JPH08136170A - ヒートパイプ式冷却器 - Google Patents

ヒートパイプ式冷却器

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Publication number
JPH08136170A
JPH08136170A JP6272489A JP27248994A JPH08136170A JP H08136170 A JPH08136170 A JP H08136170A JP 6272489 A JP6272489 A JP 6272489A JP 27248994 A JP27248994 A JP 27248994A JP H08136170 A JPH08136170 A JP H08136170A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
water
heat pipe
hollow
cooler
pipe type
Prior art date
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Pending
Application number
JP6272489A
Other languages
English (en)
Inventor
Hidenori Otaka
秀紀 大高
Masahiro Kono
雅洋 河野
Etsurou Akehi
悦朗 明比
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Cable Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Cable Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Cable Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority to JP6272489A priority Critical patent/JPH08136170A/ja
Publication of JPH08136170A publication Critical patent/JPH08136170A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 金属パイプ2内の隔壁3により並列状に隔離
され、密閉された二つの中空体4,5が形成されてお
り、各中空体4,5内には、作動液として純水6,7が
注入されている。中空体4内には、最適作動液量(通常
4〜20容量%程度)の純水6が注入されている。これ
に対して、中空体5内の純水7の注入率は、他方の中空
体4内の純水6の注入率よりも大きく設定されている
(好ましくは25〜50容量%)。 【効果】 低温環境下において、ヒートパイプ式冷却器
1の中空体5の凝縮部における水が凍結しても、蒸発部
には液相状態の水が充分残るので、ドライアウトを防
ぎ、熱輸送効率を維持することができる。また、常温環
境下においては、純水の注入率が相対的に低い中空体4
の熱輸送効率が高いので、低温環境下のみならず常温環
境下においても、熱輸送効率を維持することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子、電子機
器、電車のモータなどの冷却に用いられ、あるいは空調
装置、除湿装置などに組み込まれるヒートパイプ式冷却
器に関し、特に寒冷地用のヒートパイプ式冷却器に関す
る。
【0002】
【従来の技術】ヒートパイプ式冷却器内に注入される作
動液としては、沸点が低く、化学的に安定なフロンが一
般に用いられているが、フロンはオゾン層を破壊するの
で、産業界においてフロンの生産中止、生産削減が世界
的趨勢であり、フロンに替わる作動液として、水が注目
されている。
【0003】一方、寒冷地においては、ヒートパイプ式
冷却器が例えば零下10℃以下の低温環境下に曝される
ことがあるが、水(通常は純水)を作動液として用いた
ヒートパイプ式冷却器では、ヒートパイプ式冷却器内の
水蒸気が凝縮部にて凝縮して水となり、さらに凝固して
水が凍結するので、ヒートパイプ式冷却器の蒸発部にお
ける水の蒸発が不十分となり、作動液が全て蒸気となる
状態(ドライアウト)と同じ状態になる。従って、熱輸
送効率が極端に低下し、冷却対象物である機器が過熱
し、損傷することがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の如き欠点を解消し、水を作動液として用いたヒートパ
イプ式冷却器において、低温環境下における熱輸送効率
を維持することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、かかる課
題を解決すべく鋭意研究した結果、ヒートパイプ式冷却
器内の水の注入量を通常よりも多くして、蒸発部におけ
る熱抵抗を大きくすることによって、水が凝縮部で凍結
しても、蒸発部には液相状態の水が充分残ることを見出
し、さらに研究を重ねた結果、本発明を完成させるに到
ったものである。
【0006】すなわち、本発明の第1のヒートパイプ式
冷却器は、複数の密閉された中空体が2つの群に分けら
れ、一方の群の中空体内の水の注入率が他方の群の中空
体内の水の注入率よりも高く、好ましくは25〜50容
量%、さらに好ましくは30〜45容量%であることを
特徴とするものである。
【0007】また、本発明の第2のヒートパイプ式冷却
器は、上記の各中空体の蒸発部が複数の凹孔を有する熱
伝導性のブロックの各凹孔内に嵌着され、該中空体の凝
縮部に熱伝導性のフィンが取り付けられたことを特徴と
するものである。
【0008】
【作用】本発明の第1のヒートパイプ式冷却器によれ
ば、複数の密閉された中空体が2つの群に分けられ、一
方の群の中空体内の水の注入率が、他方の群の中空体内
の水の注入率よりも高いので、低温環境下において、一
方の群の中空体内の水が凝縮部で凍結しても、蒸発部に
は液相状態の水が充分残るので、ドライアウトを防ぎ、
熱輸送効率を維持することができる。また、常温環境下
においては、水の注入率が相対的に低い他方の群の中空
体の熱輸送効率が高いので、低温環境下のみならず常温
環境下においても、熱輸送効率を維持することができ
る。
【0009】さらに、本発明の第2のヒートパイプ式冷
却器によれば、ブロックに熱源を当接させることによ
り、ブロックを介して各中空体の蒸発部に熱が伝導する
ので、各中空体内の水は蒸発して、凝縮部へと上昇す
る。凝縮部内の水蒸気は、フィンの放熱作用により冷却
され、凝縮して水となり、蒸発部へ戻る。低温環境下に
おいては、凝縮部における水が凍結することがあるが、
一方の群の中空体内の水の注入率が他方の群の中空体内
の水の注入率よりも高いので、中空体内の水の一部が凍
結した場合でも、蒸発部へ水を供給することができ、熱
輸送効率を維持することができる。
【0010】
【実施例】次に、実施例により本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明がこれら実施例に限定されるものでな
いことは言うまでもない。
【0011】図1は、本発明のヒートパイプ式冷却器の
第1の実施例を示す断面図である。図1に示されるヒー
トパイプ式冷却器1は、銅、アルミニウム、ステンレス
などの金属パイプ2からなり、内部が隔壁3により並列
状に隔離され、密閉された二つの中空体4,5が形成さ
れており、各中空体4,5内には、作動液として純水
6,7が注入されている。中空体4内には、最適作動液
量の純水6が注入されており、最適作動液量は、中空体
4の蒸発部と凝縮部との容積比、ヒートパイプ式冷却器
1の設置状態〔横置き(勾配が有る場合を含む)、垂直
置き〕などにより異なるが、概ね、中空体4の容積の4
〜20容量%程度である。これに対して、中空体5内の
純水7の注入率は、他方の中空体4内の純水6の注入率
よりも大きく、中空体5の容積の25〜50容量%、さ
らに好ましくは30〜45容量%程度(勾配7度の場
合)である。
【0012】図2は、本発明のヒートパイプ式冷却器の
第2の実施例を示す斜視図である。図2に示されるヒー
トパイプ式冷却器21は、内管22と外管23とからな
る密閉された同軸状の二重構造であり、内管22内の中
空部24及び外管23と内管22との間隙の中空部25
には、作動液としてそれぞれ純水が注入されている。中
空部25の純水の注入率は、中空部24の純水の注入率
よりも大きく設定されており、外管23と内管22との
間隙に介在する空気などの気体の断熱作用により、低温
環境下での内管22の凝縮部における凝縮した水の凍結
を抑制することができる。
【0013】図3は、本発明のヒートパイプ式冷却器の
第3の実施例を示す斜視図である。図3に示されるヒー
トパイプ式冷却器31は、中空部32を有する4本の密
閉された金属管33,34,35,36が並列状に連接
してなり、各中空部32内には作動液としての純水が注
入されている。これら4本の金属管33〜36のうち少
なくとも1本の金属管(例えば、2本の金属管33,3
5)内の純水の注入率は、他の金属管(例えば、2本の
金属管34,36)内の純水の注入率よりも大きく設定
されている。このように、純水の注入率が異なる金属管
を互いに隣接させることによって、純水の注入率が相対
的に高い金属管33,35の凝縮部における水蒸気の液
化により発生する熱が、隣接する金属管34,36に伝
導するので、低温環境下での金属管34,36の凝縮部
における凝縮した水の凍結を抑制することができる。
【0014】図4は、本発明のヒートパイプ式冷却器の
第4の実施例を示す斜視図である。図4(イ)及び
(ロ)は、それぞれヒートパイプ式冷却器41の正面図
及び側面図である。ヒートパイプ式冷却器41は、一方
面に複数の凹孔(図4においては3孔)42が穿設され
た熱伝導性(銅、アルミニウム、ステンレスなどの金属
など)の平板状ブロック43と、各凹孔42に一方端部
が嵌着され、内部に作動液として純水が注入された複数
(図4においては3本)の密閉された中空体44,4
5,46と、各中空体44〜46の他方端部に取り付け
られたアルミニウムフィン47とから構成されており、
各中空体44〜46の平板状ブロック43側が蒸発部と
なり、アルミニウムフィン47側が凝縮部となる。
【0015】複数(図4においては3個)のヒートパイ
プ式冷却器41の各平板状ブロック43により、冷却さ
れるべきサイリスタ48が挟持されている。サイリスタ
48から発生する熱が平板状ブロック43を介して各中
空体44〜46の蒸発部に伝導し、各中空体44〜46
内の純水は蒸発して、凝縮部へと上昇する。各中空体4
4〜46の凝縮部はアルミニウムフィン47の放熱作用
により冷却され、水蒸気は凝縮して水となり、蒸発部へ
戻る。ヒートパイプ式冷却器41においては、少なくと
も1本の中空体(例えば、中空体45)内の純水の注入
率は、他の金属管(例えば、中空体44,46)内の純
水の注入率よりも大きく設定されており、純水の注入率
が異なる中空体が交互に配置されている。従って、低温
環境下において、中空体44,46の凝縮部における水
が凍結し、蒸発部に水が戻らず、実質的にドライアウト
の状態になった場合でも、中空体45では内部の純水の
注入率が高いので、ドライアウトにならず、熱輸送効率
を維持することができる。
【0016】なお、低温環境下における熱輸送効率の維
持を図るには、複数の中空体(例えば、中空体44,4
6)内の純水の注入率を、他の中空体(例えば、中空体
45)内の純水の注入率よりも高く設定することが望ま
しいが、必ずしも純水の注入率が異なる中空体を交互に
配置させる必要はない。さらに、3本の中空体44〜4
6の全てが、最適作動液量(通常、4〜20容量%程
度)よりも多く純水が注入されていてもよく、具体的に
は各中空体44〜46の容積の25〜50容量%程度
(勾配7度の場合)の純水が注入されていてもよい。
【0017】次に、図4に示された如きヒートパイプ式
冷却器を用いて、本発明の効果を確認すべく、以下の実
験を行った。
【0018】直径が22.22mm、長さが530mm
の銅パイプ(ヒートパイプ用コンテナ、5本)の一方端
部を、銅製の平板状ブロックの一方面に穿設された凹孔
(5孔)にそれぞれ嵌着し、銅パイプ内を脱気した後、
作動液(純水)を封入した。銅パイプの他方端部を、放
熱フィンに穿設された貫通孔に嵌入して、ヒートパイプ
式冷却器を作成した。純水の注入率は、5本のパイプの
うち3本が15容量%、残りの2本が40容量%とし、
注入率の異なるパイプが隣接するように、これらのパイ
プを交互に配置した。一方、純水の注入率を5本のパイ
プ全て15容量%とした以外は、全て同一のヒートパイ
プ式冷却器を作成した。
【0019】これらを−25℃の環境下に10分間放置
した後に、平板状ブロックに熱源を取り付け、放熱フィ
ン側に熱電対を取り付けて、熱輸送効率を測定した。そ
の結果、前者は、常温時に比べ、冷却器全体として3%
程度の熱輸送効率が低下しただけであったが、後者は、
30%程度も低下した。
【0020】
【発明の効果】本発明のヒートパイプ式冷却器によれ
ば、低温環境下、特に零下25℃以下の環境下において
も、熱輸送効率を維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のヒートパイプ式冷却器の第1の実施例
を示す断面図である。
【図2】本発明のヒートパイプ式冷却器の第2の実施例
を示す斜視図である。
【図3】本発明のヒートパイプ式冷却器の第3の実施例
を示す斜視図である。
【図4】本発明のヒートパイプ式冷却器の第4の実施例
を示す斜視図であり、(イ)はその正面図、(ロ)はそ
の側面図である。
【符号の説明】
1 ヒートパイプ式冷却器 4,5 中空体 6,7 純水

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の密閉された中空体が2つの群に分
    けられ、一方の群の中空体内の水の注入率が他方の群の
    中空体内の水の注入率よりも高いことを特徴とするヒー
    トパイプ式冷却器。
  2. 【請求項2】 一方の群の中空体内の水の注入率が25
    〜50容量%である請求項1記載のヒートパイプ式冷却
    器。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載の各中空体の蒸発部
    が複数の凹孔を有する熱伝導性のブロックの各凹孔内に
    嵌着され、該中空体の凝縮部に熱伝導性のフィンが取り
    付けられたヒートパイプ式冷却器。
JP6272489A 1994-11-07 1994-11-07 ヒートパイプ式冷却器 Pending JPH08136170A (ja)

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Cited By (3)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2462098A (en) * 2008-07-23 2010-01-27 Ryan James Mcglen Thermal management device comprising heat pipes
CN103547113A (zh) * 2012-07-10 2014-01-29 宏碁股份有限公司 散热单元
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