JP2001241868A - 平板型ヒートパイプ、及びこれを用いた冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 積み重ね状態に配置された複数の発熱体から
の熱を、その発熱体とは離れて配置された共通の放熱体
に効率的に輸送して放熱する。 【解決手段】 帯状の平板型ヒートパイプ３の中間部３
Ａに折曲げ部を設け、その折曲げ部は、ねじ曲げ構造と
した。この結果、積み重ね配置の各発熱体２２に一端部
をそれぞれ接続した各平板型ヒートパイプ３は、その幅
Ｗを保持しつつかつ互いに重複させることなく並行させ
て、他端部において放熱体に共通接続させることができ
る。従って、平板型ヒートパイプ３は、両端部にそれぞ
れ発熱体と放熱体との間の熱輸送を効率的に行い、発熱
体を効果的に冷却させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば人工衛星
等に搭載して好適な冷却装置、及びその冷却装置に採用
され、電子機器等の熱制御対象機器からの熱を、位置は
勿論のこと空間的な配置向き（位相）を異にした放熱体
まで移送するのに好適な平板型ヒートパイプの改良に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電子機器等の熱制御対象機器か
らの熱を移送し、放熱板から放熱して電子機器等の温度
上昇を抑制する手段の一つとして、いわゆるヒートパイ
プがしばしば使用されている。

【０００３】ヒートパイプには、構造の異なる複数種が
あるが、細い管内に蒸発性液体等からなる作動液が封入
されて構成されたものは、管の両端部に温度差があった
場合、高温部で蒸発した作動液が低温部に流れて放熱す
ることにより液化し、毛管現象で再び高温部に戻るとい
う循環の繰り返しにより熱移送を行うものである。

【０００４】また、作動液が表面張力により細管内を閉
塞するように封入され、作動液が軸方向に循環または振
動するように構成された細管ヒートパイプも知られてお
り、このような細管ヒートパイプを多数プレート内に配
置して薄型軽量化した、いわゆる平板型（プレート形）
ヒートパイプが、例えば特開平７−６３４８７号公報に
記載されている。

【０００５】図７は、その平板型ヒートパイプを使用し
て、人工衛星に搭載されたレーダ機器を冷却する構成を
説明した斜視図で、まず、立方体状の衛星本体１の一側
面にアンテナ開口面を形成するように電子走査アンテナ
２が取り付けられている。

【０００６】この電子走査アンテナ２は、図８にも一部
拡大して示したように、開口面に面して多数のホーンア
ンテナ素子２１が面アレイを形成するように配置されて
おり、各ホーンアンテナ素子２１は、それぞれ送受信モ
ジュール２２、及び不図示の給電部や切替えスイッチを
介して、共通の送信パルス発生器及び受信機に接続され
ている。

【０００７】各送受信モジュール２２には、移相器とと
もに所定のレーダ送信出力を形成するための増幅器が内
蔵されているが、これら増幅器の安定動作を図るため
に、送受信モジュール２２の発生熱を第１の平板型ヒー
トパイプ３１、連結部４、及び第２の平板型ヒートパイ
プ３２を順次介して、アンテナ開口面に対向した反対側
の放熱板５に移送して放熱し、増幅器の温度上昇を回避
し、正常な動作が行われるように構成されている。

【０００８】ところで、電子走査アンテナ２は、多数の
ホーンアンテナ素子２１が面アレイを構成するように高
密度に実装されるので、ホーンアンテナ素子２１に接続
された個々の送受信モジュール２２は、図９に示すよう
に、厚さ（高さ）Ｈが小さく、幅Ｍ（Ｍ＞Ｈ）が広い直
方体状に構成されている。そこで、広い面積で送受信モ
ジュール２２に接触して効率的に熱収集を行うように、
各第１の平板型ヒートパイプ３１は、それぞれ幅Ｗ（Ｗ
≦Ｍ）広の帯状に形成され、各段毎に複数個の送受信モ
ジュール２２をビス止め等により共通接続した構成とな
っている。

【０００９】一方、第１の平板型ヒートパイプ３１か
ら、機械的な連結部４を介して、熱移送を受ける第２の
平板型ヒートパイプ３２は、上下方向で互いに干渉する
ことなく、各段の送受信モジュール２２の厚さＨに対応
して狭い間隔で熱移送を行うので、図９に示すように、
幅ｈが狭く形成されている。

【００１０】図７ないし図９に示した構成では、第１の
平板型ヒートパイプ３１と第２の同じく平板型ヒートパ
イプ３２との間は、断面積の小さな連結部４を介して接
続されたが、図１０に示したように、各段の第１の平板
型ヒートパイプ３１の端部を高さＨ分だけ折曲げ、これ
らに共通した比較的幅広な第２の平板型ヒートパイプ３
２を接着接続して、放熱板５に熱移送させることもでき
る。

【００１１】いずれにしても、上記のように上下（段）
方向に、狭い間隔で多段に構成配置された送受信モジュ
ール２２を冷却しようとすると、帯状の第１の平板型ヒ
ートパイプ３１の吸熱面（図９のＸ−Ｙ軸面）と、同じ
く帯状の第２の平板型ヒートパイプ３２の熱移送面（図
９のＸ−Ｚ軸面）とは、３次元空間内で位相を異にする
向きに配置され、各第２の平板型ヒートパイプ３２は、
幅ｈの狭い熱移送路となった。

【００１２】なお、図９及び図１０の、第１の平板型ヒ
ートパイプ３１と第２の平板型ヒートパイプ３２に示し
た複数の破線は、作動液が表面張力により細管内を閉塞
するように封入され、作動液が循環または振動するよう
に構成された細管ヒートパイプが、熱移送する軸方向
に、複数本配列収納された状態を示したものである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記説明のように、高
密度に積み重ねられ、かつ面配列された多数の送受信モ
ジュール２２からの発生熱を放熱板５に向け輸送しよう
とすると、第１の平板型ヒートパイプ３１と第２の平板
型ヒートパイプ３２との間の、接触領域が狭く、熱抵抗
の大きい箇所を通過しなければならない上、各第２の平
板型ヒートパイプ３２は、段差高Ｈに制約された幅（高
さｈ）の狭い熱移送路となるので、熱輸送効率は低下
し、必要な冷却効果が得られないという問題があった。

【００１４】そこでこの発明は、発熱体からの熱を効率
良く放熱板まで輸送可能な平板型ヒートパイプ及びその
平板型ヒートパイプを用いた冷却装置を提供することを
目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、中間部に
折曲げ部を有する帯状の平板型ヒートパイプにおいて、
折曲げ部は、ねじ曲げ構造としたことを特徴とする。

【００１６】このように、第１の発明によれば、折曲げ
部をねじ曲げ構造としたので、平板型ヒートパイプが多
段階に配列された状態でも、同一幅の帯状の平板型ヒー
トパイプのみの構成で、３次元方向に位相を異にした方
向に向け、効率的に熱輸送を行うことができる。

【００１７】第２の発明は、平板型ヒートパイプに発熱
体及び放熱体を接続構成した冷却装置において、平板型
ヒートパイプは、中間部にねじ曲げ構造による折曲げ部
を設けたことを特徴とする。

【００１８】また第３の発明は、それぞれ一方に発熱体
を接続した帯状の平板型ヒートパイプが複数枚、所定間
隔をなして並設されるとともに、前記各平板型ヒートパ
イプはそれぞれ折曲げ部を介して、他方に放熱体を共通
接続した冷却装置であって、各平板型ヒートパイプの折
曲げ部は、互いに位置を異にし、かつねじ曲げ構造とし
たことを特徴とする。

【００１９】このように第２及び第３の発明装置によれ
ば、折曲げ部をねじ曲げ構造を設けた平板型ヒートパイ
プに、発熱体及び放熱体を接続したので、仮に平板型ヒ
ートパイプの一方の吸熱側が多段階に積み重ねられた状
態でも、帯状の平板型ヒートパイプの幅を変えることな
く発熱体に接続して熱輸送でき、発熱体を効率的に冷却
することができる。

【００２０】第４の発明は、熱移送機能を有する帯状の
平板型ヒートパイプにおいて、帯状面が同一面上で略Ｌ
字状をなすように構成されたことを特徴とする。

【００２１】このように、第４の発明によれば、帯状面
が同一面上で略Ｌ字状となるように形成したので、単な
る折曲げ加工により、３次元方向に位相を異にした方向
への熱輸送を効率的に行うことができる。

【００２２】第５の発明は、平板型ヒートパイプに発熱
体及び放熱体を接続構成した冷却装置において、平板型
ヒートパイプは、帯状面が同一面上で略Ｌ字状に形成さ
れ、かつ折曲げ構成したことを特徴とする。

【００２３】第６の発明は、それぞれ一方に発熱体を接
続した帯状の平板型ヒートパイプが複数枚、所定間隔を
なして並設され、他方に放熱体を共通接続した冷却装置
において、平板型ヒートパイプは帯状面が同一面上で略
Ｌ字状に形成され、かつ互いに位置を異にして折曲げら
れたことを特徴とする。

【００２４】このように第５及び第６の発明装置によれ
ば、平板型ヒートパイプは、帯状面が同一面上で略Ｌ字
状に形成され、発熱体及び放熱体を接続したので、平板
型ヒートパイプが仮に多段階に積み重ねられた状態で
も、帯状の平板型ヒートパイプの幅を変えることなく、
３次元方向に位相を異にした方向への熱輸送により、発
熱体を効率的に冷却することができる。

【００２５】第７の発明は、冷却装置において、一対の
平板型ヒートパイプ間が、それぞれに内蔵されたヒート
パイプの連結によって接続され、一方に発熱体を、他方
に放熱体を接続したことを特徴とする。

【００２６】このように、第７の発明によれば、一対の
平板型ヒートパイプ間が、細管ヒートパイプそのものに
よって連結されたので、フレキシブルな折曲げ加工が容
易となり、発熱体と放熱体との間の相対位置の自由度を
増大させることができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下この発明による、平板型ヒー
トパイプ、及びこれを用いた冷却装置の一実施の形態を
図１ないし図６を参照して詳細に説明する。なお、図７
ないし図１０に示した構成と同一構成には、同一符号を
付して詳細な説明は省略する。

【００２８】図１は、図７に対応して示したもので、本
発明による冷却装置の第１の実施の形態を人工衛星に適
用した状態を示す斜視図である。

【００２９】すなわち、立方体状の衛星本体１の一側面
にアンテナ開口面を形成するように電子走査アンテナ２
が配置され、この電子走査アンテナ２は、開口面に面し
て例えば多数のホーンアンテナ素子２１が面アレイを形
成するよう多段に配置されている。

【００３０】ホーンアンテナ素子２１に接続された送受
信モジュール２２には、移相器とともに所定のレーダ送
信出力を形成するための増幅器が内蔵されていて、これ
ら増幅器の安定動作を図るために、送受信モジュール２
２で発生した熱を帯状の平板型ヒートパイプ３の一方で
吸収して輸送し、他方に接続された放熱板５で放熱され
るように構成されている。

【００３１】高密度に実装された各ホーンアンテナ素子
２１には、それぞれ送受信モジュール２２が接続されて
いるが、この実施の形態でも、幅Ｗが広く帯状に形成さ
れ平板型ヒートパイプ３が、厚さＨの各段毎に複数個の
送受信モジュール２２に接続されように構成されてい
る。

【００３２】この実施の形態の冷却装置に採用された平
板型ヒートパイプ３は、図２（ａ）に示すように中間部
にねじ曲げ構造からなる折曲げ部３Ａを有し、その折曲
げ部３Ａは、図示のＸ−Ｙ軸面からＸ−Ｚ面に折曲げた
後、さらにＸ−Ｚ面で折り畳むことによって、３次元空
間内において、帯状の平板型ヒートパイプ３の向きが位
相変換されるように構成されている。

【００３３】従って、平板型ヒートパイプ３は、送受信
モジュール２２に対し、幅Ｗを接触しつつ、そのまま対
向面の放熱板５に向け熱輸送を行うものである。

【００３４】この平板型ヒートパイプ３は、図１に示し
たように、多段階に面状に配置された各送受信モジュー
ル２２にそれぞれ接続される。従って、図２（ｂ）、及
び図２（ｂ）で矢印ｘ方向から見た図３（ａ）の要部正
面図に示すように、上下の各平板型ヒートパイプ３は、
吸熱側（送受信モジュール２２側）からの第１の折曲げ
部は、互いにΔｌの間隔をなして下方に向け折り曲げる
とともに、さらにその折曲げ位置から幅Ｗに対応した長
さ位置で順次折曲げることによって、放熱板５に向かう
側の平板型ヒートパイプ３は、図３（ａ）に示したよう
に、互いに重畳する部分がなく、並列化された熱輸送路
を形成して放熱板５に接続される。

【００３５】このように、第１の実施の形態の各平板型
ヒートパイプ３は、面アレイを構成するように多段に配
置された発熱体（送受信モジュール２２）から、丁度反
対側に対向配置された放熱体（放熱板５）まで熱輸送す
る。そのために、各平板型ヒートパイプ３は、図３
（ｂ）に示すように、吸熱側の端部からそれぞれ異なる
長さＬ１のところで、略９０度の折曲げ角度θ１で下方
に折曲げ、さらに同じくそれぞれ異なる長さＬ２の位置
で、さらに直交角度θ２が略９０度となるように折り畳
み、さらに放熱側の先端部で略９０度の角度θ３に折曲
げ加工し、それぞれ対向配置された複数の発熱体と共通
接続の放熱体間を接続するように構成されている。

【００３６】なお、上記説明では、発熱体（送受信モジ
ュール２２）の配列面と放熱体（放熱板５）の面が、衛
星本体１の互いに対向する側に配置されているので、各
平板型ヒートパイプ３の折曲げ角度（θ１，θ２，θ
３）を上記の値に設定したが、発熱体と放熱体との３次
元空間内での相対位置、及び向きに応じて、上記各角度
θ１，θ２，θ３を任意に変更して接続することができ
る。

【００３７】また、この第１の実施の形態において、図
３（ａ）示したように、平板型ヒートパイプ３の角度θ
２への折曲げ幅Ｌ３を適宜選択することによって、図３
（ａ）に示したずれ（Δｌ）を補正し、放熱板５に向か
う面の位置を一致させるとともに、先端部を折曲げ（角
度θ３）ることなく、この一致させた面に放熱体５を接
続させるように構成すこともできる。

【００３８】また、図１では、面アレイを形成するよう
に配置された各送受信モジュール２２に対し、各段に１
個の平板型ヒートパイプ３を接続するように示したが、
各段を横方向に複数に分割し、各分割された段ごとに平
板型ヒートパイプ３を接続して、放熱板５に熱輸送する
ように構成しても良い。

【００３９】以上説明のように、この第１の実施の形態
によれば、帯状の各平板型ヒートパイプ３は、中間部に
ねじ曲げ構造を採用して折曲げ部を設けたので、一方の
端部には発熱体である各電子機器（受信モジュール２
２）を接続しつつ、位相面を異にした方向への向きの変
換により放熱板５に共通接続して熱輸送するので、電子
機器を効果的に冷却することができる。

【００４０】次に、上記第１の実施の形態では、平板型
ヒートパイプ３を互いに位置を異にしたねじ曲げ構造に
より、多段化された発熱体からの熱を、同一幅Ｗを保持
した状態で放熱体まで輸送させたが、平板型ヒートパイ
プ３を帯状面が同一面上で略Ｌ字状をなすように構成し
て折曲げ加工ても、同様に作用させることができる。

【００４１】図４は、本発明による冷却装置の第２の実
施の形態に採用した平板型ヒートパイプを示したもの
で、図４（ａ）は、折曲げ加工を行う以前の斜視図、図
４（ｂ）は折曲げ加工後の状態を示す斜視図である。

【００４２】すなわち、幅Ｗの平板型ヒートパイプ３
は、図示のように、帯状面が同一面（Ｘ−Ｙ面）上で略
Ｌ字状（角度θ１が９０度）となるように構成されてい
る。

【００４３】そして、図４（ｂ）に示すように、屈曲部
において、下方に９０度（角度θ２）折曲げることによ
って、図２（ａ）に示した平板型ヒートパイプ３と同様
に、３次元方向にその長さ方向の向き（位相）を変換さ
せた平板型ヒートパイプ３を得ることができる。

【００４４】従って、この第２の実施の形態による平板
型ヒートパイプ３によっても、第１の実施の形態におけ
る平板型ヒートパイプ３と同様に、両端部に、発熱体及
び共通放熱体を接続構成することによって、多段配置の
発熱体からの熱を、同一幅Ｗを保持した状態で輸送し、
発熱体を効率良く冷却することができる。

【００４５】なお、上記第１，第２の各実施の形態で
は、送受信モジュール２２は縦（上下）方向に互いに重
なるように多段に配列された旨説明したが、図５に示す
ように、同じく上下方向への多段構成でも、平板型ヒー
トパイプ３を接続した送受信モジュール２２が、前後方
向（図示左右方向）方向に所定間隔（Ｗ）づつ互いに異
なるように配置しても、放熱板５に向かう側の各平板型
ヒートパイプ３は互いに重畳することがないので、熱輸
送を効率的に行なわせることができる。

【００４６】もっとも、図５に示す構成の電子走査アン
テナでは、アンテナ開口面において、高周波信号の位相
が揃い所定のアンテナパターンが得られるように、送受
信モジュール２２の移相器等の位相制御が必要とされ
る。

【００４７】また、上記各実施の形態では、幅Ｗを有
し、長尺な平板型ヒートパイプ３により、発熱体側から
放熱体側に向け効率的に熱輸送を行う旨説明したが、平
板型ヒートパイプ３の折曲げ部等を図６に示すように、
一対の平板型ヒートパイプ３，３が、それぞれに内蔵さ
れた折曲げ容易な細管ヒートパイプ３ｂの接続により連
結されるように構成し、フレキシブルな細管ヒートパイ
プ３ｂの折曲げ操作によって、例えば両端部に接続配置
される発熱体２Ａや放熱体４Ａの配置の自由度を大きく
することができる。

【００４８】なおまた、本発明の上記各実施の形態にお
いて、平板型ヒートパイプ３は、作動液が表面張力によ
り細管内を閉塞するように封入され、軸方向に循環また
は振動するように構成された細管ヒートパイプを複数本
内蔵して構成されたものを使用するものとして説明した
が、必ずしもそのような構成の平板型ヒートパイプに限
定されることなく採用しても、同様な効果を得ることが
できる。また本発明は、人工衛星搭載機器に限らず、地
上設置の各種電子機器等の冷却にも適宜採用し得るもの
であることは言うまでもない。

【００４９】以上説明のように、本発明の平板型ヒート
パイプ及びこれを用いた冷却装置によれば、多段構成の
発熱体の冷却に際し、効率的な熱輸送が可能となり、冷
却効果を大幅に向上させことができ、実用に際し顕著な
効果を得ることができる。

【００５０】

【発明の効果】第１の発明は、折曲げ部をねじ曲げ構造
としたので、平板型ヒートパイプの吸熱側の仮に多段階
に構成され、空間的位相を異にして配置された放熱体へ
の熱輸送でも、単に折曲げ部の位置を変えるのみで実現
し、効率良く冷却することができる。

【００５１】第２及び第３の発明によれば、折曲げ部を
ねじ曲げ構造を設けた帯状の平板型ヒートパイプに、発
熱体及び放熱体を接続したので、帯状の平板型ヒートパ
イプの幅を変えることなく熱輸送が可能であり、発熱体
を効率的に冷却することができる。

【００５２】第４の発明によれば、帯状面が同一面上で
Ｌ字状となるように平板型ヒートパイプを形成したの
で、第１の発明と同様に、熱輸送を効率的に行うことが
できる。

【００５３】第５及び第６の発明によれば、平板型ヒー
トパイプは、帯状面が同一面上でＬ字状に形成されたの
で、第２及び第３の発明と同様に、発熱体を効率良く冷
却することができる。

【００５４】第７の発明によれば、一対の平板型ヒート
パイプ間を、内蔵ヒートパイプの連結によって接続した
ので、折曲げ加工が容易となり、発熱体と放熱体との間
の相対配置位置に大きな自由度を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による冷却装置の第１の実施の形態を人
工衛星に適用した状態を示す斜視図である。

【図２】図２（ａ）は図１に示す平板型ヒートパイプの
斜視図、図２（ｂ）は図２（ａ）に示す複数個の平板型
ヒートパイプを発熱体に組み込んだ状態を示す斜視図で
ある。

【図３】図３（ａ）は、図２（ｂ）において発熱体（送
受信モジュール）に接続された平板型ヒートパイプを矢
印ｘ方向から見た正面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の平
板型ヒートパイプの折曲げ位置及び角度を説明する斜視
図である。

【図４】図４（ａ）は、本発明の第２の実施の形態の冷
却装置に採用される平板型ヒートパイプを示す斜視図、
図４（ｂ）は、図４（ａ）の平板型ヒートパイプの折曲
げ加工状態を示す斜視図である。

【図５】図４に示した平板型ヒートパイプを、上下段間
で位置ずれ配置させた送受信モジュールに接続した例を
示す側面図である。

【図６】本発明の各実施の形態に採用可能な一対の平板
型ヒートパイプの接続状態を示す斜視図である。

【図７】従来の冷却装置を搭載した人工衛星を示す概略
斜視図である。

【図８】図７の要部を示す斜視図である。

【図９】図８の一部分解斜視図である。

【図１０】図７に示す冷却装置に採用可能な平板型ヒー
トパイプの分解斜視図である。

【符号の説明】

１ 人工衛星本体 ２ 電子走査アンテナ ２１ ホーンアンテナ素子 ２２ 送受信モジュール（発熱体） ３，３１，３２ 平板型ヒートパイプ ３Ａ 折曲げ部 ４ 連結部 ５ 放熱板（放熱体）

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中間部に折曲げ部を有する帯状の平板型
   ヒートパイプにおいて、 前記折曲げ部は、ねじ曲げ構造としたことを特徴とする
   平板型ヒートパイプ。
2. 【請求項２】 平板型ヒートパイプに発熱体及び放熱体
   を接続構成した冷却装置において、 前記平板型ヒートパイプは、中間部にねじ曲げ構造によ
   る折曲げ部を設けたことを特徴とする冷却装置。
3. 【請求項３】 それぞれ一方に発熱体を接続した帯状の
   平板型ヒートパイプが複数枚、所定間隔をなして並設さ
   れるとともに、前記各平板型ヒートパイプはそれぞれ折
   曲げ部を介して、他方に放熱体を共通接続した冷却装置
   であって、 前記各平板型ヒートパイプの折曲げ部は、互いに位置を
   異にし、かつねじ曲げ構造としたことを特徴とする冷却
   装置。
4. 【請求項４】 熱移送機能を有する帯状の平板型ヒート
   パイプにおいて、 帯状面が同一面上で略Ｌ字状をなすように構成されたこ
   とを特徴とする平板型ヒートパイプ。
5. 【請求項５】 平板型ヒートパイプに発熱体及び放熱体
   を接続構成した冷却装置において、 前記平板型ヒートパイプは、帯状面が同一面上で略Ｌ字
   状に形成され、かつ折曲げ構成したことを特徴とする冷
   却装置。
6. 【請求項６】 それぞれ一方に発熱体を接続した帯状の
   平板型ヒートパイプが複数枚、所定間隔をなして並設さ
   れ、他方に放熱体を共通接続した冷却装置において、 前記平板型ヒートパイプは帯状面が同一面上で略Ｌ字状
   に形成され、かつ互いに位置を異にして折曲げられたこ
   とを特徴とする冷却装置。
7. 【請求項７】 一対の平板型ヒートパイプ間が、それぞ
   れに内蔵されたヒートパイプの連結によって接続され、
   一方に発熱体を、他方に放熱体を接続したことを特徴と
   する冷却装置。
8. 【請求項８】 前記平板型ヒートパイプは、作動液が表
   面張力により細管内を閉塞するように封入され、軸方向
   に循環または振動するように構成されたヒートパイプを
   複数本内蔵させて構成されたことを特徴とする請求項１
   ないし請求項７のうちのいずれか１項に記載の平板型ヒ
   ートパイプまたは冷却装置。