熱抵抗と放熱の基本：対流における熱抵抗

2020.11.24

この記事のポイント

・流体とは、気体、液体などの流れるもの。

・対流とは、熱を受け取った流体が移動することによって熱を運ぶ熱移動現象。

・自然対流とは、流体の温度差で生じる浮力によってのみ駆動される流れのこと。

・強制対流とは、ファンやポンプなどの外部的な要因によって駆動される流れのこと。

・対流における熱抵抗は、対流熱伝達率hmと発熱する物体の表面積Aの積の逆数。

前回の伝導における熱抵抗に続いて、今回は「対流」おける熱抵抗です。

対流とは

対流にはいくつか種類があり、用語も含めてその定義を先に示します。また、図は対流のイメージです。

流体	気体、液体などの流れるもの
対流	熱を受け取った流体が移動することによって熱を運ぶ熱移動現象 ※流体がない状態（真空）では対流による熱移動は期待できない
自然対流	流体の温度差で生じる浮力によってのみ駆動される流れのこと
強制対流	ファンやポンプなどの外部的な要因によって駆動される流れのこと

対流のイメージ

以下は、対流における熱抵抗を表す式です。
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対流における熱抵抗を示す式と対流熱伝達率hm

対流における熱抵抗は、対流熱伝達率hmと発熱する物体の表面積Aの積の逆数になります。式から、物体の表面積が大きくなると、対流の熱抵抗が下がることがわかります。

対流熱伝達率hmは、対流の種類によって異なります。自然対流と強制対流（層流と乱流）の各hmを併せて示しました。

電子機器の設計では近年熱対策が注目され、熱設計が新たな課題になっています。熱は以前から重要検討事項ですが、近年は電子機器に対する要求が変化しており、従来の熱対策を見直す必要が出てきました。このハンドブックでは、基本的に電子機器で使われるICやトランジスタなどを前提にした熱設計に関して解説します。