(57)【要約】【課題】流体の自励振動を伴い発熱体を冷却する冷却器であって、流体容器の外側に別個の装置を設けることなく、発熱体による加熱が開始された場合に適切に流体の自励振動を開始させることができる冷却器を提供する。【解決手段】開閉装置４０は、発熱体１２の発熱開始時点では冷媒の収容空間２４内における流通を阻止し、発熱体１２の発熱による冷媒の状態変化によってその冷媒の流通阻止を解除するので、冷媒の自励振動の開始当初から大きな振幅を生じさせることができる。そのため、発熱体１２による加熱が開始された場合に適切に冷媒の自励振動を開始させることができる。また、開閉装置４０は収容空間２４の長手方向の途中に設けられているので、冷媒の収容空間２４を形成している冷媒容器１４および駆動補助装置１６の外側に別個の装置を設ける必要がないという利点がある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体（１２）からの熱により、管状の収容空間（２４）内に封入された冷媒流体の一部を加熱し気化させる加熱部（１４１）と、
前記加熱部で気化された前記冷媒流体を冷却して液化させる冷却部（１４２）とを備え、
前記加熱部および前記冷却部は、前記冷媒流体に気化と液化とを繰り返させることにより、前記収容空間内で前記冷媒流体を自励振動させ、
該自励振動に伴い前記発熱体を冷却する冷却器（１０）であって、
前記収容空間の長手方向の途中に設けられ、前記発熱体の発熱開始時点では前記冷媒流体の前記収容空間内における流通を阻止し、前記発熱体の発熱による前記冷媒流体の状態変化によって前記冷媒流体の流通阻止を解除する開閉装置（４０、８０）を備えていることを特徴とする冷却器。
【請求項２】
前記冷媒流体の自励振動に伴う該冷媒流体の体積変化を吸収する振動吸収部（２８）を備え、
前記開閉装置は、前記加熱部と前記振動吸収部との間で前記収容空間を仕切ることにより、前記冷媒流体の前記収容空間内における流通を阻止することを特徴とする請求項１に記載の冷却器。
【請求項３】
前記発熱体は、前記収容空間のうち前記加熱部に属する部分に収容されており、
前記発熱体の一部または全部が、前記発熱体の発熱開始時点においては前記冷媒流体の液体部分に浸かることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却器。
【請求項４】
前記開閉装置（４０）は、前記冷媒流体の圧力（Ｐｉｎ）が予め定められた冷媒圧力閾値（Ｐ１）を超えた場合に、前記冷媒流体の流通阻止を解除することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷却器。
【請求項５】
前記開閉装置は、前記冷媒流体の圧力が、前記冷媒流体の自励振動中における圧力変動範囲の最低値（ＰＬ）よりも更に低くなった場合に、前記冷媒流体の流通阻止を解除した状態から前記冷媒流体の流通を阻止する状態に切り替わることを特徴とする請求項４に記載の冷却器。
【請求項６】
前記開閉装置（８０）は、前記冷媒流体の温度（Ｔｉｎ）が予め定められた冷媒温度閾値（Ｔ１）を超えた場合に、前記冷媒流体の流通阻止を解除することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷却器。
【請求項７】
前記開閉装置は、前記冷媒流体の温度が、前記冷媒流体の自励振動中における温度変動範囲の最低値（ＴＬ）よりも更に低くなった場合に、前記冷媒流体の流通阻止を解除した状態から前記冷媒流体の流通を阻止する状態に切り替わることを特徴とする請求項６に記載の冷却器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒を用いて発熱体を冷却する冷却器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
流体が封入された流体容器内の流体を加熱する加熱部と、その加熱部により加熱され気化した蒸気を冷却する冷却部とを有する蒸気エンジンが、特許文献１に開示されている。その特許文献１の蒸気エンジンは、蒸気の膨脹圧力により液体を流動変位させて機械的エネルギを出力するとともに、蒸気を冷却部にて冷却して液化することにより流体容器内の流体を自励振動変位させる。
【０００３】
また、特許文献２にも、特許文献１のような蒸気エンジンが開示されている。特許文献２の蒸気エンジンは、流体容器における加熱部側とは反対側の端部にピストンを備えている。更に、その流体容器の外側に、電磁力によりピストンの位置を保持することができる電磁装置が設けられている。特許文献２の蒸気エンジンでは、加熱部による加熱開始時点から所定時間が経過するまで、ピストンを一定位置に保持するブレーキ制御が実行される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−８４５２３号公報
【特許文献２】特開２００５−３３０８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の蒸気エンジンは、上述のように機械的エネルギを出力するものであるが、機械的エネルギを得ることとは別の目的に活用することができる。例えば、発明者らは、加熱部から冷却部への熱移動が流体容器内での流体の自励振動変位により促進されるので、冷却すべき発熱体で加熱部を構成したとすれば、特許文献１の蒸気エンジンを、その発熱体を冷却する冷却器として活用することが可能であると考えた。
【０００６】
ここで、特許文献１の蒸気エンジンのような構成では、流体の加熱が開始されると、図９のタイムチャートに記載の実線のように、流体の自励振動変位は、その自励振動変位の振幅が加熱開始時点から徐々に大きくなって開始される。しかし、流体が加熱されているにも拘わらず、何らかの原因で図９の破線Ｌｈｔのようにその流体の自励振動変位が開始しないことが想定される。なお、図９は、流体容器内における流体の液面位置のタイムチャートである。
【０００７】
上述したような流体の自励振動変位が開始しないことがあり得るという課題に対し、特許文献２の上述したブレーキ制御を実行することは有効であると考えられるが、特許文献２の蒸気エンジンでは、流体容器の外側に電磁装置が設けられている。すなわち、特許文献２によれば、上記課題を解決するために、流体容器の外側に別個の装置を設ける必要があった。
【０００８】
本発明は上記点に鑑みて、流体の自励振動変位を伴い発熱体を冷却する冷却器であって、流体容器の外側に別個の装置を設けることなく、発熱体による加熱が開始された場合に適切に流体の自励振動変位を開始させることができる冷却器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、発熱体（１２）からの熱により、管状の収容空間（２４）内に封入された冷媒流体の一部を加熱し気化させる加熱部（１４１）と、
加熱部で気化された冷媒流体を冷却して液化させる冷却部（１４２）とを備え、
加熱部および冷却部は、冷媒流体に気化と液化とを繰り返させることにより、収容空間内で冷媒流体を自励振動させ、
その自励振動に伴い発熱体を冷却する冷却器（１０）であって、
収容空間の長手方向の途中に設けられ、発熱体の発熱開始時点では冷媒流体の収容空間内における流通を阻止し、発熱体の発熱による冷媒流体の状態変化によって冷媒流体の流通阻止を解除する開閉装置（４０、８０）を備えていることを特徴とする。
【００１０】
上述の発明によれば、開閉装置は、発熱体の発熱開始時点では冷媒流体の収容空間内における流通を阻止し、発熱体の発熱による冷媒流体の状態変化によって冷媒流体の流通阻止を解除するので、冷媒流体の自励振動の開始当初から大きな振幅を生じさせることができる。そのため、発熱体による加熱が開始された場合に適切に冷媒流体の自励振動変位を開始させることができる。
【００１１】
そして、開閉装置は収容空間の長手方向の途中に設けられているので、冷媒流体の収容空間を形成している容器の外側に別個の装置を設ける必要がないという利点がある。
【００１２】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した括弧内の各符号は、後述する実施形態に記載した各符号に対応したものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態において冷却器１０の全体構成を示す断面図である。
【図２】図１と同様の冷却器１０の断面図であって、発熱体１２の発熱が停止し冷媒流通口２４１が開閉装置４０により閉塞されている状態の冷却器１０を示す断面図である。
【図３】図１の冷却器１０における開閉装置４０の作動と冷媒圧力Ｐｉｎとの関係を表した作動特性図である。
【図４】図１の冷却器１０において発熱体１２の発熱が開始されたときの開閉装置４０の作動を説明するためのタイムチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態において冷却器１０の全体構成を示す断面図である。
【図６】図５と同様の冷却器１０の断面図であって、発熱体１２の発熱が停止し開閉流路２２３が開閉装置８０により遮断されている状態の冷却器１０を示す断面図である。
【図７】図５の冷却器１０における開閉装置８０の作動と冷媒温度Ｔｉｎとの関係を表した作動特性図である。
【図８】図５の冷却器１０において発熱体１２の発熱が開始されたときの開閉装置８０の作動を説明するためのタイムチャートである。
【図９】発明が解決しようとする課題を説明するためのタイムチャートであって、流体容器内における流体の液面位置のタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１５】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る冷却器１０の全体構成を示す図であり、断面図示されている。冷却器１０は、その冷却器１０内に封入された冷媒を利用して発熱体１２を冷却する。図１に示すように、冷却器１０は、冷媒容器１４と駆動補助装置１６とを備えている。冷却器１０の冷媒は、常温では液体で、発熱体１２により加熱されることにより沸騰する流体である。
【００１６】
発熱体１２は、冷却器１０により冷却される部材であり、具体的には、冷却が必要な半導体素子などである。一例を挙げれば、インバータのパワーカードである。
【００１７】
冷媒容器１４の内部には、冷媒が収容される管状の管状空間２２が形成されている。その管状空間２２の一端は閉塞されているが、他端は、駆動補助装置１６に形成された伸縮空間２８ａに連通している。すなわち、その管状空間２２と伸縮空間２８ａとが一体となって、冷媒を封入する管状の収容空間２４を形成している。
【００１８】
また、冷媒容器１４は、加熱部１４１と冷却部１４２とを有している。その加熱部１４１と冷却部１４２とは、管状空間２２の長手方向に沿って、管状空間２２の一端側から並んで配置されている。
【００１９】
加熱部１４１には発熱体１２が設けられている。具体的には、発熱体１２は、管状空間２２のうち加熱部１４１に属する部分である加熱部管状空間２２１内に収容されている。発熱体１２の電気端子１２ａ、１２ｂは加熱部１４１から突き出ており、発熱体１２は、その電気端子１２ａ、１２ｂに通電されることにより発熱する。このような構成から、加熱部１４１は、発熱体１２からの熱により、収容空間２４内に封入された冷媒の一部を沸騰させ気化させる。具体的には、加熱部管状空間２２１内の冷媒を沸騰させ気化させる。
【００２０】
冷却部１４２は、冷媒を冷却するための冷却装置１４２ａを備えており、管状空間２２のうち冷却部１４２に属する部分である冷却部管状空間２２２内の冷媒を冷却装置１４２ａにより冷却する。具体的に、冷却装置１４２ａは、冷却部管状空間２２２の周りに設けられた多数の冷却フィンから構成されている。そして、冷却装置１４２ａは、冷却部管状空間２２２内の冷媒を、外気と熱交換させることにより冷却する。
【００２１】
また、冷却部管状空間２２２は、その長手方向に直交する管路断面積が極めて小さい管路で構成されている。そのため、冷却部管状空間２２２内に冷媒の気液界面２６が存在する場合には、その気液界面２６は、重力方向に拘わらず冷媒の表面張力により、冷却部管状空間２２２の長手方向に直交する方向を向くように維持される。すなわち、冷却部管状空間２２２の長手方向において、気液界面２６を境に加熱部１４１側には気体冷媒が存在し、その反対側には液体冷媒が存在する。
【００２２】
例えば、冷媒が加熱部１４１で加熱されることにより気体冷媒の体積が増すほど、気液界面２６は管状空間２２の他端方向すなわち図１の左方向に移動する。そうすると、冷却部１４２は、液体冷媒も冷却するが、それと共に、加熱部で気化された気体冷媒も冷却し凝縮させる。
【００２３】
駆動補助装置１６は、伸縮空間２８ａが形成された伸縮部２８と、錘３０とを備えている。伸縮部２８は、例えば蛇腹等で構成されており、重力方向の上下に伸縮する。駆動補助装置１６は機械的な動作を行う部分であるので、冷却器１０における駆動部３２を構成している。伸縮部２８が上下に伸縮すると、それに伴い、伸縮空間２８ａも上下に伸縮する。伸縮空間２８ａ内は液体の冷媒で満たされている。また、伸縮部２８はその下端において冷媒容器１４に固定されており、伸縮部２８の上端には錘３０が固定されている。
【００２４】
また、伸縮空間２８ａの上端は閉塞されており、伸縮空間２８ａの下端は、前述したように管状空間２２の他端に連通している。従って、管状空間２２内の冷媒が伸縮空間２８ａ内に流入すると、伸縮空間２８ａが伸びて伸縮部２８の上端が上昇する。逆に、伸縮空間２８ａ内の冷媒が管状空間２２内へ流出すると、伸縮空間２８ａが縮んで伸縮部２８の上端が下降する。
【００２５】
また、伸縮部２８は、加熱部管状空間２２１の全体が伸縮部２８の最も縮んだ状態においても伸縮空間２８ａの上端より下方に位置するように構成されている。また、発熱体１２からの発熱が止まれば、冷媒の気液界面２６は加熱部管状空間２２１内において発熱体１２よりも上側に位置することになり、そのため、発熱体１２が液体冷媒に浸ることになる。
【００２６】
錘３０は、伸縮部２８が上下に伸縮する際の慣性を増すために設けられている。
【００２７】
このように構成された冷却器１０では、加熱部管状空間２２１内の液体冷媒が発熱体１２により加熱され沸騰させられると冷媒の気体部分が増し、それと共に冷媒全体の体積が増加し伸縮部２８の上端が上昇する。冷媒の気体部分がある程度増し例えば気液界面２６が図１のように冷却部管状空間２２２内に入ると、冷却部１４２が、その冷媒の気体部分を冷却し凝縮させる。
【００２８】
冷媒の気体部分が凝縮することにより気体部分が少なくなると、それと共に冷媒全体の体積が減少し伸縮部２８の上端が下降する。そして、発熱体１２の一部または全部が液体冷媒に浸かるようになる。発熱体１２が液体冷媒に浸かると、上述したように再び加熱部管状空間２２１内の液体冷媒が沸騰し蒸発する。
【００２９】
このように、冷却器１０において加熱部１４１および冷却部１４２は、冷媒に蒸発と凝縮とを繰り返させることにより、収容空間２４内で冷媒の気液界面２６を自励振動させる。要するに、収容空間２４内で冷媒を自励振動させる。また、伸縮部２８は、冷媒の自励振動に伴う冷媒全体の体積変化を吸収するように伸縮するので、その冷媒全体の体積変化を吸収する振動吸収部として機能する。更に、伸縮部２８は、所定のばね定数を持っているので、その伸縮部２８の伸縮方向における釣合い点に向って伸縮量に応じた反力を生じ、冷媒の自励振動を補助する役割を果たす。
【００３０】
そして、この気液界面２６の自励振動すなわち冷媒の自励振動に伴い冷媒が蒸発と凝縮とを繰り返すことで、発熱体１２から冷媒を介し外気に至る熱伝達経路において高い熱伝達率を得つつ、発熱体１２の熱を、冷却部１４２にて外気へ放出させることができる。また、気液界面２６から離れた部位の液体冷媒はサブクール状態になっており、そのサブクール状態の液体冷媒が、伸縮部２８の上端が下降すると共に発熱体１２まわりに流れ込むので、発熱体１２を冷却する高い冷却性能を得ることができる。
【００３１】
また、冷却器１０は、収容空間２４の長手方向の途中に開閉装置４０を備えている。具体的に、その開閉装置４０は、冷却部管状空間２２２と伸縮空間２８ａとの間に設けられている。開閉装置４０は、加熱部１４１と伸縮部２８との間で収容空間２４を仕切ることにより、冷媒の収容空間２４内における流通を阻止する弁機構である。詳細には、開閉装置４０は、伸縮空間２８ａと加熱部管状空間２２１よりも伸縮空間２８ａ側に位置する冷却部管状空間２２２との間で収容空間２４を仕切ることにより、冷媒の収容空間２４内における流通を阻止する。
【００３２】
具体的には、図１に示すように、収容空間２４において伸縮空間２８ａと冷却部管状空間２２２との間に冷媒流通口２４１が設けられている。そして、開閉装置４０は、その冷媒流通口２４１を開閉する開閉弁４０１と、その開閉弁４０１が冷媒流通口２４１を閉塞する方向に開閉弁４０１を付勢するバネ機構である弁作動機構４０２とを備えている。
【００３３】
また、図１は冷媒流通口２４１の開状態を表している。すなわち、開閉装置４０は、図１に示すように開閉弁４０１を冷媒流通口２４１から離すことで冷媒流通口２４１を開状態とする。その一方で、図２は冷媒流通口２４１の閉状態を表している。すなわち、図２に示すように、開閉装置４０は、弁作動機構４０２の付勢力により開閉弁４０１を冷媒流通口２４１に押し付けることで冷媒流通口２４１を閉状態とする。なお、図２は、発熱体１２の発熱が停止し冷媒流通口２４１が開閉装置４０により閉塞されている状態の冷却器１０を示す断面図である。
【００３４】
図１に示すように、弁作動機構４０２は、例えばドーム状の形状をなす板バネから構成されている。弁作動機構４０２の一面４０２ａ側には冷媒が接触しており、冷媒の圧力Ｐｉｎすなわち冷媒圧力Ｐｉｎが作用している。その一方で、弁作動機構４０２の他面４０２ｂ側には、外気が接触しており、大気圧Ｐａｉｒが作用している。従って、開閉装置４０は、冷媒圧力Ｐｉｎと大気圧Ｐａｉｒとの差圧すなわちゲージ圧力である冷媒圧力Ｐｉｎに応じて、冷媒流通口２４１を開閉する。
【００３５】
詳細には、図３に示すように、弁作動機構４０２は、冷媒圧力Ｐｉｎが上限圧力閾値Ｐ１とその上限圧力閾値Ｐ１よりも低い下限圧力閾値Ｐ２との間にあれば、動作せずに現状を維持するヒステリシスを備えている。図３は、開閉装置４０の作動と冷媒圧力Ｐｉｎとの関係を表した作動特性図である。上限圧力閾値Ｐ１および下限圧力閾値Ｐ２は、弁作動機構４０２のバネ特性に基づいて予め定められたものであり、上限圧力閾値Ｐ１は本発明における冷媒圧力閾値に対応する。
【００３６】
また、図３に示すように、冷媒が発熱体１２により加熱される等して冷媒圧力Ｐｉｎが上限圧力閾値Ｐ１を超えた場合には、冷媒圧力Ｐｉｎが弁作動機構４０２の付勢力に打ち勝ち、開閉装置４０は冷媒流通口２４１を開く。例えば、開閉装置４０は、冷媒流通口２４１が閉状態であるときに冷媒圧力Ｐｉｎが上昇し、その冷媒圧力Ｐｉｎが上限圧力閾値Ｐ１を超えた場合には、冷媒流通口２４１を開く。すなわち、冷媒の収容空間２４内における流通阻止を解除する。
【００３７】
その一方で、開閉装置４０は、発熱体１２からの発熱が終了する等して冷媒圧力Ｐｉｎが下限圧力閾値Ｐ２を下回った場合には、弁作動機構４０２の付勢力が冷媒圧力Ｐｉｎに打ち勝ち、冷媒流通口２４１を閉塞する。ここで、発熱体１２により冷媒が加熱され冷媒が自励振動している最中においては、後述する図４に示すように、冷媒圧力Ｐｉｎはその自励振動に同期して脈動するので、下限圧力閾値Ｐ２は、冷媒の自励振動が妨げられないように、自励振動中の冷媒圧力Ｐｉｎの変動範囲における最低値ＰＬよりも低い圧力とされている。
【００３８】
従って、冷媒圧力Ｐｉｎが、冷媒の自励振動中における圧力変動範囲の最低値ＰＬよりも更に低くなった場合すなわち下限圧力閾値Ｐ２を下回った場合には、開閉装置４０は、冷媒流通口２４１を閉じる。言い換えれば、開閉装置４０は、収容空間２４における冷媒の流通阻止を解除した状態から冷媒の流通を阻止する状態に切り替わる。
【００３９】
図４は、発熱体１２の発熱が開始されたときの開閉装置４０の作動を説明するためのタイムチャートである。図４のタイムチャートは、上から順に、収容空間２４内での気液界面２６の位置、収容空間２４の内部圧力すなわち冷媒圧力Ｐｉｎをそれぞれ示している。なお、図４のタイムチャートは、発熱体１２により冷媒の加熱を開始した時点を時間零として表示されている。
【００４０】
発熱体１２による加熱開始前においては冷媒は沸騰しておらず冷媒圧力Ｐｉｎは下限圧力閾値Ｐ２を下回っている。そのため、図４のタイムチャートの時間零では、開閉装置４０は冷媒流通口２４１を閉塞している。言い換えれば、開閉装置４０は、発熱体１２の発熱開始時点では、収容空間２４内における冷媒の流通を阻止している。そして、加熱部管状空間２２１内が液体の冷媒で満たされており、発熱体１２の全部が液体の冷媒に浸かっている。
【００４１】
発熱体１２による加熱が開始されると、その加熱により冷媒圧力Ｐｉｎが上昇する。しかし、冷媒流通口２４１が開閉装置４０により閉じられているので、気液界面２６の位置は変化しない。
【００４２】
そして、図４では、冷媒圧力Ｐｉｎが次第に上昇し、ｔａ１時点にて冷媒圧力Ｐｉｎが上限圧力閾値Ｐ１を超えている。そうなると、ｔａ１時点おいて、開閉装置４０は、それまで閉塞していた冷媒流通口２４１を開く。すなわち、開閉装置４０は、発熱体１２の発熱開始時点に遅れて冷媒の流通阻止を解除する。
【００４３】
このように開閉装置４０が作動することにより冷媒圧力Ｐｉｎがｔａ１時点にて急激に低下し、冷媒の気液界面２６の自励振動が開始する。このとき、冷媒圧力Ｐｉｎの急低下により、その自励振動の開始当初から大きな振幅が得られ、気液界面２６の自励振動は直ちに安定する。すなわち、発熱体１２の発熱開始から気液界面２６の自励振動が安定するまでに要する時間が、開閉装置４０の作動により短縮されている。なお、その自励振動が安定することとは、例えば気液界面２６の振動における振幅の変化が殆ど無くその自励振動が継続することである。
【００４４】
上述したように、本実施形態によれば、開閉装置４０は、発熱体１２の発熱開始時点では収容空間２４内における冷媒の流通を阻止し、発熱体１２の発熱による冷媒の状態変化によって冷媒の流通阻止を解除するので、冷媒の自励振動の開始当初から大きな振幅を生じさせることができる。そのため、発熱体１２による加熱が開始された場合に適切に冷媒の自励振動を開始させることができる。そして、安定した冷媒の自励振動を早期に実現することができる。
【００４５】
また、本実施形態によれば、開閉装置４０は収容空間２４の長手方向の途中に設けられているので、冷媒容器１４および駆動補助装置１６の外側に例えば特許文献２に記載のような別個の装置を設けることなく、適切に冷媒の自励振動を開始させることができる。
【００４６】
また、本実施形態によれば、開閉装置４０は、冷媒圧力Ｐｉｎが予め定められた上限圧力閾値Ｐ１を超えた場合に、冷媒流通口２４１を開く。すなわち、収容空間２４内における冷媒の流通阻止を解除する。従って、発熱体１２の発熱が開始された際に、上限圧力閾値Ｐ１を超えた冷媒圧力Ｐｉｎを急激に低下させることができる。そのため、冷媒の自励振動を確実に始動することが可能である。
【００４７】
また、本実施形態によれば、開閉装置４０は、冷媒圧力Ｐｉｎが、冷媒の自励振動中における圧力変動範囲の最低値ＰＬよりも更に低くなった場合に、冷媒流通口２４１を開状態から閉状態に切り替える。すなわち、冷媒の流通阻止を解除した状態から冷媒の流通を阻止する状態に切り替わる。従って、開閉装置４０は、冷媒の自励振動を妨げないように冷媒流通口２４１を閉じることができる。それと共に、発熱体１２の発熱を、冷媒流通口２４１が開閉装置４０により閉塞された状態において開始することができる。
【００４８】
また、本実施形態によれば、発熱体１２の少なくとも一部が、発熱体１２の発熱開始時点においては冷媒の液体部分に浸かっているので、発熱体１２からの熱が発熱開始時点において冷媒に伝わり易いという利点がある。
【００４９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を主として説明し、第１実施形態と同一または均等な部分については省略または簡略化して説明する。
【００５０】
本実施形態の冷却器１０は、前述の第１実施形態の開閉装置４０に替えて、図５に示す開閉装置８０を備えている。図５は、本実施形態に係る冷却器１０の全体構成を示す断面図である。
【００５１】
図５に示すように、開閉装置８０は、第１実施形態の開閉装置４０と同様に収容空間２４の長手方向の途中に設けられているが、その第１実施形態とは異なり、収容空間２４内において加熱部管状空間２２１と冷却部管状空間２２２との間に設けられている。開閉装置８０は、加熱部１４１と冷却部１４２との間で収容空間２４を仕切ることにより、冷媒の収容空間２４内における流通を阻止する弁機構である。詳細には、開閉装置８０は、加熱部管状空間２２１と冷却部管状空間２２２との間で収容空間２４を仕切ることにより、冷媒の収容空間２４内における流通を阻止する。
【００５２】
具体的には、図５に示すように、管状空間２２内における開閉装置８０が設けられている部位には、開閉装置８０により開閉される開閉流路２２３が形成されている。そして、冷媒は、開閉流路２２３を介してのみ、加熱部管状空間２２１と冷却部管状空間２２２との間で流通可能となっている。
【００５３】
開閉装置８０は、その開閉流路２２３を開閉する開閉弁８０１と、その開閉弁８０１を作動させる弁作動機構８０２とを備えている。開閉弁８０１は、開閉流路２２３を構成し開閉弁８０１に対向している側壁２２３ａへ弁作動機構８０２によって押し付けられることにより、開閉流路２２３を遮断する。
【００５４】
例えば、図５は、冷媒が開閉流路２２３を流通することが可能な開放状態すなわち開閉流路２２３の開状態を表しており、開閉装置８０は、開閉弁８０１を側壁２２３ａから離すことで開閉流路２２３を開放状態にする。その一方で、図６は、冷媒が開閉流路２２３を流通できない遮断状態すなわち開閉流路２２３の閉状態を表しており、開閉装置８０は、弁作動機構８０２の付勢力により開閉弁８０１を側壁２２３ａに押し付けることで開閉流路２２３を遮断状態とする。なお、図６は、発熱体１２の発熱が停止し開閉流路２２３が開閉装置８０により遮断されている状態の冷却器１０を示す断面図である。
【００５５】
図５に示すように、弁作動機構８０２は、例えばそれ自体の温度に応じて開閉弁８０１を側壁２２３ａへ押し付けるように或いは開閉弁８０１を側壁２２３ａから引き離すように変形するバイメタルから構成されている。そして、弁作動機構８０２は、弁作動機構８０２が冷媒に取り囲まれるように管状空間２２内に収容されており、そのため、弁作動機構８０２の温度は冷媒の温度Ｔｉｎすなわち冷媒温度Ｔｉｎと同じ若しくは略同じになる。従って、開閉装置８０は、冷媒温度Ｔｉｎに応じて開閉流路２２３を開閉する。
【００５６】
詳細には、図７に示すように、弁作動機構８０２は、冷媒温度Ｔｉｎが上限温度閾値Ｔ１とその上限温度閾値Ｔ１よりも低い下限温度閾値Ｔ２との間にあれば、動作せずに現状を維持するヒステリシスを備えている。図７は、開閉装置８０の作動と冷媒温度Ｔｉｎとの関係を表した作動特性図である。上限温度閾値Ｔ１および下限温度閾値Ｔ２は、弁作動機構８０２の温度に対する作動特性に基づいて予め定められたものであり、上限温度閾値Ｔ１は本発明における冷媒温度閾値に対応する。
【００５７】
また、図７に示すように、冷媒が発熱体１２により加熱される等して冷媒温度Ｔｉｎが上限温度閾値Ｔ１を超えた場合には、弁作動機構８０２が開閉弁８０１を側壁２２３ａから引き離すように変形し、開閉装置８０は開閉流路２２３を開放する。例えば、開閉装置８０は、開閉流路２２３が遮断状態であるときに冷媒温度Ｔｉｎが上昇し、その冷媒温度Ｔｉｎが上限温度閾値Ｔ１を超えた場合には、開閉流路２２３を開放状態に切り替える。すなわち、冷媒の収容空間２４内における流通阻止を解除する。
【００５８】
その一方で、開閉装置８０は、発熱体１２からの発熱が終了する等して冷媒温度Ｔｉｎが下限温度閾値Ｔ２を下回った場合には、弁作動機構８０２が開閉弁８０１を側壁２２３ａに押し付けるように変形し、開閉流路２２３を遮断する。ここで、発熱体１２により冷媒が加熱され冷媒が自励振動している最中においては、後述する図８に示すように、冷媒温度Ｔｉｎはその自励振動に同期して脈動するので、下限温度閾値Ｔ２は、冷媒の自励振動が妨げられないように、自励振動中の冷媒温度Ｔｉｎの変動範囲における最低値ＴＬよりも低い温度とされている。
【００５９】
従って、冷媒温度Ｔｉｎが、冷媒の自励振動中における温度変動範囲の最低値ＴＬよりも更に低くなった場合すなわち下限温度閾値Ｔ２を下回った場合には、開閉装置８０は、開閉流路２２３を遮断する。言い換えれば、開閉装置８０は、収容空間２４における冷媒の流通阻止を解除した状態から冷媒の流通を阻止する状態に切り替わる。
【００６０】
図８は、発熱体１２の発熱が開始されたときの開閉装置８０の作動を説明するためのタイムチャートである。図８のタイムチャートは、上から順に、収容空間２４内での気液界面２６の位置、冷媒温度Ｔｉｎをそれぞれ示している。
【００６１】
図８のタイムチャートは、前述の第１実施形態のタイムチャーとである図４に相当するものであるので、図８については図４と異なる点を説明し、図４と同じ点の説明は省略する。
【００６２】
図８のタイムチャートは、冷媒圧力Ｐｉｎを示す座標軸が冷媒温度Ｔｉｎを示す座標軸に置き換わっている点が図４に対して異なっている。従って、図８のタイムチャートでは、図４の上限圧力閾値Ｐ１が上限温度閾値Ｔ１に置き換わっており、図４の圧力変動範囲の最低値ＰＬが温度変動範囲の最低値ＴＬに置き換わっている。
【００６３】
その一方で、図８は、図４と同様に、発熱体１２により冷媒の加熱を開始した時点を時間零として表示されている。
【００６４】
また、図８のｔａ１時点では、図４と同様に、開閉装置８０が冷媒の収容空間２４内における流通阻止を解除している。すなわち、発熱体１２の発熱開始時点から次第に上昇していた冷媒温度Ｔｉｎがｔａ１時点にて上限温度閾値Ｔ１を超え、開閉装置８０は、開閉流路２２３を遮断状態から開放状態に切り替えている。
【００６５】
従って、図８に冷媒圧力Ｐｉｎは表示されていないが、第１実施形態と同様に、冷媒圧力Ｐｉｎがｔａ１時点にて急激に低下し、冷媒の気液界面２６の自励振動が開始する。
【００６６】
上述したように、本実施形態によれば、図８のタイムチャートに示すように、開閉装置８０は、発熱体１２の発熱開始時点では冷媒の収容空間２４内における流通を阻止し、発熱体１２の発熱による冷媒の状態変化によって、発熱体１２の発熱開始時点に遅れて冷媒の流通阻止を解除するので、前述の第１実施形態と同様に、冷媒の自励振動の開始当初から大きな振幅を生じさせることができる。
【００６７】
また、本実施形態によれば、開閉装置８０は、冷媒温度Ｔｉｎが予め定められた上限温度閾値Ｔ１を超えた場合に、開閉流路２２３を開く。すなわち、収容空間２４内における冷媒の流通阻止を解除する。従って、発熱体１２の発熱が開始された際に、冷媒温度Ｔｉｎが上限温度閾値Ｔ１を超えるまで高められた冷媒圧力Ｐｉｎを急激に低下させることができる。そのため、冷媒の自励振動を確実に始動する始動することが可能である。
【００６８】
また、本実施形態によれば、開閉装置８０は、冷媒温度Ｔｉｎが、冷媒の自励振動中における温度変動範囲の最低値ＴＬよりも更に低くなった場合に、開閉流路２２３を開放状態から遮断状態に切り替える。すなわち、冷媒の流通阻止を解除した状態から冷媒の流通を阻止する状態に切り替わる。従って、開閉装置８０は、冷媒の自励振動を妨げないように開閉流路２２３を遮断することができる。それと共に、開閉流路２２３が開閉装置８０により遮断されている状態において、発熱体１２の発熱を開始することができる。
【００６９】
（他の実施形態）
（１）上述の第１実施形態において、図４には、気液界面２６の自励振動中において、冷媒圧力Ｐｉｎが上限圧力閾値Ｐ１を超えることなく脈動しているように図示されているが、冷媒圧力Ｐｉｎはその自励振動中に上限圧力閾値Ｐ１を超えることがあっても差し支えない。
【００７０】
（２）上述の第２実施形態において、図８には、気液界面２６の自励振動中において、冷媒温度Ｔｉｎが上限温度閾値Ｔ１を超えることなく脈動しているように図示されているが、冷媒温度Ｔｉｎはその自励振動中に上限温度閾値Ｔ１を超えることがあっても差し支えない。
【００７１】
（３）上述の実施形態において、発熱体１２からの発熱が止まると、発熱体１２全体が液体冷媒に浸るが、発熱体１２の一部分が液体冷媒に浸るのでも差し支えない。すなわち、図４、８のタイムチャートにおける発熱体１２の発熱開始時点において、発熱体１２の全部ではなく一部分だけが液体冷媒に浸かっていても差し支えない。
【００７２】
（４）上述の実施形態において、冷却部１４２は、冷却部管状空間２２２内の冷媒を外気と熱交換させることにより冷却するが、冷却部１４２まわりに冷却水が流れる配管を設け、冷媒を、その冷却水と熱交換させることにより冷却しても差し支えない。
【００７３】
（５）上述の実施形態において、加熱部管状空間２２１および冷却部管状空間２２２は、その長手方向が水平方向となるように設けられているが、例えば冷媒容器１４が特開２００４−８４５２３号公報に記載された流体容器のようにＵ字状に形成され、加熱部管状空間２２１の長手方向、または、加熱部管状空間２２１および冷却部管状空間２２２の両方の長手方向が上下方向に向いていても差し支えない。
【００７４】
（６）上述の実施形態において、発熱体１２は、加熱部管状空間２２１内に収容されているので冷媒に直接接触するが、発熱体１２の熱により加熱部１４１の冷媒を沸騰させることができれば、発熱体１２は冷媒に直接接触する必要はなく、発熱体１２の配置位置に限定はない。
【００７５】
（７）上述の実施形態において、駆動補助装置１６は錘３０を備えているが、錘３０は無くても差し支えない。或いは、錘３０が、冷媒の振動を助長するように慣性力を付加する他の部品又は装置に置き換わっていても差し支えない。
【００７６】
（８）上述の実施形態において、伸縮部２８は蛇腹等で構成され上下に伸縮するが、冷媒の振動を吸収できれば伸縮しない構成であっても差し支えない。
【００７７】
（９）上述の実施形態において、発熱体１２は、冷却が必要な半導体素子などであるが、電気部品である必要はない。
【００７８】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７９】
１０        冷却器
１２        発熱体
１４１      加熱部
１４２      冷却部
２４        収容空間
２６        気液界面
４０、８０  開閉装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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