(57)【要約】【課題】低負荷運転と高負荷運転とに切り替えられる半導体素子等の被冷却体に結合された冷却装置の冷却能力を高めて、小形化を図る。【解決手段】被冷却体に結合する固体で形成された冷却体に、温度によって凝固と融解を繰り返す相変化物質とこの相変化物質の融解時の形状を凝固時の形状に保持するための形状保持剤との混合物からなる熱媒体を充填し、被冷却物体の発熱が小さい低負荷運転時には、固体の冷却体のみで冷却を行い、被冷却体の発熱が大きくなる高負荷運転時には、固体の冷却体と熱媒体の両方で相変化物質の融解潜熱を利用して冷却を行う。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被冷却体に熱的に結合されてこの被冷却体の冷却を行う冷却装置が、固体の冷却体と、この冷却体に設けられた熱媒体収容室と、この熱媒体収容室内に収容され冷却体と熱的に結合された、温度によって凝固と融解を繰り返す相変化物質とこの相変化物質の融解時の形状を凝固時の形状に保持するための形状保持剤との混合物からなる熱媒体とにより構成されていることことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
請求項1記載の冷却装置において、冷却体の最大放熱量を被冷却体の最大発熱量より小さくし、冷却体で放熱されない熱を相変化物質で吸収することを特徴とする冷却装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の冷却装置において、前記冷却体内に熱媒体収容室を設けたことを特徴とする冷却装置。
【請求項４】
請求項３に記載の冷却装置において、前記冷却体に複数の放熱フィンを間隔をおいて設け、これらの放熱フィン間の空所を熱媒体収容室としたことを特徴とする冷却装置。
【請求項５】
請求項３記載の冷却装置において、冷却体に複数の放熱フィンを間隔をおいて設け、これらの放熱フィンの内部にそれぞれ空所を形成し、この空所を熱媒体収容室としたことを特徴とする冷却装置。
【請求項６】
請求項５記載の冷却装置において、前記冷却体と放熱フィンに渡って気密の空所を設け、この気密空所に気液飽和状態または気固飽和状態の熱輸送作動媒体を封入したことを特徴とする冷却装置。
【請求項７】
請求項５または６記載の冷却装置において、前記各放熱フィン間の外部空所内にそれぞれ放熱フィンに熱的に結合した補助熱伝導部材を設けたことことを特徴とする冷却装置。
【請求項８】
請求項５または６記載の冷却装置において、前記各放熱フィンの内部空所内でそれぞれ放熱フィンに熱的に結合した補助熱伝導部材を設けたことことを特徴とする冷却装置。
【請求項９】
請求項１ないし８の何れかに記載の冷却装置において、相変化物質の相変化温度が被冷却体の許容上限温度以下であることを特徴とする冷却装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９の何れかに記載の冷却装置において、前記冷却体における相変化物質と接触する面の一部または全部が凹凸面をなしていることを特徴とする冷却装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０の何れかに記載の冷却装置において、前記冷却体および放熱フィンを構成する部材が、面方向の熱伝導率が厚さ方向の熱伝導率より大きい材料からなることを特徴とする冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子機器、特に半導体素子のような発熱する素子の冷却に適した冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器に使用されるマイクロプロセッサに代表される半導体集積回路等の半導体素子は年々集積度が上がるとともに高出力化しているため、これらの素子の発熱量も増加する一方である。そのため、これらの発熱する素子を効果的に冷却するための装置が種々提案されている。
【０００３】
代表的な冷却装置としては、図１５に示すような放熱フィン１０１を有する冷却体１０がある。この冷却体１０を半導体素子等の被冷却体３０に熱的に結合し、被冷却体３０の発生する熱を冷却体１０に伝達し、その表面の多数の放熱フィン１０１と周囲の空気の温度差を利用した自然対流により放熱して冷却する方法や、放熱フィンの周囲の空気を冷却ファンにより移動させ、強制対流により冷却する方法がとられている。
【０００４】
また、半導体素子等の被冷却体にヒートパイプの一端を伝熱的に接続し、ヒートパイプの他端を冷却体に伝熱的に接続し、被冷却体の熱を、ヒートパイプを介して冷却体へ伝達し、この冷却体から周囲の空気中へ対流により放熱し、被冷却体を冷却する方法もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来の冷却体や冷却ファンを用いた冷却装置には次のような問題がある。
【０００６】
半導体素子等の被冷却体が、通常は発熱量の低い低負荷で作動し、その後に発熱量の高い高負荷で一定時間作動する場合、図１５に示す冷却体１０により、あるいはこれと冷却ファンを組み合わせて冷却する装置では、図１６に示すように被冷却体の温度は、被冷却体の発熱量に応じて時間とともに上昇する一方であり、特に負荷の大きくなった高発熱時（図１６のＢ‐Ｃ期間）には、被冷却体の許容限界温度Ｔｓを高くとって、冷却体および冷却ファインの冷却能力を小さく設計した場合は、被冷却体の温度がこの限界温度Ｔｓに近い温度になったり、これを超えたりすることがある。半導体素子等の被冷却体の温度が限界温度を超えると、その性能が低下したり、素子が焼損したりする。
【０００７】
また、被冷却体の上昇限界温度Ｔｓを低くとって、冷却体や冷却ファンの冷却能力を大きく設計した場合は、冷却体や冷却ファンが寸法的に大きくなるため、電子機器の全体が筐体を含めて大きくなり、製造コストが増大する問題が生じる。
【０００８】
さらに、これまでは、半導体素子等の被冷却体が、コンピュータの無停電電源装置のように商用電源が停電していない通常運転時は、バッテリーの充電電力を負担するだけの低負荷運転が行われ、商用電源が停電した非常運転時は、比較的短い時間であるが、コンピュータへの供給電力を全部負担する高負荷運転が行われるような装置に用いられる場合でも、これに結合される冷却体や冷却ファンは、高負荷運転状態での熱的条件に基づいて設計する必要があるため、低負荷での運転が長い割には大形化する問題がある。
【０００９】
なお、電子機器等の筐体の大きさが制限されている場合には、前記したヒートパイプを用いて筐体の外で冷却体の周囲空気との対流により冷却するようにしても、同様の問題が生じる。
【００１０】
この発明は、前記のような問題を解消するため、半導体素子等の被冷却体を冷却する冷却装置を小形にし、電子機器を省スペースでかつ低コストにすることのできる新規の冷却装置を提供することを課題とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を達成するため、この発明は、被冷却体に熱的に結合されてこの被冷却体の冷却を行う冷却装置が、固体の冷却体と、この冷却体に設けられた熱媒体収容室と、この熱媒体収容室内に収容され冷却体と熱的に結合された、温度によって凝固と融解を繰り返す相変化物質とこの相変化物質の融解時の形状を凝固時の形状に保持するための形状保持剤との混合物からなる熱媒体とにより構成されていることことを特徴とするものである。
【００１２】
前記の発明において、冷却体の放熱量を被冷却体の最大発熱量より小さくし、冷却体で放熱されない熱を相変化物質で吸収するようにすることができる。
【００１３】
また、前記の発明において、冷却体内に熱媒体収容室を設け、これに熱媒体を充填するようにしてもよい。この場合、冷却体に複数の放熱フィンを間隔をおいて設け、これらの放熱フィン間の空所を熱媒体収容室とすることができる。さらに前記放熱フィンの内部にそれぞれ空所を形成し、この空所を熱媒体収容室にするようにしてもよい。
【００１４】
そして、放熱フィンの内外の空所に放熱フィンと熱的に結合して熱伝導体を設け、また、冷却体および放熱フィン部に気密の空所を形成し、この気密空所内に気液飽和状態または気固飽和状態の熱輸送作動媒体を封入することにより冷却体から相変化物質への熱伝導または放熱フィンから外気への放熱をより高めることができる。
【００１５】
さらに前記の各発明において、相変化物質の相変化温度が被冷却体の許容上限温度以下にするのが効果的である。
【００１６】
また、前記各発明において、冷却体のこれと熱的に結合された相変化物質と接触する面の一部または全部に凹凸面を形成することができる。
【００１７】
さらにまた、前記各発明において、冷却体および放熱フィンを構成する熱伝導部材を面方向の熱伝導率を厚さ方向の熱伝導率より大きくした材料とすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図に示す実施例に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、この発明による冷却装置を模式的に示す斜視図である。
【００２０】
この図１において、１は、表面に間隔をおいて複数の放熱フィン１１を設けた冷却体である。この冷却体１の外見的形状は、図７に示す従来の冷却体と同じであるが、各放熱フィン１１の間の空所を、外から加わる熱によって凝固と融解の二相変化を繰り返し行う相変化物質とこの相変化物質の融解時の形状を凝固時の形状に保持するための形状保持剤との混合物からなる熱媒体２を収容するための熱媒体収容室１２とし、ここに熱媒体２が充填されている。冷却体１の下面には、半導体素子等のように自己発熱による温度上昇を抑えるために冷却する必要のある被冷却体３が熱的に結合されている。
【００２１】
冷却体1は、従来と同様に熱伝導のよい銅、アルミニウム、ニッケルおよびそれらの合金等からなる固体の熱伝導材により形成される。
【００２２】
熱媒体２には、パラフィン類やパラフィンとポリエチレンの共重合体のように、常温では凝固して固形を示し、温度が上昇し相変化点温度を超えると融解し、その際に大量の融解潜熱を蓄積し、蓄積した熱を放熱することより温度が相変化点温度より低下すると再び凝固するような相変化物質と、この相変化物質が融解したときその形状を凝固時の形状に保持されるためにシリカ粉末やタルク粉末等の形状保持剤との混合物を用いる。これにより、相変化物質が融解されたとき熱媒体２が流動化することなく固形状態に保持することができるため、冷却体１に形成する熱媒体収容室を密閉形状とする必要がない。
【００２３】
図２にこのような冷却装置における被冷却体３の運転状態の変化にともなう温度変化の推移を示す。図２の縦軸は温度を示し、横軸は時間を示す。
【００２４】
冷却体１の放熱（冷却）能力は、被冷却体３の最大の発熱量よりも小さく形成されているが、被冷却体３が低負荷で運転されている期間（図２のＡ−Ｂ）では、被冷却体３の発熱量が小さいため、冷却体１だけで被冷却体３を十分に冷却することができ、被冷却体３の温度は図２に実線のカーブで示すように許容上限温度Ｔｓ以下の所定の温度Ｔ１に保たれる。しかし、被冷却体３が一定の高負荷運転期間（図２のＢ−Ｃ）になると、発熱量がほぼ最大発熱量まで増大し、冷却体１での放熱能力を超えるため、被冷却体３の温度がＴ１からさらに上昇する。被冷却体３の温度が熱媒体２の相変化物質の相変化点温度Ｔｆに達すると相変化物質が融解を始めるので、熱媒体２は相変化物質の融解潜熱として冷却体１で負担しきれない被冷却体３からの熱を吸収し蓄積するため、被冷却体３の温度は、相変化物質の相変化点温度Ｔｆを超えることなくほぼＴｆ付近に一定に保たれる。高負荷運転期間（Ｂ−Ｃ）の終わり付近になると相変化物質のほぼ全量が融解されるため、融解潜熱による熱の吸収能力がなくなり、被冷却体３の温度がさらに上昇を始めるが、直ぐに低負荷運転期間（Ｃ−Ｄ）へ移り、被冷却体３の発熱量が低下するとともに，冷却体１の温度が上昇している分だけ放熱量が増大するため、被冷却体３の温度は低下に転じるとともに、熱媒体２の相変化物質に吸収された熱が冷却体１を介して徐々に放熱され、相変化物質が凝固を始め、融解潜熱による冷却が可能となるＢ点の状態に復帰する。
【００２５】
図１３に示す、従来の冷却装置における被冷却体３０の運転状態における温度変化の推移をこの発明の場合と比較できるように図２に点線のカーブで示す。
【００２６】
図２から、明らかなように、従来の冷却装置においては、冷却体１０は、半導体素子等の被冷却体３０の高負荷運転に対応する冷却能力を有する大きさに形成されているので、低負荷運転期間Ａ−Ｂにおいては、被冷却体３０の温度は、この発明の被冷却体３の温度より低く保たれるが、高負荷運転期間Ｂ−Ｃになると上限温度Ｔｓ付近まで急激に上昇する。
【００２７】
この従来の冷却装置に比べると、この発明の冷却装置によれば、被冷却体の温度上昇を低くすることができるため、特に、被冷却体が半導体素子の場合、寿命を長くすることができる。
【００２８】
次にこの発明のより具体的な実施例について説明する。
【００２９】
（実施例）
図３および図４はこの発明の第１の実施例を示すもので、図３はその正面断面図、図４はその平面断面図である。
【００３０】
図３および図４における放熱フィン１１を設けた冷却体１は固体のアルミニウムから構成されている。各放熱フィン１１間の外部の空所により形成された熱媒体収容室１２に充填された熱媒体２は、７０℃に凝固融解の相変化点を有するパラフィンとポリエチレンの共重合体からなる相変化物質とシリカ粉末からなる形状保持材との混合物を用いている。
【００３１】
熱媒体２は、相変化物質だけでなく形状保持材を含有しているため、パラフィンとポリエチレンの共重合体からなる相変化物質が融解して流動化しても凝固時の形状に保持されるため、冷却体１の放熱フィン１１間の外部空所の前後の開放端が図４に示されるように閉塞されていなくとも流出することがないので、冷却体に熱媒体２を囲う手段を設ける必要がなく熱媒体収容室の構成が簡単となる。
【００３２】
冷却体１には無停電電源装置の電力変換器を構成する出力用半導体素子が被冷却体３として熱的に結合されている。無停電電源装置は、コンピュータのように商用電源が停電した場合に、停電処理が必要な機器における商用電源の停電時のバックアップ電源として用いられる。したがって、出力用半導体素子の発熱は、商用電源の非停電時は小さく、停電時は大きいという特徴を持っている。また、停電時のバックアップ運転可能時間は、無停電電源装置内のバッテリー容量によって、例えば５分以内というような比較的短い時間に設定される。
【００３３】
以上により、冷却体１の冷却能力を、非停電時の出力用半導体素子の発熱量に見合って、例えば２５Ｗとし、熱媒体２の充填量を、停電時の出力用半導体素子の発熱量，例えば９０Ｗを５分吸収可能な融解潜熱量となるように選定する。すなわち、次の関係となるようにする。
【００３４】
（１）停電時発熱量（９０Ｗ）  ＝
冷却体放熱量（２５Ｗ）  ＋  相変化物質融解潜熱量（６５Ｗ）
（２）非停電時発熱量（２５Ｗ）  ＝  冷却体放熱量（２５Ｗ）
この実施例の運転動作を、図５を用いて説明する。図５の縦軸は温度、横軸は時間を示す。
【００３５】
図５におけるＡ点は、無停電電源装置の運転開始点（非停電時）で、このときの出力用半導体素子（被冷却体３）の温度は、周囲温度（例えば２０℃）と同じである。出力用半導体素子からの発熱量は２５Ｗ一定で、冷却体１で放熱（冷却）されるが、この放熱は、冷却体１と周囲空気の温度差による対流により行われるので、時間の経過と共に被冷却体の半導体素子３の温度は上昇する。被冷却体の半導体素子の温度は、冷却体１からの放熱量が２５Ｗととなる温度差で釣り合う温度が、ここでは熱媒体２の相変化物質の相変化点温度７０℃と同じ温度となるように冷却体１の大きさを決めている。
【００３６】
次にＢ点で商用電源が停電となり、無停電電源装置がバックアップ運転を開始し、被冷却体の出力用半導体素子３が全負荷を担い、発熱量が９０Ｗに増大する。このとき、冷却体１の放熱量は２５Ｗと変わらないので、残りの６５Ｗの発熱分が相変化物質２を加熱し、これを融解させ融解潜熱として熱媒体２の相変化物質に吸収されるため、被冷却体の半導体素子３の温度はほぼ７０℃のまま一定に保たれ、温度上昇が抑えられる。熱媒体２の量は、相変化物質の融解潜熱量が無停電電源装置の最大バックアップ時間５分を考慮して、
６５（Ｗ）  ×  ５（分）  ×  ６０（秒）  ＝  １９．５（ｋＪ）
となるようにすればよい。熱媒体２の相変化物質は、潜熱により冷却（熱吸収）を行うので、従来のアルミニウム等からなる固体の冷却体のように顕熱で冷却を行う冷却体より小さな体積で大きな熱吸収（冷却）を行うことができる。
【００３７】
次のＣ点で停電の復帰により無停電電源装置のバックアップ運転が終了すると、被冷却体の半導体素子が低負荷運転となり、その発熱量が２５Ｗに減少する。Ｃ点が最大バックアップ時間５分の経過時点であれば、熱媒体２の相変化物質の量は所望される冷却能力一杯に選ばれ、また被冷却体に熱慣性があるため、Ｃ点における被冷却体および相変化物質の温度は、７０℃を超えて被冷却体の半導体素子の許容上限温度１００℃付近まで上昇する。このため、冷却体１からの放熱量は、２５Ｗより大きく、被冷却体の半導体素子の発熱量と熱媒体２の相変化物質の凝固潜熱を放熱することにより相変化物質２は凝固を開始し、バッテリーの充電が完了し次回の停電時のバックアップ運転が可能となるＤ点までに、Ｂ点と同様に融解潜熱により熱吸収のできる凝固状態となる。バックアップ運転後のバッテリーの充電時間（Ｃ−Ｄ間）は、通常１２時間以上かかるので、熱媒体２の相変化物質の凝固潜熱を放熱するには十分である。
【００３８】
図６にこの発明で使用する冷却体１をさらに改良した実施例を示す。
【００３９】
図６（ａ）は、図３に示す冷却体を改良したもので、その一部を拡大して示す。図６（ａ）における冷却体１の放熱フィン１１間の空所に設けた熱媒体収容室１２内において、冷却体１がここに充填された熱媒体２と接触する面の底面部分に凸部１４ａが設けられ、底面部分が凹凸面をなしている。この凸部１４ａは、図８（ｂ）に示すように凹部１４ｂであってもよい。これらの凹凸部は、１個または複数個設けることができる。
【００４０】
図６（ｃ）は、さらに変形した冷却体を示す。この図６（ｃ）において、１３は、相変化物質２の充填される冷却体１の内部に設けた空所であり、この空所１３に充填された相変化物質２と冷却体１の接触する面の一部に凸部１４ｃが設けられ、接触面の一部が凹凸面をなしている。この凹凸面は、冷却体１の相変化物質２と接触する面のすべての面に設けるようにしてもよい。
【００４１】
図６に示すように、冷却体１の熱媒体２と接触する面の一部または全部に凹凸面を設けると、熱媒体２内へ冷却体１の一部が入り込むことになるので、冷却体１から熱媒体２への伝熱面積が増大するとともに、熱媒体２が、融解状態から凝固状態へ変化するのにともなって体積が収縮する際にその移動が抑制されることにより、冷却体と熱媒体との接触部分での剥がれが防止でき、冷却体と熱媒体の緊密な接触状態を維持できるため、冷却体１とこれに充填された熱媒体２との熱伝達を良好にすることができる効果が得られる。なお、冷却体に設ける凹凸の個数は多くした方が効果は大きくなる。
【００４２】
次に、この発明の第２の実施例について説明する。
【００４３】
図７は、第２の実施例の基本的構成を示すものである。この実施例においては、冷却体１の受熱部１０と放熱部を形成する放熱フィン１１ａが、別体で構成されている。放熱フィン１１ａは板状の熱伝導材を内部および外部に空所が形成されるように複数回蛇行状に折り曲げ加工され、その受熱部１０との対向部分は、この受熱部１０にろう付けや溶接により熱的および機械的に結合される。放熱フィン１１ａの内部に形成された空所が熱媒体収容室１２ａとなり、それぞれに相変化物質と形状保持剤との混合物からなる熱媒体２が充填される。受熱部１０に半導体素子等の発熱する被冷却体３が熱的に結合される。
【００４４】
被冷却体３に発生した熱は、受熱部１０へ移動し、この受熱部１０を伝って、放熱フィン１１ａおよび放熱フィン内の熱媒体収容室の熱媒体２へ達する。放熱フィン１１ａの熱伝導率は熱媒体２の熱伝導率よりも高く、放熱フィン１１ａの温度が上昇して周囲の外気中へ放熱するとともに熱媒体２へも伝達し、この熱媒体の温度を上昇させるが、放熱フィン１１ａの放熱量を被冷却体の定常時の発熱量に見合った量になるように設計されているので、熱媒体２の温度は放熱フィン１１ａの到達温度と平衡し、このような熱移動によって被冷却体３が冷却される。
【００４５】
被冷却体３の発熱量が増加する非定常時には放熱フィン１１ａの放熱量を超える熱は熱媒体２の相変化物質の相変化時の潜熱を利用して蓄積し、被冷却体の発生する熱を効果的に吸収し、これを冷却する。
【００４６】
このように構成すると、冷却体上面の放熱面積を減少させることなく内部の空所の容積を大きくすることができるので、熱媒体２の充填量を多くすることができ、したがって、熱吸収量を増大させることができる。
【００４７】
図８にこの実施例の変形例を示す。図８の実施例は、冷却体１の受熱部１０と放熱部の放熱フィン１１ａを板状の熱伝導材を折り曲げ加工して一体的に形成したものである。平坦な部分が受熱部１０を形成し、蛇行部分が放熱部となる放熱フィン１１ａを形成する。放熱フィン１１ａの内部に形成された空所は熱媒体収容室１２ａとなり、熱媒体２が充填され、受熱部１０に被冷却体３が熱的に結合される。
【００４８】
この実施例においても、前記の場合と同様に、被冷却体３の熱は冷却体の受熱部１０から放熱フィン１１ａおよび放熱フィンの内部の熱媒体収容室１２ａ内の熱媒体２へ伝達されて冷却される。
【００４９】
ここで、受熱部および放熱フィンを構成する熱伝導材に、その面方向の熱伝導率が厚さ方向の熱伝導率より大きくなるような異方向性の熱伝導性を有する材料、たとえば炭素繊維シートや燐片状結晶を有するセラミックスを用いた複合材を用いた場合、受熱部１０から放熱フィン１１ａへの熱伝導が効率的になり冷却効果を向上することができる。
【００５０】
図９に、図８に示す実施例をさらに変形した実施例を示す。この図９に示す実施例においては、受熱部、放熱フィンを構成する熱伝導材として、中空部を有する部材を使用し、冷却体の外壁部に密閉された気密の空所１５を形成し、この気密の空所に、気液飽和状態または気固飽和状態の熱伝導作動媒体を気密に封入している。このように構成するとヒートパイプと同様に、受熱部が被冷却体からの熱を受熱して温度が上昇することにより、熱伝導作動媒体が蒸発して気化して熱を放熱部を構成する放熱フィン部へ伝達し、ここで冷却されて凝縮されて受熱部へ戻る作用を密閉空間内で繰り返すことにより、効果的に冷却体の受熱部から放熱部および熱媒体への熱移動を行うことができ、冷却効果が高めるこことができるようになる。
【００５１】
図１０ないし図１２に、冷却体の放熱フィンの外気への放熱効果および放熱フィンからその内部の熱媒体２への熱伝導効果を高めるために変形した実施例を示す。
【００５２】
図１０の実施例は、放熱フィン間の外部の空所にそれぞれ放熱フィンと熱的に結合した補助熱伝導部材４を多数設けたものである。このように放熱フィンの外側に補助熱伝導部材４を多数設けると、放熱フィンの放熱面積が拡大されるので放熱効果が増大する。
【００５３】
図１１の実施例は、放熱フィンの内部の空所にそれぞれ蛇行形状の補助熱伝導部材を挿入し、放熱フィンおよび受熱部に熱的に結合している。このようにすると、放熱フィン１１ａおよび受熱部１０から熱媒体収容室に充填された熱媒体２への熱伝導をためることができ、冷却効果を向上できる。
【００５４】
図１２に示す実施例は、放熱フィン１１ａの内外の空所に蛇行形状に形成された補助熱伝導部材４ａおよび５を挿入し、放熱フィン１１ａから外気および熱媒体２への熱伝導を効果を高め、冷却効果の向上を図ったものである。
【００５５】
前記各実施例において、熱媒体が相変化物質と形状保持剤との混合物から構成され、相変化物質の融解時にも凝固時の形状を保持するので、冷却体に形成される熱媒体収容室は、密閉空間とならないように積極的に一部を開放ししている。このため、熱媒体をこの熱媒体収容室の開放部分から収容室内に充填することができ、これを容易に行うことができる。
【００５６】
【発明の効果】
この発明によれば、被冷却体に熱的に結合されてこの被冷却体の冷却を行う冷却装置を、固体の冷却体と、この冷却体に設けられた熱媒体収容室と、この熱媒体収容室内に収容され冷却体と熱的に結合された、温度によって凝固と融解を繰り返す相変化物質とこの相変化物質の融解時の形状を凝固時の形状に保持するための形状保持剤との混合物からなる熱媒体とにより構成することにより、熱媒体に含まれる相変化物質の融解潜熱を利用して冷却することが可能となるので、冷却装置全体の冷却能力が向上し、従来と同じ大きさの装置であればより発熱量の大きい被冷却体の冷却が可能となり、また被冷却体の発熱量が同じであれば冷却装置の大きさを小さくすることができる効果がある。
【００５７】
この発明は、特に、無停電電源装置のように、商用電願が停電していない通常の運転期間では、定格出力の４分の１程度の出力の低負荷で運転され、商用電源が停電したときに短時間だけ行われるバックアップ運転期間において定格出力の１００％の高負荷で運転される装置において使用される半導体素子等の冷却装置に適用し、低負荷運転時の発熱を固定冷却体で負担し、高負荷運転時の発熱を固体の冷却体と相変化物質を含む熱媒体の両方で負担するようにすると、固体の冷却体をより小形にでき、この発明の効果が際立つようになる。
【００５８】
さらに、固体の冷却体に多数の放熱フィンを間隔をおいて設け、これらの放熱フィン間の内外の空所を熱媒体の収容室としてこの中に相変化物質と形状保持剤との混合物からなる熱媒体を充填するようにすると、冷却装置の寸法を増加することなく相変化物質の充填量を多くすることができ、また熱媒体収容室が開放された空間であっても相変化物質の融解時に流出することがないため、装置を小形にできかつ、熱媒体の充填が容易となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の原理的構成を示す斜視図。
【図２】この発明の動作を説明に用いる被冷却体の温度変化を示す図。
【図３】この発明の第１の実施例を示す正面断面図。
【図４】この発明の第１の実施例を示す平面断面図。
【図５】この発明の第１の実施例の動作説明に用いる被冷却体の温度変化を示す図。
【図６】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれこの発明の第１の実施例のさらに異なる変形例を示す部分断面図。
【図７】この発明の第２の実施例を示す正面断面図。
【図８】この発明の第２の実施例の変形例を示す正面断面図。
【図９】この発明の第２の実施例の異なる変形例を示す正面断面図。
【図１０】この発明の第２の実施例のさらに異なる変形例を示す正面断面図。
【図１１】この発明の第２の実施例の別の変形例を示す正面断面図。
【図１２】この発明の第２の実施例のさらに別の変形例を示す正面断面図。
【図１３】従来の冷却装置を概略的に示す斜視図。
【図１４】従来の冷却装置の動作説明に用いる被冷却体の温度変化を示す図。
【符号の説明】
１：固体の冷却体、１０：受熱部、１２：熱媒体収容室、１１、１１ａ：放熱フィン、２：熱媒体、３：被冷却体、４，５：補助熱伝導部材
【図１】
2004200428.tif 000003
【図２】
2004200428.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004200428.tif 000006
【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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【図１４】
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