(57)【要約】【課題】冷却風の通路を最適化して、各々の冷却フィンの冷却効率を均一にすることができる冷却装置を提供する。【解決手段】少なくとも１つの面に発熱体が熱的に接続され、長軸方向の一方の端部に放熱部が位置し、垂直に且つ並列して配置される複数の熱導体と、前記熱導体の複数の前記放熱部が収容され、冷却用空気の送風口および排気口を備え、前記発熱体と隔壁によって分離されて形成された空洞部と、前記送風口から前記排気口に向かって空洞部内の上下部を通って循環する冷却用空気通路中に少なくとも主要部が配置され、前記放熱部に熱的に接続される複数の放熱フィンと、前記冷却用空気を送風するファンとを備えた冷却装置。【選択図】図１
2005276918.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、長軸方向の一方の端部に放熱部が位置し、垂直に且つ並列して配置される複数の熱導体と、
前記熱導体の複数の前記放熱部が収容され、冷却用空気の送風口および排気口を備え、前記発熱体と隔壁によって分離されて形成された空洞部と、
前記送風口から前記排気口に向かって空洞部内の上下部を通って循環する冷却用空気通路中に少なくとも主要部が配置され、前記放熱部に熱的に接続される複数の放熱フィンと、
前記冷却用空気を送風するファンとを備えた冷却装置。
【請求項２】
前記放熱フィンの前記主要部が上下に延長して形成された上側延長部および下側延長部からなっており、複数の前記放熱フィンの前記上側延長部と中央部、および、前記下側延長部と中央部がそれぞれ仕切られる仕切板を備えて、前記空洞部の上下部に前記冷却用空気が通過するダクトを形成している、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記仕切板が接触するように隣接する前記熱導体を並列配置して、前記空洞部の上下部に前記冷却用空気が水平方向に導かれるダクトを形成している、請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記送風口および排気口は、前記空洞部の同一側面部に設けられて、水平配置された概ねＵ字形の冷却用空気通路を形成している、請求項１から３の何れか１項に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記放熱部の上下に形成された前記冷却用空気通路内に位置する部分のみに前記放熱フィンが配置されている、請求項１、３、または４に記載の冷却装置。
【請求項６】
放熱部に熱的に接続される概ねコの字形の金属製板材を更に備えており、前記放熱部に垂直部が熱的に接続される前記金属製板材の上下の水平部に、それぞれ前記放熱フィンが設けられている、請求項５に記載の冷却装置。
【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４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４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１０２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。
図５は、発熱体および放熱フィンが取り付けられた従来のヒートパイプを示す図である。図５に示すように、ヒートパイプ１０１の一方端側には両面に発熱体１０４が熱的に接続されている。ヒートパイプの他方端側には両面に放熱フィン１０１ａが固定されている。このように発熱体および放熱フィンが取り付けられたヒートパイプが、その短軸方向が垂直になるように複数個並列配置されて、上述した収容部内に発熱体を接続した部分が収容され、放熱フィンを取り付けた部分が冷却空洞部内に位置している。更に、図５に示すように、放熱フィンは冷却空洞部の中央に位置する部分に配置され、図４を参照して説明したように、冷却用空気が流れる。
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４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】
従って、この発明の目的は、冷却風の通路を最適化して、各々の冷却フィンの冷却効率を均一にすることができる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】
【００１３】
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、発熱体が接続された熱導体の放熱部に取り付けられる放熱フィンを、その主要部が冷却用空気通路中に位置するように配置して、冷却用空気が放熱フィンを通るようにダクトを形成すると、冷却用空気が放熱フィンを通って循環するので、各々の冷却フィンの冷却効率を均一にすることができることが判明した。
【００１４】
即ち、上述したように冷却用空気通路中に放熱フィンを配置して、冷却用空気が放熱フィンを通るようにダクトを形成すると、冷却用空気の送風口に近い放熱フィンは最も強く冷却され、一方、循環して昇温した空気が当る排気口に近い放熱フィンは弱く冷却される。従って、送風口に近い放熱フィンは、上部が強く冷却され、下部は弱く冷却される。送風口に最も遠い放熱フィンは、上部も下部も概ね同じように冷却される。従って、放熱フィンは、概ね均一に冷却される。なお、上述したダクトは、仕切板（遮蔽板）を放熱フィンに取り付けることによって形成することができる。
【００１５】
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、長軸方向の一方の端部に放熱部が位置し、垂直に且つ並列して配置される複数の熱導体と、
前記熱導体の複数の前記放熱部が収容され、冷却用空気の送風口および排気口を備え、前記発熱体と隔壁によって分離されて形成された空洞部と、
前記送風口から前記排気口に向かって空洞部内の上下部を通って循環する冷却用空気通路中に少なくとも主要部が配置され、前記放熱部に熱的に接続される複数の放熱フィンと、
前記冷却用空気を送風するファンとを備えた冷却装置である。
この発明の冷却装置の第２の態様は、前記放熱フィンの前記主要部が上下に延長して形成された上側延長部および下側延長部からなっており、複数の前記放熱フィンの前記上側延長部と中央部、および、前記下側延長部と中央部がそれぞれ仕切られる仕切板を備えて、前記空洞部の上下部に前記冷却用空気が通過するダクトを形成している、冷却装置である。
この発明の冷却装置の第３の態様は、前記仕切板が接触するように隣接する前記熱導体を並列配置して、前記空洞部の上下部に前記冷却用空気が水平方向に導かれるダクトを形成している、冷却装置である。
この発明の冷却装置の第４の態様は、前記送風口および排気口は、前記空洞部の同一側面部に設けられて、水平配置された概ねＵ字形の冷却用空気通路を形成している、冷却装置である。
この発明の冷却装置の第５の態様は、前記放熱部の上下に形成された前記冷却用空気通路内に位置する部分のみに前記放熱フィンが配置されている、冷却装置である。
この発明の冷却装置の第６の態様は、放熱部に熱的に接続される概ねコの字形の金属製板材を更に備えており、前記放熱部に垂直部が熱的に接続される前記金属製板材の上下の水平部に、それぞれ前記放熱フィンが設けられている、冷却装置である。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によると、冷却風の通路を最適化して、各々の冷却フィンの冷却効率を均一にすることができる冷却装置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】
【００１７】
この発明の冷却装置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、長軸方向の一方の端部に放熱部が位置し、垂直に且つ並列して配置される複数の熱導体と、前記熱導体の複数の前記放熱部が収容され、冷却用空気の送風口および排気口を備え、前記発熱体と隔壁によって分離されて形成された空洞部と、前記送風口から前記排気口に向かって空洞部内の上下部を通って循環する冷却用空気通路中に少なくとも主要部が配置され、前記放熱部に熱的に接続される複数の放熱フィンと、前記冷却用空気を送風するファンとを備えた冷却装置である。
放熱フィンの主要部が上下に延長して形成された上側延長部および下側延長部からなっており、複数の放熱フィンの上側延長部と中央部、および、下側延長部と中央部がそれぞれ仕切られる仕切板を備えて、空洞部の上下部に冷却用空気が通過するダクトを形成していてもよい。熱導体はヒートパイプであってもよい。
【００１８】
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。
【００１９】
図１は、この発明の冷却装置において使用される発熱体および放熱フィンを備えた熱導体を示す斜視図である。図１に示す発熱体および放熱フィンを備えた複数の熱導体が並列配置される。熱導体４は、図１に示すように、その短軸が垂直方向に位置するように配置される。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の長軸方向の一端部には放熱部が位置して、放熱フィン６が熱的に接続されている。放熱フィン６は、冷却用空気通路中にその主要部６ｂ、６ｃが位置するように、上側及び下側に延長されている。即ち、上側延長部６ｂが上側の冷却用空気通路の中に配置され、下側延長部６ｃが下側の冷却用空気通路の中に配置されている。上側延長部および下側延長部の大きさは、冷却用空気通路内部に充分に展開されるように設定する。
【００２０】
即ち、この発明の冷却装置においては、熱導体に接続される放熱フィン６の形状が変更されている。図５を参照して説明した従来の冷却装置では、放熱フィンは、上下の冷却用空気通路を開放するように、概ね中央部分にのみ配置されている。従って、水平方向に移動する冷却用空気が直接放熱フィンを通過することはなかった。本発明の冷却装置においては、放熱フィンを上下の冷却用空気通路内に配置して、冷却用空気が直接放熱フィンの主要部分を通過するようにしている。
【００２１】
上述したように、この発明の冷却装置においては、更に、複数の放熱フィンの上側延長部と中央部、および、下側延長部と中央部がそれぞれ仕切られる仕切板を備えて、空洞部の上下部に冷却用空気が通過するダクトを形成している。図１に示すように、放熱フィンの上側延長部６ｂと中央部６ａ、および、下側延長部６ｃと中央部６ａが、例えば、仕切板としての矩形の金属板７によって仕切られている。例えば、放熱フィンの一部に切り欠き部を設け、矩形の金属板７の対応する部分に切り欠き部を設けて、対応部分を組み合わせて形成してもよい。放熱フィンの中央部は、冷却用空気が直接当ることは無く、上下の延長部に熱を伝導する機能をはたす。
【００２２】
図２は、この発明の冷却装置において使用される発熱体および放熱フィンを備えた別の熱導体を示す斜視図である。図２に示す発熱体および放熱フィンを備えた複数の熱導体が並列配置される。熱導体４は、図２に示すように、その短軸が垂直方向に位置するように配置される。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。この態様の熱導体においては、熱導体４の長軸方向の一端部には放熱部が位置して、放熱部の上下に形成された冷却用空気通路内に位置する部分のみに放熱フィンが配置されている。即ち、放熱部に熱的に接続される概ねコの字形の金属製板材を更に備えており、放熱部に垂直部が熱的に接続される金属製板材の上下の水平部に、それぞれ前記放熱フィンが設けられている。
図２に示すように、概ねコの字形の金属製板材９の垂直部９ａが放熱部に熱的に接続され、金属製板材９の上側の水平部９ｂには放熱フィン６−１が設けられ、金属製板材９の下側の水平部９ｃには放熱フィン６−２が設けられる。
上述した上下の水平部にそれぞれ放熱フィンが設けられた概ねコの字形の金属製板材を、熱導体の一方の面にのみ設けても、両面に設けてもよい。何れの場合にも、冷却用空気通路内に放熱フィンの全体が位置するように配置する。この態様においては、上下の水平部がそれぞれ仕切り板の機能を備えており、冷却用空気が通過するダクトが形成される。
この場合においても、隣接する熱導体にそれぞれ接続された放熱フィン群の間を冷却用空気が垂直方向に通過しないように、複数の熱導体が配置されている。
図３は、この発明の冷却装置における風の流れを示す模式断面図である。冷却空洞部は、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。送風口２ａから送り込まれた冷却用空気は、水平方向に進み、放熱フィンの上側延長部を通過して再遠部の空間を垂直方向に進み、方向を変換して水平方向に放熱フィンの下側延長部を通過して、排気口２ｂから放出される。
なお、本発明の冷却装置においては、隣接する熱導体にそれぞれ接続された放熱フィン群の間を冷却用空気が垂直方向に通過しないように、複数の熱導体が配置されている。従って、図４を参照して説明したように、冷却用空気が放熱フィンの間を垂直方向に通過することはない。この発明の冷却装置においては、冷却用空気通路中に放熱フィンを配置して、冷却用空気が放熱フィンを通るようにダクトを形成するので、冷却用空気の送風口に近い放熱フィンは最も強く冷却され、一方、循環して昇温した空気が当る排気口に近い放熱フィンは弱く冷却される。従って、送風口に近い放熱フィンは、上部が強く冷却され、下部は弱く冷却される。送風口に最も遠い放熱フィンは、上部も下部も概ね同じように冷却される。このように、放熱フィンは、概ね均一に冷却される。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
冷却風は送風口２ａから各平面型ヒートパイプの備える冷却フィンの一方の延長部を順次に通過後にＵターン状に向きを変えて冷却フィンの他方の延長部を順次に通過後に排気口２ｂから排出される。
もっとも送風口２ａに近い個所に配置された各平面型ヒートパイプの場合は、一方の冷却フィンの延長部には送風口から進入したばかりの低温の冷却風が当たり、他方の冷却フィンの延長部には他の全ての平面型ヒートパイプの放熱フィンを通過してきた高温の冷却風を当たることになる。もっとも排気口２ｂに近い個所に配置された各平面型ヒートパイプの場合は、冷却フィンの延長部の両方に、他の半数の平面型ヒートパイプの放熱フィンを通過してきた中程度の温度の冷却風が当たることになる。以上により、適当な風量の冷却風を与えることにより、本発明の冷却装置においては、複数配置された平面型ヒートパイプをほぼ均等に冷却することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
この発明によると、冷却風の通路を最適化して、各々の冷却フィンの冷却効率を均一にすることができる冷却装置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】
【００２８】
【図１】図１は、この発明の冷却装置において使用される発熱体および放熱フィンを備えた熱導体を示す斜視図である。
【図２】図２は、この発明の冷却装置において使用される発熱体および放熱フィンを備えた別の熱導体を示す斜視図である。
【図３】図３は、この発明の冷却装置における風の流れを示す模式断面図である。
【図４】図４は、従来の冷却装置を示す概念図（部分斜視図）である。
【図５】図５は、発熱体および放熱フィンが取り付けられた従来のヒートパイプを示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
・  熱導体
５．発熱体
６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６−１、６−２．放熱フィン
７．仕切板
８．冷却用空気
９．コの字形金属板材
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】
2005276918.tif 000003
【図２】
2005276918.tif 000004
【図３】
2005276918.tif 000005
【図４】
2005276918.tif 000006
【図５】
2005276918.tif 000007