(57)【要約】【課題】圧損を低く保ちながら高効率でコンパクトな冷却装置を提供することである。【解決手段】本実施の形態の冷却装置は、発熱体１の表面上に流れる冷却媒体の主流６の流れの方向が規制されている冷却装置である。発熱体１の表面上に誘電体４が設けられ、その誘電体４の表面上に設けられた露出電極５と、誘電体４の他方の表面、または誘電体４の内部に設けられた第２の電極１４と、露出電極５と第２の電極１４との間に交番電圧を印加する電源９とを備えている。露出電極５と第２の電極１４との間に交番電圧を印加して発生させた沿面放電の発生時に発熱体１の表面上の非常に薄い領域に発生させる誘起流３の流れの方向と主流６の方向とを交差させ、主流６と干渉させることにより、主流６の方向と平行な方向に向けた中心軸Ｏを持つ縦渦の渦流ｗを発生させるように冷却媒体の主流６の流れの方向に対して露出電極５を配置した渦流発生手段１０を設けた。【選択図】図１
2014175476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被冷却体の表面上に流れる冷却媒体の主流の流れの方向が規制されている冷却装置であって、
前記被冷却体の表面上に誘電体が設けられ、その誘電体の表面上に設けられた第１の電極と、
前記誘電体の他方の表面、または前記誘電体の内部に設けられた第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に交番電圧を印加する電圧印加機構とを備え、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に交番電圧を印加して発生させた沿面放電の発生時に前記被冷却体の表面上の非常に薄い領域に発生させる誘起流の流れの方向と前記主流の方向とを交差させ、前記主流と干渉させることにより、前記主流の方向と平行な方向に向けた中心軸を持つ縦渦の渦流を発生させるように前記被冷却体の表面上に流れる冷却媒体の主流の流れの方向に対して前記第１の電極を配置した渦流発生手段を設けたことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記第１の電極は、前記被冷却体の表面上に流れる前記冷却媒体の主流の流れの方向と平行に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記被冷却体は、前記冷却媒体の主流の流れの中への放熱を行う複数のフィンを有することを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記複数のフィンは、それぞれ前記渦流発生手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記冷却装置の周辺環境又は周辺機器の少なくとも１つの情報を取得し、その情報に応じて前記電圧印加機構に供給する電力を変更することにより前記誘起流の速さを変更する手段を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の高性能化、高密度化に伴い、現状のヒートシンクやファンを用いた冷却能力のさらなる向上と、冷却機構のコンパクト化が必要とされている。
【０００３】
流体の一部をプラズマ化することにより、流れを制御することができる現象について、プラズマの作用により気流を発生させる気流発生装置が提案されている。
【０００４】
この気流発生装置によれば、平板上に非常に薄い層状の流れを、適宜制御しながら発生させることが可能となる。これにより、流れの境界層の速度分布を変化させたり、層流から乱流への遷移を強制的に引き起こしたり、渦を発生消滅させたりする、などの気流制御を実現することができ、種々の産業機器の革新的要素技術として利用できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３１７６５６号公報
【特許文献２】特開２００８−１３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記気流発生装置そのもので発生する気流の速度は、ほぼ３ｍ／ｓ程度と低速であるから、熱負荷が高い場合には外部にファン等の別の強制冷却装置と併用し、外部の強制冷却風の温度境界層の付近に放電による気流を発生させ、乱流化させることにより冷却効率を向上させる必要があった。この場合、冷却性能の向上と引き換えに乱流化による圧損の上昇が生じ、結局、ファン等が大型化してしまう問題があった。
【０００７】
本実施形態は上記事情に着目してなされたもので、圧損を低く保ちながら高効率でコンパクトな冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の冷却装置は、被冷却体の表面上に流れる冷却媒体の主流の流れの方向が規制されている。被冷却体の表面上に誘電体が設けられ、その誘電体の表面上に設けられた第１の電極と、誘電体の他方の表面、または誘電体の内部に設けられた第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に交番電圧を印加する電圧印加機構とを備えている。第１の電極と第２の電極との間に交番電圧を印加して発生させた沿面放電の発生時に被冷却体の表面上の非常に薄い領域に発生させる誘起流の流れの方向と主流の方向とを交差させ、主流と干渉させることにより、主流の方向と平行な方向に向けた中心軸を持つ縦渦の渦流を発生させるように冷却媒体の主流の流れの方向に対して第１の電極を配置した渦流発生手段を設けた。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施の形態に係る冷却装置の概略構成を示す模式図。
【図２】第１の実施の形態に係る冷却装置で発生させる縦渦の発生状態を示す模式図。
【図３】第１の実施の形態に係る冷却装置で発生する気流の高さ方向の分布図。
【図４】第２の実施の形態に係る冷却装置の概略構成を示す模式図。
【図５】第３の実施の形態に係る冷却装置の模式図。
【図６】第４の実施の形態に係る冷却装置の模式図。
【図７】印加する交番電圧の波形を示す図。
【図８】電力と気流の速さの関係図。
【図９】電力と周波数およびｄｕｔｙの関係図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第１の実施の形態］  
（構成）  
図１乃至図３は、第１の実施の形態を示す。図１は、第１の実施の形態に係る冷却装置２の概略構成を示す模式図である。本実施の形態の冷却装置２は、気体中への放熱を行う部位である例えば電子機器等の発熱体（被冷却体）１の表面上に流れる冷却媒体の主流６（図１および図２中に実線矢印で示す）の流れの方向が規制されている。ここで、冷却媒体の主流６は、例えば外部ファン等から吐出される冷却空気の空気流が想定されている。
【００１１】
この冷却装置２は、電子機器等の発熱体１の表面に設けられる誘電体４と、誘電体４上に設けられる露出電極（第１の電極）５と、誘電体４内に設けられ、誘電体４を介して露出電極５と対向する第２の電極１４と、露出電極５と第２の電極１４との間に交番電圧を印加する電圧印加機構としての電源９と、渦流発生手段１０とを有する。ここで、露出電極５は矩形状（長方形状）に形成されている。露出電極５の両端部（長方形状の２つの短辺の周囲）は、絶縁体１３によって被覆されている。
【００１２】
この状態で、露出電極５と第２の電極１４との間に交番電圧を印加することで沿面放電が発生する。これにより、露出電極５と第２の電極１４との間に交番電圧を印加して発生させた沿面放電の発生時に発熱体１の表面上の非常に薄い領域に発生させる誘起流３の流れの方向と前記主流６の方向とを交差させ、前記主流６と干渉させている。このとき、図２に示すように前記主流６の方向と平行な方向を中心軸Ｏとする縦渦の渦流ｗを発生させるように発熱体１の表面上に流れる冷却媒体の主流６の流れの方向に対して前記露出電極５が配置されている。本実施の形態では、渦流発生手段１０は、露出電極５の長方形状の長辺を発熱体１の表面上に流れる冷却媒体の主流６の方向と平行に配置させたものである。これにより、発熱体１の表面上の非常に薄い領域に誘起流３の流れを発生させることで主流６の方向と平行な方向に向けた中心軸Ｏを持つ縦渦の渦流ｗを発生させている。図１、２中で、白抜き矢印は誘起流３の流れの方向を示す。
【００１３】
図３は、露出電極５と第２の電極１４との間に交番電圧を印加して発生させた沿面放電の発生時にある電源条件で実測した誘起流３の速さの高さ方向の分布を示す。図１の構成によれば、発熱体１の表面から約２ｍｍ以下のところに速度の速い気流である誘起流３を発生させることができ、主流６の方向と誘起流３の方向がある角度を持ち、主流６と干渉することにより、主流６の方向と平行な方向を軸方向に持つ縦渦を発生することができる。これにより、冷却媒体の主流６の流れに乱流が発生し、発熱体１の表面の熱伝達率が向上することにより、冷却性能が向上する。
【００１４】
（効果）  
上記構成のものにあっては次の効果を奏する。すなわち、本実施の形態の冷却装置２では、露出電極５と第２の電極１４との間に交番電圧を印加して発生させた沿面放電による誘起流３の流れの方向を外部ファン等の冷却媒体の主流６の流れの方向に対して一定の角度をもつ（交差させる）ように露出電極５を配置した渦流発生手段１０を設けている。これにより、発熱体１の表面上の非常に薄い領域に誘起流３の流れを発生させることで主流６の方向と平行な方向に向けた中心軸Ｏを持つ縦渦の渦流ｗを発生することにより乱流化を促進することができる。したがって、圧損を低く保ちながら高効率でコンパクトな冷却装置を提供することができる。
【００１５】
［第２の実施の形態］  
（構成）  
図４は、第２の実施の形態を示す。本実施の形態は、第１の実施の形態（図１乃至図３参照）の冷却装置２の構成を次の通り変更した変形例である。なお、図４中で、図１乃至図３と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。本実施の形態の冷却装置２Ａは、発熱体１が金属であり接地電位を持つ。この発熱体１を上記した第２の電極１４に代えて用いたものである。
【００１６】
本実施の形態では、露出電極５と発熱体１との間に交番電圧を印加することで沿面放電が発生する。これにより、露出電極５と発熱体１との間に交番電圧を印加して発生させた沿面放電の発生時に発熱体１の表面上の非常に薄い領域に発生させる誘起流３の流れの方向と前記主流６の方向とを交差させ、前記主流６と干渉させている。このとき、図２に示すように前記主流６の方向と平行な方向を中心軸Ｏとする縦渦の渦流ｗを発生させるように発熱体１の表面上に流れる冷却媒体の主流６の流れの方向に対して前記露出電極５が配置されている。
【００１７】
（効果）  
本実施の形態の冷却装置２Ａでは、発熱体１を第１の実施の形態の第２の電極１４として使用しているので、第１の実施の形態に比べて構成を簡素化することができる。その他は、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００１８】
［第３の実施の形態］  
（構成）  
図５は、第３の実施の形態を示す。本実施の形態の冷却装置２Ｂは、気体中への放熱を行う部位である例えば電子機器等の発熱体が複数のフィン２１を有するヒートシンク２２である場合に適用した例である。各フィン２１にはそれぞれ第１実施形態と同様の構成の渦流発生手段１０が少なくとも１つ、適宜取り付けられている。なお、１つのフィン２１に複数の渦流発生手段１０を取り付ける構成にしてもよい。
【００１９】
本実施の形態では、各フィン２１間に冷却媒体の主流６が流れる。これにより、各フィン２１によって図５中に実線矢印で示すように冷却媒体の主流６の流れの方向が規制されている。そして、第１実施形態と同様に露出電極５と第２の電極１４との間に交番電圧を印加して発生させた沿面放電の発生時に発熱体１の表面上の非常に薄い領域に発生させる誘起流３の流れの方向と前記主流６の方向とを交差させ、前記主流６と干渉させている。このとき、図２に示すように前記主流６の方向と平行な方向を中心軸Ｏとする縦渦の渦流ｗを発生させるように発熱体１の表面上に流れる冷却媒体の主流６の流れの方向に対して前記露出電極５が配置されている。
【００２０】
（効果）  
本実施の形態の冷却装置２Ｂでは、ヒートシンク２２の複数のフィン２１にそれぞれ第１実施形態と同様の渦流発生手段１０が少なくとも１つ取り付けられている。そのため、１つ１つのフィン２１毎に、それぞれ露出電極５と第２の電極１４との間に交番電圧を印加して発生させた沿面放電による誘起流３の流れの方向を外部ファン等の冷却媒体の主流６の流れの方向に対して一定の角度をもつ（交差させる）ように露出電極５を配置した渦流発生手段１０を設けている。これにより、各フィン２１の表面上の非常に薄い領域に誘起流３の流れを発生させることで主流６の方向と平行な方向に向けた中心軸Ｏを持つ縦渦の渦流ｗを発生することにより乱流化を促進することができる。したがって、本実施の形態の冷却装置２Ｂでも第１実施形態の冷却装置２と同様に、圧損を低く保ちながら高効率でコンパクトな冷却装置を提供することができる。
【００２１】
［第４の実施の形態］  
（構成）  
図６乃至図９は、第４の実施の形態を示す。本実施の形態は第２の実施の形態（図４参照）の冷却装置２Ａの変形例である。なお、図６中で、図４と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２２】
本実施の形態の冷却装置２Ｃは、発熱体１の表面に温度センサ３１を設けている。この温度センサ３１によって発熱体１の表面温度を検出することにより、冷却装置２Ｃおよびその周辺機器の少なくとも一つの情報を取得している。なお、この情報は、必ずしも気体中への放熱を行う部位の表面温度に限らず、例えば冷却の対象となっている発熱部分の消費電力などでもよい。そして、温度センサ３１からの情報に応じて渦流発生手段１０から発生する誘起流３の大きさを変更することによって、より効果的で、省エネルギー、長寿命な冷却装置２Ｃを構成することが出来る。
【００２３】
ここでは、図６を用いて、センサ３１の信号により、誘起流３の速度を変更する例を説明する。図６において、導電性材料からなる気体中への放熱を行う部位（発熱体１）を第２の電極として使用し、導電性材料からなる露出電極５との間に印加する交番電圧の波形の一例を図７に示す。デューティ比とは、図７に示すように電圧を断続的に印加する場合の１周期の時間ｔ２に対する電圧を印加している時間ｔ１の割合をいう。
【００２４】
誘起流３の速度を可変にするために、図７に示された基本周波数：ｆ、デューティ比：Ｄｕｔｙ、電圧：Ｖを電源９で変化させ、電力Ｐと気流の速さとの関係を測定すると、図８のような特性が得られる。また、周波数と電力の関係は図９（ａ）、ｄｕｔｙと電力の関係は図９（ｂ）の様にそれぞれ得られる。したがって、センサ３１により発熱が大きく、大きな冷却能力が必要とされる場合には、周波数：ｆ，デューティ比：ｄｕｔｙ，電圧：Ｖを適宜制御することにより、気体中への放熱を行う発熱体１における熱伝達率をより大きく向上させることが出来る。
【００２５】
これらの実施形態によれば、近年の電子機器の高性能化、高密度化に伴い、必要とされている圧損を低く保ちながら高効率でコンパクトな冷却装置を提供することができる。
【００２６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００２７】
１…発熱体（被冷却体）、２…冷却装置、３…誘起流、４…誘電体、５…露出電極（第１の電極）、６…主流、１４…第２の電極、９…電源（電圧印加手段）、１０…渦流発生手段、１４…第２の電極、Ｏ…中心軸、ｗ…渦流。
【図１】
2014175476.tif 000003
【図２】
2014175476.tif 000004
【図３】
2014175476.tif 000005
【図４】
2014175476.tif 000006
【図５】
2014175476.tif 000007
【図６】
2014175476.tif 000008
【図７】
2014175476.tif 000009
【図８】
2014175476.tif 000010
【図９】
2014175476.tif 000011