(57)【要約】  冷却装置は、半導体チップ（１２）に接続されるヒートパイプ（５６）と、ヒートパイプの放熱部を冷却するファン（２２）と、装置周囲の温度を測定する温度センサ（１８）と、ファン（２２）を制御する制御部（３２）と、を具備する。制御部（３２）は、温度センサ（１８）で測定された温度が基準温度より高い場合、ファン（２２）を通常回転数で動作させ、温度センサ（１８）で測定された温度が基準温度より高くない場合、ファン（２２）の回転を停止、あるいは通常回転数以下の回転数で回転させる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却対象に接続される熱交換器と、
前記熱交換器を冷却する風冷手段と、
装置周囲の温度を測定する第１温度センサと、
前記第１温度センサで測定された温度が基準温度より高い場合、前記風冷手段を第１のモードで動作させ、前記第１温度センサで測定された温度が前記基準温度より高くない場合、前記風冷手段を前記第１のモードより冷却能力が低い第２のモードで動作させる制御手段と、
を具備する冷却装置。
【請求項２】
前記冷却対象の温度を測定する第２温度センサをさらに具備し、
前記制御手段は、
前記第２温度センサで測定された温度が第１の温度まで上がると、前記風冷手段を前記第１のモードで動作させ、
前記第２温度センサで測定された温度が前記第１の温度より低温の第２の温度まで下がると、前記風冷手段を前記第２のモードで動作させる請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】
前記熱交換器と、前記風冷手段とを収納し、空気口が設けられる筐体と、
前記筐体に設けられ、前記空気口を開放あるいは閉じるシャッタ部材と、
前記第１温度センサで測定された温度が前記基準温度より高い場合、前記空気口を開放するように前記シャッタ部材を駆動し、前記第１温度センサで測定された温度が前記基準温度より高くない場合、前記空気口を閉じるように前記シャッタ部材を駆動する駆動手段と、
をさらに具備する請求項１または請求項２記載の冷却装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記第１温度センサで測定された温度が前記基準温度より高くない場合、前記風冷手段を動作停止させる請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載の冷却装置。
【請求項５】
冷却対象からの熱を受熱して放熱部に伝達する熱交換器の冷却方法であって、
周囲温度が基準温度より高い場合、風冷システムにより前記放熱部を冷却し、前記周囲温度が前記基準温度より高くない場合、前記風冷システムによる前記放熱部の冷却を停止あるいは前記風冷システムにより前記放熱部を弱冷却する冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、冷却装置及び冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷却装置の一例としてヒートパイプ式熱交換器がある。ヒートパイプ式熱交換器は種々の分野に応用されており、電力変換装置の半導体素子の発熱を防止するためにも使用されている。【０００３】
電力変換装置は屋外に設置されることもあり、例えば、北海道などの冬期は氷点下となる地域では、氷点下付近の低温中での運転を行うことになる。そのため、低温な外気の影響により、ヒートパイプ内の冷媒が部分的に凍結することがある。冷媒が少なくとも部分的に凍結すると、冷却機能が低下し、半導体素子の発熱を防止できなくなり、半導体素子が高温になり破壊される可能性があった。【０００４】
これに対処するために、ヒートパイプにヒータを取り付け、冷媒の凝固点以下の温度環境下でヒータへ電流を流してヒートパイプに熱量を印加し、冷媒の凍結を防ぐことが考えられている。あるいは、冷媒が凍結してしまい冷却能力が十分に発揮されずに半導体素子が高温となり、電力変換装置の出力が大きくなった場合には、半導体素子側で、電力変換装置の出力を下げる制御を行う、あるいは運転停止などの措置をとる等の高温保護機能を設けることも考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０６−２７６７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、周囲温度が所定温度以下になった場合に、ヒータを動作させて冷媒の凍結を防ぐことは、ヒータの消費電力が大きく、望ましくない。さらに、ヒータのコストにより冷却装置のコストも増加するし、ヒータの設置のために、冷却装置も大型化する。【０００７】
また、冷却装置の一応用例である電力変換装置では、出力を安定させたまま２４時間動作することが求められる。そのため、冷媒が凍結した場合に、電力変換装置の出力を下げる制御を行ったり、運転停止の措置をとったりすることは、望ましくない。【０００８】
本発明の目的は、低温の環境下で冷媒が凍結することを防ぎ、冷却対象を安定して冷却することができる冷却装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一観点によれば、冷却装置は、冷却対象に接続されるヒートパイプと、ヒートパイプの放熱部を冷却する風冷手段と、装置周囲の温度を測定する温度センサと、風冷手段を制御する制御手段と、を具備する。制御手段は、温度センサで測定された温度が基準温度より高い場合、風冷手段を第１のモードで動作させ、温度センサで測定された温度が基準温度より高くない場合、風冷手段を第１のモードより冷却能力が低い第２のモードで動作させる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は実施形態に係る冷却装置を含む電力変換装置の一例の概略を示す図である。
【図２】図２は実施形態の冷却装置に含まれる熱交換器の一例を示す図である。
【図３】図３は熱交換器の動作の一例を示す図である。
【図４】図４は冷却装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は周囲温度、素子温度とファン２２、ルーバー２４の動作の関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。各実施形態の説明において、方向を表す用語（例えば、上下左右等）を適宜用いているが、これらの用語によって本発明は限定されない。各図において、実質的に同一の機能及び要素については、同一符号を付し、必要に応じて説明を省略する。各要素の表現はあくまで例示であり、各要素が他の表現で表現されることを否定するものではない。さらに、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係や各層の厚みの比率などは現実のものと異なることがある。また、図面相互間において互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれることもある。
【００１２】
実施形態としては、電力変換装置に応用され、電力変換のためのオン／オフスイッチングを行う半導体素子の発熱を防止する冷却装置を説明する。しかし、冷却装置の冷却対象は半導体素子に限らず、どのような熱源であってもよい。また、冷却装置の応用製品は電力変換装置に限られず、一般的な電子機器等、種々の製品がある。冷却装置を電力変換装置に応用する場合、どのようなタイプの電力変換装置にも応用可能である。
【００１３】
［電力変換装置］  
図１を参照して、冷却装置の一実施形態を含む電力変換装置の概略構造の一例を説明する。
【００１４】
電力変換装置は、例えば直方体の筐体１０内に収納されている。筐体１０は、例えば電力変換部１１、熱交換器１４、素子温度センサ１６、ファン２２ａ，２２ｂ等を収納する。ファンを示す符号としては、１つを特定する場合は符号２２ａ，２２ｂを用いるが、任意のファンを指す場合及び総称する場合は符号２２を用いる。
【００１５】
電力変換装置が例えば太陽光発電システムに応用される場合、太陽電池から出力される直流電力が電力変換部１１に供給され、交流電力に変換される。電力変換部１１は、周知のインバータを使用することができるので、詳細な説明は省略する。太陽光発電システムの場合、電力変換装置は屋外に設置されることがある。
【００１６】
熱交換器１４はヒートパイプ式熱交換器であり、筐体１０の内部空間の略中央部に水平方向に配置される。熱交換器１４の詳細は図２、図３を参照して後述する。熱交換器１４が含むヒートパイプの一端は受熱部であり、他端は放熱部である。
【００１７】
熱交換器１４の放熱部側の上下にファン２２ａ，２２ｂが設けられている。ファン２２は空気を一方向、例えば下から上へ強制的に対流させる風冷システムを構成する。ファン２２の代わりに送風機を使用しても良い。ファン２２あるいは送風機は、送風強度を可変できるように、回転数が可変となっている。風冷システムの配置は熱交換器１４の上下に限らず、左右でも良い。ファン２２の数は２つに限らず、２以上の多数のファンを設けても良い。
【００１８】
筐体１０の左右の側面の上下には、空気口２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄが設けられる。空気口を示す符号としては、１つを特定する場合は符号２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄを用いるが、任意の空気口を指す場合及び総称する場合は符号２６を用いる。空気口２６は側面全体に亘って形成しても良いし、多数の小さい空気口から形成しても良い。空気口の形状は細長い矩形に限らず、任意の形状が可能である。また、空気口は完全な開口ではなく、メッシュ状であっても良い。さらに、筐体１０の前後左右の全側面に空気口２６を設けてもよい。
【００１９】
空気口２６ａ，２６ｂは放熱部側の側面に、空気口２６ｃ，２６ｄは受熱部側の側面に設けられる。ファン２２ａは排気ファンとして動作し、ファン２２ｂは吸気ファンとして動作する。このため、排気ファン２２ａの近傍の空気口２６ａは排気口として作用し、吸気ファン２２ｂの近傍の空気口２６ｂは吸気口として作用する。なお、受熱部側の空気口２６ｃ，２６ｄの近傍にはファン２２が設けられていないが、受熱部側で温められた高温の空気は上昇するので、空気口２６ｃは排気口、空気口２６ｄは吸気口として作用し、筐体１０内の受熱部側でも下から上への自然対流が生じる。空気口２６ｃ，２６ｄを用いる自然対流による冷却を自冷システムとも称する。なお、空気口２６はファン２２の近傍が好ましいので、空気口２６の設置場所はファン２２の設置場所に応じて決まる。
【００２０】
空気口２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄには、常時は空気口２６を開けるが、所定のタイミングで空気口２６を閉じるように駆動されるシャッタ部材としてのルーバー２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄが設けられている。シャッタ部材としては、ダンパーを用いても良い。ルーバーを示す符号としては、１つを特定する場合は符号２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄを用いるが、任意のルーバーを指す場合及び総称する場合は符号２４を用いる。ルーバー２４の一例は、一端が筐体１０に軸支される羽根であり、スィングすることにより空気口２６を開閉する。ルーバー２４は、任意の形状の製品を使用することができ、複数枚の羽根から構成されても良いし、スィングする羽根の代わりにスライド式の羽根を用いても良い。
【００２１】
図示しないが、筐体１０の内部空間の略中央部には、鉛直方向に隔壁が設けられ、筐体１０が受熱部側と放熱部側に分けられる。外気は湿気、砂埃等の電力変換部１１に影響を与えるものを含む可能性があり、隔壁は、吸気口２６ｂから筐体１０内に入った空気が電力変換部１１に直接当たらないようにする機能を有する。
【００２２】
筐体１０内の受熱部側の１つの空気口、例えば吸気口２６ｄの近傍に装置外部の周囲温度を測定することができる周囲温度センサ１８が設けられる。装置外部の実際の周囲温度と空気口２６ｄの近傍で測定した温度とは異なるが、どの程度の差があるかは、予め知ることができる。そのため、周囲温度センサ１８の測定値を基に実際の周囲温度を計算により求めることができる。なお、周囲温度センサ１８を筐体１０の外側に設けると、より正確に周囲温度を測定することができるが、屋外に電力変換装置を設置する場合は、厳しい環境下でセンサが故障する可能性があるので、筐体１０内に設けても良い。
【００２３】
吸気ファン２２ｂから送風される冷却空気の通路に素子温度センサ１６が配置される。素子温度センサ１６は、電力変換部１１を構成する半導体素子、例えばダイオード、サイリスタ、ゲートターンオフサイリスタ（ＧＴＯ）、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）の素子温度を求める。冷却空気の温度は、素子温度に関連し、半導体素子の実際の素子温度と冷却空気の温度とにどの程度の差があるかは、予め知ることができる。そのため、素子温度センサ１６は、冷却温度の測定値を基に実際の素子温度を計算により求めることができる。冷却空気は、熱交換器１４の放熱部（実際には図２に示す放熱フィン５８）でも測定できるので、素子温度センサ１６を熱交換器１４の放熱部に設置してもよい。なお、素子温度センサ１６を電力変換部１１の半導体素子近傍に設けると、より正確に素子温度を測定することができるが、素子近傍は高温になることがあり、センサが故障する可能性があるので、冷却空気の通路に設けても良い。
【００２４】
素子温度センサ１６、周囲温度センサ１８の出力が制御部３２に供給される。制御部３２はＣＰＵ等を含み、センサ１６、１８が測定した温度に応じてファン２２、ルーバー２４を制御して、冷却動作を制御する。なお、制御部３２はハードウェアで構成しても良い。制御部３２は筐体１０内に設けなければならないものではなく、筐体１０外部、例えば電力変換装置の監視室等に設けても良い。
【００２５】
［ヒートパイプ式熱交換器］  
図２はヒートパイプ式熱交換器の構成の一例を示す。電力変換部１１に含まれる多数の半導体素子、例えばＩＧＢＴが形成される半導体チップ１２１〜１２Ｎが受熱板５２の表面に配置される。Ｎは２以上の任意の正整数である。受熱板５２の平面は略鉛直方向に沿っている。多数のヒートパイプ５６１〜５６Ｎの一端が受熱板５２の裏面の、半導体チップ１２１〜１２Ｎに対応する位置に接続される。これにより、ヒートパイプ５６１〜５６Ｎの一端が受熱部となる。ヒートパイプ５６１〜５６Ｎの他端側には複数の放熱フィン５８１〜５８Ｍが設けられている。Ｍは２以上の任意の正整数である。各放熱フィン５８１〜５８Ｍは全てのヒートパイプ５６１〜５６Ｎに交差する。ヒートパイプ５６１〜５６Ｎは受熱板５２、放熱フィン５８１〜５８Ｍに直交するように水平に設けても良いが、受熱板５２側が高く、放熱フィン５８Ｍ側が低くなるように多少斜めに設けても良い。放熱フィン５８１〜５８Ｍはファン２２ａ，２２ｂにより対流される冷却空気の通路に位置する。半導体素子、ヒートパイプ、放熱フィンを示す符号としては、１つを特定する場合は符号１２１〜１２Ｎ；５６１〜５６Ｎ；５８１〜５８Ｎを用いるが、任意の半導体素子、ヒートパイプ、放熱フィンを指す場合及び総称する場合は符号１２；５６；５８を用いる。
【００２６】
［ヒートパイプ］  
図３はヒートパイプ５６の断面の一例を示す。ヒートパイプ５６は内部が真空の金属パイプであり、冷媒（作動液体とも称する）が封入されている。ヒートパイプ５６の一端（受熱部）が受熱板５２を介して半導体チップ１２からの熱６２を受けると、冷媒が蒸気に相変化し、潜熱を受熱し、受熱部の蒸気圧力が上昇する。ヒートパイプ５６の他端（放熱部）の放熱フィン５８は風冷システムのファン２２により冷却されているので、受熱部の蒸気圧力は放熱部の蒸気圧力より高い。この圧力差により、潜熱を受熱した蒸気６４がヒートパイプ５６の放熱部へ移動する。蒸気６４は放熱フィン５８が設けられた領域で凝縮され、受熱した潜熱が放出されて放熱フィン５８に伝搬し、放熱フィン５８の温度が上昇する。放熱フィン５８間の空気と放熱フィン５８の温度差によって放熱フィン５８の熱が放熱フィン５８間の空気に伝搬し、放熱フィン５８間の空気の温度が上昇する。放熱部で冷却されると、蒸気６４は凝縮によって液体に相変化し、再び液化する。液化された冷媒６６がヒートパイプ５６の受熱部に循環され、再び気化される。液化された冷媒６６を受熱部に環流させるため、ヒートパイプ５６の内壁に金網（ウィック）または細かい溝（グルーブ）が設けられ、表面張力による毛管作用により冷媒６６が受熱部に還流される。
【００２７】
上述したヒートパイプはウィック式ヒートパイプとして知られているが、これに限定されるものではなく、サーモサイホン式ヒートパイプを用いても良い。サーモサイホン式ではヒートパイプを鉛直に設置し、受熱部を下側とすることにより、放熱部で気化された冷媒が重力により受熱部へ自然に還流される。なお、ウィック式ヒートパイプも設置方向は水平方向に限らず、鉛直方向に設置しても良い。
【００２８】
［冷却装置の動作］  
上述したように、半導体チップ１２で発生した熱が熱交換器１４のヒートパイプ５６を伝達して放熱フィン５８から放熱され、半導体チップ１２の発熱が防止される。ヒートパイプ５６が正常に作動する条件がある。それは、ヒートパイプ５６内で冷媒が循環することである。もし、電力変換装置が氷点下となる極寒地域に設置されると、低温の外気を用いる風冷システム（ファン２２）により熱交換器１４が過度に冷却され、ヒートパイプ５６内の冷媒が部分的に凍結することがある。冷媒が凍結すると、ヒートパイプ５６内で冷媒が循環することができず、ヒートパイプ５６による熱交換に支障が出て、半導体チップ１２の発熱を防止できなくなり、半導体チップ１２が高温になり破壊される可能性があった。本実施形態は、電力変換装置の周囲温度に応じて風冷システム（ファン２２）の冷却能力を調整することにより、冷媒の凍結を防止するものである。
【００２９】
図４、図５を参照して、実施形態の冷却作用を説明する。図４は、制御部３２のフローチャートであり、図５は、温度センサ１６，１８の検出温度と、ファン２２、ルーバー２４の動作の関係を示す。
【００３０】
制御部３２は、周囲温度センサ１８の出力を調べ、周囲温度が基準温度より低いか否か判定する（ブロック４０２）。基準温度は冷媒が凍結を開始する温度、例えば、氷点下付近の温度とされる。周囲温度が基準温度より低くない場合、制御部３２は、風冷システムを通常の冷却能力で動作させる。すなわち、制御部３２は、ファン２２を通常の強度（回転数）で回転し（ブロック４０４）、ルーバー２４を開放状態にして、空気口２６を開放する（ブロック４０６）。
【００３１】
ここまでの状態は、図５の時刻ｔ１までの状態である。ファン２２が通常の強度で回転するので、外気が吸気口２６ｂから筐体１０内に取り込まれ、ファン２２ｂにより熱交換器１４の下から上へ強制的に対流され、ファン２２ａにより排気口２６ａから筐体１０外に排気される。これにより、熱交換器１４の放熱部（放熱フィン５８）は風冷システムにより冷却され、半導体チップ１２の発熱が防止される。一方、受熱部側でも、外気が吸気口２６ｄから筐体１０内に取り込まれ、排気口２６ｃから筐体１０外に排気され、下から上への自然対流が生じ、熱交換器１４の受熱側も冷却される。
【００３２】
周囲温度が基準温度より低くなった場合、冷媒の凍結の可能性があるため、制御部３２は、風冷システムの冷却機能を停止または冷却能力を低下（あるいは冷却機能を弱く）する。すなわち、制御部３２は、ファン２２の回転を停止（回転数を０）または回転数を低く（あるいは弱回転）し（ブロック４１２）、ルーバー２４を閉状態にして、空気口２６を閉じ、筐体１０が密閉されるようにする（ブロック４１４）。
【００３３】
ここまでの状態は、図５の時刻ｔ１以降（ｔ２まで）の状態である。ファン２２が回転停止、あるいは弱回転とされるので、筐体１０内で強制対流が実質的に生じず、風冷システムによる熱交換器１４の冷却が中断する。このため、素子温度が上昇し、冷媒の凍結が防止される。
【００３４】
さらに、ルーバー２４により空気口２６が閉鎖されるので、外気が筐体１０内に取り込まれることがなく、結露も防止される。なお、結露防止を目的としない場合は、ブロック４１４のルーバー２４の閉操作は必ずしも必要ではない。周囲温度が基準温度より低い場合、少なくともファン２２による強制対流による冷却動作を停止するだけでも良く、自然対流による冷却は続けても良い。あるいは、基準温度を２段階に設定し、周囲温度が高い方の基準温度より低くなったら、ファン２２の強制対流を停止し、周囲温度が低い方の基準温度より低くなったら、ルーバー２４を閉じて自然対流も停止しても良い。
【００３５】
冷却動作の停止に伴い、素子温度が上昇する。素子温度には、２つの限界温度が定義されている。高温側の限界温度（上限温度）は、半導体素子が安全に動作する限度（許容限界）であり、この温度以上になると、半導体素子の破壊が想定される温度である。上限温度は製品によって異なるが、例えば−７℃等である。冷媒が純水のもので且つ低温対策が施されている場合は−１５℃、不凍液等の低温対策が施されている場合は−２５℃位のこともある。低温側の限界温度（下限温度）は、冷却装置の下限温度より下である。制御部３２は、ブロック４０６または４１４の処理の後、素子温度センサ１６の出力を調べ、素子温度が上限温度より高いか否か判定する（ブロック４１６）。素子温度が上限温度より高い場合、そのまま放置すると、半導体素子が破壊される恐れがあるので、制御部３２は、風冷システムを通常の冷却能力で動作させる。すなわち、制御部３２は、ファン２２を通常の強度（回転数）で回転し（ブロック４２２）、ルーバー２４を開放状態にして、空気口２６を開放する（ブロック４２４）。
【００３６】
ここまでの状態は、図５の時刻ｔ２以降（ｔ３まで）の状態である。ファン２２が通常の強度で回転するので、外気が吸気口２６ｂから筐体１０内に取り込まれて、ファン２２ｂにより熱交換器１４の下から上へ対流され、ファン２２ａにより排気口２６ａから筐体１０外に排気される。これにより、熱交換器１４の放熱部（放熱フィン５８）は風冷システムにより冷却され、半導体チップ１２の発熱が防止される。一方、受熱部側でも、外気が吸気口２６ｄから筐体１０内に取り込まれ、排気口２６ｃから筐体１０外に排気され、下から上への自然対流が生じ、熱交換器１４の受熱側も冷却される。
【００３７】
ブロック４２４の実行後、制御部３２の処理は、ブロック４０２の周囲温度の判定に戻る。
【００３８】
素子温度が上限温度より高くない場合、制御部３２は、素子温度が下限温度より低いか否か判定する（ブロック４１８）。素子温度が下限温度より低くない場合、制御部３２の処理は、ブロック４０２の周囲温度の判定に戻る。素子温度の上限判定（ブロック４１６）と下限判定（ブロック４１８）の実行順番は、逆でも良い。
【００３９】
素子温度が下限温度より低い場合、冷媒の凍結の可能性があるため、制御部３２は、風冷システムの冷却機能を停止または冷却能力を低下（あるいは冷却機能を弱く）する。すなわち、制御部３２は、ファン２２の回転を停止（回転数を０）または回転数を低く（あるいは弱回転）し（ブロック４２６）、ルーバー２４を閉状態にし、空気口２６を閉じ、筐体１０が密閉されるようにする（ブロック４２８）。
【００４０】
ここまでの状態は、図５の時刻ｔ３以降（Ｔ４まで）の状態である。ファン２２が回転停止、あるいは弱回転とされるので、筐体１０内で強制対流が実質的に生じず、風冷システムによる熱交換器１４の冷却が中断する。このため、素子温度が上昇し、冷媒の凍結が防止される。
【００４１】
さらに、ルーバー２４により空気口２６が閉鎖されるので、外気が筐体１０内に取り込まれることがなく、結露も防止される。ブロック４１４と同様に、結露防止を目的としない場合は、ブロック４２８のルーバー２４の閉操作は必ずしも必要ではない。周囲温度が基準温度より低い場合、少なくともファン２２による強制対流による冷却動作を停止するだけでも良く、自然対流による冷却は続けても良い。あるいは、基準温度を２段階に設定し、周囲温度が高い方の基準温度より低くなったら、ファン２２の強制対流を停止し、周囲温度が低い方の基準温度より低くなったら、ルーバー２４を閉じて自然対流も停止しても良い。
【００４２】
ブロック４２８の実行後、制御部３２の処理は、ブロック４０２の周囲温度の判定に戻る。周囲温度が基準温度より高くなる（ブロック４０２のノー）と、制御部３２は、風冷システムを通常の冷却能力で動作させる。すなわち、制御部３２は、ファン２２を通常の強度（回転数）で回転し（ブロック４０４）、ルーバー２４を開放状態にして、空気口２６を開放する（ブロック４０６）。ここまでの状態は、図５の時刻ｔ５以降の状態である。
【００４３】
［実施形態のまとめ］  
ヒートパイプ式熱交換器を用いて電力変換装置の半導体素子を冷却する冷却装置では、ヒートパイプは風冷システムにより冷却される。外気が氷点下等の低温の場合、風冷システムを通常通り動作させると、ヒートパイプが過度に冷却され、冷媒が部分的に凍結し、半導体素子の発熱を防止できなくなる可能性がある。実施形態によれば、周囲温度（外気温度）を測定し、周囲温度が基準温度まで低下すると、風冷システムの動作態様を変更する。例えば、動作停止させる、あるいは冷却能力を低下して動作させる。これにより、ヒートパイプの冷媒の凍結を防止できる。さらに、素子温度も測定し、周囲温度が基準温度より低温の場合でも、素子温度が許容温度まで上昇すると、風冷システムの冷却動作を再開する。これにより、素子の高温破壊を防止できる。また、周囲温度が基準温度より低温の場合で風冷システムの冷却動作により、素子温度が下限温度まで低下すると、風冷システムの動作態様を変更する。例えば、動作停止させる、あるいは冷却能力を低下して動作させる。これにより、ヒートパイプの冷媒の凍結を防止できる。周囲温度が基準温度以下の場合、素子温度に応じて風冷システムの動作を停止、通常動作等調整することにより、素子の高温破壊とヒートパイプの冷媒の凍結を防止できる。さらに、周囲温度が基準温度まで低下すると、ルーバーを閉状態にして空気口を閉じ、筐体を密閉するので、低温の外気により電力変換部に結露が発生することも防止される。
【００４４】
従来必要であったヒートパイプに熱量を印加するヒータが不要となり、ヒータで電力が消費されることがないとともに、ヒータのコストにより冷却装置のコストが増加することやヒータの設置のために冷却装置が大型化することもない。
【００４５】
この冷却装置を電力変換装置に応用した場合、電力変換装置は安定して２４時間動作することができる。電力変換装置では、半導体素子の大容量化、高速化に伴い、発熱損失が増大しているが、実施形態によれば、半導体素子の冷却効率を向上し、装置の小型化を図ることができる。
【００４６】
［変形例］  
空気口２６を閉じるシャッタ部材としては、温度センサ１６，１８の出力に基づいて制御部３２により駆動されるルーバー２４を用いたが、バイメタル式のルーバーを用いて、バイメタルで検出した周囲温度に応じて、空気口を開閉してもよい。この場合、ファン２２の停止あるいは弱回転中は、図５の時刻ｔ２，ｔ３のように、素子温度センサ１６の検出結果に応じてルーバー２４を開閉駆動してもよい。
【００４７】
周囲温度と素子温度の両方を測定していたが、素子温度の下限温度は、周囲温度の基準値と関連があるので、素子温度だけを測定し、周囲温度を測定しなくても良い。この場合、図４のフローチャートのブロック４０２、４０４、４０６、４１２、４１４が省略される。ファン２２の回転とルーバー２４の開閉は、素子温度のみに基づき制御される。
【００４８】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、屋外に設置される電力変換装置の半導体素子の冷却に用いる冷却装置を説明したが、室内に設置される電力変換装置に応用できるし、電力変換装置以外の他の一般的な電子機器の熱源を冷却する装置にも応用できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１４…熱交換器、１６…素子温度センサ、１８…周囲温度センサ、２２ａ，２２ｂ…ファン、２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ…ルーバー、２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ…空気口、３２…制御部。
【図１】
2019058466.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年3月10日(2020.3.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却対象に接続される熱交換器と、
前記熱交換器を冷却する風冷手段と、
装置周囲の温度を測定する第１温度センサと、
前記第１温度センサで測定された温度が第一基準温度より高い場合、前記風冷手段を第１のモードで動作させ、前記第１温度センサで測定された温度が前記第一基準温度より高くない場合、前記風冷手段を前記第１のモードより冷却能力が低い第２のモードで動作させる制御手段と、
前記熱交換器と、前記風冷手段とを収納し、空気口が設けられる筐体と、
前記筐体に設けられ、前記空気口を開放あるいは閉じるシャッタ部材と、
前記第１温度センサで測定された温度が前記第一基準温度よりも低く定めた第二基準温度より高い場合、前記空気口を開放するように前記シャッタ部材を駆動し、前記第１温度センサで測定された温度が前記第二基準温度より高くない場合、前記空気口を閉じるように前記シャッタ部材を駆動する駆動手段と、
を具備する冷却装置。
【請求項２】
前記冷却対象の温度を測定する第２温度センサをさらに具備し、
前記制御手段は、
前記第２温度センサで測定された温度が第１の温度まで上がると、前記風冷手段を前記第１のモードで動作させ、
前記第２温度センサで測定された温度が前記第１の温度より低温の第２の温度まで下がると、前記風冷手段を前記第２のモードで動作させる請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記第１温度センサで測定された温度が前記第一基準温度より高くない場合、前記風冷手段を動作停止させる請求項１に記載の冷却装置。
【請求項４】
冷却対象からの熱を受熱して放熱部に伝達する熱交換器の冷却方法であって、
周囲温度が第一基準温度より高い場合、風冷システムにより前記放熱部を冷却し、前記周囲温度が前記第一基準温度より高くない場合、前記風冷システムによる前記放熱部の冷却を停止あるいは前記風冷システムにより前記放熱部を弱冷却し、
前記熱交換器と、前記風冷システムとを収納し、空気口が設けられる筐体が設けられ、
前記空気口を開放あるいは閉じるシャッタ部材が前記筐体に設けられ、
前記周囲温度が前記第一基準温度よりも低く定めた第二基準温度より高い場合、前記空気口を開放するように前記シャッタ部材を駆動し、前記周囲温度が前記第二基準温度より高くない場合、前記空気口を閉じるように前記シャッタ部材を駆動する冷却方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の一観点によれば、冷却装置は、冷却対象に接続されるヒートパイプと、ヒートパイプの放熱部を冷却する風冷手段と、装置周囲の温度を測定する温度センサと、風冷手段を制御する制御手段と、を具備する。制御手段は、温度センサで測定された温度が第一基準温度より高い場合、風冷手段を第１のモードで動作させ、温度センサで測定された温度が前記第一基準温度より高くない場合、風冷手段を第１のモードより冷却能力が低い第２のモードで動作させる。前記冷却装置は、前記熱交換器と、前記風冷手段とを収納し、空気口が設けられる筐体と、前記筐体に設けられ、前記空気口を開放あるいは閉じるシャッタ部材と、前記第１温度センサで測定された温度が前記第一基準温度よりも低く定めた第二基準温度より高い場合、前記空気口を開放するように前記シャッタ部材を駆動し、前記第１温度センサで測定された温度が前記第二基準温度より高くない場合、前記空気口を閉じるように前記シャッタ部材を駆動する駆動手段と、をさらに具備する。
【国際調査報告】
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