ヒートシンクを設計してCAE解析をしよう！：CAE解析とExcelを使いながら冷却系設計を自分でやってみる（4）（2/4 ページ）

CAE解析とExcelを使いながら冷却系の設計を“自分でやってみる／できるようになる”ことを目指す連載。連載第4回は、ヒートシンクの設計計算Excelシートを使ってヒートシンクを設計する。また、設計したヒートシンクのCAE解析の結果と、紙と鉛筆による結果とを比較してみる。

[高橋良一／ＲＴデザインラボ 代表，MONOist]

ヒートシンク設計計算Excelシートを作ろう

　図1の設計モチーフから発熱体と固体（ヒートシンク）だけを取り出したものを図2に、解析モデルを図3に示します。

図2　発熱体と固体（ヒートシンク）だけを取り出したもの［クリックで拡大］

図3　ヒートシンクの解析モデル［クリックで拡大］

　接触熱抵抗を考慮する必要から、前回のヒートシンク設計計算Excelシートを書き換えました。表2、表3に示します。

　図2の左側は、伝熱界面面積が固体面積と等しいもので案1、右側はヒートシンクを設けて伝熱界面面積を広くしたもので案2です。表2＆表3のオレンジ色で示したセルの伝熱界面温度と主流の温度との差T_w−T_∞に注目します。

　案1は526［degC］になってしまいました。ヒートシンクを付ける（案2）ということは伝熱界面面積A_wが広いことになり、46［degC］まで下がりました。ヒートシンク恐るべしです。発熱体内部の最高温度は、案1が573［degC］、案2が94［degC］となりました。図4に内部の温度分布を示します。

表2　ヒートシンク設計計算Excelシート（1）［クリックで拡大］

表3　ヒートシンク設計計算Excelシート（2）［クリックで拡大］

図4　ヒートシンクと発熱体の温度分布［クリックで拡大］