JP2012220141A - ヒートパイプ - Google Patents

Abstract

【課題】発熱体の冷却効率を向上させる。
【解決手段】ヒートパイプ１０は、金属製とされ発熱体１４と接触される加熱部１６と、金属製とされ冷却体１８によって冷却される冷却部２０とを有すると共に、加熱部１６から冷却部２０に亘って複数の冷媒流路２２Ａ〜２２Ｆが内部に形成された筐体１２と、複数の冷媒流路２２Ａ〜２２Ｆ内に封入された冷媒２８と、筐体１２における少なくとも加熱部１６において複数の冷媒流路２２Ａ〜２２Ｆの間に設けられた断熱層３４とを備えている。この構成によれば、加熱部１６側へ流入してくる冷媒が、隣りの冷媒流路を加熱部１６から冷却部２０へ戻っていく冷媒との間で熱交換をすることを抑制できる。これにより、加熱部１６側へ流入してくる冷媒と発熱体１４との間の熱交換効率を向上させることができるので、発熱体１４の冷却効率を向上させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ヒートパイプに関する。

従来、複数の細孔を内部に有する平板状のヒートパイプが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。このヒートパイプでは、複数の細孔内を加熱部側へ流入してくる冷媒と、加熱部から冷却部へ戻っていく冷媒とによって発熱体との熱交換が行われるようになっている。

特許第３４３８０８７号公報 特開２００６−５２９４２号公報

しかしながら、上記ヒートパイプでは、加熱部側へ流入してくる冷媒が、発熱体との間でのみ熱交換すべきところを、隣りの細孔を加熱部から冷却部へ戻っていく冷媒との間においても熱交換をするため、発熱体の冷却効率が低下する。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、発熱体の冷却効率を向上させることができるヒートパイプを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載のヒートパイプは、金属製とされ発熱体と接触される加熱部と、金属製とされ冷却体によって冷却される冷却部とを有すると共に、前記加熱部から前記冷却部に亘って複数の冷媒流路が内部に形成された筐体と、前記複数の冷媒流路内に封入された冷媒と、前記筐体における少なくとも前記加熱部において前記複数の冷媒流路の間に設けられた断熱層と、を備えている。

このヒートパイプによれば、筐体における少なくとも加熱部には、複数の冷媒流路の間に断熱層が設けられている。従って、加熱部側へ流入してくる冷媒が、隣りの冷媒流路を加熱部から冷却部へ戻っていく冷媒との間で熱交換をすることを抑制することができる。これにより、加熱部側へ流入してくる冷媒と発熱体との間の熱交換効率を向上させることができるので、発熱体の冷却効率を向上させることができる。

請求項２に記載のヒートパイプは、請求項１に記載のヒートパイプにおいて、前記筐体に、前記複数の冷媒流路の間の隔壁に溝部が形成され、前記断熱層が、前記溝部に充填された断熱材によって形成されたものである。

このヒートパイプによれば、筐体に溝部を形成し、この溝部に断熱材を充填することで、筐体内に断熱層を容易に形成することができる。

請求項３に記載のヒートパイプは、請求項１に記載のヒートパイプにおいて、前記筐体に、前記加熱部から前記冷却部に亘って複数の孔部が形成され、前記複数の孔部のうちいずれか複数の孔部が、前記複数の冷媒流路とされ、前記複数の孔部のうち残りの複数の孔部の内部に、断熱材が充填されることにより前記断熱層が形成されたものである。

このヒートパイプによれば、冷媒流路用と断熱層用とに区別することなく筐体に複数の孔部を形成しておけば良いので、筐体を容易に製造することができる。

請求項４に記載のヒートパイプは、請求項１に記載のヒートパイプにおいて、前記筐体が、板状の基部と、前記基部から法線方向に延び互いに並列に形成された複数のフィンとを有する本体部と、前記基部と対向し前記複数のフィンの先端と固定された蓋部と、を有し、前記複数のフィンの間の溝部のうちいずれか複数の溝部が、前記複数の冷媒流路とされ、前記複数のフィンの間の溝部のうち残りの複数の溝部の内部に、断熱材が充填されることにより前記断熱層が形成されたものである。

このヒートパイプによれば、本体部を複数のフィンを有するヒートシンク状に形成すれば良いので、筐体を容易に製造することができる。

請求項５に記載のヒートパイプは、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のヒートパイプにおいて、前記筐体が、前記加熱部と前記冷却部との間に断熱部を有するものである。

このヒートパイプによれば、加熱部と冷却部との間を断熱部によって断熱することができるので、発熱体の冷却効率をより向上させることができる。

請求項６に記載のヒートパイプは、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のヒートパイプにおいて、前記複数の冷媒流路の長手方向両側が、前記筐体における前記加熱部側の端面と前記冷却部側の端面とに開口され、前記筐体における前記加熱部側の端面と前記冷却部側の端面とにそれぞれ設けられ、前記複数の冷媒流路の長手方向両側の開口を閉止する一対の閉止部をさらに備えたものである。

このヒートパイプによれば、複数の冷媒流路の長手方向両側の開口を閉止するために筐体の両端部をかしめる必要が無いので、ヒートパイプの製造を容易とすることができる。

請求項７に記載のヒートパイプは、請求項６に記載のヒートパイプにおいて、前記筐体が、前記加熱部と前記冷却部との間に断熱部を有し、前記一対の閉止部、前記断熱部、及び、前記断熱層が、樹脂で一体に形成されたものである。

このヒートパイプによれば、加熱部と冷却部との間を断熱部によって断熱することができるので、発熱体の冷却効率をより向上させることができる。しかも、一対の閉止部、断熱部、及び、断熱層が、樹脂で一体に形成されているので、コストダウンすることができる。

以上詳述したように、本発明によれば、加熱部側へ流入してくる冷媒と発熱体との間の熱交換効率を向上させることができるので、発熱体の冷却効率を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るヒートパイプの側面図である。 図１の２−２線断面図である。 図２の３−３線断面図である。 本発明の一実施形態に係るヒートパイプの第一変形例を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るヒートパイプの第二変形例を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るヒートパイプの第三変形例を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るヒートパイプの第四変形例を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。

図１に示されるように、本発明の一実施形態に係るヒートパイプ１０は、平盤状の筐体１２を有している。この筐体１２は、その全体が伝熱性の高いアルミニウム合金や銅などの金属で形成されている。

この筐体１２において、一端側は、例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳなどの半導体素子である発熱体１４と接触される加熱部１６とされており、他端側は、例えば、水冷ブロック、ヒートシンク、気体などの冷却体１８によって冷却される冷却部２０とされている。なお、発熱体１４が半導体素子である場合、この発熱体１４と加熱部１６との間に電気的な回路が設けられた絶縁基板が配置されていても良い。

この筐体１２の内部には、図２に示されるように、加熱部１６から冷却部２０に亘って複数の冷媒流路２２Ａ〜２２Ｆが並列に形成されている。また、冷媒流路２２Ａ及び冷媒流路２２Ｂにおける加熱部１６側の端部、冷媒流路２２Ｃ及び冷媒流路２２Ｄにおける加熱部１６側の端部、冷媒流路２２Ｅ及び冷媒流路２２Ｆにおける加熱部１６側の端部は、複数の冷媒流路２２Ａ〜２２Ｆが並ぶ方向に延びる連結流路２４Ａ〜２４Ｃによってそれぞれ連結されている。

一方、冷媒流路２２Ｂ及び冷媒流路２２Ｃにおける冷却部２０側の端部、冷媒流路２２Ｄ及び冷媒流路２２Ｅにおける冷却部２０側の端部は、同じく複数の冷媒流路２２Ａ〜２２Ｆが並ぶ方向に延びる連結流路２４Ｄ，２４Ｅによってそれぞれ連結されている。そして、このように、複数の冷媒流路２２Ａ〜２２Ｆが複数の連結流路２４Ａ〜２４Ｅによって連結されることにより、筐体１２の内部には、開回路状の内部流路２６が形成されている。

この内部流路２６内には、例えば、水、フロン、ブタンなどの有機液体が冷媒２８として封入されている。そして、このヒートパイプ１０では、発熱体１４の熱が冷媒２８を介して加熱部１６から冷却部２０へと移動する。つまり、このヒートパイプ１０は、自励ヒートパイプとされている。

また、図２，図３に示されるように、筐体１２には、複数の冷媒流路２２Ａ〜２２Ｆの間の隔壁３０Ａ〜３０Ｅに溝部３２がそれぞれ形成されている。各溝部３２は、加熱部１６から冷却部２０に亘って形成されている。

そして、この各溝部３２に断熱材が充填されることにより、複数の冷媒流路２２Ａ〜２２Ｆの間には、断熱層３４がそれぞれ形成されている。この断熱層３４を形成する断熱材の材料としては、空気やガスなどの気体、又は、熱伝導率の低い樹脂、セラミックス、金属等、若しくは、これらの材料を発泡などにより多孔体化したものが用いられる。また、断熱層３４は、真空層でも良い。

なお、このヒートパイプ１０は、例えば、以下の要領で製造される。すなわち、先ず、複数の冷媒流路２２Ａ〜２２Ｆの基となる複数の孔部を有する多孔扁平管を押出加工により作成する。そして、各隔壁３０Ａ〜３０Ｅに溝部３２を例えば切削加工等により形成する。続いて、この各溝部３２に断熱層３４の基となる断熱材を充填した後、これらを加熱して焼成する。

そして、隔壁３０Ａ，３０Ｃ，３０Ｅにおける加熱部１６側の端部を切削して連結流路２４Ａ〜２４Ｃの基となる隙間を形成すると共に、隔壁３０Ｂ，３０Ｄにおける冷却部２０側の端部を切削して連結流路２４Ｄ，２４Ｅの基となる隙の間を形成する。

続いて、筐体１２における加熱部１６側の端部及び冷却部２０側の端部の一方をスポット溶接でかしめ、複数の冷媒流路２２Ａ〜２２Ｆに冷媒２８を入れる。そして、筐体１２における加熱部１６側の端部及び冷却部２０側の端部の他方をスポット溶接でかしめ、筐体１２の内部に開回路状の内部流路２６を形成する。このヒートパイプ１０は、以上の要領で製造される。

次に、本発明の一実施形態の作用及び効果について説明する。

このヒートパイプ１０によれば、複数の冷媒流路２２Ａ〜２２Ｆの間には、断熱層３４が設けられている。従って、加熱部１６側へ流入してくる冷媒２８が、隣りの冷媒流路を加熱部１６から冷却部２０へ戻っていく冷媒２８との間で熱交換をすることを抑制することができる。これにより、加熱部１６側へ流入してくる冷媒２８と発熱体１４との間の熱交換効率を向上させることができるので、発熱体１４の冷却効率を向上させることができる。

また、筐体１２に複数の溝部３２を追加工で形成し、各溝部３２に断熱材を充填することで、筐体１２内に複数の断熱層３４を容易に形成することができる。

次に、本発明の一実施形態の変形例について説明する。

上記実施形態において、断熱層３４は、加熱部１６から冷却部２０に亘って形成されていたが、例えば、図４に示されるように、加熱部１６にのみ形成されていても良い。

また、例えば、図４に示されるように、複数の冷媒流路２２Ａ〜２２Ｆの間に幅狭の隔壁３０Ａ，３０Ｃ，３０Ｅと、幅広の隔壁３０Ｂ，３０Ｄが交互に形成されている場合に、断熱層３４は、幅狭の隔壁３０Ａ，３０Ｃ，３０Ｅにのみ設けられていても良い。

また、上記実施形態において、内部流路２６は、開回路状に形成されていたが、例えば、図４に示されるように、冷媒流路２２Ａ及び冷媒流路２２Ｆにおける各冷却部２０側の端部を連結する連結流路２４Ｆが形成されることにより、閉回路状に形成されていても良い。

また、図５に示されるように、筐体１２には、上述の加熱部１６から冷却部２０（いずれも図１参照）に亘って複数の孔部３６が形成され、この複数の孔部３６のうち両側の孔部３６と、この孔部３６と一つ置きに並ぶ孔部３６とが複数の冷媒流路２２Ａ〜２２Ｆとされても良い。また、残った複数の孔部３６に例えばポリイミド樹脂等の断熱材が充填されることにより、複数の冷媒流路２２Ａ〜２２Ｆの間に断熱層３４が形成されても良い。

この変形例によれば、冷媒流路用と断熱層用とに区別することなく筐体１２に複数の孔部３６を形成しておけば良いので、筐体１２を押出成形等により容易に製造することができる。

また、筐体１２は、図６に示されるように構成されていても良い。すなわち、図６に示される変形例において、筐体１２は、本体部３８と蓋部４０とに分かれている。

本体部３８は、板状の基部４１と、この基部４１から法線方向に延び互いに並列に形成された複数のフィン４４とを有している。複数のフィン４４は、上述の加熱部１６から冷却部２０（いずれも図１参照）に亘って形成されている。一方、蓋部４０は、基部４１と同様に板状に形成されており、この基部４１と対向し、複数のフィン４４の先端と固定されている。また、この蓋部４０の両側には、基部４１側へ延びる壁部４５が形成されている。

そして、複数のフィン４４の間の溝部のうちいずれか複数の溝部４２Ａ〜４２Ｆは、複数の冷媒流路２２Ａ〜２２Ｆとされている。また、複数のフィン４４の間の溝部のうち残りの複数の溝部４６Ａ〜４６Ｅの内部には、断熱材が充填されることにより断熱層３４が形成されている。

この変形例によれば、本体部３８を複数のフィン４４を有するヒートシンク状に形成すれば良いので、筐体１２を容易に製造することができる。

なお、第一溝部４２Ａ〜４２Ｆと第二溝部４６Ａ〜４６Ｅの位置は、逆でも良い。

また、筐体１２は、図７に示されるように構成されていても良い。すなわち、図７に示される変形例において、筐体１２は、それぞれブロック状に形成された加熱部１６、冷却部２０に加え、同じくブロック状に形成された断熱部４８を有して構成されている。加熱部１６及び冷却部２０は、金属製とされており、断熱部４８は、樹脂製とされている。また、断熱部４８は、加熱部１６と冷却部２０との間に配置されている。

この加熱部１６、冷却部２０、及び、断熱部４８を有して構成された筐体１２の内部には、加熱部１６から断熱部４８を通って冷却部２０に至るまで複数の冷媒流路２２Ａ〜２２Ｃが形成されている。この複数の冷媒流路２２Ａ〜２２Ｃの長手方向両側は、加熱部１６における断熱部４８と反対側の端面１６Ａ（筐体１２における加熱部１６側の端面）と、冷却部２０における断熱部４８と反対側の端面２０Ａ（筐体１２における冷却部２０側の端面）とに開口されている。

また、加熱部１６には、複数の冷媒流路２２Ａ〜２２Ｃの間の隔壁５０に穴部５２が形成されている。この穴部５２の長手方向両側は、加熱部１６における断熱部４８と反対側の端面１６Ａ及び断熱部４８側の端面１６Ｂに開口されている。この穴部５２の内部には、断熱材が充填されることにより断熱層５４が形成されている。

一方、冷却部２０には、複数の冷媒流路２２Ａ〜２２Ｃの間の隔壁５６に穴部５８が形成されている。この穴部５８の長手方向両側は、冷却部２０における断熱部４８と反対側の端面２０Ａ及び断熱部４８側の端面２０Ｂに開口されている。この穴部５８の内部には、断熱材が充填されることにより断熱層６０が形成されている。

さらに、この変形例では、樹脂製の一対の閉止部６２が追加されている。この一対の閉止部６２は、加熱部１６における断熱部４８と反対側の端面１６Ａと、冷却部２０における断熱部４８と反対側の端面２０Ａとにそれぞれ設けられ、複数の冷媒流路２２Ａ〜２２Ｃの長手方向両側の開口と、複数の穴部５２、５８の長手方向一方側の開口を閉止している。

この変形例によれば、加熱部１６と冷却部２０との間を断熱部４８によって断熱することができるので、発熱体１４の冷却効率をより向上させることができる。

また、複数の冷媒流路２２Ａ〜２２Ｃの長手方向両側の開口を閉止するために筐体１２の両端部をかしめる必要が無いので、ヒートパイプ１０の製造を容易とすることができる。

なお、上述の断熱部４８、断熱層５４、６０、及び、一対の閉止部６２は、樹脂で一体に形成されていても良い。このようにすると、コストダウンすることができる。

なお、上記複数の変形例のうち組み合わせ可能な変形例は、適宜組み合わされて実施可能であることは勿論である。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

１０ ヒートパイプ
１２ 筐体
１４ 発熱体
１６ 加熱部
１８ 冷却体
２０ 冷却部
２２Ａ〜２２Ｆ 冷媒流路
２８ 冷媒
３０Ａ〜３０Ｅ 隔壁
３２ 溝部
３４ 断熱層
３６ 孔部
３８ 本体部
４０ 蓋部
４４ フィン
４８ 断熱部
６２ 閉止部

Claims (7)

1. 金属製とされ発熱体と接触される加熱部と、金属製とされ冷却体によって冷却される冷却部とを有すると共に、前記加熱部から前記冷却部に亘って複数の冷媒流路が内部に形成された筐体と、
   前記複数の冷媒流路内に封入された冷媒と、
   前記筐体における少なくとも前記加熱部において前記複数の冷媒流路の間に設けられた断熱層と、
   を備えたヒートパイプ。
2. 前記筐体には、前記複数の冷媒流路の間の隔壁に溝部が形成され、
   前記断熱層は、前記溝部に充填された断熱材によって形成されている、
   請求項１に記載のヒートパイプ。
3. 前記筐体には、前記加熱部から前記冷却部に亘って複数の孔部が形成され、
   前記複数の孔部のうちいずれか複数の孔部は、前記複数の冷媒流路とされ、
   前記複数の孔部のうち残りの複数の孔部の内部には、断熱材が充填されることにより前記断熱層が形成されている、
   請求項１に記載のヒートパイプ。
4. 前記筐体は、
   板状の基部と、前記基部から法線方向に延び互いに並列に形成された複数のフィンとを有する本体部と、
   前記基部と対向し前記複数のフィンの先端と固定された蓋部と、
   を有し、
   前記複数のフィンの間の溝部のうちいずれか複数の溝部は、前記複数の冷媒流路とされ、
   前記複数のフィンの間の溝部のうち残りの複数の溝部の内部には、断熱材が充填されることにより前記断熱層が形成されている、
   請求項１に記載のヒートパイプ。
5. 前記筐体は、前記加熱部と前記冷却部との間に断熱部を有する、
   請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のヒートパイプ。
6. 前記複数の冷媒流路の長手方向両側は、前記筐体における前記加熱部側の端面と前記冷却部側の端面とに開口され、
   前記筐体における前記加熱部側の端面と前記冷却部側の端面とにそれぞれ設けられ、前記複数の冷媒流路の長手方向両側の開口を閉止する一対の閉止部を備えた、
   請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のヒートパイプ。
7. 前記筐体は、前記加熱部と前記冷却部との間に断熱部を有し、
   前記一対の閉止部、前記断熱部、及び、前記断熱層は、樹脂で一体に形成されている、
   請求項６に記載のヒートパイプ。