JPH05280882A - 放熱フィン - Google Patents

放熱フィン

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JPH05280882A
JPH05280882A JP10576592A JP10576592A JPH05280882A JP H05280882 A JPH05280882 A JP H05280882A JP 10576592 A JP10576592 A JP 10576592A JP 10576592 A JP10576592 A JP 10576592A JP H05280882 A JPH05280882 A JP H05280882A
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JP
Japan
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needle
fin group
shaped heat
pin fin
pin
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Pending
Application number
JP10576592A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Mizukami
浩 水上
Sadashige Mochizuki
貞成 望月
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ピンフィン群の伝熱量を、圧力損失の無駄を
少なくして、効率の高い状態で得ることができる放熱フ
ィンを提供することにある。 【構成】 針状熱伝導体13が矩形配列されてなるピン
フィン群11の空気流れに対し直角方向の配列間隔a
を、針状熱伝導体13の外周長の1〜1.5 倍の範囲内に
設定し、かつ針状熱伝導体13の占める体積がピンフィ
ン群11の包絡体積の20%以下でることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、空調器をはじめとする
各種の放熱器や熱交換器、或いは電算機等の集積回路の
チップやその他の発熱体の放熱に利用される放熱フィン
に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、計算機の高速化や小型化に伴う集
積回路のチップ等の高度冷却技術などで、高性能放熱フ
ィンの要求が高まって来ており、伝熱面の微細化に適し
た多角形断面の針状熱伝導体(ピンフィン)を多数本平
行に矩形配列することによりピンフィン群を構成してな
る放熱フィンが着目されている。
【0003】図3にこの種の放熱フィンのピンフィン群
1を示す。このピンフィン群1は基板部2上に多数本の
針状熱伝導体3を相互に間隔を存して矩形配列する状態
に立設した構成である。これら各針状熱伝導体3は、図
4に拡大して示す如く、断面四角形で一辺dpが0.2mm 程
度の微細角柱形状とされていると共に、伝熱量(放熱
量)を高くするために高密度に配列されている。即ち、
この縦横の配列間隔(ピッチ)pが狭く設定されてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前述の従来
のピンフィンタイプの放熱フィンでは、伝熱量を高くす
るために、多数本の角柱形状の針状熱伝導体3を高密度
に矩形配列してピンフィン群1を構成していた。つま
り、伝熱量を優先して試行錯誤的に縦横の配列間隔(ピ
ッチ)pを決定していた。その結果、配列間隔pが針状
熱伝導体3の横断面の外周長の1/2 以下(角柱の一辺の
長さdpの2倍以下)になっているのが現状で、後述する
実験結果による針状熱伝導体3の配列間隔pと熱伝達・
圧力損失特性との関係から明らかなように、送風器から
送風せしめられる空気の圧力損失が極めて大きく、全体
評価としては効率が悪い問題があった。
【0005】本発明は前記問題を解決するためになされ
たもので、その目的とするところは、ピンフィン群の伝
熱量を高く維持すると共に、無駄な圧力損失を少なくで
きて、非常に効率の良い伝熱効果が得られる放熱フィン
を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の放熱フィンは、
前記目的を達成するために、ピンフィン群の矩形配列さ
れた多角形断面の多数本の針状熱伝導体の少なくとも一
方向の配列間隔を、該針状熱伝導体の横断面の外周長の
1〜1.5 倍の範囲内に設定したことを特徴とする。
【0007】
【作用】前記構成の放熱フィンでは、ピンフィン群の多
角形断面の針状熱伝導体の配列間隔が該針状熱伝導体の
横断面の外周長の1〜1.5 倍の範囲とした方向を空気の
流れに対し直角方向に向けて使用すれば、後述するパラ
メータ試験による針状熱伝導体の配列間隔と熱伝達・圧
力損失特性との関係から分かるように、ピンフィン群の
伝熱量を比較的高く維持すると共に、無駄な圧力損失を
大幅に少なくでき、総合的に非常に効率の良い伝熱効果
が得られて、高効率的な放熱器や熱交換器の実現が可能
となる。
【0008】そのピンフィン群の針状熱伝導体の空気の
流れに直角方向の配列間隔が前述の外周長の1倍より小
さい従来品のようなものでは、伝熱性能は大きく得られ
るが、圧力損失がより大きな割合で増大して、全体評価
として効率が悪くなり、逆に外周長の1.5 倍より大きく
なると、圧力損失は小さいが伝熱量が大幅に減少して放
熱性能の悪化を招く。
【0009】また、前述の如くピンフィン群の多角形断
面の針状熱伝導体の空気の流れに対し直角方向の配列間
隔が該針状熱伝導体の横断面の外周長の1〜1.5 倍の範
囲とした構成の放熱フィンにおいて、ピンフィン群の多
数本の針状熱伝導体の占める体積を、該ピンフィン群の
包絡体積の20%以下にすることで、即ち針状熱伝導体空
気の流れ方向の配列間隔を、該針状熱伝導体の横断面の
外周長の0.35 倍程以上とすることで、これ以上大きな
配列間隔の場合のように空気流の異常な攪乱状態の発生
による圧力損失の過剰な増大を招くことが防げて、より
効率の良い最適な配列構造となる。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の放熱フィンの
実施例を説明する。まず、図1は本発明の放熱フィンの
ピンフィン群11の一部省略した平面図で、このピンフ
ィン群11は銅の薄板を材料としてエッチング技術を応
用して製作した断面四角形で一辺dpが0.2mm 程度の微細
角柱形状の針状熱伝導体13を多数本相互に間隔を存し
矩形配列してなる。
【0011】このピンフィン群11の針状熱伝導体13
の配列間隔(空気の流れに対し直角方向の配列間隔a、
空気の流れ方向の配列間隔b)が、後述するパラメータ
試験の熱伝達・圧力損失特性との関係から解明した最適
値(最も効率の良い値)に設定されている。即ち、この
ピンフィン群11の針状熱伝導体13の空気の流れに対
し直角方向の配列間隔aが該針状熱伝導体13の横断面
の外周長の1.25倍、即ち角柱の一辺の長さdpの5倍(a
/dp=5.0 )に、空気の流れ方向の配列間隔bが該針状
熱伝導体13の横断面の外周長の0.5 倍、即ち角柱の一
辺の長さdpの2.0 倍(b/dp=2.0 )に設定され、これ
ら針状熱伝導体13がピンフィン群11の包絡体積に占
める体積割合が20%以下となっている。
【0012】こうした構成の配列間隔(ピンピッチ)a
/dp=5.0 、b/dp=2.0 が最も効率的であるとの根拠
となる実験例を述べる。この実験に供試したピンフィン
群は、断面四角形で一辺dpが0.2mm 程度の微細角柱形状
の針状熱伝導体13の空気の流れに直交する方向の配列
間隔a/dpを3.0 〜7.0 の範囲で、流れ方向の配列間隔
b/dpを1.5 〜6.0 の範囲で系統的に変化させたもの
で、これらを改良シングルブロウ法に基づく伝熱特性自
動計測システムを用いパラメータ試験を行った。
【0013】この試験結果から得られた針状熱伝導体の
各種配列間隔a/dp,b/dpと,熱伝達・圧力損失特性
との関係を図2に示している。ここでは、縦軸にピンフ
ィン群の単位包絡体積・単位温度差あたりの伝熱量E
を、横軸に送風機の単位包絡体積あたりの送風動力(ピ
ンフィン群の圧力損失と比例)Pをあらわしている。い
ずれもピンフィン群への空気の近寄り流速U1は、LS
Iなどの放熱器として用いられる場合に一般的である2
m/sとした場合である。そのEとPとの定義は次の通
りである。
【0014】 E=hm・A/V;P=△P・U1・Az/V hm:平均伝熱量(フィン効率を含まず)、A:伝熱面
積、 V:ピンフィン包絡体積、Az:ピンフィン群入口面積
(ダクト断面積) なお、図中△はa/dp=3.0 、□はa/dp=4.0 、▽は
a/dp=5.0 、◇はa/dp=6.0 、○はa/dp=7.0
で、いずれも空気流れに対し直角方向の配列間隔を示し
ている。また図中[]内の数値は空気流れ方向の配列間
隔b/dp値を示しいている。
【0015】ここで、放熱フィンとして高性能なもの
は、伝熱性能が大きく、同時に圧力損失が小さいもので
あるから、本図においてはPが小さく、Eが大きい値を
示すピン配列間隔のものが最も総合的性能に優れている
ピンフィン群であると言える。この観点から見ると、配
列間隔が狭い△印のa/dp=3.0 の場合、伝熱性能は大
きいが、それにもまして圧力損失が非常に大きいことが
分かる。逆に配列間隔が広い○印のa/dp=7.0 の場合
は伝熱面の稠密度が小さくなり、単位体積あたりの放熱
量がかなり小さくなる。よって、このデータの中間の▽
印のa/dp=5.0のものが総合的性能で最も良い配列ピ
ッチ構造であると言える。▽印のa/dp=5.0 及び◇印
のa/dp=6.0 の場合、空気流れ方向の配列間隔b/dp
の変化が総合性能に及ぼす影響は小さいが、b/dpを2
〜4.5 程度としたものの場合が若干であるが総合性能が
高くなっているのが分かる。これは△印のa/dp=3.0
や□印のa/dp=4.0 の場合にも該当する。
【0016】これら各種配列間隔△,□,▽,◇,○で
の各々の総合性能が高い点付近を結んだ一点鎖線を見る
と、丁度▽印のa/dp=5.0 の付近に変曲点Hがあるこ
とが分かる。この変曲点Hより上側の□,△印のものは
伝熱量が上がるがそれにもまして圧力損失が増大する傾
向にあり、逆に変曲点Hより下側の◇,○印のものは圧
力損失が下がるがそれに比例して伝熱量が低下する傾向
にある。つまり変曲点H付近に丁度ある▽印のa/dp=
5.0 で、且つb/dp=2〜4.5 ピンピッチのもの(図1
に示したピンフィン群11の配列構造のもの)が、送風
動力が小さくかつ伝熱量も大きく、総合性能に最も優れ
た効率の良い放熱フィンと言える。
【0017】現実的にLSIなどの放熱器として用いる
場合は、本データ中の▽印のa/dp=5.0 を中心とした
上側の□印のa/dp=4.0 の一部と、下側の◇印のa/
dp=6.0 のものが効率的に許容範囲で、ピンフィン群の
伝熱量を高く維持すると共に、無駄な圧力損失を少なく
できるようになる。この場合にも空気の流れ方向の配列
間隔b/dp=2〜4.5 (針状熱伝導体がピンフィン群の
包絡体積に占める体積割合は20%以下)が適当である。
【0018】なお、前記実施例では針状熱伝導体13の
空気の流れに対し直角方向の配列間隔a/dpは、断面四
角形の角柱の一辺の長さの4.0 〜6.0 倍としたが、断面
五角形などの多角形断面を有する針状熱伝導体を用いる
場合も考え、針状熱伝導体の横断面の外周長の1〜1.5
倍と設定するのが良い。
【0019】
【発明の効果】本発明の放熱フィンは前述の如く構成し
たから、ピンフィン群の伝熱量を、無駄な圧力損失をく
わせることなく、効率良く高い状態で得ることができ
て、総合性能に優れた放熱器或いは熱交換器を実現可能
とすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の放熱フィンの一実施例を示すピンフィ
ン群の一部省略した拡大平面図。
【図2】同上実施例の放熱フィンのピンフィン群の針状
熱伝導体の最適配列を示すパラメータ実験の測定結果を
グラフで示す説明図。
【図3】一般的な放熱フィンのピンフィン群を示す概略
構成図
【図4】従来のピンフィン群の配列状態をしめす一部省
略した拡大平面図。
【符号の説明】
11…ピンフィン群、13…針状熱伝導体、a…空気流
れに対し直角方向の配列間隔、b…空気流れ方向の配列
間隔。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多角形断面を有する針状熱伝導体を多数
    本相互に間隔を存し矩形配列することによりピンフィン
    群を構成してなる放熱フィンにおいて、前記ピンフィン
    群の針状熱伝導体の少なくとも一方向の配列間隔を、該
    針状熱伝導体の横断面の外周長の1〜1.5 倍の範囲内に
    設定したことを特徴とする放熱フィン。
  2. 【請求項2】 ピンフィン群の針状熱伝導体の占める体
    積が、該ピンフィン群の包絡体積の20%以下であること
    を特徴とする請求項1記載の放熱フィン。
JP10576592A 1992-03-31 1992-03-31 放熱フィン Pending JPH05280882A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100388050B1 (ko) * 1995-11-30 2003-10-11 삼중테크 주식회사 이젝트를이용한흡수식용액사이클
JP2010221310A (ja) * 2009-03-19 2010-10-07 Seiko Epson Corp 放熱装置付き旋回型アーム及び水平多関節型ロボット
JP2010221340A (ja) * 2009-03-24 2010-10-07 Seiko Epson Corp 水平多関節型ロボット
CN102519294A (zh) * 2012-01-17 2012-06-27 魏辉 一种换热单元
JP2013252611A (ja) * 2013-09-24 2013-12-19 Seiko Epson Corp アーム及びロボット

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