JP4332261B2 - 熱輸送装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板上に配置された素子等の複数の発熱体から生じる熱を放熱する熱輸送装置に関する。特には、複数の発熱体から発せられる熱を集約して効率的に放熱することのできる熱輸送装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図3は、従来の熱輸送装置の構造を示す図であり、図3(A)は側面図、図3(B)は放熱部の拡大図である。
この熱輸送装置50は、5枚のプレート型ヒートパイプ53から構成されている。これらのヒートパイプ53は、筐体51内の受熱部53aで発熱体(図示されず)から発せられる熱を受け取り、筐体51表面の放熱部53cから放熱する。
【0003】
各プレート型ヒートパイプ53は、平板を2ヶ所でほぼ90°に屈曲した形の階段状に形成されている。階段状の各部は、機能上から、受熱部53a、伝熱部53b及び放熱部53bに分かれている。各ヒートパイプ53−1〜5の受熱部53aは、筐体51内である間隔をあけて並列に配置されている。一方、放熱部53cは、筐体51の表面部において、各プレート型ヒートパイプ53が接合されて積層化されている。伝熱部53bの長さは、図3に示すように、上段のヒートパイプ53−1から下段のヒートパイプ53−5に行くにしたがって長くなっている。
【0004】
各受熱部53aで受け取られた熱は、第一屈曲部53xを経て伝熱部53bに伝わり、さらに第二屈曲部53yを経て放熱部53cに伝えられ、放熱される。放熱部53cは、図3(B)に示すように、複数のヒートパイプ53−1〜5が、半田付けやろう付け等の熱抵抗の少ない接合方法で積層化されたものである。さらにその上に、筐体壁52が存在し、同壁52の表面から放熱する。したがって、実質的な放熱面は最上層のプレート型ヒートパイプ53−1の放熱部のみとなる。下層のヒートパイプの熱は、複数の接合部55−1、55−2、55−3、55−4と上層のヒートパイプの断面を通って、最上層53−1の放熱部から放熱される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記の熱輸送装置には以下のような問題点があった。
(1)放熱部が積層化されているため、最上層のヒートパイプと最下層のヒートパイプの放熱効率が相当に異なる。すなわち、下層のヒートパイプから、放熱面までの間には複数の接合部とヒートパイプが存在するため、下層のヒートパイプほど熱抵抗が増加し、放熱の効率が悪くなる。その結果、下層の発熱体の温度を十分に下げることができなくなるおそれがある。
【0006】
(2)受熱部から放熱部までを一枚のプレート型ヒートパイプで形成しているため、各ヒートパイプの熱輸送距離が異なる。つまり、下層のヒートパイプほど伝熱部の長さが長くなって、ヒートパイプ自身の長さ、すなわち熱輸送距離が長くなる。熱輸送距離が異なると、熱輸送性能が均一とならず、発熱体の温度を均一にすることが困難となる。
【0007】
(3)階段状につながる受熱部から放熱部までを一枚のプレート型ヒートパイプで形成しているため、ヒートパイプ途中の2ヶ所に90°の屈曲点が存在する。ヒートパイプ内の作動液の流路にこのような屈曲点が2ヶ所存在すると、熱輸送性能は若干低下する。
(4)上述の問題点が絡み合い、装置設置時のわずかな傾き(一例5°程度)によって性能が低下する場合がある。
【0008】
(5)プレート型ヒートパイプは、発熱体の段数だけ異なる形状のものを用意する必要がある。このため大量生産に不向きで、コストが増加する。
(6)放熱部は、発熱体の段数分のプレート型ヒートパイプを積層化して形成する必要がある。数が増えるほど、均一な半田付けやろう付けによる接合が困難になり、製品の品質が安定せず、大量生産に支障が生じる。
【0009】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、複数の発熱体から発せられる熱を効率的に輸送及び放熱することのできる熱輸送装置を提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のベースとなる熱輸送装置は、 複数の発熱体からの熱を受熱し、その熱を一箇所にまとめて放熱する熱輸送装置であって; 放熱部及び集熱部を有する一枚の放熱用プレート型ヒートパイプと、 上記発熱体からの熱を受熱する受熱部及び上記集熱部に熱を渡す伝熱部を有する複数の受熱用プレート型ヒートパイプと、を具備することを特徴とする。
放熱用プレート型ヒートパイプは一枚であって、放熱部が積層化されていないため、積層に伴う余分な熱抵抗が存在せず、効率的に放熱面に熱を伝えることができる。また、一枚あたりのプレート型ヒートパイプの長さが短くなって、熱輸送距離が短くなるので、熱輸送効率が向上する。
さらに、受熱部と放熱部を有する複数のプレート型ヒートパイプを並べるより構造が簡単で、製造が容易となる。放熱部の積層がなくなったため、半田付けやろう付けの面積が著しく減少し、放熱部の数に応じて積層数も増やす必要がなくなり、コストを低減できるとともに、品質を安定化させやすい。
【0011】
本発明の熱輸送装置においては、 上記複数の受熱用プレート型ヒートパイプが実質的に同一の形状あるいは寸法(長さ、幅)であることが好ましい。
同一形状あるいは同一寸法とすることで、受熱用ヒートパイプ内での熱輸送性能が均一となる。さらに、大量生産を行うことができ、製造コストが低下する。
【0012】
本発明の熱輸送装置においては、 上記放熱用プレート型ヒートパイプ及び/又は受熱用プレート型ヒートパイプ内における、45°以上の角度を有する熱媒体の屈曲点が1ヶ所以下であることが好ましい。
各プレート型ヒートパイプにおいて、屈曲点を少なくすることで、ヒートパイプ内の屈曲部での熱媒体の流動抵抗を低減することができる。その結果、熱輸送装置全体の熱輸送抵抗を下げることができる。
【0013】
本発明の熱輸送装置においては、 上記受熱用プレート型ヒートパイプが、平板状の受熱部と、同部の一端に屈曲部を介してつながる平板状の伝熱部と、を有し、 上記伝熱部が、上記放熱用プレート型ヒートパイプの集熱部に接していることが好ましい。
複数の受熱用プレート型ヒートパイプの伝熱部が、同じ形態で放熱用プレート型ヒートパイプに接合することで、各受熱用ヒートパイプから放熱用ヒートパイプへの熱伝導を均一化することができる。また、受熱用ヒートパイプの構造が簡単で、製造が容易となる。
【0014】
本発明においては、上記放熱用プレート型ヒートパイプの集熱部と上記受熱用プレート型ヒートパイプの伝熱部を接合用ブロックを介して互いに接合することも好ましい。例えば、平板状の受熱用ヒートパイプの端部を接合ブロックの溝に差し込むようにすれば、接合操作も簡単になるとともに、熱媒体流路の屈曲箇所が受熱用ヒートパイプ中でなくなる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
図1は、本発明の1実施例に係る熱輸送装置の構成を示す図であり、図1(A)は斜視図、図1(B)は正面図、図1(C)は接合部を拡大した側面図である。
この熱輸送装置10は、5枚の受熱用プレート型ヒートパイプ13と、1枚の放熱用プレート型ヒートパイプ15から構成されている。受熱用プレート型ヒートパイプ13は、筐体11内で発熱体(図示されず)から発せられる熱を受け取る。放熱用プレート型ヒートパイプ15は筐体51表面の放熱部12から放熱する。両プレート型ヒートパイプは蛇行細管型のプレート型ヒートパイプである。なお、蛇行細管型でない一般のプレート型ヒートパイプも用いることができる。
【0016】
ここで、蛇行細管型のプレート型ヒートパイプとは、以下の特性を有するヒートパイプを示す(特開平4−190090号参照)。
(1)受熱部と放熱部で蛇行する細管が構成されている。
(2)受熱部と放熱部が交互に配設されいる。
(3)細管内には2相凝縮作動流体が封入されている。
(4)細管の内壁は、上記作動流体が常に管内を閉塞した状態のままで循環又は移動することができる最大直径以下の直径を有する。
【0017】
このような蛇行細管型ヒートパイプの例は、特開平4−190090号、特開平7−63487号、特開平9−49692号に開示されている。このうち、後者2件は、蛇行細管が比較的薄い平板の中に作り込まれており(プレート型ヒートパイプという、基板及び放熱部(プレートフィンタイプ放熱器等)との接続部の設計・組立が楽である。さらに、特開平9−49692号に開示されているプレート型ヒートパイプは、素材として多数の小孔を有するアルミニウム押し出し材を使用するので、材料費・加工費が低減できる特質がある。なお、本実施例はアルミニウム押し出し材製のものを用いている。
【0018】
各受熱用ヒートパイプ13は、平板状の受熱部13aと、この受熱部13aの端部に、ほぼ90°の屈曲部13bを介して接続する平板状の伝熱部13cからなる。一例で、受熱部13aの長さは125mm程度、伝熱部13cの長さは12mm程度、ヒートパイプ13の厚さは1.9mm程度である。
全ての受熱用ヒートパイプ13は同じ形をしている。受熱部13aは回路基板等の発熱体(図示されず)に接して並列に配置されている。
【0019】
放熱用ヒートパイプ15は、平板状の集熱部15aと、この集熱部15aの端部に、ほぼ90°の屈曲部15bを介して接続する平板状の放熱部15cからなる。放熱用ヒートパイプ15の寸法は、一例で、厚さ1.9mm程度、集熱部15aの長さ98mm程度、放熱部15cの長さ216mm程度である。放熱部15cは、筐体11の放熱面12上に配置されている。
【0020】
各受熱用ヒートパイプ13の伝熱部13cは、放熱用ヒートパイプ15の集熱部15aに、半田付けやろう付けによって接合されている。接合方法は、熱抵抗の低い方法が好ましい。あるいは、高熱伝導性の接着剤で接着したり、高熱伝導性の材料を介してネジとボルトで固定してもよい。高熱伝導性の材料は、高熱伝導性グリース(例えば、Emerson&Cuming社製STYCAST910−50−40)や、高熱伝導シート(例えば、Comerics社製THERMATTACH TAPE)、高熱伝導性ゲル(例えば、鈴木操業社製のSiゲル)が使用される。
【0021】
各ヒートパイプの蛇行細管内には、フロン(HCFC−123、HCFC−134等)、水、ブタン等の熱媒体が封入されている。このようなヒートパイプの詳細例は、特開平7−63487号や特開平9−49692号に開示されている。
【0022】
受熱用ヒートパイプ13の受熱部13aで受け取られた熱14は、屈曲部13bを通って伝熱部13cに伝えられる。受熱部13aと伝熱部13cは、全ての受熱用ヒートパイプ13で同じ大きさであり、発熱体からは熱が均一に輸送される。伝熱部13cに伝えられた熱は、接合部を通って、放熱用ヒートパイプ15の集熱部15aに伝えられる。そして集熱部15aから、屈曲部15bを通って放熱用ヒートパイプの放熱部15cに伝えられ、放熱面12から熱16が発散される。
【0023】
図2は、他の例に係る熱輸送装置の構成を示す正面図である。
この熱輸送装置10は、5枚の受熱用ヒートパイプ13と、1枚の放熱用ヒートパイプ15から構成されている。受熱用ヒートパイプ13は、筐体11内で発熱体(図示されず)から発せられる熱を受け取る。放熱用ヒートパイプ15は筐体51表面の放熱部12から放熱する。両ヒートパイプは蛇行細管型のプレート型ヒートパイプである。
【0024】
各受熱用ヒートパイプ23は、平板状で受熱部23aを有する。
放熱用ヒートパイプ25は、平板状の集熱部25aと、この集熱部25aの端部に、ほぼ90°の屈曲部25bを介して接続する平板状の放熱部25cからなる。放熱部25cは、筐体20の放熱面22上に配置されている。
【0025】
放熱用ヒートパイプ25の集熱部25aには、接合用ブロック26が半田付けやろう付け等の方法によって固定されている。接合用ブロック26はアルミニウムや銅等の熱伝導性が良好な材料で作られている。受熱用ヒートパイプ23の一端は、この接合用ブロック26の溝に差し込まれるとともに、半田付けやろう付けによって接合されている。
【0026】
この例の熱輸送装置20は、受熱用ヒートパイプ23を平板状とするため、曲げ加工を施す必要がない。また、受熱用ヒートパイプ23の接合ブロック26への接合の際の固定を簡単に行うことができ、大量生産が容易となる。
【0027】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、複数の受熱用プレート型ヒートパイプで受けた熱を、放熱用プレート型ヒートパイプに均一に伝達して放熱することにより、熱輸送性能を向上させることができる。したがって、複数の発熱体から発せられる熱を効率的に輸送及び放熱することのできる熱輸送装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の1実施例に係る熱輸送装置の構成を示す図であり、図1(A)は斜視図、図1(B)は正面図、図1(C)は接合部を拡大した側面図である。
【図2】 他の例に係る熱輸送装置の構成を示す正面図である。
【図3】 従来の熱輸送装置の構造を示す図であり、図3(A)は側面図、図3(B)は放熱部の拡大図である。
【符号の説明】
10、20 熱輸送装置 11、21 筐体
12、22 放熱面
13、23 受熱用プレート型ヒートパイプ
14、16 熱
15、25 放熱用プレート型ヒートパイプ
26 接合用ブロック
Claims (1)
- 複数の発熱体からの熱を受熱し、その熱を一箇所にまとめて放熱する熱輸送装置であって;
放熱部及び集熱部を有する一枚の放熱用プレート型ヒートパイプと、
上記発熱体からの熱を受熱する受熱部及び上記集熱部に熱を渡す伝熱部を有する複数の受熱用プレート型ヒートパイプと、を具備し、
上記受熱用プレート型ヒートパイプが、平板状の受熱部と、同部の一端に屈曲部を介してつながる平板状の伝熱部と、を有し、
上記伝熱部が、上記放熱用プレート型ヒートパイプの集熱部に接していることを特徴とする熱輸送装置。
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