JP2013211506A - 冷却装置およびこれを搭載した電気自動車および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】流れ込んだ作動流体が流入口と排出口の間で最短経路を流れることなく受熱空間内を均一に流して熱を奪い冷却性能を向上させた冷却装置を提供することを目的とする。
【解決手段】受熱板１２の中心部に作動流体滴下部２１と、この作動流体滴下部２１から外周に向けて流路を形成する拡散板２２を備え、受熱板カバー１４には、流入口１５を受熱板１２の中心部に対向して配置し、排出口１６を受熱板１２の外周部に対向して配置し、流入口１５側から排出口１６へ作動流体１０を案内する案内板２２ｂを備えた。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば、電力半導体を搭載した電気自動車や電子機器の冷却装置に関するものである。

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電力半導体が複数個使われていて、それぞれの電力半導体に数十アンペアの大電流が流れていた。

そのため電力半導体は大きく発熱し、冷却することが必要であった。

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。

このような冷却装置においては、電力半導体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、再び下部に滴下されるサイクルが繰り返されていた。

すなわち冷媒は上下に往復移動する構成になっていたので、冷媒の循環効率が悪く、冷却性能が悪かった。

そこで、冷媒の循環効率を考慮して、受熱部とこの受熱部で吸収した熱を放熱する放熱部を備え、受熱部と放熱部の間で熱媒体となる作動流体を循環させる循環型の放熱経路を備えた冷却装置を用いることが考えられた。

その冷却装置の受熱部は、発熱体である電力半導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い、流れ込んだ作動流体の蒸発をさせる受熱空間を形成する受熱板カバーと、受熱空間に液化した作動流体を流し込む流入口と、受熱空間から作動流体を気体にして排出する排出口を備えたものである。

このような冷却装置として、例えば、特許文献２がある。

特開平８−１２６１２５号公報 特開２００９−８８１２７号公報

このような従来の循環型の放熱経路を備えた冷却装置においては、受熱空間に液化した作動流体を流し込む流入口と、受熱空間から作動流体を気体にして排出する排出口を備え、流入口に流し込んだ作動流体が受熱空間で熱を奪い気化して排出口から排出されることになる。

電力半導体の熱を確実に放熱させるには、電力半導体を受熱板の裏面側の略中央部に接触させ、この受熱板の表面側略中央部に流入口を設け作動流体を流し込むことが好ましい。しかし、流入口を受熱空間の中央部に設けると、排出口は受熱空間の一端側へ寄せて配置せざるを得なくなる。

これにより、作動流体は受熱板表面上を中央部の流入口から一端側の排出口へと最短距離で流れてしまい、受熱板表面全体に作動流体を流して熱を吸収することができなくなり、冷却性能が悪くなる。

そこで、本発明は、冷却性能を向上さることを目的とする。

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に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の流入口を接続した帰還経路とを備え、前記受熱部は、その裏面側を発熱体に接触させて熱を吸収する受熱板と、この受熱板の表面側を覆うとともに、作動流体を蒸発させる受熱空間を形成する受熱板カバーとを有し、前記受熱板表面側の略中央部に設けた作動流体滴下部に対応する前記受熱板カバー部分には、前記流入口を配置し、前記受熱空間の外周部には、前記排出口を配置した冷却装置であって、前記受熱空間内で、前記作動流体滴下部の外周に、複数の拡散板を配置するとともに、前記受熱空間内には、前記拡散板の外周における第１の領域を前記排出口と連通する第１流路と、前記拡散板の外周における第２の領域を前記排出口と連通する第２流路を形成する流路形成体を設けた、これにより初期の目的を達成するものである。

以上のように本発明は、受熱板表面側の略中央部に設けた作動流体滴下部に対応する前記受熱板カバー部分に、前記流入口を配置し、前記受熱空間の外周部に、前記排出口を配置した冷却装置において、前記受熱空間内で、前記作動流体滴下部の外周に、複数の拡散板を配置するとともに、前記受熱空間内には、前記拡散板の外周における第１の領域を前記排出口と連通する第１流路と、前記拡散板の外周における第２の領域を前記排出口と連通する第２流路を形成する流路形成体を設けたものであるので、流入口から受熱板の中央部の作動流体滴下部に滴下した作動流体は、複数の拡散板によって前記受熱空間内を一瞬にして外周部に広がり、気体に変化するときに受熱板の熱を奪うこととなる。

そして、この拡散板の外周部からは、流路形成体によって形成された第１流路と第２流路を介して排出口へとスムーズに導かれ、次にこの排出口からは放熱経路へ排出されることとなるので、冷却性能を向上することができるのである。

本発明の実施の形態１の電気自動車の概略図 同冷却装置の構成を示す図 同放熱体の構成を示す図 同受熱空間の構成を説明する図 本発明の実施の形態２を示す図 本発明の実施の形態３を示す図 本発明の実施の形態３を示す図

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。

（実施の形態１）
図１に示すように、電気自動車１の車軸２を駆動する電動機３は、電気自動車１の車室前方４内に配置した電力変換装置であるインバータ回路５に接続されている。

インバータ回路５には、電力半導体の一例として、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を備えている。

また、インバータ回路５には、半導体スイッチング素子６を冷却する冷却装置７を備えている。

図２に示すように、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作動流体１０を循環させる循環経路１１を備えている。

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。そして、この放熱体１７に外気を送風する送風装置１７ａを備え、放熱部９を構成している。

つまり、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側に取り付けるものである。

受熱部８は、発熱体となってしまう半導体スイッチング素子６に、その裏面側を接触させて熱を吸収する受熱板１２と、この受熱板１２の表面側を覆い、流れ込んだ作動流体１０の蒸発をさせる受熱空間１３を形成する受熱板カバー１４と、受熱空間１３に液化した作動流体１０を流し込む流入口１５と、受熱空間１３から作動流体１０を気体にして排出する排出口１６を備えたものである。

また、循環経路１１は放熱経路１１ａと帰還経路１１ｂを備え、排出口１６と流入口１５は放熱部９の放熱体１７にそれぞれ接続されている。

つまり、排出口１６と放熱体１７を放熱経路１１ａで接続し、流入口１５と放熱体１７を帰還経路１１ｂで接続している。

図３に示すように、放熱体１７は、アルミニウムを短冊状に薄く形成したフィン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の入り口で放熱経路１１ａに接続して流路を複数に分流すとともに放熱体の出口で帰還経路１１ｂに接続して複数の流路を合流させる複数の管路１８を貫通させたものである。

また、図２に示すように、受熱空間１３の流入口１５には、作動流体１０の水頭による圧力によって開動させる逆流防止弁２０を備えている。

液化して停留した作動流体１０の圧力で逆流防止弁２０を容易に開動させるためには水頭圧を利用することが最も良い。そこで、流入管２４は、逆流防止弁２０の上流側に垂直に形成し、その直下に逆流防止弁２０を配置している。

この逆流防止弁２０は、例えば、金属の薄板（厚さ１００μｍ程度の板）を成形したものである。

図２に示すように、受熱部８を構成する受熱板１２の表面側略中央部には作動流体滴下部２１を設けているが、図４に示すように、この受熱板１２の表面上には、前記作動流体滴下部２１から外周に向けて放射状に拡大して流路２１ａを形成する複数の拡散板２２を設けている。

また、受熱板１２を覆う受熱板カバー１４には、図２に示すように流入口１５から作動流体滴下部２１に向けて延設し、液化した作動流体１０を前記作動流体滴下部２１中心部に滴下させる導入管２３を設けている。

前記拡散板２２は、受熱板１２表面上に突出させて形成した放射状のリブであって、このリブの間に流路２１ａが形成されている。

図４に受熱空間１３の構成を示すように、流路２１ａは、流入口１５から排出口１６へ向けて、作動流体１０が受熱板１２上を均一に流れていくように流路２１ａの放射間隔を調整したものである。つまり、流入口１５から排出口１６へ直線的に到達できる流路２１ａ部分では、放射間隔を狭くし、排出口１６とは反対側に流出する流路２１ａ部分では放射間隔を大きくしている。

また、排出口１６から流入口１５へ向けた直線の延長上には、流入口１５と受熱板カバー１４の側壁に向けて分離板２２ａを、流路形成体の一つとして設けている。

さらに、前記排出口１６から流入口１５へ向けた直線に略直角な放射リブの先端部には排出口１６へ作動流体１０を案内する案内板２２ｂを、流路形成体として設けている。

分離板２２ａは、排出口１６の反対側に広がった気流を左右で衝突させず、左右に分離後に、次の案内板２２ｂによって排出口１６へと導くものである。

なお、案内板２２ｂは、拡散板２２の外周と隔てて、受熱板カバー１４の側壁との間に排出口１６へ向けた流路２２ｃを形成するものである。

また、導入管２３の開口部は、拡散板２２に対して０．０７〜０．２ｍｍ程度の微小な隙間を形成するようにして備えている。

また、帰還経路１１ｂには液化した作動流体１０を逆流防止弁２０上に停留させる流入管２４を備えており、流入管２４と導入管２３は同一の内径の管路を形成している。

そして、流入管２４は、導入管２３に比べて長く形成している。すなわち、流入管２４は導入管２３の内容積よりも大きく形成している。つまり、流入管２４内に停留する作動流体１０は、逆流防止弁２０が開動したときに一度に導入管２３に流れ込む作動流体１０の量よりも多く保つものである。

また、受熱空間１３と循環経路１１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、内部の初期の圧力としては、常温で−９７ＫＰａ程度にしたものであり、作動流体１０は水または不凍液を使用するものである。

上記構成において、インバータ回路５の半導体スイッチング素子６が動作を開始すると電動機３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。

このとき、半導体スイッチング素子６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生じる。

図２に示すように、半導体スイッチング素子６から発する熱は、受熱板１２から受熱空間１３に、滴下した液化した作動流体１０に熱が移される。移された熱によって作動流体１０は一瞬にして気化することになり排出口１６から放熱経路１１ａを流れて放熱体１７で熱を外気に放出する。

この放熱体１７の作用によって熱を放出した作動流体１０は液化して帰還経路１１ｂを流れて流入管２４内で流入口１５の逆流防止弁２０上に溜まることとなる。そして、液化した作動流体１０は、徐々に流入管２４内で増加して、その水頭による圧力と受熱空間１３の圧力のバランスによって、逆流防止弁２０を押し下げて開動させて、再び受熱空間１３内へと流入する。

このようにして作動流体１０が繰り返し冷却装置内を循環して半導体スイッチング素子６の冷却を行なうことになる。

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。

受熱空間１３内では、導入管２３によって、作動流体１０は、作動流体滴下部２１に液滴となって滴下される。

滴下した作動流体１０は、導入管２３の開口と拡散板２２の隙間から拡散板２２の外周部へ拡散される。このとき拡散板２２は放射状に流路が拡大する形状にしているので、作動流体１０は、薄い膜として受熱板１２上に広げることができる。受熱板１２は半導体スイッチング素子６に接触しているので、薄い膜となった作動流体１０は、一瞬にして加熱され気化することとなる。

受熱空間１３内の気圧は、大気圧よりも低く設定しているので、作動流体１０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。

本実施の形態のように、気圧を−９７ＫＰａにして、循環経路１１内を飽和状態にしておくことで、外気温に応じた沸騰温度が決定され容易に水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６の熱を奪い、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、かつ水を一瞬にして加温し気化させるものであるので単に溜め込んだ水を加温して沸騰させるものに比べて、奪う熱量を大きくすることができる。

また、作動流体１０が気化するときに受熱空間１３内の圧力が増加するが、逆流防止弁２０の作用により作動流体１０は逆流して流入管２４側へ戻ることはなく、確実に排出口１６から放熱経路１１ａへ放出させることができる。

このように冷却装置７を動作させることで、規則的な受熱と放熱のサイクルができ、連続して作動流体１０を受熱空間１３内で気化させて半導体スイッチング素子６の冷却を行なうことができ、大きな冷却効果を得ることができる。

また、流入管２４を備え、導入管２３に比べて長く形成したことで、逆流防止弁２０の動作による導入管２３への作動流体１０の供給が途絶えることなく連続的に行なうことができ安定した冷却性能を発揮することができる。

また、受熱空間１３内で増加した圧力によって気化した作動流体１０を放熱経路１１ａに流すこととなるので、液体に比べて移動速度を速くすることができるので、受熱部８と放熱部９は離して配置することもできる。つまり、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ができ電気自動車１の走行性能を確保することができる。

さて、以上のように本実施形態の基本部分について説明をしたが、前記メカニズムによる効果をより大きくする特徴について、説明を加える。

既に実施の形態で構成を説明しているが、本実施形態では、受熱板１２表面側の略中央部に作動流体滴下部２１を設け、また、作動流体滴下部２１の外周に向けて放射状に流路２１ａを形成する拡散板２２を設けている。

さらに、受熱板カバー１４には、流入口１５を受熱板１２の略中央部（作動流体滴下部２１）に対向して配置し、また、排出口１６を受熱板１２の外周部に対向して配置し、さらにまた、流入口１５側から排出口１６へ気化した作動流体１０を案内する案内板２２ｂと、分離板２２ａを、流路形成体として設けている。

作動流体滴下部２１に滴下された作動流体１０は、排出口１６へ向けて、受熱板１２の上を一瞬にして拡散していくが、流入口１５は受熱板１２の中央部にあり、排出口１６は受熱板１２の外周部にあるために作動流体１０は受熱板１２上を均一に拡散させることが難しくなる。

そこで、本実施の形態のように流入口１５から排出口１６へ作動流体１０が均一流れていくように流路２１ａの放射間隔を調整することが重要である。排出口１６から流入口１５へ向けた直線の延長上に流入口１５と受熱板カバー１４の側壁間に分離板２２ａを備えることで、排出口１６とは反対側に放射される作動流体１０は反排出口側で停留することなく排出口１６へ向けることができる。

さらに、流路形成体として設けた分離板２２ａと案内板２２ｂにより、受熱空間１３内の作動流体１０を排出口１６へとスムーズに案内することが出来る。

すなわち、本実施形態では、流路形成体として、拡散板２２の外周部分から受熱板カバー１４の内周部分に延長した分離板２２ａと、拡散板２２の外周部分から他の拡散板２２の外周部分に延長した案内板２２ｂを設けている。

このため、流入口１５から排出口１６側に放射される作動流体１０と、排出口１６とは反対側に放射される作動流体１０を分離板２２ａと案内板２２ｂにより区切ることができ、流路２１ａの方向の違いによる干渉を少なくして、作動流体１０の流れをスムーズにすることができる。

また、案内板２２ｂは、受熱板カバー１４の側壁との間に流路２２ｃを形成することで、前記流入口１５から排出口１６とは反対側に放射される作動流体１０の流路を確保することができ、受熱板１２上の作動流体１０の流れを均一にすることができる。

このようにして、流入口１５から作動流体滴下部２１に滴下した作動流体１０は受熱板１２上を均一に流れて、この受熱板１２と熱的に接続させている半導体スイッチング素子６の発する熱を大量に受熱することとができる。すなわち、冷却装置の冷却効果を向上させることができる。

また、既に説明したように拡散板２２は、受熱板１２に形成している。また、案内板２２ｂと分離板２２ａは受熱板カバー１４に形成する。

拡散板２２は受熱板１２の熱を放熱することから受熱板１２と一体に形成することが望ましい。一方、案内板２２ｂと分離板２２ａは、受熱空間１３内の空気の流れを排出口１６へ向かわせることから流入口１５と排出口１６を設けた受熱板カバー１４側に一体に形成するほうが、流れる空気が漏れることが少なく、流入口１５から流れ込んだ作動流体１０が排出口１６から排出する作用が円滑に行なえる。

（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２を示すものである。

なお、図１〜図３は同じ構成であるので、説明の煩雑化を避けるために、説明は簡略化する。

図５に示すものでも、受熱部８を構成する受熱板１２の表面上には略中央部には作動流体滴下部２１が設けられている。そして、この作動流体滴下部２１から二方向へ向けて流路２１ｂと流路２１ｃ形成する拡散板２２ｄ、拡散板２２ｅを設けている。

さらに、作動流体滴下部２１に向けて、液化した作動流体１０を滴下させる導入管２３を受熱板カバー１４に設けている。

受熱板カバー１４には、流入口１５を受熱板１２の略中央部に対向させて配置し、排出口１６を受熱板１２上の二方向のうち一方向側であって拡散板２２の外側部に対向させて配置する。

拡散板２２ｄは、図５に示すように流入口１５と排出口１６を結ぶ直線に並行して複数配置され、また、拡散板２２ｅは、図５に示すように流入口１５の排出口１６とは反対側に向けて複数配置されている。

本実施形態では、作動流体１０が受熱板１２表面上を均一に流れていくように拡散板２２ｄ、２２ｅの間隔を調整したものである。

具体的には、拡散板２２ｄの間隔は、拡散板２２ｅに比べて狭く形成している。

また、流路２１ｂにおいては、流入口１５側から排出口１６側へ向けて、拡散板２２ｄの間隔を狭く、さらに、流路２１ｃにおいては、流入口１５側から排出口１６とは反対側に向けて、拡散板２２ｅの間隔を広く形成している。

さらに、流入口１５側から排出口１６へ作動流体を案内する案内板２２ｆを備える。

この案内板２２ｆは、拡散板２２ｄの外周に排出口１６へ向けて配置し、拡散板２２ｄの外周と隔てて、受熱板カバー１４の側壁との間に排出口１６へ向けた流路２１ｄを形成するものである。

導入管２３から流入した作動流体１０は、拡散板２２ｄ、拡散板２２ｅ、案内板２２ｆによって受熱空間１３内に形成される流路２１ｂ、流路２１ｃを蒸発しつつ通過することとなるが、上記の構成により形成されたそれぞれの流路２１ｂと流路２１ｃの圧力損失がほぼ同程度となり、作動流体１０は受熱空間１３内をほぼ均一に拡散することとなり、高い冷却性能を得ることができる。

また、導入管２３の開口部は、受熱板１２に対して０．０７〜０．２ｍｍ程度の微小な隙間を形成するようにして備えている。

また、帰還経路１１ｂには液化した作動流体１０を逆流防止弁２０上に停留させる流入管２４を備えており、流入管２４と導入管２３は同一の内径の管路を形成している。そして、流入管２４は、導入管２３に比べて長く形成している。

すなわち、流入管２４は導入管２３の内容積よりも大きく形成している。つまり、流入管２４内に停留する作動流体１０は、逆流防止弁２０が開動したときに一度に導入管２３に流れ込む作動流体１０の量よりも多く保つものである。

また、受熱空間１３と循環経路１１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、内部の初期の圧力としては、常温時で標準大気圧に対し−９７ｋＰａ程度にしたものであり、作動流体１０は水または不凍液を使用するものである。

上記構成において、インバータ回路５の半導体スイッチング素子６が動作を開始すると電動機３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。

このとき、半導体スイッチング素子６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生じる。

図２に示すように、半導体スイッチング素子６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１０に熱が移される。移された熱によって作動流体１０は一瞬にして気化することになり排出口１６から放熱経路１１ａを流れて放熱体１７で熱を外気に放出する。放熱体１７の作用によって熱を放出した作動流体１０は液化して帰還経路１１ｂを流れて流入管２４内で流入口１５の逆流防止弁２０上に溜まることとなる。そして、液化した作動流体１０は、徐々に流入管２４内で増加して、その水頭と受熱空間１３内の圧力バランスによって逆流防止弁２０を押し下げて開動させて、再び受熱空間１３内へと流入する。

このようにして作動流体１０が繰り返し冷却装置７内を循環して半導体スイッチング素子６の冷却を行なうことになる。

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。

受熱空間１３内では、導入管２３によって、作動流体１０は、作動流体滴下部２１に液滴となって滴下される。

滴下した作動流体１０は、導入管２３の開口と拡散板２２の隙間から拡散板２２の外周部へ拡散される。このとき拡散板２２の隙間に形成される流路２１ｂと流路２１ｃは、作動流体１０を、薄い膜として受熱板１２の表面上に広げることができる。受熱板１２の裏面側は半導体スイッチング素子６に接触しているので、薄い膜となった作動流体１０は、一瞬にして加熱され気化することとなる。

受熱空間１３内の気圧は、大気圧よりも低く設定しているので、作動流体１０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。

本実施の形態のように、冷却装置７内部の常温時の圧力を標準大気圧に対し−９７ｋＰａ程度として、循環経路１１内を飽和状態にしておくことで、外気温に応じた沸騰温度が決定され容易に水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６の熱を奪い、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、かつ水を一瞬にして加温し気化させるものであるので単に溜め込んだ水を加温して沸騰させるものに比べて、奪う熱量を大きくすることができる。

また、作動流体１０が気化するときに受熱空間１３内の圧力が増加するが、逆流防止弁２０の作用により作動流体１０は逆流して流入管２４側へ戻ることはなく、確実に排出口１６から放熱経路１１ａへ放出させることができる。

このように冷却装置７を動作させることで、規則的な受熱と放熱のサイクルができ、連続して作動流体１０を受熱空間１３内で気化させて半導体スイッチング素子６の冷却を行なうことができ、大きな冷却効果を得ることができる。

また、流入管２４を備え、導入管２３に比べて長く形成したことで、逆流防止弁２０の動作による導入管２３への作動流体１０の供給が途絶えることなく連続的に行なうことができ安定した冷却性能を発揮することができる。

また、受熱空間１３内で増加した圧力によって気化した作動流体１０を放熱経路１１ａに流すこととなるので、液体に比べて移動速度を速くすることができるので、受熱部８と放熱部９は離して配置することもできる。

つまり、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ができ電気自動車１の走行性能を確保することができる。

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、前記メカニズムによる効果をより大きくする特徴について、説明を加える。

既に実施の形態で構成を説明しているが、本実施形態では、受熱板１２の略中央部に作動流体滴下部２１を設けている。

また、作動流体滴下部２１の外周に向けて流路２１ｂ、流路２１ｃを形成する拡散板２２ｄ、２２ｅを設けている。

さらに、受熱板カバー１４には、流入口１５を、受熱板１２の中心部（作動流体滴下部２１）に対向して配置し、また、排出口１６は、受熱板１２の外周部に対向して配置している。

さらに、流路２１ｂの外周には、流路２１ｃと排出口１６を結ぶ案内板２２ｆを設けている。

作動流体滴下部２１に滴下された作動流体１０は、排出口１６へ向けて、受熱板１２の上を一瞬にして拡散していくが、流入口１５は受熱板１２の中央部にあり、排出口１６は受熱板１２の外周部にあるために作動流体１０は受熱板１２上を均一に拡散させることが難しくなる。

そこで、本実施の形態のように流入口１５から排出口１６へ作動流体１０が均一流れていくように流路２１ｂ、流路２１ｃ、流路２１ｄの配置を調整することが重要である。

また、拡散板２２ｅは拡散板２２ｄよりも間隔を広くすることで、排出口１６とは反対側に放出される作動流体１０も停留することなく流れ、受熱板カバー１４の壁に沿い、流路２１ｄを介して排出口１６へ向けることができる。

つまり、案内板２２ｆにより、拡散板２２ｄの外周と受熱板カバー１４の側壁との間に流路２１ｄを形成することで、前記流入口１５から排出口１６とは反対側に放射される作動流体１０の流路を確保することができ、受熱板１２上の作動流体１０の流れを均一にすることができる。

このようにして、流入口１５から作動流体滴下部２１に滴下した作動流体１０は受熱板１２上を均一に流れて、この受熱板１２と熱的に接続させた半導体スイッチング素子６の発する熱を大量に受熱することとができる。すなわち、冷却装置７の冷却効果を向上させることができる。

既に説明したように拡散板２２ｄ、拡散板２２ｅは、受熱板１２の表面上に形成している。

また、案内板２２ｆも拡散板２２ｄ、拡散板２２ｅと同様に受熱板１２の表面上に一体に形成したものである。

拡散板２２ｄ、拡散板２２ｅは受熱板１２の熱を熱伝導により拡散し、作動流体１０への伝熱量を増やすために受熱板１２と一体に形成することが望ましい。また、案内板２２ｆは、受熱空間１３内の作動流体１０をスムーズに排出口１６へ向かわせることが主な効果となるが、受熱板１２上に一体に形成することで、受熱板１２に伝わった熱を熱伝導により拡散する効果があり、作動流体１０への伝熱量を増やす効果を得ることができる。

なお、本実施の形態において排出口１６は、流入口１５と同方向に設置したものにて説明を行ったが、排出口１６は、受熱板カバー１４の側壁に設けたものでも同様の作用と効果を有するものである。

（実施の形態３）
図６、図７は本発明の実施の形態３を示すものである。

なお、図１〜図３は同じ構成であるので、説明の煩雑化を避けるために、説明は簡略化する。

本実施形態では、流路形成体を、受熱空間１３内において、受熱板１２と受熱板カバー１４間に設けた仕切り板２５によって形成し、この仕切り板２５を貫通して流入口１５から作動流体滴下部２１へ作動流体１０を案内する導入管２３を設けている。

また、仕切り板２５の外周部においては、受熱空間１３内の仕切り板２５の上下空間は開放されている。

そして、この構成において、前記仕切り板２５の受熱板１２側で、導入管２３の外周部に拡散板２２を設けている。

このため、拡散板２２によって外周に広げられた作動流体１０が仕切り板２５の下側を排出口１６に向かう第１流路２１ｅと、仕切り板２５の外周から上方に移動し、この仕切り板２５の排出口１６に向かう第２流路２１ｆとが形成される。

このため、作動流体滴下部２１から拡散板２２によって外周に広げられた作動流体１０は、仕切り板２５下側の第１流路２１ｅと、仕切り板２５上側の第２流路２１ｆから排出口１６へとスムーズに案内され、その結果として冷却効果の高いものとなる。

以上のように本発明は、受熱板表面側の略中央部に設けた作動流体滴下部に対応する前記受熱板カバー部分に、前記流入口を配置し、前記前記受熱空間の外周部に、前記排出口を配置した冷却装置において、前記受熱空間内で、前記作動流体滴下部の外周に、複数の拡散板を配置するとともに、前記受熱空間内には、前記拡散板の外周における第１の領域を前記排出口と連通する第１流路と、前記拡散板の外周における第２の領域を前記排出口と連通する第２流路を形成する流路形成体を設けたものであるので、流入口から受熱板の中心部の作動流体滴下部に滴下した作動流体は、複数の拡散板によって前記受熱空間内を一瞬にして外周部に広がり、気体に変化するときに受熱板の熱を奪うこととなる。

そして、この拡散板の外周部からは、流路形成体によって形成された第１流路と第２流路を介して排出口へとスムーズに導かれ、次にこの排出口からは放熱経路へ排出されることとなるので、冷却性能を向上ることができるのである。

したがって、電気自動車の駆動装置としての電力変換装置や、高速演算処理装置などの電子機器にも有用である。

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 作動流体
１１ 循環経路
１１ａ 放熱経路
１１ｂ 帰還経路
１２ 受熱板
１３ 受熱空間
１４ 受熱板カバー
１５ 流入口
１６ 排出口
１７ 放熱体
１７ａ 送風装置
１８ 複数の管路
１９ フィン
２０ 逆流防止弁
２１ 作動流体滴下部
２１ａ 流路
２１ｂ 流路
２１ｃ 流路
２１ｄ 流路
２１ｅ 第１流路
２１ｆ 第２流路
２２ 拡散板
２２ａ 分離板
２２ｂ 案内板
２２ｃ 流路
２２ｄ 拡散板
２２ｅ 拡散板
２２ｆ 案内板
２３ 導入管
２４ 流入管

Claims (7)

1. 受熱部と、この受熱部の排出口に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の流入口を接続した帰還経路とを備え、前記受熱部は、その裏面側を発熱体に接触させて熱を吸収する受熱板と、この受熱板の表面側を覆うとともに、作動流体を蒸発させる受熱空間を形成する受熱板カバーとを有し、前記受熱板表面側の略中央部に設けた作動流体滴下部に対応する前記受熱板カバー部分には、前記流入口を配置し、前記受熱空間の外周部には、前記排出口を配置した冷却装置であって、前記受熱空間内で、前記作動流体滴下部の外周に、複数の拡散板を配置するとともに、前記受熱空間内には、前記拡散板の外周における第１の領域を前記排出口と連通する第１流路と、前記拡散板の外周における第２の領域を前記排出口と連通する第２流路を形成する流路形成体を設けた冷却装置。
2. 流路形成体は、拡散板の外周部分から受熱板カバーの内周部分に延長した分離板によって形成した請求項１に記載の冷却装置。
3. 流路形成体は、拡散板の外周部分から他の拡散板の外周部分に延長した案内板によって形成した請求項１または２に記載の冷却装置。
4. 流路形成体は、受熱板と受熱板カバー間に設けた仕切り板によって形成し、この仕切り板を貫通して流入口から作動流体滴下部へ作動流体を案内する導入管を設けるとともに、前記仕切り板の受熱板側で、導入管の外周部分に拡散板を設けた請求項１に記載の冷却装置。
5. 受熱空間と放熱経路は密閉にして構成し、内部の圧力を大気圧より低くした請求項１から４のいずれか一つに記載の冷却装置。
6. 請求項１から５のいずれか一つに記載の冷却装置を搭載し、車軸を駆動する電動機を駆動する電力変化装置の冷却を行なう電気自動車。
7. 請求項１から５のいずれか一つに記載の冷却装置を搭載し、発熱体の冷却を行なう電子機器。

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