JP2014086641A

JP2014086641A - ヒートシンク

Info

Publication number: JP2014086641A
Application number: JP2012236000A
Authority: JP
Inventors: Joji Yamazaki; 丈嗣山崎
Original assignee: T Rad Co Ltd
Current assignee: T Rad Co Ltd
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2014-05-12
Anticipated expiration: 2032-10-25
Also published as: JP5960578B2

Abstract

【課題】インナーフィンを有するヒートシンクにおいて、冷却性能の向上と、冷媒中の塵埃による目詰まりの防止をおこなうこと。
【解決手段】取付プレート３の内側に第１インナーフィン４を取り付け、その第１インナーフィン４に第２インナーフィン５を取り付ける。第１インナーフィン４の流路間隔Ｐ１を第２インナーフィン５の流路間隔Ｐ２より小さくし、第１インナーフィン４と第２インナーフィン５との間に塵埃12の受け渡し手段６を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、主として車両用パワーモジュールその他の電子部品を冷却するヒートシンクに関する。

一例として、車両に用いるインバータを冷却するヒートシンクは、ラジエータに流通するエンジン冷却水を冷媒としていた。一般にラジエータは、偏平チューブを多数並列したものであり、その偏平チューブの短径側の内径は０．９ｍｍ〜数ｍｍである。ヒートシンク内部には、インナーフィンが配置され、そこに冷媒が導かれる。そのインナーフィンのフィン部間の隙間は、ラジエータのチューブの短径側の内径と同一又はそれ以上としている。これは、ラジエータの偏平チューブ内を流通した異物がヒートシンクで目詰まりを起こすことを防止するためである。
したがって、ラジエータのチューブ内径が０．９ｍｍ程度の場合、ヒートシンクのインナーフィンの隙間も０．９ｍｍ程度としている。

ところが、インバータの小型化と発熱量の増大にともない、ヒートシンクの冷却性能の向上の要求も年々高まり、小型で且つ放熱面積を増大する必要から、インナーフィンの流路間隔を０．９ｍｍ程度とするには限界に達している。
そこで、本発明はインナーフィンの流路間隔をより小さくしても、塵埃で目詰まりを起こしにくいヒートシンクを提供することを課題とする。

請求項１に記載の本発明は、内部に冷媒が流通する冷媒流路(1)を有し、外周に発熱体(2)が接触固定される取付プレート(3)を具備するヒートシンクにおいて、
その取付プレート(3)の内側に、伝熱可能に第１インナーフィン(4)がその厚み方向の一方側に配置されると共に、その第１インナーフィン(4)の厚み方向の他方側に伝熱可能に第２インナーフィン(5)が配置され、
第１インナーフィン(4)および第２インナーフィン(5)は、多数の帯状のフィン部が冷媒の流通方向に平行に且つ、その流通方向に直交する方向へ定間隔で配置され、
第１インナーフィン(4)の流路間隔（P1）が第２インナーフィン(5)の流路間隔（P2）より小に形成され、
第１インナーフィン(4)の上流端から第２インナーフィン(5)の上流端に、塵埃(12)を受け渡す受け渡し手段(6)が設けられて、流路間隔の小さい第１インナーフィン(4)の上流端で停止する大きさの塵埃を、流路間隔の大きな第２インナーフィン(5)の上流端に導いて、その塵埃が第２インナーフィン(5)を通過するように構成したヒートシンクである。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のヒートシンクにおいて、
前記塵埃(12)の受け渡し手段(6)として、第１インナーフィン(4)の上流端に、その取付プレート(3)の接触端から第２インナーフィン(5)の上流端に向けて下流側に傾斜する塵埃案内面(7)を設けたことを特徴とするヒートシンクである。

請求項３に記載の本発明は、請求項１に記載のヒートシンクにおいて、
前記塵埃(12)の受け渡し手段(6)として、第１インナーフィン(4)の上流端が、第２インナーフィン(5)の上流端より上流側に配置されて、両フィン(4)(5)の先端部が階段状に形成されたことを特徴とするヒートシンクである。

請求項４に記載の本発明は、請求項３に記載のヒートシンクにおいて、
第２インナーフィン(5)の上流端よりも上流側に突出した第１インナーフィン(4)の上流端部では、各フィン部間がスリット状に開放されたことを特徴とするヒートシンクである。

請求項５に記載の本発明は、請求項４に記載のヒートシンクにおいて、
第１インナーフィン(4)の上流端が閉塞され、第２インナーフィン(5)より突出した部分で、第２インナーフィン(5)との境側から冷媒が、その第１インナーフィン(4)に流入できるように形成し、より大きな塵埃(12)は第２インナーフィン(5)に導かれるように構成したヒートシンクである。

請求項６に記載の本発明は、請求項１〜請求項５のいずれかに記載のヒートシンクにおいて、
一対の前記取付プレート(3)(3)が前記冷媒流路(1)を介して対向して配置され、各取付プレート(3)(3)の内面に一対の前記第１インナーフィン(4)(4)が配置され、その一対の第１インナーフィン(4)(4)間に第２インナーフィン(5)が挟持されたことを特徴とするヒートシンクである。

請求項７に記載の本発明は、請求項１〜請求項６のいずれかに記載のヒートシンクにおいて、
前記冷媒(13)は、エンジン冷却用のラジエータに流通する冷却水であり、そのラジエータは多数の偏平チューブを有し、その偏平チューブの短径側の内径を（Ａ）とすると、前記第１インナーフィン(4)の流路間隔（P１）がその短径側の内径（Ａ）より小さくされ、第２インナーフィン(5)の流路間隔（P２）をその短径側の内径（Ａ）以上としたことを特徴とするヒートシンクである。

請求項１に記載の発明によれば、発熱体２が取付られる、取付プレート３に流路間隔が小さくして、放熱面積の大きな放熱性のよい第１インナーフィン４を配置したから、発熱体２を効率よく冷却することができる。そして、第１インナーフィン４の厚み方向の他方側に流路間隔の大きな第２インナーフィン５が配置されると共に、第１インナーフィン４の上流端から第２インナーフィン５の上流端に、塵埃12を受け渡す受け渡し手段６が設けられたから、それにより、流路間隔の小さい第１インナーフィン４の上流端で停止する大きさの塵埃を、流路間隔の大きな第２インナーフィン５の上流端に導いて、第２インナーフィン５を通過させ、塵埃が流路を閉塞することを防止できる。そのため、放熱性のよいヒートシンクの冷却性能を維持することができる。

請求項２に記載の発明によれば、塵埃12の受け渡し手段６として、第１インナーフィン４の上流端に傾斜した塵埃案内面７を設けたから、それにより第１インナーフィン４を通過できない塵埃を円滑に第２インナーフィン５に導いて、ヒートシンクの目詰まりを防止できる。
請求項３に記載の発明によれば、塵埃12の受け渡し手段６として、第１インナーフィン４の上流端を、第２インナーフィン５の上流端より上流側に配置して、両フィン４，５の先端部を階段状にし、第１インナーフィン４を上流側に飛び出させたものである。
そのため、仮に、その先端に塵埃が付着しても、やがて第１インナーフィン４の端面から、その下流の第２インナーフィン５側に移動し、その流路間隔のより広い第２インナーフィン５内を流通する。さらには一時的に塵埃が第１インナーフィン４の先端面4aを閉塞している時期は、その下流側に隣接する下方空間から、冷媒13が第１インナーフィン４内に流入して熱交換を促進することができる。

請求項４に記載の発明によれば、第２インナーフィン５の上流端よりも突出した第１インナーフィン４の上流端部では、その各フィン部間をスリット状に開放したので、そこに塵埃が引っ掛かることを防ぎ、ヒートシンクの目詰まりを防止できる。
請求項５に記載の発明によれば、第１インナーフィン４の上流端を閉塞し、第２インナーフィン５との境側から冷媒13を第１インナーフィン４に流入させ、より大きな塵埃12を第２インナーフィン５に導くようにしたから、第１インナーフィン４の冷却能力を維持しつつ、目詰まりを防止できる。

請求項６に記載の発明によれば、一対の取付プレート３，３を対向して配置し、各取付プレート３，３の内面に一対の第１インナーフィン４，４を配置し、その一対の第１インナーフィン４，４間に第２インナーフィン５を挟持したから、より多くの放熱体の取付が可能で、かつその冷媒流路の目詰まりを簡単な構造により防止できる。
請求項７に記載の発明によれば、冷媒としてラジエータに流通する冷却水を用い、第１インナーフィン４の流路間隔P１を、そのラジエータの偏平チューブの短径側の内径Ａより小さくし、第２インナーフィン５の流路間隔P２をその短径側の内径Ａ以上としたから、従来型のヒートシンクに比べて、小型で熱交換性能のよいものとなる。しかも、第２インナーフィン５の存在と、受け渡し手段６とにより目詰まりを防止できる。即ち、ラジエータの偏平チューブを通過する塵埃12を第２インナーフィン５に導き、それを通過させることができる。

本発明のヒートシンクの分解斜視図。同ヒートシンクの縦断面図およびその作用を示す説明図。本発明の第２実施例のヒートシンクの縦断面図。本発明の第３実施例のヒートシンクの説明図。本発明の第４実施例のヒートシンクの要部縦断面図。

次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき、説明する。

（第１実施例）
図１および図２は、本発明の第１実施例である。
このヒートシンクは、偏平な箱状に形成された本体８の内部に冷媒流路１が設けられ、その本体８の開口を取付プレート３が閉塞する。その冷媒流路１には、第１インナーフィン４と接続プレート９と第２インナーフィン５とが収納される。第１インナーフィン４は、図２に示すごとく、その上面側が取付プレート３に接触し、その下面側が接続プレート９を介して第２インナーフィン５に接触する。そして、第２インナーフィン５の下面が本体８の内面に接触する。

本体８の長手方向両端には、一対の入口パイプ10および出口パイプ11が連通される。第１インナーフィン４の上流端は第２インナーフィン５の上流端よりも突出し、その突出部に塵埃案内面７が設けられ、この塵埃案内面７が塵埃12の受け渡し手段６を形成している。この塵埃案内面７は、取付プレート３との接触端から下流側に下がり傾斜し、その下端が第２インナーフィン５の上端に接続されている。

図２（Ｃ）に示すごとく、第１インナーフィン４の流路間隔Ｐ１は、第２インナーフィン５の流路間隔Ｐ２よりも小さく形成されている。第１インナーフィン４の流路間隔Ｐ１の幅は、ラジエータの偏平チューブの短径側の内径Ａ（１ｍｍ程度）よりも十分小さくする。これに対し、第２インナーフィン５の流路間隔Ｐ２は、偏平チューブの短径側の内径Ａと同程度またはそれ以上としている。

（作用）
取付プレート３の上面には発熱体２が、図２（Ａ）のごとく接触固定され、その発熱は取付プレート３を介して第１インナーフィン４、接続プレート９、第２インナーフィン５に伝熱される。そして、入口パイプ10から冷媒13が本体８の内部に導かれ、第１インナーフィン４、第２インナーフィン５を通過する。なお、第１インナーフィン４、第２インナーフィン５はこの例では、薄い金属板を波型に曲折したものであり、その多数の帯状のフィン部が冷媒の流通方法に平行に配置されている。そして、入口パイプ10から導かれた冷媒13は、各第１インナーフィン４、第２インナーフィン５の内部を流通する。

このとき、冷媒13中に塵埃12が、図２（Ｂ）のごとく含まれ、その塵埃12が第１インナーフィン４の流路間隔の半分よりも大きい場合には、それが第１インナーフィン４内を通過することができない。第１インナーフィン４の上流端は下り傾斜した塵埃案内面７で形成されているため、冷媒13の流れにともなって塵埃12は、それに案内され、第２インナーフィン５側に導かれる。第２インナーフィン５の各隙間は、第１インナーフィン４の隙間よりも大きいため塵埃12は第２インナーフィン５内を流通し、塵埃12による目詰まりを起こすことがない。
なお、第１インナーフィン４、第２インナーフィン５の各フィン部間の隙間は、略それらの流路間隔Ｐ１、Ｐ２である。

（第２実施例）
次に、図３は本発明の第２実施例であり、この例は本体８の下面側が取付プレート３を兼用する。そして、その本体８の下面側にも発熱体２が取り付けられる。さらに、取付プレート３内面および本体８内面に第１インナーフィン４が接合され、一対の第１インナーフィン４間に第２インナーフィン５が挟持されている。そして、それぞれの第１インナーフィン４の上流端には塵埃案内面７が受け渡し手段６として設けられ、各塵埃案内面７が下流側に鋭角に傾斜し、それぞれの先端が第２インナーフィン５先端に接続されている。
その作用は、図１の実施例と同様である。すなわち、各第１インナーフィン４に捕捉された塵埃12は塵埃案内面７によって第２インナーフィン５に導かれ、第２インナーフィン５内を流通し、目詰まりを起こすことがない。

（第３実施例）
次に、図４は本発明の第３実施例であり、この例は（Ｂ）に示すごとく、第１インナーフィン４の先端が第２インナーフィン５の先端より上流側に位置する。すなわち、第２インナーフィン５の先端面5aよりも第１インナーフィン４の先端面4aが上流側に位置し、両者が階段状に形成されている。この例での第１インナーフィン４は、多数の帯状のフィン部が冷媒13の流通方向に平行に配置され、かつ、各フィン部の上端間が接続されるとともに下端間は開放されて塵埃12の受け渡し手段６を形成している。このようにすることにより、仮に、その先端に塵埃が付着しても、やがて第１インナーフィン４の端面から、その下流の第２インナーフィン５側に移動し、その流路間隔のより広い第２インナーフィン５内を流通する。さらには一時的に塵埃12が第１インナーフィン４の端面4aを閉塞している時期は、その下流側に隣接する下方空間から、冷媒13が第１インナーフィン４内に流入して熱交換を促進することができる

この例においても、第１インナーフィン４の流路間隔が第２インナーフィン５の流路間隔よりも小に形成されている点は、第１実施例と同様である。そして、好ましくは第１インナーフィン４の流路間隔がラジエータの偏平チューブの短径側の内径Ａよりも小に形成され、第２インナーフィン５のそれは偏平チューブの短径側の内径Ａと同一またはそれより大に形成される。

（第４実施例）
次に、図５は本発明の第４実施例であり、この例は、第１インナーフィン４の先端が取付プレート３により閉塞され、その第１インナーフィン４の上流端よりも、第２インナーフィン５の上流端が下流側に配置されて塵埃12の受け渡し手段６を形成している。この場合、冷媒13は、第１インナーフィン４の先端部下面側から流入し、その各フィン部を円滑に流通する。そして、冷媒13に含まれる大きな塵埃12は、流路間隔の小さな第１インナーフィン４に入ることができず、第２インナーフィン５に導かれて、その内部を流通する。

１冷媒流路
２発熱体
３取付プレート
４第１インナーフィン
4a 先端面
５第２インナーフィン
5a 先端面
６受け渡し手段
７塵埃案内面
８本体
９接続プレート
10 入口パイプ
11 出口パイプ
12 塵埃
13 冷媒

Claims

内部に冷媒が流通する冷媒流路(1)を有し、外周に発熱体(2)が接触固定される取付プレート(3)を具備するヒートシンクにおいて、
その取付プレート(3)の内側に、伝熱可能に第１インナーフィン(4)がその厚み方向の一方側に配置されると共に、その第１インナーフィン(4)の厚み方向の他方側に伝熱可能に第２インナーフィン(5)が配置され、
第１インナーフィン(4)および第２インナーフィン(5)は、多数の帯状のフィン部が冷媒の流通方向に平行に且つ、その流通方向に直交する方向へ定間隔で配置され、
第１インナーフィン(4)の流路間隔（P1）が第２インナーフィン(5)の流路間隔（P2）より小に形成され、
第１インナーフィン(4)の上流端から第２インナーフィン(5)の上流端に、塵埃(12)を受け渡す受け渡し手段(6)が設けられて、流路間隔の小さい第１インナーフィン(4)の上流端で停止する大きさの塵埃を、流路間隔の大きな第２インナーフィン(5)の上流端に導いて、その塵埃が第２インナーフィン(5)を通過するように構成したヒートシンク。
請求項１に記載のヒートシンクにおいて、
前記塵埃(12)の受け渡し手段(6)として、第１インナーフィン(4)の上流端に、その取付プレート(3)の接触端から第２インナーフィン(5)の上流端に向けて下流側に傾斜する塵埃案内面(7)を設けたことを特徴とするヒートシンク。
請求項１に記載のヒートシンクにおいて、
前記塵埃(12)の受け渡し手段(6)として、第１インナーフィン(4)の上流端が、第２インナーフィン(5)の上流端より上流側に配置されて、両フィン(4)(5)の先端部が階段状に形成されたことを特徴とするヒートシンク。
請求項３に記載のヒートシンクにおいて、
第２インナーフィン(5)の上流端よりも上流側に突出した第１インナーフィン(4)の上流端部では、各フィン部間がスリット状に開放されたことを特徴とするヒートシンク。
請求項４に記載のヒートシンクにおいて、
第１インナーフィン(4)の上流端が閉塞され、第２インナーフィン(5)より突出した部分で、第２インナーフィン(5)との境側から冷媒が、その第１インナーフィン(4)に流入できるように形成し、より大きな塵埃(12)は第２インナーフィン(5)に導かれるように構成したヒートシンク。
請求項１〜請求項５のいずれかに記載のヒートシンクにおいて、
一対の前記取付プレート(3)(3)が前記冷媒流路(1)を介して対向して配置され、各取付プレート(3)(3)の内面に一対の前記第１インナーフィン(4)(4)が配置され、その一対の第１インナーフィン(4)(4)間に第２インナーフィン(5)が挟持されたことを特徴とするヒートシンク。
請求項１〜請求項６のいずれかに記載のヒートシンクにおいて、
前記冷媒(13)は、エンジン冷却用のラジエータを流通する冷却水であり、そのラジエータは多数の偏平チューブを有し、その偏平チューブの短径側の内径を（Ａ）とすると、前記第１インナーフィン(4)の流路間隔（P1）がその短径側の内径（Ａ）より小さくされ、第２インナーフィン(5)の流路間隔（P2）をその短径側の内径（Ａ）以上としたことを特徴とするヒートシンク。