JP6843560B2 - Heat hole type heat dissipation mechanism - Google Patents

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Description

本発明は、内部に発熱体を有する箱体内を自然空冷するための放熱機構に関するものである。 The present invention relates to a heat dissipation mechanism for naturally air-cooling the inside of a box having a heating element inside.

箱体内部に発熱体となる複数の集積回路を実装する電子機器において、集積回路を含む電子部品の多くは発熱量が多くその性能を維持するために冷却を必要とするものが多い。また、その他電子機器に限らず内部に発熱体を有する箱体においても内部温度を所定の温度以下に維持する必要のあるものも多い。 In electronic devices in which a plurality of integrated circuits serving as heating elements are mounted inside a box, many of the electronic components including the integrated circuits generate a large amount of heat and require cooling in order to maintain their performance. In addition, not only other electronic devices but also boxes having a heating element inside often need to maintain the internal temperature below a predetermined temperature.

冷却方法としては空冷ファンによって冷却空気を発熱部分に直接吹き付けて強制冷却する方法があるが、空冷ファンの取り付けスペースが無い場合や、静音性確保のためにファンを使用せずに自然空冷によって冷却する方法もある。 As a cooling method, there is a method of forcibly cooling by blowing cooling air directly to the heat generating part with an air cooling fan, but if there is no space for installing the air cooling fan or to ensure quietness, it is cooled by natural air cooling without using a fan. There is also a way to do it.

自然空冷による冷却方法では、発熱する電子部品等の発熱体にヒートシンク(放熱器)を取り付けて放熱効率を高める方法が一般的である。例えば、特許文献1のように空気への接触面積を高めるためのフィンが設けられたヒートシンクが開示されている。なお、ヒートシンクにさらに水路を設けヒートシンクを介して発熱体を水冷する装置も多数存在する。 In the cooling method by natural air cooling, a method of increasing heat dissipation efficiency by attaching a heat sink (radiator) to a heating element such as an electronic component that generates heat is common. For example, as in Patent Document 1, a heat sink provided with fins for increasing the contact area with air is disclosed. In addition, there are many devices in which a water channel is further provided in the heat sink and the heating element is water-cooled via the heat sink.

また、密閉された筐体(箱体)内の熱を外部に放熱するための構造として特許文献2のように箱体に中空でフィンが設けられたヒートシンクを貫通させ、ヒートシンク中空部に外気を流通可能として箱体内部の熱をヒートシンクに伝熱させて内部の熱を主に箱体外壁を通じて放出する構造も開示されている。
なお、特許文献2にも示されているように、ヒートシンクと空冷ファンの両方を組み合わせて使用することも非常に多い。
Further, as a structure for radiating heat inside the sealed housing (box body) to the outside, a heat sink having hollow fins provided in the box body is penetrated as in Patent Document 2, and outside air is introduced to the hollow portion of the heat sink. A structure is also disclosed in which the heat inside the box is transferred to a heat sink so that the heat inside the box can be distributed and the heat inside is released mainly through the outer wall of the box.
As shown in Patent Document 2, it is very common to use both a heat sink and an air cooling fan in combination.

実公昭55−126657号公報Jikkensho 55-126657 特開2002−57479号公報JP-A-2002-57479

特許文献1や特許文献2は箱体外壁へ熱エネルギーを伝達することによって冷却する伝熱冷却設計となっている。しかしながら、箱体外壁に伝熱するため、使用状態によっては外壁が高温となり、使用者が触れるとやけどを負う危険性が出てきた。 Patent Document 1 and Patent Document 2 have a heat transfer cooling design that cools by transferring heat energy to the outer wall of the box body. However, since heat is transferred to the outer wall of the box, the outer wall becomes hot depending on the usage conditions, and there is a risk of burns when the user touches it.

また、放射熱を目的とした箱体表面積を確保する方法として、一つは箱体外装表面積を発熱量に応じて拡大するためにヒートシンクを設けること、二つ目は箱体内部の容積を消費電力に応じて大きくすることが挙げられる。しかし、これらの方法では製品寸法に制限がある場合は冷却不足となる可能性が高くなってしまう。
また、ヒートシンクは空気への接触面積を高めるためのフィンを形成するため、スペース増加やコスト増加を招く場合もある。
In addition, as a method of securing the surface area of the box for the purpose of radiant heat, one is to provide a heat sink to expand the surface area of the exterior of the box according to the amount of heat generated, and the second is to consume the volume inside the box. It can be increased according to the power consumption. However, with these methods, if the product dimensions are limited, there is a high possibility that cooling will be insufficient.
Further, since the heat sink forms fins for increasing the contact area with air, it may lead to an increase in space and cost.

本発明は、上述した問題を鑑みて内部に発熱体を有する箱体の自然空冷において、箱体内部から外壁への熱エネルギーの伝達による箱体外壁温度上昇を抑制し、製品寸法に制限のある場合でも十分に自然空冷による冷却性能を発揮する放熱機構を提供することを目的とする。 In view of the above-mentioned problems, in the natural air cooling of a box having a heating element inside, the present invention suppresses an increase in the temperature of the outer wall of the box due to the transfer of heat energy from the inside of the box to the outer wall, and the product dimensions are limited. It is an object of the present invention to provide a heat dissipation mechanism that sufficiently exhibits cooling performance by natural air cooling even in such a case.

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、請求項1に記載の発明は、内部に発熱体を有する箱体の外壁に外気吸気口又は放熱口となる複数の開口部を有する中空構造のヒートホールが前記箱体内部を貫通するように設けられ、前記ヒートホールは、2種類の所定部分がウェブ寸法の異なる断面コの字のチャンネル形状のヒートプレートが互いのフランジ突出方向に向かい合い、ウェブ寸法の大きい方である第1のヒートプレートのウェブにウェブ寸法の小さい方である第2のヒートプレートのフランジを接触させて接合された形状であり、 前記箱体内部の熱が前記ヒートホールの中空構造内部の空気へ伝熱され、 前記ヒートホール中空構造内部の温度分布の差により空気が対流し、 熱せられた空気が放熱口となる前記開口部から外部へ自然放熱空冷されることを特徴とするヒートホール式放熱機構である。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the invention according to claim 1 has a plurality of openings serving as an outside air intake port or a heat dissipation port on the outer wall of a box body having a heating element inside. A hollow heat hole having a hollow structure is provided so as to penetrate the inside of the box body, and in the heat hole, two types of heat plates having a U-shaped cross section with different web dimensions project from each other's flanges. The shape is such that the web of the first heat plate having the larger web size is brought into contact with the web of the second heat plate having the smaller web size so as to face each other in the direction, and the heat inside the box is formed. Is transferred to the air inside the hollow structure of the heat hole, air is convected due to the difference in temperature distribution inside the hollow structure of the heat hole, and the heated air is naturally radiated to the outside through the opening serving as a heat dissipation port. It is a heat hole type heat dissipation mechanism characterized by being used.

また、請求項2に記載の発明は、前記ヒートホールの材質が純度99.9質量%以上の純銅であることを特徴とする請求項1に記載のヒートホール式放熱機構である。 The invention according to claim 2 is the heat hole type heat dissipation mechanism according to claim 1, wherein the material of the heat hole is pure copper having a purity of 99.9% by mass or more.

また、請求項に記載の発明は、前記開口部の形状は前記箱体の外壁方向へ徐々に広がっていることを特徴とする請求項1又は2に記載のヒートホール式放熱機構である。 The invention according to claim 3 is the heat hole type heat dissipation mechanism according to claim 1 or 2 , wherein the shape of the opening gradually expands toward the outer wall of the box body.

また、請求項に記載の発明は、前記開口部の前記箱体外壁に面する部分の断面積が前記ヒートホール内部と比べて1.5〜2倍であることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のヒートホール式放熱機構である。 The invention according to claim 4 is characterized in that the cross-sectional area of the portion of the opening facing the outer wall of the box is 1.5 to 2 times that of the inside of the heat hole. The heat hole type heat dissipation mechanism according to any one of items 3 to 3.

また、請求項に記載の発明は、前記開口部の吸気側の断面積が放熱側の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のヒートホール式放熱機構である。 The heat hole type according to any one of claims 1 to 4 , wherein the invention according to claim 5 has a cross-sectional area on the intake side of the opening larger than a cross-sectional area on the heat dissipation side. It is a heat dissipation mechanism.

また、請求項に記載の発明は、前記ヒートホールが所定の角度傾斜していることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のヒートホール式放熱機構である。 The invention according to claim 6 is the heat hole type heat dissipation mechanism according to any one of claims 1 to 5 , wherein the heat hole is inclined at a predetermined angle.

また、請求項に記載の発明は、前記ヒートホールの内壁が鏡面仕上げとなっていることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のヒートホール式放熱機構である。 The invention according to claim 7 is the heat hole type heat dissipation mechanism according to any one of claims 1 to 6 , wherein the inner wall of the heat hole is mirror-finished.

また、請求項に記載の発明は、前記ヒートホールの前記開口部が前記箱体の対向する面に一対で設けられていることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のヒートホール式放熱機構である。 The invention according to claim 8 is the invention according to any one of claims 1 to 7 , wherein the openings of the heat holes are provided in pairs on the facing surfaces of the box body. It is a heat hole type heat dissipation mechanism.

また、請求項に記載の発明は、前記箱体載置時に前記開口部が上下に位置するように前記ヒートホールが設けられることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のヒートホール式放熱機構である。 The invention according to claim 9 is the invention according to any one of claims 1 to 8 , wherein the heat holes are provided so that the openings are vertically positioned when the box is placed. It is a heat hole type heat dissipation mechanism.

請求項1の発明によれば、高効率な自然放熱空冷を可能とするヒートホール式放熱機構によってヒートシンクが不要となるので装置の小型化が可能となり、ヒートホール式放熱機構の高い放熱特性によって従来の冷却方法である箱体外壁への伝熱による冷却に頼る必要が無くやけどを負う危険性を排除することができる。また、放熱特性が高いので通常使用されるファンが不要であり、製造コスト・ランニングコストが非常に安価となる。また、電子機器の放熱に非常に有効であるとともに、その他箱体の内部に発熱体のある構造であれば適応可能であるので様々な構造に使用することができる。また、ヒートホールは、2種類のウェブ寸法の異なる断面コの字のチャンネル形状のヒートプレートが互いのフランジ突出方向に向かい合い、ウェブ寸法の大きい方である第1のヒートプレートのウェブにウェブ寸法の小さい方である第2のヒートプレートのフランジを接触させて接合された形状であるので、第1のヒートプレートの伝熱性能が高くなり、例えば通常流通している中空角棒に比べて伝熱性能が高いのでヒートホールをよりコンパクトに構成することができる。 According to the invention of claim 1, since the heat sink type heat dissipation mechanism that enables highly efficient natural heat dissipation air cooling eliminates the need for a heat sink, the device can be miniaturized, and the high heat dissipation characteristics of the heathole type heat dissipation mechanism have been conventionally used. It is not necessary to rely on cooling by heat transfer to the outer wall of the box, which is the cooling method of the above, and the risk of injury can be eliminated. In addition, since the heat dissipation characteristics are high, a normally used fan is not required, and the manufacturing cost and running cost are very low. Further, it is very effective for heat dissipation of electronic devices, and can be used for various structures because it can be applied to other structures having a heating element inside the box body. Further, in the heat hole, two types of heat plates having a U-shaped cross section with different web dimensions face each other in the flange protrusion direction, and the web dimension of the first heat plate, which is the larger web dimension, is the web dimension. Since the shape is such that the flanges of the second heat plate, which is the smaller one, are brought into contact with each other and joined, the heat transfer performance of the first heat plate is improved. Since the performance is high, the heat hole can be configured more compactly.

請求項2の発明によれば、ヒートホールの材質が純度99.9質量%以上の純銅を使用することにより放熱特性をより高めることができる。 According to the second aspect of the present invention, the heat dissipation characteristics can be further improved by using pure copper having a heat hole having a purity of 99.9% by mass or more.

請求項3〜5の発明によれば、ヒートホール内部の中空構造部分の容積を大きくすることなく吸気及び放熱の効率を高めることができる。 According to the inventions of claims 3 to 5 , the efficiency of intake and heat dissipation can be improved without increasing the volume of the hollow structure portion inside the heat hole.

請求項の発明によれば、ヒートホールが所定の角度傾斜していることを特徴としているので、箱体の載置方向によらずヒートホール内の熱の対流を行いやすくすることができる。 According to the sixth aspect of the present invention, since the heat hole is inclined at a predetermined angle, it is possible to facilitate convection of heat in the heat hole regardless of the mounting direction of the box body.

請求項の発明によれば、ヒートホールの内壁が鏡面仕上げとなっていることを特徴としているので、ヒートホール内部で放射熱反射が発生し熱の対流が促進されることにより放熱効率を高めることができる。 According to the invention of claim 7 , since the inner wall of the heat hole is mirror-finished, radiant heat reflection is generated inside the heat hole and heat convection is promoted to improve heat dissipation efficiency. be able to.

請求項の発明によれば、ヒートホールの開口部が箱体の対向する面に一対で設けられているので、スムーズに吸気及び放熱の対流を行うことができる。 According to the invention of claim 8 , since the openings of the heat holes are provided in pairs on the facing surfaces of the box body, convection of intake air and heat dissipation can be smoothly performed.

請求項の発明によれば、箱体載置時に開口部が上下に位置するようにヒートホールが設けられることを特徴としているので、スムーズに吸気及び放熱の対流を行うことができる。 According to the invention of claim 9 , since the heat holes are provided so that the openings are located vertically when the box is placed, the convection of intake and heat dissipation can be smoothly performed.

本発明に係るヒートホール式放熱機構の放熱概略図を示し、(a)は正面図、(b)は底面一部断面図である。A schematic view of heat dissipation of the heat hole type heat dissipation mechanism according to the present invention is shown, (a) is a front view, and (b) is a partial cross-sectional view of the bottom surface. 本発明に係るヒートホール式放熱機構の一実施形態を示し、(a)は正面図、(b)は底面図、(c)は側面図、(d)は斜視図を示す。An embodiment of a heat hole type heat radiating mechanism according to the present invention is shown, (a) is a front view, (b) is a bottom view, (c) is a side view, and (d) is a perspective view. 本発明に係るヒートホール式放熱機構の構成部品である第1ヒートプレートの一実施形態を示し、(a)は正面図、(b)は底面図、(c)は側面図、(d)は斜視図を示す。An embodiment of a first heat plate which is a component of a heat hole type heat dissipation mechanism according to the present invention is shown, (a) is a front view, (b) is a bottom view, (c) is a side view, and (d) is a side view. A perspective view is shown. 本発明に係るヒートホール式放熱機構の構成部品である第2ヒートプレートの一実施形態を示し、(a)は正面図、(b)は底面図、(c)は側面図、(d)は斜視図を示す。An embodiment of a second heat plate which is a component of a heat hole type heat dissipation mechanism according to the present invention is shown, (a) is a front view, (b) is a bottom view, (c) is a side view, and (d) is a side view. A perspective view is shown. 本発明に係るヒートホール式放熱機構を光伝送装置に適用した一実施形態を示し、(a)は正面図、(b)は底面図、(c)は平面図、(d)は左側面図、(e)は右側面図を示す。An embodiment in which the heat hole type heat dissipation mechanism according to the present invention is applied to an optical transmission device is shown, (a) is a front view, (b) is a bottom view, (c) is a plan view, and (d) is a left side view. , (E) show the right side view. 図5の斜視図を示す。The perspective view of FIG. 5 is shown. 本発明に係るヒートホール式放熱機構の他の実施形態の概略図を示す。The schematic diagram of another embodiment of the heat hole type heat dissipation mechanism which concerns on this invention is shown. 本発明に係るヒートホール式放熱機構の他の実施形態の概略図を示す。The schematic diagram of another embodiment of the heat hole type heat dissipation mechanism which concerns on this invention is shown. 本発明に係るヒートホール式放熱機構の一実施形態による放熱実験時のサーモグラフィーによる温度分布を示し、(a)はヒートホール部周辺温度分布を示し、(b)はヒートホール部からの排熱状態を観察するために背部に透明フィルムを取り付けた場合の温度分布を示す。The temperature distribution by thermography at the time of the heat dissipation experiment by one embodiment of the heat hole type heat dissipation mechanism according to the present invention is shown, (a) shows the temperature distribution around the heat hole part, and (b) is the heat exhausted state from the heat hole part. The temperature distribution when a transparent film is attached to the back to observe is shown.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態の一例について説明する。図1は本発明に係るヒートホール式放熱機構の放熱概略図を示し、図2は本発明に係るヒートホールの一実施形態を示し、図3は本発明に係るヒートホールの構成部品である第1ヒートプレートの一実施形態を示し、図4は本発明に係るヒートホールの構成部品である第2ヒートプレートの一実施形態を示し、図5は本発明に係るヒートホール式放熱機構を光伝送装置に適用した一実施形態を示し、図6は図5の斜視図を示し、図7は本発明に係るヒートホール式放熱機構の他の実施形態の概略図を示しヒートホール式放熱機構の開口部が横方向となるように設置された場合の一例を示し、図8は本発明に係るヒートホール式放熱機構の他の実施形態の概略図を示し吸気開口部が1つに放熱開口部が2つ形成された機構を示している。図9は実験時のサーモグラフィーによる温度分布を示す。 Hereinafter, an example of the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic diagram of heat dissipation of the heat hole type heat dissipation mechanism according to the present invention, FIG. 2 shows an embodiment of the heat hole according to the present invention, and FIG. 3 shows components of the heat hole according to the present invention. 1 Embodiment of a heat plate is shown, FIG. 4 shows an embodiment of a second heat plate which is a component of a heat hole according to the present invention, and FIG. 5 shows an optical transmission of a heat hole type heat dissipation mechanism according to the present invention. An embodiment applied to the apparatus is shown, FIG. 6 shows a perspective view of FIG. 5, and FIG. 7 shows a schematic view of another embodiment of the heat hole type heat dissipation mechanism according to the present invention. An example of the case where the portions are installed so as to be in the horizontal direction is shown, and FIG. 8 shows a schematic view of another embodiment of the heat hole type heat dissipation mechanism according to the present invention. It shows two formed mechanisms. FIG. 9 shows the temperature distribution by thermography at the time of the experiment.

ヒートホール式放熱機構10は内部に発熱体31を有する電子機器等の箱体30の内部冷却のための自然放熱空冷を行う機構であり、ヒートホール20は第1ヒートプレート21と第2ヒートプレート22によって中空構造のホール23が形成されて箱体30を貫通しており、発熱体31から発せられる熱がヒートホール20外壁からホール23内の空気へ伝熱され吸気開口部24と放熱開口部25による自然熱対流によって外部へ放熱される。図1では(a)の態様で載置され、箱体30の下方が吸気開口部24、上方が放熱開口部25となっている。 The heat hole type heat dissipation mechanism 10 is a mechanism for performing natural heat dissipation air cooling for internal cooling of a box body 30 such as an electronic device having a heating element 31 inside, and the heat hole 20 is a first heat plate 21 and a second heat plate. A hole 23 having a hollow structure is formed by 22 and penetrates the box body 30, and heat generated from the heating element 31 is transferred from the outer wall of the heat hole 20 to the air in the hole 23, and the intake opening 24 and the heat dissipation opening Heat is dissipated to the outside by natural heat convection by 25. In FIG. 1, it is mounted in the embodiment (a), and the lower part of the box body 30 is the intake opening 24 and the upper part is the heat dissipation opening 25.

ヒートホール20は図2〜図4のように2種類のウェブ寸法の異なる断面コの字のチャンネル形状のヒートプレートが互いのフランジ突出方向に向かい合って接合された構造となっており、ウェブ寸法の大きい方である第1ヒートプレート21が図1(b)の底面図や図2(b)の場合フランジが下方向に突出して配置され、ウェブ寸法の小さい方である第2ヒートプレート22はフランジが上方向に突出してそのフランジが第1ヒートプレート21のウェブの下面に接触するように接合されて中空構造のホール23を形成している。ヒートホール式放熱機構10はヒートホール中空構造内部つまりホール23内部に伝熱された空気の温度分布の差により空気が対流し、熱せられた空気が上昇して放熱口となる開口部から外部へ自然放熱され、冷たい外気が吸気口となる開口部から吸気される熱による自然対流を利用した放熱空冷機構のため、下方側に設けられる開口部が自然と吸気口となり吸気開口部24と称し、上方側に設けられる開口部が放熱口となり放熱開口部25と称することとする。
第1ヒートプレート21と第2ヒートプレート22の接合は本実施例では第2ヒートプレート22に設けられたねじ穴26を用いてねじ接合する構造となっている。しかしながらその他レーザー等を用いた溶接や熱伝導性接着剤を使用した接着とする接合方法でもよい。
As shown in FIGS. 2 to 4, the heat hole 20 has a structure in which two types of heat plates having a U-shaped cross section with different web dimensions are joined so as to face each other in the flange protruding direction. When the larger first heat plate 21 is the bottom view of FIG. 1 (b) or FIG. 2 (b), the flanges are arranged so as to project downward, and the second heat plate 22 having the smaller web size is a flange. Projects upward and the flange is joined so as to contact the lower surface of the web of the first heat plate 21 to form a hole 23 having a hollow structure. In the heat hole type heat radiating mechanism 10, air is convected inside the hollow structure of the heat hole, that is, due to the difference in the temperature distribution of the air transferred inside the hole 23, and the heated air rises from the opening serving as the heat radiating port to the outside. Because of the heat dissipation air cooling mechanism that utilizes the natural convection of heat that is naturally dissipated and the cold outside air is taken in from the opening that becomes the intake port, the opening provided on the lower side naturally becomes the intake port and is called the intake opening 24. The opening provided on the upper side serves as a heat dissipation port and is referred to as a heat dissipation opening 25.
In this embodiment, the first heat plate 21 and the second heat plate 22 are joined by screw using the screw holes 26 provided in the second heat plate 22. However, other joining methods such as welding using a laser or the like or bonding using a thermal conductive adhesive may be used.

図2〜図4の構成のヒートホール20とした場合、第1ヒートプレート21のフランジ形状によりヒートホール20の強度を高めながらさらに伝熱面積を大きくすることができるのでより省スペースで放熱効果を高めることができる。なお、ヒートホール20の形状は市販されている中空角棒を代用してもよいが放熱効率は図2の構成に比べて下がる場合がある。 When the heat holes 20 have the configurations shown in FIGS. 2 to 4, the flange shape of the first heat plate 21 can increase the strength of the heat holes 20 and further increase the heat transfer area, thus saving more space and achieving a heat dissipation effect. Can be enhanced. The shape of the heat hole 20 may be a commercially available hollow square bar, but the heat dissipation efficiency may be lower than that of the configuration shown in FIG.

ヒートホール20に用いられる材質は銅やアルミニウム等熱伝導性の高い素材を用いると放熱性が高まる。特に純度99.9質量%以上の純銅を使用することにより放熱特性をより高めることができ、これによって従来ではファンを使用しなければ冷却できない熱量の箱体であっても自然対流による放熱で対応することが可能となる。 If a material having high thermal conductivity such as copper or aluminum is used as the material used for the heat hole 20, heat dissipation is enhanced. In particular, the heat dissipation characteristics can be further improved by using pure copper with a purity of 99.9% by mass or more, which allows heat dissipation by natural convection even for a box with a calorific value that could not be cooled without using a fan in the past. It becomes possible to do.

また、ヒートホール20の内壁つまりホール23側の壁面を鏡面仕上げとするとヒートホール内部で放射熱反射が発生し熱の対流が促進されることにより放熱効率を高めることができる。鏡面仕上げはバフ研磨仕上げやめっき処理、アルマイト処理などの方法により行われる。 Further, if the inner wall of the heat hole 20, that is, the wall surface on the side of the hole 23 is mirror-finished, radiant heat reflection is generated inside the heat hole and heat convection is promoted, so that heat dissipation efficiency can be improved. Mirror finishing is performed by methods such as buffing, plating, and alumite treatment.

ヒートホール20の開口部の形状は図2のようにホール23の内部断面形状と同じ形状でそのまま開口部24,25としてもよいが、図1のように外壁方向へ徐々に断面積が広がっていくような構造とすると吸気放熱効率が向上する。特に吸気側の吸気開口部24を放熱開口部25に比べて大きくすると煙突効果を含めて自然放熱空冷効果が高まる。
なお、開口部端部の断面積はホール23の内部の断面積の1.5〜2倍とすると自然放熱空冷による効果を得やすい。
The shape of the opening of the heat hole 20 may be the same as the internal cross-sectional shape of the hole 23 as shown in FIG. 2, and the openings 24 and 25 may be used as they are, but the cross-sectional area gradually expands toward the outer wall as shown in FIG. If the structure is such that the intake and heat dissipation efficiency is improved. In particular, if the intake opening 24 on the intake side is made larger than the heat dissipation opening 25, the natural heat dissipation air cooling effect including the chimney effect is enhanced.
If the cross-sectional area of the end of the opening is 1.5 to 2 times the cross-sectional area of the inside of the hole 23, the effect of natural heat dissipation air cooling can be easily obtained.

ヒートホール20は図1(b)のように、第1ヒートプレート21の上面と第2ヒートプレート22の下面とに発熱体31が密着するように挟み込まれるように配置されるとその伝熱効率を有効に利用することができる。本実施例では図1、図5、図6の構造の光伝送装置の回路基板A32,基板B33に挟み込まれるように配置されていて、基板A32では下向きに発熱体31が配置されて第1ヒートプレート21の上面に密着し、基板B33では上向きに発熱体31が配置されて第2ヒートプレート22の下面に密着して配置されている。なお、発熱体31は集積回路などの電子機器で使用される部品だけでなく冷却の必要な物体であれば該当する。また、発熱体31とヒートホール20の密着は発熱体31を直接密着させてもよいし、伝熱ゲルなどの伝熱部材34を介して密着して伝熱してもよい。 As shown in FIG. 1B, when the heat hole 20 is arranged so as to be sandwiched between the upper surface of the first heat plate 21 and the lower surface of the second heat plate 22 so that the heating element 31 is in close contact with the heat hole 20, the heat transfer efficiency is improved. It can be used effectively. In this embodiment, the heating elements 31 are arranged so as to be sandwiched between the circuit boards A32 and B33 of the optical transmission device having the structures of FIGS. 1, 5, and 6, and the heating element 31 is arranged downward on the substrate A32 to generate the first heat. The heating element 31 is arranged upward on the substrate B33 so as to be in close contact with the upper surface of the plate 21, and is arranged in close contact with the lower surface of the second heat plate 22. The heating element 31 is applicable not only to parts used in electronic devices such as integrated circuits but also to objects that require cooling. Further, the heating element 31 and the heat hole 20 may be brought into close contact with each other directly, or may be brought into close contact with each other via a heat transfer member 34 such as a heat transfer gel.

ヒートホール20は図1、図5、図6のように開口部が上下方向に一対で構成されていると自然熱対流による放熱をスムーズに行うことができるが、図7のように開口部を横方向に設けることしかできない状況も考えられる。そこで図7のヒートホール20のように吸気側となる吸気開口部24を支点に角度α上方へ傾斜させて設置することにより、気体の熱上昇による自然熱対流を利用することが可能となり、本発明のヒートホール式放熱機構10の利点を活用することができる。なお、前述のとおり開口部の下方側が自然と吸気側となるので、便宜上吸気開口部24を支点に角度α上方へ傾斜させて設置していると記載しているが傾斜していればよい。 If the heat holes 20 have a pair of openings in the vertical direction as shown in FIGS. 1, 5, and 6, heat dissipation by natural heat convection can be smoothly performed, but the openings are formed as shown in FIG. There may be situations where it can only be installed in the horizontal direction. Therefore, by installing the intake opening 24 on the intake side as a fulcrum at an angle α upward as in the heat hole 20 of FIG. 7, it becomes possible to utilize natural heat convection due to the heat rise of the gas. The advantage of the heat hole type heat dissipation mechanism 10 of the present invention can be utilized. As described above, since the lower side of the opening naturally becomes the intake side, it is described that the intake opening 24 is inclined upward by an angle α with the intake opening 24 as a fulcrum for convenience, but it may be inclined.

また、図8のように開口部を3つ以上設けたヒートホール式放熱機構10とすることも可能である。図8のように下面には吸気開口部24を設けることができるが上面には放熱開口部25を設けることができない事情、例えば上面にさらに別の機器が接続される場合では上面以外の側面に放熱開口部25を設けることも可能である。また、装置の発熱量に応じて開口部を3つ以上設けることも可能である。図8では放熱開口部25を2箇所設けているがそれだけで無く吸気開口部も複数設けたりしてもよい。また吸気開口部を側面に設けることも同様に可能である。 Further, as shown in FIG. 8, it is also possible to use a heat hole type heat radiating mechanism 10 having three or more openings. As shown in FIG. 8, the intake opening 24 can be provided on the lower surface, but the heat dissipation opening 25 cannot be provided on the upper surface. For example, when another device is connected to the upper surface, the side surface other than the upper surface It is also possible to provide the heat dissipation opening 25. It is also possible to provide three or more openings depending on the amount of heat generated by the device. In FIG. 8, two heat dissipation openings 25 are provided, but not only that, but also a plurality of intake openings may be provided. It is also possible to provide an intake opening on the side surface.

図1、図5、図6の箱体30の構成で放熱実験を行い温度測定により熱抵抗値及び許容電力値の測定計算を行った。図9は実験時のサーモグラフィーによる温度分布であり、図9(a)はヒートホール部周辺温度分布を示し、図9(b)はヒートホール部からの排熱状態を観察するために背部に透明フィルムを取り付けた場合の温度分布である。図9のA〜Dは温度変化の顕著な部分を表し、A>B>C>Dの温度となっている。測定箇所は箱体内部、箱体外壁、集積回路表面となっている。なお、図9中の温度表示は参考値である。
図9(a)のサーモグラフィーによる温度分布では放熱開口部25出口部分Aが一番高く40℃ほどとなっていて、放熱開口部25を有する面B近辺では35℃ほど、側面Cが33℃ほど、吸気開口部24の吸気部分Dが30℃ほどとなっていてA>B>C>Dの温度となっている。これによりヒートホール式放熱機構10による排熱効果が確認できた。図9(b)でも放熱開口部25から熱せられた空気が上昇していく様子が確認できる。
熱抵抗値の結果は、箱体内部が0.98℃/W、箱体外壁が0.90℃/W、集積回路表面が1.38℃/Wとなった。
許容電力値は箱体内部が20.4W、箱体外壁が22.2W、集積回路表面が21.7Wとなった。
以上により、ヒートホール式放熱機構10は箱内部の冷却性能を確保でき、また箱体外壁特に側面の温度上昇を抑えることができた。
A heat dissipation experiment was performed with the configuration of the box body 30 of FIGS. 1, 5 and 6, and the thermal resistance value and the allowable power value were measured and calculated by measuring the temperature. FIG. 9 shows the temperature distribution by thermography at the time of the experiment, FIG. 9 (a) shows the temperature distribution around the heat hole portion, and FIG. 9 (b) is transparent on the back surface for observing the heat exhaust state from the heat hole portion. This is the temperature distribution when the film is attached. A to D in FIG. 9 represent a remarkable part of the temperature change, and the temperature is A>B>C> D. The measurement points are inside the box, the outer wall of the box, and the surface of the integrated circuit. The temperature display in FIG. 9 is a reference value.
In the temperature distribution by thermography in FIG. 9 (a), the heat radiation opening 25 outlet portion A is the highest at about 40 ° C. The intake portion D of the intake opening 24 is about 30 ° C., and the temperature is A>B>C> D. As a result, the heat exhaust effect of the heat hole type heat dissipation mechanism 10 was confirmed. Also in FIG. 9B, it can be confirmed that the heated air rises from the heat dissipation opening 25.
The results of the thermal resistance values were 0.98 ° C./W inside the box, 0.90 ° C./W on the outer wall of the box, and 1.38 ° C./W on the surface of the integrated circuit.
The allowable power values were 20.4 W for the inside of the box, 22.2 W for the outer wall of the box, and 21.7 W for the surface of the integrated circuit.
As described above, the heat hole type heat dissipation mechanism 10 can secure the cooling performance inside the box and can suppress the temperature rise of the outer wall of the box, particularly the side surface.

本実施例では電子機器である光伝送装置を箱体としてヒートホール式放熱機構の構成を説明したが、これに限らずハンディカメラや貯蔵装置・実験装置などの内部に発熱体を有する箱体を冷却するための機構としても利用できる。 In this embodiment, the configuration of the heat hole type heat dissipation mechanism has been described using an optical transmission device as an electronic device as a box body, but the present invention is not limited to this, and a box body having a heating element inside such as a handy camera, a storage device, or an experimental device is used. It can also be used as a cooling mechanism.

10 ヒートホール式放熱機構
20 ヒートホール
21 第1ヒートプレート
22 第2ヒートプレート
23 ホール
24 吸気開口部
25 放熱開口部
26 ねじ穴
30 箱体
31 発熱体
32 基板A
33 基板B
34 伝熱部材
10 Heat hole type heat dissipation mechanism 20 Heat hole 21 1st heat plate 22 2nd heat plate 23 hole 24 Intake opening 25 Heat dissipation opening 26 Screw hole 30 Box body 31 Heating element 32 Board A
33 Board B
34 Heat transfer member

Claims (9)

内部に発熱体を有する箱体の外壁に外気吸気口又は放熱口となる複数の開口部を有する中空構造のヒートホールが前記箱体内部を貫通するように設けられ、
前記ヒートホールは、2種類の所定部分がウェブ寸法の異なる断面コの字のチャンネル形状のヒートプレートが互いのフランジ突出方向に向かい合い、ウェブ寸法の大きい方である第1のヒートプレートのウェブにウェブ寸法の小さい方である第2のヒートプレートのフランジを接触させて接合された形状であり、
前記箱体内部の熱が前記ヒートホールの中空構造内部の空気へ伝熱され、
前記ヒートホール中空構造内部の温度分布の差により空気が対流し、
熱せられた空気が放熱口となる前記開口部から外部へ自然放熱空冷されること
を特徴とするヒートホール式放熱機構。
A hollow heat hole having a plurality of openings serving as an outside air intake port or a heat dissipation port is provided on the outer wall of the box body having a heating element inside so as to penetrate the inside of the box body.
In the heat hole, two types of heat plates having a U-shaped cross section with different web dimensions face each other in the flange protrusion direction, and the web is formed on the web of the first heat plate having the larger web dimension. The shape is such that the flanges of the second heat plate, which has the smaller size, are brought into contact with each other and joined.
The heat inside the box is transferred to the air inside the hollow structure of the heat hole,
Air is convected due to the difference in temperature distribution inside the hollow structure of the heat hole.
A heat hole type heat radiating mechanism characterized in that heated air is naturally radiated to the outside through the opening serving as a heat radiating port and air-cooled.
前記ヒートホールの材質が純度99.9質量%以上の純銅であることを特徴とする請求項1に記載のヒートホール式放熱機構。 The heat hole type heat dissipation mechanism according to claim 1, wherein the material of the heat hole is pure copper having a purity of 99.9% by mass or more. 前記開口部の形状は前記箱体の外壁方向へ徐々に広がっていることを特徴とする請求項1又は2に記載のヒートホール式放熱機構。 The heat hole type heat dissipation mechanism according to claim 1 or 2 , wherein the shape of the opening gradually expands toward the outer wall of the box body. 前記開口部の前記箱体外壁に面する部分の断面積が前記ヒートホール内部と比べて1.5〜2倍であることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のヒートホール式放熱機構。 The heat according to any one of claims 1 to 3 , wherein the cross-sectional area of the portion of the opening facing the outer wall of the box is 1.5 to 2 times that of the inside of the heat hole. Hall type heat dissipation mechanism. 前記開口部の吸気側の断面積が放熱側の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のヒートホール式放熱機構。 The heat hole type heat radiating mechanism according to any one of claims 1 to 4 , wherein the cross-sectional area of the opening on the intake side is larger than the cross-sectional area of the heat radiating side. 前記ヒートホールが所定の角度傾斜していることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のヒートホール式放熱機構。 The heat hole type heat dissipation mechanism according to any one of claims 1 to 5 , wherein the heat hole is inclined at a predetermined angle. 前記ヒートホールの内壁が鏡面仕上げとなっていることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のヒートホール式放熱機構。 The heat hole type heat dissipation mechanism according to any one of claims 1 to 6 , wherein the inner wall of the heat hole has a mirror finish. 前記ヒートホールの前記開口部が前記箱体の対向する面に一対で設けられていることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のヒートホール式放熱機構。 The heat hole type heat radiating mechanism according to any one of claims 1 to 7 , wherein the openings of the heat holes are provided in pairs on opposite surfaces of the box body. 前記箱体載置時に前記開口部が上下に位置するように前記ヒートホールが設けられることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のヒートホール式放熱機構。 The heat hole type heat dissipation mechanism according to any one of claims 1 to 8 , wherein the heat holes are provided so that the openings are vertically positioned when the box is placed.
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