JP3982121B2

JP3982121B2 - Heat sink device

Info

Publication number: JP3982121B2
Application number: JP28109899A
Authority: JP
Inventors: 邦彦加賀; 博千葉; 良裕加柴
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-10-01
Filing date: 1999-10-01
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2019-10-01
Also published as: JP2001102508A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートシンク装置に関するものである．
【０００２】
【従来の技術】
従来のヒートシンク装置について図２４に示す。図２４は、特開昭６２−４９７００号公報に記載のヒートシンクであり、ヒートシンクベース２１と、前記ヒートシンクベース２１に直接固定した駆動モータ２２と、前記駆動モータ２２により回転する軸流ファン２３と、前記ファン２３の側面の少なくとも一部と直接対向し、しかも前記ファン２３を囲むとように設けられた一様な肉厚を有するフィン２４を有する。本従来例は、ファン２３により駆動された気流が、隣接し合うフィン２４により形成される風路を通過する間に該フィン２３との間で熱交換を行い、ヒートシンクベース２１が冷却される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本従来例によれば、ファン２３により駆動された気流は、ファン直下のヒートシンクベース２１に衝突した後、ヒートシンクベース面に沿った方向に偏向させられ、ヒートシンクベース２１の端部に向かって流れ去るので、偏向される際に遠心力の作用でヒートシンクベース面側に縮流して速度が増加し、実質的な気流通過断面が減少する。したがって、フィン２４の高さ方向の内で実際に気流が通過するのは、ヒートシンクベース２１の近傍のみであり、実質的な伝熱面積は小さい。したがって、フィン２４の高さを増しても実質的な伝熱面積を増加させられないため、性能向上には限界があるという問題点があった。
【０００４】
このような問題を回避するため、フィンの枚数を増やす、あるいはフィンの厚みを増して相対的に風路幅を減少させ摩擦抗力を増大化させることにより、フィンの上部に気流を導くことが考えられるが、使用環境中に存在する粉塵などが風路上に堆積してフィン間風路が閉塞するおそれがあること、またフィンの製造上の制約によりフィンの枚数が制限されることから、このような方法には限界がある。また、風路幅を一様に減少させると、全体として圧力損失が大きくなり風量が低下するため、結局満足な性能が得られないという問題点があった。
【０００５】
本願発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、冷媒の通路における冷媒の流速分布が、ヒートシンクベース表面に垂直な方向において、ほぼ均一となるヒートシンク装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るヒートシンク装置は、裏面において被冷却体に近接するヒートシンクベースと、上記ヒートシンクベースの表面に立設された一対のフィンと、上記ヒートシンクベースの表面に対向して設置され、かつ上記一対のフィンとヒートシンクベースに囲まれた通路に冷媒を送り込むファンとを備えたヒートシンク装置において、上記通路における上記冷媒の流れが、上記一対のフィンのいずれか一方の上記ヒートシンクベース表面から離れた部分に当たるものである。
【０００７】
又、裏面において被冷却体に近接するヒートシンクベースと、上記ヒートシンクベースの表面に立設された一対のフィンと、上記ヒートシンクベースの表面に対向して設置され、かつ上記一対のフィンとヒートシンクベースに囲まれた通路に冷媒を送り込むファンとを備えたヒートシンク装置において、上記通路における上記冷媒の流れを上記ヒートシンクベース表面から離れる方向に変化させる障害物を設けたものである。
【０００８】
又、障害物はヒートシンクベース表面から突出しているものである。
【０００９】
又、裏面において被冷却体に近接するヒートシンクベースと、上記ヒートシンクベースの表面に立設された一対のフィンと、上記ヒートシンクベースの表面に対向して設置され、かつ上記一対のフィンとヒートシンクベースに囲まれた通路に冷媒を送り込むファンとを備えたヒートシンク装置において、上記一対のフィンのいずれか一方のヒートシンクベース近傍における幅は、上記ファンに近い部分よりも該ファンから離れた部分の方が広く、かつ、このファンから離れた部分におけるフィンの幅は、上記ヒートシンクベース表面から離れるにつれて狭くなるものである。
【００１０】
又、ファンから離れた部分におけるフィンの幅は、ヒートシンクベース表面から離れるにつれて階段状に減少するものである。
【００１１】
又、ファンから離れた部分におけるフィンの幅はヒートシンクベース表面から離れるにつれて折れ線状に単調減少し、かつ、この折れ線を形成する線分は上記ヒートシンクベース表面から離れるほど傾きが緩やかになるものである。
【００１２】
又、裏面において被冷却体に近接するヒートシンクベースと、上記ヒートシンクベースの表面に立設された一対のフィンと、上記ヒートシンクベースの表面に対向して設置され、かつ上記一対のフィンとヒートシンクベースに囲まれた通路に冷媒を送り込むファンとを備えたヒートシンク装置において、上記通路のヒートシンクベース近傍における幅はファンに近い部分よりも該ファンから離れた部分の方が狭く、かつ、このファンから離れた部分における通路の幅は上記ヒートシンクベースから離れるほど広くなるものである。
【００１３】
又、通路のファンから離れた部分におけるヒートシンクベースの表面には、該ヒートシンクベースを基準とする高さが一対のフィンのいずれよりも低く、かつ該一対のフィンとは異なるフィンが立設されているものである。
【００１４】
又、裏面において被冷却体に近接するヒートシンクベースと、上記ヒートシンクベースの表面に立設された一対のフィンと、上記ヒートシンクベースの表面に対向して設置され、かつ上記一対のフィンとヒートシンクベースに囲まれた通路に冷媒を送り込むファンとを備えたヒートシンク装置において、上記ファンと対向する位置から上記フィンが立設された位置にかけて、上記ヒートシンクベースの厚さは上記ファンから離れるにつれ薄くなり、しかも、上記ヒートシンクベースの上記ファンと対向する位置における厚さよりも、上記一対のフィンのいずれか一方の上記ヒートシンクベースを基準とする高さと上記ヒートシンクベースの該フィンが立設された部分の厚さとの和の方が大きいものである。
【００１５】
又、裏面において被冷却体に近接するヒートシンクベースと、上記ヒートシンクベースの表面に立設された一対のフィンと、上記ヒートシンクベースの表面に対向して設置され、かつ上記一対のフィンとヒートシンクベースに囲まれた通路に冷媒を送り込むファンとを備えたヒートシンク装置において、上記通路の上記ヒートシンクベース表面を基準とする高さの略中間位置に、遮蔽板が挿入されているものである。
【００１６】
又、裏面において被冷却体に近接するヒートシンクベースと、上記ヒートシンクベースの表面に立設された一対のフィンと、上記ヒートシンクベースの表面に対向して設置され、かつ上記一対のフィンとヒートシンクベースに囲まれた通路に冷媒を送り込むファンとを備えたヒートシンク装置において、上記ヒートシンクベース表面の上記ファンと対向する位置に突起物が複数立設されるとともに、該ヒートシンクベースの突起物が立設された位置よりも上記ファンから離れた位置に上記一対のフィンが立設されるものである。
【００１７】
又、裏面において被冷却体に近接するヒートシンクベースと、上記ヒートシンクベースの表面に立設された一対のフィンと、上記ヒートシンクベースの表面に対向して設置され、かつ上記一対のフィンとヒートシンクベースに囲まれた通路に冷媒を送り込むファンとを備えたヒートシンク装置において、上記ヒートシンクベースの厚さは、上記ファンからの距離の増加に伴い単調増加し、該距離が所望の距離に達すると減少するものである。
【００１８】
又、ファンが有する冷媒の取り込み口の縁から延在し一対のフィンを覆う隔壁板を備えたものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態によるヒートシンク装置の平面模式及び断面模式図である。図１において、１は裏面にパワーモジュールなどの被冷却体である発熱体が取り付けられるヒートシンクベース、２はヒートシンクベース１に対向して設けられた駆動モータ、３はヒートシンクベース１の表面に対向して設置され、駆動モータ２により駆動されることで風を送り込むファン、４はヒートシンクベース１の表面に立設されたフィンである。
【００２０】
フィン４はヒートシンク中央部から外周に向かって複数立設されており、フィン４のフィン厚さはヒートシンクベース１からの距離の増加に伴って直線的に減少している。加えて、フィン４で囲まれた風路の外周に向かって、フィン４の先端部と底部のフィン厚さの割合が変化し、外周側ではフィン４の底部の厚さがより厚くなっている。
【００２１】
以下に、フィン厚さの変化について、図２を用いて詳述する。尚、図２（ａ）はファン３に近い、風路の内周側（即ち、上流側）におけるフィン４及びヒートシンクベース１に関する図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図２（ｂ）はファン３から離れた、風路の外周側（即ち、下流側）におけるフィン４及びヒートシンクベース１に関する図１（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。ここで、図２（ａ）における、内周側でのフィン最上部の風路幅ｄｔ₁とフィン最下部の風路幅ｄｂ₁との関係はｄｔ₁＞１．５×ｄｂ₁であり、図２（ｂ）における、外周側でのフィン最上部の風路幅ｄｔ₂とフィン最下部の風路幅ｄｂ₂の関係についてもｄｔ₂＞１．５×ｄｂ₂の条件をみたしている。
【００２２】
このとき、フィン間に形成された風路の幅は、ヒートシンクベース１からの垂直方向距離に応じて拡大し、かつ、前記風路に沿った方向にｄｔ₁／ｄｂ₁およびｄｔ₂／ｄｂ₂などの拡大率がフィン３端からの距離の増加に伴って増大する。
【００２３】
尚、本実施の形態では、フィンの長さは７０ｍｍ、フィン高さは３０ｍｍ、フィン間風路の平均風速は最下流位置で４ｍ／ｓ、最下流位置でのフィン間風路幅の最大値は５ｍｍである。
【００２４】
次に、動作について説明する。ファン３から吹き出された気流は、ファン直下のヒートシンクベース１に衝突して方向を変え、フィン間の風路の内周部より流入し、外周に向かって流れる。従来、外周に向かって流れる気流のフィン高さ方向に沿った風速分布は、ヒートシンクベース付近で局所的に風速が速かったが、本実施の形態では、フィン間風路が底部で狭く先端部で広く、かつ外周部に向かって風路の底部側に対する先端側の幅の比率が拡大するため、フィン側面で生じる摩擦力による流体抵抗は風路幅の狭い底部付近で増加し（即ち、下流側でのフィン４の幅の増大分が気流に対する障害物として作用し）、底部付近に集中した気流がフィン間風路内でフィン高さ方向に拡散して、相対的にヒートシンクベース付近の風速が減少し、フィン先端部付近の風速が増加して、風速分布がフィン高さ方向で均一化する。
【００２５】
また、使用環境中に存在する粉塵などが風路底部に堆積してフィン間風路が一部閉塞しても、フィン４の上部付近では風路が確保され、気流は風路上部を迂回して流れ、下流では再びフィン全体に拡がって流れることができる。
【００２６】
本実施の形態は以上のように構成されているため、上記ヒートシンクベース１の表面近傍に偏っていた気流が、下流ほどヒートシンクベース１から離れる方向に移動するため、フィン間風路における風速分布が均一化する。そのため、フィン４の高さ方向にわたって伝熱面積が有効に確保され、実質的な冷却性能が向上し、同一体積での冷却性能が著しく向上するという効果を奏する。
【００２７】
加えて、フィン４の幅は下流側ほど広くなっているので、それに伴い、フィン効率も大きくなる。そのため、気流の速度が風路を進むにつれて低下することによる冷却性能の低下を、下流側のフィン効率の増加により相殺でき、全体としての冷却性能を維持できるという効果を奏する。
【００２８】
尚、ここで、フィン効率φは以下の計算式で表現される。
φ＝tanh(ｕ)／ｕ
ｕ＝Ｗ・（ｈ／（λ・ｙ））^1/2
【００２９】
但し、Ｗ：フィンの高さ（ｍ）
ｈ：空気の熱伝達率（W／ｍ²K）
λ：フィン材の熱伝導率（W／ｍK）
ｙ：平均フィン厚さの半分（ｍ）
である。
【００３０】
尚、ｙ＝（ａ＋ｂ）／４
但し、ａ：トップのフィンの厚さ（ｍ）
ｂ：ボトムのフィンの厚さ（ｍ）
である。
【００３１】
本実施の形態では、フィン最上部の風路幅ｄｔとフィン最下部の風路幅ｄｂの関係について、ｄｔ＞１．５×ｄｂの条件を満たすように設定しているが、、フィン高さ、フィン間風路幅の平均値、フィン間風速の平均値、風路長などの条件に応じて適切な値の範囲が変化することは言うまでもない。
【００３２】
また本実施の形態においては、フィン４はファン３から吹き出す気流の流れに沿って内周から外周に向かって略放射状に設けられているが、図３及び図４に示すように、フィンが直線的に並べられた場合についても同様の効果を奏する。ここで、図３はファン３がヒートシンクベース１のほぼ中央の位置に対向して設けられている場合、図４はファン３がヒートシンクベースの端部と対向するように設けられている場合を、それぞれ示す模式図である。
【００３３】
又、本実施の形態では、ファン３から離れるにつれ、フィン４の最下部の幅が徐々に増大しているが、図５に示すように、フィン４の最下部の幅を階段状に増加させても良いことは言うまでもない。ここで、図５はフィン４をヒートシンク表面に垂直な方向から見た平面図である。
【００３４】
さらに、図６に示すごとく、ファン３がヒートシンクベース１に対して傾斜して対向するように設けられた場合でも、同様の効果を奏する。また、本実施の形態では、図１（ｂ）に示すように、ファン３はフィン４の最上部よりもヒートシンクベース１から離れて設置されていたが、図７に示すように、ファン３のヒートシンクベース１に対する面のヒートシンクベース表面からの距離が、フィンの最上部のヒートシンクベース表面からの距離よりも短くなるように、低い位置に設けられていても同様の効果を奏することは言うまでもない。尚、図６及び７はヒートシンク装置の上記変形例をそれぞれ示す断面模式図である。
【００３５】
実施の形態２．
図８は、本発明の第２の実施の形態によるヒートシンク装置のフィンの断面形状を示す横断面図である。本実施の形態においては、フィン４の厚さをヒートシンクベース１からの距離の増加に伴って階段状に減少させている。尚、本実施の形態において、フィンの断面形状以外の構成については実施の形態１と同様である。
【００３６】
図８（ａ）は、フィン４の内周側の断面であり、図８（ｂ）は外周側の断面である。フィン底部でのフィン間風路幅ｄｂに対するフィン先端部でのフィン間風路幅ｄｔの比率は、同一フィン間風路において内周部から外周部に向かって増大する。本実施の形態では、ヒートシンクベース１からの高さＨの位置でステップ４１を設けており、ステップの高さＨは同一フィンの内周から外周側に向かって一定である。
【００３７】
本実施の形態は以上のように構成されているので、フィン間風路の下方ほど風路が狭くて流動抵抗が大きいため（つまり、気流に対する障害物として作用するため）、ヒートシンクベース面近傍に偏っていた気流がフィンの上方に拡散してフィン間の風速分布が均一化し、フィンの高さ方向全体にわたって伝熱面積が有効に確保されるので、実質的な冷却性能が向上し同一体積での冷却性能が著しく向上するという効果を奏する。また、粉塵などによるフィン間風路の閉塞に対しても迂回する風路が確保され、性能低下の度合いが小さいという効果を奏する。
【００３８】
なお、本実施の形態では、ヒートシンクベース１からの高さＨの位置で１つのステップ４１を設けており、このステップ４１の高さＨは内周から外周側に向かって不変であるが、ステップ４１は必要に応じて複数設けても良い。
また、図９に示すごとく、ステップ４１の高さは外周に向かって徐々に高くなるように（即ち、Ｈ_A＜Ｈ_Bとなるように）変化してもよいことは言うまでもない。尚、図９（ａ）は内周側のフィン４の断面、図９（ｂ）は外周側のフィン４の断面をそれぞれ示す断面模式図である。
【００３９】
実施の形態３．
図１０は本発明の第３の実施の形態によるヒートシンク装置のフィンの断面形状を示す横断面図である。本実施の形態においては、フィン４の厚さを、ヒートシンクベース１からの距離の増加に伴って、ヒートシンクベース１に対する傾きの異なる複数の線分からなる折れ線状に単調減少させている。尚、本実施の形態において、フィンの断面形状以外の構成については実施の形態１と同様である。
ここで、図１０（ａ）はフィンの内周側の断面であり、図１０（ｂ）は外周側の断面をそれぞれ示す断面図である。実施の形態１と同様、フィン４の底部でのフィン間風路幅ｄｂとフィン先端部でのフィン間風路幅ｄｔの比率は内周部から外周部に向かって増大する。
【００４０】
本実施の形態は以上のように構成されているため、ヒートシンクベース表面近傍に偏っていた気流が、フィン４の上方に移動してフィン間の風速分布が均一化しフィンの高さ方向全体にわたって伝熱面積が有効に確保されるので、実質的な冷却性能が向上し、同一体積での冷却性能が著しく向上するという効果を奏する。
【００４１】
特に、図１０に示されるように、折れ線を形成する線分がヒートシンクベース表面から離れるほど傾きが緩やかになる場合に、フィン間の風速分布がより均一化される。また、粉塵などの堆積による風路閉塞に対しても迂回する風路が確保され、性能低下の度合いが小さいという効果を奏する。
【００４２】
実施の形態４．
図１１は本発明の第４の実施の形態によるヒートシンク装置を表す平面模式図である。風路の幅が、底面部において上流側よりも下流側の方が狭く、しかも、ヒートシンクベース表面からの高さが高いほど広くなるようにするため、本実施の形態においては、フィンの枚数を風路に沿った上流側より下流側で増加させるとともに、増加されたフィンのヒートシンクベースからの高さを、風路を形成するフィンよりも低くしている。
【００４３】
即ち、本実施の形態においては、フィンの高さは２種類であり、背の高いフィン４ａと背の低いフィン４ｂとを交互に立設している。加えて、フィンの長さを、背の高いフィン４ａが背の低いフィン４ｂよりも長くなるように設定している。又、フィン厚さはヒートシンクベースからの距離の増加に伴い直線的に減少し、風路幅はフィン先端部よりもフィン底部付近のほうが狭くなるよう設定されている。図１２に、上記フィン４ａ及び４ｂの配置及び形状について、側面やや上方から見た拡大斜視図を示す。ここで、モータ２やファン３は省略している。
【００４４】
つぎに、動作について説明する。フィン間の風路を流れる気流は、内周側では風路幅がフィン底部に近いほど狭いため、実施の形態１に示したごとくフィンの高さ方向の風速分布が改善される。さらに、外周側では、背の低いフィン４ｂ（障害物）を追加して設けているため、フィン枚数が相対的に多いヒートシンクベース１に近傍では抵抗が大きいために風量が低下し、フィン４ａの上端に近い側で相対的にフィン枚数が少なく、そのため、フィンの上部の風量が増加する。
【００４５】
本実施の形態は以上のように構成されているので、ヒートシンクベース面近傍に偏っていた気流がフィンの上方に移動して、フィン間の風速分布が均一化し、フィンの高さ方向全体にわたって伝熱面積が有効に確保されるので、実質的な冷却性能が向上し同一体積での冷却性能が著しく向上するという効果を奏する。
【００４６】
なお、本実施の形態では、フィンの高さは２種類であるが、必要に応じて複数種類の高さを有するフィンを交互に立設するようにしてもよい。また本実施の形態では、一定の高さの背の低いフィン４ｂを内周側（即ち、下流側）には設けないで外周側にのみ設ける方法を採用しているが、このフィン４ｂの高さを内周側から外周側へ徐々に高くしてもかまわない。
【００４７】
実施の形態５．
図１３は本発明の第５の実施の形態によるヒートシンク装置を表す断面模式図である。本実施の形態においては、ファン３の直下からフィン４が立設された位置にかけて、ヒートシンクベース１の厚さが略階段状に減少し、しかも、ヒートシンクベース１のファン直下の位置における厚さｈ₁よりも、フィン高さとその下のヒートシンクベース厚さとの和ｈ₂の方が大きいことを特徴とし、その他の点は実施の形態１と同様である。
【００４８】
次に動作について述べる。ファン３からヒートシンクベース１に向かう気流は該ヒートシンクベース１に沿って流れ、フィン内周部より流入してフィン間風路に導入される。このとき、ヒートシンクベース１により、気流が外周側に押し出されるため、外周に向かって流れる速度ベクトルがより上流側で形成され、ヒートシンクベースの厚さが内周から外周にかけて一定の場合に比べ、フィン４の上方部への気流の導入が促進される。
【００４９】
本実施の形態は以上のように構成されているので、気流がフィンの上方にも供給されフィン間の風速分布が均一化し、フィンの高さ方向全体にわたって伝熱面積が有効に確保されるので実質的な冷却性能が向上し、同一体積での冷却性能が著しく向上するという効果を奏する。
【００５０】
加えて、ファン直下のフィン４の存在しないヒートシンクベース面の肉厚が増加するので、ヒートシンクベース１が裏面から被冷却体である発熱素子などにより局所加熱されても、ヒートシンクベース１が厚いためヒートシンクベース面に沿った方向の熱伝導性が良好となり、周囲のフィン４が存在する領域に熱が効率的に拡散するため、局所的な温度上昇を引き起こしにくいという効果を奏する。
【００５１】
特に、ヒートシンクベース１のファン直下の位置における厚さｈ₁よりも、フィン高さとその下のヒートシンクベース厚さとの和ｈ₂の方が大きいので、ファンから送り込まれた直後の気流が、フィン４の最も内周側の上部にも当たりやすく、この部分における冷却性能が高くなる。そのため、このヒートシンクベース１のファン直下の部分から熱が良好に伝導されるフィン４の最も内周側の部分が、ファン３から送り込まれた直後の冷媒により冷却されるため、冷却性能がさらに向上するという効果も有する。
【００５２】
さらに、ファン３からの気流がモータ２の直下に巻き込まれて渦を発生し、ファン３の特性が悪化して風量が低下するという問題が発生しないという効果も有する。
【００５３】
実施の形態６．
図１４は、本発明の第６の実施の形態によるヒートシンク装置を示す断面模式図である。本実施の形態においては、ファン３の直下からフィン４が立設された位置にかけて、ヒートシンクベース１の厚さが折れ線状に減少している。尚、本実施の形態において、ヒートシンクベースの断面形状以外の構成については実施の形態５と同様である。このように構成することで、実施の形態５に比べ、気流がスムーズに流れるという利点がある。
【００５４】
さらに、ヒートシンクベース１の厚さの変化を曲線状に減少させてもよいことは言うまでもない。また、ヒートシンクベース１の厚さは、冷却すべき被冷却体が発生する熱量の増加に応じて増加させることは言うまでもない。
【００５５】
実施の形態７．
図１５は本発明の第７の実施の形態によるヒートシンク装置を表す要部模式図である。フィン４の高さ方向の略中間位置にヒートシンクベース１と略平行に、ファン直下部分が開口された遮蔽板５を挿入している。図１５（ａ）は要部側面図、（ｂ）はフィン４及び遮蔽板５のファン直下近傍の斜視図である。
【００５６】
次に、動作について述べる。ファン３により下方に吹き出された風の一部は、ファン直下の空間に張り出した遮蔽板５の先端部分に衝突して偏向され、遮蔽板５により分割された風路の上方側に導入される。
【００５７】
本実施の形態は以上のように構成されているので、ファン３からヒートシンクベース１に向かう気流の一部が風路の上方側にも供給されるため、フィン間の風速分布が均一化しフィンの高さ方向の全体にわたって伝熱面積が有効に確保されるので、実質的な冷却性能が向上し同一体積での冷却性能が著しく向上するという効果を奏する。
【００５８】
また、遮蔽板５の材質をたとえばアルミニウムなどの良熱伝導性材料とし、フィン３に機械的に嵌合させることにより、風速分布の制御のみならず伝熱面積の拡大という効果も奏する。
【００５９】
なお、本実施の形態では、遮蔽板５はフィン高さ方向の略中間位置に１段のみ設置したが、フィン３の高さに応じて、遮蔽板５を多段に設置すればより効果が高められることは言うまでもない。また遮蔽板５のファン直下空間への張り出し距離を適切に設定することで、各遮蔽板５で囲まれた空間への所望の風量分配比を実現できることは言うまでもない。
【００６０】
実施の形態８．
図１６は本発明の第８の実施の形態によるヒートシンク装置を表す平面模式図である。ここで、ファン３及びモータ２は省略している。又、図１７はファン対向位置近傍における突起物及びフィンの形状を示す斜視図である。本実施の形態においては、ファン３直下のヒートシンクベース表面に、障害物である柱状の突起物７を複数立設している。又、本実施の形態は、突起物７が設けられている点を除いて、その他の点は実施の形態１と同様である。尚、フィン４の幅は一定であってもかまわない。
【００６１】
次に動作を説明する。ファンから吹き出す気流が柱状の突起物７の設けられたヒートシンクベース表面に衝突し、突起物７の間を通過する際、空気と突起物７の間で熱伝達が行われる。このとき、柱状の突起物７により気流の乱れが生じるため、突起物表面およびヒートシンクベース表面での熱伝達が促進される。加えて、外周に向かう気流に対する流体抵抗が増すため、フィン４の高さ方向に気流が拡がり外周に向かう風速が均一化する効果も有する。
【００６２】
本実施の形態は以上のように構成されているので、突起物７が気流に対する抵抗体としてはたらき、フィン間の風速分布を均一化する効果を増加させるとともに、拡大伝熱面としてはたらきヒートシンクの冷却性能がより向上するという効果を奏する。
【００６３】
なお、本実施の形態においては突起物の形状を柱状としたが、拡大伝熱面として有効な総面積を持ち、また抵抗体として働きさえすれば、角柱、円錐、角錐などの形状であってよいことは言うまでもない。
【００６４】
実施の形態９．
図１８は、本発明の第９の実施の形態によるヒートシンク装置に適用されるフィンの形状を表す模式図である。本実施の形態においては、フィン表面から風路に向けて突起物１０を突出させている。フィン４の形状を除きその他の点は実施の形態１と同様である。
【００６５】
つぎに、図１９を用いて動作について説明する。図１９は、フィン間風路を流れる気流の様子を示す模式図である。図に示すように、気流は突起物１０の存在により風路が狭められるため風速が増加し、フィン高さ方向の風速分布が均一化され易い。加えて、前記突起物１０に衝突して乱流化し熱伝達率が増加する。また、流れが蛇行してフィン側面に向かう流れが生じるため熱伝達率が増加する。
【００６６】
本実施の形態は以上のように構成されているため、フィン間の風速分布均一化を助長するとともに、突起物１０がフィン間の気流の乱れを増大化させ熱伝達を促進すると同時に、拡大伝熱面として働き冷却性能を向上させるという効果を奏する。さらに、ダイキャスト等で製作する際の離型のための抜きピンとして、突起物１０を兼用できるという効果を奏する。
【００６７】
実施の形態１０．
図２０は本発明の第１０の実施の形態によるヒートシンク装置の断面図である。本実施の形態においては、ヒートシンクベース１のフィンが立設されていない部分からフィン４の立設されている部分の内周側にかけて、気流の下流に向かってヒートシンクベースから突出する傾斜面１１（障害物）をヒートシンク中央を中心とする位置に、円周上に設けている。
【００６８】
次に動作について説明する。ファン３から吹き出された気流はヒートシンクベース１に衝突した後、フィン間風路に流入し、ヒートシンクベース１から突出した傾斜面１１に沿って斜め上方に偏向される。傾斜面１１の下流では、剥離が生じて圧力が下がりヒートシンクベース側にも気流が拡がり、風速分布が均一化する。
【００６９】
本実施の形態は以上のように構成されているので、傾斜面１１に沿って気流が斜め上に偏向されフィンの上方まで気流が到達し、風速分布が均一化するという効果を奏する。
【００７０】
なお、本実施の形態においては傾斜面１１を一カ所配置したものとしたが、気流が拡がるように配置すればよく、複数の円周上に設けてもよいことは言うまでもない。傾斜面１１が平面でなく、曲面などであってもよいことは言うまでもない。
【００７１】
実施の形態１１．
図２１は第１１の実施の形態によるヒートシンク装置の断面模式図である。本実施の形態における構造は、隔壁板９をファン３の吸い込み口に、例えばねじ（図示せず）で固着したものであることを特徴とする。その他の点については、実施の形態１と同様である。
【００７２】
次に、動作について述べる。ファン３から吹き出た気流は、ファン直下のヒートシンクベース１に衝突して方向を変えフィン間内周部より流入し、外周に向かって流れる。このとき、実施の形態１にて示したように、気流は外周側でフィンの上部へ拡散するよう設定されているため、隔壁板９は過度に気流が拡散して風速が低下するのを防止することができる。
【００７３】
また、隔壁板９を用いることによって、熱交換によって加熱した空気が上部へ回り込み、再びファン３の吸入口から吸い込まれて、空気の温度が上昇して熱交換効率が低下してしまうことを防止することができる。
【００７４】
実施の形態１２．
図２２は第１２の実施の形態によるヒートシンク装置の平面模式図である。本実施の形態における構造は、ヒートシンクベース１の中央から偏った位置に対向して、ファン３が取り付けられていることを特徴とする。その他の点については、実施の形態１と同様である。
【００７５】
本実施の形態は以上のように構成されているので、発熱体６（被冷却体）を、ファン３の直下ではなく、フィン１が立設する位置の裏面に設置することができる。そのため、この発熱体全体から、冷却性能の高いフィン３を介して効率的に熱を放散することが可能となる。
【００７６】
実施の形態１３．
図２３は本発明の第１３の実施の形態によるヒートシンク装置の平面図である。本実施の形態における構造は、ヒートシンクベース１が長方形であって、フィン４の全長が短い部分では、フィン４同志の間隔を狭くし、反対に、フィン４の全長が長い部分では、フィン４同志の間隔を広くすることを特徴とする。その他の点については、実施の形態１と同様である。
【００７７】
本実施の形態は以上のように構成されているので、風速分布がフィン４の全長が長い方で速くなり、短い方で遅くなるので、風路の終端部における風速分布が均一化し、冷却性能が向上するという効果を有する。
【００７８】
尚、上記実施の形態１乃至１３の説明では、ヒートシンクベース側を下、フィンの先端側を上として説明したが、これは、単に説明の便宜を図るためであり、ヒートシンク装置自体の取り付け方によっては、その位置関係が上下逆、もしくは左右となったりすることがあることは言うまでもなく、又それだけに限られるものではない。
【００７９】
【発明の効果】
この発明に係るヒートシンク装置は、裏面において被冷却体に近接するヒートシンクベースと、上記ヒートシンクベースの表面に立設された一対のフィンと、上記ヒートシンクベースの表面に対向して設置され、かつ上記一対のフィンとヒートシンクベースに囲まれた通路に冷媒を送り込むファンとを備えたヒートシンク装置において、上記通路における上記冷媒の流れが、上記一対のフィンのいずれか一方の上記ヒートシンクベース表面から離れた部分に当たるので、フィンの高さ方向にわたって伝熱面積が有効に確保され、実質的な冷却性能が向上し、同一体積での冷却性能が著しく向上するという効果を奏する。
【００８０】
又、裏面において被冷却体に近接するヒートシンクベースと、上記ヒートシンクベースの表面に立設された一対のフィンと、上記ヒートシンクベースの表面に対向して設置され、かつ上記一対のフィンとヒートシンクベースに囲まれた通路に冷媒を送り込むファンとを備えたヒートシンク装置において、上記通路における上記冷媒の流れを上記ヒートシンクベース表面から離れる方向に変化させる障害物を設けたので、上記冷媒の流れが障害物に当たり、上記ヒートシンクベース表面近傍に偏っていた該冷媒の流れが、ヒートシンクベース表面から離れる方向に移動するため、上記通路における冷媒の流れのヒートシンクベース表面に垂直な方向の速度分布がより均一化する。そのため、フィンの高さ方向にわたって伝熱面積が有効に確保され、実質的な冷却性能が向上し、同一体積での冷却性能が著しく向上するという効果を奏する。
【００８１】
又、障害物はヒートシンクベース表面から突出しているので、当該ヒートシンク装置を容易に製造することが可能となる。
【００８２】
又、裏面において被冷却体に近接するヒートシンクベースと、上記ヒートシンクベースの表面に立設された一対のフィンと、上記ヒートシンクベースの表面に対向して設置され、かつ上記一対のフィンとヒートシンクベースに囲まれた通路に冷媒を送り込むファンとを備えたヒートシンク装置において、上記一対のフィンのいずれか一方のヒートシンクベース近傍における幅は、上記ファンに近い部分よりも該ファンから離れた部分の方が広く、かつ、このファンから離れた部分におけるフィンの幅は、上記ヒートシンクベース表面から離れるにつれて狭くなるので、上記ヒートシンクベース表面近傍に偏っていた冷媒の流れが、上記通路を進むにつれて、ヒートシンクベース表面から離れる方向に移動するため、上記通路における冷媒の流れのヒートシンクベース表面に垂直な方向の速度分布がより均一化する。そのため、フィンの高さ方向にわたって伝熱面積が有効に確保され、実質的な冷却性能が向上し、同一体積での冷却性能が著しく向上するという効果を奏する。加えて、上記ヒートシンクベース近傍におけるフィンの幅は、上記ファンに近い部分よりも該ファンから離れた部分の方が広いので、上記通路の下流側ほど、フィン効率は大きくなっている。そのため、上記冷媒の流速が通路を進むにつれて低下することによる冷却性能の低下を、通路下流側のフィン効率の増加により相殺して、全体としての冷却性能を向上できるという効果を奏する。
【００８３】
又、ファンから離れた部分におけるフィンの幅は、ヒートシンクベース表面から離れるにつれて階段状に減少するので、該フィンを形成しやすく、そのため、当該ヒートシンク装置を容易に製造することが可能となる。
【００８４】
又、ファンから離れた部分におけるフィンの幅はヒートシンクベース表面から離れるにつれて折れ線状に単調減少し、かつ、この折れ線を形成する線分は上記ヒートシンクベース表面から離れるほど傾きが緩やかになるので、上記フィンの平均厚さが増大し、そのため、フィン効率が向上し、これにより、冷却性能が向上する。
【００８５】
又、裏面において被冷却体に近接するヒートシンクベースと、上記ヒートシンクベースの表面に立設された一対のフィンと、上記ヒートシンクベースの表面に対向して設置され、かつ上記一対のフィンとヒートシンクベースに囲まれた通路に冷媒を送り込むファンとを備えたヒートシンク装置において、上記通路のヒートシンクベース近傍における幅はファンに近い部分よりも該ファンから離れた部分の方が狭く、かつ、このファンから離れた部分における通路の幅は上記ヒートシンクベースから離れるほど広くなるので、上記ヒートシンクベース表面近傍に偏っていた冷媒の流れが、上記通路を進むにつれて、ヒートシンクベース表面から離れる方向に移動するため、上記通路における冷媒の流れのヒートシンクベース表面に垂直な方向の速度分布がより均一化する。そのため、フィンの高さ方向にわたって伝熱面積が有効に確保され、実質的な冷却性能が向上し、同一体積での冷却性能が著しく向上するという効果を奏する。
【００８６】
又、通路のファンから離れた部分におけるヒートシンクベースの表面には、該ヒートシンクベースを基準とする高さが一対のフィンのいずれよりも低く、かつ該一対のフィンとは異なるフィンが立設されているので、容易に、通路のヒートシンクベース近傍における幅をファンに近い部分よりも該ファンから離れた部分の方が狭くなるようにし、しかも、このファンから離れた部分における通路の幅を上記ヒートシンクベースから離れるほど広くする構造を実現できる。
【００８７】
又、裏面において被冷却体に近接するヒートシンクベースと、上記ヒートシンクベースの表面に立設された一対のフィンと、上記ヒートシンクベースの表面に対向して設置され、かつ上記一対のフィンとヒートシンクベースに囲まれた通路に冷媒を送り込むファンとを備えたヒートシンク装置において、上記ファンと対向する位置から上記フィンが立設された位置にかけて、上記ヒートシンクベースの厚さは上記ファンから離れるにつれ薄くなり、しかも、上記ヒートシンクベースの上記ファンと対向する位置における厚さよりも、上記一対のフィンのいずれか一方の上記ヒートシンクベースを基準とする高さと上記ヒートシンクベースの該フィンが立設された部分の厚さとの和の方が大きいので、ヒートシンクベースのファン直下のフィンが設けられていない部分の厚さが、その部分の周囲のフィンが立設された部分に比べて厚く、そのため、該ファン直下の部分が裏面から被冷却体により加熱されても、その部分の厚さが厚いために、ベース面に水平な方向の熱伝導性が良好となり、フィンが立設された領域に熱が拡散しやすくなるので、局所的な温度上昇を引き起こしにくいという効果を奏する。
さらに、ファンからの気流がモータ直下に巻き込まれて渦を発生し、ファンの特性が悪化して風量が低下するという問題を解決できるという効果も有する。
又、特に、上記ヒートシンクベースの上記ファンと対向する位置における厚さよりも、上記一対のフィンのいずれか一方の上記ヒートシンクベースを基準とする高さと上記ヒートシンクベースの該フィンが立設された部分の厚さとの和の方が大きいので、ファンから送り込まれた直後の冷媒が上記フィンのファンに近い部分に当たりやすく、このフィンのファンに近い部分における冷却性能が高くなる。そのため、上記ヒートシンクベースのファン直下の厚い部分から良好に熱が伝される上記フィンのファンに近い部分が、上記ファンから送り込まれた直後の冷媒により冷却されるため、冷却性能がさらに向上するという効果も有する。
【００８８】
又、裏面において被冷却体に近接するヒートシンクベースと、上記ヒートシンクベースの表面に立設された一対のフィンと、上記ヒートシンクベースの表面に対向して設置され、かつ上記一対のフィンとヒートシンクベースに囲まれた通路に冷媒を送り込むファンとを備えたヒートシンク装置において、上記通路の上記ヒートシンクベース表面を基準とする高さの略中間位置に、遮蔽板が挿入されているので、ファンからヒートシンクベースに向かう冷媒の流れの一部が、フィンのヒートシンクベースに垂直な方向の上方側にも供給されるため、上記通路における冷媒の流れのヒートシンクベース表面に垂直な方向の速度分布がより均一化する。そのため、フィンの高さ方向にわたって伝熱面積が有効に確保され、実質的な冷却性能が向上し、同一体積での冷却性能が著しく向上するという効果を奏する。また、遮蔽板の材質をたとえばアルミニウムなどの良熱伝導性材料とし、フィンに機械的に嵌合させることにより、流速分布の制御のみならず、伝熱面積の拡大という効果も奏する。
【００８９】
又、裏面において被冷却体に近接するヒートシンクベースと、上記ヒートシンクベースの表面に立設された一対のフィンと、上記ヒートシンクベースの表面に対向して設置され、かつ上記一対のフィンとヒートシンクベースに囲まれた通路に冷媒を送り込むファンとを備えたヒートシンク装置において、上記ヒートシンクベース表面の上記ファンと対向する位置に突起物が複数立設されるとともに、該ヒートシンクベースの突起物が立設された位置よりも上記ファンから離れた位置に上記一対のフィンが立設されるので、複数の突起物が冷媒の流れに対する抵抗体としてはたらき、フィン間の風速分布をさらに均一化させるとともに、拡大伝熱面としてもはたらき、ヒートシンクの冷却性能がより向上するという効果を奏する。
【００９０】
又、裏面において被冷却体に近接するヒートシンクベースと、上記ヒートシンクベースの表面に立設された一対のフィンと、上記ヒートシンクベースの表面に対向して設置され、かつ上記一対のフィンとヒートシンクベースに囲まれた通路に冷媒を送り込むファンとを備えたヒートシンク装置において、上記ヒートシンクベースの厚さは、上記ファンからの距離の増加に伴い単調増加し、該距離が所望の距離に達すると減少するので、このヒートシンクベースの厚さの変化により形成される斜面に沿って、冷媒の流れがヒートシンクベースから離れる方向に偏向され、ヒートシンクベース表面に垂直な方向における冷媒の流速分布がより均一化するとともに、ファンから所望の距離離れたところで冷媒の流れがヒートシンクベース表面から剥離し、それよりも下流側において上記冷媒の流れの一部がヒートシンクベース側にも拡散するので、冷媒の流速分布がさらに均一化し、そのため、さらなる冷却性能の向上が実現できるという効果を奏する。
【００９１】
又、ファンが有する冷媒の取り込み口の縁から延在し一対のフィンを覆う隔壁板を備えたので、熱交換して温度が上昇した冷媒が、再びファンの吸い込み口から流入して冷却効率が低下することを防止できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１を表す模式図である。
【図２】実施の形態１におけるフィン形状を示す断面模式図である。
【図３】ファン取り付け位置の他の例を示す模式図である。
【図４】ファン取り付け位置の他の例を示す模式図である。
【図５】フィン形状の他の例を示す平面模式図である。
【図６】ファン取り付け状態の他の例を示す模式図である。
【図７】ファン取り付け状態の他の例を示す模式図である。
【図８】実施の形態２におけるフィン形状を示す断面模式図である。
【図９】フィン形状の他の例を示す断面模式図である。
【図１０】実施の形態３におけるフィン形状を示す断面模式図である。
【図１１】実施の形態４を表す平面模式図である。
【図１２】実施の形態４におけるフィン形状を示す斜視図である。
【図１３】実施の形態５を表す断面模式図である。
【図１４】実施の形態６を表す断面模式図である。
【図１５】実施の形態７を表す模式図である。
【図１６】実施の形態８を表す模式図である。
【図１７】実施の形態８におけるファン対向位置近傍における突起物及びフィンの形状を示す斜視図である。
【図１８】実施の形態９におけるフィン形状を示す斜視図である。
【図１９】実施の形態９における気流の状態を示す模式図である。
【図２０】実施の形態１０を表す断面模式図である。
【図２１】実施の形態１１を表す断面模式図である。
【図２２】実施の形態１２を表す平面模式図である。
【図２３】実施の形態１３を表す平面模式図である。
【図２４】従来例を表す模式図である。
【符号の説明】
１ヒートシンクベース、２モータ、３ファン、４フィン、
４ａ背の高いフィン，４ｂ背の低いフィン、５遮蔽板、
６発熱体、７突起物、９隔壁板、１０突起物、
１１傾斜面、２１ヒートシンクベース、２２モータ、
２３ファン、２４フィン、４１ステップ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat sink device.
[0002]
[Prior art]
A conventional heat sink device is shown in FIG. FIG. 24 is a heat sink disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-49700, which includes a heat sink base 21, a drive motor 22 fixed directly to the heat sink base 21, an axial fan 23 rotated by the drive motor 22, A fin 24 having a uniform thickness is provided so as to directly face at least a part of the side surface of the fan 23 and to surround the fan 23. In this conventional example, while the airflow driven by the fan 23 passes through the air path formed by the adjacent fins 24, heat exchange is performed with the fins 23, and the heat sink base 21 is cooled.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
According to this conventional example, the air flow driven by the fan 23 collides with the heat sink base 21 directly under the fan, is deflected in a direction along the heat sink base surface, and flows away toward the end of the heat sink base 21. Therefore, when deflected, the centrifugal force causes a contraction to the heat sink base surface side, the speed increases, and the substantial air flow passage cross section decreases. Therefore, the airflow actually passes only in the vicinity of the heat sink base 21 within the height direction of the fins 24, and the substantial heat transfer area is small. Therefore, since the substantial heat transfer area cannot be increased even if the height of the fins 24 is increased, there is a problem that there is a limit in improving the performance.
[0004]
In order to avoid such a problem, it is considered that the airflow is guided to the upper part of the fin by increasing the number of fins or increasing the thickness of the fin to relatively reduce the air passage width and increase the frictional drag. However, there is a possibility that dust existing in the environment of use may accumulate on the air path and the air path between the fins may be blocked, and the number of fins is limited due to fin manufacturing restrictions. There are limitations to this method. Further, when the air passage width is uniformly reduced, the pressure loss increases as a whole and the air volume decreases, so that there is a problem that satisfactory performance cannot be obtained after all.
[0005]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a heat sink device in which the flow velocity distribution of the refrigerant in the refrigerant passage is substantially uniform in the direction perpendicular to the surface of the heat sink base. And
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The heat sink device according to the present invention includes a heat sink base that is close to the object to be cooled on the back surface, a pair of fins that are erected on the surface of the heat sink base, and a surface that faces the surface of the heat sink base. In the heat sink device comprising a fin and a fan for sending the refrigerant into the passage surrounded by the heat sink base, the flow of the refrigerant in the passage hits a portion of one of the pair of fins away from the surface of the heat sink base. Is.
[0007]
In addition, the heat sink base close to the object to be cooled on the back surface, a pair of fins erected on the surface of the heat sink base, and the heat sink base facing the surface of the heat sink base, and the pair of fins and the heat sink base In the heat sink device including a fan for sending the refrigerant into the enclosed passage, an obstacle is provided to change the flow of the refrigerant in the passage in a direction away from the surface of the heat sink base.
[0008]
Further, the obstacle protrudes from the heat sink base surface.
[0009]
In addition, the heat sink base close to the object to be cooled on the back surface, a pair of fins erected on the surface of the heat sink base, and the heat sink base facing the surface of the heat sink base, and the pair of fins and the heat sink base In a heat sink device including a fan that sends a refrigerant into an enclosed passage, the width in the vicinity of one of the pair of fins in the vicinity of the heat sink base is wider in a portion away from the fan than in a portion near the fan. And the width | variety of the fin in the part away from this fan becomes narrow as it leaves | separates from the said heat sink base surface.
[0010]
Further, the width of the fin in the portion away from the fan decreases in a stepped manner as the distance from the heat sink base surface increases.
[0011]
Further, the width of the fin in the part away from the fan monotonously decreases in a polygonal line shape as the distance from the heat sink base surface increases, and the inclination of the line segment forming the polygonal line becomes gentler as the distance from the heat sink base surface increases. .
[0012]
In addition, the heat sink base close to the object to be cooled on the back surface, a pair of fins erected on the surface of the heat sink base, and the heat sink base facing the surface of the heat sink base, and the pair of fins and the heat sink base In a heat sink device comprising a fan for sending refrigerant to the enclosed passage, the width of the passage near the heat sink base is narrower in the portion away from the fan than in the portion near the fan, and separated from the fan. The width of the passage in the portion becomes wider as the distance from the heat sink base increases.
[0013]
In addition, on the surface of the heat sink base at a portion away from the fan of the passage, a fin that is lower than any of the pair of fins with respect to the heat sink base and is different from the pair of fins is erected. It is what.
[0014]
In addition, the heat sink base close to the object to be cooled on the back surface, a pair of fins erected on the surface of the heat sink base, and the heat sink base facing the surface of the heat sink base, and the pair of fins and the heat sink base In a heat sink device including a fan that sends a refrigerant into the enclosed passage, the thickness of the heat sink base decreases from the position facing the fan to the position where the fins are erected, and the thickness of the heat sink base decreases. The height of any one of the pair of fins relative to the heat sink base and the thickness of the portion of the heat sink base where the fins are erected rather than the thickness of the heat sink base facing the fan The sum is greater.
[0015]
In addition, the heat sink base close to the object to be cooled on the back surface, a pair of fins erected on the surface of the heat sink base, and the heat sink base facing the surface of the heat sink base, and the pair of fins and the heat sink base In a heat sink device including a fan for feeding refrigerant into the enclosed passage, a shielding plate is inserted at a substantially intermediate position of the passage with respect to the heat sink base surface.
[0016]
In addition, the heat sink base close to the object to be cooled on the back surface, a pair of fins erected on the surface of the heat sink base, and the heat sink base facing the surface of the heat sink base, and the pair of fins and the heat sink base In a heat sink device including a fan that sends a refrigerant into an enclosed passage, a plurality of protrusions are erected at a position facing the fan on the surface of the heat sink base, and the protrusions of the heat sink base are erected. The pair of fins are erected at a position farther from the fan than the position.
[0017]
In addition, the heat sink base close to the object to be cooled on the back surface, a pair of fins erected on the surface of the heat sink base, and the heat sink base facing the surface of the heat sink base, and the pair of fins and the heat sink base In a heat sink device having a fan for sending refrigerant into an enclosed passage, the thickness of the heat sink base increases monotonously with increasing distance from the fan and decreases when the distance reaches a desired distance It is.
[0018]
Further, a partition plate extending from the edge of the refrigerant intake port of the fan and covering the pair of fins is provided.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1A and FIG. 1B are a schematic plan view and a schematic cross-sectional view of a heat sink device according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a heat sink base on which a heating element, such as a power module, is attached on the back surface, 2 denotes a drive motor provided facing the heat sink base 1, and 3 denotes a surface facing the heat sink base 1. And a fan 4 that feeds wind by being driven by the drive motor 2, and 4 are fins erected on the surface of the heat sink base 1.
[0020]
A plurality of fins 4 are erected from the center of the heat sink toward the outer periphery, and the fin thickness of the fins 4 decreases linearly as the distance from the heat sink base 1 increases. In addition, the ratio of the fin thickness between the tip portion and the bottom portion of the fin 4 changes toward the outer periphery of the air passage surrounded by the fins 4, and the thickness of the bottom portion of the fin 4 becomes thicker on the outer periphery side. .
[0021]
Hereinafter, changes in fin thickness will be described in detail with reference to FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1A regarding the fins 4 and the heat sink base 1 on the inner peripheral side (that is, the upstream side) of the air path close to the fan 3, and FIG. ) Is a cross-sectional view taken along line B-B in FIG. 1A regarding the fins 4 and the heat sink base 1 on the outer peripheral side (that is, downstream side) of the air passage away from the fan 3. Here, the air path width dt at the top of the fin on the inner peripheral side in FIG.₁And the fin width at the bottom of the fin db₁The relationship with dt₁> 1.5 × db₁And the air path width dt at the top of the fin on the outer peripheral side in FIG.₂And the fin width at the bottom of the fin db₂Dt for the relationship₂> 1.5 × db₂I met the conditions.
[0022]
At this time, the width of the air passage formed between the fins is increased in accordance with the vertical distance from the heat sink base 1 and dt in the direction along the air passage.₁/ Db₁And dt₂/ Db₂The enlargement ratio increases as the distance from the end of the fin 3 increases.
[0023]
In the present embodiment, the fin length is 70 mm, the fin height is 30 mm, the average wind speed of the inter-fin air passage is 4 m / s at the most downstream position, and the maximum value of the inter-fin air passage width at the most downstream position. Is 5 mm.
[0024]
Next, the operation will be described. The air flow blown out from the fan 3 collides with the heat sink base 1 directly under the fan and changes its direction, flows in from the inner peripheral part of the air path between the fins, and flows toward the outer periphery. Conventionally, the wind speed distribution along the fin height direction of the airflow flowing toward the outer periphery has been locally high in the vicinity of the heat sink base, but in the present embodiment, the air path between the fins is narrow at the bottom and at the tip. Since the ratio of the width of the tip side to the bottom side of the air passage increases toward the outer periphery, the fluid resistance due to the frictional force generated on the fin side surface increases near the bottom where the air passage width is narrow (ie, downstream side). The increase in the width of the fins 4 acts as an obstacle to the airflow), and the airflow concentrated near the bottom diffuses in the fin height direction in the airflow between the fins, and the wind speed near the heat sink base is relatively The wind speed near the fin tip increases and the wind speed distribution becomes uniform in the fin height direction.
[0025]
Even if dust or the like existing in the usage environment accumulates on the bottom of the air passage and the air passage between the fins is partially blocked, the air passage is secured near the upper portion of the fin 4, and the air current bypasses the upper air passage. It can flow to the whole fin again downstream.
[0026]
Since the present embodiment is configured as described above, the air flow that is biased to the vicinity of the surface of the heat sink base 1 moves in the direction away from the heat sink base 1 toward the downstream, so that the wind speed distribution in the inter-fin air path is Make uniform. Therefore, the heat transfer area is effectively ensured over the height direction of the fins 4, the substantial cooling performance is improved, and the cooling performance in the same volume is remarkably improved.
[0027]
In addition, since the width of the fin 4 is wider toward the downstream side, the fin efficiency is increased accordingly. Therefore, a decrease in cooling performance due to a decrease in the speed of the airflow as it travels along the air path can be offset by an increase in downstream fin efficiency, and the overall cooling performance can be maintained.
[0028]
Here, the fin efficiency φ is expressed by the following calculation formula.
φ = tanh (u) / u
u = W · (h / (λ · y))^1/2
[0029]
W: Fin height (m)
h: Heat transfer coefficient of air (W / m²K)
λ: Thermal conductivity of fin material (W / mK)
y: half of average fin thickness (m)
It is.
[0030]
Y = (a + b) / 4
Where a: thickness of top fin (m)
b: Bottom fin thickness (m)
It is.
[0031]
In the present embodiment, the relationship between the air path width dt at the top of the fin and the air path width db at the bottom of the fin is set so as to satisfy the condition of dt> 1.5 × db. Needless to say, the range of appropriate values varies depending on conditions such as the average value of the inter-fin air passage width, the average value of the inter-fin air velocity, and the air passage length.
[0032]
Further, in the present embodiment, the fins 4 are provided substantially radially from the inner periphery to the outer periphery along the flow of the airflow blown from the fan 3, but the fins are straight as shown in FIGS. The same effect can be achieved even when they are arranged side by side. Here, FIG. 3 shows a case where the fan 3 is provided so as to face the substantially central position of the heat sink base 1, and FIG. 4 shows a case where the fan 3 is provided so as to face the end of the heat sink base. FIG.
[0033]
In the present embodiment, as the distance from the fan 3 increases, the width of the lowermost portion of the fin 4 gradually increases. However, as shown in FIG. 5, the width of the lowermost portion of the fin 4 is increased stepwise. Needless to say. Here, FIG. 5 is a plan view of the fin 4 as seen from a direction perpendicular to the surface of the heat sink.
[0034]
Furthermore, as shown in FIG. 6, even when the fan 3 is provided so as to be inclined and opposed to the heat sink base 1, the same effect is obtained. Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 1B, the fan 3 is installed farther from the heat sink base 1 than the uppermost part of the fins 4, but as shown in FIG. Needless to say, the same effect can be obtained even when the fin is provided at a low position so that the distance from the heat sink base surface to the surface of the heat sink base 1 is shorter than the distance from the heat sink base surface at the top of the fin. 6 and 7 are schematic cross-sectional views showing the above-described modifications of the heat sink device.
[0035]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the cross-sectional shape of the fin of the heat sink device according to the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the thickness of the fin 4 is decreased stepwise as the distance from the heat sink base 1 increases. In the present embodiment, the configuration other than the cross-sectional shape of the fin is the same as that of the first embodiment.
[0036]
FIG. 8A is a cross section on the inner peripheral side of the fin 4, and FIG. 8B is a cross section on the outer peripheral side. The ratio of the inter-fin air passage width dt at the fin tip to the inter-fin air passage width db at the fin bottom portion increases from the inner peripheral portion toward the outer peripheral portion in the same inter-fin air passage. In the present embodiment, the step 41 is provided at the position of the height H from the heat sink base 1, and the step height H is constant from the inner periphery to the outer periphery side of the same fin.
[0037]
Since the present embodiment is configured as described above, the air path is narrower and the flow resistance is larger toward the lower part of the inter-fin air path (that is, it acts as an obstacle to the air flow). The biased air flow is diffused above the fins and the wind speed distribution between the fins is made uniform, and the heat transfer area is effectively ensured throughout the height direction of the fins. The cooling performance is significantly improved. In addition, an air path that bypasses the air path between the fins due to dust or the like is ensured, and an effect that the degree of performance degradation is small is achieved.
[0038]
In the present embodiment, one step 41 is provided at the position of the height H from the heat sink base 1, and the height H of the step 41 does not change from the inner periphery toward the outer periphery, A plurality of 41 may be provided as necessary.
Further, as shown in FIG. 9, the height of step 41 is gradually increased toward the outer periphery (ie, H_A<H_BNeedless to say, it may change. 9A is a schematic cross-sectional view showing the cross section of the fin 4 on the inner peripheral side, and FIG. 9B is a schematic cross-sectional view showing the cross section of the fin 4 on the outer peripheral side.
[0039]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the cross-sectional shape of the fin of the heat sink device according to the third embodiment of the present invention. In the present embodiment, as the distance from the heat sink base 1 increases, the thickness of the fin 4 is monotonously decreased in a polygonal line shape including a plurality of line segments having different inclinations with respect to the heat sink base 1. In the present embodiment, the configuration other than the cross-sectional shape of the fin is the same as that of the first embodiment.
Here, FIG. 10A is a cross section on the inner peripheral side of the fin, and FIG. 10B is a cross sectional view showing a cross section on the outer peripheral side. As in the first embodiment, the ratio of the inter-fin air passage width db at the bottom of the fin 4 and the inter-fin air passage width dt at the fin tip increases from the inner periphery toward the outer periphery.
[0040]
Since the present embodiment is configured as described above, the airflow that is biased near the surface of the heat sink base moves above the fins 4 and the wind speed distribution between the fins becomes uniform, and is transmitted over the entire height direction of the fins. Since the heat area is effectively secured, the substantial cooling performance is improved, and the cooling performance in the same volume is remarkably improved.
[0041]
In particular, as shown in FIG. 10, the wind speed distribution between the fins is made more uniform when the inclination of the line segment forming the polygonal line becomes gentler as the distance from the heat sink base surface increases. In addition, an air path that bypasses the air path due to accumulation of dust or the like is secured, and an effect that the degree of performance degradation is small is achieved.
[0042]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 11 is a schematic plan view showing a heat sink device according to the fourth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the number of fins is set so that the width of the air passage is narrower at the bottom side than the upstream side at the downstream side and becomes wider as the height from the heat sink base surface is higher. The height of the increased fin from the heat sink base is made lower than that of the fin forming the air path, while being increased downstream from the upstream side along the air path.
[0043]
That is, in the present embodiment, there are two types of fin height, and the tall fins 4a and the short fins 4b are erected alternately. In addition, the length of the fin is set so that the tall fin 4a is longer than the short fin 4b. The fin thickness decreases linearly as the distance from the heat sink base increases, and the air passage width is set to be narrower near the fin bottom than at the fin tip. FIG. 12 shows an enlarged perspective view of the arrangement and shape of the fins 4a and 4b as seen from the side slightly above. Here, the motor 2 and the fan 3 are omitted.
[0044]
Next, the operation will be described. Since the air flow flowing through the air path between the fins is narrower toward the inner peripheral side as the air path width is closer to the fin bottom, the air velocity distribution in the fin height direction is improved as shown in the first embodiment. Furthermore, since the fin 4b (obstacle) with a short height is additionally provided on the outer peripheral side, the air volume is reduced due to the large resistance near the heat sink base 1 having a relatively large number of fins, and the fin 4a The number of fins is relatively small on the side close to the upper end, so that the air volume at the top of the fin increases.
[0045]
Since the present embodiment is configured as described above, the airflow that is biased near the heat sink base surface moves above the fins, and the wind speed distribution between the fins is made uniform, and is transmitted over the entire height direction of the fins. Since the heat area is effectively secured, the substantial cooling performance is improved, and the cooling performance in the same volume is remarkably improved.
[0046]
In the present embodiment, there are two types of fin heights, but fins having a plurality of types of heights may be alternately provided as needed. In the present embodiment, a method is adopted in which the short fin 4b having a certain height is not provided on the inner peripheral side (that is, the downstream side) but only on the outer peripheral side. The height may be gradually increased from the inner circumference side to the outer circumference side.
[0047]
Embodiment 5 FIG.
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a heat sink device according to a fifth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the thickness of the heat sink base 1 decreases in a substantially step shape from directly below the fan 3 to the position where the fins 4 are erected, and the thickness h of the heat sink base 1 at a position directly below the fan is reduced.₁Rather than the sum of the fin height and the heat sink base thickness below it₂The other feature is the same as that of the first embodiment.
[0048]
Next, the operation will be described. The airflow from the fan 3 toward the heat sink base 1 flows along the heat sink base 1, flows in from the fin inner peripheral portion, and is introduced into the inter-fin air passage. At this time, since the air flow is pushed out to the outer peripheral side by the heat sink base 1, the velocity vector flowing toward the outer periphery is formed on the upstream side, and compared with the case where the thickness of the heat sink base is constant from the inner periphery to the outer periphery. The introduction of the airflow into the upper part of 4 is promoted.
[0049]
Since the present embodiment is configured as described above, the airflow is also supplied above the fins, the wind speed distribution between the fins is uniformed, and the heat transfer area is effectively ensured over the entire height direction of the fins. The substantial cooling performance is improved, and the cooling performance at the same volume is remarkably improved.
[0050]
In addition, since the thickness of the heat sink base surface where the fins 4 immediately below the fan do not exist increases, the heat sink base 1 is thick even if the heat sink base 1 is locally heated from the back surface by a heat generating element or the like to be cooled. The thermal conductivity in the direction along the base surface is improved, and heat is efficiently diffused in the region where the surrounding fins 4 are present, so that an effect of hardly causing a local temperature rise is obtained.
[0051]
In particular, the thickness h of the heat sink base 1 immediately below the fan₁Rather than the sum of the fin height and the heat sink base thickness below it₂Therefore, the airflow immediately after being sent from the fan is likely to hit the uppermost part on the innermost side of the fin 4, and the cooling performance in this part becomes high. For this reason, the innermost peripheral portion of the fin 4 where heat is conducted well from the portion immediately below the fan of the heat sink base 1 is cooled by the refrigerant immediately after being fed from the fan 3, so that the cooling performance is further improved. It also has the effect of doing.
[0052]
Furthermore, the air current from the fan 3 is drawn directly under the motor 2 to generate a vortex, and there is an effect that the problem that the characteristics of the fan 3 are deteriorated and the air volume is reduced does not occur.
[0053]
Embodiment 6 FIG.
FIG. 14 is a schematic sectional view showing a heat sink device according to the sixth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the thickness of the heat sink base 1 decreases in a polygonal line from the position immediately below the fan 3 to the position where the fins 4 are erected. In the present embodiment, the configuration other than the cross-sectional shape of the heat sink base is the same as that of the fifth embodiment. By comprising in this way, compared with Embodiment 5, there exists an advantage that an airflow flows smoothly.
[0054]
Furthermore, it goes without saying that the change in the thickness of the heat sink base 1 may be reduced in a curved line. Needless to say, the thickness of the heat sink base 1 is increased in accordance with an increase in the amount of heat generated by the object to be cooled.
[0055]
Embodiment 7 FIG.
FIG. 15 is a schematic view of a main part showing a heat sink device according to a seventh embodiment of the present invention. A shielding plate 5 having an opening directly below the fan is inserted substantially parallel to the heat sink base 1 at a substantially intermediate position in the height direction of the fin 4. FIG. 15A is a side view of the main part, and FIG. 15B is a perspective view of the fin 4 and the shielding plate 5 in the vicinity immediately below the fan.
[0056]
Next, the operation will be described. Part of the wind blown downward by the fan 3 collides with the tip of the shielding plate 5 projecting into the space directly below the fan, is deflected, and is introduced above the air path divided by the shielding plate 5. .
[0057]
Since this embodiment is configured as described above, a part of the air flow from the fan 3 toward the heat sink base 1 is also supplied to the upper side of the air path, so that the air velocity distribution between the fins is uniformized and the fins Since the heat transfer area is effectively ensured over the entire height direction, the substantial cooling performance is improved and the cooling performance in the same volume is remarkably improved.
[0058]
Moreover, the material of the shielding board 5 is made of a heat conductive material such as aluminum and mechanically fitted to the fins 3, so that the effect of not only controlling the wind speed distribution but also increasing the heat transfer area is achieved.
[0059]
In the present embodiment, only one stage of the shielding plate 5 is installed at a substantially intermediate position in the fin height direction. However, if the shielding plate 5 is installed in multiple stages according to the height of the fin 3, the effect is enhanced. Needless to say. It goes without saying that a desired air volume distribution ratio to the space surrounded by each shielding plate 5 can be realized by appropriately setting the distance over which the shielding plate 5 extends to the space directly below the fan.
[0060]
Embodiment 8 FIG.
FIG. 16 is a schematic plan view showing a heat sink device according to an eighth embodiment of the present invention. Here, the fan 3 and the motor 2 are omitted. FIG. 17 is a perspective view showing the shapes of protrusions and fins in the vicinity of the fan facing position. In the present embodiment, a plurality of columnar protrusions 7 that are obstacles are erected on the surface of the heat sink base immediately below the fan 3. The present embodiment is the same as the first embodiment except for the point that the protrusion 7 is provided. The width of the fin 4 may be constant.
[0061]
Next, the operation will be described. When the airflow blown from the fan collides with the heat sink base surface provided with the columnar protrusions 7 and passes between the protrusions 7, heat transfer is performed between the air and the protrusions 7. At this time, the airflow is disturbed by the columnar protrusions 7, so that heat transfer on the protrusion surface and the heat sink base surface is promoted. In addition, since the fluid resistance against the air flow toward the outer periphery is increased, the air flow is expanded in the height direction of the fins 4 and the wind speed toward the outer periphery is uniformized.
[0062]
Since the present embodiment is configured as described above, the protrusion 7 acts as a resistor against the air flow, increases the effect of uniforming the wind speed distribution between the fins, and acts as an enlarged heat transfer surface to cool the heat sink. There is an effect that the performance is further improved.
[0063]
In the present embodiment, the shape of the protrusion is a columnar shape, but it has a shape such as a prism, a cone, a pyramid, etc. as long as it has an effective total area as an enlarged heat transfer surface and acts as a resistor. Needless to say, it is good.
[0064]
Embodiment 9 FIG.
FIG. 18 is a schematic diagram showing the shape of a fin applied to the heat sink device according to the ninth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the protrusion 10 is projected from the fin surface toward the air path. Except for the shape of the fin 4, the other points are the same as in the first embodiment.
[0065]
Next, the operation will be described with reference to FIG. FIG. 19 is a schematic diagram showing a state of an airflow flowing through the fin air passage. As shown in the figure, the airflow is narrowed due to the presence of the protrusions 10, so that the wind speed is increased and the wind speed distribution in the fin height direction is easily made uniform. In addition, it collides with the protrusion 10 and becomes turbulent, increasing the heat transfer coefficient. Further, since the flow meanders and flows toward the fin side surfaces, the heat transfer coefficient increases.
[0066]
Since the present embodiment is configured as described above, it facilitates uniform wind speed distribution between the fins, and the protrusions 10 increase the turbulence of the airflow between the fins and promote heat transfer, while at the same time expanding the power transmission. It works as a hot surface and has the effect of improving the cooling performance. Furthermore, there is an effect that the protrusion 10 can also be used as a punching pin for mold release when manufacturing by die casting or the like.
[0067]
Embodiment 10 FIG.
FIG. 20 is a cross-sectional view of a heat sink device according to the tenth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the inclined surface 11 (from the heat sink base protrudes from the heat sink base toward the downstream side of the air flow from the portion where the fin of the heat sink base 1 is not erected to the inner peripheral side of the portion where the fin 4 is erected. Obstacles) are provided on the circumference at a position centered on the center of the heat sink.
[0068]
Next, the operation will be described. The airflow blown out from the fan 3 collides with the heat sink base 1, then flows into the inter-fin air passage, and is deflected obliquely upward along the inclined surface 11 protruding from the heat sink base 1. Downstream of the inclined surface 11, separation occurs, the pressure decreases, the airflow spreads to the heat sink base side, and the wind speed distribution becomes uniform.
[0069]
Since the present embodiment is configured as described above, the airflow is deflected obliquely upward along the inclined surface 11 and the airflow reaches above the fins, and the wind speed distribution is uniformed.
[0070]
In the present embodiment, the inclined surface 11 is arranged at one place. However, it is needless to say that the inclined surface 11 may be arranged on a plurality of circumferences as long as it is arranged so as to spread the airflow. Needless to say, the inclined surface 11 may be a curved surface instead of a flat surface.
[0071]
Embodiment 11 FIG.
FIG. 21 is a schematic sectional view of a heat sink device according to the eleventh embodiment. The structure in the present embodiment is characterized in that the partition plate 9 is fixed to the suction port of the fan 3 with, for example, a screw (not shown). The other points are the same as in the first embodiment.
[0072]
Next, the operation will be described. The airflow blown from the fan 3 collides with the heat sink base 1 directly under the fan, changes its direction, flows in from the inner peripheral part between the fins, and flows toward the outer periphery. At this time, as shown in the first embodiment, since the airflow is set to diffuse to the upper part of the fin on the outer peripheral side, the partition plate 9 prevents the airflow from being excessively diffused and the wind speed is lowered. can do.
[0073]
In addition, by using the partition plate 9, the air heated by heat exchange flows upward and is sucked again from the suction port of the fan 3, thereby preventing the temperature of the air from rising and reducing the heat exchange efficiency. can do.
[0074]
Embodiment 12 FIG.
FIG. 22 is a schematic plan view of a heat sink device according to the twelfth embodiment. The structure in the present embodiment is characterized in that the fan 3 is attached so as to face a position deviated from the center of the heat sink base 1. The other points are the same as in the first embodiment.
[0075]
Since the present embodiment is configured as described above, the heating element 6 (cooled body) can be installed not on the fan 3 but on the back surface where the fin 1 stands. Therefore, heat can be efficiently dissipated from the entire heating element through the fins 3 having high cooling performance.
[0076]
Embodiment 13 FIG.
FIG. 23 is a plan view of a heat sink device according to a thirteenth embodiment of the present invention. In the structure in the present embodiment, the heat sink base 1 is rectangular, and in the portion where the total length of the fin 4 is short, the interval between the fins 4 is narrowed. It is characterized by widening the interval. The other points are the same as in the first embodiment.
[0077]
Since the present embodiment is configured as described above, the wind speed distribution becomes faster when the total length of the fin 4 is longer and becomes slower when the fin 4 is shorter, so that the wind speed distribution at the end portion of the air path becomes uniform and cooling performance is improved. Has the effect of improving.
[0078]
In the description of the first to thirteenth embodiments described above, the heat sink base side is the bottom and the tip end side of the fin is the top, but this is merely for convenience of explanation, depending on how the heat sink device itself is attached. It goes without saying that the positional relationship may be upside down or left and right, and is not limited thereto.
[0079]
【The invention's effect】
The heat sink device according to the present invention includes a heat sink base that is close to the object to be cooled on the back surface, a pair of fins that are erected on the surface of the heat sink base, and a surface that faces the surface of the heat sink base. In the heat sink device comprising a fin and a fan for sending the refrigerant into the passage surrounded by the heat sink base, the flow of the refrigerant in the passage hits a portion of one of the pair of fins away from the surface of the heat sink base. Therefore, the heat transfer area is effectively ensured over the height direction of the fin, the substantial cooling performance is improved, and the cooling performance in the same volume is remarkably improved.
[0080]
In addition, the heat sink base close to the object to be cooled on the back surface, a pair of fins erected on the surface of the heat sink base, and the heat sink base facing the surface of the heat sink base, and the pair of fins and the heat sink base In the heat sink device provided with a fan that sends the refrigerant into the enclosed passage, an obstacle is provided to change the flow of the refrigerant in the passage in a direction away from the surface of the heat sink base, so that the flow of the refrigerant hits the obstacle. Since the flow of the refrigerant biased near the heat sink base surface moves in a direction away from the heat sink base surface, the velocity distribution in the direction perpendicular to the heat sink base surface of the refrigerant flow in the passage becomes more uniform. Therefore, the heat transfer area is effectively ensured over the height direction of the fin, the substantial cooling performance is improved, and the cooling performance in the same volume is remarkably improved.
[0081]
Moreover, since the obstacle protrudes from the heat sink base surface, the heat sink device can be easily manufactured.
[0082]
In addition, the heat sink base close to the object to be cooled on the back surface, a pair of fins erected on the surface of the heat sink base, and the heat sink base facing the surface of the heat sink base, and the pair of fins and the heat sink base In a heat sink device including a fan that sends a refrigerant into an enclosed passage, the width in the vicinity of one of the pair of fins in the vicinity of the heat sink base is wider in a portion away from the fan than in a portion near the fan. In addition, the width of the fin at the part away from the fan becomes narrower as it gets away from the heat sink base surface, so that the flow of the refrigerant that is biased near the heat sink base surface moves away from the heat sink base surface as it travels along the passage. The refrigerant flows in the passage because it moves away Velocity distribution in the direction perpendicular to the heat sink base surface is more uniform. Therefore, the heat transfer area is effectively ensured over the height direction of the fin, the substantial cooling performance is improved, and the cooling performance in the same volume is remarkably improved. In addition, since the fin width in the vicinity of the heat sink base is wider at the portion away from the fan than at the portion near the fan, the fin efficiency is increased toward the downstream side of the passage. Therefore, there is an effect that it is possible to improve the cooling performance as a whole by offsetting the decrease in the cooling performance due to the decrease in the flow rate of the refrigerant as it passes through the passage by the increase in fin efficiency on the downstream side of the passage.
[0083]
Further, since the width of the fin in the portion away from the fan decreases in a stepped manner as the distance from the surface of the heat sink base increases, it is easy to form the fin, and thus the heat sink device can be easily manufactured.
[0084]
In addition, the width of the fin in the part away from the fan monotonously decreases in a polygonal line as the distance from the heat sink base surface, and the inclination of the line segment forming the polygonal line becomes gentler as the distance from the heat sink base surface increases. The average fin thickness is increased, thereby improving fin efficiency and thereby improving cooling performance.
[0085]
In addition, the heat sink base close to the object to be cooled on the back surface, a pair of fins erected on the surface of the heat sink base, and the heat sink base facing the surface of the heat sink base, and the pair of fins and the heat sink base In a heat sink device comprising a fan for sending refrigerant to the enclosed passage, the width of the passage near the heat sink base is narrower in the portion away from the fan than in the portion near the fan, and separated from the fan. Since the width of the passage in the portion becomes wider as the distance from the heat sink base increases, the flow of the refrigerant biased near the surface of the heat sink base moves in a direction away from the surface of the heat sink base as it travels along the passage. In the direction perpendicular to the heat sink base surface of the refrigerant flow Degree distribution is more uniform. Therefore, the heat transfer area is effectively ensured over the height direction of the fin, the substantial cooling performance is improved, and the cooling performance in the same volume is remarkably improved.
[0086]
In addition, on the surface of the heat sink base at a portion away from the fan of the passage, a fin that is lower than any of the pair of fins with respect to the heat sink base and is different from the pair of fins is erected. Therefore, the width of the passage in the vicinity of the heat sink base is made narrower in the portion away from the fan than the portion near the fan, and the width of the passage in the portion away from the fan is reduced. It is possible to realize a structure that becomes wider as it is farther away.
[0087]
In addition, the heat sink base close to the object to be cooled on the back surface, a pair of fins erected on the surface of the heat sink base, and the heat sink base facing the surface of the heat sink base, and the pair of fins and the heat sink base In a heat sink device including a fan that sends a refrigerant into the enclosed passage, the thickness of the heat sink base decreases from the position facing the fan to the position where the fins are erected, and the thickness of the heat sink base decreases. The height of any one of the pair of fins relative to the heat sink base and the thickness of the portion of the heat sink base where the fins are erected rather than the thickness of the heat sink base facing the fan Since the sum is larger, the fin directly under the heat sink base fan The thickness of the portion not provided is thicker than the portion where the fins around the portion are erected, so even if the portion directly below the fan is heated from the back by the object to be cooled, the thickness of the portion Since the thickness is thick, the thermal conductivity in the direction horizontal to the base surface is improved, and heat is easily diffused in the region where the fins are erected, so that the local temperature rise is hardly caused.
Furthermore, it has an effect that the problem that the airflow from the fan is wound directly under the motor to generate a vortex, the fan characteristics are deteriorated and the air volume is reduced can be solved.
In particular, rather than the thickness of the heat sink base facing the fan, the height of one of the pair of fins relative to the heat sink base and the portion of the heat sink base where the fin is erected Since the sum of the thickness and the sum is larger, the refrigerant immediately after being fed from the fan tends to hit the portion of the fin close to the fan, and the cooling performance of the portion of the fin close to the fan becomes higher. Therefore, since the portion near the fan of the fin where heat is transferred well from the thick portion directly below the fan of the heat sink base is cooled by the refrigerant immediately after being fed from the fan, the cooling performance is further improved. It also has an effect.
[0088]
In addition, the heat sink base close to the object to be cooled on the back surface, a pair of fins erected on the surface of the heat sink base, and the heat sink base facing the surface of the heat sink base, and the pair of fins and the heat sink base In a heat sink device including a fan for feeding refrigerant into the enclosed passage, a shielding plate is inserted at a substantially intermediate position of the passage with respect to the surface of the heat sink base. Since a part of the flow of the refrigerant flowing toward the upper side in the direction perpendicular to the heat sink base of the fin is also supplied, the velocity distribution in the direction perpendicular to the heat sink base surface of the refrigerant flow in the passage becomes more uniform. Therefore, the heat transfer area is effectively ensured over the height direction of the fin, the substantial cooling performance is improved, and the cooling performance in the same volume is remarkably improved. Moreover, the material of the shielding plate is made of a highly heat conductive material such as aluminum and mechanically fitted to the fins, so that not only the flow velocity distribution can be controlled but also the heat transfer area can be increased.
[0089]
In addition, the heat sink base close to the object to be cooled on the back surface, a pair of fins erected on the surface of the heat sink base, and the heat sink base facing the surface of the heat sink base, and the pair of fins and the heat sink base In a heat sink device including a fan that sends a refrigerant into an enclosed passage, a plurality of protrusions are erected at a position facing the fan on the surface of the heat sink base, and the protrusions of the heat sink base are erected. Since the pair of fins are erected at a position farther from the fan than the position, the plurality of protrusions act as a resistor against the flow of the refrigerant, further uniformizing the wind speed distribution between the fins and expanding heat transfer It also works as a surface and has the effect of further improving the cooling performance of the heat sink.
[0090]
Also, a heat sink base close to the object to be cooled on the back surface, a pair of fins erected on the surface of the heat sink base, and a surface opposed to the surface of the heat sink base, and the pair of fins and the heat sink base In a heat sink device including a fan that sends a refrigerant into an enclosed passage, the thickness of the heat sink base increases monotonously as the distance from the fan increases, and decreases when the distance reaches a desired distance. The refrigerant flow is deflected in a direction away from the heat sink base along the slope formed by the thickness change of the heat sink base, and the flow velocity distribution of the refrigerant in the direction perpendicular to the surface of the heat sink base becomes more uniform. At a desired distance from the fan, the refrigerant flow is stripped from the heat sink base surface. And, since a part of the flow of the refrigerant on the downstream side than to diffuse the heat sink base side, the flow velocity distribution of the refrigerant is more uniform, therefore, an effect that further improvement in the cooling performance can be realized.
[0091]
In addition, since the partition plate extending from the edge of the refrigerant intake port of the fan and covering the pair of fins is provided, the refrigerant whose temperature has been increased by heat exchange flows again from the fan intake port and cooling efficiency is improved. There exists an effect that it can prevent that it falls.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a first embodiment.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a fin shape in the first embodiment.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating another example of a fan attachment position.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating another example of a fan attachment position.
FIG. 5 is a schematic plan view showing another example of the fin shape.
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating another example of a fan attached state.
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating another example of a fan attached state.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a fin shape in the second embodiment.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing another example of a fin shape.
10 is a schematic cross-sectional view showing a fin shape according to Embodiment 3. FIG.
FIG. 11 is a schematic plan view showing the fourth embodiment.
12 is a perspective view showing a fin shape according to Embodiment 4. FIG.
13 is a schematic cross-sectional view illustrating Embodiment 5. FIG.
14 is a schematic cross-sectional view illustrating Embodiment 6. FIG.
FIG. 15 is a schematic diagram illustrating the seventh embodiment.
FIG. 16 is a schematic diagram showing the eighth embodiment.
FIG. 17 is a perspective view showing shapes of protrusions and fins in the vicinity of a fan facing position in the eighth embodiment.
FIG. 18 is a perspective view showing a fin shape according to the ninth embodiment.
FIG. 19 is a schematic diagram showing a state of airflow in the ninth embodiment.
20 is a schematic cross-sectional view showing Embodiment 10. FIG.
FIG. 21 is a schematic cross-sectional view illustrating Embodiment 11;
22 is a schematic plan view illustrating Embodiment 12. FIG.
23 is a schematic plan view showing Embodiment 13. FIG.
FIG. 24 is a schematic diagram illustrating a conventional example.
[Explanation of symbols]
1 heat sink base, 2 motor, 3 fan, 4 fin,
4a tall fins, 4b short fins, 5 shielding plates,
6 Heating element, 7 Projection, 9 Bulkhead plate, 10 Projection,
11 inclined surface, 21 heat sink base, 22 motor,
23 fans, 24 fins, 41 steps.

Claims

A heat sink base that is close to the object to be cooled on the back surface, a pair of fins that are erected on the surface of the heat sink base, and are opposed to the surface of the heat sink base, and are surrounded by the pair of fins and the heat sink base In the heat sink device comprising a fan for sending refrigerant into the passage, the width in the vicinity of one of the pair of fins in the vicinity of the heat sink base is wider in the portion away from the fan than in the portion near the fan, and The heatsink device is characterized in that the width of the fin in the part away from the fan becomes narrower as the distance from the surface of the heatsink base is increased.

Width of the fin in a portion away from the fan, a heat sink apparatus of claim 1, wherein the reduced stepwise with distance from the heat sink base surface.

The width of the fin in the part away from the fan monotonously decreases in a polygonal line as the distance from the surface of the heat sink base increases, and the inclination of the line segment forming the polygonal line becomes gentler as the distance from the surface of the heat sink base increases. The heat sink device according to claim 1 .

The fin is provided so as to satisfy the condition of dt> 1.5 × db, where dt is the uppermost air passage width of the fin and db is the lowermost air passage width of the fin. The heat sink device according to any one of claims 1 to 3.

A heat sink base that is close to the object to be cooled on the back surface, a pair of fins that are erected on the surface of the heat sink base, and are opposed to the surface of the heat sink base, and are surrounded by the pair of fins and the heat sink base In the heat sink device provided with a fan for sending refrigerant into the passage, the thickness of the heat sink base decreases from the position facing the fan to the position where the fins are erected, as the distance from the fan increases. The sum of the height of one of the pair of fins relative to the heat sink base and the thickness of the portion of the heat sink base where the fins are erected, rather than the thickness of the heat sink base facing the fan. it is greatly, and, width of the fin in a portion away from the fan Monotonically decreases polygonal line with distance from over preparative sink base surface, and a heat sink device segments, characterized in that the slope becomes moderate as the distance from the heat sink base surface forming this polygonal line.

A heat sink base that is close to the object to be cooled on the back surface, a pair of fins that are erected on the surface of the heat sink base, and are opposed to the surface of the heat sink base, and are surrounded by the pair of fins and the heat sink base A heat sink device comprising a fan for feeding refrigerant into the passage, wherein a shielding plate is inserted at a substantially intermediate position of the passage with respect to the heat sink base surface.

A heat sink base close to the object to be cooled on the back surface, a pair of fins erected on the surface of the heat sink base, and opposed to the surface of the heat sink base, and surrounded by the pair of fins and the heat sink base In the heat sink device having a fan for sending the refrigerant into the passage, a plurality of protrusions are erected at a position facing the fan on the surface of the heat sink base, and a position where the protrusions of the heat sink base are erected. The pair of fins is erected at a position away from the fan, and the width in the vicinity of the heat sink base of either one of the pair of fins is closer to the part away from the fan than the part near the fan. And the width of the fin at the part away from the fan is The heat sink apparatus characterized by narrower with increasing distance from the surface.

Extending from the edge of the inlet of the refrigerant having a fan, a heat sink apparatus according to any one of claims 1 to 7 with a partition wall plate covering the pair of fins.