JP2555198B2 - ヒートパイプ式冷却器 - Google Patents

ヒートパイプ式冷却器

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征勝 鈴木
博 谷田部
進 荻原
孝志 村瀬
厚二 松本
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    • 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
    • F28D15/0275Arrangements for coupling heat-pipes together or with other structures, e.g. with base blocks; Heat pipe cores

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体素子などの発熱を、ヒートパイプを
用いて拡散させて、強制空冷するヒートパイプ式冷却器
に関するものである。
〔従来の技術〕
サイリスタ,パワートランジスタなどの発熱量が中容
量の半導体素子の冷却は、ファンを用いた強制空冷方式
のものが多い。
第16図は、従来の強制空冷式冷却器の一例を示した斜
視図である。
冷却ブロック7は、銅またはアルミニウムなどの熱伝
導性材料を用いて、押出成形や鋳造により、ベース部7a
とフィン部7bをもつような形状に作製されたものであ
る。発熱素子6は、冷却ブロック7のベース部7aの表側
の平面に密着して搭載されており、ファン4によりフィ
ン部7bを強制空冷していた。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、前述した従来の冷却器では、発熱素子の放熱
量が増大するに伴って、冷却ブロック7の重量が重くな
るとともに、形状も大型になるという問題があった。
また、冷却ブロック7のフィン部7bのピッチを一定間
隔以下に狭くできず、容量が一定の場合には、放熱面積
に制限を受け、冷却能力が低下するという問題があっ
た。
さらに、冷却ブロック7のベース部7aに搭載できる発
熱素子の数が、性能的にも、面積的にも限られていた。
一方、電子機器などの場合には、限られた内部空間に
他の素子などとともに配置されるので、冷却器の基本的
な形状はそのままにして、冷却性能を向上させるととも
に、占有体積の減少や軽量化を実現しなければならな
い。
本発明の目的は、前述の課題を解決し、冷却性能の向
上と、発熱素子の搭載数の増加を実現した、小型かつ軽
量なヒートパイプ式冷却器を提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
前記課題を解決するために、本発明によるヒートパイ
プ式冷却器は、外側に素子搭載面が内側にヒートパイプ
取付部がそれぞれ設けられており直角または平行に配置
された第1および第2のベース板と、前記第1および第
2のベース板のヒートパイプ取付部に蒸発部が取り付け
られ凝縮部が曲げ起こされた1本以上のヒートパイプ
と、前記ヒートパイプの凝縮部に取り付けられた複数枚
のフィンと、前記ベース板の側面で前記フィンと直交す
る面に設けられた強制空冷用のファンとから構成されて
いる。
〔作用〕
前記構成によれば、ベース板に搭載された発熱素子か
らの熱をヒートパイプを用いて末端のフィンにまで効率
よく伝達できるとともに、フィンにより強制冷却するこ
とができる。
〔実施例〕
以下、図面等を参照して、実施例について、本発明を
詳細に説明する。
第1図〜第6図は、本発明によるヒートパイプ式冷却
器の第1の実施例を示した図であって、第1図は斜視
図、第2図は平面図、第3図は正面図、第4図は側面
図、第5図はヒートパイプの取付部を示した斜視図、第
6図はフィンの取付部を示した斜視図である。
ベース板1,1Aは、銅またはアルミニウムなどの熱伝導
性の材料を用いて、押出法またはダイキャスト法等によ
り作製されたものであり、この実施例では断面L字形に
一体成形してある。このベース板1,1Aには、それぞれ外
側にフラットな素子搭載面1aが形成され、内側に取付凹
部1bが形成されている。ベース板1,1Aの素子搭載面1aに
は、サイリスタやパワートランジスタなどの発熱素子6
が1個または複数個搭載されている。
ヒートパイプ2,2Aは、断面が円形,矩形,異形の銅製
コンテナの内面に溝が形成されたり、メッシュ等のウイ
ックが挿入されたものであり、内部には作動液として純
水等が封入されたものである。このヒートパイプ2,2A
は、U字形に曲げ加工されており、蒸発部となる基部2a
がベース板1,1Aの取付凹部1bにそれぞれ挿入され、固定
板1cで上側から覆ってねじ止めすることにより、密着し
て固定されている(第5図)。ヒートパイプ2,2Aは、ベ
ース板1,1Aの取付凹部1bに取り付けられるので、接触面
積を十分にとれるとともに、基部2aと取付凹部1bおよび
固定板1cの間には熱伝導性グリースなどを塗布すること
により、外側の素子搭載面1aに搭載された発熱素子6,6A
からの熱を内側のヒートパイプ2,2Aに効率的に伝達でき
る。
フィン3は、ヒートパイプ2,2Aの凝縮部となる腕部2b
に、圧入またはロウ付けなどにより取り付けられている
(第6図)。このフィン3は、銅またはアルミニウムな
どの金属を、0.1〜0.5mm程度の薄肉板状に加工したもの
であり、1〜5mm程度の比較的小さいピッチで、必要な
枚数だけ取り付けられている。
ファン4は、強制空冷のものであり、軸流ファン等が
用いられており、ベース板1の側面、つまり、フィン3
と直交するいずれかの面に取り付けられている。
ケーシング5,5Aは、ファン4による冷却風airの流入
口INと流出口OUTを除いた残りの開口を全て覆うように
したものであり、例えば、2枚の鉄,アルミニウム等の
金属板やプラスチック等の樹脂製板等を用いることがで
きる。
なお、ベース板1Aと平行に配置されるケーシング5A
は、フィン3の最も外側のもので兼用することができ
る。
第7図は、本発明によるヒートパイプ式冷却器の第1
の実施例の変形例を示した斜視図である。
第7図に示したヒートパイプ2Aのように、U字形に曲
げ加工して、蒸発部である基部2a側をベース板1,1Aの取
付凹部1bにロウ材1dにより、接合することができる。こ
のヒートパイプ2,2Aの凝縮部となる腕部2bに、第6図と
同様にフィン3を取り付ければよい。
なお、ヒートパイプは、熱伝導量等を考慮して、1本
または3本以上の構成にしてもよい。
第8図〜第11図は、本発明によるヒートパイプ式冷却
器の第2の実施例を示した図であって、第8図は斜視
図、第9図は平面図、第10図は正面図、第11図は側面図
である。
なお、前述した第1の実施例と同様な機能を果たす部
分には、同一系統の符号が付してある。
第2の実施例では、ベース板1C,1Dを平行に配置し
て、外側の素子搭載面1aには、それぞれ発熱素子6,6Aが
密着固定されている。ベース板1C,1Dの取付凹部1bに、
U字状のヒートパイプ2C,2Dが取り付けられており(第
9図)、各ヒートパイプ2C,2Dには、それぞれ必要な枚
数のフィン3が取り付けられている。ベース板1C,1Dの
下側には、ファン4が設けられており、左右側面には、
ケーシング5C,5Dが取り付けられている。
第2の実施例では、発熱素子6,6Aが両側に取り付けら
れるので、全体としての熱的なバランスがよい。
第12図,第13図は、本発明によるヒートパイプ式冷却
器の第2の実施例の変形例を示した図である。
第12図の例では、平行な2枚のベース板1E,1Fに、ク
ランク状に曲げた1本のヒートパイプ2Eの両端の蒸発部
となる曲部2cを取り付け、中間の凝縮部となる直線部2d
にフィン3を取り付けたものである。
第13図の例では、平行な2枚のベース板1G,1Hにそれ
ぞれ、U字状のヒートパイプ2F,2Gの蒸発部となる一方
の腕部2eを取り付け、凝縮部となる他方の腕部2fに、ベ
ース板1G,1Hと直交するようにフィン3を配置したもの
である。この例では、ケーシング5を設ける必要がなく
なる。
第14図,第15図は、本発明によるヒートパイプ式冷却
器の実施例の送風方向を示した斜視図である。
ベース板1と、ファン4と、ケーシング5等との取付
位置によって、送風方向を変化させることができる。
例えば、第1の実施例に対応させて考えれば、第14図
に示したように、ファン4の全ての側面をそれぞれ2枚
のベース板1,1Aとケーシング5,5Aで覆っているので、フ
ァン4と対向する面から冷却風airを直線的に排気する
ことができる。
また、第15図に示したように、ファン4の対向する面
をケーシング5Eで覆い、フィン3とファン4に直交する
側面のいずれか1面を解放しておけば、冷却風airを直
角に屈曲して排気することができる。
このように送風方向を選択できるので、本発明による
ヒートパイプ式冷却器を電子機器などに組み込む場合
に、冷却風airの流入および流出方向が限定されるとき
でも、容易に取り付けることができる。
なお、L字状のベース板の配置を変えて、第15図のよ
うに、冷却風airを屈曲させてもよい。また、第2の実
施例の場合にも、同様に、冷却風airを屈曲させて流す
ことができる。
〔発明の効果〕 以上詳しく説明したように、本発明によれば、ベース
板に搭載した発熱素子からの熱をヒートパイプを用いて
拡散して末端のフィンに至るまで伝達できるので、フィ
ン効率が改善され、従来の冷却器に比較して、フィンの
占有する体積を大幅に減少させることができる。
また、フィンを極めて薄くでき、フィンを取り付ける
ピッチを狭くできるので、占有する体積の減少とあいま
って、同一容積では重量を大幅に減少させることができ
る。
したがって、同一の冷却能力では占有体積と重量の両
者を大幅に減少させることができる。
さらに、ベース板を2枚設けてあるので、従来と同様
な大きさで、2倍の発熱素子を搭載することができる。
一方、冷却風の流れ方向を多様化させることができる
ので、取付場所の自由度が広がる。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第6図は、本発明によるヒートパイプ式冷却器
の第1の実施例を示した図であって、第1図は斜視図、
第2図は平面図、第3図は正面図、第4図は側面図、第
5図はヒートパイプの取付部を示した斜視図、第6図は
フィンの取付部を示した斜視図である。 第7図は、本発明によるヒートパイプ式冷却器の第1の
実施例の変形例を示した斜視図である。 第8図〜第11図は、本発明によるヒートパイプ式冷却器
の第2の実施例を示した図であって、第8図は斜視図、
第9図は平面図、第10図は正面図、第11図は側面図であ
る。 第12図,第13図は、本発明によるヒートパイプ式冷却器
の第2の実施例の変形例を示した図である。 第14図,第15図は、本発明によるヒートパイプ式冷却器
の実施例の送風方向を示した斜視図である。 第16図は、従来の強制空冷式冷却器の一例を示した斜視
図である。 1……ベース板、2……ヒートパイプ 3……フィン、4……ファン 5……ケーシング、6……発熱素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荻原 進 東京都千代田区丸の内2丁目6番1号 古河電気工業株式会社内 (72)発明者 村瀬 孝志 東京都千代田区丸の内2丁目6番1号 古河電気工業株式会社内 (72)発明者 松本 厚二 東京都千代田区丸の内2丁目6番1号 古河電気工業株式会社内

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】外側に素子搭載面が内側にヒートパイプ取
    付部がそれぞれ設けられており直角または平行に配置さ
    れた第1および第2のベース板と、前記第1および第2
    のベース板のヒートパイプ取付部に蒸発部が取り付けら
    れ凝縮部が曲げ起こされた1本以上のヒートパイプと、
    前記ヒートパイプの凝縮部に取り付られた複数枚のフィ
    ンと、前記ベース板の側面で前記フィンと直交する面に
    設けられた強制空冷用のファンとから構成したヒートパ
    イプ式冷却器。
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