(57)【要約】【課題】第１の発熱体の冷却のために送られる冷却風に沿った下流側に第２の発熱体がある場合において、その第２の発熱体に送られる第１の発熱体の熱を低減する。【解決手段】冷却システムが、第１の発熱体８ａと、第１の発熱体の冷却のために送られる冷却風に沿った、当該第１の発熱体の下流側にある第２の発熱体８ｂと、一部が第１の発熱体の近傍にあると共に第１の発熱体から第２の発熱体への方向に対して垂直な方向に細長い穴を囲む穴囲み部材と、穴囲み部材が囲む穴内にある流体と、その流体をその穴内で振動させる振動装置４と、を備える。【選択図】 図１
2006332101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の発熱体（８ａ）と、
前記第１の発熱体の、前記第１の発熱体の冷却のために送られる冷却風に沿った下流側にある第２の発熱体（８ｂ）と、
前記第１の発熱体の発する熱を、前記第１の発熱体から前記第２の発熱体への方向に対して非平行な方向に主に拡散させる熱拡散手段（２、４）と、を備えた冷却システム。
【請求項２】
第１の発熱体（８ａ）と、
前記第１の発熱体の、前記第１の発熱体の冷却のために送られる冷却風に沿った下流側にある第２の発熱体（８ｂ）と、
一部が前記第１の発熱体の近傍にあると共に前記第１の発熱体から前記第２の発熱体への方向に対して非平行な方向に細長い穴を囲む穴囲み部材（２）と、
前記穴囲み部材が囲む穴内にある流体と、
前記流体を前記穴内で前記穴の長手方向に振動させる振動装置（４）と、を備えた振動流型冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱体から流体への伝導熱を、流体を振動させることによって拡散する振動流型冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子機器等の発熱体を冷却するための装置としては、ヒートシンク、循環水冷式冷却装置等が広く用いられている。また、ドリームパイプやコスモス式ヒートパイプのような、発熱体から流体への伝導熱を、流体を振動させることによって拡散する振動流型冷却装置も知られている（例えば特許文献１、２参照）。
【０００３】
そして、このような冷却装置に風を送り、その冷却装置によって放出された熱を移動させることで、冷却装置の性能を高めることが行われている。
【特許文献１】特開２００２―３６４９９１号公報
【特許文献２】特開２００５―６４４１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、その風の流れの下流側に他の発熱体がある場合、その発熱体に対して熱が送られることになり、その下流の発熱体の放熱効果が低下する等の問題が発生してしまう。
【０００５】
本発明は上記点に鑑み、第１の発熱体の冷却のために送られる冷却風に沿った下流側に第２の発熱体がある場合において、その第２の発熱体に送られる第１の発熱体の熱を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、第１の発熱体（８ａ）と、前記第１の発熱体の、前記第１の発熱体の冷却のために送られる冷却風に沿った下流側にある第２の発熱体（８ｂ）と、前記第１の発熱体の発する熱を、前記第１の発熱体から前記第２の発熱体への方向に対して非平行な方向に主に拡散させる熱拡散手段（２、４）と、を備えた冷却システムである。
【０００７】
このようになっているので、第１の発熱体の冷却のために送られる冷却風に沿った下流側に第２の発熱体がある場合において、熱拡散手段が、第１の発熱体の発する熱を、第１の発熱体から第２の発熱体への方向に対して非平行な方向に主に拡散させるので、冷却風に乗って第２の発熱体に送られる第１の発熱体の熱が低減する。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、第１の発熱体（８ａ）と、前記第１の発熱体の、前記第１の発熱体の冷却のために送られる冷却風に沿った下流側にある第２の発熱体（８ｂ）と、一部が前記第１の発熱体の近傍にあると共に前記第１の発熱体から前記第２の発熱体への方向に対して非平行な方向に細長い穴を囲む穴囲み部材（２）と、前記穴囲み部材が囲む穴内にある流体と、前記流体を前記穴内で前記穴の長手方向に振動させる振動装置（４）と、を備えた振動流型冷却システムである。
【０００９】
このようになっているので、第１の発熱体の冷却のために送られる冷却風に沿った下流側に第２の発熱体がある場合において、振動装置によって、流体が、穴の長手方向に沿って振動することで、第１の発熱体の発する熱が、第１の発熱体から第２の発熱体への方向に対して非平行な方向に主に拡散するので、冷却風に乗って第２の発熱体に送られる第１の発熱体の熱が低減する。
【００１０】
なお、上記特許請求の範囲における括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的構成要素等との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態について説明する。図１に、本実施形態に係る対向振動流型熱輸送装置１の外観斜視図を示す。この対向振動流型冷却装置１は、携帯電話基地局内の電子機器等の発熱体の冷却に用いられる。この対向振動流型冷却装置１は、平板状の部材である熱輸送デバイス２、接続配管３ａ、接続配管３ｂ、振動装置４、およびヒートシンク５を有している。また、熱輸送デバイス２の上面には、取付ねじ７ａ〜ｄによって発熱素子８ａがねじ止めされており、また、取付ねじ７ｅ〜ｈによって発熱素子８ｂがねじ止めされている。なお、発熱素子８ｂよりも発熱素子８ａの方が発熱量が多い。この対向振動流型冷却装置１および発熱素子８ａ、８ｂが、振動流型冷却システムに相当する。
【００１２】
また、ヒートシンク５は、放熱フィン５ａおよび放熱フィン５ａの根本のシンクプレート５ｂから成り、シンクプレート５ｂが熱輸送デバイス２の底面に固定されている。また、対向振動流型冷却装置１の図中右下の方向から左上の（矢印向きの）方向に向かって、すなわち放熱フィン５ａを通り抜けるように、図示しないファン等によって冷却風が送られるようになっている。この冷却風の流れは、発熱素子８ａから発熱素子８ｂの方向に沿っている。したがって、熱伝導を介して放熱フィン５ａが放出した発熱素子８ａの熱は、発熱素子８ｂの方向に送られることになる。
【００１３】
図２に、熱輸送デバイス２の、その板面に平行な面における平面断面図を示し、図３に、熱輸送デバイス２のＡ−Ａ断面図を示す。この図に示す通り、熱輸送デバイス２は、熱輸送デバイス本体２ａおよび銅やアルミニウム等の熱伝導率が高い金属材からなる押出材２ｂを有している。熱輸送デバイス本体２ａには、取付ねじ７ａ〜ｈのそれぞれのためのねじ穴９ａ〜ｈが設けられている。また、ねじ穴９ａ〜ｅの間（すなわち発熱素子８ａの直下の部分）を含む、図中左右に長い長方形部分において、熱輸送デバイス本体２ａの底部がくり抜かれたようになっており、そのくり抜かれた部分に、押出材２ｂがはめ込まれている。押出材２ｂは、そのくり抜かれた部分（以下窪みという）の広さよりやや広い底板２０と、その底板に対して垂直に取り付けられた細長い板状の隔壁２１〜２７とを有している。この隔壁２１〜２７は、熱輸送デバイス本体２ａの窪みの長手方向に平行に、互いに等間隔で並んでいる。また、隔壁２１〜２７の底板２０からの高さは、熱輸送デバイス本体２ａのくり抜かれた部分の深さと同じである。また、隔壁２１〜２７の、上記窪みの長手方向における長さは、その窪みよりやや短い程度である。また、図２に示す通り、隔壁２１〜２７の並び順において１つおきになっている隔壁２１、２３、２５、２７は、上記窪みの図中左端に接し、その窪みの図中右端には接していないように構成されている。また、隔壁２１〜２７の並び順において１つおきになっている隔壁２２、２４、２６は、上記窪みの図中右端に接し、その窪みの図中左端には接していないように構成されている。
【００１４】
このような押出材２ｂが熱輸送デバイス本体２ａの窪みにはめ込まれることで、その窪みは、熱輸送デバイス本体２ａ、底板２０、および隔壁２１〜２７に囲まれた８本の細長い穴１１ａ〜ｈが形成される。また、隔壁２１〜２７がその並び順に互い違いに窪みの左右端に接するようになっていることで、それら穴１１ａ〜ｈは、それぞれ隣り合う穴と端部で連通する。その結果穴１１ａ〜ｈは、窪み内で蛇行する１本の穴（以下流路という）となっている。また、流路１１ａおよび１１ｈは、それぞれ管状の接続口１０ａおよび１０ｂを介して、熱輸送デバイス２の外部に連通している。そして、この流路穴１１ａ〜ｈには冷却用の流体がいっぱいに充填される。この流体としては、例えば水にエチレングリコールを６対４の割合で混合した液体等、使用される状態（温度範囲、圧力範囲等）において液体−蒸気間の二相変化の無いような流体を用いる。
【００１５】
次に、図４に、接続配管３ａ、３ｂ、および振動装置４の断面図を示す。振動装置４は熱輸送デバイス２に充填された流体を振動させるためのポンプであり、外気温度により近くなるよう、熱輸送デバイス２のヒートシンク５側に設けられている。そして、この振動装置４は、円筒状のケース４ａ、ピストン４ｂ、およびコイル４ｃを有している。
【００１６】
ケース４ａは、円筒の両端において、それぞれ接続配管３ａおよび３ｂと連通している。この接続配管３ａ、３ｂは、それぞれ熱輸送デバイス２の接続口１０ａ、１０ｂにはめ込まれることで、流路１１ａ〜ｈと連通し、熱輸送デバイス２内の流体が充填される。なお、接続配管３ａ、接続配管３ｂ内部の穴３ｄ、３ｃの大部分は、穴２ｆよりも太くなっている。
【００１７】
ピストン４ｂは、ケース４ａ内に設けられた可動部材であり、ケース４ａの側部を取り囲むように設けられたコイル４ｃの電磁力によって、コイル４ｃ内部を（図４中上下に繰り返し）移動する。なお、コイル４ｃは、図示しない制御装置によって制御される。
【００１８】
このピストン４ｂが図中下方に移動すると、接続配管３ａ中の流体がケース４ａ内に引き込まれ、ケース４ａ内の流体が接続配管３ｂに押し出される。また、ピストン４ｂが図中上方に移動すると、接続配管３ｂ中の流体がケース４ａ内に引き込まれ、ケース４ａ内の流体が接続配管３ａに押し出される。振動装置４は、このように、流体の一部を接続配管３ａ、３ｂからケース４ａの内部に引き込んで押し出す作動を繰り返すことで、流路１１ａ〜ｈ内の流体を振動させる。
【００１９】
次に、本実施形態に係る対向振動流型熱輸送装置１の作動について概略的に説明する。      
【００２０】
振動装置４により熱輸送デバイス２の流路１１ａ〜ｈ内の流体を、流路１１ａ〜ｈに沿った方向に振動させると、発熱素子８ａの放出した熱が熱輸送デバイス２内において拡散される。
【００２１】
この拡散の原理は以下のようなものである。図５に示すように、円管５１内に流体があり、温度に分布がある場合を考える。いま、簡単のために、流体の振動はＨ点に半周期滞在し、即座にＬ点に移動し、そこで半周期滞在し、その後に即座にＨ点に戻る矩形波振動を考える。振動がない場合にＣ点にいる流体部分（これを要素と呼ぶ）５２を考えると、この要素５２が振動によりＨ点に移動すると、Ｈ点での円管壁の温度は要素５２より高いので、要素５２は壁から熱をもらう。要素５２が振動によりＬ点に移動すると、Ｌ点での壁の温度は要素５２より低いので要素５２は壁に熱を吐き出す。
【００２２】
すなわち、１回の振動により、熱がＨ点からＬ点に「蛙飛び」のように移動したことになる。こうした「蛙飛び」は振動が無い場合には起らず、振動により付加的に起ったものである。したがって、振動数が高くなれば単位時間当たりに起る「蛙飛び」回数が増え、振幅が大きくなると「蛙飛び」距離が増えるので、「蛙飛び」による熱の付加的移動は、振幅や振動数の増加とともに増えることになる。
【００２３】
このような原理に従った、各流路１１ａ〜ｈに沿った熱の移動や、隣り合う流路に存在する流体間の熱交換が行われることで、発熱素子８ａの熱が、主に流路１１ａ〜ｈの方向、すなわち押出材２ｂの長手方向に向かって輸送され、熱輸送デバイス本体２の押出材２ｂおよびその周辺上に拡散する。そして、広がった熱は、ヒートシンク５を介して大気中に放出され、冷却風によって下流に運ばれる。
【００２４】
このとき、発熱素子８ａの熱の広がりは、主に押出材２ｂの長手方向となっているので、発熱素子８ａの熱が熱輸送デバイス２を発熱素子８ｂ方向に伝わる割合は少ない。また、発熱素子８ａの熱が押出材２ｂの長手方向に広がった後に冷却風によって下流に運ばれるので、冷却風に沿った発熱素子８ａの下流にある発熱素子８ｂ運ばれる熱の量が少なくなる。したがって、発熱素子８ｂとして耐熱性の低い素子を用いることができ、ひいては、素子レイアウトの自由度が増すことになる。
【００２５】
また、熱が熱輸送デバイス２内において広がるので、そうでない場合に比べて熱流速が低減し、ヒートシンク５を従来より薄くしても放熱効果を維持することができる。また、ヒートシンク５の有効放熱面積が増大するので、ヒートシンク５の小型化が容易となる。
【００２６】
また、流路１１ａ〜ｈ内に流体が満たされるため、流路１１ａ〜ｈの方向が重力方向に対して非平行（例えば水平）であったとしても、重力の影響によるトップヒート状態の発生を抑えることができる。
【００２７】
なお、熱輸送デバイス２における熱の拡散能力は、流体の温度によって変化する。周囲の温度が低いときは、流体の温度が低くなる。このとき、上述した通り、流体の粘性度が高くなり、振動の振幅が小さくなる。したがって、低温時においては、対向振動流型冷却装置１の冷却能力が低下する。
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の各発明特定事項の機能を実現し得る種々の形態を包含するものである。例えば、発熱素子８ｂよりも発熱素子８ａの方が発熱量が多くなくてもよい。
【００２８】
また、熱輸送デバイス２としては、図６および図７に示すような熱輸送デバイス５２を用いても良い。図６は熱輸送デバイス５２の構成を示し、図７は、図６の平面断面図を示している。この図に示す通り、熱輸送デバイス５２は、銅やアルミニウム等の熱伝導率が高い金属材からなる多穴チューブ５２ａ、第１プレート５２ｂ、第２プレート５２ｃ、第３プレート５２ｄ、第４プレート５２ｅを接合して形成したものである。多穴チューブ５２ａは、押し出し加工又は引き抜き加工にて成形された扁平状の管であり、その内部の、発熱素子８ａに近い側の半分には、左右方向一端側から他端側まで貫通する複数本の穴５２ｆが成形と同時に設けられている。
【００２９】
第１プレート５２ｂは、多穴チューブ５２ａの隣り合う穴５２ｆを連通させるための貫通穴５２ｇが設けられた部材である。第２プレート５２ｃは、多穴チューブ５２ａの両端の２つの穴５２ｆに重なる貫通穴５２ｍ、および、それら両端の２つの穴５２ｆ以外の、隣り合う穴５２ｆを連通させるための貫通穴５２ｇが設けられた部材である。
【００３０】
第３プレート５２ｄおよび第４プレート５２ｅは、多穴チューブ５２ａの反対側から貫通穴５２ｇを閉塞するものである。また第４プレート５２ｅは、２つの貫通穴５２ｍを外部に連通させる管である接続口５２ｈ、５２ｋを有している。
【００３１】
そして、多穴チューブ５２ａの左右方向両端側にて、第１プレート５２ｂを多穴チューブ５２ａと第３プレート５２ｄとで挟んで接合し、また第２プレート５２ｃを多穴チューブ５２ａと第４プレート５２ｅとで挟んで接合することにより、蛇行した略帯板状の流路５２ｆを有する熱輸送デバイス本体２が構成される。
【００３２】
また、振動装置４はポンプでなくとも、バイブレータ等、流体を振動させるものならどのようなものでもよい。
【００３３】
また、本実施形態においては、振動流型冷却装置の一例として対向振動流型冷却装置１を示したが、振動流型冷却装置は、対向振動流型冷却装置である必要はない。例えば、流路２ｆは蛇行している必要はない。すなわち、振動流型冷却装置は、発熱体から流体への伝導熱を、流体を振動させることによって拡散する装置であれば足りる。
【００３４】
また、上記各実施形態においては、熱輸送デバイス２、振動装置４、および流体が熱拡散手段の一例に相当するが、熱拡散手段としては、上述の流体に代えて液体と蒸気との間で相変化して自励的に二相振動流や脈動流を生じる流体を用いてもよい。また、振動装置４を、流路１１ａ〜ｈにおいて水等の流体を循環させるためのスクリュー、ポンプ等の装置に置き換えてもよい。
【００３５】
また、隔壁２１〜２７の延びる方向は、必ずしも冷却風の送風方向に対して直交する必要はなく、平行でなければよい。換言すれば、流路１１ａ〜ｈの方向は、必ずしも送風方向に対して垂直である必要はなく、送風方向に対して平行でなければ、多少なりとも本発明の効果は達成される。すなわち、熱拡散手段は、第１の発熱体の発する熱を、第１の発熱体から第２の発熱体への方向に対して非平行な方向に主に拡散させるようになっていれば足りる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態に係る対向振動流型冷却装置１および発熱素子８ａ、８ｂの構成を示す斜視図である。
【図２】熱輸送デバイス２の平面断面図である。
【図３】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図４】接続配管３ａ、３ｂ、および振動装置４の断面図である。
【図５】振動流型冷却装置の作動説明図である。
【図６】他の実施形態における熱輸送デバイス５２の構成を示す斜視図である。
【図７】熱輸送デバイス５２の平面断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…対向振動流型冷却装置、２…熱輸送デバイス、２ａ…熱輸送デバイス本体、
２ｂ…押出材、３ａ…接続配管、３ｂ…接続配管、４…振動装置、４ａ…ケース、
４ｂ…ピストン、４ｃ…コイル、５…ヒートシンク、５ａ…放熱フィン、
５ｂ…シンクプレート、７ａ〜ｈ…取付ねじ、８ａ…発熱素子、８ｂ…発熱素子、
９…ねじ穴９ａ〜ｈ、１０ａ、ｂ…接続口、１１ａ〜ｈ…流路、２０…底板、
２１〜２７…隔壁２１。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2006332101.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2006332101.tif 000009