JP2015519727A - 冷却装置 - Google Patents

冷却装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2015519727A
JP2015519727A JP2015503870A JP2015503870A JP2015519727A JP 2015519727 A JP2015519727 A JP 2015519727A JP 2015503870 A JP2015503870 A JP 2015503870A JP 2015503870 A JP2015503870 A JP 2015503870A JP 2015519727 A JP2015519727 A JP 2015519727A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cooling device
cooling
sonotrode
tube
cooling body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2015503870A
Other languages
English (en)
Inventor
ホンスベアク−リードル マーティン
ホンスベアク−リードル マーティン
レシュケ ヤーコプ
レシュケ ヤーコプ
ミティッチ ゲアハート
ミティッチ ゲアハート
ランドルフ モック
モック ランドルフ
フォンツ トーマス
フォンツ トーマス
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE201210205463 external-priority patent/DE102012205463A1/de
Priority claimed from DE201210215484 external-priority patent/DE102012215484A1/de
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of JP2015519727A publication Critical patent/JP2015519727A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20909Forced ventilation, e.g. on heat dissipaters coupled to components
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B3/00Methods or apparatus specially adapted for transmitting mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/467Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing gases, e.g. air
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20009Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a gaseous coolant in electronic enclosures
    • H05K7/20136Forced ventilation, e.g. by fans
    • H05K7/20145Means for directing air flow, e.g. ducts, deflectors, plenum or guides
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20009Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a gaseous coolant in electronic enclosures
    • H05K7/20136Forced ventilation, e.g. by fans
    • H05K7/20154Heat dissipaters coupled to components
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20009Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a gaseous coolant in electronic enclosures
    • H05K7/20136Forced ventilation, e.g. by fans
    • H05K7/20172Fan mounting or fan specifications
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H01L23/4735Jet impingement
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)

Abstract

電子コンポーネント、特にパワー半導体を冷却するための冷却装置(10)において、所定の波長の超音波を形成するための少なくとも1つのソノトロードエレメント(12)と、前記ソノトロードエレメント(12)に対応付けられた共振管(16)とを有しており、前記共振管(16)は、開口した第1端部(50)と、開口した第2端部(55)とを備えており、前記ソノトロードエレメント(12)は、前記第2端部(55)よりも前記第1端部(50)の近くに配置されているか、又は、前記第1端部(50)は、前記ソノトロードエレメント(12)の方に向いており、前記ソノトロードエレメント(12)と前記第2端部(55)との間隔、及び/又は、前記第1端部(50)と前記第2端部(55)との間隔は、実質的に半波長の整数倍に相当する、ことを特徴とする冷却装置。

Description

本発明は、電子コンポーネント、特にパワー半導体を冷却するための冷却装置に関する。
例えばパワー半導体のような熱的負荷が大きい電子コンポーネントを冷却するためには、冷却体を用いた受動的な対流冷却では不十分なことが多い。従ってこのような場合には、受動的な対流冷却に加えて、冷却体へと向かう空気流を能動的に形成する必要がある。
このためには、摩耗しやすい機械式の送風機を使用する他に、超音波変換器を使用することも知られている。このような超音波変換器、例えばピエゾ式のソノトロードは、本来の超音波振動の他に、変換器から離れる方向への空気流、いわゆる超音波風も形成し、この超音波風を能動的な冷却のために利用することができる。
しかしながら、機械式の送風機と比較すると、超音波変換器では比較的僅かな空気流量しか形成されない。
従って本発明の課題は、電子コンポーネントからの良好な熱輸送を可能にし、特により多い空気流量を形成する、より改善された冷却装置を提供することである。
この課題は、請求項1に記載の特徴を有する冷却装置と、請求項2に記載の特徴を有する冷却装置と、請求項8に記載の特徴を有する冷却装置とによって解決される。本発明の有利な発展形態は、従属請求項、以下の説明、及び、図面から明らかになる。
本発明の冷却装置は、電子コンポーネント、特にパワー半導体を冷却するために構成されている。冷却装置は、所定の波長の超音波を形成するための少なくとも1つのソノトロードエレメントを有する。本発明の冷却装置はさらに、ソノトロードエレメントに対応付けられた共振管を有し、前記共振管は、開口した第1端部と、開口した第2端部とを備えている。本発明の冷却装置においては、ソノトロードエレメントは、共振管の第2端部よりも第1端部の近くに配置されているか、又は、第1端部がソノトロードエレメントの方に向いている。ソノトロードエレメントと第2端部との間隔、及び/又は、第1端部と第2端部との間隔は、実質的に半波長の整数倍に相当する。上記の各間隔に対して択一的又は付加的に、ソノトロードエレメントと第2端部との間の通流距離、及び/又は、共振管を通過する第1端部と第2端部との間の通流距離は、実質的に半波長の整数倍に相当する。
実質的に半波長の整数倍に相当する間隔又は通流距離は、半波長の整数倍から僅かにだけずれてもよく、すなわち、特に最大でも8分の1波長、有利には最大でも16分の1波長だけ、半波長の整数倍からずれてもよいことを理解されたい。理想的には、半波長の整数倍からのずれは、最大でも32分の1波長である。特に有利には、この間隔又は通流距離は、製造公差の範囲内において精確に半波長の整数倍に相当する。
上記の幾何学的配置に基づいて、共振管の第2端部には、ソノトロードエレメントによって共振励振された超音波定在波の波腹が形成される。つまり、ソノトロードエレメントと共振管の第2端部との間、又は、共振管の第1端部と第2端部との間に、定在波が形成される。従って、上に記載したような本発明の冷却体の場合には、発振条件は、開管したパイプオルガンに相当する。
共振管内で振動する超音波場によって、共振管の第2端部における通流空気の流速は、共振管を有さない装置に比べて格段に増加する。この結果、第2端部の近傍に配置された冷却体から通流空気への熱移動が格段に改善される。
特に有利には、共振管の第1端部は、ソノトロードから半波長の倍数だけ離間している。さらに、共振管の第1端部と第2端部とは、互いに半波長の倍数だけ離間しているか、又は、第1端部と第2端部との間の通流距離は、半波長の倍数である。このようにすれば、第1端部と第2端部との間において形成される共振と、ソノトロードエレメントと第2端部との間において形成される共振とが、有利には互いに重畳されて増幅される。
本発明の冷却装置において有利には、ソノトロードエレメントは、共振管の外側、及び/又は、共振管の端面に配置されている。このようにすれば、ソノトロードエレメントは、共振管内において特に効果的な共振を励振することができる。
有利には、本発明の冷却装置はさらに、電子コンポーネントに結合される冷却体を含み、この冷却体は、共振管の第2端部の近傍に、特に共振管の端面に、及び/又は、共振管の外側に配置されている。こうすることにより、共振管から出てくる従来技術に比べて格段に速度が増加した空気によって、冷却体を、適切に排熱空気に触れさせることが可能となる。
本発明の冷却装置において有利には、共振管の第2端部と冷却体との間に空隙が設けられている。これにより、超音波風によって供給された空気流を排出することができる。
本発明の冷却装置において理想的には、ソノトロードと共振管の第2端部との間の間隔、及び/又は、共振管の第1端部と第2端部との間の間隔、及び/又は、ソノトロードと共振管の第2端部との間の通流距離、及び/又は、共振管を通過する共振管の第1端部と第2端部との間の通流距離は、2分の1波長、及び/又は、1波長、及び/又は、1と2分の1波長、及び/又は、2波長、及び/又は、2と2分の1波長、及び/又は、3波長に相当する。このようにすると、実際に効果的な共振を励振することができる。
本発明の冷却装置において有利には、共振管の直径は、実質的に波長に相当する。この場合には共振を、共振管内において特に簡単に励振することができる。
実質的に波長に相当する共振管の直径は、波長から僅かにだけずれてもよく、すなわち特に最大でも8分の1波長、有利には最大でも16分の1波長だけずれてもよいことを理解されたい。理想的には、半波長の整数倍からのずれは、最大でも32分の1波長である。
本発明の冷却装置において特に有利には、共振管の第1端部は、カッティングエッジを有する。カッティングエッジによって、パイプオルガンの場合のように空気流の流入時に共振管流の共振効果が強められる。理想的には、空気流の流れは、カッティングエッジの形状、及び/又は、共振管の第1端部の形状、及び/又は、ソノトロードエレメントの形状に基づき、特に少なくとも1つの適切に設けられた導流手段によって、精確にカッティングエッジに衝突するように誘導される。
本発明の有利な発展形態においては、第1端部における共振管の壁の内側は、共振管の長手延在方向に対して傾斜されており、有利には、共振管の壁は、第1端部において又は第1端部に向かって先鋭になるように傾斜されている。
択一的又は付加的に、共振管の第1端部の壁の外側が、共振管の長手延在方向に対して傾斜されており、有利には、共振管の壁は、第1端部において又は第1端部に向かって先鋭になるように傾斜されている。
本発明の特に有利な実施形態においては、冷却装置に付加的に導流手段が設けられており、通流空気は、この導流手段によって、カッティングエッジに衝突するように誘導される。
有利には、導流手段は、少なくとも1つの通流チャネルを有するように配置及び構成されており、この通流チャネルの断面は、カッティングエッジの近傍では小さくなっている。有利には、通流チャネルは、共振管に対して軸方向に一直線に並んで配置されている。好ましくは、通流チャネルは、カッティングエッジから離れた方の端部において、ソノトロードエレメントの近傍に配置されている。
有利には、導流手段は、少なくとも1つの導流管と、少なくとも1つの通流制限手段とを有しており、この通流制限手段と導流管とが協働して、少なくとも1つの通流チャネルを形成している。有利には、導流管は、共振管に対して軸方向に一直線に並んで配置されている。本発明の有利な発展形態においては、通流制限手段は、漏斗、円錐、又は、錐台であり、共振管に対して軸方向に一直線に並んで配置されており、導流管の内部に設けられており、導流管の長手軸に沿って共振管の方向に広がっており、有利には中実に形成されている。このようにすれば、軸方向において導流管の排出口をカッティングエッジと部分的に重ね合わせることができる。カッティングエッジの流れは、このようにして特に良好に達成される。
超音波変換器によって形成される空気流量、ひいては冷却能力は、上で説明したような適切な手段によって改善することができる。
しかしながら、上で説明したような本発明の解決方法によって空気流量を増加させても、超音波変換器による能動的な冷却時に、冷却体の表面に静止した空気の境界層が形成されることにより、通流する超音波風の空気流への熱移動が制限されてしまうことがある。
これに対して、請求項8に記載の特徴を、上で説明したような本発明の冷却装置の特徴に対して択一的又は付加的(少なくとも請求項8に記載の特徴が上で説明した特徴に適合しない限り)に設けることができ、このような特徴を有する本発明の冷却装置によって、電子コンポーネントの熱輸送を一層改善することが可能となる。
電子コンポーネント、特にパワー半導体を冷却するためのこのような本発明の冷却装置は、電子コンポーネントに熱的に結合される冷却体と、前記冷却体の方に向けられる所定の波長の超音波を形成するための少なくとも1つのソノトロードエレメントと、前記ソノトロードエレメントに対応付けられた共振管とを含み、前記共振管は、前記ソノトロードエレメントと前記冷却体との間に配置されている。
本発明によれば、ソノトロードエレメントと冷却体との間の間隔は、4分の1波長の整数倍に相当する。
上記の幾何学的配置に基づいて、冷却体の表面に波節が形成される。つまり、ソノトロードエレメントと冷却体との間に定在波が形成される。上で説明した構成とは異なり、この場合の発振条件は、もはや開管したパイプオルガンには相当せず、閉管したパイプオルガンに相当する。
振動する超音波場によって冷却体の表面における静止した境界層の厚さが格段に減少するので、通流空気への熱移動は格段に改善される。特に境界層の領域に渦を形成することができ、この渦が冷却体と空気との熱交換を格段に促進することによって、このような装置の冷却効率が特に良好になる。
本発明の別の実施形態においては、共振管の冷却体側の端部と冷却体との間に、空隙が設けられている。これにより、超音波風によって供給された空気流の排出が可能となる。空隙の幅は適切に選択することができ、例えば、共振管の開口部に振動腹が形成されるように、超音波波長の4分の1の空隙幅を選択することができる。
さらには、共振管の冷却体側の端部に対向する、冷却体の表面領域に、少なくとも1つの導流要素を設けると有利である。これによって、超音波風の排出流を所期のように偏向することができる。このことは、複数のソノトロードエレメントと、それに対応する複数の共振管とを使用すべき場合に特に有利である。導流要素の形状を適当に構成することによって、各ソノトロードエレメントの個々の空気流同士が相互に悪影響を与え合うことを阻止することができる。
考えられる実施形態においては、導流要素は、冷却体の表面の面法線の方向に流入してきた空気流を180°偏向するように構成されている。つまりこの場合には、超音波風は、流入方向に対して逆平行に偏向される。このことは、共振管に対して平行に延在している排気チャネルと組み合わせ、この排気チャネルによって空気流を冷却体の表面から離れる方向へと垂直に誘導すると特に有利である。
しかしながら、特に省スペースな択一的実施形態では、導流要素が、冷却体の表面の面法線の方向に流入してきた空気流を90°偏向するように構成されている。
従ってこの場合には、流入してきた超音波風は、冷却体の縁部の方向へと偏向される。導流要素が冷却体の表面の縁部領域に達するまで延在している場合は、特に有利である。
この場合の導流要素は、冷却体の表面における窪んだ溝とすることができ、この溝の幅は、実質的に共振管の直径に相当する。複数の導流要素が、冷却体の縁部へと螺旋形に延在するような形状も可能である。個々のソノトロードエレメントの構成に応じて、他の形状も有利であろう。
以下、本発明と、本発明の有利な実施形態とを、図面に基づいてより詳細に説明する。
本発明の冷却装置の概略断面図である。 カッティングエッジを有する共振管を備えた本発明の冷却装置の別の1つの実施形態を示す概略断面図である。 カッティングエッジを有する共振管を備えた本発明の冷却装置の別の1つの実施形態を示す概略断面図である。 カッティングエッジを有する共振管を備えた本発明の冷却装置の別の1つの実施形態を示す概略断面図である。 カッティングエッジと導流手段とを有する共振管を備えた本発明の冷却装置の別の1つの実施形態を示す概略断面図である。 本発明の図1の冷却装置の実施形態を示す概略断面図である。 本発明の冷却装置の別の1つの実施形態を示す概略断面図である。 冷却体の表面に存在する熱絶縁層を説明するための、図6の冷却装置を示す概略断面図である。 冷却体の表面に存在する熱絶縁層を説明するための、本発明の図7の冷却装置の実施形態を示す概略断面図である。 複数のソノトロードを有する本発明の冷却装置の1つの実施形態を示す斜視図である。 共振管に対して平行に延在する、加熱空気を排出するための通流チャネルを備えた本発明の冷却装置の1つの実施形態を示す概略断面図である。 本発明の冷却装置の1つの実施形態に使用するための、導流要素を備えた冷却体を示す斜視図である。 本発明の冷却装置の1つの実施形態に使用するための、導流要素を備えた択一的な冷却体を示す斜視図である。
図1に図示した冷却装置10は、半導体コンポーネント(図1には詳細には図示せず)を能動的に冷却するために使用される。冷却装置10は、ピエゾ式のソノトロード12と、半導体に熱的に結合される冷却体30とを含む。ソノトロード12と冷却体30との間には、開口した第1端部50と、開口した第2端部55とを有する円筒形の共振管16が配置されており、この共振管16は、当該共振管16の第1端部50がソノトロード12の方を向き、第2端部55が冷却体30の方を向くように配置されている。
図において、ソノトロード12は、所定の波長を有する超音波を共振管16の第1端部55の中へと放出する。共振管16の長さLは、実質的に、1と2分の1波長に相当する。特に図示していない別の実施形態においては、共振管16の波長Lは、半波長の別の整数倍である。共振管16の第1端部50は、ソノトロード12から半波長だけ、すなわち間隔aだけ離間されている。上記の配置及び構成により、共振管16の第1端部50と第2端部55との間、並びに、ソノトロード12と共振管16の第2端部55との間に超音波定在波が形成される。共振管16の直径Dは、波長に相当する。上記直径により、定在波の形成が著しく支持される。
この定在波は、それぞれ第2端部55において波腹20を形成する。これによって、本来の超音波振動の他にソノトロード12によって形成される矢印22の方向への空気流、いわゆる超音波風が強められる。
図2〜5に図示された実施形態のように、第1端部50’,50’’,50’’’,50’’’’に、共振管に流入する空気をより良好に励振させるためのカッティングエッジ51’,51’’,51’’’を設けることによって、定在波の励振が一層改善される。
例えば図2に示されているように、カッティングエッジ51’は、共振管16’の第1端部50’における壁の内側が、共振管16’の長手延在方向Lに対して傾斜するように、すなわち第1端部50’における壁が、ソノトロード12の方向に向かって先鋭になるように形成されている。
択一的に、共振管16’’の第1端部50’’における壁の外側を、共振管16’’の長手延在方向Lに対して傾斜させて、第1端部50’’における壁が先鋭になるように、かつ、カッティングエッジ51’’が形成されるようにすることができる(図3)。
さらに図4に図示されているように、共振管16’’’の第1端部50’’’における壁を、内側においても外側においても共振管16’’’の長手延在方向Lに先鋭になるよう傾斜させることによって、カッティングエッジ51’’’を形成することも可能である。
図5に図示された実施形態(残りの部分は図3の装置に相当する)による冷却装置では、通流空気がカッティングエッジ51’に衝突するように、通流空気を所期のように誘導するための導流手段57が設けられている。基本的に、特に図示していない別の実施形態において、図2又は図4のようなカッティングエッジを設けることも可能である。
導流手段57は導流管60を有しており、この導流管60は、ソノトロード12と共振管16’’’’との間において、共振管16’’’’に対して軸方向に一直線に並んで配置されている。導流手段57はさらに、導流管60の内部に配置された中実の漏斗65を有しており、この漏斗65は、導流管60に沿って共振管16’’’’の方向に広がっている。このようにして漏斗65と導流管60との間に、通流チャネル80が形成される。この通流チャネル80は、共振管16’’’’の近傍に、低減された断面積を有する排出口70を有しており、導流手段57を通流する空気を、この排出口70から排出させることができる。導流手段57のこの排出口70は、径方向においてカッティングエッジ51’’と部分的に重なり合っている。
半導体コンポーネントを能動的に冷却するために、上で説明したような本発明の冷却装置10、及び、図6及び図8に図示するような本発明の冷却装置10を使用することができる。このような冷却装置は、上で説明したように、ピエゾ式のソノトロード12と、半導体に熱的に結合された冷却体(ここから以下で説明する図面及び明細書においては、参照符号30ではなく参照符号14が付されている)とを含み、これらの間に共振管16が配置されている。
共振管の冷却体側の端部(ここから以下で説明する図面及び明細書においては、参照符号55ではなく参照符号18が付されている)において、ソノトロード12によって形成された超音波振動の振動腹20が形成される。これによって、本来の超音波振動の他にソノトロード12によって形成される矢印22の方向への空気流、いわゆる超音波風が強められる。
しかしながら図8のように、静止した空気の境界層24によって、冷却体14からの熱輸送が妨げられることがある。
境界層24の形成を緩和するために、図7及び図9に図示した本発明の冷却装置26の別の実施形態においては、ソノトロード12と冷却体14の表面28との間の間隔が、ソノトロード12によって形成される超音波の4分の1波長の整数倍となるように選択されている。
こうすることによって、冷却体14の表面28に振動節31が形成される。つまり、ソノトロード12と表面28との間に定在波が形成される。定在波は境界層24の広がりを減少させるので、境界層24は、上で説明した冷却装置10の場合よりも格段に小さい厚さを有することとなる。特に定在波によって表面28の領域に渦が形成され、この渦が境界層の形成に対抗し、冷却体14からの熱輸送を改善する。
図10は、冷却体14が図示されていない冷却装置26の斜視図である。冷却装置26は、複数のピエゾ式のソノトロード12を含み、これらのソノトロード12は、電極32と34の間に挟まれている。各ソノトロード12に対応付けられた各共振管16は、共に1つのブロック36の中に収容されているが、見やすくするために全ては図示していない。
共振管16と共に、さらなる別の通流チャネル38(全ては図示せず)もブロック36の中に収容されている。これらの通流チャネル38は、冷却体14の表面28に設けられた導流要素40と協働して、表面28からの加熱空気を排出するために使用される。
図11に図示したように、流入してきた超音波風は、共振管16から出た後、導流要素40に衝突すると180°偏向されて通流チャネル38へと誘導され、これによって冷却体14からの加熱空気が排出される。これによって特に、隣接する各ソノトロード12によって形成された空気流同士が相互に悪影響を与え合うことが回避される。従って、冷却体14の表面全体に亘って均等に良好な熱排出が実施される。
図12及び図13は、冷却体14の表面28に設けられる導流要素40の択一的な実施形態を図示している。図12の実施形態では、導流要素40は、窪んだ溝として形成されており、この溝は、図示していない共振管の合流領域42から冷却体14の縁部44まで延在している。この溝の幅は、共振管16の直径にほぼ相当する。
図13の実施形態では、導流要素40は、冷却体14の表面28に設けられた隆起したウェブとして形成されており、これらのウェブは、表面28の中心46から冷却体14の縁部44へと螺旋形の経路に沿って延在している。
もちろん本発明は、図11〜13に図示したような導流要素40の形状に限定されているわけではない。冷却体14の形状と、排出すべき空気量乃至熱量とに応じて、別の実施形態も有利であろう。

Claims (16)

  1. 電子コンポーネント、特にパワー半導体を冷却するための冷却装置(10)において、
    所定の波長の超音波を形成するための少なくとも1つのソノトロードエレメント(12)と、前記ソノトロードエレメント(12)に対応付けられた共振管(16)とを有しており、
    前記共振管(16)は、開口した第1端部(50)と、開口した第2端部(55)とを備えており、
    前記ソノトロードエレメント(12)は、前記第2端部(55)よりも前記第1端部(50)の近くに配置されているか、又は、前記第1端部(50)は、前記ソノトロードエレメント(12)の方に向いており、
    前記ソノトロードエレメント(12)と前記第2端部(55)との間隔、及び/又は、前記第1端部(50)と前記第2端部(55)との間隔(L)は、実質的に半波長の整数倍に相当する、
    ことを特徴とする冷却装置。
  2. 電子コンポーネント、特にパワー半導体を冷却するための冷却装置(10)において、
    所定の波長の超音波を形成するための少なくとも1つのソノトロードエレメント(12)と、前記ソノトロードエレメント(12)に対応付けられた共振管(16)とを有しており、
    前記共振管(16)は、開口した第1端部(50)と、開口した第2端部(55)とを備えており、
    特に、前記冷却装置(10)は、請求項1に記載の冷却装置であり、
    前記ソノトロードエレメント(12)は、前記第2端部(55)よりも前記第1端部(50)の近くに配置されているか、又は、前記第1端部(50)は、前記ソノトロードエレメント(12)の方に向いており、
    前記ソノトロードエレメント(12)と前記第2端部(55)との間の通流距離、及び/又は、前記共振管(16)を通過する前記第1端部(50)と前記第2端部(55)との間の通流距離(L)は、実質的に半波長の整数倍に相当する、
    ことを特徴とする冷却装置。
  3. 前記電子コンポーネントに結合される冷却体(30)をさらに含み、
    前記冷却体(30)は、前記共振管(16)の前記第2端部(55)の近傍に、特に前記共振管(16)の端面に、及び/又は、前記共振管(16)の外側に配置されている、
    ことを特徴とする請求項1又は2記載の冷却装置。
  4. 前記共振管(16)の前記第2端部(55)と前記冷却体(30)との間に空隙が設けられている、
    ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項記載の冷却装置。
  5. 前記共振管(16)の前記第1端部(50’;50’’;50’’’;50’’’’)は、カッティングエッジ(51’;51’’;51’’’)を有する、
    ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項記載の冷却装置。
  6. 前記冷却装置は、導流手段(57)を有しており、
    通流空気は、前記導流手段(57)によって、前記カッティングエッジ(51’’)に衝突するように誘導される、
    ことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項記載の冷却装置。
  7. 前記導流手段(57)は、少なくとも1つの通流チャネル(80)を有し、
    前記通流チャネル(80)は、前記カッティングエッジ(51’’)の近傍では先細になっており、
    特に前記通流チャネル(80)の断面は、前記カッティングエッジ(51’’)の近傍では小さくなっている、
    ことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項記載の冷却装置。
  8. 電子コンポーネント、特にパワー半導体を冷却するための冷却装置(26)において、
    前記電子コンポーネントに熱的に結合される冷却体(14)と、前記冷却体(14)の方に向けられる所定の波長の超音波を形成するための少なくとも1つのソノトロードエレメント(12)と、前記ソノトロードエレメント(12)に対応付けられた共振管(16)とを備えており、
    前記共振管(16)は、前記ソノトロードエレメント(12)と前記冷却体(14)との間に配置されており、
    特に前記冷却装置(26)は、前記電子コンポーネントに熱的に結合される冷却体を有する請求項1から7のいずれか一項記載の冷却装置であり、
    前記ソノトロードエレメント(12)と前記冷却体(14)との間の間隔は、4分の1波長の整数倍に相当する、
    ことを特徴とする冷却装置
  9. 前記共振管(16)の冷却体側の端部(18)と前記冷却体(14)との間に、空隙が設けられている、
    ことを特徴とする請求項8記載の冷却装置(26)。
  10. 前記共振管(16)の冷却体側の端部(18)に対向する、前記冷却体(14)の表面領域(28)に、少なくとも1つの導流要素(40)が設けられている、
    ことを特徴とする請求項8又は9記載の冷却装置(26)。
  11. 前記導流要素(40)は、前記冷却体(14)の前記表面(28)の面法線の方向に流入してきた空気流を180°偏向するように構成されている、
    ことを特徴とする請求項10記載の冷却装置(26)。
  12. 前記共振管(16)に対して平行に延在している排気チャネル(38)が設けられている、
    ことを特徴とする請求項11記載の冷却装置(26)。
  13. 前記導流要素(40)は、前記冷却体(14)の前記表面(28)の面法線の方向に流入してきた空気流を90°偏向するように構成されている、
    ことを特徴とする請求項10記載の冷却装置(26)。
  14. 前記導流要素(40)は、前記冷却体(14)の前記表面(28)の縁部領域(44)に達するまで延在している、
    ことを特徴とする請求項13記載の冷却装置(26)。
  15. 前記導流要素(40)は、前記冷却体(14)の前記表面(28)における窪んだ溝であり、前記溝の幅は、実質的に前記共振管(16)の直径に相当する、
    ことを特徴とする請求項13又は14記載の冷却装置(26)。
  16. 前記導流要素(40)は、螺旋形の経路曲線を描いている、
    ことを特徴とする請求項13又は14記載の冷却装置(26)。
JP2015503870A 2012-04-03 2013-04-03 冷却装置 Pending JP2015519727A (ja)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012205463.4 2012-04-03
DE201210205463 DE102012205463A1 (de) 2012-04-03 2012-04-03 Kühlvorrichtung
DE201210215484 DE102012215484A1 (de) 2012-08-31 2012-08-31 Kühlvorrichtung
DE102012215484.1 2012-08-31
PCT/EP2013/057022 WO2013150071A2 (de) 2012-04-03 2013-04-03 Kühlvorrichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2015519727A true JP2015519727A (ja) 2015-07-09

Family

ID=48045546

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015503870A Pending JP2015519727A (ja) 2012-04-03 2013-04-03 冷却装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20150062813A1 (ja)
EP (1) EP2815638B1 (ja)
JP (1) JP2015519727A (ja)
KR (1) KR20150002749A (ja)
CN (1) CN104620374A (ja)
WO (1) WO2013150071A2 (ja)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9367103B2 (en) * 2013-08-22 2016-06-14 Asia Vital Components Co., Ltd. Heat dissipation device
DE102014213851A1 (de) * 2014-07-16 2016-01-21 Siemens Aktiengesellschaft Kühlmodul und Elektronikgerät
US10486232B2 (en) * 2015-04-21 2019-11-26 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Semiconductor manufacturing device with embedded fluid conduits
EP3580045B1 (en) * 2017-02-13 2023-08-30 Telsonic Holding AG Ultrasonic processing system, booster and method
DE102018100279B3 (de) 2018-01-08 2019-04-18 Beuth Hochschule Für Technik Berlin Lüftervorrichtung zum Wärmeabtransport von einem Gegenstand und Gegenstand

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58140491A (ja) * 1982-02-16 1983-08-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 流れ発生装置
JP2005229034A (ja) * 2004-02-16 2005-08-25 Sony Computer Entertainment Inc 電子デバイス冷却装置および電子デバイス冷却方法
JP2010199436A (ja) * 2009-02-26 2010-09-09 Denso Corp 冷却構造
JP2011258411A (ja) * 2010-06-09 2011-12-22 Koito Mfg Co Ltd 車両用灯具

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3027533C2 (de) * 1980-07-21 1986-05-15 Telsonic Aktiengesellschaft für elektronische Entwicklung und Fabrikation, Bronschhofen Verfahren zur Erzeugung und Abstrahlung von Ultraschallenergie in Flüssigkeiten sowie Ultraschallresonator zur Ausführung des Verfahrens
US5578888A (en) * 1994-12-05 1996-11-26 Kulicke And Soffa Investments, Inc. Multi resonance unibody ultrasonic transducer
JP3809296B2 (ja) * 1999-04-14 2006-08-16 株式会社カイジョー 超音波洗浄装置
US6443900B2 (en) * 2000-03-15 2002-09-03 Olympus Optical Co., Ltd. Ultrasonic wave transducer system and ultrasonic wave transducer
DE10254894B3 (de) * 2002-11-20 2004-05-27 Dr. Hielscher Gmbh Vorrichtung zur Kühlung von Ultraschallwandlern
US7263837B2 (en) * 2003-03-25 2007-09-04 Utah State University Thermoacoustic cooling device
US7081699B2 (en) * 2003-03-31 2006-07-25 The Penn State Research Foundation Thermoacoustic piezoelectric generator
US7230367B2 (en) * 2003-11-07 2007-06-12 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Piezoelectric resonator, production method thereof, filter, duplexer, and communication device
US7059403B2 (en) * 2004-11-11 2006-06-13 Klamath Falls, Inc. Electroacoustic method and device for stimulation of mass transfer processes for enhanced well recovery
JP5133970B2 (ja) * 2006-03-21 2013-01-30 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 冷却装置、及びこのような冷却装置を有する電子装置
US20080294051A1 (en) * 2007-05-25 2008-11-27 Machiko Koshigoe Ultrasonic operating apparatus
US8004156B2 (en) * 2008-01-23 2011-08-23 University Of Utah Research Foundation Compact thermoacoustic array energy converter
US8418934B2 (en) * 2008-08-26 2013-04-16 General Electric Company System and method for miniaturization of synthetic jets
US7688583B1 (en) * 2008-09-30 2010-03-30 General Electric Company Synthetic jet and method of making same
US8695686B2 (en) * 2010-01-07 2014-04-15 General Electric Company Method and apparatus for removing heat from electronic devices using synthetic jets
EP2368694A1 (en) * 2010-03-22 2011-09-28 Tetra Laval Holdings & Finance S.A. Sonotrode
US8375729B2 (en) * 2010-04-30 2013-02-19 Palo Alto Research Center Incorporated Optimization of a thermoacoustic apparatus based on operating conditions and selected user input
DE102011087484A1 (de) * 2011-11-30 2013-06-06 Siemens Aktiengesellschaft Transformationssonotrode, Sonotrode und Verfahren zur Herstellung
US9177889B2 (en) * 2012-09-21 2015-11-03 International Business Machines Corporation Implementing microscale thermoacoustic heat and power control for processors and 3D chipstacks

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58140491A (ja) * 1982-02-16 1983-08-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 流れ発生装置
JP2005229034A (ja) * 2004-02-16 2005-08-25 Sony Computer Entertainment Inc 電子デバイス冷却装置および電子デバイス冷却方法
US20070103868A1 (en) * 2004-02-16 2007-05-10 Sony Computer Entertainment Inc. Electronic device cooling device and electronic device cooling method
JP2010199436A (ja) * 2009-02-26 2010-09-09 Denso Corp 冷却構造
JP2011258411A (ja) * 2010-06-09 2011-12-22 Koito Mfg Co Ltd 車両用灯具

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013150071A2 (de) 2013-10-10
EP2815638A2 (de) 2014-12-24
KR20150002749A (ko) 2015-01-07
EP2815638B1 (de) 2016-08-24
US20150062813A1 (en) 2015-03-05
CN104620374A (zh) 2015-05-13
WO2013150071A3 (de) 2013-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2015519727A (ja) 冷却装置
JP2014066508A (ja) ボルテックスチューブ
JP6723020B2 (ja) 外部冷却装置と2つの別個の冷却回路とを備えた電気モータ
JP2010027963A (ja) 冷却器
JP6781899B2 (ja) 熱音響装置
JP2009264620A (ja) 熱交換器及び熱交換システム
KR20160118652A (ko) 열교환 유닛
US9882339B2 (en) Laser oscillation device having laser medium circulating tube
JP6772273B2 (ja) 熱音響エネルギー変換システム
US8833438B2 (en) Multi-orientation single or two phase coldplate with positive flow characteristics
JP2014051981A (ja) ノズル端壁の蛇行冷却
JP5049635B2 (ja) バッテリ冷却装置
CN211019756U (zh) 散热装置
JP2017015304A (ja) 熱交換装置
JP6390469B2 (ja) 熱交換器
GB2546792A (en) A silencer
JP2017150718A (ja) 暖房機
JP6632315B2 (ja) 固体レーザ増幅装置
US11614288B2 (en) Heat exchanger
US9771816B2 (en) Blade cooling circuit feed duct, exhaust duct, and related cooling structure
JP2016095057A (ja) 空力自励音式冷凍機
JP5975722B2 (ja) 電子銃及び電子管
JP2003506904A (ja) ガスレーザ
KR102178372B1 (ko) 사이클론 분산장치
JP2011119458A (ja) ガスレーザ発振装置

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20151124

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20151130

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20160229

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20160530