JPH11204708A

JPH11204708A - 沸騰冷却装置

Info

Publication number: JPH11204708A
Application number: JP789298A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Osakabe; 長賀部　　博之
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-01-19
Filing date: 1998-01-19
Publication date: 1999-07-30

Abstract

(57)【要約】【課題】発熱体２の取付け位置が制約を受けることな
く、且つ冷媒槽の大型化を招くこともなく、液戻り通路
９内での発泡を抑制すること。【解決手段】冷媒槽に使用される押出材６は、その内
部に冷媒室８、液戻り通路９、及び予備通路１０が形成
されている。押出材６の左右両端部には、発熱体２が取
り付けられる表面と液戻り通路９および予備通路１０と
の間にそれぞれスリット状の中空部１１（空間）が形成
されている。これにより、中空部１１が発熱体２と液戻
り通路９との間で断熱空間として働き、発熱体２の熱が
液戻り通路９内の液冷媒へ伝わり難くなる。その結果、
発熱体２の放熱量が増大しても、液戻り通路９内での液
冷媒の沸騰を抑制でき、冷媒の循環性を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒の沸騰および
凝縮作用の繰り返しにより発熱体の熱を外部流体へ放出
して発熱体を冷却する沸騰冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の沸騰冷却装置では、冷媒を良好に
循環させる手段として、冷媒槽内に放熱器から戻る凝縮
液を流入させるための液戻り通路を形成したものが知ら
れている。しかし、液戻り通路と冷媒室とが隣接して設
けられているため、発熱体の放熱量が増大すると、冷媒
室側から液戻り通路側へ伝達される熱量が増加して、液
戻り通路内でも液冷媒の沸騰が生じる。そこで、本出願
人は、図８に示すように、冷媒槽１００の冷媒室１１０
と液戻り通路１２０との間に断熱通路１３０（冷媒が満
たされている）を設けた沸騰冷却装置を提案した（特願
平８−１２４１０号参照）。これによれば、断熱通路１
３０によって冷媒室１１０と液戻り通路１２０との間の
伝熱経路が略遮断されるため、発熱体１４０の熱が液戻
り通路１２０内の液冷媒へ伝達される熱量を抑制でき
る。その結果、液戻り通路１２０内での液冷媒の気化が
抑制されて冷媒の循環性が向上する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、先願の技術
では、断熱通路１３０を設けたことで、発熱体１４０の
取付け位置に制約が生じる。つまり、冷媒槽１００の表
面に発熱体１４０を螺子１５０で固定する場合には、冷
媒槽１００の壁面に螺子孔を形成する必要がある。しか
し、断熱通路１３０を設けると、その断熱通路１３０の
ある部分には螺子孔を形成することができない（断熱通
路１３０まで螺子孔が貫通すると冷媒が漏れてしまう）
ため、螺子孔の形成位置に制約が生じる。また、冷媒室
１１０と液戻り通路１２０との間に断熱通路１３０を設
けているため、冷媒槽１００の横幅（図８の左右方向の
寸法）が拡大して装置全体が大型化するという問題を生
じる。本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、
その目的は、発熱体の取付け位置が制約を受けることな
く、且つ冷媒槽の大型化を招くこともなく、液戻り通路
内での発泡を抑制して冷媒循環性の向上を図った沸騰冷
却装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】（請求項１の手段）冷媒
槽は、放熱器で液化した凝縮液が流入する液戻り通路を
有し、この液戻り通路と発熱体の取付け面との間に、発
熱体から液戻り通路内の液冷媒へ伝わる熱量を抑制する
伝熱抑制手段を設けている。これにより、発熱体の放熱
量が増大しても、液戻り通路内での液冷媒の沸騰を抑制
できる。また、伝熱抑制手段を液戻り通路と発熱体の取
付け面との間に設けているため、冷媒槽の横幅が拡大す
ることはない。

【０００５】（請求項２の手段）伝熱抑制手段は、中空
状に形成された空間である。この場合、冷媒槽の表面に
形成した螺子孔が空間まで貫通しても液漏れの心配がな
いため、空間を設けたことで螺子孔を形成する位置に制
約が生じることはない。従って、冷媒槽に空間を設けて
も発熱体の取付け性が低下することはない。

【０００６】（請求項３の手段）冷媒槽は、冷媒室と発
熱体の取付け面との間に、発熱体から冷媒室の液冷媒へ
伝わる熱を拡散させるとともに、発熱体から液戻り通路
内の液冷媒へ伝わる熱量を抑制する中空状の空間を設け
ている。この場合、発熱体の温度分布が中央部に集中し
ている様な場合でも、中空状の空間によって発熱体から
冷媒室の液冷媒へ伝わる熱が拡散されるため、冷媒室の
沸騰面の温度分布を均一化でき、放熱性能を向上でき
る。また、発熱体の取付け面と冷媒室との間に空間を設
けることで、発熱体の取付け面と液戻り通路との間の伝
熱通路断面積が減少するため、その分、発熱体から液戻
り通路内の液冷媒へ伝わる熱量が抑制されて、液戻り通
路内での液冷媒の沸騰を抑制できる。

【０００７】（請求項４の手段）冷媒槽は、押し出し成
形された押出材を使用して構成されている。この場合、
コストの掛かる切削加工等を必要とすることなく、冷媒
槽に中空状の空間を容易に形成することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。（第１実施例）図１は沸騰冷却装置１の正面図、図２は
側面図である。本実施例の沸騰冷却装置１は、冷媒の沸
騰および凝縮作用によって発熱体２を冷却するもので、
内部に液冷媒を貯留する冷媒槽３と、この冷媒槽３の上
部に組み付けられる放熱器４とを備える。発熱体２は、
例えば電気自動車や一般電力制御機器のインバータ回路
を構成するＩＧＢＴモジュールであり、冷媒槽３の表面
に螺子５（図３参照）により固定される。

【０００９】冷媒槽３は、押し出し成形によって得られ
る例えばアルミニウム製の押出材６と、この押出材６の
下端部に被せられるキャップ７とから成る。押出材６
は、図５に示すように、横幅（図５の左右方向の幅）に
対して厚み幅（図５の上下方向の幅）の小さい偏平形状
に設けられ、内部に冷媒室８、液戻り通路９、及び予備
通路１０が形成されている。冷媒室８は、図３に示すよ
うに、押出材６の略中央部に設けられた第１支柱部３ａ
と、押出材６の両側寄りに設けられた第２支柱部３ｂお
よび第３支柱部３ｃとの間に形成され、それぞれ複数の
仕切り壁３ｄによって複数の通路に区画されている。液
戻り通路９は、放熱器４で液化した凝縮液が流入する通
路で、第２支柱部３ｂの外側に形成されている。予備通
路１０は、押出材６を左右対称形状とするために、液戻
り通路９と反対側の位置（第３支柱部３ｃの外側）に形
成されている。

【００１０】押出材６の左右両端部には、図４および図
５に示すように、発熱体２が取り付けられる表面と液戻
り通路９および予備通路１０との間にそれぞれスリット
状の中空部１１（空間）が形成されている。なお、押出
材６の上端部および下端部は、それぞれ厚み方向で中空
部１１側が削除されている。つまり、中空部１１は、押
出材６の上端部と下端部を除く領域に形成されている。
押出材６の表面（発熱体２が取り付けられる表面）に
は、発熱体２を固定する螺子５を締めつけるための螺子
孔１２が形成されている。この螺子孔１２は、図４およ
び図５に示すように、第１支柱部３ａ、第２支柱部３
ｂ、および第３支柱部３ｃに対応する位置に形成されて
いるが、その螺子孔１２の深さは押出材６の表面から各
支柱部３ａ、３ｂ、３ｃまで達していない。

【００１１】キャップ７は、例えば押出材６と同じアル
ミニウム製で、ろう付け等により押出材６の下端部に接
合されて押出材６の下端面を閉じている。但し、キャッ
プ７と押出材６の下端面との間には、冷媒室８、液戻り
通路９、及び予備通路１０を相互に連通する連通路１３
（図１参照）が形成されている。

【００１２】放熱器４は、所謂ドロンカップタイプの熱
交換器で、連結管１４、複数の放熱管１５、及び放熱フ
ィン１６より成り、垂直送風に対応して構成されてい
る。連結管１４は、冷媒槽３と放熱管１５とを連結する
もので、冷媒槽３の上端部に組み付けられている。連結
管１４の内部は、図１に示すように、仕切り板１７によ
って冷媒槽３の冷媒室８および予備通路１０と連通する
第１の連通室１８と、冷媒槽３の液戻り通路９と連通す
る第２の連通室１９とに仕切られている。なお、連結管
１４の内部（第１の連通室１８）にインナフィン２０を
挿入しても良い。但し、インナフィン２０は、第１の連
通室１８を流れる蒸気冷媒の流れを妨げない様に配置す
ることが望ましい。

【００１３】放熱管１５は、長手方向の両端部にそれぞ
れ円形の連通孔２１ａを有する連接部２１（図２参照）
が設けられ、両方の連接部２１の間が偏平な凝縮通路２
２として形成されている。凝縮通路２２にはインナフィ
ン２３を挿入しても良い。この放熱管１５は、図２に示
すように、連結管１４の両側で他の放熱管１５と互いの
連接部２１同士を重ね合わせて水平方向に積層されてい
る。これにより、積層された各放熱管１５は、互いの連
接部２１に空けられた連通孔２１ａを通じて連通し、且
つ連結管１４とも連通している。なお、積層方向に連通
する一方の連接部２１同士によって形成される内部空間
（以下、流入通路２４と呼ぶ）は連結管１４の第１の連
通室１８に連通し、他方の連接部２１同士によって形成
される内部空間（以下、流出通路２５と呼ぶ）は連結管
１４の第２の連通室１９に連通している。また、この放
熱管１５は、図１に示すように、流入通路２４側より流
出通路２５側の方が若干低くなる様に凝縮通路２２が傾
斜した姿勢で連結管１４に組み付けられている。

【００１４】放熱フィン１６は、熱伝導性に優れる薄い
金属板（例えばアルミニウム板）を交互に折り曲げて波
状に成形されたコルゲートフィンであり、連結管１４と
放熱管１５との間、および積層された各放熱管１５の間
に介在され、連結管１４および放熱管１５の表面にろう
付け等により接合されている。

【００１５】次に、本実施例の作用を説明する。発熱体
２から発生した熱が冷媒槽３の壁面を通じて冷媒室８に
貯留されている液冷媒に伝達されて液冷媒が沸騰する。
沸騰した冷媒は、気泡となって冷媒室８（各通路）を上
昇し、冷媒室８を流出した後、連結管１４の第１の連通
室１８を通って放熱器４の流入通路２４へ流入する。流
入通路２４から各凝縮通路２２へ分配された蒸気冷媒
は、凝縮通路２２を流れる際に外気との熱交換によって
冷却され、潜熱を放出して凝縮通路２２の壁面に凝縮す
る。凝縮して液滴となった凝縮液は、凝縮通路２２を流
れて流出通路２５から連結管１４の第２の連通室１９を
通って冷媒槽３の液戻り通路９へ滴下する。液戻り通路
９の液冷媒は、キャップ７内部の連通路１３を通って再
び冷媒室８に供給される。一方、蒸気冷媒が凝縮する際
に放出された潜熱は、放熱管１５の壁面から放熱フィン
１６へ伝達され、各放熱管１５の間を通過する送風空気
に放出される。

【００１６】（第１実施例の効果）本実施例では、冷媒
槽３（押出材６）の発熱体２が取り付けられる表面と液
戻り通路９との間にスリット状の中空部１１を設けてい
るため、この中空部１１が発熱体２と液戻り通路９との
間で断熱空間として働き、発熱体２の熱が液戻り通路９
内の液冷媒へ伝わり難くなる。その結果、発熱体２の放
熱量が増大しても、液戻り通路９内での液冷媒の沸騰を
抑制でき、冷媒の循環性を向上できる。また、中空部１
１を発熱体２の取付け面と液戻り通路９との間に設けて
いるため、中空部１１を設けることで冷媒槽３の横幅が
拡大することはない。更に、冷媒槽３の表面に形成した
螺子孔１２が中空部１１まで貫通しても液漏れの心配が
ないため、中空部１１を設けたことで螺子孔１２を形成
する位置に制約が生じることはない。従って、冷媒槽３
に中空部１１を設けても発熱体２の取付け性が低下する
ことはない。また、冷媒槽３として押出材６を使用して
いるため、中空部１１を容易に形成することができ、中
空部１１を形成するためにコストの掛かる切削加工等を
行う必要がない。

【００１７】（第２実施例）図６は図３のＢ−Ｂ断面に
相当する冷媒槽３（押出材６）の断面図である。本実施
例は、発熱体２が取り付けられる表面と冷媒室８との間
に第２の中空部２６（空間）を設けた一例である。この
第２の中空部２６は、図６に示すように、例えば冷媒室
８の仕切り壁３ｄがある位置に対応して複数箇所設ける
ことができる。これにより、発熱体２の温度分布が中央
部に集中している様な場合でも、第２の中空部２６によ
って発熱体２から冷媒室８の液冷媒へ伝わる熱が拡散さ
れるため、沸騰面の温度分布を均一化でき、放熱性能を
向上できる。また、発熱体２の取付け面と冷媒室８との
間に第２の中空部２６を設けることで、発熱体２の取付
け面と液戻り通路９との間の伝熱通路断面積が減少する
ため、その分、発熱体２から液戻り通路９内の液冷媒へ
伝わる熱量が抑制されて、液戻り通路９内での液冷媒の
沸騰を抑制できる効果が増大する。更に、発熱体２を冷
媒槽３の両面に取り付ける場合には、図６に示すよう
に、押出材６の両面側にそれぞれスリット状の中空部１
１（空間）を形成することができる。

【００１８】（第３実施例）図７は図３のＢ−Ｂ断面に
相当する冷媒槽３（押出材６）の断面図である。本実施
例は、冷媒槽３の両面に発熱体２を取り付ける場合の他
の例を示すもので、冷媒槽３の両面でそれぞれ発熱体２
が取り付けられる取付け面の大きさを冷媒槽３の横幅方
向に変えたものである。なお、押出材６の両面側にそれ
ぞれスリット状の中空部１１（空間）が形成されている
ことは言うまでもない。本実施例によれば、１つの冷媒
槽３で大きさの異なる発熱体２を取り付けることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】沸騰冷却装置の正面図である。

【図２】沸騰冷却装置の側面図である。

【図３】押出材の正面図である。

【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。

【図５】図３のＢ−Ｂ断面図である。

【図６】押出材の断面図（図３のＢ−Ｂ断面に相当）で
ある（第２実施例）。

【図７】押出材の断面図（図３のＢ−Ｂ断面に相当）で
ある（第３実施例）。

【図８】先願に記載された冷媒槽の断面図である。

【符号の説明】

１沸騰冷却装置２発熱体３冷媒槽４放熱器６押出材８冷媒室９液戻り通路１１中空部（発熱体の取付け面と液戻り通路との間に
形成された空間／伝熱抑制手段）２６第２の中空部（発熱体の取付け面と冷媒室との間
に形成された中空状の空間）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に液冷媒を貯留する冷媒室を形成し、
この冷媒室の外面に発熱体が取り付けられる冷媒槽と、前記冷媒室で前記発熱体の熱を受けて気化した蒸気冷媒
を外部流体との熱交換によって凝縮液化させる放熱器と
を備えた沸騰冷却装置であって、前記冷媒槽は、前記放熱器で液化した凝縮液が流入する
液戻り通路を有し、この液戻り通路と前記発熱体の取付
け面との間に、前記発熱体から前記液戻り通路内の液冷
媒へ伝わる熱量を抑制する伝熱抑制手段を設けているこ
とを特徴とする沸騰冷却装置。
【請求項２】前記伝熱抑制手段は、中空状に形成された
空間であることを特徴とする請求項１に記載した沸騰冷
却装置。
【請求項３】前記冷媒槽は、前記冷媒室と前記発熱体の
取付け面との間に、前記発熱体から前記冷媒室の液冷媒
へ伝わる熱を拡散させるとともに、前記発熱体から前記
液戻り通路内の液冷媒へ伝わる熱量を抑制する中空状の
空間を設けていることを特徴とする請求項１または２に
記載した沸騰冷却装置。
【請求項４】前記冷媒槽は、押し出し成形された押出材
を使用して構成されていることを特徴とする請求項１〜
３に記載した何れかの沸騰冷却装置。