JP2014096413A - Facing tandem fin structure and cooler - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、冷却装置及び冷却装置に好適な構造に関するものである。 The present invention relates to a cooling device and a structure suitable for the cooling device.
従来、冷却装置及び冷却装置に好適な構造には、内部の圧力損失を抑制するために、平形ピン(短冊ピン)を多数配列したものがある(例えば、特許文献1参照)。また、放熱フィンと短冊板やピンとを対向させ、短冊板やピンによって、冷却風を乱して冷却性能を構造させたものがある(例えば、特許文献2参照)。さらに、放熱フィンにスリットを設けて、放熱効果を高めたものがある(例えば、特許文献3参照)。 Conventionally, a cooling device and a structure suitable for the cooling device include one in which a number of flat pins (strip pins) are arranged in order to suppress internal pressure loss (see, for example, Patent Document 1). In addition, there is a structure in which cooling fins are structured by disposing cooling fins and strips or pins facing each other and disturbing cooling air with the strips or pins (see, for example, Patent Document 2). Further, there is a heat radiating fin provided with a slit to enhance a heat radiating effect (for example, see Patent Document 3).
電子モジュールに実装する電子部品などの発熱体を冷却する場合、熱の放散により冷却するヒートシンクを有する冷却装置が効果的である。近年、電子モジュールは小型化、高密度実装が求められているため、発熱密度が高くなる傾向にある。さらに、車両、艦船といったプラットフォームに電子モジュール(発熱体)を搭載する場合、質量、空間にも制限がある。 When cooling a heating element such as an electronic component mounted on an electronic module, a cooling device having a heat sink that cools by heat dissipation is effective. In recent years, electronic modules are required to be miniaturized and mounted with high density, and thus the heat generation density tends to increase. Furthermore, when an electronic module (heating element) is mounted on a platform such as a vehicle or a ship, the mass and space are limited.
しかし、特許文献1に記載の構造では、平形ピン(短冊ピン)の面積を大きくすることが困難であるために、冷却効率を上げるにも限界があるという課題があった。また、特許文献1に記載の構造では、平形ピンによって、構造が複雑化するという課題もあった。同じく、特許文献2に記載の構造では、短冊板やピンによって、構造が複雑化するという課題があった。なお、特許文献3に記載の構造では、放熱フィンにスリットを形成する必要があるため、製造工程が複雑化するという課題があった。
However, in the structure described in
この発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、簡便な構造でありながら、限られた空間において従来よりもさらに高熱伝達率、低圧力損失である対向タンデムフィン構造及び冷却装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and has an opposed tandem fin structure and a cooling structure that have a simpler structure but a higher heat transfer rate and lower pressure loss than those of conventional ones in a limited space. An object is to provide an apparatus.
請求項1の発明に係る対向タンデムフィン構造は、第1平板と、この第1平板と対向して配置された第2平板と、それぞれ所定の間隔を隔てて複数形成された第1フィンであって、前記第1フィンの先端と前記第2平板との間は空間が存在し、前記第1フィンの基端が前記第1平板と接触した又は前記第1平板と一体化された第1フィン列と、それぞれ所定の間隔を隔てて複数形成され、前記第1フィンと交互に配列された第2フィンであって、前記第2フィンの先端と前記第1平板との間は空間が存在し、前記第2フィンの基端が前記第2平板と接触した又は前記第2平板と一体化された第2フィン列とを備えたことを特徴とするものである。
The opposed tandem fin structure according to the invention of
請求項2の発明に係る対向タンデムフィン構造は、前記第1平板と前記第2平板との距離が、前記第1フィンの先端から該先端に対向する部分の前記第2平板までの距離よりも長いものである請求項1に記載のものである。
In the opposed tandem fin structure according to the invention of
請求項3の発明に係る対向タンデムフィン構造は、前記第1フィンの先端から該先端に対向する部分の前記第2平板までの距離が、前記第2フィンの先端から該先端に対向する部分の前記第1平板までの距離と等しい請求項1に又は2記載のものである。
The opposing tandem fin structure according to the invention of
請求項4の発明に係る対向タンデムフィン構造は、前記第1フィンの先端から該先端に対向する部分の前記第2平板までの距離が、隣り合う前記第1フィンと前記第2フィンとの距離よりも短いものである請求項1,2,3のいずれかに記載のものである。
In the opposed tandem fin structure according to the invention of
請求項5の発明に係る対向タンデムフィン構造は、前記第1フィン列及び前記第2フィン列が延在する方向に対して交差する断面における、前記第1平板,前記第2平板,前記第1フィン及び前記第2フィンに囲われた空間の断面積は、前記第1フィン列及び前記第2フィン列が延在する方向に対して交差する断面における前記第1フィンの先端と前記第2平板との間の空間の断面積よりも広いものである請求項1〜4のいずれかに記載のものである。
The opposed tandem fin structure according to the invention of
請求項6の発明に係る対向タンデムフィン構造は、前記第1フィン列及び前記第2フィン列は、前記第1フィン列及び前記第2フィン列が延在する方向に交差して分断されて前記第1フィン及び前記第2フィンが点在する構造を有し、前記第1フィン列の分断された部分を挟んで対向する複数の前記第1フィン同士は、段違いに配列され、前記第2フィン列の分断された部分を挟んで対向する複数の前記第2フィン同士は、段違いに配列された求項1〜5のいずれかに記載のものである。
In the opposed tandem fin structure according to the invention of
請求項7の発明に係る対向タンデムフィン構造は、記第1フィン列の分断された部分を挟んで対向する複数の前記第1フィン同士が、前記分断された部分の間に前記第2フィンを挟みこみ、前記第2フィン列の分断された部分を挟んで対向する複数の前記第2フィン同士が、前記分断された部分の間に前記第1フィンを挟みこんでいる請求項6に記載のものである。 In the opposed tandem fin structure according to the seventh aspect of the invention, the plurality of first fins facing each other with the divided portion of the first fin row sandwiched the second fin between the divided portions. The plurality of second fins that are sandwiched and opposed across the divided portion of the second fin row sandwich the first fin between the divided portions. Is.
請求項8の発明に係る冷却装置は、請求項1〜7のいずれかに記載の対向タンデムフィン構造を用いた冷却装置であって、前記第1フィン列及び前記第2フィン列が延在する方向に対して送風して、前記第1平板及び前記第2平板を冷却する送風ファンを備えたことを特徴とするものである。 A cooling device according to an eighth aspect of the present invention is a cooling device using the opposing tandem fin structure according to any one of the first to seventh aspects, wherein the first fin row and the second fin row extend. A blower fan that blows air in a direction and cools the first flat plate and the second flat plate is provided.
請求項9の発明に係る冷却装置は、第1平板と、この第1平板と対向して配置された第2平板と、それぞれ所定の間隔を隔てて複数形成された第1フィンであって、前記第1フィンの先端と前記第2平板との間は空間が存在し、前記第1フィンの基端が前記第1平板と接触した又は前記第1平板と一体化された第1フィン列と、それぞれ所定の間隔を隔てて複数形成され、前記第1フィンと交互に配列された第2フィンであって、前記第2フィンの先端と前記第1平板との間は空間が存在し、前記第2フィンの基端が前記第2平板と接触した又は前記第2平板と一体化された第2フィン列と、前記第1平板における前記第2平板と対向する面と反対側の面に載置された、又は、接触した第1発熱体と、前記第2平板における前記第1平板と対向する面と反対側の面に載置された、又は、接触した第2発熱体と、前記第1フィン列及び前記第2フィン列が延在する方向に対して送風する送風ファンとを備え、前記送風ファンによる送風の風速が、前記第1平板,前記第2平板,前記第1フィン及び前記第2フィンに囲われた部分よりも、前記第1フィンの先端と前記第2平板との間の空間の方が早いことを特徴とするものである。 The cooling device according to the invention of claim 9 is a first flat plate, a second flat plate disposed opposite to the first flat plate, and a plurality of first fins formed at a predetermined interval, respectively. There is a space between the tip of the first fin and the second flat plate, and the first fin row in which the base end of the first fin is in contact with the first flat plate or integrated with the first flat plate, A plurality of second fins that are formed at predetermined intervals and are alternately arranged with the first fins, and there is a space between the tip of the second fin and the first flat plate, A second fin row in which the base end of the second fin is in contact with or integrated with the second flat plate, and the surface of the first flat plate opposite to the surface facing the second flat plate is mounted. The first heating element placed or in contact with the first flat plate in the second flat plate A second heating element placed on or in contact with the surface opposite to the surface to be contacted, and a blower fan that blows air in a direction in which the first fin row and the second fin row extend, The wind speed of the air blown by the blower fan is between the tip of the first fin and the second flat plate rather than the portion surrounded by the first flat plate, the second flat plate, the first fin, and the second fin. It is characterized by the fact that the space is faster.
請求項10の発明に係る冷却装置は、前記第1フィン列及び前記第2フィン列が延在する方向に対して交差する断面における、前記第1平板,前記第2平板,前記第1フィン及び前記第2フィンに囲われた空間の断面積が、前記第1フィン列及び前記第2フィン列が延在する方向に対して交差する断面における前記第1フィンの先端と前記第2平板との間の空間の断面積よりも広いものである請求項9に記載のものである。 The cooling device according to a tenth aspect of the present invention is the cooling device, wherein the first flat plate, the second flat plate, the first fin, and the cross section intersecting a direction in which the first fin row and the second fin row extend. The cross-sectional area of the space surrounded by the second fin is between the tip of the first fin and the second flat plate in a cross section intersecting the direction in which the first fin row and the second fin row extend. It is a thing of Claim 9 which is wider than the cross-sectional area of the space between.
請求項11の発明に係る冷却装置は、前記第1フィン列及び前記第2フィン列が、前記第1フィン列及び前記第2フィン列が延在する方向に交差して分断されて前記第1フィン及び前記第2フィンが点在する構造を有し、前記第1フィン列の分断された部分を挟んで対向する複数の前記第1フィン同士は、段違いに配列され、前記第2フィン列の分断された部分を挟んで対向する複数の前記第2フィン同士は、段違いに配列された請求項9又は10に記載のものである。 In the cooling device according to an eleventh aspect of the present invention, the first fin row and the second fin row are divided so as to intersect in a direction in which the first fin row and the second fin row extend. A plurality of the first fins facing each other across the divided portion of the first fin row are arranged in steps, and the fins and the second fins are scattered. The plurality of second fins facing each other across the divided portion are arranged in a stepwise manner.
請求項12の発明に係る対向タンデムフィン構造は、第1平板と、この第1平板と対向して配置された第2平板と、それぞれ所定の間隔を隔てて複数形成された第1フィンであって、前記第1フィンの先端と前記第2平板との間は空間が存在し、前記第1フィンの基端が前記第1平板と接触した又は前記第1平板と一体化された第1フィン列と、それぞれ所定の間隔を隔てて複数形成され、前記第1フィンと交互に配列された第2フィンであって、前記第2フィンの先端と前記第1平板との間は空間が存在し、前記第2フィンの基端が前記第2平板と接触した又は前記第2平板と一体化された第2フィン列と、それぞれ所定の間隔を隔てて複数形成された第3フィンであって、前記第3フィンの先端と前記第2平板との間は空間が存在し、前記第3フィンの基端が前記第1平板と接触した又は前記第1平板と一体化された第3フィン列と、それぞれ所定の間隔を隔てて複数形成され、前記第3フィンと交互に配列された第4フィンであって、前記第4フィンの先端と前記第1平板との間は空間が存在し、前記第4フィンの基端が前記第2平板と接触した又は前記第2平板と一体化された第4フィン列とを備え、前記第1フィン列と前記第4フィン列とが同じ直線状に配列され、前記第2フィン列と前記第3フィン列とが同じ直線状に配列されたことを特徴とするものである。 The opposed tandem fin structure according to the invention of claim 12 is a first flat plate, a second flat plate arranged to face the first flat plate, and a plurality of first fins formed at predetermined intervals. Thus, there is a space between the tip of the first fin and the second flat plate, and the first fin is in contact with or integrated with the first flat plate at the base end of the first fin. A plurality of rows and a plurality of second fins formed at predetermined intervals and arranged alternately with the first fins, and there is a space between the tip of the second fin and the first flat plate. A second fin row in which a base end of the second fin is in contact with the second flat plate or integrated with the second flat plate, and a plurality of third fins formed at predetermined intervals, respectively. There is a space between the tip of the third fin and the second flat plate, A plurality of third fin rows whose base ends of the third fins are in contact with the first flat plate or integrated with the first flat plate are formed at predetermined intervals, and are arranged alternately with the third fins. A fourth fin, wherein a space exists between a tip of the fourth fin and the first flat plate, and a base end of the fourth fin is in contact with the second flat plate or integrated with the second flat plate. The first fin row and the fourth fin row are arranged in the same straight line, and the second fin row and the third fin row are arranged in the same straight line. It is characterized by that.
請求項13の発明に係る冷却装置は、請求項12に記載の対向タンデムフィン構造を用いた冷却装置であって、前記第1フィン列及び前記第2フィン列、並び、前記第3フィン列及び前記第4フィン列が延在する方向に対して送風して、前記第1平板及び前記第2平板を冷却する送風ファンを備えたことを特徴とするものである。 A cooling device according to a thirteenth aspect of the present invention is the cooling device using the opposed tandem fin structure according to the twelfth aspect, wherein the first fin row and the second fin row, the third fin row, It is characterized by comprising a blower fan that blows air in a direction in which the fourth fin row extends to cool the first flat plate and the second flat plate.
請求項14の発明に係る冷却装置は、第1平板と、この第1平板と対向して配置された第2平板と、それぞれ所定の間隔を隔てて複数形成された第1フィンであって、前記第1フィンの先端と前記第2平板との間は空間が存在し、前記第1フィンの基端が前記第1平板と接触した又は前記第1平板と一体化された第1フィン列と、それぞれ所定の間隔を隔てて複数形成され、前記第1フィンと交互に配列された第2フィンであって、前記第2フィンの先端と前記第1平板との間は空間が存在し、前記第2フィンの基端が前記第2平板と接触した又は前記第2平板と一体化された第2フィン列と、それぞれ所定の間隔を隔てて複数形成された第3フィンであって、前記第3フィンの先端と前記第2平板との間は空間が存在し、前記第3フィンの基端が前記第1平板と接触した又は前記第1平板と一体化された第3フィン列と、それぞれ所定の間隔を隔てて複数形成され、前記第3フィンと交互に配列された第4フィンであって、前記第4フィンの先端と前記第1平板との間は空間が存在し、前記第4フィンの基端が前記第2平板と接触した又は前記第2平板と一体化された第4フィン列と、前記第1平板における前記第2平板と対向する面と反対側の面に載置された、又は、接触した第1発熱体と、前記第2平板における前記第1平板と対向する面と反対側の面に載置された、又は、接触した第2発熱体と、前記第1フィン列及び前記第2フィン列が延在する方向に対して送風する送風ファンとを備え、前記送風ファンによる送風の風速が、前記第1平板,前記第2平板,前記第1フィン及び前記第2フィンに囲われた部分よりも、前記第1フィンの先端と前記第2平板との間の空間の方が早く、前記送風ファンによる送風の風速が、前記第1平板,前記第2平板,前記第3フィン及び前記第4フィンに囲われた部分よりも、前記第3フィンの先端と前記第2平板との間の空間の方が早いことを特徴とするものである。 A cooling device according to a fourteenth aspect of the present invention is a first fin formed by a plurality of first flat plates, second flat plates arranged to face the first flat plates, and spaced apart from each other by a predetermined distance. There is a space between the tip of the first fin and the second flat plate, and the first fin row in which the base end of the first fin is in contact with the first flat plate or integrated with the first flat plate, A plurality of second fins that are formed at predetermined intervals and are alternately arranged with the first fins, and there is a space between the tip of the second fin and the first flat plate, A second fin array in which a base end of the second fin is in contact with the second flat plate or integrated with the second flat plate, and a plurality of third fins each formed at a predetermined interval; There is a space between the tip of the 3 fin and the second flat plate, A plurality of third fin rows whose ends are in contact with the first flat plate or integrated with the first flat plate, and a plurality of fourth fins formed at predetermined intervals and arranged alternately with the third fins; And there is a space between the tip of the fourth fin and the first flat plate, and a base end of the fourth fin is in contact with the second flat plate or integrated with the second flat plate. The fin array, the first heating element placed on or in contact with the surface of the first flat plate opposite to the surface facing the second flat plate, and the first flat plate of the second flat plate are opposed to each other. A second heating element placed on or in contact with the surface opposite to the surface, and a blower fan for blowing air in a direction in which the first fin row and the second fin row extend, The air velocity of the air blown by the blower fan is such that the first flat plate, the second flat plate, and the first flow rate. The space between the tip of the first fin and the second flat plate is faster than the portion surrounded by the second fin and the second fin. The space between the tip of the third fin and the second flat plate is earlier than the portion surrounded by the second flat plate, the third fin, and the fourth fin.
以上のように、請求項1〜6及び12に係る発明によれば、冷却効率を高めることと内部の圧力損失を抑制することを両立し得る対向タンデムフィン構造を得ることができる。
As described above, according to the inventions according to
請求項7〜10及び13,14に係る発明によれば、冷却効率を高めることと内部の圧力損失を抑制することを両立し得る冷却装置を得ることができる。 According to the invention which concerns on Claims 7-10, and 13 and 14, the cooling device which can improve cooling efficiency and suppress internal pressure loss can be obtained.
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1について図1〜9を用いて説明する。図1〜9において、1は第1平板(第1放熱板)、2は第1平板1と対向して配置された第2平板(第2放熱板)である。3はそれぞれ所定の間隔(距離D1)を隔てて複数形成された第1フィン(第1放熱フィン)、3rは第1フィン3の先端と第2平板2との間は空間が存在し、第1フィン3の基端が第1平板1と接触した又は第1平板1と一体化された第1フィン列(第1放熱フィン列)である。第1フィン3の先端と第2平板2との間の距離は、距離d3である。4はそれぞれ所定の間隔(距離D2)を隔てて複数形成された第2フィン(第2放熱フィン)、4rは第2フィン4の先端と第1平板1との間は空間が存在し、第2フィン4の基端が第2平板2と接触した又は第2平板2と一体化された第2フィン列(第2放熱フィン列)である。第2フィン4の先端と第1平板1との間の距離は、距離d4である。第1平板1において第1フィン3(第1フィン列3r)が延在する方向に平行な側部は、第1平板1の第1フィン3が形成された平坦部分(平板部分)に対して突起した壁状の第1平板縁端部1eが形成されている。同じく、第2平板2において第2フィン4(第2フィン列4r)が延在する方向に平行な側部は、第2平板2の第2フィン4が形成された平坦部分(平板部分)に対して突起した壁状の第2平板縁端部2eが形成されている。実施の形態1に係る対向タンデムフィン構造では、第1フィン3(第1フィン列3r)及び第2フィン4(第2フィン列4r)が延在する方向に風が流れるようになっている。第1平板1と第2平板2とが同じものであってもよい。この場合は平板12と称する場合がある。第1平板1と第2平板2とが同じものである場合は、第1フィン3及び第2フィン4とはフィン34(放熱フィン34,冷却フィン34)と称する場合がある。第1平板1と第2平板2とが同じものである場合は、第1フィン列3r及び第2フィン列4rとはフィン列34r(放熱フィン列34r,冷却フィン列34r)と称する場合がある。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
図1〜9において、5は第1平板1における第2平板2と対向する面と反対側の面に載置された、又は、接触した第1発熱体、6は第2平板2における第1平板1と対向する面と反対側の面に載置された、又は、接触した第2発熱体、第1発熱体5及び第2発熱体6は、電子モジュールに実装する電子部品や電子モジュール自体を含む発熱する物体(例えば、基板)で、第1平板1及び第2平板2に直接又は間接的に接触させることができるものである。第1発熱体(第2発熱体6)を間接的に第1平板1(第2平板2)へ載置又は接触させる場合は、第1発熱体(第2発熱体6)と第1平板1(第2平板2)との間に放熱シート(放熱フィルム),放熱コンパウンド(放熱グリース),放熱用充填剤を配置する場合などが考えられる。7は第1フィン列3r及び第2フィン列4rが延在する方向に対して送風する送風ファン(送風機)である。送風ファン7はヒートシンクの空冷用に用いる一般的なものでよく、第1フィン3(第1フィン列3r)及び第2フィン4(第2フィン列4r)が延在する方向に風が流れるように冷却風を送風できるものであればよい。8は第1平板1と第2平板とを固定する固定具である。固定具8は、第1平板1と第2平板2とを締結するネジやボルトなどが想定される。また、本願では、固定具8は、第1平板1の側方に形成された第1平板固定部1fと、第2平板2の側方に形成された第2平板固定部2fとを固定(締結)するものを図示しているが、これに限るものではない。なお、第1平板固定部1fと第1平板縁端部1eとは連続して形成されていてもよい。同じく、第2平板固定部2fと第2平板縁端部2eとは連続して形成されてもよい。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
1 to 9,
また、距離D1と距離D2とは等しいので、単に、距離Dを称する場合がある。距離D1は、(2×d1+第2フィン4の厚み)/2に相当し、距離D2は、(2×d1+第1フィン3の厚み)/2に相当する。なお、第1平板1の平坦部分と第2平板2の平坦部分との距離は距離d2である。よって、「距離d2=距離d3+第1フィン3の高さ」,「距離d2=距離d4+第2フィン4の高さ」となる。第1平板1と第2平板2とを距離d2の間隔で配置及び維持するために、第1平板縁端部1e(第1平板固定部1f)と第2平板縁端部2e(第2平板固定部2f)とを重ね合わせる。つまり、第1フィン3の先端が第2平板2の平坦部分に接触しないように(第2フィン4の先端が第1平板1の平坦部分に接触しないように)、第1平板縁端部1e(第1平板固定部1f)及び第2平板縁端部2e(第2平板固定部2f)を形成する必要がある。なお、本願では、第1平板1及び第2平板2を高発熱エリアと称する場合があるが、これは、第1平板1及び第2平板2自体が発熱している場合だけでなく、第1発熱体5及び第2発熱体6が発した熱が伝導している場合も含んでいる。もちろん、第1平板1と第1発熱体5とが一体化していてもよいし、第2平板2と第2発熱体6とが一体化していてもよい。また、第1フィン列3rと第2フィン列4rとに挟まれた空間が風路となる。隣り合う風路は、第1フィン列3rと第2フィン列4rとの分断部分によって連通している。
Further, since the distance D1 and the distance D2 are equal, the distance D may be simply referred to. The distance D1 corresponds to (2 × d1 + the thickness of the second fin 4) / 2, and the distance D2 corresponds to (2 × d1 + the thickness of the first fin 3) / 2. The distance between the flat portion of the first
ここで、図1,図2,図5の詳細を説明する。図1(a)は第1平板1を側方から見た図、図1(b)第1平板1を第1フィン3が形成された側から見た図、図1(c)は第2平板2を側方から見た図、図1(d)第2平板2を第2フィン4が形成された側から見た図、図2(a)は第1平板1を側方から見た模式図、図1(b)第1平板1を第1フィン3が形成された側から見た模式図、図1(c)は第2平板2を側方から見た模式図、図1(d)第2平板2を第2フィン4が形成された側と反対側から見た模式図である。このため、図1(d)では第2フィン4を点線で透視表示している。
Here, details of FIGS. 1, 2, and 5 will be described. 1A is a view of the first
図2(e)は第1平板1と第2平板2とを対向させた状態で側方から見た模式図、図2(f)は第1平板1と第2平板2とを距離d2で固定した状態で側方から見た模式図であり、図2(f)は図2(e)の点線で示す円の付近の拡大図に相当するものである。また、図2(f)は図2(e)の点線で示す円の付近の拡大断面図(第1フィン列3r及び第2フィン列4rが延在する方向に対して交差する断面図)にも相当するものである。図2(f)に示す第1平板1の平坦部分と第2平板2の平坦部分との距離はd2である。さらに、空間Wは、図2(f)に示すように、第1平板1,第2平板2,第1フィン3及び第2フィン4に囲われた空間である。空間N1は、図2(f)に示すように、第1フィン3の先端と第2平板2との間の空間である。空間N2は、図2(f)に示すように、第2フィン4の先端と第1平板1との間の空間である。
FIG. 2 (e) is a schematic view seen from the side with the first
図5(a)は対向タンデムフィン構造を側方から見た図、図5(b)は図5(a)に示す線分S−Sで切った対向タンデムフィン構造の断面図、図5(c)は図5(b)に示す線分A−Aで切った対向タンデムフィン構造の断面図、図5(d)は図5(b)に示す線分B−Bで切った対向タンデムフィン構造の断面図、図5(e)は図5(c)に示す線分C−Cで切った対向タンデムフィン構造の断面図である。 5A is a side view of the opposing tandem fin structure, FIG. 5B is a cross-sectional view of the opposing tandem fin structure taken along line S-S shown in FIG. 5A, and FIG. c) is a cross-sectional view of the opposing tandem fin structure cut along line AA shown in FIG. 5 (b), and FIG. 5 (d) is the opposing tandem fin cut along line BB shown in FIG. 5 (b). FIG. 5E is a cross-sectional view of the opposing tandem fin structure taken along line CC shown in FIG. 5C.
なお、図3は図1(b)に相当し、図4は図1(d)に相当する図(第2フィン4を点線で透視表示)である。また、図6は図5(c)に示す断面図の一部を拡大したものである。さらに、図2(f),図5(d)(e),図7,図8に示す断面図は、第1フィン列3r及び第2フィン列4rが延在する方向に対して交差する断面におけるもののうち、第1フィン列3r及び第2フィン列4rが延在する方向に対して直交するものを例示している。
FIG. 3 corresponds to FIG. 1B, and FIG. 4 corresponds to FIG. 1D (the
図1は第1平板1と第2平板2とを分解した状態を示している。図1(a)(b)及び図2(a)(b)に示すように、第1平板1には、平坦部分(平板部分)に複数の第1フィン3が形成されている。図1(c)(d)及び図2(c)(d)に示すように、第2平板2には、平坦部分(平板部分)に複数の第2フィン4が形成されている。なお、図2(f)に示すように、第1フィン3と第2平板2とが対向し、第2フィン4と第1平板1とが対向しており、さらに、第1フィン3と第2フィン4とが交互に配列され、縦に並んだタンデム状になる。このような状態の第1フィン3及び第2フィン4を、本願では、対向タンデムフィンと称する。つまり、本願は、対向タンデムフィンを有する対向タンデムフィン構造に関するものである。この対向タンデムフィン構造は、発熱する部品である発熱体(第1発熱体5,第2発熱体6)を冷却するヒートシンクとしての構造(形状)である。詳しくは、ヒートシンクの冷却フィン(放熱フィン)形状を提供するものである。
FIG. 1 shows a state in which the first
また、図3に示すように、第1平板1における第1フィン3(第1フィン列3r)は、点線で示す第1列に並んだ複数の第1フィン3と、点線で示す第2列に並んだ複数の第1フィン3とは、一点鎖線が囲われた分断部分を挟んで、段違いに配列されている。つまり、第1平板1における第1フィン3(第1フィン列3r)は、第1フィン列3rが延在する方向に交差して分断されて第1フィン3が点在する構造を有し、第1フィン列3rの分断された部分(図3に示す一点鎖線が囲われた分断部分)を挟んで対向する複数の第1フィン3同士は、段違いに配列されているといえる。
Further, as shown in FIG. 3, the first fins 3 (
同じく、図4に示すように、第2平板2における第2フィン4(第2フィン列4r)は、点線で示す第1列に並んだ複数の第2フィン4と、点線で示す第2列に並んだ複数の第2フィン4とは、一点鎖線が囲われた分断部分を挟んで、段違いに配列されている。つまり、第2平板2における第2フィン4(第2フィン列4r)は、第2フィン列4rが延在する方向に交差して分断されて第2フィン4が点在する構造を有し、第2フィン列4rの分断された部分(図3に示す一点鎖線が囲われた分断部分)を挟んで対向する複数の第2フィン4同士は、段違いに配列されているといえる。
Similarly, as shown in FIG. 4, the second fins 4 (second fin row 4r) in the second
よって、第1平板1と第2平板2とを重ね合わせて実施の形態1に係る対向タンデムフィン構造を構成すると、実施の形態1に係る対向タンデムフィン構造は、第1フィン列3r及び第2フィン列4rが、第1フィン列3及び第2フィン列4が延在する方向に交差して分断されて第1フィン3及び第2フィン4が点在する構造を有し、第1フィン列3rの分断された部分を挟んで対向する複数の第1フィン3同士は、段違いに配列され、第2フィン列4rの分断された部分を挟んで対向する複数の第2フィン4同士は、段違いに配列されている。なお、図3及び図4では、第1列と第2列と図示した「列」に対して説明したが、これは他の列でも成り立つことである。また、図3及び図4では、一例として、一ヶ所の分断部分を示したが、この場所以外の分断部分でもよいことはいうまでもない。
Therefore, when the opposing tandem fin structure according to the first embodiment is configured by overlapping the first
図3に示す第1平板1と図4に示す第2平板とを重ね合わせて、第1平板1の平坦部分と第2平板2の平坦部分とを距離を「距離d2」に維持するようにすれば、図5に示す対向タンデムフィン構造が構成される。図5では、第1平板1と第2平板2とは固定具8(ネジ)で締結され、対向タンデムフィンとなっている。このような対向タンデムフィンを有する対向タンデムフィン構造は、平板12を2枚用い、対向させて第1フィン3と第2フィン2をクリアランスである空間N1と空間N2を確保して噛み合わせる構造をとっている。フィン34はベース面(第1平板1の平坦面,第2平板2)の上に起立して形成されており、フィン34が伸びる方向に平行に複数列に配列されている(フィン列34r)。図5では、フィン列34rがそれぞれ12分割されているが、適宜変更可能である。フィン列34rの列数に関しても、適宜変更可能である。
The first
これらのフィン列34rにおいて、分断部分を挟んで、隣り合うものでは、図5(d)(e)に示すように、それぞれの第1フィン3と第2フィン4との位置がずれるように配列されている。これによって、フィン34がずれているので、対向タンデムフィン構造の内部にあるフィン34にも冷却風が当たり、熱伝達率が向上する。詳しくは、図5(c)に示すように、第1フィン3が並べられた第1フィン列3rが分断され、ずれた部分に、分断された第2フィン4が配置されている、換言すると、第2フィン4が並べられた第2フィン列4rが分断され、ずれた部分に、分断された第1フィン3が配置されている。
In these fin rows 34r, the adjacent ones across the dividing portion are arranged so that the positions of the
つまり、特に、図5(c)及び図7から明らかなように、第1フィン3と第2フィンとが交互に直線状に配列されていることで、空間Wを広く設定することが容易となる。第1フィン3と第2フィンとが交互に直線状に配列されているとは、第1フィン列3rの分断された部分を挟んで対向する複数の第1フィン3同士は、分断された部分の間に第2フィン4を挟みこみ、第2フィン列4rの分断された部分を挟んで対向する複数の第2フィン4同士は、分断された部分の間に第1フィン3を挟みこんでいることを指す。
That is, in particular, as is apparent from FIGS. 5C and 7, the
よって、対向タンデムフィン構造の内部にあるフィン34では、図6及び図7に示すように、空間N1を流れる冷却風を含む冷却風が第2フィン4の基端部分(根元部分)に当り、その第2フィン4が冷却される。また、図6及び図7に示すように、空間N2を流れる冷却風を含む冷却風が第1フィン3の基端部分(根元部分)に当り、その第1フィン3が冷却される。したがって、対向タンデムフィン構造の内部にあるフィン34によるベース面(平板12の平坦部分)近傍の高発熱エリアの冷却が促進される。
Therefore, in the fin 34 inside the opposed tandem fin structure, as shown in FIGS. 6 and 7, the cooling air including the cooling air flowing through the space N1 hits the proximal end portion (root portion) of the
また、フィン34による対向タンデムフィンは第1フィン3と第2フィン4とを噛み合わせる構造を取ることにより、空間Wよりも、空間N1及び空間N2におけるベース面(平板12の平坦部分)近傍の高発熱エリアにおける冷却風の速度を増すことができる。空間N1及び空間N2よりも空間Wを広く取ることで、対向タンデムフィン構造の内部の圧力損失を抑えることができる。その結果、同じ風量を流した場合、従来のヒートシンクと同等の圧力損失でありながら、高い熱伝達率を得ることができる。
Further, the opposing tandem fins formed by the fins 34 have a structure in which the
フィン34による対向タンデムフィンは第1フィン3(第1フィン列3r)と第2フィン4(第2フィン列4r)とを対向させて噛み合わせ、一定のクリアランス(空間W,空間N1,空間N2)を保持する構造のヒートシンクといえる。本願では、一定のクリアランス(空間W,空間N1,空間N2)を得るために、図5(a)に示すように、固定具8にネジ8を選択し、このネジ8によって、平板12を締結する場合を示している。しかし、クリアランスを保持することができれば、特に手段は問わない。クリアランス量((空間W,空間N1,空間N2の容積)は冷却するもの(第1発熱体5,第2発熱体6)の場合によって変更、調節する。
The opposing tandem fins formed by the fins 34 mesh with the first fins 3 (
実施の形態1に係る対向タンデムフィン構造は、空間Wよりも、空間N1及び空間N2におけるベース面(平板12の平坦部分)近傍の高発熱エリアにおける冷却風の速度を早くするためには、図6及び図2(f)に示すような構造を採用すればよい。図6及び図2(f)に示す対向タンデムフィン構造は、第1フィン列3r及び第2フィン列4rが延在する方向に対して交差する断面における、第1平板1,第2平板2,第1フィン3及び第2フィン4に囲われた空間Wの断面積は、第1フィン列3r及び第2フィン列4rが延在する方向に対して交差する断面における第1フィン3の先端と第2平板2との間の空間N1の断面積よりも広いものである。同じく、図6及び図2(f)に示す対向タンデムフィン構造は、第1フィン列3r及び第2フィン列4rが延在する方向に対して交差する断面における、第1平板1,第2平板2,第1フィン3及び第2フィン4に囲われた空間Wの断面積は、第1フィン列3r及び第2フィン列4rが延在する方向に対して交差する断面における第2フィン4の先端と第1平板1との間の空間N2の断面積よりも広いものである。
The counter tandem fin structure according to the first embodiment is more effective than the space W in order to increase the cooling air speed in the high heat generation area near the base surfaces (flat portions of the flat plate 12) in the spaces N1 and N2. 6 and the structure as shown in FIG. The counter tandem fin structure shown in FIG. 6 and FIG. 2 (f) has a first
同じく、実施の形態1に係る対向タンデムフィン構造が、空間Wよりも、空間N1及び空間N2におけるベース面(平板12の平坦部分)近傍の高発熱エリアにおける冷却風の速度を早くするための第1平板1,第2平板2,第1フィン3(第1フィン列3r),第2フィン4(第2フィン列4r)の位置関係(距離関係)は、図8(図6と同じ位置関係)及び図2(f)に示すように、第1平板1と第2平板2との距離d1が、第1フィン3の先端から該先端に対向する部分の第2平板2までの距離d3よりも長いものとなっている。また、第1フィン3の先端から該先端に対向する部分の第2平板2までの距離d3が、隣り合う第1フィン1と第2フィン4との距離d1よりも短いものとなっている。また、図8(図6と同じ位置関係)及び図2(f)に示すように、第1平板1と第2平板2との距離d1が、第2フィン4の先端から該先端に対向する部分の第1平板1までの距離d4よりも長いものとなっている。また、第2フィン4の先端から該先端に対向する部分の第1平板1までの距離d4が、隣り合う第1フィン1と第2フィン4との距離d1よりも短いものとなっている。
Similarly, the opposed tandem fin structure according to the first embodiment is faster than the space W in order to increase the speed of the cooling air in the high heat generation area near the base surfaces (flat portions of the flat plate 12) in the spaces N1 and N2. The positional relationship (distance relationship) of the first
したがって、実施の形態1に係る対向タンデムフィン構造は、クリアランスを調節することで過剰でも不足でもない適切な熱伝達率を保持できるヒートシンク構造を容易に得ることができる。なお、実施の形態1に係る対向タンデムフィン構造において、第1フィン3の先端から該先端に対向する部分の第2平板2までの距離が、第2フィン4の先端から該先端に対向する部分の第1平板1までの距離と等しくすることで、第1平板1と第2平板2とを同じものを使用することができる。また、このような構造の場合は、空間N1と空間N2とが同じ容積になる。
Therefore, the counter tandem fin structure according to
次に、実施の形態1に係る冷却装置について説明を行う。実施の形態1に係る冷却装置は、実施の形態1に係る対向タンデムフィン構造を用いた冷却装置であって、図9(点線矢印は、風の流れを示している)に示すように、第1フィン列3r及び第2フィン列4rが延在する方向に対して送風することで、風路に冷却風を送って第1平板1及び第2平板2を冷却する送風ファン7を備えたものである。第1フィン列3r及び第2フィン列4rが延在する方向に対して送風する送風ファン7は、第1平板1及び第2平板2と一体であってもよい。
Next, the cooling device according to
前述した実施の形態1に係る対向タンデムフィン構造におけるクリアランスによって、実施の形態1に係る冷却装置は、送風ファン7による送風の風速が、第1平板1,第2平板2,第1フィン3及び第2フィン4に囲われた部分よりも、第1フィン3の先端と第2平板2との間の空間の方が早くなる。よって、実施の形態1に係る冷却装置は、内部の圧力損失を抑えることができる。その結果、同じ風量を流した場合、従来のヒートシンクを用いた冷却装置と同等の圧力損失でありながら、高い熱伝達率を得ることができる。
Due to the clearance in the opposed tandem fin structure according to the first embodiment described above, the cooling device according to the first embodiment allows the air velocity of the air blown by the
図10及び図11は、それぞれ、図3及び図4に記載された第1平板1及び第2平板を別の観点で記載したものであり、実際上は、同一のものである。図10及び図11において、9はそれぞれ所定の間隔(距離D1)を隔てて複数形成された第3フィン(第3放熱フィン)、9rは第3フィン9の先端と第2平板2との間は空間が存在し、第3フィン9の基端が第1平板1と接触した又は第1平板1と一体化された第3フィン列(第3放熱フィン列)である。第3フィン9の先端と第2平板2との間の距離は、距離d3である。10はそれぞれ所定の間隔(距離D2)を隔てて複数形成された第4フィン(第4放熱フィン)、10rは第4フィン10の先端と第1平板1との間は空間が存在し、第4フィン10の基端が第2平板2と接触した又は第2平板2と一体化された第4フィン列(第4放熱フィン列)である。第4フィン10の先端と第1平板1との間の距離は、距離d4である。第1平板1において第3フィン9(第3フィン列9r)が延在する方向に平行な側部は、第1平板1の第3フィン9が形成された平坦部分(平板部分)に対して突起した壁状の第1平板縁端部1eが形成されている。同じく、第2平板2において第4フィン10(第4フィン列10r)が延在する方向に平行な側部は、第2平板2の第4フィン10が形成された平坦部分(平板部分)に対して突起した壁状の第2平板縁端部2eが形成されている。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
10 and 11 show the first
これまでは、実施の形態1に係る対向タンデムフィン構造(実施の形態1に係る冷却装置)を第1フィン3と第2フィンとが交互に直線状に配列されている。つまり、第1フィン列3rの分断された部分を挟んで対向する複数の第1フィン3同士は、分断された部分の間に第2フィン4を挟みこみ、第2フィン列4rの分断された部分を挟んで対向する複数の第2フィン4同士は、分断された部分の間に第1フィン3を挟みこんでいるとして説明してきた。しかし、実施の形態1に係る対向タンデムフィン構造(実施の形態1に係る冷却装置)は、図10及び図11に示すように、第1フィン3と第3フィン9とが交互に形成され、第2フィン4と第4フィン10とが交互に設けられ、第1フィン列3r,第3フィン列9rが第1平板1に形成され、第2フィン列4r,第4フィン列10rが第2平板1に形成されていると解してもよい。
Until now, the
つまり、実施の形態1に係る対向タンデムフィン構造(実施の形態1に係る冷却装置)は、第1平板1と、この第1平板1と対向して配置された第2平板2と、それぞれ所定の間隔を隔てて複数形成された第1フィン3であって、第1フィン3の先端と第2平板2との間は空間が存在し、第1フィン3の基端が第1平板1と接触した又は第1平板1と一体化された第1フィン列3rと、それぞれ所定の間隔を隔てて複数形成され、第1フィン3と交互に配列された第2フィン4であって、第2フィン4の先端と第1平板1との間は空間が存在し、第2フィン4の基端が第2平板2と接触した又は第2平板2と一体化された第2フィン列4rと、それぞれ所定の間隔を隔てて複数形成された第3フィン9であって、第3フィン9の先端と第2平板2との間は空間が存在し、第3フィン9の基端が第1平板1と接触した又は第1平板1と一体化された第3フィン列9rと、それぞれ所定の間隔を隔てて複数形成され、第3フィン9と交互に配列された第4フィン10であって、第4フィン10の先端と第1平板1との間は空間が存在し、第4フィン10の基端が第2平板2と接触した又は第2平板2と一体化された第4フィン列10rとを備えたものといえる。
That is, the opposed tandem fin structure (cooling device according to the first embodiment) according to the first embodiment includes a first
また、実施の形態1に係る対向タンデムフィン構造(実施の形態1に係る冷却装置)は、第1フィン列3rと第4フィン列10rとが同じ直線状に配列され、第2フィン列4rと第3フィン列9rとが同じ直線状に配列されているといえる。つまり、図10に第1行と示した複数の第1フィン3と図10に第2行と示した複数の第3フィン9とは、同じ構成のフィンがずれて配置されているものである。同じく、図11に第1行と示した複数の第2フィン4と図11に第2行と示した複数の第4フィン10とは、同じ構成のフィンがずれて配置されているものである。ゆえに、第3フィン9(第3フィン列9r)及び第4フィン10(第4フィン列10r)に関しても、クリアランスである空間W,空間N1,空間N2は、第1フィン3(第1フィン列3r)及び第2フィン4(第2フィン列4r)と同様のこと(位置関係・距離関係)がいえる。
Further, in the counter tandem fin structure according to the first embodiment (cooling device according to the first embodiment), the
よって、実施の形態1に係る冷却装置は、第1フィン列3r及び第2フィン列4r、並びに、第3フィン列9r及び第4フィン列10rが延在する方向に対して送風して、第1平板1(第1発熱体5)及び第2平板2(第2発熱体6)を冷却する送風ファン7を備えたものといえる。
Therefore, the cooling device according to the first embodiment blows air in the direction in which the
1・・第1平板(第1放熱板)、1e・・第1平板縁端部、1f・・第1平板固定部、2・・第2平板(第2放熱板)、2e・・第2平板縁端部、2f・・第2平板固定部、12・・平板、3・・第1フィン(第1放熱フィン)、3r・・第1フィン列(第1放熱フィン列)、4・・第2フィン(第2放熱フィン)、4r・・第2フィン列(第2放熱フィン列)、34・・フィン(放熱フィン,冷却フィン)、34・・フィン列(放熱フィン列,冷却フィン列)、5・・第1発熱体、6・・第2発熱体、7・・送風ファン(送風機)、8・・固定具(ボルト,ネジなど)、9・・第3フィン(第3放熱フィン)、9r・・第3フィン列(第3放熱フィン列)、10・・第4フィン(第4放熱フィン)、10r・・第4フィン列(第4放熱フィン列)。
1 ··· 1st flat plate (first heat dissipation plate), 1e · · 1st flat plate edge, 1f · · 1st flat plate fixing portion, 2 · · 2nd flat plate (second heat dissipation plate), 2e · · · 2
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