(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】  発熱体１０を収納する槽１１が構成され、槽１１は密閉されるものであって、槽１１内の定位置に発熱体１０が支持され、槽１１の壁面と発熱体１０の外面との隙間が流路１３に構成される。流路１３に冷却媒体として液体Ｌの流動する液流領域１４と同じく気体Ｇの流動する気流領域１５が設定され、液流領域１４の液体Ｌ中に発熱体１０の全体または一部が沈められる。【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、
前記発熱体を収納する槽が構成され、
前記槽は密閉され、前記槽内の定位置に前記発熱体が支持され、前記槽の壁面と前記発熱体の外面との隙間が流路に構成され、
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、
前記液流領域の液体中に前記発熱体の全体または一部が沈められる、
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、前記槽内の定位置に支持部を介して固定され、
前記流路に冷却媒体の流れる方向を規定する手段が備えられる、
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記発熱体は、移動体に搭載されるものであって、前記移動体の移動に伴う慣性力を利用して前記冷却媒体の流れを促進すべく前記槽内の定位置に支持部を介して揺動可能に構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記槽は、気流領域の圧力を調整するブリーザを備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の冷却装置。
【請求項５】
前記発熱体が複数配置され、前記槽が前記発熱体毎に１つずつ配置され、前記各槽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４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。
【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、発熱体の温度上昇を抑える冷却装置において、前記発熱体を収納する槽が構成され、前記槽は密閉され、前記槽内の定位置に前記発熱体が支持され、前記槽の壁面と前記発熱体の外面との隙間が流路に構成され、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、前記液流領域の液体中に前記発熱体の全体または一部が沈められる、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、冷却媒体が流路を通して槽の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、従来のように冷却液をポンプで強制的に循環させなくて済むので、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、電気的な動力の節約（省エネルギ化）も促進できる。
【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断面図である。
【図２】同じく図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】同じく作用説明図である。
【図４】同じく作用説明図である。
【図５】別の実施形態を説明する概略断面図である。
【図６】同じく図５のＡ−Ａ断面図である。
【図７】同じく作用説明図である。
【図８】同じく作用説明図である。
【図９】別の実施形態を説明する概略構成図である。
【図１０】別の実施形態を説明する概略構成図である。
【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は槽１１ともども車両に配置される。
【００１３】
槽１１は、図示の場合、底部および上部と、４つの側部（前後の側部および左右の側部）と、の外形６面体に構成され、これらに囲まれる室（密閉室）に蓄電装置１０が納められる。
【００１４】
蓄電装置１０は、槽１１の底部に支持部１２を介して固定される。槽１１の内面と蓄電装置１０の外面との間に隙間が設定され、蓄電装置１０を囲む流路１３に構成される。流路１３に冷却媒体として液体Ｌの流動する液流領域１４と、同じく気体Ｇの流動する気流領域１５と、が備えられる。槽１１に所定量の液体Ｌが封入され、液流領域１４が設定され、液流領域１４の上側（液面Ｌfの上方）が気流領域１５に設定される。
【００１５】
蓄電装置１０は、所要の蓄電性能および充放電電出力（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（槽１１の室に合わせて外形６面体）に組み、これらの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。
【００１６】
蓄電装置１０は、全体が液流領域１４の液体Ｌ中に沈められる。蓄電装置１０の外面は、全体が保護カバー（図示せず）で密封される。カバーは、薄い樹脂等のシートから形成され、液体Ｌが蓄電装置１０に侵入するのを防止する。
【００１７】
１６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、槽１１の外部へ引き出される。配線１６が貫通する槽１１の部位を密封するグロメット（図示せず）が設けられ、配線１６はグロメットに隙間なく嵌挿される。
【００１８】
液体Ｌは、水も考えられるが、この例においては、流動性が良く伝熱性や電気絶縁性に優れる液体（例えば、フッ素系不活性液体：商品名フロリーナ）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。
【００１９】
槽１１においては、気流領域１５の圧力を一定に保つための内圧調整用のブリーザ（図示せず）と、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）と、が備えられる。１９は冷却フィンであり、槽１１の外面に配置される。必要があれば、槽１１の周辺に冷却ファンを配置することも想定される。
【００２０】
蓄電装置１０は、内部抵抗とそこを流れる電流値に応じて発熱する。その熱量は、蓄電装置１０から流路１３の液流領域１４および気流領域１５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１４を通して槽１１の外面へ伝熱され、槽１１の外面から外部へ放熱される。
【００２１】
液流領域１４の液体Ｌおよび気流領域１５の気体Ｇは、蓄電装置１０の発熱量を受けて流動（対流）する。槽１１は、蓄電装置１０ともども車両に搭載されるので、車両の運転に伴って液体Ｌおよび気体Ｇの流動が促進される。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。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Ｇの流動が促進される。液流領域１４の液体Ｌは、流動の促進により、液面Ｌfも波立って上下するため、気体Ｇの流動がさらに促進される。
【００２２】
槽１１は、車両において、液流領域１４の液体Ｌおよび気流領域１５の気体Ｇが車両の移動に伴う慣性力によって流動しやすく設定される。図示の場合、槽１１は、車両の移動（走行）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１３が延在する設定になっている。
【００２３】
このような構成により、蓄電装置１０の発熱量は、流路１３の冷却媒体を通して槽１１の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。
【００２４】
流路１３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、流路１３の気流領域１５が無くなり、前記の促進効果（冷却媒体の流動の促進）が得られなくなってしまう。そのため、槽１１を満たす液体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。
【００２５】
この実施形態においては、所定量の液体Ｌが槽１１に封入され、槽１１の上側（液流領域１４の上方）に気流領域１５が設定されるので、車両の運転に伴って流路１３の液体Ｌおよび気体Ｇの流動が促進され、冷却媒体の温度分布が均一化されることになる。そのため、冷却媒体をポンプで強制的に循環させる必要がなくなり、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ある。
【００２６】
図示の場合、冷却媒体の流動を活性化させるため、流路１３にワンウエイフラップ２０が配置される。ワンウエイフラップ２０は、流路を遮断するフラップ２０ａと、フラップ２０ａを開閉可能に支持するピボット２０ｂと、フラップ２０ａの開動を一方向にのみ許容（反対方向への開動を規制）するストッパ２０ｃと、フラップ２０ａを閉方向へ軽く付勢するバネ（図示せず）と、から構成される。
【００２７】
ワンウエイフラップ２０は、この例においては、蓄電装置１０の両側を車両の前後方向へ平行に延びる流路部分１３ａ，１３ｂに配置される。１つは、蓄電装置１０の右側（車両の左右方向の右側）に配置され、流路部分１３ａを車両の後側から前側への冷却媒体の流れを許容すると共にその反対側への流れを規制する。もう１つは、蓄電装置１０の左側（車両の左右方向の左側）に配置され、流路部分１３ｂを車両の前側から後側への冷却媒体の流れを許容すると共にその反対側への流れを規制する。
【００２８】
例えば、車両の移動に伴う慣性力によって、蓄電装置１０の後側から前側へ冷却媒体の流れが付勢されると、蓄電装置１０の左側の流れは、ワンウエイフラップ２０Ｌによって規制され、冷却媒体はワンウエイフラップ２０Ｒを通して蓄電装置１０の右側を速く活発に流れるようになる（図３、参照）。また、冷却媒体の流れが反対方向へ付勢されると、蓄電装置１０の右側の流れは、ワンウエイフラップ２０Ｒによって規制され、冷却媒体はワンウエイフラップ２０Ｌを通して蓄電装置１０の左側を速く活発に流れるようになる（図４、参照）。
【００２９】
ワンウエイフラップ２０により、冷却媒体の流動が活性化されるため、流路１３の伝熱性の向上が得られるのである。
【００３０】
図５、図６は、別の実施形態を説明するものであり、冷却媒体の流動が活性化させるべく、流路１３の幅（間隔）に変化が与えられる。
【００３１】
具体的には、蓄電装置１０（外形６面体）が、槽１１の底面上（水平面内）において、車両の前後方向に対して傾斜する支持状態に配置される。ｍは蓄電装置１０の中心線であり、ｃは槽１１の中心線（車両の前後方向と平行に延びる）であり、蓄電装置１０は、中心線ｍが槽１１の中心線ｃと角度θをもって交差する配置状態に支持されるのである（図６、参照）。
【００３２】
この角度θにより、蓄電装置１０の前部左側角部と槽１１の左側部の壁面との間が狭められ、蓄電装置１０の左側面と槽の左側部の壁面との間が蓄電装置１０の後部左側角度へ向けて次第に広がり、蓄電装置１０の後部右側角部と槽１１の右側部の壁面との間が狭められ、蓄電装置１０の右側面と槽１１の右側部の壁面との間が蓄電装置１０の後部左側角度へ向けて次第に広がるように設定される。つまり、流路１３は、蓄電装置１０の前部左側角部と槽１１の左側部の壁面との間および蓄電装置１０の後部右側角部と槽１１の右側部の壁面との間が、幅（間隔）がとくに狭く、絞り部２５（２５Ｒ，２５Ｌ）を構成するように設定されるのである。
【００３３】
例えば、車両の移動（走行）に伴う慣性力によって、液体Ｌの流れが蓄電装置１０の後側から前側へ付勢されると、絞り部２５Ｒの直下流から蓄電装置１０の前側を通って絞り部２５Ｌへ流れる液体Ｌは、流路部分が次第に広がるため、速く移動する。蓄電装置１０の後側から絞り部２５Ｒへ流れる液体Ｌは、流路部分は次第に広がるものの、絞り部２５Ｒで押し止められるため、これを乗り越えて前方へ移動しようと液面Ｌfが大きく波立って活発に流動する。また、蓄電装置１０の後側から絞り部２５Ｌへ流れる液体Ｌは、流路部分が次第に狭まるため、流れは遅くなるものの、絞り部２５Ｌで押し止められるため、これを乗り越えて前方へ移動しようと液面Ｌfが大きく波立って活発に流動するようになる（図７、参照）。
【００３４】
また、液体Ｌの流れが反対方向へ付勢されると、絞り部２５Ｌの直下流から蓄電装置１０の後側を通って絞り部２５Ｒへ流れる液体は、流路部分が次第に広がるため、速く移動する。蓄電装置１０の前側から絞り部２５Ｌへ流れる液体Ｌは、絞り部２５Ｌで押し止められるため、これを乗り越えて前方へ移動しようと液面が大きく波立って活発に流動する。また、蓄電装置１０の前側から絞り部２５Ｒへ流れる液体Ｌは、流路部分が次第に狭くなり、流れは遅くなるが、絞り部２５Ｒを乗り越えて後方へ移動しようと液面が大きく波立って活発に流動するようになる（図８、参照）。
【００３５】
この実施形態においても、流路１３の絞り部２５により、冷却媒体の流動が活性化されるため、流路１３の伝熱性の向上が得られるのである。
【００３６】
図９は、別の実施形態を説明するものであり、蓄電装置１０（槽１１の室に合わせて外形６面体に構成される）が槽１１の定位置に支持部３０を介して揺動可能に設定される。支持部３０は、球面凸部３０ａと、これが滑動自在に嵌合する球面凹部３０ｂと、から構成される。球面凹部３０ｂは、蓄電装置１０の底面の中心部に配置され、球面凸部３０ａは、槽１１の底部の定位置（この例においては、槽の底面の中心部）に配置される。従って、蓄電装置１０は、槽１１の底面に対し、球面凹部３０ｂと球面凸部３０ａとの滑動に伴って前後左右へ揺動自在に支持される。
【００３７】
蓄電装置１０を弾性的に支持するバネ３１（スプリング）が配置される。バネ３１は蓄電装置１０の底面と槽１１の底部（底面）との間に介装され、この例においては、蓄電装置１１の底面の四隅に１つずつ配置され、蓄電装置１０を槽１１の底面（水平面）と平行に保持する。各バネ３１は、蓄電装置１０が揺動すると、これに伴って伸縮するように設定される。
【００３８】
このような構成により、例えば、車両の移動（走行）に伴って慣性力が作用すると、蓄電装置１０がバネ３１を伸縮させながら支持部３０を中心に慣性力の作用方向へ揺動することになり、この動きに伴って冷却媒体の流動・攪拌が促進され、流路１３の伝熱性の向上が得られるのである。
【００３９】
バネ３１は、蓄電装置１０の揺動に伴って伸縮するので、蓄電装置１０の揺動エネルギを蓄積する手段として機能するため、蓄電装置１０（発熱体）を往復動させることができる。
【００４０】
その結果、冷却媒体をポンプで強制的に循環させなくて済むため、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、電気的な動力の節約（省エネルギ化）も促進できる。
【００４１】
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４０（例えば、インバータ）の場合、図１０のように各発熱体１０，４０の冷却装置を配管４５を介して閉ループに接続することも想定される。
【００４２】
この場合、蓄電装置１０の冷却装置は、図１と同様のもの（図５または図９と同様のものでも良い）が用いられる。パワー・エレクトリカル・デバイス４０の冷却装置は、密閉した容器４６（冷却用チャンバ）に構成され、容器４６内の全容積が液体Ｌで満たされる。パワー・エレクトリカル・デバイス４０は、その一面が容器４６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の槽１１の外面ばかりなく、配管４５を放熱器として利用するべく配管４５の外面に数多く付設される。
【００４３】
例えば、車両の移動（走行）に伴う慣性力が作用すると、蓄電装置１０の槽１１において、液体Ｌおよび気体Ｇの流動が促進され、槽１１内の液体Ｌの流動が配管４５を通してパワー・エレクトリカル・デバイス４０の容器４６（冷却用チャンバ）へ伝えられる。容器４６側においては、槽１１から配管４５を通して送り込まれる量の液体Ｌが配管４５を通して槽１１へ送り出され、液体Ｌの持ち出す熱量は、配管４５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。
【００４４】
この実施形態においては、ポンプで冷却媒体を強制的に循環させることなく、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４０）を良好に冷却することができる。また、ポンプで冷却媒体を強制的に循環させなくて済むため、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、電気的な動力の節約（省エネルギ化）も促進できる。
【００４５】
なお、パワー・エレクトリカル・デバイス４０の冷却装置についても、図１または図５または図９と同様のものを用いることが想定される。その場合、パワー・エレクトリカル・デバイス４０側の槽においても、液体Ｌの流動が促進されて活性化するため、複数の発熱体を一段と良好に冷却することができる。
【００４６】
図５、図９、図１０において、図１と同一の部位に同一の符号を付け、重複説明は省略する。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
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】
【００４８】
１０  蓄電装置（発熱体）
１１  槽
１２  固定用の支持部
１３  流路
１４  液流領域
１５  気流領域
１９  冷却フィン
２０  ワンウエイフラップ
２５  絞り部
３０  揺動用支持部
３１  バネ
４０  パワー・エレクトリカル・デバイス（発熱体）
４５  配管
４６  容器
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】
2013125772.tif 000009
【図８】
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【図９】
2013125772.tif 000011
【図１０】
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