JP4682775B2 - Microchannel structure, heat exchange system, and electronic device - Google Patents
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Description
本発明は、マイクロチャンネル構造体、熱交換システム及び電子機器に関する。 The present invention relates to a microchannel structure, a heat exchange system, and an electronic apparatus.
近年、半導体の高密度化に伴い、単位体積あたりの発熱量が増大し、ヒートシンク及びファンを備えた冷却装置では冷却能力が不足することが課題となっている。そこで、発熱密度の高い半導体を冷却する手法として、マイクロチャンネルと呼ばれる微細な流路に冷媒を流す手法が提案されている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照。)。この特許文献1に記載のマルチチップモジュールの冷却機構は、冷却機構内部のすべての領域に冷却フィンが複数配置されており、この冷却フィン間が、冷却流路となっている。
また、特許文献2に記載の冷却システムは、金属として銅からなる薄板を用い、この薄板をロ字状に打ち抜き加工し、複数枚積層することにより流路が形成されている。また、隣接する薄板の接合は、ろう付けにより行われている。
In the cooling system described in
しかしながら、特許文献1に記載の冷却システムは、金属の薄板の材料として、銅を前提としており、また、薄板の接合にはロウ材を使用しているため、薄板間の熱伝導率が低下してしまう。また、このような、冷却装置を電子機器等に用いても、冷却が不十分となり、電子機器の性能を十分に発揮させることは困難である。 However, the cooling system described in Patent Document 1 is based on copper as the material of the metal thin plate, and uses a brazing material to join the thin plates, so that the thermal conductivity between the thin plates decreases. End up. Further, even when such a cooling device is used for an electronic device or the like, the cooling becomes insufficient, and it is difficult to sufficiently exhibit the performance of the electronic device.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、熱交換効率の高いマイクロチャンネル構造体、熱交換システム及び電子機器を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a microchannel structure, a heat exchange system, and an electronic device having high heat exchange efficiency.
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明のマイクロチャンネル構造体は、流体が流れる複数の微細流路を有するマイクロチャンネル構造体であって、少なくとも前記流体に接触する前記微細流路の壁部が、前記複数の微細流路の配列方向の熱伝導率より、前記微細流路の配列方向に垂直な方向の熱伝導率の方が高い異方性熱伝導率を有する材質からなり、隣接する前記微細流路の壁部間が、スペーサにより支持されてなり、前記壁部はグラファイトからなり、前記スペーサは銅からなり、前記配列方向において、前記銅の熱伝導率が前記グラファイトの熱伝導率より大きく、前記配列方向に垂直な方向において、前記グラファイトの熱伝導率が前記銅の熱伝導率より大きいことを特徴とする。
本発明のマイクロチャンネル構造体は、流体が流れる複数の微細流路を有するマイクロチャンネル構造体であって、少なくとも前記流体に接触する前記微細流路の壁部が、前記複数の微細流路の配列方向の熱伝導率より、前記微細流路の配列方向に垂直な方向の熱伝導率の方が高い異方性熱伝導率を有する材質からなることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The microchannel structure of the present invention is a microchannel structure having a plurality of microchannels through which a fluid flows, and at least a wall portion of the microchannel in contact with the fluid is an array of the plurality of microchannels The heat conductivity in the direction perpendicular to the direction of arrangement of the fine flow paths is made of a material having a higher anisotropic thermal conductivity than the heat conductivity in the direction, and between the walls of the adjacent fine flow paths, The spacer is supported by a spacer, the wall portion is made of graphite, the spacer is made of copper, and in the arrangement direction, the thermal conductivity of the copper is larger than the thermal conductivity of the graphite, and the direction is perpendicular to the arrangement direction. The thermal conductivity of the graphite is larger than the thermal conductivity of the copper.
The microchannel structure of the present invention is a microchannel structure having a plurality of microchannels through which a fluid flows, and at least a wall portion of the microchannel in contact with the fluid is an array of the plurality of microchannels The thermal conductivity in the direction perpendicular to the arrangement direction of the microchannels is made of a material having a higher anisotropic thermal conductivity than the thermal conductivity in the direction.
本発明に係るマイクロチャンネル構造体では、微細流路の配列方向の熱伝導率より、微細流路の配列方向に交差する面方向の熱伝導率の方が、高い材質からなるため、発熱部を微細流路の配列方向に垂直な方向に置いた場合、発熱部の熱は、微細流路の配列方向より、微細流路の配列方向に交差する面方向に伝達することになる。したがって、発熱部から発熱した熱は、発熱部に対して垂直方向に伝達され、微細流路に流体を流すことにより、発熱部の熱を壁部を介して流体に伝達し、発熱部を効率良く冷却することができる。 In the microchannel structure according to the present invention, the heat conductivity in the surface direction intersecting the arrangement direction of the microchannels is made of a material higher than the thermal conductivity in the arrangement direction of the microchannels. When placed in a direction perpendicular to the arrangement direction of the microchannels, the heat of the heat generating portion is transferred from the arrangement direction of the microchannels to the surface direction intersecting the arrangement direction of the microchannels. Therefore, the heat generated from the heat generating part is transmitted in a direction perpendicular to the heat generating part, and by flowing the fluid through the fine flow path, the heat of the heat generating part is transmitted to the fluid through the wall part, and the heat generating part is made efficient. It can cool well.
また、本発明のマイクロチャンネル構造体は、隣接する前記微細流路の壁部間が、スペーサにより支持されていることが好ましい。
本発明に係るマイクロチャンネル構造体では、例えば、異方性熱伝導率を有する材質からなるシート状の部材を用い、この部材間をスペーサにより支持することにより、発熱部を微細流路の配列方向に垂直な方向に置いた場合、簡易な構成で、発熱部を効率良く冷却することができる。
In the microchannel structure of the present invention, it is preferable that a space between the adjacent wall portions of the fine channels is supported by a spacer.
In the microchannel structure according to the present invention, for example, a sheet-like member made of a material having anisotropic thermal conductivity is used, and the space between the members is supported by a spacer, so that the heat generating portion is arranged in the direction in which the microchannels are arranged. When placed in a direction perpendicular to the heat generating portion, the heat generating portion can be efficiently cooled with a simple configuration.
また、本発明のマイクロチャンネル構造体は、前記材質はグラファイトであることが好ましい。
本発明に係るマイクロチャンネル構造体では、材質に、例えば、面方向の熱伝導率が600〜800W/mK、厚さ方向の熱伝導率が20W/mKの特性を有するグラファイトを用いることにより、微細流路の配列方向に比べ、微細流路の配列方向に交差する面方向に大きな熱伝導率を有する構成となる。これにより、発熱部の熱は、銅の熱伝導率400W/mKに比べ約2倍も、発熱部に対して垂直方向に伝達されることになる。したがって、厚さ方向の熱伝導率は、銅の方が良いが、グラファイトを用い本発明のような使い方をすることにより、複数の微細流路に流体を流すことで、各微細流路において熱変換が行われ、発熱部の温度上昇を著しく低減することができる。また、異方性熱伝導率を有するグラファイトは、軽量であるため、加工が容易である。さらには、グラファイトは、耐熱性が良いため、発熱部が高温になっても、面方向に発熱部の熱を効率良く伝達することが可能である。
In the microchannel structure of the present invention, the material is preferably graphite.
In the microchannel structure according to the present invention, for example, by using graphite having the characteristics that the thermal conductivity in the plane direction is 600 to 800 W / mK and the thermal conductivity in the thickness direction is 20 W / mK, Compared to the arrangement direction of the flow paths, the structure has a larger thermal conductivity in the plane direction intersecting the arrangement direction of the fine flow paths. As a result, the heat of the heat generating portion is transmitted in a direction perpendicular to the heat generating portion about twice as much as the thermal conductivity of copper 400 W / mK. Therefore, the thermal conductivity in the thickness direction is better for copper, but by using the method of the present invention using graphite, the fluid is allowed to flow through a plurality of microchannels, so that heat is generated in each microchannel. Conversion is performed, and the temperature rise of the heat generating portion can be significantly reduced. In addition, the graphite having anisotropic thermal conductivity is easy to process because it is lightweight. Furthermore, since graphite has good heat resistance, it is possible to efficiently transfer the heat of the heat generating part in the surface direction even when the heat generating part becomes high temperature.
また、本発明のマイクロチャンネル構造体は、前記流体の流れ方向に直交する断面における前記微細流路の開口形状は、前記微細流路の配列方向に垂直な方向の幅が前記微細流路の配列方向の幅の2倍以上であることが好ましい。 In the microchannel structure of the present invention, the opening shape of the microchannel in a cross section perpendicular to the fluid flow direction is such that the width in the direction perpendicular to the arrangement direction of the microchannels is the arrangement of the microchannels. It is preferably at least twice the width in the direction.
本発明に係るマイクロチャンネル構造体では、微細流路の配列方向の幅に対し、この配列方向に直交する方向の幅を2倍以上にすることにより、銅を用いた場合に比べ、発熱部の熱は、流路の配列方向に直交する方向に素早く広がる。また、上記構成により、流体が微細流路を通過し易くなり、微細流路内を流れる流体の流速が減少し圧力損失を低減することが可能となる。なお、詳細な実験結果については後述する。 In the microchannel structure according to the present invention, the width in the direction orthogonal to the arrangement direction is set to be twice or more the width in the arrangement direction of the microchannels, so that the heat generating part is compared with the case where copper is used. Heat spreads quickly in a direction perpendicular to the arrangement direction of the flow paths. Further, with the above configuration, the fluid can easily pass through the fine flow path, the flow velocity of the fluid flowing in the fine flow path can be reduced, and the pressure loss can be reduced. Detailed experimental results will be described later.
本発明に係る熱交換システムでは、前記微細流路の配列方向に垂直な方向に、発熱する発熱部が配置されていることを特徴とする。
本発明に係る熱交換システムでは、微細流路の配列方向の熱伝導率より、微細流路の配列方向に交差する面方向の熱伝導率の方が、高い材質からなるため、微細流路の配列方向に垂直な方向に配置された発熱部の熱は、微細流路の配列方向より、微細流路の配列方向に交差する面方向、すなわち、発熱部に対して垂直方向に伝達することになる。したがって、発熱部から発熱した熱は、発熱部に対して垂直方向に伝達され、微細流路に流体を流すことにより、この熱を流体に伝達し、発熱部を効率良く冷却することができる。
The heat exchange system according to the present invention is characterized in that a heat generating portion that generates heat is arranged in a direction perpendicular to the arrangement direction of the fine flow paths.
In the heat exchange system according to the present invention, the thermal conductivity in the plane direction intersecting the arrangement direction of the fine flow path is made of a material higher than the thermal conductivity in the arrangement direction of the fine flow path. The heat of the heat generating portion arranged in the direction perpendicular to the arrangement direction is transmitted from the arrangement direction of the fine flow passages in a plane direction intersecting the arrangement direction of the fine flow passages, that is, in a direction perpendicular to the heat generation portion. Become. Therefore, the heat generated from the heat generating part is transmitted in a direction perpendicular to the heat generating part, and by flowing the fluid through the fine channel, this heat is transmitted to the fluid, and the heat generating part can be efficiently cooled.
本発明の電子機器は、上記の熱交換システムを備えたことを特徴とする。
本発明に係る電子機器では、マイクロチャンネル構造体を備えた熱交換システムは、上述したように、発熱部の熱交換率が良好であるため、これを用いた電子機器は、発熱部の熱の上昇が抑えられているので、特性が安定したものとなる。
An electronic apparatus according to the present invention includes the above heat exchange system.
In the electronic device according to the present invention, the heat exchange system provided with the microchannel structure has a good heat exchange rate of the heat generating part as described above. Since the rise is suppressed, the characteristics are stable.
以下、図面を参照して、本発明に係るマイクロチャンネル構造体及び電子機器の一実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。 Hereinafter, an embodiment of a microchannel structure and an electronic device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the scale of each member is appropriately changed in order to make each member a recognizable size.
[第1実施形態]
本発明の熱交換システムの第1実施形態について、図1から図3を参照して説明する。
図1は、本実施形態におけるマイクロチャンネル構造体を備えた熱交換システムの概略構成を示した斜視図である。図2は、図1のマイクロチャンネル構造体のA−A線矢視図である。図3は、図1のマイクロチャンネル構造体のB−B線矢視図である。
マイクロチャンネル構造体10は、図2に示すように、配列方向に数μm〜数百μmの微細な流路11を複数備える構造体であり、この複数の流路11に冷却媒体(流体)を流すことによって、冷却する対象物である発熱部の熱を流体に伝達し熱交換を行うものである。
[First Embodiment]
1st Embodiment of the heat exchange system of this invention is described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a heat exchange system including a microchannel structure according to the present embodiment. 2 is a cross-sectional view of the microchannel structure of FIG. 1 taken along line AA. 3 is a BB line arrow view of the microchannel structure of FIG.
As shown in FIG. 2, the
流路11は、図2及び図3に示すように、Y方向に延在しX方向に所定間隔を空けて配列された複数の壁部11aにより区画されて形成されている。そして、流体は、この流路11内を壁部11aの延在方向に向かって流れるようになっている。
また、流路11の壁部11aは、流路11の配列方向、すなわち、X方向の熱伝導率より、流路11の配列方向に直交する面方向(YZ軸平面)の熱伝導率の方が高い異方性熱伝導率を有する材質からなっている。この材質としては、例えば、グラファイトが挙げられる。グラファイトは、X方向の熱伝導率が、約20W/mKであり、Y軸平面の熱伝導率が、約600〜800W/mKである。このグラファイトをマイクロチャンネル構造体10の材質として用いることにより、流路11の配列方向に垂直な方向に発熱部を配置することで、発熱部から発熱した熱は、流路11の配列方向に直交する面方向に伝達され易くなっている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
Further, the
また、流体の流れ方向に直交する流路11の開口形状は、図3に示すように、流路11の配列方向の幅Lに対し、流路11の配列方向に直交する方向の幅Mが約8倍となっている。このように、幅Lに比べ幅Mの方を長くすることにより、熱伝導率が600〜800W/mKと高い方の表面積、すなわち、流体との接触面積を増やすことが可能となっている。
Further, as shown in FIG. 3, the opening shape of the
マイクロチャンネル構造体10の上面10aには、図1に示すように、冷却する対象物であるLEDチップ(発熱部)2が載置されている。このLEDチップ2は、マイクロチャンネル構造体10の上面10aに接触しており、流路11の配列方向に垂直な方向に配置されている。したがって、流路11に流体を流すことにより、LEDチップ2の熱が流体に伝達し、熱交換を行うようになっている。
また、マイクロチャンネル構造体1の側面10bには、図1及び図2に示すように、流路11に流体を供給するための供給口12及び側面10bに対向する側面10cには流路11から流体を排出する排出口13がそれぞれ形成されている。
As shown in FIG. 1, an LED chip (heat generating part) 2 that is an object to be cooled is placed on the
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the
本実施形態に係るマイクロチャンネル構造体10では、異方性熱伝導特性を有する材質を用い、流路11の配列方向の熱伝導率より、流路11の配列方向に直交する面方向の熱伝導率の方が高くなるように構成している。特に、異方性熱伝導特性を有する材質として、グラファイトを用いることにより、流路11の配列方向に交差する面方向の熱伝導率が銅に比べ2倍以上となるため、LEDチップ2の熱を素早く流路11の配列方向に垂直な方向に伝達することができる。したがって、LEDチップ2から発熱した熱は、LEDチップ2に対して垂直方向に伝達され、流路11に流体を流すことにより、この熱を流体に伝達し、LEDチップ2を効率良く冷却することが可能となる。
In the
また、流路11の開口形状は、LEDチップ2に対して垂直方向の幅Mが、流路11の配列方向の幅Lの2倍以上であるため、熱伝導率が高い方向の表面積が増えるので、LEDチップ2の熱は、流路11の配列方向に直交する面方向に素早く広がる。したがって、流路11の配列方向に直交する面方向に伝達された熱と流体との接触面積を増やすことできるため、効率良く、LEDチップ2を冷却することが可能となる。また、幅Lと幅Mとのアスペクト比が約8であるため、流路11を流れる流体の圧力損失を低減することができるので、流路11に効果的に流体を流すことが可能となる。
Moreover, since the width M in the direction perpendicular to the
[第2実施形態]
次に、本発明に係る第2実施形態について、図4を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、上述した第1実施形態に係るマイクロチャンネル構造体10と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
本実施形態に係るマイクロチャンネル構造体20において、第1実施形態と異なる点は、第2実施形態では、流路11の壁部21のみがグラファイトにより形成されている点である。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. In each embodiment described below, portions having the same configuration as those of the
The
マイクロチャンネル構造体20は、図4に示すように、壁部21にシート状のグラファイトが用いられており、この壁部21が間隔をあけて、X軸方向に複数設けられている。また、隣接する壁部21の間には、両端部21a,21b側に、長手方向(Y軸方向)に沿って銅からなるスペーサ22a,22bがそれぞれ設けられている。そして、隣接する壁部21,スペーサ22a,スペーサ22bにより流路23がそれぞれ形成されている。
また、LEDチップ2は、壁部21とスペーサ22aとが交互に配置されたマイクロチャンネル構造体20の上面20aに配置されている。
なお、壁部21は、第1実施形態と同様に、流路23の配列方向、すなわち、X方向の熱伝導率より、流路23の配列方向に直交する面方向(Y軸平面)の熱伝導率の方が高くなっている。
As shown in FIG. 4, in the
The
As in the first embodiment, the
本実施形態に係るマイクロチャンネル構造体20では、隣接する流路23の壁部21のみが、異方性熱伝導率を有するグラファイトからなるため、シート状のグラファイトを用い、壁部21を構成することにより、簡易な構成で、LEDチップ2を効率良く冷却することができる。また、隣接する壁部21間にLEDチップ2の熱をY軸方向にも広げることができるため、さらに効果的にLEDチップ2の熱を流体に伝達することが可能となる。
In the
[第3実施形態]
次に、本発明に係る第3実施形態について、図5及び図6を参照して説明する。
本実施形態に係るマイクロチャンネル構造体30において、流体を供給する側の側壁部31の供給口32及び流体を排出する側の側壁部33の排出口34の構成が第1,第2実施形態と異なる。すなわち、第1,第2実施形態では、供給口12及び排出口13は、マイクロチャンネル構造体10,20の側面10b及び側面10cに設けられていたが、本実施形態では、供給口32,排出口34が、側壁部31,33に作り込まれている。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS.
In the
図6に、マイクロチャンネル構造体30の分解斜視図を示す。
側壁部31及び側壁部33には、中心に銅からなる供給口32及び排出口34が設けられている。そして、供給口32及び排出口34の周囲に設けられたグラファイトからなるリング状の部材31a,33aと、この部材31a,33aと嵌合する嵌合部材31b,33bとにより側壁部31及び側壁部33が構成されている。
FIG. 6 shows an exploded perspective view of the
The
本実施形態に係るマイクロチャンネル構造体30では、銅からなる供給口32及び排出口34の周囲にグラファイトからなる部材31a,33a、銅からなる嵌合部材31b,33bを交互に配置し、側壁部31及び側壁部33を構成することにより、各部材31a,33aでZ軸方向に広げた熱をさらに嵌合部材31b,33bに伝達することで、効率良くLEDチップ2の熱を流体に伝達することが可能となる。
In the
[第4実施形態]
次に、本発明に係る第4実施形態について、図7を参照して説明する。
本実施形態に係るマイクロチャンネル構造体40において、流体を供給する側の側壁部41と供給口42とが一体的に形成され、また、流体を排出する側の側壁部43と排出口44とが一体的に形成されている点が第1,第2実施形態と異なる。すなわち、本実施形態では、側壁部41と一体化された供給口42及び側壁部43と一体化された排出口44が、銅からなるとともに、マイクロチャンネル構造体40に後付けされた構成となっている。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG.
In the
本実施形態に係るマイクロチャンネル構造体40では、側壁部41と供給口42と、側壁部43と排出口44とをそれぞれ一体化して銅により形成することにより、簡易な構成により、LEDチップ2の熱を全体的に広げることができるので、効率良くLEDチップ2の熱を流体に伝達することが可能となる。
In the
なお、上記第3,第4実施形態において、嵌合部材31b,33b、側壁部41と一体化された供給口42、側壁部43と一体化された排出口44を銅からなる部材として説明したが、これに限らず、伝導率が良好な金属素材を用いることができる。例えば、アルミニウムやアルミニウム合金、銅合金あるいはステンレス鋼等の素材により形成されていても良い。
In the third and fourth embodiments, the
[第5実施形態]
次に、本発明の第5実施形態として、上記第1実施形態のマイクロチャンネル構造体10を有する光源装置100を備えるプロジェクタについて説明する。
[Fifth Embodiment]
Next, as a fifth embodiment of the present invention, a projector including the
図8は、上記実施形態のマイクロチャンネル構造体10を備えたプロジェクタ(電子機器)500の説明図である。図中、符号512、513、514は上記実施形態のマイクロチャンネル構造体10を備えた3個の光源装置、522、523、524は液晶ライトバルブ、525はクロスダイクロイックプリズム、526は投写レンズを示している。
FIG. 8 is an explanatory diagram of a projector (electronic device) 500 including the
各光源装置512、513、514には、それぞれ赤(R)、緑(G)、青(B)に発光するLEDチップが採用されている。なお、光源光の照度分布を均一化させるための均一照明系として、各光源装置の後方にロッドレンズやフライアイレンズを配置してもよい。
Each
赤色光源装置512からの光束は、重畳レンズ535Rを透過して反射ミラー517で反射され、赤色光用液晶ライトバルブ522に入射する。また、緑色光源装置513からの光束は、重畳レンズ535Gを透過して緑色光用液晶ライトバルブ523に入射する。また、青色光源装置514からの光束は、重畳レンズ535Bを透過して反射ミラー516で反射され、青色光用液晶ライトバルブ524に入射する。なお、均一照明系としてフライアイレンズを用いた場合には、各光源からの光束は重畳レンズを介することにより液晶ライトバルブの表示領域において重畳され、液晶ライトバルブが均一に照明されるようになっている。
The light beam from the red
また、各液晶ライトバルブの入射側および出射側には、偏光板(図示せず)が配置されている。そして、各光源からの光束のうち所定方向の直線偏光のみが入射側偏光板を透過して、各液晶ライトバルブに入射する。また、入射側偏光板の前方に偏光変換手段(図示せず)を設けてもよい。この場合、入射側偏光板で反射された光束をリサイクルして各液晶ライトバルブに入射させることが可能になり、光の利用効率を向上させることができる。 In addition, polarizing plates (not shown) are arranged on the incident side and the emission side of each liquid crystal light valve. Then, only linearly polarized light in a predetermined direction out of the light flux from each light source passes through the incident side polarizing plate and enters each liquid crystal light valve. Further, a polarization conversion means (not shown) may be provided in front of the incident side polarizing plate. In this case, it is possible to recycle the light beam reflected by the incident-side polarizing plate and make it incident on each liquid crystal light valve, thereby improving the light utilization efficiency.
各液晶ライトバルブ522、523、524によって変調された3つの色光は、クロスダイクロイックプリズム525に入射する。このプリズムは4つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に配置されている。これらの誘電体多層膜によって3つの色光が合成され、カラー画像を表す光が形成される。そして、合成された光は投写光学系である投写レンズ526により投写スクリーン527上に投写され、拡大された画像が表示される。
The three color lights modulated by the liquid crystal
上述した本実施形態のプロジェクタ500は、LEDチップ2がマイクロチャンネル構造体10により、冷却されることによって大きな電流を供給でき、高輝度化される。したがって、上述したマイクロチャンネル構造体10を有する光源装置を備えることにより、表示特性の優れたプロジェクタを提供することができる。
In the
次に、流路の配列方向の幅と流路の配列方向に直交する方向の幅とのアスペクト比(流路の配列方向に直交する方向の寸法/流路の配列方向の寸法)について具体的に説明する。 Next, the aspect ratio of the width in the arrangement direction of the flow path and the width in the direction orthogonal to the arrangement direction of the flow path (dimension in the direction perpendicular to the arrangement direction of the flow path / dimension in the arrangement direction of the flow path) is specifically described. Explained.
流路の配列方向の熱伝導率が5W/mK、流路の配列方向に直交する面方向の熱伝導率が800W/mKの異方性熱伝導率を有するグラファイトからなるマイクロチャンネル構造体と、銅からなるマイクロチャンネル構造体との比較を行った。これらのマイクロチャンネル構造体のアスペクト比が、2,3,4,5,10のそれぞれの場合における発熱部の温度をシミュレーションにより求めた。 A microchannel structure made of graphite having an anisotropic thermal conductivity of 5 W / mK in the arrangement direction of the flow paths and 800 W / mK in the surface direction orthogonal to the arrangement direction of the flow paths; Comparison was made with a microchannel structure made of copper. The temperature of the heat generating part in each case where the aspect ratios of these microchannel structures were 2, 3, 4, 5, and 10 was obtained by simulation.
この結果、図9に示すように、アスペクト比が2以上において、銅に比べ、グラファイトからなるマイクロチャンネル構造体の方が、発熱部の熱を素早く流路の配列方向に直交する面方向に伝達し、発熱部の温度を下げていることが分かる。したがって、グラファイトのように、異方性熱伝導性を有する材質をマイクロチャンネル構造体に用い、発熱部を熱伝導率の高い面方向に交差するように配置することで、発熱部の冷却効率を向上させることが可能となる。したがって、上記各実施形態において、流路11の配列方向の幅Lと流路の配列方向に直交する方向の幅Mとのアスペクト比が約8のマイクロチャンネル構造体として説明したが、アスペクト比は2以上であれば良い。
As a result, as shown in FIG. 9, when the aspect ratio is 2 or more, the microchannel structure made of graphite transmits the heat of the heat generating portion more quickly in the plane direction perpendicular to the arrangement direction of the flow path than the copper. It can be seen that the temperature of the heat generating part is lowered. Therefore, by using a material with anisotropic thermal conductivity, such as graphite, for the microchannel structure and arranging the heat generating part so as to intersect the surface direction with high thermal conductivity, the cooling efficiency of the heat generating part is improved. It becomes possible to improve. Therefore, in each of the above embodiments, the microchannel structure having an aspect ratio of about 8 between the width L in the arrangement direction of the
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、冷却する対象物としてLEDチップ2を用いて説明したが、これに限るものではなく、マイクロチャンネル構造体10の上面10aに冷却を要する発熱源を載置することが可能である。
また、隣接する壁部11a,21は、グラファイトとしたが、少なくとも流体に接触する流路11の壁部が、複数の流路11の配列方向の熱伝導率より、流路11の配列方向に垂直な方向の熱伝導率の方が高い異方性熱伝導率を有する材質からなっていれば良い。さらに、異方性熱伝導率を有する材質として、グラファイトを用いたがこれに限るものではない。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, although the
Moreover, although the
10,20,30,40…マイクロチャンネル構造体、11…流路、11a…壁部、21…壁部、22a,22b…スペーサ、500…プロジェクタ(電子機器)
DESCRIPTION OF
Claims (4)
少なくとも前記流体に接触する前記微細流路の壁部が、前記複数の微細流路の配列方向の熱伝導率より、前記微細流路の配列方向に垂直な方向の熱伝導率の方が高い異方性熱伝導率を有する材質からなり、
隣接する前記微細流路の壁部間が、スペーサにより支持されてなり、
前記壁部はグラファイトからなり、前記スペーサは銅からなり、
前記配列方向において、前記銅の熱伝導率が前記グラファイトの熱伝導率より大きく、前記配列方向に垂直な方向において、前記グラファイトの熱伝導率が前記銅の熱伝導率より大きいことを特徴とするマイクロチャンネル構造体。 A microchannel structure having a plurality of fine channels through which a fluid flows,
At least the wall portion of the microchannel that contacts the fluid has a higher thermal conductivity in the direction perpendicular to the arrangement direction of the microchannels than the thermal conductivity in the arrangement direction of the plurality of microchannels. Ri Do a material having anisotropic thermal conductivity,
Between the adjacent wall portions of the fine channel is supported by a spacer,
The wall is made of graphite, the spacer is made of copper,
The thermal conductivity of the copper is greater than the thermal conductivity of the graphite in the arrangement direction, and the thermal conductivity of the graphite is greater than the thermal conductivity of the copper in a direction perpendicular to the arrangement direction. Microchannel structure.
前記マイクロチャンネル構造体の前記微細流路の配列方向に垂直な方向に、発熱する発熱部が配置されていることを特徴とする熱交換システム。 A heat exchange system comprising the microchannel structure according to claim 1 or 2,
Wherein in a direction perpendicular to the arrangement direction of the micro channel heat exchanger system that is characterized in that the heating portion is disposed to heat generation of the microchannel structure.
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