(57)【要約】      （修正有）【課題】冷却対象機器のより自由な配置を許容する冷却装置を提供すること。【解決手段】第１の方向で互いに対向する第１の開口部２１と第２の開口部２２を有し、第１の開口部２１から該第２の開口部２２に向けて第１の方向に沿って流れる冷却媒体、を介した熱交換により冷却対象機器２３を冷却する冷却室と、第１の方向に略垂直な第２の方向に延在し、第２の方向に沿って循環する冷却媒体を第１の開口部２１に向けて送るための入口側流路と、第２の方向に延在し、第２の開口部２２から排出される冷却媒体を第２の方向に循環させるための出口側流路と、冷却媒体の循環を補助する循環手段と、を備える冷却装置１０であって、入口側流路は、第２の方向から見て略Ｌ字型の断面を有し、Ｌ字の２辺のうちいずれかの辺の内側部分が第１の開口部に接続されることを特徴とする。【選択図】図２
2007095806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向で互いに対向する第１の開口部と第２の開口部を有し、該第１の開口部から該第２の開口部に向けて前記第１の方向に沿って流れる冷却媒体、を介した熱交換により冷却対象機器を冷却する冷却室と、
前記第１の方向に略垂直な第２の方向に延在し、該第２の方向に沿って循環する冷却媒体を前記第１の開口部に向けて送るための入口側流路と、
前記第２の方向に延在し、前記第２の開口部から排出される冷却媒体を該第２の方向に循環させるための出口側流路と、
前記冷却媒体の循環を補助する循環手段と、を備える冷却装置であって、
前記入口側流路は、前記第２の方向から見て略Ｌ字型の断面を有し、該Ｌ字の２辺のうちいずれかの辺の内側部分が前記第１の開口部に接続されることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載の冷却装置であって、
前記出口側流路は、前記第２の方向から見て略Ｌ字型の断面を有し、該Ｌ字の２辺のうちいずれかの辺の内側部分が前記第２の開口部に接続されることを特徴とする冷却装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の冷却装置であって、
前記入口側流路の第２の方向から見た断面における略Ｌ字型の２辺のうち、前記第１の開口部に接続されていない辺の長さは、前記循環手段に近い側から遠い側にかけて漸増することを特徴とする冷却装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の冷却装置であって、
前記入口側流路の第２の方向から見た断面における略Ｌ字型の２辺のうち、前記第１の開口部に接続されていない辺の長さは、前記循環手段に近い側から前記循環手段に遠い側にかけての中間部で最長となるよう変化することを特徴とする冷却装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の冷却装置であって、
前記入口側流路の第２の方向から見た断面における略Ｌ字型の２辺のうち、前記第１の開口部に接続されていない辺の長さは、略直線状に変化することを特徴とする冷却装置。
【請求項６】
請求項３又は４に記載の冷却装置であって、
前記入口側流路の第２の方向から見た断面における略Ｌ字型の２辺のうち、前記第１の開口部に接続されていない辺の長さは、曲線状に変化することを特徴とする冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の冷却装置としては、筐体内部を流れる冷却媒体との熱交換により冷却対象の機器を冷却するものが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。一般的に、この種の冷却装置の性能を向上させるには、機器が装着された放熱部（フィン）を大型化することや、冷却媒体の流量を増加させること等が考えられるが、この場合、設置スペースの問題や、圧力損失が増加して消費エネルギーが増大する問題等が生じる。そこで、上記従来の冷却装置では、種々の方法により、装置の小型化と性能向上の両立を図っている。また、ポンプ等により圧送された冷却媒体が、冷却対象機器との熱交換がされた後、供給されたのとは逆の方向に排出される、いわばＵターン型の冷却装置も一般に知られている。
【特許文献１】特開２００１−３２００５号公報
【特許文献２】特開２００５−５７９２８号公報
【特許文献３】特開２００３−１９９２９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のＵターン型の冷却装置では、冷却媒体の流路をコンパクトにできるため装置の小型化・低背化を図ることができ、ポンプ等の設置が一箇所で済むなどの利点があるものの、放熱部のうちポンプ等から遠い側の冷却効果が比較的低いものとなる場合が生じる。なぜなら、冷却媒体の流れを流路の構造によって偏向させる必要があり、この偏向に伴って、放熱部に供給される冷却媒体の速度が、ポンプ等から遠い側ほど遅くなるという現象が生じるからである。この結果、放熱部のうち冷却効果が比較的低くなっている部分に発熱量の大きい機器を配置することができず、機器の自由な配置が妨げられる等の問題が生じる。
【０００４】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、冷却対象機器のより自由な配置を許容する冷却装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、第１の方向で互いに対向する第１の開口部と第２の開口部を有し第１の開口部から第２の開口部に向けて前記第１の方向に沿って流れる冷却媒体を介した熱交換により冷却対象機器を冷却する冷却室と、第１の方向に略垂直な第２の方向に延在し第２の方向に沿って循環する冷却媒体を前記第１の開口部に向けて送るための入口側流路と、第２の方向に延在し第２の開口部から排出される冷却媒体を第２の方向に循環させるための出口側流路と、冷却媒体の循環を補助する循環手段と、を備える冷却装置であって、入口側流路は、第２の方向から見て略Ｌ字型の断面を有し、Ｌ字の２辺のうちいずれかの辺の内側部分が第１の開口部に接続されることを特徴とするものである。
【０００６】
この本発明の一態様によれば、循環手段から冷却室に至る冷却媒体の流路となる入口側流路が、略Ｌ字型の断面を有する。すなわち、この流路が冷却室の下部或いは上部に張り出した形状となるため、冷却室に面した空間のみを流路とするものに比して、流路断面積が大きくなり、装置全体の圧力損失に占める入口側流路での圧力損失の割合が低いものとなる。このため、入口側流路内において、ポンプ等の循環手段から遠い側においても、冷却媒体の流れをより速いものにできる。従って、冷却室内を流れる冷却媒体の流れを均一に、或いは循環手段から遠い側をより速くすることができる。すなわち、熱交換手段の冷却効果を均一に、或いは循環手段から遠い側をより高くすることができる。これにより、装着される複数の機器の自由な配置を許容することができる。ここで、冷却媒体には、空気等の気体や、クーラント液等の液体が考えられる。
【０００７】
また、本発明の一態様において、出口側流路は、第２の方向から見て略Ｌ字型の断面を有し、Ｌ字のいずれかの辺の内側部分が前記第２の開口部に接続されるものとしてもよい。
【０００８】
また、本発明の一態様において、入口側流路の第２の方向から見た断面における略Ｌ字型の２辺のうち、第１の開口部に接続されていない辺の長さは、循環手段に近い側から遠い側にかけて漸増することを特徴とするものとしてもよい。こうすれば、冷却媒体流動手段から遠い側の冷却効果をより高くすることができる。
【０００９】
また、本発明の一態様において、入口側流路の第２の方向から見た断面における略Ｌ字型の２辺のうち、第１の開口部に接続されていない辺の長さは、循環手段に近い側から循環手段に遠い側にかけての中間部で最長となるよう変化することを特徴とするものとしてもよい。こうすれば、冷却媒体流動手段から遠い側の冷却効果をより高くすることができる。
【００１０】
また、本発明の一態様において、入口側流路の第２の方向から見た断面における略Ｌ字型の２辺のうち、第１の開口部に接続されていない辺の長さは、略直線状に変化することを特徴とするものとしてもよいし、曲線状に変化することを特徴とするものとしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、冷却対象機器のより自由な配置を許容する冷却装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。本発明の一実施例に係る冷却装置１０は、冷却媒体をポンプ部３０により圧送し、この冷却媒体が内部を流通するケース２０に収納又は並設された冷却対象機器を冷却する装置である。ここで、冷却媒体は、例えば不凍液を混入したクーラント液である。
【００１３】
図１は、冷却装置１０の全体構成を表す図である。また、図２は、冷却装置１０の分解図である。図１及び図２に示すように、冷却装置１０は、主要な構成として、ケース２０と、ポンプ部３０と、入口ヘッダ４０と、出口ヘッダ５０とを備える。
【００１４】
ケース２０は、冷却媒体が流入する第１の開口部２１と、冷却媒体が流出する第２の開口部２２とを備える。ケース２０には、装着された冷却対象機器２３が発する熱を伝達する、伝熱性の良好な素材により形成された伝熱ブロック２４と、伝熱ブロック２４からの熱を放熱する鋸歯状の放熱フィン２５とからなる熱交換器２６が収納され、図示しない上面カバーがボルトにより締結される。本実施例では、この伝熱ブロック２４の底面とケース２０の側面及び底面とで冷却媒体の流路を形成し、この流路を放熱フィン２５が区画している。そして、この流路を流れる冷却媒体との熱交換により、冷却対象機器２３が冷却される。
【００１５】
ポンプ部３０は、例えば、ケース２０から回帰する冷却媒体の温度を検出する温度センサやラジエータ、これに取り付けられたファン、ポンプ等を備える。ポンプ部３０では、冷却媒体の温度に基づいてポンプの駆動が行なわれるが、この駆動を制御する制御主体は、ポンプ部３０内部にあってもよく、或いは冷却装置１０外部にあってもよい。
【００１６】
入口ヘッダ４０は、ポンプ部３０から圧送される冷却媒体が流入する流入部４１を有し、ケース２０の第１の開口部２１に接続された流出部４２によってケース２０と連通する中空の筐体であり、ポンプ部３０からの冷却媒体が偏向されてケース２０に流入する流路の役目を果たす。入口ヘッダ４０は、ポンプ部３０から見て（図中Ｙ軸方向から見て）略Ｌ字型の断面を有し、その一部がケース２０の下部に張り出した形状となっている。この張り出した部分（以下、拡大流路部分という）に冷却媒体が流れることによって、入口ヘッダ４０内での圧力損失が冷却装置１０全体の圧力損失に占める割合が低下するため、入口ヘッダ４０のポンプ部３０から遠い部分での冷却媒体の流速を速いものにすることができるのである。
【００１７】
出口ヘッダ５０は、ケース２０の第２の開口部２２に接続された流入部５１によりケース２０と連通し、ポンプ部３０に冷却媒体が流出する流出部５２を有する中空の筐体であり、ケース２０からの冷却媒体が偏向されてポンプ部３０に回帰する流路の役目を果たす。出口ヘッダ５０は、入口ヘッダ４０と同様に、ポンプ部３０から見て略逆Ｌ字型の断面を有し、その一部がケース２０の下部に張り出した形状となっている。
【００１８】
次に、比較例の冷却装置１００を考える。冷却装置１００は、ケース２０及びポンプ部３０については、冷却装置１０と同様の構成を有する。図３は、比較例の冷却装置１００が備える入口ヘッダ１４０および出口ヘッダ１５０の形状を表す図である。図示するように、入口ヘッダ１４０及び出口ヘッダ１５０は、冷却装置１０の入口ヘッダ４０及び出口ヘッダ５０から拡大流路部分を除いた略方形の断面を有する。入口ヘッダ１４０は、ポンプ部３０から冷却媒体が流入する流入部１４１と、ケース２０の第１の開口部２１に接続された流出部１４２を有し、出口ヘッダ１５０は、ケース２０の第２の開口部２２に接続された流入部１５１と、ポンプ部３０に冷却媒体が流出する流出部１５２を有する。
【００１９】
また、第２実施例の冷却装置２００を考える。冷却装置２００は、ケース２０及びポンプ部３０については、冷却装置１０と同様の構成を有する。図４は、比較例の冷却装置２００が備える入口ヘッダ２４０および出口ヘッダ２５０の形状を表す図である。図中、（Ａ）図は、鳥瞰図であり、（Ｂ）図は、（Ａ）図のＺ軸方向から見た平面図である。図示するように、入口ヘッダ２４０は、ポンプ部３０側から遠くなるに従って拡大流路部分が拡大する形状を有する。また、出口ヘッダ２５０は、ポンプ部３０側から遠くなるに従って拡大流路部分が縮小する形状を有する。入口ヘッダ２４０は、ポンプ部３０から冷却媒体が流入する流入部２４１と、ケース２０の第１の開口部２１に接続された流出部２４２を有し、出口ヘッダ２５０は、ケース２０の第２の開口部２２に接続された流入部２５１と、ポンプ部３０に冷却媒体が流出する流出部２５２を有する。
【００２０】
さらに、第３実施例の冷却装置３００を考える。冷却装置３００は、ケース２０及びポンプ部３０については、冷却装置１０と同様の構成を有する。図５は、比較例の冷却装置３００が備える入口ヘッダ３４０および出口ヘッダ３５０の形状を表す図である。図中、（Ａ）図は、鳥瞰図であり、（Ｂ）図は、（Ａ）図のＺ軸方向から見た平面図である。図示するように、入口ヘッダ３４０及び出口ヘッダ３５０は、ポンプ部３０側と、ポンプ部３０から最も遠い部分で拡大流路部分が最小となり、その中間部で最大となる形状を有する。入口ヘッダ３４０は、ポンプ部３０から冷却媒体が流入する流入部３４１と、ケース２０の第１の開口部２１に接続された流出部３４２を有し、出口ヘッダ３５０は、ケース２０の第２の開口部２２に接続された流入部３５１と、ポンプ部３０に冷却媒体が流出する流出部３５２を有する。
【００２１】
ここで、第１実施例の冷却装置１０と、比較例の冷却装置１００と、第２実施例の冷却装置２００と、第３実施例の冷却装置３００とを用いて、熱交換器２６を収納したケース２０内の複数の異なる位置における冷却媒体の流速を計算するシミュレーションを行なった。図６に示すように、計算位置は、ケース２０内のポンプ部３０から見て奥側から手前側にかけてのＡ〜Ｅの５箇所である。ケース２０のサイズは、冷却媒体の流れ方向（図２のＸ軸方向）に２００ｍｍ、冷却媒体の流れに直交する方向（図２のＹ軸方向）に１００ｍｍであり、放熱フィン２５は、厚さ及び間隔が１．７ｍｍ、高さ１９ｍｍのものを使用した。また、ポンプ部３０が圧送する冷却媒体は、分速１２リットルの速度で入口ヘッダに流入するものとした。図７にこの計算結果を示す。
【００２２】
図示するように、比較例の冷却装置１００を用いた場合の流速は、装置奥側ほど流速が低くなる結果となったのに対し、第１実施例の冷却装置１０を用いた場合は、流速がより均一となっている。従って、第１実施例の冷却装置１０では、ケース２０内の冷却性能がより均一であるため、冷却対象機器のより自由な配置を許容することができる。これは、拡大流路部分を有する第１実施例の冷却装置１０の方が、入口ヘッダの断面積を大きくできるため、入口ヘッダ部分での圧力損失が装置全体での圧力損失に占める割合がより小さくなることに基づく。なお、比較例の冷却装置１００の方が、拡大流路部分が無い分だけ、低背化を図ることができるようにも思えるが、放熱フィン２５の高さ（図１、図２のＺ軸方向）を低くすることにより、冷却装置１０を冷却装置１００と同程度の高さにすることが可能である。また、冷却性能は、必ずしも放熱フィン２５の高さに依存しないため、冷却装置１０では、小型化と性能の向上を両立することが可能である。これは、放熱フィン２５の厚みを調節すること等により、最適なフィンの高さを変化させることが可能であることに基づく。
【００２３】
また、第２実施例の冷却装置２００を用いた場合の流速は、第１実施例の冷却装置１０や比較例の冷却装置１００を用いた場合よりも、奥側の流速が高いものとなっている。従って、ケース２０の奥側の冷却性能が高く、奥側に発熱量の大きい機器を配置する必要がある場合に適応することができる。
【００２４】
また、第３実施例の冷却装置３００を用いた場合の流速は、第１実施例の冷却装置１０を用いた場合と第２実施例の冷却装置２００を用いた場合との中間程度の結果となった。従って、第２実施例の冷却装置２００と同様、ケース２０の奥側の冷却性能が高く、奥側に発熱量の大きい機器を配置する必要がある場合に適応することができる。
【００２５】
なお、上述のシミュレーションの設定条件は、一の結果を得ることにより冷却装置毎の冷却性能の傾向を確認するために設定された条件に過ぎないため、必ずしもこの設定条件に従わなくとも本発明の効果を奏するものであることは言うまでも無い。
【００２６】
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこれらの実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上述した一実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００２７】
例えば、図８に示すような形状の入口ヘッダ及び出口ヘッダを備えるものとしてもよい。また、実施例で例示した形状や図８の形状に限られず、拡大流路部分の形状は、任意に変更することが可能である。
【００２８】
また、第１実施例の冷却装置１０や第２実施例の冷却装置２００、第３実施例の冷却装置３００において、出口ヘッダとして比較例の冷却装置１００が備える出口ヘッダ１５０を用いてもよい。
【００２９】
また、入口ヘッダや出口ヘッダの拡大流路部分は、実施例ではケース２０の底面側（図２のＺ軸方向の負側）に拡大するものとしたが、この反対に、ケース２０の天井面側（図２のＺ軸方向の正側）に拡大するものとしてもよい。
【００３０】
また、熱交換器２６をケース２０内に収納するものを例示したが、熱交換の態様はこれに限られず、例えばケース２０内に電池類を収納するものとしてもよい。また、ケース２０の天井部或いは底面（図２のＺ軸に直交する面）に冷却対象機器を装着するものとしてもよい。さらに、伝熱ブロック２４と放熱フィン２５とは一体として形成されていてもよい。
【００３１】
また、冷却媒体の種類は実施例で例示したクーラント液に限られず、液体と気体を問わず如何なるものでもよい。さらに、ポンプ部３０の構成も、如何なるものでもよく、例えば、単にポンプのみを備えるものとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、少なくとも冷却装置に利用できる。冷却対象機器の重量、サイズ、性能等は問わない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施例に係る冷却装置１０の全体構成を表す図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る冷却装置１０の分解図である。
【図３】比較例の冷却装置１００が備える入口ヘッダ１４０および出口ヘッダ１５０の形状を表す図である。
【図４】第２実施例の冷却装置２００が備える入口ヘッダ２４０および出口ヘッダ２５０の形状を表す図である。
【図５】第３実施例の冷却装置３００が備える入口ヘッダ３４０および出口ヘッダ３５０の形状を表す図である。
【図６】本発明の第１〜第３実施例の冷却装置１０、２００、３００及び比較例の冷却装置１００を用いて行なったシミュレーションにおける流速の計算位置を示す図である。
【図７】本発明の第１〜第３実施例の冷却装置１０、２００、３００及び比較例の冷却装置１００を用いて行なったシミュレーションの計算結果を示す図である。
【図８】入口ヘッダ及び出口ヘッダの形状の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０、１００、２００、３００  冷却装置
２０  ケース
２１  第１の開口部
２２  第２の開口部
２３  冷却対象機器
２４  伝熱ブロック
２５  放熱フィン
２６  熱交換器
３０  ポンプ部
４０、１４０、２４０、３４０  入口ヘッダ
４１、５１、１４１、１５１、２４１、２５１、３４１、３５１  流入部
４２、５２、１４２、１５２、２４２、２５２、３４２、３５２  流出部
５０、１５０、２５０、３５０  出口ヘッダ
【図１】
2007095806.tif 000003
【図２】
2007095806.tif 000004
【図３】
2007095806.tif 000005
【図４】
2007095806.tif 000006
【図５】
2007095806.tif 000007
【図６】
2007095806.tif 000008
【図７】
2007095806.tif 000009
【図８】
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