JP2020017594A - Cooling plate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気部品を有した電子機器を冷却する冷却板に関する。 The present invention relates to a cooling plate for cooling an electronic device having an electric component.
近年、電子回路は、高集積化され、単位面積当たりの発熱量が増加する傾向にある。電子回路の1種であり、マイクロ波で動作する高周波半導体が複数個集積されたマイクロ波回路には、窒化ガリウム(GaN)半導体からなる増幅器が搭載されることがある。窒化ガリウム半導体からなる増幅器は、単位面積当たりの発熱量が特に大きい。このため、窒化ガリウム半導体からなる増幅器が搭載されるマイクロ波回路は、マイクロ波回路の冷却板に高い放熱能力が必要である。窒化ガリウム半導体からなる増幅器が搭載されたマイクロ波回路は、発熱量が特に大きい電子回路の一例である。 In recent years, electronic circuits have been highly integrated, and the amount of heat generated per unit area has been increasing. A microwave circuit, which is one type of electronic circuit and in which a plurality of high-frequency semiconductors operated by microwaves are integrated, may include an amplifier made of a gallium nitride (GaN) semiconductor. An amplifier made of a gallium nitride semiconductor generates a particularly large amount of heat per unit area. For this reason, a microwave circuit on which an amplifier made of a gallium nitride semiconductor is mounted needs a high heat radiation capability for a cooling plate of the microwave circuit. A microwave circuit on which an amplifier made of a gallium nitride semiconductor is mounted is an example of an electronic circuit that generates a particularly large amount of heat.
このようなマイクロ波回路で構成されるアクティブフェーズドアレイアンテナは、高出力化および信号処理の高速化に伴い発熱量が増加する一方で、小型化が求められている。 Active phased array antennas composed of such a microwave circuit are required to be reduced in size while increasing the amount of heat generated with higher output and faster signal processing.
特許文献1には、既定温度で固相から液相へ状態変化を起こす蓄熱材が金属板の内部に封入され、蓄熱材の潜熱を利用して、冷却板に実装された電子機器の温度上昇を抑制する冷却板が開示されている。 In Patent Document 1, a heat storage material that causes a state change from a solid phase to a liquid phase at a predetermined temperature is sealed in a metal plate, and the latent heat of the heat storage material is used to raise the temperature of an electronic device mounted on a cooling plate. A cooling plate that suppresses the pressure is disclosed.
しかしながら、上記特許文献1の冷却板のように蓄熱材の固相の潜熱を利用する冷却方式では、固相の蓄熱材が発熱体に近い領域から順次、液相に相変化する。液相となった蓄熱材は、熱抵抗が大きいため、蓄熱材の相変化が進み、発熱体の伝熱面から固相までの間に存在する液相の量が多くなるほど冷却速度が低下する。このため、蓄熱材の固相の潜熱を利用する冷却方法では、冷却対象となる電子機器を速やかに冷却することができず、また、電子機器を所望の温度まで冷却する前に電子機器の発熱によって電子機器の温度が上昇する可能性があった。 However, in the cooling method using the latent heat of the solid phase of the heat storage material as in the cooling plate of Patent Document 1, the solid phase heat storage material changes its phase to the liquid phase sequentially from a region near the heating element. Since the heat storage material in the liquid phase has high thermal resistance, the phase change of the heat storage material progresses, and the cooling rate decreases as the amount of the liquid phase existing between the heat transfer surface of the heating element and the solid phase increases. . Therefore, in the cooling method using the latent heat of the solid phase of the heat storage material, the electronic device to be cooled cannot be quickly cooled, and the heat generated by the electronic device before the electronic device is cooled to a desired temperature. As a result, the temperature of the electronic device may increase.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、速やかに且つ確実に発熱体の冷却が可能な冷却板を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a cooling plate capable of quickly and reliably cooling a heating element.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる冷却板は、密閉された内部空間が形成されたケースと、内部空間に配置される液体の溶媒と、内部空間において液体の溶媒と隔離されて配置されて液体の溶媒に溶解する際に吸熱反応を起こす固体の溶質と、液体の溶媒と固体の溶質との隔離状態を解除して固体の溶質と液体の溶媒とを混合させることで液体の溶媒に固体の溶質を溶解させる混合部と、を備える。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a cooling plate according to the present invention includes a case in which a sealed internal space is formed, a liquid solvent disposed in the internal space, and a liquid in the internal space. The solid solute, which is placed separately from the solvent and causes an endothermic reaction when dissolved in the liquid solvent, and the solid solute is mixed with the liquid solvent by releasing the separation between the liquid solvent and the solid solute And a mixing section for dissolving the solid solute in the liquid solvent.
本発明によれば、速やかに且つ確実に発熱体の冷却が可能な冷却板が得られる、という効果を奏する。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, there exists an effect that the cooling plate which can cool a heating element quickly and reliably is obtained.
以下に、本発明の実施の形態にかかる冷却板を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。なお、以下の各図においては、同一または相当部位については、同一符号を付して説明する。 Hereinafter, a cooling plate according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the embodiment. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and described.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる冷却板100に発熱体20が搭載された状態を示す斜視図である。図2は、本発明の実施の形態1にかかる冷却板100の構造を説明するための模式断面図である。図2は、図1におけるII−II線における模式断面図である。なお、図2においては、発熱体20の記載を省略している。本実施の形態1にかかる冷却板100は、電子機器に搭載される発熱体20で発生する熱を放熱するための冷却板である。発熱体20の一例は、マイクロ波回路である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a perspective view showing a state in which a
本実施の形態1にかかる冷却板100は、上面1aと下面1bとの面積が側面1c,1d,1e,1fの面積よりも広い直方体形状を有し、金属からなるケース1を有する。図1においては、平板状形状を有する冷却板100を示している。発熱体20は、冷却板100の上面1a上に、接着剤によって固定されている。
The
ケース1は、ケース1を構成する第1部品である冷却板ケース本体2aと、ケース1を構成する第2部品である冷却板カバー2bとにより構成されている。冷却板カバー2bは、ケース1において上面1a側に取り付けられている。
The case 1 includes a cooling plate case
冷却板ケース本体2aと冷却板カバー2bとは、互いの対向面に凹部が形成されている。これにより、冷却板ケース本体2aと冷却板カバー2bとが一体とされることにより、ケース1の内部に内部空間3が形成されている。冷却板ケース本体2aと冷却板カバー2bとは、互いの接触面が溶接等の方法により接合されて一体部品とされている。これにより、内部空間3は、ケース1の内部において密閉されている。すなわち、内部空間3は、ケース1の内部において密閉された中空部である。内部空間3は、冷却板100の面内方向、すなわち上面1aの面内方向において、発熱体20を含む領域に形成されている。
The cooling plate case
図2に示すように、冷却板100の内部空間3は、仕切り部品7を介して、内部空間3における第1空間である第1内部空間3aと、内部空間3における第2空間である第2内部空間3bとが仕切られている。すなわち、第1内部空間3aと第2内部空間3bとは、内部空間3において、仕切り部品7を介して隣り合っている。そして、第1内部空間3aと第2内部空間3bとは、それぞれ密閉されている。したがって、第1内部空間3aは、ケース1の内部における第1中空部である。また、第2内部空間3bは、ケース1の内部における第2中空部である。
As shown in FIG. 2, the
第1内部空間3aには、固体の溶質である塩類4が封入されている。固体の溶質は、内部空間3において液体の溶媒と隔離されて配置されて液体の溶媒に溶解する際に吸熱反応を起こす溶質である。塩類4は、水5に溶解する際に吸熱反応を起こす物質である。第1内部空間3aにおける塩類4の封入量は、特に限定されないが、吸熱反応の効果をより多く得られる量とされることが好ましい。塩類4は、たとえば硝酸アンモニウム、塩素酸カリウムおよび尿素などの、標準状態において固形状態を呈する固形物質である。ここでの標準状態は、25℃、1気圧の状態とする。なお、塩類4が、ケース1を構成する金属に対して腐食性を有する物質である場合には、冷却板ケース本体2aと冷却板カバー2bとにおける凹部の表面に表面処理を行い、耐食性を高めておく必要がある。
第2内部空間3bには、液体の溶媒である水5が封入されている。水5は、薄膜により構成された袋状の容器6に貯留されており、容器6ごと第2内部空間3bに封入されている。水5を容器6に貯留した状態で容器6ごと第2内部空間3bに封入することで、第2内部空間3bへの水5の設置が容易となる。なお、第1内部空間3aに水5が封入され、第2内部空間3bに塩類4が封入されてもよい。固体の溶質は、内部空間3において液体の溶媒と隔離されて配置されて液体の溶媒に溶解する際に吸熱反応を起こす溶質である。
仕切り部品7は、発熱体20が発熱していない時点において、第1内部空間3aと第2内部空間3bを各々が密閉された状態に内部空間3を仕切っている。すなわち、仕切り部品7は、塩類4と水5を隔離している。仕切り部品7は、冷却板ケース本体2a側に配置された第1仕切り部品7aと冷却板カバー2b側に配置された第2仕切り部品7bとにより構成されている。第1仕切り部品7aと第2仕切り部品7bとは、形状記憶合金により構成された針部である。
The
形状記憶合金は、ある既定の回復温度未満では元の形状から変形した状態にあっても、既定の回復温度以上に加熱すると、元の形状に回復する性質を持った合金である。第1仕切り部品7aと第2仕切り部品7bとは、既定の回復温度に達すると元の形状に回復する変形が生じ、水5を貯留している容器6を突き破る。そして、塩類4が水5に溶解して溶液8となる。
The shape memory alloy is an alloy having a property of recovering the original shape when heated to a predetermined recovery temperature or higher, even if the shape memory alloy is deformed from the original shape below a predetermined recovery temperature. When the
すなわち、仕切り部品7は、液体の溶媒と固体の溶質との隔離状態を解除して固体の溶質と液体の溶媒とを混合させることで液体の溶媒に固体の溶質を溶解させる混合部である。そして、仕切り部品7は、変形することにより第1内部空間3aと第2内部空間3bとを連通させて液体の溶媒と固体の溶質との隔離状態を解除する。
That is, the
形状記憶合金には、たとえばニッケルチタン合金、鉄−マンガン−ケイ素合金などが挙げられる。形状記憶合金の組成を変更することで、任意の温度で第1仕切り部品7aおよび第2仕切り部品7bを変形させることができる。第1仕切り部品7aおよび第2仕切り部品7bは、同じ形状記憶合金により構成されている。したがって、第1仕切り部品7aおよび第2仕切り部品7bは、温度が上昇した際に、同じ温度で元の形状に回復する。第1仕切り部品7aおよび第2仕切り部品7bを構成する形状記憶合金は、冷却板100による冷却機能を発現させたい発熱体20の温度と形状記憶合金の既定の回復温度とに基づいて適宜選択されればよい。
Examples of the shape memory alloy include a nickel titanium alloy and an iron-manganese-silicon alloy. By changing the composition of the shape memory alloy, the
なお、仕切り部品7は、全体が針部とされなくても第1仕切り部品7aおよび第2仕切り部品7bのどちらか一方が形状記憶合金により構成された針部とされてもよい。
The
つぎに、本実施の形態1にかかる冷却板100の動作について説明する。図3は、本発明の実施の形態1にかかる冷却板100の温度上昇時の状態を示す模式断面図である。図4は、本発明の実施の形態1にかかる冷却板100における塩類4と水5との混合時の状態を示す模式断面図である。図4においては、容器6の記載を省略している。
Next, the operation of the
冷却板100は、上面1a上に設置された発熱体20の発熱により温度が上昇する。すなわち、発熱体20で発生した熱の一部が、上面1aから冷却板カバー2bに伝達される。上面1aから冷却板カバー2bに伝えられた熱の一部は、冷却板カバー2bおよび冷却板ケース本体2aを介して、内部空間3に配置された第1仕切り部品7aに伝達される。また、上面1aから冷却板カバー2bに伝えられた熱の一部は、内部空間3に配置された第2仕切り部品7bに伝達される。
The temperature of the
上述した熱の伝達により第1仕切り部品7aおよび第2仕切り部品7bの温度が上昇する。第1仕切り部品7aおよび第2仕切り部品7bは、第1仕切り部品7aおよび第2仕切り部品7bを構成する形状記憶合金の既定の回復温度に達すると、図3に示すように、互いに対向する側の先端部が第2内部空間3b側に向かって突出する既定の元の形状に変形し、第1内部空間3aと第2内部空間3bとを連通させるとともに、水5を貯留している容器6を突き破る。
The temperature of the
これにより、容器6に収容されていた水5が容器6から流出して第2内部空間3b内および第1内部空間3a側に拡がる。塩類4と水5が混合されると、塩類4が水5に溶解して溶液8となる。そして、塩類4が水5に溶解して溶液8となる際に、急激な吸熱反応が起こり、周囲の熱を吸収する。塩類4と水5との化学反応は瞬時に完了し、溶液8全体の温度を低下させる。そして、溶液8が冷却板100のケース1との接触面で熱交換を行って冷却板100の温度を低下させることにより、発熱体20が冷却される。たとえば、塩類4が硝酸アンモニウムである場合には、以下の化学反応が発生する。
Thus, the
NH4NO3(固体)+aq=NH4NO3aq−25.7kJ(1molあたり) NH 4 NO 3 (solid) + aq = NH 4 NO 3 aq−25.7 kJ (per 1 mol)
また、硝酸アンモニウムと水とは、質量比で4対3の割合で混合することが好ましい。たとえば、塩類4に、100mm×100mm×10mmの外形寸法を有する固体の硝酸アンモニウムを使用した場合には、水5の容量は127.5cm3とする。このとき、硝酸アンモニウムのmol質量が80.04g/mol、密度が0.0017g/mm3であることから、1kWの発熱時に55秒間は温度を一定に保てる。すなわち、100cm3の硝酸アンモニウムを収納する第1内部空間3aと、127.5cm3の水を貯水した容器6を収容する第2内部空間3bと仕切り部品7とを冷却板100の内部に設けることにより、1kWの熱が冷却板100に伝達される際に、55秒間は冷却板100の温度を一定に保てる。
Further, it is preferable that ammonium nitrate and water are mixed at a mass ratio of 4: 3. For example, when solid ammonium nitrate having an outer dimension of 100 mm × 100 mm × 10 mm is used as the
このように、冷却板100は、塩類4が水5に溶解して溶液8となる際の吸熱反応を利用しており、塩類4と水5との収容量を質量比で4対3の割合であらかじめ調整することにより、冷却能力を塩類4と水5との体積に正比例させて無駄なく向上させることが可能である。すなわち、冷却板100では、塩類4と水5との化学反応が瞬時に完了し、溶液8全体の温度を低下させる。溶液8が冷却板100のケース1との接触面の全体でケース1と熱交換を行って冷却板100の温度を低下させることにより、冷却板100の温度は速やかに低下する。これにより、冷却板100は、速やかに発熱体20を冷却することができ、また所望の温度まで確実に発熱体20を冷却することができる。
As described above, the
これに対して、蓄熱材を冷却板の内部に封入して蓄熱材の潜熱を利用して発熱体を冷却する冷却方式では、液相へ相変化した後の蓄熱材は、熱抵抗が大きく、冷却板の内部に封入する蓄熱材の体積を増加させても、冷却能力は体積に正比例して向上しない。すなわち、液相となった蓄熱材は、熱抵抗が大きいため、蓄熱材の相変化が進み、発熱体の伝熱面から固相までの間に存在する液相の量が多くなるほど冷却速度が低下する。このため、蓄熱材の固相の潜熱を利用する冷却方法では、冷却対象となる発熱体を速やかに冷却することができず、また、発熱体を所望の温度まで冷却する前に発熱体の発熱によって発熱体の温度が上昇する可能性があった。 In contrast, in the cooling method in which the heat storage material is sealed inside the cooling plate and the heating element is cooled using the latent heat of the heat storage material, the heat storage material after the phase change to the liquid phase has a large thermal resistance, Even if the volume of the heat storage material enclosed inside the cooling plate is increased, the cooling capacity does not increase in direct proportion to the volume. That is, since the heat storage material in the liquid phase has large thermal resistance, the phase change of the heat storage material progresses, and the cooling rate increases as the amount of the liquid phase existing between the heat transfer surface of the heating element and the solid phase increases. descend. For this reason, in the cooling method using the latent heat of the solid phase of the heat storage material, the heating element to be cooled cannot be quickly cooled, and the heat generation of the heating element before the heating element is cooled to a desired temperature. This could increase the temperature of the heating element.
したがって、冷却板100は、蓄熱材の潜熱を利用して発熱体を冷却する冷却方式に比べて、速やかに且つ確実に発熱体20を冷却することが可能である。
Therefore, the
また、冷却板100は、内部空間3の内部に塩類4と水5と仕切り部品7とを封入することにより、少ない容積で、構造を複雑化および大型化させることなく、発熱体20で発生して冷却板100に伝達された熱を吸収することで発熱体20を冷却することができる。また、冷却板100は、金属板に多数のフィンを設ける場合または金属板にヒートパイプを設ける場合などと比較して、冷却機能を発揮する部材を少ない体積に高密度化で搭載することができる。これにより、冷却板100は、同程度の冷却効果を得る場合において、他の構成を備える冷却板と比較して、冷却板の小型化、高密度化および低コスト化が可能である。
In addition, the
なお、冷却板100の冷却機能は、不可逆現象を用いており、冷却機能の使用が一度のみとされる。このため、冷却板100は、たとえば飛しょう体用のアクティブフェーズドアレイアンテナなど、製品動作が一回であり、再利用を不要とする製品であり、冷却板100としての冷却機能の使用は一度のみでよい製品に好適である。
The cooling function of the
上述したように、本実施の形態1にかかる冷却板100は、内部空間3の内部に塩類4と水5と仕切り部品7とを封入することにより、構造の複雑化および大型化を伴うことなく速やかに且つ確実に発熱体20の冷却が可能な冷却板が得られる、という効果を奏する。
As described above, the
実施の形態2.
図5は、本発明の実施の形態2にかかる冷却板110の構造を示す模式断面図である。図6は、本発明の実施の形態2にかかる冷却板110における塩類4と水5との混合時の状態を示す模式断面図である。なお、上述した実施の形態1にかかる冷却板100と同一または同等の構成については同一番号を付し、以下では実施の形態1と異なる点についてのみ説明する。
Embodiment 2 FIG.
FIG. 5 is a schematic sectional view illustrating the structure of the
図5に示すように、冷却板110の内部空間3は、仕切り部品11を介して、第1内部空間3aと第2内部空間3bとが仕切られている。すなわち、第1内部空間3aと第2内部空間3bとは、内部空間3において、仕切り部品11を介して隣り合っている。そして、第1内部空間3aと第2内部空間3bとは、それぞれ密閉されている。
As shown in FIG. 5, the
第1内部空間3aには、塩類4が封入されている。また、第2内部空間3bには、水5が直接封入されている。
仕切り部品11は、発熱体20が発熱していない時点において、第1内部空間3aと第2内部空間3bを仕切っている。これにより、第2内部空間3bから第1内部空間3aに水5が流れないようになっている。すなわち、仕切り部品11は、塩類4と水5を隔離している。そして、仕切り部品11は、既定の決壊圧力が掛かると決壊して変形するように構成されている。仕切り部品11には、実施の形態1にかかる冷却板100と異なり、針形状の部品は無い。仕切り部品11は、たとえば樹脂の薄膜フィルムにより構成される。
The
すなわち、仕切り部品11は、液体の溶媒と固体の溶質との隔離状態を解除して固体の溶質と液体の溶媒とを混合させることで液体の溶媒に固体の溶質を溶解させる混合部である。そして、仕切り部品11は、決壊して変形することにより第1内部空間3aと第2内部空間3bとを連通させて液体の溶媒と固体の溶質との隔離状態を解除する。
That is, the
本実施の形態2にかかる冷却板110は、上面1a上に設置された発熱体20の発熱により第2内部空間3b内の水5の温度が上昇して、水5が膨張する。そして、水5の膨張によって第2内部空間3bの圧力が既定の決壊圧力に達すると、図6に示すように仕切り部品11が決壊して変形し、水5が仕切り部品11を通って第1内部空間3aに流れ込む。塩類4と水5が混合されると、塩類4が水5に溶解して溶液8となる。これにより、実施の形態1にかかる冷却板100と同様に、発熱体20で発生して冷却板110に伝達された熱を吸収することで発熱体20を冷却する効果が得られる。
In the
第2内部空間3bに封入される水5の量は、硝酸アンモニウムとの質量比が4対3の割合に設定されるとともに、冷却板110による冷却機能を発現させたい発熱体20の温度における、水5の温度、水5の膨張率、仕切り部品11の既定の決壊圧力などの条件に基づいてあらかじめ設定される。
The amount of
なお、水5は、実施の形態1にかかる冷却板100と同様に容器6に貯留されて、容器6ごと第2内部空間3bに封入されてもよい。この場合は、容器6は、仕切り部品11が決壊する既定の決壊圧力以下の既定の破裂圧力が掛かると破裂する。これにより、第2内部空間3b内の水5の温度が上昇して、水5が膨張することでまず容器6内の圧力が既定の破裂圧力以上となる。これにより、容器6が破裂して水5が第2内部空間3b内に溢れる。その後、第2内部空間3b内の水5の温度がさらに上昇して、第2内部空間3bの圧力が既定の決壊圧力に達することで、仕切り部品11が決壊し、水5が仕切り部品7を通って第1内部空間3aに流れ込む。
The
また、既定の破裂圧力は、仕切り部品11が決壊する既定の決壊圧力以下であれば、特に限定されない。容器6が早く破裂して水5が第2内部空間3b内に溢れても、第2内部空間3bの圧力が既定の決壊圧力に達しないと仕切り部品11は決壊しない。ただし、既定の破裂圧力は、容器6を第2内部空間3bに封入する時点においては破裂しないことが必要であるため、容器6が第2内部空間3bに封入される雰囲気の圧力、たとえば大気圧よりも大きいことが必要である。
The predetermined burst pressure is not particularly limited as long as it is equal to or lower than the predetermined burst pressure at which the
上述したように、本実施の形態2にかかる冷却板110は、実施の形態1にかかる冷却板100と同様に、内部空間3の内部に塩類4と水5と仕切り部品7とを封入することにより、構造の複雑化および大型化を伴うことなく速やかに且つ確実に発熱体20の冷却が可能な冷却板が得られる、という効果を奏する。
As described above, the
実施の形態3.
図7は、本発明の実施の形態3にかかる冷却板120の構造を示す模式断面図である。図8は、本発明の実施の形態3にかかる冷却板120における塩類4と水5との混合時の状態を示す模式断面図である。なお、上述した実施の形態1にかかる冷却板100と同一または同等の構成については同一番号を付し、以下では実施の形態1と異なる点についてのみ説明する。
FIG. 7 is a schematic sectional view illustrating the structure of the
図7に示すように、冷却板120の内部空間3は、仕切り部品12を介して、第1内部空間3aと第2内部空間3bとが仕切られている。すなわち、第1内部空間3aと第2内部空間3bとは、内部空間3において、仕切り部品12を介して隣り合っている。そして、第1内部空間3aと第2内部空間3bとは、それぞれ密閉されている。
As shown in FIG. 7, the
第1内部空間3aには、塩類4が封入されている。また、第2内部空間3bには、水5が直接封入されている。
仕切り部品12は、冷却板120の厚み方向において冷却板ケース本体2a側に配置された第1仕切り部品12aと冷却板カバー2b側に配置された第2仕切り部品12bとを有する。第1仕切り部品12aは、冷却板ケース本体2a側に配置された第1金属部12a1と、第1金属部12a1の冷却板カバー2b側に接続された第1シール部12a2とを有する。第2仕切り部品12bは、冷却板カバー2b側に配置された第2金属部12b1と、第2金属部12b1の冷却板ケース本体2a側に接続された第2シール部12b2とを有する。第1金属部12a1と第2金属部12b1とは、形状記憶合金により構成されている。第1シール部12a2と第2シール部12b2とは、一般的なシール材に用いられるゴムまたは樹脂により構成されている。すなわち、第1仕切り部品12aと第2仕切り部品12bとは、各々形状記憶合金とシール材とによって構成されている。
The
発熱体20が発熱していない時点において、第1仕切り部品12aと第2仕切り部品12bとは、第1シール部12a2と第2シール部12b2とが接触した状態とされ、冷却板120の厚み方向における仕切り部品12の中央部である仕切り中央部12cが閉じている。これにより、発熱体20が発熱していない時点において、仕切り部品12が第1内部空間3aと第2内部空間3bを仕切り、第2内部空間3bから第1内部空間3aに水5が流れないようになっている。すなわち、仕切り部品12は、塩類4と水5を隔離している。
When the
すなわち、仕切り部品12は、液体の溶媒と固体の溶質との隔離状態を解除して固体の溶質と液体の溶媒とを混合させることで液体の溶媒に固体の溶質を溶解させる混合部である。そして、仕切り部品12は、決壊して変形することにより第1内部空間3aと第2内部空間3bとを連通させて液体の溶媒と固体の溶質との隔離状態を解除する。
That is, the
冷却板120は、上面1a上に設置された発熱体20の発熱により温度が上昇し、仕切り部品12の温度が上昇する。仕切り部品12は、第1金属部12a1と第2金属部12b1が、第1金属部12a1および第2金属部12b1を構成する形状記憶合金が元の形状に変形する既定の回復温度に達すると、図8に示すように、第1金属部12a1と第2金属部12b1とは、互いに対向する側の先端部が第2内部空間3b側に向かって突出する既定の元の形状に変形し、第1シール部12a2と第2シール部12b2とが接触した状態が解除されて仕切り中央部12cが開く。
The temperature of the
これにより、水5が第1内部空間3aに流れ込み、塩類4と水5が混合される。塩類4と水5とが混合されると、塩類4が水5に溶解して溶液8となる。すなわち、冷却板120は、仕切り部品12が既定の回復温度未満の場合には、仕切り中央部12cが閉じており、第1内部空間3aと第2内部空間3bが仕切られて、塩類4と水5とが隔離されている。そして、冷却板120は、仕切り部品12が既定の回復温度に達すると、仕切り中央部12cが開いて塩類4と水5が混合される。これにより、実施の形態1にかかる冷却板100と同様に、発熱体20で発生して冷却板120に伝達された熱を吸収することで発熱体20を冷却する効果が得られる。
Thereby, the
なお、水5は、実施の形態1にかかる冷却板100と同様に容器6に貯留されて、容器6ごと第2内部空間3bに封入されてもよい。この場合は、第1金属部12a1と第2金属部12b1とが既定の回復温度に達して既定の元の形状に変形した際に、第1シール部12a2と第2シール部12b2との先端部が水5を貯留している容器6を突き破ればよい。
The
上述したように、本実施の形態3にかかる冷却板120は、実施の形態1にかかる冷却板100と同様に、内部空間3の内部に塩類4と水5と仕切り部品12とを封入することにより、構造の複雑化および大型化を伴うことなく速やかに且つ確実に発熱体20の冷却が可能な冷却板が得られる、という効果を奏する。
As described above, the
実施の形態4.
図9は、本発明の実施の形態4にかかる冷却板130の構造を示す模式断面図である。図10は、本発明の実施の形態4にかかる冷却板130における塩類4と水5との混合時の状態を示す模式断面図である。図10においては、容器6の記載を省略している。なお、上述した実施の形態1にかかる冷却板100と同一または同等の構成については同一番号を付し、以下では実施の形態1と異なる点についてのみ説明する。
FIG. 9 is a schematic sectional view illustrating the structure of the
図9に示すように、冷却板130は、内部空間3における第1内部空間3aと第2内部空間3bとの境界領域に突出部である針部13が設けられている。第1内部空間3aと第2内部空間3bとは、密閉されていない。
As shown in FIG. 9, the
第1内部空間3aには、塩類4が封入されている。また、第2内部空間3bには、水5が容器6に貯留された状態で封入されている。
冷却板130では、水5が貯留された容器6を針部13の方向に移動させる加速度による慣性力が加わると、慣性力の方向14に容器6が移動する。これにより、水5を貯留している容器6を針部13が突き破る。
In the
これにより、水5が第1内部空間3aに流れ込み、塩類4と水5が混合される。塩類4と水5とが混合されると、塩類4が水5に溶解して溶液8となる。これにより、実施の形態1にかかる冷却板100と同様に、発熱体20で発生して冷却板100に伝達された熱を吸収することで発熱体20を冷却する効果が得られる。
Thereby, the
すなわち、針部13は、液体の溶媒と固体の溶質との隔離状態を解除して固体の溶質と液体の溶媒とを混合させることで液体の溶媒に固体の溶質を溶解させる混合部である。
That is, the
上述したように、本実施の形態4にかかる冷却板130は、内部空間3の内部に塩類4と水5と針部13とを封入することにより、実施の形態1にかかる冷却板100と同様に、構造の複雑化および大型化を伴うことなく速やかに且つ確実に発熱体20の冷却が可能な冷却板が得られる、という効果を奏する。
As described above, the
実施の形態5.
図11は、本発明の実施の形態5にかかる冷却板140の構造を示す模式断面図である。図12は、本発明の実施の形態5にかかる冷却板140における塩類4と水5との混合時の状態を示す模式断面図である。なお、上述した実施の形態1にかかる冷却板100と同一または同等の構成については同一番号を付し、以下では実施の形態1と異なる点についてのみ説明する。
FIG. 11 is a schematic sectional view showing the structure of the
図11に示すように、発熱体20が発熱していない時点において、冷却板140の内部空間3は、仕切り部品15を介して、第1内部空間3aと第2内部空間3bとが仕切られている。すなわち、第1内部空間3aと第2内部空間3bとは、内部空間3において、仕切り部品15を介して隣り合っている。そして、第1内部空間3aと第2内部空間3bとは、それぞれ密閉されている。
As shown in FIG. 11, at the time when the
第1内部空間3aには、塩類4が封入されている。また、第2内部空間3bには、水5が直接封入されている。
仕切り部品15は、冷却板140による冷却機能を発現させたい発熱体20の温度以下の既定の変質温度で変質する材料によって構成されている。仕切り部品15は、既定の変質温度に達すると変質し、第2内部空間3bから第1内部空間3aへの水5の流入を可能とする。変質の一例は、溶融である。仕切り部品15を構成する材料の例は、たとえば融点が60度以下であるパラフィン等の低融点材料である。仕切り部品15を構成する材料は、冷却板140による冷却機能を発現させたい発熱体20の温度と、材料の融点と、に基づいて適宜選択されればよい。
The
パラフィンからなる仕切り部品15を例に説明する。冷却板140は、上面1a上に設置された発熱体20の発熱により温度が上昇し、仕切り部品15の温度が上昇する。仕切り部品15は、既定の溶融温度に達すると溶融して、内部空間3の底部に拡がって溜まる。
The
これにより、水5が第2内部空間3bから第1内部空間3aに流入可能となり、水5が第1内部空間3aに流れ込み、塩類4と水5が混合される。塩類4と水5とが混合されると、塩類4が水5に溶解して溶液8となる。これにより、実施の形態1にかかる冷却板100と同様に、発熱体20で発生して冷却板140に伝達された熱を吸収することで発熱体20を冷却する効果が得られる。
Thereby, the
すなわち、仕切り部品15は、液体の溶媒と固体の溶質との隔離状態を解除して固体の溶質と液体の溶媒とを混合させることで液体の溶媒に固体の溶質を溶解させる混合部である。そして、仕切り部品15は、溶解することにより第1内部空間3aと第2内部空間3bとを連通させて液体の溶媒と固体の溶質との隔離状態を解除する。
That is, the
なお、水5は、実施の形態1にかかる冷却板100と同様に容器6に貯留されて、容器6ごと第2内部空間3bに封入されてもよい。この場合は、容器6は、仕切り部品15が変質する既定の変質温度以下の既定の容器変質温度に達すると変質し、容器6内から第2内部空間3b内への水5の流出を可能とする。これにより、冷却板100の温度が上昇して、容器6の温度が既定の容器変質温度に達すると容器6が変質して水5が第2内部空間3b内に溢れる。その後、冷却板100の温度がさらに上昇して、仕切り部品15の温度が既定の変質温度に達することで、仕切り部品15が変質し、水5が仕切り部品15を通って第1内部空間3aに流れ込む。
The
また、既定の容器変質温度は、容器6を第2内部空間3b内に封入する際に変質しない温度であって既定の変質温度以下であれば、特に限定されない。容器6が早く変質して水5が第2内部空間3b内に溢れても、仕切り部品15の温度が既定の変質温度に達しないと仕切り部品15は変質しない。ただし、既定の容器変質温度は、容器6を第2内部空間3bに封入する時点においては変質しないことが必要であるため、容器6が第2内部空間3bに封入される雰囲気の温度よりも大きいことが必要である。容器6が第2内部空間3bに封入される雰囲気の温度の一例は、標準状態である25℃である。
The predetermined container alteration temperature is not particularly limited as long as it is a temperature that does not alter when the
上述したように、本実施の形態5にかかる冷却板140は、内部空間3の内部に塩類4と水5と仕切り部品15とを封入することにより、実施の形態1にかかる冷却板100と同様に、構造の複雑化および大型化を伴うことなく速やかに且つ確実に発熱体20の冷却が可能な冷却板が得られる、という効果を奏する。
As described above, the
実施の形態6.
図13は、本発明の実施の形態6にかかる冷却板150の構造を示す模式断面図である。図14は、本発明の実施の形態6にかかる冷却板150における塩類4と水5との混合時の状態を示す模式断面図である。なお、上述した実施の形態1にかかる冷却板100と同一または同等の構成については同一番号を付し、以下では実施の形態1と異なる点についてのみ説明する。
FIG. 13 is a schematic sectional view illustrating the structure of the
図13に示すように、発熱体20が発熱していない時点において、冷却板150の内部空間3は、仕切り部品16を介して、第1内部空間3aと第2内部空間3bとが仕切られている。すなわち、第1内部空間3aと第2内部空間3bとは、内部空間3において、仕切り部品16を介して隣り合っている。そして、第1内部空間3aと第2内部空間3bとは、それぞれ密閉されている。
As shown in FIG. 13, when the
第1内部空間3aには、塩類4が封入されている。また、第2内部空間3bには、水5が直接封入されている。
仕切り部品16は、電磁弁により構成されている。電磁弁は、たとえば温度センサが検出した電磁弁の温度が既定の動作温度に達すると、水5が第2内部空間3bから第1内部空間3aに流入可能な状態に、動作する。既定の動作温度は、電磁弁を動作させる既定の温度であり、冷却板150による冷却機能を発現させたい発熱体20の温度に基づいて適宜設定されればよい。
The
冷却板150は、上面1a上に設置された発熱体20の発熱により温度が上昇し、仕切り部品16の温度が上昇する。仕切り部品16は、仕切り部品16の温度が既定の動作温度に達すると、図14に示すように、水5が第2内部空間3bから第1内部空間3aに流入可能な状態に、動作する。図14では、紙面奥行き方向に仕切り部品16である電磁弁の弁が移動した例について示している。仕切り部品16である電磁弁の弁が移動することにより、第1内部空間3aと第2内部空間3bとが連通される。
The temperature of the
これにより、水5が第1内部空間3aに流れ込み、塩類4と水5が混合される。塩類4と水5とが混合されると、塩類4が水5に溶解して溶液8となる。これにより、実施の形態1にかかる冷却板100と同様に、発熱体20で発生して冷却板100に伝達された熱を吸収することで発熱体20を冷却する効果が得られる。
Thereby, the
すなわち、仕切り部品16は、液体の溶媒と固体の溶質との隔離状態を解除して固体の溶質と液体の溶媒とを混合させることで液体の溶媒に固体の溶質を溶解させる混合部である。そして、仕切り部品16は、変形することにより第1内部空間3aと第2内部空間3bとを連通させて液体の溶媒と固体の溶質との隔離状態を解除する。ここでは、電磁弁の弁が移動することが、仕切り部品16が変形することに対応する。
That is, the
上述したように、本実施の形態6にかかる冷却板150は、内部空間3の内部に塩類4と水5と仕切り部品16とを封入することにより、実施の形態1にかかる冷却板100と同様に、構造の複雑化および大型化を伴うことなく速やかに且つ確実に発熱体20の冷却が可能な冷却板が得られる、という効果を奏する。
As described above, the
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、実施の形態の技術同士を組み合わせることも可能であるし、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 The configurations described in the above embodiments are examples of the content of the present invention, and the technologies of the embodiments can be combined with each other, or can be combined with another known technology. However, a part of the configuration may be omitted or changed without departing from the spirit of the present invention.
1 ケース、1a 上面、1b 下面、1c,1d,1e,1f 側面、2a 冷却板ケース本体、2b 冷却板カバー、3 内部空間、3a 第1内部空間、3b 第2内部空間、4 塩類、5 水、6 容器、7,11,12,15,16 仕切り部品、7a,12a 第1仕切り部品、7b,12b 第2仕切り部品、8 溶液、12a1 第1金属部、12a2 第1シール部、12b1 第2金属部、12b2 第2シール部、12c 仕切り中央部、13 針部、14 慣性力の方向、20 発熱体、100,110,120,130,140,150 冷却板。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Case, 1a upper surface, 1b lower surface, 1c, 1d, 1e, 1f side surface, 2a cooling plate case main body, 2b cooling plate cover, 3 internal space, 3a first internal space, 3b second internal space, 4 salts, 5 water , 6 container, 7, 11, 12, 15, 16 partition part, 7a, 12a first partition part, 7b, 12b second partition part, 8 solution, 12a1, first metal part, 12a2 first seal part, 12b1 second Metal part, 12b2 Second seal part, 12c Partition center part, 13 Needle part, 14 Direction of inertia force, 20 Heating element, 100, 110, 120, 130, 140, 150 Cooling plate.
Claims (13)
前記内部空間に配置される液体の溶媒と、
前記内部空間において前記液体の溶媒と隔離されて配置されて前記液体の溶媒に溶解する際に吸熱反応を起こす固体の溶質と、
前記液体の溶媒と前記固体の溶質との隔離状態を解除して前記固体の溶質と前記液体の溶媒とを混合させることで前記液体の溶媒に前記固体の溶質を溶解させる混合部と、
を備えることを特徴とする冷却板。 A case with a sealed internal space,
A liquid solvent disposed in the internal space,
A solid solute that causes an endothermic reaction when dissolved in the liquid solvent by being disposed separately from the liquid solvent in the internal space;
A mixing unit for dissolving the solid solute in the liquid solvent by releasing the isolated state between the liquid solvent and the solid solute and mixing the solid solute and the liquid solvent,
A cooling plate comprising:
前記仕切り部品が変形することにより前記第1内部空間と前記第2内部空間とを連通させて前記液体の溶媒と前記固体の溶質との隔離状態を解除すること、
を特徴とする請求項1に記載の冷却板。 The mixing unit is a partition member that partitions a first internal space in which the solid solute is sealed in the internal space and a second internal space in which the liquid solvent is sealed,
Deforming the partition member to communicate the first internal space and the second internal space to release the isolated state between the liquid solvent and the solid solute;
The cooling plate according to claim 1, wherein:
前記金属部は、既定の回復温度に達すると既定の元の形状に回復する変形によって前記第1内部空間と前記第2内部空間とを連通させること、
を特徴とする請求項2に記載の冷却板。 The partition part has a metal part made of a shape memory alloy,
The metal portion is configured to allow the first internal space and the second internal space to communicate with each other by a deformation that recovers to a predetermined original shape when a predetermined recovery temperature is reached;
The cooling plate according to claim 2, wherein:
前記金属部が前記既定の元の形状に回復する変形によって前記金属部が前記容器を突き破ること、
を特徴とする請求項3に記載の冷却板。 The liquid solvent is stored in a container and arranged in the internal space,
The metal part pierces the container by deformation in which the metal part recovers to the predetermined original shape;
The cooling plate according to claim 3, wherein:
を特徴とする請求項3に記載の冷却板。 The partition part has the metal part and a seal part made of a sealing material connected to the metal part, and when the predetermined recovery temperature is reached, the metal part recovers to a predetermined original shape. A part of the seal portion is opened to allow the first internal space and the second internal space to communicate with each other;
The cooling plate according to claim 3, wherein:
前記金属部が前記既定の元の形状に回復する変形によって前記シール部が前記容器を突き破ること、
を特徴とする請求項5に記載の冷却板。 The liquid solvent is stored in a container and arranged in the internal space,
The seal portion pierces the container by deformation in which the metal portion recovers to the predetermined original shape;
The cooling plate according to claim 5, wherein:
を特徴とする請求項2に記載の冷却板。 The partitioning part communicates the first internal space and the second internal space by breaking and deforming when the pressure of the second internal space becomes equal to or higher than a predetermined breaking pressure due to expansion of the liquid solvent. To make
The cooling plate according to claim 2, wherein:
を特徴とする請求項7に記載の冷却板。 The liquid solvent is stored in a container that bursts when a predetermined burst pressure equal to or lower than the predetermined burst pressure is applied, and is disposed in the internal space.
The cooling plate according to claim 7, wherein:
を特徴とする請求項2に記載の冷却板。 The partition component is deteriorated when a predetermined deterioration temperature is reached, and connects the first internal space and the second internal space,
The cooling plate according to claim 2, wherein:
を特徴とする請求項9に記載の冷却板。 When the liquid solvent reaches a predetermined container deterioration temperature equal to or lower than the predetermined deterioration temperature, the liquid solvent is stored in a container that is deteriorated and allows the liquid solvent to flow into the second internal space, and is disposed in the internal space. thing,
The cooling plate according to claim 9, wherein:
を特徴とする請求項2に記載の冷却板。 The partition member is an electromagnetic valve, which operates when a predetermined operating temperature is reached, to communicate the first internal space and the second internal space;
The cooling plate according to claim 2, wherein:
前記液体の溶媒が、容器に貯留されており、
前記容器を前記内部空間において前記突出部の方向に移動させる慣性力が加わることにより前記容器が移動し、前記突出部が前記容器を突き破ること、
を特徴とする請求項1に記載の冷却板。 Providing a protrusion in the internal space,
The liquid solvent is stored in a container,
The container moves by applying an inertial force to move the container in the direction of the protrusion in the internal space, and the protrusion breaks through the container.
The cooling plate according to claim 1, wherein:
前記液体の溶媒が水であること、
を特徴とする請求項1から12のいずれか1つに記載の冷却板。 The solid solute is a salt,
The liquid solvent is water,
The cooling plate according to claim 1, wherein:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018138540A JP2020017594A (en) | 2018-07-24 | 2018-07-24 | Cooling plate |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2018138540A JP2020017594A (en) | 2018-07-24 | 2018-07-24 | Cooling plate |
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JP2020017594A true JP2020017594A (en) | 2020-01-30 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024049225A1 (en) * | 2022-09-01 | 2024-03-07 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | Secondary battery and device including same |
-
2018
- 2018-07-24 JP JP2018138540A patent/JP2020017594A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2024049225A1 (en) * | 2022-09-01 | 2024-03-07 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | Secondary battery and device including same |
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