(57)【要約】【課題】多数の発熱素子からの熱を効率的に放熱して各発熱素子の温度を略均一に維持する発熱素子の放熱装置を提供する。【解決手段】それぞれ一端に冷媒の注入口１５ａおよび排出口１５ｂが設けられた1対の平行な冷媒用通路１３−１４からそれぞれ分岐する平行な複数の分岐流路１６ａ〜１６ｍを列状に配置された複数の発熱素子１２ａ〜１２ｎに対応して設け、各分岐流路１６のサイズを、注入口１５ａおよび排出口１５ｂからの距離に応じて調節して、複数の発熱素子１２の温度上昇が略一様になるように冷媒により放熱する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却用板状部材の一面に列状に配設された複数の発熱素子が発生する熱を放熱させて所定温度に維持する発熱素子の放熱装置において、
前記複数の発熱素子の前記列に沿ってそれぞれ一端が冷媒の注入口および排出口となる平行した１対の冷媒用通路を設け、該１対の冷媒用流路に対して略直交する複数の分岐流路を前記冷却用板状部材の内部に設け、前記複数の分岐流路のサイズを前記注入口および排出口が形成された一端からの距離に応じて調節して、前記分岐流路内を流れる冷媒の量を調節可能にすることを特徴とする発熱素子の放熱装置。
【請求項２】
前記冷媒用通路は、前記複数の発熱素子の列から外側に離れて形成されることを特徴とする請求項１に記載の発熱素子の放熱装置。
【請求項３】
前記複数の分岐流路は、前記発熱素子と位置合せして形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の発熱素子の放熱装置。
【請求項４】
前記冷媒用通路および前記分岐流路は、前記複数の発熱素子が取り付けられる放熱板の内部に設けられることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の発熱素子の放熱装置。
【請求項５】
前記冷媒用通路および前記分岐流路は、フレーム状に形成され、前記分岐流路に台座を介して前記複数の発熱素子が配置されることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の発熱素子の放熱装置。
【請求項６】
前記冷媒用通路および前記分岐流路は、断面形状が略矩形であるパイプにより形成されることを特徴とする請求項５に記載の発熱素子の放熱装置。
【請求項７】
前記複数の発熱素子は、電力増幅器を形成することを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の発熱素子の放熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発熱素子の放熱装置に関し、特にＴＶ送信機を含む通信機器等に使用される大きな発熱を伴う電力増幅器等の発熱素子の放熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品には、動作時に不可避的に高い発熱を伴う高発熱電子部品がある。電力増幅器は、斯かる高発熱電子部品の１つである。特に、ＴＶ送信機および無線信号の中継装置を含む通信機器等には、そのサービスエリアに十分な電界強度の電波を送信するために、無線信号を所定の出力電力に増幅する電力増幅器を使用するが、斯かる用途の電力増幅器は最も発熱量の大きい電子部品の典型例である。
【０００３】
斯かる高発熱電子部品である電力増幅器は、その動作の安定性を維持すると共に所定の動作寿命を実現するために冷却し、温度上昇を所定範囲に抑えることが必要となる。斯かる高発熱電子部品の冷却には、良熱伝導性部材を発熱部に接触させて配置し、発熱部の熱を外部へ熱伝導して放熱するヒートシンク、冷却ファン等を使用して外部の低温空気を発熱部へ吹き付けて冷却する強制空冷、パイプ等に冷却水等の冷媒（例えば、液体）を循環させ、パイプ内を循環する冷媒により発熱を外部へ運び出す強制水冷等が知られている。上述したＴＶ送信機等の電力増幅器には、高い冷却性能が必要であるので、強制水冷式冷却の採用が一般的である。
【０００４】
図３は、従来の一般的な発熱素子の冷却装置又は冷却構造を示す。図３（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）中の線Ｂ−Ｂに沿う断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）中の線Ａ−Ａに沿う断面図である。この発熱素子の冷却装置３０は、コールドプレート（冷却用板状部材）３１上に複数の発熱素子３２ａ〜３２ｎ（説明の便宜上、これら多数の発熱素子を参照符号３２で総称する場合がある）が例えば２列に並べて配置されている。各発熱素子３２は、コールドプレート３１に電熱部材３３を介して取り付けられている。
【０００５】
コールドプレート３１内には、発熱素子３２の列に沿って流路３４−３５が形成され、例えば流路３４の一端に入口コネクタ３６が取り付けられ、流路３５の一端に出口コネクタ３８が取り付けられ、流路３４、３５の他端は連結管３７で相互に連結されている。そして、入口コネクタ３６から出口コネクタ３８に渡り流路３４−３５内に冷却水等の冷媒を流すように構成している。
【０００６】
上述の如き従来の発熱素子の冷却装置３０によると、入口コネクタ３６から注入された冷却水が発熱素子３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、・・・の熱を順次受熱することにより暖められながら（発熱素子３２は順次冷却される）出口コネクタ３８から排出される。従って、入口コネクタ３６に最も近い発熱素子３２ａの冷却効率が最も高く、出口コネクタ３８に近い発熱素子３２ｎの冷却効率は最も低い。そこで、最も冷却効率の低い（又は冷却条件が最も悪い）発熱素子３２ｎが所定温度範囲に冷却されるように冷却水の流量等を設定する必要がある。
【０００７】
多数の発熱素子又は大きい面積の発熱素子を効率的に冷却することを意図する多くの技術が技術文献に開示されている。回路基板に搭載された複数の発熱素子に対応して冷媒流路からの冷媒を流す冷媒導通路を形成することにより、発熱素子（電子デバイス）を冷却する回路基板の冷却装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。また、平面状に並べて配置されたパワーデバイスに対して形成された平行流路に冷却媒体を流すことによりパワーモジュールの発熱を効率的に放熱するパワーモジュール用ヒートシンクが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。更に、プリント基板の全面に平行に冷却室を形成し、これら冷却室に冷媒を流してプリント基板全体を均一に冷却する発熱素子の冷却構造が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１９１４７４号公報（第３−４頁、第１図、第４図）
【特許文献２】特開２００６−３１０４８５号公報（第７−８頁、第２図）
【特許文献３】特開平５−３３５７６９号公報（第３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述の如き従来の発熱素子の冷却装置又は冷却方法は、多数の発熱素子又は大きな面積の発熱素子を可能な限り均一且つ効率的に冷却することが不可能又は困難であるという課題があった。従って、発熱素子の冷却効率又は冷却特性が劣る。
【００１０】
即ち、図３に示す如き従来技術では、電力増幅器の発熱体の冷却を１本の流路で接続していたので、上流の発熱体からの受熱により冷却水の温度が上昇するため、下流側の発熱体の温度が上流側の発熱体の温度に比べ高くなり、各発熱体間で温度状態が異なる。その結果、発熱体の発熱量によっては上流側では温度条件を満足しているが下流側では温度条件が満足できないという課題があった。また、上述した特許文献１〜３に示す如く複数の冷却流路を設けても、各流路の冷媒の注入口からの距離により冷却効率が異なり、均一又は一様に冷却することが不可能又は困難であるという課題があった。
【００１１】
本発明は、従来技術の上述した課題に鑑みなされたものであり、複数の発熱素子又は大きな発熱素子の各部を略均一又は一様に冷却可能にする、放熱特性の優れた発熱素子の放熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し上述した目的を達成するために、本発明の発熱素子の放熱装置は、次の如き特徴的な構成を採用している。
【００１３】
（１）冷却用板状部材の一面に列状に配設された複数の発熱素子が発生する熱を放熱させて所定温度に維持する発熱素子の放熱装置において、
前記複数の発熱素子の前記列に沿ってそれぞれ一端が冷媒の注入口および排出口となる平行した１対の冷媒用通路を設け、該１対の冷媒用流路に対して略直交する複数の分岐流路を前記冷却用板状部材の内部に設け、前記複数の分岐流路のサイズを前記注入口および排出口が形成された一端からの距離に応じて調節して、前記分岐流路内を流れる冷媒の量を調節可能にする発熱素子の放熱装置。
（２）前記冷媒用通路は、前記複数の発熱素子の列から外側に離れて形成される上記（１）の発熱素子の放熱装置。
（３）前記複数の分岐流路は、前記発熱素子と位置合せして形成される上記（１）又は（２）の発熱素子の放熱装置。
（４）前記冷媒用通路および前記分岐流路は、前記複数の発熱素子が取り付けられる放熱板の内部に設けられる上記（１）、（２）又は（３）の発熱素子の放熱装置。
（５）前記冷媒用通路および前記分岐流路は、フレーム状に形成され、前記分岐流路に台座を介して前記複数の発熱素子が配置される上記（１）、（２）又は（３）の発熱素子の放熱装置。
（６）前記冷媒用通路および前記分岐流路は、断面形状が略矩形であるパイプにより形成される上記（５）の発熱素子の放熱装置。
（７）前記複数の発熱素子は、電力増幅器を形成する上記（１）乃至（６）の何れかの発熱素子の放熱装置。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の発熱素子の放熱装置によると、次の如き実用上の特有の効果を奏する。即ち、複数の発熱素子を略一様に放熱することが可能であるので、少ない冷媒により各発熱素子を安定に動作させることが可能である。その理由は、１対の平行な冷媒用流路から分岐する複数の分岐流路のサイズを、注入口からの距離に応じて調節するからである。従って、多数の発熱素子を使用するＴＶ送信機における電力増幅機等の増幅素子の放熱装置に特に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明による発熱素子の放熱装置の好適実施の形態の構成および動作を、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
先ず、図１は、本発明による電力増幅器を構成する発熱素子の放熱装置（以下、単に放熱装置という場合もある）の第１実施の形態の構造を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）中の線Ｂ−Ｂに沿う断面図、（Ｃ）は（Ａ）中の線Ａ―Ａに沿う断面図である。
【００１７】
図１に示す放熱装置１０は、例えばＴＶ送信機用の電力増幅器に適用され、相互に所定間隔で離間して配列された複数のトランジスタ等の発熱を伴う増幅素子を含んでいる。この放熱装置１０は、図１（Ａ）に示す如くコールドプレートと称される放熱用板状部材（以下、放熱板という）１１の一面、例えば上面に配列された複数の発熱素子１２ａ〜１２ｎを含んでいる。
【００１８】
この放熱板１１は、図１（Ｂ）および（Ｃ）に示す如く、上放熱板１１ａおよび下放熱板１１ｂよりなる２体（又は２重）構造である。そして、上放熱板１１ａの表面（上面）の略全体に渡って上述した複数の発熱素子１２ａ〜１２ｎが、例えば２列に配列されている。更に、これら上放熱板１１ａと下放熱板１１ｂの接合部には、冷却水等の冷媒を流すための放熱（又は冷却）路が形成されている。この放熱路は、図１（Ａ）に示す如く、それぞれ一端に冷媒の注入口（コネクタ）１５ａおよび排出口（コネクタ）１５ｂが形成された比較的サイズの大きい平行した１対の冷媒用通路１３−１４およびこれら冷媒用通路１３−１４に対して略直交して分岐される複数の相互に平行な分岐流路１６ａ〜１６ｍにより構成されている。ここで、冷媒用通路１３−１４は、２列に配列された複数の発熱素子１２ａ〜１２ｎの列の外側に僅かに離間して配置されている。一方、複数の分岐流路１６ａ〜１６ｍは、それぞれ発熱素子１２ａ〜１２ｎと位置合せ（即ち、これらの発熱素子１２の真下に形成されている。
【００１９】
次に、上述した放熱板（コールドプレート）１１は、上放熱板１１ａおよび下放熱板１１ｂよりなり、相互にロウ付け等により張り合わされている。そして、図１（Ｂ）および（Ｃ）に示す如く、上放熱板１１ａの表面の各発熱素子１２に対応する位置には凹部１７が形成され、各凹部１７に伝熱材１８を介して各発熱素子１２が取り付けられている。更に、上放熱板１１ａの上面にプリント基板１９が配置され、複数の放熱素子１２間の接続およびその他の受動電子デバイス（図示せず）等が実装されている。
【００２０】
図１（Ａ）に示す如く、上述した複数の分岐流路１６ａ〜１６ｍは、冷媒の注入口１５ａおよび排出口１５ｂからの距離に応じてサイズ（即ち、断面積）が調節されている。即ち、注入口１５ａおよび排出口１５ｂが設けられた一端に近い分岐流路１６ａ等はサイズを小さくし、この一端から離間した分岐流路１６ｍ等はサイズを大きくしている。その結果、注入口１５ａから注入された冷媒は、複数の分岐流路１６ａ〜１６ｍに異なる量に分流され、対応する発熱素子１２を略均一に冷却するように調整されていることに注目されたい。
【００２１】
また、冷媒用通路１３−１４のサイズは、冷媒の注入口１５ａに近い、例えば分岐流路１６ａ等に比較して十分大きく選定して形成されている。そして、冷媒用通路１３−１４のサイズは、例えば注入口１５ａから最も離間している分岐流路１６ｍのサイズと略等しくてもよい。
【００２２】
次に、図1に示す放熱装置１０の動作を説明する。先ず、発熱素子１２により構成される電力増幅器等を動作させると、発熱素子１２が発熱する。そこで、注入口１５ａから冷媒である冷却水等を注入すると、注入された冷媒は冷媒用通路１３を通って複数の分岐流路１６ａ〜１６ｍの一端（図１（Ａ）中の下端）の入口へ迅速に到達する。そして、各分岐流路１６を通って出口である反対側の冷媒用通路１４へ至り、排出口１５から排出される。その間に、発熱素子１２から伝熱材１８を介して放熱板１１に伝導された熱は、分岐流路１６内を流れる調節された量の冷媒により奪い去られて、冷媒により放熱される。
【００２３】
ここで、発熱素子１２が発生する熱は、各発熱素子１２の周囲の放熱板１１へ伝導される。即ち、発熱素子１２の列の外側および内側へ伝導される。冷媒用通路１３−１４を発熱素子１２の外側に設けることにより、発熱素子１２の列から外側へ伝導される熱は、冷媒用通路１３−１４を流れる冷媒により放熱される。他方、発熱素子１２の列の内側へ伝導される熱は、分岐流路１６を流れる冷媒により放熱される。従って、発熱素子１２の発熱を効率的に放熱することにより、発熱素子１２の温度上昇を予め設定した温度範囲内に抑えることが可能である。尚、冷媒には所定の圧力を加えて、冷媒用通路１３−１４および分岐流路１６内を流れる冷媒の速度（従って、単位時間当たりの冷媒の流量）を制御することが可能である。
【００２４】
次に、図２は本発明による発熱素子の放熱装置（放熱装置）の第２実施の形態を示す平面図である。尚、この放熱装置２０において、説明の便宜上、図１に示す放熱装置１０と対応する構成素子には同様の参照番号を付し、以下の説明は放熱装置１０との相違点を中心に説明することとする。
【００２５】
図２に示す放熱装置２０では、冷媒用流路を形成する放熱板（コールドプレート）を使用することなく、１対の平行パイプ（冷媒用通路）２３−２４およびこれらのパイプ２３−２４間に平行に配置された分岐パイプ（分岐流路）２６ａ〜２６ｍにより構成されるパイプ状フレーム、各分岐パイプ２６に設けられた台座２１ａ〜２１ｍにより構成され、各台座２１上に、例えば電力増幅器を構成する複数の発熱素子２２ａ〜２２ｎが実装されている。そして、平行パイプ２３−２４の一端にそれぞれ注入口（コネクタ）２５ａおよび排出口２５ｂが設けられている。
【００２６】
この放熱装置２０においても、図1に示す放熱装置１０と同様に、複数の分岐パイプ２６のサイズは、注入口２５ａおよび排出口２５ｂが設けられている一端から各分岐パイプ２６までの距離に応じて異なる大きさに選定されている。尚、各パイプ２３−２４および２６の断面形状は、必ずしも円形である必要はなく、例えば矩形等の任意形状であるを可とする。特に、台座２１の取付面は略平坦であるのが好ましい。
【００２７】
以上、本発明による発熱素子の放熱装置を、好適実施の形態に基づいて詳述した。しかし、斯かる実施の形態は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であること、当業者には容易に理解できよう。
【００２８】
例えば、複数の発熱素子は、必ずしも２列に配置する必要はなく３列以上の複数列に配置可能である。また、注入口および排出口に連結する1対の冷媒用通路から分岐する複数の分岐流路は、その両端部を冷媒流路に対して鋭角（９０°未満の角度）又はアールをつけて湾曲させてもよい。本発明の発熱素子の放熱装置は、特に発熱量の大きい多数の発熱素子を使用するテレビ送信機やその他の高出力電子機器の電力増幅器を放熱・冷却するための応用が好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による発熱素子の放熱装置の第１実施の形態を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）中の線Ｂ−Ｂに沿う断面図、（Ｃ）は（Ａ）中の線Ａ−Ａに沿う断面図である。
【図２】本発明による発熱素子の放熱装置の第２実施の形態の平面図を示す。
【図３】従来の発熱素子（電力増幅器）の放熱構造を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）中の線Ｂ−Ｂに沿う断面図、（Ｃ）は（Ａ）中の線Ａ−Ａに沿う断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０、２０  発熱素子の放熱装置（放熱装置）
１１  放熱板（コールドプレート）
１２、２２  発熱素子
１３−１４、２３−２４  冷媒用流路
１５ａ、２５ａ  冷媒の注入口
１５ｂ、２５ｂ  冷媒の排出口
１６、２６  分岐流路（分岐パイプ）
１７  凹部
１８  伝導材
１９  プリント基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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