JP4579269B2

JP4579269B2 - 冷却装置

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Publication number: JP4579269B2
Application number: JP2007139312A
Authority: JP
Inventors: 忠史吉田; 豊横井; 裕司長田
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2007-05-25
Filing date: 2007-05-25
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2027-05-25
Also published as: JP2008294294A; DE112008001282B4; WO2008146763A1; DE112008001282T5; CN101683017A; US20100155027A1; CN101683017B

Description

本発明は、冷却装置に関し、特に、内部に貯留された冷媒の気化熱を用いて、冷却対象物を冷却する冷却装置に関する。

従来から電子機器などの冷却対象物を冷却する冷却装置について各種提案されている。たとえば、特開２００４−３４９３０７号公報に記載された電子回路の冷却装置は、複数の冷却ユニットを備えている。この冷却ユニットは、冷却部および接続部により構成されている。そして、冷却部には、冷媒注入用穴が形成されており、この冷媒注入用穴内には、冷媒が注入されている。そして、上記冷却部の上方側の表面には、冷却水と接触する接続部が設けられている。この冷却装置は、冷却部の表面に素子を被着して、素子を冷媒によって冷却し、冷媒を冷却液によって冷却している。

この冷却装置においては、冷媒の一部は、素子からの熱によって蒸発する。そして、気体状の冷媒は、冷媒注入用穴内の上方に変位し、冷却液によって冷却されることで凝縮して、再度、冷媒注入用穴の底部に戻る。
特開２００４−３４９３０７号公報特開２００５−１１９８３号公報

上記特開２００４−３４９３０７号公報に記載された冷却装置において、冷媒注入用穴内では、気体となった冷媒と、未だ気体の状態であっても、冷却液によって冷却された冷媒とが混濁した状態となっている。

このように、冷媒注入用穴内においては、気体状の冷媒の流れが悪く、素子からの熱によって蒸発した冷媒が、冷媒注入用穴の上方にまで変位し難くなっており、冷却水によって冷却され難くなっている。このため、素子からの熱を冷却水に放熱し難く、素子の冷却効率が悪くなるという問題があった。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、素子などの冷却対象物からの熱によって蒸発した気体状の冷媒の流通および循環を確保して、冷却対象物の冷却効率の向上が図られた冷却装置を提供することである。

本発明に係る冷却装置は、冷却対象物が装着される装着部を有する筐体と、装着部の上方に位置する筐体内に形成され、冷却対象物からの熱によって蒸発可能とされた冷媒が収容された冷媒収容室とを備えている。そして、この冷却装置は、筐体に設けられ、気体状の冷媒を冷却可能な冷却部と、冷媒収容室内に設けられ、冷却対象物からの熱によって蒸発した気体状の冷媒を冷却部に向けて案内可能な第１領域と、第１領域に対して、冷媒の流通方向下流側に位置し、冷却部にて冷却された冷媒を、冷媒収容室の底部に向けて案内可能とされた第２領域とを、冷媒収容室内に規定可能な規定部材とを備える。上記冷却部は、冷媒収容室内に設けられた冷却フィンを含む。上記規定部材は、気体状の冷媒を第１領域から冷却フィンに向けて案内し、冷却フィンは、第１領域側から第２領域に向けて延びるように配置される。

好ましくは、上記規定部材は、冷媒収容室の底部側から冷媒収容室の高さ方向の中央部に達するように延びる壁部と、壁部の上端部に設けられ、表面が湾曲面状の膨出部とを含む。

好ましくは、上記冷媒収容室を規定する筐体の内表面は、冷却対象物に向けて張り出す底部を有する。好ましくは、上記の規定部材は、間隔を隔てて、複数設けられた。

好ましくは、上記規定部材は、冷却対象物の幅方向の中央部に対して、冷却対象物の幅方向に離れた位置に設けられる。

好ましくは、上記冷媒収容室の底部は規定部材によって、第１領域のうち、気体状の冷媒の流通方向の上流に位置し、冷却対象物からの熱によって蒸発する冷媒が貯留する第１貯留部と、第２領域のうち、気体状の冷媒の流通方向の下流に位置し、冷却部によって凝縮された冷媒が貯留する第２貯留部とに区分される。そして、上記規定部材は、第２貯留部内の冷媒を第１貯留部に案内可能な流通部を有する。

好ましくは、上記冷却部は、冷媒収容室内に設けられた冷却フィンを含む。好ましくは、上記冷却部は、冷却フィンからの熱を冷却可能な冷却媒体が流通する冷却管を含み、冷却管は、冷却フィン内に達する分岐部を有する。

本発明に係る冷却装置によれば、冷却対象物からの熱によって蒸発した冷媒を、第１領域を介して通って冷却部に向けて案内し、そして、冷却部によって冷却された冷媒を、第２領域を通って、冷媒収容室の底部に案内することにより、冷媒を良好に循環させることができ、冷却対象物の冷却効率の向上を図ることができる。

本実施の形態に係る冷却装置１０について、図１から図８を用いて説明する。なお、同一または相当する構成については、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の特徴部分を適宜組合わせることは、当初から予定されている。

図１は、ＰＣＵ７００の主要部の構成を示す回路図である。図１を参照して、ＰＣＵ７００は、コンバータ７１０と、インバータ７２０と、制御装置７３０と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、電源ラインＰＬ１〜ＰＬ３と、出力ライン７４０Ｕ，７４０Ｖ，７４０Ｗとを含む。コンバータ７１０は、バッテリ８００とインバータ７２０との間に接続され、インバータ７２０は、出力ライン７４０Ｕ，７４０Ｖ，７４０Ｗを介してモータジェネレータ１００と接続される。

コンバータ７１０に接続されるバッテリ８００は、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池である。バッテリ８００は、発生した直流電圧をコンバータ７１０に供給し、また、コンバータ７１０から受ける直流電圧によって充電される。

コンバータ７１０は、パワートランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬとからなる。パワートランジスタＱ１，Ｑ２は、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に直列に接続され、制御装置７３０からの制御信号をベースに受ける。ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれパワートランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにパワートランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間にそれぞれ接続される。リアクトルＬは、バッテリ８００の正極と接続される電源ラインＰＬ１に一端が接続され、パワートランジスタＱ１，Ｑ２の接続点に他端が接続される。

このコンバータ７１０は、リアクトルＬを用いてバッテリ８００から受ける直流電圧を昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を電源ラインＰＬ２に供給する。また、コンバータ７１０は、インバータ７２０から受ける直流電圧を降圧してバッテリ８００を充電する。

インバータ７２０は、Ｕ相アーム７５０Ｕ、Ｖ相アーム７５０ＶおよびＷ相アーム７５０Ｗからなる。各相アームは、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に並列に接続される。Ｕ相アーム７５０Ｕは、直列に接続されたパワートランジスタＱ３，Ｑ４からなり、Ｖ相アーム７５０Ｖは、直列に接続されたパワートランジスタＱ５，Ｑ６からなり、Ｗ相アーム７５０Ｗは、直列に接続されたパワートランジスタＱ７，Ｑ８からなる。ダイオードＤ３〜Ｄ８は、それぞれパワートランジスタＱ３〜Ｑ８のエミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにパワートランジスタＱ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間にそれぞれ接続される。そして、各相アームにおける各パワートランジスタの接続点は、出力ライン７４０Ｕ，７４０Ｖ，７４０Ｗを介してモータジェネレータ１００の各相コイルの反中性点側にそれぞれ接続されている。

このインバータ７２０は、制御装置７３０からの制御信号に基づいて、電源ラインＰＬ２から受ける直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ１００へ出力する。また、インバータ７２０は、モータジェネレータ１００によって発電された交流電圧を直流電圧に整流して電源ラインＰＬ２に供給する。

コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１，ＰＬ３間に接続され、電源ラインＰＬ１の電圧レベルを平滑化する。また、コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に接続され、電源ラインＰＬ２の電圧レベルを平滑化する。

制御装置７３０は、モータジェネレータ１００の回転子の回転角度、モータトルク指令値、モータジェネレータ１００の各相電流値、およびインバータ７２０の入力電圧に基づいてモータジェネレータ１００の各相コイル電圧を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフするＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成してインバータ７２０へ出力する。

また、制御装置７３０は、上述したモータトルク指令値およびモータ回転数に基づいてインバータ７２０の入力電圧を最適にするためのパワートランジスタＱ１，Ｑ２のデューティ比を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするＰＷＭ信号を生成してコンバータ７１０へ出力する。

さらに、制御装置７３０は、モータジェネレータ１００によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ８００を充電するため、コンバータ７１０およびインバータ７２０におけるパワートランジスタＱ１〜Ｑ８のスイッチング動作を制御する。

このＰＣＵ７００においては、コンバータ７１０は、制御装置７３０からの制御信号に基づいて、バッテリ８００から受ける直流電圧を昇圧して電源ラインＰＬ２に供給する。そして、インバータ７２０は、コンデンサＣ２によって平滑化された直流電圧を電源ラインＰＬ２から受け、その受けた直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ１００へ出力する。

また、インバータ７２０は、モータジェネレータ１００の回生動作によって発電された交流電圧を直流電圧に変換して電源ラインＰＬ２へ出力する。そして、コンバータ７１０は、コンデンサＣ２によって平滑化された直流電圧を電源ラインＰＬ２から受け、その受けた直流電圧を降圧してバッテリ８００を充電する。

図２は、パワートランジスタＱ１〜Ｑ８を冷却する冷却セルを備えた冷却装置１０の分解斜視図である。図３は、冷却装置１０の冷却セル１５の内部構成を詳細に示す斜視図である。図４は、冷却セル１５の断面図である。

図２に示すように、冷却装置１０は、筐体１６と、各パワートランジスタＱ１〜Ｑ８を冷却する複数の冷却セル１５とを備えている。

筐体１６は、複数のパワートランジスタ（冷却対象物）Ｑ（Ｑ１〜Ｑ８）が装着される装着面１１ａを有する装着部材１１と、装着部材１１が装着されることで、内部に複数の冷却セル１５が規定されるハウジング１２と、内部に冷却媒体Ａが流通する冷却管１３が配設された冷却ハウジング１４とを備えている。なお、装着部材１１と、ハウジング１２と冷却ハウジング１４とは、いずれも、熱伝導性の高い金属、たとえば、銅、アルミなどから構成されている。

装着部材１１の装着面１１ａは、平坦面状に形成されており、この装着面１１ａには、平板状に絶縁膜１１ｂが形成されている。この絶縁膜１１ｂの上面上には、回路パターンが形成された回路基板１１ｃが形成されている。そして、この回路基板１１ｃの主表面上には、複数のパワートランジスタＱ（Ｑ１〜Ｑ８）が実装されている。なお、絶縁膜１１ｂと装着面１１ａとの間には、図示されない半田等が形成されており、絶縁膜１１ｂは、装着面１１ａに固着されている。そして、装着部材１１がハウジング１２に装着されると、各パワートランジスタＱ（Ｑ１〜Ｑ８）に対応する冷却セル１５が規定される。このため、各パワートランジスタＱ（Ｑ１〜Ｑ８）は、それぞれ、別個独立に各冷却セル１５によって冷却される。

ハウジング１２には、内表面が半楕円状柱の複数の凹部２０ｂが形成されている。図３および図４に示すように、装着部材１１にも半楕円柱状の凹部２０ｃが複数形成されている。装着部材１１がハウジング１２に装着されると、凹部２０ｂを規定するハウジング１２の内表面と、凹部２０ｃを規定する装着部材１１の内表面とで、冷媒Ｗを密封可能な冷媒収容室２０ａが形成される。

ここで、冷媒収容室２０ａを規定する装着部材１１の内表面は、パワートランジスタＱ（Ｑ１〜Ｑ８）に向けて張り出すように湾曲している。本実施の形態に係る冷却装置１０においては、冷媒収容室２０ａを規定する装着部材１１の内表面は、楕円形状とされている。そして、楕円形状の周縁部のうち、最も曲率半径の大きい部分が、底部２０ｄに位置している。

このため、冷媒収容室２０ａを規定する筐体１６の内表面のうち、底部２０ｄに位置する部分は、装着面１１ａに最も近接しており、装着面１１ａのうち、底部２０ｄと対向する位置にパワートランジスタＱ（Ｑ１〜Ｑ８）が設けられている。

そして、冷媒収容室２０ａと装着面１１ａとの間に位置する筐体１６の厚みｔのうち、底部２０ｄと装着面１１ａとの間に位置する部分の厚みｔ１が最も薄くなっている。その一方で、底部２０ｄから離れるにつれて、冷媒収容室２０ａと装着面１１ａとの間に位置する部分の厚みは、厚くなる。

すなわち、冷媒収容室２０ａを規定する筐体１６の内表面のうち、底部２０ｄから離れるにつれて、冷媒収容室２０ａを規定する筐体１６の内表面と、装着面１１ａとの間の距離は大きくなるようになる。

そして、この冷媒収容室２０ａ内には、水、絶縁性の冷媒や蒸発温度が水より低いアルコールなどの冷媒Ｗが充填されている。このため、底部２０ｄには、冷媒Ｗが溜まる。このように、冷媒収容室２０ａ内のうち、パワートランジスタＱ（Ｑ１〜Ｑ８）に最も近接する部分に冷媒Ｗが位置している。

ここで、図３に示すように、冷媒収容室２０ａは、装着面１１ａに沿って一方向に向けて延びている。そして、冷媒収容室２０ａ内には、この冷媒収容室２０ａの延在方向に向けて延びる２つ（複数）の規定部材３２Ａ，３２Ｂが設けられている。

各規定部材３２Ａ，３２Ｂは、冷媒収容室２０ａの延在方向に延びると共に、互いに冷媒収容室２０ａの延在方向に対して直交する幅方向に間隔を隔てて設けられている。

そして、規定部材３２Ａ，３２Ｂ間の距離は、パワートランジスタＱ（Ｑ１〜Ｑ８）の幅またはこの幅よりも僅かに大きい程度とされており、この規定部材３２Ａ，３２Ｂ間に底部２０ｄが位置している。

ここで、図４において、筐体１６のうち、規定部材３２Ａ，３２Ｂ間に位置する部分と、パワートランジスタＱ（Ｑ１〜Ｑ８）との間に位置する部分は、薄肉部２６とされている。そして、薄肉部２６に対して、冷媒収容室２０ａの幅方向に位置する部分は、薄肉部２６より厚肉とされた厚肉部２５とされている。

この規定部材３２Ａ，３２Ｂによって、冷媒収容室２０ａ内は、パワートランジスタＱ（Ｑ１〜Ｑ８）の上方であって、規定部材３２Ａ，３２Ｂ間に規定され、上方に延びる領域（第１領域）Ｋ１と、領域Ｋ１以外の部分であって、各規定部材３２Ａ，３２Ｂと冷媒収容室２０ａの内表面とによって規定される領域（第２領域）Ｋ２とに区分される。

この規定部材３２Ａ，３２Ｂは、冷媒収容室２０ａの底部から高さ方向の中央部にまで達するように立ち上がる壁部３１Ａ，３１Ｂと、この壁部３１Ａ，３１Ｂの上端部に形成された膨出部３０Ａ，３０Ｂとを備えている。

そして、領域Ｋ１は、規定部材３２Ａ，３２Ｂ間に規定されており、領域Ｋ２は、膨出部３０Ａ，３０Ｂの表面と冷媒収容室２０ａを規定する内表面との間の領域と、壁部３１Ａ，３１Ｂの側面と冷媒収容室２０ａとの間の領域とに規定されている。

膨出部３０Ａ，３０Ｂは、冷媒収容室２０ａの延在方向に延びており、表面は、滑らかな湾曲面形状とされており、膨出部３０Ａ，３０Ｂの表面が冷媒収容室２０ａの内表面に沿って延びている。なお、本実施の形態に係る冷却装置１０においては、膨出部３０Ａ，３０Ｂは、略円柱形状とされている。

ここで、膨出部３０Ａは、壁部３１Ａの表面のうち、壁部３１Ｂと対向する側面側よりも、この側面に対して反対側に位置する側面側に向けて張り出すように形成されている。

また、膨出部３０Ｂにおいても、壁部３１Ｂの表面のうち、壁部３１Ａと対向する側面側よりも、この側面に対して反対側に位置する側面側に向けて張り出すように形成されている。

このため、規定部材３２Ａの表面のうち規定部材３２Ｂと対向する側面は、略平坦面状とされており、さらに、規定部材３２Ｂの表面のうち規定部材３２Ａと対向する側面は、略平坦面状に形成されている。このため、規定部材３２Ａ，３２Ｂ間に位置する領域Ｋ１の内表面は、略平坦面状とされている。

ここで、規定部材３２Ａ，３２Ｂの下端部は、冷媒収容室２０ａの底面から僅かに離間するように設けられており、規定部材３２Ａ，３２Ｂの下端部と冷媒収容室２０ａの内表面との間には、隙間（穴部）ＧＰが形成されている。

このため、冷媒Ｗは、冷媒収容室２０ａの底面側のうち、規定部材３２Ａ，３２Ｂ間に位置する部分と、規定部材３２Ａと冷媒収容室２０ａの内表面との間に位置する部分と、規定部材３２Ｂと冷媒収容室２０ａの内表面との間に位置する部分との間を流通可能となっている。

図２および図３において、規定部材３２Ａ，３２Ｂの上端部には、複数の冷却フィン２１が規定部材３２Ａ，３２Ｂの延在方向に間隔を隔てて複数配列されている。

ここで、ハウジング１２の上面上には、冷却ハウジング１４が設けられており、この冷却ハウジング１４内には、水などの冷却媒体Ａが流通する冷却管１３が配設されている。この冷却管１３は、冷却フィン２１の配列方向の向けて延在している。

上記のように構成された冷却装置１０が、パワートランジスタＱ（Ｑ１〜Ｑ８）を冷却する冷却動作について説明する。

図３および図４において、パワートランジスタＱ（Ｑ１〜Ｑ８）の温度が高くなると、
パワートランジスタＱ（Ｑ１〜Ｑ８）からの熱は、薄肉部２６を介して冷媒Ｗに伝達される。ここで、冷媒収容室２０ａのうち、パワートランジスタＱ（Ｑ１〜Ｑ８）に最も近接する部分には、底部２０ｄが位置している。この底部２０ｄは、規定部材３２Ａ，３２Ｂ間に位置しているため、蒸発した気体状の冷媒Ｗは、領域Ｋ１を通って、上方に変位する。ここで、領域Ｋ１を規定する規定部材３２Ａ，３２Ｂの表面は、上記のように略平坦面状とされており、蒸発した気体状の冷媒Ｗは、冷却フィン２１間に案内される。そして、冷却フィン２１間に達すると、冷媒Ｗは、冷却フィン２１に熱を放熱することで冷却される。冷却フィン２１に放熱された熱は、冷却管１３内を流通する冷却媒体Ａに放熱される。なお、冷却管１３は、外部からの外気と冷却媒体Ａとの間で熱交換をさせる熱交換器（ラジエータ）などに接続されており、冷却媒体Ａは、外気によって冷却される。

なお、図５は、冷却フィン２１および冷却管１３の変形例を示す断面図である。この図５に示す例においては、冷却管１３は、冷却管１３から分岐して、冷却フィン２１内に入り込む分岐管（分岐部）１３ａを備えている。この図５に示す例においては、分岐管１３ａ内に冷媒Ｗが流入することで、冷媒Ｗによって冷却フィン２１を冷却することができ、冷却フィン２１の冷却能力の向上を図ることができる。

図６は、冷媒Ｗが流れる冷却管１３に替えて、空冷フィンを採用した変形例である。この図６に示す例においては、ハウジング１２の上面上に、規定部材３２Ａ，３２Ｂの延在方向に延びる複数の空冷フィン２３を備えている。そして、この空冷フィン２３には、外部から取り入れられた外気が供給され、冷却フィン２１からの熱を放熱する。

図３および図４において、規定部材３２Ａ，３２Ｂの膨出部３０Ａ，３０Ｂ間から出た気体状の冷媒Ｗは、周囲に広がりながら領域Ｋ２内に入り込む。この際、冷媒収容室２０ａを規定する筐体１６の内表面と、膨出部３０Ａ，３０Ｂの表面は、いずれも湾曲面状とされており、気体状の冷媒Ｗがよどみなく流れる。

そして、気体状の冷媒Ｗは、各膨出部３０Ａ，３０Ｂを回り込むよう流れつつ、冷却フィン２１によって冷却される。

このように膨出部３０Ａ，３０Ｂの周囲を巡るように気体状の冷媒Ｗが流れるため、気体状の冷媒Ｗが、冷却フィン２１と接触する経路長が長くなり、気体状の冷媒Ｗが冷却される。すなわち、蒸発した気体状の冷媒Ｗは、冷却フィン２１の中央部から冷却フィン２１間に供給され、冷却フィン２１の両端部に向けて気体状の冷媒Ｗが流れる。そして、冷却フィン２１の両端部側を通って、底部２０ｄに向けて流れるように、気体状の冷媒Ｗが流れるように規定部材３２Ａ，３２Ｂに規定されている。

そして、冷却フィン２１によって冷却されるにしたがって、気体状の冷媒Ｗは、体積が小さくなり、そして、凝縮して液体状となる。

このため、領域Ｋ１から排出された気体状の冷媒Ｗが、規定部材３２Ａ，３２Ｂの壁部３１Ａ，３１Ｂと、冷媒収容室２０ａの内表面を規定する筐体１６との間に達する際には、気体状の冷媒Ｗの体積が小さくなっているか、または、既に凝縮して、液体状となっている。

このように、領域Ｋ２では、気体状の冷媒Ｗの体積が小さくなり凝縮して液化するため、圧力が低くなり、領域Ｋ１内の気体状の冷媒Ｗが領域Ｋ２内に引き込まれる。このため、冷媒Ｗの循環が促進され、パワートランジスタＱ（Ｑ１〜Ｑ８）を良好に冷却することができる。

ここで、冷媒収容室２０ａを規定する筐体１６の内表面のうち、冷却フィン２１の下端部より下方に位置する部分は、下方に向かうに従って、底部２０ｄに近接するように湾曲している。このため、凝縮した液体状の冷媒Ｗは、冷媒収容室２０ａの内表面を伝って、底部２０ｄに達する。特に、底部２０ｄの近傍を規定する冷媒収容室２０ａの内表面は、大きな曲率半径の湾曲面とされており、凝縮した冷媒Ｗが冷媒収容室２０ａの内表面を流れ落ちる。このため、凝縮した冷媒が滴下することが抑制されている。

そして、冷媒収容室２０ａの底面側のうち、規定部材３２Ａと冷媒収容室２０ａの内表面との間に位置する領域または規定部材３２Ｂと冷媒収容室２０ａの内表面との間に位置する部分に戻った液体状の冷媒Ｗは、規定部材３２Ａ，３２Ｂ間の下端部を通って、規定部材３２Ａ，３２Ｂ間に位置する部分に入り込む。そして、再度蒸発する。

パワートランジスタＱ（Ｑ１〜Ｑ８）からの熱が筐体１６に伝達される際において、薄肉部２６から、規定部材３２Ａ，３２Ｂ間に位置する冷媒Ｗに伝達される一方で、厚肉部２５にも伝達される。そして、この厚肉部２５から冷媒Ｗに熱が伝達される。特に、厚肉部２５の厚みは、薄肉部２６よりも厚いため、薄肉部２６から厚肉部２５に良好に熱が伝達される。ここで、冷媒Ｗの液面は、厚肉部２５上にまで達しており、厚肉部２５に伝達された熱も、冷媒Ｗに放熱することができる。すなわち、筐体１６から冷媒Ｗに熱が伝達される面積が大きく、パワートランジスタＱ（Ｑ１〜Ｑ８）からの熱を良好に冷媒Ｗに放熱することができる。

ここで、本実施の形態に係る冷却装置１０においては、各パワートランジスタＱ（Ｑ１〜Ｑ８）に対応する冷却セル１５が設けられているので、いずれかのパワートランジスタＱ（Ｑ１〜Ｑ８）の温度が高くなると、このパワートランジスタＱ（Ｑ１〜Ｑ８）に対応する冷却セル１５内の冷媒Ｗが蒸発することで、積極的に当該パワートランジスタＱ（Ｑ１〜Ｑ８）を冷却することができる。なお、冷却セル１５は、パワートランジスタＱ（Ｑ１〜Ｑ８）が配列する配列方向に延び、複数のパワートランジスタＱ（Ｑ１〜Ｑ８）を一括して冷却するようにしてもよい。

図７は、冷却セル１５の第１変形例を示す断面図である。この図７に示す例においては、規定部材４４は、冷媒収容室２０ａの底部２０ｄ側から冷媒収容室２０ａの高さ方向の中央部にまで達する壁部４１と、この壁部４１の上端部に形成された膨出部４０とを備えている。

壁部４１は、冷媒収容室２０ａの底部２０ｄ側から冷媒収容室２０ａの中央部に達するように直立している。この壁部４１は、パワートランジスタＱ（Ｑ１〜Ｑ８）の幅方向にずれた位置に設けられている。膨出部４０の外表面は、滑らかな湾曲面とされている。特に、この図７に示す例においては、膨出部４０は略楕円形状とされており、冷媒収容室２０ａの内表面の略相似形であり、冷媒収容室２０ａの内表面の形状を縮小したような形状となっている。

そして、膨出部４０は、壁部４１の上端部からパワートランジスタＱ（Ｑ１〜Ｑ８）の上方に向けて張り出すように突出している。

このため、冷媒収容室２０ａ内には、壁部４１と、底部２０ｄの上方に位置する膨出部４０の表面と、冷媒収容室２０ａの内表面の一部によって規定され、冷却フィン２１の下方に位置する領域Ｋ１と、この領域Ｋ１に対して、気体状の冷媒Ｗの流通方向（図の矢印の方向）Ｒの下流側に位置する領域Ｋ２とに区分される。

この図７に示す例においては、パワートランジスタＱ（Ｑ１〜Ｑ８）からの熱によって、底部２０ｄに位置する冷媒Ｗが蒸発する。そして、蒸発した気体状の冷媒Ｗは、上方に変位して、膨出部４０または冷媒収容室２０ａの内表面に沿って流れる。ここで、膨出部は４０の表面および冷媒収容室２０ａの内表面は、湾曲面状とされており、気体状の冷媒Ｗの流れが滞ることが抑制されている。

特に、膨出部４０は、湾曲面状とされているため、気体の冷媒Ｗの経路も膨出部４０の表面に沿って湾曲し、冷却フィン２１との接触経路長が長くなる。このため、気体状の冷媒Ｗと冷却フィン２１とが接触する面積が大きくなり、良好に冷媒Ｗが冷却される。

すなわち、この図７に示す例においては、冷却フィン２１の一方の端部側から他方の端部側に亘って、冷媒Ｗが流通するため、冷媒Ｗと冷却フィン２１との接触面積を確保することができる。

そして、冷却フィン２１間にまで達し、領域Ｋ２内に入り込んだ気体状の冷媒Ｗは、流通方向Ｒに向けて流れながら、冷却フィン２１によって冷却される。冷却された気体状の冷媒Ｗは、体積が小さくなり凝縮して液化するため、領域Ｋ２の下流側では、圧力が低下する。これにより、領域Ｋ１内に位置する気体状の冷媒Ｗは、領域Ｋ２内に向けて引き込まれる。

このようにして、気体状の冷媒Ｗの循環が促進され、パワートランジスタＱ（Ｑ１〜Ｑ８）からの熱の冷却効率が確保される。

図８は、冷却セル１５の第２変形例を示す断面図である。この図８に示す例においては、装着部材１１のうち、冷媒収容室２０ａと装着面１１ａとの間に位置する部分の厚みは、略均一にされている。すなわち、冷媒収容室２０ａの底部２０ｄは、平坦面状に形成されている。そして、規定部材４５は、パワートランジスタＱ（Ｑ１〜Ｑ８）から離れた位置に設けられている。そして、この規定部材４５も、壁部４３および膨出部４２とを備えており、冷媒収容室２０ａ内に、領域Ｋ１および領域Ｋ２とを規定する。

ここで、底部２０ｄのうち、領域Ｋ１が位置する部分に対して、反対側に位置する装着面１１ａには、パワートランジスタＱ（Ｑ１〜Ｑ８）が装着されている。

このため、領域Ｋ１内に位置する冷媒Ｗが蒸発して、この蒸発した気体状の冷媒Ｗは、冷却フィン２１に向けて案内され、領域Ｋ２内に入り込む。そして、冷却フィン２１によって冷却され、凝縮する。このように、この図８に示す冷却装置においても、冷媒Ｗの循環を確保することができ、良好にパワートランジスタＱ（Ｑ１〜Ｑ８）を冷却することができる。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は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および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、冷却装置に関し、特に、内部に貯留された冷媒の気化熱を用いて、冷却対象物を冷却する冷却装置に好適である。

ＰＣＵの主要部の構成を示す回路図である。パワートランジスタを冷却する冷却セルを備えた冷却装置の分解斜視図である。冷却装置の冷却セルの内部構成を詳細に示す斜視図である。冷却セルの断面図である。冷却フィンおよび冷却管の変形例を示す断面図である。冷媒が流れる冷却管に替えて、空冷フィンを採用した変形例である。冷却セルの第１変形例を示す断面図である。冷却セルの第２変形例を示す断面図である。

符号の説明

１０冷却装置、１１装着部材、１１ｃ回路基板、１１ｂ絶縁膜、１１ａ装着面、１３冷却管、１３ａ分岐管、１５冷却セル、１６筐体、２０ａ冷媒収容室、２０ｄ底部、２１冷却フィン、２３空冷フィン、３０Ａ，３０Ｂ膨出部、３１Ａ，３１Ｂ壁部、３２Ａ，３２Ｂ規定部材、４４規定部材、４５規定部材、Ｋ１第１領域、Ｋ２第２領域、Ｒ流通方向、Ｗ冷媒。

Claims

冷却対象物が装着される装着部を有する筐体と、
前記装着部の上方に位置する前記筐体内に形成され、前記冷却対象物からの熱によって蒸発可能とされた冷媒が収容された冷媒収容室と、
前記筐体に設けられ、気体状の前記冷媒を冷却可能な冷却部と、
前記冷媒収容室内に設けられ、前記冷却対象物からの熱によって蒸発した気体状の前記冷媒を前記冷却部に向けて案内可能な第１領域と、前記第１領域に対して、前記冷媒の流通方向下流側に位置し、前記冷却部にて冷却された前記冷媒を、前記冷媒収容室の底部に向けて案内可能とされた第２領域とを、前記冷媒収容室内に規定可能な規定部材と、
を備え、
前記冷却部は、前記冷媒収容室内に設けられた冷却フィンを含み、
前記規定部材は、前記気体状の冷媒を前記第１領域から前記冷却フィンに向けて案内し、
前記冷却フィンは、第１領域側から前記第２領域に向けて延びるように配置された、冷却装置。
前記規定部材は、前記冷媒収容室の底部側から前記冷媒収容室の高さ方向の中央部に達するように延びる壁部と、前記壁部の上端部に設けられ、表面が湾曲面状の膨出部とを含む、請求項１に記載の冷却装置。
前記冷媒収容室を規定する前記筐体の内表面は、前記冷却対象物に向けて張り出す底部を有する、請求項１または請求項２に記載の冷却装置。
前記規定部材は、間隔を隔てて、複数設けられた、請求項１から請求項３のいずれかに記載の冷却装置。
前記規定部材は、前記冷却対象物の幅方向の中央部に対して、前記冷却対象物の幅方向に離れた位置に設けられた、請求項１から請求項４のいずれかに記載の冷却装置。
前記冷媒収容室の底部は前記規定部材によって、前記第１領域のうち、気体状の前記冷媒の流通方向の上流に位置し、前記冷却対象物からの熱によって蒸発する前記冷媒が貯留する第１貯留部と、前記第２領域のうち、気体状の前記冷媒の流通方向の下流に位置し、前記冷却部によって凝縮された液体状の前記冷媒が貯留する第２貯留部とに区分され、
前記規定部材は、前記第２貯留部内の前記冷媒を前記第１貯留部に案内可能な流通部を有する、請求項１から請求項５のいずれかに記載の冷却装置。
前記冷却部は、前記冷却フィンからの熱を冷却可能な冷却媒体が流通する冷却管を含み、
前記冷却管は、前記冷却フィン内に達する分岐部を有する、請求項１から請求項６のいずれかに記載の冷却装置。