JP2019062077A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流通する冷媒の圧力損失の増大を防止しやすい冷却装置を提供すること。【解決手段】冷却装置１は、ケース２と、ケース２内に設けられた流路である内部流路３と、を有する。ケース２は、内部流路３の一端からケース２の外部に向かって開口する連結流路２０を有する。連結流路２０は、内部流路３に対して鈍角に傾斜するよう接続している。【選択図】図３

Description

本発明は、電力変換装置の発熱部品等を冷却する冷却装置に関する。

特許文献１には、電気自動車用インバータ装置のインバータ回路を冷却するための冷却装置が開示されている。特許文献１に記載の冷却装置は、ケースと、前記ケース内に配された内部流路と、前記ケースの外部に配された外部流路と、前記内部流路及び前記外部流路を連結するために前記ケースに貫通形成された屈曲冷却水路とを有する。前記屈曲冷却水路は、前記内部流路から流入される冷媒の流通方向と、前記屈曲冷却水路から排出される冷媒の流通方向とが直交するよう、Ｌ字型に形成されている。

特開２００９−１０５１７４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の冷却装置において、屈曲冷却水路は、前述のようにＬ字型に形成されているため、冷媒が屈曲冷却水路を流れる際、冷媒の圧力損失が増大しやすい。これにより、内部流路と外部流路との間において冷媒の流れが悪くなり、冷却装置の冷却性能が低下するおそれがある。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、流通する冷媒の圧力損失の増大を防止しやすい冷却装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、ケース（２）と、
前記ケース内に設けられた流路である内部流路（３）と、を有し、
前記ケースは、前記内部流路の一端から前記ケースの外部に向かって開口する連結流路（２０）を有し、
前記連結流路は、前記内部流路に対して鈍角に傾斜するよう接続している、冷却装置（１）にある。

前記冷却装置において、連結流路は、内部流路に対して鈍角に傾斜するよう接続している。それゆえ、内部流路及び連結流路を流れる冷媒の圧力損失が増大することを防止しやすい。

また、連結流路は、内部流路に対して傾斜するよう接続している。これにより、内部流路を、連結流路を介して別の冷却器の流路に連結する際、当該別の冷却器の位置に応じて連結流路の傾斜を調整することにより、流通する冷媒の圧力損失の増大を防止しつつ、内部流路と別の冷却器の流路とを容易に連結することができる。

以上のごとく、前記態様によれば、流通する冷媒の圧力損失の増大を防止しやすい冷却装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、冷却装置の断面図。 実施形態１における、下側カバーを取り外した冷却装置を下側から見た図。 実施形態１における、冷却装置の連結流路周辺の拡大断面図。

（実施形態１）
冷却装置の実施形態につき、図１〜図３を用いて説明する。
本実施形態の冷却装置１は、図１に示すごとく、ケース２と、ケース２内に設けられた流路である内部流路３と、を有する。図１、図３に示すごとく、ケース２は、内部流路３の一端からケース２の外部に向かって開口する連結流路２０を有する。連結流路２０は、内部流路３に対して鈍角に傾斜するよう接続している。

本実施形態において、冷却装置１は、電力変換回路の構成部品を冷却するために用いられる。また、本実施形態において、冷却装置１は、車両に配されて用いられる。本実施形態において、冷却装置１は、ケース２における後述の底壁２１側から車両に設置される。図１に示すごとく、本実施形態において、内部流路３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１及びリアクトル１２等を冷却する。

ケース２の外形は、直方体形状を有する。ケース２は、底壁２１と、底壁２１から立設された側壁２２とを有する。以後、側壁２２の立設方向を便宜上、上下方向Ｚという。また、便宜上、上下方向Ｚにおいて、側壁２２に対する底壁２１側を下側、その反対側を上側と定義する。また、便宜上、上下方向Ｚに直交する方向の一つを横方向Ｘといい、上下方向Ｚ及び横方向Ｘの双方に直交する方向を縦方向Ｙという。

ケース２は、側壁２２の一部及び底壁２１を有する第一ケース２ａと、側壁２２の他の一部を有する第二ケース２ｂを備える。図２に示すごとく、第一ケース２ａは、略矩形板状の底壁２１と、その外周縁から立設された４つの第一側壁２２ａとを有する。第一側壁２２ａは、前述の側壁２２の一部を構成している。

図１に示すごとく、第二ケース２ｂは、第一ケース２ａの上側に重なるよう配されている。第二ケース２ｂは、矩形筒状を呈するとともに、４つの第一側壁２２ａと同一面上に形成された４つの第二側壁２２ｂを有する。第二側壁２２ｂも、前述の側壁２２の一部を構成している。なお、第二ケース２ｂの上側の開口は、上側カバー２３によって閉塞されている。

図１、図２に示すごとく、底壁２１は、底壁２１の下面から上側に凹むよう形成された凹部２１１を有する。また、図１に示すごとく、ケース２は、凹部２１１を下側から閉塞する下側カバー２４を有する。内部流路３は、凹部２１１と下側カバー２４とによって囲まれた領域によって構成されている。すなわち、ケース２によって、内部流路３が形成されており、ケース２の一部が冷却器の役割を有する。

内部流路３は、上下方向Ｚに直交する面方向に冷媒が流れるよう構成されている。図２に示すごとく、内部流路３は、上下方向Ｚから見たとき、Ｕ字状を呈している。すなわち、内部流路３は、それぞれ横方向Ｘに長尺で互いに縦方向Ｙに隣り合う第一長尺流路３１及び第二長尺流路３２と、第一長尺流路３１及び第二長尺流路３２の一端同士を連結する折返し流路３３とを有する。

図示は省略するが、ケース２には、第一長尺流路３１における折返し流路３３と反対側の端部から、ケース２の外部に向って開口する冷媒導入口が形成されている。冷媒導入口は、ケース２における底壁２１と側壁２２との境界部に形成されており、かつ、ケース２を横方向Ｘに貫通するよう形成されている。冷媒導入口には、ケース２の外側に突出する冷媒導入管１３が挿入されている。内部流路３は、冷媒導入管１３から冷媒が導入される。

内部流路３は、第一長尺流路３１側の端部が冷媒導入口に連結されており、第二長尺流路３２側の端部が、前述の連結流路２０に連結されている。これにより、冷媒は、冷媒導入口から内部流路３に導入され、第一長尺流路３１を横方向Ｘに流れた後、折返し流路３３を流れ、その後、第二長尺流路３２を横方向Ｘに流れた後、連結流路２０からケース２の外部に排出される。冷媒は、内部流路３における連結流路２０側の端部を横方向Ｘに流れる。なお、底壁２１は、下側に向かって突出したフィン２５を有する。フィン２５は、内部流路３に流通する冷媒の流通方向に沿って形成されている。

図１、図３に示すごとく、連結流路２０は、側壁２２と底壁２１との境界部２６に形成されている。境界部２６は、側壁２２における境界部２６の上側に隣接する部位よりも厚みが大きくなるよう形成されている。連結流路２０は、冷媒導入口に対して縦方向Ｙに離隔した位置に形成されている。連結流路２０は、内部流路３から遠ざかるにつれて上側に向かうよう傾斜している。すなわち、連結流路２０は、内部流路３から離れるにつれて、上側に向かうよう傾斜している。連結流路２０は、冷媒が略直線状に流通するよう、真っ直ぐ形成されている。

図３に示すごとく、内部流路３における連結流路２０側の端部に流れる冷媒の流通方向（すなわち、横方向Ｘ）に延びる直線Ｌ１と、連結流路２０に流れる冷媒の流通方向に延びる直線Ｌ２とがなす角度θは、０°＜θ≦６０°を満たすことが、冷媒の圧力損失を抑制する観点から好ましい。また、角度θは、０°＜θ≦３０°を満たすことが、冷媒の圧力損失を更に抑制する観点から好ましい。本実施形態において、角度θは３０°である。

図１、図３に示すごとく、冷却装置１は、連結流路２０から、内部流路３側と反対側に突出した突出管１４を有する。本実施形態において、突出管１４は、金属を筒状に形成してなるパイプであり、連結流路２０の内側に圧入されている。突出管１４の上端位置は、上下方向Ｚにおける側壁２２の両端位置の内側に収まっている。横方向Ｘから見たとき、突出管１４の上端位置は、側壁２２の一部と重なる位置にある。

図１に示すごとく、ケース２内には、内部流路３の上側に配された上側流路４が更に設けられている。上側流路４は、ケース２の側壁２２を貫通するよう形成された上側連結口２７の内側を通ってケース２の外部に連通している。連結流路２０と上側流路４とは、ケース２の外部に配された可とう性を有する外部連結管１５を介して連通している。なお、図２においては、外部連結管１５の図示を省略している。

外部連結管１５は、例えばゴム等の可とう性を有する材料からなる。外部連結管１５は、突出管１４における連結流路２０に挿入された側と反対側の部位を、外周側から覆うように突出管１４に嵌合されている。外部連結管１５は、緩やかに湾曲した形状を有する。そして、外部連結管１５における突出管１４に嵌合された側と反対側は、第二ケース２ｂの内側に配された上側流路４に連通している。

上側流路４は、例えば、電力変換回路を構成する半導体モジュールを冷却するものとすることができる。第二ケース２ｂの第二側壁２２ｂには、上側流路４の一端およびケース２の外部の双方に連通する上側連結口２７が形成されている。連結流路２０と上側連結口２７とは、ケース２における互いに同じ側に位置している。横方向Ｘから見たとき、連結流路２０と上側連結口２７とは上下方向Ｚに重なる位置に形成されている。本実施形態において、上側連結口２７は、連結流路２０の真上に形成されている。

上側流路４の一端は、第二側壁２２ｂの上側連結口２７の内側に配されている。なお、上側流路４と上側連結口２７との間には、これらの間のシール性を確保するためのシール部材１６が配されている。シール部材１６は、ゴム等の弾性変形可能な材料からなる。そして、上側流路４の上側連結口２７側の端部は、仲介管１７を介して外部連結管１５と連通されている。これにより、内部流路３と上側流路４とは、外部連結管１５を介して連通している。本実施形態において、連結流路２０及び突出管１４は、横方向Ｘにおいて内部流路３側から遠ざかるにつれて上側に向かうよう傾斜しているため、連結流路２０及び突出管１４が横方向Ｘに沿って形成されている場合と比べ、連結流路２０と上側流路４とを連結する際、外部連結管１５を緩やかに湾曲させやすい。なお、仲介管１７は、ケース２の外側から、第二側壁２２ｂに固定されている。

詳細な図示は省略するが、上側流路４は、積層冷却器１８とすることができる。積層冷却器１８は、冷媒を縦方向Ｙに流通させる複数の冷却管を横方向Ｘに積層するとともに、隣り合う冷却管の縦方向Ｙの両端部同士を連結管にて連結したものである。そして、積層冷却器１８は、隣り合う冷却間の間に、半導体モジュールを挟持しており、これにより半導体モジュールをその両面から冷却している。

また、図示は省略するが、ケース２の第二側壁２２ｂには、上側流路４の下流側端部及びケース２の外部の双方に連通する冷媒排出口が形成されている。冷媒排出口は、上側連結口２７と縦方向Ｙに離隔した位置に形成されている。冷媒排出口は、第二側壁２２ｂを横方向Ｘに貫通するよう形成されている。冷媒排出口には、ケース２の外側に突出する冷媒排出管が挿入されている。上側流路４内の冷媒は、冷媒排出管からケース２外部に排出される。

次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
冷却装置１において、連結流路２０は、内部流路３に対して鈍角に傾斜するよう接続している。それゆえ、内部流路３及び連結流路２０を流れる冷媒の圧力損失が増大することを防止しやすい。

また、連結流路２０は、内部流路３に対して傾斜するよう接続している。これにより、内部流路３を、連結流路２０を介して別の冷却器の流路に連結する際、当該別の冷却器の位置に応じて連結流路２０の傾斜を調整することにより、流通する冷媒の圧力損失の増大を防止しつつ、内部流路３とケース２外部の別の流路とを容易に連結することができる。

また、ケース２は、底壁２１と、底壁２１から立設された側壁２２とを有し、連結流路２０は、内部流路３から遠ざかるにつれて上側に向かうよう傾斜している。それゆえ、例えば冷却装置１を車両内に設置して使用する場合等において、冷却装置１を底壁２１側から載置したとき、ケース２の斜め上側から、連結流路２０に連通させるホース等（本実施形態においては外部連結管１５）を組み付けることができるため、連結流路２０にホース等を組み付けやすい。

また、突出管１４の上端位置は、上下方向Ｚにおける側壁２２の両端位置の内側に収まっている。それゆえ、例えば冷却装置１を配置する際等において、突出管１４がケース２外部に配された別部材に干渉することを防ぎやすい。

また、内部流路３は、底壁２１に形成された凹部２１１と下側カバー２４とによって囲まれた領域によって構成されている。それゆえ、内部流路３をケース２によって構成することができるため、部品点数の削減を図りやすい。また、連結流路２０は、側壁２２と底壁２１との境界部２６に形成されている。それゆえ、前述のように内部流路３を構成しても、内部流路３と連結流路２０とを容易に連通させることができる。さらに、連結流路２０は、側壁２２と底壁２１との境界部２６、すなわち、ケース２の端に形成されるため、連結流路２０から突出管１４を突出させた場合や、ケース２の外側から突出管１４に外部連結管１５を組み付けた場合でも、突出管１４や外部連結管１５がケース２外部に配された別部材に干渉し難い。

また、ケース２内には、内部流路３の上側に配された上側流路４が更に設けられている。そして、上側流路４は、ケース２の側壁２２を貫通するよう形成された上側連結口２７の内側を通ってケース２の外部に連通している。そして、連結流路２０と上側流路４とは、ケース２の外部に配された可とう性を有する外部連結管１５を介して連通している。ここで、連結流路２０は、前述のごとく、上下方向Ｚに直交する方向においてケース２の外側へ向かうほど、上側に向かうよう傾斜している。それゆえ、外部連結管１５によって連結流路２０と上側流路４とを連通させる際、外部連結管１５を大きな曲率で曲げることなく、連結流路２０と上側流路４とを連通させやすい。それゆえ、冷媒の圧力損失の増大を防止しやすい。

また、連結流路２０と上側連結口２７とは、ケース２における互いに同じ側に位置している。それゆえ、連結流路２０と、上側連結口２７の内側に配される上側流路４とを連結する外部連結管１５を短く形成しやすい。それゆえ、冷却装置１全体の小型化を図りやすい。

また、冷却装置１は、電力変換回路の構成部品を冷却するために用いられる。ここで、冷却装置１は前述のごとく、冷媒の圧力損失を抑制することができ、これに伴い冷却装置１の冷却性能を向上させることができる。それゆえ、冷却装置１を電力変換回路の構成部品を冷却するために用いることにより、電力変換回路の構成部品を効率的に冷却することができる。

以上のごとく、本実施形態によれば、流通する冷媒の圧力損失の増大を防止しやすい冷却装置を提供することができる。

本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。例えば、前記実施形態において、ケースの一部が冷却器を構成する形態を示したが、これに限られず、ケース内にケースとは別体の冷却器を配置し、当該冷却器の冷媒流路を、前述の内部流路としてもよい。また、連結流路は、側壁と底壁との境界部に形成した形態を示したが、これに限られず、例えば側壁の一部に形成してもよい。

１ 冷却装置
２ ケース
２０ 連結流路
３ 内部流路

Claims (7)

1. ケース（２）と、
   前記ケース内に設けられた流路である内部流路（３）と、を有し、
   前記ケースは、前記内部流路の一端から前記ケースの外部に向かって開口する連結流路（２０）を有し、
   前記連結流路は、前記内部流路に対して鈍角に傾斜するよう接続している、冷却装置（１）。
2. 前記ケースは、底壁（２１）と、前記底壁から立設された側壁（２２）とを有し、前記側壁の立設方向（Ｚ）において、前記側壁に対する前記底壁側を下側、その反対側を上側と定義したとき、前記連結流路は、前記内部流路から遠ざかるにつれて上側に向かうよう傾斜している、請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記連結流路から、前記内部流路側と反対側に突出した突出管（１４）を有し、前記突出管の上端位置は、前記立設方向における前記側壁の両端位置の内側に収まっている、請求項２に記載の冷却装置。
4. 前記底壁は、前記底壁の下面から上側に凹むよう形成された凹部（２１１）を有し、前記ケースは、前記凹部を下側から閉塞する下側カバー（２４）を有し、前記内部流路は、前記凹部と前記下側カバーとによって囲まれた領域によって構成されており、前記連結流路は、前記側壁と前記底壁との境界部（２６）に形成されている、請求項２又は３に記載の冷却装置。
5. 前記ケース内には、前記内部流路の上側に配された上側流路（４）が更に設けられており、前記上側流路は、前記ケースの前記側壁を貫通するよう形成された上側連結口（２７）の内側を通って前記ケースの外部に連通しており、前記連結流路と前記上側流路とは、前記ケースの外部に配された可とう性を有する外部連結管（１５）を介して連通している、請求項２〜４のいずれか一項に記載の冷却装置。
6. 前記連結流路と前記上側連結口とは、前記ケースにおける互いに同じ側に位置している、請求項５に記載の冷却装置。
7. 電力変換回路の構成部品（１１、１２）を冷却するために用いられる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の冷却装置。

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