JP2015198214A - 冷却器および冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却器における冷媒挙動の制御性を向上させる。
【解決手段】冷媒通路（101）には、冷媒が流通する。冷却部（102）は、冷媒通路（101）に介設され、発熱部品（200）に熱的に接触している。冷媒通路（101）は、冷媒が流れ込む上流側通路部（111）が冷媒が流れ出す下流側通路部（112）よりも鉛直方向の上方に配置されるように設けられている。
【選択図】図３

Description

この発明は、冷媒により発熱部品を冷却する冷却器に関する。

従来より、冷媒配管に流通する冷媒を利用してパワーデバイスなどの発熱部品を冷却する構成（冷却器）が知られている。例えば、特許文献１には、空気調和機の熱交換機（凝縮器）から供給された冷媒によりインバータ装置の電気部品を冷却する構成が記載されている。

特開昭６２−６９０６６号公報

しかしながら、従来の構成では、液状冷媒およびガス状冷媒からなる二相冷媒が冷媒配管（冷媒通路）に流通する場合、液状冷媒とガス状冷媒とが混ざり合いながら冷媒配管を流通することになるので、液状冷媒が冷媒配管から抜け出しにくい。そのため、液状冷媒によってガス状冷媒の流れが妨げられてしまうので、液状冷媒よりも挙動（例えば、流量や圧力など）を制御しやすいガス状冷媒を円滑に流通させることが困難であり、冷却器における冷媒挙動の制御性を向上させることが困難であった。

そこで、この発明は、冷媒挙動の制御性を向上することが可能な冷却器を提供することを目的とする。

第１の発明は、冷媒により発熱部品（200）を冷却する冷却器（10）であって、上記冷媒が流通する冷媒通路（101）と、上記冷媒通路（101）に介設され上記発熱部品（200）に熱的に接触する冷却部（102）とを備え、上記冷媒通路（101）が、上記冷媒が流れ込む上流側通路部（111）が該冷媒が流れ出す下流側通路部（112）よりも鉛直方向の上方に配置されるように設けられていることを特徴とする冷却器である。

上記第１の発明では、冷媒通路（101）の上流側通路部（111）を下流側通路部（112）よりも鉛直方向の上方に配置することにより、液状冷媒およびガス状冷媒からなる二相冷媒が冷媒通路（101）に流通する場合に、液状冷媒を冷媒通路（101）から抜け出させやすくすることができる。これにより、冷媒通路（101）および冷却部（102）において液状冷媒によってガス状冷媒の流れが妨げられることを抑制することができるので、ガス状冷媒を円滑に流通させることができる。また、ガス状冷媒のほうが液状冷媒よりも挙動（例えば、流量や圧力など）を容易に制御することができる。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記冷却部（102）が、上記冷媒通路（101）よりも流路断面積が広い冷媒流路を内部に有する１つまたは複数の冷却ブロック（120）によって構成され、上記冷却ブロック（120）が、該冷却ブロックの冷媒流路が上記冷媒通路（101）に連通するように該冷媒通路（101）に介設され、上記発熱部品（200）に熱的に接触していることを特徴とする冷却器である。

上記第２の発明では、冷却ブロック（120）を冷媒通路（101）に介設することにより、流路断面積の広狭により冷却ブロック（120）に流れる冷媒に渦が発生しやすくなる。これにより、冷却ブロック（120）において冷媒が攪拌されやすくなる。

第３の発明は、上記第２の発明において、上記冷却ブロック（120）が、該冷却ブロック（120）の冷媒流路を分割するフィン（122）をさらに有していることを特徴とする冷却器である。

上記第３の発明では、冷却ブロック（120）にフィン（122）を設けることにより、冷却ブロック（120）と冷媒との接触面積を増加させることができる。これにより、冷却ブロック（120）から冷媒への熱伝達を促進させることができる。

第４の発明は、上記第１〜第３の発明いずれか１つである冷却器（10）と、圧縮機（301），凝縮器（302），膨張弁（303），および蒸発器（304）によって構成された冷媒回路（30）と、上記圧縮機（301）のモータ（301b）に電力を供給する電力変換装置（31）とを備え、上記冷却器（10）が、上記凝縮器（302）から流れ出した冷媒により上記電力変換装置（31）の発熱部品（200）を冷却するように構成されていることを特徴とする冷凍装置である。

上記第４の発明では、冷却器（10）における冷媒挙動の制御性を向上させることができる。

第５の発明は、上記第２または第３の発明である冷却器（10）と、圧縮機（301），凝縮器（302），膨張弁（303），および蒸発器（304）によって構成された冷媒回路（30）と、上記圧縮機（301）のモータ（301b）に電力を供給する電力変換装置（31）とを備え、上記冷却器（10）が、上記凝縮器（302）から流れ出した冷媒により上記電力変換装置（31）の発熱部品（200）を冷却するように構成され、上記複数の冷却ブロック（120）のうち最も下流に位置する冷却ブロック（120）によって冷却される上記電力変換装置（31）の発熱部品（200）に、温度センサ（220）が設けられていることを特徴とする冷凍装置である。

上記第５の発明では、冷却器（10）における冷媒挙動の制御性を向上させることができる。また、複数の冷却ブロック（120）のうち最も下流に位置する冷却ブロック（120）によって冷却される電力変換装置（31）の発熱部品（200）に温度センサを設けることにより、電力変換装置（31）の複数の発熱部品（200）のうち最も冷却されにくい発熱部品（200）の温度を検知することができる。

第１の発明によれば、冷媒通路（101）および冷却部（102）においてガス状冷媒（液状冷媒よりも挙動を制御しやすいガス状冷媒）を円滑に流通させることができるので、冷却器（10）における冷媒挙動の制御性を向上させることができる。

第２の発明によれば、冷却ブロック（120）において冷媒が攪拌されやすくなるので、冷却器（10）の冷却性能を向上させることができる。

第３の発明によれば、冷却ブロック（120）から冷媒への熱伝達を促進させることができるので、冷却器（10）の冷却性能をさらに向上させることができる。

第４の発明によれば、冷却器（10）における冷媒挙動の制御性を向上させることができるので、電力変換装置（31）の発熱部品（200）の温度調整を容易にすることができる。

第５の発明によれば、電力変換装置（31）の最も冷却されにくい発熱部品（200）の温度を検知することができるので、電力変換装置（31）の高温異常を適切に検知することができる。また、電力変換装置（31）の発熱部品（200）の全部に温度センサ（220）を設ける場合よりも、温度センサ（220）の搭載に伴う発熱部品（200）の製造コストを低減することができる。

冷凍装置の構成について説明するための冷媒回路図。 電力変換装置の構成について説明するための電気回路図。 冷却器の構成について説明するための斜視図。 冷却器の構成について説明するための正面図。 冷却器の構成について説明するための背面図。 冷却器の要部について説明するための断面図。 冷却ブロックについて説明するための平面図。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付しその説明は繰り返さない。

〔冷凍装置〕
図１は、この発明の実施形態による冷却器（10）を備える冷凍装置（1）の構成例を示している。冷凍装置（1）は、冷却器（10）の他に、冷媒回路（30）と、電力変換装置（31）と、コントローラ（32）とを備えている。例えば、冷凍装置（1）は、工場などの大規模な施設において用いられる大型の空気調和装置に組み込まれている。

〈冷媒回路〉
冷媒回路（30）は、冷媒を循環させて冷凍サイクルを実行するものであり、圧縮機（301）と、凝縮器（302）と、膨張弁（303）と、蒸発器（304）とによって構成されている。詳しく説明すると、圧縮機（301），凝縮器（302），膨張弁（303），および蒸発器（304）は、冷媒が循環する閉回路が形成されるように４つの冷媒配管（305,…,305）によって連結されている。例えば、凝縮器（302）は、室外に配置され、蒸発器（304）は、室内に配置されている。

《圧縮機》
圧縮機（301）は、圧縮機構（301a）と、圧縮機構（301a）を回転駆動させるためのモータ（301b）とを有している。圧縮機構（301a）は、圧縮機（301）と蒸発器（304）とを連結する冷媒配管（305）内の冷媒を吸い込んで圧縮するように構成されている。圧縮機（301）の圧縮機構（301a）から吐き出された冷媒は、冷媒配管（305）を経由して凝縮器（302）に供給される。

《凝縮器》
凝縮器（302）は、圧縮機（301）から供給された冷媒の熱を外気に放出させるように構成されている。凝縮器（302）から流れ出した冷媒は、冷媒配管（305）を経由して膨張弁（303）に供給される。この例では、凝縮器（302）は、空冷式の凝縮器であり、空冷ファン（302a）によって送風される。なお、凝縮器（302）から液状冷媒とともにガス状冷媒が流れ出す場合がある。

《膨張弁》
膨張弁（303）は、凝縮器（302）から供給された冷媒の圧力および流量を調整する（例えば、冷媒を減圧する）ように構成されている。膨張弁（303）を通過した冷媒は、冷媒配管（305）を経由して蒸発器（304）に供給される。例えば、膨張弁（303）は、弁体がパルスモータによって駆動される開度可変な電動弁によって構成されている。

《蒸発器》
蒸発器（304）は、膨張弁（303）から供給された冷媒に外気の熱を吸収させるように構成されている。蒸発器（304）から流れ出した冷媒は、冷媒配管（305）を経由して圧縮機（301）の圧縮機構（301a）に供給される。この例では、蒸発器（304）は、空冷式の蒸発器であり、空冷ファン（304a）によって送風される。

〈冷却器〉
冷却器（10）は、冷媒回路（30）を循環する冷媒（この例では、凝縮器（302）から供給された冷媒）により１つまたは複数の発熱部品（例えば、冷凍装置（1）の運転に伴って発熱する電気部品）を冷却するものであり、冷媒配管（101）と、冷却部（102）とを備えている。なお、冷却器（10）の構成については、後で詳しく説明する。

この例では、冷却器（10）は、膨張弁（303）に並列に接続されている。詳しく説明すると、冷却器（10）の上流側（具体的には、冷媒配管（101）の上流側配管部（111））は、分岐配管（401）に連結され、冷却器（10）の下流側（具体的には、冷媒配管（101）の下流側配管部（112））は、分岐配管（402）に連結されている。分岐配管（401）は、凝縮器（302）と膨張弁（303）とを連結する冷媒配管（305）から分岐し、分岐配管（402）は、膨張弁（303）と蒸発器（304）とを連結する冷媒配管（305）から分岐している。このように構成することにより、凝縮器（302）から供給された冷媒の一部が、分岐配管（401）を経由して冷媒配管（101）の上流側配管部（111）に流れ込み、冷媒配管（101）の下流側配管部（112）から流れ出した冷媒が、分岐配管（402）を経由して蒸発器（304）に流れ込むことになる。

また、この例では、分岐配管（401）には、膨張弁（40）が介設されている。膨張弁（40）は、凝縮器（302）から分岐配管（401）に供給された冷媒の圧力および流量を調整する（例えば、冷媒を減圧する）ように構成されている。例えば、膨張弁（40）は、弁体がパルスモータによって駆動される開度可変な電動弁によって構成されている。

〈電力変換装置〉
次に、図２を参照して、電力変換装置（31）について詳しく説明する。電力変換装置（31）は、圧縮機（301）のモータ（301b）に電力を供給するものであり、コンバータ部（311）と、平滑コンデンサ（312）と、インバータ部（313）とを備えている。

《コンバータ部》
コンバータ部（311）は、交流電源（50）からの交流電圧（この例では、三相交流電圧）を整流化する。この例では、コンバータ部（311）は、６つの整流ダイオード（Dr,…,Dr）によって構成されている。

《平滑コンデンサ》
平滑コンデンサ（312）は、コンバータ部（311）の出力を平滑化して直流リンク電圧を生成する。例えば、平滑コンデンサ（312）は、電解コンデンサによって構成されている。

《インバータ部》
インバータ部（313）は、スイッチング動作によって直流リンク電圧（平滑コンデンサ（312）によって生成された直流リンク電圧）を交流電圧（この例では、三相交流電圧）に変換して圧縮機（301）のモータ（301b）に供給する。この例では、インバータ部（313）は、６つのスイッチング素子（Tr,…,Tr）および６つの還流ダイオード（Dw,…,Dw）によって構成されている。例えば、スイッチング素子（Tr）は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）によって構成されている。

〈コントローラ〉
コントローラ（32）は、空冷ファン（302a,304a）の回転数や膨張弁（303,40）の開度を制御する。また、コントローラ（32）は、モータ（301b）の各相に流れる電流（iu,iv,iw）に基づいて、電力変換装置（31）のインバータ部（313）のスイッチング動作を制御するための制御信号（CNT）を出力することにより、モータ（301b）の回転数を制御する。さらに、コントローラ（32）は、温度センサ（220）によって検知された温度に基づいて、電力変換装置（31）の高温異常を検出する。なお、温度センサ（220）の配置については、後で詳しく説明する。

〈冷却器の構成〉
次に、図３〜図７を参照して、冷却器（10）の構成について説明する。図６Ａおよび図６Ｂは、図４のA-A線およびB-B線における断面をそれぞれ示している。図３のように、冷却器（10）の冷却部（102）は、伝熱板（20a,20b）の一方面（以下、冷却面と表記）に取り付けられている。また、冷却器（10）によって冷却される発熱部品（200,…,200）は、伝熱板（20a,20b）の他方面（以下、部品面と表記）に設けられている。伝熱板（20a,20b）は、伝熱材料（例えば、銅やアルミニウムなど）によって構成され、伝熱板（20a,20b）の冷却面が同一平面上に配置されるように、所定の間隔を隔てて鉛直方向に並設されている。例えば、伝熱板（20a,20b）は、電力変換装置（31）を収容するケーシングやシャーシ（図示を省略）に固定されている。

なお、以下の説明では、説明の便宜上、鉛直方向の上方および下方をそれぞれ「上」および「下」とし、伝熱板（20a,20b）の冷却面側を「前」とし、伝熱板（20a,20b）の部品面側を「後」とし、伝熱板（20a,20b）の冷却面に向かって右方および左方をそれぞれ「右」および「左」として説明する。

《発熱部品》
図３，図４，図５のように、冷却器（10）によって冷却される発熱部品（200,…,200）は、パワーモジュール（210a,…210a,210b,…,210b）内に収容されている。なお、図３では、図示の簡略化のため、パワーモジュール（210a,…210a,210b,…,210b）に含まれる発熱部品（200,…,200）のみを図示している。また、図５では、パワーモジュール（210a,…210a,210b,…,210b）の樹脂ケースの一部が切り欠かれている。

この例では、伝熱板（20a）の部品面には、３つのパワーモジュール（210a,210a,210a）が取り付けられ、パワーモジュール（210a,210a,210a）の各々には、２つの発熱部品（200,200）が設けられている。また、伝熱板（20b）の部品面には、３つのパワーモジュール（210b,210b,210b）が取り付けられ、パワーモジュール（210b,210b,210b）の各々には、２つの発熱部品（200,200）が設けられている。すなわち、この例では、伝熱板（20a）の部品面には、６つの発熱部品（200,…,200）が設けられ、伝熱板（20b）の部品面には、６つの発熱部品（200,…,200）が設けられている。

なお、この例では、パワーモジュール（210a）に設けられた発熱部品（200）は、電力変換装置（31）の整流ダイオード（Dr）として機能する半導体チップであり、パワーモジュール（210b）に設けられた発熱部品（200）は、電力変換装置（31）のスイッチング素子（Tr）と還流ダイオード（Dw）との組合せとして機能する半導体チップである。

−パワーモジュール（整流ダイオード）−
図６Ａおよび図６Ｂのように、パワーモジュール（210a）には、絶縁基板（211）が収容され、絶縁基板（211）の一方面には、２つの半導体チップ（発熱部品（200,200））が搭載されている。絶縁基板（211）の他方面は、放熱板（212）の一方面に接合されている。また、絶縁基板（211）および放熱板（212）は、放熱板（212）の他方面（以下、放熱面と表記）が露出するように、樹脂ケースに覆われている。なお、絶縁基板（211）は、絶縁材料（例えば、セラミックスなど）によって構成され、放熱板（212）は、伝熱材料によって構成されている。

また、３つのパワーモジュール（210a,210a,210a）は、パワーモジュール（210a）内の２つの半導体チップ（発熱部品（200,200））のうち一方の半導体チップが上側に配置されるとともに他方の半導体チップが下側に配置されるように、伝熱板（20a）の部品面において左右方向に配列されている。そして、３つのパワーモジュール（210a,210a,210a）の各々は、放熱板（212）の放熱面が伝熱板（20b）の部品面に接触するように、伝熱板（20b）の部品面に取り付けられている（例えば、ねじ止めされている）。

−パワーモジュール（スイッチング素子および還流ダイオード）−
パワーモジュール（210b）は、パワーモジュール（210a）と同様の構成（図６Ａ，図６Ｂ参照）を有している。また、３つのパワーモジュール（210b,210b,210b）は、パワーモジュール（210b）内の２つの半導体チップ（発熱部品（200,200））のうち一方の半導体チップが右上側に配置されるとともに他方の半導体チップが左下側に配置されるように、伝熱板（20b）の部品面において左右方向に配列されている。そして、３つのパワーモジュール（210b,210b,210b）の各々は、放熱板（212）の放熱面が伝熱板（20b）の部品面に接触するように、伝熱板（20b）の部品面に取り付けられている。

《冷媒配管》
図３，図４，図５のように、冷媒配管（101）（冷媒通路）は、上流側配管部（111）（上流側通路部）が下流側配管部（112）（下流側通路部）よりも鉛直方向の上方に配置されるように設けられている。上流側配管部（111）と下流側配管部（112）は、連結配管部（113）（連結通路部）によって連結されている。連結配管部（113）は、上流側配管部（111）の下流端部から鉛直方向の下方へ向けて下流側配管部（112）の上流端部まで延びている。

この例では、上流側配管部（111）および下流側配管部（112）は、鉛直方向と交差する方向（より具体的には、水平方向）に延びている。詳しく説明すると、上流側配管部（111）は、伝熱板（20a）の部品面に取り付けられた６つの発熱部品（200,…,200）の配列に沿うように、伝熱板（20a）の冷却面の前方において左右方向に延びている。下流側配管部（112）は、伝熱板（20b）の部品面に取り付けられた６つの発熱部品（200,…,200）のうち下側の３つの発熱部品（200,200,200）の配列に沿うように、伝熱板（20b）の冷却面の前方において左右方向に延びている。

また、この例では、冷媒配管（101）の連結配管部（113）は、蛇行しながら鉛直方向の下方に向けて延びている。すなわち、連結配管部（113）は、３つの直管部（113a,113b,113c）によって構成されている。直管部（113a）は、上流側配管部（111）の下流端部（この例では、右方端部）から鉛直方向の下方へ向けて延びている。直管部（113b）は、直管部（113a）の下方端部から水平方向（左右方向）の左方へ向けて延びている。直管部（113c）は、直管部（113b）の左方端部から鉛直方向の下方へ向けて下流側配管部（112）の上流端部（この例では、左方端部）まで延びている。詳しく説明すると、連結配管部（113）の直管部（113b）は、伝熱板（20b）の部品面に設けられた６つの発熱部品（200,…,200）のうち上側の３つの発熱部品（200,200,200）の配列に沿うように、伝熱板（20b）の冷却面の前方において左右方向に延びている。

《冷却部》
図３，図４，図５のように、冷却部（102）は、発熱部品（200,…,200）に熱的に接触するように設けられている。冷却部（102）は、複数（この例では、７つ）の冷却ブロック（120,…,120）によって構成されている。

なお、以下の説明では、説明の便宜上、伝熱板（20a）に取り付けられる冷却ブロック（120）を「冷却ブロック（120a）」と表記し、伝熱板（20b）に取り付けられる冷却ブロック（120）を「冷却ブロック（120b）」と表記する。

−冷却ブロック（整流ダイオード側）−
冷却ブロック（120a）は、冷媒配管（101）の上流側配管部（111）に介設され、伝熱板（20a）の部品面に設けられた６つの発熱部品（200,…,200）に熱的に接触している。すなわち、冷却ブロック（120a）は、それぞれが電力変換装置（31）の整流ダイオード（Dr）として機能する６つの半導体チップ（発熱部品（200,…,200））を冷却するように構成されている。この例では、冷却ブロック（120a）は、伝熱板（20a）の部品面に設けられた６つの発熱部品（200,…,200）と伝熱板（20a）を挟んで前後方向に対向するように、伝熱板（20a）の冷却面に取り付けられている。

−冷却ブロック（スイッチング素子および還流ダイオード側）−
６つの冷却ブロック（120b,…,120b）のうち上流側（この例では、鉛直方向において上側）の３つの冷却ブロック（120b,120b,120b）は、冷媒配管（101）の直管部（113b）に介設され、下流側（この例では、鉛直方向において下側）の３つの冷却ブロック（120b,120b,120b）は、冷媒配管（101）の下流側配管部（112）に介設されている。また、６つの冷却ブロック（120b,…,120b）は、伝熱板（20b）の部品面に設けられた６つの発熱部品（200,…,200）にそれぞれ熱的に接触している。すなわち、６つの冷却ブロック（120b）は、それぞれが電力変換装置（31）のスイッチング素子（Tr）および還流ダイオード（Dw）の組合せとして機能する６つの半導体チップ（発熱部品（200,…,200））をそれぞれ冷却するように構成されている。この例では、６つの冷却ブロック（120b,…,120b）は、伝熱板（20b）の部品面に設けられた６つの発熱部品（200,…,200）と伝熱板（20a）を挟んで前後方向にそれぞれ対向するように、伝熱板（20b）の冷却面に取り付けられている。

−冷却ブロックの構成−
ここで、図６Ａ，図６Ｂ，図７を参照して、冷却ブロック（120a）の構成について説明する。図７は、伝熱板（20a）から取り外された冷却ブロック（120a）の平面図である。なお、冷却ブロック（120b）は、冷却ブロック（120a）と同様の構成を有している。

冷却ブロック（120a）は、冷媒流路を内部に有している。冷却ブロック（120a）の冷媒流路の流路断面積は、冷媒配管（101）の流路断面積よりも広くなっている。そして、冷却ブロック（120a）は、冷却ブロック（120a）の冷媒流路が冷媒配管（101）と連通するように、冷媒配管（101）に介設されている。この例では、冷却ブロック（120a）は、冷媒流路となる中空部を有するケース（121）によって構成されている。ケース（121）は、伝熱材料（例えば、銅やアルミニウムなど）によって構成され、一面が開放された中空の立方体状（箱状）に形成されている。ケース（121）の一対の壁部（ケース（121）の長手方向において互いに対向する一対の壁部）には、冷媒配管（101）の上流側配管部（111）および連結配管部（113）がそれぞれ挿入される挿入口が設けられている。これらの挿入口に上流側配管部（111）および連結配管部（113）がそれぞれ挿入されることにより、ケース（121）の中空部（すなわち、冷却ブロック（120）の冷媒流路）が冷媒配管（101）と連通されている。そして、冷却ブロック（120a）は、ケース（121）の開放面が伝熱板（20a）の冷却面によって閉塞されるように、伝熱板（20a）の冷却面に取り付けられている。

また、冷却ブロック（120a）は、１つまたは複数のフィン（この例では、５つのフィン（122,…,122））をさらに有している。フィン（122,…,122）は、冷却ブロック（120a）の冷媒流路を分割するために設けられている。この例では、フィン（122,…,122）は、伝熱材料（例えば、銅やアルミニウムなど）によって構成され、平板状に形成されている。そして、フィン（122,…,122）は、ケース（121）の幅方向に沿って所定の間隔で配列され、ケース（121）の底面に固定されている。

《温度センサ》
図５のように、温度センサ（220）は、伝熱板（20a,20b）に取り付けられた複数の冷却ブロック（120,…,120）のうち最も下流に位置する冷却ブロック（120）によって冷却される発熱部品（200）に設けられている。この例では、温度センサ（220）は、伝熱板（20b）の部品面に設けられた６つの半導体チップ（発熱部品（200,…,200））のうち右下に位置する半導体チップに設けられている。この半導体チップ（発熱部品（200））は、冷却ブロック（120b,…,120b）のうち右下に位置する冷却ブロック（120b）（すなわち、最も下流側に位置する冷却ブロック（120b））に熱的に接触している。

なお、この例では、伝熱板（20b）の部品面に設けられた６つの発熱部品（200,…,200）のうち右上に位置する発熱部品（200）を除いた５つの発熱部品（200,…,200）には、温度センサ（220）が設けられていない。さらに、伝熱板（20a）の部品面に設けられた６つの発熱部品（200,…,200）にも、温度センサ（220）が設けられていない。

〈冷却器による冷却作用）
次に、冷却器（10）による冷却作用について説明する。凝縮器（302）から供給された冷媒は、分岐配管（401）を経由して冷媒配管（101）の上流側配管部（111）に流れ込み、冷媒配管（101）および冷却ブロック（120,…,120）を流れる。また、発熱部品（200,…,200）において発生した熱は、伝熱板（20a,20b）を経由して冷却ブロック（120,…,120）に伝達され、冷媒配管（101）および冷却ブロック（120,…,120）に流通する冷媒に吸収される。これにより、発熱部品（200,…,200）が冷却される。冷媒配管（101）および冷却ブロック（120,…,120）に流通する冷媒は、発熱部品（200,…,200）の熱を吸収した後、冷媒配管（101）の下流側配管部（112）から流れ出し、分岐配管（402）を経由して蒸発器（304）に流れ込む。

〈冷却器における冷媒の流れ〉
次に、冷却器（10）における冷媒の流れについて説明する。冷媒配管（101）の上流側配管部（111）が下流側配管部（112）よりも鉛直方向の上方に配置されているので、冷媒配管（101）の上流側配管部（111）に流れ込んだ冷媒は、冷媒配管（101）の連結配管部（113）を経由して鉛直方向の下方に流れ、冷媒配管（101）の下流側配管部（112）から流れ出すことになる。したがって、液状冷媒およびガス状冷媒からなる二相冷媒が冷媒配管（101）に流通する場合、液状冷媒のほうがガス状冷媒よりも密度が高いので、液状冷媒がガス状冷媒よりも冷媒配管（101）から抜け出しやすい。そのため、冷媒配管（101）および冷却部（102）（具体的には、冷却ブロック（120,…,120））において、液状冷媒によってガス状冷媒の流れが妨げられることを抑制することができる。

また、冷却ブロック（120,…,120）の冷媒流路の流路断面積が冷媒配管（101）の流路断面積よりも広くなっているので、流路断面積の広狭により冷却ブロック（120,…,120）に流れる冷媒に渦が発生しやすくなっている。

〈効果〉
以上のように、冷媒配管（101）の上流側配管部（111）を下流側配管部（112）よりも鉛直方向の上方に配置することにより、液状冷媒およびガス状冷媒からなる二相冷媒が冷媒配管（101）に流通する場合に、液状冷媒を冷媒配管（101）から抜け出させやすくすることができる。これにより、冷媒配管（101）および冷却部（102）において液状冷媒によってガス状冷媒の流れが妨げられることを抑制することができるので、ガス状冷媒を円滑に流通させることができる。また、ガス状冷媒のほうが液状冷媒よりも挙動（例えば、流量や圧力）を容易に制御することができる。したがって、冷媒配管（101）および冷却部（102）においてガス状冷媒（液状冷媒より挙動を制御しやすいガス状冷媒）を円滑に流通させることができるので、冷却器（10）における冷媒挙動の制御性（例えば、冷媒の流量や圧力などの制御性）を向上させることができる。これにより、電力変換装置（31）の発熱部品（200,…,200）の温度調整を容易にすることができる。

また、冷却ブロック（120,…,120）を冷媒配管（101）に介設することにより、流路断面積の広狭により冷却ブロック（120,…,120）に流れる冷媒に渦が発生しやすくなる。これにより、冷却ブロック（120,…,120）において冷媒が攪拌されやすくなるので、冷却器（10）の冷却性能をさらに向上させることができる。

また、冷却ブロック（120）にフィン（122）を設けることにより、冷却ブロック（120）と冷媒との接触面積を増加させることができる。これにより、冷却ブロック（120）から冷媒への熱伝達を促進させることができるので、冷却器（10）の冷却性能をさらに向上させることができる。

〈冷却ブロックの冷却性能〉
冷媒配管（101）および冷却ブロック（120,…,120）に流通する冷媒の吸熱能力は、冷媒配管（101）の上流から下流に向かうに連れて次第に低下していく。すなわち、冷媒配管（101）に介設された複数の冷却ブロック（120,…,120）のうち最も下流に位置する冷却ブロック（120）の冷却性能が最も低いことになる。したがって、電力変換装置（31）の複数の発熱部品（200,…,200）のうち最下流の冷却ブロック（120）によって冷却される発熱部品（200）が、最も冷却されにくく、高温異常を引き起こしやすい。

この実施形態による冷却器（10）では、冷媒配管（101）に介設された複数の冷却ブロック（120,…,120）のうち最も下流に位置する冷却ブロック（120）によって冷却される電力変換装置（31）の発熱部品（200）に温度センサ（220）が設けられているので、電力変換装置（31）の複数の発熱部品（200,…,200）のうち最も冷却されにくい発熱部品（200）の温度を検知することができる。これにより、電力変換装置（31）の高温異常を適切に検知することができる。また、電力変換装置（31）の複数（この例では、１２個）の発熱部品（200,…,200）の全部に温度センサ（220,…,220）をそれぞれ設ける場合よりも、温度センサ（220）の搭載に伴う発熱部品（200）の製造コストを低減することができる。

なお、温度センサ（220）は、伝熱板（20b）の部品面に設けられた６つの発熱部品（200,…,200）（すなわち、電力変換装置（31）のスイッチング素子（Tr）および還流ダイオード（Dw）の組合せとして機能する半導体チップ）の各々に設けられていてもよいし、伝熱板（20a）の部品面に設けられた６つの発熱部品（200,…,200）（すなわち、電力変換装置（31）の整流ダイオード（Dr）として機能する半導体チップ）の各々に設けられていてもよい。

〔その他の実施形態〕
以上の説明において、冷却器（10）が電力変換装置（31）の半導体チップを発熱部品（200）として冷却する場合を例に挙げて説明したが、冷却器（10）は、電力変換装置（31）の半導体チップではない他の発熱部品（200）を冷却するように構成されていてもよい。

また、冷却器（10）が冷媒回路（30）の膨張弁（303）に並列に接続されている場合を例に挙げて説明したが、冷却器（10）は、冷媒回路（30）の他の部分に並列に（または、直列に）接続されていてもよい。

また、冷却ブロック（120,…,120）が同様の構成を有している場合を例に挙げて説明したが、冷却ブロック（120,…,120）は、互いに異なる構成を有していてもよい。

また、冷媒配管（101）の連結配管部（113）が蛇行しながら鉛直方向の下方へ向けて延びている場合を例に挙げて説明したが、連結配管部（113）は、上流側配管部（111）の下流端部から鉛直方向の下方へ向けて下流側配管部（112）の上流端部まで直線状に延びていてもよい。

以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、上述の冷却器は、半導体チップなどの発熱部品を有する電力変換装置を備えた冷凍装置などに有用である。

１ 冷凍装置
１０ 冷却器
１０１ 冷媒配管（冷媒通路）
１０２ 冷却部
１１１ 上流側配管部（上流側通路部）
１１２ 下流側配管部（下流側通路部）
１１３ 連結配管部
１２０ 冷却ブロック
２０ａ，２０ｂ 伝熱板
２００ 発熱部品
２１０ａ，２１０ｂ パワーモジュール
２２０ 温度センサ
３０ 冷媒回路
３１ 電力変換装置
３２ コントローラ
３０１ 圧縮機
３０２ 凝縮器
３０３ 膨張弁
３０４ 蒸発器
３０５ 冷媒配管
４０ 膨張弁

Claims (5)

1. 冷媒により発熱部品（200）を冷却する冷却器（10）であって、
   上記冷媒が流通する冷媒通路（101）と、
   上記冷媒通路（101）に介設され上記発熱部品（200）に熱的に接触する冷却部（102）とを備え、
   上記冷媒通路（101）は、上記冷媒が流れ込む上流側通路部（111）が該冷媒が流れ出す下流側通路部（112）よりも鉛直方向の上方に配置されるように設けられている
   ことを特徴とする冷却器。
2. 請求項１において、
   上記冷却部（102）は、上記冷媒通路（101）よりも流路断面積が広い冷媒流路を内部に有する１つまたは複数の冷却ブロック（120）によって構成され、
   上記冷却ブロック（120）は、該冷却ブロックの冷媒流路が上記冷媒通路（101）に連通するように該冷媒通路（101）に介設され、上記発熱部品（200）に熱的に接触している
   ことを特徴とする冷却器。
3. 請求項２において、
   上記冷却ブロック（120）は、該冷却ブロック（120）の冷媒流路を分割するフィン（122）をさらに有している
   ことを特徴とする冷却器。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷却器（10）と、
   圧縮機（301），凝縮器（302），膨張弁（303），および蒸発器（304）によって構成された冷媒回路（30）と、
   上記圧縮機（301）のモータ（301b）に電力を供給する電力変換装置（31）とを備え、
   上記冷却器（10）は、上記凝縮器（302）から流れ出した冷媒により上記電力変換装置（31）の発熱部品（200）を冷却するように構成されている
   ことを特徴とする冷凍装置。
5. 請求項２または３に記載の冷却器（10）と、
   圧縮機（301），凝縮器（302），膨張弁（303），および蒸発器（304）によって構成された冷媒回路（30）と、
   上記圧縮機（301）のモータ（301b）に電力を供給する電力変換装置（31）とを備え、
   上記冷却器（10）は、上記凝縮器（302）から流れ出した冷媒により上記電力変換装置（31）の発熱部品（200）を冷却するように構成され、
   上記複数の冷却ブロック（120）のうち最も下流に位置する冷却ブロック（120）によって冷却される上記電力変換装置（31）の発熱部品（200）には、温度センサ（220）が設けられている
   ことを特徴とする冷凍装置。

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