JP4114553B2 - 対向振動流型熱輸送装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、隣り合う流路において流体を対向振動させることにより隣り合う流路間で熱交換し、熱を高温側から低温側に輸送する対向振動流型熱輸送装置に関するもので、疑似超熱伝導プレート、熱スイッチ及び熱ダイオード等に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
対向振動流型熱輸送装置とは、振動流による拡散促進効果を利用したもので、その原理は以下のようなものである。
【０００３】
すなわち、図９に示すように、円管内に液体があり、温度に分布がある場合を考える。いま、簡単のために、液体の振動はＨ点に半周期滞在し、即座にＬ点に移動し、そこで半周期滞在し、その後に即座にＨ点に戻る矩形波振動を考える。
【０００４】
振動がない場合にＣ点にいる液体部分（これを要素と呼ぶ。）を考えると、この要素が振動によりＨ点に移動すると、Ｈ点での円管壁の温度は要素より高いので、要素は壁から熱をもらう。要素が振動によりＬ点に移動すると、Ｌ点での壁の温度は要素より低いので要素は壁に熱を吐き出す。
【０００５】
すなわち、１回の振動により、熱がＨ点からＬ点に「蛙飛び」のように移動したことになる。こうした「蛙飛び」は振動が無い場合には起らず、振動により付加的に起ったものである。したがって、振動数が高くなれば単位時間当たりに起る「蛙飛び」回数が増え、振幅が大きくなると「蛙飛び」距離が増えるので、「蛙飛び」による熱の付加的移動は、振幅や周期の増加とともに増えることになる（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−３６４９９１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、対向振動流型熱輸送装置では、流路を蛇行させた状態で流体を振動させることにより、隣り合う流路の流体を互いに対向振動させるので、蛇行した流路を形成する必要がある。そこで、蛇行した流路の製造方法として、発明者等は以下に述べる２つの方法を考えた。
【０００８】
すなわち、第１の製造方法は、図１０に示すように、長手方向一端側から他端側まで貫通する複数本の穴２ｆが設けられた多穴チューブ２ａの両端側に、隣り合う穴２ｆを連通させるための凹部２ｋが設けられたプレート２ｍを接合するものである。
【０００９】
また、第２の製造方法は、図１１に示すように、長手方向一端側から他端側まで貫通する複数本の穴２ｆが設けられた多穴チューブ２ａにおいて、隣り合う穴２ｆを仕切る仕切壁の長手方向端部を１本置きに切り欠く等して隣り合う穴２ｆの長手方向端部を多穴チューブ２ａ内で連通させるとともに、多穴チューブの長手方向端部を帯板状のプレート２ｎにて閉塞するものである。
【００１０】
しかし、第１の製造方法では、複数箇所に凹部２ｋが設けられたプレート２ｍを別途製造する必要があり、かつ、複数箇所に凹部２ｋが設けられたプレート２ｍは形状が複雑であるので、対向振動流型熱輸送装置の製造原価上昇を招いてしまう。
【００１１】
また、第２の製造方法では、多穴チューブ２ａを製造した後、仕切壁の長手方向端部を１本置きに切り欠く等の加工が別途必要となるので、対向振動流型熱輸送装置の製造原価上昇を招いてしまう。
【００１２】
なお、長手方向一端側から他端側まで貫通する複数本の穴２ｆが形成された多穴チューブは、車両用空調装置のコンデンサチューブのごとく、押し出し加工又は引く抜き加工にて容易に製造することができる。
【００１３】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な対向振動流型熱輸送装置を提供し、第２には、対向振動流型熱輸送装置の製造原価低減を図ることを目的とする。
【００１４】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、隣り合う流路（３）において流体を対向振動させることにより隣り合う流路（３）間で熱交換し、熱を高温側から低温側に輸送する対向振動流型熱輸送装置であって、長手方向一端側から他端側まで貫通する複数本の穴（２ｆ）が設けられた多穴チューブ（２ａ）と、多穴チューブ（２ａ）の長手方向端部に接合され、隣り合う穴（２ｆ）を連通させるための貫通穴（２ｇ）が設けられた第１プレート（２ｂ、２ｃ）と、第１プレート（２ｂ、２ｃ）に接合され、貫通穴（２ｇ）を閉塞する第２プレート（２ｄ、２ｅ）とを有し、多穴チューブ（２ａ）、及び第１、２プレート（２ｂ〜２ｅ）により流路（３）が構成され、多穴チューブ（２ａ）は、第１の多穴チューブ（２ａ’）と、隣り合う穴（２ｆ）間のピッチ寸法が第１の多穴チューブ（２ａ’）とは異なる第２の多穴チューブ（２ｈ）とを接合することにより構成されていることを特徴とする。
【００１５】
これにより、容易に流路（３）を形成することができるので、対向振動流型熱輸送装置の製造原価を低減することができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明では、第１の多穴チューブ（２ａ’）および第２の多穴チューブ（２ｈ）は、押し出し加工又は引き抜き加工にて製造されたものであることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項３に記載の発明では、第１プレート（２ｂ、２ｃ）は、プレス加工にて所定形状に成形されていることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項４に記載の発明では、多穴チューブ（２ａ）、及び第１、２プレート（２ｂ〜２ｅ）は、ろう接により接合されていることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項５に記載の発明では、第１プレート（２ｂ、２ｃ）は、表面に溶加材が被覆されたクラッド材であることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項６に記載の発明では、多穴チューブ（２ａ）、及び第１、２プレート（２ｂ〜２ｅ）は、アルミニウム合金製であることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項７に記載の発明では、第１の多穴チューブ（２ａ’）および第２の多穴チューブ（２ｈ）は、表裏両面に溶加材が被覆されたクラッド材を介して接合されていることを特徴とするものである。
【００２２】
請求項８に記載の発明では、第２の多穴チューブ（２ｈ）における隣り合う穴（２ｆ）間のピッチ寸法は、第１の多穴チューブ（２ａ’）における隣り合う穴（２ｆ）間のピッチ寸法に対して、小さいことを特徴とするものである。
【００２３】
請求項９に記載の発明では、第２の多穴チューブ（２ｈ）の表面に発熱体が装着されることを特徴とするものである。
【００２４】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。なお、以下に説明する第２、４、５実施形態が特許請求の範囲に記載した発明の実施形態であり、第１、３実施形態は参考例として示す実施形態である。
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明を電子部品の冷却装置に適用したものであって、図１は本実施形態に係る対向振動流型熱輸送装置１の外観斜視図であり、図２、３は本実施形態に係る対向振動流型熱輸送装置１の要部を示す図である。
【００２６】
図１中、熱輸送デバイス本体２は、蛇行した流路３（図３参照）内に流体が充填された略帯板状のもので、その板面のうち長手方向略中央部には、冷却対象、すなわち熱源をなす発熱体４が組み付けられている。なお、熱輸送デバイス本体２の構造は後述する。
【００２７】
因みに、本実施形態では、発熱体４としては、電子計算機用の集積回路等の電子部品等を想定している。
【００２８】
また、熱輸送デバイス本体２のうち発熱体４が組み付けられた板面と反対側の板面には、高温側である発熱体４から輸送された熱を低温側である大気中に放熱するための薄板状に形成された複数枚の放熱フィン５ａが形成されたヒートシンク５が接合されている。
【００２９】
振動装置６は熱輸送デバイス本体２内の流体を振動させるポンプ手段であり、この振動装置６は、例えば電磁力により変位する可動子と流体を振動させるピストンとが一体化されたプランジャを往復動さることにより流体を振動させるものである。
【００３０】
なお、流路３内に充填される流体として、本実施形態では水を採用しているが、粘度を低下させる添加剤を混合した水等を採用してもよいことは言うまでもない。
【００３１】
次に、熱輸送デバイス本体２について、図２、３を用いて述べる。
【００３２】
熱輸送デバイス本体２は、銅やアルミニウム等の熱伝導率が高い金属材からなる多穴チューブ２ａ及び第１、２プレート２ｂ〜２ｅをろう接に接合して形成したものである。
【００３３】
なお、「ろう接」とは、例えば「接続・接合技術」（東京電機大学出版局）に記載されているように、ろう材やはんだを用いて母材を溶融させないように接合する技術を言う。因みに、融点が４５０℃以上の溶加材を用いて接合するときをろう付けと言い、その際の溶加材をろう材と呼び、融点が４５０℃以下の溶加材を用いて接合するときをはんだ付けと言い、その際の溶加材をはんだと呼ぶ。
【００３４】
そして、多穴チューブ２ａは押し出し加工又は引き抜き加工にて成形された扁平状の管であり、その内部には、長手方向一端側から他端側まで貫通する複数本の穴２ｆが成形と同時に設けられている。
【００３５】
また、第１プレート２ｂ、２ｃは、隣り合う穴２ｆを連通させるための貫通穴２ｇが設けられたもので、この第１プレート２ｂ、２ｃは、表裏両面に溶加材（ろう材）が被覆されたクラッド材にプレス加工を施すことにより製造されたものである。
【００３６】
第２プレート２ｄ、２ｅは、多穴チューブ２ａと反対側から貫通穴２ｇを閉塞するもので、本実施形態では、非クラッド材にプレス加工を施すことにより製造されている。
【００３７】
そして、多穴チューブ２ａの長手方向両端側にて第１プレート２ｂ、２ｃを第２プレート２ｄ、２ｅと多穴チューブ２ａとで挟むようにして、多穴チューブ２ａ及び第１、２プレート２ｂ〜２ｅを接合することより、蛇行した流路３を有する熱輸送デバイス本体２が構成される。
【００３８】
なお、本実施形態では、紙面左側に振動装置６が接続されるため、第２プレート２ｅには振動装置６と熱輸送デバイス本体２とを接続するための接続パイプ部６ａが接合されている。
【００３９】
次に、本実施形態に係る対向振動流型熱輸送装置１の概略作動を述べる。
【００４０】
振動装置６により流路３（熱輸送デバイス本体２）内の流体を振動させると、隣り合う流路３に存在する流体間で熱交換され、熱輸送デバイス本体２の長手方向略中央部に配置された発熱体４の熱が熱輸送デバイス本体２の長手方向端部側に向かって輸送され、熱輸送デバイス本体２全体に広がる。
【００４１】
そして、熱輸送デバイス本体２全体に広がったは、ヒートシンク５を介して大気中に放出される。
【００４２】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００４３】
本実施形態では、長手方向一端側から他端側まで貫通する複数本の穴２ｆが形成された多穴チューブ２ａ、隣り合う穴２ｆを連通させるための貫通穴２ｇが設けられた貫通穴２ｇを閉塞する第２プレート２ｄ、２ｅを接合することにより、蛇行した流路３を有す熱輸送デバイス本体２を構成しているので、図１０、１１で示す構造を有する対向振動流型熱輸送装置に比べて、熱輸送デバイス本体２の製造原価を低減することができる。
【００４４】
（第２実施形態）
本実施形態は、図４に示すように、熱輸送デバイス本体２のうち発熱体４が接合される部位における隣り合う穴２ｆ間のピッチ寸法を、その他の部位における隣り合う穴２ｆ間のピッチ寸法に比べて小さくすることにより、熱伝達率及び伝熱面積を増大させて対向振動流型熱輸送装置の吸熱・放熱能力を高めたものである。
【００４５】
そして、本実施形態では、ピッチ寸法が異なる２種類の多穴チューブ２ａ’、２ｈを接合することにより、発熱体４が接合される部位ピッチ寸法をその他の部位のピッチ寸法に比べて小さくしている。
【００４６】
なお、本実施形態では、多穴チューブ２ａ’、２ｈは共に押し出し加工又は引き抜き加工にて製造しており、多穴チューブ２ａ’、２ｈに溶加材を配置することが難しいので、多穴チューブ２ａ’と多穴チューブ２ｈとの間に、表裏両面に溶加材がクラッドされた接合プレート２ｊを配置して両多穴チューブ２ａ’、２ｈを接合している。
【００４７】
（第３実施形態）
本実施形態は、図５に示すように、第１、２実施形態に係る流路３（熱輸送デバイス本体２）に比べて、蛇行ピッチ（蛇行周期）を大きくしたものである。
【００４８】
すなわち、本実施形態に係る流路３は、紙面右側にて１回、流路３がＵターンするのに対して、第１、２実施形態に係る流路３（図３、４参照）では、紙面右側にて４回、流路３がＵターンする。
【００４９】
（第４実施形態）
本実施形態は、図６に示すように、第３実施形態に係る熱輸送デバイス本体２に第２実施形態を適用したものである。
【００５０】
具体的には、紙面右側にて１回、流路３がＵターンさせるとともに、発熱体４が接合される部位における隣り合う穴２ｆ間のピッチ寸法を、その他の部位における隣り合う穴２ｆ間のピッチ寸法に比べて小さくしたものである。
【００５１】
（第５実施形態）
本実施形態は、図７、８に示すように、熱輸送デバイス本体２の長手方向一端に発熱体４を配置するとともに、ヒートシンク５を熱輸送デバイス本体２の長手方向他端側にのみ設けたものである。
【００５２】
すなわち、振動装置６が稼動して流路３内の流体が対向振動すると、発熱体４の熱は発熱体４から遠ざかるように移動することから、本実施形態では、熱輸送デバイス本体２の長手方向一端に発熱体４を配置してヒートシンク５を熱輸送デバイス本体２の長手方向他端側に設けて、対向振動流型熱輸送装置１の製造原価低減を図りながら効率よく発熱体４を冷却することができるようにしたものである。
【００５３】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、第１プレート２ｂ、２ｃを表裏両面に溶加材が被覆されたクラッド材から製造したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、第１プレート２ｂ、２ｃ及び第２プレート２ｄ、２ｅを片面側にのみ溶加材が被覆されたクラッド材から製造し、第１プレート２ｂ、２ｃの溶加材にて多穴チューブ２ａと第１プレート２ｂ、２ｃとをろう接し、第２プレート２ｄ、２ｅの溶加材にて第１プレート２ｂ、２ｃと第２プレート２ｄ、２ｅとをろう接してもよい。
【００５４】
また、上述の実施形態では、クラッド材に被覆された溶加材にてろう接したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば溶加材をろう接面に溶射又は塗布する、又はろう接面にブレージングシートを配置する等してもよい。なお、このようにすれば、接合プレート２ｊを廃止することができる。
【００５５】
また、上述の実施形態では、放熱フィン５ａの板面が冷却風流れに対して略平行であり、かつ、ヒートシンク５を通過する冷却風流れからずれた位置に振動装置６が配置されていたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る対向振動流型熱輸送装置１の外観斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る対向振動流型熱輸送装置１の要部を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る対向振動流型熱輸送装置１の要部を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る対向振動流型熱輸送装置１の要部を示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る対向振動流型熱輸送装置１の要部を示す図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る対向振動流型熱輸送装置１の要部を示す図である。
【図７】本発明の第５実施形態に係る対向振動流型熱輸送装置１の外観斜視図である。
【図８】本発明の第５実施形態に係る対向振動流型熱輸送装置１の要部を示す図である。
【図９】対向振動流型熱輸送装置の作動説明図である。
【図１０】従来の技術に係る熱輸送デバイス本体の分解図である。
【図１１】従来の技術に係る熱輸送デバイス本体の分解図である。
【符号の説明】
２…熱輸送デバイス本体、２ａ…チューブ、２ｂ、２ｃ…第１プレート、
２ｄ、２ｅ…第２プレート、２ｆ…穴、２ｇ…貫通穴

Claims (9)

1. 隣り合う流路（３）において流体を対向振動させることにより隣り合う前記流路（３）間で熱交換し、熱を高温側から低温側に輸送する対向振動流型熱輸送装置であって、
   長手方向一端側から他端側まで貫通する複数本の穴（２ｆ）が設けられた多穴チューブ（２ａ）と、
   前記多穴チューブ（２ａ）の長手方向端部に接合され、隣り合う前記穴（２ｆ）を連通させるための貫通穴（２ｇ）が設けられた第１プレート（２ｂ、２ｃ）と、
   前記第１プレート（２ｂ、２ｃ）に接合され、前記貫通穴（２ｇ）を閉塞する第２プレート（２ｄ、２ｅ）とを有し、
   前記多穴チューブ（２ａ）、及び前記第１、２プレート（２ｂ〜２ｅ）により前記流路（３）が構成され、
   前記多穴チューブ（２ａ）は、第１の多穴チューブ（２ａ’）と、隣り合う前記穴（２ｆ）間のピッチ寸法が前記第１の多穴チューブ（２ａ’）とは異なる第２の多穴チューブ（２ｈ）とを接合することにより構成されていることを特徴とする対向振動流型熱輸送装置。
2. 前記第１の多穴チューブ（２ａ’）および前記第２の多穴チューブ（２ｈ）は、押し出し加工又は引き抜き加工にて製造されたものであることを特徴とする請求項１に記載の対向振動流型熱輸送装置。
3. 前記第１プレート（２ｂ、２ｃ）は、プレス加工にて所定形状に成形されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の対向振動流型熱輸送装置。
4. 前記多穴チューブ（２ａ）、及び前記第１、２プレート（２ｂ〜２ｅ）は、ろう接により接合されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の対向振動流型熱輸送装置。
5. 前記第１プレート（２ｂ、２ｃ）は、表面に溶加材が被覆されたクラッド材であることを特徴とする請求項４に記載の対向振動流型熱輸送装置。
6. 前記多穴チューブ（２ａ）、及び前記第１、２プレート（２ｂ〜２ｅ）は、アルミニウム合金製であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の対向振動流型熱輸送装置。
7. 前記第１の多穴チューブ（２ａ’）および前記第２の多穴チューブ（２ｈ）は、表裏両面に溶加材が被覆されたクラッド材を介して接合されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の対向振動流型熱輸送装置。
8. 前記第２の多穴チューブ（２ｈ）における隣り合う前記穴（２ｆ）間のピッチ寸法は、前記第１の多穴チューブ（２ａ’）における隣り合う前記穴（２ｆ）間のピッチ寸法に対して、小さいことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の対向振動流型熱輸送装置。
9. 前記第２の多穴チューブ（２ｈ）の表面に発熱体が装着されることを特徴とする請求項８に記載の対向振動流型熱輸送装置。