(57)【要約】【課題】多数のスイッチング素子を用いたパワーシステムを構築しつつ、その排熱を利用するシステムを提供する。【解決手段】本発明の排熱利用システムは、複数の二次電池から逐次選択した二次電池と、複数のキャパシタの直列体における各キャパシタとを、スイッチング素子を介して互いに接続する工程を繰り返すことで電気エネルギーを伝送する電源装置を設けた上で、多数のスイッチング素子のスイッチング損失によって生じた熱を、流体（水や空気）によって奪う放熱装置１０と、流体を熱媒体とする熱供給装置２０とを備えたものである。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の二次電池から逐次選択した二次電池とキャパシタとをスイッチング素子を介して互いに接続する工程を繰り返すことで電気エネルギーを伝送する電源装置と、
前記スイッチング素子のスイッチング損失によって生じた熱を、流体によって奪う放熱装置と、
前記流体を熱媒体とする熱供給装置と
を備えていることを特徴とする排熱利用システム。
【請求項２】
前記放熱装置は、前記スイッチング素子に取り付けられた放熱フィンを含む請求項１記載の排熱利用システム。
【請求項３】
前記放熱装置は、前記放熱フィンを水冷するものであり、前記熱供給装置は水冷後の温水を用いる給湯装置である請求項２記載の排熱利用システム。
【請求項４】
前記熱供給装置は、温水の温度を検出する温度センサと、温度が所定値に達しないときは温水を前記放熱装置に戻す弁とを備えている請求項３記載の排熱利用システム。
【請求項５】
前記熱供給装置の排出する温水を外部の給湯器に供給する請求項３記載の排熱利用システム。
【請求項６】
前記放熱装置は、前記放熱フィンを空冷するものであり、前記熱供給装置は空冷後の温風を用いる暖房装置である請求項２記載の排熱利用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電して繰り返し使用可能な二次電池を含む電源装置についての排熱利用システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パワーシステム用の半導体スイッチング素子は、高圧化及び高周波化が進んでいる。高周波でスイッチングされると、スイッチング損失が増大する。また、増大したスイッチング損失により、素子の発熱が大きくなる。そこで、ヒートシンクその他、スイッチング素子を冷却する構造が提案されている（例えば、特許文献１参照。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１２３２６５号公報（段落［０００２］、［０００８］他）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、スイッチング素子を冷却する構造は提案されていても、スイッチング素子の熱のみを有効に利用して何かを成すシステムは提案されていない。逆に、利用に値するほどの熱量をスイッチング素子のみから得ることはできなかった、とも言える。
【０００５】
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、多数のスイッチング素子を用いたパワーシステムを構築しつつ、その排熱を利用するシステム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】
【０００６】
（１）本発明の排熱利用システムは、複数の二次電池から逐次選択した二次電池とキャパシタとをスイッチング素子を介して互いに接続する工程を繰り返すことで電気エネルギーを伝送する電源装置と、前記スイッチング素子のスイッチング損失によって生じた熱を、流体によって奪う放熱装置と、前記流体を熱媒体とする熱供給装置とを備えたものである。
【０００７】
上記のように構成された排熱利用システムでは、逐次選択動作をするためのスイッチング素子が、二次電池やキャパシタの数に応じて多数設けられることになる。これらのスイッチング素子が、工程の繰り返しにより高速でスイッチングされることによって、それぞれがスイッチング損失を生じる。このスイッチング損失によって生じた熱を、放熱装置の流体によって奪い、流体を熱媒体とする熱供給装置を構成することができる。
【０００８】
（２）また、上記（１）の排熱利用システムにおいて、放熱装置は、スイッチング素子に取り付けられた放熱フィンを含むものであってもよい。
この場合、放熱のための十分な表面積を確保することができる。
【０００９】
（３）また、上記（２）の排熱利用システムにおいて、放熱装置は、放熱フィンを水冷するものであり、熱供給装置は水冷後の温水を用いる給湯装置であってもよい。
この場合、スイッチング素子のスイッチング損失を、給湯に利用することができる。
【００１０】
（４）また、上記（３）の排熱利用システムにおいて、熱供給装置は、温水の温度を検出する温度センサと、温度が所定値に達しないときは温水を放熱装置に戻す弁とを備えたものであってもよい。
この場合、温水の温度を安定させることができる。
【００１１】
（５）また、上記（３）の排熱利用システムにおいて、熱供給装置の排出する温水を外部の給湯器に供給することもできる。
この場合、湯温の最終調節は給湯器に委ね、熱供給装置は予備的給湯装置として機能することができる。
【００１２】
（６）また、上記（２）の排熱利用システムにおいて、放熱装置は、放熱フィンを空冷するものであり、熱供給装置は空冷後の温風を用いる暖房装置であってもよい。
この場合、スイッチング素子のスイッチング損失を、暖房に利用することができる。特に、エンジンを搭載しない電気自動車における暖房用に好適である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の排熱利用システムによれば、多数のスイッチング素子を用いたパワーシステムを構築して、その排熱を利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る排熱利用システムの適用対象となる電力貯蔵システム（電源装置を含む。）の要部を示す接続図である。
【図２】電源装置の詳細な回路構成の一例を示す回路図である。
【図３】電池情報の取得に関する処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】充電又は放電の動作に関する処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】スイッチング素子の半導体チップについての、水冷方式による放熱装置の概略構造を示す図である。
【図６】水冷の放熱装置を熱源とする熱供給装置（本例では給湯装置）の管路接続図の一例を示す図である。
【図７】スイッチング素子の半導体チップについての、空冷方式による放熱装置の概略構造を示す図である。
【図８】空冷の放熱装置を熱源とする熱供給装置（本例では暖房装置）の管路接続図の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
《電源装置の構成》
図１は、本発明の一実施形態に係る排熱利用システムの適用対象となる電力貯蔵システムの要部を示す接続図である。図において、交流負荷系統に連系する電力貯蔵システムは、交流／直流を相互に変換する交直変換装置１０１と、電源装置１とによって構成される。なお、図示しているのは電源装置１の一部を成すキャパシタのみであり、詳細は後述する。
【００１６】
複数のキャパシタＣ１〜Ｃｎは、互いに直列に接続され、ストリングを構成している。複数のストリングＳ１，Ｓ２，・・・，Ｓｍは、互いに並列に接続されている。なお、これらｎ，ｍの数値は必要に応じて自在に構成することができ、複数であること自体も一例である。
【００１７】
なお、図１は、交流負荷系統との連系を想定した接続図であるが、直流負荷系統と連系する場合には、交直変換装置１０１に代えて直流／直流変換装置を用いる。例えば、電気自動車に電源装置１を搭載する場合には、直流負荷系統との連系となり、直流／直流変換装置が使用される。
【００１８】
図２は、上記電源装置１の詳細な回路構成の一例を示す回路図である。図において、この装置１は、大別して３つの部分、すなわち、複数の二次電池Ｂ１〜Ｂ８と、キャパシタによる蓄電部２と、接続装置３とによって構成されている。上記「複数」の一例として、例えば８個の二次電池Ｂ１〜Ｂ８があるものとする。個々の二次電池は、電池としての一個体が１個のみからなるものであってもよいし、複数個直列に接続されたストリングであってもよい。なお、二次電池としては、リチウムイオン電池、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、その他各種の充電可能な電池を用いることができる。
【００１９】
一方、例えば４つの等容量のキャパシタＣ１〜Ｃ４は、互いに直列に接続されて１ストリングを成す蓄電部２となっている。これらのキャパシタＣ１〜Ｃ４は、例えば図１における１ストリングのキャパシタＣ１〜Ｃｎに相当するものである。蓄電部２は、二次電池又は変換装置（交直変換装置１０１等）から提供される電気エネルギーを蓄えつつ放出するという過程を連続的に行って、電気エネルギーの中継を行っている。
【００２０】
ここで、変換装置と直接的に電気エネルギーのやりとりをするのは蓄電部２であり、また、変換装置から見て、電圧として現れているのは、蓄電部２の両端電圧のみである。二次電池Ｂ１〜Ｂ８は、放電により蓄電部２に電気エネルギーを送り込むか、または、蓄電部２から電気エネルギーを受け取って充電されることを実現できればよい。そのため、複数の二次電池Ｂ１〜Ｂ８をどのように使うかの自由度が広がり、固定的な回路構成で使用する必要は無くなる。
【００２１】
二次電池Ｂ１〜Ｂ８の負極は全て、共通のマイナス側電路Ｌｎ２に接続されている。また、正極はそれぞれスイッチＳＢ１〜ＳＢ８を介してプラス側電路Ｌｐ２に接続されている。スイッチＳＢ１〜ＳＢ８は、どの二次電池Ｂ１〜Ｂ８をプラス側電路Ｌｐ２につなぐかを選択するスイッチである。また、プラス側電路Ｌｐ２が抵抗Ｒを介して、蓄電部２の図示のどの部位につながるかを選択するのがスイッチＳＰ１〜ＳＰ４である。すなわち、スイッチＳＰ１〜ＳＰ４を介した行き先はそれぞれ、蓄電部２のプラス側にあるプラス側電路Ｌｐ１、キャパシタＣ１，Ｃ２の相互接続点、キャパシタＣ２，Ｃ３の相互接続点、キャパシタＣ３，Ｃ４の相互接続点である。
【００２２】
なお、上記の抵抗Ｒは、ここを流れる電流の抑制、特に、充放電開始時の電流が過度に大きくなることの抑制を目的として設けられている。但し、抵抗以外に、リアクトルでもよく、要するに、二次電池Ｂ１〜Ｂ８と蓄電部２との間に流れる電流を抑制する回路素子が介装されていればよい。
【００２３】
さらに、マイナス側電路Ｌｎ２が、蓄電部２の図示のどの部位につながるかを選択するのがスイッチＳＮ１〜ＳＮ４である。すなわち、スイッチＳＮ１〜ＳＮ４を介した行き先はそれぞれ、キャパシタＣ１，Ｃ２の相互接続点、キャパシタＣ２，Ｃ３の相互接続点、キャパシタＣ３，Ｃ４の相互接続点、蓄電部２のマイナス側にあるマイナス側電路Ｌｎ１である。
【００２４】
上記スイッチＳＢ１〜ＳＢ８、ＳＰ１〜ＳＰ４、ＳＮ１〜ＳＮ４は、高速応答に適し、耐久性にも優れている半導体スイッチング素子であり、例えば、ＦＥＴである。また、ＳｉＣ、ＧａＮ、又はダイヤモンド等の材料によって構成されたワイドバンドギャップ半導体であることが好ましい。ＦＥＴは高速応答に適し、特に、ＳｉＣ−ＦＥＴは、高速応答及び耐電圧の点で優れている。また、これらの材料の半導体は、シリコンと比較して圧倒的に絶縁耐力が優れており、１０００Ｖ以上の耐圧を低オン抵抗で実現することも可能である。
ＣＰＵを含む制御装置４は、上記スイッチＳＢ１〜ＳＢ８、ＳＰ１〜ＳＰ４、ＳＮ１〜ＳＮ４を個別にオン・オフする。
【００２５】
一方、二次電池Ｂ１〜Ｂ８の各正極はそれぞれ、フォトカプラＰｃ１〜Ｐｃ８を介して信号電路Ｌｓに接続されている。信号電路Ｌｓ及び、二次電池Ｂ１〜Ｂ８の各負極が接続されたマイナス側電路Ｌｎ２は、Ａ／Ｄコンバータ５の入力端子に接続されている。すなわち、いずれか１つのフォトカプラをオンにすれば、対応する二次電池の両端電圧がＡ／Ｄコンバータ５に入力される。Ａ／Ｄコンバータ５は入力されたアナログ電圧値をデジタル電圧値に変換して、制御装置４に提供する。制御装置４はフォトカプラＰｃ１〜Ｐｃ８をオン・オフする。
【００２６】
次に、上記の電源装置１の動作について説明する。電源装置の動作は、電池情報の取得に関する処理と、充電又は放電の動作に関する処理とがあり、これらの処理は平行して行われる。
フォトカプラＰｃ１〜Ｐｃ８、Ａ／Ｄコンバータ５及び制御装置４は、各二次電池Ｂ１〜Ｂ８の両端電圧を測定する回路を構成しており、この回路によって電池情報が取得される。なお、電源装置１では、二次電池Ｂ１〜Ｂ８は、選択されて又は順番に使用されるので、使用されていない二次電池がある。使用されていない二次電池については、起電力の測定が可能である。
【００２７】
図３は、電池情報の取得に関する処理の一例を示すフローチャートである。図において、まず、制御装置４は、８個のフォトカプラＰｃ１〜Ｐｃ８のうち、いずれか１つをオン（他は全てオフ）にして（ステップＳ１）、対応する二次電池（以下、単に電池とも言う。）の両端電圧を測定する（ステップＳ２）。ここで、現在、使用（選択）されていない電池の両端電圧は内部抵抗による電圧降下が無いので、実質的に起電力を表している。一方、使用されている電池の両端電圧は、電流が内部抵抗に流れることによる電圧降下分だけ、起電力より低い値となる。
【００２８】
そこで、制御装置４は、両端電圧を測定した電池が、現在使用中か否か、すなわち、選択された電池であるか否かを判定し（ステップＳ３）、使用中でなければ、測定値を起電力として扱う（ステップＳ４）。起電力がわかれば、ネルンストの式（Nernst Equation）を用いて充電深度を求めることができる（ステップＳ５）。一方、使用中であれば、測定値をそのまま両端電圧として扱い（ステップＳ６）、既に記憶している起電力との比較に基づいて内部抵抗を求める（ステップＳ７）。
【００２９】
その後、制御装置４は、ステップＳ１に戻り、次のフォトカプラをオンにして、同様の処理を行う。ステップＳ１において制御装置４は、例えばフォトカプラＰｃ１からＰｃ８まで順番に選択し、Ｐｃ８の次は、またＰｃ１から順番に選択する。このようにしてサイクリックに電池情報の取得を繰り返し、情報を更新していく。
なお、充電深度すなわち電池としての残量は、充放電に際して、どの二次電池を選択するかの選択基準となる。また、電池は、劣化するほど内部抵抗が大きくなるので、内部抵抗に基づいて交換時期を判断し、交換を促す警告を発する処理を行うこともできる。
【００３０】
図４は、充電又は放電の動作に関する処理の一例を示すフローチャートである。まず、制御装置４は、電池の充電か放電かによって、動作を区別する（ステップＳ１０）。充電／放電のどちらの動作を行うかは、外部（上位システム）からの指示による。
まず、二次電池を放電させる場合の動作について説明する。なお、放電に使用される電池は基本的に１つ（１ストリング）である。
【００３１】
上記の電池情報に基づいて、制御装置４は、放電用として最も充電深度が高い二次電池（Ｂ１〜Ｂ８のいずれか１つ）を、次に選択すべき電池として特定する（ステップＳ１１）。なお、現時点で選択されている電池については、電圧降下のために正確な充電深度を把握できないので、当該電池は除外して、その他の電池のうちで最も充電深度が高い電池（Ｂ１〜Ｂ８のうち使用中の１つを除いたものの中のいずれか１つ）を特定するようにしてもよい。
【００３２】
次に、制御装置４は、現時点で選択されている電池に対応するスイッチ（ＳＢ１〜ＳＢ８のいずれか）をオフにして、当該電池を系統から解列する（ステップＳ１２）。なお、この解列前に、スイッチＳＰ１〜ＳＰ４及びＳＮ１〜ＳＮ４は全てオフとなっている。続いて制御装置４は、次に選択すべき電池に対応するスイッチ（ＳＢ１〜ＳＢ８のいずれか）をオンにして、当該電池をプラス側電路Ｌｐ２に接続する（ステップＳ１３）。そして、制御装置４は、スイッチＳＰ１及びＳＮ１をオンにして、選択された電池からキャパシタＣ１への放電回路を構成し、キャパシタＣ１を充電する（ステップＳ１４）。電池を放電させる時間はキャパシタＣ１の容量や電池の性能にもよるが、ごく短時間であり、当該時間経過後は、スイッチＳＰ１及びＳＮ１をオフにする。
【００３３】
続いて、制御装置４は、スイッチＳＰ２及びＳＮ２をオンにして、選択された電池からキャパシタＣ２への放電回路を構成し、キャパシタＣ２を充電する（ステップＳ１５）。また、制御装置４は、電池の放電時間経過後は、スイッチＳＰ２及びＳＮ２をオフにする。
続いて、制御装置４は、スイッチＳＰ３及びＳＮ３をオンにして、選択された電池からキャパシタＣ３への放電回路を構成し、キャパシタＣ３を充電する（ステップＳ１６）。また、制御装置４は、電池の放電時間経過後は、スイッチＳＰ３及びＳＮ３をオフにする。
続いて、制御装置４は、スイッチＳＰ４及びＳＮ４をオンにして、選択された電池からキャパシタＣ４への放電回路を構成し、キャパシタＣ４を充電する（ステップＳ１７）。また、制御装置４は、電池の放電時間経過後は、スイッチＳＰ４及びＳＮ４をオフにする。
【００３４】
ステップＳ１７の後、制御装置４はステップＳ１０に戻り、同様の処理を繰り返す。電池はその都度特定される（ステップＳ１１）ので、現在選択されている電池を次期選択の対象外とする場合は、残りの電池の中で充電深度が最も高い電池が選択されることになる。このようにして、残量の多い電池が逐次選ばれる。なお、「残りの電池の中で充電深度が最も高い」というのは選択基準の一例であり、必ずしも最も高いものでなくてもよい。
【００３５】
要するに、充電深度が相対的に高い電池を優先的に選択することで、性能の劣る電池に制約されることなく、その時点で性能が優れている電池を適時に有効活用することができる。
なお、同じ電池を連続的に選択して使用することも可能である。但し、使用中は最新の充電深度がわからないので、所定回数連続して使用した後、次の電池を選択するようにすればよい。具体的には、例えば、ステップＳ１４〜Ｓ１７の処理を所定回数繰り返してからステップＳ１０に戻るフローチャートにすればよい。
【００３６】
次に、二次電池を充電する場合の動作について説明する。なお、充電に使用される（すなわち充電される）電池は基本的に１つ（１ストリング）である。
まず、前述の電池情報に基づいて、制御装置４は、充電用（充電対象）として最も充電深度が低い電池（Ｂ１〜Ｂ８のいずれか１つ）を、次に選択すべき電池として特定する（ステップＳ２１）。
【００３７】
次に、制御装置４は、現時点で選択されている電池に対応するスイッチ（ＳＢ１〜ＳＢ８のいずれか）をオフにして、当該電池を系統から解列する（ステップＳ２２）。なお、この解列前に、スイッチＳＰ１〜ＳＰ４及びＳＮ１〜ＳＮ４は全てオフとなっている。続いて制御装置４は、次に選択すべき電池に対応するスイッチ（ＳＢ１〜ＳＢ８のいずれか）をオンにして、当該電池をプラス側電路Ｌｐ２に接続する（ステップＳ２３）。そして、制御装置４は、スイッチＳＰ１及びＳＮ１をオンにして、キャパシタＣ１から選択された電池への充電回路を構成し、キャパシタＣ１を放電させる（ステップＳ２４）。なお、キャパシタＣ１を放電させる時間は、ごく短時間であり、当該時間経過後は、スイッチＳＰ１及びＳＮ１をオフにする。
【００３８】
続いて、制御装置４は、スイッチＳＰ２及びＳＮ２をオンにして、キャパシタＣ２から選択された電池への充電回路を構成し、キャパシタＣ２を放電させる（ステップＳ２５）。また、制御装置４は、キャパシタＣ２の放電時間経過後は、スイッチＳＰ２及びＳＮ２をオフにする。
続いて、制御装置４は、スイッチＳＰ３及びＳＮ３をオンにして、キャパシタＣ３から選択された電池への充電回路を構成し、キャパシタＣ３を放電させる（ステップＳ２６）。また、制御装置４は、キャパシタＣ３の放電時間経過後は、スイッチＳＰ３及びＳＮ３をオフにする。
続いて、制御装置４は、スイッチＳＰ４及びＳＮ４をオンにして、キャパシタＣ４から選択された電池への充電回路を構成し、キャパシタＣ４を放電させる（ステップＳ２７）。また、制御装置４は、キャパシタＣ４の放電時間経過後は、スイッチＳＰ４及びＳＮ４をオフにする。
【００３９】
なお、この場合のキャパシタＣ１〜Ｃ４は変換装置（交直変換装置１０１等）から常時充電される状態にあり、放電によって失った電荷は補充される。
そして、制御装置４は、上記のステップＳ２４〜Ｓ２７による放電を所定回数繰り返し（ステップＳ２８）、所定回数に達したら、ステップＳ１０に戻る。
【００４０】
それ以降は、同様の処理が行われる。充電対象となる電池はその都度特定される（ステップＳ２１）ので、現在選択されている電池を次期選択の対象外とする場合は、残りの電池の中で充電深度が最も低い電池が選択されることになる。このようにして、残量の少ない電池が逐次選ばれる。なお、「残りの電池の中で充電深度が最も低い」というのは選択基準の一例であり、必ずしも最も低いものでなくてもよい。要するに、充電深度が相対的に低い電池を優先的に選択することで、残量の少ない電池を、放電用に選択できる状態に回復させることができる。
【００４１】
以上のように構成された電源装置では、外部の変換装置が直接的に電気エネルギーのやりとりを行うのは蓄電部２であり、二次電池ではないので、複数の二次電池をどのように使うかの自由度が広がり、固定的な回路構成で複数の二次電池を使用する必要は無くなる。これにより、性能の異なる複数の二次電池であっても、自在に活用することが可能となる。
【００４２】
また、例えば４つのキャパシタＣ１〜Ｃ４を１ストリングとして、これが２ストリング並列に設けられている場合（すなわち合計８つのキャパシタがある場合）には、スイッチＳＰ１〜ＳＰ４，ＳＮ１〜ＳＮ４を別途１セット設けて、８つのキャパシタを順番に充電し又は放電させるように構成すればよい。さらに多くのキャパシタが設けられる場合であっても同様である。
【００４３】
なお、上記の例では、二次電池を充電するとき又は二次電池を放電させるとき、どの二次電池を選択するかは、充電深度に基づいて行うものとたが、ランダムにあるいは順番に、二次電池を選択して充電／放電を実行することも可能である。
【００４４】
《排熱利用システム》
ところで、上記スイッチＳＢ１〜ＳＢ８は、電池の数（ｋ個とする。）だけ必要である。また、スイッチＳＰ１〜ＳＰ４，ＳＮ１〜ＳＮ４は、キャパシタの数（複数）の２倍の個数が必要である。蓄電部２全体として必要な電圧が高いほど、多くのキャパシタ（ｎ個とする。）が必要となり、その２倍（２ｎ個）のスイッチが必要となる。さらに、直列キャパシタのストリングが複数列（ｍ列とする。）設けられると、全体としては、（ｋ＋２ｎ）・ｍのスッチが必要である。また、これらの多数のスイッチは、高速にスイッチングされるので、相応のスイッチング損失を生じ、その全損失が相当に大きくなる。従って、全発熱量もかなり大きくなる。そこで、各スイッチを構成するスイッチング素子を冷却するとともに、その熱すなわち排熱を利用するシステムを設ける。
【００４５】
（水冷の場合）
図５は、スイッチング素子の半導体チップＳＣについての、水冷方式による放熱装置１０の概略構造を示す図である。図において、良好な熱伝導性を有する銅基板１１は、半導体チップＳＣの平面部分に密着するように取り付けられている。また、窒化アルミニウムや窒化ケイ素等の熱伝導率の高い材質のセラミック基板１２が、銅基板１１に密着して取り付けられている。さらに、セラミック基板１２には、複数の放熱フィン１３が取り付けられている。これらの放熱フィン１３により、放熱のための十分な表面積を確保することができる。
【００４６】
放熱フィン１３は、通水路１４の溝１４ａ内で冷却水１５に浸るようになっている。セラミック基板１２は、通水路１４に対して緊密に装着されており、冷却水を溝１４ａ内に封止している。冷却水１５は、通水路１４内を、紙面に垂直な方向に流れる。なお、放熱装置１０は、個々の半導体チップＳＣについてそれぞれ設けてもよいし、また、複数個の半導体チップＳＣごとに設けてもよい。
【００４７】
図６は、上記のような水冷の放熱装置１０を熱源とする熱供給装置（本例では給湯装置）２０の管路接続図の一例を示す図である。図において、タンク２０１には水道から冷却水が供給される。タンク２０１に一旦蓄えられた冷却水はポンプ２０２を運転することによりミキシングバルブ２０３を介して放熱装置１０に供給される。放熱装置１０は水の流れる方向に沿って複数個（例として８個を図示している。）配置されている。冷却水は、複数の放熱装置１０を通過することにより加熱され、温水となる。温水の温度は、温度センサ２０４によって検出される。
【００４８】
温度センサ２０４の出力すなわち温水の温度情報は、システム制御部２１１に与えられる。システム制御部２１１は、温水の温度が例えば４５℃以上のときには温水をポンプ２０９側へ排出するように切替弁２０５を動作させる。また、４５℃未満のときは、ポンプ２０６側（回収ライン）に排出するよう、切替弁２０５を動作させる。
【００４９】
ポンプ２０９は、排出された温水をタンク２１０に蓄える。タンク２１０は、満杯以後にはオーバーフローした温水を捨てる機能を有する。そして、このタンク２１０から外部の給湯器２１２（市販品）に温水を供給する。給湯器２１２はガス等や電気（ヒートポンプ等）によるものであり、また、瞬間湯沸かし式、貯湯式のいずれであってもよい。給湯器２１２は温水の供給を受けることにより、ガスや電気を大幅に節約することができる。なお、この場合、最終的に蛇口から出る湯温の調節は、給湯器２１２が行う。すなわち、湯温の最終調節は給湯器２１２に委ね、熱供給装置２０は予備的給湯装置として機能することができる。
【００５０】
一方、切替弁２０５によってポンプ２０６側へ温水が排出されたときは、ポンプ２０６の圧送によりタンク２０７に一旦温水を蓄える。この温水は、リサイクル用のポンプ２０８により再圧送され、ミキシングバルブ２０３で、水道から来た水と混合される。これにより、比較的低温な温水も有効に活用し、タンク２１０に排出する温水の温度を安定させることができる。
【００５１】
以上のような電源装置１、放熱装置１０、熱供給装置２０を備えた排熱利用システムでは、電源装置１に多数設けられたスイッチング素子のスイッチング損失によって生じた熱を、放熱装置１０において流体（水）によって奪い、給湯装置としての熱供給装置２０を構成することができる。すなわち、多数のスイッチング素子を用いたパワーシステムを構築して、その排熱を利用するシステムを提供することができる。
【００５２】
なお、上記のような熱供給装置２０のうち、例えばタンク２１０に至るまでの構成を複数組並列に設けて、共通の大容量のタンク２１０に温水を蓄えるようにしてもよい。このような構成によれば、安定した湯温及び、需要に対して十分な湯量を確保することができ、外部の給湯器２１２に依存しない独立の給湯装置とすることも可能である。
【００５３】
（空冷の場合）
次に、図７は、スイッチング素子の半導体チップＳＣについての、空冷方式による放熱装置１０の概略構造を示す図である。図において、良好な熱伝導性を有する銅基板１１は、半導体チップＳＣの平面部分に密着するように取り付けられている。また、窒化アルミニウムや窒化ケイ素等の熱伝導率の高い材質のセラミック基板１２が、銅基板１１に密着して取り付けられている。さらに、セラミック基板１２には、複数の放熱フィン１３が取り付けられている。
【００５４】
放熱フィン１３は、例えば図の矢印に示すように空気を吹き付けられることにより、冷却される。熱を奪った空気は、温風となって出て行く。なお、この放熱装置１０は、個々の半導体チップＳＣについてそれぞれ設けてもよいし、また、複数個の半導体チップＳＣごとに設けてもよい。
【００５５】
図８は、上記のような空冷の放熱装置１０を熱源とする熱供給装置（本例では暖房装置）３０の管路接続図の一例を示す図である。図において、図７に示した放熱装置１０が複数個、ダクト３０１内に収められている。なお、放熱フィンの部分のみをダクト３０１内に収めるようにしてもよい。ダクト３０１内にはファン３０２により強制的に空気が送り込まれる。空気は、放熱装置１０の主として放熱フィン１３から熱を奪い、温風となる。切替弁３０３は温風の排出先及びその排出量配分を任意に選択できる装置で、温風制御器３０４により、その動作が制御される。暖房運転しない場合は、切替弁３０３は１００％排気動作をするようになっているが、温風制御器３０４の指令により、温風制御器３０４に対して温風を供給することができる。
【００５６】
温風制御器３０４は、温度設定部３０４ａに所望の温度を設定することができる。また、温風制御器３０４は温度センサ（図示せず。）を備えており、室温と設定温度が一致するように風量や温風の温度を制御する。温風の温度を下げたいときは、温風を迂回させ、冷却器（空気のラジエータ）３０５により放熱し、又は必要により冷気（大気）と混合する。このようにして、適度に温度調節された温風を室内に放出し、暖房を行うことができる。
【００５７】
以上のような電源装置１、放熱装置１０、熱供給装置３０を備えた排熱利用システムでは、電源装置１に多数設けられたスイッチング素子のスイッチング損失によって生じた熱を、放熱装置１０において流体（空気）によって奪い、暖房装置としての熱供給装置３０を構成することができる。すなわち、多数のスイッチング素子を用いたパワーシステムを構築して、その排熱を利用するシステムを提供することができる。また、このような暖房装置は、特に、エンジンを搭載しないためにエンジン冷却による温風が得られない電気自動車における暖房用に好適である。
【００５８】
《その他》
なお、上記の排熱利用システムは例示であり、流体を熱媒体として利用するその他種々の熱供給装置を、スイッチング素子の放熱装置を熱源として構成することができる。
また、放熱フィン１３の形状は、図５，図７に図示したものに限られず、放熱のための十分な表面積を確保することができる形状であればよい。
【００５９】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
例えば図２の例では複数のキャパシタを直列接続して蓄電部２全体としての電圧を高めているが、必要とする電圧によっては、基本的には蓄電部２がキャパシタ１個で構成されることも可能であり、この場合にはスイッチＳＰ１〜ＳＰ４，ＳＮ１〜ＳＮ４は不要となる。
【符号の説明】
【００６０】
１：電源装置
１０：放熱装置
１３：放熱フィン
２０，３０：熱供給装置
２０４：温度センサ
２０５：切替弁
２１２：給湯器
Ｂ１〜Ｂ８：二次電池
Ｃ１〜Ｃ４：キャパシタ
ＳＢ１〜ＳＢ８，ＳＰ１〜ＳＰ４，ＳＮ１〜ＳＮ４：スイッチ（スイッチング素子）
【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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