JP2008311399A - Heat sink - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat sink capable of effectively functioning a working fluid (water) being a cooling medium having superior heat transmission performance. <P>SOLUTION: The heat sink comprising a combination of a sealed two-phase thermosyphon and a water cooling jacket 2 having larger heat conduction area than a heat source 2 easily achieves boiling heat transmission in a negative pressure state, and also uses heat movement using steam produced by boiling as a medium, so the heat conduction area can easily be increased and heat flux decreases by the expansion to perform heat removal by water single-phase cooling at a low flow rate. Further, boiling in a sub-cool state in the sealed two-phase thermosyphon 1 is actualized by employing a structure wherein the heat source 3 is put close/opposed to the water cooling jacket 2 with the flat two-phase thermosyphon 1 interposed, thereby further improving the boiling heat transmission. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、ヒートシンクに関し、特に電子素子の除熱を行うに適したヒートシンクに関する。本発明は、熱サイフォン部と水冷ジャケット部とを有するヒートシンクに関し、特に熱サイフォン部と水冷ジャケット部とを有する水冷タンデム型ヒートシンクに関する。   The present invention relates to a heat sink, and more particularly to a heat sink suitable for removing heat from an electronic element. The present invention relates to a heat sink having a thermosiphon portion and a water cooling jacket portion, and more particularly to a water cooling tandem heat sink having a thermo siphon portion and a water cooling jacket portion.

コンピュータなどの電子装置に内蔵されている各種の電子素子は、不可避的な内部抵抗を有している。電子素子に通電して動作させることにより電子素子が発熱し、その結果、電子素子の温度がある程度以上に上昇すると、電子素子の動作が不安定になり、ついには電子素子の動作不良を起こしてしまう。そのため、電子素子を冷却するために種々の装置が開発されており、電子素子にフィン型のヒートシンクを直接取り付けて放熱面積を増大させる装置や、そのヒートシンクにファンを取り付けて強制空冷する装置などが開発されている。   Various electronic elements incorporated in an electronic device such as a computer have unavoidable internal resistance. When the electronic element is operated by energizing the electronic element, the electronic element generates heat. As a result, if the temperature of the electronic element rises to a certain level or more, the operation of the electronic element becomes unstable, eventually causing malfunction of the electronic element. End up. For this reason, various devices have been developed to cool the electronic device, such as a device that directly attaches a fin-type heat sink to the electronic device to increase the heat dissipation area, a device that attaches a fan to the heat sink and performs forced air cooling. Has been developed.

電子素子（高速ＣＰＵ、パワートランジスタ、サイリスタ等）の最近の除熱方法は、フィンとファンとによる空気の強制対流伝熱、あるいはヒートシンクのコンパクト性が要求されている場合には、ヒートパイプを取付けたフィンとファンによる空気の強制対流伝熱が一般的である。また、電子素子の熱負荷の上昇に伴って空気流速を増すために、大型のファンが使用されるようになってきており、これに伴ってファンの騒音問題も生じてきている。これらの対策として、空気ではなく水を用いて水の単相強制対流伝熱を利用する電子素子の除熱方法も一部で取られている。   Recent heat removal methods for electronic devices (high-speed CPUs, power transistors, thyristors, etc.) are equipped with a heat pipe when forced air convection heat transfer using fins and fans or compactness of the heat sink is required. Forced convection heat transfer of air by fins and fans is common. In addition, in order to increase the air flow rate with an increase in the thermal load of the electronic element, a large fan has been used, and accordingly, a noise problem of the fan has arisen. As a countermeasure against these problems, some methods of removing heat from electronic devices using single-phase forced convection heat transfer of water using water instead of air have been adopted.

さらに、単に空気による除熱だけでは不十分な高熱負荷の電子素子の除熱方法として、ベーパーチャンバーと呼ばれる特殊なヒートパイプ（平板型ヒートパイプ）を用いる方法が開発されている。この電子素子の除熱方法では、ベーパーチャンバーによって伝熱面積を拡大させてから大きな伝熱面積を持つフィンに熱を伝え、最終的にはファンによる空気の強制対流伝熱により電子素子の除熱を行う方法である。今後さらに電子素子の発熱密度が高くなることが予想されており、高熱負荷の電子素子の除熱方法の開発が緊急の課題となっている。   Furthermore, a method using a special heat pipe (flat plate heat pipe) called a vapor chamber has been developed as a heat removal method for an electronic device having a high heat load, which is insufficient only by heat removal by air. In this heat removal method for electronic elements, the heat transfer area is expanded by the vapor chamber, and then heat is transferred to the fins having a large heat transfer area, and finally the heat removal of the electronic elements is performed by forced convection heat transfer of air by a fan. It is a method to do. In the future, the heat generation density of electronic elements is expected to increase further, and the development of a heat removal method for electronic elements with high heat loads has become an urgent issue.

上述の応用例として、下記特許文献１に示されている平板型ヒートパイプが知られている。
特開２００３−２１４７７９号公報 As an example of the application described above, a flat plate heat pipe shown in Patent Document 1 below is known.
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-214779

上述した特許文献１に示されている平板型ヒートパイプは、中空平板状のコンテナ内に、毛細管力を発生させるとともに、その毛細管圧力によって作動流体（水、アルコール等）を流通させる通路を構成するウイック（多孔質体）を配置している。この平板型ヒートパイプでは、二種類のウイックが用いられており、入熱部側には実効毛細管半径の小さいウイックが配置され、放熱部側には作動流体の流通する通路の断面積が大きくかつ実効毛細管半径の大きいウイックが配置されている。これら各ウイックの流路は互いに連通されている。   The flat plate type heat pipe shown in Patent Document 1 described above forms a passage in which a capillary fluid is generated and a working fluid (water, alcohol, etc.) is circulated by the capillary pressure in a hollow flat plate-like container. A wick (porous body) is arranged. In this flat plate type heat pipe, two types of wicks are used, a wick with a small effective capillary radius is arranged on the heat input part side, and the cross-sectional area of the passage through which the working fluid flows is large on the heat radiating part side. A wick with a large effective capillary radius is arranged. The flow paths of these wicks are in communication with each other.

この特許文献１に示されている平板型ヒートパイプにおいては、作動流体の循環と均等化のため、その内部にウイックを使用しているので、そのウイックが作動流体の流動抵抗となるため、伝熱限界が低い欠点がある。   In the flat plate type heat pipe shown in Patent Document 1, a wick is used in the inside for circulation and equalization of the working fluid, and the wick serves as a flow resistance of the working fluid. There is a disadvantage that the thermal limit is low.

ウイックを持たず重力を利用する熱輸送素子として、円管状の密閉二相熱サイフォンが知られている。この密閉二相熱サイフォンは、下部に形成された蒸発部、上部に形成された凝縮部、中間部に形成された断熱部の３つの部位から構成されている。実際に高熱負荷の電子素子（パワートランジスタ等）の除熱に使用されており、そこでは蒸発部に伝熱ブロックを介してその素子が取り付けられ、凝縮部の外周には空冷の場合はフィンが、水冷の場合は水冷ジャケットが取り付けられている。この円管状密閉二相熱サイフォンでは、下部で電子素子などのヒートソースから熱を受け、上部で空気あるいは冷却水に熱を放出している。   As a heat transport element that does not have a wick and uses gravity, a cylindrical closed two-phase thermosyphon is known. This sealed two-phase thermosyphon is composed of three parts: an evaporation part formed in the lower part, a condensation part formed in the upper part, and a heat insulation part formed in the intermediate part. It is actually used to remove heat from electronic elements (power transistors, etc.) with high heat loads, where the element is attached to the evaporation section via a heat transfer block, and fins are provided on the outer periphery of the condensation section in the case of air cooling. In the case of water cooling, a water cooling jacket is attached. In this circular sealed two-phase thermosyphon, the lower part receives heat from a heat source such as an electronic device, and the upper part releases heat to air or cooling water.

上述の円管状密閉二相熱サイフォンでは、蒸発部の外壁から熱を受け取り、凝縮部の外壁から空気や水へ排熱し、結果として蒸発部から凝縮部へ熱を輸送している。熱サイフォンの内部では、蒸発部で受け取った熱で内部の作動流体（水、アルコール、フロン等）が沸騰、蒸発する。熱サイフォンの内部で発生した蒸気が上部に移動し、排熱により膜状または適状に凝縮し、凝縮した作動流体（液）は、熱サイフォンの内部壁面を伝わって重力で蒸発部に戻ることにより、連続的な熱輸送を行っている。   In the above-described circular sealed two-phase thermosyphon, heat is received from the outer wall of the evaporator, exhausted from the outer wall of the condenser to air or water, and as a result, heat is transported from the evaporator to the condenser. Inside the thermosyphon, the internal working fluid (water, alcohol, chlorofluorocarbon, etc.) boils and evaporates due to the heat received by the evaporation unit. The steam generated inside the thermosyphon moves to the upper part and is condensed into a film or suitable shape by exhaust heat, and the condensed working fluid (liquid) travels along the inner wall surface of the thermosyphon and returns to the evaporation section by gravity. Therefore, continuous heat transport is performed.

上述の従来の円管状密閉二相熱サイフォンでは、下部の蒸発部と上部の凝縮部との間に断熱部を設け、受熱部と放熱部が離れて設置されているため、管内は常に飽和状態になっており、蒸発部での伝熱は常に飽和沸騰となっている。   In the above-described conventional circular tubular sealed two-phase thermosyphon, a heat insulating part is provided between the lower evaporation part and the upper condensing part, and the heat receiving part and the heat radiating part are separated from each other. The heat transfer in the evaporation section is always saturated boiling.

現在の空冷による電子素子の除熱技術では、近い将来の高熱負荷電子素子の除熱を行う場合、ヒートシンクが非常に大きくなり、コンパクトな設計が不可能になったり、流量の大きなファンを使用することからの騒音問題が予見されている。その解決方法の１つとして、伝熱的にも環境的にも最良の熱媒体である水を利用し、加えて高い熱伝達性能が得られる沸騰伝熱を活用することが考えられる。しかし、水の沸騰を直接電子素子の除熱に使用する場合、多くの電子素子の耐熱性から大気圧よりかなり低い負圧にする必要があり、シールの問題から、製造コストが大幅に上昇することが予想される。   In the current heat removal technology for electronic devices by air cooling, when removing heat from high heat load electronic devices in the near future, the heat sink becomes very large, making a compact design impossible or using a fan with a large flow rate The noise problem is foreseen. One solution is to use water, which is the best heat transfer medium in terms of heat transfer and environment, and additionally use boiling heat transfer that provides high heat transfer performance. However, when water boiling is directly used for heat removal of electronic devices, it is necessary to make the negative pressure considerably lower than atmospheric pressure because of the heat resistance of many electronic devices, and the manufacturing cost is greatly increased due to sealing problems. It is expected that.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、熱伝達性能が優れた冷却媒体である作動流体（水）を有効に機能させるヒートシンクを提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a heat sink that effectively functions a working fluid (water) that is a cooling medium having excellent heat transfer performance. It is in.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、冷却媒体である作動流体の潜熱を有効に活用したヒートシンクを提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a heat sink that effectively utilizes the latent heat of a working fluid that is a cooling medium.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、冷却媒体である作動流体のサブクール沸騰による熱伝達を有効に利用しうるヒートシンクを提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a heat sink that can effectively use heat transfer by subcooled boiling of a working fluid that is a cooling medium. .

本発明では、上記目的を達成するために、負圧を容易に実現できる密閉二相熱サイフォンの仕組みを活用するとともに、加えてその熱サイフォンを伝熱面積の拡大（熱流束の減少）に活用する。   In the present invention, in order to achieve the above object, a closed two-phase thermosyphon mechanism that can easily realize a negative pressure is used, and in addition, the thermosyphon is used to expand the heat transfer area (decrease the heat flux). To do.

本発明では、作動流体を収納した密閉二相熱サイフォン部と、冷却水を通過させる水冷ジャケット部とをシリーズに対向、近接させ、熱サイフォン部の外表面に取り付けられた電子素子で発生した熱を熱サイフォン部を介して伝達するとともに熱流束を減少させ、最終的に水冷ジャケット部の冷却水に熱を移送することにある。   In the present invention, the sealed two-phase thermosyphon part containing the working fluid and the water cooling jacket part through which the cooling water passes are opposed to and in close proximity to the series, and the heat generated by the electronic elements attached to the outer surface of the thermosyphon part Is transmitted through the thermosiphon part, the heat flux is reduced, and finally the heat is transferred to the cooling water of the water cooling jacket part.

本発明のヒートシンクによれば、電子素子（ヒートソース）表面で高熱流束を輸送できる。例えば、本発明のヒートシンクによれば、密閉熱サイフォンを活用し、７０℃以下の温度条件の下での作動流体の沸騰熱伝達を電子素子（ヒートソース）の除熱に適用できる。   According to the heat sink of the present invention, high heat flux can be transported on the surface of the electronic element (heat source). For example, according to the heat sink of the present invention, boiling heat transfer of a working fluid under a temperature condition of 70 ° C. or less can be applied to heat removal of an electronic element (heat source) by utilizing a sealed thermosyphon.

本発明のヒートシンクによれば、ヒートシンクの水冷ジャケット部を電子素子（ヒートソース）に対向、近接させたため、熱サイフォン内での沸騰がサブクール沸騰となることから、これまでの一般の熱サイフォンに比べ蒸発部でさらに高い熱伝達性能が得られ、高い熱輸送性能を有するヒートシンクが得られる。   According to the heat sink of the present invention, since the water-cooled jacket portion of the heat sink is opposed to and close to the electronic element (heat source), the boiling in the thermosyphon becomes subcooled boiling. Higher heat transfer performance can be obtained in the evaporation section, and a heat sink having high heat transport performance can be obtained.

本発明のヒートシンクによれば、ヒートシンクの熱サイフォン部の上部に蒸気空間部を持ち、ここまで水冷ジャケットが取付けてあるため、上記の蒸発部に近接した水冷ジャケット部で凝縮しきれなかった蒸気は、膜状凝縮または滴状凝縮され、その潜熱をヒートシンクの水冷ジャケット部に輸送することができる。   According to the heat sink of the present invention, since the steam space portion is provided above the thermosyphon portion of the heat sink and the water cooling jacket is attached so far, the steam that cannot be condensed in the water cooling jacket portion close to the evaporation portion is The film is condensed in a film form or in a drop form, and the latent heat can be transported to the water cooling jacket portion of the heat sink.

本発明のヒートシンクによれば、上記の水冷ジャケットの冷却により、熱負荷の上昇に伴う熱サイフォン部の内圧の増加を小さく保つことができる。   According to the heat sink of the present invention, the increase in the internal pressure of the thermosiphon part accompanying the increase in the heat load can be kept small by cooling the water cooling jacket.

本発明のヒートシンクの一実施例である水冷タンデム型ヒートシンクを図面に基づいて、以下説明する。   A water-cooled tandem heat sink as an embodiment of the heat sink of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１は、本発明のヒートシンクの一実施例である水冷タンデム型ヒートシンクの斜視図、図２は、図１のII−II線に沿った断面図である。   FIG. 1 is a perspective view of a water-cooled tandem heat sink as an embodiment of the heat sink of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.

図１及び図２に示すように、本発明の一実施例である水冷タンデム型ヒートシンク１００は、密閉気液二相（サブクール沸騰、凝縮）となる平板型熱サイフォン部１と水の単相（液単相）冷却となる水冷ジャケット部２とをシリーズに組み合わせたタンデム構造を形成する。熱サイフォン部１は扁平矩形状で、その外表面の一部に電子素子（ヒートソース）３を取り付けており、この熱サイフォン部１の片側全面には扁平矩形状の水冷ジャケット部２が取り付けられている。また熱サイフォン部１の内部には、作動流体である純水Ｆを収納している。   As shown in FIGS. 1 and 2, a water-cooled tandem heat sink 100 according to an embodiment of the present invention includes a flat plate-type thermosiphon unit 1 that forms a sealed gas-liquid two-phase (subcooled boiling, condensation) and a single phase of water ( A tandem structure is formed by combining a water-cooling jacket portion 2 for liquid (single-phase) cooling in series. The thermosiphon part 1 has a flat rectangular shape, and an electronic element (heat source) 3 is attached to a part of the outer surface thereof. ing. The thermosiphon unit 1 contains pure water F as a working fluid.

水冷タンデム型ヒートシンク１００は、同じ縦断面積を有する扁平矩形状の密閉構造の熱サイフォン部１と扁平矩形状の水冷ジャケット部２とで一体的に構成されている。熱サイフォン部１と水冷ジャケット部２とを形成する単一の箱形容器４は、高い電導性と高い抗腐食性を有する銅材料で製作されている。   The water-cooled tandem heat sink 100 is integrally composed of a flat rectangular sealed thermosiphon part 1 and a flat rectangular water-cooled jacket part 2 having the same vertical cross-sectional area. A single box-shaped container 4 forming the thermosiphon part 1 and the water cooling jacket part 2 is made of a copper material having high electrical conductivity and high anti-corrosion property.

図１及び図２に示すように、本発明の一実施例である水冷タンデム型ヒートシンク１００は、平板型対向冷却式である熱サイフォン部１に水冷ジャケット部２を対向近接して設けている。この水冷ジャケット部２の下部には、冷却水５の入口を形成する冷却水入口部６が、水冷ジャケット部２の上部には、冷却水５の出口を形成する冷却水出口部７が設けられている。冷却水５は、冷却水入口部６から導入され、水冷ジャケット部２の内部を通過し、冷却水出口部７から排出される。   As shown in FIGS. 1 and 2, a water-cooled tandem heat sink 100 according to an embodiment of the present invention is provided with a water-cooling jacket portion 2 facing and close to a thermosiphon portion 1 that is a flat plate-type counter cooling type. A cooling water inlet portion 6 that forms an inlet for the cooling water 5 is provided at the lower portion of the water cooling jacket portion 2, and a cooling water outlet portion 7 that forms an outlet for the cooling water 5 is provided at the upper portion of the water cooling jacket portion 2. ing. The cooling water 5 is introduced from the cooling water inlet portion 6, passes through the inside of the water cooling jacket portion 2, and is discharged from the cooling water outlet portion 7.

図２に示すように、本発明の一実施例である水冷タンデム型ヒートシンク１００の熱サイフォン部１と水冷ジャケット部２は、箱型容器４の一部を形成する高い電導性と高い抗腐食性を有する共通区画壁８を介して区分されて形成されている。箱型容器４の熱サイフォン部１側には高い電導性と高い抗腐食性を有する銅材料で製作された熱サイフォンカバー９を取付け、熱サイフォン部１を密閉構造としている。箱型容器４の水冷ジャケット部２側には水冷ジャケットカバー１０が設けられている。この水冷ジャケットカバー１０には、冷却水入口部６と冷却水出口部７とが一体的に形成されている。   As shown in FIG. 2, the thermosyphon part 1 and the water cooling jacket part 2 of the water-cooled tandem heat sink 100 according to an embodiment of the present invention have a high electrical conductivity and a high anti-corrosion property that form a part of the box-type container 4. It is divided and formed through a common partition wall 8 having A thermosiphon cover 9 made of a copper material having high electrical conductivity and high anti-corrosion property is attached to the thermosyphon portion 1 side of the box-shaped container 4 so that the thermosiphon portion 1 has a sealed structure. A water cooling jacket cover 10 is provided on the water cooling jacket portion 2 side of the box-shaped container 4. The water cooling jacket cover 10 is integrally formed with a cooling water inlet 6 and a cooling water outlet 7.

本発明の一実施例である水冷タンデム型ヒートシンク１００は、熱サイフォン部１の外側表面の下方にほぼ四角形状の電子素子（ヒートソース）３を突出して取り付けており、その表面のその他の部分は空気と直接接触している。ヒートソースからの熱は熱サイフォンカバー９を通って熱サイフォン部１に伝達され、内蔵されている作動流体である純水Ｆを沸騰させる。沸騰により生じた蒸気は水冷ジャケット部の壁面８で凝縮され、凝縮に必要な熱は水冷ジャケット部２内を流れる冷却水５に移送され、ヒートシンク外に運ばれる。   A water-cooled tandem heat sink 100 according to an embodiment of the present invention has a substantially square-shaped electronic element (heat source) 3 projecting and attached below the outer surface of the thermosiphon unit 1, and other parts of the surface are as follows. Direct contact with air. Heat from the heat source passes through the thermosiphon cover 9 and is transmitted to the thermosiphon unit 1 to boil pure water F, which is a built-in working fluid. Steam generated by boiling is condensed on the wall surface 8 of the water-cooled jacket portion, and heat necessary for condensation is transferred to the cooling water 5 flowing in the water-cooled jacket portion 2 and carried outside the heat sink.

本発明の一実施例である水冷タンデム型ヒートシンク１００では、熱サイフォン部１の内容積の大きさは、例えば４０ｃｍ３であり、その内部には半分の容積に相当する２０ｃｍ３の純水Ｆが作動流体として封入されている。この封入された純水Ｆは、真空ポンプにより空気（酸素と窒素等）を抜いたいわゆる純水Ｆ（構造式：Ｈ２Ｏ）である。この水冷タンデム型ヒートシンク１００では、電子素子（ヒートソース）３の大きさは、例えば９ｃｍ２（縦３ｃｍ、横３ｃｍ）であり、この電子素子（ヒートソース）３の一面に熱伝導性グリースを塗り、熱サイフォン部１の下方部の外表面に押し付けて取り付けられている。 In the water-cooled tandem heat sink 100 according to an embodiment of the present invention, the inner volume of the thermosiphon unit 1 is, for example, 40 cm 3 , and 20 cm 3 of pure water F corresponding to half the volume is contained therein. It is sealed as a working fluid. The sealed pure water F is so-called pure water F (structural formula: H 2 O) in which air (oxygen, nitrogen, etc.) is removed by a vacuum pump. In the water-cooled tandem heat sink 100, the size of the electronic element (heat source) 3 is, for example, 9 cm 2 (3 cm in length and 3 cm in width), and one surface of the electronic element (heat source) 3 is coated with thermally conductive grease. The thermosiphon part 1 is attached by being pressed against the outer surface of the lower part.

本発明の一実施例である水冷タンデム型ヒートシンク１００では、電子素子（ヒートソース）３の温度は、例えば７０℃まで上昇する。一方、水冷ジャケット部２では、冷却水入口部６から温度５０℃の冷却水５が導入され、電子素子（ヒートソース）３からの熱を受け取って、冷却水出口部７から温度５５℃の水となって導出、移送される。このように、この水冷タンデム型ヒートシンク１００では、電子素子（ヒートソース）３と冷却水５との温度差は約２０℃程度になる。   In the water-cooled tandem heat sink 100 according to an embodiment of the present invention, the temperature of the electronic element (heat source) 3 rises to 70 ° C., for example. On the other hand, in the water cooling jacket portion 2, cooling water 5 having a temperature of 50 ° C. is introduced from the cooling water inlet portion 6, receives heat from the electronic element (heat source) 3, and water having a temperature of 55 ° C. from the cooling water outlet portion 7. Derived and transferred. Thus, in this water-cooled tandem heat sink 100, the temperature difference between the electronic element (heat source) 3 and the cooling water 5 is about 20 ° C.

本発明の一実施例である水冷タンデム型ヒートシンク１００では、熱サイフォン部１の内部で作動流体である純水Ｆの気泡が発生する。熱サイフォン部１の内部を水冷ジャケット部２の冷却水５によって近傍で冷却することによりサブクール沸騰となり、凝縮により純水Ｆの気泡が小さくなるか、場合によっては気泡がなくなる。そのため、水冷タンデム型ヒートシンク１００の伝熱性能が向上する。また、熱サイフォン部１の上部に蒸気空間部が形成され、蒸発部で凝縮しきれなかった蒸気は、膜状あるいは滴状で凝縮される。   In the water-cooled tandem heat sink 100 according to an embodiment of the present invention, bubbles of pure water F, which is a working fluid, are generated inside the thermosiphon unit 1. By cooling the inside of the thermosiphon part 1 in the vicinity by the cooling water 5 of the water cooling jacket part 2, subcooled boiling occurs, and the bubbles of the pure water F are reduced by condensation or, in some cases, the bubbles are eliminated. Therefore, the heat transfer performance of the water-cooled tandem heat sink 100 is improved. Further, a vapor space is formed in the upper part of the thermosyphon 1, and the vapor that cannot be condensed in the evaporating unit is condensed in the form of a film or a droplet.

本発明の一実施例である水冷タンデム型ヒートシンク１００では、熱サイフォン部１の水冷ジャケット部２が取り付けられている水冷部側片面の伝熱面積は、電子素子（ヒートソース）３の伝熱面積の数倍（約４〜８倍）の大きな伝熱面積を有する。このように、熱サイフォン部１では、熱サイフォン部１の水冷ジャケット部側の片面８の伝熱面積を大きくして、水冷ジャケット部２の冷却水５の単相強制冷却に熱を受け渡す。   In the water-cooled tandem heat sink 100 according to an embodiment of the present invention, the heat transfer area on one side of the water-cooled part side to which the water-cooled jacket part 2 of the thermosiphon part 1 is attached is the heat transfer area of the electronic element (heat source) 3. It has a large heat transfer area several times (approximately 4 to 8 times). As described above, in the thermosiphon unit 1, the heat transfer area of the one surface 8 on the water cooling jacket portion side of the thermosyphon portion 1 is increased, and heat is transferred to the single-phase forced cooling of the cooling water 5 in the water cooling jacket portion 2.

このように、本発明の一実施例である水冷タンデム型ヒートシンク１００では、熱サイフォン部１を利用することにより、熱サイフォン部１が密閉構造であるので、熱サイフォン部１の内部の圧力を大気圧以下に容易に下げることができる。従って、電子素子（ヒートソース）３を除熱しつつ、電子素子（ヒートソース）３を電子素子（ヒートソース）３の耐熱温度以下で動作することができる。   As described above, in the water-cooled tandem heat sink 100 according to the embodiment of the present invention, the thermosiphon part 1 has a sealed structure by using the thermosiphon part 1, so that the pressure inside the thermosiphon part 1 is increased. It can be easily reduced below atmospheric pressure. Therefore, the electronic element (heat source) 3 can be operated at a temperature lower than the heat resistance temperature of the electronic element (heat source) 3 while removing heat from the electronic element (heat source) 3.

このように、本発明の一実施例である水冷タンデム型ヒートシンク１００では、熱サイフォン部１の伝熱面積が電子素子（ヒートソース）３の伝熱面積より大幅に拡大されているので、水冷ジャケット部２では、熱サイフォン部１の熱流束が小さくなり、冷却水５の単相（液単相）強制冷却での熱輸送が可能となる。   As described above, in the water-cooled tandem heat sink 100 according to the embodiment of the present invention, the heat transfer area of the thermosiphon unit 1 is significantly larger than the heat transfer area of the electronic element (heat source) 3. In the part 2, the heat flux of the thermosiphon part 1 becomes small, and heat transport by single-phase (liquid single-phase) forced cooling of the cooling water 5 becomes possible.

このように、本発明の一実施例である水冷タンデム型ヒートシンク１００では、電子素子（ヒートソース）３の温度を７０℃程度の低い温度に保つことができるので、電子素子３の動作が安定し、電子素子３は動作不良を起こすことはない。   As described above, in the water-cooled tandem heat sink 100 according to the embodiment of the present invention, the temperature of the electronic element (heat source) 3 can be maintained at a low temperature of about 70 ° C., so that the operation of the electronic element 3 is stabilized. The electronic element 3 does not cause a malfunction.

本発明の一実施例である水冷タンデム型ヒートシンク１００では、熱サイフォン部１の内部に収納する冷却媒体である作動流体Ｆとして、純水Ｆを採用しているが、ヒートソースからの熱量によっては、アルコール、フロン等を採用してもよい。   In the water-cooled tandem heat sink 100 according to an embodiment of the present invention, pure water F is used as the working fluid F that is a cooling medium housed in the thermosiphon unit 1, but depending on the amount of heat from the heat source. Alcohol, chlorofluorocarbon, etc. may be employed.

本発明の一実施例である水冷タンデム型ヒートシンク１００では、水冷ジャケット部２の冷却水入口部６が水冷ジャケット部２の下部に、冷却水出口部７が水冷ジャケット部２の上部に設けられているが、これに限定されなく、例えば、冷却水入口部６と冷却水出口部７とを水冷ジャケット部２の水平方向の左右に配置してもよい。   In the water-cooled tandem heat sink 100 according to an embodiment of the present invention, the cooling water inlet 6 of the water cooling jacket 2 is provided at the lower part of the water cooling jacket 2 and the cooling water outlet 7 is provided at the upper part of the water cooling jacket 2. However, the present invention is not limited to this. For example, the cooling water inlet portion 6 and the cooling water outlet portion 7 may be arranged on the left and right in the horizontal direction of the water cooling jacket portion 2.

本発明の一実施例である水冷タンデム型ヒートシンク１００では、熱サイフォン部１及び水冷ジャケット部を構成する箱型容器４を銅材料で製作しているが、この材料に限定されないのは勿論である。   In the water-cooled tandem heat sink 100 according to one embodiment of the present invention, the box-shaped container 4 constituting the thermosiphon part 1 and the water-cooled jacket part is made of a copper material, but it is needless to say that the material is not limited to this material. .

本発明のヒートシンクの一実施例である水冷タンデム型ヒートシンクの斜視図。The perspective view of the water-cooled tandem type heat sink which is one Example of the heat sink of this invention. 図１のII−II線に沿った断面図。Sectional drawing along the II-II line of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１ 熱サイフォン部
２ 水冷ジャケット部
３ 電子素子（ヒートソース）
４ 箱型容器
５ 冷却水
６ 冷却水入口部
７ 冷却水出口部
８ 共通区画壁
９ 熱サイフォンカバー
１０ 水冷ジャケットカバー
Ｆ 水（作動流体） 1 Thermosyphon part 2 Water-cooled jacket part 3 Electronic element (heat source)
4 Box-type container 5 Cooling water 6 Cooling water inlet 7 Cooling water outlet 8 Common partition wall 9 Thermosiphon cover 10 Water cooling jacket cover F Water (working fluid)

Claims (8)

作動流体を収納した熱サイフォン部と、冷却水を通過させる水冷ジャケット部とを備えたヒートシンクにおいて、前記熱サイフォン部と前記水冷ジャケット部とをシリーズに対向、近接させ、前記熱サイフォン部の一方の外表面下部に取り付けられた電子素子で発生した熱を前記熱サイフォン部にサブクール沸騰による熱伝達で移送し、前記熱サイフォン部に移送された熱を前記水冷ジャケット部の冷却水に移送することを特徴とする水冷タンデム型ヒートシンク。   In a heat sink comprising a thermosyphon part containing a working fluid and a water cooling jacket part through which cooling water passes, the thermo siphon part and the water cooling jacket part are opposed to and close to a series, and one of the thermo siphon parts Transferring heat generated by an electronic element attached to the lower part of the outer surface to the thermosyphon part by heat transfer by subcool boiling, and transferring the heat transferred to the thermosyphon part to the cooling water of the water cooling jacket part. Features a water-cooled tandem heat sink. 請求項１のヒートシンクにおいて、前記熱サイフォン部の内部では前記サブクール沸騰と凝縮の気液二相の状態を形成し、前記水冷ジャケット部では水の液単相の冷却状態を形成することを特徴とするヒートシンク。   The heat sink according to claim 1, wherein a gas-liquid two-phase state of the subcooled boiling and condensation is formed inside the thermosyphon part, and a water-liquid single-phase cooling state is formed in the water cooling jacket part. Heat sink. 請求項１のヒートシンクにおいて、前記熱サイフォン部と前記水冷ジャケット部とを単一の容器に収容し、前記容器の内部に区画部を設け、前記区画部を介して前記熱サイフォン部の前記作動流体と前記水冷ジャケット部の前記冷却水とを近接させたことを特徴とするヒートシンク。   2. The heat sink according to claim 1, wherein the thermosyphon part and the water cooling jacket part are accommodated in a single container, a partition part is provided inside the container, and the working fluid of the thermosiphon part is interposed through the partition part. And a heat sink in which the cooling water of the water-cooling jacket portion is brought close to each other. 請求項１のヒートシンクにおいて、前記熱サイフォン部を密封構造に形成し、前記熱サイフォン部の圧力を大気圧以下に保ち、かつ前記電子素子表面からの熱流束を高く保持し、前記電子素子を耐熱温度以下で動作させることを特徴とするヒートシンク。   2. The heat sink according to claim 1, wherein the thermosiphon part is formed in a sealed structure, the pressure of the thermosiphon part is kept at an atmospheric pressure or lower, the heat flux from the surface of the electronic element is kept high, and the electronic element is heat resistant. A heat sink that is operated at a temperature lower than that. 請求項１のヒートシンクにおいて、前記水冷ジャケットの伝熱面積を前記電子素子の伝熱面積の約４〜８倍に形成したことを特徴とするヒートシンク。   2. The heat sink according to claim 1, wherein a heat transfer area of the water cooling jacket is formed to be about 4 to 8 times a heat transfer area of the electronic element. 請求項１のヒートシンクにおいて、前記熱サイフォン部の前記作動流体は、純水、アルコール、フロンからなる群から選ばれた一つであることを特徴とするヒートシンク。   2. The heat sink according to claim 1, wherein the working fluid of the thermosyphon part is one selected from the group consisting of pure water, alcohol and chlorofluorocarbon. 請求項３のヒートシンクにおいて、前記容器を高い伝導性と高い抗腐食性を有する銅材料で形成したことを特徴とするヒートシンク。   4. The heat sink according to claim 3, wherein the container is formed of a copper material having high conductivity and high anti-corrosion property. 請求項３のヒートシンクにおいて、前記区画部を高い伝導性と高い抗腐食性を有する銅材料で形成したことを特徴とするヒートシンク。   4. The heat sink according to claim 3, wherein the partition portion is formed of a copper material having high conductivity and high anti-corrosion property.
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