(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体を循環し液相と気相との相変化により冷却する冷却装置であって、発熱体からの熱を前記発熱体に接触させた受熱板から前記作動流体に伝える受熱部と、前記作動流体の熱を放出する放熱部と、前記受熱部の少なくとも一つの排出口と前記放熱部とを連通する前記排出口の数に対応した少なくとも一つの放熱経路と、前記放熱部と前記受熱部の流入口とを連通する帰還経路とで構成し、前記帰還経路には逆流防止弁を備え、前記逆流防止弁の上流の圧力が前記逆流防止弁の下流の圧力より高くなった時に前記作動流体は前記逆流防止弁を通過し、前記作動流体は前記受熱板上に液滴となって滴下され、滴下された前記作動流体は前記流入口と前記受熱板との隙間から外周部へ拡散され、前記受熱板の表面に前記作動流体が薄い膜として広がり気化するとともに、前記放熱経路全体の前記作動流体循環方向に対する垂直断面積は、前記帰還経路の前記作動流体循環方向に対する垂直断面積よりも大きくしたことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
複数個の前記排出口設け、前記排出口の数に対応した複数個の前記放熱経路を設けたことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
複数個の前記放熱経路の前記作動流体循環方向に対する垂直断面積はすべて同じ面積としたことを特徴とする請求項１または２に記載の冷却装置。
【請求項４】
複数個の前記放熱経路の全長はすべて同じ長さとしたことを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の冷却装置。
【請求項５】
前記流入口と複数個の前記排出口との距離はすべて同じ距離としたことを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の冷却装置。
【請求項６】
単一個の前記排出口設け、単一個の前記放熱経路を設けたことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項７】
請求項１から６いずれか一つに記載の冷却装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項８】
請求項１から７いずれか一つに記載の冷却装置を備えたことを特徴とする電気自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置およびこれを搭載した電子機器、および電気自動車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来この種の冷却装置は、電子機器および電気自動車の電力変換回路に搭載されたものが知られている。電気自動車では、駆動動力源となる電動モータを電力変換回路であるインバータ回路でスイッチング駆動していた。インバータ回路には、パワートランジスタを代表とする半導体スイッチング素子が複数個使われていて、それぞれの素子に数十アンペアの大電流が流れていた。そのため、大きな熱が発生し、冷却することが必要であった。
【０００３】
そこで、従来は、例えば特許文献１のように、加熱部１０１と冷却器１０２と上昇管１０３と下降管１０４とで構成するループ型ヒートパイプにより半導体スイッチング素子などの発熱体の冷却を行っていた。
【０００４】
以下、特許文献１に示すループ型ヒートパイプについて、図９を参照しながら説明する。
【０００５】
図９に示すようにループ型ヒートパイプは上昇管１０３と下降管１０４とを別個に含むループ回路１０５と、ループ回路１０５に真空化において封入された作動流体である熱媒体１０６と、ループ回路１０５の一部を構成しかつループ回路１０５の上方に位置する冷却器１０２と、上昇管１０３の下部に位置する加熱部１０１と、ループ回路１０５内の下部に介装しループ回路１０５内の熱媒体１０６の循環方向を限定する逆止弁１０７とを備えている。
【０００６】
ここで、加熱部１０１に接触させた半導体スイッチング素子に熱が発生すると、発生した熱は加熱部１０１へ伝わり、加熱部１０１を循環する熱媒体１０６に熱が加えられ気化する。逆止弁１０７によりその循環方向が制限され、気化した熱媒体１０６は上昇管１０３を上昇し冷却器１０２に導かれて冷却され、ここで、加熱部１０１で加えられた熱を放出する。冷却器１０２で熱を放出した熱媒体１０６は下降管１０４を下降し、逆止弁１０７を介して再び加熱部１０１へと循環する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６１−０３８３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような従来の冷却装置においては、半導体スイッチング素子に発生する熱が大きくなると、作動流体である熱媒体１０６の気化量が多くなり、加熱部１０１の圧力が上昇するとともに逆止弁１０７の下流の圧力も上昇する。そして、逆止弁１０７の下流の圧力が、逆止弁１０７の上流の圧力より大きくなると、下降管１０４内の熱媒体１０６は逆止弁１０７を通過できなくなる。結果として、冷却に必要な熱媒体１０６を加熱部１０１に供給することができず、冷却能力が低下するという課題を有していた。
【０００９】
そこで本発明は、上記の従来の課題を解決するものであり、半導体スイッチング素子に発生する熱が大きくなり、逆止弁の下流の圧力が高くなった場合でも、冷却に必要な作動流体を受熱部に供給することができ、冷却能力の低下を抑制した冷却装置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】
【００１０】
そして、この目的を達成するために、本発明の冷却装置は、作動流体を循環し液相と気相との相変化により冷却する冷却装置であって、発熱体からの熱を前記発熱体に接触させた受熱板から前記作動流体に伝える受熱部と、前記作動流体の熱を放出する放熱部と、前記受熱部の少なくとも一つの排出口と前記放熱部とを連通する前記排出口の数に対応した少なくとも一つの放熱経路と、前記放熱部と前記受熱部の流入口とを連通する帰還経路とで構成し、前記帰還経路には逆流防止弁を備え、前記逆流防止弁の上流の圧力が前記逆流防止弁の下流の圧力より高くなった時に前記作動流体は前記逆流防止弁を通過し、前記作動流体は前記受熱板上に液滴となって滴下され、滴下された前記作動流体は前記流入口と前記受熱板との隙間から外周部へ拡散され、前記受熱板の表面に前記作動流体が薄い膜として広がり気化するとともに、前記放熱経路全体の前記作動流体循環方向に対する垂直断面積は、前記帰還経路の前記作動流体循環方向に対する垂直断面積よりも大きくしたことを特徴とするものであり、これにより所期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の冷却装置によれば、作動流体を循環し液相と気相との相変化により冷却する冷却装置であって、発熱体からの熱を前記発熱体に接触させた受熱板から前記作動流体に伝える受熱部と、前記作動流体の熱を放出する放熱部と、前記受熱部の少なくとも一つの排出口と前記放熱部とを連通する前記排出口の数に対応した少なくとも一つの放熱経路と、前記放熱部と前記受熱部の流入口とを連通する帰還経路とで構成し、前記帰還経路には逆流防止弁を備え、前記逆流防止弁の上流の圧力が前記逆流防止弁の下流の圧力より高くなった時に前記作動流体は前記逆流防止弁を通過し、前記作動流体は前記受熱板上に液滴となって滴下され、滴下された前記作動流体は前記流入口と前記受熱板との隙間から外周部へ拡散され、前記受熱板の表面に前記作動流体が薄い膜として広がり気化するとともに、前記放熱経路全体の前記作動流体循環方向に対する垂直断面積は、前記帰還経路の前記作動流体循環方向に対する垂直断面積よりも大きくした構成を有する。
【００１２】
これにより、作動流体が高温の受熱板の熱を加えられ一瞬にして気化することとなり、発熱体からの熱は作動流体に気化潜熱および顕熱として除去され効率的な冷却が可能となる。また、放熱経路全体の作動流体循環方向に対する垂直断面積と、帰還経路の作動流体循環方向に対する垂直断面積とが同一の場合と比較して、放熱経路での作動流体の循環抵抗値を低減させることができ、受熱部とともに逆流防止弁の下流との圧力上昇を抑制することができる。さらに、帰還経路の内容積を小さくすることができるため、帰還経路内の作動流体の水頭圧を高くすることができ、逆流防止弁の上流の圧力を高くすることができる。
【００１３】
詳述する。ある量の作動流体が帰還経路を循環している場合を考えると、帰還経路の作動流体循環方向に対する垂直断面積を小さくすると、その小さくした分だけ反比例的に水頭高さを高くすることができる。このように、水頭高さを高くすることで作動流体の水頭圧を高くすることができるため、逆流防止弁の上流の圧力を高くすることができることとなる。
【００１４】
結果として、発熱体に発生した熱が大きくなった場合でも、逆流防止弁から作動流体を通過させ、受熱部へ供給することができるため、冷却能力の低下を抑制することができるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態の電気自動車の概略図
【図２】２個の排出口と２個の放熱経路とを設け、放熱経路全体の作動流体循環方向に対する垂直断面積が、帰還経路の作動流体循環方向に対する垂直断面積よりも大きい冷却装置を示す概略図
【図３】単一個の排出口と単一個の放熱経路とを設け、放熱経路の作動流体循環方向に対する垂直断面積と、帰還経路の作動流体循環方向に対する垂直断面積とが同一である冷却装置を示す概略図
【図４】２個の排出口と２個の放熱経路とを設けた受熱部を示す概略図
【図５】２個の放熱経路が合流した後に放熱部に連通する構成とした冷却装置を示す概略図
【図６】３個の排出口と３個の放熱経路とを設けた受熱部を示す概略図
【図７】流入口を受熱部の中心に配置しない受熱部を示す概略図
【図８】単一個の排出口と単一個の放熱経路とを設け、放熱経路の作動流体循環方向に対する垂直断面積が、帰還経路の作動流体循環方向に対する垂直断面積よりも大きい冷却装置を示す概略図
【図９】従来の冷却装置を示す概略図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の請求項１記載の冷却装置は、作動流体を循環し液相と気相との相変化により冷却する冷却装置であって、発熱体からの熱を前記発熱体に接触させた受熱板から前記作動流体に伝える受熱部と、前記作動流体の熱を放出する放熱部と、前記受熱部の少なくとも一つの排出口と前記放熱部とを連通する前記排出口の数に対応した少なくとも一つの放熱経路と、前記放熱部と前記受熱部の流入口とを連通する帰還経路とで構成し、前記帰還経路には逆流防止弁を備え、前記逆流防止弁の上流の圧力が前記逆流防止弁の下流の圧力より高くなった時に前記作動流体は前記逆流防止弁を通過し、前記作動流体は前記受熱板上に液滴となって滴下され、滴下された前記作動流体は前記流入口と前記受熱板との隙間から外周部へ拡散され、前記受熱板の表面に前記作動流体が薄い膜として広がり気化するとともに、前記放熱経路全体の前記作動流体循環方向に対する垂直断面積は、前記帰還経路の前記作動流体循環方向に対する垂直断面積よりも大きくした構成を有する。
【００１７】
これにより、作動流体が高温の受熱板の熱を加えられ一瞬にして気化することとなり、発熱体からの熱は作動流体に気化潜熱および顕熱として除去され効率的な冷却が可能となる。また、放熱経路全体の作動流体循環方向に対する垂直断面積と、帰還経路の作動流体循環方向に対する垂直断面積とが同一の場合と比較して、放熱経路での作動流体の循環抵抗値を低減させることができ、受熱部とともに逆流防止弁の下流の圧力上昇を抑制することができる。さらに、帰還経路の内容積を小さくすることができるため、帰還経路内の作動流体の水頭圧力を高くすることができ、逆流防止弁の上流の圧力を高くすることができる。
【００１８】
詳述する。ある量の作動流体が帰還経路を循環している場合を考えると、帰還経路の作動流体循環方向に対する垂直断面積を小さくすると、その小さくした分だけ反比例的に水頭高さを高くすることができる。このように、水頭高さを高くすることで作動流体の水頭圧力を高くすることができるため、逆流防止弁の上流の圧力を高くすることができることとなる。
【００１９】
結果として、発熱体に発生した熱が大きくなった場合でも、逆流防止弁から作動流体を通過させ、受熱部へ供給することができるため、冷却能力の低下を抑制することができるという効果を得ることができる。
【００２０】
また、請求項２記載の冷却装置は、複数個の前記排出口設け、前記排出口の数に対応した複数個の前記放熱経路を設けた構成にしてもよい。
【００２１】
これにより、単一個の排出口と単一個の放熱経路とを設けた時と比較して、放熱経路での作動流体の循環抵抗値を低減させることができるため、受熱部とともに逆流防止弁の下流の圧力上昇を抑制することができる。
【００２２】
その結果、発熱体に発生した熱が大きくなった場合でも、逆流防止弁から作動流体を通過させ、受熱部へ供給することができるため、冷却能力の低下を抑制することができるという効果を得ることができる。
【００２３】
また、請求項３記載の冷却装置は、複数個の前記放熱経路の前記作動流体循環方向に対する垂直断面積はすべて同じ面積とした構成にしてもよい。
【００２４】
これにより、複数個の放熱経路での作動流体の循環抵抗値をほぼ同じ値にすることができるため、複数個の放熱経路における作動流体の循環量をほぼ同じ量にすることができる。すなわち、受熱部から複数個の排出口へと排出される作動流体の循環量もほぼ同じ量にすることができ、受熱部での作動流体の循環状態の偏りを抑制することができる。このように、作動流体を効率よく循環させることで、受熱部と放熱経路とでの作動流体の循環抵抗値を低減させることができるため、受熱部とともに逆流防止弁の下流の圧力上昇を抑制することができる。
【００２５】
その結果、発熱体に発生した熱が大きくなった場合でも、逆流防止弁から作動流体を通過させ、受熱部へ供給することができるため、冷却能力の低下を抑制することができるという効果を得ることができる。
【００２６】
また、請求項４記載の冷却装置は、複数個の前記放熱経路の全長はすべて同じ長さとした構成にしてもよい。
【００２７】
これにより、複数個の放熱経路での作動流体の循環抵抗値をほぼ同じ値にすることができるため、複数個の放熱経路における作動流体の循環量をほぼ同じ量にすることができる。すなわち、受熱部から複数個の排出口へと排出される作動流体の循環量もほぼ同じ量にすることができ、受熱部での作動流体の循環状態の偏りを抑制することができる。このように、作動流体を効率よく循環させることで、受熱部と放熱経路とでの作動流体の循環抵抗値を低減させることができるため、受熱部とともに逆流防止弁の下流の圧力上昇を抑制することができる。
【００２８】
その結果、発熱体に発生した熱が大きくなった場合でも、逆流防止弁から作動流体を通過させ、受熱部へ供給することができるため、冷却能力の低下を抑制することができるという効果を得ることができる。
【００２９】
また、請求項５記載の冷却装置は、前記流入口と複数個の前記排出口との距離はすべて同じ距離とした構成にしてもよい。
【００３０】
これにより、受熱部内部において流入口から複数個の排出口までの作動流体の循環抵抗値をほぼ同じ値にすることができるため、受熱部から複数個の排出口へと排出される作動流体の循環量もほぼ同じ量にすることができ、受熱部での作動流体の循環状態の偏りを抑制することができる。このように、作動流体を効率よく循環させることで、受熱部と放熱経路とでの作動流体の循環抵抗値を低減させることができるため、受熱部とともに逆流防止弁の下流の圧力上昇を抑制することができる。
【００３１】
その結果、発熱体に発生した熱が大きくなった場合でも、逆流防止弁から作動流体を通過させ、受熱部へ供給することができるため、冷却能力の低下を抑制することができるという効果を得ることができる。
【００３２】
また、請求項６記載の冷却装置は、単一個の前記排出口設け、単一個の前記放熱経路を設けた構成にしてもよい。
【００３３】
これにより、放熱経路の作動流体循環方向に対する垂直断面積と、帰還経路の作動流体循環方向に対する垂直断面積とが同一の場合と比較して、放熱経路での作動流体の循環抵抗値を低減させることができ、受熱部とともに逆流防止弁の下流の圧力上昇を抑制することができる。さらに、帰還経路の内容積を小さくすることができるため、帰還経路内の作動流体の水頭圧を高くすることができ、逆流防止弁の上流の圧力を高くすることができる。
【００３４】
結果として、発熱体に発生した熱が大きくなった場合でも、逆流防止弁から作動流体を通過させ、受熱部へ供給することができるため、冷却能力の低下を抑制することができるという効果を得ることができる。
【００３５】
また、請求項７記載の冷却装置は、請求項１から６いずれか一つに記載の冷却装置を備えた構成とした電子機器にしてもよい。
【００３６】
これにより、電子機器は、発熱体に発生した熱が大きくなった場合でも、逆流防止弁から作動流体を通過させ、受熱部に作動流体を供給することができ、冷却能力の低下を抑制する効果を有した冷却装置を備えた構成となる。
【００３７】
その結果、電子機器に発生した熱が大きくなった場合でも、逆流防止弁から作動流体を通過させ、受熱部に作動流体を供給することができるため、冷却能力の低下を抑制することができるという効果を得ることができる。
【００３８】
また、請求項８記載の冷却装置は、請求項１から６いずれか一つに記載の冷却装置を備えた構成とした電気自動車にしてもよい。
【００３９】
これにより、電気自動車は、発熱体に発生した熱が大きくなった場合でも、逆流防止弁から作動流体を通過させ、受熱部に作動流体を供給することができ、冷却能力の低下を抑制する効果を有した冷却装置を備えた構成となる。
【００４０】
その結果、電気自動車に発生した熱が大きくなった場合でも、逆流防止弁から作動流体を通過させ、受熱部に作動流体を供給することができるため、冷却能力の低下を抑制することができるという効果を得ることができる。
【００４１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００４２】
（実施の形態１）
図１に示すように、電気自動車１の車軸（図示せず）を駆動する電動モータ（図示せず）は、電気自動車１内に配置した電力変換装置であるインバータ回路２に接続されている。
【００４３】
インバータ回路２は、電動モータに電力を供給するもので、複数個の半導体スイッチング素子（図２の９）を備えおり、この半導体スイッチング素子（図２の９）が動作中に熱を発生する。
【００４４】
このため、この半導体スイッチング素子（図２の９）を冷却するために、熱媒体となる作動流体（図２の１１）を循環させることで冷却を行う冷却装置３を備えている。
【００４５】
ここで、この作動流体（図２の１１）には、例えば水やエタノール等を使用している。
【００４６】
冷却装置３は、作動流体（図２の１１）に熱を加える受熱部４と、加えた熱を放出する放熱部５とを備え、受熱部４と放熱部５との間で熱媒体となる作動流体（図２の１１）を循環させる少なくとも一つの放熱経路６と、帰還経路７とを設けることで、受熱部４、放熱経路６、放熱部５、帰還経路７、受熱部４となる循環経路を構成している。
【００４７】
さらに、帰還経路７に逆流防止弁（図２の１６）を備えることで、この帰還経路７においては、作動流体（図２の１１）が、気相状態（水の場合水蒸気）や液相状態及びその混相状態で、受熱部４、放熱経路６、放熱部５、帰還経路７、受熱部４と一方向に、循環するようになっている。
【００４８】
ここで、放熱部５は送風機８から外気が送風されることで、冷却され熱を放出している。
【００４９】
なお、この放熱部５の表面から放出された熱は、電気自動車１の車内の暖房に活用することも出来る。
【００５０】
これより、図２を用いて、本発明の冷却装置３について詳述する。
【００５１】
図２に示すように受熱部４は、半導体スイッチング素子９に接触させて熱を吸収する受熱板１０と、この受熱板１０の表面を覆い、流れ込んだ作動流体１１を蒸発させる受熱空間１２を形成する受熱板カバー１３とを備えている。
【００５２】
さらに、受熱板カバー１３には、受熱空間１２に帰還経路７から作動流体１１を流入させる流入口１４と、受熱空間１２から放熱経路６へ作動流体１１を排出する少なくとも一つの排出口１５が設けられている。
【００５３】
また、帰還経路７には、流入口１４近傍上部に逆流防止弁１６を備えている。
【００５４】
このような構成による冷却装置３の作用について説明する。
【００５５】
上記構成において、インバータ回路（図１の２）の半導体スイッチング素子９が動作を開始すると電動モータに電力が供給されて、電気自動車（図１の１）は、動きだすこととなる。
【００５６】
このとき、半導体スイッチング素子９には大電流が流れることにより、大きな熱が発生する。
【００５７】
ここで、半導体スイッチング素子９で発生した熱は受熱板１０へ伝わる。受熱板１０へ伝わった熱は、受熱空間１２の受熱板１０上に供給された作動流体１１を瞬時に気化させ、作動流体１１の全て、または一部を気相状態へと変化させる。気化潜熱および顕熱を与えられた気相状態、または気相と液相との混相状態の作動流体１１は、少なくとも一つの排出口１５から少なくとも一つの放熱経路６へと循環し、放熱部５で冷却され凝縮し、作動流体１１の全て、または一部が液相状態になることで熱を外気に放出する。
【００５８】
続いて、凝縮潜熱および顕熱を放出した作動流体１１は帰還経路７へと循環し、逆流防止弁１６の上に溜まることとなる。作動流体１１は、徐々に帰還経路７で増加し、水頭圧力が高くなる。（水頭高さが高くなる。）一方、受熱空間１２では作動流体１１が供給されないため、徐々に作動流体１１が減少し、受熱空間１２の圧力が低下する。
【００５９】
逆流防止弁１６の上流の圧力（逆流防止弁１６の上流近傍の圧力と、帰還経路７内の作動流体１１の持つ水頭圧力との和）が逆流防止弁１６の下流の圧力（逆流防止弁１６の下流近傍の圧力）より高くなった時に、作動流体１１は逆流防止弁１６を通過し、再び受熱空間１２の受熱板１０上に作動流体１１が供給される。
【００６０】
このようにして作動流体１１が冷却装置３を循環することで、半導体スイッチング素子９の冷却を行なうことになる。
【００６１】
ここで、受熱空間１２の冷却のメカニズムについて図２を用いて説明を加える。
【００６２】
受熱空間１２においては、逆流防止弁１６を通過した作動流体１１は、流入口１４から受熱板１０上に液滴となって滴下される。滴下された作動流体１１は、受熱板１０の熱が加えられることで一部が気化する。そして、作動流体１１は気化による体積膨張により、流入口１４と受熱板１０との隙間から外周部へ高速拡散される。このとき、受熱板１０の表面に、作動流体１１が薄い膜として広がり、高温の受熱板１０の熱を加えられ一瞬にして気化することとなる。
【００６３】
なお、受熱空間１２を含む冷却装置３内部の気圧は、使用する作動流体１１によって異なるが、例えば作動流体１１として水を使用した場合、大気圧よりも低く設定することで、大気圧中の水の沸騰に比べて低い温度で気化させることができる。本実施の形態では、ほぼ真空に減圧した冷却装置３内に所望の水を封入し、外気温度に応じた飽和水蒸気状態にしておくことで、外気温度＋数１０度程度の気化温度で容易に水を気化させることができる。
【００６４】
これにより、半導体スイッチング素子９からの熱は作動流体１１に気化潜熱および顕熱として除去され、効率的な冷却が可能となる。
【００６５】
また、作動流体１１が気化するときに受熱空間１２の圧力は増加するが、逆流防止弁１６の作用により、作動流体１１は逆流して帰還経路７側へ戻ることはなく、確実に排出口１５から放熱経路６へ放出させることができる。
【００６６】
このように冷却装置３を動作させることで、規則的な受熱と放熱のサイクルができ、連続して作動流体１１を受熱空間１２で気化させて半導体スイッチング素子９からの熱を効率的に除去し、大きな冷却効果を実現することができる。
【００６７】
次に、本実施形態における最も特徴的な部分について説明する。
【００６８】
図２に２個の排出口１５と２個の放熱経路６とを設け、放熱経路６全体の作動流体１１循環方向に対する垂直断面積が、帰還経路７の作動流体１１循環方向に対する垂直断面積よりも大きい冷却装置３を、図３に単一個の排出口１５と単一個の放熱経路６とを設け、放熱経路６の作動流体１１循環方向に対する垂直断面積と、帰還経路７の作動流体１１循環方向に対する垂直断面積とが同一である冷却装置３を示す。
【００６９】
まず、図３を用いて、単一個の排出口１５と単一個の放熱経路６とを設けた冷却装置３で半導体スイッチング素子９を冷却する場合について説明する。
【００７０】
前述したように、作動流体１１が逆流防止弁１６を通過し、受熱部４へ供給され、半導体スイッチング素子９から発生した熱を除去することにより冷却を行う。
【００７１】
この時、半導体スイッチング素子９に発生した熱の量が大きくなると、作動流体１１の気化量が多くなり、受熱部４の圧力が上昇するとともに逆流防止弁１６の下流の圧力も上昇する。そして、逆流防止弁１６の下流の圧力が、逆流防止弁１６の上流の圧力より高くなると、帰還経路７内の作動流体１１は逆流防止弁１６を通過できなくなる。結果として、冷却に必要な量の作動流体１１を受熱部４に供給することができず、冷却能力が低下し、半導体スイッチング素子９から発生した熱を除去しきれなくなり、最悪の場合、半導体スイッチング素子９が破壊することになる。
【００７２】
続いて、図２を用いて、２個の排出口１５と２個の放熱経路６とを設けた冷却装置３で半導体スイッチング素子９を冷却する場合について説明する。
【００７３】
図２に示すように、２個の排出口１５と２個の放熱経路６とを設けることで、図３のような単一個の排出口１５と単一個の放熱経路６とを設けた場合と比較して、放熱経路６全体の作動流体１１循環方向に対する垂直断面積を、帰還経路７の作動流体１１循環方向に対する垂直断面積よりも大きい構成としている。そのため、放熱経路６での作動流体１１の循環抵抗値を低減させることができ、受熱部４とともに逆流防止弁１６の下流の圧力上昇を抑制することができる。
【００７４】
さらに、帰還経路７の作動流体１１循環方向に対する垂直断面積を、放熱経路６全体の作動流体１１循環方向に対する垂直断面積より小さい構成としている。そのため、帰還経路７の内容積を小さくすることができるため、帰還経路７内の作動流体１１の水頭圧力を高くすることができ、逆流防止弁１６の上流の圧力を高くすることができる。
【００７５】
詳述する。ある量の作動流体１１が帰還経路７を循環している場合を考えると、帰還経路７の作動流体１１循環方向に対する垂直断面積を小さくすると、その小さくした分だけ反比例的に水頭高さを高くすることができる。このように、水頭高さを高くすることで作動流体１１の水頭圧力を高くすることができるため、逆流防止弁１６の上流の圧力を高くすることができることとなる。
【００７６】
結果として、逆流防止弁１６の下流の圧力が、逆流防止弁１６の上流の圧力より高くなることを抑制することで、半導体スイッチング素子９に発生した熱が大きくなった場合でも、逆流防止弁１６から作動流体１１を通過させ、受熱部４へ供給することができるため、冷却能力の低下を抑制することができるという効果を得ることができる。
【００７７】
また、図２に示すように、２個の放熱経路６の作動流体１１循環方向に対する垂直断面積はすべて同じ面積とした構成としている。
【００７８】
このような構成にすることで、２個の放熱経路６において作動流体１１の循環抵抗値をほぼ同じ値にすることができるため、２個の放熱経路６を循環する作動流体１１の量をほぼ同じ量にすることができる。すなわち、受熱部４から２個の排出口１５へと排出される作動流体１１の量もほぼ同じ量にすることができることとなる。そのため、受熱部４での作動流体１１の循環状態の偏りを抑制することができ、作動流体１１を効率よく循環させることができる。このように、作動流体１１を効率よく循環させることで、受熱部４と放熱経路６とでの作動流体１１の循環抵抗値を低減させることができるため、受熱部４とともに逆流防止弁１６の下流の圧力上昇を抑制することができる。
【００７９】
結果として、逆流防止弁１６の下流の圧力が、逆流防止弁１６の上流の圧力より高くなることを抑制することで、半導体スイッチング素子９に発生した熱が大きくなった場合でも、逆流防止弁１６から作動流体１１を通過させ、受熱部４へ供給することができるため、冷却能力の低下を抑制することができるという効果を得ることができる。
【００８０】
また、図２で示すように、２個の放熱経路６の全長はすべて同じ長さとした構成としている。
【００８１】
このような構成にすることで、上述した作動流体１１の循環方向に対する２個の放熱経路６の垂直断面積はすべて同じ面積とした構成と同じように、２個の放熱経路６において作動流体１１の循環抵抗値をほぼ同じ値にすることができる。詳細な説明は省略する。
【００８２】
ここで、図４には２個の排出口１５と２個の放熱経路６とを設けた受熱部４を示す。
【００８３】
図４に示すように、本発明の冷却装置３においては、流入口１４と２個の排出口１５との距離はすべて同じ距離とした構成としている。
【００８４】
このような構成にすることで、受熱部４内部において流入口１４から２個の排出口１５までの作動流体１１の循環抵抗値をほぼ同じ値にすることができるため、受熱部４から２個の排出口１５へと排出される作動流体１１の量をほぼ同じ量にすることができる。そのため、受熱部４での作動流体１１の循環状態の偏りを抑制することができ、作動流体１１を効率よく循環させることができる。このように、作動流体１１を効率よく循環させることで、受熱部４と放熱経路６とでの作動流体１１の循環抵抗値を低減させることができるため、受熱部４とともに逆流防止弁１６の下流の圧力上昇を抑制することができる。
【００８５】
結果として、逆流防止弁１６の下流の圧力が、逆流防止弁１６の上流の圧力より高くなることを抑制することで、半導体スイッチング素子９に発生した熱が大きくなった場合でも、逆流防止弁１６から作動流体１１を通過させ、受熱部４へ供給することができるため、冷却能力の低下を抑制することができるという効果を得ることができる。
【００８６】
ここで、図５に２個の放熱経路６が合流した後に放熱部５に連通する構成とした冷却装置３を示す。図２では、２個の放熱経路６はそれぞれ放熱部５に連通する構成としているが、図５のように２個の放熱経路６が合流した後に放熱部５に連通する構成としても良く、作用効果に差異を生じない。
【００８７】
また、図６には３個の排出口１５と３個の放熱経路６とを設けた受熱部４を示す。本実施形態においては、排出口１５と放熱経路６とは２個の場合の説明をしているが、３個、４個、５個、・・・Ｎ個と複数個にした場合は、排出口１５と放熱経路６との増加に伴い、循環抵抗値の値をさらに減少させることができることとなり、受熱部４とともに逆流防止弁１６の下流の圧力上昇をさらに抑制することができる。
【００８８】
なお、図６のように、排出口１５を３個配置した場合においても、流入口１４と３個の排出口１５との距離はすべて同じ距離とした構成としている。同様に４個、５個、・・・Ｎ個と複数個配置した場合においても、流入口１４と複数個の排出口１５との距離はすべて同じ距離とした構成となる。
【００８９】
なお、図７のように、流入口１４を受熱部４の中心に配置しない場合においても、流入口１４と複数個の排出口１５との距離はすべて同じ距離とした構成とすることで、作用効果に差異を生じない。
【００９０】
続いて、図８には単一個の排出口１５と単一個の放熱経路６とを設け、放熱経路６の作動流体１１循環方向に対する垂直断面積が、帰還経路７の作動流体１１循環方向に対する垂直断面積よりも大きい冷却装置を示す。
【００９１】
図８のように、単一個の排出口１５と単一個の放熱経路６とを設けた場合においても、放熱経路６の作動流体１１循環方向に対する垂直断面積を、帰還経路７の作動流体１１循環方向に対する垂直断面積よりも大きい構成にすることで、複数個の排出口１５と複数個の放熱経路６とを設けた場合と同様に、放熱経路６での作動流体１１の循環抵抗値を低減させることができ、受熱部４とともに逆流防止弁１６の下流の圧力上昇を抑制することができる。
【００９２】
さらに、帰還経路７の作動流体１１循環方向に対する垂直断面積を、放熱経路６の作動流体１１循環方向に対する垂直断面積より小さい構成としている。そのため、帰還経路７の内容積を小さくすることができるため、帰還経路７内の作動流体１１の水頭圧力を高くすることができ、逆流防止弁１６の上流の圧力を高くすることができる。
【００９３】
結果として、逆流防止弁１６の下流の圧力が、逆流防止弁１６の上流の圧力より高くなることを抑制することで、半導体スイッチング素子９に発生した熱が大きくなった場合でも、逆流防止弁１６から作動流体１１を通過させ、受熱部４へ供給することができるため、冷却能力の低下を抑制することができるという効果を得ることができる。
【００９４】
また、図８のように排出口１５と放熱経路６とを単一個にすることで、排出口１５と放熱経路６とが複数個の場合と比較して、放熱経路６の配管の自由度の向上、原材料の量の削減、受熱部４と放熱経路６との接合加工時間の短縮等の効果を得ることができる。
【００９５】
なお、上記実施形態においては、冷却装置３を電気自動車１に適用したものを説明したが、電子機器に冷却装置３を適用することも出来る。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明にかかる冷却装置は半導体スイッチング素子に発生する熱が大きくなり、逆止弁下流の圧力が高くなった場合でも、冷却に必要な作動流体を受熱部に供給することができるため、電子機器および電気自動車のインバータ回路内の半導体スイッチング素子などの冷却に有用である。
【符号の説明】
【００９７】
１    電気自動車
２    インバータ回路
３    冷却装置
４    受熱部
５    放熱部
６    放熱経路
７    帰還経路
８    送風機
９    半導体スイッチング素子
１０  受熱板
１１  作動流体
１２  受熱空間
１３  受熱板カバー
１４  流入口
１５  排出口
１６  逆流防止弁
【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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