JP2023014658A - Cooling device and cooling system - Google Patents
Cooling device and cooling system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023014658A JP2023014658A JP2021118727A JP2021118727A JP2023014658A JP 2023014658 A JP2023014658 A JP 2023014658A JP 2021118727 A JP2021118727 A JP 2021118727A JP 2021118727 A JP2021118727 A JP 2021118727A JP 2023014658 A JP2023014658 A JP 2023014658A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fins
- heat
- fin
- width
- cooling
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
Description
本開示は、冷却装置及び冷却装置を用いた冷却システムに関する。 The present disclosure relates to cooling devices and cooling systems using cooling devices.
特許文献1には、コンピュータ等の電子機器、電力機器、変電用機器、又は車両用電源装置等に用いられる半導体素子を、空気を用いて冷却するための自冷式の素子冷却装置が記載されている。従来の素子冷却装置は、冷却対象の素子の発熱を受ける受熱ブロックと、受熱ブロックに接続される複数のヒートパイプと、ヒートパイプに装着される複数の放熱フィンとを備える。複数の放熱フィンの各々は、中央部分、空気流入する流入部分、及び空気を流出する流出部分を備える。中央部分は、複数のヒートパイプに対して圧入等により装着される。流入部分は、空気の流れに沿って中央部分よりも上流に位置する。流出部分は、空気の流れに沿って中央部分よりも下流に位置する。放熱フィンの各部分の形状は、略長方形である。
従来の素子冷却装置は、自然対流により放熱フィン間に空気が流れることによって、外気への放熱が行われる。従って、放熱の効率を高めるためには、放熱フィン周囲に空気の吸入経路となる空間が必要である。一方、複数の素子冷却装置を用いた冷却システムでは、冷却システムを小型化のため隣接する素子冷却装置間の距離を縮める場合がある。また、素子冷却装置に隣接して他の部品を配置することもある。このように、放熱フィンへの空気の流入を妨げる遮蔽物などが存在する場合、放熱フィン間へ空気が流入する流路面積が減少したり、あるいは放熱フィン近傍への通風経路が減少する。このため、従来の素子冷却装置は、放熱フィン間に流れる空気の風量の減少に伴い、放熱性能が低下するという問題がある。 In the conventional element cooling device, heat is radiated to the outside air by air flowing between the heat radiating fins due to natural convection. Therefore, in order to improve the efficiency of heat dissipation, a space that serves as an air intake path is required around the heat dissipation fins. On the other hand, in a cooling system using a plurality of element cooling devices, the distance between adjacent element cooling devices may be shortened in order to downsize the cooling system. Also, other parts may be arranged adjacent to the element cooling device. In this way, when there is a shield or the like that prevents the air from flowing into the heat radiating fins, the area of the flow path for the air to flow between the heat radiating fins is reduced, or the ventilation path to the vicinity of the heat radiating fins is reduced. For this reason, the conventional element cooling device has a problem that the heat dissipation performance deteriorates as the amount of air flowing between the heat dissipation fins decreases.
本開示の一態様に係る冷却装置は、発熱体からの熱を受ける受熱部と、複数のフィンと、前記受熱部から上方に伸びる柱状の形状を有し、前記受熱部と前記複数のフィンとの間で熱を輸送する熱輸送部と、を備え、前記複数のフィンの各々は、前記熱輸送部が挿通される貫通孔を有する長尺状の板であり、互いに間隔を空けて前記熱輸送部に固定され、前記熱輸送部に固定される固定箇所よりも下方に位置する第1端部を有し、前記第1端部のフィンの幅は、前記熱輸送部の中心軸とフィンの上面を含む面との交点におけるフィンの幅よりも狭い。 A cooling device according to an aspect of the present disclosure has a heat receiving portion that receives heat from a heat generating body, a plurality of fins, and a columnar shape extending upward from the heat receiving portion, and the heat receiving portion and the plurality of fins each of the plurality of fins is an elongated plate having a through-hole through which the heat transporting portion is inserted, and the heat transporting portion is spaced apart from each other; It is fixed to the transport section and has a first end located below a fixing point fixed to the heat transport section, and the width of the fin at the first end is equal to the central axis of the heat transport section and the fin. narrower than the width of the fin at its intersection with the plane containing the top surface of the fin.
本開示の他の態様に係る冷却装置は、発熱体からの熱を受ける受熱部と、複数のフィンと、前記受熱部から上方に伸びる柱状の形状を有し、前記受熱部と前記複数のフィンとの間で熱を輸送する熱輸送部と、を備え、前記複数のフィンの各々は、長尺状の板であり、
互いに間隔を空けて前記熱輸送部に固定され、前記熱輸送部が挿通される貫通孔を備え、前記熱輸送部に固定される固定箇所を有する第1部分と、第1端部と、前記第1端部とは反対側に位置する第2端部とを有する第2部分とを備え、前記第2部分は、前記第2端部において前記第1部分と連なり、前記第1部分に対して下方に傾斜し、前記第1端部のフィンの幅は、前記第2端部のフィンの幅よりも狭い。
A cooling device according to another aspect of the present disclosure includes a heat receiving portion that receives heat from a heat generating body, a plurality of fins, and a columnar shape extending upward from the heat receiving portion. and a heat transport unit that transports heat between the plurality of fins, each of which is a long plate,
a first portion fixed to the heat transporting part spaced apart from each other, provided with a through hole through which the heat transporting part is inserted, and having a fixing portion fixed to the heat transporting part; a first end; a second portion having a second end opposite the first end, the second portion being contiguous with the first portion at the second end and relative to the first portion; The width of the fins at the first end is narrower than the width of the fins at the second end.
1.実施形態
図1は、本開示の一実施形態による冷却装置1の構成例を示す正面図である。図2は、冷却装置1の構成例を示す平面図である。冷却装置1は、熱を発生する発熱体10A及び10Bを冷却する自冷式の装置である。自冷式とは、送風機等を用いた強制冷却ではなく、空気の自然対流を利用して冷却を行う方式のことをいう。図1に示されるように、冷却装置1は、受熱部20と、複数のフィン30と、熱輸送部40A及び40Bと、を備える。以下の説明は、便宜上、互いに直交するX軸、Y軸およびZ軸を適宜に用いて行う。また、X軸に沿う一方向がX1方向であり、図1において左から右に向かう方向である。X1方向とは反対の方向がX2方向である。Y軸に沿う一方向がY1方向であり、図1において紙面から奥に向かう方向である。Y1方向とは反対の方向がY2方向である。Z軸に沿う一方向がZ1方向であり、図1において下から上に向かう方向である。Z1方向とは反対の方向がZ2方向である。
1. Embodiment FIG. 1 is a front view showing a configuration example of a
ここで、典型的には、Z軸が鉛直線であり、Z1方向が鉛直上方に相当し、Z2方向が鉛直下方に相当する。なお、実空間でのZ軸の向きは、冷却装置1の設置姿勢に応じて決められる。Z軸は、鉛直線に対して45°以下の範囲内で傾斜してもよい。また、以下では、単に「上方」とは、鉛直線に沿う方向での位置を示しており、鉛直上方および鉛直斜め上方の双方を概念として含む。同様に、単に「下方」とは、鉛直線に沿う方向での位置を示しており、鉛直下方および鉛直斜め下方の双方を概念として含む。
Here, typically, the Z axis is the vertical line, the Z1 direction corresponds to vertically upward, and the Z2 direction corresponds to vertically downward. Note that the direction of the Z-axis in real space is determined according to the installation posture of the
図1には、冷却装置1の他に発熱体10Aが示されている。発熱体10Aは、冷却対象となる熱源であれば、どのような物体であってもよい。半導体素子は発熱体10Aの一例である。発熱体10Aは、例えば、ダイオードまたはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のパワー半導体素子である。パワー半導体素子は、例えば、電気鉄道、自動車または家庭用電気機械等に搭載されるインバーター又は整流器等のパワーエレクトロニクス製品に搭載される。
FIG. 1 shows a
発熱体10A及び10Bは、受熱部20の側面に固定される。なお、受熱部20に固定される発熱体の数は任意であり、1個であってもよいし、3個以上であってもよい。本実施形態では、受熱部20に2個の発熱体10A及び10Bが固定される。この例では、発熱体10Aが固定される側面と反対側の側面に、発熱体10Bが固定される。受熱部20は、発熱体10A及び発熱体10Bからの熱を受ける。受熱部20の具体例としては、例えばアルミニウム又は銅等の熱伝導性の高い素材で形成された中実のブロックが挙げられる。
The
熱輸送部40A及び40Bは、受熱部20から上方に伸びる柱状の形状を有する。即ち熱輸送部40A及び40Bは、Z軸に沿った長尺の部材である。この例の熱輸送部40A及び40Bは、円柱であるが、角柱であってもよい。また、熱輸送部40A及び40BのZ軸に沿った長さは、例えば、1600mmであるが、1600mm未満であってもよく、1600mmよりも長くてもよい。熱輸送部40A及び40Bの具体例としては、アルミニウム又は銅等で形成された中実の棒が挙げられる。熱輸送部40A及び40Bは、棒状の部材には限定されず、ヒートパイプ等の管状の部材であってもよい。熱輸送部40が管状の部材である場合、水等の液相の冷媒を貯留する空間を内部に有する中空状の部材を受熱部20として用い、この空間と連通する蒸気経路及び液経路を熱輸送部40A又は40Bの内部に設けることで、受熱部20と熱輸送部40A又は40Bとによりサーモサイフォンが形成されてもよい。
The
フィン30は、アルミニウム又は銅等の金属により構成される。図1に示されるように複数のフィン30は、互いに間隔を空けて熱輸送部40A又は40Bに固定される。図1では、熱輸送部40Aに16個のフィン30が固定されており、熱輸送部40Bに16個のフィン30が固定されている。熱輸送部40A又は40Bに固定されるフィン30は2以上であればよい。熱輸送部40A又は40Bに固定されるフィン30の数は典型的には150であるが、例えば、100以上200以下であってもよい。
The
熱輸送部40A又は40Bに沿って上下に隣り合う2つのフィン30の間の空間は、発熱体10A又は10Bを冷却するための空気の流路、即ち風路となる。熱輸送部40A及び40Bの各々は、受熱部20と複数のフィン30との間で熱を輸送する。冷却装置1では、受熱部20が発熱体10A及び10Bから受け取った熱は熱輸送部40A又は40Bを介して複数のフィン30に伝わる。風路を流れる空気とフィン30とが熱交換することにより、風路を流れる空気に発熱体10A及び10Bの熱が伝わる。図1に点線で示されるように上下に隣接するフィン30の間を流れる空気は、熱輸送部40Aと熱輸送部40Bとの間の空間Sに流れ込む。空間Sに流れ込んだ空気は、Z1方向に上昇する。この空気の流れによって、発熱体10A及び10Bが冷却される。
A space between two
図3は、フィン30の構成例を示す平面図である。図4は、フィン30の構成例を示す側面図である。図3及び図4に示されるように、フィン30は、貫通孔311を有する長尺状の板である。フィン30は、上面30u、上面30uと反対側の面である下面30d、並びに上面30u及び下面30dと連なる側面30sを有する。上面30u及び下面30dは熱を放熱する放熱面として機能する。
FIG. 3 is a plan view showing a configuration example of the
フィン30は、第1部分31及び第1部分31に連なる第2部分32を備える。Z2方向からの平面視において、第1部分31の形状は長方形である。また、第1部分31は、X軸及びY軸を含むX-Y面と平行である。但し、第1部分31は、X-Y面に対して傾斜してもよい。第1部分31は、熱輸送部40A又は40Bが挿通される貫通孔311を有する。熱輸送部40A又は40Bに対して貫通孔311の周囲に沿って第1部分31をロウ付又ははんだ付等すること、又は貫通孔311に熱輸送部40A又は40Bを圧入することにより、フィン30が熱輸送部40A又は40Bに固定される。フィン30が圧入によって固定される場合、貫通孔311は熱輸送部40A又は40Bに固定される固定箇所である。また、フィン30がはんだ付けによって固定される場合、貫通孔311の周囲であってはんだ付けされる箇所は、熱輸送部40A又は40Bに固定される固定箇所である。
The
第2部分32は、第1端部321と第1端部321とは反対側に位置する第2端部322とを有する。第2部分32は第2端部322において第1部分31と連なる。
The
フィン30は、第2端部322において折れ曲がる。第2部分32は、第1部分31に対して下方に傾斜する。この結果、第1端部321は、フィン30が熱輸送部40A又は40Bに固定される固定箇所よりも下方に位置する。第1部分31と第2部分32とがなす角度αは、180度に近い程自然対流による空気の流れが抑制される。また、角度αが90度に近い程、上下に隣接するフィン30において、上側に位置するフィン30の第2部分32と下側に位置するフィン30の第2部分32との距離が小さくなる。そこで、角度αは、空気の効率的な流入の観点から、120°<α<150°であることが好ましい。
図3に示されるように、第2部分32は、X1方向に向けて先細りの形状である。具体的には第2部分32の形状は、Z1方向からの平面視において、台形である。第1端部321におけるフィン30の幅はW1であり、第2端部322におけるフィン30の幅はW2である。また、図1に示される熱輸送部40Aの中心軸Cとフィン30の上面30uを含む面との交点Pにおけるフィン30の幅はW3である。
As shown in FIG. 3, the
第1端部321のフィンの幅W1は、交点Pにおけるフィン30の幅W3よりも狭い。また、第1端部321のフィン30の幅W1は、第2端部322におけるフィン30の幅W2よりも狭い。この例の第2部分32は、第2端部322から第1端部321に向けてフィン30の幅が単調に狭くなる。即ち、X1方向の2つの位置における第2部分32の幅を比較した場合、第1端部321に近い位置のフィン30の幅は第1端部321から遠い位置のフィン30の幅よりも狭い。この例では、幅W3と幅W2とが一致するが、不一致であってもよい。
The width W1 of the fins at the
上述したように第1部分31と第2部分32とは、第2端部322において連なるので、X1方向における第1部分31と第2部分32との境界は、フィン30の幅が狭くなることが開始される位置である。このように、フィン30を固定箇所から先端に向けて先細りの形状としたのは、冷却装置1の使用状態を想定した場合に、上下に隣接するフィン30間の風量を確保するためである。この点について、以下説明する。
As described above, since the
インバーター等の電力装置には、6個又は12個のパワー半導体素子が使用されることが多い。このため、複数の冷却装置1を備えた冷却システム100が用いられる場合がある。
6 or 12 power semiconductor devices are often used in power devices such as inverters. Therefore, a
図5Aは、冷却システム100の一例を示す平面図である。図5Bは、冷却システム100の一例を示す側面図である。冷却システム100は、6個の冷却装置1を備える。6個の冷却装置1は、Y軸に沿って配置される。一方、フィン30の長手方向はX軸に沿う方向である。従って、6個の冷却装置1は、フィン30の長手方向と直交する方向に配列される。以下、比較例を参照しつつ、空気の流れを説明する。
FIG. 5A is a plan view showing an example of the
図6は、比較例の冷却システム100Xを示す平面図である。冷却システム100Xは、Y軸に沿って配置される6個の冷却装置1Xを備える。冷却装置1Xはフィン30の替わりにフィン30Xを備える点を除いて、冷却装置1と同様に構成される。図5A及び図6において、空気の流れは、矢印で示される線によって示される。図5Aに示されるようにフィン30は、Z1方向からの平面視において台形の形状である。一方、図6に示されるようにフィン30Xは、Z1方向からの平面視において長方形の形状である。冷却システム100において、外部から流入する冷えた空気は、X1方向から他に、空間G1及び空間G2からも流入する。これに対して、比較例の冷却システム100Xでは、空気はX1方向から流入するに過ぎない。また、図6では、隣接するフィン30Xの間に隙間があるが、この隙間から流入する空気は僅かである。更に、冷却装置1Xのピッチを短くした場合、隙間から流入する空気は減少する。
FIG. 6 is a plan view showing a
複数の冷却装置1又は1Xを、ピッチを詰めて配列する場合、隣接する冷却装置1又は1Xは、空気の流れを妨げる障害物として作用する。このように障害物が存在する場合であっても、冷却システム100では、空間G1及びG2を確保することによって、冷却システム100Xと比較して、通風経路が増加するので、空気の風量が大きくなる。この結果、冷却システム100は、冷却システム100Xと比較して、冷却性能が向上する。
When arranging a plurality of
次に、冷却システム100Aについて説明する。冷却システム100Aは、7個の壁50を備える点を除いて、冷却システム100と同様に構成される。図7は、冷却システム100Aの一例を示す平面図である。図8は冷却システム100Aの一例を示す側面図である。図7及び図8に示されるように隣接する冷却装置1の間には壁50が配置される。壁50は、冷却装置1の使用状態において、冷却装置1に隣接して他の部品である。壁50は、上下に隣接するフィン30間に流入する空気の流れを妨げる障害物となる。
Next, the
図9Aは、フィン30に流れ込む空気の流れを模式的に示す平面図である。また、図9Bは比較例におけるフィン30Xに流れ込む空気の流れを模式的に示す平面図である。図9A及び図9Bにおいて、空気の流れは、矢印で示される線によって示される。図9Aに示されるようにフィン30は、Z1方向からの平面視において台形の形状をしている。このため、太線で示される各辺から空気が流入する。これらの辺は台形の上底及び脚に対応する。一方、図9Bに示される比較例のフィン30Xは、Z1方向からの平面視において第2部分32Xの形状が長方形である。このため、空気が流れ込む通風経路は太線で示される第1端部321Xに対応する辺に限定される。このように、壁50のような障害物が存在する場合、Y1方向及びY2方向から通風経路が無くなるため、流路面積が減少する。本実施形態では、第1端部321におけるフィン30の幅W1は、第2端部322におけるフィン30の幅W2よりも狭いので、比較例よりも多くの通風経路を確保できる。従って、流路面積が拡大する。この結果、冷却装置1は、上下に隣接するフィン30に流れ込む空気の風量を比較例と比較して大きくできるので、冷却性能が向上する。
FIG. 9A is a plan view schematically showing the flow of air flowing into the
壁50は、地震等の揺れが発生した場合、Y方向に隣接する冷却装置1が衝突することによって、フィン30が破損しないようにフィン30を保護する。また、冷却装置1は自冷式であるが、冷却システム100の設置環境によっては、空気の流れが存在することがある。例えば、冷却システム100が設置される部屋の換気によって空気が流れる場合、あるいは、部屋の扉等の開放によって外気による風が流れ込むことがある。仮に壁50が無い場合、冷却システム100を構成する複数の冷却装置1のうち、下流に位置する冷却装置1には、上流から熱せられた空気が流れ込むので、冷却性能が低下する可能性がある。壁50は、フィン30の保護又は下流に位置する冷却装置1の冷却性能を維持するために有用な部材である。
The
壁50が存在する場合に、図9Bに示されるフィン30Xを用いて流路面積を拡大する場合、上下に隣接するフィン30Xの間隔を大きくする必要がある。このため、冷却装置1の高さが高くなり、冷却装置1が大型化する。換言すれば、フィン30は、冷却装置1の小型化に寄与する。なお、フィン30において、流路面積を拡大することによって、空気の風量を大きくするためには、フィン30の第2部分32の面積が、ある範囲であることが好ましい。具体的には、フィン30Xにおける第2部分32Xの面積をS1、フィン30の第2部分32の面積をS2とした場合、0.5<S2/S1<0.9であることが好ましい。更に、0.5<S2/S1<0.75であることがより好ましい。なお、この点は、冷却システム100においても同様である。
When the
2.変形例
本開示は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のように変形されてもよい。また、実施形態及び各変形を適宜組み合わせてもよい。
(1)フィン30の替わりに、図10に示されるフィン30Aを用いてもよい。図10は、フィン30Aの平面図である。フィン30Aは第2部分32の替わりに第2部分32Aを用いる点を除いて、フィン30と同様に構成される。第2部分32は、上述したように第2端部322から第1端部321に向けてフィン30の幅が単調に減少し、幅が一定となる部分が無い。これに対して、第2部分32Aは、第2端部322から第1端部321までの一部にフィン30Aの幅が一定となる部分が存在する。第2部分32Aは、第2端部322から第1端部321に向けて、フィン30の幅が一定となる部分とフィン30の幅が単調に狭くなる部分とを有する。フィン30の幅が一定となる部分は、具体的には、図10に示される部分Qである。部分Qが存在するため、第2部分32Aの上面の面積は、図3に示される第2部分32の上面の面積より小さい。フィン30Aを採用することによって、壁50等の障害物が存在する場合であっても、流路面積が確保される。なお、フィン30Aの幅が一定となる部分は、第2端部322から第1端部321までのいずれの位置に存在してもよい。また、第2部分32Aは、フィン30Aの幅が一定となる部分を複数備えてもよい。
2. Modifications The present disclosure is not limited to the embodiments described above, and may be modified as follows, for example. Also, the embodiment and each modification may be appropriately combined.
(1) Instead of the
(2)フィン30の替わりに、図11に示されるフィン30Bを用いてもよい。図11は、フィン30Bの平面図である。フィン30Bは第2部分32の替わりに第2部分32Bを用いる点を除いて、フィン30と同様に構成される。第2部分32は、図3に示されるように、平面視において形状が台形である。これに対して、第2部分32Bは、台形の脚に対応する2辺が曲線になっている。第2部分32Bは、第2部分32と同様に、第2端部322から第1端部321に向けてフィン30Bの幅が単調に減少する。フィン30Bを採用することによって、壁50等の障害物が存在する場合であっても、流路面積が確保される。
(2) Instead of the
(3)フィン30の替わりにフィン30Cを用いてもよい。図12は、フィン30Cの正面図である。フィン30Cは第2部分32の替わりに第2部分32Cを用いる点を除いて、フィン30と同様に構成される。第2部分32Cにおいて第2端部322の幅W2は、第1部分31の幅W3より狭い。フィン30Cは、平面視において台形の形状をしている。このようにX1方向に先細りの形状を有するフィン30Cを採用することによって、壁50等の障害物が存在する場合であっても、流路面積が確保される。
(3)
(4)フィン30の替わりにフィン30Dを用いてもよい。図13は、フィン30Dの正面図である。フィン30Dは第1部分31の替わりに第1部分31Dを用いる点を除いて、フィン30と同様に構成される。第1部分31Dの幅W3は、第2端部322の幅W2より狭い。フィン30Dは、平面視において台形の形状をしている。このようにX1方向に先細りの形状を有するフィン30Dを採用することによって、壁50等の障害物が存在する場合であっても、流路面積が確保される。
(4)
(5)フィン30の替わりに、図14に示されるフィン30Eを用いてもよい。図14は、フィン30Eの正面図である。フィン30Eは湾曲している点を除いて、フィン30と同様に構成される。従って、フィン30Eの第2部分32は、図3と同様に、平面視において形状が台形である。また、X1方向における第1部分31と第2部分32との境界は、フィン30Cの幅が狭くなることが開始される位置である。フィン30Eの形状は、フィン30と同様に固定箇所から先端に向けて先細りの形状である。よって、フィン30Eを採用することによって、壁50等の障害物が存在する場合であっても、流路面積が確保される。
(5) Instead of the
(6)フィン30の替わりに、図15に示されるフィン30Fを用いてもよい。図15は、フィン30Fの正面図である。また、図16は、フィン30Fを採用した冷却装置1Fの正面図である。フィン30Fは折り曲がりの無い形状である点を除いて、フィン30と同様に構成される。従って、フィン30Fの第2部分32は、図3と同様に、平面視において形状が台形である。また、X1方向における第1部分31と第2部分32との境界は、フィン30Fの幅が狭くなることが開始される位置である。フィン30Fの形状は、フィン30と同様に固定箇所から先端に向けて先細りの形状である。よって、フィン30Fを採用することによって、壁50等の障害物が存在する場合であっても、流路面積が確保される。また、フィン30Fは折り曲げ部分が存在しないので、フィン30と比較して加工が容易である。
(6) Instead of the
(4)上述の実施形態及び各変形例では、2本の熱輸送部40A及び40Bを備えた冷却装置1及び1Dを例示したが、本開示はこれに限定されず、熱輸送部40Aのみであってもよい。図17は、変形例による冷却装置1Gの正面図である。図18は、冷却装置1Gの平面図である。冷却装置1Gは、熱輸送部40Bを削除した点、熱輸送部40Aの配置を変更した点、及びフィン30の替わりにフィン30Gを用いる点を除いて、図1に示す冷却装置1と同様に構成されている。
(4) In the above embodiment and each modified example, the
熱輸送部40Aは、受熱部20の上面において中央に配置される。具体的には、受熱部20の上面に対して垂直な受熱部20の中心軸と、熱輸送部40Aの中心軸Cとが一致するように熱輸送部40Aが配置される。
The
フィン30Gは、第1部分31Gと、第2部分32Gと、第3部分33Gとを備える。
第1部分31Gは、熱輸送部40Aが挿通される貫通孔311Gを備える。第1部分31Gは、平面視において長方形である。長方形の中心が貫通孔311Gの中心と一致する。
第2部分32Gは、第2部分32と同様に、第2端部322において第1部分31Gと連なる。第2部分32Gにおいて、フィン30Gの幅は第2端部322から第1端部321に向けて減少する。また、第2部分32Gは、第1部分31Gに対して下方に傾斜する。
第3部分33Gは、第1部分31Gと連なる。第3部分33Gは平面視において長方形の形状をしている。第3部分33Gは、第1部分31Gに対して上方に傾斜する。第3部分33Gは、熱せられた空気を排出する役割を担う。更に、第3部分33Gの温度が第3部分33Gに接触する空気の温度よりも高い場合には、第3部分33Gは、排出の役割に加えて放熱の役割を担う。
The
The
The
The
冷却装置1Gのフィン30Gの形状は、フィン30と同様に固定箇所から第1端部321に向けて先細りの形状である。従って、フィン30Gを採用することによって、壁50等の障害物が存在する場合であっても、流路面積が確保される。よって、冷却装置1Gは大型化することなく、冷却性能が向上する。
The shape of the
(5)上述の実施形態及び各変形例では、熱輸送部40A又は40Bに固定される全てのフィンが、フィン30、又は30A~30Eであったが、本開示はこれに限定されない。熱輸送部40A又は40Bに固定される全てのフィンのうち、複数のフィンが、フィン30、又は30A~30Eであってもよい。例えば、Z1方向に並ぶ全てのフィンのうち、偶数番目の複数のフィンに、フィン30、又は30A~30Gを採用してもよい。
(5) In the above embodiments and modifications, all the fins fixed to the
(6)上述の実施形態及び各変形例では、熱輸送部40A又は40Bに固定される全てのフィンが、同一の形状であったが、本開示は、これに限定されない。本願の発明者は、Z1方向に配列される複数のフィンについて、フィン近傍の環境温度をシミュレーションした。シミュレーション結果によれば、下方に位置するフィン近傍の環境温度が低いことが明らかになった。環境温度が高いほど、空気の風量を確保する必要があるので、第2部分32又は32Gの面積を、下方から上方に向けて小さくなるように設定してもよい。あるいは、最下段から所定数の第2部分32又は32Gについて面積を、下方から上方に向けて小さくなるように設定し、所定数を超え最上段までの第2部分32又は32Gについて面積を一定となるように設定してもよい。
(6) In the above embodiments and modifications, all the fins fixed to the
(7)冷却装置1の冷却対象となる発熱体10A及び10Bは、電気鉄道における車両に搭載される交流/直流変換器に用いられる素子には限定されず、コンピュータ等の電子機器、家庭用電気機器、又は変電用整流器等に用いられる半導体素子であってもよい。
(7) The
3.各実施形態及び変形例から把握される態様
本開示は、上述した実施形態及び変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実現することができる。例えば、本開示は、以下の態様によっても実現可能である。以下に記載した各態様中の技術的特徴に対応する上記実施形態中の技術的特徴は、本開示の課題の一部又は全部を解決するために、或いは本開示の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
3. Aspects Grasp from Each Embodiment and Modifications The present disclosure is not limited to the above-described embodiments and modifications, and can be implemented in various manners without departing from the spirit thereof. For example, the present disclosure can also be implemented by the following aspects. The technical features in the above embodiments corresponding to the technical features in each aspect described below are used to solve some or all of the problems of the present disclosure, or to achieve some or all of the effects of the present disclosure. To achieve this, it is possible to make suitable substitutions and combinations. Also, if the technical features are not described as essential in this specification, they can be deleted as appropriate.
本開示の一態様である冷却装置は、発熱体からの熱を受ける受熱部と、複数のフィンと、前記受熱部から上方に伸びる柱状の形状を有し、前記受熱部と前記複数のフィンとの間で熱を輸送する熱輸送部と、を備え、前記複数のフィンの各々は、前記熱輸送部が挿通される貫通孔を有する長尺状の板であり、互いに間隔を空けて前記熱輸送部に固定され、前記熱輸送部に固定される固定箇所よりも下方に位置する第1端部を有し、前記第1端部のフィンの幅は、前記熱輸送部の中心軸とフィンの上面を含む面との交点におけるフィンの幅よりも狭い。この冷却装置によれば、フィンは長尺状の板であるが、その第1端部が固定箇所よりも下方に位置する。空気は、上下に隣接するフィンの間から流入する。第1端部のフィンの幅は、熱輸送部の中心軸とフィンの上面を含む面との交点におけるフィンの幅よりも狭い。従って、第1端部のフィンの幅が交点におけるフィンの幅と同一の場合と比較して、冷却装置に空気が流入する部分の流路面積を大きくできる。特に、冷却装置に近接して壁等の障害物が配置されている場合、流路面積を確保できるので、空気の風量が大きくなる。この結果、空気の流入を妨げる障害物が存在する場合であっても、冷却装置の冷却性能を向上できる。 A cooling device according to one aspect of the present disclosure has a heat receiving portion that receives heat from a heating element, a plurality of fins, and a columnar shape extending upward from the heat receiving portion, and the heat receiving portion and the plurality of fins each of the plurality of fins is an elongated plate having a through-hole through which the heat transporting portion is inserted, and the heat transporting portion is spaced apart from each other; It is fixed to the transport section and has a first end located below a fixing point fixed to the heat transport section, and the width of the fin at the first end is equal to the central axis of the heat transport section and the fin. narrower than the width of the fin at its intersection with the plane containing the top surface of the fin. According to this cooling device, the fin is an elongated plate, and the first end of the fin is located below the fixing point. Air flows in between the vertically adjacent fins. The width of the fins at the first end is narrower than the width of the fins at the intersection of the central axis of the heat transporting portion and the plane including the upper surfaces of the fins. Therefore, compared to the case where the width of the fins at the first end is the same as the width of the fins at the intersections, the passage area of the portion through which the air flows into the cooling device can be increased. In particular, when an obstacle such as a wall is arranged close to the cooling device, the flow passage area can be secured, so the air volume increases. As a result, the cooling performance of the cooling device can be improved even when there is an obstacle that blocks the inflow of air.
本開示の一態様である冷却装置は、複数のフィンと、前記受熱部から上方に伸びる柱状の形状を有し、前記受熱部と前記複数のフィンとの間で熱を輸送する熱輸送部と、を備え、前記複数のフィンの各々は、長尺状の板であり、互いに間隔を空けて前記熱輸送部に固定され、前記熱輸送部が挿通される貫通孔を備え、前記熱輸送部に固定される固定箇所を有する第1部分と、第1端部と、前記第1端部とは反対側に位置する第2端部とを有する第2部分とを備え、前記第2部分は、前記第2端部において前記第1部分と連なり、前記第1部分に対して下方に傾斜し、前記第1端部のフィンの幅は、前記第2端部のフィンの幅よりも狭い。この冷却装置によれば、第2部分は第1部分から下方に傾斜するので、第1端部は第2端部よりも下方に位置する。空気は、上下に隣接するフィンの間から流入する。第1端部のフィンの幅は、第2端部のフィンの幅よりも狭い。従って、第1端部のフィンの幅が第2端部のフィンの幅の幅と同一の場合と比較して、冷却装置に空気が流入する部分の流路面積を大きくできる。特に、冷却装置に近接して壁等の障害物が配置されている場合、流路面積を確保できるので、空気の風量が大きくなる。この結果、空気の流入を妨げる障害物が存在する場合であっても、冷却装置の冷却性能を向上できる。 A cooling device according to one aspect of the present disclosure includes a plurality of fins, and a heat transporting section having a columnar shape extending upward from the heat receiving section and configured to transport heat between the heat receiving section and the plurality of fins. wherein each of the plurality of fins is an elongated plate, fixed to the heat transport section at intervals, and has a through hole through which the heat transport section is inserted; and a second portion having a first end and a second end opposite the first end, the second portion comprising a , contiguous with the first portion at the second end and sloping downwardly with respect to the first portion, the width of the fins at the first end being narrower than the width of the fins at the second end. According to this cooling device, since the second portion is inclined downward from the first portion, the first end is located below the second end. Air flows in between the vertically adjacent fins. The width of the fins at the first end is narrower than the width of the fins at the second end. Therefore, compared to the case where the width of the fins at the first end is the same as the width of the fins at the second end, the passage area of the portion through which the air flows into the cooling device can be increased. In particular, when an obstacle such as a wall is arranged close to the cooling device, the flow passage area can be secured, so the air volume increases. As a result, the cooling performance of the cooling device can be improved even when there is an obstacle that blocks the inflow of air.
本開示の冷却装置において、前記第2部分は、前記第2端部から前記第1端部に向けて、フィンの幅が単調に狭くなるか、又はフィンの幅が一定となる部分とフィンの幅が単調に狭くなる部分とを有する。この態様によれば、第2部分におけるフィンの幅は、第2端部から第1端部に至るまでに、広くなる部分がない。第2部分におけるフィンの幅が第2端部から第1端部に至るまでに広くなる部分が存在する場合と比較して、この態様の冷却装置は、空気を円滑に取り込むことができるので、冷却装置の冷却性能を向上できる。 In the cooling device of the present disclosure, the second portion includes a portion where the width of the fins monotonously narrows or the width of the fins is constant from the second end portion toward the first end portion, and a portion where the width of the fins is constant. and a portion where the width monotonously narrows. According to this aspect, the width of the fin in the second portion does not increase from the second end to the first end. Compared to the case where the width of the fins in the second portion is widened from the second end to the first end, the cooling device of this aspect can take in air smoothly. The cooling performance of the cooling device can be improved.
本開示の冷却装置において、前記複数のフィンの各々は、前記第1部分と連なり、前記第1部分に対して上方に傾斜する第3部分を備える。この態様の冷却装置は、第1部分及び第2部分において、熱交換によって熱せられた空気を、第3部分に沿って上方に排出できるといった利点がある。 In the cooling device of the present disclosure, each of the plurality of fins includes a third portion continuous with the first portion and inclined upward with respect to the first portion. The cooling device of this aspect has the advantage that the air heated by heat exchange in the first and second portions can be discharged upward along the third portion.
本開示の冷却システムは、上記態様の冷却装置を複数備え、複数の前記冷却装置は、前記フィンの長手方向と直交する方向に配列される。この冷却システムでは、隣接する冷却装置が、フィンに流入する空気の流れを妨げる障害物として作用する。しかし、フィンの幅は、第1端部において狭くなっているので通風経路が確保される。よって、この態様の冷却システムは、第1端部において狭くならない場合と比較して、冷却性能が向上する。 The cooling system of the present disclosure includes a plurality of cooling devices according to the aspect described above, and the plurality of cooling devices are arranged in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the fins. In this cooling system, the adjacent cooling devices act as obstacles that impede the flow of air into the fins. However, since the width of the fin is narrowed at the first end, a ventilation path is ensured. Thus, this aspect of the cooling system provides improved cooling performance compared to a cooling system that is not narrowed at the first end.
本開示の冷却システムは、更に、隣り合う2つの前記冷却装置の間に位置する壁を有する。この冷却システムは壁を有するため、壁によってフィンの長手方向と直交する方向から冷却装置に空気が妨げられる。しかし、フィンの幅は、第1端部において狭くなっているので通風経路が確保される。よって、この態様の冷却システムは、第1端部において狭くならない場合と比較して、冷却性能が向上する。 The cooling system of the present disclosure further comprises a wall positioned between two adjacent cooling devices. Since the cooling system has walls, the walls impede air to the cooling device from a direction perpendicular to the longitudinal direction of the fins. However, since the width of the fin is narrowed at the first end, a ventilation path is ensured. Thus, this aspect of the cooling system provides improved cooling performance compared to a cooling system that is not narrowed at the first end.
1,1D,1G…冷却装置、10A,10B…発熱体、20…受熱部、30,30A~30G,30X…フィン、31,31D,31G…第1部分、32,32A,32B,32C,32G,32X…第2部分、33G…第3部分、40A,40B…熱輸送部、50…壁、100,100A…冷却システム、311,311G…貫通孔、321,321X…第1端部、322…第2端部、C…中心軸、P…交点。 1, 1D, 1G... cooling device, 10A, 10B... heating element, 20... heat receiving part, 30, 30A to 30G, 30X... fins, 31, 31D, 31G... first portion, 32, 32A, 32B, 32C, 32G , 32X... second part, 33G... third part, 40A, 40B... heat transport part, 50... wall, 100, 100A... cooling system, 311, 311G... through hole, 321, 321X... first end, 322... Second end, C... central axis, P... intersection.
Claims (6)
複数のフィンと、
前記受熱部から上方に伸びる柱状の形状を有し、前記受熱部と前記複数のフィンとの間で熱を輸送する熱輸送部と、を備え、
前記複数のフィンの各々は、
前記熱輸送部が挿通される貫通孔を有する長尺状の板であり、
互いに間隔を空けて前記熱輸送部に固定され、
前記熱輸送部に固定される固定箇所よりも下方に位置する第1端部を有し、
前記第1端部のフィンの幅は、前記熱輸送部の中心軸とフィンの上面を含む面との交点におけるフィンの幅よりも狭い、
冷却装置。 a heat receiving part that receives heat from the heating element;
a plurality of fins;
a heat transporting part having a columnar shape extending upward from the heat receiving part and transporting heat between the heat receiving part and the plurality of fins;
Each of the plurality of fins
A long plate having a through hole through which the heat transport part is inserted,
fixed to the heat transport part with a space between them,
having a first end located below a fixing point fixed to the heat transporting part;
The width of the fins at the first end is narrower than the width of the fins at the intersection of the central axis of the heat transport section and a plane including the upper surfaces of the fins.
Cooling system.
複数のフィンと、
前記受熱部から上方に伸びる柱状の形状を有し、前記受熱部と前記複数のフィンとの間で熱を輸送する熱輸送部と、を備え、
前記複数のフィンの各々は、
長尺状の板であり、
互いに間隔を空けて前記熱輸送部に固定され、
前記熱輸送部が挿通される貫通孔を備え、前記熱輸送部に固定される固定箇所を有する第1部分と、
第1端部と、前記第1端部とは反対側に位置する第2端部とを有する第2部分とを備え、
前記第2部分は、前記第2端部において前記第1部分と連なり、前記第1部分に対して下方に傾斜し、
前記第1端部のフィンの幅は、前記第2端部のフィンの幅よりも狭い、
冷却装置。 a heat receiving part that receives heat from the heating element;
a plurality of fins;
a heat transporting part having a columnar shape extending upward from the heat receiving part and transporting heat between the heat receiving part and the plurality of fins;
Each of the plurality of fins
It is a long board,
fixed to the heat transport part with a space between them,
a first portion having a through hole through which the heat transporting portion is inserted and having a fixing portion to be fixed to the heat transporting portion;
a second portion having a first end and a second end opposite the first end;
the second portion is connected to the first portion at the second end and slopes downward with respect to the first portion;
the width of the fins at the first end is narrower than the width of the fins at the second end;
Cooling system.
複数の前記冷却装置は、前記フィンの長手方向と直交する方向に配列される、
冷却システム。 A plurality of cooling devices according to any one of claims 1 to 4,
The plurality of cooling devices are arranged in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the fins,
cooling system.
請求項5に記載の冷却システム。 having a wall positioned between two adjacent cooling devices;
A cooling system according to claim 5 .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021118727A JP2023014658A (en) | 2021-07-19 | 2021-07-19 | Cooling device and cooling system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021118727A JP2023014658A (en) | 2021-07-19 | 2021-07-19 | Cooling device and cooling system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023014658A true JP2023014658A (en) | 2023-01-31 |
Family
ID=85130765
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021118727A Withdrawn JP2023014658A (en) | 2021-07-19 | 2021-07-19 | Cooling device and cooling system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2023014658A (en) |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000228880A (en) * | 1999-02-08 | 2000-08-15 | Toshiba Corp | Power converter, heat pipe cooler for power converter, and heat pipe cooler for power converter |
| JP2000283670A (en) * | 1999-03-30 | 2000-10-13 | Furukawa Electric Co Ltd:The | heatsink |
| JP2001108383A (en) * | 1999-09-30 | 2001-04-20 | Toshiba Corp | Heat pipe cooler |
| JP2003287377A (en) * | 2002-03-28 | 2003-10-10 | Meidensha Corp | Element cooler |
| US20090014154A1 (en) * | 2005-11-09 | 2009-01-15 | Tir Technology Lp | Passive Thermal Management System |
| JP3153521U (en) * | 2009-06-15 | 2009-09-10 | 奇宏電子深▲しん▼有限公司 | Radiation fin structure and radiator |
| US20090279256A1 (en) * | 2008-05-12 | 2009-11-12 | Chang-Hung Peng | Heat-dissipating structure |
| US20110000641A1 (en) * | 2009-07-06 | 2011-01-06 | Xiaozhen Zeng | Radiating fin structure and heat sink thereof |
| JP2013505416A (en) * | 2009-09-17 | 2013-02-14 | クンストワドル ハンス | Cooling device for heat source |
| CN104427826A (en) * | 2013-08-29 | 2015-03-18 | 昆山广兴电子有限公司 | Heat radiation module |
-
2021
- 2021-07-19 JP JP2021118727A patent/JP2023014658A/en not_active Withdrawn
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000228880A (en) * | 1999-02-08 | 2000-08-15 | Toshiba Corp | Power converter, heat pipe cooler for power converter, and heat pipe cooler for power converter |
| JP2000283670A (en) * | 1999-03-30 | 2000-10-13 | Furukawa Electric Co Ltd:The | heatsink |
| JP2001108383A (en) * | 1999-09-30 | 2001-04-20 | Toshiba Corp | Heat pipe cooler |
| JP2003287377A (en) * | 2002-03-28 | 2003-10-10 | Meidensha Corp | Element cooler |
| US20090014154A1 (en) * | 2005-11-09 | 2009-01-15 | Tir Technology Lp | Passive Thermal Management System |
| US20090279256A1 (en) * | 2008-05-12 | 2009-11-12 | Chang-Hung Peng | Heat-dissipating structure |
| JP3153521U (en) * | 2009-06-15 | 2009-09-10 | 奇宏電子深▲しん▼有限公司 | Radiation fin structure and radiator |
| US20110000641A1 (en) * | 2009-07-06 | 2011-01-06 | Xiaozhen Zeng | Radiating fin structure and heat sink thereof |
| JP2013505416A (en) * | 2009-09-17 | 2013-02-14 | クンストワドル ハンス | Cooling device for heat source |
| CN104427826A (en) * | 2013-08-29 | 2015-03-18 | 昆山广兴电子有限公司 | Heat radiation module |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102569222B (en) | Cooling device and power conversion device including the same | |
| US20050061477A1 (en) | Fan sink heat dissipation device | |
| JP6482954B2 (en) | Liquid cooling system | |
| JP2017112768A (en) | Electric power conversion system | |
| US20070234741A1 (en) | Heat radiator having a thermo-electric cooler and multiple heat radiation modules and the method of the same | |
| TW201921617A (en) | heat sink | |
| JP5581119B2 (en) | Cooling device, power converter, railway vehicle | |
| JP5941741B2 (en) | Power converter | |
| JP2017108045A (en) | Liquid cooling system | |
| US7331185B2 (en) | Heat radiator having a thermo-electric cooler | |
| KR100619490B1 (en) | A semiconductor cooling apparatus | |
| JP2006210516A (en) | Electronic equipment cooling structure | |
| JP2010093034A (en) | Cooling device for electronic component | |
| JP2023014658A (en) | Cooling device and cooling system | |
| CN113422575A (en) | Photovoltaic power station, power equipment and heat radiation structure thereof | |
| US6614657B2 (en) | Heat sink for cooling an electronic component of a computer | |
| CN101472445B (en) | Radiating device | |
| CN216976989U (en) | Radiator and air condensing units | |
| JP2000283670A (en) | heatsink | |
| JP2004047789A (en) | heatsink | |
| JP2018207017A (en) | Semiconductor device | |
| JP2017204588A (en) | Circuit board | |
| JP2011135649A (en) | Inverter device | |
| JP5181879B2 (en) | Heat sink and heat dissipation system | |
| JP2005086019A (en) | Power supply heat dissipation structure |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240614 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20250228 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20250311 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20250516 |