JP2016025349A

JP2016025349A - 伝熱板

Info

Publication number: JP2016025349A
Application number: JP2015130889A
Authority: JP
Inventors: ジェレミー・エム・ストレンジ; M Strange Jeremy; チョン・エイチ・ディップ; H Diep Chuong; トーマス・イー・バナック; E Banach Thomas
Original assignee: Hamilton Sundstrand Space System International Inc
Current assignee: Hamilton Sundstrand Space System International Inc
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2016-02-08
Anticipated expiration: 2035-06-30
Also published as: EP2977705A1; JP6666083B2; US20160025423A1; EP2977705B1

Abstract

【課題】微小で、幾何学的に複雑なデバイスの作成を可能とする、金属ベースの積層造形法を用いて、高熱流束のエネルギー源を冷却する熱伝デバイスを提供する。
【解決手段】伝熱デバイス１００は、流体流入部１０３と流体流出部１０５とを画定する本体部１０１を含む。本体部は、さらに、流体流入部と流体流出部との間で流体接続している、本体部内で画定される複数の流路１０７を画定し、流路は、流体流入部と流体流出部との間で互いに流体を分離させるように隔てられている。
【選択図】図１

Description

本開示は、伝熱システムに関し、より具体的には、伝熱構造物および伝熱板に関する。

回路（たとえば、航空機回路または宇宙船回路）中の電気部品は発熱部品を含み、適切に機能するために、発熱部品から十分な熱を移動させる必要がある。冷却を達成するための多くの機構、たとえば、ファン、伝熱板、およびチューブやチューブを中に含むプレートなどの高温面に隣接して冷却剤を通すための能動的に冷却されるデバイスが使用されている。回路が小さくなり続ける一方、熱を部品から移動させるのに十分な伝熱デバイスを開発することは、ますます困難になっている。

そのような従来の方法およびシステムは、一般に、それらの本来の目的に対しては満足できると見なされている。しかしながら、業界では、今もなお、改良された伝熱デバイスに対する要求がある。金属ベースの積層造形法における近年の進歩は、従来の機械加工では以前は可能でなかった、微小で、幾何学的に複雑なデバイスの作成を可能にする。導電性金属と革新的な形状とを使用することで、高熱流束のエネルギー源を冷却するデバイスに多くの利益を提供する。本開示はこの要求に対する解決策を提供する。

伝熱デバイスは、流体流入部と流体流出部とを画定する本体部を含む。本体部は、また、流体流入部と流体流出部との間で流体連通している、本体部内に画定される複数の流路を画定し、流路は、流体流入部と流体流出部との間で互いに流体を分離させるように隔てられている。

本体部は、流体流入部と流体流出部との間で流路を互いに流体を分離させるように隔てている、ユニタリ行列を画定することができる。デバイスは、電気部品（たとえば、マイクロチップまたは他の適切なデバイス）に取り付けるように構成することができる。

本体部は、約０．０８インチ（約２ミリメートル）の厚さ、または任意の他の適切な厚さであってよい。本体部は、各流路に対して、少なくとも１つの流体流入部を画定することができる。いくつかの実施形態では、本体部は、各流路に対して、少なくとも１つの流体流出部を画定することができる。

流路は、複数の衝突区域を本体部の対向する面に提供して伝熱を促進するために、矩形波形によって画定される矩形波形状であってよい。互いに隣接して配置される矩形波形状の流路は、互いに位相をずらした矩形波形を画定することができる。

複数の流路は、少なくとも１つの枝状にまとめられた一連の列に画定することができる。各流路は、隣接する流路と９０度位相をずらすことができる。本体部は、アルミニウムまたは他の適切な材料を含むことができる。

本開示のいくつかの態様では、方法は、流体流入部と流体流出部とを画定する本体部と、流体流入部と流体流出部との間で流体接続している、本体部内に画定される複数の流路とを形成することによって、伝熱デバイスを形成することを含み、流路は、流体流入部と流体流出部との間で互いに流体を分離させるように隔てられている。形成することは、伝熱デバイスを積層造形によって形成することを含むことができる。

本開示の少なくとも１つの態様では、システムは、少なくとも１つの電気部品と、
流体流入部と流体流出部とを画定する本体部と、流体流入部と流体流出部との間で流体接続している、本体部内で画定される複数の流路とを含む、少なくとも１つの伝熱デバイスとを含み、流路は、流体流入部と流体流出部との間で互いに流体を分離させるように隔てられている。

本開示のシステムおよび方法の、これらおよび他の特徴は、図面と併用される以下の詳細な説明から、当業者に、より容易に明らかになる。

本開示のデバイスと方法とをどのように作成し、使用するかということを、本開示が属する当業者が、過度の実験なしに容易に理解するように、以下、本明細書で、いくつかの図面を参照して、それらの実施形態を詳細に説明する。

矢印で表された、その中を流れている流体の流れを示している、本開示による伝熱デバイスの一実施形態の平面図である。図１の伝熱デバイスの一部の内部の流体容積の概略斜視図である。線３−３を通る断面を示している、図１の伝熱デバイスの断面側面図である。流れがその中を通り抜けて移動している衝突区域を示している、図３の伝熱デバイスの断面図の一部の断面側面図である。衝突区域を示している、図３の伝熱デバイスの断面図の一部の断面側面図である。

以下、同じ参照番号が本開示の類似の構造的特徴または態様を特定している図面を参照する。限定ではなく、説明および図解の目的のために、本開示による伝熱デバイスの一実施形態の説明図が図１に示されており、参照文字１００によっておおまかに示されている。伝熱デバイス１００の他の図および態様は、図２〜４に示されている。本明細書で説明するシステムおよび方法は、熱を、熱源（たとえば、電気部品）から伝熱デバイス１００を通り抜ける冷却液に移動させるために使用することができ、それによって、熱源を冷却する。

図１をおおまかに参照すると、伝熱デバイス１００は、流体流入部１０３と流体流出部１０５とを画定する本体部１０１を含む。本体部１０１、またはその一部は、また、流体流入部１０３と流体流出部１０５との間で流体接続している、本体部１０１内に画定される複数の流路１０７を画定する。流路１０７は、流体流入部１０３と流体流出部１０５との間で互いに流体を分離させるように隔てられている。図２を参照すると、本体部１０１は、流路１０７を流体流入部１０３と流体流出部１０５との間で互いに流体を分離させるように隔てる、ユニタリ行列を画定することができる。図１に示す通り、流体流入部１０３は、先細り形のプレナム（流れの方法にいくに従って縮小していく）、または任意の他の適切な形であってよい。同様に、示す通り、流体流出部は、末広がり形のプレナム（流れの方法にいくに従って拡大していく）、または任意の他の適切な形を含むことができる。

デバイス１００は、電気部品（たとえば、マイクロチップまたは他の適切なデバイス）に取り付けるように構成されて、熱をそこから移動させ、電気部品を冷却することができる。デバイス１００を使用する他の適切な伝熱アプリケーションはどれも、本明細書の対象となる。

図３を参照すると、本体部１０１は、約０．０５インチ（約１．２５ミリメートル）から約０．５インチ（約１２．５ミリメートル）の厚さ「ｔ」を有することができる。いくつかの実施形態では、本体部１０１は、約０．０８インチ（約２ミリメートル）の厚さであることができる。本体部１０１は、任意の他の適切な厚さおよび／または断面設計を有することができる。たとえば、本体部１０１は可変の厚さを含むことができる。

本体部１０１は、各流路１０７に対して少なくとも１つの流路流体流入部１１１を画定することができ、各流路が流体流入部１０３に流路流体流入部１１１で接続するようにする。流路流体流入部１１１は、任意の適切な大きさおよび／または形を含むことができ、任意の適切な方法で互いに異なることができる。本体部１０１は、また、各流路１０７に対して少なくとも１つの流路流体流出部１１３を画定することができ、各流体流路が流体流出部１０５に流路流体流出部１１３で接続するようにする。流路流体流出部１１３は、任意の適切な大きさおよび／または形を含むことができ、任意の適切な方法で互いに異なることができる。この点において、流れは、デバイス１００に流入部１０３から入り、流路流入部１１１を通って流路１０７の中に移動し、流路１０７を通り抜け、流路流出部１１３を通って流路１０７を出て、流出部１０５に入ることができる。

流路１０７は、図３と４とで示す通り矩形波形状であってよく、本体部１０１の対向する表面に複数の衝突区域１１５を提供するために矩形波形によって画定されて、デバイス１００が取り付けられている熱源における伝熱を促進する。互いに隣接して配置される矩形波形状の流路１０７は、図２で最も良く示す通り、矩形波形を互いに位相をずらして画定することができる。流路１０７は、本体部１０１の厚さよりも小さい高さ（波形の振幅）を有することができるが、その厚さの範囲内の適切な高さまたは断面エリアはどれも、本明細書の対象となる。図４および５は、図３に示す、流路のうちの１つの断面エリアを示している。

図示する通り、複数の流路１０７は、一連の列および／または枝状のものに画定することができる。他の適切な配置はどれも、本明細書の対象となる。各流路は、９０度、１８０度、または任意の他の適切な位相のずれで、隣接する流路と位相をずらすことができる。

本体部１０１は、アルミニウムまたは任意の他の適切な熱伝導材料を含むことができる。本体部１０１を形成する材料または材料の組み合わせは、熱を本体部１０１中の流体に効率的に移動させる伝熱特性の理由により、選択することができる。

本明細書で開示する通り、伝熱デバイス１００は、冷却材（たとえば、水または任意の適切な冷媒）を、流路１０７を経由して効率的に本体部１０１を通り抜けさせることによって、熱を熱源から効率的に移動させる。流路１０７の設計は、代替的な構成と比較して、本体部１０１内におけるより長い経路を可能にし、熱が冷却材に移動するための追加の時間と衝突位置とを可能にする。そのようなコンパクト設計は、小型の発熱デバイスに対する、さらにいっそう効率的な冷却を可能にする。

本開示の別の態様では、方法は、各流路１０７が流体流入部１０３と流体流出部１０５とに接続している、複数の、流体を分離させるように隔てられた流路１０７を本体部内に画定する本体部１０１を形成することによって、伝熱デバイス１００を形成することを含む。これは、伝熱デバイス１００を積層造形によって形成することを含むことができる。デバイス１００を形成するための任意の他の適切な処理を、本開示の範囲から逸脱することなしに使用することができる。

本開示の方法、デバイス、およびシステムは、上記で説明し、図面で示した通り、伝熱の増加を含む優れた特性を有する伝熱デバイスを提供する。本開示の装置および方法を、実施形態を参照して図示し、説明したが、当業者は、本開示の精神と範囲とから逸脱することなしに、それらに変更および／または修正を行うことができる、ということを容易に理解する。

１００伝熱デバイス（デバイス）
１０１本体部
１０３流体流入部（流入部）
１０５流体流出部（流出部）
１０７流路
１１１流路流体流入部（流路流入部）
１１３流路流体流出部（流路流出部）
１１５衝突区域

Claims

流体流入部と流体流出部とを画定する本体部と、
前記流体流入部と前記流体流出部との間で流体連通している、前記本体部内に画定される複数の流路と、
を備え、前記流路が前記流体流入部と前記流体流出部との間で互いに流体を分離させるように隔てられている、伝熱デバイス。
前記本体部が、前記流体流入部と前記流体流出部との間で前記流路を互いに流体を分離させるように隔てるユニタリ行列を画定する、請求項１に記載の伝熱デバイス。
前記伝熱デバイスが電気部品に取り付けるように構成されている、請求項１に記載の伝熱デバイス。
前記本体部が約０．０８インチの厚さである、請求項２に記載の伝熱デバイス。
前記本体部が各流路に対して少なくとも１つの流体流入部を画定する、請求項１に記載の伝熱デバイス。
前記本体部が各流路に対して少なくとも１つの流体流出部を画定する、請求項１に記載の伝熱デバイス。
前記流路が、矩形波形状であり、前記本体部の対向する面に複数の衝突区域を提供するために矩形波形によって画定されて、伝熱を促進する、請求項１に記載の伝熱デバイス。
互いに隣接して配置された前記矩形波形状の流路が、互いに位相をずらした前記矩形波形を画定する、請求項７に記載の伝熱デバイス。
前記複数の流路が、少なくとも１つの枝状にまとめられた一連の列に画定される、請求項７に記載の伝熱デバイス。
各流路が隣接する流路と９０度位相がずれている、請求項９に記載の伝熱デバイス。
前記本体部がアルミニウムを含む、請求項１に記載の伝熱デバイス。
流体流入部と流体流出部とを画定する本体部と、前記流体流入部と前記流体流出部との間で流体接続している、前記本体部内で画定される複数の流路とを形成することによって、伝熱デバイスを形成すること、
を備え、前記流路が前記流体流入部と前記流体流出部との間で互いに流体を分離させるように隔てられている、方法。
形成することが、前記伝熱デバイスを積層造形によって形成することを含む、請求項１２に記載の方法。