ヒートパイプ、ヒートシンク、冷却モジュールの株式会社UACJ銅管

放熱性能測定方法について

カシメ式ヒートシンクの放熱性能測定試験装置を図に示します。

(1) ヒートシンクの最大熱抵抗Rmax(℃/W)は(1)式より求めます。
 
Rmax= Tijmax - Ta ----(1)
Qw

ここで、 Tijmax : ヒートブロック取付面最大温度(℃)
  Ta : 空気入口温度(℃)
  Qw : 熱負荷(ヒータ入熱量)(W)

(2) 強制空冷時の前面風速Va(m/s)は(2)式にて求めます。
 
Va= Qv ----(2)
60・Fh・W
(Fh = H - T1 - T2)

ここで、 Qv : ヒートシンク冷却風量(m/min)
  W : ヒートシンク幅(m)
  Fh : フィン高さ(m)
  H : ヒートシンク高さ(m)
  T1 : ベース厚み(1)(m)
  T2 : ベース厚み(2)(m)・・・・両カシメタイプ時
(3) 強制空冷時のヒートシンク圧力損失P(mmAq)は(3)式にて求めます。
 
P = P1 - P2 ----(3)

ここで、 P1 : 風速入口側の圧力(mmAq)
  P2 : 風速出口側の圧力(mmAq)
  Fh : フィン高さ(m)
  H : ヒートシンク高さ(m)
  T1 : ベース厚み(1)(m)
  T2 : ベース厚み(2)(m)・・・・両カシメタイプ時
放熱性能
測定解析結果をヒートシンクの幅及び高さごとに
前面風速をパラメータとしてグラフに示します。

グラフ中の最大抵抗値は実線(―)で示します。

グラフ中の圧力損失は点線(--)で示します。

▲ ヒートシンク長さと熱抵抗、圧力損失の関係例
(片カシメ品、長さ71.5mm、幅120mm時)
 
ヒートシンクの幅及び高さを一定にし各前面風速時のヒートシンク長さと最大熱抵抗Rmaxと圧力損失Pの関係を
グラフより読みとります。

カシメタイプ : 片カシメ
  寸法 : 71.5H×120W×300L
  前面風速 : 2m/s
  のときグラフより

Rmax = 0.096℃/W ----A
P = 2.0mmAq となります。
最大熱抵抗の求め方
前面風速が1.5、2、2.5m/s以外のときの圧力損失Pの求め方
  下記の(5)式で求めることができます。

P= (2.4×10-3×L+0.1) Va ^ (-8.7×10×L+1.6) ----(5)

ここで、 Va : 前面風速(m/s)
  L : ヒートシンクの長さ(mm)

カシメタイプ : 片カシメ
  寸法 : 71.5H×120W×300L
  前面風速 : 3m/s
  数値A : 0.096℃/W
  よって(5)式より

P = (2.4×10-3×300+0.1) 3^ (-8.7×10-4×300+1.6)
  = 3.6mmAq
ファン特性よりヒートシンク熱抵抗の求め方
  1. ファン特性よりヒートシンク圧力損失の交点より使用するファンの動作点を求めます。
    ただし、ヒートシンクの圧力損失は、各風速を風量に直しインプットし曲線を引きます。
  2. 動作点よりヒートシンクに流れる風量を求めます。
  3. 求めた風量を前面風速に直します。
  4. 求めた前面風速を下記の (4) 式に代入して最大熱抵抗を求めます。
Rmax= A × (5.2×10-4×L+1.2) Va ^ (-5.6×10×L-0.27) ----(4)

ここで、 Va : 前面風速(m/s)
  L : ヒートシンクの長さ(mm)
  A : 2m/s時の最大熱抵抗(℃/W)

  カシメタイプ : 片カシメ
  寸法 : 71.5H×120W×300L
  ベース厚(T1) : 13.8mm
  2m/s時の最大熱抵抗 : 0.096℃/W
  ファン : □92×25t
(ファン特性と動作点グラフ)
  周波数 : 60Hz
   よって(5)式より

1. 各前面風速Va(1、1.5、2、2.5、3m/s)時の風量と圧力損失を求め、
ファン特性と動作点グラフにインプットします。
 
Qv = 60 ・ W ・ (H-T1) Va
P = 0.82 Va ^ 1.34 ((5式より))
    (2.4×10-3×300+0.1=0.82
-8.7×10-4×300+1.6=1.34より)

Qv、Pの計算結果
Va(m/s) 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Qv(m/min) 0.42 0.63 0.84 1.04 1.25
P(mmAq) 0.8 1.4 2.1 2.8 3.6

2.
動作点の風量 0.88m/min
3.
前面風速 0.88 / (60 × (0.0715 - 0.0138) × 0.12) = 2.1m/s
   ((2)式より)
4.
最大熱抵抗 0.096×(5.2×10-4×300+1.2)×2.1^(-5.6×10-4×300-0.27)=0094℃/W
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