WO2016047551A1 - ヒートシンク - Google Patents

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WO2016047551A1
WO2016047551A1 PCT/JP2015/076478 JP2015076478W WO2016047551A1 WO 2016047551 A1 WO2016047551 A1 WO 2016047551A1 JP 2015076478 W JP2015076478 W JP 2015076478W WO 2016047551 A1 WO2016047551 A1 WO 2016047551A1
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WO
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fin
region
groove
heat sink
generating means
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/076478
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English (en)
French (fr)
Inventor
翔大 花房
賢二 安東
三木　啓治
Original Assignee
住友精密工業株式会社
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Filing date
Publication date
Application filed by 住友精密工業株式会社 filed Critical 住友精密工業株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • the technology disclosed herein relates to a heat sink that cools a heating element.
  • Patent Document 1 a plurality of fins are attached to a base to which a heating element is attached, and cooling air flows through slit-shaped channels formed between adjacent fins, thereby transferring heat through each fin.
  • a heat sink that dissipates the heat of the heating element.
  • a temperature boundary layer is generated in the vicinity of the side surface of the fin that partitions the slit-shaped flow path. The temperature boundary layer increases the thermal resistance and decreases the cooling performance of the heat sink.
  • Patent Document 2 describes a primary surface heat exchanger that exchanges heat between a plurality of fluids having different temperatures.
  • concave and convex ribs that are inclined with respect to the fluid flow direction are formed on the surface of the partition wall that divides the flow path, and a swirling flow is generated in the flow path by the concave and convex ribs.
  • the swirl flow reduces the thickness of the temperature boundary layer near the surface of the partition wall, and improves the heat exchange performance.
  • Patent Document 2 also divides a partition wall that divides one flow path into two upper and lower parts, and sets the inclination direction of the concavo-convex rib in the upper part and the inclination direction of the concavo-convex rib in the lower part to each other. The reverse direction is described. With this configuration, two swirl flows swirling in opposite directions are generated side by side in one flow path to improve heat exchange performance.
  • the technology disclosed herein has been made in view of such a point, and an object thereof is to further improve the cooling performance of the heat sink using a swirling flow.
  • the technology disclosed herein includes a base having an attachment surface and a heat dissipation surface, and at least one heating element attached to the attachment surface, and a plurality of fins erected on the heat dissipation surface of the base.
  • a heat sink comprising a heat radiating portion
  • each fin extends in the height direction from the base end contacting the heat radiating surface toward the tip so as to protrude from the heat radiating surface
  • the front end corresponding to the upstream end in the flow direction of the cooling air extends in the front-rear direction toward the rear end corresponding to the downstream end
  • the plurality of fins are orthogonal to the front-rear direction in the heat radiating portion.
  • the heat dissipating part is configured such that, on each side surface of the fins facing the alignment direction in each slit-shaped flow path, unevenness extending in a streak shape inclined with respect to the front-rear direction is arranged in parallel in the front-rear direction, and
  • Each of the slit-shaped channels has a swirling flow generating means for generating a swirling flow swirling around an axis along the front-rear direction, and the swirling flow generating means is arranged on the side surface of the fin at the height.
  • the concave and convex inclination directions are opposite to each other in the regions adjacent to each other in the height direction on the side surfaces of the fins, and on the side surfaces of the fins facing the arrangement direction. The reverse direction.
  • the heat radiating section has the swirling flow generating means.
  • the swirling flow generating means is configured by arranging in parallel in the front-rear direction unevenness extending in a streak-like manner inclined with respect to the front-rear direction on the side surfaces of the fins defining the slit-shaped flow path.
  • the cooling air flowing in the front-rear direction in the slit-like flow path is near one side in the height direction (for example, the tip end side of the fin) or the other in the height direction so as to follow the unevenness extending in a streak pattern near the side surface of the fin. It flows to the side (for example, the base end side of the fin).
  • the swirl flow generating means is divided into a plurality of regions in the height direction on the side surface of the fin, and the inclination direction of the unevenness is opposite to each other in the region adjacent to the height direction on the side surface of the fin.
  • the side surfaces of the fins facing each other in the arrangement direction are opposite to each other.
  • the concave and convex inclination directions are opposite to each other.
  • the cooling air flows in the height direction on one side surface of the pair of fins facing the alignment direction. While it flows to one side, it flows to the other side in the height direction of the cooling air on the other side surface.
  • the cooling air flowing in the front-rear direction in the slit-like channel is twisted.
  • the “axis along the front-rear direction” includes, in addition to the axis whose axial direction coincides with the front-rear direction, an axis whose axis direction substantially coincides with the front-rear direction although it is slightly inclined with respect to the front-rear direction.
  • the swirl flow generating means is also a region adjacent in the height direction, in which the concave and convex inclination directions are opposite to each other. Thereby, the swirl directions of swirl flows adjacent to each other in the height direction are opposite to each other. As a result, in the vicinity of the boundary between the swirl flows adjacent to each other in the height direction, the swirl flow flowing in the direction in which the fins are arranged is in the same direction between the two swirl flows.
  • the swirl flow generating means can stably generate a plurality of swirl flows in which the swirl directions are opposite to each other and sufficiently strong in each slit-like flow channel in the height direction. .
  • the thickness of the temperature boundary layer generated near the side surface of the fin can be reduced.
  • air is agitated in the height direction in the slit-shaped flow path by arranging a plurality of swirling flows in opposite directions in the height direction.
  • the unevenness extending in a streak shape on the side surface of the fin can be configured by forming grooves recessed from the side surface of the fin and inclined with respect to the front-rear direction so as to be aligned in the front-rear direction.
  • the portion where the groove is not formed on the side surface of the fin is relatively protruded from the side surface of the fin.
  • the function of guiding the flow direction of the cooling air can be exhibited both when the groove is provided and when the ridge is provided. Then, in the function of guiding the flow direction of the cooling air and thereby generating a swirl flow in the slit-shaped flow path, forming a groove inclined with respect to the front-rear direction on the side surface of the fin, Providing the ridges inclined with respect to the front-rear direction on the side surface is substantially the same.
  • each side surface, the unevenness extending in a streak shape inclined with respect to the front-rear direction is arranged in parallel in the front-rear direction means that “a groove recessed from the side surface and inclined with respect to the front-rear direction, Including “arranging in the front-rear direction” and “protruding from the side surface and tilting with respect to the front-rear direction juxtaposed in the front-rear direction”. Moreover, it is the same as the above also when providing both a groove
  • the swirl flow generating means is provided at a predetermined position in the front-rear direction on the side surface of the fin, and the unevenness is not formed on the side surface of the fin at the rear side of the swirl flow generation means in the heat radiating portion.
  • a pressure loss increase suppression region that suppresses an increase in pressure loss of the slit-shaped flow path may be provided.
  • the swirling flow generating means contributes to the improvement of the cooling performance of the heat sink by generating the swirling flow in the slit-shaped flow path, while increasing the pressure loss of the slit-shaped flow path. Therefore, if the swirl flow generating means is provided in the entire region from the upstream end to the downstream end of the slit-shaped flow path, the pressure loss tends to increase.
  • the swirl flow generating means may be provided only at a predetermined location in the fin extending in the front-rear direction. By doing so, pressure loss is suppressed.
  • the predetermined location is not limited to one location, and may be a plurality of locations.
  • a pressure loss increase suppression region that suppresses an increase in pressure loss of the slit-like flow path by providing no groove is provided on the rear side of the swirl flow generating means.
  • the swirl flow generated by the swirl flow generation means is maintained by inertia, and as a result, the swirl flow also exists in the pressure loss increase suppression region. Therefore, the above-mentioned effect obtained by the swirling flow of reducing the thickness of the temperature boundary layer generated near the side surface of the fin and stirring the air in the height direction in the slit-shaped flow path is increased in pressure loss. It can also be obtained in the suppression region.
  • the pressure loss increase suppression region is a region where both the effect obtained by the swirl flow and the low pressure loss can be obtained.
  • the heat transfer coefficient of the fin such as reducing the pressure loss, for example, narrowing the interval between adjacent fins in the arrangement direction. It is possible to adopt a configuration that improves the heat sink.
  • the heat sink provided with the pressure loss increase suppression region can improve its cooling performance (for example, lower the increase value of the base mounting surface temperature with respect to the inflowing cooling air temperature). Conversely, when the cooling performance is the same, the pressure loss can be reduced. In this sense, providing the pressure loss increase suppression region makes it possible to efficiently improve the cooling performance of the heat sink.
  • the swirl flow generating means may include a buffer unit that buffers a collision between swirl flows adjacent to each other in the height direction at a boundary portion between the plurality of regions divided in the height direction. Good.
  • the buffer provided at the boundary between the plurality of regions divided in the height direction buffers collisions between the swirling flows.
  • the pressure loss is reduced. Since the structure that improves the heat transfer coefficient of the fin can be adopted for the heat sink as the pressure loss is reduced, the cooling performance of the heat sink can be improved efficiently.
  • the buffer portion may be a portion where no unevenness is provided on the side surface of the fin, for example.
  • the buffer portion does not guide the flow of the cooling air in the height direction, and the direction of the cooling air flowing so as to approach each other in the height direction is changed in the buffer portion. As a result, collision between swirl flows can be buffered.
  • the buffer portion may be a portion that changes the direction of the unevenness provided on the side surface of the fin so as to approach the front-rear direction from the direction inclined with respect to the front-rear direction. That is, the buffer portion may be a portion that reduces the inclination angle of the unevenness.
  • the direction of the cooling air flowing so as to approach each other in the height direction is changed to the front-rear direction, so that collision between swirling flows adjacent in the height direction can be buffered.
  • the inclination angle is zero).
  • the heat sink is provided on the side surface of the fin, and the inclination direction of the unevenness of the swirl flow generating means is opposite to each other in the region adjacent to the height direction on the side surface of the fin, and in the arrangement direction.
  • FIG. 1 is a perspective view of a heat sink.
  • the left diagram of FIG. 2 is a cross-sectional view showing the side surface of the fin of the heat sink, and the right diagram is an explanatory diagram showing the flow in the slit-like flow path of the heat sink.
  • FIG. 3 is a cross-sectional perspective view showing a groove provided on the side surface of the fin.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a groove provided on a side surface of the fin.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a side surface of a fin having a configuration different from that of FIG. 6 is a cross-sectional view showing a side surface of a fin having a configuration different from that in FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a side surface of a fin having a configuration different from that of FIG.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a side surface of a fin having a configuration different from that of FIG.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a side surface of a fin having a configuration different from that of FIG.
  • FIG. 10A is a cross-sectional view showing a modification of the cross-sectional shape of the groove provided in the fin.
  • FIG. 10B is a cross-sectional view showing a modification of the cross-sectional shape of the groove provided in the fin.
  • FIG. 10C is a cross-sectional view showing a modification of the cross-sectional shape of the groove provided in the fin.
  • FIG. 10D is a cross-sectional view showing a modification of the cross-sectional shape of the groove provided in the fin.
  • FIG. 10E is a cross-sectional view showing a modification of the cross-sectional shape of the groove provided in the fin.
  • FIG. 10F is a cross-sectional view showing a modification of the cross-sectional shape of the groove provided in the fin.
  • FIG. 11A is a diagram showing a modification of the shape of the groove provided in the fin.
  • FIG. 11B is a diagram illustrating a modification of the shape of the groove provided in the fin.
  • FIG. 11C is a diagram illustrating a modification of the shape of the groove provided in the fin.
  • FIG. 12A is an explanatory diagram illustrating the division of the heat sink area according to the arrangement of the swirling flow generating means.
  • FIG. 12B is an explanatory diagram illustrating the division of the heat sink region according to the arrangement of the swirling flow generating means.
  • FIG. 13A is a diagram illustrating a configuration of grooves formed on the front surface and the back surface of one fin.
  • FIG. 13B is a diagram illustrating a configuration of grooves formed on the front surface and the back surface of one fin.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a streamline in the slit-shaped channel according to the embodiment.
  • FIG. 1 shows a perspective view of the heat sink 1
  • the left figure of FIG. 2 is a cross-sectional view of the heat sink 1 cut at a position where the side surfaces of the fins 31 of the heat sink 1 can be seen, and the right figure of FIG. It is the figure which looked at the inside of the slit-shaped flow path 30 toward the downstream from the upstream side, and the right figure of FIG. 2 expands and draws the width
  • the heat sink 1 is a cooler for cooling the heating element 2 such as a power semiconductor element used for driving a railway vehicle.
  • the heat sink 1 is disposed in a duct, and cooling air from a blower connected to the duct is supplied to the heat sink 1. That is, the heat sink 1 is a forced air cooling type heat sink 1, and the heat sink 1 radiates the heat of the heating element 2 to cool the heating element 2.
  • the heat sink 1 includes a base 11 to which the heating element 2 is attached, and a heat radiating unit 3 including a plurality of fins 31 erected with respect to the base 11.
  • the base 11 is a flat plate having a predetermined thickness while extending in the front-rear direction corresponding to the direction of the duct and the direction orthogonal to the front-rear direction, and the mounting surface 111 on which the heating element 2 is mounted and the fins 31 stand upright. And a heat dissipating surface 112 to be provided.
  • a plurality of heating elements 2 are attached to the attachment surface 111 of the base 11 in contact with grease having high thermal conductivity interposed therebetween. In the illustrated example, four heating elements 2 are arranged in the front-rear direction. The number of heating elements 2 and the arrangement thereof are not particularly limited.
  • Each fin 31 is a flat plate having a certain thickness, and is perpendicular to the heat radiating surface 112 from the base end contacting the heat radiating surface 112 of the base 11 to the tip (that is, in the height direction). In addition to being erected on the heat radiating surface 112 so as to extend in the vertical direction, it extends in the front-rear direction.
  • the shape of each fin 31 is not limited to the illustrated example, and the ratio of the height, the length in the front-rear direction, and the thickness can be set as appropriate.
  • the plurality of fins 31 are arranged in parallel with the heat dissipating surface 112 of the base 11 at predetermined equal intervals in the arrangement direction.
  • eleven fins 31 are arranged side by side, but the number of fins 31 of the heat dissipating unit 3 is not limited to this.
  • a slit-like flow path 30 extending along the front-rear direction is defined between the side surfaces of the adjacent fins 31 in the heat radiating unit 3.
  • Each slit-like channel 30 opens at each of the front end (the left front end in FIG. 1), the rear end (the right back end in FIG. 1), and the front end (the upper end in FIG. 1) of the fin 31.
  • each slit-like channel 30 is closed by the inner wall of a duct (not shown).
  • the tip of each fin 31 and the inner wall of the duct You may employ
  • the channel width of the slit-shaped channel 30 can be set to an appropriate width, and is not limited to the illustrated example.
  • the heat sink 1 is formed of a material having high thermal conductivity, such as aluminum or an aluminum alloy.
  • the heat sink 1 may be formed by joining the fins 31 to the base 11 by various appropriate means such as welding, brazing, and adhesive.
  • the most characteristic feature of the heat sink 1 is that the heat radiating section 3 is provided with a swirling flow generating means 5.
  • the swirling flow generating means 5 is configured by a groove 55 that is recessed from the side surface of the fin 31 and that is inclined with respect to the front-rear direction in parallel.
  • the grooves 55 provided in the fins 31 are conceptually shown by solid lines, but actually have a predetermined width W and depth D as shown in FIGS.
  • FIGS. 3 and 4 each show a cross section of the fin 31 cut along a plane orthogonal to the inclined groove 55, and the fin 31 cut along a plane perpendicular to the front-rear direction of the heat sink 1. It is not a cross section. 1 and 2 do not accurately show the interval between the grooves 55.
  • the groove 55 and the groove 55 are relatively projected on the side surface of the fin 31.
  • unevenness extending in a streak shape is formed on the side surface of the fin 31.
  • the swirl flow generating means 5 is also divided into a plurality of regions in the height direction on the side surface of the fin 31.
  • the fin 31 is divided into four areas 51, 52, 53, and 54 from the front end to the base end in the height direction. Can be set as appropriate.
  • the inclination direction of the groove 55 is opposite to each other in the region adjacent to the height direction on the side surface of the fin 31. Specifically, in the example of FIG. 2, as indicated by the solid line, in the first region 51, the inclination direction of the groove 55 is inclined in the direction toward the tip as it goes from the front to the back in the front-rear direction (that is, in FIG.
  • the inclination direction of the groove 55 is in the direction toward the proximal end from the front to the back in the front-rear direction.
  • the inclination direction of the groove 55 is similar to that in the first region 51 in the front-rear direction.
  • the direction of inclination of the groove 55 is the same as that in the second region 52 in the front-rear direction.
  • the inclination angle ⁇ 1 of the groove 55 is preferably about 30 to 60 °, and more preferably about 30 to 45 °. By doing so, it is possible to stably generate a strong swirl flow in the slit-like flow path 30 as described later.
  • the swirling flow generating means 5 further sets the inclination directions of the grooves 55 in opposite directions on the side surfaces of the fins 31 that face each other to define the slit-like flow path 30.
  • the groove 55 provided on the side surface of the fin 31 facing the fin 31 shown in the left diagram of FIG. 2 is indicated by an imaginary line.
  • the first and second regions 51 and 52 are drawn with virtual lines indicating the grooves 55, but the third and fourth regions 53 and 54 are simply omitted.
  • grooves 55 inclined in a predetermined direction are provided in the first to fourth regions 51 to 54 on the side surfaces of the fins 31 facing each other. Specifically, on the side surfaces of the fins 31 facing each other, as indicated by phantom lines in FIG.
  • the inclination direction of the groove 55 is the direction toward the base end as it goes from the front to the back in the front-back direction.
  • the inclination direction of the groove 55 is inclined in the direction toward the tip as it goes from the front to the back in the front-rear direction.
  • the inclination direction of the groove 55 is the first direction. Similar to the region 51, it tilts in the direction toward the base end from the front to the back in the front-rear direction.
  • the inclination direction of the groove 55 is the front in the front-rear direction, similar to the second region 52. As it goes from the back to the back, it tilts in the direction toward the tip.
  • the swirl flow generating means 5 has a function of guiding the cooling air flowing near the side surface of the fin 31 along the groove 55.
  • the cooling air is guided toward the distal end in the first region 51, the cooling air is guided toward the proximal end in the second region 52, and the cooling air is guided in the third region 53. Guided toward the distal end, the cooling air is guided toward the proximal end in the fourth region 54.
  • the fin 31 shown in the left diagram of FIG. 2 corresponds to the left fin 31 in the right diagram of FIG. 2. Accordingly, the groove 55 of the swirling flow generating means 5 provided in the right fin 31 in the right diagram of FIG.
  • the cooling air flowing near the side surface of the left fin 31 is guided toward the base end, and the cooling air flowing near the side surface of the right fin 31 is guided toward the tip end.
  • a swirling flow swirling counterclockwise is generated at the height position corresponding to the second region 52.
  • the cooling air flowing near the side surface of the left fin 31 is guided toward the tip, and the cooling air flowing near the side surface of the right fin 31 is guided toward the base end.
  • a swirling flow swirling clockwise is generated
  • the fourth region 54 the cooling air flowing near the side surface of the left fin 31 is guided toward the base end.
  • the cooling air flowing in the vicinity of the side surface of the right fin 31 is guided toward the tip, and as a result, a swirling flow swirling counterclockwise is generated at the height position corresponding to the fourth region 54.
  • the swirl flow generating means 5 can generate a plurality of swirl flows that swirl in opposite directions in the slit-like flow path 30 side by side in the height direction.
  • the fins 31 facing the alignment direction by making the inclination direction of the grooves 55 in the opposite direction, it becomes possible to promote the swirling flow on both sides in the slit-like flow path 30, and thus a strong swirling flow Can be stably generated.
  • the flow of the swirling flow that flows in the alignment direction (the left-right direction in the right diagram in FIG. 2) near the boundary between the swirling flows adjacent to each other in the height direction is In the same direction. This also contributes to stably generating a plurality of swirling flows arranged in the height direction.
  • the swirling flow in the slit-shaped flow path 30 flows in the height direction near the side surface of the fin 31, the function of reducing the thickness of the temperature boundary layer generated near the side surface of the fin 31 is exhibited. Thereby, the heat transfer rate of the fins 31 is increased, and the cooling performance of the heat sink 1 is higher than that of the heat sink in which the swirl flow generating means 5 is not provided.
  • a plurality of swirling flows are generated side by side in the height direction so that the swirling directions alternate, so that air is agitated in the height direction in the slit-like channel 30. This also increases the cooling performance of the heat sink 1.
  • the groove 55 of the swirling flow generating means 5 has a semicircular cross section.
  • the angle (edge angle ⁇ 2) with respect to the side surface of the fin 31 at the opening edge of the groove 55 is set to 90 °.
  • the closer the edge angle ⁇ 2 is to 90 ° the stronger the swirl flow can be generated, which is advantageous in improving the cooling performance of the heat sink 1. Therefore, setting the edge angle ⁇ 2 to 90 ° is most advantageous for improving the cooling performance of the heat sink 1.
  • the groove 55 in a semicircular shape, the surface of the groove 55 becomes smooth, and no stagnation occurs with respect to the flow in the groove 55. This is advantageous in that it suppresses an increase in pressure loss in the slit-like flow path 30 without degrading performance.
  • the groove 55 of the swirling flow generating means 5 may be formed on the surface of the flat fin 31 by cutting. Further, the grooves 55 may be formed in the fins 31 by, for example, pressing. Any processing direction may be employed as long as the groove 55 can be formed on the surface of the flat fin 31.
  • the number of the grooves 55 may be set as appropriate in consideration of the balance between cooling performance and pressure loss. Further, the width W of the grooves 55 and the interval between the grooves 55 are appropriately set according to the number of the grooves 55 provided in the fin 31.
  • the depth D of the groove 55 is set in consideration of the function of guiding the cooling air and the plate thickness of the fin 31. When the depth D of the groove 55 is too shallow, the function of guiding the cooling air cannot be obtained sufficiently. Further, when the depth D of the groove 55 is too deep, the pressure loss increases. Moreover, the plate
  • the fins 31 constituting the heat sink 1 At least the fins 31 arranged at positions other than the outermost position in the arrangement direction are formed with grooves 55 on both side surfaces thereof. Therefore, after providing the grooves 55 on both side surfaces, the depth D of the fins 31 may be appropriately set in consideration of the plate thickness remaining at the center in the thickness direction, the fin strength, and the like. It should be noted that the number, width, interval, and depth of the grooves 55 in the plurality of regions divided in the height direction of the fins 31 may be different from each other even if they are not the same. In FIG. 2, the end portions of the grooves 55 adjacent to each other in the height direction are connected to each other at the boundary. However, the grooves 55 adjacent to each other may not be connected to each other. The end may be displaced in the front-rear direction.
  • the swirl flow generating means 5 is provided only at predetermined locations in the front-rear direction. Specifically, in the illustrated example, the swirl flow generating means 5 is provided at two locations, a first location corresponding to the upstream side in the direction in which the cooling air flows and a second location corresponding to the intermediate portion. More specifically, the first location is in the range of approximately 1 ⁇ 4 of the total length of the fin 31 from the front end of the fin 31, and the second location is approximately 1 / of the total length of the fin 31 from the center in the front-rear direction of the fin 31. 4 range.
  • the swirl flow generating means 5 increases the pressure loss while generating the swirl flow.
  • the region in which the groove 55 is not formed is a pressure loss increase suppression region 6 in which the pressure loss is lower than that in the swirl flow generating means 5 and the increase in pressure loss is suppressed. Since these pressure loss increase suppression regions 6 are provided on the rear side of the swirl flow generation means 5, the swirl flow generated by the swirl flow generation means 5 is maintained by inertia even in the pressure loss increase suppression region 6. It becomes like this. Thus, the effect of reducing the thickness of the temperature boundary layer in the vicinity of the side surface of the fin 31 obtained by the above-described swirl flow and agitating the air in the slit-shaped flow path in the height direction can be obtained. 6 can be substantially obtained, but an increase in pressure loss can be suppressed.
  • the pressure loss increase suppression region 6 functions as a pair with the swirl flow generating means 5.
  • the swirl flow generating means 5 and the pressure loss increase suppressing region 6 are preferably provided corresponding to the heating element 2 attached to the base 11.
  • the swirl flow generating means 5 may be provided at a location where the heating element 2 having a high heat load is attached, and the pressure loss increase suppressing region 6 may be provided on the rear side thereof.
  • the heating element 2 disposed first in the flow direction of cooling air corresponds to the heating element 2 disposed first and the heating element 2 disposed third.
  • a swirl flow generating means 5 is provided, and accordingly, a pressure loss increase suppression region 6 is provided corresponding to each of the second heating element 2 and the fourth heating element 2. Yes. By doing so, it becomes possible to efficiently cool the heating element 2 having a high heat load.
  • the heat transfer coefficient of the fin 31 is improved, for example, the interval between the fins 31 is narrower than that of the heat sink not having the pressure loss increase suppression region. It is possible to adopt a configuration that allows As a result, compared with a heat sink (see FIG. 5) in which the swirl flow generating means 5 is provided over the entire region from the upstream end to the downstream end of the slit-shaped flow path 30 without providing the pressure loss increase suppression region 6.
  • the heat sink 1 provided with the pressure loss increase suppression region 6 increases its cooling performance (for example, the temperature increase value of the mounting surface 111 of the base 11 with respect to the inflowing cooling air temperature). Can be reduced).
  • the heat sink 1 provided with the pressure loss increase suppression region 6 has a low pressure loss. In this sense, providing the pressure loss increase suppression region 6 makes it possible to efficiently improve the cooling performance of the heat sink 1.
  • the swirl flow generating means 5 is provided in two places on the heat sink 1, but the number of places where the swirl flow generating means 5 is provided may be one place or three or more places. .
  • the heat sink 1 shown in FIG. 5 has the same configuration as the heat sink 1 shown in FIG. 2 except that the pressure loss increase suppression region 6 is not provided. Even with this configuration, it is possible to improve the cooling performance as compared with a heat sink without the swirl flow generating means 5.
  • the swirl flow generating means 5 is divided into a plurality of regions in the height direction, whereby a plurality of swirl directions are reversed in the slit channel 30.
  • the swirling flow is generated so as to be aligned in the height direction.
  • the swirl flows near the side surface of the fin 31 in the height direction along the side surface, so that they approach each other, and as a result, swirl adjacent to each other in the height direction.
  • the flows collide, which is disadvantageous in terms of pressure loss.
  • the heat sink 1 shown in FIG. 6 is provided with a buffer 7 on the side surface of the fin 31 for buffering the collision between the swirling flows.
  • the buffer portion 7 is a portion that does not form the groove of the swirl flow generating means 5, and the first region 51 and the second region 52 for each of the first location and the second location. , A boundary portion between the second region 52 and the third region 53, and a boundary portion between the third region 53 and the fourth region 54.
  • the buffer portion 7 may also be provided in the vicinity of the joint portion of the fin 31 with the base 11 (that is, the lower edge of the fourth region 54 in FIG. 6).
  • the buffer portion 7 is a region where no groove is formed, the buffer portion 7 does not have a function of guiding the cooling air flowing near the side surface of the fin 31 in the height direction.
  • adjacent swirl flows in the vicinity of the boundary in each of the first to fourth regions 51 to 54 escape in the front-rear direction or the alignment direction without colliding in the height direction.
  • the swirl flow corresponding to the height positions of the first to fourth regions 51 to 54 swirls smoothly, and the pressure loss is reduced.
  • the heat sink 1 (see FIG. 6) provided with the buffer portion 7 can improve its cooling performance. That is, the provision of the buffer portion 7 also makes it possible to efficiently improve the cooling performance of the heat sink 1.
  • the buffer portion 7 effectively functions in the vicinity of the side surface of the fin 31 for buffering a collision at a location where it flows from each of the two adjacent regions so as to face each other in the height direction.
  • the fin 31 shown in the left diagram of FIG. 6 that is, in the left fin 31 in the right diagram of FIG. 6
  • the second region 52 where the cooling air flows toward the proximal end and the third region 53 which flows toward the distal end Therefore, as shown in FIG. 7, the buffer 7 is provided only at the boundary between the second region 52 and the third region 53, the boundary between the first region 51 and the second region 52, and A buffer portion may not be provided at the boundary between the third region 53 and the fourth region 54.
  • the buffer 7 is provided at the boundary between the second region 52 and the boundary between the third region 53 and the fourth region 54, and the buffer 7 is not provided at the boundary between the second region 52 and the third region 53.
  • the heat sink 1 with this configuration is also different from the heat sink 1 without the buffer portion 7. To, it is possible to improve the cooling performance effectively.
  • FIG. 8 shows a modification of the configuration of the buffer section.
  • the buffer portion 71 of this example buffers the collision between the swirling flows by changing the direction of the groove 55 provided on the side surface of the fin 31. Specifically, at the boundary between the second region 52 and the third region 53, the direction of the rear end portion of the groove 55 that slopes toward the base end in the second region 52 as it goes from the front to the back in the front-rear direction. On the other hand, in the third region 53, the rear end portion of the groove 55 that is inclined toward the tip is bent rearward in the third region 53 from the front to the rear in the front-rear direction. Yes.
  • the rear end portions of the two grooves 55 connected to each other are directed rearward, and accordingly, the cooling air is guided rearward.
  • the swirl flow that flows near the side surface of the fin 31 toward the proximal end flows backward
  • the swirl flow that flows near the side surface of the fin 31 toward the front end flows backward. It is possible to buffer the collision between the two.
  • the direction of the front end portion of the groove 55 that is inclined toward the tip in the first region 51 is changed to the front in the front-rear direction.
  • the direction of the front end portion of the groove 55 inclined toward the base end is bent toward the front in the second region 52 from the front to the back in the front-rear direction.
  • the direction of the front end portion of the groove 55 that is inclined toward the tip is changed to the front in the front-rear direction.
  • the fourth region 54 the direction of the front end portion of the groove 55 inclined toward the base end is bent toward the front in the fourth region 54 from the front to the back in the front-rear direction.
  • the buffer portion 71 may be provided only at the boundary between the second region 52 and the third region 53 as in the heat sink 1 shown in FIG. 7. .
  • the buffer portion is not only applied to the heat sink 1 provided with the pressure loss increase suppression region 6, but also provided with the buffer portion 7 for the heat sink 1 provided with no pressure loss increase suppression region 6 as shown in FIG. Good.
  • Such a heat sink 1 can also efficiently improve the cooling performance.
  • the buffer part 71 of the structure shown in FIG. 8 in the heat sink 1 shown in FIG. 8 in the heat sink 1 shown in FIG.
  • the buffer portions 7 and 71 may be provided only at the boundary between the second region 52 and the third region 53.
  • the groove 55 may have a rectangular cross-sectional shape.
  • the groove 55 having a rectangular cross section has an edge angle ⁇ 2 of 90 °, like the groove 55 having a semicircular cross section shown in FIG.
  • the groove 55 having a rectangular cross section may have a stagnation in which the flow is substantially stagnated at a corner portion in the groove 55, and may increase the pressure loss.
  • FIG. 10B shows a groove 55 having a triangular cross section.
  • a groove 55 having such a triangular cross section may be provided in the fin 31.
  • the groove 55 having the cross-sectional shape can be disadvantageous for generating a swirling flow because the edge angle ⁇ 2 is less than 90 °. Further, stagnation may occur at the bottom inside the groove 55.
  • the groove 55 provided in the fin 31 may be a groove 55 having a U-shaped cross section.
  • the groove 55 having the cross-sectional shape has an edge angle ⁇ 2 of 90 °, which is advantageous for generating a swirling flow.
  • the cross-sectional shape of the groove 55 is substantially rectangular, and rounds are provided at corners in the groove 55. This makes it possible to suppress the occurrence of stagnation while setting the edge angle ⁇ 2 to 90 °.
  • the cross-sectional shape of the groove 55 is made substantially rectangular as a whole by making the bottom of the groove straight and making the side of the groove curved. This shape can suppress the occurrence of stagnation in the groove 55 while bringing the edge angle ⁇ 2 close to 90 °.
  • the groove 55 shown in FIG. 10F has a trapezoidal cross-sectional shape.
  • the groove 55 having the cross-sectional shape has an edge angle ⁇ 2 of less than 90 °.
  • the cross-sectional shape of the groove 55 provided in the fin 31 can also adopt a shape other than the shape shown here.
  • the grooves 55 provided in the fins 31 are linear grooves 55 inclined in a predetermined direction, but the grooves 55 may be curved instead of linear.
  • 11A to 11C show modified examples of the shape of the groove 55.
  • FIGS. 11A to 11C are enlarged views of a part of two regions 56 and 57 adjacent to each other in the height direction on the side surface of the fin 31.
  • FIG. It shows.
  • the groove 55 in the upper region (that is, the region on the front end side of the fin 31) 56, the groove 55 is configured by an arc that protrudes upward. Inclined toward the upper side.
  • the groove 55 is configured by an upwardly projecting arc, and as an inclination direction with respect to the front-rear direction, the groove 55 is inclined downward from the front to the rear. .
  • the groove 55 in the upper region 56, is configured by an arc that protrudes upward, and the inclination direction with respect to the front-rear direction is inclined from the front to the rear and upward. ing. Further, in the lower region 57, the groove 55 is configured by a circular arc that protrudes downward, and as the inclination direction with respect to the front-rear direction, the groove 55 is inclined downward from the front to the rear. . In the example of FIG. 11B, as a result, a semicircular groove 55 that is continuous over the entire upper region 56 and lower region 57 is formed.
  • a curved groove 55 having an approximately S shape is provided by connecting two circular arcs in the upper region 56.
  • an approximately inverted S-shaped groove 55 is provided by connecting two arcs.
  • the direction of the groove 55 is bent so as to face the front-rear direction. Therefore, in this example, the function similar to the heat sink 1 provided with the buffer part 71 shown in FIG. 8 can be exhibited.
  • channel 55 is not restricted to a circular arc.
  • the configuration shown in FIG. 11A is not repeated in the height direction
  • the configuration shown in FIG. 11B is repeated in the height direction
  • the configuration shown in FIG. 11C is not repeated in the height direction.
  • the configurations shown in FIGS. 11A to 11C can be arbitrarily combined, such as combining the configuration shown in FIG. 11A and the configuration shown in FIG. 11B.
  • the configuration shown in FIG. 11A, FIG. 11B, or FIG. 11C can be combined with the configuration shown in FIG. That is, the grooves 55 having different structures may be provided in each region divided into a plurality in the height direction in the swirling flow generating means 5.
  • the cross-sectional shape of the groove 55 of the swirl flow generating means 5 described with reference to FIG. 4 and FIGS. 10A to 10F may be a combination of a plurality of shapes in one fin 31.
  • one fin 31 is divided into two parts, a front side 311 and a rear side 312 in the front-rear direction, and the groove 55 of the swirling flow generating means 5 provided on the front side 311 and the rear
  • the cross-sectional shape of the swirling flow generating means 5 provided on the side 312 may be different.
  • one fin 31 is divided into four parts, that is, a front side and a rear side in the front-rear direction, and a front end side and a base end side in the height direction.
  • the cross-sectional shapes of the grooves 55 of the swirling flow generating means 5 provided at 315, 316 may be different. In that case, the cross-sectional shapes of the grooves 55 provided in each of the four sections 313, 314, 315, and 316 may be all different, or the cross-sectional shapes of the grooves 55 provided in some sections may be the same. Also good.
  • the groove 55 provided on one surface side of the fin 31 and the groove 55 provided on the other surface side are not related in terms of generating a swirl flow, and may be formed in any way. It is also possible to do as follows. 13A and 13B illustrate the positional relationship between the groove 55 provided on one surface side of the fin 31 and the groove 55 provided on the other surface side, and the solid line in FIG. The broken line indicates the groove 55 provided on the side, and the broken line indicates the groove 55 provided on the back side.
  • the inclination direction of the groove 55 provided on the front surface side and the inclination direction of the groove 55 provided on the back surface side are the same, but the position of the groove 55 is shifted between the front surface side and the back surface side. .
  • the configuration shown in FIG. 13B is advantageous in that the heat sink 1 shown in FIG. 1 and the like can be created by creating a plurality of fins 31 having the same shape and configuration and arranging the fins 31 in the same direction. There is.
  • the swirl flow generating means 5 is provided over the entire region from the tip end to the base end in the height direction of the fin 31, but the swirl flow generation means 5 is provided in the height direction of the fin 31. It is also possible to provide only in a part of the area.
  • the side surfaces of the fins 31 may be provided with irregularities on the side surfaces of the fins 31 by providing ridges that are inclined with respect to the front-rear direction and extend in a line shape. Moreover, you may make it provide both a groove
  • the heat sink 1 described above is a forced air cooling type heat sink 1
  • the technology disclosed herein is a heat sink configured to cool a heating element in response to a traveling wind generated when a railway vehicle or the like travels, for example. It is also possible to apply to.
  • the first embodiment is a heat sink in which only the swirl flow generating means 5 is provided in the fin 31 and the pressure loss increase suppression region 6 is not provided.
  • the second embodiment as shown in FIG. 2
  • the swirling flow generating means 5 and the pressure loss increase suppressing region 6 are provided on the fin 31.
  • the third embodiment as shown in FIG. 6, the swirling flow generating means 5 and the pressure loss increasing suppressing region 6 are provided on the fin 31.
  • a buffer 7 that does not form the groove 55.
  • the performance of the heat sink is evaluated by the difference ⁇ T in the temperature at the downstream end of the base of the heat sink with respect to the temperature of the cooling air flowing into the heat sink.
  • the fin pitch (fin interval) is set so that ⁇ T is the same 14.0 (K). Adjustment was made and the magnitude of the pressure loss ⁇ P at that time was compared.
  • the results are as follows.
  • Example 3 (FIG.
  • Example 3 the heat loss of Example 3 provided with the swirl flow generating means 5, the pressure loss increase suppressing region 6 and the buffer portion 7 shown in FIG. 6 has the lowest pressure loss.
  • the heat sink of Example 3 can achieve the same cooling performance as the heat sinks of Example 1 and Example 2 with lower pressure loss. That is, the heat sink of Example 3 can efficiently improve the cooling performance.
  • the heat sink of the second embodiment provided with the swirling flow generating means 5 and the pressure loss increase suppressing region 6 and not provided with the buffer portion 7 shown in FIG. Among them, the heat sink (see FIG. 5) of Example 1 in which only the swirl flow generating means 5 is provided and the pressure loss increase suppression region 6 and the buffer portion 7 are not provided has the highest pressure loss.
  • the swirl flow generating means has two regions of a first region and a second region in the height direction, and the inclination direction of the groove is adjacent to the height direction on the side surface of the fin as described above.
  • the matching first region and the second region are opposite to each other, and are opposite to each other on the side surfaces of the facing fins. Therefore, two swirl flows having opposite swirl directions are generated side by side in the height direction in the slit channel.
  • FIG. 14 shows the simulation results.
  • FIG. 14 shows streamlines in each cross section of the slit-shaped channel, and each figure arranged in the order of the arrow from the upper left figure in FIG. 14 corresponds to a cross section whose distance from the inlet is every 5 mm. . Further, the shading shown in FIG. 14 indicates the magnitude of the flow velocity, and the flow velocity is higher on the center side of the slit-like flow path.
  • the swirl flow generated in the vicinity of the opening edge of the groove gradually develops and the two swirl flows are aligned in the height direction. It can be seen that it is generated. Note that the swirl directions of the two swirl flows are opposite to each other.
  • the swirl flow generated by the swirl flow generation means is maintained by inertia, and as a result, it can be seen that the two swirl flows are aligned in the height direction even in the pressure loss increase suppression region.
  • the combination of the swirl flow generating means and the pressure loss increase suppression region on the rear side thereof improves the performance of the heat sink by the swirl flow and reduces the pressure loss. It is effective for coexistence with reduction.
  • the heat sink disclosed herein can enhance the performance of the heat sink, it is useful, for example, as a heat sink that is disposed in a duct and cools various heating elements.

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Abstract

　ヒートシンク１の放熱部３は、各スリット状流路において並び方向に向かい合うフィンの側面それぞれにおいて、前後方向に対し傾いて筋状に延びる凹凸（溝５５）が、前後方向に並設することによって構成される旋回流生成手段５を有する。旋回流生成手段は、フィンの側面において、高さ方向に複数の領域に区分されており、凹凸の傾斜方向は、フィンの側面において高さ方向に隣り合う領域で互いに逆方向であると共に、並び方向に向かい合うフィンの側面で互いに逆方向である。

Description

ヒートシンク
　ここに開示する技術は、発熱体の冷却を行うヒートシンクに関する。
　例えば特許文献１には、発熱体が取り付けられたベースに複数のフィンを取り付け、隣り合うフィン同士の間に形成されるスリット状流路内を冷却風が流れることによって、各フィンを通じた熱伝達により発熱体の熱を放熱するヒートシンクが記載されている。このようなヒートシンクでは、スリット状流路を区画するフィンの側面付近に、温度境界層が発生する。温度境界層は、熱抵抗を増大し、ヒートシンクの冷却性能を低下させる。
　特許文献２には、温度の異なる複数の流体の間で熱交換を行う、一次伝面型の熱交換器が記載されている。この熱交換器は、流路を区画する隔壁の表面に、流体の流れ方向に対して傾いた凹凸リブを形成しており、この凹凸リブによって、旋回流を流路内に生成する。旋回流は、隔壁の表面付近の温度境界層の厚みを薄くして、熱交換性能を高める。
　特許文献２にはまた、１つの流路を区画する隔壁を上下２つの部分に区分すると共に、その上側の部分の凹凸リブの傾き方向と、下側の部分の凹凸リブの傾き方向とを互いに逆方向にすることが記載されている。この構成により、１つの流路内に、互いに逆方向に旋回する２つの旋回流を上下方向に並んで生成するようにし、熱交換性能の向上を図ろうとしている。
特開２００１－３３２８８３号公報 特開２００５－１１４３２４号公報
　ところで、特許文献２の図３に示される熱交換器では、凹凸リブの傾き方向を隔壁における上下２つの部分で互いに逆方向にする一方で、向かい合う隔壁同士では、凹凸リブの傾き方向を同じ方向に設定している。本願発明者等が検討したところ、こうした構成は、強い旋回流を、安定的に並べて生成することができないことがわかった。
　また、特許文献１には、ヒートシンクのフィンの前縁を斜めにカットすることによって、スリット状流路内に、旋回方向が交互になった複数の旋回流を、高さ方向に並んで生成することが記載されている。しかしながら、フィンの前縁を斜めにカットすることだけで、スリット状流路内に、こうした旋回流が生成するメカニズムは不明である。
　ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、旋回流を利用してヒートシンクの冷却性能を、さらに向上させることにある。
　ここに開示する技術は、取付面と放熱面とを有しかつ、当該取付面に少なくとも１の発熱体が取り付けられるベース、及び、前記ベースの放熱面に立設された複数のフィンを含んで構成される放熱部、を備えたヒートシンクを対象とし、前記各フィンは、前記放熱面から突出するように、当該放熱面に当接する基端から先端に向かって高さ方向に延びていると共に、冷却風の流れ方向における上流端に対応する前端から、その下流端に対応する後端に向かって前後方向に延びており、前記放熱部には、前記複数のフィンが、前記前後方向に直交する並び方向に所定間隔を空けて配置されることによって、隣り合うフィンの側面同士の間それぞれに、前記冷却風が通過するスリット状流路が、前記前後方向に延びるように区画形成される。
　前記放熱部は、各スリット状流路において前記並び方向に向かい合う前記フィンの側面それぞれにおいて、前記前後方向に対し傾いて筋状に延びる凹凸が、前記前後方向に並設することによって構成されかつ、前記各スリット状流路内に、前記前後方向に沿う軸周りに旋回する旋回流を生成する旋回流生成手段を有しており、前記旋回流生成手段は、前記フィンの側面において、前記高さ方向に複数の領域に区分されており、前記凹凸の傾斜方向は、前記フィンの側面において前記高さ方向に隣り合う領域で互いに逆方向であると共に、前記並び方向に向かい合う前記フィンの側面で互いに逆方向である。
　この構成によると、放熱部は、旋回流生成手段を有している。旋回流生成手段は、スリット状流路を区画するフィンの側面において、前後方向に対し傾いて筋状に延びる凹凸が、前後方向に並設することによって構成される。スリット状流路内を、前後方向に流れる冷却風は、フィンの側面付近では、筋状に延びる凹凸に沿うように、高さ方向の一方側（例えばフィンの先端側）又は高さ方向の他方側（例えばフィンの基端側）へと流れるようになる。
　前記の構成では、旋回流生成手段が、フィンの側面において、高さ方向に複数の領域に区分されており、凹凸の傾斜方向は、フィンの側面において高さ方向に隣り合う領域で互いに逆方向であると共に、並び方向に向かい合うフィンの側面で互いに逆方向である。ここで、並び方向に向かい合うフィンの側面で、凹凸の傾斜方向が互いに逆方向であることは、並び方向に向かい合うフィンの側面において、高さ方向に対向する領域同士を比較したときに、溝の傾斜方向が互いに逆方向になることである。
　この構成により、冷却風が流れる方向の上流側から、スリット状流路内の下流側を見たときに、並び方向に向かい合う一対のフィンの、一方側の側面では、冷却風が高さ方向の一方側へと流れるのに対し、他方側の側面では、冷却風の高さ方向の他方側へと流れるようになる。こうして、並び方向に向かい合う一対のフィンそれぞれの側面付近で、冷却風の流れを高さ方向の逆方向へ案内することにより、スリット状流路内を前後方向に流れる冷却風は、ねじられるようになる。その結果、スリット状流路内の当該高さ位置において、冷却風が流れる前後方向に沿う軸周りに旋回する旋回流を生成することが可能になる。つまり、高さ方向に複数に区分された領域毎に、強い旋回流を生成することが可能になると共に、高さ方向の複数の領域それぞれにおいて生成された複数の旋回流が、高さ方向に並ぶようになる。尚、「前後方向に沿う軸」は、その軸方向が前後方向に一致する軸の他に、前後方向に対して若干傾くものの、その軸方向が前後方向に実質的に一致する軸も含む。
　旋回流生成手段はまた、高さ方向に隣り合う領域で、凹凸の傾斜方向が互いに逆方向である。これにより、高さ方向に隣り合う旋回流の旋回方向は互いに逆方向になる。その結果、高さ方向に隣り合う旋回流の境界付近で、フィンの並び方向に流れる旋回流の流れは、２つの旋回流間で同じ方向になる。
　こうして、旋回流生成手段は、各スリット状流路内に、旋回方向が互いに逆方向でかつ、十分に強い旋回流を、安定的に、高さ方向に複数個並べて生成することが可能になる。この旋回流によって、フィンの側面付近に生成される温度境界層の厚みを薄くすることができる。また、旋回方向が逆方向の旋回流が、高さ方向に複数個並ぶことによって、スリット状流路内で高さ方向に空気が攪拌される。それらの結果、旋回流生成手段が設けられ
ていないヒートシンクと比較して、前記の構成のヒートシンクの冷却性能が大幅に高まる。
　ここで、フィンの側面において筋状に延びる凹凸は、フィンの側面から凹陥しかつ、前後方向に対し傾いた溝を前後方向に並ぶように形成することによって構成することが可能である。この場合、フィンの側面において当該溝が形成されていない部分は、フィンの側面から相対的に凸設している、ということもできる。また、フィンの側面から突出しかつ、前後方向に対し傾いた凸条を前後方向に並ぶように設けることによっても、フィンの側面において筋状に延びる凹凸を構成することが可能である。この場合、フィンの側面において凸条が設けられていない部分は、フィンの側面から相対的に凹陥している、ということもできる。
　そして、溝を設けた場合も、凸条を設けた場合も、冷却風の流れ方向を案内する機能を発揮することができる。そうすると、冷却風の流れ方向を案内し、それによってスリット状流路内に旋回流を生成する機能を有することにおいて、フィンの側面に前後方向に対して傾いた溝を形成することと、フィンの側面に前後方向に対して傾いた凸条を設けることとは、実質的に同じである。前記の構成において「側面それぞれにおいて、前記前後方向に対し傾いて筋状に延びる凹凸が、前記前後方向に並設する」ことは、「側面から凹陥すると共に前記前後方向に対し傾いた溝が、前記前後方向に並設する」こと、及び、「側面から凸設すると共に前記前後方向に対し傾いた凸条が、前記前後方向に並設する」ことを含む。また、フィンの側面に、溝及び凸条の双方を設けた場合も、前記と同じである。
　前記旋回流生成手段は、前記フィンの側面における前記前後方向の所定箇所に設けられ、前記放熱部において、前記旋回流生成手段の後ろ側には、前記フィンの側面に前記凹凸が形成されないことで前記スリット状流路の圧力損失の上昇を抑制する圧損上昇抑制領域が設けられている、としてもよい。
　前述したように、旋回流生成手段は、スリット状流路内に旋回流を生成することによって、ヒートシンクの冷却性能の向上に寄与する一方で、スリット状流路の圧力損失を増大させる。従って、スリット状流路の上流端から下流端までの全域に旋回流生成手段を設けると、圧力損失が高くなりやすい。
　そこで、旋回流生成手段は、前後方向に延びるフィンにおいて所定箇所にのみ設けるようにしてもよい。こうすることで、圧力損失が抑制される。尚、所定箇所は、一箇所に限らず、複数箇所であってもよい。
　放熱部において旋回流生成手段の後ろ側には、溝が形成されないことでスリット状流路の圧力損失の上昇を抑制する圧損上昇抑制領域が設けられる。圧損上昇抑制領域では、旋回流は生成されないものの、旋回流生成手段によって生成された旋回流が惰性によって維持される結果、圧損上昇抑制領域内でも旋回流が存在することになる。従って、前述した、フィンの側面付近に生成される温度境界層の厚みを薄くすると共に、スリット状流路内で高さ方向に空気を攪拌する、という旋回流によって得られる作用効果を、圧損上昇抑制領域においても得ることができる。圧損上昇抑制領域は、旋回流によって得られる作用効果と低い圧力損失との双方が得られる領域である。
　また、圧損上昇抑制領域を設けることによってヒートシンクの圧力損失が相対的に低下することから、その圧力損失の低下分、例えば並び方向に隣り合うフィンの間隔を狭くする等の、フィンの熱伝達率を向上させるような構成を、ヒートシンクに採用することが可能になる。その結果、圧損上昇抑制領域を設けずに、旋回流生成手段をスリット状流路の上流端から下流端までの全域に亘って設けたヒートシンクと比較して、圧力損失を同じにしたときに、圧損上昇抑制領域を設けたヒートシンクは、その冷却性能を高める（例えば、流入する冷却風温度に対する、ベースの取付面温度の上昇値を低下させる）ことが可能になる。逆に、冷却性能を同じにしたときには、圧力損失を低くすることが可能になる。この意味で、圧損上昇抑制領域を設けることは、ヒートシンクの冷却性能を効率的に向上させることを可能にする。
　前記旋回流生成手段は、前記高さ方向に区分された前記複数の領域同士の境界部分に、前記高さ方向に隣り合う旋回流同士の衝突を緩衝する緩衝部を有している、としてもよい。
　前述したように、旋回流生成手段によってスリット状流路内には、旋回方向が互いに逆方向となった複数の旋回流が、高さ方向に並んで生成される。このときに、隣り合う旋回流同士の境界付近では、フィンの側面付近において、高さ方向に互いに近づくように流れる冷却風同士が衝突するようになり、このことが、圧力損失の点では不利になる。
　これに対し、高さ方向に区分された前記複数の領域同士の境界部分に設けた緩衝部は、旋回流同士の衝突を緩衝する。その結果、圧力損失が低下する。圧力損失が低下する分、フィンの熱伝達率を向上させるような構成をヒートシンクに採用することが可能になるから、ヒートシンクの冷却性能を効率的に向上させることが可能になる。
　ここで、緩衝部は、例えばフィンの側面に凹凸を設けない部分としてもよい。こうすることで、緩衝部は、冷却風の流れを高さ方向に案内せず、高さ方向に互いに近づくように流れる冷却風の向きは、緩衝部において変更される。その結果、旋回流同士の衝突を緩衝することができる。
　また、緩衝部はこれとは異なり、フィンの側面に設ける凹凸の向きを、前後方向に対して傾斜した向きから前後方向に近づくように変更する部分としてもよい。つまり、緩衝部は、凹凸の傾斜角度を小さくする部分としてもよい。こうすることで、緩衝部では、高さ方向に互いに近づくように流れる冷却風の向きが前後方向に変更されるため、高さ方向に隣り合う旋回流同士の衝突を緩衝することができる。緩衝部において、凹凸の向きを前後方向まで変更（つまり、傾斜角度をゼロ）にすると、さらによい。
　以上説明したように、前記のヒートシンクは、フィンの側面に設ける、旋回流生成手段の凹凸の傾斜方向を、フィンの側面において高さ方向に隣り合う領域で互いに逆方向にすると共に、並び方向に向かい合うフィンの側面で互いに逆方向にすることで、スリット状流路内で、旋回方向が逆方向となる複数の強い旋回流を、安定的に、高さ方向に並べて生成することが可能になり、旋回流生成手段を設けないヒートシンクと比較して、冷却性能を向上させることができる。
図１は、ヒートシンクの斜視図である。 図２の左図は、ヒートシンクのフィンの側面を示す断面図、右図は、ヒートシンクのスリット状流路内の流れを示す説明図である。 図３は、フィンの側面に設けられた溝を示す断面斜視図である。 図４は、フィンの側面に設けられた溝を示す断面図である。 図５は、図２とは異なる構成のフィンの側面を示す断面図である。 図６の左図は、図２とは異なる構成のフィンの側面を示す断面図、右図は、スリット状流路内の流れを示す説明図である。 図７は、図２とは異なる構成のフィンの側面を示す断面図である。 図８は、図２とは異なる構成のフィンの側面を示す断面図である。 図９は、図２とは異なる構成のフィンの側面を示す断面図である。 図１０Ａは、フィンに設ける溝の断面形状の変形例を示す断面図である。 図１０Ｂは、フィンに設ける溝の断面形状の変形例を示す断面図である。 図１０Ｃは、フィンに設ける溝の断面形状の変形例を示す断面図である。 図１０Ｄは、フィンに設ける溝の断面形状の変形例を示す断面図である。 図１０Ｅは、フィンに設ける溝の断面形状の変形例を示す断面図である。 図１０Ｆは、フィンに設ける溝の断面形状の変形例を示す断面図である。 図１１Ａは、フィンに設ける溝の形状の変形例を示す図である。 図１１Ｂは、フィンに設ける溝の形状の変形例を示す図である。 図１１Ｃは、フィンに設ける溝の形状の変形例を示す図である。 図１２Ａは、旋回流生成手段の配設に係る、ヒートシンクの領域の区分を例示する説明図である。 図１２Ｂは、旋回流生成手段の配設に係る、ヒートシンクの領域の区分を例示する説明図である。 図１３Ａは、一枚のフィンの表面及び裏面に形成される溝の構成を示す図である。 図１３Ｂは、一枚のフィンの表面及び裏面に形成される溝の構成を示す図である。 図１４は、実施例に係り、スリット状流路内の流線を例示する図である。
　以下、ヒートシンクの実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は例示である。図１は、ヒートシンク１の斜視図を示しており、図２の左図は、ヒートシンク１のフィン３１の側面が見える位置で切断をしたヒートシンク１の断面図、図２の右図はヒートシンク１のスリット状流路３０内を、その上流側から下流側に向かって見た図であり、図２の右図は特に、理解容易のために、スリット状流路３０の幅を拡大して描いている。このヒートシンク１は、鉄道車両の駆動に用いられるパワー半導体素子等の、発熱体２を冷却するための冷却器である。但し、これ以外の用途に利用してもよい。ヒートシンク１は、図示は省略するが、ダクト内に配設されており、このダクトに接続された送風機からの冷却風が、ヒートシンク１に供給される。つまり、このヒートシンク１は、強制空冷型のヒートシンク１であり、ヒートシンク１は、発熱体２の熱を放熱して、当該発熱体２を冷却する。ヒートシンク１は、発熱体２が取り付けられるベース１１と、ベース１１に対して立設された複数のフィン３１を含んで構成される放熱部３と、を備えている。
　ベース１１は、ダクトの方向に対応する前後方向、及び、その前後方向に直交する並び方向に拡がると共に、所定厚みを有する平板であり、発熱体２が取り付けられる取付面１１１と、フィン３１が立設する放熱面１１２とを有している。ベース１１の取付面１１１には、複数の発熱体２が、熱伝導性の高いグリス等を介在させた状態で接触して取り付けられている。図例では、前後方向に４個の発熱体２が配置されている。尚、発熱体２の個数やその配置は、特に限定されるものではない。
　各フィン３１は、一定の厚みを有する平板状であって、ベース１１の放熱面１１２に当接する基端から先端に向かって、当該放熱面１１２に対して直交する方向（つまり、高さ方向）に延びるように放熱面１１２に立設されていると共に、前後方向に延びて配設されている。尚、各フィン３１の形状は図例に限定されるものではなく、その高さ、前後方向長さ及び厚みの比率は、適宜設定することが可能である。
　複数のフィン３１は、ベース１１の放熱面１１２に対し、並び方向に所定の等間隔を空けて並設されている。図例では、１１枚のフィン３１が並設されているが、放熱部３のフィン３１の枚数はこれに限定されるものではない。放熱部３には、隣り合うフィン３１の側面同士の間に、前後方向に沿って延びるスリット状流路３０が区画形成される。この各スリット状流路３０は、フィン３１の前端（図１における左手前の端）、後端（図１における右奥の端）及び先端（図１における上端）のそれぞれにおいて開口することになるが、各スリット状流路３０の先端の開口は、図示を省略するダクトの内壁によって塞がれる。尚、各フィン３１の先端にダクトの内壁が当接することによって、各スリット状流路３０の先端の開口が完全に塞がれている以外にも、各フィン３１の先端とダクトの内壁との間に若干の隙間を設けるものの、各スリット状流路３０の先端の開口が実質的に塞がれているような構成を採用してもよい。尚、スリット状流路３０の流路幅は、適宜の幅に設定することが可能であり、図例に限定されない。
　ヒートシンク１は、熱伝導性の高い材料、例えばアルミニウムやアルミニウム合金によって形成される。また、ヒートシンク１は、ベース１１に対して、各フィン３１を溶接、ろう付け及び接着剤等の各種の、適宜の手段によって接合することで成形すればよい。
　このヒートシンク１の最も特徴的な点として、放熱部３には、旋回流生成手段５が設けられている。
　旋回流生成手段５は、フィン３１の側面から凹陥すると共に前後方向に対し傾いた溝５５が、前後方向に並設することによって構成されている。尚、図１、２では、フィン３１に設けた溝５５を実線によって概念的に示しているが、実際は、図３、４に示すように、所定の幅Ｗ及び深さＤを有する。ここで、図３及び図４はそれぞれ、傾斜した溝５５に対して直交する面で切断をしたフィン３１の断面を示しており、ヒートシンク１の前後方向に対して直交する面で切断したフィン３１断面ではない。また、図１、２は、溝５５の間隔を正確に示すものではない。フィン３１の側面に複数の溝５５が並んで設けられることに伴い、溝５５と溝５５との間は、フィン３１の側面において相対的に凸設することになる。こうして、溝５５を設けることにより、フィン３１の側面には、筋状に延びる凹凸が形成されることになる。
　旋回流生成手段５はまた、フィン３１の側面において、高さ方向に複数の領域に区分されている。図例では、フィン３１の高さ方向先端から基端に向かって、第１、第２、第３及び第４の４つの領域５１、５２、５３、５４に区分されているが、領域の数は、適宜設定することが可能である。溝５５の傾斜方向は、フィン３１の側面において高さ方向に隣り合う領域で互いに逆方向である。具体的に図２の例では、実線で示すように、第１領域５１では、溝５５の傾斜方向は、前後方向の前から後ろに向かうに従って、先端に向かう方向に傾斜（つまり、図２の左図における左から右に向かうに従って、図の上に向かう方向に傾斜）し、第２領域５２では、溝５５の傾斜方向は、前後方向の前から後ろに向かうに従って、基端に向かう方向に傾斜（つまり、図２の左図における左から右に向かうに従って、図の下に向かう方向に傾斜）し、第３領域５３では、溝５５の傾斜方向は、第１領域５１と同様に、前後方向の前から後ろに向かうに従って、先端に向かう方向に傾斜し、第４領域５４では、溝５５の傾斜方向は、第２領域５２と同様に、前後方向の前から後ろに向かうに従って、基端に向かう方向に傾斜している。ここで、溝５５の傾斜角度θ１は、３０～６０°程度がよく、３０～４５°程度がさらに好ましい。こうすることで、スリット状流路３０内に、後述の通り、強い旋回流を安定的に生成することが可能になる。
　旋回流生成手段５はさらに、スリット状流路３０を区画すべく向かい合ったフィン３１の側面において、溝５５の傾斜方向を互いに逆方向に設定している。図２の左図において示されるフィン３１に対し向かい合うフィン３１の側面に設けられた溝５５は、仮想線で示している。尚、図２の左図では、第１及び第２領域５１、５２についてのみ、溝５５を示す仮想線を描いているが、第３及び第４領域５３、５４については、図示を単に省略しているだけであり、向かい合うフィン３１の側面においても、第１～第４の各領域５１～５４に、所定の方向に傾斜した溝５５を設けている。具体的に、向かい合うフィン３１の側面においては、図２に仮想線で示すように、第１領域５１では、溝５５の傾斜方向は、前後方向の前から後ろに向かうに従って、基端に向かう方向に傾斜し、第２領域５２では、溝５５の傾斜方向は、前後方向の前から後ろに向かうに従って、先端に向かう方向に傾斜し、第３領域５３では、溝５５の傾斜方向は、第１領域５１と同様に、前後方向の前から後ろに向かうに従って、基端に向かう方向に傾斜し、第４領域５４では、溝５５の傾斜方向は、第２領域５２と同様に、前後方向の前から後ろに向かうに従って、先端に向かう方向に傾斜している。
　旋回流生成手段５は、フィン３１の側面付近を流れる冷却風を、溝５５に沿うように案内する機能を有している。図２の例では、第１領域５１において冷却風は、先端に向かうように案内され、第２領域５２において冷却風は、基端に向かうように案内され、第３領域５３において冷却風は、先端に向かうように案内され、第４領域５４において冷却風は、基端に向かうように案内される。図２の左図に示すフィン３１は、図２の右図において左側のフィン３１に相当する。従って、図２の右図において右側のフィン３１に設けた旋回流生成手段５の溝５５は、傾斜方向が逆方向であるため、第１領域５１において右側のフィン３１の側面付近を流れる冷却風は、溝５５によって、基端に向かうように案内される。こうして、スリット状流路３０内の第１領域５１に対応する高さ位置では、一方においては先端に向かうように流れ、他方においては基端に向かうように流れることで、図２の右図において時計回り方向に旋回する、強い旋回流が生じるようになる。
　同様にして、第２領域５２においては、左側のフィン３１の側面付近を流れる冷却風は基端に向かうように案内され、右側のフィン３１の側面付近を流れる冷却風は先端に向かうように案内される結果、第２領域５２に対応する高さ位置では、反時計回りに旋回する旋回流が生じる。また、第３領域５３においては、左側のフィン３１の側面付近を流れる冷却風は先端に向かうように案内され、右側のフィン３１の側面付近を流れる冷却風は基端に向かうように案内される結果、第３領域５３に対応する高さ位置では、時計回りに旋回する旋回流が生じ、第４領域５４においては、左側のフィン３１の側面付近を流れる冷却風は基端に向かうように案内され、右側のフィン３１の側面付近を流れる冷却風は先端に向かうように案内される結果、第４領域５４に対応する高さ位置では、反時計回りに旋回する旋回流が生じる。
　こうして、旋回流生成手段５は、スリット状流路３０内で、互いに逆方向に旋回する複数の旋回流を、高さ方向に並べて生成することが可能である。また、並び方向に向かい合うフィン３１において、溝５５の傾斜方向を逆方向にすることで、スリット状流路３０内における両側のそれぞれで、旋回流を促進することが可能になるから、強い旋回流を安定して生成することが可能になる。また、高さ方向に隣り合う旋回流の境界付近で、並び方向（図２の右図における左右方向）に流れる旋回流の流れは、旋回方向が逆向きであることで、２つの旋回流間で同じ方向になる。このこともまた、高さ方向に並んだ複数の旋回流を安定的に生成することに寄与する。
　スリット状流路３０内の旋回流は、フィン３１の側面付近を高さ方向に流れるため、フィン３１の側面付近に生成される温度境界層の厚みを薄くする機能を発揮する。これにより、フィン３１の熱伝達率が高まって、ヒートシンク１の冷却性能が、旋回流生成手段５を設けていないヒートシンクよりも高まる。
　また、旋回方向が交番するように、複数の旋回流が高さ方向に並んで生成されることにより、スリット状流路３０内において、高さ方向に空気が攪拌される。このこともまた、ヒートシンク１の冷却性能を高める。
　図３、４に示すように、旋回流生成手段５の溝５５は、その断面形状が半円形状に構成されている。これによって、溝５５の開口縁における、フィン３１の側面に対する角度（エッジ角度θ２）は、９０°に設定される。本願発明者等の検討によれば、エッジ角度θ２は、９０°に近づくほど、より強い旋回流を生成することができ、ヒートシンク１の冷却性能の向上に有利になる。従って、エッジ角度θ２を９０°に設定することは、ヒートシンク１の冷却性能の向上に最も有利になる。
　また、溝５５の形状を半円形状に構成することによって、溝５５の面が滑らかな形状になり、溝５５内の流れに関し、よどみが発生しない。これは、性能を落とすことなく、スリット状流路３０の圧力損失が増大することを抑制する点で有利である。
　旋回流生成手段５の溝５５は、平板状のフィン３１の表面に切削加工により形成してもよい。また、例えばプレス加工によってフィン３１に溝５５を形成してもよい。平板状のフィン３１の表面に溝５５を形成可能な方法であれば、どのような加工方向を採用してもよい。
　溝５５は、本数が多いほど、旋回流の生成には有利になる一方で、圧力損失の増大を招く。溝５５の本数は、冷却性能と圧力損失とのバランスを考慮して、適宜設定すればよい。また、溝５５の幅Ｗや、溝５５の間隔は、フィン３１に設ける溝５５の本数に応じて適宜設定される。溝５５の深さＤは、冷却風を案内する機能と、フィン３１の板厚とを考慮して設定される。溝５５の深さＤが浅すぎるときは、冷却風を案内する機能が十分に得られない。また、溝５５の深さＤが深すぎるときは、圧力損失が増大する。また、フィン３１に溝５５を設けることで、フィン３１の板厚は減少する。ヒートシンク１を構成するフィン３１の内、少なくとも、並び方向の最外位置以外に配置するフィン３１には、その両側面に溝５５が形成される。そのため、両側面のそれぞれに溝５５を設けた上で、厚み方向の中央部に残る板厚と、フィン強度等を考慮して、フィン３１の深さＤを適宜設定すればよい。尚、フィン３１の高さ方向に区分される複数の領域において、溝５５の本数、幅、間隔、及び深さはそれぞれ、同じにしなくても、異ならせることも可能である。また、図２においては、高さ方向に隣り合う領域の溝５５の端部同士が、その境界において互いにつながっているが、隣り合う領域の溝５５同士は、つながらなくてもよく、溝５５の端部が、前後方向にずれていてもよい。
　図１、２に示すヒートシンクでは、旋回流生成手段５は、前後方向の所定箇所にのみ設けられている。具体的に図例では、冷却風が流れる方向において上流側に相当する第１箇所と、中間部に相当する第２箇所との二箇所に、旋回流生成手段５が設けられている。より詳細に、第１箇所は、フィン３１の前端から、フィン３１の全長のおおよそ１／４の範囲であり、第２箇所は、フィン３１の前後方向の中央からフィン３１の全長のおおよそ１／４の範囲である。第１箇所の旋回流生成手段５の後ろ側であって、第２箇所の旋回流生成手段５の前側には、フィン３１の側面に溝５５が形成されていない領域が設けられ、同様に、第２箇所の旋回流生成手段５の後ろ側にも、溝５５が形成されていない領域が設けられている。
　旋回流生成手段５は、旋回流を生成する一方で圧力損失を増大させる。これに対し、溝５５が形成されていない領域は、旋回流生成手段５と比較して圧力損失が低く、圧力損失の上昇を抑制する圧損上昇抑制領域６である。これらの圧損上昇抑制領域６は、旋回流生成手段５の後ろ側に設けられていることにより、旋回流生成手段５によって生成された旋回流は、圧損上昇抑制領域６においても、惰性によって維持するようになる。こうして、前述した旋回流によって得られる、フィン３１の側面付近の温度境界層の厚みを薄くすることや、スリット状流路内の空気を高さ方向に攪拌するといった作用効果を、圧損上昇抑制領域６においても実質的に得ることができる一方で、圧力損失の上昇を抑制することが可能になる。圧損上昇抑制領域６は、旋回流生成手段５と対となって機能する。
　旋回流生成手段５及び圧損上昇抑制領域６は、ベース１１に取り付けられる発熱体２に対応して設けることが好ましい。例えば、熱負荷が高い発熱体２が取り付けられる箇所に旋回流生成手段５を設け、その後ろ側に圧損上昇抑制領域６を設けてもよい。図２の例では、冷却風の流れ方向（図２における左から右方向）について１番目に配設された発熱体２と、３番目に配設された発熱体２とのそれぞれに対応して旋回流生成手段５が設けられ、それに伴い、２番目に配設された発熱体２と、４番目に配設された発熱体２とのそれぞれに対応して圧損上昇抑制領域６が設けられている。こうすることで、熱負荷の高い発熱体２を効率的に冷却することが可能になる。
　また、圧損上昇抑制領域６を設けることによって圧力損失が低下する分、圧損上昇抑制領域を設けないヒートシンクと比較して、フィン３１の間隔をより狭くする等の、フィン３１の熱伝達率を向上させる構成を採用することが可能になる。その結果、圧損上昇抑制領域６を設けずに、旋回流生成手段５をスリット状流路３０の上流端から下流端までの全域に亘って設けたヒートシンク（図５参照）と比較して、圧力損失を同じにしたときに、圧損上昇抑制領域６を設けたヒートシンク１（図２参照）は、その冷却性能を高める（例えば、流入する冷却風温度に対する、ベース１１の取付面１１１の温度上昇値を低下させる）ことが可能になる。また、冷却性能を同じにしたときに、圧損上昇抑制領域６を設けたヒートシンク１は、圧力損失が低くなる。この意味で、圧損上昇抑制領域６を設けることは、ヒートシンク１の冷却性能を効率的に向上することを可能にする。
　尚、図１、２の例では、旋回流生成手段５を、ヒートシンク１に二箇所設けているが、旋回流生成手段５を設ける箇所の数は、一箇所でもよいし、三箇所以上でもよい。
　また、ベース１１に取り付けられる発熱体２の数、配置、及び、熱負荷等に応じて、図５に示すように、フィン３１の側面に圧損上昇抑制領域６を設けないで、フィン３１の前端から後端までの全域に広がる旋回流生成手段５を設けることも可能である。尚、図５に示すヒートシンク１は、圧損上昇抑制領域６を設けない点以外は、図２に示すヒートシンク１とその構成が同じである。この構成でも、旋回流生成手段５を設けないヒートシンクと比較して、その冷却性能を向上させることが可能である。
　図２に示すヒートシンク１において、旋回流生成手段５は、高さ方向に複数の領域に区分されており、それによって、スリット状流路３０内には、旋回方向が逆方向となった複数の旋回流が高さ方向に並ぶように生成される。図２の右図に示すように、旋回流は、フィン３１の側面付近では、その側面に沿うように高さ方向に流れるため、互いに近づくことになり、その結果、高さ方向に隣り合う旋回流同士が衝突するようになって、圧力損失の点で不利になる。
　これに対し、図６に示すヒートシンク１は、フィン３１の側面に、旋回流同士の衝突を緩衝する緩衝部７を設けている。この緩衝部７は、図６の左図に示すように、旋回流生成手段５の溝を形成しない部分であり、第１箇所及び第２箇所のそれぞれについて、第１領域５１と第２領域５２との境界部分、第２領域５２と第３領域５３との境界部分、及び、第３領域５３と第４領域５４との境界部分の３箇所それぞれに設けられている。尚、図示は省略するが、フィン３１において、ベース１１との接合箇所付近（つまり、図６においては、第４領域５４の下端縁部）にも、緩衝部７を設けてもよい。
　緩衝部７は、溝が形成されていない領域であるため、フィン３１の側面付近を流れる冷却風を、高さ方向に案内する機能を有しない。その結果、第１～第４領域５１～５４のそれぞれにおける境界付近で、隣り合う旋回流同士が、高さ方向に衝突をせずに、前後方向又は並び方向に逃げるようになる。こうして、図６の右図に示すように、第１～第４の各領域５１～５４の高さ位置に対応する旋回流は滑らかに旋回するようになり、圧力損失が低減する。
　また、前述の通り、圧力損失が低減する分、フィン３１の熱伝達率を向上させる構成を採用することが可能になるから、緩衝部を設けていないヒートシンク１（図２参照）と比較して、圧力損失を同じにしたときに、緩衝部７を設けたヒートシンク１（図６参照）は、その冷却性能を高めることが可能になる。つまり、緩衝部７を設けることもまた、ヒートシンク１の冷却性能を効率的に向上することを可能にする。
　ここで、緩衝部７は特に、フィン３１の側面付近において、隣り合う２つの領域のそれぞれから高さ方向に向かい合うように流れる箇所における衝突緩衝に有効に機能する。図６の左図に示すフィン３１（つまり、図６の右図において左側のフィン３１では、冷却風が基端に向かって流れる第２領域５２と、先端に向かって流れる第３領域５３との境界がそれに該当する。そこで、図７に示すように、第２領域５２と第３領域５３との境界にのみ緩衝部７を設け、第１領域５１と第２領域５２との境界、及び、第３領域５３と第４領域５４との境界には、緩衝部を設けないようにしてもよい。尚、図示は省略するが、図６の右図における右側のフィン３１では、第１領域５１と第２領域５２との境界、及び、第３領域５３と第４領域５４との境界に緩衝部７を設け、第２領域５２と第３領域５３との境界には緩衝部７を設けないこともできる。この構成のヒートシンク１も、緩衝部７を設けないヒートシンク１と比較して、冷却性能を効率的に向上させることが可能になる。
　図８は、緩衝部の構成の変形例を示している。この例の緩衝部７１は、フィン３１の側面に設ける溝５５の向きを変更することによって、旋回流同士の衝突を緩衝する。具体的に、第２領域５２及び第３領域５３の境界においては、第２領域５２において、前後方向の前から後ろに向かうに従い、基端に向かって傾斜する溝５５の後端部の向きを、後方に向かうように曲げている一方、第３領域５３において、前後方向の前から後ろに向かうに従い、先端に向かって傾斜する溝５５の後端部の向きを、後方に向かうように曲げている。従って、この緩衝部７１では、互いにつながる２つの溝５５の後端部がそれぞれ後方に向かうようになり、それに伴い、冷却風は後方へと案内されるようになる。こうして、第２領域５２において、フィン３１の側面付近を基端に向かうように流れる旋回流が後方に流れ、第３領域５３において、フィン３１の側面付近を先端に向かうように流れる旋回流が後方に流れるようになり、両者の衝突を緩衝することができる。
　また、第１領域５１と第２領域５２との境界においては、第１領域５１において、前後方向の前から後ろに向かうに従い、先端に向かって傾斜する溝５５の前端部の向きを、前方に向かうように曲げている一方、第２領域５２において、前後方向の前から後ろに向かうに従い、基端に向かって傾斜する溝５５の前端部の向きを、前方に向かうように曲げている。同様に、第３領域５３と第４領域５４との境界においては、第３領域５３において、前後方向の前から後ろに向かうに従い、先端に向かって傾斜する溝５５の前端部の向きを、前方に向かうように曲げている一方、第４領域５４において、前後方向の前から後ろに向かうに従い、基端に向かって傾斜する溝５５の前端部の向きを、前方に向かうように曲げている。
　このような構成の緩衝部７１でも、図６に示すヒートシンクと同様に、旋回流が滑らかに旋回するようになって圧力損失が低減する。従って、緩衝部７１を設けることにより、ヒートシンク１の冷却性能の向上を効率的に行うことが可能になる。
　尚、緩衝部７１において、溝５５の向きは、前後方向に近づくように曲げれば、十分な効果を得ることができる。従って、溝５５の傾斜角度が０°になるまで曲げることには限らない。また、図示は省略するが、図８に示すヒートシンク１において、図７に示すヒートシンク１と同様に、第２領域５２及び第３領域５３の境界にのみ、緩衝部７１を設けるようにしてもよい。
　緩衝部は、圧損上昇抑制領域６を設けたヒートシンク１に適用するだけでなく、図９に示すように、圧損上昇抑制領域６を設けてないヒートシンク１に対して、緩衝部７を設けてもよい。このようなヒートシンク１も、冷却性能の向上を効率的に行うことが可能になる。
　尚、図９に示すヒートシンク１に、図８に示す構成の緩衝部７１を設けてもよい。また、図９に示すヒートシンク１においても、旋回流同士の衝突が起こり得る箇所についてのみ、緩衝部７、７１を設けるようにしてもよい。具体的には、第２領域５２及び第３領域５３の境界にのみ、緩衝部７、７１を設けるようにしてもよい。
　図１０Ａ～図１０Ｆは、旋回流生成手段５の溝５５の断面形状の変形例を示している。図１０Ａに示すように、溝５５の断面形状は矩形状に形成してもよい。矩形断面の溝５５は、図４に示す半円形状断面の溝５５と同様に、エッジ角度θ２が９０°となるため、旋回流の生成に有利になる。一方で、矩形断面の溝５５は、その溝５５内の隅部に、流れが実質的に停滞する、よどみが発生する場合があり、圧力損失の増大を招く場合がある。
　図１０Ｂは、三角形状断面の溝５５を示している。このような三角形状断面の溝５５をフィン３１に設けてもよい。但し、この断面形状の溝５５は、エッジ角度θ２が９０°未満になるため、旋回流の生成には不利になり得る。また、溝５５の内部の底部において、よどみが生じる場合がある。
　図１０Ｃに示すように、フィン３１に設ける溝５５は、Ｕ字状断面の溝５５としてもよい。この断面形状の溝５５は、エッジ角度θ２が９０°になるため、旋回流の生成に有利になる。
　図１０Ｄは、図１０Ａと同様に、溝５５の断面形状を、略矩形状にすると共に、その溝５５内の隅部にアールを設けている。これにより、エッジ角度θ２を９０°にしつつ、よどみの発生を抑制することが可能になる。また、図１０Ｅは、溝５５の断面形状を、溝の底部を直線状にし、溝の側面を曲線状とすることで、全体として略矩形状にしている。この形状は、エッジ角度θ２を９０°に近づけつつ、溝５５内での、よどみの発生を抑制することが可能になる。
　図１０Ｆに示す溝５５は、断面形状が台形状である。この断面形状の溝５５は、エッジ角度θ２が９０°未満になる。フィン３１に設ける溝５５の断面形状は、ここに示す形状以外の形状を採用することも可能である。
　図２等に示すヒートシンク１において、フィン３１に設ける溝５５は、所定の方向に傾斜する直線状の溝５５であるが、溝５５は、直線状ではなく曲線状であってもよい。図１１Ａ～図１１Ｃは、溝５５の形状の変形例を示しており、図１１Ａ～図１１Ｃは、フィン３１の側面において、高さ方向に隣り合う２つの領域５６、５７の一部を拡大して示している。図１１Ａの例では、上側の領域（つまり、フィン３１の先端側の領域）５６では、溝５５を上に凸となる円弧によって構成しており、前後方向に対する傾斜方向としては、前から後ろに向かって、上側に向かう方向に傾斜している。また、下側の領域５７では、溝５５を上に凸となる円弧によって構成していると共に、前後方向に対する傾斜方向としては、前から後ろに向かって、下側に向かう方向に傾斜している。
　図１１Ｂの例は、上側の領域５６では、溝５５を上に凸となる円弧によって構成していると共に、前後方向に対する傾斜方向としては、前から後ろに向かって、上側に向かう方向に傾斜している。また、下側の領域５７では、溝５５を下に凸となる円弧によって構成していると共に、前後方向に対する傾斜方向としては、前から後ろに向かって、下側に向かう方向に傾斜している。図１１Ｂの例では、結果的に、上側の領域５６と下側の領域５７との全体に亘って連続する半円状の溝５５が形成されることになる。
　尚、図示は省略するが、上側の領域５６において、溝５５を下に凸となる円弧によって構成することも可能である。
　図１１Ｃの例は、上側の領域５６において、２つの円弧をつなぐことで、おおよそＳ字となった曲線状の溝５５を設けている。同様に、下側の領域５７においても、２つの円弧をつなぐことで、おおよそ反転したＳ字状の溝５５を設けている。図１１Ｃの例では、上側の領域５６と下側の領域５７との境界付近において、溝５５の向きがそれぞれ前後方向を向くように曲げられている。従って、この例では、図８に示す緩衝部７１を設けたヒートシンク１と同様の機能を発揮し得る。
　尚、溝５５を構成する曲線は、円弧に限らない。
　また、１つのフィン３１において、図１１Ａに示す構成を高さ方向に繰り返したり、図１１Ｂに示す構成を高さ方向に繰り返したり、図１１Ｃに示す構成を高さ方向に繰り返したりするのではなく、１つのフィン３１において、図１１Ａに示す構成と図１１Ｂに示す構成とを組み合わせる等、図１１Ａ～図１１Ｃに示す構成を、任意に組み合わせることが可能である。また、図１１Ａ、図１１Ｂ、又は、図１１Ｃに示す構成と、図２等に示す構成とを組み合わせることも可能である。つまり、旋回流生成手段５において高さ方向に複数に区分される各領域で、互いに異なる構成の溝５５を設けてもよい。
　また、図４及び図１０Ａ～図１０Ｆを参照しながら説明した、旋回流生成手段５の溝５５の断面形状は、１つのフィン３１において、複数の形状を組み合わせて採用してもよい。例えば図１２Ａに仮想的に示すように、１つのフィン３１を前後方向の前側３１１と後側３１２との２つに区分し、そのうちの前側３１１に設ける旋回流生成手段５の溝５５と、後側３１２に設ける旋回流生成手段５の溝５５とで、その断面形状を異ならせてもよい。また、図１２Ｂに仮想的に示すように、１つのフィン３１を前後方向の前側と後側、及び、高さ方向の先端側と基端側との４つに区分し、各区分３１３、３１４、３１５、３１６に設ける旋回流生成手段５の溝５５について、その断面形状を異ならせてもよい。その場合に、４つの区分３１３、３１４、３１５、３１６のそれぞれに設ける溝５５の断面形状は、全て異ならせてもよいし、いくつかの区分に設ける溝５５の断面形状は、互いに同じにしてもよい。
　ここで、一枚のフィン３１における一面側に設ける溝５５と、他面側に設ける溝５５とは、旋回流を生成する点では関連性がなく、どのように形成してもよいが、次のようにすることも可能である。つまり、図１３Ａ及び図１３Ｂは、一枚のフィン３１における一面側に設ける溝５５と、他面側に設ける溝５５との位置関係を例示しており、同図における実線は、フィン３１における表面側に設けた溝５５を、破線は、裏面側に設けた溝５５をそれぞれ示している。図１３Ａは、表面側に設けた溝５５の傾斜方向と、裏面側に設けた溝５５の傾斜方向とは互いに同じであるものの、溝５５の位置は、表面側と裏面側とでずれている。こうすることで、一枚のフィン３１において、その板厚が極端に薄くなってしまう箇所が無くなり、フィン３１の強度及びフィン効率確保に有利になる。また、図１３Ｂは、フィン３１の表面側に設けた溝５５の傾斜方向と、裏面側に設けた溝５５の傾斜方向とを逆方向にしている。この構成では、表面側の溝５５と裏面側の溝５５とが板厚方向に重なる箇所は、溝同士が交わる箇所のみとなり、板厚が極端に薄くなってしまう部分を小さくすることが可能になる。また、図１３Ｂに示す構成は、同じ形状及び構成のフィン３１を複数作成し、それらのフィン３１を同じ向きで並べることで、図１等に示すヒートシンク１を作成することが可能になるという利点がある。
　尚、前述した構成では、旋回流生成手段５は、フィン３１における高さ方向の先端から基端までの全域に亘って設けていたが、旋回流生成手段５を、フィン３１における高さ方向の一部の領域にのみ設けることも可能である。
　また、フィン３１に溝５５を設ける代わりに、フィン３１の側面に、前後方向に対し傾いて筋状に延びる凸条を設けることで、フィン３１の側面に凹凸を設けてもよい。また、フィン３１の側面に溝及び凸条の双方を設けるようにしてもよい。
　さらに、前述したヒートシンク１は、強制空冷型のヒートシンク１であったが、ここに開示する技術は、例えば鉄道車両等の走行に伴い生じる走行風を受けて、発熱体の冷却を行う構成のヒートシンクに適用することも可能である。
　次に、旋回流生成手段を設けたヒートシンクの圧力損失及び性能に関して実際に行った実施例について説明をする。先ず、実施例１～３の３種類のヒートシンクについて、シミュレーションにより、圧力損失ΔＰ及びヒートシンクの性能の比較を行った。実施例１は、図５に示すように、フィン３１に、旋回流生成手段５のみを設け、圧損上昇抑制領域６を設けていないヒートシンクであり、実施例２は、図２に示すように、フィン３１に、旋回流生成手段５と圧損上昇抑制領域６とを設けたヒートシンクであり、実施例３は、図６に示すように、フィン３１に、旋回流生成手段５と圧損上昇抑制領域６と、溝５５を形成しない緩衝部７と、を設けたヒートシンクである。
　ここで、ヒートシンクの性能は、ヒートシンクに流入する冷却風の温度に対する、ヒートシンクのベースにおける下流端の温度の差ΔＴによって評価する。実施例１～３の相互の比較基準を明確にするために、シミュレーションでは、実施例１～３の全てで、ΔＴが同じ１４．０（Ｋ）となるようにフィンピッチ（フィンの間隔）の調整を行い、そのときの圧力損失ΔＰの大小を比較することにした。結果は以下の通りである。
実施例１（図５）：ΔＰ＝２１０．０［Ｐａ］、ΔＴ＝１４．０［Ｋ］
実施例２（図２）：ΔＰ＝１６５．４［Ｐａ］、ΔＴ＝１４．０［Ｋ］
実施例３（図６）：ΔＰ＝１５４．４［Ｐａ］、ΔＴ＝１４．０［Ｋ］
　この結果から、図６に示す、旋回流生成手段５と圧損上昇抑制領域６と緩衝部７とを設けた実施例３のヒートシンクが、圧力損失が最も低くなった。実施例３のヒートシンクは、実施例１や実施例２のヒートシンクと同等の冷却性能を、より低い圧力損失で実現することが可能である。つまり、実施例３のヒートシンクは、冷却性能を効率的に向上させることができる。
　実施例３に次いで、図２に示す、旋回流生成手段５と圧損上昇抑制領域６とを設けかつ、緩衝部７を設けない実施例２のヒートシンクが、圧力損失が低く、実施例１～３の内では、旋回流生成手段５のみを設けかつ、圧損上昇抑制領域６及び緩衝部７を設けない実施例１のヒートシンク（図５参照）が、圧力損失が最も高くなった。
　次に、旋回流生成手段及び圧損上昇抑制領域を設けたスリット状流路内における流れを、シミュレーションによって確認した。シミュレーションは、全長８０ｍｍの、２枚のフィンよって区画形成されたスリット状流路内の流れをシミュレートしている。解析条件は、以下の通りである。
フィンの間隔：５ｍｍ
旋回流生成手段：流入口（０ｍｍ）から４０ｍｍまでの範囲
圧損上昇抑制領域：４０ｍｍから流出口（８０ｍｍ）までの範囲
旋回流生成手段における溝の傾斜角度θ１：４５°
溝の断面形状：三角形状（図１０（ｃ）参照）
溝の開口幅Ｗ：５ｍｍ
溝の深さＤ：１．０ｍｍ
溝の間隔：０．５ｍｍ
冷却風の流入速度：１５ｍ／ｓｅｃ
　尚、旋回流生成手段は、高さ方向に第１領域と第２領域との２つの領域を有しており、溝の傾斜方向は、前述したように、フィンの側面において高さ方向に隣り合う第１領域と第２領域とで互いに逆向きであると共に、向かい合うフィンの側面で、互いに逆向きである。従って、スリット状流路内には、旋回方向が逆向きの、２つの旋回流が高さ方向に並んで生成される。
　図１４に、シミュレーション結果を示す。図１４は、スリット状流路の各横断面における流線を示しており、図１４の左上の図から矢印の順に並んだ各図は、流入口からの距離が５ｍｍ毎の横断面に相当する。また、図１４に示される濃淡は、流速の大きさを示しており、スリット状流路の中央側の方が、流速が高い。
　旋回流生成手段が設けられた範囲内（図１４における上側の８つの図）では、溝の開口縁部付近で生じた旋回流が次第に発達して、２つの旋回流が高さ方向に並んで生成されることがわかる。尚、２つの旋回流の旋回方向は、互いに逆方向である。
　旋回流生成手段の後ろ側に設けた圧損上昇抑制領域（図１４における下側の７つの図）では、フィンに溝が形成されていないため、旋回流を生成する、又は、発達させることにはならないが、旋回流生成手段において生成された旋回流が、惰性で維持される結果、圧損上昇抑制領域内でも、２つの旋回流が高さ方向に並んでいることがわかる。このように、圧損上昇抑制領域内でも旋回流が維持されることから、旋回流生成手段と、その後ろ側の圧損上昇抑制領域との組み合わせは、旋回流によるヒートシンクの性能向上と、圧力損失の低減との両立に有効である。
　以上説明したように、ここに開示したヒートシンクは、ヒートシンクの性能を高めることができるから、例えばダクトに配置されて各種の発熱体の冷却を行うヒートシンクとして有用である。
１　　ヒートシンク
１１　ベース
２　発熱体
３　放熱部
３０　スリット状流路
３１　フィン
５　旋回流生成手段
５５　溝（凹凸）
６　圧損上昇抑制領域
７　緩衝部
７１　緩衝部

Claims (3)

  1. 　取付面と放熱面とを有しかつ、当該取付面に少なくとも１の発熱体が取り付けられるベース、及び、前記ベースの放熱面に立設された複数のフィンを含んで構成される放熱部、を備えたヒートシンクであって、
    　前記各フィンは、前記放熱面から突出するように、当該放熱面に当接する基端から先端に向かって高さ方向に延びていると共に、冷却風の流れ方向における上流端に対応する前端から、その下流端に対応する後端に向かって前後方向に延びており、
    　前記放熱部には、前記複数のフィンが、前記前後方向に直交する並び方向に所定間隔を空けて配置されることによって、隣り合うフィンの側面同士の間それぞれに、前記冷却風が通過するスリット状流路が、前記前後方向に延びるように区画形成され、
    　前記放熱部は、各スリット状流路において前記並び方向に向かい合う前記フィンの側面それぞれにおいて、前記前後方向に対し傾いて筋状に延びる凹凸が、前記前後方向に並設することによって構成されかつ、前記各スリット状流路内に、前記前後方向に沿う軸周りに旋回する旋回流を生成する旋回流生成手段を有しており、
    　前記旋回流生成手段は、前記フィンの側面において、前記高さ方向に複数の領域に区分されており、前記凹凸の傾斜方向は、前記フィンの側面において前記高さ方向に隣り合う領域で互いに逆方向であると共に、前記並び方向に向かい合う前記フィンの側面で互いに逆方向であるヒートシンク。
  2. 　請求項１に記載のヒートシンクにおいて、
    　前記旋回流生成手段は、前記フィンの側面における前記前後方向の所定箇所に設けられ、
    　前記放熱部において、前記旋回流生成手段の後ろ側には、前記フィンの側面に前記凹凸が形成されないことで前記スリット状流路の圧力損失の上昇を抑制する圧損上昇抑制領域が設けられているヒートシンク。
  3. 　請求項１又は２に記載のヒートシンクにおいて、
    　前記旋回流生成手段は、前記高さ方向に区分された前記複数の領域の境界部分に、前記高さ方向に隣り合う旋回流同士の衝突を緩衝する緩衝部を有しているヒートシンク。
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