(57)【要約】【課題】飛しょう体の軽量化を図ることができる冷却板を得ること。【解決手段】冷却板７は、飛しょう体の内部に設けられる電子機器６を冷却する。冷却板７は、電子機器６と接触する金属部７１を備える。金属部７１の内部には、冷却流路７２が形成される。冷却流路７２の内部には、冷媒８が入れられている。冷媒８は、気化した冷媒８を冷却流路７２の外部へ放出可能な放出口７７が形成されている。放出口７７には、冷媒８を放出させる弁が設置されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛しょう体の内部に設けられる電子機器を冷却する冷却板であって、
前記電子機器と接触する金属部を備え、
前記金属部の内部には、空間が形成され、
前記空間の内部には、冷媒が入れられており、
前記金属部には、気化した前記冷媒を前記空間の外部へ放出可能な放出口が形成されていることを特徴とする冷却板。
【請求項２】
前記放出口には、前記冷媒を放出させる放出制御部が設置されていることを特徴とする請求項１に記載の冷却板。
【請求項３】
前記放出制御部は、気化した前記冷媒により前記空間の内部の圧力が閾値以上になったときに開く弁であることを特徴とする請求項２に記載の冷却板。
【請求項４】
前記放出制御部は、液体を通さずに気体のみを通すフィルタであることを特徴とする請求項２に記載の冷却板。
【請求項５】
前記空間は、前記冷媒が流れる冷却流路であり、
前記冷却流路の流路面積は、断続的に変化することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の冷却板。
【請求項６】
前記冷却流路には、第１冷却流路と、前記第１冷却流路よりも前記電子機器に近い位置に配置される第２冷却流路とが形成され、
前記第２冷却流路の流路面積は、前記第１冷却流路の流路面積よりも小さいことを特徴とする請求項５に記載の冷却板。
【請求項７】
前記冷媒は、気化した前記冷媒が前記放出口から放出されるときに、前記第１冷却流路から前記第２冷却流路に向かって流れ、
前記第１冷却流路と前記第２冷却流路のそれぞれの流路面積は、前記冷媒の流れ方向に沿った上流から下流に向かうほど小さくなっていることを特徴とする請求項６に記載の冷却板。
【請求項８】
前記第１冷却流路と前記第２冷却流路は、互いに平行に直線状に延びており、
前記冷却流路には、前記第１冷却流路と前記第２冷却流路のうち前記冷媒の流れ方向に沿った一方の部分同士を連通する第３冷却流路が形成されていることを特徴とする請求項６または７に記載の冷却板。
【請求項９】
前記冷却板は、金属積層造形法により前記第１冷却流路と前記第２冷却流路が一体的に形成された状態で前記冷媒が入れられたことを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の冷却板。
【請求項１０】
前記冷却流路の内部には、前記冷媒の逆流を防止する逆流防止部材が設置されることを特徴とする請求項５から９のいずれか１項に記載の冷却板。
【請求項１１】
前記空間は、前記冷媒が封入される有底筒状の穴であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の冷却板。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載の冷却板と、
飛しょう体の内部に設けられる電子機器と、を備えることを特徴とする飛しょう体。
【請求項１３】
前記飛しょう体の内部の圧力を調整する圧力調整弁をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の飛しょう体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛しょう体の内部に設けられる電子機器を冷却する冷却板および飛しょう体に関する。
【背景技術】
【０００２】
飛しょう体の内部には、電子機器が搭載されている。電子機器は、飛しょう体の飛しょう中に自己発熱する。そこで、飛しょう体には、運用時間中の電子機器内部の温度を保証温度以下に保つために、電子機器で発生した熱を放熱する手段が必要になる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、冷媒の相変化を利用して電子機器を冷却する沸騰冷却装置が記載されている。特許文献１に記載の沸騰冷却装置は、冷媒を内部に封入する冷媒封入体と、冷媒とは異なる冷却媒体を通過させる冷却流体循環管とを備える。冷媒封入体は、液化した冷媒が貯留され電子機器からの熱を受ける受熱部と、受熱部の上方に設けられ気化した冷媒が滞留する放熱部とを有する。冷却流体循環管の一部は、放熱部の内部に配置されている。冷却媒体は、冷却流体循環管を介して、冷媒封入体の外部と内部とを循環している。
【０００４】
特許文献１に記載の沸騰冷却装置では、電子機器で発生した熱により受熱部で気化した冷媒は、放熱部に移動して冷却流体循環管の内部を流れる冷却媒体に冷却されて、再度液化して受熱部に戻る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第６３５３６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の沸騰冷却装置では、冷却流体循環管、冷却流体を循環させるための循環装置などが必要になるため、重量が嵩むという問題がある。そのため、軽量化が求められる飛しょう体に特許文献１に記載の沸騰冷却装置を用いることは、不向きであった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、飛しょう体の軽量化を図ることができる冷却板を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる冷却板は、飛しょう体の内部に設けられる電子機器を冷却する。冷却板は、電子機器と接触する金属部を備える。金属部の内部には、空間が形成される。空間の内部には、冷媒が入れられている。金属部には、気化した冷媒を空間の外部へ放出可能な放出口が形成されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、飛しょう体の軽量化を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる飛しょう体を示す概略図
【図２】本発明の実施の形態１にかかる電子機器および冷却板を示す図
【図３】図２に示されたＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図
【図４】図３に示されたＡ部の拡大図
【図５】図３に示された冷却板の運用状態について説明するための図
【図６】図３に示された冷却板の運用状態について説明するための図
【図７】本発明の実施の形態２にかかる飛しょう体の電子機器および冷却板を示す図であって、図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図に相当する図
【図８】図７に示されたＢ部の拡大図
【図９】本発明の実施の形態３にかかる飛しょう体の電子機器および冷却板を示す図
【図１０】本発明の実施の形態３の変形例にかかる飛しょう体の電子機器および冷却板を示す図
【図１１】本発明の実施の形態３の変形例にかかる飛しょう体の電子機器および冷却板を示す図
【図１２】本発明の実施の形態４にかかる飛しょう体の電子機器および冷却板を示す図
【図１３】図１２に示されたＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿った断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態にかかる冷却板および飛しょう体を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる飛しょう体１を示す概略図である。飛しょう体１は、飛しょう体１を目標へ誘導するホーミング装置２と、飛しょう体１に推進力を与える図示しない推進装置と、を備えている。ホーミング装置２は、外殻部材３と、アンテナ４と、圧力調整弁５と、を備えている。
【００１３】
外殻部材３は、ホーミング装置２の外殻を形成する金属製部材である。圧力調整弁５は、外殻部材３に固定されている。圧力調整弁５は、外殻部材３に形成された図示しない放出口を開閉可能に覆っている。圧力調整弁５は、飛しょう体１の内部の圧力を調整する機能を有する。
【００１４】
アンテナ４は、外殻部材３の内部に設置されている。アンテナ４は、複数の電子機器６と、複数の冷却板７と、を有する。電子機器６は、ホーミング装置２の内部に設けられた図示しないフレームにボルトなどで固定されている。
【００１５】
図２は、本発明の実施の形態１にかかる電子機器６および冷却板７を示す図である。冷却板７は、飛しょう体１の内部に設けられる電子機器６を冷却する部材である。冷却板７は、２つの電子機器６の間に挟まれて配置されている。冷却板７と電子機器６は、図示しないボルトおよびナットなどで固定されている。冷却板７は、金属部７１を備えている。
【００１６】
金属部７１は、電子機器６と接触する金属製の部位である。金属部７１は、電子機器６で発生した熱１１を後述する冷媒８に伝える役割を果たす。金属部７１の材料は、特に制限されないが、本実施の形態ではアルミニウム合金である。金属部７１の内部には、複数の冷却流路７２が形成されている。複数の冷却流路７２は、図２に示す縦方向および横方向に間隔を空けて並べて配置されている。
【００１７】
図３は、図２に示されたＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図４は、図３に示されたＡ部の拡大図である。冷却流路７２の内部には、冷媒８が入れられている。図３に示す矢印Ｘは、冷媒８の流れ方向を示している。以下、冷媒８の流れ方向を単に流れ方向と称する場合がある。冷却流路７２には、互いに平行に直線状に延びる第１冷却流路７３および第２冷却流路７４と、第１冷却流路７３と第２冷却流路７４のうち流れ方向に沿った一方の部分同士を連通する第３冷却流路７５とが形成されている。
【００１８】
第１冷却流路７３のうち第３冷却流路７５と反対側の部分は、金属部７１の表面に開口する流入口７６となる。流入口７６は、冷媒８を冷却流路７２の内部に入れるための開口である。第２冷却流路７４のうち第３冷却流路７５と反対側の部分は、金属部７１の表面に開口する放出口７７となる。放出口７７は、冷媒８を冷却流路７２の外部へ放出可能な開口である。流入口７６と放出口７７は、金属部７１の表面のうち同一面に開口している。冷媒８は、後述するように気化した冷媒８が放出口７７から放出されるときに、第１冷却流路７３から第３冷却流路７５を通過して第２冷却流路７４に向かって流れる。なお、図２に示す冷媒８の流れ方向に沿って見た冷却流路７２の形状は、特に制限されないが、本実施の形態では円形状である。
【００１９】
図３に示すように、第２冷却流路７４は、第１冷却流路７３よりも電子機器６に近い位置に配置されている。第１冷却流路７３と第２冷却流路７４のそれぞれの流路面積は、流れ方向に沿った上流から下流に向かうほど小さくなっている。第２冷却流路７４の流路面積は、第１冷却流路７３の流路面積よりも小さい。第３冷却流路７５の流路面積は、流れ方向に沿って一定である。すなわち、冷却流路７２の流路面積は、断続的に変化する。このように内部の断面形状が変化する冷却板７は、第１冷却流路７３と第２冷却流路７４の形成された冷却板７を一体的に成形する付加製造技術で製造することが可能である。この付加製造技術としては、例えば金属３Ｄプリンタを用いた金属積層造形技術を用いるとよい。金属積層造形技術としては、例えば金属合金の粉末を溶融し固化するレーザ溶融法または電子ビーム方式を用いたパウダーベッド方式を用いるのがよい。レーザ溶融法は、例えばＳＬＭ（Selective  Laser  Melting）である。
【００２０】
冷媒８は、常温で液体となる物質である。冷媒８は、本実施の形態では純水である。冷媒８は、金属部７１よりも比重が小さい。冷媒８には、電子機器６で発生した熱１１が金属部７１を介して伝わる。金属部７１のうち電子機器６と冷却流路７２との間に位置する部分が薄いほど、電子機器６から冷媒８へ熱１１を伝えやすくなる。冷却流路７２の流路形状および冷媒８の粘度は、毛細管現象を利用して冷却流路７２の内部に冷媒８を充填可能なように、かつ、冷却流路７２の外部に冷媒８が漏れないように適宜設定すればよい。
【００２１】
本実施の形態の金属部７１に用いられるアルミニウム合金は、比熱（Ｊ／（ｇ・℃））が０．８９６Ｊ／（ｇ・℃）であり、密度（ｇ／ｃｍ３）が２．７ｇ／ｃｍ３である。アルミニウム合金の単位体積あたりの熱容量（Ｊ／（ｃｍ３・℃））は、２．４１９Ｊ／（ｃｍ３・℃）である。本実施の形態の冷媒８に用いられる純水は、比熱（Ｊ／（ｇ・℃））が４．２１７Ｊ／（ｇ・℃）であり、密度（ｇ／ｃｍ３）が１ｇ／ｃｍ３である。純水の単位体積あたりの熱容量（Ｊ／（ｃｍ３・℃））は、４．２１７Ｊ／（ｃｍ３・℃）である。アルミニウム合金の単位体積あたりの熱容量（Ｊ／（ｃｍ３・℃））よりも純水の単位体積あたりの熱容量（Ｊ／（ｃｍ３・℃））の方が大きいため、冷媒８を入れる冷却流路７２が金属部７１の内部に形成されていない場合に比べて、冷却板７の熱容量を大きくすることができる。また、冷却板７における冷媒８の割合を金属部７１の割合よりも多くする方が冷却板７の熱容量を大きくすることができる。さらに、冷媒８に純水を用いた場合には、液体から気体への気化熱が約２２５６ｋＪ／ｋｇになるため、例えば２００ｋＪの熱量を気化熱で吸収する場合には約９０ｇの純水で足りる。これにより、飛しょう体１の軽量化に寄与することができる。
【００２２】
次に、冷却板７の運用状態について説明する。図５は、図３に示された冷却板７の運用状態について説明するための図である。図６は、図３に示された冷却板７の運用状態について説明するための図である。なお、図５では、説明の容易化のためにドットハッチングの濃淡を変えて、第１冷却流路７３の内部の冷媒８と、第２冷却流路７４の内部の冷媒８と、第３冷却流路７５の内部の冷媒８を区別している。
【００２３】
図５に示すように、電子機器６で発生した熱１１は、金属部７１を経て冷媒８に伝わる。このとき、冷却流路７２のうち電子機器６に近い部分ほど冷媒８の温度が高くなるため、第２冷却流路７４の冷媒８、第３冷却流路７５の冷媒８、第１冷却流路７３の冷媒８の順に、温度が高い。電子機器６から冷媒８への伝熱により、冷媒８の温度が沸点に達すると、冷媒８が気化する。気化した冷媒８は、放出口７７から冷却流路７２の外部へ放出される。気化した冷媒８が放出口７７から冷却流路７２の外部へ放出されることにより、図１に示すホーミング装置２の内部の圧力が上昇する。ホーミング装置２の内部の圧力が閾値以上になると、圧力調整弁５が図示しない放出口を開放して、放出口からホーミング装置２の外部へ気体が放出される。
【００２４】
一方、図５に示すように、気化した冷媒８が放出口７７から冷却流路７２の外部へ放出されるときに、第３冷却流路７５および第１冷却流路７３の内部の冷媒８は、毛細管現象によって流路面積の小さい第２冷却流路７４へ流れる。このとき、冷却板７の外部の空気１２が流入口７６を通って第１冷却流路７３の内部に流入する。第１冷却流路７３の内部の冷媒８は、図６中の矢印Ｘに示すように、第１冷却流路７３、第３冷却流路７５、第２冷却流路７４の順に通過する。第２冷却流路７４に到達した冷媒８は、気化して冷却流路７２の外部へ放出される。このように冷却流路７２の内部の冷媒８は、循環することなく冷却流路７２の外部へ放出される。
【００２５】
次に、実施の形態１にかかる飛しょう体１の作用効果について説明する。
【００２６】
本実施の形態では、電子機器６から冷媒８への伝熱により、冷媒８の温度が沸点に達すると、冷媒８は気化する。冷媒８が純水である場合は、沸点は１００℃である。電子機器６の保証温度は、例えば１２０℃である。このため、電子機器６の温度が保証温度に達する前に冷媒８の温度が沸点に達する。これにより、冷却板７へ伝えることが可能な熱１１の伝熱量を多くすることができ、電子機器６の温度の上昇を抑制することができる。また、冷却流路７２の内部の冷媒８は、循環することなく冷却流路７２の外部へ放出されることで、冷却流体循環管、冷却流体を循環させるための循環装置などが不要になるため、飛しょう体１の軽量化を図ることができる。
【００２７】
本実施の形態では、気化した冷媒８は、放出口７７から冷却流路７２の外部へ放出される。これにより、冷却流路７２の内部の圧力の上昇を抑制することができる。
【００２８】
本実施の形態では、気化した冷媒８が放出口７７から冷却流路７２の外部へ放出されることにより、ホーミング装置２の内部の圧力が閾値以上になると、圧力調整弁５が図示しない放出口を開放する。これにより、放出口からホーミング装置２の外部へ気化した冷媒８が放出されるため、ホーミング装置２の内部の圧力を一定に保つことができる。
【００２９】
本実施の形態では、金属部７１よりも比重が小さい冷媒８が金属部７１の内部に入れられているため、冷媒８を入れる冷却流路７２が金属部７１の内部に形成されていない場合に比べて、冷却板７の軽量化を図ることができる。
【００３０】
実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２にかかる飛しょう体１の電子機器６および冷却板７を示す図であって、図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図に相当する図である。図８は、図７に示されたＢ部の拡大図である。実施の形態２では、前記した実施の形態１と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００３１】
実施の形態２にかかる飛しょう体１は、逆流防止部材９と、弁１０と、をさらに備える。冷却流路７２の内部には、冷媒８の逆流を防止する複数の逆流防止部材９が設置されている。逆流防止部材９は、例えば、板ばねである。逆流防止部材９は、流れ方向と逆向きに閾値以上の圧力が逆流防止部材９に加わった場合に、冷却流路７２を遮断する。一方、逆流防止部材９は、流れ方向と逆方向に閾値以上の圧力が逆流防止部材９に加わっていない場合に、冷却流路７２を開放する。
【００３２】
放出制御部である弁１０は、冷却流路７２の流入口７６および放出口７７にそれぞれ設置されている。放出口７７に設置された弁１０は、気化した冷媒８により冷却流路７２の内部の圧力が閾値以上になったときに、放出口７７を開放する。流入口７６に設置された弁１０は、例えば、冷媒８の体積膨張など、冷却流路７２の内部に圧力の変動がある場合のみに流入口７６を開放する。なお、弁１０に代えて、フィルタを用いてもよい。放出制御部であるフィルタは、液体を通さずに気体のみを通す材料で形成される。フィルタは、例えば、多孔質材料で形成される。流入口７６および放出口７７に弁１０またはフィルタを設けると、液体状態の冷媒８が冷却流路７２の外部に漏れることを確実に防止できる。
【００３３】
実施の形態３．
図９は、本発明の実施の形態３にかかる飛しょう体１の電子機器６および冷却板７を示す図である。実施の形態３では、前記した実施の形態１と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００３４】
流れ方向に沿って見た冷却流路７２の形状は、毛細管現象による冷媒８の浸透性を向上させ、かつ、冷却板７における単位面積あたりの冷媒８の量を増やすように設定すればよい。毛細管現象による冷媒８の浸透性を向上させるためには、第１冷却流路７３および第３冷却流路７５の深さよりも放出口７７に繋がる第２冷却流路７４の深さを浅くすることが好ましい。一方、冷却板７における単位面積あたりの冷媒８の量を増やすためには、冷却流路７２の幅を広くすることが好ましい。例えば、流れ方向に沿って見た冷却流路７２の形状は、縦横比が異なる横長矩形状に形成されてもよい。
【００３５】
図１０は、本発明の実施の形態３の変形例にかかる飛しょう体１の電子機器６および冷却板７を示す図である。流れ方向に沿って見た冷却流路７２の形状は、波形形状に形成されてもよい。流れ方向に沿って見た冷却流路７２の形状を横長矩形状または波形形状にすることで、冷却板７における単位面積当たりの冷媒８の量を増やすことができる。また、第１冷却流路７３および第３冷却流路７５の深さよりも第２冷却流路７４の深さを浅くすることで、毛細管現象による冷媒８の浸透性を向上させることができる。
【００３６】
図１１は、本発明の実施の形態３の変形例にかかる飛しょう体１の電子機器６および冷却板７を示す図である。流れ方向に沿って見た冷却流路７２の形状は、格子状に形成されてもよい。流れ方向に沿って見た冷却流路７２の形状を格子状にすることで、冷却板７における単位体積あたりの冷却流路７２の表面積を増やすことができるため、冷却板７における冷媒８の量をさらに増やすことができる。また、第１冷却流路７３および第３冷却流路７５の深さよりも第２冷却流路７４の深さを浅くすることで、毛細管現象による冷媒８の浸透性を向上させることができる。
【００３７】
実施の形態４．
図１２は、本発明の実施の形態４にかかる飛しょう体１の電子機器６および冷却板７を示す図である。図１３は、図１２に示されたＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿った断面図である。実施の形態４では、前記した実施の形態１と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００３８】
実施の形態４にかかる飛しょう体１の冷却板７には、冷媒８が封入される有底筒状の穴７８が設けられている。空間である穴７８の形状は、特に制限されないが、例えば有底四角筒状である。金属部７１の表面には、冷媒８を穴７８の内部に入れるとともに穴７８の外部へ放出可能な開口７９が形成されている。放出口である開口７９には、弁１０が設置されている。放出制御部である弁１０は、気化した冷媒８により穴７８の内部の圧力が閾値以上になったときに、開口７９を開放する。なお、弁１０に代えて、フィルタを用いてもよい。放出制御部であるフィルタは、液体を通さずに気体のみを通す材料で形成される。フィルタは、例えば、多孔質材料で形成される。弁１０またはフィルタを用いると、液体状態の冷媒８が穴７８の外部に漏れることを確実に防止できる。
【００３９】
本実施の形態では、電子機器６の発熱量が比較的小さく、かつ、電子機器６の運用時間が十分長い場合であって、電子機器６で発生した熱１１が金属部７１で拡散する時間を十分に確保できる場合を想定する。また、アンテナ４の周辺に例えば吸湿部を設け、アンテナ４の周辺機器への湿度の影響を抑制できる場合を想定する。この場合には、冷媒８が封入される有底筒状の穴７８を冷却板７に設け、穴７８の開口７９に弁１０を設置することで、上記した実施の形態１と同様の作用効果を奏することができる。すなわち、電子機器６から冷媒８への伝熱により、冷媒８の温度が沸点に達すると、冷媒８が気化する。気化した冷媒８により、穴７８の内部の圧力が閾値以上になると、弁１０が開口７９を開放する。これにより、気化した冷媒８が開口７９から穴７８の外部へ放出される。
【００４０】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１  飛しょう体、２  ホーミング装置、３  外殻部材、４  アンテナ、５  圧力調整弁、６  電子機器、７  冷却板、８  冷媒、９  逆流防止部材、１０  弁、１１  熱、１２  空気、７１  金属部、７２  冷却流路、７３  第１冷却流路、７４  第２冷却流路、７５  第３冷却流路、７６  流入口、７７  放出口、７８  穴、７９  開口。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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