JP2014517538A - 断熱構造を有するデバイス - Google Patents

Abstract

断熱構造を有するデバイスが本発明の実施形態によって提供される。このデバイスは、断熱すべき対象（１０）と、断熱すべき対象（１０）と熱源（３０）との間に配設される断熱閉鎖層（２０）と、を備える。本発明において使用される断熱構造は、具体的には、断熱閉鎖層（２０）であり、これは、低い熱伝導性を有する物理材料により断熱を主に行う代わりに、断熱すべき対象（１０）と熱源（３０）との間に配設された閉鎖空間により断熱保護を実現する。閉鎖空間により断熱することにより、熱の直接接触伝導が低減され、熱対流および熱輻射の形態での熱伝達が、閉鎖空間により効果的に低減されることによって、熱源から断熱すべき対象への熱伝達の問題が解消され、断熱効果が向上し、断熱すべき対象の動作環境温度が低下する。

Description

本発明の実施形態は、放熱技術に関し、詳細には、断熱構造を有する装置に関する。

電子技術のめまぐるしい発展と共に、電子構成要素の高周波化および高速化ならびに集積回路の高密度化および小型化によって、電子構成要素が発生させる熱総出力および熱量は著しく上昇しており、そのため、システム内のある領域またはある単一箇所の熱流量密度は極めて高くなり、電子構成要素の冷却の問題がますます顕著になっている。

熱流量密度が高いという問題は、温度の影響を受けやすい構成要素または温度の影響を受けやすいパーツに対して大きな影響をもたらしており、直接的な影響は、温度の影響を受けやすい構成要素の温度が７０〜８０℃レベルを超えて１℃上昇するごとに、温度の影響を受けやすい構成要素の信頼性が５％低下し、同時に、温度の上昇により、温度の影響を受けやすい構成要素の寿命が短縮されるというものである。例えば、温度は、乾電池の寿命に対して非常に大きな影響をもたらし、具体的な実験データによれば、乾電池の寿命は、温度が５℃上昇すると、１０％短縮されることが判明している。したがって、電子製品の研究および開発の際には、良好な放熱様式が、十分に考慮される必要があり、その一方で、温度の影響を受けやすい構成要素の断熱保護対策もまた、考慮される必要があり、そうすることで、製品の信頼性および寿命を確保することが可能となる。

従来技術で採用される熱の影響を受けやすいパーツの断熱保護対策は、断熱キャリアが、熱の影響を受けやすいパーツの外部に配設されて、固定および設置の機能と、断熱機能との両方を果たすというものである。この断熱キャリアは、一般に、熱の影響を受けやすいパーツを熱源から発せられる熱から断熱するために、約０．３ワット／メータケルビン（Ｗ／ｍ・Ｋ）の熱伝導係数を有するプラスチック材料などの、低い熱伝導係数を有する材料から作製され、これにより、熱の影響を受けやすいパーツの動作環境温度を低下させる。

しかし、本発明を実装する研究プロセスにおいて、既存の断熱解決策が以下の弱点を有することを本発明者らには分かっている。既存の断熱解決策は、温度の影響を受けやすいパーツの断熱に関してある程度の影響をもたらすが、熱源は、温度の影響を受けやすい構成要素に対して依然として大きな影響を及ぼす、すなわち、熱源は、熱輻射および熱伝導により熱の影響を受けやすいパーツへと熱を伝達する場合があり、これにより、熱の影響を受けやすいパーツは、高温環境で作動し、このことが熱の影響を受けやすいパーツの寿命および信頼性に対して影響する。

本発明は、装置内の断熱すべき対象に対する断熱効果を向上させるために、断熱構造を有する装置を提供する。

本発明の一実施形態は、断熱すべき対象を含む、断熱構造を有する装置を提供し、この装置は、断熱すべき対象と熱源との間に配設された断熱閉鎖層をさらに備える。

本発明の実施形態により提供される断熱構造を有する装置において、使用される断熱構造は、具体的には、断熱閉鎖層であり、この断熱閉鎖層は、低い熱伝導係数を有する物理材料により主に断熱を実現する代わりに、断熱すべき対象と熱源との間の閉鎖空間により断熱保護を実現する。閉鎖空間により断熱を実現することにより、直接接触により伝導される熱が、低減され、閉鎖空間は、熱対流および熱輻射の形態での熱伝達を効果的に低減させることが可能となり、これにより、熱が熱源から断熱すべき対象に伝達される問題が解消され、断熱効果が改善され、断熱すべき対象の動作環境温度が低下する。

本発明の実施形態１による断熱構造を有する装置の概略構成図である。 本発明の実施形態２による断熱構造を有する装置の概略構成図である。

以下、本発明の実施形態の目的、技術的解決策、および利点をより理解可能なものにするために、本発明の実施形態の添付の図面を参照として本発明の実施形態における技術的解決策を明確かつ完全に説明する。自明ではあるが、これらの説明される実施形態は、本発明の実施形態の全てではなく、一部にすぎない。創造努力を伴わずに本発明の実施形態に基づき当業者により実現される全ての他の実施形態が、本発明の保護範囲に含まれることとする。

実施形態１
図１は、本発明の実施形態１による断熱構造を有する装置の概略構成図である。断熱構造を有するこの装置は、典型的には電子構成要素などであってもよい、断熱すべき対象１０を備える任意の装置とすることができる。断熱すべき対象１０は、例えば以下のもの、すなわち電池、温度制御ユニット、電解質コンデンサ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、光学モジュール、カメラモジュール、および水晶体などのうちの１つまたはいくつかの組合せなどの、典型的には温度の影響を受けやすい構成要素であってもよい、断熱構造の保護を必要とする任意の構成要素となり得る。

この実施形態においては、断熱構造を有する装置は、断熱すべき対象１０と熱源３０との間に配設された断熱閉鎖層２０をさらに備える。この場合に、熱源３０は、熱を発し断熱すべき対象１０の環境温度に対して影響を有する任意の熱源を指し、装置に組み込まれる熱源３０であってもよく、また装置が配置される位置の近くに位置する熱源３０であってもよい。

この実施形態において装置内で使用される断熱構造は、具体的には断熱閉鎖層であり、この断熱閉鎖層は、主に低い熱伝導係数を有する物理材料により断熱を実現する代わりに、断熱すべき対象と熱源との間の閉鎖空間により断熱保護を実現する。閉鎖層により断熱を実現することにより、直接的な接触により伝導される熱が、低減され、閉鎖空間は、熱対流および熱輻射の形態の熱伝達を効果的に低減させることが可能となり、これにより、熱が高温物体または熱源から、熱の影響を受けやすい構成要素または熱の影響を受けやすいパーツなどの断熱すべき対象に伝達される問題が解消され、断熱すべき対象の動作環境温度が低下し、熱の影響を受けやすい構成要素または熱の影響を受けやすいパーツの信頼性リスクが低下し、熱の影響を受けやすい構成要素または熱の影響を受けやすいパーツの寿命に対する高温の影響が回避される。

好ましくは、断熱閉鎖層は、空気で充填される、または真空として配設される。また、空気は、熱導体としては劣るものである。閉鎖状態においては、空気の熱伝導システムは、０．０２３Ｗ／ｍ・ｋであり、これは、プラスチックの熱伝導システムの１／１０である。閉鎖された空気の断熱係数が低いという熱特性を利用して空気断熱閉鎖層が使用される場合には、生成される閉鎖空気層は、高温構成要素または高温物体などの熱源が、熱の影響を受けやすい構成要素または温度制御されるパーツなどの断熱すべき対象に温度上昇影響を及ぼすのを防止することができる。

この実施形態においては、断熱閉鎖層２０は、具体的には、断熱すべき対象１０の外壁部と断熱シェル４０の内壁部との間に形成される。

断熱閉鎖層は、熱源と断熱すべき対象との間に形成され、熱輻射および熱伝達を防止する機能を果たし得る限りにおいては、断熱すべき対象に隣接して配設されることに限定されない。この実施形態においては、好ましくは、断熱すべき対象の外壁部は、断熱閉鎖層に対して直に隣接し、断熱閉鎖層を形成する周囲壁部のうちの１つとして使用され、これにより、断熱すべき対象の表面における熱対流による熱伝達が低下する。

この実施形態においては、断熱すべき対象１０に対する位置関係に関して、断熱閉鎖層２０は、熱源３０に対面する断熱すべき対象１０の側部に配設される。断じて、１つの側部に配設されることには限定されず、断熱閉鎖層２０は、熱源３０に対面するまたは断熱を必要とする断熱すべき対象１０の表面の一部の外側に配設されてもよい。

ある特定の用途においては、断熱すべき対象は、例えばプリント回路基板の上に配設されるなど、担持ベースの上に配設されてもよい。次いで、断熱すべき対象の外側は、断熱シェルにより覆われて、断熱シェルと断熱すべき対象との間に断熱閉鎖層を形成することにより、熱輻射、熱伝導、および熱対流の形態で熱源が発する熱を断熱する。

実施形態２
図２は、本発明の実施形態２による断熱構造を有する装置の概略構成図である。この実施形態と実施形態１との違いは、断熱閉鎖層２０と断熱すべき対象１０との間の相対位置関係が最適化される点にある。この実施形態においては、支持体５０が、断熱シェル４０の内壁部と断熱すべき対象１０の外壁部との間を固定するために、連結される。

支持体５０の形状は、限定されず、好ましくは、小面積を有する点接触連結であるか、または柱状支持体である。支持体５０は、断熱シェル４０に組み込まれてもよく、または独立した連結構成要素であってもよい。支持体５０および断熱シェル４０の材料は、共に、好ましくは、低い熱伝導係数を有する材料から作製される。

この実施形態における技術的解決策の利点は、一方では、断熱シェル４０と断熱すべき対象１０との間の連結強度が強化され、支持体５０が、熱伝導の熱エネルギーが接触面積に正比例するという原理に基づき、小面積接触によって熱伝導を低減させる点であり、他方では、断熱すべき対象１０が、断熱シェル４０の内部にさらに配設されると共に、断熱すべき対象１０の外周部および断熱シェル４０が、支持体５０により固定されるという点である。この技術的解決策においては、断熱すべき対象１０全体は、閉鎖断熱層により囲まれるように配設されると共に、支持体５０のみにより固定される。この技術的解決策の利点は、断熱すべき対象１０と連結される物体との間の接触面積が効果的に縮小され、それにより温度上昇に対する熱伝導の影響が低下する点である。支持体５０は、固定用に断熱閉鎖層２０において使用され、これは、熱の影響を受けやすい構成要素または特殊制御される構成要素の温度に対する高温構成要素または高温物体の影響を効果的に低下させ、それらの熱リスクを低下させることが可能であり、これにより、装置全体の寿命が延びる。

好ましくは、断熱すべき対象１０の１つの外壁部の表面と連結された支持体５０との間の接触面積は、この外壁部の表面の面積の５０％未満であり、これは、固定機能および熱伝導低下機能の両方を考慮したものとなる。典型的には、正六面体形状の断熱すべき対象１０については、この正六面体の１つの単一の面と、連結された支持体５０との間の接触面積は、この面の面積の５０％未満となる。

最後に、前述の実施形態は、本発明を限定するためではなく、本発明の技術的解決策を説明するためにのみ使用される点に留意されたい。前述の実施形態を参照して本発明を詳細に説明しているが、当業者は、前述の実施形態において説明される技術的解決策に対して依然として変更を行い得る点を、またはそれらのいくつかの技術的特徴に対して均等な置換を行い得る点を、および、かかる変更形態または置換形態が、対応する技術的解決策の本質を本発明の実施形態の技術的解決策の趣旨および範囲から逸脱させるものにはならない点を、理解すべきである。

１０ 断熱すべき対象
２０ 断熱閉鎖層
３０ 熱源
４０ 断熱シェル
５０ 支持体

Claims (7)

1. 断熱すべき対象を備える、断熱構造を有する装置であって、
   前記断熱すべき対象と熱源との間に配設された断熱閉鎖層をさらに備える、断熱構造を有する装置。
2. 前記断熱閉鎖層は、前記断熱すべき対象の外壁部と断熱シェルの内壁部との間に形成された請求項１に記載の断熱構造を有する装置。
3. 支持体が、前記断熱シェルの前記内壁部と前記断熱すべき対象の前記外壁部との間を固定するために連結された請求項２に記載の断熱構造を有する装置。
4. 前記断熱すべき対象は、前記断熱シェルの内部に配設され、前記断熱すべき対象の外周部および前記断熱シェルは、前記支持体を介して固定された請求項３に記載の断熱構造を有する装置。
5. 前記断熱すべき対象の１つの外壁部の表面と前記連結された支持体との間の接触面積が、前記外壁部の表面の面積の５０％未満である請求項３に記載の断熱構造を有する装置。
6. 前記断熱閉鎖層は空気で充填される、または前記断熱閉鎖層中に真空が存在する請求項１に記載の断熱構造を有する装置。
7. 前記断熱すべき対象は、以下のもの、すなわち電池、温度制御ユニット、電解質コンデンサ、液晶ディスプレイ、光学モジュール、カメラモジュール、および水晶体のうちの１つまたは複数を含む請求項１に記載の断熱構造を有する装置。

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