(57)【要約】【課題】電子機器および電気自動車の電子回路内の半導体素子が発生する熱量が低発熱量から高発熱量まで変動する場合、特に低発熱量時の冷却性能の低下と動作安定性を確保しつつ、高発熱量まで広範囲で高い冷却性能を実現した冷却装置を提供することを目的とする。【解決手段】放熱経路６の鉛直部を主経路路６ａと副経路６ｂで構成し、前記副経路６ｂの断面積は、前記主経路６ａの断面積より小さい構成とすることで、低発熱量時は副経路６ｂが主に動作することで低発熱量時の冷却性能の低下と動作安定性を確保し、高発熱量時は主経路６ａと副経路６ｂが同時に動作するように構成したことで、高い冷却性能を低発熱量〜高発熱量の広範囲にわたって実現したことを特徴とする冷却装置。【選択図】図２
2017116151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体からの熱を前記発熱体に接触させた受熱板から前記作動流体に伝える受熱部と、
前記作動流体の熱を放出する放熱部と、
前記受熱部と前記放熱部とを接続する放熱経路と帰還経路とを備え、
前記作動流体を、前記受熱部、前記放熱経路、前記放熱部、前記帰還経路、前記受熱部へと循環させて熱の移動を行う冷却装置であって、
前記帰還経路には逆流防止弁を備え、
前記逆流防止弁の上流の圧力が前記逆流防止弁の下流の圧力より高くなった時に前記作動流体は前記逆流防止弁を通過し、前記作動流体は前記受熱板上に供給され、供給された前記作動流体は前記流入口と前記受熱板との隙間から外周部へ拡散され、前記受熱板の表面に前記作動流体が薄い膜として広がり気化するとともに、
前記放熱経路の鉛直部は、主経路路と副経路で構成され、
前記副経路の断面積は、前記主経路の断面積より小さいことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記副経路が、前記主経路に内接してい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】
前記副経路が、前記主経路と同心円に配置されてい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】
前記副経路が、前記主経路に外接していることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記主経路の断面積Ａ１と前記副経路の断面積Ａ２の面積比Ａ２／Ａ１が、0.1〜0.5の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項６】
請求項１から５いずれか一つに記載の冷却装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項７】
請求項１から６いずれか一つに記載の冷却装置を備えたことを特徴とする電気自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置、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、電子機器および電気自動車の電力変換回路に搭載されたものが知られている。電気自動車では、駆動動力源となる電動モータを電力変換回路であるインバータ回路でスイッチング駆動していた。インバータ回路には、パワートランジスタを代表とする半導体スイッチング素子が複数個使われていて、それぞれの素子に数十アンペアの大電流が流れていた。そのため、大きな熱が発生し、冷却することが必要であった。
【０００３】
そこで、従来は、例えば特許文献１のように、加熱部１０１と冷却器１０２と上昇管１０３と下降管１０４とで構成するループ型ヒートパイプにより半導体スイッチング素子などの発熱体の冷却を行っていた。
【０００４】
以下、特許文献１に示すループ型ヒートパイプについて、図８を参照しながら説明する。
【０００５】
図８に示すようにループ型ヒートパイプは上昇管１０３と下降管１０４とを別個に含むループ回路１０５と、ループ回路１０５に真空下において封入された作動流体である熱媒体１０６と、ループ回路１０５の一部を構成しかつループ回路１０５の上方に位置する冷却器１０２と、上昇管１０３の下部に位置する加熱部１０１と、ループ回路１０５内の下部に介装しループ回路１０５内の熱媒体１０６の循環方向を限定する逆止弁１０７とを備えている。
【０００６】
ここで、加熱部１０１に接触させた半導体スイッチング素子に熱が発生すると、発生した熱は加熱部１０１へ伝わり、加熱部１０１を循環する熱媒体１０６に熱が加えられ気化する。逆止弁１０７によりその循環方向が制限され、気化した熱媒体１０６は上昇管１０３を上昇し冷却器１０２に導かれて冷却され、ここで、加熱部１０１で加えられた熱を放出する。冷却器１０２で熱を放出した熱媒体１０６は下降管１０４を下降し、逆止弁１０７を介して再び加熱部１０１へと循環する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６１−０３８３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような従来の冷却装置において、上昇管１０３の管径は、発生する熱媒体１０６の気化量に応じて、気化量が多くなるほど、大きくする必要がある。すなわち、半導体スイッチング素子の発熱量が多いほど熱媒体１０６の気化量が多くなるため、上昇管１０３の管径を大きくする必要がある。一方で、半導体スイッチング素子の発熱量は常に一定とは限らず、同一の半導体スイッチング素子であっても運転状態によって発熱量が変動し、特に半導体スイッチング素子の起動時においては発熱量は通常運転時より少なくなる場合が多い。
【０００９】
このような場合、発熱量に対して、上昇管１０３の管径が大き過ぎると、上昇管１０３の途中で液相の熱媒体１０６が下側すなわち加熱部１０１側へ逆流する現象を引き起こす場合が多く、加熱部１０１で熱を受け取った熱媒体１０６がスムーズに冷却器１０２側に移動せず加熱部１０１内にとどまるため加熱部１０１の温度が上昇し、結果的に冷却性能が低下するという課題を有していた。
【００１０】
そこで本発明は、上記の従来の課題を解決するものであり、半導体スイッチング素子の起動時、上昇管１０３（放熱経路）内の熱媒体１０６（作動流体）が下側すなわち加熱部１０１側へ逆流することを防止することにより、起動時の低い発熱量でも受熱部から放熱部へ作動流体をスムーズに循環させることができ、結果的に冷却性能の低下を防止する却装置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】
【００１１】
そして、この目的を達成するために、本発明の冷却装置は、発熱体からの熱を前記発熱体に接触させた受熱板から前記作動流体に伝える受熱部と、前記作動流体の熱を放出する放熱部と、前記受熱部と前記放熱部とを接続する放熱経路と帰還経路とを備え、前記作動流体を、前記受熱部、前記放熱経路、前記放熱部、前記帰還経路、前記受熱部へと循環させて熱の移動を行う冷却装置であって、前記帰還経路には逆流防止弁を備え、前記逆流防止弁の上流の圧力が前記逆流防止弁の下流の圧力より高くなった時に前記作動流体は前記逆流防止弁を通過し、前記作動流体は前記受熱板上に供給され、供給された前記作動流体の一部が気化し、その際の体積膨張により残りの作動流体が前記流入口と前記受熱板との隙間から外周部へ拡散され、前記受熱板の表面に前記作動流体が薄い膜として広がり気化するとともに、前記放熱経路の鉛直部は、主経路と副経路で構成され、前記副経路の断面積は、前記主経路の断面積より小さいことを特徴としており、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】
【００１２】
本発明の冷却装置によれば、発熱体からの熱を前記発熱体に接触させた受熱板から前記作動流体に伝える受熱部と、前記作動流体の熱を放出する放熱部と、前記受熱部と前記放熱部とを接続する放熱経路と帰還経路とを備え、前記作動流体を、前記受熱部、前記放熱経路、前記放熱部、前記帰還経路、前記受熱部へと循環させて熱の移動を行う冷却装置であって、前記帰還経路には逆流防止弁を備え、前記逆流防止弁の上流の圧力が前記逆流防止弁の下流の圧力より高くなった時に前記作動流体は前記逆流防止弁を通過し、前記作動流体は前記受熱板上に供給され、供給された前記作動流体の一部が気化し、その際の体積膨張により残りの作動流体が前記流入口と前記受熱板との隙間から外周部へ拡散され、前記受熱板の表面に前記作動流体が薄い膜として広がり気化するとともに、前記放熱経路の鉛直部は、主経路と副経路で構成され、前記副経路の断面積は、前記主経路の断面積より小さい構成を有する。
【００１３】
これにより、単一の放熱経路と比較して放熱経路を主経路と副経路の２つに分割することで、起動時の低い発熱量でも受熱部から放熱部へ作動流体をスムーズに循環させることができ、結果的に冷却性能の低下を防止することができるのである。
【００１４】
管路の断面積が小さいほど管路の中に存在する液体の表面張力は大きくなり、液体の表面を押し上げる方向に力がはたらくことが毛細管現象として知られている。すなわち、副経路の断面積を、主経路の断面積より小さくすることで、副経路内の作動流体の表面張力が大きくなり、副経路内の作動流体を押し上げる方向に力がはたらくので、放熱部側への作動流体を主経路より容易に運ぶことができる。その結果、起動時の低い発熱量でも受熱部から放熱部へ作動流体をスムーズに循環させることができ、結果的に冷却性能の低下を防止することができるのである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる冷却装置を搭載した電気自動車の概略図
【図２】（ａ）同冷却装置の概略図、（ｂ）同冷却装置の放熱経路を主経路と副経路の二つに分割した状態での放熱経路を示す図
【図３】従来の冷却装置の起動時における、上昇管内の作動流体の脈動現象を示す概略図
【図４】（ａ）従来の冷却装置における投入熱量と装置内を循環する作動流体の気相と液相の循環流量を示すグラフ、（ｂ）従来の冷却装置における投入熱量と加熱部内の圧力変動を示すグラフ
【図５】（ａ）従来と本発明の冷却装置における投入熱量と加熱部内の圧力変動の比較を示すグラフ、（ｂ）本発明の実施の形態１にかかる冷却装置における主経路と副経路の断面積比における起動時の最大圧力を示すグラフ
【図６】（ａ）主経路と主経路内に設けた副経路の軸心が同心円に位置する場合の本発明の実施形態１にかかる冷却装置の概略図、（ｂ）主経路と主経路内に仕切り板を設けることで副経路を構成した本発明の実施形態３にかかる冷却装置の概略図
【図７】主経路外に外接する形で副経路を設けた場合の本発明の実施形態２に示す冷却装置の概略図
【図８】従来の冷却装置を示す概略図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の請求項１記載の冷却装置は、発熱体からの熱を前記発熱体に接触させた受熱板から前記作動流体に伝える受熱部と、前記作動流体の熱を放出する放熱部と、前記受熱部と前記放熱部とを接続する放熱経路と帰還経路とを備え、前記作動流体を、前記受熱部、前記放熱経路、前記放熱部、前記帰還経路、前記受熱部へと循環させて熱の移動を行う冷却装置であって、前記帰還経路には逆流防止弁を備え、前記逆流防止弁の上流の圧力が前記逆流防止弁の下流の圧力より高くなった時に前記作動流体は前記逆流防止弁を通過し、前記作動流体は前記受熱板上に供給され、供給された前記作動流体の一部が気化し、その際の体積膨張により残りの作動流体が前記流入口と前記受熱板との隙間から外周部へ拡散され、前記受熱板の表面に前記作動流体が薄い膜として広がり気化するとともに、前記放熱経路の鉛直部は、主経路と副経路で構成され、前記副経路の断面積は、前記主経路の断面積より小さい構成を有する。
【００１７】
これにより、単一の放熱経路と比較して放熱経路を主経路と副経路の２つに分割することで、起動時の低い発熱量でも受熱部から放熱部へ作動流体をスムーズに循環させることができ、結果的に冷却性能の低下を防止することができるのである。管路の断面積が小さいほど管路の中に存在する液体の表面張力は大きくなり、液体の表面を押し上げる方向に力がはたらくことが毛細管現象として知られている。すなわち、副経路の断面積を、主経路の断面積より小さくすることで、副経路内の作動流体の表面張力が大きくなり、副経路内の作動流体を押し上げる方向に力がはたらくので、放熱部側への作動流体を主経路より容易に運ぶことができる。その結果、起動時の低い発熱量でも受熱部から放熱部へ作動流体をスムーズに循環させることができ、結果的に冷却性能の低下を防止できることになる。
【００１８】
また、副経路が、主経路に内接した構成としてもよい。これにより、簡素な構造で起動時の良好な作動流体の循環を実現できる。
【００１９】
また、副経路が、主経路と同心円に位置させる構成としてもよい。これにより、起動時の良好な作動流体の循環を実現できる。
【００２０】
また、放熱経路の主経路に内蔵した副経路が、主経路に外接する構成としてもよい。これにより、起動時の良好な作動流体の循環を実現できる。
【００２１】
また、主経路の断面積Ａ１と副経路の断面積Ａ２の面積比Ａ２／Ａ１が、0.1〜0.5の範囲とする構成としてもよい。これにより、起動時の良好な作動流体の循環を実現できる。
【００２２】
また、本発明の冷却装置を備えた構成とした電子機器とする構成にしてもよい。  これにより、電子機器の起動時、冷却装置内の作動流体の循環が安定し、冷却性能の低下を抑制することができるという効果を得ることができる。
【００２３】
また、本発明の冷却装置を備えた構成とした電気自動車にしてもよい。これにより、電気自動車は、起動時、冷却装置内の作動流体の循環が安定し、冷却性能の低下を抑制する効果を有した冷却装置を備えた構成となり、その結果、電気自動車の起動時の動作安定性も確保できるという効果を得ることができる。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２５】
（実施の形態１）
図１に示すように、電気自動車１の車軸（図示せず）を駆動する電動モータ（図示せず）は、電気自動車１内に配置した電力変換装置であるインバータ回路２に接続されている。
【００２６】
インバータ回路２は、電動モータに電力を供給するもので、複数個の半導体スイッチング素子９（図２）を備えおり、この半導体スイッチング素子９が動作中に熱を発生する。
【００２７】
このため、この半導体スイッチング素子９を冷却するために、熱媒体となる作動流体１１（図２）を循環させることで冷却を行う冷却装置３を備えている。
【００２８】
ここで、この作動流体１１には、例えば水やエタノール等を使用している。
【００２９】
冷却装置３は、作動流体１１に熱を伝達する受熱部４と、伝達された作動流体１１の熱を放出する放熱部５とを備え、受熱部４と放熱部５との間で熱媒体となる作動流体を循環させる放熱経路６と、帰還経路７とを設けることで、受熱部４、放熱経路６、放熱部５、帰還経路７、受熱部４を作動流体１１が循環する循環経路を構成している。
【００３０】
さらに、帰還経路７に逆流防止弁１６（図２）を備えることで、受熱部４内で作動流体１１が、高圧の気相状態（水の場合水蒸気）に変化した際、帰還経路７側へ逆流すること無く、液相を伴った混相状態で、受熱部４から放熱経路６を通って放熱部５に至り放熱後、全て液相状態で帰還経路７を経て受熱部４へと一方向に、循環するようになっている。
【００３１】
放熱部５は送風機８から外気が送風されることで、冷却され熱を放出している。
【００３２】
なお、この放熱部５から放出された熱は、電気自動車１の車内の暖房に活用することも出来る。
【００３３】
これより、図２を用いて、本発明の冷却装置３について詳述する。
【００３４】
図２に示すように受熱部４は、半導体スイッチング素子９に接触させて熱を吸収する受熱板１０と、この受熱板１０の表面を覆い、流れ込んだ作動流体１１を蒸発させる受熱空間１２を形成する受熱板カバー１３とを備えている。
【００３５】
さらに、受熱板カバー１３には、受熱空間１２に帰還経路７から作動流体１１を流入させる流入口１４と、受熱空間１２から放熱経路６へ作動流体１１を排出する排出口１５が設けられている。
【００３６】
また、帰還経路７には、流入口１４近傍に逆流防止弁１６を備えている。
【００３７】
このような構成による冷却装置３の作用について説明する。
【００３８】
上記構成において、インバータ回路２（図１）の半導体スイッチング素子９が動作を開始すると電動モータに電力が供給されて、電気自動車１（図１）は、動きだすこととなる。
【００３９】
このとき、半導体スイッチング素子９には大電流が流れることにより、大きな熱が発生する。
【００４０】
ここで、半導体スイッチング素子９で発生した熱は受熱板１０へ伝わる。受熱板１０へ伝わった熱は、受熱空間１２の受熱板１０上に供給された作動流体１１を瞬時に気化させ、作動流体１１の一部を気相状態へと変化させる。気化潜熱および顕熱を与えられた気相と液相との混相状態の作動流体１１は、排出口１５から放熱経路６へと循環して放熱部５に流入し、放熱部５で冷却され気相の作動流体１１の全てが凝縮し、液相状態になることにより、凝縮潜熱および顕熱を外気に放出する。
【００４１】
続いて、凝縮潜熱および顕熱を放出した作動流体１１は帰還経路７へと循環し、逆流防止弁１６の上に溜まることとなる。逆流防止弁１６の上に溜まった作動流体１１は、徐々に帰還経路７内で増加し、水頭圧力が高くなる。（水頭高さが高くなる。）一方、受熱空間１２では作動流体１１が供給されないため、作動流体１１の気化に伴い徐々に作動流体１１が減少し、受熱空間１２の圧力が低下する。
【００４２】
逆流防止弁１６の上流の圧力（逆流防止弁１６の上流近傍の圧力と、帰還経路７内の作動流体１１の持つ水頭圧力との和）が逆流防止弁１６の下流の圧力（逆流防止弁１６の下流近傍の圧力）より高くなった時に、逆流防止弁１６が押し下げられて開き、作動流体１１は逆流防止弁１６を通過し、再び受熱空間１２の受熱板１０上に作動流体１１が供給される。
【００４３】
受熱空間１２においては、逆流防止弁１６を通過した作動流体１１は、流入口１４から受熱板１０上に供給される。供給された作動流体１１は、受熱板１０の熱が加えられることで一部が気化する。そして、作動流体１１は気化による体積膨張により、未沸騰の作動流体１１を伴って流入口１４と受熱板１０との隙間から外周部へ高速拡散される。このとき、受熱板１０の表面に、作動流体１１が薄い膜として広がり、高温の受熱板１０の熱を加えられ一瞬にして気化することとなる。
【００４４】
なお、受熱空間１２を含む冷却装置３内部の内圧は、使用する作動流体１１によって異なるが、例えば作動流体１１として水を使用した場合、大気圧よりも低く設定することで、大気圧中の水の沸騰に比べて低い温度で気化させることができる。本実施の形態では、ほぼ真空に減圧した冷却装置３内に所望の水を封入し、外気温度に応じた飽和水蒸気状態にしておくことで、外気温度＋数１０度程度の気化温度で容易に水を気化させることができる。
【００４５】
これにより、半導体スイッチング素子９から発生した熱は、作動流体１１に気化潜熱および顕熱として除去され、効率的な冷却が可能となる。
【００４６】
また、作動流体１１が気化するときに受熱空間１２の圧力は増加するが、逆流防止弁１６の作用により、作動流体１１は逆流して帰還経路７側へ戻ることはなく、確実に排出口１５から放熱経路６へ放出させることができる。
【００４７】
このように冷却装置３を動作させることで、規則的な受熱と放熱のサイクルができ、連続して作動流体１１を受熱空間１２で気化させて半導体スイッチング素子９からの熱を効率的に除去し、大きな冷却効果を実現することができる。
【００４８】
次に、本実施形態における最も特徴的な部分について説明する。
【００４９】
図２に示す様に排出口１５に接続した放熱経路６のうち鉛直方向に配置された鉛直部は、主経路６ａと副経路６ｂの２つの経路に分割され、主経路６ａに副経路６ｂが内接した構成となっている。副経路６ｂの作動流体１１の循環方向に対する垂直断面積Ａ２は、主経路６ａの垂直断面積Ａ１よりも相対的に小さくなっている。
【００５０】
管路の断面積が小さいほど管路の中に存在する液体の表面張力は大きくなり、液体の表面を押し上げる方向に力がはたらくことが毛細管現象として知られている。すなわち、副経路６ｂの断面積を、主経路６ａの断面積より小さくすることで、副経路６ｂ内の作動流体１１の表面張力が大きくなり、副経路６ｂ内の作動流体１１を押し上げる方向に力がはたらくので、放熱部５側への作動流体１１を主経路６ａより容易に運ぶことができる。その結果、起動時の低い発熱量でも受熱部４から放熱部５へ作動流体１１をスムーズに循環させることができ、結果的に冷却性能の低下を防止することができるのである。
【００５１】
さらに、同時に従来の冷却装置の起動時に単一の上昇管内で発生していた、加熱された液相が加熱部側と冷却器側を行き来する脈動現象も防止することができる。
【００５２】
ここで、前述の脈動現象について、図３、図４、図５を用いてもう少し詳しく説明を行うことにする。図３は、従来の冷却装置の起動時における上昇管１０３内の作動流体の状態を示す概略図である。図３（ａ）は、起動の極初期の状態で加熱部から熱を受けた上昇管に接触した作動流体（熱媒体）の一部が、管壁面で蒸発し多数の気泡を形成している状態である。管径が十分に大きい場合は、通常、加熱量が増加しても気泡のサイズが大きくなるだけであり、この状態が継続されることになる。しかし、上昇管の管径が縮小し、上昇管の内壁面に作動流体の表面張力による上部メニスカス１０８が形成されるような状態では、図３（ｂ）に示すように、加熱された未沸騰の作動流体が一つの塊となって押し上げられることになる。この様な状態でも作動流体の表面張力が大きく、上下のメニスカスが維持できる状態であれば、加熱部側の圧力上昇を伴って冷却器側へ作動流体の塊は押し上げられることになる。しかし、作動流体の表面張力が上下のメニスカスを維持できるほど強く無い場合、管を上昇中に上下のメニスカスが崩壊し、図３（ｃ）のように加熱部側にすべて逆流してくることになる。通常、この図３（ａ）〜（ｃ）を繰り返す現象を脈動現象と呼ぶ。この現象を冷却装置から見た場合、一旦、加熱部から顕熱として熱を受け取った高温の作動流体が、冷却器に到達せず加熱部に逆流することになるため、熱輸送の媒体として機能しておらず、顕熱分が常に加熱部に累積する形となり、相変化を利用した冷却装置では、重大な冷却性能の低下や不安定動作をまねく現象となっている。また、図３（ｂ）のように起動時に大量の作動流体を冷却器側まで押し上げるには、前述のとおり加熱部側の圧力上昇が必要であり、これは、作動流体の飽和温度を高めることとなり、結果的に冷却性能の低下を招くことになる。加えて図４は、従来の冷却装置において、図３で述べた脈動現象が発生した状態を投入熱量Ｑに対する作動流体の循環量や圧力変動として表した場合のグラフである。図４（ａ）は、投入熱量Ｑに対する作動流体の気相循環量Ｗｇと液相循環量Ｗｌの関係を表しており、同図より、投入熱量が低い範囲すなわち起動時に近い状態では、作動流体の循環量が極めて低いことを示している。また、図４（ｂ）は、この時の投入熱量Ｑに対する受熱部内圧力Ｐを示したものであり、作動流体の循環が極めて低い範囲では急激な圧力上昇と圧力変動が存在することを示している。この高圧の圧力変動の領域が前記の脈動現象が発生した状態を示している。
【００５３】
通常、脈動現象を防止するには、放熱経路の断面積を小さくするとこが有効である。しかし、相変化を用いた冷却装置では、作動流体が気化する段階で大きな体積膨張を伴うため、単純に放熱経路の断面積を縮小することは、最大熱輸送量自体を縮小する結果をまねくことになる。その点を説明したのが図５である。図５（ａ）は、放熱経路の管径を変化させた場合の投入熱量Ｑと受熱部内圧力Ｐを示したものである。太実線で示す断面積の大きい単一管である管断面積Ａ１においては、投入熱量Ｑが小さい範囲、すなわち、起動時の発熱量が小さい範囲おいては、受熱部内圧力Ｐが上昇した状態で上下に変化を繰り返していることから、脈動現象が発生していることがわかる。
【００５４】
一方、細実線で示す断面積の小さい単一管である管断面積Ａ２においては、管径を小さくして作動流体の表面張力が大きくなっているため上下のメニスカスが崩壊せず作動流体の塊が押し上げられるので、投入熱量Ｑが小さい範囲おいて、受熱部内圧力Ｐは、断面積の大きい単一管である管断面積Ａ１ほど上昇せず、上下に変化もしていないことから、脈動現象が発生していないことがわかる。しかし、断面積の小さい単一管である管断面積Ａ２においては、管断面積が小さいため、高発熱量側で急激に圧力上昇が起こっており高い熱量に対応できていないことを表している。
【００５５】
これに対して、本発明の実施の形態１で示した放熱経路の鉛直部を主経路６ａと副経路６ｂで構成した場合の断面積Ａ３が点線で表したグラフである。断面積Ａ３の場合、低発熱量の範囲では、管断面積Ａ１と同じく起動時の圧力上昇と脈動現象は抑制されており、且つ高発熱量側では大きな管断面積Ａ１に匹敵する低い圧力状態を示していることが分かる。すなわち、本発明の実施の形態１に示した放熱経路ｂ６の鉛直部を主経路６ａと副経路６ｂで構成することで、低発熱量時の圧力上昇と脈動現象を抑制し、且つ高発熱量に対しても十分な性能が確保できることを示した結果である。また、図５（ｂ）は、放熱経路の主経路断面積Ａ１と副経路断面積Ａ２の比である経路断面積比（Ａ２／Ａ１）と起動時の最大圧力Ｐ３を示したグラフである。同図より、経路断面積（Ａ２／Ａ１）は、０．１〜０．５の範囲を選択すべきであることが分かる。
【００５６】
次に、図６を用いて、図２で説明した放熱経路６の鉛直部の主経路６ａと副経路６ｂの他の配置関係の場合について追加説明を加えることにする。図６（ａ）は、放熱経路６の主経路６ａと副経路６ｂの軸心が同心円に配置された構成例であり、図６（ｂ）は、放熱経路６の主経路６ａ内に仕切り板を加えて副経路６ｂが内接する形で構成とした例である。
【００５７】
さらに、図７は、本発明の実施の形態２を示したものである。図６までの実施の形態１の場合は、放熱経路６の副経路６ｂが主経路６ａの内部に配置されていたが、この場合、主経路６ａの外側に副経路６ｂが併設する構成となっている。ただし、冷却装置としての特性は実施の形態１の場合と同様の冷却性能を実現することが可能である。
【００５８】
以上、本発明の実施の形態１を用いることで起動時の冷却性能の低下や不安定動作を防止するとともに、低発熱量から高発熱量までの広い範囲で安定した高い冷却性能を維持した冷却装置を実現することが可能である。
【００５９】
なお、上記実施形態においては、冷却装置３を電気自動車１に適用したものとして説明して来たが、電子機器に冷却装置３を適用することも出来る。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明にかかる冷却装置は、低発熱量から高発熱量までの広い範囲で安定した高い冷却性能を維持した冷却装置を実現することができ、電子機器および電気自動車の発熱量の変動が大きな半導体回路内の冷却に有用である。
【符号の説明】
【００６１】
１    電気自動車
２    インバータ回路
３    冷却装置
４    受熱部
５    放熱部
６    放熱経路
６ａ    主経路
６ｂ    副経路
７    帰還経路
８    送風機
９    半導体スイッチング素子
１０    受熱板
１１    作動流体
１２    受熱空間
１３    受熱板カバー
１４    流入口
１５    排出口
１６    逆流防止弁
【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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