JP2000049265A

JP2000049265A - 沸騰冷却装置

Info

Publication number: JP2000049265A
Application number: JP10217472A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Osakabe; 長賀部　　博之; Takahide Oohara; 貴英大原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-07-31
Filing date: 1998-07-31
Publication date: 2000-02-18

Abstract

(57)【要約】【課題】コア部１１での冷媒蒸気の流れを良好にで
き、且つ冷媒槽３内での冷媒蒸気と凝縮液との干渉を防
止することにより、放熱性能の向上を図ること。【解決手段】冷媒槽３は、液冷媒が沸騰する沸騰領域
を形成する冷媒室８と、コア部１１で凝縮した凝縮液が
流れ込む液戻り通路９と、液戻り通路９と冷媒室８とを
連通する還流通路１０とを有している。コア部１１に使
用される偏平チューブ１５は、１本の蒸気用チューブ１
５Ａと複数本の凝縮用チューブ１５Ｂとから成る。蒸気
用チューブ１５Ａは、コア部１１の中央部に配され、冷
媒室８で沸騰した冷媒蒸気が冷媒流制御板１４に導かれ
て流入する。凝縮用チューブ１５Ｂは、蒸気用チューブ
１５Ａの両側に配され、上部タンク１２を通じて蒸気用
チューブ１５Ａに連通している。蒸気用チューブ１５Ａ
は、凝縮用チューブ１５Ｂより幅広に設けられ、通路断
面積が大きく形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒の沸騰と凝縮
の繰り返しによる熱輸送によって発熱体を冷却する沸騰
冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術として、例えば特開昭５７−２
０４１５６号公報に開示された沸騰冷却装置がある。こ
の沸騰冷却装置は、図１４に示すように、冷媒槽１００
で沸騰した冷媒蒸気を放熱器１１０の一部の冷媒通路１
２０に導くためのガイド板１３０を設けている。この構
成によれば、ガイド板１３０によって導かれた冷媒蒸気
を放熱器１１０の一部の冷媒通路１２０のみに流入さ
せ、その冷媒通路１２０から他の冷媒通路１４０へ冷媒
蒸気を供給することができるため、放熱器１１０内での
冷媒蒸気と凝縮液との干渉を防止することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の沸騰
冷却装置は、ガイド板１３０によって導かれた冷媒蒸気
が流入する一部の冷媒通路１２０が、他の冷媒通路１４
０と同じ通路断面積に設けられている。言い換えると、
放熱器１１０の既存の冷媒通路の一部を冷媒蒸気が流入
するための通路１２０として利用しているため、冷媒蒸
気が流れるための通路１２０としては通路断面積が小さ
く、通路抵抗（圧損）が大きくなってしまう。この結
果、冷媒蒸気がスムーズに流れなくなるため、ガイド板
１３０の設置によって放熱器１１０内での冷媒蒸気と凝
縮液との干渉を防止しても、所望の性能向上が得られな
いという問題があった。また、放熱器１１０内での冷媒
蒸気と凝縮液との干渉を防止できても、冷媒槽１００内
では沸騰した冷媒蒸気と放熱器１１０より滴下する凝縮
液との干渉を確実に防止することができないため、放熱
性能を高めることは困難であった。本発明は、上記事情
に基づいて成されたもので、その目的は、放熱部での冷
媒蒸気の流れを良好にでき、且つ冷媒槽内での冷媒蒸気
と凝縮液との干渉をより確実に防止することにより、放
熱性能の向上を図った沸騰冷却装置を提供することにあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】（請求項１の手段）放熱
部は、蒸気流入通路の方が冷媒通路より通路断面積が大
きく設けられ、冷媒通路と比較して通路抵抗（圧損）が
小さいため、蒸気流入通路に導かれた冷媒蒸気がスムー
ズに蒸気流入通路を流れることができる。また、冷媒槽
は、沸騰領域を形成する冷媒室と、放熱部で液化した凝
縮液が流れ込む液戻り通路と、液戻り通路に流れ込んだ
凝縮液を冷媒室へ還流させる還流通路とを有し、冷媒流
制御板によって冷媒室で沸騰した冷媒蒸気が放熱部の蒸
気流入通路へ流入し、冷媒通路より滴下した凝縮液が液
戻り通路へ流入することができる。これにより、放熱部
だけでなく、冷媒槽内でも冷媒蒸気と凝縮液との干渉を
確実に防止できる。

【０００５】（請求項２の手段）冷媒槽は、液戻り通路
が冷媒室の両側に設けられている。これにより、沸騰冷
却装置が傾いた状態でも冷媒循環流を確保することがで
き、放熱性能の低下を抑制できる。

【０００６】（請求項３の手段）放熱部は、蒸気流入通
路と冷媒通路との間に放熱フィンを有していない。つま
り、蒸気流入通路の外面に放熱フィンが接触していない
ため、蒸気流入通路を流れる冷媒蒸気が放熱フィンを介
して外部流体に放熱されることを抑制できる。これによ
り、蒸気流入通路内で冷媒蒸気が液化することを抑制で
きるため、蒸気流入通路内での冷媒蒸気と凝縮液との干
渉を防止できる。

【０００７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。（第１実施例）図１は沸騰冷却装置１の正面図、図２は
沸騰冷却装置の側面図である。沸騰冷却装置１は、冷媒
の沸騰及び凝縮作用を利用して発熱体２を冷却するもの
で、図１及び図２に示すように、内部に液冷媒を溜める
冷媒槽３と、この冷媒槽３の上部に設けられる放熱器４
とを備える。発熱体２は、例えば電気自動車のインバー
タ回路を構成するＩＧＢＴモジュールであり、複数本の
ボルト５を締め付けて冷媒槽３の両表面に密着して固定
される。

【０００８】冷媒槽３は、アルミニウム等の熱伝導性に
優れる金属材料より形成された中空容器６と、この中空
容器６の下端部に被せられるエンドカップ７とから成
り、内部に冷媒室８、液戻り通路９、及び還流通路１０
が形成されている。中空容器６は、例えば押し出し成形
品で、図３（ａ）に示すように、横幅に対して厚みが薄
い偏平形状に設けられ、容器内部には、押し出し方向
｛図３（ｂ）の上下方向｝に伸びる一組の支柱部６ａ
と、複数本の仕切り壁６ｂとが設けられている。エンド
カップ７は、例えば中空容器６と同じアルミニウム製
で、その形状を図４｛（ａ）は上面図、（ｂ）は側面
図、（ｃ）はＡ−Ａ断面図｝に示す。このエンドカップ
７は、ろう付け等により中空容器６の下端部に接合さ
れ、中空容器６の下端側を閉塞している。但し、エンド
カップ７の内側は、図４（ｃ）に示すように、中空容器
６の下端面との間に空間が確保されている。

【０００９】冷媒室８は、中空容器６の左右両側寄りに
設けられている一組の支柱部６ａの間に形成され、内部
が中空容器６の仕切り壁６ｂによって複数の通路状に区
画されている。この冷媒室８は、内部に貯留する液冷媒
が発熱体２の熱を受けて沸騰する沸騰領域を形成してい
る。液戻り通路９は、放熱器４で凝縮した凝縮液が流れ
込むための通路で、冷媒室８の両側、つまり両支柱部６
ａの外側に形成されている。還流通路１０は、液戻り通
路９へ流入した凝縮液を冷媒室８へ供給するための通路
で、エンドカップ７の内側空間によって形成され、冷媒
槽３の下端部で液戻り通路９と冷媒室８とを連通してい
る。

【００１０】放熱器４は、コア部１１、上部タンク１
２、及び下部タンク１３より構成され、下部タンク１３
の内部に冷媒流制御板１４が設置されている。コア部１
１は、発熱体２の熱を受けて沸騰した冷媒蒸気を外部流
体（例えば空気）との熱交換によって凝縮液化させる放
熱部であり、複数本の偏平チューブ１５（１５Ａ、１５
Ｂ）と放熱フィン１６とを交互に配置し、各偏平チュー
ブ１５を垂直方向に立てた状態で使用される。偏平チュ
ーブ１５は、１本の蒸気用チューブ１５Ａと複数本の凝
縮用チューブ１５Ｂとから成り、それぞれアルミニウム
製の偏平な管を所定の長さに切断して使用される。

【００１１】蒸気用チューブ１５Ａは、コア部１１の中
央部に配され、冷媒槽３（冷媒室８）で沸騰した冷媒蒸
気が流入する。凝縮用チューブ１５Ｂは、蒸気用チュー
ブ１５Ａの両側に配され、上部タンク１２を通じて蒸気
用チューブ１５Ａに連通している。但し、蒸気用チュー
ブ１５Ａは、図１に示すように、凝縮用チューブ１５Ｂ
より幅広（図１の左右方向の幅）に設けられ、通路断面
積が大きく形成されている。なお、凝縮用チューブ１５
Ｂの内部には、凝縮面積を拡大するためにインナフィン
（図示しない）を挿入しても良いが、冷媒蒸気が通過す
る蒸気用チューブ１５Ａの内部にインナフィンを挿入す
ると圧損が増大するため、蒸気用チューブ１５Ａの内部
にはインナフィンを挿入しない方が良い。放熱フィン１
６は、熱伝導性に優れる薄い金属板（例えばアルミニウ
ム板）を交互に折り曲げて波状に成形したコルゲートフ
ィンであり、各凝縮用チューブ１５Ｂの外壁面にろう付
け等により接合されている。

【００１２】上部タンク１２は、例えばアルミニウム製
のコアプレート１７とタンクプレート１８とを組み合わ
せて構成され、各偏平チューブ１５の上端部に連結され
ている。コアプレート１７とタンクプレート１８の形状
をそれぞれ図５｛（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、
（ｃ）はＢ−Ｂ断面図｝と図６｛（ａ）は上面図、
（ｂ）は側面図、（ｃ）はＣ−Ｃ断面図｝に示す。コア
プレート１７には、図５（ａ）に示すように、蒸気用チ
ューブ１５Ａの端部が挿入される長孔１７ａが１か所
と、凝縮用チューブ１５Ｂの端部が挿入される長孔１７
ｂが多数形成されている。下部タンク１３は、上部タン
ク１２と同様に、例えばアルミニウム製のコアプレート
１９とタンクプレート２０とを組み合わせて構成され、
各偏平チューブ１５の下端部に連結されている。コアプ
レート１９とタンクプレート２０の形状をそれぞれ図７
｛（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）はＤ−Ｄ断
面図｝と図８｛（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図、
（ｃ）はＥ−Ｅ断面図｝に示す。コアプレート１９は、
上部タンク１２のコアプレート１７と同一形状であり、
コアプレート１７と同様に蒸気用チューブ１５Ａの端部
が挿入される長孔１９ａと凝縮用チューブ１５Ｂの端部
が挿入される長孔１９ｂとが形成されている。また、タ
ンクプレート２０には、冷媒槽３（中空容器６）の上端
部が挿入される長孔２０ａが形成されている。

【００１３】冷媒流制御板１４は、冷媒室８で沸騰した
冷媒蒸気をコア部１１の蒸気用チューブ１５Ａへ導くと
ともに、コア部１１で冷却されて液化した凝縮液を冷媒
槽３の液戻り通路９へ導くもので、図１に示すように、
２枚一組で構成され、冷媒室８の上方を両側から覆うよ
うに配置されている。冷媒流制御板１４の形状を図９
｛（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図｝
に示す。この冷媒流制御板１４は、図８（ｃ）に示す下
部タンク１３のタンクプレート２０内の幅寸法Ｄに相当
する横幅を有し、下端面中央部に突設された凸部１４ａ
を中空容器６の支柱部６ａの上端面に凹設された孔（図
示しない）に差し込んで支柱部６ａに支持され、且つタ
ンクプレート２０の内壁面にろう付け等により接合され
ている。また、冷媒流制御板１４は、その上面に滴下し
た凝縮液が液戻り通路９へ流れるように傾斜面１４ｂを
有している。

【００１４】次に、本実施例の作動を説明する。発熱体
２から発生した熱が冷媒槽３（中空容器６）の壁面を通
じて冷媒室８に貯留されている液冷媒に伝達されて液冷
媒が沸騰する。沸騰した冷媒は、蒸気となって冷媒室８
を上昇し、下部タンク１３内を冷媒流制御板１４に沿っ
て流れ、コア部１１の蒸気用チューブ１５Ａへ流入す
る。蒸気用チューブ１５Ａを通り抜けた冷媒蒸気は、上
部タンク１２を通じて各凝縮用チューブ１５Ｂへ分配さ
れた後、凝縮用チューブ１５Ｂを流れる際に外気との熱
交換によって冷却され、潜熱を放出して凝縮用チューブ
１５Ｂの内壁面に凝縮する。この冷媒蒸気が凝縮する際
に放出された潜熱は、凝縮用チューブ１５Ｂの壁面から
放熱フィン１６へ伝達され、その放熱フィン１６を通じ
て外気に放出される。一方、凝縮用チューブ１５Ｂ内で
凝縮して液滴となった凝縮液は、凝縮用チューブ１５Ｂ
の内壁面を伝って下方へ流れ、一部の凝縮液は凝縮用チ
ューブ１５Ｂから直接冷媒槽３の液戻り通路９へ滴下
し、残りの凝縮液は下部タンク１３内に配された冷媒流
制御板１４上に滴下した後、冷媒流制御板１４の傾斜面
１４ｂを伝って流れ落ち、液戻り通路９へと流れ込む。
液戻り通路９の液冷媒は、エンドカップ７内に形成され
る還流通路１０を通って冷媒室８へ供給される。

【００１５】（本実施例の効果）本実施例の沸騰冷却装
置１は、コア部１１の蒸気用チューブ１５Ａの方が凝縮
用チューブ１５Ｂより通路断面積が大きく設けられ、凝
縮用チューブ１５Ｂと比較して通路抵抗（圧損）が小さ
いため、冷媒流制御板１４によって蒸気用チューブ１５
Ａに導かれた冷媒蒸気がスムーズに蒸気用チューブ１５
Ａを流れることができる。また、冷媒槽３は、沸騰領域
を形成する冷媒室８と、コア部１１で液化した凝縮液が
流れ込む液戻り通路９と、液戻り通路９に流れ込んだ凝
縮液を冷媒室８へ還流させる還流通路１０とを有し、冷
媒流制御板１４によって冷媒室８で沸騰した冷媒蒸気が
コア部１１の蒸気用チューブ１５Ａへ流入し、凝縮用チ
ューブ１５Ｂより滴下した凝縮液が液戻り通路９へ流入
することができる。これにより、コア部１１だけでな
く、冷媒槽３内でも冷媒蒸気と凝縮液との干渉を確実に
防止できる。以上の結果、冷媒槽３と放熱器４との間で
良好な冷媒循環流を形成でき、高い放熱性能を維持でき
る。更に、放熱器４では蒸気用チューブ１５Ａの両側に
凝縮用チューブ１５Ｂが配され、冷媒槽３では液戻り通
路９が冷媒室８の両側に設けられている。この場合、例
えば、図１０に示すように、沸騰冷却装置１を搭載する
電気自動車ＥＶが坂道を走行する時や車両が左右に傾い
た時等に車両の傾斜に伴って沸騰冷却装置１が傾いても
冷媒循環流を確保することができる。

【００１６】（第２実施例）図１１は沸騰冷却装置１の
正面図である。本実施例は、図１１に示すように、蒸気
用チューブ１５Ａと凝縮用チューブ１５Ｂとの間の放熱
フィン１６を廃止した一例を示すものである。この場
合、蒸気用チューブ１５Ａの外面に放熱フィン１６が接
触していないため、蒸気用チューブ１５Ａを流れる冷媒
蒸気が放熱フィン１６を介して外部流体（空気）に放熱
されることを抑制できる。これにより、蒸気用チューブ
１５Ａ内で冷媒蒸気が液化することを抑制できるため、
蒸気用チューブ１５Ａ内での冷媒蒸気と凝縮液との干渉
を防止でき、より良好な冷媒循環流が形成され、放熱性
能の向上を図ることができる。

【００１７】（第３実施例）図１２は沸騰冷却装置１の
正面図、図１３は沸騰冷却装置１の側面図である。本実
施例は、沸騰冷却装置１の搭載スペースが限定されてい
る場合等に対応して沸騰冷却装置１の形状を変形させた
一例を示すものである。第１実施例で説明したように、
沸騰冷却装置１を電気自動車に搭載する場合は、車両側
の搭載スペースが小さいため、沸騰冷却装置１を直立し
た姿勢（図１及び図２に示した姿勢）で設置できない場
合がある。このような場合、図１３に示すように、放熱
器４に対して冷媒槽３を傾けて取り付けることにより、
小さい搭載スペースにも対応でき、電気自動車にも容易
に搭載できる。また、本実施例の場合（放熱器４に対し
て冷媒槽３を傾けて取り付けた場合）でも、放熱器４と
冷媒槽３の構成が第１実施例と同じであるため、良好な
冷媒循環流を形成でき、放熱性能が低下する心配はな
い。

【００１８】（変形例）上記の各実施例では、コア部１
１の蒸気用チューブ１５Ａを１本で構成しているが、２
本以上でも良い。また、蒸気用チューブ１５Ａの配置も
コア部１１の中央部に限定する必要はなく、何方か片側
に偏った位置に設けても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】沸騰冷却装置の正面図である（第１実施例）。

【図２】沸騰冷却装置の側面図である（第１実施例）。

【図３】中空容器の上面図（ａ）と正面図（ｂ）であ
る。

【図４】エンドカップの形状を示す図面である。

【図５】上部タンクのコアプレートの形状を示す図面で
ある。

【図６】上部タンクのタンクプレートの形状を示す図面
である。

【図７】下部タンクのコアプレートの形状を示す図面で
ある。

【図８】下部タンクのタンクプレートの形状を示す図面
である。

【図９】冷媒流制御板の形状を示す図面である。

【図１０】沸騰冷却装置の車両搭載状態を示す図であ
る。

【図１１】沸騰冷却装置の正面図である（第２実施
例）。

【図１２】沸騰冷却装置の正面図である（第３実施
例）。

【図１３】沸騰冷却装置の側面図である（第３実施
例）。

【図１４】沸騰冷却装置の内部構成を示す断面図である
（従来技術）。

【符号の説明】

１沸騰冷却装置２発熱体３冷媒槽８冷媒室９液戻り通路１０還流通路１１コア部（放熱部）１４冷媒流制御板１５Ａ蒸気用チューブ（蒸気流入通路）１５Ｂ凝縮用チューブ（冷媒通路）１６放熱フィン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒の沸騰と凝縮の繰り返しによる熱輸送
によって発熱体を冷却する沸騰冷却装置であって、前記発熱体の熱を受けて沸騰した冷媒蒸気が流入する蒸
気流入通路とこの蒸気流入通路に連通する複数の冷媒通
路とを有し、この冷媒通路を流れる冷媒蒸気を外部流体
との熱交換によって凝縮液化させる放熱部と、内部に液冷媒を貯留し、その液冷媒が前記発熱体の熱を
受けて沸騰する沸騰領域を形成する冷媒室、前記放熱部
で液化した凝縮液が流れ込む液戻り通路、及び前記液戻
り通路に流れ込んだ凝縮液を前記冷媒室へ還流させる還
流通路を有する冷媒槽と、前記冷媒室で前記発熱体の熱を受けて沸騰した冷媒蒸気
を前記放熱部の蒸気流入通路へ導くとともに、前記冷媒
通路より滴下する凝縮液を前記液戻り通路へ導く冷媒流
制御板とを備え、前記放熱部は、前記蒸気流入通路の両側に前記冷媒通路
が設けられ、且つ前記蒸気流入通路の方が前記冷媒通路
より通路断面積が大きく設けられていることを特徴とす
る沸騰冷却装置。
【請求項２】前記冷媒槽は、前記液戻り通路が前記冷媒
室の両側に設けられていることを特徴とする請求項１に
記載した沸騰冷却装置。
【請求項３】前記放熱部は、前記蒸気流入通路と前記冷
媒通路との間に放熱フィンを有していないことを特徴と
する請求項１及び２に記載した沸騰冷却装置。