JP2002286381A - 熱搬送装置 - Google Patents

熱搬送装置

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JP2002286381A
JP2002286381A JP2001087429A JP2001087429A JP2002286381A JP 2002286381 A JP2002286381 A JP 2002286381A JP 2001087429 A JP2001087429 A JP 2001087429A JP 2001087429 A JP2001087429 A JP 2001087429A JP 2002286381 A JP2002286381 A JP 2002286381A
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Tomohito Takada
智仁 高田
Takayuki Masukawa
貴之 益川
Kenji Nasako
賢二 名迫
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Sanyo Electric Co Ltd
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    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0233Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes the conduits having a particular shape, e.g. non-circular cross-section, annular
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02Header boxes; End plates
    • HELECTRICITY
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単、確実に高圧の二酸化炭素を封入でき、
かつ、その封止耐圧を十分に高めることができるように
する。 【解決手段】 複数のチャネルCが列設して設けられ
て、このチャネルCの隣接する壁16が当該チャネルC
の拡張変形力を規制するように作用する薄板状の多穴管
12と、該多穴管12の両端部に挿嵌され接合されると
共に、複数のチャネルCを連通させる連通孔21を備え
たマニーホールド13とを設ける。さらに、該マニーホ
ールド13の連通孔21に連通して装着されて、作動流
体の封入及び封止が行われる封入管19を設ける。そし
て、これらを接合材20により接合する。これにより、
作動流体を封止する際には、当該作動流体の封入状態で
封入管19を圧潰し、その後封入状態を解除して、さら
に接合材20により封着する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、小型精密電気機器
等の冷却に用いて好適な熱搬送装置に関する。
【0002】
【従来の技術】今日、電子製品等における小型軽量化及
び高機能化が著しく、例えば携帯パソコンの小型化は周
知の通りであるが、同時に動作速度を高めるためにMP
Uの動作周波数を高くすることが行われている。
【0003】従来、このような電子機器等の冷却には、
ファンによる強制空冷やフィンによる自然対流空冷が行
われていたが、小型化による熱はけが悪くなり、また携
帯パソコンにおけるように動作周波数の向上に伴う発熱
量が増大して、その冷却技術が深刻な課題として浮上し
てきている。
【0004】そこで、ペルチェ素子を用いる構成が提案
されているが、このペルチェ素子は冷却能力を発生させ
るために外部から電力供給する必要があるため、携帯パ
ソコンのように消費電力の低減も課題となっている製品
においては利用することが困難であった。
【0005】このような観点から、例えば特開平8−3
03970号公報においてはヒートパイプを利用してM
PUを冷却する構成が開示されている。
【0006】ヒートパイプ100は、図6に示すように
密閉されたパイプ101内に作動流体が封入され、当該
作動流体は高温部102の熱で蒸発(吸熱する)して低
温部103に移動し、当該低温部103の熱で冷却(放
熱する)されることにより凝縮する。そして、凝縮した
作動流体は、高温部102側に戻る。
【0007】このように作動流体は、高温部102と低
温部103との間を相変化しながら往復するサイクルを
繰返すことにより高温部102から低温部103に熱搬
送する。従って、熱搬送は作動流体の相変化及びその移
動にのみに基づき行われるため高い搬送効率、冷却効率
が得られる特徴がある。
【0008】このようなヒートパイプの原理に基づき、
上記公報においては作動流体として純水を用い、ヒート
パイプ100の長手方向内壁に多数の極細線からなるウ
ィック材104を挿着して中央部105を空間とする構
成を提案している。
【0009】なお、ヒートパイプ100の内壁にウィッ
ク材104を挿着したのは、低温部103で凝縮した作
動流体が高温部102に戻る際に、当該極細線のウィッ
ク材104を濡らし、毛細管現象により速やかに高温部
102に戻れるようにするためである。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、熱搬送
効率を高くするためには、作動流体を高温部102と低
温部103との間で効率的に往復させることが必要であ
ることは容易に推察できるが、上記公報におけるように
作動流体として純水を用いると、その粘性抵抗のため毛
細管現象による移動力が減少して、熱搬送効率を十分に
高めることができない問題があった。
【0011】このため作動流体として低粘性である超臨
界流体の二酸化炭素を用いる構成が考えられるが、二酸
化炭素が超臨界流体を示すには7.3MPa以上の高圧
にしなければならず、その封止耐圧をどのようにして達
成するかが大きな問題となる。
【0012】そこで、本発明は、簡単、確実に高圧の二
酸化炭素を封入でき、かつ、その封止耐圧を十分に高め
ることができるようにした熱搬送装置を提供することを
目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1にかかる発明は、密閉管内に作動流体が封
入されて、当該密閉管における高温部から熱を受け、低
温部に搬送して放熱する熱搬送装置において、密閉管
が、複数の貫通穴が列設して設けられて、当該貫通穴の
隣接壁が該貫通穴の拡張変形を規制するように設けられ
た薄板状の多穴管と、該多穴管の端部に挿嵌され接合さ
れて、内部に設けられた連通孔により当該多穴管の貫通
穴を連通させるマニーホールドと、連通孔に連通して挿
着接合されて、作動流体の封入及び封止を行う封入管と
により形成されて、簡単、確実に高圧の二酸化炭素を封
入でき、かつ、その封止耐圧を十分に高めることができ
るようにしたことを特徴とする。
【0014】請求項2にかかる発明は、貫通穴の端部に
おける隣接壁が所定間隔毎に適宜切欠かれて、当該切欠
れた部分が挿着口を形成し、またマニーホールドに当該
挿着口が嵌合する挿着枠が形成されて、当該多穴管とマ
ニーホールドとが該挿着口と挿着枠との嵌合を単位とし
て嵌合し、接合されるようにしたことを特徴とする。
【0015】請求項3にかかる発明は、作動流体を封止
する際に、当該作動流体を封入している状態で封入管を
圧潰し、その後当該封入状態を解除して接合材により接
合して封着してなることを特徴とする。
【0016】請求項4にかかる発明は、多穴管が銅又は
アルミニューム等の熱伝導度の高い金属を材料として、
押出成形により形成されていることを特徴とする。
【0017】請求項5にかかる発明は、作動流体が二酸
化炭素であり、かつ、動作時には超臨界流体として作用
することを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図を参照し
て説明する。図1は本発明に係る熱搬送装置10の構成
を示す図で、図1(a)は上面図、図1(b)は側面図
である。また、図2は図1(b)における矢視AAでの
断面図を示している。
【0019】当該熱搬送装置10は、内部に貫通穴(以
下、これをチャネルCと記載する)が複数形成された多
穴管12、該多穴管12の端部に挿着して接合されたマ
ニーホールド13を主要構成としている。
【0020】図3はマニーホールド13の構成を示す図
で、図3(a)は斜視図、図3(b)は断面図である。
また、図4は多穴管12の構成を示す図で、図4(a)
は部分破断上面図、図4(b)は側面図である。
【0021】多穴管12は、アルミニュームや銅のよう
な熱伝導度の高い金属を材料として押出成形により厚み
が約0.8mmの板状に形成され、内部には約0.5m
mの矩形状チャネルCが長手方向に沿って多数列設され
ている。
【0022】そして、多穴管12の両端部におけるチャ
ネルCの隣接する壁16は所定おきに切欠かれて、マニ
ーホールド13に装着される挿入口15が形成されてい
る。なお、切欠かれた壁を仕切壁16a、切欠かれてい
ない壁を支持壁16bと記載する。
【0023】図2や図4等に示す多穴管12において
は、1つの挿入口15に3つのチャネルCが連通し、2
つの仕切壁16aが含まれている。無論、このような数
は本発明を限定するものではなく、チャネルCの寸法、
封止する作動流体の圧力、多穴管12とマニーホールド
13等の接合方法等に依存して適宜設計されるものであ
る。
【0024】また、マニーホールド13は、アルミニュ
ームや銅のような熱伝導度の高い金属を材料として切削
加工等により形成され、多穴管12の挿入口15が嵌合
する挿着枠14が複数形成されると共に、封入口17が
形成されている。そして、マニーホールド13の内部に
形成された連通孔21は封入口17と連通すると共に、
挿着枠14の開口18と連通している。
【0025】挿着枠14の深さL1(図3(b)参照)
は、挿入口15の深さL2(図4(a)参照)より適宜
小さく形成されている(L1<L2)。従って、仕切壁
16aの先端は挿着枠14に当接することがなく、各挿
入口15に含まれるチャネルCは、当該挿入口15が挿
嵌される挿着枠14の開口18で相互に連通するように
なる。
【0026】このような部材を用いて熱搬送装置10が
組立てられている。組立ては、先ず多穴管12の両端に
マニーホールド13を嵌合させる。
【0027】このとき一方のマニーホールド13の封入
口17に栓11をして塞ぎ、他方のマニーホールド13
には封入管19を挿嵌しておく。
【0028】そして、多穴管12とマニーホールド1
3、マニーホールド13と栓11、マニーホールド13
と封入管19を接合材20により接合する。
【0029】このような状態で封入管19から作動流体
として二酸化炭素を封入し所定圧に達すると、その状態
を保持しながら封入管19を圧潰して封止して封入状態
を解除する。さらにその後、接合材20により封入管1
9を封着して所定の封止耐圧が得られるようにする。
【0030】図5は二酸化炭素のモリエル線図を示して
いる。同図からわかるように臨界点(圧力7.3MP
a、温度31℃)以上で二酸化炭素は超臨界流体とな
る。なお、図5において臨界点aより高温高圧領域(b
領域)が超臨界流体の存在する領域を示している。
【0031】また、表1に二酸化炭素を含めた種々の物
質における臨界温度及び臨界圧力を示し、表2に二酸化
炭素の気体、液体、超臨界流体における密度、粘度、拡
散係数及び熱伝導度の物性値を示している。
【0032】
【表1】
【0033】
【表2】
【0034】表1からわかるように、例えば携帯パソコ
ンにおけるMPU等の電子機器の冷却(100℃以下で
冷却)を目的とした作動流体として、水以外の利用が可
能であることがわかる。しかし、空気、窒素、酸素等は
室温では沸点を超えてしまい、また塩化水素は有毒であ
り腐食等において利用上の問題が多々ある。
【0035】このような観点から、極端に高圧にしなく
ても室温に近い温度で超臨界を示して、MPU等の冷却
に適用できるものとして無害、かつ、化学的安定性に優
れた二酸化炭素が妥当であると結論することができる。
無論、状況に応じた作動流体を選択することができるこ
とは言うまでもない。
【0036】また、表2から二酸化炭素は、超臨界流体
において気体と同程度の粘度を示すと共に、拡散係数は
寧ろ液体に近い特性を示すことから、高温部と低温部と
の間での作動流体の移動性が非常に高く効率的な熱搬送
が可能であることがわかる。
【0037】即ち、低温部で放熱した二酸化炭素は高温
部に戻るが、超臨界流体の二酸化炭素は低粘性で、表面
張力が「ゼロ」であるため容易に高温部と低温部との間
を移動することができる。
【0038】一方、作動流体として純水を用いる場合に
は、チャネルの寸法を小さくすると粘性力が毛細管現象
による移動力に拮抗して、作動流体の移動力が低減され
てしまう。
【0039】そこで、本発明では、作動流体として二酸
化炭素を用い、その封入圧を7.3MPa以上として温
度が31℃以上になると超臨界流体になるようにしてい
る。
【0040】このように封入圧を高圧にすると、封止耐
圧を十分確保することが困難となるが、上述したように
本発明では、チャネルCの寸法を小さくして、一般的な
接合手段(例えば、銀ロウ付、アルミ半田付、溶接等)
の適用を可能にしている。
【0041】無論、チャネルCの寸法を小さくすると、
各チャネルCで機能する作動流体量が少なくなり熱搬送
能力が減少するので当該チャネルCを複数形成すること
により全体としての作動流体量の減少を防止するように
している。
【0042】また、多穴管12は押出成形により一体成
形されているので、内圧により多穴管12が拡張しよう
としても仕切壁16aや支持壁16bがこれを規制し、
加えて挿入口15が蓋をされるように挿着枠14が嵌合
され接合材20により接合されるので、当該挿入口15
の変形は容易に防止できるようになり十分な封止耐圧を
得ることが可能になる。
【0043】さらに、封入管19を圧潰し、そのまま接
合材20により封着するので、作動流体の封入作業性が
向上すると共に確実な封着が行えるようになる。
【0044】
【発明の効果】以上説明したように請求項1にかかる発
明によれば、複数の貫通穴が列設して設けられて、当該
貫通穴の隣接壁が該貫通穴の拡張変形を規制するように
設けられた薄板状の多穴管と、該多穴管の端部に挿嵌さ
れ接合されて、内部に設けられた連通孔により当該多穴
管の貫通穴を連通させるマニーホールドと、連通孔に連
通して挿着接合されて、作動流体の封入及び封止を行う
封入管とにより密閉管を形成したので、簡単、確実に高
圧の二酸化炭素を封入でき、かつ、その封止耐圧を十分
に高めることができるようになる。
【0045】請求項2にかかる発明によれば、貫通穴の
端部における隣接壁が所定間隔毎に適宜切欠かれて、当
該切欠れた部分が挿着口を形成し、またマニーホールド
に当該挿着口が嵌合する挿着枠が形成されて、当該多穴
管とマニーホールドとが該挿着口と挿着枠との嵌合を単
位として嵌合し、接合されるようにしたので、簡単、確
実に高圧の作動流体を封入でき、かつ、その封止耐圧を
十分に高めることができるようになる。
【0046】請求項3にかかる発明によれば、作動流体
を封止する際に、当該作動流体を封入している状態で封
入管を圧潰し、その後当該封入状態を解除して接合材に
より接合して封着するようにしたので、簡単、確実に高
圧の作動流体を封入できるようになる。
【0047】請求項4にかかる発明によれば、多穴管が
銅又はアルミニュームを材料として、押出成形により形
成したので、安価に封止耐圧の高い多穴管を製造するこ
とが可能になる。
【0048】請求項5にかかる発明によれば、作動流体
を超臨界流体として作用する二酸化炭素としたので、効
率的な熱搬送が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の説明に適用される熱搬送
装置の構成を示す図である。
【図2】熱搬送装置の断面図である。
【図3】マニーホールドの構成を示す図である。
【図4】多穴管の構成を示す図である。
【図5】二酸化炭素のモリエル線図である。
【図6】ヒートパイプの原理図である。
【符号の説明】
10 熱搬送装置 11 栓 12 多穴管 13 マニーホールド 14 挿着枠 15 挿入口 16 壁 16a 仕切壁 16b 支持壁 17 封入口 18 開口 19 封入管 20 接合材 21 連通孔 C チャネル(貫通穴)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 名迫 賢二 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 Fターム(参考) 5E322 BA05 DA04 DB06 DB12 5F036 AA01 BA03 BA24 BB01 BB44

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 密閉管内に作動流体が封入されて、当該
    密閉管における高温部から熱を受け、低温部に搬送して
    放熱する熱搬送装置において、 前記密閉管が、複数の貫通穴が列設して設けられて、当
    該貫通穴の隣接壁が該貫通穴の拡張変形を規制するよう
    に設けられた薄板状の多穴管と、 該多穴管の端部に挿嵌され接合されて、内部に設けられ
    た連通孔により当該多穴管の貫通穴を連通させるマニー
    ホールドと、 前記連通孔に連通して挿着接合されて、前記作動流体の
    封入及び封止を行う封入管とにより形成されていること
    を特徴とする熱搬送装置。
  2. 【請求項2】 前記貫通穴の端部における隣接壁が所定
    間隔毎に適宜切欠かれて、当該切欠れた部分が挿着口を
    形成し、また前記マニーホールドに当該挿着口が嵌合す
    る挿着枠が形成されて、当該多穴管とマニーホールドと
    が該挿着口と挿着枠との嵌合を単位として嵌合し、接合
    されるようにしたことを特徴とする請求項1記載の熱搬
    送装置。
  3. 【請求項3】 前記作動流体を封止する際に、当該作動
    流体を封入している状態で前記封入管を圧潰し、その後
    当該封入状態を解除して接合材により接合して封着して
    なることを特徴とする請求項1又は2記載の熱搬送装
    置。
  4. 【請求項4】 前記多穴管が銅又はアルミニューム等の
    熱伝導度の高い金属を材料として、押出成形により形成
    されていることを特徴とする請求項1乃至3いずれか1
    項記載の熱搬送装置。
  5. 【請求項5】 前記作動流体が二酸化炭素であり、か
    つ、動作時には超臨界流体として作用することを特徴と
    する請求項1乃至4いずれか1項記載の熱搬送装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7958934B2 (en) 2002-08-07 2011-06-14 Denso Corporation Counter-stream-mode oscillating-flow heat transport apparatus

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