JP2023011389A - 放熱部材 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱体間の温度差を抑制しつつ、圧力損失を抑制する放熱部材を提供する。
【解決手段】放熱部材１は、冷媒Ｗが流れる方向Ｆに沿う第１方向、かつ、第１方向に直交する第２方向に広がり、第１方向及び第２方向に直交する第３方向に厚みを有する板形状のベース部２と、ベース部２から第３方向一方側Ｚ１に柱状に突出する複数のピンフィン３０Ａ～３０Ｃから構成される少なくとも１つのフィン群３Ａ～３Ｃと、を有する。第３方向に垂直に広がる断面での断面積を、ピンフィンの断面積とし、少なくとも１つの領域において配置されるピンフィンの断面積は、別の領域において配置されるピンフィンの断面積よりも大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は、放熱部材に関する。

従来、発熱体の冷却に液冷ジャケットが用いられる。液冷ジャケットは、封止体を有する。封止体は、板状の本体部と、複数のピンフィンと、を有する。複数のピンフィンは、本体部から突出する。複数のピンフィンにおける隣接するピンフィン同士の間を流体が流れることにより、発熱体の熱は流体に移動する（例えば、特許文献１参照）。

特開２０２０－１０５１号公報

ここで、液冷ジャケットでは、流体が流れる方向に複数の発熱体を配置させる場合、発熱体間に生じる温度差、およびピンフィンによる圧力損失が課題となっている。

上記状況に鑑み、本開示は、発熱体間の温度差を抑制しつつ、圧力損失を抑制することができる放熱部材を提供することを目的とする。

本開示の例示的な放熱部材は、冷媒が流れる方向に沿う第１方向、かつ第１方向に直交する第２方向に広がり、第１方向および第２方向に直交する第３方向に厚みを有する板形状のベース部と、前記ベース部から第３方向一方側に柱状に突出する複数のピンフィンから構成される少なくとも１つのフィン群と、を有する。第３方向に垂直に広がる断面での断面積を、前記ピンフィンの断面積とし、少なくとも１つの領域において配置される前記ピンフィンの断面積は、別の領域において配置される前記ピンフィンの断面積よりも大きい。

本開示の例示的な放熱部材によれば、発熱体間の温度差を抑制しつつ、圧力損失を抑制することができる。

図１は、第１実施形態に係る放熱部材の構成を示す図である。 図２は、第１実施形態の変形例に係る放熱部材の構成を示す図である。 図３は、四角柱として形成されるピンフィンの一例を示す模式図である。 図４は、円錐台形として形成されるピンフィンの一例を示す模式図である。 図５は、半円柱として形成されるピンフィンの一例を示す模式図である。 図６は、第１実施形態の変形例に係る放熱部材の構成を示す図である。 図７は、ピンフィンとベース部とが一体の部材として形成される例を示す図である。 図８は、ピンフィンとベース部とが別体の部材として形成される例を示す図である。 図９は、隣り合うフィン群間の構成の一例を示す図である。 図１０は、第２実施形態に係る放熱部材の構成を示す図である。 図１１は、第２実施形態の変形例に係る放熱部材の構成を示す図である。 図１２は、第３実施形態に係る放熱部材の構成を示す図である。 図１３は、表面に凹凸が形成されたピンフィンの一例を示す模式図である。

以下に、本開示の例示的な実施形態について、図面を参照して説明する。

なお、図面においては、第１方向をＸ方向として、Ｘ１を第１方向一方側、Ｘ２を第１方向他方側として示す。第１方向は、冷媒Ｗが流れる方向Ｆに沿い、下流側をＦ１、上流側をＦ２として示す。また、第１方向に直交する第２方向をＹ方向として、Ｙ１を第２方向一方側、Ｙ２を第２方向他方側として示す。また、第１方向および第２方向に直交する第３方向をＺ方向として、Ｚ１を第３方向一方側、Ｚ２を第３方向他方側として示す。なお、上記直交とは、９０度から若干ずれた角度での交差も含む。また、上記の各方向は、放熱部材１を各種機器に組み込んだときの方向を限定しない。なお、図面において図示される、後述するピンフィンの個数、サイズ、および配置態様などは、一例に過ぎない。

＜１．第１実施形態＞
図１は、本開示の第１実施形態に係る放熱部材１の構成を示す図である。図１における上段は、放熱部材１の第３方向一方側から視た平面図であり、図１における下段は、放熱部材１の第２方向一方側へ視た側面図である。

放熱部材１は、第１方向に配置される複数の発熱体４Ａ，４Ｂ，４Ｃを冷却する装置である。発熱体４Ａ，４Ｂ，４Ｃは、例えば、車両の車輪を駆動するためのトラクションモータに備えられるインバータのパワートランジスタである。当該パワートランジスタは、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。この場合、放熱部材１は、トラクションモータに搭載される。なお、発熱体の個数は、３個以外の複数個であってもよい。

放熱部材１は、ベース部２と、放熱フィン部１０と、を有する。放熱フィン部１０は、上流側フィン群３Ａと、中央フィン群３Ｂと、下流側フィン群３Ｃと、を有する。

ベース部２は、第１方向かつ第２方向に広がり、第３方向に厚みを有する板形状である。ベース部２は、熱伝導性の高い金属から構成され、例えば銅板から構成される。

上流側フィン群３Ａ、中央フィン群３Ｂ、および下流側フィン群３Ｃは、この順に第１方向他方側（上流側）から第１方向一方側（下流側）に向けて、ベース部２の第３方向一方側に配置される。

上流側フィン群３Ａ、中央フィン群３Ｂ、および下流側フィン群３Ｃは、それぞれ、複数のピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃから構成される。ピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃは、ベース部２の第３方向一方側面２１から第３方向一方側に柱状に突出する。ピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃは、第３方向に延びる円柱状である。ピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃは、それぞれベース部２における領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣに配置される。

各領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣにおいて、第２方向に並ぶピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの列が第１方向に並んで配置される。

すなわち、放熱部材１は、ベース部２から第３方向一方側に柱状に突出する複数のピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃから構成される少なくとも１つのフィン群３Ａ，３Ｂ，３Ｃを有する。なお、フィン群は、２つ、または４つ以上の複数であってもよいし、１つであってもよい。

発熱体４Ａ，４Ｂ，４Ｃは、ベース部２の第３方向他方側面２２に直接的または間接的に接触される。第３方向に視て、発熱体４Ａ，４Ｂ，４Ｃは、それぞれフィン群３Ａ，３Ｂ，３Ｃと重なる（図１上段の一点鎖線）。

上流側フィン群３Ａよりも上流側から冷媒Ｗが上流側フィン群３Ａに供給されることで、冷媒Ｗは、フィン群３Ａ，３Ｂ，３Ｃを順に流れ、下流側フィン群３Ｃから下流側へ排出される。このとき、発熱体４Ａ，４Ｂ，４Ｃから発生した熱は、それぞれベース部２およびフィン群３Ａ，３Ｂ，３Ｃを介して冷媒Ｗに移動する。これにより、発熱体４Ａ，４Ｂ，４Ｃが冷却される。なお、放熱部材１は、図示しないウォータージャケットに取り付けられる。ウォータージャケットは、放熱部材１を第３方向一方側から覆う。冷媒Ｗは、ウォータージャケットとベース部２との間を流れる。

ここで、発熱体４Ａ、４Ｂ，４Ｃのように冷媒Ｗが流れる方向に発熱体が複数並んで配置されると、次のような課題が生じる。上流側に配置された発熱体を冷媒Ｗにより冷却すると、冷媒Ｗの温度が熱移動により上昇する。従って、下流側に向かうにつれて冷媒Ｗの温度が高くなり、下流側での冷却性能が低下する。

そこで、本実施形態では、上流側フィン群３Ａを構成するピンフィン３０Ａの径ＤＡ、中央フィン群３Ｂを構成するピンフィン３０Ｂの径ＤＢ、および下流側フィン群３Ｃを構成するピンフィン３０Ｃの径ＤＣの大小関係は、ＤＡ＜ＤＢ＜ＤＣとしている。すなわち、下流側のフィン群ほど、ピンフィンの径を太くしている。なお、領域ＲＡに配置される個々のピンフィン３０Ａの径ＤＡは同じとし、領域ＲＢに配置される個々のピンフィン３０Ｂの径ＤＢは同じとし、領域ＲＣに配置される個々のピンフィン３０Ｃの径ＤＣは同じとしている。また、ピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの各領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣにおける個々の第３方向長さは同じとし、かつ、ピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの第３方向長さは同じとしている。

これにより、冷媒Ｗの温度が高くなって冷却性能の向上が必要となる下流側において、ピンフィン３０Ｂ，３０Ｃの径ＤＢ，ＤＣを太くすることで、ピンフィンの周囲を流れる冷媒Ｗのレイノルズ数が大きくなり、熱伝達係数が大きくなる。従って、下流側において、冷却性能を向上させることができる。一方、冷却性能が十分である上流側においては、ピンフィン３０Ａの径ＤＡを細くすることで、圧力損失を低減する。これにより、径を太くした箇所での圧力損失の増大分を削減でき、全体としての圧力損失を抑制できる。

すなわち、全体としての冷却性能を向上しつつ、全体としての圧力損失を抑制できる。冷却性能の向上により、発熱体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ間の温度差を抑制でき、温度が高くなりやすい下流側の発熱体４Ｃの温度を低下させることができる。

上記のような構成を換言すれば、以下の通りとなる。第３方向に垂直に広がる断面での断面積を、ピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの断面積とする。なお、ピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃは、円柱状であるため、第３方向の任意の位置での断面で断面積は一定である。径の大小関係がＤＡ＜ＤＢ＜ＤＣであるため、ピンフィン３０Ｂの断面積は、ピンフィン３０Ａの断面積より大きく、かつ、ピンフィン３０Ｃの断面積は、ピンフィン３０Ｂの断面積より大きい。すなわち、同じ第３方向位置において、少なくとも１つの領域ＲＢ，ＲＣにおいて配置されるピンフィン３０Ｂ，３０Ｃの断面積は、別の領域ＲＡにおいて配置されるピンフィン３０Ａの断面積よりも大きい。

ピンフィン３０Ｂ，３０Ｃの断面積を大きくすることで、冷媒Ｗの流れのレイノルズ数が大きくなり、熱伝達係数が大きくなる。冷却性能の必要性が高い箇所ではピンフィン３０Ｂ，３０Ｃの断面積を大きくして冷却性能を向上させ、冷却性能の必要性が低い箇所ではピンフィン３０Ａの断面積を小さくすることで、圧力損失を低減させることができる。従って、全体としての圧力損失を抑えつつ、全体としての冷却性能を向上させることができる。これにより、発熱体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ間の温度差を抑制しつつ、圧力損失を抑制することができる。

また、放熱部材１は、冷媒Ｗが流れる下流側である第１方向一方側に向かうにつれて、断面積が大きくなるピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃを有する。フィン群３Ａ，３Ｂ，３Ｃごとに配置される発熱体４Ａ，４Ｂ，４Ｃの発熱量のばらつきが小さい場合に、発熱体の温度が高くなりやすい下流側で冷却性能を向上させることができ、発熱体の温度のばらつきを抑えることができる。

また、フィン群３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、第１方向に複数並ぶ。同じフィン群における個々のピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの断面積は同じであり、フィン群３Ａ，３Ｂ，３Ｃごとに個々のピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの断面積は異なっている。フィン群３Ａ，３Ｂ，３Ｃごとに配置される発熱体４Ａ，４Ｂ，４Ｃの発熱量に応じて、ピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの断面積を異ならせることで、発熱体４Ａ，４Ｂ，４Ｃの温度のばらつきを抑えることができる。

また、複数のフィン群３Ａ，３Ｂ，３Ｃにおいて冷媒Ｗが流れる下流側である第１方向一方側のフィン群ほど、個々のピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの断面積が大きくなる。フィン群３Ａ，３Ｂ，３Ｃごとに配置される発熱体４Ａ，４Ｂ，４Ｃの発熱量のばらつきが小さい場合に、発熱体の温度が高くなりやすい下流側で冷却性能を向上させることができ、発熱体の温度のばらつきを抑えることができる。

なお、第１方向一方側のフィン群ほど、個々のピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの断面積が大きくなることに限らず、例えば、上流側に発熱量の大きい発熱体が配置される場合は、上流側である第１方向他方側のフィン群ほど、個々のピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの断面積を大きくするなど、発熱体に応じて断面積の大小関係は調整される。

また、同じフィン群において、一部のピンフィンの断面積を大きくしてもよい。

＜２．ピンフィンの各種実施形態＞
上記のように、ピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃは、円柱状であり、少なくとも１つの領域ＲＢ，ＲＣにおいて配置されるピンフィン３０Ｂ，３０Ｃの径ＤＢ，ＤＣは、別の領域ＲＡにおいて配置されるピンフィン３０Ａの径ＤＡよりも太い。これにより、冷却性能の向上の必要性が高い箇所で、ピンフィンの径を太くすることで、レイノルズ数および熱伝達係数を大きくすることができる。

ただし、ピンフィンの形状は、円柱状に限ることはない。例えば、図２に示すように、領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣのそれぞれに配置されるピンフィン３０１Ａ，３０１Ｂ，３０１Ｃを楕円柱状としてもよい。この場合、図２に示すように、ピンフィン３０１Ａ，３０１Ｂ，３０１Ｃの長径ＤＡ１，ＤＢ１，ＤＣ１を第２方向に沿わせるようにピンフィン３０１Ａ，３０１Ｂ，３０１Ｃを配置し、長径の大小関係は、ＤＡ１＜ＤＢ１＜ＤＣ１としている。すなわち、下流側ほどピンフィンの長径を長くし、レイノルズ数および熱伝達係数を大きくし、冷却性能を向上させている。

なお、ピンフィン３０１Ａ，３０１Ｂ，３０１Ｃの短径を第２方向に沿わせるようにピンフィン３０１Ａ，３０１Ｂ，３０１Ｃを配置した場合は、短径が下流ほど長くなるようにすればよい。

すなわち、ピンフィン３０１Ａ，３０１Ｂ，３０１Ｃは、楕円柱状であり、少なくとも１つの領域ＲＢ，ＲＣにおいて配置されるピンフィン３０１Ｂ，３０１Ｃの長径または短径は、別の領域ＲＡにおいて配置されるピンフィン３０１Ａの長径または短径よりも長い。これにより、冷却性能の向上の必要性が高い箇所で、ピンフィンの長径または短径を長くすることで、レイノルズ数および熱伝達係数を大きくすることができる。

また、ピンフィンは、図３に示すように、四角柱状の３０２としてもよい。なお、ピンフィンは、三角柱、あるいは５つ以上の辺を有する角形（例えば六角柱など）としてもよい。すなわち、ピンフィンは、角柱状である。これにより、角柱状の断面積を調整することで、熱伝達係数を調整できる。

また、ピンフィンは、図４に示すように、錐台形状のピンフィン３０３としてもよい。図４では円錐台形状のピンフィンを示すが、その他にもピンフィンは角錐台形状などとしてもよい。例えば、ピンフィンが円錐台形状の場合は、同じ第３方向位置に位置する円形断面の断面積が調整される。

また、ピンフィンは、図５に示すように、半円柱状のピンフィン３０４としてもよい。ピンフィン３０４は、平面部３０４Ａと、曲面部３０４Ｂと、を有する。平面部３０４Ａは、ベース部２に接合される。曲面部３０４Ｂは、冷媒Ｗが流れる方向Ｆに対向する。なお、先述した第３方向に延びる円柱状のピンフィンにおける第１方向他方側（上流側）のみの形状とした半円柱状のピンフィンを実施してもよい。

なお、各種形状のピンフィンは、組み合わせて実施してもよい。この場合、異なる第３方向位置において、ピンフィンの断面積の大小関係が調整されてもよい。すなわち、必ずしも同じ第３方向位置において、断面積の大小関係が調整されていなくてもよい。

＜３．フィン群におけるピンフィンの配置形態＞
図１に示すフィン群３Ａ，３Ｂ，３Ｃにおいては、ピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃは、いわゆる千鳥状に配置されている。すなわち、少なくとも１つのフィン群３Ａ，３Ｂ，３Ｃの少なくともいずれかにおいて、第２方向に並ぶピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃをフィン列として、第１方向に隣り合うフィン列同士で、互いに一方のフィン列における第２方向に隣り合うピンフィンの間に、他方のフィン列におけるピンフィンが配置される。これにより、フィン群における乱流効果が高まり、冷却性能を向上させることができる。

または、図６に示すように、少なくとも１つのフィン群３Ａ，３Ｂ，３Ｃの少なくともいずれかにおいて、第２方向に並ぶピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃをフィン列として、第１方向に隣り合うフィン列同士で、ピンフィンの第２方向位置は一致する構成としてもよい。これにより、ピンフィンを千鳥状に配置するよりも、圧力損失を低減できる。

なお、ピンフィンの第２方向位置が一致するとは、ピンフィンの中心位置が厳密に一致する場合に限らず、若干ずれている場合も含まれ、以下同様である。

なお、複数のフィン群において、上記のピンフィンの配置形態を組み合わせてもよい。

＜４．放熱部材の形成方法＞
放熱部材１は、例えば、鍛造によりピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃとベース部２とを一体的に形成することで形成される。この場合、図７に示すように、ピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃとベース部２とは、一体の部材として構成される。これにより、ピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃとベース部２との接合部は、ピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃとベース部２と同じ材質であるため、接合部での熱伝導率を後述のロウ付けなどよりも大きくすることができる。

また、放熱部材１は、例えば、ピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃとベース部２とのロウ付けにより形成してもよい。この場合、図８に示すように、ピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃとベース部２とは、ロウ材５によって接合される。すなわち、ピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃとベース部２とは、別体の部材として構成される。これにより、一部のピンフィンの仕様を変更することが容易となる。例えば、一部のピンフィンとベース部とを鍛造により形成し、残りのピンフィンをロウ付けによりベース部に固定する場合に有効である。

＜５．フィン群間の構成＞
図１に示す構成では、フィン群３Ａ，３Ｂ間の構成は、次のようになっている。放熱部材１は、第１方向に隣り合うフィン群３Ａ，３Ｂにおける第１方向一方側の第１フィン群３Ｂと、第１方向他方側の第２フィン群３Ａと、を有する。第１フィン群３Ｂにおける最も第１方向他方側の第２方向に並ぶピンフィン３０Ｂの一列ＰＢと、第２フィン群３Ａにおける最も第１方向一方側の第２方向に並ぶピンフィン３０Ａの一列ＰＡとで、ピンフィンの第２方向位置は一致する。これにより、第１フィン群３Ｂにおける最も第１方向他方側のピンフィンの一列ＰＢにおける圧力損失を低減できる。なお、図１に示すフィン群３Ｂ，３Ｃ間でも同様の構成とされている。

なお、図９に示す構成のように、フィン群３Ａ，３Ｂ間の構成において、フィン列ＰＡ，ＰＢは、いわゆる千鳥状に配置されてもよい。すなわち、放熱部材１は、第１方向に隣り合うフィン群３Ａ，３Ｂにおける第１方向一方側の第３フィン群３Ｂと、第１方向他方側の第４フィン群３Ａと、を有する。第３フィン群３Ｂにおける最も第１方向他方側の第２方向に並ぶピンフィンの一列ＰＢと、第４フィン群３Ａにおける最も第１方向一方側の第２方向に並ぶピンフィンの一列ＰＡとで、互いに一方のピンフィンの一列における第２方向に隣り合うピンフィンの間に、他方のピンフィンの一列におけるピンフィンが配置される。これにより、第３フィン群３Ｂにおける最も第１方向他方側のピンフィンの一列ＰＢにおいて、乱流を発生させやすくし、冷却性能を向上させることができる。

＜５．第２実施形態＞
図１０は、本開示の第２実施形態に係る放熱部材１の構成を示す平面図である。なお、図１０においては、図１と同様に図示しない複数の発熱体が冷媒Ｗの流れ方向に沿って配置される。

領域ＲＡに配置されて上流側フィン群３Ａを構成する円柱状の個々のピンフィン３０Ａは、領域ＲＡにおいて径は同じである。同様に、領域ＲＢに配置されて中央フィン群３Ｂを構成する円柱状の個々のピンフィン３０Ｂは、領域ＲＢにおいて径は同じであり、領域ＲＣに配置されて下流側フィン群３Ｃを構成する円柱状の個々のピンフィン３０Ｃは、領域ＲＣにおいて径は同じである。また、ピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの径は、同じである。

領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣの第１方向の辺の長さは、同じである。領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣの第２方向の辺の長さは、同じである。すなわち、領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣの面積は、同じである。

領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣにおいて、第２方向に並ぶピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの列の第１方向に並ぶ個数は、同じである。図１０の例では、上記列の個数は、６個である。

一方、図１０の例では、第２方向に並ぶピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの個数は、領域ＲＡにおいて４個または５個、領域ＲＢにおいて６個、領域ＲＣにおいて７個または８個である。すなわち、第２方向に並ぶピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの個数を下流側の領域ほど多くしている。

これにより、各領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣにおけるピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの個数は、下流側の領域ほど多くなる。ここで、第３方向に垂直に広がり、かつ同じ第３方向位置に位置する断面での断面積を、ピンフィンの断面積とする。各領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣにおけるピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの断面積の各総和を、各領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣの面積で除することで、ベース部２の単位面積当たりのピンフィンの断面積である配置密度が領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣごとに算出される。各領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣの配置密度の大小関係は、領域ＲＡの配置密度＜領域ＲＢの配置密度＜領域ＲＣの配置密度となる。

このように、下流側の領域ほどピンフィンの配置密度を高くしている。これにより、冷却性能の向上が必要とされる下流側ほど、ピンフィン間の間隔を狭くし、ピンフィン間を流れる冷媒Ｗの流速を速め、冷却性能を向上させることができる。図１０の例では、ピンフィン間の第２方向の間隔ｔ１を狭くしている。一方、冷却性能が十分である上流側では、ピンフィン間の間隔を広くし、圧力損失を低減できる。従って、全体の圧力損失を抑制しつつ、全体としての冷却性能を向上させることができる。

換言すれば、本実施形態では、ベース部２の単位面積当たりのピンフィンの断面積を配置密度として、少なくとも１つの領域ＲＢ，ＲＣにおいて配置されるピンフィン３０Ｂ，３０Ｃの配置密度は、別の領域ＲＡにおいて配置されるピンフィン３０Ａの配置密度よりも高い。ピンフィンの配置密度を高くすることで、隣り合うピンフィン間の間隔が狭くなり、冷媒Ｗの流速が高くなり、冷却性能が向上する。冷却性能の必要性が高い箇所ではピンフィン３０Ｂ，３０Ｃの配置密度を高くして冷却性能を向上させ、冷却性能の必要性が低い箇所ではピンフィン３０Ａの配置密度を低くすることで、圧力損失を低減させることができる。従って、発熱体間の温度差を抑制しつつ、圧力損失を抑制することができる。

また、ベース部２の単位面積当たりのピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの個数は、少なくとも１つの領域ＲＢ，ＲＣが別の領域ＲＡよりも多い。少なくとも１つの領域ＲＢ，ＲＣと別の領域ＲＡとで、個々のピンフィンの断面積が同じであれば、単位面積当たりのピンフィンの個数により配置密度を調整できる。

また、第２方向に並ぶピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの第２方向単位長さ当たりの個数は、少なくとも１つの領域ＲＢ，ＲＣが別の領域ＲＡよりも多い。これにより、第２方向に隣り合うピンフィン間の間隔ｔ１を調整することで、ピンフィン間を流れる冷媒Ｗの流速を調整し、冷却性能を調整できる。

また、放熱部材１は、冷媒Ｗが流れる下流側である第１方向一方側に向かうにつれて、配置密度が高くなるピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃを有する。下流側に向かうほど冷媒Ｗの温度が高くなり、下流側に向かうほど冷却性能の向上が必要となる場合に、ピンフィンの配置密度を高くすることで、流れ方向に沿って配置される発熱体の温度のばらつきを抑えることができる。また、冷却性能の向上の必要性が低い上流側では、ピンフィンの配置密度を低くすることで、圧力損失を低減できる。

また、第１方向に並ぶ複数のフィン群３Ａ，３Ｂ，３Ｃごとのピンフィンの配置密度は、異なっている。フィン群３Ａ，３Ｂ，３Ｃごとに配置される発熱体の発熱量に応じて、ピンフィンの配置密度を異ならせることで、発熱体の温度のばらつきを抑えることができる。

また、複数のフィン群３Ａ，３Ｂ，３Ｃにおいて冷媒Ｗが流れる下流側である第１方向一方側のフィン群ほど、ピンフィンの配置密度が高くなる。フィン群３Ａ，３Ｂ，３Ｃごとに配置される発熱体の発熱量のばらつきが小さい場合に、発熱体の温度が高くなりやすい下流側で冷却性能を向上させることができ、発熱体の温度のばらつきを抑えることができる。

なお、第１方向一方側のフィン群ほど、ピンフィンの配置密度が高くなることに限らず、例えば、上流側に発熱量の大きい発熱体が配置される場合は、上流側である第１方向他方側のフィン群ほど、ピンフィンの配置密度を高くするなど、発熱体に応じて配置密度の高低関係は調整される。

また、同じフィン群において、一部の領域での配置密度を高くしてもよい。

図１１は、第２実施形態の変形例に係る放熱部材１を示す平面図である。図１１に示す構成では、先述した図１０に示す構成との相違点として、第２方向に並ぶピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの個数は、領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣで４個または５個と同じとしている。一方、第２方向に並ぶピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの列の第１方向に並ぶ個数を領域ＲＡで６個、ＲＢで７個、ＲＣで８個とし、下流側の領域ほど多くしている。これにより、下流側の領域ほどピンフィンの配置密度を高くしている。

換言すれば、第２方向に並ぶピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの列の第１方向単位長さ当たりの個数は、少なくとも１つの領域ＲＢ，ＲＣが別の領域ＲＡよりも多い。これにより、第１方向および第２方向から傾く斜め方向に隣り合うピンフィン間の間隔ｔ２を調整することで、ピンフィン間を流れる冷媒Ｗの流速を調整し、冷却性能を調整できる。

なお、図１０と図１１で例を示したピンフィンの配置密度の調整を組み合わせて実施してもよい。

また、先述したピンフィンの各種実施形態、フィン群におけるピンフィンの配置形態、放熱部材の形成方法、およびフィン群間の構成については、第２実施形態に適用して実施することが可能である。

なお、第１実施形態（図１など）に示すように、個々のピンフィンの断面積を調整することで、ピンフィンの配置密度を調整することも可能である。例えば、図１の例であれば、ピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの個数は領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣで同じであるが、ピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの径をＤＡ＜ＤＢ＜ＤＣとすることで、下流側の領域ほど配置密度が高くなる。

＜６．第３実施形態＞
図１２は、本開示の第３実施形態に係る放熱部材１の構成を示す図である。図１２の上段は、第３方向一方側から視た平面図を示し、図１２の下段は、第２方向一方側へ視た側面図である。なお、図１２の下段においては、ウォータージャケット６の側面断面もあわせて図示している。また、図１２においては、図１と同様に図示しない複数の発熱体が冷媒Ｗの流れ方向に沿って配置される。

領域ＲＡに配置されて上流側フィン群３Ａを構成する円柱状の個々のピンフィン３０Ａは、領域ＲＡにおいて径は同じである。同様に、領域ＲＢに配置されて中央フィン群３Ｂを構成する円柱状の個々のピンフィン３０Ｂは、領域ＲＢにおいて径は同じであり、領域ＲＣに配置されて下流側フィン群３Ｃを構成する円柱状の個々のピンフィン３０Ｃは、領域ＲＣにおいて径は同じである。また、ピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの径は、同じである。

図１２の下段に示すように、各領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣに配置されるピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの第３方向長さｈａ，ｈｂ，ｈｃの大小関係は、ｈａ＜ｈｂ＜ｈｃとしている。

また、放熱部材１を第３方向一方側から覆うカバー部として機能するウォータージャケット６の天面部６１における下面（第３方向他方側面）６１Ａは、ピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの天面（第３方向一方側面）と第３方向に対向する。下面６１Ａとピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの天面との間には、それぞれ隙間ｔａ，ｔｂ，ｔｃが設けられる。なお、最も第３方向長さが長いピンフィン３０Ｃの天面と下面６１Ａとの間には、隙間を設けなくてもよい。

図１２の例の場合、冷媒Ｗが接触可能なピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの表面積は、円周面の面積と天面の面積の総和となる。従って、ピンフィン３０Ａの表面積＜ピンフィン３０Ｂの表面積＜ピンフィン３０Ｃの表面積となり、下流側の領域ほどピンフィンの表面積が広くなる。これにより、冷却性能の向上が必要な下流側ほど、熱移動が行われる面積を広くすることで、冷却性能を向上させることができる。

一方、冷却性能が十分である上流側では、ピンフィンの第３方向長さを短くすることで、ウォータージャケット６の下面６１Ａとピンフィンの天面との間の空間を大きくし、圧力損失を低減できる。従って、全体の圧力損失を抑制しつつ、全体としての冷却性能を向上させることができる。

換言すれば、冷媒Ｗが接触可能な表面積をピンフィンの表面積として、少なくとも１つの領域ＲＢ，ＲＣにおいて配置されるピンフィン３０Ｂ，３０Ｃの表面積は、別の領域ＲＡにおいて配置されるピンフィン３０Ａの表面積よりも広い。ピンフィンの冷媒Ｗが接触可能な表面積を広くすることで、冷却性能が向上する。冷却性能の必要性が高い箇所ではピンフィンの表面積を広くして冷却性能を向上させ、冷却性能の必要性が低い箇所ではピンフィンの表面積を狭くすることで、圧力損失を低減させることができる。従って、発熱体間の温度差を抑制しつつ、圧力損失を抑制することができる。

また、放熱部材１は、冷媒Ｗが流れる下流側である第１方向一方側に向かうにつれて、表面積が広くなるピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃを有する。下流側に向かうほど冷媒Ｗの温度が高くなり、下流側に向かうほど冷却性能の向上が必要となる場合に、ピンフィンの表面積を大きくすることで、流れ方向に沿って配置される発熱体の温度のばらつきを抑えることができる。また、冷却性能の向上の必要性が低い上流側では、ピンフィンの表面積を小さくすることで、圧力損失を低減できる。

また、フィン群３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、第１方向に複数並び、同じフィン群における個々のピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの表面積は同じであり、フィン群ごとに個々のピンフィンの表面積は異なっている。フィン群ごとに配置される発熱体の発熱量に応じて、ピンフィンの表面積を異ならせることで、発熱体の温度のばらつきを抑えることができる。

また、複数のフィン群３Ａ，３Ｂ，３Ｃにおいて冷媒Ｗが流れる下流側である第１方向一方側のフィン群ほど、個々のピンフィンの表面積が広くなる。フィン群ごとに配置される発熱体の発熱量のばらつきが小さい場合に、発熱体の温度が高くなりやすい下流側で冷却性能を向上させることができ、発熱体の温度のばらつきを抑えることができる。

また、少なくとも１つの領域ＲＢ，ＲＣにおいて配置されるピンフィン３０Ｂ，３０Ｃの第３方向長さｈｂ，ｈｃは、別の領域ＲＡにおいて配置されるピンフィン３０Ａの第３方向長さｈａよりも長い。ピンフィン３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの第３方向長さを調整することで、ピンフィンの表面積を調整できる。また、ピンフィンの天面とウォータージャケット６の天面部６１との間の間隔は、ピンフィンの第３方向長さが短いほど長くなり、圧力損失を低減できる。

なお、第１方向一方側のフィン群ほど、ピンフィンの表面積が広くなることに限らず、例えば、上流側に発熱量の大きい発熱体が配置される場合は、上流側である第１方向他方側のフィン群ほど、ピンフィンの表面積を広くするなど、発熱体に応じて表面積の大小関係は調整される。

また、同じフィン群において、一部の領域でのピンフィンの表面積を広くしてもよい。

なお、ピンフィンの表面に設ける凹凸により、ピンフィンの表面積を調整してもよい。図１３は、表面に凹凸が形成されたピンフィンの一例を示す図である。図１３に示すピンフィン３０の例では、ピンフィン３０の表面に第３方向に延びる溝を形成することで、ピンフィン３０の表面に凹部３０Ｒと凸部３０Ｔを設けている。なお、凹凸を形成する方法はこれに限らず、例えば、半球状の凹凸をピンフィンの表面に設けるなど、様々な方法を実施できる。また、凹部と凸部の一方のみをピンフィンの表面に形成してもよい。

そして、例えば、図１２に示す構成の変形例として、領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣで、ピンフィンの表面に形成される凹凸によりピンフィンの表面積を異ならせてもよい。なお、例えば上流側の領域ＲＡにおいては、ピンフィンの表面に凹凸を形成しないことでピンフィンの表面積を狭くしてもよい。

換言すれば、少なくとも１つの領域ＲＢ，ＲＣと別の領域ＲＡとで、ピンフィンの表面に径方向内側に凹んで形成される凹部と、ピンフィンの表面に径方向外側に突出して形成される凸部の少なくとも一方によってピンフィンの表面積が異なっている。なお、径方向とは、ピンフィンの中心軸に対する径方向である。これにより、冷却性能の向上の必要性が高い箇所では、表面の凹凸によってピンフィンの表面積を広くすることで、冷却性能を向上させることができ、冷却性能の向上の必要性が低い箇所では、表面の凹凸によってピンフィンの表面積を狭くすることで、圧力損失を低減できる。

また、先述したピンフィンの各種実施形態、フィン群におけるピンフィンの配置形態、放熱部材の形成方法、およびフィン群間の構成については、第３実施形態に適用して実施することが可能である。

＜７．その他＞
以上、本開示の実施形態を説明した。なお、本開示の範囲は上述の実施形態に限定されない。本開示は、発明の主旨を逸脱しない範囲で上述の実施形態に種々の変更を加えて実施することができる。また、上述の実施形態で説明した事項は、矛盾を生じない範囲で適宜任意に組み合わせることができる。

例えば、発熱体と放熱部材との間に、ベイパーチャンバーまたはヒートパイプを設ける構成としてもよい。

本開示は、各種発熱体の冷却に利用することができる。

１ 放熱部材
２ ベース部
３Ａ 上流側フィン群
３Ｂ 中央フィン群
３Ｃ 下流側フィン群
４Ａ、４Ｂ，４Ｃ 発熱体
５ ロウ材
６ ウォータージャケット
１０ 放熱フィン部
２１ 第３方向一方側面
２２ 第３方向他方側面
３０ ピンフィン
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ ピンフィン
３０Ｒ 凹部
３０Ｔ 凸部
６１ 天面部
６１Ａ 下面
３０１Ａ，３０１Ｂ，３０１Ｃ ピンフィン
３０２，３０３，３０４ ピンフィン
ＲＡ，ＲＢ，ＲＣ 領域
Ｗ 冷媒

Claims (14)

1. 冷媒が流れる方向に沿う第１方向、かつ第１方向に直交する第２方向に広がり、第１方向および第２方向に直交する第３方向に厚みを有する板形状のベース部と、
   前記ベース部から第３方向一方側に柱状に突出する複数のピンフィンから構成される少なくとも１つのフィン群と、
   を有し、
   第３方向に垂直に広がる断面での断面積を、前記ピンフィンの断面積とし、
   少なくとも１つの領域において配置される前記ピンフィンの断面積は、別の領域において配置される前記ピンフィンの断面積よりも大きい、放熱部材。
2. 同じ第３方向位置において、前記少なくとも１つの領域において配置される前記ピンフィンの断面積は、前記別の領域において配置される前記ピンフィンの断面積よりも大きい、請求項１に記載の放熱部材。
3. 前記ピンフィンは、円柱状であり、
   前記少なくとも１つの領域において配置される前記ピンフィンの径は、前記別の領域において配置される前記ピンフィンの径よりも太い、請求項１または請求項２に記載の放熱部材。
4. 前記ピンフィンは、楕円柱状であり、
   前記少なくとも１つの領域において配置される前記ピンフィンの長径または短径は、前記別の領域において配置される前記ピンフィンの長径または短径よりも長い、請求項１または請求項２に記載の放熱部材。
5. 前記ピンフィンは、角柱状である、請求項１または請求項２に記載の放熱部材。
6. 前記冷媒が流れる下流側である第１方向一方側に向かうにつれて、断面積が大きくなる前記ピンフィンを有する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の放熱部材。
7. 前記フィン群は、第１方向に複数並び、
   同じ前記フィン群における個々の前記ピンフィンの断面積は同じであり、
   前記フィン群ごとに個々の前記ピンフィンの断面積は、異なっている、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の放熱部材。
8. 前記複数の前記フィン群において前記冷媒が流れる下流側である第１方向一方側の前記フィン群ほど、個々の前記ピンフィンの断面積が大きくなる、請求項７に記載の放熱部材。
9. 前記少なくとも１つのフィン群の少なくともいずれかにおいて、第２方向に並ぶ前記ピンフィンをフィン列として、第１方向に隣り合う前記フィン列同士で、互いに一方の前記フィン列における第２方向に隣り合う前記ピンフィンの間に、他方の前記フィン列における前記ピンフィンが配置される、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の放熱部材。
10. 前記少なくとも１つのフィン群の少なくともいずれかにおいて、第２方向に並ぶ前記ピンフィンをフィン列として、第１方向に隣り合う前記フィン列同士で、前記ピンフィンの第２方向位置は一致する、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の放熱部材。
11. 少なくともいずれかの前記ピンフィンと前記ベース部とは、一体の部材として構成される、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の放熱部材。
12. 少なくともいずれかの前記ピンフィンと前記ベース部とは、別体の部材として構成される、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の放熱部材。
13. 第１方向に隣り合う前記フィン群における第１方向一方側の第１フィン群と、第１方向他方側の第２フィン群と、を有し、
    前記第１フィン群における最も第１方向他方側の第２方向に並ぶ前記ピンフィンの一列と、前記第２フィン群における最も第１方向一方側の第２方向に並ぶ前記ピンフィンの一列とで、前記ピンフィンの第２方向位置は一致する、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の放熱部材。
14. 第１方向に隣り合う前記フィン群における第１方向一方側の第３フィン群と、第１方向他方側の第４フィン群と、を有し、
    前記第３フィン群における最も第１方向他方側の第２方向に並ぶ前記ピンフィンの一列と、前記第４フィン群における最も第１方向一方側の第２方向に並ぶ前記ピンフィンの一列とで、互いに一方の前記ピンフィンの一列における第２方向に隣り合う前記ピンフィンの間に、他方の前記ピンフィンの一列における前記ピンフィンが配置される、請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の放熱部材。

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