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JP2003287376A - ヒートシンクおよび該ヒートシンクからなる素子冷却器 - Google Patents

ヒートシンクおよび該ヒートシンクからなる素子冷却器

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JP2003287376A
JP2003287376A JP2002090136A JP2002090136A JP2003287376A JP 2003287376 A JP2003287376 A JP 2003287376A JP 2002090136 A JP2002090136 A JP 2002090136A JP 2002090136 A JP2002090136 A JP 2002090136A JP 2003287376 A JP2003287376 A JP 2003287376A
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JP
Japan
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heat
attached
heat sink
vertical direction
heat pipe
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JP2002090136A
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Hiroyuki Hiyoshi
広行 日吉
Naoki Shirai
直樹 白井
Tetsutoshi Komatsu
哲敏 小松
Masaya Kanda
征哉 神田
Hideo Itagaki
秀雄 板垣
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Sumitomo Light Metal Industries Ltd
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Publication date
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    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/34—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending obliquely
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0275—Arrangements for coupling heat-pipes together or with other structures, e.g. with base blocks; Heat pipe cores
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
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  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 温められた外気の移動、対流、放熱フィンへ
の新しい空気の流入をより円滑に行うことができ、一層
優れた放熱効率を達成することを可能とするヒートシン
クおよび該ヒートシンクからなる素子冷却器を提供す
る。 【解決手段】 ヒートパイプは、発熱体に取り付けられ
た受熱ブロックと該受熱ブロックから突出するヒートパ
イプと該ヒートパイプに取り付けられた放熱フィンから
構成され、放熱フィンがヒートパイプに対して傾斜して
取り付けられ、ヒートパイプは、放熱フィンがさらに鉛
直方向に近い状態に傾くよう傾斜して配設されている。
このヒートパイプを多数並設して素子冷却器を構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子機器、電力機
器に搭載される半導体素子などの小型部品、サイリス
タ、インバータ、ＩＧＢＴなど、変電用機器、車両用電
源装置に用いられる大型部品を冷却するためのヒートシ
ンク、詳しくはヒートパイプ式ヒートシンクおよび該ヒ
ートシンクからなる素子冷却器の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】ヒートシンク式ヒートパイプは、図５に
示すように、ヒートパイプ４に直角方向に多数の放熱フ
ィン５を取り付け、これを発熱体６に取り付けた受熱ブ
ロック７に鉛直に突出して設けてなるもので、熱は、発
熱体６から受熱ブロック７へ伝達され、ヒートパイプ４
の吸熱側から放熱側へ移動し、放熱フィン５を介して外
気へ放出される。
【０００３】このヒートパイプ式ヒートシンク３は、放
熱フィン５が取り付けられて放熱面積が大きく採れるた
め、装置を小型化することが可能となるが、放熱フィン
５はヒートパイプ４に対して直角に取り付けられている
ために、ヒートパイプ４が鉛直になるようにヒートシン
クを設置すると、放熱フィン５が水平となるため、放熱
フィン５の温度上昇により温められた外気の上方への移
動が妨げられ、対流が円滑に行われずヒートシンクの放
熱効率を損なうという難点がある。
【０００４】この難点を解決するために、図６に示すよ
うに、ヒートパイプ４を鉛直に配設し、ヒートパイプ４
に対して傾斜して取り付けられた放熱フィン５を有する
ヒートシンク２が提案されている（特開２０００−２８
３６７０号公報）。提案のヒートシンク２においては、
放熱フィン５が傾斜して配置されることにより温められ
た外気が上昇し易くなり対流がより円滑に行われるよう
になる。
【０００５】しかしながら、上記提案のヒートシンク２
においても、設置態様によっては温められた外気の移
動、対流、放熱フィンへの空気の流入が十分に行われな
いことがあり、また、上方へ移動する発熱体６自身から
の熱を直接放熱フィン５が受けることとなるため、発熱
体６の熱が受熱ブロック７へ伝達され、ヒートパイプ４
の吸熱側から放熱側へ移動し、放熱フィン５を介して外
気へ放出されるという本来のヒートパイプ式ヒートシン
クの作用が十分行われず、熱交換性能の面でさらに改善
の余地があることが判明した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ヒートパイ
プ式ヒートシンクにおける熱交換性能をさらに改善する
ためになされたものであり、その目的は、温められた外
気の移動、対流、放熱フィンへの新しい空気の流入をよ
り円滑に行うことができ、一層優れた放熱効率を達成す
ることを可能とするヒートシンクおよび該ヒートシンク
からなる素子冷却器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の請求項１によるヒートシンクは、発熱体に
取り付けられた受熱ブロックと該受熱ブロックから突出
するヒートパイプと該ヒートパイプに取り付けられた放
熱フィンから構成され、放熱フィンがヒートパイプに対
して傾斜して取り付けられ、ヒートパイプは、放熱フィ
ンがさらに鉛直方向に近い状態に傾くような方向に傾斜
して配設されていることを特徴とする。
【０００８】請求項２によるヒートシンクは、請求項１
において、放熱フィンがヒートパイプと直角な方向に対
して０°を超え４５°以下の角度傾斜して取り付けら
れ、ヒートパイプは、放熱フィンがさらに鉛直方向に近
い状態に傾くような方向に、鉛直方向から０°を超え４
５°以下の角度傾斜して配設されていることを特徴とす
る。
【０００９】請求項３によるヒートシンクは、請求項１
において、放熱フィンがヒートパイプと直角な方向に対
して５°〜３０°の角度傾斜して取り付けられ、ヒート
パイプは、放熱フィンがさらに鉛直方向に近い状態に傾
くような方向に、鉛直方向から５°〜３０°の角度傾斜
して配設されていることを特徴とする。
【００１０】請求項４によるヒートシンクは、発熱体を
挟んで取り付けられた一対の受熱ブロックと該一対の受
熱ブロックからそれぞれ突出する１本以上のヒートパイ
プと該ヒートパイプに取り付けられた放熱フィンから構
成され、放熱フィンがヒートパイプに対して同方向に傾
斜して取り付けられ、前記一対の受熱ブロックから突出
する１本以上のヒートパイプは、放熱フィンがさらに鉛
直方向に近い状態に傾くように、鉛直方向から同方向に
傾斜して配設されていることを特徴とする。
【００１１】請求項５によるヒートシンクは、発熱体を
挟んで取り付けられた一対の受熱ブロックと該一対の受
熱ブロックからそれぞれ突出する１本以上のヒートパイ
プと該ヒートパイプに取り付けられた放熱フィンから構
成され、放熱フィンが発熱体側から外方に向けて下方に
傾斜して取り付けられ、前記一対の受熱ブロックから突
出する１本以上のヒートパイプは、放熱フィンがさらに
鉛直方向に近い状態に傾くように、鉛直方向から互いに
反対方向に傾斜して配設されていることを特徴とする。
【００１２】また、請求項６による素子冷却器は、請求
項１〜５のいずれかに記載のヒートシンクが複数並設さ
れてなることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明のヒートパイプ１の基本的
な構成は、図１に示すように、発熱体６に取り付けられ
た受熱ブロック７と受熱ブロック７から突出するヒート
パイプ４とヒートパイプ４に取り付けられた放熱フィン
５から構成されるヒートパピイプ式ヒートシンクにおい
て、放熱フィン５がヒートパイプ４と直角な方向に対し
て角度β傾斜して取り付けられ、ヒートパイプ４は、放
熱フィン５がさらに鉛直方向に近い状態に傾くような角
度に、鉛直方向から角度α傾斜して配設されているもの
である。
【００１４】角度αおよびβは、使用態様や設置場所に
応じて、０°を超え４５°以下とすることができるが、
αおよびβを５°〜３０°の角度とするのが、自然対流
の促進により、放熱効率を大きくするのにより効果的で
ある。ヒートパイプ４が鉛直方向から傾斜して配設され
ているから、発熱体６の上方に放熱フィン５が位置して
いないため、発熱体６自身からの熱を直接放熱フィン５
が受けることがなく、放熱フィン５には新鮮な空気が流
入して冷却効果を高めることができ、発熱体６の熱は受
熱ブロック７へ伝達され、ヒートパイプ４の吸熱側から
放熱側へ移動し、放熱フィン５を介して外気へ放出され
るという本来のヒートパイプ式ヒートシンクの作用が行
われ、熱交換性能が向上する。
【００１５】ヒートシンクは多数並設して素子冷却器を
構成する。以下、素子冷却器の実施形態について説明す
る。図２（ａ）は、第１の実施形態に係る素子冷却器の
主要部を示す正面図、図２（ｂ）は、同じく側面図であ
る。
【００１６】この実施形態において、素子冷却器１０を
構成するヒートシンクは、発熱体６を挟んで取り付けら
れた一対の受熱ブロック７Ａ、７Ｂと一対の受熱ブロッ
ク７Ａ、７Ｂからそれぞれ突出する３本のヒートパイプ
４ａ1 、４ｂ1 、４ｃ1 および４ａ2 、４ｂ2 、４ｃ2
とこれらのヒートパイプに取り付けられた放熱フィン５
Ａ、５Ｂからなり、放熱フィン５Ａ、５Ｂがヒートパイ
プと直角な方向に対して同方向にβの角度傾斜して取り
付けられ、ヒートパイプ４ａ1 、４ｂ1 、４ｃ1 および
４ａ2 、４ｂ2 、４ｃ2 は、放熱フィン５Ａ、５Ｂがさ
らに鉛直方向に近い状態に傾くように、鉛直方向から同
方向にαの角度傾斜して配設されている。
【００１７】図２（ｂ）に示すように、上記の構成のヒ
ートシンク１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄは、前後に
並設され、前後のヒートシンク１０Ａ、１０Ｂ、１０
Ｃ、１０Ｄは互いに基部から上端の向かって開くように
形成され、合計８個のヒートシンクによって素子冷却器
１０が構成されている。図１の構成においては、ヒート
シンクを並列させても、放熱フィンには新鮮な空気を流
入させることができるから、ヒートシンク間の間隙を小
さくして設置面積を抑えることが可能となる。
【００１８】図３（ａ）は、第２の実施形態に係る素子
冷却器の主要部を示す正面図、図３（ｂ）は、同じく側
面図である。
【００１９】この実施形態において、素子冷却器１１を
構成するヒートシンクは、発熱体６を挟んで取り付けら
れた一対の受熱ブロック７Ａ、７Ｂと一対の受熱ブロッ
ク７Ａ、７Ｂからそれぞれ突出する３本のヒートパイプ
４ａ1 、４ｂ1 、４ｃ1 および４ａ2 、４ｂ2 、４ｃ2
とこれらのヒートパイプに取り付けられた放熱フィン５
Ａ、５Ｂからなり、放熱フィン５Ａ、５Ｂがヒートパイ
プと直角な方向に対して同方向にβの角度傾斜して取り
付けられ、ヒートパイプ４ａ1 、４ｂ1 、４ｃ1 および
４ａ2 、４ｂ2 、４ｃ2 は、放熱フィン５Ａ、５Ｂがさ
らに鉛直方向に近い状態に傾くように、鉛直方向から同
方向にαの角度傾斜して配設されいる。
【００２０】図３（ｂ）に示すように、上記の構成のヒ
ートシンク１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄが前後に並
設され、前後のヒートシンク１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、
１１Ｄは互いに平行に形成され、合計８個のヒートシン
クによって素子冷却器１１が構成されている。図２の構
成においては、ヒートシンクを並列させても、放熱フィ
ンには新鮮な空気を流入させることができるから、ヒー
トシンク間の間隙を小さくして設置面積を抑えることが
可能となる。
【００２１】本発明によるヒートシンクは、図４に示す
ような構成とすることもできる。すなわち、図４はその
側面図を示すものであるが、ヒートシンク１２Ａは、発
熱体６を挟んで取り付けられた一対の受熱ブロック７
Ａ、７Ｂと一対の受熱ブロック７Ａ、７Ｂからそれぞれ
突出する１本または複数本のヒートパイプ、例えば３本
のヒートパイプ４ａ1 、４ｂ1 、４ｃ1 および４ａ2 、
４ｂ2 、４ｃ2 と該ヒートパイプに取り付けられた放熱
フィン５Ａ、５Ｂから構成され、放熱フィン５Ａ、５Ｂ
が、発熱体６側から外方に向けて下方に傾斜して取り付
けられ、ヒートパイプ４ａ1 、４ｂ1 、４ｃ1 および４
ａ2 、４ｂ2 、４ｃ2 は、放熱フィン５Ａ、５Ｂがさら
に鉛直方向に近い状態に傾くように、鉛直方向から互い
に反対方向に傾斜して配設されいる。放熱フィン５Ａ、
５Ｂの傾斜角度は、ヒートパイプと直角な方向に対して
βの角度であり、ヒートパイプの傾斜角度は鉛直方向に
対してαの角度である。図４において、８は凍結防止用
のヒータである。
【００２２】上記の構成のヒートシンク１２Ａを、図２
〜３に示すように複数個並列させることによって素子冷
却器を構成する。この形態においても、ヒートシンク間
の間隙を小さくした場合でも放熱フィンには新鮮な空気
を流入させることができるから、第１〜２の実施形態と
同様、設置面積を抑えることが可能となる。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、温められた外気の移
動、対流、放熱フィンへの新しい空気の流入をより円滑
に行うことができ、一層優れた放熱効率を達成すること
を可能とするヒートシンクが提供され、このヒートシン
クを用いることにより設置面積を抑えた効率の良い素子
冷却器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のヒートシンクの実施例を示す側面図で
ある。
【図２】本発明の素子冷却器の実施例を示す正面図、側
面図である。
【図３】本発明の素子冷却器の他の実施例を示す正面
図、側面図である。
【図４】本発明のヒートシンクの他の実施例を示す側面
図である。
【図５】従来のヒートシンクを示す側面図である。
【図６】従来のヒートシンクを示す側面図である。
【符号の説明】
１ 本発明のヒートシンク ２ 従来のヒートシンク ３ 従来のヒートシンク ４ ヒートパイプ ４a1 ヒートパイプ ４b1 ヒートパイプ ４c1 ヒートパイプ ４a2 ヒートパイプ ４b2 ヒートパイプ ４c2 ヒートパイプ ５ 放熱フィン ５Ａ 放熱フィン ５Ｂ 放熱フィン ６ 発熱体 ７ 受熱ブロック ７Ａ 受熱ブロック ７Ｂ 受熱ブロック ８ 凍結防止用ヒータ １０ 素子冷却器 １０Ａ ヒートシンク １０Ｂ ヒートシンク １０Ｃ ヒートシンク １０Ｄ ヒートシンク １１ 素子冷却器 １１Ａ ヒートシンク １１Ｂ ヒートシンク １１Ｃ ヒートシンク １１Ｄ ヒートシンク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白井 直樹 東京都品川区大崎２−１−17 株式会社明 電舎内 (72)発明者 小松 哲敏 東京都港区新橋５丁目11番３号 住友軽金 属工業株式会社内 (72)発明者 神田 征哉 東京都港区新橋５丁目11番３号 住友軽金 属工業株式会社内 (72)発明者 板垣 秀雄 東京都港区新橋５丁目11番３号 住友軽金 属工業株式会社内 Ｆターム(参考） 5E322 AA01 DB10 5F036 AA01 BA04 BA26 BB05 BB60

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 発熱体に取り付けられた受熱ブロックと
    該受熱ブロックから突出するヒートパイプと該ヒートパ
    イプに取り付けられた放熱フィンから構成され、放熱フ
    ィンがヒートパイプに対して傾斜して取り付けられ、ヒ
    ートパイプは、放熱フィンがさらに鉛直方向に近い状態
    に傾くような方向に傾斜して配設されていることを特徴
    とするヒートシンク。
  2. 【請求項２】 放熱フィンがヒートパイプと直角な方向
    に対して０°を超え４５°以下の角度傾斜して取り付け
    られ、ヒートパイプは、放熱フィンがさらに鉛直方向に
    近い状態に傾くような方向に、鉛直方向から０°を超え
    ４５°以下の角度傾斜して配設されていることを特徴と
    する請求項１記載のヒートシンク。
  3. 【請求項３】 放熱フィンがヒートパイプと直角な方向
    に対して５°〜３０°の角度傾斜して取り付けられ、ヒ
    ートパイプは、放熱フィンがさらに鉛直方向に近い状態
    に傾くような方向に、鉛直方向から５°〜３０°の角度
    傾斜して配設されていることを特徴とする請求項１記載
    のヒートシンク。
  4. 【請求項４】 発熱体を挟んで取り付けられた一対の受
    熱ブロックと該一対の受熱ブロックからそれぞれ突出す
    る１本以上のヒートパイプと該ヒートパイプに取り付け
    られた放熱フィンから構成され、放熱フィンがヒートパ
    イプに対して同方向に傾斜して取り付けられ、前記一対
    の受熱ブロックから突出する１本以上のヒートパイプ
    は、放熱フィンがさらに鉛直方向に近い状態に傾くよう
    に、鉛直方向から同方向に傾斜して配設されていること
    を特徴とするヒートシンク。
  5. 【請求項５】 発熱体を挟んで取り付けられた一対の受
    熱ブロックと該一対の受熱ブロックからそれぞれ突出す
    る１本以上のヒートパイプと該ヒートパイプに取り付け
    られた放熱フィンから構成され、放熱フィンが発熱体側
    から外方に向けて下方に傾斜して取り付けられ、前記一
    対の受熱ブロックから突出する１本以上のヒートパイプ
    は、放熱フィンがさらに鉛直方向に近い状態に傾くよう
    に、鉛直方向から互いに反対方向に傾斜して配設されて
    いることを特徴とするヒートシンク。
  6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載のヒート
    シンクが複数並設されてなることを特徴とする素子冷却
    器。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JP3936613B2 (ja) 2007-06-27

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