特開 2024-120376 冷却装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024120376

(43)【公開日】2024-09-05

(54)【発明の名称】冷却装置

(51)【国際特許分類】

   H05K 7/20 20060101AFI20240829BHJP

   H01L 23/473 20060101ALI20240829BHJP

   G06F 1/20 20060101ALI20240829BHJP

【ＦＩ】

H05K7/20 N

H01L23/46 Z

G06F1/20 C

G06F1/20 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023027129

(22)【出願日】2023-02-24

(71)【出願人】

【識別番号】000000295

【氏名又は名称】沖電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001461

【氏名又は名称】弁理士法人きさ特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】川島 寛隆

【テーマコード（参考）】

5E322

5F136

【Ｆターム（参考）】

5E322AA05

5E322AA11

5E322DA01

5E322DA04

5E322DC01

5E322EA11

5E322FA01

5E322FA04

5F136CB07

5F136CB08

5F136JA03

(57)【要約】

【課題】外部電源を要せずに、水中音響機器内で用いられる発熱部品を効率的に冷却する冷却装置を提供することを目的とする。
【解決手段】冷却装置は、水中音響機器で用いられる冷却装置であって、内部を熱媒体が循環する循環部と、発熱部品から生じた熱が伝わる第１の面と、循環部を流れる熱媒体に発熱部品から伝わった熱を伝える第２の面と、を有するペルチェ素子と、ペルチェ素子と電線によって接続され、第１の面と第２の面との温度差によって生じる電力によって動作して、循環部の内部に熱媒体を循環させるポンプと、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水中音響機器で用いられる冷却装置であって、
内部を熱媒体が循環する循環部と、
発熱部品から生じた熱が伝わる第１の面と、前記循環部を流れる熱媒体に前記発熱部品から伝わった熱を伝える第２の面と、を有するペルチェ素子と、
前記ペルチェ素子と電線によって接続され、前記第１の面と前記第２の面との温度差によって生じる電圧によって動作して、前記循環部の内部に熱媒体を循環させるポンプと、を備える
冷却装置。

【請求項2】

前記ポンプは、
前記第１の面と前記第２の面との前記温度差が第１の温度の場合、第１の流量で動作し、
前記温度差が前記第１の温度より大きい第２の温度の場合、前記第１の流量より大きい第２の流量で動作する
請求項１に記載の冷却装置。

【請求項3】

前記ペルチェ素子の前記第１の面は、前記発熱部品と熱伝導体を介して接続される
請求項１又は２に記載の冷却装置。

【請求項4】

前記循環部は、
熱媒体を貯留する１つの貯留部と、
前記貯留部との間で流通し、前記第２の面で熱交換される熱媒体が流れる複数の処理部と、を有し、
前記ペルチェ素子及び前記ポンプは、前記複数の処理部のそれぞれに対応して複数設けられる
請求項１又は２に記載の冷却装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水中音響機器内で用いられる発熱部品を冷却する冷却装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、動作中に発熱する電子部品を冷却する冷却装置においては、冷却効果のより一層の向上が求められている。特許文献１には、電子部品が載置された放熱部の内部に熱媒体を流すための媒体流路を設け、媒体流路内にファンによる強制的な媒体の流れを作ることで電子部品の冷却効果を向上させようとした冷却装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－１６０６５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１の冷却装置では、ファンを動作させるために、冷却装置の外部に設けられた外部電源による電力が必要となる。外部電源を要することで、特に冷却装置をソナー等の水中音響機器で用いるような場合において、冷却装置の設置が煩雑な作業となっていた。

【0005】

本発明は、上記のような課題を背景としたものであり、外部電源を要せずに、水中音響機器内で用いられる発熱部品を効率的に冷却する冷却装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る冷却装置は、水中音響機器で用いられる冷却装置であって、内部を熱媒体が循環する循環部と、発熱部品から生じた熱が伝わる第１の面と、循環部を流れる熱媒体に発熱部品から伝わった熱を伝える第２の面と、を有するペルチェ素子と、ペルチェ素子と電線によって接続され、第１の面と第２の面との温度差によって生じる電力によって動作して、循環部の内部に熱媒体を循環させるポンプと、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明に係る冷却装置は、ペルチェ素子の第１の面と第２の面との温度差によって生じた電圧によって、循環部に熱媒体を循環させるポンプを動作させている。このため、冷却装置は、外部電源を要せずに、発熱部品を効率的に冷却することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１に係る冷却装置を示す概略構成図である。

【図2】実施の形態１に係るペルチェ素子を示す概略構成図である。

【図3】実施の形態２に係る冷却装置を示す概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る冷却装置１を示す概略構成図である。冷却装置１は、水中音響機器内で用いられる。冷却装置１は、例えば音響信号等の時系列データをリアルタイムで処理するため、常時動作が求められる信号処理システムに用いられ、信号処理を行う信号処理基板９１に搭載された信号処理部品９２を冷却するものである。信号処理部品９２は、例えばファームウェア等の信号処理用論理回路を実装可能なＦＰＧＡチップ等の信号処理デバイスである。冷却装置１は、信号処理部品９２を冷却して、処理が高負荷になった際に発生する熱を原因とする信号処理部品９２の熱暴走を抑制する。なお、信号処理部品９２は、本開示の「発熱部品」に相当する。発熱部品は、発熱を生じさせる電子部品であればよく、信号の処理を行うものでなくてもよい。冷却装置１は、循環部２、ペルチェ素子５、ポンプ６、及び熱伝導体７を有する。

【0010】

循環部２では、ペルチェ素子５との間で熱交換を行う熱媒体が流れる。循環部２の内部は、熱媒体で満たされている。熱媒体は、例えば水である。循環部２は、貯留部３及び処理部４を有する。貯留部３は、熱媒体を貯留する槽である。貯留部３に貯留された熱媒体は、空気中に放熱することで、温度が低下する。処理部４は、貯留部３から流出し、ペルチェ素子５と熱交換され、貯留部３に流入する熱媒体が流れる。具体的に、処理部４は、往き配管４１、熱交換部４２、及び戻り配管４３を有する。

【0011】

往き配管４１は、貯留部３から流出し、熱交換部４２に流入する熱媒体が流れる配管である。往き配管４１の内部の空間は、貯留部３の内部の空間と開口４１１を介して連通し、熱交換部４２の内部の空間と開口４１２を介して連通している。熱交換部４２は、ペルチェ素子５との間で熱交換が行われる熱媒体が流れる槽である。熱交換部４２の外郭には、ペルチェ素子５が設けられている。熱交換部４２は、例えば金属製であり、ペルチェ素子５から熱交換部４２を介して、熱媒体に熱が伝わる。つまり、信号処理部品９２で生じた熱が、熱伝導体７、ペルチェ素子５、及び熱交換部４２の外郭を介して熱媒体に移動することで、信号処理部品９２が冷却される。戻り配管４３は、熱交換部４２から流出し、貯留部３に流入する熱媒体が流れる配管である。戻り配管４３の内部の空間は、熱交換部４２の内部の空間と開口４３１を介して連通し、貯留部３の内部の空間と開口４３２を介して連通している。

【0012】

図２は、実施の形態１に係るペルチェ素子５を示す概略構成図である。図２に示すように、ペルチェ素子５は、信号処理部品９２から生じた熱が熱伝導体７を介して伝わる第１の面５１、及び循環部２を流れる熱媒体Ｍに信号処理部品９２から伝わった熱を伝える第２の面５２、を有する。第１の面５１は熱伝導体７と密着しており、第２の面５２は熱交換部４２に密着している。ペルチェ素子５では、第１の面５１と第２の面５２との温度差、即ち、熱伝導体７と熱媒体Ｍとの温度差がゼーベック効果によって電圧に変換される。ペルチェ素子５が有する電極（図示せず）とポンプ６が有する電極（図示せず）とが電線５３を介して接続されている。これにより、ペルチェ素子５において発生した電圧がポンプ６に印加される。ペルチェ素子５で発生する電圧の大きさは、第１の面５１と第２の面５２との温度差の大きさに比例する。なお、図１では、電線５３の図示を簡略化しているが、電線５３は、処理部４を貫通せず、迂回して設けられる。

【0013】

図１に戻り、ポンプ６は、往き配管４１の内部に設けられ、熱媒体を送出する装置である。ポンプ６は、ペルチェ素子５から電線５３を介して印加された電圧によって動作して、循環部２に熱媒体を循環させる。つまり、冷却装置１では、冷却を行う対象としている信号処理部品９２自体の発熱を元にポンプ６を稼働させる電圧を発生させている。

【0014】

また、ポンプ６は、印加された電圧が大きいほど、流量が大きくなる。つまり、ポンプ６は、第１の面５１と第２の面５２との温度差が第１の温度の場合、第１の流量で動作し、温度差が第１の温度より大きい第２の温度の場合、第１の流量より大きい第２の流量で動作する。なお、流量とは、単位時間あたりの熱媒体の移動量を意味する。信号処理部品９２の発熱量に応じて循環部２を流れる熱媒体の流量が変動することにより、熱交換部４２と熱媒体との熱伝達率が自動的に変動する。具体的に、信号処理部品９２は、より高負荷の処理が行われる場合ほど、発熱量が大きくなり、熱伝導体７を介して接続されたペルチェ素子５の第１の面５１の温度も高温となる。ペルチェ素子５からポンプ６に印加される電圧が第１の面５１と第２の面５２との温度差に比例するため、信号処理部品９２の発熱量が大きいほど、循環部２を流れる熱媒体の流量が増加する。そして、熱交換部４２と熱媒体との熱伝達率は、熱媒体の流量が速いほど大きいため、熱媒体の流量が増加することで熱交換部４２と熱媒体との熱伝達率が増加する。

【0015】

熱伝導体７は、例えば金属製であり、信号処理部品９２からペルチェ素子５に熱を伝える。熱伝導体７は、吸熱部７１、接続部７２、及び排熱部７３を有する。吸熱部７１は、信号処理部品９２に密着して、一部を覆うように、信号処理基板９１上に設けられている。吸熱部７１は、信号処理部品９２から吸熱する。接続部７２は、吸熱部７１と排熱部７３とを接続する部品である。接続部７２は、吸熱部７１から排熱部７３に熱を伝える。排熱部７３は、ペルチェ素子５の第１の面５１に密着して設けられている。排熱部７３は、ペルチェ素子５に排熱する。

【0016】

ペルチェ素子５の第１の面５１は、信号処理部品９２と熱伝導体７を介して接続されるため、信号処理基板９１及び信号処理部品９２と、循環部２とは、熱伝導体７の長さの分だけ隔離されている。信号処理基板９１と熱媒体が充填された循環部２とが熱伝導体７を介して距離を保って接続されるため、循環部２から漏水が発生した際にも、電子回路への直接の影響が生じることを抑制することができる。

【0017】

以上のように、実施の形態１に係る冷却装置１は、ペルチェ素子５の第１の面５１と第２の面５２との温度差によって生じた電圧によって、循環部２に熱媒体を循環させるポンプ６を動作させている。このため、冷却装置１は、外部電源を要せずに、発熱部品を効率的に冷却することができる。

【0018】

また、概して信号処理部品９２の冷却に自然対流を用いる場合、信号処理部品９２の高負荷時に発熱量が冷却装置１の放熱量を容易に上回り、熱暴走に至りやすい。一方で、実施の形態１によれば、ポンプ６で熱媒体を循環させることで、信号処理部品９２の熱暴走を効率的に抑制することができる。特に、実施の形態１によれば、信号処理部品９２の発熱量に応じて、熱交換部４２での熱伝達率が変動することから、信号処理部品９２の高負荷時にも冷却効果を上げて対応することができる。

【0019】

また、実施の形態１によれば、ペルチェ素子５の第１の面５１と信号処理部品９２とを、熱伝導体７を介して接続されるため、循環部２から漏水が発生した際にも、電子回路への直接の影響が生じることを抑制することができる。

【0020】

また、実施の形態１によれば、外部電源を要しないため、外部電源とポンプ６とを接続するための配線も省略されている。ペルチェ素子５とポンプ６とを接続する電線５３は、外部電源とポンプ６とを接続する配線と比較して、長さを短縮することができる。また、ペルチェ素子５とポンプ６とを接続する電線５３は、冷却装置１外に露出しないため、冷却装置１を取り付ける際における作業性を向上させることができる。

【0021】

実施の形態２．
図３は、実施の形態２に係る冷却装置１０を示す概略構成図である。図３に示すように、実施の形態２に係る冷却装置１０は、複数の信号処理部品９２に対応した形態である点で実施の形態１の冷却装置１０と相違する。以下では、実施の形態１と共通点についての説明は省略し、相違点を中心に説明する。

【0022】

冷却装置１０は、信号処理基板９１Ａ～９１Ｃに設けられた信号処理部品９２Ａ～９２Ｃを対象にして冷却を行う。以下では、信号処理基板９１Ａ～９１Ｃ、及び信号処理部品９２Ａ～９２Ｃを区別しない場合、単に信号処理部品９２、及び信号処理基板９１と称する。

【0023】

冷却装置１０は、３組の冷却部８Ａ～８Ｃを有している。冷却部８Ａは信号処理部品９２Ａで生じた熱を処理し、冷却部８Ｂは信号処理部品９２Ｂで生じた熱を処理し、冷却部８Ｃは信号処理部品９２Ｃで生じた熱を処理する。以下では、冷却部８Ａ～８Ｃを区別しない場合、単に冷却部８と称する。１組の冷却部８は、１つの処理部４、１つのペルチェ素子５、１つのポンプ６、及び１つの熱伝導体７からなる。なお、図３では、最上部の冷却部８が有する処理部４、ペルチェ素子５、ポンプ６、及び熱伝導体７にのみ符号をつけて示している。また、図３に示す例では、冷却部８が３組である場合を示しているが、冷却部８の数は信号処理部品９２の数に対応して設けられればよく、３組以外の数であってもよい。

【0024】

実施の形態２の処理部４、ペルチェ素子５、ポンプ６、及び熱伝導体７は、何れも実施の形態１で説明した処理部４、ペルチェ素子５、ポンプ６、及び熱伝導体７と同一の構成及び作用を有する。つまり、それぞれの冷却部８では、ペルチェ素子５及びポンプ６は、複数の処理部４のそれぞれに対応して設けられる。また、ペルチェ素子５が熱伝導体７を介して信号処理部品９２から伝わった熱を、処理部４を流れる熱媒体に移動させる。また、ポンプ６は、ペルチェ素子５における第１の面５１と第２の面５２との間の温度差によって生じた電圧が印加されることで動作する。

【0025】

冷却装置１０は、１つの貯留部３を有する。貯留部３には、全ての処理部４の戻り配管４３から熱媒体が流入する。また、貯留部３から全ての処理部４の往き配管４１に熱媒体を流出させる。つまり、冷却装置１０は、貯留部３から複数の処理部４が分岐した構成である。

【0026】

実施の形態２によれば、冷却装置１は、各冷却部８において、ペルチェ素子５の第１の面５１と第２の面５２との温度差によって生じた電圧によって、循環部２に熱媒体を循環させるポンプ６を動作させている。このため、冷却装置１は、外部電源を要せずに、複数の信号処理部品９２を効率的に冷却することができる。

【0027】

また、実施の形態２によれば、各信号処理部品９２の発熱状況に合わせて、対応する冷却部８のポンプ６の流量が変化するため、複数の信号処理部品９２の負荷ごとに冷却能力を調整することができる。つまり、ある信号処理基板９１の負荷が高く、信号処理部品９２の温度が高い一方で、他の信号処理基板９１の負荷が低く、信号処理部品９２の温度が低いといった場面においても、高負荷が掛かっている信号処理部品９２の冷却を行うことができる。

【0028】

以上が本発明の実施の形態の説明であるが、本発明は、上記の実施の形態の構成に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で様々な変形又は組み合わせが可能である。例えば、実施の形態１及び２において、ポンプ６は、印加される電力に応じて流量が変化せず、一定であってもよい。

【0029】

また、実施の形態１及び２において、ポンプ６は、往き配管４１ではなく、戻り配管４３に設けるようにしてもよい。

【0030】

また、実施の形態１及び２において、熱伝導体７を省略し、ペルチェ素子５の第１の面５１と発熱部品とが直接接触するようにしてもよい。

【0031】

また、実施の形態１及び２において、ペルチェ素子５は、第２の面５２が内部を流れる熱媒体に直接接触するように熱交換部４２の内部に設けられていてもよい。

【0032】

また、実施の形態２において、２つ以上の冷却部８によって１つの信号処理部品９２を冷却するようにしてもよい。また、冷却装置１は、１つの信号処理基板９１に複数設けられた信号処理部品９２の冷却を行ってもよい。

【符号の説明】

【0033】

１ 冷却装置、２ 循環部、３ 貯留部、４ 処理部、５ ペルチェ素子、６ ポンプ、７ 熱伝導体、８、８Ａ、８Ｂ、８Ｃ 冷却部、１０ 冷却装置、４１ 往き配管、４２ 熱交換部、４３ 戻り配管、５１ 第１の面、５２ 第２の面、５３ 電線、７１ 吸熱部、７２ 接続部、７３ 排熱部、９１、９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃ 信号処理基板、９２、９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃ 信号処理部品、４１１ 開口、４１２ 開口、４３１ 開口、４３２ 開口。

【図1】

【図2】

【図3】