(57)【要約】      （修正有）【課題】ほぼ均一な冷却温度分布が得られる共に、放熱性能をより向上した放熱装置を得ること。【解決手段】放熱装置は、一方の放熱板１１と組合せて、流体流通路ｂが形成される他方の放熱板１２とを具備する。この放熱装置１０は、その一方の端部に設けられた流体流入口１１ｆおよび他方の端部に設けられた流体流出口１１ｇと、流体流入口１１ｆから流入する流体ａを主流路ｂ１側と副流路ｂ２側とに仕切る仕切壁部１５と、主流路ｂ１側に設けられる放熱フィン群１３と、仕切壁部１５に設けられ、副流路ｂ２を流通する流体ａが主流路ｂ１側へ流入可能な短絡ポート２０ａと、主流路ｂ１側に設けられ、短絡ポート２０ａの部位から、放熱フィン群１３を横断して設けられた横断流路２１と、この横断流路２１側に面する各放熱フィン１６ａの各フィンピッチ間に、次段の各放熱フィン１７ａの端部が位置するようにカスケード状に配置した放熱フィン群１３とを有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の放熱板と、この放熱板と組合せて、流体流通路が形成される他方の放熱板とを具備し、
上記両放熱板が組み合わされた状態で、その一方の端部に設けられる流体流入口および他方の端部に設けられた流体流出口と、
上記流体流入口と流体流出口との間に設けられ、上記流体流入口から流入する流体を主流路側と副流路側とに仕切る仕切壁部と、
上記主流路側に設けられる放熱フィン群と、
上記仕切壁部に設けられ、上記副流路を流通する流体が主流路側へ流入可能な短絡ポートと、
上記主流路側に設けられ、上記短絡ポートの部位から、上記放熱フィン群を横断して設けられた横断流路と、
上記横断流路に面する側の放熱フィン群の各放熱フィンの各フィンピッチ間に、次段の放熱フィン群の各放熱フィンの端部が位置するように、カスケード状に対向配置したことを特徴とする放熱装置。
【請求項２】
上記短絡ポートは、仕切板部の所望位置に流体流通路の長手方向に間隔をおいて複数個設けたことを特徴とする請求項１記載の放熱装置。
【請求項３】
上記流体流通路の主流路内において、当該主流路に設けられる放熱フィン群と、放熱板端壁との間に流体が流通し得る所要の空隙が形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被冷却体の発熱を吸収すると共に、この吸熱を外部に放熱する放熱装置に係り、特に冷媒流路が形成され、この流路壁面と冷媒とが熱交換することで、被冷却体の発熱を吸収して放熱する放熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の放熱装置は、熱交換器内に冷媒である水等の流体を通して被冷却体の発熱を吸収し、被冷却体を冷却する様々なタイプの放熱装置が実用化されている。
【０００３】
この種の放熱装置は、一方で多くの発熱機器を搭載して、システムや装置に用いられる場合には、放熱装置へ供給する流体の流量や流速を考慮して、木目細かな放熱特性が得られるようになっている。また、他方では、流体が流路内を上流から下流に流れるに従い、この流体に境界層が発生してしまい、流路壁面、すなわち、壁面側に熱伝導的に設けられる、図示しない被冷却体が発する発熱の吸収が阻害されるという問題があった。
【０００４】
このような、熱伝導を阻害する境界層は、液体のみならず気体においても同様の現象が生じることが知られている。この境界層について、図６を参照して説明する。
【０００５】
図６には、吸熱管１内を流通する冷媒である流体ｗが、開口２側から流入することによって、境界層ｋが発生する状況が示されている。
【０００６】
この境界層ｋは、放熱管１内へ流体ｗが流入することにより、管内面１ａ側に近づくほど液（空気）粘性が生じることにより発生する。境界層ｋが段階的に発達すると、流体ｗが放熱管１内へ流通する過程で、流体ｗの流路ｒが相対的に狭くなる。このように流体ｗの流路ｒ狭くなると、境界層ｋ自体による断熱作用により流体ｗと放熱管１との熱交換効率が著しく低下する現象が生じていた。
【０００７】
そこで、このような境界層の発生を未然に防止するための手段を講じた放熱装置が実現している。このような、放熱装置として、特開昭６３−１７３９３号公報（特許文献１参照）に開示されたものがある。
【０００８】
この放熱装置には、図７および図８に示すように、放熱装置の主要部を構成する流路ｙを形成した放熱装置本体３と、この流路ｙに流体ｗを流通させる図示しない流体循環手段とが設けられる。
【０００９】
この放熱装置本体３は、図７に示すように、偏平チューブ状のもので、この偏平面４側に内方に複数個突出する半球状の突起５を複数個設けている。
【００１０】
流路ｙの壁面６に沿って流れる流体ｗ１は、図８に示すように、突起５の存在により、この突起５の側方を迂回して突起５の下流側に回り込む水流現象が生じる。一方、流路ｙ内の中央部側を流れる流体ｗ２は、流体ｗ１と突起５の影響を受けつつ、突起５の下流側で流体ｗ１と衝突し、乱流ｗ１´を生起する乱流現象が発生する。
【００１１】
このように、放熱装置本体３の構成によれば、流路ｙ内を流れる流体ｗ１とｗ２の水流現象により、放熱装置本体３の流路ｙの壁面６側を流れる流体ｗ１と、流路ｙ内の中央部側を流れる流体ｗ２とが、突起５を超えた所で衝突して、流体ｗ１，ｗ２同士が混在した乱流現象が生じる。従って、流体ｗ１，ｗ２の流れによる乱流現象により、通常現れる境界層（図示せず）が部分的に解消される。この境界層の解消により、境界層による断熱層の形成が阻害されるので、放熱装置本体３の突起５が設けられる部位においては、流路ｙの壁面６と流体ｗとの熱交換が阻害されない良好な状態が得られるようになっている。
【特許文献１】特開昭６３−１７３９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来の放熱装置によれば、その放熱装置本体３の流路ｙ内を流れる流体ｗは、当該流路ｙ内に設けられた突起５の存在する部分の近傍に限られ、突起５のない部位においては、乱流現象が得られなかった。従って、突起５の近傍でない部位にあっては、境界層が部分的に発生して熱交換性能が改善されなかった。
【００１３】
また、放熱装置本体３によれば、流路ｙ内を流れる流体は、放熱装置本体３の流体入口側から出口側に至る従い、放熱装置本体３と熱伝導的に設けられる被冷却体側から熱を吸収して、流体ｗの温度が漸次上昇しながら出口側に至っていた。従って、放熱装置本体３の放熱面全体として被冷却体側からの発熱の吸収分布が不均一となり放熱装置全体として熱交換効率が悪くなっていた。
【００１４】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、被冷却体側からの発熱の吸収分布が良好に得られる共に、吸収した発熱をより効率的に外部へ放熱する放熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明によれば、一方の放熱板と、この放熱板と組合せて、流体流通路が形成される他方の放熱板とを具備し、両放熱板が組み合わされた状態で、その一方の端部に設けられる流体流入口および他方の端部に設けられた流体流出口と、流体流入口と流体流出口との間に設けられ、流体流入口から流入する流体を主流路側と副流路側とに仕切る仕切壁部と、主流路側に設けられる放熱フィン群と、仕切壁部に設けられ、副流路を流通する流体が主流路側へ流入可能な短絡ポートと、主流路側に設けられ、短絡ポートの部位から放熱フィン群を横断して設けられた横断流路と、この横断流路に面する側の放熱フィン群の各放熱フィンの各フィンピッチ間に、次段の放熱フィン群の各放熱フィン端部が位置するようにカスケード状に配置したことを特徴とする放熱装置を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、放熱面に設置される被冷却体をほぼ均一に冷却することができると共に、被冷却体に対する冷却性能の向上を図り得る放熱装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係る放熱装置の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本発明の放熱装置１０の実施形態を示す概要図である。
【００１９】
この放熱装置１０は、一方の長方形状の放熱板（表側放熱板という。）１１と、この表側放熱板１１に重ね合せて用いられ、他方の長方形状の放熱板（裏側放熱板という。）１２とから構成される。これらの重ね合わされた表側放熱板１１と裏側放熱板１２とにより、冷媒として用いられる流体、例えば外気を使用した空気流体ａが流通する空気流通路ｂが形成される。
【００２０】
表側放熱板１１は、平坦な放熱面１１ａを有し、この放熱面１１ａに図１の想像線で示すように、例えば矩形状の電子部品ｄ１〜ｄ３が熱伝導的に配置される。これらの電子部品ｄ１〜ｄ３は、作動時において自己発熱を伴なうもので、所定の発熱温度以下に抑えられることにより、正常な作動が維持されるものである。
【００２１】
この表側放熱板１１は、熱伝導特性が良好で軽量な金属、例えばアルミニウム合金製のもので、図１および図２に示すように、放熱面１１ａの回りの４方周囲に折り曲がり部１１ｂ〜１１ｅが形成される。長辺側折り曲がり部１１ｂには、冷媒として用いる空気流体ａを導入する空気流入口１１ｆが設けられる。
【００２２】
一方、裏側放熱板１２は、図２に示すように、平坦な放熱面１２ａと、この放熱面１２ａの反対側に、図３に示すように、空気流入口１１ｆから導入する空気流体ａを空気流通路ｂ内にて分岐して導入可能に仕切壁部１５が形成される。この仕切壁部１５により仕切られる空気流通路ｂの一方を主流路ｂ１とし、他方を副流路ｂ２として設けられる。また、この仕切壁部１５には、副流路ｂ２内へ導入された空気流体ａが、副流路ｂ２側から主流路ｂ１側へ複数箇所の所望位置に分流するように、所要の間隔をとって複数の短絡ポート２０ａ〜２０ｃが設けられる。
【００２３】
主流路ｂ１は、図２および図３に示すように、仕切壁部１５と放熱板端壁１２ａとの間に形成され、この主流路ｂ１には長方空間のほぼ全域に直線状に延びる放熱フィン群１３が設けられる。この放熱フィン群１３は、当該放熱フィン群１３を長手方向へ複数に区分するように、複数の横断流路２１〜２３が設けられる。横断流路２１〜２３は、仕切壁部１５に設けられた短絡ポート２０ａ〜２０ｃの部位から放熱フィン群１３を横断して第１〜第４の区分放熱フィン群１６〜１９に区分するように設けられる。
【００２４】
これらの横断流路２１〜２３には、主流路ｂ１と共に副流路ｂ２側から、それぞれ空気流体ａ１およびａ２がスムーズに流通するようになっている。
【００２５】
これらの第１〜第４の区分放熱フィン群１６〜１９は、各々複数の放熱フィン１６ａ〜１９ａを備えている。また、第１〜第４の区分放熱フィン群１６〜１９は、そのそれぞれ設けられた複数の放熱フィン１６ａ〜１９ａの各フィンピッチ間に、図４に示すように、カスケード状に配置させている。
【００２６】
例えば、第２の区分放熱フィン群１７の各放熱フィン１７ａは、第１の区分放熱フィン群１６の各放熱フィン１６ａのフィンピッチ間で、カスケード状に配置させている。
【００２７】
すなわち、この構成によれば、空気流体ａ１がこの放熱フィン１６ａ側へ流入してくる際に、各放熱フィン１６ａのフィンピッチ間に、次段の放熱フィン１７ａが流入する空気流体ａ１の大部分を衝突乃至は遮る位置関係にある。
【００２８】
次に、放熱装置１０の作用について、図１〜図４を参照して説明する。
【００２９】
図４は、図３のＣ部を拡大して示す図で、主流路ｂ１を流通する空気流体ａと、副流路ｂ２側から短絡ポート２０ａを介して主流路ｂ１側へ分流する空気流体ａが衝突した状態を示している。
【００３０】
放熱装置１０の空気流入口１１ｆから流入した空気流体ａは、図２および図３に示すように、空気流通路ｂに流入し、主流路ｂ１側へ空気流体ａ１が、また副流路ｂ２側へ空気流体ａ２が流入する。主流路ｂ１側へ流入した空気流体ａ１は、図３に示すように、先ず第１の区分放熱フィン群１６の各放熱フィン１６ａからの放熱（発熱）を吸収しながら矢視方向に流通する。
【００３１】
次に、第１の区分放熱フィン群１６の各放熱フィン１６ａから吸熱した空気流体ａ１は、この第１の区分放熱フィン群１６の出口に至り横断流路２１に入る。
【００３２】
一方、副流路ｂ２側へ流入した空気流体ａ２は、図３に示すように、先ず短絡ポート２０ａを介して主流路ｂ１側の横断流路２１に流入する。この横断流路２１に流入した空気流体ａ２は、図４に示すように、横断流路２１において、先に主流路ｂ１側から流入した空気流体ａ１とが衝突する。空気流体ａ１とａ２の衝突により、横断流路２１内にて衝突乱流（第１の衝突乱流）ｘ１が発生する。
【００３３】
次に、この衝突乱流ｘ１が発生した空気流体ａ１とａ２の混合乱流が、第２の区分放熱フィン群１７側へ流入する。この混合乱流の流入の際に、ほぼ同時に第２の区分放熱フィン群１７の各放熱フィン１７ａに衝突する。混合乱流の衝突の結果、図４に示すように、横断流路２１内にて更に衝突乱流（第２の衝突乱流）ｘ２が発生する。
【００３４】
このように、衝突乱流ｘ１およびｘ２が発生することにより、空気流体ａ１およびａ２は、第２の区分放熱フィン群１７の各放熱フィン１７ａの表面側と、この各放熱フィン１７ａ間を流れる層に区分されることなく混在して流れるようになる。
【００３５】
次に、衝突乱流ｘ１およびｘ２を含む空気流体ａ１およびａ２が、第３の区分放熱フィン群１８側へ流入すると、先ず短絡ポート２０ｂを介して主流路ｂ１側の横断流路２２に流入する。横断流路２２に流入した空気流体ａ２は、先に横断流路２２に流入した、突乱流ｘ１とｘ２を含む空気流体ａ１およびａ２が、横断流路２２において、上記横断流路２１における衝突と同様の現象が引き続き生じる。
【００３６】
このように、再び衝突乱流ｘ１およびｘ２が発生することにより、空気流体ａ１およびａ２は、第３の区分放熱フィン群１８の各放熱フィン１８ａの表面側と、各放熱フィン１８ａ間の中央部側を流れる層に区分されなく混在して流れるようになる。
【００３７】
更に、第３の区分放熱フィン群１８側から、第４の区分放熱フィン群１９側へ流入することにより、更に衝突乱流ｘ１およびｘ２が発生し、第４の区分放熱フィン群１９の放熱フィン１９ａ間を流通する。
【００３８】
横断流路２３におけるその他の作用は、上述した横断流路２２側における作用と同様であるので説明を省略する。
【００３９】
放熱装置１０によれば、被冷却体に対して冷却する冷媒として用いる空気流体ａが、被冷却体からの発熱を吸収して、空気流出口１１ｇから排出するにあたり、主流路ｂ１内にて、衝突乱流ｘ１に加え、ほぼ同時に衝突乱流ｘ２を発生させるようにしたから、これらの乱流ｘ１およびｘ２の乱流発生の相乗効果により、一層の乱流作用が得られる。この結果、図６に示すような境界層ｋの発生を未然に且つ効果的に防止することができる。
【００４０】
従って、境界層ｋの発生を原因とする熱伝導特性の低下を防止することができるので、放熱面に設置される電子部品等の被冷却体側からほぼ均一に吸熱する。すなわち、被冷却体を均一に冷却する放熱装置１０を提供することができる。
【００４１】
なお、境界層ｋは、流体が流れる流路長が長くなればなるほど境界層ｋが発達する一方で、所定長以上になると、境界層ｋの発達の進捗度が低下する傾向にある。従って、放熱装置１０に設けられる一連の放熱フィン群１６〜１９を横切る横断流路２１〜２３は、一つの、例えば放熱フィン群１６側に発達する境界層厚があまり増加しない流路長の所で、設けられるのが望ましい。
【００４２】
また、放熱装置１０によれば、被冷却体からほぼ均一に吸熱することが可能となることにより、この吸熱分を放熱する放熱装置自体を、被冷却体の耐熱性能に合わせて合理的に小型化、軽量化を図ることができる。
【００４３】
なお、放熱装置１０によれば、表側放熱板１１側を被冷却体を熱伝導的に配置して吸熱側として構成したが、裏側放熱板１２側をも吸熱側として用いても差し支えない。
【００４４】
また、放熱装置１０によれば、図５に示すように、一方の表側放熱板１１および他方の裏側放熱板１２とを組合せて、その内部に流体流通路ｂを形成したが、その形成の際に、他方の放熱板、例えば裏側放熱板１２側に設けた放熱フィン群１３の放熱フィン１６ａ〜１９ａと、一方の表側放熱板１１との間に空気流体ａが流通し得る所要の空隙ｌを設けた放熱装置１０Ａとして構成することができる。この放熱装置１０Ａによれば、主流路ｂ１に対して、副流路ｂ２側から流通する空気流体ａ２の他に、上記所要の空隙ｌからも空気流体ａ１を、放熱フィン１６ａ〜１９ａ側に流入させることができるので、当該空気流体ａ１による吸熱作用により、より一層の吸熱効果を発揮させることができる。
【００４５】
また、放熱装置１０Ａによれば、主流路ｂ１に流入した空気流体ａ１は、その一部が、図５に示すように、所要幅の空隙ｌから一部の空気流体ａ１が流入することから、副流路ｂ２側から流入する空気流体ａ２と相俟って相乗的に乱流作用を有する空気流体ａ１が得られる。従って、放熱フィン群１３の各放熱フィン１６ａ〜１９ａ間において、境界層ｋの発生をより一層低減させることができるので、空気流体ａによる吸熱作用により、より一層の放熱作用効果を得ることができる。
【００４６】
更にまた、放熱装置１０（１０Ａ）によれば、冷媒としての流体に空気を利用した例を示したが、水等の液体を利用することも可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の放熱装置の概要を示す斜視図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図。
【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿う拡大断面図。
【図４】図３のＣ部の拡大図。
【図５】本発明の放熱装置の他の実施例を示す要部拡大断面図。
【図６】境界層の発生の原理を示す吸熱管の断面図。
【図７】従来の放熱装置の要部拡大斜視図。
【図８】図７のＤ−Ｄ線に沿う拡大断面図。
【符号の説明】
【００４８】
１０，１０Ａ  放熱装置
１１  表側放熱板
１１ａ，１２ａ  放熱面
１１ｂ〜１１ｅ  折り曲がり部
１１ｆ  空気流入口（流体流入口）
１１ｇ  空気流出口（流体流出口）
１２  裏側放熱板
１２ａ  放熱板端壁
１３  放熱フィン群
１５  仕切壁部
１６  第１の区分放熱フィン群
１６ａ〜１９ａ  放熱フィン
１７  第２の区分放熱フィン群
１８  第３の区分放熱フィン群
１９  第４の区分放熱フィン群
２０ａ〜２０ｃ  短絡ポート
２１〜２３  横断流路
ａ，ａ１，ａ２  空気流体
ｂ  空気流通路
ｂ１  主流路
ｂ２  副流路
ｄ１〜ｄ３  電子部品
ｌ  空隙
ｘ１  第１の衝突乱流（衝突乱流）
ｘ２  第２の衝突乱流（衝突乱流）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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