JPH0735955B2 - 一体化されたヒートパイプ・熱交換器・締め付け組立体およびそれを得る方法 - Google Patents
一体化されたヒートパイプ・熱交換器・締め付け組立体およびそれを得る方法Info
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- JPH0735955B2 JPH0735955B2 JP5020853A JP2085393A JPH0735955B2 JP H0735955 B2 JPH0735955 B2 JP H0735955B2 JP 5020853 A JP5020853 A JP 5020853A JP 2085393 A JP2085393 A JP 2085393A JP H0735955 B2 JPH0735955 B2 JP H0735955B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は熱伝達装置に関するもの
であり、更に詳しく言えば、電子的計装装置およびコン
ピュータ装置に使用する熱伝達装置に関するものであ
る。
であり、更に詳しく言えば、電子的計装装置およびコン
ピュータ装置に使用する熱伝達装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】電子回路素子を含む熱発生装置は、装置
の動作中に発熱部品により発生された熱を除去するため
の熱発散要素を一般に必要とする。ひれを並べたものそ
の他の表面積拡張部材を有する放熱器が発熱物体へ密着
され、放熱器の熱質量が熱を発熱物体から除去し、ひれ
がその熱を周囲の空気すなわち対流空気へ移動させる。
更に詳しくいえば、商業用および工業用の熱伝達応用、
とくに狭い物理的空間すなわち限られた物理的空間内で
効率的な熱伝達を行わなければならない場合、または液
冷技術が実際的でない場合に、ヒートパイプ技術が益々
普及するようになってきた。少なくとも20年前から知
られており、1940年代に行われた研究を基にしてい
るヒートパイプは、つい最近商業用および工業用に一般
的に応用されるようになった。ヒートパイプというの
は、本質的には、内部が排気されて、少量の不活性作動
流体が注入されて密封された、銅のような熱伝導物質で
製作された中空の薄肉物体である。ヒートパイプに接触
させられている発熱体からヒートパイプの表面が熱を奪
うと、そのヒートパイプはその熱を密封されている作動
流体へ伝える。そうするとその作動流体は局部的に沸騰
し、その結果として発生された蒸気が、加熱されている
領域からヒートパイプ内部の通路を通って冷却領域へ急
速に動き、その冷却領域において作動流体は凝縮させら
れる。その凝縮された作動流体は、ヒートパイプの内面
に付着されている熱ウイックの毛管作用により加熱領域
へ戻る。ヒートパイプの基本的な特徴は、発熱体に接触
しているヒートパイプの外面全体を、妥当なパワー密度
に対して1℃以内に維持できることである。ヒートパイ
プの等温特性は、固体装置の接合温度を比較的狭い温度
範囲に維持せねばならず、かつ1つの回路モジュールに
おけるチップの間の温度差が大きく変化してはならない
ような、固体計装電子装置または固体情報処理電子装置
にとっては特に興味がある。
の動作中に発熱部品により発生された熱を除去するため
の熱発散要素を一般に必要とする。ひれを並べたものそ
の他の表面積拡張部材を有する放熱器が発熱物体へ密着
され、放熱器の熱質量が熱を発熱物体から除去し、ひれ
がその熱を周囲の空気すなわち対流空気へ移動させる。
更に詳しくいえば、商業用および工業用の熱伝達応用、
とくに狭い物理的空間すなわち限られた物理的空間内で
効率的な熱伝達を行わなければならない場合、または液
冷技術が実際的でない場合に、ヒートパイプ技術が益々
普及するようになってきた。少なくとも20年前から知
られており、1940年代に行われた研究を基にしてい
るヒートパイプは、つい最近商業用および工業用に一般
的に応用されるようになった。ヒートパイプというの
は、本質的には、内部が排気されて、少量の不活性作動
流体が注入されて密封された、銅のような熱伝導物質で
製作された中空の薄肉物体である。ヒートパイプに接触
させられている発熱体からヒートパイプの表面が熱を奪
うと、そのヒートパイプはその熱を密封されている作動
流体へ伝える。そうするとその作動流体は局部的に沸騰
し、その結果として発生された蒸気が、加熱されている
領域からヒートパイプ内部の通路を通って冷却領域へ急
速に動き、その冷却領域において作動流体は凝縮させら
れる。その凝縮された作動流体は、ヒートパイプの内面
に付着されている熱ウイックの毛管作用により加熱領域
へ戻る。ヒートパイプの基本的な特徴は、発熱体に接触
しているヒートパイプの外面全体を、妥当なパワー密度
に対して1℃以内に維持できることである。ヒートパイ
プの等温特性は、固体装置の接合温度を比較的狭い温度
範囲に維持せねばならず、かつ1つの回路モジュールに
おけるチップの間の温度差が大きく変化してはならない
ような、固体計装電子装置または固体情報処理電子装置
にとっては特に興味がある。
【0003】ヒートパイプはコンピュータ部品および電
子装置部品を冷却するために従来用いられているが、ヒ
ートパイプ自体の物理的制約のために、特定の動作環境
へのヒートパイプの応用は限定されていた。たとえば、
ヒートパイプの要素は通常薄い金属材料で製造されてい
るから、ヒートパイプ要素自体の構造的な強度はほとん
ど無い。したがって、ヒートパイプは丈夫な基板へ取り
付けられ、その基板を冷却すべき物体へ密着するように
取り付ける。基板はヒートパイプ装置の構造的な強度を
持たせることに加えて、加熱された物体から熱をヒート
パイプへ伝えるための放熱機能も果たす。電子装置およ
び半導体冷却用のヒートパイプの代表的な例には、英国
ランカスター州、エデン・ロード(Eden Roa
d)780.PA 17601所在のサーモコア社(T
hermocore Incorporated)によ
り製造されているものが含まれる。
子装置部品を冷却するために従来用いられているが、ヒ
ートパイプ自体の物理的制約のために、特定の動作環境
へのヒートパイプの応用は限定されていた。たとえば、
ヒートパイプの要素は通常薄い金属材料で製造されてい
るから、ヒートパイプ要素自体の構造的な強度はほとん
ど無い。したがって、ヒートパイプは丈夫な基板へ取り
付けられ、その基板を冷却すべき物体へ密着するように
取り付ける。基板はヒートパイプ装置の構造的な強度を
持たせることに加えて、加熱された物体から熱をヒート
パイプへ伝えるための放熱機能も果たす。電子装置およ
び半導体冷却用のヒートパイプの代表的な例には、英国
ランカスター州、エデン・ロード(Eden Roa
d)780.PA 17601所在のサーモコア社(T
hermocore Incorporated)によ
り製造されているものが含まれる。
【0004】最近、1991年4月に出版されたコーネ
ル大学技術報告E−91−06所載の「高熱束マルチチ
ップ・モジュール冷却用ヒートパイプ」と題するノース
およびアベディジアンの論文に、基板へ連結されている
ヒートパイプ要素の間に多数の流路を有するマニホルド
として構成されている基板が、従来の基板よりも優れた
性能を発揮できることが示唆されている。ノースおよび
アベディジアンのヒートパイプが図1に示されている。
図1を参照すると、ノースおよびアベディジアンは、凝
縮器要素6へ連結されたウイックを張られている穴8の
3本並列のセットを含む基板2が適度な表面温度(10
0℃以下)を保ちながら、高い熱束(20W/cm2) お
よび高い総パワー(800W以上)を消費できることを
報告している。そのヒートパイプは表面と冷却空気の間
の温度差が約30℃である環境において動作する。重要
なことは、上記論文において、ノースおよびアベディジ
アンが上記論文で報告しているように、ヒートパイプと
基板の組合わせは大きい物理的寸法によって高い熱束お
よび高いパワー発散を達成している。したがってヒート
パイプ装置を小型の計装電子装置または小型の情報処理
装置のためには一般に不適当にしていることである。
ル大学技術報告E−91−06所載の「高熱束マルチチ
ップ・モジュール冷却用ヒートパイプ」と題するノース
およびアベディジアンの論文に、基板へ連結されている
ヒートパイプ要素の間に多数の流路を有するマニホルド
として構成されている基板が、従来の基板よりも優れた
性能を発揮できることが示唆されている。ノースおよび
アベディジアンのヒートパイプが図1に示されている。
図1を参照すると、ノースおよびアベディジアンは、凝
縮器要素6へ連結されたウイックを張られている穴8の
3本並列のセットを含む基板2が適度な表面温度(10
0℃以下)を保ちながら、高い熱束(20W/cm2) お
よび高い総パワー(800W以上)を消費できることを
報告している。そのヒートパイプは表面と冷却空気の間
の温度差が約30℃である環境において動作する。重要
なことは、上記論文において、ノースおよびアベディジ
アンが上記論文で報告しているように、ヒートパイプと
基板の組合わせは大きい物理的寸法によって高い熱束お
よび高いパワー発散を達成している。したがってヒート
パイプ装置を小型の計装電子装置または小型の情報処理
装置のためには一般に不適当にしていることである。
【0005】ノースおよびアベディジアンにより開発さ
れ、報告されたヒートパイプ組立体は従来のヒートパイ
プの構成を改良したものであるが、報告された構造は、
従来のヒートパイプが遭遇していた2つの制約を依然と
してこうむっている。最初の制約は高い熱束および高い
総パワー発散が、ヒートパイプ要素へ熱を伝える広いベ
ース板表面積を有することにより、一般に達成されるこ
とである。あるいは、熱は薄い壁を通じて、基板内に直
接含まれている作動流体へ伝えられ、蒸発させられ、前
記凝縮器で凝縮させられる。ノースおよびアベディジア
ンの通路構成は、作動流体を局部的に蒸発させることが
でき、かつ後でヒートパイプ凝縮領域において凝縮でき
るように、基板に通路を設けて、基板を蒸発器領域とし
て構成することにより従来技術を改良するものである。
しかし、多数のヒートパイプ要素により形成されている
近くの凝縮器束の間で作動流体を移動させるための機構
が設けられていないから、この構成はそれ自身で限定し
ている。更に、ノースおよびアベディジアンの構成で
は、基板を水平にした場合を除き、ヒートパイプ装置は
任意の向きでは動作しない。その理由は、凝縮された作
動流体の流れが重力により蒸発器領域へ戻り、そこから
ウイックを張られている穴へ戻されるためである。
れ、報告されたヒートパイプ組立体は従来のヒートパイ
プの構成を改良したものであるが、報告された構造は、
従来のヒートパイプが遭遇していた2つの制約を依然と
してこうむっている。最初の制約は高い熱束および高い
総パワー発散が、ヒートパイプ要素へ熱を伝える広いベ
ース板表面積を有することにより、一般に達成されるこ
とである。あるいは、熱は薄い壁を通じて、基板内に直
接含まれている作動流体へ伝えられ、蒸発させられ、前
記凝縮器で凝縮させられる。ノースおよびアベディジア
ンの通路構成は、作動流体を局部的に蒸発させることが
でき、かつ後でヒートパイプ凝縮領域において凝縮でき
るように、基板に通路を設けて、基板を蒸発器領域とし
て構成することにより従来技術を改良するものである。
しかし、多数のヒートパイプ要素により形成されている
近くの凝縮器束の間で作動流体を移動させるための機構
が設けられていないから、この構成はそれ自身で限定し
ている。更に、ノースおよびアベディジアンの構成で
は、基板を水平にした場合を除き、ヒートパイプ装置は
任意の向きでは動作しない。その理由は、凝縮された作
動流体の流れが重力により蒸発器領域へ戻り、そこから
ウイックを張られている穴へ戻されるためである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、基板の蒸発
器領域内の蒸発させられた作動流体の移動度を高くする
ことにより、基板の熱伝達性能を大幅に向上させるもの
である。また、本発明はヒートパイプ組立体は水平また
は垂直位置のいずれでも最適に動作できるようにする。
器領域内の蒸発させられた作動流体の移動度を高くする
ことにより、基板の熱伝達性能を大幅に向上させるもの
である。また、本発明はヒートパイプ組立体は水平また
は垂直位置のいずれでも最適に動作できるようにする。
【0007】
【課題を解決するための手段】この明細書ではヒートパ
イプの熱伝達効率を向上させ、かつ熱容量を増大させる
方法および装置を開示する。蒸発器として動作させる基
板には、縦方向および横方向に基板を横切って延長する
平行な通路と垂直な通路がいくつか、穴開け加工その他
の手段により形成される。すべての通路には従来技術に
おけるようにウイックが張られる。凝縮器領域を形成す
る二重壁凝縮器管が、基板内の横方向通路と、それらの
通路と交差する通路が、交差する位置で基板へ取り付け
られる。連結はそれらの通路の交差位置に垂直な穴を開
けることにより行われる。その後で、従来技術における
ように、凝縮器管を多数の薄いひれ表面によりすべて連
結する。それから装置全体を排気し、既知の量の作動流
体を注入する。水平位置で動作させるヒートパイプ装置
では、基板内のウイックを張られている全ての通路は開
いたままにでき、それにより任意のヒートパイプ凝縮管
への作動流体およびそれの蒸気を、他の任意のヒートパ
イプ凝縮器と蒸発器との少なくとも一方へ移動させるた
めの連絡通路を設ける。斜めまたは垂直の位置で動作す
ることを意図するヒートパイプ装置では、一つの通路に
対して垂直に配置されている他の通路が、作動流体また
はそれの蒸気が一つの通路から、その通路へ流れること
を阻止する一連の栓により通路から分離される。蒸発器
領域内部の分離されている通路は、作動流体を拘束して
より小さい領域内部に保持し、しかも作動流体が蒸発器
の内部で水平方向に移動できるようにする。したがっ
て、凝縮器領域から基板へ戻り、そこから作動流体の毛
管作用により加熱領域へ戻る凝縮された作動流体は、ヒ
ートパイプの動作中の蒸発相および凝縮相においてより
迅速に繰り返され、それにより水平位置以外の配置にお
ける用途でのヒートパイプの効率を向上させる。蒸発器
ベースから延長するヒートパイプ管へ取り付けられてい
るひれ表面の上を、冷却空気が流される向きに長手方向
へ、ウイックが張られている蒸発器通路を延長されるこ
とにより、ヒートパイプ装置の全体の効率が更に向上さ
せられる。最後に蒸発器通路を、基板内で相互に連結さ
れているが、分離される構造とすることによって、蒸発
器領域の構造強度が与えられ、それにより、付加構造支
持体なしに、ヒートパイプ組立体全体を直接固定でき、
または発熱体へ機械的に取り付けることができる。本発
明の好適な実施例においては、基板あるいは基板と固定
板が十分に堅くて、基板の縁部のみに固定されている間
に、分布されている圧縮負荷に対して指定された平坦性
を維持する。
イプの熱伝達効率を向上させ、かつ熱容量を増大させる
方法および装置を開示する。蒸発器として動作させる基
板には、縦方向および横方向に基板を横切って延長する
平行な通路と垂直な通路がいくつか、穴開け加工その他
の手段により形成される。すべての通路には従来技術に
おけるようにウイックが張られる。凝縮器領域を形成す
る二重壁凝縮器管が、基板内の横方向通路と、それらの
通路と交差する通路が、交差する位置で基板へ取り付け
られる。連結はそれらの通路の交差位置に垂直な穴を開
けることにより行われる。その後で、従来技術における
ように、凝縮器管を多数の薄いひれ表面によりすべて連
結する。それから装置全体を排気し、既知の量の作動流
体を注入する。水平位置で動作させるヒートパイプ装置
では、基板内のウイックを張られている全ての通路は開
いたままにでき、それにより任意のヒートパイプ凝縮管
への作動流体およびそれの蒸気を、他の任意のヒートパ
イプ凝縮器と蒸発器との少なくとも一方へ移動させるた
めの連絡通路を設ける。斜めまたは垂直の位置で動作す
ることを意図するヒートパイプ装置では、一つの通路に
対して垂直に配置されている他の通路が、作動流体また
はそれの蒸気が一つの通路から、その通路へ流れること
を阻止する一連の栓により通路から分離される。蒸発器
領域内部の分離されている通路は、作動流体を拘束して
より小さい領域内部に保持し、しかも作動流体が蒸発器
の内部で水平方向に移動できるようにする。したがっ
て、凝縮器領域から基板へ戻り、そこから作動流体の毛
管作用により加熱領域へ戻る凝縮された作動流体は、ヒ
ートパイプの動作中の蒸発相および凝縮相においてより
迅速に繰り返され、それにより水平位置以外の配置にお
ける用途でのヒートパイプの効率を向上させる。蒸発器
ベースから延長するヒートパイプ管へ取り付けられてい
るひれ表面の上を、冷却空気が流される向きに長手方向
へ、ウイックが張られている蒸発器通路を延長されるこ
とにより、ヒートパイプ装置の全体の効率が更に向上さ
せられる。最後に蒸発器通路を、基板内で相互に連結さ
れているが、分離される構造とすることによって、蒸発
器領域の構造強度が与えられ、それにより、付加構造支
持体なしに、ヒートパイプ組立体全体を直接固定でき、
または発熱体へ機械的に取り付けることができる。本発
明の好適な実施例においては、基板あるいは基板と固定
板が十分に堅くて、基板の縁部のみに固定されている間
に、分布されている圧縮負荷に対して指定された平坦性
を維持する。
【0008】
【実施例】この明細書においては、電子的計装装置およ
び情報処理装置に使用するための一体にされたヒートパ
イプ熱交換器およびダンピング板用の方法および装置を
開示する。以下の説明においては、本発明を完全に理解
できるようにするために、特定の数、パワー密度、およ
び熱伝達率について述べる。しかし、それらの特定の詳
細なしに本発明を実施できることが当業者には明らかで
あろう。他の場合には、本発明を不必要にあいまいにし
ないようにするために、周知の装置はブロック図で示
す。
び情報処理装置に使用するための一体にされたヒートパ
イプ熱交換器およびダンピング板用の方法および装置を
開示する。以下の説明においては、本発明を完全に理解
できるようにするために、特定の数、パワー密度、およ
び熱伝達率について述べる。しかし、それらの特定の詳
細なしに本発明を実施できることが当業者には明らかで
あろう。他の場合には、本発明を不必要にあいまいにし
ないようにするために、周知の装置はブロック図で示
す。
【0009】まず、本発明に従って製作されたヒートパ
イプ組立体の好適な実施例が示されている図2を参照す
る。図2において、基板25からほぼ垂直な方向へ延長
する凝縮器管30が基板25へ連結される。基板25は
それの幅方向に水平に延長するいくつかの通路27を有
する。それらの通路27は基板25の厚さの中心に全体
として配置される。通路27の内面に焼結されたウイッ
クが吹き付けその他の方法で付着される。同様に、基板
25はそれの長さ方向に水平に延長するいくつかの通路
28を有する。それらの通路28は基板25の垂直方向
の垂直中間点に配置される。通路27の場合におけるよ
うに、長手方向に延長する通路28へ焼結されたウイッ
クが付着される。そのウイックの機能は先の従来技術の
項で述べたが、以下に本発明の動作に関連して再び説明
することにする。通路27と28はほぼ垂直である。
イプ組立体の好適な実施例が示されている図2を参照す
る。図2において、基板25からほぼ垂直な方向へ延長
する凝縮器管30が基板25へ連結される。基板25は
それの幅方向に水平に延長するいくつかの通路27を有
する。それらの通路27は基板25の厚さの中心に全体
として配置される。通路27の内面に焼結されたウイッ
クが吹き付けその他の方法で付着される。同様に、基板
25はそれの長さ方向に水平に延長するいくつかの通路
28を有する。それらの通路28は基板25の垂直方向
の垂直中間点に配置される。通路27の場合におけるよ
うに、長手方向に延長する通路28へ焼結されたウイッ
クが付着される。そのウイックの機能は先の従来技術の
項で述べたが、以下に本発明の動作に関連して再び説明
することにする。通路27と28はほぼ垂直である。
【0010】凝縮器管30は、図2に示すように、通路
27と28の交差位置において基板25へ取り付けられ
る。各凝縮器管30の内部は垂直に延長する通路29を
介して通路27、28と、流体が流れるように通じ合わ
される。通路29は通路27と28の交差位置において
基板の外面20へ垂直に延長する。垂直通路29は開口
部29aを有し、その開口部の中に凝縮器管30が挿入
される。凝縮器管30はろう付けその他の方法で基板2
5へ適当に取り付けられ、確実な機械的接合(すなわ
ち、漏れ防止)および熱的接合を行う。全ての凝縮器管
30の間を延長するいくつかの水平に延長するひれ32
が、従来技術におけるようにして取り付けられる。ひれ
32の間隔は、遭遇する特定の熱伝導状況に従って選択
できる。構造的な補強材35がこの基板25の構造的な
部分の基板25の領域の通路27、28または29を含
んでいない領域により表されている。したがって、補強
材35は「構造がない」ものと考えることができるが、
補強材35が配置されている領域に残っている基板25
の材料が、強度およびねじれ剛性すなわちスチフネスを
増大する結果となる。補強材35の寸法は、特定の応用
のために求められる曲げスチフネスおよびねじれスチフ
ネスに従って指定できる。それからヒートパイプ組立体
20全体を排気し、その後で少量の作動流体たとえば水
を、通路27、28、29と凝縮器管30により構成さ
れたヒートパイプ組立体20の内部容積内へ注入する。
27と28の交差位置において基板25へ取り付けられ
る。各凝縮器管30の内部は垂直に延長する通路29を
介して通路27、28と、流体が流れるように通じ合わ
される。通路29は通路27と28の交差位置において
基板の外面20へ垂直に延長する。垂直通路29は開口
部29aを有し、その開口部の中に凝縮器管30が挿入
される。凝縮器管30はろう付けその他の方法で基板2
5へ適当に取り付けられ、確実な機械的接合(すなわ
ち、漏れ防止)および熱的接合を行う。全ての凝縮器管
30の間を延長するいくつかの水平に延長するひれ32
が、従来技術におけるようにして取り付けられる。ひれ
32の間隔は、遭遇する特定の熱伝導状況に従って選択
できる。構造的な補強材35がこの基板25の構造的な
部分の基板25の領域の通路27、28または29を含
んでいない領域により表されている。したがって、補強
材35は「構造がない」ものと考えることができるが、
補強材35が配置されている領域に残っている基板25
の材料が、強度およびねじれ剛性すなわちスチフネスを
増大する結果となる。補強材35の寸法は、特定の応用
のために求められる曲げスチフネスおよびねじれスチフ
ネスに従って指定できる。それからヒートパイプ組立体
20全体を排気し、その後で少量の作動流体たとえば水
を、通路27、28、29と凝縮器管30により構成さ
れたヒートパイプ組立体20の内部容積内へ注入する。
【0011】動作時には、ヒートパイプ組立体20の基
板25の底側が、ある発熱体へ密着して取り付けられ、
対流空気流が、凝縮器管30とひれ32により形成され
ている垂直に延長する凝縮器領域に当たる。
板25の底側が、ある発熱体へ密着して取り付けられ、
対流空気流が、凝縮器管30とひれ32により形成され
ている垂直に延長する凝縮器領域に当たる。
【0012】基板25内を2つの水平方向へ延長する互
いに直交する通路27と28のために、ただ1つの方向
の通路を用いている熱交換器の蒸発器と比較して、熱伝
達特性および等温特性が大幅に向上する結果となる。図
2に示すように、垂直に延長する任意の特定の凝縮器管
30は、交差している通路27と28を介して他の任意
の凝縮器管30と流体的および熱的に接続するものと考
えることができる。図1に示されている従来のヒートパ
イプ組立体は、蒸発器のただ1つの領域、すなわち、交
差して延長する1組の通路8へ連結されている凝縮器の
表面で凝縮するように作動流体を制約するが、本発明の
垂直に交差する通路27と28は、作動流体がどこで蒸
発させられたか、または最大熱束の領域がどこにあるか
とは無関係に、作動流体が凝縮器構造のどこでも凝縮で
きるようにする。したがって、図2に示されている本発
明のヒートパイプ組立体20は、作動流体をそれの凝縮
−蒸発−凝縮動作サイクルで動作させる際に、相互に連
結されている凝縮器領域と蒸発器領域を完全に利用す
る。それにより小さい寸法で熱伝達効率と等温効率を向
上できる。ここで説明している好適な実施例において
は、ヒートパイプ組立体20の寸法は約9×14×8cm
(約3.5×5.5×3インチ)で、しかも250ワッ
トを消費する。
いに直交する通路27と28のために、ただ1つの方向
の通路を用いている熱交換器の蒸発器と比較して、熱伝
達特性および等温特性が大幅に向上する結果となる。図
2に示すように、垂直に延長する任意の特定の凝縮器管
30は、交差している通路27と28を介して他の任意
の凝縮器管30と流体的および熱的に接続するものと考
えることができる。図1に示されている従来のヒートパ
イプ組立体は、蒸発器のただ1つの領域、すなわち、交
差して延長する1組の通路8へ連結されている凝縮器の
表面で凝縮するように作動流体を制約するが、本発明の
垂直に交差する通路27と28は、作動流体がどこで蒸
発させられたか、または最大熱束の領域がどこにあるか
とは無関係に、作動流体が凝縮器構造のどこでも凝縮で
きるようにする。したがって、図2に示されている本発
明のヒートパイプ組立体20は、作動流体をそれの凝縮
−蒸発−凝縮動作サイクルで動作させる際に、相互に連
結されている凝縮器領域と蒸発器領域を完全に利用す
る。それにより小さい寸法で熱伝達効率と等温効率を向
上できる。ここで説明している好適な実施例において
は、ヒートパイプ組立体20の寸法は約9×14×8cm
(約3.5×5.5×3インチ)で、しかも250ワッ
トを消費する。
【0013】更に、上記のように、構造補強材35によ
りヒートパイプ組立体20の全体を、付加構造支持体な
しに発熱体へボルトなどにより直接固定できる。とく
に、構造補強材35を含んでいる基板25は、ヒートパ
イプ組立体20全体を小型電子装置における構造的固定
部材として機能させることができるように、十分に頑丈
でなければならない。本発明のヒートパイプ組立体を直
接固定できる小型電子装置の例を、 に出願さ
れた「三次元電子パッケージングのためのスタッキング
・ヒートパイプ(Stacking Heatpipe
for Three−Dimensional El
ectronic Packaging)」という名称
の米国特許出願第 号に見出すことができ
る。たとえば、冷却すべき発熱体の反対側の基板25と
向き合う固定板の間に圧縮要素(すなわち、ねじ棒)を
取り付けることができる。したがって、ベースプレート
25は、ヒートパイプ組立体20のための効率的な蒸発
器として動作することに加えて、ヒートパイプ組立体を
発熱体へ固定するために必要な構造的剛性を持たせるこ
とができる。熱伝導性基板に付加強度が求められる時に
は、基板25は市販されている分散硬化銅で製作でき
る。その分散硬化銅は小さい粒子寸法でより高い強度を
達成する。分散硬化銅の市販されている例には、アメリ
カ合衆国オハイオ州クリーブランド所在のSCM特殊金
属(SCM Speciality Metals)製
のGlidcopが含まれる。
りヒートパイプ組立体20の全体を、付加構造支持体な
しに発熱体へボルトなどにより直接固定できる。とく
に、構造補強材35を含んでいる基板25は、ヒートパ
イプ組立体20全体を小型電子装置における構造的固定
部材として機能させることができるように、十分に頑丈
でなければならない。本発明のヒートパイプ組立体を直
接固定できる小型電子装置の例を、 に出願さ
れた「三次元電子パッケージングのためのスタッキング
・ヒートパイプ(Stacking Heatpipe
for Three−Dimensional El
ectronic Packaging)」という名称
の米国特許出願第 号に見出すことができ
る。たとえば、冷却すべき発熱体の反対側の基板25と
向き合う固定板の間に圧縮要素(すなわち、ねじ棒)を
取り付けることができる。したがって、ベースプレート
25は、ヒートパイプ組立体20のための効率的な蒸発
器として動作することに加えて、ヒートパイプ組立体を
発熱体へ固定するために必要な構造的剛性を持たせるこ
とができる。熱伝導性基板に付加強度が求められる時に
は、基板25は市販されている分散硬化銅で製作でき
る。その分散硬化銅は小さい粒子寸法でより高い強度を
達成する。分散硬化銅の市販されている例には、アメリ
カ合衆国オハイオ州クリーブランド所在のSCM特殊金
属(SCM Speciality Metals)製
のGlidcopが含まれる。
【0014】ここで、ヒートパイプ組立体20の平面図
と側面図が示されている図3Aと図3Bを参照する。図
3Aにおいては、水平に交差している通路27と28
が、垂直に延長している通路29と交差している様子が
明らかに示されている。更に、図3Bから、ヒートパイ
プ管30が垂直に延長している通路29に連結され、基
板25から垂直に延長していることがわかる。
と側面図が示されている図3Aと図3Bを参照する。図
3Aにおいては、水平に交差している通路27と28
が、垂直に延長している通路29と交差している様子が
明らかに示されている。更に、図3Bから、ヒートパイ
プ管30が垂直に延長している通路29に連結され、基
板25から垂直に延長していることがわかる。
【0015】とくに、本発明のヒートパイプ装置20は
水平以外の配置で動作すべきであることがわかる。とく
に、ヒートパイプ組立体を取り付ける発熱体の形状に応
じて、基板25を斜めと垂直の少なくとも一方にする必
要があることがわかる。ここで、別の好適な実施例が示
されている図4Aを参照する。図4Aにおいて、基板4
5は、水平位置で用いるようにされている図2、図3A
および図3Bに示されている基板25にほぼ類似するこ
とがわかる。しかし、重要なことは、図4Aに示されて
いる基板45は図面上垂直に延長している通路37の中
に配置される多数の栓38を有することである。栓38
は水平に延長している通路36を実効的に「分離」する
から、図4Bに詳しく示されているように、作動流体お
よびそれに関連する蒸気は、特定の水平通路36とそれ
に関連する凝縮器管40とで構成されている、通路37
内の1つの領域内部だけを作動流体が流されるようにさ
れる。前の図に示されている基板25の場合とほぼ同様
に、凝縮器管40は基板45へ結合される。基板45へ
の結合は、水平通路36と垂直通路37の交差位置で通
路39を介して行われる。図4Aと図4Bに示されてい
る一体ヒートパイプ熱交換器および締め付け体の動作
は、通常のヒートパイプの機能特性に従い、作動流体
は、蒸発、凝縮、および再蒸発のサイクルをさせられ、
凝縮した作動流体は重力の作用で基板へ戻る。
水平以外の配置で動作すべきであることがわかる。とく
に、ヒートパイプ組立体を取り付ける発熱体の形状に応
じて、基板25を斜めと垂直の少なくとも一方にする必
要があることがわかる。ここで、別の好適な実施例が示
されている図4Aを参照する。図4Aにおいて、基板4
5は、水平位置で用いるようにされている図2、図3A
および図3Bに示されている基板25にほぼ類似するこ
とがわかる。しかし、重要なことは、図4Aに示されて
いる基板45は図面上垂直に延長している通路37の中
に配置される多数の栓38を有することである。栓38
は水平に延長している通路36を実効的に「分離」する
から、図4Bに詳しく示されているように、作動流体お
よびそれに関連する蒸気は、特定の水平通路36とそれ
に関連する凝縮器管40とで構成されている、通路37
内の1つの領域内部だけを作動流体が流されるようにさ
れる。前の図に示されている基板25の場合とほぼ同様
に、凝縮器管40は基板45へ結合される。基板45へ
の結合は、水平通路36と垂直通路37の交差位置で通
路39を介して行われる。図4Aと図4Bに示されてい
る一体ヒートパイプ熱交換器および締め付け体の動作
は、通常のヒートパイプの機能特性に従い、作動流体
は、蒸発、凝縮、および再蒸発のサイクルをさせられ、
凝縮した作動流体は重力の作用で基板へ戻る。
【0016】図4Aと図4Bに示されている第2の別の
実施例においては、栓38が作動流体が垂直に延長して
いる通路37の底へ戻ることを阻止する。その代わり
に、凝縮された作動流体は、関連する凝縮器管40を有
する水平に延長しているそれぞれの通路36の底へ戻
る。作動流体は、水平方向に延長する特定の通路36の
内部に制約されるが、作動流体は水平方向に延長する通
路36と、関連する凝縮器管40と、凝縮器管40を水
平通路36へ連結する通路39の内部の全てを自由に動
く。要するに、作動流体は基板45の内部全体を水平に
動くが、栓38の場所に応じて限られた垂直領域内に垂
直に制約される。基板45の製作時に栓38を指定で
き、全パワー、熱束、熱束の場所、等を含む、特定の熱
伝達応用に従って位置させられる。あるいは、水平応
用、または数度の傾斜を超えない斜め応用の場合には、
図2、図3A、図3Bに示されている基板25で十分で
ある。
実施例においては、栓38が作動流体が垂直に延長して
いる通路37の底へ戻ることを阻止する。その代わり
に、凝縮された作動流体は、関連する凝縮器管40を有
する水平に延長しているそれぞれの通路36の底へ戻
る。作動流体は、水平方向に延長する特定の通路36の
内部に制約されるが、作動流体は水平方向に延長する通
路36と、関連する凝縮器管40と、凝縮器管40を水
平通路36へ連結する通路39の内部の全てを自由に動
く。要するに、作動流体は基板45の内部全体を水平に
動くが、栓38の場所に応じて限られた垂直領域内に垂
直に制約される。基板45の製作時に栓38を指定で
き、全パワー、熱束、熱束の場所、等を含む、特定の熱
伝達応用に従って位置させられる。あるいは、水平応
用、または数度の傾斜を超えない斜め応用の場合には、
図2、図3A、図3Bに示されている基板25で十分で
ある。
【0017】図4A、図4Bに、大きい点状負荷、また
は適度な分布負荷がかかる構成において、基板45のた
めに曲げスチフネスを大きくする固定板49を含む第2
の別の実施例が示されている。とくに、高密度導電体、
たとえば、面積アレイ・コネクタは、電気接触ピンを2
000本まで有することができる。各ピンは、発熱体
(たとえば、MCM)が所定位置にあるときに約28.
3〜56.6グラム(1〜2オンス)の力を基板45へ
加える。固定板49は基板45へ加えられる全荷重と、
非接触ピンにより起こり得る回路開放に耐えることがで
きる。あるいは、固定板49の使用によって、基板45
の材料として高価な分散硬化銅の使用を避けることがで
きる。それよりも、固定板49を構造要素として安価な
鋼で製作できる。以上、電子的計装装置およびコンピュ
ータ装置に使用する一体ヒートパイプ・熱交換器・締め
付け組立体について説明した。
は適度な分布負荷がかかる構成において、基板45のた
めに曲げスチフネスを大きくする固定板49を含む第2
の別の実施例が示されている。とくに、高密度導電体、
たとえば、面積アレイ・コネクタは、電気接触ピンを2
000本まで有することができる。各ピンは、発熱体
(たとえば、MCM)が所定位置にあるときに約28.
3〜56.6グラム(1〜2オンス)の力を基板45へ
加える。固定板49は基板45へ加えられる全荷重と、
非接触ピンにより起こり得る回路開放に耐えることがで
きる。あるいは、固定板49の使用によって、基板45
の材料として高価な分散硬化銅の使用を避けることがで
きる。それよりも、固定板49を構造要素として安価な
鋼で製作できる。以上、電子的計装装置およびコンピュ
ータ装置に使用する一体ヒートパイプ・熱交換器・締め
付け組立体について説明した。
【図1】従来のマニホルド・ヒートパイプの構造を示す
一部切り欠き斜視図である。
一部切り欠き斜視図である。
【図2】本発明のヒートパイプ組立体の二次元蒸発器通
路構造の斜視図を示す。
路構造の斜視図を示す。
【図3】ヒートパイプ組立体の蒸発器部分の平面図と側
面図である。
面図である。
【図4】本発明の第2の別の実施例の側面図と端面図で
ある。
ある。
20、25、45 基板 27、28、29、36、37、39 通路 30、40 凝縮器管 32 ひれ 35 補強材 38 栓 49 固定板
フロントページの続き (72)発明者 イーサン・エッテハディ アメリカ合衆国 94706 カリフォルニア 州・アルバニイ・ピアス ストリート ナ ンバー1205・555
Claims (3)
- 【請求項1】 作動流体を含む第1及び第2の複数のウ
イックを張られた通路を備える蒸発器と、蒸発した作動
流体を凝縮させるために前記蒸発器へ結合される凝縮器
と、この凝縮器により吸収された熱を移動させるために
前記凝縮器へ結合される熱交換器と、を備え、前記第1
の複数のウイックを張られた通路は前記蒸発器の内部を
通って第1の向きへ延長し、前記第2の複数のウイック
を張られた通路は前記蒸発器の内部を通って、前記第1
の向きに対してほぼ垂直な第2の向きへ格子状に延長す
るとともに前記第1の複数のウイックを張った通路に連
通していることを特徴とする一体化されたヒートパイプ
・熱交換器・締め付け組立体。 - 【請求項2】 作動流体を含む第1,第2及び第3のそ
れぞれ複数のウイックを張られた通路を備える蒸発器
と、この蒸発器のねじれ剛性と曲げスチフネスを高くす
るために前記蒸発器へ連結された複数の構造補強材と、
前記蒸発器から垂直に延長し、蒸発した作動流体を凝縮
させるために前記蒸発器へ密封させられた複数の細長い
薄肉管と、それらの細長い薄肉管へ熱結合させられ、前
記複数の細長い薄肉管により吸収された熱を移動させる
複数のひれと、を備え、前記第1の複数のウイックを張
られた通路は前記蒸発器の内部を通って第1の向きへ延
長し、前記第2の複数のウイックを張られた通路は前記
蒸発器の内部を通って、前記第1の向きに対してほぼ垂
直な第2の向きへ格子状に延長するとともに前記第1の
複数のウイックを張った通路に連通し、前記第3の複数
のウイックを張られた通路は前記第1の向きと前記第2
の向きとに対してほぼ垂直な第3の向きへ横方向に延長
し、複数の前記第1および第2の通路が交差する場所に
おいて、これら前記第1および第2の通路と交差し、更
に複数の前記第1および第2の通路に連通していること
を特徴とする一体化されたヒートパイプ・熱交換器・締
め付け組立体。 - 【請求項3】 作動流体を含む第1及び第2の複数のウ
イックを張られた通路を備える蒸発器を用意する過程
と、蒸発した作動流体を凝縮させるために前記蒸発器へ
凝縮器を結合する過程と、この凝縮器により吸収された
熱を移動させるために前記凝縮器へ熱交換器を結合する
過程と、を備え、前記第1の複数のウイックを張られた
通路は前記蒸発器の内部を通って第1の向きへ延長し、
前記第2の複数のウイックを張られた通路は前記蒸発器
の内部を通って、前記第1の向きに対してほぼ垂直な第
2の向きへ格子状に延長するとともに前記第1の複数の
ウイックを張った通路に連通していることを特徴とす
る、一体化されたヒートパイプ・熱交換器・締め付け組
立体を得る方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/820,566 US5253702A (en) | 1992-01-14 | 1992-01-14 | Integral heat pipe, heat exchanger, and clamping plate |
US820,566 | 1992-01-14 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05264182A JPH05264182A (ja) | 1993-10-12 |
JPH0735955B2 true JPH0735955B2 (ja) | 1995-04-19 |
Family
ID=25231161
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5020853A Expired - Fee Related JPH0735955B2 (ja) | 1992-01-14 | 1993-01-14 | 一体化されたヒートパイプ・熱交換器・締め付け組立体およびそれを得る方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US5253702A (ja) |
JP (1) | JPH0735955B2 (ja) |
KR (1) | KR950014044B1 (ja) |
TW (1) | TW216837B (ja) |
Families Citing this family (151)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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FI106066B (fi) * | 1997-03-04 | 2000-11-15 | Nokia Networks Oy | Työaineeseen olomuodon muutoksessa sitoutuvaan lämpöenergiaan perustuva jäähdytin |
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