JP2018141589A - Cooling device, electronic device equipped with the same, and electric vehicle - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cooling device that restrains an overshoot of a heating element temperature and has high reliability, and an electronic device using the same.SOLUTION: A cooling device comprises a heat receiving part 8 that transfers heat from a heating element 6 to a refrigerant 17, a heat dissipation part 9 that dissipates heat of the refrigerant 17, a return path 13 and a heat dissipation path 12 that connect the heat dissipation part 9 and the heat receiving part 8, a check valve 23 provided near a heat receiving part side end part of the return path 13, and a circulation path 11 in which the refrigerant 17 is circulated to the return path 13, the heat receiving part 8, the heat dissipation path 12, and the heat dissipation part 9. A first heater 24 that heats the refrigerant 17 is provided so as to cover a heat receiving cover 20 that constitutes the heat receiving part 8.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、例えば、電気自動車の電力半導体素子等の発熱を伴う発熱部品やＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の半導体素子を冷却するための電子機器用冷却装置および、この電子機器用冷却装置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。   The present invention includes, for example, a cooling device for an electronic device for cooling a heat-generating component accompanied by heat generation such as a power semiconductor device of an electric vehicle or a semiconductor device such as a CPU (Central Processing Unit), and the cooling device for the electronic device. The present invention relates to an electronic device and an electric vehicle.

例えば、電子計算機において、処理情報量の著しい増加に対応するため、ＣＰＵの処理能力を極めて高くしており、その結果として、ＣＰＵの発熱量が増加するためＣＰＵを冷却することが必要となっている。ＣＰＵを搭載したサーバでも、その処理能力の向上につれて、極めて大きな発熱を伴うようになっており、その半導体素子を冷却するために冷却装置を用いている。   For example, in an electronic computer, the processing capacity of a CPU is extremely increased in order to cope with a significant increase in the amount of processing information, and as a result, the amount of heat generated by the CPU increases, so that it is necessary to cool the CPU. Yes. Even with a server equipped with a CPU, an extremely large amount of heat is generated as the processing capacity is improved, and a cooling device is used to cool the semiconductor element.

この従来の冷却装置は、図６に示すような構成となっている。すなわち、従来の冷却装置１０７は受熱部１０８と、放熱部１０９と、放熱経路１１２と、帰還経路１１３と、を備えている。帰還経路１１３は、放熱部から受熱部へ冷媒が移動する経路である。放熱経路１１２は、受熱部１０８から放熱部１０９へ冷媒が移動する経路である。また、循環経路１１１は、このように帰還経路１１３、受熱部１０８、放熱経路１１２、放熱部１０９を備えた経路である。冷却装置１０７は、循環経路１１１内を減圧状態として冷媒１１７を封入した構成となっている。さらに、放熱部１０９に熱交換器１１６を設置し、循環経路１１１外に放熱部１０９の熱を放出できる機構となっている。受熱部１０８は、受熱板１１８と、受熱カバー１２０と、導入管１２２と、逆止弁１２３と、を備えている。受熱板１１８は、半導体素子やモーターや電池などの発熱体１０６と接触する発熱体接触面を有している。受熱板１１８は、発熱体１０６との接触面において発熱体１０６の熱を受熱する。受熱カバー１２０は、受熱板１１８の発熱体接触面と対向する面を覆うと共に、流れ込んだ冷媒１１７を蒸発させる受熱空間１１９を形成する。導入管１２２は、受熱カバー１２０を通過して受熱空間１１９へ突出して、帰還経路１１３と受熱部１０８とを接続する。逆止弁１２３は、帰還経路１１３内の圧力が受熱空間１１９内の圧力よりも大きい場合に開動する（特許文献１）。   This conventional cooling device is configured as shown in FIG. That is, the conventional cooling device 107 includes a heat receiving part 108, a heat radiating part 109, a heat radiating path 112, and a return path 113. The return path 113 is a path along which the refrigerant moves from the heat radiating unit to the heat receiving unit. The heat radiation path 112 is a path along which the refrigerant moves from the heat receiving unit 108 to the heat radiation unit 109. Further, the circulation path 111 is a path including the return path 113, the heat receiving unit 108, the heat radiation path 112, and the heat radiation unit 109 in this way. The cooling device 107 has a configuration in which the refrigerant 117 is sealed with the inside of the circulation path 111 in a reduced pressure state. Further, a heat exchanger 116 is installed in the heat radiating section 109 so that the heat of the heat radiating section 109 can be released outside the circulation path 111. The heat receiving unit 108 includes a heat receiving plate 118, a heat receiving cover 120, an introduction pipe 122, and a check valve 123. The heat receiving plate 118 has a heating element contact surface that contacts the heating element 106 such as a semiconductor element, a motor, or a battery. The heat receiving plate 118 receives the heat of the heating element 106 at the contact surface with the heating element 106. The heat receiving cover 120 covers the surface of the heat receiving plate 118 that faces the heating element contact surface, and forms a heat receiving space 119 for evaporating the refrigerant 117 that has flowed in. The introduction pipe 122 passes through the heat receiving cover 120 and protrudes into the heat receiving space 119 to connect the return path 113 and the heat receiving unit 108. The check valve 123 opens when the pressure in the return path 113 is higher than the pressure in the heat receiving space 119 (Patent Document 1).

特許第４９７８４０１号公報Japanese Patent No. 4978401

しかしながら、このような半導体素子などの冷却装置では、発熱体が発熱し始め、冷却装置内の冷媒の沸騰が開始する前後に発生する、発熱体温度のオーバーシュートが問題となる。受熱板の温度、すなわち発熱体の温度は、発熱体の発熱が開始すると冷媒の沸騰が開始するまで上昇し、沸騰が開始すると急激に低下し安定する。このとき、例えば発熱体が半導体素子など、温度によっては故障するなど温度変化に敏感なものの場合、上昇した最高温度が半導体素子の許容温度を超え、半導体素子の故障につながる可能性があることが課題となっている。   However, in such a cooling device such as a semiconductor element, the heating element starts to generate heat, and overshooting of the heating element temperature that occurs before and after the start of boiling of the refrigerant in the cooling device becomes a problem. The temperature of the heat receiving plate, that is, the temperature of the heating element rises until the boiling of the refrigerant starts when the heating of the heating element starts, and rapidly decreases and stabilizes when the boiling starts. In this case, for example, if the heating element is sensitive to temperature changes, such as a semiconductor element that fails depending on the temperature, the increased maximum temperature may exceed the allowable temperature of the semiconductor element, which may lead to failure of the semiconductor element. It has become a challenge.

そこで本発明は、発熱体の発熱開始前の受熱部において、冷媒の温度を上げることで、冷媒の沸騰開始を早めて発熱体温度のオーバーシュートを抑制し、信頼性の高い冷却装置を提供することを目的とするものである。   Therefore, the present invention provides a highly reliable cooling device by increasing the temperature of the refrigerant in the heat receiving portion before the heat generation of the heat generating body, thereby increasing the start of boiling of the refrigerant and suppressing overshooting of the heat generating body temperature. It is for the purpose.

そして、この目的を達成するために本発明の一態様に係る冷却装置は、発熱体からの熱を冷媒に伝える受熱部と、前記冷媒の熱を放出する放熱部と、前記受熱部から前記放熱部へ前記冷媒が移動する放熱経路と、前記放熱部から前記受熱部へ前記冷媒が移動する帰還経路と、を備え、前記受熱部、前記放熱経路、前記放熱部、前記帰還経路、へと前記冷媒が気液二相変化を伴って循環し熱交換する冷却装置において、前記受熱部は、受熱板と、受熱カバーと、逆止弁と、を備え、前記受熱板は、前記発熱体と接触する受熱面において熱を受熱し、前記受熱カバーは、前記受熱板の前記受熱面と対向する面を覆い受熱空間を形成し、前記逆止弁は、前記帰還経路の受熱部側端部近傍に設けられ、前記帰還経路内の圧力が前記受熱空間内の圧力よりも大きい場合に開動する、冷却装置であって、前記受熱空間内の前記冷媒を加熱する第一のヒーターと、を備え、前記第一のヒーターが前記受熱カバーを覆うように設けられた構成であり、これにより所期の目的を達成するものである。   In order to achieve this object, a cooling device according to an aspect of the present invention includes a heat receiving unit that transmits heat from a heating element to a refrigerant, a heat radiating unit that releases heat of the refrigerant, and the heat radiating from the heat receiving unit. A heat radiation path through which the refrigerant moves to a part, and a feedback path through which the refrigerant moves from the heat radiation part to the heat receiving part, and the heat receiving part, the heat radiation path, the heat radiation part, the feedback path, In the cooling device in which the refrigerant circulates and exchanges heat with a gas-liquid two-phase change, the heat receiving unit includes a heat receiving plate, a heat receiving cover, and a check valve, and the heat receiving plate is in contact with the heating element. The heat receiving cover receives heat from the heat receiving surface, the heat receiving cover covers a surface of the heat receiving plate facing the heat receiving surface to form a heat receiving space, and the check valve is located near the heat receiving portion side end of the return path. Provided, and the pressure in the return path is different from the pressure in the heat receiving space. And a first heater that heats the refrigerant in the heat receiving space, and the first heater is provided so as to cover the heat receiving cover. Yes, and this achieves the intended purpose.

以上のように本発明によれば、受熱カバーを覆うように設けたヒーターで受熱部を加熱し、受熱部内部の冷媒の温度を上昇させることで、発熱体が発熱を開始した際に冷媒の沸騰が早く開始する。そのため、発熱体の発熱開始時から発熱体温度は急激に上昇するが、冷媒の沸騰が早く開始することにより、気相の発生量が多くなる。これにより、受熱部内の余分な液を放熱部へ運び易くなり、受熱板上でさらに液が沸騰しやすくなるため、発熱体の温度上昇が抑えられ、オーバーシュートが抑制されることとなる。その結果として、発熱体の許容温度を超えることなく発熱体は冷却されるので、本発明によって信頼性の高い冷却装置を提供することができる。   As described above, according to the present invention, the heat receiving portion is heated by the heater provided so as to cover the heat receiving cover, and the temperature of the refrigerant inside the heat receiving portion is increased, so that the refrigerant is heated when the heating element starts to generate heat. Boiling begins early. For this reason, the temperature of the heating element rises rapidly from the start of the heat generation of the heating element, but the amount of gas phase generated increases due to the early start of boiling of the refrigerant. Thereby, it becomes easy to carry the excess liquid in the heat receiving part to the heat radiating part, and the liquid is more likely to boil on the heat receiving plate, so that the temperature rise of the heating element is suppressed and the overshoot is suppressed. As a result, since the heating element is cooled without exceeding the allowable temperature of the heating element, the present invention can provide a highly reliable cooling device.

本発明の実施の形態１の移動体の概略図Schematic of the moving body according to the first embodiment of the present invention. 同冷却装置を示す図Diagram showing the cooling device （ａ）同冷却装置の受熱部近傍を示す断面図、（ｂ）同冷却装置の受熱部を発熱体側から見た平面図(A) Sectional view showing the vicinity of the heat receiving part of the cooling device, (b) Plan view of the heat receiving part of the cooling device as seen from the heating element side 発熱体の発熱開始からの時間経過と発熱体温度との関係を示す図The figure which shows the relationship between the passage of time from the start of heat generation of the heating element and the heating element temperature 同冷却装置の受熱部近傍の詳細断面図Detailed cross-sectional view near the heat receiving part of the cooling device 従来の冷却装置の基本動作を示す図Diagram showing basic operation of a conventional cooling device

以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するために例示するものであって、本発明を以下のものに特定しない。また、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。   The embodiments described below are illustrated to embody the technical idea of the present invention, and the present invention is not specified as follows. Moreover, the member shown by the claim is not what specifies the member of an Example at all. In particular, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the constituent members described in the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention only to the description unless otherwise specified. It is just an example. Note that the size, positional relationship, and the like of the members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation. Furthermore, in the following description, the same name and symbol indicate the same or the same members, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. Furthermore, each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are constituted by the same member and the plurality of elements are shared by one member, and the function of the one member is shared by the plurality of members. Can also be realized. In addition, the contents described in some examples and embodiments may be used in other examples and embodiments.

本発明の一態様に係る冷却装置は、発熱体からの熱を冷媒に伝える受熱部と、前記冷媒の熱を放出する放熱部と、前記受熱部から前記放熱部へ前記冷媒が移動する放熱経路と、前記放熱部から前記受熱部へ前記冷媒が移動する帰還経路と、を備え、前記受熱部、前記放熱経路、前記放熱部、前記帰還経路、へと前記冷媒が気液二相変化を伴って循環し熱交換する冷却装置において、前記受熱部は、受熱板と、受熱カバーと、逆止弁と、を備え、前記受熱板は、前記発熱体と接触する受熱面において熱を受熱し、前記受熱カバーは、前記受熱板の前記受熱面と対向する面を覆い受熱空間を形成し、前記逆止弁は、前記帰還経路の受熱部側端部近傍に設けられ、前記帰還経路内の圧力が前記受熱空間内の圧力よりも大きい場合に開動する、冷却装置であって、前記受熱空間内の前記冷媒を加熱する第一のヒーターと、を備え、前記第一のヒーターが前記受熱カバーを覆うように設けられた構成とすることで、受熱部内部の冷媒の温度を上昇させ、発熱体の熱が加わったときの冷媒の沸騰が早く開始される。発熱体の発熱開始時から発熱体温度は急激に上昇するが、冷媒の沸騰が早く開始することにより、気相の発生量が多くなる。これにより、受熱部内の余分な液を放熱部へ運び易くなり、受熱板上でさらに液が沸騰しやすくなるため、発熱体の温度上昇が抑えられる、すなわちオーバーシュートが抑制されることとなる。その結果として、発熱体の許容温度を超えることなく発熱体は冷却されるので、本発明によって信頼性の高い冷却装置を提供することができる。   The cooling device according to one aspect of the present invention includes a heat receiving portion that transmits heat from the heating element to the refrigerant, a heat radiating portion that releases the heat of the refrigerant, and a heat radiating path through which the refrigerant moves from the heat receiving portion to the heat radiating portion. And a return path through which the refrigerant moves from the heat radiating section to the heat receiving section, and the refrigerant undergoes a gas-liquid two-phase change to the heat receiving section, the heat radiating path, the heat radiating section, and the feedback path. In the cooling device that circulates and exchanges heat, the heat receiving portion includes a heat receiving plate, a heat receiving cover, and a check valve, and the heat receiving plate receives heat at a heat receiving surface that contacts the heating element, The heat receiving cover covers a surface facing the heat receiving surface of the heat receiving plate to form a heat receiving space, and the check valve is provided in the vicinity of the heat receiving portion side end of the return path, and the pressure in the return path Is opened when the pressure in the heat receiving space is larger than the pressure in the heat receiving space. And a first heater for heating the refrigerant in the heat receiving space, wherein the first heater is provided so as to cover the heat receiving cover, whereby the refrigerant inside the heat receiving portion When the temperature of the heating element is raised and the heat of the heating element is applied, boiling of the refrigerant starts early. Although the temperature of the heating element rises rapidly from the start of heat generation of the heating element, the amount of gas phase generated increases due to the early start of boiling of the refrigerant. Thereby, it becomes easy to carry the excess liquid in the heat receiving part to the heat radiating part, and the liquid is more likely to boil on the heat receiving plate, so that the temperature rise of the heating element is suppressed, that is, overshoot is suppressed. As a result, since the heating element is cooled without exceeding the allowable temperature of the heating element, the present invention can provide a highly reliable cooling device.

また、第一のヒーターの運転および停止を制御する制御部を備えたという構成としてもよい。これにより、第一のヒーターの運転による冷媒の加熱を適切に行い、消費電力を抑制することができる。   Moreover, it is good also as a structure provided with the control part which controls the driving | operation and stop of a 1st heater. Thereby, heating of the refrigerant | coolant by the driving | operation of a 1st heater can be performed appropriately, and power consumption can be suppressed.

また、第二のヒーターをさらに備え、第二のヒーターは、発熱体近傍の受熱面に設けられ、受熱空間内の冷媒を加熱し、制御部は、第一のヒーター、第二のヒーターの運転および停止を制御する構成としてもよい。これにより、受熱板上の発熱体からの熱が伝わりにくい部分に存在する冷媒の温度を上昇させ、冷媒の沸騰をより早く効率的に開始できる。そのため、発熱体温度のオーバーシュートをさらに抑制することができる。   In addition, a second heater is further provided, the second heater is provided on a heat receiving surface in the vicinity of the heating element, heats the refrigerant in the heat receiving space, and the control unit operates the first heater and the second heater. It is also possible to adopt a configuration for controlling the stopping and stopping. Thereby, the temperature of the refrigerant | coolant which exists in the part to which the heat from the heat generating body on a heat receiving plate cannot be transmitted is raised, and boiling of a refrigerant | coolant can be started more efficiently earlier. Therefore, the overshoot of the heating element temperature can be further suppressed.

また、第三のヒーターをさらに備え、第三のヒーターは、受熱カバー近傍の帰還経路の周面に設けられ、帰還経路内の冷媒を加熱し、制御部は、第一のヒーター、第二のヒーター、第三のヒーターの運転および停止を制御する構成としてもよい。これにより、帰還経路から受熱部へ流入する冷媒が加熱されることとなり、沸騰開始までの時間がより短縮できる。さらには、受熱部内で沸騰が開始した後、続いて受熱部に供給される冷媒がより早く沸騰しやすくなるため、発熱体の温度が安定するまでの時間が短縮できる。   The third heater is further provided, and the third heater is provided on a peripheral surface of the return path near the heat receiving cover, heats the refrigerant in the return path, and the control unit includes the first heater and the second heater. It is good also as a structure which controls an operation | movement and a stop of a heater and a 3rd heater. Accordingly, the refrigerant flowing from the return path to the heat receiving unit is heated, and the time until the start of boiling can be further shortened. Furthermore, after boiling starts in the heat receiving part, the refrigerant that is subsequently supplied to the heat receiving part is likely to boil sooner, so the time until the temperature of the heating element is stabilized can be shortened.

また、受熱空間内の温度を検知する温度センサーを備え、制御部は、温度センサーで検知した受熱空間内の温度が第一の閾値より低い場合は、第二のヒーター、第一のヒーターの順に運転を開始し、受熱空間内の温度が第一の閾値以上の場合は、第二のヒーターおよび第一のヒーターを停止するよう制御するという構成にしてもよい。これにより、より発熱体に近いところにある冷媒から加熱することで効率的に冷媒を加熱し、オーバーシュートを抑制することができる。   In addition, a temperature sensor that detects the temperature in the heat receiving space is provided, and the control unit, when the temperature in the heat receiving space detected by the temperature sensor is lower than the first threshold value, in the order of the second heater and the first heater. When the operation is started and the temperature in the heat receiving space is equal to or higher than the first threshold, the second heater and the first heater may be controlled to stop. Thereby, a refrigerant | coolant can be efficiently heated by heating from the refrigerant | coolant in the place near a heat generating body, and an overshoot can be suppressed.

また、帰還経路内の温度を検知する温度センサーを備え、制御部は、温度センサーで検知した帰還経路内の温度が第二の閾値より低い場合は第三のヒーターを運転させ、帰還経路内温度が第二の閾値以上の場合は第三のヒーターの運転を停止するよう制御するという構成にしてもよい。これにより、第三のヒーターを必要に応じて運転させることとなり、消費電力を抑えることができる。   Also, a temperature sensor for detecting the temperature in the return path is provided, and the control unit operates the third heater when the temperature in the return path detected by the temperature sensor is lower than the second threshold, and the temperature in the return path is set. If is greater than or equal to the second threshold, the third heater may be controlled to stop operating. Thereby, a 3rd heater will be drive | operated as needed and power consumption can be suppressed.

また、発熱体と第二のヒーターとの距離が、第二のヒーターの幅よりも小さいという構成にしてもよい。これにより、発熱体の近傍に第二のヒーターを設けることとなり、速やかに発熱体近傍の冷媒を加熱し、オーバーシュートを効率的に抑制することができる。   Moreover, you may make it the structure that the distance of a heat generating body and a 2nd heater is smaller than the width | variety of a 2nd heater. As a result, the second heater is provided in the vicinity of the heating element, and the refrigerant in the vicinity of the heating element can be quickly heated to effectively suppress overshoot.

また、上述のいずれかの構成の冷却装置を搭載した電子機器としてもよい。これにより、電子機器の発熱体の冷却を、発熱体の発熱開始直後のオーバーシュートを抑制した冷却装置で行うことができる。   Moreover, it is good also as an electronic device carrying the cooling device of one of the above-mentioned structures. Thereby, cooling of the heat generating body of an electronic device can be performed with the cooling device which suppressed the overshoot immediately after heat_generation | fever start of a heat generating body.

また、上述のいずれかの構成の冷却装置を搭載した電気自動車としてもよい。これにより、発熱体の発熱開始直後のオーバーシュートを抑制した冷却装置で、発熱体の冷却を行う電気自動車とすることができる。   Moreover, it is good also as an electric vehicle carrying the cooling device of one of the above-mentioned structures. Thereby, it can be set as the electric vehicle which cools a heat generating body with the cooling device which suppressed the overshoot immediately after the heat generation start of a heat generating body.

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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（実施の形態１）
図１は、電気自動車１に本発明の冷却装置を装着した場合の概略図である。電気自動車１を駆動する電動機２に電力を供給するインバータ回路３は、電気自動車１の車室前方４に配置し接続されている。インバータ回路３は、電動機２に電力を供給する複数の半導体素子や、モーターや電池などの発熱体６を複数備えており、これらの発熱体６を冷却する冷却装置７を併設している。また、同図に示す冷却装置７は、受熱部８と受熱部８で受熱した熱を放熱する放熱部９とを備え、受熱部８と放熱部９の間で熱媒体となる冷媒（図２の１７）を循環させる循環経路１１を備えている。循環経路１１は受熱部８と放熱部９を接続する放熱経路１２と帰還経路１３で構成され、図示した矢印の方向に冷媒１７が循環する。放熱部９には、外気に熱を放出する機構を備えている。また、放熱部９は循環経路１１を延設して、外気を通過させやすいフロントグリル４ａ側に取り付けた構成となっている。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic view when the cooling device of the present invention is mounted on an electric vehicle 1. An inverter circuit 3 that supplies electric power to an electric motor 2 that drives the electric vehicle 1 is arranged and connected in front of the passenger compartment 4 of the electric vehicle 1. The inverter circuit 3 includes a plurality of semiconductor elements that supply electric power to the electric motor 2 and a plurality of heating elements 6 such as a motor and a battery, and a cooling device 7 that cools the heating elements 6 is also provided. The cooling device 7 shown in the figure includes a heat receiving portion 8 and a heat radiating portion 9 that radiates heat received by the heat receiving portion 8, and a refrigerant that serves as a heat medium between the heat receiving portion 8 and the heat radiating portion 9 (FIG. 2). 17) is circulated. The circulation path 11 includes a heat radiation path 12 and a return path 13 that connect the heat receiving section 8 and the heat radiation section 9, and the refrigerant 17 circulates in the direction of the illustrated arrow. The heat dissipating part 9 is provided with a mechanism for releasing heat to the outside air. Moreover, the heat radiating part 9 has a configuration in which a circulation path 11 is extended and attached to the front grille 4a side that allows easy passage of outside air.

図２は、本発明の実施の形態１に係る冷却装置を示す図である。図２に示したように、冷却装置７は受熱部８と、放熱部９と、放熱経路１２と、帰還経路１３と、を備えている。帰還経路１３は、放熱部９から受熱部８へ冷媒が移動する経路である。放熱経路１２は、受熱部８から放熱部９へ冷媒が移動する経路である。また、循環経路１１は、帰還経路１３、受熱部８、放熱経路１２、放熱部９を備えた経路である。冷却装置７は、循環経路１１内を減圧状態として冷媒１７（本実施例において水）を封入した構成となっている。さらに、放熱部９に熱交換器１６を設置し、循環経路１１外に放熱部９の熱を放出できる機構となっている。受熱部８は、受熱板１８と、受熱カバー２０と、逆止弁２３と、を備えている。受熱板１８は、半導体素子やモーターや電池などの発熱体６と接触する受熱面２１を有している。なお、本実施の形態では発熱体６を半導体素子として説明する。受熱板１８は、受熱面２１において発熱体６の熱を受熱する。受熱カバー２０は、受熱板１８の受熱面２１と対向する面を覆うと共に、流れ込んだ冷媒１７を蒸発させる受熱空間１９を形成する。逆止弁２３は、帰還経路１３の受熱部側端部近傍に設けられ、帰還経路１３内の圧力が受熱空間１９内の圧力よりも大きい場合に開動する。帰還経路１３は、受熱カバー２０へ接続されているが、図２のように受熱カバー２０を通過して受熱空間１９へ突出して接続する導入管２２を備えたものであってもよい。また、逆止弁２３は、受熱空間１９の近傍であれば帰還経路１３中などに設けてもよい。さらに、受熱板１８は溝部を備えていることが好ましい。溝部内に冷媒１７が広がることで、発熱体６もしくは後述する第二のヒーター２５からの熱が伝わりやすくなる。熱が伝わりやすくなることで、冷媒１７の沸騰が早く開始される。   FIG. 2 is a diagram showing a cooling device according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 2, the cooling device 7 includes a heat receiving part 8, a heat radiating part 9, a heat radiating path 12, and a return path 13. The return path 13 is a path along which the refrigerant moves from the heat radiating unit 9 to the heat receiving unit 8. The heat dissipation path 12 is a path along which the refrigerant moves from the heat receiving unit 8 to the heat dissipation unit 9. The circulation path 11 is a path including a return path 13, a heat receiving unit 8, a heat radiation path 12, and a heat radiation unit 9. The cooling device 7 has a configuration in which the refrigerant 17 (water in this embodiment) is sealed with the circulation path 11 in a reduced pressure state. Further, a heat exchanger 16 is installed in the heat radiating section 9, so that the heat of the heat radiating section 9 can be released outside the circulation path 11. The heat receiving unit 8 includes a heat receiving plate 18, a heat receiving cover 20, and a check valve 23. The heat receiving plate 18 has a heat receiving surface 21 that comes into contact with a heating element 6 such as a semiconductor element, a motor, or a battery. In the present embodiment, the heating element 6 will be described as a semiconductor element. The heat receiving plate 18 receives the heat of the heating element 6 at the heat receiving surface 21. The heat receiving cover 20 covers a surface facing the heat receiving surface 21 of the heat receiving plate 18 and forms a heat receiving space 19 for evaporating the refrigerant 17 that has flowed in. The check valve 23 is provided in the vicinity of the end of the return path 13 near the heat receiving portion, and opens when the pressure in the return path 13 is higher than the pressure in the heat receiving space 19. The return path 13 is connected to the heat receiving cover 20, but may be provided with an introduction pipe 22 that passes through the heat receiving cover 20 and protrudes into the heat receiving space 19 as shown in FIG. 2. Further, the check valve 23 may be provided in the return path 13 as long as it is in the vicinity of the heat receiving space 19. Furthermore, the heat receiving plate 18 preferably has a groove. By spreading the refrigerant 17 in the groove, heat from the heating element 6 or the second heater 25 described later is easily transmitted. Since the heat is easily transmitted, the boiling of the refrigerant 17 starts early.

図２に示すように、冷却装置７は、受熱カバー２０の上面および側面を覆うように第一のヒーター２４を設けている。第一のヒーター２４は電源２７と制御部２８とに接続され、電力が供給されている。第一のヒーター２４は電力が供給されることで冷媒１７を加熱する。また、温度センサー２９ａは、例えば受熱カバー２０に取り付けられる。温度センサー２９ａで検知された受熱カバー２０の温度情報は制御部２８に入力される。受熱カバー２０は熱伝導率のよい、例えば銅などの金属で構成されるため、受熱カバー２０の温度は、受熱空間１９内部の温度とほとんどかわらない温度として温度センサー２９ａにより測定できる。また、第一のヒーター２４に供給する電力は、制御部２８で制御し加熱を行う。なお、電源２７と制御部２８は、電気自動車１や電子機器（図示せず）などの電源や制御部と連動している構成でもよい。また、第一のヒーター２４は、受熱カバーの上面および側面を覆っていることが好ましいが、上面もしくは側面のいずれかのみを覆う構成であってもよい。   As shown in FIG. 2, the cooling device 7 is provided with a first heater 24 so as to cover the upper surface and side surfaces of the heat receiving cover 20. The first heater 24 is connected to a power source 27 and a control unit 28 and is supplied with electric power. The first heater 24 heats the refrigerant 17 by being supplied with electric power. The temperature sensor 29a is attached to the heat receiving cover 20, for example. The temperature information of the heat receiving cover 20 detected by the temperature sensor 29 a is input to the control unit 28. Since the heat receiving cover 20 is made of a metal such as copper having a good thermal conductivity, the temperature of the heat receiving cover 20 can be measured by the temperature sensor 29a as a temperature that is hardly different from the temperature inside the heat receiving space 19. Further, the electric power supplied to the first heater 24 is controlled by the control unit 28 to perform heating. Note that the power supply 27 and the control unit 28 may be linked to a power supply or control unit such as the electric vehicle 1 or an electronic device (not shown). The first heater 24 preferably covers the upper surface and the side surface of the heat receiving cover, but may be configured to cover only the upper surface or the side surface.

このような構成による冷却装置７の作用について説明する。発熱体６が発熱する一方で、発熱体６から発せられる熱は、受熱板１８に供給された冷媒１７が気化するときの潜熱によって除去される。そして、冷媒１７の気液は放熱経路１２を介して放熱部９へと流れる。放熱部９において冷媒１７の気液は、熱交換器１６と熱交換を行うことで熱を放出し、液化する。放熱部９内で液化した冷媒１７は、帰還経路１３から受熱部８へ移動し、逆止弁２３まで移動する。このとき、放熱部９で冷媒１７が内部に溜まっており、放熱部９内に溜まった冷媒１７の水頭圧力が受熱空間１９内の圧力よりも大きいことで逆止弁２３は開動するため、冷媒１７の液位は逆止弁２３よりも高い位置となっている。受熱空間１９内の圧力は、冷媒１７が放熱経路１２へ移動していくことで減少していく。受熱空間１９内の圧力が、液の冷媒１７の水頭圧力よりも小さくなったときに、逆止弁２３が冷媒１７によって押され開き、受熱空間１９内の受熱板１８へ冷媒１７が供給される。また、受熱空間１９内では、発熱体６から熱を受け冷媒１７の気化に伴って気相が増加することで再び圧力が高まってくると、液の冷媒１７の水頭圧よりも受熱空間１９内の圧力が大きくなるため、逆止弁２３は閉まることになる。このようにして逆止弁２３が上記の作動を瞬時に繰り返すことで、冷媒１７が冷却装置７内を循環するため発熱体６の冷却を行うことができる。   The operation of the cooling device 7 having such a configuration will be described. While the heating element 6 generates heat, the heat generated from the heating element 6 is removed by latent heat when the refrigerant 17 supplied to the heat receiving plate 18 is vaporized. And the gas-liquid of the refrigerant | coolant 17 flows into the thermal radiation part 9 via the thermal radiation path | route 12. FIG. In the heat radiating section 9, the gas / liquid of the refrigerant 17 releases heat by performing heat exchange with the heat exchanger 16 and liquefies. The refrigerant 17 liquefied in the heat radiating unit 9 moves from the return path 13 to the heat receiving unit 8 and moves to the check valve 23. At this time, the refrigerant 17 is accumulated in the heat radiating portion 9, and the check valve 23 opens when the water head pressure of the refrigerant 17 accumulated in the heat radiating portion 9 is larger than the pressure in the heat receiving space 19. The liquid level 17 is higher than the check valve 23. The pressure in the heat receiving space 19 decreases as the refrigerant 17 moves to the heat radiation path 12. When the pressure in the heat receiving space 19 becomes smaller than the head pressure of the liquid refrigerant 17, the check valve 23 is pushed and opened by the refrigerant 17, and the refrigerant 17 is supplied to the heat receiving plate 18 in the heat receiving space 19. . Further, in the heat receiving space 19, when the pressure is increased again by receiving heat from the heating element 6 and increasing the gas phase as the refrigerant 17 is vaporized, the pressure in the heat receiving space 19 is higher than the water head pressure of the liquid refrigerant 17. Therefore, the check valve 23 is closed. In this way, the check valve 23 instantaneously repeats the above operation, whereby the refrigerant 17 circulates in the cooling device 7, so that the heating element 6 can be cooled.

また、冷媒１７を水として、冷却装置７の循環経路１１内の圧力を大気圧よりも低く設定した場合、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。循環経路１１内部の気圧を例えば−９７ｋＰａ（飽和圧力）にしておくことで、外気温度に応じた沸騰温度が決定され容易に水を気化させることができ、このときに発熱体６の熱を奪い冷却することができる。また、冷媒１７が気化するときに受熱空間１９内の圧力が増加する。このとき、逆止弁２３の作用により、冷媒１７は逆流して帰還経路１３側へ戻ることはない。すなわち、確実に受熱部８から放熱経路１２へ、冷媒１７を放出させることができる。このように冷却装置７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る。このサイクルにおいて、連続して冷媒１７を受熱空間１９内で気化させて発熱体６の冷却を行うことができ、大きな冷却効果を得ることができる。   Further, when the refrigerant 17 is water and the pressure in the circulation path 11 of the cooling device 7 is set lower than the atmospheric pressure, the refrigerant 17 can be vaporized at a temperature lower than the boiling of water in the atmospheric pressure. By setting the atmospheric pressure in the circulation path 11 to, for example, −97 kPa (saturation pressure), the boiling temperature corresponding to the outside air temperature is determined and water can be easily vaporized. At this time, the heat of the heating element 6 is taken away. Can be cooled. Further, the pressure in the heat receiving space 19 increases when the refrigerant 17 evaporates. At this time, due to the action of the check valve 23, the refrigerant 17 does not flow back and does not return to the return path 13 side. That is, the refrigerant 17 can be reliably discharged from the heat receiving portion 8 to the heat dissipation path 12. By operating the cooling device 7 in this manner, a regular cycle of receiving and releasing heat can be performed. In this cycle, the refrigerant 17 can be continuously vaporized in the heat receiving space 19 to cool the heating element 6, and a large cooling effect can be obtained.

上記の構成において、発熱体６の発熱が開始される前後の冷却装置７の作用について説明する。発熱体６が高発熱量の発熱を開始する前に第一のヒーター２４は電源２７から電力が供給され、加熱が開始される。例えば、半導体素子などの発熱体６は、電源が入るとアイドリング状態となり数ワットの発熱が開始される。この状態では発熱体６の発熱量が小さく冷媒１７は沸騰しないため、冷媒１７は循環せず、冷却装置７が電子機器などに搭載される場合、電子機器が動作を開始し、急激に温度が上昇した場合にオーバーシュートする恐れがある。そのため、電子機器などの装置の電源が入ったときに、第一のヒーター２４による冷媒１７の加熱を開始することで、あらかじめ冷媒１７を加熱し、冷媒１７の沸騰開始を早める。   In the above configuration, the operation of the cooling device 7 before and after the heating element 6 starts to generate heat will be described. Before the heating element 6 starts to generate heat with a high calorific value, the first heater 24 is supplied with electric power from the power source 27 and starts heating. For example, the heating element 6 such as a semiconductor element is in an idling state when the power is turned on and starts to generate heat of several watts. In this state, since the heat generation amount of the heating element 6 is small and the refrigerant 17 does not boil, the refrigerant 17 does not circulate, and when the cooling device 7 is mounted on an electronic device or the like, the electronic device starts operating and the temperature suddenly increases. There is a risk of overshooting when rising. Therefore, when the power of the apparatus such as an electronic device is turned on, the refrigerant 17 is heated in advance by starting the heating of the refrigerant 17 by the first heater 24, and the boiling start of the refrigerant 17 is accelerated.

図４に、発熱体の発熱が開始されたときの時間経過と発熱体の温度との関係を示す。図の破線で示したように、従来の冷却装置１０７では、発熱体１０６の発熱が開始されると発熱体１０６の温度は急激に上昇する。発熱体１０６の発熱が開始される前（冷却装置１０７の動作前）は、受熱空間１１９は多くの液で満たされており、発熱体１０６の発熱が開始されると、受熱空間１１９内で冷媒１１７の沸騰が始まり冷却装置１０７は作動し始めることとなる。これにより、冷媒１１７の沸騰が開始された直後に急激に温度が低下して、安定した温度で推移することとなる。この発熱体１０６温度の最高温度と安定する温度との差が、発熱体１０６温度のオーバーシュートである。   FIG. 4 shows the relationship between the passage of time and the temperature of the heating element when the heating element starts to generate heat. As shown by the broken line in the figure, in the conventional cooling device 107, when the heat generating element 106 starts to generate heat, the temperature of the heat generating element 106 increases rapidly. The heat receiving space 119 is filled with a large amount of liquid before the heat generation of the heat generating element 106 (before the operation of the cooling device 107), and when the heat generation of the heat generating element 106 starts, a refrigerant is generated in the heat receiving space 119. The boiling of 117 begins and the cooling device 107 starts to operate. Thereby, immediately after the boiling of the refrigerant | coolant 117 is started, temperature will fall rapidly and will change with the stable temperature. The difference between the maximum temperature of the heating element 106 and the stable temperature is the overshoot of the heating element 106 temperature.

本発明の一態様に係る冷却装置では、たとえば図２に示す構成とすることで、受熱部８近傍に存在する冷媒１７は、発熱体６の熱によって沸騰する前に第一のヒーター２４によりあらかじめ加熱される。そのため、冷媒１７の温度が上昇し、より早く沸騰が開始することが可能となる。冷媒１７は早く沸騰が開始することで、気相の発生量がより多くなるため、受熱部８内の余分な液を放熱部９へ運び易くなる。これにより、受熱板１８上でさらに液が沸騰しやすくなり、潜熱によって熱が除去され、発熱体の温度上昇が抑えられる。結果として、図４に実線で示したように、発熱体６温度のオーバーシュートを抑制し、半導体素子などの発熱体６の許容温度に達することがなく、冷却を行うことができる。   In the cooling device according to one aspect of the present invention, for example, the configuration shown in FIG. 2 is used, so that the refrigerant 17 existing in the vicinity of the heat receiving unit 8 is preliminarily formed by the first heater 24 before boiling by the heat of the heating element 6. Heated. Therefore, the temperature of the refrigerant 17 rises and boiling can be started earlier. Since the refrigerant 17 starts to boil early, the amount of gas phase generated is increased, so that it is easy to carry excess liquid in the heat receiving portion 8 to the heat radiating portion 9. As a result, the liquid is more likely to boil on the heat receiving plate 18, heat is removed by latent heat, and the temperature rise of the heating element is suppressed. As a result, as shown by the solid line in FIG. 4, overshoot of the heating element 6 temperature is suppressed, and cooling can be performed without reaching the allowable temperature of the heating element 6 such as a semiconductor element.

次に、冷却装置７の受熱部８近傍の構成について図３を用いて詳述する。図３（ａ）は本発明の実施の形態１に係る冷却装置の受熱部近傍を示す断面図であり、図３（ｂ）は本発明の実施の形態１に係る冷却装置の受熱部を発熱体側から見た平面図である。図３（ａ）に示すように、第二のヒーター２５を、受熱板１８の受熱面２１に発熱体６を囲むようにさらに設置し、電源２７と制御部２８に接続され電力が供給されている構成としてもよい。受熱板１８の面積に対して発熱体６が小さい場合、発熱体６の発熱が始まったときには、受熱板１８では、例えば熱が伝わりやすい部分である熱拡散部１８ａには発熱体６の熱が伝わりやすいが、非熱拡散部である１８ｂ（例えば受熱板１８の隅部）には発熱体６の熱は伝わりにくい。このとき、第二のヒーター２５で加熱されることによって、受熱板１８上の熱が伝わりにくい部分である非熱拡散部１８ｂ上にある液相の冷媒１７ａにもより熱が加わる。これにより、受熱板１８上での冷媒の加熱がより早く、効率的に開始される。そのため、発熱体６の発熱開始時から発熱体温度が上昇するが、液相の冷媒１７ａは先に加熱されているため沸騰が早く開始され、その部分でも気相の冷媒１７ｂが発生することなる。すなわち、気相の発生量がより多くなり、発熱体温度のオーバーシュートがより抑制されることとなる。なお、本実施の形態では第二のヒーター２５は、図３（ｂ）では角型としたが、円形や楕円形の構成としてもよい。   Next, the configuration in the vicinity of the heat receiving portion 8 of the cooling device 7 will be described in detail with reference to FIG. FIG. 3A is a cross-sectional view showing the vicinity of the heat receiving part of the cooling device according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 3B shows the heat generation of the heat receiving part of the cooling device according to Embodiment 1 of the present invention. It is the top view seen from the body side. As shown in FIG. 3 (a), the second heater 25 is further installed on the heat receiving surface 21 of the heat receiving plate 18 so as to surround the heating element 6, and is connected to the power source 27 and the control unit 28 to be supplied with electric power. It is good also as composition which has. When the heating element 6 is small with respect to the area of the heat receiving plate 18, when the heating element 6 starts to generate heat, the heat receiving plate 18, for example, receives heat from the heating element 6 in the heat diffusion portion 18 a, which is a portion where heat is easily transmitted. Although easily transmitted, the heat of the heating element 6 is not easily transmitted to the non-thermal diffusion portion 18b (for example, the corner of the heat receiving plate 18). At this time, by being heated by the second heater 25, more heat is also applied to the liquid-phase refrigerant 17a on the non-thermal diffusion portion 18b, which is a portion where heat on the heat receiving plate 18 is difficult to be transmitted. Thereby, the heating of the refrigerant on the heat receiving plate 18 is started more quickly and efficiently. For this reason, the temperature of the heating element rises from the start of heat generation of the heating element 6, but since the liquid refrigerant 17a is heated first, the boiling starts earlier, and the gas phase refrigerant 17b is also generated in that portion. . That is, the amount of gas phase generated is increased and the overshoot of the heating element temperature is further suppressed. In the present embodiment, the second heater 25 is rectangular in FIG. 3B, but may be circular or elliptical.

また、図２に示したように、第三のヒーター２６は帰還経路１３の受熱カバー２０近傍に設け、電源２７と制御部２８に接続され電力が供給されている構成としてもよい。これにより、帰還経路１３から受熱部８へ流入する冷媒１７が加熱されることとなり、沸騰開始までの時間がより短縮できる。さらには、受熱部８内で沸騰が開始した後、続いて受熱部８に供給される冷媒１７がより早く沸騰しやすくなるため、発熱体６を効率的に冷却し、発熱体６温度が安定するまでの時間が短縮できることとなる。なお、第三のヒーター２６は、帰還経路１３の受熱カバー２０近傍に設ける構成としたが、帰還経路１３全体に設けてもよい。なお、第三のヒーター２６が帰還経路１３の周面に巻かれるように設けられることが好ましいが、設置方法はこれに限らない。   As shown in FIG. 2, the third heater 26 may be provided in the vicinity of the heat receiving cover 20 of the return path 13 and connected to the power source 27 and the control unit 28 to be supplied with electric power. Thereby, the refrigerant | coolant 17 which flows in into the heat receiving part 8 from the return path | route 13 will be heated, and the time until a boiling start can be shortened more. Furthermore, after boiling starts in the heat receiving part 8, the refrigerant 17 that is subsequently supplied to the heat receiving part 8 is likely to boil more quickly, so that the heating element 6 is efficiently cooled and the temperature of the heating element 6 is stabilized. The time until it can be shortened. The third heater 26 is provided in the vicinity of the heat receiving cover 20 in the return path 13, but may be provided in the entire return path 13. The third heater 26 is preferably provided so as to be wound around the circumferential surface of the return path 13, but the installation method is not limited to this.

また、第一のヒーター２４、第二のヒーター２５、第三のヒーター２６の設置については、図５に示した受熱部８近傍の断面図のように、第一のヒーター２４、第二のヒーター２５、第三のヒーター２６はそれぞれの組み合わせで設置してもよく、発熱体６やその周辺部品のサイズ、または必要な冷却性能などに対して組合せを決定することができる。   Further, regarding the installation of the first heater 24, the second heater 25, and the third heater 26, as shown in the sectional view of the vicinity of the heat receiving portion 8 shown in FIG. 25 and the third heater 26 may be installed in each combination, and the combination can be determined with respect to the size of the heating element 6 and its peripheral parts, or the required cooling performance.

また、制御部２８と電源２７を連携することで、第一のヒーター２４、第二のヒーター２５、第三のヒーター２６は、制御部２８により加熱の開始や終了のタイミングを操作することができる。例えば、冷却装置７を搭載した電子機器の電源が入った瞬間に、まず、第二のヒーター２５の加熱を開始し、次いで第一のヒーター２４の加熱を開始する。そのとき、温度センサー２９ａにより検知した受熱カバー２０部の温度情報を制御部２８に入力し、受熱カバー２０の温度が第一の温度（第一の閾値）以上になったときに加熱を終了する。なお、第二のヒーター２５および第一のヒーター２４による加熱は、電子機器の電源が入った瞬間もしくは第一の温度未満になったときに開始されるものとする。   In addition, by linking the control unit 28 and the power source 27, the first heater 24, the second heater 25, and the third heater 26 can operate the start and end timing of heating by the control unit 28. . For example, at the moment when an electronic device equipped with the cooling device 7 is turned on, heating of the second heater 25 is started first, and then heating of the first heater 24 is started. At that time, the temperature information of the heat receiving cover 20 detected by the temperature sensor 29a is input to the control unit 28, and the heating is terminated when the temperature of the heat receiving cover 20 becomes equal to or higher than the first temperature (first threshold). . It is assumed that the heating by the second heater 25 and the first heater 24 is started at the moment when the electronic device is turned on or when the temperature becomes lower than the first temperature.

ここで、第一の温度とは例えば３０〜３５℃程度であることが好ましい。これは、循環経路１１内の圧力が大気圧よりも低く設定されているので、冷媒１７が水の場合、冷媒１７の沸騰が開始するときの受熱カバー２０の温度が３０〜３５℃程度であるためである。   Here, the first temperature is preferably about 30 to 35 ° C., for example. This is because the pressure in the circulation path 11 is set to be lower than the atmospheric pressure. Therefore, when the refrigerant 17 is water, the temperature of the heat receiving cover 20 when the refrigerant 17 starts boiling is about 30 to 35 ° C. Because.

また、温度センサー２９ｂを帰還経路１３の受熱部側端部近傍に設け、帰還経路１３内の温度を温度センサー２９ｂで検知する構成としてもよい。温度センサー２９ｂで検知された帰還経路１３内の温度情報は制御部２８に入力される。これにより、帰還経路１３内の温度が第二の温度（第二の閾値）よりも低い場合は第三のヒーター２６の加熱を開始し、第二の温度以上の場合には、第三のヒーター２６の加熱を終了することもできる。   Alternatively, the temperature sensor 29b may be provided in the vicinity of the end of the feedback path 13 near the heat receiving portion, and the temperature in the feedback path 13 may be detected by the temperature sensor 29b. The temperature information in the feedback path 13 detected by the temperature sensor 29 b is input to the control unit 28. Thereby, heating of the 3rd heater 26 is started when the temperature in the return path 13 is lower than 2nd temperature (2nd threshold value), and when it is more than 2nd temperature, it is 3rd heater. The heating of 26 can also be terminated.

ここで、第二の温度とは、例えば２０〜２９℃程度であることが好ましい。循環経路１１内の圧力が大気圧よりも低く設定されているので、冷媒１７が水の場合、帰還経路１３内で冷媒１７の沸騰が開始する温度は３０〜３５℃程度である。そのため、帰還経路１３内で冷媒１７が沸騰する温度以上に第三のヒーターによって加熱されないよう、第二の温度は、冷媒１７の沸騰が開始する温度より低い２０〜２９℃程度であることが好ましい。   Here, the second temperature is preferably about 20 to 29 ° C., for example. Since the pressure in the circulation path 11 is set lower than the atmospheric pressure, when the refrigerant 17 is water, the temperature at which the refrigerant 17 starts boiling in the return path 13 is about 30 to 35 ° C. For this reason, the second temperature is preferably about 20 to 29 ° C., which is lower than the temperature at which the refrigerant 17 starts to be boiled, so that the third heater is not heated above the temperature at which the refrigerant 17 boils in the return path 13. .

なお、このとき、第三のヒーター２６に加えて第一のヒーター２４をさらに備えていることが好ましい。第一のヒーター２４をさらに備えている場合、温度センサー２９ｂで検知された帰還経路１３内の温度により、第三のヒーター２６が加熱を開始すると第一のヒーター２４が加熱を開始し、第三のヒーター２６が加熱を終了すると第一のヒーター２４の加熱を終了するという構成にしてもよい。   At this time, it is preferable to further include a first heater 24 in addition to the third heater 26. When the first heater 24 is further provided, the first heater 24 starts heating when the third heater 26 starts heating due to the temperature in the return path 13 detected by the temperature sensor 29b. It may be configured that the heating of the first heater 24 is finished when the heater 26 finishes the heating.

また、第一のヒーター２４と第三のヒーター２６とを備えているとき、温度センサー２９ａと温度センサー２９ｂとをさらに備えていることが好ましい。この場合、受熱カバー２０の温度が第一の温度未満になったとき、第一のヒーター２４および第三のヒーター２６による加熱を開始し、受熱カバー２０の温度が第一の温度以上になったとき、第一のヒーター２４および第三のヒーター２６による加熱を終了するという構成としてもよい。または、帰還経路１３内の温度が第二の温度未満になったとき、第一のヒーター２４および第三のヒーター２６による加熱を開始し、帰還経路１３内の温度が第二の温度以上になったとき、第一のヒーター２４および第三のヒーター２６による加熱を終了するという構成としてもよい。   In addition, when the first heater 24 and the third heater 26 are provided, it is preferable to further include a temperature sensor 29a and a temperature sensor 29b. In this case, when the temperature of the heat receiving cover 20 becomes lower than the first temperature, heating by the first heater 24 and the third heater 26 is started, and the temperature of the heat receiving cover 20 becomes equal to or higher than the first temperature. In some cases, the heating by the first heater 24 and the third heater 26 may be terminated. Alternatively, when the temperature in the return path 13 becomes lower than the second temperature, heating by the first heater 24 and the third heater 26 is started, and the temperature in the return path 13 becomes equal to or higher than the second temperature. In this case, the heating by the first heater 24 and the third heater 26 may be terminated.

なお、受熱カバー２０の温度と帰還経路１３内の温度とが１つのセンサーによって検知される構成としてもよい。   Note that the temperature of the heat receiving cover 20 and the temperature in the return path 13 may be detected by one sensor.

また、本実施例においては、第一のヒーター２４と第二のヒーター２５との組み合わせおよび第一のヒーター２４と第三のヒーター２６との組み合わせを説明したが、設置の仕方はこれに限られず、第一のヒーター２４と第二のヒーター２５と第三のヒーター２６とを備えた構成としてもよい。   In this embodiment, the combination of the first heater 24 and the second heater 25 and the combination of the first heater 24 and the third heater 26 have been described. However, the installation method is not limited to this. The first heater 24, the second heater 25, and the third heater 26 may be provided.

また、発熱体６と第二のヒーター２５との距離が、第二のヒーター２５の幅よりも小さいことが好ましい。これにより、発熱体近傍に設けられた第二のヒーター２５によって、発熱体６近傍の冷媒１７を速やかに加熱することができる。   In addition, the distance between the heating element 6 and the second heater 25 is preferably smaller than the width of the second heater 25. Thereby, the refrigerant | coolant 17 of the heat generating body 6 vicinity can be rapidly heated with the 2nd heater 25 provided in the heat generating body vicinity.

なお、上記実施形態においては、冷却装置７を電子機器の発熱部材の冷却に用いているが、電気自動車や、電気とガソリン併用のハイブリッド型の自動車の発熱部材の冷却に適用することも出来る。   In the above-described embodiment, the cooling device 7 is used for cooling a heat generating member of an electronic device. However, the cooling device 7 can be applied to cooling a heat generating member of an electric vehicle or a hybrid type vehicle using both electric and gasoline.

なお、本実施の形態１では、冷媒１７を例えば水としたが、他にも例えばフロン系やフッ素系の溶媒等の潜熱が水に比べて比較的低いものであってもよい。この場合でも、冷媒１７の循環を同様に行うことができ、信頼性の高い冷却装置７を提供できる。   In the first embodiment, the refrigerant 17 is water, for example. However, other latent heat such as chlorofluorocarbon or fluorine solvent may be relatively lower than water. Even in this case, the refrigerant 17 can be circulated similarly, and the highly reliable cooling device 7 can be provided.

以上のように本発明の冷却装置は、各種電子機器や電気自動車における発熱体の冷却に活用することができる。   As described above, the cooling device of the present invention can be used for cooling a heating element in various electronic devices and electric vehicles.

１ 電気自動車
２ 電動機
３ インバータ回路
４ 車室前方
４ａ フロントグリル
６ 発熱体
７ 冷却装置
８ 受熱部
９ 放熱部
１１ 循環経路
１２ 放熱経路
１３ 帰還経路
１６ 熱交換器
１７ 冷媒
１７ａ 液相の冷媒
１７ｂ 気相の冷媒
１８ 受熱板
１８ａ 熱拡散部
１８ｂ 非熱拡散部
１９ 受熱空間
２０ 受熱カバー
２１ 受熱面
２２ 導入管
２３ 逆止弁
２４ 第一のヒーター
２５ 第二のヒーター
２６ 第三のヒーター
２７ 電源
２８ 制御部
２９ａ 温度センサー
２９ｂ 温度センサー DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric vehicle 2 Electric motor 3 Inverter circuit 4 Front compartment 4a Front grill 6 Heat generating body 7 Cooling device 8 Heat receiving part 9 Heat radiating part 11 Circulation path 12 Heat radiating path 13 Return path 16 Heat exchanger 17 Refrigerant 17a Liquid phase refrigerant 17b Gas phase Refrigerant 18 Heat receiving plate 18a Heat diffusing section 18b Non-heat diffusing section 19 Heat receiving space 20 Heat receiving cover 21 Heat receiving surface 22 Introduction pipe 23 Check valve 24 First heater 25 Second heater 26 Third heater 27 Power supply 28 Control section 29a Temperature sensor 29b Temperature sensor

Claims (9)

発熱体からの熱を冷媒に伝える受熱部と、
前記冷媒の熱を放出する放熱部と、
前記受熱部から前記放熱部へ前記冷媒が移動する放熱経路と、
前記放熱部から前記受熱部へ前記冷媒が移動する帰還経路と、を備え、
前記受熱部、前記放熱経路、前記放熱部、前記帰還経路、へと前記冷媒が気液二相変化を伴って循環し熱交換する冷却装置において、
前記受熱部は、受熱板と、受熱カバーと、逆止弁と、を備え、
前記受熱板は、前記発熱体と接触する受熱面において熱を受熱し、
前記受熱カバーは、前記受熱板の前記受熱面と対向する面を覆い受熱空間を形成し、
前記逆止弁は、前記帰還経路の受熱部側端部近傍に設けられ、前記帰還経路内の圧力が前記受熱空間内の圧力よりも大きい場合に開動する、冷却装置であって、
前記受熱空間内の前記冷媒を加熱する第一のヒーターと、を備え、
前記第一のヒーターが前記受熱カバーを覆うように設けられたことを特徴とする冷却装置。 A heat receiving part for transferring heat from the heating element to the refrigerant;
A heat dissipating part for releasing the heat of the refrigerant;
A heat dissipation path through which the refrigerant moves from the heat receiving portion to the heat dissipation portion;
A return path through which the refrigerant moves from the heat radiating unit to the heat receiving unit,
In the cooling device in which the refrigerant circulates and exchanges heat with a gas-liquid two-phase change to the heat receiving part, the heat radiation path, the heat radiation part, the return path,
The heat receiving portion includes a heat receiving plate, a heat receiving cover, and a check valve.
The heat receiving plate receives heat at a heat receiving surface in contact with the heating element,
The heat receiving cover covers a surface facing the heat receiving surface of the heat receiving plate to form a heat receiving space;
The check valve is a cooling device that is provided in the vicinity of a heat receiving portion side end of the return path and opens when a pressure in the return path is larger than a pressure in the heat receiving space,
A first heater for heating the refrigerant in the heat receiving space,
The cooling device, wherein the first heater is provided so as to cover the heat receiving cover. 前記第一のヒーターの運転および停止を制御する制御部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。 The cooling device according to claim 1, further comprising a control unit that controls operation and stop of the first heater. 第二のヒーターをさらに備え、前記第二のヒーターは、前記発熱体近傍の前記受熱面に設けられ、前記受熱空間内の前記冷媒を加熱し、
前記制御部は、前記第一のヒーター、前記第二のヒーターの運転および停止を制御することを特徴とする請求項２に記載の冷却装置。 Further comprising a second heater, the second heater is provided on the heat receiving surface in the vicinity of the heating element, and heats the refrigerant in the heat receiving space;
The cooling device according to claim 2, wherein the control unit controls operation and stop of the first heater and the second heater. 第三のヒーターをさらに備え、前記第三のヒーターは、前記受熱カバー近傍の前記帰還経路の周面に設けられ、前記帰還経路内の前記冷媒を加熱し、
前記制御部は、前記第一のヒーター、前記第三のヒーターの運転および停止を制御することを特徴とする請求項２に記載の冷却装置。 Further comprising a third heater, the third heater is provided on a peripheral surface of the return path near the heat receiving cover, and heats the refrigerant in the return path;
The cooling device according to claim 2, wherein the control unit controls operation and stop of the first heater and the third heater. 前記受熱空間内の温度を検知する温度センサーを備え、
前記制御部は、
前記温度センサーで検知した前記受熱空間内の温度が第一の閾値より低い場合は、前記第二のヒーター、前記第一のヒーターの順に運転を開始し、
前記受熱空間内の温度が前記第一の閾値以上の場合は、前記第二のヒーターおよび前記第一のヒーターを停止するよう制御することを特徴とする請求項３に記載の冷却装置。 A temperature sensor for detecting the temperature in the heat receiving space;
The controller is
If the temperature in the heat receiving space detected by the temperature sensor is lower than the first threshold, start the operation in the order of the second heater, the first heater,
The cooling device according to claim 3, wherein when the temperature in the heat receiving space is equal to or higher than the first threshold, the second heater and the first heater are controlled to stop. 前記帰還経路内の温度を検知する温度センサーを備え、
前記制御部は、
前記温度センサーで検知した前記帰還経路内の温度が第二の閾値より低い場合は前記第三のヒーターを運転させ、前記帰還経路内温度が前記第二の閾値以上の場合は前記第三のヒーターの運転を停止するよう制御することを特徴とする請求項４に記載の冷却装置。 A temperature sensor for detecting the temperature in the return path;
The controller is
When the temperature in the return path detected by the temperature sensor is lower than a second threshold, the third heater is operated. When the temperature in the return path is equal to or higher than the second threshold, the third heater is operated. The cooling device according to claim 4, wherein the cooling device is controlled to stop the operation. 前記発熱体と前記第二のヒーターとの距離が、前記第二のヒーターの幅よりも小さいことを特徴とする請求項３または５に記載の冷却装置。 The cooling device according to claim 3 or 5, wherein a distance between the heating element and the second heater is smaller than a width of the second heater. 請求項１から７のいずれか１項に記載の冷却装置を搭載した電子機器。 The electronic device carrying the cooling device of any one of Claim 1 to 7. 請求項１から７のいずれか１項に記載の冷却装置を搭載した電気自動車。 The electric vehicle carrying the cooling device of any one of Claim 1 to 7.