JPH0573961U - ヒートパイプ式冷却器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製作が容易で強度の心配がなく、冷却器を複
数使用して冷却装置を構成する場合の組立性に優れたヒ
ートパイプ傾斜型冷却器を提供すること。 【構成】 ヒートパイプ１０の一端側を、受熱ブロック
２に穿孔したパイプ挿入孔２１に挿入し、他端側に多数
枚の放熱フィン３を挿入して構成されている。前記パイ
プ挿入孔２１は受熱ブロック２の水平方向Ａに対して、
上記パイプ挿入孔２１の穿孔方向（すなわちヒートパイ
プの軸方向Ｂ）は所望の傾斜角度θで傾斜して設けられ
ている。パイプ傾斜による重力の作用を得る一方、受熱
ブロック２の厚肉化を避けるという点で、傾斜角度θは
１°〜２０°が好ましい。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、電力用半導体素子等の冷却用として有用なヒートパイプ式冷却器に 関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

例えばパワートランジスタやサイリスタ等の電力用半導体素子の放熱冷却用の 用途に、良熱伝導性の金属からなる平板状受熱ブロックに、放熱フィン付きのヒ ートパイプを挿入してなるヒートパイプ式冷却器が利用されている。ところで、 該冷却器を横方向にして使用する場合（ヒートパイプが地表面と水平になる）に おいて、ヒートパイプを受熱ブロックの水平方向に対してやや上方に傾斜させ、 ヒートパイプ凝縮部から作動液が重力の作用でブロック内の蒸発部へ戻り易くし 、熱輸送量を向上させることが提案されている。

【０００３】 例えば特開昭６２−１０５９４号公報、実開昭６１−１２５０５５号公報には 、図５に示すように受熱ブロック２に放熱フィン付きヒートパイプ１０を挿入す ると共にパイプ中間部に曲げ部Ｒを設け、受熱ブロック２の水平方向に対してヒ ートパイプ１０を傾斜させることが開示されている。また実開昭６２−１４９８ ５１号公報には、図６に示すようにヒートパイプ１０および受熱ブロック２から なる冷却器を締付け板６で固定設置する際に、冷却器本体を水平方向に対して傾 斜させる手段が開示されている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

ところが、ヒートパイプ中間部に曲げ部Ｒを形成する方法では、曲げ加工とい う新たな工程が必要であると共にパイプを所望の角度に曲げること自体が非常に 困難な作業であり、さらに曲げ部Ｒが機械的強度の弱点部となるという問題があ る。また冷却器本体を傾斜させて固定する手段では、傾斜固定の際の作業に手間 がかかると共に受熱ブロック２も水平方向に対して傾斜することになるので安定 性に問題がある。さらに受熱ブロック２を垂直方向に発熱素子を挟みつつ複数積 層させてなる冷却装置を組立る場合は、その組立装置全体を傾斜させる必要があ り、やはり安定性に問題があると共に余分なスペースを占有してしまうという不 都合があった。

【０００５】 従って本考案は、製作が容易で強度の心配がなく、しかも該冷却器を複数使用 して冷却装置を構成する場合の組立て性に優れたヒートパイプ傾斜型冷却器を提 供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

本考案のヒートパイプ式冷却器は、ヒートパイプの一端側を板状受熱ブロック に挿入すると共に他端側に多数枚の放熱フィンを取付けてなるヒートパイプ式冷 却器において、前記受熱ブロックの水平方向に対して傾斜したヒートパイプ挿入 孔を受熱ブロックに設け、該挿入孔にヒートパイプを挿入することにより前記受 熱ブロックの水平方向に対してヒートパイプを傾斜させて取付けたことを特徴と するものである。

【０００７】

【作用】

受熱ブロックのヒートパイプ挿入孔の穿孔方向を、水平方向に対して所定角度 傾斜させて設けておくことにより、該挿入孔にヒートパイプを挿入するだけで、 受熱ブロックの水平方向に対してヒートパイプの軸方向が傾斜したヒートパイプ 式冷却器を得ることができる。かかる構成とすることによりヒートパイプに曲げ 部を形成する必要がなく、また受熱ブロック自体を傾斜させる必要がない。

【０００８】 前記受熱ブロックの水平方向に対するヒートパイプ（中心軸）の傾斜角度は本 考案においては特に制限するものではないが、１°〜２０°の範囲、好ましくは ５°〜１５°、特に好ましくは７°〜１２°の範囲であることが望ましい。傾斜 角度が小さすぎると重力による作動液の還流効果があまり期待できず、傾斜角度 が大きすぎると、本考案構成の場合受熱ブロックをかなり厚肉とする必要が生じ ると共に、放熱フィンに送風等を行わない自然風冷方式の場合は、放熱フィンが 空気の対流を悪化させる角度を持つことになるので冷却効率が低下する（後記で 詳述）ことになる。

【０００９】

【実施例】

以下図面に基づいて本考案の実施例を詳細に説明する。 図１は本考案にかかるヒートパイプ式冷却器１を示す斜視図であって、銅やア ルミパイプ中に水やフロン等の作動液を封入してなるヒートパイプ１０の一端側 を、アルミニウム等の熱伝導性に優れた板状体からなる受熱ブロック２に穿孔し たパイプ挿入孔２１に挿入し、他端側に多数枚の放熱フィン３を挿入して構成さ れている。

【００１０】 上記受熱ブロック２には通常平型の電力用半導体素子が接合されるので、該平 型素子と良好に密着し得るよう受熱ブロック２にはフラットな面とされた接合面 が必要となる。このため受熱ブロック２としては板状体が一般的に使用され、図 １に示す例では２２が平型素子と接合される受熱面となる。このような板状の受 熱ブロック２の水平方向Ａに対して、上記パイプ挿入孔２１の穿孔方向（すなわ ちヒートパイプの軸方向Ｂ）は所望の傾斜角度θで傾斜して設けられている。

【００１１】 該ヒートパイプ式冷却器１の製造は、例えば平板状受熱ブロック２の受熱面２ ２以外の面にヒートパイプ１０の径よりも若干径大で所望の傾斜角度θを有する 斜孔（パイプ挿入孔２１）を穿孔し、その後パイプ挿入孔２１にハンダ等の低融 点金属を溶融状態として注湯すると共に該挿入孔２１にヒートパイプ１０の一端 （或いはヒートパイプ化していない一端開口の直管）を挿入し、冷却後ヒートパ イプの他端側に放熱フィン３を挿着する方法で製造することができる。

【００１２】 図２は上記の冷却器１を複数縦方向に積層してなる冷却装置の例を示している 。図において、各冷却器１の受熱ブロック２間にはサイリスタ等の平型発熱素子 ５２がそれぞれ介装され、その上下両端側において絶縁プレート５１を介して締 付け板５及び締付けボルト５３によってこれらが締付け固定されている。なお受 熱ブロック２側（吸熱側）と放熱フィン３側（放熱側）とは仕切り板４にて区画 されている。

【００１３】 一般的に、このように冷却器１を複数個使用して冷却装置を組立てる場合、受 熱ブロック２を横方向にして組み立てたのでは組立て作業性が悪く、また締付金 具等も自重を考慮して大サイズのものを使用せねばならないので、上記のような 縦方向への組立てが採用される。かかる用途において本考案の冷却器１であれば 、曲げ部を形成することなくヒートパイプ１０を受熱ブロック２の水平方向Ａに 対して傾斜させ得るので、ヒートパイプ１０に機械的弱点部が存在することはな い。また受熱ブロック２自体を傾斜させることによりヒートパイプ１０を傾斜さ せる従来手段では、該冷却装置そのものを傾斜させる必要があるので、安定性や 余分なスペースの占有等の問題があるが、本考案冷却器１ではそのような不都合 はない。

【００１４】 ところで、ヒートパイプの傾斜角度θは、前述した通りヒートパイプに曲げ部 を形成したり、受熱ブロック自体を傾斜させずにヒートパイプが傾斜した冷却器 を得るという本考案の目的を達成する上で特に限定要素とはならないが、ヒート パイプ傾斜による重力の作用が得られ、しかも受熱ブロック２の厚さが余りに過 大とならない実用的な傾斜角度θを選定することが望ましい。

【００１５】 さらに、図３に示すように上記した冷却器１を自然風冷方式で使用する場合、 傾斜角度θが大きすぎると放熱フィン３が空気の対流方向に対向する角度となっ てしまい、放熱フィン３間を空気が対流しにくくなり冷却効率が低下するという 問題がある。傾斜角度θが０°の場合、空気の対流方向と放熱フィン３の角度（ 各フィン間の空間の角度）とは平行であり、該対流の点では傾斜角度θは小さい ほうが望ましい。

【００１６】 このように重力の作用を大きくするという点では傾斜角度θは大きい方が望ま しく、一方受熱ブロック２の厚肉化を避けると共に自然風冷の場合における対流 を良好とするという点では傾斜角度θは小さい方が望ましい。これらの点を考慮 すると、傾斜角度θは前述の通り、１°〜２０°の範囲、好ましくは５°〜１５ °、特に好ましくは７°〜１２°の範囲であることが望ましい。なお図２に示し たような冷却装置の場合、通常放熱部は強制冷却されるので、この場合は傾斜角 度θは必ずしも上記の範囲とせずとも設置スペース等を考慮して適宜に選択する ことができる。

【００１７】 図４は本考案の他の実施例にかかるヒートパイプ式冷却器１を示す斜視図であ り、図１に示した実施例品とは受熱ブロック２を縦長とし受熱面２２がその側面 に位置している点で異なる。この場合も図示する受熱ブロック水平方向Ａに対し 、パイプ挿入孔２１は傾斜して穿孔され、該挿入孔２１にヒートパイプ１０を挿 入することによりヒートパイプ軸方向Ｂは傾斜角度θで傾斜している。該冷却器 １を前述のように冷却装置としてアセンブリする場合は、複数の冷却器１を平行 配置しその受熱面２２間に平型発熱素子を介装するという横並び型とすることが できる。

【００１８】 上記実施例においても、傾斜角度θが大きすぎると受熱ブロック２を必要以上 に縦長とする必要があると共に、自然風冷の場合の冷却効率が低下するという問 題があるので、好ましい傾斜角度θは上記と同様である。

【００１９】 なお上記した実施例において、受熱ブロック２の大サイズ化を容認し、放熱部 を冷却ファン等で強制冷却させる場合は、傾斜角度θは上記した好ましい範囲よ り大きくても問題はなく、例えば３０°〜６０°程度であっても良い。

【００２０】

【考案の効果】

以上説明した通りの本考案のヒートパイプ式冷却器によれば、ヒートパイプに 曲げ部を形成することなく、受熱ブロックに設けた傾斜孔にヒートパイプを挿入 するのみでヒートパイプ傾斜型冷却器が得られるので、機械的強度が良好で外力 に対する耐性に優れると共に製造が極めて容易である。また受熱ブロック自体を 傾斜させるタイプに比べ、当該冷却器を複数個使用して冷却装置を組立てる場合 も、その組立て作業が容易である等、本考案は優れた実用的効果を奏するもので ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案にかかるヒートパイプ式冷却器の一例を
示す斜視図である。

【図２】図１に示す冷却器を複数使用した冷却装置を示
す側面図である。

【図３】図１に示す冷却器における空気の対流方向を示
す側面図である。

【図４】本考案にかかるヒートパイプ式冷却器の他の例
を示す斜視図である。

【図５】従来のヒートパイプ式冷却器を示す側面図であ
る。

【図６】従来のヒートパイプ式冷却器を示す側面図であ
る。

【符号の説明】

１ ヒートパイプ式冷却器 １０ ヒートパイプ ２ 受熱ブロック ２１ パイプ挿入孔 ２２ 受熱面 ３ 放熱フィン

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヒートパイプの一端側を板状受熱ブロッ
   クに挿入すると共に他端側に多数枚の放熱フィンを取付
   けてなるヒートパイプ式冷却器において、前記受熱ブロ
   ックの水平方向に対して傾斜したヒートパイプ挿入孔を
   受熱ブロックに設け、該挿入孔にヒートパイプを挿入す
   ることにより前記受熱ブロックの水平方向に対してヒー
   トパイプを傾斜させて取付けたことを特徴とするヒート
   パイプ式冷却器。
2. 【請求項２】 前記受熱ブロックの水平方向に対するヒ
   ートパイプの傾斜角度が、１°〜２０°であることを特
   徴とする請求項１記載のヒートパイプ式冷却器。