CN108029221A - 冷却器、电力转换装置及冷却*** - Google Patents

冷却器、电力转换装置及冷却*** Download PDF

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Abstract

在使制冷剂在框体的内部流动而对电子设备进行冷却的冷却器中，抑制在冷却器内因沸腾而产生的气泡流出到冷却器外，防止振动、噪音及配管类的破损。具备将制冷剂从框体(21)的外部向内部引导的制冷剂入口部(23)、将制冷剂从内部向外部引导的制冷剂出口部(24)、以及在内部确定使制冷剂从制冷剂入口部(23)向制冷剂出口部(24)流动的流路区域的金属构件(22)。金属构件(22)具备：使制冷剂通过的多个开口部位(36)；以及捕捉减少部位(37)，其具有在电子设备(11)的冷却时通过捕捉经由框体(21)与电子设备(11)的连接面而产生的气泡从而利用制冷剂对气泡进行冷却而使气泡减少的形状。

Description

冷却器、电力转换装置及冷却***
技术领域
本发明涉及对进行电力转换的电子设备等发热体进行冷却的冷却器、具备该冷却器的电力转换装置、及使用了该电力转换装置的冷却***。
背景技术
通常已知有使空气或液体制冷剂循环的冷却***。例如，使用了液体制冷剂的冷却***利用泵使液体制冷剂循环，利用冷却器对发热体进行冷却，并利用散热器进行散热。另外，公开了利用冷却器使液体制冷剂沸腾来提高冷却能力的结构(例如，参照专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-44496号公报(段落0026，图1)
发明内容
发明要解决的课题
在这样的冷却***中，在冷却器内因沸腾而产生的气泡可能会流入泵。若气泡在泵内冷凝则会发生气蚀，因此存在导致振动、噪音及配管类的破损的问题。
本发明是为了解决上述那样的问题而作出的，目的在于提供一种能够抑制在冷却器内因沸腾而产生的气泡流出到冷却器外，从而能够提高防止振动、噪音及配管类的破损的效果的冷却器、电力转换装置及冷却***。
用于解决课题的方案
为了实现上述的目的，本发明的冷却器是使制冷剂在框体的内部流动来对电子设备进行冷却的冷却器，其中，所述冷却器具备：制冷剂入口部，其将所述制冷剂从所述框体的外部向所述内部引导；制冷剂出口部，其将所述制冷剂从所述内部向所述外部引导；以及金属构件，其在所述内部确定使所述制冷剂从所述制冷剂入口部向所述制冷剂出口部流动的流路区域，所述金属构件具备：多个开口部位，其使所述制冷剂通过；以及捕捉减少部位，其具有在所述电子设备的冷却时通过捕捉经由所述框体与所述电子设备的连接面而产生的气泡从而利用所述制冷剂对所述气泡进行冷却而使所述气泡减少的形状。
并且，本发明的电力转换装置具备：上述的所述冷却器；以及电子设备，其设置在该冷却器的所述框体外侧的底面及侧面中的至少一方，对所述框体内的所述制冷剂进行加热。
并且，本发明的冷却***是通过使制冷剂循环来进行冷却的冷却***，其中，所述冷却***具备：制冷剂配管，其供制冷剂在内部流动；泵，其与所述制冷剂配管连接并使所述制冷剂配管内的所述制冷剂循环；散热器，其与所述制冷剂配管连接并将通过所述泵而循环的所述制冷剂的热向外部散热；以及上述的电力转换装置，其与所述制冷剂配管连接并由通过所述泵而循环的所述制冷剂来冷却。
发明效果
根据本发明的冷却器、电力转换装置及冷却***，将在内部确定使制冷剂从制冷剂入口部向制冷剂出口部流动的流路区域的金属构件设置于冷却器，金属构件具备使制冷剂通过的多个开口部位、以及具有在电子设备的冷却时通过捕捉经由框体与电子设备的连接面而产生的气泡从而利用制冷剂对气泡进行冷却而使气泡减少的形状的捕捉减少部位，因此，能够提高抑制在冷却器内因沸腾而产生的气泡向冷却器外流出的效果，能够提高防止振动、噪音及配管类的破损的效果。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的冷却***的概略图。
图2是本发明的实施方式1的电力转换装置的外观立体图。
图3a是本发明的实施方式1的电力转换装置的侧视图。
图3b是本发明的实施方式1的电力转换装置的在图3a的A-A剖切位置处的概略剖视图。
图3c是本发明的实施方式1的电力转换装置的在图3a的A-A剖切位置处的另一例的概略剖视图。
图4是本发明的实施方式1的电力转换装置的冷却器的框体的俯视图。
图5是本发明的实施方式1的电力转换装置的在图4的B-B剖切位置处的概略剖视图。
图6是在本发明的实施方式1的冷却器中使用的作为金属构件的冲孔金属的俯视图。
图7是本发明的实施方式2的电力转换装置的侧视图和C-C剖切位置的概略剖视图及放大图。
图8是本发明的实施方式3的电力转换装置的侧视图和D-D剖切位置的概略剖视图。
图9是本发明的实施方式4的电力转换装置的侧视图和E-E剖切位置的概略剖视图。
图10是本发明的实施方式5的电力转换装置的侧视图和F-F剖切位置的概略剖视图。
图11是本发明的实施方式6的电力转换装置的侧视图和G-G剖切位置的概略剖视图。
图12是本发明的实施方式7的电力转换装置的侧视图和H-H剖切位置的概略剖视图。
图13是本发明的实施方式8的电力转换装置的侧视图和I-I剖切位置的概略剖视图。
图14是本发明的实施方式9的电力转换装置的外观立体图。
图15是本发明的实施方式9的电力转换装置的侧视图和J-J剖切位置的概略剖视图。
图16是本发明的实施方式10的电力转换装置的侧视图和K-K剖切位置的概略剖视图及放大图。
图17是本发明的实施方式11的电力转换装置的侧视图和L-L剖切位置的概略剖视图及放大图。
具体实施方式
实施方式1(图1～图6)
通过图1～图6，说明本发明的实施方式1的冷却***1、电力转换装置10及冷却器20。需要说明的是，在图中，标注了同一符号的结构是相同或与其对应的结构，这在说明书的全文中通用。
图1是本发明的实施方式1的冷却***1的概略图。如图1所示，本发明的实施方式1的冷却***1具备电力转换装置10、泵3、发动机6及散热器4。该冷却***1例如是通过使液体制冷剂作为制冷剂循环来进行冷却的冷却***1，搭载于汽车或电车等车辆。在冷却***1中，泵3通过供制冷剂在内部流动的制冷剂配管2而与电力转换装置10和发动机6连接，散热器4通过供制冷剂在内部流动的制冷剂配管2而与发动机6和电力转换装置10连接，从而构成循环流路。如图1所示，在本发明的实施方式1中，顺时针地配置泵3、发动机6、散热器4及电力转换装置10。
泵3是使制冷剂配管2内的液体的制冷剂循环的驱动源。通过泵3而循环的制冷剂在电力转换装置10受热，并在散热器4向外部散热。需要说明的是，冷却***1也可以具备储存制冷剂的剩余液的储液罐。另外，也能够对储液罐进行大气压释放，将空气等的溶解在制冷剂中的气体除去。储液罐也可以设置在例如散热器4与电力转换装置10之间。
图2是本发明的实施方式1的电力转换装置10的外观立体图。本发明的实施方式1的电力转换装置10具备电子设备11和冷却器20。冷却器20在框体21的外侧设置发热的电子设备11，将电子设备11的热除去。电子设备11设置在框体21外侧的底面及侧面中的至少一方，在本发明的实施方式1的电力转换装置10中设置于底面。需要说明的是，在将包含框体21的电力转换装置10设置于车辆等的情况下，将框体21中的铅垂方向的上部的面设为上表面，将下部的面设为底面，将水平方向的面设为侧面。
另外，在冷却器20的框体21内存在制冷剂流路，制冷剂从制冷剂入口部23流入到制冷剂流路，制冷剂从制冷剂出口部24流出。电子设备11对框体21内的制冷剂进行加热，从而电子设备11的热被除去。需要说明的是，作为发热的电子设备11，有控制电路、驱动电路、电容器、SiC等功率模块、或降压转换器等，但并不局限于此。另外，电子设备11通过线束等相互连接。
接下来说明冷却器20的构造。图3a～c是本发明的实施方式1的电力转换装置10的侧视图和A-A剖切位置的示意性或概略剖视图。图3a示出电力转换装置10的侧视图中的A-A剖切位置。图3b及3c是电力转换装置10的A-A剖切位置的2个例子的概略剖视图，金属构件22的截面形状都在与将制冷剂和电子设备11热连接的连接面35相向的面上成为折弯形状(曲折形状)。另外，图4是本发明的实施方式1的电力转换装置10的俯视图。图4示出了电力转换装置10的俯视图中的B-B剖切位置。图5是本发明的实施方式1的电力转换装置10的B-B剖切位置的概略剖视图。
即，如图3b所示，冷却器20具备框体21和金属构件22。使制冷剂在框体21的内部流动来对电子设备11进行冷却。该冷却器20具备：将上述制冷剂从框体21的外部向内部引导的制冷剂入口部23；将上述制冷剂从上述内部向上述外部引导的制冷剂出口部24；以及在上述内部确定使上述制冷剂从上述制冷剂入口部23向上述制冷剂出口部24流动的流路区域的金属构件22。金属构件22具备：使上述制冷剂通过的多个开口部位36；以及具有在上述电子设备11的冷却时通过捕捉经由上述框体21与上述电子设备11的连接面35而产生的气泡从而利用上述制冷剂对气泡进行冷却而使气泡减少的形状的捕捉减少部位37。该捕捉减少部位37除了如上所述折弯形状(曲折形状)之外，只要是波形等捕捉气泡而使气泡减少的形状，就可以是任意的形状。
本发明的实施方式1的框体21由四棱柱构成。金属构件22整体上形成为环状，将制冷剂流路分割成包含设有电子设备11的框体21的加热面的外侧的第一区域25和包含制冷剂入口部23及制冷剂出口部24的内侧的第二区域26。在将连结制冷剂入口部23与制冷剂出口部24的直线定义为轴向时，金属构件22沿轴向延伸地设置在制冷剂流路内，对制冷剂流路进行分割，抑制在第一区域从加热面附近产生的气泡向第二区域移动。而且，使金属构件22的形状局部性地为折弯形状而不是平坦形状，从而防止在第一区域25从加热面附近产生的气泡集中于一处，提高抑制向第二区域26移动的效果。
另外，本发明的实施方式1的金属构件22如图3c所示，使具有捕捉减少部位37的面(下表面)比没有捕捉减少部位37的面(侧面及上表面)薄，从而能够促进捕捉减少部位37处的捕捉气泡的功能及使气泡减少的功能，并且，能够使金属构件22轻量化，能够实现电力转换装置10的轻量化及低成本化。
在本发明的实施方式1中，第二区域26包含制冷剂入口部23及制冷剂出口部24。另外，加热面是与设有电子设备11的部位相当的冷却器20的框体21壁面。在第一区域25内，框体21内的制冷剂被发热的电子设备11加热，制冷剂主要从设有电子设备11的加热面沸腾，从而产生气泡30。但是，电子设备11的热在框体21内因热传导而扩散，因此并不一定仅从加热面发生沸腾。
需要说明的是，在本发明的实施方式1中，制冷剂入口部23包含在第二区域26中，因此能够抑制从制冷剂入口部23流入的、在散热器4散热后的比饱和温度低的低温的制冷剂流到冷却器20的框体21底部。由此，能够抑制框体21底部被低温的制冷剂冷却，因此能够促进从冷却器20的框体21底部通过沸腾产生气泡30。
在本发明的实施方式1中，制冷剂入口部23及制冷剂出口部24设置于框体21的侧面，但并不局限于框体21的侧面。并且，冷却器20是金属的薄板，可使用铝、铝合金或不锈钢等金属。
冷却器20的截面形状未必非要如图3b所示为四边形，截面形状也可以为圆形、三角形及多边形等。如图3b所示，若设为截面形状的高宽比为1或大致接近于1的四边形，则在向车辆等配设时容易设置。高宽比优选为0.9～1.1，更优选为1。尤其可得到向发动机室等小空间的搭载变得容易的效果。
另外，作为制冷剂，也可以使用水、车辆用的LLC(Long Life Coolant)、或氟化液(Fluorinert)等制冷剂。
图6是本发明的实施方式1的冲孔金属22a的俯视图。在本发明的实施方式1中，使用冲孔金属22a作为金属构件22。金属构件22主要使用冲孔金属22a或金属等。作为金属构件22而例示的冲孔金属22a在平板部22c具有多个开口22b。因而，制冷剂通过开口22b，从而能够在第一区域25与第二区域26之间相互往返。另一方面，通过设置金属构件22，能够抑制因制冷剂沸腾而产生的气泡30从第一区域25向第二区域26移动。这是因为，由于在金属构件22的开口22b产生的毛细管现象，能够抑制气泡30从第一区域25向第二区域26移动。另外，金属构件22也可以使用多片。另外，与金属构件22的环状形状为平坦形状相比，金属构件22的环状形状为折弯形状的情况下，抑制气泡30从第一区域25向第二区域26移动的效果提高。
开口22b的开口直径也可以小于从框体21的壁面脱离时的因沸腾而产生的气泡30的直径。为了推定从框体21的壁面脱离时的因沸腾而产生的气泡30的直径，能够使用下述的Fritz公式。即，能够使金属构件22的开口22b的开口直径小于通过下式算出的气泡30的直径。在此，d是气泡30的直径[m]，Φ是气泡30从壁面脱离时的接触角[rad]，σ是制冷剂的表面张力[N/m]，g是重力加速度[m2/s]，ρl是液体制冷剂的密度[kg/s2]，以及ρv是制冷剂的饱和蒸气的密度[kg/s2]。作为参考，当使用Fritz公式来推定气泡30的直径时，在制冷剂为水的情况下，从框体21的壁面脱离时的因沸腾而产生的气泡30的直径为约2～3mm，在制冷剂为LLC的情况下，从框体21的壁面脱离时的因沸腾而产生的气泡30的直径成为约1mm。
Fritz公式：d＝0.0209Φ√(σ/(g(ρl-ρv)))
在开口22b为圆形的情况下，开口22b的开口直径优选为0.1～3.0mm，开口22b的开口直径更优选为0.5～2.5mm。在开口直径超过3.0mm时，存在气泡30容易通过开口22b的情况。另外，在开口直径小于0.1mm时，液体制冷剂难以在第一区域25与第二区域26之间相互往返，因此存在第一区域25的内部温度继续上升、冷却效率下降的情况。即，开口直径根据抑制气泡的通过与冷却效率的平衡来决定。但是，开口22b的开口直径并不局限于0.1～3.0mm。在金属构件22中，开口22b的开口直径的大小或开口率能够任意调整。在此，开口22b的形状不仅为圆形，也可以是椭圆形、正方形、三角形或矩形等各种形状。在开口22b为圆形以外的情况下，也可以将当量直径作为开口直径。并且，金属构件22也可以使用多孔体。在使用多孔体的情况下，也可以将多孔体的气孔直径的平均值作为开口直径。此外，开口22b只要具备比气泡30的直径小的开口宽度即可，例如，也可以是一方的开口22b为比气泡30的直径小的开口宽度、另一方的开口宽度长的如狭缝那样的结构。
为了容易将金属构件22安装于框体21，也可以在框体21设置安装金属构件22的框架。由此，能够根据变更制冷剂的情况、或者变更电子设备11而使电子设备11的发热量改变的情况、外部气温变化的情况等的规格变更，容易地进行金属构件22的更换，能够变更开口22b的开口直径。作为金属构件22的固定方法，通过利用螺钉向框体21壁面的固定或焊接等来进行固定。在本发明的实施方式1中，通过焊接将冲孔金属22a固定于框体21壁面。金属构件22的材料优选使用与冷却器20的框体21的材料相同的材料。由此，能够防止腐蚀。
<动作>
接下来，说明本发明的实施方式1的冷却***1、电力转换装置10及冷却器20的动作。如图1的箭头所示，通过泵3将制冷剂向发动机6的方向送出。制冷剂向发动机6、散热器4、电力转换装置10及泵3依次流动，在冷却***1内循环。在此，制冷剂在电力转换装置10受热，在散热器4散热。
图2所示的制冷剂入口部23连接于散热器4侧，制冷剂出口部24侧连接于泵3侧，制冷剂从制冷剂入口部23向制冷剂出口部24侧流动。在发热的电子设备11设置于冷却器20的底面的电力转换装置10中，如图3b所示，冷却器20内的制冷剂由电子设备11的热从冷却器20底面的加热面加热并沸腾，从而产生气泡30。
在此，沸腾在框体21内的壁面温度达到制冷剂的饱和温度以上时发生。在气泡30从框体21内的壁面脱离时，周围的制冷剂向气泡30脱离的部位流入，从而因制冷剂的对流而使传热系数提高。此外，通过沸腾产生的气泡从周围的制冷剂吸收与制冷剂的相变化所需的潜热相应的热量，因此对周围的制冷剂进行冷却。在以水为例时，将1升的水在1大气压下从0℃加热至饱和温度的100℃时需要420KJ的热，但是在1大气压、100℃下全部成为蒸气时需要2256KJ(潜热)。由此，沸腾与液冷相比，冷却能力高，因此从框体21的壁面向制冷剂传递的热量增加，电子设备被冷却。
产生的气泡30由于浮力而在冷却器20内上升。虽然气泡30在冷却器20内上升，但是在本实施方式1中具备冲孔金属22a作为金属构件22，通过该金属构件22，将制冷剂流路分割成包含气泡30的主要产生面即加热面的第一区域25和包含制冷剂入口部23及制冷剂出口部24的第二区域26。由此，在作为金属构件22的冲孔金属22a的开口22b处产生毛细管现象，从而能够抑制气泡30穿过开口22b并通过制冷剂出口部24而到达泵3。另外，通过使金属构件22的形状为折弯形状而不是平坦形状，能够防止气泡30集中于一处，增加与第二区域26的接触面积，促进气泡30的冷凝，能够提高抑制气泡30向第二区域26流出的效果。另外，即使少量气泡30通过了冲孔金属22a的开口22b，也与从制冷剂入口部23流入的在散热器4散热后的比饱和温度低的低温的制冷剂进行热交换，大部分瞬间冷凝而返回到液体制冷剂。因而，能够抑制气泡30向泵3的流入。
需要说明的是，随着制冷剂在泵3升压并向发动机6、散热器4及电力转换装置10依次流动，制冷剂的压力因压力损失而减小。为了使冷却器20内的制冷剂由电子设备11的热加热并从冷却器20底面的加热面沸腾而产生气泡30，在制冷剂的压力较小时能够更容易地发生沸腾。因而，将电力转换装置10配置在泵3的附近，并将制冷剂出口部24与泵3连接，以使制冷剂从电力转换装置10向泵3流动。由此，能够使在电力转换装置10内流动的制冷剂的压力在冷却***1之中特别小，能够容易从冷却器20的底面沸腾而产生气泡30。但是，电力转换装置10虽然优选尽可能地配置在泵3的附近，但是并不局限于此，也可以在泵3与电力转换装置10之间设置任意设备。
如以上所述，本发明的实施方式1的冷却***1是通过使制冷剂循环来进行冷却的冷却***1，具备供制冷剂在内部流动的制冷剂配管2、与制冷剂配管2连接并使制冷剂配管2内的制冷剂循环的泵3、与制冷剂配管2连接并将通过泵而循环的制冷剂的热向外部散热的散热器4、以及与制冷剂配管2连接并由通过泵而循环的制冷剂来冷却的电力转换装置10。
另外，本发明的实施方式1的电力转换装置10具备：上述的冷却器20；以及设置在该冷却器20的上述框体21的外侧的底面及侧面中的至少一方，对上述框体21内的上述制冷剂进行加热的电子设备11。
并且，本发明的实施方式1的冷却器20具备框体21和金属构件22，该框体21为具有供制冷剂流入的制冷剂入口部23及供制冷剂流出的制冷剂出口部24的内部为中空的棱柱，且在内部具有供制冷剂流动的制冷剂流路，该金属构件22设置在框体21内，并将制冷剂流路分割成包含在框体21的底面及侧面中的至少一方对制冷剂进行加热的加热面的第一区域25和包含制冷剂入口部23及制冷剂出口部24的第二区域26，且具有抑制在第一区域25产生的气泡30向第二区域26移动的多个开口。
根据这样的结构，由于通过金属构件22将冷却器20内的制冷剂流路分割成包含加热面的第一区域25和包含制冷剂入口部23及制冷剂出口部24的第二区域26，因此能够防止在第一区域25中因沸腾而产生的气泡30流入到第二区域26，防止气泡30流出到冷却器20外。
并且，通过使金属构件22的形状为折弯形状而不是平坦形状，能够防止气泡30集中于一处，增加气泡30与第二区域26的低温制冷剂的接触面积。因此，能够促进气泡30的冷凝，提高抑制气泡30向冷却器20外流出的效果。因此，能够抑制在冷却器20内因沸腾而产生的气泡30流入泵3，防止由于气泡30在泵3内冷凝而发生的气蚀。另外，可以得到能够抑制在冷却器20内因沸腾而产生的气泡30流出到冷却器20外并防止振动、噪音及配管类的破损的冷却器20、电力转换装置10或冷却***1。
另外，通过在框体21设置安装金属构件22的框架，金属构件22的更换或层叠多片来进行安装等变得容易。因此，能够根据变更制冷剂的情况、或者变更电子设备11而使电子设备11的发热量改变的情况等的规格变更，容易地调整金属构件22的开口直径及开口率等。由此，能够适当调整制冷剂的第一区域25与第二区域26的往返的量等，能够提高发热的电子设备11的冷却效率。
在本发明的实施方式1中，发热的电子设备11利用沸腾现象而被冷却。通常，关于电子设备11的冷却，从制冷剂入口部23流入的制冷剂的流速越大则传热系数越大，因此电子设备11的冷却效率越提高。另一方面，在本发明的实施方式1中，由于利用沸腾现象将电子设备11冷却，因此从制冷剂入口部23流入的制冷剂的流速几乎不会影响到电子设备11的冷却效率。由此，即使不改变制冷剂的流入流量，增大制冷剂入口部23的开口直径而减小流入的制冷剂的流速，也不会影响到电子设备11的冷却效率。因此，即使制冷剂流路的铅垂方向的截面大于制冷剂入口部23的铅垂方向的流入截面，也不会影响到冷却效率，能够减少冷却器20内的压力损失，也不再需要泵3的高升压能力，因此泵3的输出也能够减小。由此，也能够使泵3小型化，能够实现冷却***1的轻量化、小型化、低成本化。
实施方式2(图7)
通过图7，说明本发明的实施方式2的冷却***1、电力转换装置10及冷却器20。需要说明的是，在实施方式1的冷却***1、电力转换装置10及冷却器20中，说明了安装1片金属构件22的结构。在本发明的实施方式2中，说明安装多片金属构件22的结构。以下，以与实施方式1的不同点为中心进行说明，关于相同或对应的部分的说明省略。
图7是本发明的实施方式2的电力转换装置10的侧视图和C-C剖切位置的概略剖视图及放大图。图7(a)是电力转换装置10的侧视图且示出C-C剖切位置，图7(b)是C-C剖切位置的概略剖视图。图7(c)示出金属构件22的放大部位100。需要说明的是，对于图7所示的金属构件22的形状，与实施方式1所示的金属构件22相同，金属构件22沿轴向延伸地设置在制冷剂流路内并对制冷剂流路进行分割。如图7(b)所例示，金属构件22也可以层叠2片。这样，金属构件22也可以将片数增加为2片、3片而将2片以上的开口构件22d层叠来形成，而不是仅安装1片开口构件22d。另外，通过使金属构件22的形状为折弯形状而不是平坦形状，能够防止气泡30集中于一处，增加与第二区域26的接触面积，促进气泡30的冷凝，从而能够提高抑制气泡30向第二区域26流出的效果。在将2片以上的开口构件22d层叠来构成金属构件22的情况下，不仅得到第一片的开口构件22d处的蒸气泡的分散效果，还增加第二片以后的开口构件22d处的蒸气泡的分散效果，从而能够提高抑制蒸气泡流出的效果。
根据这样的结构，由于将2片以上的开口构件22d层叠来构成金属构件22，因此与由1片开口构件22d构成的金属构件22相比强度提高。另外，通过将2片以上的开口构件22d层叠，能够防止气泡30向金属构件22的一处集中，通过使气泡30集中处分散而增加第二区域26与气泡30的接触面积，提高抑制气泡30向冷却器20外的流出的效果。
实施方式3(图8)
通过图8，说明本发明的实施方式3的冷却***1、电力转换装置10及冷却器20。需要说明的是，在实施方式1的冷却***1、电力转换装置10及冷却器20中，作为金属构件22而说明了截面形状为环状的结构。在本发明的实施方式3中，说明金属构件22的形状的变形例。以下，以与实施方式1的不同点为中心进行说明，关于相同或对应的部分的说明省略。
图8是本发明的实施方式3的电力转换装置10的侧视图和D-D剖切位置的概略剖视图。图8(a)是电力转换装置10的侧视图且示出D-D剖切位置，图8(b)是D-D剖切位置的概略剖视图。需要说明的是，对于图8所示的金属构件22的形状的变形例，与实施方式1所示的金属构件22相同，金属构件22沿轴向延伸地设置在制冷剂流路内并将制冷剂流路上下分割。如图8(b)所示，将金属构件22以包围与连接面35对应的框体部分内侧的方式使铅垂方向的截面形状整体上为直线状且局部性地折弯形成，从而形成第一区域25和第二区域26。由此，能够防止气泡30向金属构件22的一处集中，使气泡30集中处分散，因此能够增加第二区域26与气泡30的接触面积，提高抑制气泡30向冷却器20外流出的效果。另外，金属构件22的端部的两端分别在冷却器20的框体21侧面固定。
根据这样的结构，能够通过金属构件22来抑制由于制冷剂从在框体21的下部设置的发热的电子设备11受热、沸腾而产生的气泡30从第一区域25向第二区域26流动。而且，通过使金属构件22的形状为折弯形状而不是平坦形状，能够防止气泡30向金属构件22的一处集中，使气泡30集中处分散，并且能够增加第二区域26与气泡30的接触面积，提高抑制气泡30向冷却器20外流出的效果。另外，与截面为环状的金属构件22相比，能够使金属构件22轻量化，能够实现电力转换装置10的轻量化、低成本化。
实施方式4(图9)
通过图9，说明本发明的实施方式4的冷却***1、电力转换装置10及冷却器20。需要说明的是，在实施方式1的冷却***1、电力转换装置10及冷却器20中，作为金属构件22而说明了截面形状为环状的结构。在本发明的实施方式4中，说明金属构件22的形状的变形例。以下，以与实施方式1的不同点为中心进行说明，关于相同或对应的部分的说明省略。
图9是本发明的实施方式4的电力转换装置10的侧视图和E-E剖切位置的概略剖视图。图9(a)是电力转换装置10的侧视图且示出E-E剖切位置，图9(b)是E-E剖切位置的概略剖视图。需要说明的是，对于图9所示的金属构件22的形状，与实施方式1所示的金属构件22相同，金属构件22沿轴向延伸地设置在制冷剂流路内，并对制冷剂流路进行分割。如图9(b)所示，金属构件22的截面在整体上画出向下方凹状的弧且在局部具有折弯形状。金属构件22的各个端部在冷却器20的框体21侧面固定，与冷却器20的框体21底面不接触。
根据这样的结构，能够通过金属构件22来抑制由于制冷剂从在框体21的下部设置的发热的电子设备11受热、沸腾而产生的气泡30从第一区域25向第二区域26流动。而且，通过使金属构件22的形状为折弯形状而不是平坦形状，能够防止气泡30向金属构件22的一处集中，使气泡30集中处分散，因此能够增加第二区域26与气泡30的接触面积，提高抑制气泡30向冷却器20外流出的效果。另外，与截面为环状的金属构件22相比，能够使金属构件22轻量化，能够实现电力转换装置10的轻量化、低成本化。
实施方式5(图10)
通过图10，说明本发明的实施方式5的冷却***1、电力转换装置10及冷却器20。需要说明的是，在实施方式1的冷却***1、电力转换装置10及冷却器20中，作为金属构件22而说明了截面形状为环状的结构。在本发明的实施方式5中，说明金属构件22形状的变形例。以下，以与实施方式1的不同点为中心进行说明，关于相同或对应的部分的说明省略。
图10是本发明的实施方式5的电力转换装置10的侧视图和F-F剖切位置的概略剖视图。图10(a)是电力转换装置10的侧视图且示出F-F剖切位置，图10(b)是F-F剖切位置的概略剖视图。需要说明的是，对于图10所示的金属构件22形状的变形例，与实施方式1所示的金属构件22相同，金属构件22沿轴向延伸地设置在制冷剂流路内，并对制冷剂流路进行分割。如图10(b)所示，金属构件22的截面在整体上为向上方凸的三角形形状且在局部具有折弯形状。金属构件22的端部分别在冷却器20的框体21的四个角中的下部的两个角固定。
根据这样的结构，能够通过金属构件22来抑制由于制冷剂从在框体21的下部设置的发热的电子设备11受热、沸腾而产生的气泡30从第一区域25向第二区域26流动。并且，通过使金属构件22的形状为折弯形状而不是平坦形状，能够防止气泡30向金属构件22的一处集中，使气泡30集中处分散，因此能够增加第二区域26与气泡30的接触面积，提高抑制气泡30向冷却器20外流出的效果。另外，与截面为环状的金属构件22相比，能够使金属构件22轻量化，能够实现电力转换装置10的轻量化、低成本化。
实施方式6(图11)
通过图11，说明本发明的实施方式6的冷却***1、电力转换装置10及冷却器20。需要说明的是，在实施方式1的冷却***1、电力转换装置10及冷却器20中，作为金属构件22而说明了截面形状为环状的结构。在本发明的实施方式6中，说明金属构件22形状的变形例。以下，以与实施方式1的不同点为中心进行说明，关于相同或对应的部分的说明省略。
图11是本发明的实施方式6的电力转换装置10的侧视图和G-G剖切位置的概略剖视图。图11(a)是电力转换装置10的侧视图且示出G-G剖切位置，图11(b)是G-G剖切位置的概略剖视图。需要说明的是，对于图11所示的金属构件22形状的变形例，与实施方式1所示的金属构件22相同，金属构件22沿轴向延伸地设置在制冷剂流路内，并对制冷剂流路进行分割。如图11(b)所示，金属构件22的截面在整体上为コ字形且在局部为折弯形状，从而安装成覆盖与被加热的连接面35对应的框体部分内侧。金属构件22的端部分别在冷却器20的框体21的底面固定。
根据这样的结构，能够通过金属构件22来抑制由于制冷剂从在框体21的下部设置的发热的电子设备11受热、沸腾而产生的气泡30从第一区域25向第二区域26流动。另外，通过使金属构件22的形状为折弯形状而不是平坦形状，能够防止气泡30向金属构件22的一处集中，能够使气泡30集中处分散，因此能够增加第二区域26与气泡30的接触面积，提高抑制气泡30向冷却器20外流出的效果。另外，与截面为环状的金属构件22相比，能够使金属构件22轻量化，能够实现电力转换装置10的轻量化、低成本化。
实施方式7(图12)
通过图12，说明本发明的实施方式7的冷却***1、电力转换装置10及冷却器20。需要说明的是，在实施方式1的冷却***1、电力转换装置10及冷却器20中，作为金属构件22而说明了截面形状为环状的结构。在本发明的实施方式7中，说明金属构件22形状的变形例。以下，以与实施方式1的不同点为中心进行说明，关于相同或对应的部分的说明省略。
图12是本发明的实施方式7的电力转换装置10的侧视图和H-H剖切位置的概略剖视图。图12(a)是电力转换装置10的侧视图且示出H-H剖切位置，图12(b)是H-H剖切位置的概略剖视图。需要说明的是，对于图12所示的金属构件22的形状的变形例，与实施方式1所示的金属构件22相同，金属构件22沿轴向延伸地设置在制冷剂流路内，并对制冷剂流路进行分割。如图12(b)所示，G-G截面为铅垂方向的截面，金属构件22的截面在整体上为V字形状且在局部具有折弯形状。金属构件22的端部分别在冷却器20的框体21的四个角中的上部两个角和框体21的底部中央固定。在本发明的实施方式7中，第一区域25由金属构件22分割成2个区域。
根据这样的结构，能够通过金属构件22来抑制由于制冷剂从在框体21的下部设置的发热的电子设备11受热、沸腾而产生的气泡30从第一区域25向第二区域26流动。而且，通过使金属构件22的形状为折弯形状而不是平坦形状，能够防止气泡30向金属构件22的一处集中，使气泡30集中处分散，因此能够增加第二区域26与气泡30的接触面积，提高抑制气泡30向冷却器20外流出的效果。另外，与截面为环状的金属构件22相比，能够使金属构件22轻量化，能够实现电力转换装置10的轻量化、低成本化。
实施方式8(图13)
通过图13，说明本发明的实施方式8的冷却***1、电力转换装置10及冷却器20。需要说明的是，在实施方式1的冷却***1、电力转换装置10及冷却器20中，作为金属构件22而说明了截面形状为环状的结构。在本发明的实施方式8中，说明金属构件22形状的变形例。以下，以与实施方式8的不同点为中心进行说明，关于相同或对应的部分的说明省略。
图13是本发明的实施方式8的电力转换装置10的侧视图和I-I剖切位置的概略剖视图。图13(a)是电力转换装置10的侧视图且示出I-I剖切位置，图13(b)是I-I剖切位置的概略剖视图。需要说明的是，对于图13所示的金属构件22的形状的变形例，与实施方式1所示的金属构件22相同，金属构件22沿轴向延伸地设置在制冷剂流路内，并对制冷剂流路进行分割。如图13(b)所示，H-H截面为铅垂方向的截面，金属构件22的截面在整体上为W字形且在局部具有折弯形状。金属构件22的端部分别在冷却器20的框体21的四个角中的上部两个角和框体21的底部的两处固定。在本发明的实施方式8中，第一区域25由金属构件22分割成3个区域。
根据这样的结构，能够通过金属构件22来抑制由于制冷剂从在框体21的下部设置的发热的电子设备11受热、沸腾而产生的气泡30从第一区域25向第二区域26流动。而且，通过使金属构件22的形状为折弯形状而不是平坦形状，能够防止气泡30向金属构件22的一处集中，使气泡30集中处分散，因此能够增加第二区域26与气泡30的接触面积，提高抑制气泡30向冷却器20外流出的效果。另外，与截面为环状的金属构件22相比，能够使金属构件22轻量化，能够实现电力转换装置10的轻量化、低成本化。
实施方式9(图14及图15)
通过图14及图15，说明本发明的实施方式9的冷却***1、电力转换装置10及冷却器20。需要说明的是，在实施方式1的冷却***1、电力转换装置10及冷却器20中，说明了发热的电子设备11设置于冷却器20底面的框体21外侧的情况。在本发明的实施方式9中，说明发热的电子设备11不仅设置于冷却器20底面的框体21外侧，还设置于冷却器20的框体21的外侧侧面的情况。以下，以与实施方式1的不同点为中心进行说明，关于相同或对应的部分的说明省略。
图14是本发明的实施方式9的电力转换装置10的外观立体图。如图14所示，本发明的实施方式9的电力转换装置10具备电子设备11和冷却器20，但是电子设备11不仅设置于冷却器20的框体21的外侧底面，还设置于冷却器20的框体21的外侧侧面。因此，在本发明的实施方式9的电力转换装置10中，不仅在冷却器20的框体21的底面存在加热面，在冷却器20的框体21的侧面也存在加热面。
图15是本发明的实施方式9的电力转换装置10的侧视图和J-J剖切位置的概略剖视图。图15(a)示出电力转换装置10的侧视图的J-J剖切位置。图15(b)示出电力转换装置10的J-J剖切位置的概略剖视图。
图15(b)所示的金属构件22的截面为折弯的(曲折的)V字形状，在冷却器20的框体21四个角中的上部两个角分别固定金属构件22的端部，并且在冷却器20的框体21底面的中央附近固定金属构件22的端部。在本发明的实施方式9中，通过金属构件22将制冷剂流路分割成3个区域，各个区域的截面形状为三角形形状。在本发明的实施方式9的电力转换装置10中，不仅在冷却器20的框体21底面存在连接面，在冷却器20的框体21侧面也存在连接面35，被分割成3个区域的制冷剂流路中的两个区域是包含对制冷剂进行加热的加热面的第一区域25。其余的1个区域是包含制冷剂入口部23及制冷剂出口部24的第二区域26。即，通过金属构件22将第一区域25分割成多个区域。
由于在冷却器20的框体21的外侧底面及冷却器20的框体21的外侧侧面设置的电子设备11，冷却器20的内部的制冷剂被加热并沸腾而产生气泡30。于是，在第一区域25中，主要从与加热制冷剂的连接面35对应的框体21的内侧部分产生气泡30并脱离。脱离的气泡30由于浮力而上升，但是能够通过金属构件22来抑制气泡30穿过开口22b并通过制冷剂出口而到达泵3。需要说明的是，因沸腾而产生的气泡30由于浮力而上升，因此电子设备11优选在冷却器20的框体21的外侧的侧面尽可能地设置于下方。
根据这样的结构，能够通过金属构件22来抑制由于制冷剂从在框体21的下部设置的发热的电子设备11受热、沸腾而产生的气泡30从第一区域25向第二区域26流动。另外，与截面为环状的金属构件22相比，能够使金属构件22轻量化，能够实现电力转换装置10的轻量化、低成本化。
实施方式10(图16)
通过图16，说明本发明的实施方式10的冷却***1、电力转换装置10及冷却器20。需要说明的是，在本发明的实施方式10中，说明在实施方式1的冷却***1、电力转换装置10及冷却器20中与冷却器20的连接面35对应的框体部分内侧设有腔室32的变形例。以下，以与实施方式1的不同点为中心进行说明，关于相同或对应的部分的说明省略。
图16是本发明的实施方式10的电力转换装置10的侧视图和K-K剖切位置的概略剖视图及放大图。图16(a)示出电力转换装置10的侧视图中的K-K剖切位置。图16(b)是电力转换装置10的K-K剖切位置的概略剖视图。另外，图16(c)是电力转换装置10的放大部位101的放大图。
如图16(b)所示，K-K剖切位置的截面为铅垂方向的截面，在与设有电子设备11的框体21内侧的连接面35对应的框体部分内侧设置有腔室32。腔室32是位于传热面上的微小伤痕或凹陷，通过利用氧化处理、金属烧制、喷镀、喷砂处理、切削工具形成的槽或切起(日文：切り起こし)等制成。图16(c)示出腔室的放大图。框体21的内侧的加热面的腔室32优选为10～1000μm的宽度32a。需要说明的是，腔室32并不局限于图16(c)所示的三角形形状，只要是能够保持气泡的形状即可。
根据这样的结构，被腔室32捕捉的气泡30成为核，能够容易通过沸腾产生气泡30。由此，能够增多气泡30生成的频度，提高冷却器20的冷却性能。
实施方式11(图17)
通过图17，说明本发明的实施方式11的冷却***1、电力转换装置10及冷却器20。需要说明的是，在本发明的实施方式11中，说明在实施方式1的冷却***1、电力转换装置10及冷却器20中与冷却器20的连接面35对应的框体部分内侧设有凸片33的变形例。以下，以与实施方式1的不同点为中心进行说明，关于相同或对应的部分的说明省略。
图17是本发明的实施方式11的电力转换装置10的侧视图和L-L剖切位置的概略剖视图及放大图。图17(a)示出电力转换装置10的侧视图中的L-L剖切位置。图17(b)是电力转换装置10的L-L剖切位置的概略剖视图。另外，图17(c)是电力转换装置10的放大部位102的放大图。如图17(b)及(c)所示，L-L截面为铅垂方向的截面，在设有电子设备11的框体21的加热面设置有凸片33。凸片33朝向冷却器20内侧延伸。另外，在凸片33的表面设置有腔室34。腔室34是位于传热面上的微小的伤痕或凹陷，通过利用氧化处理、金属烧制、喷镀、喷砂处理、切削工具形成的槽或切起等制成。图17(c)示出腔室的放大图。凸片33的表面的腔室34优选为10～1000μm的宽度34a。并且，也可以在框体21内侧的加热面设置腔室34。
凸片33朝向冷却器20内侧呈突状地延伸，因此与制冷剂接触的面积由于凸片33而增大，热交换能力提高。作为凸片33形状，也可以是三角形凸片、销形凸片等。也可以将作为另外部件的凸片33熔敷于与连接面35对应的框体部分内侧，或者也可以通过对加热面实施槽加工来形成凸片33。另外，凸片33的排列、凸片33的高度、凸片33的数量等能够根据规格适当变更。需要说明的是，腔室32并不局限于图17(c)所示的三角形形状，只要是能够保持气泡的形状即可。
根据这样的结构，被腔室34捕捉的气泡30成为核，能够容易通过沸腾产生气泡30。由此，能够增多气泡30生成的频度，提高冷却器20的冷却性能。另外，通过设置凸片33而使传热面积增大，因此与制冷剂的热交换量上升，能够进一步提高冷却器20的冷却性能。
需要说明的是，本发明能够在发明的范围内，将各实施方式自由地组合，或将各实施方式适当地进行变形、省略。
符号说明
1冷却***，2制冷剂配管，3泵，4散热器，10电力转换装置，11电子设备，21框体，22金属构件，22a冲孔金属，22b开口，22c平板部，23制冷剂入口部，24制冷剂出口部，25第一区域，26第二区域，33凸片，32、34腔室，35连接面，36开口部位，37捕捉减少部位。

Claims (23)

1.一种冷却器，使制冷剂在框体的内部流动来对电子设备进行冷却，其中，
所述冷却器具备：
制冷剂入口部，其将所述制冷剂从所述框体的外部向所述内部引导；
制冷剂出口部，其将所述制冷剂从所述内部向所述外部引导；以及
金属构件，其在所述内部确定使所述制冷剂从所述制冷剂入口部向所述制冷剂出口部流动的流路区域，
所述金属构件具备：多个开口部位，其使所述制冷剂通过；以及捕捉减少部位，其具有在所述电子设备的冷却时通过捕捉经由所述框体与所述电子设备的连接面而产生的气泡从而利用所述制冷剂对所述气泡进行冷却而使所述气泡减少的形状。
2.根据权利要求1所述的冷却器，其中，
所述捕捉减少部位具有折弯形状、曲折形状或波形形状。
3.根据权利要求1所述的冷却器，其中，
所述开口部位的开口直径为0.1～3.0mm。
4.根据权利要求1所述的冷却器，其中，
所述捕捉减少部位具备0.1～3.0mm的开口。
5.根据权利要求1所述的冷却器，其中，
所述金属构件的没有所述捕捉减少部位的部分的厚度比具有所述捕捉减少部位的部分厚。
6.根据权利要求1所述的冷却器，其中，
所述金属构件的铅垂方向的截面形成为环状。
7.根据权利要求1所述的冷却器，其中，
所述金属构件的铅垂方向的截面形成为棱柱状。
8.根据权利要求1所述的冷却器，其中，
所述金属构件具有铅垂方向的截面形成为大致直线状的部分。
9.根据权利要求1所述的冷却器，其中，
所述金属构件的铅垂方向的截面形成为凹状的弧。
10.根据权利要求1所述的冷却器，其中，
所述金属构件的铅垂方向的截面形成为三角形。
11.根据权利要求1所述的冷却器，其中，
所述金属构件的铅垂方向的截面以覆盖所述连接面的方式形成为コ字形。
12.根据权利要求1所述的冷却器，其中，
所述金属构件的铅垂方向的截面形成为V字形。
13.根据权利要求1所述的冷却器，其中，
所述金属构件的铅垂方向的截面形成为W字形。
14.根据权利要求1～13中任一项所述的冷却器，其中，
设所述气泡从所述连接面的与所述框体对应的部分脱离时的接触角为Φ[rad]，所述制冷剂的表面张力为σ[N/m]，重力加速度为g[m2/s]，液体制冷剂的密度为ρl[kg/s2]，以及制冷剂的饱和蒸气的密度为ρv[kg/s2]，所述金属构件的所述开口部位的开口直径小于通过下式算出的气泡的直径d[m]，
d＝0.0209Φ√(σ/(g(ρl-ρv)))。
15.根据权利要求1～14中任一项所述的冷却器，其中，
所述金属构件的所述开口部位的直径根据抑制气泡的通过与冷却效率的平衡来决定。
16.根据权利要求1～15中任一项所述的冷却器，其中，
所述金属构件是与所述框体为同一材料且焊接固定于所述框体的冲孔金属。
17.根据权利要求1～16中任一项所述的冷却器，其中，
所述金属构件层叠有两片以上的折弯形状的开口构件。
18.根据权利要求1～14中任一项所述的冷却器，其中，
所述框体在与所述连接面对应的所述框体的内侧部分具有凸片。
19.根据权利要求18所述的冷却器，其中，
所述凸片具有腔室。
20.根据权利要求1～19中任一项所述的冷却器，其中，
所述框体在与所述连接面对应的所述框体的内侧部分具有腔室。
21.根据权利要求1～20中任一项所述的冷却器，其中，
对于所述流路区域，所述流路区域的铅垂方向的截面大于所述制冷剂入口部的铅垂方向的流入截面。
22.一种电力转换装置，具备：
权利要求1～21中任一项所述的冷却器；以及
电子设备，其设置在所述冷却器的所述框体的外侧的底面及侧面中的至少一方，对所述框体内的所述制冷剂进行加热。
23.一种冷却***，通过使制冷剂循环来进行冷却，其中，
所述冷却***具备：
供制冷剂在内部流动的制冷剂配管；
与所述制冷剂配管连接并使所述制冷剂配管内的所述制冷剂循环的泵；
与所述制冷剂配管连接并将通过所述泵而循环的所述制冷剂的热向外部散热的散热器；以及
与所述制冷剂配管连接并由通过所述泵而循环的所述制冷剂来冷却的权利要求22所述的电力转换装置。
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