JP2007298231A - 熱交換器、熱交換装置及び熱交換器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】単純な構成で熱交換効率の高い熱交換器、熱交換装置及び熱交換装置の製造方法を提供する。
【解決手段】熱交換装置１は、被冷却部の一例である電子機器５０に当接する熱交換器１０と、流体の一例である冷媒を貯留するリザーバタンク２０と、リザーバタンク２０内の冷媒を熱交換器１０に供給する機能を有するベローズポンプ３０と、を備えている。熱交換器１０は、柔軟性及び熱伝導性の優れた合成樹脂から板状に形成された本体部１１と、当該本体部１１に埋設されたベローズ部１２とを備えている。本体部１１の内部に埋設されたベローズ部１２は金属から蛇腹状に形成され、流路としての内部１３に冷媒が流通するようになっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱交換器、熱交換装置及び熱交換器の製造方法に関する。

電子機器等を冷却する熱交換器として、熱交換媒体の流路を有する板状の部材を用いた技術が知られている（例えば特許文献１参照）。このような熱交換器では、通常、銅板等の熱伝導率の高い金属部材の内部に形成された流路に熱交換媒体を流すとともに、金属部材の外表面を電子機器等の被冷却部の外表面に当接させることで、被冷却部を冷却している。
特開２００５−２２９０３０号公報

しかしながら、上述した熱交換器では、受熱部を有する本体部が金属で形成されているため、被冷却部に密着させるのが困難であった。したがって、電子機器との間に存在する空気により熱交換効率が低下する場合があった。

ここで、電子機器と銅板との間を密着させるために、柔軟性を有する樹脂製の電熱シートを設け、あるいは電熱グリースを敷くことが考えられる。しかし、これでは構成が複雑化するため、製造コストが増大し、製造工程が煩雑になるという事情があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、単純な構成で熱交換効率の高い熱交換器、熱交換装置及び熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一例にかかる熱交換器は、合成樹脂を含む熱伝導材料からなり、被冷却部に当接する受熱部を有する樹脂製本体部と、前記本体部の内部に配設され、熱交換媒体としての流体が流通する流路を有する金属ベローズと、を具備し、前記樹脂製本体部が前記金属ベローズの外面に密接した状態で硬化していることを特徴とする。
他の一例にかかる熱交換器は、上記に加え、前記合成樹脂は柔軟性を有し、前記被冷却部の被当接面に密着可能であることを特徴とする。
他の一例にかかる熱交換器は、上記に加え、前記本体部の熱伝達率は０．５Ｗ／（ｍ．ｋ）以上であることを特徴とする。
本発明の一例にかかる熱交換器は、上記構成の熱交換器と、前記流体を貯留するベローズ状の容器部を有するリザーバタンクと、前記リザーバタンクと前記熱交換器の前記金属ベローズとを接続するベローズ状のガイド部と、を備えたことを特徴とする。
他の一例にかかる熱交換装置は、前記リザーバタンクと前記熱交換器との間に、前記リザーバタンクに貯留された前記流体を前記金属ベローズに供給するベローズポンプが設けられたことを特徴とする。
他の一例にかかる熱交換装置は、前記熱交換器、前記リザーバタンク、前記ベローズポンプ及び前記ガイド部が互いに接続される接続部分は、前記流体に対して気密且つ液密に構成されていることを特徴とする。
本発明の一例にかかる熱交換器の製造方法は、成形型の中に金属ベローズを配置する工程と、前記成形型に流動性を有する熱硬化性の合成樹脂を流し込む工程と、前記合成樹脂が前記金属ベローズの外面を覆った状態で前記成形型を熱することにより前記合成樹脂を硬化させる工程と、を備えたことを特徴とする。
なお、この明細書で「柔軟性を有する」とは、樹脂製本体部の受熱部を被冷却部に当接させた状態において、被冷却部の被当接面に凹凸があっても当該凹凸に応じて変形することにより被当接面に密接することができるような柔軟性を有していることを言う。
また、熱伝導材料とは、空気よりも熱伝導率の大きい材料である。

本発明の熱交換機及び熱交換装置によれば、単純な構成で、高い熱交換効率を確保することができる。

以下に本発明の一実施形態にかかる熱交換装置１ついて、図１及び図２を参照して説明する。図１は、本実施形態にかかる熱交換装置１の構成を模式的に示している。図２は本実施形態にかかる熱交換器１０の平面図（ａ）、側面図（ｂ）及び正面図（ｃ）である。なお、図２（ａ）及び図２（ｃ）において一部を断面で示している。

図１に示す熱交換装置１は、被冷却部の一例である電子機器５０（図２に示す）に当接する熱交換器１０と、流体の一例である冷媒を貯留するリザーバタンク２０と、リザーバタンク２０内の冷媒を熱交換器１０に供給する機能を有するベローズポンプ３０と、を備えている。

図１及び図２に示される熱交換器１０は、柔軟性及び熱伝導性の優れた合成樹脂から板状に形成された本体部１１と、当該本体部１１に埋設されたベローズ部１２とを備えている。

本体部１１は、例えば熱伝達率２．０Ｗ／（ｍ．ｋ）程度の加熱硬化型接着性液状シリコンゴムで構成されている。ここで、熱伝達率を向上させるために、加熱硬化型接着性液状シリコンゴムに銅粉、鉄粉等の熱伝達率を向上させる物質を添加増量しても良い。受熱部の一例としての下面１１ａは、被冷却部の一例としての電子機器５０の上面５０ａに密着している。

本体部１１の内部に埋設されたベローズ部１２は、ステンレス（例えばＳＵＳ３０４）やリン青銅等の金属から構成されている。ベローズ部１２は、蛇腹状に形成され、流路としての内部１３に冷媒が流通するようになっている。ベローズ部１２の一端は流入口１２ａを構成し、本体部１１の外部に露出している。この流入口１２ａは金属ベローズや金属管からなるガイド部６０を介してベローズポンプ３０の吐出口３７に接続されている。なお、本実施形態におけるガイド部６０は図１における矢印に沿って配設されているが、一部のみ図示し、他は省略する。

ベローズ部１２の中間部１２ｂは、本体部１１の内部で複数箇所において湾曲している。中間部１２ｂは本体部１１によって気密かつ液密に覆われている。すなわち、本体部１１が中間部１２ｂの外表面に密着した状態で硬化している。ベローズ部１２の他端に形成された流出口１２ｃは、本体部１１の外部に露出している。この流出口１２ｃはガイド部６０を介してリザーバタンク２０の入口２２に接続されている。

図１に示されるリザーバタンク２０は、冷媒が封入される容器部２１を備えている。容器部２１は金属ベローズで構成され、冷媒の出入りに応じてその容積が可変となっている。

容器部２１の一端に、容器部２１の内部から外部に連通した入口２２、及び出口２３が形成されている。出口２３はガイド部６０を介してベローズポンプ３０の吸込口３６に接続されている。入口２２はガイド部６０を介して熱交換器１０の流出口１２ｃに接続されている。熱交換器１０で冷却機能を果たした冷媒が、この入口２２から再びリザーバタンク２０に流入するようになっている。

ベローズポンプ３０は、左右が円筒状に突出したケーシング３１と、左右の円筒部に設けられた金属製のベローズ３２、３３と、左右の円筒部の端部に液密に設けられるとともに吸込口３６及び吐出口３７を有する二枚の外端板３４，３５と、を備えている。なお、吸込口３６及び吐出口３７には冷媒の逆流を防止する図示しない逆止弁が設けられている。ケーシング３１の中央に、円筒部の軸心に直交して回転する軸部３８と、この軸部３８に接続された回転接触伸縮手段としての偏心カム３９とが設けられている。この偏心カム３９は左右のベローズ３２、３３の内側端に密封溶接された内端板４１，４２に接触している。

偏心カム３９が回転すると、左右のどちらか一方側が押し工程となって内端板４１（または４２）が外側に移動するとともにベローズ３２（または３３）が縮小する。このベローズ３２（または３３）の縮小により吐出口３７から冷媒が流出するようになっている。また、同時に他方側は戻し工程となって内端板４２（または４１）が内側に移動するとともにベローズ３３（または３２）が伸長する。この伸長によりリザーバタンク２０に貯留された冷媒が吸込口３６からベローズポンプ３０に供給される。この偏心カム３９の回転により、左右で交互にベローズ３２、３３の伸縮が繰り返され、冷媒の吸込及び吐出が繰り返される。

なお、前記各機器、すなわち熱交換器１０、リザーバタンク２０、ベローズポンプ３０及びガイド部６０において、流路を構成する金属部分、すなわちベローズ部１２、ベローズ３２、３３、容器部２１及びガイド部６０は、内部を通る冷媒が外部に漏れないように、冷媒に対して気密且つ液密に構成されている。また、これら金属部分は、互いに、溶接、ろう付け、はんだ付け等により接合されている。すなわち、これら金属部分同士の接続部分Ｘは、内部を通る冷媒が外部に漏れないように、冷媒に対して気密且つ液密になっている。

本実施形態にかかる熱交換器１０の製造方法について説明する。
最初に、所定の形状に構成された図示しない本体部用成形型の中に、ベローズ部１２を配管する。このとき、ベローズ部１２の両端部に形成された流入口１２ａ及び流出口１２ｃを外部に露出させる。また、中間部１２ｂが複数箇所で湾曲して受熱部の全体に渡るように配置する。ついで、本体部用成形型の中に、流動性を有する加熱硬化型接着性液状シリコンゴム等のを注入する。ここで、合成樹脂内部の空気による熱伝導性の低下を防ぐため合成樹脂の注入時または注入後に脱気を行う。ついで、ベローズ部１２の中間部１２ｂの外表面が樹脂で覆われた状態において、成形型ごと熱し、合成樹脂を硬化させる。以上により、合成樹脂が、中間部１２ｂの外面に密着した状態で熱硬化し、熱交換器１０が完成する。

本実施形態にかかる本熱交換装置１の動作について説明する。
ベローズポンプ３０の軸部３８を回転させると、この回転に伴って偏心カム３９が回転する。この偏心カム３９の回転に伴い左右のベローズ３２、３３が交互に伸縮する。各ベローズ３２、３３が伸長する際にリザーバタンク２０に貯留していた冷媒がベローズポンプ３０に供給される。一方で、ベローズ３２、３３が収縮する際に、吐出口３７から冷媒が流出する。吐出口３７から流出した冷媒は、熱交換器１０のベローズ部１２に接続されたガイド部６０を通って、熱交換器１０に供給される。

熱交換器１０に供給された冷媒は、ベローズ部１２の中間部１２ｂの内部、流出口１２ｃ及びガイド部６０を通って再びリザーバタンク２０に送られる。以上の動作が繰り返され、冷媒が図１の矢印に沿って循環する。
ここで、冷媒が熱交換器１０のベローズ部１２の内部１３を流通する際に、受熱部である下面１１ａに接触した電子機器５０との間で熱交換が行われる。すなわち、電子機器５０が、熱伝達率の高い本体部１１及びベローズ部１２を介して冷媒によって冷却される。

このとき、下面１１ａは柔軟性を有する合成樹脂で形成され、電子機器５０の表面に沿って変形し、密接しているため、高い熱交換効率を得ることができる。さらに、冷却機能を果たして熱を吸収した冷媒が金属ベローズで構成されたリザーバタンク２０、ベローズポンプ３０、及びガイド部６０を通る際に、放熱が行われる。

本実施形態にかかる熱交換器１０及び熱交換装置１は以下に掲げる効果を奏する。
受熱部としての下面１１ａを有する本体部１１を柔軟性のある合成樹脂で構成したことにより、電子機器５０に密着させることができる。したがって、電熱シートや電熱グリース工程を追加することなく高い熱交換効率を確保しつつ部品点数の削減及び製造工程の簡素化が図れる。また、様々な形状の被冷却部に対応することができる。

成形型に金属ベローズを配管し、樹脂を注入、硬化させて熱交換器１０を製造するため、蛇腹状の流路を容易に形成することができる。すなわち、銅等の金属板内にベローズ状の空洞を形成するよりも容易且つ低コストで複雑な形状の流路を形成することができる。また、ベローズ部１２の端部を本体の外部に配置することにより、流入口１２ａ、流出口１２ｃを容易に形成できる。

熱交換器１０は、柔軟な合成樹脂で構成され、かつ、ベローズ部１２が曲げ変形可能であるため、扱いやすく破損し難い。また、ガイド部６０もベローズ状で曲げやすいため、設置が容易である。熱交換器１０、ベローズポンプ３０、リザーバタンク２０、及びガイド部６０は全て金属ベローズで構成されているため、外表面積が大きく、高い放熱効果を得られる。

なお本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上述した例では、ガイド部６０、ベローズポンプ３０、リザーバタンク２０等が金属ベローズで構成されている場合について説明したが、一部が円筒形の管状に構成され、あるいは別の材質で構成されている場合にも同様に適用可能である。この他、各構成部材の形状などを、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変形して実施することができるのは勿論である。

本発明の一実施形態にかかる熱交換器を示す概略図。 本発明の一実施形態にかかる熱交換装置を示す平面図、側面図及び正面図。

符号の説明

１０…熱交換器
１１…本体部
１１ａ…下面（受熱部）
１２…ベローズ部
１３…内部（流路）
２０…リザーバタンク
２１…容器部
３０…ベローズポンプ
５０…電子機器（被冷却部）
６０…ガイド部

Claims (7)

1. 合成樹脂を含む熱伝導材料からなり、被冷却部に当接する受熱部を有する樹脂製本体部と、
   前記本体部の内部に配設され、熱交換媒体としての流体が流通する流路を有する金属ベローズと、を具備し、
   前記樹脂製本体部が前記金属ベローズの外面に密接した状態で硬化していることを特徴とする熱交換器。
2. 前記合成樹脂は柔軟性を有し、前記被冷却部の被当接面に密着可能であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記本体部の熱伝達率は０．５Ｗ／（ｍ．ｋ）以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の熱交換器と、
   前記流体を貯留するベローズ状の容器部を有するリザーバタンクと、
   前記リザーバタンクと前記熱交換器の前記金属ベローズとを接続するベローズ状のガイド部と、を備えたことを特徴とする熱交換装置。
5. 前記リザーバタンクと前記熱交換器との間に、前記リザーバタンクに貯留された前記流体を前記金属ベローズに供給するベローズポンプが設けられたことを特徴とする請求項４に記載の熱交換装置。
6. 前記熱交換器、前記リザーバタンク、前記ベローズポンプ及び前記ガイド部が互いに接続される接続部分は、前記流体に対して気密且つ液密に構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の熱交換装置。
7. 成形型の中に金属ベローズを配置する工程と、
   前記成形型に流動性を有する熱硬化性の合成樹脂を流し込む工程と、
   前記合成樹脂が前記金属ベローズの外面を覆った状態で前記成形型を熱することにより前記合成樹脂を硬化させる工程と、を備えたことを特徴とする熱交換器の製造方法。

Images