JPH10220891A - 自動車用エレクトロニクスを音波で冷却する装置 - Google Patents

自動車用エレクトロニクスを音波で冷却する装置

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JPH10220891A
JPH10220891A JP10005852A JP585298A JPH10220891A JP H10220891 A JPH10220891 A JP H10220891A JP 10005852 A JP10005852 A JP 10005852A JP 585298 A JP585298 A JP 585298A JP H10220891 A JPH10220891 A JP H10220891A
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hollow member
sound wave
cooling
heat
motorcar
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JP10005852A
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Amiru Jairazubuhoi Bibeku
アミル ジャイラズブホイ ビベク
Ameruwai Reddy Purasapp
アメルワイ レディ プラサップ
Mozakevich George Jr
モザーケウィッチ，ジュニア ジョージ
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    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】自動車用エレクトロニクス取り付け用台座をビ
ーム等の中空部材に密接に熱伝達接触させ、中空部材内
を音波により流動する空気で冷却する。 【解決手段】 車両のクロスカービームなどの中空部材
の内部に音波ドライバ２８と音波反射器３２を配置す
る。中空部材には自動車エレクトロニクスの電子モジュ
ール１２、回路基板１６等を熱的に密接に接触させ、中
空部材中の空気を発振器回路３８により音波を発生させ
中空部材内に空気の強制対流を引きおこし、電子モジュ
ール１２等の延長部を冷却する。減衰困難な低周波振動
を発生するおそれのあるファンを用いることなく冷却可
能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は冷却に係わり、特に
自動車用エレクトロニクス（電子部品）を音波で冷却す
る装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在のエレクトロニクスまたはその他の
発熱装置を冷却するための技術は、種々の熱伝達作用の
組合せを用いている。このような熱伝達作用には、伝
導、対流および放射などがある。多くの場合、伝導、対
流または放射のみを用いると、対象が発生した熱を放散
させることができない。さらに、送風機またはファンを
使用して強制対流冷却すると、減衰が困難な低周波数の
振動が発生する。
【０００３】音波を使用して、装置の冷却に用い得る強
制対流の気流を生成することが、先行技術に教示されて
いる。たとえば、Trinh 氏その他は米国特許第4,858,71
7 号で、定常音波を用いて、他の構成要素よりも冷却を
要する電子回路基板上の特定のコンポーネントを冷却す
ることを開示している。これに対応するように、Lee氏
は米国特許第4,553,917 号で、超純粋アモルファス金属
の冷却用の、定常音波の使用を教示している。
【０００４】本発明は、中空部材を使用する音波冷却装
置である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は冷却装置、特に
音波冷却を使用する自動車用エレクトロニクスの冷却で
ある。装置は、自動車用エレクトロニクスを取り付ける
ことができるベース（台座）または支持構造を有する。
ベースは、中空部材に密接に熱伝達接触して取り付けら
れる。音波ドライバ（音源）および音波反射器が、定常
音波を発生する中空部材の内部に取り付けられる。音波
は、中空部材内に気流を生成し、これが強制対流によっ
て、ベースによって中空部材の一つの領域に与えられた
熱を、中空部材の遠方領域に移動させる。この強制対流
は、ベースおよびそれに取り付けられた自動車用エレク
トロニクスを冷却する。
【０００６】好ましい実施形態では、ベースは、音波ド
ライバと音波反射器との間で中空部材の内部に延びる従
属部材を有する。従属部材に取り付けられた縦方向の冷
却フィンが、ベースに与えられた熱の放散に役立つ。
【０００７】本発明の一つの目的は、定常音波を使用し
て自動車用エレクトロニクスを冷却することである。
【０００８】本発明の別の目的は、減衰が困難な低周波
振動を発生するファンまたは送風機を使用せずに、自動
車用エレクトロニクスを強制空冷することである。
【０００９】本発明の別の目的は、明確な気流のパター
ンを生成し、従って集束冷却する装置である。
【００１０】本発明のさらに別の目的は、コンパクトで
車両の未使用の空間内で具体化できる装置である。
【００１１】本発明のさらに別の目的は、自動車の構造
部材の内部に適した冷却装置である。
【００１２】以上およびその他の目的は、添付図面類と
組み合わせて明細書を詳細に読むと、より明白になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】音波冷却の装置１０の好ましい実
施形態を、図１および図２に示す。図示の実施形態で
は、音波冷却装置を、自動車用電子モジュール１２の冷
却に使用する。自動車用電子モジュール１２は、回路基
板１６に取り付けた電子コンポーネント１４で構成さ
れ、回路基板は熱伝導性ベース１８と物理的に接触して
取り付けられる。ベース１８は、自動車の客室内でダッ
シュボードの下に位置するクロスカービームなどの自動
車の中空部材２０に熱的に密接に接触して取り付けられ
る。中空部材２０は、図２に示すように円筒形状である
ことが好ましいが、他の幾何学的断面形状を有してもよ
い。ベース１８の下面は、中空部材２０の外面と合うよ
うな輪郭でよい。従属部分２４は、中空部材の内部に延
びる複数の縦方向の冷却フィン２６を有することが好ま
しい。
【００１４】音波ドライバ２８は、中空部材２０内で従
属部分２４の一方端に隣接する第１隔壁３０に取り付け
られ、音波反射器３２は、従属部分２４の対向端部に隣
接する第２隔壁３４に取り付けられる。中空部材内の音
波ドライバ２８と音波反射器３２との間の領域が、音響
室３６を形成する。
【００１５】発振器回路３８は、音波ドライバ２８に供
給される発振電気信号を発生し、音響室３６内に音波を
発生させる。発生した音波の周波数および音波ドライバ
２８と音波反射器３２との間の距離は、音響室内に強力
な定常音波を生成するよう選択される。図示の実施形態
では、音波ドライバ２８と音波反射器３２との間の距離
は、定常音波の波長の４分の１（λ／４）に等しいが、
図７で示すような定常音波の波長の２分の１（λ／２）
または波長の１／４の整数倍に等しくてもよい。音波ド
ライバと音波受信器との間に波長の１／４の整数倍の間
隔を使用すると、より高い音波周波数を使用するのに役
立つ。
【００１６】当技術分野で知られるように、強力ないし
大きい振幅の定常音波は、矢印４０で示すように、音響
室内の音波ドライバ２８と音波反射器３２との間に循環
気流を生成する。音波は、音波反射器から音波ドライバ
２８に向けて、次に音波ドライバの面を半径方向外側
に、次に中空部材２０の内面に沿って音波反射器２８へ
と、音響室を通る軸方向の気流を生成する。この気流
は、次に音波反射器３２の面を半径方向内側に流れ、次
に音響ドライバ２８へと戻る。
【００１７】音波反射器３２から音波ドライバ２８への
軸方向の気流は、冷却フィン２６間を通過し、自動車用
電子モジュール１２によって発生した熱は、冷却フィン
間を流れる空気へ伝達される。次に加熱空気は強制対流
によって、ヒートシンクとして機能する中空部材２０の
遠方の位置へと移送される。
【００１８】図３に示す代替実施形態では、自動車用電
子モジュール１２または他の冷却すべき対象などの熱負
荷４２からの熱は、音波ドライバ２８と音波反射器３２
との中間位置で中空の管２０の外面と熱的に接触する熱
伝達部材４４に伝達される。熱伝達部材４４は、そのす
ぐ近傍で中空部材に熱エネルギーを伝達する。音波ドラ
イバ２８と音波反射器３２との間の間隔、および発生し
た音波の周波数は、定常１／４波長の音波を生成するよ
う選択される。図４に示すような１組の半径方向フィン
４６を、熱伝達部材４４の真下で、円形の中空部材２０
の内面に取り付けてもよい。図５は、長方形の中空部材
５０内にあるフィン４８の代替構成を示す。
【００１９】熱伝達部材４４は、図４に示すように中空
部材を完全に囲むか、図５に示すように中空部材の主要
部分を囲むことができる。代替例では、熱伝達部材４４
は、冷却液が循環して、熱負荷４２の発生した熱エネル
ギーを中空部材の所望の領域に搬送する冷却剤管の１つ
ないしそれ以上の巻線でもよい。
【００２０】図６は、音波冷却装置のさらに別の実施形
態５２を示す。この実施形態では、音波反射器３２は伝
達率が高く、熱伝達部材４４は、音波反射器３２のすぐ
近傍で中空部材２０に熱的に取り付けられる。この実施
形態では、熱負荷４２からの熱エネルギーは、熱伝達部
材４４によって音波反射器３２に伝達される。次に、熱
エネルギーは、定常音波による音響室４８内の流体循環
により、強制空気対流によって音波反射器３２から中空
部材２０の遠方位置に移送される。循環流体の通路を矢
印５４で示す。
【００２１】本発明は、音波ドライバと音波反射器との
間隔が波長の４分の１（λ／４）だけ離れた音響室に限
られない。図７で示すように、音波ドライバ２８および
音波反射器３２は、波長の２分の１（λ／２）または波
長の４分の１の整数倍の他の任意の距離だけ離される。
図７で示す実施形態では、２つの流体循環ループ５６お
よび５８が、発生した音波の圧力節（pressure node ）
６０の両側に形成される。熱伝達部材４４が、圧力節６
０の位置に配置され、熱負荷４２からの熱エネルギーを
中空部材２０に伝達する。中空部材に伝達された熱は、
強制対流によって遠方位置に伝達される。図４および図
５のフィン４６または４８のようなフィンを、中空部材
の内面に取り付けて、熱負荷４２から中空部材２０内の
循環流体への熱エネルギーの伝達を容易にしてもよい。
次に、加熱流体が熱エネルギーを熱伝達部材４４から遠
方の位置の中空部材２０に伝達する。
【００２２】音波で冷却する装置の熱音波実施形態を、
図８および図９に示す。熱伝導性の熱伝導部材４４は、
定常音波の波長の半分（λ／２）にほぼ等しい距離だけ
互いに離れた音波ドライバ２８と音波反射器３２との中
間で、中空部材２０に取り付けられる。図４に示した冷
却フィンなどの１組の半径方向の冷却フィンを、音波ド
ライバと反射器とのほぼ中間、つまり音波ドライバ２８
と音波反射器３２とのそれぞれから波長の４分の１（λ
／４）に生じる、発生した音波の圧力節の位置に対応す
る位置で、中空部材２０の内側に設ける。中空部材２０
は、この同じ位置で熱伝導部材４４と係合される。同様
のフィン４６の組を、図８に示すように、音波ドライバ
２８と音波反射器３２との両方に隣接して設けることも
できる。フィン４６は熱を圧力節から離し、中空部材の
圧力波腹部分への伝達を強化する。
【００２３】定常音波の圧力節と圧力波腹との中間に、
間隔のつまった熱音波プレート６２の積み重ねを設け
る。
【００２４】作動原理は、定常音波中のガスが、音波サ
イクルの圧縮（加熱）相と膨張（冷却）相との間に反対
方向に移動し、これによって熱エネルギーを圧力節から
圧力波腹へと伝達することである。中空部材の圧力節領
域から発散する熱エネルギーは、積み重ねたプレート６
２の圧力節に近い方の端へと伝達され、積み重ねたプレ
ート６２を通って熱音波により、それぞれ音波ドライバ
と音波反射器に隣接する端へと伝達される。この熱エネ
ルギーは、次にフィン４６によって収集され、中空部材
２０のヒートシンクとして作用する遠方位置へと伝達さ
れる。この実施形態では、積み重ねたプレート６２が定
常音波の圧力節領域から波腹領域へと熱エネルギーを熱
音波で伝達する多孔媒質として作用する。
【００２５】図８に示した実施形態は、音波の圧力節の
両側に２組のプレート６２が積み重ねられているが、小
さい熱負荷の場合は、一方のプレートの積み重ねを削除
し、音波ドライバと音波反射器との間の距離を音波の４
分の１またはその倍数にしてもよい。
【００２６】図８に示した熱音波実施形態、さらに図１
ないし図７で示した音波冷却実施形態の熱伝達は、定常
音波によって循環する流体に加圧することによって、強
化することができる。
【００２７】本発明を実施する最適モードおよび実行可
能な代替実施形態について詳細に述べ、図示してきた
が、当業者には、請求の範囲によって規定される本発明
を実行するための種々の代替設計および実施形態が認識
されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態の断面図である。
【図２】線２−２に沿った図１の実施形態の断面図であ
る。
【図３】本発明の第１の代替実施形態の断面図である。
【図４】線４−４に沿った図３に示した実施形態の断面
図である。
【図５】長方形の中空部材を有する、図３に示した実施
形態の断面図である。
【図６】本発明の代替実施形態の断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態の断面図である。
【図８】本発明の熱音波実施形態の断面図である。
【図９】線９−９に沿った図８の断面図である。
【符号の説明】 １０ 装置 １２ 電子モジュール １４ 電子コンポーネント １６ 回路基板 １８ ベース ２０ 中空部材 ２４ 従属部分 ２６ フィン ２８ 音波ドライバ ３０ 第１隔壁 ３２ 音波反射器 ３４ 第２隔壁 ３６ 音響室 ３８ 発振器回路 ４２ 熱負荷 ４４ 熱伝達部材 ４６ フィン ４８ フィン ５０ 中空部材 ５２ 実施形態 ５４ 矢印 ５６ 流体循環ループ ５８ 流体循環ループ ６０ 圧力節 ６２ プレート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 プラサップ アメルワイ レディ アメリカ合衆国ミシガン州オークランド カウンティ，ファーミントン ヒルズ，バ ンカー ヒル ドライブ 35137 (72)発明者 ジョージ モザーケウィッチ，ジュニア アメリカ合衆国ミシガン州ウェイン カウ ンティ，プリマウス，カントン センター ロード 10671

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 熱負荷を音波で冷却する装置で、 中空部材と、 中空部材を満たす流体と、 熱負荷と中空部材との間に接続されて該中空部材に熱的
    に密接に接触する熱伝達部材と、 熱伝達部材に隣接する位置で、中空部材の内側に定常音
    波を発生する手段とを備え、この定常音波が、中空部材
    の内側を流れて、熱伝達部材によって中空部材に伝達さ
    れた熱エネルギーを遠方位置へと伝達する循環流体流を
    含む装置。
  2. 【請求項２】 請求項１の方法において、定常音波を発
    生する前記手段が、 所定の周波数で、中空部材内に定常音波を発生するよう
    作動する音波発生器と、 音波を反射して、音波発生器との間の領域に定常音波を
    発生するよう選択した中空部材内の位置に配置された音
    波反射器とを備え、前記定常音波が、強制対流によって
    熱負荷から中空部材に伝達された熱エネルギーを伝達す
    る前記中空部材内の流体流れを含む方法。
JP10005852A 1997-01-16 1998-01-14 自動車用エレクトロニクスを音波で冷却する装置 Pending JPH10220891A (ja)

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US08/784,883 US6059020A (en) 1997-01-16 1997-01-16 Apparatus for acoustic cooling automotive electronics
US784883 1997-01-16

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