JP2022179901A - 電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱部品を効率的に冷却可能な電気機器を提供する。【解決手段】内部が密閉空間ＣＳとされた筐体１０と、筐体１０の内部に貯溜された液体冷媒２０Ｌと、液体冷媒２０Ｌ中に浸漬され、通電によって発熱する少なくとも１つの発熱部品３０と、を備える電気機器１において、筐体１０の内部における液体冷媒２０Ｌの上方に、発熱部品３０からの発熱によって液体冷媒２０Ｌが気化した気化冷媒２０Ｇが放出される気相空間ＧＳを形成し、気相空間ＧＳに接する筐体１０の冷却壁部１５Ａに、筐体１０の内部から熱を吸収して筐体１０の外部に放熱する熱交換機構５０を設け、前記冷却壁部１５Ａに連なる前記筐体の側壁１７と、前記発熱部品３０との間には、上下方向に延在するガイド部材４０を設ける。密閉空間ＣＳの内部において、ガイド部材４０の上方には、少なくとも気化冷媒２０Ｇが流通可能な連通路Ｐ１を形成し、ガイド部材４０の下方には、液体冷媒２０Ｌが流通可能な流路Ｐ２を形成する。【選択図】図１

Description

本開示は、電気機器に関する。

従来、電気機器の一例として、入力された直流の電圧を所定レベルの直流の電圧に変換して出力する電力変換装置等が知られている。電力変換装置は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載される。電力変換装置等の電気機器に用いられる電子部品は、通電に伴って発熱する発熱部品であり発熱量も比較的大きい。発熱部品の冷却が良好に行われなければ、電気機器全体が高温となって性能が低下する可能性がある。

発熱部品を冷却する手段として、例えば下記特許文献１には、沸騰冷却装置が開示されている。この沸騰冷却装置では、液体冷媒を貯溜する冷却容器の受熱壁に発熱部品を取り付け、発熱部品からの受熱によって液体冷媒を沸騰させる。冷却容器には、冷媒貯溜部と冷媒凝縮部が形成されており、冷却容器の開口部に、吸熱部及び放熱部を有する熱交換体が挿入される。吸熱部は冷却容器の冷媒凝縮部の内部に配置され、沸騰した液体冷媒は、吸熱部に熱を伝えて凝縮する。吸熱部に伝えられた熱は、熱交換体を介して放熱部から放熱される。このように、液体冷媒を沸騰させながら熱交換が行われることにより、発熱部品が効率的に冷却される。

特開２０１２－１６７８６６号公報

上記沸騰冷却装置では、発熱部品の熱は受熱壁を通して液体冷媒に伝えられる。ここで、発熱部品を液体冷媒に浸漬して沸騰冷却を行うことができれば、冷却効率のさらなる向上が期待できる。このような冷却を実現する上では、液体冷媒を貯溜する筐体中において、液体冷媒の沸騰（発熱部品からの受熱）、気化冷媒の凝縮（熱交換部材への伝熱）、凝縮された液体冷媒の還流、を含む冷媒の循環が滞りなく行われるように、冷媒の流れを整えることが重要となる。

本明細書に開示される技術は、上記のような事情に基づいて完成されたものであって、液体冷媒の沸騰現象を利用して効率的に発熱部品を冷却可能な電気機器を提供することを目的とする。

本開示に係る電気機器は、内部が密閉空間とされた筐体と、前記筐体の内部に貯溜された液体冷媒と、前記液体冷媒中に浸漬され、通電によって発熱する少なくとも１つの発熱部品と、を備え、前記筐体の内部において前記液体冷媒の上方には、前記発熱部品からの発熱によって前記液体冷媒が気化した気化冷媒が放出される気相空間が形成され、前記気相空間に接する前記筐体の冷却壁部には、前記筐体の内部から熱を吸収して前記筐体の外部に放熱する熱交換機構が設けられ、前記冷却壁部に連なる前記筐体の側壁と、前記発熱部品との間には、上下方向に延在するガイド部材が設けられ、前記密閉空間の内部において、前記ガイド部材の上方には、少なくとも前記気化冷媒が流通可能な連通路が形成され、前記ガイド部材の下方には、前記液体冷媒が流通可能な流路が形成されている。

本開示によれば、発熱部品を効率的に冷却可能な電気機器を提供できる。

図１は、実施形態に係る電気機器の筐体内部の構成を模式的に示した斜視図である。 図２は、電気機器の筐体内部の構成を模式的に示した側面図である。 図３は、電気機器の筐体内部を真空にする工程を示す説明図である。 図４は、電気機器の筐体内部に液体冷媒を注入する工程を示す説明図である。 図５Ａは、電気機器の筐体内部に密閉空間を形成する工程において、筐体内部に接続されたパイプのバルブを閉止した様子を示す説明図である。 図５Ｂは、電気機器の筐体内部に密閉空間を形成する工程において、図５Ａで閉止したバルブよりも筐体側の位置においてパイプを加締め、閉塞した様子を示す説明図である。 図５Ｃは、電気機器の筐体内部に密閉空間を形成する工程において、図５Ｂで加締めた部分よりも外側の位置においてパイプを切断した様子を示す説明図である。

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様が列挙されて説明される。

（１）本開示に係る電気機器は、内部が密閉空間とされた筐体と、前記筐体の内部に貯溜された液体冷媒と、前記液体冷媒中に浸漬され、通電によって発熱する少なくとも１つの発熱部品と、を備え、前記筐体の内部において前記液体冷媒の上方には、前記発熱部品からの発熱によって前記液体冷媒が気化した気化冷媒が放出される気相空間が形成され、前記気相空間に接する前記筐体の冷却壁部には、前記筐体の内部から熱を吸収して前記筐体の外部に放熱する熱交換機構が設けられ、前記冷却壁部に連なる前記筐体の側壁と、前記発熱部品との間には、上下方向に延在するガイド部材が設けられ、前記密閉空間の内部において、前記ガイド部材の上方には、少なくとも前記気化冷媒が流通可能な連通路が形成され、前記ガイド部材の下方には、前記液体冷媒が流通可能な流路が形成されている。

上記（１）の構成によれば、ガイド部材により、筐体内部の密閉空間中に冷媒沸騰部、冷媒凝縮部、冷媒還流部が分離形成される。すなわち、筐体内の中央部において液体冷媒及び気化冷媒を含んで上昇する気液二相流と、側壁近傍において液体冷媒が下降する液相流が、ガイド部材によって分離され、筐体の内部を冷媒がスムーズに循環する。このように循環する冷媒を介して、発熱部品からの熱は、熱交換機構に伝えられ、滞りなく筐体の外部に放熱される。この結果、上記構成の電気機器では、発熱部品を効率的に冷却することができる。

（２）本開示に係る電気機器は、前記筐体の内部に配された回路基板をさらに備え、前記発熱部品は、前記回路基板の板面である２つの基板面のうち少なくとも一方の基板面上に実装され、前記回路基板は、前記基板面の法線が水平となる姿勢で配されていることが好ましい。
上記（２）の構成によれば、上下方向に延在するガイド部材に加え、基板面が上下方向に延在する起立姿勢で筐体の内部に配された回路基板も、冷媒の流れを整える整流板として機能する。この結果、筐体の内部において冷媒が一層スムーズに循環し、発熱部品が効率的に冷却される。

（３）本開示に係る電気機器は、一方向に長い長手状に形成されたバスバーをさらに備え、前記バスバーは、当該バスバーの長手方向が上下方向となる姿勢で前記回路基板上に実装されていることが好ましい。
上記（３）の構成によれば、バスバーも冷媒の流れを整える整流板として機能する。この結果、冷媒の流れが一層スムーズとなり、発熱部品がさらに効率的に冷却される。

（４）前記発熱部品は、当該発熱部品の外面において下側に位置する平らな下側外平面を有し、前記下側外平面が前記基板面の法線方向から視て傾斜する姿勢で、前記基板面上に実装されていることが好ましい。
上記（４）の構成によれば、発熱部品の外面を構成する平面が当該発熱部品の下側に位置している場合、すなわち発熱部品が下側外平面を有している場合であっても、この下側外平面が傾斜した態様で配されるため、気化冷媒は下側外平面の傾斜に沿って発熱部品の周囲を上昇する。この結果、気化冷媒が滞留して発熱部品の冷却が妨げられる事態の発生を低減できる。

（５）本開示に係る電気機器は、複数の前記発熱部品を備え、前記発熱部品は、一方の前記基板面及び他方の前記基板面の両基板面上に実装されていることが好ましい。
上記（５）の構成によれば、回路基板における発熱部品の実装密度を向上させ、電気機器の小型化を図ることができる。

（６）前記ガイド部材の上端部は、上方に向かって前記側壁から離隔する方向に傾斜していることが好ましい。
上記（６）の構成によれば、冷媒沸騰部から冷媒凝縮部へ、すなわち発熱部品の上方から冷却壁部近傍へ向かう気化冷媒の流れを妨げることなく、冷媒凝縮部で凝縮されて滴下する液体冷媒を、ガイド部材の上端部によって広い範囲で受け止めて、側壁近傍の冷媒還流部へ導くことができる。

（７）前記筐体は、前記側壁と上壁とを傾斜しつつ連結する傾斜壁を有し、前記冷却壁部は、前記傾斜壁に設けられていることが好ましい。
上記（７）の構成によれば、気化冷媒が冷却壁部に接し凝縮することによって生じた液体冷媒の多くが、傾斜壁及び側壁を伝って冷媒還流部へ導かれる。

（８）前記気相空間は、真空とされていることが好ましい。
ここで、「真空」とは、日本工業規格において定義されているように、通常の大気圧より低い圧力の気体で満たされた空間内の状態をいうものとする。上記（８）の構成によれば、液体冷媒の沸点を常圧下よりも降下させ、液体冷媒の沸騰効率ひいては発熱部品の冷却効率を、向上させることができる。

［本開示の実施形態の詳細］
以下に、本開示の実施形態が説明される。本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

＜実施形態＞
本開示の実施形態が図１から図５Ｃを参照しつつ説明される。以下の説明では、図２における上側を上とし、図２における左側を前とし、図２における紙面奥側を左として説明する。なお、複数の同一部材については、一部の部材にのみ符号を付し、他の部材の符号を省略する場合がある。

（電気機器１）
本実施形態では、自動車等の車両に搭載される電気機器１について例示する。電気機器１は、特に限定されないが、例えば入力された直流の電圧を所定レベルの直流の電圧に変換して出力するスイッチング型のＤＣ－ＤＣコンバータ（直流電圧変換装置）を含む機器であって、周知の回路構成を有する。電気機器１は、例えば、直流電圧を交流電圧に変換する第１のコンバータ、交流電圧の変圧を行うトランス（変圧器）、交流電圧を直流電圧に変換する第２のコンバータを備え、出力電圧を整える整流回路や、共振回路、平滑回路等を有して構成される。

図１及び図２に示されるように、本実施形態に係る電気機器１は、筐体１０と、筐体１０の内部に配される回路基板６０と、を備える。回路基板６０には、上記した回路を構成する電子部品等の発熱部品３０が取り付けられる。電気機器１は、図２に示すような、回路基板６０の基板面６１の法線が水平となる姿勢で、車両に搭載される。なお、水平とは、回路基板６０の基板面６１の法線が水平である場合を含むとともに、水平でなくとも実質的に水平と認定しうる場合も含む。

（筐体１０）
図１及び図２に示されるように、本実施形態に係る筐体１０は、全体として直方体深箱状の概形をなす。より詳しくは、長方形状の下壁１１の周縁から立ち上がる前壁１９Ｆ、後壁１９Ｂ、左側壁１７Ｌ、右側壁１７Ｒと、前壁１９Ｆ及び後壁１９Ｂに連なる上壁１３と、左側壁１７Ｌもしくは右側壁１７Ｒと上壁１３との間に位置する２つの傾斜壁１５と、を有する。傾斜壁１５は、上壁１３の左右縁から、下方に向かって互いに離隔する方向に傾斜しつつ延びて、左側壁１７Ｌもしくは右側壁１７Ｒの上縁に連結されている。以下、左側壁１７Ｌと右側壁１７Ｒを、まとめて側壁１７と称することがある。上壁１３は、下壁１１よりひと回り小さい長方形状をなす。上壁１３は、前後方向の寸法が下壁１１と等しい反面、左右方向の寸法は下壁１１よりも小さく、上方から視て上壁１３の中心は下壁１１の中心に重畳する。換言すれば、側壁１７及び傾斜壁１５は、長方形状をなし、前壁１９Ｆ及び後壁１９Ｂは、長方形の上辺に等脚台形の底辺を重ねた平面形状をなす。
筐体１０は、この内部に密閉空間ＣＳを形成しており、基本的に、筐体１０の内部と外部との間を液体及び気体が流通しないものとされている。

筐体１０を構成する計８つの各壁は、例えばアルミニウム、ステンレス等の金属を含む材料で形成できる。金属の中でも、アルミニウムやアルミニウム合金のように熱伝導率の高い金属を含む材料で形成されていることが好ましく、ステンレス鋼の表面に銅めっきやニッケルめっきを施したものを用いてもよい。本実施形態では、後述するように傾斜壁１５の一部が冷却壁部１５Ａとして機能するため、熱交換機構５０の熱交換効率ひいては発熱部品３０の冷却効率を向上させる観点から、特に傾斜壁１５に銅合金の板材を用いたり、傾斜壁１５の一部もしくは全部に銅めっきを施したりすることが好ましい。

（熱交換機構５０）
図１及び図２に示されるように、筐体１０の傾斜壁１５には、熱交換機構５０が付設されている。熱交換機構５０は、特に限定されるものではなく、筐体１０の内部から熱を吸収して筐体１０の外部に放熱可能なものであればよい。本実施形態では、冷却水等を循環させる冷却管５１が配設した箱体を、熱伝導率の高い金属で形成された傾斜壁１５の外面に取り付けることで、熱交換を行う構造を例示している。傾斜壁１５において箱体が取り付けられた部分が、冷却壁部１５Ａとされる。このような構造のほか、傾斜壁１５の外部に放熱フィンを付設し、ヒートシンクとして機能させるように構成してもよい。本実施形態に係る熱交換機構５０では、筐体１０内部の熱は、傾斜壁１５の冷却壁部１５Ａを介して冷却管５１内の冷却水等に伝えられ、冷却水等が循環することによって筐体１０の外部に放熱される。これにより、冷却壁部１５Ａ及びこの近傍の温度は、他の壁近傍よりも低温に維持される。

（冷媒２０）
筐体１０の内部には、冷媒２０が注入されている。以下、冷媒２０のうち、液状のものを液体冷媒２０Ｌ、気体状のものを気化冷媒２０Ｇと称する。冷媒２０としては、例えばパーフルオロカーボン、ハイドロフルオロエーテル、ハイドロフルオロケトン、フッ素系不活性液体、水、メタノールやエタノール等のアルコール、からなる群から選ばれる１つ又は複数を使用できる。発熱部品３０同士の発熱部品３０同士の間隔を小さくして電気機器１の小型化を図る観点から、冷媒２０は、絶縁性であって、単位体積当たりの塵埃粒子の含有量が低く、大きな絶縁耐圧を有することが好ましい。また、冷却効率の向上を図る観点から、冷媒２０は、比較的低い沸点を有することが好ましい。

図１及び図２に示されるように、筐体１０内に貯溜された液体冷媒２０Ｌの上方には、気相空間ＧＳが形成されている。すなわち、筐体１０の内部には、液体冷媒２０Ｌとして密閉空間ＣＳを完全に満たすことのない量の冷媒２０が注入されている。液体冷媒２０Ｌが発熱部品３０から受熱することによって生じた気化冷媒２０Ｇは、液体冷媒２０Ｌ中を上昇し、気相空間ＧＳに放出される。傾斜壁１５の冷却壁部１５Ａは、筐体１０内に貯溜された液体冷媒２０Ｌの液面よりも上方において、気相空間ＧＳと接する位置に設けられている。なお、本実施形態では、回路基板６０全体がこの中に浸漬する量の液体冷媒２０Ｌが筐体１０内に貯溜されているが、必ずしも回路基板６０全体が液体冷媒２０Ｌ中に常に浸漬されていることを要するものではない。筐体１０の内部に複数の発熱部品３０が配されている場合、一部の発熱部品３０が液体冷媒２０Ｌ中に浸漬されていればよいが、筐体の下部に配置する発熱量の大きなスイッチング素子やコイルが浸漬されていることが好ましく、全ての発熱部品３０が常に液体冷媒２０Ｌ中に浸漬されていることがさらに好ましい。発熱部品３０を液体冷媒２０Ｌ中に浸漬することにより、発熱部品３０を液体冷媒２０Ｌによって直接冷却できるからである。

（回路基板６０）
図１及び図２に示されるように、筐体１０の内部には、長方形平板状の回路基板６０が収容されている。回路基板６０は、例えば絶縁材料からなる絶縁板の実装面に、プリント配線技術によって導電路が形成された周知の構成の平板状部材である。導電路は、例えば銅等の金属を含む材料で形成される。電気機器１において、回路基板６０は、当該回路基板６０の板面である２つの基板面６１の法線が水平となる姿勢で、筐体１０の内部に配されている。換言すれば、回路基板６０は、基板面６１が鉛直方向に延びたいわゆる起立姿勢で、筐体１０の内部に収容されている。

図１に示されるように、本実施形態では、筐体１０の内部に収容された回路基板６０の左縁、右縁、上縁と、筐体１０の左側壁１７Ｌ、右側壁１７Ｒ、上壁１３の内面との間に、それぞれ液体冷媒２０Ｌが流通可能な隙間が形成されている。また、図２に示されるように、本実施形態では、回路基板６０の２つの基板面６１のうち、前側に位置する一方の基板面６１Ａ及び後側に位置する他方の基板面６１Ｂの両面が実装面とされており、回路基板６０の両基板面６１Ａ，６１Ｂ上に、発熱部品３０が実装されている。また、図１及び図２に示されるように、両基板面６１Ａ，６１Ｂの左右方向中央位置には、後述するバスバー７０が上下に延びるように配されている。本実施形態では、一方の基板面６１Ａに実装された発熱部品３０の配置と、他方の基板面６１Ｂに実装された発熱部品３０の配置は異なっている。

（発熱部品３０）
図１及び図２に示されるように、回路基板６０の基板面６１上には、種々の発熱部品３０が実装されている。発熱部品３０は、半田付け等の公知の手法によって既知の態様で、回路基板６０の実装面である基板面６１上に実装され、基板面６１上に金属を含む材料によって形成された導電路と電気的に接続されている。基板面６１上に実装された発熱部品３０同士の間、並びに、発熱部品３０と筐体１０の各壁の内面との間には、それぞれ液体冷媒２０Ｌが流通可能な隙間が形成されている。発熱部品３０には、例えば抵抗、コイル、コンデンサ、ヒューズ、リレー、ダイオード、ＩＣ（Integrated Circuit）や、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）等のスイッチング素子等が含まれる。図１及び図２には、発熱部品３０として、スイッチング素子であるＦＥＴ３０Ａや、コイル３０Ｂ、抵抗３０Ｃを示している。

発熱部品３０は、筐体１０内の下部側に配される。図１及び図２に示されるように、本実施形態に係る回路基板６０は、両基板面６１Ａ，６１Ｂ上に複数の発熱部品３０を有しており、複数の発熱部品３０は、全体的に基板面６１の下寄りの位置に実装されている。発熱部品３０を筐体１０内の下部側に配することで、冷媒２０の対流が生じ易くなって熱分散性が向上する。特に、ＦＥＴ３０Ａは、ＤＣ－ＤＣコンバータである電気機器１に含まれる多様な発熱部品３０の中でも通電時の発熱量が特に大きく比較的小型であるため、液体冷媒２０Ｌ中に浸漬することで、効率的に冷却できる。本実施形態では、素子が内蔵された直方体浅箱状の本体部と、本体部から突出する３つの端子とを有する三端子型のＦＥＴ３０Ａや、直方体浅箱状の外箱に内蔵されたコイル３０Ｂを用いるが、ＦＥＴ３０Ａやコイル３０Ｂがこのような形状に限定されるものではない。

図１に示されるように、本実施形態では、基板面６１Ａ上において後述するバスバー７０の左側に実装される４つのＦＥＴ３０Ａは、左右方向について互いに重畳しない位置に配されている。本実施形態では、これら４つのＦＥＴ３０Ａは、上下方向についても互いに重畳しない位置に配されている。このように配置すれば、ＦＥＴ３０Ａ同士の間隔を大きくとることができるため、冷却効率の観点から好ましい。また、基板面６１Ａ上においてバスバー７０の右側に実装される４つのＦＥＴ３０Ａ、並びに、ＦＥＴ３０Ａの上方に実装されるコイル３０Ｂは、直方体浅箱状に形成された本体部や外箱が、基板面６１Ａの法線方向となる前方から視て、傾斜した姿勢で実装されている。より詳しくは、例えばコイル３０Ｂは、図１に示すように、外面において当該コイル３０Ｂの下側に位置するフラットな２つの下側外平面３１を有するが、一の下側外平面３１Ａが左下方を向き、他の下側外平面３１Ｂが右下方を向く姿勢で、実装される。

（バスバー７０）
図１及び図２に示されるように、回路基板６０の両基板面６１Ａ，６１Ｂには、バスバー７０が配設されている。バスバー７０は、金属板材をプレス成形又はフォーミング加工することによって一方向に長い長手平板状に形成した導電部材である。バスバー７０には、例えば熱伝導率の高い銅を含む材料で形成されたもの等を使用できる。図１及び図２に示されるように、バスバー７０は、長手方向が上下方向に一致し、基板面６１に対して板面が垂直になるように基板面６１上に配され、基板面６１上に形成された導電路に電気的に接続される。なお、図２に示されるように、一方の基板面６１Ａ上に実装されたバスバー７０の前端縁と筐体１０の前壁１９Ｆの内面との間、他方の基板面６１Ｂ上に実装されたバスバー７０の後端縁と後壁１９Ｂの内面との間、さらに下端縁と下壁１１の内面との間には、液体冷媒２０Ｌ及び気化冷媒２０Ｇが流通可能な隙間が形成されている。

図１に示されるように、本実施形態では、バスバー７０は両基板面６１Ａ，６１Ｂにおいて、左右方向の中心位置に配されており、例えば図１に示す一方の基板面６１Ａ上には、バスバー７０の左側に４つのＦＥＴ３０Ａが実装され、バスバー７０の右側にコイル３０Ｂ、抵抗３０Ｃ、及び４つのＦＥＴ３０Ａが実装されている。これにより、発熱量が特に大きな複数の発熱部品３０が、基板面６１Ａ上においてバスバー７０の左右に分かれた状態で配される。バスバー７０も発熱部品３０と同じく、基板面６１に形成された導電路に電気的に接続される。すなわち、両基板面６１Ａ，６１Ｂ上に実装された発熱部品３０とバスバー７０は、金属を含んで形成された導電路を介して互いに接続されている。

（ガイド部材４０）
さて、筐体１０の側壁１７と発熱部品３０との間には、全体として上下方向に延在するガイド部材４０が設けられている。ガイド部材４０は、例えばポリカーボネート等の耐熱性の高い樹脂からなる樹脂板や金属板等により形成できる。ガイド部材４０は、基本的に、液体冷媒２０Ｌ及び気化冷媒２０Ｇが透過し難いように形成される。図１及び図２に示されるように、ガイド部材４０は、回路基板６０の基板面６１の左右の側縁に沿って配設される。これにより、基板面６１上における発熱部品３０の実装面積をできるだけ大きく確保できる。そして、例えば図１に示されるように、基板面６１上に実装された発熱部品３０は、左側のガイド部材４０と右側のガイド部材４０によって左右を挟まれた状態となる。左右一対のガイド部材４０，４０の中央に、バスバー７０が上下方向に延在する。

図１及び図２に示されるように、筐体１０内に形成された密閉空間ＣＳにおいて、ガイド部材４０の上方には、上壁１３とガイド部材４０の上端部との間に、少なくとも気化冷媒２０Ｇが流通可能な連通路Ｐ１が形成されている。本実施形態では、回路基板６０の側縁に沿って配設されたガイド部材４０の上端が、液体冷媒２０Ｌの液面より下方に位置しており、連通路Ｐ１のうちガイド部材４０の上端部と液体冷媒２０Ｌの液面との間を、液体冷媒２０Ｌ及び気化冷媒２０Ｇが流通可能である。連通路Ｐ１のうち上壁１３と液体冷媒２０Ｌの液面との間の気相空間ＧＳを、気化冷媒２０Ｇが流通する。

また、図１及び図２に示されるように、筐体１０内に形成された密閉空間ＣＳにおいて、ガイド部材４０の下方には、下壁１１とガイド部材４０の下端部との間に、液体冷媒２０Ｌが流通可能な流路Ｐ２が形成されている。本実施形態では、回路基板６０の側縁に沿って配設されたガイド部材４０の下端が、回路基板６０の下端よりも上方に位置し、ガイド部材４０の下端部が、下壁１１との間に隙間を空けて配されている。流路Ｐ２を構成するこの隙間を、液体冷媒２０Ｌ及び気化冷媒２０Ｇが流通可能である。

ガイド部材４０は、発熱部品３０の上方に位置する上端部４０Ｔが、上方に向かって前記側壁から離隔する方向に、換言すれば基板面６１の左右方向中央に向かって発熱部品３０側に、傾斜されている。一対のガイド部材４０，４０の上端の間、並びに、各ガイド部材４０の上端とバスバー７０との間には隙間が形成されており、液体冷媒２０Ｌ及び気化冷媒２０Ｇがガイド部材４０の上端よりも上方へ移動可能とされている。

（電気機器１の製造方法（真空な密閉空間ＣＳの形成及び冷媒２０の注入））
続いて、本実施形態に係る電気機器１の製造方法の一例について、図３から図５Ｃを参照しつつ説明する。既知の方法により作製された発熱部品３０及びバスバー７０は、既知の方法によって回路基板６０の基板面６１上に既述したように実装される。また、基板面６１上には、ガイド部材４０が既述したように設けられる。発熱部品３０、バスバー７０、及びガイド部材４０が配設された回路基板６０は、密閉空間ＣＳを形成する筐体１０の内部に、既述した姿勢で配設される。電気機器１を製造するに当たっては、図３等に示すように、筐体１０に、筐体１０の内部と外部とを空気及び液体冷媒２０Ｌが流通可能に連結する配管１０１を接続しておく。

図３及び図４に示すように、配管１０１には、複数のバルブＶ１～Ｖ７が設けられており、コールドトラップ（ＣＴ）１０３及び真空ポンプ（Ｐ）１０４に接続された吸気配管１０１Ａと、液体冷媒２０Ｌを貯溜した貯液タンク１０５に接続された給液配管１０１Ｂと、に分岐されている。分岐点よりも筐体１０側に位置するバルブＶ１からＶ３を開き、分岐点よりも筐体１０から離れた側において吸気配管１０１Ａに設けられたバルブＶ４を開くと、吸気配管１０１Ａが筐体１０の内部と連通される。また、分岐点よりも筐体１０側に位置するバルブＶ１からＶ３を開き、分岐点よりも筐体１０から離れた側において給液配管１０１Ｂに設けられたバルブＶ６を開くと、給液配管１０１Ｂが筐体１０の内部に連通される。

まず、筐体１０の内部を真空引きする。図３に示すように、バルブＶ６，Ｖ７を閉じてバルブＶ１～Ｖ５を開き、真空ポンプ１０４を駆動する。この状態では、給液配管１０１Ｂが閉止され、吸気配管１０１Ａのコールドトラップ１０３及び真空ポンプ１０４が、筐体１０の内部に連通されている。真空ポンプ１０４の駆動により、図３に矢線で示すように筐体１０内の空気が吸い出され、筐体１０の内部が負圧となって真空とされる。

次いで、筐体１０の内部に冷媒２０を注入する。図４に示すように、バルブＶ４，Ｖ５を閉じてバルブＶ１～Ｖ３，Ｖ６，Ｖ７を開く。この状態では、吸気配管１０１Ａが閉止され、貯液タンク１０５が筐体１０の内部に連通される。先の真空ポンプ１０４の駆動によって筐体１０内の空気が吸い出されて陰圧となっているため、図４に矢線で示すように、貯液タンク１０５内の液体冷媒２０Ｌが筐体１０の内部に注入される。所定量の冷媒２０が筐体１０の内部に注入された時点で、バルブＶ１～Ｖ３，Ｖ６，Ｖ７を閉じ、冷媒２０の注入を終了する。

次に、配管１０１を閉塞して密閉空間ＣＳを形成する。図５Ａに示す配管１０１の最も筐体１０寄りの位置に設けられたバルブＶ１と筐体１０との間において、例えば図５Ｂに示すように加締め装置の加締め刃Ｔによって配管１０１を加締めて閉塞し、バルブＶ１を配管１０１から脱着する。その後、図５Ｃに示すように、閉塞部分よりも筐体１０から離れた位置において配管１０１を切断し、必要に応じて切断部分を加熱溶着するなどして封止する。
以上のように、筐体１０の内部に真空な密閉空間ＣＳを形成して冷媒２０を注入することで、電気機器１が製造される。

（電気機器１における冷媒２０及び熱の流れ）
続いて、本実施形態の電気機器１における冷媒２０及び熱の流れの一例について、再び図１及び図２を参照しつつ説明する。
電気機器１への通電が開始されると、筐体１０内において液体冷媒２０Ｌ中に浸漬された発熱部品３０が発熱する。ＦＥＴ３０Ａやコイル３０Ｂ、抵抗３０Ｃ等で発生した熱は、これらに接触する液体冷媒２０Ｌに伝達される。この熱によって液体冷媒２０Ｌが沸騰すると、冷媒２０は気化冷媒２０Ｇとなって上昇する。また、発熱部品３０の近傍において温められた液体冷媒２０Ｌも、沸騰に至らずとも比重が小さくなり、上昇する。このように、発熱部品３０の近傍で生じた気化冷媒２０Ｇ及び液体冷媒２０Ｌを含む気液二相流ＦＬＧは、さらに周囲の液体冷媒２０Ｌをまき込みながら上昇していく。発熱部品３０は左右一対のガイド部材４０，４０の間に配されており、ガイド部材４０は気化冷媒２０Ｇ及び液体冷媒２０Ｌを透過し難いものとされているため、気液二相流ＦＬＧは、一対のガイド部材４０，４０に挟まれた筐体１０の中央部を上昇する。本実施形態では、回路基板６０及びバスバー７０が、これらの板面が上下方向に延在するように配されて整流板として機能するため、気液二相流ＦＬＧは極めてスムーズに筐体１０内の中央部を上昇していく。

ところで、液体中を上昇する気体は、水平な平面に下方から突き当たると、上昇できなくなって水平面の下方に滞留する。仮に、発熱部品３０が、下側外平面３１が水平面となる姿勢（下側外平面３１の法線が上下方向に沿う姿勢）で配されていると、この下側外平面３１の下方に気泡が滞留し、液体冷媒２０Ｌに接触しない部分が生じる可能性がある。これにより、液体冷媒２０Ｌへ熱が上手く伝わらなくなると、発熱部品３０の温度が上昇して動作不良等を起こす事態を招きかねない。本実施形態に係る電気機器１では、図１に示されるように、例えば基板面６１Ａ側（筐体１０の前側）におけるバスバー７０の左方では、４つのＦＥＴ３０Ａが上下に重ならない位置に配されている。よって、各ＦＥＴ３０Ａ付近で生じた気化冷媒２０Ｇを含む気液二相流ＦＬＧは、他のＦＥＴ３０Ａによって殆ど妨げられることなく上昇可能である。また、バスバー７０の右側では、４つのＦＥＴ３０Ａ及びコイル３０Ｂが前方から視て斜め姿勢で配されている。よって、各ＦＥＴ３０Ａ付近で生じた気化冷媒２０Ｇを含む気液二相流ＦＬＧは、他のＦＥＴ３０Ａやコイル３０Ｂの下方から突き当たったとしても、下側外平面３１の傾斜に沿って上昇可能である。これらの結果、電気機器１では、発熱部品３０近傍に気化冷媒２０Ｇが滞留して動作不良を生じる可能性が低減される。なお、例えば本実施形態に係る抵抗３０Ｃのように、下側外面が下方に突な曲面となっている（図２参照）発熱部品３０は、他の発熱部品３０（例えば図２におけるＦＥＴ３０Ａ）の上方に下縁が水平となるように配されたとしても、気化冷媒２０Ｇはこの下側外曲面に沿って上昇するため、当該発熱部品３０近傍に滞留し難くなっている。

気液二相流ＦＬＧが上昇し、貯溜された液体冷媒２０Ｌの液面に到達すると、気化冷媒２０Ｇは気相空間ＧＳに放出されて、気化冷媒２０Ｇの気相流ＦＧを生じる。気相流ＦＧは、ガイド部材４０の上方に形成された連通路Ｐ１を通って冷却壁部１５Ａに到達する。冷却壁部１５Ａは、熱交換機構５０により吸熱されて低温に維持されているため、気化冷媒２０Ｇは熱を奪われて凝縮し、液体に戻る。冷却壁部１５Ａに付着した液体冷媒２０Ｌは、傾斜壁１５に連なる左右の側壁１７を伝って流下する。また、冷却壁部１５Ａ近傍等の気相空間ＧＳ中で凝縮し、滴下した液体冷媒２０Ｌは、広い範囲に亘って上端部４０Ｔの上面で受け止められ、上端部４０Ｔの傾斜に沿って左右の側壁１７近傍へと導かれる。このように生じた液体冷媒２０Ｌを含む液相流ＦＬは、吸熱されて比重が大きくなっているため、ガイド部材４０と左右の側壁１７との間を下降していく。なお、本実施形態では、ガイド部材４０全体が液体冷媒２０Ｌ中に浸漬されており、貯溜された液体冷媒２０Ｌの液面がガイド部材４０の上端よりも上方に位置している。一対のガイド部材４０，４０の間を上昇してきた気液二相流ＦＬＧが液面に到達すると、液体冷媒２０Ｌは、さらに下方から上昇してくる気液二相流ＦＬＧに押されて、ガイド部材４０の上端を越えて側壁１７近傍へと移動し、液相流ＦＬに合流して下降する。液相流ＦＬがガイド部材４０に沿って下壁１１に到達すると、液体冷媒２０Ｌはガイド部材４０の下方に形成された流路Ｐ２を通って筐体１０の中央部へと回り込み、冷媒２０が還流される。

以上のように、冷媒２０は、発熱部品３０に直接接して受熱し、液体から気体へ、或いは、気体から液体へと状態を変えながら、筐体１０内に形成される冷媒沸騰部、冷媒凝縮部、冷媒還流部を循環する。このような冷媒２０の循環に伴い、発熱部品３０に生じた熱は、冷媒２０及び筐体１０の冷却壁部１５Ａ等を介して、熱交換機構５０により電気機器１の外部に放熱される。電気機器１では、ガイド部材４０等によって冷媒２０の流れが整えられ、スムーズに循環するように構成されているため、発熱部品３０が極めて効率的に冷却される。

（実施形態の作用効果）
本実施形態の作用効果について、改めて説明する。
本実施形態に係る電気機器１は、内部が密閉空間ＣＳとされた筐体１０と、前記筐体１０の内部に貯溜された液体冷媒２０Ｌと、前記液体冷媒２０Ｌ中に浸漬され、通電によって発熱する少なくとも１つの発熱部品３０と、を備え、前記筐体１０の内部において前記液体冷媒２０Ｌの上方には、前記発熱部品３０からの発熱によって前記液体冷媒２０Ｌが気化した気化冷媒２０Ｇが放出される気相空間ＧＳが形成され、前記気相空間ＧＳに接する前記筐体１０の冷却壁部１５Ａには、前記筐体１０の内部から熱を吸収して前記筐体１０の外部に放熱する熱交換機構５０が設けられ、前記冷却壁部１５Ａに連なる前記筐体の側壁１７と、前記発熱部品３０との間には、上下方向に延在するガイド部材４０が設けられ、前記密閉空間ＣＳの内部において、前記ガイド部材４０の上方には、少なくとも前記気化冷媒２０Ｇが流通可能な連通路Ｐ１が形成され、前記ガイド部材４０の下方には、前記液体冷媒２０Ｌが流通可能な流路Ｐ２が形成されている。

本実施形態の構成によれば、ガイド部材４０によって、密閉空間ＣＳ中に冷媒沸騰部、冷媒凝縮部、冷媒還流部が分離形成される。詳しくは、以下の通りである。液体冷媒２０Ｌは、冷媒沸騰部となる発熱部品３０の近傍において、発熱部品３０から受熱し沸騰して気体に変化する。これによって生じた気化冷媒２０Ｇと温められた液体冷媒２０Ｌを含む気液二相流ＦＬＧは、ガイド部材４０に沿って上昇する。液体冷媒２０Ｌの液面から気相空間ＧＳに放出された気化冷媒２０Ｇを含む気相流ＦＧは、連通路Ｐ１を通って冷媒凝縮部となる冷却壁部１５Ａ近傍に到達する。ここで、気化冷媒２０Ｇの熱は熱交換機構５０によって吸熱され、凝縮して液体に戻る。これによって生じた液体冷媒２０Ｌを含む液相流ＦＬは、冷媒還流部となる側壁１７の近傍をガイド部材４０に沿って下降し、流路Ｐ２を通って、冷媒沸騰部であるガイド部材４０の内側に下方から流れ込む。このように、筐体１０内の中央部において下方から上方へと向かう気液二相流ＦＬＧと、側壁１７近傍において上方から下方へと向かう液相流ＦＬが、ガイド部材４０によって分離され、筐体１０の内部を冷媒２０がスムーズに循環する。このように循環する冷媒２０を介して、発熱部品３０からの熱が熱交換機構５０に伝えられ、筐体１０の外部に滞りなく放熱される。この結果、電気機器１では、発熱部品３０が効率的に冷却される。

本実施形態に係る電気機器１は、前記筐体１０の内部に配された回路基板６０をさらに備え、前記発熱部品３０は、前記回路基板６０の板面である２つの基板面６１のうち少なくとも一方の基板面６１Ａ上に実装され、前記回路基板６０は、前記基板面６１の法線が水平方向に沿う姿勢で配されている。
本実施形態の構成によれば、上下方向に延在するガイド部材４０に加え、基板面６１が上下方向に延在する起立姿勢で筐体１０の内部に配された回路基板６０も、冷媒２０の流れを整える整流板として機能する。この結果、筐体１０の内部において冷媒２０が一層スムーズに循環し、発熱部品３０が効率的に冷却される。

本実施形態に係る電気機器１は、一方向に長い長手状に形成されたバスバー７０をさらに備え、前記バスバー７０は、当該バスバー７０の長手方向が上下方向に沿う姿勢で前記回路基板６０上に実装されている。
本実施形態の構成によれば、バスバー７０も冷媒２０の流れを整える整流板として機能する。この結果、冷媒２０の流れが一層スムーズとなり、発熱部品３０がさらに効率的に冷却される。

本実施形態に係る電気機器１において、前記発熱部品３０は、当該発熱部品３０の外面において下側に位置する下側外平面３１を有し、前記下側外平面３１が前記基板面６１の法線方向から視て傾斜する姿勢で、前記基板面６１上に実装されている。
本実施形態の構成によれば、発熱部品３０の外面を構成する平面が当該発熱部品３０の下側に位置している場合、すなわち発熱部品３０が下側外平面３１を有している場合であっても、下側外平面３１が傾斜した態様で配されるため、気化冷媒２０Ｇは下側外平面３１に沿って発熱部品３０の周囲を上昇する。よって、気化冷媒２０Ｇが滞留して発熱部品３０の冷却が妨げられる事態の発生を低減できる。

本実施形態に係る電気機器１は、複数の前記発熱部品３０を備え、前記発熱部品３０は、一方の前記基板面６１Ａ及び他方の前記基板面６１Ｂの両基板面６１上に実装されている。
本実施形態の構成によれば、回路基板６０の両基板面６１Ａ，６１Ｂに発熱部品３０が実装される。これにより、隣接する発熱部品３０同士の間隔を過度に狭めることなく回路基板６０における発熱部品３０の実装密度を向上させ、電気機器１の小型化を図ることができる。

本実施形態に係る電気機器１において、前記ガイド部材４０の上端部４０Ｔは、上方に向かって前記側壁１７から離隔する方向に傾斜している。
本実施形態の構成によれば、ガイド部材４０の上端部４０Ｔが、基板面６１の左右方向中央に向かって発熱部品３０側に傾斜して配される。これにより、上方から滴下してきた液体冷媒２０Ｌを広い範囲に亘って上端部４０Ｔの上面で受け止め、側壁１７側に導くことができる。

本実施形態に係る電気機器１において、前記筐体１０は、前記側壁１７と上壁１３とを傾斜しつつ連結する傾斜壁１５を有し、前記冷却壁部１５Ａは、前記傾斜壁１５に設けられている。
本実施形態の構成によれば、気化冷媒２０Ｇが冷却壁部１５Ａに接し凝縮することによって生じた液体冷媒２０Ｌの多くが、傾斜壁１５及び側壁１７を伝って冷媒還流部へと導かれる。

本実施形態に係る電気機器１において、前記気相空間ＧＳは、真空とされている。
本実施形態の構成によれば、液体冷媒２０Ｌの沸点を常圧下よりも降下させ、液体冷媒２０Ｌの沸騰効率ひいては発熱部品３０の冷却効率を向上させることができる。

＜他の実施形態＞
本開示は上記記述及び図面によって説明された実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本明細書に開示された技術の技術的範囲に含まれる。

（１）発熱部品３０は、上記のものに限定されない。上記実施形態に記載した各発熱部品３０の寸法形状や数、配置も一例に過ぎない。本実施形態では、一方の基板面６１Ａに実装された発熱部品３０の配置と他方の基板面６１Ｂに実装された発熱部品３０の配置が異なっていたが、これに限られず、一方の基板面６１Ａと他方の基板面６１Ｂにおける発熱部品３０の配置が同じであってもよい。

（２）回路基板６０や筐体１０は、上記のような寸法形状のものに限定されない。上記実施形態では、上下の高さ寸法が左右の幅寸法より大きな縦長形状の回路基板６０及び筐体１０について記載した。例えば左右の幅寸法が上下の高さ寸法よりも大きい横長形状の回路基板及び筐体を用いてもよい。このようにすれば、冷却壁部の面積を大きくして、より高い冷却効率を得ることも可能である。

（３）バスバー７０の形状や数、配置は、上記のようなものに限定されない。例えば複数のバスバーが、回路基板の一方の基板面及び他方の基板面の両基板面に配されていてもよい。また、複数のバスバーが、回路基板の一方の基板面もしくは両基板面において、左右方向に間隔を空けて鉛直方向に延びるように平行して並んで配されていてもよい。このようにすれば、冷媒の流れをさらに整えることができる。

（４）電気機器１は、ＤＣ－ＤＣコンバータを含むものに限定されない。例えばＡＣ－ＤＣコンバータや電気接続箱、配電箱、ＥＣＵ等にも、本技術は適用可能である。

１： 電気機器
１０： 筐体
１１： 下壁
１３： 上壁
１５： 傾斜壁
１５Ａ： 冷却壁部
１７： 側壁
１７Ｌ： 左側壁
１７Ｒ： 右側壁
１９Ｂ： 後壁
１９Ｆ： 前壁
２０： 冷媒
２０Ｇ： 気化冷媒
２０Ｌ： 液体冷媒
３０： 発熱部品
３０Ａ： ＦＥＴ
３０Ｂ： コイル
３０Ｃ： 抵抗
３１： 下側外平面
３１Ａ： （一の）下側外平面
３１Ｂ： （他の）下側外平面
４０： ガイド部材
４０Ｔ： 上端部
５０： 熱交換機構
５１： 冷却管
６０： 回路基板
６１： 基板面
６１Ａ： （一方の）基板面
６１Ｂ： （他方の）基板面
７０： バスバー
１０１： 配管
１０１Ａ： 吸気配管
１０１Ｂ： 給液配管
１０３： コールドトラップ
１０４： 真空ポンプ
１０５： 貯液タンク
ＣＳ： 密閉空間
ＧＳ： 気相空間
ＦＧ： 気相流
ＦＬ： 液相流
ＦＬＧ： 気液二相流
Ｐ１： 連通路
Ｐ２： 流路

Claims (8)

1. 内部が密閉空間とされた筐体と、
   前記筐体の内部に貯溜された液体冷媒と、
   前記液体冷媒中に浸漬され、通電によって発熱する少なくとも１つの発熱部品と、を備え、
   前記筐体の内部において前記液体冷媒の上方には、前記発熱部品からの発熱によって前記液体冷媒が気化した気化冷媒が放出される気相空間が形成され、
   前記気相空間に接する前記筐体の冷却壁部には、前記筐体の内部から熱を吸収して前記筐体の外部に放熱する熱交換機構が設けられ、
   前記冷却壁部に連なる前記筐体の側壁と、前記発熱部品との間には、上下方向に延在するガイド部材が設けられ、
   前記密閉空間の内部において、前記ガイド部材の上方には、少なくとも前記気化冷媒が流通可能な連通路が形成され、前記ガイド部材の下方には、前記液体冷媒が流通可能な流路が形成されている、電気機器。
2. 前記筐体の内部に配された回路基板をさらに備え、
   前記発熱部品は、前記回路基板の板面である２つの基板面のうち少なくとも一方の基板面上に実装され、
   前記回路基板は、前記基板面の法線が水平となる姿勢で配されている、請求項１に記載の電気機器。
3. 一方向に長い長手状に形成されたバスバーをさらに備え、
   前記バスバーは、当該バスバーの長手方向が上下方向となる姿勢で前記回路基板上に実装されている、請求項２に記載の電気機器。
4. 前記発熱部品は、当該発熱部品の外面において下側に位置する平らな下側外平面を有し、前記下側外平面が前記基板面の法線方向から視て傾斜する姿勢で前記基板面上に実装されている、請求項２又は請求項３に記載の電気機器。
5. 複数の前記発熱部品を備え、
   前記発熱部品は、一方の前記基板面及び他方の前記基板面の両基板面上に実装されている、請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の電気機器。
6. 前記ガイド部材の上端部は、上方に向かって前記側壁から離隔する方向に傾斜している、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電気機器。
7. 前記筐体は、前記側壁と上壁とを傾斜しつつ連結する傾斜壁を有し、
   前記冷却壁部は、前記傾斜壁に設けられている、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の電気機器。
8. 前記気相空間は、真空とされている、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の電気機器。

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