JP2005056951A - Heat sink device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放熱装置に関するもので、特に、高出力レーザダイオードアレイの放熱に好適な放熱装置に関するものである。 The present invention relates to a heat dissipation device, and more particularly to a heat dissipation device suitable for heat dissipation of a high-power laser diode array.
高出力のレーザダイオードアレイ(以下「LDアレイ」という)の発熱密度は、数十〜数百W/cm2程度と大きなものである。発熱によってLDアレイの温度が上昇すると、レーザ出力や発信波長が不安定となる、出力効率が低下する、素子寿命が短くなる等の、各種不具合が発生する。従って、LDアレイで発生した熱をいかに除去するかが非常に重要な課題となる。 The heat output density of a high-power laser diode array (hereinafter referred to as “LD array”) is as high as several tens to several hundreds W / cm 2 . When the temperature of the LD array rises due to heat generation, various problems such as instability of laser output and transmission wavelength, reduction of output efficiency, and shortening of element lifetime occur. Therefore, how to remove the heat generated in the LD array is a very important issue.
LDアレイの底面の大きさは、長さ10mm×幅1〜1.5mm程度と非常に小さいため、空冷方式の放熱装置ではLDアレイの温度上昇を抑えきれない。このため、LDアレイの熱を放熱するための放熱装置としては、水冷方式のものが適用されている(例えば、特許文献1、2参照)。図5及び図6に、従来の水冷方式の放熱装置100の一例を示す。当該放熱装置100は、上受熱体70、中受熱体80及び下受熱体90が順次積層接合されている。これらの受熱体70,80,90は、それぞれ銅等の熱伝導率の大きな金属からなる平板状部材である。受熱体70,80,90の接合面は、半田等により、機密でかつ熱伝導が良好な状態に接合されている。なお、図6(a)及び(c)中の散点模様は、その部分に凹部が設けられていることを表している。
Since the size of the bottom surface of the LD array is as small as about 10 mm in length and about 1 to 1.5 mm in width, an air-cooling heat dissipation device cannot suppress the temperature rise of the LD array. For this reason, as a heat dissipation device for radiating the heat of the LD array, a water-cooling type is applied (for example, see Patent Documents 1 and 2). 5 and 6 show an example of a conventional water-cooling
ここで、図5は放熱装置100の断面図、図6(a)は図5におけるA−A線矢視図(上受熱体70の下面図)、同図(b)は図5におけるB−B線矢視図(中受熱体80の平面図)、同図(c)は図5におけるC−C線矢視図(下受熱体90の平面図)である。図5に示すように、上受熱体70における中受熱体80との接合面、並びに下受熱体90における中受熱体80との接合面には、それぞれ冷却水等の冷媒を通過させるための上面水路72、並びに下面水路93が形成されている。また、中受熱体80の一端縁部には、上面水路72と下面水路93とを連通する円形連通口82が形成されている。
Here, FIG. 5 is a sectional view of the
また、上受熱体70の上面の一端縁部には、LDアレイ40の設置箇所が設けられている。
LDアレイ40で発生した熱は、上受熱体70に伝導される。上受熱体70では、その板厚方向に熱が伝導され、LDアレイ40の数倍の長さに設計された放熱フィン73に導かれる。放熱フィン73は、放熱フィン73の周囲を通過する冷媒に、LDアレイ40から伝導されてきた熱を放散させる。また、放熱フィン73の放熱量だけでは充分でないため、LDアレイ40で発生した熱を、図6(b)に示す中受熱体80の隔壁82aに伝導させ、さらに、下受熱体90に設けた放熱フィン92に伝導させることにより、放熱量を増加させる構造としている。
In addition, an installation location of the
The heat generated in the
このように構成した放熱装置100の給水口91に、例えば、冷媒として冷却水を冷却水循環装置より供給すると、この冷却水は、中受熱体80の円形連通口81を通り、上受熱体70の冷却水導入部71に到達する。ここで、流路は、冷却水導入部71や上面水路72の形状に沿って、冷却水の流れ方向に垂直な方向の断面積が変化している。冷却水はこの流路を流れ、放熱フィン73に到達する。この放熱フィン73の上部に位置する上受熱体70の上面には、上述の通り、LDアレイ40が設置されている。
For example, when cooling water is supplied as a coolant from the cooling water circulation device to the
冷却水は、熱交換しながら放熱フィン73の間の流路を通過し、中受熱体80の円形連通口82を通り、さらに、下受熱体90に設けられた放熱フィン92の間の流路を通り、下面水路93に到達する。ここで、流路は、図6(c)に示す絞り部95において2つに分かれ、排水口94付近で再び合流している。このため、流路は、冷却水の流れ方向に垂直な方向の断面積が変化している。冷却水はこの流路を流れ、排水口94から放熱装置100の外に排出される。
上記のような構成の放熱装置100においては、LDアレイ40のレーザ出力を高くした場合には、放熱装置100の冷却性能を上げてLDアレイ40の放熱を行う必要がある。冷却性能を上げるためには、冷却水循環装置のポンプ能力を大きくするのが効果的である。ポンプ能力を大きくすれば、放熱装置100の流路を流れる冷却水の流量が増加して、放熱フィン73,92付近の流速が速くなり、冷却水と放熱フィン73,92との熱交換量が増大する。しかしながら、冷却水循環装置のポンプ能力を大きくすると、消費電力が大きくなってしまうという問題点がある。また、ポンプ能力を大きくするためには、冷却水循環装置を大型化する必要がある。また、冷却水の高い水圧に耐えうるように、受熱体70,80,90の板厚を厚くし、放熱装置100を大型化する必要がある。このように、高出力のLDアレイの放熱を行うためには、装置の規模を拡大する必要があった。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、装置の規模を拡大することなく、高出力のLDアレイの放熱を行うことができる放熱装置を提供することを目的とする。
In the
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a heat radiating device capable of radiating heat from a high-power LD array without increasing the scale of the device.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、発熱体に接触された受熱体と、該受熱体に形成された流路とを備え、該流路に冷媒を流すことにより前記発熱体の放熱を行う放熱装置において、前記流路は、該流路の全ての部分が該流路の他の部分と交差することがないように形成されていることを特徴とする放熱装置を提供する。
請求項1に記載の発明によれば、流路の全ての部分が該流路の他の部分と交差することがないように放熱装置を構成したので、流路に絞り部を一切設ける必要がない。これにより、流路が単純化されて冷却水の流れがスムーズになり、圧力損失を低減することができる。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1 includes a heat receiving body in contact with a heating element and a flow path formed in the heat receiving body, and flowing the refrigerant through the flow path to A heat radiating device for radiating heat from a heating element, wherein the flow path is formed so that all portions of the flow path do not intersect with other portions of the flow path. provide.
According to the first aspect of the present invention, since the heat dissipation device is configured so that all parts of the flow path do not intersect with other parts of the flow path, it is necessary to provide a throttle part at all in the flow path. Absent. Thereby, a flow path is simplified, the flow of cooling water becomes smooth, and pressure loss can be reduced.
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の放熱装置において、前記流路は、前記冷媒を導入するための冷媒導入口に接合されている冷媒導入部と、前記冷媒を排出するための冷媒排出口に接合されている冷媒排出部と、前記冷媒の流速が上昇する流速上昇部と、前記冷媒導入部と前記流速上昇部との間に設けられた第一水路部と、前記冷媒排出部と前記流速上昇部との間に設けられた第二水路部とを備えていることを特徴とする。 The invention according to claim 2 is the heat dissipating device according to claim 1, wherein the flow path discharges the refrigerant, a refrigerant introduction part joined to a refrigerant introduction port for introducing the refrigerant. A refrigerant discharge part joined to the refrigerant discharge port, a flow rate increase part for increasing the flow rate of the refrigerant, a first water channel part provided between the refrigerant introduction part and the flow rate increase part, It has the 2nd channel part provided between the said refrigerant | coolant discharge part and the said flow-velocity raising part, It is characterized by the above-mentioned.
請求項2に記載の発明によれば、前記流路は、互いに交差することのない、冷媒導入部と、冷媒排出部と、流速上昇部と、第一水路部と、第二水路部とを備えているため、冷媒は、小さい流体抵抗と圧力損失で、冷媒導入部より供給され、第一水路部を通過して、流速上昇部において発熱体の熱を奪い、第二水路部を通過して冷媒排出部より排出される。
また、請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の放熱装置において、前記冷媒導入口の断面積と前記冷媒導入部の断面積とが略等しく、かつ、前記冷媒排出口の断面積と前記冷媒排出部の断面積とが略等しいことを特徴とする。
According to invention of Claim 2, the said flow path has a refrigerant | coolant introduction part, a refrigerant | coolant discharge part, a flow velocity raising part, a 1st water channel part, and a 2nd water channel part which do not cross | intersect mutually. Therefore, the refrigerant is supplied from the refrigerant introduction part with a small fluid resistance and pressure loss, passes through the first water channel part, takes the heat of the heating element in the flow rate increasing part, and passes through the second water channel part. Is discharged from the refrigerant discharge section.
The invention according to
請求項3に記載の発明によれば、前記冷媒導入口の断面積と、前記冷媒導入部の断面積とが略等しく、かつ、前記冷媒排出口の断面積と、前記冷媒排出部の断面積とが略等しくなるようにしたため、流路への冷媒の流入及び流出時に、断面積が急変することによる圧力損失を大幅に低減することができる。
また、請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の放熱装置において、前記受熱体は、第一受熱体、第二受熱体及び第三受熱体が、順次積層接合されて構成されており、前記第一受熱体と前記第二受熱体との間に前記第一流路部が形成され、かつ、前記第二受熱体と前記第三受熱体との間に前記第二流路部が形成されていることを特徴とする。
According to invention of
According to a fourth aspect of the present invention, in the heat dissipation device according to any one of the first to third aspects, the heat receiving body includes a first heat receiving body, a second heat receiving body, and a third heat receiving body in order. Laminated and joined, the first flow path portion is formed between the first heat receiving body and the second heat receiving body, and between the second heat receiving body and the third heat receiving body. The second flow path portion is formed.
請求項4に記載の発明によれば、前記受熱体は、第一受熱体、第二受熱体及び第三受熱体を順次積層接合した三層構造であり、各々の受熱体の間に流路を形成するようにしたため、放熱装置自体が製造し易くなる。
また、請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の放熱装置において、前記第二受熱体は、前記第一受熱体との間で前記第一流路部及び前記冷媒導入部を形成する部分と、前記第三受熱体との間で前記第二流路部及び前記冷媒排出部を形成する部分と、の少なくとも一方に凹部が形成されていることを特徴とする。
According to invention of Claim 4, the said heat receiving body is a three-layer structure which laminated | stacked and joined the 1st heat receiving body, the 2nd heat receiving body, and the 3rd heat receiving body one by one, A flow path is provided between each heat receiving body. Therefore, the heat radiating device itself can be easily manufactured.
The invention according to claim 5 is the heat radiating device according to claim 4, wherein the second heat receiving body forms the first flow path portion and the refrigerant introducing portion with the first heat receiving body. A concave portion is formed in at least one of the portion and the portion forming the second flow path portion and the refrigerant discharge portion between the third heat receiving body and the third heat receiving body.
請求項5に記載の発明によれば、凹部を形成することにより、前記冷媒導入口の断面積と、前記冷媒導入部の断面積とが略等しく、かつ、前記冷媒排出口の断面積と、前記冷媒排出部の断面積とが略等しくなるように前記冷媒導入口及び前記冷媒排出口の断面積を拡大したために、前記冷媒導入部及び前記冷媒排出部付近において断面積が変化することによる圧力損失を低減することができる。 According to the invention of claim 5, by forming the recess, the cross-sectional area of the refrigerant introduction port and the cross-sectional area of the refrigerant introduction portion are substantially equal, and the cross-sectional area of the refrigerant discharge port, Since the cross-sectional areas of the refrigerant inlet and the refrigerant outlet are enlarged so that the cross-sectional areas of the refrigerant outlet are substantially equal, the pressure due to the change of the cross-sectional area in the vicinity of the refrigerant inlet and the refrigerant outlet Loss can be reduced.
以上説明したように、放熱装置の流路の全ての部分が流路の他の部分と交差することがないように形成したために、流路に絞り部を一切設ける必要がない。これにより、流路が単純化されて冷却水の流れがスムーズになり、圧力損失を低減することができる。
また、冷媒導入部及び冷媒排出部の断面積を拡大し、冷媒導入口の断面積と冷媒導入部の断面積とを略等しく、かつ、冷媒排出口の断面積と冷媒排出部の断面積とを略等しくしたことにより、流路への冷媒の流入及び流出時に、断面積が変化することによる圧力損失を低減することができる。
このため、放熱装置や冷媒を供給する装置の規模を拡大することなく、高出力のLDアレイの放熱を行うことができる。
As described above, since all the portions of the flow path of the heat radiating device are formed so as not to intersect with other portions of the flow path, it is not necessary to provide any throttle portion in the flow path. Thereby, a flow path is simplified, the flow of cooling water becomes smooth, and pressure loss can be reduced.
Further, the cross-sectional areas of the refrigerant introduction portion and the refrigerant discharge portion are enlarged, the cross-sectional area of the refrigerant introduction port and the cross-sectional area of the refrigerant introduction portion are substantially equal, and the cross-sectional area of the refrigerant discharge port and the cross-sectional area of the refrigerant discharge portion are By making these substantially equal, it is possible to reduce the pressure loss due to the change in the cross-sectional area during the inflow and outflow of the refrigerant into the flow path.
For this reason, it is possible to radiate heat from the high-power LD array without increasing the scale of the heat radiating device or the device supplying the refrigerant.
本発明に係る放熱装置の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る放熱装置50の断面図である。放熱装置50は、高出力LDアレイ40を発熱体として、その放熱を行うためのものである。同図に示すように、放熱装置50は、順次積層接合された上受熱体(第一受熱体)10、中受熱体(第二受熱体)20及び下受熱体(第三受熱体)30を備えて構成される。
A preferred embodiment of a heat dissipation device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a
具体的な一例を挙げれば、発熱体として長さ10mm×幅1〜1.5mm×高さ0.1〜0.2mmの直方状のLDアレイ40を放熱対象とする場合に、長さ11mm×幅20mm×高さ1mmの寸法を有した受熱体10,20,30を適用する(3層で合計高さ3mm)。
これらの受熱体10,20,30は、いずれも銅、銅−タングステン、アルミニウム等の熱伝導率が良好な金属によって矩形の平板状に構成されている。また、受熱体10,20,30は、半田接合等により水密に接合されている。
As a specific example, when a
Each of these
また、受熱体10,20,30の内部には、給水口31から排水口32へ冷媒を流すための流路が形成されている。
上受熱体10の一方の表面(図1において上方の面)における長さ方向の一端縁部には、LDアレイ40の設置箇所が設けられている。
図2(a)には、図1におけるA−A線矢視図(上受熱体10の下面図)、同図(b)には、図1におけるB−B線矢視図(中受熱体20の平面図)、同図(c)には、図1におけるC−C線矢視図(下受熱体30の平面図)を示す。なお、図2(a)及び(c)中の散点模様は、その部分に凹部が設けられていることを表している。
In addition, a flow path for flowing the refrigerant from the
An installation location of the
2A is a view taken along the line AA in FIG. 1 (a bottom view of the upper heat receiving body 10), and FIG. 2B is a view taken along the line BB in FIG. 20 (plan view) and FIG. 10 (c) are views taken along line CC in FIG. 1 (plan view of the lower heat receiving body 30). Note that the dotted pattern in FIGS. 2A and 2C indicates that a concave portion is provided in that portion.
以下、各図を参照しながら、放熱装置50の構成要素について説明する。
図2(a)に示すように、上受熱体10の他方の表面(図1において下方の面)には、冷却水導入部(冷媒導入部)11、上面水路(第一水路部)12、流路(流速上昇部)13、及び、放熱フィン14が形成されている。
冷却水導入部11、上面水路12、及び、流路13は、上受熱体10の下方の面に開口した凹部である。当該凹部は、LDアレイ40の設置箇所に対応した一端縁部からLDアレイ40の設置箇所と対向する他端縁部に亘る部位に設けられている。当該凹部の深さは、図1に示すように、その全域に亘って一様である。当該凹部は、その周囲が同一の高さを有し、かつ、連続する上受熱体10の壁部分によって囲まれている。上受熱体10の他方の表面を、中受熱体20の一方の表面に積層接合した場合に、凹部が閉塞され、上受熱体10と中受熱体20との間に冷却水等の冷媒を流すための空間が形成される。
Hereinafter, the components of the
As shown in FIG. 2 (a), on the other surface (the lower surface in FIG. 1) of the upper
The cooling
図2(a)に示すように、冷却水導入部11は、上受熱体10のLDアレイ40の設置箇所と対向する他端縁部に設けられている。冷却水導入部11は、他端縁部から上面水路12方向に向けて漸次幅が増大し、上面水路12と交わる部分においては、上面水路12と同じ幅となるよう形成されている。
また、上面水路12は、冷却水導入部11と流路13との間に位置している。上面水路12は、全体に亘って一様な幅と深さを有しているため、冷媒が流れる方向に垂直な方向の断面積や断面形状が一定となっている。
As shown in FIG. 2A, the cooling
Further, the upper
なお、以下、「断面形状」や「断面積」という場合には、冷媒が流れる方向に垂直な方向の断面をいうものとする。
また、LDアレイ40の設置箇所に対応する一端縁部には、放熱フィン14より熱を奪うための流路13が形成されている。当該流路13は、中受熱体20に形成されている複数の円形連通孔22と連結される。
In the following, “cross-sectional shape” and “cross-sectional area” refer to a cross section perpendicular to the direction in which the refrigerant flows.
A
また、流路13には、複数の放熱フィン14が設けられている。これらの放熱フィン14は、上受熱体10のLDアレイ40の設置箇所に対応する一端縁部側から他端縁部側(長さ方向、冷媒の流れる方向)に向けて、同一のピッチで、互いに平行に延設されている。各放熱フィン14は、流路13を囲む上受熱体10の壁部分と同一の高さを有している。このため、中受熱体20の一方の表面に上受熱体10の他方の表面を積層した場合に、放熱フィン14を上受熱体10と中受熱体20とに接合することが可能である。
The
中受熱体20には、図2(b)に示すように、円形連通孔(冷媒導入口)21及び円形連通孔(流速上昇部)22が形成されている。
円形連通孔21は、中受熱体20のLDアレイ40の設置箇所に対向する他端縁部において、板厚方向に沿って貫設した円形の孔である。円形連通孔21は、下受熱体30の給水口31と、上受熱体10の冷却水導入部11とを連通する。
As shown in FIG. 2B, the middle
The
また、円形連通孔22は、中受熱体20の板厚方向に沿って貫設した小径の円形の孔であり、LDアレイ40の設置箇所に対応した一端縁部において中受熱体20の幅方向に沿って複数並設されている。それぞれの円形連通孔22は、同一の内径を有している。
下受熱体30の一方の表面(図1において上方の面)は、中受熱体20の他方の表面(図1において下方の面)に積層接合される。下受熱体30の上方の面には、図2(c)に示すように、流路(流速上昇部)34、下面水路(第二水路部)33、冷却水排出部(冷媒排出部)36、排水口(冷媒排出口)32、給水口(冷媒水導入口)31、及び、放熱フィン35が形成されている。
The
One surface (upper surface in FIG. 1) of the lower
流路34、下面水路33及び冷却水排出部36は、下受熱体30の上方の面に開口した凹部である。当該凹部は、排水口32及び放熱フィン35の部位に亘って形成されている。当該凹部の深さは、上受熱体10に形成された凹部と同様に、その全域に亘って一様である。この凹部は、その周囲が、同一の高さで連続する下受熱体30の壁部分によって囲まれている。下受熱体30の一方の表面を中受熱体20の他方の表面に積層接合すると、下受熱体30の凹部が閉塞されて、下受熱体30と中受熱体20との間に、冷媒を流すための空間が形成される。
The
給水口31は、下面水路33において、流路34とは長さ方向反対側の部位に、板厚方向に沿って貫設した円形の孔である。給水口31は、中受熱体20の円形連通孔21と連結される。
また、排水口32は、下受熱体30のほぼ中央の部位に、板厚方向に沿って貫設した円形の孔である。排水口32は、給水口31とほぼ同一の内径を有している。給水口31と排水口32とは、互いの径が重ならないように配置されている。また、排水口32は、給水口31よりもLDアレイ40の設置箇所から長さ方向に近い側に配置されている。
The
Further, the
冷却水排出部36は、下受熱体30の排水口32の部位に形成されている。図2(c)に示すように、冷却水排出部36は、排水口32から下面水路33方向に向けて漸次幅が増大し、下面水路33と交わる部分においては、下面水路33と同じ幅となる。
下面水路33は、冷却水排出部36と流路34との間に位置し、全体に亘って一様な幅や深さとなるように形成されているため、断面形状や断面積が略一定である。
The cooling
Since the lower
流路34は、中受熱体20の円形連通孔22に対応した、下受熱体30の部位に設けられており、円形連通孔22から流入した冷媒を下面水路33方向へ流すようになっている。
また、流路34には、複数の放熱フィン35が設けられている。これらの放熱フィン35は、上受熱体10に設けられた各々の放熱フィン14に対応する部位に設けられている。各放熱フィン35は、下面水路33を囲む壁部分と同一の高さを有しているため、下受熱体30の一方の面を中受熱体20の他方の表面に積層した場合に、各放熱フィン35を中受熱体20の他方の表面(隔壁22a)に接合することが可能である。
The
The
なお、流路13,34の部位(流速上昇部)は、上面流路12,下面流路33に比較して、放熱フィン14,35の厚さ分だけ断面積が小さくなるため、流速が速くなる。
なお、以上説明した上受熱体10、中受熱体20及び下受熱体30は、例えば、各々にエッチング等の化学処理、あるいは切削や研削等の機械加工を施すことによって形成されている。
次に、この放熱装置50を適用して、LDアレイ40の放熱を行うときの動作について説明する。ここでは、冷媒として冷却水を用いる。LDアレイ40の放熱を行うには、まず、上受熱体10に設けられた設置箇所にLDアレイ40を接合する。この状態から、冷却水循環装置より、加圧した冷却水を、下受熱体30に形成された給水口31に順次供給する。
Note that the
In addition, the upper
Next, an operation when the
給水口31に導かれた冷却水は、中受熱体20の円形連通孔21を通り、上受熱体10の冷却水導入部11に至る。冷却水は、徐々に断面積が拡大する冷却水導入部11の形状に沿って、上面水路12方向に流れる。上面水路12においては、冷却水は、断面積が一定の上面水路12の形状に従って流れる。流路13に到達した冷却水は、流路13に設けられている複数の放熱フィン14より、LDアレイ40から伝導された熱を奪うことにより、放熱フィン14と熱交換を行う。そして、熱交換した冷却水は、中受熱体20の円形連通孔22を通り、下受熱体30の流路34に導かれる。このとき、冷却水は、放熱フィン35より、上受熱体10及び中受熱体20から伝導されてきたLDアレイ40の熱を奪う。そして、冷却水は、断面積が一定に保たれている下面水路33に導かれて冷却水排出部36に至る。冷却水は、排水口32方向に徐々に断面積が縮小する冷却水排出部36の形状に沿って流れる。そして、冷却水は、排水口32から排出される。
The cooling water guided to the
このように、冷却水が給水口31から供給され、排水口32から排出される間に、従来のように流路が交差する部分が全く存在しないため、流路に絞り部を形成する必要がない。このため、冷却水は、小さい流体抵抗により流路をスムーズに流れることができ、冷却水の圧力損失を低減することができる。
このように、放熱装置50を大型化することなく、冷却水の圧力損失を低減することができる。
In this way, there is no portion where the flow path intersects in the conventional manner while the cooling water is supplied from the
Thus, the pressure loss of the cooling water can be reduced without increasing the size of the
このため、従来とポンプ能力が同じ冷却水循環装置を用いた場合には、圧力損失が低減された分、大きな流量を流すことが可能となるため、冷却効率が向上する。また、放熱装置50の流路に従来と同じ流量を流す場合(従来と同じ熱交換量である場合)には、放熱装置50の低圧損化を図ることができるので、冷却水循環装置から供給する冷却水の水圧を低くすることができる。従って、冷却水循環装置の小型化、低コスト化を実現できる。
For this reason, when a cooling water circulation device having the same pumping capacity as that of the conventional one is used, a large flow rate can be flowed as much as the pressure loss is reduced, so that the cooling efficiency is improved. Further, when the same flow rate as in the past is passed through the flow path of the heat radiating device 50 (when the heat exchange amount is the same as in the past), the
このように、圧力損失が低減されたことにより、高出力のLDアレイ40の場合にも、放熱装置50や冷却水循環装置の寸法や性能を大きくすることなく、LDアレイ40の温度上昇を押さえることができる。これにより、高出力であってもLDアレイ40のレーザ出力や発信波長が安定する、出力効率が向上する、素子寿命が長くなる、等々の効果を奏するようになる。
As described above, the pressure loss is reduced, and even in the case of the high-
また、従来と同じ流量ならば、圧力損失に余裕があるので、さらに放熱フィン14,35の枚数を増やす等して、放熱量を向上させることも可能である。
また、上述した実施の形態1においては、冷却水が通る流路の断面積を、給水口31から上面水路12に至るまで徐々に拡大し、且つ、上面水路12においては、断面積を一定に保持させながら放熱フィン14まで導き、下面水路33においては断面積を一定に保持させながら下面水路33を通過させ、冷却水排出部36においては、排水口32に向かって徐々に断面積を縮小させる構成とした。このため、全体として、断面積の急激な変化のない流路を構成することができ、圧力損失を低減することが可能となる。
In addition, if the flow rate is the same as the conventional one, there is a margin in pressure loss, so that the amount of heat radiation can be improved by increasing the number of
Moreover, in Embodiment 1 mentioned above, the cross-sectional area of the flow path through which cooling water passes is gradually expanded from the
また、上受熱体10の流路に連結される給水口31を、排水口32よりも、LDアレイ40の設置位置から遠い部位に形成したために、従来よりも、上受熱体10の流路(凹部)を長さ方向に長くとることができる。これにより、冷却水と上受熱体10との接触面積が大きくなり、上受熱体10に伝達された熱は、上面水路12を通過する冷却水に良好に除去される。この結果、LDアレイ40から効率よく放熱を行うことができるようになる。
Further, since the
(実施の形態2)
次に、実施の形態2について説明する。図3は、本発明の実施の形態2に係る放熱装置60の断面図である。ここで例示する放熱装置60は、実施の形態1で示した放熱装置50と同様に、高出力LDアレイ40を発熱体としてその放熱を行うためのものである。この放熱装置60の構成は、実施の形態1に係る放熱装置50とは、中受熱体(第二受熱体)の構成のみが異なっている。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view of the heat dissipation device 60 according to Embodiment 2 of the present invention. The heat radiating device 60 exemplified here is for radiating heat using the high-
具体的には、放熱装置60の中受熱体25の一方の表面には、第一の凹部23が形成されるとともに、他方の表面には第二の凹部24が形成されている。
図4(a)には、図3におけるA−A線矢視図(上受熱体10の下面図)、図4(b)には図3におけるB−B線矢視図(中受熱体25の平面図)、同図(c)には中受熱体25の断面図、同図(d)には図3におけるC−C線矢視図(中受熱体25の下面図)、同図(e)には図3におけるD−D線矢視図(下受熱体30の平面図)を示す。なお、図4(a)及び(c)中の散点模様は、その部分に凹部が設けられていることを表している。
Specifically, the
4A is a view taken along the line AA in FIG. 3 (a bottom view of the upper heat receiving body 10), and FIG. 4B is a view taken along the line BB in FIG. 3 (a middle heat receiving body 25). (C) is a cross-sectional view of the intermediate heat receiving body 25, FIG. 4 (d) is a view taken along the line CC in FIG. 3 (a bottom view of the intermediate heat receiving body 25), and FIG. e) shows a DD arrow view (plan view of the lower heat receiving body 30) in FIG. In addition, the dotted pattern in FIG. 4 (a) and (c) represents that the recessed part is provided in the part.
これらの図面を参照しながら、凹部23,24の構成を詳細に説明する。図4(a),(b)に示すように、上受熱体10の冷却水導入部11及び上面水路12に対応する、中受熱体25の一方の面に第一の凹部23が形成されている。この第一の凹部23は、給水口(冷媒導入口)31や円形連通孔(冷媒導入口)21の断面積と、冷却水導入部(冷媒導入部)11の断面積とが略等しくなるように形成されている。
The configuration of the
また、図4(d),(e)に示すように、下受熱体30の、下面水路33,冷却水排出部36及び排水口32に対応する、中受熱体25の他方の表面には、第二の凹部24が形成されている。この第二の凹部24は、排水口(冷媒排出口)32の断面積と、冷却水排出部(冷媒排出部)36の断面積とが略等しくなるように形成されている。
なお、その他の構成に関しては、実施の形態1と同様であるため、同一の符号を付してそれぞれの詳細説明を省略する。
Further, as shown in FIGS. 4D and 4E, the other surface of the intermediate heat receiving body 25 corresponding to the lower
Since other configurations are the same as those in the first embodiment, the same reference numerals are given and detailed descriptions thereof are omitted.
次に、この放熱装置60を適用して、LDアレイ40の放熱を行うときの動作について説明する。LDアレイ40の放熱を行うには、実施の形態1と同様に、まず、上受熱体10に設けられたLDアレイ40の設置箇所に、LDアレイ40を接合する。この状態から、冷却水循環装置より、加圧された冷却水を下受熱体30の給水口31に供給する。給水口31に導かれた冷却水は、中受熱体25の円形連通孔21を通り、上受熱体10の冷却水導入部11に至る。このときに、中受熱体25の一方の表面には第一の凹部23が形成されているため、冷却水導入部11の断面積は大幅に拡大されて、円形連通孔21とほぼ等しくなっている。従って、冷却水が給水口31,円形連通孔21から冷却水導入部11に流入する際の圧力損失が大幅に低減される。
Next, an operation when the heat dissipation device 60 is applied to perform heat dissipation of the
冷却水導入部11に導かれた冷却水は、上面水路12を通り、放熱フィン14が設けられている流路13まで導かれる。ここで、第一の凹部23は、流路13周辺の中受熱体25には形成されていないため、流路28では上面水路12に比較して断面積が縮小している。このように、流路13で断面積を絞っているのは、放熱フィン14は冷却水と大きな熱交換を必要とするので、流路13の断面積を縮小することにより流路13での流速を速くし、放熱フィン14から冷却水への熱伝達量を向上させるためである。
The cooling water guided to the cooling
このように放熱フィン14と熱交換した冷却水は、中受熱体25の円形連通孔22を通り、下受熱体30の流路34に導かれる。このとき、冷却水は、下受熱体30に設けられた放熱フィン35から熱を除去する。そして、冷却水は、下面水路33に導かれるが、ここで、下受熱体30の下面水路33に対応する、中受熱体25の他の表面には第二の凹部24が形成されており、下面水路33の断面積が拡大されているので、圧力損失が低減される。
The cooling water heat-exchanged with the
冷却水は、下面水路33から、冷却水排出部36,排水口32に導かれて、放熱装置60の外部に排出される。このときに、中受熱体25の他の表面に第二の凹部33が形成されており、冷却水排出部36と排水口32との断面積が略等しいため、断面積が変化することによる圧力損失が低減される。
このように、実施の形態2においては、放熱装置60の給水口31及び排水口32周辺の流路断面積を拡大し、冷却水の流入及び流出による圧力損失を大幅に低減させた。
The cooling water is guided from the lower
As described above, in the second embodiment, the flow path cross-sectional area around the
これにより、実施の形態1の効果に加え、さらに、給水口31と排水口32周辺の圧力損失を低減することができるので、放熱装置60全体として圧力損失を大幅に低減することができる。
また、上述した実施の形態2では、中受熱体25に、第一の凹部23と第二の凹部24とを形成するようにしているが、中受熱体25に限らず、上受熱体10や下受熱体30に凹部を形成するようにしても構わない。しかしながら、上受熱体10に大きな凹部を形成すると、上受熱体10の面方向に沿った熱抵抗が大きくなるため、上受熱体10に凹所を形成する場合には、小さいものであることが好ましい。
Thereby, in addition to the effects of the first embodiment, the pressure loss around the
Moreover, in Embodiment 2 mentioned above, although the 1st recessed
また、上記実施の形態1及び2においては、排水口32を、下面水路33のほぼ中央に形成したが、排水口32は、給水口31と重ならないように、給水口31よりもLDアレイ40の設置箇所から近い側に設けられていれば、下面水路22のほぼ中央でなくてもよい。要するに、流路の全ての部分がその流路の他の部分と交差することがないように形成されていればよい。また、排水口32は、給水口31とほぼ同一の内径を有しているとしたが、異なる内径を有していてもよい。
Further, in the first and second embodiments, the
また、上述した実施の形態1及び2では、放熱装置は、上受熱体10、中受熱体20,25、及び、下受熱体30の三層構造としたが、これに限定されず、例えば、一層構造でも、二層構造でも構わない。
なお、給水口31と排水口32とを逆にして、排水口32より冷却水を供給し、かつ、給水口31より冷却水を排出するようにしてもよい。この場合でも、流路構成は同じであるため、圧力損失や放熱性能には影響を与えないので、装置設計の自由度が向上する。
なお、上述した実施の形態1及び2では、いずれもLDアレイ40の放熱を行うための装置を例示しているが、その他の発熱体の放熱を行うものにも適用することが可能である。
また、上述した実施の形態1及び2では、冷媒として冷却水を使用したが、水以外の液体や気体を冷媒として用いてもよい。
Moreover, in Embodiment 1 and 2 mentioned above, although the heat radiating device was set as the three-layer structure of the upper
The
In the first and second embodiments described above, the device for radiating the heat from the
Moreover, in Embodiment 1 and 2 mentioned above, although cooling water was used as a refrigerant | coolant, you may use liquids and gas other than water as a refrigerant | coolant.
10 上受熱体
20、25 中受熱体
21 円形連通孔
22 円形連通孔
22a 隔壁
23 第一の凹部
24 第二の凹部
30 下受熱体
31 給水口
32 排水口
33 下面水路
34 流路
35 放熱フィン
36 冷却水排出部
40 LDアレイ
10 Upper
Claims (5)
前記流路は、該流路の全ての部分が該流路の他の部分と交差することがないように形成されていることを特徴とする放熱装置。 In a heat dissipation device that includes a heat receiving body that is in contact with the heat generating body and a flow path formed in the heat receiving body, and radiates heat of the heat generating body by flowing a refrigerant through the flow path.
The heat dissipation device, wherein the flow path is formed so that all portions of the flow path do not intersect with other portions of the flow path.
前記冷媒を導入するための冷媒導入口に接合されている冷媒導入部と、
前記冷媒を排出するための冷媒排出口に接合されている冷媒排出部と、
前記冷媒の流速が上昇する流速上昇部と、
前記冷媒導入部と前記流速上昇部との間に設けられた第一水路部と、
前記冷媒排出部と前記流速上昇部との間に設けられた第二水路部と
を備えていることを特徴とする請求項1に記載の放熱装置。 The flow path is
A refrigerant introduction part joined to a refrigerant introduction port for introducing the refrigerant;
A refrigerant discharge part joined to a refrigerant outlet for discharging the refrigerant;
A flow rate increasing portion for increasing the flow rate of the refrigerant;
A first water channel portion provided between the refrigerant introduction portion and the flow velocity increase portion;
The heat radiating device according to claim 1, further comprising: a second water channel portion provided between the refrigerant discharge portion and the flow velocity increasing portion.
前記第一受熱体と前記第二受熱体との間に前記第一流路部が形成され、かつ、
前記第二受熱体と前記第三受熱体との間に前記第二流路部が形成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の放熱装置。 The heat receiving body is configured by sequentially laminating and joining a first heat receiving body, a second heat receiving body, and a third heat receiving body,
The first flow path portion is formed between the first heat receiving body and the second heat receiving body, and
The heat radiating device according to any one of claims 1 to 3, wherein the second flow path portion is formed between the second heat receiving body and the third heat receiving body.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003284431A JP2005056951A (en) | 2003-07-31 | 2003-07-31 | Heat sink device |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008075452A1 (en) * | 2006-12-18 | 2008-06-26 | Nec Corporation | Heat exchanger for use in cooling of semiconductor element and method for manufacturing the same |
JP2015220306A (en) * | 2014-05-16 | 2015-12-07 | 株式会社デンソー | Lamination type heat exchanger |
-
2003
- 2003-07-31 JP JP2003284431A patent/JP2005056951A/en active Pending
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