JP2008098397A - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、対象物の冷却又は加熱を行う熱交換装置に関する。特に本発明は、冷却すべき部分の温度が高くなった場合、又は加熱すべき部分の温度が低くなった場合に、熱交換面積が大きくなる熱交換装置に関する。 The present invention relates to a heat exchange device that cools or heats an object. In particular, the present invention relates to a heat exchange device that increases the heat exchange area when the temperature of a portion to be cooled increases or when the temperature of a portion to be heated decreases.
例えば半導体装置を利用している電子部品は、設計通りの性能を得るためには電子部品の温度を所定の範囲に収める必要がある。電子部品は動作中に発熱するため、動作中の電子部品の温度を上限以下に収めるためには、電子部品を冷却する必要がある。電子部品の冷却効率を上げるために、一般的には電子部品にヒートシンクが取り付けられる。 For example, an electronic component using a semiconductor device needs to keep the temperature of the electronic component within a predetermined range in order to obtain performance as designed. Since the electronic component generates heat during operation, it is necessary to cool the electronic component in order to keep the temperature of the electronic component during operation below the upper limit. In order to increase the cooling efficiency of the electronic component, a heat sink is generally attached to the electronic component.
一方、特許文献1には、ゴムシートに覆われた圧電素子を筐体の内部に配置し、この圧電素子に電圧を印加するときに生じる振動によってゴムシートの膨張及び収縮を繰り返させることにより、筐体の通気口から空気が出入りさせ、筐体の内部の冷却効率を上げる技術が開示されている。
On the other hand, in
例えば電子部品の動作を考えてみる。電子部品に異常な負荷が生じ、異常発熱が生じる可能性があることを考えると、ヒートシンクの熱伝達能力は大きいほうがよい。しかし、ヒートシンクの熱伝達能力が大きすぎると、例えば寒冷地における通常動作時では電子部品の温度が十分に上昇せず、電子部品が設計通りの能力を発揮しない可能性がある。 For example, consider the operation of an electronic component. Considering that there is a possibility that abnormal load is generated on the electronic component and abnormal heat generation may occur, it is better that the heat transfer capability of the heat sink is large. However, if the heat transfer capability of the heat sink is too large, for example, the temperature of the electronic component does not rise sufficiently during normal operation in a cold region, and the electronic component may not exhibit the designed capability.
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、冷却すべき部分の温度が高くなった場合、又は加熱すべき部分の温度が低くなった場合に、熱交換面積が大きくなる熱交換装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to perform heat exchange when the temperature of the portion to be cooled increases or when the temperature of the portion to be heated decreases. An object of the present invention is to provide a heat exchange device having a large area.
上記課題を解決するため、本発明に係る第1の熱交換装置は、温度が変化することにより第1の面方向に曲がり、かつ温度が元に戻ることにより形状が元に戻る材料により形成された放熱層と、
前記放熱層の第2の面に設けられ、前記放熱層を他の物に固定する接合層と、
前記放熱層の一部であり、前記第2の面に前記接合層が設けられていない非接合領域と、
前記非接合領域の周縁部を、一部を除いて前記放熱層の本体から切り離すことにより形成されている熱変形部とを具備する。
In order to solve the above problems, the first heat exchange device according to the present invention is formed of a material that bends in the first surface direction when the temperature changes and returns to its original shape when the temperature returns. Heat dissipation layer,
A bonding layer provided on the second surface of the heat dissipation layer and fixing the heat dissipation layer to another object;
A non-joint region which is a part of the heat dissipation layer and is not provided with the joining layer on the second surface;
And a thermal deformation portion formed by separating the peripheral edge portion of the non-joining region from the main body of the heat dissipation layer except for a part thereof.
前記放熱層は、例えば形状記憶合金、又は熱膨張率が互いに異なる2つの金属層を重ねたバイメタルにより形成されている。 The heat dissipation layer is formed of, for example, a shape memory alloy or a bimetal obtained by stacking two metal layers having different thermal expansion coefficients.
本発明に係る第2の熱交換装置は、放熱層と、
温度が変化することにより第1の面方向に曲がり、かつ温度が元に戻ることにより形状が元に戻る材料により形成されており、第2の面の一部が前記放熱層に熱伝導可能な状態で固定されている熱変形部とを具備する。
A second heat exchange device according to the present invention includes a heat dissipation layer,
It is formed of a material that bends in the direction of the first surface when the temperature changes and returns to its original shape when the temperature returns, and a part of the second surface can conduct heat to the heat dissipation layer. A heat-deformed portion fixed in a state.
前記熱変形部は、例えば形状記憶合金、又は熱膨張率が互いに異なる2つの金属層を重ねたバイメタルにより形成されている。 The thermally deformable portion is formed of, for example, a shape memory alloy or a bimetal in which two metal layers having different coefficients of thermal expansion are stacked.
本発明によれば、冷却又は加熱対象となる物の温度が一定値未満又は一定値超の場合、前記熱変形部では第1の面のみで熱交換が行われるが、冷却又は加熱対象となる物の温度が一定値以上又は一定値以下になると、前記熱変形部が変形し、第1及び第2の面の双方で熱交換が行われる。従って、冷却すべき部分の温度が高くなった場合、又は加熱すべき部分の温度が低くなった場合に、熱交換面積が大きくなる。 According to the present invention, when the temperature of an object to be cooled or heated is less than a certain value or more than a certain value, heat exchange is performed only on the first surface in the heat deformable portion, but the object to be cooled or heated. When the temperature of the object is equal to or higher than a certain value or less than a certain value, the thermal deformation portion is deformed, and heat exchange is performed on both the first and second surfaces. Therefore, when the temperature of the part to be cooled increases or when the temperature of the part to be heated decreases, the heat exchange area increases.
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(A)は本発明の第1の実施形態に係る熱交換装置の平面図であり、図1(B)は図1(A)のB−B´断面図である。この熱交換装置は例えばシート状であり、放熱層10及び接合層20を有している。接合層20は、放熱層10の下面に設けられている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1A is a plan view of a heat exchange device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. This heat exchange device is, for example, in the form of a sheet and includes a
放熱層10は、例えば形状記憶合金又は熱膨張率が互いに異なる2つの金属層を重ねたバイメタルにより形成されており、温度が上昇することにより上面側に曲がり、かつ温度が下がることにより形状が元に戻る。
The
接合層20は、放熱層10を冷却対象又は加熱対象となる物の表面に接合(例えば粘着)させるための層であり、放熱層10のうち、複数の非接合領域22を除いた領域の下面に設けられている。本実施形態において非接合領域22は、複数の列を形成し、かつ隣接する列相互間で互い違いになるように配置されている。接合層20は、熱伝導率が高い熱伝導性接着剤(例えば接着剤に、該接着剤より熱伝導率が高いフィラーを混入したもの)により形成されているのが好ましい。
The
放熱層10には複数の熱変形部12が設けられている。熱変形部12は、非接合領域22に位置する放熱層10の周縁部を、一部を除いて放熱層10の本体から切り離すことにより形成されている。本実施形態において熱変形部12は、放熱層10の本体から非接合領域22の周縁部を略U字状に切り離すことにより形成されているが、長方形を構成する4辺のうち3辺に沿って放熱層10の本体から切り離すことにより形成されても良いし、三角形を構成する3辺のうち2辺に沿って放熱層10の本体から切り離すことにより形成されても良い。本実施形態において熱変形部12は、複数の列を形成し、かつ隣接する列相互間で互い違いになるように配置されている。また熱変形部12のうち放熱層10の本体に繋がっている部分は同一の方向を向いており、非接合領域22内においては略同一の位置(本図においては左端)に揃えられている。
The
図2は、図1に示した熱交換装置の動作を説明する為の断面図である。本図において熱交換装置は、適切な形状に切り出された後、電子部品のヒートシンク50に貼り付けられる。ヒートシンク50から熱が伝わると、放熱層10の表面から空気に放熱される。
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the operation of the heat exchange apparatus shown in FIG. In this figure, the heat exchanging device is cut into an appropriate shape and then attached to the
熱変形部12は、放熱層10のうち、熱変形部12の周囲に位置する部分から熱が伝導する。上記したように熱変形部12の下面には接合層20が設けられておらず、このため、熱変形部12はヒートシンク50に固定されていない。従って、放熱層10は、温度が一定値未満の間は放熱層10の本体と略面一の状態にあるが、温度が一定値以上になると、矢印Aで示すように上に向けて反る。上に向けて沿った状態では、熱は熱変形部12の表面と裏面の双方から空気に放熱されるため、放熱層10の放熱面積が大きくなる。
The heat
従って、電子機器に異常な負荷が加わりヒートシンク50の温度が一定値以上になると、放熱層10の放熱面積が大きくなってヒートシンク50の温度を低下させる。一方、電子機器が定常状態にある場合にはヒートシンク50の温度は一定値未満であり、熱変形部12は上方に反らない。このため、放熱層10の放熱面積が大きくならず、ヒートシンク50の温度は必要以上に低下しない。
Therefore, when an abnormal load is applied to the electronic device and the temperature of the
なお、本実施形態に係る熱交換装置はヒートシンク50以外のもの、例えば電子機器の筐体の内面や樹脂パッケージされた後の半導体装置に貼り付けられても良い。
Note that the heat exchange device according to the present embodiment may be affixed to a device other than the
以上、第1の実施形態によれば、電子機器に異常な負荷が加わりヒートシンク50の温度が一定値以上になると、放熱層10の放熱面積が大きくなってヒートシンク50の温度を低下させる。一方、電子機器が定常状態にある場合にはヒートシンク50の温度は一定値未満であり、放熱層10の放熱面積が大きくならないため、ヒートシンク50の温度は必要以上に低下しない。このため、例えば寒冷地においても、電子部品の温度が、設計通りの性能が出せる範囲内に収まる確率が高くなる。
As described above, according to the first embodiment, when an abnormal load is applied to the electronic device and the temperature of the
また、熱変形部12は熱によって反るため、電力は必要なく、かつ耐久性が高い。また、シート形状であるため、設置のために大きなスペースを必要とせず、ヒートシンク50等の任意の場所に直接貼り付けることができる。
Moreover, since the heat-
なお、熱交換装置は、ボイラー内の水管内面に貼り付けられても良い。この場合、ボイラーの熱効率が向上する。 The heat exchange device may be attached to the inner surface of the water pipe in the boiler. In this case, the thermal efficiency of the boiler is improved.
図3(A)は、本発明の第2の実施形態に係る熱交換装置の平面図であり、図3(B)は図3(A)のB−B´断面図である。本図に示す熱交換装置は、接合層20に通気路24が設けられている点を除いて、第1の実施形態に係る熱交換装置と同様の構成である。また、熱交換装置の使用方法も第1の実施形態と同様である。通気路24は、接合層20に溝を設けることにより、又は接合層20を部分的に設けないことにより形成されている。
FIG. 3A is a plan view of a heat exchange device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. The heat exchange device shown in this figure has the same configuration as that of the heat exchange device according to the first embodiment, except that the
本実施形態において通気路24は、同一の列に属する熱変形部12の下方の空間を相互に繋ぎ、かつ最も外周側に位置する熱変形部12の下方の空間を熱交換装置の外部に繋いでいる。なお、図中横方向に延伸する通気路を更に形成し、この通気路により、互いに異なる列に属する熱変形部12の下方の空間を相互に繋いでも良い。
In the present embodiment, the
本実施形態においても第1の実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。また、熱変形部12が動くときに通気路24内を空気が流動するため、ヒートシンク等の冷却効率は更に向上する。
Also in this embodiment, the same operations and effects as those in the first embodiment can be obtained. Further, since the air flows in the
図4(A)は、本発明の第3の実施形態に係る熱交換装置の平面図であり、図4(B)は図4(A)のB−B´断面図である。本図に示す熱交換装置は、熱変形部12の略中央に貫通孔12aが設けられている点を除いて第1の実施形態に係る熱交換装置と同様の構成である。また、熱交換装置の使用方法も第1の実施形態と同様である。
FIG. 4A is a plan view of a heat exchange device according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. The heat exchange apparatus shown in the figure has the same configuration as the heat exchange apparatus according to the first embodiment except that a through
本実施形態においても第1の実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。また、熱変形部12が放熱層10の本体と略面一になっている状態において、熱変形部12の下方の空間に位置する空気はヒートシンク等によって暖まった後、貫通孔12aを介して上方に流れ出る。このため、ヒートシンク等の冷却効率は更に向上する。
Also in this embodiment, the same operations and effects as those in the first embodiment can be obtained. In addition, in a state where the
なお、本実施形態において、第2の実施形態で示した通気路24を設けても良い。この場合、通気路24を介して空気が熱変形部12の下方の空間に流入し、その後貫通孔12aを介して上方に流れ出る。このため、熱変形部12の下方の空間における空気の流れが良くなり、ヒートシンク等の冷却効率は更に向上する。
In this embodiment, the
図5(A)は、第4の実施形態に係る熱交換装置の平面図であり、図5(B)は図5(A)のB−B´断面図である。本実施形態に係る熱交換装置は、放熱層10が形状記憶合金又はバイメタルではなく通常の金属により形成されている点、放熱層10に熱変形部が形成されていない点、放熱層10の下面の全面に接合層20が設けられている点、及び放熱層10の上面に複数の熱変形部32が取り付けられている。以下、第1の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
FIG. 5A is a plan view of a heat exchange device according to the fourth embodiment, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. In the heat exchange device according to the present embodiment, the
熱変形部32は形状記憶合金又はバイメタルにより形成されており、温度が上昇することにより上方に曲がり、かつ温度が下がることにより形状が元に戻る。熱変形部32は、一端部32aが熱伝導性接着剤30を介して放熱層10の表面に接続されている。複数の熱変形部32は、一端部32aが互いに同一の方向を向いている。なお熱変形部32の平面形状及び配置は、第1の実施形態における熱変形部12と同様である。
The heat-deformed
熱変形部32は、温度が一定値未満の状態では、一端部32a及びその近傍を除いて放熱層10の表面に当接している。また熱変形部32は、放熱層10からの熱伝導により温度が一定値以上になると上方に反る。
従って、本実施形態においても、第1の実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。
The
Therefore, also in this embodiment, the same operation and effect as the first embodiment can be obtained.
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば第1〜第4の実施形態において熱変形部12、32は、隣接する列相互間で互い違いになるように配置されているが、隣接する列相互間で互いに重なるように配置されてもよい。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the first to fourth embodiments, the
また、第1〜第3の実施形態における放熱層10、及び第4の実施形態における熱変形部32は、温度が下がることにより上方に曲がり、かつ温度が上昇することにより元に戻る材料により形成されてもよい。このようにすると、熱交換装置を、外部から熱を吸収する加熱シートとして使用することができる。この場合、熱交換装置は、例えばボイラー内の水管の外壁に取り付けられ、外壁の加熱効率を上昇させるために用いられる。
Further, the
また、第1〜第4の実施形態において放熱層10及び熱変形部32の厚さは特に限定はなく、放熱層10が厚くなって棒状になってもよい。
In the first to fourth embodiments, the thicknesses of the
本発明は、熱交換が必要な部分に接合されることにより利用可能である。 The present invention can be used by being joined to a portion requiring heat exchange.
10…熱伝達層、12,32…変形部、12a…貫通孔、20…粘着層、22…非接合領域、24…通気路、30…熱伝導性接着材、50…ヒートシンク
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記放熱層の第2の面に設けられ、前記放熱層を他の物に固定する接合層と、
前記放熱層の一部であり、前記第2の面に前記接合層が設けられていない非接合領域と、
前記非接合領域の周縁部を、一部を除いて前記放熱層の本体から切り離すことにより形成されている熱変形部と、
を具備する熱交換装置。 A heat dissipation layer formed of a material that bends in the first surface direction when the temperature changes and returns to its original shape when the temperature returns;
A bonding layer provided on the second surface of the heat dissipation layer and fixing the heat dissipation layer to another object;
A non-joint region which is a part of the heat dissipation layer and is not provided with the joining layer on the second surface;
A thermal deformation part formed by separating the peripheral edge part of the non-joining region from the main body of the heat dissipation layer except for a part thereof;
A heat exchange device comprising:
前記複数の変形部は、前記放熱層の本体に繋がっている部分が互いに略同一の方向を向いている、請求項1に記載の熱交換装置。 Comprising a plurality of the non-bonded region and the deformed portion;
2. The heat exchange device according to claim 1, wherein portions of the plurality of deformable portions connected to a main body of the heat radiation layer face substantially the same direction.
前記接合層に設けられ、前記複数の非接合領域の下に位置する空間を相互に接続し、かついずれかの前記非接合領域の下に位置する空間を大気に接続する通気路を具備する、請求項1に記載の熱交換装置。 Comprising a plurality of the non-bonded region and the deformed portion;
Provided in the bonding layer, comprising a ventilation path that interconnects the spaces located below the plurality of non-bonding regions and connects the space located below any of the non-bonding regions to the atmosphere, The heat exchange device according to claim 1.
温度が変化することにより第1の面方向に曲がり、かつ温度が元に戻ることにより形状が元に戻る材料により形成されており、第2の面の一部が前記放熱層に熱伝導可能な状態で固定されている熱変形部と、
を具備する熱交換装置。 A heat dissipation layer;
It is formed of a material that bends in the direction of the first surface when the temperature changes and returns to its original shape when the temperature returns, and a part of the second surface can conduct heat to the heat dissipation layer. A heat-deformed portion fixed in a state;
A heat exchange device comprising:
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| JP2006278455A JP2008098397A (en) | 2006-10-12 | 2006-10-12 | Heat exchanger |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111878217A (en) * | 2020-07-13 | 2020-11-03 | 哈尔滨工业大学(深圳) | Cooling system, device and equipment of internal combustion engine for enhancing heat transfer by using memory alloy |
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2006
- 2006-10-12 JP JP2006278455A patent/JP2008098397A/en not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN111878217A (en) * | 2020-07-13 | 2020-11-03 | 哈尔滨工业大学(深圳) | Cooling system, device and equipment of internal combustion engine for enhancing heat transfer by using memory alloy |
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Legal Events
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