JP3604310B2

JP3604310B2 - Forced air-cooled comb heat sink

Info

Publication number: JP3604310B2
Application number: JP29770399A
Authority: JP
Inventors: 美芽鳥水; 芳久鳩崎
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.; Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.; Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1999-10-20
Filing date: 1999-10-20
Publication date: 2004-12-22
Anticipated expiration: 2019-10-20
Also published as: JP2001118972A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は強制空冷式櫛形ヒートシンクに係り、特にパワートランジスタなどの高発熟量の電子部品を冷却するための高性能な強制空冷式櫛形ヒートシンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の櫛形ヒートシンクは、図１０（ａ）に示すように、発熱体（３）を搭載したベース（２）の片面に被冷却体として板状フィン（１）が立てられ、ロウ付けまたはカシメにより接合されている。冷却の際には、フィン（１）の間に向けて冷却流体を吹き付けるか、またはフィン（１）の間から冷却流体を吸い出すような位置にファンを設け、板状フィン（１）の間を流れる冷却流体により、フィン（１）およびベース（２）からの放熱を行い冷却するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の図１０（ａ）に示した従来の櫛形ヒートシンクでは、板状フィン（１）の間を流れる冷却流体（４）は、図１０（ｂ）に示すような分布でフィン（１）間を流れており、最も温度の高いベース（２）との間には厚い境界層があるために、効率の良い放熱が行えないという問題があった。
また、フィン（１）の先端が開放されていると、フイン（１）間に冷却流体を吹き付けても、流入した冷却流体は、流れにくいフィン（１）間から、フイン（１）の先端側へと流出してしまい、ヒートシンクの風下側では、強制空冷の効果がほとんどなくなってしまい、また冷却流体をフィン（１）の間から吸い出す方法をとっても、冷却流体はフィン（１）の先端側から吸い込まれ、フィン（１）間のごく一部を通ってファンへと到達してしまうので、ヒートシンク体積の大部分が冷却に寄与しないという問題があった。
【０００４】
これらの問題を防ぐために、フィン（１）の先端側を封鎖して、フイン（１）間に冷却流体を流すことについて検討してみたが、これはフィン先端付近で冷却流体の摩擦抵抗が増加することにより流速が低下し、放熱性能が低下してしまうという問題点があった。
また、フィンに千鳥状または縦横平行に、切り起こし形成した突片を多数分散して設け、フィンの間に冷却流体を流がして冷却を行うものが提案されているが（例えば特開平１０−４１５９号公報）、これは冷却流体の流れをベース側に偏らせるようにすることができないもので、効率の良い放熱が行えないという問題点がある。
【０００５】
【課題を解決するための手投】
本発明は、上記課題を解決するためのもので、発熱体を搭載するベースの片面に被冷却体であるフィンを櫛形に配置した強制空冷式櫛形ヒートシンクにおいて、前記フィンにルーバーを冷却流体の流れ方向からベースに向かって１０度〜４５度の角度で傾斜し、かつフィン高さ中央よりもフィン先端寄りに１列または複数列を一様に分布させて設け、ヒートシンクの冷却流体流入部分から送り込まれた冷却流体をルーバーの案内により、フィンと接する発熱体を搭載するベース部分もしくはその近傍に向けて、冷却流体の流れを偏向させることを特徴とする強制空冷式櫛形ヒートシンクである。
また本発明の強制空冷式櫛形ヒートシンクは、ルーバーがフィンの一部に四角形のうちの３辺分に切り込みを入れ、残る１辺を軸として折り曲げ、フィン間距離に相当する高さの四角形部分を切り起こしたことを特徴とするものである。
【０００６】
また本発明の強制空冷式櫛形ヒートシンクは、発熱体を搭載するベースの片面に櫛形配置されたフィンは、その先端側が開放されたことを特徴とするものである。
さらに本発明の強制空冷式櫛形ヒートシンクは、発熱体を搭載するベースの片面に櫛形配置されたフィンが風洞で覆われており、フィン先端側にフィン間流路断面積の１０％〜３０％の断面積を持つ空間を設けたことを特徴とするものである。
【０００７】
【作用】
本発明の強制空冷式櫛形ヒートシンクは、ベースの片面に櫛形に配置されたフィンに、ルーバーを冷却流体の流れ方向からベースに向かって１０度〜４５度の角度で傾斜し、かつフィン高さ中央よりもフィン先端寄りに１列または複数列を設けることにより、このルーバーがガイド役となって、フィン間に流入した冷却流体をベース近傍へと押しやるように、冷却流体の挙動を制御が可能となり、これによって、ベース付近の局所流量が増加するので、比較的温度の高いベース側から集中的に熱を奪うことになり、効率の良い放熱ができ、ヒートシンクの放熱効率を向上させるものである。具体的には、フィンに冷却流体の流れ方向からベースに向かって１０度〜４５度の角度で傾斜してルーバーを設置することにより、フィン間を通る冷却流体は波打つような挙動を見せ、これによって、ベース付近の境界層厚さが薄くなり、べ−ス付近からの効率的な放熱が可能となるものである。
【０００８】
本発明において、フィンに傾斜して設けるルーバーの角度を冷却流体の流れ方向からベースに向かって１０度〜４５度の角度としたのは、１０度未満ではルーバーを設置した効果がほとんどなく、４５度を越えるとフィン間での圧力損失が高くなり、かえって放熱性能が低下するためである。また、より明らかなルーバーの効果を得るには、ルーバー角度を２０度〜３０度とするのが好ましい。
【０００９】
また、ルーバーを冷却流体の流れ方向からベースに向かって１０度〜４５度の角度で傾斜して設けた櫛形フィンを風洞等で覆うときには、フィン間流路断面積の１０〜３０％に相当する断面積を持つ空間をフィン先端側に設ける。上述のようにフィンに冷却流体の流れ方向からベースに向かって１０度〜４５度の角度で傾斜してルーバー設けることにより、ルーバーがガイド役となって、フィン間に流入した冷却流体をベース近傍へと押しやられるので、当然ながらフィン先端の冷却流体は疎になりがちである。そこでフィン先端側にフィン間流路断面積の１０〜３０％に相当する断面積を持つ空間を設けて冷却流体を流してやると、冷却流体が疎になった部分にフィン先端側空間より冷却流体が流れ込むので、ヒートシンクがフィン先端空間から冷却流体を吸い込むような状態になる。これによって、フィン間の冷却流体速度が増加し、さらに放熱効率が向上するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図１〜３を参照して説明する。
図１は櫛形ヒートシンクの斜視図で、発熱体（３）を搭載するベース（２）の片面に被冷却体であるフィン（１）を櫛形に配置しているもので、フィン（１）にルーバー（５）が、冷却流体の流れ方向からベースに向かって１０度〜４５度の角度で傾斜して設けられている。このルーバー（５）の傾斜は、冷却流体（１０）の流入側（５ａ）より、その後方（５ｂ）がベース（２）側になっいるもので、ベース（２）との角度が１０度〜４５度である。また、ルーバー（５）はフィン（１）高さ中央よりもフィン先端（１´）寄りに１列に一様に分布させているものである。本発明の櫛形ヒートシンクは、冷却流体（１０）流入部分から送り込まれた冷却流体をルーバー（５）の案内により、フィンと接する発熱体を搭載するベース（２）部分もしくはその近傍に向けて、冷却流体の流れを偏向させるものである。
【００１１】
図２（ａ）（ｂ）は、ルーバー部分を拡大して示す図で、ルーバー（５）は四角形のものであり、図２（ａ）に示すようにフィン（１）の一部に四角形のうちの３辺分（６ａ）に切り込みを入れ、これを図２（ｂ）に示すように残る１辺（６ｂ）を軸として折り曲げ、フィン間距離に相当する高さの四角形部分を切り起こしてルーバー（５）を形成するものであり、フィン間に通路が造られたような状態となるものである。
【００１２】
図３は櫛形ヒートシンクの側面図で、発熱体（３）を搭載するベース（２）の片面にフィン（１）を櫛形に配置し、フィン（１）にルーバー（５）を角度θで冷却流体（１０）の流入側（５ａ）より、その後方（５ｂ）がベース（２）側になるように傾斜して設けられているもので、角度θが１０度〜４５度のものである。この角度１０度〜４５度に傾斜して設けられるルーバー（５）は、フィン（１）の高さ中央（一点鎖線）よりもフィン先端（１´）寄りに２列に一様に分布させたものである。
【００１３】
本発明の強制空冷式櫛形ヒートシンクは、発熱体を搭載するベース、被冷却体であるフィンの材質としては、例えば熱伝達性能の高いアルミニウム、あるいはアルミニウム合金が用いられている。
またベースの片面に設けるフィンの接合方法は、ロウ付け接合、かしめ等の機械的接合など、ベースからフィンへの熱移動が可能なものであればよい。
また、本発明の櫛形ヒートシンクは、フィンの間に向けて冷却流体を吹き付けるか、または冷却流体を吸い出すような位置にファンを設け、フィンの間を流れる冷却流体により、フィンおよびベースからの放熱を行い冷却するものである。
【００１４】
【実施例１】
本発明の実施例１を表１及び図４〜図８を参照して説明する。
櫛形ヒートシンクは、上述した図１に示すように、発熱体（３）を搭載するベース（２）の片面にフィン（１）を等間隔で櫛形に配置し、フィン（１）にルーバー（５）を傾斜して設けているものである。
ここでは、ベース（２）、フィン（１）の材質としては、アルミニウム合金を用いており、ベースの片面に設けるフィンの接合は、ロウ付け接合によるものである。
【００１５】
表１は、発熱体（３）を搭載したベース（２）の片面にフィン（１）を櫛形に配置し、フィン（１）にルーバー（５）を傾斜して設けている櫛形ヒートシンクにおける、ルーバー（５）の角度、列数、設置位置による熱抵抗値を示したものである。
熱抵抗値は、発熱体とベースの間に取りつけた熱電対により測定した温度より算出したものである。
図４（ａ）〜図８（ａ）は櫛形ヒートシンクの側面図で発熱体（３）を搭載したベース（２）に櫛形に配置したフィン（１）にルーバー（５）を設置したものであり、図４（ｂ）〜図８（ｂ）は、それぞれのフィン（１）間流路内での冷却流体の挙動を示したものである。
【００１６】
【表１】

【００１７】
表１を説明すると、Ｎｏ．１の櫛形ヒートシンクは、フィンにルーバーを設けていない従来の櫛形ヒートシンクで、熱抵抗値０．０４２で効率の良いものではなかった。
Ｎｏ．２の櫛形ヒートシンクは、フィンにルーバーを角度５度で２列、フィン高さ半分（中央）よりもフィン先端寄りに設置したものであり、熱抵抗値０．０４１で、ルーバーを設けているが、Ｎｏ．１の従来の櫛形ヒートシンクより熱効率が明確に向上するものではなかった。
Ｎｏ．３の櫛形ヒートシンクは、フィンにルーバーを角度１０度で等間隔に２列に、フィン高さ半分（中央）よりもフィン先端寄りに一様に分布させたものであり、熱抵抗値０．０３６で、ルーバーを設けたことによりＮｏ．１の従来ヒートシンク、Ｎｏ．２ルーバー角度５度のものに比較して熱抵抗値が減少しており、放熱性能が向上しているものである。
Ｎｏ．４の櫛形ヒートシンクは、フィンにルーバーを角度２０度で等間隔に２列、フィン高さ半分（中央）よりもフィン先端寄りに一様に分布させたものであり、熱抵抗値０．０３１で、放熱性能が向上しているものである。
【００１８】
Ｎｏ．５の櫛形ヒートシンクは、図４（ａ）に示すように発熱体（３）を搭載したベース（２）にフィン（１）を櫛形に配置し、フィン（１）にルーバー（５）を角度θ＝３０度で等間隔に２列、フィン高さ半分（中央）よりもフィン先端寄りに一様に分布したものであり、図４（ｂ）に示すようにフィン（１）間流路内での冷却流体は、流線（４）の挙動を示すものであり、熱抵抗値０．０２９で、放熱性能が向上しているものである。
Ｎｏ．６の櫛形ヒートシンクは、フィンにルーバーを角度４５度で等間隔に２列に、フィン高さ半分（中央）よりもフィン先端寄りに一様に分布させたものであり、熱抵抗値０．０３４で、ルーバーを設けたことにより放熱性能が向上しているものである。
Ｎｏ．７の櫛形ヒートシンクは、フィンにルーバーを角度６０度で２列、フィン高さ半分（中央）よりもフィン先端寄りに設置したものであり、熱抵抗値０．０４３で、効率の良いものではなかった。
【００１９】
このように、ルーバー角度５度と浅いＮｏ．２の櫛形ヒートシンクは、Ｎｏ．１の従来ヒートシンクと熱抵抗の値がほとんど変わらないものであり、またルーバー角度６０度のＮｏ．７の櫛形ヒートシンクは、フィン間での流動抵抗が大きくなってしまい、熱抵抗は従来のヒートシンクと同じかそれよりも悪い傾向を示した。
これは、フィンに設けるルーバーの角度は、冷却流体の流れ方向からベースに向かって１０度〜４５度のものが、ルーバーがガイド役となって、フィン間に流入した冷却流体をベース近傍へと押しやるようになり、これによって、ベース付近の局所流量が増加するので、比較的温度の高いベース側から集中的に熱を奪うことになり、効率の良い放熱ができ、ヒートシンクの放熱効率を向上させるものであることを示すものである。また図４（ｂ）のフィン（１）間流路内での冷却流体の流線（４）が示すように、フィン間を通る冷却流体は波打つような挙動を見せ、ベース付近の境界層厚さが薄くなり、べ−ス付近からの効率的な放熱がなされているものである。
【００２０】
Ｎｏ．８の櫛形ヒートシンクは、図５（ａ）に示すように発熱体（３）を搭載したベース（２）にフィン（１）を櫛形に配置し、フィン（１）にルーバー（５）を角度θ＝３０度で等間隔に２列設け、１列はフィン高さ半分よりもベース寄りに設けたものであり、図５（ｂ）に示すようにフィン（１）間流路内での冷却流体は、流線（４）の挙動を示すものであり、熱抵抗値０．０４１である。
これは、図４（ａ）に示したＮｏ．５の櫛形ヒートシンクと、ルーバー（５）の角度は同じであるが、ルーバー（５）の設置位置だけが異なる。２列のうち１列がフィン高さ半分よりもベース（２）寄りに設置されている。このためフィン（１）間に流入した冷却流体は、ベース（２）側だけに偏るのではなく、もともと熱の伝わりが最も小さいフィン先端（１´）側にも分かれて偏った流れとなる。よって、ベース（２）近傍に偏った冷却流体だけで冷却するようなものなので、かえって冷却効率は悪くなる。
【００２１】
Ｎｏ．９の櫛形ヒートシンクは、図６（ａ）に示すように発熱体（３）を搭載したベース（２）に配置したフィン（１）にルーバー（５１）を角度θ１＝１０度、ルーバー（５２）を角度θ１＝３０度で、ルーバー（５３）を角度θ１＝４５度で３列を冷却流体が流れ方向に向かうにつれ、ルーバー角度が大きくなっていくように設置されている。また１列はフィン高さ半分よりもベース寄りに設けたものであり、ルーバー（５１）、ルーバー（５２）、ルーバー（５３）は冷却流体の流入側（１０）に偏って配置されたものである。図６（ｂ）に示すようにフィン（１）間流路内での流線（４）が示すように、冷却流体は一度ベース側に偏った後、大きく渦を作りながら再び分散する。ベース（２）が偏った部分では局地的に冷却効率が上がっている可能性がある。しかし、ベース（２）上に搭載された発熱体（３）の熱は、ベース（２）上でスプレッドされているので、局地的に冷却できても、スプレッドされた全面を冷却できなければ意味がない。
【００２２】
Ｎｏ．１０の櫛形ヒートシンクは、図７（ａ）に示すように発熱体（３）を搭載したベース（２）に配置したフィン（１）の冷却流体の流出側に偏って、ルーバー（５１）を角度θ１＝１０度、ルーバー（５２）を角度θ１＝３０度で、ルーバー（５３）を角度θ１＝４５度で３列を冷却流体が流れ方向に向かうにつれ、ルーバー角度が大きくなっていくように設置されている。また１列はフィン高さ半分よりもベース寄りに設けたものである。図７（ｂ）に示すようにフィン（１）間流路内での流線（４）が示すようになる。
このＮｏ．１０は、Ｎｏ．９とは逆に流出側にルーバーを偏らせて配置したものであるが、冷却のシステムはＮｏ．９と同じであるから、同様の結果となっており、ルーバーを設定した効果はなかった。
【００２３】
Ｎｏ．１１の櫛形ヒートシンクは、図８（ａ）に示すように発熱体（３）を搭載したベース（２）にフィン（１）を櫛形に配置し、フィン（１）にルーバー（５）を角度θ＝２０度で等間隔に１列、フィン高さ半分（中央）よりもフィン先端寄りに一様に分布たものであり、図８（ｂ）に示すようにフィン（１）間流路内での冷却流体は、流線（４）の挙動を示すものであり、熱抵抗値０．０３４で、放熱性能が向上しているものである。
また、Ｎｏ．１２の櫛形ヒートシンクは、フィンにルーバーを角度３０度で等間隔に１列に、フィン高さ半分（中央）よりもフィン先端寄りに一様に分布させたものであり、熱抵抗値０．０３２で、ルーバーを設けたことにより放熱性能が向上しているものである。
表１の結果を総合すると、Ｎｏ．３、Ｎｏ．４、Ｎｏ．５、Ｎｏ．６、Ｎｏ．１１、Ｎｏ．１２の角度１０度〜４５度で、フィン高さ半分よりもフィン先端寄りにルーバーを設けたものは、熱抵抗値が低くなっており放熱性能が向上している。特にルーバーの角度２０度〜３０度のＮｏ．４、Ｎｏ．５、１１、Ｎｏ．１２ものは熱抵抗値が低く、優れた放熱性能を示している。
【００２４】
【実施例２】
本発明の実施例２は、櫛形配置されたフィンが風洞で覆われており、フィン先端側に空間を設けた櫛形ヒートシンクであり、図９（ａ）（ｂ）を参照して説明する。
図９（ａ）は、実施例２の櫛形ヒートシンクの正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂの断面図でフィン（１）間流路内での冷却流体の挙動を示したものである。
図９（ａ）（ｂ）に示すように、発熱体（３）を搭載するベース（２）の片面に配置している櫛形フィン（１）にルーバー（５）を角度３０度で傾斜して設けられている。ルーバー（５）はフィン（１）高さ中央よりもフィン先端（１´）寄りに２列、一様に分布させたものである。また発熱体（３）を搭載したベース（２）は装置筐体（７）に取付金具（９）で取り付けられており、櫛形に配置されたフィン（１）は装置筐体（７）、裏面カバー（８）の風洞で覆われている。
【００２５】
櫛形に配置されたフィン（１）の間幅をａ，フィン（１）の高さをｈ１，フィン（１）間の流路数をｎ，風洞の筐体（７）のフィン先端（１´）空間幅をｂ，その高さをｈ２とすると、
（０．１〜０．３）×ａ×ｈ１×ｎ＝ｂ×ｈ２
の関係にするものである。
すなわち、フィン（１）間の流路の断面積ａ×ｈ１の１０％〜３０％に相当する空間ｂ×ｈ２をフィン先端（１´）側に設けたものである。ヒートシンクのフィン先端にこのような空間を設けることによりフィン先端面も放熱面とすることができ、放熱性能が向上するものである。
このとき、フィン先端空間断面積をフィン間流路断面積の１０％未満とすると、フィン先端空間に冷却流体が流れ込みにくく、圧力損失が高くなって流体速度が遅くなるので、かえって放熱効率が低下してしまう。また、３０％を越えると、冷却流体の大部分が、より流体抵抗の低いフィン先端空間に流れ込もうとするため、ヒートシンク内に冷却流体が流入せず、放熱効率が低下してしまう。
【００２６】
図９（ｂ）は、フィン先端側にフィン間流路断面積の２０％断面積を持つ空間を設け、冷却流体（１０）を流入した場合のフィン（１）間流路内での冷却流体の挙動を示したものである。図９（ｂ）に示すごとく、冷却流体は、その流線（４）のようにな挙動を見せベース（２）付近からの効率的な放熱がなされるとともに、フィン先端（１´）の空間から冷却流体を流線（４´）のようにを吸い込むような状態となり、これによって、フィン間の冷却流体の速度が増加し、温度の低い流体が入るので、さらに放熱効率が向上する。
すなわちフィン先端に空間を設けずに、フィン先端を閉塞している場合には、フィン間の冷却流体はベース側に押し寄せられ、フィン先端の冷却流体は疎になりがちであるが、フィン先端側に空間を設けて冷却流体を流してやると、図９（ｂ）に示すように、冷却流体が疎になる部分にフィン先端側空間より冷却流体が流れ込むので、ヒートシンクがフィン先端空間から冷却流体を吸い込むような状態となり、フィン間の冷却流体の速度が増加し、かつ温度の低い流体が入るので放熱効率が向上しているものである。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、本発明の強制空冷式櫛形ヒートシンクによれば、各フィンに冷却流体の流れ方向からベースに向かって１０度〜４５度の角度で傾斜して、かつフィン高さ中央よりもフィン先端寄りに１列または複数列を一様に分布させてルーバーを設けているので、冷却流体の流れをベース側に偏らせるように制御することができ、そのため、温度の高いベースから効率的に放熱を行うことが可能となり、放熱性能の高いヒートシンクとすることができるという効果を奏する。
さらに、風洞で覆わたフィン先端側にフィン間流路断面積の１０％〜３０％の断面積を持つ空間を設けたことにより、この空間側からヒートシンクフィン間に冷却流体が引き込まれ、フィン間を通る冷却流体の流量が増加すると同時に低温の流体が入り込むので、さらに放熱性能が向上するという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す斜視図
【図２】本発明の実施の形態を示すルーバー部分の拡大図
【図３】本発明の実施の形態を示す側面図
【図４】本発明の実施例１を説明する図
【図５】本発明の実施例１を説明する図
【図６】本発明の実施例１を説明する図
【図７】本発明の実施例１を説明する図
【図８】本発明の実施例１を説明する図
【図９】本発明の実施例２を説明する図
【図１０】従来例のヒートシンクを示す図
【符号の説明】
１フィン
２ベース
３発熱体
４流線
５ルーバー[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a forced air-cooled comb-type heat sink, and more particularly to a high-performance forced air-cooled comb-type heat sink for cooling high-ripening electronic components such as power transistors.
[0002]
[Prior art]
In a conventional comb-shaped heat sink, as shown in FIG. 10 (a), a plate-like fin (1) is provided as a cooled object on one side of a base (2) on which a heating element (3) is mounted, and is brazed or caulked. Are joined. During cooling, a cooling fluid is blown toward the space between the fins (1), or a fan is provided at a position where the cooling fluid is sucked out from between the fins (1). The cooling fluid flows to radiate heat from the fins (1) and the base (2) for cooling.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional comb-shaped heat sink shown in FIG. 10 (a), the cooling fluid (4) flowing between the plate-like fins (1) has a distribution as shown in FIG. 10 (b) between the fins (1). There is a problem that efficient heat radiation cannot be performed because there is a thick boundary layer between the base and the hottest base (2).
Further, when the tip of the fin (1) is open, even if the cooling fluid is blown between the fins (1), the flowing cooling fluid flows from between the fins (1) where flow is difficult, to the tip side of the fin (1). And the effect of forced air cooling almost disappears on the leeward side of the heat sink, and even if the cooling fluid is sucked out from between the fins (1), the cooling fluid flows from the tip of the fins (1). There is a problem that most of the heat sink volume does not contribute to cooling since it is sucked and reaches the fan through a very small portion between the fins (1).
[0004]
In order to prevent these problems, we tried to close the tip side of the fin (1) and flow the cooling fluid between the fins (1), but this increased the frictional resistance of the cooling fluid near the fin tip. As a result, there is a problem that the flow velocity is reduced and the heat radiation performance is reduced.
Also, there has been proposed a method in which a large number of cut-and-raised protruding pieces are provided on a fin in a staggered or vertical and horizontal parallel manner and a cooling fluid is caused to flow between the fins to cool the fin (for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. However, this method does not allow the flow of the cooling fluid to be deviated to the base side, and has a problem that efficient heat radiation cannot be performed.
[0005]
[Hands to solve the problem]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a forced air-cooled comb-type heat sink in which fins, which are objects to be cooled, are arranged in a comb shape on one surface of a base on which a heating element is mounted. From the direction toward the base at an angle of 10 degrees to 45 degrees, and one or more rows are uniformly distributed closer to the fin tip than the center of the fin height, and are fed from the cooling fluid inflow portion of the heat sink. A forced air-cooled comb-type heat sink characterized in that the flow of the cooling fluid is deflected by a louver toward a base portion on which a heating element in contact with the fin is mounted or in the vicinity thereof.
Further, in the forced air-cooled comb-shaped heat sink of the present invention, the louver cuts three sides of the square into a part of the fin, bends the remaining one side as an axis, and cuts the square part having a height corresponding to the distance between the fins. It is characterized by being cut and raised.
[0006]
Further, in the forced air-cooled comb-shaped heat sink of the present invention, the fins arranged on one side of the base on which the heating element is mounted are open at the tip end side.
Further, in the forced air-cooled comb-shaped heat sink of the present invention, the fin arranged in a comb shape on one surface of the base on which the heating element is mounted is covered with the wind tunnel, and the fin tip side has a cross-sectional area of 10% to 30% of the inter-fin flow path cross-sectional area. A space having a cross-sectional area is provided.
[0007]
[Action]
The forced air-cooled comb-shaped heat sink according to the present invention includes a fin arranged in a comb shape on one side of a base, a louver inclined at an angle of 10 to 45 degrees from the flow direction of the cooling fluid toward the base, and a fin height center. By providing one or more rows nearer to the fin tip, the louvers can act as a guide and control the behavior of the cooling fluid so as to push the cooling fluid flowing between the fins to the vicinity of the base. As a result, the local flow rate near the base increases, so that heat is intensively taken from the base having a relatively high temperature, thereby enabling efficient heat radiation and improving the heat radiation efficiency of the heat sink. Specifically, the louvers are installed on the fins at an angle of 10 to 45 degrees from the flow direction of the cooling fluid toward the base, so that the cooling fluid passing between the fins exhibits wavy behavior, Accordingly, the thickness of the boundary layer near the base is reduced, and efficient heat radiation from the vicinity of the base is enabled.
[0008]
In the present invention, the angle of the louver provided to be inclined to the fin is set to an angle of 10 ° to 45 ° from the flow direction of the cooling fluid toward the base. If the temperature exceeds the range, the pressure loss between the fins increases, and the heat radiation performance deteriorates. Further, in order to obtain a clearer louver effect, it is preferable to set the louver angle to 20 to 30 degrees.
[0009]
When the louver is covered with a wind tunnel or the like when the fins are provided at an angle of 10 to 45 degrees from the flow direction of the cooling fluid toward the base, the louvers correspond to 10 to 30% of the cross-sectional area of the fin passage. A space having a cross-sectional area is provided on the fin tip side. As described above, the louvers are provided at the fins at an angle of 10 to 45 degrees from the flow direction of the cooling fluid toward the base from the flow direction of the cooling fluid. Of course, the cooling fluid at the tip of the fin tends to be sparse. Therefore, when a space having a cross-sectional area corresponding to 10 to 30% of the cross-sectional area between the fins is provided at the fin tip side and the cooling fluid is allowed to flow, the cooling fluid flows from the fin tip-side space to the portion where the cooling fluid is sparse. Flows, so that the heat sink sucks the cooling fluid from the fin tip space. As a result, the cooling fluid speed between the fins is increased, and the heat radiation efficiency is further improved.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a perspective view of a comb-shaped heat sink in which a fin (1) to be cooled is arranged in a comb shape on one surface of a base (2) on which a heating element (3) is mounted. (5) is provided at an angle of 10 to 45 degrees from the flow direction of the cooling fluid toward the base. The inclination of the louver (5) is such that the rear side (5b) is closer to the base (2) than the inflow side (5a) of the cooling fluid (10), and the angle with the base (2) is 10 degrees or more. 45 degrees. The louvers (5) are evenly distributed in a line closer to the fin tip (1 ') than the center of the height of the fin (1). The comb-shaped heat sink according to the present invention cools the cooling fluid sent from the cooling fluid (10) inflow portion toward the base (2) portion on which the heating element is in contact with the fins or in the vicinity thereof by the guide of the louver (5). It deflects the flow of the fluid.
[0011]
FIGS. 2A and 2B are enlarged views of the louver portion. The louver (5) has a rectangular shape. As shown in FIG. A cut is made in three sides (6a), and this is bent around the remaining one side (6b) as shown in FIG. 2 (b) to cut and raise a square portion having a height corresponding to the distance between the fins. The louver (5) is formed, and it is in a state where a passage is formed between the fins.
[0012]
FIG. 3 is a side view of a comb-shaped heat sink, in which fins (1) are arranged in a comb shape on one surface of a base (2) on which a heating element (3) is mounted, and a louver (5) is provided on the fin (1) at an angle θ. The rear side (5b) from the inflow side (5a) of (10) is inclined so as to be on the base (2) side, and has an angle θ of 10 to 45 degrees. The louvers (5) provided at an angle of 10 to 45 degrees are uniformly distributed in two rows closer to the fin tip (1 ') than the center of the height of the fin (1) (dashed line). Things.
[0013]
In the forced air-cooled comb-type heat sink of the present invention, for example, aluminum or an aluminum alloy having high heat transfer performance is used as a material of the base on which the heating element is mounted and the fins to be cooled.
The method of joining the fins provided on one side of the base may be any method capable of transferring heat from the base to the fins, such as mechanical joining such as brazing or caulking.
In the comb-shaped heat sink of the present invention, a cooling fluid is blown toward the space between the fins, or a fan is provided at a position where the cooling fluid is sucked out, and the cooling fluid flowing between the fins dissipates heat from the fins and the base. And cool it down.
[0014]
Embodiment 1
First Embodiment A first embodiment of the present invention will be described with reference to Table 1 and FIGS.
As shown in FIG. 1 described above, the comb-type heat sink has fins (1) arranged at regular intervals on one surface of a base (2) on which a heating element (3) is mounted, and louvers (5) on the fins (1). Are inclined.
Here, an aluminum alloy is used as a material of the base (2) and the fin (1), and the fin provided on one surface of the base is joined by brazing.
[0015]
Table 1 shows louvers in a comb-type heat sink in which fins (1) are arranged in a comb shape on one surface of a base (2) on which a heating element (3) is mounted, and louvers (5) are provided on the fins (1) at an angle. (5) shows the thermal resistance value depending on the angle, the number of rows, and the installation position.
The thermal resistance value is calculated from the temperature measured by a thermocouple attached between the heating element and the base.
FIGS. 4 (a) to 8 (a) are side views of a comb-shaped heat sink in which a louver (5) is installed on a fin (1) arranged in a comb shape on a base (2) on which a heating element (3) is mounted. 4 (b) to 8 (b) show the behavior of the cooling fluid in the flow path between the respective fins (1).
[0016]
[Table 1]

[0017]
Table 1 will be described. The comb heatsink of No. 1 is a conventional comb heatsink having no louvers on the fins, and was not efficient with a thermal resistance value of 0.042.
No. The comb heatsink of No. 2 has two rows of louvers on the fin at an angle of 5 degrees, and is installed closer to the fin tip than half the fin height (center). The louvers are provided with a thermal resistance of 0.041. , No. The thermal efficiency was not clearly improved over the conventional comb-shaped heat sink of No. 1.
No. The comb heatsink of No. 3 has louvers arranged on the fins at equal angles of 10 degrees in two rows and is evenly distributed closer to the fin tip than half the fin height (center). No. by providing a louver. No. 1 of the conventional heat sink, The thermal resistance value is lower than that of the two louver angles of 5 degrees, and the heat radiation performance is improved.
No. The comb-shaped heat sink of No. 4 has two rows of louvers on the fins at an equal angle of 20 degrees and is evenly distributed closer to the fin tip than half the fin height (center). And the heat radiation performance is improved.
[0018]
No. As shown in FIG. 4 (a), the comb heatsink 5 has a fin (1) arranged in a comb shape on a base (2) on which a heating element (3) is mounted, and a louver (5) on the fin (1) at an angle θ. = 30 degrees, two rows at equal intervals, distributed uniformly closer to the fin tip than half the fin height (center), and within the flow path between the fins (1) as shown in FIG. The cooling fluid of (1) exhibits the behavior of streamline (4), and has a heat resistance of 0.029 and improved heat dissipation performance.
No. The comb heatsink of No. 6 has fins provided with louvers in two rows at equal angles of 45 degrees and is evenly distributed closer to the fin tip than half the fin height (center), and the thermal resistance value is 0.034. Thus, the heat dissipation performance is improved by providing the louvers.
No. The comb-shaped heat sink of No. 7 has two rows of louvers on the fin at an angle of 60 degrees and is disposed closer to the fin tip than half the fin height (center), and has a thermal resistance of 0.043, which is not efficient. Was.
[0019]
Thus, the louver angle of 5 degrees and the shallow No. No. 2 comb heat sink is The value of the thermal resistance is almost the same as that of the conventional heat sink of No. 1, and No. 1 having a louver angle of 60 degrees. In the comb-shaped heat sink of No. 7, the flow resistance between the fins was increased, and the thermal resistance tended to be the same as or worse than that of the conventional heat sink.
This is because the louvers provided on the fins have an angle of 10 to 45 degrees from the flow direction of the cooling fluid toward the base, and the louvers serve as a guide to transfer the cooling fluid flowing between the fins to the vicinity of the base. As a result, the local flow rate in the vicinity of the base increases, so that heat is intensively taken from the base side, which has a relatively high temperature, so that heat can be efficiently radiated and the heat radiation efficiency of the heat sink is improved. It indicates that it is. Further, as shown by the streamline (4) of the cooling fluid in the flow path between the fins (1) in FIG. 4B, the cooling fluid passing between the fins behaves like a wave, and the boundary layer thickness near the base is increased. Therefore, the heat is efficiently radiated from the vicinity of the base.
[0020]
No. As shown in FIG. 5 (a), the comb heatsink 8 has a fin (1) arranged in a comb shape on a base (2) on which a heating element (3) is mounted, and a louver (5) on the fin (1) at an angle θ. = 30 degrees, two rows are provided at equal intervals, and one row is provided closer to the base than half the fin height, and as shown in FIG. 5B, the cooling fluid in the flow path between the fins (1) Indicates the behavior of streamline (4), and has a thermal resistance value of 0.041.
This corresponds to the No. shown in FIG. Although the angle of the louver (5) is the same as that of the louver (5), only the installation position of the louver (5) is different. One of the two rows is located closer to the base (2) than the fin height is half. For this reason, the cooling fluid flowing between the fins (1) is not only biased toward the base (2) side, but also splits toward the fin tip (1 ') side where heat transfer is originally smallest, resulting in a biased flow. Therefore, since the cooling is performed only by the cooling fluid biased in the vicinity of the base (2), the cooling efficiency is rather deteriorated.
[0021]
No. As shown in FIG. 6 (a), the comb heatsink 9 has a louver (51) on a fin (1) arranged on a base (2) on which a heating element (3) is mounted, at an angle θ1 = 10 degrees, and a louver (52). Is set at an angle θ1 = 30 degrees, and the louver (53) is set at an angle θ1 = 45 degrees in three rows so that the louver angle increases as the cooling fluid flows in the flow direction. One row is provided closer to the base than half the fin height, and the louvers (51), louvers (52), and louvers (53) are arranged eccentrically on the inflow side (10) of the cooling fluid. is there. As shown by the streamline (4) in the flow path between the fins (1) as shown in FIG. 6 (b), the cooling fluid is once deflected to the base side and then dispersed again while forming a large vortex. In a portion where the base (2) is biased, there is a possibility that the cooling efficiency is locally increased. However, since the heat of the heating element (3) mounted on the base (2) is spread on the base (2), even if it can be cooled locally, if the spread whole surface cannot be cooled, meaningless.
[0022]
No. As shown in FIG. 7 (a), the comb-shaped heat sink 10 is biased toward the cooling fluid outflow side of the fin (1) arranged on the base (2) on which the heating element (3) is mounted, and the louver (51) is angled. The louver (52) is set at an angle of θ1 = 30 degrees, the louver (53) is set at an angle of θ1 = 45 degrees, and the louver angle is increased in three rows as the cooling fluid flows in the flow direction. Have been. One row is provided closer to the base than the fin height is half. As shown in FIG. 7B, the streamline (4) in the flow path between the fins (1) becomes as shown.
This No. No. 10 is No. Although the louvers are arranged so as to be biased toward the outflow side contrary to the case of FIG. Since the result was the same as that of No. 9, the result was similar, and there was no effect of setting the louver.
[0023]
No. As shown in FIG. 8A, the comb heatsink 11 has a fin (1) arranged in a comb shape on a base (2) on which a heating element (3) is mounted, and a louver (5) on the fin (1) at an angle θ. = 20 degrees, one row at equal intervals, uniformly distributed closer to the fin tip than half the fin height (center), and within the flow path between the fins (1) as shown in FIG. The cooling fluid of (1) exhibits the behavior of streamline (4), and has a heat resistance of 0.034 and improved heat dissipation performance.
No. Twelve comb-type heat sinks have fins provided with louvers in a row at an equal angle of 30 degrees and are evenly distributed closer to the fin tip than half the fin height (center). Thus, the heat dissipation performance is improved by providing the louvers.
Compiling the results in Table 1, 3, no. 4, no. 5, no. 6, no. 11, No. Twelve angles of 10 degrees to 45 degrees, in which a louver is provided closer to the fin tip than half the fin height, have a lower thermal resistance value and improved heat radiation performance. In particular, the louver No. 20 to 30 degrees No. 4, no. 5, 11, No. Twelve specimens have low thermal resistance values and show excellent heat dissipation performance.
[0024]
Embodiment 2
Example 2 of the present invention is a comb-type heat sink in which comb-shaped fins are covered with an air tunnel and a space is provided on the fin tip side, and will be described with reference to FIGS. 9A and 9B.
FIG. 9A is a front view of the comb-shaped heat sink according to the second embodiment, and FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 9A and shows the behavior of the cooling fluid in the flow path between the fins (1). It is a thing.
As shown in FIGS. 9A and 9B, a louver (5) is inclined at an angle of 30 degrees to a comb fin (1) arranged on one side of a base (2) on which a heating element (3) is mounted. Is provided. The louvers (5) are uniformly distributed in two rows closer to the fin tip (1 ') than the center of the height of the fin (1). The base (2) on which the heating element (3) is mounted is attached to the device housing (7) by a mounting bracket (9), and the fins (1) arranged in a comb shape are the device housing (7) and the back surface. Covered by the wind tunnel of the cover (8).
[0025]
The width between the fins (1) arranged in a comb shape is a, the height of the fins (1) is h1, the number of flow paths between the fins (1) is n, and the fin tip (1 ′) of the housing (7) of the wind tunnel. ) If the space width is b and its height is h2,
(0.1-0.3) × a × h1 × n = b × h2
The relationship is to be.
That is, a space b × h2 corresponding to 10% to 30% of the cross-sectional area a × h1 of the flow path between the fins (1) is provided on the fin tip (1 ′) side. By providing such a space at the end of the fin of the heat sink, the end surface of the fin can also be used as a heat dissipation surface, and the heat dissipation performance is improved.
At this time, if the cross-sectional area of the fin tip space is less than 10% of the cross-sectional area of the inter-fin flow path, the cooling fluid is less likely to flow into the fin tip space, and the pressure loss is increased and the fluid velocity is reduced, so that the radiation efficiency is rather reduced. Resulting in. If it exceeds 30%, most of the cooling fluid tends to flow into the fin tip space having a lower fluid resistance, so that the cooling fluid does not flow into the heat sink and the heat radiation efficiency is reduced.
[0026]
FIG. 9 (b) shows a cooling fluid in the flow path between the fins (1) when a space having a cross-sectional area of 20% of the flow area between the fins is provided at the fin tip side and the cooling fluid (10) flows in. This shows the behavior of. As shown in FIG. 9 (b), the cooling fluid behaves like the streamline (4) and efficiently dissipates heat from the vicinity of the base (2), and the space of the fin tip (1 '). As a result, a state in which the cooling fluid is sucked in like a streamline (4 ') from above, whereby the speed of the cooling fluid between the fins increases and a low-temperature fluid enters, so that the heat radiation efficiency is further improved.
That is, when the fin tip is closed without providing a space at the fin tip, the cooling fluid between the fins is pushed to the base side, and the cooling fluid at the fin tip tends to be sparse, but the fin tip side When the cooling fluid flows through the space provided in the fin, the cooling fluid flows from the fin tip side space into the portion where the cooling fluid is sparse, as shown in FIG. As a result, the cooling fluid flows between the fins at an increased speed, and a low-temperature fluid enters, so that the heat radiation efficiency is improved.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, according to the forced air-cooled comb heat sink of the present invention, each fin is inclined at an angle of 10 to 45 degrees from the flow direction of the cooling fluid toward the base, and the fins are higher than the center of the fin height. Since the louvers are provided by uniformly distributing one or more rows near the tip, it is possible to control the flow of the cooling fluid so as to be biased toward the base side. Heat can be dissipated, and the heat sink having high heat dissipation performance can be obtained.
Further, by providing a space having a cross-sectional area of 10% to 30% of the cross-sectional area of the fin between the fins, the cooling fluid is drawn from the space side to the space between the heat sink fins. Since the flow rate of the cooling fluid passing through the fluid increases and the low-temperature fluid enters at the same time, the heat radiation performance is further improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged view of a louver portion showing an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a side view showing an embodiment of the present invention. FIG. 5 illustrates a first embodiment of the present invention. FIG. 5 illustrates a first embodiment of the present invention. FIG. 6 illustrates a first embodiment of the present invention. FIG. 7 illustrates a first embodiment of the present invention. FIG. 8 is a diagram illustrating a first embodiment of the present invention. FIG. 9 is a diagram illustrating a second embodiment of the present invention. FIG. 10 is a diagram illustrating a conventional heat sink.
Reference Signs List 1 fin 2 base 3 heating element 4 streamline 5 louver

Claims

In a forced air-cooled comb-type heat sink in which fins to be cooled are arranged in a comb shape on one surface of a base on which a heating element is mounted, a louver is provided on the fins at an angle of 10 to 45 degrees from the flow direction of the cooling fluid toward the base. One or a plurality of rows are uniformly distributed closer to the fin tip than the center of the fin height, and the cooling fluid sent from the cooling fluid inflow portion of the heat sink is brought into contact with the fins by the louvers. A forced air-cooled comb-shaped heat sink for deflecting a flow of a cooling fluid toward or near a base portion on which a body is mounted.

The louver is characterized in that a cut is made in a part of the fin on three sides of a square, and the remaining one side is bent around an axis to form a square part having a height corresponding to a distance between the fins. The forced air-cooled comb heat sink according to claim 1.

3. A forced air-cooled comb-type heat sink according to claim 1, wherein the fins arranged on one side of the base on which the heating element is mounted have open ends.

Fins arranged in a comb shape on one side of a base on which a heating element is mounted are covered with an air tunnel, and a space having a cross-sectional area of 10% to 30% of a cross-sectional area of a flow path between fins is provided at a fin tip side. The forced air-cooled comb-type heat sink according to claim 1 or 2, wherein: