(57)【要約】【課題】本発明は、電力半導体を搭載した電気自動車や電子計算機などの電子機器に使用される冷却装置において、冷却装置の冷却性能の向上を目的とするものである。【解決手段】受熱部６は、流入口１５の下流側に、凝縮して停留した冷媒１８の水頭圧と帰還経路９内と受熱空間１２内との圧力バランスによって開動する逆止弁１４と、逆止弁１４の下流側に、凝縮した冷媒１８を流入させる導入管１７と、流入口１５の下流側であって逆止弁１４の上流側に、凝縮した冷媒１８を逆止弁１４の上流側に停留させる冷媒加熱部１６とを備えた構成とした。【選択図】図２
2016050757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受熱部と、
この受熱部の排出口と放熱経路を介して接続した放熱部と、
この放熱部と前記受熱部の流入口とを接続する帰還経路とを備え、
前記受熱部は、発熱体に接触させて熱を吸収する受熱板と、
この受熱板の表面を覆うとともに表面に流れ込んだ冷媒を蒸発させる受熱空間を形成する受熱カバーとを備え、
前記受熱部は、前記流入口の下流側に、凝縮して停留した前記冷媒の水頭圧と前記帰還経路内と前記受熱空間内との圧力バランスによって開動する逆止弁と、
前記逆止弁の下流側に、凝縮した冷媒を流入させる導入管と、
前記逆止弁の上流側に停留した前記冷媒を加熱する冷媒加熱部を備えた冷却装置。
【請求項２】
前記冷媒加熱部は、前記受熱部に設けた前記流入口と、前記流入口の下流側に設けた前記逆止弁とのあいだの配管経路である請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記配管経路の少なくとも一部の径は、前記流入口の上流側の前記帰還経路の径より大きい請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記逆止弁は、前記受熱部の中央部に設け、前記流入口は、前記受熱部の端部に設けた請求項１〜３のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項５】
前記冷媒加熱部の上流側の帰還経路の一部は、前記放熱経路と熱的に接続している請求項１〜４のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項６】
前記冷媒加熱部の上流側の帰還経路の一部は、前記受熱部と熱的に接続している請求項１〜３、５のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項７】
前記冷媒加熱部の上流側の帰還経路の一部は、前記受熱部の上面と接触して設けた請求項６に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記流入口を前記受熱部の側面に設けた請求項６に記載の冷却装置。
【請求項９】
前記冷媒加熱部は、前記帰還経路の外側に熱線ヒーターを巻きつけた構成の請求項１に記載の冷却装置。
【請求項１０】
前記熱線ヒーターは、断熱材で覆われた構成の請求項９に記載の冷却装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の冷却装置を搭載した電子機器。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれかに記載の冷却装置を搭載した電気自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動流体を循環させて冷却を行う冷却装置およびこれを搭載した電子機器および電気自動車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の冷却装置は、以下のような構成となっていた。
【０００３】
すなわち、発熱体から発生した熱を受熱する受熱部と、この受熱部の排出口と放熱経路を介して接続した放熱部と、この放熱部と前記受熱部の流入口とを接続する帰還経路とを備え、前記受熱部は、発熱体に接触させて熱を吸収する受熱板と、この受熱板の表面を覆うとともに表面に流れ込んだ冷媒を蒸発させる受熱空間を形成する受熱カバーとを備え、前記帰還経路には、前記流入口に凝縮して停留した前記冷媒の水頭圧と前記帰還経路内と前記受熱空間内との圧力バランスによって開動する逆止弁とを備える構成となっていた。
【０００４】
例えば、これに類似する先行文献として下記特許文献１参照。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−８８１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来例における課題は、受熱部に流れ込む液相の冷媒が低温である場合、冷却装置の冷却効率が低下することであった。
【０００７】
すなわち、上記従来例の冷却装置において、受熱部に流れ込んだ液相の冷媒は、一部が受熱板より熱を受けて沸騰気化し、この際の急激な体積膨張によって、未沸騰の液相の冷媒とともに、受熱板上に高速な混相流（気相と液相）として拡散する。初期沸騰の後、未沸騰の液相の冷媒は、この受熱板の表面に薄い膜状で広がることになる。そして、発熱体からの継続的な加熱により、一瞬にして加熱気化することによって、受熱板から継続的に気化熱を奪い冷却する。
【０００８】
受熱板から受熱した熱は、受熱部に流れ込んだ液相の冷媒が沸点に達するまで受熱板と冷媒との間で顕熱として熱交換され、沸点に達した液相の冷媒が相変化して気化するまで蒸発顕熱として熱交換されることとなる。ここで、同じ量の冷媒であれば、潜熱交換は、顕熱交換より多くの熱量が交換される。例えば、水の温度を１℃上げるのに必要な顕熱は、４．１８ｋＪ／ｋｇであるのに対し、蒸発潜熱は、２，２５８ｋＪ／ｋｇであることが知られている。
【０００９】
従って、受熱部で行われる熱交換のうち潜熱交換の割合が大きいほど、受熱板から冷媒への熱移動が高速で行われ、これにより冷却性能が上がる。逆に、顕熱交換の割合が大きいほど、受熱板から冷媒への熱移動のスピードが落ちるので、冷却性能が低下する。
【００１０】
受熱部に流れ込む液相の冷媒が低温である場合、すなわち、冷媒の温度と沸点の差が大きいほど、受熱することにより液相の冷媒が沸点に達するまでにかかる時間が長くなる。
【００１１】
その結果、液相の冷媒の温度を上げる顕熱交換の割合が増え、受熱板から冷媒への熱移動のスピードが落ちるため、冷却性能が低下する。
【００１２】
すなわち、一般的な冷却装置は、受熱部に流れ込む液体冷媒の温度が低温であるほど冷却性能は上がるものであるが、本発明は、これとは逆に、受熱部に流れ込む液体冷媒の温度を上げることにより、冷却装置の冷却効率を上げることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
そして、この目的を達成するために、本発明は、受熱部と、この受熱部の排出口と放熱経路を介して接続した放熱部と、この放熱部と前記受熱部の流入口とを接続する帰還経路とを備え、前記受熱部は、発熱体に接触させて熱を吸収する受熱板と、この受熱板の表面を覆うとともに表面に流れ込んだ冷媒を蒸発させる受熱空間を形成する受熱カバーとを備え、前記受熱部は、前記流入口の下流側に、凝縮して停留した前記冷媒の水頭圧と前記帰還経路内と前記受熱空間内との圧力バランスによって開動する逆止弁と、前記逆止弁の下流側に、凝縮した冷媒を流入させる導入管と、前記流入口の下流側であって前記逆止弁の上流側に、前記逆止弁の上流側に停留した前記冷媒を加熱する冷媒加熱部とを備えたことを特徴とする。これにより所期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように本発明は、受熱部と、この受熱部の排出口と放熱経路を介して接続した放熱部と、この放熱部と前記受熱部の流入口とを接続する帰還経路とを備え、前記受熱部は、発熱体に接触させて熱を吸収する受熱板と、この受熱板の表面を覆うとともに表面に流れ込んだ冷媒を蒸発させる受熱空間を形成する受熱カバーとを備え、前記受熱部は、前記流入口の下流側に、凝縮して停留した前記冷媒の水頭圧と前記帰還経路内と前記受熱空間内との圧力バランスによって開動する逆止弁と、前記逆止弁の下流側に、凝縮した冷媒を流入させる導入管と、前記流入口の下流側であって前記逆止弁の上流側に、前記逆止弁の上流側に停留した前記冷媒を加熱する冷媒加熱部とを、備えたことを特徴とするものであり、冷却装置の冷却効率を上げることができるものである。
【００１５】
すなわち、本発明によれば、前記逆止弁の上流側に停留した前記冷媒を加熱する冷媒加熱部で冷媒を加熱することにより、受熱板に流入する液相の冷媒の温度を上げる。これにより、受熱板に流れ込む液相の冷媒の温度と沸点との差が小さくなるため、冷媒が沸点に達するまでにかかる顕熱交換の時間が短くなる。その結果、より多くの熱量が交換される潜熱交換の割合が増えるため、受熱板から冷媒への熱移動のスピードが上がり、冷却性能を上げることができるのである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１の冷却装置を搭載した電気自動車の概略図
【図２】同冷却装置の構成を示す図
【図３】（ａ）本発明の実施の形態２の冷却装置の受熱部の構成を示す図、（ｂ）同冷却装置の受熱部のＡ−Ａ断面を示す図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態３の冷却装置の受熱部の構成を示す図、（ｂ）同冷却装置の受熱部のＡ−Ａ断面を示す図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態４の冷却装置の受熱部の構成を示す図、（ｂ）同冷却装置の受熱部のＡ−Ａ断面を示す図
【図６】（ａ）本発明の実施の形態５の冷却装置の受熱部の構成を示す図、（ｂ）同冷却装置の受熱部のＡ−Ａ断面を示す図
【図７】本発明の実施の形態６の冷却装置の構成を示す図
【図８】（ａ）本発明の実施の形態６の冷却装置の冷却加熱部の構成を示す図、（ｂ）同冷却装置の冷却加熱部の正面図
【図９】（ａ）本発明の実施の形態６の冷却装置の冷却加熱部の構成を示す図、（ｂ）同冷却装置の冷却加熱部のＡ−Ａ断面を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の冷却装置は、受熱部と、この受熱部の排出口と放熱経路を介して接続した放熱部と、この放熱部と前記受熱部の流入口とを接続する帰還経路とを備え、前記受熱部は、発熱体に接触させて熱を吸収する受熱板と、この受熱板の表面を覆うとともに表面に流れ込んだ冷媒を蒸発させる受熱空間を形成する受熱カバーとを備え、前記受熱部は、前記流入口の下流側に、凝縮して停留した前記冷媒の水頭圧と前記帰還経路内と前記受熱空間内との圧力バランスによって開動する逆止弁と、前記逆止弁の下流側に、凝縮した冷媒を流入させる導入管と、前記流入口の下流側であって前記逆止弁の上流側に、前記逆止弁の上流側に停留した前記冷媒を加熱する冷媒加熱部とを、備えた構成とすることにより、冷却装置の冷却効率を上げることができるものである。
【００１８】
すなわち、凝縮した冷媒を逆止弁の上流側に停留させる冷媒加熱部で冷媒を加熱することにより、受熱板に流入する液相の冷媒の温度を上げる。これにより、受熱板に流れ込む液相の冷媒の温度と沸点との差が小さくなるため、冷媒が沸点に達するまでにかかる顕熱交換の時間が短くなる。その結果、より多くの熱量が交換される潜熱交換の割合が増えるので、受熱板から冷媒への熱移動のスピードが上がり、冷却性能を上げることができるという効果を奏する。
【００１９】
また、前記冷媒加熱部は、前記受熱部に設けた前記流入口と、前記流入口の下流側に設けた前記逆止弁とのあいだの配管経路である構成にしてもよい。流入口とその下流側に設けた逆止弁とのあいだの配管経路である冷媒加熱部は、受熱部内に設けられることとなるので、受熱部内の熱により冷媒加熱部内に滞留している液相の冷媒が加熱される。これにより、受熱板に流れ込む液相の冷媒の温度と沸点との差が小さくなるため、冷媒が沸点に達するまでにかかる顕熱交換の時間が短くなる。その結果、より多くの熱量が交換される潜熱交換の割合が増えるので、受熱板から冷媒への熱移動のスピードが上がり、冷却性能を上げることができるという効果を奏する。
【００２０】
また、前記配管経路の少なくとも一部の径は、前記流入口の上流側の前記放熱経路の径より大きい構成にしてもよい。これにより、冷媒加熱部の容量が大きくなるので、冷媒加熱部により多くの冷媒を滞留することができる。その結果、冷媒が冷媒加熱部に滞留して加熱される時間が長くなり、冷媒をより高温に加熱することができる。これにより、受熱板に流れ込む液相の冷媒の温度と沸点との差が小さくなるため、冷媒が沸点に達するまでにかかる顕熱交換の時間が短くなる。その結果、より多くの熱量が交換される潜熱交換の割合が増えるので、受熱板から冷媒への熱移動のスピードが上がり、冷却性能を上げることができるという効果を奏する。
【００２１】
また、前記逆止弁は、前記受熱部の中央部に設け、前記流入口は、前記受熱部の端部に設けた構成にしてもよい。これにより、流入口から冷媒加熱部に流入した冷媒が受熱部の端部から、中央部に設けた逆止弁まで移動して逆止弁から受熱板に流入するので、流入口を受熱部の中央部に設けた場合と比較して冷媒が移動する距離が長くなる。その結果、冷媒が冷媒加熱部に滞留して加熱される時間が長くなり、冷媒をより高温に加熱することができる。これにより、受熱板に流れ込む液相の冷媒の温度と沸点との差が小さくなるため、冷媒が沸点に達するまでにかかる顕熱交換の時間が短くなる。その結果、より多くの熱量が交換される潜熱交換の割合が増えるので、受熱板から冷媒への熱伝達のスピードが上がり、冷却性能を上げることができるという効果を奏する。
【００２２】
また、前記冷媒加熱部の上流側の帰還経路の一部は、前記放熱経路と熱的に接続している構成にしてもよい。これにより、冷媒加熱部での加熱に加えて、冷媒加熱部の上流側の帰還経路においても放熱経路を流れる高温の冷媒の熱が冷媒を加熱することとなるので、冷媒をより高温に加熱することができる。これにより、受熱板に流れ込む液相の冷媒の温度と沸点との差が小さくなるため、冷媒が沸点に達するまでにかかる顕熱交換の時間が短くなる。その結果、より多くの熱量が交換される潜熱交換の割合が増えるので、受熱板から冷媒への熱移動のスピードが上がり、冷却性能を上げることができるという効果を奏する。
【００２３】
また、前記冷媒加熱部の上流側の帰還経路の一部は、前記受熱部と熱的に接続している構成にしてもよい。これにより、冷媒加熱部での加熱に加えて、冷媒加熱部の上流側の帰還経路においても受熱部の熱が冷媒を加熱することとなるので、冷媒をより高温に加熱することができる。これにより、受熱板に流れ込む液相の冷媒の温度と沸点との差が小さくなるため、冷媒が沸点に達するまでにかかる顕熱交換の時間が短くなる。その結果、より多くの熱量が交換される潜熱交換の割合が増えるので、受熱板から冷媒への熱移動のスピードが上がり、冷却性能を上げることができるという効果を奏する。
【００２４】
また、前記冷媒加熱部の上流側の帰還経路の一部は、前記受熱部の上面と接触して設けた構成にしてもよい。これにより、冷媒加熱部での加熱に加えて、冷媒加熱部の上流側の帰還経路においても受熱部の上面から放出される熱が冷媒を加熱することとなるので、冷媒をより高温に加熱することができる。これにより、受熱板に流れ込む液相の冷媒の温度と沸点との差が小さくなるため、冷媒が沸点に達するまでにかかる顕熱交換の時間が短くなる。その結果、より多くの熱量が交換される潜熱交換の割合が増えるので、受熱板から冷媒への熱移動のスピードが上がり、冷却性能を上げることができるという効果を奏する。
【００２５】
また、前記冷媒加熱部の上流側の帰還経路の一部は、前記受熱部の内部に設けた構成にしてもよい。これにより、冷媒加熱部での加熱に加えて、冷媒加熱部の上流側の帰還経路においても受熱部の内部から放出される熱が冷媒を加熱することとなるので、冷媒をより高温に加熱することができる。これにより、受熱板に流れ込む液相の冷媒の温度と沸点との差が小さくなるため、冷媒が沸点に達するまでにかかる顕熱交換の時間が短くなる。その結果、より多くの熱量が交換される潜熱交換の割合が増えるので、受熱板から冷媒への熱移動のスピードが上がり、冷却性能を上げることができるという効果を奏する。
【００２６】
また、本発明の冷却装置は、受熱部と、この受熱部の排出口と放熱経路を介して接続した放熱部と、この放熱部と前記受熱部の流入口とを接続する帰還経路とを備え、前記受熱部は、発熱体に接触させて熱を吸収する受熱板と、この受熱板の表面を覆うとともに表面に流れ込んだ冷媒を蒸発させる受熱空間を形成する受熱カバーとを備え、前記受熱部は、前記流入口の下流側に、凝縮して停留した前記冷媒の水頭圧と前記帰還経路内と前記受熱空間内との圧力バランスによって開動する逆止弁と、前記逆止弁の下流側に、凝縮した冷媒を流入させる導入管とを備え、前記気管経路は、少なくとも前記受熱部側の一部に、前記逆止弁の上流側に停留した前記冷媒を加熱する冷媒加熱部を備えた構成とすることにより、冷却装置の冷却効率を上げることができるものである。
【００２７】
すなわち、凝縮した冷媒を逆止弁の上流側に停留させる冷媒加熱部で冷媒を加熱することにより、受熱板に流入する液相の冷媒の温度を上げる。これにより、受熱板に流れ込む液相の冷媒の温度と沸点との差が小さくなるため、冷媒が沸点に達するまでにかかる顕熱交換の時間が短くなる。その結果、より多くの熱量が交換される潜熱交換の割合が増えるので、受熱板から冷媒への熱移動のスピードが上がり、冷却性能を上げることができるという効果を奏する。
【００２８】
また、前記冷媒加熱部は、前記気管経路の外側に熱線ヒーターを巻いた構成にしてもよい。これにより、冷媒加熱部の上流側の帰還経路において熱線ヒーターで冷媒を加熱することとなるので、冷媒をより高温に加熱することができる。これにより、受熱板に流れ込む液相の冷媒の温度と沸点との差が小さくなるため、冷媒が沸点に達するまでにかかる顕熱交換の時間が短くなる。その結果、より多くの熱量が交換される潜熱交換の割合が増えるので、受熱板から冷媒への熱移動のスピードが上がり、冷却性能を上げることができるという効果を奏する。
【００２９】
また、前記熱線ヒーターは、断熱材で覆われた構成にしてもよい。これにより、冷媒加熱部での加熱に加えて、冷媒加熱部の上流側の帰還経路においても熱線ヒーターで冷媒を加熱し、断熱材によって帰還経路外部への放熱分を減少させることとなり、冷媒をより高温に加熱することができる。これにより、受熱板に流れ込む液相の冷媒の温度と沸点との差が小さくなるため、冷媒が沸点に達するまでにかかる顕熱交換の時間が短くなる。その結果、より多くの熱量が交換される潜熱交換の割合が増えるので、受熱板から冷媒への熱移動のスピードが上がり、冷却性能を上げることができるという効果を奏する。
【００３０】
また、本発明の冷却装置を搭載した電子機器という構成にしてもよい。これにより、冷却性能の高い冷却装置により発熱体の冷却を行なう電子機器とすることができるという効果を奏する。
【００３１】
また、本発明の冷却装置を搭載した電気自動車という構成にしてもよい。これにより、冷却性能の高い冷却装置により電力変換装置の冷却を行なう電気自動車とすることができる効果を奏する。
【００３２】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。
【００３３】
図１は、本発明の実施の形態１の冷却装置を搭載した電気自動車の概略図である。
【００３４】
図１に示すように、電気自動車１の車軸２を駆動する電動機３は、電気自動車１の車内に配置した発熱体である半導体スイッチング素子４を配置した電力変換装置１９に接続されている。電力変換装置１９は、電力を電動機３に供給している。
【００３５】
また電力変換装置１９には、発熱体４を冷却する冷却装置５が設けられている。
【００３６】
図２は、同冷却装置の構成を示す図である。
【００３７】
図２に示すように、冷却装置５は、受熱部６と、放熱部７と、放熱経路８と、帰還経路９とを備えている。そして冷媒１８が、受熱部６、放熱経路８、放熱部７、帰還経路９、および受熱部６へ循環する。冷却装置５は、冷媒１８の液相と気相との相変化によって発熱体４を冷却する。ここで受熱部６は、発熱体４からの熱を吸収し、発熱体４からの熱を冷媒１８に伝える。放熱部７は、冷媒１８の熱を放出する。放熱経路８および帰還経路９は、受熱部６と放熱部７とを接続する管路により構成されている。
【００３８】
受熱部６は、発熱体４に接触させて熱を吸収する受熱板１１と、受熱板１１の表面を覆うとともに表面に流れ込んだ冷媒１８を蒸発させる受熱空間１２を形成する受熱カバー１３とを備えている。さらに、受熱部６の流入口１５の下流側に、逆止弁１４を備えている。逆止弁１４の下流側には、凝縮した冷媒を流入させる導入管１７を備えている。
【００３９】
逆止弁１４は、凝縮して停留した冷媒１８の水頭圧と帰還経路９内と受熱空間１２内との圧力バランスによって開動する。すなわち、受熱空間１２内で冷媒１８の膨張がおさまると受熱空間１２内の圧力が下がり、逆止弁１４の上流側に停留した冷媒１８の水頭圧が、受熱空間１２内の圧力より大きくなり、逆止弁１４が開き、冷媒１８が逆止弁１４の下流に設けた導入管１７を流れて、受熱板１１に流入する。
【００４０】
冷却装置５の冷媒循環経路は、受熱部６、流出口１０、放熱経路８、放熱部７、帰還経路９、受熱部６により構成された密閉系である。その内部雰囲気は、冷媒が例えば水の場合には大気圧より圧力の低い負圧にて使用することが多く、水の封入量は数百ｃｃ程度（循環経路の総容積にもよるが、総容積よりも十分に少ない量）である。
【００４１】
この様な構成の本実施の形態１の冷却装置５は、受熱部６内において封入された冷媒１８が発熱体４からの熱により気化（相変化）する時、大量の潜熱を奪う。また気化時の急激な体積膨張によって気化面である受熱板１１には常に高速の冷媒流が形成されるため、大容量の冷却に対応可能な、きわめて高い冷却性能が実現できる。
【００４２】
しかしながら、放熱部７で冷媒１８が冷却され、冷媒１８が低温になった場合、冷却性能が下がるという課題がある。その理由を説明する。
【００４３】
受熱板１１から受熱した熱は、受熱部６に流れ込んだ液相の冷媒１８が沸点に達するまで受熱板１１と冷媒との間で顕熱として熱交換され、沸点に達した液相の冷媒１８が相変化して気化するまで蒸発顕熱として熱交換されることとなる。ここで、同じ量の冷媒１８であれば、潜熱交換は、顕熱交換より多くの熱量が交換される。例えば、水の温度を１℃上げるのに必要な顕熱は、４．１８ｋＪ／ｋｇであるのに対し、蒸発潜熱は、２，２５８ｋＪ／ｋｇであることが知られている。
【００４４】
従って、受熱部６で行われる熱交換のうち潜熱交換の割合が大きいほど、受熱板１１から冷媒１８への熱移動が高速で行われ、これにより冷却性能が上がる。逆に、顕熱交換の割合が大きいほど、受熱板１１から冷媒１８への熱移動のスピードが落ちるので、冷却性能が低下する。
【００４５】
受熱部６に流れ込む液相の冷媒１８が低温である場合、すなわち、冷媒１８の温度と沸点の差が大きいほど、受熱することにより液相の冷媒１８が沸点に達するまでにかかる時間が長くなる。
【００４６】
その結果、液相の冷媒１８の温度を上げる顕熱交換の割合が増え、受熱板１１から冷媒への熱移動のスピードが落ちるため、冷却性能が低下する。
【００４７】
すなわち、一般的な冷却装置は、受熱部６に流れ込む液相の冷媒１８の温度が低温であるほど冷却性能は上がるものであるが、本発明は、これとは逆に、受熱部６に流れ込む液相の冷媒１８の温度を上げることにより、冷却装置５の冷却効率を上げることを目的とするものである。
【００４８】
そこで、この課題を解決するために、本発明の実施の形態１の冷却装置５は、図２に示す様に受熱部６の流入口１５の下流側に逆止弁１４を配置し、凝縮した冷媒１８を逆止弁１４の上流側に停留させる冷媒加熱部１６を設けたことが特徴である。この構成により、冷却装置５の冷却効率を上げることができるものである。
【００４９】
すなわち、冷媒加熱部１６で逆止弁１４の上流側に停留した冷媒１８を加熱することにより、受熱板１１に流入する液相の冷媒１８の温度を上げる。これにより、受熱板１１に流れ込む液相の冷媒１８の温度と沸点との差が小さくなるため、冷媒１８が沸点に達するまでにかかる顕熱交換の時間が短くなる。その結果、より多くの熱量が交換される潜熱交換の割合が増えるので、受熱板１１から冷媒１８への熱移動のスピードが上がり、冷却性能を上げることができる。
【００５０】
さらに、冷媒１８が受熱板１１上で熱せされると受熱板１１の表面に気泡が発生するが、受熱板１１に流れ込む液相の冷媒１８が低温である場合、ある程度まで成長した気泡が後から供給された冷媒１８により冷却され消滅する。このとき、気泡の存在した空間が急激な負圧を伴って消失するため、高い衝撃波が発生し受熱板１１の表面が削られる、いわゆるキャビテーションのような状態が起こることがある。このような課題も、受熱板１１に流入する液相の冷媒１８の温度を上げることにより、気泡が冷媒１８により冷却されて消滅することを抑制することができるため、同時に受熱板１１の表面が削られることによる劣化を抑制することも可能となる。
【００５１】
また、冷媒加熱部１６は、受熱部６に設けた流入口１５と、流入口１５の下流側に設けた逆止弁１４とのあいだの配管経路２０である構成にしてもよい。流入口１５とその下流側に設けた逆止弁１４とのあいだの配管経路２０である冷媒加熱部１６は、受熱部６内に設けられることとなるので、受熱部６内の熱により冷媒加熱部１６内に停留している液相の冷媒１８が加熱される。これにより、受熱板１１に流れ込む液相の冷媒１８の温度と沸点との差が小さくなるため、冷媒１８が沸点に達するまでにかかる顕熱交換の時間が短くなる。その結果、より多くの熱量が交換される潜熱交換の割合が増えるので、受熱板１１から冷媒への熱移動のスピードが上がり、冷却性能を上げることができる。
【００５２】
（実施の形態２）
次に、図３（ａ）は、本実施形態の冷却装置の受熱部の構成を示す図、（ｂ）は、同冷却装置の受熱部のＡ−Ａ断面を示す図である。実施の形態１と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５３】
図３に示すように、冷媒加熱部２６の径は、流入口１５の上流側の帰還経路９の径より大きい構成にしてもよい。これにより、冷媒加熱部の容量が大きくなるので、冷媒加熱部により多くの冷媒を停留することができる。その結果、冷媒が冷媒加熱部に停留して加熱される時間が長くなり、冷媒をより高温に加熱することができる。これにより、受熱板に流れ込む液相の冷媒の温度と沸点との差が小さくなるため、冷媒が沸点に達するまでにかかる顕熱交換の時間が短くなる。その結果、より多くの熱量が交換される潜熱交換の割合が増えるので、受熱板から冷媒への熱移動のスピードが上がり、冷却性能を上げることができるという効果を奏する。
【００５４】
また、図３に示すように、受熱部６の内部の空間を水平に区切り、上部の空間を冷媒加熱部２６としてもよい。すなわち、冷媒加熱部２６の径は、受熱部６の径と同一である。これにより、冷媒加熱部２６の底面が受熱部６内を水平方向に覆うこととなるので、受熱部６内の熱を冷媒加熱部２６に停留する冷媒１８に無駄なく伝えることができる。
【００５５】
また、図３に示すように、逆止弁１４は、受熱部６の中央部に設け、流入口１５は、受熱部６の端部に設けた構成にしてもよい。これにより、流入口１５から冷媒加熱部２６に流入した冷媒１８が受熱部６の端部から、中央部に設けた逆止弁１４まで移動して逆止弁１４から導入管１７を流れ受熱板１１に流入するので、流入口１５を受熱部６の中央部に設けた場合と比較して冷媒１８が移動する距離が長くなる。その結果、冷媒１８が冷媒加熱部２６に停留して加熱される時間が長くなり、冷媒１８をより高温に加熱することができる。これにより、受熱板１１に流れ込む液相の冷媒１８の温度と沸点との差が小さくなるため、冷媒１８が沸点に達するまでにかかる顕熱交換の時間が短くなる。その結果、より多くの熱量が交換される潜熱交換の割合が増えるので、受熱板１１から冷媒１８への熱伝達のスピードが上がり、冷却性能を上げることができるという効果を奏する。
【００５６】
（実施の形態３）
図４（ａ）は、本実施形態の冷却装置の受熱部の構成を示す図、（ｂ）は、同冷却装置の受熱部のＡ−Ａ断面を示す図である。実施の形態１と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５７】
図４に示すように、冷媒加熱部３６の上流側の帰還経路９の一部は、放熱経路８と熱的に溶接等で接続している構成にしてもよい。これにより、冷媒加熱部３６での加熱に加えて、冷媒加熱部３６の上流側の帰還経路９内の冷媒１８も放熱経路８を流れる高温の冷媒からの熱を受けて加熱されることとなるので、受熱部６へ流入する冷媒１８をより高温に加熱することができる。これにより、受熱板１１に流れ込む液相の冷媒１８の温度と沸点との差が小さくなるため、冷媒１８が沸点に達するまでにかかる顕熱交換の時間が短くなる。その結果、より多くの熱量が交換される潜熱交換の割合が増えるので、受熱板１１から冷媒への熱移動のスピードが上がり、冷却性能を上げることができるという効果を奏する。
【００５８】
また、冷媒加熱部３６の上流側の帰還経路９の一部は、受熱部６と熱的に接続している構成にしてもよい。これにより、冷媒加熱部３６での加熱に加えて、冷媒加熱部３６の上流側の帰還経路９においても受熱部６の熱が冷媒１８を加熱することとなるので、冷媒１８をより高温に加熱することができる。これにより、受熱板１１に流れ込む液相の冷媒１８の温度と沸点との差が小さくなるため、冷媒１８が沸点に達するまでにかかる顕熱交換の時間が短くなる。その結果、より多くの熱量が交換される潜熱交換の割合が増えるので、受熱板１１から冷媒への熱移動のスピードが上がり、冷却性能を上げることができるという効果を奏する。
【００５９】
（実施の形態４）
図５（ａ）は、本実施形態の冷却装置の受熱部の構成を示す図、（ｂ）は、同冷却装置の受熱部のＡ−Ａ断面を示す図である。実施の形態１と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６０】
図５に示すように、冷媒加熱部４６の上流側の帰還経路９の一部は、受熱部６の上面と接触して設けた構成にしてもよい。これにより、冷媒加熱部４６である逆止弁の上流側の帰還経路９においても受熱部６の上面から放出される熱が冷媒１８を加熱することとなるので、冷媒１８をより高温に加熱することができる。これにより、受熱板１１に流れ込む液相の冷媒１８の温度と沸点との差が小さくなるため、冷媒１８が沸点に達するまでにかかる顕熱交換の時間が短くなる。その結果、より多くの熱量が交換される潜熱交換の割合が増えるので、受熱板１１から冷媒への熱伝達のスピードが上がり、冷却性能を上げることができるという効果を奏する。
【００６１】
（実施の形態５）
図６（ａ）は、本実施形態の冷却装置の受熱部の構成を示す図、（ｂ）は、同冷却装置の受熱部のＡ−Ａ断面を示す図である。実施の形態１と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６２】
図６に示すように、流入口２５を受熱部６の側面に設けた構成にしてもよい。これにより、流入口２５から帰還経路９の冷媒加熱部１６に相当する部分が受熱部６内に含まれため、流入した冷媒１８が受熱部６の側面、すなわち、端部から、中央部に設けた逆止弁１４まで移動して逆止弁１４から導入管１７を流れ受熱板１１に流入するので、流入口２５を受熱部６の中央部に設けた場合と比較して冷媒１８が移動する距離が長くなるため、冷媒１８が冷媒加熱部５６に停留して加熱される時間が長くなり、冷媒１８をより高温に加熱することができる。これにより、受熱板１１に流れ込む液相の冷媒１８の温度と沸点との差が小さくなるため、冷媒１８が沸点に達するまでにかかる顕熱交換の時間が短くなる。その結果、より多くの熱量が交換される潜熱交換の割合が増えるので、受熱板１１から冷媒１８への熱移動のスピードが上がり、冷却性能を上げることができるという効果を奏する。
【００６３】
（実施の形態６）
図７は、本実施形態の冷却装置の構成を示す図である。実施の形態１と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６４】
図７に示すように、帰還経路９の少なくとも一部を冷媒加熱部６６とした構成にしてもよい。
【００６５】
図８（ａ）は、本実施の形態の冷媒加熱部６６の構成を示す図である。図８（ｂ）は正面図である。図８に示すように、冷媒加熱部６６は、帰還経路９の外側に熱線ヒーター６７を螺旋状に巻きつけた構成である。図７に示したこの構成により、逆止弁１４の上流側で停留させた冷媒１８を、冷媒加熱部６６において熱線ヒーター６７により加熱することで受熱板１１に流入する液相の冷媒温度を上げる。これにより、受熱板１１に流れ込む液相の冷媒１８の温度と沸点との差が小さくなるため、冷媒１８が沸点に達するまでにかかる顕熱交換の時間が短くなる。その結果、より多くの熱量が交換される潜熱交換の割合が増えるので、受熱板１１から冷媒１８への熱移動のスピードが上がり、冷却性能を上げることができるという効果を奏する。また、熱線ヒーター６７は、受熱部６の流入口１５に近接する位置に設ける構成とすることで、逆止弁１４の上流側で停留させた冷媒１８は、熱線ヒーター６７により加熱された後も温度が下がることがなく、受熱板１１に流入する。これにより、受熱板１１に流れ込む液相の冷媒１８の温度と沸点との差が小さくなるため、冷媒１８が沸点に達するまでにかかる顕熱交換の時間が短くなる。その結果、より多くの熱量が交換される潜熱交換の割合が増えるので、受熱板１１から冷媒１８への熱移動のスピードが上がり、冷却性能を上げることができるという効果を奏する。
【００６６】
なお、本実施の形態では、帰還経路９の外側に熱線ヒーター６７を巻きつけた構成としたが、熱線ヒーター６７の外側に、更に断熱材６８を巻きつけた構成としてもよい。図９（ａ）は、本実施の形態の冷媒加熱部６６の構成を示す図、図９（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。図９（ａ）に示すように、断熱材６８は、帰還経路９に巻きつけた熱線ヒーター６７を覆っている。また、断熱材６８は、例えば樹脂等の熱伝導率が低いものがよく、帰還経路９と熱線ヒーター６７と一体の構成であってもよい。この構成により、冷媒加熱部６６での加熱時には、断熱材６８により帰還経路９の外部への放熱分を減少させることができる。これにより、冷媒をより高温に加熱することができ、受熱板１１に流れ込む液相の冷媒１８の温度と沸点との差が小さくなるため、冷媒１８が沸点に達するまでにかかる顕熱交換の時間が短くなる。その結果、より多くの熱量が交換される潜熱交換の割合が増えるので、受熱板１１から冷媒１８への熱移動のスピードが上がり、冷却性能を上げることができるという効果を奏する。
【００６７】
また、本発明の冷却装置５を搭載した電子機器（図示せず）という構成にしてもよい。これにより、冷却性能の高い冷却装置５により発熱体４の冷却を行なう電子機器とすることができるという効果を奏する。
【００６８】
また、本発明の冷却装置５を搭載した電気自動車１という構成にしてもよい。これにより、冷却性能の高い冷却装置５により電力変換装置の冷却を行なう電気自動車１とすることができる効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上のように本発明にかかる冷却装置は、受熱部の流入口の下流側であって逆止弁の上流側に、凝縮した冷媒を逆止弁の上流側に停留させる冷媒加熱部を設けたことを特徴とするものであり、冷却装置の冷却性能を向上を可能とするものであるので、電気自動車の駆動装置としての電力変換装置の冷却装置や、電子機器の高速演算処理装置部分などの冷却装置として有用である。
【符号の説明】
【００７０】
１    電気自動車
２    車軸
３    電動機
４    発熱体（半導体スイッチング素子）
５    冷却装置
６    受熱部
７    放熱部
８    放熱経路
９    帰還経路
１０    流出口
１１    受熱板
１２    受熱空間
１３    受熱カバー
１４    逆止弁
１５、２５    流入口
１６、２６、３６、４６、５６、６６    冷媒加熱部
１７    導入管
１８    冷媒
１９    電力変換装置
２０    配管経路
６７    熱線ヒーター
６８    断熱材
【図１】
2016050757.tif 000003
【図２】
2016050757.tif 000004
【図３】
2016050757.tif 000005
【図４】
2016050757.tif 000006
【図５】
2016050757.tif 000007
【図６】
2016050757.tif 000008
【図７】
2016050757.tif 000009
【図８】
2016050757.tif 000010
【図９】
2016050757.tif 000011