ファンによる冷却を行う高密度実装電子機器の簡易高精度熱設計手法に関する研究

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本研究は、ファンにより冷却を行う高密度実装電子機器の部品温度を、高い精度でかつ低い計算負荷で予測を行うことのできる方法の確立を目的として遂行した。平成24年度は、特にファン空冷設計の信頼性を維持しつつ設計を効率化するための下記の課題について成果を得ることができた。まず、昨年度に続き、電子機器に実装したファンの性能低下を回避するための設計指針を、直径40mmの軸流ファンについて明らかにした。特に2種類の異なる形状を持つ軸流ファンで検証を行った。ファンを問わず、ファン上流側に部品が実装されるとファン性能そのものが低下するケースがあり、性能低下の度合はファンのハブ形状やケーシング形状によっても左右される可能性があることがわかった。しかし本研究で検証した40mmファンについては、一般的にはファンハブ前方が十分開口していれば性能低下は最小限に抑えられ、さらにファンと部品の距離を20mm以上離せば、ファンの性能低下を考慮しなくてよいことがわかった。またファン性能曲線(P-Q曲線)を適切に熱設計において応用する方法について検証を行い、ファン性能の最適な取り込み方が対象とする熱設計手法や熱流体解析法により異なることがわかった。各手法において適切な取り込み方を提案するために、現在検証を続けている。さらにファンにより生成される流れの旋回が冷却性能に与える影響について追加の結果が得られ、これまでの研究の範囲内では、これらの影響は冷却性能を向上させる方向に働き、電子機器の熱設計に悪影響を与えることはないとわかった。以上から、一般性の高い簡易高精度熱設計手法の提案に向けては一部課題が残っているが、これまでの成果から、特に高密度実装の深刻な小型電子機器のファン空冷設計を行う際に、設計の信頼性を確保しながら設計効率化を達成するための一連の設計指針を獲得することができた。