(57)【要約】      （修正有）【課題】冷却すべき部品から放熱する物体へ熱を伝導するための、または要素における熱分配のための熱伝導性の接続要素を提供する。【解決手段】冷却装置２において、冷却すべき部品３から放熱する物体４へ熱を伝導するためまたは要素における熱分配のための熱伝導性の接続要素１であって、カーボンナノ構造ベースファイバＣＮＢ、特にカーボンナノチューブＣＮＴからなる特に可撓性を有するかまたは柔軟な平坦構造５として構成している。【選択図】図１
2020092258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却すべき部品（３）から放熱する物体（４）へ熱を伝導するための、または要素における熱分配のための熱伝導性の接続要素（１）であって、
カーボンナノ構造ベースファイバ（ＣＮＢ）、特にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）からなる、特に可撓性を有しているかまたは柔軟な平坦構造（５）として形成したこと、を特徴とする熱伝導性の接続要素（１）。
【請求項２】
請求項１に記載の熱伝導性の接続要素において、
前記平坦構造（５）がベルト（６）またはマットである、熱伝導性の接続要素。
【請求項３】
請求項１または２に記載の熱伝導性の接続要素において、
前記カーボンナノ構造ベースファイバ（ＣＮＢ）が、実質的に平坦構造（５）の長手方向に延在する、熱伝導性の接続要素。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載の熱伝導性の接続要素において、
前記カーボンナノ構造ベースファイバ（ＣＮＢ）が織物を形成する、熱伝導性の接続要素。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項に記載の熱伝導性の接続要素において、
前記平坦構造（５）の少なくとも１つの領域が、前記部品（３）、前記物体（４）および／または前記要素に取り付けるための接着剤層（８）を有する、熱伝導性の接続要素。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項に記載の熱伝導性の接続要素において、
少なくとも１つの取り付けタブ、少なくとも１つのねじ込み領域、少なくとも１つの圧着領域、少なくとも１つのクランプ領域、および／または少なくとも１つの縫合領域を有する、熱伝導性の接続要素。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項に記載の熱伝導性の接続要素において、
前記カーボンナノ構造ベースファイバ（ＣＮＢ）の少なくともいくつかが、温度測定のための温度依存性の抵抗器（１０）を有する、熱伝導性の接続要素。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項または複数の項に記載の部品（３）、物体（４）および／または要素を冷却するための熱伝導性の接続要素（１）の使用法。
【請求項９】
冷却すべき部品（３）と放熱する物体（４）とを有する冷却装置において、
請求項１から７までのいずれか１項または複数の項に記載の熱伝導性の接続要素（１）によって部品（３）と物体（４）とを接続したこと、を特徴とする冷却装置。
【請求項１０】
要素における熱分配装置において、
前記要素が、請求項１から７までのいずれか１項または複数の項に記載の熱伝導性の接続要素（１）を備える、熱分配装置。
【請求項１１】
冷却すべき部品（３）から放熱する物体（４）へ熱を伝導する方法であって、
カーボンナノ構造ベースファイバ（ＣＮＢ）、特にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）からなる、特に可撓性を有する、または柔軟な平坦構造（５）を、それぞれ熱伝導するように部品（３）および物体（４）に取り付ける、方法。
【請求項１２】
要素における熱分配方法において、
カーボンナノ構造ベースファイバ（ＣＮＢ）、特にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）からなる可撓性を有する平坦構造（５）を、熱伝導するように面状に要素に取り付ける方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
パワーエレクトロニクス制御機器では、種々の構成要素において熱損失が発生する。熱損失によって加熱された部品の放熱は、ヒートシンクまたはハウジングへの取付けよって行われ、ハウジングはヒートシンクの機能を引き受ける。フィンなどの面積拡大手段を有するヒートシンクを設けることは知られている。さらに、放熱するために、例えば空気、水／グリコールなどの強制的な対流を設けることも可能である。冷却すべき部品の結合は、直接の接触もしくは中間の熱伝導マットによる平坦な組付けを介して、または熱伝導ペーストを使用して行われる。代替的には、結果としてヒートパイプを介して、さらに離れて配置したヒートシンクなどへ、発生した損失熱を伝導することが可能である。例えばインバータまたはコンバータなどの自動車駆動装置用のパワーエレクトロニクス制御器では、パワーエレクトロニクスモジュールは、しばしば、ヒートシンクに直接に配置する。多くの場合に大容量であるDCリンクコンデンサおよび／または臨界温度になるコイルなどの他の構成要素は、通常、少なくとも一方の側でヒートシンクに結合され、ヒートシンクには、近くを通過する水冷装置が設けられていることもある。特定の構成要素がヒートシンクに直接に結合されていることは、両者の剛性および／または異なる熱膨張係数に基づいて、機械的に重要であることが多く、信頼性を保証するためには対応する機械的分離または負荷の軽減が必要である。
【発明の概要】
【０００２】
本発明は、冷却すべき部品から放熱する物体へ熱を伝導するための、または要素における熱分配のための熱伝導性の接続要素に関し、接続要素は、カーボンナノ構造ベースファイバ、特にカーボンナノチューブからなる平坦構造として形成している。このような平坦構造は、カーボンナノ構造ベースファイバに基づいて極めて良好な熱伝導率を有し、部品からの熱放出を極めて効果的に行える。カーボンナノ構造ベースファイバは、熱をさらに放出する物体へ部品の熱を案内する。好ましくは、平坦構造は、可撓性を有しているか、または柔軟であり、特に弾性変形可能であるように構成している。接続要素の可撓性により、機械的な分離または緩和の追加、必要不可欠ではない。本発明による接続要素は、いわばヒートパイプのように作用し、熱損失を発生場所から熱をさらに放出するための適切な場所へ導く。
【０００３】
本発明の構成によれば、平坦構造はベルトまたはマットである。したがって、放熱するためには、ベルトまたはマットの領域を、熱伝導するように部品に接続し、放熱する物体にベルトまたはマットの別の領域を接続するだけでよい。物体は、例えば、ヒートシンク、ハウジング領域などでもよい。冷却すべき要素における熱分配のために、平坦構造、すなわち、特にベルトまたはベルトの領域、またはマットまたはマットの領域は、熱伝導するように要素に接続するだけでよく、これにより、要素の異なって加熱された領域が熱相殺される。
【０００４】
良好な熱伝導のために、カーボンナノ構造ベースファイバは、実質的に平坦構造の長手方向に延在することが有利である。この場合、部品と物体との接続も、ファイバの長手方向に行うことを前提とする。
【０００５】
接続要素は、織物として形成することができ、すなわち、カーボンナノ構造ベースファイバは、相互に織り合わせ、これにより織物を形成する。
【０００６】
好ましくは、平坦構造の少なくとも１つの領域が、部品、物体、および／または要素に取り付けるための、好ましくは熱伝導性の接着剤層を有するようにすることができる。これにより、熱を伝導するように平坦構造を簡単に取り付けることができる。好ましくは、カーボンナノ構造ベースファイバからなり、接着剤層を備えるベルトを使用し、セロハンテープのように加工すること、すなわち、このベルトの１つの領域、例えば端部領域を、接着によって冷却すべき部品に取り付け、別の領域、例えばベルトの他方の端部領域を、放熱する物体に接着するようにことが可能である。
【０００７】
好ましくは、熱伝導性の接続要素は、少なくとも１つの取り付けタブ、少なくとも１つのねじ込み領域、少なくとも１つの圧着領域、少なくとも１つのクランプ領域、および／または少なくとも１つの縫合領域を有する。これらの構成は、部品、物体、および／または要素に、簡単に、熱伝導するように取り付けることを可能にする。
【０００８】
好ましくは、カーボンナノ構造ベースファイバの少なくともいくつかが、温度測定のための温度依存性の抵抗器を有するように構成してもよい。したがって、それぞれの場所における温度を測定し、必要に応じて、温度が高すぎる場合には、例えば、冷却空気流を増加させるための対策を講じるよう、ファイバに組み込こともできる。
【０００９】
本発明はさらに、部品および／または要素を冷却するための熱伝導性の接続要素の使用法に関する。これに関して、技術的文脈における個々の用語は、ここで再び説明せず、これらについては、冒頭で説明した接続要素、部品、物体、および／または要素を参照されたい。
【００１０】
本発明は、さらに、冷却すべき部品と放熱する物体とを有する冷却装置に関する。冷却を実施するためには、上述した熱伝導性の接続要素によって冷却装置において部品と物体との接続を行う。
【００１１】
さらに本発明は、要素における熱分配装置に関し、要素は、熱伝導性の接続要素を備える。接続要素は、上述のような接続要素である。接続要素は、要素の温度の異なる領域を接続し、これに応じて熱相殺をもたらし、したがって熱を一様に分配する。要素は、任意の部分でよいが、部品および／または物体でもよい。
【００１２】
最後に、本発明は、冷却すべき部品から放熱する物体へ熱を伝導する方法に関する。カーボンナノ構造ベースファイバ、特にカーボンナノチューブからなる、特に可撓性を有するまたは柔軟な平坦構造を、それぞれ熱伝導するように部品および物体に取り付ける。
【００１３】
最後に、本発明は、要素における熱分配方法に関する。カーボンナノ構造ベースファイバ、特にカーボンナノチューブからなる可撓性を有する平坦構造を、熱伝導するように面状に要素に取り付ける。
【００１４】
図面は、例示的な実施形態に基づいて本発明を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】冷却すべき部品から放熱する物体へ熱を伝導するための熱伝導性の接続要素を示す図である。
【図２】温度測定のための温度依存性の抵抗器を有するカーボンナノ構造ベースファイバを有する、図１と同様の装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、冷却装置２の一部である熱伝導性の接続要素１を示す。このような冷却装置２は、好ましくは、複数の接続要素１（図１には２つの接続要素１が示されている）を備えているが、以下では１つの接続要素１についてのみ説明する。したがって、説明は、他の全ての接続要素にも適用される。
【００１７】
冷却装置２は、概略的に示す冷却すべき部品３を有している。冷却すべき部品３は、例えば、自動車駆動用のパワーエレクトロニクス回路のパワーエレクトロニクス半導体、DCリンクコンデンサ、またはパワーエレクトロニクス制御装置のインバータまたはコンバータの臨界温度になるコイルでもよい。もちろん、本発明は、このような部品３に限定されておらず、冷却すべき任意の部品に適用することができる。放熱する物体４は、部品３の近傍に配置しており、図１では離間して配置している。物体４は、例えば、機器のヒートシンクまたはハウジング部分、すなわち、その周囲に熱を放出することができる物体４でもよい。これに関連して、物体４が冷却媒体の流れの中にあること、例えば、冷却空気流が物体４に沿って流れることも可能である（しかしながら、必要不可欠ではない）。
【００１８】
部品３の動作によって発生した熱を放出するために、接続要素１を設けている。この接続要素１は、多数のカーボンナノ構造ベースファイバＣＮＢ、好ましくはカーボンナノチューブＣＮＴからなる。ファイバＣＮＢは、好ましくは、実質的に互いに平行に延在することができる。これらのカーボンナノ構造ベースファイバＣＮＢは、特に可撓性の、または柔軟な平坦構造５を形成する。図１の実施例では、平坦構造５はベルト６として形成している。ベルト６の端部領域７は、冷却すべき部品３に取り付けている。この例示的な実施形態では、取り付けは接着剤層８によって行う。ベルト６の他方の端部領域９は、特に、この例示的な実施形態では、同様に接着剤層８による接着によって放熱物体４に取り付ける。この配置は、これらの２つの取り付け部（接着部）が平坦であり、良好な熱伝導性を有するように構成しており、その結果、ベルト６のカーボンナノ構造ベースファイバＣＮＢを介して放熱物体４に部品３の熱を効率的に伝導し、物体４から、例えば自然対流によって、または液体冷却、強制的な空気冷却によって、さらに放出するようになっている。
【００１９】
カーボンナノ構造ベースファイバＣＮＢは、極めて良好な熱伝導率を有し、同時に可撓性を有するので、一方では良好な熱放出を保証し、他方では物体４からの部品３の機械的分離を達成する。
【００２０】
他の例示的な実施形態（図示せず）によれば、平坦構造５はマットとして構成することもできる。ベルトと比較して、マットは長さよりも大きな幅を有する。
【００２１】
さらに、カーボンナノ構造ベースファイバＣＮＢが織物を形成すること、すなわち、カーボンナノ構造ベースファイバＣＮＢから織ることも可能である。
【００２２】
接着取り付けの代わりに、接続要素に取り付けタブおよび／または少なくとも１つのねじ込み領域および／または少なくとも１つの圧着領域および／または少なくとも１つのクランプ領域および／または少なくとも１つの縫合領域を設けることも可能である。これらの構成は、熱を伝導するように取り付ける役割を果たす。
【００２３】
部品３を物体４に接続するのと同時に、またはその代わりに、要素内の熱を分配する熱分配要素として接続要素１を使用することもでき、これによりこの要素におけるホットスポットが回避される。したがって、接続要素１は、要素（図示しない）に取り付けるか、またはこの要素に組み込み、この要素の異なる領域が接続要素１と熱的に接触し、その結果、より温かい領域の熱はより冷たい領域に伝導し、したがって、全体的に要素における熱相殺が生じる。
【００２４】
カーボンナノ構造ベースファイバＣＮＢからなる接続要素１のさらなる利点は、ファイバＣＮＢが極めて良好な電気伝導性を有し、これにより接続要素１が、それぞれの構造において電気シールド層として働くことである。既に言及した接続要素１の大きい柔軟性により、簡単な組立が可能であり、高い位置許容差が得られる。銅などの他の材料と比較して、カーボンナノ構造ベースファイバＣＮＢからなる接続要素１は、極めて軽量であり、極めて安価でもある。
【００２５】
図２は、図１に対応する配置を示す。ただし、接続要素１は、カーボンナノ構造ベースファイバＣＮＢからなるベルト６として構成しており、カーボンナノ構造ベースファイバＣＮＢに温度依存性の抵抗器１０を組み込んでいる。特に、これらのファイバＣＮＢは、放熱路を介して軸線方向に挿入することができず、むしろ、局所的な抵抗ループとして構造体、例えば、カーボンナノ構造体ベースファイバＣＮＢによって形成された対応する織物に組み込むことができる。このようにして温度依存性の抵抗器１０を形成し、この抵抗器は、例えば回路１１に属し、この回路は、部品３の局所的な温度、すなわち抵抗器１０の領域内の温度を測定することができる測定器１２を有する。
【符号の説明】
【００２６】
１  接続要素
２  冷却装置
３  部品
４  物体
５  平坦構造
６  ベルト
７  端部領域
８  接着剤層
９  端部領域
１０  抵抗器
１１  回路
１２  測定器
ＣＮＢ  カーボンナノ構造ベースファイバ
ＣＮＴ  カーボンナノチューブ
【図１】
2020092258.tif 000003
【図２】
2020092258.tif 000004
【外国語明細書】
2020092258000001.pdf