JP5259559B2 - heatsink - Google Patents
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Description
本発明は、自動車用バッテリー等の電源ユニットや電子部品を冷却する熱交換器であって、気液二相状態の冷媒がU字状流路を流通するプレート型ヒートシンクに最適なものに関する。 The present invention relates to a heat exchanger that cools a power supply unit such as an automobile battery or an electronic component, and is optimal for a plate-type heat sink in which a gas-liquid two-phase refrigerant flows through a U-shaped channel.
下記特許文献1にプレート型ヒートシンクが提案されている。
これは、多数のスリットを有する中間プレートの両側に支持プレートを配置し、中間プレートのスリットに冷媒を流通させ、支持プレートに電子部品等の被冷却部品を取付けるものである。そして、中間プレートのスリットがU字状に形成され、それが幅方向に並列している例も記載されている。
In this method, support plates are arranged on both sides of an intermediate plate having a large number of slits, a coolant is circulated through the slits of the intermediate plate, and a component to be cooled such as an electronic component is attached to the support plate. An example is also described in which the slits of the intermediate plate are formed in a U shape and are arranged in parallel in the width direction.
図14は、中間プレート3に多数のU字状のスリットを形成して、通路4を形成すると共に、その通路4の端部どうしを連通部4bで連通したものである。このような中間プレート3を上下の図示しない支持プレートで挟持し、一方の支持プレートに冷媒の流入孔8aを形成し、それと連通部4bとが連通する。さらに、その支持プレートに冷媒流出用の流出孔8bを形成し、支持プレート外面に図示しない被冷却部品が接合されるものである。
In FIG. 14, a large number of U-shaped slits are formed in the
図14に示すような多数のU字状の通路4を並列し、その一端どうしを通路4bにより連通した場合、次の問題が生じる。図示しない一対の支持プレート間に中間プレート3を挟持し、それらの間を一体にろう付けするとき、同図において実線の通路4が移動することがある。即ち、ろう付け中に通路4が実線の位置から鎖線の位置に移動することがあった。すると、各流路の流路幅が異なり、冷媒の均一な流通を阻害することになる。また、各流路断面が同一になるような位置決め手段を施し、流路断面積を均一にしても、流入孔8aに隣接した通路4の冷媒流量と、それから離れた通路4の流量とが異なることがわかった。
そこで本発明は、これらの問題点を解決することを課題とする。
When a large number of U-shaped
Therefore, the present invention has an object to solve these problems.
請求項1に記載の本発明は、一対の支持プレート(1)(2)間に中間プレート(3)が密着挟持され、その中間プレート(3)を厚み方向に貫通するスリット状の通路(4)に冷媒が流通し、支持プレート(2)に被冷却部品が取付られるヒートシンクにおいて、
前記中間プレート(3)には前記通路(4)が平面U字状に形成され、そのU字状の通路(4)の中間位置に、その通路(4)を横断する橋部(5)が中間プレートと一体に配置され、
一方の前記支持プレート(1)の内面側には、その橋部(5)の位置で、橋部(5)を被嵌する凹部(6)が形成され、その橋部(5)と他方の前記支持プレート(2)との間または、その橋部(5)と前記凹部(6)との間に冷媒のバイパス部(7)が形成されたことを特徴とするヒートシンクである。
According to the first aspect of the present invention, the intermediate plate (3) is tightly sandwiched between the pair of support plates (1), (2), and the slit-shaped passage (4 ) In the heat sink in which the coolant flows and the parts to be cooled are attached to the support plate (2).
The passage (4) is formed in a plane U shape in the intermediate plate (3), and a bridge portion (5) crossing the passage (4) is provided at an intermediate position of the U-shaped passage (4). Placed in one piece with the intermediate plate,
On the inner surface side of one of the support plates (1), a recess (6) for fitting the bridge portion (5) is formed at the position of the bridge portion (5). The heat sink is characterized in that a refrigerant bypass portion (7) is formed between the support plate (2) or between the bridge portion (5) and the recess (6).
請求項2に記載の本発明は、請求項1において、
前記中間プレート(3)の前記橋部(5)が、前記一方のプレート(1)側に突出し、その橋部(5)と他方の前記支持プレート(2)との間に前記バイパス部(7)が形成されたことを特徴とするヒートシンクである。
請求項3に記載の本発明は、請求項1において、
前記中間プレート(3)の前記橋部(5)が、その中間プレート(3)の平面と面一に形成され、その橋部(5)と前記凹部(6)との間に前記バイパス部(7)が形成されたことを特徴とするヒートシンクである。
The present invention according to
The bridge portion (5) of the intermediate plate (3) protrudes toward the one plate (1), and the bypass portion (7) between the bridge portion (5) and the other support plate (2). ) Is formed.
The present invention according to
The bridge portion (5) of the intermediate plate (3) is formed flush with the plane of the intermediate plate (3), and the bypass portion (5) between the bridge portion (5) and the recess (6) ( The heat sink is characterized in that 7) is formed.
請求項4に記載の本発明は、請求項3において、
その橋部(5)の両縁部が弧状に縁取り(5a)されたヒートシンクである。
請求項5に記載の本発明は、請求項1〜請求項4のいずれかに記載のヒートシンクにおいて、
前記橋部(5)の付根部に前記通路(4)の幅が拡幅された拡幅部(4a)が設けられるヒートシンクである。
The present invention as set forth in
A heat sink in which both edge portions of the bridge portion (5) are edged (5a) in an arc shape.
The present invention according to
A heat sink in which a widened portion (4a) in which the width of the passage (4) is widened is provided at a root portion of the bridge portion (5).
請求項6に記載の本発明は、請求項1〜請求項5のいずれかに記載のヒートシンクにおいて、
前記通路(4)の先端部に連通する冷媒の流出孔(8b)または流入孔(8a)が、前記支持プレート(1)に形成され、
その通路(4)の先端部に沿い、それに近接して貫通する伝熱防止スリット(9)が前記中間プレート(3)および支持プレート(1)(2)に形成され、各プレート(1)(2)(3)の各伝熱防止スリット(9)が互いに整合するように配置されたヒートシンクである。
請求項7に記載の本発明は、請求項6に記載のヒートシンクにおいて、
前記伝熱防止スリット(9)が、前記中間プレート(3)および他方の支持プレート(2)にはU字状に形成され、一方の支持プレート(1)には直線状に形成されたヒートシンクである。
The present invention according to
A refrigerant outflow hole (8b) or inflow hole (8a) communicating with the tip of the passage (4) is formed in the support plate (1),
A heat transfer prevention slit (9) is formed in the intermediate plate (3) and the support plate (1) (2) along the front end portion of the passage (4) and close to it, and each plate (1) ( 2) A heat sink arranged so that the heat transfer prevention slits (9) of (3) are aligned with each other.
The present invention according to
The heat transfer prevention slit (9) is formed in a U shape in the intermediate plate (3) and the other support plate (2), and a heat sink formed in a straight shape in the one support plate (1). is there.
請求項8に記載の本発明は、請求項1〜請求項7に記載のいずれかにおいて、
中間プレート(3)の一端部に冷媒の連通部(4b)がその幅方向に溝状に配置されると共に、その連通部の中央位置に冷媒の流入孔(8a)が配置され、その連通部(4b)に、互いに平行なU字状の多数の前記通路(4)の一端が接続され、
前記連通部(4b)はその中央部と両端部の溝幅S1が等しく、それらの溝幅S1に比べて、その中間部の溝幅S2が広く形成されたヒートシンクである。
請求項9に記載の本発明は、請求項8において、
前記連通部(4b)の前記中間部と前記両端部との間に接続される通路の一端は、その接続部を前記流入孔(8a)側に向けたガイド部(14)が突設されたヒートシンクである。
The present invention described in claim 8 provides the method according to any one of
A refrigerant communication portion (4b) is arranged in a groove shape in the width direction at one end of the intermediate plate (3), and a refrigerant inflow hole (8a) is arranged at the central position of the communication portion. (4b) is connected to one end of a large number of U-shaped passages (4) parallel to each other,
The communicating portion (4b) is equal groove width S 1 of the center portion and both end portions, as compared with those of the groove width S 1, which is the middle portion heatsink groove width S 2 is widely formed.
The present invention according to
One end of the passage connected between the intermediate portion and the both ends of the communication portion (4b) is provided with a guide portion (14) projecting the connection portion toward the inflow hole (8a). It is a heat sink.
本発明のヒートシンクによれば、その中間プレート3には平面U字状に通路4の中間位置に、その通路4を横断する橋部5が一体に配置されているから、
その橋部5がU字状の通路4を分断して、その通路およびその近傍の剛性を高め、それがヒートシンク組立て時に移動または変形することを防止して、冷媒の均一な流通を確保し、精度の高いヒートシンクを提供する。
それと共に、一方の前記支持プレート1の内面側には、その橋部5の位置で、橋部5を被嵌する凹部6が形成され、その橋部5と他方の前記支持プレート2との間または、その橋部5と前記凹部6との間に冷媒のバイパス部7が形成されたから、橋部5による冷媒の流路抵抗の増大を防止して、冷媒の円滑な流通を確保できる。
According to the heat sink of the present invention, the
The
At the same time, a
上記発明に加えて、請求項4に記載の発明のように、その橋部5の両縁部を弧状に縁取りした場合には、橋部5における冷媒の流通をさらに円滑に行い得る。
上記発明に加えて、請求項5に記載のように、橋部5の付根部に前記通路4の幅が拡幅された拡幅部4aを設けた場合には、橋部5における冷媒の流通をさらに円滑に行い得る。
In addition to the above invention, when both edges of the
In addition to the above invention, as described in
上記発明に加えて、請求項6に記載のように、通路4の先端部に連通する冷媒の流出孔8bまたは流入孔8aが、前記支持プレート1に形成され、その通路4の先端部に沿い、それに近接して前記中間プレート3および支持プレート1,2に伝熱防止スリット9を貫通し、各プレート1,2,3の各伝熱防止スリット9を互いに整合するように配置した場合には、冷媒流路の上流側と下流側との間で温度差のある冷媒どうしが、伝熱することを防止し、被冷却部品と冷媒との熱交換を促進できる。
In addition to the above invention, as described in
上記発明に加えて、請求項8に記載のように、中間プレート3の一端部に冷媒の連通部4bをその幅方向に溝状に配置すると共に、その連通部の中央位置に冷媒の流入孔8aを配置し、その連通部4bに、互いに平行なU字状の多数の通路4の一端を接続し、その連通部4bは、中央部と両端部の溝幅S1を等しく、それらの溝幅S1に比べて、その中間部の溝幅S2を広くした場合には、冷媒を多数の通路4に均等に流通させることができる。
上記発明に加えて、請求項9に記載のように、連通部4bの中間部と両端部との間に接続される通路の一端接続部が、流入孔8a側に向けてガイド部14を突設した場合には、さらに冷媒を多数の通路4に均等に流通させることができる。
In addition to the above invention, as described in claim 8, a
In addition to the above invention, as described in
次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
図1〜図6、図8、図9は、本発明のヒートシンクの第1の実施の形態を示す。
この実施例は図4に示すごとく、中間プレート3が一対の支持プレート1、2により挟持され、その支持プレート1の端部にヘッダ10が配置され、各部品間が一体にろう付け固定されるものである。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 6, 8, and 9 show a first embodiment of the heat sink of the present invention.
In this embodiment, as shown in FIG. 4, the
中間プレート3は、図1に示すごとく、その通路4が橋部5を除いて貫通したU字状の通路4を多数並列している。そして、図においてその通路4のU字の一端が他端より伸び、その一端どうしが連通部4bを介して互いに接続されている。その通路4の他端はそれぞれ連通部4bよりも図において右で終端している。各通路4の中間部には橋部5が設けられている。この橋部5は、図2および図3に示すごとく、台形状にその平面の一方側に突設されている。この橋部5の高さは、中間プレート3の高さの略2倍である。それにより橋部5の図において下部にバイパス部7が中間プレート3の板厚分形成されている。また、橋部5の両付根部には拡幅部4aが形成されている。この拡幅部4aは、バイパス部7における冷媒の流通抵抗を減少させるものである。
As shown in FIG. 1, the
さらに、中間プレート3には、その各U字状の通路4の他端の終端部に隣接して、それをU字状に取り囲むように伝熱防止スリット9が貫通する。この伝熱防止スリット9の幅は通路4よりも小である。
そして、図4に示す如く、この中間プレート3の伝熱防止スリット9に整合して、それぞれU字状の伝熱防止スリット9が支持プレート1および2にも貫通している。
Further, the heat
Then, as shown in FIG. 4, U-shaped heat transfer prevention slits 9 also penetrate the
次に、一方の支持プレート1には中間プレート3の橋部5に整合する位置に、凹部6が円錐台形状に形成されている。この内面高さは、橋部5の突出高さに等しい。そして、図3に示すごとく、凹部6内面が橋部5外周を完全に被蔽する。一方の支持プレート1には、さらにこの例では一つの流入孔8aと4つの流出孔8bとが穿設されている。流入孔8aは、中間プレート3の連通部4bの中央に位置し、流出孔8bは各U字状の通路4の他端の終端に整合する。
Next, a
次に、その支持プレート1には、その端部の流入孔8aおよび流出孔8bの位置にヘッダ10が載置される。このヘッダ10にはパイプ11、12が設けられると共に、そのヘッダ10の平面に一つの流入孔8aと4つの流出孔8bとが形成されている。4つの流出孔8bは互いに内部で連通すると共に、パイプ12と連通する。また、流入孔8aはパイプ11と連通する。流入孔8a、流出孔8bの端部にはリング状の突出部が形成されている。各流出孔8bおよび流入孔8aは、支持プレート1の流入孔8aおよび流出孔8bに整合する。
Next, the
そして、中間プレート3を挟持するように一対の支持プレート1、支持プレート2が互いに密着して積層されると共に、支持プレート1の端部にヘッダ10が載置される。そして、互いに接触する各部品の少なくとも一方にはろう材が被覆または載置され、炉内で各部品間が一体にろう付け固定されるものである。
そして、図5、図6、図8、図9のごとく各プレート間がヘッダ10と共に一体に接合される。このとき、中間プレート3の各U字状の通路4の中間部には橋部5が配置され、それが中間プレート3と一体に形成されているため、U字状の通路4は橋部5によって剛性が高まり、ろう付け時に移動することがない。さらに橋部5には凹部6が密着して接合されるため、それ自体が位置決めを行い、通路4の各部の流路断面を均一に維持する。
The pair of
Then, as shown in FIGS. 5, 6, 8, and 9, the plates are integrally joined together with the
(作用)
一例として、圧縮式冷凍サイクルにより過冷却された液状の冷媒13が、図1および図6のごとく、ヘッダ10のパイプ11より流入孔8aを介して中間プレート3の連通部4bに流入する。すると、その冷媒13は複数のU字状の各通路4に分配され、その通路4内を流通する。なお、支持プレート2外面には被冷却部品として、電源ユニットや各種電子部品が接合される。通路4を流通する冷媒13は、その途中の橋部5においてバイパス部7を流通する。バイパス部7の出入り口には図1および図2に示す拡幅部4aが形成されているため、それによってバイパス部7の流通をさらに円滑に行う。すなわち、その流通抵抗を拡幅部4aが減少させるものである。
(Function)
As an example, the liquid refrigerant 13 subcooled by the compression refrigeration cycle flows from the
冷媒13が通路4を流通して、図示しない被冷却部品との間に熱交換が行われる。その間、冷媒13は液体から次第に気液二層状態となり、その終端で気体に変化する。それに伴い、冷媒13の温度は次第に上昇する。すると、通路4の入口部と出口部との間において、冷媒13の温度差が最も大となる。ところが、その通路4の終端部の近傍には、伝熱防止スリット9が支持プレート1、中間プレート3、支持プレート2をそれぞれ貫通しているので、冷媒の入口近傍と出口近傍との間で各プレートを介して伝熱が起こることを阻止している。
なお、上記実施例では橋部5は台形状に形成されていたが、これに代えて図7のごとく階段状にしてもよい。この場合の橋部5はプレス成形において、いわゆる半切り状態に形成したものである。これは、橋部5の両端の肉厚を薄くしたものである。
The refrigerant 13 flows through the
In addition, in the said Example, although the
(他の実施例)
次に図10は、本発明の中間プレート3の橋部5のさらに他の実施の形態を示し、この例では橋部5が中間プレート3の平面と面一に形成されている。なお、他の構造は全て前記実施例と同一である。この場合冷媒13の流通は、図11(A)のごとく橋部5において凹部6が外面側に突出しているため、その内部にバイパス部7が形成され、冷媒13は通路4から橋部5の外周を山形に流通する。
なお、橋部5の頂部両縁を図11(B)のごとく、断面円弧状に形成すれば、さらに冷媒13の流通抵抗を減少できる。
(Other examples)
Next, FIG. 10 shows still another embodiment of the
In addition, if the both edges of the top part of the
次に図12は、本発明のヒートシンクのさらに他の実施の形態を示し、これが前記第1の実施の形態と異なる点は、ヘッダ10の出口側マニホールドと支持プレート1の伝熱防止スリット9の形状のみである。この例のヘッダ10の流出孔8bは溝状に形成され、それが支持プレート1の各流出孔8bのマニホールドとなる。また、支持プレート1の伝熱防止スリット9は、直線状のものとなる。これは、伝熱防止スリット9が仮にU字状に、流出孔8bの外周まで伸びると、ヘッダ10の溝状の流出孔8bを横断することになり冷媒漏れを起こすので、それを防止するためである。この例はヘッダ10の全体が支持プレート1に接合されるため、強度が高く、ろう付けの信頼性の高いものとなる。
Next, FIG. 12 shows still another embodiment of the heat sink of the present invention, which is different from the first embodiment in that the outlet side manifold of the
次に図13は、さらに本発明のヒートシンクの中間プレートの他の実施の形態を示す。なお、この例では図1における伝熱防止スリット9および橋部5の図示を省略している。この例が図1のそれと異なる点は、より多数のU字状の通路4が形成されていこと。それと共に、連通部4bの幅がその中央部と両端部で略同じ溝幅のS1であり、それらの中間における溝幅S2は、S1より広く形成されている。これは各流路の流量の測定実験により定めたもので、このようにすることにより各流路における冷媒の流量を均一に形成できる。
Next, FIG. 13 shows still another embodiment of the intermediate plate of the heat sink of the present invention. In this example, illustration of the heat transfer prevention slit 9 and the
さらにこの例では、図13において上下方向両端部から2番目に内側の流路入口において、突出したガイド14を設けている。これによりさらに各流路の流量を均一にできる。これらの各手段が存在しないと、次の傾向にある。流入孔8a近傍の通路4に流入する冷媒量が一番大きくなり、次いで図において上下両端部の流量が大となり、それらの中間部の流量が減少するものとなる。なお、この例のガイド14は、図1、図7および図10の各実施例においても当然に用いることができるものである。
Further, in this example, a protruding
1 支持プレート
2 支持プレート
3 中間プレート
4 通路
4a 拡幅部
4b 連通部
5 橋部
5a 縁取り
6 凹部
7 バイパス部
1
4a Widening part
8a 流入孔
8b 流出孔
9 伝熱防止スリット
10 ヘッダ
11 パイプ
12 パイプ
13 冷媒
14 ガイド
8a Inlet hole
10 Header
11 Pipe
12 pipes
13 Refrigerant
14 Guide
Claims (9)
前記中間プレート(3)には前記通路(4)が平面U字状に形成され、そのU字状の通路(4)の中間位置に、その通路(4)を横断する橋部(5)が中間プレートと一体に配置され、
一方の前記支持プレート(1)の内面側には、その橋部(5)の位置で、橋部(5)を被嵌する凹部(6)が形成され、その橋部(5)と他方の前記支持プレート(2)との間または、その橋部(5)と前記凹部(6)との間に冷媒のバイパス部(7)が形成されたことを特徴とするヒートシンク。 The intermediate plate (3) is tightly sandwiched between the pair of support plates (1) and (2), and the refrigerant flows through the slit-like passage (4) that penetrates the intermediate plate (3) in the thickness direction, and the support plate ( 2) In the heat sink where the parts to be cooled are attached,
The passage (4) is formed in a plane U shape in the intermediate plate (3), and a bridge portion (5) crossing the passage (4) is provided at an intermediate position of the U-shaped passage (4). Placed in one piece with the intermediate plate,
On the inner surface side of one of the support plates (1), a recess (6) for fitting the bridge portion (5) is formed at the position of the bridge portion (5). A heat sink, wherein a refrigerant bypass portion (7) is formed between the support plate (2) or between the bridge portion (5) and the concave portion (6).
前記中間プレート(3)の前記橋部(5)が、前記一方のプレート(1)側に突出し、その橋部(5)と他方の前記支持プレート(2)との間に前記バイパス部(7)が形成されたことを特徴とするヒートシンク。 In claim 1,
The bridge portion (5) of the intermediate plate (3) protrudes toward the one plate (1), and the bypass portion (7) between the bridge portion (5) and the other support plate (2). ) Is formed.
前記中間プレート(3)の前記橋部(5)が、その中間プレート(3)の平面と面一に形成され、その橋部(5)と前記凹部(6)との間に前記バイパス部(7)が形成されたことを特徴とするヒートシンク。 In claim 1,
The bridge portion (5) of the intermediate plate (3) is formed flush with the plane of the intermediate plate (3), and the bypass portion (5) between the bridge portion (5) and the recess (6) ( A heat sink, characterized in that 7) is formed.
その橋部(5)の両縁部が弧状に縁取り(5a)されたヒートシンク。 In claim 3,
A heat sink in which both edges of the bridge (5) are edged (5a) in an arc.
前記橋部(5)の付根部に前記通路(4)の幅が拡幅された拡幅部(4a)が設けられるヒートシンク。 In the heat sink in any one of Claims 1-4,
A heat sink in which a widened portion (4a) in which the width of the passage (4) is widened is provided at a root portion of the bridge portion (5).
前記通路(4)の先端部に連通する冷媒の流出孔(8b)または流入孔(8a)が、前記支持プレート(1)に形成され、
その通路(4)の先端部に沿い、それに近接して貫通する伝熱防止スリット(9)が前記中間プレート(3)および支持プレート(1)(2)に形成され、各プレート(1)(2)(3)の各伝熱防止スリット(9)が互いに整合するように配置されたヒートシンク。 In the heat sink in any one of Claims 1-5,
A refrigerant outflow hole (8b) or inflow hole (8a) communicating with the tip of the passage (4) is formed in the support plate (1),
A heat transfer prevention slit (9) is formed in the intermediate plate (3) and the support plate (1) (2) along the front end portion of the passage (4) and close to it, and each plate (1) ( 2) A heat sink arranged so that the heat transfer prevention slits (9) of (3) are aligned with each other.
前記伝熱防止スリット(9)が、前記中間プレート(3)および他方の支持プレート(2)にはU字状に形成され、一方の支持プレート(1)には直線状に形成されたヒートシンク。 The heat sink according to claim 6.
A heat sink in which the heat transfer preventing slit (9) is formed in a U shape in the intermediate plate (3) and the other support plate (2) and linearly formed in the one support plate (1).
中間プレート(3)の一端部に冷媒の連通部(4b)がその幅方向に溝状に配置されると共に、その連通部の中央位置に冷媒の流入孔(8a)が配置され、その連通部(4b)に、互いに平行なU字状の多数の前記通路(4)の一端が接続され、
前記連通部(4b)はその中央部と両端部の溝幅S1が等しく、それらの溝幅S1に比べて、その中間部の溝幅S2が広く形成されたヒートシンク。 In any one of Claims 1-7,
A refrigerant communication portion (4b) is arranged in a groove shape in the width direction at one end of the intermediate plate (3), and a refrigerant inflow hole (8a) is arranged at the central position of the communication portion. (4b) is connected to one end of a large number of U-shaped passages (4) parallel to each other,
The communicating portion (4b) is equal groove width S 1 of the center portion and both end portions, as compared with those of the groove width S 1, the groove width S 2 of the intermediate portion is formed wider heat sink.
前記連通部(4b)の前記中間部と前記両端部との間に接続される通路の一端は、その接続部を前記流入孔(8a)側に向けたガイド部(14)が突設されたヒートシンク。 In claim 8,
One end of the passage connected between the intermediate portion and the both ends of the communication portion (4b) is provided with a guide portion (14) projecting the connection portion toward the inflow hole (8a). heatsink.
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