JP2737792B2 - 電気絶縁型ヒートパイプ - Google Patents
電気絶縁型ヒートパイプInfo
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- JP2737792B2 JP2737792B2 JP3568689A JP3568689A JP2737792B2 JP 2737792 B2 JP2737792 B2 JP 2737792B2 JP 3568689 A JP3568689 A JP 3568689A JP 3568689 A JP3568689 A JP 3568689A JP 2737792 B2 JP2737792 B2 JP 2737792B2
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- heat pipe
- heat
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はサイリスタ等の電力半導体素子の冷却に用い
られる電気絶縁性と強度を改善した電気絶縁型ヒートパ
イプに関するものである。
られる電気絶縁性と強度を改善した電気絶縁型ヒートパ
イプに関するものである。
従来からサイリスタ等の半導体の冷却用としてヒート
パイプを利用した電気絶縁型ヒートパイプが知られてい
る。この電気絶縁型ヒートパイプは第４図に示すように
一端が半球状または円錐状に絞られその先端を密閉した
第一の金属管（１）を放熱部とし、同様にして密閉され
た第二の金属管（１′）を入熱部（吸熱部）とし、この
放熱部と入熱部の中間をコバール等の封着材（２），
（２′）を介してアルミナなどの電気絶縁筒（３）によ
り接続し、内部にフロロカーボンなどの電気絶縁性の作
動液（10）を封入したものである。そしてこのヒートパ
イプは、吸熱部が半導体を装着したアルミなどの金属ブ
ロックに挿入され、半導体の発生熱を金属ブロックを介
して吸熱し、ヒートパイプの放熱側に装着されたフィン
により放熱する半導体の冷却用などに用いられる。しか
し従来の電気絶縁型ヒートパイプにおいては、電気絶縁
筒にアルミナ含有率が90％程度の低アルミナの焼成体が
用いられているため電気絶縁性が悪く、またヒートパイ
プと電気絶縁筒との接続に封着材としてコバール（Fe−
Ni−Co合金、商品名）が用いられているが、Co含有のた
め入手が困難で接続性や強度が弱く、特に振動を常時受
ける電車の車載用冷却器として用いる場合、耐振性が低
下しヒートパイプの特性が劣化する問題があった。
パイプを利用した電気絶縁型ヒートパイプが知られてい
る。この電気絶縁型ヒートパイプは第４図に示すように
一端が半球状または円錐状に絞られその先端を密閉した
第一の金属管（１）を放熱部とし、同様にして密閉され
た第二の金属管（１′）を入熱部（吸熱部）とし、この
放熱部と入熱部の中間をコバール等の封着材（２），
（２′）を介してアルミナなどの電気絶縁筒（３）によ
り接続し、内部にフロロカーボンなどの電気絶縁性の作
動液（10）を封入したものである。そしてこのヒートパ
イプは、吸熱部が半導体を装着したアルミなどの金属ブ
ロックに挿入され、半導体の発生熱を金属ブロックを介
して吸熱し、ヒートパイプの放熱側に装着されたフィン
により放熱する半導体の冷却用などに用いられる。しか
し従来の電気絶縁型ヒートパイプにおいては、電気絶縁
筒にアルミナ含有率が90％程度の低アルミナの焼成体が
用いられているため電気絶縁性が悪く、またヒートパイ
プと電気絶縁筒との接続に封着材としてコバール（Fe−
Ni−Co合金、商品名）が用いられているが、Co含有のた
め入手が困難で接続性や強度が弱く、特に振動を常時受
ける電車の車載用冷却器として用いる場合、耐振性が低
下しヒートパイプの特性が劣化する問題があった。
本発明は上記の問題について検討の結果、電気絶縁性
が高く、振動に対する強度が優れ、特に車載用冷却器と
して好適な電気絶縁型ヒートパイプを開発したものであ
る。
が高く、振動に対する強度が優れ、特に車載用冷却器と
して好適な電気絶縁型ヒートパイプを開発したものであ
る。
本発明は、一端が半球状または円錐状に絞られその先
端を密閉した２本の金属管をそれぞれ放熱部と加熱部と
し、該放熱部と吸熱部との中間を封着材を介して電気絶
縁筒で接続し、作動液として電気絶縁性の流体を封入し
てなる電気絶縁型ヒートパイプにおいて、該電気絶縁筒
を92〜95％のαアルミナを含有する焼成体で形成し、か
つ電気絶縁筒の空間距離を30mm以上、沿面距離を45mm以
上とし、前記封着材が電気接続部との接合部において鍔
状に折曲げられていることを特徴とする電気絶縁型ヒー
トパイプである。
端を密閉した２本の金属管をそれぞれ放熱部と加熱部と
し、該放熱部と吸熱部との中間を封着材を介して電気絶
縁筒で接続し、作動液として電気絶縁性の流体を封入し
てなる電気絶縁型ヒートパイプにおいて、該電気絶縁筒
を92〜95％のαアルミナを含有する焼成体で形成し、か
つ電気絶縁筒の空間距離を30mm以上、沿面距離を45mm以
上とし、前記封着材が電気接続部との接合部において鍔
状に折曲げられていることを特徴とする電気絶縁型ヒー
トパイプである。
すなわち本発明は、第１図に示すように、一端が半球
状または円錐状に絞られ、その先端を密閉した第一の金
属管（１）を放熱部とし、同様にして密閉された第二の
金属管（１′）を吸熱部とし、放熱部と入熱部との中間
に封着材（２）、（２′）を介して電気絶縁筒として、
材質を例えば92〜95％のαアルミナを含有する焼成体で
形成し、空間距離を30mm以上、沿面距離を45mm以上とし
た電気絶縁筒で接続し、内部に電気絶縁性の作動液（1
0）を封入したものである。
状または円錐状に絞られ、その先端を密閉した第一の金
属管（１）を放熱部とし、同様にして密閉された第二の
金属管（１′）を吸熱部とし、放熱部と入熱部との中間
に封着材（２）、（２′）を介して電気絶縁筒として、
材質を例えば92〜95％のαアルミナを含有する焼成体で
形成し、空間距離を30mm以上、沿面距離を45mm以上とし
た電気絶縁筒で接続し、内部に電気絶縁性の作動液（1
0）を封入したものである。
しかして本発明において、電気絶縁筒の材質として92
〜95％のαアルミナを含有する焼成体を用いるのは、電
車等の車両用として必要なAC5.3Kv以上の絶縁電圧を確
保するにはこの範囲の高アルミナの焼成体でなければ得
られないからである。
〜95％のαアルミナを含有する焼成体を用いるのは、電
車等の車両用として必要なAC5.3Kv以上の絶縁電圧を確
保するにはこの範囲の高アルミナの焼成体でなければ得
られないからである。
また上記の絶縁電圧を初期時及び長期使用時にても確
保するには、同時に電気絶縁筒の空間距離（絶縁筒の長
さ）を30mm以上にする必要があり、沿面距離（絶縁筒表
面に形成する波の総延長の長さ）を45mm以上とする必要
がある。空間距離、沿面距離とも、これ未満では良好な
電気絶縁が得られないが、あまり大きくとると寸法が長
くなり高価になるので20％増程度が適当である。
保するには、同時に電気絶縁筒の空間距離（絶縁筒の長
さ）を30mm以上にする必要があり、沿面距離（絶縁筒表
面に形成する波の総延長の長さ）を45mm以上とする必要
がある。空間距離、沿面距離とも、これ未満では良好な
電気絶縁が得られないが、あまり大きくとると寸法が長
くなり高価になるので20％増程度が適当である。
このように本発明においては電気絶縁筒の材質とその
形状を的確に選定することにより良好な電気絶縁が得ら
れるものであるが、さらに上記の電気絶縁筒の内面にポ
ーラス加工を施し、液の濡れ性及び熱性能を高め、外面
にはガラス状のグレーズ処理を施すことにより、電気絶
縁性の長期安定性を保つことができる。（汚れによる劣
化がない）。尚、前記電気絶縁筒の内面にはポーラス加
工の他に、濡れ性及び熱性能を向上させる条溝加工を施
しても良い。
形状を的確に選定することにより良好な電気絶縁が得ら
れるものであるが、さらに上記の電気絶縁筒の内面にポ
ーラス加工を施し、液の濡れ性及び熱性能を高め、外面
にはガラス状のグレーズ処理を施すことにより、電気絶
縁性の長期安定性を保つことができる。（汚れによる劣
化がない）。尚、前記電気絶縁筒の内面にはポーラス加
工の他に、濡れ性及び熱性能を向上させる条溝加工を施
しても良い。
また電気絶縁筒とヒートパイプとの接続に使用される
封着材としては、コバールに代えてNi42％程度を含む比
較的入手容易な鉄−ニッケル合金を用いることにより、
絶縁筒と熱膨張率を限りなく近づけることにより上記の
アルミナ絶縁筒とのロウ接力を増し、振動や熱サイクル
に対して強度を高めることができる。この際封着材は、
電気絶縁筒との接続面に第２図に示すように鍔状の折り
曲げ部（４）、（４′）を設けることにより絶縁筒との
接合面積が増えて結合力が大きくなる。また封着材の別
の端部にも外側に拡がる加工部（５）（５′）を施して
置くと金属管を挿入する際、容易に挿入できると共にロ
ウ材の溜りとなり良好にロウ接できる。さらに電気絶縁
筒の封着材と接する両端面にはMg−Mo系等の合金のメタ
ライジングを施して置くと封着材とのブレージングによ
る接合を良好に行うことができ、結合力が高まる。
封着材としては、コバールに代えてNi42％程度を含む比
較的入手容易な鉄−ニッケル合金を用いることにより、
絶縁筒と熱膨張率を限りなく近づけることにより上記の
アルミナ絶縁筒とのロウ接力を増し、振動や熱サイクル
に対して強度を高めることができる。この際封着材は、
電気絶縁筒との接続面に第２図に示すように鍔状の折り
曲げ部（４）、（４′）を設けることにより絶縁筒との
接合面積が増えて結合力が大きくなる。また封着材の別
の端部にも外側に拡がる加工部（５）（５′）を施して
置くと金属管を挿入する際、容易に挿入できると共にロ
ウ材の溜りとなり良好にロウ接できる。さらに電気絶縁
筒の封着材と接する両端面にはMg−Mo系等の合金のメタ
ライジングを施して置くと封着材とのブレージングによ
る接合を良好に行うことができ、結合力が高まる。
本発明において上記の放熱部、入熱部に用いられる、
銅、アルミニウム、ステンレス鋼などのものが使用で
き、その内面にはウィックの作用をなすＶ字状を始め種
々の形状の条溝を設けることができる。またヒートパイ
プの一端が半球状または円錐状に絞られるのは、この形
状に加工を施して密閉する方が密閉し易く、かつ完全に
シールできるからである。
銅、アルミニウム、ステンレス鋼などのものが使用で
き、その内面にはウィックの作用をなすＶ字状を始め種
々の形状の条溝を設けることができる。またヒートパイ
プの一端が半球状または円錐状に絞られるのは、この形
状に加工を施して密閉する方が密閉し易く、かつ完全に
シールできるからである。
さらに上記のヒートパイプの断面形状は円形、楕円形
の他、公知の種々の形状のものが適用でき、その径も放
熱部、吸熱部と異なる径のものを用いて、放熱、吸熱特
性を変えることも可能であり、また放熱部にフィンを設
けて放熱特性を高めることができる。なお本発明のヒー
トパイプを半導体冷却用として使用するときは、半導体
が装着された金属ブロックにヒートパイプの入熱部を挿
入し、ロウ付けにより金属ブロックと一体化し、半導体
の熱を金属ブロックを介して入熱し、ヒートパイプの放
熱部に設けられたフィンにより、自然放熱またはファン
を用いて強制放熱して半導体を冷却するものである。
の他、公知の種々の形状のものが適用でき、その径も放
熱部、吸熱部と異なる径のものを用いて、放熱、吸熱特
性を変えることも可能であり、また放熱部にフィンを設
けて放熱特性を高めることができる。なお本発明のヒー
トパイプを半導体冷却用として使用するときは、半導体
が装着された金属ブロックにヒートパイプの入熱部を挿
入し、ロウ付けにより金属ブロックと一体化し、半導体
の熱を金属ブロックを介して入熱し、ヒートパイプの放
熱部に設けられたフィンにより、自然放熱またはファン
を用いて強制放熱して半導体を冷却するものである。
外径22.23mm、長さ300mmと120mmの銅管の一端を円錐
状と半円球に絞られた第１図に示す第一の金属管（１）
をヒートパイプの放熱部、（１′）を吸熱部（入熱部）
とし、この中間にアルミナ含有率92％のαアルミナ粉を
1500〜1800℃で焼成した内径20.85mm、長さ30mm、沿面
距離45mmの波形形状の電気絶縁筒（３）を第２図に示す
Ni42％の鉄−ニッケル合金からなる端部が鍔状の折曲げ
部（４）、（４′）を有する封着材（２）、（２′）と
Mn−Moのメタライジングを施してロウ付け接続し、封着
材の他端の外側に拡げられた加工部（５）、（５′）と
金属管（１）、（１′）を銀−銅共晶ロウ材で気密度よ
く（10-9Torr・リットル/sec以下）ロウ付けした。次に
金属管の一端を密閉した後、その片端より、金属管の内
部を脱気し、フロン113の作動液（10）を所定量注入し
密閉してヒートパイプ化した。
状と半円球に絞られた第１図に示す第一の金属管（１）
をヒートパイプの放熱部、（１′）を吸熱部（入熱部）
とし、この中間にアルミナ含有率92％のαアルミナ粉を
1500〜1800℃で焼成した内径20.85mm、長さ30mm、沿面
距離45mmの波形形状の電気絶縁筒（３）を第２図に示す
Ni42％の鉄−ニッケル合金からなる端部が鍔状の折曲げ
部（４）、（４′）を有する封着材（２）、（２′）と
Mn−Moのメタライジングを施してロウ付け接続し、封着
材の他端の外側に拡げられた加工部（５）、（５′）と
金属管（１）、（１′）を銀−銅共晶ロウ材で気密度よ
く（10-9Torr・リットル/sec以下）ロウ付けした。次に
金属管の一端を密閉した後、その片端より、金属管の内
部を脱気し、フロン113の作動液（10）を所定量注入し
密閉してヒートパイプ化した。
この電気絶縁型ヒートパイプを用いて第３図に示すよ
うに金属ブロック（６）にヒートパイプの一端（１′）
を挿入してハンダにより接合して一体化し、ヒートパイ
プの他端（１）には多数のフィン（７）を圧入装着して
半導体冷却器とした。
うに金属ブロック（６）にヒートパイプの一端（１′）
を挿入してハンダにより接合して一体化し、ヒートパイ
プの他端（１）には多数のフィン（７）を圧入装着して
半導体冷却器とした。
この構造による冷却器によればサイリスタ等の半導体
からの発熱は金属ブロックおよびヒートパイプ入熱部を
介してフィンに伝達し、大気中に効率よく放熱される。
からの発熱は金属ブロックおよびヒートパイプ入熱部を
介してフィンに伝達し、大気中に効率よく放熱される。
ここでサイリスタ面は作動時には5.3Kv程度の高電位
を有し危険であるが、本発明によればこの高電圧は上記
の電気絶縁筒により完全に遮断されて放熱部側には伝達
されない。このため電気計装、補修、点検などのメンテ
ナンスが容易となり、特に電車に搭載されるVVVFインバ
ーター制御装置内のサイリスタ素子の冷却に好適であ
る。
を有し危険であるが、本発明によればこの高電圧は上記
の電気絶縁筒により完全に遮断されて放熱部側には伝達
されない。このため電気計装、補修、点検などのメンテ
ナンスが容易となり、特に電車に搭載されるVVVFインバ
ーター制御装置内のサイリスタ素子の冷却に好適であ
る。
また本発明は上記のヒートパイプ、封着材および電気
絶縁筒の接続強度が高いため振動や熱サイクルによる接
続部のリーク度が非常に小さく（10-9Torr・リットル/s
ec以下）したがってヒートパイプの特性が長期間保持で
きるものである。
絶縁筒の接続強度が高いため振動や熱サイクルによる接
続部のリーク度が非常に小さく（10-9Torr・リットル/s
ec以下）したがってヒートパイプの特性が長期間保持で
きるものである。
以上に説明したように本発明によれば、電気絶縁性お
よび接続強度および熱サイクルに優れた電気絶縁型ヒー
トパイプが得られたもので工業上顕著な効果を奏するも
のである。
よび接続強度および熱サイクルに優れた電気絶縁型ヒー
トパイプが得られたもので工業上顕著な効果を奏するも
のである。
第１図は本発明の一実施例に係る電気絶縁型ヒートパイ
プの一部断面図、第２図は電気絶縁筒の一部断面図、第
３図は本発明の使用例を示すヒートパイプ式半導体冷却
器の一部断面図、第４図は従来の電気絶縁型ヒートパイ
プの断面図である。 １……第一の金属管（ヒートパイプの放熱部）、１′…
…第二の金属管（ヒートパイプの入熱部）、２、２′…
…封着材、３……電気絶縁筒、４、４′……折曲げ部、
５、５′……加工部、６……金属ブロック、７……フィ
ン、10……作動液（絶縁液）。
プの一部断面図、第２図は電気絶縁筒の一部断面図、第
３図は本発明の使用例を示すヒートパイプ式半導体冷却
器の一部断面図、第４図は従来の電気絶縁型ヒートパイ
プの断面図である。 １……第一の金属管（ヒートパイプの放熱部）、１′…
…第二の金属管（ヒートパイプの入熱部）、２、２′…
…封着材、３……電気絶縁筒、４、４′……折曲げ部、
５、５′……加工部、６……金属ブロック、７……フィ
ン、10……作動液（絶縁液）。
Claims (4)
- 【請求項１】一端が半球状または円錐状に絞られその先
端を密閉した２本の金属管をそれぞれ放熱部と吸熱部と
し、該放熱部と吸熱部との中間を封着材を介して電気絶
縁筒で接続し、作動液として電気絶縁性の流体を封入し
てなる電気絶縁型ヒートパイプにおいて、該電気絶縁筒
を92〜95％のαアルミナを含有する焼成体で形成し、か
つ電気絶縁筒の空間距離を30mm以上、沿面距離を45mm以
上とし、前記封着材が電気接続部との接合部において鍔
状に折曲げられていることを特徴とする電気絶縁型ヒー
トパイプ。 - 【請求項２】電気絶縁筒の内面にはポーラス又は条溝加
工が施され、外面にはガラス状のグレーズ処理が施され
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。 - 【請求項３】封着材に鉄−ニッケル合金を用いて封着し
た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。 - 【請求項４】封着材が金属管との接合部端において、外
側に折曲げら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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3568689A JP2737792B2 (ja) | 1989-02-15 | 1989-02-15 | 電気絶縁型ヒートパイプ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3568689A JP2737792B2 (ja) | 1989-02-15 | 1989-02-15 | 電気絶縁型ヒートパイプ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02217791A JPH02217791A (ja) | 1990-08-30 |
| JP2737792B2 true JP2737792B2 (ja) | 1998-04-08 |
Family
ID=12448779
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3568689A Expired - Fee Related JP2737792B2 (ja) | 1989-02-15 | 1989-02-15 | 電気絶縁型ヒートパイプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2737792B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0614764U (ja) * | 1991-04-23 | 1994-02-25 | 株式会社日本アルミ | 電気絶縁型ヒートパイプ |
-
1989
- 1989-02-15 JP JP3568689A patent/JP2737792B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02217791A (ja) | 1990-08-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |