WO2025253746A1 - 電子制御装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、移動体が振動したり、移動体が傾いた場合でも電子部品の液体冷媒からの露出を抑制して、電子部品の冷却性能低下を抑制できる電子制御装置を提供することを目的とする。　本発明の電子制御装置は、電子部品１１が実装された回路基板１０と、回路基板１０及び液体冷媒２０を収容する筐体２と、筐体２内の上方に配置された冷却器３０と、筐体２内の底部から冷却器３０に向かって延伸し、筐体２内を第一の領域６１と第二の領域６２にする壁部４０と、を備える。回路基板１０は、第一の領域６１内で液体冷媒２０に浸漬されている。筐体２内には、第一の領域６１と第二の領域６２とを連通する少なくとも２つの流路５１が形成され、流路５１には、第二の領域６２から第一の領域６１に向かう液体冷媒２０の流動を許容し、第一の領域６１から第二の領域６２に向かう液体冷媒２０の流動を制限する弁５０を備えた。

Description

電子制御装置

　本発明は、電子制御装置に関する。

　車両等に用いられている電子制御装置では、装置の高性能化のために回路基板に実装されるＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算回路の処理が高速化しており、これらの演算回路（電子部品）の発熱量も増加している。発熱する電子部品を冷却する方法として、空冷方式や水冷方式が良く知られている。これらの冷却方法は、電子部品の発熱温度よりも低い温度の空気あるいは冷却水を、電子部品に接続されている冷却フィンなどに当てることで冷却するものである。その他の冷却方式としては、液体冷媒に発熱する電子部品を直接浸漬させ、さらに発熱により液体冷媒を気化させて熱を取り去る浸漬沸騰冷却がある。

　例えば、特許文献１には、発熱体である半導体装置を二つの冷却手段によって二方向から冷却する技術が開示されている。特許文献１では、冷媒収容部内に冷却水を循環させる冷却器と、所定温度で沸騰する液体冷媒を備え、半導体装置の一方側を冷却器に接触させて冷却し、他方側を液体冷媒に浸漬させて沸騰冷却している。

　特許文献２には、発熱部品を液体冷媒に浸漬させ、筐体の内部に貯留された液体冷媒を発熱部品の発熱によって気化させ、筐体の上方に配置した熱交換機構で気化した気化冷媒を冷却する電気機器が開示されている。特許文献２では、筐体の側壁と発熱部品の間には上下方向に延在するガイド部材が設けられ、ガイド部材の上方には気化冷媒が流通可能な通路が形成され、ガイド部材の下方には液体冷媒が流通可能な流路が形成されている。特許文献２では上記のように構成することにより、液体冷媒の沸騰と、気化冷媒の凝縮と、凝縮された液体冷媒の還流とが、ガイド部材により分離されて、冷媒の流れを整えることができる。

　車両等の移動体に搭載される電子制御装置では、特許文献１及び２に記載のような浸漬沸騰冷却方式を適用するための課題として、移動体の振動や、移動体の傾斜により、装置の内部に入れた液体冷媒の液面が変動したり傾いたりすることで、発熱する電子部品が液体冷媒から露出して、十分な冷却性能が得られない恐れがある。

　この課題を解決するために特許文献３には、発熱体が収納される冷却槽と、貯液槽と、これらを繋ぐ接続部とを備えており、冷却槽が傾斜した場合に発熱体が液体冷媒から露出することを抑制する液面制御部を有する構造が開示されている。

特開２００８－２２７１５０号 特開２０２２－１７９９０１号 特開２０２３－１４９８５９号

　車両などの移動体に搭載する電子制御装置では、移動体の振動や、移動体が坂道などの傾斜地を通過する際などに、電子制御装置の内部に入れた液体冷媒の液面が変動し、冷却したい電子部品が液体冷媒から露出する問題がある。これを防ぐ方法として、液体冷媒の液面が変動しても電子部品が露出しないように、電子制御装置内部に入れる液体冷媒の量を増やす方法があるが、電子制御装置の重量が増加する課題がある。

　また、冷却性能を向上させるために、電子部品を浸漬する液体冷媒と、液体冷媒が電子部品の発熱による沸騰と、沸騰した沸騰冷媒が冷却器により凝縮と、凝縮された凝縮冷媒が再び電子部品を浸漬するための帰還と、の循環を効率よく行う必要がある。

　特許文献１及び２には、移動体の振動や傾斜による液体冷媒の液面変動の問題を解決する手段は記載されていない。また特許文献３には液体冷媒の液面変動の問題を解決する手段は記載されているものの、浸漬、沸騰、凝縮の循環を効率よく行う手段は記載されていない。

　本発明の目的は、移動体が振動したり、移動体が傾いた場合であっても電子部品が液体冷媒から露出することを抑制し、電子部品の冷却性能低下を抑制できる電子制御装置を提供することにある。

　前記目的を達成するために本発明は、移動体に搭載される電子制御装置であって、電子部品が実装された回路基板と、前記回路基板及び液体冷媒を収容する筐体と、前記筐体内の上方に配置された冷却器と、前記筐体内の底部から前記冷却器に向かって延伸し、前記筐体内を第一の領域と第二の領域に仕切る壁部と、を備え、前記回路基板は、前記第一の領域内で前記液体冷媒に浸漬され、前記筐体内には、前記第一の領域と前記第二の領域とを連通する少なくとも２つの流路が形成され、前記流路には、前記第二の領域から前記第一の領域に向かう前記液体冷媒の流動を許容し、前記第一の領域から前記第二の領域に向かう前記液体冷媒の流動を制限する弁を備えたことを特徴とする。

　本発明によれば、移動体が振動したり、移動体が傾いた場合でも電子部品が液体冷媒から露出することを抑制し、電子部品の冷却性能低下を抑制した電子制御装置を提供することができる。

従来の電子制御装置１の正面断面図である。 従来の電子制御装置１の側面断面図である。 液体冷媒２０の液面が傾いているときの、従来の電子制御装置１の正面断面図である。 液体冷媒２０の液面が傾いているときの、従来の電子制御装置１の側面断面図である。 本発明の実施例１に係る電子制御装置１を回路基板１０の法線方向から見たときの正面断面図である。 図５に示す電子制御装置１において、液体冷媒２０の液面が筐体２の底面に対して傾いているときの状態を示した図である。 本発明の実施例１に係る電子制御装置１の底部拡大図である。 液体冷媒２０の液面が、長い時間傾いている状態を示す図である。 本発明の実施例１に係る電子制御装置１を回路基板１０の水平な接線方向から見たとき側面断面図である。 本発明の実施例２に係る電子制御装置１の外観斜視図である。 本発明の実施例２に係る電子制御装置１を回路基板１０の法線方向から見たときの正面断面図である。 本発明の実施例３に係る電子制御装置１の外観斜視図である。 図１２に示す平面７１で切り取られるＸIII－ＸIII線断面図である。 図１３のＸIV－ＸIV線断面図である。 図１３および図１４のＸＶ－ＸＶ線断面図である。 図１５の構造と比較した比較例１に係る断面図である。 図１５の構造と比較した比較例２に係る断面図である。 実施例３の変形例に係る断面図である。 実施例３の変形例に係る断面図である。 本発明の実施例４に係る電子制御装置１を回路基板１０の法線方向から見たときの正面断面図である。 実施例４の変形例に係る断面図である。 本発明の実施例５に係る電子制御装置１を回路基板１０の法線方向から見たときの正面断面図である。 本発明の実施例５に係る電子制御装置１の底部拡大図である。 本発明の実施例６に係る電子制御装置１を回路基板１０の法線方向から見たときの正面断面図である。 実施例６の変形例１に係る断面図である。 実施例６の変形例２に係る電子制御装置１の外観斜視図である。 図２６に示す平面７１で切り取られるXXVII－XXVII線断面図である。 実施例６の変形例３に係る電子制御装置１の外観斜視図である。 図２８に示す平面７１で切り取られるXXIX－XXIX線断面図である。 本発明の実施例７に係る電子制御装置１の壁部４０の部分拡大断面図である。 実施例７の変形例に係る断面図である。

　以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。なお、同一の要素については、全ての図において、原則として同一の符号を付している。また、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。なお、以下に説明する構成はあくまで実施例に過ぎず、本発明に係る実施様態が、以下の具体的様態に限定されることを意図する趣旨ではない。各図において、紙面上の上側を「上」、下側を「下」と定義する。また、電子制御装置を回路基板１０の法線方向から見た正面図において、左側を「左」、右側を「右」、手前側を「前」、奥側を「後」と定義する。

　まず、従来の電子制御装置について、図１から４を用いて説明する。図１は、従来の電子制御装置１の正面断面図である。図１において、電子制御装置は、筐体２と、カバー３により内部に空間が設けられており、筐体２の内部には回路基板１０と、液体冷媒２０と、冷却器３０と、を備えている。回路基板１０の表面には、電子部品１１が実装されている。発熱する電子部品１１は絶縁性の液体冷媒２０に浸かっている。液体冷媒の沸点は、電子部品の発熱温度よりも低い。冷却器３０の内部には、電子制御装置１の外部で冷却され、液体冷媒の沸点よりも低い温度の冷却水３１が通っている。液体冷媒２０は、電子部品１１の発熱により加熱されて沸騰し、沸騰した沸騰冷媒２１が、筐体２の内部の上方に配置した冷却器３０で冷却され、冷却された沸騰冷媒２１は凝縮されて凝縮冷媒２２となって、液体冷媒２０に戻る。これらの沸騰と凝縮を繰り返すことで、電子部品１１の発熱を冷却水に移動させて、電子制御装置１の外部に排出している。

　図２は、従来の電子制御装置１の側面断面図である。図２に示すように、筐体２の内部には４枚の回路基板１０が配置されており、各回路基板１０には電子部品１１が実装されている。図２では図１と同様、電子部品１１で加熱されて沸騰した液体冷媒２０が沸騰し、沸騰した沸騰冷媒２１が、筐体２内の上方に設置した冷却器３０により冷却されて、凝縮した凝縮冷媒２２が液体冷媒２０に戻るように構成されている。

　図１および図２は、電子制御装置１の内部に入れられた液体冷媒２０の液面が水平な状態にあるときの模式図を示している。図３および図４は、液体冷媒２０の液面が傾いた状態における電子制御装置１の断面図を示している。

　図３は、液体冷媒２０の液面が傾いているときの、従来の電子制御装置１の正面断面図である。図３に示すように、液体冷媒２０の液面は、筐体２の底面に対して右側で高く、左側で低くなっている。液体冷媒２０の液面が傾くと、電子部品１１の一部が液体冷媒２０から露出し、露出部２３において電子部品１１の冷却性が悪化する。

　図４は、液体冷媒２０の液面が傾いているときの、従来の電子制御装置１の側面断面図である。図４に示すように、液体冷媒２０の液面は、筐体２の前側で高く、後側で低くなっている。液体冷媒２０の液面が傾くと、電子部品１１の一部が液体冷媒２０から露出し、露出部２３では電子部品１１の冷却性が悪化する。

　図３および図４で示した液体冷媒２０の液面の傾きにより液体冷媒２０からの電子部品１１の露出を防ぐ方法としては、例えば電子制御装置１の内部に入れる液体冷媒２０の量を増やす方法が考えられるが、電子制御装置１の重量が増加するという課題がある。

　以下、本発明に係る電子制御装置の実施例について、図面を参照して説明する。なお、各図において、共通の部材には、同一の符号を付している。

　図５は、本発明の実施例１に係る電子制御装置１を回路基板１０の法線方向から見たときの正面断面図である。図５では、液体冷媒２０の液面が水平の状態を示している。

　図５において、電子制御装置は、上方が開放した開放部を有する筐体２と、開放部を覆うカバー３により内部に空間が設けられている。筐体２の内部には、回路基板１０と、液体冷媒２０と、冷却器３０と、を備えている。

　回路基板１０は、平面方向が上下方向となるように配置され、図示していないコネクタやハーネスを介して、他の電子制御装置などと接続されている。回路基板１０の表面には、電子部品１１が実装されている。発熱する電子部品１１は、電子部品の発熱温度よりも低い沸点を持つ絶縁性の液体冷媒２０に浸かっている。液体冷媒２０は、例えば、フッ素系不活性液体であるパーフルオロポリエーテル（PFPE：Perfluoropolyether）、パーフルオロカーボン（PFC：Perfluorocarbon）、ハイドロフルオロエーテル（HFE:
Hydrofluoroether）の他、シリコンオイルなどが用いられる。

　筐体２には、筐体２の底面（下方）から上方の冷却器３０に向かって延伸する壁部４０（４０ａ，４０ｂ）が形成されている。図５では壁部４０として、回路基板１０の長手方向の左側に壁部４０ａが形成され、右側に壁部４０ｂが形成されているが、壁部４０は回路基板１０の長手方向の前側及び後側にも同様に形成されている。また、前側及び後側の壁部は、左側の壁部４０ａ及び右側の壁部４０ｂの端部を筐体２の内壁と接触させて構成するようにしても良い。左側の壁部４０ａと右側の壁部４０ｂは互いが対向するように配置され、前側の壁部と後側の壁部は互いが対向するように配置されている。

　筐体２の内部の空間は、壁部４０により、回路基板１０が収められる第一の領域６１（破線で表示）と、壁部４０と筐体２の壁面との間に形成される第二の領域６２（一点鎖線で表示）に仕切られる。

　筐体２内において液体冷媒２０とカバー３との間に形成される空間は、液体冷媒２０が沸騰あるいは気化した気体と、液体冷媒２０を封入したときの残存空気で満たされている。なお、筐体２の内部を真空などの低圧状態にして液体冷媒２０を投入しても良い。

　壁部４０ａの下部には、第一の領域６１と第二の領域６２との間で液体冷媒２０が流動可能な流路５１ａ（第一の流路）が備えられている。同様に壁部４０ｂの下部には、第一の領域６１と第二の領域６２との間で液体冷媒２０が流動可能な流路５１ｂ（第二の流路）が備えられている。

　さらに流路５１ａには、第二の領域６２から第一の領域６１に向かう液体冷媒２０の流動を許容し、第一の領域６１から第二の領域６２に向かう液体冷媒２０の流動を制限する開閉可能な弁５０ａ（第一の弁）が備えられている。同様に流路５１ｂには、第二の領域６２から第一の領域６１に向かう液体冷媒２０の流動を許容し、第一の領域６１から第二の領域６２に向かう液体冷媒２０の流動を制限する開閉可能な弁５０ｂ（第二の弁）が備えられている。図５では、弁５０ａ．５０ｂは、上端部に支点があり、支点を中心として上側に向かって円弧状に開く弁を模式的に示している。本実施例では、筐体２内には、第一の領域６１と第二の領域６２とを連通する少なくとも２つの流路５１ａ，５１ｂが形成され、それぞれの流路５１ａ，５１ｂに弁５０ａ，５０ｂが設置されている。

　冷却器３０の内部には、電子制御装置１の外部で、液体冷媒２０の沸点よりも低い温度となるように冷却された冷却水３１が循環している。液体冷媒２０は、電子部品１１の発熱により加熱されて沸騰し、沸騰した沸騰冷媒２１が、筐体２の内部の上方に配置した冷却器３０で冷却され、冷却された沸騰冷媒２１は凝縮されて凝縮冷媒２２となって、液体冷媒２０に戻る。冷却器３０の下方の面は、左右方向の中央部位置から左右方向外側（外周側）に向かって下るように傾斜している。

　図５では、壁部４０ａ、壁部４０ｂの冷却器３０側には、冷却器３０側（上方）に向かうに従い、対向する壁部４０ａ，４０ｂ同士が近づくように傾斜した傾斜部４１ａ、４１ｂを備えている。これにより、冷却器３０で凝縮されて、傾斜部４１ａ、４１ｂ上に落ちた凝縮冷媒２２ａは、傾斜部４１ａ、４１ｂの傾斜に沿って第二の領域６２に溜まっている液体冷媒２０に向かって流れる。

　第二の領域６２に溜まる液体冷媒２０の液面高さが、第一の領域６１にある液体冷媒２０の液面高さよりも高くなると、壁部４０ａ，４０ｂに設けられた流路５１ａ，５１ｂおよび弁５０ａ，５０ｂを通って、第二の領域６２から第一の領域６１に向かって液体冷媒２０が移動する。これにより、第一の領域６１で発生する沸騰冷媒２１と、冷却器３０で凝縮された凝縮冷媒２２とを、壁部４０により分離することが可能となり、電子部品１１の冷却を効率よく行える。

　図５では、冷却器３０を筐体２の側面に向かって傾斜させている。これにより冷却器３０で凝縮されて、冷却器３０の表面に付着した凝縮冷媒２２ｂを筐体２の側面に向かって誘導することができる。

　上記した構造により、回路基板１０を浸漬する液体冷媒２０と、電子部品により沸騰した沸騰冷媒２１と、冷却器３０で凝縮された凝縮冷媒２２と、の循環を壁部４０ａ，４０ｂにより分離することができ、効率良く電子部品を冷却することができる。

　図６は、図５に示す電子制御装置１において、液体冷媒２０の液面が筐体２の底面に対して傾いているときの状態を示した図である。図７は、本発明の実施例１に係る電子制御装置１の底部拡大図である。

　図６では、液体冷媒２０の右側の液面が高く、左側の液面が低い状態を示している。この時の弁５０ａ，５０ｂの働きについて図７を使って説明する。右側の壁部４０ｂに設置されている弁５０ｂには、第一の領域６１から第二の領域６２に向かう方向に液体冷媒２０による圧力が掛かっているため、弁５０ｂは流路５１ｂを閉じた状態となる。そのため、流路５１ｂでは弁５０ｂにより液体冷媒２０の第一の領域６１から第二の領域６２に向かう流動２０ｂが妨げられる。一方、左側の壁部４０ａに設置されている弁５０ａには、第二の領域６２から第一の領域６１に向かう方向に液体冷媒２０による圧力が掛かっているため、弁５０ａは流路５１ａを開いた状態となる。これにより、流路５１ａでは第二の領域６２から第一の領域６１に向かう液体冷媒２０の流動２０ａが許容される。

　以上のように、本実施例では弁５０ａおよび弁５０ｂの働きにより、第一の領域６１から右側の第二の領域６２への液体冷媒２０の流出を防ぎ、かつ左側の第二の領域６２から第一の領域６１への液体冷媒２０の流入を可能としているので、液体冷媒２０の液面が傾いたときでも第一の領域６１内の液体冷媒２０の液面高さ低下を抑制し、電子部品１１の液体冷媒２０からの露出を抑制できる。

　図８は、液体冷媒２０の液面が、長い時間傾いている状態を示す図である。移動体を斜面に停車したときなどのように、液体冷媒２０が傾く状態が長時間続くと、冷却器３０で凝縮された凝縮冷媒２２は右側の第二の領域６２に偏って溜まっていく。その結果、右側の第二の領域６２の液面高さが、図８の液面２０ｃに示すように上昇する。右側の第二の領域６２の液面高さが、第一の領域６１の液面高さよりも高くなると、弁５０ｂには第二の領域６２から第一の領域６１に向かって液体冷媒２０の力が掛かり、その結果として弁５０ｂは流路５１ｂを開いて第一の領域６１に向かって液体冷媒２０が流入するようになる。そのため、液面が傾いた状態が続いた場合でも、第一の領域６１内の液体冷媒２０の液面高さが減少し続けることは無い。

　図５から図８では、回路基板１０の法線方向から電子制御装置１を見たときの正面断面図を用いて実施例１を説明した。図９では、回路基板１０の水平な接線方向から電子制御装置１を見たときの、側面断面図を用いて実施例１を説明する。図９は、本発明の実施例１に係る電子制御装置１を回路基板１０の水平な接線方向から見たとき側面断面図である。

　図９に示すように、筐体２の内部には、前後方向に並んで４枚（複数枚）の回路基板１０が配置されており、各回路基板１０には電子部品１１が実装されている。

　筐体２には、筐体２の底面（下方）から冷却器３０に向かって延伸する壁部４０（４０ｃ，４０ｄ）が、４枚の回路基板１０の前側および後側に形成されている。図９では壁部４０として、回路基板１０の前側に壁部４０ｃが形成され、回路基板１０の後側に壁部４０ｄが形成されている。前側の壁部４０ｃと後側の壁部４０ｄは互いが対向するように配置されている。

　筐体２の内部の空間は、壁部４０ｃ，４０ｄにより、回路基板１０が収められる第一の領域６１（破線で表示）と、壁部４０と筐体２の壁面との間に形成される第二の領域６２（一点鎖線で表示）に分けられている。

　壁部４０ｃの下部には、第一の領域６１と第二の領域６２との間で液体冷媒２０が流動可能な流路５１ｃ（第三の流路）が備えられている。同様に壁部４０ｄの下部には、第一の領域６１と第二の領域６２との間で液体冷媒２０が流動可能な流路５１ｄ（第四の流路）が備えられている。

　さらに流路５１ｃには、第二の領域６２から第一の領域６１に向かう液体冷媒２０の流動を許容し、第一の領域６１から第二の領域６２に向かう液体冷媒２０の流動を制限する開閉可能な弁５０ｃ（第三の弁）が備えられている。同様に流路５１ｄには、第二の領域６２から第一の領域６１に向かう液体冷媒２０の流動を許容し、第一の領域６１から第二の領域６２に向かう液体冷媒２０の流動を制限する開閉可能な弁５０ｄ（第四の弁）が備えられている。

　図９では、液体冷媒２０の液面が筐体２の前側で高く、後側で低くなるように底面に対して傾斜した状態となっている。図５から図８により説明した正面断面図の場合と同様に、前側の弁５０ｃは流路５１ｃを閉じた状態となるため、第一の領域６１から第二の領域６２に向かう液体冷媒２０の流動は妨げられ、一方、弁５０ｄは流路５１を開いた状態となるために、第二の領域６２から第一の領域６１に向かう液体冷媒２０の流動が許容される。これらの働きにより、第一の領域６１内の液体冷媒２０の液面高さの低下が抑制され、電子部品１１の液体冷媒２０からの露出を防止できる。

　次に、図１０、図１１を用いて実施例２について説明する。実施例１と共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。図１０は、本発明の実施例２に係る電子制御装置１の外観斜視図である。図１１は、本発明の実施例２に係る電子制御装置１を回路基板１０の法線方向から見たときの正面断面図である。

　本実施例では、筐体２は前方が開放されており、開放された筐体２の前側にはカバー３が備えられている。筐体２とカバー３で形成される空間の内部には、回路基板１０が搭載されており、回路基板１０には電子部品１１が実装されている。回路基板１０は、図示していないコネクタやハーネスを介して、他の電子制御装置などと接続されている。また、筐体２の上部には、冷却器となる冷却水路３３が筐体２と一体で形成されている。冷却水路３３の両端には、電子制御装置１の外部と冷却水３１を循環させるための冷却水出入口３２が取り付けられている。筐体２の内部には液体冷媒２０が入れられている。

　筐体２には、筐体２の底面（下方）から上方の冷却水路３３に向かって延伸する壁部４０（４０ａ，４０ｂ）が形成されている。図１１では壁部４０として、回路基板１０の長手方向の左側に壁部４０ａが形成され、右側に壁部４０ｂが形成されている。左側の壁部４０ａ及び右側の壁部４０ｂの一方（前側）の端部はそれぞれ筐体２の内壁と接触し、他方（後側）の端部はカバー３の内壁と接触している。筐体２の内部には、壁部４０ａ，４０ｂの内壁と、筐体２の後側内壁と、カバー３の後側内壁とで形成され、回路基板１０が格納される第一の領域６１と、第一の領域６１の左右外側に位置し、筐体２の左右の内壁と、壁部４０ａ，４０ｂの外壁と、筐体２の後側内壁と、カバー３の後側内壁とで形成される第二の領域６２が備えられている。換言すると、第一の領域６１と第二の領域６２は壁部４０ａ，４０ｂによって分割されている。

　壁部４０ａの下部には、第一の領域６１と第二の領域６２との間で液体冷媒２０が流動可能な流路５１ａ（第一の流路）が備えられている。同様に壁部４０ｂの下部には、第一の領域６１と第二の領域６２との間で液体冷媒２０が流動可能な流路５１ｂ（第二の流路）が備えられている。

　さらに流路５１ａには、第二の領域６２から第一の領域６１に向かう液体冷媒２０の流動を許容し、第一の領域６１から第二の領域６２に向かう液体冷媒２０の流動を制限する開閉可能な弁５０ａ（第一の弁）が備えられている。同様に流路５１ｂには、第二の領域６２から第一の領域６１に向かう液体冷媒２０の流動を許容し、第一の領域６１から第二の領域６２に向かう液体冷媒２０の流動を制限する開閉可能な弁５０ｂ（第二の弁）が備えられている。

　冷却水路３３の内部には、電子制御装置１の外部で、液体冷媒２０の沸点よりも低い温度となるように冷却された冷却水３１が循環している。液体冷媒２０は、電子部品１１の発熱により加熱されて沸騰し、沸騰した沸騰冷媒２１が、筐体２の内部の上方に配置した冷却水路３３で冷却され、冷却された沸騰冷媒２１は凝縮されて凝縮冷媒となって、液体冷媒２０に戻る。冷却水路３３は、左右方向の中央部位置から左右方向外側に向かって下るように傾斜している。

　図１１では、壁部４０ａ、壁部４０ｂの冷却水路３３側には、冷却水路３３側（上方）に向かうに従い、向かい合う壁部４０ａ，４０ｂ同士が近づくように傾斜させた傾斜部４１ａ、４１ｂを備えている。これにより、冷却水路３３で凝縮されて、傾斜部４１ａ、４１ｂ上に落ちた凝縮冷媒は、傾斜部４１ａ、４１ｂの傾斜に沿って第二の領域６２に溜まっている液体冷媒２０に向かって流れる。

　図１１は、液体冷媒２０の液面が、筐体２の底面に対して右側が高くなる場合を示している。このとき右側の弁５０ｂは、第一の領域６１から第二の領域６２に向かって圧力が掛かるために流路５１ｂを閉じた状態となり、第一の領域６１から第二の領域６２への液体冷媒２０の流動はない。一方、左側の弁５０ａには、第二の領域６２から第一の領域６１に向かって圧力が掛かるために流路５１ａを開いた状態となり、第二の領域６２から第一の領域６１に向かって液体冷媒２０が流動する。これらにより、液体冷媒２０の液面が傾斜した場合でも、回路基板が格納されている第一の領域６１の液体冷媒２０の液面低下を防ぐことができる。

　次に、図１２から図１５を用いて実施例３について説明する。実施例１、２と共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。図１２は、本発明の実施例３に係る電子制御装置１の外観斜視図である。図１３は、図１２に示す平面７１で切り取られるＸIII－ＸIII線断面図である。図１４は、図１３のＸIV－ＸIV線断面図である。図１５は、図１３および図１４のＸＶ－ＸＶ線断面図である。

　本実施例では、筐体２の内部に格納する回路基板１０を４枚とした例であり、格納する回路基板１０の枚数が増えたため、実施例２と比べて筐体２の前後方向の厚さが増加している。

　筐体２とカバー３で形成される空間の内部には、前後方向に並んで回路基板１０が４枚搭載されており、回路基板１０には電子部品１１が実装されている。回路基板１０は、図示していないコネクタやハーネスを介して、異なる回路基板１０の間や、他の電子制御装置などと接続されている。筐体の上部には冷却水路３３が形成されており、冷却水路３３の両端には、電子制御装置の外部と冷却水３１を循環させるための冷却水出入口３２が取り付けられている。筐体２の内部には液体冷媒２０が入れられている。

　筐体２には、筐体２の底面（下方）から上方の冷却水路３３に向かって延伸する壁部４０（４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ）が形成されている。

　筐体２の内部に配置された壁部４０により、液体冷媒２０が入れられている筐体２の内部は、図１５に示すように５つの領域に区切られている。回路基板１０が格納される中央部分の第一の領域６１と、筐体２の側壁と壁部４０との間で形成される４つの第二の領域６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄと、に分割される。筐体２の４角部は、液体冷媒２０が入り込まないように塞がれている。角部を塞ぐことで、例えば第二の領域６２ａと第二の領域６２ｄとの間の液体冷媒の流動を防ぐことができ、後述する壁部４０および弁５０による液体冷媒の液面が傾いたときの第一の領域６１の液体冷媒の減少を防ぐことができる。

　壁部４０（４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ）の下部には、第一の領域６１と第二の領域６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄの間を繋ぐ流路５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄがそれぞれ形成されており、それぞれの流路５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄには、第二の領域６２から第一の領域６１に向かう液体冷媒２０の流動を許容し、第一の領域６１から第二の領域６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄに向かう流動を制限する弁５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄが設置されている。

　次に本実施例の液体冷媒２０の流動について詳しく説明する。まず図１３を用いて、液体冷媒２０が傾き、右側の液体冷媒２０の高さが高くなった場合について説明する。このときは実施例２で示した図１０と同様な流動が発生し、弁５０ａでは第二の領域６２ａから第一の領域６１に向かって圧力が掛かるために弁５０ａが流路５１ａを開き、液体冷媒２０は第二の領域６２ａから第一の領域６１に向かって流入する。

　一方、弁５０ｂでは、第一の領域６１から第二の領域６２ｂに向かって液体冷媒２０の圧力が掛かるため弁５０ｂは流路５１ｂを閉じ、液体冷媒２０の流動は発生しない。また、第二の領域６２ｃと第二の領域６２ｄ内の液体冷媒２０の液面は、第一の領域６１内の液体冷媒２０の液面と連動して変化する。冷却水路３３で凝縮された凝縮冷媒が第二の領域６２ｃあるいは第二の領域６２ｄに溜まり第一の領域６１の液面よりも高くなった場合には、弁５０ｃあるいは弁５０ｄが開いて第一の領域６１の液面高さと等しくなる。これらの弁の働きにより、液体冷媒２０の液面が傾いた際でも、第一の領域６１の液体冷媒２０の減少を抑制できる。

　次に図１４を用いて、液体冷媒２０が傾き、前側の液体冷媒２０の高さが高くなった場合について説明する。このとき、弁５０ｄでは第二の領域６２ｃから第一の領域６１に向かって圧力が掛かるために弁５０ｄが流路５１ｄを開き、液体冷媒２０は第二の領域６２ｄから第一の領域６１に向かって流入する。

　一方、弁５０ｃでは、第一の領域６１から第二の領域６２ｃに向かって液体冷媒２０の圧力が掛かるため弁５０ｃは流路５１ｃを閉じ、液体冷媒２０の流動が制限される。なお、第二の領域６２ａと６２ｂ内の液体冷媒２０の液面は、第一の領域６１内の液体冷媒２０の液面と連動して変化する。冷却水路３３で凝縮された凝縮冷媒２２が第二の領域６２ａあるいは第二の領域６２ｂに溜まり第一の領域６１の液面よりも高くなった場合には、弁５０ａあるいは弁５０ｂが流路を開いて第一の領域６１の液面高さと等しくなる。これらの弁の働きにより、液体冷媒２０の液面が傾いた際でも、第一の領域６１の液体冷媒２０の減少を抑制できる。

　次に、筐体２の４角部を塞がずに、液体冷媒２０が入り込む場合について説明する。図１６は、図１５の構造と比較した比較例１に係る断面図である。

　図１６に示すように、筐体２の４角部は壁部４０（４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ）により領域６２２に区切られている。領域６２２に接する壁部４０には、液体冷媒２０が流動可能な流路は設けられていない。このときには、冷却器３０で凝縮された凝縮冷媒が領域６２２に溜まり、領域６２２内の液体冷媒２０の液面が高くなったとしても、壁部４０を乗り越えるまで液体冷媒２０が溜まらない限り、第一の領域６１に向かう液体冷媒２０の流動は発生しない。このため、領域６２２に液体冷媒２０が溜まった分だけ、第一の領域６１内の液体冷媒２０が減少してしまい、電子部品１１が液体冷媒２０から露出する可能性がある。

　図１７は、図１５の構造と比較した比較例２に係る断面図である。図１７では、筐体２の４角部の領域６２２に接する壁部４０（４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ）に、液体冷媒２０が流動可能な流路５１１を設けている。壁部４０に流路５１１を設けることで、領域６２２に液体冷媒２０が溜まり続けることを防ぐことができるが、例えば液体冷媒２０が傾き、左から右に向かう流動が発生した時には、弁５０ａを通って、第二の領域６２ａから第一の領域６１に流入する液体冷媒２０の流動２０ａの他に、流路５１１を通って右側の第二の領域６２ｂに向かう液体冷媒２０の流動２０ｄおよび流動２０ｅが発生する。これにより第一の領域６１の液体冷媒２０が減少してしまい、電子部品１１が液体冷媒２０から露出する可能性がある。

　これらの流路５１１を通る液体冷媒２０の流動を防ぐ方法として、例えば図１８に示す構造が考えられる。図１８及び図１９は、実施例３の変形例に係る断面図である。

　図１８に示すように、変形例では図中の矢印の方向にのみ液体冷媒の流動を可能とする弁５０ｅを流路５１１に設置している。壁部４０に弁５０ｅを設置することで、図１９に示すように、液体冷媒２０が傾き左から右に向かう流動が発生した時でも、右側の第二の領域６２ｂに向かう液体冷媒２０の流動を弁５０ｅにより防ぐことができる。この方法により、設置する弁の数が増加して構造が複雑になる欠点があるものの、液体冷媒の液面が傾いた際でも、第一の領域６１の液体冷媒２０の減少を抑制できる。

　次に、図２０、図２１を用いて実施例４について説明する。実施例１から３と共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。図２０は、本発明の実施例４に係る電子制御装置１を回路基板１０の法線方向から見たときの正面断面図である。

　本実施例では、第一の領域６１と第二の領域６２とに分割する壁部４０ａ、４０ｂには弁が設置されておらず、これらの領域間を液体冷媒２０の流動が可能な流路５１ａ，５１ｂが設けられている。流路５１ａ，５１ｂは、壁部４０の板厚に応じて開口面積を調整している。本実施例では、流路５１ａ，５１ｂの開口部における径（直径）を、流路５１ａ，５１ｂの長さとなる壁部４０ａ，４０ｂの板厚よりも小さくしている。本実施例によれば、上記のように構成することにより、液体冷媒２０が流路５１ａ，５１ｂを流動する際に生じる流動損失を増加させ、第一の領域６１と第二の領域６２との間の液体冷媒２０の流動を制限でき、液体冷媒２０の液面が傾いた際でも、第一の領域６１の液体冷媒２０の減少を抑制できる。なお図２０では、壁部４０ａ、４０ｂのそれぞれに一つの開口として流路５１ａ，５１ｂを描いているが、複数の穴でも良く、また格子状の開口でも良い。

　図２１は、実施例４の変形例に係る断面図である。図２１の変形例では、流路５１ａ，５１ｂを筒状にして形成している。筒状の流路５１ａ，５１ｂの長さは、壁部４０ａ，４０ｂの板厚より厚く（大きく）している。ただし、筒状の流路５１ａ，５１ｂの内径は、筒状の流路５１ａ，５１ｂの長さよりも小さくしている。これにより、実施例４と同様の作用効果を得ることができる。

　なお、本実施例では流路５１ａ，５１ｂの何れか一方に弁を配置するように構成しても良い。

　次に、図２２、図２３を用いて実施例５について説明する。実施例１から４と共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。図２２は、本発明の実施例５に係る電子制御装置１を回路基板１０の法線方向から見たときの正面断面図である。

　本実施例では、第一の領域６１と第二の領域６２との間の流路５１ａ，５１ｂを、壁部４０の壁面に設けた開口ではなく、筐体２の底部を凹ませて設けた溝状の通路で構成している。実施例４と同様に、筐体２の底部に形成した流路５１の開口面積や長さを調整して液体冷媒２０の流動損失を変えることで、液体冷媒２０の液面が傾いた際でも、第一の領域６１の液体冷媒２０の減少を抑制できる。

　図２３は、本発明の実施例５の変形例に係る電子制御装置１の底部拡大図である。図２３では、図２２で示した電子制御装置において、流路５１ａ，５１ｂのそれぞれに弁５０ａ，５０ｂを設置している。弁５０ａ，５０ｂは、流路５１ａ，５１ｂの第一の領域６１側の出入口部分に設置している。弁５０ａ，５０ｂは、第二の領域６２から第一の領域６１に向かう液体冷媒２０の流動を可能とし、第一の領域６１から第二の領域６２に向かう液体冷媒２０の流動を制限する。弁５０ａは、第二の領域６２から第一の領域６１に向かって液体冷媒２０の圧力が掛かり、弁が開いた状態を示しており、第二の領域６２から第一の領域６１に向かう液体冷媒２０の流動２０ａを可能としている。また弁５０ｂは、第一の領域６１から第二の領域６２に向かって液体冷媒２０の圧力が掛かった状態を示しており、この場合には弁５０ｂは流路５１ｂを閉じるために、液体冷媒２０の流動２０ｂを制限することができ、電子部品１１が液体冷媒２０から露出することを抑制できる。

　次に、図２４から図２９を用いて実施例６について説明する。実施例１から５と共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。図２４は、本発明の実施例６に係る電子制御装置１を回路基板１０の法線方向から見たときの正面断面図である。本実施例では、第二の領域６２と繋がった第三の領域６３を付加した電子制御装置であり、実施例１から実施例５に示した構造と異なり、電子制御装置の内部は密閉されておらず、大気に開放された構造である。

　図２４において二点鎖線で示している第三の領域６３は、第二の領域６２の外側に位置し、下部において第二の領域６２（一点鎖線で表示）と連通し、液体冷媒の流動が可能な第二の流路５１２で繋がっている。また第三の領域６３の上部には開口が設けられており、電子制御装置の外部の大気と繋がる大気開口６４を有している。

　第二の流路５１２は液体冷媒２０に浸かる位置に設けられている。これにより、第二の領域６２の上部に充満している沸騰冷媒は、液体冷媒２０が蓋として機能するため、第三の領域６３を通って大気開口６４から大気に流出することは無く、液体冷媒２０の減少を防ぐことができる。第三の領域６３内の液体冷媒２０の水位は、第二の領域６２内で液体冷媒２０に掛かる圧力と、第三の領域６３内の液体冷媒２０に掛かる大気の圧力とがバランスする高さとなる。なお大気開口には、空気の流動が可能な空気フィルタなどを取り付けても良い。

　第一の領域６１（破線で表示）と第二の領域６２とは壁部４０ａ，４０ｂで区切られており、第一の領域６１には、発熱する電子部品１１が搭載された回路基板１０が配置されている。電子部品１１は液体冷媒２０に浸漬しており、電子部品１１の発熱により液体冷媒２０が沸騰し、沸騰した沸騰冷媒２１は、筐体２の上部に配置した冷却器３０により冷却されて凝縮し、凝縮冷媒２２となって液体冷媒２０に戻る。冷却器３０の内部には、冷却水３１が流れている。

　壁部４０の下部には、第二の領域６２から第一の領域６１に向かう液体冷媒２０の流動を可能とし、第一の領域６１から第二の領域６２に向かう液体冷媒２０の流動を制限する弁５０ａ，５０ｂが設置されている。弁５０ａ，５０ｂは、第一の通路となる流路５１ａ，５１ｂを開閉する。この弁の働きにより、液体冷媒２０の液面が変動しても、第一の領域６１内の液体冷媒２０の減少を防ぐことができ、電子部品１１の液体冷媒２０からの露出を抑制できる。

　図２５は、実施例６の変形例１に係る断面図である。図２５では、第三の領域６３は管状の接続管６５で構成した電子制御装置である。接続管６５は第二の領域６２に備えられている。接続管６５の下部は液体冷媒２０に浸かっており、管の内部と液体冷媒２０とは繋がっている。接続管６５の上部は、筐体２およびカバー３の外側まで延伸しており、上部の先端は大気開口６４で大気と繋がっている。このような管状の構造でも本実施例の電子制御装置を構成できる。

　図２６は、実施例６の変形例２に係る電子制御装置１の外観斜視図である。図２７は、図２６に示す平面７１で切り取られるXXVII－XXVII線断面図である。実施例６の変形例２に係る電子制御装置１は、実施例３で示した電子制御装置に第三の領域６３の構造を追加したものである。

　第三の領域６３は、下部に第二の領域６２との液体冷媒２０の流動が可能な第二の流路５１２で繋がっている。また第三の領域６３の上部には開口が設けられており、電子制御装置の外部の大気と繋がる大気開口６４を有している。第三の領域６３は筐体２と一体で形成されている。第三の領域６３は、図２７の紙面と垂直の方向は薄くなるように形成されており、これにより第三の領域６３に溜まる液体冷媒２０の量を減らしている。筐体２には冷却水路３３が形成されており、これにより沸騰冷媒２１を冷却する。

　図２８は、実施例６の変形例３に係る電子制御装置１の外観斜視図である。図２９は、図２８に示す平面７１で切り取られるXXIX－XXIX線断面図である。実施例６の変形例３に係る電子制御装置１は、第三の領域６３を円筒状の接続管６５で構成している。接続管６５の下端は第二の領域６２と繋がっており、接続管６５の内部の空間で第三の領域６３を形成している。接続管６５の上端は大気開口６４で大気と繋がっている。これらの図において接続管６５は筐体２の外側の側面を沿うように配置されているが、図２５に示すように接続管６５を筐体２の内部を通るように配置しても良い。

　次に、図３０、図３１を用いて実施例７について説明する。実施例１から６と共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。図３０は、本発明の実施例７に係る電子制御装置１の壁部４０の部分拡大断面図である。実施例７では、実施例１から６で説明した弁５０を、別の構造としている。図３０では、壁部４０の右側が第一の領域６１、壁部４０の左側が第二の領域６２となっている。壁部４０には、第一の領域６１と第二の領域６２を連通する流路５１が形成されている。壁部４０には、流路５１を開閉する蓋状の弁５２が備えられている。

　図３０（ａ）は弁５２が開いた状態を示している。第二の領域６２の液体冷媒２０の圧力が、第一の領域６１の圧力よりも高い場合には、弁５２が右側に移動し、流路５１に隙間が生じる。そして、この隙間を通して第二の領域６２から第一の領域６１に向かって液体冷媒２０の流動２０ａが可能となる。

　一方、図３０（ｂ）は弁が閉じた状態を示している。第一の領域６１の液体冷媒の圧力が、第二の領域６２の圧力よりも高い場合には、弁５２は左側に押しつけられるため、流路５１には隙間は生じず、液体冷媒２０の流動２０ｂが妨げられる。

　図３１は、実施例７の変形例に係る断面図である。図３１では、弁として一方向にのみ回転可能な水車で構成している。図３１では、壁部４０の右側が第一の領域６１、壁部４０の左側が第二の領域６２となっている。図３１図において、水車５３は反時計回りのみに回転が可能な構造であり、水車５３の下部に第一の領域６１と第二の領域６２とを連通する流路５１が形成されている。

　図３１（ａ）は水車５３が回転して弁が開いている状態を示している。第二の領域６２の液体冷媒の圧力が、第一の領域６１の圧力よりも高い場合には、水車５３には反時計回りに回転する力が加わり、水車５３が回転可能となる。その結果、第二の領域６２から第一の領域６１に向かう液体冷媒の流動２０ａが可能となる。

　一方、図３１（ｂ）は水車５３が停止して弁が閉じている状態を示している。第一の領域６１の液体冷媒の圧力が、第二の領域６２の圧力よりも高い場合には、水車５３には時計回りに回転しようとする力が加わるが、水車は反時計回りにのみ回転が可能な構造のため、回転しない。その結果、第一の領域６１から第二の領域６２に向かう液体冷媒２０の流動２０ｂは制限される。

　なお、本開示の内容は、上記した実施例及び変形例に限定されるものではない。例えば、上記した実施例及び変形例の構成の一部を他の構成に置き換えることは可能であり、また、上記した実施例及び変形例の構成を組み合わせた構成であってもよい。また、上記した実施例及び変形例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。本開示では、回路基板１０を囲う４面のうち、少なくとも２面から成る壁部４０を配置したが、壁部４０を１面のみで構成しても良い。

　１…電子制御装置、２…筐体、３…カバー、１０…回路基板、１１…電子部品、２０…液体冷媒、２１…沸騰冷媒、２２…凝縮冷媒、２３…露出部、３０…冷却器、３１…冷却水、３３…冷却水路、４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ…壁部、４１ａ，４１ｂ…傾斜部、５０，５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ…弁、５１，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ…流路、６１…第一の領域、６２…第二の領域、６３…第三の領域、６５…接続管

Claims (10)

1. 　移動体に搭載される電子制御装置であって、
   　電子部品が実装された回路基板と、
   　前記回路基板及び液体冷媒を収容する筐体と、
   　前記筐体内の上方に配置された冷却器と、
   　前記筐体内の底部から前記冷却器に向かって延伸し、前記筐体内を第一の領域と第二の領域に仕切る壁部と、を備え、
   　前記回路基板は、前記第一の領域内で前記液体冷媒に浸漬され、
   　前記筐体内には、前記第一の領域と前記第二の領域とを連通する少なくとも２つの流路が形成され、
   　前記流路には、前記第二の領域から前記第一の領域に向かう前記液体冷媒の流動を許容し、前記第一の領域から前記第二の領域に向かう前記液体冷媒の流動を制限する弁を備えたことを特徴とする電子制御装置。
2. 　請求項１に記載の電子制御装置であって、
   　前記流路及び前記弁は、前記壁部に備えられたことを特徴とする電子制御装置。
3. 　請求項１に記載の電子制御装置であって、
   　前記流路及び前記弁は、前記筐体の底部に備えられたことを特徴とする電子制御装置。
4. 　請求項１に記載の電子制御装置であって、
   　前記弁は、前記第一の領域から前記第二の領域に向かう前記液体冷媒によってのみ回転する水車で構成したことを特徴とする電子制御装置。
5. 　請求項１に記載の電子制御装置であって、
   　前記壁部は、前記冷却器に向かうに従い対向する前記壁部同士が近づくように傾斜した傾斜部を備えたことを特徴とする電子制御装置。
6. 　請求項５に記載の電子制御装置であって、
   　前記冷却器の下方の面は、前記冷却器の中央部から外周側に向かって下るように傾斜したことを特徴とする電子制御装置。
7. 　請求項６に記載の電子制御装置であって、
   　前記冷却器は、前記筐体と一体で形成したことを特徴とする電子制御装置。
8. 　請求項１に記載の電子制御装置であって、
   　前記第二の領域の外側に位置し前記第二の領域と連通した第三の領域を備え、
   　前記第三の領域の上部は開放されていることを特徴とする電子制御装置。
9. 　請求項１に記載の電子制御装置であって、
   　前記第二の領域には、下部が前記液体冷媒に浸漬し、上部が大気開口した接続管を備えたことを特徴とする電子制御装置。
10. 　移動体に搭載される電子制御装置であって、 
    　電子部品が実装された回路基板と、 
    　前記回路基板及び液体冷媒を収容する筐体と、
    　前記筐体内の上面に配置された冷却器と、
    　前記筐体内の底部から前記冷却器に向かって延伸し、前記筐体内を第一の領域と第二の領域に仕切る壁部と、を備え、
    　前記回路基板は、前記第一の領域内で前記液体冷媒に浸漬され、
    　前記筐体内には、前記第一の領域と前記第二の領域とを連通する少なくとも２つの流路が形成され、
    　前記流路の開口部の径は前記流路の長さよりも小さくして前記第一の領域から前記第二の領域に向かう前記液体冷媒の流動を制限することを特徴とする電子制御装置。