JP2004273876A

JP2004273876A - 発熱体冷却装置、及びこれを備えたパワーエレクトロニクス装置

Info

Publication number: JP2004273876A
Application number: JP2003064440A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Nakahama; 敬文中濱
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-03-11
Filing date: 2003-03-11
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】ファンとヒートシンクとを有し、冷却能力を向上させた発熱体冷却装置、及びこれを備えたパワーエレクトロニクス装置を提供する。
【解決手段】発熱体冷却装置５には、複数の直線フィン１を備えたヒートシンク２に発熱体３を配し、直線フィン１の長手方向の一端に、軸流タイプのファン４が配されている。それぞれのファン４の中心４ａに対向する直線フィン群の幅方向中央１ａからファンブレード端４ｂに対向する直線フィン群の幅方向における端部分１ｂに向かうほど、フィン長手方向端部位置をファン４に近づくように配する。これにより、流れが、矢印Ｘで示すように、ファンブレード端４ｂに対向する端部分１ｂのフィン端部をよぎって流入するとき、乱れが生じやすくなり、フィン表面の熱伝達率が増加する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファンとヒートシンクとを有する発熱体冷却装置、及びこれを備えたパワーエレクトロニクス装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来の発熱体冷却装置の構成例を示す断面図で、同図（ｂ）は冷却媒体の流入側端部付近の断面を、同図（ａ）は同図（ｂ）における矢視Ｂ（または矢視Ｃ）の断面を、また同図（ｃ）は同図（ｂ）における矢視Ａの断面を示す。
【０００３】
図４において、１は直線フィン、２は複数の直線フィン１を配したヒートシンク、３は素子などの発熱体、４は軸流タイプのファン、５はこれらからなる発熱体冷却装置である。
【０００４】
同図に示すように、複数の直線フィン１を備えたヒートシンク２に発熱体３を配し、直線フィン１の長手方向片側に、軸流タイプのファン４を配した発熱体冷却装置５では、ファン４からの旋回成分を伴った流れが、複数の直線フィン１からなる直線フィン群に流入する。発熱体３からの熱は伝導により直線フィン群に伝わり、フィン１間を流れる空気に熱伝達する。
【０００５】
なお、このような、複数の直線フィンを備えたヒートシンクに発熱体を配し、直線フィンの長手方向片側に、ファンを配した発熱体冷却装置は、例えば特許文献１にも記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−２３７９９２号公報（第３頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような発熱体冷却装置において、ＩＢＧＴなどの素子発熱体の発熱密度は年々上昇しており、冷却能力をより強化することが求められる。
【０００８】
そこで、本発明は、ファンとヒートシンクとを有し、冷却能力を向上させた発熱体冷却装置、及びこれを備えたパワーエレクトロニクス装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の直線フィンを備えたヒートシンクに発熱体を配した発熱体冷却装置において、直線フィンの長手方向の少なくとも片側に、一つもしくは複数の軸流タイプもしくは斜流タイプのファンを配し、ファン中心に対向する直線フィン群の中央からファンブレード端に対向する直線フィン群の幅方向における端部分に向かうほどフィン長手方向端部位置をファンに近づくように配したことを特徴とする。
【００１０】
このように、ファン中心に対向する直線フィンの中央からファンブレード端に対向する直線フィン群の幅方向における端部分に向かうほどフィン長手方向端部位置をファンに近づくように配することにより、流れがファンブレード端に対向する部分のフィン端部をよぎって流入するとき、乱れが生じやすくなり、フィン表面の熱伝達率が増加する。
【００１１】
ここで、複数の直線フィンの代わりに、複数のピンフィンを備えたヒートシンクに発熱体を配した発熱体冷却装置においても、同様に、ピンフィン群の、ファンに対向する中央から両端に向かうほどファン側のピンフィン端部位置をファンに近づくように配したものとすることができる。
【００１２】
また、本発明は、複数の直線フィンを備えたヒートシンクに発熱体を配した発熱体冷却装置において、発熱体を配したヒートシンクのフィン根元部から、発熱体端部より冷却媒体の流れの上流側もしくは下流側または両方の側に向かい、フィンを先端側に略４５°の角度で突出させることを特徴とする。
【００１３】
このように、発熱体を配したヒートシンクのフィン根元部から、発熱部端部より冷却媒体の流れの上流側もしくは下流側または両方の側に向かい、フィンを先端側に略４５°の角度で突出させることにより、上流側においては上流側の発熱体端部から約４５°の方向にまで広がって熱伝導するため、フィン先端側まで熱伝導し、また流れがフィン端部をよぎって流入するとき、乱れが生じやすくなり、フィン表面の熱伝達率が増加する。下流側においては下流側の発熱体端部から約４５°方向にまで広がって熱伝導し、流れはフィン外へ流出するため、通風抵抗が少なくなる。
【００１４】
また、本発明に係るパワーエレクトロニクス装置は、上述のような発熱体冷却装置を備えたことを特徴とする。
【００１５】
上述のような発熱体冷却装置を備えたことにより、冷却能力を向上させることができるので、パワーエレクトロニクス装置を小形化することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の図において、同符号は同一部分または対応部分を示す。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る発熱体冷却装置の構成を示す断面図で、従来例を示す図５の（ｃ）に相当する位置の断面図である。
【００１８】
図１に示すように、この実施形態の発熱体冷却装置５には、平行に配列された複数の直線フィン１を備えたヒートシンク２に発熱体３を配する。直線フィン１の長手方向の一端に、複数の軸流タイプもしくは斜流タイプのファン４が配されている。それぞれのファン４の中心４ａに対向する直線フィン群の幅方向中央１ａからファンブレード端４ｂに対向する直線フィン群の幅方向における端部分１ｂに向かうほど、フィン長手方向端部位置をファン４に近づくように、つまり１ａを基準にＶ字の逆となるように配する。
【００１９】
このように直線フィン１を配することにより、軸流タイプのファン４から流出する旋回速度成分をもった流れは、旋回成分が減衰してしまわないうちに、端部フィン１ｂに流入するため、図１に矢印Ｘで示すように、フィン端部をよぎって流入するとき乱れが生じやすくなり、フィン表面の熱伝達率が増加する。よって発熱素子３をより低い温度に冷却することができるようになる。
【００２０】
（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態について説明する。この第２の実施形態は、上述の第１の実施形態における複数の直線フィンの代わりに、複数のピンフィンを配したものである。
【００２１】
図２は本発明の第２の実施形態に係る発熱体冷却装置の構成を示す断面図で、図１の断面図に相当する位置の断面図である。
【００２２】
すなわち、図２に示すように、この実施形態は、複数のピンフィン６を備えたヒートシンク７に発熱体３を配した発熱体冷却装置５において、ピンフィン群の一端に軸流タイプのファン４を配し、ピンフィン群の、ファン中央４ａに対向する中央６ａから両端６ｂに向かうほど、ファン側のピンフィン端部位置をファン４に近づくようにする。これにより、軸流タイプのファン４から流出する旋回速度成分をもった流れは、旋回成分が減衰してしまわないうちに、端部フィン６ｂに流入するため、図２に矢印Ｘで示すように、フィン端部をよぎって流入するとき乱れが生じやすくなり、第１の実施形態の場合と同様な効果が得られる。
【００２３】
（第３の実施形態）
次に本発明の第３の実施形態について説明する。
【００２４】
図３は、本発明の第３の実施形態の構成例を示す断面図で、同図（ｂ）は冷却媒体の流入側端部付近の断面を、同図（ａ）は同図（ｂ）における矢視Ｂ（または矢視Ｃ）の断面を、また同図（ｃ）は同図（ｂ）における矢視Ａの断面を示す。
【００２５】
図３に示すように、この実施形態は、複数の直線フィン１を備えたヒートシンク２に発熱体３を配した発熱体冷却装置５において、発熱体３を配したヒートシンク２のフィン根元部１ｅを、発熱体上流側端部３ａより冷却媒体の流れの上流側に向かい、フィンを先端側に略４５°で突出させる。同様に発熱体下流側端部３ｂより冷却媒体の流れの下流側に向かい、フィンを先端側に略４５°で突出させる。
【００２６】
このような構造にすることにより、発熱体３から約４５°方向にまで広がって熱伝導するため、フィン先端側まで熱伝導する。そしてフィン上流側端部では流れが略４５°に傾斜したフィン端部をよぎって流入するとき、乱れが生じやすくなり、フィン表面の熱伝達率が増加する。よって発熱素子をより低い温度に冷却することができるようになる。また、下流側でも同様に発熱体下流側端部３ｂから約４５°方向にまで広がって熱伝導するため、フィン先端側まで熱伝導する。さらに流れがフィン群の外へ流出するため、通風抵抗が少なくなり、流量が増加し、熱伝達率が増え、発熱素子の温度が低くなる。
【００２７】
（第４の実施形態）
次に本発明の第４の実施形態について説明する。この第４の実施形態は、上述の第１乃至第３の実施形態に係る発熱体冷却装置のいずれかを備えたパワーエレクトロニクス装置である。
【００２８】
パワーエレクトロニクス装置において、上述のような構成の発熱体冷却装置を備えることにより、冷却能力を向上させることができるので、パワーエレクトロニクス装置を小形化することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、ファンとヒートシンクを有する発熱体冷却装置の冷却能力を強化することができる。また、パワーエレクトロニクス装置を小形化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る発熱体冷却装置の構成を示す断面図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る発熱体冷却装置の構成を示す断面図。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る発熱体冷却装置の構成を示す断面図。
【図４】従来の発熱体冷却装置の構成を示す断面図。
【符号の説明】
１…直線フィン
２、７…ヒートシンク
３…発熱体
４…ファン
５…発熱体冷却装置
６…ピンフィン

Claims

複数の直線フィンを備えたヒートシンクに発熱体を配した発熱体冷却装置において、直線フィンの長手方向の少なくとも片側に、一つもしくは複数の軸流タイプもしくは斜流タイプのファンを配し、ファン中心に対向する直線フィン群の中央からファンブレード端に対向する直線フィン群の幅方向における端部分に向かうほどフィン長手方向端部位置をファンに近づくように配したことを特徴とする発熱体冷却装置。
複数のピンフィンを備えたヒートシンクに発熱体を配した発熱体冷却装置において、ピンフィン群の少なくとも一端に、一つもしくは複数の軸流タイプもしくは斜流タイプのファンを配し、ピンフィン群の、ファンに対向する中央から両端に向かうほどファン側のピンフィン端部位置をファンに近づくように配したことを特徴とする発熱体冷却装置。
複数の直線フィンを備えたヒートシンクに発熱体を配した発熱体冷却装置において、発熱体を配したヒートシンクのフィン根元部から、発熱体端部より冷却媒体の流れの上流側もしくは下流側または両方の側に向かい、フィンを先端側に略４５°の角度で突出させることを特徴とする発熱体冷却装置。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発熱体冷却装置を備えたことを特徴とするパワーエレクトロニクス装置。