(57)【要約】      （修正有）【課題】冷却風の送風方法、及び板状ヒートパイプの形状を工夫して電子機器等の発熱体を均等に冷却することができる冷却装置および冷却方法を提供する。【解決手段】少なくとも１つの面に発熱体５が熱的に接続され、その短軸方向の一方の端部に沿って放熱フィン６が熱的に接続され、垂直に配置される複数の複数の熱導体４と、熱導体４の長軸方向に沿って放熱フィン６に冷却用空気を送るファン７とを備えた冷却装置。複数の熱導体４が並列配置され、放熱フィン６が熱導体４の上端部に水平方向に整列して配置され、整列配置された放熱フィン６に向けて冷却用空気が送られる。【選択図】図１
2005276917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの面に発熱体が熱的に接続され、その短軸方向の一方の端部に沿って放熱フィンが熱的に接続され、垂直に配置される複数の熱導体と、前記熱導体の長軸方向に沿って前記放熱フィンに冷却用空気を送るファンとを備えた冷却装置。
【請求項２】
複数の前記熱導体が並列配置され、前記放熱フィンが前記熱導体の上端部に水平方向に整列して配置され、整列配置された前記放熱フィンに向けて前記冷却用空気が送られる、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記水平方向に整列された複数の前記放熱フィンが、実質的に１つの平面を形成する、請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記放熱フィンが垂直方向に多段に設けられて、多段の水平面を形成し、前記多段の水平面のそれぞれに沿って、前記冷却用空気が送られる、請求項３に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記熱導体の長軸方向に沿って全体に複数の前記発熱体が配置されている、請求項３または４に記載の冷却装置。
【請求項６】
クロスフローファンによって前記冷却用空気を送る、請求項１から５の何れか１項に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記熱導体がヒートパイプからなっている、請求項１から６の何れか１項に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記発熱体が自動車に搭載される電子機器である、請求項１から７の何れか１項に記載の冷却装置。
【請求項９】
発熱体が熱的に接続された複数の熱導体を、その短軸が垂直方向になるように並列配置し、熱導体の短軸方向に沿って前記発熱体の熱を移動し、前記熱導体の上端部に設けられた放熱フィンに沿って水平方向に冷却用空気を吹付けて放熱する、発熱体の冷却方法。
【請求項１０】
前記熱導体がヒートパイプからなっている、請求項９に記載の発熱体の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車に搭載された複数個の電子機器等の冷却を行うための冷却装置および発熱体の冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気・電子機器装置においては、各種制御を行う各種のエレクトロニクス機器が搭載されており、エレクトロニクス機器は、マイクロプロセッサ等の高出力、高集積の部品を内蔵している。マイクロプロセッサは、集積度が極めて高くなり、高速で情報の演算、制御等の処理を行うので、多量の熱を放出する。これらの高出力かつ高集積の部品であるチップ等を冷却するために、各種の冷却システムが提案されてきた。
【０００３】
更に、自動車においては、その他に、電気自動車に搭載された二次電池等の充電放電時に発熱する装置を冷却するために、各種の冷却システムが提案されてきた。その代表的な冷却システムの１つとして、金属製の熱導体による熱移動およびヒートパイプによる熱移動がある。
金属製の熱導体は例えば熱伝導性に優れた銅板、アルミニウム板等が用いられる。発熱体からの熱を銅板、アルミニウム板によって熱移動し、熱的に接続された放熱フィンによって、所定の場所に放熱される。
ヒートパイプには、その形状において、丸パイプ形状のヒートパイプ、平面形状の板状ヒートパイプがある。複数個のセルを備えた二次電池等の被冷却部品の冷却用としては、個々のセルの発生する熱を放熱するために、広い接触面が得られることから、板状ヒートパイプが好んで用いられる。
【０００４】
更に、ヒートパイプは、被冷却部品の取り付け位置において、被冷却部品が上部に位置するトップヒートモードと被冷却部品が下部に位置するボトムヒートモードに区分される。ボトムヒートモードの場合、重力により液が還流するが、トップヒートモードの場合、重力に逆らって液を還流させなければならず、通常はウイックによる毛管現象を利用する。
ヒートパイプの内部には作動流体の流路となる空間が設けられ、その空間に収容された作動流体が、蒸発、凝縮等の相変化や移動をすることによって、熱の移動が行われる。
【０００５】
密封された空洞部を備え、その空洞部に収容された作動流体の相変態と移動により熱の移動が行われるヒートパイプの詳細は次の通りである。
ヒートパイプの吸熱側において、ヒートパイプを構成する容器の材質中を熱伝導して伝わってきた被冷却部品が発する熱を潜熱として吸収して、作動流体が蒸発し、その蒸気がヒートパイプの放熱側に移動する。放熱側においては、作動流体の蒸気は凝縮して潜熱を放出するとともに、再び液相状態に戻る。このように液相状態に戻った作動流体は再び吸熱側に移動（還流）する。このような作動流体の相変態や移動によって熱の移動が行われる。
重力式のヒートパイプにおいては、相変態によって液相状態になった作動流体は、重力によって、吸熱側に移動（還流）する。
【０００６】
図２は、従来の冷却装置を示す概念図（部分斜視図）である。図示しないが収容部１０３内には、複数の概ね矩形の板状ヒートパイプが、その短軸が垂直方向に沿って位置するように並列して配置されている。板状ヒートパイプの長軸方向の一方の端部には、図２に示すように、放熱部１０１が位置し、図示しない他方の端部には吸熱部が連接して設けられている。この吸熱部には例えば電子機器等の複数個の発熱体が取り付けられて、収容部１０３内に収容されている。
【０００７】
放熱部が位置する部分と、収容部は例えば隔壁によって分離されている。各々の板状ヒートパイプの放熱部１０１の両面には、多数の冷却フィン１０１ａが取り付けられている。上述したように、これら放熱部全体は、図示のように整列されて冷却空洞部１０２内部に収容されている。
冷却空洞部２は、空気が送り込まれる送風口２ａ及び冷却空洞部内を通過した空気が排出される排気口２ｂを備えており、これらの開口部がある部分以外は、閉鎖された空洞からなっている。
【０００８】
冷却風は矢印ａに示す様に、送風口２ａから冷却空洞部１０２の内部に送り込まれ、矢印ｂに示す様に各毎にほぼ直角に向きを変えて各冷却フイン１０１ａを吹き抜けて冷却した後に、矢印ｃに示す様に再びほぼ直角に向きを変えて最終的に排気口２ｂから冷却空洞部１０２の外部に排出される。
【０００９】
以上の様に、平面型ヒートパイプの放熱部１０１の各々に冷却風が送りこまれて、これらを冷却し、結果的には、板状ヒートパイプの放熱部１０１に連接された吸熱部に取り付けられた例えば電子機器等の発熱体を冷却する。なお、板型ヒートパイプを備えた冷却装置が特開平５−２７５５８４号公報に開示されている。
【特許文献１】特開平５−２７５５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図２において、各冷却フィン１０１ａを吹き抜ける冷却風（矢印ｂ）は、送風口２ａに近い側の冷却フィン１０１ａでは強く吹き抜けるが、送風口２ａから遠い側の冷却フィン１０１ａではきわめて弱くなる。
この理由は、冷却風に対する抵抗（風損）が、送風口２ａから排気口２ｂまでの冷却風が通り抜ける距離の大きさに従うためで、当然ながら送風口２ａに近い（＝排気口２ｂ）に近い側では風損が小さく、遠い側では風損が大きくなるためである。
【００１１】
この結果として、送風口２ａに近い（＝排気口２ｂに近い）側の冷却フィン１０１ａの冷却効率は大きく、遠い側の冷却フィン１０１ａの冷却効率は小さくなり、状況により、その差異が１０倍以上に及ぶことがある。従って、複数の発熱体の全てを効率よく冷却することができないという致命的な問題がある。
【００１２】
更に、従来の冷却装置のように、長い概略角筒状の送風路に冷却風を吹き込むためには、送風路の風損に打ち勝つ風圧を発生可能なシロッコファンなどを用いており、送風機の発生する騒音が大きいとともに、比較的狭い送風路内部に冷却に必要な風量の冷却風を吹き込むことになるので風切音が発生し、冷却装置の設置場所によっては、騒音を低下するための対策が必要であった。
【００１３】
従って、この発明の目的は、冷却風の送風方法、及び板状ヒートパイプの形状を工夫して電子機器等の発熱体を均等に冷却することができる冷却装置および冷却方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者は、上述した従来技術の問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、発熱体が熱的に接続された複数の熱導体を、その短軸が垂直方向になるように並列配置し、熱導体の短軸方向に沿って発熱体の熱を上方に移動し、熱導体の上端部に設けられた放熱フィンに沿って水平方向に冷却用空気を吹付けることによって、発熱体が効率的に冷却されることが判明した。
【００１５】
即ち、熱導体の長軸方向に沿って複数配置された発熱体の熱が、移動距離の短い短軸に沿って上方に移動し、更に、水平方向に整列配置された放熱フィンに移動し、水平方向に放熱フィンに沿って送られる冷却用空気によって、熱導体の長軸方向のファンから最も遠い位置においても、効果的に放熱することができる。
【００１６】
この発明は、上記研究結果に基づいてなされたものであって、この発明の冷却装置の第１の態様は、少なくとも１つの面に発熱体が熱的に接続され、その短軸方向の一方の端部に沿って放熱フィンが熱的に接続され、垂直に配置される複数の熱導体と、前記熱導体の長軸方向に沿って前記放熱フィンに冷却用空気を送るファンとを備えた冷却装置である。
【００１７】
この発明の冷却装置の第２の態様は、複数の前記熱導体が並列配置され、前記放熱フィンが前記熱導体の上端部に水平方向に整列して配置され、整列配置された前記放熱フィンに向けて前記冷却用空気が送られる、冷却装置である。
【００１８】
この発明の冷却装置の第３の態様は、前記水平方向に整列された複数の前記放熱フィンが、実質的に１つの平面を形成する、冷却装置である。
【００１９】
この発明の冷却装置の第４の態様は、前記放熱フィンが垂直方向に多段に設けられて、多段の水平面を形成し、前記多段の水平面のそれぞれに沿って、前記冷却用空気が送られる、冷却装置である。
【００２０】
この発明の冷却装置の第５の態様は、前記熱導体の長軸方向に沿って全体に複数の前記発熱体が配置されている、冷却装置である。
【００２１】
この発明の冷却装置の第６の態様は、クロスフローファンによって前記冷却用空気を送る、冷却装置である。
【００２２】
この発明の冷却装置の第７の態様は、前記熱導体がヒートパイプからなっている、冷却装置である。
【００２３】
この発明の冷却装置の第８の態様は、前記発熱体が自動車に搭載される電子機器である、冷却装置である。
【００２４】
この発明の発熱体の冷却方法の第１の態様は、発熱体が熱的に接続された複数の熱導体を、その短軸が垂直方向になるように並列配置し、熱導体の短軸方向に沿って前記発熱体の熱を移動し、前記熱導体の上端部に設けられた放熱フィンに沿って水平方向に冷却用空気を吹付けて放熱する、発熱体の冷却方法である。
【００２５】
この発明の発熱体の冷却方法の第２の態様は、前記熱導体がヒートパイプからなっている、発熱体の冷却方法である。
【発明の効果】
【００２６】
この発明によると、冷却風の送風方法、及び板状ヒートパイプの形状を工夫して電子機器等の発熱体を均等に冷却することができる冷却装置および冷却方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
この発明の冷却装置および冷却方法を図面を参照しながら詳細に説明する。
この発明の冷却装置の１つの態様は、少なくとも１つの面に発熱体が熱的に接続され、その短軸方向の一方の端部に沿って放熱フィンが熱的に接続され、垂直に配置される複数の複数の熱導体と、前記熱導体の長軸方向に沿って前記放熱フィンに冷却用空気を送るファンとを備えた冷却装置である。複数の前記熱導体が並列配置され、前記放熱フィンが前記熱導体の上端部に水平方向に整列して配置され、整列配置された前記放熱フィンに向けて前記冷却用空気が送られる。熱導体がヒートパイプからなっている。
【００２８】
自動車に搭載される冷却装置は、灼熱・極寒の地で過酷な条件下において使用される場合においても、その機能を停止することは許されず、極めて高い信頼性が要求される。特に、二次電池等の冷却においては、その作動環境における温度条件は厳しく制限され、冷却の不具合が発生すると、被冷却部品である二次電池のセルを損傷してしまうという重大な問題を生じる。この発明の冷却装置は、このような過酷な条件下においても高い信頼性を備えることが要求される。
【００２９】
図１に示すように、垂直に配置される長方形の複数の熱導体４が並列配置されている。熱導体４は、その短軸が垂直方向に位置するように配置されている。熱導体の１つの面、または両面には、その長軸方向に沿って、複数の発熱体５が熱的に接続されている。更に、発熱体５は、例えば、垂直方向にも複数個配置されてもよい。熱導体４の短軸方向の一端部（上端部）には、放熱フィン６が熱的に接続されている。放熱フィン６は、並列配置された熱導体の上端部に水平方向に整列して配置されている。上述した水平方向に整列された複数の放熱フィン５が、実質的に１つの平面を形成してもよい。更に、放熱フィンが垂直方向に多段に設けられて、多段の水平面を形成してもよい。
【００３０】
即ち、この発明の冷却装置においては、熱導体４、例えば、板状ヒートパイプに取り付ける放熱フィン６の位置が変更されている。図２に示す従来の冷却装置では、概略長方形の板状ヒートパイプの横方向の一端側が放熱部であり、放熱フインは板状ヒートパイプの上下方向に延長して設けるが、本発明では概略長方形の板状ヒートパイプの短軸方向に位置する上端側を放熱部とし、放熱フィン６は、板状ヒートパイプ４に垂直に水平方向に延長して設けられている。
【００３１】
上述したように、例えば、長方形の熱導体が並列配置され、各熱導体の両面に複数の発熱体が、長軸方向に沿ってその全面に配置され、熱導体の上端部には多段の放熱フィンが水平方向に整列して配置され、配置された各段の放熱フィンが実質的に１つの水平面を形成している。この態様においては、従来の冷却装置のように、熱導体の放熱部を冷却空洞部内に分離配置する必要は無い。特に、縦方向は、熱導体の短軸方向の部分および放熱フィンが位置するだけであるので、冷却装置の高さ方向の大きさが制限される場合には極めて有効な配置である。
【００３２】
上述したように配置された、水平な面を形成する放熱フィンは、水平方向の冷却用風を送り込むことによって、有効な放熱効果を発揮する。特に多段に放熱フィンを水平に形成する場合には、直線状の冷却用空気の通路を形成し、放熱効率を著しく向上することができる。
【００３３】
上述したような熱導体および放熱フィンの配置によって、冷却風の送風機の変更が可能になる。即ち、送風機としてクロスフローファンを用いることができる。このファンの特徴は、風圧はあまり出ないが大きい風量を発生することが可能であり、シロッコファン等が比較的狭い送風路に風を送り込むのに適するのに対して、幅の広い均一な送風が可能であることと、送風機の発生する騒音がシロッコファン等に較べて小さいことである。
【００３４】
クロスフローファンを用いることによって、図２に矢印で示すように、冷却装置の上端部に沿って、水平方向に冷却用空気を送ることができる。  
【００３５】
熱導体は、板状ヒートパイプであってもよい。板状ヒートパイプは、例えば、２枚の銅板によって形成された密閉された空洞部を備える銅製コンテナからなっている。銅製コンテナの内部には、ウイックおよび作動液としての水が、脱ガス処理後に封入されている。２枚の銅板の四周を囲む周辺部は、シーム溶接によって水密に接合されている。一方の板材で他方の板材の周辺部を挟み込んでカシメ等によって機械的に接合してもよい。
【００３６】
ウイックは、例えば、コルゲート状のウイックからなっている。コルゲート状のウイックの上端部および下端部には、切り込み部が形成されている。ウイックの形状はこの形状に限定されることはない。即ち、ウイックは、２枚の銅薄板によって形成されたコンテナ内の作動液の移動を容易にするために、毛管力を高める働きをする、銅板と鋭角を形成する部分が存在する形状が好ましい。更に、コンテナ内の作動液の相変化に伴う圧力変化に対してコンテナの形状を維持できるような、所望の強さを備えていることが好ましい。ウイックは、コンテナの長軸方向および短軸方向の何れの方向に沿った移動ができることが好ましく。ウイックの形状の設定に当たっては、作動液の移動方向の自由を考慮する。
【００３７】
更に、密閉された空洞部を備える内層としての銅薄板材および外層としての別の金属板材の２重構造からなるコンテナと、その内部に収納されるウイックおよび作動液としての水とを備えていてもよい。例えば、銅およびアルミニウムのクラッドを用い、銅が内層に、アルミニウムが外層になるように、２枚のクラッド材を使用して、コンテナ部分を形成する中央部を凸形状に突出させ、平らな周辺部をあわせて、空洞部を形成し、周辺部を水密に接合する。クラッド材でなくても、別々に対応する形状の板材を準備し、銅が内層に、アルミニウムが外層になるように接着材等によって接合して使用してもよい。
【００３８】
なお、放熱フィンは、銅薄板またはアルミニウム薄板で形成されている。その他の熱伝導性に優れた金属製板材で形成されてもよい。必要な放熱面積を得るために放熱フィンを多段、例えば４層に配置してもよい。
【実施例】
【００３９】
図１に示すように、熱の良導体である例えば銅、アルミニウム等の金属より作成された概略長方形の熱導体４は、図示の様に板面が垂直になる様に配置され、下部側には冷却すべき対象である例えば電子機器などの発熱体５が所定数取り付けられて吸熱部を構成し、上部側には放熱フィン６が、図示の様に熱導体４のほぼ全長にわたって取り付けられて放熱部を構成する。この様な熱導体４が複数枚配置（図示一部省略）されて熱導体列を構成しており、この熱導体列の一端側にクロスフローファン７が配置される。クロスフローファン７が送風する冷却風は矢印７ａに示す様に、冷却フィン６に沿って、クロスフローファン７の幅いっぱいにほぼ均一に流れる。
上述したように、例えば電子機器などの発熱体５の発生する熱は、熱導体４に吸熱された後に冷却フィン６からクロスフローファン７の発生する冷却風により持ち去られて除去される。
【００４０】
従来の冷却装置では、例えば電子機器などの発熱体が発生する熱は概略長方形である板状ヒートパイプの長辺側を移動して一端側の放熱フィン１０１ａにまで到達する必要があり、熱の移動距離が大きいためにヒートパイプの様な熱輸送に優れた機構が必要であった。本発明では、例えば電子機器などの発熱体５の発生する熱は熱導体４の下方側から上方側の放熱フィン６までの短い距離を移動するのみであるので、例えば銅やアルミニウムなどの熱の良い導体である金属板を熱導体として使用できる。このためにヒートパイプを使用する場合に較べて大幅なコストダウンをはかることが出来る。
【００４１】
但し、熱導体４の長方形としての長辺が極度に大きく、これに従って冷却フィン６の全長も大きく、クロスフローファン７の冷却風による冷却能率が風上側と風下側とでは有害な差異を生じる場合には、熱導体４の長方形としての長辺方向への熱輸送のために板状ヒートパイプを熱導体４として用いても良い。この場合には、板状ヒートパイプの熱移動能力は、従来の冷却装置に較べて小さくとも良いので、高価な板状ヒートパイプを使用する必要が無く、従来の冷却装置に較べてコストダウンが可能である。
【００４２】
本発明では、冷却風を送るためにクロスフローファンを用いており、送風機自体の発生する騒音が従来の冷却装置に較べて大幅低下するので、静粛な冷却装置とすることが出来るとともに、幅の広い均一な送風が可能であるクロスフローファンの特質からして、複数整列された熱導体４の各々の冷却効率が均一になる特徴がある。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
この発明によると、冷却風の送風方法、及び板状ヒートパイプの形状を工夫して電子機器等の発熱体を均等に冷却することができる冷却装置および冷却方法を提供することができ、産業上利用価値が高い。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、この発明の冷却装置を説明する図である。
【図２】図２は、従来の冷却装置を示す概念図（部分斜視図）である。
【符号の説明】
【００４５】
・  熱導体
５．発熱体
・  熱フィン
・  クロスフローファン
７ａ．風の方向
１０１．熱導体
１０１ａ．冷却フィン
１０２．冷却空洞部
２ａ．送風口
２ｂ．排気口
【図１】
2005276917.tif 000003
【図２】
2005276917.tif 000004