JP2014060340A

JP2014060340A - 冷却装置

Info

Publication number: JP2014060340A
Application number: JP2012205761A
Authority: JP
Inventors: Koji Hara; 浩二原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2012-09-19
Publication date: 2014-04-03

Abstract

【課題】冷媒流路に接するヒートシンク内部に冷媒を引き込む空洞を設けるとともに、その空洞内を冷媒が良く流れるようにして発熱体の冷却効率を高める技術を提供する。
【解決手段】本明細書が開示する冷却装置２は、発熱体であるＭＯＳ５０と接触するヒートシンク２０と、ヒートシンク２０と接しており、水を通過させる冷媒管１０を備える。ヒートシンク２０の内部には冷媒管１０内の水を引き込む空洞３０が設けられている。さらに、空洞３０と冷媒管１０との間に、水の通過方向に沿って設けられており、膨らんでいる面（翼上面）４８を空洞３０側に向けている断面翼型のフィン４０が備えられている。
【選択図】図１

Description

本明細書で開示する技術は、発熱体を冷却する冷却装置に関する。

発熱量の多い電子部品などの発熱体を冷却するために、発熱体に取り付けるヒートシンクと、ヒートシンクの表面に冷媒を流す流路で構成される冷却装置が用いられることがある。例えば、特許文献１に、そのような冷却装置が開示されている。特許文献１の技術はさらに、ヒートシンクの冷媒が接触する面に微細な窪みを設け、ヒートシンク表面に形成される温度境界層の発達を抑制し、伝熱特性を向上させる。

特開２００９−１３５５２４号公報

ヒートシンクは、アルミニウムなどの熱伝導率の高い物質で作られており、発熱体の熱を拡散し、冷媒との熱交換を活発にするために設けられる。何らかの都合（例えば、発熱体と冷媒流路の間に相当の空間がある場合など）でヒートシンクの厚みを厚くする場合がある。ヒートシンクの厚みを厚くすると、発熱体の熱の冷媒への移送効率が低下する虞がある。そのような課題に対してヒートシンクの内部をくり抜き、そのくり抜いた空洞へ冷媒を引き込むことが考えられるが、冷媒は空洞内で滞留して伝熱効率が思うように上がらない虞がある。本明細書は、冷媒流路に接するヒートシンク内部に冷媒を引き込む空洞を設けるとともに、その空洞内を冷媒が良く流れるようにして発熱体の冷却効率を高める技術を提供する。

本明細書が開示する冷却装置は、発熱体と接触するヒートシンクと、ヒートシンクと接しており冷媒を通過させる流路を備える。ヒートシンクの内部には流路内の冷媒を引き込む空洞が設けられている。さらに、空洞と流路との間に、冷媒の通過方向に沿って設けられており、膨らんでいる面を空洞側に向けている断面翼型のフィンが備えられている。なお、断面翼型のフィンの「膨らんでいる面」とは、一般に翼の上面と呼ばれている面である。

上記の構成によると、膨らんでいる面（翼上面）を空洞側に向けた翼型のフィンにより、空洞側が負圧となり（空洞内の流体の圧力が流路内の流体の圧力よりも小さくなり）流路の冷媒が空洞内に引き込まれる。その結果、空洞内を冷媒がスムーズに流れることになり、ヒートシンクを含む冷却装置の冷却効率が向上する。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は発明を実施するための形態の欄にて詳しく説明する。

冷却装置を示す断面説明図。

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。

（特徴１）フィンの流路側の面（翼下面）は平らに形成されている。

（特徴２）冷媒は水である。

（実施例）
図１に示す本実施例の冷却装置２は、発熱体であるＭＯＳ５０を冷却するための冷却装置である。ＭＯＳ５０は、基板５２に設けられた電気回路（図示しない）と電気的に接続されており、その電気回路から供給される電力によって動作する。ＭＯＳ５０は、動作に伴って発熱する。

冷却装置２は、ＭＯＳ５０と接触するヒートシンク２０と、ヒートシンク２０と接しており、水を通過させる冷媒管１０と、フィン４０を備える。

ヒートシンク２０は、アルミニウム製の板材である。他の例では、ヒートシンク２０は、熱伝導率が高い他の物質（例えば銅）で形成されていてもよい。本実施例では、ＭＯＳ５０と冷媒管１０との間の距離が比較的大きいため、ヒートシンク２０は比較的厚く形成されている。ヒートシンク２０の上面２２はＭＯＳ５０と接触している。ヒートシンク２０の内部には空洞３０が形成されている。空洞３０は、ヒートシンク２０の下面からヒートシンク２０の内部に向かって凹んだ形状に形成されている。ヒートシンク２０は、ＭＯＳ５０の熱を拡散し、空洞３０内を流れる水との熱交換を活発にする。上記の通り、ヒートシンク２０は比較的厚く形成されているが、内部に空洞３０を備えるため、ＭＯＳ５０の熱を空洞３０内の水に効率良く移送することができる。

冷媒管１０は、アルミニウム製の管状部材である。他の例では、冷媒管１０は、他の物質で形成されていてもよい。冷媒管１０の内部空間は、冷媒である水を通過させる流路１４である。冷媒管１０の上面１０ａはヒートシンク２０の下面と接している。また、冷媒管１０ａの上面１０ａには孔１２が開口している。孔１２は、ヒートシンク２０の空洞３０と連通している。即ち、ヒートシンク２０の空洞３０は、冷媒管１０の流路１４と通じている。そのため、冷媒管１０内の水の一部は孔１２を介して空洞３０内に導入され、空洞３０内の水は孔１２を通じて冷媒管１０内に戻される。図示を省略しているが、冷媒管１０の上流側には、水を供給するタンクと水を圧送するポンプが備えられており、冷媒管１０の下流側は、タンクに接続している。タンク内の水は、冷媒管１０を通じて循環する。なお、冷却装置２は、ＭＯＳ５０の他にも冷却対象を有していてもよい。即ち、冷媒管１０には、ヒートシンク２０の他に別のヒートシンクや別のデバイスが接していてもよい。

フィン４０は、冷媒管１０の孔１２の内側であって、ヒートシンク２０の空洞３０と冷媒管１０の間に設けられた部材である。フィン４０は、支柱８０によって、冷媒管１０の下面１０ｂに固定されている。なお、フィン４０は、流路１４の内部に設けられる支柱８０に代えて、図１の手前側と奥側で冷媒管１０の壁面に支持されてもよい。フィン４０は、冷媒管１０内の水の通過方向に沿って設けられている。フィン４０は、その断面が翼型に形成されている。フィン４０の膨らんでいる面（以下では翼上面と呼ぶ）４８は、空洞３０側に向けられている。フィン４０の翼上面４８の上端部は、空洞３０内に位置する。一方、フィン４０の平らな面（以下では翼下面と呼ぶ）４６は、流路１４側に向けられている。また、フィン４０のうち、水の通過方向上流側の端部４２が翼の前縁として機能し、下流側の端部４４が翼の後縁として機能する。

上記の構成を有する冷却装置２において、冷媒管１０内に水を流した場合の水の動きを、図１の矢印６０、６２、６４、６６、６８を参照して説明する。

冷媒管１０内に水を流すと、矢印６０に示すように、水は冷媒管１０内の上流側（図１中左側）から下流側（図１中右側）に向けて流れ始める。本実施例の冷却装置２では、フィン４０が断面翼型に形成されているため、冷媒管１０内に水を流すと、フィン４０の空洞３０側（翼上面４８側）が負圧となる。ここで、「空洞側が負圧」とは、冷媒管１０の流路内の水圧よりも空洞内の水圧が低いことを意味する。その結果、矢印６２に示すように、冷媒管１０を流れてきた水の一部が空洞３０内に引き込まれる。矢印６４に示すように、空洞３０内に引き込まれた水は、空洞３０内で滞留することなく、フィン４０の翼上面４８に沿って空洞３０をスムーズに流れ、冷媒管１０内に戻される。その結果、空洞３０内では水が継続してスムーズに流れ、空洞３０内の水とヒートシンク２０との間では熱交換が活発に行われる。従って、ヒートシンク２０を含む冷却装置２の冷却効率が向上する。

一方、矢印６６に示すように、冷媒管１０を流れてきた水の他の一部は、空洞３０内に引き込まれることなく、冷媒管１０内を下流に向けて流れる。矢印６８に示すように、冷媒管１０内を流れた水は、フィン４０の下流側で、空洞３０内から冷媒管１０内に戻された水と合流し、冷媒管１０をさらに下流に向けて流れる。

以上、本実施例の冷却装置２について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、以下の変形例を含んでもよい。

（変形例１）フィン４０の形状は、翼上面４８が空洞３０側に膨らんでいる断面翼型であれば、上記の形状には限られない。従って、例えば、フィン４０の翼下面４６が、平らではなく、翼上面４８に比べて小さく流路１４側に膨らんでいてもよい。また、フィン４０の翼下面４６が、フィン４０の内側に向けて凹んでいてもよい。これらの場合も、フィン４０の断面形状は翼型であると言える。

（変形例２）冷媒管１０内を流れる冷媒は、水に限られず、他の冷媒であってもよい。例えば、冷媒として、ＬＬＣ（ＬＯＮＧＬＩＦＥＣＯＯＬＡＮＴ）、あるいは、不凍液を用いてもよい。

実施例では冷媒管１０の断面のみを示した。冷媒管１０の横断面（流れに垂直な断面）の形状に限定はない。冷媒管１０の横断面形状は円形でもよいし矩形でもよい。また、図１では、フィン４０の翼下面４６が、冷媒管１０の内面と同一平面となる。フィン４０の位置は、流路１４の側にずれていてもよいし（即ち、フィン４０の一部が流路１４内に位置していてもよい）、逆に、空洞３０の側にずれていてもよい（即ち、フィン４０の全体が完全に空洞３０の内部に位置していてもよい。後者の場合であってもフィンの翼上面４８の側が負圧となるので、流路１４の水は、空洞内に引き込まれる。

図１は、冷却装置２の一部である。冷却装置２は、他に、通常の冷却装置が備える部品、例えば、冷媒（水）を一時的に溜めるリザーブタンクや冷媒を圧送するポンプなどを備える。さらに、冷却装置２は、ヒートシンク２０（即ちヒートシンク２０に接しているＭＯＳ５０）だけでなく、他のデバイスを冷却するように別のヒートシンクを備えていてもよい。例えば、図１に示さない部分において冷却管１０に多数のヒートシンクが接していてもよい。なお、全てのヒートシンクが断面翼型のフィンを備えている必要はない。少なくとも一つのヒートシンクが断面翼型のヒートシンクを備えていればよい。

実施例の冷却装置２は、ヒートシンク２０と冷媒管１０が別部品であった。ヒートシンクと冷媒管が一体であってもよい。即ち、本明細書が開示する冷却装置の別の態様は、発熱体に接する冷却装置であり、断面において液体冷媒が流れる流路が発熱体に向かって窪んでおり、窪みの入り口に、上記したフィン（即ち、断面翼型であり、翼上面を窪みの奥側に向けたフィン）が備えられているものであってもよい。

２：冷却装置
１０：冷媒管
１０ａ：冷媒管の上面
１０ｂ：冷媒管の下面
１２：孔
１４：流路
２０：ヒートシンク
２２：ヒートシンクの上面
３０：空洞
４０：フィン
４２：フィンの上流側の端部
４４：フィンの下流側の端部
４６：フィンの翼下面
４８：フィンの翼上面
５０：ＭＯＳ
５２：基板
８０：支柱

Claims

発熱体と接触するヒートシンクと、
ヒートシンクと接しており、冷媒を通過させる流路と、
を備えており、
ヒートシンクの内部に流路内の冷媒を引き込む空洞が設けられており、
前記空洞と流路の間に、冷媒の通過方向に沿って設けられており、膨らんでいる面を空洞側に向けている断面翼型のフィンが備えられていることを特徴とする冷却装置。