特許 7291290 冷却装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-06

(45)【発行日】2023-06-14

(54)【発明の名称】冷却装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/473 20060101AFI20230607BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20230607BHJP

【ＦＩ】

H01L23/46 Z

H05K7/20 N

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2022512581

(86)(22)【出願日】2021-03-30

(86)【国際出願番号】 JP2021013666

(87)【国際公開番号】W WO2021201019

(87)【国際公開日】2021-10-07

【審査請求日】2022-08-30

(31)【優先権主張番号】P 2020063569

(32)【優先日】2020-03-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004765

【氏名又は名称】マレリ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岩崎 充

(72)【発明者】

【氏名】林 栄樹

(72)【発明者】

【氏名】山中 真由美

【審査官】庄司 一隆

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／１１６６５３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００７／０３２０５６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－０１２６２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２５２１５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／４７３

Ｈ０５Ｋ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１幅広面と、当該第１幅広面と対向する第２幅広面と、を有し、前記第１幅広面と前記第２幅広面との間に形成される扁平状の流路を流体が流通して被冷却デバイスを冷却する冷却装置において、
前記第２幅広面は、前記流路内に突出して流路幅方向に延設され流体流れ方向に並べて配置される複数の突起部を有し、
前記第１幅広面には、突起部は設けられておらず、
前記突起部は、
前記流体流れ方向の上流から下流に向かって前記第１幅広面に近接するように傾斜する第１傾斜面と、
前記流体流れ方向にて前記第１傾斜面と交互に配置され、前記流体流れ方向の上流から下流に向かって前記第１幅広面から離間するように傾斜する第２傾斜面と、を有し、
前記突起部は、前記流体流れ方向に沿った断面視で、前記第１幅広面と、前記第２傾斜面と、当該第２傾斜面の前記流体流れ方向下流に隣り合う前記第１傾斜面と、に仮想的な第１の円が３点で内接するように形成される、
冷却装置。

【請求項2】

請求項１に記載の冷却装置であって、
前記突起部は、
前記第１傾斜面と当該第１傾斜面の前記流体流れ方向下流に隣り合う前記第２傾斜面との間に形成される山部と、
前記第２傾斜面と当該第２傾斜面の前記流体流れ方向下流に隣り合う前記第１傾斜面との間に形成される谷部と、を有し、
前記突起部は、前記流体流れ方向に沿った断面視で、前記山部の上流側の前記第１傾斜面と、当該山部の下流側の前記第２傾斜面と、前記第１幅広面と対向し前記谷部が位置する仮想的な対向面と、に仮想的な第２の円が３点で接し、かつ前記山部が前記第２の円内に入らないように形成される、
冷却装置。

【請求項3】

請求項２に記載の冷却装置であって、
前記第１の円の半径をＲｍ１とし、前記第２の円の半径をＲｍ２としたとき、Ｒｍ１＞Ｒｍ２である、
冷却装置。

【請求項4】

請求項３に記載の冷却装置であって、
前記流体流れ方向に隣り合う前記山部の間のピッチをＰとし、前記山部と前記第１幅広面との間の距離をＤｖとしたとき、Ｒｍ１×Ｐ／Ｄｖが４～４０である、
冷却装置。

【請求項5】

請求項２から４のいずれか一つに記載の冷却装置であって、
前記流路幅方向に隣り合う前記突起部は、前記流体流れ方向へ互い違いになるように反対方向に傾斜し、
前記流路幅方向に隣り合う前記山部の稜線は、連続して形成され、
前記流路幅方向に隣り合う前記谷部の稜線は、連続して形成される、
冷却装置。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか一つに記載の冷却装置であって、
前記突起部は、前記流路幅方向の全幅にわたって形成される、
冷却装置。

【請求項7】

請求項１から５のいずれか一つに記載の冷却装置であって、
前記流路は、
前記突起部が設けられる中央流路と、
前記中央流路の前記流路幅方向の外側に設けられる側部流路と、
前記中央流路から前記側部流路に向かって流体が折り返すターン流路と、を有する、
冷却装置。

【請求項8】

請求項７に記載の冷却装置であって、
前記側部流路には、前記突起部が形成される、
冷却装置。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか一つに記載の冷却装置であって、
前記流路は、前記流体流れ方向の上流側よりも下流側の方が前記流路幅方向に小さくなるように形成される、
冷却装置。

【請求項10】

請求項１から９のいずれか一つに記載の冷却装置であって、
前記第１幅広面は、前記被冷却デバイスの底面によって形成される、
冷却装置。

【請求項11】

請求項１から１０のいずれか一つに記載の冷却装置であって、
前記突起部は、
前記第１傾斜面と当該第１傾斜面の前記流体流れ方向下流に隣り合う前記第２傾斜面との間に形成される山部と、
前記第２傾斜面と当該第２傾斜面の前記流体流れ方向下流に隣り合う前記第１傾斜面との間に形成される谷部と、
前記流路幅方向にて連続する前記山部の間の連結部のうち前記流体流れ方向の下流に突出する頂部から前記流体流れ方向下流に延びる整流フィンと、を有する、
冷却装置。

【請求項12】

請求項１から１１のいずれか一つに記載の冷却装置であって、
前記第１幅広面は、流体流れ方向と、当該流体流れ方向と直交する方向と、のいずれか一方が直線状に延び、他方が直線状に延びるか若しくは円曲している、
冷却装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被冷却デバイスを冷却する冷却装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ＪＰ２０２０－０１４２７８Ａには、パワーモジュールとコンデンサ本体との間に形成される冷却水の流路（冷却装置）を備えるインバータモジュールが開示されている。

【発明の概要】

【0003】

しかしながら、ＪＰ２０２０－０１４２７８Ａの冷却装置では、パワーモジュールの下面にフィンを形成することで冷却水との熱交換面積を大きくしているが、流路内における冷却水の流れ方については何ら検討されていない。

【0004】

本発明は、流路内を流通する流体の流れ方によって被冷却デバイスと流体との熱交換効率を向上させることを目的とする。

【0005】

本発明のある態様によれば、第１幅広面と、当該第１幅広面と対向する第２幅広面と、を有し、前記第１幅広面と前記第２幅広面との間に形成される扁平状の流路を流体が流通して被冷却デバイスを冷却する冷却装置において、前記第２幅広面は、前記流路内に突出して流路幅方向に延設され流体流れ方向に並べて配置される複数の突起部を有し、前記第１幅広面には、突起部は設けられておらず、前記突起部は、前記流体流れ方向の上流から下流に向かって前記第１幅広面に近接するように傾斜する第１傾斜面と、前記流体流れ方向にて前記第１傾斜面と交互に配置され、前記流体流れ方向の上流から下流に向かって前記第１幅広面から離間するように傾斜する第２傾斜面と、を有し、前記突起部は、前記流体流れ方向に沿った断面視で、前記第１幅広面と、前記第２傾斜面と、当該第２傾斜面の前記流体流れ方向下流に隣り合う前記第１傾斜面と、に仮想的な第１の円が３点で内接するように形成される。

【0006】

上記態様では、突起部は、流体流れ方向に沿った断面視で、第１幅広面と、第２傾斜面と、当該第２傾斜面の流体流れ方向下流に隣り合う第１傾斜面と、に仮想的な第１の円が３点で内接するように形成される。そのため、第１傾斜面から流体流れ方向下流に隣り合う第２傾斜面に流体が流れる際に縦渦が発生して第２傾斜面に沿って流れ、仮想的な第１の円が３点で内接する空間にて大きな縦渦となる。よって、仮想的な第１の円が３点で内接する空間における被冷却デバイスと流体との熱交換効率を向上させることができる。したがって、流路内を流通する流体の流れ方によって被冷却デバイスと流体との熱交換効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係る冷却装置を上方から見た斜視図である。

【図2】図２は、冷却装置を下方から見た分解斜視図である。

【図3】図３は、図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ断面図であり、冷却装置の冷却水流れ方向に沿った突起部の断面図である。

【図4】図４は、冷却装置における第２幅広面の一部を示す底面図である。

【図5】図５は、冷却装置の流体流れ方向に沿った断面図であり、流体流れ方向の一部のみを示す図である。

【図6】図６は、突起部における流体の流れを模式的に示す底面図である。

【図7】図７は、突起部における流体の流れを模式的に示す側面の断面図である。

【図8】図８は、第１の円Ｃ１の半径をＲｍ１とし、流体流れ方向に隣り合う山部の間のピッチをＰとし、山部と第１幅広面との間の距離をＤｖとしたときに、Ｒｍ１×Ｐ／Ｄｖに対する熱通過率比を示すグラフである。

【図9】図９は、傾斜角度θｔとピッチＰと距離Ｄｖと半径Ｒｍ１とを変化させたときの各々の形状に対するＲｍ１×Ｐ／Ｄｖの値を示すものである。

【図10】図１０は、傾斜角度θｔの上下限値と距離Ｄｖの上限値について示すグラフである。

【図11】図１１は、傾斜角度θｔと抵抗ΔＰとの関係について示すグラフである。

【図12】図１２は、ピッチＰと熱通過率との関係について示すグラフである。

【図13】図１３は、ピッチＰと抵抗ΔＰとの関係について示すグラフである。

【図14】図１４は、レイノルズ数が異なる流体についてのＲｍ１×Ｐ／Ｄｖに対する熱通過率比を示すグラフである。

【図15】図１５は、本発明の実施形態の第１の変形例に係る流路について説明する斜視図である。

【図16】図１６は、図１５に示す第１の変形例における流体の流れを説明する底面図である。

【図17】図１７は、本発明の実施形態の第２の変形例に係る流路について説明する斜視図である。

【図18】図１８は、本発明の実施形態の第３の変形例に係る流路について説明する斜視図である。

【図19】図１９は、本発明の実施形態の第４の変形例に係る流路について説明する斜視図である。

【図20】図２０は、本発明の実施形態の第５の変形例に係る流路について説明する斜視図である。

【図21】図２１は、本発明の実施形態の第６の変形例に係る流路について説明する斜視図である。

【図22】図２２は、本発明の実施形態の第７の変形例に係る流路について説明する斜視図である。

【図23】図２３は、本発明の実施形態の第８の変形例に係る流路について説明する斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る冷却装置１について説明する。

【0009】

まず、図１から図５を参照して、冷却装置１の全体構成について説明する。

【0010】

図１は、冷却装置１を上方から見た斜視図である。図２は、冷却装置１を下方から見た分解斜視図である。図３は、図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ断面図であり、冷却装置１の冷却水流れ方向に沿った突起部３０の断面図である。図４は、突起部３０が形成される第２幅広面１２の一部を示す底面図である。図５は、冷却装置１の冷却水流れ方向に沿った断面図であり、冷却水流れ方向の一部のみを示す図である。

【0011】

図１に示すように、冷却装置１は、入口流路２と、出口流路３と、流路２０（図２参照）を形成する本体部１０と、を備える。ここでは、冷却装置１は、流路２０を流通する流体としての冷却水との熱交換によって、被冷却デバイスとしてのインバータモジュール８を冷却する。

【0012】

インバータモジュール８は、例えば、車両の駆動用モータ（図示省略）を制御するものである。図２に示すように、インバータモジュール８は、流路２０内の冷却水の流れ方向に沿って３つのスイッチング素子９を有する。インバータモジュール８は、スイッチング素子９のＯＮ／ＯＦＦを切り換えることで、直流電力と交流電力とを相互に変換する。

【0013】

スイッチング素子９は、インバータモジュール８のＵ相，Ｖ相，及びＷ相のそれぞれに対応する。スイッチング素子９は、高速でＯＮ／ＯＦＦが切り換えられて発熱する。発熱したスイッチング素子９は、流路２０内の冷却水と熱交換をすることで冷却される。

【0014】

図１に示すように、入口流路２は、本体部１０に形成される扁平状の流路２０（図２参照）に冷却水を供給するための流路である。入口流路２は、本体部１０から突出して設けられる。入口流路２は、流路２０における冷却水流れ方向に沿って冷却水を供給するように、本体部１０に対して傾斜して形成される。

【0015】

出口流路３は、流路２０から冷却水を排出するための流路である。出口流路３は、本体部１０から突出して設けられる。出口流路３は、流路２０における冷却水流れ方向に沿って排出される冷却水を導くように、本体部１０に対して傾斜して形成される。

【0016】

図２に示すように、本体部１０は、第２幅広面１２と、第１側面１３と、第２側面１４と、を有する。インバータモジュール８は、第１幅広面１１を有する。流路２０は、第１幅広面１１と、第２幅広面１２と、第１側面１３と、第２側面１４と、によって扁平に形成される。

【0017】

本実施形態では、第１幅広面１１は、インバータモジュール８の底面によって形成される。即ち、冷却装置１は、本体部１０とインバータモジュール８とによって構成される。この場合、インバータモジュール８に冷却水を直接接触させることで、熱交換効率を向上させることができる。

【0018】

これに代えて、本体部１０が第１幅広面１１を有するように形成し、当該第１幅広面１１の外側にインバータモジュール８が当接するようにしてもよい。この場合、冷却装置１は、本体部１０のみによって構成される。

【0019】

ここでは、冷却水が流路２０内を流れる方向を、「冷却水流れ方向」（流体流れ方向）と称し、冷却水流れ方向に垂直であり、かつ第１幅広面１１及び第２幅広面１２に平行な方向を、「流路幅方向」と称し、冷却水流れ方向に垂直であり、かつ第１側面１３及び第２側面１４に平行な方向を、「流路高さ方向」と称する。なお、「冷却水流れ方向」とは、突起部３０の影響を受けて進行方向が変化した局所的な冷却水の流れ方向ではなく、流路２０全体として見たときの冷却水の流れ方向である。

【0020】

第１幅広面１１は、冷却水流れ方向に直線状に延び、冷却水流れ方向と直交する流路幅方向にも直線状に延びる平面状に形成される。第１幅広面１１は、流路２０を流通する冷却水によってインバータモジュール８を冷却する。第１幅広面１１には、後述する突起部３０は設けられていない。

【0021】

第２幅広面１２は、流路高さ方向に第１幅広面１１と流路高さ分の間隔をあけて対向する。これにより、第１幅広面１１と第２幅広面１２との間に、扁平状の流路２０が形成される。ここでは、流路２０における最も狭い部分の流路高さ、即ち、後述する山部３３と第１幅広面１１との間の距離Ｄｖ（図５参照）は、０．１～１０［ｍｍ］である。第２幅広面１２は、流路２０内に突出して流路幅方向に延設される突起部３０を有する。

【0022】

突起部３０は、冷却水流れ方向に平行に並べて複数配置される。突起部３０は、流路２０における流路幅方向の全幅にわたって形成される。突起部３０が形成されない部分がある場合には、当該部分を冷却水がバイパスして流れるおそれがあるが、突起部３０が流路幅方向の全幅にわたって形成されることで、熱交換効率の低下を防止することができる。

【0023】

図３に示すように、突起部３０は、第１傾斜面３１と、第２傾斜面３２と、山部３３と、谷部３４と、を有する。

【0024】

第１傾斜面３１は、冷却水流れ方向の上流から下流に向かって第１幅広面１１に近接するように傾斜する。第１傾斜面３１は、平面状に形成される。第１傾斜面３１は、第２幅広面１２に対して傾斜角度θｔだけ傾斜して設けられる。傾斜角度θｔは、１５～４５［°］が好ましく、ここでは、３０［°］である。また、第２幅広面１２の厚さｔは、１［ｍｍ］である。

【0025】

第２傾斜面３２は、冷却水流れ方向にて第１傾斜面３１と交互に配置され、冷却水流れ方向の上流から下流に向かって第１幅広面１１から離間するように傾斜する。第２傾斜面３２は、平面状に形成される。第２傾斜面３２も同様に、第２幅広面１２に対して傾斜角度θｔだけ傾斜して設けられる。

【0026】

山部３３は、第１傾斜面３１と当該第１傾斜面３１の冷却水流れ方向下流に隣り合う第２傾斜面３２との間に形成される。ここでは、隣り合う山部３３の間のピッチＰは、１１［ｍｍ］である。山部３３は、第１傾斜面３１と第２傾斜面３２とが突き合わされた頂部に形成される。これに代えて、第１傾斜面３１と第２傾斜面３２とを緩やかに連結する曲面によって山部３３を形成してもよく、また第１傾斜面３１と第２傾斜面３２とを連結する平面によって山部３３を形成してもよい。

【0027】

谷部３４は、第２傾斜面３２と当該第２傾斜面３２の冷却水流れ方向下流に隣り合う第１傾斜面３１との間に形成される。谷部３４は、第２傾斜面３２と第１傾斜面３１とが突き合わされた底部に形成される。これに代えて、第２傾斜面３２と第１傾斜面３１とを緩やかに連結する曲面によって谷部３４を形成してもよく、また第２傾斜面３２と第１傾斜面３１とを連結する平面によって谷部３４を形成してもよい。

【0028】

冷却水は、山部３３と第１幅広面１１との間の流路２０を通過する際には、抵抗が小さくなるように山部３３の稜線に対して垂直に近い方向に流れようとする。一方、冷却水は、谷部３４と第１幅広面１１との間の流路２０を通過する際には、抵抗が小さい谷部３４の稜線に沿った方向に流れようとする。このように、冷却水が山部３３と谷部３４とを交互に通過することで、一対の山部３３に挟まれた谷部３４にて強い旋回流（縦渦）が発生する。したがって、縦渦を効率的に発生させることができる。

【0029】

図４に示すように、流路幅方向に隣り合う突起部３０は、冷却水流れ方向へ互い違いになるように反対方向に傾斜する。冷却水流れ方向に対する流路幅方向への突起部３０の傾斜角度θｗは、１５～４０［°］が好ましく、ここでは３０［°］である。

【0030】

図４には、流路幅方向に隣り合う一対の突起部３０のみを示しているが、流路幅方向に更に突起部３０が並べて設けられる。即ち、流路幅方向に隣り合う突起部３０は、流路幅方向にＶ字が連続するように形成される。ここでは、流路幅方向に隣り合う一対の突起部３０の流路幅方向の大きさＷは、１２．７［ｍｍ］である。

【0031】

流路幅方向に隣り合う山部３３の稜線は、連続して形成される。流路幅方向に隣り合う谷部３４の稜線は、連続して形成される。これにより、流路２０内における冷却水の温度分布を良好にすることができる。突起部３０は、流路幅方向にて連続する山部３３の間に形成される連結部３５と、連結部３５のうち冷却水流れ方向の下流に向かって突出する頂部３６と、を有する。

【0032】

図５に示すように、突起部３０は、冷却水流れ方向に沿った断面視で、第１幅広面１１と、第２傾斜面３２と、当該第２傾斜面３２の冷却水流れ方向下流に隣り合う第１傾斜面３１と、に仮想的な第１の円Ｃ１が３点で内接するように形成される。また、突起部３０は、谷部３４が第１の円Ｃ１内に入らないように形成される。

【0033】

同様に、突起部３０は、冷却水流れ方向に沿った断面視で、山部３３の上流側の第１傾斜面３１と、当該山部３３の下流側の第２傾斜面３２と、第１幅広面１１と対向し谷部３４が位置する仮想的な対向面Ｓと、に仮想的な第２の円Ｃ２が３点で内接するように形成される。また、突起部３０は、山部３３が第２の円Ｃ２内に入らないように形成される。これにより、不要な抵抗上昇を伴うことなく、熱交換効率を向上させることができる。

【0034】

ここで、図５に示すように、第１の円Ｃ１の半径をＲｍ１とし、第２の円Ｃ２の半径をＲｍ２とし、冷却水流れ方向に隣り合う山部３３の間のピッチをＰとし、山部３３と第１幅広面１１との間の距離をＤｖとする。突起部３０は、第１の円Ｃ１の半径Ｒｍ１と、山部３３の間のピッチＰと、距離Ｄｖと、が分かれば形状が定まる。

【0035】

このとき、第１の円Ｃ１と第２の円Ｃ２との大きさは、Ｒｍ１＞Ｒｍ２の関係である。

【0036】

このように、Ｒｍ１＞Ｒｍ２とすることで、山部３３と第１幅広面１１との間における流路２０の流路断面積を充分に確保することができる。

【0037】

次に、図５から図１４を参照して、冷却装置１の作用について説明する。

【0038】

図６は、突起部３０における冷却水の流れを模式的に示す平面図である。図７は、突起部３０における冷却水の流れを模式的に示す側面の断面図である。図８は、第１の円Ｃ１の半径をＲｍ１とし、冷却水流れ方向に隣り合う山部３３の間のピッチをＰとし、山部３３と第１幅広面１１との間の距離をＤｖとしたときに、Ｒｍ１×Ｐ／Ｄｖに対する熱通過率比を示すグラフである。図９は、傾斜角度θｔとピッチＰと距離Ｄｖと半径Ｒｍ１とを変化させたときの各々の形状に対するＲｍ１×Ｐ／Ｄｖの値を示すものである。図１０は、傾斜角度θｔの上下限値と距離Ｄｖの上限値について示すグラフである。図１１は、傾斜角度θｔと抵抗ΔＰ［Ｐａ］との関係について示すグラフである。図１２は、ピッチＰと熱通過率との関係について示すグラフである。図１３は、ピッチＰと抵抗ΔＰとの関係について示すグラフである。図１４は、レイノルズ数Ｒｅが異なる流体についてのＲｍ１×Ｐ／Ｄｖに対する熱通過率比を示すグラフである。

【0039】

図６及び図７に示すように、第１傾斜面３１から冷却水流れ方向下流に隣り合う第２傾斜面３２に冷却水が流れる際に縦渦が発生して第２傾斜面３２に沿って流れる。そして、仮想的な第１の円Ｃ１が３点で内接する空間（図５参照）にて、大きな縦渦となる。よって、仮想的な第１の円Ｃ１が３点で内接する空間におけるインバータモジュール８と冷却水との熱交換効率を向上させることができる。したがって、流路２０内を流通する冷却水の流れ方によってインバータモジュール８と冷却水との熱交換効率を向上させることができる。

【0040】

図８の横軸は、Ｒｍ１×Ｐ／Ｄｖ（Ｒｍ１は第１の円Ｃ１の半径、Ｐは山部３３の間（若しくは谷部３４の間）のピッチ、Ｄｖは山部３３と第１幅広面１１との間の距離）である。図８の縦軸は、突起部３０が形成されないフラットな流路の場合に対する熱通過率の比である。

【0041】

ここで、冷却装置１では、谷部３４に向かって旋回流を発生させながら、山部３３と第１幅広面１１との間（距離Ｄｖの部分）にて縮流することで、温度境界層を薄くして熱交換効率を向上させている。半径Ｒｍ１とピッチＰと距離Ｄｖとは、一連の流れを発生させるために相互に関連しているパラメータである。具体的には、半径Ｒｍ１は、距離Ｄｖが小さくなると相対的に比率が大きくなる逆相関の関係にあり、ピッチＰは、距離Ｄｖが小さくなると相対的に比率が大きくなる逆相関の関係にある。このように、半径Ｒｍ１とピッチＰと距離Ｄｖとには、形状的な相関関係がある。よって、形状的な相関関係が流れに影響を与えるため、Ｒｍ１×Ｐ／Ｄｖの値でピークを示すことができる。

【0042】

図８では、冷却装置１において使用頻度の高いレイノルズ数Ｒｅの範囲うち、Ｒｅ＝１６４０の場合を例として示している。図８の各プロットは、図９に示す各々の形状の場合を示すものである。図８では、三角形（▲）のプロットは、距離Ｄｖが０．６［ｍｍ］の場合であり、丸（●）のプロットは、距離Ｄｖが１．０［ｍｍ］の場合であり、四角（■）のプロットは、距離Ｄｖが１．４［ｍｍ］の場合である。

【0043】

図８を参照すると、距離Ｄｖが１．０［ｍｍ］の場合に変曲点となる値、即ちＲｍ１×Ｐ／Ｄｖが４０のときを上限として、そのときのフラットな流路の場合に対する熱通過率の比から下限値を４とする。よって、Ｒｍ１×Ｐ／Ｄｖが４～４０の範囲にあるときに、冷却装置１の性能が向上していることが分かる。したがって、Ｒｍ１×Ｐ／Ｄｖを、４～４０の範囲とすることで、熱通過率を向上させること、即ち性能向上代を大きくすることができる。なお、距離Ｄｖが１．０［ｍｍ］の場合を基準として、距離Ｄｖが０．６～１．４［ｍｍ］の範囲である場合も同様に、冷却装置１の性能が向上していることが分かる。

【0044】

続いて、図１０から図１４を参照して、Ｒｍ１×Ｐ／Ｄｖにおける各パラメータの上下限値について説明する。

【0045】

図１０では、横軸は傾斜角度θｔであり、縦軸は熱通過率［Ｗ／ｍ²Ｋ］である。図１０では、三角形（▲）のプロットは、距離Ｄｖが０．６［ｍｍ］の場合であり、丸（●）のプロットは、距離Ｄｖが１．０［ｍｍ］の場合であり、四角（■）のプロットは、距離Ｄｖが１．４［ｍｍ］の場合である。

【0046】

図１０に示すように、距離Ｄｖが１．４［ｍｍ］の場合には、傾斜角度θｔが１０～４５°の範囲における熱通過率の大きさの変化は５％未満である。よって、図１０に基づき、距離Ｄｖの上限値を１．４［ｍｍ］とし、傾斜角度θｔの下限値を１０［°］とし、傾斜角度θｔの上限値を４５［°］とする。

【0047】

図１１では、横軸は傾斜角度θｔであり、縦軸は抵抗ΔＰ［Ｐａ］である。図１１では、三角形（▲）のプロットは、距離Ｄｖが０．６［ｍｍ］の場合であり、丸（●）のプロットは、距離Ｄｖが１．０［ｍｍ］の場合であり、四角（■）のプロットは、距離Ｄｖが１．４［ｍｍ］の場合である。

【0048】

図１１に示すように、距離Ｄｖが０．６［ｍｍ］の場合には、距離Ｄｖが１．４［ｍｍ］の場合の５倍以上の抵抗ΔＰである。よって、距離Ｄｖの下限値を０．６［ｍｍ］とする。

【0049】

図１２では、横軸はピッチＰ［ｍｍ］であり、縦軸は熱通過率［Ｗ／ｍ²Ｋ］である。図１３では、横軸はピッチＰ［ｍｍ］であり、縦軸は抵抗ΔＰ［ｋＰａ］である。図１２及び図１３では、三角形（▲）のプロットは、距離Ｄｖが０．６［ｍｍ］の場合であり、丸（●）のプロットは、距離Ｄｖが１．０［ｍｍ］の場合であり、四角（■）のプロットは、距離Ｄｖが１．４［ｍｍ］の場合である。

【0050】

図１２及び図１３に示すように、ピッチが１６．５［ｍｍ］のときには、熱通過率が下がって抵抗ΔＰが増加している。よって、ピッチＰの上限値を１６．５［ｍｍ］とする。一方、ピッチＰが５．５［ｍｍ］のときにピッチＰが１１．０［ｍｍ］からの熱通過率の増加は１０％であるのに対して、抵抗ΔＰは３７％増加しており、ピッチＰがこれよりも小さくなると抵抗ΔＰが二次関数的に増加することが予想できる。よって、ピッチＰの下限値を５．５［ｍｍ］とする。

【0051】

なお、半径Ｒｍ１の大きさは、傾斜角度θｔと距離ＤｖとピッチＰとによって定まる。よって、半径Ｒｍ１の大きさの範囲は、傾斜角度θｔと距離ＤｖとピッチＰとの上下限値から次のとおり求めることができる。半径Ｒｍ１の下限値は、傾斜角度θｔが１０［°］、距離Ｄｖが０．６［ｍｍ］、ピッチＰが５．５［ｍｍ］のときの値であり、ここでは０．５４［ｍｍ］である。また、半径Ｒｍ１の上限値は、傾斜角度θｔが４５［°］、距離Ｄｖが１．４［ｍｍ］、ピッチＰが１６．５［ｍｍ］のときの値であり、ここでは３．６１［ｍｍ］である。

【0052】

図１４は、図８のグラフにて距離Ｄｖが１．０［ｍｍ］であるときに、流体のレイノルズ数Ｒｅが異なる場合を追加したものである。図１４では、丸（●）のプロットは、流体のレイノルズ数Ｒｅが１６４０の場合であり、四角（■）のプロットは、流体のレイノルズ数Ｒｅが１２３０の場合であり、三角（▲）のプロットは、流体のレイノルズ数Ｒｅが８２０の場合である。

【0053】

図１４に示すように、流体のレイノルズ数Ｒｅが小さくなるとピーク値の山が低くなだらかになると共に、低い方へオフセットする。しかしながら、流体のレイノルズ数Ｒｅが変わっても、全体の傾向は同じであることが分かる。

【0054】

以下、図１５から図２３を参照して、本発明の実施形態の第１から第８の変形例について説明する。

【0055】

まず、図１５から図１７を参照して、本発明の実施形態の第１の変形例及び第２の変形例について説明する。

【0056】

図１５は、本発明の実施形態の第１の変形例に係る流路２０について説明する斜視図である。図１６は、図１５に示す第１の変形例における冷却水の流れを説明する平面図である。図１７は、本発明の実施形態の第２の変形例に係る流路２０について説明する斜視図である。

【0057】

図１５に示すように、流路２０は、中央流路２１と、側部流路２２と、ターン流路２３と、を有する。

【0058】

中央流路２１は、インバータモジュール８における発熱量の大きな中央部分に対応する流路幅方向の位置に形成される。中央流路２１には、突起部３０が設けられる。よって、中央流路２１を流れる冷却水によって、インバータモジュール８の中央部分を優先的に冷却することができる。

【0059】

側部流路２２は、中央流路２１の流路幅方向の外側に設けられる。側部流路２２には、突起部３０が形成される。よって、中央流路２１にてインバータモジュール８と熱交換を行い温度が上昇した冷却水によって、インバータモジュール８における発熱量が比較的小さな部分を更に冷却することができる。

【0060】

ターン流路２３は、中央流路２１から側部流路２２に向かって冷却水を折り返させる。図１６に示すように、ターン流路２３にて折り返した冷却水は、側部流路２２を通って出口流路３から排出される。

【0061】

以上のように、インバータモジュール８における流路幅方向の中央部分は発熱量が大きいので、当該中央部分を冷却する中央流路２１に突起部３０を設けることで、インバータモジュール８を効率的に冷却することができる。また、ターン流路２３を介して折り返された冷却水が側部流路２２を流れることによって、インバータモジュール８における発熱量が比較的小さな部分を更に冷却することができる。

【0062】

また、中央流路２１だけでなく側部流路２２にも突起部３０が形成されることで、インバータモジュール８の熱交換効率を更に向上させることができる。

【0063】

なお、図１７に示す第２の変形例のように、インバータモジュール８の発熱量によっては、側部流路２２に突起部３０を形成しなくてもよい。この場合、側部流路２２に突起部３０を形成しないことで、冷却水の抵抗を小さくすることができる。

【0064】

次に、図１８を参照して、本発明の実施形態の第３の変形例について説明する。

【0065】

図１８は、本発明の実施形態の第３の変形例に係る流路２０について説明する斜視図である。

【0066】

図１８に示すように、突起部３０は、流路幅方向にて連続する山部３３の間の連結部３５のうち冷却水流れ方向の下流に突出する頂部３６から冷却水流れ方向下流に延びる整流フィン３７を更に有する。

【0067】

整流フィン３７は、山部３３から冷却水流れ方向下流に向けて形成される。整流フィン３７は、第２傾斜面３２に沿って、谷部３４までの長さに形成される。

【0068】

このように、整流フィン３７が設けられることで、流路幅方向に流路２０が仕切られるので、整流フィン３７の両側の冷却水の縦渦が干渉しあうことを抑制できる。よって、冷却水の抵抗の増加を抑制しつつ冷却性能を向上させることができる。

【0069】

次に、図１９を参照して、本発明の実施形態の第４の変形例について説明する。

【0070】

図１９は、本発明の実施形態の第４の変形例に係る流路２０について説明する斜視図である。

【0071】

図１９に示すように、流路２０は、幅広部２５と、幅縮小部２６と、幅狭部２７と、を有する。流路２０は、冷却水流れ方向の上流側よりも下流側の方が流路幅方向に小さくなるように形成される。

【0072】

幅広部２５は、冷却水がインバータモジュール８の流路幅方向の全体を冷却するように形成される。幅広部２５には、入口流路２から冷却水が流入する部分に形成される。そのため、幅広部２５には、比較的温度の低い冷却水が流れる。よって、幅広部２５が形成されることによって、冷却水の流速を抑えつつ、インバータモジュール８を幅広く冷却することができる。

【0073】

幅縮小部２６は、幅広部２５から幅狭部２７に向けて徐々に流路幅を縮小する。幅縮小部２６は、谷部３４の稜線に沿って形成される。そのため、突起部３０によって形成される縦渦の流れを妨げないように流路幅を縮小できるので、抵抗の増加を抑制することができる。

【0074】

幅狭部２７は、幅広部２５よりも流路幅方向に狭く形成される。幅狭部２７は、インバータモジュール８における発熱量の大きな中央部分に対応する流路幅方向の位置に形成される。幅狭部２７を流れる冷却水は、幅広部２５を流れる冷却水よりも流速が速い。そのため、幅広部２５及び幅縮小部２６にてインバータモジュール８を冷却して冷却水の温度が上昇していても、流速を速くすることで幅狭部２７においてインバータモジュール８を冷却することができる。

【0075】

次に、図２０から図２３を参照して、本発明の実施形態の第５の変形例から第８の変形例について説明する。

【0076】

図２０は、本発明の実施形態の第５の変形例に係る流路２０について説明する斜視図である。図２１は、本発明の実施形態の第６の変形例に係る流路２０について説明する斜視図である。図２２は、本発明の実施形態の第７の変形例に係る流路２０について説明する斜視図である。図２３は、本発明の実施形態の第８の変形例に係る流路２０について説明する斜視図である。

【0077】

図２０から図２３では、突起部３０の形状が見えるように、外筒５又は内筒６の一部を切り取った状態を示している。図２０から図２３に示す各変形例では、インバータモジュール８に代えて、外形が円柱形状の電動モータ（駆動用モータ）８０が被冷却デバイスとして適用される。

【0078】

図２０に示す第５の変形例では、冷却装置１は、円筒状の外筒５と、外筒５の内周に間隔をあけて設けられて内周に電動モータ８０を収容する円筒状の内筒６と、を備える。外筒５の内径は、内筒６の外径よりも大きく形成される。外筒５の内周には、第１幅広面１１が形成され、内筒６の外周には、第２幅広面１２が形成される。

【0079】

流路２０は、外筒５と内筒６との間に円環状に形成される。冷却水は、流路２０を中心軸方向に流れる。即ち、第１幅広面１１及び第２幅広面１２は、冷却水流れ方向に直線状に延び、冷却水流れ方向と直交する方向に円曲している。

【0080】

突起部３０は、第２幅広面１２の外周から流路２０内に突出して流路幅方向に延設され冷却水流れ方向である流路２０の中心軸方向に並べて配置される。突起部３０は、第１幅広面１１には設けられない。

【0081】

図２１に示す第６の変形例では、冷却装置１は、円筒状の外筒５と、外筒５の内周に間隔をあけて設けられて内周に電動モータ８０を収容する円筒状の内筒６と、を備える。外筒５の内径は、内筒６の外径よりも大きく形成される。外筒５の内周には、第１幅広面１１が形成され、内筒６の外周には、第２幅広面１２が形成される。

【0082】

流路２０は、外筒５と内筒６との間に円環状に形成される。冷却水は、流路２０を周方向に流れる。即ち、第１幅広面１１及び第２幅広面１２は、冷却水流れ方向に円曲しており、冷却水流れ方向と直交する方向に直線状に延びている。

【0083】

突起部３０は、第２幅広面１２の外周から流路２０内に突出して流路幅方向に延設され冷却水流れ方向である流路２０の周方向に並べて配置される。突起部３０は、第１幅広面１１には設けられない。

【0084】

図２２に示す第７の変形例では、冷却装置１は、円筒状の外筒５と、外筒５の内周に間隔をあけて設けられて内周に電動モータ８０を収容する円筒状の内筒６と、を備える。外筒５の内径は、内筒６の外径よりも大きく形成される。外筒５の内周には、第２幅広面１２が形成され、内筒６の外周には、第１幅広面１１が形成される。

【0085】

流路２０は、外筒５と内筒６との間に円環状に形成される。冷却水は、流路２０を中心軸方向に流れる。即ち、第１幅広面１１及び第２幅広面１２は、冷却水流れ方向に直線状に延び、冷却水流れ方向と直交する方向に円曲している。

【0086】

突起部３０は、第２幅広面１２の内周から流路２０内に突出して流路幅方向に延設され冷却水流れ方向である流路２０の中心軸方向に並べて配置される。突起部３０は、第１幅広面１１には設けられない。

【0087】

図２３に示す第８の変形例では、冷却装置１は、円筒状の外筒５と、外筒５の内周に間隔をあけて設けられて内周に電動モータ８０を収容する円筒状の内筒６と、を備える。外筒５の内径は、内筒６の外径よりも大きく形成される。外筒５の内周には、第２幅広面１２が形成され、内筒６の外周には、第１幅広面１１が形成される。

【0088】

流路２０は、外筒５と内筒６との間に円環状に形成される。冷却水は、流路２０を周方向に流れる。即ち、第１幅広面１１及び第２幅広面１２は、冷却水流れ方向に円曲しており、冷却水流れ方向と直交する方向に直線状に延びている。

【0089】

突起部３０は、第２幅広面１２の内周から流路２０内に突出して流路幅方向に延設され冷却水流れ方向である流路２０の周方向に並べて配置される。突起部３０は、第１幅広面１１には設けられない。

【0090】

以上のように、第５の変形例から第８の変形例では、第１幅広面１１及び第２幅広面１２は、冷却水流れ方向と、当該冷却水流れ方向と直交する方向と、のいずれか一方が直線状に延び、他方が直線状に延びるか若しくは円曲している。このように、扁平状の流路２０は、必ずしも２直線を含む幾何学的な平面状のものだけでなく、曲面状に形成されるものであってもよい。具体的には、流路２０は、円筒状に形成される外筒５と内筒６との間に形成されており、冷却水流れ方向に円曲していてもよく、冷却水流れ方向と直交する方向に円曲していてもよい。

【0091】

このように、第１幅広面１１及び第２幅広面１２が平面状に形成される場合だけでなく、流路２０が円周方向に形成される場合や、流路２０が幅方向に円曲する場合であっても同様に、突起部３０が設けられることによって、流路２０内を流通する冷却水の流れ方によって被冷却デバイスとしての電動モータ８０と冷却水との熱交換効率を向上させることができる。

【0092】

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

【0093】

第１幅広面１１と、当該第１幅広面１１と対向する第２幅広面１２と、を有し、第１幅広面１１と第２幅広面１２との間に形成される扁平状の流路２０を冷却水が流通してインバータモジュール８を冷却する冷却装置１において、第１幅広面１１は、インバータモジュール８を冷却水によって冷却し、第２幅広面１２は、流路２０内に突出して流路幅方向に延設され冷却水流れ方向に並べて配置される複数の突起部３０を有し、第１幅広面１１には、突起部３０は設けられておらず、突起部３０は、冷却水流れ方向の上流から下流に向かって第１幅広面１１に近接するように傾斜する第１傾斜面３１と、冷却水流れ方向にて第１傾斜面３１と交互に配置され、冷却水流れ方向の上流から下流に向かって第１幅広面１１から離間するように傾斜する第２傾斜面３２と、を有し、突起部３０は、冷却水流れ方向に沿った断面視で、第１幅広面１１と、第２傾斜面３２と、当該第２傾斜面３２の冷却水流れ方向下流に隣り合う第１傾斜面３１と、に仮想的な第１の円Ｃ１が３点で内接するように形成される。

【0094】

この構成によれば、突起部３０は、冷却水流れ方向に沿った断面視で、第１幅広面１１と、第２傾斜面３２と、当該第２傾斜面３２の冷却水流れ方向下流に隣り合う第１傾斜面３１と、に仮想的な第１の円Ｃ１が３点で内接するように形成される。そのため、第１傾斜面３１から冷却水流れ方向下流に隣り合う第２傾斜面３２に冷却水が流れる際に縦渦が発生して第２傾斜面３２に沿って流れ、仮想的な第１の円Ｃ１が３点で内接する空間にて大きな縦渦となる。よって、仮想的な第１の円Ｃ１が３点で内接する空間におけるインバータモジュール８と冷却水との熱交換効率を向上させることができる。したがって、流路２０内を流通する冷却水の流れ方によってインバータモジュール８と冷却水との熱交換効率を向上させることができる。

【0095】

また、突起部３０は、第１傾斜面３１と当該第１傾斜面３１の冷却水流れ方向下流に隣り合う第２傾斜面３２との間に形成される山部３３と、第２傾斜面３２と当該第２傾斜面３２の冷却水流れ方向下流に隣り合う第１傾斜面３１との間に形成される谷部３４と、を有し、突起部３０は、冷却水流れ方向に沿った断面視で、山部３３の上流側の第１傾斜面３１と、当該山部３３の下流側の第２傾斜面３２と、第１幅広面１１と対向し谷部３４が位置する仮想的な対向面Ｓと、に仮想的な第２の円Ｃ２が３点で接し、かつ山部３３が第２の円Ｃ２内に入らないように形成される。

【0096】

この構成によれば、冷却水は、山部３３と第１幅広面１１との間の流路２０を通過する際には、抵抗が小さくなるように山部３３の稜線に対して垂直に近い方向に流れようとする。一方、冷却水は、谷部３４と第１幅広面１１との間の流路２０を通過する際には、抵抗が小さい谷部３４の稜線に沿った方向に流れようとする。このように、冷却水が山部３３と谷部３４とを交互に通過することで、一対の山部３３に挟まれた谷部３４にて強い旋回流（縦渦）が発生する。したがって、縦渦を効率的に発生させることができる。

【0097】

また、第１の円Ｃ１の半径をＲｍ１とし、第２の円Ｃ２の半径をＲｍ２としたとき、Ｒｍ１＞Ｒｍ２である。

【0098】

この構成によれば、Ｒｍ１＞Ｒｍ２とすることで、山部３３と第１幅広面１１との間における流路２０の流路断面積を充分に確保することができる。

【0099】

また、冷却水流れ方向に隣り合う山部３３の間のピッチをＰとし、山部３３と第１幅広面１１との間の距離をＤｖとしたとき、Ｒｍ１×Ｐ／Ｄｖが４～４０である。

【0100】

この構成によれば、Ｒｍ１×Ｐ／Ｄｖが４～４０の範囲にあるときに、突起部３０が形成されないフラットな流路よりも冷却装置１の性能が向上する。したがって、Ｒｍ１×Ｐ／Ｄｖを、４～４０の範囲とすることで、熱通過率を向上させること、即ち性能向上代を大きくすることができる。

【0101】

また、流路幅方向に隣り合う突起部３０は、冷却水流れ方向へ互い違いになるように反対方向に傾斜し、流路幅方向に隣り合う山部３３の稜線は、連続して形成され、流路幅方向に隣り合う谷部３４の稜線は、連続して形成される。

【0102】

この構成によれば、流路２０内における冷却水の温度分布を良好にすることができる。

【0103】

また、突起部３０は、流路幅方向の全幅にわたって形成される。

【0104】

この構成によれば、突起部３０が形成されない部分がある場合には、当該部分を冷却水がバイパスして流れるおそれがあるが、突起部３０が流路幅方向の全幅にわたって形成されることで、熱交換効率の低下を防止することができる。

【0105】

また、流路２０は、突起部３０が設けられる中央流路２１と、中央流路２１の流路幅方向の外側に設けられる側部流路２２と、中央流路２１から側部流路２２に向かって冷却水が折り返すターン流路２３と、を有する。

【0106】

この構成によれば、インバータモジュール８における流路幅方向の中央部分は発熱量が大きいので、当該中央部分を冷却する中央流路２１に突起部３０を設けることで、インバータモジュール８を効率的に冷却することができる。また、ターン流路２３を介して折り返された冷却水が側部流路２２を流れることによって、インバータモジュール８における発熱量が比較的小さな部分を更に冷却することができる。

【0107】

また、側部流路２２には、突起部３０が形成される。

【0108】

この構成によれば、中央流路２１だけでなく側部流路２２にも突起部３０が形成されることで、インバータモジュール８の熱交換効率を更に向上させることができる。

【0109】

なお、インバータモジュール８の発熱量によっては、側部流路２２に突起部３０を形成しなくてもよい。この場合、側部流路２２に突起部３０を形成しないことで、冷却水の抵抗を小さくすることができる。

【0110】

また、流路２０は、冷却水流れ方向の上流側よりも下流側の方が流路幅方向に小さくなるように形成される。

【0111】

この構成によれば、幅狭部２７を流れる冷却水は、幅広部２５を流れる冷却水よりも流速が速い。そのため、幅広部２５及び幅縮小部２６にてインバータモジュール８を冷却して冷却水の温度が上昇していても、流速を速くすることで幅狭部２７においてもインバータモジュール８を冷却することができる。

【0112】

また、第１幅広面１１は、インバータモジュール８の底面によって形成される。

【0113】

この構成によれば、インバータモジュール８に冷却水を直接接触させることで、熱交換効率を更に向上させることができる。

【0114】

また、突起部３０は、第１傾斜面３１と当該第１傾斜面３１の冷却水流れ方向下流に隣り合う第２傾斜面３２との間に形成される山部３３と、第２傾斜面３２と当該第２傾斜面３２の冷却水流れ方向下流に隣り合う第１傾斜面３１との間に形成される谷部３４と、流路幅方向にて連続する山部３３の間の連結部３５のうち冷却水流れ方向の下流に突出する頂部３６から冷却水流れ方向下流に延びる整流フィン３７と、を有する。

【0115】

この構成によれば、整流フィン３７が設けられることで、流路幅方向に流路２０が仕切られるので、整流フィン３７の両側の冷却水の縦渦が干渉しあうことを抑制できる。よって、冷却水の抵抗の増加を抑制しつつ冷却性能を向上させることができる。

【0116】

また、第１幅広面１１は、冷却水流れ方向と、当該冷却水流れ方向と直交する方向と、のいずれか一方が直線状に延び、他方が直線状に延びるか若しくは円曲している。

【0117】

この構成によれば、第１幅広面１１が平面状に形成される場合だけでなく、流路２０が円周方向に形成される場合や、流路２０が幅方向に円曲する場合であっても同様に、突起部３０が設けられることによって、流路２０内を流通する冷却水の流れ方によって被冷却デバイスとしての電動モータ８０と冷却水との熱交換効率を向上させることができる。

【0118】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【0119】

例えば、上記実施形態では、冷却装置１は、インバータモジュール８又は電動モータ８０を冷却するものであるが、これらに代えて、他の被冷却デバイスを冷却するものであってもよい。

【0120】

本願は、２０２０年３月３１日に日本国特許庁に出願された特願２０２０－０６３５６９に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】