JP2610041B2 - ヒートパイプ式放熱器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体素子や電子機器等の冷却に用いるヒ
ートパイプ式放熱器に関するものである。

〔従来の技術〕

半導体素子や電子機器の発熱部の冷却には、ヒートパ
イプ式放熱器が用いられている。このヒートパイプ式放
熱器は、第４図に示すように円筒状のパイプ14内部に気
液２相となる作動液９を真空封入し一端を蒸発部５、他
端を凝縮部８とした複数本のヒートパイプ13を、ヒート
パイプ13の蒸発部５を熱の集合もしくは分散を容易にす
る為に銅等の熱伝導特性の良好なブロック１に設けた複
数の凹穴12にそれぞれ挿入し、この凹穴12内面とヒート
パイプ13外周面との間に半田層15を設けて接合し、更に
それぞれのヒートパイプ13の凝縮部８に多数のフィン７
を設けて放熱性を高めたものである。このようなヒート
パイプ式放熱器は、上記ブロック１に被冷却体であるサ
イリスタ等を密接させることによりその熱を効率よく奪
っていくものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のような従来のヒートパイプ式放熱器は、ブロッ
クから作動液への熱伝達が半田層及びパイプを介してな
されたるため熱伝達効率が低いものであった。又ヒート
パイプには通常一定量の作動液が封入されており、この
為従来の放熱器では、被冷却体に近い位置にあるヒート
パイプは、作動液が多量に蒸発して不足するような状態
となる為、放熱器全体として高い熱効率が得られないと
いう問題があった。

更に、作動液はヒートパイプ１本ごとに真空封入する
為に製造に手間を要するものであった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、かかる状況に鑑みなされたもので、その目
的とするところは、特性に優れ且つ製造が容易なヒート
パイプ式放熱器を提供することにある。

即ち本発明は、高熱伝導性ブロックに複数の凹穴を設
け、該凹穴のそれぞれの開口端に、一端を封じた管体又
は／及び一端に内部と連通するノズルを形成した管体の
各々の開放端を接続して容器を形成し、該容器に作動液
を封入して上記凹穴を作動液の蒸発部となし、又管体を
作動液の凝縮部となしたヒートパイプ式放熱器であっ
て、上記高熱伝導性ブロックに設けられた複数の凹穴が
連通孔により相互に連通していることを特徴とするもの
である。

以下に本発明の構成を具体的に示すと、例えば第１図
に示すように銅等の熱伝導性の高いブロック１に複数の
凹穴２を設け、この各々の凹穴２を凹穴２の下部に設け
た連通孔３により連通し、又上記凹穴２の開放端に一端
を封じた複数の管体６の開放端をそれぞれ接続して管体
６と凹穴２からなる容器を形成し、この容器内に作動液
９を作動液面が連通孔３より上方による量真空封入した
もので、上記凹穴２が穿設されたブロック１を蒸発部
５、上記管体６を、これに多数のフィン７を設けて凝縮
部８となしたものである。

本発明において、ブロックの材料には、主に銅又は銅
合金等の高熱伝導性材料が用いられる。上記ブロックに
設けられる凹穴の径は、上記凹穴の開放端に接続される
管体の内径と同じ径にするのが、作動液の還流がスムー
ズになされ好ましい。上記凹穴の開放端と管体の開放端
との接続は、ろう接又は溶接により行われる。ブロック
に設けられた複数の凹穴を相互に連通する連通穴は、ブ
ロック側面の所定箇所から例えばドリルにより穿孔して
設けられる。

上記連通孔のブロック開放端は、これにパイプを接続
し、このパイプを通して作動液を凹穴に真空封入するの
に用いることができる。

〔作用〕

ブロックに凹穴を設け、この上に一端開放の管体の開
放端を接続して容器を形成し、この容器の凹穴に作動液
を封入してこの凹穴を蒸発部となすので、ブロックの熱
は作動液に直接伝達され熱抵抗が低減する。

又ブロックに設けられた複数の凹穴は、連通している
ので、被冷却体に近い位置の蒸発量の多い容器には、他
の容器から連通孔を通して作動液が補給され放熱器全体
の放熱特性が向上する。この作用効果は、作動液面を連
通孔より上方に設定した場合において最も発揮されるも
のである。

更にブロックに設けられた複数の凹穴は、連通孔によ
り相互に連通しているので、作動液は連通孔の開放端、
又は複数の管体のいずれか１本の管体のノズルから一度
に真空封入することができる。

〔実施例〕

以下に本発明を実施例により具体的に説明する。

実施例１ 第１図に示すように巾100mm、高さ100mm、厚さ25mmの
銅ブロック１に直径15mm深さ90mmの凹穴２を３個穿設
し、この各々の凹穴２を凹穴２下部において直径4mmの
連通孔３を穿設して相互に連通し、上記連通孔３の銅ブ
ロック１側壁の開放端に内径4mm、外径6mmの銅製パイプ
４を接続して、この銅ブロック１を蒸発部５とした。

一方内径15mm、外径17mm、長さ250mmの一端を封じた
３本の銅管６にフィン７を多数設け凝縮部８とした。

この３本の銅管６の開放端を前記銅ブロック１に設け
た３個の凹穴２の開放端にそれぞれ銀ろうによりろう付
けして接続し、この接続された銅管６と凹穴２のなす容
器内へ作動液９を真空封入しヒートパイプ放熱器となし
た。作動液９の封入は次の手順により行った。即ち、銅
ブロック１の側壁に設けられたパイプ４に図示しない３
叉パイプの第１分岐をとりつけ、上記３叉パイプの第２
分岐に真空ポンプをつないで内部を脱気し、次いで第３
分岐から作動液を所定量注入し、しかるのちパイプ端部
を封じ切って行った。

上記において作動液９には水を用い、作動液９の注入
量は、作動液９の液面が連通孔３より上方になるように
秤量し注入した。

このヒートパイプ式放熱器の銅ブロック表面に放熱量
約500wのサイリスタを１個取付けて試験を行った結果、
従来の同寸法の放熱器よりも熱抵抗が５％程度低減し放
熱特性が向上した。

このように熱特性が向上した原因は、ブロックに凹穴
をあけ、この凹穴に直に作動液を入れた為、蒸発部の熱
抵抗が低減したことと、凹穴同士を作動液面下で相互に
連通させた為、作動液がより高温となる凹穴に効果的に
配分された為である。又上記ヒートパイプ式放熱器は、
作動液の真空封入をブロック側壁に設けたパイプの１箇
所だけから行えばよいので、従来３本の銅管の各々につ
いて行っていたのに較べて手間が大巾に削減された。

実施例２ 第２図は、本発明の放熱器の第２の実施例を示す縦断
面説明図である。このヒートパイプ式放熱器は３本の銅
管6,16のうちの１本の銅管16の一端にノズル10を形成
し、又連通孔３の開放端をブロック１内で封止した他は
実施例１と同じ構造の放熱器である。

この放熱器の作動液の封入は、管体16のノズル10は三
叉パイプをとりつけ、実施例１と同じ方法により脱気及
び作動液の注入を行い、しかるのちノズル端部を封じ切
って行われる。

実施例３ 第３図は本発明放熱器の第３の実施例を示す縦断面説
明図である。この放熱器は、銅ブロック１の凹穴２の開
放端と銅管６の開放端とを電気絶縁性パイプ11を介して
接続し、作動液９に電気絶縁性のフロンR113を用いた他
は実施例１と同じものである。

この放熱器は、電位をもつ部分にとりつけても放熱部
への通電が遮断されるので、安全性が要求される鉄道車
輌用サイリスタ等に適用して特に効果を発揮するもので
ある。

上記において電気絶縁性パイプの材料には、アルミ
ナ、マグネシヤ、ガラス等が用いられ、又このパイプの
接続には、コバール等の封着金属が適用される。

以上、作動液面を連通孔より上方に設定した場合につ
いて説明したが、下方に設定した場合においても、同様
の効果が得られる。

〔効果〕

以上述べたように、本発明のパイプ式放熱器は、熱特
性に優れ且つ製造が容易であり、工業上顕著な効果を奏
するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は、本発明の放熱器の実施例を示すそ
れぞれ縦断面説明図、第４図は従来の放熱器の縦断面説
明図である。 １……ブロック、２……凹穴、３……連通孔、４……パ
イプ、５……蒸発部、６……管体、７……フィン、８…
…凝縮部、９……作動液、10……ノズル。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高熱伝導性ブロックに複数の凹穴を設け、
   該凹穴のそれぞれの開口端に、一端を封じた管体又は／
   及び一端に内部と連通するノズルを形成した管体の各々
   の開放端を接続して容器を形成し、該容器に作動液を封
   入して上記凹穴を作動液の蒸発部となし、又管体を作動
   液の凝縮部となしたヒートパイプ式放熱器であって、上
   記高熱伝導性ブロックに設けられた複数の凹穴が連通孔
   により相互に連通していることを特徴とするヒートパイ
   プ式放熱器。
2. 【請求項２】上記ヒートパイプ式放熱器であって、連通
   孔の位置が作動液面より下方にあることを特徴とする請
   求項１記載のヒートパイプ式放熱器。