JP2014048002A - Cooling device, electric vehicle equipped with the same, and electronic apparatus equipped with the same - Google Patents

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若菜 野上
Iku Sato
郁 佐藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cooling device which simplifies the structure while maintaining high heat exchange efficiency, and to provide an electric vehicle and an electronic apparatus which are equipped with the cooling device.SOLUTION: A heat receiver 8 includes: a heat receiving plate 12 having a heat absorption part 17 (a semiconductor switching element 6 area part), which is placed in contact with a semiconductor switching element 6 (one example of a heating element) and absorbs heat, on the rear surface side; and a heat receiving plate cover 14 which covers the front surface side of the heat receiving plate 12 through a space. An inclined part 18, which is downwardly inclined toward the heat absorption part 17, is provided at a refrigerant drop part 20 of an inflow port 15 of the heat receiving plate 12.

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。   The present invention relates to a cooling device for an electric vehicle or an electronic device on which a power semiconductor is mounted, for example.

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。   Conventionally, this type of cooling device is known to be mounted on a power conversion circuit of an electric vehicle.

電気自動車では、駆動動力源となる電動機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。   In an electric vehicle, an electric motor serving as a driving power source is switched by an inverter circuit which is a power conversion circuit.

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おり、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。   A plurality of power semiconductors represented by power transistors are used in the inverter circuit, and a large current of several tens of amperes flows through each power semiconductor.

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。   For this reason, power semiconductors generate a large amount of heat and need to be cooled.

そこで、例えば特許文献1に示す冷却装置では、下部の受熱器において、冷媒で電力半導体の熱を奪わせて気化させ、上部に配置した放熱器で冷やして液化させ、再び下部に滴下させるサイクルを繰り返させることで、インバータ回路を冷却するようにしている。   Therefore, for example, in the cooling device shown in Patent Document 1, in the lower heat receiver, a cycle in which the heat of the power semiconductor is taken away by the refrigerant to be vaporized, cooled by the radiator disposed at the upper part, liquefied, and dropped again at the lower part. The inverter circuit is cooled by being repeated.

しかしながら、このような冷却装置は、受熱器において冷媒を沸騰することにより気化させる沸騰型冷却タイプといわれるものであり、このタイプのものは、受熱器において冷媒が滞留した状態で受熱するので、冷媒への熱移動効率が悪く、結論として、冷却性能が低いことが知られている。   However, such a cooling device is said to be a boiling type cooling type that evaporates by boiling the refrigerant in the heat receiver, and this type receives heat with the refrigerant remaining in the heat receiver. As a conclusion, it is known that the cooling performance is low.

これに対して、特許文献2に示す冷媒循環型冷却タイプは、受熱器において冷媒を流動させた状態で受熱させるので、冷媒への熱移動効率が高く、結論として、冷却性能が飛躍的に高くなる。   On the other hand, since the refrigerant circulation type cooling type shown in Patent Document 2 receives heat in a state where the refrigerant flows in the heat receiver, the heat transfer efficiency to the refrigerant is high, and as a result, the cooling performance is remarkably high. Become.

特開平8−126125号公報JP-A-8-126125 特開2009−88127号公報JP 2009-88127 A

特許文献2に示す冷却装置では、受熱器と、この受熱器の排出口に放熱経路を介して接続した放熱器と、この放熱器と前記受熱器の流入口を接続した帰還経路と、この帰還経路に介在させた逆止弁を備えた構成としている。   In the cooling device shown in Patent Document 2, a heat receiver, a heat radiator connected to the discharge port of the heat receiver via a heat radiation path, a feedback path connecting the heat radiator and the inlet of the heat receiver, and the feedback It is the structure provided with the non-return valve interposed in the path | route.

また、帰還経路の先端は、受熱器内に突入させ、この突入部で冷媒を受熱器内に薄い膜状態で急速に広げる構成としている。   Further, the tip of the return path is made to rush into the heat receiver, and the refrigerant is rapidly spread in the heat receiver in a thin film state at this rush portion.

具体的には、帰還経路から戻った冷媒が、逆止弁の開放とともに受熱器内に流入すると、帰還経路の先端(突入部)内で一部の冷媒が急速に蒸発し、その圧力で帰還経路先端内に残存する冷媒が、受熱器内へと薄い膜状態で急速に広がることとなる。   Specifically, when the refrigerant that has returned from the return path flows into the heat receiver as the check valve is opened, a part of the refrigerant rapidly evaporates in the front end (rushing part) of the return path, and the pressure returns to that temperature. The refrigerant remaining in the path tip spreads rapidly into the heat receiver in a thin film state.

その結果、受熱器内壁面(受熱板表面)においては、極めて効果的な受熱が行われることとなり、これによって冷却性能が飛躍的に高くなるのである。   As a result, extremely effective heat reception is performed on the inner wall surface of the heat receiver (the surface of the heat receiving plate), thereby greatly improving the cooling performance.

しかしながら、このように冷却性能が飛躍的に高くなるものでも、各種機器への搭載に対しては、更なる改善が必要となる。   However, even if the cooling performance is remarkably improved as described above, further improvement is required for mounting on various devices.

その一つとしては、帰還経路の先端を受熱器内に突入させる場合、受熱器内における帰還経路の先端位置を目視することが出来ないので、この位置関係を調整するのに手間がかかり、構成の簡素化が求められている。   As one of them, when the tip of the return path is rushed into the heat receiver, the position of the tip of the return path in the heat receiver cannot be visually observed, so it takes time and effort to adjust this positional relationship. There is a need for simplification.

そこで、本発明は、構成の簡素化を図ることを目的とするものである。   Accordingly, the object of the present invention is to simplify the configuration.

そして、この目的を達成するために、本発明は、受熱器と、この受熱器の排出口に放熱経路を介して接続した放熱器と、この放熱器と前記受熱器の流入口を接続した帰還経路と、この帰還経路に介在させた逆止弁を備え、前記受熱器は、その裏面側に、発熱体に接触させて熱を吸収する吸熱部を有する受熱板と、この受熱板の表面側を、空間を介して覆った受熱板カバーとを有し、前記受熱板の前記流入口の冷媒滴下部に、前記吸熱部に向かって低く傾斜した傾斜部を設けたので、これにより初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 receiver, a radiator connected to the discharge port of the heat receiver via a heat dissipation path, and a feedback connecting the heat sink and the inlet of the heat receiver. A heat-reception plate having a heat-absorbing part that contacts the heat-generating body and absorbs heat on the back side thereof, and a surface side of the heat-receiving plate. And a heat-receiving plate cover that covers the heat-receiving plate, and the refrigerant dropping portion at the inlet of the heat-receiving plate is provided with an inclined portion that is inclined low toward the heat-absorbing portion. Is achieved.

以上のように本発明は、受熱器と、この受熱器の排出口に放熱経路を介して接続した放熱器と、この放熱器と前記受熱器の流入口を接続した帰還経路と、この帰還経路に介在させた逆止弁を備え、前記受熱器は、その裏面側に、発熱体に接触させて熱を吸収する吸熱部を有する受熱板と、この受熱板の表面側を、空間を介して覆った受熱板カバーとを有し、前記受熱板の前記流入口の冷媒滴下部に、前記吸熱部に向かって低く傾斜した傾斜部を設けたので、構成の簡素化が図れ、生産性の高いものとなる。   As described above, the present invention includes a heat receiver, a radiator connected to the discharge port of the heat receiver via a heat dissipation path, a feedback path connecting the radiator and the inlet of the heat receiver, and the feedback path. The heat receiver has a heat receiving plate having a heat absorbing portion that contacts the heating element and absorbs heat on the back surface side, and a surface side of the heat receiving plate via a space. The cover has a heat receiving plate cover, and the refrigerant dripping portion at the inlet of the heat receiving plate is provided with an inclined portion that is inclined lower toward the heat absorbing portion, so that the configuration can be simplified and the productivity is high. It will be a thing.

すなわち、本発明の受熱器は、その裏面側に、発熱体に接触させて熱を吸収する吸熱部を有する受熱板と、この受熱板の表面側を、空間を介して覆った受熱板カバーとを有し、前記受熱板の前記流入口の冷媒滴下部に、前記吸熱部に向かって低く傾斜した傾斜部を設けた構成としている。   That is, the heat receiver of the present invention has, on the back side thereof, a heat receiving plate having a heat absorbing portion that contacts the heating element and absorbs heat, and a heat receiving plate cover that covers the surface side of the heat receiving plate via a space. The refrigerant dropping portion at the inlet of the heat receiving plate is provided with an inclined portion that is inclined downward toward the heat absorbing portion.

つまり、本発明の構成とすれば、帰還経路から逆止弁を介して受熱器に流入した冷媒は、受熱板の吸熱部に向かって低く傾斜した傾斜部に沿ってスムーズに吸熱部に運ばれ、受熱板の排出口側へ薄い膜状となって、急速に広がることとなる。   That is, according to the configuration of the present invention, the refrigerant flowing into the heat receiver from the return path through the check valve is smoothly conveyed to the heat absorbing portion along the inclined portion that is inclined low toward the heat absorbing portion of the heat receiving plate. It becomes a thin film toward the discharge port side of the heat receiving plate and spreads rapidly.

このため、帰還経路の先端を、受熱器内に突入させること無く、受熱器内において冷媒を受熱板表面に薄い膜状態で急速に広げることが出来、その分、構成が簡素化され、生産性の高いものとなるのである。   For this reason, the refrigerant can be rapidly spread in the form of a thin film on the surface of the heat receiving plate in the heat receiving device without causing the tip of the return path to enter the heat receiving device. It will be expensive.

本発明の実施の形態1の電気自動車の概略図Schematic of the electric vehicle according to the first embodiment of the present invention. 同冷却装置の構成を示す図Diagram showing the configuration of the cooling device 同受熱器の構成を示す図Diagram showing the configuration of the heat receiver 同受熱空間内の受熱板の形状を示す平面図A plan view showing the shape of the heat receiving plate in the heat receiving space 同放熱器の構成を説明する斜視図The perspective view explaining the composition of the radiator

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)
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の車内4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。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, an electric motor 3 that drives an axle 2 of an electric vehicle 1 is connected to an inverter circuit 5 that is a power converter disposed in a vehicle interior 4 of the electric vehicle 1.

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。   The inverter circuit 5 includes a plurality of semiconductor switching elements 6 that supply power to the motor 3 as an example of a power semiconductor.

また、インバータ回路5には、特に発熱体となる半導体スイッチング素子6を冷却する冷却装置7が設けられている。   Further, the inverter circuit 5 is provided with a cooling device 7 for cooling the semiconductor switching element 6 which becomes a heating element.

前記冷却装置7は、半導体スイッチング素子6の上面に熱移動可能状態で接続された受熱器8と、この受熱器8の排出口16に放熱経路11aを介して接続した放熱器9と、この放熱器9と前記受熱器8の流入口15を接続した帰還経路11bと、この帰還経路11bに介在させた逆止弁(図2、図3の19)とを、備えた構成となっている。   The cooling device 7 includes a heat receiver 8 connected to the upper surface of the semiconductor switching element 6 in a heat transferable state, a heat radiator 9 connected to the discharge port 16 of the heat receiver 8 via a heat dissipation path 11a, and the heat dissipation And a return path 11b connecting the inlet 9 of the heat receiver 8 and the heat receiver 8 and a check valve (19 in FIGS. 2 and 3) interposed in the return path 11b.

また、放熱器9には、外気に熱を放出する放熱体9aを備えている。   The radiator 9 is provided with a radiator 9a that releases heat to the outside air.

つまり、車内4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を延設して放熱器9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。   That is, the inverter circuit 5 is arranged in the middle of the inside of the vehicle 4 close to the driver's seat side, the circulation path 11 is extended, and the radiator 9 is attached to the front grille 4a side through which the outside air easily passes.

図2に示すように、冷却装置7は、循環経路11は受熱器8、放熱経路11a、放熱器9、帰還経路11bで構成され、排出口16と流入口15は薄形チャンバー9bの放熱器入口23と放熱器出口24にそれぞれ接続されている。   As shown in FIG. 2, in the cooling device 7, the circulation path 11 includes a heat receiver 8, a heat radiation path 11a, a heat radiator 9, and a return path 11b, and the discharge port 16 and the inflow port 15 are heat radiators of the thin chamber 9b. The inlet 23 and the radiator outlet 24 are connected to each other.

つまり、排出口16と放熱経路11aを接続し、流入口15と薄形チャンバー9bを帰還経路11bで接続している。   That is, the discharge port 16 and the heat radiation path 11a are connected, and the inlet 15 and the thin chamber 9b are connected by the return path 11b.

また、受熱器8、放熱経路11a、放熱器9、帰還経路11bで形成する循環経路11は密閉状態となっており、しかもその内部雰囲気は大気圧より負圧状態としている。   Further, the circulation path 11 formed by the heat receiver 8, the heat radiation path 11a, the heat radiator 9, and the return path 11b is in a sealed state, and the internal atmosphere is in a negative pressure state from the atmospheric pressure.

そして、この負圧経路内には、例えば数百cc程度(循環経路11の容積よりも十分に少ない量)の水(冷媒10の一例)が注入されている。(以下では水を冷媒と記載する)。   For example, about several hundred cc (an amount sufficiently smaller than the volume of the circulation path 11) of water (an example of the refrigerant 10) is injected into the negative pressure path. (Hereinafter, water is referred to as a refrigerant).

また、受熱空間13の流入口15には、冷媒10の水頭による圧力によって開動させる逆止弁19を備えている。   The inlet 15 of the heat receiving space 13 is provided with a check valve 19 that is opened by the pressure of the coolant 10 from the water head.

液化して停留した冷媒10の圧力で逆止弁19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、帰還経路11bは薄形チャンバー9bから受熱器8の流入口15まで下がり勾配で形成し、その末端に逆止弁19を配置している。   In order to easily open the check valve 19 with the pressure of the refrigerant 10 that has been liquefied and stopped, it is best to use the water head pressure. Therefore, the return path 11b is formed with a downward gradient from the thin chamber 9b to the inlet 15 of the heat receiver 8, and a check valve 19 is disposed at the end thereof.

この逆止弁19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。   The check valve 19 is formed, for example, from a thin metal plate (a plate having a thickness of about 100 μm).

図3に示すように、受熱器8は、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、流れ込んだ冷媒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に液化した冷媒10を流し込む流入口15と、受熱空間13から冷媒10を気体にして排出する排出口16を備えたものである。   As shown in FIG. 3, the heat receiver 8 contacts the semiconductor switching element 6 with the back surface side thereof to absorb heat, covers the surface side of the heat receiving plate 12, and evaporates the refrigerant 10 that has flowed in. A heat receiving plate cover 14 that forms a heat receiving space 13, an inlet 15 for flowing the liquefied refrigerant 10 into the heat receiving space 13, and an outlet 16 for discharging the refrigerant 10 from the heat receiving space 13 as a gas. .

また、受熱器8を構成する受熱板12の流入口15下方には冷媒滴下部20を設けている。   In addition, a refrigerant dripping portion 20 is provided below the inlet 15 of the heat receiving plate 12 constituting the heat receiver 8.

また、受熱板12の流入口15の冷媒滴下部20に、受熱板12の略中央部に設けた吸熱部17に向かって低く傾斜した傾斜部18を設けている。   In addition, an inclined portion 18 that is inclined lower toward the heat absorbing portion 17 provided at a substantially central portion of the heat receiving plate 12 is provided in the refrigerant dropping portion 20 of the inlet 15 of the heat receiving plate 12.

この傾斜部18の角度は、冷媒10がスムーズに吸熱部17に移動する3〜10°程度の範囲が望ましい。   The angle of the inclined portion 18 is desirably in a range of about 3 to 10 ° at which the refrigerant 10 smoothly moves to the heat absorbing portion 17.

また、冷媒滴下部20は3方を受熱板12と受熱板カバー14にて封止され、滴下した冷媒10は傾斜した方向にのみ、流入する構成としている。   In addition, the refrigerant dropping section 20 is sealed on three sides by the heat receiving plate 12 and the heat receiving plate cover 14, and the dropped refrigerant 10 flows only in the inclined direction.

また、本実施形態では、受熱板12を覆う受熱板カバー14には、天面から垂直方向に冷媒10を流入させ、冷媒滴下部20に導く流入口15を設けている。また、受熱板カバー14には、側方から冷媒10を排出する排出口16を設けている。   Further, in the present embodiment, the heat receiving plate cover 14 that covers the heat receiving plate 12 is provided with an inlet 15 that allows the refrigerant 10 to flow in from the top surface in the vertical direction and guides it to the refrigerant dropping portion 20. Further, the heat receiving plate cover 14 is provided with a discharge port 16 for discharging the refrigerant 10 from the side.

以上の構成において、本実施形態では、帰還経路11bはこの受熱器8の流入口15に、単に接続しただけで突出していない状態としている。   In the above configuration, in the present embodiment, the return path 11b is simply connected to the inlet 15 of the heat receiver 8 and does not protrude.

図4に示すように、受熱板12表面上に内溝21を設け、この内溝21は吸熱部17から排出口16側に向けて、略中央部に設けた吸熱部17から受熱板12全体に広がる形で直線的に設けられている。   As shown in FIG. 4, an inner groove 21 is provided on the surface of the heat receiving plate 12, and the inner groove 21 extends from the heat absorbing portion 17 provided in the substantially central portion toward the discharge port 16 side from the heat absorbing portion 17. It is provided linearly in a form that spreads out.

図5に示すように、放熱器9は薄形チャンバー9bと放熱体9aで構成されている。また、薄形チャンバー9bの内部は伝熱フィン22が設けられている。また、薄形チャンバー9bには放熱経路11aと接続される放熱器入口23と、帰還経路11bと接続される放熱器出口24が設けられている。また放熱器入口23は放熱器出口24より高い位置に、設けられている。また、薄形チャンバー底面26は放熱器出口24に向かって下り勾配(3〜10°)としている。また、伝熱フィン22は通過する冷媒10の温度が放熱体9aに移動しやすくするため、極力、冷媒10への接触面積が大きくなるよう構成されるのが、望ましい。今回の構成では放熱器入口23と放熱器出口24の接続面を薄形チャンバー9bの側面として、その接続面に直角に、伝熱フィン22を所定の間隔を開けて設けている。また、薄形チャンバー9bは、放熱器入口23に近接し、薄形チャンバー9bの側面と密接した端部を持ち、流入した冷媒10をガイドする、伝熱ガイドフィン22aを設けている。伝熱ガイドフィン22aは薄形チャンバー底面26の最も高い位置まで、冷媒10を流入させる。もちろん、他の同様の効果が得られる配置でも良い。   As shown in FIG. 5, the radiator 9 includes a thin chamber 9b and a radiator 9a. Heat transfer fins 22 are provided inside the thin chamber 9b. The thin chamber 9b is provided with a radiator inlet 23 connected to the heat dissipation path 11a and a radiator outlet 24 connected to the return path 11b. The radiator inlet 23 is provided at a position higher than the radiator outlet 24. Further, the thin chamber bottom surface 26 is inclined downward (3 to 10 °) toward the radiator outlet 24. Further, it is desirable that the heat transfer fins 22 be configured so that the contact area with the refrigerant 10 is as large as possible, so that the temperature of the refrigerant 10 passing through the heat transfer fins 22 can easily move to the heat radiator 9a. In this configuration, the connection surface between the radiator inlet 23 and the radiator outlet 24 is the side surface of the thin chamber 9b, and the heat transfer fins 22 are provided at a predetermined interval perpendicular to the connection surface. Further, the thin chamber 9b is provided with heat transfer guide fins 22a that are close to the radiator inlet 23, have end portions in close contact with the side surfaces of the thin chamber 9b, and guide the refrigerant 10 that has flowed in. The heat transfer guide fins 22 a allow the refrigerant 10 to flow up to the highest position of the thin chamber bottom surface 26. Of course, other arrangements that can achieve the same effect may be used.

また、放熱体9aは薄形チャンバー9bの下外表面に熱移動可能状態で接続されている。また、放熱体9aはアルミニウムまたは銅を短冊状に薄く形成した放熱フィン25を、所定の間隔を開けて設けている。   Further, the radiator 9a is connected to the lower outer surface of the thin chamber 9b in a heat transferable state. Further, the heat dissipating body 9a is provided with heat dissipating fins 25 formed by thinly forming aluminum or copper in a strip shape at a predetermined interval.

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。   In the above configuration, when the semiconductor switching element 6 of the inverter circuit 5 starts to operate, electric power is supplied to the electric motor 3 and the electric vehicle 1 starts to move.

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する。   At this time, since a large current flows through the semiconductor switching element 6, at least several percent of the total power is lost and a large amount of heat is generated.

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を介して液体の滴下した冷媒10に熱が移される。移された熱によって冷媒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を流れて放熱器9で熱を外気に放出する。放熱器9の作用によって熱を放出した冷媒10は液化して帰還経路11bを流れて流入口15の逆止弁19上に溜まることとなる。そして、液化した冷媒10は、徐々に帰還経路11b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、逆止弁19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。   As shown in FIG. 2, the heat generated from the semiconductor switching element 6 is transferred to the refrigerant 10 in which the liquid is dropped through the heat receiving plate 12. The refrigerant 10 is instantly vaporized by the transferred heat, flows from the discharge port 16 through the heat radiation path 11a, and the heat radiator 9 releases the heat to the outside air. The refrigerant 10 that has released heat by the action of the radiator 9 liquefies and flows through the return path 11 b and accumulates on the check valve 19 of the inlet 15. The liquefied refrigerant 10 gradually increases in the return path 11b, and the check valve 19 is pushed down and opened by the balance between the pressure of the water head and the pressure of the heat receiving space 13, and again enters the heat receiving space 13. And flows in.

このようにして冷媒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。   In this way, the refrigerant 10 is repeatedly circulated in the cooling device 7 to cool the semiconductor switching element 6.

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 heat receiving space 13 will be described.

図3に示すように、受熱空間13内では、帰還経路11bから逆止弁19を介して流入口15より、冷媒10が冷媒滴下部20に液滴となって滴下される。   As shown in FIG. 3, in the heat receiving space 13, the refrigerant 10 is dropped as droplets from the inlet 15 through the return path 11 b through the check valve 19 into the refrigerant dropping unit 20.

受熱空間13に滴下した冷媒10は、受熱板12の吸熱部17に向かって低く傾斜した傾斜部18に沿ってスムーズに吸熱部17に運ばれる。   The refrigerant 10 dropped into the heat receiving space 13 is smoothly conveyed to the heat absorbing portion 17 along the inclined portion 18 that is inclined downward toward the heat absorbing portion 17 of the heat receiving plate 12.

次に、図4に示すように、受熱板12表面に設けられた内溝21に沿って冷媒10が拡散される。このとき内溝21は放射状に流路が拡大する形状にしているので、冷媒10を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、薄い膜となった冷媒10は、一瞬にして加熱され気化することとなる。   Next, as shown in FIG. 4, the refrigerant 10 is diffused along an inner groove 21 provided on the surface of the heat receiving plate 12. At this time, since the inner groove 21 has a shape in which the flow path radially expands, the refrigerant 10 can be spread on the heat receiving plate 12 as a thin film. Since the heat receiving plate 12 is in contact with the semiconductor switching element 6, the thin film of the refrigerant 10 is heated and vaporized instantly.

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、冷媒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。   Since the atmospheric pressure in the heat receiving space 13 is set lower than the atmospheric pressure, the refrigerant 10 can be vaporized at a temperature lower than the boiling of water in the atmospheric pressure even if water is used.

本実施の形態のように、気圧を−97KPaにして、循環経路11内(図2に示す)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。   As in the present embodiment, by setting the atmospheric pressure to −97 KPa and keeping the inside of the circulation path 11 (shown in FIG. 2) in a saturated state, the boiling temperature corresponding to the outside air temperature is determined and water is easily vaporized. At this time, the semiconductor switching element 6 can be deprived of heat and cooled. In other words, the heat of the semiconductor switching element 6 is taken away by the latent heat of evaporation of water, and the water is heated and vaporized in an instant, so compared with the one that simply heats the accumulated water and makes it boil, The amount of heat taken away can be increased.

また、冷媒10が気化するときに受熱空間13内の圧力が増加するが、逆止弁19の作用により冷媒10は逆流して帰還経路11b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。   Further, when the refrigerant 10 is vaporized, the pressure in the heat receiving space 13 increases. However, the refrigerant 10 does not flow backward due to the action of the check valve 19 and returns to the return path 11b side, and heat is reliably radiated from the discharge port 16. It can be discharged to the path 11a.

また、放熱器9内の放熱のメカニズムについて説明を加える。   Further, the mechanism of heat dissipation in the radiator 9 will be described.

図5に示すように、薄形チャンバー9bには放熱経路11aより、気化した冷媒10が放熱器入口23より流入する。流入した冷媒10は薄形チャンバー9b内に設けられた伝熱フィン22に接触し、外気温度差により凝縮(液化)する。その時、薄形チャンバー9b内の熱は、下外表面に熱移動可能状態で接続された放熱体9aの放熱フィン25を通じて、外気に放出される。液化した冷媒10は傾斜した薄形チャンバー9b底面に沿って放熱器出口24に向かい、帰還経路11bより受熱器8へ移動する。   As shown in FIG. 5, the vaporized refrigerant 10 flows into the thin chamber 9b from the radiator inlet 23 through the heat dissipation path 11a. The refrigerant 10 that has flowed in comes into contact with the heat transfer fins 22 provided in the thin chamber 9b, and condenses (liquefies) due to the difference in outside air temperature. At that time, the heat in the thin chamber 9b is released to the outside air through the heat dissipating fins 25 of the heat dissipating body 9a connected to the lower outer surface in a heat transferable state. The liquefied refrigerant 10 moves toward the radiator outlet 24 along the inclined bottom surface of the thin chamber 9b and moves to the heat receiver 8 from the return path 11b.

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、連続して冷媒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。   By operating the cooling device 7 in this way, a regular heat receiving and releasing cycle can be performed, and the semiconductor switching element 6 can be cooled by continuously evaporating the refrigerant 10 in the heat receiving space 13. A cooling effect can be obtained.

また、受熱空間13内で増加した圧力によって気化した冷媒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、受熱器8と放熱器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器9とを電気自動車1のフロントグリル4aと車内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。   Further, since the refrigerant 10 vaporized by the increased pressure in the heat receiving space 13 is caused to flow through the heat radiation path 11a, the moving speed can be increased compared to the liquid, and the heat receiver 8 and the heat radiator 9 are arranged apart from each other. You can also In other words, the inverter circuit 5 that is sensitive to dust and water droplets and the radiator 9 that is to be cooled efficiently by applying outside air can be installed separately such as the front grill 4a of the electric vehicle 1 and the interior 4 of the electric vehicle 1. Driving performance can be ensured.

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。   Now, the basic part of the present embodiment has been described as above, but a feature that further enhances the effect of the mechanism will be described.

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、受熱器8と、この受熱器8の排出口16に放熱経路11aを介して接続した放熱器9と、この放熱器9と受熱器8の流入口15を接続した帰還経路11bと、この帰還経路11bに介在させた逆止弁19を備える。受熱器8は、その裏面側に、半導体スイッチング素子6に接触させて熱を吸収する吸熱部17を有する受熱板12と、この受熱板12の表面側を、空間を介して覆った受熱板カバー14とを有し、受熱板12の流入口15の冷媒滴下部20に、吸熱部17に向かって低く傾斜した傾斜部18を設けた構成としている。   Although the configuration has already been described in the embodiment, in the present embodiment, the heat receiver 8, the radiator 9 connected to the discharge port 16 of the heat receiver 8 through the heat radiation path 11 a, A return path 11b connected to the inlet 15 of the heat receiver 8 and a check valve 19 interposed in the return path 11b are provided. The heat receiver 8 has a heat receiving plate 12 having a heat absorbing portion 17 that contacts the semiconductor switching element 6 and absorbs heat on the back surface side, and a heat receiving plate cover that covers the surface side of the heat receiving plate 12 via a space. 14 and the refrigerant dropping part 20 of the inlet 15 of the heat receiving plate 12 is provided with an inclined part 18 inclined downward toward the heat absorbing part 17.

このため、本実施の形態では、図3に示すように、この受熱器8の流入口15に、帰還経路11bを単に接続しただけで突出していない状態とできるので、受熱器8の生産時に、帰還経路11bの先端をどの部分まで挿入するかという作業は必要なく、つまり、構成の簡素化が図れ、生産性の高いものとなる。   For this reason, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, since the return path 11 b is simply connected to the inlet 15 of the heat receiver 8 so that it does not protrude, There is no need to work up to which part the tip of the return path 11b is inserted. That is, the configuration can be simplified and the productivity can be increased.

また、この様な構成においても、受熱空間13内の吸熱部17(半導体スイッチング素子6領域部分)に薄い層状の水を十分に広げることが出来るので、極めて高い熱伝達効率が得られ、その結果として冷却効率も高いものとなる。   Further, even in such a configuration, since the thin layered water can be sufficiently spread on the heat absorbing portion 17 (semiconductor switching element 6 region portion) in the heat receiving space 13, extremely high heat transfer efficiency can be obtained, and as a result. As a result, the cooling efficiency is also high.

また、受熱器8の排出口16を、この受熱器8の側方に配置している。このため、本実施の形態では、図2に示すように、受熱器8の高さ方向を低くすることができ、車内4の限られたスペースへの設置が可能となる。   Further, the outlet 16 of the heat receiver 8 is arranged on the side of the heat receiver 8. For this reason, in this Embodiment, as shown in FIG. 2, the height direction of the heat receiver 8 can be made low, and the installation to the limited space of the vehicle interior 4 is attained.

また、図4に示すように、受熱板12表面上に内溝21を設け、この内溝21は吸熱部17から排出口16側に向けて、吸熱部17から受熱空間13全体に広がる形で直線的に設けられている。受熱空間13内の全体に薄い層状の冷媒10を、より一層広げることが出来るので、極めて高い熱伝達効率が得られ、その結果として冷却効率も高いものとなる。   Further, as shown in FIG. 4, an inner groove 21 is provided on the surface of the heat receiving plate 12, and the inner groove 21 extends from the heat absorbing portion 17 to the entire heat receiving space 13 from the heat absorbing portion 17 toward the discharge port 16. It is provided linearly. Since the thin layered refrigerant 10 can be further expanded in the entire heat receiving space 13, extremely high heat transfer efficiency is obtained, and as a result, the cooling efficiency is also high.

また、放熱器9は薄形チャンバー9bと放熱体9aで構成され、薄形チャンバー9bの内部には伝熱フィン22が設けられている。また、放熱器入口23の接続口は放熱器出口24の接続口より高い位置に設けられる構成としている。また、薄形チャンバー底面26は放熱器出口24に向かって下り勾配(3〜10°)としている。このため、本実施の形態では、放熱器入口23より流入した冷媒10は、伝熱ガイドフィン22aと薄形チャンバー9bの外郭で囲まれた流路内を、薄形チャンバー底面26の最上部にまで運ばれ、その後、薄形チャンバー9b内に設けられた多くの伝熱フィン22に接触しつつ、外気温度差により凝縮(液化)し、傾斜した薄形チャンバー底面26に沿って放熱器出口24までスムーズに向かうことができる。その時、薄形チャンバー9b内の熱は、下外表面に熱移動可能状態で接続された放熱体9aの放熱フィン25を通じて、外気に放出される。このような構成とすることで、薄形チャンバー9bの高さ方向の寸法を低くしても、放熱性能を維持することができる。よって冷却装置7全体の高さ方向の寸法を低くすることができ、車内4の限られたスペースへの設置が可能となる。   The radiator 9 includes a thin chamber 9b and a radiator 9a, and heat transfer fins 22 are provided inside the thin chamber 9b. Further, the connection port of the radiator inlet 23 is provided at a position higher than the connection port of the radiator outlet 24. Further, the thin chamber bottom surface 26 is inclined downward (3 to 10 °) toward the radiator outlet 24. For this reason, in the present embodiment, the refrigerant 10 that has flowed from the radiator inlet 23 passes through the flow path surrounded by the heat transfer guide fins 22a and the outer shape of the thin chamber 9b at the top of the thin chamber bottom surface 26. After that, it is condensed (liquefied) due to the outside air temperature difference while contacting many heat transfer fins 22 provided in the thin chamber 9b, and the radiator outlet 24 along the inclined thin chamber bottom surface 26. Can go smoothly. At that time, the heat in the thin chamber 9b is released to the outside air through the heat dissipating fins 25 of the heat dissipating body 9a connected to the lower outer surface in a heat transferable state. By setting it as such a structure, even if the dimension of the height direction of the thin chamber 9b is made low, heat dissipation performance can be maintained. Therefore, the dimension in the height direction of the entire cooling device 7 can be reduced, and installation in a limited space inside the vehicle 4 is possible.

また、放熱器9が薄形チャンバー9bの下外表面に放熱体9aを設けたことにより、液化した冷媒10が、薄形チャンバー9bの底面に流れているため、より放熱効率が向上し、その結果として冷却効率も高いものとなる。また、本冷却方式(冷媒循環型冷却タイプ)は、冷却装置7の中で、最も高い位置に放熱器9を配置しなければならない特性から、放熱体9aの位置を薄形チャンバー9bの下方としたことで、冷却装置7全体の高さ方向の寸法をより低くすることができ、車内4の限られたスペースへの設置が可能となる。   Further, since the radiator 9 is provided with the radiator 9a on the lower and outer surfaces of the thin chamber 9b, the liquefied refrigerant 10 flows on the bottom surface of the thin chamber 9b, so that the heat dissipation efficiency is further improved. As a result, the cooling efficiency is also high. In addition, this cooling system (refrigerant circulation type cooling type) has a characteristic that the radiator 9 must be disposed at the highest position in the cooling device 7, so that the radiator 9a is positioned below the thin chamber 9b. By doing so, the dimension of the whole cooling device 7 in the height direction can be further reduced, and installation in a limited space in the vehicle interior 4 becomes possible.

尚、本実施形態では、受熱板12を覆う受熱板カバー14には、天面から垂直方向に冷媒10を流入させ、冷媒滴下部20に導く流入口15を設けているが、流入口15は受熱板カバー14の側方に設けても良く、同様の作用効果が得られる。   In the present embodiment, the heat receiving plate cover 14 that covers the heat receiving plate 12 is provided with the inlet 15 that allows the refrigerant 10 to flow in the vertical direction from the top surface and leads to the refrigerant dripping portion 20. You may provide in the side of the heat-receiving plate cover 14, and the same effect is obtained.

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。   Therefore, it is useful also for electronic devices, such as a power converter as a drive device of an electric vehicle, and a high-speed arithmetic processing unit.

1 電気自動車
2 車軸
3 電動機
4 車内
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 受熱器
9 放熱器
9a 放熱体
9b 薄形チャンバー
10 冷媒
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 吸熱部
18 傾斜部
19 逆止弁
20 冷媒滴下部
21 内溝
22 伝熱フィン
22a 伝熱ガイドフィン
23 放熱器入口
24 放熱器出口
25 放熱フィン
26 薄形チャンバー底面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric vehicle 2 Axle 3 Electric motor 4 Car interior 4a Front grille 5 Inverter circuit 6 Semiconductor switching element 7 Cooling device 8 Heat receiver 9 Heat radiator 9a Heat radiator 9b Thin chamber 10 Refrigerant 11 Circulation path 11a Heat radiation path 11b Return path 12 Heat receiving plate 13 Heat receiving space 14 Heat receiving plate cover 15 Inflow port 16 Discharge port 17 Heat absorbing part 18 Inclined part 19 Check valve 20 Refrigerant dripping part 21 Inner groove 22 Heat transfer fin 22a Heat transfer guide fin 23 Radiator inlet 24 Radiator outlet 25 Radiation fin 26 Thin chamber bottom

Claims (7)

受熱器と、この受熱器の排出口に放熱経路を介して接続した放熱器と、この放熱器と前記受熱器の流入口を接続した帰還経路と、この帰還経路に介在させた逆止弁を備え、前記受熱器は、その裏面側に、発熱体に接触させて熱を吸収する吸熱部を有する受熱板と、この受熱板の表面側を、空間を介して覆った受熱板カバーとを有し、前記受熱板の前記流入口の冷媒滴下部に、前記吸熱部に向かって低く傾斜した傾斜部を設けた冷却装置。 A heat receiver, a radiator connected to the outlet of the heat receiver via a heat dissipation path, a feedback path connecting the heat sink and the inlet of the heat receiver, and a check valve interposed in the feedback path. The heat receiver has a heat receiving plate having a heat absorbing portion that contacts the heating element and absorbs heat on the back side thereof, and a heat receiving plate cover that covers the surface side of the heat receiving plate with a space interposed therebetween. And the cooling device which provided the inclination part inclined low toward the said heat absorption part in the refrigerant | coolant dripping part of the said inflow port of the said heat receiving plate. 受熱器の排出口と流入口との少なくとも一方は、この受熱器の側方に配置した請求項1に記載の冷却装置。 The cooling device according to claim 1, wherein at least one of the outlet and the inlet of the heat receiver is disposed on a side of the heat receiver. 受熱板の表面には、前記吸熱部から排出口側に向けて溝を形成した請求項1または2に記載の冷却装置。 The cooling device according to claim 1 or 2, wherein a groove is formed on the surface of the heat receiving plate from the heat absorbing portion toward the discharge port side. 放熱器が薄形チャンバーと放熱体で構成され、前記薄形チャンバーの内部に伝熱フィンを設け、前記薄形チャンバーと放熱経路の接続口は帰還経路の接続口より高い位置に設けた請求項1から3のいずれか一つに記載の冷却装置。 The radiator is composed of a thin chamber and a radiator, heat transfer fins are provided inside the thin chamber, and a connection port between the thin chamber and the heat dissipation path is provided at a position higher than a connection port of the return path. The cooling device according to any one of 1 to 3. 放熱器が薄形チャンバーの下外表面に放熱体を設けた請求項1から4のいずれか一つに記載の冷却装置。 The cooling device according to any one of claims 1 to 4, wherein the radiator is provided with a radiator on a lower outer surface of the thin chamber. 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。 An electric vehicle that mounts the cooling device according to any one of claims 1 to 5 and that cools a power change device that drives an electric motor that drives an axle. 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。 An electronic device that mounts the cooling device according to claim 1 and cools a heating element.
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