JP2003023283A

JP2003023283A - 電子部品の冷却装置

Info

Publication number: JP2003023283A
Application number: JP2001207200A
Authority: JP
Inventors: Kinya Nakatsu; 欣也中津; Yoshitaka Uchino; 禎敬内野; Masahiro Hiraga; 正宏平賀; Masayuki Hirota; 雅之広田; Satoshi Ibori; 敏井堀
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi KE Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi KE Systems Ltd
Priority date: 2001-07-09
Filing date: 2001-07-09
Publication date: 2003-01-24

Abstract

(57)【要約】【課題】冷却装置の冷却器のサイズを大きくしたり、冷
却媒体の流量を増すことなく冷却装置の冷却効率を向上
する。【解決手段】本発明の冷却装置は、冷却器の放熱板間に
構成した冷却媒体の流路内に板状の冷却媒体の流路を遮
るベンチュリー板を設け、ベンチュリー板と冷却器間に
設けた空間内に補助放熱板を設けてベンチュリー板と放
熱器との間の空間に流れる冷却媒体の流速を上げ、発熱
部品近傍に設けた補助放熱板で効率よく冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発熱部品を有する
電機，電子装置において、発熱部品を放熱するための冷
却装置に係わり、特に冷却装置の冷却効率を向上する強
制冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュータや電機・電子制御装
置の小形化が進み、システム装置に内蔵された冷却装置
の小形化も必要となっている。従来技術では、発熱部品
に対し、冷却媒体に熱を伝える放熱板と、放熱板に発熱
部から熱を効率よく伝える熱拡散部とを具備した冷却器
を密着して配置し、冷却媒体を自然対流させる方法や、
ファンやポンプ等を用いて強制対流させる方法が使われ
ている。

【０００３】特に、効率良く放熱するためには、放熱板
の表面積を増やし冷却媒体との接触面を拡大すると共に
冷却媒体の移動速度を増加させることがよく知られてい
て、特開平５−２５９３２５号公報には放熱板の開口部
に冷却媒体を大量に取り込む導入口を設け、放熱媒体の
流速を適度に保持して冷却効率を向上させることが開示
されている。

【０００４】また、特開平９−６９５９５号公報には、
強制対流させた冷却媒体の進行方向に、傾斜させた発熱
部品と放熱板を設置し、発熱部品近傍の放熱板の冷却効
率を向上させることを開示している。特開平１−２０４
４９８号公報では、各放熱板の間を流れる冷却媒体に乱
流が生じるように矩形平板を複数枚流路内に設けて、熱
伝達率を改善し冷却効率を向上させている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の冷却装
置では、冷却器に冷却媒体を集中させ、放熱板からの冷
却媒体の漏れや逃げを押さえて冷却効率を向上させてい
る。しかし、冷却媒体の流速が放熱板の発熱部品近傍で
低下し冷却効率が改善しにくい場合や、発熱部品が冷却
装置に点在している場合等では、各発熱部品に対して同
等の冷却効率の向上効果が得られない。

【０００６】また、冷却媒体の流れを妨げて乱流を生成
し、乱流部での熱交換効率を改善し冷却効率を向上させ
る方法では、乱流を作り出すため設けた複数枚の矩形平
板のために冷却媒体の流速が低下し放熱効果が低下す
る。

【０００７】本発明の目的は、冷却装置の冷却器のサイ
ズを変えることなく、また、冷却媒体の流量を増やすこ
となく冷却装置の冷却効率を向上することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の冷却装置は、冷
却器の放熱板間に構成した冷却媒体の流路内に板状の冷
却媒体の流路を遮る板（以下、ベンチュリー板と呼ぶ）
を設け、ベンチュリー板と冷却器間に設けた空間内に補
助放熱板を設けた。これにより、放熱器に供給する冷却
媒体の供給側の流量や流速を上げずに、ベンチュリー板
と放熱器との間の空間に流れる冷却媒体の流速を上昇で
きるので、冷却媒体の流速が上昇した発熱部品近傍に設
けた補助放熱板で効率よく冷却できる。この様に、冷却
効率が向上するので、本発明の冷却装置は冷却器を小形
にでき、システム装置全体を小さくできる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて詳しく説明する。

【００１０】（実施例１）図１は本実施例の冷却装置の
断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ′断面図である。図
１に示すように本実施例の冷却装置は、発熱部品１を熱
拡散板２に密着させ、熱拡散板２によって発熱部品１で
発生した熱を拡散する。熱拡散板２には放熱板３を複数
枚設けて放熱器５を構成し、各放熱板３に熱を分けて流
すと共に各放熱板３から冷却媒体４に熱を伝達して逃が
す。各放熱板３の間にファン６を用いて冷却媒体４を強
制的に流通させている。

【００１１】放熱器５の熱伝達を向上させるには、放熱
板３の枚数や表面積を増加させ冷却媒体４への熱伝達を
向上する方法や冷却媒体４の流速を上げて、放熱板３か
ら冷却媒体４への熱伝達を向上させればよい。

【００１２】しかし、単に放熱板３の枚数を増やしたり
放熱板の表面積を拡大するだけでは放熱器５が大きくな
って、冷却装置が小形にならない。また、冷却媒体４の
供給量を増加させ流速を増大させるためには、例えば冷
却媒体４が空気などの気体の場合、ファン６を大型にし
たり複数個配置することが考えられるが、これでは実装
面積の増大を招き冷却装置の小形化に不向きである。

【００１３】本実施例は、各放熱板３で挟まれた空間に
冷却媒体４の流路を遮るようにベンチュリー板７を挿入
した。ベンチュリー板７の形状は、冷却媒体４に生じる
圧力損失が小さくなる形状にした。ベンチュリー板７の
厚さは、互いに隣接する２枚の放熱板３の間隔よりも薄
く、ベンチュリー板７の長さは放熱板３より短くし、ま
た、ベンチュリー板７の最大高さは放熱板３より短くし
熱拡散板２とベンチュリー板７の間に冷却空間８を作
る。言い換えると、熱拡散板２とベンチュリー固定板１
１との距離よりベンチュリー板７の最大高さが小さけれ
ばよい。ベンチュリー板７の周囲形状は、図１に示すよ
うに、冷却媒体出口９に近づくにつれて冷却空間８が広
がるよう流線形の円弧形状が適しており、円弧形状の頂
点位置を発熱部品１直下より上流側に設け、さらに各放
熱板３間に挿入された複数のベンチュリー板７同士をベ
ンチュリー固定板１１で固定する。ここで、発熱部品の
位置を、部品の幾何学的な中心点若しくは、幾何学的な
重心としてベンチュリー板の頂点を配置する位置を決め
ればよい。

【００１４】これにより、冷却媒体４がベンチュリー板
７と放熱板３と熱拡散板２とで囲まれた狭い空間を流れ
ると共に、圧力損失が少ない状態で、この狭い空間に集
中して流れるので、放熱器５の冷却媒体出口の流速以上
の速さで発熱部品１直下近傍を冷却媒体４が流れる。こ
れにより熱伝達が向上するので放熱器５を大型化するこ
となく発熱部品１の温度を下げることができ、冷却媒体
４の流速を上げる為にファン６を大型にしたり複数にす
ることなく発熱部品１の温度を下げることができるので
放熱器５が小形になる。

【００１５】（実施例２）図３は本実施例の冷却装置の
断面図である。図３で前記図１と異なる点は、放熱板３
の間に放熱板３より高さが小さい補助放熱板１０を設け
ると共に補助放熱板１０をベンチュリー板７と熱拡散板
２の間の前記冷却空間８内に配置したことである。

【００１６】これにより、ベンチュリー板７によって流
速の速い冷却媒体４が発熱部品１直下近傍の補助放熱板
に流れることから、熱伝達が向上し放熱器５を大型化す
ることなく発熱部品１の温度を下げることができる。ま
た、冷却媒体４の流速を上げる為にファン６を大型にし
たり複数にすることなく発熱部品１の温度を下げること
ができるので放熱器５が小形になる。

【００１７】（実施例３）図４は本実施例の冷却装置の
断面図である。図４において前記図１と異なる点は、ベ
ンチュリー板７の厚さが熱拡散板２から離れるほど厚く
し、ベンチュリー板７の高さを発熱部品１に近いものほ
ど大きくすると共に補助放熱板１０を逆に発熱部品から
離れるほど大きくしたことである。

【００１８】これにより、発熱部品１に近づくにつれて
冷却媒体４の流路に生じる圧力損失を減らすことができ
るので、発熱部品１直下近傍の流路に冷却媒体４が集ま
り流量が増大すると共に流速が更に上昇する。このた
め、熱伝達が向上し放熱器５を大きくすることなく発熱
部品１の温度を下げる。このために冷却媒体４の流速を
上げる為のファン６の大型にしたり複数にすることなく
発熱部品１の温度を下げることができるので、放熱器５
を小形にできる。

【００１９】（実施例４）図５は本実施例の冷却装置の
断面図であって、図１のＢ−Ｂ′方向の断面に相当す
る。図５で前記図１と異なる点は、放熱板３側面に対向
するベンチュリー板７の側面を波打たせたことである。
これにより、放熱板３側面とベンチュリー板７の側面で
挟まれた空間を流れる冷却媒体４が、ベンチュリー板７
の波形状突起にぶつかり流路方向を変えながら乱流を形
成し、形成された乱流が放熱板３へと流れる。

【００２０】このように乱流が放熱板の表面に作られる
と冷却媒体の接触時間が増加し多くの熱を放熱板から吸
収する。従って、本実施例でも、前記の如くベンチュリ
ー板７の突起により発生する乱流により熱伝達が向上す
るので、放熱器５を大型にすることなく発熱部品１の温
度を下げることができる。また、冷却媒体４の流速を上
げる為のファン６を大型にしたり複数にしなくとも発熱
部品１の温度を下げることができるので、放熱器５を小
さくできる。

【００２１】（実施例５）図６は本実施例の冷却装置の
断面図である。図６が前記図１と異なる点は、ベンチュ
リー固定板１１に冷却媒体４を放熱器５へ導く冷却媒体
出口９を設け、冷却媒体４を押し込むもしくは吸い出す
ファン６を冷却媒体出口９近傍のベンチュリー固定板１
１に固定したことである。これにより、ファン６によっ
て放熱器５へ流入出される冷却媒体４の漏れを低減で
き、ダイレクトに放熱器５への冷却媒体４の押し込みや
吸い出しが可能となり小形な冷却装置にできる。

【００２２】（実施例６）図７は本実施例の冷却装置の
断面図である。図７が前記図１と異なる点は、ベンチュ
リー固定板１１に冷却媒体４を放熱器５へ導く流路継手
１２を設け、冷却媒体４が流れる流路管１３と放熱器５
を接続することである。これにより、放熱器５に冷却媒
体４を押し込むもしくは吸い出す流路管１３を、流路継
手１２を用いて放熱器５に容易に取り付けられると共に
冷却装置から離れた場所からの冷却媒体４の押し込みや
吸い出しが可能となり小形の冷却装置にできる。

【００２３】（実施例７）図８は本実施例の冷却装置の
断面図である。図８が前記図１と異なる点は、マイクロ
コンピュータ１４や記憶装置１５や電源回路１６が搭載
された配線基板１７を内蔵しているシステム装置の外形
ケース１８に、ベンチュリー板７と冷却媒体出口９とフ
ァン６とを取り付けた点である。これにより、ベンチュ
リー固定板１１が省けるので、小形で低コストな冷却装
置やシステム装置ができる。

【００２４】（実施例８）図９は本実施例の冷却装置の
断面図である。図９が前記図１と異なる点は、マイクロ
コンピュータ１４や記憶装置１５や電源回路１６が搭載
された配線基板１７と、放熱器５を内蔵したシステム装
置とをベンチュリー固定板１１に構成した取付け治具１
９もしくは取り付け穴２０を用いて固定台２１に設置す
ることである。これにより、システム装置の設置治具を
ベンチュリー固定板１１と別に用意する必要がないの
で、小形で低コストな冷却装置やシステム装置ができ
る。

【００２５】（実施例９）図１０本実施例の冷却装置の
断面図である。図１０が前記図１と異なる点は、ベンチ
ュリー固定板１１を放熱器５に固着せずに、システム装
置の外形ケース１８に固定したことである。これによ
り、ベンチュリー板７とベンチュリー固定板１１の荷重
が発熱部品１へ加わる事が回避できるので発熱部品１の
固定部分への機械的応力が緩和でき、装置の振動による
疲労破壊を防ぐことができる。本実施例によれば小形で
高い信頼性の冷却装置やシステム装置を提供できる。

【００２６】

【発明の効果】本発明の冷却装置によれば、放熱器に供
給する冷却媒体の流量や流速を上げること無く、冷却器
とベンチュリー板と間の空間に冷却媒体を集約し流せる
ことから冷却媒体の流速を局部的に上昇させることがで
き、発熱部品近傍に設けた補助放熱板に流速が上昇した
冷却媒体を流し冷却器の冷却効率の向上が容易に得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の冷却装置の構成を示す断面図であ
る。

【図２】図１のＡ−Ａ′断面図である。

【図３】実施例２の冷却装置の構成を示す断面図であ
る。

【図４】実施例３の冷却装置の構成を示す断面図であ
る。

【図５】実施例４の冷却装置の構成を示す断面図であ
る。

【図６】実施例５の冷却装置の構成を示す断面図であ
る。

【図７】実施例６の冷却装置の構成を示す断面図であ
る。

【図８】実施例７の冷却装置の構成を示す断面図であ
る。

【図９】実施例８の冷却装置の構成を示す断面図であ
る。

【図１０】実施例９の冷却装置の構成を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１…発熱部品、２…熱拡散板、３…放熱板、４…冷却媒
体、５…放熱器、６…ファン、７…ベンチュリー板、８
…冷却空間、９…冷却媒体出口、１０…補助放熱板、１
１…ベンチュリー固定板、１２…流路継手、１３…流路
管、１４…マイクロコンピュータ、１５…記憶装置、１
６…電源回路、１７…配線基板、１８…システム装置の
外形ケース、１９…取付け治具、２０…取付け穴、２１
…固定台。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者内野禎敬千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号株式会社日立製作所産業機器グループ内 (72)発明者平賀正宏千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号株式会社日立ケーイーシステムズ内 (72)発明者広田雅之千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号株式会社日立ケーイーシステムズ内 (72)発明者井堀敏千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号株式会社日立製作所産業機器グループ内Ｆターム(参考） 5E322 BA01 BA03 BA04 BB03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発熱電子部品を熱拡散部材に取り付けた冷
却装置であって、該冷却装置が前記熱拡散部材に複数の放熱板を所定間隔
で配置した放熱器と、該放熱板の間に配置した複数のベンチュリー板と、前記熱拡散部材に対向して配置したベンチュリー固定板
とを具備し、前記ベンチュリー板の最大高さが、前記熱拡散部材とベ
ンチュリー固定板との距離より小さく、かつ、該ベンチュリー板の高さが冷却媒体の流れる方向
に沿って変化していて、前記ベンチュリー板の最大高さ
を示す頂部が、前記発熱電子部品の取り付け位置と同じ
か、該取り付け位置より前記冷却媒体の流れの上流側に
あることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】請求項１において、前記ベンチュリー板と
前記放熱器の間に設けた空間に、前記放熱板とは別の補
助放熱板を前記冷却器に設けたことを特徴とする冷却装
置。
【請求項３】請求項１または請求項２のいずれかにおい
て、前記放熱板及び前記補助放熱板と前記ベンチュリー
板の間の空間が、前記発熱部品から離れた空間の方が発
熱部品に近い空間より狭いことを特徴とする冷却装置。
【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれかにおい
て、前記ベンチュリー板の側面に凹凸を設けたことを特
徴とする冷却装置。
【請求項５】請求項１１乃至請求項４のいずれかにおい
て、前記ベンチュリー固定板を前記放熱板に固定したこ
とを特徴とする冷却装置。
【請求項６】請求項５において、前記ベンチュリー固定
板に冷却媒体の流入出口及び流路継手を設けたことを特
徴とする冷却装置。
【請求項７】請求項５において、強制的に冷却媒体を冷
却器に流通させる手段を前記ベンチュリー固定板へ取り
付けたことを特徴とする冷却装置。
【請求項８】請求項５において、前記ベンチュリー板及
び前記ベンチュリー固定板が冷却装置外形ケースあるい
は上位システム装置ケースであることを特徴とする冷却
装置。
【請求項９】請求項５において、前記ベンチュリー固定
板に冷却装置と上位システム装置とを定位置に固定する
穴を具備したことを特徴とする冷却装置。
【請求項１０】請求項１乃至請求項７のいずれかにおい
て、前記ベンチュリー固定板を冷却装置外形ケースある
いは上位システム装置ケースに固定したことを特徴とす
る冷却装置。