JP7214565B2 - 電力変換装置及び冷却構造体 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置及び冷却構造体に関する。

電気自動車やハイブリッド自動車等の車両には、動力源としてモータが使用されている。そのため、車両には、走行用のモータ用の電力を貯蔵する高電圧大領域蓄電池が搭載されている。また、車両には、蓄電池に貯蔵された電力をモータや車外の負荷へ供給するためのインバータ、車内の他の電装機器へ供給するためのコンバータ、外部の充電装置からの電力により蓄電池を充電するためのコンバータ等の電力変換装置が搭載されている。

一般的に電力変換装置は、密封容器と、気液二相状態の冷媒と、電力変換用回路とを備える。電力変換用回路は、パワー半導体からなるスイッチング素子や、電流平滑化のためのコンデンサやコイル等の電子部品を有する。電子部品は、動作時に発熱するため積極的に冷却する必要がある。例えば、密封容器内に充填された冷媒の沸騰凝縮を利用して放熱を促進する冷却方式が知られている。この冷却方式によれば、電子部品を冷媒に浸かるように配置することにより電子部品は冷却される（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１１－５０１９７号公報

特許文献１に記載の電力変換装置においては、スイッチング素子やコンデンサ等の複数の電子部品をまとめて密封容器内において冷却することが可能になる。しかしながら、スイッチング素子は、コンデンサに比べて発熱量が大きく耐熱温度が高く構成されている一方で、コンデンサは、スイッチング素子に比べて発熱量が小さく耐熱温度が低く構成されている。このため、発熱量の異なる電子部品を同じ密封容器内において冷却する場合、発熱量の大きなスイッチング素子により液相冷媒の温度は全体的に高温になり、液相冷媒がコンデンサにとって許容できない温度に達するおそれがある。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、密封容器内で発熱量の異なる複数の電子部品を効率よく冷却することができる手段を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る電力変換装置は、密封容器と、前記密封容器に充填された気液二相状態の冷媒と、前記密封容器内において液相冷媒内に配置された複数の電子部品と、を備え、前記密封容器は、前記液相冷媒の液面に対して交差する方向に前記密封容器の内部空間を複数の収容部に分割する仕切壁を有し、前記複数の電子部品のうち一の電子部品は、前記複数の収容部のうち一の収容部に配置されており、前記複数の電子部品のうち前記一の電子部品よりも発熱量が大きい他の電子部品は、前記複数の収容部のうち他の収容部に配置されており、前記密封容器は、前記一の収容部の側から前記他の収容部の側へ前記液相冷媒が移動可能であり、前記他の収容部の側から前記一の収容部の側へ気相冷媒が移動可能であるように構成されていることを特徴とする。

また、前記密封容器は、前記一の収容部の側の外壁面及び前記一の収容部の側の内壁面の少なくとも一方に、前記外壁面及び前記内壁面から立設したフィンを有していてもよい。

また、前記仕切壁は、前記密封容器の前記気相冷媒側で前記液面と対向する壁部と、前記気相冷媒側の壁部と対向する前記液相冷媒側の壁部との間に所定の間隔をあけて設けられていてもよい。

また、前記仕切壁は、前記一の収容部と前記他の収容部とを互いに隔離しており、前記密封容器は、前記気相冷媒が存在する側で前記一の収容部と前記他の収容部とを繋ぐ気相側連結部と、前記液相冷媒が存在する側で前記一の収容部と前記他の収容部とを繋ぐ液相側連結部と、を有し、前記液相側連結部は、前記他の収容部から前記一の収容部への前記液相冷媒の通流を防ぐ弁部材を有していてもよい。

また、前記気相側連結部の外周面にフィンが設けられていてもよい。

また、前記他の収容部に加熱装置が設けられていてもよい。

また、前記他の電子部品にヒートシンクが設けられていてもよい。

また、前記密封容器は、前記他の収容部の側の外壁面及び内壁面の少なくとも一方に断熱材を有していてもよい。

また、前記一の収容部の側で前記気相冷媒に接する前記密封容器の内壁面にウイックが設けられていてもよい。

また、前記密封容器の前記気相冷媒側の壁部は、該気相冷媒側の壁部と対向する前記液相冷媒側の壁部に対して、前記他の収容部の側から前記一の収容部の側に向かうに連れて前記液面に接近するように延びていてもよい。

また、前記仕切壁の少なくとも一部分は、前記一の電子部品及び前記他の電子部品が取り付けられた基板により形成されていてもよい。

さらに、上記課題を解決するために、本発明に係る冷却構造体は、複数の電子部品を収容する密封容器と、前記密封容器に充填された気液二相状態の冷媒と、を備え、前記密封容器は、前記液相冷媒の液面に対して交差する方向に前記密封容器の内部空間を、前記複数の電子部品を収容する複数の収容部に分割する仕切壁を有し、前記複数の電子部品のうち一の電子部品を収容する前記複数の収容部のうち一の収容部の側から、前記複数の電子部品のうち前記一の電子部品よりも発熱量が大きい他の電子部品を収容する前記複数の収容部のうち他の収容部の側へ前記液相冷媒が移動可能であり、前記他の収容部の側から前記一の収容部の側へ気相冷媒が移動可能であるように構成されていることを特徴とする。

本発明により、密封容器内で発熱量の異なる複数の電子部品を効率よく冷却することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置の斜視図である。 （ａ）～（ｃ）は、図１に示した電力変換装置をそれぞれ異なる側から見た図である。 本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置の断面斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置の動作状態における正面断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る電力変換装置の構成を説明するための図である。 本発明の第３の実施の形態に係る電力変換装置の構成を説明するための図である。 本発明の第４の実施の形態に係る電力変換装置の構成を説明するための図である。 本発明の第５の実施の形態に係る電力変換装置の構成を説明するための図である。 本発明の第６の実施の形態に係る電力変換装置の構成を説明するための図である。 本発明の第７の実施の形態に係る電力変換装置の構成を説明するための図である。

以下に、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。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置１の斜視図である。図２（ａ）は、電力変換装置１を正面から見た正面図であり、図２（ｂ）は電力変換装置１を上面から見た上面図であり、図２（ｃ）は電力変換装置１を一側面から見た側面図である。図３は、電力変換装置１を高さ方向に断面にした断面斜視図である。図４は、電力変換装置１の動作状態における正面断面図である。

本願発明に係る電力変換装置１は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載される車載用の電力変換装置である。電力変換装置１は、車両の駆動源となるモータに供給される電力を制御したり、電装機器へ電力を供給したり、外部の充電装置からの電力で蓄電池を充電するものである。

なお、説明の便宜上、電力変換装置１は、図面においては使用状態における姿勢で示されており、鉛直方向を電力変換装置１の高さ方向Ｈとし、図面において高さ方向Ｈに対して側方に交差する方向を幅方向Ｗ、前後に交差する方向を厚さ方向Ｄとする。また、図面において高さ方向Ｈの上側を上方Ｈ１とし、下側を下方Ｈ２とする。また、図面において幅方向Ｗの左側を左方Ｗ１とし、右側を右方Ｗ２とする。また、図面において厚さ方向Ｄの前側を前方Ｄ１とし、後側を後方Ｄ２とする。

＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置１は、密封容器１０と、密封容器１０に充填された気液二相状態の冷媒２０と、を有する冷却構造体０１と、この冷却構造体０１内に配置された２種類の電子部品３１，３２と、を備える。密封容器１０は、液相冷媒２１の液面２１ａに対して交差する方向に密封容器１０の内部空間１１を２つの収容部１２，１３に分割する仕切壁１４を有する。一方の収容部１２に２種類の電子部品３１，３２のうち一の電子部品３１が配置されている。他方の収容部１３に２種類の電子部品３１，３２のうち、一の電子部品３１よりも発熱量が大きい他の電子部品３２が配置されている。電力変換装置１は、一方の収容部１２の側から他方の収容部１３の側へ液相冷媒２１が移動可能であり、他方の収容部１３の側から一方の収容部１２の側へ気相冷媒２２が移動可能であるように構成されている。以下、電力変換装置１の構成について具体的に説明する。

本実施の形態に係る電力変換装置１は、冷却構造体０１と、電子部品３１，３２と、を備える。冷却構造体０１は、電子部品３１，３２を冷却する構造を有する。冷却構造体０１が適用される対象は特に限定されず、例えば、電子変換装置１に適用される。

冷却構造体０１は、電子部品３１，３２を収容する密封容器１０と、密封容器１０に充填された気液二相状態の冷媒２０とを備える。冷却構造体０１の密封容器１０は、複数の壁部１０ａ～１０ｆと、仕切壁１４と、フィン１５とを有する。密封容器１０は、金属、樹脂、セラミックス等により形成されている。密封容器１０は、特に銅、アルミニウム、マグネシウム等の熱伝導性の高い材料や、鉄、ステンレス、チタンなど強度の高い材料により形成されていることが好ましい。なお、密封容器１０の材質は上記材質に限定されない。

前壁部１０ａ及び後壁部１０ｂは、略正方形状の部分である。前壁部１０ａ及び後壁部１０ｂは、厚さ方向Ｄにおいて互いに対向している。壁部１０ｃ～１０ｆは、略矩形状の部分である。上壁部１０ｃは、高さ方向Ｈの上方Ｈ１側で前壁部１０ａと後壁部１０ｂとの間に設けられている。下壁部１０ｄは、高さ方向Ｈの下方Ｈ２側で前壁部１０ａと後壁部１０ｂとの間に設けられている。側壁部１０ｅは、幅方向Ｗの左方Ｗ１側で前壁部１０ａと後壁部１０ｂとの間に設けられている。側壁部１０ｆは、幅方向Ｗの右方Ｗ２側で前壁部１０ａと後壁部１０ｂとの間に設けられている。前壁部１０ａ、後壁部１０ｂ、上壁部１０ｃ、下壁部１０ｄ、側壁部１０ｅ，１０ｆにより、密封容器１０の内部空間１１は密に画定されている。

密封容器１０は、外部機器と接続されているインタフェース（図示せず。）を有している。インタフェースを介して外部機器から電力変換装置１への電気的な入力が行われ、また、電力変換装置１から外部機器への電気的な出力が行われる。

なお、密封容器１０の形状は特に限定されず、例えば、高さ方向Ｈに沿って延びる軸線を有する円筒形状であってもよい。また、密封容器１０は、例えば、前壁部１０ａ以外の壁部１０ｂ～１０ｆが一体に形成されて、前壁部１０ａが後工程において一体に連結されるようになっていてもよく、密封容器１０を如何に構築するかは特に限定されない。

仕切壁１４は、液相冷媒２１の液面２１ａに対して交差する方向に内部空間１１を２つの収容部１２，１３に分割する。仕切壁１４は、金属、樹脂、セラミックス等により形成されている。仕切壁１４は、特に熱伝導率を下げることを目的として樹脂を発泡させたものを用いてもよい。なお、仕切壁１４の材質は上記材質に限定されない。

仕切壁１４は、高さ方向Ｈに延びている。仕切壁１４は、前壁部１０ａと後壁部１０ｂとの間を厚さ方向Ｄに延在している。厚さ方向Ｄにおける仕切壁１４の端部は、前壁部１０ａ及び後壁部１０ｂに接触している。仕切壁１４により内部空間１１に、２つの収容部１２，１３が形成される。収容部１２は、仕切壁１４と、側壁部１０ｆとの間に存在する空間である。収容部１３は、仕切壁１４と側壁部１０ｅとの間に存在する空間である。

高さ方向Ｈの上方Ｈ１側の仕切壁１４の端部は、密封容器１０の気相冷媒２２側の上壁部１０ｃに対して所定の間隔をあけている。内部空間１１において仕切壁１４の上方Ｈ１側の端部と上壁部１０ｃとの間には通流口１６が確保されている。通流口１６を介して気相冷媒２２が収容部１３から収容部１２へ移動自在になっている。高さ方向Ｈの下方Ｈ２側の仕切壁１４の端部は、密封容器１０の液相冷媒２１側の下壁部１０ｄに対して所定の間隔をあけている。内部空間１１において仕切壁１４の下方Ｈ２側の端部と下壁部１０ｄとの間には通流口１７が確保されている。通流口１７を介して液相冷媒２１が収容部１２から収容部１３へ移動自在になっている。つまり、電力変換装置１の密封容器１０は、収容部１２の側から収容部１３の側へ通流口１７を通って液相冷媒２１が移動し、収容部１３の側から収容部１２の側へ通流口１６を通って気相冷媒２２が移動するように構成されている。

複数のフィン１５は、収容部１２の側の密封容器１０の外壁面から立設している。フィン１５は、金属、樹脂、セラミックス等により形成されている。フィン１５は、特に銅、アルミニウム、マグネシウム等の熱伝導性の高い材料により形成されていることが好ましい。なお、フィン１５の材質は上記材質に限定されない。

複数のフィン１５がそれぞれ上壁部１０ｃ及び側壁部１０ｆに設けられている。フィン１５は、厚さ方向Ｄに亘って延びている。上壁部１０ｃにおける各フィン１５は、幅方向Ｗに互いに平行に設けられている。上壁部１０ｃに設けられているフィン１５は全て、仕切壁１４に対して収容部１２の側に設けられている。側壁部１０ｆにおいては、上方Ｈ１の側に複数のフィン１５が設けられている。側壁部１０ｆにおける各フィン１５は、高さ方向Ｈに互いに平行に設けられている。なお、側壁部１０ｆにおける複数のフィン１５は、上壁部１０ｃと下壁部１０ｄとの間に亘って設けられていてもよい。

フィン１５は、収容部１２の側の密封容器１０の外壁面だけでなく、収容部１２の側の密封容器１０の内壁面に設けられていてもよく、内壁面にのみ設けられていてもよい。また、フィン１５は、収容部１２に対応する前壁部１０ａ及び後壁部１０ｂの外壁面及び内壁面の少なくとも一方に設けられていてもよい。この場合、フィン１５は、幅方向Ｗに沿って延びており、各フィン１５は、高さ方向Ｈに互いに平行に設けられている。

冷却構造体０１の冷媒２０は、密封容器１０の内部空間１１内に充満するように封入されている。冷媒２０は、気液二相状態でありフッ素系の不活性冷媒である。冷媒２０としては、例えば、フロリナート（登録商標）が挙げられるが、冷媒２０がフッ素系の不活性の冷媒であれば特に限定されない。冷媒２０は、絶縁性能及び熱伝導性が高い。冷媒２０は、密封容器１０内において液相冷媒２１及び気相冷媒２２の状態で存在している。冷媒２０は、電力変換装置１が動作していない非動作状態においては気液二相の平衡状態にあり、収容部１２，１３における液相冷媒２１の液面２１ａは、高さ方向Ｈにおいて互いに同じ水位になっている。

電力変換装置１が動作している動作状態において気液二相の平衡状態は崩れる。動作状態にある電子部品３１，３２においては大量の熱が発せられ、後述する電子部品３２の表面で沸騰気泡２３が発生する（図４参照。）。沸騰気泡２３は、収容部１３の側で上方Ｈ１に移動して液面２１ａに到達し、気相冷媒２２となる。沸騰気泡２３の発生により、収容部１３における液相冷媒２１の液面２１ａは、収容部１２における液相冷媒２１の液面２１ａよりも高さ方向Ｈにおいて下方Ｈ２の側に下がっている。

電子部品３１，３２は、冷却構造体０１内に配置されており、具体的には、密封容器１０内において液相冷媒２１内に配置されている。電子部品３１，３２は、電力変換装置１に設けられたインタフェース（図示せず。）を介して外部機器と所定の形式により接続されている。また、電子部品３１，３２は、互いに所定の形式により接続されている。電子部品３１，３２は、少なくとも２種類の電子部品に分類される。２種類の電子部品のうち電子部品３１は、収容部１２に配置されている。電子部品３２は、電子部品３１よりも発熱量が大きく、収容部１３に配置されている。電子部品３１，３２のいずれも、液相冷媒２１に完全に浸かった状態において密封容器１０内に配置されている。

電子部品３１は、基板３１ａ上に配置されていて、複数のコンデンサ３１ｂと、複数のコイル３１ｃとを有する。基板３１ａは、最も大きな面において後壁部１０ｂの内壁面に取り付けられている。コンデンサ３１ｂ及びコイル３１ｃは、後壁部１０ｂに接していない基板３１ａの面に配置されている。コンデンサ３１ｂは、車両電源から供給される直流電流を平滑化する。

電子部品３２は、基板３２ａ上に配置されていて、複数のスイッチング素子（半導体素子）３２ｂを有する。基板３２ａは、最も大きな面において後壁部１０ｂの内壁面に取り付けられている。各スイッチング素子３２ｂは、後壁部１０ｂに接していない基板３２ａの面に設けられている。スイッチング素子３２ｂは、ＩＧＢＴ等のパワー半導体であり、外部機器から供給されてきた電流を制御する素子である。そのため、スイッチング素子３２ｂは、コンデンサ３１ｂやコイル３１ｃよりも発熱量が大きくなるので、電子部品３２は、電子部品３１に比べて発熱量が大きい。

次に、本実施の形態に係る電力変換装置１の動作状態について説明する。図４は、電力変換装置１の動作状態における冷媒２１，２２の移動を示す概略的な断面図である。電力変換装置１が駆動されると、電子部品３２におけるスイッチング素子３２ｂは発熱し始める。スイッチング素子３２ｂの発熱により、スイッチング素子３２ｂの表面に沸騰気泡２３が発生する。沸騰気泡２３が液面２１ａに達すると、沸騰気泡２３は気相冷媒２２となる。

密封容器１０の上壁部１０ｃ及び下壁部１０ｄにはフィン１５が設けられており、フィン１５を通じて密封容器１０内の熱は外部へ放出されるので、気相冷媒２２が有する熱も同様にフィン１５を通じて効率よく密封容器１０の外部に導出される（矢印参照。）。

電力変換装置１の動作状態において、スイッチング素子３２ｂの発熱により、収容部１３の側で液相冷媒２１が沸騰して沸騰気泡２３が発生し、沸騰気泡２３は気相冷媒２２となる。液相冷媒２１の気化により収容部１３の側においては冷媒水位（液面２１ａ）が低下する。そのため、収容部１２，１３間で気相圧力に差が生じる。また、収容部１２の側の温度は、収容部１３側の温度よりも低いため、スイッチング素子３２ｂが置かれた収容部１３の側からコンデンサ３１ｂ及びコイル３１ｃが置かれた収容部１２へと流れる。気相冷媒２２は、収容部１２の側に通流口１６を通って移動する。

内部空間１１において少なくとも収容部１２の側では気相冷媒２２に凝縮現象、つまり、気相から液相への相変化が冷媒２０に起こり、冷媒２０が収容部１２の側で滴下し、液相水位（液面２１ａ）が上昇する。収容部１２，１３における液面２１ａの高低差により、収容部１２から通流口１７を通って収容部１３へと液相冷媒２１の流れが生じ、冷媒２０は、密封容器１０の内部空間１１では図４において矢印により示すように循環する。

密封容器１０内においては電力変換装置１が動作状態にある限り、気相冷媒２２が収容部１３の側から収容部１２の側へ通流口１６を通って移動し、液相冷媒２１が収容部１２の側から収容部１３の側へ通流口１７を通って移動する、冷媒２０の循環が発生し続ける。

以上のような電力変換装置１によれば、スイッチング素子３２ｂと、コンデンサ３１ｂ及びコイル３１ｃとは、仕切壁１４によって仕切られた別々の収容部１２，１３に配置されていると共に、密封容器１０内で収容部１２，１３間に冷媒２０の循環が生じるので、コンデンサ３１ｂ及びコイル３１ｃが置かれた収容部１２の液相冷媒２１の温度は、スイッチング素子３２ｂが置かれた収容部１３の液相冷媒２１の温度よりも低い状態が保たれる。これにより、耐熱性の低いコンデンサ３１ｂ及びコイル３１ｃの温度は、耐熱性の高いスイッチング素子３２ｂの温度よりも低い状態に保つことができる。コンデンサ３１ｂ及びコイル３１ｃは、スイッチング素子３２ｂの発熱により高温になった液相冷媒２１の影響をほぼ受けていない液相冷媒２１において冷却することができる。

また、電力変換装置１における密封容器１０は、収容部１２の側にフィン１５を有しているので、密封容器１０における表面積を拡大することができる。フィン１５により密封容器１０の表面積が拡大されることにより、気相冷媒２２の放熱を促進することができ、併せて密封容器１０内の冷媒２０の循環を促進することができる。

＜第２の実施の形態＞
次に第２の実施の形態に係る電力変換装置１Ａについて説明する。図５は、第２の実施の形態に係る電力変換装置１Ａの構成を説明するための概略的な断面図である。なお、以下では、第１の実施の形態に係る電力変換装置１と異なる構成のみ説明し、電力変換装置１と同じ構成については同じ符号を付して説明を省く。

電力変換装置１Ａにおいて冷却構造体０１の仕切壁１４Ａは、内部空間１１において収容部１２と収容部１３とを互いに隔離している。仕切壁１４Ａは、前壁部１０ａ、後壁部１０ｂ、上壁部１０ｃ及び下壁部１０ｄのいずれにも接触している。密封容器１０の内部空間１１において、収容部１２，１３は互いに独立している。

冷却構造体０１の密封容器１０は、２つの管状の連通部材１８，１９を有する。連通部材１８，１９は、金属、樹脂、セラミックス等により形成されているが、特に材質は限定されない。連通部材１８は、高さ方向Ｈの上方Ｈ１において密封容器１０の外側に設けられており、連通部材（気相側連結部）１８の一端は、上壁部１０ｃを貫通して収容部１２に通じており、連通部材１８の他端は、上壁部１０ｃを貫通して収容部１３に通じている。連通部材１８は、気相冷媒２２が収容部１３の側から収容部１２の側に移動するための流路である。

連通部材１８は、複数のフィン１８ａを有する。フィン１８ａは、連通部材１８の一端と他端との間の連通部材１８の外周面に立設されている。フィン１８ａは、連通部材１８の外周面の全周に亘って設けられていても、外周面において部分的に設けられていてもよい。

連通部材（液相側連結部）１９は、高さ方向Ｈの下方Ｈ２において密封容器１０の外側に設けられており、連通部材１９の一端は、下壁部１０ｄを貫通して収容部１２に通じており、連通部材１９の他端は、下壁部１０ｄを貫通して収容部１３に通じている。連通部材１９は、液相冷媒２１が収容部１２の側から収容部１３の側に移動するための流路である。

連通部材１９は、弁部材１９ａを有する。弁部材１９ａは、収容部１２の側から収容部１３の側への液相冷媒２１の通流を許容して、収容部１３の側から収容部１２の側への液相冷媒２１の通流を防ぐ。弁部材１９ａは、連通部材１９の一端と他端との間に設けられている。

スイッチング素子３２ｂの発熱により、収容部１３の側で液相冷媒２１が沸騰して沸騰気泡２３が発生する。沸騰気泡２３は、気相冷媒２２となり収容部１３から、収容部１３に比べて低い温度である収容部１２の側に連通部材１８を通って移動する。収容部１２の側の液相冷媒２１は、連通部材１９及び弁部材１９ａを通って収容部１３の側へ移動する。

密封容器１０内においては電力変換装置１Ａが動作状態にある限り、気相冷媒２２が収容部１３の側から収容部１２の側へ連通部材１８を通って移動し、液相冷媒２１が収容部１２の側から収容部１３の側へ連通部材１９を通って移動し、冷媒２０の循環が発生し続ける。

電力変換装置１Ａは、電力変換装置１の作用、効果を奏する。さらに、電力変換装置１Ａにおいて、内部空間１１は、仕切壁１４Ａにより２つの隔離された収容部１２，１３が形成されているので、コンデンサ３１ｂ及びコイル３１ｃは、スイッチング素子３２ｂの発熱により高温になった液相冷媒２１の影響を受けていない液相冷媒２１により効果的に冷却することができる。また、弁部材１９ａにより、スイッチング素子３２ｂの発熱により高温になった液相冷媒２１の収容部１２への通流を完全に排除することができるので、耐熱性の低いコンデンサ３１ｂ及びコイル３１ｃの温度を、耐熱性の高いスイッチング素子３２ｂの温度よりも低く確実に保つことができる。

また、気相冷媒２２は、連通部材１８を通って収容部１３から密封容器１０の外側を通過して、収容部１２へ移動するため気相冷媒２２の放熱をより促進することができる。また、フィン１８ａにより連通部材１８の表面積は拡大されているので、放熱効果をより高めることができる。

＜第３の実施の形態＞
次に第３の実施の形態に係る電力変換装置１Ｂについて説明する。図６は、第３の実施の形態に係る電力変換装置１Ｂの構成を説明するための概略的な断面図である。なお、以下では、第１の実施の形態に係る電力変換装置１と異なる構成のみ説明し、電力変換装置１と同じ構成については同じ符号を付して説明を省く。

電力変換装置１Ｂは、加熱装置４０を有している。加熱装置４０は、冷却構造体０１の収容部１３の側において液相冷媒２１内に配置されている。加熱装置４０は、収容部１３の側の液相冷媒２１を加熱し、収容部１３の側における液相冷媒２１の沸騰気泡２３の発生を促進する。

電力変換装置１Ｂにおいて基板３２ａにはヒートシンク３２ｃが設けられている。ヒートシンク３２ｃは、基板３２ａ上においてスイッチング素子３２ｂに接して設けられている。ヒートシンク３２ｃは、熱伝導特性の高い金属材料により形成されており、例えば、アルミニウム、鉄、銅等により形成されている。本実施の形態においては、１つのヒートシンク３２ｃが、複数のスイッチング素子３２ｂに対して設けられているが、各スイッチング素子３２ｂに設けられていてもよい。

電力変換装置１Ｂの動作中におけるスイッチング素子３２ｂの発熱及び加熱装置４０の加熱動作により、収容部１３の側で液相冷媒２１の沸騰が促進されて沸騰気泡２３が発生する。電力変換装置１Ｂは、電力変換装置１の作用、効果を奏する。さらに、電力変換装置１Ｂにおいてヒートシンク３２ｃは、スイッチング素子３２ｂに接して設けられているので、スイッチング素子３２ｂが発する熱を、ヒートシンク３２ｃを介して効果的に液相冷媒２１へ伝達することができる。

また、電力変換装置１Ｂにおいては、加熱装置４０により収容部１３の側の液相冷媒２１の沸騰が促進されてより多くの沸騰気泡２３を発生させることができる。これにより、密封容器１０の内部空間１１内における冷媒２０の循環をより促進することができる。

＜第４の実施の形態＞
次に第４の実施の形態に係る電力変換装置１Ｃについて説明する。図７は、第４の実施の形態に係る電力変換装置１Ｃの構成を説明するための概略的な断面図である。なお、以下では、第１の実施の形態に係る電力変換装置１と異なる構成のみ説明し、電力変換装置１と同じ構成については同じ符号を付して説明を省く。

電力変換装置１Ｃは、断熱材５０を有している。断熱材５０は、冷却構造体０１の収容部１３の側で密封容器１０の外壁面に配置されている。断熱材５０は、収容部１３の側において前壁部１０ａ、後壁部１０ｂ、上壁部１０ｃ、下壁部１０ｄ及び側壁部１０ｅに亘って設けられている。断熱材５０は、繊維系材料又は発泡系材料により形成されている。

電力変換装置１Ｃにおける密封容器１０は、外壁面及び内壁面の側にフィン１５を有している。内壁面においてフィン１５は、上壁部１０ｃに設けられている。収容部１２の側壁部１０ｆにおけるフィン１５は、高さ方向Ｈに沿って上方Ｈ１側から下方Ｈ２側に亘って設けられている。

電力変換装置１Ｃは、電力変換装置１の作用、効果を奏する。さらに、電力変換装置１Ｃにおいては断熱材５０が設けられていることにより、収容部１３の側での密封容器１０から外部への熱移動を効果的に防ぐことができる。これにより、収容部１３においてはより高い保温性が実現されるので、収容部１２，１３それぞれにおける気相冷媒２２間の気相圧力差が大きくなる。これにより密封容器１０内での冷媒２０の循環がより促進される。

また、フィン１５が密封容器１０の内壁面にも設けられているので、密封容器１０の内壁面の表面積を拡大することができ、外部への気相冷媒２２の放熱がより促進され気相冷媒２２の液化が促進される。

＜第５の実施の形態＞
次に第５の実施の形態に係る電力変換装置１Ｄについて説明する。図８は、第５の実施の形態に係る電力変換装置１Ｄの構成を説明するための概略的な断面図である。なお、以下では、第１の実施の形態に係る電力変換装置１と異なる構成のみ説明し、電力変換装置１と同じ構成については同じ符号を付して説明を省く。

電力変換装置１Ｄは、ウイック６０を有している。ウイック６０は、冷却構造体０１の収容部１２の側で密封容器１０の内壁面に配置されている。ウイック６０は、少なくとも気相冷媒２２が接する密封容器１０の前壁部１０ａ、後壁部１０ｂ、上壁部１０ｃ及び側壁部１０ｆに設けられている。ウイック６０は、例えば、金属メッシュ、不織布等の繊維集合体、銅粉等の金属粉の焼結体等の多孔質体により形成されていても、前壁部１０ａ、後壁部１０ｂ、上壁部１０ｃ及び側壁部１０ｆの内壁面を表面処理して細かい溝等により形成されていてもよい。ウイック６０は、毛細管構造を有しており、毛細管圧力によりウイック６０において気相冷媒２２は凝縮され液化して滴下される。

電力変換装置１Ｄは、電力変換装置１の作用、効果を奏する。さらに、電力変換装置１Ｄにおけるウイック６０により、気相冷媒２２を迅速に凝縮して液化し、液相冷媒２１として収容部１２に供給することができる。これにより密封容器１０内での冷媒２０の循環がより促進される。

＜第６の実施の形態＞
次に第６の実施の形態に係る電力変換装置１Ｅについて説明する。図９は、第６の実施の形態に係る電力変換装置１Ｅの構成を説明するための概略的な断面図である。なお、以下では、第１の実施の形態に係る電力変換装置１と異なる構成のみ説明し、電力変換装置１と同じ構成については同じ符号を付して説明を省く。

電力変換装置１Ｅにおける冷却構造体０１の密封容器１０の上壁部１０ｃは、この上壁部１０ｃと対向する下壁部１０ｄに対して、収容部１３の側から収容部１２の側に向かうに連れて液面２１ａに接近するように延びている。電力変換装置１Ｅの密封容器１０において、側壁部１０ｅと、側壁部１０ｆとは、下壁部１０ｄから高さ方向Ｈに異なる長さで延びている。側壁部１０ｅは、側壁部１０ｆに比べて上方Ｈ１側に長く形成されている。つまり、上壁部１０ｃは、下壁部１０ｄに対して左方Ｗ１側から右方Ｗ２側に向かって下方Ｈ２側に傾斜している。これにより、収容部１２において下壁部１０ｄに対する上壁部１０ｃの間隔は、収容部１３において下壁部１０ｄに対する上壁部１０ｃの間隔よりも全体的に小さくなっている。

電力変換装置１Ｅは、電力変換装置１の作用、効果を奏する。さらに、電力変換装置１Ｅの上壁部１０ｃは、左方Ｗ１側から右方Ｗ２側、つまり、収容部１３の側から収容部１２の側に向かって下方Ｈ２側に傾斜している。これにより、収容部１３の側から収容部１２の側へ移動する際に凝縮されて気相冷媒２２から液相に変化した冷媒２０は、上壁部１０ｃの内壁面に付着して、上壁部１０ｃの傾斜に沿って収容部１２の側に導かれ、液相冷媒２１として収容部１２に供給することができる。

＜第７の実施の形態＞
次に第７の実施の形態に係る電力変換装置１Ｆについて説明する。図１０は、第７の実施の形態に係る電力変換装置１Ｆの構成を説明するための概略的な断面図である。なお、以下では、第１の実施の形態に係る電力変換装置１と異なる構成のみ説明し、電力変換装置１と同じ構成については同じ符号を付して説明を省く。

電力変換装置１Ｆにおいて冷却構造体０１の仕切壁１４Ｆは、内部空間１１において収容部１２と収容部１３とを互いに隔離している。仕切壁１４Ｆは、前壁部１０ａ、後壁部１０ｂ、上壁部１０ｃ及び下壁部１０ｄのいずれにも接触している。仕切壁１４Ｆの中央部には、仕切壁１４Ｆの厚さ方向に貫通した開口部１４Ｆａが形成されている。開口部１４Ｆａは、後述する基板３３により閉鎖されている。

開口部１４Ｆａに対して下方Ｈ２側の仕切壁１４Ｆの部分には通流口１４Ｆｂが形成されている。電力変換装置１Ｆにおいて収容部１２と収容部１３とは、通流口１４Ｆｂを介してのみ接続されている。液相冷媒２１は、収容部１２から収容部１３へ通流口１４Ｆｂを通って移動する。

冷却構造体０１の密封容器１０は、連通部材７０を有する。連通部材（気相側連通部）７０は、金属、樹脂、セラミックス等により形成されているが、特に材質は限定されない。連通部材７０は、高さ方向Ｈの上方Ｈ１側において密封容器１０の外側に設けられており、連通部材７０の一端は、上壁部１０ｃを貫通して収容部１２に通じており、連通部材７０の他端は、上壁部１０ｃを貫通して収容部１３に通じている。連通部材７０は、気相冷媒２２が収容部１３の側から収容部１２の側に移動するための流路である。

連通部材７０は、複数のフィン７０ａを有する。フィン７０ａは、連通部材７０の一端と他端との間の連通部材７０の外周面に立設されている。フィン７０ａは、連通部材７０の外周面の全周に亘って設けられていても、外周面において部分的に設けられていてもよい。

電力変換装置１Ｆにおいて、コンデンサ３１ｂ、コイル３１ｃ及びスイッチング素子３２ｂは、１つの共通の基板３３上に設けられている。基板３３は、仕切壁１４Ｆの開口部１４Ｆａを塞ぐようにして仕切壁１４Ｆに設けられている。基板３３は、仕切壁１４Ｆに収容部１２の側から取り付けられている。コンデンサ３１ｂ及びコイル３１ｃは、基板３３の収容部１２に面する面３３ａに設けられている。スイッチング素子３２ｂは、基板３３の収容部１３に面する面３３ｂに設けられている。基板３３が仕切壁１４Ｆに取り付けられた状態において、スイッチング素子３２ｂは、仕切壁１４Ｆの開口部１４Ｆａを通って収容部１３の側に突出している。つまり、電力変換装置１Ｆにおける仕切壁１４Ｆの少なくとも一部分は、コンデンサ３１ｂ及びコイル３１ｃ及びスイッチング素子３２ｂがそれぞれ異なる面３３ａ，３３ｂに取り付けられた基板３３により形成されている。

電力変換装置１Ｆは、電力変換装置１の作用、効果を奏する。さらに、電力変換装置１Ｆにおいては、発熱量の異なるコンデンサ３１ｂ及びコイル３１ｃと、スイッチング素子３２ｂとが１つの共通の基板３３上に配置されることにより、個別の基板にコンデンサ３１ｂ及びコイル３１ｃと、スイッチング素子３２ｂを配置する構成に比べて基板を減らすことができる。また、電力変換装置１Ｆによれば、発熱量の異なるコンデンサ３１ｂ及びコイル３１ｃと、スイッチング素子３２ｂとが１つの共通の基板３３上に配置される場合であっても、コンデンサ３１ｂ及びコイル３１ｃは、スイッチング素子３２ｂの発熱により高温になった液相冷媒２１の影響をほぼ受けることはない。

また、気相冷媒２２は、連通部材７０を通って収容部１３から密封容器１０の外側を通過して、収容部１２へ移動するため気相冷媒２２の放熱をより促進することができる。また、フィン７０ａにより連通部材７０の表面積は拡大されているので、放熱効果をより高めることができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態１～７に限定されるものではなく、本発明の概念及び特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含む。また、上述した課題及び効果の少なくとも一部を奏するように、上記実施の形態１～７の各構成を適宜選択的に組み合わせてもよい。また、例えば、上記実施の形態１～７における各構成要素の形状、材料、配置、サイズ等は、本発明の具体的使用態様によって適宜変更され得る。例えば、上記の実施の形態においては、内部空間１１は、仕切壁１４，１４Ａ，１４Ｆにより、２つの収容部１２，１３に分割されていたが、３つ以上の収容部に分割されていてもよい。この場合、仕切壁は、高さ方向Ｈにおいて上方Ｈ１側から見て、例えば、Ｔ字形、十字形等に形成されていればよい。

また、上記の実施の形態においては、２つの電子部品３１，３２が密封容器１０内に収容されていたが、それぞれ発熱量の異なる３つ以上の電子部品が収容されていてもよい。なお、全ての電子部品が互いに異なる発熱量を有していなくてもよい。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ 電力変換装置、０１ 冷却構造体、１０ 密封容器、１０ａ 前壁部、１０ｂ 後壁部、１０ｃ 上壁部、１０ｄ 下壁部、１０ｅ 側壁部、１０ｆ 側壁部、１１ 内部空間、１２ 収容部（一の収容部）、１３ 収容部（他の収容部）、１４，１４Ａ，１４Ｆ 仕切壁、１４Ｆａ 開口部、１４Ｆｂ 通流口、１５ フィン、１６，１７ 通流口、１８ 連通部材（気相側連結部）、１８ａ フィン、１９ 連通部材（液相側連結部）、１９ａ 弁部材、２０ 冷媒、２１ 液相冷媒、２１ａ 液面、２２ 気相冷媒、２３ 沸騰気泡、３１ 電子部品、３１ａ 基板、３１ｂ コンデンサ、３１ｃ コイル、３２ 電子部品、３２ａ 基板、３２ｂ スイッチング素子、３２ｃ ヒートシンク、３３ 基板、３３ａ，３３ｂ 面、４０ 加熱装置、５０ 断熱材、６０ ウイック、７０ 連通部材（気相側連通部）、７０ａ フィン、Ｄ 厚さ方向、Ｄ１ 前方、Ｄ２ 後方、Ｈ 高さ方向、Ｈ１ 上方、Ｈ２ 下方、Ｗ 幅方向、Ｗ１ 左方、Ｗ２ 右方

Claims (12)

1. 密封容器と、
   前記密封容器に充填された気液二相状態の冷媒と、
   前記密封容器内において液相冷媒内に配置された複数の電子部品と、
   を備え、
   前記密封容器は、前記液相冷媒の液面に対して交差する方向に前記密封容器の内部空間を複数の収容部に分割する仕切壁を有し、
   前記複数の電子部品のうち一の電子部品は、前記複数の収容部のうち一の収容部に配置されており、
   前記複数の電子部品のうち前記一の電子部品よりも発熱量が大きい他の電子部品は、前記複数の収容部のうち他の収容部に配置されており、
   前記密封容器は、前記一の収容部の側から前記他の収容部の側へ前記液相冷媒が移動可能であり、前記他の収容部の側から前記一の収容部の側へ気相冷媒が移動可能であるように構成されている
   ことを特徴とする電力変換装置。
2. 前記密封容器は、前記一の収容部の側の外壁面及び前記一の収容部の側の内壁面の少なくとも一方に、前記外壁面及び前記内壁面から立設したフィンを有することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記仕切壁は、前記密封容器の前記気相冷媒側で前記液面と対向する壁部と、前記気相冷媒側の壁部と対向する前記液相冷媒側の壁部との間に所定の間隔をあけて設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。
4. 前記仕切壁は、前記一の収容部と前記他の収容部とを互いに隔離しており、
   前記密封容器は、
   前記気相冷媒が存在する側で前記一の収容部と前記他の収容部とを繋ぐ気相側連結部と、
   前記液相冷媒が存在する側で前記一の収容部と前記他の収容部とを繋ぐ液相側連結部と、
   を有し、
   前記液相側連結部は、前記他の収容部から前記一の収容部への前記液相冷媒の通流を防ぐ弁部材を有する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。
5. 前記気相側連結部の外周面にフィンが設けられていることを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記他の収容部に加熱装置が設けられていることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一項に記載の電力変換装置。
7. 前記他の電子部品にヒートシンクが設けられていることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一項に記載の電力変換装置。
8. 前記密封容器は、前記他の収容部の側の外壁面及び内壁面の少なくとも一方に断熱材を有することを特徴とする請求項１から７までのいずれか一項に記載の電力変換装置。
9. 前記一の収容部の側で前記気相冷媒に接する前記密封容器の内壁面にウイックが設けられていることを特徴とする請求項１から８までのいずれか一項に記載の電力変換装置。
10. 前記密封容器の前記気相冷媒側の壁部は、該気相冷媒側の壁部と対向する前記液相冷媒側の壁部に対して、前記他の収容部の側から前記一の収容部の側に向かうに連れて前記液面に接近するように延びていることを特徴とする請求項１から９までのいずれか一項に記載の電力変換装置。
11. 前記仕切壁の少なくとも一部分は、前記一の電子部品及び前記他の電子部品がそれぞれ取り付けられた基板により形成されていることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか一項に記載の電力変換装置。
12. 複数の電子部品を収容する密封容器と、
    前記密封容器に充填された気液二相状態の冷媒と、
    を備え、
    前記密封容器は、液相冷媒の液面に対して交差する方向に前記密封容器の内部空間を、前記複数の電子部品を収容する複数の収容部に分割する仕切壁を有し、
    前記複数の電子部品のうち一の電子部品を収容する前記複数の収容部のうち一の収容部の側から、前記複数の電子部品のうち前記一の電子部品よりも発熱量が大きい他の電子部品を収容する前記複数の収容部のうち他の収容部の側へ前記液相冷媒が移動可能であり、前記他の収容部の側から前記一の収容部の側へ気相冷媒が移動可能であるように構成されている
    ことを特徴とする冷却構造体。

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