JP6026808B2

JP6026808B2 - 積層型ヒートシンクのコア

Info

Publication number: JP6026808B2
Application number: JP2012172543A
Authority: JP
Inventors: 満柳澤; 隼人京増; 山崎　丈嗣; 丈嗣山崎
Original assignee: T.RAD CO., L T D.
Current assignee: T.RAD CO., L T D.
Priority date: 2012-08-03
Filing date: 2012-08-03
Publication date: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2032-08-03
Also published as: JP2014033063A

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。

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。

特開２０１２−０１８９６６号公報

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。

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。

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。

本発明の積層型ヒートシンクの分解斜視図である。図１におけるII−II矢視断面図。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。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。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。同コア高さ６ｍｍの性能曲線である。同コア高さ８ｍｍの性能曲線である。同コア高さ１０ｍｍの性能曲線である。同性能曲線であって、流量１０L／ｍｉｎコア高さ４ｍｍの場合である。同コア高さ６ｍｍの性能曲線である。同コア高さ８ｍｍの性能曲線である。同コア高さ１０ｍｍの性能曲線である。同性能曲線であって、流量１５L／ｍｉｎコア高さ４ｍｍの場合である。同コア高さ６ｍｍの性能曲線である。同コア高さ８ｍｍの性能曲線である。同コア高さ１０ｍｍの性能曲線である。

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。

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。

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。

〔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。

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。

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（m^２）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ΔＴ_Ｗ（Ｋ）とする。すると、Ｑ＝ｈ・Ａ・ΔＴ_Ｗの式が表される。
その式を変形してｈ＝Ｑ／（Ａ・ΔＴ_Ｗ）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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims

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。