JP2016191522A - Cooling mechanism of heating structure - Google Patents

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望月 正孝
Masataka Mochizuki
正孝 望月
知志 小坂部
Tomoshi Kosakabe
知志 小坂部
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cooling mechanism capable of improving cooling performance while saving the space.SOLUTION: A heat pipe 5 has an evaporation part 5a that is a first portion extending through a region 2a between a plurality of element bodies 2, and a condensation part 5b that is a second portion positioned outside a heating structure 21. The condensation part 5b extends in a direction different from a direction in which the evaporation part 5a extends.SELECTED DRAWING: Figure 1C

Description

本発明は、発熱構造体の冷却機構に関し、特には、複数の発熱体を備えた発熱構造体を冷却する冷却機構に関する。   The present invention relates to a cooling mechanism for a heat generating structure, and more particularly, to a cooling mechanism for cooling a heat generating structure including a plurality of heat generating elements.

複数の発熱体が並設された発熱構造体を冷却する冷却機構として、空冷式の冷却機構が知られている。空冷式の冷却機構は、発熱体と発熱体の間に設けられた流路を有し、それらの流路に空気を流すことで各発熱体を冷却している。この冷却機構において、空気の流量を増やして冷却能力を向上させるためには、流路のギャップを大きくする必要があるが、流路のギャップを大きくすると、冷却機構の大型化を招いてしまう。   An air cooling type cooling mechanism is known as a cooling mechanism for cooling a heat generating structure in which a plurality of heat generating elements are arranged in parallel. The air-cooling type cooling mechanism has flow paths provided between the heat generating elements and cools each heat generating element by flowing air through these flow paths. In this cooling mechanism, in order to increase the air flow rate and improve the cooling capacity, it is necessary to increase the gap of the flow path. However, increasing the gap of the flow path leads to an increase in the size of the cooling mechanism.

これに対して特許文献1には、作動流体が封入されたヒートパイプを備える冷却機構で二次電池を冷却する携帯型電気機器が開示されている。この携帯型電気機器では、二次電池にヒートパイプが挿入されている。ヒートパイプの凝縮部は外部に露出して、空気の流れる排気流路に配置されている。ヒートパイプの露出した部分には、複数の放熱フィンが装着されている。この構成により、二次電池の熱は、ヒートパイプおよび放熱フィンを介して排気流路を流れる空気中に放出される。したがって、空気よりも熱伝導率が高い作動流体を使用して二次電池を冷却することができ、また、放熱フィンなどにより伝熱面積を増加させることができるため、冷却機構の大型化を抑制しながら、冷却能力を向上させることが可能になる。   On the other hand, Patent Document 1 discloses a portable electric device that cools a secondary battery by a cooling mechanism including a heat pipe in which a working fluid is sealed. In this portable electric device, a heat pipe is inserted into the secondary battery. The condensing part of the heat pipe is exposed to the outside and is disposed in an exhaust passage through which air flows. A plurality of radiating fins are attached to the exposed portion of the heat pipe. With this configuration, the heat of the secondary battery is released into the air flowing through the exhaust passage through the heat pipe and the heat radiating fins. Therefore, the secondary battery can be cooled using a working fluid having a higher thermal conductivity than air, and the heat transfer area can be increased by means of heat radiation fins, etc. However, the cooling capacity can be improved.

特開2006−155989号公報JP 2006-155989 A

特許文献1に記載されたヒートパイプを備えた冷却機構では、ヒートパイプの露出した凝縮部で放熱を行うため、冷却能力を向上させるためには、凝縮部を長くすることが重要である。しかしながら、凝縮部を長くすると、発熱構造体から離れる方向に向かって冷却機構が長くなってしまうため、発熱構造体の周辺にスペースが必要となる。しかしながら、発熱構造体が他の装置などに組み込まれている場合などでは、周辺にスペースを設けることが難しい。   In the cooling mechanism provided with the heat pipe described in Patent Document 1, heat is radiated in the condensing part where the heat pipe is exposed. Therefore, in order to improve the cooling capacity, it is important to lengthen the condensing part. However, if the condensing part is lengthened, the cooling mechanism becomes longer in the direction away from the heat generating structure, so that a space is required around the heat generating structure. However, when the heat generating structure is incorporated in another device, it is difficult to provide a space around it.

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、省スペース化を図りつつ、冷却能力を向上させることが可能な発熱構造体の冷却機構を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a cooling mechanism for a heat generating structure that can improve the cooling capacity while saving space.

本発明による発熱構造体の冷却機構は、
複数の発熱体を備えた発熱構造体の冷却機構であって、
前記複数の発熱体の間の領域を延びる第1の部分と、前記発熱構造体の外部に位置する第2の部分とを有するヒートパイプを複数有し、
前記第2の部分は、前記第1の部分と異なる方向に前記発熱構造体の外面に沿って延び
前記発熱構造体は複数の前記領域を有し、複数の前記領域のそれぞれには、少なくとも一つの前記ヒートパイプの前記第1の部分が延び、
複数の前記ヒートパイプのそれぞれの前記第2の部分は互いに平行に延び、当該ヒートパイプのそれぞれの前記第1の部分は、前記領域の面内方向であって前記第1の部分の延びる方向と直交する方向に関し、互いに異なる位置を延び、
複数の前記発熱体は一方向に配列しており、複数の前記ヒートパイプのそれぞれの前記第2の部分は前記一方向に延び、複数の前記ヒートパイプには、前記第2の部分の先端が第1の向きに向いている前記ヒートパイプと、前記第2の部分の先端が前記第1の向きとは逆の前記第2の向きに向いているヒートパイプとがある。
The cooling mechanism of the heat generating structure according to the present invention is:
A cooling mechanism for a heating structure including a plurality of heating elements,
A plurality of heat pipes having a first portion extending in a region between the plurality of heating elements and a second portion located outside the heating structure;
The second portion extends along an outer surface of the heat generating structure in a direction different from that of the first portion. The heat generating structure includes a plurality of regions, and each of the plurality of regions includes at least one of the regions. The first portion of the two heat pipes extends;
The second portions of each of the plurality of heat pipes extend in parallel to each other, and each of the first portions of the heat pipe is in an in-plane direction of the region and the extending direction of the first portion. Extending in different positions with respect to the orthogonal direction,
The plurality of heating elements are arranged in one direction, each of the second portions of the plurality of heat pipes extends in the one direction, and a plurality of the heat pipes have tips of the second portions. There are the heat pipe that faces the first direction and the heat pipe that the tip of the second part faces the second direction opposite to the first direction.

上記発明によれば、ヒートパイプにおける発熱構造体の外部に位置する第2の部分が、発熱構造体が備える複数の発熱体の間の領域を延びる第1の部分とは異なる方向に延びているため、第2の部分を長くしても、発熱構造体の外側に向かって冷却機構が延びることを抑制することが可能になる。   According to the above invention, the second portion of the heat pipe that is located outside the heat generating structure extends in a direction different from the first portion that extends in the region between the plurality of heat generating elements included in the heat generating structure. Therefore, even if the second portion is lengthened, it is possible to prevent the cooling mechanism from extending toward the outside of the heat generating structure.

したがって、本発明によれば、省スペース化を図りつつ、冷却能力を向上させることが可能になる。   Therefore, according to the present invention, it is possible to improve the cooling capacity while saving space.

本発明の第1の実施形態の冷却機構を備えた装置を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the apparatus provided with the cooling mechanism of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る冷却機構を備えた装置を示す概略縦断面図である。It is a schematic longitudinal cross-sectional view which shows the apparatus provided with the cooling mechanism which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る冷却機構を備えた装置を示す概略側方断面図である。It is a schematic sectional side view which shows the apparatus provided with the cooling mechanism which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る冷却機構を備えた装置を示す概略横断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing an apparatus provided with a cooling mechanism according to a first embodiment of the present invention. 図1に示す冷却機構を備えた装置のヒートパイプが露出した面の概略図である。It is the schematic of the surface where the heat pipe of the apparatus provided with the cooling mechanism shown in FIG. 1 was exposed. 本発明の第2の実施形態に係る冷却機構を備えた装置を示す概略縦断面図である。It is a schematic longitudinal cross-sectional view which shows the apparatus provided with the cooling mechanism which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る冷却機構を備えた装置を示す概略横断面図である。It is a schematic cross-sectional view which shows the apparatus provided with the cooling mechanism which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図3に示す冷却機構を備えた装置のヒートパイプが露出した面の概略図である。It is the schematic of the surface where the heat pipe of the apparatus provided with the cooling mechanism shown in FIG. 3 was exposed.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各図面では、同じ機能を有するものには同じ符号を付け、その説明を省略する場合がある。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, the same reference numerals are given to those having the same function, and the description thereof may be omitted.

図1Aは、本発明の第1の実施形態の冷却機構を備えた装置を模式的に示す斜視図である。図1B〜図1Dは、本発明の第1の実施形態の冷却機構を備えた装置を示す概略断面図である。具体的には、図1Bは、図1AのA−A線に沿った、冷却機構を備えた装置の概略縦断面図、図1Cは、図1AのB−B線に沿った、冷却機構を備えた装置の概略側方断面図、図1Dは、図1AのC−C線に沿った、冷却機構を備えた装置の概略横断面図である。   FIG. 1A is a perspective view schematically showing an apparatus including a cooling mechanism according to a first embodiment of the present invention. 1B to 1D are schematic cross-sectional views illustrating an apparatus including a cooling mechanism according to a first embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 1B is a schematic longitudinal sectional view of a device having a cooling mechanism along the line AA in FIG. 1A, and FIG. 1C shows the cooling mechanism along the line BB in FIG. 1A. FIG. 1D is a schematic cross-sectional side view of the apparatus provided with a cooling mechanism along line CC in FIG. 1A.

図1Aに示す冷却機構を備えた装置1は、複数の発熱体2を備えた発熱構造体21を有する。発熱体2は、例えば、充放電可能な電池セルであり、発熱構造体21は、電池セルを複数備えた電池である。なお、電池セルとしては、リチウムイオン電池セルが挙げられる。冷却機構を備えた装置は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車のような別の装置に組み込まれていてもよい。発熱体2の形状、個数および配置は特に限定されない。図1の例では、平板形状の6個の発熱体2が一方向に配列されている。   The apparatus 1 including the cooling mechanism illustrated in FIG. 1A includes a heat generating structure 21 including a plurality of heat generating elements 2. The heating element 2 is, for example, a chargeable / dischargeable battery cell, and the heating structure 21 is a battery including a plurality of battery cells. In addition, a lithium ion battery cell is mentioned as a battery cell. The device provided with the cooling mechanism may be incorporated in another device such as an electric vehicle or a hybrid vehicle. The shape, number and arrangement of the heating elements 2 are not particularly limited. In the example of FIG. 1, six plate-shaped heating elements 2 are arranged in one direction.

複数の発熱体2の間の領域2aには、図1Aに示すように熱伝導材料(TIM:Thermal Interface Material)で形成された熱伝導性シート3を介して、アルミブロック4とアルミブロック4に支持されたヒートパイプ5とが挿設される。熱伝導性シート3は、各発熱体2における他の発熱体と対向する面に予め接着されており、発熱体2で発生した熱を効率的にヒートパイプ5に伝達する。熱伝導性シート3を形成する熱伝導材料は、発熱体2の種類などに応じて適宜選択することができ、例えば、発熱体2が電池セルのような電気部品の場合、電気絶縁性を有する材料を用いることが望ましい。なお、熱伝導性シート3は本発明の必須の要素ではない。   In the region 2a between the plurality of heating elements 2, as shown in FIG. 1A, the aluminum block 4 and the aluminum block 4 are connected to each other through a heat conductive sheet 3 formed of a heat conductive material (TIM: Thermal Interface Material). A supported heat pipe 5 is inserted. The heat conductive sheet 3 is bonded in advance to the surface of each heating element 2 facing the other heating elements, and efficiently transmits the heat generated by the heating elements 2 to the heat pipe 5. The heat conductive material for forming the heat conductive sheet 3 can be appropriately selected according to the type of the heating element 2 and the like. For example, when the heating element 2 is an electrical component such as a battery cell, it has electrical insulation. It is desirable to use materials. The heat conductive sheet 3 is not an essential element of the present invention.

アルミブロック4は、ヒートパイプ5を支持する支持部材であり、熱伝導性シート3と密着するように領域2aに挿設されている。アルミブロック4には、挿入凹部または挿入孔(共に図示せず)が設けられており、その挿入凹部または挿入孔にヒートパイプ5が挿入される。このとき、挿入凹部または挿入孔にグリースが予め塗布され、その潤滑剤が塗布された挿入凹部または挿入孔にヒートパイプ5が挿入されてもよい。なお、グリースは、具体的には、発熱体2からヒートパイプ5までの熱抵抗を下げるためのサーマルグリースである。また、ヒートパイプ5を支持する支持部材としては、アルミブロック4とは異なる部材が使用されてもよいし、ヒートパイプ5が発熱体2によって挟持できるのであれば、支持部材はなくてもよい。   The aluminum block 4 is a support member that supports the heat pipe 5, and is inserted in the region 2 a so as to be in close contact with the heat conductive sheet 3. The aluminum block 4 is provided with an insertion recess or insertion hole (both not shown), and the heat pipe 5 is inserted into the insertion recess or insertion hole. At this time, grease may be applied in advance to the insertion recess or the insertion hole, and the heat pipe 5 may be inserted into the insertion recess or the insertion hole to which the lubricant is applied. The grease is specifically a thermal grease for reducing the thermal resistance from the heating element 2 to the heat pipe 5. In addition, as the support member for supporting the heat pipe 5, a member different from the aluminum block 4 may be used, and as long as the heat pipe 5 can be sandwiched between the heating elements 2, there may be no support member.

アルミブロック4およびヒートパイプ5は、複数の領域2aにそれぞれ挿設されてもよい。このとき、アルミブロック4およびヒートパイプ5は、全ての領域2aに挿設されてもよいし、一部の領域2aにだけ挿設されてもよい。図1の例では、アルミブロック4およびヒートパイプ5は、3つの領域2aにだけ挿設されている。アルミブロック4およびヒートパイプ5が挿設されていない領域2aには、熱伝導性シート3のみが形成されている。また、同一の領域2aに複数のヒートパイプ5が挿設されてもよい。図1の例では、所定の領域2aには、少なくとも一つのヒートパイプ5が挿入され、複数のヒートパイプ5が挿設された領域2aと、1つのヒートパイプ5が挿設された領域2aとが混在している。   The aluminum block 4 and the heat pipe 5 may be inserted into the plurality of regions 2a, respectively. At this time, the aluminum block 4 and the heat pipe 5 may be inserted in all the areas 2a, or may be inserted only in a part of the areas 2a. In the example of FIG. 1, the aluminum block 4 and the heat pipe 5 are inserted only in three regions 2a. Only the heat conductive sheet 3 is formed in the region 2a where the aluminum block 4 and the heat pipe 5 are not inserted. A plurality of heat pipes 5 may be inserted in the same region 2a. In the example of FIG. 1, at least one heat pipe 5 is inserted into the predetermined region 2 a, a region 2 a in which a plurality of heat pipes 5 are inserted, and a region 2 a in which one heat pipe 5 is inserted. Are mixed.

ヒートパイプ5は、中空部を有する中空菅であり、中空部には、水やアルコールなどの作動流体が封入されている。ヒートパイプ5は、図1Bおよび図1Cに示すように領域2aを延びる第1の部分である蒸発部5aと、発熱構造体21の外部に位置する第2の部分である凝縮部5bとを有する。なお、図1Cでは、実際には、1本のヒートパイプ5の蒸発部5aおよび凝縮部5bと、3本のヒートパイプ5の凝縮部5bのみが見えるが、便宜上、凝縮部5bのみが見えるヒートパイプ5の蒸発部5aも点線で示している。また、図1Dでは、実際には、1本のヒートパイプ5の蒸発部5aおよび凝縮部5bのみが見えるが、便宜上、見えない3本のヒートパイプ5の蒸発部5aも示している。   The heat pipe 5 is a hollow rod having a hollow portion, and a working fluid such as water or alcohol is sealed in the hollow portion. As shown in FIGS. 1B and 1C, the heat pipe 5 includes an evaporation section 5a that is a first portion extending in the region 2a and a condensing section 5b that is a second portion positioned outside the heat generating structure 21. . In FIG. 1C, only the evaporation section 5a and the condensation section 5b of one heat pipe 5 and the condensation section 5b of the three heat pipes 5 are actually visible, but for the sake of convenience, only the condensation section 5b is visible. The evaporation part 5a of the pipe 5 is also indicated by a dotted line. In FIG. 1D, only the evaporation section 5a and the condensation section 5b of one heat pipe 5 are actually visible, but the evaporation sections 5a of the three heat pipes 5 that are not visible are also shown for convenience.

凝縮部5bは、蒸発部5aとは異なる方向に延びている。つまり、蒸発部5aが延びる方向と凝縮部5bが延びる方向は交差する。また、本実施形態では、複数のヒートパイプ5のそれぞれの蒸発部5aは、領域2aの面内方向において蒸発部5aの延びる方向と直交する方向に関し、それぞれ異なる位置を延びている。このため、図1B〜図1Dの紙面左右方向から見ると、複数のヒートパイプ5のそれぞれの蒸発部5aは重なっていない。複数のヒートパイプ5のそれぞれの凝縮部5bはそれぞれ平行に、発熱構造体21の外面に沿って延びている。発熱構造体21の外面は、発熱構造体21の発熱体2の外部に露出した面を繋げた面である。本実施形態の構成とすることで、凝縮部5bを発熱構造体21の外面に効率良く配置することができる。また、凝縮部5bには、ヒートパイプ5から熱を空気中に放熱するためのフィン6が複数設けられる。凝縮部5bおよびフィン6は、空気Aが流れる流路を形成するダクト7に覆われている。なお、図1Aでは、ダクト7を省略している。   The condensing unit 5b extends in a direction different from that of the evaporation unit 5a. That is, the direction in which the evaporator 5a extends and the direction in which the condenser 5b extends intersect. Moreover, in this embodiment, each evaporation part 5a of the several heat pipe 5 is each extended in the position orthogonal to the direction orthogonal to the direction where the evaporation part 5a extends in the in-plane direction of the area | region 2a. For this reason, when viewed from the left and right directions of FIGS. 1B to 1D, the respective evaporation portions 5a of the plurality of heat pipes 5 do not overlap. Each condensing part 5 b of the plurality of heat pipes 5 extends in parallel along the outer surface of the heat generating structure 21. The outer surface of the heat generating structure 21 is a surface connecting the surfaces of the heat generating structure 21 exposed to the outside of the heat generating body 2. By setting it as the structure of this embodiment, the condensation part 5b can be efficiently arrange | positioned on the outer surface of the heat generating structure 21. FIG. The condensing unit 5b is provided with a plurality of fins 6 for radiating heat from the heat pipe 5 into the air. The condensing part 5b and the fin 6 are covered with the duct 7 which forms the flow path through which the air A flows. In FIG. 1A, the duct 7 is omitted.

図2は、ヒートパイプ5およびフィン6の構成をより詳細に説明するための図であり、冷却機構を備えた装置1におけるヒートパイプ5が露出した面を示す概略図である。図2に示すように、凝縮部5bは屈曲部5b1と直線部5b2とを有し、直線部5b2は発熱構造体21の端まで延びている。フィン6は、直線部5b2に複数並設される。凝縮部5Bの先端の向きや凝縮部5Bの長さはヒートパイプ5に応じて異なっていてもよい。図2の例では、凝縮部5Bとして、第1の向きである紙面右向きに延びるものと、第1の向きとは逆の第2の向きである紙面左向きに延びるものとが混在しており、また、異なる長さを有するものも混在している。このとき、互いに異なるヒートパイプ5の凝縮部5bが互いに接触しないように凝縮部5bが配置される。なお、ダクト7は、図示していないファンの回転によって、直線部5b2の延びている方向とは直交する方向に空気Aが流れるように設けられる。また、熱伝導性シート3、アルミブロック4、ヒートパイプ5、フィン6およびダクト7は、発熱構造体21を冷却する冷却機構31を構成する。   FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of the heat pipe 5 and the fins 6 in more detail, and is a schematic diagram showing a surface where the heat pipe 5 is exposed in the apparatus 1 having a cooling mechanism. As shown in FIG. 2, the condensing part 5 b has a bent part 5 b 1 and a straight part 5 b 2, and the straight part 5 b 2 extends to the end of the heat generating structure 21. A plurality of fins 6 are juxtaposed on the straight portion 5b2. The direction of the tip of the condensing part 5B and the length of the condensing part 5B may differ depending on the heat pipe 5. In the example of FIG. 2, as the condensing unit 5B, there are a mixture of one extending in the right direction on the paper surface as the first direction and one extending in the left direction on the paper surface in the second direction opposite to the first direction. Moreover, what has a different length is mixed. At this time, the condensing part 5b is arranged so that the condensing parts 5b of the different heat pipes 5 do not contact each other. The duct 7 is provided so that the air A flows in a direction orthogonal to the direction in which the straight portion 5b2 extends by rotation of a fan (not shown). In addition, the heat conductive sheet 3, the aluminum block 4, the heat pipe 5, the fins 6, and the duct 7 constitute a cooling mechanism 31 that cools the heat generating structure 21.

以上の構成により、各発熱体2で発生した熱は、熱伝導性シート3およびアルミブロック4を介して、ヒートパイプ5における領域2aを延びる第1の部分である蒸発部5aに伝達される。この熱移動によりヒートパイプ5内に封入された作動流体が蒸発部5aにおいて蒸発し、その蒸発に伴って潜熱(気化熱)を吸収する。これにより、発熱体2で発生した熱がヒートパイプ5に吸収されることになる。また、蒸発した作動流体は、ヒートパイプ5内を拡散移動して、凝縮部5bに達する。凝縮部5bに達した作動流体は、凝縮部5bで冷却され凝縮し、その凝縮に伴って潜熱(凝縮熱)を放出する。この放出された熱は、ダクト7内を流れる空気Aに放熱される。したがって、各発熱体2で発生した熱は最終的にダクト7内の空気Aに放熱されることとなる。このとき、発熱体2で発生した熱を効率良く放熱するためには、発熱体2の表面からヒートパイプ5の凝縮部5bまでの熱抵抗である総熱抵抗Rをできるだけ小さくすることが重要である。   With the above configuration, the heat generated in each heating element 2 is transmitted to the evaporation section 5a, which is the first portion extending in the region 2a of the heat pipe 5, via the heat conductive sheet 3 and the aluminum block 4. Due to this heat transfer, the working fluid enclosed in the heat pipe 5 evaporates in the evaporating section 5a and absorbs latent heat (heat of vaporization) along with the evaporation. Thereby, the heat generated in the heating element 2 is absorbed by the heat pipe 5. The evaporated working fluid diffuses and moves in the heat pipe 5 and reaches the condensing part 5b. The working fluid that has reached the condensing unit 5b is cooled and condensed in the condensing unit 5b, and latent heat (condensation heat) is released along with the condensation. The released heat is radiated to the air A flowing in the duct 7. Therefore, the heat generated in each heating element 2 is finally radiated to the air A in the duct 7. At this time, in order to efficiently dissipate the heat generated in the heating element 2, it is important to make the total thermal resistance R, which is the thermal resistance from the surface of the heating element 2 to the condensing part 5b of the heat pipe 5, as small as possible. is there.

総熱抵抗Rは、具体的には、R=RTIM++R+R+Rと表すことができる。RTIMは熱伝導性シート3の熱抵抗、Rはアルミブロック4の熱抵抗、Rはヒートパイプ5の蒸発部5aの熱抵抗、Rはヒートパイプ5の凝縮部5bの熱抵抗、Rはフィン6の熱抵抗である。また、凝縮部5bの熱抵抗Rは、R=1/(α・A)と表すことができる。ここでαは凝縮部5bの熱伝達率、Aは凝縮部5bの内表面積である。凝縮部5bの内表面積Aは、凝縮部5bが長いほど、大きくなる。例えば、ヒートパイプ5の内径が一定の場合、凝縮部5bの内表面積Acは、円周率と、ヒートパイプ5の内径と、凝縮部5bの長さとの積で表される。このため、凝縮部5bを長くするほど、凝縮部5bの熱抵抗Rcは小さくなり、その結果、総熱抵抗Rも小さくなるため、発熱体2で発生した熱を効率良く放熱することができる。 Specifically, the total thermal resistance R can be expressed as R = R TIM + R A + R e + R c + R f . R TIM is the thermal resistance of the heat conductive sheet 3, RA is the thermal resistance of the aluminum block 4, R e is the thermal resistance of the evaporation part 5 a of the heat pipe 5, R c is the thermal resistance of the condensing part 5 b of the heat pipe 5, R f is the thermal resistance of the fin 6. Further, the thermal resistance R c of the condensing unit 5b can be expressed as R c = 1 / (α c · A c ). Here alpha c is the heat transfer coefficient of the condenser section 5b, the A c is the internal surface area of the condenser portion 5b. The inner surface area Ac of the condensing part 5b becomes larger as the condensing part 5b is longer. For example, when the inner diameter of the heat pipe 5 is constant, the inner surface area Ac of the condensing part 5b is represented by the product of the circumference, the inner diameter of the heat pipe 5, and the length of the condensing part 5b. For this reason, the longer the condensing part 5b is, the smaller the thermal resistance Rc of the condensing part 5b is. As a result, the total thermal resistance R is also reduced, so that the heat generated in the heating element 2 can be efficiently radiated.

本実施形態では、ヒートパイプ5の凝縮部5bが、複数の発熱体2の間の領域2aを延びる蒸発部5aとは異なる方向に延びているため、凝縮部5bを長くしても、発熱構造体21から離れる方向に向かって冷却機構31が長くなることを抑制することが可能になる。したがって、省スペース化を図りつつ、冷却能力を向上させることが可能になる。   In the present embodiment, the condensing part 5b of the heat pipe 5 extends in a direction different from the evaporation part 5a extending through the region 2a between the plurality of heating elements 2, so that even if the condensing part 5b is lengthened, the heat generating structure It becomes possible to suppress the cooling mechanism 31 from becoming longer in the direction away from the body 21. Therefore, it is possible to improve the cooling capacity while saving space.

また、発熱構造体21を冷却する冷却機構として空冷式の冷却機構が使用された場合、発熱構造体21はダクトに設けられたファンによる風でのみ冷却されるため、ファンが停止すると、冷却機構による冷却は停止される。一方、本実施形態では、ヒートパイプ式の冷却機構31が使用されているため、ファンが停止しても、ダクト7内の空気により凝縮部5bが冷却されてヒートパイプ5内の作動流体の自然対流が発生することにより、ヒートパイプ5による発熱構造体21の冷却は持続する。このため、発熱構造体21が高温状態でファンが停止される状況でも、本実施形態では、発熱構造体21を速やかに冷却することができる。例えば、発熱構造体21がハイブリッド自動車や電気自動車で使用されているリチウムイオン電池の場合、空冷式の冷却機構が使用されると、自動車が停止してからリチウムイオン電池が常温になるまで4時間程度必要となるが、本実施形態では、ヒートパイプ式の冷却機構31が使用されているため、自動車が停止してからリチウムイオン電池が常温になるまで2時間程度で十分である。   Further, when an air-cooling type cooling mechanism is used as a cooling mechanism for cooling the heat generating structure 21, the heat generating structure 21 is cooled only by the wind from the fan provided in the duct. The cooling by is stopped. On the other hand, in the present embodiment, since the heat pipe type cooling mechanism 31 is used, even if the fan stops, the condensing part 5b is cooled by the air in the duct 7 and the natural working fluid in the heat pipe 5 is cooled. Due to the occurrence of convection, cooling of the heat generating structure 21 by the heat pipe 5 continues. For this reason, even in the situation where the fan is stopped when the heat generating structure 21 is at a high temperature, the heat generating structure 21 can be quickly cooled in the present embodiment. For example, in the case where the heat generating structure 21 is a lithium ion battery used in a hybrid vehicle or an electric vehicle, if an air-cooling type cooling mechanism is used, it takes 4 hours until the lithium ion battery reaches room temperature after the vehicle stops. However, in this embodiment, since the heat pipe type cooling mechanism 31 is used, about 2 hours is sufficient until the lithium ion battery reaches room temperature after the automobile stops.

また、ファンが停止している状態で発熱構造体21が発熱するような状況でも、発熱構造体21の温度上昇を抑制することができる。例えば、リチウムイオン電池は通常の充電であればあまり発熱しないため、ハイブリッド自動車や電気自動車などでは、充電中にはファンは停止している。しかしながら、リチウムイオン電池の急速充電を行うと、リチウムイオン電池は発熱することがある。この場合、空冷式の冷却機構が使用されていて、ファンが停止されていると、リチウムイオン電池が高温になり、急速充電後直ぐには自動車を走行することができなくなるなどの不具合が生じる。また、リチウムイオン電池の急速充電中にファンが稼働されると、電力が消費されるため、充電時間が長くなってしまう。これに対して本実施形態では、ヒートパイプ式の冷却機構31が使用されているため、ファンを稼働しなくても、リチウムイオン電池が高温になることを抑制することができるので、短い時間で充電が可能であり、また、急速充電後に速やかに自動車を走行させることが可能である。   Further, even in a situation where the heat generating structure 21 generates heat while the fan is stopped, the temperature rise of the heat generating structure 21 can be suppressed. For example, since a lithium ion battery does not generate much heat during normal charging, the fan is stopped during charging in a hybrid vehicle or an electric vehicle. However, when a lithium ion battery is rapidly charged, the lithium ion battery may generate heat. In this case, if an air-cooling type cooling mechanism is used and the fan is stopped, the lithium ion battery becomes hot, and problems such as being unable to run the automobile immediately after rapid charging occur. In addition, if the fan is operated during the rapid charging of the lithium ion battery, power is consumed and the charging time becomes long. On the other hand, in this embodiment, since the heat pipe type cooling mechanism 31 is used, it is possible to suppress the lithium ion battery from reaching a high temperature without operating the fan. Charging is possible, and it is possible to drive the vehicle quickly after rapid charging.

また、空冷式の冷却機構が使用されていて、自動車の駆動中にファンが故障すると、リチウムイオン電池が高温状態となり、その結果、自動車やリチウムイオン電池に不具合が発生する恐れがある。本実施形態では、ファンが故障しても冷却を維持することができるため、自動車やリチウムイオン電池に不具合が発生することを抑制することが可能になる。   In addition, when an air-cooling type cooling mechanism is used and a fan fails during driving of the automobile, the lithium ion battery becomes in a high temperature state, and as a result, the automobile or the lithium ion battery may malfunction. In this embodiment, since cooling can be maintained even if a fan breaks down, it is possible to suppress the occurrence of problems in automobiles and lithium ion batteries.

次に第2の実施形態について説明する。図3A、図3Bおよび図4は、本発明の第2の実施形態の冷却機構を備えた装置を示す概略図である。具体的には、図3Aは冷却機構を備えた装置1の概略縦断面図、図3Bは図3AのD−D線に沿った、冷却機構を備えた装置1の概略横断面図、図4は冷却機構を備えた装置1におけるヒートパイプ5が露出した面を示す図である。   Next, a second embodiment will be described. 3A, 3B, and 4 are schematic views showing an apparatus including a cooling mechanism according to a second embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 3A is a schematic longitudinal cross-sectional view of the device 1 having a cooling mechanism, FIG. 3B is a schematic cross-sectional view of the device 1 having a cooling mechanism, taken along line DD in FIG. These are figures which show the surface where the heat pipe 5 in the apparatus 1 provided with the cooling mechanism was exposed.

図3A、図3Bおよび図4に示す冷却機構を備えた装置1は、図1A〜図1Dおよび図2で示した第1の実施形態の冷却機構を備えた装置1と同じ構成を有するが、ヒートパイプ5の凝縮部5bの形状が第1の実施形態とは異なる。第1の実施形態では、凝縮部5bは屈曲部5b1を1つ有していたが、本実施形態では、凝縮部5bは、複数の屈曲部5b1を有している。具体的には、凝縮部5bは、発熱構造体21から露出した箇所で発熱構造体21の外面に沿った方向に屈曲し、さらに、発熱構造体21の一端部でU字型に屈曲して発熱構造体21の他端部まで延びている。フィン6は、第1の実施形態と同様に直線部5b2に複数並設される。なお、図3Bでは、実際には、1本のヒートパイプ5の蒸発部5aおよび凝縮部5bのみが見えるが、便宜上、見えない3本のヒートパイプ5の蒸発部5aも示している。   The apparatus 1 having the cooling mechanism shown in FIGS. 3A, 3B and 4 has the same configuration as the apparatus 1 having the cooling mechanism of the first embodiment shown in FIGS. 1A to 1D and FIG. The shape of the condensing part 5b of the heat pipe 5 is different from that of the first embodiment. In the first embodiment, the condensing part 5b has one bent part 5b1, but in the present embodiment, the condensing part 5b has a plurality of bent parts 5b1. Specifically, the condensing unit 5b bends in a direction along the outer surface of the heat generating structure 21 at a portion exposed from the heat generating structure 21, and further bends in a U shape at one end of the heat generating structure 21. It extends to the other end of the heat generating structure 21. As in the first embodiment, a plurality of fins 6 are arranged in parallel in the straight line portion 5b2. In FIG. 3B, only the evaporation section 5a and the condensation section 5b of one heat pipe 5 are actually visible, but the evaporation sections 5a of the three heat pipes 5 that are not visible are also shown for convenience.

本第2の実施形態によれば、凝縮部5bが複数の屈曲部5b1を有しているため、発熱構造体21から離れる方向に向かって長くすることなく、凝縮部5bをさらに長くすることが可能になり、冷却能力をさらに向上させることが可能になる。   According to the second embodiment, since the condensing part 5b has a plurality of bent parts 5b1, the condensing part 5b can be further lengthened without increasing in the direction away from the heat generating structure 21. This makes it possible to further improve the cooling capacity.

以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。   In each embodiment described above, the illustrated configuration is merely an example, and the present invention is not limited to the configuration.

1 冷却機能を備えた装置
2 発熱体
3 熱伝導性シート
4 アルミブロック
5 ヒートパイプ
5a 蒸発部
5b 凝縮部
5b1 屈曲部
5b2 直線部
6 フィン
7 ダクト
21 発熱構造体
31 冷却機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Apparatus provided with cooling function 2 Heat generating element 3 Thermal conductive sheet 4 Aluminum block 5 Heat pipe 5a Evaporating part 5b Condensing part 5b1 Bending part 5b2 Straight part 6 Fin 7 Duct 21 Heating structure 31 Cooling mechanism

Claims (2)

複数の発熱体を備えた発熱構造体の冷却機構であって、
前記複数の発熱体の間の領域を延びる第1の部分と、前記発熱構造体の外部に位置する第2の部分とを有するヒートパイプを複数有し、
前記第2の部分は、前記第1の部分と異なる方向に前記発熱構造体の外面に沿って延び
前記発熱構造体は複数の前記領域を有し、複数の前記領域のそれぞれには、少なくとも一つの前記ヒートパイプの前記第1の部分が延び、
複数の前記ヒートパイプのそれぞれの前記第2の部分は互いに平行に延び、当該ヒートパイプのそれぞれの前記第1の部分は、前記領域の面内方向であって前記第1の部分の延びる方向と直交する方向に関し、互いに異なる位置を延び、
複数の前記発熱体は一方向に配列しており、複数の前記ヒートパイプのそれぞれの前記第2の部分は前記一方向に延び、複数の前記ヒートパイプには、前記第2の部分の先端が第1の向きに向いている前記ヒートパイプと、前記第2の部分の先端が前記第1の向きとは逆の前記第2の向きに向いているヒートパイプとがある、発熱構造体の冷却機構。
A cooling mechanism for a heating structure including a plurality of heating elements,
A plurality of heat pipes having a first portion extending in a region between the plurality of heating elements and a second portion located outside the heating structure;
The second portion extends along an outer surface of the heat generating structure in a direction different from that of the first portion. The heat generating structure includes a plurality of regions, and each of the plurality of regions includes at least one of the regions. The first portion of the two heat pipes extends;
The second portions of each of the plurality of heat pipes extend in parallel to each other, and each of the first portions of the heat pipe is in an in-plane direction of the region and the extending direction of the first portion. Extending in different positions with respect to the orthogonal direction,
The plurality of heating elements are arranged in one direction, each of the second portions of the plurality of heat pipes extends in the one direction, and a plurality of the heat pipes have tips of the second portions. Cooling of a heat generating structure, wherein the heat pipe is oriented in a first direction and the heat pipe is oriented in the second direction opposite to the first direction. mechanism.
前記第2の部分は複数の屈曲部を有している、請求項1に記載の冷却機構。   The cooling mechanism according to claim 1, wherein the second portion has a plurality of bent portions.
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