JP2010118497A - ルーバー付きフィンを備えた熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱部品が熱的に接続されるベースプレート上に、冷却用流体への伝熱を行なうための放熱フィンが設けられた熱交換器において、冷却用流体の流れを制御することにより優れた放熱効果を示し得る熱交換器を、少ない部品点数で構成して、部品コスト、接合作業コストを低減する手段を提供する。
【解決手段】放熱フィンとしてルーバー付きフィン１０を用い、ベースプレート上に、入口部１５から流入した冷却用流体の流れをベースプレートの板面と平行な面内で誘導するための流体誘導手段１７、１８を設け、冷却用流体を入口部からルーバー付きフィンに導き、その冷却用流体がルーバー付きフィンの各ルーバー切起し１２の間の多数の空隙をほぼ均一に通過してから出口部１６に導かれるように、冷却用流体の流れを誘導する構成とした。
【選択図】図２

Description

この発明は、ＣＰＵ、集積回路、半導体素子等の各種電子部品、電子機器、そのほか各種電気機器などの放熱のために使用される熱交換器に関するものであり、特に放熱効率に優れ、少ない部品点数で製作が簡単な熱交換器に関するものである。

よく知られているように、ＣＰＵや集積回路、半導体素子などの電子部品、電子機器や各種電気機器においては、放熱のために熱交換器を設けることが多い。この種の熱交換器の従来の代表的な例を図１６に示す。

図１６において、ＣＰＵや集積回路、半導体素子等の発熱源が熱的に接続されるベースプレート１は、アルミニウムや銅、あるいはそれらの合金等の熱伝導率が高い金属からなるものであり、そのベースプレート１上には、同様に熱伝導率が高い金属からなる長板状の複数の放熱フィン２が平行に立設されて、全体として熱交換器３が構成されている。なおこのような熱交換器の製作方法としては、押出しによりベースプレート１と放熱フィン２とを一体に形成する方法がコスト面から有利となるため、従来から広く適用されており、またベースプレートと放熱フィンとを別々に製造し、それらを接合することによって製造する方法も適用されている。

上述のような図１６に示す従来の一般的な熱交換器を実際に使用するにあたっては、冷却用流体として例えば空気を、図１６中の矢印Ｐで示すように一方の端部からベースプレート１の上面に沿いかつその長手方向（板状放熱フィン２の板面に沿う方向）に沿う方向に吹付け、隣り合う放熱フィン２同士の間に空気を流し、これにより発熱部品からベースプレート１を介して板状放熱フィン２に伝達された熱を大気中に放熱させる。

ところでこのような従来の一般的な熱交換器においては、板状放熱フィンの長さ（冷却用空気の風上側から風下側へ向かう方向の長さ）が長かったり、また隣り合う板状放熱フィンの相互間の間隔が小さければ、放熱フィンにおける風上側の部分の表面には冷たい空気が接するものの、放熱フィンの風下側の部分に接する空気は、既に温度上昇してしまっている状態となり、そのため全体として充分な放熱効果が得られないばかりでなく、特にベースプレートにおける放熱フィンの風下側の部分付近に近接して熱的に接続された発熱部品の放熱が充分に行われない、という問題がある。

ここで、放熱フィンの相互間の間隔を大きくし、また冷却効率の向上を期待して多量の冷却用空気を高速で流すことも考えられるが、この場合には、隣り合う放熱フィンの間の中央部分を高速で空気が通り抜けるようになるだけであって、熱交換は充分に行なわれない。

このように従来の一般的な図１６に示す熱交換器では、充分な放熱効果が得られず、特に縦深に配置した複数の発熱部品を冷却する場合、とりわけ風下側の発熱部品を効果的に冷却することができなかったのである。

このような問題を解決するために、既に特許文献１に示すような熱交換器が提案されている。この特許文献１に示される熱交換器は、基本的には、多数配設された板状放熱フィンの間を流れる冷却用空気の流速を下げて、温度境界層（すなわち冷却空気流がフィンの間を通過する際に、放熱フィンの表面に接して流れて熱が伝わることにより温度上昇する空気流の部分と、放熱フィンの熱の影響を受けない放熱フィンの表面から離れた空気流の部分とに形成される境界）が重なり合うようにすることによって、熱交換器の板状放熱フィンの表面の温度を、平均的に風下側（熱交換器出口側）の温度に近くなるようにすることができる、という考え方に基いてなされたものである。

このような特許文献１の発明の熱交換器の構造の一例を図１４に示す。図１４に示すように少なくとも一つの発熱部品が熱的に接続されるベースプレート１と、前記ベースプレート１上に、その長手方向に沿って所定の角度で並列状に配置されてベースプレート１と熱的に接続された複数の板状放熱フィン２（図１４の例では縦方向に配列された５枚の板状放熱フィン２）からなる少なくとも一つのフィン部４（図１４の例では、三つのフィン部４が横方向に配列されてこれらが全体としてフィン群を構成している）と、前記少なくとも一つのフィン部４のそれぞれに冷却用空気を送り込む入口部５と、前記少なくとも一つのフィン部４のそれぞれにおいて各板状放熱フィン２の間を冷却用空気が減速して概ね均一に流れるように、前記冷却用空気の流れを誘導する邪魔板部６および仕切り板部７と、冷却用空気を排出する排出口８とを設けて、全体として熱交換器３が構成されている。

上述のような特許文献１の提案の発明によれば、同一包絡体積で冷却能力が高く、風上風下方向で概ね温度差を生じることなく（すなわち風下でもフィンに冷たい空気が接する）放熱効率に優れた熱交換器を得ることができる。特に放熱フィンが配置されるベースプレートが長い熱交換器の場合、放熱効率が顕著に優れている熱交換器が得られる。
特開２００８−２０５４２１号公報

特許文献１で提案されている熱交換器、例えば図１４に示されている熱交換器は、図１６に示される従来の熱交換器と比較して、極めて多くの板状放熱フィン２を密に配置する必要があり、そのため放熱フィン２をベースプレート１と一体的に製造することは困難である。したがって板状放熱フィン２とベースプレート１とは、別々に製造する必要があるが、その場合作製する放熱フィンの個数が多くなり、部品製造コストが著しく高くなるという問題がある。また、板状放熱フィン２をベースプレート１に熱的に緊密に接合するために、ロウ付けやハンダ付けなどの方法を用いた場合でも、ベースプレート１上に多数の放熱フィン２を並べる作業が必要であるため、フィンの個数が多ければ並べる作業に手間がかかり、作業コストが高くなるという問題もある。

この発明は以上の事情を背景としてなされたものであって、特許文献１で提案されている熱交換器と同等の優れた熱交換効率を有していて、冷却用流体の風下側でも充分な放熱効果を発揮し得る熱交換器を、特許文献１で提案されている熱交換器よりも格段に少ない部品点数でかつ簡単に製造し得る熱交換器を提供することを目的とするものである。

本発明者らが前記課題を解決する手段について検討を重ねた結果、前記提案における板状放熱フィンの代りに、１枚の金属板に複数のルーバー状切起しを形成してなるフィン、すなわちルーバー付きフィンを用いることによって、前述の課題を解決し得ることを見出し、この発明をなすに至った。

具体的には、請求項１の発明のルーバー付きフィンを備えた熱交換器は、発熱部品が熱的に接続されるベースプレート上に、冷却用流体への伝熱を行なうための放熱フィンが設けられてなる熱交換器において、冷却用流体が流入する入口部と、冷却用流体が流出する出口部とを有し、前記放熱フィンとして、金属板の板面から傾斜状に切起してなるルーバー切起しが並列状に多数形成されて、隣り合うルーバー切起しの間の空隙がそれぞれ冷却用流体通路とされてなるルーバー付きフィンが用いられ、前記ベースプレート上には、前記入口部から流入した冷却用流体の流れをベースプレートの板面と平行な面内で誘導するための流体誘導手段が設けられているおり、しかもその流体誘導手段は、冷却用流体を前記入口部からルーバー付きフィンに導き、その冷却用流体がルーバー付きフィンの前記各冷却用流体通路を通過してから前記出口部に導かれるように、冷却用流体の流れを誘導する構成とされていることを特徴とするものである。

また請求項２の発明は、前記請求項１に記載の熱交換器において、前記流体誘導手段が、前記冷却用流体を前記入口部から前記ルーバー付きフィンの一方のフィン面にほぼ沿って流入させ、さらにルーバー付きフィンの各冷却用流体通路を実質的に均一に通過させて、前記ルーバー付きフィンの他方のフィン面にほぼ沿って前記出口部に向け流れるように、冷却用流体の流れを誘導する構成としたことを特徴とするものである。

さらに請求項３の発明は、請求項１、請求項２のいずれかの請求項に記載の熱交換器において、前記流体誘導手段が、前記ルーバー付きフィンの一方のフィン面の側において、前記入口部およびルーバー付きフィンの各冷却用流体通路を除くほかは、前記ベースプレートの板面と平行な面内での冷却用流体の流出および冷却用流体以外の流体の流入を防止するための第１の隔壁と、ルーバー付きフィンの他方のフィン面の側において、ルーバー付きフィンの各冷却用流体通路及び前記出口部を除くほかは、ベースプレートの板面と平行な面内での冷却用流体の流出および冷却用流体以外の流体の流入を防止するための第２の隔壁、とからなることを特徴とするものである。

そしてまた請求項４の発明は、請求項３に記載の熱交換器において、前記第１の隔壁が、前記ルーバー付きフィンから離れてその一方のフィン面にほぼ平行となるように設けた第１の側壁板と、ルーバー付きフィンの一方のフィン面側において前記出口部側のフィン端部と前記第１の側壁板とを連接させる第１の邪魔板とによって構成され、また前記第２の隔壁が、ルーバー付きフィンから離れてその他方のフィン面にほぼ平行となるように設けた第２の側壁板と、ルーバー付きフィンの他方のフィン面側において前記入口部側のフィン端部と前記第２の側壁板とを連接させる第２の邪魔板とによって構成されていることを特徴とするものである。

さらに請求項５の発明は、前記請求項３に記載の熱交換器において、前記第１の隔壁が、前記ルーバー付きフィンの一方のフィン面の側に設けた第３の側壁板と、他方のフィン面側に設けた第４の側壁板とによって構成され、ルーバー付きフィンの一方のフィン面側では、ルーバー付きフィンと前記第３の側壁板との間隔が前記入口部側から前記出口部側に向かって漸次狭くなって出口部側におけるフィン端部で両者が実質的に接するように構成されるとともに、ルーバー付きフィンの他方のフィン面の側では、ルーバー付きフィンと前記第４の側壁板との間隔が前記出口部側から前記入口部側に向かって漸次狭くなって入口部側におけるフィン端部で両者が実質的に接するように構成されていることを特徴とするものである。

また請求項６の発明は、前記請求項１もしくは請求項２に記載の熱交換器において、前記ルーバー付きフィンとして２枚のものが設けられ、かつ前記流体誘導手段が、前記２枚のルーバー付きフィンの相互のフィン面間の間隔が前記入口部側から前記出口部側に向かって漸次狭くなるように配置されかつこれらの２枚のルーバー付きフィンが前記出口部側におけるフィン端部で互いに接するように配置されることによって構成されていることを特徴とするものである。

さらにまた請求項７の発明は、前記請求項３〜請求項６のいずれかの請求項に記載の熱交換器において、これらの請求項に記載されたルーバー付きフィン、隔壁、側壁板、邪魔板の組み合わせからなる配置が、前記ベースプレートの板面と平行な面内において横方向もしくは縦方向に複数回繰り返されていることを特徴とするものである。

この発明によれば、冷却用流体の流れを制御することによって優れた放熱効果を示し得る熱交換器を、少ない部品点数で構成することができ、そのため部品製造コストを低減できるとともに、放熱フィンとベースプレートとの熱的接続のための接合作業を簡略化して、作業コストも低減することができる。

以下にこの発明の各実施形態について、図面を参照して説明する。

図１、図２は、請求項１〜３の発明に対応する第１の実施例の熱交換器を示すものである。なお図１においては熱交換器の一部（後述する第１の側壁板１９の一部）を切欠いた状態で示している。

図１、図２において、ベースプレート１は、図示しない半導体素子、集積回路、ＣＰＵ等の発熱部品が裏面側に熱的に接続されるものであり、アルミニウム、銅、あるいはそれらの合金などの熱伝導性が良好な材料によって、例えば方形厚板状に作られており、このベースプレート１の表側には、ルーバー付きフィン１０が立設されている。このルーバー付きフィン１０は、アルミニウムや銅、それらの合金などの熱伝導性が良好な材料からなる例えば長方形状をなす金属板１１の板面の両面側もしくは片面側から傾斜状に切起してなるルーバー切起し１２を、並列状に多数形成してなるものであり、後述するように隣り合うルーバー切起し１２の間の空隙がそれぞれ冷却用流体通路１３とされている。そしてこのようなルーバー付きフィン１０が、各ルーバー切起し１２の傾斜方向端部の稜線１２Ａがベースプレート１の板面に対して例えば垂直となるように、ベースプレート１上にそのベースプレート１と熱的に接続された状態で固定されている。そしてベースプレート１の上側の空間の手前側の部分が、冷却用流体が流入する入口部１５とされ、奥の部分が冷却用流体が流出する出口部１６とされている。

さらにベースプレート１上には、冷却用流体、例えば空気が流入する入口部１５とその冷却用空気が流出する出口部１６との間で、その冷却用空気の流れをベースプレート１の板面と平行な面内において誘導するための流体誘導手段として、第１の隔壁１７および第２の隔壁１８とが設けられている。

前記第１の隔壁１７は、ルーバー付きフィン１０の一方のフィン面１０Ａの側の空間において、前記入口部１５およびルーバー付きフィン１０の各流体通路１３を除くほかはベースプレート１の板面と平行な面内での冷却用空気の流出および冷却用流体以外の流体の流入を阻止するためのもの、言い換えれば、入口部１５および各流体通路１３を除き、ベースプレート１の板面と平行な面内で隣接する部分と仕切るためのものである。また第２の隔壁１８は、ルーバー付きフィン１０の他方のフィン面１０Ｂの側の空間において、ルーバー付きフィン１０の各流体通路１３及び前記出口部１６を除くほかはベースプレート１の板面と平行な面内での冷却用空気の流出および冷却用流体以外の流体の流入を阻止するためのもの、言い換えれば、出口部１６と各流体通路１３を除き、ベースプレート１の板面と平行な面内で隣接する部分と仕切るためのものである。なおここで、ルーバー付きフィン１０のフィン面１０Ａ，１０Ｂとは、ルーバー付きフィン１０の元板である金属板１１の両面側の各面を意味するものとする。

前記第１の隔壁１７は、ルーバー付きフィン１０から離れてその一方のフィン面１０Ａにほぼ平行となるように設けた第１の側壁板１９と、ルーバー付きフィン１０の一方のフィン面１０Ａの側において出口部１６の側のフィン端部１０Ｃと第１の側壁板１９とを連接させる第１の邪魔板２１とによって構成されている。また前記第２の隔壁１８は、ルーバー付きフィン１０から離れてその一方のフィン面１０Ｂにほぼ平行となるように設けた第２の側壁板２０と、ルーバー付きフィン１０の他方のフィン面１０Ｂの側において入口部１５の側のフィン端部１０Ｄと第２の側壁板２０とを連接させる第２の邪魔板２２とによって構成されている。

ここで、第１の隔壁１７、第２の隔壁１８をそれぞれ構成する各側壁板１９，２０および邪魔板２１，２２の材質は特に限定されるものではなく、加工性あるいは接合性等を考慮して適宜の材料を用いれば良く、もちろんベースプレート１やルーバー付きフィン１０と同様なアルミニウムや銅、それらの合金等の熱伝導性の良好な合金を用いても良いことはもちろんである。

なお図１、図２に示す例においては、第１および第２の邪魔板２１，２２を、ルーバー付きフィン１０の各フィン面１０Ａ，１０Ｂに対してほぼ垂直となるように設けているが、これに限るものではなく、これらの邪魔板２１，２２をフィン面１０Ａ，１０Ｂに対してある角度をなすように設けても良いことはもちろんである。また第１の側壁板１９と第１の邪魔板２１とは、別部材として作られている必要はなく、場合によっては一体物として１枚の板で作っても良く、また第２の側壁板２０と第２の邪魔板２２も、同様に一体物として１枚の板で作っても良い。

ここで、ルーバー付きフィン１０をベースプレート１に熱的に接続した状態で固定するための手段は特に限定されないが、例えばロウ付け、ハンダ付け、接着等の手段を適用でき、またベースプレート１の板面に予め溝を形成しておいて、その溝にルーバー付きフィン１０の縁部を差し込んでロウ付け、ハンダ付け、接着等を行なったり、また溝に対するルーバー付きフィンの縁部の圧入、機械的カシメ等によって結合しても良く、さらにはこれらを併用しても良い。これらのうちでも、熱的接合の点からはロウ付けを適用することが最も好ましい。ロウ付けにより接合する場合、ルーバー付きフィンとは別部材としてロウ材を接合部近傍に配置してロウ付けしても、あるいはロウ材と芯材とがクラッドされて一体となっている所謂ブレージングシートを用いてロウ付けしても良い。またベースプレート１上に溝を形成しておいて、ルーバー付きフィン１０の縁部を差し込み、圧入や機械的カシメにより固定する場合に、熱伝導グリスなどを併用しても良いことはもちろんである。

以上のような図１、図２に示される第１の実施例の熱交換器における使用時の状況、特に冷却用流体として空気を用いた場合の空気の流れ（空気流）とそれによる放熱状況について次に説明する。

例えば図示しないファン等により送られてきた高速の空気流は、入口部１５からルーバー付き放熱フィン１０の一方のフィン面１０Ａと第１の側壁板１９との間の略直方体状の空間に送り込まれる。この空間において高速の空気流はフィン面１０Ａおよび第１の側壁板１９の板面に沿って図２の奥へ流れ、最奥部において第１の邪魔板２１によってその流れが阻止されて流れの方向が転回され、ルーバー付きフィン１０の各ルーバー切起し１２の間の各冷却用流体通路１３にフィン面１０Ａの側から入り、フィン面１０Ｂの側へ送り出され、フィン面１０Ｂと第２の側壁板２０との間の空間で合流して、出口部１６から外部へ放出される。この過程で、空気流は、前述のように入口部１５から流入した後、奥の第１の邪魔板１９によりその方向を転回させられて多数の流体通路１３に分散して流入することにより、その速度が減じられ、低速の空気流として多数の流体通路１３をほぼ均一に通過することになる。そしてその低速の空気流が各流体通路１３を通過する間に、各流体通路１３の両側のルーバー切起し１２の表面から熱を奪い、温度上昇してフィン面１１Ｂ側から出口部１６に送り出されることになる。このように、高速で送り込まれた空気流がルーバー付きフィン１０における多数の流体通路１３を低速の空気流としてほぼ均一に分散して通過することにより、優れた放熱性能が得られる。

ここで、既に述べた特許文献１に示されている熱交換器の各構造例のうち、この発明の第１の実施例に対応する構造例を図１０および図１１に示し、その図１０、図１１に示される従来の提案の熱交換器と図１、図２に示すこの発明の第１の実施例の熱交換器とを対比する。なお特許文献１においては、「板状フィン」、「フィン部」、「フィン群」については、次のように定義されている。すなわち、個々の板状フィン２は、図１０および図１１においてベースプレート１の板面に立設されたものであり、フィン部４とは、図１０および図１１に示すように板状フィン２が縦方向に複数個並んで一列に配置されたものの全体を言う。またフィン群とは、複数のフィン部４の全体、すなわち例えば図１５に示すように二つのフィン部４がハの字形に配置されて形成されたものとしている。

図１０および図１１に示すような特許文献１で述べられている熱交換器では、多数の板状フィン２を所定の角度でベースプレート１上に並列に配置することによりフィン部４を構成しており、隣り合う板状フィン２の間を冷却風が通過するようになっている。このような構造では、取扱う板状フィン２の個数が極めて多くなり、部品製造コストが増大すると同時に、ベースプレート１上に板状フィン２を配置する作業に大きなコストがかかってしまう。

これに対し、この発明の熱交換器、特に図１、図２に示す実施例の熱交換器では、特許文献１でいう板状フィン、すなわち図１０、図１１に示されている熱交換器の板状フィン２がルーバー切起し１２に置き換えられ、図１０、図１１のフィン部４がルーバー付きフィン１０として一体物の一部品となっている。このため、取り扱うフィンの個数が特許文献１の熱交換器の場合と比べて格段に少なくなり、そのため熱交換器を少ない部品点数で構成することができるようになり、部品製造コストと接合作業のコストを大幅に低減することが可能となったのである。

図３、図４には、請求項１、請求項２、請求項４の各発明に対応する第２の実施例による熱交換器を示す。なお図３、図４については、図１、図２に示される要素と同一の要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図３、図４において、ベースプレート１上にはルーバー付きフィン１０が立設されており、流体誘導手段としての第１の隔壁１７は第３の側壁板２３により、また第２の隔壁１８は第４の側壁板２４によって構成されている。すなわち、ルーバー付きフィンの一方のフィン面１１Ａの側に第３の側壁板２３が立設され、ルーバー付きフィン１０の他方のフィン面１０Ｂの側に第４の側壁板２４が立設されており、かつ第３の側壁板２３は、その板面とルーバー付きフィン１０の一方のフィン面１０Ａとの間隔が、入口部１５から出口部１６に向けて漸次狭くなって、ルーバー付きフィン１０の出口部１６の側の端部１０Ｃで両者が接するように配置され、また第４の側壁板２４は、その板面とルーバー付きフィン１０の他方のフィン面１０Ｂとの間隔が出口部１６の側から入口部１５の側に向けて漸次狭くなって、入口部ルーバー付きフィン１０における入口部１５の側の端部１０Ｄで両者が接するように配置されている。

このような図３、図４に示される第２の実施例は、前記第１の実施例においてルーバー付きフィン１０の一方のフィン面１０Ａに対してほぼ平行に設けた１枚の側壁板１９と、そのフィン面１０Ａに対しほぼ垂直に設けた１枚の邪魔板２１の代わりに、１枚の側壁板２３をそのフィン面１０Ａに対して斜めに設け、かつ第１の実施例においてルーバー付きフィン１０の他方のフィン面１０Ｂに対してほぼ平行に設けた１枚の側壁板２０と、そのフィン面１０Ａに対してほぼ垂直に設けた１枚の邪魔板２２の代りに、１枚の側壁板２４をフィン面１０Ｂに対して斜めに設けることにより、第１の実施例の場合と同様の機能を果たさせたものということができる。

なお付言するならば、図３および図４では、入口部１５から出口部１６に向かう方向に対して、ルーバー付きフィン１０のフィン面１０Ａ，１０Ｂが平行となるように配置されていて、側壁板２３，２４がある角度をなして配置されているように描かれているが、実際には側壁板２３，２４が入口部１５から出口部１６に向かう方向に対して平行に配置されていて、ルーバー付きフィン１０のフィン面１０Ａ，１０Ｂがある角度をなすように配置されていても良い。あるいはまた、ルーバー付きフィン１０のフィン面１０Ａ，１０Ｂおよび側壁板２３，２４の双方が、入口部１５から出口部１６に向かう方向に対してある角度をなすように配置されていても良いことはもちろんである。

なおこの実施例において、第３および第４の側壁板２３，２４の素材としては、前述の第１の実施例における第１、第２の側壁板１９，２０について述べたところと同様の材料を用いることができ、またその第３、第４の側壁板２３，２４をベースプレート１の板面に固定する方法としても、既に述べた方法と同様の方法を適用することができる。

このような図３、図４に示される第２の実施例の熱交換器を実際に使用する際の冷却用空気の流れ（空気流）は、基本的には図１、図２に示した第１の実施例の場合とほぼ同様であるが、ここで改めて簡単に説明する。

熱交換器の外部から入口部１５に送り込まれる高速の空気流は、その入口部１５から第３の側壁板２３とルーバー付きフィン１０の一方のフィン面１０Ａとの間の空間に流入し、その奥に送り送り込まれる。ここで、ルーバー付きフィン１０の一方のフィン面１０Ａの側では、フィン面１０Ａと第３の側壁板２３の板面との間隔が、入口部１５の側から奥に向かって漸次狭くなって最奥の出口部１６の側におけるフィン端部１０Ｄではルーバー付きフィン１０と第３の側壁板２３とが接するように配置されているため、上述の高速の空気流は方向を転回して入口部１５に戻る方向に流れ、その間にルーバー付きフィン１０における多数のルーバー切起し１２の間の空隙（流体通路１３）に分散されることにより、速度が減じられた状態（低速の空気流となった状態）でほぼ均一に各流体通路１３を流れ込み、各流体通路１３を通過して、ルーバー付きフィン１０の他方のフィン面１０Ｂの側に出る。フィン面１０Ｂの側では、フィン面１０Ｂと第４の側壁板２４とが入口部１５の側におけるフィン端部１０Ｅで接しており、フィン面１０Ｂと第４の側壁板２４との間隔が入口部１５の側から奥に向かって漸次広くなっているため、ルーバー付きフィン１０の各流体通路１３を通過した空気流は出口部１６へと誘導され、出口部１６から熱交換器外に流出される。

ここで、特許文献１に示されている熱交換器の各構造例のうち、この発明の第２の実施例に対応する構造例を図１２に示し、その図１２の熱交換器とこの発明の第２の実施例である図３、図４の熱交換器とを対比する。

図１２に示した特許文献１で述べられている熱交換器では、ベースプレート１上に、多数の板状フィン２を所定の角度で並列状に配置することによりフィン部４を構成している。このような構造では、取り扱う板状フィン２の個数が極めて多くなり、製造コストが増大するとともに、ベースプレート１上に多数の板状フィン２を配置する作業に大きなコストが必要となる。。

これに対し、この発明の第２の実施例の熱交換器においては、前述の第１の実施例の場合と同様に、特許文献１でいう板状フィン２がルーバー付きフィン１０のルーバー切起し１２に置き換えられ、特許文献１でいうフィン部４がルーバー付きフィン１０として一体物の一部品となっている。このため、取り扱うフィンの個数は特許文献１の場合に比べて格段に少なく、熱交換器を少ない部品点数で構成することができるようになり、部品製造コストと接合作業のコストを大幅に低減できるのである。

図５、図６には、請求項１，２および請求項６に対応するこの発明の第３の実施例の熱交換器を示す。

図５、図６に示す第３の実施例の熱交換器においては、ベースプレート１上に、２枚のルーバー付きフィン１０−１、１０−２が立設されている。そしてこれらの２枚のルーバー付きフィン１０−１、１０−２は、その間隔（フィン面間の間隔）が、入口部１５から出口部１６に向かって漸次狭くなり、出口部１６の側でフィン端部１０Ｃが相互に接するように位置決めされている。

ここで、図５、図６に示す第３の実施例の熱交換器においては、前述の第１１、第２の実施例における第１の隔壁１７（具体的には、第１の実施例においては第１の側壁板１９および第１の邪魔板２１に相当し、第２の実施例では第３の側壁板２３に相当）、および第２の隔壁１８（具体的には、第１の実施例においては第２側壁板２０および第２の邪魔板２２に相当し、第２の実施例では第４の側壁板２４に相当）を特には設けていないが、これは、次に述べる空気流の流れについての説明から理解できるように、２枚のルーバー付きフィン１０−１，１０−２の配置形態そのものが、流体誘導手段となっているためである。

そこで、この第３の実施例の熱交換器における冷却用空気（冷却風）の流れについて説明する。

熱交換器には、外部から２枚のルーバー付きフィン１０−１，１０−２の端部１０Ｄの間に開口されている入口部１５に高速の空気流が送り込まれ、その高速の空気流は、２枚のルーバー付きフィン１０−１，１０−２のフィン面の間の空間に流れ込む。ここで、２枚のルーバー付きフィン１０−１，１０−２は、その間隔が入口部１５の側から奥に向かって漸次狭くなって、最奥の出口部１６の側におけるフィン端部１０Ｃで両者が接するように配置されているため、上述した高速の空気流は左右に方向を転回し、２枚のうちのいずれかのルーバー付きフィンにおける多数のルーバー切起し１２の間の空隙（流体通路１３）へと向かう。そして前述の第１、第２の実施例の場合と同様に、多数のルーバー切起し１２の間の空隙に分散されることにより速度を減じて、低速の空気流として、ほぼ均一に多数のルーバー切起し１２の間の空隙（流体通路１３）に流入してその流体通路１３を通過し、その間、ルーバー付きフィン１０のルーバー切起し１２から熱が奪われ、さらに流体通路１３を出た空気流は、ルーバー付きフィン１０Ｂの他方のフィン面１０Ｂから出口部１６に至る。このように、図５、図６に示す第３の実施例の場合は、特に側壁板や邪魔板からなる隔壁を設けていないにもかかわらず、２枚のルーバー付きフィン１０−１，１０−２の配置態様それ自体によって、空気流を入口部１５からルーバー付きフィン１０−１，１０−２に導くとともに、そのルーバー付きフィン１０−１，１０−２の多数の流体通路１３（各ルーバー切起し１２の間の空隙）を実質的に均一に通過させ、出口部１６に導くことができるのである。

なお図５、図６に示す例では、出口部１６の側でフィン端部１０Ｃが相互に直接的に接するように位置決めされていることとしたが、出口部１６の側においてフィン端部１０Ｃは、要は相互に実質的に接していれば良いのであって、例えば図示しない隔壁状の小部品を介して間接的に接していても良く、また多数のルーバー切起し１２の間の空隙（流体通路）１３を流れる空気流に影響を与えない程度の小さい隙間であれば、フィン端部１０Ｃが相互に近接してその間に小さい隙間が存在していても構わない。

ここで特許文献１に示されている熱交換器の各構造例のうち、この発明の第３の実施例に対応する構造例を図１３に示し、その図１３の熱交換器と図５、図６に示すこの発明の第３の実施例の熱交換器とを対比する。

図１３に示した特許文献１で述べられている熱交換器では、ベースプレート１上に多数の板状フィン２を所定の角度で並列状に配置することにより一つのフィン部４を構成し、そのフィン部４を平面的に見てハの字状に配置することによりフィン群を構成している。このような構成では取扱う板状フィン２の個数が極めて多くなって製造コストが増大するとともに、ベースプレート１上に多数の板状フィン２を配置する作業に大きなコストを要することとなる。

これに対し、この発明の第３の実施例の熱交換器では、特許文献１でいう板状フィン２がルーバー付きフィン１０のルーバー切起し１２、特許文献１でいうフィン部４がルーバー付きフィン１０として一体物の一部品となっている。このため、取り扱うフィンの個数が特許文献１の場合に比べて格段に少なく、熱交換器を少ない部品点数で構成することができるようになり、部品製造コストと接合作業のコストを大幅に低減できるのである。

また一方、この発明の熱交換器は、図１〜図６に示した各実施例における配置構造を横方向（入口部１５から出口部１６に向かう方向に対し直交する方向）または縦方向（入口部１５から出口部１６に向かう方向）に複数回繰り返して構成することも可能であり、その例を図７〜図９に示し、さらにこれらの例に対応する特許文献１に示されている構造例を図１４、図１５に示す。

すなわち図７には、図１および図２に示した第１の実施例における配置構造を横方向に複数繰り返して構成したこの発明の第４の実施例を示し、これに対応する従来の前記提案の熱交換器の構造例を図１４に示す。

また図８には、図３および図４に示した第２の実施例における配置構造を横方向に複数繰り返して構成したこの発明の第５の実施例を示す。

さらに図９には、図５および図６に示した第３の実施例における配置構造を横方向に複数繰り返して構成したこの発明の第６の実施例を示し、これに対応する従来の前記提案の熱交換器の構造例を図１５に示す。

なおこの発明の熱交換器に使用されるルーバー付きフィンの詳細な形状、寸法あるいは製造方法等は特に限られるものではなく、従来のものと同様であれば良い。

例えばルーバー付きフィン１０におけるルーバー切起し１２は、元板である金属板１１の両面側に切起したものであっても、あるいは片面側に切起したものであっても良い。またルーバー切起し１２のピッチやルーバー切起し１２の切起し長さ、切起し角度、元板である金属板１１の板厚（したがってルーバー切起し１２の厚み）、またベースプレート１に溝を形成してこれにルーバー付きフィンの縁部を差し込む場合のベースプレート１の溝の幅および深さなどの各寸法、さらには１枚のルーバー付きフィン１０におけるルーバー切起し１２の枚数などについては、必要な冷却性能が得られるように設計されていれば良い。

なおまた、ルーバー切起し１２の間隔、ルーバー切起し１２の切起し長さ、ルーバー切起し１２の間を流れる冷却空気の流速の関係を適切に律するための関係等は、特許文献１において板状フィン２に関して述べられているところに準じて、ルーバー切起し１２の間隔を０．５〜１ｍｍ、ルーバー切起し１２の厚さ（金属板１１の厚み）を１〜２ｍｍとし、またルーバー切起し１２の厚さをルーバー切起し１２の間隔の２倍程度に選ぶことが望ましい。またルーバー切起し１２の切起し長さとしては、３〜２０ｍｍ程度に選ぶことが適切である。但し、これらの数値は、単に一例を示しただけであって、この発明の範囲を限定するものでないことはもちろんである。また各ルーバー切起し１２の傾斜角度および切起し方向（ルーバー切起し１２が開く方向）も特に限定されるものではなく、要は冷却用流体の流れに対する抵抗や作り易さを考慮して適宜定めれば良い。

さらに、ルーバー付きフィン１０自体の製造方法も特に限定されるものではない。すなわち通常は金属板をプレス加工することが好適であるが、そのほかダイキャスト等を適用することも可能である。

なおこのような熱交換器を半導体素子等の電子部品や電気部品などの放熱に使用するにあたっては、例えばくし形ヒートシンクなどの従来からある熱交換器の放熱フィンの場合と同様に、ルーバー付きフィンの部分に空気やＬＬＣ（ロングライフクーラント）等の冷却用流体を確実に流してやる必要があることは言うまでもない。そのためには、重力で空気を流す自然空冷の場合を除き、空気等の冷却用流体を強制的にルーバー付きフィンに流すためのファンやポンプなどの冷却用流体の駆動源が冷却用流体の流れの上流もしくは下流に配置されるのが通常である。

そして、ルーバー付きフィンを有する熱交換器の部分に確実に冷却用流体が流れるようにするために、熱交換器の外部における冷却用流体の流れる経路がダクト等によって仕切られていることが好ましい。ファンやポンプが冷却用流体の流れの上流に配置される場合には、冷却用流体が経路外に漏れ出すことのないように、またファンやポンプが冷却用流体の流れの下流に配置される場合には、冷却用流体以外の流体が経路外から混入したりすることのないように形成されていることが好ましい。それらのダクト等が配置される場所としては、熱交換器の上流側のみ、下流側のみ、上流と下流の両方、のいずれでもかまわない。

またルーバー付きフィンを有する熱交換器の部分についても同様に、そのルーバー付きフィンを有する熱交換器を囲うようにダクト等が配置されているのが好ましい。その場合、少なくともルーバー付きフィンの上方の開放部分が覆われている必要があり、またその具体的構造として、その覆いがルーバー付きフィンの上端と接合されて一体になっている構造でもかまわない。またその覆いは、前述の熱交換器の上流側のみ、下流側のみ、上流と下流の両方、のいずれかに配置するダクト等と別部品であっても、一体であってもかまわない。

なお一般に放熱フィンの部分（この発明の場合はルーバー付きフィンの部分）に確実に冷却用流体が流れるようにすること自体は、特にこの発明の熱交換器に限って必要な事柄ではなく、従来からある熱交換器にも当てはまるものである。

この発明の第１の実施例の熱交換器を示す模式的な一部切欠斜視図である。 図１に示されるこの発明の第１の実施例の熱交換器の模式的な平面図である。 この発明の第２の実施例の熱交換器を示す模式的な斜視図である。 図３に示されるこの発明の第２の実施例の熱交換器の模式的な平面図である。 この発明の第３の実施例の熱交換器を示す模式的な斜視図である。 図５に示されるこの発明の第３の実施例の熱交換器の模式的な平面図である。 この発明の第４の実施例の熱交換器を示す模式的な一部切欠斜視図である。 この発明の第５の実施例の熱交換器を示す模式的な斜視図である。 この発明の第６の実施例の熱交換器を示す模式的な斜視図である。 従来提案されている熱交換器の第１の構造例を示す模式的な一部切欠斜視図である。 図１０に示される熱交換器の模式的な平面図である。 従来提案されている熱交換器の第２の構造例を示す模式的な平面図である。 従来提案されている熱交換器の第３の構造例を示す模式的な平面図である。 従来提案されている熱交換器の第４の構造例を示す模式的な斜視図である。 従来提案されている熱交換器の第５の構造例を示す模式的な斜視図である。 従来の一般的な熱交換器の代表的な例を示す模式的な斜視図である。

符号の説明

１ ベースプレート
１０ ルーバー付きフィン
１０−１ ルーバー付きフィン
１０−２ ルーバー付きフィン
１０Ａ，１０Ｂ フィン面
１１ 金属板
１２ ルーバー切起し
１３ 冷却用流体通路（空隙）
１５ 入口部
１６ 出口部
１７ 第１の隔壁
１８ 第２の隔壁
１９ 第１の側壁板
２０ 第２の側壁板
２１ 第１の邪魔板
２２ 第２の邪魔板
２３ 第３の側壁板
２４ 第４の側壁板

Claims (7)

1. 発熱部品が熱的に接続されるベースプレート上に、冷却用流体への伝熱を行なうための放熱フィンが設けられてなる熱交換器において、
   冷却用流体が流入する入口部と、冷却用流体が流出する出口部とを有し、
   前記放熱フィンとして、金属板の板面から傾斜状に切起してなるルーバー切起しが並列状に多数形成されて、隣り合うルーバー切起しの間の空隙がそれぞれ冷却用流体通路とされてなるルーバー付きフィンが用いられ、
   前記ベースプレート上には、前記入口部から流入した冷却用流体の流れをベースプレートの板面と平行な面内で誘導するための流体誘導手段が設けられており、
   しかもその流体誘導手段は、冷却用流体を前記入口部からルーバー付きフィンに導き、その冷却用流体がルーバー付きフィンの前記各冷却用流体通路を通過してから前記出口部に導かれるように、冷却用流体の流れを誘導する構成とされていることを特徴とする、ルーバー付きフィンを備えた熱交換器。
2. 前記請求項１に記載の熱交換器において、
   前記流体誘導手段が、前記冷却用流体を前記入口部から前記ルーバー付きフィンの一方のフィン面にほぼ沿って流入させ、さらにルーバー付きフィンの各冷却用流体通路を実質的に均一に通過させて、前記ルーバー付きフィンの他方のフィン面にほぼ沿って前記出口部に向け流れるように、冷却用流体の流れを誘導する構成としたことを特徴とする、ルーバー付きフィンを備えた熱交換器。
3. 請求項１、請求項２のいずれかの請求項に記載の熱交換器において、
   前記流体誘導手段が、
   前記ルーバー付きフィンの一方のフィン面の側において、前記入口部およびルーバー付きフィンの各冷却用流体通路を除くほかは、前記ベースプレートの板面と平行な面内での冷却用流体の流出および冷却用流体以外の流体の流入を防止するための第１の隔壁と、
   ルーバー付きフィンの他方のフィン面の側において、ルーバー付きフィンの各冷却用流体通路及び前記出口部を除くほかは、ベースプレートの板面と平行な面内での冷却用流体の流出および冷却用流体以外の流体の流入を防止するための第２の隔壁、
   とからなることを特徴とする、ルーバー付きフィンを備えた熱交換器。
4. 請求項３に記載の熱交換器において、
   前記第１の隔壁が、前記ルーバー付きフィンから離れてその一方のフィン面にほぼ平行となるように設けた第１の側壁板と、ルーバー付きフィンの一方のフィン面側において前記出口部側のフィン端部と前記第１の側壁板とを連接させる第１の邪魔板とによって構成され、また前記第２の隔壁が、ルーバー付きフィンから離れてその他方のフィン面にほぼ平行となるように設けた第２の側壁板と、ルーバー付きフィンの他方のフィン面側において前記入口部側のフィン端部と前記第２の側壁板とを連接させる第２の邪魔板とによって構成されていることを特徴とする、ルーバー付きフィンを備えた熱交換器。
5. 前記請求項３に記載の熱交換器において、
   前記第１の隔壁が、前記ルーバー付きフィンの一方のフィン面の側に設けた第３の側壁板と、他方のフィン面側に設けた第４の側壁板とによって構成され、ルーバー付きフィンの一方のフィン面側では、ルーバー付きフィンと前記第３の側壁板との間隔が前記入口部側から前記出口部側に向かって漸次狭くなって出口部側におけるフィン端部で両者が実質的に接するように構成されるとともに、ルーバー付きフィンの他方のフィン面の側では、ルーバー付きフィンと前記第４の側壁板との間隔が前記出口部側から前記入口部側に向かって漸次狭くなって入口部側におけるフィン端部で両者が実質的に接するように構成されていることを特徴とする、ルーバー付きフィンを備えた熱交換器。
6. 前記請求項１もしくは請求項２に記載の熱交換器において、
   前記ルーバー付きフィンとして２枚のものが設けられ、かつ前記流体誘導手段が、前記２枚のルーバー付きフィンの相互のフィン面間の間隔が前記入口部側から前記出口部側に向かって漸次狭くなるように配置されかつこれらの２枚のルーバー付きフィンが前記出口部側におけるフィン端部で互いに接するように配置されることによって構成されていることを特徴とする、ルーバー付きフィンを備えた熱交換器。
7. 前記請求項３〜請求項６のいずれかの請求項に記載の熱交換器において、
   これらの請求項に記載されたルーバー付きフィン、隔壁、側壁板、邪魔板の組み合わせからなる配置が、前記ベースプレートの板面と平行な面内において横方向もしくは縦方向に複数回繰り返されていることを特徴とする、ルーバー付きフィンを備えた熱交換器。

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