JPH06112383A - 機器筐体内部温度降下手段 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 剣山形状ヒートシンクを有効利用して密閉機
器筐体内部の温度を効果的に降下せしめる手段を提供す
る。 ［構成］ 剣山形状ヒートシンクの受熱面と被冷却体の
放熱面とを熱伝導性の良好な金属の薄板で形成されてあ
る筐体壁を介して低熱抵抗で接着し、更に対流制御手段
により剣山形状ヒートシンクの放熱能力を増大せしめる
よう構成し筐体内部温度の降下手段とした。 ［効果］被冷却体からヒートシンクに至る熱輸送経路が
極小になり、剣山形状ヒートシンクの高性能との相乗効
果により、従来の如何なる筐体冷却装置よりも簡易で小
型軽量な内部温度降下手段が得られた。また筐体壁に設
けられた開口部に気密に着脱出来るセパレータパネルの
片面に剣山形状ヒートシンクを他の片面に熱吸収素子を
装着し、それらに強制対流発生手段及び対流制御手段を
併設し、全体をユニット化して従来比で最も小型軽量高
性能の筐体冷却装置を構成することが出来た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は密閉機器筐体の内部温度
を降下せしめる手段に関するもので特に剣山形状ヒート
シンクが有効利用された機器筐体内部温度降下手段に関
する。

【０００２】

【従来の技術】機器筐体の密閉を可能にし塵埃による汚
染を防止することを可能にする為の筐体内部温度上昇防
止手段としての筐体冷却装置の代表的な例を図５及び図
６に示す。図５に於ては対流制御筐体１０は屈曲型のセ
パレータパネルに依って機器筐体内の空気の流れである
高温対流４−７が流れる流路と機器筐体外の空気の流れ
である低温対流２−７が流れる流路とは気密に分離遮断
されてある。高温対流発生手段４−６及び低温対流発生
手段２−６に依り夫々の流路を高温対流４−７及び低温
対流２−７が流れる場合は、熱伝導性の良好な金属の薄
板を屈曲成形して伝熱面積を拡大せしめてあるセパレー
タパネル９の比較的良好な熱交換性能により、高温対流
４−７は低温対流２−７により冷却され、その結果とし
て機器筐体内の空気温度は降下せしめられる。

【０００３】図６は図５の場合より大容量高性能が要求
される時に使用される筐体冷却装置の例であって、熱交
換はセパレータパネル９を貫通して高温対流４−７と低
温対流２−７の間に跨がって配置されてあるヒートパイ
プ群８の熱輸送に依って行われる。 セパレータパネル
９は熱交換の機能は必要とされず単に高温対流流路と低
温対流流路とをセパレートするだけの役目のみが与えら
れている。ヒートパイプ群８は高温対流４−７から熱量
を吸収して低温対流側に輸送し、低温対流２−７の流れ
内に放熱する。この熱交換性能は各ヒートパイプに設け
られてあるフィン群８−１によって増加せしめられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課厘】図５の場合は簡易で且
つ安価である利点はあるものの、熱交換性能が低い為高
性能を発揮せしめる必要ある場合は屈曲型セパレータパ
ネルの面積を大きくする必要があり、その為に装置が大
型になる点が問題であった。

【０００５】図６の場合はヒートパイプの熱輸送による
熱交換であるから高性能ではあるが装置の構成が複雑と
なり製作費が高価となる点が問題点となっていた。

【０００６】また図５、図６の両例の共通の問題点とし
ては、外部雰囲気が悪く低温流路内が汚染されて洗浄の
必要が生じた場合、筐体冷却装置のすべてを分解する必
要があった。特に図６の場合はヒートパイプ８のフィン
群８−１の洗浄は困難で煩雑な作業であった。

【０００７】更にヒートパイプ式筐体冷却装置に於ける
他の重要な問題点として、使用されるヒートパイプが通
常の２相流ヒートパイプある場合にはトップヒートモー
ドでは作動不能であり、保持姿勢で大幅に性能が変化
し、ヒートパイプが水平になった場合は熱輸送能力が半
減する点がある。従ってヒートパイプ式筺体冷却装置は
機器に装着する際の姿勢に大きな制約が発生し、これは
機器内の部品の配置にも制約を及ぼすことになる。発明
が解決しようとする課題は以上の如き諸問題点である。

【０００８】

【課題を解決する為の手段】問題点を解決する為の基本
的な手段について以下の各項に述べる。 （１）筐体外気中に熱量を放熱せしめる手段として剣山
形状ヒートシンクを用いる。剣山形状ヒートシンクは最
近の半導体の急激な進歩に対応して改善され、特にこの
数年の発達は目覚ましく、小型軽量ではあっても強力な
放熱能力を有する剣山形状ヒートシンクが出現するに至
った。

【０００９】従来放熱性能が悪く、大型かつ重量である
ためアルミヒートシンクは筐体冷却装置における放熱部
として使用されることは無かった。然し最近の高密度剣
山形状ヒートシンクは従来のアルミヒートシンクに比較
して数倍の放熱能力を有し、且つ数分の一に小型軽量化
され、機器筐体の内部温度降下手段に適用すれば、その
小型軽量化に大きな効果を発揮させることが出来る。

【００１０】特に特願平４−１３５５０７及び特願平４
−２１４４５６に細管ヒートパイプを用いて適用したｌ
字形状ピン群を有する剣山型ヒートシンクは通常の剣山
形状ヒートシンクに比較して更に１．５〜２．０倍も強
力であり、これを放熱部として適用して筐体冷却装置を
構成した場合は従来型のヒートパイプ応用の筐体冷却装
置より遥かに小型高性能の筐体冷却装置を構成すること
が出来る。

【００１１】（２）筐体壁の所定の部分、またはそれに
相当し、筐体内外空気の相互間流動をを遮断するセパレ
ータパネルの何れかを熱伝導性の極めて良好な金属の薄
板で形成し、その筐体内に相当する面に被冷却体を接着
し、それに対応する筐体外に相当する面に剣山形状ヒー
トシンクを接着し、被冷却体と剣山形状ヒートシンクと
が直接接着されてある場合と殆ど同様にに近接接着せし
める。この構造は被冷却体から放熱部である剣山形状ヒ
ートシンクに到る間の熱輸送距離を最短ならしめ、熱輸
送の為の熱抵抗を極めて小さくする。

【００１２】（３）剣山形状ヒートシンク、及び被冷却
体が剣山形状熱吸収素子である場合の熱吸収フィン群、
等の剣山形状フィン群の放熱及び熱吸収効率を向上させ
るための対流発生手段と対流制御手段をそれらに併設す
る。

【００１３】上述の３手段を併用実施することが従来の
筐体冷却装置を使用する機器筐体の内部温度上昇防止手
段に於ける問題点の全てを解決するための基本的な手段
となる。この基本的な手段の適用構造例は図１に例示し
てあり、その詳細については第１実施例にて述べる。

【００１４】

【作用】（１）ｌ字形状ピン群を有する剣山型ヒートシ
ンクを放熱部として適用するものとすると受熱平板１０
０ｍｍ×１００ｍｍ，フインの高さ４０ｍｍ、のヒート
シンク１個のみで３００Ｗの放熱能力を発揮せしめるこ
とができる。従って放熱能力５００Ｗの筐体冷却装置を
構成するには放熱部として小型のヒートシンク２個を使
用するのみで良いことになり、筐体冷却装置の筐体の機
器筐体の外部に露出する部分は、対流発生手段のファン
を除いてほぼ高さ６０ｍｍ長さ２５０ｍｍ幅１５０ｍｍ
で良いことになり、容積比で五分の一程度になり小型
化軽量化は極めて顕著なものとなる。

【００１５】（２）筐体壁またはセパレータパネルが薄
肉で熱伝導性が良好な材質である場合にはこれを介在せ
しめて相互接着された被冷却体と剣山型ヒートシンクの
間の接触熱抵抗に対する影響は極めて少ない。筐体壁ま
たはセパレータパネルの材質がアルミニウム（熱伝導率
λ＝２２８Ｗ／ｍ℃）としその厚さを１ｍｍとし、接着
面積が１００ｍｍ×２００ｍｍの場合の介在アルミニウ
ムによる増加熱抵抗はＲ＝２．１９３×１０^−４℃／Ｗ
と極めて少なく、無視しても良い程度の熱抵抗値であ
る。

【００１６】（３）剣山形状フィン群はヒートシンクに
高性能を与えるが、フィン群が高密度である為、自然対
流条件では高性能を発揮せしめることが出来ない。従っ
て剣山形状ヒートシンクには強制対流発生手段の併設が
不可欠となる。また剣山形状ヒートシンクはフィンに直
行する強制対流による放熱より、フィンに平行する強制
対流による放熱のほうが格段に性能が良好になる場合が
多く、対流制御が適切である場合は熱輸送能力は１．５
〜２．０倍にも向上する。従って適切な対流制御手段を
併設することも剣山形状ヒートシンクには不可欠であ
る。

【００１７】

【実施例】第１実施例 図１は本発明の機器筐体内部温度降下手段の基本構造及
び第一実施例、第２実施例に共通の説明図である。１は
密閉機器筐体の筐体外部Ｃと筐体内部Ｈの間を気密に隔
絶する筐体壁である。筐体壁１の所定の部分の内壁面に
は被冷却体３の放熱面３−３が接着されてあつて、筐体
壁１の同一部分の、被冷却体３の放熱面３−３の接着面
に正しく対応する外壁面には、剣山形状ヒートシンク２
の受熱平板２−２の受熱面２−４が接着されてある。被
冷却体３の放熱面３−３と剣山形状ヒートシンク２の受
熱平板２−２の受熱面２−４とはほぼ同一形状で且つほ
ぼ同一面積になっている。また筐体壁１に於ける、少な
くも放熱面３−３と受熱面２−４とが接着されてある部
分は薄肉で熱伝導性の良好な金属例えばアルミニウム薄
板の如きもので形成されてある。

【００１８】２−６は強制対流発生手段で一般には軸流
ファンが用いられ、これにより発生する低温強制対流２
−７により剣山形状ヒートシンク２の剣山形状フィン群
２−１の放熱能力は増強せしめられる。ファンの配置は
強制対流を吹き込むよう配置される場合も、ファンの空
気吸引により強制対流を発生せしめるように配置される
場合もある。

【００１９】２−５は対流制御手段であって、一般には
金属板で形成されてあり、強制対流が熱交換に寄与しな
い方向に散逸することを防いだり、対流の流れ方向を制
御して熱交換能率を向上せしめる。図１に於ては対流を
フィン群に直交するよう制御している例が示されてある
が、その流れ方向にはフィン群に平行する流れもありま
た斜交する流れの場合もある。また大きな断面積の多量
の対流を小さな断面積に絞って流速を増加せしめてフィ
ン群内に導入し、フィン群の放熱能力を大幅に強化せし
める場合もある。従って対流制御手段の形状としては夫
々の制御目的に対応して多種多様な形状が採用される。

【００２０】このような実施例は被冷却体からヒートシ
ンクに至る熱輸送の熱抵抗を極めて小さく押さえ、剣山
形状ヒートシンクの優れた放熱特性を有効に活用するこ
とにより、密閉機器筐体内の被冷却体の熱量を筐体壁を
介して筐体外に効率よく放出せしめる。このような冷却
方式は屈曲型セパレータパネルにより機器筐体内の空気
を冷却する方式やヒートパイプの熱輸送により筐体内外
空気の熱量を交換する間接冷却方式に比較して遥かに効
率的に被冷却体を冷却することが出来る。

【００２１】第２実施例 この実施例に於ては密閉機器筐体内の部品群中の主要発
熱部品は被冷却体３として筐体壁１の内壁面に接着され
る。主要発熱部品が複数の場合は被冷却体３は複数とな
り、又これに対応して筐体壁１の外壁面に接着される剣
山形状ヒートシンクも複数となる。このように構成され
てあるから機器筐体内の発熱量の大部分は筐体壁１を介
して剣山形状ヒートシンク２から機器筐体外に排出され
る。部品群中の残余の部品群が発生する少量の発熱は、
図１には示されていないが機器筐体内の所定の部分に設
けられてある強制対流発生手段により引き起こされる強
制対流により機器筐体内壁面の熱吸収能力が増大され、
機器筐体の全筐体壁を貫通して筐体の全外壁面から排出
される。

【００２２】第３実施例 第３実施例では機器筐体の内部温度降下手段として密閉
筐体内の空気を冷却する方式が採用される。従って被冷
却体としては剣山形状熱吸収素子４が用いられる。剣山
形状熱吸収素子４は剣山形状フィン群４−１と放熱平板
４−２とからなる。強制対流発生手段４−６により発生
した高温強制対流４−７の熱量は剣山形状フィン群４−
１により吸収され、放熱平板４−２から筐体壁１を貫流
して、剣山形状ヒートシンク２を介して機器筐体外に排
出される。機能的には異なるが剣山形状熱吸収素子４と
剣山形状ヒートシンク２とは全く同じ構造である。

【００２３】熱吸収能力を増加せしめるために剣山形状
熱吸収素子４にも対流制御手段４−５が併設される。こ
の対流制御手段４−５も剣山形状ヒートシンク２の対流
制御手段２−５と同様な構造及び機能に構成される。

【００２４】第４実施例 本実施例は図３及び図４に例示の如く上述の機器筐体内
部温度降下手段が着脱可能なユニットとして構成されて
ある実施例である。図４に於て筐体壁１の所定の部分に
は所定の面積及び所定の形状の開口部１−１が設けられ
てあり、この開口部１−１には着脱することの自在なセ
パレータパネル５が気密に装着されてある。このセパレ
ータパネル５は機器筐体内外の対流空気の相互間を気密
に遮断分離するセパレータであって、熱伝導性の良好な
金属の薄板で形成されてある。セパレータパネル５の筐
体外の空気の対流と接触する面には剣山形状ヒートシン
ク２が接着されてあり、これに併設して強制対流発生手
段２−６及び対流制御手段２−５が配設されてある。ま
たセパレータパネル５の筐体内の空気の対流と接触する
面に於ける、剣山形状ヒートシンク２が接着されてある
位置に正確に対応する位置にには、被冷却体３または剣
山形状熱吸収素子４が接着されてあり、接着体が剣山形
状熱吸収素子４である場合にはそれに併設して強制対流
発生手段４−６及び対流制御手段４−５が配設されてあ
る。

【００２５】これらセパレータパネル、剣山形状ヒート
シンク、被冷却体（または剣山形状熱吸収素子）、強制
対流発生手段及び対流制御手段の組合わせ構造体は全体
として機器筐体内部温度降下ユニットとして構成されて
ある。図３及び図４に於てはこの機器筐体内部温度降下
ユニットは対流制御手段を兼ねた対流制御筐体１０の中
に格納されてある。

【００２６】本実施例においては剣山形状ヒートシンク
２の受熱平板２−２、剣山形状熱吸収素子４の放熱平板
４−２、のいずれかかの平板を大きくすることによりセ
パレータパネル５を兼ねさせることも出来る。又はセパ
レータパネル５に直接剣山形状フィン群を搭載して形成
することにより、剣山形状ヒートシンク２の受熱平板２
−２、剣山形状熱吸収素子４の放熱平板４−２、を省略
することも出来る。

【００２７】

【発明の効果】以上の如く構成された機器筐体内部温度
降下手段を適用することにより、従来の機器筐体内部温
度降下手段を適用した場合に比較して、その温度降下性
能を大幅に改善することが出来るだけでなく、密閉機器
筐体の小型化軽量化にも寄与するところがきい。又従来
の筐体冷却装置のごとき機器筐体内部温度降下ユニット
として適用する場合はユニットの性能を向上させ、大幅
な小型化軽量化を可能ならしめる。更にこの機器筐体内
部温度降下ユニットは如何なる配設姿勢でも性能が変化
しないので、機器設計の自由度が大きくなる利点があ
る。更に大きな利点としてはユニットの清掃に際してユ
ニットの総てを分解する必要がなく、放熱用剣山形状ヒ
ートシンク２のみを取り外して清掃すれば良く、清掃に
要する時間を数分の一に減少せしめることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の機器筐体内部温度降下手段の基本構造
及び第１実施例及び第２実施例の説明図である。

【図２】本発明の機器筐体内部温度降下手段の第３実施
例の説明図である。

【図３】本発明の機器筐体内部温度降下手段の第４実施
例の１例の説明図である。

【図４】本発明の機器筐体内部温度降下手段の第４実施
例の他の例の説明図である。

【図５】従来の機器筐体内部温度降下手段である筐体冷
却装置の構造の一例を示す説明図である。

【図６】従来の機器筐体内部温度降下手段である筐体冷
却装置の構造の他の一例を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 筐体壁 １−１ 開口部 ２ 剣山形状ヒートシンク ２−５ 対流制御手段 ２−６ 強制対流発生手段 ２−７ 低温対流 ３ 被冷却体 ４ 剣山形状熱吸取素子 ４−５ 対流制御手段 ４−６ 強制対流発生手段 ４−７ 高温対流 ５ セパレータパネル ７ 屈曲型セパレータパネル ８ ヒートパイプ群 ９ セパレータパネル １０ 対流制御筐体 Ｃ 筐体外部 Ｈ 筐体内部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄肉金属板からなる受熱平板の放熱面に
   剣山形状フィン群が形成されてあり、筐体内に配設され
   てある被冷却体の放熱面に接着された受熱平板の受熱面
   から吸収した被冷却体の熱量を、剣山形状フィン群から
   対流外気中に放熱して被冷却体を冷却せしめる剣山形状
   ヒートシンクを有効に適用することによって、密閉機器
   筐体の内部温度を効果的に降下せしめる温度降下手段で
   あって、剣山形状ヒートシンクの受熱面と被冷却体の放
   熱面とはほぼ同一形状同一面積であり、それらは対象機
   器の筐体壁の所定の部分を挟持して、被冷却体は筐体壁
   の内壁面に、剣山形状ヒートシンクは筺体壁の外壁面
   に、相互に対応して且つ可能な限り近接して接着されて
   あり、更にこの密閉機器筺体の筐体壁に於ける少なくも
   被冷却体及び剣山形状ヒートシンクが内外に接着される
   部分は、熱伝導性の良好な金属の薄板で形成されてあ
   り、更に剣山形状ヒートシンクにはその放熱能力を増大
   せしめる為の強制対流発生手段と対流制御手段とが併設
   されてあることを特徴とする機器筐体内部温度降下手
   段。
2. 【請求項２】 密閉機器筐体の筐体壁の所定の部分の内
   壁に接着される被冷却体は当該機器の部品群における主
   要発熱部品であり、残余の部品群が発生する少量の熱量
   は筐体内の所定の部分に設けられてある強制対流発生手
   段により、密閉筐体の全壁面を介して筐体外に貫流放熱
   されることを特徴とする請求項１に記載の機器筐体内部
   温度降下手段。
3. 【請求項３】 密閉機器筐体の筐体壁に接着配接されて
   ある被冷却体は剣山形状フィン群により機器内の対流空
   気中から熱量を吸収しその放熱面から熱量を排出する剣
   山形状熱吸収素子であり、この剣山形状熱吸収素子には
   その熱吸収能力を増大させる為の強制対流発生手段と対
   流制御手段とが併設されてあることを特徴とする請求項
   １に記載の機器筐体内部温度降下手段。
4. 【請求項４】 密閉機器筐体の筐体壁の所定の部分には
   所定の面積で所定の形状の開口部が設けられてあり、こ
   の開口部には着脱することの自在なセパレータパネルが
   装着されてあり、このセパレータパネルは機器筐体の内
   外の対流空気を相互に且つ機密に遮断分離するセパレー
   タであって、熱伝導性の良好な金属の薄板で形成されて
   あり、セパレータパネルの筐体外空気の対流と接触する
   面には剣山形状ヒートシンクが接着されてあり、これに
   併設して強制対流発生手段及び対流制御手段が装着され
   てあり、筐体内空気の対流と接触する面に於ける剣山形
   状ヒートシンクが接着されてある位置に正確に対応する
   位置には、被冷却体または剣山形状熱吸収素子が接着さ
   れてあり、剣山形状熱吸収素子が接着されてある場合に
   はこれに併設して強制対流発生手段と対流制御手段が装
   着されてあり、それらセパレータパネル、剣山形状ヒー
   トシンク、被冷却体（または剣山形状熱吸収素子）、強
   制対流発生手段及び対流制御手段、の組合わせ構造体は
   全体として機器筐体内部温度降下ユニットとして構成さ
   れてあることを特徴とする請求項１に記載の機器筐体内
   部温度降下手段。