JP2013239397A - 放熱器及び放熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力損失を増大させることなく放熱性能を向上させることが可能で、しかも放熱部品の小型軽量化が実現できる放熱器及び放熱装置を提供すること。
【解決手段】一例の放熱器は、所定間隔をおいて設けられた複数の正極突起を有し交流の高電圧を印加される正電極体と、この正電極体の前記正極突起の間に嵌入され外面が誘電体により被覆され各々の前記正極突起と放電プラズマを発生させる複数の接地突起を有し、接地される接地電極体とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、放熱器及び放熱装置に関する。

電子機器の信頼性を確保するために放熱がきわめて重要であり、従来から各種の放熱器が使われてきた。また、電子機器の発熱量は年々増加の傾向にあるが、逆に電子機器自体は小型軽量化されてきており、小型軽量でしかも高性能な放熱装置が求められている。

最も代表的な放熱装置は空気中に熱を放散させる放熱フィンであるが、放熱フィンには次に挙げるような限界があり、小型軽量化と高性能化を同時に満足させることができない。

放熱フィンの性能向上のためには、（１）フィンの表面積を広げる、（２）フィン表面の熱伝導率を向上させる、（３）フィン内部の熱伝導熱抵抗を減らす、（４）フィン部を流れる空気の流量を増やす、の主に４つの方法がある。しかし、どの方法も技術的には以下に述べるような限界が生じて、小型軽量化と高性能化の両立には限界がある。

（１）のためにフィン自体を大きくする方法があるが、この場合には小型軽量化が困難になるだけでなく、フィン自体が大きくなったことによりフィン内部の熱伝導抵抗が増加し、高性能化が困難になる。（１）のために、フィンピッチを細かくして放熱面積を広げる場合には、空気の流路が狭くなることによりフィンの圧力損失が増加し送風機等の寸法、質量、所要動力が増加してしまい、小型軽量化に限界がある。

（２）のためには、熱伝導の妨げになっている境界層の発達を防止する必要がある。このために従来からフィンの空気流路を細かくしたり、フィンを流れ方向にオフセットさせる等の方法が用いられてきた。しかし、いずれの方法でも圧力損失の増大を招き送風機等の寸法、質量、所要動力が増加してしまい、小型軽量化が困難であった。

（３）に関しては、フィン内部の熱伝導抵抗はフィンの材料物性と形状が支配している。現状のフィンはアルミ、銅を用いており、材料の物性にこれ以上、大きな改善はあまり期待できない。また、形状として、表面積を広げるためにフィンを細かくすると、熱伝導抵抗が増加することになり、熱伝導抵抗を減らすには限界がある。

さらに（４）については、空気流量を増やすと圧力損失を招き送風機等の寸法、質量、所要動力が増加してしまい、小型軽量化が困難となる。
なお、放電プラズマにより気流を発生させる装置は知られている。

特開２００７−３１７６５６号公報

以上述べたように、放熱器の小型軽量化と高性能化を両立させることは難しかった。本発明は、圧力損失を増大させることなく放熱性能を向上させることが可能で、しかも部品の小型軽量化が実現できる放熱器及び放熱装置を提供する。

一実施形態は、所定間隔をおいて設けられた複数の正極突起を有し交流の高電圧を印加される正電極体と、この正電極体の前記正極突起の間に嵌入され外面が誘電体により被覆され各々の前記正極突起と放電プラズマを発生させる複数の接地突起を有し、接地される接地電極体と、を有することを特徴とする放熱器を提供する。

一実施形態に係る放熱器の断面図である。 図１に示す実施形態のＡ−Ａで切断した放熱器の断面図である。 図１に示す実施形態のＢ−Ｂで切断した放熱器の断面図である。 図１に示す、部分Ｄの拡大図である。 図３に示す、部分Ｅの拡大図である。 図１に示す正極突起と接地突起の一対の拡大図である。 実施形態における正電極体上の正極突起の状態を示す斜視図である。 実施形態における放熱器にトランスを取り付けた放熱装置の状態を示す図である。 発熱体からの距離に対する風速特性曲線を、実施形態の場合を従来の場合と比較して示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、説明する。一実施形態の断面図を図１に示し、図１のＡ−Ａで切断した放熱器の断面図を図２に示し、図１のＢ−Ｂで切断した放熱器の断面図を図３に示す。図１は図３におけるＣ−Ｃの断面図である。図４は図１に示すＤ部分の拡大図であり、図５は図３におけるＥ部分の拡大図である。

この放熱器１０は、正導体板部１１上に所定距離離して複数列状に設けられた複数の正極突起１２を有する正電極体１３と、この正電極体１３の正極突起１２の間に嵌装されるように配設された複数の接地突起１４及びこれらの接地突起１４を有する接地板部１５から成る接地電極体１６と、この接地電極体１６及び正電極体１３を支持する４本の絶縁支柱１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄとを有する。

すなわち、図７に示すように、正導体板部１１上には所定間隔離して垂直に複数の正極突起１２が設けられて正電極体１３が構成される。この正電極体１３は、四隅に孔を有する。図７は、正電極体１３を裏返した状態を示している。図示していないが、同様に接地板部１５上には、所定間隔離して垂直に複数の接地突起１４が設けられて接地電極体１６が構成される。

この接地電極体１６は、四隅に孔を有する。これら四隅の孔には、絶縁支柱１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄが挿入される。上記複数の正極突起１２及び接地突起１４は、例えば空気の流れ（後述する）の方向と同じ方向に直列に接続される。これらの突起は空気の流れの方向に対して垂直方向に並列に接続されてもよい。正導体板部１１及び接地板部１５の外側は、表面が曲面となり放熱機能を有する形状をしていてもよい。

接地突起１４は、導電体から成りその表面が誘電体１９により被覆される。誘電体としては、エポキシ、ホーロー、シリコンなどが用いられる。接地板部１５は、アルミ（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等の導電体により構成される。接地板部１５の内側は、接地突起１４と同じように誘電体で表面が被覆されるが、外側は被覆されなくても良い。

接地板部１５上の接地突起１４が正導体板部１１上の正極突起１２と対向するように向き合わせられたとき、接地板部１５上の接地突起１４と、正導体板部１１上の正極突起１２は、接触するような位置に設けられている（図５参照）。一対の正極突起１２と接地突起１４の接触状態を図６に示す。なお、接地板部１５上の接地突起１４と、正導体板部１１上の正極突起１２は少なくとも近接していればよく、必ずしも接触する必要はない。

図８を用いてこの実施形態の放熱装置の構成及び動作を説明する。点線矢印に示すように、正電極体１３と接地電極体１６の各突起１２，１４を嵌合させる。

正電極体１３側の裏面には昇圧用のトランス３１が設けられ、接地電極体１６の背面には、放熱される被放熱装置３２が固定される。この背面部分に被放熱装置が接触固定されると、熱伝導により、被放熱装置の熱を直接、接地板に逃がすことができ、特に放熱効果が大きい。

トランス３１の一次巻線３２ｆ側には、数ｋＨｚ程度の交流電力が供給され、二次巻線３２ｓ側には５００Ｖから数ｋＶ程度以上の高電圧の交流電力が出力される。二次巻線３２ｓの高圧側は導線３３ａ等により正導体板部１１に接続され、接地側は導線３３ｂ等を通して接地板部１５に接続される。

所定間隔で配列された複数の正極突起１２を有し、交流の高電圧を印加される正導体板部１１を含む正電極体１３と、正電極体１３の正極突起１２の間に嵌入され外面が誘電体１９により被覆された接地突起１４を有し接地される接地板部１５を含む接地電極体１６とにより放熱器が構成される。この放熱器にトランス３１が加わって放熱装置を構成する。

この放熱装置のトランス３１の一次巻線３２ｆ側に交流を供給すると、正極突起１２に高電圧が交流的に印加される。すなわち、図６に示すように、接地突起１４の各々は平板形状をしており、この接地突起１４の端面において前記正極突起１２の各々と接触する構造を有している。なお、接地突起１４と正極突起１２は必ずしも接触している必要はない。

図６において、正極突起１２から接地突起１４に向けて電気力線が周期的に生ずる。中間に誘電膜１９が介在しているので、誘電体バリア放電が起きて両突起間に放電プラズマが生じ、正極突起１２及び接地突起１４との表面２０に、正極突起１２から接地突起１４に向かって空気流が発生し、正極突起１２と接地突起１４の表面（側面）において境界層の破壊現象が生ずる。

この場合における発熱体表面の風速特性を従来の場合と比べて図９に示す。図９（ａ）は従来、発熱体表面に風を流した場合であり、図９（ｂ）はこの実施形態の場合である。縦軸（Ｙ軸）に発熱体表面からの距離を、横軸（Ｘ軸）に風速を示す。

図９（ａ）に示す従来の場合には、発熱体表面から距離に対して風速は漸次早くなる風速特正曲線４２となる。一方、この実施形態においてはバリア放電が起き放電プラズマを生ずるので、発熱体（接地突起１４）表面２０に対して、比較的近い距離で風速が速くなる風速特性曲線４３となる。

すなわち正極突起１２及び接地突起１４の表面近くで、境界層の破壊が起きる。一般に従来の場合には、上記境界層の存在により放熱効果の効率が妨げられていた。しかしこの実施形態によれば、境界層の破壊によって発熱体近辺の熱が除去され放熱が行われる。このようして、図１、図３、図４及び図５で点線矢印４５に示す方向に空気流が生じ、効率的な放熱が行われることになる。

上記実施形態では、トランス３１を正電極体１３上に設けたが、要するにこの放熱器の近くにあればよく、例えば接地電極体１６上や周辺の回路上に設けてもよい。

実施形態によれば、圧力損失を増大させることなく放熱性能を向上させることが可能で、しかも部品の小型軽量化が実現できる放熱器及び放熱装置が得られる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したがこれらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０・・・・放熱器
１１・・・・正導体板部
１２・・・・正極突起
１３・・・・正電極体
１４・・・・接地突起
１５・・・・接地板部
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ・・・・絶縁支柱
１６・・・・接地電極体
１９・・・・誘電膜
３１・・・・トランス
３２・・・・被放熱装置
４２、４３・・・・風速特性曲線

Claims (6)

1. 所定間隔をおいて設けられた複数の正極突起を有し交流の高電圧を印加される正電極体と、
   この正電極体の前記正極突起の間に嵌入され外面が誘電体により被覆され各々の前記正極突起と放電プラズマを発生させる複数の接地突起を有し、接地される接地電極体と、
   を有することを特徴とする放熱器。
2. 前記接地突起の各々は平板形状をしており、この接地突起の端面において前記正極突起の各々と接触する構造を有することを特徴とする請求項１記載の放熱器。
3. 前記正極突起及び前記接地突起が互いに嵌入するように前記正電極体及び前記接地電極体を固定することを特徴とする請求項１又は２記載の放熱器。
4. 所定間隔をおいて設けられた複数の正極突起を有し交流の高電圧を印加される正電極体と、
   前記正電極体の前記正極突起の間に嵌入され外面が誘電体により被覆され各々の前記正極突起と放電プラズマを発生させる複数の接地突起を有し、接地される接地電極体と、
   前記正極突起及び前記接地突起が互いに嵌入するように前記正電極体及び前記接地電極体を固定する固定具と、
   前記正電極体と前記接地電極体の間に高電圧の交流を印加するトランスと、
   を有することを特徴とする放熱装置。
5. 前記接地突起の各々は平板形状をしており、この接地突起の端面において前記正極突起の各々と接触する構造を有することを特徴とする請求項４記載の放熱装置。
6. 前記トランスは、前記正電極体の裏面に設けられて成ることを特徴とする請求項４又は５記載の放熱装置。

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