WO2011145640A1 - 複数のフィンピッチを有する冷却装置 - Google Patents

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WO2011145640A1
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fin
radiating fin
fin group
heat
fins
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寛之 深井
信行 橋本
山田　裕
池田　匡視
島田　守
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古河電気工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a cooling device that cools a heating element by forced air cooling, and more specifically, cools an electrical component such as a power conversion device mounted on a moving body such as a railway vehicle, an aircraft, or a ship by forced air cooling.
  • the present invention relates to a cooling device.
  • a conventional cooling device there is an electric component cooling device (hereinafter referred to as a conventional example) in a housing shown in FIG.
  • a flat heat receiving block 42 a plurality of U-shaped heat pipes 43 standing on the surface of the heat receiving block 42, and a heat pipe 43 attached to the heat pipe 43 in a direction parallel to the heat receiving block 42.
  • It is composed of a radiating fin group 44 having a plurality of fins 44a, and is formed such that the fin pitch between the fins 44a is uniform in any part (Patent Document 1).
  • the cooling device 41 of the conventional example when the dimension of the fins 44a is long in the flow direction of the cooling air, the flow velocity of the cooling air flowing between the fins 44a is remarkably reduced as it proceeds to the leeward side. Therefore, the cooling capacity of the conventional cooling device 41 is greatly different between the leeward side and the leeward side.
  • a plurality of (three in FIG. 14) heating elements 450-1, 450-2, and 450-3 are thermally connected to the heat receiving block 42, and the cooling air is directed in the direction from left to right on the paper surface of FIG.
  • the heating element 450-3 disposed on the most leeward side is less likely to be cooled than the heating element 450-1 disposed on the most leeward side. There is a problem that a decrease in temperature is suppressed.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a cooling device with improved cooling capacity on the leeward side without increasing the number of installed radiating fins and the amount of cooling air. To do.
  • a first aspect of the present invention includes a heat receiving block thermally connected to a heat generating element, and a heat dissipating fin group having a plurality of fins thermally connected to the heat receiving block, and a direction parallel to the heat receiving block
  • a cooling device in which a flow of cooling air is set, wherein a plurality of the radiating fin groups are arranged in a row along a flow direction of the cooling air, and the upper side of the cooling air among the plurality of radiating fin groups
  • the cooling device is characterized in that the fin pitch of the heat dissipating fin group disposed on the fin is larger than the fin pitch of the heat dissipating fin group disposed on the leeward side of the cooling air.
  • a second aspect of the present invention includes a heat receiving block thermally connected to a heat generating element, and a heat dissipating fin group having a plurality of fins standing on the surface of the heat receiving block, and a direction parallel to the heat receiving block
  • a cooling device in which a flow of cooling air is set, wherein a plurality of the radiating fin groups are arranged in a row along a flow direction of the cooling air, and the upper side of the cooling air among the plurality of radiating fin groups
  • the cooling device is characterized in that the fin pitch of the heat dissipating fin group disposed on the fin is larger than the fin pitch of the heat dissipating fin group disposed on the leeward side of the cooling air.
  • a heat receiving block thermally connected to the heat generating element, a plurality of heat pipes erected on the surface of the heat receiving block, and a direction parallel to the heat receiving block to the heat pipe.
  • a cooling device in which a flow of cooling air is set in a direction parallel to the heat receiving block, wherein the heat radiation fin group extends along the flow direction of the cooling air.
  • the fin pitch of the radiating fin group arranged on the leeward side of the cooling air among the plurality of radiating fin groups is more than the fin pitch of the radiating fin group arranged on the leeward side of the cooling air.
  • the cooling device is also characterized by being large.
  • the plurality of radiating fin groups are arranged in parallel or substantially parallel to the flow direction of the cooling air, and the surfaces of the fins constituting the radiating fin group are also parallel to the flow direction of the cooling air. Or they are mounted almost parallel.
  • the fin pitch of each fin constituting the same radiating fin group is the same or almost the same, but the fin pitch is different for each radiating fin group, that is, the fin pitch between adjacent fins is different if the radiating fin group is different. It has become.
  • positioned at the windward side of cooling air is larger than the fin pitch of the radiation fin group arrange
  • the “radiating fin group” means a group of fins in which a plurality of fins are arranged in a direction perpendicular to the flow direction of the cooling air.
  • a fourth aspect of the present invention is a cooling device characterized in that the fin pitch of the radiating fin group arranged on the leeward side is an integral multiple of the fin pitch of the radiating fin group arranged on the leeward side. is there.
  • the length of the fins of the radiating fin group disposed on the leeward side is shorter than the length of the fins of the radiating fin group disposed on the leeward side. It is.
  • a sixth aspect of the present invention is the cooling device, wherein the heat pipe is U-shaped or L-shaped in a side view.
  • the pressure loss of the cooling air due to the leeward radiating fin group is suppressed, and the amount and speed of the cooling air passing through the radiating fin group are reduced. Since it can suppress, the cooling capacity on the leeward side is improved, and the cooling capacity can be made uniform from the leeward side to the leeward side. In this way, since the cooling capacity can be made uniform, the cooling capacity can be reliably exhibited from the windward side to the leeward side even with a large cooling device having a long fin.
  • the cooling device can be reduced in size and weight, and the manufacturing cost can be reduced.
  • it is not necessary to install a powerful fan to improve the cooling capacity on the leeward side so the installation space can be saved, and the power consumption for driving the fan is reduced to reduce the environmental load. Can do.
  • the cooling ability is further improved from the windward side radiating fin group to the leeward side radiating fin group.
  • the pressure loss of the cooling air due to the fins can be suppressed, and the cooling air flowing between the fins can be made uniform for each of the radiating fin groups. It can flow efficiently.
  • the cooling air can be efficiently flowed through the radiating fin group, the cooling capacity of the leeward radiating fin group can be further improved, and the heat generating element can be reliably cooled even in a limited space such as in a vehicle casing.
  • the downwind radiating fin group having a high cooling capacity is downsized.
  • the cooling capacity of the leeward radiating fin group can be improved while reducing the weight.
  • the cooling capacity of the whole cooling device can be made more uniform by appropriately adjusting the lengths of the fins of the leeward radiating fin group and the leeward radiating fin group.
  • the shape of the heat pipe is U-shaped or L-shaped when viewed from the side, it is easy to mount fins, and the number of fins installed and the fin pitch are determined according to the operating conditions of the cooling device. It can be adjusted appropriately according to.
  • the figure is the front view of the state which attached the heat generating element which is the cooling device using the heat pipe which concerns on other embodiment examples
  • (b) The figure is the cooling which used the heat pipe which concerns on other embodiment examples
  • It is a top view of the state which was an apparatus and attached the heat generating element.
  • It is a cooling device concerning other examples of the present invention, and is a top view in the state where a heating element was attached.
  • It is a cooling device of a prior art example, and is a side view in the state where a heating element was attached.
  • the cooling device 1 is a heat pipe type cooling device, and is attached to the flat heat receiving block 2 and the surface of the heat receiving block 2 in the vertical direction.
  • a plurality of U-shaped heat pipes 3 in a side view, and a first radiating fin group 4 and a second radiating fin group 5 attached to the heat pipe 3 are provided.
  • the first radiating fin group 4 includes a plurality of (17 in FIG. 1) first fins 4a, and the first fins 4a are rectangular thin plates.
  • the second radiating fin group 5 includes a plurality of (33 in FIG. 1) second fins 5a, and the second fins 5a are rectangular thin plates.
  • the heating elements 50-1, 50-2, and 50-3 that are the objects to be cooled are thermally transferred from the left to the right in FIG. It is connected.
  • first fins 4a are arranged at equal intervals in the vertical direction with respect to the surface of the heat receiving block 2, and each first fin 4a receives heat. It arrange
  • second fins 5a are arranged at equal intervals in the vertical direction with respect to the surface of the heat receiving block 2, and each of the second fins 5a is also arranged with respect to the surface of the heat receiving block 2. Are arranged in parallel. Therefore, in the second radiating fin group 5, 32 gaps 5b having a constant width narrower than the gap 4b extend in parallel to the surface of the heat receiving block 2 between the second fins 5a. And all the space
  • the 1st fin 4a provided in the furthest position with respect to the heat receiving block 2 and the 2nd fin 5a provided in the furthest position with respect to the heat receiving block 2 are mutually arrange
  • the 1st fin 4a provided in the nearest position with respect to the heat receiving block 2 and the 2nd fin 5a provided in the nearest position with respect to the heat receiving block 2 are mutually arrange
  • the shape and dimensions of the first fins 4a, which are the constituent elements of the first radiating fin group 4, are the same, and the side surfaces of the first radiating fin group 4 are aligned with the edges of the first fins 4a. It has become.
  • the shape and dimension of the 2nd fin 5a which is a component of the 2nd radiation fin group 5 are mutually the same, The side part of the 2nd radiation fin group 5 has the edge part of the 2nd fin 5a aligned It has become.
  • the cooling air is supplied from the left to the right in FIG. Further, cooling is performed so that the cooling air flows parallel or substantially parallel to the surface of the heat receiving block 2, that is, parallel or substantially parallel to the surfaces of the first fins 4 a and the second fins 5 a.
  • the device 1 is installed.
  • the cooling air first passes through the first radiating fin group 4 along the first fins 4 a, and the cooling air that has passed through the first radiating fin group 4 then passes through the second radiating fin group 5.
  • the second radiating fin group 5 passes through the second fins 5a, so that the first radiating fin group 4 and the second radiating fin group 5 can be prevented from becoming a barrier for cooling air.
  • a gap 8 between the radiation fin groups is formed between the first radiation fin group 4 and the second radiation fin group 5. Due to the gap 8 between the radiating fin groups, the fin is not divided into a single-plate fin 44a as in the conventional example, but is divided into a first fin 4a and a second fin 5a. A second radiating fin group 5 is formed.
  • the dimensions of the first fin 4a are 480 mm in width, 300 mm in length, and 0.5 mm in thickness, and the gap 4b in the first fin 4a is 6.5 mm.
  • the width of the second fin 5a is 480 mm, which is the same as that of the first fin 4a, and the thickness is also 0.5 mm, which is the same as that of the first fin 4a. Longer than 495 mm.
  • the gap 5b of the second fin is 3 mm.
  • the heat receiving block 2 has a width of 500 mm, a length of 1000 mm, and a thickness of 25 mm.
  • the side view of the U-shaped heat pipe 3 has a pipe diameter of 15.88 mm, a height of 200 mm, and a lateral width of 115.88 mm. .
  • the cross-sectional shape of the U-shaped heat pipe 3 in a side view is a circle.
  • the width of the gap 8 between the heat dissipating fin groups is preferably as narrow as possible from the point of not affecting the cooling capacity, and the end face of the first fin 4a and the end face of the second fin 5a facing the end face of the first fin 4a abut. May be.
  • the width of the gap 8 between the radiating fin groups is 5 mm.
  • the first fin 4a and the heat receiving block 2 are both flat plates made of a metal material having good thermal conductivity, and are made of aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy or the like.
  • the heat pipe 3 is also made of the same metal material as that of the first fins 4a and the heat receiving block 2, and the working fluid is sealed in the decompressed state in accordance with the compatibility with the container material. For example, when the container is copper, the working fluid uses pure water.
  • the fixing method of the 1st fin 4a and the 2nd fin 5a is not specifically limited,
  • the hole (not shown) is provided in each predetermined position of the 1st fin 4a and the 2nd fin 5a.
  • the first fin 4 a and the second fin 5 a are fixed to the cooling device 1 via the heat pipe 3 by being inserted so that the heat pipe 3 is fitted into the hole.
  • the arrangement relationship between the first fin 4a and the second fin 5a is not particularly limited as long as the gap 4b between the first fins 4a is larger than the gap 5b between the second fins 5a. If it is the said aspect, since the pressure loss by the 1st radiation fin group 4 can be reduced, the reduction
  • the fin pitch of the first radiating fin group 4 and the second radiating fin group 5 is an integer multiple relationship (in FIG. 2, the first radiating fin group). 4 and the 2nd radiation fin group 5 are arrange
  • the second fin 5a is prevented from becoming a barrier for the cooling air 7 passing through the first radiating fin group 4 from the left to the right in the drawing, and the air volume and the air speed of the cooling air 7 Can be prevented from receiving and losing pressure of the second fin 5a. Accordingly, the cooling air 7 that has passed through the first radiating fin group 4 is configured to smoothly flow into the second radiating fin group 5 provided on the leeward side.
  • the fin pitch of the first radiating fin group 4 and the second radiating fin group 5 is not an integral multiple (in FIG. 3, the first radiating fin group 4 and the second radiating fin group 5 Even if the fin pitch is 3: 2), it is possible to suppress the decrease in the air volume and the air speed of the cooling air 7 passing through the second radiating fin group 5.
  • the phases of the fin pitches of the first radiating fin group 4 and the second radiating fin group 5 are not aligned. That is, the configuration in which the second fins 5a are arranged on the same plane of the first fins 4a and the configuration in which the second fins 5a are not arranged on the same plane of the first fins 4a are alternately arranged. Therefore, in the case of the fin arrangement of FIG. 3, there are places in the second radiating fin group where the cooling air 7 flows smoothly and places where the second fin is obstructed and the cooling air 7 is difficult to flow.
  • the cooling air 7 that has passed through the first radiating fin group 4 receives pressure from the second fin 5a
  • the air volume in the second radiating fin group 5 is as follows.
  • the arrangement shown in FIG. 2 in which the fin pitch phases of the first heat dissipating fin group 4 and the second heat dissipating fin group 5 are an integral multiple of each other is preferable.
  • the heat receiving block temperature of the cooling device 1 according to the first embodiment and the heat receiving block temperature of the conventional cooling device 41 will be described with reference to FIG.
  • the heat receiving block temperature is obtained by numerical analysis.
  • the configuration of the cooling device 1 according to the first embodiment used for numerical analysis is the same as the configuration described above.
  • the length of the fin 44a is the sum of the length of the first fin 4a, the length of the second fin 5a, and the width of the gap 8 between the radiating fin groups.
  • the fin pitch is the same as that of the cooling device 1 used in the numerical analysis except that the fin pitch of the second radiating fin group 5 is the same as that of the second radiating fin group 5.
  • Each heating element 50-1, 50-2, 50-3, 450-1, 450-2, 450-3 generates heat uniformly and a total amount of heat of 11000 W is input to the heat receiving blocks 2, 42, respectively.
  • the numerical analysis was performed under the conditions that the cooling air hitting the front surfaces of the first radiating fin group 4 and the radiating fin group 44 was 20 ° C. and the wind speed was 5.8 m / s.
  • the cooling device 1 can improve the cooling capacity on the leeward side and reduce the total weight while making the cooling capacity uniform.
  • the line graph of FIG. 5 is the temperature distribution on the surface of the fin 44a appropriately selected from the radiating fin group 44 of the cooling device 41 of the conventional example.
  • the “fin tip” is the upper side of the cooling air. It means the end of the fin on the opposite side.
  • the position of the gap 8 between the heat dissipating fin groups, that is, the ratio of the length of the first fin 4a and the length of the second fin 5a is not particularly limited and can be selected as appropriate. From the viewpoint of improving the cooling capacity on the leeward side, Thus, it is preferable to determine based on the temperature distribution on the fin surface.
  • the surface temperature of the fin 44a of the single plate which is a conventional example increases as it moves from the windward side of the cooling air to the leeward side.
  • interval 8 between radiation fin groups is provided in the position which shows the intermediate temperature of the minimum temperature of the fin 44a surface, and the maximum temperature. That is, the fins 44a are divided at the position of the temperature difference ⁇ T / 2 at which the temperature difference ⁇ T on the surface of the fins 44a can be divided equally, so that the first radiating fin group 4 and the second radiating fin group 5 are formed.
  • the space 8 between the radiating fin groups is positioned.
  • gap 8 between radiation fin groups is provided in the position which shows intermediate temperature, two radiation fin groups can be formed for every area
  • the temperature distribution on the surface of the fin 44a decreases more rapidly as it approaches the windward side, and the relationship between the temperature distribution and the distance from the fin tip is not linear. Therefore, when the gap 8 between the radiation fin groups is provided at the position of the temperature difference ⁇ T / 2 at which the temperature difference ⁇ T on the surface of the fin 44a can be divided equally, the length of the second fin 5a of the second radiation fin group 5 is It becomes longer than the length of the 1st fin 4a of the 1 thermal radiation fin group 4.
  • the cooling device 21 according to the third embodiment of the present invention is Three radiating fin groups are provided.
  • the cooling device 21 according to the third embodiment is attached to the heat receiving block 22 having a flat plate shape, a U-shaped heat pipe 23 attached to the surface of the heat receiving block 22 in the vertical direction, and the heat pipe 23.
  • a first radiation fin group 24, a second radiation fin group 25, and a third radiation fin group 26 are provided.
  • the first radiating fin group 24 includes a plurality of (9 in FIG. 6) first fins 24a.
  • the second radiating fin group 25 includes a plurality of (17 in FIG. 6) second fins 25a.
  • the third radiating fin group 26 includes a plurality of (33 in FIG. 6) third fins 26a. That is, the number of the second fins 25a of the cooling device 21 is the same as the number of the first fins 4a of the cooling device 1, and the number of the third fins 26a of the cooling device 21 is the number of the second fins 5a of the cooling device 1. It is the same as the number of sheets.
  • the first fin 24a, the second fin 25a, and the third fin 26a are all rectangular thin plates.
  • a space 28-1 between the heat radiating fin groups is provided between the first heat radiating fin group 24 and the second heat radiating fin group 25, and a space 28 between the heat radiating fin groups is provided between the second heat radiating fin group 25 and the third heat radiating fin group 26. -2 is formed.
  • a heating element as a cooled object is thermally connected to 250-1, 250-2, 250-3 in order from the windward side. .
  • the arrangement relationship of the first fin 24a, the second fin 25a, and the third fin 26a is such that the gap 24b between the first fins 24a is larger than the gap 25b between the second fins 25a, and the gap 25b between the second fins 25a is the second. There is no particular limitation as long as it is larger than the gap 26b between the three fins 26a. If it is the said aspect, since the pressure loss by the 1st radiation fin group 24 can be reduced, the fall of the air volume and wind speed of the cooling wind which passes the 2nd radiation fin group 25 can be suppressed, and the number of the 1st fins 24a reduces.
  • the temperature rise of the cooling air passing through the first radiating fin group 24 can be suppressed, and further, the pressure loss due to the second radiating fin group 4 can be reduced, so that the amount and speed of the cooling air passing through the third radiating fin group 26 can be reduced.
  • the decrease can be suppressed, and the increase in the temperature of the cooling air that has passed through the second radiating fin group 25 by reducing the number of the second fins 25a can be suppressed. As shown in FIG.
  • the fin pitch of the first radiating fin group 24 and the second radiating fin group 25 is an integer multiple, and the second radiating fin group 25 and the second radiating fin group 25
  • the fin pitch of the three radiating fin groups 26 is an integer multiple relationship (in FIG. 6, the fin pitches of the first radiating fin group 24, the second radiating fin group 25, and the third radiating fin group 26 are 4: 2: 1). Has been. Further, the fin pitch phases of the first radiating fin group 24, the second radiating fin group 25, and the third radiating fin group 26 are aligned.
  • the second fins 25a of the second radiating fin group 25 and the third fins 26a of the third radiating fin group 26 are arranged on the same plane of the first fins 24a, and the gap 24b between the first fins 24a.
  • the second fin 25a is disposed at a portion that divides the width into two
  • the third fin 26a is disposed at a portion that divides the gap 24b between the first fins 24a into four equal portions.
  • the fin arrangement similar to that of the cooling device 1 prevents the second fin 25a and the third fin 26a from becoming a barrier to the flow of the cooling air, and the air volume and the air speed of the cooling air are the second. Loss due to the pressure of the fins 25a and the third fins 26a can be suppressed. Therefore, the cooling air passing through the first radiating fin group 24 is arranged in the second radiating fin group 25 arranged on the leeward side of the first radiating fin group 24 and on the leeward side of the second radiating fin group 25.
  • the third radiating fin group 26 is configured to flow smoothly and further improve the cooling capacity on the leeward side.
  • the cooling device 31 according to the second embodiment of the present invention has a plurality of fins erected in the vertical direction with respect to the heat receiving block, and three radiating fins.
  • a heat sink forming a group.
  • the cooling device 31 according to the second embodiment includes a plate-shaped heat receiving block 32 and a first radiating fin group 34, a second radiating fin group 35, and a third radiating fin group 36 attached to the surface of the heat receiving block 32. I have.
  • the first radiating fin group 34 has a structure in which a plurality of (six in FIG. 8A) first fins 34a are erected on a flat bottom portion 34c. ing.
  • Each of the first fins 34a is provided so that the surface of the first fin 34a is parallel to the direction of the flow of the cooling air in a direction perpendicular to the bottom surface portion 34c, and the fin pitch is equally spaced.
  • the second radiating fin group 35 has a structure in which a plurality of (11 in FIG. 8B) second fins 35a are erected on a flat bottom portion 35c. ing.
  • the third radiating fin group 36 has a structure in which a plurality of (21 in FIG. 8C) third fins 36a are erected on a flat bottom portion 36c. ing.
  • Each of the third fins 36a is provided so that the surface of the third fin 36a is parallel to the vertical direction with respect to the bottom surface portion 36c and the flow direction of the cooling air, and the fin pitch is equally spaced.
  • the bottom surface portions 34c, 35c, and 36c are thermally connected to the heat receiving block 32, so that the first radiating fin group 34, the second radiating fin group 35, and the third radiating fin group 36 are thermally connected to the heat receiving block 32. Is done.
  • the heat generating elements which are the objects to be cooled, are provided on the rear surface of the heat receiving block 32 where no fins are provided, in order from the windward side of the cooling air 350-1, 350-2, 350- 3 is thermally connected.
  • the arrangement relationship between the first fin 34a, the second fin 35a, and the third fin 36a is such that the gap 34b between the first fins 34a is larger than the gap 35b between the second fins 35a, and the gap 35b between the second fins 35a is first.
  • the fin pitch between the first radiating fin group 34 and the second radiating fin group 35 is an integer, like the cooling device 21 according to the third embodiment.
  • the fin pitch between the second radiating fin group 35 and the third radiating fin group 36 is an integral multiple (in FIG. 8, the first radiating fin group 34, the second radiating fin group 35, the third radiating fin group
  • the fin pitch of 36 is arranged at 4: 2: 1). Further, the fin pitch phases of the first radiating fin group 34, the second radiating fin group 35, and the third radiating fin group 36 are aligned.
  • the second fins 35a of the second radiating fin group 35 and the third fins 36a of the third radiating fin group 36 are disposed on the same plane of the first fins 34a, and the gap 34b between the first fins 34a.
  • the second fin 35a is arranged at a part that divides the width into two
  • the third fin 36a is arranged at a part that divides the width of the gap 34b between the first fins 34a into four equal parts.
  • the cooling air passing through the first radiating fin group 34 is disposed on the leeward side of the first radiating fin group 34. It is configured to smoothly flow through the third radiating fin group 36 disposed in the middle and the leeward side of the second radiating fin group 35.
  • the first radiating fin group 34 and the second radiating fin group 35 are in contact with each other in order to prevent a decrease in the amount and speed of the cooling air and a disturbance in the flow of the cooling air.
  • the radiation fin group boundary 38-1 is formed, and the second radiation fin group 35 and the third radiation fin group 36 are in contact with each other to form the radiation fin group boundary 38-2.
  • the radiating fin group boundary portions 38-1 and 38-2 may be separated from the adjacent radiating fin groups as necessary, as in the cooling device 21 of the third embodiment, if necessary.
  • the heat receiving block temperature of the cooling device 21 according to the third embodiment and the heat receiving block temperature of the cooling device 41 of the conventional example will be described with reference to FIG.
  • the heat receiving block temperature is obtained by numerical analysis under the same conditions as in FIG. That is, the configuration of the cooling device 21 according to the third embodiment used for numerical analysis is the same as the configuration described above.
  • the structure of the cooling device 41 of the conventional example is such that the length of the fins 44a is the length of the first fins 24a, the length of the second fins 25a, the length of the third fins 26a, and the gaps 28-1 between the radiating fin groups.
  • Each of the widths 28-2 is added up, and the fin pitch of the radiating fin group 44 is the same as that of the cooling device 21 used in the numerical analysis except that the fin pitch is the same as that of the third radiating fin group 26.
  • Each heating element 250-1, 250-2, 250-3, 450-1, 450-2, 450-3 generates heat uniformly, and a total amount of heat of 11000 W is input to the heat receiving blocks 22, 42, respectively.
  • the numerical analysis was performed under the conditions that the cooling air hitting the front surfaces of the first radiating fin group 24 and the radiating fin group 44 was 20 ° C. and the wind speed was 5.8 m / s.
  • data of the cooling device 1 shown in FIG. 4 is also displayed for comparison.
  • the temperature of the upper part of the heat receiving block wind of the cooling device 21 is higher than that of the cooling device 41 of the conventional example, but the temperature of the central part of the heat receiving block is substantially the same as that of the conventional example.
  • the temperature of the lower part is lower than that of the conventional example.
  • the temperature of the lower part of the heat receiving block wind is lower than that of the cooling device 1 of the first embodiment.
  • the cooling device 21 of the third embodiment increases the cooling capacity on the leeward side more than the cooling device 1 by increasing the number of radiating fin groups having different fin pitches to three, thereby further improving the cooling capability. Can be made uniform, and the total weight can be further reduced.
  • the line graph in FIG. 10 is the temperature distribution on the surface of the fin 44a appropriately selected from the radiating fin group 44 of the cooling device 41 of the conventional example.
  • the “fin tip” is the upper side of the cooling air. It means the end of the fin on the opposite side.
  • the positions of the radiating fin group gaps 28-1 and 28-2 and the positions of the radiating fin group boundaries 38-1 and 38-2 are not particularly limited and can be selected as appropriate. From the viewpoint of improving the cooling capacity on the leeward side. As with the cooling device 1 of the first embodiment, it is preferable to determine based on the temperature distribution on the fin surface. That is, the fin 44a is divided at the position of the temperature difference ⁇ T / 3 at which the temperature difference ⁇ T on the surface of the fin 44a of the single plate according to the conventional example can be divided into three equal parts, and the first heat dissipating fin group 24, 34, the second heat dissipating.
  • the radiating fin group gaps 28-1 and 28-2 or the radiating fin group boundaries 38-1 and 38-2 are positioned so that the fin groups 25 and 35 and the third radiating fin groups 26 and 36 are formed. As described above, when the radiating fin group gaps 28-1 and 28-2 or the radiating fin group boundary portions 38-1 and 38-2 are provided at the position showing the temperature difference ⁇ T / 3, each region where the surface temperature of the fins is close. Three radiating fin groups can be formed.
  • the fin pitch of the first radiating fin groups 24 and 34 and the second radiating fin groups 25 and 35 having sufficient cooling capacity can be made larger than the fin pitch of the radiating fin group 44, and in addition, the first radiating fin group 24, Since the fin pitch of 34 can be made larger than the fin pitch of the first radiating fin group 4 of the cooling device 1, it is possible to further suppress the decrease in the amount and speed of cooling air passing through the third radiating fin groups 26 and 36. . Moreover, since the wind speed of the cooling air passing through the first radiating fin groups 24 and 34 is high, the temperature rise of the cooling air in the first radiating fin groups 24 and 34 can be further reduced, and the cooling air having a lower temperature than the cooling device 1. Can be supplied to the second radiating fin groups 25, 35 and the third radiating fin groups 26, 36. Furthermore, since the number of the first fins 24a and 34a can be reduced, the weight of the cooling devices 21 and 31 can be further suppressed.
  • the air gaps 28-1, 28 between the radiating fin groups are positioned at the temperature difference ⁇ T / 3 where the temperature difference ⁇ T on the surface of the fin 44a can be divided into three equal parts.
  • the length of the second fins 25a and 35a of the second radiating fin groups 25 and 35 is the same as that of the first radiating fin groups 24 and 34.
  • the length of the third fins 26a, 36a of the third radiating fin groups 26, 36 is longer than the length of the second fins 25a, 35a of the second radiating fin groups 25, 35. become longer.
  • the cooling device 1, 21, and 31 which concerns on the said embodiment example of this invention demonstrates taking the example of the usage method which cools the electrical component (for example, power converter device) mounted in the mobile body (for example, rail vehicle).
  • a casing for power control which is cut off from the outside, is fixed to the lower surface of the floor of the railway vehicle, and various electrical components for controlling power, such as a power converter, are stored in the casing.
  • These electrical components generate heat during operation. If the heat generation is left as it is, the temperature rises and normal operation cannot be performed. In the worst case, the element may be destroyed by heat. Therefore, it is necessary to cool these electrical components.
  • the heat receiving blocks 2, 22, 32 of the cooling devices 1, 21, 31 are brought into contact with the electrical components (hereinafter referred to as heat generating elements) on the back side to be thermally connected to the heat receiving blocks 2, 22, 32.
  • a fan for supplying cooling air to the cooling devices 1, 21, 31 is installed in the housing in which the heat generating elements are stored.
  • the first radiating fin groups 4, 24, 34 with a large fin pitch are directed toward the upstream side of the cooling air, and the cooling air from the fan is radiated from the first radiating fin groups 4, 24, 34 with a small fin pitch.
  • the cooling devices 21, 31 into the fin groups 5, 25, 35 the cooling devices 1, 21, 31 are installed so as to sequentially pass through the third radiating fin groups 26, 36 having the smallest fin pitch. That is, the flow direction of the cooling air blown from the fan is parallel to the surfaces of the heat receiving blocks 2, 22, and 32.
  • the heat released from the heat generating element first spreads to the heat receiving blocks 2 and 22 that are thermally connected to the heat generating elements, and the heat spread to the heat receiving blocks 2 and 22 receives the heat.
  • the heat pipes 3 and 23 embedded in the blocks 2 and 22 are transmitted to the bottoms, that is, the heating parts. Then, the heat transport system of the heat pipes 3 and 23 is operated, and the heat absorbed by the heating unit is the cooling air blown from the fan through the cooling unit of the heat pipes 3 and 23 extending from the heating unit. It is transmitted to the radiating fin group receiving the flow, and discharged from the radiating fin group to the external environment.
  • the heat released from the heating element spreads to the heat receiving block 32 that is thermally connected to the heating element, and the heat spread to the heat receiving block 32 Is transmitted to the radiating fin group receiving the flow of the cooling air blown from, and discharged from the radiating fin group to the external environment.
  • the fin pitch of the radiating fin group is gradually reduced from the leeward side of the cooling air to the leeward side, so cooling of the leeward side is suppressed by suppressing the reduction of the air flow rate and the wind speed in the leeward heat radiating fin group.
  • Ability improves. For this reason, even if it enlarges a cooling device in order to cool the power converter device of a rail vehicle, for example, the heat generating part far from the windward side can be reliably cooled.
  • the cooling air is supplied from the fan. However, when the cooling devices 1, 21, and 31 are placed outside the housing, the running air may be used as the cooling air without installing the fan. Good.
  • the heat receiving blocks 2 and 22 are embedded in the surfaces of the heat receiving blocks 2 and 22 by embedding the bottoms of the U-shaped heat pipes 3 and 23 in a side view.
  • a plurality of heat pipes 3 and 23 are arranged and fixed to 2 and 22.
  • the fins 4a, 5a, 24a, 25a and 26a are provided with holes (not shown) having a shape corresponding to the cross-sectional shape of the heat pipes 3 and 23 at positions corresponding to the arrangement of the heat pipes 3 and 23.
  • the holes of the first fins 4a and 24a are fitted into the predetermined heat pipes 3 and 23 located on the windward side of the heat pipes 3 and 23 fixed to the heat receiving blocks 2 and 22.
  • First radiating fin groups 4 and 24 having a predetermined number of first fins 4a and 24a are produced.
  • the holes of the second fins 5a and 25a are fitted into the predetermined heat pipes 3 and 23 located on the leeward side to produce the second radiating fin groups 5 and 25 including the predetermined number of second fins 5a and 25a. To do.
  • the third radiating fin group 26 including a predetermined number of third fins 26 a is produced by fitting holes of the third fins 26 a into a predetermined heat pipe 23 positioned further on the leeward side.
  • the cooling device of the present invention is manufactured by attaching the fins 4a, 5a, 24a, 25a, and 26a to the heat pipes 3 and 23 fixed to the heat receiving blocks 2 and 22.
  • the cooling device 31 of the second embodiment includes a first radiating fin group 34 shown in FIG. 8A, a second radiating fin group 35 shown in FIG. 8B, and a third radiating fin shown in FIG.
  • the groups 36 are respectively produced by extrusion molding using a mold. And each radiation fin group is fixed to the heat receiving block 32 surface in order of the 1st radiation fin group 34, the 2nd radiation fin group 35, and the 3rd radiation fin group 36 from the windward side of a cooling wind.
  • the fixing means may be conventional means, for example, means for screwing the bottom surface portions 34c, 35c, 36c to the surface of the heat receiving block 32, or the like.
  • each of the above embodiments two to three radiating fin groups are installed. However, four or more radiating fin groups may be installed depending on the cooling conditions and the like.
  • the fins in the heat dissipating fin group are arranged at equal intervals, but the fin intervals may be appropriately changed. If the gap between the fins of the leeward radiating fin group is wider than the gap between the fins of the leeward radiating fin group, the cooling performance on the leeward side is improved even if the intervals between the fins are not equal.
  • a heat pipe having a U-shape in side view is used, but an L-shape in side view may be used instead.
  • the heat pipe is erected in the vertical direction with respect to the heat receiving block surface, but instead, the heat pipe is appropriately inclined with respect to the heat receiving block surface. You may stand upright.
  • a predetermined angle for example, 5 to 5 with respect to the vertical direction of the surface of the heat receiving block so that the cooling part of the heat pipe is positioned higher than the heating part.
  • a heat pipe may be installed with an inclination of 10 °. In this way, by providing the heat pipe with a predetermined inclination, it is possible to prevent a decrease in the heat transport amount of the heat pipe.
  • the heat pipe is erected on the heat receiving block.
  • the heat receiving block is erected on the heat receiving block.
  • the provided cooling device 11 a columnar (for example, columnar) heat transfer block 13 made of a metal material (for example, aluminum) having excellent thermal conductivity is disposed on the heat receiving block 12 in a direction perpendicular to the surface of the heat receiving block 12.
  • a plurality of first fins 14 a are attached to the heat transfer block 13 at a predetermined position in a direction parallel to the surface of the heat receiving block 12 to form the first heat radiation fin group 14.
  • a plurality of second fins 15 a are attached to the heat transfer block 13 at a predetermined position in a direction parallel to the surface of the heat receiving block 12 to form the second heat radiation fin group 15.
  • the heat released from the heating elements 150-1, 150-2, 150-3 and absorbed by the heat receiving block 12 is transmitted to the first fin 14a and the second fin 15a via the heat transfer block 13, It is discharged from the first fin 14a and the second fin 15a to the external environment.
  • the cooling capacity is improved even if a columnar metal material having excellent thermal conductivity is used instead of the heat pipe.
  • the heat pipe was erected in the perpendicular direction on the heat receiving block surface, it replaces with this, and as shown to Fig.12 (a) (b), it is on the heat receiving block side surface.
  • a heat pipe may be attached. That is, in the cooling device 1 ′, a curved portion extending outward from the side surface on the side surface of the heat receiving block 2 ′, and a direction parallel to the surface of the heat receiving block 2 ′ from the curved portion toward the upper surface of the heat receiving block 2 ′ A plurality of J-shaped heat pipes 3 'having a straight line portion extending in front are provided.
  • a plurality of first fins 4 a ′ are attached to the heat pipe 3 ′ at a predetermined position in the vertical direction with respect to the surface of the heat receiving block 2 ′ to form a first radiating fin group 4 ′.
  • a plurality of second fins 5a ′ are attached to the heat pipe 3 ′ at a predetermined position in the vertical direction with respect to the surface of the heat receiving block 2 ′ to form a second heat radiation fin group 5 ′.
  • the heat released from the heating elements 50'-1, 50'-2, 50'-3 and absorbed by the heat receiving block 2 ' is transferred to the first fin 4a' and the second fin via the heat pipe 3 '.
  • the first fin 4a ′ and the second fin 5a ′ are not in contact with the surface of the heat receiving block 2 ′. Instead of this, all or part of the first fin 4a 'and the second fin 5a' may be in contact with the surface of the heat receiving block 2 '.
  • heat is transferred to the first fin 4a' and the second fin 5a 'via the heat pipe 3'.
  • the heat is transmitted from the heat receiving block 2 'directly to the first fin 4a' and the second fin 5a '.
  • each radiating fin group has a structure in which a plurality of fins are erected on a flat bottom surface, and the bottom surface is in direct contact with the heat receiving block.
  • a cooling device 31 ′ in which the fins and the heat receiving block are thermally connected by standing the fins directly on the surface of the heat receiving block may be used. That is, in the cooling device 31 ′, the first fin 34 a ′ of the first radiating fin group 34 ′ and the second fin 35 a ′ of the second radiating fin group 35 ′ are directly provided on the surface of the heat receiving block 32 ′.
  • the method for fixing the first fin 34a 'and the second fin 35a' to the heat receiving block 32 ' is not particularly limited.
  • a groove for fitting the first fin 34a 'and the second fin 35a' is formed on the surface of the heat receiving block 32 ', and the first fin 34a' and the second fin 35a 'are fitted in this groove, and the heat receiving blocks on both sides of each fin.
  • the surface of 32 ' is pressed by a pressing jig and fixed by caulking.
  • the heat released from the heat generating elements 350′-1, 350′-2, 350′-3 and absorbed by the heat receiving block 32 ′ is the first fin 34a ′ and the second fin 34a ′ in direct contact with the heat receiving block 32 ′. It is transmitted to the fins 35a 'and discharged from the first fins 34a' and the second fins 35a 'to the outside environment.
  • the cooling capacity can be made uniform throughout the heat receiving block, so a large cooling device, for example, a railway
  • the utility value is high in fields such as a cooling device that cools a heating element such as a power conversion device mounted on a vehicle by forced air cooling.

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Abstract

　放熱フィンの設置枚数や冷却風の風量を増やさずに、風下側の冷却能力が向上した冷却装置を提供することを目的とする。　発熱素子に熱的に接続された受熱ブロックと、前記受熱ブロックに熱的に接続されたフィンを複数有する放熱フィン群とを備え、前記受熱ブロックと平行な方向に冷却風の流れが設定された冷却装置であって、前記放熱フィン群が、前記冷却風の流れ方向に沿って複数縦列配置され、前記複数の放熱フィン群のうち、前記冷却風の風上側に配置された放熱フィン群のフィンピッチが、前記冷却風の風下側に配置された放熱フィン群のフィンピッチよりも大きいことを特徴とする冷却装置である。

Description

複数のフィンピッチを有する冷却装置
　本発明は、発熱素子を強制空冷で冷却する冷却装置に関し、より具体的には、鉄道車両、航空機、船舶等の移動体に搭載された電力変換装置等の電気部品を、強制空冷で冷却する冷却装置に関するものである。
　従来の冷却装置として、図１４に示す筐体内の電気部品冷却装置（以下、従来例という）がある。この従来例は、平板状の受熱ブロック４２と、受熱ブロック４２の表面に複数立設された側面視Ｕ字形状のヒートパイプ４３と、ヒートパイプ４３へ受熱ブロック４２と平行な方向に取り付けられた複数のフィン４４ａを有する放熱フィン群４４とからなり、各フィン４４ａ間のフィンピッチが、いずれの部分も均一となるように形成されたものである（特許文献１）。
　前記従来例の冷却装置４１では、フィン４４ａの寸法が冷却風の流れ方向に長い場合、フィン４４ａ間を流れる冷却風は、風下側へと進むにつれて流速が著しく低下してしまう。従って、従来例の冷却装置４１は、風下側と風上側とで冷却能力が大きく相違する。例えば、受熱ブロック４２に複数（図１４では、３個）の発熱素子４５０－１、４５０－２、４５０－３を熱的に接続し、冷却風を図１１の紙面の左から右の方向であって受熱ブロック４２表面に対して平行状に流した場合、最も風下側に配置された発熱素子４５０－３は、最も風上側に配置された発熱素子４５０－１と比較して、冷却されにくく温度の低下が抑えられてしまうという問題がある。
　風下側の冷却能力を高めるためには、フィン４４ａの設置枚数を増加させたり、冷却風の風量を増やしたりする必要がある。しかし、フィン４４ａの枚数を増やすと冷却装置の寸法が大きくなり、重量も増してしまうという問題、さらには製造コストがかかってしまうという問題がある。また、冷却風の風量を増やすには、強力なファンを設ければよいが、このようなファンは大型なので設置場所の確保が難しく、さらにファンを駆動させるための消費電力も大きいという問題もある。
特開平９－１１９７８５号公報
　本発明は上記した従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、放熱フィンの設置枚数や冷却風の風量を増やさずに、風下側の冷却能力が向上した冷却装置を提供することを目的とする。
　本発明の第１の態様は、発熱素子に熱的に接続された受熱ブロックと、前記受熱ブロックに熱的に接続されたフィンを複数有する放熱フィン群とを備え、前記受熱ブロックと平行な方向に冷却風の流れが設定された冷却装置であって、前記放熱フィン群が、前記冷却風の流れ方向に沿って複数縦列配置され、前記複数の放熱フィン群のうち、前記冷却風の風上側に配置された放熱フィン群のフィンピッチが、前記冷却風の風下側に配置された放熱フィン群のフィンピッチよりも大きいことを特徴とする冷却装置である。本発明の第２の態様は、発熱素子に熱的に接続された受熱ブロックと、前記受熱ブロックの表面に立設されたフィンを複数有する放熱フィン群とを備え、前記受熱ブロックと平行な方向に冷却風の流れが設定された冷却装置であって、前記放熱フィン群が、前記冷却風の流れ方向に沿って複数縦列配置され、前記複数の放熱フィン群のうち、前記冷却風の風上側に配置された放熱フィン群のフィンピッチが、前記冷却風の風下側に配置された放熱フィン群のフィンピッチよりも大きいことを特徴とする冷却装置である。
　本発明の第３の態様は、発熱素子に熱的に接続された受熱ブロックと、前記受熱ブロックの表面に立設された複数のヒートパイプと、前記ヒートパイプへ前記受熱ブロックと平行な方向に取り付けられたフィンを複数有する放熱フィン群とを備え、前記受熱ブロックと平行な方向に冷却風の流れが設定された冷却装置であって、前記放熱フィン群が、前記冷却風の流れ方向に沿って複数縦列配置され、前記複数の放熱フィン群のうち、前記冷却風の風上側に配置された放熱フィン群のフィンピッチが、前記冷却風の風下側に配置された放熱フィン群のフィンピッチよりも大きいことを特徴とする冷却装置である。
　上記した各態様では、複数の放熱フィン群が冷却風の流れ方向に対して平行またはほぼ平行に並べられ、さらに前記放熱フィン群を構成する各フィンの表面も冷却風の流れ方向に対して平行またはほぼ平行に取り付けられている。これにより、フィン間を冷却風が円滑に流れる構成となっている。同じ放熱フィン群を構成する各フィンのフィンピッチは同じまたはほぼ同じであるが、放熱フィン群ごとについてはフィンピッチが相違、つまり、放熱フィン群が異なれば隣接するフィン間のフィンピッチも異なる構成となっている。そして、冷却風の風上側に配置された放熱フィン群のフィンピッチは、冷却風の風下側に配置された放熱フィン群のフィンピッチよりも大きくなっている。
　このように、風上側の放熱フィン群のフィンピッチを風下側の放熱フィン群のフィンピッチより大きくすることで、同一のファンを用いた場合には風上側放熱フィン群中を通り抜ける冷却風の風量及び風速の低下を防止でき、また冷却風の温度上昇も抑制できる。また、風上側での冷却風の温度上昇を抑えることができるので、より温度の低い冷却風を風下側放熱フィン群に供給できる。明細書中、「放熱フィン群」とは、各フィンを冷却風の流れ方向に対して垂直方向に複数並べたフィンの一群を意味する。
　本発明の第４の態様は、前記風上側に配置された放熱フィン群のフィンピッチが、前記風下側に配置された放熱フィン群のフィンピッチの整数倍であることを特徴とする冷却装置である。隣接する放熱フィン群のフィンピッチを整数倍に設定することで、放熱フィン群間のフィンピッチの位相を揃えることが可能となり、放熱フィン群に沿って流れる冷却風のフィンによる圧力損失が抑えられる。
　本発明の第５の態様は、前記風上側に配置された放熱フィン群のフィンの長さが、前記風下側に配置された放熱フィン群のフィンの長さよりも短いことを特徴とする冷却装置である。
　本発明の第６の態様は、前記ヒートパイプが、側面視Ｕ字状またはＬ字状であることを特徴とする冷却装置である。
　本発明の第１、第２、第３の態様によれば、風上側放熱フィン群による冷却風の圧力損失が抑えられて、風下側の放熱フィン群を通り抜ける冷却風の風量及び風速の低下を抑制できるので、風下側の冷却能力が向上し、風上側から風下側に至るまで冷却能力の均一化を図ることができる。このように、冷却能力の均一化を図ることができるので、フィンの長さが長い大型の冷却装置であっても風上側から風下側に至るまで確実に冷却能力を発揮できる。また、風上側放熱フィン群のフィン枚数が減ることで風上側における冷却風の温度上昇を抑えることができ、より温度の低い冷却風を風下側放熱フィン群に供給できる点からも、風下側の冷却能力を向上させることができる。風上側放熱フィン群はフィンピッチが大きい、すなわち、フィンの設置枚数を従来例より減らすことができるので、冷却装置の小型化、軽量化ができ、製造コストも低減できる。さらに、風下側の冷却能力向上のために、強力なファンを設置しなくてもよいので、設置場所を省スペース化でき、またファンを駆動させるための消費電力を低減させて環境負荷を抑えることができる。
　本発明の第３の態様によれば、ヒートパイプを設けるので、上記各効果に加えて、風上側放熱フィン群から風下側放熱フィン群までを通じて冷却能力がさらに向上する。
　本発明の第４の態様によれば、フィンによる冷却風の圧力損失を抑え、さらにそれぞれの放熱フィン群について、フィン間を流れる冷却風を均一化できるので、それぞれの放熱フィン群に冷却風を効率よく流すことができる。また、放熱フィン群に冷却風を効率よく流せるので、風下側放熱フィン群の冷却能力をより向上させることができ、車両の筐体内といった限られた空間でも確実に発熱素子を冷却できる。
　本発明の第５の態様によれば、風上側放熱フィン群のフィンの長さが、風下側放熱フィン群のフィンの長さよりも短いので、冷却能力の高い風上側放熱フィン群を小型化、軽量化しつつ、風下側放熱フィン群の冷却能力を向上できる。また、風上側放熱フィン群及び風下側放熱フィン群のフィンの長さを適宜調整することで、冷却装置全体の冷却能力をより均一に近づけることができる。
　本発明の第６の態様によれば、ヒートパイプの形状が側面視Ｕ字状またはＬ字状なので、フィンの取り付けが容易であり、またフィンの設置枚数及びフィンピッチを、冷却装置の運転条件に応じて適宜調節できる。
本発明の第１実施形態例に係る冷却装置であって発熱素子を取り付けた状態の側面図である。 本発明の第１実施形態例に係る冷却装置の冷却風の流れを示す説明図である。 冷却装置の冷却風の流れを示す説明図である。 本発明の第１実施形態例に係る冷却装置の発熱素子上昇温度と従来例の冷却装置の発熱素子上昇温度との対比を示すグラフである。 放熱フィン群を２つ配置した場合の放熱フィン群間空隙の位置決め法を説明するグラフである。 本発明の第３実施形態例に係る冷却装置であって発熱素子を取り付けた状態の側面図である。 本発明の第２実施形態例に係る冷却装置であって発熱素子を取り付けた状態の側面図である。 （ａ）図は図７の第１放熱フィン群部についての断面の説明図、（ｂ）図は図７の第２放熱フィン群部についての断面の説明図、（ｃ）図は図７の第３放熱フィン群部についての断面の説明図である。 本発明の第３実施形態例に係る冷却装置の発熱素子上昇温度と従来例の冷却装置の発熱素子上昇温度との対比を示すグラフである。 放熱フィン群を３つ配置した場合の放熱フィン群間空隙の位置決め法を説明するグラフである。 （ａ）図は伝熱ブロックを用いた冷却装置であって発熱素子を取り付けた状態の正面図、（ｂ）図は伝熱ブロックを用いた冷却装置であって発熱素子を取り付けた状態の側面図である。 （ａ）図は他の実施形態例に係るヒートパイプを用いた冷却装置であって発熱素子を取り付けた状態の正面図、（ｂ）図は他の実施形態例に係るヒートパイプを用いた冷却装置であって発熱素子を取り付けた状態の平面図である。 本発明の他の実施形態例に係る冷却装置であって発熱素子を取り付けた状態の平面図である。 従来例の冷却装置であって発熱素子を取り付けた状態の側面図である。
　以下に、本発明の第１実施形態例に係る冷却装置について図面を用いながら説明する。図１に示すように、本発明の第１実施形態例に係る冷却装置１は、ヒートパイプ式冷却装置であって、平板状の受熱ブロック２と、受熱ブロック２の表面に鉛直方向に取り付けられた複数の側面視Ｕ字状ヒートパイプ３と、ヒートパイプ３に取り付けられた第１放熱フィン群４及び第２放熱フィン群５とを備えている。第１放熱フィン群４は、複数枚（図１では１７枚）の第１フィン４ａからなり、この第１フィン４ａは矩形の薄板である。第２放熱フィン群５は、複数枚（図１では３３枚）の第２フィン５ａからなり、この第２フィン５ａは矩形の薄板である。
　また、ヒートパイプ３が取り付けられていない側である受熱ブロック２裏面には、図１の左から右に、被冷却体である発熱素子５０－１、５０－２、５０－３が熱的に接続されている。
　図１に示すように、第１放熱フィン群４は、１７枚の第１フィン４ａがそれぞれ受熱ブロック２表面に対して鉛直方向に等間隔に並べられ、さらに、いずれの第１フィン４ａも受熱ブロック２表面に対して平行となるように配置されている。従って、第１放熱フィン群４では、第１フィン４ａ間に、一定幅の１６個の空隙４ｂが受熱ブロック２表面に対して平行に伸びている。そして、第１放熱フィン群４中の空隙４ｂは、いずれも同一の幅となっている。
　また、第２放熱フィン群５は、３３枚の第２フィン５ａがそれぞれ受熱ブロック２表面に対して鉛直方向に等間隔に並べられ、さらに、いずれの第２フィン５ａも受熱ブロック２表面に対して平行となるように配置されている。従って、第２放熱フィン群５では、第２フィン５ａ間に、空隙４ｂよりも狭い一定幅の３２個の空隙５ｂが受熱ブロック２表面に対して平行に伸びている。そして、第２放熱フィン群５中の空隙５ｂは、いずれも同一の幅となっている。
　そして、受熱ブロック２に対して最も遠い位置に設けられた第１フィン４ａと受熱ブロック２に対して最も遠い位置に設けられた第２フィン５ａは、相互に同一平面上に配置されている。同様に、受熱ブロック２に対して最も近い位置に設けられた第１フィン４ａと受熱ブロック２に対して最も近い位置に設けられた第２フィン５ａは、相互に同一平面上に配置されている。第１放熱フィン群４の構成要素である各第１フィン４ａの形状・寸法は相互に同一であり、第１放熱フィン群４の側面部は、第１フィン４ａの縁部が揃った状態となっている。また、第２放熱フィン群５の構成要素である第２フィン５ａの形状・寸法は相互に同一であり、第２放熱フィン群５の側面部は、第２フィン５ａの縁部が揃った状態となっている。
　第１実施形態例に係る冷却装置１では、冷却風が図１の左から右の方向に供給される。さらに、冷却風が、受熱ブロック２表面に対して平行または略平行に流れるように、すなわち、各第１フィン４ａ及び各第２フィン５ａの表面に対して平行または略平行に流れるように、冷却装置１は設置される。これにより、冷却風は、まず第１放熱フィン群４中を各第１フィン４ａに沿って通り抜け、第１放熱フィン群４中を通り抜けた冷却風は、次に、第２放熱フィン群５中に入り、第２放熱フィン群５中を各第２フィン５ａに沿って通り抜けるので、第１放熱フィン群４及び第２放熱フィン群５が冷却風の障壁となるのを防止できる。また、第１放熱フィン群４と第２放熱フィン群５との間には、放熱フィン群間空隙８が形成されている。この放熱フィン群間空隙８により、フィンは従来例のような一枚板のフィン４４ａではなく、第１フィン４ａと第２フィン５ａに分割された状態となって、第１放熱フィン群４と第２放熱フィン群５とが形成されている。
　第１実施形態例に係る冷却装置１では、第１フィン４ａの寸法は、幅４８０ｍｍ、長さ３００ｍｍ、厚さ０．５ｍｍであり、第１フィン４ａの空隙４ｂは６．５ｍｍである。一方で、第２フィン５ａの幅は第１フィン４ａと同じ４８０ｍｍ、厚さも第１フィン４ａと同じ０．５ｍｍであるが、後述する理由から第２フィン５ａの長さは、第１フィン４ａよりも長い４９５ｍｍである。第２フィンの空隙５ｂは３ｍｍである。また、受熱ブロック２の寸法は、幅５００ｍｍ、長さ１０００ｍｍ、厚さ２５ｍｍであり、側面視Ｕ字状ヒートパイプ３の寸法は、パイプ径１５．８８ｍｍ、高さ２００ｍｍ、横幅１１５．８８ｍｍである。側面視Ｕ字状ヒートパイプ３のパイプの断面形状は円形である。放熱フィン群間空隙８の幅は、冷却能力に影響を生じさせない点から、できるだけ狭いものが好ましく、第１フィン４ａ端面と該第１フィン４ａ端面に対向する第２フィン５ａ端面とが当接してもよい。第１実施形態例に係る冷却装置１では、放熱フィン群間空隙８の幅は５ｍｍである。
　上記第１フィン４ａ及び受熱ブロック２は、いずれも熱伝導性のよい金属材料の平板であり、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などで製造されている。ヒートパイプ３も、第１フィン４ａ及び受熱ブロック２と同様の金属材料で製造され、作動液には、コンテナ材料との適合性に合せた作動液が減圧状態で封入される。例えば、コンテナが銅である場合には、作動液は純水を用いている。
　第１フィン４ａ及び第２フィン５ａの固定方法は特に限定されないが、冷却装置１では、第１フィン４ａ及び第２フィン５ａのそれぞれの所定位置に孔部（図示せず）が設けられており、この孔部にヒートパイプ３が嵌め差し込まれるように挿入されることで、第１フィン４ａ及び第２フィン５ａがヒートパイプ３を介して冷却装置１に固定されている。
　次に、図２、図３を用いながら、第１実施形態例に係る冷却装置１について、第１フィン４ａと第２フィン５ａの配置関係を説明する。
　第１フィン４ａと第２フィン５ａの配置関係は、第１フィン４ａ間の空隙４ｂが第２フィン５ａ間の空隙５ｂよりも大きい態様であれば、特に限定されない。前記態様であれば、第１放熱フィン群４による圧力損失を低減できるので第２放熱フィン群５を通り抜ける冷却風の風量及び風速の低下を抑えることができ、また、第１放熱フィン群４の第１フィン４ａの枚数を減らせることで第１放熱フィン群４を通り抜けた冷却風の温度上昇を抑制できるためである。
　図２に示すように、第１実施形態例に係る冷却装置１では、第１放熱フィン群４と第２放熱フィン群５のフィンピッチが整数倍の関係（図２では、第１放熱フィン群４と第２放熱フィン群５のフィンピッチは２：１）に配置されている。さらに、第１放熱フィン群４と第２放熱フィン群５のフィンピッチの位相が揃っている。つまり、それぞれの第１フィン４ａの同一平面上には第２放熱フィン群５の第２フィン５ａが配置されており、さらに第１フィン４ａ間の空隙４ｂ幅の中間に相当する部位に、さらに１枚の第２フィン５ａが配置されている。このようなフィン配置とすることで、第２フィン５ａが、第１放熱フィン群４中を図面左から右に通り抜けた冷却風７の障壁となるのを防止し、冷却風７の風量及び風速が第２フィン５ａの圧力を受けて損失するのを抑えることができる。従って、第１放熱フィン群４中を通り抜けた冷却風７は、風下側に設けられた第２放熱フィン群５中に円滑に流れる構成となっている。
　また、例えば、図３に示すように、第１放熱フィン群４と第２放熱フィン群５のフィンピッチを整数倍ではない関係（図３では第１放熱フィン群４と第２放熱フィン群５のフィンピッチは３：２）にしても、第２放熱フィン群５を抜ける冷却風７の風量及び風速の低下を抑えることができる。この態様は、第１放熱フィン群４と第２放熱フィン群５のフィンピッチの位相は揃っていない。つまり、第１フィン４ａの同一平面上に第２フィン５ａが配置されている構成と第１フィン４ａの同一平面上に第２フィン５ａが配置されていない構成が、交互に並んでいる。従って、図３のフィン配置の場合、第２放熱フィン群中に、冷却風７が円滑に流れる箇所と、第２フィンが障害となって冷却風７が流れにくい箇所とが生じる。
　上記した第１フィン４ａと第２フィン５ａの配置関係のうち、第１放熱フィン群４中を通り抜けた冷却風７が第２フィン５ａによる圧力を受けて、第２放熱フィン群５中において風量及び風速が損失するのを防止する点で、第１放熱フィン群４と第２放熱フィン群５のフィンピッチが整数倍の関係でフィンピッチの位相が揃っている図２の配置が好ましい。
　次に、図４を用いて、第１実施形態例に係る冷却装置１の受熱ブロック温度と従来例の冷却装置４１の受熱ブロック温度について説明する。なお、受熱ブロック温度は数値解析で求めたものである。数値解析に用いる第１実施形態例に係る冷却装置１の構成は、上記した構成と同じである。一方、従来例の冷却装置４１の構成は、フィン４４ａの長さは第１フィン４ａの長さと第２フィン５ａの長さと放熱フィン群間空隙８の幅を足したものとし、放熱フィン群４４のフィンピッチは第２放熱フィン群５のフィンピッチと同一とした以外は、数値解析に用いる冷却装置１と同じ構成である。各発熱素子５０－１、５０－２、５０－３、４５０－１、４５０－２、４５０－３からは均等に発熱して合計１１０００Ｗの熱量が受熱ブロック２、４２にそれぞれ入熱し、また、第１放熱フィン群４及び放熱フィン群４４の前面に当る冷却風はいずれも２０℃、風速５．８ｍ／ｓとした条件にて数値解析をおこなった。
　図４に示すように、冷却装置１の受熱ブロック風上部の温度については従来例の冷却装置４１よりも若干上昇するものの、受熱ブロック中央部の温度は従来例と同等であり、受熱ブロック風下部の温度は従来例よりも低下している。このため、第１実施形態例の冷却装置１は、総重量を低減させつつ、風下側の冷却能力が向上して冷却能力の均一化を図ることができる。
　次に、図５を用いて、第１実施形態例に係る冷却装置１の放熱フィン群間空隙８の位置決め法について説明する。なお、図５の線グラフは、従来例の冷却装置４１の放熱フィン群４４から適宜選択したフィン４４ａ表面の温度分布であり、図５中、「フィン先端」とは、冷却風の風上側に対向した側のフィンの端部を意味する。放熱フィン群間空隙８の位置、すなわち第１フィン４ａの長さと第２フィン５ａの長さの割合は、特に限定されず適宜選択できるが、風下側の冷却能力を向上させる点から、下記のように、フィン表面の温度分布に基づいて決定するのが好ましい。
　図５に示すように、従来例である一枚板のフィン４４ａの表面温度は、冷却風の風上側から風下側へと移るにつれて上昇していく。そして、放熱フィン群間空隙８は、フィン４４ａ表面の最小温度と最大温度の中間の温度を示す位置に設ける。すなわち、フィン４４ａ表面の温度差ΔＴを等分に分割できる温度差ΔＴ／２の位置にてフィン４４ａが分割されて第１放熱フィン群４と第２放熱フィン群５が形成されるように、放熱フィン群間空隙８を位置づける。このように、中間温度を示す位置に放熱フィン群間空隙８を設けると、フィンの表面温度が近い領域ごとに２つの放熱フィン群を形成できる。従って、十分な冷却能力を有する第１放熱フィン群４のフィンピッチを放熱フィン群４４よりも大きくできることで、第２放熱フィン群５中を通り抜ける冷却風の風量及び風速の低下を抑えることができる。また、第１フィン４ａの枚数を減らせることで、第１放熱フィン群４における冷却風の温度上昇を低減でき、より温度の低い冷却風を第２放熱フィン群５に供給できる。さらに、第１フィン４ａの枚数を減らせるので、冷却装置１の重量を抑制できる。
　また、図５の線グラフに示すように、フィン４４ａ表面の温度分布は風上側に近いほど急激に低下しており、温度分布とフィン先端からの距離との関係は直線状ではない。従って、フィン４４ａ表面の温度差ΔＴを等分に分割できる温度差ΔＴ／２の位置に放熱フィン群間空隙８を設けると、第２放熱フィン群５の第２フィン５ａの長さは、第１放熱フィン群４の第１フィン４ａの長さよりも長くなる。
　次に、本発明の第３実施形態例に係る冷却装置について、図面を用いながら説明する。第１実施形態例の冷却装置１には２つの放熱フィン群が設けられていたが、これに代えて、図６に示すように、本発明の第３実施形態例に係る冷却装置２１は、３つの放熱フィン群が設けられている。第３実施形態例に係る冷却装置２１は、平板状の受熱ブロック２２と、受熱ブロック２２の表面に鉛直方向に取り付けられた側面視Ｕ字状のヒートパイプ２３と、ヒートパイプ２３に取り付けられた第１放熱フィン群２４、第２放熱フィン群２５及び第３放熱フィン群２６とを備えている。第１放熱フィン群２４は、複数枚（図６では９枚）の第１フィン２４ａからなる。第２放熱フィン群２５は、複数枚（図６では１７枚）の第２フィン２５ａからなる。第３放熱フィン群２６は、複数枚（図６では３３枚）の第３フィン２６ａからなる。すなわち、冷却装置２１の第２フィン２５ａの枚数は、冷却装置１の第１フィン４ａの枚数と同じであり、冷却装置２１の第３フィン２６ａの枚数は、冷却装置１の第２フィン５ａの枚数と同じである。第１フィン２４ａ、第２フィン２５ａ、第３フィン２６ａは、いずれも矩形の薄板である。そして、第１放熱フィン群２４と第２放熱フィン群２５の間に放熱フィン群間空隙２８－１が、第２放熱フィン群２５と第３放熱フィン群２６の間に放熱フィン群間空隙２８－２が形成されている。
　また、ヒートパイプ２３が取り付けられていない側の受熱ブロック２２裏面に、被冷却体である発熱素子が、風上側から順に２５０－１、２５０－２、２５０－３と熱的に接続されている。
　第１フィン２４ａ、第２フィン２５ａ及び第３フィン２６ａの配置関係は、第１フィン２４ａ間の空隙２４ｂが第２フィン２５ａ間の空隙２５ｂよりも大きく、第２フィン２５ａ間の空隙２５ｂが第３フィン２６ａ間の空隙２６ｂよりも大きい態様であれば特に限定されない。前記態様であれば、第１放熱フィン群２４による圧力損失を低減できるので第２放熱フィン群２５を通り抜ける冷却風の風量・風速の低下を抑えることができ、また第１フィン２４ａの枚数が減って第１放熱フィン群２４を通り抜けた冷却風の温度上昇を抑制できるとともに、さらに、第２放熱フィン群４による圧力損失を低減できるので第３放熱フィン群２６を通り抜ける冷却風の風量・風速の低下を抑えることができ、また第２フィン２５ａの枚数が減って第２放熱フィン群２５を通り抜けた冷却風の温度上昇を抑制できるためである。図６に示すように、第３実施形態例に係る冷却装置２１では、第１放熱フィン群２４と第２放熱フィン群２５のフィンピッチが整数倍の関係、かつ第２放熱フィン群２５と第３放熱フィン群２６のフィンピッチが整数倍の関係（図６では、第１放熱フィン群２４、第２放熱フィン群２５、第３放熱フィン群２６のフィンピッチは４：２：１）に配置されている。また、第１放熱フィン群２４、第２放熱フィン群２５及び第３放熱フィン群２６のフィンピッチの位相が揃っている。つまり、それぞれの第１フィン２４ａの同一平面上には第２放熱フィン群２５の第２フィン２５ａ及び第３放熱フィン２６群の第３フィン２６ａが配置され、さらに第１フィン２４ａ間の空隙２４ｂ幅を２等分する部位に第２フィン２５ａが、第１フィン２４ａ間の空隙２４ｂ幅を４等分する部位に第３フィン２６ａが配置されている。
　このように、冷却装置１と同様のフィン配置とすることで、第２フィン２５ａ、第３フィン２６ａが、冷却風の流れの障壁となるのを防止し、冷却風の風量及び風速が第２フィン２５ａ、第３フィン２６ａの圧力を受けて損失するのを抑えることができる。従って、第１放熱フィン群２４中を通り抜けた冷却風が、第１放熱フィン群２４の風下側に配置された第２放熱フィン群２５中及び第２放熱フィン群２５の風下側に配置された第３放熱フィン群２６中に、円滑に流れて風下側の冷却能力がより向上する構成となっている。
　次に、本発明の第２実施形態例に係る冷却装置について、図面を用いながら説明する。第１実施形態例の冷却装置１は、受熱ブロックに対し鉛直方向に立設されたヒートパイプへ受熱ブロックと平行状に取り付けられたフィンが、２つの放熱フィン群を形成していたが、これに代えて、図７、図８に示すように、本発明の第２実施形態例に係る冷却装置３１は、受熱ブロックに対して鉛直方向に立設された複数のフィンが、３つの放熱フィン群を形成しているヒートシンクである。第２実施形態例に係る冷却装置３１は、平板状の受熱ブロック３２と、受熱ブロック３２表面に取り付けられた第１放熱フィン群３４、第２放熱フィン群３５及び第３放熱フィン群３６とを備えている。
　図８（ａ）に示すように、第１放熱フィン群３４は、複数枚（図８（ａ）では６枚）の第１フィン３４ａが平板状の底面部３４ｃに立設された構造となっている。いずれの第１フィン３４ａも底面部３４ｃに対して鉛直方向であって冷却風の流れ方向に対して第１フィン３４ａ表面が平行となるよう設けられ、そのフィンピッチは等間隔である。図８（ｂ）に示すように、第２放熱フィン群３５は、複数枚（図８（ｂ）では１１枚）の第２フィン３５ａが平板状の底面部３５ｃに立設された構造となっている。いずれの第２フィン３５ａも底面部３５ｃに対して鉛直方向であって冷却風の流れ方向に対して第２フィン３５ａ表面が平行となるように設けられ、そのフィンピッチは等間隔である。図８（ｃ）に示すように、第３放熱フィン群３６は、複数枚（図８（ｃ）では２１枚）の第３フィン３６ａが平板状の底面部３６ｃに立設された構造となっている。いずれの第３フィン３６ａも底面部３６ｃに対して鉛直方向であって冷却風の流れ方向に対して第３フィン３６ａ表面が平行となるように設けられ、そのフィンピッチは等間隔である。底面部３４ｃ、３５ｃ、３６ｃが受熱ブロック３２と熱的に接続されることで、第１放熱フィン群３４、第２放熱フィン群３５、第３放熱フィン群３６は受熱ブロック３２と熱的に接続される。
　第２実施形態例に係る冷却装置３１では、フィンが設けられていない受熱ブロック３２裏面に、被冷却体である発熱素子が、冷却風の風上側から順に３５０－１、３５０－２、３５０－３と熱的に接続されている。
　第１フィン３４ａ、第２フィン３５ａ及び第３フィン３６ａの配置関係は、第１フィン３４ａ間の空隙３４ｂが第２フィン３５ａ間の空隙３５ｂよりも大きく、第２フィン３５ａ間の空隙３５ｂが第３フィン３６ａ間の空隙３６ｂよりも大きい態様であれば特に限定されない。前記態様であれば、第２放熱フィン群３５及び第３放熱フィン群３６を通り抜ける冷却風の風量及び風速の低下を抑えることができ、また第１フィン３４ａ及び第２フィン３５ａの枚数が減って第１放熱フィン群３４及び第２放熱フィン群３５を通り抜けた冷却風の温度上昇を抑制できるためである。図８に示すように、第２実施形態例に係る冷却装置３１は、第３実施形態例の冷却装置２１と同様に、第１放熱フィン群３４と第２放熱フィン群３５のフィンピッチが整数倍の関係、かつ第２放熱フィン群３５と第３放熱フィン群３６のフィンピッチが整数倍の関係（図８では、第１放熱フィン群３４、第２放熱フィン群３５、第３放熱フィン群３６のフィンピッチは４：２：１）に配置されている。また、第１放熱フィン群３４、第２放熱フィン群３５及び第３放熱フィン群３６のフィンピッチの位相が揃っている。つまり、それぞれの第１フィン３４ａの同一平面上には第２放熱フィン群３５の第２フィン３５ａ及び第３放熱フィン３６群の第３フィン３６ａが配置され、さらに第１フィン３４ａ間の空隙３４ｂ幅を２等分する部位に第２フィン３５ａが、第１フィン３４ａ間の空隙３４ｂ幅を４等分する部位に第３フィン３６ａが配置されている。
　このように、冷却装置２１と同様のフィン配置とすることで、第１放熱フィン群３４中を通り抜けた冷却風が、第１放熱フィン群３４の風下側に配置された第２放熱フィン群３５中及び第２放熱フィン群３５の風下側に配置された第３放熱フィン群３６中に、円滑に流れる構成となっている。
　上記第２実施形態例に係る冷却装置３１は、冷却風の風量・風速の低下と冷却風の流れの乱れを防止するために、第１放熱フィン群３４と第２放熱フィン群３５とが接することで放熱フィン群境界部３８－１が形成され、第２放熱フィン群３５と第３放熱フィン群３６とが接することで放熱フィン群境界部３８－２が形成されている。放熱フィン群境界部３８－１、３８－２は、必要に応じて、第３実施形態例の冷却装置２１のように、適宜隣接する放熱フィン群を離して放熱フィン群間空隙としてもよい。
　次に、図９を用いて、第３実施形態例に係る冷却装置２１の受熱ブロック温度と従来例の冷却装置４１の受熱ブロック温度について説明する。なお、受熱ブロック温度は、図４と同様の条件にて、数値解析で求めたものである。すなわち、数値解析に用いる第３実施形態例に係る冷却装置２１の構成は、上記した構成と同様である。従来例の冷却装置４１の構成は、フィン４４ａの長さは、第１フィン２４ａの長さ、第２フィン２５ａの長さ、第３フィン２６ａの長さ及び放熱フィン群間空隙２８－１、２８－２の幅をそれぞれ合算したものとし、放熱フィン群４４のフィンピッチは第３放熱フィン群２６と同一とした以外は、数値解析に用いる冷却装置２１と同じ構成とした。各発熱素子２５０－１、２５０－２、２５０－３、４５０－１、４５０－２、４５０－３からは均等に発熱して合計１１０００Ｗの熱量が受熱ブロック２２、４２にそれぞれ入熱し、また、第１放熱フィン群２４、放熱フィン群４４の前面に当る冷却風は２０℃、風速５．８ｍ／ｓとした条件にて数値解析をおこなった。なお、図９には、比較のため図４で示した冷却装置１のデータも併せて表示した。
　図９に示すように、冷却装置２１の受熱ブロック風上部の温度については、従来例の冷却装置４１よりも上昇するものの、受熱ブロック中央部の温度は従来例とほぼ同等であり、受熱ブロック風下部の温度は従来例よりも低下している。また、第３実施形態例の冷却装置２１は、第１実施形態例の冷却装置１と比較して受熱ブロック風下部の温度がより低下している。このため、第３実施形態例の冷却装置２１は、相互にフィンピッチの相違する放熱フィン群を３つに増やすことで、冷却装置１よりも風下側の冷却能力が一層向上してより冷却能力の均一化を図ることができ、総重量もさらに低減させることができる。
　次に、図１０を用いて、第３実施形態例に係る冷却装置２１の放熱フィン群間空隙２８－１、２８－２の位置決め法及び、第２実施形態例に係る冷却装置３１の放熱フィン群境界部３８－１、３８－２の位置決め法について説明する。なお、図１０の線グラフは、従来例の冷却装置４１の放熱フィン群４４から適宜選択したフィン４４ａ表面の温度分布であり、図１０中、「フィン先端」とは、冷却風の風上側に対向した側のフィンの端部を意味する。
　放熱フィン群間空隙２８－１、２８－２の位置及び放熱フィン群境界部３８－１、３８－２の位置は、特に限定されず適宜選択できるが、風下側の冷却能力を向上させる点から、第１実施形態例の冷却装置１と同様に、フィン表面の温度分布に基づいて決定するのが好ましい。すなわち、従来例に係る一枚板のフィン４４ａ表面の温度差ΔＴを３等分に分割できる温度差ΔＴ／３の位置でフィン４４ａが分割されて第１放熱フィン群２４、３４、第２放熱フィン群２５、３５、第３放熱フィン群２６、３６が形成されるように、放熱フィン群間空隙２８－１、２８－２または放熱フィン群境界部３８－１、３８－２を位置づける。このように、温度差ΔＴ／３を示す位置に放熱フィン群間空隙２８－１、２８－２または放熱フィン群境界部３８－１、３８－２を設けると、フィンの表面温度が近い領域ごとに３つの放熱フィン群を形成できる。従って、十分な冷却能力を有する第１放熱フィン群２４、３４、第２放熱フィン群２５、３５のフィンピッチを放熱フィン群４４のフィンピッチよりも大きくでき、加えて第１放熱フィン群２４、３４のフィンピッチを冷却装置１の第１放熱フィン群４のフィンピッチよりも大きくできることで、第３放熱フィン群２６、３６中を通り抜ける冷却風の風量及び風速の低下をより一層抑えることができる。また、第１放熱フィン群２４、３４中を通り抜ける冷却風の風速が大きいので、第１放熱フィン群２４、３４における冷却風の温度上昇をより低減でき、冷却装置１よりも温度の低い冷却風を第２放熱フィン群２５、３５及び第３放熱フィン群２６、３６に供給できる。さらに、第１フィン２４ａ、３４ａの枚数を減らせるので冷却装置２１、３１の重量をさらに抑制できる。
　このとき、第１実施形態例の冷却装置１と同様の理由から、フィン４４ａ表面の温度差ΔＴを３等分に分割できる温度差ΔＴ／３の位置に放熱フィン群間空隙２８－１、２８－２または放熱フィン群境界部３８－１、３８－２を設けると、第２放熱フィン群２５、３５の第２フィン２５ａ、３５ａの長さは、第１放熱フィン群２４、３４の第１フィン２４ａ、３４ａの長さよりも長くなり、第３放熱フィン群２６、３６の第３フィン２６ａ、３６ａの長さは、第２放熱フィン群２５、３５の第２フィン２５ａ、３５ａの長さよりも長くなる。
　次に、本発明の冷却装置の使用方法を説明する。ここでは、本発明の上記実施形態例に係る冷却装置１、２１、３１が、移動体（例えば鉄道車両）に搭載した電気部品（例えば電力変換装置）を冷却する使用方法を例にとって説明する。鉄道車両の床下面には外部と遮断された電力制御用の筐体が固定され、筐体内には電力変換装置等、電力を制御するための各種電気部品が格納されている。これら電気部品は稼動時に発熱し、そのまま発熱を放置すると昇温して正常な作動ができなくなるばかりか、最悪の場合には素子が熱により破壊される可能性がある。そこで、これら電気部品を冷却する必要がある。
　冷却装置１、２１、３１の受熱ブロック２、２２、３２裏面側に前記電気部品（以下、発熱素子という）を当接させて受熱ブロック２、２２、３２と熱的に接続する。発熱素子が格納された筐体内には、冷却装置１、２１、３１に冷却風を供給するためのファンが設置されている。フィンピッチの大きい第１放熱フィン群４、２４、３４を冷却風の風上側に向け、ファンからの冷却風が、第１放熱フィン群４、２４、３４中から、フィンピッチの小さい第２放熱フィン群５、２５、３５中へ、冷却装置２１、３１の場合、さらに最もフィンピッチの小さい第３放熱フィン群２６、３６中へと順次通り抜けるように冷却装置１、２１、３１を設置する。すなわち、ファンから送風された冷却風の流れ方向は、受熱ブロック２、２２、３２表面に対して平行状となっている。
　冷却装置１、２１の場合、発熱素子から放出される熱は、まず、発熱素子と熱的に接続された受熱ブロック２、２２に広がっていき、受熱ブロック２、２２に広がった熱は、受熱ブロック２、２２に埋め込まれたヒートパイプ３、２３の底部、すなわち加熱部に伝達される。すると、ヒートパイプ３、２３の熱輸送系が作動し、加熱部に吸収された熱は、加熱部から延びているヒートパイプ３、２３の冷却部を介して、ファンから送風された冷却風の流れを受けている放熱フィン群へと伝達され、放熱フィン群から外部環境へと放出される。一方、ヒートパイプを備えていない冷却装置３１の場合、発熱素子から放出される熱は、発熱素子と熱的に接続された受熱ブロック３２に広がっていき、受熱ブロック３２に広がった熱は、ファンから送風された冷却風の流れを受けている放熱フィン群へと伝達され、放熱フィン群から外部環境へと放出される。
　このように、放熱フィン群のフィンピッチは、冷却風の風上側から風下側へと順次小さくなっているので、風上側放熱フィン群中の通風量及び風速の低下を抑えることで風下側の冷却能力が向上する。このため、例えば鉄道車両の電力変換装置を冷却するために冷却装置を大きくしても、風上側から遠い発熱部も確実に冷却できる。なお、上記使用方法例では、冷却風はファンから供給されていたが、冷却装置１、２１、３１を筐体外に置く場合には、ファンを設置せずに走行風を冷却風に用いてもよい。
　次に、本発明の冷却装置の製造方法例を説明する。第１実施形態例の冷却装置１及び第３実施形態例の冷却装置２１では、まず、受熱ブロック２、２２表面に、側面視Ｕ字状のヒートパイプ３、２３の底部を埋め込むことで受熱ブロック２、２２に複数のヒートパイプ３、２３を配置、固定する。フィン４ａ、５ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａには、ヒートパイプ３、２３のパイプの断面形状に対応した形状の孔部（図示せず）が、ヒートパイプ３、２３の配置に対応した位置に設けられているので、次に、受熱ブロック２、２２に固定されたヒートパイプ３、２３のうち風上側に位置する所定のヒートパイプ３、２３に、第１フィン４ａ、２４ａの孔部を嵌めて所定枚数の第１フィン４ａ、２４ａを備える第１放熱フィン群４、２４を作製する。そして、その風下側に位置する所定のヒートパイプ３、２３に、第２フィン５ａ、２５ａの孔部を嵌めて所定枚数の第２フィン５ａ、２５ａを備える第２放熱フィン群５、２５を作製する。冷却装置２１の場合には、さらに風下側に位置する所定のヒートパイプ２３に、第３フィン２６ａの孔部を嵌めて所定枚数の第３フィン２６ａを備える第３放熱フィン群２６を作製する。このように、受熱ブロック２、２２へ固定されたヒートパイプ３、２３にフィン４ａ、５ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａを取り付けることで本発明の冷却装置を製造する。
　第２実施形態例の冷却装置３１は、図８（ａ）に示す第１放熱フィン群３４、同図（ｂ）に示す第２放熱フィン群３５及び同図（ｃ）に示す第３放熱フィン群３６を、金型を用いた押出成形にてそれぞれ作製する。そして、受熱ブロック３２表面に、冷却風の風上側から第１放熱フィン群３４、第２放熱フィン群３５、第３放熱フィン群３６の順に、各放熱フィン群を固定する。固定手段は慣用手段でよく、例えば、底面部３４ｃ、３５ｃ、３６ｃを受熱ブロック３２表面にビス留めする手段等がある。
　次に、本発明のその他の実施態様例について説明する。上記各実施形態例では、放熱フィン群が２～３つ設置されていたが、冷却条件等に応じて、４つ以上設置してもよい。上記各実施形態例では、放熱フィン群中のフィンは等間隔に配置されていたが、フィンの間隔に適宜変化を設けてもよい。風上側放熱フィン群のフィン間の空隙が風下側放熱フィン群のフィン間の空隙よりも広い態様であれば、フィンの間隔が等間隔でなくとも風下側の冷却能力を向上させる作用を奏する。上記各実施形態例では、側面視Ｕ字状のヒートパイプを用いたが、これに代えて、側面視Ｌ字状などを用いてもよい。
　また、上記第１、第３実施形態例ではヒートパイプは受熱ブロック表面に対して鉛直方向に立設されていたが、これに代えて、ヒートパイプを受熱ブロック表面に対して適宜傾斜をつけて立設してもよい。例えば、特許文献１のように、受熱ブロックを垂直に設置する場合、ヒートパイプの冷却部が加熱部よりも高い位置となるように、受熱ブロック表面の鉛直方向に対して所定角度（例えば５～１０°）の傾斜をつけてヒートパイプを設置してもよい。このように、ヒートパイプに所定の傾斜をつけることで、ヒートパイプの熱輸送量の低下を防止できる。
　また、上記第１、第３実施形態例では、受熱ブロックにヒートパイプを立設したが、これに代えて、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、受熱ブロックに伝熱ブロックを立設した冷却装置１１としてもよい。すなわち、冷却装置１１では、受熱ブロック１２に、熱伝導性に優れた金属材料（例えば、アルミニウム）からなる柱状（例えば円柱状）の伝熱ブロック１３が、受熱ブロック１２表面に対して鉛直方向に複数立設されている。所定位置の伝熱ブロック１３に、第１フィン１４ａが、受熱ブロック１２表面に対して平行方向に複数取り付けられて第１放熱フィン群１４が形成される。また、所定位置の伝熱ブロック１３に、第２フィン１５ａが、受熱ブロック１２表面に対して平行方向に複数取り付けられて第２放熱フィン群１５が形成される。この態様では、発熱素子１５０－１、１５０－２、１５０－３から放出され受熱ブロック１２へ吸収された熱は、伝熱ブロック１３を介して第１フィン１４ａと第２フィン１５ａへ伝達され、第１フィン１４ａと第２フィン１５ａから外部環境へ放出される。このように、ヒートパイプに代えて熱伝導性に優れた柱状の金属材料を用いても冷却能力が向上する。
　また、上記第１、第３実施形態例では、受熱ブロック表面に鉛直方向にヒートパイプを立設したが、これに代えて、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、受熱ブロック側面にヒートパイプを取り付けてもよい。すなわち、冷却装置１′では、受熱ブロック２′の側面に、該側面から外側へ延出した曲部と、該曲部から受熱ブロック２′の表面上側方向へ受熱ブロック２′表面に対し平行方向に延びた直線部とを有する正面視Ｊ字状のヒートパイプ３′が複数設けられている。所定位置のヒートパイプ３′に、第１フィン４ａ′が、受熱ブロック２′表面に対して鉛直方向に複数取り付けられて第１放熱フィン群４′が形成される。また、所定位置のヒートパイプ３′に、第２フィン５ａ′が、受熱ブロック２′表面に対して鉛直方向に複数取り付けられて第２放熱フィン群５′が形成される。この態様では、発熱素子５０′－１、５０′－２、５０′－３から放出され受熱ブロック２′へ吸収された熱は、ヒートパイプ３′を介して第１フィン４ａ′と第２フィン５ａ′へ伝達され、第１フィン４ａ′と第２フィン５ａ′から外部環境へ放出される。また、上記冷却装置１′では、図１２（ａ）に示すように、第１フィン４ａ′と第２フィン５ａ′は、いずれも受熱ブロック２′の表面に接触していない態様であるが、これに代えて、第１フィン４ａ′と第２フィン５ａ′の全てまたは一部が受熱ブロック２′の表面に接触した態様としてもよい。第１フィン４ａ′と第２フィン５ａ′を受熱ブロック２′の表面に接触させることにより、熱は、ヒートパイプ３′を介して第１フィン４ａ′と第２フィン５ａ′へ伝達されるのに加えて、受熱ブロック２′から直接第１フィン４ａ′と第２フィン５ａ′へ伝達される。
　また、第２実施形態例では、各放熱フィン群は、複数枚のフィンを平板状の底面部に立設した構造であり、この底面部が受熱ブロックと直接接触していたが、これに代えて、図１３に示すように、フィンを受熱ブロック表面に直接立設させることでフィンと受熱ブロックを熱的に接続した冷却装置３１′としてもよい。すなわち、冷却装置３１′では、第１放熱フィン群３４′の第１フィン３４ａ′、第２放熱フィン群３５′の第２フィン３５ａ′は、受熱ブロック３２′表面に直接設けられている。第１フィン３４ａ′及び第２フィン３５ａ′の受熱ブロック３２′への固定方法は、特に限定されない。例えば、受熱ブロック３２′表面に第１フィン３４ａ′及び第２フィン３５ａ′嵌め込み用の溝を形成し、この溝に第１フィン３４ａ′及び第２フィン３５ａ′を嵌め込み、各フィン両側の受熱ブロック３２′表面を押圧治具で押圧し、かしめて固定する方法が挙げられる。この態様では、発熱素子３５０′－１、３５０′－２、３５０′－３から放出され受熱ブロック３２′へ吸収された熱は、受熱ブロック３２′と直接接触した第１フィン３４ａ′及び第２フィン３５ａ′へ伝達され、第１フィン３４ａ′と第２フィン３５ａ′から外部環境へ放出される。
　風上側放熱フィン群による冷却風の圧力損失が抑えられて風下側の冷却能力が向上することで、受熱ブロック全域について冷却能力の均一化を図ることができるので、大型の冷却装置、例えば、鉄道車両に搭載した電力変換装置等の発熱体を強制空冷で冷却する冷却装置などの分野で利用価値が高い。
　１、１１、２１、３１　　　　　　冷却装置
　１′、３１′　　　　　　　　　　冷却装置
　２、１２、２２、３２　　　　　　受熱ブロック
　２′、３２′　　　　　　　　　　受熱ブロック
　３、２３　　　　　　　　　　　　ヒートパイプ
　３′　　　　　　　　　　　　　　ヒートパイプ
　４、１４、２４、３４　　　　　　第１放熱フィン群
　４′、３４′　　　　　　　　　　第１放熱フィン群
　４ａ、１４ａ、２４ａ、３４ａ　　第１フィン
　４ａ′、３４ａ′　　　　　　　　第１フィン
　５、１５、２５、３５　　　　　　第２放熱フィン群
　５′、３５′　　　　　　　　　　第２放熱フィン群
　５ａ、２５ａ、３５ａ　　　　　　第２フィン
　５ａ′、３５ａ′　　　　　　　　第２フィン
　２６、３６　　　　　　　　　　　第３放熱フィン群
　２６ａ、３６ａ　　　　　　　　　第３フィン

Claims (7)

  1. 　発熱素子に熱的に接続された受熱ブロックと、前記受熱ブロックに熱的に接続されたフィンを複数有する放熱フィン群とを備え、前記受熱ブロックと平行な方向に冷却風の流れが設定された冷却装置であって、
    　前記放熱フィン群が、前記冷却風の流れ方向に沿って複数縦列配置され、前記複数の放熱フィン群のうち、前記冷却風の風上側に配置された放熱フィン群のフィンピッチが、前記冷却風の風下側に配置された放熱フィン群のフィンピッチよりも大きいことを特徴とする冷却装置。
  2. 　発熱素子に熱的に接続された受熱ブロックと、前記受熱ブロックの表面に立設されたフィンを複数有する放熱フィン群とを備え、前記受熱ブロックと平行な方向に冷却風の流れが設定された冷却装置であって、
    　前記放熱フィン群が、前記冷却風の流れ方向に沿って複数縦列配置され、前記複数の放熱フィン群のうち、前記冷却風の風上側に配置された放熱フィン群のフィンピッチが、前記冷却風の風下側に配置された放熱フィン群のフィンピッチよりも大きいことを特徴とする冷却装置。
  3. 　発熱素子に熱的に接続された受熱ブロックと、前記受熱ブロックの表面に立設された複数のヒートパイプと、前記ヒートパイプへ取り付けられたフィンを複数有する放熱フィン群とを備え、前記受熱ブロックと平行な方向に冷却風の流れが設定された冷却装置であって、
    　前記放熱フィン群が、前記冷却風の流れ方向に沿って複数縦列配置され、前記複数の放熱フィン群のうち、前記冷却風の風上側に配置された放熱フィン群のフィンピッチが、前記冷却風の風下側に配置された放熱フィン群のフィンピッチよりも大きいことを特徴とする冷却装置。
  4. 　前記風上側に配置された放熱フィン群のフィンピッチが、前記風下側に配置された放熱フィン群のフィンピッチの整数倍であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の冷却装置。
  5. 　前記風上側に配置された放熱フィン群のフィンの長さが、前記風下側に配置された放熱フィン群のフィンの長さよりも短いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の冷却装置。
  6. 　前記ヒートパイプが、側面視Ｕ字状またはＬ字状であることを特徴とする請求項３に記載の冷却装置。
  7. 　前記放熱フィン群の風上側と風下側のフィン表面温度差が、それぞれの放熱フィン群で同じである請求項１乃至３のいずれか１項に記載の冷却装置。
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