JP6026808B2 - Stacked heat sink core - Google Patents

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Description

本発明は、多数のスリットを有する金属プレートを積層し、そのスリットに冷却水を流通させた積層型ヒートシンクのコアに関する。   The present invention relates to a core of a laminated heat sink in which metal plates having a large number of slits are laminated and cooling water is circulated through the slits.

本出願人は、既に特許文献１に記載のプレート型ヒートシンクを提案している。
これは、金属板に多数のスリットをプレス打ち抜きして平坦なプレートとし、その各プレートの積層体によりコアを形成し、そのコアの積層方向の両端に端プレートを配置する。各プレートの外周には枠部を有し、各スリット間に多数の細長いリブが一体に形成され、その各スリットの両端部にマニホールドが配置されている。そして各スリットに冷却水を流通させ、端プレートの外面に電子部品からなる発熱体を配置し、その入熱を冷却水により取り去るものである。 The present applicant has already proposed the plate-type heat sink described in Patent Document 1.
In this method, a large number of slits are punched into a metal plate to form a flat plate, a core is formed by a laminate of the plates, and end plates are arranged at both ends of the core in the stacking direction. A frame portion is provided on the outer periphery of each plate, a large number of elongated ribs are integrally formed between the slits, and manifolds are disposed at both ends of the slits. And cooling water is distribute | circulated to each slit, the heat generating body which consists of electronic components is arrange | positioned on the outer surface of an end plate, and the heat input is removed with cooling water.

特開２０１２−０１８９６６号公報JP 2012-018966 A

このようなプレート型ヒートシンクシンクは、コンパクトで高性能のものが求められている。
本発明者は、特に各プレートの積層体よりなるコアの厚みが比較的薄く且つ、スリットの幅が0.5mm〜1.5mmのヒートシンクの高性能化のため各種実験を繰り返し、スリットの幅に対する縦リブの幅の比率に着目した。そして、その比率によって熱伝達率が変化し、その変化曲線にピーク値があることを見出した。
本発明は、その知見に基づきコンパクトで熱交換性の良いヒートシンクを提供するものである。 Such a plate-type heat sink sink is required to be compact and have high performance.
The inventor repeated various experiments to improve the performance of a heat sink having a relatively thin core composed of a laminate of each plate and a slit width of 0.5 mm to 1.5 mm. We focused on the width ratio. And it discovered that a heat transfer rate changed with the ratio and there was a peak value in the change curve.
The present invention provides a heat sink that is compact and has good heat exchange properties based on the findings.

請求項１に記載の本発明は、それぞれ幅０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの多数の互いに平行なスリット（１）が形成されて、それらの間に多数の互いに平行な細長い縦リブ（２）と、隣接する各縦リブ（２）間を連結する横リブ（３）とが形成された複数の平坦なプレート（４）を有し、
前記縦リブ（２）が互いに整合し、横リブ（３）の位置が互いに冷媒の流通方向に位置ずれして、各プレート（４）が積層されており、その各プレート（４）間がろう付けにより接合されており、
その各スリット（１）に、縦リブ（２）方向へ冷媒を流通させる積層型ヒートシンクのコアにおいて、
そのスリット（１）の幅Ｓに対する縦リブ（２）の幅Ｗは、Ｗ／Ｓが０．４以上〜１．０未満である積層型ヒートシンクのコアである。 The present invention according to claim 1 is characterized in that a large number of mutually parallel slits (1) each having a width of 0.5 mm to 1.5 mm are formed , between which a number of parallel elongated longitudinal ribs (2) and , Having a plurality of flat plates (4) formed with horizontal ribs (3) connecting between adjacent vertical ribs (2),
Aligned the longitudinal ribs (2) are mutually, the position of the transverse rib (3) is then displaced in the direction of flow of the refrigerant from each other, each plate (4) are stacked, is between its respective plate (4) Joined by brazing ,
In each slit (1), in the core of the laminated heat sink that circulates the refrigerant in the direction of the longitudinal rib (2),
The width W of the longitudinal rib (2) with respect to the width S of the slit (1) is a core of the laminated heat sink in which W / S is 0.4 or more and less than 1.0.

本発明は、積層型ヒートシンクのコアにおいて、
そのスリット（１）の幅Ｓに対する縦リブ（２）の幅Ｗを、Ｗ／Ｓが０．４以上〜１．０未満としたので、熱交換性能の高いヒートシンクを提供できる。 In the core of the laminated heat sink,
Since the width W of the vertical rib (2) with respect to the width S of the slit (1) is W / S of 0.4 or more and less than 1.0, a heat sink with high heat exchange performance can be provided.

本発明の積層型ヒートシンクの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the laminated heat sink of this invention. 図１におけるII−II矢視断面図。II-II arrow sectional drawing in FIG. 同ヒートシンクのコアにおける冷媒10の流れを示す説明図であって、図１のIII部拡大図である。It is explanatory drawing which shows the flow of the refrigerant | coolant 10 in the core of the heat sink, Comprising: It is the III section enlarged view of FIG. 本発明の第２実施例の積層型ヒートシンクの分解斜視図。The disassembled perspective view of the laminated heat sink of 2nd Example of this invention. 流量５L／ｍｉｎ コア高さ４ｍｍの場合で、スリット幅に対する縦リブの幅の比を横軸とし、等価熱伝達率を縦軸としたときの各スリット幅（流路隙間）の性能曲線を示しである。Flow rate 5L / min When the core height is 4mm, the horizontal axis is the ratio of the width of the vertical rib to the slit width and the vertical axis is the equivalent heat transfer coefficient. It is. 同コア高さ６ｍｍの性能曲線である。It is a performance curve of the same core height of 6 mm. 同コア高さ８ｍｍの性能曲線である。It is a performance curve of the same core height of 8 mm. 同コア高さ１０ｍｍの性能曲線である。It is a performance curve of the same core height of 10 mm. 同性能曲線であって、流量１０L／ｍｉｎ コア高さ４ｍｍの場合である。It is the same performance curve when the flow rate is 10 L / min and the core height is 4 mm. 同コア高さ６ｍｍの性能曲線である。It is a performance curve of the same core height of 6 mm. 同コア高さ８ｍｍの性能曲線である。It is a performance curve of the same core height of 8 mm. 同コア高さ１０ｍｍの性能曲線である。It is a performance curve of the same core height of 10 mm. 同性能曲線であって、流量１５L／ｍｉｎ コア高さ４ｍｍの場合である。It is the same performance curve when the flow rate is 15 L / min and the core height is 4 mm. 同コア高さ６ｍｍの性能曲線である。It is a performance curve of the same core height of 6 mm. 同コア高さ８ｍｍの性能曲線である。It is a performance curve of the same core height of 8 mm. 同コア高さ１０ｍｍの性能曲線である。It is a performance curve of the same core height of 10 mm.

次に、本発明の実施の形態につき説明する。
図1〜図３は、本発明の第１実施例の積層型ヒートシンクである。
このヒートシンクは、複数の平坦なプレート４の積層体によりコアを構成し、その上下両端に一対の天板5a，下端板5bを配置し、各プレート間を一体にろう付け固定したものである。
夫々のプレート４は、幅が0.5ｍｍ〜1.5ｍｍの多数の互いに平行な同一幅のスリット１が定間隔に打ち抜かれ、それらスリット１間に多数の互いに平行な細長い縦リブ２が形成されている。そして隣接する各縦リブ２間は、横リブ３により連結されたものである。その横リブ３のピッチは、縦リブ１のピッチより著しく大である。そして各プレート４には、その外周に枠部11が設けられ、その枠部11内で、縦リブ２の長手方向両端位置に、一対のマニホールド12が形成されたものである。 Next, an embodiment of the present invention will be described.
1 to 3 show a laminated heat sink according to a first embodiment of the present invention.
In this heat sink, a core is constituted by a laminated body of a plurality of flat plates 4, a pair of top and bottom plates 5a and 5b are arranged at both upper and lower ends, and the plates are integrally brazed and fixed.
In each plate 4, a large number of parallel slits 1 having a width of 0.5 mm to 1.5 mm are punched at regular intervals, and a large number of parallel elongated vertical ribs 2 are formed between the slits 1. . The adjacent vertical ribs 2 are connected by horizontal ribs 3. The pitch of the horizontal ribs 3 is significantly larger than the pitch of the vertical ribs 1. Each plate 4 is provided with a frame portion 11 on the outer periphery thereof, and a pair of manifolds 12 are formed at both ends in the longitudinal direction of the vertical rib 2 within the frame portion 11.

各プレート４の縦リブ２は、互いに整合すると共に、隣接するプレート４における横リブ３は互いに縦リブ２の長手方向に位置ずれして配置されている。天板5a，下端板5bは、各プレート４の外周に整合する外周を有し、天板5aには一対の入口６，出口７が設けられ、それが各プレート４のマニホールド12に連通する。そして入口６，出口７に一対のパイプ９が配置され、それらが組み立てられた状態で部品間が一体的にろう付け固定されてなる。そして天板5a及び／または下端板5bの表面に発熱体８が取付けられ、一方のパイプ９から冷媒10が入口６を介してマニホールド12に導かれる。   The vertical ribs 2 of the plates 4 are aligned with each other, and the horizontal ribs 3 of the adjacent plates 4 are arranged so as to be displaced from each other in the longitudinal direction of the vertical ribs 2. The top plate 5a and the lower end plate 5b have outer peripheries aligned with the outer peripheries of the respective plates 4. The top plate 5a is provided with a pair of inlets 6 and outlets 7, which communicate with the manifolds 12 of the respective plates 4. A pair of pipes 9 are disposed at the inlet 6 and the outlet 7, and the parts are integrally brazed and fixed in an assembled state. The heating element 8 is attached to the surface of the top plate 5a and / or the lower end plate 5b, and the refrigerant 10 is guided from one pipe 9 to the manifold 12 through the inlet 6.

その冷媒10は、図２及び図３に示す如く、マニホールド12から各プレート４のスリット１内に導かれ、横リブ３を積層方向の上下に、図３に示す如く、迂回して一方のマニホールド12から他方のマニホールド12に流通する。冷媒10の一例としては、冷却水を用いることができる。それに代えて気液二相状態の冷媒を用いることもできる。
そして、天板5aの外表面に取付けられた発熱体８からの発熱は、天板5a，各プレート４を介して冷媒10に伝熱され、その結果、発熱体８を冷却する。 The refrigerant 10 is guided from the manifold 12 into the slit 1 of each plate 4 as shown in FIG. 2 and FIG. 3, and bypasses the horizontal rib 3 vertically in the stacking direction to bypass one manifold as shown in FIG. It distributes from 12 to the other manifold 12. As an example of the refrigerant 10, cooling water can be used. Alternatively, a gas-liquid two-phase refrigerant can be used.
The heat generated from the heating element 8 attached to the outer surface of the top plate 5a is transferred to the refrigerant 10 through the top plate 5a and each plate 4, and as a result, the heating element 8 is cooled.

〔本発明の要点〕
このような積層型ヒートシンクのコアにおいて、本発明は、図３に示すスリット１の幅Ｓに対する縦リブ２の幅Ｗが０．４以上〜１．０未満となることを特徴とする。
これは、Ｗ／Ｓを変化させたときの等価熱伝達率を測定した結果、その測定曲線にピーク値が存在することが分かり、そのピーク値の近傍の値はＷ／Ｓ＝が０．４〜１．０であることが分かったものである。 [Key points of the present invention]
In the core of such a multilayer heat sink, the present invention, the width W of the longitudinal ribs 2 to the width S of the slit 1 shown in FIG. 3, characterized in that the less than 0.4 or more to 1.0.
This shows that, as a result of measuring the equivalent heat transfer coefficient when W / S is changed, a peak value exists in the measurement curve, and the value in the vicinity of the peak value is W / S = 0.4. It was found to be -1.0.

以下、図５〜図１６において実験結果を説明する。
先ず、図５はスリット１の幅Ｓ（流路間隔）を0.5mm〜1.5mmの間で、その幅Sを0.1mmづつ増加したプレート４を各種製作し、そのスリット１の幅Ｓと縦リブ２の幅Ｗとの比を変化させたとき、夫々の等価熱伝達率比を測定したものである。このとき冷媒は温度６５℃の不凍液〔ＬＬＣ（濃度５０％）〕を用い、その不凍液の流量を５L／ｍｉｎとする。そのコアの高さ、即ち、プレート４の積層高さは４ｍｍである。 Hereinafter, experimental results will be described with reference to FIGS.
First, FIG. 5 shows various types of plates 4 in which the width S (channel interval) of the slit 1 is 0.5 mm to 1.5 mm and the width S is increased by 0.1 mm, and the width S of the slit 1 and the longitudinal ribs. When the ratio with the width W of 2 was changed, each equivalent heat transfer coefficient ratio was measured. At this time, an antifreeze liquid [LLC (concentration: 50%)] having a temperature of 65 ° C. is used as the refrigerant, and the flow rate of the antifreeze liquid is set to 5 L / min. The height of the core, that is, the stacking height of the plate 4 is 4 mm.

ここに、縦軸の等価熱伝達率比とは、図６に示す５Ｌ／min、コア高さ６ｍｍ、スリット幅1.2ｍｍ、縦リブ幅とスリット幅の比が1.0のときの等価熱伝達率を１００（％）として、それに対する相対比率を示したものである。
等価熱伝達率ｈとは、発熱体の入力熱量をＱとし、その発熱体が取り付けられる天板の面積をＡ（m２）として、その天板の冷却水側の界面における表面温度と、水温との差をΔＴＷ（Ｋ）とする。すると、Ｑ＝ｈ・Ａ・ΔＴＷの式が表される。
その式を変形してｈ＝Ｑ／（Ａ・ΔＴＷ）としたｈを等価熱伝達率いう。
また、冷媒の流量とは、コア幅（マニホールドの長さ）200mmあたりの流量をいう。 Here, the equivalent heat transfer coefficient ratio on the vertical axis is the equivalent heat transfer coefficient when 5 L / min shown in FIG. 6, the core height is 6 mm, the slit width is 1.2 mm, and the ratio between the longitudinal rib width and the slit width is 1.0. The relative ratio with respect to 100 (%) is shown.
The equivalent heat transfer coefficient h is the surface temperature at the cooling water side interface of the top plate and the water temperature, where Q is the amount of heat input to the heat generator and A (m 2 ) is the area of the top plate to which the heat generator is attached. And ΔT W (K). Then, the formula of Q = h · A · ΔT W is represented.
This equation is modified so that h = Q / (A · ΔT W ) is referred to as an equivalent heat transfer coefficient.
The flow rate of the refrigerant means a flow rate per 200 mm of core width (manifold length).

図５の実験の結果、次のことが明らかとなった。
スリット１の間隔、即ち、流路間隔が0.5mm〜1.5mmの範囲において、等過熱伝達率比に何れもピーク値がある。そしてそのピーク値近傍の値は、Ｗ／Ｓが0.4〜1.0であることが分かる。この範囲は、各等価熱伝達率比の最大値の９０％以上を含む。
また、さらに詳細に検討すると、スリット幅Ｓが0.5mmから次第に広くなるにつれて、そのピーク値はＷ／Ｓの値が小さくなる傾向にある。 As a result of the experiment of FIG.
When the interval between the slits 1, that is, the channel interval is in the range of 0.5 mm to 1.5 mm, there is a peak value in the equal superheat transfer coefficient ratio. And the value near the peak value shows that W / S is 0.4-1.0. This range includes 90% or more of the maximum value of each equivalent heat transfer coefficient ratio.
Further, in more detail, as the slit width S gradually increases from 0.5 mm, the peak value tends to decrease in the value of W / S.

次に、同一の条件でコア高さ６mmとした場合の実験結果は、図６の通りである。
さらに図７は、同一条件でコア高さ８mmとし、図８はコア高さ１０mmとしたものである。
図５〜図８を比較すると、コア高さが高くなる程、等価熱伝達率比のピーク部分の山がなだらかになっている。それと共に、コア高さが高い程、各曲線のピーク位置のＷ／Ｓの値が一致する。何れの場合にも、Ｗ／Ｓは0.4〜1.0の範囲が最も等価熱伝達率比が高く、熱交換性能の良いことが分かる。 Next, the experimental results when the core height is 6 mm under the same conditions are as shown in FIG.
Further, FIG. 7 shows a core height of 8 mm under the same conditions, and FIG. 8 shows a core height of 10 mm.
5 to 8, the peak of the equivalent heat transfer coefficient ratio becomes smoother as the core height increases. At the same time, the higher the core height, the higher the W / S values at the peak positions of the curves. In any case, it can be seen that the W / S in the range of 0.4 to 1.0 has the highest equivalent heat transfer coefficient ratio and good heat exchange performance.

次に、図９〜図１２は冷媒の流量を１０L／ｍｉｎとし、コア高さを４ｍｍ〜１０mmとした場合の実験結果である。
図５の実験と図９の実験は、共にコア高さ４ｍｍで冷媒の流量のみ異なる。
当然のことながら、流量１０L／ｍｉｎの方が、５L／ｍｉｎの場合より、等価熱伝達率比が夫々高い。このことは、コア高さが、６ｍｍ〜１０mmにおいても同様である。
そして流量１０L／ｍｉｎにおいても、Ｗ／Ｓは0.4〜1.0の範囲で最も等価熱伝達率比が高く、熱交換性能の良いことが分かる。 Next, FIGS. 9 to 12 show experimental results when the flow rate of the refrigerant is 10 L / min and the core height is 4 mm to 10 mm.
Both the experiment of FIG. 5 and the experiment of FIG. 9 differ in only the flow rate of the refrigerant at the core height of 4 mm.
Of course, the equivalent heat transfer coefficient ratio is higher at a flow rate of 10 L / min than at a flow rate of 5 L / min. This is the same even when the core height is 6 mm to 10 mm.
Even at a flow rate of 10 L / min, it can be seen that W / S has the highest equivalent heat transfer coefficient ratio in the range of 0.4 to 1.0 and good heat exchange performance.

次に、図１３〜図１６は冷媒の流量を１５L／ｍｉｎとし、他は前記実験と同一とした場合の実験結果である。すると、等価熱伝達率比はさらに上昇する。このように冷媒の流量を１５L／ｍｉｎにした場合においても、Ｗ／Ｓが0.4〜1.0の範囲で最も等価熱伝達率比が高く、熱交換性能の良いことが分かる。   Next, FIGS. 13 to 16 show experimental results when the flow rate of the refrigerant is set to 15 L / min and the others are the same as the above-described experiment. Then, the equivalent heat transfer coefficient ratio further increases. Thus, even when the flow rate of the refrigerant is 15 L / min, it can be seen that the equivalent heat transfer coefficient ratio is the highest in the range of W / S of 0.4 to 1.0, and the heat exchange performance is good.

図１のヒートシンクは、各プレート４に枠部11及びマニホールド12を有するものである。本発明は、この実施例のヒートシンクに限定されるものでは勿論なく、図４に示す如く、プレート４に枠部を設けること無く、それに変えて天板5a，下端板5bを皿状に形成し、プレート４の積層体であるコアを一対の天板5aと下端板5bとの内部に収納し、各部品間を互いにろう付け固定したヒートシンクであっても良い。   The heat sink of FIG. 1 has a frame portion 11 and a manifold 12 on each plate 4. Of course, the present invention is not limited to the heat sink of this embodiment. Instead, as shown in FIG. Alternatively, a heat sink in which a core that is a laminate of the plates 4 is housed in a pair of top plate 5a and lower end plate 5b, and each component is brazed and fixed to each other may be used.

１ スリット
２ 縦リブ
３ 横リブ
４ プレート
5a 天板
5b 下端板
６ 入口
７ 出口
８ 発熱体
９ パイプ
10 冷媒
11 枠部
12 マニホールド 1 slit 2 vertical rib 3 horizontal rib 4 plate
5a Top plate
5b Lower end plate 6 Inlet 7 Outlet 8 Heating element 9 Pipe
10 Refrigerant
11 Frame
12 Manifold

Claims (1)

それぞれ幅０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの多数の互いに平行なスリット（１）が形成されて、それらの間に多数の互いに平行な細長い縦リブ（２）と、隣接する各縦リブ（２）間を連結する横リブ（３）とが形成された複数の平坦なプレート（４）を有し
前記縦リブ（２）が互いに整合し、横リブ（３）の位置が互いに冷媒の流通方向に位置ずれして、各プレート（４）が積層されており、その各プレート（４）間がろう付けにより接合されており、
その各スリット（１）に、縦リブ（２）方向へ冷媒を流通させる積層型ヒートシンクのコアにおいて、
そのスリット（１）の幅Ｓに対する縦リブ（２）の幅Ｗは、Ｗ／Ｓが０．４以上〜１．０未満である積層型ヒートシンクのコア。 A large number of mutually parallel slits (1) each having a width of 0.5 mm to 1.5 mm are formed, and a large number of parallel elongated longitudinal ribs (2) between them and between each adjacent longitudinal rib (2) the aligned transverse ribs (3) the longitudinal ribs and has a plurality of flat plate formed (4) (2) with each other for coupling, positioned in the flow direction of the refrigerant from each other is the position of the lateral ribs (3) and displacement, each plate (4) is laminated, and the respective plate (4) while is joined by brazing,
In each slit (1), in the core of the laminated heat sink that circulates the refrigerant in the direction of the longitudinal rib (2),
The width W of the longitudinal rib (2) with respect to the width S of the slit (1) is a core of a laminated heat sink in which W / S is 0.4 or more and less than 1.0.
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