図面 (/)

技術 自然冷却用の放熱フィン

出願人 岩崎電気株式会社
発明者 杉尾匠史郎丸田晃三
出願日 2015年7月15日 (4年7ヶ月経過) 出願番号 2015-141058
公開日 2017年1月26日 (3年0ヶ月経過) 公開番号 2017-022335
状態 未査定
技術分野 照明装置の素子の配置,冷却,密封,その他 電気装置の冷却等 半導体または固体装置の冷却等
主要キーワード 電気的配線パターン 局所熱伝達率 発熱箇所 平板表面 ランプ照度 高熱伝導部材 半導体接合部 フィン間隔
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年1月26日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

上方から吊り下げて、下方を照らすタイプのLED照明装置に採用して好適な自然冷却放熱フィンを提供する。

解決手段

自然冷却用放熱フィンは、鉛直方向に配置される自然冷却用の放熱フィン集合体4−2であって、鉛直方向に等間隔に複数個開孔8が形成されており、複数個の開孔8の鉛直方向の配置間隔は、開孔8の寸法と同じであり、開孔8の寸法は、式(1)により算出される。

概要

背景

LED素子は、半導体素子であり、半導体接合部の温度と素子寿命の間に密接な関係にある。即ち、LEDランプでは、LED素子の温度が高いとランプ寿命が短くなり、ランプ照度劣化する。そのため、LEDランプは、適切に冷却することが重要である。従って、LEDランプを組み込んだLED照明装置では、種々の冷却手段が採用されている。

概要

上方から吊り下げて、下方を照らすタイプのLED照明装置に採用して好適な自然冷却放熱フィンを提供する。自然冷却用放熱フィンは、鉛直方向に配置される自然冷却用の放熱フィン集合体4−2であって、鉛直方向に等間隔に複数個開孔8が形成されており、複数個の開孔8の鉛直方向の配置間隔は、開孔8の寸法と同じであり、開孔8の寸法は、式(1)により算出される。B

目的

本発明は、上方から吊り下げて、下方を照らすタイプのLED照明装置に採用して好適な新規な自然冷却用放熱フィンを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

鉛直方向に配置される自然冷却用の放熱フィンであって、鉛直方向に等間隔に複数個開孔が形成されており、前記複数個の開孔の鉛直方向の配置間隔は、前記開孔の寸法と同じであり、前記開孔の寸法は、式(1)により算出されることを特徴とする、放熱フィン。

技術分野

0001

本発明は、自然冷却用の放熱フィンに関する。更に具体的には、本発明は、上方から吊り下げて下方を照らすタイプのLED照明装置に採用して好適な自然冷却用の放熱フィンに関する。

背景技術

0002

LED素子は、半導体素子であり、半導体接合部の温度と素子寿命の間に密接な関係にある。即ち、LEDランプでは、LED素子の温度が高いとランプ寿命が短くなり、ランプ照度劣化する。そのため、LEDランプは、適切に冷却することが重要である。従って、LEDランプを組み込んだLED照明装置では、種々の冷却手段が採用されている。

0003

特開2002-57255「フィン間隔算出装置および方法」(公開日:2002/02/22)出願人:日本電気株式会社
特開2003-68944「強制対流冷却型ヒートシンクの最適フィン間隔算出方法と装置ならびにヒートシンク」(公開日:2003/03/07)出願人:日本電気株式会社
特開2003-37226「エレクトロニクス冷却のための高性能ヒートシンク」(公開日:2003/02/07)出願人:デルファイテクノロジーズ・インコーポレーテッド

先行技術

0004

相原利雄:伝熱工学華房(第14版),p100-103(2012)

発明が解決しようとする課題

0005

LED素子の発熱を効率よく冷却する放熱手段として、種々の形状のヒートシンクが知られている。LED照明装置では、天井等に設置されたソケットランプ口金を取り付け上方から吊り下げて、下方を照らすタイプが多く見られる。このようなタイプのLED照明装置では、ヒートシンクの重量が重いと、ソケット等の取付け金具を破損するおそれがある。従って、LED照明装置に組み込まれるヒートシンクは、軽量化が必要とされる。

0006

典型的なヒートシンクは、アルミニウム又は銅のような熱伝導性の良好な金属で放熱フィンを形成し、複数枚の放熱フィンを一体化して形成されている。ヒートシンクを軽量化する方法として、各放熱フィンを形成する板金板厚を薄くする方法がある。しかし、板金を成形して特定の形状の放熱フィンを製作するためには、板金の成形性や剛性の観点から、板金の板厚に一定の限界がある。即ち、薄すぎる板金は、自重支えきれず、その特定の形状を一定に保持することが出来ない。従って、ヒートシンクの軽量化は、放熱フィンを形成する板金の板厚を薄くする方法だけでは限界がある。

0007

そこで、本発明は、上方から吊り下げて、下方を照らすタイプのLED照明装置に採用して好適な新規な自然冷却用放熱フィン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

0008

上記目的に鑑みて、本発明に係る自然冷却用放熱フィンは、鉛直方向に配置される自然冷却用の放熱フィンであって、鉛直方向に等間隔に複数個開孔が形成されており、前記複数個の開孔の鉛直方向の配置間隔は、前記開孔の寸法と同じであり、前記開孔の寸法は、式(1)により算出されることを特徴とする、放熱フィン。

0009

発明の効果

0010

本発明によれば、上方から吊り下げて下方を照らすタイプのLED照明装置に採用して好適な新規な自然冷却用放熱フィンを提供することが出来る。

図面の簡単な説明

0011

図1Aは、上方から吊り下げて下方を照らすタイプのLED照明装置に採用される自然冷却用放熱フィンをシミュレーションするための実験モデルを示す図である。
図1Bは、同様に、上方から吊り下げて下方を照らすタイプのLED照明装置に採用される自然冷却用放熱フィンをシミュレーションするための実験モデルを示す図である。図1Bの実験モデルは、図1Aの実験モデルと比較すると、放熱フィン集合体4−2の放熱フィンに開孔が形成されている点で相違する。
図2Aは、図1Aに示す実験モデルの放熱フィンのシミュレーション結果を示す図である。
図2Bは、図1Bに示す実験モデルの放熱フィンのシミュレーション結果を示す図である。
図3は、図1Bの実験モデルの放熱フィン4−2aの表面を説明する図である。
図4は、表2の数値を用いて、放熱フィン4−2aの下端部からの距離x[m]に対する温度境界層の厚みδ(x) [m]及びその局所熱伝達率h(x) [W/m2・K]の関係を示したグラフである。

実施例

0012

以下、本発明に係る自然冷却用の放熱フィンの実施形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図中、同じ要素に対しては同じ参照符号を付して、重複する説明を省略する。

0013

(実験モデル)
図1Aは、上方から吊り下げて下方を照らすタイプのLED照明装置に採用される自然冷却用放熱フィンをシミュレーションするための実験モデルを示す図である。この実験モデル10−1は、全体的に、受熱ブロック2と、放熱フィン集合体4−1と、これら両者を熱的に接続する高熱伝導部材6を備えている。

0014

図1Bは、同様に、上方から吊り下げて下方を照らすタイプのLED照明装置に採用される自然冷却用放熱フィンをシミュレーションするための実験モデルを示す図である。図1Bの実験モデル10−2は、図1Aの実験モデルと比較すると、放熱フィン集合体4−2の各放熱フィンに開孔8が形成されている点で相違する。

0015

図1A及び図1Bに示す受熱ブロック2は、裏面2bにLED実装基板(図示せず。)を接続した受熱部材モデル化したものである。このLED実装基板は、例えば、発熱源であるLED素子を搭載し、必要な電気的配線パターンを形成したプリント回路板から成る。

0016

放熱フィン集合体4−1は、複数枚の放熱フィンから成り、各放熱フィンは鉛直方向に配置されている。放熱フィン集合体4−2も同様に、複数枚の放熱フィンから成り、各放熱フィンは鉛直方向に配置されている。

0017

高熱伝導部材6は、受熱ブロック2の熱を放熱フィン集合体4−1,4−2にロス無く伝導出来ればよく、典型的には、ヒートパイプから成る。例えば、ヒートパイプは、受熱ブロック2の表面2aと、放熱フィン集合体4−1,4−2との間を熱的にロス無く接続している。

0018

表1は、図1Aの放熱フィン及び図1Bの放熱フィンの形状等を示したものである。

0019

(放熱フィンのシミュレーションの条件)
放熱フィンの熱的挙動をシミュレーションする条件は、次の通りである。

0020

気温周囲温度):35 ℃
・発熱:40 W
発熱箇所:受熱ブロック2の裏面2b
・高熱伝導部材6:受熱ブロック2と放熱フィン集合体4−1,4−2との間を接続
図2Aは、図1Aに示す実験モデルの受熱ブロック2の発熱状況のシミュレーション結果を示す図である。これに対して、図2Bは、図1Bに示す実験モデルの受熱ブロック2の発熱状況のシミュレーション結果を示す図である。図2A及び図2Bには、各々、受熱ブロック2と、その表面2aに配置されたヒートパイプ6とが示されている。図で見て、受熱ブロック2の上半分2uは表面温度パターンを示し、下半分2dは受熱ブロック2とヒートパイプ6の結合状態を示している。

0021

表2は、図2A及び図2Bの受熱ブロック2の表面温度のデータである。

0022

図2A及び図2Bの表面温度パターンを見ると、全体的には高温状態であるが、ヒートパイプ6の接続箇所に沿って熱が放熱フィン集合体4−1,4−2側に伝導されて局部的に低い温度になっていることが分かる。即ち、受熱ブロック2の熱が、ヒートパイプ6を伝わって放熱フィン集合体4−1,4−2から効果的に放熱していることが分かる。

0023

(新規な放熱フィンの構成)
ここで、放熱フィン(例えば、4−2a)について説明する。式(1)は、前掲非特許文献1のp103に示された近似式(4.25)である。この伝熱工学の試算に基づき、板金で形成された放熱フィン4−2aの表面に存在する温度境界層を剥離して伝熱効率を向上するパターンを実現する開孔8(本出願書類では、「欠損部」ともいう。)を形成する。

0024

図3は、図1Bの実験モデルの放熱フィン4−2aの表面を説明する図である。図3に示す開孔(欠損部)8の鉛直方向のピッチpが、式(1)の解として与えられるxに等しい値になるように、開孔(欠損部)8を形成する。

0025

0026

式(1)は、次のように求められる。空気中に置かれた発熱する鉛直平板表面に生じる温度境界層の厚みδ(x)は、鉛直平板の下端から上向きに測った距離xとすると、式(2)で与えられる。

0027

0028

0029

0030

また、放熱フィンの下端部から距離xの鉛直平板の熱伝達率h(x)は、式(4)で与えられる。

0031

(放熱フィンのシミュレーションの結果)

0032

表3は、この実施例における空気中の鉛直平板フィンに関する特性及び条件を示している。

0033

図4は、表3の数値を用いて、放熱フィン4−2aの下端部からの距離x[m]に対する温度境界層の厚みδ(x) [m]及びその局所熱伝達率h(x) [W/m2・K]の関係を示したグラフである。

0034

図4のグラフによると、鉛直平板フィンの板温度60 [℃]、気温35 [℃]の条件では、鉛直平板フィン下端部からの距離x=8 [mm]程度の位置で、温度境界層の厚みδ(x)=8 [mm]程度となる。ここで、この温度境界層を消滅させるため、鉛直平板に直径8 [mm]程度の開孔(欠損部)を空けると、熱伝達率の減少はリセットされる。

0035

ところで、鉛直平板フィン全体の熱伝達率は、局所熱伝達率のグラフの面積で与えられる。もしリセットを含まないグラフと、リセットを周期的に繰り返すグラフの面積が等しければ、放熱能力は等しいことになる。

0036

表4は、開孔(欠損部)無しの鉛直平板フィンと、8 [mm]間隔で直径8 [mm]程度の開孔(欠損部)が有る鉛直平板フィンとの表面温度のシミュレーションの結果である。

0037

表4に示すように、開孔(欠損部)無しの鉛直平板フィンと、8 [mm]間隔で直径8 [mm]程度の開孔(欠損部)が有る鉛直平板フィンとは、放熱能力がおおよそ等しくなっている。この結果、放熱能力に関しては略等しいので、開孔(欠損部)有り鉛直平板フィンは、開孔(欠損部)無しの鉛直平板フィンに対して、軽量化が達成出来ている。

0038

[まとめ]
以上、本発明に係る自然冷却用の放熱フィンの実施形態について説明したが、これらは、本発明の範囲を限定するものではない。当業者が容易になし得る本実施形態に関する追加、削除,変更、改良等は、本発明の範囲に含まれる。本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲の記載によって定められる。

0039

2:受熱ブロック、 2a:表面、 2b:裏面、 2u:上半分、 2d:下半分、 4−1,4−2:放熱フィン集合体、 4−2a:放熱フィン、 6:ヒートパイプ,高熱伝導部材、 8:開孔,欠損部、 10−1,10−2:実験モデル、
p:ピッチ

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • オムロン株式会社の「 電子部品の放熱構造」が 公開されました。( 2019/09/19)

    【課題】発熱体の熱を効率よく放熱体へ伝達して放熱効果を向上させることが可能な電子部品の放熱構造を提供する。【解決手段】放熱構造20は、半導体デバイス10、基板11、ヒートスプレッダ13、銅インレイ14... 詳細

  • 日本電気株式会社の「 冷却構造、実装構造」が 公開されました。( 2019/09/19)

    【課題】ヒートシンクなどの冷却構造においては、冷却性能を向上させることが難しい、という課題を解決すること。【解決手段】冷却構造は、発熱部品を冷却する複数の放熱部と、前記複数の放熱部を保持する保持部材と... 詳細

  • 三菱電機株式会社の「 電力用半導体装置及びその製造方法」が 公開されました。( 2019/09/19)

    【課題】電力半導体モジュールを冷却器へ加圧による低熱抵抗実装し、絶縁固着層の高信頼化を実現した電力用半導体装置を得る。【解決手段】電力半導体モジュール1と、冷却板3とジャケット4とで構成される冷却器6... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ