪い、冷却することができる。
In the present embodiment, by setting the atmospheric pressure to -92 KPa and keeping the inside of the circulation path in a saturated vapor pressure state, the working
つまり、作動流体11の蒸発潜熱によって、半導体スイッチング素子8の熱を奪うもので、かつ作動流体11を一瞬にして加熱し気化させるものであるので単に溜め込んだ作動流体11を加温して単純に沸騰させるものに比べて、奪う熱量を非常に大きくすることができる。つまり、受熱板12表面の熱伝達率が高まり、受熱性能を向上させることができるのである。
That is, the heat of the
すなわち、本実施形態の冷却装置4は、この高い受熱性能を有することにより、高熱密度の半導体スイッチング素子から発生する大量の熱を充分に受熱することができ、分散配置されていた複数の半導体スイッチング素子をより少ない個数に集約することもできるため、結果として受熱部の大幅な小型化が実現できるのである。 That is, the cooling device 4 according to the present embodiment can receive a large amount of heat generated from the semiconductor switching element having a high heat density by having the high heat receiving performance, and the plurality of semiconductor switching devices arranged in a distributed manner can be received. Since it is possible to consolidate the elements into a smaller number, the heat receiving portion can be significantly downsized as a result.
また、作動流体11が気化するときに受熱空間13内の圧力は増加するが、逆止弁15の作用により作動流体11が逆流して帰還経路10側へ戻ることはなく、確実に排出口7から放熱経路9へ放出させることができる。
Further, when the working
すなわち、このように冷却装置4内の作動流体11循環による規則的な受熱と放熱のサイクルを継続させることで、集約された高熱密度の半導体スイッチング素子8から発生する熱を効果的に受熱することが可能となる。
That is, the heat generated from the integrated high-thermal-density
さて、以上のように本発明の基本部分について説明したが、以下に最も特徴的な構成について説明する。 Now that the basic part of the present invention has been described, the most characteristic configuration will be described below.
前述したとおり、背景技術で説明した、従来の一般的な水冷式の冷却装置の受熱部103以外の構成は水冷式冷却システム20として流用し、この水冷式冷却システム20の受熱部の受熱性能を向上するために、別の作動流体系統を有する受熱性能の高い冷却装置4を受熱部として追加している点が、本発明の最も特徴的な構成である。
As described above, the configuration other than the
図2に示すように、冷却装置4において、発熱体である半導体スイッチング素子8から発する熱は、受熱板12から受熱空間13の液化した作動流体11に移される。移された熱によって作動流体11は一瞬にして気化し、排出口7から放熱経路9を流れて気液放熱部5内で水冷式冷却システム20を循環する水に熱を放出する。
As shown in FIG. 2, in the cooling device 4, heat generated from the
すなわち、受熱部3において作動流体11に受熱した熱を、気液放熱部5において水冷式冷却システム20を流通する冷却水108に放熱して、熱交換するのである。
That is, the heat received by the working
つまり、気液放熱部5は、水冷式冷却システム20においては、受熱部として働き、本発明の冷却装置4においては、放熱部として働く。
That is, the gas-liquid
気液放熱部5の構成と作用、効果について図3を用いて説明する。
The configuration, action, and effect of the gas-liquid
気液放熱部5は、作動流体11を流通させる伝熱管23(図3(b))と、ポンプ107(図2)により循環される冷却水108によって冷却する水冷式冷却システム20の冷却水108を流通させる冷却水路24(図3(b))とを備えている。
The gas-liquid
伝熱管23は、ステンレス、銅、アルミ等の金属で形成されている。用いる作動流体11の種類により、伝熱管23に用いる金属を適宜選択する。
The
これにより、受熱空間13内に供給された液化した作動流体11は発熱体である半導体スイッチング素子8から気化熱を奪い気化して、排出口7から排出され、放熱経路9を流れ気液放熱部5で液化して、帰還経路10を流れて液体の水頭による圧力で逆止弁15を開いて、流入口6から再び受熱空間13へ流入することとなる。
As a result, the liquefied working
このとき逆止弁15の作用により、作動流体11の流れが一方向規制され、液化した作動流体11の水頭圧により、規則的な受熱と放熱のサイクルができ、受熱性能を向上させた冷却装置4を提供できるという効果を奏する。
At this time, the flow of the working
さらに、高い受熱性能を有することにより、高密度の半導体スイッチング素子8の冷却が可能となり、分散配置されていた複数の半導体スイッチング素子8をより小さい面積に集約することができるため、結果として受熱部3の小型化が実現できるという効果を奏する。
Furthermore, by having high heat receiving performance, it becomes possible to cool the high-density
さらに、気液放熱部5は、隙間を設けて積層した複数のフィン25と、このフィン25に対して垂直方向に貫通して接合された複数の伝熱管23と、この複数の伝熱管23の一方の端部が接合された上流側ヘッダー部21と、他方の端部が接合された下流側ヘッダー部22と、を備え、上流側ヘッダー部21は放熱経路9に接続され、下流側ヘッダー部22は帰還経路10に接続され、作動流体11は、放熱経路9、上流側ヘッダー部21、伝熱管23、下流側ヘッダー部22、帰還経路10の順に流通する。気液放熱部5の外周は、気液放熱部カバー26により覆われている。
Further, the gas-liquid
また、気液放熱部5の冷却水路24の両端部に、入口110と、出口111を設ける。気液放熱部5の冷却水路24において、冷却水108が、放熱経路9側から帰還経路10側に流通するように、入口110を水冷式冷却システム20の循環経路104の上流側に、出口111を下流側に、各々接続する。循環経路104内を流通する冷却水108は、気液放熱部5の冷却水路24の入口110から、冷却水路24内に流入する。冷却水路24内に流入した冷却水108に、伝熱管23内を流通する作動流体11の熱が、伝熱管23、フィン25を介して、冷却水108へ放熱される。作動流体11から受熱した冷却水108は、冷却水路24の出口111から、循環経路104に流出する。
In addition, an
本実施形態では、気液放熱部5の冷却水路24において、冷却水108が、放熱経路9側から帰還経路10側に流通するように、入口110を水冷式冷却システム20の循環経路104の上流側に、出口111を下流側に、各々接続する構成としたが、冷却水108の流れる方向は、逆方向の、すなわち、帰還経路10側から放熱経路9側に流通する構成としてもよい。
In the present embodiment, in the cooling
上流側ヘッダー部21は、下流側ヘッダー部22より鉛直上方に配置する。
The
フィン25は、銅、アルミ等の金属で形成された薄板に伝熱管23を挿入するための挿入孔がプレス加工により千鳥状に形成されたものを所定の寸法に切断したものを所定の間隔をあけて積層したブロック体である。
The
フィン25とスペーサー(図示せず)を交互に積層することにより、積層したフィン25に所定の間隔を設ける。積層したフィン25の挿入孔に、所定の長さにカットしたパイプ状の伝熱管23を挿入する。この伝熱管23の端から伝熱管内径を押し広げる工具であるビレット(図示せず)を挿入して、拡管加工することにより、伝熱管23をフィン25に密着させる。
By alternately laminating the
これにより、発熱体である半導体スイッチング素子8から発する熱により気化した高温の作動流体11は、放熱経路9から気液放熱部5に流入し、一旦、上流側ヘッダー部21に貯留され、その後、上流側ヘッダー部21に接合された伝熱管23を流通する。このとき、作動流体11の熱は伝熱管23に接合されたフィン25から、冷却水路を流通する冷却水に放熱され、作動流体11の温度は下がり、液化する。
Thereby, the high-
上流側ヘッダー部21は、下流側ヘッダー部22より鉛直上方に配置されているので、上流側ヘッダー部21の下方に配置された下流側ヘッダー部22に液化した作動流体11が滴下して集まる。液化した作動流体11は、上方に配置された上流側ヘッダー部21に逆流することはない。
Since the
さらに、作動流体11は、伝熱管23の上流側ヘッダー部21が接合された側とは反対側に接合された下流側ヘッダー部22に、一旦、貯留された後、下流側ヘッダー部22と連通する帰還経路10に流出する。そのため、上流側ヘッダー部21に一旦貯留された作動流体11は、上流側ヘッダー部21に接合された複数の伝熱管23に、比較的均一に流入させることができる。すなわち、下流側ヘッダー部22に一旦貯留された作動流体11が、帰還経路10に流出されるので、複数の伝熱管23の上流側と出口側の圧力を比較的均一にすることができる。その結果、各々の伝熱管23に作動流体11を比較的均一に流通させることができる。
Further, the working
これより、各々の伝熱管23に接合されたより広い面積のフィン25から作動流体11の熱を冷却水108に移動することがきる。その結果、より受熱性能を向上させた冷却装置4を提供できるという効果を奏する。
Thus, the heat of the working
以上のように本発明にかかる冷却装置は、受熱部と、この受熱部の排出口と放熱経路を介して接続した気液放熱部と、この気液放熱部と前記受熱部の流入口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作動流体を蒸発させる受熱空間を形成する受熱カバーとを備え、前記帰還経路には、前記流入口に凝縮して停留した前記作動流体の水頭圧と前記受熱空間内との圧力バランスによって開動する逆止弁とを備え、前記気液放熱部は、前記作動流体を流通させる伝熱管と、ポンプにより循環される冷却水によって冷却する水冷式冷却システムの冷却水を流通させる冷却水路とを備えたことにより、受熱空間の液化した作動流体は半導体スイッチング素子から気化熱を奪い気化して、放熱経路を介して放熱部で液化後、帰還経路を流れて、流入口から再び受熱空間へ流入することとなるが、逆止弁の作用により、作動流体の流れが一方向規制され、規則的な受熱と放熱のサイクルができ、受熱性能を向上させることができるものであるので、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装置として有用である。 As described above, the cooling device according to the present invention includes a heat receiving portion, a gas-liquid heat radiating portion connected to the discharge port of the heat receiving portion via a heat radiating path, and the gas-liquid heat radiating portion and the inlet of the heat receiving portion. The heat receiving part is in contact with the heating element and absorbs heat, and the heat receiving part forms a heat receiving space that covers the surface of the heat receiving plate and evaporates the working fluid that has flowed into the surface. A return valve, and a check valve that opens due to a pressure balance between the hydraulic head pressure of the working fluid condensed and retained at the inlet and the heat receiving space, and the gas-liquid heat radiating unit Is provided with a heat transfer tube through which the working fluid is circulated and a cooling water passage through which the cooling water of the water-cooled cooling system cooled by the cooling water circulated by the pump, so that the liquefied working fluid in the heat receiving space is a semiconductor. Switchon It takes the heat of vaporization from the element, vaporizes it, liquefies at the heat dissipation part via the heat dissipation path, flows through the return path, and flows into the heat receiving space again from the inlet, but the working fluid acts as a check valve. The flow of air is regulated in one direction, a regular heat receiving and releasing cycle can be performed, and the heat receiving performance can be improved, so that the cooling of power conversion devices and high-speed arithmetic processing devices as electric vehicle drive devices Useful as a device.
1 電気自動車
2 インバータ回路
3 受熱部
4 冷却装置
5 気液放熱部
6 流入口
7 排出口
8 半導体スイッチング素子
9 放熱経路
10 帰還経路
11 作動流体
12 受熱板
13 受熱空間
14 受熱カバー
15 逆止弁
20 水冷式冷却システム
21 上流側ヘッダー部
22 下流側ヘッダー部
23 伝熱管
24 冷却水路
25 フィン
26 気液放熱部カバー
101 半導体スイッチング素子
102 素子基板
103 受熱部
104 循環経路
105 放熱体
106 送風機
107 ポンプ
108 冷却水
109 放熱部
110 入口
111 出口
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記気液放熱部は、前記作動流体を流通させる伝熱管と、ポンプにより循環される冷却水によって冷却する水冷式冷却システムの冷却水を流通させる冷却水路とを備えたことを特徴とする冷却装置。 A heat receiving part; a gas-liquid heat radiating part connected to the outlet of the heat receiving part via a heat radiating path; and a return path connecting the gas-liquid heat radiating part and the inlet of the heat receiving part. A heat receiving plate that contacts the 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 that evaporates the working fluid that has flowed into the surface. A check valve that opens due to a pressure balance between the water head pressure of the working fluid that has condensed and stopped at the inlet and the heat receiving space;
The gas-liquid heat radiating section includes a heat transfer pipe for circulating the working fluid, and a cooling water passage for circulating cooling water of a water-cooled cooling system cooled by cooling water circulated by a pump. .
前記上流側ヘッダー部は前記放熱経路に接続され、前記下流側ヘッダー部は前記帰還経路に接続され、前記作動流体は、前記放熱経路、前記上流側ヘッダー部、前記伝熱管、前記下流側ヘッダー部、前記帰還経路の順に流通することを特徴とする請求項1に記載の冷却装置。 The gas-liquid heat radiating part is joined to a plurality of fins stacked with a gap, a plurality of heat transfer tubes that are vertically penetrated and joined to the fins, and one end of the plurality of heat transfer tubes. An upstream header portion and a downstream header portion joined at the other end,
The upstream header portion is connected to the heat dissipation path, the downstream header portion is connected to the return path, and the working fluid includes the heat dissipation path, the upstream header portion, the heat transfer tube, and the downstream header portion. The cooling device according to claim 1, wherein the cooling device flows in the order of the return path.
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2012
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