JP2019110199A - Electronic component cooling apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子部品冷却装置に関する。 The present invention relates to an electronic component cooling device.
車両等に搭載されるパワーモジュールには、発熱量の多い電子部品が複数用いられるため、これらの電子部品を冷却する冷却装置が設けられている。例えば、特許文献1には、電子部品を冷媒液により冷却する冷却器と、冷媒液を冷却する凝縮器と、冷媒液を移動させるポンプと、を備える冷却装置が開示されている。 Since a plurality of electronic components having a large amount of heat generation are used in a power module mounted on a vehicle or the like, a cooling device for cooling these electronic components is provided. For example, Patent Document 1 discloses a cooling device provided with a cooler that cools an electronic component with a refrigerant liquid, a condenser that cools the refrigerant liquid, and a pump that moves the refrigerant liquid.
特許文献1の冷却装置においては、ポンプは、凝縮器から冷却器に冷媒液を流通させる流路に設けられ、冷媒液を冷却器へ向けて流動させる。したがって、ポンプの下流側に位置する冷却器では、ポンプの作動により冷却器内の圧力が上がってしまう可能性がある。この結果、冷却器内の冷媒液の沸点が上がってしまい、電子部品の冷却性能が低下する可能性がある。 In the cooling device of Patent Document 1, the pump is provided in a flow path for circulating the refrigerant liquid from the condenser to the cooler, and causes the refrigerant liquid to flow toward the cooler. Therefore, in the cooler located downstream of the pump, the pressure in the cooler may rise due to the operation of the pump. As a result, the boiling point of the refrigerant liquid in the cooler may rise, and the cooling performance of the electronic component may be reduced.
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、電子部品の冷却性能を向上させることができる電子部品冷却装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide an electronic component cooling device capable of improving the cooling performance of the electronic component.
上記目的を達成するために、本発明では、電子部品冷却装置に係る第1の解決手段として、電子部品の熱により冷媒液を気化させる蒸発器と、前記蒸発器で発生した冷媒蒸気を凝縮させて前記冷媒液に再生する凝縮器と、前記冷媒蒸気を前記蒸発器から前記凝縮器に流通させる第1流路と、前記冷媒液を前記凝縮器から前記蒸発器に流通させる第2流路とを有する循環流路と、前記第1流路に設けられ、前記冷媒蒸気に前記凝縮器へ向けた流動力を作用させる蒸気流動化手段と、を備え、前記蒸発器又は前記第2流路の下流部には、前記冷媒液の流路を絞った絞り部が設けられる、という手段を採用する。 In order to achieve the above object, in the present invention, as a first solution according to an electronic component cooling device, an evaporator for evaporating a refrigerant liquid by heat of the electronic component and a refrigerant vapor generated in the evaporator are condensed. A condenser that regenerates the refrigerant liquid, a first flow path that causes the refrigerant vapor to flow from the evaporator to the condenser, and a second flow path that causes the refrigerant liquid to flow from the condenser to the evaporator And a fluidization means provided in the first flow path for causing a flow force directed to the condenser on the refrigerant vapor, the evaporator or the second flow path In the downstream portion, a throttling portion for throttling the flow path of the refrigerant liquid is provided.
また、本発明では、電子部品冷却装置に係る第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、前記絞り部は、前記電子部品に対応して前記蒸発器内に設けられる表面積拡張部材である、という手段を採用する。 Further, in the present invention, as a second solution according to the electronic component cooling device, in the first solution, the throttling portion is a surface area expansion member provided in the evaporator corresponding to the electronic component. Adopt a means of
また、本発明では、電子部品冷却装置に係る第3の解決手段として、上記第1又は第2の解決手段において、前記絞り部は、前記第2流路の前記下流部に設けられる絞り通路である、という手段を採用する。 Further, in the present invention, as the third solution according to the electronic component cooling device, in the first or second solution, the throttling portion is a throttling passage provided in the downstream portion of the second flow passage. Adopt a means of
また、本発明では、電子部品冷却装置に係る第4の解決手段として、上記第1〜第3のいずれか1つの解決手段において、前記蒸発器の内部の圧力を調整する圧力調整手段をさらに備える、という手段を採用する。 Further, according to the present invention, as a fourth solution according to the electronic component cooling device, in any one of the first to third solutions, the apparatus further comprises pressure adjusting means for adjusting the pressure inside the evaporator. Adopt means of.
本発明によれば、電子部品の冷却性能を向上させることができる。 According to the present invention, the cooling performance of the electronic component can be improved.
(第1実施形態)
以下、図1を参照し、本発明の第1実施形態に係る電子部品冷却装置1(以下、単に冷却装置1とも称する)について説明する。冷却装置1は、電子部品Eの冷却に用いられる。電子部品Eは、例えば、ハイブリッド車や電気自動車等、モータ(電動機)を動力源として走行する車両に搭載されるPCU(パワーコントロールユニット)のパワー半導体モジュールである。
First Embodiment
Hereinafter, an electronic component cooling device 1 (hereinafter, also simply referred to as a cooling device 1) according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The cooling device 1 is used to cool the electronic component E. The electronic component E is, for example, a power semiconductor module of a PCU (power control unit) mounted on a vehicle traveling using a motor (electric motor) as a power source, such as a hybrid vehicle or an electric vehicle.
冷却装置1は、蒸発器10と、凝縮器20と、循環流路30と、圧縮機(蒸気流動化手段)40と、を備える。
蒸発器10は、電子部品Eの熱により冷媒液を気化させる。凝縮器20は、蒸発器10で発生した冷媒蒸気を凝縮させて冷媒液に再生する。循環流路30は、冷媒蒸気を蒸発器10から凝縮器20に流通させる第1流路31と、冷媒液を凝縮器20から蒸発器10に流通させる第2流路32とを有する。圧縮機40は、第1流路31に設けられ、冷媒蒸気に凝縮器20へ向けた流動力を作用させる。
The cooling device 1 includes an
The
蒸発器10は、略直方体形状のハウジング11と、ハウジング11の内部に設けられる表面積拡張部材12とを有する。
ハウジング11は、略直方体形状を有する。ハウジング11の内部には、冷媒液が貯留される。ハウジング11の底壁11aは、電子部品Eが取り付けられる取付面11bを有する。取付面11bは、底壁11aの外面である。
ハウジング11の上部には、第1流路31の一端が接続される。ハウジング11の下部には、第2流路32の一端が接続される。
The
The
One end of the
表面積拡張部材(絞り部)12は、電子部品Eに対応して取付面11bの背面11cに設けられる。背面11cは、底壁11aの内面である。表面積拡張部材12は、背面11cに接するよう設けられる。表面積拡張部材12は、ハウジング11に貯留される冷媒液に浸漬されている。表面積拡張部材12は、多孔質体である。冷媒液が表面積拡張部材12の内部を移動することにより、冷媒液の流路が絞られる。
The surface area expansion member (throttle portion) 12 is provided on the
凝縮器20には、ファン21が設けられる。
凝縮器20の上部には、第1流路31の他端が接続される。凝縮器20の下部には、第2流路32の他端が接続される。
The
The other end of the
第1流路31は、蒸発器10の下流と凝縮器20の上流とを接続する。
第2流路32は、凝縮器20の下流と蒸発器10の上流とを接続する。
The
The
圧縮機40は、第1流路31の途中部位に設けられる。圧縮機40は、蒸発器10から供給されてくる冷媒蒸気を加圧して、凝縮器20へ送る。
The
次に、上記構成の冷却装置1の動作について説明する。
蒸発器10において、ハウジング11に貯留される冷媒液により、電子部品Eが冷却される。具体的には、電子部品Eの熱は、底壁11aへ伝達される。冷媒液は、底壁11aの熱を回収して、冷媒蒸気を生成する。すなわち、冷媒液は、液体の状態から気体の状態に変化する時に、底壁11a(電子部品E)の熱を吸収して、底壁11a(電子部品E)を冷却する。このように、電子部品Eは、底壁11aを介して冷媒液と間接的に熱交換を行うことにより、冷却される。ここで、表面積拡張部材12は、多孔質体として構成されている。したがって、冷媒液が表面積拡張部材12の内部を移動することにより、伝熱面積が増大するため、熱交換効率が向上する。この結果、電子部品Eの冷却が促進される。
Next, the operation of the cooling device 1 configured as described above will be described.
In the
蒸発器10で発生した冷媒蒸気は、第1流路31へ排出される。冷媒蒸気は、圧縮機40により加圧されて、凝縮器20へ送られる。この結果、圧縮機40よりも上流における第1流路31内の圧力及び蒸発器10内の圧力は相対的に低くなり、圧縮機40よりも下流における第1流路31内の圧力及び凝縮器20内の圧力は相対的に高くなる。
冷媒蒸気は、凝縮器20で冷却されることにより凝縮(液化)する。すなわち、冷媒蒸気は、凝縮器20において放熱することにより、気体の状態から液体の状態に戻される。この際、ファン21からの送風により冷媒蒸気の冷却が補助される。
凝縮された冷媒液は、第2流路32へ排出される。冷媒液は、第2流路32を介して蒸発器10へ戻され、ハウジング11に貯留される。
The refrigerant vapor generated in the
The refrigerant vapor is condensed (liquefied) by being cooled by the
The condensed refrigerant liquid is discharged to the
以上説明したように、本実施形態によれば、圧縮機40にて冷媒蒸気に流動力を作用させることにより、冷媒蒸気及び冷媒液を循環流路30において循環させる。圧縮機40にて冷媒蒸気を凝縮器20へ向けて強制的に流動させると、多孔質体の表面積拡張部材12により蒸発器10内における冷媒液の流路が絞られているため、圧縮機40よりも上流における第1流路31内の圧力及び蒸発器10内の圧力が下がる。この結果、蒸発器10内の冷媒液の沸点が下がるため、蒸発器10で冷媒蒸気が発生しやすくなる。したがって、電子部品Eの冷却性能が向上する。また、圧縮機40よりも下流における第1流路31内の圧力及び凝縮器20内の圧力が上がる。この結果、凝縮器20内の冷媒液の沸点(冷媒蒸気の凝縮点)が上がるため、凝縮器20で冷媒蒸気が凝縮しやすくなる。
As described above, according to the present embodiment, the refrigerant vapor and the refrigerant liquid are circulated in the
(第2実施形態)
次に、図2を参照し、本発明の第2実施形態に係る電子部品冷却装置100(以下、単に冷却装置100とも称する)について説明する。なお、本実施形態においては、第1実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
本実施形態の冷却装置100においては、第2流路32の下流部32aに、冷媒液の流路を絞った絞り通路(絞り部)50が設けられる。冷媒液が絞り通路50を通過することで、第2流路32から蒸発器10に供給される冷媒液の流速が高められる。なお、絞り通路50は、蒸発器10内に設けられていてもよい。
Second Embodiment
Next, referring to FIG. 2, an electronic component cooling device 100 (hereinafter, also simply referred to as a cooling device 100) according to a second embodiment of the present invention will be described. In addition, in this embodiment, the same code | symbol is attached | subjected about the part same as the component in 1st Embodiment, the description is abbreviate | omitted, and only a different point is demonstrated.
In the
本実施形態によれば、圧縮機40にて冷媒蒸気を凝縮器20へ向けて強制的に流動させると、絞り通路50により第2流路32における冷媒液の流路が絞られているため、圧縮機40よりも上流における第1流路31内の圧力及び蒸発器10内の圧力が下がる。この結果、蒸発器10内の冷媒液の沸点が下がるため、蒸発器10で冷媒蒸気が発生しやすくなる。したがって、電子部品Eの冷却性能が向上する。また、圧縮機40よりも下流における第1流路31内の圧力及び凝縮器20内の圧力が上がる。この結果、凝縮器20内の冷媒液の沸点(冷媒蒸気の凝縮点)が上がるため、凝縮器20で冷媒蒸気が凝縮しやすくなる。
According to the present embodiment, when the refrigerant vapor is forced to flow toward the
(第3実施形態)
次に、図3を参照し、本発明の第3実施形態に係る電子部品冷却装置200(以下、単に冷却装置200とも称する)について説明する。なお、本実施形態においては、第1実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
本実施形態の冷却装置200においては、蒸発器10の内部の圧力を調整する圧力調整手段60が設けられる。
Third Embodiment
Next, an electronic component cooling device 200 (hereinafter, also simply referred to as a cooling device 200) according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, in this embodiment, the same code | symbol is attached | subjected about the part same as the component in 1st Embodiment, the description is abbreviate | omitted, and only a different point is demonstrated.
In the
第1流路31の圧縮機40よりも上流側と、第2流路32とを接続するバイパス流路33が設けられる。圧力調整手段60は、バイパス流路33の途中部位に設けられる。圧力調整手段60は、蒸発器10の内部の圧力が過度に高くなった場合に、第1流路31の圧縮機40よりも上流側を流れる冷媒蒸気を、バイパス流路33を介して第2流路32に導くことにより、蒸発器10の内部の圧力を低下させる。
A
圧縮機40が冷媒蒸気に作用させる流動力が大きすぎると、冷媒液が蒸発器10へ過剰に供給され、蒸発器10の内部の圧力が過度に高くなってしまう場合がある。この結果、蒸発器10内には十分な量の冷媒液が供給されるものの、蒸発器10内の冷媒液の沸点が上がってしまうため、電子部品Eの冷却性能が低下してしまう。このような場合に、圧力調整手段60を作動させて蒸発器10の内部の圧力を低下させる。これにより、電子部品Eの冷却性能の低下を防ぐことができる。
If the flow force of the
なお、本発明は、図面を参照して説明した上記実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上述の実施形態において、蒸気流動化手段として圧縮機を例示したが、蒸気流動化手段としてファンやブロアを用いてもよい。
また、絞り部として、第1実施形態の表面積拡張部材12と、第2実施形態の絞り通路50との双方が設けられていてもよい。
また、上述の第3実施形態において、圧力調整手段60を、第1流路31の圧縮機40よりも上流側と、第2流路32とを接続するバイパス流路33の途中部位に設けたが、本発明はこれに限られない。例えば、第1流路31の圧縮機40よりも上流側から冷媒蒸気を外部に排出することにより、蒸発器10の内部の圧力を低下させてもよい。
The present invention is not limited to the embodiment described above with reference to the drawings, and various modifications can be considered within the technical scope thereof.
For example, in the above-mentioned embodiment, although the compressor was illustrated as steam fluidization means, you may use a fan and a blower as steam fluidization means.
Moreover, both of the surface
Further, in the above-described third embodiment, the pressure adjusting means 60 is provided at an intermediate portion of the
その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。 In addition, it is possible to replace components in the embodiment with known components as appropriate without departing from the spirit of the present invention, and the above-described modifications may be combined as appropriate.
1、100、200…電子部品冷却装置、10…蒸発器、12…表面積拡張部材(絞り部)、20…凝縮器、30…循環流路、31…第1流路、32…第2流路、32a…下流部、40…圧縮機(蒸気流動化手段)、50…絞り通路(絞り部)、60…圧力調整手段、E…電子部品
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記蒸発器で発生した冷媒蒸気を凝縮させて前記冷媒液に再生する凝縮器と、
前記冷媒蒸気を前記蒸発器から前記凝縮器に流通させる第1流路と、前記冷媒液を前記凝縮器から前記蒸発器に流通させる第2流路とを有する循環流路と、
前記第1流路に設けられ、前記冷媒蒸気に前記凝縮器へ向けた流動力を作用させる蒸気流動化手段と、
を備え、
前記蒸発器又は前記第2流路の下流部には、前記冷媒液の流路を絞った絞り部が設けられることを特徴とする電子部品冷却装置。 An evaporator that vaporizes a refrigerant liquid by heat of electronic components;
A condenser that condenses the refrigerant vapor generated by the evaporator and regenerates the refrigerant into the refrigerant liquid;
A circulation flow path having a first flow path for circulating the refrigerant vapor from the evaporator to the condenser, and a second flow path for circulating the refrigerant liquid from the condenser to the evaporator;
A steam fluidizing unit provided in the first flow path for applying a flow force directed to the condenser to the refrigerant vapor;
Equipped with
The electronic component cooling device is characterized in that a throttling portion obtained by throttling the flow path of the refrigerant liquid is provided at a downstream portion of the evaporator or the second flow path.
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CN112736046A (en) * | 2020-12-11 | 2021-04-30 | 杭州电子科技大学 | Integrated chip heat dissipation device and heat dissipation method thereof |
JP2023118660A (en) * | 2022-02-15 | 2023-08-25 | 廣達電腦股▲ふん▼有限公司 | System and method for vapor-compressed cooling |
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CN112736046B (en) * | 2020-12-11 | 2024-03-22 | 杭州电子科技大学 | Integrated chip heat dissipation device and heat dissipation method thereof |
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