JP2628732B2 - 電気絶縁型ヒートパイプ冷却器 - Google Patents
電気絶縁型ヒートパイプ冷却器Info
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- JP2628732B2 JP2628732B2 JP31713088A JP31713088A JP2628732B2 JP 2628732 B2 JP2628732 B2 JP 2628732B2 JP 31713088 A JP31713088 A JP 31713088A JP 31713088 A JP31713088 A JP 31713088A JP 2628732 B2 JP2628732 B2 JP 2628732B2
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- Japan
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- heat pipe
- hole
- pipe cooler
- heat
- insulator
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
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などの冷却に用いられ
る改良された電気絶縁型ヒートパイプ冷却器に関するも
のである。
る改良された電気絶縁型ヒートパイプ冷却器に関するも
のである。
半導体素子や電子機器の蒸発部の冷却にはヒートパイ
プ式冷却器が用いられている。このヒートパイプ式冷却
器は、熱を集合或いは分散するためのブロック（ヒート
シンク）に孔をあけてヒートパイプを挿入し、この部分
を蒸発部とし、凝縮部にフィンを設けて放熱部とし、ブ
ロック部の熱を放熱部により放熱するものである。そし
てヒートパイプの蒸発部と凝縮部の熱流束変換のため、
伝熱管長比を変更したり、蒸発部と凝縮部の管径を変化
させたものである。また近年サイリスタ等の加工技術が
向上して半導体素子の大容量化が進み、例えば鉄道車輌
用として使用されるようになった。鉄道車輌用の場合の
ような安全性が重要視される環境においては接触する恐
れのある場所は電気的に絶縁しておくことが望ましく蒸
発部と凝縮部の間に電気絶縁部を設けたものが用いられ
る。例えば第５図に示すように、銅などの熱伝導性の良
いブロック（３）に１個または２個以上の管状の孔を設
けてこの孔を蒸発部（１）とし、管に多数のフィン
（２）を設けて凝縮部管体（５）とし、この蒸発部と凝
縮部の間をアルミナ、セラミックスなどの絶縁体（７）
と中間体（６）、（６′）で接続し内部に絶縁性のフロ
ンR113などの作動液（４）を封入して絶縁型ヒートパイ
プ冷却器としたものである。なお、上記従来例ではブロ
ック（３）そのものをヒートパイプの蒸発部（１）とし
ているが、１本１本独立したヒートパイプをブロックに
設けられた孔に挿入してもよいことは言うまでもない。
プ式冷却器が用いられている。このヒートパイプ式冷却
器は、熱を集合或いは分散するためのブロック（ヒート
シンク）に孔をあけてヒートパイプを挿入し、この部分
を蒸発部とし、凝縮部にフィンを設けて放熱部とし、ブ
ロック部の熱を放熱部により放熱するものである。そし
てヒートパイプの蒸発部と凝縮部の熱流束変換のため、
伝熱管長比を変更したり、蒸発部と凝縮部の管径を変化
させたものである。また近年サイリスタ等の加工技術が
向上して半導体素子の大容量化が進み、例えば鉄道車輌
用として使用されるようになった。鉄道車輌用の場合の
ような安全性が重要視される環境においては接触する恐
れのある場所は電気的に絶縁しておくことが望ましく蒸
発部と凝縮部の間に電気絶縁部を設けたものが用いられ
る。例えば第５図に示すように、銅などの熱伝導性の良
いブロック（３）に１個または２個以上の管状の孔を設
けてこの孔を蒸発部（１）とし、管に多数のフィン
（２）を設けて凝縮部管体（５）とし、この蒸発部と凝
縮部の間をアルミナ、セラミックスなどの絶縁体（７）
と中間体（６）、（６′）で接続し内部に絶縁性のフロ
ンR113などの作動液（４）を封入して絶縁型ヒートパイ
プ冷却器としたものである。なお、上記従来例ではブロ
ック（３）そのものをヒートパイプの蒸発部（１）とし
ているが、１本１本独立したヒートパイプをブロックに
設けられた孔に挿入してもよいことは言うまでもない。
放熱量を多くする必要がある場合には、ブロックに多
くの孔を設けて蒸発部を形成するか、または多くのヒー
トパイプをそれらの孔に挿入することになる。しかしな
がら、電気絶縁体は耐電圧の沿面距離を確保し、また内
圧にも絶えるようにするため径がヒートパイプよりも大
きくなり、ヒートパイプを接近させた配置密度には限界
が生じ、したがって、放熱量にも限界が生じるという問
題がある。また、放熱量を多くするためには、ヒートパ
イプの数を増加する、即ちブロックを大きくする必要が
あり、それに伴い冷却器の製作コストが上昇するという
問題も生じた。
くの孔を設けて蒸発部を形成するか、または多くのヒー
トパイプをそれらの孔に挿入することになる。しかしな
がら、電気絶縁体は耐電圧の沿面距離を確保し、また内
圧にも絶えるようにするため径がヒートパイプよりも大
きくなり、ヒートパイプを接近させた配置密度には限界
が生じ、したがって、放熱量にも限界が生じるという問
題がある。また、放熱量を多くするためには、ヒートパ
イプの数を増加する、即ちブロックを大きくする必要が
あり、それに伴い冷却器の製作コストが上昇するという
問題も生じた。
本発明は以上のような点にかんがみてなされたもの
で、その目的とするところは、高い放熱性能が得られ、
しかも製作費が従来よりも低い電気絶縁型ヒートパイプ
冷却器を提供することにある。
で、その目的とするところは、高い放熱性能が得られ、
しかも製作費が従来よりも低い電気絶縁型ヒートパイプ
冷却器を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明によれば、蒸発部と
凝縮部が貫通孔のある電気絶縁体を介して接続されてい
る複数のヒートパイプからなり、前記蒸発部は、熱伝導
性ブロックに設けられた管状の孔、または、該孔に挿入
された管体であり、凝縮部はフィンを設けた管体である
電気絶縁型ヒートパイプ冷却器において、熱伝導性ブロ
ックに設けられた管状の孔の数と、凝縮部の管体の数と
が異なることを特徴とする電気絶縁型ヒートパイプ冷却
器が提供される。
凝縮部が貫通孔のある電気絶縁体を介して接続されてい
る複数のヒートパイプからなり、前記蒸発部は、熱伝導
性ブロックに設けられた管状の孔、または、該孔に挿入
された管体であり、凝縮部はフィンを設けた管体である
電気絶縁型ヒートパイプ冷却器において、熱伝導性ブロ
ックに設けられた管状の孔の数と、凝縮部の管体の数と
が異なることを特徴とする電気絶縁型ヒートパイプ冷却
器が提供される。
上記構造において、電気絶縁体は、ヒートパイプ内圧
に対して十分な強度を有すること、および、熱伝導性ブ
ロックに装着される被冷却物である半導体素子あるいは
電子機器が電位を有することを考慮して、耐電圧のため
の沿面距離を有することの二つの条件を満足する必要が
ある。
に対して十分な強度を有すること、および、熱伝導性ブ
ロックに装着される被冷却物である半導体素子あるいは
電子機器が電位を有することを考慮して、耐電圧のため
の沿面距離を有することの二つの条件を満足する必要が
ある。
従来、第５図に示すように、電気絶縁体（７）は各ヒ
ートパイプごとに設けられ、沿面距離を確保するため
に、その表面は波形をしている。したがって、各ヒート
パイプ間にはある程度の間隔が必要であり、ヒートパイ
プの配置密度に限界が生じた。
ートパイプごとに設けられ、沿面距離を確保するため
に、その表面は波形をしている。したがって、各ヒート
パイプ間にはある程度の間隔が必要であり、ヒートパイ
プの配置密度に限界が生じた。
一方、本発明によれば、熱伝導性ブロックに設けられ
た蒸発部の管状の孔を、従来のように個々の孔に対応す
る電気絶縁体を考慮することなく、狭い間隔で高い密度
で配置し、複数の蒸発部の孔をまとめて１個の電気絶縁
体を介して該孔より少ない数の凝縮部管体に接続するた
め、熱伝導性ブロックを小型化することができるととも
に、電気絶縁体の接合部が減少するので、製作費を低下
させることができる。また、上記の構造とは逆に、熱伝
導性ブロックに設けられた管状の孔を１個の電気絶縁体
を介して該孔より多くの凝縮部管体に接続しても同様の
効果を得ることができる。
た蒸発部の管状の孔を、従来のように個々の孔に対応す
る電気絶縁体を考慮することなく、狭い間隔で高い密度
で配置し、複数の蒸発部の孔をまとめて１個の電気絶縁
体を介して該孔より少ない数の凝縮部管体に接続するた
め、熱伝導性ブロックを小型化することができるととも
に、電気絶縁体の接合部が減少するので、製作費を低下
させることができる。また、上記の構造とは逆に、熱伝
導性ブロックに設けられた管状の孔を１個の電気絶縁体
を介して該孔より多くの凝縮部管体に接続しても同様の
効果を得ることができる。
以下図面に示した実施例に基づいて本発明を説明す
る。
る。
第１図は本発明にかかる一実施例の断面図である。巾
100mm、高さ100mm、厚さ25mmの銅ブロック（13）に、内
径14mmφ、深さ90mmの孔をあけて蒸発部（11a）、（11
b）、（11c）、（11d）を設ける。蒸発部（11a）、（11
b）間および蒸発部（11c）、（11d）間の間隔は22mmで
ある。２個の蒸発部（11a）、（11b）はFe−Ni合金の封
着材料からなる中間体（６）を介して電気絶縁体（17
a）の２個の開口部に銀ろう付けされる。電気絶縁体（1
7a）は、１個の貫通孔を有し、この貫通孔は蒸発部側に
二つの開口部を有し、凝縮部側には一つの開口部を有す
るＹ字形をしている。電気絶縁体（17a）の凝縮部側に
は、中間体（６′）を介してフィン（２）を多数設けた
20mmφ凝縮部管体（15a）に接続される。同様に、２個
の蒸発部（11c）、（11d）は電気絶縁体（17b）を介し
て凝縮部管体（15b）に接続される。最後に、ノズル
（８）より作動液（４）としてフロンR113を注入して封
じ切り、電気絶縁型ヒートパイプ冷却器とした。この冷
却器の銅ブロック（13）は、第５図に示す従来例の銅ブ
ロック（３）より巾が30mm小さく、ほぼ同一の放熱性能
を得ることができた。また、同従来例と比較して製作費
は１割程度減少した。
100mm、高さ100mm、厚さ25mmの銅ブロック（13）に、内
径14mmφ、深さ90mmの孔をあけて蒸発部（11a）、（11
b）、（11c）、（11d）を設ける。蒸発部（11a）、（11
b）間および蒸発部（11c）、（11d）間の間隔は22mmで
ある。２個の蒸発部（11a）、（11b）はFe−Ni合金の封
着材料からなる中間体（６）を介して電気絶縁体（17
a）の２個の開口部に銀ろう付けされる。電気絶縁体（1
7a）は、１個の貫通孔を有し、この貫通孔は蒸発部側に
二つの開口部を有し、凝縮部側には一つの開口部を有す
るＹ字形をしている。電気絶縁体（17a）の凝縮部側に
は、中間体（６′）を介してフィン（２）を多数設けた
20mmφ凝縮部管体（15a）に接続される。同様に、２個
の蒸発部（11c）、（11d）は電気絶縁体（17b）を介し
て凝縮部管体（15b）に接続される。最後に、ノズル
（８）より作動液（４）としてフロンR113を注入して封
じ切り、電気絶縁型ヒートパイプ冷却器とした。この冷
却器の銅ブロック（13）は、第５図に示す従来例の銅ブ
ロック（３）より巾が30mm小さく、ほぼ同一の放熱性能
を得ることができた。また、同従来例と比較して製作費
は１割程度減少した。
第２図は本発明にかかる他の実施例であり、蒸発部
（21a）、（21b）は銅ブロック（23）に設けられた２個
の管状の孔からなり、蒸発部（21a）は電気絶縁体（27
a）を介して２本の凝縮部管体（25a）、（25b）に接続
され、蒸発部（21b）は同様に電気絶縁体（27b）を介し
て、２本の凝縮部管体（25c）、（25d）に接続されてい
る。電気絶縁体（27a）、（27b）はＹ字形の貫通孔を有
し、蒸発部側に一つの開口部、凝縮部側に二つの開口部
を有している。本実施例では、銅ブロック（23）厚さは
30mmであり、蒸発部は（21a），（21b）の孔の径は22mm
φ、凝縮部管体（25a）、（25b）、（25c）、（25d）、
の内径は14mmφであり、同等な放熱性能を得ることがで
きた。
（21a）、（21b）は銅ブロック（23）に設けられた２個
の管状の孔からなり、蒸発部（21a）は電気絶縁体（27
a）を介して２本の凝縮部管体（25a）、（25b）に接続
され、蒸発部（21b）は同様に電気絶縁体（27b）を介し
て、２本の凝縮部管体（25c）、（25d）に接続されてい
る。電気絶縁体（27a）、（27b）はＹ字形の貫通孔を有
し、蒸発部側に一つの開口部、凝縮部側に二つの開口部
を有している。本実施例では、銅ブロック（23）厚さは
30mmであり、蒸発部は（21a），（21b）の孔の径は22mm
φ、凝縮部管体（25a）、（25b）、（25c）、（25d）、
の内径は14mmφであり、同等な放熱性能を得ることがで
きた。
なお、電気絶縁体の形状は上記実施例に限定されるこ
となく、例えば第３図に示す電気絶縁体（37）において
は、２個のＹ字形貫通孔を有し、蒸発部側に４個の開口
部、凝縮部側に２個の開口部がある。この電気絶縁体
（37）を用いれば、蒸発部が４個の場合には、一体の電
気絶縁体により蒸発部と凝縮部を接続することができ、
蒸発部の孔の配置密度を高くすることができる。
となく、例えば第３図に示す電気絶縁体（37）において
は、２個のＹ字形貫通孔を有し、蒸発部側に４個の開口
部、凝縮部側に２個の開口部がある。この電気絶縁体
（37）を用いれば、蒸発部が４個の場合には、一体の電
気絶縁体により蒸発部と凝縮部を接続することができ、
蒸発部の孔の配置密度を高くすることができる。
また、第４図は電気絶縁体の他の実施例を示し、蒸発
部側には４個の円形開口部を、凝縮部側には１個の長円
形加工部を有している。この電気絶縁体（47）では、内
圧に対する強度を確保するため、絶縁体の厚さを厚くす
る必要があるが、接合個所を減少させることができるた
め、小型の冷却器に対してきわめて有効である。この例
に示されるように、電気絶縁体の貫通孔の断面の形状お
よび大きさは、両端において異なってもよい。
部側には４個の円形開口部を、凝縮部側には１個の長円
形加工部を有している。この電気絶縁体（47）では、内
圧に対する強度を確保するため、絶縁体の厚さを厚くす
る必要があるが、接合個所を減少させることができるた
め、小型の冷却器に対してきわめて有効である。この例
に示されるように、電気絶縁体の貫通孔の断面の形状お
よび大きさは、両端において異なってもよい。
また、蒸発部と凝縮部の孔の数を変更し、蒸発部ある
いは凝縮部の一方が一つとなり、全体として一本のヒー
トパイプとなるときも、実施例で示したように、もう一
方が複数となっているため、複数のヒートパイプの範疇
に属するものである。従って、蒸発部が一つのなってい
るものは、熱伝導性ブロック自体が蒸発部となることも
ありうる。
いは凝縮部の一方が一つとなり、全体として一本のヒー
トパイプとなるときも、実施例で示したように、もう一
方が複数となっているため、複数のヒートパイプの範疇
に属するものである。従って、蒸発部が一つのなってい
るものは、熱伝導性ブロック自体が蒸発部となることも
ありうる。
以上に説明したように本発明によれば、蒸発部である
熱伝導性ブロックに設けられた管状の孔の数と、凝縮部
の管体の数を変えることにより、同一寸法に対しては放
熱性能が向上するとともに、製作費が低下するという優
れた効果を有する。
熱伝導性ブロックに設けられた管状の孔の数と、凝縮部
の管体の数を変えることにより、同一寸法に対しては放
熱性能が向上するとともに、製作費が低下するという優
れた効果を有する。
第１図および第２図は本発明にかかる実施例の電気絶縁
型ヒートパイプ冷却器の断面図、第３図（ａ）は本発明
に用いられる電気絶縁体の一実施例の上面図、第３図
（ｂ）は同断面図、第３図（ｃ）は同下面図、第４図
（ａ）は本発明に用いられる電気絶縁体の他の実施例の
上面図、第４図（ｂ）は同下面図、第５図は従来例の電
気絶縁型ヒートパイプ冷却器の断面図である。 1,11a,11b,11c,11d,21a,21b……蒸発部、２……フィ
ン、3,13,23……ブロック、４……作動液、5,15a,15b,2
5a,25b,25c,25d……凝縮部管体、6,6′……中間体、7,1
7a,17b,27a,27b,37,47……絶縁体、８……ノズル。
型ヒートパイプ冷却器の断面図、第３図（ａ）は本発明
に用いられる電気絶縁体の一実施例の上面図、第３図
（ｂ）は同断面図、第３図（ｃ）は同下面図、第４図
（ａ）は本発明に用いられる電気絶縁体の他の実施例の
上面図、第４図（ｂ）は同下面図、第５図は従来例の電
気絶縁型ヒートパイプ冷却器の断面図である。 1,11a,11b,11c,11d,21a,21b……蒸発部、２……フィ
ン、3,13,23……ブロック、４……作動液、5,15a,15b,2
5a,25b,25c,25d……凝縮部管体、6,6′……中間体、7,1
7a,17b,27a,27b,37,47……絶縁体、８……ノズル。
Claims (4)
- 【請求項１】蒸発部と凝縮部が貫通孔のある電気絶縁体
を介して接続されている複数のヒートパイプからなり、
前記蒸発部は、熱伝導性ブロックに設けられた管状の
孔、または、該孔に挿入された管体であり、凝縮部はフ
ィンを設けた管体である電気絶縁型ヒートパイプ冷却器
において、熱伝導性ブロックに設けられた管状の孔の数
と、凝縮部の管体の数とが異なることを特徴とする電気
絶縁型ヒートパイプ冷却器。 - 【請求項２】複数の蒸発部と凝縮部が一体の電気絶縁体
を介して接続されていることを特徴とする請求項１記載
の電気絶縁型ヒートパイプ冷却器。 - 【請求項３】電気絶縁体の貫通孔の断面形状が孔の両端
において異なることを特徴とする請求項１記載の電気絶
縁型ヒートパイプ冷却器。 - 【請求項４】電気絶縁体の貫通孔の断面寸法が孔の両端
において異なることを特徴とする請求項１記載の電気絶
縁型ヒートパイプ冷却器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31713088A JP2628732B2 (ja) | 1988-12-15 | 1988-12-15 | 電気絶縁型ヒートパイプ冷却器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31713088A JP2628732B2 (ja) | 1988-12-15 | 1988-12-15 | 電気絶縁型ヒートパイプ冷却器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02161756A JPH02161756A (ja) | 1990-06-21 |
| JP2628732B2 true JP2628732B2 (ja) | 1997-07-09 |
Family
ID=18084774
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31713088A Expired - Lifetime JP2628732B2 (ja) | 1988-12-15 | 1988-12-15 | 電気絶縁型ヒートパイプ冷却器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2628732B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9372016B2 (en) * | 2013-05-31 | 2016-06-21 | Tokitae Llc | Temperature-stabilized storage systems with regulated cooling |
| CN109661098B (zh) * | 2018-12-04 | 2020-08-25 | 深圳众力新能源科技有限公司 | 一种pcb金属孔嵌铜结构及其加工工艺 |
-
1988
- 1988-12-15 JP JP31713088A patent/JP2628732B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02161756A (ja) | 1990-06-21 |
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