(57)【要約】      （修正有）【課題】熱負荷が相違する発熱体を含む複数の発熱体３を冷却する冷却装置において、ピーク温度の低下を可能にする手段を提供する。【解決手段】冷却装置１は、複数の発熱体２１，２２，２３が取り付けられた伝熱板３１、発熱体の並び方向の一側から他側に向かって冷却用流体が流れるように構成された復路７２、並び方向の他側から一側に向かって冷却用流体が流れるように構成された往路７１、復路を流れる冷却用流体と往路を流れる前記冷却用流体との間での伝熱が可能となるように構成された伝熱可能構造、及び、復路を流れる冷却用流体と往路を流れる冷却用流体との間での伝熱を、伝熱可能構造における伝熱よりも抑制するように構成された伝熱抑制構造、を備えている。【選択図】図１
2014053471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱負荷が相違する発熱体を含む複数の発熱体が、所定の並び方向に並んで、取付面に対し伝熱可能に取り付けられた伝熱板、
前記伝熱板における前記取付面とは逆側の区画面によってその一部が区画されると共に、前記並び方向の一側から他側に向かって前記発熱体の冷却用流体が流れるように構成された復路、
前記復路を挟んで前記伝熱板とは反対側に配置されかつ、前記並び方向の一側端部が前記復路の一側端部に連通すると共に、前記並び方向の他側から一側に向かって前記冷却用流体が流れるように構成された往路、
前記復路を流れる前記冷却用流体と前記往路を流れる前記冷却用流体との間での伝熱が可能となるように構成された伝熱可能構造、及び、
前記並び方向に対して前記伝熱可能構造とは異なる位置に設けられかつ、前記復路を流れる前記冷却用流体と前記往路を流れる前記冷却用流体との間での伝熱を、前記伝熱可能構造における伝熱よりも抑制するように構成された伝熱抑制構造、を備えている冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載の冷却装置において、
前記伝熱可能構造と前記伝熱抑制構造とは、前記並び方向に並んで配置された各発熱体の位置に対応するように設けられている冷却装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の冷却装置において、
前記往路に前記冷却用流体が流入するための流入口、及び、前記復路から前記冷却用流体が流出するための流出口はそれぞれ、前記並び方向の他側に開口しており、
前記複数の発熱体は、所定以上の熱負荷の高負荷発熱体と、当該高負荷発熱体よりも熱負荷の低い低負荷発熱体とを含み、
前記低負荷発熱体は、前記並び方向の最も他側の位置に少なくとも配置され、
前記伝熱抑制構造は、前記低負荷発熱体の位置に対応して設けられている冷却装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷却装置において、
前記冷却用流体が流れる流路を構成可能な流路構造が、前記並び方向に直交する積層方向に、伝熱可能な区画板を介在させつつ３層以上積層されており、
前記復路は、前記伝熱板によってその一部が区画される第１層の流路構造により構成され、
前記往路は、前記第１層の流路構造に対し前記積層方向に隣接する第２層の流路構造、及び、当該第２層の流路構造に対し前記積層方向に隣接する第３層の流路構造を少なくとも含んで構成され、
前記第２層の流路構造及び前記第３層の流路構造はそれぞれ、前記並び方向の一部の領域が前記冷却用流体を前記並び方向に流通可能に構成されると共に、前記第２層の流路構造における流通可能領域と前記第３層の流路構造における流通可能領域とは、前記積層方向に連通しており、それによって、前記往路を流れる冷却用流体は、前記並び方向の一部の領域では前記第２層の流路構造内を流れると共に、その他の領域では前記第３層の流路構造内を流れ、
前記伝熱可能構造は、前記第１層の流路構造と、前記冷却用流体が流れる領域の前記第２層の流路構造とによって構成され、
前記伝熱抑制構造は、前記第１層の流路構造と、前記冷却用流体が流れる領域の前記第３層の流路構造とによって構成されている冷却装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷却装置において、
前記伝熱可能構造は、前記往路と前記復路との間で熱伝導可能に介設されかつ、当該往路及び復路をそれぞれ区画する熱伝導部材を含んで構成され、
前記伝熱抑制構造は、前記往路と前記復路との間に介設されかつ、当該往路と復路との間の伝熱を抑制する断熱部材を含んで構成されている冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示する技術は、発熱体を冷却する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、被冷却部品である発熱体を冷却する装置として、複数個の発熱体が取り付けられた伝熱板に対し、冷却空気が流れる流路としての往路及び復路を、伝熱板の板厚方向に互いに伝熱可能となるよう積層して設けた装置が記載されている。この構成の冷却装置は、往路内を通過した冷却空気が、反転して復路内を通過する間に、冷却空気の流れ方向に並んだ複数個の発熱体を均一に冷却する。つまり、複数個の発熱体の温度を互いに同じにする。
【０００３】
そのメカニズムに関し、特許文献１には次のようなことが記載されている。つまり、往路と復路とを備えた冷却装置では、所定の並び方向に並んで配置された複数の発熱体の熱負荷が互いに同じであるため、特許文献１の図２にも示されているように、各発熱体からの熱を受ける復路内で、その並び方向に沿って流れる冷却用流体の温度は、その下流側から上流側に向かって一定の上昇率で上昇する。言い換えると、冷却装置内の位置に対する冷却用流体の温度変化を示す温度上昇線は、所定の傾きの直線になる。一方で、復路と往路との間の伝熱状態も、発熱体の並び方向に一様に設定されていると共に、往路内では冷却用流体の流れ方向が復路とは逆になるため、往路内における冷却用流体の温度上昇線は、復路と同じ傾きで逆向きになる。
【０００４】
従って、往路と復路とを備えた冷却装置では、往路の流入口付近は冷却水の温度が最も低くなり、復路の流出口付近は冷却水の温度が最も高くなり、往路と復路との連通部付近では、往路及び復路の間で冷却水の温度差が小さくなる。その結果、往路内を流れる冷却用流体の温度と、復路内を流れる冷却用流体の温度との平均温度は、並び方向に一定となるから、特許文献１に記載されたような冷却装置では、同じ熱負荷の複数の発熱体の温度を互いに同じにすることが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４９１３３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されている冷却装置は、複数個の発熱体の熱負荷が互いに同じ場合には、これら複数個の発熱体を均一に冷却することが可能である。
【０００７】
これに対し、複数個の発熱体の熱負荷が相違する場合は、前記構成の冷却装置では、複数個の発熱体の温度を互いに同じにすることができないばかりか、熱負荷が相違する複数個の発熱体の並び順如何によっては、最も熱負荷の高い発熱体の温度が、より一層高くなってしまう、つまり、複数個の発熱体におけるピーク温度が高くなってしまうことに、本願発明者らは気づいた。
【０００８】
ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、熱負荷が相違する発熱体を含む複数の発熱体を冷却する冷却装置において、ピーク温度の低下を可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
特許文献１に記載されているように複数の発熱体の熱負荷が互いに同じときには、各発熱体を同じ冷却能力で冷却すればよいが、並び方向に並んだ複数の発熱体の熱負荷が相違する場合には、各発熱体を同じ冷却能力で冷却する必要性はない。ピーク温度の低下を目的とすれば、熱負荷が相対的に高い発熱体に対しては相対的に高い冷却能力で冷却する一方、熱負荷が相対的に低い発熱体に対しては相対的に低い冷却能力で冷却することが好ましい。
【００１０】
並び方向に並んだ複数の発熱体の熱負荷が相違する場合には、熱負荷が相対的に高い発熱体の付近では、冷却用流体が受ける熱量が相対的に多くなるから、温度上昇が相対的に高くなり、熱負荷が相対的に低い発熱体の付近では、冷却用流体が受ける熱量が相対的に少なくなるから、温度上昇が相対的に低くなる。つまり、復路内を流れる冷却用流体の温度上昇線は、一定の傾きにはならない。
【００１１】
また、復路内を流れる冷却用流体の温度上昇線が、一定の傾きにならないことに起因して、往路内を流れる冷却用流体の温度上昇線もまた、一定の傾きにならない。その結果、熱負荷が相対的に高い発熱体に対して、高い冷却能力で冷却することができなくなったり、逆に、熱負荷が相対的に低い発熱体に対して、必要以上に高い冷却能力で冷却することになったりすることがある。このことが、熱負荷が相違する発熱体を含む複数の発熱体を冷却する際に、ピーク温度が高くなってしまう原因である。
【００１２】
そこで、本願発明者らは、複数の発熱体による、熱負荷の分布に応じて、往路と復路との間の伝熱状態を発熱体の並び方向に適宜異ならせることにより、往路内を流れる冷却用流体の温度上昇及び復路内を流れる冷却用流体の温度上昇をそれぞれ制御し、それによって、所定の位置に配設されている発熱体を、その熱負荷に応じた冷却能力で冷却することでピーク温度の低下を可能にした。
【００１３】
具体的に、ここに開示する技術は、複数の発熱体を冷却する冷却装置に係り、熱負荷が相違する発熱体を含む複数の発熱体が、所定の並び方向に並んで、取付面に対し伝熱可能に取り付けられた伝熱板、前記伝熱板における前記取付面とは逆側の区画面によってその一部が区画されると共に、前記並び方向の一側から他側に向かって前記発熱体の冷却用流体が流れるように構成された復路、前記復路を挟んで前記伝熱板とは反対側に配置されかつ、前記並び方向の一側端部が前記復路の一側端部に連通すると共に、前記並び方向の他側から一側に向かって前記冷却用流体が流れるように構成された往路、前記復路を流れる前記冷却用流体と前記往路を流れる前記冷却用流体との間での伝熱が可能となるように構成された伝熱可能構造、及び、前記並び方向に対して前記伝熱可能構造とは異なる位置に設けられかつ、前記復路を流れる前記冷却用流体と前記往路を流れる前記冷却用流体との間での伝熱を、前記伝熱可能構造における伝熱よりも抑制するように構成された伝熱抑制構造、を備える。
【００１４】
この構成によると、伝熱板に、所定の並び方向に並んで取り付けられた複数の発熱体は、熱負荷が相違する発熱体を含んでいる。具体的に、第１及び第２の２つの発熱体を備える場合は、第１の発熱体の熱負荷及び第２の発熱体の熱負荷は互いに相違する。また、第１〜第３の３つの発熱体を備える場合は、第１の発熱体の熱負荷及び第２の発熱体の熱負荷は互い同じである一方で、第３の発熱体の熱負荷はそれとは相違する（それよりも高い、又は、それよりも低い）か、第１の発熱体の熱負荷、第２の発熱体の熱負荷及び第３の発熱体の熱負荷は互いに相違する。発熱体が４個以上の場合も同様である。
【００１５】
冷却用流体（例えば冷却水等の液体、又は、冷却空気等の気体）が流れる往路及び復路は、伝熱板、復路、及び往路の順番で重なるように配置されている。冷却用流体は、往路内を、複数の発熱体の並び方向に流れた後に復路に流入し、当該復路内を、往路内の流れ方向とは逆向きの並び方向に流れる。こうして、伝熱板を通じた、発熱体から冷却用流体への伝熱と同時に、往路及び復路の境界を通じた、復路内の冷却用流体から往路内の冷却用流体への伝熱が行われて、発熱体が冷却される。
【００１６】
前記構成の冷却装置は、復路を流れる冷却用流体と往路を流れる冷却用流体との間での伝熱を可能とする伝熱可能構造と、復路を流れる冷却用流体と往路を流れる冷却用流体との間での伝熱を、伝熱可能構造における伝熱よりも抑制する伝熱抑制構造と、をさらに備えており、このことにより、往路と復路との間の伝熱状態は、複数の発熱体の並び方向に一様にならずに異なるようになる。尚、伝熱抑制構造は、往路と復路との間の断熱をすることも含む。
【００１７】
この構成は、複数の発熱体の熱負荷が同じでないことに起因して、復路内を流れる冷却用流体が、各発熱体から受ける熱量が異なるときに、復路内の冷却用流体から往路内の冷却用流体への伝熱量が並び方向に異なるように制御することで、往路内の冷却用流体の温度上昇を、所望の状態となるように調整することを可能にする。言い換えると、往路内を流れる冷却用流体の温度は、冷却用流体が上流側から下流側に流れるに従い変化（つまり、上昇）するが、冷却用流体の温度を、冷却装置の各位置に対し所望の温度となるようにすることを可能にする。
【００１８】
その結果、復路内の冷却用流体の温度上昇もまた、所望の状態となるように調整することが可能になる。従って、復路内において、熱負荷が相対的に高い発熱体の付近を流れる冷却用流体の温度が比較的低くなるようにすれば、当該高負荷発熱体を高い冷却能力で冷却することができ、その高負荷発熱体の温度を低く抑えることが可能になる。つまり、前記の構成は、熱負荷が相違する発熱体を含む複数の発熱体を冷却する冷却装置において、ピーク温度の低下を可能にする。
【００１９】
前記伝熱可能構造と前記伝熱抑制構造とは、前記並び方向に並んで配置された各発熱体の位置に対応するように設けられている、としてもよい。
【００２０】
各発熱体の位置に対応して、伝熱可能構造及び伝熱抑制構造を設けることにより、往路内を流れる冷却用流体の温度上昇や、復路内を流れる冷却用流体の温度上昇を、各発熱体の位置に対応して調整することが可能になる。このことは、所望の高負荷発熱体を高い冷却能力で冷却する上で有利になり、ピーク温度の低下を効率的に行うことを可能にする。
【００２１】
前記往路に前記冷却用流体が流入するための流入口、及び、前記復路から前記冷却用流体が流出するための流出口はそれぞれ、前記並び方向の他側に開口しており、前記複数の発熱体は、所定以上の熱負荷の高負荷発熱体と、当該高負荷発熱体よりも熱負荷の低い低負荷発熱体とを含み、前記低負荷発熱体は、前記並び方向の最も他側の位置に少なくとも配置され、前記伝熱抑制構造は、前記低負荷発熱体の位置に対応して設けられている、としてもよい。
【００２２】
この構成によると、並び方向の最も他側の位置、言い換えると復路の流出口付近は、冷却用流体の下流側に相当するため、冷却用流体の温度は最も高くなる一方で、この復路の流出口付近に対し隣接する往路の流入口付近は、冷却用流体の温度が最も低くなる。従って、この復路の流出口付近と往路の流入口付近との間での伝熱を可能にした場合、往路の上流側において冷却用流体の温度が高くなるため、往路の下流側や復路においても冷却用流体の温度が高くなってしまう。
【００２３】
このような冷却用流体の温度状態に対し、復路の流出口に最も近い位置に配置されている発熱体は、熱負荷が相対的に低い低負荷発熱体であるため、冷却用流体の温度をそれほど下げなくても、冷却可能である。一方、熱負荷が相対的に高い高負荷発熱体は、並び方向の中央側や、流出口及び流入口から離れた側に配置されるため、前述のように復路の流出口付近と往路の流入口付近との間での伝熱を可能にして、往路の下流側や復路において冷却用流体の温度が高くなってしまうことは、高負荷発熱体の冷却に不利になる。つまり、ピーク温度が高くなり得る。
【００２４】
これに対し、前記の構成は、温度差が最も大きくなる復路の流出口付近と往路の流入口付近との間での伝熱を抑制するように構成しているため、往路の下流側や復路における冷却用流体の温度を低く抑えることが可能になる。このことは、並び方向の中央側や流出口及び流入口から離れた側に配置される高負荷発熱体の温度を低く抑えることを可能にする。よって、複数の発熱体におけるピーク温度が低下する。尚、復路の流出口付近の冷却用流体の温度は高くなり得るものの、ここに配置される発熱体の熱負荷は相対的に低いため、この低負荷発熱体の冷却も十分に可能である。
【００２５】
前記冷却用流体が流れる流路を構成可能な流路構造が、前記並び方向に直交する積層方向に、伝熱可能な区画板を介在させつつ３層以上積層されており、前記復路は、前記伝熱板によってその一部が区画される第１層の流路構造により構成され、前記往路は、前記第１層の流路構造に対し前記積層方向に隣接する第２層の流路構造、及び、当該第２層の流路構造に対し前記積層方向に隣接する第３層の流路構造を少なくとも含んで構成され、前記第２層の流路構造及び前記第３層の流路構造はそれぞれ、前記並び方向の一部の領域が前記冷却用流体を前記並び方向に流通可能に構成されると共に、前記第２層の流路構造における流通可能領域と前記第３層の流路構造における流通可能領域とは、前記積層方向に連通しており、それによって、前記往路を流れる冷却用流体は、前記並び方向の一部の領域では前記第２層の流路構造内を流れると共に、その他の領域では前記第３層の流路構造内を流れ、前記伝熱可能構造は、前記第１層の流路構造と、前記冷却用流体が流れる領域の前記第２層の流路構造とによって構成され、前記伝熱抑制構造は、前記第１層の流路構造と、前記冷却用流体が流れる領域の前記第３層の流路構造とによって構成されている、としてもよい。
【００２６】
この構成によれば、往路と復路との間の伝熱可能構造と伝熱抑制構造とを含む冷却装置の具体構造が得られる。つまり、第１層の流路構造内を流れる冷却用流体と第２層の流路構造内を流れる冷却用流体との間には、区画板が介在しているだけであるため、両流体間の伝熱が可能になる。一方、第１層の流路構造内を流れる冷却用流体と第３層の流路構造内を流れる冷却用流体との間には、第２層の流路構造が介在しているため、両流体間の伝熱は抑制される。
【００２７】
こうした積層構造の冷却装置は、例えば区画板と、区画板同士の間で流路の側部を区画するサイドバーとを積層し、それらをろう付けすることによって製造可能である。また、伝熱面積の拡大のために、各層の流路構造内にコルゲート板を配設してもよい。
【００２８】
前記伝熱可能構造は、前記往路と前記復路との間で熱伝導可能に介設されかつ、当該往路及び復路をそれぞれ区画する熱伝導部材を含んで構成され、前記伝熱抑制構造は、前記往路と前記復路との間に介設されかつ、当該往路と復路との間の伝熱を抑制する断熱部材を含んで構成されている、としてもよい。
【００２９】
このような熱伝導部材及び断熱部材を用いることによっても、往路と復路との間の伝熱可能構造及び伝熱抑制構造を実現することが可能である。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明したように、前記の冷却装置によると、往路と復路との間の伝熱可能構造と伝熱抑制構造とによって、往路内を流れる冷却用流体の温度上昇、及び、復路内を流れる冷却用流体の温度上昇をそれぞれ適宜調整することが可能になるから、復路内において熱負荷が相対的に高い発熱体の付近での冷却用流体の温度を比較的低くして、当該発熱体を高い冷却能力で冷却することにより、ピーク温度を低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】冷却装置の断面図である。
【図２】冷却装置の分解斜視図である。
【図３】流路内を流れる冷却水の位置に対する温度変化を示す温度上昇線と、発熱体の温度とを例示する図である。
【図４】別の構成の冷却装置を示す概念図である。
【図５】さらに別の構成の冷却装置を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、冷却装置の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は例示である。図１は冷却装置１の断面図を示し、図２は冷却装置１の分解斜視図を示している。この冷却装置１は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の発熱体を、冷却流体としての冷却水によって冷却する装置である。冷却水の代わりに、冷却空気を用いてもよい。図例の冷却装置１は、第１〜第３の３つの発熱体２１、２２、２３を冷却するように構成されている。但し、冷却装置１が冷却する発熱体の数は、２個以上であれば、その数に特に制限はない。第１〜第３の発熱体２１〜２３は、平板状の伝熱板３１の取付面３１１に所定の並び方向に並んで配置されている。つまり図１においては、第１〜第３の発熱体２１〜２３は、伝熱板３１の上面に、紙面における左右方向に等間隔を空けて配置されている。各発熱体２１〜２３は、伝熱板３１に対して伝熱可能に取り付けられている。尚、複数の発熱体の配置は、適宜の配置態様を採用することが可能である。例えば複数の発熱体を不等間隔に配置してもよい。また、図示は省略するが、所定の並び方向に並ぶ複数の発熱体からなる列を、当該並び方向に直交する方向（図１における紙面奥行き方向）に並設してもよい。
【００３３】
第１〜第３の発熱体２１〜２３は、互いに同じ熱負荷ではなく、第１及び第２の発熱体２１、２２は熱負荷が所定以上で、第３の発熱体２３は、第１及び第２の発熱体２１、２２よりも熱負荷が低く構成されている。つまり、第１及び第２の発熱体２１、２２は高負荷発熱体であり、第３の発熱体２３は低負荷発熱体である。尚、低負荷発熱体には、熱負荷がゼロの発熱体も含まれる。
【００３４】
冷却装置１は、冷却水が流れる流路として、並び方向の一側（図１における紙面左側）から他側（図１における紙面右側）に向かって冷却水が流れる復路７２と、並び方向の他側から一側に向かって冷却水が流れる往路７１とを含んで構成されている。復路７２は、伝熱板３１の下面（つまり、区画面３１２）によってその一部が区画される一方、往路７１は、復路７２を挟んで伝熱板３１とは反対側に配置されている。冷却装置１の一側において往路７１と復路７２とは互いに連通しており、これによって、冷却装置１の他側面に開口する流入口１４から流入した冷却水は、往路７１内を並び方向の他側から一側に向かって流れた後に復路７２内に至り、その復路７２内の一側から他側に向かって流れて、冷却装置１の他側面に開口する流出口１５から流出する（図１の矢印参照）。
【００３５】
この冷却装置１は、往路７１を流れる冷却水と復路７２を流れる冷却水との間での伝熱が可能に構成された伝熱可能構造と、往路７１を流れる冷却水と復路７２を流れる冷却水との間での伝熱が、伝熱可能構造よりも抑制された伝熱抑制構造と、を含んでいる。伝熱可能構造及び伝熱抑制構造を実現するために、この冷却装置１は、往路７１及び復路７２を構成する流路構造として、第１層〜第３層の流路構造１１〜１３を含んで構成されている。第１層〜第３層の流路構造１１〜１３は、複数枚の区画板とコルゲート板とを、並び方向に直交する積層方向（つまり、上下方向）に積層することにより構成されている。具体的には、図２に示すように、発熱体２１〜２３が取り付けられた伝熱板３１から順に、第１層の流路構造を構成する第１コルゲート板５１及び第１区画板４１、第２層の流路構造を構成する第２及び第３コルゲート板５２、５３並びに第２区画板４２、第３層の流路構造を構成する第４及び第５コルゲート板５４、５５並びに第３区画板４３が積層されている。この例ではコルゲート板としてプレーン型のコルゲート板を採用しているが、冷却装置１に使用可能なコルゲート板の型には、プレーン型の他にも、パーホレート型、ルーバー型、ヘリンボーン型、及び、セレート型が含まれる。また、コルゲート板のピッチは適宜のピッチに設定可能である。往路７１内のコルゲート板のピッチと、復路７２内のコルゲート板のピッチとを異ならせてもよい。また、後述する伝熱可能構造内に配設されるコルゲート板のピッチと、伝熱抑制構造内に配設されるコルゲート板のピッチとを異ならせてもよい。尚、符号６１、６２は、第１層〜第３層の各層の流路構造１１〜１３における側部を区画するための、サイドバーである。
【００３６】
第１層の流路構造１１の下側を区画する第１区画板４１には、並び方向の一側端部に、板厚方向に貫通する貫通溝４１１が形成されている。この貫通溝４１１が、後述の通り、往路７１と復路７２とを連通させる連通部を構成する。第１コルゲート板５１は、その山部及び谷部が並び方向に延びるような向きで、伝熱板３１と第１区画板４１との間に配設されている。第１コルゲート板５１は、第１層の流路構造１１内で、冷却水が並び方向に流れることを許容しつつ、伝熱面積の拡大を図っている。第１層の流路構造１１はまた、並び方向の一側に開口しており、この開口が流出口１５を構成する。
【００３７】
第２層の流路構造１２の下側を区画する第２区画板４２には、並び方向の中間部に、板厚方向に貫通する貫通溝４２１が形成されている。この貫通溝４２１は、第２層の流路構造１２と第３層の流路構造１３とを互いに連通する連通部を構成する。第２層の流路構造１２を構成するコルゲート板の内、第２コルゲート板５２は、貫通溝４２１よりも並び方向の一側に、その山部及び谷部が並び方向に延びるような向きで配設されている。一方、第３コルゲート板５３は、貫通溝４２１よりも並び方向の他側に、その山部及び谷部が並び方向に直交する方向に延びるような向きで配設されている。これにより、第２層の流路構造１２においては、第２コルゲート板５２が配設されている領域では冷却水が並び方向に流れるのに対し、第３コルゲート板５３が配設されている領域は、冷却水が流れない。第２コルゲート板５２は、伝熱面積の拡大に寄与するのに対し、第３コルゲート板５３は、第２層の流路構造１２を構成する上でのスペーサとしての機能を有する。尚、貫通溝４２１と第３コルゲート板５３との間には、第２層の流路構造１２の密閉性を確保するための、シール部材６３（サイドバー６２と同様の部材）が配設されている。
【００３８】
第３層の流路構造１３を構成するコルゲート板の内、第４コルゲート板５４は、第２区画板４２の貫通溝４２１よりも並び方向の一側に、その山部及び谷部が並び方向に直交する方向に延びるような向きで配設されている一方、第５コルゲート板５５は、貫通溝４２１よりも並び方向の他側に、その山部及び谷部が並び方向に延びるような向きで配設されている。これにより、第３層の流路構造１３においては、第５コルゲート板５５が配設されている領域は、冷却水が並び方向に流れるのに対し、第４コルゲート板５４が配設されている領域は、冷却水が流れない。従って、第５コルゲート板５５は、伝熱面積の拡大に寄与するのに対し、第４コルゲート板５４は、第３層の流路構造１３を構成する上でのスペーサとしての機能を有する。また、第３層の流路構造１３は、並び方向の他側に開口しており、この開口が流入口１４を構成する。尚、貫通溝４２１と第４コルゲート板５４との間にも、第３層の流路構造１３の密閉性を確保するための、シール部材６３（サイドバー６２と同様の部材）が配設されている。
【００３９】
このような第１層〜第３層の流路構造１１〜１３を備えた冷却装置１は、例えばアルミニウム製の伝熱板３１及び区画板４１〜４３並びにコルゲート板５１〜５５を積層し、それらを互いにろう付けすることによって製造可能である。冷却装置１はまた、その他の材料によっても製造可能である。
【００４０】
冷却装置１の往路７１は、第３層及び第２層の流路構造１３、１２によって構成されており、復路７２は第１層の流路構造１１によって構成されている。つまり、第３層の流路構造１３における開口が流入口１４となり、そこから流入した冷却水は、第５コルゲート板５５が配設されている部分を通って、第２区画板４２の貫通溝４２１に至り、その貫通溝４２１を通って、第２層の流路構造１２に入る。そうして、第２層の流路構造１２における第２コルゲート板５２が配設されている部分を通って、第１区画板４１の貫通溝４１１に至る。第１区画板４１の貫通溝４１１を通って第１層の流路構造１１内に流入した冷却水は、その第１層の流路構造１１内を並び方向の他側へと向かって流れ、第１層の流路構造１１の開口である流出口１５から流出する。
【００４１】
ここで、伝熱板３１は、第１層の流路構造１１の上側を区画するため、この伝熱板３１を介した、発熱体２１〜２３と第１層の流路構造内を流れる冷却水との間の伝熱状態は、その発熱体２１〜２３の熱負荷に比例する。
【００４２】
そうして、第２区画板４２の貫通溝４２１よりも並び方向の一側の領域では、復路７２内（つまり、第１層の流路構造１１内）を流れる冷却水と、往路７１内（つまり、第２層の流路構造１２内）を流れる冷却水との間には、伝熱可能な第２区画板４２のみが介在しているため、この領域では、復路７２内を流れる冷却水と往路７１内を流れる冷却水との間での伝熱が積極的に行われる。この領域が、伝熱可能構造に相当する。
【００４３】
これに対し、第２区画板４２の貫通溝４２１よりも並び方向の他側の領域では、復路７２内を流れる冷却水と、往路７１内（つまり、第３層の流路構造１３内）を流れる冷却水との間には、第２層の流路構造１２が介在しているため、この領域では、復路７２内を流れる冷却水と往路７１内を流れる冷却水との間での伝熱は、ほとんど行われない。この領域が、伝熱抑制構造に相当する。
【００４４】
ここで、伝熱可能構造と伝熱抑制構造との境界となる第２区画板４２の貫通溝４２１は、図１から明らかなように、第２の発熱体２２と第３の発熱体２３との中間位置に設けられている。このため、伝熱可能構造及び伝熱抑制構造はそれぞれ、発熱体２１〜２３の位置に対応するように設けられていることになる。
【００４５】
次に、伝熱可能構造及び伝熱抑制構造を含む冷却装置１の冷却効果について、図３を参照しながら説明する。図３は、往路７１及び復路７２を備えた冷却装置における、冷却装置内の位置に対する冷却水温度の変化を示す温度上昇線（下図）と、第１〜第３の各発熱体２１〜２３の温度（上図）とを例示する図である。図３における実線は、図１、２を参照しながら説明した伝熱可能構造及び伝熱抑制構造を含む冷却装置１における、冷却水の温度上昇線及び第１〜第３の発熱体２１〜２３の温度であり、図３における二点鎖線は、往路７１及び復路７２を備えた従来の冷却装置、言い換えると、特許文献１の図４に示されるような伝熱抑制構造を含まない冷却装置における冷却水の温度上昇線及び第１〜第３の発熱体２１〜２３の温度である。図３の紙面左右方向と図１の紙面左右方向とは対応している。尚、第１〜第３の発熱体２１〜２３の熱負荷は、前述したように、流入口１４及び流出口１５から離れた位置に配置されている第１及び第２の発熱体２１、２２が高負荷発熱体であり、流入口１４及び流出口１５に近い位置に配置されている第３の発熱体２３が低負荷発熱体である。
【００４６】
往路７１及び復路７２を備えた冷却装置では、復路７２内を流れる冷却水は、並び方向に並んだ複数の発熱体の付近を順次通過する間に、各発熱体の熱を受けるため、冷却水の温度は、基本的には、その流れ方向の下流側から上流側に向かって、次第に上昇し、流出口１５において最も温度が高くなる（図３の温度上昇線を参照）。これに対し、往路７１内を流れる冷却水は、流入口１４の流入直後は最も低温であり、そこから流れ方向の上流に向かって、復路７２を流れる冷却水の熱を受けて次第に高まるようになる。従って、冷却水の温度も、流れ方向の下流側から上流側に向かって次第に上昇するものの、往路７１と復路７２とで冷却水の流れ方向が逆であるため、温度上昇線の傾斜方向は、復路７２とは逆向きである（つまり、図３において、往路７１の温度上昇線は左上がりの線、復路７２の温度上昇線は右上がりの線である）。
【００４７】
このような冷却水の温度上昇に対して、復路７２の流れ方向の下流側から上流側に向かって順に並ぶ、第１、第２、及び第３の発熱体２１〜２３の内、第１及び第２の発熱体２１、２２は高負荷発熱体であり、第３の発熱体２３は低負荷発熱体であるため、第２の発熱体２２の温度が最も高くなり、第１及び第３の発熱体２１、２３の温度は、第２の発熱体２２の温度よりも低くなる。
【００４８】
従来の冷却装置では、往路７１内の冷却水と復路７２内の冷却水との伝熱状態は、並び方向に一様に設定されているため、往路７１内の冷却水と復路７２内の冷却水との間の温度差が最も大きくなる流入口１４及び流出口１５付近において、両者間での伝熱が積極的に行われるようになる。その結果、図３の二点鎖線で示すように、往路７１内を流れる冷却水の温度が高まる。
【００４９】
そのため、温度が最も高くなる第２の発熱体２２の付近においては、往路７１内の冷却水の温度が既に高くなっているため、その分、復路７２内の冷却水から往路７１内の冷却水への伝熱量が少なくなり、第２の発熱体２２の冷却性能は低下する。その結果、第２の発熱体２２の温度が高くなり、ピーク温度が高くなることになる（図３上図の白丸参照）。
【００５０】
これに対し、伝熱抑制構造を有する冷却装置１では、往路７１内の冷却水と復路７２内の冷却水との間の温度差が最も大きくなる流入口１４及び流出口１５付近は伝熱抑制構造であるから、両者間での伝熱が抑制される。その結果、往路７１内を流れる冷却水の温度はほとんど高くならずに、第２の発熱体２２の付近へと至る。こうして往路７１内を流れる冷却水の温度を低温に維持することによって、復路７２内の冷却水から往路７１内の冷却水への伝熱量が多くなり、第２の発熱体２２に対する冷却能力が高まる。このことにより、高負荷発熱体である第２の発熱体２２の温度が、従来の冷却装置よりも低下する。これはピーク温度を下げることになる（図３上図の黒丸参照）。
【００５１】
また、往路７１内の冷却水の温度が低くなることで、第１の発熱体２１の温度も、従来の冷却装置１と比較して低下する。一方で、従来の冷却装置においても、伝熱抑制構造を有する冷却装置１においても、流入口１４から流入する冷却水の温度は共に同じであり、第１〜第３の発熱体２１〜２３から受ける熱の総量も同じであるから、流出口１５での冷却水温度も同じ温度となる。そのため、第３の発熱体２３に対する冷却性能は、従来の冷却装置の方が高くなるものの、第３の発熱体２３はそもそも低負荷発熱体であるため、冷却性能がそれほど高くなくても、十分に冷却することが可能である。
【００５２】
尚、冷却装置の構成は、図１、２に示す構成には限定されない。複数の発熱体の熱負荷に応じて、適宜の構成を採用可能である。図４は、冷却装置１０の別の構成例を示しており、この冷却装置１０は、第２の発熱体２２が配設されている位置を伝熱可能構造とし、第１及び第３の発熱体２１、２３が配設されている位置をそれぞれ、伝熱抑制構造としている。
【００５３】
具体的に、この冷却装置１０では、第２区画板４２の中央部に、第１及び第２の２つの貫通溝４２１、４２２を形成すると共に、第２区画板４２の一側端部に第３の貫通溝４２３を形成しており、これによって、第２層の流路構造１２と第３層の流路構造１３とが連通する箇所を３箇所設けている。そうして、第２層の流路構造１２内には、第１の貫通溝４２１よりも並び方向の他側に、第３コルゲート板５３を配置する。一方で、第１の貫通溝４２１と第２の貫通溝４２２との間には、その山部及び谷部が並び方向に延びるような向きで第６コルゲート板５６を配置すると共に、第２の貫通溝４２２と第３の貫通溝４２３との間に、その山部及び谷部が並び方向に直交する方向に延びるような向きで第７コルゲート板５７を配置する。また、第３層の流路構造１２内には、第１の貫通溝４２１よりも並び方向の他側に、第５コルゲート板５５を配置する。一方で、第１の貫通溝４２１と第２の貫通溝４２２との間には、その山部及び谷部が並び方向に直交する方向に延びるような向きで第８コルゲート板５８を配置すると共に、第２の貫通溝４２２と第３の貫通溝４２３との間に、その山部及び谷部が並び方向に延びるような向きで第９コルゲート板５９を配置する。
【００５４】
このような構成によって、第３層の流路構造１３における開口（つまり、流入口１４）から流入した冷却水は、第５コルゲート板５５が配設されている部分を通って、第１の貫通溝４２１に至り、その第１の貫通溝４２１を通って、第２層の流路構造１２に入る。そうして、第２層の流路構造１２における第６コルゲート板５６が配設されている部分を通って、第２の貫通溝４２２に至り、その第２の貫通溝４２２を通って、第３層の流路構造１３に再び入る。冷却水はその後、第３層の流路構造１３における第９コルゲート板５９が配設されている部分を通って、第３の貫通溝４２３に至り、その第３の貫通溝４２３かた、第２層の流路構造１２、及び、第１区画板４１の貫通溝４１１を順に通って、第１層の流路構造１１に流入する。冷却水は、その第１層の流路構造１１内を並び方向の他側へと向かって流れ、第１層の流路構造１１の開口である流出口１５から流出する（図４の矢印参照）。
【００５５】
このような冷却装置１０は、例えば第２の発熱体２２が高負荷発熱体で、第１及び第３の発熱体２１、２３が低負荷発熱体であるような場合に、第２の発熱体２２の温度を効率的に低下させて、ピーク温度を低下させる上で有利になり得る。
【００５６】
尚、伝熱可能構造や伝熱抑制構造は、必ずしも、発熱体の位置に対応して設けなくてもよい。
【００５７】
また、冷却装置は、図１や図４に示すような、第１層〜第３層の流路構造１１〜１３を備えた３層構造に限らず、図示は省略するが、４層以上の流路構造を備えて構成してもよい。例えば往路７１を３層以上の流路構造によって構成したり、復路７２を２層以上の流路構造によって構成したりしてもよい。また、４層以上の流路構造を備えることは、流入口１４の位置を並び方向の一側にし、流出口１５の位置を並び方向の他側にする、又は、それとは逆に、流入口１４の位置を並び方向の他側にし、流出口１５の位置を並び方向の一側にするといったような、流入口１４及び流出口１５の配置を設定する上で有利になる場合がある。
【００５８】
さらに、前記の冷却装置は３層以上の流路構造を備え、その流路構造の一部を、流路として機能させないことにより伝熱抑制構造を設けているが、伝熱抑制構造は、こうした構成を採用する以外でも構成することが可能である。図５は、冷却装置１００を概念的に示しているが、ここに示すように、往路７１及び復路７２の間に熱伝導部材８１を介設することによって伝熱可能構造を構成する一方、往路７１及び復路７２の間に断熱部材８２を介設することによって伝熱抑制構造を構成するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上説明したように、ここに開示した冷却装置は、熱負荷が相違する発熱体を含む複数の発熱体を冷却する冷却装置においてピーク温度を低下させることができるから、ＩＧＢＴ等の各種の発熱体を冷却するための冷却装置として有用である。
【符号の説明】
【００６０】
１    冷却装置
１０  冷却装置
１００  冷却装置
１１  第１層の流路構造
１２  第２層の流路構造
１３  第３層の流路構造
１４  流入口
１５  流出口
２１〜２３  発熱体
３１  伝熱板
３１１  取付面
３１２  区画面
４１  第１区画板
４２  第２区画板
４３  第３区画板
７１  往路
７２  復路
８１  熱伝導部材
８２  断熱部材
【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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