(57)【要約】プレートに多数の互いに平行なスリットを打ち抜いて、それらの間に細長い縦リブを配置し、そのプレートを積層した積層型ヒートシンクのコアにおいて、各プレートの厚みとスリットのピッチと横リブとの相互関係から、最も熱交換性能の高いヒートシンクの条件を見出す。  各プレート４の厚みＴが０．８ｍｍ〜１．６ｍｍであり、横リブ３に直交する横断面で、各横リブ３が千鳥に配置されており、冷媒が、積層されたプレート４の各横リブ３の間を積層方向に蛇行しながら、縦リブ２の延伸方向へ流通する積層型ヒートシンクのコアにおいて、各プレート４の厚みをＴ、冷媒の流通方向に対向する横リブ３間のピッチをＰ、横リブ３の流通方向の長さをＢ、千鳥に隣接する横リブ３間の流通方向の距離をＡとしたとき、下記の式を満足するように構成する。Ｐ／Ｔ＝３．０〜６．０で且つ、Ａ／Ｐ＝０．１５〜０．３７、ここに、Ｐ＝２Ａ＋２Ｂである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の互いに平行なスリット（１）が形成されており、それらの間に多数の互いに平行な細長い縦リブ（２）と、隣接する各縦リブ（２）間を連結する横リブ（３）とが形成された複数のプレート（４）が積層されており、
各プレート（４）の厚みＴが０．８ｍｍ〜１．６ｍｍであり、
各プレート（４）において、積層方向に隣接する各縦リブ（２）は積層方向に互いに整合し、横リブ（３）は積層方向の一枚おきに互いに整合して各プレート（４）が積層された状態で、各プレート（４）間が接合されており、
横リブ（３）に直交する横断面で、各横リブ（３）が千鳥に配置されており、
冷媒が、積層されたプレート（４）の各横リブ（３）の間を積層方向に蛇行しながら、縦リブ（２）の延伸方向へ流通する積層型ヒートシンクのコアにおいて、
各プレート（４）の厚みをＴ、冷媒の流通方向に対向する横リブ（３）（３）間のピッチをＰ、横リブ（３）の流通方向の長さをＢ、千鳥に隣接する横リブ（３）（３）間の流通方向の距離をＡとしたとき、下記の式を満足する積層型ヒートシンクのコア。
Ｐ／Ｔ＝３．０〜６．０で且つ、
Ａ／Ｐ＝０．１５〜０．３７
ここに、Ｐ＝２Ａ＋２Ｂである。
【請求項２】
請求項１に記載の積層型ヒートシンクのコアにおいて、
Ａ／Ｐ＝０．１７〜０．３２
である積層型ヒートシンクのコア。
【請求項３】
請求項１に記載の積層型ヒートシンクのコアにおいて、
Ａ／Ｐ＝０．２１〜０．２９
である積層型ヒートシンクのコア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数のスリットを有する金属プレートを積層し、そのスリットに冷媒を流通させる積層型ヒートシンクのコアに関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、既に下記特許文献１に記載のプレート型ヒートシンクを提案している。
これは、金属板に多数のスリットをプレス打ち抜きして平坦なプレートとし、各プレートの積層体によりコアを形成し、そのコアの積層方向の両端に端プレートを配置する。そして、各プレートの外周には枠部を有し、各スリット間に多数の細長いリブを一体に形成し、各スリットの両端部にマニホールドを配置する。そして、各スリットに冷媒を流通させ、端プレートの外面に電子部品からなる発熱体を配置し、その発熱を冷媒により取り去るものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−０１８９６６号公報
【特許文献２】特開２０１４−０３３０６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなプレート型ヒートシンクには、コンパクトで高性能なものが求められている。
本発明者はプレートに多数の互いに平行なスリットを打ち抜いて、それらの間に細長い縦リブを配置し、そのプレートを積層した積層型ヒートシンクのコアにおいて、各プレートの厚みとスリットのピッチと横リブとの相互関係から、最も熱交換性能の高いヒートシンクの条件を鋭意検討して見出したものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の本発明は、多数の互いに平行なスリット１が形成されており、それらの間に多数の互いに平行な細長い縦リブ２と、隣接する各縦リブ２間を連結する横リブ３とが形成された複数のプレート４が積層されており、
各プレート４の厚みＴが０．８ｍｍ〜１．６ｍｍであり、
各プレート４において、積層方向に隣接する各縦リブ２は積層方向に互いに整合し、横リブ３は積層方向の一枚おきに互いに整合して各プレート４が積層された状態で、各プレート４間が接合されており、
横リブ３に直交する横断面で、各横リブ３が千鳥に配置されており、
冷媒が、積層されたプレート４の各横リブ３の間を積層方向に蛇行しながら、縦リブ２の延伸方向へ流通する積層型ヒートシンクのコアにおいて、
各プレート４の厚みをＴ、冷媒の流通方向に対向する横リブ３間のピッチをＰ、横リブ３の流通方向の長さをＢ、千鳥に隣接する横リブ３間の流通方向の距離をＡとしたとき、下記の式を満足する積層型ヒートシンクのコアである。
Ｐ／Ｔ＝３．０〜６．０で且つ、
Ａ／Ｐ＝０．１５〜０．３７
ここに、Ｐ＝２Ａ＋２Ｂである。
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の積層型ヒートシンクのコアにおいて、
Ａ／Ｐ＝０．１７〜０．３２
である積層型ヒートシンクのコアである。
請求項３に記載の本発明は、請求項１に記載の積層型ヒートシンクのコアにおいて、
Ａ／Ｐ＝０．２１〜０．２９
である積層型ヒートシンクのコアである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の積層型ヒートシンクのコアは、各プレート４の厚みＴが０．８ｍｍ〜１．６ｍｍであり、冷媒の流通方向に対向する横リブ３間のピッチをＰ、横リブ３の流通方向の長さをＢ、千鳥に隣接する横リブ３間の流通方向の距離をＡとしたとき、
Ｐ＝２Ａ＋２Ｂで、Ｐ／Ｔ＝３．０〜６．０で且つ、Ａ／Ｐ＝０．１５〜０．３７の各式を満足する積層型ヒートシンクのコアとしたので、等価熱伝達率／圧力損失の比率が最良値の８０％以上の範囲に入る。そのため、熱交換性能の高いヒートシンクを提供できる。即ち、Ａ／Ｐを上記範囲に設定することにより、温度境界層が低減され、伝熱が向上すると共に、横リブ回りの冷媒の急偏向が抑制され、圧力損失が低減することにより、圧力損失に対する熱伝達率の比が良好となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は本発明の実施例１の積層型ヒートシンクの分解斜視図。
図２は図１におけるＩＩ−ＩＩ矢視断面図。
図３は同ヒートシンクのコアにおける冷媒の流れを示す説明図。
図４は図２のＩＶ部拡大図。
図５は図４のＶ−Ｖ矢視断面図。
図６は図４において、Ａ／ＰおよびＰ／Ｔをそれぞれ変化させた場合の、冷媒の流速分布を示した図。
図７は図４において、Ａ／ＰおよびＰ／Ｔをそれぞれ変化させた場合の、冷媒の温度分布を示した図。
図８はＰ／Ｔ＝３．０において、Ａ／Ｐに対する等価熱伝達率／圧力損失を表したグラフ（Ａ／Ｐ＝０．２５の場合を１００％とした）。
図９はＰ／Ｔ＝４．８において、同様に等価熱伝達率／圧力損失を表したグラフ（Ａ／Ｐ＝０．２５の場合を１００％とした）。
図１０はＰ／Ｔ＝６．０において、同様に等価熱伝達率／圧力損失を表したグラフ（Ａ／Ｐ＝０．２５の場合を１００％とした）。
図１１は本発明の実施例２の積層型ヒートシンクの分解斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１〜図５は本発明の実施例１の積層型ヒートシンクであって、図１はその分解斜視図、図２は図１におけるＩＩ−ＩＩ矢視断面図、図３は同ヒートシンクのコアにおける冷媒の流れを示す説明図である。また、図４は図２のＩＶ部拡大図、図５は図４のＶ−Ｖ矢視断面図である。
このヒートシンクは、複数の平坦なプレート４の積層体によりコア５を構成し、その上下両端に天板６，下端板７を配置し、各プレート４間を一体にろう付接合したものである。
夫々のプレート４は多数の互いに平行な同一形状のスリット１が定間隔に打ち抜かれ、それらのスリット１間に多数の互いに平行な細長い縦リブ２が形成されている。そして、隣接する各縦リブ２間は横リブ３により連結されている。横リブ３のピッチは、スリット１のピッチと同じである。各プレートの厚みＴは、０．８ｍｍ〜１．６ｍｍである。
各プレート４にはその外周に枠部１４が設けられ、その枠部１４内で、図１に示す如く、縦リブ２の長手方向両端に一対のマニホールド１２が形成されている。各プレート４において、積層方向に隣接する各縦リブ２は互いに積層方向に整合すると共に、図４の横断面に示す如く、各プレート４における横リブ３はプレートの積層方向の１枚置きに互いに整合している。そして、同図において、各横リブ３は千鳥状に配置されている。
天板６及び下端板７は、各プレート４の枠部１４の外周に略整合する外周を有し、天板６には一対のパイプ１０が設けられている。一方のパイプ１０は各プレート４の入口８に連通しており、他方のパイプ１０は各プレート４の出口９に連通している。各入口８および出口９のそれぞれに、連通するマニホールド１２が設けられている。各部品間は、ろう材により一体的に接合されている。各プレート４、天板６、下端板７は、その少なくとも一方の表面にろう材がクラッドされたものを用いるのが好ましい。
そして、天板６およびまたは下端板７の外表面に発熱体１３が取付けられ、一方のパイプ１０から冷媒１１が各プレート４の入口８を介してマニホールド１２に導かれる。
その冷媒１１は、図１〜図３に示す如く、マニホールド１２（図１）から各プレート４のスリット１に導かれ、横リブ３を積層方向に図３の如く蛇行しながら、縦リブ２の延伸方向へ流通し、他方のマニホールド１２に流出する。
冷媒１１は、一例として冷却水を用いることができる。
そして天板６の外表面に取付けられた発熱体１３からの発熱は、天板６，各プレート４を介して冷媒１１に伝達される。
このような積層型ヒートシンクのコアにおいて、プレート４の厚みＴが０．８ｍｍ〜１．６ｍｍであり、図４において、冷媒の流通方向に形成された流路のピッチをＰとし、横リブ３の冷媒流通方向の長さをＢとし、各横リブ３の上流側端面３ａと千鳥に隣接する他の横リブ３の下流側端面３ｂとの間の流通方向の距離をＡとしたとき、それらのパラメーターが次の式を満足することを特徴としている。
Ｐ／Ｔ＝３．０〜６．０で且つ、
Ａ／Ｐ＝０．１５〜０．３７
ここに、Ｐ＝２Ａ＋２Ｂである。
図４は、図２のＩＶ部拡大図である。この例では、一対の天板６，下端板７間に８枚のプレート４が積層されている。各プレート４はプレス成形により、冷媒１１の流通方向にスリット１が多数配置されている。
そのスリット１は、各プレート４にピッチＰで多数形成されたものであり、そのスリット１は図３に示す如く、長手方向に互いに平行に配置された縦リブ２と、各縦リブ２間を連結する横リブ３との間に存在する。夫々の縦リブ２は、積層方向に互いに整合する。
また、各横リブ３はプレート４の１枚おき毎に積層方向に整合する。そしてその横リブ３の冷媒流通方向の長さをＢとする。また、横リブ３の上流側端面３ａと、その上流側端面３ａに千鳥配置で隣接する横リブ３の下流側端面３ｂとの、冷媒流通方向の距離をＡとする。さらに、各プレート４の厚みをＴとする。このとき、Ｐ＝２Ａ＋２Ｂとなる。
また、図５は、図４のＶ−Ｖ断面図である。この例（図）では、Ａ＝Ｂとなっている。
図６は、本発明のコアに冷媒を流通させた時の天板周りにおける速度コンタ図である。
図に示した数字が大きい程、流速が速いことを示している。同図のＡ／Ｐ＝０．２５、Ｐ／Ｔ＝３．０の図において、冷媒の流れは白矢印で示す通り、同図において右側（上流側）から左方向（下流側）へ流通している条件で示されている。
同図において、横方向に並列した三つの図は、Ｐ／Ｔ＝４．８で一定とし、Ａ／Ｐを変化させた時の冷媒の流速を示したものである。左端の図は、Ａ／Ｐ＝０．１６７の場合である。中央の図は、Ａ／Ｐ＝０．２５の場合である。右端の図は、Ａ／Ｐ＝０．３３３の場合である。
Ａ／Ｐの値が大きくなる程、コア内部の圧力損失は小さくなり、熱交換性能が低下する傾向にある。Ａ／Ｐ＝０．１６７の図に示す通り、Ａ／Ｐの値が小さいときは、横リブ３の上流側端面３ａにおける急激な偏向により局所的に速度が上昇する。それに伴い、流路の上流側における天板６と横リブ３との隅に生じる淀み領域ＷがＡ／Ｐ＝０．２５の場合より小さくなる。逆に、Ａ／Ｐの値が大きいときは、Ａ／Ｐ＝０．３３３の図に示す通り、流路の上流側における天板と横リブの隅に生じる淀み領域ＷがＡ／Ｐ＝０．２５の場合よりも大きくなっている。
また、図６において縦方向に並べた三つの図は、Ａ／Ｐ＝０．２５で一定とし、Ｐ／Ｔを変化させた時の冷媒の流速を示すものである。上側の図は、Ｐ／Ｔ＝３の場合である。中央の図は、Ｐ／Ｔ＝４．８の場合である。下側の図はＰ／Ｔ＝６の場合である。
Ｐ／Ｔの値が大きくなる程、Ａ／Ｐが伝熱／圧力損失の比率に与える影響が軽微であり、Ｐ／Ｔ＝６の図に示す通り、流路の上流側における天板と横リブの隅に生じる淀み領域ＷがＰ／Ｔ＝４．８の場合より小さくなっていることがわかる。
次に、図７は、本発明のコアに冷媒を流通させた時の天板周りにおける温度コンタ図である。図に示された数字が大きい程、高温であることを示している。冷媒の流れは、図６同様、右側から左方向へ流通している条件で示されている。
同図において、横軸方向の並列した三つの図は、Ｐ／Ｔ＝４．８で一定とし、Ａ／Ｐを変化させた時の各部の冷媒の温度分布を示したものである。左端の図は、Ａ／Ｐ＝０．１６７の場合である。中央の図は、Ａ／Ｐ＝０．２５の場合である。右端の図は、Ａ／Ｐ＝０．３３３の場合である。
Ａ／Ｐの値が大きくなる程、コア内部の圧力損失は小さくなり、熱交換性能が低下する傾向にある。Ａ／Ｐ＝０．３３３の図に示す通り、流路の上流側における天板と横リブの隅に生じる温度境界層ＶがＡ／Ｐ＝０．２５の場合よりも大きくなっていることがわかる。
次に、図７において縦方向に並べた三つの図は、Ａ／Ｐ＝０．２５で一定とし、Ｐ／Ｔを変化させた時の温度分布を示すものである。上側の図は、Ｐ／Ｔ＝３の場合である。中央の図は、Ｐ／Ｔ＝４．８の場合である。下側の図はＰ／Ｔ＝６の場合である。
Ｐ／Ｔの値が大きくなる程、Ａ／Ｐが等価熱伝達率／圧力損失の比率に与える影響が軽微であり、Ｐ／Ｔ＝６の図に示す通り、流路の上流側における天板と横リブの隅に生じる高温領域（温度境界層Ｖ）がＰ／Ｔ＝４．８の場合よりも小さくなっていることがわかる。
図７に示す高温領域（温度境界層Ｖ）は、図６の淀み領域Ｗに相当する位置に生じている。
図６、図７に示す如く、Ａ／Ｐ、Ｐ／Ｔの数値の設定は、淀み領域Ｗ、高温領域（温度境界層Ｖ）の生成を抑制するよう考慮する必要がある。
そこで、最適な熱交換性能を示すＡ／Ｐ、Ｐ／Ｔの数値範囲を見出すため、Ａ／Ｐの変化に対する等価熱伝達率／圧力損失の比率を計算し、図８〜図１０の如くグラフ化した。
図４、図５において、Ａ＝Ｂ、すなわち、Ａ／Ｐ＝０．２５であるとき、理想とするコア（これを理想コアとする）の性能を示し、この理想コアの条件を基準として計算を行っている。この条件において、熱交換器のコアは等価熱伝達率／圧力損失の比率が最もよく、熱交換性能の高いものとなる。
図８は、Ｐ／Ｔ＝３における等価熱伝達率／圧力損失計算の結果であり、横軸にＡ／Ｐ、縦軸に等価熱伝達率／圧力損失をとったグラフである。ここで、Ａ／Ｐ＝０．２５における等価熱伝達率／圧力損失の値を基準（１００％）としている。
同図から、Ｐ／Ｔが０．１５〜０．３７の範囲で、等価熱伝達率／圧力損失の値が理想コアに対して、１００〜８０％の範囲にある。
図９は、Ｐ／Ｔ＝４．８として、横軸にＡ／Ｐ、縦軸に等価熱伝達率／圧力損失をとったグラフである。この場合にも、Ｐ／Ｔが０．１５〜０．３７の範囲で、等価熱伝達率／圧力損失の値が理想コアに対して、１００〜８０％の範囲内にある。
図１０は、Ｐ／Ｔ＝６として、横軸にＡ／Ｐ、縦軸に等価熱伝達率／圧力損失をとったグラフである。この場合にも、Ｐ／Ｔが０．１５〜０．３７の範囲で、等価熱伝達率／圧力損失の値が理想コアに対して、１００〜８０％の範囲内にある。
これらの結果から、いずれの場合にも、Ａ／Ｐ＝０．１５〜０．３７の範囲とすることにより、等価熱伝達率／圧力損失の値が理想コアに対して１００〜８０％の範囲内にあるコアを得ることができる。
同様に、Ａ／Ｐ＝０．１７〜０．３２の範囲とすることにより、等価熱伝達率／圧力損失の値が理想コアに対して１００〜９０％の範囲内にあるコアを得ることができる。
また同様に、Ａ／Ｐ＝０．２１〜０．２９の範囲とすることにより、等価熱伝達率／圧力損失の値が理想コアに対して１００〜９５％の範囲内にあるコアを得ることができる。
【実施例２】
【００１０】
図１１は本発明の実施例２であり、これが前記実施例１と異なる点は、天板６および下端板７の形状、コア５を形成する各プレート４の形状である。天板６および下端板７は外周にフランジ部１５を有する皿状に形成され、それらの間にコア５が内装されたものである。実質的な作用・効果は前記実施例１と同じである。
【符号の説明】
【００１１】
１  スリット
２  縦リブ
３  横リブ
３ａ  下流側端面
３ｂ  上流側端面
４  プレート
５  コア
６  天板
７  下端板
８  入口
９  出口
１０  パイプ
１１  冷媒
１２  マニホールド
１３  発熱体
１４  枠部
１５  フランジ部
Ａ  距離
Ｂ  幅（横リブの幅）
Ｔ  厚さ（プレート厚さ）
Ｐ  ピッチ
Ｗ  淀み域
Ｖ  温度境界層
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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