JP2012506141A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

熱生成電気構成要素を冷却する冷却装置であって、前記熱生成電気構成要素１に熱的に接続されている取付表面３と熱除去表面４とを有する熱拡散要素２を有する冷却装置が、開示されている。当該装置は、更に、熱除去表面４を覆うと共に、本質的に閉じられている区画を形成する筐体５と、前記区画内に通じている開口１３と、前記開口に同軸に位置合わせされている環状部材１１と、環状部材１１に接続されていると共に、開口１３から離れる／開口１３に向かう往復運動をする環状部材１１を移動させるアクチュエータとを更に有する。従って、環状部材１１は、筐体５の外側に向かって開口１を通って指向されるジェットを生成する。

Description

本発明は、熱生成電気構成要素を冷却する冷却装置に関する。本発明は、更に、このような冷却装置を有する電気装置に関する。

熱生成電気構成要素（例えば、ＬＥＤ又はＩＣ）を冷却する活性冷却装置に対する必要性は、これらの構成要素が様々な用途において更に広く使用されるようになっているので、増大している。

活性冷却装置の例は、ファン、プロペラ又は合成ジェットを含み、全てが強制的対流によって熱伝達を増強している。合成ジェットは、米国特許第６ １２３ １４５号に開示されており、前記壁の隔膜は、容器内のボリュームを同時に移動するように移動し、この結果、渦がオリフィスを通過して前記チャンバから放出される。従って、生成される合成ジェットは、これを冷却するように加熱表面上に当たる。

従来の活性冷却装置は、一般に、劣化及び限定された寿命にさらされており、可聴音を発生し、費用がかかり、重く、追加の空間及び電力を必要とし、例えば、特にこれらの問題に関して要求している照明に関して問題である。

上述の観点から、本発明の目的は、改善された冷却装置を提供することにある。

本発明の見地によれば、熱生成電気構成要素を冷却する冷却配置であって、前記熱生成電気構成要素に熱的に接続されている取付表面と熱除去表面とを有する熱拡散要素と、前記熱除去表面を覆うと共に、本質的に閉じられた区画を形成している筐体と、前記区画内に通じている開口と、前記開口と同軸に位置合わせされている環状部材と、前記環状部材に接続されているアクチュエータであって、前記開口から/前記開口に向かって往復運動する前記環状部材を移動させるように配されており、この結果、前記環状部材が、前記筐体の外側に向かって前記開口を通って指向されるジェットを生成する、アクチュエータとを有する冷却装置が、提供される。

このジェットは、前記熱除去表面から強制的に熱対流を生じさせ、従って、前記熱拡散要素の対流的冷却を向上させる。この装置は、はゼロ正味質量輸送を可能にするが、狭い筐体内の強制的対流のためのノンゼロ運動量輸送を生成する。外向きのジェットによる有利な点は、熱気を噴出する一方で、他の場所からの新鮮な空気を吸い込むことにある。前記環状部材が前記アクチュエータによって作動される前記開口から離れる／前記開口に向かう往復して移動し、前記環状部材の断面は、この動きの方向に対して垂直な平面内にあるので、渦離脱（vortex shedding）が、空気の変位によって生成され発生する。

「熱拡散装置」とは、ここで、熱生成電気構成要素によって生成される熱を拡散する装置である。このような装置は、熱拡散器及び／又はヒートシンクであることができる、又は、金属コアプリント回路基板（ＭＣＰＣＢ）のような、回路基板であり得る。「アクチュエータ」とは、ここでは、前記環状部材に接続されており、前記環状部材の往復運動を作動させる装置である。

作動される筒状部材を有する活性冷却装置は、発行されていない欧州特許出願第０７１２２６２３．７号に記載されている。しかしながら、この筒状部材は、対象に向かって内部合成ジェットを生成するように配されており、更に、冷却されるべき対象が筐体内部に配されているという認識に基づいている。前記筐体のために、このような装置は、比較的大きさが大きく、従って、取り付けられた場合に比較的大きな空間を必要とする。例えば、ＬＥＤ又はＩＣは、筐体を有しておらず、従って、冷却装置に対して付加的な要求を課す。本発明は、前記環状部材と前記熱拡散器又は筐体壁との間の距離が短い場合でさえも、外向きのジェットが生成されるという認識に基づく。前記装置は、大きさが小さいままにされるが（小さいことは、一般照明用途のような多くの用途において好ましい又は必要とさえされる）、外向きのジェットは、対流を向上させる。更に、前記環状部材の表面は、前記空気を送出するように作用し、この表面が前記オリフィスに比較して比較的大きいものであり得るので、送出作用は、更に強力になる。

前記開口は、用途に依存して、前記筐体の前記壁内に配される又は代替的には前記熱拡散要素内に配されることができる。

更に、前記筐体は、前記筐体内への内部の流れを増大にさせ、従って、前記筐体内部の流れを増進させ、当該熱除去表面の冷却を強化するために、少なくとも１つの更なる開口を有することができる。各開口は、空気の変位と、従って、前記冷却装置の冷却効果とに影響を及ぼす。

一実施例において、前記アクチュエータは前記筐体内に組み込まれることができ、前記冷却装置をより小型にする。この場合、前記開口は、前記アクチュエータ内に形成されることができ、当該装置をより小型にする。

前記アクチュエータは、好ましくは、スピーカであり、前記スピーカは、磁石、コイル及び膜を有する。前記環状部材は、前記スピーカのコイルに接続されていても良く、前記コイルは、前記膜によって懸架される及びガイドされることができる。スピーカの共振周波数を、ただ移動質量を付加することによって調整することも可能である。従って、前記スピーカの共振周波数の調整は、前記環状部材の質量の調整によって可能にされる。前記環状部材の付加的な質量は、前記スピーカの共振周波数が、亜音速又は低いものであり得ることを可能にする。低周波数における動作は、低い可聴ノイズ及びより長い寿命時間を意味する。従って、洗練された及び高価なノイズ低減は、必要とされない。スピーカによる他の有利な点は、渦離脱（及び合成ジェットの形成）が、適度の可動域を有するスピーカ（円錐）の送出によって増進されることができることにある。更に、前記環状部材のガイドは、スピーカ内に組み込まれ、前記ガイドは、動き（play）と、従って漏出とを減少するのに重要である。

他の種類のアクチュエータは、例えば、クランク接続ロッド機構、プランジャ又は膜ポンプを含む。

前記開口は、スピーカ磁石において形成されることもでき、このことは、当該装置を小型にし、従って、前記スピーカの主要な構造変形も必要とされない。

更に、前記冷却装置は、前記開口を通って延在する筒状部材を有することができ、前記筒状部材は、前記環状部材に接続されている前記筐体内に配されている第１の開放端部と、前記筐体の外側に配されている第２の開放端部とを有している。従って、前記環状部材は、前記筒状部材上にフランジを形成することができる。従って、前記スピーカの共振周波数の調整は、前記環状及び管状部材の質量の調整によって可能にされる。更に、前記移動空気の質量は、前記筒状部材の長さと前記フランジの厚さとにおよそ比例している。前記筒状部材の前記フランジの表面及び前記膜は、空気を送出し、この表面は比較的大きいので、この送出作用は、更に強力になる。

前記スピーカのコイル及び前記スピーカの膜は、前記区画内に配されることができ、これにより前記膜は、前記筐体の内部を、各々が少なくとも１つの開口を備えている２つの副次的な区画に分けている。第１の前記副次的な区画から通じている前記開口の少なくとも１つは、更に、第２の前記副次的な区画から通じている前記開口の少なくとも１つに接続されている。このことは、前記冷却配置が、当該装置の二重作用送出効果を使用して小型になり、より効果的になるので、有利である。更に、第１の前記副次的区画から通じている少なくとも１つの開口は、λパイプを介して、第２の前記副次的区画から通じている前記開口の少なくとも１つに接続されることができる。ここで、λは、前記アクチュエータによって生成される波長である。従って、このパイプは、前記スピーカ膜の後方を前記膜の対向する側に接続している。前記スピーカ後方が閉じられていなければならない場合、前記パイプは、唯一の付加的な開口として振る舞う。

前記環状部材と対向する表面との間の距離は、ジェットが、前記筐体の内部に向かって発生するのを可能にすることができる。このような内部ジェットは、ジェットを、前記熱生成電気構成要素の熱い場所（例えば、ＬＥＤ及び／又は前記熱拡散器の熱除去表面）に向かってジェットを指向するのに有利である。従って、前記配置は、合成ジェット衝突による効率的な冷却を可能にする。一実施例において、前記環状部材と前記対向する表面との間の距離は、前記内部ジェットが発生するのを可能にするための前記環状部材の前記開口の直径の少なくとも２倍であっても良く、好ましくは、前記開口の直径の最大１０倍であっても良い。

本発明による冷却装置は、更に、有利には、電気構成要素を含む電気装置内に含まれていても良い。

他の目的、フィーチャ及び有利な点は、以下の記載、添付請求項及び添付図面から明らかになるであろう。

以下において、本発明の実施例が、添付の例示的な図面を参照して、詳細に記載される。この添付図面において、同一の符号は、類似の要素に対して使用されている。全て図は、模式的なものであり、縮尺で描かれているものではない。

本発明の一実施例による冷却装置の分解斜視図である。 本発明の他の実施例による例示的な冷却装置の断面図である。

この本発明は、図１における例示的な冷却装置１０を参照して記載されており、ＬＥＤ１は、所謂強制的対流によって冷却されるように熱拡散要素２の取付表面３側に熱的に接続されている。筐体５は、熱拡散要素２の熱除去表面４側における当該装置を包囲しており、従って、本質的に包囲された区画を形成する。アクチュエータ（ここでは、スピーカ）は、筐体５内に配され、筐体５の壁内に組み込まれており、前記スピーカは、コイル６、膜７及び磁石８を有する。示されている例において、前記スピーカは、熱拡散部材２の熱除去表面４側に対向して配される。更に、開口１３は、前記区画内に通じており、示されている例においては、前記スピーカの磁石８内に形成されている。環状部材１１は、開口１３と同軸に位置合わせされており、前記アクチュエータ（ここでは、スピーカコイル６）に接続されている。スピーカコイル６は、更に、スピーカ膜７によって懸架されている。この例において、環状部材１１は、更にチューブ９を備えており、チューブ９は、スピーカ磁石８の開口１３及び筐体５を通って延在するように配されている。前記チューブの前記第１の開放端部は、筐体５内部に配されており、前記第２の開放端部は、筐体５外部に配されている。従って、環状部材１１は、チューブ９上のおそらく円錐形フランジを形成している。

筐体５の円周は、１つ又は複数の付加的な開口を更に有することができ、示されている例においては、筐体５の円周に沿った３つの等距離の開口１２ａ‐ｃを有している。

チューブ９は、ここで、Ａｌｓｉｎｔセラミック、薄いアルミニウム又は充填された耐熱ポリマ（この充填材は、熱膨張係数（ＣＴＥ）を低下させるために設けられている）のような、小さい質量と前記周囲よりも低い又は周囲に等しい熱膨張とを備える温度耐性材料でできている。

ジェット形成基準を満たす及び超えるように配されることができるスピーカの典型的な例は、ＰＨＩＬＩＰＳ／ＮＸＰ２４０３―２５４―２２００２である。丸い開口のためのジェット形成基準は、Ｒｙａｎ Ｈｏｌｍａｎらの「合成ジェットのための形成基準」ＡＩＡＡジャーナル、４３巻、２１１０―２１１６頁（２００５年）において見出されることができる。

各開口は、内部ジェットを増進するために前記筐体の内部に向かって先細りにされていても良い。更に、各開口のエッジは、好ましくは、渦離脱を促進するために鋭い。各開口の表面に螺旋として成形された溝を設けることによって又は開口を前記筐体内に突出しているオリフィスの形態で有することによって、前記ジェットの乱流は、更に増大されることができ又は前記渦の離脱が促進されることができる。

チューブ９のフランジは、前記スピーカのコイル６によって移動されるように配される。従って、開口１３（ここでは、チューブ９の孔及び環状部材１１によって規定される）は、動作される開口１３を形成する。動作の間、前記スピーカの往復運動の動きは、結果として筐体５内の空気の変位を生じるチューブ９のフランジ１１の並進運動をもたらす。従って、熱は、筐体５の外側に向かうジェット形態において開口１３を通って加熱された空気を能動的に導くことによって、即ち強制的対流によって、熱拡散要素２から放散される。付加的な流れは、前記筐体内の更なる開口１２ａ‐ｃを経て生成されることができる。チューブ９のフランジの表面及び膜７は、動作される開口１３を通るこの流れ及びジェットを形成する空気を送出する。

図２において、二重動作ポンプとして機能する冷却装置２０の他の例は、模式的に示されている。このスピーカ膜７は、副次的な区画２１、２２が膜７の両側に形成されるように当該配置の区画を分ける。筐体５の円周における開口１２ａ‐ｃは、スピーカ膜７の一方の側における第１の副次的区画２１に通じており、第２の副次的区画２２は、スピーカの前記後方において、スピーカ膜７の対向する側に形成されている。

当該装置は、両方の副次的区画２１、２２から通じている開口が設けられているという条件において、二重動作ポンプとして働くことができる。従って、示されている例において、開口２３は、筐体５の壁に配されていると共に、第２の副次的区画２２に通じている。第２の副次的区画２２からの開口２３は、長さｎλを備えるｎλパイプ２４に更に取り付けられている。ここで、ｎは、自然数であり、λは前記スピーカによって生成される波の波長である。ｎλパイプ２４の第２の端部は、前記筐体の円周の更なる開口１２ｃのうちの１つを介して、第１の副次的区画２１に取り付けられている。この二重動作ポンプ特性を使用して、筐体５の内外への付加的な脈動流は、筐体５内の開口１２ａ‐ｃを通って、生成される。この流れは、熱拡散要素２の熱除去表面４を更に冷却することができる。代替的には、このパイプは、（ｎ＋１／２）λパイプであっても良い（長さは、縮尺で描かれているわけではない）。（ｎ＋１／２）λパイプの場合、パイプ２４内の開口１２ｃを通る空気の流れの矢印は、方向を変化させる。

当業者であれば、本発明がこれらの好ましい実施例に限定されるものではないと理解するであろう。例えば、空気以外の他のガス（流体）が、送出されても良い。前記開口は、円形、四角形又は斜め状のような、如何なる形状を有していても良く、付加的な開口の数は、柔軟である。更に、前記アクチュエータは、前記筐体の外側に配されても良いが、依然として、前記環状部材の往復運動を活性化させるために前記環状部材に接続されており、前記磁石を穿孔する必要性を伴うことなく、前記アクチュエータのより低い動作温度を促進することができる。前記開口は、例えば、前記筐体に配される代わりに前記ヒートシンクの円周に、前記スピーカコイルに取り付けられているチューブに、又は前記スピーカ膜にさえ配されることができる。前記開口は、熱拡散器に対して平行に配されることができ、内部ジェットが発生することができるより長い長さを可能にすることができる。又は、当該装置は、前記同じアクチュエータによって動作される、２つ以上の環状部材を有することができる。

このような又は他の明らかな変形は、添付請求項によって規定されているように、本発明の範囲内にあるものとみなされなければならない。上述の実施例は、本発明を制限するというよりは、むしろ説明しているものであり、当業者であれば、添付請求項の要旨を逸脱することなく多くの代替的な実施例を設計することができることに留意されたい。前記請求項において、括弧内に配されている如何なる符号も、前記請求項を制限するものとして解釈されてはならない。「有する」なる語は、要素の存在又は添付請求項に記載されていない要素又はステップの存在を排除するものではない。単数形の構成要素は、複数のこのような構成要素を排除するものではない。

Claims (15)

1. 熱生成電気構成要素を冷却する冷却装置であって、
   前記熱生成電気構成要素に熱的に接続される取付表面と、熱除去表面とを有する熱拡散要素と、
   前記熱除去表面を覆うと共に、本質的に閉じられた区画を形成する筐体と、
   前記区画内に通じている開口と、
   前記開口に同軸に位置合わせされている環状部材と、
   前記環状部材に接続されているアクチュエータであって、前記開口から離れて／前記開口に向かって往復運動をする前記環状部材を移動し、この結果、前記環状部材は、前記筐体の外側に向かって前記開口を通って指向されるジェットを生成する、アクチェータと、
   を有する冷却装置。
2. 前記開口は、前記筐体内に配されている、請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記筐体は、前記筐体内への流れを生成するための、少なくとも１つの付加的な開口を有している、請求項１又は２に記載の冷却装置。
4. 前記アクチュエータが、前記筐体内に組み込まれている、請求項１乃至３の何れか一項に記載の冷却装置。
5. 前記開口が、前記アクチュエータ内に形成されている、請求項４に記載の冷却装置。
6. 前記アクチュエータは、磁石、コイル及び膜を有するスピーカであり、前記環状部材は、前記スピーカのコイルに接続されており、前記コイルは、前記膜によって懸架されていると共にガイドされている、請求項５に記載の冷却装置。
7. 前記開口は、前記磁石内に形成されている、請求項６に記載の冷却装置。
8. 前記開口を通って延在している筒状部材であって、前記環状部材に接続されている前記筐体内部に配されている第１の開放端部と、前記の筐体外部に配されている第２の開放端部とを有しており、前記環状部材は、前記筒状部材上のフランジを形成している、筒状部材を更に有する請求項１乃至７の何れか一項に記載の冷却装置。
9. 前記コイル及び前記膜は、前記区画内に配されており、これにより前記膜は、前記筐体の内部を、各々少なくとも１つの開口を備える第１の副次的区画及び第２の副次的区画に分けており、前記第１の副次的区画から通じている前記開口のうちの少なくとも１つは、前記第２の副次的区画から通じている少なくとも１つの前記開口に接続されている、請求項６乃至８の何れか一項に記載の冷却装置。
10. 前記第１の副次的区画から通じている前記開口の少なくとも１つは、λパイプを介して前記第２の副次的区画から通じている少なくとも１つの開口に接続されており、ここでλは前記アクチュエータによって生成される波長である、請求項９に記載の冷却装置。
11. 前記環状部材の共振周波数が亜音速である、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の冷却装置。
12. 前記環状部材と対向する表面との間の距離は、ジェットが前記筐体の内部に向かって発生するのを可能にする、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の冷却装置。
13. 前記環状部材と前記対向する表面と間の距離は、前記環状部材の直径の少なくとも２倍であり、好ましくは、前記開口の直径の１０倍である、請求項１乃至１２の何れか一項に記載の冷却装置。
14. 請求項１乃至１３の何れか一項に記載の冷却装置に取り付けられている少なくとも１つの熱生成電気構成要素を有する電気装置。
15. 請求項１乃至１３の何れか一項に記載の冷却装置に取り付けられている少なくとも１つの発光要素を有する照明装置。

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