(57)【要約】【課題】発熱体の温度上昇を抑える冷却装置において、装置の小型化および設備コストの低下を実現する。【解決手段】ダクトを用いて発熱体１０の収納部１１が構成される。前記ダクトは、発熱体１０の外面に接する流路１５を形成するものであって、前記流路１５に冷却媒体として液体Ｌの流動する液流領域１６と同じく気体Ｇの流動する気流領域１７が設定され、前記液流領域１６をもって発熱体１０の外面の全体または一部を被覆するように構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体の温度上昇を抑える冷却装置において、
ダクトを用いて前記発熱体の収納部が構成され、
前記ダクトは、
前記発熱体の外面に接する流路を形成するものであって、
前記流路に冷却媒体として液体の流動する液流領域と同じく気体の流動する気流領域が設定され、
前記液流領域をもって前記発熱体の外面の全体または一部を被覆するように構成される、
ことを特徴とする発熱体の冷却装置。
【請求項２】
前記発熱体は、移動体に搭載されるものであって、
前記収納部は、前記移動体の移動に伴って発生する慣性力を利用して前記冷却媒体の流動を促進する手段を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記冷却媒体の流動を促進する手段は、前記慣性力で動かされて前記流路の冷却媒体を攪拌する、
ことを特徴とする請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記冷却媒体を攪拌する手段は、前記慣性力で動かされて液流領域の液体を攪拌するフリーウエイトを備える、
ことを特徴とする請求項３に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記冷却用ダクトは、前記流路の内圧を調整するブリーザを備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載の冷却装置。
【請求項６】
前記発熱体が複数配置され、前記収納部が前記発熱体毎に１つずつ配置され、各収納部の液流領域間を接続する配管を備える、
ことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１つに記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発熱体の温度上昇を抑える冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、車両（移動体）においては、発熱体となる部品が搭載される。その１つに蓄電装置（例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛バッテリ、電気二重層キャパシタ、など）があり、ハイブリッド車や電気自動車にあっては、蓄電装置が車両の駆動源となるので、容量が大きく充放電に伴って流れる電流値も大きい。そのため、蓄電装置は、内部抵抗と充放電に伴って流れる電流に応じて発熱する。この発熱量が蓄積すると、蓄電装置の温度が上昇し、電気抵抗をさらに増大させるばかりなく、蓄電装置の性能や寿命に致命的な影響を及ぼす可能性がある。
【０００３】
そのため、発熱体（蓄電装置）の温度上昇を抑える冷却装置が備えられる。冷却は、気体、液体、固体などの媒体を介して発熱体からの熱量を外部へ運び出して放熱することで行われる（特許文献１〜特許文献４、参照）。一般に媒体の密度が高い程、発熱体の熱量を外部へ伝熱する効果が大きい、と言われる。
【０００４】
液体を冷却媒体とする技術にあっては、発熱体の周辺に冷却液の流路が設けられ、この流路を満たす冷却液を循環させるためのポンプが備えられる。ポンプは、流路（発熱体の周辺に設けられる）を経由する循環路に介装される。この循環路に冷却液の持つ熱量を外部へ放出するための放熱器が備えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３０３２６２号
【特許文献２】特許第４０７２４７６号
【特許文献３】特許第４３８３１２１号
【特許文献４】特開平０９−１２０９１６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような装置においては、流路が冷却液で満たされるため、発熱体を冷却する効果を確保する上から、循環路やポンプなどの付帯設備が必要となり、冷却装置の大型化および設備コストの上昇を招くという問題が考えられる。とくに、車両においては、搭載（設置）スペースが限られるので、冷却装置の付帯設備に伴う大型化については、省エネルギ化の面からも、避けたい、という要望がある。
【０００７】
この発明は、発熱体の温度上昇を抑える冷却装置において、装置の小型化・軽量化および設備コストの低下を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、発熱体の冷却装置において、ダクトを用いて前記発熱体の収納部が構成され、前記ダクトは、前記発熱体の外面に接する流路を形成するものであって、前記流路に冷却媒体として液体の流動する液流領域と同じく気体の流動する気流領域が設定され、前記液流領域をもって前記発熱体の外面の全体または一部を被覆するように構成される、ことを特徴とする発熱体の冷却装置である。
【発明の効果】
【０００９】
この発明においては、流路が気流領域を持つので、液流領域の液体をよく流動させることが可能となる。液流領域の液体が流動すると、液面（液体と気体との境界）が波立って上下するため、気流領域の気体の流動も促進される。その結果、冷却媒体が収納部の流路を通して外部へ持ち出す熱量が増えるため、発熱体の温度上昇を有効に抑えられるようになる。この場合、冷却媒体を流動させるため、従来のように冷却液をポンプで強制的に循環させるなくて済むので、冷却装置の小型化・軽量化および設備コストの大幅な低下が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施形態を説明する概略構成図である。
【図２】同じく作用説明図である。
【図３】同じく作用説明図である。
【図４】別の実施形態を説明する概略構成図である。
【図５】同じく作用説明図である。
【図６】同じく作用説明図である。
【図７】別の実施形態を説明する概略構成図である。
【図８】同じく作用説明図である。
【図９】同じく作用説明図である。
【図１０】別の実施形態を説明する概略構成図である。
【図１１】同じく作用説明図である。
【図１２】同じく作用説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。
【００１２】
図１において、１０は車両（移動体）に搭載される蓄電装置（発熱体）であり、蓄電装置１０は収納部１１ともども車両に配置される。
【００１３】
蓄電装置１０の収納部１１は、図示の場合、ダクトを用いて、底壁１１ａおよび上壁１１ｂと、４つの側壁（前後の壁１１ｃ、１１ｄおよび図示しない左右の壁）と、の外形６面体に構成され、これらの壁に囲まれる室１２に蓄電装置１０が納められる。
【００１４】
ダクトは、室１２を囲む内側の壁板１３とこれら壁板１３を囲む外側の壁板１４とからなり、各壁板１３，１４間が室１２を取り囲む流路１５に画成される。なお、各壁板１３，１４間は、流路１５（間隙）を保持する柱状のスペーサ（図示せず）が配置される。
【００１５】
流路１５に冷却媒体として液体Ｌの流動する液流領域１６と、同じく気体Ｇの流動する気流領域１７と、が設けられる。つまり、所定量の液体Ｌが流路１５に封入され、液流領域１６が設定され、流路１５の上側（液流領域１６の上方）が気流領域１７に設定される。
【００１６】
蓄電装置１０は、室１２の底壁１１ａ上に固定され、流路１５の液流領域１６が蓄電装置１０の一面（底面）に接するようになる。２０は蓄電装置１０から外部への放電電力や外部から蓄電装置１０への充電電力を供給するための配線（ケーブル）であり、図示の場合、収納部１１の上壁１１ｂを貫通して外部へ引き出される。上壁１１ｂと配線２０との間をシールするグロメット（図示せず）が設けられ、配線２０はグロメットに隙間なく嵌挿される。１９は冷却フィンであり、収納部の外面に配置される。
【００１７】
液体Ｌは、とくに限定されないが、流動性や伝熱性などの面から、この例においては、水が用いられる。気体Ｇは、特殊な冷却用のガスも考えられるが、とくに限定されるものでなく、この例においては、空気が用いられる。
【００１８】
蓄電装置１０の収納部１１においては、気流領域１７を所定の圧力に維持する内圧調整用のブリーザ(図示せず)が備えられ、メンテナンス用の開閉可能な注液ポート（図示せず）および同じく開閉可能なドレンポート（図示せず）が配置される。
【００１９】
蓄電装置１０は、所要の蓄電性能および所要の充放電出力（電力）を確保すべく、所要数の蓄電要素（例えば、電気二重層キャパシタ）を１つの集合体に組み、これら蓄電要素同士を所定の接続状態に配線することによって構成される。
【００２０】
蓄電装置１０は、充放電に伴って内部抵抗と流れる電流に応じて発熱する。その熱量は、蓄電装置１０から流路１５の液流領域１６および気流領域１７へ伝えられる。液体Ｌは気体Ｇよりも密度が高く、伝熱効果が大きいので、主に液流領域１６を通して収納部１１の外面へ伝熱され、収納部１１の外面から外部へ放熱される。
【００２１】
液流領域１６の液体Ｌおよび気流領域１７の気体Ｇは、蓄電装置１０の発熱量を受けて流動（対流）する。蓄電装置１０は、収納部１１ともども車両に搭載されるので、車両の運転に伴って流動が促進される。例えば、車両の加減速時においては、車両の前後方向へ作用する慣性力により、液体Ｌおよび気体Ｇの流動が促進される（図２，３、参照）。また、車両の旋回時においては、車両の左右方向へ作用する慣性力により、液体Ｌおよび気体の流動が促進される。
【００２２】
液流領域１６の液体Ｌは、車両の運転によって流動が促進され、液面も波立って上下するため、図２、３の矢印で示すように気流領域１７の気体Ｇの流動もさらに促進される。
【００２３】
蓄電装置１０の収納部１１は、車両において、液流領域１６の液体Ｌおよび気流領域１７の気体Ｇが車両の移動に伴う慣性力によって流動を促進されやすく設定される。図示の場合、外形６面体の収納部１１は、車両の移動に伴う慣性力の作用方向（車両の前後方向および左右方向）へ流路１５が広がりを持つ設定になっている。
【００２４】
蓄電装置１０の収納部１１については、図示の外形６面体に限定されるものでなく、諸種の形態が想定される。例えば、流路が車両の前後方向と平行に延びる流路部分（図１に対応させると符号１１ａ，１１ｂが示す部分）と、これらを車両の上下方向に繋ぐ流路部分（図１に対応させると符号１１ｃ，１１ｄが示す部分）と、から蓄電装置１０のまわりを環状に囲むように構成することも考えられる。
【００２５】
このような構成により、蓄電装置１０は、発熱量が収納部１１を通して外部へ効率よく伝熱・放熱される。そのため、冷却が良好に行えるので、蓄電装置１０（発熱体）の充放電に伴う温度上昇を有効に抑えることができる。
【００２６】
流路１５の全容積を液体Ｌ（気体Ｇよりも密度が高く冷却媒体として有利となる）によって満たすと、気流領域１７が無くなり、既述のような流動の促進効果が得られなくなってしまう。その場合、液体Ｌをポンプで強制的に循環させることが必要となり、冷却装置の大型化や設備コストの上昇を招いてしまうのである。
【００２７】
この実施形態においては、所定量の液体Ｌが流路１５に封入され、流路１５の上側が気流領域１７に設定されるので、例えば、車両の移動に伴う慣性力により、流路１５の液体Ｌおよび気体Ｇの流動が促進され、液流領域１６の温度分布も均一化されるようになる。そのため、冷却媒体を強制的に循環させる必要がなく、循環路やポンプなど付帯設備が要らないため、冷却装置の小型化・軽量化や設備コストの大幅な低下が図れるのである。
【００２８】
図４は、別の実施形態を示すものであり、流路１５の冷却媒体の流動を促進する手段として液体Ｌを攪拌する手段が設けられる。
【００２９】
液体Ｌの攪拌手段は、フリーウエイト２５と、緩衝用のバネ２６（例えば、コイルスプリング）と、から構成される。バネ２６は、一端が流路１５の壁板に固定され、他端がフリーウエイト２５に連結される。バネ２６は、車両の移動に伴う慣性力の作用方向へ伸縮するように配置される。
【００３０】
例えば、車両の移動に伴って発生する慣性力によってフリーウエイト２５が流路１５内を動くと、フリーウエイト２５のピストン効果によって液体Ｌが攪拌され、液流領域１６の温度分布の均一化が促進される。また、フリーウエイト２５のピストン効果により、液流領域１６の液面も波立って上下するため、気流領域１７の流動も促進される（図５，６、参照）。
【００３１】
バネ２６は、車両の前後方向に沿って伸縮するように配置されるので、バネ２６が運動エネルギを蓄積する手段として機能するため、この蓄積エネルギによってフリーウエイト２５を往復運動させることができる。
【００３２】
その結果、蓄電装置１０の発熱量が流路１５を通して外部へさらに効率よく伝熱・放熱され、蓄電装置１０（発熱体）の温度上昇を一段と効果的に抑えられるのである。
【００３３】
液流領域１６の液体Ｌを攪拌する手段については、フリーウエイト２５の自由な動きを確保するため、図７のように球状のものを用いることも考えられる。図示の場合、複数の球体２５が流路１５の液流領域１６に沈められる。
【００３４】
各球体２５は、底壁１１ａの壁板上を転がりやすく、これらが転がることにより、液体Ｌの攪拌が促進され、気体Ｇの流動も促進されるのである（図８．９、参照）。図８、９は、車両の走行（移動）に伴う慣性力が作用する場合の動作状態を説明するものである。
【００３５】
フリーウエイト２５の形状は、図４、図７に示すものに限定されない。図４〜図９において、図１と同一の部位については、同一の符号を付け、重複説明は省略する。
【００３６】
収納部１１は、発熱体毎に発熱体と一体構造（アッシィ化）にすると良い。冷却対象となる発熱体が複数の場合、例えば、１つが蓄電装置１０、もう１つが発熱要素を含む電気機器や電子機器を１つの集合体に構成するパワー・エレクトリカル・デバイス３０（例えば、インバータ）の場合、図１０のように各発熱体１０，３０の収容部１１，３１を配管３５を介して接続することも想定される。
【００３７】
この場合、蓄電装置１０の収容部１１は、図１と同様のものが用いられる。パワー・エレクトリカル・デバイス３０の収納部３１は、密閉した容器（チャンバ）に構成され、容器内に所定量の液体Ｌが封入され、液体Ｌの流動する液流領域となり、その上側が気体Ｇの流動する気流領域に設定される。パワー・エレクトリカル・デバイス３０は、その一面が容器３１（収納部）の液流領域に接する状態に配置される。１９は放熱フィンであり、蓄電装置１０の収納部１１の外面ばかりなく、配管３５を放熱器として利用するべく配管３５の外面に数多く付設される。
【００３８】
パワー・エレクトリカル・デバイス３０の容器３１においても、蓄電装置１０の収納部１１と同様に液流領域の上側が気流領域に設定されるので、液体Ｌおよび気体Ｇの流動が促進され、流路の温度分布が均一化されることになる。
【００３９】
例えば、車両の移動（走行）に伴って発生する慣性力によって液体Ｌの流動が促進されると、図１１、１２に示すように配管３５を液体Ｌが流れ、液体Ｌの持ち出す熱量が配管３５上の冷却フィン１９からも効率よく放熱されることになる。
【００４０】
この実施形態においては、複数の発熱体（蓄電装置１０、パワー・エレクトリカル・デバイス３０）を良好に冷却することができる。しかも、冷却媒体をポンプで強制的に循環させる必要がなく、冷却装置の小型化・軽量化および設備コストの低下が図れる。
【００４１】
蓄電装置１０の収納部１１側で発生する液体Ｌの流動が配管３５を通してパワー・エレクトリカル・デバイス３０の容器３１へ伝えられ、容器３１側においてもパワー・エレクトリカル・デバイス３０の温度上昇を抑える冷却効果が十分に得られるようであれば、容器３１内の全容積を液体Ｌで満たす（気流領域を設定しない）ことも想定される。
【００４２】
また、パワー・エレクトリカル・デバイス３０を蓄電装置１０と同様に、収納部１１内に設置することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
この発明に係る冷却装置は、移動体に搭載される発熱体に利用が限られるものでなく、所定の場所に据え付けられる定置の発熱体（例えば、発電機）を冷却する装置としても広く利用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０  蓄電装置（発熱体）
１１  収納部
１３，１４  ダクトの壁板
１５  流路
１６  液流領域
１７  気流領域
２５  フリーウエイト
２６  バネ（コイルスプリング）
３５  配管
Ｌ  冷却媒体としての液体
Ｇ  冷却媒体としての気体
【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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