(57)【要約】  この冷却装置（１００）の冷媒流路（２）は、冷媒（５）が流入する入口開口（２２）と、入口開口から分岐してそれぞれ熱交換部（２１）につながる分配路（２３）と、少なくとも一部が気化した冷媒が流出する出口開口（２４）とを含む。分配路の分岐部（２３ａ）と熱交換部との間には、流路抵抗を増大させることにより、発熱体（Ｍ）の発熱量の変動に伴う冷媒の分配量の変動を抑制する抵抗体（３０）が設けられている。
2020174593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体が設置される設置面を有する本体部と、
前記本体部内に設けられ、前記設置面上の複数の前記発熱体と冷媒との間でそれぞれ熱交換を行う複数の熱交換部を含む冷媒流路とを備え、
前記冷媒流路は、少なくとも一部が液相の冷媒が流入する入口開口と、前記入口開口から分岐してそれぞれ前記熱交換部につながる分配路と、少なくとも一部が前記熱交換部において気化した冷媒が流出する出口開口とを含み、
前記分配路の分岐部と前記熱交換部との間には、流路抵抗を増大させることにより、前記発熱体の発熱量の変動に伴う冷媒の分配量の変動を抑制する抵抗体が設けられている、冷却装置。
【請求項２】
前記冷媒流路は、それぞれの前記熱交換部から合流して前記出口開口につながる排出路を含み、
前記抵抗体は、前記排出路には設けられずに前記分配路に設けられている、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記抵抗体は、前記分配路において、前記発熱体との熱交換に伴う前記熱交換部からの熱伝導の影響を受けないように前記熱交換部から離間した位置に配置されている、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記抵抗体は、前記分配路において前記熱交換部よりも前記分岐部に近い位置に配置されている、請求項３に記載の冷却装置。
【請求項５】
複数の前記熱交換部は、第１熱交換部と第２熱交換部とを含み、
前記抵抗体は、前記第１熱交換部および前記第２熱交換部の一方における圧力損失が最大となり、前記第１熱交換部および前記第２熱交換部の他方における圧力損失が最小となる場合に、前記第１熱交換部および前記第２熱交換部の各々に分配される冷媒の流量差が予め設定された範囲内に収まるように、設置位置における前記冷媒流路の流路抵抗を増大させる、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記熱交換部は、冷媒の流通方向に沿って設けられた第１フィンを含み、
前記抵抗体は、同一条件下で前記第１フィンよりも流路抵抗を増大させるように構成されている、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記抵抗体は、冷媒の流通方向と交差する方向に向けて設けられ、かつ、冷媒が流通方向に通過可能な第２フィンにより構成されている、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記抵抗体を構成する前記第２フィンは、オフセットフィンまたはパーフォレートフィンを含む、請求項７に記載の冷却装置。
【請求項９】
前記本体部は、前記冷媒流路を区画する壁部と、前記設置面を構成する板部材と、前記冷媒流路内に配置された前記抵抗体とがろう付けにより一体化された構造を有する、請求項７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、冷却装置に関し、特に、内部の冷媒流路を流れる冷媒によって、表面上に配置された発熱体を冷却する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内部の冷媒流路を流れる冷媒によって、発熱体を冷却する冷却装置が知られている。このような冷却装置は、たとえば、実開昭６３−１４５３９５号公報に開示されている。【０００３】
上記実開昭６３−１４５３９５号公報では、電子機器に複数のモジュールと冷媒供給装置を搭載し、冷媒供給装置から流路を介してそれぞれのモジュールに冷媒を循環供給している電子機器の冷媒流路調整構造が開示されている。実開昭６３−１４５３９５号公報では、モジュールの冷媒流路の、冷媒供給側それぞれに供給側流路抵抗調整器を設け、且つ、排出側それぞれに排出側流路抵抗調整器を設けている。供給側流路抵抗調整器および排出側流路抵抗調整器は、バルブ等である。【０００４】
実開昭６３−１４５３９５号公報において、モジュールについて具体的な説明はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭６３−１４５３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記実開昭６３−１４５３９５号公報では開示されていないが、電子機器などの発熱体の冷却には、コールドプレートと呼ばれる冷却装置が用いられる。コールドプレートは、内部の流路を流れる冷媒によって、表面上に設置された発熱体を冷却する。コールドプレートには、複数の発熱体が設置されることがあり、その場合、冷媒の流路がコールドプレート内部で分岐して、それぞれの発熱体の直下を通過するように並列的に設けられることがある。【０００７】
また、上記実開昭６３−１４５３９５号公報では開示されていないが、このような冷却装置では、冷媒流路内で液相の冷媒を気化させ、気化熱を利用することにより冷却性能を向上させることがある。【０００８】
ここで、コールドプレートに設置された電子機器などの発熱体の負荷（熱負荷、すなわち、発熱量）は、電子機器の動作に応じて変動するため、コールドプレートに設置された個々の発熱体において負荷が変動し、均一とはならない。このとき、コールドプレートの内部で分岐した冷媒流路では、負荷が高い側では冷媒のガス率（気相の冷媒の割合）が上昇して体積変化により圧力損失が増大する一方、負荷が低い側ではガス率が低いままとなるため圧力損失が相対的に低くなる。その結果、分岐した冷媒流路において、高負荷側への冷媒流量が相対的に減少し、低負荷側への冷媒流量が相対的に増大することにより高負荷側での冷却性能が不足し、装置全体としての冷却性能が低下するという問題点がある。【０００９】
そのため、分岐した流路内での冷媒の気化熱を利用して複数の発熱体を冷却する冷却装置において、発熱体の負荷が変動した場合でも冷媒分配量の変動を抑制することが求められる。【００１０】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、分岐した流路内での冷媒の気化熱を利用して複数の発熱体を冷却する冷却装置において、発熱体の負荷が変動した場合でも冷媒分配量の変動を抑制することが可能な冷却装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、この発明による冷却装置は、発熱体が設置される設置面を有する本体部と、本体部内に設けられ、設置面上の複数の発熱体と冷媒との間でそれぞれ熱交換を行う複数の熱交換部を含む冷媒流路とを備え、冷媒流路は、少なくとも一部が液相の冷媒が流入する入口開口と、入口開口から分岐してそれぞれ熱交換部につながる分配路と、少なくとも一部が熱交換部において気化した冷媒が流出する出口開口とを含み、分配路の分岐部と熱交換部との間には、流路抵抗を増大させることにより、発熱体の発熱量の変動に伴う冷媒の分配量の変動を抑制する抵抗体が設けられている。【００１２】
この発明による冷却装置では、上記のように構成することによって、冷媒が気化する熱交換部の手前の、分岐部との間の位置で、抵抗体により、ガス率が増大する前の冷媒の流路抵抗を予め増大させておくことができる。すなわち、分岐した冷媒流路の各熱交換部における発熱体の負荷が変動すると、負荷変動（ガス率の差異）に応じて各熱交換部における圧力損失に差が生じる。このとき、抵抗体を設けない場合、各熱交換部への冷媒分配量は、各熱交換部における圧力損失の差にそのまま依存する。そこで、それぞれの熱交換部の手前に設けた抵抗体により圧力損失を予め大きくすることにより、抵抗体による圧力損失によって、各熱交換部における圧力損失の差異が各熱交換部への冷媒分配量に及ぼす影響を、相対的に小さくすることができる。説明のために極端な例を示すと、各熱交換部のガス率の変動に伴う圧力損失の変化量に対して抵抗体による圧力損失の上昇が十分に大きければ、各熱交換部でのガス率の相違による圧力損失の差異はほぼ無視できるようになる。このような理由により、上記構成によれば、分岐した流路内での冷媒の気化熱を利用して複数の発熱体を冷却する冷却装置において、発熱体の負荷が変動した場合でも冷媒分配量の変動を抑制することができる。【００１３】
上記発明において、好ましくは、冷媒流路は、それぞれの熱交換部から合流して出口開口につながる排出路を含み、抵抗体は、排出路には設けられずに分配路に設けられている。ここで、各熱交換部におけるガス率の相違により圧力損失に差異が生じた後の下流側の排出路に抵抗体が設けられると、各熱交換部における圧力損失の差を拡大する方向に作用してしまう。そのため、上記構成によれば、各熱交換部におけるガス率の差が生じる前の上流側（分配路）にのみ抵抗体が配置されるので、効果的に冷媒分配量の変動を抑制することができる。【００１４】
上記発明において、好ましくは、抵抗体は、分配路において、発熱体との熱交換に伴う熱交換部からの熱伝導の影響を受けないように熱交換部から離間した位置に配置されている。ここで、熱交換部の手前であっても、熱交換部の近傍の位置では、熱伝導により発熱体の熱が伝わり冷媒が気化する可能性がある。ガス率に差異が生じた後に抵抗体が設けられれば、各熱交換部の圧力損失の差異を拡大してしまう。そこで、上記構成によれば、抵抗体の配置位置において熱交換部からの熱伝導の影響によって冷媒が気化することが抑制される。そのため、発熱体の熱の影響を受ける前段階の位置で流路抵抗（圧力損失）を増大させることができる。【００１５】
この場合、好ましくは、抵抗体は、分配路において熱交換部よりも分岐部に近い位置に配置されている。このように構成すれば、熱交換部から相対的に離れた位置に抵抗体が配置されるので、より確実に、発熱体の熱によってガス率（気化に伴う圧力損失）に差異が生じる前段階の位置で流路抵抗（圧力損失）を増大させることができる。【００１６】
上記発明において、好ましくは、複数の熱交換部は、第１熱交換部と第２熱交換部とを含み、抵抗体は、第１熱交換部および第２熱交換部の一方における圧力損失が最大となり、第１熱交換部および第２熱交換部の他方における圧力損失が最小となる場合に、第１熱交換部および第２熱交換部の各々に分配される冷媒の流量差が予め設定された範囲内に収まるように、設置位置における冷媒流路の流路抵抗を増大させる。このように構成すれば、第１熱交換部と第２熱交換部とで負荷が最大限相違し、圧力損失の差が最大となる場合でも、冷媒の分配量を予め設定した範囲内に収めることができる。したがって、発熱体の負荷が最大限変動した場合にも対応可能な冷却装置の性能を確保できる。【００１７】
上記発明において、好ましくは、熱交換部は、冷媒の流通方向に沿って設けられた第１フィンを含み、抵抗体は、同一条件下で第１フィンよりも流路抵抗を増大させるように構成されている。ここで、同一条件とは、冷媒流路の同一位置に同一寸法で第１フィンと抵抗体とがそれぞれ設けられるケースを仮定した条件のことである。この同一条件下で、第１フィンおよび抵抗体の各流路抵抗はその構造によって決まり、抵抗体が第１フィンよりも流路抵抗を増大させる構造を有する。このように構成すれば、たとえば分配路にも第１フィンを設けることにより流路抵抗を増大させる場合と異なり、抵抗体によって流路抵抗を効果的に増大させることができるので、冷媒流通方向における抵抗体の長さを抑制できる。その結果、冷媒流路の流路長が不必要に増大することを抑制できるので、流路長の増大により冷却装置が大型化することを抑制できる。【００１８】
上記発明において、好ましくは、抵抗体は、冷媒の流通方向と交差する方向に向けて設けられ、かつ、冷媒が流通方向に通過可能な第２フィンにより構成されている。ここで、通常、熱交換部に設けられる伝熱用のフィンは、冷媒の流通方向に沿って延びるように設けられ、冷媒流路を局所的に複数のチャネルに分割することにより伝熱面積を増大させて熱交換性能を向上させる。これに対し、上記構成によれば、冷媒を通過可能としつつ、冷媒を遮るように冷媒の流通方向と交差する方向（通常と異なる方向）に向けた第２フィンによって、流路抵抗を効果的に増大させることができる。また、フィンは、熱交換部にも設けられる部材であるため、抵抗体として専用の部材を設ける必要がなく装置構成を簡素化できる。【００１９】
この場合、好ましくは、抵抗体を構成する第２フィンは、オフセットフィンまたはパーフォレートフィンを含む。ここで、オフセットフィンは、冷媒流路を区画するように所定方向に延びる複数のフィン部が所定方向と直交する幅方向へずれるように形成されたフィンであり、それぞれのフィン部がずれた隙間部分で冷媒が流通可能となる。パーフォレートフィンは、フィン部に貫通孔が設けられたフィンであり、貫通孔を介して冷媒が流通可能となる。オフセットフィンの隙間部分やパーフォレートフィンの貫通孔は十分に小さくすることができるので、第２フィンとしてこれらのフィンを用いることにより、短距離でも効果的に流路抵抗を増大させることが可能な抵抗体を構成することができる。また、オフセットフィンには、幅方向へのずれ量やフィン部の長さにおいて多様な種類があり、パーフォレートフィンにも貫通孔の大きさや数において多様な種類があるため、これらを利用することによって冷媒流路に適した流路抵抗の抵抗体を容易に得ることができる。【００２０】
上記抵抗体が第２フィンにより構成される場合、好ましくは、本体部は、冷媒流路を区画する壁部と、設置面を構成する板部材と、冷媒流路内に配置された抵抗体とがろう付けにより一体化された構造を有する。このように構成すれば、ろう付けにより、冷媒流路と抵抗体とを一括して確実に接合することができる。一方、ろう付けでは、ろう材を溶融させて部材を接合するため、たとえば抵抗体として、微小孔が形成されたオリフィス板や、微小隙間が形成されたブロック体などを用いる場合、溶けたろう材によって目詰まりを起こさないようにする必要があり製造難易度が増大する。これに対して、第２フィンにより構成される抵抗体では、ろう付けにより接合された冷却装置に伝熱用のフィンが多く用いられている実績があり、目詰まりなどを生じさせることなく接合させることが容易である。そのため、第２フィンにより構成される抵抗体では、ろう付けによる一括接合を行う場合でも、目詰まりの発生や流路抵抗の設計値からの乖離を生じることなく容易に抵抗体を構成できるので、冷却装置の性能と製造の容易性との両立を図ることができる。
【発明の効果】
【００２１】
分岐した流路内での冷媒の気化熱を利用して複数の発熱体を冷却する冷却装置において、発熱体の負荷が変動した場合でも冷媒分配量の変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態による冷却装置に発熱体を設置した状態を示した模式的な斜視図である。
【図２】本体部の内部の冷媒流路を示した模式的な水平断面図である。
【図３】図２の冷媒流路の分配路を拡大して示した図である。
【図４】プレーンフィンの一例を示した斜視図である。
【図５】パーフォレートフィンの一例を示した斜視図である。
【図６】オフセットフィンの一例を示した斜視図である。
【図７】冷却装置に冷媒を循環させる流体回路を説明するための図である。
【図８】抵抗体を設けない比較例において発熱体の負荷変動がない場合の冷媒分配量を説明するための図である。
【図９】抵抗体を設けない比較例において発熱体の負荷変動がある場合の冷媒分配量を説明するための図である。
【図１０】本実施形態の冷却装置において発熱体の負荷変動がある場合の冷媒分配量を説明するための図である。
【図１１】変形例による曲がった接続路を示した模式図である。
【図１２】分配路に偏流抑制部を設けた変形例を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１〜図７を参照して、一実施形態による冷却装置１００の構成について説明する。冷却装置１００は、上面（設置面）上に設置された発熱体からの熱を吸収して冷却する液冷式のコールドプレートである。発熱体Ｍは、特に限定されないが、たとえば各種の電子機器、電子回路（または電子回路を構成する素子）などの発熱体である。発熱体Ｍは、たとえば電力変換装置に搭載されるパワーモジュールや、コンピュータに搭載されるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などのプロセッサでありうる。以下では、発熱体Ｍが、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などの電力制御用スイッチング素子を備えたパワーモジュールである例について説明する。
【００２５】
（本体部）
図１に示すように、冷却装置１００は、本体部１を備えている。本体部１は、発熱体Ｍが設置される設置面１１を有する。本体部１は、設置面１１上に設置された発熱体Ｍを冷却するための冷媒５を流通させる冷媒流路２（図２参照）を内部に有している。
【００２６】
本体部１は、概略で長方形状の平板形状を有する。本体部１は、それぞれ平坦面状の第１面（上面）と、第２面（下面）とを有する。本体部１の長手方向の一方（Ｘ１方向）の側端面および他方（Ｘ２方向）の側端面には、それぞれ、冷媒流路２に対する外部の冷媒流路（配管など）との接続口となるノズル３が設けられている。各ノズル３は、冷媒５が出入りするための開口部を有している。２つのノズル３は、開口部を介して、冷媒流路２の後述する入口開口２２および出口開口２４とそれぞれ連通している。以下、便宜的に、平面視（上面視）における直交する２方向のうち、本体部１の長手方向をＸ方向とし、本体部１の短手方向をＹ方向とする。本体部１の厚み方向（上下方向）をＺ方向とする。
【００２７】
図１の例では、本体部１の第１面（上面）が設置面１１である。設置面１１は、たとえば平坦面であるが、発熱体Ｍの形状に応じて凹凸が形成されていてもよい。設置面１１には、発熱体Ｍを配置するための配置領域１２が複数形成されている。配置領域１２は、設置面１１内で、発熱体Ｍが載置されて発熱体Ｍの表面と設置面１１とが接触する領域である。図１の例では、本体部１に４つの配置領域１２が設けられており、冷却装置１００には、４つの発熱体Ｍを配置することが可能である。
【００２８】
図１の例では、パワーモジュールである発熱体Ｍは、平面視で長方形の板状形状を有する。各配置領域１２は、発熱体Ｍが、長辺がＸ方向に一致し、短辺がＹ方向に一致して載置されるように形成されている。発熱体Ｍの平面形状は任意である。
【００２９】
本体部１には、それぞれの配置領域１２に対応するねじ穴（図示せず）が設けられ、発熱体Ｍを配置領域１２に位置決めして固定することが可能である。発熱体Ｍは、熱伝導性コンパウンドや放熱グリスなどにより隙間をなくした状態で、設置面１１上の配置領域１２に密着するように配置（設置）される。
【００３０】
本体部１は、内部の冷媒流路２を区画する壁部１３と、厚み方向の上下表面（第１面および第２面）を構成する板部材１４とが接合された構造を有する。設置面１１は、上下の板部材１４の外表面により構成される。
【００３１】
（冷媒流路）
図２に示すように、冷媒流路２は、本体部１の内部に形成された冷媒の流通空間である。冷媒流路２は、壁部１３と板部材１４（図１参照）とによって区画されている。冷媒流路２は、冷媒５を流通させる通路である。冷媒流路２は、配置領域１２の直下の位置（すなわち、平面視で配置領域１２と重なる位置）に形成された複数の熱交換部２１を含む。本実施形態の冷媒流路２は、少なくとも一部が液相の冷媒５が飽和状態で流入し、一部が熱交換部２１において気化して、気液混相の冷媒５が流出するように構成されている。つまり、冷却装置１００は、冷媒５の相変化（気化）に伴う気化熱を利用して発熱体Ｍの冷却を行う。このような冷媒５としては、たとえばＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）またはＨＦＯ（ハイドロフルオロオレフィン）などのフッ素系有機化合物の冷媒を用いることが可能である。
【００３２】
冷媒流路２は、各熱交換部２１に冷媒５を供給する流路と、各熱交換部２１から冷媒を排出する流路とを含んで構成される。すなわち、冷媒流路２は、入口開口２２と、入口開口２２から分岐してそれぞれ熱交換部２１につながる分配路２３と、出口開口２４とを含む。また、冷媒流路２は、それぞれの熱交換部２１から合流して出口開口２４につながる排出路２５を含む。冷媒５は、入口開口２２から出口開口２４に向かって流れる。なお、冷媒流路２内の冷媒５の流通方向について、入口開口２２に向かう方向を上流側、出口開口２４に向かう方向を下流側という。
【００３３】
入口開口２２は、冷媒流路２の端部開口であり、本体部１の側端面に１つ設けられている。図２の例では、入口開口２２は、本体部１のＸ１方向側の側端面に開口してＸ１方向側のノズル３と連通している。入口開口２２は、外部から冷媒５を受け入れて冷媒流路２内に供給する。入口開口２２には、少なくとも一部が液相の冷媒５が流入する。冷媒５は、実質的に全て液相（ガス率＝０％）の状態で入口開口２２に流入してもよいし、一部が気相の気液混相の状態で入口開口２２に流入してもよい。入口開口２２において冷媒５は気相よりも液相の割合の方が大きい。
【００３４】
分配路２３は、冷媒流路２のうちで、上流側の１つの端部と、下流側の複数の端部とを有する分岐した流路部分である。分配路２３の上流側端部が入口開口２２に連通している。分配路２３の複数の下流側端部は、それぞれ熱交換部２１に連通している。分配路２３は、入口開口２２からの冷媒５を複数の熱交換部２１に分配するように構成されている。分配路２３の複数の下流側端部の数は、図２の例では２つである。図３に示すように、分配路２３は、１つの入口開口２２から分岐部２３ａにおいて分岐して、下流側の２つの熱交換部２１に１本ずつ接続している。以下では、分岐部２３ａから分かれた個々の下流側の流路部分を、支流路２６という。
【００３５】
図２および図３の例では、分配路２３が、入口開口２２から分岐部２３ａまでＸ２方向に延びて、分岐部２３ａにおいてＹ方向の両側に２分岐した後、それぞれの支流路２６がＸ２方向に延びて、Ｙ方向に並んだ２つの熱交換部２１にそれぞれ接続している。分岐部２３ａ以降の各支流路２６は、互いに連通していない。各支流路２６における冷媒流量の合計が、入口開口２２に流入する流量に相当する。
【００３６】
本実施形態では、分配路２３の分岐部２３ａと熱交換部２１との間（支流路２６）には、流路抵抗を増大させることにより、発熱体Ｍの発熱量（負荷）の変動に伴う冷媒５の分配量の変動を抑制する抵抗体３０が設けられている。抵抗体３０は、分配路２３の分岐部２３ａと熱交換部２１との間の流路の一部を遮るように設けられた障害物である。本実施形態では、抵抗体３０は、排出路２５には設けられずに分配路２３に設けられている。抵抗体３０の詳細については、後述する。
【００３７】
図２に示すように、熱交換部２１は、冷媒流路２の一部であって、設置面１１上の複数の発熱体Ｍと冷媒５との間でそれぞれ熱交換を行う流路部分である。本実施形態の例では、４つの発熱体Ｍがそれぞれ４つの配置領域１２に設置されるので、熱交換部２１は、４つの配置領域１２の直下の位置に１つずつ設けられている。熱交換部２１は、上流側の１つの端部と、下流側の１つの端部とを有する流路部分である。
【００３８】
複数の熱交換部２１は、第１熱交換部２１ａと第２熱交換部２１ｂとを含む。第１熱交換部２１ａと第２熱交換部２１ｂとは、分岐した分配路２３によって入口開口２２に対して並列的に接続されている。図２の例では、第１熱交換部２１ａと第２熱交換部２１ｂとは、壁部１３ａを挟んでＹ方向に並んで配置されている。第１熱交換部２１ａと第２熱交換部２１ｂとは、４つの発熱体Ｍ（配置領域１２）に対応して２つずつ設けられている。すなわち、Ｘ方向に並んだ２つの第１熱交換部２１ａが１組となり、冷媒流路２においてＸ方向に直列的に接続されている。Ｘ方向に並んだ２つの第２熱交換部２１ｂが１組となり、冷媒流路２においてＸ方向に直列的に接続されている。Ｘ方向に延びた第１熱交換部２１ａの列と第２熱交換部２１ｂの列とが、Ｙ方向に並列的に並んでいる。
【００３９】
Ｘ方向に並んだ２つ１組の第１熱交換部２１ａ（第２熱交換部２１ｂ）に対して、まず上流側の第１熱交換部２１ａ（第２熱交換部２１ｂ）に冷媒５が供給される。上流側の第１熱交換部２１ａ（第２熱交換部２１ｂ）を通過した冷媒５が下流側の第１熱交換部２１ａ（第２熱交換部２１ｂ）に供給される。Ｘ方向に並んだ２つの第１熱交換部２１ａ（第２熱交換部２１ｂ）の間は、直線状の接続路２７によって接続されている。Ｙ方向に並んだ２つの第１熱交換部２１ａと２つの第２熱交換部２１ｂとの間は、分岐した冷媒流路２を区画する壁部１３ａによって区画されており、互いに連通していない。
【００４０】
第１熱交換部２１ａまたは第２熱交換部２１ｂである個々の熱交換部２１は、Ｘ方向に直線状に延びている。熱交換部２１の流路長さ（冷媒の流通方向の長さ）および流路幅（流通方向と直交する幅方向の長さ）は、発熱体Ｍ（図１参照）の平面形状（配置領域１２の形状）に応じて設計されている。冷媒５は、熱交換部２１を通過する過程でそれぞれの発熱体Ｍから熱を吸収する。吸熱により、熱交換部２１を通過する冷媒５の一部が気化する。冷媒５の気化熱によって、気化熱を利用しない場合と比べて冷却装置１００による発熱体Ｍの熱交換効率を上昇させることが可能である。
【００４１】
それぞれの熱交換部２１は、冷媒５の流通方向に沿って設けられた第１フィン２１ｃを含む。第１フィン２１ｃは、熱交換部２１に設けられる伝熱用のフィンである。第１フィン２１ｃは、冷媒流路２（熱交換部２１）を局所的に複数のチャネルに分割することにより伝熱面積を増大させて熱交換性能を向上させる。第１フィン２１ｃは、たとえばコルゲートフィンであり、平面内の第１方向に沿って延びる複数の板状のフィン部４１が、平面内で第１方向と直交する第２方向に間隔を隔てて並ぶように設けられた構造を有している。第１フィン２１ｃは、フィン部４１が延びる第１方向が、熱交換部２１における冷媒５の流通方向（Ｘ方向）に沿うように設けられたフィンである。
【００４２】
第１フィン２１ｃの種類（フィン形状）としては、たとえば、図４に示すプレーンフィン４０ａ、図５に示すパーフォレートフィン４０ｂ、図６に示すオフセットフィン（セレートフィンとも呼ばれる）４０ｃなどを採用することができる。プレーンフィン４０ａは、第１方向（Ａ方向）に直線状に延びるフィン部４１が、第２方向（Ｂ方向）に一定のピッチＰで配列された構造を有する。複数のフィン部４１は、それぞれ高さ方向（上下方向）のいずれかの端部同士が板状の接続部４５によって接続されている。パーフォレートフィン４０ｂは、プレーンフィン４０ａに複数の貫通孔４２が設けられた構造を有する。オフセットフィン４０ｃは、第１方向（Ａ方向）に延びるフィン部４１が第２方向（Ｂ方向）に配列されて構成された複数の列４３が、互いに第２方向（Ｂ方向）へずれる（オフセットする）ように設けられているフィンである。第１フィン２１ｃは、冷媒流路（熱交換部２１）を複数のフィン部４１によって局所的に複数のチャネルに分割し、これにより冷媒５の伝熱面積を増大する。
【００４３】
図２に戻り、排出路２５は、上流側の複数の端部と、下流側の１つの端部とを有し、分岐した流路を合流させる流路部分である。排出路２５の複数の上流側端部が、それぞれ熱交換部２１に連通している。排出路２５の下流側端部は、出口開口２４に連通している。排出路２５は、分岐した各熱交換部２１を通過した冷媒５を合流させて、出口開口２４に送り込むように構成されている。排出路２５の複数の上流側端部の数は、図２の例では２つである。
【００４４】
出口開口２４は、冷媒流路２の端部開口であり、本体部１の側端面に１つ設けられている。図２の例では、出口開口２４は、本体部１のＸ２方向側の側端面に開口してＸ２方向側のノズル３と連通している。出口開口２４は、冷媒流路２の最下流に設けられ、熱交換後（冷却後）の冷媒５を外部へ排出する。出口開口２４からは、少なくとも一部が熱交換部２１において気化した冷媒５が流出する。つまり、入口開口２２に流入した液相の冷媒５のうちの一部が気化して気相の冷媒５となり、入口開口２２への流入時よりもガス率が上昇した気液混相の冷媒５が、出口開口２４から流出する。なお、入口開口２２に流入した液相の冷媒５の全部が気化してもよく、その場合、出口開口２４からは気相の冷媒５が流出する。
【００４５】
このような構成により、冷媒流路２は、入口開口２２と出口開口２４との間で分岐した２つの経路２０ａおよび２０ｂを含んでいる。経路２０ａは、冷媒流路２の分岐部２３ａから延びて、支流路２６、上流側の第１熱交換部２１ａ、接続路２７、下流側の第１熱交換部２１ａを含んだ、第１熱交換部２１ａを通過する経路である。経路２０ｂは、冷媒流路２の分岐部２３ａから延びて、支流路２６、上流側の第２熱交換部２１ｂ、接続路２７、下流側の第２熱交換部２１ｂを含んだ、第２熱交換部２１ｂを通過する経路である。
【００４６】
第１熱交換部２１ａを通る経路２０ａと、第２熱交換部２１ｂを通る経路２０ｂとは、それぞれ第１熱交換部２１ａおよび第２熱交換部２１ｂにおける負荷（熱量）が等しい時、経路２０ａ全体の圧力損失と経路２０ｂ全体の圧力損失とが略一致するように構成されている。そのため、図２に示した例では、分岐部２３ａから排出路２５まで２本の経路２０ａ、２０ｂは、互いに同一構造を有し、分岐部２３ａを境界としてＹ方向に略対称である。
【００４７】
（抵抗体）
次に、抵抗体３０の詳細について説明する。抵抗体３０は、分配路２３の分岐部２３ａと熱交換部２１との間の複数の支流路２６のうち少なくとも１つに設けられる。図３に示す例では、抵抗体３０は、複数（２つ）の支流路２６の各々に設けられている。抵抗体３０は、冷媒流路２の内部に設置されている。抵抗体３０は、冷媒流路２内で、冷媒流路２を区画する壁部１３および／または板部材１４に固定されている。抵抗体３０は、弁体などの開度変更を行うための可動部を有さず、固定された構造によって流路抵抗を生じさせる。
【００４８】
抵抗体３０は、分配路２３において、発熱体Ｍとの熱交換に伴う熱交換部２１からの熱伝導の影響を受けないように熱交換部２１から離間した位置に配置されている。具体的には、抵抗体３０は、分配路２３において熱交換部２１よりも分岐部２３ａに近い位置に配置されている。本実施形態では、抵抗体３０が分岐部２３ａの直後の位置に配置されている。すなわち、抵抗体３０は、支流路２６の上流側端部の位置（分岐部２３ａと支流路２６との境界部）に設けられている。抵抗体３０の下流側端部は、熱交換部２１よりも上流側に離れて配置されている。言い換えると、支流路２６は、抵抗体３０の下流側端部と熱交換部２１との間を接続する流路部分を含んでいる。抵抗体３０は、支流路２６の流路幅と略等しい幅Ｗ１を有する。冷媒５の流通方向（Ｘ方向）における抵抗体３０の長さＬ１は、支流路２６の長さよりも小さい。冷媒５の流通方向（Ｘ方向）において、抵抗体３０の長さＬ１は、熱交換部２１の長さよりも小さい。
【００４９】
抵抗体３０は、抵抗体３０を設置しない場合と比べて、冷媒流路２の流路抵抗を増大させる。抵抗体３０は、たとえば、微細孔が形成されたオリフィス板、支流路２６の一部を遮るように設けられるブロック体などにより構成されうる。本実施形態では、抵抗体３０は、同一条件下で第１フィン２１ｃよりも流路抵抗を増大させるように構成されている。つまり、図３に示した抵抗体３０の設置領域に、抵抗体３０に代えて第１フィン２１ｃを設置したと仮定した場合よりも、流路抵抗を増大させる。
【００５０】
抵抗体３０の具体例として、本実施形態では、抵抗体３０は、冷媒５の流通方向と交差する方向に向けて設けられ、かつ、冷媒５が流通方向に通過可能な第２フィン３１により構成されている。第２フィン３１は、流路抵抗の増大を目的として（抵抗体３０として）、通常の設置方向（フィン部４１の延びる第１方向（Ａ方向、図４〜図６参照）を冷媒５の流通方向に向ける方向）とは異なる向きで冷媒流路２に設置される。第２フィン３１は、たとえばコルゲートフィンのうち、冷媒５の流通方向と交差する方向に向けて配置しても冷媒５が流通方向へ流通可能なコルゲートフィンである。
【００５１】
抵抗体３０を構成する第２フィン３１は、オフセットフィン４０ｃ（図６参照）またはパーフォレートフィン４０ｂ（図５参照）を含む。本実施形態では、第２フィン３１としてオフセットフィン４０ｃが採用されている。図３に示した第２フィン３１は、フィン部４１の延びる第１方向（Ａ方向）を、冷媒５の流通方向（Ｘ方向）と直交する流路幅方向（Ｙ方向）に向けて設置されている。このため、第２フィン３１では、第１方向（Ａ方向）に延びるフィン部４１が、冷媒流路２（支流路２６）を遮る障壁として機能するように構成されている。第２フィン３１は、フィン部４１の配列方向である第２方向（Ｂ方向、図６参照）が、冷媒５の流通方向（Ｘ方向）に一致している。
【００５２】
第２フィン３１としてのオフセットフィン４０ｃ（図６参照）またはパーフォレートフィン４０ｂ（図５参照）は、冷媒５を第２方向（Ｂ方向）に流通させることが可能なフィンである。すなわち、図６に示すオフセットフィン４０ｃでは、フィン部４１の奇数番目の列４３と、偶数番目の列４３とで、フィン部４１の位置が第２方向（Ｂ方向）にずれている。そのため、偶数番目の列４３を構成するフィン部４１と、奇数番目の列４３を構成するフィン部４１との間には、Ｂ方向のオフセット量Ｏｓに応じた大きさの隙間４４が形成される。これにより、オフセットフィン４０ｃに対して冷媒５が第２方向（Ｂ方向）に流入すると、フィン部４１の側面に衝突した冷媒５が各フィン部４１の間の隙間４４に入り込み、隙間４４を介してそれぞれのフィン部４１の間をジグザグに進行する。その結果、冷媒５はオフセットフィン４０ｃに対して第２方向（Ｂ方向）に通過可能である。
【００５３】
オフセットフィン４０ｃには、フィン部４１の長さＬ２、各列４３におけるフィン部４１のピッチＰ、フィン部４１のオフセット量Ｏｓなどが異なる様々な種類がある。オフセットフィン４０ｃにより構成された抵抗体３０（第２フィン３１）では、これらのフィン部４１の長さＬ２、フィン部４１のピッチＰ、フィン部４１のオフセット量Ｏｓなどが、流路抵抗を決定するためのパラメータとなる。
【００５４】
なお、図５に示すパーフォレートフィン４０ｂでは、フィン部４１に形成された貫通孔４２が、第２方向（Ｂ方向）に流通する冷媒５の通り道となる。そのため、冷媒５はパーフォレートフィン４０ｂに対して第２方向（Ｂ方向）に通過可能である。パーフォレートフィン４０ｂには、貫通孔４２の直径（または開口面積）、貫通孔４２の数（または非貫通部に対する貫通孔４２の割合）、貫通孔４２の形成位置などが異なる様々な種類がある。抵抗体３０（第２フィン３１）がパーフォレートフィン４０ｂである場合、これらの貫通孔４２の直径、数および位置などが、流路抵抗を増減させるパラメータとなる。
【００５５】
このように冷媒５がＢ方向に流通する第２フィン３１では、冷媒５がＡ方向に流通する場合と比べて、高い流路抵抗が生じる。そのため、第２フィン３１によって構成された抵抗体３０では、所望の流路抵抗を得るために必要となる距離を小さくすることができる。すなわち、図３に示したように、所望の流路抵抗を実現するために必要となる抵抗体３０の長さＬ１を小さくすることが可能である。
【００５６】
ところで、本体部１は、冷媒流路２を区画する壁部１３と、設置面１１（図１参照）を構成する板部材１４（図１参照）と、冷媒流路２内に配置された抵抗体３０とがろう付けにより一体化された構造を有する。すなわち、壁部１３、第１フィン２１ｃ、抵抗体３０（第２フィン３１）、板部材１４には、いずれもろう材が塗布または被覆されており、図２に示したように壁部１３と、第１フィン２１ｃと、抵抗体３０（第２フィン３１）とを配置し、厚み方向の両側をそれぞれ板部材１４によって挟み込むようにした組立体を構成し、組立体を所定のろう付け温度まで加熱してろう材を溶融させた後、冷却することにより、本体部１を構成する各部材が一括で接合される。
【００５７】
抵抗体３０による流路抵抗は、抵抗体３０の下流側にある熱交換部２１における発熱体Ｍが発生する熱量や、冷媒流路２の全体の圧力損失、個々の分岐部分（分岐部２３ａから排出路２５の合流部までの支流路２６、熱交換部２１を含む経路）の圧力損失等を考慮して設定される。
【００５８】
各発熱体Ｍが発生する熱量が同等であると見なせる場合、経路２０ａおよび経路２０ｂにそれぞれ設置された２つの抵抗体３０の流路抵抗は、略同一となるように設定される。一方、個々の発熱体Ｍの性能が異なり発生する熱量が相違する場合、２つの抵抗体３０の流路抵抗は、それぞれの熱量に応じて異なる流路抵抗を有しうる。このような場合は、たとえば、各発熱体Ｍの性能が異なり、２つの第１熱交換部２１ａの各々における熱量が、２つの第２熱交換部２１ｂの各々における熱量よりも大きい場合などが該当する。
【００５９】
また、抵抗体３０は、第１熱交換部２１ａおよび第２熱交換部２１ｂの一方における圧力損失が最大となり、第１熱交換部２１ａおよび第２熱交換部２１ｂの他方における圧力損失が最小となる場合に、第１熱交換部２１ａおよび第２熱交換部２１ｂの各々に分配される冷媒５の流量差が予め設定された範囲内に収まるように、設置位置における冷媒流路２の流路抵抗を増大させる。
【００６０】
すなわち、パワーモジュールである発熱体Ｍの負荷（発熱量）は、電力制御用スイッチング素子の動作に応じて変動する。この負荷の変動を、ここでは負荷率で表現する。すなわち、個々の発熱体Ｍの負荷は、設計上の最小発熱量である負荷率０％から最大発熱量である負荷率１００％までの間で変動する。熱交換部２１におけるガス率は、負荷率１００％で最も上昇し、負荷率０％では上昇量が最小（実質的に上昇量がゼロ）となる。したがって、第１熱交換部２１ａおよび第２熱交換部２１ｂの一方が負荷率１００％となり冷媒５の気化（ガス率の上昇）に起因する圧力損失が最大となり、かつ、第１熱交換部２１ａおよび第２熱交換部２１ｂの他方が負荷率０％となり冷媒５の気化に起因する圧力損失が最小となるケースで、冷媒分配量の差が最大となる。言い換えると、抵抗体３０による流路抵抗は、第１熱交換部２１ａおよび第２熱交換部２１ｂの間での冷媒５の気化に起因する圧力損失の差異が最大となる場合に、第１熱交換部２１ａおよび第２熱交換部２１ｂの各々に分配される冷媒５の流量差が予め設定された範囲内に収まるように設定される。
【００６１】
冷媒５の流量差の範囲は、十分に小さいことが好ましい。たとえば、冷媒５の流量差の範囲は、入口開口２２における冷媒流量の３０％以下であり、より好ましくは２０％以下である。
【００６２】
（流体回路）
本実施形態の冷却装置１００は、たとえば図７に示すような流体回路５０の一部を構成する。流体回路５０は、主として、冷媒循環部５１と、凝縮部５２と、各部を接続する管路５３とを備える。この他、流体回路５０の各部には、流量調整などのためのバルブ（図示せず）などが設けられうる。
【００６３】
冷却装置１００は、入口側のノズル３が、管路５３を介して冷媒循環部５１と接続されている。冷却装置１００は、出口側のノズル３が、管路５３を介して凝縮部５２と接続されている。凝縮部５２が管路５３を介して冷媒循環部５１と接続されている。流体回路５０は、冷媒循環部５１と、冷却装置１００と、凝縮部５２とで冷媒５を循環させる閉じた流体回路となっている。冷媒循環部５１は、ポンプを含んで構成され、冷却装置１００に対して冷媒５を供給する。冷媒循環部５１は、圧力により流体回路５０内の冷媒５を循環させる。冷却装置１００は、二点鎖線で示したように、流体回路５０において複数設けられていてもよい。
【００６４】
図７および図２に示すように、冷却装置１００の入口開口２２に供給された冷媒５は、分岐した分配路２３によって第１熱交換部２１ａおよび第２熱交換部２１ｂをそれぞれ通過する。この際、冷却装置１００に設置された発熱体Ｍ（図１参照）の熱を冷媒５が吸収し、冷媒５の一部が気化するとともに発熱体Ｍを冷却する。冷却装置１００内の冷媒５は、排出路２５で合流して、出口開口２４から排出される。冷却装置１００から排出された冷媒５は、凝縮部５２に送られる。凝縮部５２は、冷媒５が吸収した熱を排出させることにより、冷却装置１００において気化した気相の冷媒５を液相に戻す。凝縮部５２は、公知の熱交換器により構成されうる。凝縮部５２から排出された冷媒５は、冷媒循環部５１に戻り、再度流体回路５０を循環する。
【００６５】
（冷却装置の作用）
次に、本実施形態の冷却装置１００の作用を説明する。図８および図９は、抵抗体３０を設けない場合の比較例による経路２０ａおよび経路２０ｂへの冷媒５の分配量を示した図である。図１０は、抵抗体３０を設けた本実施形態による経路２０ａおよび経路２０ｂへの冷媒５の分配量を示した図である。図８〜図１０では、説明の便宜のため、図２に示した冷媒流路２を簡略化し、それぞれ２つずつ設けられた第１熱交換部２１ａおよび第２熱交換部２１ｂを、まとめて１つの熱交換部として図示している。なお、以下の説明において示される具体的な分配量（流量）や圧力損失の値は、説明のために示す一例であって、これに限られない。
【００６６】
図８は、第１熱交換部２１ａおよび第２熱交換部２１ｂの各々における発熱体Ｍの負荷が等しい（負荷＝１００％）場合の比較例（抵抗体なし）を示している。この場合、経路２０ａおよび経路２０ｂの圧力損失が等しくなるように冷媒流路２が構成されているので、図８では、経路２０ａおよび経路２０ｂにおける冷媒分配量は一致する。すなわち、入口開口２２における流量２０Ｌ／ｍｉｎの場合に、経路２０ａの流量Ｑ１および経路２０ｂの流量Ｑ２は、それぞれＱ１＝Ｑ２＝１０Ｌ／ｍｉｎとなる。冷媒流路２の全体の圧力損失ΔＰは、ΔＰ＝１５ｋＰａとする。第１熱交換部２１ａにおける圧力損失ΔＰ１が、第２熱交換部２１ｂにおける圧力損失ΔＰ２と等しい。
【００６７】
次に、図９は、第１熱交換部２１ａおよび第２熱交換部２１ｂの各々における発熱体Ｍの負荷が異なる場合の比較例（抵抗体なし）を示している。図９では、第１熱交換部２１ａにおいて発熱体Ｍが負荷１００％となり、第２熱交換部２１ｂにおいて発熱体Ｍが負荷０％となる。経路２０ａの第１熱交換部２１ａでは、発熱体Ｍ（負荷１００％）からの入熱によって冷媒５が気化し、冷媒５の気化（ガス率の上昇）に伴う圧力損失が増大する。一方、経路２０ｂの第２熱交換部２１ｂでは、発熱体Ｍからの入熱がないため冷媒５が気化せず、第１熱交換部２１ａのような圧力損失の増大は起こらない。つまり、同一流量においては、第１熱交換部２１ａにおける圧力損失ΔＰ１よりも、第２熱交換部２１ｂにおける圧力損失ΔＰ２が大幅に小さい。
【００６８】
この結果、図９のように経路２０ａと経路２０ｂとで発熱体Ｍの負荷が変動する場合、経路２０ｂ側へ冷媒５の流入が集中して、経路２０ａ側への冷媒分配量が減少する。その結果、熱量の大きい第１熱交換部２１ａ（負荷１００％）における冷却能力が不足する。入口開口２２における流量２０Ｌ／ｍｉｎの場合に、経路２０ａおよび経路２０ｂでは、それぞれ流量Ｑ１＝２Ｌ／ｍｉｎおよび流量Ｑ２＝１８Ｌ／ｍｉｎとなる。冷媒流路２の全体の圧力損失ΔＰは、ΔＰ＝３ｋＰａとなる。
【００６９】
図１０に示す本実施形態でも、第１熱交換部２１ａおよび第２熱交換部２１ｂの各々における発熱体Ｍの負荷の条件は図９と同様とする。つまり、第１熱交換部２１ａにおいて発熱体Ｍが負荷１００％となり、第２熱交換部２１ｂにおいて発熱体Ｍが負荷０％となる。経路２０ａおよび経路２０ｂにおいて、抵抗体３０は同一構造を有するが、それぞれの抵抗体３０による圧力損失は、各経路の下流側の熱交換部での圧力損失（ΔＰ１、ΔＰ２）の差異を反映した値となる。
【００７０】
すなわち、経路２０ａでは、第１熱交換部２１ａ（負荷１００％）において、冷媒５の気化に伴う圧力損失ΔＰ１＝１２ｋＰａとなる。経路２０ｂでは、第２熱交換部２１ｂ（負荷０％）において、冷媒５の気化が発生しないため圧力損失ΔＰ２＝１ｋＰａとなる。このとき、経路２０ａの抵抗体３０における圧力損失が１０ｋＰａとなり、経路２０ｂの抵抗体３０における圧力損失が２１ｋＰａとなる。この結果、発熱体Ｍの負荷が異なる場合でも、経路２０ａと経路２０ｂとで圧力損失が同等になり、経路２０ａおよび経路２０ｂへの冷媒分配量の差異が抑制される。図１０の例では、入口開口２２における流量２０Ｌ／ｍｉｎの場合に、経路２０ａおよび経路２０ｂは、それぞれ流量Ｑ１＝８．５Ｌ／ｍｉｎおよび流量Ｑ２＝１１．５Ｌ／ｍｉｎとなる。冷媒流路２の全体の圧力損失ΔＰは、ΔＰ＝２２ｋＰａとなる。
【００７１】
このように、図１０に示した本実施形態では、図９に示した比較例と同じように経路２０ａと経路２０ｂとで発熱体Ｍの負荷が変動した場合でも、冷媒分配量の変動が抑制される。特に、図９に示した比較例では、負荷１００％の第１熱交換部２１ａへの冷媒流量Ｑ１が２Ｌ／ｍｉｎとなるのに対して、図１０に示した本実施形態では冷媒流量Ｑ１が９．５Ｌ／ｍｉｎとなるので、熱量の大きい第１熱交換部２１ａにおける冷却能力の不足が緩和される。図１０の例において、第１熱交換部２１ａおよび第２熱交換部２１ｂの各々に分配される冷媒５の流量差｜Ｑ１−Ｑ２｜は、３Ｌ／ｍｉｎであり、入口開口２２における冷媒流量（２０Ｌ／ｍｉｎ）の１５％に収まる。説明は省略するが、第１熱交換部２１ａの負荷と第２熱交換部２１ｂの負荷とが逆転した場合にも、流量Ｑ１と流量Ｑ２との関係が逆になるだけで同様の範囲に収まる。実際の冷却装置１００の設計では、抵抗体３０の流路抵抗を可変パラメータとして、図１０のケースにおいて流量Ｑ１および流量Ｑ２の差が予め設定された範囲内に収まるように、抵抗体３０の流路抵抗が決定される。
【００７２】
（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００７３】
本実施形態による冷却装置１００では、上記のように、冷媒５が気化する熱交換部２１の手前の、分岐部２３ａとの間の位置で、抵抗体３０により、ガス率が増大する前の冷媒５の流路抵抗を予め増大させておくことができる。すなわち、それぞれの熱交換部２１の手前に設けた抵抗体３０により圧力損失を予め大きくすることにより、図１０に示したように、抵抗体３０による圧力損失によって、各熱交換部２１における圧力損失（ΔＰ１、ΔＰ２）の差異が各熱交換部２１への冷媒分配量（流量Ｑ１、流量Ｑ２）に及ぼす影響を、相対的に小さくすることができる。その結果、分岐した流路内での冷媒５の気化熱を利用して複数の発熱体Ｍを冷却する冷却装置１００において、発熱体Ｍの負荷が変動した場合でも冷媒分配量の変動を抑制することができる。
【００７４】
また、抵抗体３０は、排出路２５には設けられずに分配路２３に設けられており、各熱交換部２１におけるガス率の相違により圧力損失（ΔＰ１、ΔＰ２）の差が生じる前の上流側（分配路２３）にのみ抵抗体３０が配置されるので、効果的に冷媒分配量（流量Ｑ１、流量Ｑ２）の変動を抑制することができる。
【００７５】
また、抵抗体３０は、分配路２３において、発熱体Ｍとの熱交換に伴う熱交換部２１からの熱伝導の影響を受けないように熱交換部２１から離間した位置に配置されているので、抵抗体３０の配置位置において熱交換部２１からの熱伝導によって冷媒５が気化することが抑制される。そのため、発熱体Ｍの熱の影響を受ける前段階の位置で流路抵抗（圧力損失）を増大させることができる。
【００７６】
また、抵抗体３０は、分配路２３において熱交換部２１よりも分岐部２３ａに近い位置に配置されているので、抵抗体３０を熱交換部２１から相対的に離れた位置に配置できる。その結果、より確実に、発熱体Ｍの熱によってガス率（圧力損失）に差異が生じる前段階の位置でそれぞれの熱交換部２１への流路抵抗（圧力損失）を増大させることができる。
【００７７】
また、第１熱交換部２１ａおよび第２熱交換部２１ｂの一方における圧力損失が最大となり、第１熱交換部２１ａおよび第２熱交換部２１ｂの他方における圧力損失が最小となる場合に、第１熱交換部２１ａおよび第２熱交換部２１ｂの各々に分配される冷媒５の流量差が予め設定された範囲内に収まるように、設置位置における冷媒流路２の流路抵抗を増大させるように、抵抗体３０が設けられるので、第１熱交換部２１ａと第２熱交換部２１ｂとで負荷が最大限相違し、圧力損失の差が最大となる場合でも、冷媒５の分配量を予め設定した範囲内に収めることができる。したがって、発熱体Ｍの熱負荷が最大限変動した場合にも対応可能な冷却装置１００の性能を確保できる。
【００７８】
また、抵抗体３０は、同一条件下で熱交換部２１の第１フィン２１ｃよりも流路抵抗を増大させるように構成されているので、たとえば分配路２３にも第１フィン２１ｃを設けることにより流路抵抗を増大させる場合と異なり、抵抗体３０によって流路抵抗を効果的に増大させることができる。そのため、冷媒流通方向（Ｘ方向）における抵抗体の長さＬ１を抑制できる。その結果、冷媒流路２の流路長が不必要に増大することを抑制できるので、流路長の増大により冷却装置１００が大型化することを抑制できる。
【００７９】
また、抵抗体３０は、冷媒５の流通方向と交差する方向（Ｙ方向）に向けて設けられ、かつ、冷媒５が流通方向に通過可能な第２フィン３１により構成されているので、冷媒５を通過可能としつつ、冷媒５を遮るように冷媒５の流通方向と交差する方向（通常と異なる方向）に向けた第２フィン３１によって、流路抵抗を効果的に増大させることができる。また、フィンは、熱交換部２１にも設けられる部材であるため、抵抗体３０として専用の部材を設ける必要がなく装置構成を簡素化できる。
【００８０】
また、抵抗体３０を構成する第２フィン３１が、オフセットフィン４０ｃを含むので、短距離でも効果的に流路抵抗を増大させることが可能な抵抗体３０を構成することができる。また、上述の通り、オフセットフィン４０ｃには、オフセット量Ｏｓやフィン部４１の長さＬ２において多様な種類があるので、これらを利用することによって冷媒流路２に適した流路抵抗の抵抗体３０を容易に得ることができる。なお、上述の通り、第２フィン３１がパーフォレートフィン４０ｂを含む場合でも、同様の効果が得られる。
【００８１】
また、本体部１が、冷媒流路２を区画する壁部１３と、設置面１１を構成する板部材１４と、冷媒流路２内に配置された抵抗体３０とがろう付けにより一体化された構造を有するので、ろう付けにより、冷媒流路２と抵抗体３０とを一括して確実に接合することができる。一方、ろう付けでは、ろう材を溶融させて部材を接合するため、たとえば抵抗体３０として、微小孔が形成されたオリフィス板や、微小隙間が形成されたブロック体などを用いる場合、溶けたろう材によって目詰まりを起こさないようにする必要があり製造難易度が増大する。これに対して、第２フィン３１により構成される抵抗体３０では、ろう付けにより接合された冷却装置にフィンが多く用いられている実績があり、目詰まりなどを生じさせることなく接合させることが容易である。そのため、第２フィン３１により構成される抵抗体３０では、ろう付けによる一括接合を行う場合でも、目詰まりの発生や流路抵抗の設計値からの乖離を生じることなく容易に抵抗体３０を構成できるので、冷却装置１００の性能と製造の容易性との両立を図ることができる。
【００８２】
（変形例）
なお、今回開示された実施形態は、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、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
【００８３】
たとえば、上記実施形態では、発熱体Ｍが電力制御用スイッチング素子を備えたパワーモジュールである例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、発熱体Ｍは特に限定されず、どのような物であってもよい。
【００８４】
また、上記実施形態では、設置面１１に４つの配置領域１２を設けて、冷媒流路２に４つの熱交換部２１を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。配置領域１２の数（つまり、設置面１１に設置する発熱体Ｍの数）は、複数であれば２つ、３つ、または５つ以上でもよい。熱交換部２１は、設置面１１に設置される発熱体Ｍの数に応じた数だけ設ければよい。
【００８５】
また、上記実施形態では、本体部１の第１面（上面）を設置面１１とした例を示したが、本発明はこれに限られない。本体部１の第２面（下面）が設置面１１であってもよいし、第１面および第２面の両方が設置面１１であってもよい。第１面および第２面の両方が設置面１１である場合には、本体部１が第１面と隣接する冷媒流路２と、第２面と隣接する冷媒流路２を備えるように、本体部１の厚み方向に複数層の冷媒流路２が形成されてもよい。
【００８６】
また、上記実施形態では、本体部１のＸ１方向の側端面に入口開口２２を設け、Ｘ２方向の側端面に出口開口２４を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、本体部１の同一の側端面に入口開口２２および出口開口２４を設けてもよい。この場合、入口開口２２から延びた冷媒流路２が入口開口２２とは反対側の端部で逆向きに折り返して（Ｕターンして）、出口開口２４に接続するようにしてもよい。入口開口２２および出口開口２４は、いずれも、本体部１のどの表面に開口していてもよく、たとえば板部材１４を厚み方向に貫通して第１面または第２面に開口してもよい。
【００８７】
また、上記実施形態では、第１フィン２１ｃの例として、プレーンフィン４０ａ、パーフォレートフィン４０ｂまたはオフセットフィン４０ｃを示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第１フィン２１ｃとして、これら以外のルーバーフィンやヘリンボーンフィンを採用してもよい。
【００８８】
また、上記実施形態では、冷媒流路２が２つの支流路２６に分岐した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、冷媒流路２が３つ以上に分岐してもよい。たとえば、４つの熱交換部２１に対して、冷媒流路２が４つの支流路２６に分岐してもよい。また、１つの分岐部２３ａにおいて４分岐するのではなく、最初の分岐部で２分岐した後、それぞれの支流路２６に設けた第２の分岐部でさらに２分岐することにより、合計４分岐するような構成でもよい。
【００８９】
また、上記実施形態では、抵抗体３０を、２つに分岐した冷媒流路２のそれぞれの支流路２６に設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、分岐した支流路２６の全部に抵抗体３０を設ける必要はなく、分岐した支流路２６のうちの一部にのみ抵抗体３０を設けてもよい。たとえば第１熱交換部２１ａの発熱体Ｍと第２熱交換部２１ｂの発熱体Ｍとでパワーモジュールの稼働率が異なり、第１熱交換部２１ａの発熱体Ｍは、常時１００％付近の負荷で稼働するのに対して、第２熱交換部２１ｂの発熱体Ｍでは３０％付近の負荷で稼働するような場合には、第２熱交換部２１ｂ側の支流路２６に抵抗体３０を設けるだけでもよい。
【００９０】
また、上記実施形態では、抵抗体３０を分配路２３に設けて排出路２５には設けない例を示したが、本発明はこれに限られない。抵抗体を排出路２５にも設けてもよい。このとき、たとえば分配路２３に設けた抵抗体３０による圧力損失の増分に比べて、排出路２５に設けた抵抗体による圧力損失の増分が十分小さければ、排出路２５に設けた抵抗体によって冷媒分配量の変動が増大する影響は、分配路２３に設けた抵抗体３０によって冷媒分配量の変動を抑制する効果に比べて十分小さくなるため、問題がない。
【００９１】
また、上記実施形態では、抵抗体３０を分配路２３において熱交換部２１よりも分岐部２３ａに近い位置に配置した例を示したが、本発明はこれに限られない。抵抗体３０は、少なくとも分配路２３の分岐部２３ａと熱交換部２１との間に設けられればよく、抵抗体３０が分岐部２３ａよりも熱交換部２１に近くてもよい。ただし、抵抗体３０の設置位置において発熱体Ｍの熱により冷媒５が気化する場合、負荷の高い側の抵抗体３０では圧力損失が相対的に増大し、負荷の低い側の抵抗体３０では圧力損失が相対的に減少して、抵抗体３０を設けたことによる冷媒分配量の変動抑制効果が小さくなる。そのため、少なくとも発熱体Ｍによる熱の影響を受けない程度に、熱交換部２１から離れた位置に抵抗体３０を配置することが好ましい。
【００９２】
また、上記実施形態では、冷媒５の流通方向（Ｘ方向）において、抵抗体３０の長さＬ１は、熱交換部２１の長さよりも小さい例を示したが、本発明はこれに限られない。冷媒５の流通方向における抵抗体３０の長さＬ１は、熱交換部２１の長さと同じでもよいし、熱交換部２１の長さよりも大きくてもよい。
【００９３】
また、上記実施形態では、抵抗体３０を構成する第２フィン３１がオフセットフィン４０ｃである例を示したが、上記のように、第２フィン３１がパーフォレートフィン４０ｂであってもよい。
【００９４】
また、上記実施形態では、抵抗体３０が、同一条件下で第１フィン２１ｃよりも流路抵抗を増大させるように構成される例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、抵抗体３０の流路抵抗と第１フィン２１ｃの流路抵抗とが同程度であってもよいし、第１フィン２１ｃの方が流路抵抗が大きくてもよい。
【００９５】
また、上記実施形態では、本体部１が、壁部１３と、板部材１４と、抵抗体３０とがろう付けにより一体化された構造を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。本体部１は、ろう付け以外の方法（溶接、締結、固相拡散接合など）により各部材が一体化されていてもよい。
【００９６】
また、上記実施形態では、図２に示したように２分岐してＸ方向に直線状に延びた後、合流する形状の冷媒流路２を例示したが、本発明はこれに限られない。冷媒流路２の形状（本体部１内での経路）は任意であり、設置面１１における発熱体Ｍ（配置領域１２）の位置や、入口開口２２および出口開口２４の位置、本体部１の外形形状などに応じて適宜設定されればよい。
【００９７】
たとえば、図２の例では、２つの第１熱交換部２１ａおよび２つの第２熱交換部２１ｂが、それぞれＸ方向に並んで、直線状の接続路２７によって接続された例を示したが、各第１熱交換部２１ａ（各第２熱交換部２１ｂ）が、Ｘ方向に並ばなくてもよい。また、たとえば図１１に示すように、上流側の熱交換部２１と下流側の熱交換部２１とを接続する接続路２７が非直線形状であってもよい。
【００９８】
図１１では、接続路２７が、２つの屈曲部７１を有して曲がっている。図１１のように、上流側の熱交換部２１を通過した冷媒５が、曲がった接続路２７を通過して下流側の熱交換部２１に流入する場合、冷媒５が気液混相状態となっているため、遠心力により、屈曲部７１の外周側に比重の大きい液相の冷媒５が集中し、内周側に気相の冷媒５が集中する。接続路２７において気相と液相とが分かれた偏った状態で下流側の熱交換部２１に流入すると、冷却能力が低下する可能性がある。そのため、曲がった接続路２７を採用する場合には、図１１のように、屈曲部７１において接続路２７を複数のチャネル７２に分割する偏流抑制部７３を設けるのが好ましい。偏流抑制部７３は、たとえば冷媒５の流通方向に沿って延びるフィンであって、第２方向（Ｂ方向）へは冷媒５が流通しないプレーンフィン４０ａ（図４参照）などにより構成するのが好ましい。これにより、屈曲部７１では、気相と液相との偏りはそれぞれのフィン部４１の間のチャネル７２内で局所的に発生することになる。そのため、偏流抑制部７３を設けずに接続路２７の全体で偏りが生じる場合と比べて気相と液相との偏りを抑制できる。
【００９９】
さらに、図１１のように曲がった接続路２７に直線部７４がある場合、直線部７４は、フィンが設けられない空隙部とするか、冷媒５が第２方向（Ｂ方向）にも流通可能なフィン（すなわち、パーフォレートフィン４０ｂ（図５参照）またはオフセットフィン４０ｃ（図６参照））を設けることが好ましい。これにより、直線部７４において冷媒５が流路幅方向にも流動可能となる。これにより、曲がった接続路２７の外周側を通過する冷媒５と内周側を通過する冷媒５との間での経路長の相違に起因する偏流を抑制することができる。
【０１００】
なお、屈曲部７１に偏流抑制部７３を設ける構成は、図１２に示すように分配路２３の屈曲部７５に適用してもよい。すなわち、入口開口２２に気液混相状態の冷媒５が供給される場合、分配路２３のそれぞれの屈曲部７５に偏流抑制部７３を設けてもよい。これにより、予め気液混相で流入した冷媒５が、分配路２３において内周側の気相と外周側の液相とに偏って流れることを抑制できる。
【符号の説明】
【０１０１】
１  本体部
２  冷媒流路
５  冷媒
１１  設置面
１３、１３ａ  壁部
１４  板部材
２１  熱交換部
２１ａ  第１熱交換部
２１ｂ  第２熱交換部
２１ｃ  第１フィン
２２  入口開口
２３  分配路
２３ａ  分岐部
２４  出口開口
２５  排出路
３０  抵抗体
３１  第２フィン
４０ｂ  パーフォレートフィン
４０ｃ  オフセットフィン
１００  冷却装置
Ｍ  発熱体
Ｑ１  流量
Ｑ２  流量
ΔＰ  冷媒流路の圧力損失
ΔＰ１  第１熱交換部の圧力損失
ΔＰ２  第２熱交換部の圧力損失
【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】
2020174593.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2020174593.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年8月19日(2021.8.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体が設置される設置面を有する本体部と、
前記本体部内に設けられ、前記設置面上の複数の前記発熱体と冷媒との間でそれぞれ熱交換を行う複数の熱交換部を含む冷媒流路とを備え、
前記冷媒流路は、少なくとも一部が液相の冷媒が流入する入口開口と、前記入口開口から複数の独立した経路に分岐してそれぞれ前記熱交換部につながる分配路と、少なくとも一部が前記熱交換部において気化した冷媒が流出する出口開口とを含み、
前記分配路の分岐部と前記熱交換部との間には、流路抵抗を増大させることにより、前記発熱体の発熱量の変動に伴う冷媒の分配量の変動を抑制する抵抗体が設けられている、冷却装置。
【請求項２】
前記冷媒流路は、それぞれの前記熱交換部から合流して前記出口開口につながる排出路を含み、
前記抵抗体は、前記排出路には設けられずに前記分配路に設けられている、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記抵抗体は、前記分配路において、前記発熱体との熱交換に伴う前記熱交換部からの熱伝導の影響を受けないように前記熱交換部から離間した位置に配置されている、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記抵抗体は、前記分配路において前記熱交換部よりも前記分岐部に近い位置に配置されている、請求項３に記載の冷却装置。
【請求項５】
複数の前記熱交換部は、第１熱交換部と第２熱交換部とを含み、
前記抵抗体は、前記第１熱交換部および前記第２熱交換部の一方における圧力損失が最大となり、前記第１熱交換部および前記第２熱交換部の他方における圧力損失が最小となる場合に、前記第１熱交換部および前記第２熱交換部の各々に分配される冷媒の流量差が予め設定された範囲内に収まるように、設置位置における前記冷媒流路の流路抵抗を増大させる、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記熱交換部は、冷媒の流通方向に沿って設けられた第１フィンを含み、
前記抵抗体は、同一条件下で前記第１フィンよりも流路抵抗を増大させるように構成されている、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記抵抗体は、冷媒の流通方向と交差する方向に向けて設けられ、かつ、冷媒が流通方向に通過可能な第２フィンにより構成されている、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記抵抗体を構成する前記第２フィンは、オフセットフィンまたはパーフォレートフィンを含む、請求項７に記載の冷却装置。
【請求項９】
前記本体部は、前記冷媒流路を区画する壁部と、前記設置面を構成する板部材と、前記冷媒流路内に配置された前記抵抗体とがろう付けにより一体化された構造を有する、請求項７に記載の冷却装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
上記目的を達成するために、この発明による冷却装置は、発熱体が設置される設置面を有する本体部と、本体部内に設けられ、設置面上の複数の発熱体と冷媒との間でそれぞれ熱交換を行う複数の熱交換部を含む冷媒流路とを備え、冷媒流路は、少なくとも一部が液相の冷媒が流入する入口開口と、入口開口から複数の独立した経路に分岐してそれぞれ熱交換部につながる分配路と、少なくとも一部が熱交換部において気化した冷媒が流出する出口開口とを含み、分配路の分岐部と熱交換部との間には、流路抵抗を増大させることにより、発熱体の発熱量の変動に伴う冷媒の分配量の変動を抑制する抵抗体が設けられている。
【国際調査報告】
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