JP2016086018A - heat sink - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子機器に用いるヒートシンクに関し、特に、放熱フィンの形状に関するものである。 The present invention relates to a heat sink used for an electronic device, and particularly relates to the shape of a radiation fin.
例えば、特開2013−098530号公報(特許文献1)では、放熱フィンによって形成される流路断面積の総和について、冷却冷媒が下流へ進むに応じて増加させるよう当該フィンの形状・配列が工夫されている。 For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-098530 (Patent Document 1), the shape and arrangement of the fins are devised so that the sum of the cross-sectional areas of the flow paths formed by the heat radiating fins increases as the cooling refrigerant advances downstream. Has been.
しかしながら、特許文献1の技術によれば、ヒートシンクへ冷却冷媒が流入する際、其処での流路断面積を十分に確保していないと、当該ヒートシンクの上流側での圧力損失が上昇し、結果として冷却効率を低下させるとの問題を招く。また、上流側の放熱フィンの間隔を広げて流路断面を確保しようとすると、その領域での冷却効率を低下させてしまう。 However, according to the technology of Patent Document 1, when the cooling refrigerant flows into the heat sink, if the flow passage cross-sectional area there is not sufficiently secured, the pressure loss on the upstream side of the heat sink increases, and as a result As a result, the cooling efficiency is lowered. Moreover, if it is going to widen the space | interval of an upstream radiation fin and ensure a flow-path cross section, the cooling efficiency in the area | region will fall.
本発明は上記課題に鑑み、有意なフィン配列によって冷却効率を維持させつつ、圧力損失の発生を可能な限り抑え得るヒートシンクの提供を目的とする。 In view of the above problems, the present invention has an object to provide a heat sink that can suppress the generation of pressure loss as much as possible while maintaining the cooling efficiency by a significant fin arrangement.
上記課題を解決するため、本発明では次のようなヒートシンクの構成とする。即ち、基礎体と、前記基礎体の一方の面に形成される領域であって発熱性素子を熱源とする熱量を受熱する受熱領域と、前記基礎体の他方の面に形成され前記熱量を冷媒流体へ放熱させる複数の放熱フィンとを備えるヒートシンクにおいて、
前記複数の放熱フィンは、一の放熱フィン又は二以上の放熱フィンによって成り前記冷媒流体の最上流側に先端部位が配置された上流側放熱フィンと、二以上の放熱フィンによって成り前記第1の放熱フィンよりも下流側に先端部位が配置された下流側放熱フィンとを備え、
前記下流側放熱フィンは、前記上流側放熱フィンによって区画される各流路での圧力損失を略一致させる各部位に、放熱フィンの先端部位が各々配列されていることとする。
In order to solve the above problems, the present invention has the following heat sink configuration. That is, a base body, a heat receiving region that receives heat from a heat-generating element as a heat source, and a region formed on one surface of the base body, and the heat amount formed on the other surface of the base body In a heat sink comprising a plurality of heat radiating fins that radiate heat to the fluid,
The plurality of radiating fins are constituted by one radiating fin or two or more radiating fins, an upstream side radiating fin having a tip portion disposed on the most upstream side of the refrigerant fluid, and two or more radiating fins. A downstream side radiation fin having a tip portion disposed downstream of the radiation fin,
The downstream radiating fins are arranged such that tip portions of the radiating fins are arranged at respective portions where pressure losses in the flow paths defined by the upstream radiating fins are substantially matched.
好ましくは、前記流路が形成される空間を流路形成空間とし、当該流路形成空間について前記冷媒流体の流線に対し垂直となる断面を流路断面とし、当該流路断面について前記他方の面及びこの面の所定部位からオフセットされた基準面によって囲まれる面積を流路断面積とすると、
前記他方の面は、前記冷媒流体の上流側に設けられた第1領域面と、前記冷媒流体の下流側に設けられ且つ前記第1領域面が形成する流路断面積よりも小さな流路断面積を形成する第2領域面とを具備することとする。
Preferably, a space in which the flow path is formed is a flow path forming space, a cross section perpendicular to the flow line of the refrigerant fluid is a flow path cross section, and the other cross section of the flow path cross section is the other cross section. When the area surrounded by the plane and the reference plane offset from the predetermined part of the plane is the flow path cross-sectional area,
The other surface includes a first region surface provided on the upstream side of the refrigerant fluid, and a flow path cut-off smaller than a channel cross-sectional area provided on the downstream side of the refrigerant fluid and formed by the first region surface. And a second region surface forming an area.
好ましくは、前記複数の放熱フィンの各先端部位は、前記他方の面との固定端から自由端に至る形状が、前記冷媒流体の下流方向に傾斜する斜行形状とされていることとする。 Preferably, each tip portion of the plurality of radiating fins has a skewed shape in which the shape extending from the fixed end to the other surface to the free end is inclined in the downstream direction of the refrigerant fluid.
本発明に係るヒートシンクは、流体力学上有意となるよう放熱フィンの配列がなされ、圧力損失の抑制と放熱効率の維持とをバランスさせた好ましい冷媒流路を形成させることが可能となる。 In the heat sink according to the present invention, heat radiation fins are arranged so as to be significant in terms of fluid dynamics, and it is possible to form a preferable refrigerant flow path that balances suppression of pressure loss and maintenance of heat radiation efficiency.
以下、本発明に係る実施の形態につき図面を参照して具体的に説明する。図1は、本実施の形態に係るヒートシンクの斜視図である。また、図2は、前図におけるA部断面矢視である。図示の如く、ヒートシンク100は、基礎体110と,複数の放熱フィン131とがアルミ材等の伝熱性材料によって一体的に形成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a heat sink according to the present embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of the A section in the previous figure. As shown in the figure, the
基礎体110には、電機的素子等を収容させる空間Aと、複数の冷却フィンが配備される空間Bとが設けられることになる。以後、基礎体110を基準として空間Aを観察する方向・其の面を、一方の面側または一方の面と呼ぶこととする。また、基礎体110を基準として空間Bを観察する方向・其の面を、他方の面側または他方の面と呼ぶこととする。
The
基礎体110の一方の面には、伝熱性基板302が積層され、其の表面には、パワートランジスタといった発熱性素子301が実装されている。従って、この発熱性素子301は、これが駆動されると、熱源となって熱量を生じさせ、伝熱性基板302を介して基礎体110へと熱量を与える。
A heat
伝熱性基板302は、基板用フレーム302aによって適宜に固定される。これにより、基礎体110への伝達経路が定まり、先の熱量を受熱する受熱領域120が定まる。このように、受熱領域120とは、伝熱性基板302が積層される領域であって、ここを介して発熱性素子301の熱量が基礎体110へと伝えられる。かかる効果を向上させるため、放熱性グリス等の熱電構造を介在させても良い。
The thermally
図示の如く、基板用フレーム302aは、複数の端子302bが適宜配備され、その端子に制御回路303の配線が電気的に接続される。また、本実施の形態では、当該制御基板303の実装面にフィルターコンデンサ304,305等が実装されている。このように、ヒートシンク100に搭載された電気的素子の集合は、それらが一体となってDC/DCコンバータ等といったコンバータ10(電力変換装置)を形成する。
As shown in the figure, the substrate frame 302a is appropriately provided with a plurality of
基礎体110の他方の面には、当該基礎体に結合された複数の放熱フィン131が配備される。当該複数の放熱フィン131の各々は、冷媒流体200の流線に沿った状態で略平行に配置されている。かかる放熱フィン131は、各々が、一定の板厚を有したものであって、この板巾によって冷媒流路の深さが定まる。かかる放熱フィン131では、基礎体110から熱量が順次伝達され、この熱量が冷却冷媒200へ放熱されることとなる。以下、説明の便宜上、放熱フィン131について、冷媒流体の上流側に配置される端部を先端部位、冷媒流体の下流側に配置される端部を尾端部位、基礎体に結合される部位を固定端、その反対側を自由端と呼ぶこととする。尚、上述した冷媒流路とは、隣接する放熱フィンによって区画される各流路をいう。
A plurality of radiating
複数の放熱フィン131は、図示の如く、属性の異なる部位に揃えられた上流側放熱フィン群131aと下流側放熱フィン群131bとが設けられる。本実施の形態における属性とは、流体力学的に有意な距離的関係、その他、圧力損失、境界摩擦等によって生じる損失係数の共通性を言う。本実施の形態では、各冷媒流路について、ヒートシンクの先端面から圧力損失を等しくする点の集合を、属性を等しくする距離的関係と呼んでいる。
As shown in the figure, the plurality of
本実施の形態に係る上流側放熱フィン131aは、冷媒流体の流線に対し、其の上流側に先端部位が揃えられている。また、下流側放熱フィン131bは、第1の放熱フィン群131aの下流側に先端部位が配されている。即ち、上流側放熱フィン群131aは、冷媒流体の最上流側となるヒートシンクの領域に当該フィンの先端部位が配置される。また、下流側放熱フィン群131bは、上流側放熱フィン群131aよりも下流に配置されるところ、ここを流下した距離に比例して圧力損失が生じることになる。尚、上流側放熱フィン群131aについては、複数のフィンから構成されても良く、一のフィンから成るものであっても良い。
The upstream side
一般に、流体の圧力状態は、流通断面の形状,境界面の粗度によって損失係数が変化する。また、急拡大断面又は急縮小断面については、これが緩慢に変化する断面と比べて大きな圧力損失を生じさせる。 In general, in the pressure state of the fluid, the loss factor varies depending on the shape of the flow cross section and the roughness of the boundary surface. In addition, the sudden expansion cross section or the rapid contraction cross section causes a large pressure loss as compared with a cross section that changes slowly.
本実施の形態に係るヒートシンクによると、異なる属性の放熱フィン群が2段階に配備されるので、冷媒流体の通過断面が徐々に変化することになり、圧力損失の発生を抑えることが可能となる。また、本実施の形態では、放熱フィンの尾端部位についても、距離的属性の異なる複数の放熱フィン群が設けられ、流出側で生じる圧力損失の低減が図られている。 According to the heat sink according to the present embodiment, the radiating fin groups having different attributes are arranged in two stages, so that the passage cross section of the refrigerant fluid gradually changes, and it is possible to suppress the occurrence of pressure loss. . In the present embodiment, a plurality of heat dissipating fin groups having different distance attributes are also provided at the tail end portion of the heat dissipating fins, thereby reducing the pressure loss generated on the outflow side.
また、第2の放熱フィン群131bについて、距離的属性の異なる放熱フィン群を2以上の構成としても良い。かかる構成によると、冷媒流体の通過断面の変化が更に緩和されるので、これに応じて、圧力損失の発生をより効果的に抑えることが可能となる。
Moreover, about the 2nd
また、本実施の形態に係る下流側放熱フィン131bは、上流側放熱フィン131aの各先端部位に対し圧力損失を略一致させるよう、当該下流側放熱フィン131bの先端部位の配置が定められている。即ち、本実施の形態では、圧力損失の分布が略一致する部位を繋ぎ渡す状態で、下流側放熱フィン131bが連続的に配列されることとなる。
Further, in the downstream side
これによると、放熱フィンの配列が流体力学上有意なものとされるので、圧力損失を所期の状態へ抑制させ得る冷媒流路の形成が可能となる。また、これを実現させる範囲であれば、当該放熱フィンを増やす設計が可能となり、結果として、放熱効率を維持させる設計にも資することになる。即ち、本実施の形態によると、流体力学上有意となるよう放熱フィンの配列が成され、圧力損失の抑制と放熱効率の維持とをバランスさせた放熱構造上好ましい冷媒流路を形成させることが可能となる。 According to this, since the arrangement of the radiating fins is significant in terms of fluid dynamics, it is possible to form a refrigerant flow path that can suppress the pressure loss to an intended state. Moreover, if it is the range which implement | achieves this, the design which increases the said radiation fin will be attained, and it will contribute also to the design which maintains heat dissipation efficiency as a result. That is, according to the present embodiment, the arrangement of the radiating fins is made so as to be significant in hydrodynamics, and a preferable refrigerant flow path can be formed on the radiating structure that balances suppression of pressure loss and maintenance of radiating efficiency. It becomes possible.
尚、上述した距離的属性は、圧力損失に基づいて定められるところ、その一般的な態様を説明するにあたり、下流側放熱フィン131bの配列を各々下流側へ変位させている状態が紹介されている。しかし、各流路の状態如何によっては、ヒートシンクの上流側端面を起点とする各流路の等距離下流地点の圧力損失が互いに一致する場合も考えられる。このような場合、下流側放熱フィン131bの先端部位が圧力損失に基づいて配列されると雖も、各々の下流側放熱フィン131bの先端部位は、ヒートシンクの上流側端面を起点とする流下距離が全て等しい位置に配列される。即ち、かかる場合における下流側放熱フィン131bの先端部位は、ヒートシンクの上流側端面に略平行な配列を示す。
The distance attribute described above is determined based on the pressure loss, and in explaining the general mode, the state in which the arrangement of the downstream
図2で説明した本実施の形態は、冷媒流体200を通過させる流路について、更なる工夫を加えることが検討されている。これを説明する前に、冷媒流路に纏わる前提事項を具体的に説明する。先ず、放熱フィンが互いに隣接する部位には、一方のフィンとこれに隣接するフィンとの間に隣接空間が形成される。この隣接空間については、流線の適宜のポイントを観察点とすると、この観察点について流線に垂直となる流路断面402,405が与えられる。流路断面402は、後述する第1領域面501に対応して設けられたものであり、流路断面405は、後述する第2領域面502に対応して設けられたものである。
In the present embodiment described with reference to FIG. 2, it has been studied to further devise a flow path through which the
同図によると、第1領域面501は、「他方の面」の一部領域を形成するものであって、冷媒流体の上流側に設けられている。第2領域面502は、これも「他方の面」の一部領域を形成するものであって、第1領域面501よりも下流側に設けられている。かかる領域面501,504は、冷媒流体の流れ道であるところ、互いがR面によって連続な平面を形成している。
According to the figure, the
図3(a)は、流路断面402を流線方向上流側から観察した断面図である。また、図3(b)は、流路断面405を流線方向上流側から観察した断面図である。これらを比較すると、第2領域面502は、放熱フィンの自由端からの溝深さが、第1領域面501の其れと比べて浅いことが解る。
FIG. 3A is a cross-sectional view of the
図3(a)及び図3(b)には、第1領域面501(他方の面の所定部位)からオフセットされた基準面403が示されている。同図の何れにあっても、互いの放熱フィンの間に隣接空間が形成される。図3(a)では、一辺が第1領域面501によって境界が与えられ、他辺が基準面403によって境界が与えられ、これによって基準面403に基づく流路断面積404aが規定される。また、図3(b)では、一辺が第2領域面502によって境界が与えられ、他辺が基準面405によって境界が与えられ、これによって同基準面403に基づく流路断面積404bが規定される。
3A and 3B show a
上述した基準面403は、「他方の面」の所定部位からオフセットされた絶対的位置を示すところ、第1領域面であろうと第2領域面であろうと其の位置が変化することはない。従って、流路断面積404aは、溝深さの関係から、第2領域面502による流路断面積404bと比較して大きくなるものである。
The
かかる実施の形態によると、第1領域面501から第2領域面502に至る経路について、流路断面積が段階的に変化するように設計できる。従って、ヒートシンクへの流入部については、このメリットを利用し、其処を通過する冷媒流体の損失係数を抑えることが可能となる。このような「他方の面」の形状は、上流側放熱フィン又は下流側放熱フィンから幾分流線方向に変位させて設けられると、圧力損失の低減効果をより顕著なものとすることができる。
According to such an embodiment, it is possible to design the flow path cross-sectional area to change stepwise with respect to the path from the
また、上述した放熱フィンは、上流側に設けられた先端部位において、固定端から自由端へ至る形状が下流方向へ傾斜する斜行形状とされるのが好ましい。かかる斜行形状とされた先端部位は、下流方向に向かって徐々に高さ成分を増加させるので、其処での損失係数を低下させることに寄与する。そして、かかる形状とされた先端部位は、上述した圧力損失の緩減作用が与えられる領域近傍に配置されるので、これらの効果と相俟って更なる損失低下作用を期待できる。 In addition, it is preferable that the above-described radiating fin has a skewed shape in which the shape from the fixed end to the free end is inclined in the downstream direction at the tip portion provided on the upstream side. The tip portion having such a skew shape gradually increases the height component in the downstream direction, thereby contributing to a reduction in the loss factor there. And since the front-end | tip part made into this shape is arrange | positioned in the vicinity of the area | region where the pressure loss reduction | decrease effect mentioned above is given, the further loss reduction effect | action can be anticipated combined with these effects.
10 コンバータ, 100 ヒートシンク, 110 基礎体, 120 一方の面, 121 受熱領域, 131 放熱フィン, 131a 第1の放熱フィン群, 131b 第2の放熱フィン群, 200 冷媒流体, 301 発熱性素子, 302 伝熱性基板, 303 制御基板。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Converter, 100 Heat sink, 110 Base body, 120 One side, 121 Heat receiving area, 131 Radiation fin, 131a 1st radiation fin group, 131b 2nd radiation fin group, 200 Refrigerant fluid, 301 Exothermic element, 302 Transmission Thermal substrate, 303 control substrate.
Claims (3)
前記複数の放熱フィンは、一の放熱フィン又は二以上の放熱フィンによって成り前記冷媒流体の最上流側に先端部位が配置された上流側放熱フィンと、二以上の放熱フィンによって成り前記第1の放熱フィンよりも下流側に先端部位が配置された下流側放熱フィンと、を備え、
前記下流側放熱フィンは、前記上流側放熱フィンによって区画される各流路での圧力損失を略一致させる各部位に、放熱フィンの先端部位が各々配列されていることを特徴とするヒートシンク。 A base body, a heat receiving region that is formed on one surface of the base body and receives a heat amount using the heat-generating element as a heat source, and the heat amount formed on the other surface of the base body to the refrigerant fluid In a heat sink comprising a plurality of heat dissipating fins for radiating heat,
The plurality of radiating fins are constituted by one radiating fin or two or more radiating fins, an upstream side radiating fin having a tip portion disposed on the most upstream side of the refrigerant fluid, and two or more radiating fins. A downstream side radiation fin having a tip portion disposed downstream of the radiation fin, and
The heat sink according to claim 1, wherein the downstream side heat radiation fin has a front end portion of the heat radiation fin arranged at each position where pressure loss in each flow path defined by the upstream side heat radiation fin is substantially matched.
前記他方の面は、前記冷媒流体の上流側に設けられた第1領域面と、前記冷媒流体の下流側に設けられ且つ前記第1領域面が形成する流路断面積よりも小さな流路断面積を形成する第2領域面と、を具備することを特徴とする請求項1に記載のヒートシンク。 A space in which the flow path is formed is defined as a flow path formation space, a cross section perpendicular to the flow line of the refrigerant fluid in the flow path formation space is defined as a flow path cross section, and the other surface of the flow path cross section and this When the area surrounded by the reference plane offset from the predetermined part of the surface is the flow path cross-sectional area,
The other surface includes a first region surface provided on the upstream side of the refrigerant fluid, and a flow path cut-off smaller than a channel cross-sectional area provided on the downstream side of the refrigerant fluid and formed by the first region surface. The heat sink according to claim 1, further comprising a second region surface that forms an area.
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A521 | Request for written amendment filed |
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A02 | Decision of refusal |
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