JP2011153571A - 空気流変更フィン付き軸流ファン冷却装置。 - Google Patents

Abstract

【課題】パワーLED,CPU等半導体の高熱発生電子部品を、気流変更フィン付き軸流ファンで、直接に強制空冷する事により冷却し、冷却装置の小型化、軽量化、低価格化及びCO２削減をする。
【解決手段】軸流ファンから出た直後の空気流は、外周付近が強い為、空気流を中心の方向へ変えるフィンを設け、直接に熱発生面を冷却する。LEDの場合は、軸流ファンと気流変更フィンの間にLEDを設置することにより、両面から冷却する。CPU等半導体は、気流変更フィン付き軸流ファンの空気流を直接に吹付けて冷却する。
【選択図】図１

Description

本発明は、パワーＬＥＤ,ＣPU等の電子部品の熱発生源を、空気流を可変出来るフィン付きの軸流ファンで、直接に強制空冷するものである。

パワーLED,CPU等の半導体の性能が向上するに従って、熱の発生が大きくなっている。それに従って、冷却装置はより大きくなり、小型化、軽量化が最大の課題になっている。そのため、現在、熱発生源の基板、パッケージ材料のより高い高熱伝導材料の開発、ヒートシンク材料のより高い高熱伝導材料の開発、液体の高速熱伝達を利用したヒートパイプ方式又は水冷方式の更なる効率化、軸流ファンのより効率の高いファンの開発が行われている。

熱発生源の基板、パッケージ、ヒートシンク、ヒートパイプ、水冷キット及び軸流ファンを、現在用途に応じて、これらを組合せて使用している。しかし、熱発生量が大きくなると組合せが多くなり、小型化および軽量化が難しくなる。特に、高照明用LED分野は、小型化、軽量化が難しい状況にある。

組合せの技術として、発熱が小さいときは、ヒートシンクの熱伝導性材料を選定し、発熱面積より大きい面積を確保したヒートシンクで熱伝導して、空中に放冷する。更に発熱が大きくなると、その上に軸流ファンを取り付け、冷却空気量を増大して、空中に熱を放冷する。さらに発熱量が増えると、熱伝導性のいいヒートパイプ方式及び水冷方式の水及び冷却媒体で速く熱伝導し、面積を拡大したヒートシンクを介して軸流ファンが強制空冷して、空中に放冷する。

最終的には、熱発生の大きなものは、軸流ファンの強制空冷によって、発生熱を冷却している。しかし、直接に軸流ファンによる冷却が出来ないのは、図７に見られる様に、軸流ファンからの空気流の流れが、その構造上、中心部分が弱く、ファンの外周部分が最も強いため、ファンから出た直後の強い空気流を利用して熱源を冷却する事が出来ない為である。

特開2008-198478 特開2009-49010

パワーLED,CPU等半導体の高熱発生電子部品を、気流変更フィン付き軸流ファンで、直接に強制空冷する事により冷却し、冷却装置の小型化、軽量化、低価格化及びCO２削減をする。

軸流ファンから出た直後の空気流は、図7に示す様に、周速が最も速いファンの外周端付近の風量、風速が最も強く、直径が小さくなり周速が遅くなる中心付近に向かって小さくなる。これを改善するために、風の方向を中心の方向へ変えるフィンを設けることを主要な特徴とする。

空気流の方向を変えるフィンは、気流の流れが一番速いファンの先端付近を流れる空気流を遮るように配置し、中心部分は、空洞にする。

方向を変えるフィンの形状は、四角、楕円、半円、長方形のいずれでも良い。しかし、その面積は、軸流ファンの風量、風速を大きく減少させない程度の大きさで、平面、または、少し角度を有することを特徴とする。

方向を変えるフィンの数は、１個、またはそれ以上の数量で、軸流ファンの風量、風速を大きく減少させない程度の数を有することを特徴とする。

空気流変更フィン付き軸流ファンで、空気流を中心に集めて、直接に、パワーLED,CPU等の熱源を冷却することを特徴とする。

軸流ファンから出た直後の冷却風が中心に集まるため、熱源を直接に冷却する事が出来る。冷却風の距離による減衰の少ない状態で冷却するため、冷却効果が高く、冷却装置を小型化出来る。

必要な冷却空気量は、軸流ファンの回転数およびファン径を変えることにより得られるので、発熱が大きくても、冷却出来る。

LED基板の冷却は、LED基板を気流変更フィンと軸流ファンの中間に配置することにより、LED基板の両面から、強制空冷出来るため、冷却効果は、非常に高い。

CPU等の半導体の冷却は、冷却面側に相対するように、気流変更フィン付き軸流ファンを配置し、排気流の抵抗が少なくて、適正に流れる排気口面積を設けることにより、非常に高い冷却効果を発揮する。

軸流ファンの特徴として、空気の流れに対して抵抗があると、著しく性能を落とす。 気流変更フィン付き軸流ファンによる冷却は、複雑形状をしているヒートシンクのような空気の流れを阻害する部分がない為、空気の流れが非常に良く、高い冷却効果を発揮する。

気流変更フィン付き軸流ファンによる冷却は、ヒートシンク等を必要としないため、小型で軽量に出来る。

図１はLED搭載時の斜視図である。（実施例１） 図２はLED搭載時の空気の流れを示す断面構造図である。（実施例１） 図３はLED搭載時の分解図である。（実施例１） 図４はCPU等半導体の冷却時の斜視図である。（実施例２） 図５はCPU等半導体の冷却時の空気の流れを示す断面構造図である。（実施例２） 図６はCPU等半導体の冷却時の分解図である。（実施例２） 図７は軸流ファン簡易流体図である。

本発明にかかる実施形態であるLED冷却装置について図面を参照しながら説明する。

図1は本実施形態のLED冷却装置の斜視図であり、図2はその実施形態のLED冷却装置の断面図である。図3はLED冷却装置の分解図である。

本実施形態のLED冷却装置は、図3の軸流ファンの上にパワーLEDを搭載したLED基板を保持した図3のLED保持板を組込み、その上に空気流変更フィンの付いた図3の空気流変更板を組込む形態になる。

図2の軸流ファンモータの回転により図2の軸流ファンから発生した空気流は、図2のLED基板の内側にも少し回りながら、大部分の空気流は図2のLED基板の周囲を通り、図2の気流変更フィンに当る。図2の気流変更フィンに当たった空気流に乱流が発生して方向を変え、中心部分に集まる。中心部分に集まった空気流はパワーLEDの表面を直接空気冷却する。

図4は本実施形態のCPU等冷却装置の斜視図であり、図5はその実施形態のCPU等冷却装置の断面図である。図6はCPU等冷却装置の分解図である。

図5の軸流ファンモータの回転により図5の軸流ファンから発生した空気流は、図5の気流変更フィンに当る。図5の気流変更フィンに当たった空気流に乱流が発生して方向を変え、中心部分に集まる。

中心部分に集まった空気流はCPU等の熱発生部分を直接空気冷却し、周囲の排気口から排出される。

今まで、軸流ファンで直接に熱源を冷却する事は、軸流ファンの中心付近の冷却風が少ないため使用出来なかった。その為にヒートシンク、ヒートパイプに熱伝導させて、冷却面積を大きくして、自然空冷、又は、ファンによって強制空冷していた。しかし、気流可変フィン付き軸流ファンは、直接に熱源を空冷出来るので、熱の発生が大きなものでも、冷却空気量を軸流ファンの回転数、ファン径の変更で対処出来るので、冷却装置が小型化および軽量化出来る。

特にLED分野において、高輝度白色LEDは、消費電力が少ないだけでなく、紫外線及び赤外線を殆んど発生しない。劇場、テレビ局、野球場、工場、集魚灯、工事現場等の高輝度照明に、小型、軽重量、低価格、高寿命で使用出来るので、普及が見込まれ、CO2削減には多大に貢献できる。

１ 空気流変更フィン
２ LED基板
３ LED
４ 空気流変更板
５ LED保持板
６ 軸流ファン
７ 軸流モータ
８ 軸流ファンケース
９ CPU等半導体

Claims (4)

1. 軸流ファンの空気送風口部に、空気流変更フィンを有することを特徴とする空気流変更フィン付き軸流ファン冷却装置。
2. 前記の空気流変更フィンは、中心部は空洞で、外周から、四角、半円等の形状が突出したフィン形状で、１個またはそれ以上のフィンを有し、そのフィンは、平面もしくは角度をつけた形状を有することを特徴とする空気流変更フィン付き軸流ファン冷却装置。
3. 前記の軸流ファンと空気流変更フィンとの中間位置に、LEDを搭載した基板を有することを特徴とした空気流変更フィン付き軸流ファン冷却装置
4. 前記の軸流ファン冷却装置の空気送風口とCPU等半導体の冷却面との中間位置に、空気排出開口部を有することを特徴とする空気流変更フィン付き軸流ファン冷却装置。