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JP2013257136A - 相変化放熱装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、電子デバイスが高負荷で動作する時にはハウジングの温度が高くなりすぎることを防止し、電子デバイスが低負荷で動作するに時は放熱器の利用率を向上させることができる相変化放熱装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る相変化放熱装置は、発熱部品に放熱させるために用いられ、前記発熱部品を収容するケースと、前記ケース内に設置される作動媒体と、蒸発部及び凝縮部を含み、且つ前記ケースと連接されるヒートパイプと、を備える。前記作動媒体は、常温で固体の状態である電気絶縁性の相変化材料であり、前記ヒートパイプの凝縮部は、前記ケースの外部に延伸し、前記ヒートパイプの蒸発部は、前記ケース内に挿入され、且つ前記作動媒体と接触する。
【選択図】図２

Description

本発明は、放熱装置に関し、特に相変化によって電子部品から発生した熱を放熱する相変化放熱装置に関するものである。
電子産業の急速な発展に伴い、電子デバイスの電子部品は、さらなる高速化及び小型化に向かって発展している。しかし、電子部品の高速化及び小型化によって、電子部品から発生する熱は増加しており、前記電子部品を正常に作動させるためには、前記電子部品から発生した熱を放出する必要がある。
従来の放熱装置は、電子デバイスの電子部品上に設置される金属製の放熱器である。前記放熱器は、電子部品上に固定されるベース及びベースに設置される複数のフィンを備える。前記ベースは、電子部品から発生した熱を吸収した後、前記放熱フィンに伝達して放熱する。
しかし、断続的な高負荷運転の電子デバイスにおいて、その高負荷下での動作時間は、待機状態又は低負荷での動作時間より短い。従って、電子デバイスが高負荷下で動作している時、電子部品から発生した熱は、放熱フィンを介して電子デバイスのハウジングの内部の空気に迅速に伝導される。故に、電子デバイスのハウジングの温度が、短時間で上昇するため、ユーザーが電子デバイスを操作する時に不快感を与える。しかし、電子デバイスが待機状態又は低負荷で動作している時、電子部品から発生する熱は減少し、放熱フィンを効率的に使用することはできない。
前記課題を解決するために、本発明は、電子デバイスが高負荷で動作する時にはハウジングの温度が高くなりすぎることを防止し、電子デバイスが低負荷で動作する時には放熱器の利用率を向上させることができる相変化放熱装置を提供する。
本発明に係る相変化放熱装置は、発熱部品に放熱させるために用いられ、前記発熱部品を収容するケースと、前記ケース内に設置される作動媒体と、蒸発部及び凝縮部を含み、且つ前記ケースと連接されるヒートパイプと、を備える。前記作動媒体は、常温で固体の状態である電気絶縁性の相変化材料であり、前記ヒートパイプの凝縮部は、前記ケースの外部に延伸され、前記ヒートパイプの蒸発部は、前記ケース内に挿入され、且つ前記作動媒体と接触する。
従来の技術と比べて、本発明の相変化放熱装置において、発熱部品及び作動媒体は、ケース内に収容され、ヒートパイプの蒸発部は、ケース内に延伸され、且つ作動媒体と接触し、作動媒体は、常温下で固体の状態であるため、電子デバイスが高負荷下で動作する場合、発熱部品から発生した熱は、作動媒体に伝導される。故に、作動媒体は、徐々に液化されて熱を一時的に格納する。これにより、熱が電子デバイスの内部からハウジングに伝導する速度を低減し、発熱部品の表面温度を相対的に低い温度に保持させると共に、電子デバイスのハウジングの温度が短時間で急速に上昇されることを防止することができる。また、電子デバイスが待機状態又は低負荷下で動作する場合、作動媒体は、熱を放出した後徐々に冷却され、作動媒体が熱伝達と熱交換を行い、且つヒートパイプを介して外部に熱を伝導し続けるため、放熱器の利用率を向上させることができる。
本発明の実施形態に係る相変化放熱装置の斜視図である。 図１に示した相変化放熱装置のＩＩ―ＩＩに沿った断面図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１及び図２を参照すると、本発明の実施形態に係る相変化放熱装置１０は、電子デバイス（図示せず）内の発熱部品２０に放熱させるために用いられる。該相変化放熱装置１０は、ケース３０と、該ケース３０内に設置される作動媒体４０と、該ケース３０と連接されるヒートパイプ５０と、を備える。
ケース３０は、上壁３１と、該上壁３１に対向して位置する下壁３２と、上壁３１及び下壁３２を連接する側壁３３と、を備える。上壁３１及び下壁３２は、それぞれ矩形の板状を呈し、且つそのサイズは同じである。側壁３３は、下壁３２の周縁から上方に延伸し、上壁３１の下表面の周縁は、側壁３３の上端に取り付けられる。上壁３１と下壁３２と側壁３３との間には、発熱部品２０及び作動媒体４０を収容するためのキャビティ３４が形成される。ケース３０は、アルミニウム或いは銅等の良好な熱伝導率を有する材料からなる。また、ケース３０は、電子デバイスの外部のハウジング或いは電子デバイス内のその他の部品のケースでもあり得る。
作動媒体４０は、キャビティ３４に収容される。該作動媒体４０は、電気絶縁性の相変化材料であり、且つ常温下で固体の状態となる。常温下における作動媒体４０の体積は、キャビティ３４の容積より小さい。作動媒体４０は、通常の温度より高い所定の温度によって液体に液化することができる。作動媒体４０の融点は、待機状態又は低負荷運転状態下の発熱部品２０の温度と高負荷運転状態下の発熱部品２０の温度との間にある。また、作動媒体４０は、結晶性水和塩、有機酸又はエステル等であっても良い。
ヒートパイプ５０は、側壁３３を貫通してケース３０の内部に延伸する。ヒートパイプ５０は、扁平状を呈し、蒸発部５１及び凝縮部５２を備える。凝縮部５２は、ケース３０の外部の放熱器（図示せず）と熱接続するために用いられ、蒸発部５１は、ケース３０内に位置し、発熱部品２０と離間して設置され、この時、作動媒体４０と接触して、ケース３０内の熱を放熱器に伝導するために用いられる。
相変化放熱装置１０を組み立てる場合、発熱部品２０を、回路基板或いは導線を介して電子デバイスの他の電子部品に接続した後、キャビティ３４を、発熱部品２０を囲むように設置する。本実施形態において、発熱部品２０は、下壁３２に設置され、作動媒体４０は、発熱部品２０を覆う。また、ヒートパイプ５０の蒸発部５１は、発熱部品２０と離間して設置され、この時、作動媒体４０に接触する。
電子デバイスが高負荷下で動作する場合、発熱部品２０から発生した熱は、作動媒体４０に迅速に伝導され、発熱部品２０に近い作動媒体４０の一部は、熱源に近いため、まず液化される。その後、熱対流を発生して発熱部品２０から離れる方向に熱を伝導する。これにより、キャビティ３４の内壁に近い作動媒体４０の他部も徐々に加熱されて液化される。全ての作動媒体４０が液体に液化されると、熱は、キャビティ３４の内壁及びヒートパイプ５０に伝導される。作動媒体４０が液化する過程において、少量の熱のみがケース３０及びヒートパイプ５０に伝導され、ほとんどの熱は作動媒体４０に一時的に格納されることができる。これにより、熱が電子デバイスの内部から外部のハウジングに伝導される速度を低減し、発熱部品２０の表面温度を相対的に低い温度に保持させると共に、電子デバイスのハウジングの温度が短時間で急速に上昇されることを防止することができる。従って、ユーザーが電子デバイスを操作する時の不快感を減らすことができる。
電子デバイスが待機状態又は低負荷下で動作する場合、発熱部品２０の発熱能力は、外部のハウジングの放熱能力より小さい。これにより、作動媒体４０は、ヒートパイプ５０を介して熱を放出した後徐々に冷却されて、次の高負荷状態で熱を一時的に格納するための固体状態になる。
電子デバイスが、上記の高負荷及び待機状態又は低負荷下で動作する過程において、作動媒体４０は、熱伝達と熱交換を行い続け、且つ放熱媒体として、十分に利用することができる。また、作動媒体４０は、電気絶縁特性を有するため、発熱部品２０の作業性能に影響を与えない。
他の実施形態において、上壁３１及び下壁３２の形状は、矩形の板状に限定されるものではなく、三角錐等の他の形状であっても良い。作動媒体４０の形状は、キャビティ３４に収容されるために、キャビティ３４の形状に応じて設計することができる。
従来の技術と比べると、本発明の相変化放熱装置１０において、発熱部品２０及び作動媒体４０は、ケース３０内に収容され、ヒートパイプ５０の蒸発部５１は、ケース３０内に延伸し、且つ作動媒体４０と接触する。作動媒体４０は、常温下で固体の状態であるため、発熱部品２０に直接的に接触することができる。電子デバイスが高負荷下で動作する場合、発熱部品２０から発生した熱は、作動媒体４０に伝導され、作動媒体４０は、徐々に液化されて熱を一時的に格納させる。これにより、熱が電子デバイスの内部から外部のハウジングに伝導する速度を低減し、発熱部品２０の表面温度を相対的に低い温度に保持させると共に、電子デバイスのハウジングの温度が短時間で急速に上昇することを防止することができる。電子デバイスが待機状態又は低負荷下で動作する場合、作動媒体４０は、熱を放出した後徐々に冷却されて、熱伝達と熱交換を行い、且つヒートパイプ５０を介して外部に熱を伝導し続けるため、放熱器の利用率を向上させることができる。
１０ 相変化放熱装置
２０ 発熱部品
３０ ケース
４０ 作動媒体
５０ ヒートパイプ
３１ 上壁
３２ 下壁
３３ 側壁
３４ キャビティ
５１ 蒸発部
５２ 凝縮部

Claims (3)

  1. 発熱部品に放熱させるための相変化放熱装置において、
    前記発熱部品を収容するケースと、
    前記ケース内に設置される作動媒体と、
    蒸発部及び凝縮部を含み、且つ前記ケースと連接されるヒートパイプと、を備え、
    前記作動媒体は、常温で固体の状態である電気絶縁性の相変化材料であり、前記ヒートパイプの凝縮部は、前記ケースの外部に延伸され、前記ヒートパイプの蒸発部は、前記ケース内に挿入され、且つ前記作動媒体と接触することを特徴とする相変化放熱装置。
  2. 前記作動媒体は、結晶性水和塩、有機酸又はエステルであることを特徴とする請求項１に記載の相変化放熱装置。
  3. 前記ヒートパイプの蒸発部は、発熱部品と離間して設置され、前記ヒートパイプの凝縮部は、前記ケースの外部の放熱器と熱接続するために用いられることを特徴とする請求項１又は２に記載の相変化放熱装置。
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