JP2004281484A - Heat sink cooling device and power electronic apparatus provided therewith - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
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ヒートシンク冷却装置、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20、及び図21は、それぞれ従来のヒートシンク冷却装置の構成例を示す断面図で、それぞれの図の(a)は冷却媒体の流れ方向に沿って切断した縦断面を、また(b)は同図(a)における矢視Aの断面を示す。
【0003】
図20、及び図21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はこれらからなるヒートシンク冷却装置である。
【0004】
図20に示すヒートシンク冷却装置5では、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の長手方向の冷却媒体上流側に、軸流タイプのファン4を配しており、ファン4からの旋回成分を伴った流れが直線フィン1に流入する。発熱体3から熱は伝導により直線フィン1に伝わり、フィン1間を流れる空気に熱伝達する。
【0005】
また、図21に示すヒートシンク冷却装置5では、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の長手方向の冷却媒体下流側に、軸流タイプのファン4を配しており、ファン4の作用により冷却空気が直線フィン1に流入する。発熱体3から熱は伝導により直線フィン1に伝わり、フィン1間を流れる空気に熱伝達する。
【0006】
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の冷却媒体上流側に、ファンを配したヒートシンク冷却装置は、例えば特許文献1にも記載されている。
【0007】
【特許文献1】
特開平9−237992号公報(第3頁、図1)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようなヒートシンク冷却装置において、IBGTなどの素子発熱体の発熱密度は年々上昇しており、従来の構造では素子の温度が許容温度を上回ってしまう可能性が生じてきた。よって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冷却装置において、その冷却能力を向上させ、素子の温度を許容温度以下に抑える必要がある。
【0009】
そこで、本発明は、冷却能力を向上させたヒートシンク冷却装置、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。
【0010】
【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ヒートシンク冷却装置において、直線フィンの流入側の上流に、直線フィンの長手方向に対し斜めに別のフィンを配したことを特徴とする。
【0011】
このように、直線フィンの流入側の上流に、直線フィンの長手方向に対し斜めに別のフィンを配することにより、別のフィンから流出する流体は直線フィンに斜めに流入し、直線フィンの各々のフィン負圧面側で剥離を生じ、フィン表面の熱伝達率が増加する。従って、冷却能力を向上させることができる。
【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ヒートシンク冷却装置において、直線フィンの流入側の上流に、直線フィンの高さ方向に対し略垂直に、別のフィンを発熱体に向けて配したことを特徴とする。
【0013】
このように、直線フィンの流入側の上流に、直線フィンの高さ方向に対し略垂直に、別のフィンを発熱体に向けて配することにより、別のフィンから流出する流体は、発熱体を配したヒートシンクの直線フィン間を斜めに流入し、直線フィン根元部に斜めに衝突する。このため直線フィン根元部の境界層厚さが薄くなり熱伝達率が増加する。従って、冷却能力を向上させることができる。
【0014】
また、本発明は、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ヒートシンク冷却装置において、ピンフィンの流入側の上流に、ピンフィンの高さ方向に対し略垂直に、別のフィンを発熱体に向けて配したことを特徴とする。
【0015】
このように、ピンフィンの流入側の上流に、ピンフィンの高さ方向に対し略垂直に、別のフィンを発熱体に向けて配することにより、別のフィンから流出する流体は、発熱体を配したヒートシンクのピンフィン間を斜めに流入し、ピンフィン下流側で渦を生じながら、ピンフィン根元部に斜めに衝突する。このためピンフィン根元部の境界層厚さが薄くなり熱伝達率が増加する。従って、冷却能力を向上させることができる。
【0016】
また、本発明に係るパワーエレクトロニクス装置は、上述のようなヒートシンク冷却装置を備えたことを特徴とする。
【0017】
上述のようなヒートシンク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。
【0018】
【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。
【0019】
(第1の実施形態)
図1は本発明の第1の実施形態に係るヒートシンク冷却装置の構成を示す断面図で、同図(a)は冷却媒体の流れ方向に沿って切断した縦断面を、同図(b)は同図(a)における矢視Aの断面を示す。
【0020】
図1に示すように、この実施形態は、パワー半導体素子を搭載した電力変換装置などのヒートシンク冷却装置5において、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の長手方向の冷却媒体流入側の一端1aの上流に、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。このような構造の冷却装置ではヒートシンク2に伝導した発熱体3の熱量は直線フィン1よりフィン間を流れる空気などの流体に放熱する。そして、直線フィン1の冷却媒体流入側の一端1aの上流に、直線フィン1の長手方向に対し斜めに、平行に配列された複数の別の直線フィン(以下、ルーバと称する)6を配する。
【0021】
この構造において、ルーバ6から流出する流体は直線フィン1に斜めに流入し、図2に示すように、直線フィン1の各々のフィン負圧面1b側で剥離を生じる。このように剥離を生じると、図3に示すように一般の管への流入口近傍で熱伝達率がアップするのと同様に、フィン端1a近傍で高い熱伝達率を示す。(なお、図3は、鋭い流入口を有する管入口における無次元熱伝達率(Nu)の変化を表わす図としてよく知られているものである。)また、フィン正圧面1cには流れが衝突する。流れがフィン表面に対して斜めに衝突することにより、衝突噴流と同様に、熱伝達率が増加する。これらより、フィン表面の冷却性能が向上し、発熱素子をより低い温度に冷却できるようになる。
【0022】
(第2の実施形態)
図4は本発明の第2の実施形態に係るヒートシンク冷却装置の構成を示す断面図で、同図(a)は冷却媒体の流れ方向に沿って切断した縦断面を、同図(b)は同図(a)における矢視Aの断面を示す。
【0023】
この第2の実施形態においては、直線フィン1の長手方向に対し斜めに配したルーバ6の流出側端部6eと直線フィン1の流入側端部1aとの距離を、直線フィン群の幅方向にわたりほぼ等しくする。
【0024】
この構造では、各々のフィン負圧面1b側で直線フィン群の幅方向にほぼ同様に剥離を生じる。これによりフィン表面の熱伝達率が直線フィン群の幅方向にほぼ同様に増加し、直線フィン群の幅方向にほぼ等しい冷却能力が得られる。
【0025】
(第3の実施形態)
図5は本発明の第3の実施形態に係るヒートシンク冷却装置の構成を示す断面図で、同図(a)は冷却媒体の流れ方向に沿って切断した縦断面を、同図(b)は同図(a)における矢視Aの断面を示す。
【0026】
この第3の実施形態においては、直線フィン1の長手方向に対し斜めに配したルーバ6のフィンピッチを直線フィン1のピッチより大きくする。
【0027】
この構造ではルーバ6の通風抵抗が小さくなり、流体流量が増える。これによりフィン1の間の流速が増え、表面の熱伝達率が増加し、高い冷却能力が得られる。
【0028】
(第4の実施形態)
図6は本発明の第4の実施形態に係るヒートシンク冷却装置の構成を示す断面図で、同図(a)は冷却媒体の流れ方向に沿って切断した縦断面を、同図(b)は同図(a)における矢視Aの断面を示す。
【0029】
この第4の実施形態においては、直線フィン1の長手方向に対し斜めに配したルーバ6の厚さを直線フィン1の厚さより小さくする。
【0030】
この構造では、第3の実施形態と同様に、ルーバ6の通風抵抗が小さくなり、流体流量が増える。これによりフィン1の間の流速が増え、表面の熱伝達率が増加し、高い冷却能力が得られる。
【0031】
(第5の実施形態)
図7は本発明の第5の実施形態におけるフィン角度の模式を示す。
【0032】
図7に示すように、流体がルーバ6の間からヒートシンク2にすり抜けることなく、ルーバ6に沿うように流すには、隣り合うルーバ6のヒートシンク流入端包絡面への投影(図ではA、B)が重なればよい。ルーバ6間の隙間をxとし、直線フィン1の長手方向に対し、θ[rad]の角度で斜めに配したルーバ6の長さ(流体の流れに沿った方向の長さ)をLとした場合、式(1)を満たせばよい。
【0033】
Lsinθ>x/cosθ ・・・(1)
これは下式となる。
【0034】
L>x/sinθ/cosθ ・・・(1)
この構造では、ルーバ6の間を直接ヒートシンク2にすり抜けないため、ヒートシンク2の全ての直線フィン1において、流体が斜めに流入し直線フィン1の各々のフィン負圧面側1bで剥離を生じ、フィン表面の熱伝達率が増加する。
【0035】
(第6の実施形態)
図8は本発明の第6の実施形態に係るヒートシンク冷却装置の構成を示す断面図で、同図(a)は冷却媒体の流れ方向に沿って切断した縦断面を、同図(b)は同図(a)における矢視Aの断面を示す。
【0036】
この第6の実施形態においては、ルーバ6の、直線フィン1の長手方向に対する角度βを略45°以下で配する。
【0037】
この構造では、流体がルーバ6に流入しやすくなり、通風抵抗が小さくなり流体流量が増える。これにより、フィン表面の熱伝達率が増加する。
【0038】
(第7の実施形態)
図9は本発明の第7の実施形態に係るヒートシンク冷却装置の構成を示す断面図で、同図(a)は冷却媒体の流れ方向に沿って切断した縦断面を、同図(b)は同図(a)における矢視Aの断面を示す。
【0039】
この第7の実施形態においては、直線フィン1の長手方向に対し斜めにルーバを2つ以上の群に分割して6A、6Bのように配する。
【0040】
この構造ではフィン1とファン4の距離を小さくすることができる。これにより冷却装置がコンパクトになる。
【0041】
(第8の実施形態)
図10は本発明の第8の実施形態に係るヒートシンク冷却装置の主要部の構成を示す断面図である。
【0042】
この第8の実施形態では、直線フィン1の長手方向に対し斜めに配したルーバ6を、その仮想延長線上に、直線フィン1の冷却媒体流入側端部1aのフィンピッチの略中心部が来るように配する。
【0043】
この構造では直線フィン1の流入端1aに流体の速度の大きい部分がぶつかる。これにより、負圧面1bで剥離域、正圧面1cで衝突の両方が発生し、フィン表面の熱伝達率が増加する。
【0044】
(変形例)
ここで、上述の第1〜第8の実施形態の変形例について説明する。
【0045】
上述の第1〜第8の実施形態においては、ヒートシンク2及び発熱体3を直線フィン1の高さ方向の上部に配したヒートシンク冷却装置において、直線フィン1の冷却媒体流入側の上流に、直線フィン1の長手方向に対し斜めにルーバ6を配したものについて説明したが、これに限らず、ファン4を直線フィン1の長手方向の一端の側に配し、ヒートシンク2及び発熱体3を、直線フィン1の長手方向の、ファン4とは反対側に配したヒートシンク冷却装置においても、直線フィン1の冷却媒体流入側の上流に、直線フィン長手方向に対し斜めにルーバ6を配して、同様に実施することができる。
【0046】
(第9の実施形態)
図11は本発明の第9の実施形態に係るヒートシンク冷却装置の構成を示す断面図で、同図(a)は冷却媒体の流れ方向に沿って切断した縦断面を、同図(b)は同図(a)における矢視Aの断面を示す。
【0047】
図11に示すように、この実施形態は、パワー半導体素子を搭載したパワーエレクトロニクス機器などのヒートシンク冷却装置5に、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1aの側に、1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4が配されている。直線フィン1の反対側の、空気流入側の一端1bの側に、直線フィン1の高さ方向に対し略垂直に、ルーバ6を発熱体3の方に向けて配する。
【0048】
この構造において、ヒートシンク冷却装置5の空気流入口5aからの空気はルーバ6の間に沿って流れ、発熱体3の方に向いて直線フィン1に斜めに流入する。流れは発熱体3の近傍のフィン根元部1cに衝突する。これにより境界層が薄くなり、熱伝達率がアップする。これらより、ヒートシンク2の冷却性能が向上し、発熱体3をより低い温度に冷却できるようになる。
【0049】
(第10の実施形態)
図12は本発明の第10の実施形態に係るヒートシンク冷却装置の構成を示す断面図で、同図(a)は冷却媒体の流れ方向に沿って切断した縦断面を、同図(b)は同図(a)における矢視Aの断面を示す。
【0050】
図12に示すように、この第10の実施形態は、上述の第9の実施形態において、直線フィン1とルーバ6の間にルーバのピッチと略同等の隙間7を設ける。これにより、冷却空気はルーバ6から流入する他に、該隙間7から流入するため、第9の実施形態より流体流量が増え、直線フィン1を通過する流速が大きくなり、フィン表面、フィン根元部の熱伝達率が増加する。
【0051】
(第11の実施形態)
図13は本発明の第11の実施形態に係るヒートシンク冷却装置の構成を示す断面図で、同図(a)は冷却媒体である空気の流れ方向に沿って切断した縦断面を、同図(b)は同図(a)における矢視Aの断面を示す。
【0052】
図13に示すように、この第11の実施形態は、上述の第9の実施形態において、ルーバ6のピッチを直線フィン1のピッチより大きくする(このように直線フィン1のピッチよりピッチを大きくしたルーバを図13において、6aで示す)。これにより、第9の実施形態より通風抵抗が小さくなり流体流量が増え、フィン表面、フィン根元部の熱伝達率が増加する。
【0053】
(第12の実施形態)
図14は本発明の第12の実施形態に係るヒートシンク冷却装置の構成を示す断面図で、同図(a)は冷却媒体である空気の流れ方向に沿って切断した縦断面を、同図(b)は同図(a)における矢視Aの断面を示す。
【0054】
図14に示すように、この第12の実施形態は、上述の第9の実施形態において、ルーバ6のフィン厚さを直線フィン1の厚さより小さくする(このように直線フィン1の厚さよりピッチを小さくしたルーバを図14において、6bで示す)。これにより通風抵抗が小さくなり流体流量が増え、フィン表面、フィン根元部の熱伝達率が増加する。
【0055】
(第13の実施形態)
図15は本発明の第13の実施形態に係るヒートシンク冷却装置の構成を示す断面図で、同図(a)は冷却媒体である空気の流れ方向に沿って切断した縦断面を、同図(b)は同図(a)における矢視Aの断面を示す。
【0056】
図15に示すように、この第13の実施形態は、上述の第9の実施形態において、ルーバ6を発熱体取り付け面に対し略45°以下の角度γで発熱体3に向けて配する(このように発熱体取り付け面に対し略45°以下の角度γで発熱体3に向けて配したルーバを図15において、6cで示す)。これにより、通風抵抗が小さくなり流体流量が増え、フィン表面、フィン根元部の熱伝達率が増加する。
【0057】
(第14の実施形態)
図16は本発明の第14の実施形態に係るヒートシンク冷却装置の構成を示す断面図で、同図(a)は冷却媒体の流れ方向に沿って切断した縦断面を、同図(b)は同図(a)における矢視Aの断面を示す。
【0058】
図16に示すように、この実施形態は、パワー半導体素子を搭載したパワーエレクトロニクス機器などのヒートシンク冷却装置5に、複数のピンフィン11を備えたヒートシンク2に発熱体3を配する。複数のピンフィン11の一端11aの側に、1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4が配されている。複数のピンフィン11の反対側の一端11bの側に、ピンフィン11の高さ方向に対し略垂直に、ルーバ6を発熱体3の方に向けて配する。
【0059】
この構造において、ヒートシンク冷却装置5の空気流入口5aからの空気はルーバ6の間に沿って流れ、発熱体3の方に向いてピンフィン11に斜めに流入する。流れはピンフィン11の下流側で渦を生じながら、発熱体3の近傍のフィン根元部11cに衝突する。これにより境界層が薄くなり、熱伝達率がアップする。これらより、ヒートシンク2の冷却性能が向上し、発熱体3をより低い温度に冷却できるようになる。
【0060】
(第15の実施形態)
図17は本発明の第15の実施形態に係るヒートシンク冷却装置の構成を示す断面図で、同図(a)は冷却媒体の流れ方向に沿って切断した縦断面を、同図(b)は同図(a)における矢視Aの断面を示す。
【0061】
図17に示すように、この第15の実施形態は、上述の第14の実施形態において、ピンフィン11とルーバ6の間にルーバのピッチと略同等の隙間7を設けたものである。これにより、冷却空気はルーバ6から流入する他に、該隙間7から流入するため、第14の実施形態より流量が増え、ピンフィン11を通過する流速が大きくなり、ピンフィンの表面、ピンフィン根元部の熱伝達率が増加する。
【0062】
(第16の実施形態)
図18は本発明の第16の実施形態に係るヒートシンク冷却装置の構成を示す断面図で、同図(a)は冷却媒体の流れ方向に沿って切断した縦断面を、同図(b)は同図(a)における矢視Aの断面を示す。
【0063】
図18に示すように、この第16の実施形態は、上述の第14の実施形態において、ルーバ6を発熱体に取り付けた面に対し略45°以下の角度γで発熱体に向けて配する(このように発熱体取り付け面に対し略45°以下の角度γで発熱体3に向けて配したルーバを図18において、6cで示す)。これにより、通風抵抗が小さくなり流体流量が増え、ピンフィン11の表面、ピンフィン根元部の熱伝達率が増加する。
【0064】
(第17の実施形態)
次に本発明の第17の実施形態について説明する。この第17の実施形態は、上述の第1の実施形態から第16の実施形態までのいずれかのヒートシンク冷却装置を備えたパワーエレクトロニクス装置である。
【0065】
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ヒートシンク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。
【0066】
(第18の実施形態)
図19は本発明の第18の実施形態に係るヒートシンク冷却装置の構成を示す断面図で、同図(a)は冷却媒体の流れ方向に沿って切断した縦断面を、同図(b)は同図(a)における矢視Aの断面を示す。
【0067】
図19に示すように、この第18の実施形態は、第9の実施形態から第16の実施形態までのいずれかのヒートシンク冷却装置において、ルーバ6、6a、6b、6cのいずれかをパワーエレクトロニクス装置の筐体8の流入口のルーバ9とし、ルーバ9が斜め上を向くように、ヒートシンク2の直線フィン1またはピンフィン11の根元部が上側、ヒートシンク2の直線フィン1またはピンフィン11の先端部が下側になるように配することにより、防滴構造となり、筐体内に水滴が流入しにくくなる。
【0068】
【発明の効果】
本発明によれば、発熱体及びヒートシンクを有するヒートシンク冷却装置においてフィン表面の熱伝達が増加し、冷却能力を強化することができ、またヒートシンク冷却装置をコンパクトにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係るヒートシンク冷却装置の構成を示す断面図。
【図2】第1の実施形態におけるフィン上流端周りの流れを示す図。
【図3】一般の管入口近傍の熱伝達率の上昇状態を示す図。
【図4】本発明の第2の実施形態に係るヒートシンク冷却装置の構成を示す断面図。
【図5】本発明の第3の実施形態に係るヒートシンク冷却装置の構成を示す断面図。
【図6】本発明の第4の実施形態に係るヒートシンク冷却装置の構成を示す断面図。
【図7】本発明の第5の実施形態に係るヒートシンク冷却装置の主要部の構成を示す断面図。
【図8】本発明の第6の実施形態に係るヒートシンク冷却装置の構成を示す断面図。
【図9】本発明の第7の実施形態に係るヒートシンク冷却装置の構成を示す断面図。
【図10】本発明の第8の実施形態に係るヒートシンク冷却装置の主要部の構成を示す断面図。
【図11】本発明の第9の実施形態に係るヒートシンク冷却装置の構成を示す断面図。
【図12】本発明の第10の実施形態に係るヒートシンク冷却装置の構成を示す断面図。
【図13】本発明の第11の実施形態に係るヒートシンク冷却装置の構成を示す断面図。
【図14】本発明の第12の実施形態に係るヒートシンク冷却装置の構成を示す断面図。
【図15】本発明の第13の実施形態に係るヒートシンク冷却装置の構成を示す断面図。
【図16】本発明の第14の実施形態に係るヒートシンク冷却装置の構成を示す断面図。
【図17】本発明の第15の実施形態に係るヒートシンク冷却装置の構成を示す断面図。
【図18】本発明の第16の実施形態に係るヒートシンク冷却装置の構成を示す断面図。
【図19】本発明の第18の実施形態に係るヒートシンク冷却装置の構成を示す断面図。
【図20】従来のヒートシンク冷却装置の構成例を示す断面図。
【図21】従来のヒートシンク冷却装置の他の構成例を示す断面図。
【符号の説明】
1…直線フィン
2…ヒートシンク
3…発熱体
4…ファン
5…ヒートシンク冷却装置
6、6A、6B、6a、6b、6c…別の直線フィン(ルーバ)
8…筐体
9…ルーバ
11…ピンフィン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat sink cooling device in which a heating element is arranged on a heat sink having a plurality of linear fins, and a power electronic device including the same.
[0002]
[Prior art]
FIGS. 20 and 21 are cross-sectional views each showing a configuration example of a conventional heat sink cooling device. FIG. 20A is a vertical cross section taken along the flow direction of the cooling medium, and FIG. FIG. 3A shows a cross section taken along arrow A in FIG.
[0003]
20 and 21, 1 is a linear fin, 2 is a heat sink having a plurality of
[0004]
In the heat
[0005]
Further, in the heat
[0006]
Such a heat sink cooling device in which a heating element is arranged on a heat sink having a plurality of linear fins and a fan is arranged on the upstream side of the cooling medium in the longitudinal direction of the linear fins is also described in, for example,
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-237992 (
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the heat sink cooling device as described above, the heat generation density of the element heating element such as the IBGT is increasing year by year, and in the conventional structure, there is a possibility that the temperature of the element exceeds the allowable temperature. Therefore, in a cooling device in which a heating element is arranged on a heat sink provided with a plurality of linear fins, it is necessary to improve the cooling capacity and suppress the temperature of the element to an allowable temperature or less.
[0009]
Therefore, an object of the present invention is to provide a heat sink cooling device having an improved cooling capability, and a power electronic device including the same.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is characterized in that, in a heat sink cooling device in which a heating element is arranged on a heat sink having a plurality of linear fins, another fin is arranged obliquely with respect to the longitudinal direction of the linear fin, upstream of the inflow side of the linear fin. And
[0011]
In this way, by disposing another fin obliquely to the longitudinal direction of the straight fin upstream of the inflow side of the straight fin, the fluid flowing out of the other fin flows obliquely into the straight fin, Separation occurs on each fin negative pressure side, and the heat transfer coefficient on the fin surface increases. Therefore, the cooling capacity can be improved.
[0012]
Further, the present invention provides a heat sink cooling device in which a heating element is arranged on a heat sink provided with a plurality of linear fins, wherein another fin is provided substantially upstream of the inflow side of the linear fin, substantially perpendicular to the height direction of the linear fin. It is characterized by being arranged toward the heating element.
[0013]
In this way, by arranging another fin toward the heating element substantially perpendicularly to the height direction of the straight fin on the upstream side of the inflow side of the straight fin, the fluid flowing out of the other fin is heated by the heating element. Flows obliquely between the straight fins of the heat sink provided with the heat sink and collides obliquely with the root of the straight fin. For this reason, the thickness of the boundary layer at the root of the straight fin is reduced, and the heat transfer coefficient is increased. Therefore, the cooling capacity can be improved.
[0014]
Further, the present invention provides a heat sink cooling device in which a heat generating element is arranged on a heat sink provided with a plurality of pin fins, and another fin is provided on the heat generating element substantially upstream of the inflow side of the pin fins, substantially perpendicular to the height direction of the pin fins. It is characterized by being arranged toward.
[0015]
As described above, by disposing another fin toward the heating element substantially perpendicularly to the height direction of the pin fin upstream of the inflow side of the pin fin, the fluid flowing out of the other fin distributes the heating element. It flows obliquely between the pin fins of the heat sink and collides obliquely with the pin fin base while generating a vortex downstream of the pin fin. Therefore, the thickness of the boundary layer at the root of the pin fin is reduced, and the heat transfer coefficient is increased. Therefore, the cooling capacity can be improved.
[0016]
Further, a power electronic device according to the present invention includes the heat sink cooling device as described above.
[0017]
By providing the heat sink cooling device as described above, the cooling capacity can be improved, so that the power electronic device can be downsized.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following drawings, the same symbols indicate the same or corresponding parts.
[0019]
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a heat sink cooling device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a vertical cross section taken along a flow direction of a cooling medium, and FIG. FIG. 3A shows a cross section taken along arrow A in FIG.
[0020]
As shown in FIG. 1, in this embodiment, in a heat
[0021]
In this structure, the fluid flowing out of the
[0022]
(Second embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a heat sink cooling device according to a second embodiment of the present invention. FIG. 4 (a) is a vertical cross section cut along a flow direction of a cooling medium, and FIG. FIG. 3A shows a cross section taken along arrow A in FIG.
[0023]
In the second embodiment, the distance between the outflow side end 6e of the
[0024]
In this structure, peeling occurs substantially in the width direction of the straight fin group on each fin
[0025]
(Third embodiment)
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a heat sink cooling device according to a third embodiment of the present invention. FIG. 5A is a vertical cross section taken along a flow direction of a cooling medium, and FIG. FIG. 3A shows a cross section taken along arrow A in FIG.
[0026]
In the third embodiment, the fin pitch of the
[0027]
With this structure, the ventilation resistance of the
[0028]
(Fourth embodiment)
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a heat sink cooling device according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 6A is a vertical cross section taken along a flow direction of a cooling medium, and FIG. FIG. 3A shows a cross section taken along arrow A in FIG.
[0029]
In the fourth embodiment, the thickness of the
[0030]
In this structure, similarly to the third embodiment, the ventilation resistance of the
[0031]
(Fifth embodiment)
FIG. 7 shows a schematic diagram of the fin angle in the fifth embodiment of the present invention.
[0032]
As shown in FIG. 7, in order for the fluid to flow along the
[0033]
Lsinθ> x / cosθ (1)
This is given by the following equation.
[0034]
L> x / sin θ / cos θ (1)
In this structure, since the space between the
[0035]
(Sixth embodiment)
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration of a heat sink cooling device according to a sixth embodiment of the present invention. FIG. 8A is a vertical cross section cut along the flow direction of a cooling medium, and FIG. FIG. 3A shows a cross section taken along arrow A in FIG.
[0036]
In the sixth embodiment, the angle β of the
[0037]
In this structure, the fluid easily flows into the
[0038]
(Seventh embodiment)
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration of a heat sink cooling device according to a seventh embodiment of the present invention. FIG. 9A is a vertical cross section taken along the flow direction of a cooling medium, and FIG. FIG. 3A shows a cross section taken along arrow A in FIG.
[0039]
In the seventh embodiment, the louvers are divided into two or more groups diagonally with respect to the longitudinal direction of the
[0040]
With this structure, the distance between the
[0041]
(Eighth embodiment)
FIG. 10 is a sectional view showing a configuration of a main part of a heat sink cooling device according to an eighth embodiment of the present invention.
[0042]
In the eighth embodiment, the
[0043]
In this structure, a portion where the velocity of the fluid is high hits the
[0044]
(Modification)
Here, modifications of the above-described first to eighth embodiments will be described.
[0045]
In the above-described first to eighth embodiments, in the heat sink cooling device in which the
[0046]
(Ninth embodiment)
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration of a heat sink cooling device according to a ninth embodiment of the present invention. FIG. 11 (a) is a vertical cross section taken along the flow direction of a cooling medium, and FIG. FIG. 3A shows a cross section taken along arrow A in FIG.
[0047]
As shown in FIG. 11, in this embodiment, a
[0048]
In this structure, the air from the
[0049]
(Tenth embodiment)
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a configuration of a heat sink cooling device according to a tenth embodiment of the present invention. FIG. 12A is a vertical cross section taken along a flow direction of a cooling medium, and FIG. FIG. 3A shows a cross section taken along arrow A in FIG.
[0050]
As shown in FIG. 12, in the tenth embodiment, a
[0051]
(Eleventh embodiment)
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a heat sink cooling device according to an eleventh embodiment of the present invention. FIG. 13A is a vertical cross-sectional view taken along a flow direction of air as a cooling medium. (b) shows a cross section taken along arrow A in FIG.
[0052]
As shown in FIG. 13, in the eleventh embodiment, in the ninth embodiment, the pitch of the
[0053]
(Twelfth embodiment)
FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a heat sink cooling device according to a twelfth embodiment of the present invention. FIG. 14A is a vertical cross-sectional view taken along a flow direction of air as a cooling medium. (b) shows a cross section taken along arrow A in FIG.
[0054]
As shown in FIG. 14, the twelfth embodiment is different from the ninth embodiment in that the fin thickness of the
[0055]
(Thirteenth embodiment)
FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a heat sink cooling device according to a thirteenth embodiment of the present invention. FIG. 15A is a vertical cross-sectional view taken along the flow direction of air as a cooling medium. (b) shows a cross section taken along arrow A in FIG.
[0056]
As shown in FIG. 15, in the thirteenth embodiment, in the ninth embodiment described above, the
[0057]
(14th embodiment)
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a configuration of a heat sink cooling device according to a fourteenth embodiment of the present invention. FIG. 16A is a vertical cross section taken along a flow direction of a cooling medium, and FIG. FIG. 3A shows a cross section taken along arrow A in FIG.
[0058]
As shown in FIG. 16, in this embodiment, a
[0059]
In this structure, the air from the
[0060]
(Fifteenth embodiment)
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a configuration of a heat sink cooling device according to a fifteenth embodiment of the present invention. FIG. FIG. 3A shows a cross section taken along arrow A in FIG.
[0061]
As shown in FIG. 17, the fifteenth embodiment differs from the fourteenth embodiment in that a
[0062]
(Sixteenth embodiment)
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a configuration of a heat sink cooling device according to a sixteenth embodiment of the present invention. FIG. 18A is a vertical cross section taken along the flow direction of the cooling medium, and FIG. FIG. 3A shows a cross section taken along arrow A in FIG.
[0063]
As shown in FIG. 18, the sixteenth embodiment is different from the fourteenth embodiment in that the
[0064]
(Seventeenth embodiment)
Next, a seventeenth embodiment of the present invention will be described. The seventeenth embodiment is a power electronic device including any one of the heat sink cooling devices according to the first to sixteenth embodiments.
[0065]
In the power electronic device, by providing the heat sink cooling device having the above-described configuration, the cooling capacity can be improved, so that the power electronic device can be downsized.
[0066]
(Eighteenth Embodiment)
FIG. 19 is a cross-sectional view showing a configuration of a heat sink cooling device according to an eighteenth embodiment of the present invention. FIG. 19 (a) is a vertical cross section taken along the flow direction of a cooling medium, and FIG. FIG. 3A shows a cross section taken along arrow A in FIG.
[0067]
As shown in FIG. 19, in the eighteenth embodiment, any one of the
[0068]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the heat sink cooling device which has a heat generating body and a heat sink, the heat transfer of the fin surface increases, cooling ability can be strengthened, and a heat sink cooling device can be made compact.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of a heat sink cooling device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a flow around a fin upstream end in the first embodiment.
FIG. 3 is a view showing a state in which a heat transfer coefficient near a general pipe inlet is increased.
FIG. 4 is a sectional view showing a configuration of a heat sink cooling device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view showing a configuration of a heat sink cooling device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a sectional view showing a configuration of a heat sink cooling device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a sectional view showing a configuration of a main part of a heat sink cooling device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a sectional view showing a configuration of a heat sink cooling device according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a sectional view showing a configuration of a heat sink cooling device according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a sectional view showing a configuration of a main part of a heat sink cooling device according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a sectional view showing a configuration of a heat sink cooling device according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a sectional view showing a configuration of a heat sink cooling device according to a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a sectional view showing a configuration of a heat sink cooling device according to an eleventh embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a sectional view showing a configuration of a heat sink cooling device according to a twelfth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a sectional view showing a configuration of a heat sink cooling device according to a thirteenth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a sectional view showing a configuration of a heat sink cooling device according to a fourteenth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a sectional view showing a configuration of a heat sink cooling device according to a fifteenth embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a sectional view showing a configuration of a heat sink cooling device according to a sixteenth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a sectional view showing a configuration of a heat sink cooling device according to an eighteenth embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a sectional view showing a configuration example of a conventional heat sink cooling device.
FIG. 21 is a sectional view showing another configuration example of the conventional heat sink cooling device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
8
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