JP2005291645A - ループ状ヒートパイプ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷却効率のループ状ヒートパイプの提供を図る。
【解決手段】 蒸発部１０と凝縮部１１とこれらの内部に連通して設けられたパイプ１２，１３により、液状媒体を循環させて熱交換を行うループ状ヒートパイプにおいて、凝縮部１１から蒸発部１０に向けて配置される戻り管１３は毛細管力を有する構造とし、液状媒体の滞留を防止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、整流ダイオードのように発熱する電子部品等を冷却するためのループ状ヒートパイプの構造及びその製造方法に関する。

従来、整流ダイオード等のように発熱する電子部品を冷却するためのヒートパイプ式放熱器として、例えば、図８に示すようなものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

図８は、従来のループ状ヒートパイプを示すもので、このループ状ヒートパイプでは、蒸発部１００と凝縮部１０１とこれらの内部に連通して設けられたパイプ１０２，１０３により、冷媒等の液状媒体を循環可能に構成している。

蒸発部１００は、多穴管チューブ１０４により形成されている。この多穴管チューブ１０４は、熱伝導性の良好なアルミニウムにより形成されている。多穴管チューブ１０４には、図９に示すように、冷媒通路となる多数の穴部１０４ａが平行に形成されている。

そして、多穴管チューブ１０４の端部がパッチエンド１０５により封止されている。多穴管チューブ１０４の両面は、受熱面１０４ｂとされ、電子部品１０６が装着されている。

一方、凝縮部１０１は、第１のタンク部材１０７と第２のタンク部材１０８との間に、コア部１０９を形成して構成されている。

第１のタンク部材１０７および第２のタンク部材１０８は、アルミニウムにより形成されている。コア部１０９は、多数のチューブ１１０の間にコルゲートフィン１１１を配置して構成されている。これらチューブ１１０およびコルゲートフィン１１１も、アルミニウムにより形成されている。

そして、第１のタンク部材１０７に、パイプ（送り管）１０２が接続されている。このパイプ１０２は、多穴管チューブ１０４の端部に連通して設けられている。また、第２のタンク部材１０８と多穴管チューブ１０４の端部に連通してもう一方のパイプ（戻り管）１０３が設けられている。

そして、このようなループ状ヒートパイプでは、その内部に封入された液状媒体が図８中に矢印で示すように、蒸発部１００で蒸発気化し、パイプ（送り管）１０２を介して凝縮部１０１に送られ、凝縮部１０１内において冷却され凝縮し液体となり、パイプ（戻り管）１０３の内面を伝わり、蒸発部１００内に降下する。

このような循環サイクルによって電子部品１０６を冷却している。
特開２００２−２４６７８２号公報（図１）

しかしながら、このような従来のループ状ヒートパイプでは、パイプ１０２，１０３の内径が全体にわたって同一径に形成されているため、パイプ１０２，１０３の内径が小さいと、表面張力等により、パイプ１０２，１０３内に冷却され凝縮した液状媒体の滞留が生じ、液状媒体の蒸気流動が妨げられ放熱性能が低下するという問題があった。

そこで、本発明の目的は、毛細管力により、液状媒体の滞留を防止することのできるループ状ヒートパイプ及びその製造方法を提供することである。

請求項１に記載の発明は、蒸発部と凝縮部とこれらの内部に連通して設けられたパイプにより、液状媒体を循環させて熱交換を行うループ状ヒートパイプにおいて、前記凝縮部から前記蒸発部に向けて配置される戻り管は毛細管力を有する構造としたことを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載のループ状ヒートパイプに関するもので、前記戻り管は、その内部に連通方向に向かって複数の溝部を有することを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のループ状ヒートパイプに関するもので、前記戻り管は、連通方向に向かって複数の溝形状を形成された板状部材を積層してなることを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載のループ状ヒートパイプに関するもので、前記蒸発部と前記凝縮部とを略水平もしくは蒸発部よりも凝縮部が低い位置に配置されることを特徴としている。

また、請求項５に記載の発明は、ループ状ヒートパイプの製造方法であって、薄板に毛細管力を発生させるための溝部を形成し、前記溝部を有する薄板を複数枚積層し、これら複数枚積層した薄板を加熱して拡散接合させ、必要毛細管力を有する戻り管を形成したことを特徴としている。

請求項６に記載の発明は、ループ状ヒートパイプの製造方法であって、薄板に毛細管力を発生させるための溝部を形成し、前記溝部を有する薄板を前記溝部に直交する方向に向けて端部から巻き取り加工し、必要毛細管力を有する戻り管を形成したことを特徴としている。

本発明によれば、毛細管力のあるパイプを用いることにより、パイプ内の液状媒体の滞留を防止することのでき、冷却性能を安定して得ることができる。

また、その製造方法においては、板状部材への溝部形成後に積層結合もしくは巻き取り加工するので、安定した品質のパイプを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態に係るループ状ヒートパイプの詳細を図面に基づいて説明する。まず、本発明を適用するループ状ヒートパイプの冷却システムの構成の概略を図１及び図２を用いて説明する。

[ループ状ヒートパイプによる冷却システムの概略構成１]
図１は、本発明のループ状ヒートパイプの１例を示している。このループ状ヒートパイプは、蒸発部１０と凝縮部１１とこれらの内部に連通して設けられたパイプ１２，１３により、冷媒等の液状媒体を循環させて可能に構成している。

蒸発部１０は、多穴管チューブ１４により形成されている。この多穴管チューブ１４は、熱伝導性の良好なアルミニウムにより形成されている。多穴管チューブ１４には、前述の従来例と同様図９に示すように、冷媒通路となる多数の穴部が平行に形成されている。

そして、多穴管チューブ１４の端部は第３のタンク部材２１及び第４のタンク部材２２が接続されている。多穴管チューブ１４の両面は、受熱面１４ｂとされ、電子部品１５が装着されている（図示省略）。

一方、凝縮部１１は、第１のタンク部材１６と第２のタンク部材１７との間に、コア部１８を形成して構成されている。

第１のタンク部材１６および第２のタンク部材１７は、アルミニウムにより形成されている。コア部１８は、上述の従来の構造同様に多数のチューブ（図示省略）の間にコルゲートフィン（図示省略）を配置して構成されている。これらチューブおよびコルゲートフィンも、アルミニウムにより形成されている。

そして、第１のタンク部材１６に、パイプ１２（送り管）が接続されている。このパイプ１２（送り管）は、多穴管チューブ１４の端部に設けた第３のタンク部材２２に連通して設けられている。また、第２のタンク部材１７と多穴管チューブ１４の他方端部である第３のタンク部材２１に連通してもう一方のパイプ１３（戻り管）が設けられている。

このようなループ状ヒートパイプでは、蒸発部１０に装着される電子部品から発生した熱量により蒸発部１０内の冷媒が蒸発し、蒸発した冷媒が第４のタンク部材２２，パイプ（送り管）１２を通り第１のタンク部材１６に流入する。

第１のタンク部材１６に流入した冷媒は、コア部１８を通り第２のタンク部１７に流入する。そして、蒸発した冷媒は、コア部１８を通る間に冷却され凝縮される。凝縮した冷媒は、第２のタンク部材１７からパイプ（戻り管）１３を通り、蒸発部１０に再循環される。

[ループ状ヒートパイプによる冷却システムの概略構成２]
図２は、本発明のループ状ヒートパイプの異なる例を示している。このループ状ヒートパイプは、蒸発部１０は略Ｍ字状に曲折されたパイプ１４ｃからなっている。これは、上述の概略構成１とは異なり、直接電子部品１６を蒸発部１０に組み付けるのではなく、蒸発部１０のパイプ１４ｃを電子部品（図示省略）の近傍に配置して冷却を行うものであり、その他の構成は前記概略構成１と同様のため、ここでは説明を省略する。

［パイプ（戻り管）の構成及びその製造方法］
本実施の形態のループ状ヒートパイプの構成では、蒸発部１０が上、凝縮部１１が下に形成されている。通常このような場合、蒸発した液状媒体は上方向に移動する特性があり、液状媒体の循環ができず滞留してしまう恐れがある。そこで、本実施の形態のパイプ（戻り管）１３は、その内部に極細線によって形成された溝部を有して形成されている。これにより毛細管力で液状媒体を蒸発部１０へ戻し、媒体を循環可能としている。

以下、パイプ（戻り管）１３の構成とその製造方法の例を図面と共に説明する。

図３は、戻り管１３を構成する板状部材２３を示し、図４は図３のＡ−Ａ断面を、そして図５は図４のＢ部の拡大断面図を示している。

前記板状部材２３は、その長手方向に連通し極細線の溝部２６を形成する連通部２４と側壁部２５とからなっており、その一枚の板厚は後述するように複数枚を積層する関係上、非常に薄く設定されている（例ｔ0＝０．２ｍｍ）。

そして、図４及び図５に示すように、前記連通部２４に相当する部分には、エッチング等により極細線の溝部２６が形成されている（例ｔ1，ｔ2＝０．２ｍｍ，ｔ3＝０．５ｍｍ）。

このように極細線の溝部２６を形成した板状部材２３は、図６に示すように、ジグ３０，３０で複数枚の板状部材２３を挟み込んで結束させ、加熱して接合させる。この板状部材２３，２３間の接合には、主に拡散接合が用いられている。

拡散接合とは、接合材を加熱・加圧し、原子の拡散を利用して接合する接合方法であり、特に固相拡散接合は、母材自身を溶かさずに接合できるので、本実施形態のような小型・精密な接合に適している。

また、図７に示すように、極細線の溝部２６を形成した板状部材２３を巻き加工することで戻り管１３を形成するようにしてもよい。この巻き加工による製造方法では、一枚の板状部材２３からでも板状部材２３を複数枚重ねても良いというメリットも有している。

以上のように、本実施形態の構造によれば、戻り管１３の内部に極細線による溝部２６を形成したので、毛細管力で液状媒体を積極的に循環させることができると言う大きな効果が得られる。

また、このように毛細管力によって循環効果の高い戻り管１３を適用することで、蒸発部１０を凝縮部１１の上方に配置することもできる。

また、前述の製造方法によれば、戻り管１３内部に形成する溝部２６は、平板な板状部材２３の状態でエッチング等により先に加工しているので、必要な毛細管力にあわせて溝の寸法を容易に変更する事ができ、極細線の加工性も向上することできる。

なお、本実施の形態では、戻り管１３の毛細管力で液状媒体を蒸発部１０へ戻し、媒体を循環させているが、より循環を促進させるため、一方弁を１または２カ所設けてもよい。

本発明は、ループ状ヒートパイプの他にも毛細管力の必要なパイプ構造及び製造方法の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態に係るループ状ヒートパイプによる冷却システムの概略の１例を示す図である。 本発明の実施の形態に係るループ状ヒートパイプによる冷却システムの概略の変形例を示す図である。 本発明のパイプ（戻り管）を構成する板状部材の平面説明図である。 図３のＡ−Ａ断面に相当する断面説明図である。 図４のＢ部拡大断面図である。 本発明のパイプ（戻り管）の製造方法を説明する図である。 本発明のパイプ（戻り管）の製造方法の変形例を説明する図である。 従来のループ状ヒートパイプによる冷却システムの概略説明図である。 コア部の断面説明図である。

符号の説明

１０ 蒸発部
１１ 凝縮部
１２ パイプ（送り管）
１３ パイプ（戻り管）
２３ 板状部材
２６ 溝部

Claims (6)

1. 蒸発部（１０）と凝縮部（１１）とこれらの内部に連通して設けられたパイプ（１２，１３）により、液状媒体を循環させて熱交換を行うループ状ヒートパイプにおいて、
   前記凝縮部（１１）から前記蒸発部（１０）に向けて配置される戻り管（１３）は毛細管力を有する構造としたことを特徴とするループ状ヒートパイプ。
2. 前記戻り管（１３）は、その内部に連通方向に向かって複数の溝部（２６）を有することを特徴とする請求項１に記載のループ状ヒートパイプ。
3. 前記戻り管（１３）は、連通方向に向かって複数の溝形状（２６）を形成された板状部材（２３）を積層してなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のループ状ヒートパイプ。
4. 前記蒸発部（１０）と前記凝縮部（１１）とを略水平もしくは蒸発部（１０）よりも凝縮部（１１）が低い位置に配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載されたループ状ヒートパイプ。
5. 薄板（２３）に毛細管力を発生させるための溝部（２６）を形成し、
   前記溝部（２６）を有する薄板（２３）を複数枚積層し、
   これら複数枚積層した薄板（２３）を加熱して拡散接合させ、
   必要毛細管力を有する戻り管（１３）を形成したことを特徴とするループ状ヒートパイプの製造方法。
6. 薄板（２３）に毛細管力を発生させるための溝部（２６）を形成し、
   前記溝部（２６）を有する薄板（２３）を前記溝部（２６）に直交する方向に向けて端部から巻き取り加工し、
   必要毛細管力を有する戻り管（１３）を形成したことを特徴とするループ状ヒートパイプの製造方法。

Images