CN116529872A - 冷却器和电气设备 - Google Patents

Abstract

实施方式的冷却器具有接触面、流路形成部、供给部、排出部以及至少1个滞留部。接触面与冷却对象物接触。在流路形成部形成有供制冷剂流通的流路。供给部向流路供给制冷剂。排出部从流路排出制冷剂。滞留部的流路截面积以在流路中局部促进制冷剂的滞留的方式变化。

Description

冷却器和电气设备

技术领域

本发明的实施方式涉及冷却器以及电气设备。

背景技术

以往，存在具有在内部形成有使水等液体的制冷剂流通的流路的散热器的电力转换装置。

然而，在为了增大散热器的冷却能力而使制冷剂的流量或流速增大的情况下，存在装置变为大型或在装置产生异常状况的可能性。例如，在由于流路截面积的扩大而使制冷剂的流量增大的情况下，存在使制冷剂流通的泵的容量增大的可能性。例如，在使制冷剂的流速增大的情况下，有可能在流路的内部产生损伤等异常状况。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-274959号公报

专利文献2：日本特开2019-160849号公报

发明内容

发明所要解决的课题

本发明所要解决的课题在于提供一种能够抑制大型化、异常状况的产生，同时提高冷却能力的冷却器以及电气设备。

用于解决课题的手段

实施方式的冷却器具有接触面、流路形成部、供给部、排出部以及至少1个滞留部。接触面与冷却对象物接触。在流路形成部形成有供制冷剂流通的流路。供给部向流路供给制冷剂。排出部从流路排出制冷剂。滞留部的流路截面积以在流路中局部地促进制冷剂的滞留的方式变化。

附图说明

图1是表示具有实施方式的冷却器的电气设备的结构的立体图。

图2是实施方式的冷却器的剖面图。

图3是实施方式的比较例的冷却器的剖面图。

图4是表示实施方式的冷却器及比较例的冷却器各自的温度分布的例子的图。

图5是实施方式的变形例的冷却器的剖面图。

图6是实施方式的变形例的比较例的冷却器的剖面图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式的冷却器以及电气设备进行说明。

图1是表示具有实施方式的冷却器10的电气设备1的结构的立体图。图2是实施方式的冷却器10的剖面图。

以下，在3维空间中相互正交的X轴、Y轴及Z轴的各轴方向是与各轴平行的方向。例如如图1及图2所示，Z轴方向与冷却器10的厚度方向平行。Y轴方向与冷却器10的短边方向平行。X轴方向与冷却器10的长边方向平行。

实施方式的电气设备1例如是设置于电气设备等的盘。盘是构成电力转换装置、电源装置以及电动机驱动装置等的配电盘、分电盘以及控制盘等。

如图1所示，电气设备1例如具有半导体元件、电阻、导体、熔断器、电容器、变压器、开关、断路器以及测量设备等各种电路构成要素。各种电路构成要素中，例如半导体元件以及电阻等发热源是由冷却器10冷却的冷却对象物OB。

在实施方式的电气设备1，例如，多个放电电阻3及多个缓冲电阻5作为冷却对象物OB而配置在冷却器10的厚度方向的两侧。在电气设备1的动作时等，放电电阻3的发热相对小于缓冲电阻5的发热。

例如，在冷却器10的厚度方向的两侧，多个缓冲电阻5在正极侧及负极侧的每一个与汇流条7连接。各放电电阻3和通过各汇流条7连接的多个放电电阻3的每一个与适当的电缆9连接。

例如，多个放电电阻3及多个缓冲电阻5配置为在沿着X轴方向的2列的每一列上沿X轴方向排列，并且在2列彼此中在X轴方向上错开。从冷却器10的厚度方向观察，多个放电电阻3及多个缓冲电阻5彼此错开地配置为交错配置状。多个放电电阻3及多个缓冲电阻5由彼此错开配置的一对放电电阻3或一对缓冲电阻5构成各1个冷却对象物OB。

冷却器10例如是通过在内部流通的液体状或气体状等的制冷剂对冷却对象物进行冷却的散热器。如图1所示，冷却器10的外形例如是长方体的箱型。冷却器10具有流路形成部11、与流路形成部11连通的供给部13以及排出部15。

如图2所示，在流路形成部11形成有供制冷剂在冷却器10的内部流通的流路21。在流路形成部11形成有使流路21与冷却器10的外部连通的制冷剂供给口23及制冷剂排出口25。制冷剂供给口23及制冷剂排出口25例如形成于流路形成部11的X轴方向的两端部中的一个端部(图2中的右侧的端部，以下称为第一端部11a)。

在以下的说明中，将流路形成部11处的第一端部11a侧简称为第一端部11a侧。将流路形成部11的X轴方向的两端部中的与第一端部11a相反的端部(图2中的左侧的端部)称为第二端部11b。将流路形成部11处的第二端部11b侧简称为第二端部11b侧。

流路21例如在流路形成部11的X轴方向的两端部间多次沿着X轴方向往返。流路21设置为一边在流路形成部11的X轴方向的两端部间蜿蜒一边从Y轴方向的中央部向周缘部前进。流路21例如具有多个直线状部31、与多个直线状部31的长边方向两端连结的多个弯曲部33、以及设置于直线状部31的中途的多个滞留部35。

多个直线状部31例如是4个直线状部31(第一外侧直线状部31a、第一内侧直线状部31b、第二外侧直线状部31c、第二内侧直线状部31d)。多个直线状部31各自设置为在流路形成部11的X轴方向的两端部间沿X轴方向平行地延伸。多个直线状部31例如以沿着Y轴方向排列的方式设置。

这些直线状部31中的在Y轴方向上设置于一个端部的第一外侧直线状部31a的第一端部11a侧与制冷剂排出口25连接。与第一外侧直线状部31a在Y轴方向上并列的第一内侧直线状部31b的第一端部11a侧与制冷剂供给口23连接。

多个弯曲部33例如是3个弯曲部33(第一弯曲部33a、第二弯曲部33b、第三弯曲部33c)。多个弯曲部33各自例如配置于流路形成部11的X轴方向的两端部中的任一个。各弯曲部33以朝向流路形成部11的X轴方向外侧凸出的方式形成为U字状。各弯曲部33的两端与规定的直线状部31的X轴方向端部连结。

例如，3个弯曲部33中的第一弯曲部33a将第一外侧直线状部31a的第二端部11b侧与在Y轴方向上设置于第一外侧直线状部31a的相反侧的端部的第二外侧直线状部31c的第二端部11b侧连结。

3个弯曲部33中的第二弯曲部33b将第一内侧直线状部31b的第二端部11b侧与设置于第一内侧直线状部31b和第二外侧直线状部31c之间的第二内侧直线状部31d的第二端部11b侧连结。

3个弯曲部33中的第三弯曲部33c将第二外侧直线状部31c的第一端部11a侧与第二内侧直线状部31d的第一端部11a侧连结。

由此，流路21设置为一边在流路形成部11的X轴方向的两端部间蜿蜒一边从Y轴方向的中央部朝向周缘部前进。

多个滞留部35各自例如设置为使流路截面积变化以使得在流路21的直线状部31局部地促进制冷剂的滞留。各滞留部35的流路截面积例如形成为比直线状部31的流路截面积大。各滞留部35例如形成为与直线状部31相比在Y轴方向上扩大。

各滞留部35处的制冷剂的滞留时间比直线状部31处的制冷剂的滞留时间小。滞留时间例如是制冷剂沿着流路21的X轴方向每流过单位长度所需的时间。

在多个直线状部31中的在Y轴方向上相邻的任意2个直线状部31设置的多个滞留部35例如从Z轴方向观察时彼此错开地配置为交错配置状。对于在Y轴方向上相邻的任意2个直线状部31，任意的直线状部31与滞留部35之间的距离小于2个直线状部31间的距离。

多个滞留部35各自例如设置为从后述的冷却器10的接触面37的法线方向观察时与电气设备1的冷却对象物OB重合。接触面37的法线方向与冷却器10的厚度方向平行，例如为Z轴方向。

在这样的结构下，例如首先从制冷剂供给口23朝向流路形成部11的Y轴方向的中央部设置在冷却器10的内部从制冷剂供给口23到制冷剂排出口25的流路21。接着，从流路形成部11的中央部朝向Y轴方向的周缘部(两端部)设置流路21。接着，从流路形成部11的周缘部朝向制冷剂排出口25设置流路21。

供给部13以及排出部15各自例如构成用于连接与制冷剂供给口23以及制冷剂排出口25各自连通的配管的连接部等。

如图1所示，冷却器10例如具有在厚度方向的两侧配置多个冷却对象物OB的接触面37。多个冷却对象物OB例如以沿着流路21的直线状部31的方式配置为在各接触面37上沿X轴方向排成一列。各接触面37的多个冷却对象物OB中的发热量相对大的冷却对象物OB配置为比发热量相对小的冷却对象物OB在X轴方向上更靠近供给部13及排出部15。

例如，发热量相对小的一对放电电阻3组成的冷却对象物OB与发热量相对小的一对放电电阻3组成的冷却对象物OB相比，远离供给部13及排出部15而配置。例如如图2所示，一对放电电阻3组成的冷却对象物OB配置于流路形成部11的X轴方向上的设置有制冷剂供给口23及制冷剂排出口25的第一端部11a的相反侧的第二端部11b。

图3是实施方式的比较例的冷却器40的剖面图。图4是表示实施方式的冷却器10及比较例的冷却器40各自的温度分布的例子的图。

比较例的冷却器40的外形形状与实施方式的冷却器10的外形形状相同。比较例的冷却器40的多个冷却对象物OB的配置与实施方式的冷却器10的多个冷却对象物OB的配置相同。

如图3所示，实施方式的比较例的冷却器40与上述实施方式的冷却器10的不同点在于，比较例的冷却器40的流路41与实施方式的冷却器10的流路21不同。实施方式的比较例的冷却器40与上述实施方式的冷却器10的不同点在于，设置于实施方式的冷却器10的流路21的滞留部35未设置于比较例的冷却器40。

即，比较例的冷却器40具有流路形成部43，其形成有供制冷剂流通的流路41。比较例的流路形成部43的外形形状与实施方式的流路形成部11的外形形状相同。在比较例的流路形成部43形成有使流路41与冷却器40的外部连通的制冷剂供给口45及制冷剂排出口47。制冷剂供给口45及制冷剂排出口47例如形成于流路形成部43的X轴方向的两端部中的一个端部(图3中的右侧的端部，以下称为第一端部43a)。

在以下的说明中，将流路形成部43的第一端部43a侧简称为第一端部43a侧。将流路形成部43的X轴方向的两端部中的与第一端部43a相反的端部(图3中的左侧的端部)称为第二端部43b。将流路形成部43的第二端部43b侧简称为第二端部43b侧。

流路41例如在流路形成部43的X轴方向的两端部间多次沿着X轴方向往返。流路41设置为一边在流路形成部43的X轴方向的两端部间蜿蜒，一边从Y轴方向的一侧(图3中的上侧，以下，称为Y轴方向上侧)朝向相反侧(图3中的下侧，以下，称为Y轴方向下侧)前进。流路41例如具有多个直线状部51和与多个直线状部51的长边方向两端连结的多个弯曲部53。

多个直线状部51例如是4个直线状部51(第一外侧直线状部51a、第一内侧直线状部51b、第二外侧直线状部51c、第二内侧直线状部51d)。多个直线状部51各自设置为在流路形成部11的X轴方向的两端部间沿X轴方向平行地延伸。多个直线状部31例如以沿着Y轴方向排列的方式设置。

在这些直线状部51中的、设置于Y轴方向上侧端的第一外侧直线状部51a的第一端部43a侧连接有制冷剂供给口45。在直线状部51中的、设置于Y轴方向下侧端的第二外侧直线状部51c的第一端部43a侧连接有制冷剂排出口47。

多个弯曲部53例如是3个弯曲部53(第一弯曲部53a、第二弯曲部53b、第三弯曲部53c)。多个弯曲部53各自例如配置于流路形成部43的X轴方向的两端部中的任一个。各弯曲部53以朝向流路形成部43的X轴方向外侧凸出的方式形成为U字状。各弯曲部53的两端与规定的直线状部51的X轴方向端部连结。

例如，3个弯曲部53中的第一弯曲部53a将与第一外侧直线状部51a相邻的第一内侧直线状部51b的第二端部43b侧与第一外侧直线状部51a的第二端部43b侧连结。

3个弯曲部53中的第二弯曲部53b将与第二外侧直线状部51c相邻的第二内侧直线状部51d的第二端部43b侧与第二外侧直线状部51c的第二端部43b侧连结。

3个弯曲部53中的第三弯曲部53c将第一内侧直线状部51b的第一端部43a侧与第二内侧直线状部51d的第一端部43a侧连结。

由此，以一边在流路形成部43的X轴方向的两端部间蜿蜒一边从Y轴方向上侧朝向Y轴方向下侧前进的方式设置流路21、流路41。

在这样的结构下，首先从制冷剂供给口45朝向流路形成部43的Y轴方向上侧的周缘部(第一周缘部)设置在冷却器40的内部从制冷剂供给口45到制冷剂排出口47的流路41。接着，从流路形成部43的第一周缘部朝向Y轴方向的中央部设置流路41。接着，从流路形成部43的中央部朝向Y轴方向下侧的周缘部(第二周缘部)设置流路41。接着，从流路形成部43的第二周缘部朝向制冷剂排出口47设置流路41。

如图4所示，在实施方式的冷却器10，Y轴方向上的温度分布均匀化，与此相对，在比较例的冷却器40，Y轴方向上的温度分布不均匀，Y轴方向上的冷却作用存在偏差。在比较例的冷却器40，随着从距制冷剂供给口45的流路长度相对短的Y轴方向的第一端部侧朝向流路长度相对长的Y轴方向的第二端部侧，温度以增大的方式变化。与比较例的冷却器40相比，在实施方式的冷却器10，Y轴方向的第一端侧和第二端侧的距制冷剂供给口45的流路长度的差小，温度为相同程度。

这样，上述的流路21具有以局部地促进制冷剂的滞留的方式使流路截面积变化的多个滞留部35。因此，能够抑制冷却器40的大型化，并且防止因流路21中的制冷剂的流速的增大而导致的冷却器40的异常状况，同时提高冷却器40的冷却能力。

即，在制冷剂的流通方向上，各滞留部35处的制冷剂的滞留时间比各直线状部31处的制冷剂的滞留时间长。由此，例如与不具有滞留部35的情况相比，能够延长流路21内的制冷剂的滞留时间。因此，能够抑制冷却器40的大型化、流路21中的制冷剂的流速的增大，同时提高冷却器40的冷却能力。

在Y轴方向上相邻的任意2个直线状部31，任意的直线状部31与滞留部35之间的距离小于2个直线状部31间的距离。由此，例如与不具有滞留部35的情况相比，能够促进流过相邻的任意2个直线状部31的制冷剂间的热传递，提高温度的均匀性。

多个滞留部35通过局部地设置于流路21，例如与遍及流路21的整体扩大流路截面积的情况相比，能够抑制泵容量的增大。

从接触面37的法线方向观察时各滞留部35与冷却对象物OB重合，由此能够促进冷却对象物OB的冷却。例如，与从接触面37的法线方向观察时各滞留部35与冷却对象物OB不重合的情况相比，能够促进制冷剂对冷却对象物OB的冷却。

设置于沿Y轴方向相邻的任意2个直线状部31的多个滞留部35从Z轴方向观察时彼此错开地配置为交错配置状，由此能够在冷却器10整体确保均匀的热传递。例如，与如从Z轴方向观察时多个滞留部35在Y轴方向上排列等那样多个滞留部35局部地接近的情况相比，能够抑制在冷却作用中产生由位置引起的偏差。

在流路21从制冷剂供给口23到制冷剂排出口25的情况下，流路21以从流路形成部11的Y轴方向的中央部朝向周缘部的方式设置，由此能够使冷却器10的Y轴方向上的温度分布均匀化。例如，与如比较例那样将流路41设置为从流路形成部43的Y轴方向的第一端部侧朝向第二端部侧前进的情况相比，能够抑制在Y轴方向上的温度分布变得不均匀以及在Y轴方向上的冷却作用产生偏差。

以下，对变形例进行说明。

在上述的实施方式中，流路21在流路形成部11的X轴方向的两端部间多次沿着X轴方向往返，但并不限定于此。

图5是实施方式的变形例的冷却器10A的剖面图。

如图5所示，在变形例的冷却器10A的流路形成部11A形成的流路21A例如在周向上的规定的2个部位11c、11d之间多次沿周向往返。变形例的流路21A设置为一边在流路形成部11A的规定的2个部位11c、11d之间沿周向蜿蜒一边从内周部朝向外周部前进。

图6是实施方式的变形例的比较例的冷却器40A的剖面图。

如图6所示，形成于变形例的比较例的冷却器40A的流路形成部43A的流路41A例如呈旋涡状地多次沿周向环绕。变形例的比较例的流路41A沿着周向的一个方向(第一方向)一边卷绕一边从流路形成部43A的外周部朝向内周部前进，之后反转。而且，设置为一边沿着周向的一个方向的相反方向(第二方向)卷绕一边从内周部朝向外周部前进。

在变形例的比较例的冷却器40A，从外周部朝向内周部的去程侧的部位和从内周部朝向外周部的回程侧的部位在径向上相邻，由此，有可能制冷剂的冷却无法高效地作用于冷却对象物OB。与此相对，在变形例的冷却器10A，成为从冷却作用相对强的内周部朝向冷却作用相对小的外周部逐渐变化的温度分布，制冷剂的冷却高效地作用于冷却对象物OB。

另外，在实施方式的变形例的冷却器10A的流路21A，与实施方式的冷却器10同样地，也可以设置以局部地促进制冷剂的滞留的方式使流路截面积变化的滞留部35。

根据以上说明的至少一个实施方式，流路21具有以局部地促进制冷剂的滞留的方式使流路截面积变化的多个滞留部35，由此能够提高冷却器40的冷却能力。其结果是，能够抑制冷却器40的大型化，并且能够防止因流路21中的制冷剂的流速的增大而导致的冷却器40的异常状况。

对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提出的，并不意图限定发明的范围。这些实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围或主旨中，同样包含在权利要求书所记载的发明及其均等的范围内。

标号说明

1…电气设备，3…放电电阻，5…缓冲电阻，7…汇流条，9…电缆，10、10A…冷却器，11、11A…流路形成部，21、21A…流路，31…直线状部，33…弯曲部，35…滞留部，37…接触面，OB…冷却对象物

Claims (6)

1.一种冷却器，其具有：

接触面，与冷却对象物接触；

流路形成部，形成有供制冷剂流通的流路；

供给部，向所述流路供给所述制冷剂；

排出部，从所述流路排出所述制冷剂；以及

至少1个滞留部，其流路截面积以在所述流路中局部地促进所述制冷剂的滞留的方式变化。

2.根据权利要求1所述的冷却器，其中，

所述滞留部以从所述接触面的法线方向观察时与所述冷却对象物重合的方式设置。

3.根据权利要求2所述的冷却器，其中，

所述流路中的任意相邻的2个部位处的多个所述滞留部彼此错开地设置为交错配置状。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的冷却器，其中，

所述流路首先从所述供给部朝向所述流路形成部的中央部设置，接着，从所述中央部朝向所述流路形成部的周缘部设置，接着，从所述周缘部朝向所述排出部设置。

5.一种冷却器，其具有：

接触面，与冷却对象物接触；

流路形成部，形成有供制冷剂流通的流路；

供给部，向所述流路供给所述制冷剂；以及

排出部，从所述流路排出所述制冷剂；

所述流路首先从所述供给部朝向所述流路形成部的中央部设置，接着，从所述中央部朝向所述流路形成部的周缘部设置，接着，从所述周缘部朝向所述排出部设置。

6.一种冷却装置，其具有：

权利要求1至5中任一项所述的冷却器；以及

至少1个所述冷却对象物。