CN111096095B - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用于车辆的冷却装置，涉及可设于需要冷却的元件的位置的汽车局部发热冷却装置。本发明的冷却装置包括冷凝部、蒸发部、液体配管及气体配管。

Description

冷却装置

技术领域

本发明涉及冷却装置，具体涉及用于对使用于汽车的传感器、控制器等的局部发热进行冷却的汽车用局部发热冷却装置。

背景技术

近年来，作为对环境问题的对策之一，利用马达的驱动力的混合动力车辆、燃料电池车辆、电动车辆等的发展更加受到关注。

如上述的车辆在一般情况下必须具备用于进行HSG控制的电子元件和用于进行马达控制的电子元件，而这样的电子元件在为了驱动而供给电力(electricity)时被加热，因此必须另设冷却单元。

作为与此相关的技术，在日本公开专利第2001-245478号(公开日2001.09.07，名称：逆变器的冷却装置)中公开了使用内置IGBT等半导体元件和二极管的半导体模块的逆变器，在日本公开专利第2008-294283号(公开日2008.12.04，名称：半导体装置)中公开了如下的散热器：其以与半导体元件的下侧面相接的方式设置，随着在内部流动流体而进行换热。

参照图1，以往为了冷却设于车辆的发动机室的各个电子元件e，通过配管线路l而移送制冷剂之后使制冷剂与电子元件e进行换热。

但是，在这样的以往的电子元件的冷却方式的情况下，需要用于将制冷剂移送到各自的电子元件e的配管线路l和产生供制冷剂沿着配管线路l移动的动力的泵p，因此存在不仅导致发动机室的结构复杂，还需要用于驱动泵的另外的动力的问题。

另外，近年来随着自动驾驶备受瞩目，还发生了其中所需的传感器、影像处理装置侧电子元件的热。在作为对该热的冷却方式而选择以往这样的方式的情况下，不仅配管线路变长，而且内部空间状况会变得更差，在应用作为PC的电子元件冷却方式而大量生产的热管(Heat pipe)的情况下，会导致材料的腐蚀问题，因此存在不适合应具备耐久性的车辆的问题。

因此，需要研发一种能够克服这样的以往的冷却装置所具备的缺点的新的冷却装置。

现有技术文献

专利文献

1.韩国公开专利公报第2017-0079177号(名称：电气元件冷却用换热器，公开日：2017.07.10)

发明内容

技术课题

本发明是为了解决如上述的问题点而研发的，本发明的目的在于防止因用于将制冷剂移送到各自的电子元件的配管线路和泵而导致发动机室的结构变复杂。

另外，解决为了驱动泵而另消耗动力的问题。

同时，解决由所使用的两种以上的金属引起的腐蚀问题。

解决课题的手段

本发明的冷却装置，其包括：冷凝部100，其包括形成于上侧且供被加热的工作流体流入的第1流入部110和形成于下侧且排出冷却的工作流体的第1排出部120，流入上述第1流入部110的工作流体与外部空气进行换热并冷凝而排出到上述第1排出部120；蒸发部200，其包括形成于比上述第1排出部120靠下侧的位置且供从上述第1排出部120排出的工作流体流入的第2流入部210和形成于比上述第2流入部210靠上侧的位置且供向上述第1流入部110排出的工作流体排出的第2排出部220，流入上述第2流入部210的工作流体与电气元件进行换热并蒸发而排出到上述第2排出部220；液体配管300A，其将上述第1排出部120和上述第2流入部210连接；及气体配管300B，其将上述第2排出部220和上述第1流入部110连接。

此时，工作流体以气体状态流入上述第1流入口110并随着通过上述冷凝部100而冷凝，由此以液体状态排出到上述第1排出口120，并且工作流体以液体状态排出到上述第1排出口120并沿着上述液体配管300A而传递到上述第2流入口210，工作流体以液体状态流入上述第2流入口210并随着通过上述蒸发部200而蒸发，由此以气体状态排出到上述第2排出口220，并且工作流体以气体状态排出到上述第2排出口220并沿着上述气体配管300B流入上述第1流入口110，从而以热虹吸管方式进行循环。

另外，在上述冷却装置中，上述液体配管300A的内体积大于从上述第2流入部210向上述第2排出部220移动的上述蒸发部200的内部流路230的体积。

此时，上述蒸发部200包括对通过上述内部流路230的工作流体进行引导的工作流体引导部件240。

另外，上述引导部件240从位于一侧的上述第2流入部210向上述第2排出部220所在的另一侧延伸形成，并且由沿上下方向隔开排列的多个引导单体240A聚集而成。

另外，上述冷凝部100包括：上部罐，工作流体通过上述第1流入部110而流入并聚集到该上部罐的内部；多个管102，其上侧与上述上部罐连通而供工作流体通过并实现与外部空气的换热；及下部罐，其与多个上述管102的下侧连通而收集工作流体并通过上述第1排出部120而排出。

此时，上述冷凝部100还包括多个销101，该多个销101介于多个上述管102之间。

另外，上述蒸发部200形成为如下的箱体形态：在内部形成有供工作流体流通的空出的空间，并具备彼此对置的相对宽的前表面及后表面，在前表面及后表面中选择的任一表面的与供工作流体流通的空间相应的区域附着上述电气元件而通过工作流体来进行冷却。

另外，上述蒸发部200在前表面及后表面中选择的另一表面的与供工作流体流通的空间相应的区域具备发热装置而对上述电气元件进行预热。

另外，多个上述蒸发部200和单个的上述冷凝部100结合。

另外，还包括：挡风圈300，其结合到上述冷凝部100。

另外，在上述冷凝部100和上述蒸发部200中的任一个以上部件形成有注入工作流体的工作流体注入部400。

另外，上述蒸发部200为与上述冷凝部110并排的垂直型或与上述冷凝部100交叉的水平型。

另外，上述冷凝部100、上述蒸发部200、上述液体配管300A及上述气体配管300B由铝材质形成。

发明效果

通过如上述的结构的本发明的冷却装置，在需要冷却的多个发热元件所在的各个空间设有用于冷却发热元件的单独的冷却装置，从而将用于移动制冷剂的配管线路最小化，无需另设用于移动制冷剂的动力装置，因此能够将为设置冷却装置所需的车辆的内部空间最小化。

即，将所需的设置空间最小化而更有效地使用受限制的车辆的内部空间。

另外，利用热虹吸管方式而使工作流体循环，因此无需另外消耗用于循环工作流体的动力。

具体地，工作流体随着相变而流入及排出的冷凝器和蒸发器的流入部及排出部的位置彼此具备一定的关系而配置，制冷剂移动的流路的体积彼此具备一定的比例，从而工作流体可以热虹吸管方式进行循环。

附图说明

图1是示出以往的冷却系统的概略图。

图2是示出本发明的冷却装置的立体图。

图3是示出本发明的冷却装置的主视图。

图4是示出本发明的冷却装置的蒸发器内部流路的立体图。

图5是示出本发明的冷却装置上结合挡风圈(Fan shroud)的情况的立体图。

符号说明

100：冷凝部

110：第1流入部 120：第1排出部

200：蒸发部

210：第2流入部 220：第2排出部

230：内部流路

240：引导部件 240A：引导单体

300：挡风圈

400：工作流体注入部

具体实施方式

下面，参照附图，对如上述的本发明的冷却装置进行详细说明。

参照图2，本发明的冷却装置包括冷凝部100、蒸发部200、液体配管300A、气体配管300B。冷凝部100包括形成于上侧且供被加热的工作流体流入的第1流入部110和形成于下侧且排出冷却的工作流体的第1排出部120，流入上述第1流入部110的工作流体与外部空气进行换热而冷凝并排出到上述第1排出部120。蒸发部200包括位于比上述第1排出部120靠下侧的位置且供从上述第1排出部120排出的工作流体流入的第2流入部210和位于比上述第2流入部210靠上侧的位置且供向上述第1流入部110排出的工作流体排出的第2排出部220，流入到上述第2流入部210的工作流体与电气元件进行换热并蒸发而排出到上述第2排出部220。液体配管300A将上述第1排出部120和上述第2流入部210连接，气体配管300B将上述第2排出部220和上述第1流入部110连接。

即，在上述蒸发部200附着有使用于电气设备的半导体装置、二极管、晶体管、电阻、电容器等电子元件，与流入到蒸发部200的液体状的工作流体进行换热并冷却。与上述电子元件换热的工作流体沸腾而以气体状态流入到上述冷凝部100，流入冷凝部100的气体状的工作流体与通过由销101和管102构成的冷却部130的流体进行换热而以液体状态重新流入到上述蒸发部200。

更具体地，半导体这样的电子元件通常在温度为一定温度以上的情况下存在性能下降或不进行工作的问题。因此通过在蒸发部200附着电子元件而与位于蒸发部200内部的工作流体进行换热，从而将电子元件的温度保持在对性能不构成问题的一定温度以下。

此时，工作流体为了以自沸腾方式(热虹吸管方式)在冷凝部100和蒸发部200进行循环，使排出在蒸发部200中形成的气体状的工作流体的上述第2排出部220位于比气体状的工作流体流入冷凝部100的上述第1流入部110更低的位置，使排出在冷凝部100中变换成液体状的工作流体的第1排出部120位于比液体状的工作流体流入蒸发部200的第2流入部210更高的位置。

通过这样的结构，工作流体以气体状态流入上述第1流入口110而通过上述冷凝部100并冷凝，由此以液体状态排出到上述第1排出口120，并且以液体状态排出到上述第1排出口120并沿着上述液体配管300A传递到上述第2流入口210，并以液体状态流入上述第2流入口210而随着通过上述蒸发部200而蒸发，由此以气体状态排出到上述第2排出口220，并以气体状态排出到上述第2排出口220而沿着上述气体配管300B流入到上述第1流入口110，由此能够顺利地以热虹吸管方式实现循环。在该情况下通过工作流体的相变及各个流入口-排出口位置而实现循环，因此无需另设泵等这样的动力装置，可实现装置的小型化，并提高系统效率。

下面，对本发明的冷却装置中的如上述能够更有效地实现工作流体的循环和换热的上述第1流入部110、上述第1排出部120、上述第2流入部210、上述第2排出部220之间的一定的配置结构进行更详细的说明。

参照图3及图4详细说明如下：将上述第1流入部110设于比上述第1排出部120更靠上侧的位置，通过联管箱(header)而分配管102，从而工作流体能够更有效地与通过上述冷却部130的空气进行换热。另外，在比上述第1排出部120更靠下侧的位置形成上述第2流入部210，由此液体状的工作流体通过自重而由冷凝部100向蒸发器200自然地移动。之所以将第2排出部220设于比第2流入部210更靠上侧的位置，是为了防止在蒸发器200内部形成的气体状的工作流体向第2流入部210逆流。

并且，本发明的冷却装置中优选使上述液体配管300A的内部体积大于流入上述第2流入部210的工作流体向上述第2排出部220移动的上述蒸发部200的内部流路230的体积。

具体说明如下：在上述电子元件的发热量变大的情况下，工作流体的温度上升，由此通过气体配管300B而移动的工作流体的质量流量增加，当液体配管300A的体积被设计为大于蒸发部200的内部流路230时，即便蒸发器内部流路230的液体状态工作流体瞬间沸腾，也能够利用液体配管的工作流体。

因此，在电气元件的温度急剧地变化的状况下，也能够在蒸发器200上具有可冷却电气元件的足够的工作流体。

另外，上述蒸发部200包括对通过上述内部流路230的工作流体进行引导的工作流体引导部件240，上述引导部件240优选从位于一侧的上述第2流入部210向上述第2排出部220所在的另一侧延伸形成，并且由沿上下方向隔开排列的多个引导单体240A聚集而构成。

详细说明如下：上述引导部件240对通过第2流入部210而流入到内部流路230的工作流体进行引导，形成使流入到存储空间231的流体通过形成于引导单体240A之间的引导流路232而向与第2排出部220连通的放出空间233移动的工作流体的流动，使工作流体在内部流路230上更良好地扩散，扩大工作流体与蒸发部200的换热面积而将换热效率最大化。另外，在蒸发部200垂直地动作时，上述引导部件240能够防止工作流体向下部聚集。

对本发明的冷却装置中的冷凝部100及蒸发部200的结构的实施例进一步详细说明如下。

冷凝部100包括通过上述第1流入部110在内部流入并收集工作流体的上部罐、上侧与上述上部罐连通而供工作流体通过并与外部空气进行换热的多个管102、与多个上述管102下侧连通而收集工作流体并通过上述第1排出部120排出的下部罐。此时，冷凝部100还包括介于多个上述管102之间的多个销101。

蒸发部200形成为在内部形成供工作流体流通的空出的空间并具备彼此对置的相对宽的前表面及后表面的箱体形态，在从前表面及后表面中选择的任一表面的与供工作流体流通的空间相应的区域附着上述电气元件而通过工作流体来进行冷却。另外，虽然在附图上未图示，但蒸发部200在从前表面及后表面中选择的另一表面的与供工作流体流通的空间相应的区域具备发热装置而对上述电气元件进行预热。详细说明如下：在周围温度下降到常温以下的冬季的情况下，可能会发生元件及传感器难以与车辆的驱动一起进行工作的问题，因此如果在蒸发部200附着加热器这样的发热装置，则冷却装置作为导热体而向元件及传感器传递热而进行预热，由此能够减少元件和传感器的启动时间。不仅如此，也可以利用发热装置而对周围温度进行预热。

同时，本发明的冷却装置也可以是将多个上述蒸发部200和单个的上述冷凝部100结合的形态。

详细说明如下：在车辆内部的一定的位置聚集电气元件的情况下，在一个冷凝部100连接将各个电气元件结合的多个蒸发部200，从而可由一个冷却装置冷却多个电气元件。

此时，一个冷凝部100和多个蒸发部200可以分别通过多个液体配管300A和气体配管300B而彼此连接，但液体配管300A和气体配管300B可由分支管结构构成。

另外，如图5所示，本发明的冷却装置可以是在上述冷凝部100结合挡风圈300的形态。

详细说明如下：在利用自然对流的情况下，在冷却流入到冷凝部100的工作流体时有限度，因此安装具有将用于进行换热的空气强制地流入到上述冷却部130的风扇310的挡风圈300，由此构成进一步提高冷却功能的冷却装置。

因此，即便在一个冷凝部100连接多个蒸发部200，也能够由冷凝部100将流入的气体状的工作流体冷却为液体状。

并且，上述蒸发部200形成有供工作流体流入的工作流体注入部400而能够在初期向蒸发部200注入工作流体或补充不足的工作流体。

同时，在本发明中上述蒸发部200与汽车的内部空间对应地与上述冷凝部100垂直地配置。详细说明如下：本发明的冷却装置以自沸腾方式循环工作流体，因此如上述的图中所示，优选冷凝部100和蒸发部200彼此上下配置即形成为蒸发部200与上述冷凝部110并排的垂直型结构。

但是，即便与安装的汽车的内部空间对应地将蒸发部200在上述冷凝部100的下侧沿左右方向水平配置，也能够进行正常动作，因此为了更有效地应用内部空间，蒸发部200也可以是与上述冷凝部100交叉的水平型。

另外，本发明的冷却装置和包括该冷却装置的冷却装置模块可将除了挡风圈之外的整个部件铝化而不仅将装置轻量化，而且由单一金属构成，对腐蚀也有利。并且，与一般生活家电的配置循环相比，形成为小且简单的结构，因此制冷剂特性对循环产生的影响少，也可以灵活应用臭氧消耗指数OPD为0，全球变暖指数GWP为10以下的新的制冷剂，可应对国际性的制冷剂使用限制。即便将上述蒸发部200水平配置，也能够以相同的动作原理来进行动作。

本发明的技术思想不限于上述实施例。本发明的应用范围可以是各种各样，并且在不脱离权利要求书中请求的本发明的要旨的情况下，本领域技术人员可进行各种变形实施。因此，在这样的改良及变更对于本领域技术人员来讲为显而易见的情况下，均属于本发明的保护范围。

产业上的可利用性

本发明的冷却装置具备如下的优点：能够将为设置冷却装置而所需的车辆的内部空间最小化，不另外消耗用于循环工作流体的动力。

Claims (12)

1.一种冷却装置，其包括：

冷凝部(100)，其包括形成于上侧且供被加热的工作流体流入的第1流入部(110)和形成于下侧且排出冷却的工作流体的第1排出部(120)，流入上述第1流入部(110)的工作流体与外部空气进行换热并冷凝而排出到上述第1排出部(120)；

蒸发部(200)，其包括形成于比上述第1排出部(120)靠下侧的位置且供从上述第1排出部(120)排出的工作流体流入的第2流入部(210)和形成于比上述第2流入部(210)靠上侧的位置且供向上述第1流入部(110)排出的工作流体排出的第2排出部(220)，流入上述第2流入部(210)的工作流体与电气元件进行换热并蒸发而排出到上述第2排出部(220)；

液体配管(300A)，其将上述第1排出部(120)和上述第2流入部(210)连接；及

气体配管(300B)，其将上述第2排出部(220)和上述第1流入部(110)连接，

上述蒸发部(200)包括对通过内部流路(230)的工作流体进行引导的工作流体引导部件(240)，

上述引导部件(240)从位于一侧的上述第2流入部(210)向上述第2排出部(220)所在的另一侧延伸形成，并且由沿上下方向隔开排列的多个引导单体(240A)聚集而成，

在上述蒸发部(200)内形成有沿水平方向延伸的多个引导流路(232)。

2.根据权利要求1所述的冷却装置，其中，

工作流体以气体状态流入上述第1流入口110并随着通过上述冷凝部(100)而冷凝，由此以液体状态排出到上述第1排出口(120)，并且工作流体以液体状态排出到上述第1排出口(120)并沿着上述液体配管(300A)而传递到上述第2流入口(210)，

工作流体以液体状态流入上述第2流入口(210)并随着通过上述蒸发部(200)而蒸发，由此以气体状态排出到上述第2排出口(220)，并且工作流体以气体状态排出到上述第2排出口(220)并沿着上述气体配管(300B)流入上述第1流入口(110)，从而以热虹吸管方式进行循环。

3.根据权利要求1所述的冷却装置，在上述冷却装置中，

上述液体配管(300A)的内体积大于从上述第2流入部(210)向上述第2排出部(220)移动的上述蒸发部(200)的内部流路(230)的体积。

4.根据权利要求1所述的冷却装置，其中，

上述冷凝部(100)包括：

上部罐，工作流体通过上述第1流入部(110)而流入并聚集到该上部罐的内部；

多个管(102)，其上侧与上述上部罐连通而供工作流体通过并实现与外部空气的换热；及

下部罐，其与多个上述管(102)的下侧连通而收集工作流体并通过上述第1排出部(120)而排出。

5.根据权利要求4所述的冷却装置，其中，

上述冷凝部(100)还包括多个销(101)，该多个销(101)介于多个上述管(102)之间。

6.根据权利要求1所述的冷却装置，其中，

上述蒸发部(200)形成为如下的箱体形态：在内部形成有供工作流体流通的空出的空间，并具备彼此对置的相对宽的前表面及后表面，

在前表面及后表面中选择的任一表面的与供工作流体流通的空间相应的区域附着上述电气元件而通过工作流体来进行冷却。

7.根据权利要求1所述的冷却装置，其中，

上述蒸发部(200)在前表面及后表面中选择的另一表面的与供工作流体流通的空间相应的区域具备发热装置而对上述电气元件进行预热。

8.根据权利要求1所述的冷却装置，其中，

多个上述蒸发部(200)和单个的上述冷凝部(100)结合。

9.根据权利要求1所述的冷却装置，其还包括：

挡风圈(300)，其结合到上述冷凝部(100)。

10.根据权利要求1所述的冷却装置，其中，

在上述冷凝部(100)和上述蒸发部(200)中的任一个以上部件形成有注入工作流体的工作流体注入部(400)。

11.根据权利要求1所述的冷却装置，其中，

上述蒸发部(200)为与上述冷凝部(110)并排的垂直型或与上述冷凝部(100)交叉的水平型。

12.根据权利要求1所述的冷却装置，其中，

上述冷凝部(100)、上述蒸发部(200)、上述液体配管(300A)及上述气体配管(300B)由铝材质形成。

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