JP2002089990A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大きな振動、衝撃が長時間にわたって加わる
過酷な環境下においても冷却素子の位置ずれを防止し、
所望の冷却性能を得ることができる冷却装置を提供す
る。 【解決手段】 放熱部材と、この放熱部材と対向して配
置される吸熱部材と、この吸熱部材の上記放熱部材と対
向する面に形成された凹部と、この凹部に配置され上記
吸熱部材と上記放熱部材との間に挟み込まれる冷却素子
と、この冷却素子が挟み込まれた状態で上記吸熱部材と
上記放熱部材とを固定する固定手段とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、冷却素子（熱電
素子など）を用いて被冷却体を冷却する冷却装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、航空機、通信衛星などの飛行体に
は、小型、軽量、かつ、電気的な制御が可能である熱電
素子（ペルチェ素子とよばれる）を利用した冷却装置が
使用されている。この熱電素子は、吸熱部材及び放熱部
材との接触部の熱抵抗が小さい程、熱電素子の作り出す
吸熱面及び放熱面間の温度差を有効に活用することがで
き、熱電素子と吸熱部材との間に熱伝導性グリースを介
在させるなどの手段が講じられている。

【０００３】例えば、特開平４−１０６３７６号公報に
は、被冷却体を大型化、大容量化した場合に、複数の冷
却素子間の高さのばらつきによる冷却性能の低下を抑制
すべく各冷却素子と被冷却体との間にシリコンゴムシー
トのような熱伝導性を有する弾性体を設けることが記載
されている。また、上記特開平４−１０６３７６号公報
には、外部からの振動、衝撃に耐えるべく上記弾性体が
挟み込まれた状態で被冷却体と熱交換部材とを固定手段
により固定することが記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の冷却装
置は以上のように構成されているので、たとえ固定手段
により各冷却素子の位置が固定されていたとしても、航
空機等のように大きな振動、衝撃が長時間にわたって加
わる過酷な環境下では、冷却素子の位置がしだいに当初
の位置からずれてしまい、所望の位置を冷却することが
できなかったり、冷却素子の移動によりそれに繋がるリ
ード線などに破壊を生じさせるという問題点があった。
つまり、冷却素子は被冷却体及び熱交換部材との面圧の
みでその位置が固定されており、固定手段による固定の
みでは冷却素子の位置ずれを十分に防止することができ
ないという問題点があった。

【０００５】この発明は上記課題を解消するためになさ
れたものであり、航空機等のように大きな振動、衝撃が
長時間にわたって加わる過酷な環境下においても冷却素
子の位置ずれを防止し、所望の冷却性能を得ることがで
きる新規な構成の冷却装置を得ることを目的とする。

【０００６】また、この発明は、さらに装置の小型化に
適した構成の冷却装置を得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る冷
却装置は、放熱部材と、この放熱部材と対向して配置さ
れる吸熱部材と、この吸熱部材の上記放熱部材と対向す
る面に形成された凹部と、この凹部上に配置され上記吸
熱部材と上記放熱部材との間に挟み込まれる冷却素子
と、この冷却素子が挟み込まれた状態で上記吸熱部材と
上記放熱部材とを固定する固定手段とを備えたものであ
る。

【０００８】請求項２の発明に係る冷却装置は、放熱部
材と、この放熱部材の両主面側にそれぞれ対向して配置
される吸熱部材と、これら吸熱部材の上記放熱部材と対
向する面にそれぞれ形成された凹部と、この凹部上に上
記放熱部材を中心として線対称に配置され上記吸熱部材
と上記放熱部材との間に挟み込まれる冷却素子と、この
冷却素子が挟み込まれた状態で上記吸熱部材と上記放熱
部材とを固定する固定手段とを備えたものである。

【０００９】請求項３の発明に係る冷却装置は、上記凹
部に熱伝導性弾性部材を設け、この熱伝導性弾性部材を
上記凹部と上記冷却素子との間に挟み込んだものであ
る。

【００１０】請求項４の発明に係る冷却装置は、複数の
凹部が形成された吸熱部材と、この吸熱部材と対向して
配置される放熱部材と、上記吸熱部材の凹部上にそれぞ
れ配置され、上記吸熱部材と上記放熱部材との間に挟み
込まれる複数の冷却素子と、少なくとも上記凹部上に設
けられ上記冷却素子との間に介在される熱伝導性弾性部
材と、上記複数の冷却素子及び上記熱伝導性弾性部材が
挟み込まれた状態で上記吸熱部材と上記放熱部材とを固
定する固定手段とを備えたものである。

【００１１】請求項５の発明に係る冷却装置は、上記熱
伝導性弾性部材をシリコンゴムとしたものである。

【００１２】請求項６の発明に係る冷却装置は、上記放
熱部材をヒートパイプとしたものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】実施の形態．１ 以下、本発明の一実施の形態について図１及び図２を用
いて説明する。図１は本実施の形態による冷却装置を示
す構成断面図である。図１において、１はペルチェ効果
により熱電現象を起こす熱電素子などの冷却素子、２は
吸熱部材、３は吸熱部材と対向して配置された放熱部
材、４は冷却素子１が配置される位置、すなわち冷却素
子１の冷却位置に形成された吸熱部材２の凹部、５は吸
熱部材２の凹部４内に設けられ、複数の冷却素子１間の
高さ又は平行度のばらつきによる熱抵抗の増加、すなわ
ち冷却性能の劣化を防止するシリコンゴムなどの熱伝導
性弾性部材、６は放熱部材３に設けられた放熱用の放熱
フィン、７は断熱性を有した固定部材、８は固定部材７
を締め付けることにより冷却素子１及び熱伝導性弾性部
材５が挟みこまれた状態、すなわち図１に示すような状
態で吸熱部材２と放熱部材３とを固定するボルトなどの
締結手段であり、固定部材７及び締結手段８により固定
手段が構成されている。なお、熱伝導性弾性部材５につ
いてはシリコンゴムを例示したが、高熱伝導性を有し外
部からの振動や衝撃に対して耐えうる強度を有するもの
であればよく、他の材料からなる柔らかい金属シートに
より構成されるものであってもよい。

【００１４】また、図２は図１に示す吸熱部材２の具体
的構造を説明するための部分説明図である。図２に示す
ように、吸熱部材２の放熱部材３と対向する面には冷却
素子１が配置される位置に凹部４が形成されており、ま
た本実施の形態による冷却装置では、冷却素子１と吸熱
部材２に形成された凹部４との間に熱伝導性弾性部材５
が設けられている。

【００１５】本実施の形態では、複数の冷却素子１は吸
熱部材２及び放熱部材３の面方向に並列状に配置されて
おり、各冷却素子１は所望の冷却性能が得られるよう所
定間隔を設けて配置されている。図１及び図２に示すよ
うに、吸熱部材２に形成される凹部４は冷却素子１の接
触面、すなわち吸熱面９より広く形成されており、この
凹部４内に熱伝導性弾性部材５が設けられ、この熱伝導
性弾性部材５上に冷却素子１がそれぞれ配置されてい
る。熱伝導性弾性部材５の厚さは凹部４の深さと同程度
ないしやや厚めのものとし、ボルト８による固定部材７
の締め付けにより所定量だけつぶれて圧力がかかるよう
構成されている。そして、ボルト８による固定部材７の
締め付けがなされと、冷却素子１と熱伝導性弾性部材５
との接触部、すなわち冷却素子１の吸熱面９が吸熱部材
２の凹部４内に埋設するような状態で固定される。な
お、放熱部材３には放熱フィン６を設ける構成としたが
これに限られるものではなく、熱負荷の大小、装置実装
の制約により強制空冷方式あるいは液冷方式などあらゆ
る手段を適用することができる。

【００１６】次に、動作について簡単に説明する。冷却
素子１には外部から電流を供給するためのリード線（図
示省略）がそれぞれ接続されている。このリード線を介
して冷却素子１に電流が供給されると、吸熱部材２は冷
却素子１の吸熱面を介して冷却され、吸熱部材２自身の
発生熱及び吸熱部材２に侵入した侵入熱は冷却素子１自
身の発生熱と共に放熱部材３に流れ、放熱部材３の放熱
フィン６により装置外へ排熱される。図１に示すよう
に、本実施の形態による冷却装置では、吸熱部材２に形
成された複数の凹部４に熱伝導性弾性部材５を設け、こ
の熱伝導性弾性部材５上に各冷却素子１を配置した状態
で各冷却素子１が吸熱部材２と放熱部材３との間に挟み
込まれているので、複数の冷却素子１間に高さ及び平行
度のばらつきが生じていてもこれが補償され、冷却素子
１の吸熱面において良好な熱接続状態を確保して、所望
の冷却特性を得ることができる。

【００１７】また、本実施の形態による冷却装置では、
ボルト８による固定部材７の締め付けにより熱伝導性弾
性部材５が所定量だけつぶれて圧力がかかるように構成
されており、ボルト８による固定部材７の締め付けによ
り冷却素子１と熱伝導性弾性部材５との接触部が吸熱部
材２の凹部４内に埋設するような状態で固定されるの
で、冷却素子１と吸熱部材２との間において冷却性能の
良好な熱接触状態を確保できる一方、冷却素子１の面方
向への動きが物理的に拘束され、強い振動、衝撃が長時
間持続するような過酷な環境条件下においても冷却素子
１の位置ずれを防止することができる。これにより、所
望の冷却位置を確実に冷却することが可能になると共
に、上述したリード線の接続が外れるような事態をも防
止することができ、より信頼性の高い冷却装置を得るこ
とができる。なお、本実施の形態による冷却装置では、
吸熱部材２に凹部４を形成しているので、冷却素子１か
ら吸熱部材２の表面までの距離が短く、凹部を設けてい
ない場合に比べて冷却性能がより向上するものである。

【００１８】以上のように、本実施の形態による冷却装
置によれば、吸熱部材２に形成された複数の凹部４に熱
伝導性弾性部材５を設け、この熱伝導性弾性部材５上に
各冷却素子１を配置した状態で各冷却素子１を吸熱部材
２と放熱部材３との間に挟み込み、かつ、この状態でボ
ルト８による固定部材７の締め付けにより吸熱部材２と
放熱部材３とを固定しているので、冷却素子１の吸熱面
において良好な接続状態を確保し、良好な冷却特性を得
ることができる一方、冷却素子１の面方向への動きが物
理的に拘束され、強い振動、衝撃が長時間持続するよう
な過酷な環境条件下においても冷却素子１の位置ずれを
防止し得、所望の冷却位置を確実に冷却することができ
ると共に、上述したリード線の接続が外れるような事態
をも防止してより信頼性の高い冷却装置を得ることがで
きる。

【００１９】なお、上記実施の形態では、冷却素子１と
吸熱部材２に形成された凹部４との間にシリコンゴムな
どの熱伝導性弾性部材５を介在させたものについて説明
したが、冷却素子１を単体あるいは重ねて用いるもので
は複数の冷却素子間の高さのばらつきという問題はな
く、冷却素子１の吸熱面と吸熱部材２との間における熱
抵抗の調整が比較的容易に実現することができる。そこ
で、冷却素子の平行度の調整により冷却素子１の吸熱面
と吸熱部材２との間の熱抵抗が許容できる程度に十分小
さくすることができれば、熱伝導性弾性部材５を設けな
くてもよく、上述したような同様の効果を得ることがで
きる。

【００２０】すなわち、吸熱部材２に形成された凹部４
に冷却素子１が配置されることにより、冷却素子１の面
方向への動きが物理的に拘束され、強い振動、衝撃が長
時間持続するような過酷な環境条件下においても冷却素
子１の位置ずれを防止することができ、所望の冷却位置
を確実に冷却することができると共に、上述したリード
線の接続が外れるような事態をも防止してより信頼性の
高い冷却装置を得ることができる。

【００２１】実施の形態．２ 次に本発明の他の実施形態について図３を用いて説明す
る。上記実態の形態による冷却装置では、装置外部への
排熱を行う放熱フィンなどの放熱部が放熱部材３の近傍
に配置されており、装置の薄型化や装置構造の自由度に
制約を受けるものであった。本実施の形態による冷却装
置は、さらに装置の薄型化や装置構造の自由度を向上す
ることができるものである。

【００２２】図３は本発明の他の実施の形態による冷却
装置を示す構成断面図である。図３において、３ａは平
板状のヒートパイプにより構成された放熱部材、６ａは
冷却装置から離れるように放熱部材３ａの両端部に設け
られた放熱フィンなどの放熱部であり、図中、同一符号
は同一又は相当部分を示す。ヒートパイプ３ａはその特
性により熱を積極的に放熱部６ａに輸送することが可能
であり、放熱フィンなどの放熱部６ａを冷却装置から離
れた位置へ設けることができる。即ち、本実施の形態に
よる冷却装置が動作すると、吸熱部材２は冷却素子１の
吸熱面を介して冷却され、吸熱部材２自身の発生熱及び
吸熱部材２に侵入した侵入熱は冷却素子１自身の発生熱
と共に放熱部材３ａに流れ、この熱は放熱部材３ａ内を
面方向に積極的に輸送され放熱部材３ａの両端部に設け
られた放熱部６ａから装置外へ排熱される。

【００２３】以上のように、本実施の形態による冷却装
置によれば、放熱部材３ａを例えば平板状のヒートパイ
プにより構成したことにより、放熱部６ａを装置から離
れた位置に設けることができ、上記実施の形態による冷
却装置と同様の効果を得ることができる一方、さらに装
置の薄型化ができる他、装置構造の自由度を向上させる
ことができる。

【００２４】実施の形態．３ 次に本発明の他の実施形態について図４を用いて説明す
る。上記実態の形態による冷却装置では、放熱部材３又
は３ａの一主面側に冷却素子１、吸熱部材２などがそれ
ぞれ配置されているが、両主面側に冷却素子１、吸熱部
材２などを配置するように構成してもよい。本実施の形
態による冷却装置は、放熱部材の両主面側に冷却素子
１、吸熱部材２などを配置してさらに装置の小型化を図
ることができるものである。

【００２５】図４は本発明の他の実施の形態による冷却
装置を示す構成断面図である。図４において、３ｂは例
えば平板状のヒートパイプにより構成される放熱部材、
６ｂは冷却装置から離れるように放熱部材３ｂの両端部
に設けられた放熱フィンなどの放熱部であり、図中、同
一符号は同一又は相当部分を示す。図４に示すように、
本実施の形態による冷却装置では、放熱部材３ｂの両主
面側には図１又は図３に示すように冷却素子１、吸熱部
材２などがそれぞれ配置されており、固定手段７，８に
よって放熱部材３ｂに強固に固定されている。そして、
本実施の形態による冷却装置が動作すると、放熱部材１
を中心にして線対称に配置された各吸熱部材２は冷却素
子１の吸熱面を介して冷却され、吸熱部材２自身の発生
熱及び吸熱部材２に侵入した侵入熱は冷却素子１自身の
発生熱と共に中心の放熱部材３ｂに流れ、この熱は放熱
部材３ｂ内を面方向に積極的に輸送され放熱部材３ｂの
両端部に設けられた放熱部６ｂから装置外へ排熱され
る。

【００２６】以上のように、本実施の形態による冷却装
置によれば、放熱部材３ｂの両主面側に冷却素子１、吸
熱部材２などを線対称に配置するようにしたので、上記
実施の形態による冷却装置と同様の効果を得ることがで
きる一方、さらに装置の小型化を図ることができる。な
お、本実施の形態による冷却装置では、放熱部材３ｂと
して例えばヒートパイプによるものを例示したが、ヒー
トパイプのように冷却素子１、吸熱部材２から流れた熱
を効率よく放熱部６ｂに輸送できるものであれば他の手
段を適用してもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、請求項１に係る発明によ
れば、放熱部材と、この放熱部材と対向して配置される
吸熱部材と、この吸熱部材の上記放熱部材と対向する面
に形成された凹部と、この凹部上に配置され上記吸熱部
材と上記放熱部材との間に挟み込まれる冷却素子と、こ
の冷却素子が挟み込まれた状態で上記吸熱部材と上記放
熱部材とを固定する固定手段とを設けたので、吸熱部材
と放熱部材との間に挟み込まれた冷却素子の位置ずれを
防止することができ、所望の冷却位置を冷却することが
できると共に、リード線の接続が外れるような事態をも
防止してより信頼性の高い冷却装置を得ることができ
る。

【００２８】また、請求項２に係る発明によれば、放熱
部材と、この放熱部材の両主面側にそれぞれ対向して配
置される吸熱部材と、これら吸熱部材の上記放熱部材と
対向する面にそれぞれ形成された凹部と、この凹部上に
上記放熱部材を中心として線対称に配置され上記吸熱部
材と上記放熱部材との間に挟み込まれる冷却素子と、こ
の冷却素子が挟み込まれた状態で上記吸熱部材と上記放
熱部材とを固定する固定手段とを設けたので、冷却素子
の位置ずれを防止して所望の冷却位置を冷却することが
できると共に、リード線の接続が外れるような事態をも
防止してより信頼性の高い冷却装置を得ることができ
る。また、装置規模の小さな冷却装置を得ることができ
る。

【００２９】また、請求項３に係る発明によれば、上記
凹部に熱伝導性弾性部材を設け、この熱伝導性弾性部材
を上記凹部と上記冷却素子との間に挟み込んだので、冷
却素子の吸熱面における熱抵抗を低減し、より良好な熱
的伝導路を形成することができる。

【００３０】また、請求項４に係る発明によれば、複数
の凹部が形成された吸熱部材と、この吸熱部材と対向し
て配置される放熱部材と、上記吸熱部材の凹部にそれぞ
れ配置され、上記吸熱部材と上記放熱部材との間に挟み
込まれる複数の冷却素子と、少なくとも上記凹部上に設
けられ冷却素子との間に介在される熱伝導性弾性部材
と、上記複数の冷却素子及び上記熱伝導性弾性部材が挟
み込まれた状態で上記吸熱部材と上記放熱部材とを固定
する固定手段とを設けたので、複数の冷却素子間の高さ
及び平行度のばらつきに拘らず、冷却素子の吸熱面にお
いて良好な熱接続状態を確保することができ、かつ、冷
却素子の位置ずれが防止され、所望の冷却位置を確実に
冷却することができると共に、リード線の接続が外れる
ような事態をも防止してより信頼性の高い冷却装置を得
ることができる。

【００３１】また、請求項５に係る発明によれば、上記
熱伝導性弾性部材をシリコンゴムとしたので、さらに冷
却素子の吸熱面における熱伝導性を高め、より良好な冷
却性能を得ることができる。

【００３２】また、請求項６に係る発明によれば、上記
放熱部材は、ヒートパイプとしたので、さらに放熱フィ
ンなどの放熱部を装置から離れた位置に設けることがで
き、装置の薄型化ができる他、装置構造の自由度を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施の形態による冷却装置を示
す構成断面図である。

【図２】 図１に示す吸熱部材２の具体的構造を示す部
分説明図である。

【図３】 この発明の他の実施の形態による冷却装置を
示す構成断面図である。

【図４】 この発明の他の実施の形態による冷却装置を
示す構成断面図である。

【符号の説明】

１ 冷却素子（電熱素子） ２ 吸熱部材 ３，３ａ，３ｂ 放熱部材 ４ 凹部 ５ 熱伝導性弾性部材 ６，６ａ，６ｂ 放熱部（放熱フィン） ７ 固定部材 ８ 締結手段

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放熱部材と、この放熱部材と対向して配
   置される吸熱部材と、この吸熱部材の上記放熱部材と対
   向する面に形成された凹部と、この凹部上に配置され上
   記吸熱部材と上記放熱部材との間に挟み込まれる冷却素
   子と、この冷却素子が挟み込まれた状態で上記吸熱部材
   と上記放熱部材とを固定する固定手段とを備えたことを
   特徴とする冷却装置。
2. 【請求項２】 放熱部材と、この放熱部材の両主面側に
   それぞれ対向して配置される吸熱部材と、これら吸熱部
   材の上記放熱部材と対向する面にそれぞれ形成された凹
   部と、この凹部上に上記放熱部材を中心として線対称に
   配置され上記吸熱部材と上記放熱部材との間に挟み込ま
   れる冷却素子と、この冷却素子が挟み込まれた状態で上
   記吸熱部材と上記放熱部材とを固定する固定手段とを備
   えたことを特徴とする冷却装置。
3. 【請求項３】 上記凹部に熱伝導性弾性部材を設け、こ
   の熱伝導性弾性部材を上記凹部と上記冷却素子との間に
   挟み込んだことを特徴とする請求項１又は請求項２に記
   載の冷却装置
4. 【請求項４】 複数の凹部が形成された吸熱部材と、こ
   の吸熱部材と対向して配置される放熱部材と、上記吸熱
   部材の凹部上にそれぞれ配置され、上記吸熱部材と上記
   放熱部材との間に挟み込まれる複数の冷却素子と、少な
   くとも上記凹部上に設けられ上記冷却素子との間に介在
   される熱伝導性弾性部材と、上記複数の冷却素子及び上
   記熱伝導性弾性部材が挟み込まれた状態で上記吸熱部材
   と上記放熱部材とを固定する固定手段とを備えたことを
   特徴とする冷却装置。
5. 【請求項５】 上記熱伝導性弾性部材は、シリコンゴム
   としたことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の
   冷却装置。
6. 【請求項６】 上記放熱部材は、ヒートパイプとしたこ
   とを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項４のいず
   れかに記載の冷却装置。