STOP!熱伝導シート選びで気を付けたい2つのこと

熱コラム

皆さんこんにちは!管理人のおむちゃんです。
布団が気持ちいい季節ですね。
今回は最近ホットな熱伝導シートについて2点気を付けてほしいことをお伝えします。

①熱伝導率=高放熱 ではないです。

今回は口癖のように「熱伝導率が良いからねぇ!」と言って何もかも決めつけているあなた!
にメッセージがございます。

材料の厚みも加味しましょう!

当然でしょ!と思いきや意外と熱伝導率だけで判断してしまう人も多いのです。

※ 本問題は、材料選定の際に同じ温度差かつ同じ断面積という条件下を想定しております。
人によっては何を当たり前な!と思われるかもしれません。予めご了承くださいませ。

いきなりですが、質問です。
次のAとBの材料 どちらが放熱量が高いでしょうか?
(材料は架空のイメージです。)

A:高性能人口グラファイトシート 熱伝導率5000(W/m・K)厚み0.1mm

B:天然グラファイトシート 熱伝導率500(W/m・K)厚み1.5mm

いかがでしょうか!即答出来ましたでしょうか?

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固体の伝熱量(放熱)は、

Q(W)= 熱伝導率(W/m・K)× 温度差(K)× 断面積(m2) / 厚み(m)

シート選びの時に断面積&温度差は無視できるので、式はこんな感じになります。

Q(W)= 熱伝導率(W・m) / 厚み(m)

つまり放熱の影響は、 熱伝導率 と 厚み で決まるのです!

材料Aは、熱伝導率5000厚み0.1mmなので、

Q(W)=5000(W・m) / 0.0001(m)= 0.5W の伝熱能力(×温度差×断面積は省略) 

材料Bは、熱伝導率500厚み1.5mmなので、

Q(W)=500(W・m) / 0.0015(m)= 0.75W の伝熱能力(×温度差×断面積は省略) 

つまり、一見熱伝導率5000!!!凄いって思っても、
冷静に計算すると、熱伝導率500のほうが伝熱能力は上だったりします。

何度もしつこいですが、意外と勘違いしている方います!
どうかお間違えなく!
放熱量 = 熱伝導率 ではございません。のお話でした( ;∀;)

硬さは大切!接触熱抵抗!

材料選びの際に熱伝導率だけで判断していませんか?
熱伝導シートの場合、実際には2つの材料に挟んで使う場合は多いです。
2つの材料は、それぞれ凹凸を持っています。その為、微笑に界面を確認すると、
僅かな隙間があります。この隙間の熱抵抗を接触熱抵抗といいます。

つまり、熱伝導シートを考える場合は、
①A材料と熱伝導シートの接触熱抵抗
②熱伝導シートの熱抵抗
③B材料と熱伝導シートの接触熱抵抗
の3つの熱抵抗を算出する必要があるのです。

そして、接触熱抵抗で大きな要因が材料の硬さです。
それは隙間を埋めれるかどうかで接触熱抵抗が大きく変わるためです。
硬さなので、加える圧力も影響しますね。

この経験則では、橘の式と呼ばれる式が有名です。
ご興味があれば、調べてみてはいかがでしょうか。

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