JP3364758B2 - 平形発熱体用放熱器 - Google Patents
平形発熱体用放熱器Info
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Description
発熱体用放熱器に関するもので特に細管ヒーヒートパイ
プ群、ループ型及び非ループ型蛇行細管ヒートパイプ等
の有効利用に依り放熱を行なう平形発熱体用放熱器に関
する。
ヒートパイプ応用の平形発熱体用放熱器の構成の一例を
示す。図8は正面図、図9はその平面図、図10は受熱
細管コンテナ群の整列状態を示す断面図である。受熱細
管コンテナ群1−1と断熱細管コンテナ群1−3及び放
熱細管コンテナ群1−2とからなる蛇行細管ヒートパイ
プ1の受熱細管コンテナ群1−1は複数層の平板状に密
接して整列されて、2枚の熱量授受板2の間に熱伝導性
良好な状態に接着挟持され放熱器の受熱部として構成さ
れてある。放熱手段aの矢印は対流風を示し、放熱細管
コンテナ群1−2はその対流風の中で通風良好な状態に
展開されてある。熱量授受板2は該放熱器が対象とする
平形発熱体hと受熱細管コンテナ群1−1の間の熱量授
受を良好に仲介する為の熱拡散板の役目を兼ねている。
又1−4,1−5は蛇行細管コンテナの蛇行の為のター
ン部である。
応用の平形発熱体用放熱器において所定の面積の接着面
を有する平形発熱体hに発生した熱量は熱量授受板2に
より拡散されて2枚の熱量授受板2の片側の面により挟
持された部分の受熱細管コンテナ群1−1に吸収され、
この内部の作動液に核沸騰を発生せしめる。この核沸騰
の圧力波により作動液は蛇行細管ヒートパイプ1がルー
プ型であればループ内にて軸方向に振動しながら循環し
て熱量を放熱細管コンテナ群1−2に輸送する。この熱
量輸送は蛇行細管ヒートパイプが非ループ型であれば作
動液の軸方向振動のみによって行なわれる。放熱細管コ
ンテナ群1−2に輸送された熱量は放熱手段aにより対
流熱伝達により対流風中に放熱される。この様な放熱器
各部の作動により平形発熱体hは効率的に放熱冷却され
る。
ートパイプは長尺細管コンテナが受熱部と放熱部の間を
多数回往復蛇行することにより形成されてある。その作
動は総ての受熱部が相互に連通しているので、各受熱部
で発生する核沸騰とその圧力波は相互に補完し合いまた
相互に助長し合って、作動液の循環推進力と軸方向振動
エネルギーを増幅し活性化させるものであり、そのこと
は特願昭62−155747号、特願平2−31946
1号及び特願平3−61385号に詳述されてある。
及び性能が蛇行細管ヒートパイプを適用する場合より低
下はするものの、通常の2相流細管ヒートパイプ群を適
用して構成されてあっても良く、その場合の構造は図
8、図9における蛇行細管コンテナのターン部1−4、
1−5が無くなるだけで細管コンテナ群は夫々独立した
細管ヒートパイプの整列体となる。この場合に発生する
問題点は図8、図9の例とほぼ同様である。この様なヒ
ートパイプ式放熱器の熱輸送能力は必然的に2枚の熱量
授受板2により狭持されてある細管コンテナ群1−1の
本数に依存し、蛇行ターン数に依存する。又受熱部の軸
方向長さにも依存し、これ等から必然的に平形発熱体h
と熱量授受板2との接触面積に依存する。これらのこと
から所定の面積の接着面を有する平形発熱体hの単位面
積当り発熱量が大幅に増加する場合これに対応して放熱
器の能力の拡大せしめるには以下に述べる様な問題点が
発生するものであった。
熱することの可能な受熱細管コンテナの配設本数には限
界がある。即ちその配設幅を平形発熱体hの接着面の幅
を大きく越えて拡大せしめても受熱することの可能な受
熱細管コンテナの本数は増加しない。また密接して整列
される細管コンテナは細管直径を大きくすれば本数が減
少し、本数を増加せしめるには細管直径を小さくする必
要があり、結果として所定の面積の接着面を有する平形
発熱体hからの受熱量には自ら限界が発生するものであ
った。
体hと組み合わせ適用する熱量授受板2の熱量拡散能力
には限界があり、平形発熱体hより大幅に大きな面積の
熱量授受版2を適用すると熱拡散の為の熱抵抗が増加
し、この熱抵抗を小さくする為に熱量授受板2の肉厚を
増加せしめると、平形発熱体hと受熱細管コンテナ群1
−1との距離が増大しその為の熱抵抗が増加し、結局熱
量授受板2を大型化して受熱細管コンテナ群1−1の挟
持本数を増加せしめても放熱器の熱輸送能力を効率的に
増加させることは困難であった。
受熱細管コンテナ群1−1の層数を増加せしめても熱輸
送能力を強化する為の効果が少ない点も問題点であっ
た。又平形発熱体hの装着を片側のみに実施した場合に
該放熱器は加熱側の半分のみが作動し、性能が半減する
ことも問題点であった。これ等の原因は、熱量授受板2
により加えられる熱量の60〜70%は平形発熱体hに
近い受熱細管コンテナ群1−1の第1層で吸収され放熱
されることに困るものであり、第2層以降を作動させる
熱量は細管コンテナ壁の熱伝導のみによるもので、接触
熱抵抗によりその熱量は、順次大幅に減少する。第2層
に伝達される熱量はは第1層の30〜40%、第3層に
到達する熱量はは第1層の9〜16%に過ぎないものと
なり、第4層以下には受放熱細管コンテナ群を作動せし
めるに必要な熱量は殆ど到達することが出来ない。
熱体hと交互に積層して使用される。従ってその放熱手
段aとしての冷却対流の流れ方向は通常図8の矢印の如
く実施される。その様な場合、放熱量を増大させる為熱
量授受板2を大型化し、受熱細管コンテナ群1−1及び
放熱細管コンテナ群1−2を増加せしめることは細管列
数の増加を意味する。この場合は放熱手段aの冷却対流
における流れの風下に至るほど熱交換流体温度が上昇す
るので、追加分細管コンテナの放熱能力は極めて悪くな
り、細管コンテナの追加による放熱能力向上の効果は極
めて少ないと云う問題があった。
受板2を大型化し、受熱細管コンテナ群1−1の本数及
び放熱細管コンテナ群1−2の本数を増加せしめること
は細管列数の増加を意味し、このことは冷却対流の圧力
損失を増加せしめ静圧の増加を意味するもので、場合に
よっては放熱器に取って致命的な問題点となることもあ
った。
で形成されてある場合熱量授受板2の片辺側に図9に例
示の如き受放熱に全く寄与することの無い比較的大型の
ターン部1−5を形成する必要があり、このターン部は
機械的外力に対して脆弱であり放熱器の取り扱いに注意
を必要とし、また商品価値を損なうものとして問題点の
一つとなっていた。
(1)〜(6)の問題点を解決することにあり、これに
より小さな接着面積であるにも拘らず強力な熱量を発生
する平形発熱体をも効率的に冷却することの出来る新規
な構造の細管ヒートパイプ式放熱器を提供する。
明の蛇行細管ヒートパイプ応用の平形発熱体用放熱器の
構成の一例を示す。この例に於ては放熱器が放熱対象と
する発熱体の熱量は金属間熱伝導により受熱細管コンテ
ナ群に吸収され、然る後放熱部細管コンテナ群に輸送さ
れた熱量は空気の対流熱伝達により放熱器系外の空気中
に放熱される方式になっている。本実施例以外の方式と
しては受放熱部共に金属間熱伝導を適用する方式、受放
熱部共に対流空気の熱伝達を適用する方式、受放熱部の
何れか一方には液体対流の熱伝達を適用し他方には対流
空気の熱伝達を適用する方式等がある。図1は正面図、
図2はその平面図、図3は受熱部内に於ける受熱細管コ
ンテナ群の整列状態を示す断面図である。受熱細管コン
テナ群1−1と断熱細管コンテナ群1−3及び放熱細管
コンテナ群1−2とからなる蛇行細管ヒートパイプ1の
受熱細管コンテナ群1−1は整列されて、2校の熱量授
受板2の間に熱伝導性良好な状態に接着挟持され放熱器
の受熱部として構成されてある。放熱手段aの矢印は対
流風を示し、放熱細管コンテナ群1−2はその対流風の
中で通風良好な状態に展開されてある。熱量授受板2は
この放熱器が対象とする所定の面積の接着面を有する平
形発熱体hと受熱細管コンテナ群1−1の間の熱量授受
を良好に仲介する為の熱拡散板の役目を兼ねている。又
1−4,1−5は蛇行細管コンテナの蛇行の為のターン
部である。
用放熱器の構成は外観的には図8及び図9の従来型の蛇
行細管ヒートパイプ応用の平形発熱体用放熱器と全く同
じであり、各構成部分の作用はほぼ同じである。各構成
部分の番号及び名称も同じである。従って図1及び図2
に於ける各部分の作用の説明は省略する。
構造、受熱細管コンテナ群1−1の整列状態、放熱細管
コンテナ群1−2の整列状態、受放熱部に於ける細管コ
ンテナの断面形状、には問題点解決の為の手段が実施さ
れてあり従来型の放熱器とは全く異なった構成になって
いる。図3は受熱部の断面図であって熱量授受板2によ
る細管コンテナ群1−1の挟持状態を示すと共に受熱細
管コンテナ群1−1の整列状態を示している。図3は従
来の放熱器の受熱部の断面を示す図10とは全く異なっ
て居り、問題点解決の為の手段の実施状態が明示されて
ある。実施されてある問題点解決の為の手段は以下の通
りである。
テナは少なくとも受熱部及び放熱部においてはその断面
形状が長方形又は長円形であるように成形されてあるこ
と。 (2)受熱部及び、又は放熱部における受・放熱細管コ
ンテナ群1−1、1−2と、放熱器が対象とする発熱体
h及び放熱手段aとの間の熱量の授受は、受・放熱細管
コンテナ群の何れか又は双方と伝熱良好な状態に接続さ
れてある熱量授受板2を介してなされるよう構成されて
あること。 (3)熱量授受板2は熱伝導性の良好な金属で形成され
てあり、その受・放熱細管コンテナ群と接続される側の
面には、その全長に亙り、熱量授受板2の板面に直立す
る平板フィン群2−1が、細管コンテナの軸方向に平行
並列に形成されてあること。 (4)そのフィン間隙には、フィン2−1の側面と細管
コンテナの断面形状における長辺又は長径に相当する面
とが、フィン2−1の全長に亙って相互に密着している
状態に各細管コンテナが圧入接続されてあること。 (5)熱量授受板2の他の面には放熱器が対象とする発
熱体hまたは放熱手段aに対する熱量授受手段が設けら
れてあること。
り、その短辺又は短径に相当する面が熱量授受板2の平
面に対向するよう配列されるから単位面積当たりの細管
コンテナ配設本数が増加し、平板フィン群2−1の形成
ににより細管コンテナの配設可能な幅が縮小するにも拘
らず一層当たりの配設本数は減少しない。 (2)平板フィン群2−1の金属間熱伝導により、発熱
体aから吸収された熱量は熱量授受板2の深層に至る迄
極めて少ない熱損失で到達し、深層に配設されてある受
熱細管コンテナ群1−1に対する場合でも熱量を効率よ
く伝達する。これにより本発明の蛇行細管ヒートパイプ
式放熱器は熱量授受板2の面積を発熱体hの接着部面積
よりそれ程拡大することなく、熱量授受板2により積層
挟持される受熱細管コンテナ群1−1の積層数を増加せ
しめることにより、細管コンテナ挟持本数を大幅に増加
せしめることが可能になり、大容量放熱器を構成するこ
とが可能になる。また逆に熱量授受板2が放熱側として
適用されてある場合でも上述と同様に熱量授受板2の深
層に配設されてある放熱細管コンテナ群1−2から効率
よく熱量を引き出して放熱せしめることが可能になるか
ら、熱量授受板2により積層挟持される放熱細管コンテ
ナ群1−2の挟持本数を大幅に増加せしめて、大容量放
熱器を構成することが可能になる。このことは本発明が
解決しようとする問題点(1)項〜(3)項が完全に解
決されることを意味する。
伝達方式である場合、細管コンテナの断面形状が長方形
または長円形に成形されてある本発明の放熱器は、放熱
細管コンテナ群1−2の展開整列の状態を調整すること
に依って、放熱部における対流流体の流れ状態を制御し
たり圧力損失を制御することが可能である。図4はその
ような放熱細管コンテナ群1−2の展開整列の状態の一
例を示す。図においては放熱細管コンテナ群1−2の各
細管コンテナの断面の長辺に相当する部分が対流の主流
の流れ方向に対して所定の角度をなす様に展開整列され
てあることを特徴としている。また図4に於ては対流の
主流a−1が放熱部の上流側正面及び両側面から低温対
流a−2として流入し、放熱細管コンテナ群1−2から
熱量を吸収して、高温対流a−3として放熱部の下流側
背面中央部から排出される様に、放熱細管コンテナ群1
−2の中心線を対称軸として左右対象の角度をなす2群
に整列展開されてある。この様に整列された放熱細管コ
ンテナ群1−2の列は、対流に対する上流側の細管コン
テナ群も下流側の細管コンテナ群も一様に低温対流によ
り冷却されて、従来の放熱器の如く、上流側の細管コン
テナ群で熱吸収して高温になった対流により下流側の細
管コンテナ群の放熱効率が低下する如き問題点が発生す
ることが無い。また対流の主流の流れ方向に対する細管
コンテナに与えられる所定の角度を小さくすることによ
り流体抵抗を減少せしめ対流の圧力損失を低下させるこ
とも可能である。このことは本発明が解決しようとする
問題点(4)項及び(5)項が完全に解決されることを
意味する。
は何れも断面形状が長方形または長円形であるから、従
来の真円形状に比較して屈曲作業が容易であり、蛇行の
為の屈曲を小さな曲率半径で実施することが出来る。即
ち図1、図2、及び図5に示されてある屈曲部1−4、
1−5は図8及び図9に示されてある従来例より大幅に
小型化されてある。特に部分拡大図、図5に詳細に示さ
れてある如く本発明の場合の曲げ方向は熱量授受版の平
面に平行な面内で屈曲されるから、熱量授受板の厚さ方
向に積層されることが無いので、屈曲部1−5が受熱部
の両平面より突出することが無く、放熱器の取り扱いが
容易になる。このことは本発明が解決しようとする問題
点(6)項が殆ど解決されることを意味する。
ヒートパイプ応用の平形発熱体用放熱器は従来の同方式
放熱器の問題点のすべてを解決することが出来る。
素銅細管を長さ350mm毎に288回のターンを繰り
返す長尺の細管コンテナに作動液としてHCFC142
bを封入した蛇行細管ヒートパイプ1を細管ヒートパイ
プ群として適用し、図1〜図5に説明されてある如き本
発明の平形発熱体用放熱器を構成した。二枚の熱量授受
板2は純アルミA1050を用いて形成し、それらの厚
さは3.4mm,幅200mm,長さ120mmであ
り、それらは夫々の内側面に直立して設けられてある各
19枚の高さ7.6mm幅3.4mmの熱量授受フィン
群2−1により夫々36列、4層、144本の受熱部細
管コンテナ群1−1を密に加圧挟持して構成した。細管
ヒートパイプ群の他の部分の長さ180mmは図1及び
図2に例示の如く展開されて放熱部細管コンテナ群1−
2として、対流放熱部を構成した。その配列は図4に例
示の如く、36列、8段、288本であり、各細管の長
辺が対流aの流れ方向に対して所定の角度をなすよう整
列され、対流制御機能が与えられた。
mの円盤形状の平形発熱体hを加圧接触せしめ熱量15
00Wを熱入力せしめ、放熱部には40℃の空気を5m
/sにて強制対流せしめて放熱能力を調べた。各部の機
能は前述の作用の項で説明した通りに作用し、電接面の
平衡温度は67℃に留まり、周囲温度からの温度上昇は
27℃、全熱抵抗値は0.018℃/Wと従来の細管ヒ
ートパイプ放熱器では得られなかった様な高性能測定値
が得られた。この性能は発熱体が半導体素子である場合
の温度上昇に極めて大きな余裕率を与え長期の寿命を保
証するものである。図9及び図10に例示の如き従来型
の構造に構成した場合、このような細管ヒートパイプの
本数、熱量授受板の大きさでは、熱抵抗値は0.025
℃/Wが限界であり、電接面の平衡温度を77.5℃以
下に引き下げることは不可能であった。またこの放熱器
の強制対流5m/sにおける対流風の圧力損失は僅かに
6mmH2Oであり、従来型放熱器の圧力損失が10m
mH2Oであったのに対して40%も低下した。このこ
とは冷却ファンに対する負担を軽減せしめ、ファンの故
障発生率を大幅に低下せしめることを意味する。
如く展開されることなく、図6に例示の如く、受熱部細
管コンテナ群と全く同一の構造に構成され、熱量授受フ
ィン群が設けられた熱量授受板3により加圧挟持して構
成されてある。従って放熱部細管コンテナ群の熱量は強
制対流によらず金属間熱伝導により極めて低い熱抵抗で
熱量授受板3の熱量放熱面2−3に至るまで輸送され
る。熱量放熱面2−3に輸送された熱量は、熱量放熱面
2−3に外接して設けられてある液冷ジャケット4によ
り冷媒液4−1内に放出され放熱器の系外に運搬され
る。図に於て6−1は冷媒液供給口であり6−2はその
排出口である。
間熱伝導及び冷媒液の強制対流によりなされる放熱であ
るから、空気の強制対流熱伝導による放熱に比較して一
桁高い熱伝達率で放熱されるから放熱効率が極めて高
く、放熱部を大幅に小型高性能化することが出来る。
冷ジャケット4を熱量授受板3に作り込むと良い。図7
はその構造を例示するもので3−1は液冷ジャケット部
である。
2−3に至るまで輸送された熱量の放熱器系外に対する
放熱は必ずしも冷媒液の強制対流による放熱のみには限
定されない。熱量授受板3の熱量放熱面2−3に直接形
成されてある放熱フィン群、またはに外接して装着され
たヒートシンクの放熱フィン群による空気の対流放熱で
あっても良い。この場合は冷媒液の強制対流による放熱
の、高い熱伝達率の利用は出来なくなり、冷媒液による
放熱の場合より性能は低下するが、放熱部細管コンテナ
1−2の表面から、熱量授受板3の熱量放熱面2−3に
至る間の金属間熱伝導による良好な熱伝達が利用される
ので、放熱部の構造が小型化されかつ簡素化することが
出来る。
は熱量授受フィン群の作用により、受放熱部に於ける細
管コンテナ群の層数を増加せしめても、その受放熱部の
熱量授受効率が低下することが無いので、接着面が比較
的小さな平形発熱体を対象とする場合であっても細管コ
ンテナ群の層数を増加せしめて細管コンテナの本数を充
分に増加せしめ、強力な熱量の授受を可能にする。また
長円形状断面の細管コンテナはその配設段列数が如何に
増加してもその対流方向制御機能により、対流の風上側
の吸収熱量により風下側の細管コンテナ群の放熱効率が
低下することなく、かつ対流風の圧力損失も極めて少な
くなるから、この点からも授受熱量を充分に増加せしめ
ることが可能になる。
細管コンテナ群の整列状態を示す断面図である。
管コンテナ群の展開状態を示す説明図である。
部細管コンテナ群のターン部の状態を示す説明図であ
る。
る。
器を示す正面図である。
器を示す平面図である。
熱器の受熱部内ける細管コンテナ群の整列状態を示す断
面図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 細管ヒートパイプの群が同一平面内に於
て密に且つ並列に整列されて形成されてある細管ヒート
パイプ層の複数層が積層されて、受熱細管コンテナ群と
断熱細管コンテナ群及び放熱細管コンテナ群が形成され
てあり、受熱細管コンテナ群で吸収した熱量を断熱細管
コンテナ群により中継して放熱細管コンテナ群に輸送し
放熱せしめる細管ヒートパイプ応用の平形発熱体用放熱
器であって、細管ヒートパイプの細管コンテナは少なく
とも受熱部及び放熱部においては、その断面形状が長方
形又は長円形であるように成形されてあり、受熱部及
び、又は放熱部における受・放熱細管コンテナ群と、放
熱器が対象とする発熱体及び放熱手段との間の熱量の授
受は、受・放熱細管コンテナ群の何れか又は双方を挟持
して伝熱良好な状態に接着されてある熱量授受板を介し
てなされるよう構成されてあり、この熱量授受板は熱伝
導性の良好な金属で形成されてあり、その受・放熱細管
コンテナ群を挟持する側の面には、その全長に亙り、熱
量授受板の板面に直立する平板フィン群が、細管コンテ
ナの軸方向に平行並列に形成されてあり、そのフィン間
隙には、フィンの側面と細管コンテナの断面形状におけ
る長辺に相当する面とが、フィンの全長に亙って相互に
密着している状態に各細管コンテナが圧入接続されてあ
り、熱量授受板の他の面には放熱器が対象とする所定の
発熱体または所定の放熱手段に対する熱量授受手段が設
けられてあることを特徴とする平形発熱体用放熱器。 - 【請求項2】 細管ヒートパイプの群としては蛇行細管
ヒートパイプの長尺細管コンテナが受熱部と放熱部の間
を多数回往復蛇行して形成される蛇行細管コンテナの直
管部群が適用されてあることを特徴とする請求項1に記
載の平形発熱体用放熱器。 - 【請求項3】放熱部における放熱器が対象とする所定の
発熱手段に対する熱量授受手段は、放熱細管コンテナ群
と外気の間の対流熱伝達方式であって、放熱細管コンテ
ナ群は外気の対流内に展開せしめられてあり、且つその
断面形状における長辺に相当する面は対流の主流の流れ
方向に対して所定の角度を形成して整列せしめられてあ
ることを特徴とする請求項1に記載の平形発熱体用放熱
器。 - 【請求項4】 熱量授受板の他の面に設けられる外部の
加熱・冷却手段に対する熱量授受手段は熱媒液の強制対
流であって、その面には熱量授受板に液冷用ジャケット
部が作り込まれてあるか、熱量授受板に外接して液冷用
ジャケットが装着されてあるかの何れかであることを特
徴とする請求項1に記載の平形発熱体用放熱器。 - 【請求項5】 熱量授受板の他の面に設けられる外部の
加熱・冷却手段に対する熱量授受手段は強制対流風であ
って、その面には熱量授受板に空冷用放熱フィン群が形
成されてあるか、熱量授受板に外接して空冷用放熱フィ
ン群が装着されてあるかの何れかであることを特徴とす
る請求項1に記載の平形発熱体用放熱器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12768293A JP3364758B2 (ja) | 1993-04-20 | 1993-04-20 | 平形発熱体用放熱器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12768293A JP3364758B2 (ja) | 1993-04-20 | 1993-04-20 | 平形発熱体用放熱器 |
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