(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒（２）が循環する冷媒循環経路（１）と、
半導体モジュール（５）を設置可能に前記冷媒循環経路（１）に設けられ、前記冷媒（２）と前記半導体モジュール（５）との間で熱交換する熱交換器と、
前記冷媒循環経路（１）に設けられ、前記冷媒（２）中にマイクロバブルを生成するマイクロバブル発生機（６）と、
前記マイクロバブル発生機（６）を制御するコントローラ（７）と、
前記冷媒循環経路（１）を循環する前記冷媒（２）の冷媒温度、冷媒流量、冷媒流速または冷媒圧力を測定する冷媒センサと、を備え、
前記コントローラ（７）は、前記冷媒センサによって測定される測定結果に基づいて、前記マイクロバブル発生機（６）を制御し、前記マイクロバブルの生成量を調節する半導体冷却装置（１００，２００，３００）。
【請求項２】
前記冷媒センサは、前記熱交換器に内蔵される請求項１に記載の半導体冷却装置（５００）。
【請求項３】
前記熱交換器に設置可能な前記半導体モジュール（５）のモジュール温度を測定するモジュール温度センサ（９）をさらに備え、
前記冷媒センサは、前記冷媒温度を測定する冷媒温度センサ（８）を含み、
前記コントローラ（７）は、前記冷媒温度センサ（８）によって測定される前記冷媒温度と前記モジュール温度センサ（９）によって測定される前記モジュール温度とに基づいて、前記マイクロバブル発生機（６）を制御する請求項１または請求項２に記載の半導体冷却装置（１００）。
【請求項４】
前記コントローラ（７）は、前記熱交換器に設置可能な前記半導体モジュール（５）のモジュール温度に関連する信号を入力する入力端子をさらに含み、
前記冷媒センサは、前記冷媒温度を測定する冷媒温度センサ（８）を含み、
前記コントローラ（７）は、前記冷媒温度センサ（８）によって測定される前記冷媒温度と前記入力端子より入力される前記信号とに基づいて、前記マイクロバブル発生機（６）を制御する請求項１または請求項２に記載の半導体冷却装置（１００）。
【請求項５】
前記冷媒センサは、前記冷媒温度を測定する冷媒温度センサ（８）と、前記冷媒流量を測定する冷媒流量センサ（１０）とを含み、
前記コントローラ（７）は、前記冷媒温度センサ（８）によって測定される前記冷媒温度と前記冷媒流量センサ（１０）によって測定される前記冷媒流量とに基づいて、前記マイクロバブル発生機（６）を制御する請求項１または請求項２に記載の半導体冷却装置（２００）。
【請求項６】
前記冷媒センサは、前記冷媒温度を測定する冷媒温度センサ（８）と、前記冷媒流速を測定する冷媒流速センサ（１１）とを含み、
前記コントローラ（７）は、前記冷媒温度センサ（８）によって測定される前記冷媒温度と前記冷媒流速センサ（１１）によって測定される前記冷媒流速とに基づいて、前記マイクロバブル発生機（６）を制御する請求項１または請求項２に記載の半導体冷却装置（２００）。
【請求項７】
前記冷媒センサは、前記冷媒温度を測定する冷媒温度センサ（８）と、前記冷媒循環経路（１）内の複数の位置にてそれぞれ前記冷媒圧力を測定する冷媒圧力センサ（１２ａ，１２ｂ）とを含み、
前記コントローラ（７）は、前記冷媒温度センサ（８）によって測定される前記冷媒温度と前記冷媒圧力センサ（１２ａ，１２ｂ）によってそれぞれ測定される前記冷媒圧力とに基づいて、前記マイクロバブル発生機（６）を制御する請求項１または請求項２に記載の半導体冷却装置（３００）。
【請求項８】
請求項３に記載の半導体冷却装置（１００）の構成、請求項４に記載の半導体冷却装置（１００）の構成、請求項５に記載の半導体冷却装置（２００）の構成、請求項６に記載の半導体冷却装置（２００）の構成、および、請求項７に記載の半導体冷却装置（３００）の構成のうち、いずれか２つの前記構成、いずれか３つの前記構成、いずれか４つの前記構成、または、すべての前記構成を含む半導体冷却装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の半導体冷却装置と、
前記熱交換器に設置される半導体モジュール（５）と、
前記半導体モジュール（５）に電力を供給するバッテリー（１５）と、
前記半導体モジュール（５）により制御される前記電力により駆動するモーター（１６）と、を備える電力制御システム（６００）。
【請求項１０】
請求項９に記載の電力制御システム（６００）と、
前記モーター（１６）により駆動される車輪（１７）と、を備える走行体（７００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体冷却装置、電力制御システムおよび走行体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体モジュールの信頼性向上のためには、半導体モジュールを効率的に冷却する必要がある。例えば、特許文献１に記載の電力変換装置は、半導体モジュールの冷却に水冷式の冷却方法を採用している。【０００３】
また、特許文献２には、マイクロバブルを含有する液体冷媒により被温調体の温度を調節する温調装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１６６６０４号公報
【特許文献２】特開２００９−４４１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
液体冷媒に混入されるマイクロバブルは、冷媒の圧力損失の低減を可能にする。しかし、マイクロバブルを含有する液体冷媒は、マイクロバブルの圧壊等により、経時的に冷媒中のマイクロバブルの濃度が減少し、圧力損失の低減効果および放熱改善効果が低下するという問題がある。一方で、マイクロバブルの濃度が過多となった場合、マイクロバブルの破裂または飛散により、冷媒流路内に気泡が発生し、放熱効果が低下する。マイクロバブル発生装置が、その冷媒流路内に供給するマイクロバブルの生成量を調整する機能を有さない場合、それら圧力損失の低減効果および放熱改善効果は回復し得ない。【０００６】
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、冷媒中のマイクロバブルの混合量を最適に保ち、半導体モジュールの冷却効果の低下を防止する半導体冷却装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る半導体冷却装置は、冷媒が循環する冷媒循環経路と、半導体モジュールを設置可能に冷媒循環経路に設けられ、冷媒と半導体モジュールとの間で熱交換する熱交換器と、冷媒循環経路に設けられ、冷媒中にマイクロバブルを生成するマイクロバブル発生機と、マイクロバブル発生機を制御するコントローラと、冷媒循環経路を循環する冷媒の冷媒温度、冷媒流量、冷媒流速または冷媒圧力を測定する冷媒センサとを備える。コントローラは、冷媒センサによって測定される測定結果に基づいて、マイクロバブル発生機を制御し、マイクロバブルの生成量を調節する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、冷媒中のマイクロバブルの混合量を最適に保ち、半導体モジュールの冷却効果の低下を防止する半導体冷却装置の提供が可能である。【０００９】
本発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】前提技術に係る半導体冷却装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】実施の形態１における半導体冷却装置の構成を模式的に示す図である。
【図３】実施の形態１におけるマイクロバブル混合量の調整方法を示すフローチャートである。
【図４】実施の形態１におけるマイクロバブル生成量とΔＴ３との関係を示す図である。
【図５】実施の形態２における半導体冷却装置の構成を模式的に示す図である。
【図６】実施の形態２におけるマイクロバブル混合量の調整方法を示すフローチャートである。
【図７】最適な冷媒状態における冷媒温度と冷媒流量との相関関係を示す図である。
【図８】実施の形態３における半導体冷却装置の構成を模式的に示す図である。
【図９】実施の形態３におけるマイクロバブル混合量の調整方法を示すフローチャートである。
【図１０】最適な冷媒状態における冷媒温度とΔＰ１との相関関係を示す図である。
【図１１】実施の形態５における半導体冷却装置の構成を模式的に示す図である。
【図１２】実施の形態６における電力制御システムおよび走行体の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係る半導体冷却装置の実施の形態を説明する前に、本発明の前提技術を説明する。
【００１２】
図１は、本発明の前提技術に係る半導体冷却装置９００の構成を模式的に示す図である。半導体冷却装置９００は、マイクロバブルを含む冷媒９２が循環する冷媒循環経路９１と、冷媒循環経路９１内に冷媒９２を循環させるサーキュレータ９３と、冷却フィン９４とで構成される。冷却フィン９４は、冷媒９２と冷却フィン９４に設置される半導体モジュール９５との間で熱交換する。マイクロバブルは、冷媒９２の流体摩擦を低減し、冷媒９２の圧力損失を低減する。半導体冷却装置９００は、冷媒２の流速を高めることを可能にするため、半導体モジュール５と冷媒２との間の熱抵抗Ｒｔｈ（ｊ＿ｗ）が低下し、その結果、放熱効果が向上する。
【００１３】
以下に記載する各実施の形態における半導体冷却装置は、上記の半導体冷却装置９００が有する効果に加え、冷媒中のマイクロバブルの混合量を最適に保ち、半導体モジュールに対する冷却効果の低下を防止する効果を有する。
【００１４】
＜実施の形態１＞
図２は、実施の形態１における半導体冷却装置１００の構成を模式的に示す図である。
【００１５】
半導体冷却装置１００は、冷媒２が循環する冷媒循環経路１と、サーキュレータ３と、冷媒２の物理状態を測定する冷媒センサつまり本実施の形態１においては冷媒温度センサ８と、熱交換器である冷却フィン４と、モジュール温度センサ９と、マイクロバブル発生機６と、コントローラ７とで構成される。
【００１６】
冷媒２はマイクロバブルを含み、例えば、不凍液（ＬＬＣ）と水との混合液にマイクロバブルが混合された冷媒である。
【００１７】
サーキュレータ３は冷媒循環経路１に設けられ、冷媒循環経路１内の冷媒２を循環させる。
【００１８】
冷媒温度センサ８は、冷媒循環経路１の冷却フィン４の入口または出口に設けられ、冷媒温度Ｔｗを測定する。実施の形態１においては、冷媒温度センサ８は冷却フィン４の入口に設けられる。
【００１９】
熱交換器である冷却フィン４は、冷媒循環経路１に設けられ、冷媒２と半導体モジュール５との間で熱交換する。例えば、冷却フィン４の一方面は冷媒循環経路１内の冷媒２に接して設けられ、他方面には半導体モジュール５が設置される。なお、冷却フィン４は熱交換器の一例であり、熱交換器は冷却フィン４に限られない。
【００２０】
半導体モジュール５は、例えば、パワー半導体モジュールであり、Ｓｉ、ＳｉＣまたはＧａＮを主要材料に含む半導体デバイスを含む。その半導体デバイスとは、例えば、ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴである。
【００２１】
モジュール温度センサ９は、冷却フィン４に設置される半導体モジュール５のモジュール温度Ｔｊを測定する。モジュール温度センサ９は、例えば、半導体モジュール５が設置される冷却フィン４の一方面に設けられる。モジュール温度センサ９が測定するモジュール温度Ｔｊは、好ましくは半導体デバイスの温度であり、さらに好ましくは半導体デバイスの接合部の温度である。
【００２２】
マイクロバブル発生機６は、冷媒２に混合するマイクロバブルを生成する。
【００２３】
コントローラ７は、図示は省略するが、各種演算処理および判定処理を行うプロセッサーと各種データを記憶するメモリとを含む。コントローラ７は、マイクロバブル発生機６を制御し、マイクロバブルの生成量を調節する。実施の形態１においては、コントローラ７は、冷媒温度センサ８によって測定される冷媒温度Ｔｗとモジュール温度センサ９によって測定されるモジュール温度Ｔｊとに基づいて、マイクロバブル発生機６の出力を制御する。
【００２４】
ここでは図示は省略するが、上述したモジュール温度センサ９に代えて、半導体モジュール５のモジュール温度Ｔｊに関連する信号を入力する入力端子がコントローラ７に設けられていてもよい。その入力端子は、例えば、半導体モジュール５に設けられたモジュール温度センサから出力される信号を入力する。その信号は、モジュール温度Ｔｊの値を含む信号であっても良いし、モジュール温度Ｔｊが所定の値に対して高いもしくは低いことを示す信号であっても良い。コントローラ７は、冷媒温度センサ８によって測定される冷媒温度Ｔｗと入力端子より入力される信号とに基づいて、マイクロバブル発生機６を制御する。
【００２５】
次に半導体冷却装置１００の動作およびマイクロバブル混合量の調整方法を説明する。図３は、実施の形態１におけるマイクロバブル混合量の調整方法を示すフローチャートである。
【００２６】
まず、ステップＳ１０にて、冷媒２に含まれるマイクロバブルの混合量が最適な状態が準備される。その最適な冷媒２の状態において、半導体モジュール５は任意の一定の通電状態に保たれる。
【００２７】
ステップＳ１１にて、コントローラ７は、冷媒温度センサ８により測定される冷媒温度Ｔｗ１と、モジュール温度センサ９により測定されるモジュール温度Ｔｊ１とを取得する。
【００２８】
ステップＳ１２にて、コントローラ７は、冷媒温度Ｔｗ１とモジュール温度Ｔｊ１との温度差であるΔＴ１＝Ｔｊ１−Ｔｗ１を算出し、基準データとしてメモリに記憶する。そのΔＴ１は、マイクロバブルの混合量が最適な状態における冷却効果の大きさを示す。
【００２９】
ステップＳ１３にて、ステップＳ１１から時間が経過し冷媒２の状態が最適か否か不明な状態、すなわち、マイクロバブルの混合量の状態が最適か否か不明な状態において、半導体モジュール５は、基準データを取得した一定の通電状態と同じ状態で駆動される。
【００３０】
ステップＳ１４にて、コントローラ７は、冷媒温度センサ８から冷媒温度Ｔｗ２と、モジュール温度センサ９からモジュール温度Ｔｊ２とを取得する。
【００３１】
ステップＳ１５にて、コントローラ７は、冷媒温度Ｔｗ２とモジュール温度Ｔｊ２との温度差であるΔＴ２＝Ｔｊ２−Ｔｗ２を算出する。
【００３２】
ステップＳ１６にて、コントローラ７は、冷媒２に含まれるマイクロバブルが最適な状態にて算出されたΔＴ１をメモリから読み出し、冷媒２が最適か否か不明な状態にて算出されたΔＴ２とそのΔＴ１とから、ΔＴ３＝ΔＴ１−ΔＴ２を算出する。マイクロバブルの混合量が最適な状態でない場合、ΔＴ１とΔＴ２との間には差が生じる。例えば、冷媒２の冷却効果が低下するほどΔＴ３は大きくなる。
【００３３】
ステップＳ１７にて、コントローラ７は、算出されたΔＴ３が所定の許容範囲内であるか否かを判定する。ΔＴ３が許容範囲内である場合、すなわちステップＳ１７にてＹＥＳの場合、本調整方法は終了する。ΔＴ３が許容範囲を上回った場合、すなわちステップＳ１７にてＮＯの場合、本調整方法はステップＳ１８に移行する。
【００３４】
ステップＳ１８にて、コントローラ７はマイクロバブル発生機６を駆動する。図４は、マイクロバブルを最適混合量にするためのマイクロバブル生成量、または、マイクロバブル発生機６の運転時間と、ΔＴ３との相関関係を示す図である。コントローラ７は、その相関関係より、ΔＴ３に応じてマイクロバブルの生成量を制御する。その結果、冷媒２に含まれるマイクロバブルの混合量は最適状態に回復する。ステップＳ１８にて、マイクロバブルの調整後、本調整方法は、終了しても良いし、図３に示すようにΔＴ３が許容範囲内に収束しているか確認するために、再度、ステップＳ１４に移行しても良い。
【００３５】
以上をまとめると、本実施の形態１における半導体冷却装置１００は、冷媒２が循環する冷媒循環経路１と、半導体モジュール５を設置可能に冷媒循環経路１に設けられ、冷媒２と半導体モジュール５との間で熱交換する熱交換器である冷却フィン４と、冷媒循環経路１に設けられ、冷媒２中にマイクロバブルを生成するマイクロバブル発生機６と、マイクロバブル発生機６を制御するコントローラ７と、冷媒循環経路１を循環する冷媒２の状態を測定する冷媒センサとを備える。本実施の形態１において、その冷媒センサは冷媒温度Ｔｗを測定する冷媒温度センサ８である。
【００３６】
また、半導体冷却装置１００は、熱交換器である冷却フィン４に設置可能な半導体モジュール５のモジュール温度Ｔｊを測定するモジュール温度センサ９をさらに備える。コントローラ７は、冷媒温度センサ８によって測定される冷媒２の冷媒温度Ｔｗとモジュール温度センサ９によって測定される半導体モジュール５のモジュール温度Ｔｊとに基づいて、マイクロバブル発生機６を制御する。
【００３７】
または、コントローラ７は、熱交換器に設置可能な半導体モジュール５のモジュール温度Ｔｊに関連する信号を入力する入力端子をさらに含む。コントローラ７は、冷媒温度センサ８によって測定される冷媒温度Ｔｗと入力端子より入力される信号とに基づいて、マイクロバブル発生機６を制御する。
【００３８】
以上のような構成により、半導体冷却装置１００は、冷媒２に含まれるマイクロバブルの混合量を最適状態に保つ。すなわち、半導体冷却装置１００は、冷媒２の圧力損失を低減し、冷媒２の流速を高めることを可能にする。その結果、半導体モジュール５と冷媒２との間の熱抵抗Ｒｔｈ（ｊ＿ｗ）が低下し、放熱効果が向上する。
【００３９】
＜実施の形態２＞
実施の形態２における半導体冷却装置を説明する。なお、実施の形態１と同様の構成および動作については説明を省略する。
【００４０】
図５は、実施の形態２における半導体冷却装置２００の構成を模式的に示す図である。半導体冷却装置２００には、冷媒循環経路１の任意の位置に、冷媒温度Ｔｗを検出する冷媒温度センサ８と、冷媒流量Ｌを測定する冷媒流量センサ１０または冷媒流速Ｖを測定する冷媒流速センサ１１とが設けられる。冷媒温度センサ８は、冷媒流量センサ１０または冷媒流速センサ１１の直近に配置されることが好ましい。そのような配置にて測定される冷媒温度Ｔｗと冷媒流量Ｌまたは冷媒流速Ｖとは、冷媒循環経路１内の位置に関係する冷媒２の物理状態のばらつきによる測定誤差を低減する。
【００４１】
コントローラ７は、冷媒温度Ｔｗと冷媒流量Ｌまたは冷媒流速Ｖとに基づいて、マイクロバブル発生機６の出力を制御する。
【００４２】
次に半導体冷却装置２００の動作およびマイクロバブル混合量の調整方法を説明する。図６は、実施の形態２におけるマイクロバブル混合量の調整方法を示すフローチャートである。
【００４３】
まず、ステップＳ２０にて、冷媒２に含まれるマイクロバブルの混合量が最適な状態が準備される。その最適な冷媒２の状態において、半導体モジュール５は任意の一定の通電状態に保たれる。
【００４４】
ステップＳ２１にて、コントローラ７は、冷媒温度センサ８により測定される冷媒温度Ｔｗ１と、冷媒流量センサ１０により測定される冷媒流量Ｌ１または冷媒流速センサ１１により測定される冷媒流速Ｖ１とを取得する。この際、コントローラ７は、複数の冷媒温度Ｔｗ１に対する複数の冷媒流量Ｌ１または複数の冷媒流速Ｖ１を取得することが好ましい。それにより、最適な冷媒状態における冷媒温度Ｔｗ１と冷媒流量Ｌ１との相関関係、または、冷媒温度Ｔｗ１と冷媒流速Ｖ１との相関関係が得られる。コントローラ７は、取得した冷媒温度Ｔｗ１と冷媒流量Ｌ１または冷媒流速Ｖ１と相関関係のデータを基準データとしてメモリに記憶する。なお、図６は、冷媒流量Ｌを測定する場合の各ステップを示す。
【００４５】
ステップＳ２２にて、ステップＳ２１から時間が経過し冷媒２の状態が最適か否か不明な状態、すなわち、マイクロバブルの混合量の状態が最適か否か不明な状態において、半導体モジュール５は、基準データを取得した一定の通電状態と同じ状態で駆動される。
【００４６】
ステップＳ２３にて、コントローラ７は、冷媒温度センサ８から冷媒温度Ｔｗ２と、冷媒流量センサ１０から冷媒流量Ｌ２または冷媒流速センサ１１から冷媒流速Ｖ２とを取得する。
【００４７】
ステップＳ２４にて、コントローラ７は、冷媒２に含まれるマイクロバブルが最適な状態にて測定された冷媒流量Ｌ１をメモリから読み出し、冷媒２が最適か否か不明な状態にて測定された冷媒流量Ｌ２とそのＬ１とからΔＬ３＝Ｌ１−Ｌ２を算出する。冷媒流速Ｖにより制御を行う場合も同様であり、コントローラ７は、冷媒２に含まれるマイクロバブルが最適な状態にて測定された冷媒流速Ｖ１をメモリから読み出し、冷媒２が最適か否か不明な状態にて測定された冷媒流速Ｖ２とそのＶ１とからΔＶ３＝Ｖ１−Ｖ２を算出する。マイクロバブルの混合量が最適な状態でない場合、マイクロバブルによる圧力損失の低減効果が低下するため、ΔＬ３またはΔＶ３は大きくなる。
【００４８】
ステップＳ２５にて、コントローラ７は、算出されたΔＬ３またはΔＶ３が所定の許容範囲内であるか否かを判定する。ΔＬ３またはΔＶ３が許容範囲内である場合、すなわちステップＳ２５にてＹＥＳの場合、本調整方法は終了する。ΔＬ３またはΔＶ３が許容範囲を上回った場合、すなわちステップＳ２５にてＮＯの場合、本調整方法はステップＳ２６に移行する。
【００４９】
ステップＳ２６にて、コントローラ７はマイクロバブル発生機６を駆動する。図７は、ステップＳ２１にて取得された最適な冷媒状態における冷媒温度Ｔｗ１と冷媒流量Ｌ１との相関関係を示す。また、図７には、ステップＳ２３にて取得された冷媒温度Ｔｗ２と冷媒流量Ｌ２とが図示されている。コントローラ７は、冷媒温度Ｔｗ２および冷媒流量Ｌ２の値が、冷媒温度Ｔｗ１と冷媒流量Ｌ１との関係を示すグラフ上の目標値に近づくようマイクロバブルの生成量を制御する。この制御は、目標値を含む許容範囲内に収束するまで、ステップＳ２３からステップＳ２６までが繰り返し実行される。このような制御により、冷媒２に含まれるマイクロバブルの混合量は最適状態に回復する。冷媒流速Ｖ１および冷媒流速Ｖ２によってマイクロバブルの生成量が制御される場合も、上記と同様の制御が実行される。
【００５０】
以上をまとめると、本実施の形態２における半導体冷却装置２００が含む冷媒センサは、冷媒温度Ｔｗを測定する冷媒温度センサ８と、冷媒流量Ｌを測定する冷媒流量センサ１０とを含む。コントローラ７は、冷媒温度センサ８によって測定される冷媒温度Ｔｗと冷媒流量センサ１０によって測定される冷媒流量Ｌとに基づいて、マイクロバブル発生機６を制御する。
【００５１】
または、半導体冷却装置２００が含む冷媒センサは、冷媒温度Ｔｗを測定する冷媒温度センサ８と、冷媒流速Ｖを測定する冷媒流速センサ１１とを含む。コントローラ７は、冷媒温度センサ８によって測定される冷媒温度Ｔｗと冷媒流速センサ１１によって測定される冷媒流速Ｖとに基づいて、マイクロバブル発生機６を制御する。
【００５２】
このような構成により、半導体冷却装置２００は、冷媒２に含まれるマイクロバブルの混合量を最適状態に保つ。すなわち、半導体冷却装置２００は、冷媒２の圧力損失を低減し、冷媒２の流速を高めることを可能にする。その結果、半導体モジュール５と冷媒２との間の熱抵抗Ｒｔｈ（ｊ＿ｗ）が低下し、放熱効果が向上する。
【００５３】
＜実施の形態３＞
実施の形態３における半導体冷却装置を説明する。なお、実施の形態１と同様の構成および動作については説明を省略する。
【００５４】
図８は、実施の形態３における半導体冷却装置３００の構成を模式的に示す図である。半導体冷却装置３００には、冷媒循環経路１の任意の位置に冷媒温度Ｔｗを検出する冷媒温度センサ８と、冷却フィン４の冷媒入口に冷媒圧力Ｐａを測定する冷媒圧力センサ１２ａと、冷却フィン４の冷媒出口に冷媒圧力Ｐｂを測定する冷媒圧力センサ１２ｂとが設けられる。
【００５５】
コントローラ７は、冷媒温度Ｔｗと冷媒圧力差ΔＰ＝Ｐｂ−Ｐａとに基づいて、マイクロバブル発生機６の出力を制御する。
【００５６】
次に半導体冷却装置３００の動作およびマイクロバブル混合量の調整方法を説明する。図９は、実施の形態３におけるマイクロバブル混合量の調整方法を示すフローチャートである。
【００５７】
まず、ステップＳ３０にて、冷媒２に含まれるマイクロバブルの混合量が最適な状態が準備される。その最適な冷媒２の状態において、半導体モジュール５は任意の一定の通電状態に保たれる。
【００５８】
ステップＳ３１にて、コントローラ７は、冷媒温度センサ８により測定される冷媒温度Ｔｗ１と、冷媒圧力センサ１２ａにより測定される冷媒圧力Ｐａ１と、冷媒圧力センサ１２ｂにより測定される冷媒圧力Ｐｂ１とを取得する。この際、コントローラ７は、複数の冷媒温度Ｔｗ１に対する複数の冷媒圧力Ｐａ１および複数の冷媒圧力Ｐｂ１を取得することが好ましい。
【００５９】
ステップＳ３２にて、コントローラ７は、冷媒圧力Ｐａ１と冷媒圧力Ｐｂ１との圧力差であるΔＰ１＝Ｐｂ１−Ｐａ１を算出する。ΔＰ１は、マイクロバブルの混合量が最適な状態における圧力損失の低減効果の大きさを示す。ステップＳ３１にて、複数の冷媒温度Ｔｗ１に対する複数の冷媒圧力Ｐａ１および複数の冷媒圧力Ｐｂ１が取得されることにより、最適な冷媒状態における冷媒温度Ｔｗ１とΔＰ１との相関関係が得られる。コントローラ７は、取得した冷媒温度Ｔｗ１とΔＰ１と相関関係のデータを基準データとしてメモリに記憶する。
【００６０】
ステップＳ３３にて、ステップＳ３１から時間が経過し冷媒２の状態が最適か否か不明な状態、すなわち、マイクロバブルの混合量の状態が最適か否か不明な状態において、半導体モジュール５は、基準データを取得した一定の通電状態と同じ状態で駆動される。
【００６１】
ステップＳ３４にて、コントローラ７は、冷媒温度センサ８から冷媒温度Ｔｗ２と、冷媒圧力センサ１２ａから冷媒圧力Ｐａ２と、冷媒圧力センサ１２ｂから冷媒圧力Ｐｂ２とを取得する。
【００６２】
ステップＳ３５にて、コントローラ７は、冷媒圧力Ｐａ２と冷媒圧力Ｐｂ２との圧力差であるΔＰ２＝Ｐｂ２−Ｐａ２を算出する。
【００６３】
ステップＳ３６にて、コントローラ７は、算出されたΔＰ２が所定の許容範囲内であるか否かを判定する。ΔＰ２が許容範囲内である場合、すなわちステップＳ３６にてＹＥＳの場合、本調整方法は終了する。ΔＰ２が許容範囲を上回った場合、すなわちステップＳ３６にてＮＯの場合、本調整方法はステップＳ３７に移行する。
【００６４】
ステップＳ３７にて、コントローラ７はマイクロバブル発生機６を駆動する。図１０は、ステップＳ３２にて取得された最適な冷媒状態における冷媒温度Ｔｗ１とΔＰ１との相関関係を示す。また、図７には、ステップＳ３４にて取得された冷媒温度Ｔｗ２とステップＳ３５にて算出されたΔＰ２とが図示されている。コントローラ７は、冷媒温度Ｔｗ２および冷媒圧力差ΔＰ２の値が、冷媒温度Ｔｗ１と冷媒圧力差ΔＰ１との関係を示すグラフ上の目標値に近づくようマイクロバブルの生成量を制御する。この制御は、目標値を含む許容範囲内に収束するまで、ステップＳ３４からステップＳ３７までが繰り返し実行される。このような制御により、冷媒２に含まれるマイクロバブルの混合量は最適状態に回復する。
【００６５】
以上をまとめると、本実施の形態３における半導体冷却装置３００が含む冷媒センサは、冷媒温度Ｔｗを測定する冷媒温度センサ８と、冷媒循環経路１内の複数の位置にてそれぞれ冷媒圧力を測定する冷媒圧力センサとを含む。本実施の形態３においては、冷却フィン４の冷媒入口に冷媒圧力Ｐａを測定する冷媒圧力センサ１２ａと、冷却フィン４の冷媒出口に冷媒圧力Ｐｂを測定する冷媒圧力センサ１２ｂとが設けられる。コントローラ７は、冷媒温度センサ８によって測定される冷媒温度Ｔｗと、冷媒圧力センサ１２ａおよび冷媒圧力センサ１２ｂによってそれぞれ測定される冷媒圧力Ｐａおよび冷媒圧力Ｐｂとに基づいて、マイクロバブル発生機６を制御する。
【００６６】
このような構成により、半導体冷却装置３００は、冷媒２に含まれるマイクロバブルの混合量を最適状態に保つ。すなわち、半導体冷却装置２００は、冷媒２の圧力損失を低減し、冷媒２の流速を高めることを可能にする。その結果、半導体モジュール５と冷媒２との間の熱抵抗Ｒｔｈ（ｊ＿ｗ）が低下し、放熱効果が向上する。
【００６７】
＜実施の形態４＞
実施の形態４における半導体冷却装置は、以上に記載した実施の形態１における半導体冷却装置１００の構成、実施の形態２における半導体冷却装置２００の構成および実施の形態３における半導体冷却装置３００の構成のうち、いずれか２つの構成が組み合わされた半導体冷却装置、または全ての構成を含む半導体冷却装置である。
【００６８】
実施の形態４における半導体冷却装置は、圧壊などで減少した冷媒２中のマイクロバブルの混合濃度の低下を、いずれか２つの冷媒センサの構成が組み合わされた構成、またはすべての冷媒センサが組み合わされた構成によりマイクロバブル発生機６を制御し、冷媒循環経路１中のマイクロバブルの混合濃度を回復する。
【００６９】
＜実施の形態５＞
実施の形態５における半導体冷却装置を説明する。図１１は、実施の形態５における半導体冷却装置５００の構成を模式的に示す図である。
【００７０】
半導体冷却装置５００には、実施の形態３に示した半導体冷却装置３００と同様に、冷媒温度センサ８と冷媒圧力センサ１２ａと冷媒圧力センサ１２ｂとが設けられている。ただし、それら冷媒温度センサ８と冷媒圧力センサ１２ａと冷媒圧力センサ１２ｂとは、熱交換器である冷却フィン４に内蔵されている。
【００７１】
このような構成により、冷媒循環経路１を構成する冷却系配管の構築が簡略化される。また、冷媒センサは、熱交換器内に位置する冷媒２の状態を測定することにより、冷媒２の圧力損失の低減効果の低下および放熱効果の低下を正確に検出する。
【００７２】
実施の形態１に示した半導体冷却装置１００が含む冷媒温度センサ８、または、実施の形態２に示した半導体冷却装置２００が含む冷媒温度センサ８および冷媒流量センサ１０もしくは冷媒流速センサ１１が、冷却フィン４に内蔵される半導体冷却装置も、上記と同様の効果を奏する。
【００７３】
＜実施の形態６＞
実施の形態６における電力制御システムおよび走行体を説明する。図１２は、実施の形態６における電力制御システム６００および走行体７００の構成を模式的に示す図である。
【００７４】
電力制御システム６００は、実施の形態５に示した半導体冷却装置５００と、その半導体冷却装置５００の冷却フィン４に設置された半導体モジュール５と、半導体モジュール５に１次側電源として電力を供給するバッテリー１５と、半導体モジュール５によって制御される電力により駆動するモーター１６とを備える。
【００７５】
走行体７００は、電力制御システム６００と、電力制御システムに含まれるモーター１６により駆動される車輪１７とを備える。電力制御システム６００は、走行体７００の上位コントローラから制御される。
【００７６】
このような構成により、半導体冷却装置５００は半導体モジュール５に含まれる半導体デバイスと、冷媒循環経路１内を循環する冷媒２との間の熱抵抗Ｒｔｈ（ｊ＿ｗ）の悪化を防止し、半導体モジュール５を長寿命化する。その結果、電力制御システム６００および走行体７００の信頼性の向上と長寿命化とが実現される。
【００７７】
また、半導体冷却装置５００に代えて、実施の形態１から実施の形態４のいずれかに示した半導体冷却装置を備える電力制御システムまたは走行体も上記と同様の効果を奏する。
【００７８】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、全ての局面において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【００７９】
１  冷媒循環経路、２  冷媒、３  サーキュレータ、４  冷却フィン、５  半導体モジュール、６  マイクロバブル発生機、７  コントローラ、８  冷媒温度センサ、９  モジュール温度センサ、１０  冷媒流量センサ、１１  冷媒流速センサ、１２ａ  冷媒圧力センサ、１２ｂ  冷媒圧力センサ、１５  バッテリー、１６  モーター、１７  車輪、１００  半導体冷却装置、５００  半導体冷却装置、７００  電力制御システム、８００  走行体、Ｌ  冷媒流量、Ｐａ  冷媒圧力、Ｐｂ  冷媒圧力、Ｔｊ  モジュール温度、Ｔｗ  冷媒温度、Ｖ  冷媒流速。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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