JP2005072542A - Cooler of heating element and cooling system using it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子計算機用の集積回路、携帯電話と最寄りの交換局等との間で送受信される信号を処理する送受信モデム、及び携帯電話へ発信する電波を増幅させる送信アンプ等の電気機器を冷却する冷却器、およびこれを用いた冷却システムに適用して有効である。 The present invention relates to an electronic circuit such as an integrated circuit for an electronic computer, a transmission / reception modem for processing a signal transmitted / received between a mobile phone and the nearest exchange, and a transmission amplifier for amplifying a radio wave transmitted to the mobile phone. It is effective when applied to a cooler for cooling and a cooling system using the same.
携帯電話基地局内の送受信モデムや送信アンプ等の発熱体の冷却するに当たって、従来は、表面に凹凸が形成されたヒートシンクの裏面側に発熱体を接触させることにより、発熱体の熱をヒートシンクに伝達し、その伝達された熱をヒートシンクから携帯電話基地局内の空気中に放熱している。 When cooling a heating element such as a transmission / reception modem or a transmission amplifier in a mobile phone base station, conventionally, the heating element is transferred to the heat sink by bringing the heating element into contact with the back side of the heat sink with irregularities formed on the surface. The transmitted heat is radiated from the heat sink to the air in the mobile phone base station.
そして、携帯電話基地局内の空気中に放熱された熱は、蒸気圧縮式冷凍機等の冷凍機にて携帯電話基地局外に放出されていた。 And the heat dissipated in the air in the mobile phone base station was released to the outside of the mobile phone base station by a refrigerator such as a vapor compression refrigerator.
ところで、ヒートシンクの放熱能力は、放熱面積の大きさ、つまりヒートシンクの大きさが大きくなるほど大きくなるので、通常、比較的に大きなヒートシンクが用いられる。一方、電子計算機用集積回路等の発熱体はヒートシンクに比べて小さいので、ヒートシンクの大きさは、発熱体とヒートシンクとの接触面積に比べて十分に大きい。 By the way, since the heat dissipation capability of the heat sink increases as the size of the heat dissipation area, that is, the size of the heat sink increases, normally, a relatively large heat sink is used. On the other hand, since a heating element such as an integrated circuit for an electronic computer is smaller than a heat sink, the size of the heat sink is sufficiently larger than the contact area between the heating element and the heat sink.
このため、図１７に示すように、ヒートシンク５において、発熱体との接触部分とこの接触部分から離れた部位とで温度が大きく相違してしまうので、接触部分から離れた部位では、冷却用空気（この場合は、携帯電話基地局内の空気）との温度差が小さくなってしまい、接触部分から離れた部位では十分な放熱量を得ることができない。
For this reason, as shown in FIG. 17, in the
したがって、ヒートシンクの放熱能力は、ヒートシンクの大きさに比例して増大せず、ある大きさから殆ど放熱能力が増大しなくなる。 Therefore, the heat dissipation capability of the heat sink does not increase in proportion to the size of the heat sink, and the heat dissipation capability hardly increases from a certain size.
これに対して、ヒートシンクの断面積を増大させてヒートシンク内を伝わる熱量を増大させる、又は熱伝導率の高い材料を用いる等の手段が考えられるが、この手段では、ヒートシンクの大型化および製造原価上昇を招いてしまう。 On the other hand, it is conceivable to increase the amount of heat transmitted through the heat sink by increasing the cross-sectional area of the heat sink, or to use a material having high thermal conductivity. Invite to rise.
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な発熱体の冷却器を提供し、第２には、ヒートシンクの放熱能力を向上させることを目的とする。 In view of the above points, the present invention firstly provides a novel cooler for a heating element different from the conventional one, and secondly, it aims to improve the heat dissipation capability of the heat sink.
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、発熱体（３）を冷却する発熱体の冷却器であって、発熱体（３）から回収した熱を放熱するヒートシンク（５）と、発熱体（３）から回収した熱をヒートシンク（５）に略全域に拡散させながらヒートシンク（５）に伝達する熱拡散手段（６）とを有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a heat generator cooler for cooling the heat generating element (3) according to the first aspect of the present invention, wherein the heat recovered from the heat generating element (3) is dissipated. A heat sink (5) and heat diffusion means (6) for transferring the heat recovered from the heating element (3) to the heat sink (5) while diffusing the heat sink (5) over substantially the entire area are provided.
これにより、ヒートシンク（５）全体が略同一温度とすることが可能となる。したがって、ヒートシンク（５）の部位によらず、ヒートシンク（５）とヒートシンク（５）周りとの温度差が略均一となるので、ヒートシンク（５）全体で効率よく放熱することができる。 As a result, the entire heat sink (5) can be brought to substantially the same temperature. Therefore, the temperature difference between the heat sink (5) and the periphery of the heat sink (5) becomes substantially uniform regardless of the location of the heat sink (5), so that the heat sink (5) can be efficiently dissipated.
延いては、ヒートシンク（５）の断面積を増大させてヒートシンク（５）内を伝わる熱量を増大させる等の手段を講じることなく、ヒートシンク（５）の放熱能力を向上させることができる。 As a result, the heat dissipation capability of the heat sink (5) can be improved without taking measures such as increasing the cross-sectional area of the heat sink (5) to increase the amount of heat transmitted through the heat sink (5).
請求項２に記載の発明では、熱拡散手段（６）は、隣り合う流路（６ｂ）において流体を対向振動させることにより隣り合う流路（６ｂ）間で熱交換し、熱を高温側から低温側に輸送する対向振動流型熱輸送装置にて構成されていることを特徴とする。
In the invention according to
そして、対向振動流型熱輸送装置は、沸騰式熱拡散手段と異なり、冷媒の相変化を利用しないので、発熱体（３）の接触位置（固定位置）によらず、集熱効果は略一定である。 Unlike the boiling heat diffusing means, the opposed oscillating flow type heat transport device does not use the phase change of the refrigerant, so the heat collecting effect is substantially constant regardless of the contact position (fixed position) of the heating element (3). It is.
つまり沸騰式熱拡散手段では、周知のごとく、冷媒の相変化、つまり沸騰に伴う蒸発を利用して発熱体から吸熱し、蒸発して密度が低下した気相冷媒と放熱して凝縮した液相冷媒との密度差を利用して冷媒を自然対流させながら熱を拡散させるので、沸騰式熱拡散手段に対する発熱体の取り付け位置によって、発熱体の熱が液相冷媒に与えられる場合と既に蒸発した気相冷媒に与えられる場合が発生する。 That is, in the boiling type heat diffusion means, as is well known, the phase change of the refrigerant, that is, evaporation accompanying boiling, absorbs heat from the heating element, dissipates the vapor phase refrigerant whose density is reduced by evaporation, and releases the condensed liquid phase. Since the heat is diffused while making natural convection of the refrigerant using the density difference with the refrigerant, the heat of the heating element is already evaporated from the case where the heat of the heating element is given to the liquid phase refrigerant depending on the attachment position of the heating element to the boiling heat diffusion means The case where it is given to a gas phase refrigerant occurs.
このとき、発熱体が既に蒸発した気相冷媒と熱交換せざるを得ない位置に配置されると、冷媒は発熱体から熱を蒸発潜熱として吸熱することができず、単に気相冷媒の冷媒過熱度を上昇させる顕熱として吸熱されるので、効率よく発熱体の熱を吸熱することができない。 At this time, if the heating element is arranged at a position where heat exchange with the vaporized refrigerant that has already evaporated is necessary, the refrigerant cannot absorb heat from the heating element as latent heat of vaporization. Since heat is absorbed as sensible heat that increases the degree of superheat, the heat of the heating element cannot be absorbed efficiently.
これ対して、本発明では熱拡散手段（６）として、対向振動流型熱輸送装置を採用しており、この対向振動流型熱輸送装置は、相変化をさせずに熱を拡散させるので、その吸熱および熱拡散能力は、発熱体（３）をの取り付け位置や冷却器の取付姿勢の影響を殆ど受けない。 On the other hand, in the present invention, the counter oscillating flow type heat transport device is adopted as the heat diffusion means (6), and this counter oscillating flow type heat transport device diffuses heat without causing a phase change. The heat absorption and heat diffusing capacity is hardly affected by the mounting position of the heating element (3) and the mounting posture of the cooler.
したがって、熱拡散手段（６）として対向振動流型熱輸送装置を採用すれば、発熱体（３）の接触位置（固定位置）によらず、集熱効果は略一定であり、安定的に発熱体（３）の熱をヒートシンク（５）全体に拡散させてヒートシンク（５）の放熱能力を高めることができる。 Therefore, if the counter oscillating flow type heat transport device is employed as the heat diffusing means (6), the heat collecting effect is substantially constant regardless of the contact position (fixed position) of the heating element (3), and the heat generation is stable. The heat of the body (3) can be diffused throughout the heat sink (5) to increase the heat dissipation capability of the heat sink (5).
請求項３に記載の発明では、発熱体（３）から熱を回収して熱拡散手段（６）に伝達する集熱器（８）を有すること特徴とする。
The invention according to
これにより、発熱体（３）で発生した熱を効率よく熱拡散手段（６）に輸送できるので、発熱体（３）を効率よく冷却することができる。 Thereby, since the heat generated in the heating element (3) can be efficiently transported to the thermal diffusion means (6), the heating element (3) can be efficiently cooled.
請求項４に記載の発明では、集熱器（８）は、発熱体（３）の熱にて冷媒を沸騰させて発熱体（３）から熱を回収する沸騰式熱輸送装置にて構成されていることを特徴とするものである。 In the invention according to claim 4, the heat collector (8) is constituted by a boiling heat transport device that recovers heat from the heating element (3) by boiling the refrigerant by the heat of the heating element (3). It is characterized by that.
請求項５に記載の発明では、熱拡散手段（６）により、発熱体（３）を収納する筐体が構成されていることを特徴とす。
The invention according to
これにより、発熱体（３）が冷却用の外気をなす筐体外の空気より温度の高い部材、つまり熱拡散手段（６）により囲まれた状態となるので、発熱体（３）の雰囲気、つまり筐体内の空気が外気により加熱されてしまうことを抑制できる。 As a result, the heating element (3) is surrounded by a member having a higher temperature than the air outside the casing that forms the outside air for cooling, that is, the heat diffusing means (6). It can suppress that the air in a housing | casing will be heated by external air.
したがって、外気および外気の熱を遮断しながら、筐体全体から外気中に放熱することができるので、効率よく発熱体（３）を冷却しつつ、発熱体（３）を外気中の塵埃等から保護することができる。 Accordingly, heat can be radiated from the entire housing to the outside air while blocking the outside air and the heat of the outside air, so that the heating element (3) can be efficiently removed from the dust in the outside air while cooling the heating element (3) efficiently. Can be protected.
請求項６に記載の発明では、発熱体（３）は、ネジ（３ｂ）にて熱拡散手段（６）に固定されていることを特徴とする。
The invention according to
これにより、発熱体（３）を確実に熱拡散手段（６）に密着固定できるので、発熱体（３）と熱拡散手段（６）との間の熱抵抗を低減することができ得る。 Thereby, since the heat generating body (3) can be securely adhered and fixed to the heat diffusing means (6), the thermal resistance between the heat generating body (3) and the heat diffusing means (6) can be reduced.
請求項７に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の発熱体の冷却器にて筐体（１）内に収納された発熱体（３）を冷却する冷却システムであって、ヒートシンク（５）にて加熱された筐体（１）内の空気と筐体（１）外の空気とを熱交換する熱交換ユニット（４ａ、４ｂ、４ｃ）を有することを発熱体の冷却システム。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a cooling system that cools the heating element (3) housed in the housing (1) with the heating element cooler according to any one of the first to sixth aspects. And a heating element having a heat exchange unit (4a, 4b, 4c) for exchanging heat between the air inside the casing (1) heated by the heat sink (5) and the air outside the casing (1). Cooling system.
これにより、請求項１ないし６のいずれか１に記載の発明と同様に、発熱体（３）を効率よく冷却することができる。
Thereby, like the invention of any one of
請求項８に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の発熱体の冷却器にて筐体（１）内に収納された発熱体（３）を冷却する冷却システムであって、ヒートシンク（５）にて加熱された筐体（１）内の空気から吸熱して、その吸熱した熱を筐体（１）外に放熱する冷凍機（１０）を有することを発熱体の冷却システム。 According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a cooling system that cools the heating element (3) housed in the housing (1) with the heating element cooler according to any one of the first to sixth aspects. The heating element has a refrigerator (10) that absorbs heat from the air in the casing (1) heated by the heat sink (5) and dissipates the absorbed heat to the outside of the casing (1). Cooling system.
これにより、請求項１ないし６のいずれか１に記載の発明と同様に、発熱体（３）を効率よく冷却することができる。
Thereby, like the invention of any one of
請求項９に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の発熱体の冷却器にて筐体（１）内に収納された発熱体（３）を冷却する冷却システムであって、ヒートシンク（５）にて加熱された筐体（１）内外を換気する換気装置（９）を有することを発熱体の冷却システム。 According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a cooling system that cools the heating element (3) housed in the housing (1) by the cooling device for the heating element according to any one of the first to sixth aspects. A heating system cooling system comprising a ventilator (9) for ventilating the inside and outside of the casing (1) heated by the heat sink (5).
これにより、請求項１ないし６のいずれか１に記載の発明と同様に、発熱体（３）を効率よく冷却することができる。
Thereby, like the invention of any one of
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 Incidentally, the reference numerals in parentheses of each means described above are an example showing the correspondence with the specific means described in the embodiments described later.
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る発熱体の冷却器を携帯電話基地局１内の電子機器や電気機器等の冷却に適用したものであり、図１は本実施形態に係る冷却システムの模式図であり、図２は図１のＡ部拡大図であり、図３は図１のＡ部の拡大斜視図である。
(First embodiment)
In this embodiment, the cooler for a heating element according to the present invention is applied to cooling an electronic device, an electric device or the like in the mobile
携帯電話基地局１内には、図１に示すように、商用電源等の電源から供給される電力を整流する整流器（図示せず。）、携帯電話と最寄りの交換局等との間で送受信される信号を処理する送受信モデム等からなる無線機２、及び携帯電話へ発信する電波を増幅させる送信アンプ等の発熱素子３が収容されている。
In the mobile
なお、整流器は、無線機２や発熱素子３等の通信機器に直流電力を供給するものであり、携帯電話基地局１は、断熱性の高い密閉空間を構成するもので、外部から携帯電話基地局１内に熱が進入することが抑制されている。
The rectifier supplies DC power to communication devices such as the
そして、本実施形態では、携帯電話基地局１が特許請求の範囲に記載された「筐体」に相当する。
In this embodiment, the mobile
そして、発熱素子３等の携帯電話基地局１内の発熱体は、携帯電話基地局１内の空気（室内空気）の温度を調節することにより、その温度が適正温度となるように冷却されており、本実施形態では、室内空気の温度を調節（冷却）する冷却手段として、携帯電話基地局１内の空気と携帯電話基地局１外の空気とを熱交換する熱交換器４ａ、この熱交換器４ａに携帯電話基地局１内の空気を送風する室内送風機４ｂ、および熱交換器４ａに携帯電話基地局１外の空気を送風する室内送風機４ｃ等からなる熱交換ユニットにて構成されている。
Then, the heating element in the mobile
なお、熱交換ユニット、つまり室内送風機４ｂおよび室内送風機４ｃは、図示しない電子制御装置（ＥＣＵ）にて制御されている。
The heat exchange unit, that is, the
因みに、空気の出入口４ｄには、鎧窓状のルーバ又は略格子状のフィルタが設けられている。
Incidentally, the air inlet /
次に、本実施形態の要部をなす発熱体の冷却器を図２および図３を用いて説明する。 Next, a cooler for a heating element, which is a main part of the present embodiment, will be described with reference to FIGS.
ヒートシンク５は、発熱素子３から回収した熱を冷却用流体、つまり携帯電話基地局１内の空気中に放熱する放熱器であり、このヒートシンク５は、図３に示すように、略矩形状のシンクプレート５ａ、および発熱素子３と反対側の面に設けられた放熱フィン５ｂをなす帯板状の突起部を有するものである。
The
なお、本実施形態では、シンクプレート５ａおよび放熱フィン５ｂをアルミニウムや銅等の熱伝導率の高い金属製とするとともに、シンクプレート５ａと放熱フィン５ｂとをろう接にて一体化している。
In the present embodiment, the
ここで、「ろう接」とは、例えば「接続・接合技術」（東京電機大学出版局）に記載されているように、ろう材やはんだを用いて母材を溶融させないように接合する技術を言う。因みに、融点が４５０℃以上の溶加材を用いて接合するときをろう付けと言い、その際の溶加材をろう材と呼び、融点が４５０℃以下の溶加材を用いて接合するときをはんだ付けと言い、その際の溶加材をはんだと呼ぶ。 Here, “brazing” is a technique for joining so as not to melt the base material using brazing material or solder, as described in “connection / joining technology” (Tokyo Denki University Press). say. Incidentally, when joining using a filler material having a melting point of 450 ° C. or higher is called brazing, the filler material at that time is called brazing material, and when joining using a filler material having a melting point of 450 ° C. or less. Is called soldering, and the filler material at that time is called solder.
また、対向振動流型熱輸送装置６は、発熱素子３から回収した熱をヒートシンク５に略全域に拡散させながらヒートシンク５に伝達する熱拡散手段であり、その構造および作動原理は、特開２００２−３６４９９１号公報に記載の対向振動流型熱輸送装置６と略同等である。
Further, the counter oscillating flow type
以下、対向振動流型熱輸送装置６について、図２、図３および図４を用いて述べる。なお、図４は熱輸送デバイス本体６ａの断面図である。
Hereinafter, the counter oscillating flow type
熱輸送デバイス本体６ａは、図４に示すように、蛇行した流路６ｂ内に流体が充填された略帯板状のもので、その表面のうち長手方向略中央部に発熱素子３が取付プレート３ａ（図２参照）を介して熱輸送デバイス本体６ａに固定されている。
As shown in FIG. 4, the heat
ここで、熱輸送デバイス本体６ａ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６ｃの長手方向両端側をプレート６ｄ、６ｅにて閉塞することにより蛇行した流路６ｂを構成したものであり、本実施形態では、紙面左側のプレート６ｅに、後述する振動装置６ｇ（図３参照）と熱輸送デバイス本体６ａとを接続するための接続パイプ部６ｆが接合されている。
Here, the heat
因みに、流路６ｂ内に充填される流体として、本実施形態では水を採用しているが、粘度を低下させる添加剤を混合した水等を採用してもよいことは言うまでもない。
Incidentally, although water is adopted as the fluid filled in the
また、発熱素子３と取付プレート３ａとは、発熱素子３の製造段階において一体化されており、発熱素子３は、図２に示すように、Ｐネジ３ｂにて熱輸送デバイス本体６ａに密着固定されている。
Further, the
そして、発熱素子３はリード線３ｃを介して電気回路基板７に設けられた電気回路と電気的に接続されており、電気回路基板７は樹脂等の断熱性に優れた材質からなるスペーサ７ａを介してＰネジ７ｂにて熱輸送デバイス本体６ａに固定されている。
The
振動装置６ｇ（図３参照）は、熱輸送デバイス本体６ａ内の流体を振動させるポンプ手段であり、この振動装置６ｇは、例えば電磁力により変位する可動子と流体を振動させるピストンとが一体化されたプランジャを往復動さることにより流体を振動させるものである。なお、この振動装置６ｇの作動は、電子制御装置にて制御される。
The
また、熱輸送デバイス本体６ａのうち発熱素子３が組み付けられた面と反対側の面には放熱フィン５ｂがろう接等にて接合され、熱輸送デバイス本体６ａの幅方向端部には、シンクプレート５ａがろう接等にて接合されている。
In addition,
次に、本実施形態に係る発熱体の冷却器および冷却システムの作動を述べる。 Next, the operation of the heat generator cooler and the cooling system according to this embodiment will be described.
対向振動流型熱輸送装置６とは、振動流による拡散促進効果（特開２００２−３６４９９１号公報等参照）を利用したもので、その原理は以下のようなものである。
The counter oscillating flow type
すなわち、図５に示すように、円管内に液体があり、温度に分布がある場合を考える。いま、簡単のために、液体の振動は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。 That is, as shown in FIG. 5, consider the case where there is a liquid in the circular tube and the temperature is distributed. Now, for the sake of simplicity, let us consider a rectangular wave vibration in which the liquid vibration stays at the H point for a half cycle, immediately moves to the L point, stays there for a half cycle, and then immediately returns to the H point.
振動がない場合にＣ点にいる液体部分（これを要素と呼ぶ。）を考えると、この要素が振動によりＨ点に移動すると、Ｈ点での円管壁の温度は要素より高いので、要素は壁から熱をもらう。要素が振動によりＬ点に移動すると、Ｌ点での壁の温度は要素より低いので要素は壁に熱を吐き出す。 Considering the liquid portion at point C when there is no vibration (this is called an element), when this element moves to point H due to vibration, the temperature of the circular tube wall at point H is higher than the element. Gets heat from the wall. When the element moves to the point L due to vibration, the temperature of the wall at the point L is lower than the element, so the element exhales heat to the wall.
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、振幅や周期の増加とともに増えることになる。 In other words, the heat has moved from the H point to the L point like a “flying fly” by one vibration. Such “flying” does not occur when there is no vibration, but is additionally caused by vibration. Therefore, if the frequency increases, the number of “flying jumps” that occur per unit time increases, and if the amplitude increases, the “flying jump” distance increases. It will increase with the increase.
したがって、振動装置６ｇにより流路６ｂ（熱輸送デバイス本体６ａ）内の流体を振動させると、隣り合う流路６ｂに存在する流体間で熱交換され、熱輸送デバイス本体６ａの長手方向略中央部に配置された発熱素子３の熱が熱輸送デバイス本体６ａの幅方向端部側、つまりシンクプレート５ａ側、および熱輸送デバイス本体６ａの長手方向端部側に向かって輸送され、熱輸送デバイス本体６ａ全体に広がる。
Therefore, when the fluid in the
そして、熱輸送デバイス本体６ａ全体に広がった熱は、ヒートシンク５および熱輸送デバイス本体６ａに接合された放熱フィン５ｂを介して携帯電話基地局１内の空気中に放出される。
The heat spread over the entire heat
なお、携帯電話基地局１内に空気中に放熱された熱は、熱交換ユニット、つまり熱交換器４ａを介して携帯電話基地局１外に放熱される。
The heat radiated into the air in the mobile
次に、本実施形態の特徴を述べる。 Next, features of the present embodiment will be described.
本実施形態では、熱拡散手段をなす対向振動流型熱輸送装置６にて発熱素子３で発生した熱を、ヒートシンク５全体に拡散させているので、図６に示すように、ヒートシンク５全体が略同一温度となる。
In the present embodiment, since the heat generated by the
したがって、ヒートシンク５の部位によらず、携帯電話基地局１内空気との温度差が略均一となるので、ヒートシンク５全体で効率よく放熱することができる。延いては、ヒートシンク５の断面積を増大させてヒートシンク５内を伝わる熱量を増大させる等の手段を講じることなく、図７に示すように、ヒートシンク５の放熱能力を向上させることができる。
Therefore, the temperature difference with the air in the mobile
また、仮に、発熱素子３の温度を従来と同等とすれば、冷却風量を低減できるので、低騒音化、消費電力低減が可能となる。
Further, if the temperature of the
また、発熱素子３は、一般的に温度が低いほど出力効率が向上することから、携帯電話基地局１内の空気と携帯電話基地局１外の空気との熱交換能力を従来と同等とすれば、図８に示すように、携帯電話基地局１内空気の温度を約２０℃低下させたときに、従来に比べて発熱素子３の出力効率を約０．５％向上させることできる。
In addition, since the
また、本実施形態において、熱拡散手段を構成する対向振動流型熱輸送装置６は、沸騰式熱拡散手段と異なり、冷媒の相変化を利用しないので、熱輸送デバイス本体６ａに対する発熱素子３の接触位置（固定位置）によらず、集熱効果は略一定である。
In the present embodiment, unlike the boiling heat diffusing unit, the counter oscillating flow type
つまり沸騰式熱拡散手段では、周知のごとく、冷媒の相変化、つまり沸騰に伴う蒸発を利用して発熱体から吸熱し、蒸発して密度が低下した気相冷媒と放熱して凝縮した液相冷媒との密度差を利用して冷媒を自然対流させながら熱を拡散させるので、沸騰式熱拡散手段に対する発熱体の取り付け位置によって、発熱体の熱が液相冷媒に与えられる場合と既に蒸発した気相冷媒に与えられる場合が発生する。 That is, in the boiling type heat diffusion means, as is well known, the phase change of the refrigerant, that is, evaporation accompanying boiling, absorbs heat from the heating element, dissipates the vapor phase refrigerant whose density is reduced by evaporation, and releases the condensed liquid phase. Since the heat is diffused while making natural convection of the refrigerant using the density difference with the refrigerant, the heat of the heating element is already evaporated from the case where the heat of the heating element is given to the liquid phase refrigerant depending on the attachment position of the heating element to the boiling heat diffusion means The case where it is given to a gas phase refrigerant occurs.
このとき、発熱体が既に蒸発した気相冷媒と熱交換せざるを得ない位置に配置されると、冷媒は発熱体から熱を蒸発潜熱として吸熱することができず、単に気相冷媒の冷媒過熱度を上昇させる顕熱として吸熱されるので、効率よく発熱体の熱を吸熱することができない。 At this time, if the heating element is arranged at a position where heat exchange with the vaporized refrigerant that has already evaporated is necessary, the refrigerant cannot absorb heat from the heating element as latent heat of vaporization. Since heat is absorbed as sensible heat that increases the degree of superheat, the heat of the heating element cannot be absorbed efficiently.
これ対して、本実施形態では熱拡散手段として、対向振動流型熱輸送装置６を採用しており、この対向振動流型熱輸送装置６は、上述の作動説明からも明らかなように、流体を相変化をさせずに熱を拡散させるので、その吸熱および熱拡散能力は、発熱体をなす発熱素子３の取り付け位置や冷却器の取付姿勢の影響を殆ど受けない。
On the other hand, in this embodiment, the counter oscillating flow type
したがって、熱輸送デバイス本体６ａに対する発熱素子３の接触位置（固定位置）によらず、集熱効果は略一定であり、安定的に発熱素子３の熱をヒートシンク５全体に拡散させてヒートシンク５の放熱能力を高めることができる。
Therefore, the heat collection effect is substantially constant regardless of the contact position (fixed position) of the
また、冷却水を循環させて発熱素子３等を冷却する、いわゆる循環水冷式と比べ、新たな放熱機能や配管設備等を必要としないので、既設の冷却システムへの適用が容易であり、安価なシステム構築が可能となる。
In addition, compared to the so-called circulating water cooling system that circulates cooling water to cool the
また、振動装置６ｇの振動周波数および振幅等を制御することにより、発熱素子３の温度を容易に制御することが可能となるので、発熱素子３の内部配線の熱ひずみによる発熱素子３の破壊または劣化を未然に防止でき得る。
Further, since the temperature of the
また、ヒートシンク５の大型化を招くことなく放熱能力を向上させることができるとともに、発熱素子３の温度を容易に制御することが可能となるので、一枚の基板上に複数の発熱素子３を実装した携帯電話基地局１にも十分に対応することができる。
In addition, the heat dissipation capability can be improved without increasing the size of the
（第２実施形態）
発熱素子３を熱輸送デバイス本体６ａに直接接触させて固定したが、本実施形態は、図９に示すように、発熱素子３から熱を回収して対向振動流型熱輸送装置６に伝達する集熱器８を設けたものである。
(Second Embodiment)
Although the
そして、本実施形態では、集熱器８として、沸騰式集熱器を採用している。ここで、沸騰式集熱器とは、周知のごとく、冷媒の相変化、つまり沸騰に伴う蒸発を利用して発熱体から吸熱し、蒸発して密度が低下した気相冷媒と熱輸送デバイス本体６ａ等の放熱対象に放熱して凝縮した液相冷媒との密度差を利用して冷媒を自然対流させながら熱を回収するものである。
In the present embodiment, a boiling heat collector is employed as the
なお、本実施形態では、シリコーングリース等の高い熱伝導率を有するペースト状の熱伝導パッド８ａを集熱器８と熱輸送デバイス本体６ａとの間に介在させており、この熱伝導パッド８ａは、集熱器８と熱輸送デバイス本体６ａとの間に、熱抵抗となる空気（気泡）を排除するためのものである。
In the present embodiment, a paste-like heat
これにより、発熱素子３で発生した熱を効率よく熱輸送デバイス本体６ａに輸送できるので、発熱素子３を効率よく冷却することができる。
Thereby, since the heat generated in the
（第３実施形態）
上述の実施形態では、携帯電話基地局１内の空気と携帯電話基地局１外の空気とを熱交換する熱交換ユニットにて、発熱素子３等から携帯電話基地局１内の空気中に放出された熱を携帯電話基地局１外に放出していたが、本実施形態は、図１０に示すように、発熱素子３等から携帯電話基地局１内の空気中に放出された熱を、携帯電話基地局１内外を換気する換気装置をなす換気扇９にて携帯電話基地局１外に放出するものである。
(Third embodiment)
In the above-described embodiment, the heat exchange unit that exchanges heat between the air inside the mobile
なお、本実施形態では、換気扇９を携帯電話基地局１内上方側に配置するとともに、携帯電話基地局１の一方側の側面に吸気口９ａを設け、携帯電話基地局１の他方側の側面に排気口９ｂを設けたものであり、換気扇９の作動は電子制御装置により制御されている。
In the present embodiment, the ventilation fan 9 is disposed on the upper side in the mobile
因みに、本実施形態では、吸気口９ａに鎧窓状のルーバを設けて、吸気口９ａから雨水等が携帯電話基地局１内に流入することを抑制している。
Incidentally, in the present embodiment, an armor window-like louver is provided at the
（第４実施形態）
第１、２実施形態では、携帯電話基地局１内の空気と携帯電話基地局１外の空気とを熱交換する熱交換ユニットにて、発熱素子３等から携帯電話基地局１内の空気中に放出された熱を携帯電話基地局１外に放出していたが、本実施形態は、図１１に示すように、冷凍機１０にて発熱素子３等から携帯電話基地局１内の空気中に放出された熱を携帯電話基地局１外に放出するものである。
(Fourth embodiment)
In the first and second embodiments, in the heat exchange unit for exchanging heat between the air in the mobile
なお、本実施形態では、冷凍機１０として、冷媒を吸入圧縮する圧縮機１０ａ、圧縮機１０ａから吐出した高温・高圧冷媒の熱を放熱する放熱器１０ｂ、放熱器１０ｂから流出した冷媒を減圧する減圧器（図示せず。）、および減圧された低圧冷媒を蒸発させる蒸発器１０ｃ等からなる蒸気圧縮式冷凍機を採用している。
In this embodiment, as the
そして、室内送風機１０ｄにて携帯電話基地局１内の空気を蒸発器１０ｃに送風して、この送風された空気から吸熱して冷媒を蒸発させる。
Then, the air in the mobile
一方、室外送風機１０ｅにて携帯電話基地局１外の空気を放熱器１０ｂに送風して放熱器１０ｂにて携帯電話基地局１内の空気から吸熱した空気を携帯電話基地局１外の空気中に放熱する。
On the other hand, air outside the cellular
また、携帯電話基地局１外の空気を取り込む空気入口１０ｆには、鎧窓状のルーバ又は略格子状のフィルタが設けられ、放熱器１０ｂにて熱交換を終えた空気を放出する空気出口１０ｇには、吹出空気を所定の方向に案内する鎧窓状の案内ガイドが設けられている。
The air inlet 10f that takes in air outside the mobile
また、圧縮機１０ａ、室内送風機１０ｄおよび室外送風機１０ｅの作動は、電子制御装置にて制御されている。
The operations of the
なお、ヒートシンク５での放熱能力が向上しているので、圧縮機１０ａ、室内送風機１０ｄおよび室外送風機１０ｅの稼働率を低下させることができ得るので、消費電力（消費動力）の低減および騒音の低減をすることができる。
In addition, since the heat dissipation capability in the
（第５実施形態）
上述の実施形態では、発熱素子３が取付プレート３ａを介して熱輸送デバイス本体６ａに固定されていたが、本実施形態は、図１２および図１３に示すように、発熱素子３に一体成形された金属プレート３ｃを介して熱輸送デバイス本体６ａに固定するものである。
(Fifth embodiment)
In the above embodiment, the
なお、金属プレート３ｃは、Ｐネジ３ｂにて熱輸送デバイス本体６ａに固定される。
The
また、本実施形態では、熱輸送デバイス本体６ａによって、発熱素子３を収納する筐体が構成されている。
In the present embodiment, the heat
このため、本実施形態では、発熱素子３が冷却用の外気をなす筐体外の空気より温度の高い部材、つまり対向振動流型熱輸送装置６の熱輸送デバイス本体６ａにより囲まれた状態となるので、発熱素子３の雰囲気、つまり筐体内の空気が外気により加熱されてしまうことを抑制できる。
For this reason, in the present embodiment, the
したがって、外気および外気の熱を遮断しながら、筐体全体から外気中に放熱することができるので、効率よく発熱素子３を冷却しつつ、発熱素子３を外気中の塵埃等から保護することができる。
Therefore, heat can be radiated from the entire housing to the outside air while shutting off the outside air and the heat of the outside air. Therefore, the
（第６実施形態）
本実施形態は、図１４に示すように、熱輸送デバイス本体６ａに接合された放熱フィン５ｂに直接的に冷却風（携帯電話基地局１外の空気）を送風するものである。
(Sixth embodiment)
In the present embodiment, as shown in FIG. 14, cooling air (air outside the mobile phone base station 1) is blown directly to the
なお、冷却風の取入口１ａは、携帯電話基地局（筐体）１の下方側に設けられ、熱交換を終えた冷却風の排出口１ｂは、携帯電話基地局（筐体）１の上方側に設けられている。
The cooling
（第７実施形態）
本実施形態は、第２実施形態と同様に、沸騰式集熱器またはヒートパイプ等の集熱器８を介して発熱素子３の熱を熱輸送デバイス本体６ａに伝えるものである。
(Seventh embodiment)
In the present embodiment, similar to the second embodiment, the heat of the
そしてさらに、本実施形態では、図１５および図１６に示すように、熱輸送デバイス本体６ａによって、発熱素子３を収納する筐体を構成して、ヒートシンク５の放熱面を第２実施形態より拡大している。
Furthermore, in this embodiment, as shown in FIGS. 15 and 16, the heat
なお、ドア１１は、発熱素子３を収納する筐体の開口部を開閉するドア手段である。
The
（その他の実施形態）
第１実施形態では、発熱素子３を熱輸送デバイス本体６ａに直接接触させて固定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、熱伝導パッド等を介して間接的に発熱素子３を熱輸送デバイス本体６ａに接触させて固定してもよい。
(Other embodiments)
In the first embodiment, the
また、上述の実施形態では、シンクプレート５ａと放熱フィン５ｂとをろう接に一体化したが、本発明はこれに限定されるものではない。
In the above-described embodiment, the
また、本発明の適用は、携帯電話基地局１用の冷却システムに限定されるものではなく、例えばパーソナルコンピュータ、サーバ、電気ボックス、ビデオゲーム、ワークステーションおよびメインフレーム等にも適用できる。
Further, the application of the present invention is not limited to the cooling system for the mobile
また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。 Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment as long as it matches the gist of the invention described in the claims.
３…発熱素子、５…ヒートシンク、５ａ…シンクプレート、
５ｂ…放熱フィン、６…対向振動流型熱輸送装置、
６ａ…熱輸送デバイス本体、６ｇ…振動装置。
3 ... heating element, 5 ... heat sink, 5a ... sink plate,
5b ... Radiating fins, 6 ... Opposite oscillatory flow type heat transport device,
6a: heat transport device body, 6g: vibration device.
Claims (9)
前記発熱体（３）から回収した熱を放熱するヒートシンク（５）と、
前記発熱体（３）から回収した熱を前記ヒートシンク（５）に略全域に拡散させながら前記ヒートシンク（５）に伝達する熱拡散手段（６）とを有することを特徴とする発熱体の冷却器。 A heat generator cooler for cooling the heat generator (3),
A heat sink (5) for dissipating heat recovered from the heating element (3);
And a heat diffusing unit (6) for transferring the heat recovered from the heat generating body (3) to the heat sink (5) while diffusing the heat to the heat sink (5) over substantially the entire area. .
前記ヒートシンク（５）にて加熱された前記筐体（１）内の空気と前記筐体（１）外の空気とを熱交換する熱交換ユニット（４ａ、４ｂ、４ｃ）を有することを発熱体の冷却システム。 A cooling system for cooling the heating element (3) housed in the housing (1) with the cooler of the heating element according to any one of claims 1 to 6,
A heating element having a heat exchange unit (4a, 4b, 4c) for exchanging heat between the air inside the casing (1) heated by the heat sink (5) and the air outside the casing (1) Cooling system.
前記ヒートシンク（５）にて加熱された前記筐体（１）内の空気から吸熱して、その吸熱した熱を前記筐体（１）外に放熱する冷凍機（１０）を有することを発熱体の冷却システム。 A cooling system for cooling the heating element (3) housed in the housing (1) with the cooler of the heating element according to any one of claims 1 to 6,
A heating element having a refrigerator (10) that absorbs heat from the air in the casing (1) heated by the heat sink (5) and dissipates the absorbed heat to the outside of the casing (1). Cooling system.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011072297A2 (en) * | 2009-12-12 | 2011-06-16 | Molex Incorporated | Cooling device and electronic device |
| JPWO2013073019A1 (en) * | 2011-11-16 | 2015-04-02 | トヨタ自動車株式会社 | Cooling device for electrical equipment |
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-
2003
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