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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

Research Project

Project/Area Number 11J10167
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Thermal engineering
Research InstitutionToyama Prefectural University
Research Fellow 福江 高志  富山県立大学, 工学部, 特別研究員(PD)
Project Period (FY) 2011 – 2012
Project Status Completed (Fiscal Year 2012)
Budget Amount *help
¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
Fiscal Year 2012: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords電子機器冷却 / 熱設計 / 高密度実装 / 軸流ファン / 旋回流 / ハブ形状 / P-Q曲線 / ファン近傍圧力損失 / 熱流体抵抗網法
Research Abstract

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。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

これまで、高密度実装電子機器においてファンの性能低下を回避するための明確な部品実装指針は確立されていなかった。今回明瞭な指針を獲得できたことは、強制空冷電子機器の設計効率化へ向けた大きな成果であり、本研究の目指す熱設計の効率化への貢献が期待できる。昨年度の結果と合わせ、高密度実装電子機器の簡易高精度熱設計のための一連の成果を得ることができたことから、おおむね順調に研究成果を得られたと考えている。

Strategy for Future Research Activity

本研究の目指した「ファン空冷電子機器の簡易高精度熱設計手法」の開発に向け最重要であった課題(ファン性能の低下に関する議論、手法の幹となる熱流体抵抗網解析の高密度実装機器への適用可能性の検討)は十分な成果を得ることができた。今年度の成果の一部は、まだ論文での公表を行っていないため、作業を急ぎたい。今後の課題は、手法の一般化に向けた機器内部の熱流体現象のデータベースの確立が必須である。電子機器内部の熱流体現象は様々な因子に影響されるため、従来の経験値からは正確な予測が困難である。継続してデータの取得を行い、統計的な手法も取り入れ、汎用性の高いデータベースの獲得を目指したい。

Report

(2 results)
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report

Research Products

(21 results)

All 2012 2011

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (12 results)

  • [Journal Article] フィンヒートシンクの熱伝達に与える小型軸流ファンの影響2012

    • Author(s)
      福江高志、畠山友行、石塚勝、舟渡裕一、小泉雄大
    • Journal Title

      第49回日本伝熱シンポジウム講演論文集

      Volume: III Pages: 531-532

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Journal Article] Flow and Heat Transfer around Finned-Heat Sink in Electronic Enclosure with Axial Cooling Fan2012

    • Author(s)
      Fukue, T., Hatakeyama, T., Ishizuka, M., Nakagawa, S., Koizumi, K., Funawatashi, Y.
    • Journal Title

      Visualization of Mechanical Processes

      Volume: (Accepted)

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] ファン空冷ヒートシンクの熱流体抵抗網解析2011

    • Author(s)
      福江高志, 畠山友行, 石塚勝, 中川慎二, 小泉雄大
    • Journal Title

      第48回日本伝熱シンポジウム講演論文集

      Volume: I Pages: 165-166

    • NAID

      130005019397

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Journal Article] Flow and Heat Transfer around Finned-Heat Sink in Electronic Enclosure with Axial Cooling Fan2011

    • Author(s)
      Fukue, T., Hatakeyama, T., Ishizuka, M., Nakagawa, S., Koizumi, K., Funawatashi, Y.
    • Journal Title

      Proceedings of the 11th Asian Symposium on Visualization

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 局部的な強制対流冷却を有する薄型筺体内流体解析への熱流体抵抗網法の適用2011

    • Author(s)
      福江高志, 石塚勝, 山崎健太, 畠山友行, 中川慎二, 中山恒
    • Journal Title

      Thermal Science and Engineering

      Volume: 19-3 Pages: 81-93

    • NAID

      130001490404

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Study on P-Q Curves of Cooling Fans for Thermal Design of Electronic Equipment (Effects of Opening Position of Obstructions Near a Fan)2011

    • Author(s)
      Fukue, T., Ishizuka, M., Hatakeyama, T., Nakagawa, S., Koizumi, K
    • Journal Title

      Proceedings of the ASME-JSME-KSME Joint Fluid Engineering Conference 2011

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] ファン前方のフローパターンと性能低下の関連性の検討2011

    • Author(s)
      福江高志, 畠山友行, 石塚勝, 小泉雄大
    • Journal Title

      可視化情報可視化情報全国講演会(富山2011)講演論文集

      Volume: vol.31 Suppl.No.2 Pages: 167-168

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      2011 Annual Research Report
  • [Journal Article] Relationship between Flow Pattern in front of Fans and Decreases of Fan Performance2011

    • Author(s)
      Fukue, T., Hatakeyama, T., Ishizuka, M., Koizumi, K.
    • Journal Title

      Proceedings of the 22nd International Symposium on Transport Phenomena

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      2011 Annual Research Report
  • [Journal Article] Deterioration of Cooling Fan Performance in Electronic Equipment (Effects of Obstructions Mounted Near a Fan)2011

    • Author(s)
      Fukue, T., Hatakeyama, T., Ishizuka, M., Koizumi, K.
    • Journal Title

      Proceedings of the 13th International Conference on Electronics Materials and Packaging

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] フィンヒートシンクの熱伝達に与える小型軸流ファンの影響2012

    • Author(s)
      福江高志、畠山友行、石塚勝、舟渡裕一、小泉雄大
    • Organizer
      第49回日本伝熱シンポジウム
    • Place of Presentation
      富山国際会議場
    • Year and Date
      2012-06-01
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] ファン前方の流れ場と性能低下の関連性2012

    • Author(s)
      福江高志, 畠山友行, 石塚勝
    • Organizer
      日本機械学会RC248研究分科会
    • Place of Presentation
      日本機械学会
    • Year and Date
      2012-02-07
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      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Deterioration of Cooling Fan Performance in Electronic Equipment (Effects of Obstructions Mounted Near a Fan)2011

    • Author(s)
      Fukue, T., Hatakeyama, T., Ishizuka, M., Koizumi, K.
    • Organizer
      The 13th International Conference on Electronics Materials and Packaging
    • Place of Presentation
      京都ガーデンパレス
    • Year and Date
      2011-12-13
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 高速度カメラを用いた電子機器内部の高速空気流れの可視化2011

    • Author(s)
      福江高志, 畠山友行, 石塚勝
    • Organizer
      とやま産学官金交流会2011
    • Place of Presentation
      富山国際会議場
    • Year and Date
      2011-11-25
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 強制空冷用小型軸流ファンの流入流れと性能低下の関連性の検討2011

    • Author(s)
      福江高志, 畠山友行, 石塚勝, 小泉雄大
    • Organizer
      日本伝熱学会創立50周年記念北陸信越支部秋季伝熱セミナー
    • Place of Presentation
      若狭湾エネルギー研究センター
    • Year and Date
      2011-11-19
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Relationship between Flow Pattern in front of Fans and Decreases of Fan Performance2011

    • Author(s)
      Fukue, T., Hatakeyama, T., Ishizuka, M., Koizumi, K.
    • Organizer
      The 22nd International Symposium on Transport Phenomena
    • Place of Presentation
      The Aula Congress Center of the TU Delft, The Netherlands
    • Year and Date
      2011-11-09
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] ファン冷却をおこなう高密度実装機器の熱設計におけるP-Q曲線を用いたCFD解析精度の改善事例2011

    • Author(s)
      福江高志, 畠山友行, 石塚勝, 小泉雄大
    • Organizer
      2011 Japan ANSYS Conference
    • Place of Presentation
      ブランパシフィックLE DAIBA
    • Year and Date
      2011-10-07
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] ファン前方のフローパターンと性能低下の関連性の検討2011

    • Author(s)
      福江高志, 畠山友行, 石塚勝, 小泉雄大
    • Organizer
      可視化情報全国講演会富山2011
    • Place of Presentation
      富山国際会議場
    • Year and Date
      2011-09-27
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Study on P-Q Curves of Cooling Fans for Thermal Design of Electronic Equipment (Effects of Opening Position of Obstructions Near a Fan)2011

    • Author(s)
      Fukue, T., Ishizuka, M., Hatakeyama, T., Nakagawa, S., Koizumi, K.
    • Organizer
      The ASME-JSME-KSME Joint Fluid Engineering Conference 2011
    • Place of Presentation
      アクトシティ浜松
    • Year and Date
      2011-07-27
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Flow and Heat Transfer around Finned-Heat Sink in Electronic Enclosure with Axial Cooling Fan2011

    • Author(s)
      Fukue, T., Hatakeyama, T., Ishizuka, M., Nakagawa, S., Koizumi, K., Funawatashi, Y.
    • Organizer
      The 11th Asian Symposium on Visualization
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟コンベンションセンター)
    • Year and Date
      2011-06-06
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] ファン空冷ヒートシンクの熱流体抵抗網解析2011

    • Author(s)
      福江高志, 畠山友行, 石塚勝, 中川慎二, 小泉雄大
    • Organizer
      第48回日本伝熱シンポジウム
    • Place of Presentation
      岡山コンベンションセンター ママカリフォーラム
    • Year and Date
      2011-06-01
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] ファン空冷薄型筺体の熱流体抵抗網解析2011

    • Author(s)
      福江高志, 畠山友行, 石塚勝, 小泉雄大
    • Organizer
      平成23年度日本伝熱学会北陸信越支部春季セミナー
    • Place of Presentation
      富山高等専門学校
    • Year and Date
      2011-05-14
    • Related Report
      2011 Annual Research Report

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Published: 2011-12-11   Modified: 2016-04-21  

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